JP2007278835A

JP2007278835A - 分注装置及び分注方法

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Publication number: JP2007278835A
Application number: JP2006105302A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ogawa; 祐司小川
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-04-06
Filing date: 2006-04-06
Publication date: 2007-10-25

Abstract

【課題】比重や運動粘性係数を予め個々に測定しなくとも、数μＬ以下の微小量の液体試料を正確に分注することが可能な分注装置及び分注方法を提供すること。
【解決手段】配管１４によって接続された分注ノズル２とシリンジポンプ６とを備え、シリンジポンプによって分注ノズルから液体試料を配管内に空気層を介して吸引し、吸引した液体試料を所定量吐出して分注を行う分注装置１及び分注方法。分注装置１は、分注ノズル２とシリンジポンプ６との間の分注ノズル近傍に配置される弁３と、分注ノズルから空気層を介して液体試料を吸引する吸引時に弁を開弁し、液体試料の吸引終了時に弁を閉弁し、分注ノズルとシリンジポンプとの間の空気層をシリンジポンプを作動させて圧縮した後、圧縮した空気層の圧力を直接作用させて液体試料を分注ノズルから所定量吐出させるように弁を開弁させる制御回路１０とを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を分注する分注装置及び分注方法に関するものである。

従来、分注装置は、単独で、或いは分析装置に組み込んで使用され、例えば、血清等の検体や試薬等を含む液体試料を反応容器に分注する。この種の分注装置は、シリンジポンプを駆動して分注ノズルから洗浄液を満たした配管内に空気層を介して液体試料を吸引し、吐出することによって分注を行っている。この場合、従来の分注装置は、シリンジポンプのピストンの移動量によって分注量を制御し、ピストンの移動に伴う圧力変化を空気層を介して間接的に液体試料に伝えることで吸引と吐出を行っている。このため、従来の分注装置は、数μＬ以下の微小量の液体試料を分注しようとすると、ピストンの移動量が僅かなことからピストンの移動に伴う圧力増加分が空気層に吸収され、圧力損失が生じてしまう。しかも、従来の分注装置は、圧力損失による吐出圧力の低下により、分注ノズルの吐出口における表面張力の影響が大きくなって液体試料がノズル先端に付着してしまう結果、正確な量の液体試料を分注できなくなるという問題があった。このため、液体試料がノズル先端に付着してしまう問題を解決する分注装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２６４３４１号公報

ところで、特許文献１に開示された分注装置は、分注ノズルの吐出口における吐出圧力が表面張力を上回るように、吐出口や配管の直径、液体試料の比重或いは運動粘性係数などを含む係数等、流体力学上の要素を規定している。この場合、分注装置におけるこれら流体力学上の要素のうち、試薬の比重や運動粘性係数等は、予め測定しておくことができる。しかし、血清等の検体は、比重や運動粘性係数が検体毎に広範囲に変化するうえ、予め個々に測定したのでは測定作業が煩雑を極めてしまう。このため、特許文献１の分注装置は、数μＬ以下の微小量の液体試料を正確に分注することが難しいという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、比重や運動粘性係数を予め個々に測定しなくとも、数μＬ以下の微小量の液体試料を正確に分注することが可能な分注装置及び分注方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に係る分注装置は、配管によって接続された分注ノズルとシリンジポンプとを備え、前記シリンジポンプによって前記分注ノズルから液体試料を配管内に空気層を介して吸引し、吸引した液体試料を所定量吐出して分注を行う分注装置において、前記分注ノズルと前記シリンジポンプとの間の前記分注ノズル近傍に配置される弁と、前記分注ノズルから前記空気層を介して液体試料を吸引する吸引時に前記弁を開弁し、前記液体試料の吸引終了時に前記弁を閉弁し、前記分注ノズルと前記シリンジポンプとの間の空気層を前記シリンジポンプを作動させて圧縮した後、圧縮した前記空気層の圧力を直接作用させて前記液体試料を前記分注ノズルから所定量吐出させるように前記弁を開弁させる制御手段と、を設けたことを特徴とする。

また、請求項２に係る分注装置は、上記の発明において、前記圧縮される空気層の量は、前記分注ノズルから吐出する前記液体試料の吐出量以上であることを特徴とする。

また、請求項３に係る分注装置は、上記の発明において、さらに、圧縮される前記空気層の温度を一定に保持する温度制御装置を設けたことを特徴とする。

また、請求項４に係る分注装置は、上記の発明において、さらに、圧縮される前記空気層の圧力を検出する圧力センサを設け、前記制御手段は、前記圧力センサが検出した前記空気層の圧力をもとに前記弁の開閉タイミングを制御することを特徴とする。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項５に係る分注方法は、空気層を介して液体試料を吸引し、吸引した液体試料を所定量吐出して分注を行う分注方法であって、前記空気層を圧縮し、圧縮した前記空気層の圧力を直接作用させて前記液体試料を所定量吐出させることを特徴とする。

本発明にかかる分注装置及び分注方法は、圧縮した空気層の圧力を直接作用させて液体試料を分注ノズルから吐出させるので、液体試料の比重や運動粘性係数を予め個々に測定しなくともよいうえ、圧力損失の発生が抑えられる。また、分注ノズルは、圧力損失による吐出圧力の低下に起因した吐出口における表面張力の影響の増大が抑制されるため、液体試料がノズル先端に付着することがなくなり、数μＬ以下の微小量の液体試料であっても分注量が正確になるという効果を奏する。

（実施の形態１）
以下、本発明の分注装置及び分注方法にかかる実施の形態１について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の分注方法を実行する実施の形態１の分注装置の構成を示すブロック図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る分注方法を分注ノズル及び配管へ空気層を介して液体試料を吸引し、吐出する各過程に従って模式的に説明する説明図である。

分注装置１は、図１に示すように、分注ノズル２、弁３、三方弁５、シリンジポンプ６、洗浄水タンク８及び制御回路１０を備えており、単独で使用される他、分析装置に組み込んで使用される。

分注ノズル２は、駆動手段によって移動されて検体容器や試薬容器が配置された検体分注位置や試薬分注位置へ移動され、吸引した検体や試薬を反応容器が配置された吐出位置へ移動される。また、分注ノズル２は、検体や試薬を反応容器に吐出した後は、洗浄位置へ移動されて洗浄液によって洗浄される。

弁３は、分注ノズル２とシリンジポンプ６との間の分注ノズル２近傍に配置され、配管１４によって三方弁５及び洗浄水タンク８と接続されている。三方弁５は、配管１４によってシリンジポンプ６と接続されている。シリンジポンプ６は、分注ノズル２に検体や試薬を含む液体試料を吸引し、吸引した液体試料を検体容器位置、試薬容器位置、検体分注位置或いは試薬分注位置等に吐出するポンプであり、ポンプ駆動部７によってピストン６ａが往復動される。

洗浄水タンク８は、脱気した洗浄水Ｗcを貯留している。洗浄水Ｗcは、シリンジポンプ６によって吸い上げられた後、三方弁５を切り替えることにより、弁３側へ圧送される。

制御回路１０は、弁３の開閉タイミングを制御すると共に、三方弁５及びポンプ駆動部７の作動を制御するもので、電子制御装置（ＥＣＵ）等が使用される。

以上のように構成される分注装置１は、以下に説明する分注方法によって検体や試薬を含む液体試料を分注する。但し、実施の形態１を含め以下に説明する各実施の形態においては、説明を簡単にするため、検体を分注する場合に限定して説明する。

先ず、弁３を閉じた状態で分注ノズル２を洗浄位置へ移動した後、制御回路１０による制御の下に、シリンジポンプ６と洗浄水タンク８とが接続されるように三方弁５を切り替える。

次に、制御回路１０の制御の下、ポンプ駆動部７によってシリンジポンプ６のピストン６ａを駆動し、洗浄水タンク８内の洗浄水Ｗcを配管１４からシリンジポンプ６内に吸引する。次いで、制御回路１０の制御の下に、分注ノズル２と三方弁５とが接続されるように三方弁５を切り替え、弁３を開く。

その後、制御回路１０の制御の下、ポンプ駆動部７によってシリンジポンプ６のピストン６ａを駆動し、洗浄水タンク８からシリンジポンプ６内に吸引した洗浄水Ｗcを三方弁５及び弁３を経由して分注ノズル２から吐出する。これにより、分注ノズル２を洗浄すると共に、分注ノズル２と配管１４内を洗浄水Ｗcで満たす（図２（１）参照）。ここで、図２において、点線は弁３の開弁を、実線は弁３の閉弁を、それぞれ示しており、以下の図面においても同様とする。

次に、分注ノズル２を検体容器位置へ移動し、制御回路１０の制御の下、分注予定の検体の分注量（１目盛り）の６倍（６目盛り）の空気を吸引する（図２（２）参照）。このとき、弁３は、開弁状態にある。次いで、制御回路１０の制御の下、分注ノズル２の下端を検体容器中に所定量挿入し、分注量分（１目盛り）の検体Ｌsを分注ノズル２に吸引し、洗浄水Ｗcと検体Ｌsとの間に空気層Ｌaを形成する（図２（３）参照）。

その後、制御回路１０の制御の下、弁３を閉弁し、分注ノズル２を検体分注位置へ移動させる。そして、制御回路１０の制御の下、ポンプ駆動部７によってシリンジポンプ６を駆動し、弁３とシリンジポンプ６との間の分注量を超える量（４目盛り分）の空気層Ｌaを分注量（１目盛り分）まで圧縮する（図２（４）参照）。

次に、制御回路１０の制御の下、弁３を開弁し、圧縮した空気層Ｌaの圧力を直接作用させて検体Ｌsを分注ノズル２から液滴として反応容器等へ吐出させる（図２（５）参照）。このとき、弁３とシリンジポンプ６との間の空気層Ｌaは、分注量を超える量（４目盛り分）が分注量（１目盛り分）まで圧縮され、空気層Ｌaの圧力が直接検体Ｌsに作用するので、圧力増加分が空気層Ｌaに吸収されることはなく、検体Ｌsの表面張力の影響が大きくなることはない。このため、分注ノズル２に吸引された分注量（１目盛り分）の検体Ｌsは、分注ノズル２に付着することなく残らず分注ノズル２から吐出される。

分注装置１は、以下、同様の作動を繰り返すことにより、検体容器位置と検体分注位置との間を往復しながら検体を反応容器等へ分注する。

従って、分注装置１は、上述の分注方法によって液体試料を分注するので、液体試料の比重や運動粘性係数を予め個々に測定しなくとも、数μＬ以下の微小量の液体試料を正確に、しかも簡易に分注することができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の分注方法にかかる実施の形態２について、図面を参照しつつ詳細に説明する。実施の形態１の分注方法は、吸引した液体試料を１回で分注する場合について説明したが、実施の形態２の分注方法は、吸引した液体試料を複数回に分けて分注する場合について説明する。ここで、実施の形態２の分注方法は、実施の形態１の分注装置１を使用するので、分注装置１と同一の構成要素には同一の符号を使用している。図３は、本発明の実施の形態２に係る分注方法を分注ノズル及び配管へ空気層を介して液体試料を吸引し、吐出する各過程に従って模式的に説明する説明図である。

その後、制御回路１０の制御の下、ポンプ駆動部７によってシリンジポンプ６のピストン６ａを駆動し、洗浄水タンク８からシリンジポンプ６内に吸引した洗浄水Ｗcを三方弁５及び弁３を経由して分注ノズル２から吐出する。これにより、分注ノズル２を洗浄すると共に、分注ノズル２と配管１４内を洗浄水Ｗcで満たす（図３（１）参照）。

次に、分注ノズル２を検体容器位置へ移動し、制御回路１０の制御の下、分注予定の検体の分注量（１目盛り）の４倍（４目盛り）の空気を吸引する（図３（２）参照）。このとき、弁３は、開弁状態にある。次いで、制御回路１０の制御の下、分注ノズル２の下端を検体容器中に所定量挿入し、分注量の２倍（２目盛り）の検体Ｌsを分注ノズル２に吸引し、洗浄水Ｗcと検体Ｌsとの間に空気層Ｌaを形成する（図３（３）参照）。

その後、制御回路１０の制御の下、弁３を閉弁し、分注ノズル２を検体分注位置へ移動させる。そして、制御回路１０の制御の下、ポンプ駆動部７によってシリンジポンプ６を駆動し、弁３とシリンジポンプ６との間の３目盛り分の空気層Ｌaを分注量の１目盛り分だけ圧縮し、元の体積の２／３とする（図３（４）参照）。

次に、制御回路１０の制御の下、弁３を開弁し、圧縮した空気層Ｌaの圧力を直接作用させて検体Ｌsを分注ノズル２から液滴として吐出させる（図３（５）参照）。このとき、弁３とシリンジポンプ６との間の空気層Ｌaは、分注量の１目盛り分だけ圧縮され、この１目盛り分に相当する空気層Ｌaの圧力が直接検体Ｌsに作用するので、圧力増加分が空気層Ｌaに吸収されることはなく、検体Ｌsの表面張力の影響が大きくなることはない。このため、分注ノズル２に吸引された２目盛り分の検体Ｌsは、半分の１目盛り分の検体Ｌsが分注ノズル２に付着することなく残らず吐出される。

次いで、制御回路１０の制御の下、ポンプ駆動部７によってシリンジポンプ６を駆動し、弁３とシリンジポンプ６との間の２目盛り分の空気層Ｌaを分注量の１目盛り分まで半分に圧縮する（図３（６）参照）。その後、制御回路１０の制御の下、弁３を開弁し、圧縮した空気層Ｌaの圧力を直接作用させて検体Ｌsを分注ノズル２から液滴として吐出させる（図３（７）参照）。このとき、弁３とシリンジポンプ６との間の空気層Ｌaは、分注量の１目盛り分だけ半分に圧縮され、この１目盛り分に相当する空気層Ｌaの圧力が直接検体Ｌsに作用するので、圧力増加分が空気層Ｌaに吸収されることはなく、検体Ｌsの表面張力の影響が大きくなることはない。このため、分注ノズル２に残る１目盛り分の検体Ｌsは、分注ノズル２に付着することなく残らず吐出される。

従って、分注装置１は、上述の分注方法によって液体試料を分注するので、液体試料の比重や運動粘性係数を予め個々に測定しなくとも、数μＬ以下の微小量の液体試料を正確に、しかも簡易に分注することができる。また、空気層Ｌaは、少なくとも分注量の１目盛り分だけ圧縮されていれば、分注量分の液体試料を残らず吐出することができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の分注装置及び分注方法にかかる実施の形態３について、図面を参照しつつ詳細に説明する。実施の形態１の分注装置及び分注方法は、弁とシリンジポンプの間の空気層を温度管理することなく圧縮した。これに対して、実施の形態３の分注装置及び分注方法は、弁とシリンジポンプの間の空気層を温度管理して圧縮している。ここで、実施の形態３の分注装置は、実施の形態１の分注装置１と同一の構成要素には同一の符号を使用している。図４は、本発明の分注方法を実行する実施の形態３の分注装置の構成を示すブロック図である。図５は、本発明の実施の形態３に係る分注方法を分注ノズル及び配管へ空気層を介して液体試料を吸引し、吐出する各過程に従って模式的に説明する説明図である。

実施の形態３の分注装置２０は、実施の形態１の分注装置１に関して、弁３と三方弁５を接続する配管１４の弁３側に圧力センサ４を設けると共に、圧力センサ４が検出した空気層Ｌaの圧力情報を記憶する記憶回路１１を制御回路１０に設け、圧力センサ４の近傍に温度制御装置１５を設置したものである。

圧力センサ４は、シリンジポンプ６によって圧縮される空気層Ｌaの圧力を検出する。記憶回路１１は、圧力センサ４が検出した圧力情報を記憶する。制御回路１０は、記憶回路１１が記憶した空気層Ｌaの圧力情報をもとに弁３の開閉を制御する。また、温度制御装置１５は、配管１４内で圧縮される空気層Ｌaの温度を一定に保持するもので、断熱圧縮によって発生する圧縮熱を冷却することにより空気層Ｌaの温度を一定に保持するペルチェ素子等の冷却手段が使用される。

以上のように構成される分注装置２０は、以下に説明する分注方法によって検体を分注する。先ず、温度説明装置１５を起動し、弁３を閉じた状態で分注ノズル２を洗浄位置へ移動した後、制御回路１０による制御の下に、シリンジポンプ６と洗浄水タンク８とが接続されるように三方弁５を切り替える。

その後、制御回路１０の制御の下、ポンプ駆動部７によってシリンジポンプ６のピストン６ａを駆動し、洗浄水タンク８からシリンジポンプ６内に吸引した洗浄水Ｗcを三方弁５及び弁３を経由して分注ノズル２から吐出する。これにより、分注ノズル２を洗浄すると共に、分注ノズル２と配管１４内を洗浄水Ｗcで満たす（図５（１）参照）。

次に、分注ノズル２を検体容器位置へ移動し、制御回路１０の制御の下、分注予定の検体の分注量（１目盛り）の６倍（６目盛り）の空気を吸引する（図５（２）参照）。このとき、弁３は、開弁状態にある。次いで、制御回路１０の制御の下、分注ノズル２の下端を検体容器中に所定量挿入し、分注量の２倍（２目盛り）の検体Ｌsを分注ノズル２に吸引し、洗浄水Ｗcと検体Ｌsとの間に空気層Ｌaを形成する（図５（３）参照）。

その後、制御回路１０の制御の下、弁３を閉弁し、分注ノズル２を第一の検体分注位置へ移動させる。そして、制御回路１０の制御の下、ポンプ駆動部７によってシリンジポンプ６を駆動し、弁３とシリンジポンプ６との間の５目盛り分の空気層Ｌaを分注量の２目盛り分迄圧縮し、元の体積の２／５とする（図５（４）参照）。このとき、弁３とシリンジポンプ６との間の空気層Ｌaは、圧力センサ４によって圧力がモニタされ、モニタした圧力情報は、記憶回路１１に記憶される。従って、このときモニタされた空気層Ｌaの圧力を、例えばＰ0とする。

次に、制御回路１０の制御の下、弁３を開弁し、圧縮した空気層Ｌaの圧力を直接作用させて１目盛り分の検体Ｌsを分注ノズル２から液滴として吐出させる（図５（５）参照）。このとき、圧縮した空気層Ｌaは、図４に示すように、温度制御装置１５によって温度が一定に保持されている。このため、ボイルの法則により空気層Ｌaの圧力と体積の積は一定で、３目盛り×Ｐ0＝ｋ（一定）となる。従って、１目盛り分の検体Ｌsを吐出して４目盛り分となった空気層Ｌaの圧力Ｐ1は、４目盛り×Ｐ1＝ｋ（一定）より、Ｐ1＝３／４×Ｐ0になる。従って、制御回路１０は、圧力センサ４によってモニタされる圧力が３／４×Ｐ0になったら弁３を閉弁し、１回目の分注を終了させる。

次いで、分注ノズル２を第二の検体分注位置へ移動し、制御回路１０の制御の下、ポンプ駆動部７によってシリンジポンプ６を駆動し、圧力がＰ0に戻る迄、空気層Ｌaを圧縮する（図５（６）参照）。このとき、制御回路１０は、圧力センサ４から出力される圧力情報によって空気層Ｌaの圧力をモニタする。

その後、制御回路１０の制御の下、弁３を開弁し、圧縮した空気層Ｌaの圧力を直接作用させて検体Ｌsを分注ノズル２から液滴として吐出させる（図５（７）参照）。このとき、弁３とシリンジポンプ６との間の空気層Ｌaは、圧縮分に相当する空気層Ｌaの圧力Ｐ0が直接検体Ｌsに作用するので、圧力増加分が空気層Ｌaに吸収されることはなく、検体Ｌsの表面張力の影響が大きくなることはない。このため、分注ノズル２に吸引された２目盛り分の検体Ｌsは、第一及び第二の検体分注位置において、１目盛り分の吐出毎に分注ノズル２に付着することなく残らず吐出される。

従って、上述の分注方法によって液体試料を分注するので、液体試料の比重や運動粘性係数を予め個々に測定しなくとも、数μＬ以下の微小量の液体試料を正確に分注することができる。また、空気層Ｌaは、少なくとも分注量の１目盛り分だけ圧縮されていれば、分注量分の液体試料を残らず吐出することができる。

ここで、実施の形態３の分注方法は、検体Ｌsを吐出する際の空気層Ｌaの圧力がＰ0と一定であるので、分注量の再現性が向上する。但し、分注量の再現性よりも、分注処理の速度を優先する場合には、空気層を圧縮させず、シリンジポンプ６によって空気層を圧縮させる圧力以上の圧力をシリンジポンプ６に発生させて液体試料を吐出させてもよい。

また、実施の形態３の分注装置２０は、圧力センサ４によってモニタした空気層Ｌaの圧力に基づいて分注量を制御するので、液体試料の粘性の相違による影響を受けないので、高精度な分注を実現することができる。また、分注装置２０は、空気層Ｌaを圧縮した圧力によって液体試料を勢いよく吐出するので、吐出圧が液体試料の表面張力よりも大きく、吐出した液体試料の一部が分注ノズル２の先端に付着することがなく、正確な量の液体試料を分注することができる。

更に、分注装置２０は、予め圧力センサ４によってモニタした正確な量の液体試料を分注する際の空気層Ｌaの正常な圧力変化データを記憶回路１１に記憶させておき、実際に液体試料を分注する際に測定した空気層Ｌaの圧力変化と比較することにより、分注異常を検知することができる。

本発明の分注方法を実行する実施の形態１の分注装置の構成を示すブロック図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る分注方法を分注ノズル及び配管へ空気層を介して液体試料を吸引し、吐出する各過程に従って模式的に説明する説明図である。本発明の実施の形態２に係る分注方法を分注ノズル及び配管へ空気層を介して液体試料を吸引し、吐出する各過程に従って模式的に説明する説明図である。本発明の分注方法を実行する実施の形態３の分注装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態３に係る分注方法を分注ノズル及び配管へ空気層を介して液体試料を吸引し、吐出する各過程に従って模式的に説明する説明図である。

符号の説明

１，２０分注装置
２分注ノズル
３弁
４圧力センサ
５三方弁
６シリンジポンプ
７ポンプ駆動部
８洗浄水タンク
１０制御回路
１４配管
１５温度制御装置
Ｌa 空気層
Ｌs 検体
Ｗc 洗浄水

Claims

配管によって接続された分注ノズルとシリンジポンプとを備え、前記シリンジポンプによって前記分注ノズルから液体試料を配管内に空気層を介して吸引し、吸引した液体試料を所定量吐出して分注を行う分注装置において、
前記分注ノズルと前記シリンジポンプとの間の前記分注ノズル近傍に配置される弁と、
前記分注ノズルから前記空気層を介して液体試料を吸引する吸引時に前記弁を開弁し、前記液体試料の吸引終了時に前記弁を閉弁し、前記分注ノズルと前記シリンジポンプとの間の空気層を前記シリンジポンプを作動させて圧縮した後、圧縮した前記空気層の圧力を直接作用させて前記液体試料を前記分注ノズルから所定量吐出させるように前記弁を開弁させる制御手段と、
を設けたことを特徴とする分注装置。
前記圧縮される空気層の量は、前記分注ノズルから吐出する前記液体試料の吐出量以上であることを特徴とする請求項１に記載の分注装置。
さらに、圧縮される前記空気層の温度を一定に保持する温度制御装置を設けたことを特徴とする請求項１に記載の分注装置。
さらに、圧縮される前記空気層の圧力を検出する圧力センサを設け、
前記制御手段は、前記圧力センサが検出した前記空気層の圧力をもとに前記弁の開閉タイミングを制御することを特徴とする請求項３に記載の分注装置。
空気層を介して液体試料を吸引し、吸引した液体試料を所定量吐出して分注を行う分注方法であって、
前記空気層を圧縮し、圧縮した前記空気層の圧力を直接作用させて前記液体試料を所定量吐出させることを特徴とする分注方法。