JP4762237B2 - 流体取扱装置 - Google Patents

Description

本発明は、ピペット操作装置の様な試料取扱器具に関する。より具体的には、本発明は、物質の試料を吸引し供給するためのプランジャー操作式ピペットに関する。

複数のピペット操作装置を有する試料取扱器具は、例えば、予め決められた量の物質を１つの作業領域から取り出して別の作業領域に供給することが必要な、蛋白質や染色体の研究で、そして研究室的及び臨床的処置で広く使われている。これらの装置は、物質の試料を、微量滴定トレイ、分離されたＤＮＡ細片を有するゲル、及び他の物質保持装置の様な、様々な異なる種類の作業領域の間で移動させるのに使用される。その様な器具の中には、広く知られている９６ウェル又は３８４ウェル・プレートの様な微量滴定トレイのウェルに対応する配列に配置された複数のピペット操作装置を有しているものもある。この配置を使えば、微量滴定トレイのウェルに同時に入れ、そこから同時に取り出すことができるので、微量滴定トレイ内の複数の試料を処理する速度が上がる。

器具内のピペット操作装置は、通常、流路内で動くプランジャ又はピストンを含んでいる。プランジャは、或る方向に動かされると液体を流路内に引き込み、即ち、試料を対応する針又はピペットの先端で吸引し、反対方向に動かされると、液体を流路から放出し、即ち試料を供給する。プランジャと流路の間には、通常、シールが設けられており、プランジャが流路の中で動かされるときに差圧を作り出す。一般的に、プランジャは、高度に研磨されるなどして平滑な表面となっており、流路に取り付けられているＯリング又は他の部材と、シールを形成している。

物質をピペットに吸引しピペットから放出するには、シールの無欠性が重要である。従って、シールにとっては長い有効寿命と信頼性が望ましい。

本発明の或る態様では、プランジャ及び／又は流路は、ピペット操作装置の使用寿命及び／又は体積精度を改善するため、手が加えられている。或る例証的実施形態では、プランジャ及び／又は流路は、溝、窪み、突起、空洞などの様な、プランジャと流路の間のシール部に非平滑面を形成する表面造形を含むシール面を有している。例えば、プランジャは、１つ又は複数の溝の形をした表面造形を有しており、プランジャの溝が形成された部分は、プランジャが流路の中を動いて試料を吸引及び／又は供給するときに、流路に取り付けられた弾性シール部材と密封係合する。発明人は、従来の装置に見られる典型的な平滑接触面の代わりに、少なくとも部分的に、表面造形を設けると、装置の性能が改善されることを、予期せず発見した。予期せず発見された、改善された性能特性には、長い摩耗寿命、軽減した保守、改善された体積制御、が含まれている。

本発明による或る例証的実施形態では、液体取扱装置は、流体を受け入れ、排出するための端部を有する少なくとも１つの流路を備えた本体を含んでいる。プランジャは、流路内で軸方向に動くように構築され配置されており、接触面には、非平滑面を形成する表面造形が設けられている。シールは、流路内に設けら、プランジャの一部分を本体の一部分に密封係合させ、表面造形を含む接触面の少なくとも一部が、シールの部分に配置されている。プランジャが流路内で動くと、本体がプランジャに対してシールの部分で動き、流体が流路の端部を流れるようになる。

本発明の或る態様では、表面造形は、１つ又は複数の溝、穴、凹部、隆起、突起、空洞、窪みなどを含んでおり、例えば、エラストマー部材の接触面との接触によって形成されるシールの部分で密封係合される接触面の部分に設けられている。

本発明の別の実施形態では、液体取扱装置は、少なくとも１つの流路を備えた本体と、流路と連通する針と、を含んでいる。この装置は、更に、流路内で軸方向に動くように構築され配置されたピストンを含んでいる。係合面には潤滑するための表面手段が設けられており、シールは、流路内に設けられ、係合面と密封接触する。ピストンが動くと、係合面とシールが相対運動して、流体が針の中を流れる。

本発明の別の態様では、液体取扱装置は、少なくとも１つの流路を備えた本体と、流路と連通する針であって、流体を受け入れ、排出するための開いた端部を有している針と、を含んでいる。この装置は、更に、流路内で軸方向に動くように構築され配置されたプランジャを含んでいる。プランジャは、少なくとも１つの溝が設けられた接触面を有している。流路にはＸリングが取り付けられ、プランジャの接触面と密封係合している。プランジャが流路内で動くと、接触面とＸリングが相対運動し、流体が針の開いた端部を通って流れる。

本発明の上記及びこの他の態様は、例証的実施形態に関する以下の説明と、特許請求の範囲とから明白及び／又は自明となるであろう。

本発明の各態様は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めば明確に理解頂けるであろう。なお、図中、同様の造形には同様の番号を付している。
以下、本発明の様々な態様について、例証的な実施形態を参照しながら説明する。しかしながら、本発明は、これら以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、適していればどの様なシステム又は装置にでも使用できるものと理解されたい。

本発明の或る態様では、試料取扱器具は、本体内の流路の中を軸方向に動くように配置されたプランジャを備えている本体を含んでいる。流路内に設けられたシールは、接触面と密封係合している。或る実施形態では、シールは、プランジャ上に設けられた接触面と係合する、流路上に設けられたシール部材で形成されているが、シール部材と接触面の位置はこの逆でもよい。プランジャを流路内で軸方向に動かし、例えば試料を吸引又は供給すると、シール部材と接触面は互いに相対運動を行い、運動の間、互いの密封係合を好適に維持する。

本発明の或る態様によれば、シールとの係合部分が平滑な接触面となっている従来型の液体取扱装置とは対照的に、接触面は、織り目、無数の小孔、溝、穴、凹部、窪み、突起、隆起、空洞、及び／又は孔を含む表面造形を有している。潤滑剤が表面造形に部分的に入り込んで、接触面とシールの間に密封係合を作り出し、及び／又は他の可動面を潤滑する働きをしており、構成要素の摩耗を低減する結果になっている。即ち、表面造形の潤滑剤は、（従来型の平滑面の装置でのようにシール部材によって拭き取られるのではなく）表面造形に保持され、可動部品の潤滑を助けている。更に、表面造形は、部品間の貼り付き及び／又は動摩擦を低減し、プランジャの運動をより制御できるようにして、より正確に体積制御を行えるようにしている。

表面造形を有する接触面は、セラミック、プラスチック、ガラス、金属、又は適していればどの様な材料の組み合わせでも作ることができる。シールは、エラストマーシール部材、例えば、Ｏリング、Ｘリング又は他の適した装置の様な、適していればどの様なシール装置で形成してもよく、本体又はプランジャの何れに取り付けてもよい。シールは、プランジャと本体の対応する部分の密接嵌合で、適したベアリングで、又は他の適した装置で形成され、必ずしも弾性装置又は他のシール部材で形成されている必要はない。

本発明の更に別の態様では、接触面とシールの相対運動の間、接触面は、シール部材、例えばＸリングと少なくとも２つの接触点で係合する。この様な配置にすると、シールと接触面の間の密封係合又は潤滑が行い易くなり、装置の各構成要素の長い摩耗寿命、保守の軽減、緻密な体積制御の様な改善された性能特性が促進される。

本発明の様々な態様を組み込んだ試料取扱装置１０の例証的実施形態を、図１に示している。装置１０は、微量滴定トレイ、分離されたＤＮＡ細片の入ったゲル、又は他の生物学的物質などの様な、１つ又は複数の作業領域で物質を取り出し及び／又は供給するために、針１２を含んでいる。針１２は、交換可能なピペット先端（図示せず）、又は物質を取り扱うのに適した他の装置が取り付けられているか、又は、当該技術では既知の様に、直接物質を取り扱うように構成されている。ここで述べる限りにおいて、装置１０は、流体を吸引及び供給するために使用されている。しかしながら、本発明の態様は、その様に限定されるものではなく、流体であるなしに関わらず、どの様な物質を取り扱うのにも使用できるものと理解されたい。ここで用いる「流体」という用語は、気体及び／又は液体及び／又は固体物質を含む液体を指す。

装置１０は、手動で又は当技術では理解頂けるようにロボットを使っての何れかで動かして、１つ又は複数の針１２を微量滴定トレイ又は他の試料保持装置に対して位置決めする。適していればどの様な数の針１２をどの様なパターンで配置してもよく、例えば、針が、標準的な９６ウェル、３８４ウェル、又は他の寸法構成の微量滴定トレイ又は他の試料保持器と相互協働できるようなパターンに配置してもよいものと理解されたい。この様に、この例証的実施形態は、提示の簡便さと容易さを図るために使用しているものであり、本発明の態様に制限を課すもの解釈すべきではない。これも理解頂けるように、１つ又は複数のプランジャ１８を動かして１つ又は複数の針１２を作動させ、試料保持装置内のウェルから試料を吸引し、又はウェルに試料を供給する。当業者には理解頂けるように、針１２を作動させて他の物質取扱操作、例えば、コロニー又はプラークのピッキング、を実行することもできる。その様な物質取扱の目的と方法は、当業者には周知であるので、ここでは詳細に述べない。

この例証的実施形態では、装置１０は、上側部分又はリフトプレート１４ａと下側部分１４ｂを備えた本体又はブロック１４を含んでいる。本体１４は、適していればどの様な方法で形成してもよく、例えば、上側及び／下側部分１４ａと１４ｂは、溝、流路を有する多層のプラスチック材料で作ってもよいし、他のやり方で形成して後で組み立てて所望の流路などを器具本体内に作ってもよい。これらの層は、例えば、加熱し、一体にプレスして一体のブロックを形成するなどして、一体に接合してもよい。穴２０は、本体１４を型枠又は他の支持構造に締結するために使用されるが、ロボットを使う場合、本体は、ロボット装置の対応するコネクタと係合し、器具に電力、制御信号、流体供給などを提供するコネクタを含んでいてもよい。適していればどの様な駆動機構（図示せず、例えば、上側部分１４ａの下側部分１４ｂに対する運動を案内するガイド、上側部分１４ａを動かす駆動力を作り出すリニアモーター、上側部分１４ａの下側部分１４ｂに対する位置をフィードバックするリニアエンコーダを含む）を設けて、本体１４の上側部分１４ａを下側部分１４ｂに対して、例えば矢印Ａで示す方向に動かしてもよい。この様な運動によって、上側部分１４ａで上端２２が支持されているプランジャ又はピストン１８は、流路１６内を下側部分１４ｂに対して或る運動の範囲内で動き、圧力差を作り出して、対応する針１２に試料を吸引／供給させる。シール２４は、プランジャ１８の運動が針１２を作動させるための適した圧力差を作り出すように、流路１６それぞれに形成されている。装置１０は、必ずしもこの例証的実施形態に示す様に正確に作られている必要はなく、他の機構を使って針１２を作動させてもよい。

図２は、本発明の或る態様による、本体１４内に配置されているプランジャ１８の断面図である。シールは、プランジャ１８と本体１４の相対運動によって流路１６内に圧力変化が作り出されるように、プランジャ１８と本体１４の間に形成される。シールは、プランジャ１８と流路１６の密接嵌合によって、及び／又は別のシール装置によって形成される。この実施形態では、エラストマー部材の様な１つ又は複数のシール部材２４が流路１６の中に取り付けられ、対応するプランジャ１８の係合又は接触面３２（この例ではプランジャ１８の外面）と接触し、流体が流路１６内でプランジャ１８を通過して流れるのを阻止する。シール部材２４は、代わりにプランジャ１８に取り付けて、プランジャ１８と共に本体１４に対して運動するようにしてもよい。（プランジャ１８、流路１６又は他の何処かの）接触面３２は、プランジャ１８の運動範囲の少なくとも一部分でシール部材２４と接触する表面造形３４を含んでいる。表面造形３４は、先行技術による装置とは対照的に、シール部に比較的粗い面又は非平滑面を作り出す。驚くことに、表面造形３４は、ピペット操作の場合に適したシール面を提供し、なお且つ摩耗を軽減させ、場合によっては使用寿命を長くすることが解った。

図３は、螺旋形の溝４６として形成された凹部４４を含む、或る型式の表面造形３４の例証的実施形態を示している。溝４６は、１−２ｍｍ以下の様な、任意の適する幅Ｗと深さＤを有している。溝４６の各部分４８は、任意の値である間隔Ｓを空けて設けられている。溝４６を配置することによって、潤滑剤が溝４６を満たし、接触面３２とシール部材２４の間に密封係合が保たれる。図示のように、溝４６は、１本の連続する渦巻又は螺旋として形成されている。しかしながら、１つ又は複数の溝４６を何らかの適したやり方で設け、例えば、溝４６を任意の所望の角度で交差させ、同じか又は異なる幅Ｗ、深さＤ、及び間隔Ｓを持たせてもよいものと理解されたい。例えば、図４に示すように、溝４６の各部分４８が互いに成す角度θは、何らかの適したやり方で変化してもよい。

図３は、或る特定の実施形態に関する或る型式の表面造形３４を示しているが、本発明による表面造形３４は、接触面３２の少なくとも一部に設けられた、どの様な適する織り目、凹部、窪み、突起、空洞、孔、溝、無数の小孔、又は他の造形、又はそれらの組み合わせを含んでいてもよい。表面造形３４は、一様でもよいし、及び／又は接触面３２上に規則的に配置されていてもよい。代わりに、表面造形３４は、不規則でもよいし、及び／又は接触面３２上に無作為に配置されていてもよい。

図５は、本発明の態様に使用される他の表面造形３４を示している。例えば、接触面３２の一部は、多孔質で、表面２８に開口する無数の小孔５０を含んでいてもよい。本発明の或る態様では、無数の小孔は、プランジャの内側から、例えば、プランジャ内側の１つ又は複数の流路を通して、潤滑剤を供給する役を果たす。代わりに、表面造形３４は、図５に示す様に、様々な凹部４４及び／又は突起５２を含んでいてもよい。凹部４４と突起５２は、どの様な適した形状及び／又は寸法及び／又は向きなどを有していてもよく、どの様な適した深さＤ、幅Ｂ、又は高さＨを有していてもよいものと理解されたい。これらは、接触面３２の回りに、規則的に又は無作為に配置してもよい。別の実施形態では、凹部、突起及び／又は他の造形は、接触面３２の少なくとも一部の上に織り目５４を形成している。織り目５４は、接触面３２の一部を粗し又はエッチングすることを含め、多種多様な表面処理を含んでいる。

本発明の或る態様では、シール部材２４は、図２に示すように、軸方向に間隔を空けて位置し軸方向に異なる位置で接触面３２と個々に係合する２つの接触点４０と４２を有している。接触点４０と４２は、任意の適した距離Ｂだけ、互いに間隔を空けて位置している。本発明の或る態様では、シール部材２４は、図示の様に、接触面３２と係合する２つの接触点を含むＸリングを含んでいる。或る実施形態では、この構造は、表面造形３４を有する接触面３２と共に使用する場合、例えば、流体密封シールを形成し且つ潤滑をやり易くすることにより特別に効果的であることが解っている。シール部材２４は、１つ又は複数のＯリングを含め、どの様な適したシールでもよいものと理解されたい。シール部材２４は、シール部材２４を流路１６に形成された取り付け凹部３８内に嵌め込み又は接着接合することを含め、当技術で既知のどの様な適したやり方で取り付けてもよい。

図示の実施形態では、シールは弾性シール部材で形成されているが、シールは、プランジャ１８と流路１６の密接嵌合、適したベアリング、又は他の装置の様な、他の方式で形成してもよい。この実施形態では、シール部材２４は、流路１６に対して静止したままであるが、別の実施形態では、プランジャ１８と共に動き、流路の壁の係合面と接触している。また別の実施形態では、接触面３２は、例えば、プランジャ１８が管状の形状を有している場合は、プランジャ１８の内面上に形成され、シールは、プランジャ１８の内側に、例えば、管状のプランジャ１８の内側のステム上に保持されたシール部材によって形成されている。

プランジャ１６上にある潤滑剤は、少なくとも部分的には表面造形３４と係合し、シール部に密封係合を作り出す支援をする。或る実施形態では、表面造形３４に保持されている潤滑剤は、シールを、表面造形３４に捕捉されている潤滑剤を使って自己潤滑する。この動作は、装置の各種部品の摩耗を低減する。潤滑剤は、例えば、オイル、グリースなど適していればどの様な材料でもよい。この様に、表面造形３４は、例えばシール部で、可動部品を潤滑する表面手段として機能する。この潤滑機能は、潤滑剤を表面造形３４に、例えば、溝の中又は突起の間などに保持し、潤滑剤を表面造形に供給することによって、例えば、潤滑油をプランジャ内の圧力が掛かった状態でプランジャ接触面３２上の無数の小孔に供給することによって、実行される。

上記表面造形３４は、何れも、単独で又は互いに組み合わせて、無作為及び／又は規則的なパターンで、接触面３２の少なくとも一部の上に使用することができる。表面造形３４は、丸くても、湾曲していても、又は角度の付いた縁部を有していてもよい。表面造形３４の寸法及び／又は形状は、互いに同じでも異なっていてもよい。更に、特定の表面造形３４について図示し説明してきたが、表面造形３４は、ここに記述したこれらの実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、この他数多くの適した表面造形３４を導き出せるものと理解されたい。

表面造形３４の無数の小孔５０、凹部５２、突起５４、溝４６などは、適していればどの様な材料で、どの様な方法で形成してもよい。或る好適な実施形態では、表面造形３４又は接触面３２は、少なくとも部分的にはセラミックで形成されている。表面造形３４は、機械加工、モールド成形、研磨、エッチングを含め、適していればどの様な工程で形成してもよい。表面造形３４を有する接触面３２を含んでいる流路１６又はプランジャ１８は、先ず自身が形成され、次に、表面造形３４が接触面３２に施される。例えば、プランジャ１８は、先ず鋳造又はモールド成形され、次いで、表面造形３４が接触面３２に機械加工されるか、又はプランジャ１８と表面造形３４が別々に形成され、次に一体に組み立てられる。代わりに、表面造形３４と流路１６又はプランジャ１８を同時に、例えばモールド成形で形成してもよい。

表面造形３４は、プランジャ１８の運動の全範囲に亘ってシールと常に接触しているわけではない。そうではなくて、シールは、運動範囲の或る部分では、接触面３２の比較的平滑な部分に形成され、次いで運動範囲の別の部分では、接触面３２の表面造形３４の部分に形成される。

プランジャ１８は、中実であるように描いているが、中空でもよいし、当技術では既知のように、プランジャ内に流体の通路を設けてもよい。プランジャ１８と上側及び下側部分１４ａと１４ｂは、セラミック、プラスチック、ガラス、又は適した金属の様な、適していればどの様な材料で作ってもよく、流路と他の造形は、適していればどの様な方法で、どの様な工程で形成してもよい。

以上、本発明を、様々な例証的実施形態を参照しながら説明してきたが、本発明は、説明した実施形態に限定されるものではない。即ち、説明した実施形態に対する多くの代替案、修正案、派生案が当業者に自明であろうことは明白である。従って、ここに述べた本発明の実施形態は、例証を意図したものであり、本発明に制約を課すものではない。本発明から逸脱すること無く、様々な変更を加えることができる。

本発明による、試料取扱装置の概略図である。 本発明の或る態様による、プランジャ、シール、及び流路の断面図である。 図２のプランジャの側面図である。 図３のプランジャの詳細図である。 本発明による、代替表面造形の詳細図である。

Claims (19)

1. 流体取扱装置において、
   流体を受け入れ、排出するための端部を有する少なくとも１つの流路を備えている本体と、
   前記流路内で軸方向に動くように構築され配置されているプランジャと、
   前記本体に取り付けられるとともに前記流路内に設けられたシール部材であって、前記プランジャの一部を前記本体の一部に密封係合させるシール部材と、
   前記プランジャに形成され非平滑面を形成する表面造形を含んでいる接触面であって、前記接触面の少なくとも一部が、前記プランジャが軸方向に動く範囲内で前記シール部材に接触するように位置付けられた前記表面造形を含んでいる、接触面とを備えており、
   前記プランジャが前記流路内で動くと、前記プランジャが前記本体及び前記シール部材に対して動き、流体が前記流路の前記端部で流れ、
   潤滑剤が、少なくとも部分的に、前記接触面の前記表面造形内に保持されていて、前記シール部材において前記密封係合を提供することを助けている、装置。
2. 前記表面造形は、少なくとも１つの凹部を含んでいる、請求項１に記載の装置。
3. 前記凹部は、少なくとも１つの溝を含んでいる、請求項２に記載の装置。
4. 前記表面造形は、少なくとも１つの突起を含んでいる、請求項１に記載の装置。
5. 前記表面造形は、多孔質の表面を含んでいる、請求項１に記載の装置。
6. 前記接触面は、セラミックで形成されている、請求項１に記載の装置。
7. 前記接触面上の間隔を空けた位置で密封係合するように構築され配置されている少なくとも２つの接触点を備えているシール部材を更に備えている、請求項１に記載の装置。
8. 前記シール部材は、Ｘリングを含んでいる、請求項７に記載の装置。
9. 前記流路は、複数の流路の内の１つであり、各流路は、流体を受け入れ、排出するための開いた端部を有しており、
   前記プランジャは、複数のプランジャの内の１つであり、各プランジャは、対応する流路と関係付けられており、
   前記接触面は、複数の接触面の内の１つであり、各接触面は、表面造形を含んでおり、
   前記シール部材は、複数のシール部材の内の１つであり、各シール部材は、対応する流路内に設けられており、対応するプランジャの一部分を前記本体の一部分に密封係合させる、請求項１に記載の装置。
10. 流体取扱器具において、
    少なくとも１つの流路を備えている本体と、
    前記流路と連通している針と、
    前記流路内を軸方向に動くように構築され配置されているピストンと、
    前記本体に取り付けられるとともに前記流路内に前記ピストンと前記本体との間に設けられたシール部材であって、前記ピストンの一部を前記本体の一部に密封係合させるシール部材と、
    前記ピストンに形成され潤滑剤を保持するための非平滑面を形成する表面造形を含む係合面であって、その係合面の少なくとも一部が、前記ピストンが軸方向に動く範囲内で前記シール部材に接触するように位置付けられている、係合面とを備えており、
    前記ピストンが前記流路内で動くと、流体が前記針の中を流れる、器具。
11. 潤滑剤が、少なくとも部分的に、前記係合面上の前記表面造形内に保持されていて、前記シール部材において前記係合面の密封接触を提供することを助けている、請求項１０に記載の器具。
12. 前記表面造形は、少なくとも１つの凹部を含んでいる、請求項１０に記載の器具。
13. 前記凹部は、少なくとも１つの溝を含んでいる、請求項１２に記載の器具。
14. 前記表面造形は、少なくとも１つの突起を含んでいる、請求項１０に記載の器具。
15. 前記表面造形は、多孔面を含んでいる、請求項１０に記載の器具。
16. 前記係合面は、セラミックで形成されている、請求項１０に記載の器具。
17. 前記シール部材が、前記接触面と密封係合するように構築され配置された少なくとも２つの接触点を含んでいる、請求項１０に記載の器具。
18. 前記シール部材は、Ｘリングを含んでいる、請求項１７に記載の器具。
19. 前記流路は、複数の流路の内の１つであり、
    前記針は、複数の針の内の１つであり、各針は、対応する流路と連通しており、
    前記ピストンは、複数のピストンの内の１つであり、各ピストンは、対応する流路と関係付けられており、
    前記係合面は、複数の係合面の内の１つであり、各係合面は、非平滑面を形成する表面造形を含んでおり、
    前記シール部材は、複数のシール部材の内の１つであり、各シール部材は、対応する流路内に設けられていて、対応するピストンの一部分を前記本体の一部分と密封係合させる、請求項１０に記載の器具。

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