JP6319937B2 - 加熱されたピペット針部内の一定体積の液体を加熱する方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動又は半自動分析機器の分野の発明であり、ピペット装置及び加熱されたピペット針部内の一定体積の液体を加熱する方法に関する。

ピペット装置は、臨床診断、バイオテクノロジー、環境分析又は物質分析用の自動若しくは半自動分析機器において使用される。分析方法は、そのような分析機器内で、液状の試料及び／又は試薬が混合されて反応混合物が形成され、反応が、例えば測光手段によって、定量的に測定されることより、実行される。自動制御ピペット装置は、通常、吸引ピペットと同じように機能し、正確に計量された量の液状の試料又は試薬を貯蔵容器から反応容器に移し変えるために使用される。

多くの機器は、多様な試料を取得し、且つ、多様な試薬を貯蔵することができる。貯蔵のため、試薬供給源は、特に試薬ステーション内で、室温より低い温度に冷却される。しかしながら、分析方法を実行するためには、特に分析方法が酵素反応に基づく場合には、反応混合物に特定の温度が存在しなければならない。この理由から、加温されたピペット針部が長い間使用されてきた。加温されたピペット針部により、反応容器に移し変える液体を所望の温度に調整した後に、その液体を反応容器に分注する(dispense)ことができる。加熱されたピペット装置は、例えば、特許文献１、特許文献２又は特許文献３に記載されている。

最新の分析機器は、種々の試験を行なうことができる。従って、ピペット装置は、種々の体積の様々な冷却された試薬をピペット操作(pipette)できなければならず、その際に、冷却された試薬を所望の反応温度又は所望の反応温度に近い温度に加熱できなければならない。

既知の分析機器では、常に同じ予定温度(intended temperature)を有するピペット装置が使用されている。血液、血漿又は血清試料を分析するための機器では、試薬をピペット操作する目標温度(target temperature)は、慣例的に、３７℃である。ピペット針部の温度は、温度センサを用いて測定される。加熱装置は、ピペット針部の温度が設定予定温度より下がった場合にのみ、作動させられる。

実際上の問題は、種々の量の液体を等しく同じ目標温度、例えば３７℃、に確実に加熱できるかどうかである。或る状況下では、比較的多量の液体は十分に加熱されず、少ない量の液体は過熱される場合があり、その逆も起こる。ピペット針部の吸引先端の領域にしか残らない程に僅かな量は、十分に加熱されない可能性がある。その理由は、吸引先端の領域が全く加熱されないことがよくあり、また、ピペット針部に沿って温度勾配があって吸引先端だけがピペット針部の他の部分より低い温度を有するからである。

特許文献３では、この問題は、ピペット装置内の温度を、移し変える液体の体積に、合わせることにより解決される。移し変える液体の体積が大きいほど、ピペット針部が強く加熱される。特に小さい体積の場合には、ピペット針部は、より強く加熱される。この方法の欠点は、この方法が加熱装置の複雑な制御を必要とすること、及び、ピペット操作ステップ毎に異なる温度にピペット針部を加熱できるように、加熱装置を構成しなければならないことである。これは、あまり強く加熱しなくてもよい大量の液体を最初にピペット操作し、そのすぐ後に、より強く加熱しなければならないより少量の液体をピペット操作しなければならない場合には、特に問題となる。この場合、まだあまり強く加熱されていないピペット針部によって、より少量の液体が十分には加熱されない恐れがある。

欧州特許出願公開１１３４０２４号明細書 欧州特許出願公開０４９６９６２号明細書 米国特許出願公開第２００８／００４４３１１号明細書

従って、本発明の目的は、常に同じ予定温度を有する従来のピペット装置を使用して、種々の体積の液体を等しく所望の目標温度に加熱できるようにする手段及び方法を提供することである。

この目的は、ピペット針部が、最初に、所望の体積の液体を吸引し、その後に、更に一定体積の空気を吸引し、その結果、前記体積の液体がピペット針部のより深くに到達するという事実により達成される。前記空気の体積は、前記体積の液体が、加熱されたピペット針部の温度センサが取り付けられた領域に到達し、そして、この領域を完全に通過するように、選択される。

従って、本発明によれば、閉ループ制御可能な加熱装置と温度センサが取り付けられた領域とを有する加熱されたピペット針部内の一定体積の液体を加熱する方法であって、
ａ）所望の体積の液体を吸引する工程、及び、その後の
ｂ）一定体積の空気を吸引する工程を備える方法であり、
前記空気の体積は、前記体積の液体が、前記加熱されたピペット針部の前記温度センサが取り付けられた領域に到達して、そして、この領域を完全に通過するように選択されることを特徴とする方法が、提供される。

本発明の方法において、前記ピペット針部が不変の予定温度を有することが好ましい。

本発明の方法において、前記予定温度に到達しない場合にだけ前記温度センサが前記加熱装置を作動させることが好ましい。

本発明の方法において、工程ａ）及びｂ）に加えて、ｃ）前記吸引体積の空気及び液体を分注する工程を更に含んでもよく、このとき、前記ピペット針部内の前記体積の空気及び液体の付加的な温置（incubation）が、吸引と分注との間で行なわれないことが好ましい。

また、本発明によれば、一定体積の液体をピペット操作する装置であって、下記の構成要素を備えてなり、
ａ）閉ループ制御可能な加熱装置と温度センサが取り付けられる領域とを有する加熱可能なピペット針部、
ｂ）前記ピペット針部の不変の予定温度を設定する手段、
ｃ）吸引される液体の所望の体積を設定する手段、及び
ｄ）吸引される空気の体積を設定する手段を有し、
前記吸引される空気の体積は、吸引される液体の前記体積に依存して、先に吸引された体積の液体が、前記ピペット針部の前記温度センサが取り付けられた領域に到達して、そして、この領域を完全に通過するように、選択される装置が提供される。

更に本発明によれば、上記装置を備える、試料を自動的に分析するための分析機器が提供される。

上記分析機器において、吸引される液体の所望の体積を設定する手段が、特定の試験方法を定義する情報に基づいて前記吸引される液体の所望の体積を設定する手段であることが好ましい。

また、上記分析機器において、前記吸引される空気の体積を設定する手段が、特定の試験方法を定義する情報に基づいて前記吸引される空気の体積を設定する手段であることが好ましい。

図１は、ステンレス鋼で作成された円筒状中空針から成る加熱可能なピペット針部（１）を示す。中空針は、一端に、吸引システム、例えばシリンダ及びその中を移動することができるピストン、に結合することができる開口（２）を有する。他端で、中空針は、開口（４）を有する円錐形先端区分（３）を有する。中空針のまわりに、円錐形先端区分（３）を除いて、電熱線が巻き付けられる。中空針は、温度センサ（５）を有する。加熱されたピペット針部の温度センサが取り付けられている領域は、ｘからｙまで延在し、ピペット針部の長手方向軸に沿った温度センサの長さに対応する。 図２は、例示的な実施形態により加熱されたピペット針部によって移された後の、様々な試料体積の冷却された試料液体の測定分注温度を示す。曲線１：空気の吸引体積：５μＬ、温置時間：０秒、曲線２：空気の吸引体積：５μＬ、温置時間：５００ミリ秒、曲線３：空気の吸引体積：１５μＬ、温置時間：０秒と、曲線４（本発明による方法）：空気の吸引体積：２５μＬ、温置時間：０秒

本発明において、ピペット針部が、最初に、所望の体積の液体を吸引し、その後に、更に一定体積の空気を吸引し、その結果、前記体積の液体がピペット針部のより深くに到達する。前記空気の体積は、前記体積の液体が、加熱されたピペット針部の温度センサが取り付けられた領域に到達し、そして、この領域を完全に通過するように、選択される。

一定体積の空気を付加的に吸引することが、様々な体積の液体を均一に加熱する際に、例えば、吸引と分注との間の温置、即ち、ピペット操作されるべき液体を、比較的長い時間の間、ピペット針部内に留めることよりも、効率的であることが分かった。

ピペット針部の温度を測定する温度センサは、可能であれば、吸引中の温度の変化を測定し且つ同時に針部の全長に亘る予定温度の適正な設定も保証するピペット針部の領域にあることが好ましい。この領域は、典型的には、針部の先端部の３分の１にある。

用語「加熱されたピペット針部の温度センサが取り付けられる領域」は、ピペット針部の長手方向軸に沿った、温度センサの寸法に対応する長さを有する区分である。

本発明の装置は、一定体積の液体をピペット操作するための装置であって、この装置は、
ａ．閉ループ制御可能な加熱装置と温度センサが取り付けられた領域とを有する加熱可能なピペット針部、
ｂ．ピペット針部の不変の予定温度を設定する手段、
ｃ．吸引される液体の所望体積を設定する手段、及び
ｄ．吸引される空気の一定体積を設定する手段を有し、
前記吸引される空気の体積は、吸引される液体の前記体積に依存して、先に吸引された体積の液体が、ピペット針部の温度センサが取り付けられた領域に到達して、そして、この領域を完全に通過するように、選択される。

ここで、「ピペット針部の不変の予定温度を設定する手段」は、温度センサからピペット針部の実効値温度に関する情報を受け取り、該実効値温度を設定予定温度と比較し、実効値温度が前記設定予定温度より低い場合にのみ、加熱装置を作動させる閉ループ制御装置を意味する。

「吸引される液体の所望の体積を設定する手段」は、吸引される液体の所望の体積に関する情報を収容し又は受け取り、この情報により、所望の体積の液体を吸引するようにピペット装置を制御するデータ処理装置を意味する。吸引される液体の体積に関する情報は、例えば、特定の試験方法を定義する情報パッケージの一部として貯蔵媒体に記憶されてもよい。

「吸引される空気の体積を設定する手段」は、吸引される空気の所望の体積に関する情報を収容し又は受け取り、この情報により、所望の体積の空気を吸引するようにピペット装置を制御するデータ処理装置を意味する。吸引される空気の体積に関する情報は、例えば、特定の試験方法を定義する情報パッケージの一部として貯蔵媒体に記憶される。或いは、吸引される空気の体積に関する情報は、吸引される液体のあらゆる体積を、吸引される空気の体積に割り当てる情報パッケージの一部として貯蔵媒体に記憶されてもよい。いかなる場合も、吸引される空気の体積は、先に吸引された体積の液体が、ピペット針部の温度センサが取り付けられた領域に到達し、そして、この領域を完全に通過するように、選択される。

本発明の更なる主題は、本発明による一定体積の液体をピペット操作するための装置を備えた、試料、好ましくは体液試料、を自動的に分析する分析機器に関する。

本発明による分析機器は、更に、光度計等の反応混合物の光学特性を測定する装置と機器制御装置とを備えることが好ましい。機器制御装置は、データ処理設備（コンピュータ）及び制御装置並びに所望により画面及びキーボードを含む。

制御装置は、測定装置、ピペット装置及び機器の他の技術的構成要素の動作プロセスを制御する。更に、制御装置は、例えば測定装置によって確立された測定データ等の情報を貯蔵し、処理し、分析する。制御装置は、特に、様々なコンピュータプログラムがインストールされたハードディスクドライブ及びインストールされたコンピュータプログラムを実行するプロセッサ（ＣＰＵ）を備える。本発明による分析機器は、プログラムがハードディスクドライブにインストールされた制御装置を備え、この制御装置は、吸引される液体の所望の体積を制御し、次に、吸引される空気の体積を制御することによって、加熱されたピペット針部内の一定体積の液体を加熱するための本発明による方法を制御する。

加熱可能なピペット針部は、図１に示されたように、予定温度４１℃に設定され、冷却貯蔵容器から６℃の様々な量（９〜１８５μＬ）の冷水が試料として吸引され、貯蔵容器内に分注された。ピペット針部から分注する際の水の温度は、取得容器の上に水平方向に取り付けられた変換器を用いて測定された。種々のピペット操作手順を試験し、その間に、試料の保持時間（温置時間）及び／又は液体試料を吸引した後で吸引される空気の体積量を変化させた。表１に様々なパラメータを列挙する。

図２に、様々なピペット操作試料体積の測定された分注温度をグラフで示す。試料体積が中空針に深く吸引されるほど、試料が強く加熱され、分注温度が予定温度に近づく。試験２の結果を試験３及び４の結果と比較すると、十分に大量の空気の付加的吸引は、ピペット針部内の試料体積の持続時間（温置）を長くするよりも、効率的な加熱をもたらすことが明らかである。最良の結果は、特に小体積の場合には、空気の付加的吸引体積が充分大きくて、温度センサが取り付けられた領域を全試料体積が完全に通過できる場合に、達成される。使用されたピペット針部では、温度センサは、一定体積の液体が温度センサを完全に通過するために、１６μＬの体積の空気が必要になるように、取り付けられた。

Claims (8)

1. 閉ループ制御可能な加熱装置と温度センサが取り付けられたセンサ領域とを有する加熱されたピペット針部内の一定体積の予定温度に昇温されていない液体を加熱する方法であって、ここで、前記閉ループ制御可能な加熱装置が前記ピペット針部の周りに巻き付けられている電熱線を含有し、前記センサ領域が、前記ピペット針部の加熱された部分内に位置し、前記加熱された部分が前記センサ領域の上流及び下流に延びて存在しており、
   ａ）冷却貯蔵容器から前記ピペット針部に所望の体積の前記液体を吸引する工程、及び、その後の
   ｂ）前記ピペット針部に一定体積の空気を吸引する工程を備える方法であり、
   前記空気の前記体積は、前記体積の前記液体が、前記加熱されたピペット針部の先端部の３分の１にある、前記センサ領域に到達して、そして、このセンサ領域を完全に通過するように選択されることを特徴とする方法。
2. 前記ピペット針部が不変の予定温度を有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記予定温度に到達しない場合にだけ前記温度センサが前記加熱装置を作動させる、請求項２に記載の方法。
4. ｃ）前記吸引体積の前記空気及び前記液体を分注する工程を更に含み、
   前記ピペット針部内の前記体積の前記空気及び前記液体の付加的な温置が、吸引と分注との間で行なわれない、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 一定体積の液体をピペット操作する装置であって、下記の構成要素を備えてなり、
   ａ）閉ループ制御可能な加熱装置と温度センサが取り付けられたセンサ領域とを有する、冷却貯蔵容器から所望の体積の予定温度に昇温されていない液体を吸引するための加熱可能なピペット針部であって、ここで、前記閉ループ制御可能な加熱装置が前記ピペット針部の周りに巻き付けられている電熱線を含有し、前記センサ領域が、前記ピペット針部の加熱された部分内に位置し、前記加熱された部分が前記センサ領域の上流及び下流に延びて存在しており、
   ｂ）前記ピペット針部の不変の予定温度を設定する手段、
   ｃ）吸引される前記液体の所望の体積を設定する手段、及び
   ｄ）吸引される空気の体積を設定する手段を有し、
   吸引される前記液体の前記体積に依存して、先に吸引された前記体積の液体が、前記ピペット針部の先端部の３分の１にある、前記センサ領域に到達して、そして、このセンサ領域を完全に通過するように、前記吸引される空気の体積が選択される装置。
6. 請求項５に記載の装置を備える、試料を自動的に分析するための分析機器。
7. 吸引される液体の所望の体積を設定する手段が、特定の試験方法を定義する情報に基づいて、前記吸引される液体の所望の体積を設定する、請求項６に記載の分析機器。
8. 前記吸引される空気の体積を設定する手段が、特定の試験方法を定義する情報に基づいて、前記吸引される空気の体積を設定する、請求項６に記載の分析機器。

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