JPS6315121A - 液定量取出し装置 - 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】 （発明の利用分野） 本発明は試料、試薬等を微量に定量取出しするための装
置に関するものである。

（発明の背景） 従来より、生物学、医学等の分野において、例えば、体
液中の微量物買を検出するための種々分析法が提案され
てきており、これに関連して自動的な定性、定量分析を
行なうシステム、装置も提供されてきている。このよう
なシステム、装置の内で共通的に問題となる点の一つと
して、反応室等への試料の、試薬等の添加量を厳密に管
理すると同時に、試料間の汚染を防ぐことの必要性があ
り、このためにマイクロピペット等の高精度かつ使いす
てチップを用いたピペットが多く利用されてきている。

このようなマイクロピペットでは、試料毎にピペットの
先端チップを交換して、試料間の汚染をふせぎ、空気圧
によって試料をチップ内に吸い上げて計量する。

前記した試料、試薬等の添加量の厳密な管理の必要性の
問題は、例えば本発明が好適に適用される免疫反応測定
法においては試料添加量の変動、測定結果への影響の問
題となる。また、生体試料中に含まれ、免疫反応測定法
によって測定されるような微量成分の濃度比は、試料に
よって１０４〜１０６倍の広い範囲の値を持つことがあ
るため、使いすてチップを用いて試料量汚染を防ぐこと
が望まれる。ところで、試料等を所定の貯溜容器から定
量取出しするのに前記したマイクロとベット等を用いる
場合にも、微量な対象物質を高精度に検出するためには
さらに改善すべき問題のあることが本発明者によって知
見された。これは、試料容器にピペットを挿入して試料
を吸引する際に、吸引の負圧を厳密に管理しても、試料
の容量に応じてピペットのノズル部が試料中に浸漬する
深さにバラツキを生じ易く、これが定量取出し時の誤差
として無視できない場合につながるという問題等として
説明される。またこの問題は、試料容器の径が小さい場
合に液面が表面張力の影響を受けて傾斜（メニスカス）
したり、容器自体が傾斜したすすることによっても生ず
る問題でもある。

かかる点から、液定量取出し装置に液面レベルを検出す
る感知器を付設するという提案もなされているが、電極
式の感知器では汚染の問題があるし、一般的な非接触光
学感知器では、数αｍ程度以上の精度は期待できないし
、また液のニゴリ、液面傾斜に対しては対応できない難
がある。浸漬の数ｍｍ程度の誤差は例えば２００μ℃容
器のピペットで液５μｍを取出す際に数％〜１０％程度
のバラツキを招くものとなる。

（発明の目的） 本発明は以上のような観点からなされたものであり、そ
の目的は、微量の液を定量取出しする際に、その取出し
量を高精度に管理することができる液定量取出し装置を
提供するところにある。

また本発明の別の目的は、自動分析装置、特に免疫反応
測定用の自動分析装置の一部として好適に応用すること
ができる液定量取出し装置を提供するところにある。

（発明の概要） 前記した目的を達成するためになされた本発明よりなる
液定量取り出し装置の特徴は、液吸引吐出用の下端ノズ
ルを有するピペットと、このとベットを下動させて下端
ノズルを取出し対象である液の液中に浸漬させるピペッ
ト下動制御機構と、液面に対し下動接近しながら該液面
に対し光を投射し、液面からの反射光を検出する感知器
とを備え、ピペットの下動停止点を該感知器の検出情報
により決定する構成とした液定量取出し装置であって、
前記感知器には、下方一定長の離間位置を焦点とした光
収集性光学素子を有するスポット型反射式センサを用い
、その人力反射光の最大光強度点を前記ピペット下動停
止点の決定情報としたことを特徴とするところにある。

ピペット下動制御機構は、例えばピペット部材の支持装
置を上下８勤可能に支持する架台を、カム機構等を介し
パルスモータで上下動させる形式のものとして構成でき
る。

本発明において用いるスポット型反射式センサは、例え
ば光収集性光学素子である凸レンズを通して光源光、反
射光を出入させる発光部および受光部を備えた形式のも
の、あるいは、前記凸レンズをもった発光部、受光部を
独立させて焦点を介して対称配置させた形式のものなど
を適宜採用すればよい。

この反射式センサで検出された入力反射光の最大光強度
点は、例えば入力反射光を電気信号に変換しこの電気信
号のハイピークを検出する方式により検出できる。

かかる構成の感知器によれば、液面の傾斜、液のニゴリ
等に関係することなく、入力反射光の最大光強度点は液
面が焦点位置に至フたときに現われるから、これによっ
てピペット下動の停止点を決めるようにすれば、ピペッ
ト下端ノズルの液中への浸漬深さを厳密に管理すること
が可能となるのである。

本発明は、一般的には１０００μｍ程度以下の液定量取
出しが求められる種々の分析、測定装置に好ましく適用
され、特に免疫反応測定、生化学反応測定等の１００μ
ｍ以下というような極めて微量な液定量取出し用として
好適に用いられる。対象となる液は試料、試薬等いずれ
のものであワてもよい。

本発明において感知器を対象液面に対して下動接近させ
る手段は、ピペットを支持する架台に一体化して組付け
るようにしてもよいし、またピペット支持架台は独立さ
せて感知器架台およびその下動機構を設けてもよい。感
知器によって検出する液面レベルは、ピペット下端ノズ
ルが液面に浸漬する水平方向の位置に出来るだけ一致さ
せることが液取出量の高精度管理のために望ましい。

（発明の実施例） 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明よりなる装置の構成概要−例を模式的に
示した図であり、（４１図はピペット浸漬前、（ロ）図
はピペットを最下点まで下動して停止させた液吸込み状
態を示す図を示している。

図においてｌは試料容器、２は該容器！内に貯溜された
試料（サンプル）、３はピペットの本体であり、下端に
ノズルチップ４が交替可能に装着されている。ピペット
本体３は、パルスモータ型のピペット上下駆動機構５に
支持杆（架台）６を介して支持されていると共に、ピペ
ット内空に液吸込みのために負圧を作用させ、かつ液吐
出のための正圧を作用させるように接続された体積制御
器７にチューブ８を介して接続されている。９は前記ピ
ペット上下駆動機構５の動作を制御する駆動制御装置で
ある。

１０は前記支持杆６によって固定支持されたスポット型
反射式光センサであり、例えばオプティカル・リフレク
チイブ・センサーＨＥＤＳ−１０００（横河ヒューレッ
トバッカード社製）（第４図参照）を用いて構成される
。このスポット型反射式光センサ１０は、試料容器１に
対してピペットのノズルチップ４下端が下動して浸漬さ
れる液面に向って光源光を発光し、かつ受光部において
入射される液面からの反射光を受光するようになってお
り、その反射光強度のレベルは、受光部の凸レンズ（図
示せず）において設定されている焦点距離にまで該光セ
ンサ１０が下動接近したときに最大となる（第２図参照
）。したがってこの最大値を検出した時点においてピペ
ットの下動を停止させ（又はこの時点から更に一定長ピ
ペットを下動させてもよい）、この停止位置においてピ
ペット下端のノズルチップ４が液中に一定深さだけ浸漬
するように設ければよい。光強度が最大値に至ったこと
の検出のためには、既知のハイピーク検出回路等を用い
ることができ、この光強度最大値が得られる液面との間
隙路１１！ｆＬｌは、液面の傾斜（曲率）、液のニゴリ
等に影響されることなく第２図に示す如く一定であり、
したがってピペットのノズルチップ４が液中に浸漬する
深さの一定化が精度高く得られることになるのである。

第２図（ａ）　、（ｂ）は光センサが液面に接近してゆ
く時の距離と、該光センサから出射された光の液面反射
状態と、光センサに入射して検出される光強度の関係を
模式的に示した図である。

このうち第２図＜８）は液面が水平状態に保たれている
場合、第２図（ｂ）は液面が傾斜している場合をそれぞ
れ示している。この第２図（ｂ）の液面が傾斜している
場合も、その傾斜が極めて極端な場合は別にして、光強
度の検出レベルを示す曲線はなだらかになるが、最大値
（ピーク）の検出はできることが分る。最大値（ピーク
）を１００として、この最大値（ピーク）を示す焦点距
離から±０．２ｍｍのズレで、検出される光強度の値が
ＩＯＸ程度低下する光センサなどの高感度型のものが好
ましく使用される。

第３図は本発明装置の具体的な一実施例を示したもので
ある。

この図において、符合１．３，４，８．１０は前記第１
図に模式的に示した場合の各装置、部分と同じものを示
している。５のピペット上下駆動機構は、パルスモータ
５ａによって回転軸５ｂを回転させ、カム５ｃを該パル
スモータ５ａの回転量に応じて回転させることで、ピペ
ット本体３を支持している架台１１を下動させる。した
がフてピペット３の下端に装着されているノズル４が上
記で与えられた下動量だけ下動し、試料容器の中に入る
。

このノズル４が下動して停止する位置は、第１図で説明
したように、光センサ１０が反射光強度の最大値を検出
することで決定する。

本例の光センサの構造は次のようになっている。この光
センサ１０は、ＬＥＤ光源１０ａからの光を、ＩＱｅに
焦点をもつ凸レンズ１０ｂを介しガラス窓１０ｃから出
射する。反射された光は同じ焦点距離をもつ凸レンズ１
０ｂを介してフォトダイオード１０ｄに入射させる。こ
の先センサ１０の信号入出力は電気ケーブル１４を介し
第１図に示されている駆動制ｍ機構９に接続されていて
、フォトダイオード　ｌＱｄへの入射光強度の最大値が
検出される。

第５図はこの光強度最大値検出のための回路をブロック
図で示しており、図中１５は発振器、１６は増幅器、１
７は検波器、１８はＡ／Ｄ変換器、１９はマイクロコン
ピュータを示している。これらによフて構成されるいわ
ゆるハイピーク検出器は公知の電気技術によって容易に
構成できる。

このマイクロコンピュータ１９で光強度の最大値（ハイ
ビーク）が検出されると、この情報はパルスモータ５ａ
に伝えられ、上記ノズル４の下動が停止される。

第６図は本例装置の全体の動作手順を簡単に説明するた
めのフローチャートを示している。

なお本例では、架台１１およびカム機構５ｃはガイドロ
ッド１３．１３によって水平方向に操作できるように設
けられている。１２は全体の支持フレームである。

以上の構成をなす装置として、試料容器１の径１１ｍｍ
φ、ピペット内容積２００μｍ、吸込み液量５μｍ、ノ
ズルチップ４下端の液中への浸漬深さ３ｍｍとして設定
し、また光センサ１０の焦点距離を４．３ｍｍ　、光セ
ンサ１０の下端からノズルチップの下端までの距離を７
．３ωｍとしたときに、ノズルチップ４の浸漬深さのバ
ラツキは１ｍｍ以下、吸込み液量のバラツキは２％以下
となることが実験的に確認された。

なお、本実施例ではノズルと感知器を同一制御機構に固
定したものを示しているが、これらは別々の制御機構に
固定されていてもよい。この場合には、あらかじめ、感
知器で液面レベルを検知し、その結果にもとづいて、ノ
ズルを下降させ、常に液面に一定の深さだけ、浸漬させ
ればよい。

第７図はこのようなノズルと感知器（光センサ）とを別
々のｉ構として構成した場合の例を示している。

この図の例では、光センサ１０を支持している光センサ
用架台２１を上下動させる上下動機構２２は、予め定め
られた初期位置（最大上動位置）から光センサ１０を下
動させながら、光強度の最大値（ハイビーク）が検出さ
れるに至った時までの下動距離を調べ、この検出下動距
離の情報に基づいてパルスモータを所定の回転量だけ回
転させるように動作させればよいことになる。

具体的には、あるサンプル量を測定後、その結果を一度
制御装置のメモリに記憶させ、そのサンプルがノズル真
下に移送されて来た時、サンプルボリュームの測定値を
メモリから取り出し、ノズル下降を停止させる位置を決
めるようにされる。

なおこの第７図の例では試料容器１はサンプルラック２
０に支持されているようにしているが、このことは本発
明と直接の関係はない。

第８図はこの第７図の例における装置の全体の動作手順
を簡単に説明するためのフローチャートを示している。

（発明の効果） 本発明によれば、微量な液の定量取出しが極めて精度高
く得られるものとなり、種々の定性、定量分析を行なう
上での精度向上に多大なる貢献をもたらすと共に、本発
明装置を種々の自動分析システム、装置に好適に利用で
きるという効果もあり、その有用性は極めて大なるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、（ｂ）は本発明よりなる液定量取出し
装置構成概要−例を模式的に示した図であり、（ａ）は
ピペットの液浸漬前の状態、（ｂ）は浸漬時の状態を示
している。第２図（ａ）は本発明において用いられた光
センサで検される光強度の特性を示し、第２図（ｂ）　
、（Ｃ）は焦点位置と光強度のピークの関係を説明する
図である。 第３図は本発明の第１実施例の液定量取出し装置を示す
斜視図、第４図（ａ）は光センサの断面図、第４図（ｂ
）は光センサのレンズの一部断面斜視図、第５図はピペ
ット上下駆動機構の制御ブロック図、第６図は液定量取
出し動作を説明するフローチャート、３４７図は本発明
装置の他の実施例を示す図、第８図はその液定量取出し
動作を説明するフローチャートである。 １：試料容器　　　　　　２：試料 ３：ピペット本体　　　　４：ノズルチツブ５：ピペッ
ト上下駆動機構 ５ａ：パルスモータ　　　５ｂ二回転軸５ｃ：カム機構
　　　　　６：支持杆 ７：体積制御器　　　　８：チューブ ９：駆動制御装置 １０：光センサ（スポット型反射式光センサ）１０ａ　
：　ＬＥＤ　　　　　　　ｊｏｂ：レンズ１０ｃ　ニガ
ラス窓　　　　１０ｄ：フォトダイオード１０ｅ　：焦
点　　　　　　１１：架台１２：支持フレーム　　　１
３ニガイドロッド１４：電気ケーブル　　　１５：発振
器１６：増幅器　　　　　　１７：検波器１Ｂ　：　Ａ
／Ｄ変換器 １９：マイクロコンピュータ ２０：サンプルラック　　２１：光センサ用架台２２：
上下動機構 第１図（α） 第２図（ｂ） 第２図（Ｃ） 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液吸引吐出用の下端ノズルを有するピペットと、このピ
   ペットを下動させて下端ノズルを液中に浸漬させるピペ
   ット下動制御機構と、液面に対し下動接近しながら液面
   に対して光を投射、液面からの反射光を検出する感知器
   とを備え、ピペットの下動停止点該感知器の検出情報に
   より決定する構成とした液定量取出し装置であって、前
   記感知器には、下方一定長の離間位置を焦点とした光収
   束性光学素子を有するスポット型反射式センサを用い、
   その入力反射光の最大光強度点を前記ピペット下動停止
   点の決定情報としたことを特徴とする液定量取出し装置
   。