JP2008076273A - 液体吸引方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体吸引方法において、複雑な制御機構を使用することなく、吸引ノズル外面への液体の付着を防止する。
【解決手段】液体吸引装置は、配管の先端に装着され、容器８内部に貯溜された液体Ｆを吸引する吸引ノズル２と、配管と接続し、吸引ノズル２へ吸引圧を供給するポンプと、吸引ノズル２を、容器８と相対的に移動させる駆動部とを備えてなる。液体吸引方法は、吸引ノズル２が、駆動部により容器８の深さ方向に一定の移動速度Ｖで液体Ｆの液面に接近しながら、吸引圧により吸引ノズル２に発生する吸引力によって単位時間当たりの吸引量Ｑで液体Ｆに接すると同時に液体Ｆを吸引する。液体Ｆの液面と並行な容器８内部の最大断面積をＳとするとき、吸引量ＱがＱ＞Ｓ×Ｖを満たす。
【選択図】図２

Description

本発明は吸引ノズルにより液体を吸引する液体吸引方法に関し、特に吸引ノズルの外面への液体の付着を防止する液体吸引方法に関するものである。

化学、光学、臨床、バイオ技術等の分野において、例えば試験管等の容器内部に貯溜された試薬、検体及び希釈液等の液体を吸引ノズルに吸引し、吸引した液体を別の容器に排出するといった操作が行われる。この際、例えば、前記容器の深さ方向に移動可能な吸引ノズルに配管を介してポンプ手段を接続することによって、前記容器内部の液体を吸引する液体吸引装置が使用される。

しかしながら上記のような液体吸引装置は、吸引ノズル先端を前記容器の底部まで降下させてから吸引を行うのが一般的であり、このような装置では吸引ノズル先端の外面に液体が付着して、該付着した液体が滴下して吸引した液体を別の容器に吐出する際に精度が低下する虞があった。また一つの吸引ノズルを繰り返し使用して液体の吸引を行う際には、吸引ノズルの外面に付着する液体が蓄積することによって吸引ノズルが汚れてしまう虞があった。

そこで、前記容器内部の液面を検出し、該検出によって得た信号に基づいて吸引ノズルの動作速度を吸引ノズルの先端開口が前記液面と追従するように細かく可変制御することで、吸引ノズル外面への液体の接触を減らす方法が開示されている（特許文献１、２）。
特開２００１−３３７０９３号公報 特開２０００−２６６７６５号公報

しかしながら上記の吸引方法は、吸引ノズル外面へ液体の接触を減らすと共に、液体の吸引時に空気が混入しないように細かく可変制御されているので、液体の吸引に高い精度を要する際には効果的であるが、液体の吸引に高い精度を要さない際には、吸引された液体に空気が混入していても特に問題とならないために、複雑な制御機構を備えるのは好ましくない。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、複雑な制御機構を使用することなく、吸引ノズル外面への液体の付着を防止できる液体吸引方法を提供することを目的とするものである。

本発明の液体吸引方法は、配管の先端に装着された吸引ノズルと、
前記配管と接続し、前記吸引ノズルへ吸引圧を供給するポンプ手段と、
前記吸引ノズルを、少なくとも前記容器と相対的に移動させる移動手段とを備え、
前記吸引ノズルにより容器内部に貯溜された液体を吸引する吸引方法において、
前記吸引ノズルが、前記移動手段により前記容器の深さ方向に一定の移動速度Ｖで前記液体の液面に接近しながら、前記吸引圧により前記吸引ノズルに発生する吸引力によって単位時間当たりの吸引量Ｑで前記液体に接すると同時に該液体を吸引し、
前記液体の液面と並行な前記容器内部の最大断面積をＳとするとき、前記吸引量ＱがＱ＞Ｓ×Ｖを満たすことを特徴とする。

本発明の液体吸引方法は、前記吸引ノズルが前記液体に接する前より、前記ポンプ手段が前記吸引ノズルへ前記吸引圧を供給していることが好ましい。

本発明の液体吸引方法によれば、吸引ノズルが移動手段により容器の深さ方向に一定の移動速度Ｖで液体の液面に接近するので、吸引ノズルの移動速度Ｖを細かく可変制御する必要がない。これにより移動手段は複雑な制御機構を備えなくてもよい。さらに吸引ノズルは移動速度Ｖで移動しながら、ポンプ手段から供給される吸引圧により発生する吸引力によってＱ＞Ｓ×Ｖを満たす単位時間当たりの吸引量Ｑで液体に接すると同時に液体を吸引するので、吸引ノズルが深さ方向に一定の移動速度Ｖで移動しても、吸引ノズルに吸引された液体の量が、吸引ノズルの先端が横切った容器内部の体積よりも大きいことにより、吸引ノズルの外周面が液体に接触することがない。したがって吸引ノズルの外面に液体が付着しないので、吸引ノズルの外面が汚れるのを防止することができる。

また、吸引ノズルが液体に接する前より、ポンプ手段が吸引ノズルへ吸引圧を供給している場合には、吸引ノズルが、配管の形状やポンプ手段の立ち上がり時間の特性等による吸引量Ｑの低下に影響されることなく、安定した吸引量Ｑを確保した上で液体の吸引を開始することができる。

以下、本発明にかかる実施形態の液体吸引装置１について図面を参照して詳細に説明する。図１は本実施形態の液体吸引装置１の構成図、図２は図１の液体吸引装置１による液体Ｆの吸引を説明する図である。なお本実施形態の液体吸引装置１は便宜上、吸引ノズル２の先端開口２ａが向く方向を下方（図中下方）とする。

本実施形態の液体吸引装置１は、例えば医療機関、研究所等で使用される生化学分析装置等の臨床分析装置に組み込まれ、試験管や液体収容部である複数のウェルが形成されたマイクロチップ等の容器に収容される検体や試薬、洗浄液等の液体を吸引するものであって、主に液体を吸引する際に吸引量の精度を要さない、例えば容器の洗浄工程等で容器内部に残存した水等の洗浄液を吸引する際に使用するものである。

液体吸引装置１は、図１に示す如く、吸引ノズル２と、吸引ノズル２を上下方向（容器８の深さ方向）に移動させる昇降機構部３１及び吸引ノズル２を水平方向に移動させる水平機構部３２を備える移動手段３としてのノズル駆動部３３と、吸引ノズル２へ吸引圧を供給するポンプ手段４としての吸引ポンプ４１及びポンプ駆動部４２と、ノズル駆動部３３及びポンプ駆動部４２を制御する制御部５と、吸引ノズル２が吸引した液体Ｆを内部に収容する廃液タンク６と、吸引ノズル２から廃液タンク６までを接続する配管７とから概略構成されている。

吸引ノズル２は略筒状で、液体Ｆを吸引する先端開口２ａを有するものであって、該先端開口２ａを下向きにして設置され、昇降機構部３１及び水平機構部３２によって上下左右に移動可能に取り付けられている。昇降機構部３１及び水平機構部３２は例えばプーリーを用いた動力伝達機構やボールねじ機構等の送り機構により構成され、これらの機構はノズル駆動部３３が備えるモータ等によって駆動制御されている。そして吸引ノズル２は、該吸引ノズル２の先端開口２ａの下方に、上端に開口８ａを有する略円筒状で、内部に液体Ｆが貯溜した容器８が位置するように後述する制御部５によって移動される。

なお吸引ノズル２の先端開口２ａには、例えば液体Ｆの種類毎に着脱交換可能なピペット状のチップを装着してもよい。また本実施形態の液体吸引装置１は、吸引ノズル２がノズル駆動部３３によって容器８の上方に移動可能であるが、本発明の液体吸引装置はこれに限られるものではなく、ノズル駆動部３３が水平機構部３２を備えていなくても、例えば容器８が吸引ノズル２の下方に移動可能な移動手段を備えていてもよい。すなわち吸引ノズル２が容器８と相対的に移動可能であればよい。

吸引ノズル２の上部には配管７の一端が接続され、該配管７の他端は吸引ポンプ４１を介して上端が開放した略円筒状の廃液タンク６に接続されている。なお本実施形態の廃液タンク６は、上端が開放した略円筒状の容器とするが、本発明はこれに限られるものではなく、内部に液体Ｆを収容できる容器であれば、例えば四角柱状であっても球状であってもよく、適宜変更可能である。

吸引ポンプ４１は、吸引ノズル２へ吸引圧を供給するものであって、モータ等を備えるポンプ駆動部４２によって駆動制御されている。吸引ポンプ４１は圧力媒体として液体Ｆを使用するものであって、渦巻ポンプ、軸流ポンプ、往復ポンプ及び回転ポンプ等、様々な種類のものを使用でき、適宜変更可能である。

制御部５は、容器８の設置位置及び形状に関するデータ、吸引ポンプ４１の吸引圧に関するデータ及び配管７の径のデータを有し、これらのデータに基づいてノズル駆動部３３及びポンプ駆動部４２を制御している。なお前記データはユーザが必要に応じて適宜変更可能であっても良い。また容器８の形状に関するデータは、容器８内部に貯溜された液体Ｆの液面と並行な、すなわち水平方向の容器８内部の最大断面積Ｓのデータを含む。なお本発明において容器内部とは液体が収容できる空間のことをいう。本実施形態の容器８は、上端に開口８ａを有する略円筒状なので、該開口８ａの面積が容器８内部の最大断面積Ｓとなる。

そして本発明において特徴的なのは、液体吸引装置１の吸引ノズル２が、ノズル駆動部３３により深さ方向（下方向）に一定の移動速度Ｖで液体Ｆの液面に接近しながら、吸引ポンプ４１から供給される吸引圧により吸引ノズル２に発生する吸引力によって、Ｑ＞Ｓ×Ｖを満たす単位時間当たりの吸引量Ｑで液体Ｆに接すると同時に液体Ｆを吸引することである。すなわち吸引ノズル２は、先端開口２ａが容器８の上方に配置される位置（図１参照）から、ノズル駆動部３３により一定の移動速度Ｖで下方向に移動される（図２中矢印参照）。そして吸引ノズル２は、液体Ｆに接する前にすでに吸引ポンプ４１から吸引圧を供給され、該吸引圧により吸引ノズル２に発生する吸引力による単位時間当たりの吸引量は、Ｑ＞Ｓ×Ｖを満たす吸引量Ｑとなっている。ここで単位時間当たりの吸引量Ｑとは単位時間当たりに吸引ノズル２が吸引可能な液体Ｆの体積のことをいう。そしてこのとき吸引ポンプ４１による吸引圧の供給は、吸引ノズル２が液体Ｆに接する前より行われることによって、吸引ノズル２が、配管７の形状やポンプ手段４の立ち上がり時間の特性等による吸引量Ｑの低下に影響されることなく、安定した吸引量Ｑを確保した上で液体Ｆの吸引を開始することができる。

なお本実施形態の液体吸引装置１では、吸引ノズル２が液体Ｆに接すると同時に液体Ｆの吸引を行うものとしたが、本発明の液体吸引方法はこれに限られるものではなく、吸引ノズル２の外面に液体Ｆが付着しなければ、吸引ノズル２が液体Ｆに接する前に液体Ｆの吸引を行っても良い。また本実施形態の液体吸引装置１では、ポンプ駆動部４２は制御部５によって制御されるものとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、吸引ノズル２が液体Ｆに接する前又は液体Ｆに接すると同時に、吸引ノズル２に吸引圧を供給できれば、手動であってもよい。

このように吸引ノズル２は、単位時間当たりの吸引量Ｑを確保した状態で下降するので、下降移動しながら空気Ａを吸引することになる。そして吸引ノズル２は空気Ａを吸引しながら液体Ｆの液面に向かって下降を続け、図２（ａ）の如く、吸引ノズル２が液面から上方の所定位置まで接近すると容器８内部の液体Ｆを吸引する。このとき本実施形態の液体吸引装置１は液体Ｆを吸引する際に吸引量の精度を要さない、容器８の洗浄工程等で使用されるので、空気Ａが吸引されてもよい。そして吸引ノズル２は単位時間当たりの吸引量Ｑで液体Ｆ及び／又は空気Ａを吸引しながら、さらに一定の移動速度Ｖで下降する。

このとき単位時間当たりの吸引量ＱはＱ＞Ｓ×Ｖを満たしているので、図２（ｂ）に示す如く、単位時間当たりの吸引量Ｑすなわち吸引ノズル２が単位時間当たりに吸引した液体Ｆ及び空気Ａの体積が、容器８の最大断面積Ｓと吸引ノズル２の移動速度Ｖとの積すなわち単位時間当たりに吸引ノズル２の先端開口２ａが横切った容器８内部の体積よりも大きくなるので、吸引ノズル２の先端開口２ａの位置は常に液面より上方となり、吸引ノズル２は液体Ｆに接触しない。従って吸引ノズル２の外面に液体Ｆが付着しないので、吸引ノズル２の外面が汚れるのを防止することができる。なお本実施形態の液体吸引装置１は、Ｑ＞Ｓ×Ｖを満たすために、移動速度Ｖの値を変更しても良いし、吸引量Ｑの値を変更しても良い。これらは適宜変更可能である。

このような液体吸引方法によれば、例えば液面検知機構等からなる複雑な制御機構を備えなくても、吸引ノズル外面への液体の付着を防止することができて、前記機構を設置する空間を省くことができると共に前記機構にかかるコストを低減することができる。

なお本実施形態の容器８は上記のような形状としたが本発明の液体吸引方法は上端に開口８ａを有する容器であれば、さまざまな形状の容器に使用できる。ここで図３（ａ）に別の実施形態の容器としてのマイクロチップ８’の斜視図、図３（ｂ）に図３（ａ）を下側からみた斜視図、図３（ｃ）に図３（ａ）のウェル８０の断面図、図４に本実施形態の液体吸引装置１によるウェル８０内部の液体Ｆの吸引を説明する図を示す。なお本実施形態のマイクロチップ８’は、便宜上ウェル８０の開口８０ａを有する側（各図中、上側）を上端として説明する。

本実施形態の容器８’は、マイクロチップと総称されるものであり（以下マイクロチップ８’という）、図３（ａ）に示す如く、合成樹脂から成形された略矩形乃至矢形形状で、上面８Ａに複数の液体収容部８０（以下、ウェル８０という）を有し、図３（ｂ）に示す如く、下面８Ｂにガラス板（透明な板状部材）８１が取付けられている。該ガラス板８１は、図３（ｃ）に示す如く、上面にマイクロ流路８２ａが形成された第一の基板８２と、該第一の基板８２の上面に貼合わされ、マイクロ流路８２ａと連通し、ウェル８０の底部となる貫通孔８３ａ（ウェル底部８３ａ）が形成された第二の基板８３とから構成されている。ウェル８０は上端に開口８０ａを有し、該開口８０ａから下方に向かってウェル底部８３ａと連通するウェルテーパ部８０ｂが形成されている。ウェルテーパ部８０ｂは上端から下端に向かうに連れて径がより小さくなり、ウェル底部８３ａはさらに径が小さいものであるため、ウェル８０における最大断面積Ｓは上端開口８０ａの面積となり、ウェルテーパ部８０ｂとウェル底部８３ａとの境界には環状段部８０ｃが形成される。第一の基板８１と第二の基板８２は、ガラス製の他、合成樹脂であってもよく、両方とも透明であってもよいし、光学測定をする側となる片方だけ透明であってもよい。なお本実施形態ではマイクロ流路８２ａは第一の基板８２に形成されているが、本発明の液体吸引装置で使用されるマイクロチップはこれに限られるものではなく、第一の基板８２と第二の基板８３との間にマイクロ流路８２ａが形成されていれば、第二の基板８３に形成されていてもよい。

上記のように構成されたマイクロチップ８’のウェル８０に貯溜された液体Ｆを、上述した液体吸引装置１によって吸引する。先ず単位時間当たりの吸引量Ｑを確保した状態で一定の移動速度Ｖで下降移動しながら空気Ａを吸引する。そして吸引ノズル２は空気Ａを吸引しながら液体Ｆの液面に向かって下降を続け、図４（ａ）に示す如く、吸引ノズル２が液面から上方の所定位置まで接近するとウェル８０内部の液体Ｆを吸引し、吸引ノズル２は単位時間当たりの吸引量Ｑで液体Ｆ及び／又は空気Ａを吸引しながら、さらに一定の移動速度Ｖで下降する。このとき単位時間当たりに吸引ノズル２の先端開口２ａが横切ったウェル８０内部の体積は、ウェルテーパ部８０ｂの内周面がテーパを有しているので、吸引ノズル２の先端開口２ａの深さ方向の位置によって常に値が異なるものとなる。ここで液体吸引装置１は、単位時間当たりの吸引量Ｑが、単位時間当たりに吸引ノズル２の先端開口２ａが横切ったウェル８０内部の体積よりも大きければ良いので、上述したウェル８０の最大断面積Ｓと吸引ノズル２の移動速度Ｖとから、実際に吸引ノズル２の先端開口２ａが横切ったウェル８０内部の体積よりも大きい仮想の体積Ｓ×Ｖを計算してこの仮想の体積Ｓ×Ｖよりも吸引量Ｑを大きくする（図４（ｂ）参照）。こうすることにより、吸引量Ｑすなわち吸引ノズル２が単位時間当たりに吸引した液体Ｆ及び空気Ａの体積が、仮想の体積Ｓ×Ｖよりも大きくなるので、吸引ノズル２の先端開口２ａの位置は常に液面より上方となり、吸引ノズル２の外周面は液体Ｆに接触しない。したがって吸引ノズル２の外面に液体Ｆが付着しないので、本実施形態の液体吸引方法は吸引ノズル２の外面が汚れるのを防止することができる。

上記実施形態の液体吸引装置１では、液体Ｆの吸引を行う際の圧力媒体として液体Ｆを用いたが、本発明はこれに限られず、空気Ａを圧力媒体として用いてもよい。図５に別の実施形態の液体吸引装置１’の構成図を示す。なお液体吸引装置１’は、上述の液体吸引装置１と同一構成部材には同一符号を付して重複した説明を省略する。

本実施形態の液体吸引装置１’は、図５に示す如く、吸引ノズル２と、吸引ノズル２を上下方向（容器８の深さ方向）に移動させる昇降機構部３１及び吸引ノズル２を水平方向に移動させる水平機構部３２を備える移動手段としてのノズル駆動部３３と、吸引ノズル２へ吸引圧を供給するポンプ手段９としての負圧ポンプ９１、負圧室９２、ポンプ駆動部９３及びこれらを接続する第二の配管７１と、ノズル駆動部３３及びポンプ駆動部９３を制御する制御部５と、吸引ノズル２が吸引した液体Ｆを内部に収容する廃液タンク６と、吸引ノズル２から負圧室９２までを接続する配管７及び負圧室９２から廃液タンク６までを接続する第三の配管７２と、配管７に配設される開閉弁９４と第三の配管７２に接続されるポンプ９５とから概略構成されている。

一端に吸引ノズル２が接続された配管７の他端は、開閉弁９４を介して負圧室９２に挿入される。負圧室９２は内部に気体Ａ（空気Ａ）を収容して密封された空間Ｒを有し、該空間Ｒと連通して第二の配管７１の一端が接続されている。第二の配管７１は、他端に外気と連通する開口部７１ａを有するものであり、第二の配管７１の途中に負圧ポンプ９１が接続されている。負圧ポンプ９１はモータ等を備えるポンプ駆動部９３によって駆動制御され、負圧ポンプ９１によって空間Ｒ内部の空気Ａを吸引し、該空気Ａを開口部７１ａから排出することによって、空間Ｒ内部に負圧を発生させる。そして空間Ｒ内部に発生した負圧が吸引ノズル２への吸引圧となり、該吸引圧により吸引ノズル２に吸引力が発生する。このとき吸引ノズル２は、上述の実施形態と同様に単位時間当たりの吸引量がＱ＞Ｓ×Ｖを満たしている。上述実施形態と同様に、吸引ノズル２により吸引された液体Ｆは配管７を通って負圧室９２内に排出される。なお、負圧室内に排出された液体Ｆが気化及び／又は飛散した飛沫が外部に流出するのを防ぐために負圧ポンプ９１と開口部７１ａとの間にフィルタ９６が配設されている。そして負圧室９２内の液体Ｆは、負圧室９２に接続された第三の配管７２を介し、該第三の配管７２に接続されたポンプ９５によって廃液タンク６に排出される。

本実施形態の液体吸引装置の構成図。 本実施形態の液体吸引装置による液体の吸引を説明する図。 マイクロチップの斜視図及び断面図。 ウェル内部に収容された液体の吸引を説明する図。 別の実施形態の液体吸引装置の構成図。

符号の説明

１、１’ 液体吸引装置
２ 吸引ノズル
２ａ 先端開口
３ 移動手段
３１ 昇降機構部
３２ 水平機構部
３３ ノズル駆動部
４ ポンプ手段
４１ 吸引ポンプ
４２ ポンプ駆動部
５ 制御部
６ 廃液タンク
７ 配管
７１ 第二の配管
７１ａ 開口部
７２ 第三の配管
８ 容器
８’ マイクロチップ
８ａ、８０ａ上端開口
８０ ウェル（液体収容部）
８０ｂ ウェルテーパ部
８０ｃ 環状段部
８１ ガラス板
８２ 第一の基板
８２ａ マイクロ流路
８３ 第二の基板
８３ａ ウェル底部（貫通孔）
９ ポンプ手段（別の実施形態）
９１ 負圧ポンプ
９２ 負圧室
９３ ポンプ駆動部（別の実施形態）
９４ フィルタ
９５ 開閉弁
９６ ポンプ
Ｆ 液体
Ｑ 単位時間当たりの吸引量
Ｓ 容器の最大断面積
Ｖ 移動速度

Claims (2)

1. 配管の先端に装着された吸引ノズルと、
   前記配管と接続し、前記吸引ノズルへ吸引圧を供給するポンプ手段と、
   前記吸引ノズルを、少なくとも前記容器と相対的に移動させる移動手段とを備え、
   前記吸引ノズルにより容器内部に貯溜された液体を吸引する吸引方法において、
   前記吸引ノズルが、前記移動手段により前記容器の深さ方向に一定の移動速度Ｖで前記液体の液面に接近しながら、前記吸引圧により前記吸引ノズルに発生する吸引力によって単位時間当たりの吸引量Ｑで前記液体に接すると同時に該液体を吸引し、
   前記液体の液面と並行な前記容器内部の最大断面積をＳとするとき、前記吸引量ＱがＱ＞Ｓ×Ｖを満たすことを特徴とする液体吸引方法。
2. 前記吸引ノズルが前記液体に接する前より、前記ポンプ手段が前記吸引ノズルへ前記吸引圧を供給していることを特徴とする請求項１に記載の液体吸引方法。

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