JP2018087747A - Biochemical sample collection nozzle - Google Patents
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Description
本開示は、生化学試料採取用ノズルに関する。 The present disclosure relates to biochemical sampling nozzles.
液体試料を分析対象とする液体クロマトグラフ等の分析装置では、液体試料を採取して運ぶための試料採取用ノズルが設けられている。このような試料採取用ノズルとしては、鉄を主成分とする合金であるステンレス鋼が主に用いられている。鉄は水酸基を吸着する性質を有しているので、液体試料に水酸基を含んでいる場合、液体試料がノズルの表面に比較的強固に付着する。タンパク質を含む例えば血液等の生化学試料は、タンパク質が水酸基を含むので、ノズル表面に比較的強固に付着し易いため、採取した生化学試料をノズルから吐出しようとしても、吸着した生化学試料がノズル内に残留してしまい、ノズルからの吐出量が不足したり、吐出量にばらつきが生じるおそれがあった。このようなノズル表面の試料吸着を抑制するノズルとして、例えば特許文献1において、先端部付近のノズル表面に貴金属めっき層が設けられたノズルが知られている。
In an analyzer such as a liquid chromatograph for analyzing a liquid sample, a sample collecting nozzle for collecting and carrying the liquid sample is provided. As such a sampling nozzle, stainless steel, which is an alloy mainly composed of iron, is mainly used. Since iron has a property of adsorbing hydroxyl groups, when the liquid sample contains hydroxyl groups, the liquid sample adheres relatively firmly to the surface of the nozzle. Since biochemical samples such as blood containing proteins contain hydroxyl groups and proteins tend to adhere to the nozzle surface relatively firmly, even if an attempt is made to eject the collected biochemical sample from the nozzle, the adsorbed biochemical sample is not There is a risk that the amount of discharge from the nozzle may be insufficient or the amount of discharge may vary. As a nozzle that suppresses such sample adsorption on the nozzle surface, for example, in
特許文献1記載のノズルは、ノズル表面に設けた貴金属めっき層が剥離した場合、剥離によってステンレス鋼が露出し、ステンレス鋼の露出部分に分析対象の試料が強固に付着してしまうおそれがあった。また、ノズルを用いて複数種類の試料を連続して採取および吐出した場合、ノズル表面に残留した試料が、次に採取する他種類の試料と混入してしまう。さらに、ノズル表面に設けた貴金属めっき層が剥離した場合、剥離しためっき層がコンタミネーションとして試料へ混入するおそれがあった。
In the nozzle described in
このように、ノズル表面への試料の付着やノズル表面に設けた貴金属めっき層が剥離は、分析精度の低下につながっていた。 As described above, the adhesion of the sample to the nozzle surface and the peeling of the noble metal plating layer provided on the nozzle surface led to a decrease in analysis accuracy.
上記課題を解決するために、第1端から第2端にわたる第1貫通孔を備えるとともに、前記第1端に向かって外径が細くなる形状の第1部材を有し、該第1部材は、酸化ジルコニウムを主成分とするセラミックスからなることを特徴とする生化学試料採取用ノズルを提供する。 In order to solve the above-mentioned problem, the first member has a first through hole extending from the first end to the second end, and has a first member whose outer diameter decreases toward the first end, and the first member is And a nozzle for collecting biochemical samples, characterized by comprising a ceramic mainly composed of zirconium oxide.
本開示の生化学試料採取用ノズルによれば、採取する生化学試料のノズル表面への付着を抑制することができる。本開示の生化学試料採取用ノズルを用いることで、生化学試料を必要な量だけ高精度に採取することができ、また複数種類の試料採取においても、混入のおそれを抑制できるため、分析装置における分析精度を比較的高くすることができる。 According to the biochemical sample collection nozzle of the present disclosure, adhesion of the biochemical sample to be collected to the nozzle surface can be suppressed. By using the biochemical sample collection nozzle of the present disclosure, it is possible to collect a necessary amount of biochemical sample with high accuracy, and even in collecting a plurality of types of samples, the possibility of contamination can be suppressed. The analysis accuracy in can be made relatively high.
以下、図面を参照して、本開示の実施形態について詳細に説明する。図1は、本実施形態の生化学試料採取用ノズルの一例を示す、(a)は斜視図であり、(b)は中心軸に沿った断面図であり、(c)は(b)の拡大図である。また、図2は、本実施形態の液体試料採取用ノズルの他の例を示す、(a)は斜視図であり、(b)は中心軸に沿った断面図である。なお、図2では、図1と同様の構成に関して図1と同じ符号で示している。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. 1A and 1B show an example of a biochemical sample collection nozzle according to the present embodiment. FIG. 1A is a perspective view, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a central axis, and FIG. It is an enlarged view. FIG. 2 shows another example of the liquid sampling nozzle according to the present embodiment, in which (a) is a perspective view and (b) is a cross-sectional view along the central axis. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
図1および図2に示す生化学試料採取用ノズル10(以降、単にノズル10ともいう)は、生化学試料を分析対象とする例えば液体クロマトグラフ等の分析装置に用いられる。ノズル10は、この分析装置において、分析対象試料を採取および搬送に用いられる。ノズル10は、タンパク質を含む例えば血液等の生化学試料を分析対象試料(以降、分析試料ともいう)としている。具体的には、ノズル10は、第1端1a側の一部が、分析試料に浸漬されることで、第1貫通孔1Aの分析試料を吸い上げて、第1貫通孔1A内においてこの分析試料を保持する。第1貫通孔1A内への分析試料の吸い上げは、いわゆる毛細管現象による吸い上げの効果だけでもよく、あるいは、第1貫通孔1A内を負圧にしたことによる圧力差の効果を利用することもできる。
A biochemical sample collection nozzle 10 (hereinafter, also simply referred to as nozzle 10) shown in FIGS. 1 and 2 is used in an analyzer such as a liquid chromatograph for analyzing a biochemical sample. The
本開示のノズル10は、生化学試料採取用ノズルであって、第1端1aから第2端1bにわたる第1貫通孔1Aを備えるとともに、第1端1aに向かって外径が細くなる形状の第1部材1を有し、第1部材1は、酸化ジルコニウムを主成分とするセラミックス(以降、酸化ジルコニム質セラミックスともいう)からなる。
The
ここでセラミックスの主成分とは、セラミックスを構成する成分の合計100質量%のうち、70質量%以上を占める成分のことを言う。セラミックスを構成する成分の合計100質量%のうち、酸化ジルコニウムの含有量が、75質量%以上であることが好適である。セラミックスを構成する各成分は、X線回折装置で同定することができ、その含有量については蛍光X線分析装置またはICP発光分光分析装置により求めることができる。 Here, the main component of the ceramic means a component occupying 70% by mass or more out of a total of 100% by mass of the components constituting the ceramic. It is preferable that the content of zirconium oxide is 75% by mass or more in a total of 100% by mass of the components constituting the ceramic. Each component constituting the ceramic can be identified by an X-ray diffractometer, and the content thereof can be determined by a fluorescent X-ray analyzer or an ICP emission spectroscopic analyzer.
本実施形態のノズル10は、第1部材1が酸化ジルコニウム質セラミックスからなることにより、第1貫通孔1Aの内周面も酸化ジルコニウムからなる。このように、第1貫通孔1Aの内周面が酸化ジルコニウムからなることにより、ノズル10は、ステンレス鋼等を内周面とする場合と比較して、第1貫通孔1Aの内周面へのタンパク質等の付着が抑制される。第1部材1自体が酸化ジルコニウム質セラミックスからなるノズル10は、表面に例えば貴金属めっき層等を設けなくても分析試料が付着しがたく、剥がれためっき層の分析試料への混入も発生しない。第1部材1は、第1部材1の第1端1aおよび外周面も酸化ジルコニウム質セラミックスからなるため、第1部材1の表面全体に分析試料が付着し難くなっている。このようなノズル10を用いることで、採取する分析試料のノズル表面への付着による残留が抑制されるため、分析試料を必要な量だけ高精度に採取することができる。また、複数種類の分析試料を採取する際の混入を抑制することができる。また、酸化ジルコニウム質セラミックスは、比較的高い靭性を有しているため、第1部材1に外力が加わった場合に折損しにくい。
In the
また、ノズル10は、第1貫通孔1Aの第2端1b側に、第1貫通孔1Aと連通する第2貫通孔2Aを備える第2部材2を有していてもよい。そして、第1貫通孔1Aの内径が第2貫通孔2Aの内径よりも小さくてもよい。このような第2部材2を有し、第1貫通孔1Aの内径が、第2貫通孔2Aの内径よりも小さいときには、第1部材1の第1貫通孔1Aの大きさ以上の量の分析試料をノズル10で保持することができる。
Moreover, the
また、ノズル10において、第1部材10の第1端1aの側は、採取する分析試料の導
入口であるとともに、採取した分析試料の吐出口にもなっている。ノズル10から分析試料を吐出する際、分析試料は液滴となって吐出されるが、この液滴の1つ1つの大きさは第1貫通孔1Aの内径の大きさに応じて変わり、第1貫通孔1Aの内径が小さいと1つ1つの液滴は小さくなる。ノズル10では、第1貫通孔1Aの内径が第2貫通孔2Aの内径よりも小さいため、比較的大きな内径を有する第2貫通孔2Aによって比較的大量の分析試料を保持しつつ、比較的小さな内径を有する第1貫通孔1Aによって小さい液滴で吐出できるため、大量に保持しつつ、高い吐出精度を有する。
Further, in the
なお、第2部材2の材質は限定されないが、第1部材1と同様の材料、すなわち酸化ジルコニウム質セラミックスからなることが好ましい。第2部材2が酸化ジルコニウム質セラミックスからなることで、第2貫通孔2Aにおいても、採取する分析試料のノズル表面への付着による残留を抑制することができる。これによってノズル10は、高い精度で分析試料を定量することができる。また、複数種類の分析試料を採取する際の混入をさらに抑制することができる。
In addition, although the material of the
また第1部材1は、第2端1b側において、第2貫通孔2Aに挿入される挿入部11を有しており、第1貫通孔1は、第2端側1bに近づくに従って内径が大きくなる拡径部12を有していてもよい。第1部材1における挿入部11が第2貫通孔2Aに挿入される構成の場合、本実施形態のように接合層3を介して第1部材と第2部材とを接合すると、挿入部11の外周面と第2貫通孔2Aの内周面との対向領域全体の広い範囲と接合領域とすることができるので、第2部材2に第1部材1を強固に結合することができる。
Moreover, the
加えて、第2端側1bに近づくに従って内径が大きくなる拡径部を有しているときには、第2貫通孔2Aの内部から第1貫通孔1Aの内部に向けて分析試料がスムーズに流れ込み易くなるため、第2貫通孔2Aと第1貫通孔1Aとの境界部分におけるマイクロバブルの発生等を抑制できる。なお、マイクロバブルの発生等の心配がない場合などは、図2に示す他の実施形態のように、拡径部12を有さない構成であってもよい。拡径部12の形状は、例えば円錐台状であり、中心軸に沿った断面視におけるその頂角θは、例えば70°以上110°以下であってもよい。
In addition, when it has an enlarged diameter portion whose inner diameter increases as it approaches the
ノズル10の第1部材1は、第2端1b側において、第2貫通孔2Aに挿入される挿入部11を有しているとき、挿入部11の外周面と第2貫通孔2Aの内周面との間に接合層13が位置していてもよい。このような構成を満たすときには、第1部材1と第2部材2とが強固に接合されるため、第2部材2から第1部材1が外れるおそれが少なくなる。
When the
また挿入部11は、第1端1a側に段差面14を有しているとき、段差面14と第2部
材2との間にも接合層13が位置していてもよい。挿入部11の外周面と第2貫通孔2Aの内周面との間に加えて、段差面14と第2部材2との間にも接合層13が位置しているときには、第1部材1と第2部材2とがより強固に接合されるため、第2部材2から第1部材1が外れるおそれがより少なくなる。
Moreover, when the
接合層13は、酸化珪素を主成分とし、酸化バリウム、酸化カルシウムおよび酸化アルミニウムを含むものであってもよい。酸化珪素を主成分とする接合層13は、いわゆるガラス接合層である。酸化バリウムを含む接合層13は、耐水性が比較的高く、また、酸化カルシウムを含むので化学的耐久性を比較的高い。また酸化アルミニウムを含む接合層13は、ガラスの軟化温度も比較的高く、耐熱性が比較的高い。
The
なお、接合層13における主成分とは、接合層13を構成する成分の合計100質量%のうち、最も多い成分のことを言う。接合層13を構成する成分の合計100質量%のうち、酸化珪素は、50質量%以上であることが好適である。接合層13は、例えば、酸化
バリウムの含有量が15質量%以上30質量%以下、酸化カルシウムの含有量が5質量%以上20質量%以下、酸化アルミニウムの含有量が1質量%以上10質量%以下であり、残部が酸化珪素である。接合層13を構成する各成分の含有量については、ICP発光分光分析装置により求めることができる。
Note that the main component in the
第1貫通孔1Aは、第1端1aから第2端1bに向かって内径(D1)が一定の領域を有し、内径(D1)に対する第1貫通孔1Aの長さ(L1)の比(L1/D1)が、50以上であってもよい。図1に示す実施形態のノズル10では、第1貫通孔1Aの内径(D1)は例えば0.25mm以上0.3mm以下である、第1貫通孔1Aの長さ(L1)は例えば12mm以上16mm以下であり、比(L1/D1)は40以上64以下となっている。
The first through
この比(L1/D1)が50以上の場合、第1貫通孔1Aの内径(D1)が十分に小さいため、毛細管現象によって分析試料を安定して吸い上げることができる。また、第1貫通孔1Aが充分に長いため、比較的多くの量の分析試料を保持して搬送させることができる。また、長さL1に対して内径D1が充分に小さい第1貫通孔1A内では、吸い上げられた分析試料に乱流が生じ難い。このため、分析試料の吸引の際に、乱流に起因したマイクロバブルが分析試料に生じることが抑制される。また、液滴の吐出の際に、このような乱流に起因する液滴の大きさのばらつきが抑制される。
When this ratio (L1 / D1) is 50 or more, since the inner diameter (D1) of the first through
また、ノズル10の第1部材1および第2部材2を構成するセラミックスは、イットリウムを酸化物に換算して2mol%以上4mol%以下含むものであってもよい。セラミックスがイットリウムを酸化物に換算して上記範囲で含んでいる場合、このセラミックスからなる第1部材1および第2部材2は、比較的高い機械的強度を有する。
The ceramics constituting the
また、ノズル10の第1部材1および第2部材2を構成するセラミックスは、マグネシウムおよびカルシウムの少なくともいずれかを酸化物に換算して8mol%以上12mol%以下含むものであってもよい。このようなセラミックスは、耐熱衝撃性が比較的高い。
Further, the ceramics constituting the
次に、液体試料採取用ノズルの製造方法の一例について説明する。まず、酸化ジルコニウムを主成分とするセラミック原料の粉末およびバインダーを含む坏土を押出成形機に投入して、加圧して押し出し、第1貫通孔を有する筒状の第1成形体を得る。 Next, an example of a method for manufacturing a liquid sample collecting nozzle will be described. First, a ceramic raw material powder containing zirconium oxide as a main component and a clay containing a binder are put into an extrusion molding machine and pressed to extrude to obtain a cylindrical first molded body having first through holes.
上述した方法と同様の方法を用いて、第2貫通孔を有する筒状の第2成形体を得る。なお、イットリウムを酸化物に換算して2mol%以上4mol%以下含むセラミックスからなるノズルを得るには、上記セラミック原料の粉末および酸化イットリウムの粉末の合計100mol%中、酸化イットリウムの粉末が2mol%以上4mol%以下となるように調合すればよい。 Using a method similar to the method described above, a cylindrical second molded body having a second through hole is obtained. In order to obtain a nozzle made of ceramic containing 2 mol% or more and 4 mol% or less of yttrium in terms of oxide, 2 mol% or more of the powder of yttrium oxide in the total 100 mol% of the ceramic raw material powder and the yttrium oxide powder. What is necessary is just to mix | blend so that it may become 4 mol% or less.
また、マグネシウムおよびカルシウムの少なくともいずれかを酸化物に換算して8mol%以上12mol%以下含むセラミックスからなる液体試料採取用ノズルを得るには、上記セラミック原料の粉末および上記第2族元素の酸化物の粉末の合計100mol%中、第2族元素の酸化物の粉末が8mol%以上12mol%以下となるように調合すればよい。
In addition, in order to obtain a nozzle for collecting a liquid sample made of a ceramic containing 8 mol% or more and 12 mol% or less of at least one of magnesium and calcium as an oxide, the ceramic raw material powder and the oxide of the
次に、第1成形体および第2成形体を焼成炉内に配置し、大気雰囲気中、例えば、1300℃以上1700℃以下で焼成することで、それぞれ第1焼成体、第2焼成体とすることができる。 Next, the first molded body and the second molded body are placed in a firing furnace and fired in an air atmosphere at, for example, 1300 ° C. or higher and 1700 ° C. or lower to form a first fired body and a second fired body, respectively. be able to.
次に、第1焼成体および第2焼成体それぞれの表面を機械的に加工して、第1部材1および第2部材2を得る。この際、第1焼成体の第1端1a側の外周面を先端に向かって狭くなるように研磨を施し、第2端1bの側を研削して挿入部11を形成すればよい。また、第1貫通孔1Aの第2端1b側の開口端の一部を加工して、拡径部12を形成すればよい。
Next, the surface of each of the first fired body and the second fired body is mechanically processed to obtain the
次に、第1部材1の貫通孔1Aの中心軸と、第2部材2の貫通孔2Aの中心軸とを合わせ、第1部材1の挿入部11を、第2部材2の第2貫通孔2Aに挿入し、第1部材1と第2部材2とを接合層13となるペーストを介して接合する。この際、まず、第1部材1の
挿入部11の外周面および貫通孔2Aの内周面の少なくともいずれかに、酸化珪素、酸化バリウム、酸化カルシウムおよび酸化アルミニウムの各粉末と、セルロース系樹脂ならびにターピネオール等の有機溶剤とを含むペーストを塗布する。なお、ペースト100質量%における酸化物の各粉末の含有量の合計は72質量%以上78質量%以下とする。また、酸化物の各粉末の含有量の合計100質量%における、酸化バリウムの粉末の含有量は15質量%以上30質量%以下、酸化カルシウムの粉末の含有量は5質量%以上20質量%以下、酸化アルミニウムの粉末の含有量は1質量%以上10質量%以下とし、残部を酸化珪素とすればよい。
Next, the central axis of the through
この状態で、第1部材1の挿入部11を、第2部材2の第2貫通孔2Aに挿入すると、挿入部11の外周面と第2貫通孔2Aの内周面との間と、段差面14と第2部材2との間にペーストが拡がる。この状態で、例えば、850℃以上950℃以下まで昇温させて熱処理し、その後に常温まで降温させる。これにより、接合層13を介して第1部材1と第2部材2とが接合された、ノズル10が得られる。
In this state, when the
本実施形態では上述のように、押出成形機を用いた押出成形法によって第1部材1と第2部材2とを製造している。このため、例えばドリル等の工具で貫通孔を機械的に形成する加工方法の場合と異なり、第1貫通孔1Aや第2貫通孔2Aの内周面に配置された結晶粒子に生じている微小クラック等が少ないので、第1貫通孔1Aや第2貫通孔2Aの内周面から、結晶粒子の欠片等が脱離することが少ない。また、第1貫通孔1Aや第2貫通孔2Aの内周面に露出した結晶粒子径のばらつきも小さく、局所的な大きな凹凸の発生も抑制されている。このため本実施形態の製造方法で製造されたノズル10では、大きな凹凸がある場合に生じやすい、内面における分析試料の残留がより抑制される。第1部材1と第2部材2の製造方法には、特に限定はないが、第1貫通孔1Aおよび第2貫通孔2Aの内面からの結晶粒子の脱離を抑制する観点、および分析試料の残留をより抑制する観点で、押出成形法を用いることが好ましい。
In the present embodiment, as described above, the
本実施形態で製造したノズル10では、第1部材1の第1貫通孔1Aの表面に露出した、酸化ジルコニウムを主成分とする結晶粒子の平均粒径は、例えば、0.2μm以上0.4μm以下となっている。また結晶粒子の平均粒径は、セラミックスの破断面を走査型電子顕微鏡によって10000倍に拡大した7.8μm×5.8μmの範囲で、同じ長さの直線を4本引き、この4本の直線上に存在する結晶粒子の個数をこれら直線の合計長さで除すことで求めることができる。
In the
以上、本実施形態について説明したが、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。 Although the present embodiment has been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be made without departing from the gist of the present invention.
1 第1部材
1a 第1端
1b 第2端
1A 第1貫通孔
2 第2部材
2A 第2貫通孔
10 生化学試料採取用ノズル(ノズル)
11 挿入部
13 接合層
14 段差面
DESCRIPTION OF
11
Claims (9)
第1端から第2端にわたる第1貫通孔を備えるとともに、前記第1端に向かって外径が細くなる形状の第1部材を有し、
該第1部材は、酸化ジルコニウムを主成分とするセラミックスからなることを特徴とする生化学試料採取用ノズル。 A nozzle for collecting biochemical samples,
A first member having a first through hole extending from the first end to the second end, and having a shape with an outer diameter becoming narrower toward the first end,
The biochemical sample collection nozzle, wherein the first member is made of a ceramic mainly composed of zirconium oxide.
前記第1貫通孔の内径は前記第2貫通孔の内径よりも小さいことを特徴とする請求項1記載の生化学試料採取用ノズル。 A second member provided on the second end side of the first through hole, the second member including a second through hole communicating with the first through hole;
The biochemical sample collection nozzle according to claim 1, wherein the inner diameter of the first through hole is smaller than the inner diameter of the second through hole.
前記第1貫通孔は、記第2端側に近づくに従って内径が大きくなる拡径部を有することを特徴とする請求項2に記載の生化学試料採取用ノズル。 The first member has an insertion portion to be inserted into the second through hole on the second end side,
3. The biochemical sample collection nozzle according to claim 2, wherein the first through hole has a diameter-expanded portion whose inner diameter increases as it approaches the second end side.
該挿入部の外周面と前記第2貫通孔の内周面との間に接合層が位置していることを特徴とする請求項2または3記載の生化学試料採取用ノズル。 The first member has an insertion portion to be inserted into the second through hole on the second end side,
The biochemical sample collection nozzle according to claim 2 or 3, wherein a bonding layer is located between the outer peripheral surface of the insertion portion and the inner peripheral surface of the second through hole.
The bioceramic sampling nozzle according to any one of claims 1 to 7, wherein the ceramic contains at least one of magnesium and calcium in an amount of 8 mol% to 12 mol% in terms of an oxide.
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