WO2010109927A1 - 自動分析装置及び自動分析装置用分注ノズル - Google Patents

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WO2010109927A1
WO2010109927A1 PCT/JP2010/050017 JP2010050017W WO2010109927A1 WO 2010109927 A1 WO2010109927 A1 WO 2010109927A1 JP 2010050017 W JP2010050017 W JP 2010050017W WO 2010109927 A1 WO2010109927 A1 WO 2010109927A1
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WO
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sample
nozzle
dispensing
cell
water
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PCT/JP2010/050017
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Inventor
谷口　伸一
彰紘 野島
井上　隆史
石澤　宏明
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Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi High Technologies Corp
Hitachi High Tech Corp
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N35/1004—Cleaning sample transfer devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L13/00—Cleaning or rinsing apparatus
    • B01L13/02—Cleaning or rinsing apparatus for receptacle or instruments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
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    • B01L2300/161—Control and use of surface tension forces, e.g. hydrophobic, hydrophilic
    • B01L2300/165—Specific details about hydrophobic, oleophobic surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/021—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids

Definitions

  • the present invention relates to an automatic analyzer for medical diagnosis that performs biochemical analysis, immune analysis, and the like, and a dispensing nozzle used therefor.
  • an automatic analyzer for example, there is a biochemical automatic analyzer that performs a biochemical analysis by measuring the absorbance of a reaction solution obtained by mixing a desired reagent with a sample such as serum and reacting it.
  • an automatic analyzer for example, there is a biochemical automatic analyzer that performs a biochemical analysis by measuring the absorbance of a reaction solution obtained by mixing a desired reagent with a sample such as serum and reacting it.
  • This type of biochemical automatic analyzer is a container for storing samples and reagents, a reaction cell for injecting samples and reagents, a dispensing mechanism for automatically injecting samples and reagents into the reaction cells, and mixing the samples and reagents in the reaction cells.
  • Automatic stirring mechanism a mechanism for measuring the spectral spectrum of the sample during or after the reaction, an automatic cleaning mechanism for sucking and discharging the reaction solution after the spectral spectrum measurement is completed and washing the reaction cell (for example, patents) Reference 1).
  • the automatic injection mechanism of a sample or reagent in a general automatic analyzer is called a dispensing nozzle or a dispensing probe, and is generally made of metal, glass or resin.
  • a reaction cell also referred to as a cell, a reaction container, or a well
  • a suction / discharge method By sucking and discharging the specimen sample using the specimen sample dispensing nozzle, for example, the specimen is transferred from the container in which the specimen sample such as a blood collection tube is stored to the reaction cell for reacting the specimen sample and the reagent. The sample can be moved.
  • Specimen sample dispensing nozzles can be either metal reusable or plastic disposable. Disposable nozzles are convenient but not economical because they do not need to be cleaned every time they are used. Reusable nozzles are economical, but need to be cleaned after each reuse. If the cleaning is insufficient, the nozzle to which the residue of the specimen sample is attached will be used next time. In this case, a so-called carry-over problem occurs in which the residue of the specimen sample is mixed into the newly collected specimen sample.
  • the dispensing method there is an inkjet method disclosed in Patent Document 3.
  • the sample is serum or urine
  • the dispensing amount of the liquid sample has recently been less than 2 ⁇ L, and the nozzle diameter of the nozzle is about 0.5 mm.
  • the tube diameter becomes smaller, the ratio of the contact area to the capacity increases, and it is necessary to control the substance adsorbed on the surface.
  • the substances adsorbed on the inner and outer surfaces of the nozzle are washed with water or a cleaning solution using a surfactant.
  • This washing may be performed for each dispensing, or at least when moving from one specimen sample to the next specimen sample.
  • the cleaning method water or cleaning liquid is applied to the outer wall of the nozzle, and water is pushed out from the back of the channel on the inner surface of the nozzle.
  • there is a method of performing cleaning by performing suction and discharge using a cleaning liquid containing a surfactant at a certain period of time, for example, at the stage when the work for one day is completed.
  • FIG. 1 shows the dispensing amount and the transfer (dispensing) probability.
  • the transfer probability here is a probability that a predetermined amount of water is formed at the tip of the syringe needle and transferred when the water is brought into contact with the cycloolefin polymer surface.
  • the number of experiments is 10.
  • the horizontal axis represents the dispensing amount
  • the vertical axis represents the transfer probability (%).
  • the transfer probability when the dispensed amount was 1.5 ⁇ L and 1.0 ⁇ L was 100%.
  • the transfer probability was 60% when the dispensed amount was 0.5 ⁇ L, and the transfer probability was 50% when the dispensed amount was 0.4 ⁇ L. That is, it has been found that the transfer probability decreases when the dispensing amount is less than 0.5 ⁇ L.
  • the amount of the substance to carry over is determined by the relationship between the amount adsorbed on the surface of the dispensing nozzle and the amount of the adsorbed material eluted into the next sample, and the state of the surface of the dispensing nozzle is different. In some cases, this relationship is broken. Therefore, in order to wash the adhered specimen, the automatic analyzer is equipped with a mechanism for washing the dispensing nozzle, and the outer wall of the dispensing nozzle is washed.
  • the sample dispensing mechanism 56 includes an arm 560, a support column 562, and a sample dispensing nozzle 561.
  • the dispensing nozzle sucks a sample such as serum or urine from the sample cell 53 and discharges it in the reaction cell 51 to complete the dispensing. Thereafter, the sample dispensing nozzle 561 is cleaned by the cleaning mechanism 59 as necessary.
  • FIG. 3 schematically shows the state of sample suction from the sample tube
  • FIG. 4 schematically shows the state of sample discharge into the cell
  • FIG. 5 schematically shows the state of the sample dispensing nozzle after washing.
  • FIG. 3, 4, and 5 are schematic diagrams corresponding to causes (1), (2), and (3), respectively.
  • the present inventors have found that when the outer wall surface of the sample dispensing nozzle is subjected to water repellent treatment and the area to which the cells are dispensed is made hydrophilic, the accuracy and reproducibility of dispensing are improved.
  • the outer wall surface of the sample dispensing nozzle By subjecting the outer wall surface of the sample dispensing nozzle to a water repellent treatment and making the dispensing area of the cell hydrophilic, the sample is reliably transferred to the cell and there is no decrease in dispensing accuracy.
  • the nozzle is water-repellent, there is no adhesion of cleaning water.
  • the nozzle may perform water repellent treatment on the inner wall surface together with the outer wall surface.
  • the dispensing method there is an ink jet method.
  • an automatic analyzer normally analyzes various samples in small amounts. Therefore, in the inkjet method in which a sample is stored once in a sample reservoir and then discharged, if a sample adheres to the sample reservoir, contamination to other samples cannot be ignored. In addition, cleaning the sample reservoir to which the above-mentioned dirt is attached also increases the cost. Therefore, although the present invention will be described focusing on a suction / discharge system dispensing mechanism, application to other dispensing systems such as an inkjet system is not impeded.
  • the outer wall surface of the sample dispensing nozzle can be uniformly treated with water-repellent plating, so that the nozzle outer wall surface exhibits uniform water repellency. Since the outer wall surface exhibits high water repellency, the sample drains well during dispensing and the sample is not taken home.
  • the accuracy and reproducibility of sample dispensing can be improved during automatic analysis by simultaneously using a nozzle whose surface is water-repellent and a cell whose hydrophilicity is applied to the dispensing area. Since the contamination of the sample on the outer wall surface of the nozzle can be prevented, cross-contamination between analyzes can be prevented and data reliability can be improved. These effects contribute to the miniaturization of samples and reagents, and also contribute to reducing the running cost of the automatic analyzer.
  • the figure which shows the relationship between dispensing amount and dispensing precision The schematic diagram of the sample dispensing mechanism of an automatic analyzer.
  • the figure which shows the mode of the dispensing in automatic analysis The figure which shows the mode of the dispensing in automatic analysis.
  • the figure which shows the mode of the dispensing in automatic analysis Schematic diagram of sample dispensing nozzle. Sectional drawing of the nozzle tip which performed the water-repellent plating process.
  • the perspective external view of a reaction cell Sectional drawing of a reaction cell.
  • the schematic diagram of a corona discharge process The schematic diagram of the reaction cell bottom face made hydrophilic.
  • the tip of the dispensing nozzle needs to be conductive in order to detect the liquid level and control the height of the nozzle. Therefore, for example, in the case of an automatic analyzer that selects SUS304 as a material for a dispensing nozzle and requires a liquid level detection function based on conductivity, it is necessary to impart high water repellency to the surface while maintaining conductivity. On the other hand, if the water repellency improvement by general chemical coating or chemical reaction is excessively applied to the inner wall surface or outer wall surface or both surfaces of the dispensing nozzle, the surface conductivity is lost due to the formation of an insulating film. Can not be.
  • the inventors have come up with the idea that a nickel-fluorine resin eutectoid plating process is performed on the outer surface of the dispensing nozzle.
  • the electroless plating of nickel-Teflon is performed on the surface of the dispensing nozzle, so that the presence of nickel in the surface plating layer provides high conductivity, high water repellency due to the fluororesin, and strong bonding to the surface. All can be achieved.
  • the surface treatment can be performed on the inner wall surface and the outer wall surface of the dispensing nozzle, but a good dispensing result was obtained by uniformly water-repellent plating treatment on the outer wall surface from the result of the preliminary experiment.
  • the surface of the dispensing nozzle for an automatic analyzer can be subjected to water repellent treatment and at the same time has conductivity. Moreover, if the dispensing nozzle of the present invention is used, the accuracy and reproducibility of sample dispensing is high.
  • nozzles coated with diamond like carbon (DLC) nozzles with a silane coupling agent having a long chain alkyl group fixed to an appropriate thickness, and nozzles with water-repellent molecules deposited. Can be used. In the case of these surface modifications, the conductivity can be maintained by reducing the film thickness to about 100 nm or less.
  • the sample dispensing mechanism it has been found that it is effective for improving dispensing accuracy to make the cell surface into which the sample is dispensed hydrophilic together with the above-mentioned water-repellent treated nozzle. Even if the sample or washing water adheres to the outer wall of the nozzle after multiple uses and the hydrophilicity of the outer wall of the nozzle is improved, the cell becomes the sample if the dispensing area of the cell to which the sample is transferred is high. It is because it is possible to hold. In particular, corona discharge was effective as a method for hydrophilizing a plastic reaction cell.
  • the dispensing nozzle will not bring back the analyte sample when a very small amount of the analyte sample of about 0.2 ⁇ L is dispensed. Moreover, there is a further improvement in dispensing accuracy by optimizing the area to be hydrophilized.
  • sample dispensing nozzle by water-repellent plating treatment The sample dispensing nozzle for water repellent automatic analyzer on the outer wall surface (hereinafter referred to as “nozzle”) was made of stainless steel (SUS304).
  • the nozzle material may be one selected from aluminum, SUS, other metals, glass, resin, and the like.
  • the nozzle tip In order to detect the liquid level, the nozzle tip needs to be electrically conductive, and it is desirable to select SUS304 from the viewpoints of workability, durability, and corrosion resistance.
  • the example of a sample dispensing nozzle is described here, the same surface treatment may be performed on the reagent dispensing nozzle.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional view.
  • One type of dispensing nozzle 561 has an L-shaped structure.
  • the length L1 in the longitudinal direction of the L-shaped structure is 100 mm, and the short distance L2 is 50 mm.
  • the tip of the nozzle has a taper structure, the outer diameter d1 is, for example, ⁇ 0.5 mm, and the inner diameter d2 of the ultrafine tip is 0.3 mm.
  • the inner diameter d3 of the reverse tip of the dispensing nozzle is 0.5 mm.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view in which the nozzle tip after the water-repellent plating process is cleaved at the position of the broken line 505.
  • a nozzle 561 created by processing and polishing sucks a desired amount of sample from the sample tube and discharges the sample to the reaction cell. After the nozzle holding the desired amount of sample comes into contact with the bottom surface of the reaction cell, the sample is discharged. Thereafter, the nozzle is pulled upward.
  • the outer wall of the dispensing nozzle became hydrophilic as the nozzle was used, although it did not become apparent. For this reason, when the sample is discharged, part or all of the sample may adhere to the surface of the nozzle outer wall, and may be brought home by forming sample adhesion or washing water adhesion.
  • the outer wall surface of the nozzle 561 was subjected to water repellent plating treatment.
  • the water-repellent plating treatment can maintain stronger water repellency than a water-repellent coating by simply immersing, applying, or spraying a chemical solution.
  • a method called nickel-Teflon eutectoid plating was adopted. Nickel particles called nickel strikes may be implanted in advance on the SUS surface, and then nickel-Teflon electroless plating may be performed.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional view of the nozzle tip after this water-repellent plating treatment.
  • a base layer 507 such as a nickel layer can be provided on the outer wall surface of SUS506, and the water-repellent layer 508 and the plating layer 509 can be provided on the surface.
  • the nozzle inner wall surface could hold the SUS surface without being subjected to the water-repellent plating treatment.
  • the surface of the SUS inner wall may be mirror polished to improve the flatness.
  • the outer wall surface of the nozzle can be made uniform water repellent and the inner wall surface can be made uniform hydrophilic.
  • the nozzle 70 shown in FIG. 8 has margins 510 and 511 at both ends of the nozzle 561 described above, and the holes are closed in advance. This is because the SUS nozzle before drilling may be used to make the margin 510 and the margin 511 SUS, or the holes may be closed by filling rubber or resin at both ends of the nozzle after drilling.
  • the nozzle 70 was subjected to water-repellent plating treatment by the following processes 1 to 3.
  • Process 1 The water-repellent plating process is performed on the nozzle 70 whose holes at both ends are closed.
  • Process 2 Both ends of the nozzle of Process 1 are cut to produce a perforated nozzle having a desired overall length.
  • Process 3 Water-repellent plating treatment is performed on the cross section of both holes as necessary.
  • the outer wall surface of the dispensing nozzle produced by the above process is water repellent, and the inner wall surface of the nozzle can be made hydrophilic by the original metal.
  • the plating solution may enter the nozzle, and the surface of the nozzle inner wall may be unevenly treated with water repellent plating. . This time, the nozzle which made the water-repellent plating treatment only on the outer wall surface was produced.
  • Drop Master 500 manufactured by Kyowa Interface Science was used for measurement of the contact angle. 0.1 ⁇ L of pure water was dropped on the outer wall surface of the nozzle with a syringe, and the static contact angle 1 second after the landing was measured by a three-point method. For the measurement, the surface was measured every 1 mm, and the average value at six sites was obtained. As a result, the contact angle of the water-repellent plated nozzle with respect to water was 120 degrees. On the other hand, the water contact angle of the sample dispensing nozzle made of SUS304 before water repellent plating treatment was 90 degrees, so that the water repellency was improved by the water repellent plating treatment.
  • Table 2 shows the results of electron microscopic observation and elemental analysis of the nozzle subjected to the water repellent plating treatment by SEM-EDAX (elemental analysis using an electron microscope).
  • SEM-EDAX mental analysis using an electron microscope.
  • a Hitachi S2460 type apparatus was used for the measurement. In order to measure the thickness of the plating, the nozzle was cleaved, and then SEM-EDAX observation was performed.
  • the outermost surface layer 508 of the nozzle has nickel, fluorine, and phosphorus, and has a thickness of 2 ⁇ m.
  • the underlayer 507 below the outermost surface layer 508 contains nickel, fluorine, and phosphorus, and has a thickness of 3 ⁇ m.
  • nickel derived from the SUS component is present, and fluorine and phosphorus are not present. From the viewpoint of the contact angle shown in Table 1 and from the viewpoint of elemental analysis shown in Table 2, it can be seen that the water repellency of the nozzle outer wall surface is high. It was also confirmed that the uniformity among the processed cell lots was high.
  • the surface of the outer wall of the dispensing nozzle may be made water repellent.
  • the sample dispensing nozzle may be water-repellent at least on the outer wall region and the end surface of the nozzle tip that is immersed in the sample.
  • a reaction cell (hereinafter referred to as “cell”) for a hydrophilization automatic analyzer in the cell dispensing region was manufactured by injection molding using polycycloolefin as a material.
  • polycycloolefin resin one kind selected from polycycloolefin resin, polycarbonate resin, acrylic resin, and polystyrene resin can be used. It is desirable to select a polycycloolefin resin from the viewpoints of low water absorption, low moisture permeability, high total light transmittance, low refractive index, and low molding shrinkage.
  • Polycycloolefin is a polymer, and the main chain and side chain of the molecule are each composed of a carbon-carbon bond and a carbon-hydrogen bond, and a cyclic saturated hydrocarbon exists in a part of the main chain.
  • the automatic analyzer the specimen sample and the reagent are reacted in each single cell, and the coloring of the dye and the aggregation phenomenon of the latex are measured by the change in the light transmittance at a plurality of specific wavelengths.
  • Each single cell is typically a vertically long container having a bottom wall made of resin and a side wall standing upward from the periphery of the bottom wall and having an opening at the upper end.
  • the bottom wall can be rectangular or square.
  • a pair of (two) parts facing each other form a photometric surface through which measurement light is transmitted.
  • the pair of (two) portions facing each other form a non-photometric surface through which measurement light is not transmitted.
  • Fig. 9 shows a perspective external view of the cell.
  • the cell 40 has a photometric surface 401 and a non-photometric surface 402. Measurement light enters the photometric surface 401 from the direction of the arrow.
  • the cell 40 has a non-photometric surface outer surface 111, a non-photometric surface inner surface 112, a photometric surface outer surface 113, a photometric surface inner surface 114, and a bottom wall inner surface (bottom surface) 115.
  • the inner wall portion of the cell has a length L4 that is half of the non-photometric surface 3mm, a length L5 of the photometric surface 4mm, a height H 30mm, a cell thickness T 1mm, and is formed by the bottom wall 115.
  • a closing part and an upper opening part 140 are provided. As shown in FIG. 11, a plurality of cells 40 may be arranged in a line so that the openings of the respective cells face the same direction, and each cell may be hydrophilized using an integrally formed cell block 41.
  • FIG. 12 shows a schematic diagram of the corona discharge partial treatment.
  • a cathode plate 213 was placed outside the bottom surface of the cleaned and dried cell 40.
  • the cathode plate is connected to the ground 217 via the wiring 216.
  • a rod-like electrode 214 of a corona discharge anode was placed inside the cell 40 toward the center of the bottom surface of the cell up to a height of 1 mm from the bottom surface.
  • the rod-shaped electrode 214 has a lower end diameter of 2 mm and a length of 50 mm, and is connected to a corona discharge power supply 211 via a wiring 212.
  • the corona discharge power source is preferably a pulse type discharge power source capable of counting the number of discharge pulses, but may be a high frequency type discharge power source.
  • a pulse-type corona discharge source is used.
  • the bottom surface of the cell was subjected to corona discharge treatment by applying a voltage of 25 kV.
  • the pulse period was 300 pulses per second, and a processing time of 1 second, that is, 300 pulses was applied. It was confirmed with an oscilloscope that energy of about 5 joules was generated from the generated voltage and current value when corona discharge treatment was performed under these conditions.
  • air is used as the atmospheric gas for the corona discharge treatment, but the corona discharge treatment may be performed in a nitrogen atmosphere.
  • the corona discharge treatment is performed for each cell. However, when a plurality of cells are integrally formed as a multiple cell block, the plurality of cells may be subjected to corona discharge treatment at the same time. .
  • FIG. 13 shows a state seen from above the dispensing mechanism.
  • S the size of the hydrophilic region 304 of the cell bottom 303 and S.
  • Drop Master 500 manufactured by Kyowa Interface Science was used for measurement of the contact angle. 1 ⁇ L of pure water was dropped onto the modified surface using a syringe, and the static contact angle 1 second after the landing was measured by a three-point method. For measurement, three treated samples were prepared and measured, and the average value was obtained.
  • the contact angle of the cell surface and the non-modified portion before the surface modification was about 90 degrees, but the contact angle was reduced to 75 degrees by the surface modification.
  • the maximum variation in measured values was about 3 degrees or less.
  • the contact angle of the cell surface that is the discharge destination (transfer destination) of the sample is conventionally 90 °, and the contact angle of the cell hydrophilized by corona discharge is 75 °.
  • dispensing nozzles (A) SUS nozzle after cleaning, (B) new SUS nozzle, (C) water-repellent nozzle) and 2 types of cells (conventional cell and hydrophilic cell) as the dispensing destination
  • the dispensing amount 0.2 ⁇ L, 0.4 ⁇ L, and 0.5 ⁇ L were examined.
  • each dispensing amount of water was discharged from the dispensing nozzle, the nozzle was lowered at a rate of 1 cm / min, and when the water touched the cell bottom surface, the nozzle was pulled up at a rate of 1 cm / min. If water adheres to the outer wall of the raised nozzle and is brought home, the amount of dispensing (transfer) decreases.
  • a predetermined amount of water was discharged from each of the three nozzles described above, transferred to the surface of the cycloolefin polymer, and the amount transferred to the surface of the cycloolefin polymer was read from the image of the contact angle meter.
  • Kyowa Interface Science Drop Master 500 was used as the contact angle meter.
  • a predetermined amount of pure water was formed at the tip of the syringe, and the pure water was transferred onto the cell surface made of cycloolefin polymer.
  • the number of evaluations was 10, and the case where transfer could not be performed even once was evaluated as untransferable.
  • the transfer amount to the cell surface when the transfer could not be performed was estimated from the image of the contact angle meter.
  • FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of an automatic analyzer according to the present invention.
  • the sample storage unit mechanism 1 is provided with one or more sample cells 25.
  • the sample disk mechanism which is a disk-shaped sample storage unit mechanism, is shown, but it may be in the form of a sample rack or sample holder.
  • the sample here refers to a solution to be inspected used for reacting in a reaction cell, and may be a collected specimen stock solution or a solution obtained by subjecting it to a processing such as dilution or pretreatment.
  • the sample in the sample cell 25 is extracted by the water-repellent sample dispensing nozzle 27 of the sample supply dispensing mechanism 2 and injected into a predetermined reaction cell.
  • the water repellent sample dispensing nozzle 27 has a water repellent plated outer wall surface and is water repellent, and the inner wall surface is metallic and hydrophilic.
  • the reagent disk mechanism 5 includes a large number of reagent containers 6.
  • the mechanism 5 is provided with a reagent supply dispensing mechanism 7, and the reagent is sucked and injected into a predetermined reaction cell by the reagent dispensing nozzle 28 of the mechanism 7.
  • a reagent dispensing nozzle that has been subjected to water-repellent plating may also be used.
  • the outer wall surface subjected to water-repellent plating treatment was used in the same manner as the nozzle 27.
  • Reference numeral 10 denotes a spectrophotometer
  • 26 denotes a light source with a condensing filter.
  • a reaction disk 3 that accommodates a measurement target is disposed.
  • 120 reaction cells 4 having a hydrophilized bottom surface are installed on the outer periphery of the reaction disk 3. Further, the entire reaction disk 3 is held at a predetermined temperature by a thermostatic chamber 9.
  • Reference numeral 11 denotes a reaction cell cleaning mechanism, and the cleaning agent is supplied from the cleaning agent container 13.
  • 19 is a computer, 23 is an interface, 18 is a Log converter and A / D converter, 17 is a reagent pipettor, 16 is a washing water pump, and 15 is a sample pipettor.
  • Reference numeral 20 denotes a printer, 21 denotes a CRT, 22 denotes a floppy disk or hard disk as a storage device, and 24 denotes an operation panel.
  • the sample disk mechanism is controlled and driven by the drive unit 100, the reagent disk mechanism is driven by the drive unit 101, and the reaction disk is driven and driven by the drive unit 102, respectively.
  • Each part of the automatic analyzer is controlled by a computer via an interface.
  • the operator inputs analysis request information using the operation panel 24.
  • the analysis request information input by the operator is stored in a memory in the microcomputer 19.
  • the sample to be measured which is placed in the sample cell 25 and set at a predetermined position in the sample disk storage unit mechanism 1, is dispensed with the sample pipettor 15 and the sample supply dispenser according to the analysis request information stored in the memory of the microcomputer 19.
  • a predetermined amount is dispensed into the reaction cell by the nozzle 27 of the mechanism 2.
  • the sample dispensing nozzle 27 is washed with water.
  • a predetermined amount of reagent is dispensed into the reaction cell by the reagent nozzle 28 of the reagent supply dispensing mechanism 7.
  • the reagent nozzle 28 After the reagent nozzle 28 is washed with water, it dispenses a reagent for the next reaction cell.
  • the mixed solution of the sample and the reagent is stirred by the stirring rod 29 of the stirring mechanism 8 or the ultrasonic element.
  • the stirring mechanism 8 sequentially stirs the liquid mixture in the next reaction cell.
  • the reaction cell 4 is maintained at a constant temperature by a thermostat 9 and serves as both a reaction and a photometric container.
  • light is supplied from a light source 26 with a condensing filter, and the reaction solution is measured by the spectrophotometer 10 at regular intervals, and the absorbance of the mixed solution is determined using one or more set wavelengths. Measured.
  • a light source with a condensing filter By using a light source with a condensing filter at the time of measurement, only the hydrophilic portion of the reaction cell can be selectively transmitted.
  • Measured absorbance is taken into the computer 19 through the Log converter and A / D converter 18 and the interface 23.
  • the absorbed absorbance is converted into a concentration value, and the concentration value is stored in a floppy disk or hard disk 22 or output to the printer 20.
  • inspection data can be displayed on the CRT 21.
  • the reaction cell 4 that has been measured is washed with water by a reaction cell washing mechanism (nozzle arm) 11. After the washing is completed, water is sucked by the suction nozzle 12 and then used sequentially for the next analysis.

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Abstract

　サンプルや試薬の持ち帰りが少なく、汚染を防ぎかつサンプルや試薬を正確に分注することができる信頼性に優れた自動分析装置を提供する。 　撥水性表面を有するサンプル分注ノズル２７を用い、サンプルセル２５から、親水性の底面を有する反応セル４にサンプルを分注する。

Description

自動分析装置及び自動分析装置用分注ノズル
　本発明は、生化学的な分析や免疫分析などを行う医療診断用の自動分析装置及びそれに用いられる分注ノズルに関する。
　医療診断用の臨床検査においては、血液や尿などの生体サンプル中のタンパク、糖、脂質、酵素、ホルモン、無機イオン、疾患マーカー等の生化学分析や免疫学的分析を行う。またＤＮＡプローブを用いる方法、電気泳動によりＤＮＡ等を測定する方法、等の多種多様な分析方法が用いられる。臨床検査では、複数の検査項目を信頼度高くかつ高速に処理する必要があるため、その大部分を自動分析装置で実行している。従来、自動分析装置としては、例えば、血清等のサンプルに所望の試薬を混合して反応させた反応液を分析対象とし、その吸光度を測定することで生化学分析を行う生化学自動分析装置が知られている。この種の生化学自動分析装置は、サンプルや試薬を収納する容器、サンプル及び試薬を注入する反応セル、サンプル及び試薬を反応セルに自動注入する分注機構、反応セル内のサンプル及び試薬を混合する自動攪拌機構、反応中又は反応が終了したサンプルの分光スペクトルを測定する機構、分光スペクトル測定終了後の反応溶液を吸引・排出し反応セルを洗浄する自動洗浄機構等を備えている（例えば特許文献１）。
　自動分析装置の分野では、サンプル及び試薬の微量化が大きな技術課題となっている。すなわち、分析項目数の増大に伴い、単項目に割くことのできるサンプル量が少量化し、サンプル自体が貴重で多量に準備できない場合もあり、従来は高度な分析とされていた微量サンプルの分析がルーチン的に行われるようになってきた。また、分析内容が高度化するにつれて、一般に試薬が高価となり、コスト面からも試薬微量化への要請がある。このようなサンプル及び試薬の微量化は、反応セルの小型化を進める強い動機でもある。また、反応セルの小型化や必要なサンプル及び試薬の少量化は、分析スループットの向上や低廃液化にも繋がる利点がある。その際、微量のサンプルや試薬を正確に分注する必要がある。
　ここで、一般的な自動分析装置でのサンプルや試薬の自動注入機構は、分注ノズルや分注プローブなどと呼ばれ、金属やガラスや樹脂からできているのが一般的である。また、一般的な自動分析装置に用いる反応セル（セルや反応容器やウェルとも呼ばれる）はガラス又は合成樹脂（プラスチック）等で形成されるのが一般的である。分注方式の一例としては、特許文献２によると、吸引・吐出方式がある。検体サンプル分注用ノズルを用いて検体サンプルを吸引し、吐出することにより、例えば、採血管等の検体サンプルが収納されている容器から、検体サンプルと試薬を反応させるための反応セルへ、検体サンプルを移動させることができる。
　検体サンプル分注用ノズルには金属製の再使用可能なものとプラスチック製のディスポーサブルなものがある。ディスポーサブルなノズルは、使用毎に洗浄する必要がない点で便利であるが経済的でない。再使用可能なノズルは経済的であるが、再使用毎に洗浄する必要がある。洗浄が不十分であると、検体サンプルの残滓が付着したノズルを次回に使用することになる。この場合、検体サンプルの残滓が新たに採取した検体サンプルに混入する所謂キャリーオーバーの問題が起きる。
　分注方式の他の例として、特許文献３に示されるインクジェット方式がある。自動分析装置の分野では、サンプル及び試薬の微量化が一層進む趨勢にあり、また装置の小型化への要請も高まる一方である。サンプルは血清や尿であり、この液状サンプルの分注量は近年、最小分注量が２μＬを下回ってきており、ノズルの管径は、０．５ｍｍ程度となっている。このように、管径が微小化することにより、容量に対する接触面積の比率が増大し、表面に吸着する物質を制御する必要がある。この場合、複数のサンプルを逐次的に測定するにあたり、ノズルの内面及び外面に吸着した物質を水もしくは界面活性剤を用いた洗浄液により洗浄して用いる。この洗浄は、分注毎に実施する場合と、少なくともある検体サンプルから、次の検体サンプルへ移る場合に実施する場合がある。洗浄方法については、ノズル外壁については水又は洗浄液をかける方法、内面については、ノズル内面の流路背部から水を押し出す方法による。また、一定の期間、例えば一日分の作業が終了した段階で、界面活性剤を含む洗浄液を用いて、吸引吐出を行い洗浄する方法もある。
特許第１７０６３５８号公報 特開２００１－２０８７６２号公報 特開２０００－３２９７７１号公報
　分析するサンプルの微量化に伴い、従来問題とならなかった新たな課題が浮上した。微量のサンプルを分注する際の精度や再現性である。このため例えばステンレススチール（例えばＳＵＳ３０４）などの金属製のサンプル分注ノズルをそのまま用いると、微量のサンプルを分注する際に正確性や再現性が低下した。また、０．５μＬ以下の微量サンプルの場合、分注とは、ノズルから分注先へのサンプルの「転写」と言える。すなわち、サンプルノズルの先端に形成したサンプルの液滴を分注先、例えばセル底へ転写することが分注である。このように微量のサンプルを分注する場合でも、秤量精度を維持する必要がある。しかしながら、０．５μＬ以下のサンプルを分注すると分注量のバラツキが発生することを新たな課題として見出した。
　以下は、事前検討した実験結果である。ＳＵＳ製のシリンジ針から所定量の水を出し、シクロオレフィンポリマー表面に転写し、シクロオレフィンポリマー表面に転写された水の量を接触角計の画像から読み取った。接触角計には、協和界面科学製Drop Master 500を使用した。所定量の純水の水滴をシリンジ先端に形成させ、シクロオレフィンポリマー表面に純水を転写した。図１に分注量と転写（分注）確率を示す。ここの転写確率とは、所定の分注量の水をシリンジ針先端に形成し、シクロオレフィンポリマー表面に、この水を接触させたときに転写される確率である。実験数は１０である。図１の横軸は分注量、縦軸は転写確率（％）である。その結果、分注量が１．５μＬの時及び１．０μＬの時の転写確率は１００％であった。しかし、分注量が０．５μＬの時の転写確率は６０％であり、分注量が０．４μＬになると転写確率は５０％であった。つまり、分注量が０．５μＬより少なくなると、転写確率が低くなることがわかった。
　また、分析法の改良に伴い、サンプル中に含まれる物質の濃度がより低い物質を測定する場合においては、サンプル分注ノズルの洗浄が不十分な場合、次サンプルの測定の分注に際してノズルに吸着した物質が遊離し、混入する懸念がある。これを一般的にキャリーオーバーと呼ぶ。キャリーオーバーには、システムの検出レンジによって許容範囲が決定される。すなわち、次サンプルにおいて、測定対象の物質が検出感度以下の濃度である場合、ここに溶離した前サンプルの残渣の量ａが、次サンプルの容量Ｖに対してａ／Ｖの濃度となった場合、これが、検出感度以上となった場合、キャリーオーバーと認められる。
　しかし、キャリーオーバーする物質の量は、分注ノズルの表面に吸着する量と、吸着した物質が次サンプルに溶出する量との関係で決定されること、さらに、分注ノズル表面の状態が異なる場合には、この関係が崩れる。そこで、付着した検体を洗浄するため、分注ノズルを洗浄する機構が自動分析装置に備わっており、分注ノズルの外壁部を洗浄している。
　自動分析装置のサンプル分注機構の模式図を図２に示す。サンプル分注機構５６はアーム５６０と支柱５６２及びサンプル分注ノズル５６１からなる。分注ノズルがサンプルセル５３から血清や尿などのサンプルを吸引し、反応セル５１内で吐出することで分注を完了する。その後、必要に応じて洗浄機構５９により、サンプル分注ノズル５６１は洗浄される。
　こうして運用されている分注機構の目視や、分注量のバラツキを定量した結果、サンプル分注の正確性や再現性を低下させる原因は以下の通りである。図３から図５を用い説明する。図３はサンプル管からのサンプル吸引の様子を模式的に示す図、図４はセルへのサンプル吐出の様子を模式的に示す図、図５は洗浄後のサンプル分注ノズルの様子を模式的に示す図である。図３、図４、図５は、それぞれ原因（１）(２)（３）に対応する模式図である。
　原因（１）：図３に示すとおり、サンプル５６３をサンプルセル５３から吸引して引き上げた時に、付着サンプル５６４がサンプル分注ノズル５６１の外壁面に付着すること。
　原因（２）：図４に示すとおり、吸引したサンプル５６３をセル５１に吐出する際に、全てのサンプルが吐出されずにサンプル分注ノズル５６１の外壁に付着サンプル５６５があること。
　原因（３）：図５に示すとおり、サンプル分注ノズルの５６１外壁へ洗浄水５６６が付着すること。
　また、以上の原因（１）～（３）のいずれか又は複数により、サンプル分注ノズルの外壁の親水性が上がり、サンプルをセルに転写する際にサンプルがノズル外壁に付着し、ノズルがサンプルを持ち帰り、その後の分注精度の低下を招くことを見出した。
　将来、サンプル分注量の微量化が進むと、これらはより大きな問題となると予想される。自動分析装置の小型化、サンプル・試薬の少量化というトレンドに対処するためには、上記原因（１）～（３）の問題を解決する必要がある。本発明は、これらの要請に応えるものである。
　本発明者らは、サンプル分注ノズルの外壁表面を撥水処理し、かつセルの分注される領域を親水化したところ、分注の正確性や再現性が向上することを見出した。サンプル分注ノズルの外壁表面を撥水処理し、かつセルの分注領域を親水化することで、サンプルが確実にセルに転写され、分注精度の低下がない。また、ノズルが撥水性のため、洗浄水の付着がない。ノズルは、外壁表面とともに内壁表面を撥水処理してもよい。撥水処理したノズルと分注領域を親水化処理した反応セルを同時に用いることにより、自動分析装置において微量サンプルを分注する際の分注精度が向上する。
　なお、分注方式の他の例としてインクジェット方式があるが、吐出したいサンプル量よりも大きな量をサンプル貯めに一旦保管する必要があるため、微量なサンプルを分注するのに適さない。また、自動分析装置は多種のサンプルを少量ずつ分析するのが通常である。よって、サンプル貯めに一旦サンプルを保管してから吐出するインクジェット方式では、あるサンプルがサンプル貯めへ付着すると、他のサンプルへの汚染を無視できない。また、以上のような汚れが付着したサンプル貯めの洗浄もコスト上昇となる。従って、本発明では、吸引吐出方式の分注機構を中心に述べるが、インクジェット方式など他の分注方式への適用を妨げるものではない。
　本発明によれば、サンプル分注ノズルの外壁表面を均一に撥水めっき処理できることから、ノズル外壁表面が均一な撥水性を示す。外壁表面が高い撥水性を示すことから、分注時のサンプルの液切れが良く、サンプルの持ち帰りがない。
　表面を撥水処理したノズルと分注領域を親水処理したセルを同時に用いることで、自動分析を行う際にサンプル分注の正確性や再現性を高めることができる。ノズル外壁表面へのサンプルの汚染を防止できるので、分析間の相互汚染を防止できデータの信頼性が向上する。これらの効果は、サンプル・試薬の微量化にも寄与し、自動分析装置のランニングコスト低減にも貢献する。
分注量と分注精度の関係を示す図。 自動分析装置のサンプル分注機構の模式図。 自動分析における分注の様子を示す図。 自動分析における分注の様子を示す図。 自動分析における分注の様子を示す図。 サンプル分注ノズルの模式図。 撥水めっき処理したノズル先端の断面図。 ノズルの模式図。 反応セルの斜視外観図。 反応セルの断面図。 複数の反応セルを一体成型したセルブロックの斜視外観図。 コロナ放電処理の模式図。 親水化した反応セル底面の模式図。 自動分析装置の構成例を示す図。
　分注ノズル表面の撥水処理と、反応セルの分注領域の親水化処理について説明する。
　一部の自動分析装置では、液面を検知し、ノズルの高さを制御するために分注ノズルの先端が導電性を有する必要がある。従って、例えば分注ノズルの素材としてＳＵＳ３０４を選択し、導電性による液面検知機能を必要とする自動分析装置の場合、導電性を保持したまま高撥水性を表面に付与する必要がある。一方、分注ノズル内壁表面又は外壁表面又は両表面に、一般的な薬液コーティングや化学反応による撥水性向上を過剰に行うと、絶縁的な膜形成によって表面の導電性を失うため、液面検知ができなくなる。
　そこで、発明者らは、ニッケル－フッ素樹脂の共析めっき処理を分注ノズル外壁表面に施すことを思いついた。この方法では、分注ノズル表面にニッケル－テフロンの無電解めっきを行うことで、表面めっき層にニッケルが存在することで高い導電性、そしてフッ素樹脂による高い撥水性、強固な表面との結合の全てを達成できる。表面処理を施す対象は、分注ノズルの内壁表面及び外壁表面が可能であるが、予備実験の結果から外壁表面を均一に撥水めっき処理することで、良好な分注結果が得られた。
　ニッケル－フッ素樹脂の共析めっき処理を金属表面に行うと、厚さ数マイクロメートルレベルでのめっき層が形成でき、撥水性を大幅に向上できる。実際に、表面にニッケル－フッ素樹脂の共析めっき処理した分注ノズルの表面断面層を電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察したところ、明らかに５マイクロメートル程度のめっき層が観察され、かつ水に対する接触角の大幅な向上が認められ、撥水性が向上した。めっき層を元素分析したところ、ＳＵＳ表面には元々存在しないフッ素やリンというめっき由来の成分を検出した。なお、めっき処理した分注ノズルは、外観上、傷などがなく自動分析を行う際に、なんら支障がない。
　以上のように、本発明によれば、自動分析装置用分注ノズルの表面を撥水処理でき、同時に導電性も備えている。また、本発明の分注ノズルを用いれば、サンプル分注の正確性や再現性も高い。導電性のめっき以外にもダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）で被覆したノズルや、長鎖アルキル基を有するシランカップリンブ剤を適切な厚さに固定化したノズル、撥水性の分子を蒸着したノズルも使用できる。これらの表面修飾の場合、その膜厚を１００ｎｍ以下程度に薄くすることで、導電性を維持できる。
　サンプル分注機構において、上記の撥水処理したノズルと共に、サンプルが分注されるセル表面を親水化しておくことが分注精度向上に有効であることを見出した。複数回の使用を経てノズル外壁にサンプルや洗浄水が付着し、ノズル外壁の親水性が向上しても、サンプルを転写する相手であるセルの分注領域の親水性が高ければ、セルがサンプルを保持することを可能にするからである。特にプラスチック製の反応セルを親水化する方法として、コロナ放電が有効であった。サンプルを分注する領域が親水性であれば、０．２μＬ程度の微量の検体サンプルを分注した際に、分注ノズルが検体サンプルを持ち帰ることがない。また、親水化する面積を適正化することで、分注精度の更なる向上がある。
　なお、自動分析の単位時間当たりの分析数（スループット）を向上するため、自動分析装置に使用するサンプル分注ノズルは自動分析装置上に多数装着されることが一般的である。また、分析の正確性、再現性向上のため、撥水処理したノズル表面の撥水性が均一であり、かつノズル間の撥水処理バラツキを抑制することが求められる。同時に、親水化処理したセル表面の親水性の程度が均一であり、かつセル間の親水処理バラツキを抑制することが求められる。上記したノズルの撥水処理及びセルの浸水処理は、これらの要求も満たすことができる。
　次に、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
（１）撥水めっき処理によるサンプル分注ノズル外壁表面の撥水化
　自動分析装置用サンプル分注ノズル（以下、“ノズル”と呼称する。）は、ステンレススチール（ＳＵＳ３０４）を素材として作製した。ちなみにノズルの素材としては、アルミニウム、ＳＵＳ、その他金属、ガラス、樹脂などから選択される１種であればかまわない。液面検知をするにはノズル先端に導電性が必要であり、かつ加工性、耐久性、耐腐食性の観点からＳＵＳ３０４を選択することが望ましい。また、ここではサンプル分注ノズルの例を述べるが、試薬分注ノズルに同様の表面処理をしてもよい。
　本実施例ではＳＵＳ３０４を素材として、加工や曲げや研磨などで作製したサンプル分注ノズルを用いた。図６に断面図を示す。分注ノズル５６１の１種はＬ字構造である。Ｌ字構造の長手方向の長さＬ１は、１００ｍｍであり、短い距離Ｌ２は５０ｍｍである。ノズルの先端はテーパ構造となっており、外径ｄ１は例えばφ０．５ｍｍであり、極細先端部の内径ｄ２は０．３ｍｍとなっている。分注ノズルの逆先端部の内径ｄ３は０．５ｍｍである。本実施例では、ノズルの先端はテーパ構造であるが、ノズルの先端はストレート構造でもよい。破線５０５の位置で、撥水めっき処理後のノズル先端を割断した断面図が図７である。
　このＳＵＳ３０４製サンプル分注ノズルを用いてサンプルを分注すると、図３～図５で示したような現象が起こる場合があった。加工、研磨により作成したノズル５６１がサンプル管からサンプルを所望量吸引し、反応セルにサンプルを吐出する。サンプルを所望量保持したノズルが反応セル底面に接触した後、サンプルを吐出する。その後、ノズルは上方へ引き上げられる。新品のサンプル分注ノズルを用いた場合には、顕在化しないものの、ノズルを使用するにつれて、分注ノズルの外壁が親水化した。そのため、サンプルを吐出した際に、サンプルの一部又は全部がノズル外壁表面に付着し、サンプル付着や洗浄水付着を形成して持ち帰る場合があり、その後の分注精度が狂う場合があった。
　そこで、ノズル５６１の外壁表面を撥水めっき処理することとした。耐久性、耐腐食性などの観点で、撥水めっき処理は、単なる薬液の浸漬・塗布・吹き付けによる撥水コーティングよりも強固な撥水性を保持できる。撥水めっき処理には、ニッケル－テフロン共析めっきとよばれる方法を採用した。あらかじめ、ＳＵＳ表面にニッケルストライクと呼ばれるニッケル粒子の打ち込みをして、その後にニッケル－テフロンの無電解めっきを行っても良い。
　この撥水めっき処理後のノズル先端の断面図を図７に示す。撥水めっき処理の結果、ＳＵＳ５０６の外壁表面上にニッケル層等の下地層５０７を設け、その表面に撥水層５０８、めっき層５０９を設けることができる。このように、多層構造でも最表面が撥水層であれば撥水性を示す。一方、ノズル内壁表面は上記撥水めっき処理を施さずに、ＳＵＳ表面を保持することができた。ＳＵＳ内壁表面には鏡面研磨を施すことで、平坦性を向上してもよい。この処理の結果、ノズルの外壁表面は均一な撥水性、内壁表面は均一な親水性とすることができる。
　なお、ノズルを撥水めっき処理する際に、めっき液へ浸漬する工程があるが、この際にめっき液がノズル内に進入しノズル内壁表面がめっき処理されることが懸念される。そこで、発明者らは図８に示すようなノズルを作成し、外壁表面のみを撥水めっきし、その後、加工することを思いついた。
　図８に示すノズル７０は、前述のノズル５６１よりも両端にマージン５１０，５１１があり、穴をあらかじめ閉じてある。これは、穴あけ前のＳＵＳノズルを利用することで、マージン５１０とマージン５１１をＳＵＳとしても良いし、穴あけ後のノズルの両端にゴムや、樹脂などを詰めることで穴を閉じてもよい。このノズル７０に、以下のプロセス１～３により撥水めっき処理した。
プロセス１：両端の穴を閉じたノズル７０を撥水めっき処理する。
プロセス２：プロセス１のノズルの両端を切断し、所望の全長を持つ穴あきノズルを作製する。
プロセス３：必要に応じて、両穴の断面を撥水めっき処理する。
　以上のプロセスにより作製した分注ノズルの外壁表面は撥水性であり、ノズルの内壁表面は元々の金属が有する親水性とすることができる。両端の穴を閉じないノズルを撥水めっき処理した場合、ノズル内部にめっき液が入り込む可能性があり、ノズル内壁表面に不均一に撥水めっき処理される可能性があり、好ましくない場合がある。今回は、外壁表面のみを撥水めっき処理したノズルを作製した。
　ただし、穴があいたままの状態の分注ノズルでも以下の場合も考えられる。例えば、（１）内壁表面にめっきが多少ついても分注の際には問題とならない。
（２）内壁表面についためっきを研磨で除去する。
（３）内壁表面も均一にめっきする。
（４）両端の穴をマスクして外壁部だけをめっきする。
などの場合や、ノズル形状にする前の状態で、穴が開いたパイプ段階でめっきし、その後、曲げ・絞り加工することもできる。本実施例では、上記プロセス１～３の工程で作製したノズルについて詳細を述べる。
　接触角の測定には、協和界面科学製Drop Master 500を使用した。シリンジで純水０．１μＬをノズル外壁表面に滴下し、着滴１秒後の静的接触角を３点法で測定した。測定には、表面を１ｍｍおきに測定を行い、６つの部位での平均値を求めた。その結果、撥水めっき処理したノズルの水に対する接触角は１２０度であった。一方、撥水めっき処理をする前のＳＵＳ３０４製サンプル分注ノズルの水に対する接触角は９０度であったので、撥水めっき処理により撥水性が向上した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　次に、撥水めっき処理したノズルの電子顕微鏡観察及び元素分析をＳＥＭ－ＥＤＡＸ（電子顕微鏡による元素分析）によって実施した結果を表２に示す。測定には、（株）日立製作所S2460形装置を使用した。めっきの膜厚を測定するため、ノズルを割断した後、ＳＥＭ－ＥＤＡＸ観察を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　図７と表２に示すようにノズルの外壁最表面層５０８には、ニッケル、フッ素、リンが存在し、厚さは２μｍである。最表面層５０８の下層の下地層５０７には、ニッケル、フッ素、リンが存在し、厚さは３μｍである。処理を施したＳＵＳ層には、ＳＵＳの成分由来であるニッケルが存在し、フッ素とリンは存在しない。表１に示した接触角の観点からも、表２に示した元素分析の観点からも、ノズル外壁表面の撥水性が高いことがわかる。処理したセルロット間の均一性が高いことも確認した。
　シランカップリング処理による分注ノズル外壁表面の撥水化、撥水分子蒸着による分注ノズル外壁表面の撥水化、超撥水電解めっきによる分注ノズル外壁表面の撥水化、ダイアモンドライクカーボン処理による分注ノズル外壁表面の撥水化を行ってもよい。サンプル分注ノズルは、少なくともサンプルに浸漬されるノズル先端部の外壁領域及び端面を撥水処理すればよい。
（２）セルの分注領域の親水化
　自動分析装置用反応セル（以下、“セル”と呼称する。）を、ポリシクロオレフィンを素材として射出成形によって製作した。ちなみにセル素材としては、ポリシクロオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂から選択される１種を用いることができる。低吸水率、低透湿度、高い全光線透過率、低屈折率、低成型収縮率の観点からポリシクロオレフィン樹脂を選択することが望ましい。ポリシクロオレフィンは、高分子であり、分子の主鎖及び側鎖は、それぞれ炭素－炭素結合と炭素－水素結合から構成されており、主鎖の一部に環状の飽和炭化水素が存在する。自動分析装置においては、個々の単セルの中で検体サンプルと試薬を反応させて、色素の発色やラテックスの凝集現象を複数の特定波長の光透過率の変化によって計測する。
　個々の単セルは、典型的には、樹脂製の底壁と、底壁の周縁から上方に向け立設された側壁とを備え、上端に開口を有する縦長の容器である。底壁は長方形又は正方形とすることができ、この場合、側壁を構成する４つの部分のうち、対向する一対の（２つの）部分は計測用の光が透過する測光面を形成し、他の、対向する一対の（２つの）部分は計測用の光が透過しない非測光面を形成する。
　図９に、セルの斜視外観図を示す。セル４０には測光面４０１と非測光面４０２がある。測定光は矢印の方向から測光面４０１に入射する。セル４０を線Ａ－Ａ’で破断した断面図を図１０に示す。
　セル４０は、非測光面外側表面１１１、非測光面内側表面１１２、測光面外側表面１１３、測光面内側表面１１４、底壁内側表面（底面）１１５を有する。セルの内壁部の寸法は、非測光面の半分の長さＬ４が３ｍｍ、測光面の長さＬ５が４ｍｍ、高さＨが３０ｍｍ、セル肉厚Ｔが１ｍｍであり、底壁１１５により形成される閉口部、及び上方の開口部１４０を備えている。なお、図１１のように複数のセル４０を、各セルの開口が同一方向に向くように一列に並べ、一体成形したセルブロック４１を使用して、それぞれのセルを表面親水化しても良い。
　セル４０内にエタノール約０．５ｍＬを注入して２４時間放置し、エタノールを除去した後、真空デシケーターに入れ乾燥することでセル内側表面を清浄化した。なお、このエタノールによる洗浄を行わずに、以下のコロナ放電処理を行っても、実用上問題ない。
　図１２にコロナ放電部分処理の模式図を示す。樹脂により成形後、洗浄・乾燥したセル４０の底面外側に陰極板２１３を設置した。陰極板は、配線２１６を介してアース２１７につながれている。セル４０内部にコロナ放電陽極の棒状電極２１４をセルの底面中心に向かって底面から１ｍｍの高さまで入れた。棒状電極２１４の下端の径は２ｍｍ、長さは５０ｍｍであり、配線２１２を介してコロナ放電電源２１１につながれている。コロナ放電電源としては、放電パルス数をカウントできるパルス方式の放電源が望ましいが、高周波方式の放電電源でもよい。本実施例ではパルス方式のコロナ放電源を使用した。電圧２５ｋＶ印加によって、セル底面をコロナ放電処理した。パルス周期は１秒間あたり３００パルスとし、処理時間１秒すなわち３００パルスの処理を施した。この条件でコロナ放電処理をすると、発生する電圧と電流値から約５ジュールのエネルギーが発生することをオシロスコープで確認した。コロナ放電処理の際の雰囲気ガスは、本実施例は空気で実施したが、窒素雰囲気下でコロナ放電処理してもよい。本実施例では、一つのセルごとにコロナ放電処理したが、セル複数個が一体成形された多連式のセルブロックとして成形した場合には、同時に複数のセルにコロナ放電処理をしてもよい。
　分注機構の上方から見た様子を図１３に示す。分注ノズル先端３０１の内径をΦ1とし、セル底３０３の親水化領域３０４の大きさをＳとする。大きさＳがノズルの内径面積と等しい場合、すなわち、Ｓ＝π（Φ1）2の場合に、サンプルを十分に転写できる。また、Ｓ＞π（Φ1）2の場合でもサンプルをセル底親水化領域に十分に転写できる。分注量に応じて、Ｓを適切に変えることでさらに効果がある。親水化領域Ｓの大きさや形状を変えるには、コロナ放電処理をする際に、放電処理したくない部分にセルと同素材でマスクすることで実現できる。
　本実施例では、底面の親水化領域の面積は、Ｓ＝π（Φ1）2とし、Φ1＝０．３ｍｍとした。接触角の測定には、協和界面科学製Drop Master 500を使用した。改質表面にシリンジを利用して純水１μＬを滴下し、着滴１秒後の静的接触角を３点法で測定した。測定には、処理を施したサンプルを３つ用意して測定を行い、その平均値を求めた。その結果、表面改質前のセル表面や非改質部分の接触角は約９０度であるのに対し、表面改質することで接触角は７５度へと低下した。測定値の最大バラツキ（最大値－最小値）は約３度以下であった。
（３）撥水ノズルと親水化セルの組み合わせによる分注可否の検討
　分注ノズルを用いて、サンプルをセルに吐出する分注機構において、（１）の撥水性ノズルと、（２）の底面を親水化したセルの組み合わせによる分注性能ついて評価した。用いた分注ノズルは、ＳＵＳ３０４製で、内径０．３ｍｍ、外径０．５ｍｍである。ノズル表面の接触角を求めるため、ノズル先端に純水を０．２μＬ滴下した際の接触角を前述した方法で測定した。新品の分注ノズルの接触角は９０°であるが、洗浄液での洗浄後に１０°に低下する。従って、実機搭載向けのＳＵＳ３０４製ノズルの接触角は１０°である。また撥水処理し、接触角が１２０°の分注ノズルを評価した。
　一方、サンプルの吐出先（転写先）であるセル表面の接触角は、従来は９０°であり、コロナ放電によって親水化したセルの接触角は７５°である。これら分注ノズル３種（（Ａ）洗浄後ＳＵＳノズル、（Ｂ）新品ＳＵＳノズル、（Ｃ）撥水性ノズル）と、分注先のセルとして２種（従来セル、親水化セル）を用いて、それぞれ組み合わせることで分注可否を目視で判断した。分注量としては、０．２μＬ、０．４μＬ、０．５μＬで検討した。分注ノズルからそれぞれの分注量の水を吐出した状態で、ノズルを１ｃｍ／分の速度で下げて、セル底表面に水が触れた時点でノズルを１ｃｍ／分の速度で引き上げた。引き上げたノズルの外壁に水が付着し持ち帰った場合には、分注（転写）量が減少する。上述した３種のノズルからそれぞれ所定量の水を出し、シクロオレフィンポリマー表面に転写し、シクロオレフィンポリマー表面に転写された量を接触角計の画像から読み取った。接触角計には、協和界面科学製Drop Master 500を使用した。所定量の純水をシリンジ先端に形成させ、シクロオレフィンポリマー製のセル表面に純水を転写した。評価数は１０回であり、そのうち１回でも転写できなかった場合を転写不可と評価した。また、転写できなかった場合のセル表面への転写量を接触角計の画像から見積もった。
（Ａ）０．２μＬ分注の場合
　０．２μＬの水を分注した場合の分注定量結果を、表３にまとめた。ＳＵＳ製のシリンジ針から所定量の水を出し、シクロオレフィンポリマー製のセル表面に転写し、セル表面に転写された量を接触角計の画像から読み取った。接触角計には、協和界面科学製Drop Master 500を使用した。所定量の純水をシリンジ先端に形成させ、シクロオレフィンポリマー表面に純水を転写した。以下に結果を示す。
（ａ）洗浄後のＳＵＳ製分注ノズル（接触角１０°）を用いた場合、サンプル転写先の表面が、親水化セル（接触角７５°）でも従来セル（接触角９０°）でも分注（転写）できなかった。０．２μＬの分注量に対し、セル表面への転写量は、０．１μＬであった。
（ｂ）新品のＳＵＳ製分注ノズル（接触角９０°）を用いた場合、サンプル転写先の表面が、親水化セル（接触角７５°）と従来セル（接触角９０°）のいずれの場合でも分注できなかった。０．２μＬを分注させたかったが、セル表面への転写量は、０．１μＬであった。
（ｃ）撥水分注ノズル（接触角１２０°）を用いた場合、親水化セル（接触角７５°）へは完全に分注（転写）できた。０．２μＬの分注を狙い、０．２μＬの水を完全にセル表面に転写できた。撥水分注ノズル（接触角１２０°）を用いた場合、従来セル（接触角９０°）への転写量は０．１μＬであり、転写できなかった。
　この結果から、０．２μＬの微量の分注には、撥水処理したノズルと親水化したセルを組み合わせたときのみ、転写可能であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
（Ｂ）０．４μＬ分注の場合
　０．４μＬの水を分注した場合の分注定量結果を、表４にまとめた。
（ａ）洗浄後のＳＵＳ製分注ノズル（接触角１０°）を用いた場合、サンプル転写先の表面が、親水化セル（接触角７５°）でも従来セル（接触角９０°）でも分注（転写）できなかった。０．４μＬを分注させたかったが、セル表面への転写量は、０．３μＬであった。
（ｂ）新品のＳＵＳ製分注ノズル（接触角９０°）を用いた場合、サンプル転写先の表面が、親水化セル（接触角７５°）でも従来セル（接触角９０°）でも分注できなかった。０．４μＬを分注させたかったが、セル表面への転写量は、０．３μＬであった。
（ｃ）撥水性の分注ノズル（接触角１２０°）を用いた場合、親水化セル（接触角７５°）へは完全に分注（転写）できた。０．４μＬの分注を狙い、０．４μＬの水を完全にセル表面に転写できた。撥水分注ノズル（接触角１２０°）を用いた場合、従来セル（接触角９０°）への転写量は０．３μＬであり、転写できなかった。
　この結果から、０．４μＬの微量の分注には、撥水処理したノズルと親水化したセルを組み合わせたときのみ、転写可能であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　ここで、実験の比較例として、０．５μＬの分注実験の例を以下に示す。
（Ｃ）０．５μＬ分注の場合
　０．５μＬの水を分注した場合の分注定量結果を、表５にまとめた。
（ａ）洗浄後のＳＵＳ製分注ノズル（接触角１０°）を用いた場合、サンプル転写先の表面が、親水化セル（接触角７５°）の場合、転写可能であった。０．５μＬの分注（転写）を狙い、０．５μＬを完全に転写できた。一方、転写先が従来セル（接触角９０°）の場合には分注（転写）できなかった。０．５μＬを分注させたかったが、セル表面への転写量は、０．４μＬであった。
（ｂ）新品のＳＵＳ製分注ノズル（接触角９０°）を用いた場合、サンプル転写先の表面が、親水化セル（接触角７５°）及び従来セル（接触角９０°）のいずれの場合でも分注できた。０．５μＬの分注（転写）を狙い、０．５μＬを完全に転写できた。しかし、ＳＵＳ３０４製のノズルに表面撥水処理せず用いた場合、実際上は数回の使用で、洗浄後のノズルと同じ状態（接触角１０°）となる。従って、実際上は従来のセルに対しては転写できなかった。
（ｃ）撥水性のノズル（接触角１２０°）を用いた場合、親水化セル（接触角７５°）へは完全に分注（転写）できた。０．５μＬの分注を狙い、０．５μＬの水を完全にセル表面に転写できた。撥水分注ノズル（接触角１２０°）を用いた場合、従来セル（接触角９０°）への転写量は０．５μＬであり、転写できた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　上記の（Ａ）～（Ｃ）の実験結果から、０．４μＬ以下の微量分注には、撥水処理したノズルと親水化したセルを組み合わせることで、転写可能であった。なお、この実験に用いる分注ノズルに関しては、径が細いほどセル底面に問題なく転写できた。特に０．４μＬ以下の液滴を分注するには、ノズルの内径が０．５ｍｍ以下でかつノズルの外径が１．０ｍｍ以下であることで達成できた。
（４）外壁面が撥水性のサンプル分注ノズルと底面を親水化したセルを同時に使用した自動分析装置
　上記（１）で作製した「外壁面が撥水性で内壁面が親水性のサンプル分注ノズル」と上記（２）で作製した「底面を親水化したセル」を同時に使用した自動分析の実施例を述べる。図１４は、本発明による自動分析装置の構成例を示す図である。
　サンプル収納部機構１には、一つ以上のサンプルセル２５が配置されている。ここでは、ディスク状のサンプル収納部機構であるサンプルディスク機構を示したが、サンプルラック又はサンプルホルダー状の形態であってもよい。またここで言うサンプルは、反応セルで反応させるために使用する被検査溶液のことを指し、採集検体原液でもよく、またそれを希釈や前処理等の加工処理をした溶液であってもよい。サンプルセル２５内のサンプルは、サンプル供給用分注機構２の撥水性サンプル分注ノズル２７によって抽出され、所定の反応セルに注入される。この撥水性サンプル分注ノズル２７は、上記（１）で説明したように、外壁表面が撥水めっき処理され撥水性であり、内壁表面が金属で親水性である。試薬ディスク機構５は、多数の試薬容器６を備えている。また、機構５には、試薬供給用分注機構７が配置されており、試薬は、この機構７の試薬分注ノズル２８によって、吸引され所定の反応セルに注入される。試薬分注ノズルも、先端を撥水めっき処理したものを用いてもよい。本実施例では、ノズル２７と同様に外壁面を撥水めっき処理したものを用いた。１０は分光光度計、２６は集光フィルタつき光源であり、分光光度計１０と集光フィルタつき光源２６の間に、測定対象を収容する反応ディスク３が配置される。この反応ディスク３の外周上には、底面が親水化された反応セル４が１２０個設置されている。また、反応ディスク３の全体は、恒温槽９によって、所定の温度に保持されている。１１は反応セル洗浄機構であり、洗浄剤容器１３から洗浄剤は供給される。
　１９はコンピュータ、２３はインターフェース、１８はＬｏｇ変換器及びＡ／Ｄ変換器、１７は試薬用ピペッタ、１６は洗浄水ポンプ、１５はサンプル用ピペッタである。また、２０はプリンタ、２１はＣＲＴ、２２は記憶装置としてのフロッピーディスクやハードディスク、２４は操作パネルである。サンプルディスク機構は駆動部１００により、試薬ディスク機構は駆動部１０１により、反応ディスクは駆動部１０２により、それぞれインターフェースを介して制御並びに駆動されている。また自動分析装置の各部はインターフェースを介してコンピュータにより制御される。
　上述の構成において、操作者は、操作パネル２４を用いて分析依頼情報の入力を行う。操作者が入力した分析依頼情報は、マイクロコンピュータ１９内のメモリに記憶される。サンプルセル２５に入れられ、サンプルディスク収納部機構１の所定の位置にセットされた測定対象サンプルは、マイクロコンピュータ１９のメモリに記憶された分析依頼情報に従って、サンプルピペッタ１５及びサンプル供給用分注機構２のノズル２７によって、反応セルに所定量分注される。サンプル分注ノズル２７は水洗浄される。当該反応セルに試薬供給用分注機構７の試薬ノズル２８によって、所定量の試薬が分注される。試薬ノズル２８は水洗浄された後、次の反応セルのための試薬を分注する。サンプルと試薬の混合液は、撹拌機構８の攪拌棒２９や超音波素子によって撹拌される。撹拌機構８は順次、次の反応セルの混合液を撹拌する。
　反応セル４は恒温槽９により一定温度に保持されており、反応と測光容器の両方を兼ねる。反応の過程は集光フィルタつき光源２６から光を供給し、一定時間ごとに反応溶液が分光光度計１０によって測光され、設定された１つ又は1つ以上の波長を用いて混合液の吸光度は測定される。測定の際、集光フィルタつき光源を用いることで、反応セルの親水性部分のみを選択的に光透過させることができる。
　以上のように、撥水性のサンプル分注ノズルと底面を親水化したセルを用いることで、０．４μＬ以下のサンプル分注を可能にし、精度良く分注（転写）可能であり、その後の分析精度が高い。したがって、反応セルに入れるサンプルや試薬の量を大幅に減らすことができ、ランニングコスト低減の観点から有用である。本発明の撥水処理を施した分注ノズルと親水処理を施した反応セルを使用することで、試薬とサンプル溶液を合わせた反応溶液量を従来のステンレススチール製分注ノズルと従来の反応セルを使用した場合に比較して、１／２又はそれ以下に低減して自動分析を実施できた。
　測定された吸光度は、Ｌｏｇ変換器及びＡ／Ｄ変換器１８、インターフェース２３を介してコンピュータ１９に取り込まれる。取り込まれた吸光度は濃度値に換算され、濃度値はフロッピーディスクやハードディスク２２に保存したり、プリンタ２０に出力される。また、ＣＲＴ２１に検査データを表示させることもできる。測定が終了した反応セル４は反応セル洗浄機構（ノズルアーム）１１により水洗浄される。洗浄の終了した反応セルは吸引ノズル１２により水を吸引された後、次の分析に順次使用される。
　このように撥水処理部分を有する分注ノズルと底面を親水化したセルを搭載して自動分析を行った結果、従来の検体付着や洗浄水の付着を十分に低減でき、相互汚染やキャリーオーバーが起こらずに安定な自動分析を実施できる。また、確実に検体をセル底面に転写でき、高い分注精度を保つことができる。同時にこのノズルが導電性を有しており、反応液や検体の液面を検知する機能を有している。
１　サンプル収納部機構
２　サンプル供給用分注機構
３　反応ディスク
４　反応セル
５　試薬ディスク機構
６　試薬容器
７　試薬供給用分注機構
２５　サンプルセル
２７　サンプル分注ノズル
２８　試薬ノズル
４０　セル
４１　セルブロック
５１　反応セル
５３　サンプルセル
５６　サンプル分注機構
５９　洗浄機構
７０　サンプル分注ノズル
１００　駆動部
１０１　駆動部
１０２　駆動部
２１１　コロナ放電源
２１３　底面用電極
２１４　棒状電極
３０３　セル底
３０４　親水化領域
５０６　ＳＵＳ
５０７　下地層
５０８　撥水層
５０９　めっき層
５６０　アーム
５６１　サンプル分注ノズル
５６２　支柱
５６３　サンプル
５６４　付着サンプル
５３　サンプルセル
５６５　付着サンプル
５６６　付着洗浄水

Claims (8)

  1. 　サンプルを入れるサンプルセルと、試薬を入れる試薬容器と、サンプル及び試薬が注入される反応セルと、前記サンプルセル中の試薬を前記反応セルに分注するサンプル分注機構と、前記試薬容器中の試薬を前記反応セルに分注する試薬分注機構とを有する自動分析装置において、
    　前記サンプル分注機構は撥水性の表面を有するサンプル分注ノズルを備え、前記反応セルは親水性の底面を有することを特徴とする自動分析装置。
  2. 　請求項１に記載の自動分析装置において、前記反応セル底面の親水性領域は前記サンプル分注ノズルの内径より大きいもしくは等しいことを特徴とする自動分析装置。
  3. 　請求項１に記載の自動分析装置において、前記サンプル分注ノズルは先端部分の表面及び端面が撥水性であることを特徴とする自動分析装置。
  4. 　請求項１に記載の自動分析装置において、前記サンプル分注機構によるサンプル分注量は０．４μＬ以下であることを特徴とする自動分析装置。
  5. 　自動分析装置用に用いられるサンプル分注ノズルであって、ノズルの先端表面が撥水性でかつ導電性を有することを特徴とするサンプル分注ノズル。
  6. 　請求項５に記載のサンプル分注ノズルにおいて、前記ノズルの先端外壁表面が撥水性でかつ導電性を有し、先端内壁表面が親水性であることを特徴とするサンプル分注ノズル。
  7. 　請求項５に記載の分注ノズルであって、前記ノズル先端表面の撥水性部分の組成にフッ素と炭素とニッケルを含むことを特徴とするサンプル分注ノズル。
  8. 　請求項５に記載の分注ノズルであって、前記ノズルは先端部分の内径が０．５ｍｍ以下であり、外径が１．０ｍｍ以下であることを特徴とするサンプル分注ノズル。
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