JPH0431764A - 分注装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ　産業上の利用分野 本発明は、生体細胞番含む試料中から被ｉ％ｌＩ定物質
を抽出し、その被測定物質を発光反応を利用して測定す
る測定装置に使用される分圧装置に関するものである。

Ｂ　発明の概要 本発明は、各種試薬等を所定量分注したり、抽出液を発
行試薬と反応させるための送液や洗浄液の送液を行う分
注装置において、各種液体を貯蔵する複数の貯蔵タンク
に三方バルブを介して連結された複数のシリンジのピス
トン部を機械的に結合させ、これらのシリンジを１個の
モーターで駆動させる際に前記三方バルブを任意に切り
替えることにより、複数種類の試薬等を別々に分注した
り、分注量の異なる複数の試薬等を分まできるようにし
たものである。

Ｃ１従来の技術 一般に、下水処理場では、汚水を活性汚泥法により浄化
処理することか広く行われている。この活性汚泥法は、
まず下水や工場廃水等の汚水に含まれている浮遊物を沈
殿除去し、その後に有機性汚濁物質を各種の微生物に摂
取させ、浄化する方法である。このような活性汚泥法に
よる汚水処理プロセスにおいては、浄化に関与する微生
物濃度および活性度を把握することが最も重要である。

現在、微生物濃度を測定する方法としては、活性汚泥浮
遊物質（ＭＬ　Ｓ　Ｓ　）や活性汚泥有機性浮遊物質（
ＭＬＶＳＳ）が用いられている。これらの試験操作方法
は、社団法人日本下水道協会発行の［下水試験方法ｊ１
９Ｂ４年版、第２８４，２８５頁に開示されている。

上述の下水試験方法に記載されている分析方法は、非常
に操作が煩雑で一連の分析操作を手動で行っている１こ
めに、相当な時間と手間を要するばかりか、再現性を得
ることか困難となる問題がある。

近年、ＭＬＳＳやＭＬＶＳＳに代わる微生物濃度の測定
方法として、いろいろな測定方法が研究されている。そ
の中で、生体細胞中に存在するアデノシン三りん酸（Ａ
ＴＰ）を抽出して測定することにより微生物濃度を推定
する方法が注目されている。

生体細胞中には、生体のりん酸代謝およびエネルギー代
謝の役割を果しているＡＴＰが必ず存在し、死細胞中に
はＡＴＰが存在しないことが知られている。また、１個
の細胞中に存在するＡＴＰ量は、同一細胞では同一濃度
のＡＴＰか存在する。

従って、ＡＴＰか定量できれば、細胞の数かおよび生細
胞か死細胞かの判定や細胞の活性度か測定できることに
なる。生物処理プロセスを正常に機能させる上で、微生
物の量と活性度を同時に知ることが不可欠であり、活性
汚泥中のＡＴＰを測定することは極めて有用である。

このようなことから、微生物の細胞中のＡＴＰを測定す
ることは、水処理１食品、医学等の様々な分野において
注目されている。特に、水処理分野においては、水を浄
化するために活性汚泥を用いているので、その微生物量
および活性度を迅速に測定することが重要であり、ＡＴ
Ｐは重要な指標と考えられる。

活性汚泥中のＡＴＰ量を測定する方法として、ボイリン
グトリス法およびブタノール法か、社団法人日本下水道
協会発行の「下水試験方法ｊ１９８４年版、第２９３．
第２９４頁に開示されている。

上述の下水試験法に記載されているボイリングトリス法
は、沸騰、撹拌、遠心分離、冷却等の抽出操作が必要で
ある。また、ブタノール法は、撹拌、遠心分離等の抽出
操作が必要である。これらの分析方法は、操作が繁雑で
一連の分析操作を手動で行っているため、相当の時間と
手間を必要とするばかりか、再現性を得ることが困難と
なる問題がある。

現在、活性汚泥中に存在する微生物の体内に含まれてい
るＡＴＰを、精度良く高感度に、抽出から計測までの一
連の操作を自動的に測定できる装置はなかった。そこで
、本出願人は、抽出効率か良く、かつ自動化が容易な抽
出方法を開発し、この抽出方法に基づき抽出から計測ま
で一連の操作を自動化し得る細胞内の物質測定方法およ
びその装置を同日付けで出願した。

Ｄ０発明が解決しようとする課題 抽出から計測までの一連の操作を自動化した物質測定装
置においては、各試薬の液量精度が測定精度に大きな影
響を与えるため、試薬を分注する手段として液量精度の
高いシリンジを採用している。このシリンジは、パルス
ジェネレータとステッピングモーターの組み合わせによ
る直動機構で駆動させることにより、液量を微妙にコン
トロールすることができる。

しかし、ステッピングモーターは比較的高価であること
から、できるだけ使用する数量を最少にすることが望ま
れる。そこで、本願出願人は、ステッピングモーターの
数量を最小限に削減することを目的とし、１個のステッ
ピングモーターで複数のシリンジを駆動できる分注装置
を開発し、同日付けで出願した。このように、１個のス
テッピングモーターで複数のシリンジを駆動する方式を
とると、複数の試薬を別々に分注したり、分注量の異な
る試薬を分注することができなくなる問題が生ずる。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、複数の分
注器を１つのステップモーターで駆動して、複数の試薬
等を別々に分注で・き、かっ分注量の異なる複数の試薬
等を分注でる実用性に優れた分注装置を提供することを
目的とする。

Ｅ　課題を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するために、試薬や希釈液等
の異なる液体を貯蔵する複数の貯蔵タンクと、これらの
貯蔵タンクにそれぞれ三方バルブを介して連結される複
数のシリンジと、前記複数のシリンジのピストン部を機
械的に合させて１個のモーターで駆動する直動機構と、
前記複数のシリンジを１個のモーターで駆動する際に前
記各バルブを任意に切り替え制御する制御器に上り分注
装置を構成した。

Ｆ１作用 上述のような構成によれば、１個のモーターで複数のシ
リンジのピストン部を同−送り速度で駆動することがで
きる。複数のシリンジを１個のモーターで駆動させる際
に、各シリンジに連結された三方バルブを任意に切り替
えることにより、複数種類の試薬等を別々に分注したり
、分注量の異なる複数の試薬等を分注することが可能と
なる。

Ｇ　実施例 以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図に基つい
て説明する。第１図は本発明を適用したＡＴＰ定量装置
の測定プロセスを説明するための説明図、第２図は生物
発光現象における時間と発光量との関係を示すグラフ、
第３図は同ＡＴＰ測定装置の概略的な構成を示すブロッ
ク図である。

まず、本発明を適用したＡＴＰ測定装置の測定プロセス
を第１図はにより説明する。

（１）ＡＴＰ抽出 試料（活性汚泥）０．２５ｘＱに抽出試薬（５％のトリ
クロロ酢酸）０．２５１１１１２を混合し、微生物の細
胞膜を破壊して、微生物体内に存在するＡＴＰを微生物
体外へ放出する操作を行う。その後、発光反応に及ぼす
抽出試薬の影響を最小限に抑えるために、希釈液（４Ｘ
　１０−”ｍｏ１２／　ＱのＥＤＴＡを含むＯ、ｌ　ｍ
ｏ１２／　Ｑのトリス緩衝液ｐＨ７，７５）４．５＊Ｑ
を添加する操作を行う。ここで、試料と抽出試薬と希釈
液の液量は混合比率を一定にすれば良く、上記の液量に
限定されないことが予備実験により確認されている。

（２）発光反応 抽出液５ｍＱから０．５＊Ｑを分取して、発光試薬（ベ
ーリンガー・マンハイム山之内社製のＡＴＰ測定用キッ
トｒＡＴＰ　ｂｉｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ　ＣＬＳ
ｊ）　０　、５＊Ｑと反応させ、その反応により発光し
た混合液をフローセルに導き、センサー（光電子増倍管
）て発光量を計数する。この発光法は、生物発光法と呼
ばれ、ＡＴＰは生物発光物質であるルシフェリンとルシ
フエラーゼとをマグネシウムイオンと酸素の存在下で反
応させて、以下のように発光現象を起こさせることがで
きる。なお、この発光反応はホタルの体内で起こってい
るのと同じ反応である。

上述の発光反応はＡＴＰ１分子に対して光が１個放出さ
れるので、発光量からＡＴＰを定量することができる。

実際には、種々の濃度に調製した既知濃度のＡＴＰ量を
測定し、標準曲線（検量線）を作成する。そして、活性
汚泥の測定結果から得られる発光量に対するＡＴＰ濃度
を標準曲線から読み取り、活性汚泥中に含まれる微生物
体内のＡＴＰ量の測定を行う。

ＡＴＰとルシフェリンおよびルシフエラーゼなとの試薬
との反応により生ずる生物発光現象における時間と発光
量との関係は、第２図に示すような発光パターンとなる
。第２図において、発光量（ＣＰＳ）はＡＴＰと試薬と
の混合時間し。から時間の経過に伴って急激に増加し、
時間し、て最大価（ＣＰ　Ｓ　）　ｍａｘに達し、その
後は徐々に減少して行く。

（３）データ処理 このデータ処理では、発光反応終了後に標準曲線の発光
量のパラメータとして必要となる最大発光量の積分値を
演算処理してプリンタに印字する操作を行う。

（４）洗浄 この洗浄は一連の測定か終了した後に、抽出液の分取に
用いられる測定用ノズルの内部または周囲を洗浄液（蒸
留水）で洗浄するとともに、主流通路およびフローセル
等の内部をキャリアー液で洗浄する操作を行う。

以上に述へたＡＴＰ測定プロセスを自動化するＡＴＰ測
定装置は、第３図に示すように構成されている。

本図において、ｌは生体細胞を含む試料（例えば活性汚
泥）が注入される複数の試験管を、同心位置に配置した
ターンテーブルである。このターンテーブルｌの下方に
は、予め試験管内に入れられた磁石を回転させるスター
テ２が設けられている。このターンテーブル１は、駆動
モーター３を制御器４て制御することにより、原点調整
がなされ複数の試験管を測定順に測定用ノズル５で吸弓
する位置（吸引ボート）まで移送する。測定用ノズル５
は、モーター６を制御器７で制御することにより、上下
方向および回転方向（吸引ボートと廃液ポートとの間）
を移動する−０このとき、測定用ノズル５の上下方向お
よび回転方向の位置検出はリミットスイッチによりおこ
なわれる。

８はトリクロロ酢酸等の抽出試薬を貯蔵する抽出試薬タ
ンクであり、９はトリス緩衝液等の希釈液を貯蔵する希
釈液タンクである。これらのタンク８．９には、抽出試
薬タンク８内に貯蔵された抽出試薬および希釈タンク９
内に貯蔵された希釈液を前記試験管内に所定量注入する
抽出試薬用シリンジｌＯおよび希釈液用シリンジ１１が
三方バルブ１２および１３を介して連結されている。三
方バルブ１２は、後述するマイクロプロセッサの制御を
受けて切り替えられ、抽出試薬流通路１４ユと１４ｂを
連結し、また抽出試薬流通路１４ｂと１４ｃを連結する
。三方バルブ１３は、後述するマイクロプロセッサの制
御を受けて切り替えられ、希釈液流通路１５ａと１５ｂ
を連結し、また希釈液流通路１５ｂと１５ｃを連結する
。シリンジ１０．１１は、シリンダ部にピストン部を嵌
挿して構成され、両方のシリンジｔｏ、ｔｔのピストン
部を機械的に結合し、１個のモーター１６で駆動できる
ようになっている。モーター１６は制御器１７により制
御される。

１８は測定用ノズル５により分取された試料に前記抽出
試薬および希釈液を混合させて得た抽出混合液を、反応
コイル１９を介してフローセル２０に導（主流通路であ
る。２１は蒸留水等のキャリアー液を貯蔵するキャリア
ー液タンク、２２は洗浄液を貯蔵する洗浄液タンク、２
３．２４はルンフエリンおよびルシフェラーゼ等の発光
試薬を貯蔵する発光試薬タンク、２５は廃液を収容する
廃液タンクである。

キャリアー液タンク２１には、キャリアー液タンク２１
内に貯蔵されたキャリアー液を主流通路１８に供給する
キャリアー液用シリンジ２６が三方バルブ２７を介して
連結されている。三方バルブ２７は、後述するマイクロ
プロセッサの制御を受けて切り替えられ、キャリアー液
流通路２８ａと２８ｂを連結し、またキャリアー液流通
路２８ｂと２８ｃを連結する。キャリアー液流通路２８
Ｃは三方バルブ２９を介して主流通路１８に連結されて
いる。シリンジ２６は、シリンダ部にピストン部を嵌挿
して構成され、ピストン部をモーター３０て駆動できる
ようになっている。モーター３０は前記制御器１７によ
り制御される。

洗浄液タンク２２には、洗浄液タンク２１内に貯蔵され
た洗浄液を主流通路１８に供給する洗浄液用シリンジ３
１が三方バルブ３２．３３を介して連結されている。三
方バルブ３２．３３は、後述するマイクロプロセッサの
制御を受けて切り替えられ、洗浄液流通路３４ａ、３４
ｂ　　３４ｃを連結し、洗浄液流通路３４ｃ、３４ｂ　
　３４ｄを連結し、洗浄液流通路３４ｃ、３４ｅを連結
する。

洗浄液流通路３４ｄは三方バルブ３５を介して主流通路
１８に連結され、３４ｅは洗浄ポート３６に連結されて
いる。シリンジ３１は、ノリンダ部にピストン部を嵌挿
して構成され、ピストン部をモーター３７で駆動できる
ようになっている。モーター３７は制御器３８により制
御される。

発光試薬タンク２３および２４には、発光試薬タンク２
３．２４内に貯蔵された発光試薬を前記主流通路１８に
所定量供給する発光試薬用シリンジ３９，４０が三方バ
ルブ４１．４２を介して連結されている。三方バルブ４
１は、後述するマイクロプロセッサの制御を受けて切り
替えられ、発光試薬流通路４３ａ、４３ｂを連結し、ま
た発光試薬流通路４３ｂ、４３ｃを連結する。三方ノ（
ルブ４２は、後述するマイクロプロセッサの制御を受け
て切り替えられ、発光試薬流通路４４ａ、４４ｂを連結
し、また発光試薬流通路４４ｂ、４４゜を連結する。シ
リンジ３９．４０は、シリンダ部にピストン部を嵌挿し
て構成され、両方のシリンジ３９．４０のピストン部を
機械的に結合し、１個のモーター４５て駆動できるよう
になっている。モーター４５は前記制御器３８により制
御される。

４６は電源、４７はシャッタ、４８は光電子増倍管、４
９は増幅器、５０は波形整形回路であり、これらは抽出
混合液に発光試薬を混合させて得た反応混合液の光情報
を、前記フローセル２０を介して測定する光学的測定装
置を構成する。

５１はマイクロプロセッサ、５２はキーボード、５３は
レコーダ、５４は表示器、５５はプリンタである。

本実施例では、抽出試薬、希釈液および発光試薬の液量
精度か測定精度に大きな影響を及はす１ニめに、各種試
薬および希釈液を導入する手段として、液量精度の高い
分ノリンンを採用している。

また、抽出溶液を送るためのキャリアー液や洗浄液を送
り出す手段にも、液量精度の高いシリンジを採用してい
る。このシリンジは、パルスノエネレータとステッピン
グモーターの組み合わせによる直動装置で駆動させるこ
とにより、液量を微妙にコントロールすることができる
。

しかし、ステッピングモーターは比較的高価であるため
、てきるだけ使用する数量を最小にしたい。そのために
、本実施例では、上記抽出試薬用シリンジｌＯと希釈液
用シリンジ１１のピストン部を機械的に結合し、１つの
モーター（ステッピングモーター）１６で駆動できるよ
うにした。また、上記発光試薬用シリンジ３９と４０の
ピストン部を機械的に結合し、１つのモーター（ステッ
ピングモーター）４５て駆動できるようにした。

例えば、上記抽出試薬用シリンジｌＯと希釈液用シリン
ジ１１のピストン部を移動台により互いに機械的に結合
し、この移動台にねし孔を設ける。

このねし孔に、移動台を駆動するための送りねし棒を螺
合させ、この送りねし棒をモーター１６により回転させ
ることにより、その軸線方向に移動台を往復移動させる
ことができる。すなわち、モーター１６を駆動して送り
ねし棒を正転、逆転させると、送りねし棒および移動台
のねじ孔の螺合を通じて移動台が上下方向に移動する。

このとき、抽出試薬用シリンジＩＯと希釈液用シリンジ
１１のピストン部は機械的に連結されているために、一
対のシリンジ１０．１１は同−送り速度で駆動される。

同様に、上記発光試薬用シリンジ３９と４０のピストン
部を移動台により互いに機械的に結合し、この移動台に
ねじ孔を設ける。このねじ孔に、移動台を駆動するため
の送りねじ棒を螺合させ、この送りねじ棒をモーター４
５により回転させることにより、その軸線方向に移動台
を往復移動させることができる。

本装置では、抽出試薬０．２５１１２を先に分注した後
に、希釈液４．５ｉｆｆを分注するシステムを採用して
おり、抽出試薬用にはｌ＋ｃのシリンジｌＯを使用し、
希釈液用には５ｍ（ｌのシリンジ１１を使用している。

このように、抽出試薬と希釈液をそれぞれ分注量の異な
るシリンジ１０．１１で別々に分注できるようにするた
めに、三方バルブ１２により抽出試薬流通路１４ａと１
４ｂおよび１４ｂと１４ｃに、また三方バルブ１３によ
り希釈液流通路＋５ａと１５ｂおよび１５ｂと１５ｃに
任意に切り替えできるようになっている。

すなわち、測定準備工程において、三方バルブ１２．１
３を抽出試薬流通路１４ａと１４ｂ側および希釈液流通
路１５ａと１５ｂ側に切り替えることにより、モーター
１６によりシリンジ１０１１のピストン部を引き出すと
、抽出試薬タンク８および希釈液タンク９内から抽出試
薬および希釈液がシリンジ１０．１１内に吸引される。

三方バルブ１２．１３を抽出試薬流通路１４ｂと１４ｃ
側および希釈液流通路１５ａと１５ｂ側に切り替えて、
モーター１６を駆動してシリンジ＋０　１１のピストン
部を所定量たけ押し込むと、ターンテーブルｌにセット
された試験管に抽出試薬が０．２Ｅ＋＋Ｃ分注される。

このとき、希釈液用シリンジ１１から吐出された希釈液
は希釈液流通路１５ｂ−１５ａを介して希釈液タンク９
内に収容される。その後、三方バルブ１２．１３を抽出
試薬流通路１４ａと１４ｂ側および希釈液流通路１５ｂ
と１５ｃ側に切り替えて、モーター１６を駆動してシリ
ンジ１０．１１のピストン部を所定量だけ押し込むと、
ターンテーブルｌにセットされた試験管に希釈液が４．
５峠分注される。このとき、抽出試薬用シリンジｌＯか
ら吐出された抽出試薬は抽出試薬流通路１４ｂ→１４ａ
を介して抽出試薬タンク８に収容される。

また、本測定装置では、測定用ノズル５により分取され
１こ抽出液に、発光試薬であるルンフェリンとルンフエ
ラーゼを０．２５ｍＱつつ混入させて発光反応を起こす
システムを採用しており、各発光試薬用には１ｍＱのフ
リンジ３９．４０を使用している。２種類の発光試薬を
同径のシリンジ３９４０で同時に分注てきるようにする
ｆ二めに、三方バルブ４１により発光試薬流通路４３２
Ｌと４３ｂおよび４３ｂと４３ｃに、また三方バルブ４
２により発光試薬流通路４４ａと４４ｂおよび４４ｂと
４４ｃに任意に切り替えできるようになっている。

すなわち、三方バルブ４１を発光試薬流通路４３ｂと４
３ｃ側に切り替えるとともに、三方バルブ４２を発光試
薬流通路４４ｂと４４ｃ側に切り替えることにより、発
光試薬用ンリンジ３９．４０に収容されたルンフエリン
とルシフェラーゼを主流通路１８に送液することができ
る。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
要旨を変更しない範囲において種々変形して実施するこ
とができる。

Ｈ発明の効果 以上に詳述したように本発明によれば、各種液体を貯蔵
する複数の貯蔵タンクに三方バルブを介して連結された
複数のシリンジのピストン部を機械的に結合させ、これ
らのシリンジを１個のモーターで駆動させる際に前記三
方バルブを任意に切り替えることにより、複数種類の液
体を別々に分注したり、分注量の異なる複数の液体を分
注することが可能となり、各種液体の分注制御を簡略化
できる実用性に優れた分圧装置を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したＡＴＰ測定装置の測定プロセ
スを説明する１こめの説明図、第２図は生物発光現象に
おける時間と発光量との関係を示すグラフ、第３図は同
ＡＴＰ測定装置の概略的な構成を示すブロック図である
。 ｌ・・・ターンテーブル、２・・・スターテ、３．６゜
１６．３０．４５・・・モーター　４，７．１７３８・
・・制御器、５・・・測定用ノズル、８・・・抽出試薬
タンク、９・・希釈液タンク、１０・・抽出試薬用シリ
ンジ５．１１・・希釈液用シリンジ、１２，１３゜２７
、２９．３２．３３．３５．４１．４２・・三方バルブ
、１４ａ〜１４ｃ・・・抽出試薬流通路、１５ａ＝１５
ｃ・・・希釈液流通路、１８・・主流通路、１９　反応
コイル、２０・・フローセル、２１　キャリアー液タン
ク、２２・洗浄液タンク、２３２４　・発光試薬タンク
、２５　廃液タンク、２７キヤリアー液用シリンジ、２
８ａ〜２８ｃ・キャリアー液流通路、３１・・・洗浄液
用シリンジ、３４ａ〜３４ｅ−洗浄液流通路、３６・・
洗浄ポート、３９．４０・・・発光試薬用シリンジ、４
３ａ〜４３ｃ、４４ａ〜４４　ｃ−発光試薬流通路、４
６・・電源、４７・・・ンヤッタ、４８・・・光電子増
倍管、４９・・増幅器、５０・・・波形整形回路、５ト
マイクロプロセッサ、５２・・・キーボード、５３・・
・レコーダ、５４・・表示器、５５・・・プリンタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）試薬や希釈液等の異なる液体を貯蔵する複数の貯
   蔵タンクと、 これらの貯蔵タンクにそれぞれ三方バルブを介して連結
   される複数のシリンジと、 前記複数のシリンジのピストン部を機械的に結合させて
   １個のモーターで駆動する直動機構と、前記複数のシリ
   ンジを１個のモーターで駆動する際に、前記各バルブを
   任意に切り替え制御する制御器とを具備したことを特徴
   とする分注装置。