JP2000146989A - Chemical analyzer - Google Patents

Chemical analyzer

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Publication number
JP2000146989A
JP2000146989A JP31433198A JP31433198A JP2000146989A JP 2000146989 A JP2000146989 A JP 2000146989A JP 31433198 A JP31433198 A JP 31433198A JP 31433198 A JP31433198 A JP 31433198A JP 2000146989 A JP2000146989 A JP 2000146989A
Authority
JP
Japan
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reagent
nozzle
layer
substrate
chemical
Prior art date
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Pending
Application number
JP31433198A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Yoshimura
保廣 吉村
Kiju Endo
喜重 遠藤
Akira Koide
晃 小出
Yasuhiko Sasaki
康彦 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JP2000146989A publication Critical patent/JP2000146989A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a nozzle and a pump which do not require a cleaning operation, by which a reagent in a trace amount is controlled easily and whose chemical resistance is high, by a method wherein a chemical-resistant layer is formed on the surface and the rear of a silicon nozzle substrate having a discharge hole and on the inner surface of the discharge hole and a fluororesin layer or a fluorine compound layer is formed on the front of the substrate or the front of a plate and on the inner surface of the discharge hole. SOLUTION: A nozzle substrate 102, a silicon dioxide layer 103 which is formed on the substrate 102, an Au layer 107 which is formed on it and a fluoresin layer 104 which is formed on the rear surface of the substrate 102 and on the Au layer 107 at the inside of a discharge hole 101 constitute a nozzle 100. The layer 103 is formed by a thermal oxidation operation, its film thickness can be controlled at several nm to 1 μm, and the chemical resistance of the substrate 102 is enhanced, The Au layer 107 is formed by a sputtering operation or a plating operation, its film thickness can be controlled at several nm or higher, and the chemical resistance of the substrate 102 is enhanced. When the layer 107 is formed, the alkali resistance and the acid resistance of a nozzle and a pump are increased, and the exfoliation of the layer 104 is prevented.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は液体中に溶存する物
質の濃度を定量する化学分析装置に係わり、特に生体液
や水などの成分分析を行う化学分析装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical analyzer for determining the concentration of a substance dissolved in a liquid, and more particularly to a chemical analyzer for analyzing components such as biological fluids and water.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の化学分析装置として一般的な形態
をとるものは、米国特許第4,451,433号明細書に記載の
化学分析装置がある。この装置は、血液中の蛋白質,酵
素,尿中の成分などを分析・定量するための比色測定部
と、血液中のイオンを分析するイオン分析部から成る装
置で、一時間に数百テストから、大形の装置になると9
000テスト以上の処理速度を持つ。
2. Description of the Related Art A conventional chemical analyzer in a general form is the chemical analyzer described in US Pat. No. 4,451,433. This device consists of a colorimetric measurement unit for analyzing and quantifying proteins, enzymes, components in urine, etc. in blood, and an ion analysis unit for analyzing ions in blood. From 9
It has a processing speed of over 000 tests.

【0003】上記従来技術に代表される化学分析装置の
比色測定項目としては数十種類あり、通常の検査項目で
もひとつの検体に対し、最低でも十種類程度の項目につ
いて分析を行っている。これらの項目をひとつの装置で
こなすために、複数の試薬容器から試薬を選択し、所定
の試薬量で順次反応容器に供給する機構が設けられてい
る。上記従来技術の場合、その供給機構として試薬ピペ
ッティング機構と呼ばれる方式を採用している。
There are dozens of colorimetric measurement items of a chemical analyzer represented by the above-mentioned prior art, and at least about ten types of items are analyzed for a single specimen even in a normal inspection item. In order to perform these items with one apparatus, a mechanism is provided for selecting a reagent from a plurality of reagent containers and sequentially supplying the reagent to the reaction container in a predetermined amount of the reagent. In the case of the above prior art, a method called a reagent pipetting mechanism is employed as a supply mechanism.

【0004】試薬ピペッティング機構は主に内部に試薬
を吸引して保持するノズルと、そのノズルを3次元的に
移動させる機構、試料をノズル内に吸引吐出させるため
の吸引吐出制御ポンプから成る。ポンプの吸引吐出動作
を応答性良くノズルに伝達するために、ポンプからノズ
ルの間の管路には純水が満たされている。ただし前記純
水と試薬の混合を避けるために両者の間は空気で仕切ら
れている。この空気層は試薬を吸引する前に空気をノズ
ル内に吸引させることで形成させる。試薬の供給は以下
の要領で行われる。
The reagent pipetting mechanism mainly comprises a nozzle for sucking and holding a reagent therein, a mechanism for moving the nozzle three-dimensionally, and a suction / discharge control pump for sucking and discharging a sample into the nozzle. In order to transmit the suction / discharge operation of the pump to the nozzle with good responsiveness, the pipeline between the pump and the nozzle is filled with pure water. However, in order to avoid mixing of the pure water and the reagent, the two are separated by air. This air layer is formed by sucking air into the nozzle before sucking the reagent. The supply of the reagent is performed in the following manner.

【0005】まず3次元移動機構によりノズルが試薬容
器内に浸され、内部に所定量の試薬を吸引する。その後
試薬容器を離れて反応容器上部に移動し、ノズル内部の
試薬を吐出する。試薬を吐出した後は、次の試薬への汚
染を避けるためにノズル洗浄槽でノズル内部と外部を洗
浄液で流す。試薬ピペッティング機構のノズルが移動す
る軌跡は決まっているため、その移動下部に試薬容器を
位置させるための試薬容器の移動機構が設けられてい
る。本試薬供給機構は、ノズルの3次元移動や、洗浄に
比較的時間が掛かるため、単位時間当たりのテスト数に
は限界があるが、比較的多種類の項目について分析する
場合には適したシステムである。
First, a nozzle is immersed in a reagent container by a three-dimensional moving mechanism, and a predetermined amount of reagent is sucked into the nozzle. Thereafter, the reagent leaves the reagent container and moves to the upper portion of the reaction container, and discharges the reagent inside the nozzle. After discharging the reagent, the inside and outside of the nozzle are flushed with a cleaning liquid in the nozzle cleaning tank in order to avoid contamination of the next reagent. Since the trajectory where the nozzle of the reagent pipetting mechanism moves is determined, a reagent container moving mechanism for positioning the reagent container is provided below the moving path. This reagent supply mechanism requires a relatively long time for nozzle three-dimensional movement and cleaning, so the number of tests per unit time is limited. However, this system is suitable for analyzing a relatively large number of items. It is.

【0006】また別の試薬供給機構として、シリンジポ
ンプと流路切替バルブと試薬吐出ノズルから成るディス
ペンサ機構がある。流路切替バルブには、各試薬容器か
らチューブが集まっている。また同バルブから同じ数の
チューブが各試薬吐出ノズルに延びている。さらに流路
切替バルブからは、試薬の流れを制御するためのシリン
ジポンプまで一本のチューブが繋がれている。まず初期
状態として、試薬容器から切替バルブ、切替バルブから
試薬吐出ノズルまでのチューブが各試薬が満たされる。
この状態で、所望の試薬を吐出したい場合、切替バルブ
が動作して対応する試薬容器から伸びるチューブとシリ
ンジポンプが接続される。シリンジポンプは吸引動作を
行い、所定量の試薬を切替バルブを経てシリンジポンプ
側のチューブへ引き込む。
As another reagent supply mechanism, there is a dispenser mechanism including a syringe pump, a flow path switching valve, and a reagent discharge nozzle. Tubes are collected from the reagent containers in the flow path switching valve. The same number of tubes extend from each valve to each reagent discharge nozzle. Furthermore, one tube is connected from the flow path switching valve to a syringe pump for controlling the flow of the reagent. First, as an initial state, the tubes from the reagent container to the switching valve and from the switching valve to the reagent discharge nozzle are filled with each reagent.
In this state, when it is desired to discharge a desired reagent, the switching valve operates to connect the tube extending from the corresponding reagent container to the syringe pump. The syringe pump performs a suction operation, and draws a predetermined amount of reagent into the tube on the syringe pump side via the switching valve.

【0007】次に切替バルブが動作して、シリンジポン
プから切替バルブまでのチューブと、切替バルブから試
薬吐出ノズルに繋がるチューブと接続する。この状態で
シリンジポンプが吐出動作を行いチューブ中の試薬を所
定量反応容器中に吐出する。本方式では試薬の切替・供
給が高速で出来る。また試薬吐出ノズルは試薬の種類だ
けあり、ノズルに続くチューブ内を洗浄する必要がな
い。ただし試薬吐出ノズルを試薬の種類毎に設ける必要
があるため、使う試薬の種類が多い場合には適合しな
い。むしろ種類は少ないがテスト数の多い項目を分析す
る場合に適している。
Next, the switching valve is operated to connect a tube from the syringe pump to the switching valve and a tube connected from the switching valve to the reagent discharge nozzle. In this state, the syringe pump performs a discharging operation to discharge a predetermined amount of the reagent in the tube into the reaction container. In this system, the switching and supply of the reagent can be performed at a high speed. Further, the reagent discharge nozzle has only the type of the reagent, and there is no need to clean the inside of the tube following the nozzle. However, since a reagent ejection nozzle needs to be provided for each type of reagent, it is not suitable when there are many types of reagents to be used. Rather, it is suitable for analyzing items with few types but many tests.

【0008】さらに別の従来技術として、特開昭63−13
1066号公報の自動分析装置がある。これは反応容器を保
持した反応容器ホルダーの移動軌跡に対して、試薬容器
を保持した試薬容器ホルダーの移動軌跡をオーバーラッ
プさせることで、装置の小形化を図ることを第1の目的
としている。試薬の吐出は各試薬容器の側面に一体形成
されたピストンによって行われる。ピストンの駆動は、
試薬の吐出位置に設けられたピストンロッド駆動装置に
よって行われる。吐出位置では、試薬容器のピストンロ
ッド駆動装置が一時的に接続する。
[0008] Still another prior art is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-13 / 1988.
There is an automatic analyzer of Japanese Patent No. 1066. The first object of the present invention is to reduce the size of the apparatus by making the movement locus of the reagent container holder holding the reagent container overlap the movement locus of the reaction container holder holding the reaction container. The reagent is discharged by a piston integrally formed on the side surface of each reagent container. The drive of the piston is
This is performed by a piston rod driving device provided at the reagent discharge position. At the discharge position, the piston rod drive of the reagent container is temporarily connected.

【0009】次にピストンロッドは上方へ引き上げら
れ、試薬容器中の試薬をピストン内に吸引する。最上部
に至った段階で、ピストンを回転させる歯車と噛合い、
その歯車によりピストンを180度回転させる。その
際、ピストンの回転により吸引のために開いていた孔が
閉じられ、反対に吐出口に繋がる孔が開く。ピストンロ
ッドが下方へ動作すると、ピストン内の試薬は、前記孔
を経て反応容器中に放出される。
Next, the piston rod is pulled up to suck the reagent in the reagent container into the piston. When it reaches the top, it engages with the gear that rotates the piston,
The gear rotates the piston 180 degrees. At this time, the hole opened for suction is closed by the rotation of the piston, and the hole connected to the discharge port is opened. As the piston rod moves downward, the reagent in the piston is discharged into the reaction vessel through the hole.

【0010】一方、特開平7−60972号公報にはインクジ
ェットヘッドのノズルをアクリロニトリルブタジエンス
チレン(ABS)樹脂製の流路基板と一帯に形成し、ノ
ズル面を高撥水性とし、ノズル内部の流路を親水性とし
て、インク吐出の勢いをよくし、部品点数を減らした安
価なインクジェットヘッドの製造方法について記載され
ている。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-60972 discloses that the nozzle of an ink jet head is formed integrally with a flow path substrate made of acrylonitrile butadiene styrene (ABS) resin, the nozzle surface is made highly water repellent, and the flow path inside the nozzle is formed. A method of manufacturing an inexpensive inkjet head in which the ink jetting force is increased and the number of components is reduced by making the ink jetting hydrophilic.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の試薬供
給機構には以下に示す問題点がある。
The above-described prior art reagent supply mechanism has the following problems.

【0012】試薬ピペッティング機構の場合、次に上げ
る3つの問題点がある。まず第1は無駄な試薬量が発生
するという点である。すなわちノズル内に吸引された試
薬は純水と混ざり合わないように、その間に空気層が設
けられているが、それでもノズル内壁を伝って純水は試
薬の上部に混ざり合う。そこで混ざり合った試薬を分析
に供しないようにするために、実際に分析に必要な試薬
量より3割程度多めにノズル内に吸引する。本分析に供
される試薬は非常に高価であり、したがって、この余分
な試薬量は検査コストの無駄に繋がる。
In the case of the reagent pipetting mechanism, there are the following three problems. The first is that an unnecessary amount of reagent is generated. That is, an air layer is provided between the nozzles to prevent the reagent sucked into the nozzle from mixing with the pure water. However, the pure water mixes with the upper part of the reagent along the inner wall of the nozzle. Therefore, in order to prevent the mixed reagent from being used for analysis, the reagent is sucked into the nozzle about 30% more than the amount of reagent actually required for analysis. The reagents used in the present analysis are very expensive, and thus the extra amount of reagents leads to waste of test costs.

【0013】第2は洗浄に時間・液量が多く必要という
点である。すなわちノズルを介して試薬相互が混合する
ことを避けるために、毎回ノズルの内外を洗浄液で洗浄
するが、そのための洗浄液量や洗浄時間が余分に必要と
いう問題である。さらに第3の問題点はノズル内外を洗
浄液で洗っても多少は残留が生じるため、測定値に誤差
を発生させるという点である。
Second, a large amount of time and liquid is required for cleaning. That is, in order to avoid mixing of the reagents via the nozzle, the inside and outside of the nozzle are washed with the washing liquid every time, but the amount of the washing liquid and the extra washing time for that purpose are required. Further, the third problem is that even if the inside and outside of the nozzle are washed with the cleaning liquid, some residue is generated, which causes an error in the measured value.

【0014】試薬ディスペンサ機構の場合、以下に述べ
る2つの問題点がある。まず第1は上記と同じく無駄な
試薬量が発生するという点である。どの試薬に対しても
迅速に試薬を吐出するためには、予め分析を開始する前
に、全ての試薬を試薬容器から切替バルブまでのチュー
ブ,切替バルブから吐出ノズルまでのチューブに満たし
ておく必要がある。この部分に満たされた試薬は、装置
の停止時には無駄に捨てられることになる。試薬の種
類,チューブの全長にもよるが、百人分以上に相当する
試薬を無駄に捨てる場合もある。また第2の問題点は、
切替バルブのメンテナンスが面倒な点である。すなわち
切替バルブは次々と異なる試薬が通過するため、次第に
汚れてくる。異なる試薬同志が触れることでバルブシー
トが固着する場合が出る。そのため定期的に切替バルブ
を分解洗浄する必要がある。
The reagent dispenser mechanism has the following two problems. The first is that a wasteful amount of reagent is generated as described above. In order to quickly discharge reagents for all reagents, all reagents must be filled in tubes from the reagent container to the switching valve and tubes from the switching valve to the discharge nozzle before starting analysis. There is. The reagent filled in this portion is wasted when the apparatus is stopped. Depending on the type of reagent and the total length of the tube, more than a hundred reagents may be wasted. The second problem is that
The maintenance of the switching valve is a troublesome point. That is, different reagents pass through the switching valve one after another, so that the switching valve gradually becomes dirty. When different reagents touch each other, the valve seat may stick. Therefore, it is necessary to periodically disassemble and clean the switching valve.

【0015】さらに第3の例であるピストン方式では、
上記いずれの例と比較しても無駄な試薬量は少ないが、
それでも装置のシャットダウン時に試薬容器からピペッ
タ先端まで流路があるため、試薬が残り、この部分が無
駄に捨てられることとなる。また試料の濃度に応じて供
給する試薬量は変更する必要があるが、ピストンの往復
動作量は、ピストンの上部に設けられた回転させるため
の歯車の位置が固定されているため、予め決められた試
薬量しか吐出することができない。さらにピストンは側
面に設けられているため、試薬容器の位置より高い位置
に試薬を一時汲み上げる必要がある。また試薬容器から
ピペッタ先端までの流路による圧力損失も無視できな
い。これらのためにある程度の圧力を与える必要があ
り、ピストンの駆動機構が複雑化・大形化する。すなわ
ち簡素で小形なポンプの利用を阻害している。
Further, in the piston system of the third example,
Although the amount of waste reagent is small compared to any of the above examples,
Nevertheless, when the apparatus is shut down, there is a flow path from the reagent container to the tip of the pipetter, so that the reagent remains and this part is wasted. The amount of reagent to be supplied must be changed according to the concentration of the sample, but the amount of reciprocating movement of the piston is determined in advance because the position of the gear provided for rotation on the upper part of the piston is fixed. Only the amount of reagent that has been discharged can be discharged. Further, since the piston is provided on the side surface, it is necessary to temporarily pump the reagent to a position higher than the position of the reagent container. Further, the pressure loss due to the flow path from the reagent container to the tip of the pipettor cannot be ignored. For these reasons, it is necessary to apply a certain amount of pressure, and the driving mechanism of the piston becomes complicated and large. That is, the use of a simple and small pump is hindered.

【0016】以上、従来の試薬供給方式では、いずれの
方式においても無駄な試薬量が存在するという点が問題
である。また試薬ピペッティング機構では試薬間の相互
汚染を防止するために多くの洗浄液が必要である。試薬
ディスペンサ機構では定期的に面倒な分解洗浄が必要で
ある。またピストン方式では予め決められた容量の試薬
しか供給することができない。あるいは構造が複雑であ
る。
As described above, the conventional reagent supply system has a problem in that there is a useless amount of reagent in any system. Further, the reagent pipetting mechanism requires a large amount of washing liquid to prevent cross-contamination between reagents. The reagent dispenser mechanism requires regular troublesome disassembly and cleaning. Also, the piston system can supply only a predetermined volume of reagent. Or the structure is complicated.

【0017】上記の問題点を解決するためには、試薬の
滴下方式,ポンプ構造および分析装置の構造等を改良す
る必要があると同時に、試薬滴下時の液切れ性を良好に
し、滴下量の制御性を向上させる必要がある。そのため
には、ノズルの構造や液切れ機能を改良することが重要
となる。ノズルの機能改良に関する特開平7−60972号公
報に記載のアクリロニトリルブタジエンスチレン(AB
S)基板や撥水処理被膜は、耐薬品性が低く、流体とし
てインク用にはよいが、酸性や塩基性試薬を吐出するよ
うな化学分析に使用するには問題がある。
In order to solve the above-mentioned problems, it is necessary to improve the reagent dropping method, the pump structure, the structure of the analyzer, and the like. It is necessary to improve controllability. For that purpose, it is important to improve the structure of the nozzle and the function of draining the liquid. Acrylonitrile butadiene styrene (AB) described in JP-A-7-60972 concerning improvement of nozzle function
S) Substrates and water-repellent coatings have low chemical resistance and are good for inks as fluids, but have problems in using them for chemical analysis such as discharging acidic or basic reagents.

【0018】そこで本発明の目的は、試薬を無駄にせ
ず、洗浄液をほとんど必要とせず、また定期的な分解洗
浄も必要とせず、供給試薬量の微量制御が容易となり、
簡素なノズルを備え、なおかつ高い吐出分解能と吐出安
定性を有し、耐薬品性のノズル及びポンプを備えた化学
分析装置を提供し、その製造方法を提案することであ
る。
Therefore, an object of the present invention is to make the control of the amount of the supplied reagent easy, without wasting the reagent, hardly requiring a cleaning solution, and not requiring periodic disassembly and cleaning.
An object of the present invention is to provide a chemical analyzer having a simple nozzle, high discharge resolution and discharge stability, and a chemical resistant nozzle and a pump, and to propose a manufacturing method thereof.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の化学分析装置は、サンプルを入れる複数の
反応容器を保持する反応容器ホルダーと、反応容器中の
サンプルに添加するべき各種試薬を一つ一つ入れる複数
試薬容器と、該試薬容器の下部に取り付けられ、所定量
の試薬を吸収し反応容器に滴下注入するポンプと、試薬
が添加された後にサンプルの物性を計測する計測装置と
を備えた装置において、ポンプは、シリコン製のポンプ
本体と、ポンプ本体の前面に接合され、板状で該板中心
部にポンプ本体の流出口に接続する吐出孔を有するシリ
コン製のノズルとから構成され、このノズルの基板の表
裏面及び吐出孔の内表面に、試薬に対して耐食性のある
耐薬品層が形成され、さらに該基板の前面、または板の
前面及び吐出孔の内面に、耐薬品層上にフッ素樹脂層、
またはフッ素を含む化合物(例:フルオロカーボン化合
物CF3(CF2)m(CH2)nSi(OCH3)3)が形成され
たことを特徴とする。
Means for Solving the Problems To achieve the above object, a chemical analyzer of the present invention comprises a reaction container holder for holding a plurality of reaction containers for holding a sample, and various kinds of components to be added to the sample in the reaction container. A plurality of reagent containers for storing the reagents one by one, a pump attached to the lower portion of the reagent container for absorbing a predetermined amount of the reagent and injecting it into the reaction container, and a measurement for measuring the physical properties of the sample after the reagent is added The pump comprises a silicon pump body, a silicon nozzle joined to the front surface of the pump body, and having a plate-like shape and having a discharge hole connected to an outlet of the pump body at the center of the plate. A chemical-resistant layer having corrosion resistance to the reagent is formed on the front and back surfaces of the substrate of the nozzle and the inner surface of the discharge holes, and the front surface of the substrate or the front surface of the plate and the discharge holes are formed. The surface, the fluorine resin layer on the chemical layer,
Alternatively, a compound containing fluorine (eg, a fluorocarbon compound CF 3 (CF 2 ) m (CH 2 ) nSi (OCH 3 ) 3 ) is formed.

【0020】また、前記の化学分析装置の製造方法にお
いて、ノズルの基板の表裏面及び吐出孔の内面に、前記
試薬に対して耐食性のある耐薬品層をスパッタリングに
より形成し、さらにこの基板の前面、または板の前面及
び吐出孔の内面に、前記耐薬品層上にフッ素樹脂または
フッ素を含む化合物をスプレー塗布または浸漬した後に
加熱乾燥して形成したことを特徴とする。
Further, in the above-described method for manufacturing a chemical analyzer, a chemical-resistant layer having corrosion resistance to the reagent is formed on the front and back surfaces of the substrate of the nozzle and the inner surface of the discharge hole by sputtering. Alternatively, a fluorine resin or a compound containing fluorine is spray-coated or immersed on the chemical-resistant layer on the front surface of the plate and the inner surface of the discharge hole, and then heated and dried.

【0021】そして、前記ノズルの基板の表裏面及び吐
出孔の内面に、ノズルの内面方向への複数の細孔をシリ
コンマイクロマシニング、またはふっ酸電解エッチング
により形成した後に、耐薬品層を形成し、フッ素樹脂ま
たはフッ素を含む化合物を形成したものが好ましく、こ
れによりフッ素樹脂またはフッ素を含む化合物層の耐薬
品性がさらに向上する。
After forming a plurality of pores in the direction of the inner surface of the nozzle by silicon micromachining or hydrofluoric acid electrolytic etching on the front and back surfaces of the substrate of the nozzle and the inner surface of the discharge hole, a chemical resistant layer is formed. It is preferable to form a layer containing a fluorine resin or a compound containing fluorine, whereby the chemical resistance of the fluorine resin or the compound layer containing fluorine is further improved.

【0022】また、耐薬品層を形成した後に、耐薬品層
の表面に、酸素または水蒸気または水素またはオゾンの
イオンまたは原子を、ドライプロセスにより照射するこ
とが好ましく、これにより耐薬品層の表面が活性化さ
れ、フッ素樹脂またはフッ素を含む化合物層との結合が
強固となり、耐薬品性がさらに向上する。
After the chemical resistant layer is formed, it is preferable to irradiate the surface of the chemical resistant layer with ions or atoms of oxygen, water vapor, hydrogen, or ozone by a dry process. When activated, the bond with the fluorine resin or the fluorine-containing compound layer becomes strong, and the chemical resistance is further improved.

【0023】吐出ポンプとノズルの材質をシリコンにす
ると、半導体製造プロセスを使用することにより微細な
加工が可能となり、試薬ボトルへの実装ができる。さら
に、シリコンの表面にシリコンの化合物を形成すれば、
耐薬品性はいっそう向上する。
When the material of the discharge pump and the nozzle is made of silicon, fine processing can be performed by using a semiconductor manufacturing process, and mounting on a reagent bottle is possible. Furthermore, if a compound of silicon is formed on the surface of silicon,
Chemical resistance is further improved.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】本発明における化学分析装置の実
施の形態について図1〜図13を用いて説明する。図1
は本発明の試薬供給機構を備えた化学分析装置の全体構
成図、図2はその試薬供給機構の詳細説明図、図3は図
2の平面図、図4は本発明にかかる試薬供給機構に備え
られたポンプノズルの分解斜視図、図5はポンプノズル
の断面図である。図6は本発明によるノズルの表面の一
部を拡大した断面図で、図7は本発明による他のノズル
の表面の一部を拡大した断面図である。図8は本発明に
よるノズルの表面の一部を拡大した斜視図で、図9は本
発明による他のノズルの表面の一部を拡大した斜視図で
ある。図10は本発明による他のノズルの表面の一部を
拡大した側面図である。図11は本発明のノズルと比較
例のノズルの耐久性を試験した結果である。図12は、
本発明による実地の形態であるノズルの試薬吐出孔から
試薬が吐出された後の試薬の状態を示すノズルの断面
図、図13は、本発明による実地の形態を呈していない
場合のノズルの断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a chemical analyzer according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG.
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a chemical analyzer having a reagent supply mechanism of the present invention, FIG. 2 is a detailed explanatory view of the reagent supply mechanism, FIG. 3 is a plan view of FIG. 2, and FIG. FIG. 5 is an exploded perspective view of the provided pump nozzle, and FIG. 5 is a sectional view of the pump nozzle. FIG. 6 is an enlarged sectional view of a part of the surface of the nozzle according to the present invention, and FIG. 7 is an enlarged sectional view of a part of the surface of another nozzle according to the present invention. FIG. 8 is an enlarged perspective view of a part of the surface of the nozzle according to the present invention, and FIG. 9 is an enlarged perspective view of a part of the surface of another nozzle according to the present invention. FIG. 10 is an enlarged side view of a part of the surface of another nozzle according to the present invention. FIG. 11 shows the results of testing the durability of the nozzle of the present invention and the nozzle of the comparative example. FIG.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a nozzle showing a state of a reagent after a reagent is discharged from a reagent discharge hole of a nozzle in a practical form according to the present invention. FIG. FIG.

【0025】まず図1,図2,図3を用いて本発明の化
学分析装置の構成について説明する。図1(a)は化学
分析装置11の平面図、図1(b)はその正面図であ
る。化学分析装置11の上部には試料20の入った試験
管21を平面的に円状に並べて保持するサンプルホルダ
ー22が設けられている。またサンプルホルダー22が
並ぶ円の脇には試験管21内の試料22を吸引するため
のサンプルピペッタ31が設けられている。サンプルピ
ペッタ31は、試験管21から試料を吸引し内部に保持
するノズル32、そのノズル32を昇降させ、旋回移動
させる3次元駆動機構33、およびノズル32内に試料
を吸引したり、吐出するポンプ(図示なし)が設けられて
いる。
First, the structure of the chemical analyzer of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a plan view of the chemical analyzer 11, and FIG. 1B is a front view thereof. At the top of the chemical analyzer 11, a sample holder 22 for holding the test tubes 21 containing the samples 20 arranged in a circular shape in a plane is provided. A sample pipetter 31 for sucking the sample 22 in the test tube 21 is provided beside the circle in which the sample holders 22 are arranged. The sample pipetter 31 sucks a sample from the test tube 21 and holds it inside, a three-dimensional drive mechanism 33 that moves the nozzle 32 up and down, and turns, and sucks and discharges the sample into the nozzle 32. A pump (not shown) is provided.

【0026】サンプルホルダー22は、複数の試験管2
1を逐一サンプルピペッタ31のノズル32の直下に位
置せしめるために、回転駆動機構23にて回転駆動する
ようになっている。サンプルホルダー22の隣りには、
サンプルピペッタ31をはさむかのように、反応ディス
ク42が設置されている。
The sample holder 22 includes a plurality of test tubes 2.
The rotary drive mechanism 23 is driven to rotate the sample pipets 1 immediately below the nozzles 32 of the sample pipettor 31 one by one. Next to the sample holder 22,
A reaction disk 42 is provided as if sandwiching the sample pipettor 31.

【0027】反応ディスク42は、複数の反応容器41
を平面的に円状に並べて保持し、順次回転してサンプル
ピペッタ31のノズル32のもう一方の降下位置に、反
応容器41を移動させるようになっている。また各反応
容器41の下半分は恒温水が流れる恒温槽43に浸って
いる。サンプルピペッタ31のノズル32の降下位置に
順次反応容器41を移動させるために、反応ディスク4
2は反応ディスク回転駆動機構44で支持されている。
反応ディスク42の外周縁の上方には、反応容器洗浄機
構71,分光計測部81が順に設けられている。
The reaction disk 42 includes a plurality of reaction vessels 41.
Are arranged in a circular shape in a plane, and are sequentially rotated to move the reaction vessel 41 to the other lower position of the nozzle 32 of the sample pipettor 31. The lower half of each reaction vessel 41 is immersed in a constant temperature bath 43 through which constant temperature water flows. In order to sequentially move the reaction vessel 41 to the lower position of the nozzle 32 of the sample pipettor 31, the reaction disk 4
2 is supported by a reaction disk rotation drive mechanism 44.
Above the outer peripheral edge of the reaction disk 42, a reaction vessel cleaning mechanism 71 and a spectrometer 81 are provided in this order.

【0028】その内、試薬供給部51の構成について図
2,図3を用いて詳しく説明する。試薬供給部51は、
大別して、複数の試薬容器52、該試薬容器52を保持
する試薬ホルダー53,マイクロポンプ54,試薬ホル
ダー回転駆動機構55の4つの部分から構成されてい
る。試薬ホルダー53は中心軸56の周りに試薬容器5
2を円周上に保持させる構造になっている。保持される
試薬容器52の数と同数の膜形ポンプ54が試薬ホルダ
ー53の底部に設けられている。試薬容器52の底面に
は接続孔521があり、試薬ホルダー53の底部に向か
って強く押しつけることで、マイクロポンプ54の吸入
孔541と接続するようになっている。
The configuration of the reagent supply section 51 will be described in detail with reference to FIGS. The reagent supply unit 51 includes:
It is roughly composed of four parts: a plurality of reagent containers 52, a reagent holder 53 for holding the reagent containers 52, a micropump 54, and a reagent holder rotation drive mechanism 55. The reagent holder 53 holds the reagent container 5 around the central axis 56.
2 is held on the circumference. As many membrane pumps 54 as the number of reagent containers 52 to be held are provided at the bottom of the reagent holder 53. A connection hole 521 is provided on the bottom surface of the reagent container 52. The connection hole 521 is connected to the suction hole 541 of the micro pump 54 by strongly pressing the bottom of the reagent holder 53.

【0029】またマイクロポンプ54の先端には、ノズ
ル100が接合されており、ノズル100に形成された
吐出孔542が鉛直下方に向かって設けられている。な
お、ここでノズル100は、後述するいくつかのノズル
を総称したものである。試薬容器52の側面には試薬の
種類を記載したデータが書き込まれた磁気部522が設
けられている。また試薬ホルダー53の対応する円周位
置には磁気部522のデータを読み込むための磁気リー
ダ531が設けられている。
A nozzle 100 is joined to the tip of the micropump 54, and a discharge hole 542 formed in the nozzle 100 is provided vertically downward. Here, the nozzle 100 is a generic name of several nozzles described later. On the side surface of the reagent container 52, a magnetic section 522 in which data describing the type of the reagent is written is provided. At a corresponding circumferential position of the reagent holder 53, a magnetic reader 531 for reading data of the magnetic section 522 is provided.

【0030】磁気リーダからの信号線は、判断部57に
接続されている。さらに判断部57はマイクロポンプ制
御部58と接続されている。マイクロポンプ54はマイ
クロポンプ制御部58にて駆動される。試薬ホルダー5
3は、試薬ホルダー回転駆動機構55にて回転移動され
る構成となっている。なお、第2の試薬供給部61は第
1の試薬供給部51と同様に構成されている。
The signal line from the magnetic reader is connected to the determination unit 57. Further, the determination unit 57 is connected to the micro pump control unit 58. The micro pump 54 is driven by a micro pump control unit 58. Reagent holder 5
Reference numeral 3 is configured to be rotationally moved by a reagent holder rotation drive mechanism 55. Note that the second reagent supply unit 61 is configured similarly to the first reagent supply unit 51.

【0031】図4は、第1,第2の試薬供給部51,6
1のマイクロポンプ54と吐出孔542とに取り付ける
ノズル100の外形図である。なお、マイクロポンプの
内部構造は図示しない。ノズル100には、吐出孔10
1(上記吐出孔542に同じ)が設けられ、そしてマイ
クロポンプ54本体の出口と接続する吐出孔101の上
部は皿穴加工されている。ここで示すノズル100は矩
形の板状であるが円板状,楕円板状およびその他の形状
でもよい。
FIG. 4 shows the first and second reagent supply units 51 and 6.
FIG. 3 is an external view of a nozzle 100 attached to one micro pump 54 and a discharge hole 542. The internal structure of the micropump is not shown. The nozzle 100 has a discharge hole 10
1 (the same as the discharge hole 542), and the upper part of the discharge hole 101 connected to the outlet of the main body of the micropump 54 is countersunk. The nozzle 100 shown here has a rectangular plate shape, but may have a disk shape, an elliptical plate shape, or other shapes.

【0032】以下にマイクロポンプの先端に取り付ける
ノズルの実施例を説明する。
An embodiment of the nozzle attached to the tip of the micropump will be described below.

【0033】(実施例1)図5は、実施例1のノズル1
00の構成を示す断面図(図4のAA断面)である。ノ
ズル100は、シリコンからなる板状で該板中心に吐出
孔が形成されたノズル基板102と、ノズル基板102
の表面を形成する二酸化シリコン層103と、さらに二
酸化シリコン層103の上に形成されたAu層107
と、ノズル基板102の下面及び吐出孔101内面にお
いてAu層107上に形成されたフッ素樹脂層104
と、から構成されている。
(Embodiment 1) FIG. 5 shows the nozzle 1 of Embodiment 1.
FIG. 5 is a cross-sectional view (AA cross section in FIG. 4) illustrating the configuration of No. 00. The nozzle 100 includes a nozzle substrate 102 having a plate shape made of silicon and having discharge holes formed at the center of the plate, and a nozzle substrate 102.
Silicon dioxide layer 103 forming a surface of silicon dioxide, and Au layer 107 further formed on silicon dioxide layer 103
And a fluororesin layer 104 formed on the Au layer 107 on the lower surface of the nozzle substrate 102 and the inner surface of the ejection hole 101.
And is composed of

【0034】図6は、実施例1のノズル100の表面の
一部を拡大した断面図である。ノズル基板102には表
面から内面方向に細孔114が形成されており、ノズル
基板102上に形成された二酸化シリコン層103と、
その上に形成されたAu層107は、細孔114に沿
い、フッ素樹脂層107は、細孔114を充填しかつ表
面が平坦となるように形成された構成となっている。
FIG. 6 is an enlarged sectional view of a part of the surface of the nozzle 100 of the first embodiment. In the nozzle substrate 102, pores 114 are formed in the direction from the surface to the inner surface, and a silicon dioxide layer 103 formed on the nozzle substrate 102,
The Au layer 107 formed thereon is formed along the pores 114, and the fluororesin layer 107 is formed so as to fill the pores 114 and make the surface flat.

【0035】ノズル基板102の材質すなわちシリコン
は、半導体プロセスで代表されるマイクロマシニング加
工により、微小かつ複雑な形状の加工が可能である。二
酸化シリコン層103は熱酸化により形成し、その膜厚
は数ナノメーターから1ミクロン程度の範囲で制御で
き、ノズル基板102の耐薬品性を向上させる。Au層
107はスパッタリング又はめっきにより形成し、その
膜厚は数ナノメーター以上で制御でき、ノズル基板10
2の耐薬品性を向上させる。
The material of the nozzle substrate 102, ie, silicon, can be processed into a minute and complicated shape by micromachining processing represented by a semiconductor process. The silicon dioxide layer 103 is formed by thermal oxidation, and its thickness can be controlled in a range from several nanometers to about 1 micron, and the chemical resistance of the nozzle substrate 102 is improved. The Au layer 107 is formed by sputtering or plating, and its thickness can be controlled to several nanometers or more.
2 improve the chemical resistance.

【0036】Au層107を設けることにより、フッ素
樹脂層にピンホールが存在し、試薬が浸透した場合で
も、Auは耐アルカリ性,耐酸性が高く溶出しないた
め、フッ素樹脂層104は剥離し難くなる。さらに、A
u層107が試薬吐出側と反対側の面に形成されている
と、この面は、マイクロポンプ54本体と接合する面で
ありAuが存在することにより接合性を向上させる。こ
のAu層107は、Auに限定するものではなく、耐薬
品性が高いものであればいずれでもよく、たとえばハス
テロイ等の超合金、ポリプロピレン等の樹脂やSi3
4↓等のセラミックス,AgやPt等でもよい。ま
た、送液手段との接合性を向上させるためには金属を使
用することが望ましい。なお、二酸化シリコン層10
3,Au層107の膜厚は、細孔114を充填しない程
度の膜厚にする。
By providing the Au layer 107, even if a pinhole is present in the fluororesin layer and the reagent is permeated, Au has high alkali resistance and acid resistance and does not elute, so that the fluororesin layer 104 is difficult to peel off. . Furthermore, A
If the u layer 107 is formed on the surface opposite to the reagent ejection side, this surface is a surface that is bonded to the main body of the micropump 54, and the presence of Au improves the bonding property. The Au layer 107 is not limited to Au, but may be any as long as it has high chemical resistance. For example, a superalloy such as Hastelloy, a resin such as polypropylene, or Si 3
Ceramics such as N 4 ↓, Ag and Pt may be used. Further, it is desirable to use a metal in order to improve the bondability with the liquid sending means. The silicon dioxide layer 10
3. The thickness of the Au layer 107 is set so as not to fill the pores 114.

【0037】細孔114はふっ酸電解エッチングにより
形成し、細孔114の最大径は数ナノメーターから数十
マイクロメーターであり、細孔114の深さはふっ酸電
解エッチングの条件により数百マイクロメーターに達す
る場合もある。フッ素樹脂層107はディピングまたは
スプレー塗布した後に、100℃〜250℃の温度で焼
成して形成し、その膜厚は10nm程度以上である。た
だし、フッ素樹脂層107は細孔114を充填して形成
させるため100nm程度以上が好ましい。フッ素樹脂
層107が細孔114を充填することによりアンカー効
果が生じ、機械的に密着強度が向上する。またフッ素樹
脂層104はノズル基板102の下面及び吐出孔101
内面に撥水性を与える。
The pores 114 are formed by hydrofluoric acid electrolytic etching. The maximum diameter of the pores 114 is several nanometers to several tens of micrometers, and the depth of the pores 114 is several hundred micrometers depending on hydrofluoric acid electrolytic etching conditions. It can reach the meter. The fluororesin layer 107 is formed by baking at a temperature of 100 ° C. to 250 ° C. after dipping or spray coating, and has a thickness of about 10 nm or more. However, the thickness of the fluororesin layer 107 is preferably about 100 nm or more in order to fill and form the pores 114. When the fluororesin layer 107 fills the pores 114, an anchor effect is generated, and the adhesion strength is mechanically improved. The fluororesin layer 104 is formed on the lower surface of the nozzle substrate 102 and the discharge holes 101.
Gives water repellency to the inner surface.

【0038】なお、ふっ酸電解エッチングは、シリコン
のノズル基板102を陽極として、40℃に加熱した2
0%の弗化水素酸の水溶液に浸漬し、10mA/cm2
電流を15分間流すことにより行った。
The hydrofluoric acid electrolytic etching was performed by heating the silicon nozzle substrate 102 to 40 ° C. using the anode as an anode.
The test was performed by immersing in a 0% hydrofluoric acid aqueous solution and applying a current of 10 mA / cm 2 for 15 minutes.

【0039】(実施例2)実施例1と同様にシリコンの
ノズル基板に熱酸化シリコン層を形成した後、フッ素を
含む化合物層を形成した。フッ素を含む化合物は、フル
オロアルキルシランを含有する化合物である。
Example 2 In the same manner as in Example 1, a thermal silicon oxide layer was formed on a silicon nozzle substrate, and then a fluorine-containing compound layer was formed. The compound containing fluorine is a compound containing a fluoroalkylsilane.

【0040】(実施例3)図7は、実施例3のノズル1
00のその他の構成を示すノズルの表面の一部の断面図
である。図6に示したノズル100と異なる部分は、ノ
ズル基板102の表面に形成した細孔115が、近隣に
形成された細孔115連続的につながって凹凸を形成し
た構成である。二酸化シリコン層103,Au層107
は、細孔115を充填せず、さらにフッ素樹脂層104
が細孔を充填する構成は実施例1と同様である。細孔1
15は50℃に加熱した50%弗化水素酸の水溶液に3
0分間浸漬して形成した。フッ素樹脂層104のアンカ
ー効果となることは実施例1と同様である。なお細孔
は、ふっ酸や塩酸,硝酸,硫酸などから成る混合酸によ
るウェットエッチングまたは原子やイオンを照射するド
ライエッチングにより形成することができる。
(Embodiment 3) FIG. 7 shows the nozzle 1 of Embodiment 3.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a part of the surface of the nozzle showing another configuration of 00. 6 is different from the nozzle 100 shown in FIG. 6 in that the fine holes 115 formed on the surface of the nozzle substrate 102 are continuously connected to the fine holes 115 formed in the vicinity to form irregularities. Silicon dioxide layer 103, Au layer 107
Does not fill the pores 115 and furthermore
The structure for filling the pores is the same as in the first embodiment. Pore 1
15 is an aqueous solution of 50% hydrofluoric acid heated to 50 ° C.
It was formed by immersion for 0 minutes. The anchor effect of the fluororesin layer 104 is the same as in the first embodiment. The pores can be formed by wet etching with a mixed acid composed of hydrofluoric acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, or the like, or by dry etching with irradiation of atoms or ions.

【0041】(実施例4)実施例3のフッ素樹脂の代わ
りに、フッ素を含む化合物層を、浸漬した後150℃で3
0分間焼成して形成した。フッ素を含む化合物は、フル
オロアルキルシランを含有する化合物である。
Example 4 Instead of the fluororesin of Example 3, a compound layer containing fluorine was immersed in
It was formed by baking for 0 minutes. The compound containing fluorine is a compound containing a fluoroalkylsilane.

【0042】(実施例5)図8は、シリコンのノズル基
板102の表面に、マイクロマシンプロセスにより凸部
110と凹部111を形成した。その後、実施例1と同
様の熱酸化シリコン層103,Au層107,フッ素樹
脂層104を形成した。凹部111は実施例1〜4で示
した細孔114,115と同様のアンカー効果を有し、
フッ素樹脂層104の密着性を高め、耐薬品性を向上す
る。
(Embodiment 5) FIG. 8 shows that a convex 110 and a concave 111 are formed on the surface of a silicon nozzle substrate 102 by a micromachining process. Thereafter, a thermally oxidized silicon layer 103, an Au layer 107, and a fluororesin layer 104 were formed as in Example 1. The recess 111 has the same anchor effect as the pores 114 and 115 shown in the first to fourth embodiments.
The adhesiveness of the fluororesin layer 104 is improved, and the chemical resistance is improved.

【0043】(実施例6)実施例5のフッ素樹脂層の代
わりにフッ素を含む化合物層を形成した。
Example 6 A fluorine-containing compound layer was formed instead of the fluororesin layer of Example 5.

【0044】(実施例7)図9は、シリコンのノズル基
板102の表面に、マイクロマシンプロセスにより凸部
112と凹部113を形成した。その後、実施例1と同
様の熱酸化シリコン層103,Au層107,フッ素樹
脂層104を形成した。この場合凸部112がアンカー効
果を有し、フッ素樹脂層104の密着性を高め、耐薬品
性を向上させる。
(Embodiment 7) In FIG. 9, a convex 112 and a concave 113 are formed on the surface of a silicon nozzle substrate 102 by a micro-machine process. Thereafter, a thermally oxidized silicon layer 103, an Au layer 107, and a fluororesin layer 104 were formed as in Example 1. In this case, the convex portion 112 has an anchor effect, increases the adhesion of the fluororesin layer 104, and improves the chemical resistance.

【0045】(実施例8)図10は、シリコンのノズル
基板102の表面に、粒径120nmの二酸化シリコン
の微粒子を分散させたエタノールとエチルシリケートか
ら成るゾル液に浸漬し、3mm/分の速度で引き上げた
後、150℃で30分間乾燥してコーティングした。そ
の後、実施例1と同様のフッ素樹脂層104を形成し
た。二酸化シリコンの粒径は、前記の限りではなく、1
0nm程度〜50μm程度でフッ素樹脂層104のアン
カー効果を呈する。また、二酸化シリコン層は、単層で
も多層でもアンカー効果を呈するが、多層コートの方が
より効果的である。
(Embodiment 8) FIG. 10 shows that the surface of a silicon nozzle substrate 102 is immersed in a sol solution composed of ethanol and ethyl silicate in which fine particles of silicon dioxide having a particle diameter of 120 nm are dispersed, and a speed of 3 mm / min. , And dried at 150 ° C. for 30 minutes for coating. Thereafter, the same fluororesin layer 104 as in Example 1 was formed. The particle size of silicon dioxide is not limited to
The anchor effect of the fluororesin layer 104 is exhibited at about 0 nm to about 50 μm. In addition, the silicon dioxide layer exhibits an anchor effect both in a single layer and in multiple layers, but a multilayer coat is more effective.

【0046】(実施例9)実施例1に示したノズル10
0Aの製造工程で、フッ素樹脂層104を形成する前
に、酸素プラズマを照射する行程を入れた。
(Embodiment 9) The nozzle 10 shown in Embodiment 1
In the 0A manufacturing process, a step of irradiating oxygen plasma was performed before forming the fluororesin layer 104.

【0047】(実施例10)実施例1に示したノズル1
00Aの製造工程で、フッ素樹脂層104を形成する前
に、水蒸気プラズマを照射する行程を入れた。
(Embodiment 10) Nozzle 1 shown in Embodiment 1
In the manufacturing process of 00A, a step of irradiating steam plasma was performed before forming the fluororesin layer 104.

【0048】(実施例11)実施例1に示したノズル1
00の製造工程で、フッ素樹脂層104を形成する前
に、プラズマ発生装置を用いて酸素をノズル100に照
射する行程を入れた。
(Embodiment 11) Nozzle 1 shown in Embodiment 1
In the manufacturing process of No. 00, before forming the fluororesin layer 104, a step of irradiating the nozzle 100 with oxygen using a plasma generator was performed.

【0049】(実施例12)実施例1に示したノズル1
00の製造工程で、フッ素樹脂層104を形成する前
に、プラズマ発生装置を用いでオゾンを照射する行程を
入れた。
(Example 12) Nozzle 1 shown in Example 1
In the manufacturing process of No. 00, a step of irradiating ozone with a plasma generator was performed before forming the fluororesin layer 104.

【0050】(実施例13)実施例1に示したノズル1
00の製造工程で、細孔を形成するふっ酸電解エッチン
グの行程を実施せず、なおかつフッ素樹脂層104を形
成する前に、プラズマ発生装置を用いて酸素を照射する
行程を入れた。
(Embodiment 13) Nozzle 1 shown in Embodiment 1
In the manufacturing process of No. 00, a process of irradiating oxygen using a plasma generator was performed without performing the hydrofluoric acid electrolytic etching process for forming pores and before forming the fluororesin layer 104.

【0051】(実施例14)実施例1に示したノズル1
00の製造工程で、細孔を形成するふっ酸電解エッチン
グの行程を実施せず、なおかつフッ素樹脂層104を形
成する前に、プラズマ発生装置を用いて水蒸気を照射す
る行程を入れた。
(Embodiment 14) Nozzle 1 shown in Embodiment 1
In the manufacturing process of No. 00, a process of irradiating water vapor using a plasma generator was performed without performing the hydrofluoric acid electrolytic etching process of forming pores and before forming the fluororesin layer 104.

【0052】(実施例15)実施例1に示したノズル1
00の製造工程で、細孔を形成するふっ酸電解エッチン
グの行程を実施せず、なおかつフッ素樹脂層104を形
成する前に、プラズマ発生装置を用いて水素を照射する
行程を入れた。
(Embodiment 15) Nozzle 1 shown in Embodiment 1
In the manufacturing process of No. 00, a process of irradiating hydrogen with a plasma generator was performed without performing the hydrofluoric acid electrolytic etching process for forming pores and before forming the fluororesin layer 104.

【0053】(実施例16)実施例1に示したノズル1
00Aの製造工程で、細孔を形成するふっ酸電解エッチ
ングの行程を実施せず、なおかつフッ素樹脂層104を
形成する前に、プラズマ発生装置を用いてオゾンを照射
する行程を入れた。
(Example 16) Nozzle 1 shown in Example 1
In the manufacturing process of 00A, a process of irradiating ozone using a plasma generator was performed without performing a hydrofluoric acid electrolytic etching process for forming pores and before forming the fluororesin layer 104.

【0054】なお、実施例9〜16のプラズマ発生装置
を用いた行程は、プラズマ発生装置を備えた2×10-3
Torrの真空装置内に酸素、または水蒸気または水素また
はオゾンを導入して60分間処理する行程である。
The process using the plasma generators of Examples 9 to 16 was performed at 2 × 10 -3 equipped with a plasma generator.
This is a process in which oxygen, water vapor, hydrogen, or ozone is introduced into a Torr vacuum device and the treatment is performed for 60 minutes.

【0055】(比較例1)シリコン基板のノズルの表面
に熱酸化により二酸化シリコン層を設けた。
Comparative Example 1 A silicon dioxide layer was provided on the surface of a nozzle of a silicon substrate by thermal oxidation.

【0056】(比較例2)シリコン基板のノズルの表面
に熱酸化により二酸化シリコン層を設けた。その後、デ
ィッピングによりフッ素樹脂層を形成した。
Comparative Example 2 A silicon dioxide layer was provided on the surface of a nozzle of a silicon substrate by thermal oxidation. Thereafter, a fluororesin layer was formed by dipping.

【0057】(比較例3)シリコン基板のノズルの表面
に熱酸化により二酸化シリコン層を設けた。その後、ス
パッタリングによりAu層を形成し、さらにその上にデ
ィッピングによりフッ層樹脂層を形成した。
Comparative Example 3 A silicon dioxide layer was provided on the surface of a nozzle of a silicon substrate by thermal oxidation. Thereafter, an Au layer was formed by sputtering, and a fluorine resin layer was formed thereon by dipping.

【0058】上記の実施例で形成した熱酸化による二酸
化シリコン層は、特に二酸化シリコンに限ることはな
く、基板素材であるシリコンの化合物であれば良い。た
とえば窒化シリコンSi34などである。
The silicon dioxide layer formed by thermal oxidation formed in the above embodiment is not particularly limited to silicon dioxide, but may be any compound of silicon as a substrate material. For example, silicon nitride Si 3 N 4 is used.

【0059】Au層の形成はスパッタを用い、ノズルの
試薬吐出側面とその反対面を順次コーティングしたが、
2面同時にスパッタ可能な装置があれば、スパッタ時間
を短縮することが可能である。
The Au layer was formed by sputtering, and the reagent ejection side surface of the nozzle and the opposite surface were sequentially coated.
If there is an apparatus capable of simultaneously sputtering two surfaces, it is possible to shorten the sputtering time.

【0060】なお、ノズル素材はマイクロマシンプロセ
スの行い易さからシリコンを使用したが、特にシリコン
に限定することはなく、ガラスやアルミナ,ジルコニア
等のセラミックスでも良く、SUS等の金属材料でも良
い。PTFEなどの樹脂でもよい。また、ノズル102
の加工や凸部110,112,凹部111,113の加
工にはマイクロマシンプロセスを使用したが、これは微
細構造の加工のし易さと、大量に加工するときの加工精
度及び量産性に優れているために使用した。しかし、マ
イクロマシンプロセスに限定されることはなく機械加工
でも良いし、樹脂材料を用いた射出成形でも良い。
Although silicon was used for the nozzle material because of the ease of performing the micromachine process, the material is not particularly limited to silicon, and may be glass, ceramics such as alumina or zirconia, or metal materials such as SUS. A resin such as PTFE may be used. The nozzle 102
The micromachining process was used for the processing of the projections 110 and 112 and the recesses 111 and 113, which are excellent in processing of a fine structure, processing accuracy when mass processing is performed, and mass productivity. Used for. However, the present invention is not limited to the micromachine process, but may be machining or injection molding using a resin material.

【0061】また、フッ素樹脂層104は、ノズルの吐
出孔101の内壁面にも形成されているが、ノズル基板
の下面において必須であり、吐出孔の内壁面には、形成
しなくてもよい。これは、フッ素樹脂層の撥水性の点か
ら、液切れ時の液と空気との界面の位置が、ノズル先端
面となるかノズル吐出孔の孔部になるかの違いである。
Although the fluororesin layer 104 is formed on the inner wall surface of the discharge hole 101 of the nozzle, it is indispensable on the lower surface of the nozzle substrate, and need not be formed on the inner wall surface of the discharge hole. . This is a difference from the viewpoint of the water repellency of the fluororesin layer whether the position of the interface between the liquid and the air when the liquid runs out becomes the nozzle tip surface or the hole of the nozzle discharge hole.

【0062】以上の実施例1〜16と比較例1〜3の各
ノズルについて試薬の浸漬試験と吐出試験を実施し、フ
ッ素樹脂層またはフッ素を含む化合物層の耐久性を検討
した。浸漬試験方法は、室温にてノズルを試薬に浸漬
し、任意の時間に取り出して表面を顕微鏡観察し、フッ
素樹脂層またはフッ層を含む化合物層の剥離の有無を確
認する方法とした。吐出試験方法は、試薬を繰り返して
1000回吐出し、浸漬試験と同様にノズルを観察し、
フッ素樹脂層またはフッ層を含む化合物層の剥離の有無
を確認した。
The nozzles of Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 3 were subjected to a reagent immersion test and a discharge test to examine the durability of the fluororesin layer or the fluorine-containing compound layer. The immersion test method was a method in which a nozzle was immersed in a reagent at room temperature, taken out at an arbitrary time, observed under a microscope, and the presence or absence of peeling of a compound layer including a fluororesin layer or a fluorine layer was confirmed. The ejection test method is to repeatedly eject the reagent 1000 times, observe the nozzle as in the immersion test,
The presence or absence of peeling of the fluorine resin layer or the compound layer including the fluorine layer was confirmed.

【0063】図11は前記の試験結果である。浸漬試験
の場合40日以上浸漬後にフッ素樹脂層またはフッ素を
含む化合物層に剥離がない場合を合格とし、40日未満
を、密着性不良とした。これによると、図11に示した
結果から実施例1〜16は、合格で、比較例は不合格と
なった。また、吐出試験の結果、実施例1〜16は10
00回吐出後も剥離せずフッ素樹脂層またはフッ素化合
物層の密着性が良好であった。比較例1〜3は剥離が生
じた。
FIG. 11 shows the test results. In the case of the immersion test, the case where the fluororesin layer or the compound layer containing fluorine was not peeled after immersion for 40 days or more was regarded as acceptable, and the adhesion less than 40 days was regarded as poor adhesion. According to this, from the results shown in FIG. 11, Examples 1 to 16 passed, and the comparative example failed. As a result of the discharge test, Examples 1 to 16
It did not peel off even after the 100th discharge, and the adhesion of the fluorine resin layer or fluorine compound layer was good. In Comparative Examples 1 to 3, peeling occurred.

【0064】ここで、ノズルにフッ素樹脂層またはフッ
素を含む化合物層を形成することによる吐出性能の向上
効果を図12及び図13で説明する。
Here, the effect of improving the discharge performance by forming a fluorine resin layer or a fluorine-containing compound layer on the nozzle will be described with reference to FIGS. 12 and 13. FIG.

【0065】図12は、ノズル102から試薬を吐出
し、試薬が途切れる寸前の様子を示す図である。フッ素
樹脂層またはフッ素を含む化合物層104の表面張力が
低いため、試薬は液玉116となり、この液玉116の
大きさがある一定の大きさになるとフッ素樹脂層または
フッ素を含む化合物層104の表面張力の影響を受け、
ノズル孔に充満している試薬から離脱する。このため試
薬が途切れ易くなり、吐出する試薬の量の安定性も向上
する。
FIG. 12 is a view showing a state where the reagent is discharged from the nozzle 102 and the reagent is about to be interrupted. Since the surface tension of the fluororesin layer or the fluorine-containing compound layer 104 is low, the reagent becomes a liquid droplet 116. When the size of the liquid droplet 116 becomes a certain size, the reagent becomes the liquid droplet 116 or the fluorine-containing compound layer 104. Affected by surface tension,
Separate from the reagent filling the nozzle hole. Therefore, the reagent is easily interrupted, and the stability of the amount of the discharged reagent is also improved.

【0066】一方、図13は、フッ素樹脂層またはフッ
素を含む化合物層を形成していないノズルで、試薬を吐
出した後の試薬の状態を示す図である。試薬117は、
ノズルの試薬吐出側に濡れ広がり、次に試薬を吐出する
ときには、この濡れ広がった試薬分も吐出することにな
り、試薬の量の安定性がよくない。また、試薬の切れ性
も低い。
On the other hand, FIG. 13 is a view showing the state of the reagent after the reagent is discharged from the nozzle on which the fluorine resin layer or the compound layer containing fluorine is not formed. The reagent 117 is
When the reagent is spread on the reagent discharge side of the nozzle and then the reagent is discharged next, the wet and spread reagent is also discharged, and the stability of the amount of the reagent is not good. Also, the sharpness of the reagent is low.

【0067】フッ素樹脂層またはフッ素を含む化合物層
は試薬に濡れにくいことが必要である。アルコール系試
薬や界面活性剤が添加されている試薬は、水系試薬より
表面張力が小さいため、接触角は低くなるが、65度以
上であれば液切れ性は良好であった。
It is necessary that the fluororesin layer or the compound layer containing fluorine is hardly wetted by the reagent. The reagent to which the alcohol-based reagent or the surfactant was added had a lower surface tension than the aqueous-based reagent, so that the contact angle was low.

【0068】また、ノズル基板がシリコン以外の場合
は、基板の上にシリコンをコーティングすればマイクロ
マシニングを容易に使用できる。また、樹脂の場合は、
イオン注入やプラズマ照射等のドライプロセスにより表
面に凹凸を形成させることが可能となる。また、金属の
場合は、上記ドライプロセスに加え、化合物析出やエッ
チング等のウェットプロセスも有効である。
When the nozzle substrate is made of a material other than silicon, micromachining can be easily used by coating the substrate with silicon. In the case of resin,
Irregularities can be formed on the surface by a dry process such as ion implantation or plasma irradiation. In the case of metal, a wet process such as compound deposition or etching is also effective in addition to the above dry process.

【0069】フッ素樹脂層またはフッ素を含む化合物層
の表面張力は、水系試薬の場合、その接触角を65度以
上にするため、30mN/m以下であることが望まし
い。表面張力は、ヤングの固気液界面の釣り合いの式を
用い、固液の界面張力が固体の表面張力よりも十分小さ
いと仮定し、水の表面張力を72mN/mとして算出し
た。
The surface tension of the fluororesin layer or the compound layer containing fluorine is desirably 30 mN / m or less in the case of an aqueous reagent in order to make the contact angle 65 degrees or more. The surface tension was calculated using the Young's solid-liquid interface equilibrium equation, assuming that the solid-liquid interface tension is sufficiently smaller than the solid surface tension, and the surface tension of water as 72 mN / m.

【0070】[0070]

【発明の効果】本発明によれば、試薬を無駄にせず、洗
浄液をほとんど必要とせず、また定期的な分解洗浄も必
要とせず、供給試薬量の微量制御が容易となり、簡素な
ノズルを備え、なおかつ高い吐出分解能と吐出安定性を
有し、耐薬品性のノズル及びポンプを備えた化学分析装
置を提供し、その製造方法を提案することができる。
According to the present invention, a small amount of reagent can be easily controlled and a simple nozzle is provided without wasting reagents, hardly requiring a cleaning solution, and not requiring periodic disassembly and cleaning. Further, it is possible to provide a chemical analyzer having a high discharge resolution and a high discharge stability and having a chemical resistant nozzle and a pump, and to propose a manufacturing method thereof.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の化学分析装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a chemical analysis device of the present invention.

【図2】本発明の化学分析装置の要素である試薬供給部
の構成を示す縦断面図である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a reagent supply unit which is an element of the chemical analyzer of the present invention.

【図3】図2の平面図である。FIG. 3 is a plan view of FIG. 2;

【図4】本発明にかかる試薬供給機構に備わるマイクロ
ポンプのノズル単体の斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view of a single nozzle of a micropump provided in the reagent supply mechanism according to the present invention.

【図5】本発明にかかる試薬供給機構に備わるノズルの
断面図である。
FIG. 5 is a sectional view of a nozzle provided in the reagent supply mechanism according to the present invention.

【図6】本発明にかかるノズルの表面の構成を示す部分
拡大した断面図である。
FIG. 6 is a partially enlarged sectional view showing the configuration of the surface of the nozzle according to the present invention.

【図7】本発明にかかる他のノズルの部分拡大した断面
図である。
FIG. 7 is a partially enlarged sectional view of another nozzle according to the present invention.

【図8】本発明にかかるさらに他のノズルの表面の凹凸
形態を示す部分拡大した斜視図である。
FIG. 8 is a partially enlarged perspective view showing a concavo-convex shape on the surface of still another nozzle according to the present invention.

【図9】本発明にかかるさらに他のノズルの表面の凹凸
形態を示す部分拡大した斜視図である。
FIG. 9 is a partially enlarged perspective view showing a concavo-convex shape on the surface of still another nozzle according to the present invention.

【図10】本発明にかかるノズル基板表面に形成した二
酸化シリコン微粒子のコーティング層を説明する図であ
る。
FIG. 10 is a view for explaining a coating layer of silicon dioxide fine particles formed on the surface of the nozzle substrate according to the present invention.

【図11】本発明の各実施例のノズルおよび比較例のノ
ズルの試薬浸漬及び吐出試験結果を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing the results of reagent immersion and discharge tests of the nozzle of each example of the present invention and the nozzle of the comparative example.

【図12】本発明にかかるフッ素樹脂層を表面に有する
ノズルの吐出孔から試薬が吐出された状態を示す図であ
る。
FIG. 12 is a view showing a state in which a reagent is discharged from a discharge hole of a nozzle having a fluororesin layer on the surface according to the present invention.

【図13】二酸化シリコン層を表面に有するノズルの吐
出孔から試薬が吐出された状態を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a state in which a reagent is discharged from a discharge hole of a nozzle having a silicon dioxide layer on the surface.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…装置本体上面部、12…装置本体正面部、21…
試験管、22…サンプルホルダー、31…サンプルピペ
ッタ、32…ノズル、41…反応容器、43…恒温槽、
52…試薬容器、53…試薬ホルダー、54…マイクロ
ポンプ、100…ノズル、101…吐出孔、102…ノ
ズル基板、103…二酸化シリコン層、104…フッ素
樹脂層、107…Au層、542…吐出孔。
11: Upper part of the apparatus main body, 12: Front part of the apparatus main body, 21 ...
Test tube, 22: sample holder, 31: sample pipettor, 32: nozzle, 41: reaction vessel, 43: constant temperature bath,
52: Reagent container, 53: Reagent holder, 54: Micropump, 100: Nozzle, 101: Discharge hole, 102: Nozzle substrate, 103: Silicon dioxide layer, 104: Fluororesin layer, 107: Au layer, 542: Discharge hole .

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小出 晃 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 佐々木 康彦 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Fターム(参考) 2G058 CB04 CD04 CE08 EA11 EB00 ED03 ED10 ED12 ED19 ED20 ED23 4F042 AA11 AA27 AB00 CB02 DB01 DH09  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Akira Koide 502, Kandachicho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref. Machinery Research Laboratories, Hitachi, Ltd. 2G058 CB04 CD04 CE08 EA11 EB00 ED03 ED10 ED12 ED19 ED20 ED23 4F042 AA11 AA27 AB00 CB02 DB01 DH09

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】サンプルを入れる複数の反応容器を保持す
る反応容器ホルダーと、前記反応容器中のサンプルに添
加するべき各種試薬をそれぞれ入れる複数試薬容器と、
該試薬容器の下部に取り付けられ、所定量の試薬を吸収
し前記反応容器に滴下注入するポンプと、前記試薬が添
加された後に前記サンプルの物性を計測する計測装置を
備えた化学分析装置において、前記ポンプは、シリコン
製のポンプ本体と、該ポンプ本体の前面に接合され、板
状で該板中心部にポンプ本体の流出口に接続する吐出孔
を有するシリコン製のノズルとから構成され、該ノズル
の基板の表裏面及び吐出孔の内面に、前記試薬に対して
耐食性のある耐薬品層が形成され、該耐薬品層の表面か
ら内面方向に複数の細孔が形成され、さらに該基板の前
面、または板の前面及び吐出孔の内面に、前記耐薬品層
上にフッ素樹脂またはフッ素を含む化合物が形成された
ことを特徴とする化学分析装置。
1. A reaction container holder for holding a plurality of reaction containers for holding a sample, a plurality of reagent containers for respectively holding various reagents to be added to a sample in the reaction container,
In a chemical analyzer equipped with a pump attached to the lower part of the reagent container and absorbing a predetermined amount of reagent and instilling it into the reaction container, and a measuring device for measuring physical properties of the sample after the reagent is added, The pump is composed of a silicon pump body and a silicon nozzle joined to the front surface of the pump body and having a plate-like shape and having a discharge hole connected to an outlet of the pump body at the center of the plate. A chemical-resistant layer having corrosion resistance to the reagent is formed on the front and back surfaces of the substrate of the nozzle and on the inner surface of the discharge hole, and a plurality of pores are formed in the inner surface direction from the surface of the chemical-resistant layer. A chemical analyzer, wherein a fluorine resin or a compound containing fluorine is formed on the chemical resistant layer on the front surface or the front surface of the plate and the inner surface of the discharge hole.
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