JPH0634497A - 分注装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 チップ先端部での液体試料の残留を防止でき
るような連続的液体分注装置を提供する。 【構成】 シリンジポンプ１０に試薬を吸引する配管系
に吸入弁３１を設置し、シリンジポンプ１０から液体試
料を吐出させる配管系に排出弁３３を設置する。そし
て、このような状態で吐出動作終了時にシリンジポンプ
１０の逆転動作を行うことにより、チップ１４の先端部
１４ａでの液玉の生成を防止しつつ連続的分注動作を可
能にしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分注装置、特にチップ
先端部と液体表面を接触させずに精度良く分注動作を行
う分注装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】分注装置は、個々の操作を自動化するこ
とにより、検査能率を大幅に向上させることが可能であ
り、例えば血液検査等の大幅省略化を行うために用いら
れている。

【０００３】このような分注装置の構成は、例えば図６
の構成図に示されるようなものであり、シリンジポンプ
１０と、このシリンジポンプ１０に接続されている配管
系１２と、この配管系１２の先端部分に設置されている
チップ１４とから構成されている。ここで、シリンジポ
ンプ１０をポンプとして用いるのは、少量の液体試料の
分注に適しているからであり、このシリンジポンプ１０
はシリンダ１０ａとピストン１０ｂとから構成されてい
る。そして、モータなどで構成される駆動系１６がピス
トン１０ｂに設置されており、この駆動系１６によって
前記ピストン１０ｂが上下に移動させられることによ
り、前記シリンジポンプ１０内に貯留されている液体試
料が配管系１２を介してチップ１４の先端部１４ａから
滴下されるようになっている。

【０００４】ところで、測定精度を良好に保つために
は、サンプル分注と試薬分注共に、設定された量が正確
にサンプル管中に滴下される必要がある。ところが、チ
ップ１４の材質や形状及び分注に用いられる液体試料の
性質などによりチップ１４の先端部１４ａに異なった大
きさの液玉が生じ、分注される量にバラツキが生じる場
合がある。

【０００５】ここで図７は、上記の従来装置によってチ
ップ１４から液体試料の吐出動作が行われた時の時間と
チップ１４内部の圧力の関係を示すグラフであり、Ｐ₀
は大気圧を表している。図７のαに示す期間は吐出動作
の前半の圧力変化を示す領域であり、βは吐出動作の後
半の圧力変化を示すものであり、γは吐出動作終了後の
圧力変化を示すものである。この図７に示されるよう
に、吐出動作前半の期間αにおいては、チップ１４の先
端部１４ａから液体試料が吐出する圧力までチップ１４
内部の圧力が急激に上昇する。この吐出動作前半の期間
αにおいては、先端部１４ａから液体試料が吐出するこ
とはない。そして、吐出動作後半の期間βにおいては、
先端部１４ａから液体試料が吐出する圧力までチップ１
４内部の圧力が上昇しているので、先端部１４ａから液
体試料が吐出し滴下するようになる。この吐出動作後半
の期間βにおいては、シリンジポンプ１０のピストン１
０ｂの移動速度に伴ってチップ１４内部の圧力は上昇し
ていくので、期間αのような急激な上昇は起こらない。

【０００６】そして、吐出動作が終了すると、チップ１
４内部の圧力が低下することとなるが、チップ１４内部
の圧力は急激には低下せず、図７の領域γで示されるよ
うに徐々に大気圧Ｐ₀ に戻ることとなる。このようにし
てチップ１４内部が徐々に大気圧に戻るために、領域γ
においては、図８（ａ）に示されるように、チップ１４
の先端部１４ａにおいて液玉１８が発生することとな
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この液玉１８の存在
は、例えばまとまった量の試薬を異なったサンプルにそ
れぞれ同量滴下して分析を行いたいような場合に、分析
精度に致命的な悪影響を及ぼすことがある。つまり、試
薬を数回に分けて滴下したい場合には、異なった大きさ
の液玉がチップ先端部に生成することにより、一回一回
滴下される試薬の量にバラツキが生じるからである。こ
のような状態が図８（ａ）（ｂ）に示されており、先端
部１４ａに液玉１８が生成し、この液玉は、試薬が表面
張力の小さいものの場合、図８（ｂ）のように先端部１
４ａの外側に回り込むようにして、先端部１４ａに残留
することになる。このような残留は、例えば肉厚０．５
ｍｍで内径０．５ｍｍ（すなわち、外径１．５ｍｍ）の
ポリプロピレン製のチップを用いた場合には５〜１０μ
ｌが残留することになり、これは、５０μｌの滴下を行
いたい場合には、精度に重大な影響を及ぼすことにな
る。

【０００８】また、冒頭で説明したように、分注装置は
省力化のために用いられるものである。このため、精度
が良好であると同時に検査能率も向上させる必要があ
る。このためには、液体試料の吸引・吐出のサイクルを
簡単な構成で自動化する必要がある。

【０００９】本発明は、以上のような課題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、精度良く連続的な分注動
作を行う液体分注装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために、本発明に係る液体分注装置においては、ピ
ストンとシリンダとからなるシリンジポンプと、このシ
リンジポンプの液体試料の吸排口に接続されている配管
系と、この配管系の先端部に設置され液体試料の滴下を
行うチップと、前記シリンジポンプのピストンを移動さ
せる駆動系と、を有し、前記チップの先端部から液体試
料を滴下することにより分注動作を行う分注装置におい
て、前記シリンジポンプの液体試料の吸排口に接続され
ている配管系は二枝に分岐しており、このうちの一の枝
には吸入弁が設置され、他の枝には排出弁が設置され、
分注装置は更に、吐出から吸引に切り替わる時に前記チ
ップが所定の吸引動作を行う手段を備え、前記シリンジ
ポンプに液体試料を吸引した後、該シリンジポンプから
液体試料を吐出し、液体試料が所定量滴下された後に、
前記シリンジポンプ内のピストンを引き戻して、チップ
の先端部から所定の吸引動作を行った後に再び液体試料
を前記シリンジポンプ内に吸引するサイクルを繰り返す
ことにより、連続的に液体試料の分注を行うことを特徴
とする。

【００１１】

【作用】以上のようにして構成された本発明に係る液体
分注装置においては、シリンジポンプ内のピストンを引
き戻すと液体試料がシリンジポンプ内に吸入される。こ
のときに、シリンジポンプ吸排口に接続されている配管
系に設置されている吸入弁は開状態となり、排出弁は閉
状態となる。従って、二枝に分岐している配管系のう
ち、吸入弁が設置されている一枝から液体試料が吸入さ
れることとなる。通常は、吸入弁が設置されている枝に
液体試料の貯蔵瓶（試薬瓶）が接続されているので、シ
リンジポンプ内のピストンが引かれると、試薬瓶から液
体試料がシリンジポンプ内に吸引されることとなる。

【００１２】そして、シリンジポンプ内のピストンを押
し上げると液体試料がシリンジポンプ内から吐出され
る。このときに、シリンジポンプの吸排口に接続されて
いる配管系に設置されている吸入弁は閉状態となり、排
出弁は開状態となる。従って、二枝に分岐している配管
系のうち、排出弁が設置されている一枝から液体試料が
吐出されることとなる。通常は、排出弁が設置されてい
る枝にチップが接続され、この先端から液体試料の吐出
が行われることとなるので、シリンジポンプ内のピスト
ンが押されると、液体試料がシリンジポンプ内から吐出
されチップ先端部から液体試料の吐出が行われることと
なる。

【００１３】従って、シリンジポンプのピストンが引か
れると、常に試薬瓶から液体試料がシリンジポンプ内に
吸引されることとなり、シリンジポンプのピストンが押
されると常にチップ先端部から液体試料が吐出されるこ
ととなる。すなわち、シリンジポンプ内のピストンの押
引が繰り返されることにより、試薬瓶からの液体試料の
吸引と、チップ先端部からの液体試料の吐出が連続的に
行われることとなる。そして、ピストンが押された後ピ
ストンが引かれる時に、チップ先端部で一時的に吸引動
作が行われるているため、滴下動作終了時点において、
チップ先端部に残留する可能性のある液体試料が切り取
られ滴下されるようになる。このため、チップ先端部に
液体試料が残留せず、精度良く連続的分注が行えるよう
になる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明に係る分注装置の実施例を説
明するにあたって前提となる原理を説明するための図で
ある。なお、従来例と同一の構成要素には同一符号を付
しその説明を省略する。

【００１５】図１に示す分注装置において特徴的なこと
は、シリンジポンプ１０のピストン１０ｂが、滴下動作
終了時に逆転動作を行うことである。具体的には、ピス
トン１０ｂに設置されこれを上下方向に移動させるモー
タ（駆動系）２１が、正転により滴下動作をしていたの
が、滴下動作終了時に逆転動作を行うことになる。こう
なると、シリンジポンプ１０全体としては、滴下動作終
了時に吸引動作が行われることとなる。

【００１６】ここで図２には、図１の分注装置のチップ
１４内部での圧力変化とモータ２１の動作マップが示さ
れており、この図２に示されるように、モータ２１の動
作が逆転することにより、吸引動作が行われ、吐出終了
時において配管系１２内部の圧力が急激に低下する。そ
して、大気圧Ｐ₀ を下まわる圧力低下が起こった場合に
は、モータ２１の動作が停止するように設定されてい
る。

【００１７】ここで、図７と図２の領域γ同士を比較す
れば分かるように、図７に示される従来装置では、吐出
動作が終了してもチップ１４内部の圧力は徐々に低下す
るのに対し、本実施例の分注装置では、吐出動作が終了
するとチップ１４内部の圧力が急激に低下する。なお、
チップ１４の先端部１４ａから液体試料が吐出せず、先
端部１４ａから液体試料が吐出する圧力まで配管系１２
内部の圧力が急激に上昇する吐出動作前半の期間αや、
先端部１４ａから液体試料が吐出して滴下が生じ、ピス
トン１０ｂの移動速度に伴ってチップ１４内部の圧力が
上昇していく吐出動作後半の期間βは、図７に示される
従来装置と同様である。

【００１８】本実施例に係る分注装置においては、所定
量の液体試料の滴下が終了する寸前にピストン１０ｂの
逆転動作が行われるため、図３（ａ）に示されるよう
に、チップ先端部１４ａの所定量の最後の部分の液体試
料２３が、それ自身有する慣性力のためにそのまま下方
に滴下されることとなり、図３（ｂ）に示すように先端
部１４ａに所定の空間２５が形成されることとなる。こ
のようにして、ピストン１０ｂの逆転動作によって液体
の下向きの運動が急激に上向きにさせられることによ
り、液体の慣性によって、先端部分の所定量の最後の部
分の液体試料が切られて滴下するので、本実施例に係る
分注装置においては、先端部１４ａに液玉が残留するこ
とがない。

【００１９】本実施例に係る分注装置の原理はつまり、
液玉が形成される時には、液体の慣性力＋液玉の重さ＋
水圧＝液玉形成の表面張力、という等式が成り立つこと
になるが、液玉の重さや水圧（先端部１４ａにかかるチ
ップ内部の水圧）を制御することはほとんど不可能であ
る。ところが、液体の慣性力はモータ（駆動系）２１を
制御することにより容易に制御することが可能であるの
で、本実施例においては、液体の運動方向を急激に逆転
させることにより、先端部１４ａの液玉の生成を防止す
るようにしたものである。

【００２０】ところで、分注には、検体から分離された
サンプルをサンプル管にそれぞれ分注するサンプル分注
と、サンプル管に分注されているサンプルに所定量の試
薬をそれぞれ分注する試薬分注がある。

【００２１】ここで、前記サンプル分注においては、検
体同士がそれぞれ異なるために、測定精度を向上させる
ために、サンプル同士の混合や混入を防止する必要があ
るので、チップ１４の多くは使い捨てされるようになっ
ている。この使い捨てチップ１４の多くは現在、ポリプ
ロピレンなどの素材が多用されているが、これらの先端
部１４ａがすべて均一であるとは限らない。例えば、先
端部１４ａにカケ、バリが生じていた場合には、液体試
料が先端部１４ａに残留しやすくなる。また、分注に用
いられる液体試料には配管系やチップ１４での残留を防
止するために、液体試料に通常は界面活性剤が混合され
ている。このため当該液体試料は、通常の液体よりもチ
ップ先端から先端部１４ａの外壁に回りやすくなってい
る。

【００２２】しかしながら、図１に示した分注装置で
は、所定量の液体試料が滴下された時にチップ１４内部
の圧力を急激に低下させて、先端部１４ａの液体試料を
切るようにしたので、液玉の発生の防止だけでなく、使
い捨てチップの先端部にカケ、バリが生じているような
場合でも、液体試料に界面活性剤が混合されているよう
な場合でも、液体試料の先端部１４ａでの残留を防止で
き、サンプル分注であると試薬分注であるとを問わず、
設定された量が正確にサンプル管中に滴下されるように
なり、分注の測定精度が良好に保たれるようになる。

【００２３】図４は、本願発明に係る分注装置の好適な
実施例を示す図である。

【００２４】本実施例に係る分注装置において特徴的な
ことは、シリンジポンプ１０の吸排口１０ｃに接続され
ている配管系が２枝に分岐し、ここに吸入弁３１と排出
弁３３とが設置されていることであり、シリンジポンプ
１０のピストン１０ｂが下がり吸引動作が行われると、
吸入弁３１を介して試薬がシリンジポンプ１０内に吸引
されてくるようになる。このときに、排出弁３３は閉じ
られた状態となっているので、チップ１４の先端から吸
引が行われることはない。

【００２５】一方、シリンジポンプ１０のピストン１０
ｂが上昇しシリンジポンプ１０の吐出動作が行われると
きには、開状態となった排出弁３３を介してチップ１４
の先端部１４ａから試薬の吐出が行われることとなる。
このときに、吸入弁３１は閉じられた状態となっている
ために、シリンジポンプ１０内の試薬が試薬瓶３５に吐
出されることはない。そして、この動作を繰り返すこと
により、先端部１４ａにおける液玉の発生を防止しなが
ら、分注の連続動作が行われることとなる。

【００２６】ここで、装置が吐出から吸引に切り替わる
時には、ピストン１０ｂが急激に引き戻される。この時
に先端部１４ａから一時的な吸引が行われるようにする
と、前提の部分で説明したように、先端部１４ａでの試
薬の残留を防止でき、分注精度の向上を図ることが可能
となる。本実施例においては、排出弁３３の大きさを吸
入弁３１よりも大きくし、２つの弁の特性の差により、
装置が吐出から吸引に切り替わる時に先端部１４ａで一
時的に吸引が行われるようにしている。

【００２７】図５によりシリンジポンプ１０の動作を詳
細に説明する。まず、ピストン１０ｂが下がり吸引動作
が行われる（工程Ａ）と、試薬瓶３５から試薬がシリン
ジポンプ１０内に吸引され、所定量の試薬がシリンジポ
ンプ１０内に吸引される。次にチップ１４の下部の所定
の位置にサンプル管が運ばれてくる（工程Ｂ）。そして
吐出動作が行われる（工程Ｃ）。ここで、先端部１４ａ
における液玉の発生を防止するために、吐出動作が終了
した時点（Ｐ）において逆転動作が直ちに行われ、これ
によりチップ１４の先端部分での液体試料の残留が防止
されることになる。そして、この先端部１４ａでの一時
的吸引の終了後、引き続き試薬瓶３５からの吸引動作が
行われて所定量の試薬がシリンジポンプ１０内に吸引さ
れることになる（工程Ｄ）。このようにして、まず吸引
し（工程Ａ）、所定時間経過後（工程Ｂ）、吐出動作を
行い（工程Ｃ）、吐出動作終了時点で逆転動作をし（時
点Ｐ）、引き続き吸引動作を継続してシリンジポンプ１
０内に試薬を吸引する（工程Ｄ）。このような動作を繰
り返すことにより、試薬の吸引、試薬の吐出、液玉の生
成防止、次に続く試薬の吸引、というようなサイクルで
本実施例に係る分注装置が動作するので、連続した分注
動作を精度良く行えるようになる。

【００２８】なお、本実施例に係る分注装置は、チップ
１４近傍の配管系１２に圧力センサ（図示せず）を設置
し、この圧力センサからの情報に基づいてモータ（駆動
系）２１の動作を制御するようにしてもよく、こうすれ
ば、個々の分注の状況に基づいて適確にモータ（駆動
系）２１の制御を行えるようになる。

【００２９】

【発明の効果】以上のようにして、本発明に係る分注装
置においては、使用される液体試料の種類やチップの種
類を問わず、チップ先端部での液体試料の残留を防止し
つつ、分注動作を連続的に行うことができるようになっ
ている。これにより、チップにおける液体試料の残留に
よる精度の悪化を防止しつつ、分注動作の効率を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る分注装置の実施例を説明するにあ
たって前提となる原理を説明するための図である。

【図２】図１の分注装置の動作を説明する図である。

【図３】図１の分注装置の動作時におけるチップ先端部
の様子を説明する図である。

【図４】本発明の好適な実施例に係る分注装置の構成を
示す図である。

【図５】図４の分注装置のシリンジポンプの動作を示す
模式図である。

【図６】従来の分注装置の基本的な構成を示す図であ
る。

【図７】従来の分注装置のチップ内部の圧力変化を説明
する図である。

【図８】従来の分注装置のチップ先端部での液玉生成を
説明する図である。

【符号の説明】

１０ シリンジポンプ １０ａ シリンダ １０ｂ ピストン １０ｃ 吸排口 １２ 配管系 １４ チップ １４ａ 先端部 １６ 駆動系 １８ 液玉 ２１ モータ ２３ 液体試料 ２５ 空間 ３３ 排出弁 ３１ 吸入弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンとシリンダとからなるシリンジ
   ポンプと、このシリンジポンプの液体試料の吸排口に接
   続されている配管系と、この配管系の先端部に設置され
   液体試料の滴下を行うチップと、前記シリンジポンプの
   ピストンを移動させる駆動系と、を有し、前記チップの
   先端部から液体試料を滴下することにより分注動作を行
   う分注装置において、 前記シリンジポンプの液体試料の吸排口に接続されてい
   る配管系は二枝に分岐しており、このうちの一の枝には
   吸入弁が設置され、他の枝には排出弁が設置されてお
   り、 分注装置は更に、吐出から吸引に切り替わる時に前記チ
   ップが所定の吸引動作を行う手段を備え、 液体試料を前記シリンジポンプ内に吸引した後、該シリ
   ンジポンプから液体試料を吐出し、液体試料が所定量滴
   下された後に、前記シリンジポンプ内のピストンを引き
   戻して、チップの先端部から所定の吸引動作を行った後
   に再び液体試料を前記シリンジポンプ内に吸引するサイ
   クルを繰り返すことにより、連続的に液体試料の分注を
   行うことを特徴とする分注装置。