JP7009498B2 - 接触式液体測定のための方法および計量装置 - Google Patents

Description

本発明は液体の接触式測定の方法に関し、液体の接触式測定のための計量装置に関する。

液体の接触式測定は、特に医学、生物学、生化学および化学の研究室において用いられている。

接触式測定中に、第１の液体がピペット・チップ、すなわち、下方の開口部および上方の開口部を含む、円筒管または他の細長い中空の本体に取り込まれる。この細長い中空の本体が目標容器内の第２の液体に浸され、第１の液体が細長い中空の本体から目標容器内の第２の液体へ吐出される。第１の液体が細長い中空の本体によって供給源容器から取り込まれることが好ましい。この目的のために、細長い中空の本体の下方の開口部が第１の液体に浸され、第１の液体が細長い中空の本体に吸入される。あるいは、第１の液体が上方の開口部を通じて細長い中空の本体に供給される。

等量分注中に、第１の液体が細長い中空の本体からいくつかの目標容器にいくつかの分量で吐出される。この目的のために、いくつかの分量でいくつかの目標容器に吐出するのに十分な量の第１の液体が、細長い中空の本体に取り込まれてもよい。希釈中、第１の液体の各分量の間には空気溜りがあり、第１の液体の各分量が吐出された後、空気溜りによって残留量を噴出できるようになっている。この目的のために、第１の液体の分量および空気溜りを細長い中空の本体内に交互に吸入してもよい。ピペット操作中、第１の液体は単一の目標容器に吐出される。これに関連して、細長い中空の本体に取り込まれた液体のすべてを単一の目標容器に吐出させてもよい。一般に、第１の液体と第２の液体とは別の液体である。

ピペット・チップは、上方の開口部で計量装置に保持されるチューブであり、円錐形であることが多い。チューブの下方の開口部を通じて液体が取り込まれ、吐出される。たとえば、第１の液体と第２の液体とを交互に扱う場合は、キャリーオーバーを防ぐために、使用後にプラスチック材料製のピペット・チップを交換することができる。プラスチック材料製のピペット・チップは、その上方の開口部で計量装置の延長片上にクランプされるか、その上端で計量装置の非貫通孔内にクランプされる。さらに、再使用を目的としたガラス製または金属製のピペット・チップが知られている。金属製の円筒管は長期使用を目的としており、キャリーオーバーを防ぐために洗浄する必要がある。

空気変位システムまたは動的変位システムを使用して、液体を細長い中空の本体内に吸入し、その液体を排出する。空気変位システムの場合は、シリンダ内で移動できるピストンまたは他の変位装置によって、空気溜りが細長い中空の本体内に移動する。動的変位システムの場合は、細長い中空の本体内で液体に直接接触するピストンが細長い中空の本体内で移動する。プラスチック材料製またはガラス製のチューブ、および金属製またはプラスチック材料製のピストンを有するピペットが特に知られている。

第１の液体を吸入する際に、少なくとも１つの計量容量に加えて、逆ストローク量および残留ストローク量も取り込まれる。第１の液体が取り込まれた後に、ピストンが逆ストロークを行い、逆ストローク量が細長い中空の本体から自由噴流で供給源容器に戻される。そのため、計量装置の駆動機構のバックラッシュがその後の計量容量の吐出に影響しないように、バックラッシュを防ぐことができる。計量容量のすべてが吐出された後に、残留ストローク量が細長い中空の本体から自由噴流で供給源容器に吐出される。この残留ストローク量によって、細長い中空の本体内に、少なくとも１つの規定の計量容量を吐出するのに十分な量の液体が確実にあるようになる。

あるいは、マイクロポンプもしくは他のポンプによって、またはシリンダおよびシリンダ内部で移動させることができるピストンを備えるピストン・シリンダユニットによって、細長い中空の本体の上方の開口部を通じて第１の液体を細長い中空の本体に運んでもよい。

接触式測定では少量の液体を精密に吐出できる。不利な点は、液体が等量分注中に目標容器間で持ち越されることである。この不利な点は自由噴流計量には生じない。自由噴流計量では、細長い中空の本体が第２の液体に浸されることなく、液体が細長い中空の本体の下方の開口部から目標容器へ自由噴流で吐出される。しかし、自由噴流計量は、特に計量容量が小さい場合は精密ではない。

接触等量分注では、計量容量が１μｌ未満で精度のレベルが急に低下し、接触ピペット操作では、計量容量が０．２μｌ未満で精度のレベルが急に低下する。

米国特許公開第２０１２／１８０５７９Ａ１号および米国特許公開第４９１７２７４Ａ号は、少ない計量容量を吐出するためのピペット・チップの特別な幾何学的構成を記載している。

米国特許公開第２０１５／０２３８９６６Ａ１号は、エレクトロスプレーを用いて質量分析計でサンプルを分析する目的のために、サンプルを緩衝液中に等量分注するシステムおよび方法を記載している。圧力チャンバでは、緩衝液が流入キャピラリから流出キャピラリへ通過する際に過大圧力に曝され、サンプルがディスペンサによって供給される。この目的のために、ディスペンサの１つのディスペンサ端部が圧力チャンバ内に配置されており、これにより、緩衝液が流出キャピラリに入る際に、このディスペンサ端部から吐出されるサンプルがその緩衝液に入ることができる。この過程において、サンプルが緩衝液に対して液架橋を形成し、流出キャピラリの入口端部に入る。ディスペンサ端部は流入キャピラリと流出キャピラリとの間の間隙から離れて配置されており、サンプル液からの液滴は緩衝液に対する液架橋を形成するまで大きくなる。サンプルおよびディスペンサは緩衝液に浸されない。形成後、液架橋が消滅し、小さい残留液滴がディスペンサに残る。

米国特許公開第２０１２／１８０５７９Ａ１号 米国特許第４９１７２７４Ａ号 米国特許公開第２０１５／０２３８９６６Ａ１号

これに基づき、本発明は、操作可能な計量容量を大幅に減少させ、従来の操作可能な計量容量の場合は精度のレベルを大幅に向上させることができる、液体の接触式測定の方法および装置を提供することを目的とする。

この目的は、請求項１に記載の液体の接触式測定の方法によって達成される。本方法の有利な実施形態は、従属請求項に述べられている。
本発明に係る液体の接触式測定の方法は、
・第１の液体が少なくとも１つの細長い中空の本体に取り込まれるステップと、
・細長い中空の本体に収容されている第１の液体の一部が接触容量としてピペット・チップの下端から押し出されて、この接触容量がピペット・チップの下端から懸垂する液滴を形成するステップと、
・液滴の少なくとも一部が目標容器内の第２の液体に浸されるステップと、
・接触容量および細長い中空の本体に収容されている残留容量からなる規定の計量容量が、第２の液体に吐出されるステップと、を含む。

本発明に係る方法において、細長い中空の本体によって吐出される規定の計量容量（目標容量）は、接触容量と残留容量とに分けられる。接触容量は、第２の液体に浸される前に、細長い中空の本体から押し出されて、細長い中空の本体の下端から懸垂する液滴が形成される。ついで、液滴の少なくとも一部が目標容器内の第２の液体に浸され、接触容量および残留容量からなる計量容量の全体が第２の液体に吐出される。驚くべきことに、従来の接触式測定よりも小さい計量容量をこのようにして操作することできることが示された。つまり、接触等量分注の場合は、これらの計量容量が従来の操作可能な下限閾値１．０μｌ未満であり、接触ピペット操作の場合は、これらの計量容量が従来の操作可能な下限閾値０．２μｌ未満であった。さらに、接触等量分注における１μｌ以上の計量容量の吐出の精度、または接触ピペット操作における０．２μｌ以上のそれぞれの計量容量の吐出の精度を向上することができる。

電動モータおよび電気駆動モータを制御するプログラム制御式電気制御装置（たとえば、マイクロコンピュータ）によって駆動する変位装置を備えた計量装置では、制御装置をプログラムすることによって、本方法を容易に実装することができる。これについては、適切な計量装置が知られている。本発明は、ただ改修される既存の計量装置にも開発される新しい計量装置にも適している。

本発明の範囲における出願人による内部分析では、接触容量を用いない従来の接触等量分注の場合は、例外的な場合に、連続吐出中の吐出量が、計量容量未満の吐出量と計量容量を超える吐出量との間で交替することが示された。出願人は、小さい吐出容量と大きい吐出容量が交替する場合は、計量容量を下回っている吐出量のうち、失われた容量が細長い中空の本体の下方側に液滴として残り、吐出量が計量容量を上回っているその後の場合は、失われた容量が追加の容量として吐出されることを確認した。出願人は、懸垂している液滴が計量容量の首尾よい吐出にとって重要であることを確認した。出願人のさらなる考察によると、計量容量は、懸垂された液滴の形態である接触容量と細長い中空の本体に収容される残留容量とに分けられる。小さい計量容量を操作することができ、これにより従来の計量容量の精度のレベルが向上できるという仮定が実験によって立証された。上述の作用の原因は、まだ完全に明確にはされていない。従来技術によれば、細長い中空の本体の下方の開口部を第２の液体に浸した後に残る気泡の浮力によって、かつ細長い中空の本体と第１および第２の液体との間の界面効果によって、液体の従来の接触式測定が損なわれる。本発明に係る接触式測定はこれらの干渉的影響を防ぐ。

本願において、「精度」という用語は、ＩＳＯ３５３４－１およびＩＳＯ５７２５－１に記載の定義に従って使用される。

本発明の一実施形態によれば、第１の液体と第２の液体とは別の液体である。他の実施形態によると、第１の液体と第２の液体とは同じ液体である。

本願において、「液体」という用語は、液体物質および液体物質の混合物を指す。好ましい実施形態によると、物質の混合物が溶液である。他の実施形態によると、物質の混合物は、１つまたは複数の相が液体である、多相物質の混合物である。他の実施形態によると、多相物質の混合物が、乳濁液または懸濁液である。

細長い中空の本体は、下方の開口部および上方の開口部を有しており、液体または気体が下方の開口部を通じて吸入または排出される。「下方の開口部」および「上方の開口部」という用語は、液体の取込みおよび／または吐出の間に、細長い中空の本体が、「下方の開口部」が底部にあり、「上方の開口部」が上部、すなわち、「下方の開口部」より上に配置されるように向いているという事実に基づく。

空気変位システムにおいて、上方の開口部が変位装置に接続され、動的変位システムにおいて、中空の本体内にある、上方の開口部の方へまたは上方の開口部を通って延びるピストンロッドによって、中空の本体内に配置されるピストンが移動する。この実施形態は、特にピペット操作、等量分注、または希釈に用いることができる。

本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの細長い中空の本体の下端が供給源容器内の第１の液体に浸され、第１の液体が細長い中空の本体に吸入されることによって、第１の液体が細長い中空の本体に取り込まれ、吸入された第１の液体の容量が少なくとも１つの規定の計量容量を含み、第１の液体を収容する細長い中空の本体が、供給源容器から取り出される。この実施形態では、液体の接触式測定の方法は、
・少なくとも１つの細長い中空の本体下端が供給源容器内の第１の液体に浸されるステップと、
・第１の液体が細長い中空の本体に吸入され、吸入された第１の液体の容量が少なくとも１つの規定の計量容量を含むステップと、
・第１の液体を収容する細長い中空の本体が供給源容器から取り出されるステップと、
・細長い中空の本体に収容されている第１の液体の一部が接触容量としてピペット・チップの下端から押し出されて、この接触容量がピペット・チップの下端から懸垂する液滴を形成するステップと、
・液滴の少なくとも一部が目標容器内の第２の液体に浸されるステップと、
・接触容量および細長い中空の本体に収容されている残留容量からなる規定の計量容量が、第２の液体に吐出されるステップと、を含む。

代替の実施形態において、細長い中空の本体の上方の開口部は、シリンダおよびピストンを備えるピストン・シリンダユニットに接続される。このピストンは、変位装置またはポンプによって第１の液体を上方の開口部を通って細長い中空の本体へ移動させるために、内部で移動させることができ、あるいは別の変位装置までまたはマイクロポンプもしくは他のポンプまで移動させることができる。この実施形態では、液体が上方の開口部を通って細長い中空の本体に取り込まれる。また、ピストン・シリンダユニットが第１の液体のためのリザーバーまたは供給源容器をなしてもよい。あるいは、変位装置またはポンプが、リザーバーまたは供給源容器に接続されてもよい。ピストン・シリンダユニットとしての変位装置の実施形態では、特に、このユニットを、少なくとも１つの切替弁によって、リザーバーもしくは供給源容器に、または細長い中空の本体の上方の開口部に、接続することが可能である。これらの実施形態は、特にピペット操作および等量分注に用いることができる。また、希釈のために細長い中空の本体を通じて第１の液体の分量および空気溜りを交互に吐出するために、少なくとも１つの切替弁によって、さらに変位装置またはポンプを空気入口に接続することも可能である。

他の実施形態によると、細長い中空の本体が、ピペット・チップである。好ましい実施形態によると、このピペット・チップが、プラスチック材料製、ガラス製、または金属製のピペット・チップである。他の実施形態によると、ピペット・チップが、円錐形および／または円筒形である。他の実施形態によると、細長い中空の本体が、たとえば、金属製の（円形）円筒管、たとえばガラス製のキャピラリ、または、たとえば、シリコーン製または他の可塑性材料、好ましくは弾性材料からなるチューブである。他の実施形態によると、（円形）円筒管が、たとえば容器カバーを貫通させるために下端にチップを有する。この実施形態は「中空針」とも呼ばれる。たとえば金属製の円筒管が、たとえばねじ止めによって計量装置に締結されており、この目的のために上端に外ねじを有している場合がある。他の実施形態によると、細長い中空の本体が、プラスチック材料製、ガラス製、または金属製のピペット・チップであり、ピストンが、プラスチック材料製または金属製のピストンである。

好ましい実施形態によると、供給源容器が、リザーバー、試薬容器、マイクロタイタープレート、またはキュベットである。好ましい実施形態によると、目標容器が、底部および側面において少なくとも１つの壁部によって取り囲まれた空洞を有する。目標容器は、上部に容器開口部を有しており、容器開口部を通じて、最初に細長い中空の本体を下端に挿入することができる。目標容器は、容器開口部が上部に配置されている場合、内部に取り込まれた第２の液体が逃げられないように設計されている。接触式測定中に、目標容器に第２の液体が充填され、第２の液体が底部では底壁の上にあり、側面では側壁に囲まれている。細長い中空の本体の下端から懸垂している液滴が、上方から容器開口部を通って第２の液体に浸される。液滴だけが部分的にまたは完全に第２の液体に浸されるか、あるいは液滴および細長い中空の本体の下端が第２の液体に浸されるかのどちらかである。好ましい実施形態によると、細長い中空の本体を下方に移動させることによって、液滴、または液滴および細長い中空の本体の下端が第２の液体に浸される。好ましい実施形態によると、目標容器が、試薬容器、マイクロタイタープレート、またはキュベットである。

他の実施形態によると、第１の液体が細長い中空の本体に複数回取り込まれ、再び吐出さる。ついで第１の液体が再度取り込まれる。規定の計量容量が吐出されたのと同じ方法で、規定の計量容量にそれぞれ対応する予備吐出容量のいくつかが吐出された後、規定の計量容量が少なくとも１回第２の液体に吐出される。

この実施形態では、規定の計量容量を計量するために、事前に充填、排出を繰り返すことによって、細長い中空の本体が調整される。他の実施形態によると、調整のために細長い中空の本体に取り込まれた量は、規定の計量容量、または規定の計量容量の合計に相当する。この合計は、計量されることを意図しており任意選択で追加の残留吐出容量を含む、規定の計量容量の合計である。好ましい実施形態によると、この目的のために、第１の液体が供給源容器またはリザーバーから細長い中空の本体に取り込まれ、供給源容器またはリザーバーに複数回戻される。好ましい実施形態によると、このことを、４回、５回、またはそれを超える回数実行する。他の実施形態によると、この目的のために、細長い中空の本体の下端が供給源容器内の第１の液体に浸され、第１の液体が細長い中空の本体に吸入され、ついで再び供給源容器に排出される。

予備吐出容量を繰り返し吐出することによって、接触等量分注の最初の等量分注ステップ中に見られる不正確が防止される。予備吐出容量の容量は、規定の計量容量に相当する。さらに、規定の計量容量と同じ方法で、予備吐出容量が吐出される。すなわち、最初に接触容量が細長い中空の本体の下端から懸垂している液滴の形態で形成され、液滴の少なくとも一部が第１の液体に浸され、接触容量および細長い中空の本体に収容されている残留容量からなる規定の計量容量が第１の液体に吐出される。他の実施形態によると、予備吐出容量が供給源容器に、または第１の液体を収容するリザーバーに吐出される。他の実施形態によると、４つの予備吐出容量、５つの予備吐出容量、または５つを超える予備吐出容量が吐出される。

他の実施形態によると、調整後、細長い中空の本体の下端が第１の液体に浸され、いくつかの予備吐出容量に加えて少なくとも１つの規定の計量容量および好ましくは残留吐出容量が、細長い中空の本体に吸入される。

予備吐出容量が吐出された後、規定の計量容量が少なくとも１回吐出され、次にこの規定の計量容量が、細長い中空の本体の下端から液滴の形態で懸垂する接触容量と、細長い中空の本体に収容されている残留容量とで構成される。規定の計量容量を１回吐出する操作をピペット操作という。規定の計量容量を複数回吐出することを、等量分注という。

他の実施形態によると、残留吐出容量が、供給源容器またはリザーバーに吐出されることで、細長い中空の本体から捨てられる。

他の実施形態によると、第１の液体が細長い中空の本体に吸入され、この第１の液体が少なくとも１つの規定の計量容量、逆ストローク量、および残留吐出容量を含む。逆ストローク量は、吐出された計量容量における計量装置の変位装置の駆動機構内のバックラッシュの影響をなくすために、逆ストロークの実施用に確保される。残留吐出容量があることによって、規定の計量容量を吐出するのに十分な量の第１の液体が、確実に細長い中空の本体に吸入される。

他の実施形態によると、第１の液体の吸入に先立って、かつ細長い中空の本体の下端が第１の液体に浸されていない場合に、低ストローク量の空気が細長い中空の本体に吸入され、第１の液体の残余を細長い中空の本体から除去するために、計量容量が吐出された後かつ細長い中空の本体の下端を第２の液体から取り出した後に、低ストローク量の空気が細長い中空の本体から噴出される。これは、ピペット操作においても、ならびに等量分注および希釈においても有利である。

他の実施形態によると、単一の細長い中空の本体によって液体が計量される。他の実施形態によると、いくつかの細長い中空の本体、たとえば８個、１２個、１６個、２４個、４８個、または９６個の細長い中空の本体によって、同時に液体が計量される。複数の細長い中空の本体による同時計量は、マルチチャネルの計量装置によって実行可能である。複数のピペット・チップ用の計量ヘッドまたは中空針を含む計量装置が知られている。

他の実施形態によると、第１の液体の取込み後に、細長い中空の本体が供給源容器から離れて目標容器の方に移動して、細長い中空の本体が供給源容器よりも目標容器の方に近い場合に、液滴が細長い中空の本体の下端に形成される。液滴がこの点においてのみ形成されるので、細長い中空の本体が供給源容器よりも目標容器の方に近い場合に、第１の液体の蒸発および移送中の液滴の損失が細長い中空の本体によって低減される。液滴が、細長い中空の本体の下端で、第２の液体に浸される点の可能な限り近くに形成されることが好ましい。

他の実施形態によると、細長い中空の本体が供給源容器から取り出された後に、第１の液体が細長い中空の本体に引き戻され、ついで細長い中空の本体の下端に液滴が形成される。液体を細長い中空の本体に引き戻すことによって、第１の液体の蒸発と移送中の第１の液体の損失リスクとがさらに低減される。

他の実施形態によると、単一の規定の計量容量のみが吐出される。本実施形態によれば、ピペット操作の方法が用いられる。ピペット操作のいくつかの手順を実行するために、本方法を所望に応じて何度でも繰り返してよい。

他の実施形態によると、規定の計量容量が吐出された後に、細長い中空の本体が目標容器から取り出され、接触容量を含む液滴が細長い中空の本体の下端に形成され、液滴の少なくとも一部が別の目標容器内で第２の液体に浸され、接触容量および細長い中空の本体に存在する残留容量からなる規定の計量容量がその別の目標容器内の第２の液体に吐出される。本実施形態によれば、等量分注の方法が用いられる。好ましい実施形態によると、前述の方法で、規定の計量容量が細長い中空の本体から様々な目標容器へ複数回吐出される。

他の実施形態によると、いくつかの規定の計量容量および規定の計量容量の間にある空気溜りが、細長い中空の本体に吸入される。規定の計量容量が等量分注に関して上述したように吐出される。それぞれの規定の計量容量が吐出された後、空気溜りが噴出される。そのため、希釈の方法が用いられる。

他の実施形態によると、規定の計量容量が吐出された後に、細長い中空の本体が目標容器から取り出され、ついで細長い中空の本体が別の目標容器の方に移動して、細長い中空の本体が供給源容器よりもこの別の目標容器の方に近い場合に、細長い中空の本体の下端の液滴が形成される。そのため、第１の液体の蒸発と、目標容器から別の目標容器への移送中における液滴の損失リスクが低減される。この目的のために、他の実施形態によると、細長い中空の本体がこの目標容器から取り出された後で、かつ別の目標容器へ移動する前に、第１の液体が細長い中空の本体に引き戻される。

他の実施形態によると、細長い中空の本体がこの目標容器またはこの別の目標容器の上に移動して、ついで液滴が細長い中空の本体の下端に形成される。細長い中空の本体が目標容器の情報に配置された後に液滴が形成されるので、蒸発と液滴の損失リスクとがさらに低減される。

他の実施形態によると、液滴の形成中、細長い中空の本体は、静止したままであるか、目標容器内の第２の液体の方に向かって移動する。そのため、第２の液体に浸される直前に液滴が形成できることから、蒸発および液滴の損失リスクがさらに低減する。

他の実施形態によると、液滴および細長い中空の本体の下端が、目標容器内またはこの別の目標容器内の第２の液体に浸され、ついで、規定の計量容量が吐出される。そのため、計量容量の吐出における界面効果の影響がさらに低減される。これにより、特に小さい計量容量や特に高レベルの精度の計量が可能となる。

他の実施形態によると、接触容量が、０．５～０．００１μｌの範囲であり、０．２～０．０５μｌの範囲であることが好ましく、０．１μｌであることが好ましい。

他の実施形態によると、接触容量を含む液滴が球または球欠であり、この球欠は半球より小さいか、半球と同じ大きさであるか、あるいは半球より大きい。しかし、本発明において、液滴が理想的な形状である球、球欠、または半球以外の形状であってもよい。液滴の形状は、特に細長い中空の本体の材料特性および使用される液体によって決まる。

他の実施形態によると、規定の計量容量が、０．０１～１００μｌ、好ましくは０．１～１μｌ、好ましくは０．２～０．５μｌである。本発明は、従来の操作可能な計量容量の範囲内、および従来の操作可能な量の範囲未満のいずれにおいても使用できる。

他の実施形態によると、細長い中空の本体が、目標容器内の第２の液体内に、０．５～５ｍｍの深さ、好ましくは１～４ｍｍの深さ、好ましくは深さ３ｍｍの深さで浸される。

他の実施形態によると、シリンダ内のピストンもしくは別の変位装置によって空気溜りを移動させることによって、または第１の液体と直接接触しているピストンを細長い中空の本体内に動かすことによって、第１の液体が細長い中空の本体の内部に移動する。これらの実施形態によれば、本方法は、空気変位システムまたは動的変位システムによって実行可能である。また、低ストローク量の空気を取り込む、または噴出するために、空気変位システムまたは動的変位システムを用いて低ストロークを行うことができる。

本方法では、細長い中空の本体を供給源容器内に浸し、供給源容器から細長い中空の本体を取り出し、細長い中空の本体を供給源容器の方へ移動させ、少なくとも液滴を浸し、かつ任意選択的にさらなる動作を実行するために、細長い中空の本体、供給源容器、および目標容器が互いに対して移動する。

好ましい実施形態によると、細長い中空の本体が移動し、供給源容器および目標容器が静止したままである。他の実施形態によると、供給源容器および目標容器が移動し、細長い中空の本体が静止したままである。他の実施形態によると、細長い中空の本体、供給源容器、および／または目標容器が移動する。

さらに、この目的は、請求項１４に記載の計量装置によって解決される。この計量装置の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明に係る、液体の接触式測定のための計量装置は、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法を実行する手段を備える。

本方法の実行の手段は、特に、少なくとも１つの細長い中空の本体を保持するための第１保持装置（たとえば、ピペット・チップをクランプするための延長片）、液体用の変位装置（たとえば、シリンダ内のピストン）、変位装置を駆動するための電動駆動（たとえば、シリンダ内のピストン）、電気制御装置（たとえば、マイクロコンピュータ）、および電源供給装置（電位供給装置）である。他の実施形態によると、電気制御装置は電動駆動を制御するためにプログラムされ、その結果、本方法によって変位装置が第１の液体を細長い中空の本体に取り込み、細長い中空の本体から排出することができる。

他の実施形態によると、本方法の実行の手段が、ＸＹＺロボットまたは別の位置決め具を含む。ＸＹＺロボットまたは別の位置決め具は、計量装置の計量ヘッド、および／または供給源容器、および／または目標容器を保持するための第２の保持装置を含み、電気制御装置に接続される。計量ヘッドは第１の保持装置および変位装置を含む。他の実施形態によると、電気制御装置が、ＸＹＺロボットまたは別の位置決め具を制御するためにプログラムされ、その結果、計量ヘッドが供給源容器および目標容器に対して移動して、その結果、第１の液体が供給源容器から取り込まれて目標容器に吐出されることができる。好ましい実施形態によると、電気制御装置が、作業面より上に計量ヘッドを移動するためにプログラムされ、その結果、第１の液体が作業面に位置する供給源容器から取り込まれ、作業面上に位置する目標容器に吐出可能となる。

他の実施形態によると、この計量装置が、電動または手動の手動計量装置、自動計量装置または自動実験装置である。また、この計量装置は、シングルチャネルまたはマルチチャネルの計量装置である。

例示的実施形態の添付の図面および研究結果に基づき、本発明を以下により詳細に説明する。

マイクロタイタープレートより上方にあり、接触容量を含むピペット・チップの側面図である。 図１のピペット・チップの詳細拡大図である。 図１のピペット・チップの別の詳細拡大断面図である。 従来の接触式測定中にピペット・チップが目標容器内に浸されている図である。 図４のピペット・チップの詳細拡大図である。 接触容量を用いる接触等量分注中、供給源容器から第１の液体を取り込む間のピストン変位およびピペット・チップの変位を時間に対してプロットした図である。 接触容量を用いる接触等量分注中、第１の液体を目標容器に吐出する間のピストン変位およびピペット・チップの変位を時間に対してプロットした図である。 接触容量を用いる接触等量分注中、残留吐出容量を目標容器に吐出する間のピストン変位およびピペット・チップの変位を時間に対してプロットした図である。 接触容量を用いる接触ピペット操作中、供給源容器から第１の液体を取り込む間のピストン変位およびピペット・チップの変位を時間に対してプロットした図である。 接触容量を用いる接触ピペット操作中、第１の液体を目標容器に吐出する間のピストン変位およびピペット・チップの変位を時間に対してプロットした図である。 接触容量を用いる接触等量分注中および接触容量を用いない接触等量分注中の、連続計量ステップにおける吐出された計量容量を示す図である。 接触容量を用いる接触等量分注中および接触容量を用いない接触等量分注中の、連続計量ステップにおける吐出された計量容量を示す図である。 ２つの異なる目標容量について、接触容量を用いる接触等量分注中に連続計量ステップで吐出された計量容量を示す図である。 接触容量を用いる接触等量分注中および接触容量を用いない接触等量分注中の、連続計量ステップで吐出された計量容量を示す図である。

図１から図３によると、本発明に係る方法ではプラスチック材料製のピペット・チップ１を使用する。この場合、実質的に円錐形および／または円筒形のチューブ２がある。チューブ２は下端３に下方の開口部４、および上端５に上方の開口部６を有する。開口部６の直径は、小さい開口部４の直径よりも大きいことが好ましい。ピペット・チップ１は、計量装置８の円錐形および／または円筒形の延長片７でクランプされている。ピペット・チップ１は、この状態を示すために部分断面図で示される。本実施例において、計量装置はシングルチャネルの計量装置である。

計量装置８は変位装置を備えており、変位装置は計量装置内のチャネルを介して延長片７の下端にある孔に接続している。

本方法では、さらに供給源容器９および目標容器１０を使用する。本実施例において、供給源容器９はリザーバーである。目標容器１０はマイクロタイタープレート１１内のウェルであり、その他のウェルがその他の目標容器である。

供給源容器９は第１の液体１２で充填され、第２の液体１３は目標容器１０内にある。

本方法では、ピペット・チップ１が供給源容器９内の第１の液体１２に浸され、ついで、第１の液体が計量装置の変位装置によってピペット・チップ１に吸入される。

第１の液体のある量がピペット・チップ１に吸入される。この第１の液体の量は、少なくとも１つの規定の計量容量、１つの逆ストローク量、および１つの残留吐出容量を含む。

ついで、計量装置８によって、ピペット・チップ１が供給源容器９から垂直方向上方に取り出され、目標容器１０の垂直方向上方に位置するまで、水平方向に移動する。ついで、計量装置８によって、下方の開口部４が目標容器１０内の第２の液体１３より上方で短い距離に配置されるまで、ピペット・チップ１が下がる。

この位置において、ピペット・チップ１が短時間停止され、変位装置によって第１の液体の１つの分量がピペット・チップ１の下方の開口部４から押し出されて、その結果、この分量がピペット・チップ１の下端から懸垂する液滴１４を形成する。これは図２および図３に示されている。この液滴１４の容量が接触容量１５である。さらに、少なくとも残留容量１６がピペット・チップ１内に残っており、この残留容量が接触容量１５と合わせて規定の計量容量１７となる。

ついで、懸垂している液滴１４を含む、ピペット・チップ１の下端３が第２の液体１３に浸される。ピペット・チップ１の下端３の浸漬深さは、たとえば３ｍｍである。

この位置では、変位装置によって残留容量１６がピペット・チップ１から押し出され、その結果、この残留容量が接触容量１５とともに第２の液体１３に吐出される。

ついで、計量装置８によって、ピペット・チップ１が目標容器１０から垂直方向上方に取り出され、任意選択で、規定の計量容量１７をさらに吐出するために、マイクロタイタープレート１１の別の目標容器１０まで移動する。

そのため、１μｌ未満の小さい計量容量を精密に吐出すること、および１μｌ以上の計量容量をさらに精密に吐出することが可能である。

接触容量を用いない従来の接触式測定において、小さな気泡１８がピペット・チップ１の下端３に残り、充填されたピペット・チップを目標容器内の第２の液体に浸している間に、下方の開口部４の前方に定着すると考えられる。これは図４および図５に示されている。ピペット・チップ１内の第１の液体１２と、気泡１８内の空気と、目標容器１０内の第２の液体１３との間の界面効果が、規定の計量容量の精密な吐出を阻害する。

図６によると、接触容量を用いる接触等量分注中に、ピペット・チップが第１の液体にまだ浸されていない場合、空気からなる低ストローク量が最初に吸入される。ピペット・チップが浸された後、変位装置のピストンが移動して、その結果、ピペット・チップがｎ個の規定の計量容量、残留ストローク量、および逆ストローク量を含む全計量容量を取り込む。ピペット・チップが供給源容器内の第１の液体に浸されるので、ピペット・チップは第１の液体の上面にあるメニスカスより下に配置される。

ついで、ピストンが静止したままで、ピペット・チップが第１の液体から取り出される。

ピペット・チップがメニスカスより上にある場合、ピストンが下向きに移動して、そのために逆ストロークが起きる。この過程では、逆ストローク量が自由噴流で供給源容器に吐出される。

任意選択で、第１の液体をピペット・チップに引き込むために、逆ストロークの場合より短い距離でピストンが引き戻されてもよい。

このようにして充填されたピペット・チップが、目標容器まで移動する。図７によると、ピペット・チップは、目標容器内の第２の液体のメニスカスの直上で停止され、ついで変位装置のピストンが移動して、その結果、任意選択で行われた引き戻し動作が逆向きになり、第１の液体がピペット・チップの底部から押し出される。押し出される液体の量は、規定の接触容量に相当する。接触容量はペットチップの下端から懸垂している。

ついで、ピペット・チップの下端がたとえば第２の液体の表面にあるメニスカスの３ｍｍ下になるまで、下端が目標容器内の第２の液体に浸される。ついで、ピストンを移動させることによって、第１の液体の残留容量がピペット・チップから押し出される。そのため、接触容量および残留容量からなる規定の計量容量が第２の液体に吐出される。

ついで、ピペット・チップが第２の液体のメニスカスより上になるまで、ピペット・チップが第２の液体から取り出される。その後、第１の液体をピペット・チップに引き戻すために、ピストンがわずかに引き戻される。

ついで、ピペット・チップが別の目標容器まで移動して、図７に示された手順がその別の目標容器上で繰り返される。

したがって、規定の計量容量を含む部分容量が、ピペット・チップから各目標容器に吐出される。

部分容量のすべてがピペット・チップから吐出された後、ピペット・チップが図８に従って供給源容器の方に移動し、その結果、ピペット・チップの下端が第１の液体のメニスカスより上になる。ピストンが残留ストロークを実行し、その結果、ピペット・チップに残っていた液体がピペット・チップから目標容器へ自由噴流で噴出される。任意選択で、ピペット・チップから残留液体を除去するために、ピストンを移動させることによって残留ストローク量を噴出することができる。

図９によると、接触ピペット操作中、最初にピペット・チップが第１の液体のメニスカスより上にメニスカスから距離をおいて位置し、ピストンが低ストロークを実行する。

ついで、ピペット・チップの下端が第１の液体に浸され、特定の計量容量が取り込まれる。

計量容量が取り込まれたら、ピペット・チップが第１の液体から取り出され、メニスカスより上に停止される。ついで、引き戻し動作が実行され、その結果、液体がピペット・チップのより奥まで吸入される。

ついで、ピペット・チップが目標容器まで移動する。ピペット・チップの下端は第２の液体のメニスカスより上で停止され、ピストンが移動して、その結果、引き戻し動作が逆向きになり、懸垂している液滴を形成するために接触容量がピペット・チップの下端から押し出される。

ついで、ピペット・チップが、たとえば３ｍｍの深さまで第２の液体に浸される。ついで、ピストンが移動して、その結果、残留容量がピペット・チップから押し出される。そのため、接触容量および残留容量からなる吐出される計量容量の全体が、第２の液体に吐出される。最後に、ピペット・チップが浸されると、低ストロークが逆向きになる。低ストロークは、半球状の気泡がピペット・チップの下端に形成され、この気泡がピペット・チップから離れずに、ピペット・チップから第１の液体のすべてを押し出すように選択される。

ついで、ピペット・チップが液体から取り出され、ピペット操作手順が完了する。

接触容量を用いる接触等量分注および接触容量を用いない接触等量分注に関して、ハンブルグにある出願人の本部において、比較試験を行った。この目的のために、Ｅｐｐｅｎｄｏｒｆ ＡＧから入手した、構造上同一の３つのシングルチャネル計量器具ＴＳ－１０を含む自動実験装置ｅｐＭｏｔｉｏｎ ５０７５を使用した。公称容量１０μｌのＥｐｐｅｎｄｏｒｆ１０μｌ、Ｒｅｌｏａｄ／Ｓｔａｎｄａｒｄピペット・チップ（品番００３００１４５４５）（自動機械チップ）を使用した。第１の計量液体および第２の計量液体の両方に、ＤＩＮ ８６５５に準拠した（ついでＤＩＮ ３６９６を参照）ｑｕａｌｉｔｙ ３の水を使用した。試験は、空調管理された研究室において、恒温で一定の相対湿度で実施した。吐出された計量容量の重量測定には、ＷＺＳ ２６ ＨＣおよびＷＺＡ ２６ ＮＣ精密スケールを使用した。目標容器を精密スケール上に置いた。蒸発トラップを通じてピペット・チップを目標容器に挿入した。

接触容量を用いる接触等量分注および接触容量を用いない接触等量分注の両方に関して、３つの器具それぞれを用いて１０回連続測定を実行した。一連の測定はそれぞれ９つの計測手順、すなわち９つの等量分注ステップを含んでいた。

接触容量を用いる場合と接触容量を用いない場合との比較測定については、吐出される規定量（目標容量）を０．５μｌとした。接触容量を用いない測定の結果において、３つの基本パターンが見られた。

全般的に、測定系列の第１の計測手順中に、液体は吐出されなかった（計測なし）。同じ測定系列の第２の計測手順において、目標容量を有意に超える計量容量があった。同じ測定系列の続く計測手順において、計量容量は目標容量をわずかに下回っていた。

いくつかの例外的な場合に、目標容量を下回る吐出量（多くは計測なし）と目標容量を上回る吐出量との間の交替が見られ、この場合に吐出された計量容量は目標容量の約２倍であった。

正確な計量、すなわち吐出された計量容量は、２つの測定系列においてのみ目標容量に非常に接近していた。

基準に従った測定系列が図１１に示されており、例外の場合にあたる測定系列が図１２に示されている。図１１および図１２において、接触容量を用いない接触等量分注中の測定結果の平均値が互いに破線で結ばれている。さらに、図１１および図１２の両方において、接触容量を用いる接触等量分注中の測定結果の平均値が互いに点線で結ばれている。平均値すべてに対してエラーバーが示されている。それぞれの場合について、０．５μｌの目標容量が実線によって示されている。

図１１および図１２によると、吐出された計量容量のすべてが、接触容量を用いない接触等量分注よりも接触容量を用いる接触等量分注において、より精密であった。

さらに、接触容量を用いる接触等量分注の場合は、３つの器具それぞれを用いて、かつそれぞれの場合ついて０．５μｌおよび０．２μｌの目標容量を用いて、１０回連続測定を実行した。測定結果を図１３に示す。

０．５μｌの目標容量が、実線によって示されている。０．２μｌの目標容量が、破線によって示されている。

０．５μｌの目標容量を用いた測定系列の測定結果の平均値が、互いに点線で結ばれている。

０．２μｌの目標容量を用いた測定系列の測定結果の平均値が、互いに実線で結ばれている。平均値すべてに対して、エラーバーが示されている。

これによれば、０．５μｌの目標容量は正確に確保された。

目標容量が０．２μｌの場合は、第１の計測ステップにおいて、および再度第２の計測ステップにおいて、計量容量が目標容量から有意に逸脱した。続く計測ステップにおいて、計測は十分に精密であった。この所見を接触等量分注に使用して、最初の２つの計測ステップを破棄し、第３の計測ステップ以降の計量容量を使用することができる。

さらに、０．２μｌの目標容量を用いたそれぞれの場合において、接触容量を用いない接触ピペット操作の測定結果と接触等量分注の測定結果との比較により、接触容量を用いる計量の測定値は接触容量を用いない計量の測定結果よりもはるかに分散が少ないことが明らかになった。したがって、接触容量を用いて接触ピペット操作の精度を向上することも可能である。

図１４に表された比較試験において、ピストンの前進がより精密に制御できるように、シングルチャネル計測器具ＴＳ－１０のかわりに、感度の異なる新規開発の器具を使用した。また、比較試験について前述したものと同じ設備および試験条件を使用した。

この比較試験において、接触容量を用いる接触等量分注および接触容量を用いない接触等量分注の両方に関して、４０回連続測定を実行した。どちらの測定系列においても、吐出される規定の測定容量を０．０５μｌ（５０ｎｌ）とした。

この比較試験のすべての測定系列において、最初に、第１の液体を供給源容器からピペット・チップに取り込み、供給源容器へ複数回（５回）吐出させて戻す方法で、ピペット・チップを調整した。それぞれの場合において、ピペット・チップに取り込まれ、ピペット・チップから吐出された第１の液体の量は、吐出される計量容量の合計に残留吐出容量を加えた量に相当する。

ついで、計量容量を１５回規定し、残留吐出容量をピペット・チップに取り込んだ。１５の吐出ステップのそれぞれにおいて、規定の計量容量を適切な目標容器に吐出させ、最後に残留吐出容量を供給源容器に吐出させた。

この比較試験において、液体の重量測定容器からの蒸発の程度を求め、それに従って測定結果を修正した。

図１４において、様々な等量分注ステップ中の接触容量を用いない接触等量分注に関する測定結果の平均値が、黒い点で示されており、各点が灰色の線で相互に結ばれている。様々な等量分注ステップ中の接触容量を用いる接触等量分注に関する測定結果の平均値が、明灰色の点で示されており、各点が灰色の線で相互に結ばれている。平均値すべてに対してエラーバーが示されている。

接触容量を用いない接触等量分注に関する平均値は、最初に規定の計量容量から有意に逸脱し、第１０の計測ステップ以降でのみ規定の計量容量に接近した。これらの測定結果の分散は、最初は非常に大きく、第１０の計測ステップ以降でのみ有意に減少した。

接触容量を用いる接触等量分注の平均値は、開始時点から規定の計量容量に比較的接近しており、わずかに逸脱しただけであった。第５の計測ステップ以降、これらの測定結果は規定の計量容量に非常に接近していた。この背景に反して、本発明に係る方法の一実施形態によれば、最初の４つの吐出ステップにおいて吐出された計量容量は、好ましくは供給源容器内に、予備吐出容量として捨てられる。よって、続く吐出ステップは実際の計測操作とみなされる。

この比較試験は、本発明に係る方法を用いれば、ごく小さい規定の計量容量も精密に計量できることを示した。

１ ピペット・チップ
２ チューブ
３ 下端
４ 下方の開口部
５ 上端
６ 上方の開口部
７ 延長片
８ 計量装置
９ 供給源容器
１０ 目標容器
１１ マイクロタイタープレート
１２ 第１の液体
１３ 第２の液体
１４ 液滴
１５ 接触容量
１６ 残留容量
１７ 計量容量
１８ 気泡

Claims (17)

1. 液体の接触式測定方法であって、
   ・第１の液体が少なくとも１つの細長い中空の本体に取り込まれるステップと、
   ・前記細長い中空の本体に収容されている前記第１の液体の一部が接触容量として前記細長い中空の本体の下端から押し出されて、前記接触容量が前記細長い中空の本体の前記下端から懸垂する液滴を形成するステップと、
   ・前記液滴の少なくとも一部が目標容器内の第２の液体に浸されるステップと、
   ・前記接触容量および前記細長い中空の本体に収容されている残留容量からなる規定の計量容量が、前記第２の液体に吐出されるステップと、
   を含む、液体の接触式測定方法。
2. 少なくとも１つの前記細長い中空の本体の前記下端が、供給源容器内の第１の液体に浸され、前記第１の液体が、前記細長い中空の本体に吸入されることによって、前記液体が前記細長い中空の本体に取り込まれ、吸入された前記第１の液体の容量が、少なくとも１つの規定の計量容量を含み、前記第１の液体を収容する前記細長い中空の本体が、前記供給源容器から取り出される、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の液体が、前記細長い中空の本体に複数回取り込まれ、前記細長い中空の本体から吐出され、前記第１の液体が、前記細長い中空の本体に取り込まれ、最初に、前記規定の計量容量が吐出されたのと同じ方法で、前記規定の計量容量にそれぞれ対応するいくつかの予備吐出容量が吐出され、最後に前記規定の計量容量が少なくとも１回吐出される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第１の液体が、前記細長い中空の本体に吸入され、前記第１の液体が少なくとも１つの規定の計量容量、１つの逆ストローク量、および１つの残留吐出容量を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第１の液体の吸入に先立って、かつ前記細長い中空の本体の前記下端が前記第１の液体にまだ浸されていない場合に、低ストローク量の空気が、前記細長い中空の本体に吸入され、前記計量容量が前記第２の液体に吐出された後に、前記低ストローク量の空気を噴出することによって、前記第１の液体の残余が前記細長い中空の本体から除去される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第１の液体の取込み後に、前記細長い中空の本体が、前記供給源容器から離れて前記目標容器の方に移動して、前記細長い中空の本体が前記供給源容器よりも前記目標容器の方に近い場合に、前記液滴が、前記細長い中空の本体の前記下端に形成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記細長い中空の本体が前記供給源容器から取り出された後に、前記第１の液体が前記細長い中空の本体に引き戻され、ついで前記液滴が前記細長い中空の本体の前記下端に形成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記規定の計量容量が吐出された後に、前記細長い中空の本体が、前記目標容器から取り出され、前記接触容量を含む液滴が、前記細長い中空の本体の前記下端に形成され、前記液滴の少なくとも一部が、別の目標容器内の第２の液体に浸され、前記接触容量および前記細長い中空の本体に存在する残留容量からなる前記規定の計量容量が、別の目標容器内の前記第２の液体に吐出され、必要に応じて前述の工程が反復される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記規定の計量容量が吐出された後に、前記細長い中空の本体が、前記目標容器から取り出され、ついで、前記細長い中空の本体が、別の目標容器の方に移動して、前記細長い中空の本体が前記供給源容器よりも前記別の目標容器の方に近い場合に、前記細長い中空の本体の前記下端の前記液滴が形成される、請求項８に記載の方法。
10. 前記細長い中空の本体が、前記目標容器の上に移動して、ついで前記液滴が前記細長い中空の本体の前記下端に形成される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記液滴の形成中に、前記細長い中空の本体が、静止したままであるか、あるいは前記目標容器内の前記第２の液体の方に向かって移動する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記液滴および前記細長い中空の本体の前記下端が、前記目標容器内の前記第２の液体に浸され、ついで前記規定の計量容量が吐出される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記接触容量が、０．５～０．００１μｌの範囲、好ましくは０．２～０．０５μｌの範囲、好ましくは０．１μｌであり、かつ／または前記規定の計量容量が、０．０５～１００μｌの範囲、好ましくは０．１～１μｌの範囲、好ましくは０．２～０．５μｌの範囲である、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記接触容量を含む前記液滴が、球または球欠であり、前記球欠は半球より小さいか、半球と同じ大きさであるか、あるいは半球よりも大きい、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. シリンダ内のピストンもしくは他の変位装置で空気溜りを移動させることによって、あるいは前記細長い中空の本体の内部で前記第１の液体と直接接触するピストンを動かすことによって、前記第１の液体を前記細長い中空の本体に移動させることができる、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法を実行する手段を備える、前記液体の接触式測定のための計量装置。
17. 電動もしくは手動の手動計量装置、自動計量装置、または自動実験装置であり、かつシングルチャネルまたはマルチチャネルの計量装置である、請求項１６に記載の計量装置。
    

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