WO2020050235A1 - ピペット及び液体採取方法 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a pipette and a liquid collection method.
- Patent Document 1 a pipette has been known in which a pump action device is driven to generate a negative pressure inside a capillary to suck a liquid into the capillary (for example, Patent Document 1).
- the pipette of Patent Document 1 has a nozzle cap, a container communicating with the nozzle cap, and an electrostatic actuator forming a part of the inner surface of the container. The liquid is sucked or discharged from the nozzle cap when a part of the inner surface of the container is bent and deformed by the electrostatic actuator. Then, the amount of suction or discharge of the liquid is defined by the amount of bending.
- a pipette includes a capillary having first and second ends that are both ends in a length direction, an opening, and a pressure chamber communicating with the inside of the capillary via the second end.
- the control unit outputs a first signal for driving the driving unit such that a volume of the pressure chamber increases and a first liquid is sucked from the first end.
- the first signal includes a suction signal and a brake signal.
- the suction signal drives the drive unit such that the volume of the pressure chamber increases by a first increase from the first pre-suction volume before the first liquid is sucked to become a first post-suction volume. Let it.
- the brake signal is output subsequent to the suction signal, and the volume of the pressure chamber decreases from the first post-suction volume to a post-brake volume by a decreasing amount whose absolute value is smaller than the first increasing amount. Then, the driving unit is driven.
- the liquid collection method uses a pipette.
- the pipette includes a capillary having first and second ends which are both ends in a longitudinal direction, a pressure chamber communicating with the inside of the capillary via the second end, and a volume of the pressure chamber.
- a drive unit that changes The liquid collecting method includes a liquid contacting step, a suction step, a liquid separating step, and a brake step.
- the liquid contacting step the first end is brought into contact with a liquid.
- the suctioning step the volume of the pressure chamber is increased by the drive unit while the first end is in contact with the liquid, whereby the liquid is sucked into the capillary from the first end. .
- the first end is separated from the rest of the liquid after a part of the liquid is sucked into the capillary.
- the brake step after the suction step and before the liquid separation step, the volume of the pressure chamber is reduced by the driving unit.
- FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a specific example of the pipette according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a temporal change in voltage of a signal output by a control unit of the pipette of FIG. 1.
- 3 (a), 3 (b), 3 (c), 3 (d) and 3 (e) are schematic diagrams showing the operation by the signal of FIG.
- FIG. 3 is a schematic diagram illustrating details of a part of the signals in FIG. 2.
- 5 (a), 5 (b), 5 (c), 5 (d), 5 (e) and 5 (f) are schematic diagrams showing the operation by the signal of FIG.
- FIG. 6A and 6B are schematic diagrams for explaining an example of a method of setting a brake signal included in the signal of FIG.
- FIG. 2 is a block diagram illustrating a main configuration of a signal processing system of a control unit of the pipette of FIG. 1.
- 2 is a flowchart illustrating an example of a procedure of a process relating to the pipette of FIG. 1.
- It is a block diagram showing the important section composition concerning the signal processing system of the control unit in the pipette concerning a 2nd embodiment.
- It is a schematic diagram showing a part of the drive signal in the pipette according to the third embodiment.
- FIGS. 11A and 11B are diagrams showing the effect of the brake signal on the variation in the suction amount. It is a figure showing the influence which the start timing of a brake signal has on the suction amount. It is a figure showing the influence which the initial volume of a pressure chamber has on the amount of suction.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a pipette 1 according to an embodiment of the present disclosure.
- an orthogonal coordinate system xy is attached for convenience.
- the + x side is a side that is set downward when the liquid is sucked by the pipette 1.
- the pipette 1 includes the capillary 10, a pipette body 20 that changes the pressure in the capillary 10, and a control unit 24 that controls the operation of the pipette body 20.
- the inside of the capillary 10 is evacuated (depressurized) from the rear end (second end 12) of the capillary 10 by the pipette body 20 in a state where the tip (first end 11) on the + x side of the capillary 10 is in contact with the liquid. Liquid is drawn into the capillary 10. At this time, for example, by adjusting the amount of exhaust from the capillary 10, the amount of liquid suction can be adjusted.
- the capillary 10 has a cylindrical shape in which the first end 11 and the second end 12 which are both ends in the length direction (x direction) are open.
- the “cylindrical shape” means a shape that is long in one direction (the length in one direction is longer than the length in other directions), hollow, and open at both ends. And does not mean only a cylindrical shape.
- the schematic shape of the capillary 10 may be various shapes.
- the shape of the inner edge (the inner surface of the capillary 10) and / or the outer edge (the outer surface of the capillary 10) is circular, elliptical, or oval. It may be a polygon or the like.
- the shape and / or size of the cross section (the inner edge and / or the outer edge) may be constant over the entire length of the capillary 10 or at least a part of the entire length of the capillary 10 in the length direction. It may be different depending on the position.
- the inner edge and the outer edge may be similar to each other, or may not be similar.
- the center line of the internal space (flow path) of the capillary 10 may extend linearly from the first end 11 to the second end 12, or may be bent at least in part.
- the cross section (inner edge and outer edge) of the capillary 10 is circular at any position in the length direction, and the shape and size of the cross section are in the length direction. Is assumed to be constant.
- the dimensions of the capillary 10 may be appropriately set according to various circumstances such as the amount of the liquid to be collected and / or a method of attaching the capillary 10 to the pipette body 20.
- the inner diameter of the capillary 10 may be 0.01 mm or more and 1.0 mm or less.
- the outer diameter of the capillary 10 may be set to 0.02 mm or more and 2.0 mm or less.
- the length of the capillary 10 may be 10 mm or more and 100 mm or less.
- the material of the capillary 10 may be various.
- examples of the material include glass, resin, ceramics, and metal.
- examples of the resin include polypropylene, polyethylene, and polytetrafluoroethylene.
- a part in the length direction and another part may be made of different materials, and / or a part in the radial direction and another part may be made of materials different from each other. May be.
- the capillary 10 may be configured by a single member integrally formed, or may be configured by fixing two or more members to each other.
- the capillary 10 may be configured by forming a film made of another material on at least a part of the surface of a member made of one material.
- at least a part (that is, a part or the whole) of the capillary 10 may be made of a light-transmitting material (eg, resin or glass).
- At least a part (that is, part or all) of the surface of the capillary 10 may have water repellency.
- Having water repellency means, for example, that the contact angle of the liquid is 90 ° or more. If the liquid to be suctioned by the pipette is not specified, the presence or absence of water repellency may be determined using the contact angle of water.
- the contact angle in the case of having water repellency may be appropriately set.
- the contact angle may be 90 ° or more and 95 ° or less (that is, a value close to 90 °), may be 95 ° or more and 150 ° or less, or may be more than 150 °. Note that the angle exceeding 150 ° is a size that can be said to have so-called super water repellency.
- the region having the water repellency on the surface of the capillary 10 may be appropriately set.
- the region having water repellency includes the end surface of the first end 11 (the surface facing in the + x direction), a part of the inner surface of the capillary 10 on the + x side, and a part of the outer surface of the capillary 10 on the + x side.
- the region having water repellency includes a region that comes into contact with the liquid. Since the area in contact with the liquid has water repellency, for example, the risk of liquid adhesion and / or unintentional movement is reduced, and the accuracy of the liquid collection amount is improved.
- the capillary 10 may have water repellency on the surface by being made of a material having water repellency, for example. Further, for example, the capillary 10 (part or all) may have water repellency by forming a water repellent film on the surface of a member made of a material having no water repellency.
- the water-repellent film various types may be used, and examples thereof include a water-repellent film formed by a silane coupling agent, a metal alkoxide-containing water-repellent film, a silicone-containing water-repellent film, and a fluorine-containing water-repellent film.
- Various methods may be used as a method for forming the water-repellent film on the surface of the capillary 10, for example, a dry process method or a wet process method may be used.
- Examples of the dry process method include a physical vapor deposition method and a chemical vapor deposition method.
- Examples of the former include a physical vapor deposition method and a sputtering method.
- Examples of the latter include a chemical vapor deposition (CVD) method and an atomic layer deposition (ALD) method.
- Examples of the wet process method include a sol-gel method, a dip coating method, and a coating method.
- the capillary 10 is, for example, disposable and detachable from the pipette body 20.
- the attachment / detachment method may be an appropriate method.
- the capillary 10 may be fixed by being pressed into a hole of the pipette body 20, or may be fixed by fastening or locking by a mechanism (not shown) provided in the pipette body 20.
- the capillary 10 may be used repeatedly, or may be fixed (for example, adhered) to the pipette body 20 in a non-detachable manner.
- the pipette body 20 has a pressure chamber 21 (cavity) communicating with the inside of the capillary 10.
- the pipette body 20 reduces the pressure (exhaust) in the capillary 10 by increasing the volume of the pressure chamber 21 and increases the pressure (air supply) in the capillary 10 by decreasing the volume of the pressure chamber 21. Do. Thereby, for example, suction and discharge of liquid by the capillary 10 are realized.
- the configuration of the pipette body 20 that realizes such an operation may be an appropriate one. An example is shown below.
- the pipette body 20 includes, for example, a flow path member 35 that forms a flow path (including the pressure chamber 21) communicating with the inside of the capillary 10, an actuator 40 that changes the volume of the pressure chamber 21, and a flow path member. And a valve 23 for permitting and prohibiting communication between the inside (flow path) of 35 and the outside.
- the general outer shape and size of the flow path member 35 may be formed in an appropriate shape.
- the schematic outer shape of the flow path member 35 has an axial shape (a shape in which the length in the x direction is longer than the length in other directions) in series with the capillary 10.
- the size is, for example, a size that the user can pinch or grip (for example, the maximum outer diameter is 50 mm or less).
- the internal space of the flow path member 35 includes, for example, the above-described pressure chamber 21, the communication flow path 27 connecting the capillary 10 and the pressure chamber 21, the communication flow path (in another aspect, the pressure chamber 21) and the outside. And an open channel 28 for connection.
- the shape, position, size, and the like of the pressure chamber 21 may be set as appropriate.
- the pressure chamber 21 is located on a side surface of the flow path member 35.
- the schematic shape of the pressure chamber 21 is a thin shape having a substantially constant thickness with the direction (the y direction) overlapping the actuator 40 being the thickness direction.
- the thin shape is a shape in which the length in the y direction is shorter than the maximum length in each direction orthogonal to the y direction.
- the planar shape (the shape viewed in the y direction) of the pressure chamber 21 may be an appropriate shape such as a circle, an ellipse, a rectangle, or a rhombus.
- the thickness (y direction) of the pressure chamber 21 is, for example, not less than 10 ⁇ m and not more than 5 mm.
- the diameter of the pressure chamber 21 (the maximum length in each direction orthogonal to the y direction) is, for example, 2 mm or more and 50 mm or less.
- the flow path member 35 includes a first flow path 22 extending from the capillary 10 in the length direction (x direction) of the capillary 10 and a direction intersecting the first flow path 22 from the middle of the first flow path 22. And a second flow path 26 extending to the pressure chamber 21.
- a communication channel 27 is formed by the second channel 26 and a portion of the first channel 22 on the capillary 10 side from the connection position with the second channel 26.
- the first flow path 22 communicates with the outside of the flow path member 35, for example, on the side opposite to the capillary 10.
- An open channel 28 is formed by a portion of the first channel 22 opposite to the capillary 10 from a position connected to the second channel 26. Therefore, the flow path for releasing the liquid so that the liquid does not enter the pressure chamber 21 is also used as the open flow path 28 for opening the pressure chamber 21 to the outside, and the space efficiency is improved.
- the shapes and dimensions of the cross sections of the first flow path 22 and the second flow path 26 may be appropriately set.
- the cross section of the first flow path 22 and the second flow path 26 is a circle having a diameter of 0.05 mm or more and 2 mm or less.
- the inner diameters of the first flow path 22 and the second flow path 26 may be the same or different from each other.
- the shape and size of the cross section of the first flow path 22 and / or the second flow path 26 may be constant in the length direction or may be changed.
- the flow path member 35 may be configured by combining members of an appropriate shape made of an appropriate material.
- the flow path member 35 has a first part 30 and a second part 60 joined to each other.
- the first part 30 has a through hole serving as the pressure chamber 21.
- the second part 60 has a first flow path 22 and a second flow path 26.
- the pressure chamber 21 is configured by a space surrounded by the first part 30, the second part 60, and the actuator 40.
- each of the first part 30 and the second part 60 may be configured by a combination of a plurality of members.
- the material of the first part 30 and the second part 60 may be, for example, metal, ceramic, resin, or any combination thereof.
- the actuator 40 constitutes, for example, one of the inner surfaces of the pressure chamber 21.
- the actuator 40 has a substantially plate shape, and is joined to the first part 30 so as to close the through hole of the first part 30 from the side opposite to the second part 60, and the communication passage 27 constitutes the inner surface on the opposite side to the inner surface where it opens. Then, the actuator 40 reduces the volume of the pressure chamber 21 by bending toward the pressure chamber 21 side (in other words, by displacing the inner surface of the pressure chamber 21 inward). Conversely, the actuator 40 increases the volume of the pressure chamber 21 by bending to the opposite side to the pressure chamber 21 (in other words, by displacing the inner surface of the pressure chamber 21 outward).
- the actuator 40 is configured by a unimorph type piezoelectric element. More specifically, for example, the actuator 40 has two stacked piezoelectric ceramic layers 40a and 40b. Further, the actuator 40 has an internal electrode 42 and a surface electrode 44 facing each other with the piezoelectric ceramic layer 40a interposed therebetween. The piezoelectric ceramic layer 40a is polarized in the thickness direction.
- the piezoelectric ceramic layer 40a contracts in the plane direction.
- the piezoelectric ceramic layer 40b does not cause such shrinkage.
- the piezoelectric ceramic layer 40a bends toward the piezoelectric ceramic layer 40b. That is, the actuator 40 bends toward the pressure chamber 21.
- the actuator 40 bends to the side opposite to the pressure chamber 21.
- the shape and size of the actuator 40 may be appropriately set.
- the actuator 40 is a flat plate having an appropriate planar shape.
- the planar shape may or may not be similar to the planar shape of the pressure chamber 21.
- the maximum length in each direction in plan view (when viewed in the y direction) is, for example, 3 mm or more and 100 mm or less.
- the thickness (y direction) of the actuator 40 is, for example, not less than 10 ⁇ m and not more than 2 mm.
- the materials, dimensions, shapes, conduction methods, and the like of various members constituting the actuator 40 may be appropriately set. An example is shown below.
- the thickness of the piezoelectric ceramic layers 40a and 40b may be, for example, not less than 10 ⁇ m and not more than 30 ⁇ m.
- the material of the piezoelectric ceramic layers 40a and 40b may be, for example, a ferroelectric ceramic material. Such ceramic materials include lead zirconate titanate (PZT), NaNbO 3 system, KNaNbO 3 system, BaTiO 3 system and (BiNa) NbO 3 system, those BiNaNb 5 O 15 system.
- the piezoelectric ceramic layer 40b may be made of a material other than the piezoelectric material.
- the internal electrode 42 is located, for example, between the piezoelectric ceramic layer 40a and the piezoelectric ceramic layer 40b, and has substantially the same size as the actuator 40.
- the thickness of the internal electrode 42 may be, for example, 1 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less.
- the internal electrode 42 is externally conductive, for example, by a through electrode 48 penetrating the piezoelectric ceramic layer 40a and a connection electrode 46 located on the surface of the actuator 40 and connected to the through electrode 48.
- the surface electrode 44 is located, for example, on the opposite side of the piezoelectric ceramic layer 40a from the piezoelectric ceramic layer 40b (outside of the pressure chamber 21), and has a surface electrode main body 44a and an extraction electrode 44b.
- the surface electrode main body 44a has, for example, a planar shape substantially equal to the pressure chamber 21, and is provided so as to overlap the pressure chamber 21 in the thickness direction.
- the extraction electrode 44b is formed so as to be extracted from the surface electrode main body 44a.
- the thickness of the surface electrode 44 may be, for example, 0.1 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
- the materials of the internal electrode 42, the surface electrode 44, the connection electrode 46, and the through electrode 48 may be, for example, a metal material. More specifically, for example, the material of the internal electrode 42 and the through electrode 48 may be Ag-Pd. The material of the surface electrode 44 and the connection electrode 46 may be, for example, Au.
- the actuator 40 or a part of the actuator 40 may be referred to as a driving unit 50.
- the actuator is not limited to a unimorph type piezoelectric element.
- the actuator may be a bimorph-type piezoelectric element or an electrostatic actuator.
- valve 23 is provided, for example, at a position where the open channel 28 communicates with the outside. By opening and closing the valve 23, communication between the inside and the outside of the flow path member 35 is permitted or prohibited. In the state where the communication is prohibited, the pressure in the capillary 10 is reduced and increased by the change in the volume of the pressure chamber 21. On the other hand, in a state where the communication is permitted, even if the volume of the pressure chamber 21 is changed, the pressure in the capillary 10 is not reduced or increased. An example of the use of the function in which the pressure is not reduced or increased will be described later.
- the valve 23 opens and closes in response to, for example, a signal input from the outside.
- various valves such as an electromagnetic valve or a piezoelectric valve can be used.
- the valve 23 may be closed when a signal is not input, and may be opened when a signal is input.
- the valve 23 may be opened when a signal is not input, and may be opened when a signal is input.
- the signal may be in a closed state, or a signal for closing and a signal for opening may be input.
- the control unit 24 is electrically connected to the actuator 40 and the valve 23, and controls these operations.
- the control unit 24 includes, for example, a control unit 25 (FIG. 7) for performing calculations and input / output of signals, and an input unit 71 (FIG. 7) and / or an output unit (not shown) connected to the control unit 25. are doing.
- the control unit 25 changes the volume of the pressure chamber 21 by, for example, applying an electric signal to the actuator 40 to deform the actuator 40.
- the actuator 40 By driving the actuator 40 so that the volume of the pressure chamber 21 periodically increases and decreases, the liquid sucked into the capillary 10 can be mixed by vibrating.
- the control unit 25 opens and closes the valve 23 by giving an electric signal to the valve 23.
- the liquid can be discharged from the valve 23 to the outside by opening the valve 23.
- the valve 23 is opened, the deformation of the actuator 40 is returned to the original state in that state, and the actuator 40 is deformed again after the valve 23 is closed. Liquid can be sucked.
- the control unit 25 can be configured using various integrated circuits. Further, examples of the input unit 71 connected to the control unit 25 include a unit that receives a user operation (such as a switch) and / or a unit that receives a signal from an external device (such as a connector). Further, examples of the output unit connected to the control unit 25 include a unit that presents information to a user (a display device or the like) and / or a unit that outputs a signal to an external device (a connector or the like). .
- the control unit 24 may be fixedly provided on the pipette main body 20, may be provided so as to be relatively movable with respect to the pipette main body 20, or a part (for example, a driver) may be fixed on the pipette main body 20. Other parts (for example, a part for outputting a command to a driver) may be provided so as to be relatively movable with respect to the pipette body 20.
- FIG. 2 is a graph schematically illustrating an example of a temporal change of a voltage (signal level) of the drive signal SgA (Sg0 to Sg3) output from the control unit 25.
- the horizontal axis t indicates time
- the vertical axis V indicates voltage.
- 3 (a) to 3 (e) are schematic diagrams showing the state of the capillary 10 at any time shown on the horizontal axis in FIG.
- the drive signal SgA output from the control unit 25 to the actuator 40 has a waveform in which the voltage changes over time.
- the actuator 40 bends by a deformation amount corresponding to the applied voltage.
- the correspondence here is, for example, a one-to-one correspondence, in other words, a relation in which the amount of deformation is uniquely defined with respect to the voltage (excluding the state where the deformation is saturated). Therefore, the actuator 40 to which the drive signal SgA has been input follows the pressure of the drive signal SgA (change in voltage over time) so that the volume of the pressure chamber 21 becomes a volume corresponding to the voltage of the drive signal SgA. The volume of the chamber 21 is changed.
- FIG. 2 may be regarded as showing not only the temporal change of the voltage of the drive signal SgA but also the temporal change of the volume of the pressure chamber 21.
- One of the internal electrode 42 and the surface electrode 44 is provided with a reference potential, and the other is supplied with the drive signal SgA.
- the voltage in FIG. 2 indicates a potential difference between the reference potential and the drive signal SgA.
- the drive signal SgA is an unbalanced signal.
- the drive signal SgA may be a balanced signal in which the potential is changed at both the internal electrode 42 and the surface electrode 44 and the potential difference is the voltage shown in FIG. Note that, in the present embodiment, the case where the drive signal SgA is an unbalanced signal is taken as an example, and therefore, the voltage in FIG. 2 may be described below as the potential of the drive signal SgA.
- the increase in the voltage of the drive signal SgA may correspond to an increase in the volume of the pressure chamber 21 or may correspond to a decrease in the volume of the pressure chamber 21.
- the direction of the internal electrode 42 and the surface electrode 44 from the electrode to which the drive signal SgA is applied to the electrode to which the reference potential is applied is opposite to the polarization direction of the piezoelectric ceramic layer 40a. Or the same orientation.
- the reverse direction is taken as an example for convenience.
- a case where the rise in the potential of the drive signal SgA corresponds to the increase in the volume of the pressure chamber 21 (that is, the suction of the liquid) will be described as an example.
- the operation on the pipette 1 by the user may be appropriately read as the operation on the pipette 1 of the device.
- the movement of the pipette 1 by the user may be the movement of the pipette 1 by the device, and the operation of the user on the switch (not shown) of the pipette 1 may be the output of a command signal to the pipette 1 by the device.
- the apparatus may perform the same operation as the user on the pipette by, for example, sequence control.
- the control unit 25 Before time t1, the control unit 25 outputs an initial signal Sg0 to the actuator 40 in response to a user operation on a switch (not shown).
- the initial signal Sg0 is a signal having a constant potential. Thereby, the volume of the pressure chamber 21 is maintained at a predetermined initial volume.
- the potential of the initial signal Sg0 may be a reference potential or may be different from the reference potential. In the present embodiment, the case where the reference potential is used is taken as an example.
- the drive signal SgA does not need to include the initial signal Sg0. That is, before time t1, the driving signal SgA may not be output, instead of the state where the initial signal Sg0 is output.
- the valve 23 is closed after time t0 unless otherwise specified.
- the user brings the first end 11 of the capillary 10 into contact with the first liquid L1 before the time t1 (performs a liquid contacting step). Then, the user instructs the pipette 1 to suction the first liquid L1 by operating a switch (not shown) of the pipette 1.
- the time of this instruction corresponds to time t1 in FIG.
- the control unit 25 When the suction of the first liquid L1 is instructed, the control unit 25 outputs a first signal Sg1 for driving the driving unit 50 so that the volume of the pressure chamber 21 increases.
- the first signal Sg1 is, for example, a signal that rises from the potential of the initial signal Sg0 and maintains the potential after the rise, roughly (details will be described later).
- the suction amount roughly corresponds to, for example, an increase amount of the potential of the first signal Sg1.
- the rise amount of the potential is set, for example, roughly according to the target value of the suction amount.
- the control unit 25 When the suction of the second liquid L2 is instructed, the control unit 25 outputs a second signal Sg2 for driving the driving unit 50 so that the volume of the pressure chamber 21 increases.
- the second signal Sg2 is, for example, a signal that rises from the potential maintained by the first signal Sg1 and maintains the potential after the rise, roughly (details will be described later).
- the suction amount roughly corresponds to, for example, a rise amount of the potential of the second signal Sg2.
- the rise amount of the potential is set, for example, roughly according to the target value of the suction amount.
- the control unit 25 When the mixing of the first liquid L1 and the second liquid L2 is instructed, the control unit 25 outputs a third signal Sg3 for mixing the first liquid L1 and the second liquid L2.
- the third signal Sg3 includes, for example, an air suction signal Sg31, a restoration signal Sg32, and a mixed signal Sg33 in this order. Specifically, it is as follows.
- the control unit 25 first outputs an air suction signal Sg31 for driving the driving unit 50 so that the volume of the pressure chamber 21 increases.
- the air suction signal Sg31 is, for example, a signal that generally rises from the potential maintained by the second signal Sg2 and maintains the potential after the rise.
- the first liquid L1 and the second liquid L2 move toward the second end 12 and stop at a predetermined position in the capillary 10.
- the amount of movement at this time corresponds to the amount of increase in the potential of the air suction signal Sg31.
- the potential difference is set according to the target value of the movement amount.
- control unit 25 determines that a predetermined time has elapsed after the start of the output of the air suction signal Sg31, the control unit 25 controls the valve 23 to open the open flow passage 28. Note that, as described above, this control may be performed by either outputting the signal or stopping the output of the signal.
- the predetermined time is a time sufficient for the first liquid L1 and the second liquid L2 to move to the target position by the air suction signal Sg31.
- the restoration signal Sg32 is, for example, a signal that generally drops from the potential maintained by the air suction signal Sg31 and maintains the potential after the drop.
- the predetermined time from the opening of the valve 23 to the time t4 is a time sufficient to open the valve 23.
- the potential after the restoration signal Sg32 has dropped may be the same, higher, or lower than the potential of the initial signal Sg0 and / or the reference potential. In the illustrated example, the potential after the restoration signal Sg32 has dropped is the same as the potential of the initial signal Sg0 and the reference potential. Note that, in this case, the restoration signal Sg32 has a falling part (it is not intentionally output as a signal) that occurs in the process of transitioning from the state in which the air suction signal Sg31 is being output to the state in which the output is stopped. Part).
- control unit 25 determines that the predetermined time has elapsed from the time t4
- the control unit 25 controls the valve 23 so as to close the open flow passage 28. Note that, as described above, this control may be performed by either outputting the signal or stopping the output of the signal.
- the predetermined time from time t4 is a time sufficient for the actuator 40 to be displaced corresponding to the potential after the restoration signal Sg32 has dropped.
- the liquid L3 after being mixed is irradiated with light while being held in the capillary 10, and its properties are examined. For example, a fluorescence measurement, a scattering measurement, an absorption measurement, and / or a spectroscopic measurement are performed.
- the liquid L3 may be moved to a position suitable for measurement by the same operation as the operation of moving the liquid to an arbitrary position between times t3 and t4.
- the mixed liquid L3 may be discharged from the capillary 10 and used for various purposes instead of being used for measurement while being held in the capillary 10.
- the waveform of the drive signal SgA is a waveform composed of a plurality of straight lines such as a rectangular wave from t0 to t4. Further, the waveform of the drive signal SgA is a waveform composed of a curve such as a sine wave from t4 to t6. However, a part or all of the waveform from t0 to t4 may be formed by a curve, or a part or all of the waveform from t4 to t6 may be formed by a straight line. Further, the waveform may be various waveforms different from those illustrated (for example, a sawtooth or a triangular wave).
- FIG. 4 is a diagram showing details of the first signal Sg1 relating to the suction of the first liquid L1, and corresponds to an enlarged view of a part (time t0 to t2) of FIG.
- FIGS. 5A to 5F are schematic diagrams showing the state of the capillary 10 at any time shown on the horizontal axis of FIG.
- the first signal Sg1 includes the suction signal Sg11, the brake signal Sg12, and the additional suction signal Sg13 in order. Specifically, it is as follows.
- the control unit 25 outputs the initial signal Sg0. Further, as shown in FIGS. 5A and 5B, the user brings the first end 11 of the capillary 10 into contact with the first liquid L1. Then, the user instructs the pipette 1 to suck the first liquid L1 by operating a switch (not shown) of the pipette 1 (time t1).
- the suction signal Sg11 is, for example, a signal that rises from the potential V0 of the initial signal Sg0 to a predetermined potential V1 and maintains the potential V1. That is, the suction signal Sg11 includes a rising signal Sg111 that rises from the potential V0 to the potential V1 and a maintenance signal Sg112 that maintains the potential V1 in this order.
- the brake signal Sg12 is, for example, a signal that drops from the potential V1 of the suction signal Sg11 to a predetermined potential V2 and maintains the potential V2. That is, the brake signal Sg12 includes a descending signal Sg121 that falls from the potential V1 to the potential V2, and a sustain signal Sg122 that maintains the potential V2 in order.
- the volume of the pressure chamber 21 changes from the volume corresponding to the potential V0 (the first pre-suction volume) to the volume corresponding to the potential V1 (the first suction). (Rear volume) without much delay in the change in potential.
- volume of the pressure chamber 21 changes (increases) from the first pre-suction volume to the first post-suction volume, an amount corresponding to the volume increase (target suction) is not delayed so much.
- Volume) of the first liquid L1 flows into the capillary 10 and stops. Under such a concept, generally, the time from the start of suction of the first liquid L1 at time t1 to the separation of the capillary 10 from the first liquid L1 is relatively short (for example, 0.5 seconds to 2 seconds). ).
- the first liquid L1 flows into the capillary 10 for a relatively long time (for example, 30 seconds). It turns out that a phenomenon occurs. As a result of such a phenomenon, the liquid separation is performed while the first liquid L1 is flowing into the capillary 10.
- the time from when the suction of the first liquid L1 is started to when the liquid separation is performed varies between users, and also changes for each user each time the suction of the first liquid L1 is performed.
- the amount of the first liquid L1 flowing into the capillary 10 before the liquid separation varies. That is, the suction amount of the first liquid L1 varies.
- the brake signal Sg12 is output to the drive unit 50 to reduce the volume of the pressure chamber 21.
- the air pressure on the second end 12 side of the capillary 10 with respect to the first liquid L1 is increased. Due to this pressure increase, a force is applied to the first liquid L1 toward the first end 11 as shown by an arrow in FIG. 5D, and the flow of the first liquid L1 into the capillary 10 is suppressed ( Stop).
- the first liquid L1 flowing into the capillary 10 within the time corresponding to the variation is generated.
- the amount is reduced.
- the influence of the variation in the time until liquid separation exerts on the suction amount is reduced.
- the time length Tp from the start of the output of the suction signal Sg11 at the time t1 to the start of the output of the brake signal Sg12 is shortened, the amount of suction can be reduced.
- the cause of the phenomenon that the first liquid L1 flows into the capillary 10 even after the volume of the pressure chamber 21 reaches the first post-suction volume corresponding to the potential V1 is, for example, one of the following two factors. Or a combination.
- One factor is that the liquid flows into the capillary 10 due to the inertial force of the liquid even after the liquid is sucked at a suction amount corresponding to the amount of increase in the volume of the pressure chamber 21.
- Another factor is that the change in the volume of the pressure chamber 21 follows the suction signal Sg11 without a significant time delay, whereas the amount of liquid suction increases with the increase in the volume of the pressure chamber 21. It is to follow up with a time delay.
- the output of the brake signal Sg12 is started at a predetermined timing (after the lapse of the time length Tp) with respect to the start of the output of the suction signal Sg11.
- time measurement is performed starting from a time other than the output start time of the suction signal Sg11, and it is determined whether or not the time to start outputting the brake signal Sg12 has arrived. No problem. For example, when the rising signal Sg111 of the suction signal Sg11 has a slope (potential gradually rises), the output start time of the maintenance signal Sg112 of the suction signal Sg11 may be set as the starting point of time measurement.
- the output of the brake signal Sg12 is started at a predetermined timing with respect to the start of the output of the suction signal Sg11 (rising signal Sg111).
- the user pulls up the capillary 10 from the first liquid L1 while the maintenance signal Sg122 of the brake signal Sg12 is being output. Then, the user instructs the pipette 1 to perform additional suction by operating a switch (not shown) of the pipette 1.
- the time of this instruction corresponds to time t12 in FIG.
- the control unit 25 When the additional suction is instructed, the control unit 25 outputs an additional suction signal Sg13 for driving the driving unit 50 so that the volume of the pressure chamber 21 increases.
- the additional suction signal Sg13 is, for example, a signal that rises from the potential V2 of the brake signal Sg12 to a predetermined potential V3 and maintains the potential V3. That is, the additional suction signal Sg13 includes a rising signal Sg131 that rises from the potential V2 to the potential V3 and a maintenance signal Sg132 that keeps the potential V3.
- the first liquid L1 may protrude outside the first end 11.
- the additional suction signal Sg13 By outputting the additional suction signal Sg13, the first liquid L1 that has protruded outward can be sucked into the capillary 10, as shown in FIG.
- the potential difference dV3 from the potential V2 to the potential V3 is, for example, an increase (additional increase) in the volume (volume) of the pressure chamber 21 corresponding to the potential difference dV3 when the first end 11 is brought into contact with the first liquid L1.
- the volume of the first liquid L1 protruding outward from the first end 11 is equal to the volume. It may be set to be.
- the term “equal” used herein means that, for example, the difference between the two volumes is within ⁇ 20% or ⁇ 10% of the volume protruding outward from the first end 11.
- the user While the maintenance signal Sg132 of the additional suction signal Sg13 is being output, as described above, the user brings the capillary 10 into contact with the second liquid L2. Then, the user instructs the pipette 1 to suck the second liquid L2 by operating a switch (not shown) of the pipette 1 (time t2). Thus, the second signal Sg2 is output following the sustain signal Sg132.
- the waveform of the first signal Sg1 is a waveform composed of a plurality of straight lines such as a rectangular wave. However, part or all of the waveform of the first signal Sg1 may be configured by a curve. Further, the waveform of the first signal Sg1 may be various waveforms different from those illustrated (for example, a sawtooth or a triangular wave). For example, although not specifically shown, the rising signal Sg111 of the suction signal Sg11, the falling signal Sg121 of the brake signal Sg12, and / or the rising signal Sg131 of the additional suction signal Sg13 may have their potential gradually changed linearly or curvedly. .
- the suction signal Sg11 may be a sine wave whose phase changes from 0 to ⁇ / 2
- the brake signal Sg12 may be a sine wave whose phase changes from ⁇ / 2 to a predetermined value less than ⁇ .
- the maintenance signal Sg112 of the suction signal Sg11 may be omitted.
- the second signal Sg2 may include, in the same manner as the first signal Sg1, an suction signal, a brake signal, and an additional suction signal.
- the sustain signal Sg132 and the potential V3 of the first signal Sg1 correspond to the initial signal Sg0 and the potential V0 for the first signal Sg1. It is needless to say that the values of the parameters of various signals may be different between the first signal Sg1 and the second signal Sg2 depending on the amount of suction of the first liquid L1 and the second liquid L2.
- the values of various parameters of the first signal Sg1 may be appropriately set according to the dimensions of the capillary 10, the configuration of the actuator 40, and the like. An example is given below.
- the potential difference dV1 is 2 V or more and 7 V or less.
- the potential difference dV2 is 1 V or more and 5 V or less (however, less than dV1).
- the time length Tp is 0.01 seconds or more and 1 second or less.
- the braking force increases as the value (absolute value; the same applies hereinafter) of the potential difference dV2 from the potential V1 to the potential V2 in the brake signal Sg12 is increased. Further, when the slope (rate of change in potential) of the descending signal Sg121 of the brake signal Sg12 is made steeper, the braking force becomes stronger.
- the values of the parameters affecting these braking forces may be set as appropriate.
- a method of setting the value of the potential difference dV2 according to the waveform of the suction signal Sg11 will be exemplified.
- the potential difference dV2 is an absolute value of the amount of decrease in the pressure chamber 21 from the first post-suction volume corresponding to the potential V1 to the post-braking volume corresponding to the potential V2.
- the magnitude of the potential difference dV2 may be set, for example, according to the waveform of the suction signal Sg11.
- FIG. 6A is a diagram for explaining an example of a method of setting the potential difference dV2 of the brake signal Sg12, and corresponds to a part of FIG.
- the potential difference dV1 of the suction signal Sg11 (from another viewpoint, the first pre-suction volume corresponding to the potential V0 is used. It is assumed that the value of the first increase amount up to the second post-suction volume corresponding to the potential V2 changes. In this case, the larger the potential difference dV1, the larger the potential difference dV2 may be.
- the potential difference dV2 may be a value obtained by multiplying the potential difference dV1 by a predetermined ratio less than 1. The predetermined ratio may be, for example, a value between 60% and 90%.
- the flow velocity when the first liquid L1 flows into the capillary 10 and / or the inertial force applied to the first liquid L1 is larger. Therefore, for example, by increasing the potential difference dV2 as the potential difference dV1 increases, the possibility that the first liquid L1 flows into the capillary 10 more than expected can be reduced.
- FIG. 6B is a diagram for explaining another example of a method of setting the potential difference dV2 of the brake signal Sg12, and corresponds to a part of FIG.
- the value of the time length Tp of the suction signal Sg11 (or the maintenance signal Sg112 of the suction signal Sg11) is shown as two types of first signals Sg1 having different waveforms from each other by the solid line and the two-dot chain line. Is assumed to have changed. In this case, the shorter the time length Tp, the larger the potential difference dV2 may be.
- the potential difference dV2 may be increased or decreased according to the change in both values.
- the value of the potential difference dV1 and the value of the time length Tp are adjusted by, for example, increasing the time length Tp when the value of the potential difference dV1 is increased. It may be planned.
- the values of the potential difference dV1 and the time length Tp are fixed (set by the manufacturer of the pipette 1). That is, the pipette 1 is manufactured and sold as a device in which the user cannot change the suction amount. Then, the manufacturer sets the value of the potential difference dV2 according to the potential difference dV1 and the time length Tp.
- the value of the time length Tp is fixed. The control unit 25 sets the value of the potential difference dV1 according to the target value of the suction amount set by the user via the input unit 71. Then, the control unit 25 sets the value of the potential difference dV2 according to the set potential difference dV1.
- the value of the potential difference dV1 is fixed.
- the value of the time length Tp is set by the control unit 25 according to the target value of the suction amount set by the user via the input unit 71. Then, the control unit 25 sets the value of the potential difference dV2 according to the set time length Tp.
- ⁇ ⁇ Various embodiments other than the above-mentioned embodiments (1) to (3) are possible.
- the user may be able to directly set the potential difference dV1, the time length Tp, and / or the potential difference dV2 via the input unit 71.
- both the potential difference dV1 and the time length Tp may be adjusted according to the target value of the suction amount set via the input unit 71.
- the specification (setting) of the value of the potential difference dV1 and / or the time length Tp based on the target value of the suction amount may be realized by, for example, a calculation formula, or may be specified by referring to a map in which these are associated. May be done. The same applies to the specification (setting) of the value of the potential difference dV2 based on the value of the potential difference dV1 and / or the value of the time length Tp.
- the value of the time length Tp set by the manufacturer inside the control unit 25 may be treated as a variable instead of a constant. I do not care.
- the mode (2) among the modes (1) to (3) will be described as an example.
- FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a main part related to a signal processing system of the control unit 24.
- the control unit 25 includes, for example, a storage unit 72.
- the storage unit 72 stores the first target value D1, the second target value D2, and the value of the time length Tp.
- the first target value D1 is a target value of the suction amount of the first liquid L1, and is set by a user operation on the input unit 71.
- the second target value D2 is a target value of the suction amount of the second liquid L2, and is set by a user operating the input unit 71.
- the value of the time length Tp is set in advance by, for example, the manufacturer of the pipette 1. Although not particularly shown, the value of the time length Tp may be different for the first signal Sg1 and the second signal Sg2.
- the control unit 25 is configured to include, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an external storage device, and the like.
- the CPU executes a program stored in the ROM and / or the external storage device to execute the processing shown in FIG. (73, 74, 75 and 76) are constructed.
- the following functional units are constructed.
- the first signal setting unit 73 is based on the information and the like stored in the storage unit 72, and the value of the parameter of the waveform of the first signal Sg1 (for example, the potential, the rate of change of the potential, and / or the time length. , And so on.).
- the dV1 setting unit 73a sets the value of the potential difference dV1 of the suction signal Sg11 based on the first target value D1.
- the dV2 setting unit 73b sets the value of the potential difference dV2 of the brake signal Sg12 based on the potential difference dV1 set by the dV1 setting unit 73a.
- the second signal setting unit 74 sets the parameter values of the waveform of the second signal Sg2 based on the information and the like stored in the storage unit 72.
- the second signal setting unit 74 has a dV1 setting unit and a dV2 setting unit, like the first signal setting unit 73, and replaces the first target value D1 with the second target value.
- the value of the potential difference dV1 and the value of the potential difference dV2 are set using the value D2.
- the second signal setting unit 74 adjusts the height of the potential of the entire waveform of the second signal Sg2 based on the potential of the first signal Sg1 set by the first signal setting unit 73.
- the third signal setting unit 75 sets the value of the parameter of the waveform of the third signal Sg3 based on the information and the like stored in the storage unit 72. For example, the third signal setting unit 75 sets the height of the potential of the entire waveform of the third signal Sg3 stored in the storage unit 72 based on the potential of the second signal Sg2 set by the second signal setting unit 74. adjust. The third signal setting unit 75 may adjust the amplitude of the vibration according to the first target value D1 and the second target value D2.
- the signal control unit 76 generates a drive signal SgA based on waveform parameter values set by the various signal setting units and based on an input to the input unit 71 (a user operation in the present embodiment). Generates and outputs various included signals. From another viewpoint, the signal control unit 76 controls output start, output continuation, and output end of various signals included in the drive signal SgA.
- FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a procedure of a process performed by the user and the control unit 25 in order to realize the operation described above. Steps SU0 to SU3 on the left side of the drawing show processing performed by the user. Steps SC0 to SC4 on the right side of the drawing show processing performed by the control unit 25.
- step SU0 the user prepares for suction, for example, by turning on a power switch (not shown) of the pipette 1.
- the control unit 25 starts outputting the initial signal Sg0 (step SC0).
- step SU1 steps SU11 to SU14
- the user performs an operation on the pipette 1 for sucking the first liquid L1. Further, in response to this operation, the control unit 25 performs control for sucking the first liquid L1 (step SC1).
- Step SU11 the user brings the first end 11 of the capillary 10 into contact with the first liquid L1 (Step SU11).
- Step SU12 the user instructs the pipette 1 to suck the first liquid L1 by operating the input unit 71 (step SU12).
- control unit 25 continues outputting the initial signal Sg0 from step SC0.
- step SC11 the control unit 25 determines whether or not the suction of the first liquid L1 has been instructed based on the signal from the input unit 71. Then, in the case of a negative determination, control unit 25 continues to output initial signal Sg0, and in the case of a positive determination, proceeds to step SC12.
- step SC12 the control unit 25 starts outputting the suction signal Sg11 of the first signal Sg1.
- step SC13 the control unit 25 determines whether or not the time length Tp has elapsed from the start of the output of the suction signal Sg11. Then, in the case of a negative determination, the control unit 25 continues to output the suction signal Sg11, and in the case of an affirmative determination, proceeds to step SC14.
- step SC14 the control unit 25 starts outputting the brake signal Sg12 of the first signal Sg1.
- the user After performing an operation to instruct suction in step SU12 on the input unit 71, the user determines whether suction of the first liquid L1 (steps SC11 to SC14) is completed based on the passage of time and / or visual observation of the capillary 10. Is determined. Then, when determining that the process is completed, the user pulls up the capillary 10 from the first liquid L1 (Step SU13). Thereafter, the user performs the operation of instructing the additional suction shown in FIGS. 5E and 5F on the input unit 71 (step SU14).
- control unit 25 continues outputting the brake signal Sg12 (maintenance signal Sg122) from step SC14.
- step SC15 control unit 25 determines whether additional suction has been instructed based on a signal from input unit 71. Then, in the case of a negative determination, the control unit 25 continues to output the brake signal Sg12, and in the case of an affirmative determination, proceeds to step SC16.
- step SC16 the control unit 25 starts outputting the additional suction signal Sg13 of the first signal Sg1.
- step SU14 After performing an operation of instructing additional suction on the input unit 71 in step SU14, the user determines whether the additional suction of the first liquid L1 (step SC16) is completed based on the passage of time and / or visual observation of the capillary 10. Is determined. Then, when determining that the operation is completed, the user performs an operation for sucking the second liquid L2 (step SU2).
- step SC2 The operation by the user for sucking the second liquid L2 (step SU2) and the control by the control unit 25 corresponding to this operation (step SC2) are basically performed by the user for sucking the first liquid L1. This is the same as the operation (step SU1) and the control (SC1) by the control unit 25 corresponding to this operation.
- step SC1 the control by the control unit 25 corresponding to this operation.
- the output of the initial signal Sg0 has been continued at the start of step SC1
- the output of the maintenance signal Sg132 of the additional suction signal Sg13 has been continued at the start of step SC2.
- step SU3 the user performs an operation on the input unit 71 to instruct mixing of the first liquid L1 and the second liquid L2.
- the control unit 25 continues to output the maintenance signal of the additional suction signal of the second signal Sg2 (see the maintenance signal Sg132 of the additional suction signal Sg13 of the first signal Sg1).
- step SC3 control unit 25 determines whether mixing has been instructed based on a signal from input unit 71. Then, in the case of a negative determination, the control unit 25 continues to output the second signal Sg2, and in the case of an affirmative determination, proceeds to step SC4.
- step SC4 the control section 25 outputs the third signal Sg3.
- the pipette 1 includes the capillary 10, the pressure chamber 21, the driving unit 50, and the control unit 25.
- the capillary 10 has a first end 11 and a second end 12 which are both ends in the length direction.
- the pressure chamber 21 communicates with the inside of the capillary 10 via the second end 12.
- the drive unit 50 changes the volume of the pressure chamber 21.
- the control unit 25 outputs a first signal Sg1 for driving the driving unit 50 such that the volume of the pressure chamber 21 increases and the first liquid L1 is sucked from the first end 11.
- the first signal Sg1 includes a suction signal Sg11 and a brake signal Sg12.
- the suction signal Sg11 increases the volume of the pressure chamber 21 by a first increase (an increase corresponding to the potential difference dV1) from a first pre-suction volume (a volume corresponding to the potential V0) before the first liquid is sucked. Then, the driving unit 50 is driven to have the first post-suction volume (the volume corresponding to the potential V1).
- the brake signal Sg12 is output subsequent to the suction signal Sg11, and the volume of the pressure chamber 21 is decreased (the decrease corresponding to the potential difference dV2) whose absolute value is smaller than the first increase (the increase corresponding to the potential difference dV1). Then, the driving unit 50 is driven so as to decrease from the first post-suction volume (the volume corresponding to the potential V1) to become the post-brake volume (the volume corresponding to the potential V2).
- the liquid collection method uses the pipette 1.
- the pipette 1 has a capillary 10 having first and second ends 12 and 12 which are both ends in the longitudinal direction, a pressure chamber 21 communicating with the inside of the capillary 10 via the second end 12, And a drive unit 50 that changes the volume of the chamber 21.
- the liquid sampling method includes a liquid contacting step, a suction step, a liquid separation step, and a brake step. In the liquid contacting step (SU11), the first end 11 is brought into contact with a liquid (first liquid L1).
- the suction step (SC12) while the first end 11 is in contact with the first liquid L1, the volume of the pressure chamber 21 is increased by the driving unit 50, whereby the first liquid L1 is discharged from the first end 11. Aspirate into capillary 10.
- the liquid separation step (SU13) after a part of the first liquid L1 is sucked into the capillary 10, the first end 11 is separated from the rest of the first liquid L1.
- the brake step (SC14) the volume of the pressure chamber 21 is reduced by the drive unit 50 after the suction step (SC12) and before the liquid separation step (SU13).
- the flow of the first liquid L1 into the capillary 10, particularly the flow after the volume of the pressure chamber 21 has reached the volume corresponding to the potential V1 can be suppressed by the brake signal Sg12. .
- the brake signal Sg12 is output following the suction signal Sg11 and the potential difference dV2 is smaller than the potential difference dV1 of the suction signal Sg11, the liquid is removed from the pipette after the pipette that has suctioned the liquid is moved. It is distinguished from the signal for discharging.
- the controller 25 decreases the volume of the pressure chamber 21 by the brake signal Sg12.
- the first signal Sg1 is generated such that the absolute value of the amount (the amount of decrease corresponding to the potential difference dV2) increases.
- the braking force can be increased as the flow velocity and / or the inertial force of the first liquid L1 flowing into the capillary 10 increases.
- the effect of suppressing the flow of the first liquid L1 into the capillary 10 can be stably obtained.
- the pipette 1 has the storage unit 72 that stores the first target value D1 of the amount that sucks the first liquid L1 from the first end 11.
- the control unit 25 generates the first signal Sg1 such that the larger the first target value D1, the larger the first increase amount (the increase amount corresponding to the potential difference dV1) of the volume of the pressure chamber 21.
- the suction amount of the first liquid L1 is defined by the first increase amount of the volume of the pressure chamber 21. Then, the brake signal contributes to reducing the variation in the suction amount caused by the variation in the timing of the liquid separation.
- the first signal Sg1 indicates that the volume of the pressure chamber 21 increases from the post-brake volume (the volume corresponding to the potential V2) by an additional increase amount (the increase amount corresponding to the potential difference dV3) and the first completion volume. (A volume corresponding to the potential V3) is included in the additional suction signal Sg13 for driving the driving unit 50.
- the additional increase amount (the increase amount corresponding to the potential difference dV3) is obtained by bringing the first end 11 into contact with the first liquid L1 and sucking a part of the first liquid L1 from the first end 11 and then moving the first end 11 to the first end. When the liquid L1 is pulled up from the rest, it is equal to the volume of the first liquid L1 protruding outward from the first end 11.
- the volume of the first liquid L1 protruding from the first end 11 can be reduced.
- the brake signal Sg12 since the flow of the first liquid L1 into the capillary 10 is suppressed by the brake signal Sg12, when the liquid is subsequently separated, the flow of the first liquid L1 into the capillary 10 is suppressed.
- the protruding volume may be increased as compared with the embodiment not having the above. Therefore, the additional suction signal Sg13 is effective in combination with the brake signal Sg12.
- the possibility that dust or the like comes into contact with the first liquid L1 during the movement of the pipette 1 that has sucked the first liquid L1 is reduced.
- the possibility that a portion of the first liquid L1 protruding from the first end 11 is dispersed in the second liquid L2 is reduced. be able to.
- the pipette 1 further includes an input unit 71 that receives at least one of an operation input by a user and a signal input by an external device.
- the output of the suction signal Sg11 is started with the first input (step SU12) to the input unit 71 as a trigger (steps SC11 and SC12).
- the brake signal Sg12 is output instead of the suction signal Sg11 at a predetermined timing with respect to the start of the output of the suction signal Sg11 (steps SC13 and SC14).
- the time length Tp is shortened or the time is measured. Or high precision. As a result, the effect of reducing the amount of suction and / or reducing variation is improved.
- the output of the brake signal Sg12 is stopped by an input to the input unit 71 (step SU14) as a trigger (steps SC15 and SC16).
- steps SC15 and SC16 the increase (increase by the potential difference dV1) and decrease (decrease by the potential difference dV2) of the volume of the pressure chamber 21 are as follows. Each one only once.
- the waveform formed by the suction signal Sg11 and the brake signal Sg12 is simple. As a result, for example, it is easy to grasp the relationship between the waveform and the suction amount. As a result, it is easy to set the values of the waveform parameters.
- the first signal Sg1 is driven such that the volume of the pressure chamber 21 maintains a first completed volume (a volume corresponding to the potential V3) equal to or larger than a post-brake volume (a volume corresponding to the potential V2).
- the first standby signal (the maintenance signal Sg132 of the additional suction signal Sg13) for driving the unit 50 is included.
- the control unit 25 uses the second input (step SU2, more specifically, the same operation as step SU12 of step SU1) applied after the first input (step SU12) to the input unit 71 as a trigger.
- the drive unit 50 is driven such that the volume of the pressure chamber 21 increases from the first completed volume (potential V3) and the second liquid is sucked from the first end 11.
- Two signals Sg2 are output.
- the second liquid L2 can be sucked from the first end 11 while the first liquid L1 is held at the first end 11. Further, as described above, when the additional suction signal Sg13 is combined with the brake signal Sg12, the protrusion of the first liquid L1 from the first end 11 is reduced, and thus the first liquid 11 is moved to the second liquid L2. The possibility that the first liquid L1 is diffused into the second liquid L2 when coming into contact with the liquid is reduced. As a result, for example, the mixing ratio between the first liquid L1 and the second liquid L2 can be made accurate. In addition, for example, when suction is repeatedly performed from the stored second liquid L2, the possibility that the first liquid L1 is mixed as an impurity into the second liquid L2 is reduced.
- the second signal Sg2 indicates that the volume of the pressure chamber 21 is a second completed volume (a volume roughly corresponding to the potential V4 in FIG. 2) larger than the first completed volume (the volume corresponding to the potential V3). ) Is maintained (see the maintenance signal Sg132 of the first signal Sg1).
- the control unit 25 triggers a third input (step SU3) applied to the input unit 71 after the second input (step SU2; more specifically, the same operation as step SU12 of step SU1) as a trigger.
- a third signal Sg3 for driving the drive unit 50 so that the volume of the pressure chamber 21 increases from the second completed volume (potential V4) and thereafter repeatedly increases and decreases is output.
- the first liquid L1 accurately measured by using the brake signal Sg12 can be mixed with another liquid (second liquid L2).
- FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of a main part of a signal processing system of the control unit 224 included in the pipette according to the second embodiment, and corresponds to FIG.
- the mode (2) is taken as an example.
- the mode (3) is taken as an example. Accordingly, the block diagram of the control unit 225 according to the second embodiment is different from the block diagram of the control unit 25 according to the first embodiment.
- the storage unit 272 stores not the value of the time length Tp but the value of the potential difference dV1 as a value preset by the manufacturer of the pipette 1. Although not shown, the value of the potential difference dV1 may be different between the first signal Sg1 and the second signal Sg2.
- the first signal setting unit 273 has a Tp setting unit 273a instead of the dV1 setting unit 73a of the first embodiment.
- the Tp setting unit 273a sets the time length Tp based on the first target value D1.
- the dV2 setting unit 273b sets the value of the potential difference dV2 of the brake signal Sg12 based on the time length Tp set by the Tp setting unit 273a.
- the difference between the second signal setting unit 274 and the second signal setting unit 74 of the first embodiment is basically the same as the difference between the first signal setting unit 273 and the first signal setting unit 273 of the first embodiment. The same is true.
- the suction signal Sg11 maintains the volume of the pressure chamber 21 at the first post-suction volume (the volume corresponding to the potential V1) over the time length Tp.
- the brake signal Sg12 is output following the maintenance signal Sg112.
- the control unit 225 generates the first signal Sg1 such that the shorter the time length Tp, the greater the absolute value of the amount of decrease in the volume of the pressure chamber 21 (the amount of decrease corresponding to the potential difference dV2) due to the brake signal Sg12.
- the flow velocity and / or the inertia force of the first liquid L1 flowing into the capillary 10 are further reduced. Is larger, the braking force can be increased. As a result, for example, even when the time length Tp changes, the effect of suppressing the flow of the first liquid L1 into the capillary 10 can be stably obtained.
- the pipette 1 has the storage unit 272 that stores the first target value D1 of the amount that sucks the first liquid L1 from the first end 11.
- the control unit 225 generates the first signal Sg1 such that the smaller the first target value D1, the shorter the time length Tp.
- the amount of suction of the first liquid L1 is determined based on the time allowed for the flow of the first liquid L1 into the capillary 10 (particularly, the flow after the volume of the pressure chamber 21 becomes the first post-suction volume) ( Time length Tp). That is, a new weighing method is provided. This measuring method utilizes the flow after the volume of the pressure chamber 21 becomes the first post-suction volume, which originally causes an error, and is innovative. Further, the variation in the suction amount is suppressed due to the principle of using the flow that causes the error for the measurement. Further, by shortening the time length Tp, a small amount of suction, which has been impossible in the past, becomes possible.
- FIG. 10 is a diagram illustrating a pipette drive signal SgA according to the third embodiment, and corresponds to FIG.
- the case where the potential V0 of the initial signal Sg0 is the reference potential (0 on the vertical axis) is taken as an example.
- a case where the potential V0 is lower than the reference potential is taken as an example.
- the direction from the electrode to which the drive signal SgA is applied to the electrode to which the reference potential is applied, of the internal electrode 42 and the surface electrode 44, and the polarization direction of the piezoelectric ceramic layer 40a are described. Is an example of the case where the direction is reversed.
- an increase in the potential of the drive signal SgA corresponds to an increase in the volume of the pressure chamber 21. Therefore, in the present embodiment, when the initial signal Sg0 is output because the potential V0 of the initial signal Sg0 is lower than the reference potential, as schematically shown in the upper left of FIG. It is bent toward the chamber 21 side.
- the potential increases due to the output of the first signal Sg1 the bending deformation of the driving unit 50 decreases, and the volume of the pressure chamber 21 increases.
- the relative relationship between the reference potential and the waveform of the drive signal SgA may be set as appropriate. From another viewpoint, a specific value of the potential V0 may be appropriately set.
- the illustrated example illustrates a case where the drive signal SgA crosses the reference potential in the middle of the first rising of the second signal Sg2.
- the driving unit 50 is basically in a state in which no bending deformation occurs. Then, when the potential of the drive signal SgA further rises, the drive unit 50 bends to the opposite side to the pressure chamber 21, although not particularly shown.
- the drive signal SgA may cross the zero signal in the middle of the first signal Sg1, may cross the zero signal in the middle of the second signal Sg2, or may cross the third signal Sg3.
- a zero-up cross may be made at the rising edge of the air suction signal Sg31. Further, a zero down cross may occur in these signals.
- the lower limit potential of the restoration signal Sg32 of the third signal Sg3 and / or the lower limit potential of the mixed signal Sg33 may be lowered to a potential V0 lower than the reference potential, or may be lower than the reference potential. It may be a descent.
- the potential V0 when the potential V0 is the reference potential, no bending deformation occurs in the driving unit 50. Consequently, the potential V0 that causes the drive unit 50 (the inner surface of the pressure chamber 21) to bend inward is not the reference potential. However, when the inner surface of the pressure chamber 21 is bent when the potential V0 is the reference potential, the potential V0 that bends the inner surface of the pressure chamber 21 inward may be the reference potential.
- the driving unit 50 forms a part of the inner surface of the pressure chamber 21 and changes the volume of the pressure chamber 21 by bending deformation of the inner surface.
- the control unit 25 controls the initial signal Sg0 to drive the driving unit 50 so that the volume of the pressure chamber 21 becomes the first pre-suction volume (the volume corresponding to the potential V0). Is output.
- the initial signal Sg0 is a signal for bending the inner surface toward the inside of the pressure chamber 21.
- the volume of the pressure chamber 21 when the same step (for example, suction of the first liquid L1) is executed is reduced as compared with the first embodiment.
- the variation in the suction amount is reduced.
- the gas (for example, air) in the pressure chamber 21 is a compressible fluid, which affects the suction of the liquid, and the amount of this gas is reduced.
- Example 1 The pipette 1 according to the embodiment was actually prepared, and the liquid was sucked by the output of the first signal Sg1. Then, after the output of the brake signal Sg12, the liquid suction amount when the liquid was separated (after step SU13 and before step SU14) was measured. Further, a pipette according to a comparative example was prepared, and a similar experiment was performed. In the pipette according to the comparative example, only the suction signal Sg11 was output as the first signal (the brake signal Sg12 was not output), and the maintenance signal Sg112 of the suction signal Sg11 was maintained until after the liquid separation.
- the suction and the measurement of the suction amount as described above were performed 10 times for each of the pipette according to the example and the pipette according to the comparative example.
- the time from the start of the output of the first signal to the syneresis (from step SU12 to step SU13) was appropriately set so as to vary between ten times of suction and measurement.
- the first signal Sg1 was a rectangular wave.
- FIG. 11A shows the results of the experiment.
- CE1 indicates a comparative example
- E1 indicates an example.
- the vertical axis indicates the suction amount VL (nl). Then, the suction amounts measured in the comparative example and the example are plotted.
- Example 2 Under the same conditions as in Experiment 1, not only the suction of the first liquid L1 but also the suction of the second liquid L2 are performed, and the liquid is separated (when the step corresponding to step SU13 of step SU1 is performed in step SU2). ) was measured.
- the maintenance signal Sg132 of the additional suction signal Sg13 of the first signal Sg1 corresponds to the initial signal Sg0 of the first signal Sg1.
- the waveform of the second signal Sg2 is similar to the waveform of the first signal Sg1.
- FIG. 11B is a view similar to FIG. 11A and shows the results of the experiment.
- the variation in the suction amount of the pipette of the example is smaller than that of the pipette of the comparative example. From this result, the effect of the brake signal Sg12 was confirmed.
- the numerical values indicating the measurement results of the suction amount are shown below.
- the suction amount can be defined by the time length Tp from the start of the output of the suction signal Sg11 to the start of the output of the brake signal Sg12. This was confirmed by experiments.
- the liquid suction amount when the liquid is separated (after step SU13 and before step SU14) is measured. did.
- the time length Tp was set to any one of three values of 0.1 second, 0.5 second, and 1.0 second. Then, suction and measurement were performed 10 times for each value of the time length Tp.
- FIG. 12 is a diagram showing experimental results.
- the horizontal axis of this figure indicates the time length Tp.
- the vertical axis on the left side of the paper indicates the average value of the suction amount VL (nl).
- the vertical axis on the right side of the drawing indicates ⁇ (nl) of the suction amount VL.
- a circular plot (VLm) shows the relationship between the time length Tp and the average value of the suction amount.
- a rectangular plot ( ⁇ ) shows the relationship between the time length Tp and ⁇ .
- the liquid suction amount when the liquid is separated (after step SU13 and before step SU14) is measured. did.
- the potential V0 was set to three different values, and suction and the measurement of the suction amount were performed 10 times for each value.
- the three values of the potential V0 were such that the difference in volume of the pressure chamber 21 was within a range of 15 ⁇ l or less.
- FIG. 13 is a diagram showing the experimental results.
- the horizontal axis of this figure indicates the volume VP ( ⁇ l) of the pressure chamber 21 when the initial signal Sg0 is output.
- the vertical axis indicates the CV (%) of the suction amount.
- the volume VP of the pressure chamber 21 is shown as a relative value based on the average value. As shown in this figure, the smaller the volume VP, the smaller the suction amount CV.
- the volume of the pressure chamber 21 corresponding to the potential V0 is an example of the first pre-suction volume.
- the amount of change in volume corresponding to the potential difference dV1 is an example of a first increase.
- the volume corresponding to the potential V1 is an example of the first post-suction volume.
- the volume corresponding to the potential V2 is an example of the post-brake volume.
- the amount of change in the volume corresponding to the potential difference dV2 is an example of the amount of decrease from the first post-suction volume to the post-brake volume.
- the volume corresponding to the potential V3 is an example of a first completed volume.
- the amount of change in the volume corresponding to the potential difference dV3 is an example of the additional increase.
- the operation in step SU12 is an example of a first input.
- the maintenance signal Sg132 of the additional suction signal Sg13 is an example of a first standby signal.
- the operation in step SU2 (more specifically, the operation corresponding to step SU12 in step SU1 in step SU2) is an example of the second input.
- a volume corresponding to the potential V4 (more specifically, a potential corresponding to the potential V3 of the first signal Sg1 in the second signal Sg2) is an example of a second completion volume.
- the second signal Sg2 (more specifically, a signal corresponding to the maintenance signal Sg132 of the additional suction signal Sg13 of the first signal Sg1 in the second signal Sg2) is an example of the second standby signal.
- the operation in step SU3 (more specifically, the operation on the pipette 1 at the time t3) is an example of the third input.
- Step SC12 is an example of a suction step.
- Step SC14 is an example of a brake step
- control unit 25 sets both the potential difference dV1 of the first signal Sg1 and the time length Tp based on the target value of the suction amount set by the user (the target value stored in the storage unit 72). (Change). Then, the control unit 25 may set a value of a parameter (for example, the potential difference dV2) defining the waveform of the second signal Sg2 based on the potential difference dV1 and the time length Tp.
- a parameter for example, the potential difference dV2
- the pipette is not limited to a pipette capable of mixing two liquids.
- the pipette may be for aspirating one liquid and discharging the one liquid to a location different from the original location.
- the pipette may be capable of sucking three or more liquids.
- the first signal Sg1 may not include the additional suction signal Sg13. That is, when the maintenance signal Sg122 of the brake signal Sg12 is output, the liquid separation from the first liquid L1 and the liquid contact with the second liquid L2 are performed, and the output of the second signal Sg2 may be started. From another viewpoint, the second signal Sg2 may rise from the potential V2 of the sustain signal Sg122 of the brake signal Sg12 of the first signal Sg1.
- the maintenance signal Sg122 is an example of a first standby signal.
- the first signal Sg1 may be configured to repeat the suction and the brake to suck the first liquid L1.
- the third signal Sg3 may not include the restoration signal Sg32. That is, when the air suction signal Sg31 is being output, the mixing signal Sg33 may be continuously output without opening and closing the valve 23. That is, the pressure chamber 21 need not be restored. In this case, the valve 23 need not be provided.
- a trigger for starting or stopping output of a signal may be appropriately set.
- the switching from the air suction signal Sg31 to the restoration signal Sg32 and / or the switching from the restoration signal Sg32 to the mixed signal Sg33 are not performed by the determination of the control unit 25 based on time measurement, but are triggered by the input to the input unit 71. Is also good.
- the control unit 25 has passed a predetermined time. When the determination is made, the output of the third signal may be started.
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Abstract
ピペットにおいて、キャピラリーは、長さ方向の両端である第1端及び第2端が開口している。圧力室は、第2端を介してキャピラリーの内部に通じている。駆動部は、圧力室の容積を変化させる。制御部は、圧力室の容積が増加して第1端から液体が吸引されるように駆動部を駆動させる第1信号を出力する。第1信号において、吸引信号は、圧力室の容積が、液体が吸引される前の容積から第1増加量で増加して第1吸引後容積になるように駆動部を駆動させる。ブレーキ信号は、吸引信号に続いて出力され、圧力室の容積が第1増加量よりも絶対値が小さい減少量で第1吸引後容積から減少するように駆動部を駆動させる。
Description
本開示は、ピペット及び液体採取方法に関する。
従来、ポンプ作用装置を駆動させてキャピラリー内部に負圧を生じさせてキャピラリー内に液体を吸引するピペットが知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1のピペットは、ノズルキャップと、ノズルキャップに通じている容器と、容器の内面の一部を構成している静電アクチュエータとを有している。静電アクチュエータによって容器の内面の一部が撓み変形することによって、ノズルキャップから液体が吸引又は吐出される。そして、撓み量により液体の吸引量又は吐出量が規定される。
本開示の一態様に係るピペットは、長さ方向の両端である第1端及び第2端が開口しているキャピラリーと、前記第2端を介して前記キャピラリーの内部に通じている圧力室と、前記圧力室の容積を変化させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、を有している。前記制御部は、前記圧力室の容積が増加して前記第1端から第1液体が吸引されるように前記駆動部を駆動させる第1信号を出力する。前記第1信号は、吸引信号と、ブレーキ信号とを含んでいる。前記吸引信号は、前記圧力室の容積が、前記第1液体が吸引される前の第1吸引前容積から第1増加量で増加して第1吸引後容積になるように前記駆動部を駆動させる。前記ブレーキ信号は、前記吸引信号に続いて出力され、前記圧力室の容積が前記第1増加量よりも絶対値が小さい減少量で前記第1吸引後容積から減少してブレーキ後容積になるように前記駆動部を駆動させる。
本開示の一態様に係る液体採取方法は、ピペットを用いる。前記ピペットは、長さ方向の両端である第1端及び第2端が開口しているキャピラリーと、前記第2端を介して前記キャピラリーの内部に通じている圧力室と、前記圧力室の容積を変化させる駆動部とを有している。前記液体採取方法は、接液ステップと、吸引ステップと、離液ステップと、ブレーキステップとを有している。前記接液ステップでは、前記第1端を液体に接触させる。前記吸引ステップでは、前記第1端を前記液体に接触させている状態で、前記駆動部によって前記圧力室の容積を増加させ、これにより、前記第1端から前記液体を前記キャピラリー内に吸引する。前記離液ステップでは、前記液体の一部が前記キャピラリー内に吸引された後、前記第1端を前記液体の残りから離す。前記ブレーキステップでは、前記吸引ステップの後、かつ前記離液ステップの前に、前記駆動部によって前記圧力室の容積を減少させる。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。同一の部材を示す複数の図面同士においても、形状等を誇張するために、寸法比率等は互いに一致していないことがある。
第2実施形態以降においては、基本的に、既に説明された実施形態との相違部分についてのみ述べる。特に言及がない事項については、既に説明された実施形態と同様とされてよい。
<第1実施形態>
[ピペットの概要]
図1は、本開示の実施形態に係るピペット1の構成を模式的に示す断面図である。なお、図面には、便宜上、直交座標系xyを付している。+x側は、ピペット1によって液体を吸引する際に下方とされる側である。
[ピペットの概要]
図1は、本開示の実施形態に係るピペット1の構成を模式的に示す断面図である。なお、図面には、便宜上、直交座標系xyを付している。+x側は、ピペット1によって液体を吸引する際に下方とされる側である。
ピペット1は、キャピラリー10と、キャピラリー10内の気圧を変化させるピペット本体20と、ピペット本体20の動作を制御する制御ユニット24と、を有している。キャピラリー10の+x側の先端(第1端11)が液体に触れた状態で、ピペット本体20によってキャピラリー10の後端(第2端12)からキャピラリー10内が排気(減圧)されることによって、液体がキャピラリー10内に吸引される。このとき、例えば、キャピラリー10からの排気量を調整することによって、液体の吸引量を調整することができる。
[キャピラリー]
キャピラリー10は、長さ方向(x方向)の両端である第1端11及び第2端12が開口した筒状の形状を有している。なお、「筒状の形状」とは、1方向に長く(該1方向の長さが他の方向の長さに比較して長く)、中空であり、且つ両端が開口した形状を意味するものであり、円筒形のみを意味するものではない。
キャピラリー10は、長さ方向(x方向)の両端である第1端11及び第2端12が開口した筒状の形状を有している。なお、「筒状の形状」とは、1方向に長く(該1方向の長さが他の方向の長さに比較して長く)、中空であり、且つ両端が開口した形状を意味するものであり、円筒形のみを意味するものではない。
キャピラリー10の概略形状は、種々の形状とされてよい。例えば、キャピラリー10の横断面(長さ方向に直交する断面。以下、同様。)において、内縁(キャピラリー10の内面)及び/又は外縁(キャピラリー10の外面)の形状は、円形、楕円、卵形又多角形等とされてよい。また、例えば、横断面(内縁及び/又は外縁)の形状及び/又は大きさは、キャピラリー10の全長に亘って一定であってもよいし、キャピラリー10の全長の少なくとも一部において長さ方向の位置によって異なっていてもよい。また、例えば、キャピラリー10の横断面において、内縁と外縁とは、互いに相似形であってもよいし、相似形でなくてもよい。また、例えば、キャピラリー10の内部空間(流路)の中心線は、第1端11から第2端12へ直線状に延びていてもよいし、少なくとも一部において曲がっていてもよい。なお、本実施形態の説明では、便宜上、キャピラリー10の横断面(内縁及び外縁)は、長さ方向のいずれの位置においても円形であり、また、横断面の形状及び大きさは、長さ方向において一定であるものとする。
キャピラリー10の寸法は、採取する液体の量及び/又はピペット本体20への取り付け方法等の種々の事情に応じて適宜に設定されてよい。例えば、キャピラリー10の内径は、0.01mm以上1.0mm以下とされてよい。また、例えば、キャピラリー10の外径は、0.02mm以上2.0mm以下とされてよい。また、例えば、キャピラリー10の長さは、10mm以上100mm以下とされてよい。
キャピラリー10の材料は、種々のものとされてよい。例えば、当該材料としては、ガラス、樹脂、セラミックス及び金属を挙げることができる。樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン及びポリテトラフルオロエチレンを挙げることができる。また、例えば、キャピラリー10は、長さ方向の一部と他部とが互いに異なる材料によって構成されていてもよいし、及び/又は径方向の一部と他部とが互いに異なる材料によって構成されていてもよい。また、例えば、キャピラリー10は、一体形成された一つの部材から構成されていてもよいし、2以上の部材が互いに固定されて構成されていてもよい。また、例えば、キャピラリー10は、一の材料からなる部材の表面の少なくとも一部に他の材料からなる膜が形成されることにより構成されていてもよい。また、例えば、キャピラリー10の少なくも一部(すなわち一部又は全部)は、透光性を有する材料(例えば樹脂又はガラス)によって構成されてよい。
キャピラリー10の表面の少なくとも一部(すなわち一部又は全部)は、撥水性を有していてよい。撥水性を有するとは、例えば、液体の接触角が90°以上であることをいう。なお、ピペットの吸引対象の液体が特定されない場合においては、水の接触角を用いて撥水性の有無が判定されてよい。撥水性を有している場合の接触角は適宜に設定されてよい。例えば、接触角は、90°以上95°以下(すなわち90°に近い値)であってもよいし、95°以上150°以下であってもよいし、150°超であってもよい。なお、150°超は、いわゆる超撥水性を有しているといえる大きさである。
キャピラリー10の表面のうち撥水性を有する領域は適宜に設定されてよい。例えば、撥水性を有する領域は、第1端11の端面(+x方向に面している面)、キャピラリー10の内面のうち+x側の一部及びキャピラリー10の外面の+x側の一部を含んでいる。換言すれば、撥水性を有する領域は、液体に接触する領域を含んでいる。液体に接触する領域が撥水性を有していることにより、例えば、液体の付着及び/又は意図していない移動のおそれが低減され、液体の採取量の精度が向上する。
キャピラリー10(一部又は全部)は、例えば、撥水性を有する材料からなることによって表面に撥水性を有していてもよい。また、例えば、キャピラリー10(一部又は全部)は、撥水性を有さない材料からなる部材の表面に撥水膜が形成されることによって表面に撥水性を有していてもよい。
撥水膜としては、種々のものが用いられてよく、例えば、シランカップリング剤により形成される撥水膜、金属アルコキシド含有撥水膜、シリコーン含有撥水膜及びフッ素含有撥水膜を挙げることができる。キャピラリー10の表面への撥水膜の形成方法としては、種々の方法が用いられてよく、例えば、ドライプロセス法が用いられてもよいし、ウェットプロセス法が用いられてもよい。ドライプロセス法としては、例えば、物理気相成長法及び化学気相成長法が挙げられる。前者としては、例えば、物理蒸着法及びスパッタリング法が挙げられる。後者としては、例えば、化学蒸着(CVD:chemical vapor deposition)法及び原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法が挙げられる。ウェットプロセス法としては、例えば、ゾルゲル法、ディップコーティング法、塗布法が挙げられる。
キャピラリー10は、例えば、使い捨てとされており、ピペット本体20に対して着脱可能とされている。着脱方法は、適宜な方法とされてよい。例えば、キャピラリー10は、ピペット本体20の孔に圧入されて固定されてもよいし、ピペット本体20に設けられた不図示の機構による締め付け又は係止によって固定されてもよい。ただし、キャピラリー10は、繰り返し使われるものとされてもよいし、さらには、ピペット本体20に着脱不可能に固定(例えば接着)されていてもよい。
[ピペット本体]
ピペット本体20は、キャピラリー10の内部に通じている圧力室21(空洞)を有している。そして、ピペット本体20は、この圧力室21の容積を増加させることによってキャピラリー10内の減圧(排気)を行い、圧力室21の容積を減少させることによってキャピラリー10内の増圧(給気)を行う。これにより、例えば、キャピラリー10による液体の吸引及び吐出等が実現される。このような動作を実現するピペット本体20の構成は、適宜なものとされてよい。以下では、その一例を示す。
ピペット本体20は、キャピラリー10の内部に通じている圧力室21(空洞)を有している。そして、ピペット本体20は、この圧力室21の容積を増加させることによってキャピラリー10内の減圧(排気)を行い、圧力室21の容積を減少させることによってキャピラリー10内の増圧(給気)を行う。これにより、例えば、キャピラリー10による液体の吸引及び吐出等が実現される。このような動作を実現するピペット本体20の構成は、適宜なものとされてよい。以下では、その一例を示す。
ピペット本体20は、例えば、キャピラリー10の内部に通じている流路(圧力室21を含む)を構成している流路部材35と、圧力室21の容積を変化させるアクチュエータ40と、流路部材35の内部(流路)と外部との連通を許容及び禁止するバルブ23とを有している。
(流路部材)
流路部材35の概略の外形及び大きさは適宜な形状とされてよい。図示の例では、流路部材35の概略の外形は、キャピラリー10に直列な軸状(x方向の長さが他の方向の長さよりも長い形状)とされている。また、その大きさは、例えば、ユーザが摘まむ、又は握ることができる大きさ(例えば最大外径が50mm以下)とされている。
流路部材35の概略の外形及び大きさは適宜な形状とされてよい。図示の例では、流路部材35の概略の外形は、キャピラリー10に直列な軸状(x方向の長さが他の方向の長さよりも長い形状)とされている。また、その大きさは、例えば、ユーザが摘まむ、又は握ることができる大きさ(例えば最大外径が50mm以下)とされている。
流路部材35の内部空間は、例えば、既述の圧力室21と、キャピラリー10と圧力室21とを繋ぐ連通流路27と、連通流路(別の観点では圧力室21)と外部とを繋ぐ開放流路28とを有している。
圧力室21の形状、位置及び大きさ等は適宜に設定されてよい。図示の例では、圧力室21は、流路部材35において側面に位置している。また、例えば、圧力室21の概略形状は、アクチュエータ40と重なる方向(y方向)を厚さ方向とする、概ね一定の厚さの薄型形状である。ここでの薄型形状は、y方向の長さがy方向に直交する各方向の最大長さよりも短い形状である。圧力室21の平面形状(y方向に見た形状)は、円形、楕円、矩形又は菱形等の適宜な形状とされてよい。圧力室21の厚さ(y方向)は、例えば、10μm以上5mm以下である。圧力室21の径(y方向に直交する各方向における最大長さ)は、例えば、2mm以上50mm以下である。
連通流路27及び開放流路28の形状、位置及び大きさ等も適宜に設定されてよい。例えば、流路部材35は、キャピラリー10からキャピラリー10の長さ方向(x方向)に延びている第1流路22と、第1流路22の中途から第1流路22に交差する方向に延びて圧力室21に至る第2流路26とを有している。そして、第1流路22のうちの、第2流路26との接続位置からキャピラリー10側の部分と、第2流路26とによって連通流路27が構成されている。このような流路構成によって、例えば、液体(例えばその飛沫)が圧力室21へ侵入し、アクチュエータ40に付着するおそれが低減される。ひいては、付着した液体に起因してアクチュエータ40の動作特性が変化するおそれが低減される。
また、第1流路22は、例えば、キャピラリー10とは反対側にて流路部材35の外部へ通じている。そして、第1流路22のうちの、第2流路26との接続位置からキャピラリー10とは反対側の部分によって、開放流路28が構成されている。従って、液体が圧力室21に侵入しないように液体を逃がすための流路が、圧力室21を外部へ開放するための開放流路28に兼用されており、空間効率が向上している。
第1流路22及び第2流路26の横断面の形状及び寸法とは適宜に設定されてよい。例えば、第1流路22及び第2流路26の横断面は、直径が0.05mm以上2mm以下の円形である。また、第1流路22及び第2流路26の内径は、互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。第1流路22及び/又は第2流路26の横断面の形状及び大きさは、長さ方向において一定であってもよいし、変化していてもよい。
流路部材35は、適宜な材料からなる適宜な形状の部材が組み合わされて構成されてよい。図示の例では、流路部材35は、互いに接合された第1パーツ30及び第2パーツ60を有している。第1パーツ30は、圧力室21となる貫通孔を有している。第2パーツ60は、第1流路22及び第2流路26を有している。圧力室21は、第1パーツ30、第2パーツ60及びアクチュエータ40によって囲まれた空間によって構成されている。なお、第1パーツ30及び第2パーツ60それぞれも、複数の部材の組み合わせによって構成されてよい。第1パーツ30及び第2パーツ60の材料は、例えば、金属、セラミック若しくは樹脂又はこれらのいずれかの組み合わせとされてよい。
(アクチュエータ)
アクチュエータ40は、例えば、圧力室21の内面の一つを構成している。具体的には、例えば、アクチュエータ40は、概略板状とされており、第1パーツ30の貫通孔を第2パーツ60とは反対側から塞ぐように第1パーツ30に接合され、連通流路27が開口する内面とは反対側の内面を構成している。そして、アクチュエータ40は、圧力室21側へ撓むことによって(換言すれば圧力室21の内面を内側へ変位させることによって)、圧力室21の容積を減少させる。逆に、アクチュエータ40は、圧力室21とは反対側に撓むことによって(換言すれば圧力室21の内面を外側へ変位させることによって)、圧力室21の容積を増加させる。
アクチュエータ40は、例えば、圧力室21の内面の一つを構成している。具体的には、例えば、アクチュエータ40は、概略板状とされており、第1パーツ30の貫通孔を第2パーツ60とは反対側から塞ぐように第1パーツ30に接合され、連通流路27が開口する内面とは反対側の内面を構成している。そして、アクチュエータ40は、圧力室21側へ撓むことによって(換言すれば圧力室21の内面を内側へ変位させることによって)、圧力室21の容積を減少させる。逆に、アクチュエータ40は、圧力室21とは反対側に撓むことによって(換言すれば圧力室21の内面を外側へ変位させることによって)、圧力室21の容積を増加させる。
上記のような撓み変形を生じさせるアクチュエータ40の具体的構成は、適宜なものとされてよい。例えば、アクチュエータ40は、ユニモルフ型の圧電素子によって構成されている。より詳細には、例えば、アクチュエータ40は、積層された2枚の圧電セラミック層40a、40bを有している。また、アクチュエータ40は、圧電セラミック層40aを挟んで互いに対向している内部電極42及び表面電極44を有している。圧電セラミック層40aは、厚さ方向に分極されている。
そして、内部電極42及び表面電極44によって圧電セラミック層40aに分極方向と同一方向に電圧を印加すると、圧電セラミック層40aは平面方向において収縮する。一方、圧電セラミック層40bは、そのような収縮を生じない。その結果、圧電セラミック層40aは、圧電セラミック層40b側へ撓む。すなわち、アクチュエータ40は、圧力室21側へ撓む。上記とは逆向きの電圧を印加した場合は、アクチュエータ40は、圧力室21とは反対側へ撓む。
アクチュエータ40の形状及び大きさ等は適宜に設定されてよい。例えば、アクチュエータ40は、適宜な平面形状の平板状である。平面形状は、圧力室21の平面形状と相似であってもよいし、相似でなくてもよい。平面視(y方向に見て)における各方向の最大長さは、例えば、3mm以上100mm以下である。アクチュエータ40の厚さ(y方向)は、例えば、10μm以上2mm以下である。アクチュエータ40を構成する各種の部材の材料、寸法、形状及び導通方法等も適宜に設定されてよい。以下に一例を示す。
圧電セラミック層40a、40bの厚さは、例えば、10μm以上30μm以下とされてよい。圧電セラミック層40a、40bの材料は、例えば、強誘電性を有するセラミック材料とされてよい。このようなセラミック材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系、NaNbO3系、KNaNbO3系、BaTiO3系及び(BiNa)NbO3系、BiNaNb5O15系のものを挙げることができる。圧電セラミック層40bは、圧電体以外の材料で構成されていても構わない。
内部電極42は、例えば、圧電セラミック層40aと、圧電セラミック層40bとの間に位置しており、アクチュエータ40と略同じ大きさを有している。内部電極42の厚さは、例えば1μm以上3μm以下とされてよい。内部電極42は、例えば、圧電セラミック層40aを貫通する貫通電極48と、アクチュエータ40の表面に位置し、貫通電極48に接続されている接続電極46とによって外部から導通可能となっている。
表面電極44は、例えば、圧電セラミック層40aの圧電セラミック層40bとは反対側(圧力室21に対して外側)に位置しており、表面電極本体44aと引出電極44bとを有している。表面電極本体44aは、例えば、圧力室21と略等しい平面形状を有しており、圧力室21と厚さ方向に重なるように設けられている。引出電極44bは、表面電極本体44aから引き出されるように形成されている。表面電極44の厚さは、例えば0.1μm以上1μm以下とされてよい。
内部電極42、表面電極44、接続電極46及び貫通電極48の材料は、例えば、金属材料とされてよい。より具体的には、例えば、内部電極42及び貫通電極48の材料は、Ag-Pdとされてよい。表面電極44及び接続電極46の材料は、例えば、Auとされてよい。
なお、アクチュエータ40又はアクチュエータ40の一部(例えば表面電極本体44aに重なる部分)を駆動部50ということがある。アクチュエータは、ユニモルフ型の圧電素子に限定されない。例えば、アクチュエータは、バイモルフ型の圧電素子であってもよいし、静電アクチュエータであってもよい。
(バルブ)
バルブ23は、例えば、開放流路28が外部へ通じる位置に設けられている。バルブ23の開閉により、流路部材35の内部と外部との連通が許容又は禁止される。連通が禁止されている状態では、圧力室21の容積の変化によってキャピラリー10内の減圧及び増圧が行われる。一方、連通が許容されている状態では、圧力室21の容積を変化させても、キャピラリー10内の減圧及び増圧は行われない。この減圧又は増圧が行われない作用の利用例については後述する。
バルブ23は、例えば、開放流路28が外部へ通じる位置に設けられている。バルブ23の開閉により、流路部材35の内部と外部との連通が許容又は禁止される。連通が禁止されている状態では、圧力室21の容積の変化によってキャピラリー10内の減圧及び増圧が行われる。一方、連通が許容されている状態では、圧力室21の容積を変化させても、キャピラリー10内の減圧及び増圧は行われない。この減圧又は増圧が行われない作用の利用例については後述する。
バルブ23は、例えば、外部から入力される信号に応じて開閉動作を行う。バルブ23としては、電磁式バルブ又は圧電式バルブなど、種々のバルブを用いることができる。バルブ23は、信号が入力されないことによって閉状態となり、信号が入力されることによって開状態となるものであってもよいし、信号が入力されないことによって開状態となり、信号が入力されることによって閉状態となるものであってもよいし、閉じるための信号と開くための信号とがそれぞれ入力されるものであってもよい。
[制御ユニット]
制御ユニット24は、アクチュエータ40及びバルブ23と電気的に接続されており、これらの動作を制御する。制御ユニット24は、例えば、演算及び信号の入出力を行う制御部25(図7)と、制御部25に接続された入力部71(図7)及び/又は出力部(不図示)とを有している。
制御ユニット24は、アクチュエータ40及びバルブ23と電気的に接続されており、これらの動作を制御する。制御ユニット24は、例えば、演算及び信号の入出力を行う制御部25(図7)と、制御部25に接続された入力部71(図7)及び/又は出力部(不図示)とを有している。
制御部25は、例えば、電気信号をアクチュエータ40に与えてアクチュエータ40を変形させることにより、圧力室21の容積を変化させる。これにより、キャピラリー10への液体の吸引や、キャピラリー10からの液体の吐出などを行うことができる。圧力室21の容積が周期的に増減するようにアクチュエータ40を駆動させることにより、キャピラリー10内に吸引した液体を振動させて混合することもできる。
また、例えば、制御部25は、バルブ23に電気信号を与えることによりバルブ23を開閉する。第1流路22内に液体が流入してしまった場合に、バルブ23を開くことにより、液体をバルブ23から外部へ排出することができる。また、アクチュエータ40を変形させて液体を吸引した後に、バルブ23を開いて、その状態でアクチュエータ40の変形を元に戻し、バルブ23を閉じた後に再びアクチュエータ40を変形させることにより、多くの量の液体を吸引することができる。
制御部25は、種々の集積回路を用いて構成することができる。また、制御部25に接続される入力部71としては、例えば、ユーザの操作を受け付けるもの(スイッチ等)、及び/又は外部の機器からの信号を受け付けるもの(コネクタ等)を挙げることができる。また、制御部25に接続される出力部としては、例えば、ユーザに情報を提示するもの(表示装置等)、及び/又は外部の機器へ信号を出力するもの(コネクタ等)を挙げることができる。制御ユニット24は、ピペット本体20に固定的に設けられていてもよいし、ピペット本体20に対して相対移動可能に設けられていてもよいし、一部(例えばドライバ)がピペット本体20に固定的に設けられ、他の部分(例えばドライバに指令を出力する部分)がピペット本体20に対して相対移動可能に設けられていてもよい。
[ピペットの一連の動作]
ピペット1の動作の概要の一例について説明する。図2は、制御部25が出力する駆動信号SgA(Sg0~Sg3)における電圧(信号レベル)の経時変化の一例を模式的に示すグラフである。図2において、横軸tは時間を示しており、縦軸Vは電圧を示している。図3(a)~図3(e)は、図2の横軸に示されるいずれかの時点におけるキャピラリー10の状態を示す模式図である。
ピペット1の動作の概要の一例について説明する。図2は、制御部25が出力する駆動信号SgA(Sg0~Sg3)における電圧(信号レベル)の経時変化の一例を模式的に示すグラフである。図2において、横軸tは時間を示しており、縦軸Vは電圧を示している。図3(a)~図3(e)は、図2の横軸に示されるいずれかの時点におけるキャピラリー10の状態を示す模式図である。
図2に示されているように、制御部25がアクチュエータ40へ出力する駆動信号SgAは、電圧が時間経過に対して変化して波形をなす。一方、アクチュエータ40は、印加された電圧に対応した変形量で撓む。ここでいう対応は、例えば、1対1対応であり、換言すれば、電圧に対して一意に変形量が規定される関係である(変形が飽和している状態は除く。)。従って、駆動信号SgAが入力されたアクチュエータ40は、圧力室21の容積が駆動信号SgAの電圧に対応した容積になるように駆動信号SgAの波形(電圧の時間経過に対する変化)に追随して圧力室21の容積を変化させる。
なお、駆動信号SgAの電圧の変化量と圧力室21の容積の変化量との関係は比例関係とは限らない。ただし、便宜上、比例又は比例に近い関係を想定して説明する。従って、図2は、駆動信号SgAの電圧の経時変化だけでなく、圧力室21の容積の経時変化を示していると捉えてもよい。
内部電極42及び表面電極44は、一方に基準電位が付与され、他方に駆動信号SgAが入力される。そして、図2の電圧は、基準電位と駆動信号SgAとの電位差を示している。換言すれば、駆動信号SgAは、不平衡信号である。ただし、駆動信号SgAは、内部電極42及び表面電極44の双方において電位を変化させ、その電位差が図2に示される電圧となっている平衡信号とされても構わない。なお、本実施形態では、駆動信号SgAが不平衡信号である場合を例に取るから、以下では、図2の電圧を駆動信号SgAの電位として説明することがある。
駆動信号SgAの電圧の上昇(電位の正側への変化)は、圧力室21の容積の増加に対応していてもよいし、圧力室21の容積の減少に対応していてもよい。換言すれば、内部電極42及び表面電極44のうち駆動信号SgAが付与される電極から基準電位が付与される電極への方向と、圧電セラミック層40aの分極方向とは、逆向きであってもよいし、同一の向きであってもよい。以下では、便宜上、逆向きを例に取る。換言すれば、駆動信号SgAの電位の上昇が圧力室21の容積の増加(すなわち液体の吸引)に対応している場合を例に取る。
下記では、ピペット1自体の動作だけでなく、ピペット1のユーザ又はピペット1を利用する(若しくは含む)装置が行う動作についても説明する。ここでは、ユーザがピペット1を操作する態様を例に取って説明する。ユーザのピペット1に対する操作は、適宜に装置のピペット1に対する操作に読み替えられてよい。例えば、ユーザによるピペット1の移動は、装置によるピペット1の移動とされてよいし、ユーザによるピペット1の不図示のスイッチに対する操作は、装置によるピペット1に対する指令信号の出力とされてよい。後述するブロック図及びフローチャート等の説明においても同様である。装置は、例えば、シーケンス制御によってユーザと同様の操作をピペットに対して行ってよい。
(時刻t0~t1:接液等)
時刻t1以前において、制御部25は、ユーザの不図示のスイッチに対する操作に応じて初期信号Sg0をアクチュエータ40に出力する。初期信号Sg0は、一定の電位の信号である。これにより、圧力室21の容積は所定の初期容積に維持される。初期信号Sg0の電位は、基準電位であってもよいし、基準電位とは異なっていてもよい。本実施形態では、基準電位である場合を例に取る。なお、駆動信号SgAは、初期信号Sg0を含んでいなくてもよい。すなわち、時刻t1以前は、初期信号Sg0が出力される状態ではなく、駆動信号SgAが出力されない状態とされてもよい。バルブ23は、時刻t0以降において、特に言及がない限り、閉じられている。
時刻t1以前において、制御部25は、ユーザの不図示のスイッチに対する操作に応じて初期信号Sg0をアクチュエータ40に出力する。初期信号Sg0は、一定の電位の信号である。これにより、圧力室21の容積は所定の初期容積に維持される。初期信号Sg0の電位は、基準電位であってもよいし、基準電位とは異なっていてもよい。本実施形態では、基準電位である場合を例に取る。なお、駆動信号SgAは、初期信号Sg0を含んでいなくてもよい。すなわち、時刻t1以前は、初期信号Sg0が出力される状態ではなく、駆動信号SgAが出力されない状態とされてもよい。バルブ23は、時刻t0以降において、特に言及がない限り、閉じられている。
ユーザは、時刻t1以前において、キャピラリー10の第1端11を第1液体L1に接触させる(接液ステップを行う。)。そして、ユーザは、ピペット1が有している不図示のスイッチに対する操作によって、ピペット1に第1液体L1の吸引を指示する。この指示の時刻は、図2の時刻t1に対応する。
(時刻t1~t2:第1液体の吸引等)
制御部25は、第1液体L1の吸引が指示されると、圧力室21の容積が増加するように駆動部50を駆動させる第1信号Sg1を出力する。第1信号Sg1は、例えば、概略(後述するように詳細は異なる)、初期信号Sg0の電位から上昇し、その上昇後の電位を維持する信号である。これにより、図3(a)に示すように、第1液体L1は、キャピラリー10内に吸引され、キャピラリー10の第1端11付近に保持される。その吸引量は、例えば、概略、第1信号Sg1の電位の上昇量に対応している。換言すれば、当該電位の上昇量は、例えば、概略、吸引量の目標値に応じて設定されている。
制御部25は、第1液体L1の吸引が指示されると、圧力室21の容積が増加するように駆動部50を駆動させる第1信号Sg1を出力する。第1信号Sg1は、例えば、概略(後述するように詳細は異なる)、初期信号Sg0の電位から上昇し、その上昇後の電位を維持する信号である。これにより、図3(a)に示すように、第1液体L1は、キャピラリー10内に吸引され、キャピラリー10の第1端11付近に保持される。その吸引量は、例えば、概略、第1信号Sg1の電位の上昇量に対応している。換言すれば、当該電位の上昇量は、例えば、概略、吸引量の目標値に応じて設定されている。
ユーザは、第1液体L1の一部がキャピラリー10内に吸引されると、キャピラリー10を第1液体L1の残りから引き上げる(離液ステップを行う。)。次に、ユーザは、キャピラリー10の第1端11を第2液体L2に接触させる(接液ステップを行う。)。そして、ユーザは、ピペット1が有している不図示のスイッチに対する操作によって、ピペット1に第2液体L2の吸引を指示する。この指示の時刻は、図2の時刻t2に対応する。
(時刻t2~t3:第2液体の吸引等)
制御部25は、第2液体L2の吸引が指示されると、圧力室21の容積が増加するように駆動部50を駆動させる第2信号Sg2を出力する。第2信号Sg2は、例えば、概略(後述するように詳細は異なる)、第1信号Sg1が維持していた電位から上昇し、その上昇後の電位を維持する信号である。これにより、図3(b)に示すように、第2液体L2は、キャピラリー10内に吸引され、キャピラリー10の第1端11付近に保持される。その吸引量は、例えば、概略、第2信号Sg2の電位の上昇量に対応している。換言すれば、当該電位の上昇量は、例えば、概略、吸引量の目標値に応じて設定されている。
制御部25は、第2液体L2の吸引が指示されると、圧力室21の容積が増加するように駆動部50を駆動させる第2信号Sg2を出力する。第2信号Sg2は、例えば、概略(後述するように詳細は異なる)、第1信号Sg1が維持していた電位から上昇し、その上昇後の電位を維持する信号である。これにより、図3(b)に示すように、第2液体L2は、キャピラリー10内に吸引され、キャピラリー10の第1端11付近に保持される。その吸引量は、例えば、概略、第2信号Sg2の電位の上昇量に対応している。換言すれば、当該電位の上昇量は、例えば、概略、吸引量の目標値に応じて設定されている。
ユーザは、第2液体L2の一部がキャピラリー10内に吸引されると、キャピラリー10を第2液体L2の残りから引き上げる(離液ステップを行う。)。そして、ユーザは、ピペット1が有している不図示のスイッチに対する操作によって、ピペット1に第1液体L1と第2液体L2との混合を指示する。この指示の時刻は、図2の時刻t3に対応する。
(時刻t3~t4:エア吸引等)
制御部25は、第1液体L1と第2液体L2との混合が指示されると、これらを混合するための第3信号Sg3を出力する。第3信号Sg3は、例えば、エア吸引信号Sg31、復元信号Sg32及び混合信号Sg33を順に含んでいる。具体的には、以下のとおりである。
制御部25は、第1液体L1と第2液体L2との混合が指示されると、これらを混合するための第3信号Sg3を出力する。第3信号Sg3は、例えば、エア吸引信号Sg31、復元信号Sg32及び混合信号Sg33を順に含んでいる。具体的には、以下のとおりである。
制御部25は、まず、圧力室21の容積が増加するように駆動部50を駆動させるエア吸引信号Sg31を出力する。エア吸引信号Sg31は、例えば、概略、第2信号Sg2が維持していた電位から上昇し、その上昇後の電位を維持する信号である。これにより、図3(c)に示すように、第1液体L1及び第2液体L2は、第2端12側へ移動して、キャピラリー10内の所定の位置に停止する。このときの移動量は、エア吸引信号Sg31の電位の上昇量に対応している。換言すれば、当該電位差は、移動量の目標値に応じて設定されている。
制御部25は、エア吸引信号Sg31の出力開始後、所定時間が経過したと判定すると、開放流路28を開くようにバルブ23を制御する。なお、この制御が、信号の出力及び信号の出力の停止のいずれによってなされてもよいことは既に述べたとおりである。所定時間は、エア吸引信号Sg31によって第1液体L1及び第2液体L2が目標位置まで移動するのに十分な時間とされる。
(時刻t4~t5:圧力室の復元等)
制御部25は、バルブ23を開く制御を開始後、所定時間が経過したと判定すると(時刻t4)、圧力室21の容積が減少するように駆動部50を駆動させる復元信号Sg32を出力する。復元信号Sg32は、例えば、概略、エア吸引信号Sg31が維持していた電位から降下し、その降下後の電位を維持する信号である。復元信号Sg32によって、圧力室21の容積は減少するが、バルブ23が開かれていることから、キャピラリー10内のうちの第1液体L1及び第2液体L2よりも第2端12側の部分の増圧は行われない。ひいては、第1液体L1及び第2液体L2の位置は変化しない。
制御部25は、バルブ23を開く制御を開始後、所定時間が経過したと判定すると(時刻t4)、圧力室21の容積が減少するように駆動部50を駆動させる復元信号Sg32を出力する。復元信号Sg32は、例えば、概略、エア吸引信号Sg31が維持していた電位から降下し、その降下後の電位を維持する信号である。復元信号Sg32によって、圧力室21の容積は減少するが、バルブ23が開かれていることから、キャピラリー10内のうちの第1液体L1及び第2液体L2よりも第2端12側の部分の増圧は行われない。ひいては、第1液体L1及び第2液体L2の位置は変化しない。
上記のバルブ23を開いてから時刻t4までの所定時間は、バルブ23を開くのに十分な時間とされる。復元信号Sg32の降下後の電位は、初期信号Sg0による電位に対して、及び/又は基準電位に対して、同一であってもよいし、高くてもよいし、低くてもよい。図示の例では、復元信号Sg32の降下後の電位は、初期信号Sg0による電位かつ基準電位と同一である。なお、この場合において、復元信号Sg32は、エア吸引信号Sg31を出力している状態から、出力を停止する状態へ遷移する過程に生じる立ち下がりの部分(信号として意図的に出力されたものではない部分)であってもよい。
その後、制御部25は、時刻t4から所定時間が経過したと判定すると、開放流路28を閉じるようにバルブ23を制御する。なお、この制御が、信号の出力及び信号の出力の停止のいずれによってなされてもよいことは既に述べたとおりである。時刻t4からの所定時間は、アクチュエータ40が復元信号Sg32の降下後の電位に対応する変位となるのに十分な時間とされる。
(時刻t5~t6:混合等)
制御部25は、バルブ23を閉じる制御を開始後、所定時間が経過したと判定すると(時刻t5)、圧力室21の容積が増減を繰り返すように駆動部50を駆動させる混合信号Sg33を出力する。これにより、図3(d)において矢印で示すように、液体の第2端12側への移動と、液体の第1端11側への移動とが交互に繰り返される。ひいては、第1液体L1及び第2液体L2が攪拌され、図3(e)に示すように、両者が混合される(液体L3が生成される。)。繰り返しの回数は適宜に設定されてよい。
制御部25は、バルブ23を閉じる制御を開始後、所定時間が経過したと判定すると(時刻t5)、圧力室21の容積が増減を繰り返すように駆動部50を駆動させる混合信号Sg33を出力する。これにより、図3(d)において矢印で示すように、液体の第2端12側への移動と、液体の第1端11側への移動とが交互に繰り返される。ひいては、第1液体L1及び第2液体L2が攪拌され、図3(e)に示すように、両者が混合される(液体L3が生成される。)。繰り返しの回数は適宜に設定されてよい。
混合信号Sg33は、復元信号Sg32の降下後の電位から電位の上昇と下降とを繰り返す信号である。なお、混合信号Sg33は、電位の上昇から始まってもよいし(図示の例)、電位の下降から始まってもよく、また、電位の上昇で終了してもよいし、電位の下降で終了してもよい(図示の例)。電位の振幅は一定であってもよいし、変化してもよい。電位の上昇と下降とで、波形は時間軸tに直交する不図示の対称軸に関して線対称であってもよいし、非対称であってもよい。
その後、例えば、混合後の液体L3は、キャピラリー10内に保持された状態で光が照射されてその性質が調べられる。例えば、蛍光測定、散乱測定、吸光測定及び/又は分光測定が行われる。特に図示しないが、測定に先立って、時刻t3~t4において任意の位置へ液体を移動させた動作と同様の動作により、測定に適した位置へ液体L3を移動させてもよい。また、混合された液体L3は、キャピラリー10内に保持されたまま測定に供されるのではなく、キャピラリー10から吐出されて種々の用途に利用されてもよい。
なお、図2では、駆動信号SgAの波形は、t0~t4までは、矩形波等の複数の直線からなる波形とされている。また、駆動信号SgAの波形は、t4~t6までは、正弦波等の曲線からなる波形とされている。ただし、t0~t4までの波形の一部又は全部が曲線で構成されてもよいし、t4~t6までの波形の一部又は全部が直線で構成されてもよい。また、波形は、図示とは異なる種々の波形(例えば、のこぎり歯又は三角波等)とされてもよい。
[ピペットの吸引動作]
図4は、第1液体L1の吸引に係る第1信号Sg1の詳細を示すための図であり、図2の一部(時刻t0~t2)の拡大図に相当する。図5(a)~図5(f)は、図2の横軸に示されるいずれかの時点におけるキャピラリー10の状態を示す模式図である。
図4は、第1液体L1の吸引に係る第1信号Sg1の詳細を示すための図であり、図2の一部(時刻t0~t2)の拡大図に相当する。図5(a)~図5(f)は、図2の横軸に示されるいずれかの時点におけるキャピラリー10の状態を示す模式図である。
第1信号Sg1は、吸引信号Sg11、ブレーキ信号Sg12及び付加吸引信号Sg13を順に含んでいる。具体的には、以下のとおりである。
(時刻t0~t1:接液等)
既に述べたように、この期間においては、制御部25は、初期信号Sg0を出力する。また、図5(a)及び図5(b)に示すように、ユーザは、キャピラリー10の第1端11を第1液体L1に接触させる。そして、ユーザは、ピペット1が有している不図示のスイッチに対する操作によって、ピペット1に第1液体L1の吸引を指示する(時刻t1)。
既に述べたように、この期間においては、制御部25は、初期信号Sg0を出力する。また、図5(a)及び図5(b)に示すように、ユーザは、キャピラリー10の第1端11を第1液体L1に接触させる。そして、ユーザは、ピペット1が有している不図示のスイッチに対する操作によって、ピペット1に第1液体L1の吸引を指示する(時刻t1)。
(時刻t1~t11:主吸引等)
制御部25は、第1液体L1の吸引が指示されると、圧力室21の容積が増加するように駆動部50を駆動させる吸引信号Sg11を出力する。吸引信号Sg11は、例えば、初期信号Sg0の電位V0から所定の電位V1まで上昇し、電位V1を維持する信号である。すなわち、吸引信号Sg11は、電位V0から電位V1まで上昇する上昇信号Sg111と、電位V1を維持する維持信号Sg112とを順に含んでいる。そして、上昇信号Sg111によって圧力室21の容積が増加することにより、図5(c)に示すように、第1液体L1は、キャピラリー10内に吸引される。
制御部25は、第1液体L1の吸引が指示されると、圧力室21の容積が増加するように駆動部50を駆動させる吸引信号Sg11を出力する。吸引信号Sg11は、例えば、初期信号Sg0の電位V0から所定の電位V1まで上昇し、電位V1を維持する信号である。すなわち、吸引信号Sg11は、電位V0から電位V1まで上昇する上昇信号Sg111と、電位V1を維持する維持信号Sg112とを順に含んでいる。そして、上昇信号Sg111によって圧力室21の容積が増加することにより、図5(c)に示すように、第1液体L1は、キャピラリー10内に吸引される。
(時刻t11~t12:ブレーキ等)
制御部25は、吸引信号Sg11の出力開始から所定時間(時間長さTp)が経過したと判定すると、圧力室21の容積が減少するように駆動部50を駆動させるブレーキ信号Sg12を出力する。ブレーキ信号Sg12は、例えば、吸引信号Sg11の電位V1から所定の電位V2まで降下し、電位V2を維持する信号である。すなわち、ブレーキ信号Sg12は、電位V1から電位V2まで降下する降下信号Sg121と、電位V2を維持する維持信号Sg122とを順に含んでいる。ブレーキ信号Sg12により、第1液体L1の計量の精度を向上させたり、及び/又は第1液体L1の微量吸引を行ったりすることができる。具体的には、以下のとおりである。
制御部25は、吸引信号Sg11の出力開始から所定時間(時間長さTp)が経過したと判定すると、圧力室21の容積が減少するように駆動部50を駆動させるブレーキ信号Sg12を出力する。ブレーキ信号Sg12は、例えば、吸引信号Sg11の電位V1から所定の電位V2まで降下し、電位V2を維持する信号である。すなわち、ブレーキ信号Sg12は、電位V1から電位V2まで降下する降下信号Sg121と、電位V2を維持する維持信号Sg122とを順に含んでいる。ブレーキ信号Sg12により、第1液体L1の計量の精度を向上させたり、及び/又は第1液体L1の微量吸引を行ったりすることができる。具体的には、以下のとおりである。
一般に、アクチュエータ40に付与される電位が電位V0から電位V1に変化すると、圧力室21の容積は、電位V0に対応する容積(第1吸引前容積)から電位V1に対応する容積(第1吸引後容積)へ、電位の変化にさほど遅れずに変化する。また、一般に、圧力室21の容積が第1吸引前容積から第1吸引後容積に変化(増加)すると、この容積変化にさほど遅れずに、その容積の増加量に応じた量(目標の吸引量)の第1液体L1がキャピラリー10内に流れ込み、かつ停止すると考えられている。また、このような考えの下、一般に、時刻t1で第1液体L1の吸引を開始してからキャピラリー10を第1液体L1から離すまでの時間は比較的短い(例えば0.5秒~2秒)。
しかし、本願発明者の鋭意検討の結果、圧力室21の容積が電位V1に対応する容積になった後も、第1液体L1が比較的長い時間(例えば30秒)に亘ってキャピラリー10に流れ込む現象が生じることが分かった。このような現象が生じている結果、離液は、第1液体L1がキャピラリー10に流れ込んでいる最中に行われることになる。一方、第1液体L1の吸引を開始してから離液を行うまでの時間は、ユーザ間でばらつき、また、各ユーザにおいても、第1液体L1の吸引を行う度に変化する。その結果、離液までにキャピラリー10内に流れ込む第1液体L1の量にばらつきが生じる。すなわち、第1液体L1の吸引量にばらつきが生じる。
そこで、吸引信号Sg11に続いて、ブレーキ信号Sg12を駆動部50に出力し、圧力室21の容積を減少させる。これにより、キャピラリー10のうちの第1液体L1よりも第2端12側の気圧が増圧される。この増圧により、図5(d)において矢印で示すように、第1液体L1に対して第1端11側への力が加えられ、第1液体L1のキャピラリー10内への流れが抑制(停止含む)される。
その結果、例えば、時刻t1で第1液体L1の吸引を開始してから離液するまでの時間にばらつきが生じても、当該ばらつきに相当する時間内にキャピラリー10内に流れ込む第1液体L1の量は低減される。ひいては、離液までの時間のばらつきが吸引量(時刻t1から吸引した総量)に及ぼす影響が低減される。また、例えば、時刻t1で吸引信号Sg11の出力を開始してからブレーキ信号Sg12の出力を開始するまでの時間長さTpを短くすれば、吸引量を微量にすることができる。
なお、上記のように、圧力室21の容積が電位V1に対応する第1吸引後容積になった後も第1液体L1がキャピラリー10に流れ込む現象の要因としては、例えば、以下の2つのいずれか、又は組み合わせが挙げられる。一つの要因は、圧力室21の容積の増加量に応じた吸引量で液体が吸引された後も、液体の慣性力によって液体がキャピラリー10に流れ込むことである。もう一つの要因は、圧力室21の容積の変化は、さほどの時間遅れを生じることなく吸引信号Sg11に追随するのに対して、液体の吸引量は、圧力室21の容積の増加に対して時間遅れを生じつつ追随することである。
上記のように、ブレーキ信号Sg12は、吸引信号Sg11の出力開始に対して所定のタイミング(時間長さTp経過後)に出力が開始される。ここで、制御部25の内部的には、吸引信号Sg11の出力開始時刻以外の時刻を起点として計時が行われて、ブレーキ信号Sg12の出力を開始すべき時刻が到来したか否か判定されても構わない。例えば、吸引信号Sg11の上昇信号Sg111が傾きを有している(徐々に電位が上昇する)場合において、吸引信号Sg11の維持信号Sg112の出力開始時点が計時の起点とされても構わない。この場合も、ブレーキ信号Sg12は、吸引信号Sg11(上昇信号Sg111)の出力開始に対して所定のタイミングで出力が開始されているといえる。本実施形態の説明で言及する他の種々のタイミング(別の観点では時間経過の判定)についても同様である。
ユーザは、ブレーキ信号Sg12の維持信号Sg122が出力されている間に、キャピラリー10を第1液体L1から引き上げる。そして、ユーザは、ピペット1が有している不図示のスイッチに対する操作によって、ピペット1に付加吸引を指示する。この指示の時刻は、図4の時刻t12に対応する。
(時刻t12~t2:付加吸引等)
制御部25は、付加吸引が指示されると、圧力室21の容積が増加するように駆動部50を駆動させる付加吸引信号Sg13を出力する。付加吸引信号Sg13は、例えば、ブレーキ信号Sg12の電位V2から所定の電位V3まで上昇し、電位V3を維持する信号である。すなわち、付加吸引信号Sg13は、電位V2から電位V3まで上昇する上昇信号Sg131と、電位V3を維持する維持信号Sg132とを順に含んでいる。
制御部25は、付加吸引が指示されると、圧力室21の容積が増加するように駆動部50を駆動させる付加吸引信号Sg13を出力する。付加吸引信号Sg13は、例えば、ブレーキ信号Sg12の電位V2から所定の電位V3まで上昇し、電位V3を維持する信号である。すなわち、付加吸引信号Sg13は、電位V2から電位V3まで上昇する上昇信号Sg131と、電位V3を維持する維持信号Sg132とを順に含んでいる。
図5(e)に示すように、キャピラリー10の第1端11を離液したとき、第1端11の外側へ第1液体L1がはみ出していることがある。付加吸引信号Sg13を出力することによって、図5(f)に示すように、外側へはみ出していた第1液体L1をキャピラリー10内に吸引することができる。
電位V2から電位V3までの電位差dV3は、例えば、当該電位差dV3に相当する圧力室21の容積(体積)の増加量(付加増加量)が、第1端11を第1液体L1に接触させて第1端11から第1液体L1の一部を吸引した後に第1端11を第1液体L1の残りから引き上げたときに、第1液体L1の、第1端11から外側へはみ出す体積と等しくなるように設定されてよい。ここでいう等しいは、例えば、両者の体積の差が、第1端11から外側へはみ出す体積の±20%以内又は±10%以内とされてよい。
付加吸引信号Sg13の維持信号Sg132が出力されている間、既に述べたように、ユーザは、キャピラリー10を第2液体L2に接触させる。そして、ユーザは、ピペット1が有している不図示のスイッチに対する操作によって、ピペット1に第2液体L2の吸引を指示する(時刻t2)。これにより、維持信号Sg132に続いて、第2信号Sg2が出力される。
なお、図4では、第1信号Sg1の波形は、矩形波等の複数の直線からなる波形とされている。ただし、第1信号Sg1の波形の一部又は全部は曲線で構成されてもよい。また、第1信号Sg1の波形は、図示とは異なる種々の波形(例えば、のこぎり歯又は三角波等)とされてもよい。例えば、特に図示しないが、吸引信号Sg11の上昇信号Sg111、ブレーキ信号Sg12の降下信号Sg121及び/又は付加吸引信号Sg13の上昇信号Sg131は、直線的又は曲線的に徐々に電位を変化させてもよい。また、例えば、吸引信号Sg11を位相が0からπ/2まで変化する正弦波とし、ブレーキ信号Sg12を位相がπ/2からπ未満の所定値まで変化する正弦波としてもよい。別の観点では、吸引信号Sg11の維持信号Sg112は省略されてもよい。
第1信号Sg1について述べたが、第2信号Sg2も、第1信号Sg1と同様に、吸引信号、ブレーキ信号及び付加吸引信号を順に含んでよい。第2信号Sg2にとっては、第1信号Sg1の維持信号Sg132及び電位V3が、第1信号Sg1にとっての初期信号Sg0及び電位V0に相当する。なお、第1液体L1及び第2液体L2の吸引量等に応じて、各種の信号のパラメータの値が第1信号Sg1と第2信号Sg2とで相違していてよいことはもちろんである。
第1信号Sg1の各種のパラメータの値は、キャピラリー10の寸法及びアクチュエータ40の構成等に応じて適宜に設定されてよい。一例を以下に挙げる。電位差dV1は、2V以上7V以下である。電位差dV2は、1V以上5V以下(ただし、dV1未満)である。時間長さTpは、0.01秒以上1秒以下である。
[ブレーキ信号の電位]
ブレーキ信号Sg12における電位V1から電位V2への電位差dV2の値(絶対値。以下、同様。)が大きくされるとブレーキ力は強くなる。また、ブレーキ信号Sg12の降下信号Sg121の傾き(電位の変化率)が急峻にされると、ブレーキ力は強くなる。これらのブレーキ力に影響を及ぼすパラメータの値は、適宜に設定されてよい。以下では、吸引信号Sg11の波形に応じて電位差dV2の値を設定する方法を例示する。なお、電位差dV2は、別の観点では、圧力室21における、電位V1に対応する第1吸引後容積から電位V2に対応するブレーキ後容積への減少量の絶対値である。この電位差dV2の大きさは、例えば、吸引信号Sg11の波形に応じて設定されてよい。
ブレーキ信号Sg12における電位V1から電位V2への電位差dV2の値(絶対値。以下、同様。)が大きくされるとブレーキ力は強くなる。また、ブレーキ信号Sg12の降下信号Sg121の傾き(電位の変化率)が急峻にされると、ブレーキ力は強くなる。これらのブレーキ力に影響を及ぼすパラメータの値は、適宜に設定されてよい。以下では、吸引信号Sg11の波形に応じて電位差dV2の値を設定する方法を例示する。なお、電位差dV2は、別の観点では、圧力室21における、電位V1に対応する第1吸引後容積から電位V2に対応するブレーキ後容積への減少量の絶対値である。この電位差dV2の大きさは、例えば、吸引信号Sg11の波形に応じて設定されてよい。
図6(a)は、ブレーキ信号Sg12の電位差dV2の設定方法の一例を説明するための図であり、図5の一部に相当する。
この例では、実線及び2点鎖線によって互いに波形が異なる2種類の第1信号Sg1を示しているように、吸引信号Sg11の電位差dV1(別の観点では電位V0に対応する第1吸引前容積から電位V2に対応する第2吸引後容積までの第1増加量)の値が変化した場合を想定している。この場合において、電位差dV1が大きいほど、電位差dV2は大きくされてよい。例えば、電位差dV2は、電位差dV1に対して1未満の所定の比率を乗じた大きさとされてよい。所定の比率は、例えば、60%以上90%以下の値とされてよい。
例えば、電位差dV1が大きいほど、第1液体L1がキャピラリー10に流れ込むときの流速、及び/又は第1液体L1に付与される慣性力は大きくなる。従って、例えば、電位差dV1が大きいほど、電位差dV2を大きくすることによって、第1液体L1が想定以上にキャピラリー10に流れ込むおそれを低減することができる。
図6(b)は、ブレーキ信号Sg12の電位差dV2の設定方法の他の例を説明するための図であり、図5の一部に相当する。
この例では、実線及び2点鎖線によって互いに波形が異なる2種類の第1信号Sg1を示しているように、吸引信号Sg11(又は吸引信号Sg11のうちの維持信号Sg112)の時間長さTpの値が変化した場合を想定している。この場合において、時間長さTpが短いほど、電位差dV2は大きくされてよい。
例えば、時間長さTpが短いほど、キャピラリー10内に流れ込むときの流速、及び/又は第1液体L1に付与された慣性力は減じられていない。従って、例えば、時間長さTpが短いほど、電位差dV2を大きくすることによって、第1液体L1が想定以上にキャピラリー10に流れ込むおそれを低減することができる。
なお、電位差dV1及び時間長さTpの双方の値が変更された場合に、双方の値の変化に応じて、電位差dV2が大きく、又は小さくされてよいことはもちろんである。また、電位差dV2の値を変化させなくてもよいように、電位差dV1の値が大きくされたときに時間長さTpを長くするなど、電位差dV1の値と時間長さTpの値との調整が図られてもよい。
上記のような電位差dV2等の設定は、製造者、ユーザ及び制御部25のいずれによってなされてもよい。例えば、電位差dV2の設定に関しては、典型的なものとして、以下の(1)~(3)の態様を挙げることができる。
(1) ピペット1において、電位差dV1及び時間長さTpの値は固定されている(ピペット1の製造者が設定する。)。すなわち、ピペット1は、ユーザが吸引量を変更することができない装置として製造・販売される。そして、製造者は、電位差dV1及び時間長さTpに応じて電位差dV2の値を設定する。
(2) ピペット1において、時間長さTpの値は固定されている。電位差dV1の値は、ユーザが入力部71を介して設定した吸引量の目標値に応じて制御部25が設定する。そして、制御部25は、設定された電位差dV1に応じて電位差dV2の値を設定する。
(3) ピペット1において、電位差dV1の値は固定されている。時間長さTpの値は、ユーザが入力部71を介して設定した吸引量の目標値に応じて制御部25が設定する。そして、制御部25は、設定された時間長さTpに応じて電位差dV2の値を設定する。
(2) ピペット1において、時間長さTpの値は固定されている。電位差dV1の値は、ユーザが入力部71を介して設定した吸引量の目標値に応じて制御部25が設定する。そして、制御部25は、設定された電位差dV1に応じて電位差dV2の値を設定する。
(3) ピペット1において、電位差dV1の値は固定されている。時間長さTpの値は、ユーザが入力部71を介して設定した吸引量の目標値に応じて制御部25が設定する。そして、制御部25は、設定された時間長さTpに応じて電位差dV2の値を設定する。
上記の(1)~(3)の態様以外にも、種々の態様が可能である。例えば、ユーザが入力部71を介して直接に電位差dV1、時間長さTp及び/又は電位差dV2を設定可能であってもよい。また、例えば、入力部71を介して設定された吸引量の目標値に応じて、電位差dV1及び時間長さTpの双方が調整されてもよい。
吸引量の目標値に基づく電位差dV1及び/又は時間長さTpの値の特定(設定)は、例えば、計算式によって実現されてもよいし、これらを対応付けたマップが参照されることによって特定されてもよい。電位差dV1及び/又は時間長さTpの値に基づく電位差dV2の値の特定(設定)も同様である。なお、(2)の態様において、制御部25の内部的には、製造者によって設定された時間長さTpの値は、電位差dV1の値と同様に、定数ではなく変数として扱われていても構わない。(3)の態様における電位差dV1の値も同様である。
第1実施形態についての以下の説明では、上記(1)~(3)の態様のうち、(2)の態様を例に取るものとする。
[ブロック図]
図7は、制御ユニット24の信号処理系に係る要部の構成を示すブロック図である。
図7は、制御ユニット24の信号処理系に係る要部の構成を示すブロック図である。
制御部25は、例えば、記憶部72を含んでいる。記憶部72は、第1目標値D1、第2目標値D2及び時間長さTpの値を記憶している。第1目標値D1は、第1液体L1の吸引量の目標値であり、ユーザの入力部71に対する操作によって設定される。第2目標値D2は、第2液体L2の吸引量の目標値であり、ユーザの入力部71に対する操作によって設定される。時間長さTpの値は、例えば、ピペット1の製造者によって予め設定されている。なお、特に図示しないが、時間長さTpの値は、第1信号Sg1と第2信号Sg2とで別個のものとされていてもよい。
また、制御部25は、例えば、CPU、ROM、RAM及び外部記憶装置等を含んで構成されており、CPUがROM及び/又は外部記憶装置に記憶されているプログラムを実行することによって、図7に示している種々の機能部(73、74、75及び76)が構築される。例えば、以下の機能部が構築される。
第1信号設定部73は、記憶部72に記憶されている情報等に基づいて、第1信号Sg1の波形のパラメータの値(例えば、電位、電位の変化率及び/又は時間長さ等。以下、同様。)を設定する。例えば、dV1設定部73aは、第1目標値D1に基づいて吸引信号Sg11の電位差dV1の値を設定する。dV2設定部73bは、dV1設定部73aによって設定された電位差dV1に基づいてブレーキ信号Sg12の電位差dV2の値を設定する。
第2信号設定部74は、記憶部72に記憶されている情報等に基づいて、第2信号Sg2の波形のパラメータの値を設定する。例えば、図示は省略するが、第2信号設定部74は、第1信号設定部73と同様に、dV1設定部及びdV2設定部を有しており、第1目標値D1に代えて第2目標値D2を用いて、電位差dV1及び電位差dV2の値を設定する。また、例えば、第2信号設定部74は、第1信号設定部73が設定した第1信号Sg1の電位に基づいて第2信号Sg2の波形全体の電位の高さを調整する。
第3信号設定部75は、記憶部72に記憶されている情報等に基づいて、第3信号Sg3の波形のパラメータの値を設定する。例えば、第3信号設定部75は、第2信号設定部74が設定した第2信号Sg2の電位に基づいて、記憶部72に記憶されている第3信号Sg3の波形全体の電位の高さを調整する。第3信号設定部75は、第1目標値D1及び第2目標値D2に応じて振動の振幅を調整したりしてもよい。
信号制御部76は、上記の各種の信号設定部によって設定された波形のパラメータの値に基づいて、また、入力部71に対する入力(本実施形態ではユーザの操作)に基づいて、駆動信号SgAに含まれる各種の信号を生成・出力する。別の観点では、信号制御部76は、駆動信号SgAに含まれる各種の信号の出力開始、出力継続及び出力終了を制御する。
[フローチャート]
図8は、これまでに説明した動作を実現するために、ユーザ及び制御部25が行う処理の手順の一例を示すフローチャートである。紙面左側のステップSU0~SU3は、ユーザが行う処理を示している。紙面右側のステップSC0~SC4は制御部25が行う処理を示している。
図8は、これまでに説明した動作を実現するために、ユーザ及び制御部25が行う処理の手順の一例を示すフローチャートである。紙面左側のステップSU0~SU3は、ユーザが行う処理を示している。紙面右側のステップSC0~SC4は制御部25が行う処理を示している。
ステップSU0では、ユーザは、ピペット1の不図示の電源スイッチをONするなど、吸引の準備を行う。一方、制御部25は、電源スイッチのON操作又は他の操作がなされると、初期信号Sg0の出力を開始する(ステップSC0)。
ステップSU1(ステップSU11~SU14)では、ユーザは、第1液体L1を吸引するための操作をピペット1に対して行う。また、この操作に応じて、制御部25は、第1液体L1を吸引するための制御を行う(ステップSC1)。
具体的には、まず、ユーザは、キャピラリー10の第1端11を第1液体L1に対して接触させる(ステップSU11)。次に、ユーザは、入力部71に対する操作によって、ピペット1に第1液体L1の吸引を指示する(ステップSU12)。
一方、制御部25は、ステップSC0から初期信号Sg0の出力を継続している。また、ステップSC11では、制御部25は、入力部71からの信号に基づいて、第1液体L1の吸引が指示されたか否か判定する。そして、制御部25は、否定判定の場合は、初期信号Sg0の出力を継続し、肯定判定の場合は、ステップSC12に進む。
ステップSC12では、制御部25は、第1信号Sg1の吸引信号Sg11の出力を開始する。ステップSC13では、制御部25は、吸引信号Sg11の出力開始から時間長さTpが経過したか否か判定する。そして、制御部25は、否定判定の場合は、吸引信号Sg11の出力を継続し、肯定判定の場合は、ステップSC14に進む。ステップSC14では、制御部25は、第1信号Sg1のブレーキ信号Sg12の出力を開始する。
ユーザは、ステップSU12で吸引を指示する操作を入力部71に行った後、時間経過及び/又はキャピラリー10の目視に基づいて、第1液体L1の吸引(ステップSC11~SC14)が完了したか否か判定する。そして、ユーザは、完了したと判定すると、キャピラリー10を第1液体L1から引き上げる(ステップSU13)。その後、ユーザは、図5(e)及び図5(f)に示した付加吸引を指示する操作を入力部71に対して行う(ステップSU14)。
一方、制御部25は、ステップSC14からブレーキ信号Sg12(維持信号Sg122)の出力を継続している。また、ステップSC15では、制御部25は、入力部71からの信号に基づいて、付加吸引が指示されたか否か判定する。そして、制御部25は、否定判定の場合は、ブレーキ信号Sg12の出力を継続し、肯定判定の場合は、ステップSC16に進む。ステップSC16では、制御部25は、第1信号Sg1の付加吸引信号Sg13の出力を開始する。
ユーザは、ステップSU14で付加吸引を指示する操作を入力部71に行った後、時間経過及び/又はキャピラリー10の目視に基づいて、第1液体L1の付加吸引(ステップSC16)が完了したか否か判定する。そして、ユーザは、完了したと判定すると、第2液体L2を吸引するための操作を行う(ステップSU2)。
第2液体L2を吸引するためのユーザによる操作(ステップSU2)、及びこの操作に対応する制御部25による制御(ステップSC2)は、基本的には、第1液体L1を吸引するためのユーザによる操作(ステップSU1)、及びこの操作に対応する制御部25による制御(SC1)と同様である。ただし、ステップSC1の開始時においては、初期信号Sg0の出力が継続されていたのに対して、ステップSC2の開始時においては、付加吸引信号Sg13の維持信号Sg132の出力が継続されている。
ステップSU3では、ユーザは、第1液体L1及び第2液体L2の混合を指示する操作を入力部71に対して行う。一方、制御部25は、ステップSC2から第2信号Sg2の付加吸引信号の維持信号(第1信号Sg1の付加吸引信号Sg13の維持信号Sg132を参照)の出力を継続している。また、ステップSC3では、制御部25は、入力部71からの信号に基づいて、混合が指示されたか否か判定する。そして、制御部25は、否定判定の場合は、第2信号Sg2の出力を継続し、肯定判定の場合は、ステップSC4に進む。ステップSC4では、制御部25は、第3信号Sg3を出力する。
以上のとおり、本実施形態に係るピペット1は、キャピラリー10と、圧力室21と、駆動部50と、制御部25とを有している。キャピラリー10は、長さ方向の両端である第1端11及び第2端12が開口している。圧力室21は、第2端12を介してキャピラリー10の内部に通じている。駆動部50は、圧力室21の容積を変化させる。制御部25は、圧力室21の容積が増加して第1端11から第1液体L1が吸引されるように駆動部50を駆動させる第1信号Sg1を出力する。第1信号Sg1は、吸引信号Sg11と、ブレーキ信号Sg12とを含んでいる。吸引信号Sg11は、圧力室21の容積が、第1液体が吸引される前の第1吸引前容積(電位V0に対応する容積)から第1増加量(電位差dV1に対応する増加量)で増加して第1吸引後容積(電位V1に対応する容積)になるように駆動部50を駆動させる。ブレーキ信号Sg12は、吸引信号Sg11に続いて出力され、圧力室21の容積が第1増加量(電位差dV1に対応する増加量)よりも絶対値が小さい減少量(電位差dV2に対応する減少量)で第1吸引後容積(電位V1に対応する容積)から減少してブレーキ後容積(電位V2に対応する容積)になるように駆動部50を駆動させる。
また、別の観点では、本実施形態に係る液体採取方法は、ピペット1を用いる。ピペット1は、長さ方向の両端である第1端11及び第2端12が開口しているキャピラリー10と、第2端12を介してキャピラリー10の内部に通じている圧力室21と、圧力室21の容積を変化させる駆動部50とを有している。そして、液体採取方法は、接液ステップと、吸引ステップと、離液ステップと、ブレーキステップとを有している。接液ステップ(SU11)は、第1端11を液体(第1液体L1)に接触させる。吸引ステップ(SC12)は、第1端11を第1液体L1に接触させている状態で、駆動部50によって圧力室21の容積を増加させ、これにより、第1端11から第1液体L1をキャピラリー10内に吸引する。離液ステップ(SU13)は、第1液体L1の一部がキャピラリー10内に吸引された後、第1端11を第1液体L1の残りから離す。ブレーキステップ(SC14)は、吸引ステップ(SC12)の後、かつ離液ステップ(SU13)の前に、駆動部50によって圧力室21の容積を減少させる。
従って、既述のように、第1液体L1のキャピラリー10内への流れ、とりわけ、圧力室21の容積が電位V1に対応する容積になった後における流れをブレーキ信号Sg12によって抑制することができる。その結果、例えば、離液のタイミングのばらつきが吸引量に及ぼす影響が低減され、ひいては、計量の精度が向上する。また、例えば、時間長さTpを短くすることによって、微量吸引が可能となる。なお、ブレーキ信号Sg12は、吸引信号Sg11に続いて出力されること、及びその電位差dV2が吸引信号Sg11の電位差dV1よりも小さいことから、液体を吸引したピペットを移動させた後に、液体をピペットから吐出させるための信号とは区別される。
また、本実施形態では、制御部25は、吸引信号Sg11による圧力室21の容積の第1増加量(電位差dV1に対応する増加量)が大きいほど、ブレーキ信号Sg12による圧力室21の容積の減少量(電位差dV2に対応する減少量)の絶対値が大きくなるように第1信号Sg1を生成する。
この場合、例えば、図6(a)を参照して説明したように、キャピラリー10内へ流れ込む第1液体L1の流速及び/又は慣性力が大きいほど、ブレーキ力を大きくすることができる。その結果、例えば、第1増加量が変化した場合においても、第1液体L1のキャピラリー10内への流れの抑制の効果を安定して得ることができる。
また、本実施形態では、ピペット1は、第1端11から第1液体L1を吸引する量の第1目標値D1を記憶する記憶部72を有している。制御部25は、第1目標値D1が大きいほど、圧力室21の容積の第1増加量(電位差dV1に対応する増加量)が大きくなるように第1信号Sg1を生成する。
この場合、例えば、第1液体L1の吸引量は、圧力室21の容積の第1増加量によって規定される。そして、ブレーキ信号は、離液のタイミングのばらつきに起因する吸引量のばらつきの低減に寄与する。
本実施形態では、第1信号Sg1は、圧力室21の容積が、ブレーキ後容積(電位V2に対応する容積)から付加増加量(電位差dV3に対応する増加量)で増加して第1完了容積(電位V3に対応する容積)になるように駆動部50を駆動させる付加吸引信号Sg13を含んでいる。付加増加量(電位差dV3に対応する増加量)は、第1端11を第1液体L1に接触させて第1端11から第1液体L1の一部を吸引した後に第1端11を第1液体L1の残りから引き上げたときに、第1液体L1の、第1端11から外側へはみ出す体積と等しい。
従って、図5(e)及び図5(f)を参照して説明したように、第1液体L1の第1端11からはみ出す体積を低減することができる。本実施形態では、ブレーキ信号Sg12によって第1液体L1のキャピラリー10内への流れを抑制していることから、その後に離液したときに、第1液体L1のキャピラリー10内への流れが抑制されていない態様に比較して、はみ出す体積が多くなるおそれがある。従って、付加吸引信号Sg13は、ブレーキ信号Sg12との組み合わせにおいて効果的である。そして、はみ出しが低減される結果、例えば、第1液体L1を吸引したピペット1を移動させている途中で、塵等が第1液体L1に接触するおそれが低減される。また、例えば、第1端11を第2液体L2に接触させたときに、第1液体L1のうち第1端11からはみ出していた部分が第2液体L2中に分散されてしまうおそれを低減することができる。
ピペット1は、ユーザによる操作入力及び外部機器による信号入力の少なくとも一方の入力を受け付ける入力部71を更に有している。吸引信号Sg11は、入力部71に対する第1入力(ステップSU12)をトリガとして出力が開始される(ステップSC11及びSC12)。ブレーキ信号Sg12は、吸引信号Sg11の出力開始に対して予め定められたタイミングで吸引信号Sg11に代えて出力される(ステップSC13及びSC14)。
従って、例えば、ユーザの不図示のスイッチに対する操作によってブレーキ信号Sg12を出力する態様(当該態様も本開示に係る技術に含まれる)に比較して、時間長さTpを短くしたり、その計時を高精度にしたりすることができる。その結果、吸引量の微量化及び/又はばらつきの低減の効果が向上する。
また、本実施形態では、ブレーキ信号Sg12は、入力部71に対する入力(ステップSU14)をトリガとして出力が停止される(ステップSC15及びSC16)。前記第1入力と上記の停止のための入力との間(ステップSU12とステップSU14との間)では、圧力室21の容積の増加(電位差dV1による増加)及び減少(電位差dV2による減少)は、それぞれ1回のみである。
従って、例えば、吸引信号Sg11及びブレーキ信号Sg12がなす波形は簡素である。その結果、例えば、波形と吸引量との関係の把握が容易である。ひいては、波形のパラメータの値の設定が容易である。
また、本実施形態では、第1信号Sg1は、圧力室21の容積がブレーキ後容積(電位V2に対応する容積)以上の第1完了容積(電位V3に対応する容積)を維持するように駆動部50を駆動させる第1待機信号(付加吸引信号Sg13の維持信号Sg132)を含んでいる。制御部25は、入力部71に対して前記第1入力(ステップSU12)よりも後に加えられる第2入力(ステップSU2。より詳細にはステップSU1のステップSU12と同様の操作)をトリガとして、付加吸引信号Sg13の維持信号Sg132に代えて、圧力室21の容積が第1完了容積(電位V3)から増加して第1端11から第2液体が吸引されるように駆動部50を駆動させる第2信号Sg2を出力する。
従って、例えば、第1液体L1を第1端11に保持した状態で、第2液体L2を第1端11から吸引することができる。また、上記のように、ブレーキ信号Sg12に付加吸引信号Sg13を組み合わせた場合においては、第1液体L1の第1端11からのはみ出しが低減され、ひいては、第1端11を第2液体L2に接液したときに第1液体L1が第2液体L2に拡散されてしまうおそれが低減される。その結果、例えば、第1液体L1と第2液体L2との混合比を正確にすることができる。また、例えば、貯留されている第2液体L2から繰り返し吸引を行う場合において、第2液体L2に第1液体L1が不純物として混入してしまうおそれが低減される。
また、本実施形態では、第2信号Sg2は、圧力室21の容積を第1完了容積(電位V3に対応する容積)よりも大きい第2完了容積(概略、図2の電位V4に相当する容積)に維持する第2待機信号(第1信号Sg1の維持信号Sg132を参照)を含んでいる。制御部25は、入力部71に対して前記第2入力(ステップSU2。より詳細にはステップSU1のステップSU12と同様の操作)よりも後に加えられる第3入力(ステップSU3)をトリガとして、第2信号Sg2に代えて、圧力室21の容積が、第2完了容積(電位V4)から増加し、その後、繰り返し増減するように駆動部50を駆動させる第3信号Sg3を出力する。
従って、例えば、ブレーキ信号Sg12を用いることによって正確に計量した第1液体L1を他の液体(第2液体L2)と混合することができる。
<第2実施形態>
図9は、第2実施形態に係るピペットが有している制御ユニット224の信号処理系に係る要部の構成を示すブロック図であり、図7に相当している。
図9は、第2実施形態に係るピペットが有している制御ユニット224の信号処理系に係る要部の構成を示すブロック図であり、図7に相当している。
第1実施形態の説明では、図6(a)及び図6(b)を参照して説明した(1)~(3)の態様のうち、(2)の態様を例に取った。第2実施形態の説明では、(3)の態様を例に取っている。これに伴い、第2実施形態に係る制御部225のブロック図は、第1実施形態に係る制御部25のブロック図とは異なっている。
具体的には、まず、記憶部272は、ピペット1の製造者によって予め設定されている値として、時間長さTpの値ではなく、電位差dV1の値を記憶している。なお、特に図示しないが、電位差dV1の値は、第1信号Sg1と第2信号Sg2とで別個のものとされていてもよい。
また、第1信号設定部273は、第1実施形態のdV1設定部73aに代えて、Tp設定部273aを有している。Tp設定部273aは、第1目標値D1に基づいて時間長さTpを設定する。また、dV2設定部273bは、第1実施形態のdV2設定部73bとは異なり、Tp設定部273aによって設定された時間長さTpに基づいてブレーキ信号Sg12の電位差dV2の値を設定する。
第2信号設定部274の、第1実施形態の第2信号設定部74に対する相違部分は、基本的に、第1信号設定部273の第1実施形態の第1信号設定部273に対する相違部分と同様である。
以上のとおり、本実施形態では、図4に示したように、吸引信号Sg11は、圧力室21の容積が時間長さTpに亘って第1吸引後容積(電位V1に対応する容積)に維持されるように駆動部50を駆動させる維持信号Sg112を含んでいる。ブレーキ信号Sg12は、維持信号Sg112に続いて出力される。制御部225は、時間長さTpが短いほど、ブレーキ信号Sg12による圧力室21の容積の減少量(電位差dV2に対応する減少量)の絶対値が大きくなるように第1信号Sg1を生成する。
従って、例えば、図6(b)を参照して説明したように、ブレーキ信号Sg12が開始されるまでの時間が短いほど、ひいては、キャピラリー10内へ流れ込む第1液体L1の流速及び/又は慣性力が大きいほど、ブレーキ力を大きくすることができる。その結果、例えば、時間長さTpが変化した場合においても、第1液体L1のキャピラリー10内への流れの抑制の効果を安定して得ることができる。
また、本実施形態では、ピペット1は、第1端11から第1液体L1を吸引する量の第1目標値D1を記憶する記憶部272を有している。制御部225は、第1目標値D1が小さいほど、時間長さTpが短くなるように第1信号Sg1を生成する。
この場合、例えば、第1液体L1の吸引量は、第1液体L1のキャピラリー10内への流れ(特に圧力室21の容積が第1吸引後容積になった後の流れ)を許容する時間(時間長さTp)によって規定される。すなわち、新たな計量方法が提供される。この計量方法は、本来は誤差の要因となる、圧力室21の容積が第1吸引後容積になった後の流れを利用するものであり、画期的である。また、誤差の要因となる流れを計量に利用している原理から、吸引量のばらつきは抑制される。さらに、時間長さTpを短くすることによって、従来は不可能であった微量な吸引も可能になる。
<第3実施形態>
図10は、第3実施形態に係るピペットの駆動信号SgAを示す図であり、図4に対応している。
図10は、第3実施形態に係るピペットの駆動信号SgAを示す図であり、図4に対応している。
第1実施形態では、初期信号Sg0の電位V0が基準電位(縦軸において0)である場合を例に取った。一方、本実施形態では、電位V0が基準電位よりも低い場合を例に取っている。
既に述べたように、実施形態の説明では、内部電極42及び表面電極44のうち駆動信号SgAが付与される電極から基準電位が付与される電極への方向と、圧電セラミック層40aの分極方向とは、逆向きである場合を例に取っている。換言すれば、駆動信号SgAの電位の上昇は、圧力室21の容積の増加に対応している。従って、本実施形態では、図10において紙面左上に模式的に示すように、初期信号Sg0の電位V0が基準電位よりも低いことにより、初期信号Sg0が出力されているとき、駆動部50は圧力室21側へ撓んでいる。そして、第1信号Sg1が出力されることによって電位が上昇すると、駆動部50の撓み変形は減少し、圧力室21の容積は増加していく。
基準電位と、駆動信号SgAの波形との相対関係は適宜に設定されてよい。別の観点では、電位V0の具体的な値は、適宜に設定されてよい。図示の例では、第2信号Sg2の最初の立ち上がりの途中で駆動信号SgAが基準電位をアップクロスする場合を例示している。ゼロアップクロスのとき、図10の紙面右側に模式的に示すように、駆動部50は基本的には撓み変形が生じていない状態である。そして、さらに駆動信号SgAの電位が上昇すると、特に図示しないが、駆動部50は、圧力室21とは反対側へ撓んでいく。
なお、図示の例とは異なり、駆動信号SgAは、第1信号Sg1の途中でゼロアップクロスしてもよいし、第2信号Sg2の途中でゼロアップクロスしてもよいし、第3信号Sg3のエア吸引信号Sg31の立ち上がりでゼロアップクロスしてもよい。また、これらの信号内でゼロダウンクロスが生じても構わない。また、特に図示しないが、第3信号Sg3の復元信号Sg32の下限の電位及び/又は混合信号Sg33の下限の電位は、基準電位よりも低い電位V0まで降下されてもよいし、基準電位までの降下であってもよい。
通常、電位V0が基準電位であるとき、駆動部50に撓み変形は生じていない。ひいては、駆動部50(圧力室21の内面)を内側へ撓ませる電位V0は、基準電位ではない。ただし、電位V0が基準電位であるときに、圧力室21の内面が撓んでいるような態様においては、圧力室21の内面を内側へ撓ませる電位V0は、基準電位であることもある。
以上のとおり、本実施形態では、駆動部50は、圧力室21の内面の一部を構成しており、前記内面の撓み変形によって圧力室21の容積を変化させる。制御部25(又は225)は、第1信号Sg1の出力前に、圧力室21の容積が第1吸引前容積(電位V0に対応する容積)になるように駆動部50を駆動させる初期信号Sg0を出力する。初期信号Sg0は、前記内面を圧力室21の内側へ向けて撓ませる信号である。
従って、例えば、第1実施形態に比較して、同一のステップ(例えば第1液体L1の吸引)を実行しているときの圧力室21の容積が減少する。その結果、例えば、吸引量のばらつきが低減される。その理由としては、例えば、圧力室21内の気体(例えば空気)は圧縮性流体であり、液体の吸引に影響を及ぼすところ、この気体の量が低減されることが挙げられる。
<実験>
[吸引量のばらつき]
既述のように、ブレーキ信号Sg12が出力されることによって、例えば、吸引量のばらつきが低減される。当該効果を実験により確認した。なお、以下において、「σ」は、標準偏差を示し、「CV」は変動係数を示す。
[吸引量のばらつき]
既述のように、ブレーキ信号Sg12が出力されることによって、例えば、吸引量のばらつきが低減される。当該効果を実験により確認した。なお、以下において、「σ」は、標準偏差を示し、「CV」は変動係数を示す。
(実験1)
実際に実施形態に係るピペット1を用意し、第1信号Sg1の出力によって液体の吸引を行った。そして、ブレーキ信号Sg12の出力後、離液したとき(ステップSU13の後かつステップSU14の前)の液体の吸引量を測定した。また、比較例に係るピペットを用意し、同様の実験を行った。比較例に係るピペットでは、第1信号として、吸引信号Sg11のみが出力され(ブレーキ信号Sg12が出力されず)、離液後まで、吸引信号Sg11の維持信号Sg112が維持された。
実際に実施形態に係るピペット1を用意し、第1信号Sg1の出力によって液体の吸引を行った。そして、ブレーキ信号Sg12の出力後、離液したとき(ステップSU13の後かつステップSU14の前)の液体の吸引量を測定した。また、比較例に係るピペットを用意し、同様の実験を行った。比較例に係るピペットでは、第1信号として、吸引信号Sg11のみが出力され(ブレーキ信号Sg12が出力されず)、離液後まで、吸引信号Sg11の維持信号Sg112が維持された。
上記のような吸引及び吸引量の測定を実施例に係るピペット及び比較例に係るピペットのそれぞれに関して10回行った。第1信号の出力開始から離液まで(ステップSU12からステップSU13まで)の時間は、10回の吸引及び測定間でばらつくように適宜に設定された。第1信号Sg1のパラメータの値は、電位V0=基準電位、電位V1=3.5V、電位V2=2.2V、時間長さTp=0.1秒とした。第1信号Sg1は、矩形波とした。
図11(a)は、実験結果を示す図である。この図の横軸において、CE1は比較例を示しており、E1は実施例を示している。縦軸は、吸引量VL(nl)を示している。そして、比較例及び実施例において測定された吸引量がプロットされている。
この図に示されているように、実施例のピペットの吸引量は、比較例のピペットの吸引量に比較して、ばらつきが小さくなっている。この結果から、ブレーキ信号Sg12の効果を確認できた。なお、吸引量の測定結果を示す数値を以下にしめす。
実施例の吸引量:
平均値=42.6nl、σ=3.2nl、CV=7.5%
比較例の吸引量:
平均値=60.7nl、σ=23.7nl、CV=39.0%
実施例の吸引量:
平均値=42.6nl、σ=3.2nl、CV=7.5%
比較例の吸引量:
平均値=60.7nl、σ=23.7nl、CV=39.0%
(実験2)
実験1と同様の条件により、第1液体L1の吸引だけでなく、第2液体L2の吸引まで行い、離液したとき(ステップSU2内において、ステップSU1のステップSU13に対応するステップを行ったとき)の液体の吸引量を測定した。なお、第2信号Sg2にとっては、第1信号Sg1の付加吸引信号Sg13の維持信号Sg132が、第1信号Sg1にとっての初期信号Sg0に相当する。それ以外は、第2信号Sg2の波形は、第1信号Sg1の波形と同様である。
実験1と同様の条件により、第1液体L1の吸引だけでなく、第2液体L2の吸引まで行い、離液したとき(ステップSU2内において、ステップSU1のステップSU13に対応するステップを行ったとき)の液体の吸引量を測定した。なお、第2信号Sg2にとっては、第1信号Sg1の付加吸引信号Sg13の維持信号Sg132が、第1信号Sg1にとっての初期信号Sg0に相当する。それ以外は、第2信号Sg2の波形は、第1信号Sg1の波形と同様である。
図11(b)は、実験結果を示す、図11(a)と同様の図である。この図に示されているように、実施例のピペットの吸引量は、比較例のピペットの吸引量に比較して、ばらつきが小さくなっている。この結果から、ブレーキ信号Sg12の効果を確認できた。なお、吸引量の測定結果を示す数値を以下にしめす。
実施例の吸引量:
平均値=91.1nl、σ=13.9nl、CV=15.2%
比較例の吸引量:
平均値=119.8nl、σ=31.9nl、CV=26.6%
実施例の吸引量:
平均値=91.1nl、σ=13.9nl、CV=15.2%
比較例の吸引量:
平均値=119.8nl、σ=31.9nl、CV=26.6%
[時間長さTpによる吸引量の設定]
既述のように、ブレーキ信号Sg12を用いることによって、吸引信号Sg11の出力を開始してからブレーキ信号Sg12の出力を開始するまでの時間長さTpによって、吸引量を規定することができる。このことを実験によって確認した。
既述のように、ブレーキ信号Sg12を用いることによって、吸引信号Sg11の出力を開始してからブレーキ信号Sg12の出力を開始するまでの時間長さTpによって、吸引量を規定することができる。このことを実験によって確認した。
具体的には、実験1と概ね同様の条件により、実施例に係るピペットに関して、ブレーキ信号Sg12の出力後、離液したとき(ステップSU13の後かつステップSU14の前)の液体の吸引量を測定した。ただし、ここでは、時間長さTpを0.1秒、0.5秒又は1.0秒の3種のいずれかの値とした。そして、時間長さTpの各値について、10回の吸引及び測定を行った。
図12は、実験結果を示す図である。この図の横軸は、時間長さTpを示している。紙面左側の縦軸は、吸引量VL(nl)の平均値を示している。紙面右側の縦軸は、吸引量VLのσ(nl)を示している。円形のプロット(VLm)は、時間長さTpと吸引量の平均値との関係を示している。矩形のプロット(σ)は、時間長さTpとσとの関係を示している。
この図に示されているように、時間長さTpを長くするほど、吸引量VLが多くなっている。この結果から、例えば、時間長さTpによって吸引量を規定する新たな計量が可能であることを確認できた。また、時間長さTpを変化させても、ばらつきに大きな相違は生じないことを確認できた。
[圧力室の容積低減によるばらつき低減]
第3実施形態において説明したように、初期信号Sg0によって駆動部50が圧力室21側へ撓むように初期信号Sg0の電位V0を設定することによって、吸引量のばらつきを低減することができる。このことを実験によって確認した。
第3実施形態において説明したように、初期信号Sg0によって駆動部50が圧力室21側へ撓むように初期信号Sg0の電位V0を設定することによって、吸引量のばらつきを低減することができる。このことを実験によって確認した。
具体的には、実験1と概ね同様の条件により、実施例に係るピペットに関して、ブレーキ信号Sg12の出力後、離液したとき(ステップSU13の後かつステップSU14の前)の液体の吸引量を測定した。ただし、ここでは、電位V0を3種の異なる値に設定し、各値に関して、吸引及び吸引量の測定を10回行った。電位V0の3種の値は、圧力室21の容積の差異が15μl以下の範囲に収まる値とした。
図13は、実験結果を示す図である。この図の横軸は、初期信号Sg0が出力されているときの圧力室21の容積VP(μl)を示している。縦軸は、吸引量のCV(%)を示している。なお、圧力室21の容積VPについては、平均値を基準とした相対値で示している。この図に示されているように、容積VPを小さくするほど、吸引量のCVが小さくなっている。
なお、以上の実施形態において、圧力室21の、電位V0に対応する容積は第1吸引前容積の一例である。電位差dV1に対応する容積の変化量は第1増加量の一例である。電位V1に対応する容積は第1吸引後容積の一例である。電位V2に対応する容積はブレーキ後容積の一例である。電位差dV2に対応する容積の変化量は、第1吸引後容積からブレーキ後容積への減少量の一例である。電位V3に対応する容積は、第1完了容積の一例である。電位差dV3に対応する容積の変化量は付加増加量の一例である。ステップSU12の操作は第1入力の一例である。付加吸引信号Sg13の維持信号Sg132は第1待機信号の一例である。ステップSU2の操作(より詳細にはステップSU2内においてステップSU1のステップSU12に対応する操作)は第2入力の一例である。電位V4(より詳細には第2信号Sg2において第1信号Sg1の電位V3に対応する電位)に対応する容積は第2完了容積の一例である。第2信号Sg2(より詳細には第2信号Sg2において第1信号Sg1の付加吸引信号Sg13の維持信号Sg132に対応する信号)は第2待機信号の一例である。ステップSU3の操作(より詳細には時刻t3におけるピペット1に対する操作)は第3入力の一例である。ステップSC12は吸引ステップの一例である。ステップSC14はブレーキステップの一例である。
本開示に係る技術は、以上の実施形態及び変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
上述した実施形態は、適宜に組み合わされてよい。例えば、制御部25は、ユーザが設定した吸引量の目標値(記憶部72に記憶されている目標値)に基づいて、第1信号Sg1の電位差dV1及び時間長さTpの双方の値を設定(変更)してもよい。そして、制御部25は、その電位差dV1及び時間長さTpに基づいて第2信号Sg2の波形を規定するパラメータ(例えば電位差dV2)の値を設定してもよい。
ピペットは、2液を混合することが可能なものに限定されない。例えば、ピペットは、1液を吸引して、当該1液を元の場所とは異なる場所へ吐出するためのものであってもよい。また、ピペットは、3液以上を吸引可能なものであってもよい。
第1信号Sg1は、付加吸引信号Sg13を含んでいなくてもよい。すなわち、ブレーキ信号Sg12の維持信号Sg122が出力されているときに、第1液体L1からの離液と第2液体L2への接液とがなされ、第2信号Sg2の出力が開始されてよい。別の観点では、第1信号Sg1のブレーキ信号Sg12の維持信号Sg122の電位V2から、第2信号Sg2が立ち上がってよい。なお、この場合、維持信号Sg122が第1待機信号の一例である。第1信号Sg1は、本実施形態とは異なり、吸引とブレーキとを繰り返して第1液体L1を吸引しても構わない。
第3信号Sg3は、復元信号Sg32を含んでなくてもよい。すなわち、エア吸引信号Sg31が出力されているときに、バルブ23の開閉を行なわずに、引き続いて混合信号Sg33が出力されるようにしてもよい。すなわち、圧力室21の復元を行なわなくてもよい。この場合、バルブ23を有していなくてもよい。
第3信号Sg3は、復元信号Sg32を含んでなくてもよい。すなわち、エア吸引信号Sg31が出力されているときに、バルブ23の開閉を行なわずに、引き続いて混合信号Sg33が出力されるようにしてもよい。すなわち、圧力室21の復元を行なわなくてもよい。この場合、バルブ23を有していなくてもよい。
信号の出力開始又は出力停止(信号の切換えに伴うものを含む)のトリガは適宜に設定されてよい。例えば、エア吸引信号Sg31から復元信号Sg32への切換え、及び/又は復元信号Sg32から混合信号Sg33への切換えは、制御部25の計時による判定ではなく、入力部71に対する入力をトリガとして行われてもよい。また、例えば、制御部25は、第2液体L2の吸引を指示する入力の後(第2液体L2について付加吸引が行われる場合は付加吸引を指示する入力の後)、所定の時間が経過したと判定したときに、第3信号の出力を開始しても構わない。
1…ピペット、10…キャピラリー、11…第1端、12…第2端、21…圧力室、25…制御部、50…駆動部、Sg1…第1信号、Sg11…吸引信号、Sg12…ブレーキ信号。
Claims (11)
- 長さ方向の両端である第1端及び第2端が開口しているキャピラリーと、
前記第2端を介して前記キャピラリーの内部に通じている圧力室と、
前記圧力室の容積を変化させる駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
を有しており、
前記制御部は、前記圧力室の容積が増加して前記第1端から第1液体が吸引されるように前記駆動部を駆動させる第1信号を出力し、
前記第1信号は、
前記圧力室の容積が、前記第1液体が吸引される前の第1吸引前容積から第1増加量で増加して第1吸引後容積になるように前記駆動部を駆動させる吸引信号と、
前記吸引信号に続いて出力され、前記圧力室の容積が前記第1増加量よりも絶対値が小さい減少量で前記第1吸引後容積から減少してブレーキ後容積になるように前記駆動部を駆動させるブレーキ信号と、を含んでいる
ピペット。 - 前記制御部は、前記第1増加量が大きいほど、前記減少量の絶対値が大きくなるように前記第1信号を生成する
請求項1に記載のピペット。 - 前記吸引信号は、前記圧力室の容積が所定の時間長さに亘って前記第1吸引後容積に維持されるように前記駆動部を駆動させる維持信号を含んでおり、
前記ブレーキ信号は、前記維持信号に続いて出力され、
前記制御部は、前記時間長さが短いほど、前記減少量の絶対値が大きくなるように前記第1信号を生成する
請求項1又は2に記載のピペット。 - 前記第1端から前記第1液体を吸引する量の目標値を記憶する記憶部を有しており、
前記制御部は、前記目標値が大きいほど、前記第1増加量が大きくなるように前記第1信号を生成する
請求項1~3のいずれか1項に記載のピペット。 - 前記第1端から前記第1液体を吸引する量の目標値を記憶する記憶部を有しており、
前記吸引信号は、前記圧力室の容積が所定の時間長さに亘って前記第1吸引後容積に維持されるように前記駆動部を駆動させる維持信号を含んでおり、
前記ブレーキ信号は、前記維持信号に続いて出力され、
前記制御部は、前記目標値が小さいほど、前記時間長さが短くなるように前記第1信号を生成する
請求項1~4のいずれか1項に記載のピペット。 - 前記第1信号は、前記圧力室の容積が、前記ブレーキ後容積から付加増加量で増加して第1完了容積になるように前記駆動部を駆動させる付加吸引信号を含んでおり、
前記付加増加量は、前記第1端を前記第1液体に接触させて前記第1端から前記第1液体の一部を吸引した後に前記第1端を前記第1液体の残りから引き上げたときに、前記第1液体の、前記第1端から外側へはみ出す体積と等しい
請求項1~5のいずれか1項に記載のピペット。 - ユーザによる操作入力及び外部機器による信号入力の少なくとも一方の入力を受け付ける入力部を更に有しており、
前記吸引信号は、前記入力部に対する第1入力をトリガとして出力が開始され、
前記ブレーキ信号は、前記吸引信号の出力開始に対して予め定められたタイミングで前記吸引信号に代えて出力される
請求項1~6のいずれか1項に記載のピペット。 - 前記第1信号は、前記圧力室の容積が前記ブレーキ後容積以上の第1完了容積を維持するように前記駆動部を駆動させる第1待機信号を含んでおり、
前記制御部は、前記入力部に対して前記第1入力よりも後に加えられる第2入力をトリガとして、前記第1待機信号に代えて、前記圧力室の容積が前記第1完了容積から増加して前記第1端から第2液体が吸引されるように前記駆動部を駆動させる第2信号を出力する
請求項7に記載のピペット。 - 前記第2信号は、前記圧力室の容積を前記第1完了容積よりも大きい第2完了容積に維持する第2待機信号を含んでおり、
前記制御部は、前記入力部に対して前記第2入力よりも後に加えられる第3入力をトリガとして、前記第2信号に代えて、前記圧力室の容積が、前記第2完了容積から増加し、その後、繰り返し増減するように前記駆動部を駆動させる第3信号を出力する
請求項8に記載のピペット。 - 前記駆動部は、前記圧力室の内面の一部を構成しており、前記内面の撓み変形によって前記圧力室の容積を変化させ、
前記制御部は、前記第1信号の出力前に、前記圧力室の容積が前記第1吸引前容積になるように前記駆動部を駆動させる初期信号を出力し、
前記初期信号は、前記内面を前記圧力室の内側へ向けて撓ませる信号である
請求項1~9のいずれか1項に記載のピペット。 - 長さ方向の両端である第1端及び第2端が開口しているキャピラリーと、前記第2端を介して前記キャピラリーの内部に通じている圧力室と、前記圧力室の容積を変化させる駆動部とを有しているピペットを用いた液体採取方法であって、
前記第1端を液体に接触させる接液ステップと、
前記第1端を前記液体に接触させている状態で、前記駆動部によって前記圧力室の容積を増加させ、これにより、前記第1端から前記液体を前記キャピラリー内に吸引する吸引ステップと、
前記液体の一部が前記キャピラリー内に吸引された後、前記第1端を前記液体の残りから離す離液ステップと、
前記吸引ステップの後、かつ前記離液ステップの前に、前記駆動部によって前記圧力室の容積を減少させるブレーキステップと、
を有している液体採取方法。
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