JPS62182665A - 微量液の分注方法およびこれに用いる装置 - 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】 （発明の利用分計） 本発明は微量な液を液溜めから取出して精度よく所定の
容器内等に注入するための分注方法および装置に関する
ものである。

（発明の背景） 一般に、免疫反応（ＩＡ）等の生化学分析用、液体クロ
マトグラフィ用の装置の一部として、例えばサンプル液
を数μ旦〜数１００μ文程度の微少量づつ分注するため
の分注装置が用いられている。

従来のかかる分注装置の構成は、対象液を吸引、吐出す
るためのノズル装置に対しノズルの内空に接続したシリ
ンダ装置を設け、シリンダ装置のピストン往動によりノ
ズル内空に対象液を吸込みさせ、その後のピストン復動
により吸込みした液を吐出させる形式のものが普通であ
る。しかしかかる分注装置を前述したような微少量の液
分性に用いる場合には、有意な分注誤差が現われるとい
う問題が知見された。

この分注誤差は、例えば、逆円錐筒状のノズルの下端口
径を０．３〜０．５ｍｍ程度、ノズル管厚を０．３〜０
．５＋ｎｍ程度のものとして、シリンダ装置のピストン
往復動により２００μｍ程度の液を吸込み／吐出する場
合に、数μ℃径程度ものとして現われることがあり、厳
密な分注精度が求められるシステムにあっては、その誤
差分は必ずしも少ないとは言えないし、また数μ２ない
し数１０μ２の極微量分注では、その誤差の影響は一層
顕著となってくる。

（発明の目的） 本発明は、以上のような問題点に鑑みなされたものであ
り、その目的は、微量液の分注精度を飛躍的に向上させ
た分注方法、並びにこの方法の実液に好適に用いられる
分注装置を提供するところにある。

また本発明の他の目的は、特に生化学分析のシステムに
好適に用いられる試料等の液分性方法並びに装置を提供
するところにある。

（発明の概要） 而して前記目的を実現するためになされた本発明よりな
る分注方法の特徴は、ノズル装置に吸込みした液を、圧
力気体供給源からの正圧付与（以下エア圧付与操作とい
う）またはこれと共にシリンダ装置からの正圧付与（以
下シリンダ操作という）によって吐出させる分注方法で
あって、少なくとも分注終期にエア圧付与操作（又はこ
れと共にシリンダ操作を併用して）によつて液吐出を行
なうようにしたところにある。

またかかる方法に好適に用いられる分注装置の特徴は、
液を吸込み／吐出するためのノズル装置と、ノズルの内
空に接続されたシリンダ装置と、前記ノズルの内空に接
続されて液吐出のための正圧を付与する圧力気体供給源
と、この圧力気体供給源からのノズルへの接続路途中に
介設されて、前記液吐出のために一時的または連続的に
開路される弁装置とを備えた構成をなすところにある。

本発明においてかかる方法並びに装置採用した理由は次
のことによる。

すなわち、前述したような分注誤差の発生原因を本発明
者が検討したところによると、これは、吸込み／吐出の
対象液がノズルの下端部周囲において、ノズル外壁に回
り込んで付着したり、あるいはノズル内側面に付着して
残ったりすることに起因し、このような付着は、主とし
てノズルからの液吐出の終期における吐出速度（液吐出
初期の吐出速度も同様）が、シリンダ装置からの正圧付
与だけによって吐出させる分注方法の場合、液吐出中間
期の吐出速度より低いことによると考えられた。

特にこの問題は生体試料のようにノズル形成材料との濡
れ性がよい液の場合に顕著である他、微量分注のために
、シリンダ装置のピストンをパルスモータを用いたネジ
駆動方式のものとしたときに顕著となる。このことは例
えば第６図（ａ）、（ｂ）　、第７図（ａ）　、　（ｂ
）により説明される。第６図（ａ）はシリンダ装置をパ
ルスモータで矩形駆動させた場合、第７図（ａ）は同様
パルスモータで台形駆動させた場合を示しているが、こ
れらにより与えられるノズルからの液吐出速度は第６図
（ｂ）又は第７図（ｂ）の如くなり、液吐出の終期（あ
るいは初期も）に、液吐出の速度が緩やかなカーブとな
る特性を示すのである。

そこで本発明においては、ノズルからの液吐出のために
エア圧付与操作を行なう方式を採用することによって、
前記したようなノズル下端での付着による液残存を可及
的小ならしめるようにしたのであり、特に液吐出の終期
における所謂しずくぎれを良好ならしめるべく、少なく
とも液吐出の終期においてエア圧付与操作を採用した構
成としたのである。第４図（ａ）〜（Ｃ）は分注の終期
にエア圧付与操作を行なった場合、第５図（ａ）〜（ｃ
）は分注の初期および終期にエア圧付与操作を行なった
場合の液吐出速度を説明した図であり、これらの図によ
って分注終期における液吐出速度が高く得られることが
分かる。

なお、ノズルへの液吸込みのためにはシリンダ装置を用
いることが好ましいが、このシリンダ装置を液吐出のた
めに支障のない限り併用することは可能であり、液吐出
の終期におけるエア圧付与操作（シリンダ操作と並行し
てもよい。）を担保しつつ、液吐出の中間期においては
エア圧付与操作とシリンダ操作のいずれかを選択する、
あるいは双方の操作を並行ないし交互に行なうようにす
る、のいずれの方法を採用してもよい。特に液吐出の全
期においてシリンダ操作を行ない、かつ液吐出の初期お
よび終期の双方においてエア圧付与操作とシリンダ操作
を並行して行なう方式において、極めて高い分注精度の
得られることが明らかとなっている。

すなわち本発明の好ましい実施態様は、液吐出初期にお
いて、弁装置の一時的開路をシリンダ操作の開始と同時
に短時間だけ行い、ノズル内部の液が吐出される速度を
急速に立ち上がらせる。続いてシリンダ操作によってノ
ズル内部の液が吐出され、その終期において弁装置を再
び開いて液吐出のエア圧を確保し、ノズル下端のしずく
切れを良好に行なうことで与えられる。

前期液吐出の終期におけるエア圧付与操作は、通常＋１
．２〜１　ｓｅｃ好ましくはｆｌ、２〜０．５ｓｅｃで
あり、また初期のエア圧付与操作は０．１〜０．２ｓｅ
ｃ程度が好ましい。

本発明が適用されるノズル装置は、ノズル固定式のもの
、ノズルを上・下動等させる可動式のもの、等適宜のも
のでよく、ノズル装置の構造に限定されないが、一般的
にはノズル下端に交換用のノズルチップを装着して使用
する場合のものが多い。

ノズル装置のノズル内空に接続され、主に液吸込みのた
めに用いられるシリンダ装置は、ピストンをパルスモー
タによるネジ駆動手段で移動させる機械式のもの、ある
いは気体圧を用いて穆勅させる空圧作動式のもの等いず
れのものでもよく、ピストンの初期位置からの往動によ
り、シリンダに連通のノズル内部に負圧を作用させて液
を所定量吸込みし、液の吐出時あるいは吐出後に初期位
置に復動復帰させられる。

またノズル装置からの液吐出のためのエア圧付与操作の
ために接続される圧力気体供給源、およびその接続径路
途中の弁装置は、圧力エアを貯溜するアキュームレータ
、ポンプあるいは圧力ボンベ等と、常閉型の電磁弁とを
組合せて構成されるのが一般的であるが、更に接続径路
途中に弁装置の一部として流量調整弁等を併設すること
も好ましい。電磁弁等の弁装置の開閉は、マニュアルス
イッチ、あるいは自動化した装置にあっては、分注のた
めの他の作動機器とのタイミングをとったシーケンス制
御回路等を用いて行なわせるようにすることができる。

液吐出のためのエア圧付与操作は、ノズル下端の内外表
面における液付着を解消するために適当する程度の圧力
状態でエア圧を与えるものであり、一般的にはゲージ圧
０．１〜５気圧程度、好ましくは０．１〜０．５気圧程
度とすることがよい。エア圧力が小さすぎると液付着の
解消が十分でなく、あまり大きいとノズル下端から吐出
される液の飛散の不具合を招くことがある。

エア圧付与のための弁装置の一時的開路は、ノズル内部
の液を吐出するのに十分な時間を若干上回ればよく、こ
れによりノズル内部の液が吐出される終期において液吐
出のエア圧が確保され、ノズル下端のしずく切れが良好
に行なわれる。

また圧力気体供給源が必要時にのみ圧力を生ずるもので
ある場合には、弁装置はチェ・ンク弁（一方向弁）を用
いてもよい。

（発明の実施例） 以下本発明の実施状態を図面に基づいて説明する。

第１図において、１は不図示の交換装置によってノズル
ホルダ２に交換装着されるノズルチップであり、ノズル
ホルダ２にはノズルチップ１の内部とエア管３を連通ず
る流路が設けられている。

前記エア管３は、ノズルホルダ２への接続端とは反対側
の端部において分岐され、その分岐の一方は、パルスモ
ータ６によるネジ駆動型のシリンダ装置４のシリンダ気
室５に連通され、分岐の他方は、常閉型電磁弁７および
流量調整弁８からなる弁装置９を介して不図示のエア蓄
圧器に連通されている。なお電磁弁７は不図示の制御回
路に接続されていて、液吐出必要時に他の装置等とタイ
ミングを合わせて一時的に一定時間間路されるようにな
っている。

次ぎにその作動について述べる。

まずノズルチップ１をノズルホルダ２に装着し、その下
端を所定のサンプル容器内のサンプル中に一定深さ浸漬
させる。この状態でシリンダ装置４のピストンを往動（
図では下動）させ、ノズルチップ１内部にサンプルを吸
込みする。サンプルの吸込み量は、シリンダ装置４のピ
ストン往動の量を管理することによって十分精度高く定
めることができる。本実施例において、第一に希釈水を
ノズルチップ１内に吸込み、第２にサンプルを吸込むこ
とによって、′サンプルの希釈分注に対応することも可
能である。

次ぎに、シリンダ装置のピストンを固定したまま、ノズ
ルチップをサンプル容器から上動抜出しさせ、所定のサ
ンプル分注容器の上方に接近対向させる。

この状態で、例えば、シリンダ装置のピストンを復動さ
せると同時に電磁弁７を一時的に開路状態に切換え、蓄
圧器よりノズルチップ１内に流量調整弁８で定められる
圧力エアを一時的に作用させることによって、内部液を
サンプル分注容器に吐出させる。吐出終了時に、再び電
磁弁７を一時的に開路状態に切換え、ノズル下端のしず
く切れを良好ならしめる。かくのごとき操作によって１
回の分注操作が終了する。以後この操作を繰返せばよい
。

以上の第１図に示した装置を用いてノズルチップ１から
の液吐出の操作を下記条件に従って次の手順により行な
い分注精度（ＣＶ値）の結果を第１表に示した。

比較例・・・・・・シリンダ操作のみによる液吐出実施
例１・・・シンリダ操作−エア圧付与操作の連続による
液吐出 （第４図に従って操作） 実施例２・・・一時的エア圧付与操作、シリンダ操作−
エア圧付与操作の連続によ る液吐出（第５図に従って操作） ノズルチップの下端口径　　　　　０．３ｍｍ〃　　　
の肉厚　　　　　０．３〜０．５ｍｍ試　　料　　　　
　　　　　　　　８９６ＢＳＡ　　ｉｎ　　５ａｌｉｎ
ｅ分注量（試料吸込み／吐出量） （第１表参照） （試料＋希釈液）２００μｍ 吐出操作 シリンダ操作　　　　　　２００　μｍ　７２ｓｅｃエ
ア圧（ゲージ圧）　　　　　　Ｑ、１気圧工ア圧付与時
間 実施例１（終期のみ）・・・・・・　０．５ｓｅｃ流量
調整　　　　　　　　１０ｍｊＺ　／１０ｓｅｃ第１表 Ｘ ｎ：回数（各側では１０回） Ｘ：平均値 以上の結果より、本発明によって行なわれた各実施例の
分注精度は、比較例に比べて有意差をもって向上してい
ることが明らかであり、分注精度が測定結果に影響する
分析システムへの利用においての効果は極めて大である
。

特に実施例２の場合には、吐出初期における加圧により
ノズル内部が最初から一定以上の速度で吐出されるので
液がノズル外面にまわり込むことがない。粘度の高い溶
液の場合はノズル内面における溶液の流がおそいためシ
リンダによる加圧によりゆっくりおし出す。更に、吐出
終期における加圧によりノズル下端に付着した溶液を急
激にはき出し、溶液を残存させないという効果がある。

なお本発明は第１図に示した実施態様のものに限定され
ることなく種々の変更した態様により実施することが可
能である。

例えば第２図に示す例では、圧力気体供給源として、蛇
腹式エアポンプ１０を用い、また弁装置の替りにチェッ
ク弁１１を用いたものであり、他の構成は実施例１と同
様である。

本例の場合には、シリンダ装置等を用いて機械的にある
いはマニュアルにエアポンプ８を圧縮することによって
、圧力エアが発生し、これがチェック弁１１を介してノ
ズルチップ内部に伝えられることになり、気体供給源お
よび弁装置が安価であるという利点が得られる。なおチ
ェック弁はシリンダ装置との関係において、液吸込み時
には開路しない程度のセット圧を有するものであること
がよい。

第３図によって示される例は、圧力気体供給源として、
コンプレッサ（図示せず）およびレギュレータ１２を用
い、電磁弁７′が通常は大気に開放される形式となって
いる他は、第１図に示した例と同様のものである。本例
では圧力気体供給源からの圧力エアが通常は電磁弁７゜
を通して大気に放出されるため、圧力エアがシリンダ装
置側へリークすることがないという効果がある。

本例の場合には、この分注装置を含む分析測定装置にお
いて、他の機器等の動力源としてコンプレッサの発生エ
ア圧を使用することと共用でき、全体としての設計自由
度の増大、装置の共通化という大きな利点が得られる。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、微量な液の分注に
おいて、ノズル下端での液付着による分注誤差の影響が
大幅に低減され、厳密な分注精度が求められる各種分析
、測定等の装置用といてその効果は大なるものである。

また液吸込み用のシリンダ装置を、しずく切れを良好と
して吐出用としても使用するものでは、ピストン夜勤時
のストロークをピストン往動時のストロークより大きく
とる必要から、ピストン往動時（吸込み時）の無効スト
ロークが生じ、高精度化のために細径長尺化するエアシ
リンダ装置の一層の長尺化、吸込み量管理、吐出速度の
調整等の難を招くのに対し、本発明装置ではかかる難点
がなく、小型で高精度な分注を実現する上での効果は極
めて大である。

【図面の簡単な説明】

図面第１ないし第３図はいずれも本発明の実施態様の構
成概要例を示す図である。第４図、第５図は本発明方法
による液吐出の速度を説明する図、第６図、第７図はシ
リンダ操作のみによる液吐出の速度を説明する図である
。 １：ノズルチップ　　　２：ノズルホルダ３：エア管　
　　　　　４ニジリンダ装置６：パルスモータ　　　７
：電磁弁 ８：流量調整弁　　　　９：弁装置 １０：エアポンプ　　１１：チェック弁１２：レギュレ
ータ 第４図 第５図 一時間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ノズル装置に吸込みした液を、圧力気体供給源か
   らの正圧付与またはこれと共にシリンダ装置からの正圧
   付与によって吐出させる分注方法であって、少なくとも
   分注終期に、圧力気圧気体源からの正圧付与によって液
   吐出を行なうことを特徴とする微量液の分注方法。
2. （２）液吐出の初期および終期において圧力気体供給源
   からの正圧付与を行ない、かつこれらの中間においてシ
   リンダ装置からの正圧付与を間欠することなく行なう特
   許請求の範囲第１項に記載した微量液の分注方法。
3. （３）液を吸込み／吐出すためのノズル装置と、ノズル
   の内空に接続されたシリンダ装置と、前記ノズルの内空
   に接続されて液吐出のための正圧を付与する圧力気体供
   給源と、この圧力気体供給源からノズルへの接続路途中
   に介設されて、前記液吐出のために一時的または連続的
   に開路される弁装置とを備えたことを特徴とする微量液
   の分注装置。
4. （４）ノズル装置が、取り変え可能なディスポーザブル
   チップが組付けされるものであることを特徴とする特許
   請求の範囲第３項記載の微量液の分注装置。