JP6354844B2 - 液体移送システム及び液体移送方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体移送システム及び液体移送方法に関する。

バイオテクノロジーの技術分野において、液体を正確に、かつ汚染されることなく移送しなければならない場合がある。そのような場合として、例えば、食品の安全性の検査や、食中毒等の原因調査のための、細菌による食品の汚染の有無の検査があげられる。かかる細菌検査には、バイオテクノロジーの技術分野における実験・検査手法に習熟した技能者が必要であり、教育を含め人材の確保には相当程度の困難が伴う。また人手による作業である以上、コンタミネーションやヒューマンエラーに起因する信頼性低下を完全に避けることは難しい。

本発明の解決しようとする課題は、液体移送工程を自動化することである。

本発明の一の側面による液体移送システムは、固形物が混入された液体を収容する試料容器と、フィルタと、前記フィルタを前記試料容器に投入し、前記フィルタを通して前記試料容器内の液体を計量抽出するマニピュレータと、を有する。

本発明の一の側面による液体移送システムでは、さらに、前記固形物は食品であり、当該食品の細菌検査に用いられてよい。

本発明の一の側面による液体移送システムは、さらに、前記フィルタを把持するフィルタ把持具と、液体を計量抽出する計量抽出具と、を有し、前記マニピュレータは、前記計量抽出具を保持し操作可能な保持操作具を有してよい。

本発明の一の側面による液体移送システムでは、さらに、前記保持操作具は、少なくとも前記フィルタ把持具と前記計量抽出具を保持する第１の方向に駆動する第１駆動部と、少なくとも前記計量抽出具を操作する前記第１の方向と交差する第２の方向に駆動する第２駆動部と、を有してよい。

本発明の一の側面による液体移送システムでは、さらに、前記第２駆動部は、位置制御により任意の位置に停止可能であってよい。

本発明の一の側面による液体移送システムでは、さらに、前記計量抽出具は、マイクロピペットであり、前記第２駆動部は、前記マイクロピペットのプッシュボタンを押す押具を駆動してよい。

本発明の一の側面による液体移送システムは、さらに、前記押具の前記プッシュボタンと突き当たる端面には、弾性体が設けられてよい。

本発明の一の側面による液体移送システムは、さらに、前記第２駆動部により、前記マイクロピペットのプッシュボタンをピペットチップのリリース位置まで押しこむように制御するチップ脱離部を有してよい。

本発明の一の側面による液体移送システムは、さらに、前記マイクロピペットのピペットチップのリリースボタンを押下するリリースボタン押下具を有してよい。

本発明の一の側面による液体移送システムは、さらに、前記第１駆動部はトルク制御により保持力を制御可能であってよい。

本発明の一の側面による液体移送システムでは、さらに、前記保持操作具は、下方に突出し、前記第１駆動部により駆動され、その把持中心から見て前記第１の方向を中央とする９０度の範囲に配置される容器把持具を有し、前記液体移送システムは、さらに、容器が載置される容器載置台であって、上方に突出し、その載置中心から見て前記第１の方向に直交する方向を中央とする９０度の範囲に配置される容器位置決め具を有する容器載置台を有してよい。

本発明の一の側面による液体移送システムでは、さらに、前記フィルタ把持具は、ピンセットであり、前記保持操作具は、前記ピンセットを保持する溝であって、前記第２の方向に対して傾いて延びる溝を有してよい。

本発明の一の側面による液体移送システムは、さらに、前記ピンセットを保持するピンセット保持台であって、前記ピンセットの保持時に、当該ピンセットの位置及び姿勢を定める位置・姿勢決め部を有するピンセット保持台を有してよい。

本発明の一の側面による液体移送システムは、さらに、前記マイクロピペットを保持するマイクロピペット保持台であって、前記マイクロピペット保持時に、当該マイクロピペットの位置及び姿勢を定めるとともに、その脱落を防止する脱落防止部を有するマイクロピペット保持台を有してよい。

また、本発明の一の側面による液体移送方法は、マニピュレータにより、フィルタを、固形物が混入された液体を収容する試料容器内に投入し、前記マニピュレータにより、前記フィルタを通して、前記試料容器内の液体を計量抽出してよい。

本発明の一の側面による液体移送方法では、さらに、前記固形物は食品であり、当該食品の細菌検査に用いられてよい。

本発明の一の側面による液体移送方法は、さらに、前記マニピュレータに、前記フィルタを把持するフィルタ把持具を保持させ、前記マニピュレータに、液体を計量抽出する計量抽出具を保持させてよい。

本発明の一の側面による液体移送方法はさらに、液体を検査容器に移送し、その際、前記検査容器内の複数の位置にそれぞれ計量された分量の前記液体を吐出するか、又は、前記検査容器内の所定の経路に沿って計量された体積速度で前記液体を吐出してよい。

本発明の一の側面による液体移送方法は、さらに、前記マニピュレータにより抽出された前記試料容器内の液体を希釈容器に移送し、前記マニピュレータにより前記希釈容器内の液体を計量抽出し、検査容器に移送し、前記マニピュレータにより培地容器内の培地を計量抽出し、前記検査容器に移送してよい。

本発明の一実施形態に係る液体移送システムの概要を示す斜視図である。 マニピュレータ先端に取り付けられる保持操作具の拡大斜視図である。 マイクロピペット保持台及びピンセット保持台の構造を示す図である。 保持操作部によりマイクロピペットを保持している様子を示す図である。 容器載置台に載置された容器を保持操作具により把持する際の部材の位置関係を示す平面図である。 液体移送システムのシステムブロック図である。 ロボットコントローラが有する機能の例を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る液体移送システムによる、食品の細菌検査の一部として行われる液体移送の手順を示すフロー図である。 ペトリ皿上の１か所に希釈液を吐出した場合の希釈液の分布を示す模式図である。 ペトリ皿上の複数個所に希釈液を吐出した場合の希釈液の分布を示す模式図である。 ペトリ皿５２上で希釈液が所定の軌跡を描くように希釈液を吐出した場合の希釈液の分布を示す模式図である。 ペトリ皿５２上で希釈液が所定の軌跡を描くように希釈液を吐出した場合の希釈液の分布を示す模式図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る液体移送システム１の概要を示す斜視図である。

この液体移送システム１は、食品の細菌検査用のものとして特に適したものとなるよう構成された例である。したがって、以降の説明も食品の細菌検査に準じたものとして説明する。ただし、ここで説明する機器や作業等には、バイオテクノロジー、すなわち、生化学や生物／生命工学の分野においても共通に用い得るものも多く、したがって、必要な変更を施したうえで、この液体移送システム１を食品の細菌検査以外の用途、ここでは、固形物を含む液体試料から液体のみを抽出して移送する工程が含まれるものであればいかなる用途に用いてもよい。例えば、検査の対象は食品以外の任意の固形物、例えば土壌や生体組織、微生物標本であってもよい。また、目的は細菌検査以外にも種々の検査や同定、培養であってもよい。

液体移送システム１は、架台１０と、架台１０の上部に設置されたフィルタユニット１１からなるクリーンベンチ内に各機器が配置され、架台１０上の作業領域１２が実質無菌状態に保たれるようになっている。フィルタユニット１１は、その天井部分から外気を吸引し、内部にセットされたＨＥＰＡフィルタ等の適宜のフィルタを通して架台１０上に清浄化された無菌空気を吐出するようになっている。架台１０上の作業領域１２は、図示しない壁により区画され、フィルタユニット１１より吐出される無菌空気により陽圧に保たれるため、外気の侵入が防止され、作業領域１２は無菌状態に保持される。架台１０内には、液体移送システム１の制御盤や電源、後述するマニピュレータ２のコントローラ等の各種制御機器等が収容される。

作業領域１２上には、いわゆる多関節ロボットであるマニピュレータ２、計量抽出具であるマイクロピペット（プッシュボタン式液体用微量体積計）３を保持するマイクロピペット保持台３０、フィルタ把持具であるピンセット４を保持するピンセット保持台４０が設置されている。

マニピュレータ２の先端には、マイクロピペット３とピンセット４を適宜保持操作することが可能な保持操作具２０が取り付けられている。保持操作具２０の構造及び動作の詳細は後述するが、本実施形態では保持操作具２０はマイクロピペット３とピンセット４を択一的に保持し、マイクロピペット３に対しては計量抽出及び吐出並びにチップの着脱操作が、ピンセット４に対しては把持対象物であるフィルタ６をつまむ操作が可能である。なお、マイクロピペット３とピンセット４を同時に保持するようにしてもよいが、使用しない器具は各種操作をするうえで邪魔になること、マニピュレータ２の先端質量が増大することから、ここでは択一的な保持をするようにしている。

マイクロピペット３は、一般に市販されているボタン式のもので良い。市販のマイクロピペット３には、先端に取り付けたチップのリリース操作が、ボタンを押しこむことによりなされるものと、マイクロピペット３の本体に別途設けられたリリースボタンを押すことによりなされるものがあるが、ここでは、ボタンを押しこむことによりチップをリリースするものとして説明する。

ピンセット４も一般に市販されているもので良い。

なお、本実施形態において、マイクロピペット３は、液体を計量して吸引し吐出することができる器具である計量抽出具の一例として示したものであり、同様の機能を有する器具であれば他の器具、例えば、一般的なシリンジ（注射器）を用いてもよい。また、ピンセット４は、把持対象物であるフィルタ６をつまむように把持できる器具であるフィルタ把持具の一例として示したものであり、同様の機能を有する他の器具その他の任意の機構をピンセット４に替えて用いても差し支えない。ただし、本実施形態で示したように、計量抽出具及びフィルタ把持具として一般的な市販品を用いるようにすると、交換等の維持コストが低く、また容量やサイズ等を変更したい場合にも単に適した製品を選べばよい等その管理が容易である。

作業領域１２には、さらに、各種容器を載置する容器載置台５、フィルタ６を載置するフィルタ載置台６０、チップ３１、作業台７、廃棄箱７０、試験管口滅菌器７１、ボルテックスミキサー７２、ホットプレート７３が配置されている。これらの器具は、いずれもマニピュレータ２の到達範囲内となるように配置される。

容器載置台５上には、各種の容器が所定の位置に配置される。ここで、各種の容器は、試料容器であるビーカー５０、希釈容器である試験管５１、検査容器であるペトリ皿（シャーレ）５２である。また、ホットプレート７３上には、培地容器である三角フラスコ５３が載置される。

ここで、試料容器とは、固形物が混入された液体試料を収容する容器である。ここでは、食品の細菌検査をしようとしているので、固形物として、細菌検査の対象となる食品が混入された液体を収容する容器が試料容器である。本実施形態では、試料容器として硝子製のビーカー５０を用いており、その中には検査対象の食品を裁断した食品片を無菌水中に混入した液体が納められている。固体の食品片は無菌水中で懸濁状態となっているか、沈降し又は浮遊する。食品に含まれる水溶性の成分は液体中に溶け出し、細菌等は液体中に分散する。各ビーカー５０には、異物の混入等による汚染を避けるため、蓋がなされていてよい。

希釈容器とは、後述する液体の希釈操作を行う容器である。ここでは、希釈容器として硝子製の試験管５１を用いており、それぞれの試験管５１内には予め所定の量の希釈液が納められている。本実施形態では、希釈液として、各試験管５１内に無菌水９ｍＬが入れられている。各試験管５１には、異物の混入等による汚染を避けるため、栓がなされていてよい。

検査容器とは、最終的に検査を行うための容器であり、本実施形態のように食品の細菌検査を行う場合には、細菌の混入が疑われる液体を培地に加えた細菌培地をその中で作成する容器である。本実施形態では、検査容器としてペトリ皿５２を用いている。ペトリ皿５２には、細菌培地の作成前及び作成後の異物の混入等による汚染を避けるため、蓋がなされていてよい。ペトリ皿５２の材質は、一般的なものでよく、硝子又は合成樹脂である。

さらに、培地容器とは、細菌培地を作成するための生培地を収容する容器である。ここでは、細菌検査を目的としているため、生培地として細菌培養用に調整された寒天培地を用い、培地容器として三角フラスコ５３を用いている。また、寒天培地を液状に保つため、三角フラスコ５３はホットプレート７３上に載置されており、内容物は常時セ氏５０度程度の所望の温度に維持されている。

なお、以上説明した各種の容器として用いる具体的な器具は一例であり、その用途に合致する器具であればいかなるものを用いてもよい。また、各器具の内容物についても、上掲のものは具体的な例示であって、目的に合致する適宜の内容物を用意すればよい。

また、フィルタ載置台６０にはフィルタ６が載置されており、ピンセット４を用いて適宜取り出すことができるようになっている。フィルタ６は、ビーカー５０に納められた食品が混入された液体から、食品片を除き液体のみを抽出するためのものであり、ビーカー５０内に投入することができる程度の大きさである。フィルタ６としては種々のものを用いることができるが、例えば、折りたたんだガーゼ片や、スポンジなどの多孔質体、不織布、濾紙等を用いてよい。フィルタ６には滅菌されたものを用いる。なお、ここで抽出とは、液体を抽出元から少なくとも一部分抜き出して取り出す意であり、いわゆるピペッティングと概ね同義である。計量抽出は、抽出する液体の体積を制御して抽出する意である。

架台１０上にはさらに、マイクロピペット３の先端に取り付けて用いるチップ３１が多数用意されている。並べて置かれたチップ３１に対し上方からマイクロピペット３を押し付けることにより、マイクロピペット３の先端にチップ３１を取り付けることができる。また、マイクロピペット３により計量する液体の体積が異なる場合には、その体積に適したサイズのチップ３１をあらかじめ用意しておく。

作業台７は、マニピュレータ２により各種容器に対し操作を行うためのスペースである。操作対象となる容器は作業台７上に載置され後述する操作がなされる。本実施形態では、試験管５１及びペトリ皿５２が作業台７上に載置される。

廃棄箱７０は、不要となった物品を廃棄するための箱である。不要となった物品は、例えば、使用済みのチップである。

試験管口滅菌器７１は、試験管５１の口部分を滅菌するための器具である。この器具の形式はどのようなものであってもよいが、本実施形態では、試験管５１を立てた状態でゆっくり回転させながら保持し、試験管５１の口部分を図示しないバーナーやヒートガンにより加熱滅菌するというものである。この他にも、リング状のヒーターによる加熱滅菌や、紫外線等の放射線による滅菌を行ってもよい。さらに、本実施形態では容器口の滅菌は試験管５１に対しのみ行っているが、これに替え又は加えて他の容器口の滅菌を行うようにしてもよいし、滅菌が必要なければ試験管口滅菌器７１そのものを省略してもよい。

続いて、図２はマニピュレータ２先端に取り付けられる保持操作具２０の拡大斜視図である。保持操作具２０はマニピュレータ２と結合されるブラケット２１に、第１駆動部２２及び第２駆動部２３の２つの駆動部を取り付けた構造を有している。第１駆動部２２及び第２駆動部２３は、マニピュレータ２のコントローラ或いは液体移送システム１自体の制御盤によりその動作が制御される。第１駆動部２２は、図中Ａで示した第１の方向に１対のスライダ２２０を互いに開閉するように駆動し、第２駆動部２３は図中Ｂで示した第２の方向にスライダ２３０を駆動する。第１の方向Ａと第２の方向Ｂとは交差しており、ここでは互いに直交する向きとなっている。また、第１の方向Ａ及び第２の方向Ｂの架台１０に対する向きはマニピュレータ２の姿勢に依存するが、保持操作具２０による器具や容器の操作の際には、第１の方向Ａは概ね水平方向となり、第２の方向Ｂは概ね垂直方向となる。

第１駆動部２２のスライダ２２０には、それぞれ爪２２１が取り付けられる。爪２２１の互いに向き合う面には、Ｖ字型の切り欠きを中央に有する把持ブロック２２２が取り付けられ、また、第２の方向Ｂに対し傾いて設けられる溝２２３が設けられている。溝２２３の互いに向き合う面には、クッション２２４が取り付けられる（図中手前の溝２２３に取り付けられたクッションは見えていない）。さらに、爪２２１には容器把持具２２５がそれぞれ２つずつ、合計４つ設けられる。容器把持具２２５は、保持操作具２０の下方に突出する軸と、その軸の先端に設けられ、その径が軸径より大きい把持リングからなる。

爪２２１はその形状を維持するに十分な剛性を持つ材質であればどのようなものにより作成してもよい。例えば、アルミニウムやステンレス等任意の金属や各種エンジニアリングプラスチック、繊維強化樹脂等で作成してよい。また、把持ブロック２２２、クッション２２４及び把持リングは、適度な弾性と摩擦の大きさを兼ね備えた材質が良く、例えば、ウレタン樹脂である。

この爪２２１は、第１駆動部２２によりスライダ２２０を駆動することにより開閉するように動作し、それにより、種々の器具を挟み込み固定することにより保持する。ここで挙げた例では、把持ブロック２２２により試験管５１及びマイクロピペット３が把持される。また、溝２２３によりピンセット４が把持される。さらに、容器把持具２２５により、ビーカー５０及びペトリ皿５２が把持される。なお、ビーカー５０及びペトリ皿５２に蓋がされている場合には、容器把持具２２５はこれらの蓋を把持し、試験管５１に栓がされている場合には、把持ブロック２２２により当該栓が把持され、蓋、栓の開閉が行われる。

なお、本実施形態では、第１駆動部２２は、位置制御に加えトルク制御が可能なサーボモータを使用した機構を用いている。そのため、第１駆動部２２は、爪２２１の開閉位置に加え、爪２２１による保持力も制御可能である。これにより、ビーカー５０、試験管５１、ペトリ皿５２といった硝子又は合成樹脂製の容器を破損することなく適正な保持力にて保持することができる。

第２駆動部２３のスライダ２３０には、押具２３１が取り付けられる。押具２３１は、後述するマイクロピペット３のプッシュボタンを押す部材であり、図示の例ではＬ字型のブラケットとなっている。これにより、市販のマイクロピペット３を操作することができる。押具２３１の爪２２１側の面には弾性体２３２が設けられており、マイクロピペット３のプッシュボタンを傷つけることなく確実に押すことができるようになっている。弾性体２３２の材質は特に限定されないが、ウレタン樹脂や合成又は天然ゴムであってよい。

本実施形態では、第２駆動部２３は、位置制御が可能なサーボモータを使用した機構である。そのため、そのストロークの範囲内で第２の方向Ｂに関し任意の位置を目標位置として停止させることができる。停止位置の精度はサーボ機構に使用するエンコーダの精度とボールネジ等の機械機構のジオメトリに依存するが、本実施形態での用途に即して言えば、最低でも３点以上、好ましくは数十点以上程度停止位置を定めることができれば足る。第２駆動部２３の機構は、位置制御が可能であればよいので、必ずしもサーボモータを用いたものでなくともよく、例えばステップモータを用いたものであってもよい。

なお、第２駆動部２３及び押具２３１にはカバー２５が取り付けられており、その駆動機構が露出しないよう覆われているが、図２では説明のため、カバー２５は１点鎖線で示し、その内部の構造を示した。

図３はマイクロピペット保持台３０及びピンセット保持台４０の構造を示す図である。同図では、２台あるマイクロピペット保持台３０の内、左側のものにのみマイクロピペット３が保持されている様子を示した。

マイクロピペット保持台３０は、マイクロピペット３の本体を狭持する枠体３００を台座３０１に取り付けた構造となっている。枠体３００の先端部には、丸みを帯びたローラ形状の脱落防止部３０２が弾性的に取り付けられている。すなわち、脱落防止部３０２は外力を受けると枠体３００内に押しこまれ、外力が取り除かれると図示した通りの枠体３００から飛び出した位置へと戻る。この脱落防止部３０２の支持は、適宜のバネ等を用いた構造により実現されている。これにより、マイクロピペット３を枠体３００に保持させる際には、マイクロピペット３を、脱落防止部３０２を押し込める程度の力で枠体３００に向けて押し付ければよい。枠体３００内の所定の位置に収まったマイクロピペット３は、脱落防止部３０２により脱落することなく固定される。また、マイクロピペット３を取り外す際には、単にマイクロピペット３を、脱落防止部３０２を押し込める程度の力で枠体３００から引っ張れば容易に取り外すことができる。

また、枠体３００には、マイクロピペット３の形状に合わせた曲面により凹部３０３が設けられており、マイクロピペット３がこの凹部３０３にはまり込むことにより、保持時の位置合わせが確実に行われる。これにより、マニピュレータ２によりマイクロピペット３を保持する際に、毎回正確にこれを把持することができる。

また、ピンセット保持台４０は、ピンセット４を挟み込み保持するスリット４０１が形成された保持具４００と、ピンセット４の先端の位置決めをする突き当て部４０２からなる。スリット４０１の幅は、ピンセット４をある程度閉じた状態での幅となるように設定されている。そのため、ピンセット４を閉じた状態でこのスリット４０１内に挿入した後開くと、ピンセット４自身の弾性反発力によりピンセット４はスリット４０１内に脱落することなく保持される。スリット４０１の奥の面は鉛直方向に対し傾斜している傾斜面４０３となっており、ピンセット４の側面をこの傾斜面４０３に突き当てることで、保持時におけるピンセット４の姿勢を所定の角度に傾斜したものとすることができる。この傾斜面４０３の鉛直線に対する角度は、図２に示した保持操作具２０における第２の方向Ｂに対する溝２２３の角度と等しいものとすることが望ましい。また、ピンセット４の先端を突き当て部４０２に突き当てることで、ピンセット４の長手方向の位置も一定に定めることができる。すなわち、傾斜面４０３及び突き当て部４０２は、ピンセット４の位置及び姿勢を定める位置・姿勢決め部を構成する。なお、この傾斜面４０３及び突き当て部４０２は不要であれば省略しても差し支えない。

図４は、保持操作具２０によりマイクロピペット３を保持している様子を示す図である。第１駆動部２２により爪２２１を閉じ、把持ブロック２２２によりマイクロピペット３の胴を把持し固定することによりマイクロピペット３は保持操作具２０に確実に保持される。また、マイクロピペット３上部のプッシュボタン３２には押具２３１の下側に取り付けられた弾性体２３２が突き当たっており、第２駆動部２３により押具２３１を押し下げることによりプッシュボタン３２の押下げ操作が可能である。このように、本実施形態に係る保持操作具２０では、第１駆動部２２と第２駆動部２３の２つの駆動部によりマイクロピペット３を含む種々の器具を把持し操作することができる。

図５は、容器載置台５に載置された容器、ここではペトリ皿５２を保持操作具２０により把持する際の部材の位置関係を示す平面図である。

図中二点鎖線は、容器載置台５上のペトリ皿５２の外形を示し、点Ｘはペトリ皿５２の載置中心である。そして、マニピュレータ２により、保持操作具２０が、その把持中心が平面視において点Ｘと一致する位置に移動されたとし、第１駆動部２２の駆動方向である第１の方向Ａを図中示した方向とする。

このとき、図中黒丸は容器載置台５に取り付けられ、載置されるペトリ皿５２の位置決めをする容器位置決め具５４の位置を示している。容器位置決め具５４は、図１にも見られるように、容器載置台５から上方に突出するピンであり、ここでは、ペトリ皿５２は４本の容器位置決め具５４に囲まれた位置に載置されることにより、その平面位置が決定される。

これに対し、図中白丸は保持操作具２０の容器把持具２２５の位置を示している。４つの容器把持具２２５は第１駆動部２２により、図中矢印で示した方向に駆動され、ペトリ皿５２の側面を挟み込むことによってこれを把持する。

また、図中の一点鎖線は、点Ｘを中心として第１の方向Ａを中央とする９０度の範囲を示している。同図より容易に理解できるように、容器把持具２２５は、点Ｘ、すなわち保持操作具２０の把持中心から見て、第１の方向Ａを中央とする９０度の範囲に配置され、容器位置決め具５４は、点Ｘ、すなわち載置中心から見て第１の方向Ａに直交する方向を中央とする９０度の範囲に配置される。この配置により、載置する容器や容器位置決め具５４の形状如何にかかわらず、保持操作具２０による容器の把持の際に、容器把持具２２５と容器位置決め具５４が干渉することが避けられる。

図６は、液体移送システム１のシステムブロック図である。架台１０内に収容されたコントローラ１３により、ロボットコントローラ２４、試験管口滅菌器７１、ボルテックスミキサー７２、ホットプレート７３を制御し、同じく架台１０内に収容されたロボットコントローラ２４により、マニピュレータ２並びに第１駆動部２２及び第２駆動部２３が制御される構成となっている。

コントローラ１３は、液体移送システム１全体の動作を制御する制御器であり、例えば一般的な産業機器のコントローラであるＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）その他の情報処理装置を用いてよい。コントローラ１３からロボットコントローラ２４へは、あらかじめロボットコントローラ２４に記憶させた各種の動作を実行するタイミングと、どの動作を実行するのかを指令し、ロボットコントローラ２４は、かかる指令に従ってマニピュレータ２、第１駆動部２２及び第２駆動部２３を制御する。また、コントローラ１３は、試験管口滅菌器７１の動作の開始及び停止、ボルテックスミキサー７２の動作の開始及び停止、並びにホットプレート７３のオンオフを制御する。

なお、ここで示したシステムブロック図は一例であり、その構成や制御内容を若干異なるものとしてもよい。例えば、第１駆動部２２及び第２駆動部２３はロボットコントローラ２４によらず、直接コントローラ１３で制御するようにしてもよい。また、この例では、ボルテックスミキサー７２の回転速度やホットプレート７３の温度は、あらかじめ作業者が設定しておくが、これをコントローラ１３により制御するようにしてもよい。あるいは、ホットプレート７３のオンオフは作業者が行い、コントローラ１３による制御をしないものとしてもよい。また、液体移送システム１が有する機器構成が変更された場合には、このシステムブロック図にはかかる変更が当然に反映されることになる。

ロボットコントローラ２４には、あらかじめ、実行する操作ごとに、マニピュレータ２並びに第１駆動部２２及び第２駆動部２３の動作がプログラミングされている。すなわち、ロボットコントローラ２４が記憶するソフトウェアにより、マニピュレータ２が実現する各種の機能が実現されていることになる。すなわち、コントローラ１３は、ロボットコントローラ２４にソフトウェアにより実装された機能を、指令により個別に呼び出し実行させることになる。

図７は、ロボットコントローラ２４が有する機能の例を示す機能ブロック図である。これらの機能ブロックは、前述したように、ロボットコントローラ２４にソフトウェアにより実装された機能を取り出し図示したものであり、各々の機能ブロックの物理的構成が異なることを示すものではない。

容器移送部２４０は、各種容器、ここでは、試験管５１及びペトリ皿５２を容器載置台５から作業台７へと移送するようマニピュレータ２及び保持操作具２０を制御する部分である。具体的にどの容器を作業台７のどの位置に移送するかは、上位のコントローラ１３により指定される。なお、これ以外の容器、たとえば、ビーカー５０や三角フラスコ５３をも移送するようにしても差し支えない。

容器蓋（栓）操作部２４１は、容器に蓋や栓がなされている場合に、かかる蓋や栓を取り外し、また取り付ける操作をするようマニピュレータ２及び保持操作具２０を制御する部分である。ここで示した例ではビーカー５０及びペトリ皿５２の蓋が操作対象となっている。試験管５１に栓がされている場合には、当該栓をも操作対象としてよい。具体的にどの容器の蓋（または栓）を操作するかは上位のコントローラ１３により指定される。取り外した蓋や栓は、あらかじめ定めておいた所定の場所に載置しておくようにする。

容器口滅菌移送部２４２は、口元を滅菌すべき容器、ここでは試験管５１を把持し、試験管口滅菌器７１へと移送するようマニピュレータ２及び保持操作具２０を制御する部分である。滅菌処理が終わった試験管５１は、同じく容器口滅菌移送部２４２による制御により元の場所へと移送される。滅菌処理の対象となる試験管５１は上位のコントローラ１３により指定される。

撹拌移送部２４３は、内容物を撹拌すべき試験管５１を把持し、ボルテックスミキサー７２へと移送するようマニピュレータ２及び保持操作具２０を制御する部分である。ボルテックスミキサー７２による撹拌の最中も試験管５１は保持操作具２０により保持され続け、撹拌終了後は元の位置へと移送される。撹拌処理の対象となる試験管５１は上位のコントローラ１３により指定される。

マイクロピペット着脱部２４４は、マイクロピペット保持台３０に保持されているマイクロピペット３を、保持操作具２０により保持して取り外し、また、保持操作具２０により保持されているマイクロピペット３をマイクロピペット保持台３０に取り付けるようマニピュレータ２及び保持操作具２０を制御する部分である。マイクロピペット３が複数用意されている場合に、保持対象となるマイクロピペット３は上位のコントローラ１３により指定される。マイクロピペット３をマイクロピペット保持台３０に取り付ける際には、通常は元あった位置に戻すようにする。

チップ装着部２４５は、保持操作具２０に保持されたマイクロピペット３を架台１０上に配置されたチップ３１に押し付け、マイクロピペット３の先端にチップ３１を装着するようマニピュレータ２及び保持操作具２０を制御する部分である。取り付けるべきチップ３１の位置は上位のコントローラ１３により指定される。

チップ脱離部２４６は、保持操作具２０に保持されたマイクロピペット３の先端に装着されたチップ３１を脱離する操作を行うようマニピュレータ２及び保持操作具２０を制御する部分である。この操作は具体的には、マイクロピペット３の先端が廃棄箱７０上となるようマニピュレータ２を駆動し、保持操作具２０の第２駆動部２３により、押具２３１でマイクロピペット３のプッシュボタン３２をチップ３１のリリース位置まで押しこむことにより、使用済みのチップ３１をマイクロピペット３から取り外し廃棄箱７０に廃棄するというものである。

計量抽出・吐出部２４７は、保持操作具２０に保持され、先端にチップ３１が装着されたマイクロピペット３のプッシュボタン３２を操作して、所定の量の液体の抽出及び吐出をするようマニピュレータ２及び保持操作具２０を制御する部分である。一般にマイクロピペット３では、プッシュボタン３２を操作するストロークが液体の抽出及び吐出量に比例するので、保持操作具２０の第２駆動部２３により、押具２３１によるプッシュボタン３２の押し込み量を制御することにより高精度に液体を計量することができる。そして、前述したように第２駆動部２３は位置制御が可能であって、そのストロークの範囲内で任意の位置に停止させることができるため、抽出及び吐出すべき液体の量は自由かつ正確に制御できる。どの容器から液体をどれだけの量抽出するか、またはどの容器に液体をどれだけの量吐出するかは、上位のコントローラ１３により指定される。

分注部２４８は、保持操作具２０に保持され、先端にチップ３１が装着されたマイクロピペット３のプッシュボタン３２を操作することにより、チップ３１内の液体を所定の容器、ここではペトリ皿５２内に複数回に分けて、または制御された態様で吐出するようマニピュレータ２及び保持操作具２０を制御する部分である。この分注部２４８による分注の動作については後述する。

ピンセット着脱部２４９は、ピンセット保持台４０に保持されているピンセット４を、保持操作具２０により保持して取り外し、また、保持操作具２０により保持されているピンセット４をピンセット保持台４０に取り付けるようマニピュレータ２及び保持操作具２０を制御する部分である。ピンセット４の保持は、図２に示す保持操作具２０の溝２２３にピンセット４の持ち手部分が嵌まるようにして、爪２２１でピンセット４を挟むことによりなされる。したがって、ピンセット４の長手方向は溝２２３の方向と一致し、第２の方向Ｂに対し傾いた向きとなる。また、このときピンセット４の先端部分は若干開く程度となるように保持する。なお、図３に示したピンセット保持台４０の構造より明らかなように、ピンセット４はピンセット保持台４０にあらかじめ鉛直線に対し傾いて保持されるため、保持操作具２０の溝２２３に嵌まるようにピンセット４を把持する際に、保持操作具２０を傾けるなど特別な制御は必要ない。

フィルタ移送部２５０は、保持操作具２０により保持されているピンセット４により、フィルタ６を掴み上げてビーカー５０内に投入するようマニピュレータ２及び保持操作具２０を制御する部分である。どのフィルタ６を掴み上げるか、またどのビーカー５０に掴み上げたフィルタ６を投入するかは上位のコントローラ１３により指定される。ピンセット４の開閉操作は、ピンセット４が保持操作具２０から脱落しない程度の範囲で、第１駆動部２２により爪２２１を開閉動作させることによりなされる。

容器揺動部２５１は、任意の容器、ここではペトリ皿５２を保持操作具２０により把持し、その状態で内容物がこぼれない程度に容器を揺り動かし、その内容物を撹拌するようマニピュレータ２及び保持操作具２０を制御する部分である。本実施形態では、後述するように、希釈液と培地を均等に混ぜ合わせるためにこの揺動操作を行っている。

つづいて、本実施形態に係る液体移送システム１による、食品の細菌検査の一部として行われる液体移送の手順を図８のフロー図及び、図１を適宜参照しつつ説明する。

まず、ステップＳ１にて、ペトリ皿５２を容器載置台５から作業台７へと移送する。このとき、最終的に作成すべき検査試料が複数必要である場合には、必要な数のペトリ皿５２を移送する。また、試験管４１を容器載置台５から作業台７へと移送する。ここでの説明では、移送する試験管４１は１本であるが、希釈倍率の異なる試料を得たい場合には、必要な数の試験管４１を移送するとよい。

ステップＳ２にて、検査しようとする液体の入ったビーカー５０と、作業台７上のペトリ皿５２の蓋を取り外す。取り外した蓋は所定の位置に載置しておく。なお、この際に図示しないマーカにより、ペトリ皿５２の蓋にシリアル番号等の識別情報を書き込むようにしてもよい。試験管５１に栓がなされている場合には、これも取り外す。

ステップＳ３にて、作業に用いる試験管４１の口を試験管口滅菌器７１により滅菌する。この操作は必要なければ省略してもよい。

ステップＳ４にて、ピンセット４を保持操作具２０に保持し、フィルタ６を掴んでビーカー５０に投入する。投入後、ピンセット４はピンセット保持台４０に戻す。

ステップＳ５にて、マイクロピペット３を保持操作具２０に保持し、チップ３１を装着する。

ステップＳ６にて、マイクロピペット３を用いてビーカー５０からフィルタ６越しに液体を計量抽出する。ここでは１ｍＬ抽出するものとする。抽出した液体は全量試験管５１内に吐出される。これで試験管５１内には、１０倍に希釈された１０ｍＬの希釈液ができることになる。

マイクロピペット３を一旦マイクロピペット保持台３０に保持させ、ステップＳ７で試験管５１内の希釈液をボルテックスミキサー７２により撹拌する。撹拌後は再度マイクロピペット３を保持する。

ステップＳ８にて、試験管５１から計量抽出し、ペトリ皿５２へと分注する。このときの抽出量は、ペトリ皿５２への分注に必要な量とすればよい。分注動作の詳細については後述する。

ステップＳ９にて、マイクロピペット３に装着されたチップ３１を廃棄し、新たなチップ３１を装着することによりチップ３１を交換する。

ステップＳ１０にて、三角フラスコ５３から培地を計量抽出し、ペトリ皿５２へと吐出する。この吐出量は、例えば、ペトリ皿５２あたり１５ｍＬである。

ステップＳ１１にて、チップ３１を廃棄し、マイクロピペット３をマイクロピペット保持台３０に戻す。

ステップＳ１２にて、ビーカー５０及びペトリ皿５２に蓋を取り付ける。

ステップＳ１３にて、ペトリ皿５２を揺り動かし、希釈液と培地とを均等に撹拌する。

以上の操作による液体移送によって、ビーカー５０に用意された試料から固形分を除いた液体のみを抽出し、１０倍に希釈し、ペトリ皿５２上に細菌培地を作成することができる。細菌培地が作成されたペトリ皿５２は作業者により、あるいは図示しない別の搬送装置により例えば無菌恒温室内に保管される。

なお、以上の説明では１種類の希釈倍率の希釈液を作成したが、複数種類とする場合には必要なだけステップＳ６およびＳ７を繰り返せばよい。あるいは、作成された希釈液をさらに別の試験管５１へと移送して希釈するようにしてもよい。

続いて、図９Ａ〜図９Ｄを用いて上述のステップＳ８におけるペトリ皿５２への分注について説明する。

以上の説明により明らかなように、最終的にペトリ皿５２には、希釈液と培地とが均等に混合された細菌培地が作成されることが理想的である。この混合撹拌のため、ステップＳ１３にてペトリ皿５２の揺動撹拌を行っているが、かかる撹拌により均等な細菌培地を得るためには、撹拌前において希釈液のペトリ皿５２上での分布ができる限り均等に分散していることが望ましい。

図９Ａは、ペトリ皿５２上の１か所に希釈液を吐出した場合、すなわち、分注しなかった場合の希釈液の分布を示す模式図である。図中ハッチングで示したように、希釈液はペトリ皿５２上で偏って分布することになり、均等な細菌培地を得ることが難しくなってしまう。

これに対し、図９Ｂは、ペトリ皿５２上の複数個所、この例では４か所に希釈液を吐出した場合の希釈液の分布を示す模式図である。このように分注することにより、ペトリ皿５２上での希釈液の分布がより均等なものとなり、その結果、より均等な細菌培地が得られることになる。このとき、複数個所のそれぞれについて計量された量で希釈液を吐出することにより、より均等な細菌培地が得られる。この計量は、保持操作具２０の第２駆動部２３が位置制御により任意の位置に停止可能であることにより可能である。

なお、ペトリ皿５２上により均等に希釈液を吐出する方法は分注に限られない。図９Ｃ又は図９Ｄに例示するように、ペトリ皿５２上で希釈液が所定の軌跡を描くように希釈液を吐出することによっても、希釈液のより均等な分布が得られる。この場合、希釈液の吐出はマニピュレータ２の動作と同期して、制御された吐出速度でなされなければならないが、これは、保持操作具２０の第２駆動部２３に速度制御を施し、ペトリ皿５２内の所定の経路に沿って計量された体積速度で前記液体を吐出するようにすることで可能である。

以上説明した液体移送システム１では、プッシュボタン３２を押し込むことによりチップ３１をリリースする形式のマイクロピペット３について説明したが、チップ３１をリリースするためのリリースボタンを備える形式のマイクロピペット３を用いることも可能である。その場合には、廃棄箱７０の上方に、保持操作具２０に保持されたマイクロピペット３を押し付けることで、リリースボタンを押し下げることができるための突起である、リリースボタン押下具を設けておけばよい。リリースボタン押下具にリリースボタンを押しつけることにより取り外されたチップ３１は、そのまま下方の廃棄箱７０内に落下する。

以上の通り、本実施形態に係る液体移送システム１は、固形物を含む液体試料から液体のみを抽出して移送する工程を自動化し、無人による液体移送ができるため、コンタミネーションやヒューマンエラーに起因する信頼性の低下が防止される。また、取り扱う試料が人体に有害なものである場合に、かかる有害物質の作業者への暴露がないので、作業者の安全が確保される。

また、本実施形態に係る液体移送システム１を特に食品の細菌検査に用いる場合には、バイオテクノロジーの技術分野における技能者の確保の問題が無く、自動化による検査自体のコスト低減が期待できる。

以上説明した各実施形態の構成は具体例として示したものであり、本明細書にて開示される発明をこれら具体例の構成そのものに限定することは意図されていない。当業者はこれら開示された実施形態に種々の変形、例えば、機能や操作方法の変更や追加等を加えてもよく、また、フローチャートに示した制御は、同等の機能を奏する他の制御に置き換えてもよい。本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものと理解すべきである。

Claims (16)

1. フィルタを把持するフィルタ把持具と液体を計量抽出する計量抽出具を少なくとも保持するべく、互いに開閉するように一対の爪を第１の方向に駆動する第１駆動部と、
   少なくとも前記計量抽出具を操作する押具を前記第１の方向と交差する第２の方向に駆動する第２駆動部と、
   前記一対の爪のそれぞれについて、当該爪の下方に突出し、前記第１駆動部により駆動され、その把持中心から見て前記第１の方向を中央とする９０度の範囲に２つ配置される容器把持具と、
   を備えた保持操作具を有する液体移送用マニピュレータ。
2. 前記第２駆動部は、位置制御により任意の位置に停止可能である、
   請求項１に記載の液体移送用マニピュレータ。
3. 前記計量抽出具は、マイクロピペットであり、
   前記第２駆動部は、前記マイクロピペットのプッシュボタンを押す押具を駆動する、請求項２に記載の液体移送用マニピュレータ。
4. 前記押具の前記プッシュボタンと突き当たる端面には、弾性体が設けられる、請求項３に記載の液体移送用マニピュレータ。
5. 前記第１駆動部はトルク制御により保持力を制御可能である請求項１〜９のいずれか１項に記載の液体移送用マニピュレータ。
6. 前記フィルタ把持具は、ピンセットであり、
   前記一対の爪のそれぞれは、前記ピンセットを保持する溝であって、前記第２の方向に対して傾いて延びる溝を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体移送用マニピュレータ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体移送用マニピュレータと、
   固形物が混入された液体を収容する試料容器と、
   前記フィルタと、
   前記フィルタ把持具と、
   前記計量抽出具と、
   を有する液体移送システム。
8. 容器が載置される容器載置台であって、上方に突出し、その載置中心から見て前記第１の方向に直交する方向を中央とする９０度の範囲に配置される容器位置決め具を備えた容器載置台を有する請求項７に記載の液体移送システム。
9. 請求項３又は４に記載の液体移送用マニピュレータと、
   固形物が混入された液体を収容する試料容器と、
   前記フィルタと、
   前記フィルタ把持具と、
   前記計量抽出具と、
   前記第２駆動部により、前記マイクロピペットのプッシュボタンをピペットチップのリリース位置まで押しこむように制御するチップ脱離部と、
   を有する液体移送システム。
10. 請求項３又は４に記載の液体移送用マニピュレータと、
    固形物が混入された液体を収容する試料容器と、
    前記フィルタと、
    前記フィルタ把持具と、
    前記計量抽出具と、
    前記マイクロピペットのピペットチップのリリースボタンを押下するリリースボタン押下具と、
    を有する液体移送システム。
11. 請求項６に記載の液体移送用マニピュレータと、
    固形物が混入された液体を収容する試料容器と、
    前記フィルタと、
    前記フィルタ把持具と、
    前記計量抽出具と、
    前記ピンセットを保持するピンセット保持台であって、前記ピンセットの保持時に、当該ピンセットの位置及び姿勢を定める位置・姿勢決め部を有するピンセット保持台と、
    を有する液体移送システム。
12. 請求項３又は４に記載の液体移送用マニピュレータと、
    固形物が混入された液体を収容する試料容器と、
    前記フィルタと、
    前記フィルタ把持具と、
    前記計量抽出具と、
    前記マイクロピペットを保持するマイクロピペット保持台であって、前記マイクロピペット保持時に、当該マイクロピペットの位置及び姿勢を定めるとともに、その脱落を防止する脱落防止部を有するマイクロピペット保持台と、
    を有する液体移送システム。
13. 請求項1〜６のいずれか１項に記載のマニピュレータの前記保持操作具で保持した前記フィルタ把持具により、フィルタを、固形物が混入された液体を収容する試料容器内に投入し、
    前記マニピュレータの前記保持操作具で保持した前記計量抽出具により、前記フィルタを通して、前記試料容器内の液体を計量抽出する、
    液体移送方法。
14. 前記固形物は食品であり、当該食品の細菌検査に用いられる請求項１３に記載の液体移送方法。
15. 液体を検査容器に移送し、その際、
    前記検査容器内の複数の位置にそれぞれ計量された分量の前記液体を吐出するか、又は、前記検査容器内の所定の経路に沿って計量された体積速度で前記液体を吐出する、
    請求項１３又は１４に記載の液体の移送方法。
16. 前記マニピュレータにより前記試料容器内の液体を計量抽出し、希釈容器に移送し、
    前記マニピュレータにより前記希釈容器内の液体を計量抽出し、検査容器に移送し、
    前記マニピュレータにより培地容器内の培地を計量抽出し、前記検査容器に移送する、
    請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の液体の移送方法。

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