JP4425512B2 - 可撓性ピペットストリップおよびその使用方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、手動および自動物質取扱いシステムに関する。
【０００２】
（背景技術）
単一チャンネルおよび多チャンネル取扱いシステムは、薬剤開発、医薬、バイオ技術および化学の分野で広く使用されている。使い捨ておよび非使い捨てのピペットが使用されており、これらのピペットは、手で持つか、ロボットに取り付けるか、または機械に一体化される。このような多くのシステムはピペットを使用している。
【０００３】
使い捨てピペットチップを使用するピペットシステムの例として、Eppendorf社（ハンブルグ、ドイツ国）およびGilson社（パリ、フランス国）の製造に係る手持ち形の単一または複数のピペッタ（pipettors）、およびBeckman Coulter Inc.（Fullerton、カリフォルニア州、米国）の製造に係るロボット取付け形の複数ピペッタがある。使い捨てピペットは、サンプル間の相互汚染を無くすことができかつ感染性物質または危険物質に接触する危険から使用者を保護できるという長所を有している。手を用いるか機械によるかを問わず、使い捨てピペットを使用するシステムは、使用済みチップ（先端部）を廃棄して、新しいチップをピックアップしなければならない。手動システムでは、使用者は個々のチップを手でピペットに取り付けるが、一般に、新しいピペットはチップのラックからピックアップされる。一般にピペッタを使用して微滴定プレート内にサンプルが装入され、標準プレートのピッチおよびレイアウトに一致するようにチップラックが選択される。かくして、チップは、９６個の凹みプレートまたは３８４個の凹みプレートに一致するように、９６個または３８４個のラックに配列できる。
【０００４】
手動ピペッタを使用する場合には、使用者は、ピペッタをチップラックに移動させて、ピペットチップをピックアップしなければならない。ピペットが使用されている場合には、オペレータは、チップを、通常は廃棄容器内に放出しなければならない。この方法には幾つかの欠点がある。オペレータは、サンプルを１つの容器から他の容器にピペッティングする必要作動について別の手動操作が要求され、このため疲労が増大しかつ処理量が低下する。任意の一時点で使用者がアクセスできるチップの数は、アームリーチ内に配置されるラックの数により制限される。非常に小さい体積の器具では、使用者がピペッタと新しいチップとを整合させることは困難である。このため、２マイクロリットル以下の体積用のピペッタは、一般に単一着脱可能の器具である。
【０００５】
使い捨てピペットチップを使用する、ロボット化液体取扱いシステムも同様の欠点を有している。直角座標ロボットまたは他の自動装置の速度は、重い機械的システムをチップラックからサンプルへ、次に廃棄へと加速し、移動させ、かつ停止させる必要があるため制限される。単一バッチ内で行なわれる液体取扱い工程数は、ロボットのリーチ内に置くことができるチップラックの数により制限される。サブマイクロリットルのピペットチップを整合させるのに要する精度は、多数の配列にこのような器具を使用することを妨げていた。他の欠点は、チップの支持に使用されるラックのコストである。
【０００６】
他のアプローチは、非使い捨て器具を、単一にまたは配列として使用することである。片手持ち形器具の例として、Hamilton and SGE社により製造されている小体積液体取扱い用の高精度シリンジ（注射器）がある。バレルは一般にガラスで作られ、またシリンジは金属で作られ、ときにはプラスチックまたはエラストマピストンシールを備えている。高価な材料で作られる高精度器具であるため、これらのシリンダは、廃棄するには高価過ぎる。最も著名な幾つかの製造業者であるRobbins Scientific社（Sunnyvale、カリフォルニア州、米国）およびTomtec社（Hamden、コネチカット州、米国）は、共通配列をなす９６個または３８４個のこのようなシリンジを備えた液体取扱いシステムを製造している。非使い捨て液体取扱い器具は、チップのピックアップおよび廃棄を行なう必要がないという長所を有しているが、この長所は、サンプル間の相互汚染を回避するため付加物間でシリンジを洗浄する必要性により、その大きな部分が否定される。この洗浄工程の遂行必要性は、非使い捨てシリンジを使用する液体取扱いシステムが、使い捨てチップを用いたシステムにほぼ匹敵するスループットを有し、幾つかの洗浄を必要とする場合には遅くなることを意味する。使い捨てチップと再使用可能なシリンジとの選択は、通常、経済的見地または相互汚染を無くすための絶対的条件に基いてなされる。再使用可能なシリンジは、使い捨てチップより安価に運用できることが判明している。現在ある使い捨てチップは、これらをラックに設ける必要があるため高価である。非使い捨てシリンジを使用するシステムの新鮮空気の運用コストを考えるときに重要なことは、洗浄溶媒の購入および廃棄コストおよびシリンジシールの頻繁な交換コストを考慮に入れることである。幾つかの場合、特にＤＮＡ増殖の場合には、単一分子レベルに対してもゼロ相互汚染を保証することが必要である。これは、移送間洗浄に頼るシステムではいかなるシステムによっても保証することはできない。
【０００７】
現存する全ての多チャンネル並列ピペッティングシステムに共通の欠点は、各ピペットが個々に処理されないことである。従って、例えば９６個のピペッタ配列を使用する場合に、マイクロプレートの９６個の全ての凹みに試薬を添加し、次に、同じピペッタ配列の９６個の凹みの選択されたサブセットに第２試薬を添加することは不可能である。９６個のシリンジ配列のピストンが独立して駆動される場合でも、９６個全ての針をプレート（該プレートからサンプルが搬送される）内に浸漬しなければならず、このため、汚染またはキャリーオーバの可能性が生じる。
【０００８】
（発明の開示）
本発明は、ピペットが使い捨て可能であるか再使用可能でありかつラックからのチップのピックアップを省略できる液体取扱いシステムを提供する。また、本発明は、ピペット配列の完全処理ができるシステムでの高速サンプル搬送手段を提供する。本発明のシステムは、低コストの使い捨て可能器具と両立できる。
【０００９】
本発明によれば、
可撓性材料からなるストリップと、
弾薬帯状構造（bandolier）を形成するように前記ストリップに結合されたサンプリング器具の配列とを有することを特徴とするサンプリング器具のストリップが提供される。
【００１０】
可撓性ストリップには、サンプリング器具を駆動しかつ整合させるためのスプロケット孔を設けることができる。サンプリング器具は、バレルおよびピストンを備えた確実送出形（positive displacement type）、両端部が開放したバレル（一般には、円筒状毛管または円錐状プラスチックチップ）を備えた空気送出形（air displacement type）、またはサンプリングピンの形態に構成できる。全ての器具は同じ平面内に保持されるように構成できる。また、各器具にはヒンジ領域を設け、単一または多数の器具がストリップの全体的平面から離れる方向に曲げられ、従って選択的に利用できるように構成できる。
【００１１】
ストリップは、プラスチック、紙または金属等からなる任意の適当な単一材料またはこれらの組合せ材料で形成できる。サンプリング器具は、プラスチック材料、エラストマ、金属、ガラスまたはセラミック等の任意の適当な単一材料またはこれらの組合せ材料で形成できる。或いは、サンプリング器具およびストリップは、単一材料（好ましくはプラスチック材料）からなる一体構造に形成できる。
【００１２】
また、本発明によれば、
サンプリング器具が取り付けられたストリップを、供給リールから吸引／分配ヘッドに供給する段階と、
サンプリングの準備が整った１つ以上のサンプリング器具を位置決めする段階と、
サンプルを採取する段階と、
サンプルを分配する段階と、
使用されたサンプリング器具を廃棄容器に供給する段階とを有することを特徴とする物質サンプリング（試料採取）およびディスペンシング（分配）方法が提供される。
【００１３】
本発明の方法は、２つ以上の吸引／分配ヘッドを用いて一度に遂行できる。
多数の吸引および分配が行なえるように、複数の吸引／分配ヘッドを連続的に使用することができる。
【００１４】
本発明によれば、また、
吸引／分配ヘッドと、
１つ以上のサンプリング器具が取り付けられている連続ストリップを、吸引／分配ヘッドに供給するための供給リールと、
個別的にまたは並列的にサンプリングする準備が整った１つ以上のサンプリング器具を位置決めするための位置決め手段とを有することを特徴とする物質サンプリングおよびディスペンシングシステムが提供される。
【００１５】
本発明のシステムには、使用済みサンプリング器具を受け入れるためのリールまたはスタッフィングボックスを設けることができる。
本発明のシステムには、更に、サンプルの分配前にストリップを受け入れるための吸引／分配ヘッドを設けることができる。
【００１６】
本発明は特別な長所を有している。従来技術によるピペッティング装置は、一般に、チップのラックからチップをピックアップし、一位置で吸引を行ない、かつチップを放出して新しいチップに交換する前に、他のチップに液体を分配する。チップは、ラック内の異なる位置に、一般には一度に９６個配置される。ロボットは、各チップ位置にプログラムされなくてはならず、チップは正確に位置決めされなくてはならない。これは困難なことでありかつチップのピックアップおよび下降時に種々の問題が生じる。ロボットがアクセスできるチップの数は、ロボットのリーチ内の領域内に収容できる数に制限される。また、ピペッティング速度は、ロボットが移動すべき距離、高精度の位置が要望されること、および重いロボットを加速しおよび停止させる必要があることにより制限される。
【００１７】
本発明の方法および装置は、これらの問題を解決する。サンプリング装置には、遠隔のリールから新しいサンプリング器具が連続的に供給される。新しいサンプリング器具は吸引／分配ヘッドに自動的に供給されかつサンプルを採取すべく位置決めされる。本発明のサンプリング器具ストリップは、常にロボットシステムと接触しており、整合の問題はない。包囲体を作動させる装置が必要とする容量制限のように、チップラック位置に移動させる必要もない。サンプリング器具ストリップの質量は非常に小さいので、ストリップは、吸引／分配ヘッドを出るロボットが極く短距離を移動できるに過ぎないことに比べ、非常に速く加速され、移動されかつ停止される。
【００１８】
また、本発明の方法は、多くのアクチュエータ（吸引および分配）に適用され、サンプリング器具ストリップがこれらのアクチュエータ間に配置される。最初の吸引の後、全サンプリング器具が吸引ヘッドを出て分配ヘッドへと移動し、ここで、サンプルのアリコートが分配される。次にサンプリング器具は、別の分配ヘッドへと続いて別のアリコートを分配し、次に廃棄リールへと続く。この方法により、高速での１対多数および多数対１の再構成が可能である。
【００１９】
本発明のシステムは、本発明の方法を実施するときに上記利益を与える。本発明のシステムは、１から最大数のうちの任意数のサンプリング器具の配列を選択でき、ヘッドは「垂直持上げ（cherry picking）」の方法を考慮に入れることができる。慣用の多チャンネル液体取扱いシステムは、サンプリング器具の全配列を瞬時にサンプル内に提供する。従って、例えば３８４個の態様のシリンジ配列（Tomtec or Robbins Scientific typeの配列）が３８４個の凹みプレートから単一コンパウンドをピックアップすることはできない。この方法は、薬剤開発を追究する上で重要である。本発明は、単一のサンプリング器具または任意数のサンプリング器具を、ストリップの平面から９０°の角度に亘って移動させることにより「選択」すること、従って個々のサンプルを採取することを可能にする。
【００２０】
（発明を実施するための最良の形態）
以下、添付図面を参照して、本発明の一例を説明する。
【００２１】
図１に示すように、サンプリング器具１（この場合には、確実送出形ピペット）の一配列が一定ピッチ（この場合には、３８４個および１５３６個の凹みプレートに一致する４．５ｍｍ）で裏当てストリップ２に結合されている。テープを駆動するためのスプロケット孔５が設けられている。裏当てストリップ２にはヒンジ領域３が設けられており、各ピペット１を、裏当てストリップ２の平面に対して９０°折り曲げることができる。図２には、このヒンジ領域３の長所および運動が示されている。ストリップ２は、目標マイクロプレートの上方で平らに保持される。ヒンジ領域３の回りでピペットチップを９０°回転させることにより、選択されたチップのみがプレートの凹みにアクセスでき、また、各ピペット６の後部をアクチュエータに一層アクセスさせることができる。
【００２２】
図３に示すように、アクチュエータ１４はピストン６の後部をグリップして、確実送出形ピペット１を操作することができる。或いは、ピペットが空気送出形である場合には、ノズル１１の配列を下降させて、ピペット１の後部と係合させることができる。
【００２３】
この例では、任意数のピペット１が操作のために選択される。ピペッタヘッド７、８には、ピペッタから或る距離だけ隔てたリール１２からピペット１が連続的に供給される。単一のピペッタヘッド７が、吸引および分配の両方に使用される。この場合、本発明は、ピペットチップの本質的に制限されない供給およびチップをピックアップしおよび廃棄する場所に移動させる必要を無くす長所を与える。また、多数のピペッタヘッド７、８を使用することにより利益が得られる。図３および図４には、使用されている２つのヘッドが示されている。第１ヘッド７はピペットを選択しかつマイクロプレート９の凹みから液体をこれらのピペット内に吸引する。充填されたピペット１３は、次に、第２ヘッド８に移動し、該第２ヘッド８は、再びピペットを選択しかつ次にピペットの内容物の一部または全部を凹みの連続テープ１０に供給する。凹みの連続テープ１０は、マイクロプレートで構成することもできる。この構成により、重い機械部品は、上昇および下降移動させる場合にのみ必要になる。小さい質量のピペットが両ヘッド間で急速に移動される。
【００２４】
３８４個の凹みプレートの１６個の凹みからなる１つの列に瞬時にアクセスするのに、４．５ｍｍピッチの一連のサンプリング器具を備えたサンプリング器具テープを使用できる。別のサンプリング器具を選択することにより、同じテープが９６個の凹みプレート（９ｍｍピッチ）の８個の凹みにアクセスすることを続けることができる。個々の部品を一時的に配向できるこの能力は、抵抗器、コンデンサおよび弾丸（bullets）等の弾薬帯状部品（bandoliered components）を用いた他のシステムには見られない特徴である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 裏当てストリップに結合されたサンプリング器具の一配列を示す図面である。
【図２】 使用のために選択的に処理される多数のサンプリング器具を示す斜視図である。
【図３】 本発明による２ヘッド液体取扱いシステムを示す概略図である。
【図４】 図３の２ヘッド液体取扱いシステムを示す斜視図である。

Claims (15)

1. サンプリング器具が取り付けられたストリップを、供給リールから吸引／分配ヘッドに供給する段階と、
   サンプリング器具にヒンジ領域を設けておき、１つ以上のサンプリング器具をストリップの全体的平面から離れる方向に前記ヒンジ領域の回りで回転させることにより、選択されたサンプリング器具を位置決めする段階と、
   サンプルを採取する段階と、
   サンプルを分配する段階と、
   使用されたサンプリング器具を廃棄容器に供給する段階とを有することを特徴とする物質サンプリングおよびディスペンシング方法。
2. サンプリング器具が１つのヘッドでサンプルを吸引し、次に次のヘッドに移動して更に吸引または分配を行なう２つ以上の吸引／分配ヘッドで行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. サンプリング器具が取り付けられたストリップであって、該ストリップは可撓性材料からなり、前記ストリップにはヒンジ領域が設けられており、サンプリング器具は、弾薬帯状構造を形成するように前記ストリップに前記ヒンジ領域を介して結合され、全てまたは幾つかのサンプリング器具を、ストリップの平面または他のサンプリング器具またはストリップから離れる方向に折り曲げることができることを特徴とするサンプリング器具が取り付けられたストリップ。
4. 前記ストリップには、該ストリップの駆動および割出しを容易にするためのスプロケット孔が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のサンプリング器具が取り付けられたストリップ。
5. 前記各サンプリング器具の本体は、ストリップの駆動および割出しを容易にするためのギヤトラックとして使用されることを特徴とする請求項３または４に記載のサンプリング器具が取り付けられたストリップ。
6. 前記サンプリングは確実送出形ピペットであることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のサンプリング器具が取り付けられたストリップ。
7. 前記サンプリング器具は空気送出形ピペットチップであることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のサンプリング器具が取り付けられたストリップ。
8. 前記サンプリング器具は毛管であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のサンプリング器具が取り付けられたストリップ。
9. 前記サンプリング器具はサンプリングピンであることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のサンプリング器具が取り付けられたストリップ。
10. 吸引／分配ヘッドと、
    請求項３〜９のいずれか１項記載のサンプリング器具が取り付けられたストリップと、
    個別的にまたは並列的にサンプリングする準備が整った１つ以上のサンプリング器具を位置決めするための位置決め手段とを有することを特徴とする物質サンプリングおよびディスペンシングシステム。
11. 前記サンプリング器具の使用時に、ストリップの平面またはストリップ上の他のサンプリング器具から離れる方向に折り曲げるアクチュエータを更に有することを特徴とする請求項１０に記載の物質サンプリングおよびディスペンシングシステム。
12. 使用時に、１つ以上のサンプリング器具を配列から随意に選択するアクチュエータを更に有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の物質サンプリングおよびディスペンシングシステム。
13. 同じサンプリング器具からサンプルを吸引しまたは分配する少なくとも１つ以上のアクチュエータを更に有することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の物質サンプリングおよびディスペンシングシステム。
14. 前記サンプリング器具のストリップが、リールまたはファンフォルドボックス（fan-fold box）から供給されることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の物質サンプリングおよびディスペンシングシステム。
15. 使用済みサンプリング器具のストリップは廃棄容器またはリールに供給されることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の物質サンプリングおよびディスペンシングシステム。

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