JP2009058437A - 分注ノズル及び自動分析装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】構成が簡単で、粘度が広範に亘る液体試料の高精度な分注を可能とする分注ノズル及び自動分析装置を提供すること。
【解決手段】分注対象の液体を保持する保持筒部11aと、保持筒部の先端に形成され、液体を吸引し、吐出する開口11cが形成された吐出端面11bとを有する分注ノズル11及び自動分析装置。分注ノズル11の吐出端面11bは、液体との接触角が保持筒部11aの内面よりも大きい。保持筒部11aの内面と吐出端面11bとの境界は、液体との接触角が異なる境界である。
【選択図】 図3

Description

本発明は、分注ノズル及び自動分析装置に関するものである。
従来、血液や体液等の生体試料を分析する自動分析装置は、分注装置を用いて検体や試薬等の液体試料を反応容器に分注している。このとき、分注装置は、液体試料を精度良く分注するために、液体試料の吐出開始時における分注ノズル内の空気の体積を求め、求めた空気の体積から所望量の液体試料の分注に必要なプランジャの押し込み動作量を算出するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−20320号公報
ところで、特許文献1に開示された分注装置は、分注ノズル内の空気の体積を求める手段を必要とすることから構成が複雑になるうえ、粘度が広範に亘る液体試料を分注するうえで必ずしも分注精度の向上が期待できな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、構成が簡単で、粘度が広範に亘る液体試料の高精度な分注を可能とする分注ノズル及び自動分析装置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、本発明の分注ノズルは、分注対象の液体を保持する保持筒部と、前記保持筒部の先端に形成され、前記液体を吸引し、吐出する開口が形成された吐出端面とを有する分注ノズルであって、前記吐出端面は、前記液体との接触角が前記保持筒部の内面よりも大きいことを特徴とする。
また、本発明の分注ノズルは、上記の発明において、前記吐出端面は、表面に前記液体と非親和性を有する非親和性膜が形成されていることを特徴とする。
また、本発明の分注ノズルは、上記の発明において、前記保持筒部は、内面に前記液体と親和性を有する親和性膜が形成されていることを特徴とする。
また、本発明の分注ノズルは、上記の発明において、前記保持筒部の内面と前記吐出端面との境界は、前記液体との接触角が異なる境界であることを特徴とする。
また、本発明の分注ノズルは、上記の発明において、前記吐出端面に形成される開口は、一つであ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、本発明の自動分析装置は、検体と試薬とを攪拌して反応させ、反応液の光学的特性を測定して前記反応液を分析する自動分析装置であって、前記分注ノズルを用いて前記検体又は前記試薬を分注することを特徴とする。
本発明の分注ノズルは、吐出端面が、分注する液体との接触角が保持筒部の内面よりも大きくなるように処理され、本発明の自動分析装置は、前記分注ノズルを用いて検体を分注するので、構成が簡単で、粘度が広範に亘る液体試料の高精度な分注が可能になるという効果を奏する。
以下、本発明の分注ノズル及び自動分析装置にかかる実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図1は、本発明の分注ノズルを備えた本発明の自動分析装置を示す概略構成図である。図2は、本発明の分注ノズルを備えた分注装置の概略構成を示す斜視図である。図3は、本発明の分注ノズルを示す縦断面図である。図4は、図3に示す分注ノズルのA部拡大図である。
自動分析装置1は、図1に示すように、第1試薬テーブル2、第2試薬テーブル3、反応テーブル5、第1試薬分注装置7、第2試薬分注装置8、検体容器移送部9、検体分注装置10、攪拌部21、測光部22、洗浄部23及び制御部25を備えている。
第1試薬テーブル2及び第2試薬テーブル3は、それぞれ構造が同一であるので、第1試薬テーブル2について説明し、第2試薬テーブル3については、対応する構成要素に対応する符号を使用する。
第1試薬テーブル2は、図1に示すように、駆動手段に回転されて保持した複数の試薬容器2aを周方向に搬送する。このとき、第1試薬テーブル2は、外周に第1読取部2bが配置されている。第1読取部2bは、複数の試薬容器2aに添付されたバーコードラベル等の情報記録媒体の情報を読み取る。
反応テーブル5は、図1に示すように、複数の反応容器6が周方向に沿って配列され、試薬テーブル2,3の駆動手段とは異なる駆動手段によって正転或いは逆転されて反応容器6を搬送する。反応テーブル5は、例えば、一周期で時計方向に(1周−1反応容器)/4回転し、四周期で(1周−1反応容器)回転する。
反応容器6は、四角筒形状の容量が数nL〜数百μLと微量なキュベットであり、測光部22が出射する分析光に含まれる光の80%以上を透過する透明素材、例えば、耐熱ガラスを含むガラス,環状オレフィンやポリスチレン等の合成樹脂が使用される。反応容器6は、反応テーブル5の近傍に設けた第1試薬分注装置7や第2試薬分注装置8によって第1試薬テーブル2や第2試薬テーブル3の試薬容器2a,3aから試薬が分注される。
ここで、第1試薬分注装置7及び第2試薬分注装置8は、それぞれ構造が同一であるので、第1試薬分注装置7について説明し、第2試薬分注装置8については、対応する構成要素に対応する符号を使用する。
第1試薬分注装置7は、図1及び図2に示すように、水平面内を矢印方向に回動されると共に、上下方向に昇降されるアーム7aと、試薬を分注する分注ノズル7bとを有しており、アーム7aの一端は図示しない支柱の上部に支持されている。第1試薬分注装置7は、洗浄水によって分注ノズル7bを洗浄する洗浄槽7cが分注ノズル7bの移動軌跡上に配置されている。洗浄槽7cは、分注ノズル7bから吐出させて分注ノズル7bの内側を洗浄した洗浄水を廃棄すると共に、槽内に噴出する洗浄水によって分注ノズル7bの外側を洗浄する。
検体容器移送部9は、図1に示すように、複数のラック9aを矢印方向に沿って移送する移送手段であり、ラック9aを歩進させながら移送する。ラック9aは、検体を収容した複数の検体容器9bを保持している。ここで、検体容器移送部9は、中央に緊急検体を収容する保冷庫9cが設けられている。そして、検体容器9bは、検体容器移送部9によって移送されるラック9aの歩進が停止するごとに、検体分注装置10によって検体が各反応容器6へ分注される。
検体分注装置10は、図2に示すように、水平方向に回動すると共に、上下方向に昇降する駆動アーム10aと、駆動アーム10aに支持された本発明の分注ノズル11と、駆動アーム10aを支持する支柱10cと、分注ノズル11を洗浄する洗浄槽10dを有している。洗浄槽10dは、洗浄水を槽内に噴出する配管と、槽内に噴出して分注ノズル11の外面を洗浄した洗浄水を排出する配管とが接続され、第1試薬分注装置7の洗浄槽7cと同様に、分注ノズル11の移動軌跡上に配置されている。検体分注装置10は、分注動作を実現するノズル駆動機構12とポンプ駆動機構15とを備えている。
ここで、本発明の分注ノズル11は、ステンレス等の金属を加工するか、或いはポリスチレン等の合成樹脂を射出成型して製造され、図3及び図4に示すように、分注対象の液体を保持する保持筒部11aと、保持筒部11aの先端に形成され、液体を吸引し、吐出する開口11cが形成された吐出端面11bとを有している。分注ノズル11は、保持筒部11aの先端側が先細に成形され、吐出端面11bは、液体との接触角が保持筒部11aの内面よりも大きくなるように処理されている。即ち、分注ノズル11は、図3に示すように、先端の少なくとも吐出端面11bの表面に分注対象の液体に対して非親和性を有するフッ素樹脂又はシリコーン樹脂からなる非親和性膜11dが形成されている。このため、保持筒部11aの内面と吐出端面11bとの境界(例えば、図4のB部参照)は、液体との接触角が異なる境界となる。このように、吐出端面11bに非親和性膜11dを形成することにより、分注ノズル11は、分注する液体の液切れ性が向上する。
ノズル駆動機構12は、分注ノズル11を昇降させると共に回動させるものであり、図2に示すように、回動モータ13と昇降モータ14を有している。回動モータ13は、回転軸13aに取り付けたホイール13bと支柱10cに取り付けたホイール10eとの間にタイミンベルト13cが巻き掛けられている。昇降モータ14は、回転軸に取り付けたホイールとねじ軸10fの下端に取り付けたホイール10gとの間にタイミンベルト14aが巻き掛けられている。ここで、ねじ軸10fは、支柱10cの下端に取り付けた昇降ブロック10hに螺着されており、昇降ブロック10hと共にボールねじを構成している。
ポンプ駆動機構15は、分注ノズル11に検体の分注を行わせるものであり、図2に示すように、プランジャポンプ15aと分注モータ15eとを備えている。プランジャポンプ15aは、シリンダ15bとプランジャ15cとを有し、分注モータ15eによってプランジャ15cが往復駆動される。分注モータ15eは、回転軸に連設されたねじ軸15fと接続され、ねじ軸15fは、昇降ブロック15gと螺着されている。昇降ブロック15gには、プランジャ15cから延出するロッド15dの下端が連結されている。ここで、プランジャポンプ15aは、シリンダ15bと分注ノズル11との間、シリンダ15bと洗浄水のタンクとの間が配管15hによって接続され、シリンダ15bと洗浄水のタンクとの間を接続する配管15hには、ポンプ16と弁17が設けられている。
ポンプ16は、洗浄水タンクに保持された洗浄水をポンプ駆動機構15のシリンダ15bへ圧送する。弁17は、配管15hを開閉して前記洗浄水タンクとポンプ駆動機構15との間を接続する配管15hにおける洗浄水の流通を切り替える。
攪拌部21は、図1に示すように、反応テーブル5外周の第2試薬分注装置8近傍に配置され、反応容器6に分注された検体と試薬とを含む液体試料を攪拌する。攪拌部21は、例えば、表面弾性波素子によって液体試料を非接触で攪拌する攪拌装置や、攪拌棒によって液体試料を攪拌する攪拌装置が使用される。
測光部22は、図1に示すように、反応テーブル5外周の攪拌部21と洗浄部23との間に配置され、試薬と検体とが反応した反応容器6内の反応液を分析するための分析光を出射する。測光部22は、反応容器6内の反応液を透過した分析光の光量に関する光信号を制御部25へ出力する。
洗浄部23は、図1に示すように、反応テーブル5外周の検体分注装置10近傍に配置され、ノズルによって反応容器6内の反応液を吸引して排出した後、前記ノズルから洗剤や洗浄水等の洗浄液を注入し、吸引する動作を複数回繰り返すことにより、測光部22による測光が終了した反応容器6内を洗浄する。
制御部25は、例えば、マイクロコンピュータ等が使用され、図1に示すように自動分析装置1と接続され、自動分析装置1の各構成部の作動を制御すると共に、測光部22が出力した光信号に基づく反応液の吸光度から検体の成分濃度等を分析する。また、制御部25は、キーボード等の入力部26から入力される分析指令に基づいて自動分析装置1の各構成部の作動を制御しながら分析動作を実行させると共に、分析結果や警告情報の他、入力部26から入力される表示指令に基づく各種情報等をディスプレイパネル等の表示部27に表示する。
以上のように構成される自動分析装置1は、制御部25の制御の下に作動し、回転する反応テーブル5によって周方向に沿って搬送されてくる複数の反応容器6に検体分注装置10によってラック9aに保持された複数の検体容器9bから検体が順次分注される。検体が順次分注された反応容器6には、試薬分注機構7,8が試薬容器2a,3aから順次試薬が分注される。
このようにして、試薬と検体が分注された反応容器6は、反応テーブル5が停止する都度、攪拌部21によって順次攪拌されて試薬と検体とが反応し、反応テーブル5が再び回転したときに測光部22を通過する。このとき、反応容器6内の試薬と検体とが反応した反応液は、測光部22で測光され、制御部25によって成分濃度等が分析される。そして、反応液の測光が終了した反応容器6は、洗浄部23に移送されて洗浄された後、再度検体の分析に使用される。
このとき、本発明の分注ノズル11は、図3及び図4に示すように、先端の少なくとも吐出端面11bの表面に分注対象の液体と非親和性を有するフッ素樹脂又はシリコーン樹脂からなる非親和性膜11dが形成されている。このため、自動分析装置1は、検体容器移送部9によって移送されるラック9aの歩進が停止するごとに、検体分注装置10によって検体を各反応容器6へ分注する際、分注する複数の検体の粘度が広範に亘っていても液切れよく検体を分注することができ、粘度の異なる複数の検体を分注量のばらつきを抑えて高精度に分注することができる。
ここで、非親和性膜としてフッ素樹脂からなる非親和性膜11dを形成した本発明の分注ノズル11の性能を推定するため、テスト検体を満たした分注ノズル11の下端をテスト検体中に浸漬して引き上げた際に吐出端面11bに付着するテスト検体の量(nL)及び指定分注量(0.4μL)に対するテスト検体の付着量の割合(%)を、流体解析プログラムを使用して求めた。このときの解析条件は、分注ノズル11と、吐出端面11bに非親和性膜11dを形成していない以外は分注ノズル11と同一のステンレスからなる比較ノズルとを用い、粘度が1mPa・sと3mPa・sのテスト検体とした。
流体解析により求めた分注ノズル11と非親和性表面を持たない比較ノズルのそれぞれの先端部へのテスト検体の付着量(nL)とその割合(%)の差異を表1に示す。
Figure 2009058437
ここで、テスト検体は、純水にポリビニルアルコールを混合して粘度をそれぞれ1mPa・sと3mPa・sに調整した2種類を想定した。一方、用いた分注ノズル11及び比較ノズルは、図3に示す開口11cの直径が0.27mm、ストレート部分の内直径dが0.95mm、非親和性膜11dを形成していない吐出端面11bの外直径が0.55mm、先細に成形された部分の長手方向に沿った長さLが12mmである。また、分注ノズル11は、非親和性膜11dを形成した部分の純水に対する接触角が100°であり、分注ノズル11及び比較ノズルは、非親和性膜11dを形成していないステンレス部分の純水に対する接触角を50°とした。
表1に示す解析結果から明らかなように、吐出端面11bに非親和性膜11dを形成した分注ノズル11は、テスト検体の液切れ性能が向上し、付着するテスト検体の量を比較ノズルに比べて絶対量で1/30〜1/100に激減させることができるが、粘度の高いテスト検体の付着量が僅かに多いことが分かった。
(実施例1,比較例1,2)
一方、本発明の分注ノズル11の実際の分注性能に対する効果を確認するため、フッ素樹脂からなる非親和性膜11dを形成した分注ノズル11(実施例1)、分注ノズル11の保持筒部11aの内面にも非親和性膜11dを形成した比較ノズル(比較例1)及び吐出端面11bに非親和性膜11dを形成していない以外は分注ノズル11と同一のステンレスからなる比較ノズル(比較例2)を用い、指定分注量を0.4μLに設定して1mPa・sと3mPa・sのテスト検体を分注(吐出)した際の実分注量(μL)を測定した。
この結果を、1mPa・sの実分注量を基準とする実分注量差(%)と共に表2に示した。表2に示す実分注量は、光学濃度(OD)既知の液体をテスト検体として分注ノズル11及び比較ノズルから分光用セルへ吐出し、分光用セルへ純水を導入して希釈した後に分光光度計で計測した吸光度を希釈倍率で除して得たものである。測定に際しては、1mPa・sのテスト検体に色素を溶解して光学濃度1500に調整した後、分注ノズル11又は比較ノズルを介して空の分光用セルに分注を行い、約3000倍の希釈倍率となる1500μLの純水で希釈して光学濃度0.5前後となった溶液の光学濃度を分光光度計で計測した。希釈倍率を正確に求めるために、希釈液導入前後と空の分光用セルの重量を電子天秤で計測して液体の体積を算出した。また、実分注量差(%)は、(実分注量差/1mPa・sの実分注量)×100によって求めた。
Figure 2009058437
表2に示すように、本発明の分注ノズル11は、比較例1,2の比較ノズルに比べて実分注量差(%)を約1/2まで小さく抑えることができる。即ち、分注ノズル11は、吐出端面11bに非親和性膜11dを形成するという簡単な構成によって、粘度の異なる液体を分注しても、分注量のばらつきを小さく抑えることができ、粘度が広範に亘る液体試料の高精度な分注を可能とすることができる。この場合、比較例1の結果から、分注ノズル11は、保持筒部11aの内面に非親和性膜11dを形成しても、吐出端面11bに非親和性膜11dを形成していない以外は分注ノズル11と同一のステンレスからなる比較ノズル(比較例2)と略同じに分注量のばらつきが大きくなり、粘度が広範に亘る液体試料の高精度な分注ができず、吐出端面11bに非親和性膜11dを形成することによって分注量のばらつきを小さく抑えることができることが分かった。
ここで、フッ素樹脂又はシリコーン樹脂からなる非親和性膜11dは、例えば、ステンレス等の金属を引き延ばし加工して得た分注ノズルやポリスチレン等の合成樹脂を射出成型して得た分注ノズルに、図5に示すように、加圧空気Arを先端から吐出させながら分注ノズル11の先端部分をフッ素樹脂又はシリコーン樹脂からなる溶液Lqに浸漬した後、溶液Lqから引き上げ、常温又は高温で乾燥することによって吐出端面11b及び先端部分に形成することができる。この場合、分注ノズル11をフッ素樹脂又はシリコーン樹脂の溶液Lqに浸漬するのは、先端から3〜5mm程度でよい。
また、フッ素樹脂又はシリコーン樹脂からなる非親和性膜11dは、図6に示すように、分注ノズル11に圧送した加圧空気Arを先端から吐出させると共に、分注ノズル11を軸周りに回転ながら先端部分にフッ素樹脂又はシリコーン樹脂の溶液Lqを塗布し、常温又は高温で乾燥することによって吐出端面11b及び先端部分に形成することができる。ここで、フッ素樹脂の溶液Lqとしては、例えば、株式会社フロロテクノロジー製,商品名「フロロサーフ」FG3020TH−8.0,FG3030TH−2.0、住友スリーエム株式会社製,商品名「ノベック」N1720,N7300等を使用することができ、シリコーン樹脂の溶液Lqとしては、NTTアドバンステクノロジ株式会社製,商品名「ハイレック」1550、Shell Car Care Int.社製,商品名「Rain-X」を使用することができる。
更に、フッ素樹脂又はシリコーン樹脂からなる非親和性膜11dは、図7に示すように、フッ素樹脂又はシリコーン樹脂を塗布したシートSに分注ノズル11の吐出端面11bを接触させて吐出端面11bに転写させた後、フッ素樹脂又はシリコーン樹脂を常温又は高温で乾燥することによって吐出端面11bに形成してもよい。
非親和性膜11dは、この他に、例えば、分子気相成長法、スパッタリング(PVD,物理蒸着)、イオン注入法、プラズマCVD等の手段を用いて分注ノズル11の吐出端面11bに形成してもよい。
一方、分注ノズル11は、上述のようにステンレス等の金属を引き延ばし加工して成型されたものやポリスチレン等の合成樹脂から射出成型されたものの場合、吐出端面11bに非親和性膜11dを形成するのに代えて、保持筒部11aの内面に分注対象の液体と親和性を有する親和性膜を形成することによって、吐出端面11bにおける分注対象の液体との接触角が保持筒部11aの内面よりも大きくなるように処理してもよい。この場合、図8に示すように、吐出端面11bの周囲から加圧空気Arを先端側に向かって圧送しながら、分注ノズル11に親和性溶液Laを注入し、常温又は高温で乾燥することによって保持筒部11aの内面に親和性膜を形成する。親和性溶液Laとしては、例えば、有機ポリシラン系のコーティング液を使用する。
また、分注ノズル11が金属素材から成型されている場合には、分子気相成長法によって分注対象の液体と親和性を有する高分子膜を成膜後、吐出端面11bに電子ビーム,レーザ光或いは紫外線を照射して高分子膜を除去することによって、ノズル先端の主として吐出端面11bに分注対象の液体に対して非親和性の金属を露出させる。このようにしても、分注ノズル11は、吐出端面11bにおける分注対象の液体との接触角が保持筒部11aの内面よりも大きくなるように処理することができる。
尚、本発明の分注ノズルは、検体を分注する検体分注装置10で使用する場合について説明したが、粘度が広範に亘る液体試料であれば試薬を分注する試薬分注装置で使用してもよい。また、上述の分注ノズルは、総てが先端部分をテーパ状にしたものについて説明したが、先端部分がテーパ状でなく、ストレートなパイプからなる分注ノズルであってもよい。
本発明の分注ノズルを備えた本発明の自動分析装置を示す概略構成図である。 本発明の分注ノズルを備えた分注装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の分注ノズルを示す縦断面図である。 図3に示す分注ノズルのA部拡大図である。 本発明の分注ノズルの吐出端面に非親和性膜を形成する第一の例を示す図である。 本発明の分注ノズルの吐出端面に非親和性膜を形成する第二の例を示す図である。 本発明の分注ノズルの吐出端面に非親和性膜を形成する第三の例を示す図である。 本発明の分注ノズルの保持筒部の内面に分注対象の液体と親和性を有する親和性膜を形成することによって、吐出端面における分注対象の液体との接触角が保持筒部の内面よりも大きくなるように処理する第四の例を示す図である。
符号の説明
1 自動分析装置
2 第1試薬テーブル
3 第2試薬テーブル
5 反応テーブル
6 反応容器
7 第1試薬分注装置
8 第2試薬分注装置
9 検体容器移送部
10 検体分注装置
11 分注ノズル
11a 保持筒部
11b 吐出端面
11c 開口
11d 非親和性膜
12 ノズル駆動機構
13 回動モータ
14 昇降モータ
15 ポンプ駆動機構
16 ポンプ
17 弁
21 攪拌部
22 測光部
23 洗浄部
25 制御部
26 入力部
27 表示部

Claims (6)

  1. 分注対象の液体を保持する保持筒部と、前記保持筒部の先端に形成され、前記液体を吸引し、吐出する開口が形成された吐出端面とを有する分注ノズルであって、
    前記吐出端面は、前記液体との接触角が前記保持筒部の内面よりも大きいことを特徴とする分注ノズル。
  2. 前記吐出端面は、表面に前記液体と非親和性を有する非親和性膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の分注ノズル。
  3. 前記保持筒部は、内面に前記液体と親和性を有する親和性膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の分注ノズル。
  4. 前記保持筒部の内面と前記吐出端面との境界は、前記液体との接触角が異なる境界であることを特徴とする請求項1に記載の分注ノズル。
  5. 前記吐出端面に形成される開口は、一つであることを特徴とする請求項1に記載の分注ノズル。
  6. 検体と試薬とを攪拌して反応させ、反応液の光学的特性を測定して前記反応液を分析する自動分析装置であって、請求項1〜5のいずれか一つに記載の分注ノズルを用いて前記検体又は前記試薬を分注することを特徴とする自動分析装置。
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