JP5150766B2

JP5150766B2 - 混合ピペット

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Publication number: JP5150766B2
Application number: JP2011523791A
Authority: JP
Inventors: ジェイムズ・クレメント・ビショップ
Original assignee: Biomerieux Inc
Current assignee: Biomerieux Inc
Priority date: 2008-08-19
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2029-07-31
Also published as: JP2012500116A; EP2340108A1; CN102123786B; EP2340108B1; CN102123786A; AU2009283245A1; AU2009283245B2; WO2010021654A1; US20100047898A1

Description

本発明は、溶液中に懸濁されている細菌コロニー試料を混合して移送するのに使用されるピペットに関する。特に、本発明は、生食懸濁液中の細菌コロニー試料を、同時に、バラバラにして混合する、成形形状部分を有する薄壁管に、関する。管は、また、ピペット移送システムとして機能するのに十分な長さを、有している。ピペット管は、光学的に透明なプラスチックを押し出して作ることができ、その場合、電子検知システムに組み入れて、混合されている細菌／生食溶液のマクファーランド濁度を測定することもできる。

入院患者のサンプルの迅速且つ正確な処理は、疾患を診断し、正しい滅菌薬を投与するために、重要である。現在、微生物学者は、患者のサンプルを集め、それを、培地が充填されたペトリ皿に載せている。そして、その皿は、温度制御環境下で培養される。細菌コロニーがペトリ皿中で見えるようになると、コロニーの幾つか又は全部が、綿棒、金属棒、又は、他の器具によって、ペトリ皿から取り除かれ、生食溶液で満たされた試験管に挿入される。そして、細菌コロニーは、一般的には手によって、試験管中で生食溶液と混合される。そして、混合物は、薬剤の種々のタイプや濃度の下で培養して細菌成長をモニターするための、器具中に、入れられる。そして、最も有効な薬剤が確定される。

本件譲受人は、O'Bear他の米国特許第5,869,005号に記載されている、細菌／生食溶液混合物を受けるためのテストパターン（test card）、及び、Fanning他の米国特許第5,762,873号に記載されている、微生物同定及び感受性テストのためのテストパターンを処理する分析器具、を開発した。Bishop他の米国特許第5,697,409号は、'873特許の器具に組み入れられた、希釈及びピペット操作ステーションを、示している。'873特許の器具は、譲受人によって「Vitek 2」器具として市販されており、先の段落に記載された生食充填試験管での細菌のコロニーの手動混合がオフラインを生じた後に、多数の試験管を受ける。

米国特許第5,869,005号米国特許第5,762,873号米国特許第5,697,409号米国特許第5,174,162号米国特許出願公開第2008/0072664号

多くの細菌コロニーは、油性成分を有しており、部分的にのみ溶解するので、生食溶液には小さな塊が残る。これらの小さな塊は、分析器具の性能に影響する。上述したように、検査技師は、現在、綿棒や他の器具によってペトリ皿培地から細菌コロニーを取り除くことによって、溶液を調製している。そして、綿棒は、生食充填試験管の内部に挿入され、管壁に対して回転されて、細菌コロニー溶液を破砕して混合する。この方法は、時間がかかり、自動化するのが困難である。コロニーの混合は、例えば超音波振動子や回転ボールを用いる機械的混合方法によって改善できるが、これらの方法を用いることによって細菌に伝達される運動エネルギーが、細菌を破壊し、それにより、感受性テストの結果に影響する。したがって、これらの方法は、この用途には、うまく機能しない。

関連する他の従来技術としては、Miyake他の米国特許第5,174,162号、Hansen他の米国特許出願公開第2008/0072664号がある。

第１態様は、細菌溶液を混合するための、一部品（one-piece）からなる低コストのピペットである。このピペットは、患者試料の自動器具診断のためのシステムと連結して使用するのに適している。

ピペットは、内部通路と第１端部と第２端部とを有する管状体を、備えている。ピペットの第１端部の開口の直径は、連動する電子ピペッターのポンプ作動が、溶液中に懸濁している細菌コロニーを、容易に集め、真空を用いることによってピペットの内部通路内に引き込むことができるような、大きさに、設定されている。開口の上方では、管状体が、内向きに変形して、ピペットの内部通路内に、狭窄部又はスリットを作っている。真空がピペットに適用されて、細菌溶液がピペット内に引き込まれると、スリットは、細菌コロニーを緩やかに変形し分離しながら、細菌溶液の速度を増大させる。変形された細菌コロニーがスリットを通過するとき、細菌溶液は、速度の増大によってピペット内に作られた乱流によって、混合される。細菌コロニーの大きさは、細菌がスリットを通って２回以上循環するようにピペット流れ方向を交互に変えることによって、更に低減される。スリットへの傾斜入口も、循環が反転する間に油性細菌がスリットに詰まるのを、防止する。スリット開口は、大きさと、狭窄形状（スリットへの出口）から管内径への変位とが、増大すると、細菌コロニーが自由になって生食溶液中により均一に分散されるのを、可能とする。

スリットへの入口及び出口は、対称的形状である必要はない。一つの可能な実施形態では、それらは対称である。更に、一実施形態の混合ピペットでは、他の開口端部の近くに第２スリットがある。この実施形態では、ピペット全体が対称であり、２個の開口端部の近くに２個のスリットがあり、各スリットは、スリットへの入口及び出口を有しており、その入口及び出口は、対称でもよく対称でなくてもよい。

混合ピペットチップ（tip）の実用試作機は、生食充填試験管において細菌コロニー試料を混合することの実行可能性を、実証した。細菌溶液を混合する方法は、混合チップを電子制御ピペッターに接続することによって、容易に自動化できる。

本件の混合ピペット構造は、溶液中で異なる物質を混合するための安価で簡単な方法を必要とする他の産業においても、使用できる。

別の態様は、ピペット操作システムであり、それは、真空源及びチップを有する電子ピペッターと、ピペットの供給と、を備えている。ピペットの各々は、概ね円筒状の細長い管状体を備えており、管状体は、管内径を有する内部通路と、管状体の第１端部の第１開口と、管状体の第２端部の第２開口と、を有している。電子ピペッターのチップは、管状体の第２端部内に嵌るようになっている。管状体は、更に、第１端部と第２端部との間に内向き変形部を備え、ピペットの内部通路内に狭いスリットを作っている。スリットは、一方の側に傾斜入口を、及び、他方の側に傾斜出口を、有している。傾斜入口及び傾斜出口は、管内径と狭いスリットとの間に変位を提供している。傾斜入口と傾斜出口とは、対称でもよく対称でなくてもよい。
すなわち、別の態様は、次の構成を有している。
［１］ピペット操作システムであって、
真空源及びチップを有する電子ピペッターと、
ピペットの供給と、を備えており、
各ピペットは、
（１）概ね円筒状の細長い管状体を備えており、管状体は、管内径を有する内部通路と、管状体の第１端部の第１開口と、管状体の第２端部の第２開口と、を有しており、電子ピペッターのチップが管状体の第２端部に嵌るようになっており、
（２）管状体は、更に、第１端部と第２端部との間に内向き変形部を備えて、ピペットの内部通路内に狭いスリットを作っており、スリットは、一方の側に傾斜入口を、及び、他方の側に傾斜出口を、有しており、傾斜入口及び傾斜出口は、管内径と狭いスリットとの間に変位を提供している、
ことを特徴とするピペット操作システム。
［２］細菌コロニーを含有する細菌溶液を含む試験管を、更に備えており、ピペットの第１端部の開口の径が、電子ピペッターをポンプ作動によって、溶液中に懸濁している細菌コロニーを、集めて、真空を用いてピペットの内部通路内に引き込むことができるような、寸法に、設定されている、
前記［１］記載のピペット操作システム。
［３］ピペットが、透明材料でできている、
前記［１］記載のピペット操作システム。
［４］ピペット内の細菌溶液のマクファーランド濁度を測定するための器具を、更に備えている、
前記［３］記載のピペット操作システム。
［５］ピペットの、傾斜入口と傾斜出口とが、対称的である、
前記［１］記載のピペット操作システム。
［６］ピペットの、傾斜入口と傾斜出口とが、非対称的である、
前記［１］記載のピペット操作システム。

他の態様は、ピペットを作る方法である。その方法は、プラスチック材料を、概ね円筒状の管状体内に押し出す、ステップを、有しており、管状体は、管内径を有する内部通路と、管状体の第１端部の第１開口と、管状体の第２端部の第２開口と、を有している。更に、その方法は、管状体において、第１端部と第２端部との間に内向き変形部を形成して、ピペットの内部通路内に狭いスリットを作る、ステップを、有しており、スリットは、一方の側に傾斜入口を、及び、他方の側に傾斜出口を、有しており、傾斜入口及び傾斜出口は、管内径と狭いスリットとの間に変位を提供している。
すなわち、他の態様は、次の構成を有している。
［７］ピペットを作る方法であって、
プラスチック材料を、概ね円筒状の管状体内に押し出す、ステップであって、管状体は、管内径を有する内部通路と、管状体の第１端部の第１開口と、管状体の第２端部の第２開口と、を有している、ステップと、
次いで、管状体において、更に、第１端部と第２端部との間に内向き変形部を形成して、ピペットの内部通路内に狭いスリットを作る、ステップであって、スリットは、一方の側に傾斜入口を、及び、他方の側に傾斜出口を、有しており、傾斜入口及び傾斜出口は、管内径と狭いスリットとの間に変位を提供している、ステップと、
を有することを特徴とする方法。
［８］内向き変形部を形成するステップが、互いに対称的な、傾斜入口及び傾斜出口を、形成するステップを、含んでいる、
前記［７］記載の方法。
［９］内向き変形部を形成するステップが、互いに非対称的な、傾斜入口及び傾斜出口を、形成するステップを、含んでいる、
前記［７］記載の方法。
更に、本願は、別の他の態様として、次の構成を有している。
［１０］細菌溶液を混合する方法であって、
（１）混合ピペットを用意するステップであって、混合ピペットは、概ね円筒状の細長い管状体を備えており、管状体は、管内径を有する内部通路と、管状体の第１端部の第１開口と、管状体の第２端部の第２開口と、を有しており、管状体は、更に、第１端部と第２端部との間に内向き変形部を備えて、ピペットの内部通路内に狭いスリットを作っており、スリットは、一方の側に傾斜入口を、及び、他方の側に傾斜出口を、有しており、傾斜入口及び傾斜出口は、管内径と狭いスリットとの間に変位を提供している、ステップと、
（２）混合ピペットの第１端部を細菌溶液を含む容器内へ配置するステップと、
（３）混合ピペットの第２端部に真空を適用して、細菌溶液を、スリットを過ぎてピペットの内部通路内に引き込む、ステップであって、スリットは、細菌コロニーを緩やかに変形し分離しながら、内部通路内の溶液の速度を増大させる、ステップと、
を有していることを特徴とする方法。
［１１］溶液を容器内に分注するステップ（４）を、更に有しており、ステップ（３）及びステップ（４）を繰り返す、
前記［１０］記載の方法。
［１２］ステップ（３）を、混合ピペットの第２端部に連結された電子ピペッターによって自動的に実行する、
前記［１０］記載の方法。
［１３］細菌溶液が、ステップ（３）に従って、スリットを過ぎて混合ピペットの内部通路に保持されている間に、細菌溶液のマクファーランド濁度を測定するステップを、更に有している、
前記［１０］記載の方法。

好ましい実施形態の混合ピペットの斜視図である。図１のピペットの正面図である。図１及び図２のピペットの縦断面図である。図２の線４−４に沿った断面図である。細菌のコロニーを含んでいる溶液を試験管から引き込むためにピペット操作システムによって使用されている、図１〜４の混合ピペットを示す、略図である。図５のピペット内へのサンプル及びコロニーの引き込みを示す図であり、サンプル中に存在する細菌のコロニーは、ピペットの混合構造を用いることによって、より均一な混合物中へ混合されている。サンプル及びコロニーが試験管へ戻される分注を示す図である。

図面を参照すると、図１は、好ましい実施形態の混合ピペット１０の斜視図である。図２は、ピペット１０の正面図であり、図３は、ピペット１０の縦断面図であり、図４は、図２の線４−４断面図である。

ピペット１０は、円筒壁３０を有する、概ね円筒状で細長い管状体１２の形態を、有している。壁３０は、管内径Ｄを有する内部通路１３を、画定している。ピペットは、第１端部１４と、第２端部１６と、管状体１２の第１端部の開口１８と、管状体１２の第２端部の第２開口１９と、を有している。

円筒壁３０は、第１端部１４と第２端部１６との間に、少なくとも１個の内向き変形部２０を、備えている。図の実施形態では、２個の変形部２０Ａ、２０Ｂが設けられており、一方は第１端部１４に近く、他方は第２端部１６に近い。図３及び図４に最も良く示されるように、変形部２０は、ピペットの内部通路１３内に狭窄部又は狭いスリット２２を作るように、道具を用いて、壁３０の一部３２を内向きに変形させることによって、作られる。スリット２２は、壁３０の湾曲した半径方向の傾斜構造部２４Ａによって、スリットの一方側に画定された、傾斜入口を、有している。スリット２２は、更に、湾曲した半径方向の傾斜構造部２４Ｂによって、スリットの他方側に形成された、傾斜出口を、有している。スリット２２への傾斜入口及び傾斜出口は、管内径Ｄと狭いスリット２２との間に、変位を提供する。傾斜入口と傾斜出口とは、（図３に示されるように）図の実施形態では対称であるが、それは重要ではなく、例えば、スリット２２の上方のピペットの内部通路１３に、より大きな渦度及び混合を、提供するために、入口が、ある傾斜形状を有し、出口が、他の異なる傾斜形状を有してもよい。例えば、傾斜角度は、一方向（吸込）で乱流作動を生じさせ、分注時に別の作動を生じさせるように、異ならせてもよい。そのような非対称は、例えば、表面２４の角度又は形状をスリット２２の内側に向けて（中央に向けて）変えることによって、作ることができる。

図１〜３に示されるように、第１端部と第２端部との間には、２個の内向き変形部２０Ａ、２０Ｂがあり、内向き変形部２０の各々は、ピペット１０の内部通路１３内の狭いスリット２２によって、特徴付けられており、スリットは、図３に最も良く示されるように、傾斜入口及び傾斜出口を有しており、傾斜入口及び傾斜出口は、管内径と狭いスリットとの間に変位を提供している。ピペットは、更に、追加の変形部領域を有してもよい。図２の構成の利点は、ピペットが対称であり又は「両端が同じ形」であり、及び、どちらの端を取り上げてピペッターに挿入するかを問題としない。

図５は、図１〜４の混合ピペットを示す略図であり、その混合ピペットは、試験管１００内の生食溶液（saline solution）１０２中の細菌コロニー１０４を含むサンプルを混合するために、電子ピペッターシステム１１０によって使用されている。試験管１００は、適当な構造物によって支持されているが、それは、重要ではなく、それ故、説明は省略している。細菌コロニー１０４は、初めは、試験管中で少しだけ凝集している。試験管は、ピペッターシステム１１０の下方の位置へ、１個ずつ移動される。ピペッターシステム１１０は、回転ピペッター１１２を有しており、回転ピペッター１１２は、ピペット１０の開口端部にぴったり嵌るチップ（tip）を、有している。ピペッター１１２は、真空源に接続している管１１６を、有している。その管は、ピペッター１１２の通路１１８に接続している。ピペッター１１２は、矢印１７０で示されるように、上下に移動し、矢印１２２で示されるように、軸回りに回転する。ドラム１３２は、ピペッター１１２のためのピペット１０の供給を、含んでいる。可動プレート１３４は、ドラム１３２の底のスロット（図示せず）の下方に、配置されている。ドラム１３２及びピペッター１１２の、構造及び作動は、Bishop他の米国特許第5,697,409に詳細に記載されているピペット操作ステーションに従うようになっており、その内容は、参照することによって、ここに組み込まれる。更に、ピペッターシステムの詳細は、特に重要ではなく、Bishop他の'409特許から大きく変更できる。

試験管は、試験管１００内に存在している細菌コロニー１０４を完全に混合するために、位置Ａから位置Ｂへ移動する。位置Ｂでは、ピペッター１１２は、チップ１１４がピペット１０の端部内に挿入されるように、ドラム１３２からピペット１０の一つを取り上げる。そして、ピペットは、位置Ｂで示されるように、試験管１００内へ下降する。

ピペット管の開口１８、１９の直径は、電子ピペッターシステム１１０のポンプ作動が溶液１０２中の懸濁している細菌コロニー１０４を容易に集めることができるように、従来のピペットチップより十分に大きい。真空がピペットに引き込まれると、溶液１０２及び細菌コロニー１０４が、矢印１５０で示されるように、ピペット１０内に引き込まれる。溶液１０２及びコロニー１０４は、ピペットに引き込まれ、変形部２０Ａを過ぎて、上方の変形部２０Ｂの略レベルまで、移動する。スリット２２（図４）は、細菌コロニーを、緩やかに、変形し、壊し、或いは、分離しながら、「ベンチュリ」効果によって、細菌溶液の速度を増大させる。変形された細菌コロニーがスリット２２を通過するとき、細菌溶液は、速度の増大によって作られた、変形部２０Ａの上方におけるピペット１０の内部の乱流と、混合される。細菌粒子サイズは、細菌をスリットを通して戻して試験管１００内に循環させるためにピペッター流れ方向を交互に変えることによって、及び、できる限り、このプロセスを２回以上繰り返すことによって、更に低減される。湾曲した傾斜壁２４Ａ、２４Ｂによってできた、スリット２２への傾斜入口は、油状の細菌がサイクルの逆転の間に狭いスリット２２を塞いでしまうのを、防止する。スリット２２開口は、大きさと、狭い疑似楕円形状（quasi-elliptical profile）（図４）から（図３に示されるような）管内径Ｄへの変位とが、増大すると、細菌粒子が自由になるのを可能とする（「楕円」という用語は、この明細書では数学的に厳格な意味で使用されておらず、むしろ、図４に示されるように、ピペットの壁３２が実際の壁３０に対して変形する時にスリット２２によって画定された非常に平らな通路を述べるための、大雑把な表現として、使用されている）。

混合プロセスの間、ピペットの直径及び長さと、試験管中の溶液の体積と、に依存するが、試験管中の溶液の多く、おそらく５０％又はそれ以上を、ピペットの内部に引き上げることが可能である。図６を参照のこと。そして、ピペッターシステムのコントローラが、真空を解除し、ピペットの上部開口内への空気の流れが、ピペット１０内の溶液の所定体積を試験管内へ逆流させる。図７を参照のこと。変形部２０Ａを過ぎて試験管内へ戻る溶液の流れは、更なる混合を提供する。必要に応じて、図６及び図７のサイクルを繰り返すことができる。溶液が真空によってピペット１０内に保持されている間、ピペットは、システム１１０に設けられたマクファーランド（McFarland）センサー１４０のレベルに引き上げることができる。マクファーランドセンサー１４０は、ピペット内の溶液の濁度を測定する。マクファーランドセンサー１４０の詳細は公知であるので、その説明は省略する。マクファーランドセンサーの使用は、ピペットがガラスや透明プラスチック樹脂のような光学的に透明な材料でできていることを、必要とする。

図５を再び参照すると、ピペット混合が実行された後、試験管は位置Ｃに進められる。溶液のマクファーランドテストは、位置Ｃ（又は下流処理場所）の試験管で実施される。そして、他の試験管が、ピペッター１１２の下方の位置に移動し、処理を繰り返す。１つのバッチの全試験管が混合された後、試験管は、処理機中で培養される。一実施例では、試験管が、「Vitek 2」器具内のカセット内に配置され、サンプルが、上記のFanning他の'873特許に記載されているように、テストパターンに自動的に積み込まれる。

ピペットを作るための好ましい方法は、概ね円筒形状の管状体１０内にプラスチック材料を押し出すことである。管状体１０は、管内径を有する内部通路１３と、管状体の第１端部の第１開口と、管状体の第２端部の第２開口と、を有している。管状体は、更に、第１端部と第２端部との間に、少なくとも１個の内向き変形部２０を有するように形成されて、ピペットの内部通路内に狭いスリット２２を作っている。この形成ステップは、プラスチック材料が器具によって比較的暖められている内に、実行できる。或いは、プラスチック材料は、冷却して硬くしてもよく、その場合、局部的加熱が、変形部が形成される部位に加えられて、材料を柔らかくし、そして、器具によって内向きに形成する。スリット２２は、図３に示されるように、一方の側に傾斜入口を有し、他方の側に傾斜出口を有しており、傾斜入口及び傾斜出口は、管内径と狭いスリットとの間に変位を提供している。

前述から、当然ながら、次のような細菌溶液を混合する方法を記載できる。その方法は、
（１）混合ピペット１０を用意するステップであって、混合ピペットは、概ね円筒状の細長い管状体１２を備えており、管状体は、管内径を有する内部通路１３と、管状体の第１端部１４の第１開口１８と、管状体の第２端部１６の第２開口１９と、を有しており、管状体は、更に、第１端部と第２端部との間に内向き変形部２０を備えて、ピペットの内部通路１３内に狭いスリット２２を作っており、スリットは、一方の側に傾斜入口を、及び、他方の側に傾斜出口を、有しており、（湾曲した傾斜２４で作られた）傾斜入口及び傾斜出口は、管内径と狭いスリットとの間に変位を提供している、ステップと、
（２）混合ピペット１０の第１端部１４を、細菌溶液を含む容器１００内へ（図５）配置する、ステップと、
（３）混合ピペットの第２端部１６に真空を適用して（図５、図６）、細菌溶液を、スリット２２を過ぎてピペットの内部通路１３内に引き込む、ステップであって、スリットは、細菌コロニー１０４を緩やかに変形し分離しながら、内部通路１３内の溶液１０２の速度を増大させる、ステップと、
を有している。

一実施形態では、方法は、容器（図７）中に溶液を分注するステップ（４）を更に備えており、ステップ（３）及びステップ（４）を少なくとも２回繰り返す。

一実施形態では、ステップ（３）は、混合ピペットの第２端部１６に連結された電子ピペッター１１２によって、自動的に実行される。

一実施形態では、溶液が、ステップ（３）に従って、スリット２２を過ぎて混合ピペットの内部通路に保持されている間に、細菌溶液のマクファーランド濁度を測定するステップを、更に含んでいる。

開示された実施形態の詳細を変更することは、可能である。例えば、異なる傾斜角、異なる外形形状、及び変形部の異なる数を、採用できる。そのような別の形態は、乱流の正確な特性を変えるが、混合原理は同じである。そのような実施形態の全てにおいて、狭い楕円形のスリットは、細菌コロニーを緩やかに押し込んで分散させ、スリット２２を通る溶液／コロニーの加速は、混合乱流を作り、半径方向の傾斜変位２４は、詰まりを防止する。本件の混合ピペット構造は、溶液中で異なる物質を混合するための安価で簡単な方法を必要とする他の産業においても、使用できる。本発明の範囲に関する全ての論点は、添付の請求の範囲を参照することによって、求められる。

Claims

混合ピペットであって、
概ね円筒状の細長い管状体を備えており、管状体は、管内径を有する内部通路と、管状体の第１端部の円筒状の第１開口と、管状体の第２端部の円筒状の第２開口と、を有しており、
管状体は、更に、第１端部と第２端部との間に、２個の内向き変形部を備えており、各内向き変形部は、ピペットの内部通路内の狭いスリットによって特徴付けられており、スリットは、一方の側に傾斜入口を、及び、他方の側に傾斜出口を、有しており、傾斜入口及び傾斜出口は、管内径と狭いスリットとの間に変位を提供しており、
第１内向き変形部は第１端部に近く、第２内向き変形部は第２端部に近く、
２個の内向き変形部が、第１端部と第２端部との間において混合ピペット全体に対称性を与えるように、配置されている、
ことを特徴とする混合ピペット。
ピペットが、光学的に透明である、
請求項１記載の混合ピペット。
少なくとも１個のスリットにおける傾斜入口と傾斜出口とが、対称的である、
請求項１記載の混合ピペット。
少なくとも１個のスリットにおける傾斜入口と傾斜出口とが、非対称的である、
請求項１記載の混合ピペット。
傾斜入口と傾斜出口とが、対称的である、
請求項１記載の混合ピペット。
傾斜入口と傾斜出口とが、非対称的である、
請求項１記載の混合ピペット。