(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分注プローブに被分注液体を吸引し、該吸引された被分注液体を前記分注プローブから吐出する液体分注方法であって、前記分注プローブに非反応液体を吸引すること、その後前記分注プローブに空気を初めは第１の速度でゆっくり吸引し、前記分注プローブ内に非反応性液体の層を張り、次いで前記第１の速度よりも速い第２の速度で吸引し、前記非反応性液体の層をはじけさせて水滴化しあるいはミスト化すること、その後前記分注プローブに前記被分注液体を吸引することを含む液体分注方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記被分注液体の吸引は、前記第２の速度での空気の吸引が終了してから一定時間経過後に行われることを特徴とする液体分注方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、前記非反応性液体は水からなり、前記被分注液体は試料からなることを特徴とする液体分注方法。
【請求項４】
分注プローブがその先端に着脱可能に有する分注チップに被分注液体を吸引し、該吸引された被分注液体を前記分注チップから吐出する液体分注方法であって、前記分注チップに非反応液体を吸引すること、その後前記分注チップに空気を初めは第１の速度でゆっくり吸引し、前記分注チップ内に非反応性液体の層を張り、次いで前記第１の速度よりも速い第２の速度で吸引し、前記非反応性液体の層をはじけさせて水滴化しあるいはミスト化すること、その後前記分注チップに前記被分注液体を吸引することを含む液体分注方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記被分注液体の吸引は、前記第２の速度での空気の吸引が終了してから一定時間経過後に行われることを特徴とする液体分注方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、前記非反応性液体は水からなり、前記被分注液体は試料からなることを特徴とする液体分注方法。
【請求項７】
分注チップを先端に着脱可能に有する分注プローブと、前記分注チップに被分注液体を吸引し、該吸引された被分注液体を前記分注チップから吐出する手段を含む液体分注装置であって、前記被分注液体の吸引に先立って、前記分注チップに非反応液体を吸引し、その後前記分注チップに空気を初めは第１の速度でゆっくり吸引し、前記分注チップ内に非反応性液体の層を張り、次いで前記第１の速度よりも速い第２の速度で吸引し、前記非反応性液体の層をはじけさせて水滴化あるいはミスト化する手段を含む液体分注装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、前記非反応性液体は水からなり、前記被分注液体は試料からなることを特徴とする液体分注装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は液体分注方法および装置、特に自動分析装置において用いられるのに適した液体分注方法および装置に関する。
背景技術
試薬および試料を反応容器に分注して互いに反応させ、その反応した反応液を測定する自動分析装置では、試料および試薬を反応容器に分注する液体分注装置が備えられている。
この液体分注装置における液体の分注方法としては、多くの場合ステンレススチールで作られた分注プローブを被分注液体である試料あるいは試薬に直接接触させて分注し、その分注を終了した分注プローブを、被分注液体に接触した部分を洗浄した後繰り返し使用する方法と、分注プローブの先端に分注チップを装着して分注を行い、その分注を終了するごとに分注チップを取りかえる方法とがある。この分注チップを用いる方法は、試料間、試薬間あるいは試料と試薬の間のキャリーオーバーを避けることができる。測定濃度範囲が広い免疫項目の測定においては、試料間のキャリーオーバーが特に問題になることから、分注チップを用いる分注方法は試料の分注に多用される。
ところで、分注チップを用いて分注を行う際に、環境の温度や湿度が変化することにより分注量が変動することがある。これは、環境の温度や湿度によって被分注液体の飽和蒸気圧が変化し、その結果分注チップ内部の気相部分の蒸気圧が変化するため、分注のためのシリンジの動作を一定に保持しても被分注液体吸引量が変動してしまうからである。
通常、分注チップの場合は、ステンレス製の分注プローブの場合に比較して、吸引する被分注液体と分注チップまたは分注プローブ内の空気との接触面積が大きいため、吸引動作中の被分注液体の蒸発による分注チップ内における空気の水蒸気圧の変化が大きく、環境の温度や湿度の変化を受けやすい。
これを解決する試みの例として、分注ノズル内に吸引された液体の高さをセンサで検知し所定量の液体の吸引を行う方法が特開平９−２８８１１２号公報に記載されている。
環境の温度や湿度による液体分注量変化の原因を考慮すると、外気の温度及び相対湿度に関係なく、液体を吸引する分注チップ内の空気の水蒸気圧が一定となるようにすれば、上記問題は解消されることになる。その方法として、被分注液体の分注前に、分注チップ内に、被分注液体と反応しない、水のような非反応性液体を導入する方法が考えられる。具体的には、分注チップ内に所定量の水を吸引し、その水を分注チップ外に吐出した後、被分注液体を吸引する方法である。  しかし、実験によると、そのような方法では液体分注量の正確性および再現性が十分でないことがわかった。
発明の開示
本発明の目的は液体分注量の、環境の温度や湿度の変化による影響を軽減するのに適した液体分注方法および装置を提供することにある。
本発明によれば、非反応性液体が分注プローブに吸引され、その後分注プローブに空気が初めに第１の速度で、次いで第１の速度よりも速い第２の速度で吸引され、その後被分注液体が分注プローブに吸引される。その吸引された被分注液体はその後分注プローブから吐出される。
前述のように、分注チップ内に所定量の水を吸引し、その水を分注チップ外に吐出した後、分注されるべき液体を吸引する方法では、液体分注量の正確性および再現性が十分でないことがわかった。これは、分注チップ内空気の相対湿度が低くかつ安定しないことに起因すると考えられる。
そこで、分注チップ内に所定量の水を吸引した後、続けて空気をゆっくり吸引し、その後速く吸引することで、吸引した水を分注チップ内でミスト化または水滴化することによって、水の蒸発が促進され、それによって分注チップ内空気の相対湿度を効率よく高めるとともに安定させることができ、その結果として液体分注量の、環境の温度や湿度の変化による影響が軽減され得ることが本発明者による実験を通して見出された。本発明はこのような本発明者による新しい事実にもとづくものである。
本発明の他の目的および特徴は図面を参照してなされる以下の説明から明らかとなるであろう。
発明を実施するための最良の形態
第１図は本発明による液体分注装置の一実施例を示す。導電性分注プローブ１はその先端に導電性分注チップ２を有する。この分注プローブは使い捨てができるように着脱可能である。分注プローブ１はチューブ３を介してシリンジ４に接続されている。シリンジ４はシリンジ駆動機構１１によって駆動され、シリンジ駆動機構１１は制御部７によって制御される。ポンプ３２は、液体分注装置の液体分注動作に先立って、シリンジ４、チューブ３および分注プローブ１の内部を水で満たすようにその水を水タンク１３から送液するもので、その送液の場合はバルブ３１は開かれる。その水は、被分注液体を分注チップ２内に吸引したりその吸引した被分注液体を分注チップ２から吐出したりするためにその被分注液体にシリンジ４の動作を伝達する伝達媒体となるもので、この伝達媒体は図では符号３０で示されている。
分注プローブ１はモータ６により駆動される分注プローブ上下移動機構５によって上下方向に移動することができ、モータ６は制御部７によって制御される。分注プローブ１は、分注チップ装着位置、被分注液体である試料および試薬の吸引および吐出位置、ならびに分注チップ廃棄位置の間で水平移動をすることができ、この水平移動も制御部７によって制御される。
導電性材料で作られる容器収容体３３には被分注液体である試料あるいは試薬が入れられる、ガラスまたはプラスチックのような非導電性材料で作られた液体容器１２が収容されている。分注プローブ１および容器収容体３３は静電容量測定部９に接続され、該静電容量測定部には制御部７に接続されている液面判定部１０が接続されている。
分注プローブ１が分注プローブ上下移動機構５により下降し、導電性分注チップ２が液体容器１２中の被分注液体に接触すると、導電性分注プローブ１と容器収容体３３との間の静電容量が変化する。静電容量測定部９はその静電容量を測定して液面判定部１０がその静電容量の変化を検出し、液面検出信号として制御部７に送る。
分注プローブ１の下降動作停止後、シリンジ４の動作により被分注液体が分注チップ２内に吸引される。分注チップ２内に吸引された被分注液体はその後シリンジ４の動作により分注チップ２から吐出される。
被分注液体と反応しない水のような非反応性液体を収容する液体容器８が備えられ、分注チップ２内には、被分注液体が吸引される前に分注チップ２内の空気の相対湿度を高めるために分注チップ２内に液体容器８から非反応性液体である水が吸引される。
第２図は被分注液体の分注チップ２内への吸引前における分注プローブ１の動作フローを示す。まず、分注プローブ１にはチップ装着位置（後述）において分注チップ２が装着される（ステップ１０１）。分注チップ２を有する分注プローブ１は装置上に備えられた液体容器８上まで移動する（ステップ１０２）。液体容器８はチップ装着位置の下に設置されるようにしてもよい。次に、分注プローブ上下移動機構５により分注チップ２の先端が液体容器８内に下降する。この下降動作は被分注液体を吸引するときと同様にして液面を検出するまで続けられ、液面検出したところで停止する（ステップ１０３）。
ここで、分注プローブ１が先端に持っている分注チップ２には、シリンジ４の動作により、液体容器８内の非反応性液体である水を所定量吸引する（ステップ１０４）。吸引する水の量はたとえば４μｌとする。
水の吸引後、分注プローブ１は上昇し（ステップ１０５）、空気をゆっくりと吸引する（ステップ１０６）。たとえば、３０μｌの空気を３０μｌ／ｓの速度で吸引する。これにより、分注チップ２内に吸引した水は、厚さ１ｍｍに満たない程度の層となる。なお、吸引された水の上面の径は一例として２．７ｍｍである。
引き続き、空気を速く吸引する（ステップ１０７）。たとえば、５０μｌの空気を１５０μｌ／ｓの速度で吸引する。これにより、分注チップ２内に張った水の層ははじけて水滴化しあるいはミスト化する。この過程を導入することで、分注チップ２内に吸引した水の蒸発が促進され、分注チップ２内空気の相対湿度を効率よく高めかつ安定にすることができる。
一定時間後（たとえば２秒後）（ステップ１０４）、分注プローブ１は液体吸引位置に移動し、液体容器１２内の被分注液体の吸引を行う。
これにより、分注チップ２内での被分注液体の蒸発量は無視し得る程度の微量となり、環境の温度や湿度の変化による影響を実質的に受けることなしに正確な量の液体分注を行うことができる。
第３図は本発明による液体分注装置が適用された自動分析装置の一実施例を示す。これは免疫分析を行うのに適した実施例である。複数の液体容器２０は試薬デイスク２１上に円状に３列に配列され、試薬デイスク２１はモータにより回転される。複数個の反応容器２２は恒温槽２３上に円状に配置され、恒温槽２３はモータにより回転される。この恒温槽２３の回転動作によって反応容器２２は反応容器設置位置２４から試薬分注位置２６、試料分注位置２５及び反応液吸引位置２７へと移動される。
試薬分注プローブ３２は試薬吸引位置と試薬分注位置２６との間でモータにより移動可能である。試薬分注位置は、外側列上の液体容器２０用分注位置３３、中間列上の液体容器２０用分注位置３３ｂおよび内側列上の液体容器２０用分注位置３３ｃからなる。
試料分注プローブ１は試料吸引位置２９、試料分注位置２５、非反応性液体吸引位置４５、分注チップ装着位置５５および分注チップ廃棄位置４１間でモータにより移動可能である。非反応性液体吸引位置４５には第１図に示されるような液体容器８が配置され、該容器は試料と反応しない水のような非反応性液体で満たされている。非反応性液体吸引位置４５は分注チップ装着位置５５と一致させるようにしてもよい。この場合は、非反応液を入れる液体容器８は分注チップ装着位置５５の下方に設置される。
試料ラック３０は搬送ライン３から引込線５１に引き込まれ、その試料ラックによって保持されて、試料吸引位置２９に位置づけられた液体容器１２中の試料を試料分注位置２５にある反応容器２２に分注するときは、試料分注プローブ１の先端に使い捨て分注チップ２が装着される。この使い捨て分注チップ２はもちろん着脱可能である。
シッパ３４は反応液吸引位置２７、緩衝液吸引位置３５及びフローセル内部用洗浄位置３６間でモータにより移動可能である。また、シッパ３４はチューブを介して検出ユニット３７内のフローセルまで反応液を送る機能をもっている。
分注チップ及び反応容器移送機構３８は使い捨て分注チップ２を分注チップ保管ラック３９から分注チップ装着位置５５へ、また反応容器２２を反応容器保管ラック４０から反応容器設置位置２４へと移送する。試薬分注プローブ３２及びシッパ３４はそれぞれの洗浄位置で自身のノズルを洗浄する（図示省略）。
なお、試料分注プローブ１、試薬分注プローブ３２およびシッパ３４は各々が移動して停止する位置においてはそれぞれ上下移動が可能である。
第４図をも参照しながら動作を説明するに、分注チップおよび反応容器移送機構３８は使い捨て分注チップ２を分注チップ保管ラック３９から分注チップ装着位置５５へ、また反応容器２２を反応容器保管ラック４０から反応容器設置位置２４へと移送する。試料分注プローブ１は分注チップ装着位置５５に移動され、ここで試料分注プローブ１の先端に使い捨て分注チップ２が装着される（１０１）。分注チップ２を有する試料分注プローブ１は非反応性液体吸引位置４５に移動し（１０２）、ここで分注プローブ２が液体容器８内の非反応性液体である水の液面が検知されるまで下降し（１０３）、液面が検出されたら水を吸引する（１０４）。その後、試料分注プローブ１は上昇し（１０４）、分注チップ２に空気を、速度を２段階に変えて吸引する（１０６、１０７）。水の吸引速度および吸引量ならびに空気の２段階にわたる吸引速度および吸引量は第１図および第２図に関連して説明したそれらと同じである。
反応容器設置位置２４に設置された反応容器２２は試薬吸引位置２６に移動される。試薬分注プローブ３２は試薬分注位置３３ａ、３３ｂまたは３３ｃに移動し、ここで下降してその中にある試薬を吸引した後上昇する。試薬分注プローブ３２は吸引した試薬を試薬分注位置２６に移動し、反応容器２２に吐出して上昇する。その反応容器２２は試料分注位置２５に移動される。
一定時間待って（１０８）、試料分注プローブ１の分注チップ２への被分注液である試料の分注が行われ（１０９）、その後試料分注プローブ１は分注チップ廃棄位置４１に移動し（１１０）、分注チップ２を廃棄する。
分注ステップ１０９を含めてこのステップ以降のステップを、第５図をも参照してさらに詳細に説明する。
試料分注プローブ１は試料吸引位置２９に移動し（１０９０）、その位置にある液体容器１２中の被分注液体である試料の液面が検出されるまで下降して（１０９１）、その試料を試料分注プローブ１の先端に装着された分注チップ２に吸引する（１０９２）。試料分注プローブ１をもとの高さまで上昇する（１０９３）。試料分注プローブ１は試料分注位置２５に移動して（１０９４）、所定量下降し（１０９５）、試料分注位置２５に移動された、試薬が分注された反応容器２２に吐出する（１０９６）。試料プローブ１は再度下降して、試料分注位置２５にある反応容器２２内の試料および試薬の混合物を、その先端に有する分注チップ２に再度吸引し（１０９７）、そしてその吸引した混合物を分注チップ２から再吐出して（１０９８）、もとの高さまで上昇する。これにより試料および試薬の攪拌が行われ、その反応が促進される。その後試料分注プローブ１は分注チップ廃棄位置４１に移動され（１１０）、ここでその先端の分注チップ２が廃棄される（１１１）。
ステップ１０８における一定時間は試料分注プローブ１の分注チップ２に空気を吸入した後試料を吸引するまでの時間を意味し、この時間は第１図および第２図に関連して説明した時間と同じである。
反応液を収容する反応容器２２は反応液吸引位置２７に移動され、ここでシッパ３４はその反応液を吸引し、更に緩衝液吸引位置３５に移動して緩衝液を吸引し、チューブを介して検出ユニット３７内のフローセルに移す。フローセルに移された反応液については化学発光測定が行われ、免疫分析項目の分析結果が得られる。その後、シッパ３４はフローセル内部用洗浄位置３６に移動され、フローセル内部用洗浄液を吸引して、チューブを介してフローセルに流し、該フローセルを洗浄する。
第３図の実施例では、使い捨て分注チップを試料分注プローブ先端に装着し、その分注チップに、試料吸引に先立って非反応性液体を吸引するようにしたが、使い捨て分注チップを試薬分注プローブ先端にも装着し、その分注チップにも、試薬吸引に先立って非反応性液体を吸引するようにしてもよい。
第１表は蒸発が起こりやすい、条件の厳しい室温３２℃、湿度２０％での液体分注の正確性および再現性についての実験データを示す。
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比較例１は水を５０μｌ吸引し、吐出後試料を吸引した場合の例、比較例２は水を４μｌ吸引後、空気を３０μｌ吸引し、２秒間待ってから試料を吸引した場合の例、本発明例は水を４μｌ吸引後、空気を３０μｌ／ｓの速度で３０μｌ／ｓ、次いで１５０μｌ／ｓの速度で５０μｌ吸引し、２秒間待ってから試料を吸引した場合の例をそれぞれ示す。ともに１０回ずつ分注した場合の例で、正確性は（実際に分注された試料量の平均値／分注されるべき試料量）×１００を意味し、再現性は（実際に分注された試料量の標準偏差／実際に分注された試料量の平均値）×１００を意味するものとする。
第１表からは、分注の正確性は、比較例１では８７％、比較例２では９２％であったものが、本発明例では９７％に改善されたことが明らかである。また、分注の再現性は、比較例１では４．３％、比較例２では１．５％であったものが、本発明例では０．６％に改善されたことが明らかである。
分注チップを使用する分析では、反応容器に分注された試料および試薬の攪拌を行う場合、キャリーオーバーを避ける観点から異なる試料または試薬間で、同一の攪拌棒を使用することは困難であるため、前述のように、試料および試薬を分注した同じ分注チップ内の試料および試薬を再吸引し吐出することがある。この場合、比較例２の方法では、試薬および試料の混合液に、分注チップ内に吸引した水が混入してしまうという不具合があるが、本発明では、分注チップ内にミストが生じるかあるいは分注チップの上端部分にごく小さな水滴が形成されるため、試薬および試料の混合液中に水が実質的に混入することがなく、安定した再現性が得られる。
以上の説明から理解されるように、本発明の実施例によれば、液体分注量の、環境の温度や湿度の変化による影響が軽減される。
本発明の本質を逸脱することなしに多くの変更および変形がなされ得ることは自明であるから、本発明は記述した実施例に限定されるべきではないものとする。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による一実施例を示す液体分注装置の概要図である。
第２図は被分注液体の分注チップ内への吸引前における分注プローブの動作フローチャートである。
第３図は本発明による液体分注装置が適用された自動分析装置の一実施例の概要図である。
第４図は第３図の実施例における分注動作全体のフローチャートである。
第５図は試料分注のフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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