JP2013044623A - 分析装置用分注ノズル及びそれを搭載した分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 尿や血液などの検体を分析する自動分析装置において、分析測定値が繰り返し使用する分注ノズルによるキャリーオーバの影響を受けないようにする。
【解決手段】 分析装置で検体を検体容器から前記反応セルに分注する検体分注機構に用いられる析装置用分注ノズルにおいて、分注ノズルの表面をフッ素含有のＤＬＣ層で被覆することで、静電容量による液面検知を可能とするとともに、生体高分子の吸着を抑制する分子層を形成し、分注ノズルによるキャリーオーバを低減する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、分析装置用分注ノズル及びそれを搭載した分析装置に関する。

医療診断用の臨床検査においては、血液や尿などの生体検体中のタンパク、糖、脂質、酵素、ホルモン、無機イオン、疾患マーカー等の生化学分析や免疫学的分析を行う。臨床検査では、複数の検査項目を信頼度高くかつ高速に処理する必要があるため、その大部分を自動分析装置で実行している。自動分析装置としては、例えば、血清等の検体に所望の試薬を混合して反応させた反応溶液を分析対象とし、その吸光度を測定することで生化学分析を行う生化学分析装置が知られている。この種の生化学分析装置は、検体や試薬を収納する容器、検体及び試薬を注入する反応セルを備え、検体及び試薬を反応セルに自動注入する分注ノズルを備えた分注機構と、反応セル内の検体及び試薬を混合する攪拌棒を持つ自動攪拌機構、反応中又は反応が終了した検体の吸光度を計測する機構、計測終了後の反応溶液を吸引・排出し、反応セルを洗浄する自動洗浄機構等を備えている（例えば特許文献１）。

こうした自動分析装置では、分注ノズルにより多数の検体及び試薬を次々と分注することが一般的である。例えば検体分注ノズルは、採血管などの検体を収納する容器から所定量の検体を分取して、試薬を反応させる反応セルに検体を吐出する。試薬分注ノズルは、試薬を収納する容器から分取した所定量の試薬を反応セルへ吐出する。この際、分注ノズル表面に残留した被分注液体の成分が次の被分注液体に混入すると、測定結果に影響を及ぼす場合がある。これをキャリーオーバと呼ぶ。

キャリーオーバの問題は、近年の自動分析装置の分野における検体及び試薬の微量化の要求と深く関連している。分析項目数の増大に伴い、１つの分析項目に割くことのできる検体量が少量化する。検体自体が貴重で多量に準備できない場合もあり、高感度化への要求もある。また、分析内容が高度化するにつれて、一般に試薬が高価となり、コスト面から試薬微量化への要請がある。こうした検体及び試薬の微量化への要求の高まりにより分注ノズルの細径化が進み、管の外径は０．５ｍｍ程度となっている。ノズル径の微小化は、分注される溶液の体積に対しての表面積の割合を増大させる。このため、分注ノズル表面への物質吸着を制御し、キャリーオーバを低減することの重要性が増している。

また、生化学項目と測定濃度範囲の広い免疫項目の分析のための検体を同一容器から採取して測定する場合、分注ノズルによる検体間のキャリーオーバを極力低減することが求められている。

キャリーオーバを低減するために、従来は、純水や界面活性剤を含む洗剤による洗浄が実施されてきた（特許文献２）。活性酸素により、付着した検体の残渣を失活させるという方法も知られている（特許文献３）。使い捨て可能なディスポーザブルノズル（ディスポーザブルティップ）を用いる方法も、キャリーオーバに対する解決法の一つとして知られている。

また、臨床検査にもちいる電気化学センサの分野でも、このようなキャリーオーバを解決するために、センサの電極表面にＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）膜を形成する方法も知られている（特許文献４）。

なお、表面上に吸着した化学物質の定量や組成解析にはＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）などが広く用いられており、例えば自己組織化膜などの単分子膜の組成や化学種の定量について解析が行われている（非特許文献１，２）。これと同様に、表面上に残存したタンパク質の定量もＸＰＳにより定量することが可能である（非特許文献３）。

特許第１７０６３５８号公報 特開２００７−８５９３０号公報 特許第３３３０５７９号公報 特開２００８−２１５８８７号公報

Chemical Reviews, 96, pp.1533-1554(1996) Journal of the American Chemical Society, 115, pp.10714-10721 (1993) The Journal of Physical Chemistry B, 107, pp.6766-6773 (2003)

純水や界面活性剤を含む洗剤による洗浄では、タンパク質に代表される生体高分子の洗浄が困難な場合がある。活性酸素により付着した検体の残渣を失活させる方法では、失活した検体の残渣が表面に堆積してしまうため、長期間の使用には耐えられない。また、ディスポーザブルノズルの使用は大量の廃棄物を出し、環境負荷を増大させてしまうという問題点もある。

本発明の目的は、表面の清浄度を上げ、キャリーオーバの低減を図った自動分析装置の検体分注ノズル、及びそれを用いた自動分析装置を提供することである。

キャリーオーバを回避する必要性の高い分析項目は、分析成分がタンパク質などの生体高分子であることが多い。よってキャリーオーバ低減のためには、分注ノズルの表面にタンパク質など生体高分子が残存するのを抑制することが解決策となる。本発明では、そのために、検体などの生体分子による非特異吸着を抑制する分子層をノズル表面へ固定化した。また、上記分子の固定化に際しては、表面への堅い密着層の形成、特に共有結合を利用した。この際、撥水性を有する分子層をノズルの最表面へ形成できれば、ノズルの材質は限定されない。

本発明では、上記課題を解決するために、検体分注ノズルは、酸化ケイ素層を有し、その酸化ケイ素層上に、フッ素―炭素の共有結合を有するＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）層を形成した。このＤＬＣ層とノズル表面金属との間に酸化ケイ素層を有することで、ＤＬＣ層と金属との密着性を向上できる。

本発明によれば、分注ノズルへのタンパク質や試薬などの生体高分子の吸着を抑制することが出来る。そのため分注動作時のキャリーオーバを低減することが可能となり、自動分析装置の分析信頼性が向上する。また、それにより検体や試薬の微量化に寄与し、自動分析装置のランニングコスト低減にも貢献する。

本発明の実施例にかかる分注ノズルの概略図である。 本発明の実施例にかかる分注ノズルの断面図である。 本発明の実施例にかかる分注ノズル製造の工程プロセスである。 本発明の実施例にかかる分注ノズル表面のＸＰＳの結果を示す図である。 本発明の実施例にかかる分注ノズル表面のＸＰＳの結果を示す図である。 本発明の実施例にかかる自動分析装置の構成例を示す図である。 本発明の実施例にかかる液面検知の概念図である。 本発明の実施例にかかる液面検知の概念図である。 本発明の実施例にかかる液面検知の概念図である。 本発明の実施例にかかる液面検知の概念図である。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。

図１に本実施例の分注ノズルの概略図を示す。分注ノズル本体部１０１には、耐腐食性が高く加工性の良い材料としてステンレススチール（ＳＵＳ）が広く用いられている。しかし、ノズルの材料はステンレススチールに限定されず、樹脂例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリ塩化ビニル、ポリアクリレートや、ガラス、その他金属材料（金、プラチナ、銀、銅、チタン）、セラミックであれば良い。ここでは、導電性のステンレススチールの分注ノズルの例を示す。分注ノズルは角１０２で曲げられ、吸引・吐出機構へと接続されている。検体や試薬の吸引時は、中空部１０３に所定量を吸引する。分注時には検体や試薬に対して分注ノズルの外面も浸漬される。このためフッ素含有ＤＬＣが化学吸着し被覆する領域としては、中空部１０３を持つ分注ノズルの場合、内面、外面及び端部１０５であり、また、分注ノズルが検体又は試薬を分注する際に検体又は試薬に浸漬する領域１０４よりも十分に大きい。

分注ノズルの表面に対してフッ素含有ＤＬＣ層を密着させるには、ノズル表面に直接ＤＬＣ層を形成してもよいし、密着性の向上のために密着層となる中間層を設けてもよい。中間層としては、シリコンやゲルマニウムやテルルやまたはそれらの化合物のような４族元素を含むか、チタンやクロムなどの金属またはその酸化物、またはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）があれば、化学結合によりＤＬＣ層を強固にノズル表面に固定化できる。

先にも述べたように、自動分析装置の分注ノズルには加工性の良さ、耐食性などの観点を踏まえて、ステンレススチールが広く用いられている。従って、実施の形態ではステンレススチールの最表面に酸化ケイ素層をあらかじめ設けた例を示す。なお、ステンレススチール表面にＤＬＣ層を直接形成することも可能である。

このように処理された分注ノズルの図１に点線で示した位置での処理部断面図を図２に示す。分注ノズル１１１は本体部であり、ステンレススチールなどからなる。ＳｉＯ₂層１１２はノズル１１１上にスパッタリング又はＣＶＤ成膜又は薬液（ＳＯＧ：Spin On Glass、塗布ガラス）の塗布乾燥により形成される。フッ素含有ＤＬＣ層１１３はＳｉＯ₂層１１２に対して化学結合しており、タンパク質などの生体高分子や水溶液中の成分の吸着を抑制する役割を果たす。分注ノズルは中空部１１４を備えている。

形成されたＳｉＯ₂層１１２に対してフッ素含有ＤＬＣ層１１３が形成できるようにスパッタリングにより結合を形成する。こうして処理された表面では、フッ素の存在が確認できると共に、炭素―フッ素結合が数種類（Ｃ−Ｆ、Ｃ−Ｆ_２、Ｃ−Ｆ_３）形成できていることをＣ１ｓ(炭素１ｓ)のＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）の測定結果から確認できた。

本実施例のノズルでは、ノズル外壁のみにＳｉＯ₂層を形成し、その最表面にフッ素含有ＤＬＣ層を形成した例を示した。なお、ノズル内壁にも同様にＳｉＯ₂層とフッ素含有ＤＬＣ層を形成しても良い。

吸着の抑制効果の検証は、タンパク質の吸着量をＸＰＳで測定することにより実施した。具体的にはＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）の吸着量をＮ１ｓ(窒素１ｓ) ＸＰＳのピーク面積から見積もった。ＢＳＡは血清タンパク質の約５０〜６５％を占める血清アルブミンのモデルとして適している。上記の表面処理を行った基板ではＢＳＡの吸着実験を行った後でもＮ１ｓのピーク面積が検出限界以下となることが確認され、従来のステンレススチールやステンレススチールに対してＳｉＯ₂層を形成したものとは有意な差が認められた。

分注ノズルで液面を検知する際には、その静電容量の変化を指標とする電気的計測法が広く用いられている。従って、ステンレススチール製分注ノズル表面に絶縁性のＳｉＯ₂薄膜層とその表面にフッ素含有ＤＬＣ層が形成されていても、液面検知に必要な静電容量変化を検出できた。

なお、液面を検知した高さ位置から３ｍｍ程度下側でノズルが止まり、液体を吸引する設定とした。本実施例では、ＳｉＯ₂層の厚さが約１０ｎｍであり、静電容量の変化を容易に検出できる。

ノズル表面に何らかの機械的なダメージが加わった場合に、ノズル表面に形成したＳｉＯ₂層が割れや傷を形成する場合がある。この酸化ケイ素層の割れや傷を静電容量の変化として検出することで、ノズル表面の定期的なメンテナンス実施時期を知らせるセンサを搭載できる。本発明の分注ノズルを使用すれば、検体間の汚染に、より敏感である免疫分析装置を生化学自動分析装置と統合することにも役立つ。

ここで、特許文献４で述べられている電極との違いについて述べる。特許文献４では、作用電極としてのＤＬＣ膜は、電極として機能する程度の導電性を有する、と述べている。また、ＤＬＣ膜の表面に、塩素及びヨウ素のようなハロゲンや、酸素を結合させてもよい。これにより、ＤＬＣ膜のぬれ性や血しょうの付着などを制御できる、とも述べている。

しかし、以下の３点で本発明と特許文献４の構造とは異なる。
（相違点１）撥水性の点：本実施例では、先に述べたとおりＸＰＳを用いた分析では、分析深さ範囲（約３ｎｍ）で、検出した全元素中にフッ素を２０原子％含有している。このように相当量のフッ素の導入が撥水性には必要である。実際、フッ素が０原子％、５原子％存在しても撥水性は低いが、１０原子％、１５原子％、２０原子％存在すると撥水性が示された。従って、表面においてフッ素を１０原子％以上含有していることが望ましい。

（相違点２）導電性：特許文献４は、電極であり導電性が必要であると述べている。しかし、一般にフッ素を含有するＤＬＣ膜は電極として使用できるほどの導電性を有していない。従って、特許文献４ではフッ素添加の効果を述べているが、このフッ素添加により電極として必要な導電性を失うため、臨床検査用のセンサ向け電極として使用できない。一方、本発明では誘電体としての性能を有するように、フッ素含有ＤＬＣ膜の厚さを最適化しておおり、また中間層のＳｉＯ_２層の厚さも最適化している。本実施例のような静電容量検知をノズルでは、電極として用いる場合よりも低い導電性でも十分に機能する。このノズル表面の最適構造により、撥水性と静電容量変化による液面検知を両立する。よって、本実施例が公知例とは異なる構造の特徴がある。

（相違点３）耐久性：ＤＬＣ膜の表面のみにフッ素を添加や結合させたノズルは、摩擦などへの耐久性がない。一方、本発明では、ＤＬＣ構造の中にフッ素が共有結合しており、いくつもの結合状態（Ｃ−Ｆ、Ｃ−Ｆ_２、Ｃ−Ｆ_３）として相当量入っている。この構造を有するため、本発明は臨床検査用のノズルとして摩擦などへの耐久性が優れる。

以上の３点により、本ノズルと公知例電極とは本質的に異なると考える。

次に、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
＜実験例＞
最初に、解析の信頼性を高めるため、平面基板を用いて効果の検証を行った。用いた基板は、ＳＵＳ基板で、大きさは１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍである。
（フッ素含有ＤＬＣ層が固定化された基板：Ｆ−ＤＬＣ基板の作成）
実験の工程フローを図３に示す。

工程１．ＳＵＳ表面にＳｉＯ₂層を形成。
まず、ステンレススチール（ＳＵＳ）表面に残存する油脂を除去するため、アルカリ性の溶剤で脱脂した。その後、酸素（Ｏ_２）を反応性ガス、Ａｒを放電ガスとする、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置を用い、Ｓｉをスパッタリングした。ＳｉＯ₂の成膜条件は以下の通りである。チャンバ内の到達真空度は、５×１０^-5Ｔｏｒｒであり、ヒーター設定温度は４２３Ｋとした。その結果、ＳｉＯ₂の成膜速度は、０．２ｎｍ/秒である。こうして、ＳＵＳ表面にＳｉＯ₂層を１０ｎｍ形成した。なお、スパッタリングでなく、薬液（ＳＯＧ：Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ、塗布ガラス）の塗布乾燥によってもＳｉＯ₂層は形成できる。

工程２．ＳｉＯ₂層にフッ素含有ＤＬＣを形成。
工程１で作製した基板に対して、イオン蒸着装置を用いて、フッ素化炭化水素ガスを用いて成膜を行った。

この時、用いるフッ素化炭化水素のガスを変化させることで、製膜するＤＬＣ膜に含まれるフッ素量を調整できる。以下、このようにして作製された基板をＦ−ＤＬＣ基板ともいう。

本発明による表面処理の効果を検証するために、参照用として以下の２枚の基板を用意した。
（参照基板１． ＳｉＯ₂膜を形成したＳＵＳ基板の作成）
まず、１枚目の参照基板の処理手順について説明する。先に述べた工程１の方法で、ステンレススチール基板にスパッタリングによりＳｉＯ₂膜を形成した。このＳｉＯ₂層の膜厚は１０ｎｍとした。次に、この板をエタノール中で１５分間超音波洗浄した。この状態で水に対する接触角を上記と同様の方法により測定した。その結果、基板の水に対する接触角は１０±１°であった。これにより表面が清浄となっていることを確認した。このＳｉＯ₂膜を形成した基板を参照基板１とした。
（参照基板２． ＳＵＳ基板の作成）
２枚目の参照基板としてステンレススチール基板を用意し、１％ＮａＯＨ水溶液で１５分間超音波洗浄し、その後にエタノールで１５分間超音波洗浄を行った。この洗浄を行ったステンレススチール基板を参照基板２とした。
（ＢＳＡ吸着試験）
生体高分子の吸着抑制効果の検証は、ＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）の吸着試験によって行った。まずＢＳＡの１．０ｇ／Ｌ溶液を用意した。溶媒としてはダルベッコリン酸緩衝溶液を用いた。作成した溶液に、準備した基板を３０分間浸漬した。基板を引き上げ後、まずダルベッコリン酸緩衝溶液で十分に洗浄した。次いで、純水で十分に洗浄した。最後に窒素ブローにより乾燥させた。

こうしてＢＳＡを吸着試験した３枚の基板についてＸＰＳ測定を行い、表面組成を定量分析した。ＸＰＳの測定はＰＨＩ社製ＱｕａｎｔｅｒａＳＸＭで行った。Ｘ線源としては単色化Ａｌ（１４８６．６ｅＶ）を用いた。検出領域はΦ１００μｍとし、取り出し角は４５°とした。

ワイドスキャン（結合エネルギー（Biding Energy）０〜１２７５ｅＶ、エネルギーステップ１．０ｅＶ）で測定した結果をもとに、検出された元素をナロースキャンした。その後、表面元素濃度の比率を求めた結果を表１に示す。参照基板２のステンレススチール基板からは、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、鉄（Ｆｅ）及びクロム（Ｃｒ）が検出された。参照基板１からは、ケイ素（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）が検出されており、表面が酸化ケイ素によりコーティングされていることを確認した。Ｆ−ＤＬＣ基板では、炭素が７５．４原子％、フッ素が２０．５原子％、酸素が４．１原子％検出されたが、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）は検出されなかった。このことから、下地である酸化ケイ素やステンレススチール成分が検出されていないことから、フッ素含有するＤＬＣ膜が緻密に形成されていることがわかる。なお、今回のＸＰＳ分析の検出下限は０．１原子％である。

炭素の結合状態を検討するためにＣ１ｓ（炭素１ｓ）のナロースキャンを、結合エネルギーが２７８ｅＶから２９６ｅＶの範囲をエネルギーステップ０．１ｅＶで測定した。

ＢＳＡ吸着試験後の結果を比較する。Ｆ−ＤＬＣ基板及び参照基板１の測定結果を図４に示す。Ｆ−ＤＬＣ基板の測定結果は、実線３１０で示す。矢印３１１の範囲はＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ結合、矢印３１２の範囲はＣ―ＣＦｘ結合、Ｃ−Ｏ結合、矢印３１３の範囲はＣ＝Ｏ、矢印３１４の範囲は、-Ｃ−Ｆ結合、Ｏ＝Ｃ−Ｏ結合、矢印３１５の範囲は−ＣＦ_２結合、矢印３１６の範囲は−ＣＦ_３結合の検出される範囲である。図４に示されたように、Ｃ−Ｃ，Ｃ−Ｈ結合のピークの他に、Ｃ−ＦやＣ−Ｆ_２やＣ−Ｆ_３結合に帰属されるピークが強く検出された。これはＤＬＣ層内に複数の結合状態としてＣ−Ｆ結合があることを反映している。単にフッ素が表面に塗られているわけではないことがわかる。得られた炭素、酸素、フッ素のナロースキャンから求めた、Ｆ−ＤＬＣ基板の炭素の結合存在比率を表２に示す。

その結果、Ｃ−Ｃ及びＣ−Ｈ結合が７５．４％、Ｃ―ＣＦｘ（ｘ＝１〜３）結合及びＣ−Ｏ結合が１４．３％、Ｃ＝Ｏ結合が３．１％、-Ｃ−Ｆ結合及びＯ＝Ｃ−Ｏ結合が１０．９％、ＣＦ_２結合が８．０％、ＣＦ_３結合が２．４％存在した。

一方、参照基板１の測定結果は、太線３２０で示す。矢印３２１の範囲はＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ結合、矢印３２２の範囲はＣ−Ｏ結合、矢印３２３の範囲はＣ＝Ｏ、Ｏ＝Ｃ−Ｏ、ＣＯ₃結合の検出される範囲である。また、矢印３２４の範囲は、ガラスに由来するカリウム（Ｋ２ｐ）のピークである。

次に、基板ごとのＢＳＡ吸着量比較について説明する。ＢＳＡのステンレススチール表面への吸着についてはＸＰＳにより、ＢＳＡ中の窒素原子（Ｎ）に対応するＮ１ｓピークにより定量分析が可能である。ここでＮ１ｓピークはＢＳＡに含まれているアミン、アミドに帰属される。そこで本実施例ではＢＳＡの基板ごとの相対吸着量をＮ１ｓ量により定量し、基板表面へのタンパク質吸着に対する抑制効果を検証した。

結果を図５に示す。細線３３１がフッ素ＤＬＣ基板のスペクトル、太線３３２が参照基板１のスペクトル、破線３３３が参照基板２のスペクトルである。ＢＳＡが吸着した、ＳｉＯ₂層を有する基板（参照基板１）の表面及びステンレススチール基板（参照基板２）の表面では、結合エネルギー４００ｅＶ付近にピークを持つ対称形のＮ１ｓのピークが観察された。

Ｎ１ｓのピーク面積の解析は、バックグラウンドを３９５ｅＶから４０５ｅＶまでを直線で差し引くことで行った。各元素のピーク面積から求まるＮ１ｓの表面元素濃度（原子％）を表３に示す。表３は、Ｆ−ＤＬＣ基板、ＳｉＯ₂のみを有する参照基板１をＳｉＯ₂／ＳＵＳ基板、参照基板２はステンレススチール基板とした。

ＳｉＯ₂膜を形成したステンレススチール（ＳＵＳ）基板での窒素比率は５．０％であり、ＰＥＧ溶液浸漬基板ではＮ１ｓは検出限界以下となった。また、ステンレススチール基板では、窒素の表面元素濃度が３．０％であった。本測定での検出限界（窒素の含有量で０．１％）を考慮すると、Ｆ−ＤＬＣ基板では、ＳｉＯ₂膜を形成した基板に対してＢＳＡの吸着量が１／５０以下となり、ＢＳＡの吸着を抑制できることを確認した。また、ＰＥＧ溶液浸漬基板では、ステンレススチール基板に対してＢＳＡの吸着量が１／３０以下となり、ＢＳＡの吸着を抑制できることを確認した。

以上の結果から、ステンレススチール上にＳｉＯ₂層を形成し、フッ素含有ＤＬＣ層を形成することで、分注ノズル表面のタンパク質に代表される生体高分子の吸着が大幅に抑制されることが示された。

本実施例では、分注ノズルに実験例と同様の処理を行う場合について説明する。まずステンレススチール製分注ノズルの表面に、実験例と同様の方法でＳｉＯ₂層とフッ素含有ＤＬＣ層を形成した。なお、ノズル形状が円筒形であることから、この表面処理中はノズルを回転させながら均一に表面処理した。この表面処理層を形成する領域は、図１の分注ノズルの端部１０５及び検体に浸漬される領域１０４とした。本実施例では、処理されたノズル先端部の外径は０．５ｍｍ、内径は０．３ｍｍであり、先端１０ｍｍの領域にＳｉＯ₂層を１０ｎｍ、フッ素含有ＤＬＣ層を１００ｎｍの厚さに形成した。分注ノズル全面にフッ素含有ＤＬＣ層を形成することも可能であるが、形成する領域を検体に浸漬される部分に限定することでコストを低減することが出来る。形成した膜構造は実験例と同様にＸＰＳ分析で確認した。その結果、実験例と同様の表面が形成されていることを確認した。

フッ素含有ＤＬＣ層形成の検証は、実験例と同様に、ＢＳＡの表面残存量の測定をＸＰＳで行った。その結果、分注後の分注ノズル表面に残存するタンパク質が従来のステンレススチール製のノズルと比較して１／５０以下（実験例で述べたＸＰＳ測定の検出限界以下）に低減されることを確認した。

図６は、本実施例による自動分析装置の構成例を示す図であり、次にその基本構成を述べる。検体収納部機構１には、一つ以上の検体容器２５が配置されている。ここでは、ディスク状の機構部に搭載された検体収納部機構である検体ディスク機構の例で説明するが、検体収納部機構の他の形態としては自動分析装置で一般的に用いられている検体ラック又は検体ホルダー状の形態であってもよい。またここで言う検体とは、反応容器で反応させるために使用する被検査溶液のことを指し、採集検体原液でもよく、またそれを希釈や前処理等の加工処理をした溶液であってもよい。検体容器２５内の検体は、検体供給用分注機構２の検体分注ノズル２７によって吸引され、所定の反応容器に注入される。検体分注ノズルは、実施例１に記述した方法でフッ素含有ＤＬＣ層を形成した。試薬ディスク機構５は、多数の試薬容器６を備えている。また、機構５には、試薬供給用分注機構７が配置されており、試薬は、この機構７の試薬分注ノズル２８によって、吸引され所定の反応セルに注入される。１０は分光光度計、２６は集光フィルタつき光源であり、分光光度計１０と集光フィルタつき光源２６の間に、測定対象を収容する反応ディスク３が配置される。この反応ディスク３の外周上には、例えば、１２０個の反応セル４が設置されている。また、反応ディスク３の全体は、恒温槽９によって、所定の温度に保持されている。１１は反応セル洗浄機構であり、洗浄剤容器１３から洗浄剤が供給され、セル内の吸引は吸引ノズル１２で行う。

１９はコンピュータ、２３はインターフェース、１８はLog変換器及びＡ／Ｄ変換器、１７は試薬用ピペッタ、１６は洗浄水ポンプ、１５は検体用ピペッタである。また、２０はプリンタ、２１は表示装置、２２は記憶装置としてのフロッピー（登録商標）ディスクやハードディスク、２４は操作パネルである。検体ディスク機構は駆動部２００により、試薬ディスク機構は駆動部２０１により、反応ディスクは駆動部２０２により、それぞれインターフェースを介して制御並びに駆動されている。また自動分析装置の各部はインターフェースを介してマイクロコンピュータ１９により制御される。

上述の構成において、操作者は、操作パネル２４を用いて分析依頼情報の入力を行う。操作者が入力した分析依頼情報は、マイクロコンピュータ１９内のメモリに記憶される。検体容器２５に入れられ、検体収納部機構１の所定の位置にセットされた測定対象検体はマイクロコンピュータ１９のメモリに記憶された分析依頼情報に従って、検体ピペッタ１５及び検体供給用分注機構２の表面処理された検体分注ノズル２７によって、反応セルに所定量分注される。表面処理された検体分注ノズル２７は水洗浄され、次の検体の分注に使用される。

この時、フッ素含有ＤＬＣ層で被覆された検体分注ノズル２７を用いることでタンパク質に代表される生体高分子の吸着を抑制し、検体間のキャリーオーバを従来のステンレススチール製分注ノズルに比較して１／２以下に低減することができた。キャリーオーバは洗浄した後での比較である。したがって、キャリーオーバをさらに低下させることは難しいにもかかわらず、ノズルに表面処理することで、キャリーオーバ率を低下できたことは著しい進歩である。またこの時、ノズル表面のＳｉＯ₂層が１０ｎｍ、フッ素含有ＤＬＣ層が１００ｎｍ以下と薄いため、静電容量の変化を用いて液面検知を行うことが出来る。反応セルに試薬供給用分注機構７の試薬分注ノズル２８によって、所定量の試薬が分注される。試薬分注ノズル２８は水洗浄された後、次の反応セルのための試薬を分注する。検体と試薬の混合液は、撹拌機構８の攪拌棒２９によって撹拌される。撹拌機構８は順次、次の反応セルの混合液を撹拌する。

ここで、この装置に搭載されている液面検知の原理を説明する。搭載液面検知の原理には、静電容量方式を採用している。静電容量方式では、ノズルとグラウンド（本実施例の場合では検体容器の底が相当）間の静電容量値を測定する。誘電率の高い物質に接触した際に、静電容量が空気中に比べて大きくなることを利用している。

図７に静電容量方式による液面検知の概念図を示す。表面処理をしていない金属ノズルを使用した場合である。金属ノズル４１０が、検体容器４１２中の検体４１３に触れていない。検体容器が接する装置本体４１１をグラウンドとした場合、ノズルとグラウンド間の静電容量は、空気の静電容量Ｃ₀と検体（水）の静電容量Ｃ₁で決まる。この際の合計の静電容量Ｃは、Ｃ＝（Ｃ₀×Ｃ₁）／（Ｃ₀＋Ｃ₁）である。

一方、図８にノズルが液面に触れた場合の概念図を示す。金属ノズル４１０が、検体容器４１２中の液体４１３に触れている。検体容器が装置本体４１１をグラウンドとした場合、ノズルとグラウンド間の静電容量はＣ₁である。

この方式を利用することで、本実施例の酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）およびフッ素含有ＤＬＣ層で被覆したノズルでも液面検知が可能である。図９に、表面処理層（酸化ケイ素およびフッ素含有ＤＬＣ）で被覆したノズルでの液面検知の例を示す。表面処理層４１４を有する金属ノズル４１０が、検体容器４１２中の液体４１３に触れていない場合を示す。検体容器が接する装置本体４１１をグラウンドとする。表面処理層の静電容量Ｃ_２とする。表面処理層で被覆したノズルが空気中にある場合の静電容量をＣ_xとすると、１／Ｃ_x＝１／Ｃ₀＋１／Ｃ₁＋１／Ｃ_２となる。

一方、図１０に、表面処理層４１４を有する金属ノズル４１０が、検体容器４１２中の液体４１３に触れている場合を示す。検体ボトルが接する装置本体４１１をグラウンドとする。表面処理層の静電容量をＣ_２とする。表面処理層で被覆したノズルが液面に触れている場合の静電容量をＣ_yとすると、１／Ｃ_y＝１／Ｃ₁＋１／Ｃ_２となり、空気中の静電容量Ｃ_xと異なることから液面を検知できる。

何らかの衝撃や接触で、このノズルの表面処理層にあるＳｉＯ₂層やフッ素含有ＤＬＣ層が割れた場合、金属ノズルが空気と直接触れるため、表面処理層の静電容量Ｃ_２を無視できる。すると、静電容量が大幅に変化するので、ノズル上のＳｉＯ₂層やフッ素含有ＤＬＣ層の傷や割れを検知できる。ＳｉＯ₂層やフッ素含有ＤＬＣ層の傷や割れが生じた場合、そこをきっかけとしてキャリーオーバが増加することがあり得る。したがって、表面処理層の傷や割れを検知できることは重要である。また、初期値からの静電容量のズレがある閾値を超えた場合や、ノズル交換に伴う初期値の変更も記憶する記憶媒体３２がある。

本実施例の自動分析装置には、この静電容量の変化を検知する検知機構３１、ノズルの交換時期や分析正確性を知らせるインジケータ３０が搭載されている。このインジケータは正常時には青色を示し、静電容量の変化を常に測定しており、ノズル表面の酸化ケイ素層に割れや傷等の異常が発生した際には、静電容量の変化からその異常を検知し、インターフェースを介してインジケータ３０を例えば赤色に表示して報知する。また、この際に分析したサンプルについては、装置上で記憶しており、ノズル交換後に分析データを再取得するプログラムを内蔵している。

以上の実施例では検体分注ノズルにおけるキャリーオーバを問題としたが、攪拌棒などキャリーオーバの要因となりうる全ての部材において、本発明の処理を行うことで、同様の効果が得られる。

本発明によれば、分注ノズル表面へのタンパク質などの生体高分子の非特異吸着を劇的に低減し、キャリーオーバの抑制を図ることで、自動分析装置の信頼性の向上に貢献することが出来る。また、このため検体微量化、試薬の微量化にも貢献し、ランニングコストや環境負荷の低減をすることが出来る。

１…検体収納部機構、２…検体供給用分注機構、３…反応ディスク、４…反応セル、５…試薬ディスク機構、６…試薬容器、７…試薬供給用分注機構、８…撹拌機構、９…恒温槽、１０…分光光度計、１１…反応セル洗浄機構、１２…吸引ノズル、１３…洗浄剤容器、１５…検体用ピペッタ、１６…洗浄水ポンプ、１７…試薬用ピペッタ、２５…検体容器、２６…集光フィルタつき光源、２７…検体分注ノズル、２８…試薬分注ノズル、２９…撹拌棒、３０…インジケータ、３１…検知機構、３２…記憶媒体、１０１…分注ノズル本体部、１１１…分注ノズル本体部、１１２…金薄膜層、１１３…親水性分子層、２００…駆動部、２０１…駆動部、２０２…駆動部、３１０…実線、３１１…矢印、３１２…矢印、３１３…矢印、３１４…矢印、３１５…矢印、３１６…矢印、３２０…太線、３２１…矢印、３２２…矢印、３２３…矢印、３２４…矢印、３３１…細線、３３２…太線、３３２…破線３３３、４１０…分注ノズル、４１１…装置本体、４１２…検体容器、４１３…検体、４１４…表面処理層。

Claims (8)

1. それぞれが検体を収納する複数の検体容器と、
   それぞれが試薬を収納する複数の試薬容器と、
   検体と試薬が注入される複数の反応セルと、
   検体分注ノズルを備え、検体を前記検体容器から前記反応セルに分注する検体分注機構と、
   試薬分注ノズルを備え、試薬を前記試薬容器から前記反応セルに分注する試薬分注機構とを有する分析装置において、
   前記検体分注ノズルは、金属性のノズル本体と、前記ノズル本体上に設けられたフッ素含有ＤＬＣ（ダイアモンドカーボン）層とを有することを特徴とする分析装置。
2. 請求項１に記載の分析装置において、
   前記ノズル本体と前記フッ素含有ＤＬＣ層との間に、酸化ケイ素層を備えたことを特徴とする分析装置。
3. 請求項２に記載の分析装置において、
   前記検体分注ノズルは、その先端を前記酸化ケイ素層及び前記フッ塩含有ＤＬＣ層に覆われており、
   前記検体分注ノズルのノズル本体に電気的に接続され、前記酸化ケイ素層及び前記フッ素含有ＤＬＣ層を介して静電容量を検知するによって液面を検知する液面検知機構を備えたことを特徴とする分析装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の分析装置において、
   前記フッ素を有するダイアモンドライクカーボン層が存在する前記検体分注ノズルの領域は、分注動作時に前記検体分注ノズルが検体に浸漬される領域よりも大きいことを特徴とする分析装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の分析装置において、
   前記フッ素含有ダイアモンドカーボン層は、フッ素を１０原子％以上含み、厚さが１０ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする分析装置。
6. 請求項３に記載の分析装置において、
   前記静電容量の変化に基いて、前記酸化ケイ素層の異常を検知する機構と、
   前記異常を検知したとき、それを報知するインジケータを備えることを特徴とする分析装置。
7. 検体を検体容器から反応セルに分注する分析装置の検体分注機構に用いられる分析装置用分注ノズルにおいて、
   金属性のノズル本体と、前記ノズル本体上に設けられたフッ素含有ＤＬＣ（ダイアモンドカーボン）層とを有することを特徴とする分析装置用分注ノズル。
8. 検体容器中の検体を反応セルに分注するのに用いられる分析装置用分注ノズルの製造方法において、
   スパッタリング又は薬液塗布及び乾燥を用いて分注ノズル本体の表面に酸化ケイ素層を形成する工程と、
   前記酸化ケイ素層上にフッ素含有ＤＬＣ層を形成する工程と、
   を有することを特徴とする分析装置用分注ノズルの製造方法。

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