JPH01254871A - 分析装置用分注ノズルの洗浄方法および分注ノズル装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば免疫反応を利用して生理活性物質等の
測定を行なう生化学分析装置に用いられる分注ノズルに
関し、詳しくは試料、希釈液分注用ノズルの洗浄方法お
よびその分注ノズル装置に関するものである。

（発明の背景） 一般に病院、研究室等で使用される生１ヒ学分析装胃に
ついては、試料となる血清や血漿を用意しこわを装置に
装填する作業を除き、分析の操作はこれを機械化、自動
化するようにされているか場合が多くなってきている。

この機械化、自動化された操作工程として通常次のもの
を上げることができる。

■　試料を反応槽に分注する工程 ■　希釈液を反応槽に分注する工程 ■　反応試薬を分注する工程 ■　反応液をインキュベーションする工程■　反応結果
を光学的等の手段で測定する工程そして上記の１桑作工
程のうち、試験項目に応じて一定量の試料を吸引し反応
槽に分注する■の工程（あるいはこれに加えて■の工程
）は、通常、装置に試料分注ノズルを設けておき、これ
を試料容器や希釈水容器に対し移動、液の吸引・吐出等
の動作を行なわせることで与えられる内容のものである
。なお希釈水については分注ノズルに接続したポンプ、
切換弁等を利用して該分注ノズルの後端側より供給する
方式のものも知られている。

ところで上記のような分注ノズルは、多数の試料に対し
使用されるものであること、あるいは上記■の工程にも
引き続いて使用されるものであることから、微量な生理
活性物質等を測定しようとするこの種の分析装置では液
相瓦間の混入を防止することが一般に重要な課題とされ
ている。

（従来の技術） 上記の分析装置における液相瓦間の混入を防止する具体
的な方法として、代表的かつ有効な方法としては、ノズ
ルを洗浄する方式、あるいは一つの試料毎に分注ノズル
のチップを交換する方式のものがある。

しかし後者のノズルチップ交換方式は基本的に洗浄操作
を不要とする目的をもつものであるが、１試料から多数
項目の測定を行なう場合にはその測定項目毎に必要な試
料量が異なる場合があって、かかる場合に常にノズルの
洗浄が不要となるわけではないし、チップ交換のために
は分析装置として複雑な機構が必要となり、多数のチッ
プを使い捨てするためにランニングコストが嵩むことと
合せて全体に費用が嵩む装置となり易いという問題があ
る。

一層ノズルを洗浄する方式は比較的安価な装置を提供す
るのに適しているという利点に注目して種々の技術が開
発され、提案されている。

例えば専用のノズル洗浄ボートで洗浄液の吸引排出を繰
返し行なって洗浄を行なう方法、試着希釈液で洗い流す
方法（特開昭５５−８２０５４号）、ノズルに空気を吹
き付けたり、ノズル内部に加圧空気を導入してノズル内
に残った試料を吹き飛ばす方法（特開昭５５−１０４７
６１号）等が知られている。

（発明か解決しようとする課題） ところで近年におけるこの種の生化学分析装置では、微
量でしかも正確な測定の要求が強く求められるようにな
ってきており、このために液体試料、希釈液、試薬等の
分注の液量の正確さが求められ、また液相瓦間の混合の
防止の要求も一層の高くなってきている。また特に、免
疫反応測定のような生化学分析にあっては利用する試料
の微量化の傾向が大きな課題であり、これに伴なって分
注装置の微量な液の取扱い。

正確性・精密性の要求はますます高くなってきている。

更に以上の問題とは別に、操作を機械化・自動化した装
置では、通常、多数の検体（試料）を連続的にあるいは
多項目を一時に測定できるものとする要求とか、これら
の測定操作を能率的かつ迅速に行なうことができるよう
にする要求があるから、これらを満足しつつ検体間のい
わゆるキャリオーバー、測定項目間でのキャリオーバー
によりもたらされる誤測定の防止を図ることも極めて重
要な課題の一つとなる。

このような観点から、上述した従来方式のノズル洗浄方
法について検討すると、例えば専用のノズル洗浄ボート
で洗浄液の吸引排出を繰返し行なって洗浄する方法では
、洗浄回数を増すことにより洗浄効果を上げることがで
とる反面において、洗浄の操作にかなりの時間をとられ
ることになり、処理の迅速化要求に反してしまう問題が
ある。

また試料希釈液で洗い流す方法は、ノズル外面、内面の
両方を洗う操作が煩雑で、また洗浄に要する液量が多く
なるという問題がある゛。ノズルに空気を吹き付けたり
、ノズル内部に加圧空気を導入してノズル内に残った試
料を吹き飛ばす方法では、その洗浄効果に難がある他、
洗浄液の飛散等の問題がある。

このように、洗浄効果の向上と能率化の要求を同時に満
足することは従来方式では困難であった。

（課題を解決するための手段） 本発明は、当該分野においてますます強くなってきてい
る分析測定の高精度化、高能畢化の要求、あるいは機械
化・自動化した装置における多数検体、多数項目の一括
迅速処理の要求を考慮して、上述した従来技術の適用で
は不十分である問題を解消した新規な生化学分析装置用
の分注ノズルの洗浄方法、およびこの方法に用いられる
分注ノズル装置を提供せんとするものである。

上記目的の実現のためになされた本発明よりなる分注ノ
ズルの洗浄方法の特徴は、洗浄液溜用開口に対向された
分注ノズル内部に洗浄液を通すと共に、上記開口内に貯
留させた洗浄液にノズル先端を浸漬させた状態で、洗浄
液に実質的に接液した圧電振動子を振動させて洗浄を行
なうようにしたところにある。「実質的に接液した」と
は、電気的には絶縁されるが、振動伝達のために機械的
には結合された状態をなすことを意味し、例えば圧電振
動子表面を絶縁処理してその表面を接液させる、あるい
は圧電振動子から延出させた攪拌子を接液させる等の構
造のものをいう。分注ノズル内部に洗浄液を通すのはノ
ズル内部の洗浄のためであって、ノズル内部を後端側か
ら先端側に抜けるように一方向に洗浄液を貫流させても
よいし、ノズル先端から洗浄液を吸引・排出するように
させてもよい。

また本発明よりなる分注ノズル装置の特徴は、分注用の
ノズルと、該分注ノズルが上方から挿入される洗浄液溜
用の開口と、この開口内に洗浄液を充填する充填手段と
、該分注ノズル内部に洗浄液を通す手段と、該開口内の
洗浄液を振動させる振動付与手段とを備えていて、この
振動付与手段が、上記開口内の洗浄液に接液する圧電振
動子によって構成されているところにある。

上記圧電振動子は、電歪、圧電材料等からなる圧電体と
電極を組合せて構成した圧電素子が制御し易く好ましい
が、液を十分強く攪拌できるだけの振幅があれは特に限
定されるものではない。例えばセラミック圧電素子、Ｐ
ＺＴ、水晶などが利用できる。

上記分注ノズル装置においてノズル内に洗浄液を通ず手
段は、上記方法で述べたようにノズル先端から流し出す
ようにノズル後端側から洗浄液を貫流させる送液機構を
設けるか、ノズル先端から洗浄液を吸引・排出できるよ
うに、該ノズル内に負圧・正圧を伝えるシリンダ装置等
の圧力付与機構を設けるかして構成される場合が一般的
である。また開口内の洗浄液に接液する圧電振動子には
、例えばモノモルフ、ユニモルフ、バイモルフ型のセラ
ミック圧電素子を例示することができる。

（作　　　用） 本発明方法および装３’ｉは、分注ノズル内部の試料等
の付着液は洗浄液の通液により確実に除去でき、またノ
ズル外面に付着した試料等の液は、接触する洗浄液の振
動攪拌により確実に洗浄除去できる。特にノズル外面に
付着した液の除去のための機構は、開口内に貯留された
洗浄液に接液する圧電振動子に交番電圧を印加する簡易
な構成のものとして実現される。

（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。

本発明方法を実施する分注ノズル装置を組込んだシステ
ムの一例の全体概要を第３図により説明すると、この図
において１は分注ノズルであり、１ａから１ｄの四つの
位置の間で図示しない移動装置により支持されながら図
の矢印方向に水平移動および垂直移動を行なうようにな
っている。

２は希釈液吸引ボートを示し、３はこれに隣接された洗
浄ボート（洗浄液溜用開口）を示している。本例の洗浄
ボート３は上記希釈液吸引ボート２からの溢流の形式で
、希釈液が洗浄液として充填されるようになっている。

希釈液吸引ボートへの液補充は図示しない液補充系によ
り行なわれる。洗浄ボート３の底部はドレン径路９を介
し開閉弁１５、廃液タンク１０、吸引ポンプ１１に接続
されていて、使用済み洗浄液を開閉弁１５の開閉切換え
により適宜排出できるようになっている。なお洗浄ボー
トの具体的構成については第１図により示しその説明は
後述する。

４は測定対象の試料を入れである試料容器であり、一般
に、機械化・自動化した分析装置においては、この試料
容器は適宜のサンプルホルダー、ターンテーブル等の搬
送手段の動きにより分注ノズルによる吸引Ｉ桑作に適す
る位置に移入・移出されるようになっているが、このた
めの構成は本発明とは直接関係がないのでその図示およ
び説明は省略する。

９は反応容器であって、試料の分注、試薬の分注により
所定の免疫反応等を行なう反応室を提供するものであり
、上記試料容器と同様に、機械化・自動化した分析装置
では、適宜のサンプルホルダー、ターンテーブル等の搬
送手段の動きにより試料、試薬等の分注操作に適する位
置に移入・移出されるようになっているが、このための
構成は本発明とは直接関係がないのでその図示および説
明は省略する。

６は三方弁であり、分注ノズル１の後端に接続されてい
て、該分注ノズル１にシリンジポンプ８からの正圧・負
圧を伝えて試料等の吸引・吐出を作用させる。なお本例
において三方弁を使用しているのは、図の符合７で示し
た希釈液貯槽からの液を分注ノズル１に送液する場合を
考慮したためであり、上述した希釈液吸引ボートからの
希釈液吸引を行なう場合には該希釈液貯４ｇ７は不要で
、三方弁に換えて開閉弁を使用することができる。

以上の構成のシステムにおいての分注操作の動作−例を
説明する。

■　ノズルの洗浄 符合１ｂの位置で、分注ノズル先端（下端）を洗浄ボー
ト３内に挿入し洗浄。

■　希釈液の吸引 符合ＩＣの位置で、分注ノズル下端を希釈液吸引ボート
２内に挿入し希釈液を吸引。

■　試料の吸引 符合１ａの位置で、分注ノズル下端を試料容器４の試料
中に挿入し所定量の試料を吸引。

■　反応容器５への分注 符合１ｄの位置で、免疫反応用試薬が予め填加されてい
る反応容器に対しノズル内の希釈試料を分注。

■　ノズルの洗浄（■の工程と同一） 以上の■〜■の操作を試料毎に繰返す一連の連続した分
注操作を行なう。なお本例における■、■の洗浄工程は
、洗浄ボート３においてノズル先端（下端）から洗浄液
をシリンジポンプの駆動により吸引・吐出することで行
なうようにしている。

第４図は、他の分注ノズル装置を組込んだシステムの全
体概要を示したものである。

この図において、装置構成上第３図のシステムと異なる
のは、希釈液吸引ボート２が省略されていることと、こ
れに対応して、分注ノズル１の後端に接続された径路が
、三方弁６を介して希釈液貯槽７の希釈液をシリンジポ
ンプ８で分注ノズル１に送液できるようにされ、また三
方弁１３を介して洗浄液貯槽１４の洗浄液をシリンジポ
ンプ１２で分注ノズル１に送液できるようにされている
ことにある。その他の機械的な構造は同一である。

本例におけるシステムの分注の動作は、上記第３図で説
明した■〜■の工程において、その■の洗浄が、分注ノ
ズル後端側より該ノズルを通して洗浄液を洗浄ボート３
に充填させる方式をとること、■の希釈液の吸引がノズ
ル後端側から希釈液貯槽７の希釈液をノズル内に溜るよ
うにしていること、の２点で相違するが、他は同様の工
程で一連の連続した分注操作が行なわれる。

次に洗浄ボートにおける洗浄の操作を更に詳しく説明す
る。

第１図で示される洗浄ボート３は、大略直方体状の開口
（空所）２５を提供するケーシングの一側壁をバイモル
フ型セラミック圧電素子２６で構成させているという措
造上の特徴がある。

上記開口２５は、分注ノズルの先端（下端）が差込まれ
るのに十分な大きさ　＊Ｗがあるものであれば特にその
形状等について特に限定されるものではないが、通常、
直方体状のものとして縦３〜ｌ　Ｏｍｍ、横（第１図の
圧電素子２６の長尺方向）３〜４０ｍｍ、深さ１０〜３
０ｍｍ程度であれば十分であり、好ましくは縦３〜１０
ｍｍ、横ｌＯ〜２５ｍｍ、深さ１０〜３　Ｏｍｍ程度と
することが洗浄液の消費を抑制する上で有利である場合
が多い。

上記圧電素子２６は、洗浄ボート開口内の洗浄液と実質
的に接、液するために例えば有機高分子等による被覆で
絶縁処理される。そして本例ではこれがバイモルフ型セ
ラミック圧電素子であることがら゛、両側電極２８ａ、
２８ｃを一方の端子とし、中間電極２Ｂｂを他方の端子
として、交流電源２９の交番電圧が印加されるようにし
ている。

なお３０は印加電圧を調節するための可変抵抗器である
。このようなセラミック振動子を用いる場合の振動子の
励振は、通常の商用交流電源（５０〜６Ｈｚ）を用いる
ことができ、可変抵抗器３０あるいはスライダック等の
電圧調整手段を併設して印加電圧を適当な値（０〜１０
０Ｖ）にしてやればよいが、特にこのような電源構成に
限定されるものでは勿論ない。

なお本例における分注ノズル１は、分注ノズルホルダ２
２に支持されて、ノズル移動ビーム２１の移動により第
３図又は第４図で説明したσ所定の工程を経るために穆
勤される。また本例の分注ノズルホルダ２２には、分注
ノズル１を挾んでその側方に一対の液面検出用電極２３
．２３が設けられていて、この液面検出用電極２３．２
３は液面検出のために試料等の液に接触されることに鑑
みてこれも合せて洗浄されるようにしている。すなわち
該液面検出用電極２３．２３の下端が洗浄液に浸漬する
位置まで分注ノズルホルダ２２は下動される。

以上のような構成の洗浄ボートにおいては、例えば第３
図のシステムにあっては次のように洗浄工程が行なわれ
る。すなわち、試料および希釈液の反応容器５への分注
が終了した分注ノズル１は、図示しない穆勅手段により
第１図の洗浄ボートの間口２５の上方に対向する位置ま
で移動される。次にノズルの下端が開口内に充満されて
いる洗浄液に十分浸漬するまで下動され、シリンジポン
プ８の駆動によりノズル内部に洗浄液の吸引・吐出が行
なわれる。またこの際、圧電素子２６に電圧が印加され
て洗浄液にｔ辰勤が与えられ、攪拌効果が生ずる。この
状態を所定の時間継続させた後、洗浄液をドレン径路９
から排出し、この操作を１回以上行なうことで洗浄工程
とされる。

圧電素子の振動による攪拌時間は分析装置のインターバ
ル時間、サンプリングに要する時間等により適宜設計的
に決められる。

第１図の洗浄ボートの構成を第４図のシステムに通用し
た場合には、分注ノズル１を洗浄ボート３の開口２５に
下動させた時点では該開口２５内には洗浄液が充填され
ておらず、加工後にノズルを通して洗浄液が充填される
ことになる。そしてこのノズルを通した充填により該ノ
ズル内部の洗浄が行なわれ、開口２５内では圧電素子の
振動で充填洗浄液が振動・攪拌されるのでノズル外面の
洗浄が行なわれる。

なお洗浄ボートへの洗浄液の充填を、該ノズル内部を通
しての充填と第３図のシステムのような外部からの充填
とを併用させて行なってよ第２図は他の構成の洗浄ボー
トについて説明するためのものである。

この第２図の例の洗浄ボートは、その間口２５ヲ・提供
するケーシングはプラスチック等の剛体により形成させ
、洗浄液に振動を付与する圧電素子３１を分注ノズルホ
ルダ２２から垂下させた構成とした場合のものを示して
いる。

なお圧電振動子と洗浄液との接液は、浸漬しない圧電振
動子に攪拌子を組付けてこれを洗浄液に浸漬あるいは接
液させることで実質的な接液状態を確保する形式のもの
として構成することもできる。要は圧電振動子が洗浄液
の振動攪拌に有効に作用するように実質的（直接又は間
接に）に接液するものであればよい。

実施例Ｉ 第１図（実施例１とする）および第２図（実施例２とす
る）の洗浄ボートを第４図のシステムに適用して本発明
方法の効果を確認する試験を酵素免疫反応測定法につい
て行なった。

試験は、下記試験液を分注し、分注に用いたノズルを所
定の条件で洗浄し、次に酵素濃度零の溶液を分注し、分
注された反応容器内の溶液にどのくらい前回の溶液の酵
素が持ち越しくキャリーオーバ）されているかを蛍光検
出して酵素活性の比から求める方式で行なった。なお常
光検出器の較正を濃度既知の４−メチル・ウンベリフェ
ロン（４ＭＵ）で行なった。

上記酵素キャリーオーバ量の測定は、洗浄後に反応容器
に分注した溶液に、酵素基質液２００μ℃を分注し、蛍
光検出器を使用してそれぞれの反応容器内の酵素の活性
を、基質分解速度で測定して当初の試験液に含まれる酵
素の活性との比に換算して示した。

試験液分注の手順 ■　希釈液を５０μｍ吸引し、次に下記組成の試料１を
１００μ℃吸引し反応容器に分注。

■　分注ノズルを洗浄（洗浄３回）。

■　次に酵素４度零の試料２を■と同様の手順で反応容
器に分注。

■　上記■と同様に分注ノズルを洗浄（洗浄３回：通算
６回）。

■　上記■と同様に酵素濃度；の液を分注。

′［有］　上記■と同（１に分注ノズルを洗浄（洗浄３
回：通算９回）。

■　上記■と同様に酵素濃度；の液を分注。

■　上記■と同様に分注ノズルを洗浄。

使用した試験液、試験条件等は下記の通りである。なお
第１図の洗浄ボートの圧電素子を振動させずに同様の洗
浄・分注を行なったものの結果を比較例とした。

試料： １、アルカリ性フォスファターゼ（ＡＬＰａｓｅ）溶液
（Ｂｉｏｚｙｍｅ社製）　　分注量　１００μｍ２、Ａ
ＬＰａｓｅ　　ＯＭ　　溶Ｙ夜　（８ｋＢＳＡ溶を夜）
分注量　１００μに 希釈？ａ：ｏ、０１￥丁ｒＨｏｎ　Ｘ−１［１０分注量
　　５０μ塁 酵素基質。

４−メチル・クンベリフェリルフォスフエイト（４ＭＩ
ＩＰｌ　　　　　　　　　　　　　　　　分ン主ｉ　　
　　　２００μ　ｍ反応容器：ポリプロピレンカップ ノズル洗浄液：希釈液に同じ 洗浄条件ニ 一端固定で他端が自由（第１図の構成では両端を固定）
の構成（長さ５０ｍｍ）において、電圧４２Ｖを印加し
たときに自由端が左右に２ｍｍ（合計４　ｍｍ）振動す
る圧電素子を用いて第１図。

第２図の装置を構成させた（なお試験時には４２■１周
波数５０Ｈｚ（商用電源）を印加した。）試験結果は下
記表１に示した。なお表中の数字は、上記「試験液分注
の手順」の■の７８液（酵素含有）の酵素活性に対し、
同手順■。

■、■の反応容器内の溶液（夫々サンプルＮ。

１．２．３とした）中にどの程度の酵素活性が残ってい
るかで示し、夫々１０回の平均値である。

表　　　１ 上記表１の結果から明らかであるように、−般に１０−
５程度の誤差は測定結果の判断に影晋を与えることが少
ないとされ、したがって仮に１Ｏ−６程度以下の誤差を
目標値として装置を設計するような場合には、実施例１
．２の方法では比較例に比へ洗浄回数の少ないサンプル
Ｎｏｔのもので目標値が達成され、本発明の方法が処理
の迅速化、洗浄液の低減化等の点で優れた効果を奏する
ことが理解される。

（発明の効果） 以上本発明の方法、装置によれば、洗浄回数が少なくて
効率のよい洗浄が行なわれ、しかも装置構成は、洗浄液
溜用の開口に充填の洗浄液に平板状の圧電振動子を接液
させることで、簡単かつ簡易な構造として形成すること
ができるという効果があり、分析測定の操作の迅速化・
能率化に有効で、また安価な装置を提供することができ
るという利益がある。

また測定結果に対する信頼性の向上に有効で、洗浄効率
のバラツキも少なく高濃度−低濃度の測定を交互に行な
うような測定の場合に特に有効である。

【図面の簡単な説明】

図面第１図は本発明よりなる分注ノズル装置の洗浄ボー
ト部分の構成概要−例を示した図、第２図は他の分注ノ
ズル装置の洗浄ボート部分を示した図、第３図は本発明
方法を適用した分注ノズル装置のシステム全体の構成−
例を示した概要図、第４図は分注ノズル装置の他の構成
のシステム全体−例を示した概要図である。 １・・・分注ノズル　　　２・・・希釈液吸引ボート３
・・・洗浄ボート　　　４・・・試料容器５・・・反応
容器　　　　６・・・三方弁７・・・希釈液貯槽　　　
８・・・シリンジポンプ９・・・ドレン径路　　　１０
・・・廃液タンク１１・・・吸引ポンプ　　　１２・・
・シリンジポンプ１３・・・三方弁　　　　　１４・・
・洗浄液貯槽１５・・・開閉弁 ２１・・・ノズル移動用ビーム ２２・・・分７主ノズルホルダ ２３・・・液面検出センサ　２５・・・洗浄液溜用の開
口２６・・・圧電性セラミックス振動子 ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ　・・・電極 ２９・・・交流電源　　　　３０・・・可変抵抗器３１
・・・圧電性セラミックス振動子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　洗浄液溜用開口に対向された分注ノズル内部に洗浄
   液を通し、かつ分注ノズル先端を上記開口内の洗浄液に
   浸漬させた状態で、該洗浄液に実質的に接液した圧電振
   動子を振動させることを特徴とする生化学分析装置用分
   注ノズルの洗浄方法。 ２　洗浄液を分注ノズルの後端から先端に貫流させるこ
   とで該分注ノズル内部に通すことを特徴とする請求項１
   に記載の洗浄方法。 ３　洗浄液を分注ノズルの先端から吸引・排出させるこ
   とで該分注ノズル内部に通すことを特徴とする請求項１
   に記載の洗浄方法。 ４　分注用のノズルと、該分注ノズルが上方から挿入さ
   れる洗浄液溜め用の開口と、該開口内に洗浄液を充填す
   る充填手段と、該分注ノズル内部に洗浄液を通す通液手
   段と、上記開口内の洗浄液を振動させる振動付与手段と
   を備え、該振動付与手段は、上記開口内の洗浄液に実質
   的に接液した圧電振動子により構 成されていることを特徴とする分注ノズル 装置。 ５　上記圧電振動子がモノモルフ、ユニモルフ、バイモ
   ルフ型のセラモック圧電素子であることを特徴とする請
   求項４に記載の分注ノズル装置。 ６　上記通液手段が、分注ノズル後端に接続されて、該
   分注ノズルの後端から先端に洗浄液を貫流させる送液機
   構であることを特徴と する請求項４又は５に記載の分注ノズル装 置。 ７　上記通液手段が、該分注ノズル先端から洗浄液の吸
   引・排出を行なわせる正・負圧作用を、該ノズル内部に
   伝える分注ノズル後端に接続の圧力付与機構であること
   を特徴とする請求項４又は５に記載の分注ノズル装置。