JP4084034B2 - 液体サンプルを吸入し分配する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、このタイプの複数の装置を含むシステムと同様に、独立請求項１の前文にしたがう、液体サンプルを吸入し分配する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ピペットが正しく操作される場合、液滴は自然にピペット先端を離れるので、１０ｕｌ以上の体積の液滴が非常に容易に大気から分配され得ることは知られている。液滴サイズは、それから表面張力または粘性のようなサンプル液体の物理的な特性によって決定される。液滴サイズは、このように分配されるべき液体の量の分解能を制限する。
【０００３】
吸入することおよび分配すること、すなわち１０ｕｌ未満の体積の液体サンプルをピペットで移すこと、は、対照的に、概してそのような小さいサンプルの分配を補償する器具および技術を必要とする。ピペット先端、すなわち、サンプル液体を吸入し、および／または分配するために装置のエンドピース、で液体を分配することは、大気から（「空気から」）または表面にふれることによって起こることができる。この表面は、その内部に液体サンプルが分配されるべきコンテナ固体の表面（「先端タッチ上」）であり得る。それは、また、このコンテナ内の液体の表面（「液体表面上」）であり得る。分配することに続く混合手順は勧められる ― 特にナノリットルまたはピコリットルさえの範囲の非常に小さいサンプル体積のために−その結果、希釈剤内のサンプル体積の均一な分配は確実にされる。
【０００４】
使い捨ての先端は、サンプル（汚染）の一部の意図しない移転の危険を著しく減らす。形状寸法および材料が非常に小さい体積の正確な吸入および分配のために最適化されている単純な使い捨ての先端は知られている（いわゆる「空気−置換先端」）。ポンププランジャを内部に有する、いわゆる「ポジティブ−置換先端」の使用は、また、知られている。
【０００５】
ピペットで移す手順のオートメーションのために、２つの手順は互いに区別されなければならない：定義された液体サンプルの吸入および続く液体サンプルの分配。これらの手順の間に、一般的に、ピペット先端は実験者またはロボットによって移動され、その結果、液体サンプルの吸入位置は液体サンプルの分配位置と異なる。吸入および分配の精度のためには、ポンプ（例えば、注射器ポンプのようにインプリメントされた希釈するもの）、細管、およびエンドピース（ピペット先端）を含む液体システムだけが必須である。液体の高精度な吸入および分配のための多くの可能なポンプの中で、米国、カリフォルニア、 Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ のＣａｖｒｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社により販売され、ＣＡＶＲＯ ＸＬ ３０００ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｕｍｐ」または「ＣＡＶＲＯ ＸＰ３０００ ｐｌｕｓ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｕｍｐ」の名前の商業的に利用可能な装置が、例えば、それら自身を証明した。そのようなポンプは、その中で移動可能なピストンを伴うシリンダおよびピストンを駆動するためのステッピングモータを含む。ステッピングモータは、２４Ｖの電圧で作動し、外部コンピュータまたはマイクロプロセッサによって制御される。更なる詳細は、例えば、Ｃａｒｖｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ 社からの「Ｏｐｅｒａｔｏｒｓ Ｍａｎｕａｌ Ｐ／Ｎ ７２４０４３Ｃ」で見つけられることができる。
【０００６】
装置および対応する方法は、Ｕ．Ｓ．５，７６３，２７８から知られている。それらは、ピペッティング針を含んでいる装置で少ない体積の自動的なピペッティング、注射器を有する液体出口を有する希釈するもの、およびバルブを含む。注射器は、ピストンおよびピストンドライブを含む。ラインは針および希釈するものの液体出口を接続し、希釈するものおよびラインは本質的に圧縮できない液体を含んでいる。ラインの液体内に少なくとも０．０１Ｎｓの力で機械的パルスが直接出力されるように、パルス発生器は装置内に位置されて、ラインの中で圧縮できない液体に接続されている。このタイプのパルスは、液体を針から追い出すための役に立つ。希釈するものでの体積を定義することによって、液滴サイズおよびその再現性は、希釈するものの解像度に依存し、それによって制限される。
【０００７】
ピストンポンプおよび圧電素子の形のパルス発生器を含むこのクラスのピペッティング装置は、ＪＰ ０９ ３２７６２８から知られている。圧電素子は、また、ピストンの前板であって、分配する手順を終了させるために使われる。ピストンは、その下方への移動によって液体の大部分をもたらし、圧電プレートの作動中にブロックされる。圧電プレートの運動方向は、この場合ピストンのそれと対応する。分配される体積の一部は、このように常にピストンの移動に依存し、そのため、ピストン運動の再現性はピペッティング装置の解像度を制限する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、分配される液滴のサイズおよびそれらの再現性が希釈するものの分解能に依存しないピコリットルレンジまでの液体サンプルを吸入し、分配する装置を提案することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的は、独立の請求項１の特徴によって達成される。追加の特徴は、従属する請求項から生じる。本発明は、今すぐに、好ましい典型的な実施例を例示するが、本発明の範囲を制限しない概略図面を参照して更に詳細に説明される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、液体サンプルを吸入し、分配するための、ポンプ２を有する装置１を示す。このポンプは円筒形のチャンバー３を備え、引き続いて、このシリンダ内において移動可能なピストン４と、ピストンに係合するピストンドライブ５とを備えている。加えて、この装置１はパルス発生器６を備える。それは ― サンプルを液体から分配することをもたらすために ― この液体内に圧力波を生成するためにインプリメントされる。エンドピースおよび／または先端８は、ライン７を通して円筒形のチャンバー３に接続される。この先端８は、ポンプ２のボディおよび／またはシリンダーブロック３'に直接付着するスチール針として示されている。スチール針としてインプリメントされる先端８は、好ましくは、移行なしでポンプ２の円筒形のチャンバー３に隣接し、そのため、スチール製のピペット先端はポンプの円筒形のチャンバー３の連続的に狭くなることを表す。このデザインは、望ましくない渦の発生を防止し、ピペットされるべき液体内でパルス発生器６により起こされる圧力波の妨げられない拡大を許容する。
【００１１】
ピストンドライブ５は、第１のドライブ９と、パルス発生器６としてインプリメントされる第２のドライブ１０とを備えている。この第１のドライブ９は、好ましくはロータリースピンドルドライブとしてインプリメントされ、スピンドル１１およびこのスピンドルで移動可能な第１のプレート１２を備えている。第２のドライブ１０は、第１のプレート１２を伴うパルス発生器６を経て接続され、ピストン４に係合する第２のプレート１３を備えている。
【００１２】
円筒形のチャンバー３およびピストン４で定義された空間、ライン７、および先端８は、好ましくはコヒーレント液体コラムで満たされ、そのため、分配される液体サンプルの体積は、与えられた先端の形状寸法のために、パルス発生器６によって生成される単一のパルスのパラメータだけによって定義される。
【００１３】
円筒形のチャンバー３は好ましくは５から２００ｕｌを含み、そして、パルス発生装置６はこの場合には圧電素子１４のプレロードされているスタックとしてインプリメントされる。更なる結果は、ピペッティングがまたライン７内の気泡および／または「エアギャップ」でなされ得ることを示す。
【００１４】
図１の図示にも拘わらず、液体のピペッティングのための先端８は、他の材料でできている針として、またはプラスチックでできている使い捨ての先端としてインプリメントされることができる。一般に、円筒形のチャンバー３から先端８への移行は、それから、好ましくはいわゆる先端アダプタ８'で生じさせられる。そのような先端アダプタは、好ましくはステンレススチールから製造され、針または使い捨ての先端のための、例えばプラスチックから製造された安定できちんと合ったシートが確実にされるようなやりかたでかたどられて供給される。先端アダプタ８'および先端８間のＯリングの使用は、有利にこのシートおよび要求された不浸透性を補強することができる。
【００１５】
ポンプ２、ピストンドライブ５、パルス発生器６および先端８の特定の配列は、装置１の極めて細長い構成を許容し、そのため、それは特に、このタイプの複数の装置１を備え、液体サンプルを吸入し、分配するシステムの構成要素を形成することに適している。例えば、そのようなシステムは、ピペッタおよび／または（サンプルを分配するシステムの場合）ディスペンサである。そのようなシステムは、好ましくは、液体を例えば９６のウェル（分配すること）を有する標準マイクロプレートのウェルに分配するために、または１つのマイクロプレートから液体を吸入し、サンプルを他のマイクロプレート（ピペッティング）に分配するために使用される。（例えば３８４、８６４、１５３６またはより多くのウェルを有する高密度マイクロプレートを満たすための）サンプル体積の低減は、大きい重要性を割り当てられて分配されるサンプル体積の精度でますます重要な役割を演ずる。これらの多くのウェル内のサンプルの分配および／または移すことのための時間もまた重要である。平行して作動されることができる複数のピペットが、有効なサンプル分配のためおよび／または同じファクターにより移すことにために使用される時間を低減できることは明らかである。
【００１６】
原理的には、考察は、ｎ装置を有するシステム、またはｎ個のポンプ２、ｎ本のライン７およびｎ個の先端８を有し、第１のドライブ９および第２のドライブ１０およびｍ個のパルス発生器を有する少なくともそのようなシステムは、これらの構成要素の各々のうちの１つが備えられる単一の装置の分配時間の１／ｎを必要とするだけである。時間要因は、このように高密度マイクロプレートを満たす間、重要な役割を演ずる。これらの考察は、ｎが４の倍数、特に８、９６または３８４であり、ｍが整数、特に１、２または３である場合には特に重要である。
【００１７】
マイクロプレートのウェルの配置が二次元の配列に対応するので、ポンプ２、ピストンドライブ５、パルス発生器６および先端８のようなシステムの構成要素は好ましくは同様に配置される。コンパクトな構成を達成するために、ポンプ２および先端８は、同時に、互いに平行に配置される。そのような配置の例は図２に示されている。
【００１８】
生命科学分野における迅速なピペッタのための要求は、複数チャンネルピペッタの発展を駆り立てた。知られた解決法において、チャンネルおよび／または先端の数およびピペットで移されるべきサンプル体積のレンジの双方は変化する。ほぼ１ｕｌは、この場合において大気から自由に分配するための実際的な体積制限として仮定され得る。
【００１９】
４、８または１２のピペッティングチャンネルが１本のラインに分布される複数チャンネルシステムは、しばらくの間知られていた。先端は、どちらでも固定ラスタ（例えば、米国、カリフォルニア、Ｓｕｎｎｙｖａｌｅの安定したＣＡＶＲＯ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．社からのＭｉｎｉＰｒｅｐ装置シリーズ）内に配置され、またはそれらが１本のライン（例えば、Ｍａｅｎｎｅｄｏｒｆ ＣＨ８７０８， Ｓｅｅｓｔｒａｓｓｅ １０３のＴＥＣＡＮ Ｓｃｈｗｅｉｚ ＡＧからのＧＥＮＥＳＩＳ装置シリーズ）に沿って、広げられることができる。
ピペッティングチャンネルは、一つ以上の注射器を有するステッピングモータを経て共同で動作され、または同じ数の注射器としての希釈するものを経て個々に動作される。
サブマイクロリットルの範囲の体積のための複数チャンネルシステムは、固定された二次元の櫛（例えば、米国、ＣＡ ９２６１４、Ｉｒｖｉｎｅ、１７８５１Ｓｋｙ Ｐａｒｋ ＣｉｒｃｌｅのＣａｒｔｅｓｉａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社からのＰｉｘＳｙｓ４５００）の形において、またはＥＰ ０ ９５６４４９から知られている。ピペットのこれらの二次元の櫛は、しかしながら、概してサンプルのスループットのための現在の要求のためには、もはや充分でない。
【００２０】
３次元に配置された複数チャンネルピペッタは、また、知られている。それらは、９６本の個々のホースおよび９６個の個々の注射器を有し、共同のステッピングモータ（例えば、スイス、７４０２ Ｂｏｎａｄｕｚ、Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ２６のＨａｍｉｌｔｏｎ Ｂｏｎａｄｕｚ ＡＧからのＭＩＣＲＯＬＡＢ ＭＰＨ−９６ Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ）によって８つのグループにおいて各々駆動される９６台の先端装置としてインプリメントされることができる。このシステムは、多数の注射器およびモータのために非常に高価である。加えて、全てのホースから干渉する気泡を除去することは困難である。
カニューレを伴う３８４個の個々のガラス注射器までのアレイは、また、３８４マイクロプレートのラスタ内に配置された。注射器のプランジャは、１台の単一のステッピングモータ（例えば、米国、ＣＡ ９４０８９−２２１３、Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ、１２５０ Ｅｌｋｏ ＤｒｉｖｅのＲｏｂｉｎｓ ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃからのＨｙｄｒａ）によって、同時に移動される。この方法は、多くの注射器のために高価である。それは、使い捨ての先端のために拡張されることができない。
【００２１】
希釈するもの、注射器およびピストンの決まった場所に、金属ベローが、また、使われる（ＵＳ ５，６３８，９８６参照）。移動されるべきより小さい質量に起因して、大気から０．５ｕｌまでの分配体積（例えば、フィンランド、０２２７０ Ｅｓｐｏｏ、Ｌｕｏｔｅｉｓｒｉｎｎｅ ４のＦｌｕｉｌｏｇｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＯｙからのＬｉｌｉｐｕｔ Ｄｉｓｐｅｎｓｅｒ）のために適切な分配速度は成し遂げられる。しかしながら、不利な点は、例えば、金属ベローが、例えば希釈するもののようには調整されることができないことである。
【００２２】
三次元的に配置された複数チャンネルピペッタの最も頻繁な構成上の原理は、それに、および／またはその中に９６個または３８４個のピストンまたはプランジャが取り付けられたプレートを備える。
吸入し、および／または分配するためのピストンを有するこのプレートは、１つ以上のモータによって上下動される。
【００２３】
全てのこれらのシステム（金属ベローを除いて）の一般的な不利益は、サブマイクロリットルの範囲の体積が大気から直接に、接触なしでなく、「先端タッチ上に」または「液体表面上に」分配されることができるだけであるということである。本発明にしたがう複数チャンネルシステムは、対照的に、ピペット可能な体積がナノリットル範囲まで減少されることを許容する。
【００２４】
図２は、互いに平行に配置されたポンプ２および先端８のアレイを有し、液体サンプルを吸入し、分配するためのシステムを貫く断面図を示す。示される例は、１２ｘ ８、すなわち９６、のポンプ２および先端８の配列を象徴化する。このアレイは、９６個のウェルを有するマイクロプレートのフォーマットおよびレイアウトと対応する。このシステムの各々の構成要素は、円筒形のチャンバー３、このシリンダ内において移動可能なピストン４および、液体からのサンプルの分配をもたらすため、この液体内に圧力波を生成させるためにインプリメントされたパルス発生器６を有し、ピストン上に係合するピストンドライブ５を備えるポンプ２を有し、ライン７を通して円筒形のチャンバー３と接続された先端８を有し、パルス発生器６としてインプリメントされる第１のドライブ９および第２のドライブ１０を備えるピストンドライブ５を伴う、液体サンプルを吸入し、分配する装置１を備えている。各々の円筒形のチャンバー３は、好ましくは、予定の使用にしたがって考えられるレイアウトに依存する正確な範囲で５から２００ｕｌを含む。これらの装置は、それらが、円筒形のチャンバー３に注ぎ、円筒形のチャンバー３を洗い流しまたはすすぐためのチャンネル２７を備える点において特徴付けられる。１つのそのようなドライブ９、１０は、ピペッティングチャンネル毎に設けられることができるが、ドライブ９、１０の個々の部分は単純化され、またはサブアセンブリにおいて結合されることができる。
【００２５】
９６のピストン４の全マトリクスは、３本のスピンドル１１によって移動される。この場合、これらの３本のスピンドルは、シリンダ内のピストン４上に順番に作用するプレート１２上に、そして、３つの圧電スタック１４を経て、第２のプレート１３上に作用する。スピンドル１１は各々が１台の精密なモーター１７によって駆動され、そのため、第１のドライブ９は共同の第１のプレート１２に作用する３本の同時に回転するスピンドル１１を備える。第１のドライブ９は、液体吸入の間のピストン４の移動のため、および先端から液体サンプルを分配している間および／またはその後に先端８内に液体を供給するために役立つ。
【００２６】
第２のドライブ１０は、この場合、各々が第１のプレート１２と第２のプレート１３とを接続する圧電素子１４のプレロードされたスタックを有する３台のパルス発生器６を備える。これらの圧電アクチュエータによる振動なしで互いに接離するよう移動され得るようなやりかたで、２枚のプレート１２、１３は好ましくは永久に圧電スタックを経て互いに接続されている。圧電スタックの作動は、第２のプレート１３、およびしたがってまたピストン４を好ましくは最高２０ｕｌまで動かす。第２のプレート１３は、全ての９６個のピストン４上に同時に係合する。この目的のために、第２のプレート１３は、ピストン４の自由な端１９が係合し、および／またはこれらの端１９が保持される凹部１８を有する。９６個のピストン４は、互いに平行に配置される９６台のポンプのアレイの構成要素である。シリンダは、各々の中にピストン４が移動可能に配置されるシリンダーブロック３'の穴２１としてインプリメントされる。９６本のライン７および／または９６個の先端８は、シリンダチャンバー３に接続されている。
【００２７】
エンドピースおよび／または先端８は、各々のチャンネル（図１の下で記載されているように）のために、または対応する数、この場合は９６個の先端８、を有する先端プレート１６、１６'として、単独に、すなわち個々にインプリメントされることができる。図２において先端８の４つの例（左から右へ）が示され、この場合において、第１番目の３つは単独のスチール先端８として示され、第２番目の３つはスチール先端プレート１６として示され、第３番目の３つは単独の使い捨ての先端８として示され、第４番目の３つは使い捨ての先端プレート１６'として示されている。好ましくは、シール（図示せず）は、それぞれのアダプタ８'上の先端８の確実な着席、および／またはピストン４とピペット先端８との間のライン７の不浸透性が保証されるために、先端８とそれらのアダプタ８'との各々の間に位置される。 気泡が、円筒形のチャンバー３、ライン７および先端８を満たす液体に入ることを防止し、または除去されることができるようにするために、チャンネルシステム１５は、シリンダーブロック３'の円筒形のチャンバー３をすすぐかまたは洗い流すために設けられる。ライン（図示せず）を通して、全チャンネルシステム１５および全ての円筒形のチャンバー３は、このように後部（ピペット先端８を通さず）からの液体で満たされることができ、このようにすすがれ、または洗い流される。円筒形のチャンバー３の領域におけるこのチャンネルシステム１５の排出は、図３において例示されている。円筒形のチャンバー３は、この典型的な実施例において、シリンダーブロック３'の穴２１に挿入されるスリーブ２０の内側と同一である。あるいは、シリンダーブロック３'の穴２１は、シリンダ（図２参照）として直接使われることができる。あるいは、図３に示される単一のチャンネル２７を有するチャンネルシステム１５へのポンプ２の供給がより単純なチャンネルシステム１５（図２参照）を通して起こることができる。これは、ほぼ同じ高さのプレート１２、１３の全ての表面にわたって本質的に伸び、単純な、コヒーレントな空腔を表す。
【００２８】
スリーブ２０が使われる場合、これらはチャンネルシステム１５と連通する、横方向の、特に連続する開口２２を有する。スリーブ２０の個々の回転位置がチャンネルシステム１５による接続に影響しないために、チャンネルシステムは各々のスリーブ２０の領域において拡大２３を有する。この場合、シリンダーブロック３'は、好ましくは２つの部分において製造される。この場合、環状のくぼみ２６は、シリンダーブロック３'の第１の部分２４に位置され、そして、チャンネルシステム１５の単一のチャンネル２７は、シリンダーブロック３'の第２の部分２５に位置される。これは ― シリンダーブロック３'の部分のために選ばれる材料（ガラス、スチール、プラスチックその他）に依存して ― 埋め込み、ミリング、エッチングまたは他の適切な方法で実行されることができる。プラスチックでできている射出成形された部分２４、２５は、また、そのようなチャンネル２７を有することができる。
【００２９】
この実施例の代わりに、シリンダーブロック３'の一部にくぼみ２６および単一のチャンネル２７がまた形成されることができ、シリンダーブロック３'の他の部分はプレートとしてインプリメントされることができる。図３の図示にもかかわらず、スリーブ２０の下端は、先端アダプタ８'として直接インプリメントされることができる。さらに、一つ以上の圧電スタックの使用からそれる作動、すなわち圧力波生成は、例えば、空気の、磁気の、または熱のパルス発生器によって生じされることができる。示される実施例の他の代わりとして、第１のおよび／または第２のプレート（１２、１３）は、長方形からそれている形状を有することができ、例えば、正方形の、六角形の、八角形の、楕円形の、または丸くさえある形状を有することができる。
【００３０】
パルスは、第２のプレート１３上に圧電スタック１４としてインプリメントされたパルス発生装置６から出力される。このプレート１３は、円筒形のチャンバー３内で相応して短く目標に定められた移動を行う個々のピストン４に衝撃を中継する。この移動は、同時に各々の円筒形のチャンバー３内の液体内の圧力波のきっかけとなる。円筒形のチャンバー３の中のピストン４の位置は、好ましくは、自由なピストン端１９が開口２２およびライン７の間で停止するというようなやりかたで圧力波のきっかけ（図３の図示からそれること）のために選択される。このやりかたにおいて、開口２２はピストン４によってシールされ、圧力波は、所望のように、液体内でピペット先端８のみに広がることができる。開口２２は、好ましくは、可能な限り大きい領域を有し、そして、単一のチャンネル２７は、洗い、または洗い流す液体が可能な最も少ない流体抵抗を体験するために大きい内径を有する。
【００３１】
例えば、図２および図３のこれらの図示からそれて、４つまたは８つおよび／または１６以上さえのポンプ２および先端８は、単一の列からなるライン形のアレイに配置され得る。しかしながら、好ましくは、９６、３８４またはそれ以上のポンプ２および先端８は、アレイが９６、３８４、８６４、１５３６またはより多くのウェルを有するマイクロプレートのフォーマットおよびレイアウトに対応されるようなやり方で二次元のアレイにおいて平行に配置される。互いに平行に配置されたポンプ２および先端８のそのようなアレイは、９６、３８４またはより多くのサンプルの同時吸入または分配を許容し、対応する高密度マイクロプレートの処理のための時間を著しく低減することを許容する。
【００３２】
図４は、水平投影画において、第１の実施例にしたがうピストンドライブ５のレイアウトを示す。３本のスピンドル１１および３台のパルス発生器６は、各々がシリンダーブロック３'および／または２枚のプレート１２、１３の中心から、それらの間およびパルス発生器６および／またはスピンドル１１の最も近くにある同じ距離に位置されている。中心２８がシリンダーブロック３'および／または２枚のプレート１２、１３の中心にある三方対称は、これからもたらす。この対称は、プレート１２、１３における力の一様な分布を許容し、そのため、第１のドライブ９および第２のドライブ１０でプレートの均一な排出量を許容する。そのうえこの場合においては、液体は第１のドライブで先端に供給され、そのため、第２のドライブによる各々のパルスの前に、コヒーレントな液体のコラムは円筒形のスペース３、ライン７および先端８の活動的なスペースを満たす。記載されたレイアウトは、プレート１２、１３のレベルが決して冗長でないという利点、および、９６または３８４さえ、またはより多くのサンプルを同時に分配するためにわずか３つの圧電スタックで十分であるという利点を有する。
【００３３】
図５は、第２の実施例にしたがうピストンドライブのレイアウトの水平投影画を示す。図４と対照して、この場合において、スピンドル１１およびパルス発生器６は、共通の段階的に配列された円（点ラインによって指示された）上には位置されない。しかしながら、スピンドル１１および／またはパルス発生器６は、各々が、図４および図５の双方において重心が常に対称の中心２８と一致する三角形を定義する。このやりかたで達成される対称は、プレート１２、１３における力の均一な分布を許容し、したがって、第１のドライブ９および第２のドライブ１０でプレートの均一な排出量を許容する。この対称原理に対応する更なる配置は、本発明の範囲に含まれる。
【００３４】
実際問題として、パルス発生器６の配置の更なる変形は、圧電スタック１４が正三角形の角に位置され、この三角形の底辺が本質的にプレート１２、１３の縦の端と平行で、その長さのほぼ１／３であること自体を証明した。この三角形の重心はまた、プレート１２、１３の対称の中心２８にある。
【００３５】
対応する構成要素は、図における同じ参照番号を有する。
【００３６】
例えば、９６ウェルのマイクロプレートからのピペッティングのために、使い捨ての先端が使われる場合、これらは最初に拾われる。
プレート１２、１３は、ピストン４の端１９がスリーブ２０の開口２２の後で停止するために、十分に遠い第１のドライブ９で引き戻される。チャンネル２７、円筒形のチャンバー３、ライン７、および／または先端８、および先端アダプタ８'は、それからすすがれ、または洗い流され、および／またはシステム液体（例えば、消イオン化され、または蒸留された水で）で満たされる。その後、ピストン４は、ポンプ２に先端を通して液体を吸入するための準備をさせるために先端８の方向に移動される。ピストン４がこの場合それらの最も前方の位置へ移動する場合、最大吸入容量は利用可能にされる。９６台のポンプ２および先端８を有するアレイが吸入されるべき液体を越えて移動された後、先端はいくぶん液体に浸漬される。第１のドライブ９で、スピンドル１１の回転によって決定されている経路で、ピストン４を引き戻すことによって、ピペットされるべき液体の吸入が起こり、全ての先端８において同時に起こる。
【００３７】
分配のために、ピストン４は先端８の方へ移動する。液体を先端８からきれいに離脱され、したがって正確な体積を作るために、分配の終わりでピストン４の特定の最小限の速度および突然の停止が必要である。分配されるべきマイクロリットルの範囲の体積のために、第１のドライブ９は、正確なサンプル分配のために概して十分である。対照的に、サブマイクロリットルの範囲において、スピンドルドライブの加速および突然の停止は、分配されるべき液体をきれいに離脱させることを確実にするためにはもはや十分ではない。この理由のために、ピストン４は、圧電性の作動による第２のドライブ１０で追加的に移動される。
【００３８】
この作動は、ピストンマトリックスの運動で同時に実行され、この運動と共に、分配されるべきサンプルの体積を決定する圧電スタック１４で１から１０００Ｈｚまでの周波数の適当な電気的な矩形のパルス出力を通して起こる。２つのドライブ９、１０のこれらの移動は好ましくは、最初のパルスがピストン４の移動の始めに起こり、最後のパルスがこの移動の終わりに起こるようなやり方で、同期される。この同期に起因して、圧電性の作動は、ピストンマトリックスがゆっくり移動する場合であっても、液滴がきれいに離脱することを確実にする。説明されたように、パルス発生器６によって引き起こされ、第２のプレート１３でピストン４上へ移され、このように円筒形のチャンバー３の液体上へ移されることによって、これは可能にされる。少しのｎｌの範囲で分配するために、単一の液滴体積は、また、圧電性の作動の強さだけによって決定されることができる。分配される総体積は、このように液滴の数とそれらの内容との積である。単一の液滴サイズは、主として作動の強さにより、およびピペット先端８の開口の直径により分配することのこのタイプにおいて決定される。これらの２つのパラメータは、それからまた、好ましくは、ピペットされるべき液体の量および物理化学的な特性に合わされる。
【００３９】
４つのオペレーティングモードは、前述のものからもたらされる。
Ａ 大きい体積
１マイクロリットルより大きい体積の分配は、ピストン４を前進させることによって実行され、スピンドルドライブとしてインプリメントされた第１のドライブ９だけによって決定される。
Ｂ 中間の体積
０．５および１ｕｌの間の液滴の分配は、ピストン４を前進させることによって実行され、スピンドルドライブとしてインプリメントされた第１のドライブ９によって決定される。追加的な圧電性の作動は、液滴がきれいに離脱することを許容する。さらに、以下の変形が可能である：
Ｂ１ ピストン４が前進した後、圧電スタックは大気からのきれいな液滴離脱を確実にするために一度作動される。
【００４０】
Ｂ２ ピストン４がずらされる前に、圧電スタックは、先端に定義された離脱エッジを生成するために一度作動される。体積はピストン４の前進によって定義され、そして、圧電性の作動は同じ位置で液滴離脱を許容する。
【００４１】
Ｂ３ 圧電アクチュエータは、ピストン４の全範囲の前進の間作動され、そして、液体流れは一つの液滴に「刻まれる」。体積は、前進によって定義される。
Ｃ 小さい体積
０．５ｕｌ未満の液滴の分配は、圧電アクチュエータとしてインプリメントされた第２のドライブ１０によって実行される。スピンドルドライブとしてインプリメントされる第１のドライブ９を有するピストン４を前進させることは、分配される体積を補償することのために役に立つ。理想的には、円筒形のチャンバー３、ピストン４、ライン７、および先端８によって定義されるスペースが少なくとも次のパルス出力の前にコヒーレントな液体のコラムで完全に満たされるようなやりかたで補償は起こる。したがって、本発明にしたがうシステムが使われるときに、パルス発生器６によって発生される１つの単一のパルスのパラメータだけによって、与えられた先端の形状寸法のために、分配される液体サンプルの体積は定義される。
Ｄ 非常に小さい体積
液体のコラムが先端開口から僅かに引き戻される場合、圧電アクチュエータの単一のパルスで直径が５００ｕｍまでの先端開口から１０ｕｌまでの単一の液滴を排出することは可能となる。液滴体積は、したがって、開口の直径ではなく、パルス強度のみに依存している。
【００４２】
上記した全てのピペッティングモードは、サンプルおよびシステム液体を分離するために、気泡（「分離エアギャップ」）の有無の両方で使われることができる。また、固定された先端および使い捨てのプラスチック先端の双方が使用可能である。
【００４３】
分離エアギャップなしで、ピペッティングは、エアギャップありよりもいくぶん正確に実行され得るが、サンプルはシステム液体によりいくぶん希釈され、分配されるサンプル材料よりもいくぶん多い吸入されるべくサンプル材料をもたらす。僅かに希釈された残りは捨てられる。
【００４４】
本発明にしたがう装置およびシステムの重要な利点は、１台の単一の装置で、大きい、中間の、および小さいサンプル体積が、高い精度で、実際的ないかなる所望の数ものチャンネル（３８４、およびより多くのピペットを有するアレイまでの単一のピペット）で、分配されることができる。
【００４５】
分配されるべきサンプルの望ましい体積範囲に依存して、ピペット先端８の開口の直径は、２５ｕｍ から５００ｕｍである。ピペット先端および／または針の内径は、先端８の出口に向かって、ほぼ０．５ｍｍから１ｍｍまで先細りになる。先端８の表面は、生産能力のフレームワークの範囲内でできるだけ小さいことになっている。
【００４６】
発明にしたがう装置１およびシステムは、好ましくは、２台のドライブ９、１０を同期させるため、および／または液体サンプルを吸入および分配を制御するために、例えば統合されたかまたは提供された、コンピュータを備える。
【図面の簡単な説明】
【図１】 液体サンプルを吸入し、分配するための単純な装置を貫く縦断面図を示す。
【図２】 互いに平行にアレンジされたポンプおよびエンドピースおよび／または先端の配列で液体サンプルを吸入し、分配するためのシステムを貫く縦断面図を示す。
【図３】 そこで示されている範囲に対応する、図２からの拡大詳細図を示す。
【図４】 第１の実施例にしたがうピストンドライブのレイアウトの水平投影図を示す。
【図５】 第２の実施例にしたがうピストンドライブのレイアウトの水平投影図を示す。
【符号の説明】
１ 装置
２ ポンプ
３ 円筒形のチャンバー
４ ピストン
５ ピストンドライブ
６ パルス発生器
７ ライン
８ 先端
９ 第１のドライブ
１０ 第２のドライブ
１１ スピンドル
１２ 第１のプレート
１３ 第２のプレート
１４ 圧電素子
１５ チャンネルシステム
１６、１６' 先端プレート
２７ チャンネル

Claims (13)

1. 液体サンプルを吸入し、分配する装置（１）であって、前記装置（１）は、
   円筒形のチャンバー（３）と、前記円筒形のチャンバー内において移動可能なピストン（４）と、前記ピストン上に係合するピストンドライブ（５）と、を備えたポンプ（２）であって、前記ピストンドライブ（５）は、第１ドライブ（９）と、パルス発生器（６）として設けられた第２ドライブ（１０）と、を有し、前記パルス発生器（６）は、液体によるサンプルの分配を行うため、前記液体内に圧力波を生成するために設けられた、ポンプ（２）と、
   ライン（７）を介して前記円筒形チャンバー（３）と接続された先端（８）と、
   前記円筒形のチャンバー（３）内に排出して、前記円筒形のチャンバー（３）を洗い流し、又は、すすぐためのチャンネル（２７）と、
   を備え、
   前記ピストン（４）は、前記円筒形チャンバー（３）内に前記ピストン（４）が位置する場合、前記ピストンの自由端（１９）が前記チャンネル（２７）と前記ライン（７）との間で止まるように設けられ、前記円筒形チャンバー（３）を前記チャンネル（２７）からシールする、ことを特徴とする液体サンプルを吸入し、分配する装置。
2. 円筒形のチャンバー（３）、ピストン（４）、ライン（７）および先端（８）によって定義されるスペースは、エアギャップの有無にかかわらず、本質的にコヒーレントな液体のコラムで満たされ、そして、分配される液体サンプルの体積は、パルス発生器（６）によって発生される１つの単一のパルスのパラメータだけによって定義されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 第１のドライブ（９）は、スピンドル（１１）で移動可能な第１のプレート（１２）を備え、第２のドライブ（１０）は、パルス発生器（６）を経て第１のプレート（１２）に接続され、ピストン（４）上に係合する第２のプレート（１３）を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 円筒形のチャンバー（３）は５から２００ｕｌを含むことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の装置。
5. パルス発生器（６）は、圧電素子（１４）のプレロードされたスタックとしてインプリメントされることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の装置。
6. 先端（８）は、液体をピペッティングするための、スチールまたは他の材料からなる使い捨ての先端または針としてインプリメントされることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の装置。
7. 請求項１から請求項６の何れかの複数の装置（１）を備えることを特徴とする液体サンプルを吸入し、分配するためのシステム。
8. ｎ個のポンプ（２）、ｎ本のライン（７）およびｎ個の先端（８）、ｍ個のパルス発生器（６）を有する第１のドライブ（９）および第２のドライブ（１０）を備え、ｎは整数、特に８、９６または３８４であり、ｍは整数、特に１、２または３であることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
9. ９６、３８４、８６４、１５３６またはより多くのウェルを有するマイクロプレートのフォーマットおよびレイアウトに対応する、互いに平行に配置されたポンプ（２）および先端（８）のアレイを備えることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のシステム。
10. 互いに平行に配置された９６、３８４またはより多くのポンプ（２）、ライン（７）、および先端（８）の配列と、共同の第１のプレート（１２）上に作用している少なくとも３本のスピンドル（１１）を備える第１のドライブ（９）と、各々が圧電素子（１４）のプレロードされたスタックを有する少なくとも３つのパルス発生器（６）を備える第２のドライブ（１０）とを備え、第２のドライブ（１０）は、追加的に３つのパルス発生器（６）を経て第１のプレート（１２）に接続され、同時に全てのピストン（４）上に係合する第２のプレート（１３）を備えることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 各々の円筒形のチャンバー（３）に排出するチャンネルシステム（１５）を備えることを特徴とする請求項７から請求項１０の何れかに記載のシステム。
12. 先端（８）は、除去されることができ、および／または自動的に拾われることができ、および捨てられることができる先端プレート（１６、１６'）としてインプリメントされていることを特徴とする請求項７から請求項１１の何れかに記載のシステム。
13. 液体サンプルの吸入および分配を制御するためのコンピュータを備えていることを特徴とする請求項７から請求項１２の何れかに記載のシステム。

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