JPH11509623A - 液体採取・分注誤差の校正方法及び液体採取・分注装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の目的は、液体の採取・分注、例えばピペッティング中に温度変化によって生ずる液体採取・分注誤差の校正方法及び正確度の高い液体採取・分注装置、例えばピペットを提供することにある。本発明の方法によれば、液体採取・分注装置として気体通路を介して互いに連通する２つの室（１，２）を有するものを用い、該気体通路に連通した第１室（１）を採取・分注すべき液体（５）に連通させ、且つ第２室（２）を該気体通路（３）との連通部分を除き機密に構成し、液体採取・分注装置内に液体を採取するため第２室内の容積を増加させて、第１室から第２室に気体を流入させ、次いで両室内の圧力が平衡に達するまで採取・分注すべき液体を第１室内に採取する。本発明によれば、第１室から第２室へ流入する気体の温度変化を測定し、第２室内において生ずる容積の変化を、該測定された気体の温度変化に基づいて校正して、第１室内に所望の量の液体を採取する。温度の測定のためには、第２室内（２）の気体通路（３）に近接した位置に備えられた温度センサー（７）を用いる。更に、第１室内（１）に備えられた温度センサー（６）を併用してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 液体採取・分注誤差の校正方法及び液体採取・分注装置 本発明の目的は、液体の採取・分注の際に温度変化によって生ずる採取・分注 誤差を排除する方法を提供することにある。 具体的には、本発明は、液体採取・分注装置として気体通路を介して互いに連 通する２つの室を有するものを用い、該気体通路に連通した第１室を採取・分注 すべき液体に連通させ、且つ第２室を該気体通路との連通部分を除き気密に構成 し、液体採取・分注装置内に液体を採取するため第２室内の容積を増加させて、 第１室から第２室に気体を流入させ、次いで両室内の圧力が平衡に達するまで採 取・分注すべき液体を第１室内に採取する液体採取・分注法において用いられる。 本発明のもう一つの目的は、気体通路を介して互いに連通する２つの室を有す る液体採取・分注装置であって、該気体通路に連通する第１室が採取・分注すべ き液体に連通し、且つ第２室が該気体通路との連通部分を除き気密に構成される と共に、その容積を調節する手段を備えている液体採取・分注装置を提供するこ とにある。 本発明の方法は、典型的には電子式ピペットまたは機械式ピペットを用いて液 体を採取・分注する際に適用されるが、これらに限定されるものではなく、サン プルとピペット間の温度差により生ずる液体採取・分注誤差を排除、或いは少な くとも実質的に減少させることができる。 実験室での分析では、通常液状であるサンプルや試薬のピペッティン グ及び採取・分注は、正確且つ再現性良く、例えば、０．５％未満の誤差で実施 することは極めて困難であった。ピペッティングにおける誤差は、より旧式な技 術を用いた場合、通常１マイクロリットル単位に及ぶものであった。（この場合 、特に、採取すべき体積が小さい場合には、誤差は通常５％から１０％までに及 んでいた。）｛ロジャーソン（Ｒodgerson）ら、Ｃlin．Ｃhem.20/1，43-50,197 4およびパーデュー（Pardue）ら、Ｃlin．Ｃhem．20/8，1028-1042，1974．｝今 日の近代的な技術である機械式ピペット及び電子式ピペットを用いた場合であっ ても、その誤差は、０．１％から５％の間で変動する。（Ｓuovaniemi:Ｄissert ation,ＩＳＢＮ 952-90-5248-0，ヘルシンキ大学、1994） ピペッティングにおける誤差は装置とこれを用いる人の両方に起因する。電子 式ピペットを用いる場合よりも、特に機械式ピペットを用いる場合の方が、人に 起因する誤差の影響は顕著である。ピペットチップを手で取付けたりしない限り 、ピペットチップの質、及びその取扱い方法の誤差に対する影響は本質的には小 さい。ピペットチップを手で取付けると、異物が混入したり、取付け後第一回目 のピペッティング操作の際に、手の力で圧縮されていたピペットチップの形が元 に戻り、その際過剰の液体がピペットチップ内に採取されるおそれがある。この 問題は、例えば、容器に垂直に入ったピペットチップを使用することや、ピペッ トに取付ける際にピペットチップを変形させないよう細心の注意を払うことによ り解消される。電子式ピペットを使用すること、電子式ピペットにおける自動目 盛り調整を使用することができると共に、人に起因するピペッティング誤差を排 除することができる（Ｈattori，Ｓuper Ｐipetter Ｓiminar：Ｓtandardized Ｒisk Ｆactor and Ｓupport to Ｖalidation，Ｂiohit，1994）。このような要因を改善しても、ピペッティング の誤差は０．１〜０．５％しか向上しない。 本発明によれば、気体置換の原理に基づいた液体採取・分注法において、温度 変化によって生ずる採取・分注誤差を排除、或いは少なくとも実質的に減少させ る方法が提供される。 本発明の目的は、添付された請求項に記載の方法及び装置により達成される。 具体的には、本発明の方法は、第１室から第２室へ流入する気体の温度変化を 測定し、液体の採取のために第２室内において生ずる容積の変化または増加を、 該測定された温度変化に基づいて校正して、第１室に所望の量の液体を採取する ようにしたことを特徴とする。 本発明によれば、前記第１室への液体の採取(liquid sampling)に先立ち、該 温度変化を各室に適切に備えられた温度センサーを用いて測定する。一方の温度 センサーは第１室の気体の温度を測定し、第２の温度センサーは第２室内の温度 、即ち、前記第１室への液体の採取中に、１つの室から他の室に流入する気体が 達する温度を測定する。かかる温度差は第１室から第２室へ流入する気体の温度 変化と一致する。 本発明の第２の態様によれば、本発明の方法は第２室に取付けられた１つのセ ンサーのみを用いて行うことができる。このセンサーはまず、液体の採取に先立 ち、第２室内の温度を測定し、次いで液体の採取中に、第１室から第２室へ流入 する気体の温度を測定する。かかる温度差は前記温度変化と一致する。 本発明の他の目的は、気体通路を通じて１つの室から他の室へ流入する気体の 温度変化を測定するために設けられた温度センサー、及び第２室内の容積を調節 する手段に対し、温度変化に対応して容積の校正を指示する手段を備えたことを 特徴とする前記の液体採取・分注装置を提供することにある。 本発明によれば、両室共にセンサーが備えられていてもよく、また第２室のみ に備えられていてもよい。 以下、本発明をピペッティングによる液体の採取・分注及び電子式ピペットに 適用する場合について説明するが、本発明はピペットのみに限定されるものでは なく、添付された請求項の範囲内の種々の液体採取・分注装置に適用することが できる。 本発明は、ピペッティングにおける液体の採取工程において、一定量の気体が ピペットチップ内からピペット本体内へ流入すると、速やかにピペット本体内の 温度に達するという知見に基づいてなされたものである。液体をピペットチップ 内に採取するためプランジャーを移動することによって生ずるピペット本体内の 空間の容積変化は、所望のピペッティング体積、即ちセット値(the pipette set value)に等しい。プランジャーを移動した結果、ピペット本体内の圧力が低下 し、再度実質的に圧力が平衡に達するまで気体がピペットチップ内からピペット 本体内に流入する。ピペットチップ内の空間とピペット本体内の空間の温度が等 しくない場合、ピペット本体内に流入した気体の温度が均一化された後の最終的 な体積は、ピペットチップ内より除去すべき気体の容積とは異なることとなる。 移動した気体の名目上の体積（セット値）と実際の 体積とのこのような差異もまた、ピペットチップ内に採取される液体の体積の測 定誤差につながることとなる。 気体通路が比較的狭い場合、即ち、すべての気体の分子と気体通路内壁との間 の最短距離が通常１ｍｍ以下である場合、ピペット本体内の温度は速やかに均一 化される。加えて、気体の比熱容量はピペット本体の材質の比熱容量に比較して 小さい。ピペットチップ内からピペット本体内に流入した気体は、ピペットチッ プが液体サンプル内から引き上げられる前にピペット本体内の温度に達する。こ のため、移動した気体の体積変化は、直接ピペットによる採取・分注結果に影響 する。ピペッティング過程の最初と最後ではピペット内外の圧力は実質的に平衡 であり、圧力の一時的な変化は最終結果に影響しない。 このような知見に基づく重要な結論は、液体の温度を測定する必要がないとい うことである。重要なのは、ピペット本体内へ流入する前に気体があった空間の 温度、より具体的にはピペットチップ内の空間とピペット本体内の温度差である 。ピペットチップ内の空間の温度は、実質的には数回のピペッティングの後でな いと液体の温度に達しないが、ピペットチップ内の空間の温度を測定することに より、最初から正確な校正を行うことが可能となる。また、本発明による校正は 、ピペットチップ内の温度がピペット本体内の温度とは異なることによって生ず る一切の誤差を排除するということも知見される。例えば、温かい指でピペット チップを取付けた場合、そのような状況となる。 以下、電子式ピペットに関してプロセッサーを用いて校正を行うための計算式 を挙げる。これにより、セット値からプランジャーを移動させ、 いかなる温度においても所望の量の液体を採取・分注することができるようにな る。 計算式は、一定の圧力において気体の体積は絶対温度に比例すると規定するゲ イーリュサックの法則(Ｇay-Ｌussac's law)から導かれる。ピペット本体内の絶 対温度をＴ_p、ピペットチップ内の絶対温度をＴ_kとする（図１参照）。名目上の ピペッティング体積、即ちセット値をＶとする。最初に、ピペットチップを液体 に浸ける。ただし、静水圧により実質的に液体がピペットチップ内に押し上げら れることがあるので、あまり深く浸けてはならない。ここで、プランジャーを体 積Ｖに対応する分だけ引き上げると、ピペット本体内の圧力が低下する。すると 、圧力平衡を再達成しようとする作用が働くので、体積Ｖ、温度Ｔ_kの気体がピ ペットチップ内からピペット本体内に流入し、その温度は温度Ｔ_pとなる。つま り、流入した気体の新規な体積Ｖ’は、ゲイ−リュサックの法則により次式で表 わされる。 Ｖ’＝（Ｔ_p／Ｔ_k）Ｖ 最終的に、気体の圧力が平衡に達した時点で、更に次式で表わされる体積の気 体がピペット本体内に流入する。 ΔＶ＝Ｖ−Ｖ’＝（１−Ｔ_p／Ｔ_k）Ｖ この体積の気体がピペットチップ内よりピペット本体内に流入する ので、気体の圧力の平衡を保つために、この気体は同体積の液体により置換され る。従って、ピペッティング誤差はΔＶとなる。Ｔ_k＞Ｔ_pの場合、ΔＶは正（即 ち、ピペッティング結果が大きすぎる）となり、またＴ_k＜Ｔ_pの場合、ΔＶは負 （即ち、ピペッティング結果が小さすぎる）となる。ΔＶが正となる場合、ΔＶ 自体もまた温度Ｔ_pの影響を受けるので、わずかな量の液体が更に過剰に採取さ れる。必要ならばこれを考慮に入れることも容易にできるが、実質的には影響が ない。 従って、実際のピペッティング結果Ｖ”を、名目上のピペッティング体積（プ ランジャーの往復運動）Ｖ及び温度の関数として表わすと、次のようになる。 Ｖ”＝Ｖ＋ΔＶ＝（２−Ｔ_p／Ｔ_k）Ｖ 電子式ピペットにおいては、このような校正を簡易に行うことができる。即ち 、特定の短い間隔をおいて連続的に、またはピペットボタンを押している間だけ 温度測定が行われるようにする。そして、プランジャーに対し、これらの測定さ れた温度及び名目上の体積に基づき、次式で表わされるＶ_k（校正後の体積）に 対応するようにプランジャーの位置を調節するよう指示が出されるようにする。 Ｖ_k＝Ｖ／（２−Ｔ_p／Ｔ_k） 以下、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の液体採取・分 注装置を模式的に示す概略図である。図２は、本発明の方法を実施するために用 いられるピペットを模式的に示す概略図である。図３は、温度測定用センサー取 付け部分の構造と機構を拡大して模式的に示す概略図である。 図１は、液体を採取するための気体で満たされた第１室（１）及び第２室（２ ）を示している。第１室（１）及び、第２室（２）は気体通路（３）を介して互 いに連通しており、また室内と室外の圧力は液体の採取過程の最初と最後の時点 では平衡状態にある。適切な手段、例えば第２室内に気密に構成された、往復運 動が可能なプランジャー（４）を用いて第２室内（２）の容積を増加させること により、液体を採取することができる。第１室（１）は液体（５）と連通させる ことができる。プランジャー（４）の移動により室内外に圧力の差が生ずるため 、室内外の圧力が実質的に平衡に達するまで、該室（１）に液体が採取される。 次いで、第１室（１）に採取された正確な量の液体が１つ以上の皿に分注される 。従って、この系においては、一定量の気体が１つの室から他の室へ移動し、そ の体積は採取される液体の体積に等しいが、両室内の温度が均一でない場合、移 動した気体の体積は液体の採取中、または採取後に変化する。かかる気体の体積 変化を考慮に入れないと、分注誤差が生ずる。 図２はピペットを示す。ピペット本体のシリンダースペース中には空間（９） が形成され、これはピペットチップ（８）との間で気体の連通が可能である。ま たシリンダースペース内には往復運動が可能なプランジャー（４）が備えられて いる。なお、プランジャーの運動を制御する 手段は図中には示されていない。ピペットは温度測定のためのセンサー(６)及び （７）を備えていることが好ましい。温度測定のための適切な手段はとしては、 例えば、温度センサーとして機能するＮＴＣ抵抗器｛負の温度係数を有する（Ｎ egative Ｔemperature Ｃoefficient）抵抗器｝である。かかる抵抗器自体は公 知のもので、市販もされている。かかる態様によれば、液体の採取に先立ち、ピ ペットチップ内(８)及びピペット本体内の空間（９）に備えられたセンサー（６ ）及び（７）により気体の温度が測定される。測定された温度変化は、前記計算 式に従い、プランジャーの運動を制御する手段に対し校正命令を送るために用い られる。 図３は、液体採取・分注装置、例えばピペット本体にセンサーを取付ける場合 の好ましい態様を示す。図３には、脱着式ピペットチップ（８）が拡大して示さ れている。そのピペットチップ（８）の中に、ピペット本体下端部が差し込まれ ている。また、図中の気体通路（３）はピペット本体内の空間（９）にまで延伸 している。センサー（６）は、把手状取付け用部材（１０）の、ピペット本体側 に向かって開いている両脚の間に固定され、ピペットチップ自体の内部の空間に まで延伸している。把手状取付け用部材（１０）は、センサーの固定だけでなく 、センサーを保護する役割をも果たす。ピペット本体内の空間の該センサー（７ ）も、図中に示された態様と同様の構造を有することは言うまでもない。把手状 取付け用部材（１０）及びセンサー（６）は、採取・分注すべき液体に接触しな いように取付けられていなければならない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年９月１７日 【補正内容】 請求の範囲 １．液体採取・分注装置を用いた液体の採取・分注中に温度変化によって生ずる採 取・分注誤差を校正する方法であって、液体採取・分注装置として気体通路を介し て互いに連通する２つの室を有するものを用い、該気体通路に連通した第１室を 採取・分注すべき液体に連通させ、且つ第２室を該気体通路との連通部分を除き 気密に構成し、液体採取・分注装置内に液体を採取するため第２室内の容積を増 加させて、第１室から第２室に気体を流入させ、次いで両室内の圧力が平衡に達 するまで採取・分注すべき液体を第１室内に採取する方法において、第１室から 第２室に流入する気体の温度変化を測定し、液体採取のため第２室内において生 ずる容積の変化を、該測定された気体の温度変化に基づいて校正して、第１室に 所望の量の液体を採取するようにしたことを特徴とする採取・分注誤差の校正方 法。 ２．前記第１室への液体の採取(liquid sampling)に先立ち、各室内に別個に備 えられたセンサーを用いて両室内の温度測定を行うことを特徴とする、請求項１ に記載の校正方法。 ３．前記第１室への液体の採取に先立ち、気体の温度変化を測定するため第２室 内に備えられたセンサーを用いて第２室内の温度を測定し、また前記第１室への 液体の採取中に、第１室から第２室に流入する気体の温度を測定することを特徴 とする、請求項１に記載の校正方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＴ，ＡＵ，ＣＡ，Ｃ Ｚ，ＤＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＲ，ＬＵ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＵ，ＳＥ， ＵＳ 【要約の続き】 サー（６）を併用してもよい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．液体採取・分注装置を用いた液体の採取・分注中に温度変化によって生ずる採 取・分注誤差を校正する方法であって、液体採取・分注装置として気体通路を介し て互いに連通する２つの室を有するものを用い、該気体通路に連通した第１室を 採取・分注すべき液体に連通させ、且つ第２室を該気体通路との連通部分を除き 気密に構成し、液体採取・分注装置内に液体を採取するため第２室内の容積を増 加させて、第１室から第２室に気体を流入させ、次いで両室内の圧力が平衡に達 するまで採取・分注すべき液体を第１室内に採取する方法において、第１室から 第２室に流入する気体の温度変化を測定し、第２室内において生ずる容積の変化 を、該測定された気体の温度変化に基づいて校正して、第１室に所望の量の液体 を採取するようにしたことを特徴とする採取・分注誤差の校正方法。 ２．前記第１室への液体の採取(liquid sampling)に先立ち、各室内に別個に備 えられたセンサーを用いて両室内の温度測定を行うことを特徴とする、請求項１ に記載の校正方法。 ３．前記第１室への液体の採取に先立ち、気体の温度変化を測定するため第２室 内に備えられたセンサーを用いて第２室内の温度を測定し、また前記第１室への 液体の採取中に、第１室から第２室に流入する気体の温度を測定することを特徴 とする、請求項１に記載の校正方法。 ４．気体通路を介して互いに連通する２つの室（１、２）を備えた液体採取・分 注装置であって、該気体通路（３）に連通する第１室（１）が採取・分注すべき 液体（５）に連通し、且つ第２室（２）が該気体通路との連通部分を除き気密に 構成されるとともにその容積を調節する手段（４）を備え、また１つの室から他 の室に流入する気体の温度変化を測定するための温度センサー（６、７）を備え 、更に第２室（２）内の容積調節手段（４）に対し、温度変化に対応して容積の 校正を指示する手段を備えたことを特徴とする液体採取・分注装置。 ５．前記温度センサー（６、７）が両方の室（１、２）にそれぞれ備えられてい ることを特徴とする、請求項４に記載の液体採取・分注装置。 ６．前記温度センサー（７）が第２室（２）のみに備えられていることを特徴と する、請求項４に記載の液体採取・分注装置。 ７．前記温度センサーがＮＴＣセンサーであることを特徴とする、請求項４〜６ のいずれかに記載の液体採取・分注装置。 ８．前記第２室内の容積調節手段が、気密に構成されたプランジャーであること を特徴とする、請求項４〜７のいずれかに記載の液体採取・分注装置。 ９．前記第１室がピペットチップ（８）であることを特徴とする、請求 項４〜８のいずれかに記載の液体採取・分注装置。 １０．前記第１室が脱着式ピペットチップ（８）からなり、前記第２室がピペッ ト本体中を貫通する気体通路（３）を介してピペットチップに連通しているピペ ット本体中に形成された空間（９）であって、本体に固定された取付け用部材（ １０）により、ピペットチップと空間の間の気体通路に近接した位置にセンサー を備えたことを特徴とする、請求項７に記載の液体採取・分注装置。 １１．前記取付け用部材（１０）が把手状であり、前記センサーが把手状取付け 用部材の２本の脚の間に取付けられ、且つその両方の脚の末端が装置の本体に取 付けられていることを特徴とする、請求項１０に記載の液体採取・分注装置。