JP4690742B2 - 試料分離装置及びフローセル - Google Patents

Description

本発明は、試料分離装置及びこの装置に使用されるフローセルに関する。

従来から、試料溶液中の特定の物質の定量等を行う分析装置では、前記特定物質を捕捉する担体を備えたフローセルを利用して、検出対象物を分離する手法が使用されている。

この種の装置では、図４に示すように、中空円柱状の管状体２からなる流路を備えたフローセル１０に、例えばチューブポンプ等の定量ポンプ（図示せず）等により搬送される試料溶液が所定量導入される。フローセル１０の内部には、試料溶液中に含まれる特定の物質（以下、検出対象物という。）を捕捉可能な、例えば、顆粒状の担体３が充填されている。そして、試料溶液の通過に伴って担体３に捕捉された検出対象物について、当該検出対象物に応じた測定法により定量等の分析が行われる。

例えば、検出対象物が蛍光性を有する場合には、フローセル１０に対して検出対象物の蛍光を励起する励起光を照射し、このときの蛍光量を測定する蛍光測定により検出対象物の定量を行うことができる。また、検出対象物が吸光性を有する場合には、フローセル１０に対して特定波長の光が照射され、このときの吸光率を測定する吸光率測定により検出対象物の定量を行うことができる。

なお、図４の例では、担体３は、試料溶液が通過可能でかつ担体３は通過不可能な流入側フィルタ４及び流出側フィルタ５により、フローセル１０内に保持されるようになっている。

また、上記分析装置は、検出対象物を捕捉する能力が劣化した場合等にフローセル１０の交換が可能な構成を有している。このような交換は、フローセル１０と接続部材１１とを着脱することにより行われる。図４に示すように、接続部材１１は、上記分析装置において、フローセル１０に試料溶液を流入させるチューブ１３ａ、及びフローセル１０から試料溶液を排出させるチューブ１３ｂの遊動端にそれぞれ設けられている。また、接続部材１１の先端部１２は、フローセル１０の流入口１０ａ（あるいは、流出口１０ｂ）に圧入可能な構造（図４では、略円錐台型）を有しており、当該先端部１２をフローセル１０と挿抜することで、フローセル１０が試料溶液の流路に着脱される。

なお、上述した従来技術は、文献公知発明に係る技術ではないため、記載すべき先行技術文献情報はない。

しかしながら、上述した従来のフローセル１０では、分析装置に装着する際に、フローセル１０に接続部材１１を装着する必要があり、作業が煩雑であった。加えて、接続部材１１をフローセル１０に装着する作業では、フローセル１０の内部が、外気に開放されることになるため、フローセル１０の内部に検出対象物の捕捉を阻害する物質等の不純物が混入する可能性もあった。

また、検出対象物によっては担体３としてゲル状の物質が採用される場合がある。このようなフローセル１０では、フローセル１０の内部が、担体３の乾燥を防止するための液体で満たされるとともに、流入口１０ａと流出口１０ｂとに当該液体の蒸発を防止するためのキャップが設けられる。この場合、接続部材１１をフローセル１０に装着するとき上記キャップを外す必要があり、その際、フローセル１０から液体が漏れ出してしまう恐れがあるため、取扱いに注意を要することになる。

一方、分析装置からフローセル１０を離脱させる場合は、接続部材１１をフローセル１０から離脱するときに、フローセル１０の内容物が外部に漏れる可能性がある。特に、内容物に有害物質等の人体に危険な物質が含まれる場合、このような状態は好ましくない。

本発明は、上記従来の事情に基づいて提案されたものであって、フローセルの密閉性を保持した状態で容易に着脱を行うことができる試料分離装置、及び当該試料分離装置に使用されるフローセルを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る試料分離装置は、フローセルが、流入側開口部及び流出側開口部に備えた弾性体からなるセプタムと、担体を、各セプタムと離間して、フローセル内の一部を充填した状態に保持する、試料溶液が通過可能かつ担体が通過不可能なフィルタとを有する。また、セプタムをそれぞれ貫通し、セプタムとフィルタとの間の離間部に先端がそれぞれ配置されることにより、フローセルを試料溶液の流路に接続する中空ニードルを備える。ここで、試料分離装置とは、フローセルの内部に試料溶液を通過させる機構を備える装置を指すものであり、単に試料溶液から検出対象物を分離する装置だけでなく、検出対象物の分析を行う測定系を備える試料分析装置も含む。

上記構成によれば、中空ニードルをフローセルのセプタムに刺し込む、あるいは、セプタムから抜き出すという簡単な作業でフローセルの着脱を行うことができる。また、本発明の試料分離装置に使用されるフローセルは、弾性体からなるセプタムにより密閉されている構造であるため、着脱の際にフローセル内部が外気に開放されることもない。特に、フローセル中に担体とともに液体が封止されている場合、フローセル内の液体が外部に漏れること確実に防止することができる。

また、上記試料分離装置が、中空ニードルの先端を、セプタムを貫通させたフローセル内部の離間部に位置する接続位置とフローセルの外部の解放位置とにわたって移動させる移動手段と、中空ニードルの先端と上記セプタムの刺し込み位置との位置合わせを行う位置決め手段を備える構成としてもよい。これにより、上記移動手段を操作するだけで、セプタムに中空ニードルを刺し込むことができるため、極めて容易にフローセルを装着することができる。

本発明に係る試料分離装置及びフローセルによれば、セプタムに中空ニードルを刺し込む、あるいは、セプタムから中空ニードルを抜き出すことで、フローセルを試料溶液の流路に着脱することが可能であるため、フローセルの着脱作業が非常に容易である。

また、フローセルの密閉性がセプタムにより確保されているため、フローセルを交換する際にフローセル内に不純物が混入する可能性を低減することができる。さらに、試料溶液に人体に有害な物質や劇物等の危険物が含まれる場合であっても、交換時にフローセルの内容物が外部に漏れることがなく安全である。

以下、本発明の実施の形態を図面にしたがって詳細に説明する。図１は、本発明に係るフローセルの概略構成図である。

図１（ａ）に示すように、本発明に係るフローセル１は、従来のフローセル１０と同様、透光性材料により形成された管状体２（図１の例では、中空円柱）からなる流路を備え、当該流路に検出対象物を捕捉する顆粒状の担体３が充填される。また、試料溶液がフローセル１内を通過する際に、担体３がフローセル１外に流出することがないように、担体３は、メンブランフィルタ等からなるフィルタ４及びフィルタ５によりフローセル１内に封止されている。なお、上記担体３の形状は顆粒状に限定されるものではなく、任意の形状を採用することができる。例えば、繊維状の担体を使用してもよい。

本発明に係るフローセル１には、試料溶液をフローセル１に流入させる流入側開口部１ａに弾性体からなるセプタム７が設けられており、当該開口部１ａが密閉封止されている。同様に、フローセル１に導入された試料溶液をフローセル１から流出させる流出側開口部１ｂにも弾性体からなるセプタム８が設けられており、開口部１ｂが密閉封止されている。

図１（ａ）では、セプタム７、８が、管状体２の内部に挿入された状態で配置されているが、各セプタム７、８の形状及び配置は本構成に限定されるものではない。セプタム７、８は、流入側開口部１ａ、及び、流出側開口部１ｂのそれぞれを密閉封止できる限り、任意の形状及び配置を採用することが可能である。例えば、図１（ｂ）に示すように、セプタム７、８が、それぞれ流入側開口部１ａ、及び流出側開口部１ｂの外周に嵌合する凹部７ａ、８ａを有し、当該凹部７ａ、８ａに管状体２の開口端が挿入される構成であってもよい。

また、図１の例では、フィルタ５は、管状体２の内壁にその一端から所定長に渡って形成された突部２ａによって、その位置が保持されており、フィルタ４は、管状体２の開口部１ａから圧入された環状部材６により、その位置が保持されている。

さらに、管状体２の外壁の一部には、管状体２の軸方向に対して直角に突出する突部９が形成されている。この突部９を利用して、後述するように、検出対象物の定量を行う測定時の位置決めが行われる。

次に、上述のフローセル１を使用する試料分離装置の構成について説明する。なお、本発明に係るフローセル１は、試料溶液の流路にフローセルを備える全ての装置において使用可能である。

本発明の試料分離装置は、フローセル１を試料溶液の流路に接続する機構に特徴がある。図２は、本発明の試料分離装置の要部を示す概略図である。なお、本装置の試料搬送系の他の部分は、公知の従来技術と同様であるため、ここでの説明は省略する。

図２（ａ）に示すように、本発明に係る試料分離装置は、上述のフローセル１を装着する支持部材２１を備える。当該支持部材２１には、フローセル１の外壁の一部に形成された突部９と符合する位置決め穴２２が設けられており、図２（ｂ）に示すように、位置決め穴２２にフローセル１の突部９を嵌合させることにより、支持部材２１に対するフローセル１の位置が誤差なく定められる。

また、位置決め穴２２により位置決めされたフローセル１において、セプタム７が封止する開口部１ａの中央部に対向する位置には、流入側中空ニードル１４がマウント１６に支持されている。この中空ニードル１４は、管状体２の軸心方向に沿って配置され、かつ、その先端が開口部１ａに向けられている。同様に、位置決め穴２２により位置決めされたフローセル１において、セプタム８が封止する開口部１ｂの中央部に対向する位置には、流出側中空ニードル１５がマウント１８に支持され、その先端は中空ニードル１４と反対方向に向けられた構成になっている。

なお、図２の例では、中空ニードル１４、１５が、セプタム７、８を下記のように貫通させた際に、各中空ニードル１４、１５の中空部と外部とを連通する開口１４ａ、１５ａに目詰まりが発生することを避けるため、各開口１４ａ、１５ａをそれぞれ中空ニードル１４、１５の側面に設けている。

一方、マウント１６は、中空ニードル１４の先端部（開口１４ａ）を、セプタム７を貫通してフローセル１の内部に位置させる接続位置と、フローセル１の外部に位置させる解放位置とにわたって移動させるアーム１７に接続されている。アーム１７は、例えば、図示しない操作レバーの操作に連動して接続位置と解放位置との間を移動するように構成される。

同様に、マウント１８は、中空ニードル１５の先端部（開口１５ａ）を、セプタム８を貫通してフローセル１の内部に位置させる接続位置と、フローセル１の外部に位置させる解放位置とにわたって移動させるアーム１９に接続されている。なお、アーム１７とアーム１９とは、個別に移動する構成であってもよいが、１つの操作レバーの操作に連動して、接続位置と解放位置の間を移動する構成であることが好ましい。

さらに、マウント１６の内部では、流入側中空ニードル１４が試料溶液をフローセル１に流入させる流入側チューブ１３ａと接続されるとともに、マウント１８の内部において、流出側中空ニードル１５がフローセル１に導入された試料溶液を排出させる流出側チューブ１３ｂに接続されている。

上記構成によれば、フローセル１の突部９を位置決め穴２２に嵌合させるだけで、セプタム７、８と、中空ニードル１４、１５先端との位置あわせを行うことができる。この状態で、中空ニードル１４及び１５を接続位置に移動させると、フローセル１は、試料分離装置の試料溶液の流路に装着される。逆に、接続位置にある中空ニードル１４及び１５を解放位置に移動させると、フローセル１は試料溶液の流路から離脱させることができる。このように、本構成によれば、極めて簡単な作業でフローセル１の着脱を行うことができるのである。特に、試料溶液中に含まれる微量の検出対象物の検出を可能とするために、流路径及び容積が小さいフローセル１を使用する試料分離装置に適用した場合、フローセルの交換作業に要していた手間を著しく軽減することができる。

また、セプタム７、８は弾性体により構成されているので、中空ニードル１４、１５の刺し込みが容易であるとともに、中空ニードル１４、１５の抜き穴が塞がれるためフローセル１の密閉性が保たれる。このため、フローセル１を着脱する際に、フローセル１の内容物が外部に漏れ出したり、フローセル１の内部に、検出対象物の捕捉を阻害する物質等の不純物が混入したりすることを防止することができる。特に、担体３が、液体とともに内部に封止されたフローセル１では、着脱の際のフローセル１の取扱いが、従来に比べて極めて容易になる。

以上のようにして試料溶液の流路に配置されたフローセル１に、所定量の試料溶液を通過させると、担体３に試料溶液中の検出対象物が捕捉される。本発明の試料分離装置は、以上のようにして、検出対象物を試料溶液から分離するが、当該試料分離装置は、この検出対象物の分析（例えば、定量分析）を行う測定系を備える構成であってもよい。

ここでは、検出対象物が蛍光性を有し、上述の試料分離装置が検出対象物の定量を行う蛍光測定を行う測定系を備えた事例を簡単に説明する。図３は、蛍光測定を行う光学系の概略図である。

図２（ｃ）に示すように、試料分離装置の支持部材２１には、支持部材２１に装着されたフローセル１の担体３が配置された空間に対応する位置に、検出対象物の蛍光を励起する励起光が出射されるとともに、担体３に捕捉された検出対象物の蛍光が入射される入出射窓２３が設けられている。

また、図３に示すように、試料分離装置において、支持部材２１のフローセル１と反対側の位置には、蛍光測定を行う光学系が設けられている。この光学系では、入出射窓２３に対向する位置に、検出対象物の蛍光量を計測する光電素子等からなる光検出器３２が配置されている。また、フローセル１と光検出器３２との間の光路と直交する方向には、励起光を出射する発光ダイオード等からなる光源３１が配置されている。さらに、フローセル１と光検出器３２との間の光路と光源３１の光路とが交差する位置には、ハーフミラー３４が配置されている。

なお、レンズ３３は、光源から出射された励起光を平行光として、ハーフミラー３４へ入射させるためのレンズであり、レンズ３５は、ハーフミラー３４で反射された平行光をフローセル１に結像するレンズである。また、レンズ３５により、フローセル１の担体３に捕捉された検出対象物が発する蛍光がハーフミラー３４上に平行光として投影され、レンズ３６が、ハーフミラー３４を透過した蛍光を光検出器３２に結像させる。

図３の例では、光学系の全光路をフローセル１の流路に垂直な面内に配置した構成を示しているが、励起光がフローセル１に入射され、これにより励起された検出対象物の蛍光量を観測することが可能であれば、任意の光学配置を採用できることはいうまでもない。また、上記蛍光測定が行われる際には、励起光以外の光が入射することがないようにフローセル１は当然遮光されている。

以上の光学系により、担体３に捕捉された検出対象物に励起光を照射した際に、検出対象物が発する蛍光量を測定することが可能となる。そして、当該蛍光量に基づいて、検出対象物の定量が行われる。

なお、上記では、試料分離装置が備える測定系の一例として蛍光測定系を説明したが、本発明は、検出対象物に応じた任意の測定系を備えた装置に適用可能である。

また、上記実施の形態では、管状体２の形状を中空円柱として説明したが、フローセルの形状は、試料溶液の流入側から流出側までが分岐のない流路を有する構成であれば任意の形状を採用することができる。

本発明は、フローセルと当該フローセルを使用する装置との接続を簡単にかつ正確に行うことができ、フローセルを備える試料分離装置等に有用である。

本発明に係るフローセルの概略構成図。 本発明に係る試料分離装置の要部概略図。 蛍光測定に使用される光学系を示す図。 従来のフローセルの概略構成図。

符号の説明

１ フローセル
２ 管状体
３ 担体
７ 流入側セプタム
８ 流出側セプタム
９ 位置決め用突部
１４ 流入側中空ニードル
１５ 流出側中空ニードル
１６、１８ マウント
１７、１９ アーム（移動手段）
２１ 支持部材
２２ 位置決め穴（位置決め手段）

Claims (6)

1. 検出対象物を捕捉する担体を備えたフローセルに試料溶液を通過させ、前記試料溶液から前記検出対象物を分離する試料分離装置において、
   前記フローセルが、
   流入側開口部及び流出側開口部に備えた弾性体からなるセプタムと、
   前記担体を、前記各セプタムと離間して、前記フローセル内の一部を充填した状態に保持する、前記試料溶液が通過可能かつ前記担体が通過不可能なフィルタと、
   を有し、
   前記セプタムをそれぞれ貫通し、前記セプタムと前記フィルタとの間の離間部に先端がそれぞれ配置されることにより、前記フローセルを前記試料溶液の流路に接続する中空ニードルを備えたことを特徴とする試料分離装置。
2. 前記試料溶液の流路に接続された前記フローセルの、前記担体が充填された部位に、当該フローセルの外部から、前記担体に捕捉された検出対象物の蛍光を励起する励起光を入射する光源と、
   前記励起光により励起された、前記検出対象物の蛍光量を計測する光検出器と、
   をさらに備える請求項１記載の試料分離装置。
3. 前記担体が顆粒状または繊維状である、請求項１または２記載の試料分離装置。
4. 前記中空ニードルは、前記セプタム貫通方向の側面に前記流路に接続する開口を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の試料分離装置。
5. 前記中空ニードルを、先端が前記フローセルの内部の前記離間部に位置する接続位置と、先端が前記フローセルの外部の所定位置に位置する解放位置とにわたって移動させる移動手段と、
   前記中空ニードルの先端と前記セプタムとの位置合わせを行う位置決め手段と、
   を備えた請求項１から４のいずれか１項に記載の試料分離装置。
6. 試料溶液に含まれる検出対象物の分離に使用されるフローセルであって、
   流入側開口部及び流出側開口部に設けられた弾性体からなるセプタムと、
   前記検出対象物を捕捉する担体を、前記各セプタムと離間して、前記フローセル内の一部を充填した状態に保持する、前記試料溶液が通過可能かつ前記担体が通過不可能なフィルタと、
   を備えるフローセル。

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