WO2003042705A1 - Dispositif de remplissage partiel mobile selon des coordonnees orthogonales et cylindriques - Google Patents

Description

直交座標および円筒座標に移動可能な分注装置

技術分野

本発明は、 電動ピぺットの稼動範囲を拡張するための機構と電動ピぺットに内 蔵されるピストンポンプのサイズを選択できる機構を組合わせた分注装置に関す るものである。

背景技術

研究用、 医療用の自動精製装置や自動分析装置においては、 サンプルや試薬等 の液体を所定の位置にセットされた容器にて任意の量だけ吸入し、 別の所定の位 置にセットされた容器に吐出するための電動ピぺットを利用した分注装置が必要 不可欠なものとなっている。

電動ピぺットは図 1に示す基本構造を有している。 電動ピぺットのシリンダー 2内に直接、 サンプルや試薬を吸引することも可能であるが、 異なるサンプルや 試薬を分注する場合の汚染 （クロスコンタミネーシヨン） が問題になる場合は、 ピストンポンプの先端にノズル 4を設け、 使い捨てのチップ 5をノズル 4に装着 し、 チップ 5内にサンプルや試薬などの液体 6を吸引する方法が一般的である。 電動ピぺットは図 2に示すような直交座標を移動可能な駆動機構に取付けられ る。 分注装置では液体の吸引位置、 吸引量、 吐出位置、 吐出量はあらかじめプロ グラミングしておくことが可能であり、 液体の仕分け作業をオートメーション化 することが可能である。

分注装置は、 正確な液量を、 正確な位置 （容器） に自動的に無人で仕分けする 装置として、 医療、 製薬、 バイオなど液体を取扱う各分野で幅広く使用されてい る。 分注装置では液体の仕分け作業において、 高速性、 正確性が要求される。 高速性は電動ピぺットを移動させる駆動系の動作速度および電動ピぺット部の 数に依存する。前者は駆動部のモータ一の性能や減速比などによって決定される。 後者は複数の電動ピぺット部を使用したタイプを一般的にマルチチャンネルタイ プと称されており、 4、 8、 1 2、 9 6チャンネルタイプが市販されている。 正確性は電動ピぺット内部のピストンポンプ駆動部の正確性以外にも、 ビスト ン外径やノズルに取り付けられ得るチップの空隙 （デッドボリューム） に依存す る。 すなわち外径の大きいピストンポンプや容積の大きいチップで微量の液体を 正確に分注することはできないのである。 これはピストンポンプを用いた分注は ピストンポンプ内の空気の容積変化を利用しているためである。

通常の分注液量は 0 . 5 H 1前後から 1 0 1前後、 5 n 1前後から 2 0 0 1前後、 1 0 0 1前後から 1 0 0 0 1前後の 3段階に分けられることが多く、 正確な液量を分注するためには、 各々の段階で異なるサイズのチップが使用され ている。 チップが異なるため、 電動ピペット部に設けられたノズル、 ピストンポ ンプも異なる。 すなわち電動ピペットの形状が異なる。 すなわち 0 . 5 1から 1 0 0 0 1の液量を正確に分注するには、 複数の電動ピぺッ卜が必要になるた め、 特開平 8— 2 2 9 4 1 4号公報のような形状の異なる分注部 （本特許におけ る電動ピぺットに該当する） を自動的に交換する分注装置も市販されている。 従来の分注装置は高速ィ匕のためのマルチチヤンネル化、 正確性を確保するため 電動ピぺット部の自動交換機構などの性能が追求されてきた。 いわゆる分注装置 としての単独機能を追及したものである。

近年、 研究、 医療分野の実験室の自動ィヒ （ラボオートメーション） が注目され ている。 液体の分注を中心に精製、 反応、 分析の自動化を行い、 人為的ミスの低 減、 高速大量処理、 省力化を目標としている。 現状のラポオ一トメーシヨンは分 注装置と自動車製造用など産業用の搬送口ポットが組合わされた大掛かりのもの である。 すなわち分注の前後のサンプルや試薬の入った容器を、 分注装置、 反応 装置、 分析装置間を移送させるために搬送口ポットが使用されている。 分注、 反 応、 分析の各工程をブロック化し、 液体などの容器を動かすことで一連の工程の 連続処理が可能になっている。

こうしたラボオートメーションの導入には莫大な費用が必要であり、 小中規模 のラボで導入することは困難である。 分注装置を相対的に大型化し、 分注、 反応 工程までを自動化したタイプも市販されているが、 やはり高価である。 これら従 来の分注装置は図 2に示す直交座標を移動可能な駆動系を使用している。 前後左 右の水平座標における作業面積は駆動系の直交座標に依存し、 電動ピぺットはそ のエリア外に移動することはできない。 従って、 第 1の分注装置にある電動ピぺ ットは、 このエリア内にあるサンプルや試薬のみを吸引し、 このエリア内にある 別の容器にのみ吐出できる。 このエリア内に収まらない工程を第 2の分注装置で 行う場合には、 搬送口ポットを使用して、 サンプルや試薬の入った容器を移送す るしかない。

このような方式では搬送ロボットを導入するための費用や設置スペースが無駄 であり、 また容器ごと移送してしまうため、 必要とするサンプルや試薬の入った 容器が、 再度、 搬送口ポットにより第 2の分注装置から第 1の分注装置に搬送さ れるまでは、 必要とするサンプルや試薬にアクセスすることができない。 この問 題点は、 同じサンプルを 2つの工程に同時に進行させる場合などに表面化する。 すなわち、 従来の分注装置を使用して、 同じサンプルを 2つの工程に同時に進 行させるには、 別の 2つの容器にサンプルを分注する必要性が発生する。 同じサ ンプルや試薬を 2つの容器に分注することは、 スペースや資源の無馬太である。 あ るいは複数台の搬送ロポットが必要になる場合もあり、 一般に分注装置よりも搬 送ロポットが高価なため、 合理的とは云えない。

図面の簡単な説明

図 1は、 ピストンポンプの概略を示す。

図 1の 1〜6の符号は、 以下のことを意味する。

1 ：プランジャ一

2 ：シリンダ一

3 ： 0リング

4 ：ノズル

5 ：チップ

6 ：液体

図 2は、 従来の分注機の概略を示す。

図 2の 1〜4の符号は、 以下のことを意味する。

1 ：左右軸

2 ：前後軸

3 ：上下軸

4 ：電動ピぺット

図 3は、 本特許の基本機構の概略を示す。 図 3の 1〜 5の符号は、 以下のことを意味する。

1 ：左右軸

2 ：前後軸

3 ：上下軸

4 ：電動ピぺット

5 ：回転軸

図 4は、 本特許の基本機構の応用例を示す。

図 4の 1〜7の符号は、 以下のことを意味する。

1 ：左右軸

2 ：前後軸

3 ：上下軸

4 ：電動ピぺット

5 ：回転軸

6 ：サンプル （マイクロプレート）

7 ：分析装置 （マイクロプレートリーダ一）

図 5は、 本発明の基本機構の応用例を示す。

図 5の 1〜2の符号は、 以下のことを意味する。

1 ：本発明の基本機構

2 ：作業ステージ

発明の開示

本発明は、 前述の問題点を改善しながら、 小中規模のラボでオートメーション を実現し、 自動ィヒの規模や予算に応じて機能や性能を向上させることが可能な分 注装置である。

前述の問題点は電動ピペットの稼動エリア、 すなわち、 電動ピペットが取付け られる駆動系が前後、 左右、 上下の 3軸によって構成され、 電動ピペットの稼動 範囲はこれら 3軸それぞれの移動可能量 （有効ストローク） の制約を受けること にある。 本発明では、 直交座標と円筒座標の移動可能な稼動機構を組合せること で、 電動ピぺットの稼動エリアを拡張することに成功した。

直交座標に移動可能な機構は、 従来の分注装置でも用いられているモ一ターの 回転運動を直線運動に変換する機構を用いる。 円筒座標に移動可能な機構は、 モ 一ターの回転運動を減速するなどして回転運動として伝える機構である。 本発明 では電動ピペット部を、 前後、 左右、 上下のいずれか 1つ、 または 2つ、 または 3つに移動可能な直線駆動機構に取付けられた基本駆動系を組み立てる。 該基本 駆動系を回転可能な駆動機構に取付け、 さらに該回転可能な駆動機構は該基本駆 動系で移動できない方向に移動可能な駆動機構に取り付ける。

実際の組合せとしては、

(a)電動ピペット部を上下軸に、 上下軸を左右軸に、 左右軸を回転軸に、 回転軸 を前後軸に取付ける；

(b)電動ピペット部を上下軸に、 上下軸を前後軸に、 前後軸を回転軸に、 回転軸 を左右軸に取付ける。

(c)電動ピぺット部を左右軸に、 左右軸を上下軸に、 上下軸を回転軸に、 回転軸 を前後軸に取付ける

など、 複数の組合せが考えられるが、 いずれも直交座標と円筒座標の移動可能な 稼動機構を組合せにより達成できる。 このような方式により電動ノズルの稼動範 囲は拡張することができる。

本特許の具体的な基本機構を図 3に示す。 電動ピぺット部 4を上下軸 3に、 上 下軸 3を左右軸 1に、 左右軸 1を回転軸 5に、 回転軸 5を前後軸 2に取付けたも のであるが、 この組合せは本発明の 1例である。

図 3に示すような本機構により、 図 4のような機能拡張が可能である。 すなわ ち従来の分注装置から図 4に示すマイクロプレートリーダー 7のような分析装置 にサンプルなどを移送するには、 別途搬送システムと分注装置が必要である。 あ るいは分注装置の電動ピぺットの稼動範囲内にマイクロプレートリ一ダー 7が収 まるように分注装置を作り直す必要があるが、 本発明によれば、 回転軸 5を回転 させるだけでマイクロプレートリーダー 7へのサンプル移送を簡単に実現するこ とができる。

本発明において、 請求項 6に記載の分注装置の 1例が、 図 5に示される。 図 5に示すように複数の作業ステージ 2を本発明の基本機構 2のみで連続して 自動化することが可能である。 本発明において、 液体を吸引、 吐出が可能な電動ピぺット部、 または液体を吸 引 ·吐出する先端部が分注容量に応じて自動的に交換可能にする手段としては、 例えば、 特開平 8— 2 2 9 4 1 4号公報に記載されるような、 形状の異なる分注 部 （本特許における電動ピペットに該当する） を自動的に交換する機構が挙げら れる。 ' 本発明により、 小中規模のラボでオートメーションを実現し、 自動化の規模や 予算に応じて機能や性能を向上させることが可能な分注装置を実施することがで きる。

Claims

請求の範囲

1 . 液体を吸引、 吐出が可能な電動ピぺット部または液体を吸引 ·吐出する先端部が 前後、 左右、 上下の 3軸によって構成される直交座標に移動可能な駆動系をもつ液体の 分注装置において、 さらに、 該電動ピペット部または先端部の稼働エリアを、 該直交座 標に移動可能なエリアの外部に移動可能にする、 別の駆動系を有することを特徴とする 液体の分注装置。

2 . 別の駆動系が、 円筒座標に移動可能な稼働機構であることを特徴とする請 求項 1に記載の液体の分注装置。

3 . 液体を吸引、 吐出が可能な電動ピペット部、 または液体を吸引 '吐出する 先端部が分注容量に応じて自動的に交換可能であることを特徴とする、 請求項 1 または 2に記載の液体の分注装置。

4. 液体を吸引 ·吐出が可能な電動ピぺット部、 または液体を吸引 ·吐出する 先端部が前後 '左右'上下のいずれか 1つ、 または 2つ、 または 3つに移動可能 な直線駆動機構に取付けられた基本駆動系が、回転可能な駆動機構に取付けられ、 さらに該回転可能な駆動機構は該基本駆動系で移動できない方向に移動可能な駆 動機構に取り付けられたことを特徴とする、 請求項 1〜 3に記載の液体の分注装 置。

5 . 液体を吸引、 吐出が可能な電動ピペット部、 または液体を吸引 '吐出する 先端部が分注容量に応じて自動的に交換可能であることを特徴とする、 請求項 4 に記載の液体の分注装置。

6 . 液体を吸引、 吐出が可能な電動ピぺット部が分注容量に応じて自動的に交 換可能であり、該電動ピぺット部、または液体を吸引'吐出する先端部が、前後、 左右、 上下のいずれか 1つ、 または 2つ、 または 3つに移動可能な直線駆動機構 に取付けられた基本駆動系が、 回転可能な駆動機構に取付けられ、 さらに該回転 可能な駆動機構は該基本駆動系で移動できない方向に移動可能な駆動機構に取り 付けられた状態のユニットを複数台使用し、 液体を吸引、 吐出する作業エリアを 任意に拡張することが可能な液体の分注装置。