(57)【要約】      （修正有）【課題】抗原抗体反応を利用した電気化学自動計測装置において、シリンジ内の液状物質の液高さつまり、ヘッドＨの影響を受けずに微量の液滴を確実に抗体チップに形成された電極上に滴下し、順次、複数個のシリンジからほぼ同サイズの液滴を押し出すことができ、そして、液滴を押し出した後、不本意な液ダレを生じなく、更に、最初にシリンジ内に液状物質を人が注入した場合にはシリンジの下方には液状物質は存在していない状態があるが、このような場合でも所定の液滴量を滴下できるディスペンサを提供する。【解決手段】ロッド端部に位置し、シリンジの円錐部と適時接触する弾性シール部材を時間毎に開閉制御し、該性シール部材の軸方向変位により、前記シリンジ内の液状物質を強制的に微量押し出す。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁アクチュエータと、液状物質を収容するシリンジと、前記電磁アクチュエータに連結され、前記シリンジ内に配置され、前記電磁アクチュエータの作用により往復動するロッドと、該ロッド先端に形成された端部と前記シリンジに形成された円錐部とにより構成されるバルブ部とを有するディスペンサにおいて、前記ロッド端部に位置し、前記シリンジの円錐部と適時接触する弾性シール部材を時間毎に開閉制御し、前記弾性シール部材の軸方向変位により、前記シリンジ内の液状物質を強制的に微量押し出したり、引き戻すことを特徴とするディスペンサ。
【請求項２】
請求項１のディスペンサにおいて、前記液状物質はダイオキシン等の環境ホルモン物質、アレルゲン物質、薬物、および、細菌を含む溶液であり、押し出した微量の液滴を電気化学計測装置に強制滴下させることを特徴とするディスペンサ。
【請求項３】
請求項１のディスペンサにおいて、更に光電発信部と光電受信部とからなる光電手段を含み、液滴がシリンジ外部に押し出された際の光の遮断を感知することにより前記バルブ部を開閉制御し、前記シリンジ内の液状物質の押し出し回数を任意に制御し、適量を滴下することを特徴とするディスペンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明はディスペンサに関するもので、特に環境ホルモン物質、アレルゲン物質、薬物、および、細菌を含む水溶液を計測する電気化学自動計測装置に用いられるディスペンサ及び該ディスペンサを有する環境ホルモン計測装置等の電気化学自動計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水溶液にわずかに含まれる環境ホルモン物質、アレルゲン物質、薬物、および、細菌を測定する場合のディスペンス方式は重力を利用して液滴を計測装置上に落下させる方式を採用している。例えば、図１に示すように電磁弁の開閉により、ノズルから液滴を１滴滴下するという方法をとっていたが、この方法ではノズル先端形状の如何に関わらず得られる液滴サイズがほぼ０．４ｍｌと大きくなる。理由は、液滴が充分に成長しないと液滴の表面張力に抗して液滴が落下しないからである。
また、空気圧と電磁弁の切り替えで強制的にノズルから液滴を押し出す方法もあるが、粘度の低い水溶液では勢いが強く微小量を的確な位置に適量滴下することは困難であった。
【０００３】
近年、環境ホルモン物質、アレルゲン物質および薬物等の有害物質とか細菌等も発生現地で計測するニーズが高まってきている。海、河川、下水、上水、温泉、食品の産地等の現地で手軽にそして同時に多くのサンプル水溶液を短時間に処理することが望まれている。
そのひとつの手段として、図１に示すように、抗体が予め塗布された小さなチップ上に配置された複数の微小電極上に環境ホルモン物質等の有害物質を含む複数のサンプル水溶液を連続滴下し、抗原である環境ホルモン物質等との抗体抗原反応を電気化学的に順次取り出すという一括処理型の電気化学自動計測装置が開発されている。
【０００４】
このような抗原抗体反応を利用した電気化学計測装置は、小型で軽量となる素性をもっているが、小さなチップ上に形成された複数の薄膜電極に的確に数十マイクロリットルの微量のサンプル水溶液を滴下することができないために、同時に計測できるサンプル数に限界を生じ、計測装置全体の小型化に限界を生じていた。また、滴下される液滴のサイズが揃わず、サンプル相互間のデータのバラツキを生じたり、データの再現性が悪くなるという傾向もあった。
また、特願２００３ー３８２９９のような自然重力落下法を応用した液滴コントロールではシリンジ内のサンプル水溶液のヘッドＨの影響を受ける。つまり、該ヘッドＨが大きくなると単位時間当たりの液滴の成長が速くなる傾向となる。そして、複数個のシリンジで順次作られる液滴サイズが不揃いとなる要因となっていた。液滴量を揃えるためには当初の操作で、人的にシリンジ内に充填される液状物質の液高さＨを揃える必要があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は抗原抗体反応を利用した電気化学自動計測装置において、シリンジ内の液状物質の液高さつまり、ヘッドＨの影響を受けずに微量の液滴を確実に抗体チップに形成された電極上に滴下し、順次、複数個のシリンジからほぼ同サイズの液滴を押し出すことができ、そして、液滴を押し出した後、不本意な液ダレを生じなく、更に、最初にシリンジ内に液状物質を人が注入した場合にはシリンジの下方には液状物質は存在していない状態があるが、このような場合でも所定の液滴量を滴下できるディスペンサを提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する手段として、本発明のディスペンサはロッド端部に位置し、シリンジの円錐部と適時接触する弾性シール部材を時間毎に開閉制御し、該弾性シール部材の軸方向変位により、前記シリンジ内の液状物質を強制的に微量押し出すことを特徴とする。
前記、自然重力落下法では電磁弁が開くと、ノズル先端の液滴は時間とともに成長し、該液滴に作用する表面張力よりも重力が勝った時に自然に落下するが、上記解決手段によれば、電磁弁がＯＮの状態では、前記ロッドは持ち上がり、該ロッドの先端に位置した前記弾性シール部材は前記シリンジの円錐から離れ、シリンジ内の液状物質は重力により下方空間へ移動しようとする。しかしながら、所定の時間後に電磁弁がＯＦＦとなり、前記ロッドは弾性部材により、押圧されて下降し、前記弾性シール部材は前記シリンジの円錐面に接触した後、シールを維持したままわずかに下方に変形変位する。
このようなシール後のわずかな変位により、シリンジ下方の液状物質は、強制的にシリンジ外部へ押し出される。その量は自然重力落下による液滴量より小さく数十マイクロリットルである。従って、所定の液滴量を得るには電磁弁のＯＮ／ＯＦＦ回数で制御することが可能となる。また、連続的に、次の液状物質のシリンジのＸ軸位置にチップが順次移動し、同様な微小液滴の押し出しを短時間の間に繰り返す。
また、押し出される液滴量を決定しているのは、電磁弁がＯＦＦとなった時の前記弾性部材のばね定数と前記弾性シール部材がシリンジの円錐部に接触するまでストロークと接触後の前記弾性シール部材の変位であり、これらのファクタを変えることで要求される液滴量に調整することが可能となる。しかしながら、人がシリンジに最初に液状物質を充填した段階では、シリンジの下方部には液状物質が充分に回っていないことが多いため、液滴が正常に押し出されるまで、別の場所で数回電磁弁のＯＮ−ＯＦＦの空打ちを行う制御が必要となる。もしくは、液滴が押し出されたことを確認するために液滴の押し出される通路を挟んで配置された光電センサーで液滴が通過したことを感知し、電磁弁のＯＮ−ＯＦＦを行う制御が必要となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
電気化学自動計測装置において、複数のサンプル水溶液を収納する電磁弁を有するディスペンサとチップ上に形成された薄膜電極のＸ，Ｙ位置をコントロールする機構部に限定した構成で実施例１および実施例２に関して以下説明を行う。
【０００８】
【実施例】
図２は、本発明装置の１実施例の断面図であって、１は電気化学自動計測装置本体であり、本実施例では複数のディスペンサ２と３および、Ｘ、Ｙ、位置をコントロールするＸ−Ｙテーブル１５で構成されている。ディスペンサ２は電磁弁がＯＮで液状物質がロッド１０の下方に移動している状態を示す。一方、ディスペンサ３は電磁弁がＯＦＦで液状物質が針１２から押し出された状態を示す。
ディスペンサ３は電磁弁４とシリンジ８と該シリンジ８と同芯で内側に位置するロッド１０および該ロッド１０と前記電磁弁４の間に介在し、電磁弁４がＯＦＦ時に前記ロッド１０を下方に付勢する弾性手段７から構成されている。また、電磁弁４は鉄心５とコイル６から構成されており、該コイル６に通電されると鉄心５が磁力で吸引される。そして、前記鉄心５の鉄心フランジ５ａと前記ロッド１０のロッド溝１０ａが脱着可能であるがタイトに結合されているため、前述のごとく鉄心５が弾性部材７に抗して軸方向上方へ吸引された際に、前記ロッド１０も上方へ所定のストローク移動する。
また、前記ロッド１０は下方端１０ａに形成された小径の同心部１０ｂを有しており、該同心部１０ｂにはＯリングの様な弾性シール部材１１が配置されており、電磁弁４がＯＦＦの時に該弾性シール部材１１は前記シリンジ８の下方に形成されたシリンジ円錐面８ｄに弾性部材７により押圧され、液状物質が上方から下方に移動することが完全に阻止される。このことにより、シリンジ８の下方に形成された小径のシリンジ先端８ｃとに勘合する針１２の針先端穴１２ａからの液状物質の流失は完全に断たれるという構成となっている。
一方、（図２の左側断面参照）前記電磁弁４がＯＮした時には、前述のように前記ロッド１０の先端に位置する弾性シール部材１１は軸方向上方へ所定のストローク移動するが、その際該弾性シール部材１１と前記シリンダ円錐面８ｄの間にわずかの間隙を生ずる。この間隙を通じ上方にある液状物質は下方へ移動する。移動する量はＯＮからＯＦＦするまでの時間で決定されるが、その時間は数十マイクロ秒であり、該液状流体の移動量は極微量である。
次いで、（図２の右側断面参照）前記電磁弁４がＯＦＦした時には、前述のように、弾性部材７のばね荷重により前記ロッド１０および該ロッド１０の先端に位置する弾性シール部材１１が軸方向に下降し、該弾性シール部材１１が前記シリンジ円錐面８ｃと接触し、上方からの液状物質の移動を断った後も、更に、前記弾性シール材１１が変形変位するまで下降し続ける。（一点鎖線の位置まで）該弾性シール部材１１の変位量だけ針１２の針穴１２ａから微量の液滴が強制的に押し出される。また、該液滴が押し出された後、前記弾性シール部材１１の変形変位量は復元するが、この時に前記針先端１２ａに残存する液は吸い戻され、不本意に液が垂れることがなくなる。
該押し出された微量の液状物質はＸーＹテーブル１５の上に取り外し可能に固定されたチップ１３に形成された複数個の薄膜電極１４上に順次正確に滴下される構成となっている。該薄膜電極１４上に滴下される量が所定の量に達しない場合は、前記電磁弁４のＯＮ−ＯＦＦのショット回数を適時増やすことで調整が可能となる。
前記チップ１３上の表面には複数個の薄膜電極１４が蒸着されそして、いわゆる抗体が固定されており、該複数個の薄膜電極１４位置に抗原である環境ホルモン物質等の有害物質を含む多種液状物質が順次滴下されることで、チップ１３上でそれぞれの抗原抗体反応が生ずる。この後、各種液状物質を洗浄し、測定液および酵素にチップ１３を浸し、微少な電気化学電流を測定する。
しかしながら、電磁弁４がＯＦＦの状態で前記弾性シール部材１１により前記シリンジ８の円錐面８ａが完全に遮断され、シリンジ上方と下方が断たれている初期の状態から最初にシリンジ８内に液状物質を人が注入した場合にはシリンジ８の下方には液状物質は存在していないことは自明である。従って、この様な初期の状態では、シリンジ位置をずらせて別の影響を受けない所で液滴が押し出されるまでの所定の回数電磁弁の空打ちを行う制御が必要である。
図３は他の実施例を示すものでシリンジ８’の針１２’の直下にあって、該針１２’から押し出される液滴を挟む位置に光電発信部１６と光電受光部１７を対向して追加配置している。
この様な液滴の押し出しの有無を感知するセンサが付加されることにより、前述の様に液状物質をシリンジ８’に注入した初期の段階の電磁弁４’の空打ち制御を省略できる。つまり、シリンジ８’の針１２’先端から液滴が押し出されるまで、電磁弁４’の空打ちを行い、液滴が押し出された瞬間を光電センサが捉えそれから設定されたＯＮ−ＯＦＦショット数を打つことで所定の液滴量をチップ１３’上の薄膜電極１４’上に確実に滴下することができる。
【０００９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の液状物質に対する微量液滴コントロールは自然重力落下法で得られる液滴サイズよりも一桁小さいサイズまでを決められた位置に正確に滴下することを可能とし、なお且つ、それぞれの複数のシリンジに注入される液状物質の高さＨの影響を全く受けずに常に同量の液滴を押し出すことを可能とした。また、液滴押し出し後の液ダレによる不本意な洩れ等も確実になくすことが可能となった。結果、非常にコンパクトながら同時に多くの有害物質を含む液状物質を精度良く計測することを可能ならしめる電気化学自動計測装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のサンプル水溶液の自然重力落下による微量液滴コントロール法を示す。（従来技術）
【図２】本発明の実施例の一つで滴下量を電磁弁のショット数で決定する微量液滴コントロール法を示す。（実施例１）
【図３】本発明の他の実施例の一つで滴下量を光電センサによる液滴押し出し回数で決定する微量液滴コントロール法を示す。（実施例２）
【符号の説明】
１、電気化学自動計測装置  ２、ディスペンサ  ３、ディスペンサ  ４、電磁弁  １５、ＸーＹテーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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