JP2000516537A - 改良型膜フィルタ・ピペット・チップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ピペット装置のピペット・チップ装着シャフトの下端に配置する比較的大きい開放上端を有し、吸引モードでピペット装置を操作すると、管の下端に流体を通過させる比較的小さい開放下端を有する中空の管（３６）を備えた薄膜フィルタ・ピペット・チップ（３４）。多孔質薄膜（３２）が、管内で、その開放上端と下端との間に延在する管の開放路（４２）を横断して固定され、管を固定したピペット装置が生成できる最大真空圧より大きい流体誘導／浸透圧を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 改良型膜フィルタ・ピペット・チップ発明の背景 本発明は使い捨てのピペット・チップ、特に改良型薄膜フィルタ・ピペット・ チップに関する。 分析システムで正確な量の流体サンプルを移動させ、配量するためにピペット 装置を使用することは、このようなピペットの使い捨てピペット・チップ部材を 使用するのと同様、よく知られている。使い捨てチップは、持ち越しや汚染を生 ぜずに異なる流体サンプルの移動に、このようなピペット装置を連続的に使用す るのに適応している。 一般的に言って、使い捨てピペット・チップはプラスチック材料で形成され、 中空の細長い管状の形状である。このようなピペット・チップの開放近端は、ピ ペット装置のピペット・チップ装着シャフトの下端を受け、外せる状態でこれと かみ合い、一方で遠端は断面が小さくなり、関連するピペット装置の操作に対応 して、ピペット・チップから流体を出し入れするため、比較的小さい開放端を含 む。 関連するピペット装置の吸引操作中、ピペット・チップに吸い込まれる流体サ ンプルが、装着シャフトまたはピペット装置の他の内部構成要素と接触しないこ とが、しばしば重要である。このような挙動を防止するため、使い捨てのピペッ ト・チップは、チップの開放近端と遠端との間の位置でピペット・チップ内にぴ ったり配置されたフィルタ要素を含むことが普通である。フィルタ部材は、（ｉ ）関連するピペット装置による流体サンプルの吸引中、空気を自由に通過させ、 （ｉｉ）流体サンプル中の噴霧質および「オーバーピペッティング」の場合のよ うに吸い込まれてフィルタ部材と接触するような液体に対してバリアとして機能 するよう意図されている。 例えば１９９４年１１月１５日発行の米国特許第５，３６４，５９５号は、液 体に対して完全なバリアとして機能するよう意図されたフィルタ部材を含むピペ ットについて記載している。残念ながら、通常の吸引操作中、このようなフィル タ部材は液体の流れの制限器としてしか機能せず、このような流れのバリアとし て機能しないことが判明している。 米国特許第５，１５６，８１１号も、液体の完全なバリアとして機能するよう 意図されたフィルタ部材を含むピペット・チップについて記載している。残念な がら、フィルタ部材の中で使用されるタイプのフィルタ材料は、通常、限定期間 だけ完全なバリアとして作用し、次に液体を通してしまう。この特許に記載され ているように、フィルタ材料は疎水性であり、疎水性フィルタ材料の細孔に埋め 込まれた親水性材料の粒子を含む。このような粒子は、時々、フィルタ材料から 外れて、関連のピペット装置の吸引および配量操作中、流体サンプルを汚染して しまう。さらに、液体サンプルがフィルタ材料の細孔に接触し、それに引き込ま れると、このようなサンプルが往々にしてフィルタ材料の細孔に捕捉され、関連 したピペットの通常の配量操作中、フィルタ材料から配量されない。このような 捕捉サンプルは、量が不明で、変化するので、ピペット操作の誤差を招き、その 結果、ピペット操作が再現不可能になる。最後に、サンプルがフィルタ部材に接 触した後、捕捉サンプルを除去するのは、困難で時間がかかり、完璧には除去で きない。 したがって、ピペット操作で通常の流体吸引操作中、流体サンプルを一切捕捉 または汚染せずに、実際に空気を自由に通しながら液体の通過に対してバリアと して機能するフィルタ部材を含む改良型ピペット・チップに対するニーズが絶え ずある。 現在、血液、尿または静脈液などの流体が無菌環境を流れる必要がある医療装 置で有用な、薄膜フィルタ・ベントとして知られる製品がある。このような薄膜 フィルタ・ベントは本質的に疎水性である。これは、空気を自由に通過させなが ら、噴霧質および血液、尿および静脈液などの流体の通過を防止する。本発明に よるピペット・チップに装着すると、このような薄膜フィルタ・ベントは、空気 を通過させながら液体および噴霧質の通過を遮断し、それによって装着シャフト およびピペット装置の他の内部構成要素を汚染から保護する本物のバリアとして 機能するフィルタ材料として機能することが分かっている。発明の概要 基本的に、本発明はピペット装置とともに使用する薄膜フィルタ・ピペット・ チップを備える。ピペット・チップは、ピペット・チップの中空の管内に固定さ れた多孔質薄膜を含み、したがってピペット・チップがピペット装置の装着シャ フトに装着され、ピペット装置を吸引モードで操作して最大真空圧を生成すると 、多孔質薄膜が空気を通過させるが、液体および空気によって運ばれた噴霧質の 通過を遮断し、それによってピペット装置の装着シャフトおよび内部構成要素を 汚染から保護する。特に、ピペット装置は、流体サンプルを装置の装着シャフト の下端に装着されたピペット・チップに吸引する際、最大真空圧を生成するよう 設計される。本発明によると、多孔質薄膜は、疎水性で、吸引中に関連のピペッ ト装置によって生成される最大真空圧より大きい液体誘導／浸透圧を有するよう な方法で構築される。液体誘導／浸透圧は、多孔質薄膜フィルタを通して液体を 吸い込むのに必要な真空圧と定義される。 本発明の改良型ピペット・チップでは、その周縁がピペット・チップの内壁と ともに流体が漏れないシールを生成する状態で、多孔質薄膜フィルタをピペット ・チップ内に固定して配置することが重要である。このような薄膜フィルタの装 着は、薄膜フィルタがプラグの下面に横切って延在し、それに固定され、薄膜の 周縁部分がプラグの外面に沿って上方向に延在し、プラグの外面とピペット・チ ップの内側面との間に捕捉された状態で、薄膜フィルタより上に配置された多孔 質プラスチック・プラグを備えた２次フィルタ部材によって実行することが好ま しい。このように固定された流体止めシールは、薄膜とチップの内側壁との間に 生成され、多孔質プラスチック・プラグが薄膜フィルタの２次またはバックアッ プ・フィルタとして機能する。（１）薄膜フィルタの流体シールが完全ではない 、または（２）吸引操作中に関連のピペットが生成した最大真空圧に対応して、 薄膜フィルタに液体または噴霧質が薄膜を通過できる開口がある、またはそれが 生じる、または噴霧質が空気とともに薄膜フィルタを通過する場合は、多孔質プ ラグが十分厚く、噴霧質および液体を捕捉し、それが装着シャフトまたはピペッ トを装着したピペット装置の他の内部構成要素と接触し、それを汚染することを 防止することが好ましい。図面の簡単な説明 図１は、使い捨てのピペット・チップをピペットのチップ排出機構の下端付近 で装着シャフトに装着した、標準的な手動ピペットの側面図である。 図２は、本発明の薄膜フィルタ・ピペット・チップの好ましい実施形態の側断 面図である。 図３は、図２のピペット・チップの円３内の部分の拡大部分断面図である。 図４は、図３と同様の拡大部分断面図であり、本発明のピペット・チップ内に 含まれるフィルタ部材の代替実施形態を示す。 図５は、本発明のピペット・チップに含まれるフィルタ部材の別の代替版の、 図３および図４と同様の拡大部分断面図である。 図６は、本発明のピペット・チップに使用する複合プラグ／薄膜フィルタを形 成するのに有用な型の組立分解図である。 図７は、図６の型を使用して形成された複合プラグ／薄膜部片の斜視図である 。 図８は、図７に示す部片から切断した複合プラグ／薄膜フィルタ部材の斜視図 である。 図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）および図９（ｄ）は、本発明による複合 プラグ／薄膜フィルタ部材の代替形態の側面図である。発明の詳細な説明 図１は、本発明の譲受人であるRainin Instrument Co.，Inc．が米国で独占販 売しているPIPETMANピペットに似た標準的な手動ピペットを示す。手動ピペット はＭ、図１では数字１０で指定され１９９７年３月２５日に発行された米国特許 第５，６１４，１５３号に記載されたピペット・チップ排出機構１２を含む。 ピペット１０は棒１６によってピペットの本体または外被１８に配置されたピ ストン（図示せず）に接続された押しボタン１４を備える。押しボタン１４は、 使用者が押しボタンに下向きの力を加えて押し、ピペットのピストンを下げるこ とができる。次に、押しボタン１４が解放されると、サンプリングすべき液体の 量が、ピペットのピペット・チップ装着シャフト２２の下端に着脱可能な状態で 固定された使い捨てチップ２０に吸引または吸い込まれる。次に、押しボタン１ ４に再度下向きの力を加えて、サンプルを別の容器に配量または移動することが できる。このように使用した後、ピペット・チップ２０を装着シャフト２２から 排出し、新しいサンプル流体の吸引および配量でピペット１０を繰り返し操作す るため、新しいピペット・チップと交換するのが普通である。 サンプル流体をピペット・チップ２０の開放下端に吸引する際、ピペット１０ は最大真空圧を生成し、これは理論的には１０１３５２．９７Pa（１４．７ｐｓ ｉ）にもなる。真空圧に応答して、サンプリングされるべき液体の量が、ピペッ ト・チップを浸漬したレセプタクルからピペット・チップ内へと吸い込まれる。 前述したように、液体サンプルの吸引中、通常は、サンプルがピペット装置１０ のピペット・チップ装着シャフトまたは他の内部構成要素に接触しないことが重 要である。本発明の改良型ピペット・チップでは、このような接触は、本発明に よるピペット・チップ３４に多孔質薄膜３２を含めることによって防止される。 基本的に、図２に示すように、本発明の改良型ピペット・チップ３４は図１に 示したシャフト２２のようなピペット１０用のピペット・チップ装着シャフトの 下端に配置するため、比較的大きい開放上端３８を有する中空のプラスチック管 ３６を備える。管３６は、比較的小さい開放下端４０も含み、これは本図では、 例えば図１のピペット１０など、これが固定されている関連のピペットの操作時 に、ピペット・チップ３４から流体が出入りするため、比較的小さい開口４１を 画定する円錐台の形状として図示されている。 図２に示すように、管３６の内側は中空であり、ピペットの操作の吸引モード 中に関連のピペット装置（例えば図１の１０）が生成した真空圧に対応して、流 体が開口４１から管３６内を上方向に通過する開放路４２を画定する。この点に 関して、このような流体を受ける開放路４２は、管３６の内側壁４４によって画 定される。 例証でのみ、管３６の開放上端３８は概ね円筒形の管状の形状として図示され る。あるいは、上端３８は、これを装着するピペット装着シャフトの形状に応じ て、わずかに円錐台形でもよい。 図２および図３に示すピペット・チップ３４の実施形態では、薄膜フィルタ３ ２は、管３６の上端３８と下端４０との接合部付近の位置で、内側壁４４間の開 放路４２を横断する。ここで、薄膜フィルタ３２は内側壁４４に固定され、それ とともに流体止めシールを形成する。前述したように、薄膜フィルタ３２は多孔 質であり、関連のピペット装置が生成した真空圧に対応して、開口４１から薄膜 フィルタ３２を通って空気が上方向に通過するのを妨げない。しかし、薄膜フィ ルタは疎水性材料で形成され、細孔のサイズは、本発明の薄膜フィルタが、操作 の吸引モード中に関連のピペット装置が生成できる最大真空圧より大きい「液体 誘導／浸透圧」を有するよう調整される。水誘導／浸透圧は、薄膜を通して液体 （例えば水）を吸い上げるのに必要な真空圧と定義される。関連のピペット装置 が生成できる最大真空圧より大きい液体誘導／浸透圧によって特徴付けられた薄 膜フィルタ３２は、空気が自由に通過できるが、噴霧質および流体サンプル中の 液体は通過できず、ピペット先端３４を装着したピペット装置のピペット・チッ プ装着シャフトおよび他の内部構成要素の下端に嵌合することを保証する。 薄膜フィルタの液体誘導／浸透圧は、薄膜を形成する材料の疎水性および薄膜 を通って延在する細孔の直径によって調整される。この点に関して、薄膜は、一 例としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはポリカーボネートなど の種々の材料で形成することができる。このような材料は全て疎水性であり、（ １）ピペット装置が生成する通常の真空圧以下で水溶液を通さず、（２）通常の ピペット性能が悪影響を受けないほど十分に高い率で空気を通すことができる細 孔のサイズを有するよう形成することができる。現在のところ、ＰＴＦＥは空気 の流れを十分に減少させるほど細孔サイズを減少させる必要なく、高い液体誘導 ／浸透圧を達成するのに利用できる、本質的に最も疎水性通気材料のようである 。 このような薄膜フィルタは、明らかに比較的薄く、脆弱である。このような薄 膜フィルタを、従来通りのピペット・チップから連想されるような管の中に固定 装着し、薄膜の外部周縁とピペット・チップの内壁との間に流体止めシールを生 成することは困難である。したがって、本発明はピペット・チップ３４内で薄膜 フィルタ３２を固定支持する構造を含むことが好ましい。図２、図３、図８およ び図９で示すように、このような支持構造は、管３６の中に装着され、管の開放 上端３８に面する上面４８と、管の開放下端に面する下面５０とを有する多孔質 プラスチック・プラグ４６を備えることができる。また、プラグ４６は、管の内 側壁４４と嵌合して管内でプラグ４６と摩擦しまり嵌めを形成する側面５２を含 む。内側壁４４とプラグ４６の側面５２の下部分との間にフィルタ薄膜３２の外 部周縁部分をこのように捕捉する様子は、図３で最もよく図示されている。 ピペット・チップ３４の管３６内にフィルタ薄膜３２を固定する構造を提供す る以外に、多孔質プラグ４６は、薄膜フィルタ３２の２次またはバックアップ・ フィルタとしても機能する。この点に関して、プラグ４６は、下面５０から上面 ４８へと延在する複数の細孔を備える。多孔質プラグ４６を形成する材料は疎水 性である。このような特徴を有する多孔質プラグ４６は、これを通る液体の流れ を制限しながら、空気は自由に通す。多孔質プラグは、噴霧質粒子がフィルタ部 材を通過するのを防止するよう、十分な深さも有する。したがって、薄膜フィル タ３２の周縁部分３３と管の内側壁４４との間の流体止めシールが、完全に気密 性ではない、または薄膜フィルタ３２を形成する材料の望ましくない不連続部が ある場合は、噴霧質および液体が薄膜フィルタ／多孔質プラグ・フィルタの組合 せを通過する望ましくない状態を防止する上で、多孔質プラグが２次またはバッ クアップ・フィルタとして作用し、こうしないと噴霧質および液体の通過により 、ピペット・チップ装着シャフトまたはピペット・チップ３４を取り付けるピペ ットのその他の内部構成要素が偶発的に汚染されてしまうことがある。 薄膜フィルタ３２および多孔質プラグ４６が複合フィルタ部材を構成し、周縁 部分３３が上に延在する状態で、薄膜フィルタを多孔質プラグの下面５０上に溶 融させるか、他の方法で接着することが好ましい。このような複合フィルタ部材 は、成型プロセスおよび型５８を使用して形成することが好ましく、その最も基 本的形態を図６の組立分解図で示す。型５８は、上カバー・プレート６０、中間 型プレート６２および底プレート６４で構成してよい。型プレート６２は、型プ レートの頂部に形成された浅く概ね長方形の窪み６６を含む空隙区間を備える。 空隙区間で型プレート６２に穴６８を穿孔する。使用時には、型プレート６２を 中実の底プレート６４上に配置し、粉末形態のUHMWPEなどの超高分子重量ポリエ チレン材料を貫通穴６８および窪み６６に注入し、溢れるまで充填する。揺すっ て材料を沈降させ、型プレートからアクセス用の材料を掻き落とす。次に、０． ５ミクロンの細孔サイズのＰＴＦＥ薄膜７０の部片を、充填した空隙区間に載せ 、 UHMWPEを全て覆う。次に、カバー・プレート６０を型プレート６４の頂部に載せ 、３枚の板を互いに締め付けて型５８を完成させる。次に充填した型５８を、約 １９０℃まで予熱した炉に入れ、約３０分間焼き付ける。このような加熱でUHMW PEが焼結され、多孔質の固体を形成する。加熱によって、ＰＴＦＥ薄膜７０もUH MWPEに付着する。加熱および冷却後、図７に示すような焼結部品７２を型から取 り出す。図示のように、部品は窪み６６によって形成されたウェブ７４で構成さ れ、焼結プラグ７６、７８および８０がそこから延在する。薄膜７０を、図７で 最もよく示すように、ウェブ７４の表面に溶融する。部品７２を型５８から取り 出した後、図８に示すような個々の複合プラグ／薄膜部片８２をウェブ７４から 切り取ることができる。この点に関して、薄膜／ウェブは、図９（ａ）および図 ９（ｂ）で示すように、プラグ上にオーバーハングするように、プラグの直径よ り大きい直径を有する円形に切り取ることが好ましい。図９（ａ）では、薄膜が 円筒形プラグ部分の底部に溶融され、その外縁の上にオーバーハングしている。 図９（ｂ）では、薄膜がプラグの円筒形部分の基部で、環状台座の下面に溶融さ れる。両方の形態では、オーバーハング部は、複合フィルタ部片８２を図２およ び図３に示すようにピペット・チップに挿入した時、プラグの端部の周囲で折れ る周縁部分３３を備える。前述したように、このようなオーバーハング部および 周縁部分３３は、薄膜フィルタを本発明の好ましい形態のピペット・チップの内 側壁４４に適切に封入するために好ましい。 図２、図３、図８、図９（ａ）および図９（ｂ）に示す複合プラグ／薄膜フィ ルタ部材は、円筒形のプラグ部分を備えるが、図９（ｃ）および図９（ｄ）に示 すような他のプラグ形状を使用してもよい。図９（ｃ）では、プラグ部分は、型 プレート６２の穴６８の座ぐりによって形成され、外側にテーパがついた環状下 端部分を含む。図９（ｄ）では、プラグ部分は、型の穴６２を同様に形成するこ とによって形成された円錐台形の形状である。 また、他の構造的形状を使用して、ピペット・チップ３４の管３６の中に薄膜 フィルタ３２を固定してもよい。例えば、図４では、多孔質プラグ４６の代わり に、管３６内で下方向にしっかり填るような寸法のプラスチックの輪またはスリ ーブ５４を使用し、スリーブの環状外面５６の下部分と管の内面４４との間で薄 膜フィルタ３２の周縁部分３３を捕捉する。このようにして固定した薄膜フィル タ３２は、噴霧質および液体がピペット・チップ３４の中を上方向に通過して、 ピペット・チップ装着シャフトまたはピペット・チップを装着するピペット・チ ップ装置の他の内部構成要素と接触するのを防止する上で、前述したように機能 する。 ピペット・チップ３４の管３６内で薄膜フィルタ３２を支持するため、異なる 構造を図５に示し、これは管３６の内側壁４４に形成された環状肩５８を備える 。薄膜フィルタ３２の外周縁部分３３が、肩５８に載り、従来通りの方法で熱溶 着または超音波溶接などによって固定される。このように管３６内に固定された 図５の薄膜フィルタ３２は、関連のピペット装置の吸引操作中に空気が自由に通 過できる一方、ピペット装置の内部構成要素を汚染してしまうような噴霧質およ び液体の通過は遮断するよう機能する。 以上で、本発明の改良型ピペット・チップの種々の実施形態について述べた。 このような記述から、以下の請求の範囲によってのみ範囲を制限されるべき本発 明の精神から逸脱することなく、個々の実施形態を変形できることを理解された い。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 薄膜フィルタ・ピペット・チップ（３４）であって、 ピペット装置（１０）のピペット・チップ装着シャフト（２２）の下端に配置 される比較的大きい開放上端と、ピペット装置の操作時に管の下端（４０）へと 流体を通す比較的小さい開放下端と、管の上端と下端との間の開放路（４２）と を有する中空の管（３６）と、 開放路（４２）内の多孔質薄膜（３２）と、 多孔質プラグ（４６）を備える支持構造とを備え、前記多孔質プラグが、管（ ３６）内で開放路（４２）を横断し、管の開放端に面する上面（４８）と、管の 開放下端に面する下面（５０）と、管の内面（４４）と嵌合する側壁（５２）と を含み、開放路を横断してプラグの下面に延在する多孔質薄膜（３２）を、プラ グの外側壁の下部分を囲み、プラグの外側壁（５２）と管の内側壁との間に捕捉 された薄膜の周縁部分（３３）によって管の内面（４４）に固定された多孔質薄 膜の周縁で支持する薄膜フィルタ・ピペット・チップ。 2. ピペットとピペット・チップとの組合せであって、 ピペット外被（１８）と、 ピペット外被から延在するピペット・チップ装着シャフト（２２）と、 装着シャフト（２２）に装着された中空のピペット・チップ（３４）と、 ピペット外被内で移動して、（ｉ）ピペット・チップ内に最大真空圧を生成し 、流体サンプルをピペット・チップに吸い込み、（ｉｉ）次にサンプルをピペッ ト・チップから配量するピストン棒（１６）と、 真空圧によってピペット・チップの端から吸い込まれた空気を薄膜に通すため、 薄膜の周縁がチップの内側壁（４４）に対して固定された状態で、ピペット・チ ップ内でチップの内側壁（４４）に対して支持構造によって支持され、最大真空 圧より大きい液体誘導／浸透圧を有し、それによって流体サンプル中の液体が薄 膜（３２）を通過できない多孔質薄膜（３２）とを備え、多孔質薄膜が、疎水性 材料で形成され、多孔質プラスチック・プラグ（４６）を備えるバックアップ・ フィルタによってピペット・チップ内に固定され、薄膜の周縁部分（３３）が多 孔質プラグの外側壁（５２）の下部分を囲む状態で、薄膜がプラグの下面（５０ ）上に延在し、プラグの外側壁とピペット・チップの内側壁との間に捕捉される ピペットとピペット・チップの組合せ。