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WO2008035778A1 - Distributeur - Google Patents

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Publication number
WO2008035778A1
WO2008035778A1 PCT/JP2007/068429 JP2007068429W WO2008035778A1 WO 2008035778 A1 WO2008035778 A1 WO 2008035778A1 JP 2007068429 W JP2007068429 W JP 2007068429W WO 2008035778 A1 WO2008035778 A1 WO 2008035778A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
well
liquid
dispensing
dispensing nozzle
nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2007/068429
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takahiro Miyato
Tatsuo Kurosawa
Tomohisa Kawabata
Masayoshi Hayashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Corp
Fujifilm Wako Pure Chemical Corp
Original Assignee
Wako Pure Chemical Industries Ltd
Fujifilm Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wako Pure Chemical Industries Ltd, Fujifilm Corp filed Critical Wako Pure Chemical Industries Ltd
Priority to EP07807760A priority Critical patent/EP2075586A1/en
Priority to US12/442,436 priority patent/US20090226346A1/en
Publication of WO2008035778A1 publication Critical patent/WO2008035778A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N35/1009Characterised by arrangements for controlling the aspiration or dispense of liquids
    • G01N35/1016Control of the volume dispensed or introduced
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/11Filling or emptying of cuvettes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N2035/1027General features of the devices
    • G01N2035/1034Transferring microquantities of liquid
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/02Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a plurality of sample containers moved by a conveyor system past one or more treatment or analysis stations
    • G01N35/028Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a plurality of sample containers moved by a conveyor system past one or more treatment or analysis stations having reaction cells in the form of microtitration plates

Definitions

  • the present invention relates to a dispensing apparatus, and more particularly to a dispensing apparatus that discharges a liquid to a well of a microchip having a microchannel.
  • microchips in which micro-sized circuits (so-called microchannels) are formed on a substrate by applying microfabrication technology such as semiconductors are used.
  • Clinical analyzers have been developed.
  • the microchip has a well as a liquid container that communicates with the microchannel.
  • the microchip is used as a biochip that efficiently performs microanalysis of a biological sample in conjunction with an electrophoresis analysis system.
  • Extraction process Extraction of components to be analyzed from the biological sample (extraction process), analysis of the components to be analyzed using chemical and biochemical reactions (analysis process), separation (separation process) and detection (detection process)
  • analysis process analysis of the components to be analyzed using chemical and biochemical reactions
  • separation process separation
  • detection detection
  • the integrated system is also called 11 TAS (microtas), Lab-on-a-Chip (lab-on-chip) or the like.
  • the dispensing device is used to discharge and dispense liquids such as reagents, specimens, and diluents to the dispensing container.
  • liquids such as reagents, specimens, and diluents
  • the tip of the dispensing nozzle is raised and dispensed as the liquid level in the dispensing container rises according to the dispensing volume.
  • By moving the liquid so that it follows the inner shape curve of the tip container and discharging the liquid while adhering to the inner surface of the tip container it is possible to discharge without causing bubbles to enter the container.
  • Patent Document 1 Patent Document 1
  • Patent Document 1 JP 2004-28683 A
  • the dispensing device described above is adapted to follow the water level of the discharged liquid while discharging the liquid into the dispensing container.
  • the dispensing nozzle is driven and controlled so that the tip of the nozzle is aligned with the inner surface of the dispensing container, the control becomes complicated and difficult.
  • the dispensing container has a minute tip such as a microchip well as described above. In the case of a thin container, its control becomes more difficult because of its high accuracy.
  • FIG. 5 shows an example of the microchip 100 that can be used in the present invention.
  • the microchip 100 includes a well 111 having an opening 111a at the upper end and capable of containing the liquid F therein.
  • a glass substrate 112 made of two glass plates having a micro flow path 113a formed therein is disposed.
  • the glass substrate 112 communicates with the wall 111 and the micro flow path 113a.
  • an annular stepped portion projecting inward that is, a well bottom portion 114a composed of a communication hole is formed! /.
  • a step 11 lc is formed inside the well 111 by the annular step.
  • the dispensing nozzle 2 is Even if the tip is driven and controlled along the inner surface of the well 11, when the liquid F discharged from the dispensing nozzle 2 comes into contact with the upper surface of the step 11 lc, the surface tension of the well 111 above the step 11 lc is caused by the surface tension.
  • the liquid F adheres in an annular shape along the inner peripheral surface, so that the liquid F does not flow into the well bottom 114a and a film S of the liquid F is formed in the vicinity of the step 111c.
  • the liquid F is not introduced into the air layer below the membrane S, and the air layer makes it difficult for the liquid F to be introduced into the microchannel 113a, and the air layer is introduced into the microchannel 113a. Analysis accuracy may be reduced or analysis may not be possible. Further, when the micro flow path 113a is washed, there is a possibility that the washing effect is lowered.
  • the present invention has been made in view of the power and the circumstances, and provides a dispensing device that discharges a liquid without generating an air layer inside the well without using a complicated control mechanism. That is what makes Mejiro.
  • the dispensing device of the present invention comprises a microchip having a well having an opening at one end and capable of containing a liquid therein, and a microchannel communicating with the other end of the well.
  • the well has a bottom of the well formed of an annular step projecting inwardly at the other end;
  • a dispensing nozzle having a leading end opening and having a pipe connected to the trailing end for sucking and discharging liquid from the leading end opening;
  • Pump means connected to the piping and supplying suction pressure and discharge pressure to the dispensing nozzle, moving means for relatively moving the dispensing nozzle at least in the depth direction of the well, and the dispensing nozzle as the moving means After the relative movement until the tip opening is located at the bottom of the well, the control means for discharging the liquid from the tip opening first by contacting the bottom surface and / or the inner peripheral surface of the well bottom. It is characterized by
  • the control means relatively moves the dispensing nozzle to a position where the tip opening is separated from the bottom surface of the well bottom by a predetermined distance.
  • the position where the tip opening is separated from the bottom surface of the bottom of the well by a predetermined distance means that the liquid ejected between the tip opening and the bottom surface of the bottom of the well when the liquid is ejected from the tip opening of the dispensing nozzle. Refers to the position that maintains a gap to flow into the well.
  • the dispensing nozzle includes a buffer mechanism, and the relative movement can be performed by the moving unit via the buffer mechanism.
  • the buffer mechanism can be constituted by an elastic member.
  • the dispensing device of the present invention is a dispensing device that discharges liquid to a well having a well bottom portion formed of an annular stepped portion projecting inward, and moves the dispensing nozzle. And a control means for discharging the liquid in contact with the bottom surface and / or the inner peripheral surface of the well bottom before the tip opening force.
  • the liquid is discharged below the step formed by the annular step at the bottom of the well, and the discharged liquid first rises after contacting the bottom or inner peripheral surface of the bottom of the well.
  • the applied liquid first contacts the upper surface of the step, the liquid adheres in a ring shape along the inner surface of the well above the step due to the surface tension of the liquid. It is possible to prevent the formation of the resulting film.
  • control means moves the dispensing nozzle relative to the position where the tip opening is separated from the bottom surface of the well bottom by a predetermined distance, for example, the tip opening is formed substantially parallel to the bottom surface of the well bottom. At this time, it is possible to prevent the dispensing nozzle from being sealed by the contact between the tip opening and the bottom surface of the well bottom, and the liquid cannot be discharged.
  • the dispensing nozzle When the dispensing nozzle is provided with a buffering mechanism and is relatively moved by the moving means via the buffering mechanism, the tip opening and the bottom surface of the well are brought into contact with each other by, for example, a downward movement of the dispensing nozzle. In this case, even if the dispensing nozzle is further moved downward by the moving means after the contact, the buffer nozzle can prevent the tip of the dispensing nozzle from being pressed against the bottom surface of the well. The chip can be prevented from being damaged.
  • FIG. 1 shows a configuration diagram of the dispensing apparatus 1 of the present embodiment.
  • the direction in which the liquid F is discharged (the direction in which the tip opening 2a of the dispensing nozzle 2 faces) (the lower side in FIG. 1) will be described as the lower side.
  • the dispensing device 1 of the present embodiment is incorporated into a clinical analyzer such as a biochemical analyzer used in a medical institution or laboratory, for example, and a microscopic liquid F such as a specimen or a reagent is contained in the microchip 10. Or a water W as a cleaning liquid, and a dispensing nozzle 2 as shown in FIG.
  • a syringe pump 31 as a pump means 3 for supplying a suction pressure and a discharge pressure to the dispensing nozzle 2 and A pump tank 32, a liquid tank 4 connected to a syringe pump 31 and containing water W therein, a first pipe 51 connecting the dispensing nozzle 2 and the syringe pump 31, and a syringe pump 31 and a liquid tank 4
  • the second pipe 52, the nozzle drive unit 6 as a moving means for moving the dispensing nozzle 2 up and down, left and right, the liquid level detection unit 7 for detecting the liquid level, and the liquid level detection unit 7 force Based on these signals, the pump drive unit 32 and the nozzle drive unit 6 are controlled.
  • Control unit 8 control means and a liquid storage container 9 for storing liquid F therein.
  • the dispensing nozzle 2 has a front end opening 2a for sucking and discharging the liquid F, and is installed with the front end opening 2a facing downward, and is moved up and down by an elevating mechanism and a horizontal movement mechanism (not shown). It is mounted so as to be movable back and forth and back and forth, and is driven and controlled by a nozzle drive unit 6 having a motor or the like that drives these mechanisms.
  • One end of the first pipe 51 is connected to the upper part of the dispensing nozzle 2, and the other end of the first pipe 51 is connected to the syringe pump 31.
  • the tip opening 2a of the dispensing nozzle 2 may be equipped with a pipette tip that can be attached and detached for each type of liquid F, for example.
  • the syringe pump 31 has an upper end connected to the first pipe 51 and a substantially cylindrical syringe body 310 having a lower inlet 310a at the lower end, and a substantially rod-shaped plunge having an upper end passing through the upper inlet 310a. 311, an O-ring 312 which is attached to the outer periphery of the plunger 311 and seals the flange inlet 310a, and an O-ring presser 313 which is attached to the lower end of the syringe body 310 by pressing the O-ring 312 from the lower end. And is driven by the pump drive unit 32 so as to supply suction pressure and discharge pressure to the dispensing nozzle 2.
  • the pump drive unit 32 includes a motor (not shown), and moves the plunger 311 upward or downward according to the forward or reverse drive of the motor to supply the discharge pressure or suction pressure to the dispensing nozzle 2.
  • Various mechanisms such as a screw mechanism, a ball screw mechanism, and a rack and pinion can be used as a mechanism for converting the rotational power of the motor into the vertical movement of the plunger 311. The mechanism can be appropriately changed according to the dispensing device 1. Is possible.
  • a liquid introduction port 310b is formed on a part of the peripheral surface of the syringe body 310.
  • One end of the second pipe 52 is connected to the liquid inlet 310b, and water W is supplied through the second pipe 52 from the inside of the liquid tank 4 connected to the other end of the second pipe 52.
  • the solenoid valve 42 and the pump 41 are disposed in order from the syringe pump 31 side in the middle of the second pipe 52, and the water W in the liquid tank 4 is appropriately drained into the syringe pump 31. Can be supplied.
  • the liquid level detection unit 7 includes a liquid level sensor using light or ultrasonic waves, and detects the liquid level position of the liquid F stored in the liquid storage container 9 described later.
  • the liquid level detection signal is output to the control unit 8.
  • the liquid level detection unit 7 is not limited to the above as long as the liquid level position can be detected, and can be changed as appropriate.
  • the control unit 8 controls the nozzle drive unit 6 and the pump drive unit 32 based on the signal from the liquid level detection unit 7 to move the dispensing nozzle 2 and the syringe pump 31. Control suction pressure and discharge pressure!
  • a characteristic of the present invention is that the control unit 8 causes the dispensing nozzle 2 to move down by the nozzle driving unit 6 until the tip opening 2a is positioned at a well bottom 14a described later, and then discharges the liquid F from the tip opening 2a. It is to control to. The dispensing process of the liquid F including the discharge will be described in detail later. Further, the control unit 8 has data regarding the installation position and shape of the microchip 10 including the liquid storage container 9 and the well bottom 14a of the well 11 described later, and the upper limit value and the lower limit value of the liquid surface position in the well 11. The pump drive unit 32 is controlled so that the liquid level discharged to the well 11 remains between the upper limit value and the lower limit value, so that the liquid F does not overflow from the well 11!
  • the liquid storage container 9 of the present embodiment is a cylindrical container having an opening at the upper end, but the liquid storage container 9 of the present invention is not limited to this, and has an opening at the upper end, and a liquid inside. As long as it can accommodate, for example, it may be a quadrangular prism and can be changed as appropriate.
  • FIG. 2 (a) is a perspective view of the microchip 10 of the present embodiment
  • FIG. 2 (b) is a perspective view of FIG. 2 (a) as viewed from the lower side
  • FIG. 2 (c) is a view.
  • 2 (a) is a cross-sectional view of the well 11
  • FIG. 3 is a view for explaining the dispensing of the liquid F into the well 11 by the dispensing device 1 of the present embodiment.
  • the microchip 10 of the present embodiment will be described with the side having the opening 11a of the well 11 (upper side in each figure) as the upper end for convenience.
  • the microchip 10 of the present embodiment has a substantially rectangular or arrow shape formed from a synthetic resin as shown in FIG. 2 (a), and has a plurality of wells 11 on the upper surface 10a.
  • a glass plate (transparent plate-like member) 12 is attached to the lower surface 10b as shown in FIG.
  • the glass plate 12 is bonded to the upper surface of the first substrate 13 having the microchannel 13a formed on the upper surface as shown in FIG. 2 (c), and the microchannel 13a.
  • the second substrate 14 is formed with a communication hole 14 a (well bottom portion 14 a) that communicates with the bottom of the well 11.
  • the wel 11 has an opening 11a at the upper end, and a wel taper portion 1 lb communicating with the wel bottom portion 14a downward from the opening 1la is formed.
  • the wel taper part 1 lb has an urging force from the upper end to the lower end, and the diameter becomes smaller as the uel taper 14a becomes smaller. Therefore, a step 1 lc is formed by an annular step at the boundary between the well taper portion l ib and the well bottom portion 14a.
  • the well taper portion l ib has a lower end vertical portion 1 lbu formed vertically from the lower end to the upper end to a predetermined position as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
  • the shape may not have the lower end vertical portion 1 lbu as shown in FIGS. 3 (a ′) and (b ′).
  • the first substrate 13 and the second substrate 14 may be made of glass or synthetic resin, or both of them may be transparent, and only one of them serving as an optical measurement side is transparent. Also good.
  • the microchannel 13a is a force formed on the first substrate 13.
  • the microchip 10 used in the dispensing apparatus of the present invention is not limited to this, and the first substrate 13 and the first substrate 13 are not limited thereto. If the microchannel 13a is formed between the second substrate 14 and the second substrate 14, V is formed on the second substrate 14. Thus, the dispensing device 1 of the present embodiment is configured! /.
  • water W may be sent until the bubbles disappear.
  • the opening and closing of the electromagnetic valve 42 and the driving of the pump 41 may be automatic or manual as long as water W can be filled from the second pipe 52 to the tip of the dispensing nozzle 2! /, .
  • the nozzle 9 is positioned so that the liquid container 9 is positioned below the tip opening 2a of the dispensing nozzle 2.
  • the dispensing nozzle 2 is moved by the drive unit 6.
  • the microchip 10 is arranged in a range in which the dispensing nozzle 2 can move horizontally (see FIG. 1).
  • the nozzle drive unit 6 causes the tip opening 2a to be inserted below the liquid level of the liquid F inside the liquid storage container 9. 2 is lowered and the plunger 311 is pulled out of the syringe body 310 to suck the liquid F by a predetermined amount.
  • the nozzle drive unit 6 moves the dispensing nozzle 2 above the liquid container 9. Then move horizontally above wel 11 of microchip 10.
  • the nozzle drive unit 6 distributes the tip opening 2a of the dispensing nozzle 2 as shown in FIG. 3 (a) based on the data of the control unit 8 so that the tip opening 2a is positioned inside the well bottom 14a.
  • the controller 8 caused the front opening 2a to be separated from the bottom surface of the well bottom 14a by a predetermined distance (in FIG. 3, 0 ⁇ H2 ⁇ H1), that is, the liquid F was discharged from the front opening 2a of the dispensing nozzle 2.
  • the dispensing nozzle 2 is moved down to a position that maintains a gap for the discharged liquid F to flow into the inside of the well 11 between the tip opening 2a and the bottom surface of the well bottom 14a.
  • the dispensing nozzle 2 is sealed by the contact between the tip opening 2a and the bottom of the well bottom 14a, and the liquid F Can be prevented from being unable to discharge.
  • the dispensing device 1 in the present embodiment has the force S configured as described above, and the present invention is not limited to this.
  • the dispensing device 1 is used for supplying liquid to a plurality of wells 11 of the microchip 10 simultaneously.
  • a dispensing device having a plurality of dispensing nozzles may be used.
  • FIG. 4 shows a configuration diagram of the buffer mechanism 20.
  • the buffer mechanism 20 of the present embodiment is fixed to a support member 21 that fixes and supports the rear end of the dispensing nozzle 2 as shown in FIG. 4, and a lifting mechanism and a horizontal mechanism (not shown). And a support member 21 whose upper end is controlled, and a spring member 23 as an elastic member which engages with the fixing member 22 at its lower end.
  • the buffer mechanism 20 is configured so that, for example, when the tip opening 2a of the nozzle 2 and the bottom surface of the well bottom 14a come into contact with each other due to the downward movement of the dispensing nozzle 2, the dispensing nozzle 2 is connected to the nozzle driving unit 6.
  • the dispensing nozzle 2 is moved relatively upward via the support member 21 by the repulsive force of the spring member 23. This opens the tip of dispensing nozzle 2. Since the mouth 2a can buffer the contact with the bottom surface of the bottom 14a, it is possible to prevent the dispensing nozzle 2 and the microchip 10 from being damaged and the accuracy of the nozzle drive unit 6 from being lowered.
  • the buffer mechanism 20 of the present embodiment is configured as described above, the buffer mechanism of the present invention is not limited to this. If the dispensing nozzle 2 can be moved relatively upward, for example, the bottom of the well It may be a mechanism for moving 14a.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a dispensing apparatus of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view and a cross-sectional view of the microchip of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a view for explaining the liquid dispensing into the well by the dispensing device of the present embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a problem of the present invention.

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Description

明 細 書
分注装置
技術分野
[0001] 本発明は分注装置に関し、特にマイクロ流路を有するマイクロチップのゥエルに液体 を吐出する分注装置に関するものである。
背景技術
[0002] 近年、化学、光学、臨床、バイオ技術等の分野において、半導体等の微細加工技術 を応用して基板上にマイクロサイズの回路(いわゆるマイクロ流路)が形成されたマイ クロチップを使用する臨床分析装置が開発されている。マイクロチップはマイクロ流路 と連通する液体収容部としてのゥエルを有するものであって、例えば生体試料の微量 分析を電気泳動解析システムと連動して効率的に行うバイオチップとして利用されて いる。マイクロチップ上には、前記生体試料からの分析対象成分の抽出(抽出工程) 、化学,生化学反応を用いる分析対象成分の分析 (分析工程)、分離 (分離工程)及 び検出(検出工程)等の一連の分析工程が集積化され、該集積化システムは、 11 TAS (マイクロタス)、 Lab— on— a— Chip (ラボオンチップ)等とも呼ばれている。
[0003] 一方、各種試験や分析にお!/、ては、試薬、検体、及び希釈液等の液体を分注先容 器に吐出して分注する操作を行なうために分注装置が利用されている。分注装置と しては分注先容器内に液体を吐出する際に、分注ノズルの先端を、分注量に応じて 分注先容器内の液体水位が上昇すると共に上昇させ且つ分注先容器内部形状曲 線に沿わせるように移動させて、液体を分注先容器の内面になじませながら吐出す ることによって、分注先容器内に気泡が確実に入らない吐出を可能としたものが開示 されている(特許文献 1)。
特許文献 1:特開 2004— 28683号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] しかしながら上記の分注装置は分注先容器内に気泡を入れないために、分注先容 器内に液体を吐出しながら、該吐出された液体の水位に追従するように且つ分注ノ ズノレ先端が分注先容器の内面を沿うように分注ノズルを駆動制御して!/、るので、該 制御が複雑で難しくなり、特に分注先容器が上述したマイクロチップのゥエル等の微 細容器である場合には、その制御は高度な精度を有するためさらに難しくなる。
[0005] またマイクロチップは、上述したようにゥエルと、該ゥエルと連通するマイクロ流路とを 有するものである。ここで図 5に本発明において使用可能なマイクロチップ 100の一 例を示す。マイクロチップ 100は、上端に開口 111aを有し内部に液体 Fを収容可能 なゥエル 111を備えている。ゥエル 111の下端には、内部にマイクロ流路 113aが形成 された 2枚のガラス板からなるガラス基板 112が配設され、該ガラス基板 112にはゥェ ノレ 11 1及びマイクロ流路 113aと連通し、内方に向かって突出する環状の段部すなわ ち連通穴で構成されるゥエル底部 114aが形成されて!/、る。そしてゥエル 111の内部 には前記環状の段部によって段差 11 lcが形成される。
[0006] このようにゥエル 111が内部に段差 111cを有している場合には、特にゥエル 111内 部に分注される液体 Fの表面張力が大きいと、上述のように分注ノズル 2の先端がゥ エル 11の内面を沿うように駆動制御しても、分注ノズル 2から吐出された液体 Fが段 差 11 lcの上面に接触すると、前記表面張力によって段差 11 lc上方のゥエル 111の 内周面に沿って液体 Fが環状に付着し、ゥエル底部 114a内に液体 Fが流入せず段 差 11 1cの近傍に液体 Fの膜 Sが形成されてしまう。すると膜 Sの下方は液体 Fが導入 されずに空気層となってしまい、該空気層によって液体 Fがマイクロ流路 113aに導 入され難くなつたり、又前記空気層がマイクロ流路 113aに導入されたりして分析精度 が低下若しくは分析できない虞がある。またマイクロ流路 113aを洗浄する場合には、 洗浄効果が低下する虞もある。
[0007] 本発明は力、かる事情に鑑みてなされたものであり、複雑な制御機構を使用することな ぐゥエル内部に空気層を発生させずに液体を吐出する分注装置を提供することを 目白勺とするあのである。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明の分注装置は、一端に開口を有し内部に液体を収容可能なゥエルを備え、該 ゥエルの他端と連通するマイクロ流路が内部に形成されたマイクロチップの、前記ゥェ ルの内部に液体を吐出する分注装置であって、 前記ゥエルが、前記他端に内方に向かって突出する環状の段部で構成されるウエノレ 底部を有するものであり、
先端開口を有し、後端に配管が接続されて、前記先端開口から液体を吸引及び吐 出する分注ノズルと、
前記配管と接続し、前記分注ノズルへ吸引圧及び吐出圧を供給するポンプ手段と 前記分注ノズルを少なくとも前記ゥエルの深さ方向に相対移動させる移動手段と、 前記分注ノズルを前記移動手段により前記先端開口が前記ゥエル底部に位置するま で前記相対移動させた後に、前記先端開口から液体を先ず、前記ゥエル底部の底 面及び/又は内周面に接触させて吐出させる制御手段を備えてなることを特徴とす るものである。
[0009] また本発明の分注装置は、前記制御手段が、前記先端開口が前記ゥエル底部の底 面から所定距離離れる位置に前記分注ノズルを前記相対移動させることが好ましい 。ここで「先端開口がゥエル底部の底面から所定距離離れる位置」とは分注ノズルの 先端開口から液体を吐出させたときに、先端開口とゥエル底部の底面との間に、前記 吐出された液体がゥエル内部に流出するための隙間を維持する位置をいう。
[0010] また本発明の分注装置は、前記分注ノズルが緩衝機構を備え、該緩衝機構を介して 前記移動手段により前記相対移動されることができる。
[0011] 本発明の分注装置において、前記緩衝機構は弾性部材により構成することができる 発明の効果
[0012] 本発明の分注装置は、内方に向かって突出する環状の段部で構成されるゥエル底 部を有するゥエルに液体を吐出する分注装置であって、分注ノズルを移動手段により 先端開口がゥエル底部に位置するまで降下移動させた後に、前記先端開口力 先 ず、ゥエル底部の底面及び/又は内周面に接触させて液体を吐出させる制御手段 を備えているので、ゥエル内部でゥエル底部の環状の段部によって形成された段差よ りも下方で液体が吐出され、該吐出された液体は先ずゥエル底部の底面又は内周面 に接触してから上昇するので、前記吐出された液体が初めに段差の上面に接触した 際に、液体の表面張力により液体が段差上方のゥエル内周面に沿って環状に付着 することで生じる膜が形成されるのを防ぐこと力 Sできる。これにより複雑な制御機構を 使用しなくても、ゥエル内部に空気層が形成されるのを防止できる。また空気層によ つて液体がマイクロ流路に導入され難くなるのを防ぐことができるので分析精度の低 下又は洗浄効果の低下を低減できる。
[0013] また制御手段が、先端開口がゥエル底部の底面から所定距離離れる位置に分注ノズ ルを前記相対移動させる場合には、例えば先端開口がゥエル底部の底面と略並行 に形成されている際に、先端開口とゥエル底部の底面とが接触することによって分注 ノズルが密閉されて、液体が吐出できなくなることを防止できる。
[0014] また前記分注ノズルが緩衝機構を備え、該緩衝機構を介して前記移動手段により前 記相対移動される場合は、例えば分注ノズルの下降移動によって先端開口とゥエル の底面とが接触する際に、該接触後に分注ノズルが移動手段によってさらに下降移 動されても、分注ノズルの先端がゥエルの底面に圧接されるのを緩衝機構によって防 止できるので、分注ノズル及びマイクロチップが破損等するのを防ぐことができる。 発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、本発明に力、かる実施形態の分注装置について図面を参照して詳細に説明す る。図 1に本実施形態の分注装置 1の構成図を示す。なお本実施形態においては、 便宜上、液体 Fが吐出する方向(分注ノズル 2の先端開口 2aが向く方向)(図 1中下 方)を下側として説明する。
[0016] 本実施形態の分注装置 1は、例えば医療機関、研究所等で使用される生化学分析 装置等の臨床分析装置に組み込まれ、マイクロチップ 10に検体や試薬等の微量な 液体 Fや洗浄液としての水 Wを供給するものであって、図 1に示す如ぐ分注ノズル 2 と、分注ノズル 2への吸引圧及び吐出圧を供給するポンプ手段 3としてのシリンジボン プ 31及びポンプ駆動部 32と、シリンジポンプ 31に連結し、内部に水 Wを収容する液 体タンク 4と、分注ノズル 2とシリンジポンプ 31を繋ぐ第一の配管 51と、シリンジポンプ 31と液体タンク 4とを繋ぐ第二の配管 52と、分注ノズル 2を上下左右前後に移動させ る移動手段としてのノズル駆動部 6と、液面を検出する液面検知部 7と、液面検知部 7 力、らの信号に基づいてポンプ駆動部 32及びノズル駆動部 6を制御する制御部 8 (制 御手段)と、内部に液体 Fを収容する液体収容容器 9とから概略構成されている。 [0017] 分注ノズル 2は液体 Fを吸引及び吐出する先端開口 2aを有するものであって、該先 端開口 2aを下向きにして設置され、図示しない昇降機構及び水平移動機構等によ つて上下左右前後に移動可能に取り付けられて、これらの機構を駆動するモータ等 を備えるノズル駆動部 6によって駆動制御されて!/、る。また分注ノズル 2上部には第 一の配管 51の一端が接続され、該第一の配管 51の他端はシリンジポンプ 31に接続 されている。なお分注ノズル 2の先端開口 2aには、例えば液体 Fの種類毎に着脱交 換可能なピペット状のチップを装着してもよレ、。
[0018] シリンジポンプ 31は、上端が第一の配管 51と接続され、下端に揷入口 310aを有す る略円筒状のシリンジ本体 310と、上方が揷入口 310aに揷通する略棒状のプランジ ャ 311と、該プランジャ 311の外周に装着され、前記揷入口 310aをシールする Oリン グ 312と、下端から Oリング 312を押圧して、シリンジ本体 310の下端に装着される O リング押え 313とから概略構成され、ポンプ駆動部 32によって分注ノズル 2へ吸引圧 及び吐出圧を供給するように駆動される。ポンプ駆動部 32は図示しないモータを備 え、該モータの正転又は逆転駆動に応じてプランジャ 311を上方向又は下方向に移 動させて分注ノズル 2に吐出圧又は吸引圧を供給する。なおモータの回転動力をプ ランジャ 311の上下移動に変換する機構としては、例えばネジ機構、ボールネジ機 構及びラックアンドピユオン等、様々な機構が使用でき、分注装置 1に応じて適宜変 更可能である。
[0019] またシリンジ本体 310の周面の一部には、液体導入口 310bが形成されている。液体 導入口 310bには第二の配管 52の一端が接続され、第二の配管 52の他端に接続さ れた液体タンク 4内部から第二の配管 52を介して水 Wが供給される。なお該供給の ために第二の配管 52の途中には、シリンジポンプ 31側から順に電磁弁 42とポンプ 4 1が配設されていて、適時に液体タンク 4内部の水 Wをシリンジポンプ 31内に供給可 能となっている。
[0020] 液面検知部 7は、光又は超音波等を利用した液面センサを備えるものであって、後 述の液体収容容器 9内部に収容された液体 Fの液面位置を検出して、液面検出信 号を制御部 8に出力する。なお液面検知部 7は、液面位置を検出可能な構造であれ ば上記に限られるものでなぐ適宜変更可能である。 [0021] 制御部 8は、液面検知部 7からの信号に基づ!/、てノズル駆動部 6及びポンプ駆動部 3 2の制御を行って、分注ノズル 2の移動及びシリンジポンプ 31の吸引圧及び吐出圧 を制御して!/、る。本発明で特徴的なのは、制御部 8が分注ノズル 2をノズル駆動部 6 により先端開口 2aが後述するゥエル底部 14aに位置するまで降下移動させた後に、 先端開口 2aから液体 Fを吐出させるように制御していることである。なお該吐出を含 む液体 Fの分注工程につ!/、ては後で詳細に説明する。また制御部 8は、液体収容容 器 9及び後述するゥエル 11のゥエル底部 14aを含むマイクロチップ 10の設置位置及 び形状、さらにゥエル 11内の液面位置の上限値と下限値に関するデータを有するも のであり、ゥエル 11に吐出される液面位置が前記上限値と前記下限値の間を維持す るようにポンプ駆動部 32を制御して、ゥエル 11から液体 Fが溢れな!/、ようにして!/、る。 なお前記データはユーザが必要に応じて適宜変更可能であっても良い。また本実施 形態の液体収容容器 9は、上端に開口を有する円筒状の容器とするが、本発明の液 体収容容器 9はこれに限られるものではなぐ上端に開口を有し、内部に液体を収容 できるものであれば、例えば四角柱状であってもよぐ適宜変更可能である。
[0022] ここで図 2 (a)に本実施形態のマイクロチップ 10の斜視図、図 2 (b)に図 2 (a)を下側 力、らみた斜視図、図 2 (c)に図 2 (a)のゥエル 11の断面図、図 3に本実施形態の分注 装置 1によるゥエル 11内部への液体 Fの分注を説明する図を示す。なお本実施形態 のマイクロチップ 10は、便宜上ゥエル 11の開口 11aを有する側(各図中、上側)を上 端として説明する。
[0023] 本実施形態のマイクロチップ 10は、図 2 (a)に示す如ぐ合成樹脂から成形された略 矩形乃至矢形形状で、上面 10aに複数のゥエル 11を有し、図 2 (b)に示す如ぐ下面 10bにガラス板 (透明な板状部材) 12が取付けられている。該ガラス板 12は、図 2 (c) に示す如ぐ上面にマイクロ流路 13aが形成された第一の基板 13と、該第一の基板 1 3の上面に貼合わされ、マイクロ流路 13aと連通し、ゥエル 11の底部となる連通穴 14 a (ゥエル底部 14a)が形成された第二の基板 14とから構成されている。
[0024] ゥエル 11は上端に開口 11aを有し、該開口 1 laから下方に向かってゥエル底部 14a と連通するゥエルテーパ部 1 lbが形成されて!/、る。ゥエルテーパ部 1 lbは上端から下 端に向力、うに連れて径がより小さくなり、ゥエル底部 14aさらに径が小さいものである ため、ゥエルテーパ部 l ibとゥエル底部 14aとの境界には環状の段部によって段差 1 lcが形成される。なおゥエルテーパ部 l ibは、図 3 (a)、(b)の如ぐ該下端から上端 に向かつて所定位置まで垂直に形成された下端垂直部 1 lbuを有して!/、る力 S、図 3 ( a' )、 (b' )の如ぐ下端垂直部 1 lbuを有していない形状であってもよい。第一の基 板 13と第二の基板 14は、ガラス製の他、合成樹脂であってもよぐ両方とも透明であ つてもよいし、光学測定をする側となる片方だけ透明であってもよい。なお本実施形 態ではマイクロ流路 13aは第一の基板 13に形成されている力 本発明の分注装置で 使用されるマイクロチップ 10はこれに限られるものではなぐ第一の基板 13と第二の 基板 14との間にマイクロ流路 13aが形成されていれば、第二の基板 14に形成されて V、てもよ!/、。このように本実施形態の分注装置 1は構成されて!/、る。
[0025] 次に上記のように構成された分注装置 1を使用して液体 Fを分注する工程を詳細に 説明する。
[0026] 1)先ず電磁弁 42を開いた後にポンプ 41を駆動して、液体タンク 4内部の水 Wをシリ ンジポンプ 31内に送る。このときポンプ 41による水 Wの送出は、水 Wが分注ノズル 2 の先端力も排出されるまで行われる。そして水 Wが分注ノズル 2の先端から排出され て、第二の配管 52から分注ノズル 2の先端まで水 Wが充填された後に、電磁弁 42が 閉められ、ポンプ 41の駆動が止められる。なおシリンジポンプ 31内への水 Wの導入 時には、第一の配管 51及び第二の配管 52の途中に図示しない気泡検知手段を配 設し、該気泡検知手段によって配管 5内に気泡が混入しているか否かを判定して、 気泡が混入している場合には、該気泡がなくなるまで水 Wを送流してもよい。また電 磁弁 42の開閉及びポンプ 41の駆動は、第二の配管 52から分注ノズル 2の先端まで 水 Wを充填可能であれば自動であっても手動であっても構わな!/、。
[0027] 2)次にシリンジ本体 310内へプランジャ 311を送り込むことにより、分注ノズル 2から 水 Wを吐出する。そしてシリンジ本体 310内からプランジャ 311を引出すことにより、 水 Wと後述する液体 Fとが混合されることがない程度に分注ノズル 2内に空気を吸引 する。この状態で液体 Fの吸引及び吐出を行うことで、分注処理を精度良く行なうこと ができる。
[0028] 3)次に、分注ノズル 2の先端開口 2aの下方に液体収容容器 9が位置するようにノズ ル駆動部 6により分注ノズル 2を移動させる。このときマイクロチップ 10は分注ノズル 2 が水平移動可能な範囲に配置されている(図 1参照)。
[0029] 4)次に、液面検知部 7からの信号に基づいてノズル駆動部 6により、先端開口 2aが 液体収容容器 9内部の液体 Fの液面下に揷入するように分注ノズル 2を下降させ、シ リンジ本体 310内からプランジャ 311を引出すことにより、液体 Fを所定量吸引する。
[0030] 5)次に、内部に液体 Fを保持した分注ノズル 2を、ノズル駆動部 6によって液体収容 容器 9より上方に上昇させる。このときノズル駆動部 6は制御部 8に予め設定されてい る液体収容容器 9の形状データに基づいて駆動される。
[0031] 6)そして同じく予め制御部 8に設定されているマイクロチップ 10のゥエル 11の設置位 置データに基づレ、て、ノズル駆動部 6により分注ノズル 2を液体収容容器 9の上方か らマイクロチップ 10のゥエル 11の上方に水平移動する。
[0032] 7)次に、図 3 (a)の如ぐ分注ノズル 2の先端開口 2aがゥエル底部 14a内部に位置す るように、制御部 8のデータに基づいてノズル駆動部 6により分注ノズル 2を下降させ る(図中矢印方向)。このとき、制御部 8によって、先端開口 2aがゥエル底部 14aの底 面から所定距離離れる位置(図 3において、 0 < H2 < H1)すなわち分注ノズル 2の 先端開口 2aから液体 Fを吐出させたときに、先端開口 2aとゥエル底部 14aの底面と の間に、前記吐出された液体 Fがゥエル 11内部に流出するための隙間を維持する位 置に分注ノズル 2を降下移動させる。これにより例えば先端開口 2aがゥエル底部 14a の底面と略並行に形成されているときに、先端開口 2aとゥエル底部 14aの底面とが接 触することによって分注ノズル 2が密閉されて、液体 Fが吐出できなくなるのを防ぐこと 力できる。なお先端開口 2aがゥエル底部 14aの底面と並行ではない、例えば斜め形 状等を有している場合には、先端開口 2aがゥエル底部 14aの底面に接する(図 3に おいて、 H2 = 0)まで分注ノズル 2を降下させてよい。また分注ノズル 2はゥエル底部 14aの底面略中央に向かって降下移動されることが好ましい。
[0033] 8)そして、シリンジ本体 310内へプランジャ 311を押し込むことにより、図 3 (b)の如く 、分注ノズル 2の先端開口 2aからゥエル 1 1が要求する微量の液体 Fを吐出する。この ときゥエル 11内部の液体 Fに空気が混入するのを防ぐために、分注ノズル 2内部に液 体 Fを残すようにする。このようにゥエル 11内部にゥエル底部 14aの環状の段部によ つて形成される段差 11cよりも下方で液体 Fが吐出されることにより、該吐出された液 体 Fは先ずゥエル底部 14aの底面又は内周面に接触してから上昇するので、前記吐 出された液体 Fが初めに段差 1 1cの上面に接触した際に、液体 Fの表面張力により 液体 Fが段差 1 lc上方のゥエル 11内周面に沿って環状に付着することによって生じ る膜が形成されるのを防ぐことができる。これにより複雑な制御機構を使用しなくても 、ゥエル 11内部に空気層が形成されるのを防止することができる。また空気層によつ て液体 Fがマイクロ流路 13aに導入され難くなるのを防ぐことができるので分析精度の 低下を低減できる。
[0034] 9)そして、分注ノズル 2をノズル駆動部 6によってゥエル 11より上方に上昇して、ゥェ ノレ 11内部への液体 Fの吐出が終了する。
[0035] なお本実施形態の分注装置 1は、図 3 (a)中の符号において、分注ノズル 2の先端の 径は D2 = 0. 5mm、ゥエル底部 14aの深さ方向の幅すなわち高さは HI = 0· 7mm 以上、ゥエル底部 14aの径は Dl = l . 2〜2· 2mmが好ましぐ D2 X 2 < D1であるこ とが好ましい。
[0036] 本実施形態における分注装置 1は上記のような構成とした力 S、本発明はこれに限られ るものではなぐ例えばマイクロチップ 10の複数のゥエル 11に同時に液体を供給する 用途に使用される、複数の分注ノズルを備える分注装置であってもよい。
[0037] 次に本発明にかかる別の実施形態 2の分注装置を説明する。なお本実施形態の分 注装置は上記実施形態の分注装置 1に緩衝機構 20を追加したものであるため、該 緩衝機構 20についてのみ説明する。ここで図 4に緩衝機構 20の構成図を示す。
[0038] 本実施形態の緩衝機構 20は、図 4に示す如ぐ分注ノズル 2の後端を固定支持する 支持部材 21と、図示しない昇降機構及び水平機構に固定され、これら機構と連動し て移動制御される固定部材 22と、上端が支持部材 21と、下端が固定部材 22とそれ ぞれ係合する弾性部材としてのばね部材 23とを備えている。
[0039] 緩衝機構 20は、上述した分注ノズル 2の下降移動によって、該ノズル 2の先端開口 2 aとゥエル底部 14aの底面とが接触する際に、例えば分注ノズル 2がノズル駆動部 6に よって過度に下降移動された場合に、ばね部材 23の反発力によって支持部材 21を 介して分注ノズル 2を相対的に上方に移動させる。これにより分注ノズル 2の先端開 口 2aはゥエル底部 14aの底面との接触を緩衝することができるので、分注ノズル 2及 びマイクロチップ 10の破損、ノズル駆動部 6の精度の低下等が防止できる。
[0040] なお本実施形態の緩衝機構 20は上記のように構成したが本発明の緩衝機構はこれ に限られるものではなぐ分注ノズル 2を相対的に上方に移動できれば、例えばゥェ ル底部 14aを移動させる機構であってもよい。
図面の簡単な説明
[0041] [図 1]本実施形態の分注装置の構成図。
[図 2]本実施形態のマイクロチップの斜視図及び断面図。
[図 3]本実施形態の分注装置によるゥエル内部への液体の分注を説明する図。
[図 4]緩衝機構の構成図。
[図 5]本発明の課題を説明する図。
符号の説明
[0042] 1 分注装置
2 分注ノズル
2a 先端開口
3 ポンプ手段
310 シリンジ本体
310a 揷人口
310b 液体導入口 310b
31 1 プランジャ
312 Oリング
313 Oリング押え
32 ポンプ駆動部
4 液体タンク
41 ポンプ
42 電磁弁
5 配管 51 第一の配管
52 第二の配管
6 ノズル駆動部 (移動手段)
7 液面検知部
8 制御部 (制御手段)
9 液体収容容器
10 マイクロチップ
11 ゥエル(液体収容部)
11 a 上端開口
l ib ゥエルテーパ部
11c 環状段部
12 ガラス板 (透明な板状部材)
13 第一の基板
13a マイクロ流路
14 第二の基板
14a ゥエル底部(連通穴)
A 空気
F 液体
S 膜
w 水

Claims

請求の範囲
[1] 一端に開口を有し内部に液体を収容可能なゥエルを備え、該ゥエルの他端と連通 するマイクロ流路が内部に形成されたマイクロチップの、前記ゥエルの内部に液体を 吐出する分注装置であって、
前記ゥエルが、前記他端に内方に向かって突出する環状の段部で構成されるゥェ ル底部を有するものであり、
先端開口を有し、後端に配管が接続されて、前記先端開口から液体を吸引及び吐 出する分注ノズルと、
前記配管と接続し、前記分注ノズルへ吸引圧及び吐出圧を供給するポンプ手段と 前記分注ノズルを少なくとも前記ゥエルの深さ方向に相対移動させる移動手段と、 前記分注ノズルを前記移動手段により前記先端開口が前記ゥエル底部に位置する まで前記相対移動させた後に、前記先端開口から液体を先ず、前記ゥエル底部の底 面及び/又は内周面に接触させて吐出させる制御手段を備えてなることを特徴とす る分注装置。
[2] 前記制御手段が、前記先端開口が前記ゥエル底部の底面から所定距離離れる位 置に前記分注ノズルを前記相対移動させることを特徴とする請求項 1に記載の分注 装置。
[3] 前記分注ノズルが緩衝機構を備え、該緩衝機構を介して前記移動手段により前記 相対移動されることを特徴とする請求項 1に記載の分注装置。
[4] 前記緩衝機構が弾性部材により構成されて!/、ることを特徴とする請求項 3に記載の 分注装置。
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