JP2001281259A

JP2001281259A - 液体サンプリング装置

Info

Publication number: JP2001281259A
Application number: JP2000090413A
Authority: JP
Inventors: Yasusuke Tanaka; 庸介田中
Original assignee: Sysmex Corp
Current assignee: Sysmex Corp
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2001-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】微量サンプリングにおけるさらなる精度向
上、小型化および低コスト化を実現する液体サンプリン
グ装置を提供すること。【解決手段】ピペット部と定量部とを直結し一体構成
とすることによりチューブが介在せずチューブの膨張や
収縮あるいは屈曲に係る問題を解決し、また、一体構成
とすることによりピペットと定量部との相対位置変化に
係る問題を解決し、高精度化、小型化および低コスト化
を実現した。ピペット一体型定量部は、空洞部とその空
洞部に通ずる流路を備える筒状体と、気密性を保持し筒
状体の空洞部内を移動するピストンと、筒状体に連結さ
れピストンを往復直線移動させる駆動源と、筒状体の上
記流路と通ずるよう筒状体に連結され先端が細管化され
た導電性のピペットと、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動分析装置等に
用いられ、被検試料や試薬などの液体を微量定量可能な
液体サンプリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば免疫凝集測定装置のような自動分
析装置は一定量の検体や試薬を分取、分注する液体サン
プリング装置が備えられている。最近はサンプリングの
微量化が進みさらに高精度化が要求されてきている。

【０００３】例えば、特開平１０−１２３１５２号公報
に記載された技術では、可撓性チューブの膨張または収
縮による問題を解決するためピペット内の液先頭位置を
一定維持するよう定量部（シリンジ）のピストンを微量
駆動させることが開示されている。また、ピペットと定
量部との相対位置の変化による問題を解決するためピペ
ットの垂直移動に合わせて定量部も同方向に移動させる
ことが開示されている。検体同士の相互汚染を防止する
ため着脱可能なディスポーザブルチップを使用すること
が知られているが、例えば、特開平９−１３３６８６号
公報には電気導電性のチップを用いて液面検出すること
が開示されている。そして、ノズルにディスポーザブル
チップを装着し試料の分析を行う装置も知られている
（例えば特開平１１−１８３４８４号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、２μＬオーダ
の微量サンプリングにおける精度確保のためには上記方
法では充分とはいえず、さらなる改良が求められてい
た。一方で、装置の小型化やコストダウンも求められて
いた。上記方法はいずれの点においても要求仕様を満足
するものではなかった。そこで、本発明は微量サンプリ
ングにおけるさらなる精度向上、小型化および低コスト
化を実現する液体サンプリング装置を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の液体サンプリン
グ装置は、ピペット部と定量部とを直結し一体構成とし
たものである。すなわち、チューブを介在させないこと
によりチューブの膨張や収縮あるいは屈曲に係る問題を
解決し、また、一体構成とすることによりピペットと定
量部との相対位置変化に係る問題を解決し、高精度化、
小型化および低コスト化を実現することができた。

【０００６】具体的には、ピペット一体型定量部と、上
記ピペット一体型定量部を保持し各方向に移動させる駆
動機構部と、導電性部材を介してピペット先端に液面が
接触したことを検知する液面検知部と、これら各部の動
作を制御する制御部と、を備え、ピペット一体型定量部
は、空洞部とその空洞部に通ずる流路を備える筒状体
と、気密性を保持し筒状体の空洞部内を移動するピスト
ンと、筒状体に連結されピストンを往復直線移動させる
駆動源と、筒状体の上記流路と通ずるよう筒状体に連結
され先端が細管化された導電性のピペットと、を備える
ことを特徴とする。

【０００７】ここで、ピペットとは流体の吸引、吐出を
行うことができる管状のものをいい、例えばステンレス
製の先端が細く絞られた管が好適に用いられる。液面検
知部は、ピペットと液との接触を最小限に抑え定量精度
を向上させるために寄与する。

【０００８】本発明の課題に対してよりよい結果を得る
ために、ピペット、筒状体、ピストン、駆動源を同軸上
に配置することが好ましい。

【０００９】ピペット一体型定量部の筒状体には空洞部
に通ずる第２の流路が備えられることもある。そして、
さらに、上記第２の流路と通ずるようバルブが空洞部近
傍に固定して設けられ、チューブを介してそのバルブに
洗浄液供給部を接続してもよい。このバルブはピペット
一体型定量部の外部から上記第２の流路への洗浄液の供
給を制御する。

【００１０】また、本試料サンプリング装置は液同士の
相互汚染を完全になくしたい場面において、ピペット一
体型定量部に導電性のディスポーザブルチップを装着す
ることができる。ディスポーザブルチップはピペット先
端の細管化部より大径の保持部において密着保持され
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る液体サンプリ
ング装置を用いた液体サンプリングシステムの一例を示
す構成図である。本実施例における液体サンプリング装
置１０は、筒状体１２、ピストン１４および駆動源１６
からなる定量部２０にピペット１８とバルブ３０が一体
的に取り付けられたピペット一体型定量部２２を備え、
さらに、ピペット一体型定量部２２を保持し各方向に移
動させる駆動機構部２４と、導電性部材２６を介してピ
ペット１８先端に液面が接触したことを検知する液面検
知部２８と、これら各部の動作を制御する制御部４５
と、ピペット一体型定量部を保持し移動させる駆動部
と、チューブを介してピペット一体型定量部２２に取付
けられたバルブ３０に接続される洗浄液供給部３４とか
らなる。

【００１２】筒状体１２には内部に空洞部１３が形成さ
れその空洞部１３と連通する複数の流路１５、１７が形
成されている。第１の流路１５は筒状体１２下端部にお
いてピペット１８の流路に連通し、第２の流路１７は筒
状体１２上部側方においてバルブ３０の一方のポートに
通じている。本実施例では筒状体１２およびピペット１
８をステンレス製の１部品で構成したものを示すが、そ
れらを２部品とし可撓性部材を実質的に介在させること
なく直結してもよい。例えば筒状体１２を樹脂製としピ
ペット１８をステンレス製とし両者を接着剤等で接合し
てもよい。

【００１３】筒状体１２の上端には駆動源としてリニア
アクチュエータ１６が取り付けられている。リニアアク
チュエータ１６のシャフトは筒状体１２の空洞部１３を
往復直線運動するセラミック製のピストン（ここではφ
３）１４と連結されている。リニアアクチュエータ１６
はモータ軸の正逆回転運動をシャフトの往復直線運動に
減速変換し出力する機能を有する。なお、ピストン１４
は筒状体１２から突出するが、シール部材１１により空
洞部１３内の液体がリニアアクチュエータ１６側に漏れ
るのを防止している。リニアアクチュエータ１６のシャ
フトは１ステップで０．００６３５ｍｍ伸長（あるいは
縮退）する。ピストン１４の外径が３ｍｍの場合、０．
０４４９μＬの定量分解能を有することになる。

【００１４】これら定量部２０、ピペット１８およびバ
ルブ３０が一体構成されたピペット一体型定量部２２は
保持部材２４により保持され駆動機構部２４により所望
の方向、ここでは上下方向と水平方向に移動される。す
なわち、支持部材２５により垂直状態で回転自在に支持
されたボールネジ２１をステッピングモータ１９で回転
させることによりボールネジと係合する部材２３を上下
に移動させる。保持部材２４はこの係合部材２３に取り
付けられている。筐体により水平状態で回転自在に支持
されたボールネジ２９をステッピングモータ２７で回転
させることによりボールネジ２９と係合する部材３１を
水平方向に移動させる。上下移動用の駆動部の支持部材
２５はこの係合部材３１に取り付けられている。

【００１５】２８は導電性ピペット１８が液面に接触し
たことを検知する液面検知部であり、ここでは導伝体２
６を介して液面接触による容量変化を検知するタイプの
ものを使用している。

【００１６】バルブ３０の他方のポートにはチューブ３
２を介して洗浄液供給部３４が接続される。洗浄液供給
部３４は本実施例では洗浄液を貯蔵するタンク３５とそ
の洗浄液タンクに接続された陽圧源（プレッシャー源）
３６とから構成されている。

【００１７】３８はピペット１８を洗浄する洗浄漕であ
り、バルブ３７を介して洗浄液タンク３５から洗浄漕３
８下部の供給口３９から洗浄液が漕内に供給される。４
１は廃液タンクであり陰圧源（バキューム源）４２が接
続されている。漕内の液は洗浄漕３８上部の排出口４０
から廃液タンク４１に回収される。

【００１８】本実施例の試料サンプリング装置１０の基
本動作について説明する。なお、上記バルブ３０、３
７、モータ１９、２７、リニアアクチュエータ１６等は
制御部４５により各動作やタイミング等が制御される。

【００１９】初期状態において、バルブ３０、３７はす
べて閉状態である。ピペット一体型定量部２２は上部初
期位置に位置している。

【００２０】次に、モータ１９が動作することによりピ
ペット一体型定量部２２は下降し所定位置で停止する。
所定位置とは液面検知に基づき決定される位置である。
ピペット１８先端が容器４３の液面に接触すると液面検
知部２８がそれを検知し制御部４５に検知信号を送り、
制御部４５はモータ１９が液の吸引量に応じた量だけさ
らに下降し停止するよう駆動される。

【００２１】次に、リニアアクチュエータ１６が所定ス
テップ分動作することによりピストン１４が上方に所定
量移動しピペット１４は所定量の液を吸引する。

【００２２】次に、モータ１９が逆回転動作することに
よりピペット一体型定量部２２は元の高さまで上昇し、
モータ２７が回転することによりピペット一体型定量部
２２は水平方向に移動する。そして、モータ１９が動作
することによりピペット一体型定量部２２は下降し容器
４４内で停止する。

【００２３】次に、リニアアクチュエータ１６が逆動作
することによりピストン１４が下方に所定ステップ分移
動しピペットは所定量の液を容器４４内に吐出する。

【００２４】次に、ピペット洗浄を行う。液面検知に基
づきピペット１８先端が洗浄漕３８内の洗浄液面に配置
される。バルブ３０、３７が開くことによりピペット１
８から洗浄液が吐出され、洗浄槽３８下部の流入口３９
からも洗浄液が流入され、ピペット１８の内外が洗浄さ
れる。洗浄槽３８内の液は流出口４０から廃液タンク４
１に回収され、洗浄漕３８内の液面はほぼ一定高さを維
持している。

【００２５】次に定量精度の測定結果について説明す
る。図２は、ステンレス製ピペットの場合の実測値をま
とめた表である。吸引量として設定値よりそれぞれ１μ
Ｌ多く吸引し、吐出量は設定値で定められた量とした。
測定は電子天秤にて行った。各量の定量再現性は従来と
比べて良好であり（特に低値において）、また、設定値
ｘに対する吸引量あるいは吐出量ｙの相関直線も、吸引
についてはｙ＝０．９９２１ｘ＋１．０７７８、吐出に
ついてはｙ＝０．９９３５ｘ−０．２１１８と良い相関
を示していた。しかし、さらに直線性精度を高めるため
に吸引量あるいは吐出量に応じてリニアアクチュエータ
１６の駆動量を補正すればよい。

【００２６】また、本発明に係るピペット一体型定量部
のピペットしてディスポーザブルチップを装着して使用
することも可能である（図４参照）。図３は、ディスポ
ーザブルチップを使用した場合の実測値をまとめた表で
ある。吸引量として設定値よりそれぞれ２μＬ多く吸引
し、吐出量は設定値よりそれぞれ１μＬ多く吐出した。
各変動係数は従来と比べて良好であり（特に低値におい
て）、また、設定値ｘに対する吸引量あるいは吐出量ｙ
の相関直線は、吸引についてはｙ＝０．９３１０ｘ＋
１．５７１６、吐出についてはｙ＝０．９４５６ｘ−
０．５９１２と良い相関を示していた。この場合にも上
記と同様リニアアクチュエータ１６の駆動量を補正する
ことができる。

【００２７】次に、図４〜８を参照して本発明に係る液
体サンプリング装置を用いた簡易型血液分析装置の一例
について説明する。図４は簡易型血液分析装置の正面図
である。図５は簡易型血液分析装置の要部の平面図であ
る。この簡易型血液分析装置は定量部に着脱可能に接続
されたディスポーザブルチップで測定用試料を吸引し、
チップ先端を粒子測定用微細孔に通じる注入口に密着配
置し定量部で測定用資料を一定量押し入れることにより
定量測定するものである。測定が済めばチップは廃棄す
るのでピペットの洗浄は不要である。

【００２８】本実施例における液体サンプリング装置５
０は、筒状体１２、ピストン１４およびピストン１４を
移動させる駆動源１６からなる定量部２０にピペット５
２が一体的に取り付けられるピペット一体型定量部５２
を備え、さらに、ピペット一体型定量部５２を保持し各
方向に移動させる駆動機構部５６と、導電性部材２６を
介してピペット先端に液面が接触したことを検知する液
面検知部２８と、これら各部の動作を制御する制御部
と、からなる。ここではピペットとしてディスポーザブ
ルチップ５４を使用する。

【００２９】本実施例における簡易型血液分析装置は、
上記液体サンプリング装置５０と、チップ５５の設置部
５６と、検体容器５７の設置部５８と、試薬カセット５
９の設置部６０と、検出カセット６１の設置部６２と、
チップの廃棄部６３とを備えてなる。チップ５５は、ポ
リプロピレンなどの樹脂にブラックカーボンなどの導電
性ファイバを混合して成形されてなり、導電性を有す
る。検体容器５７には被験者から採血した血液が検体と
して収容されている。

【００３０】試薬カセット６１は希釈液１μＬが各収容
された容器６４、６５と溶血剤５００μＬが収容された
容器６６を備える。試薬カセット５９は設置部６０に設
置されるが、設置されたときに装置側に設けられた緑色
ＬＥＤからなる発光素子６７とフォトダイオードからな
る受光素子６８の間に容器６４が位置することになる。

【００３１】検体カセット６１はポリスチレン樹脂を成
形してなるものであり、内部中央部に幅１００μｍの微
細孔７０が長さ１２０μｍに渡って形成されている。微
細孔７０の両側には流路７１、７２が形成されている。
一方の流路７１は検出カセット６１の上面に注入口７７
として開口し、他方の流路７２は廃液タンク７３に通じ
ている。廃液タンク７３は通気孔７４を介して大気と通
じている。７８はパッキンである。７５、７６はＳＵＳ
３１６製の電極であり、それぞれ一端は微細孔７０両側
の各流路７１、７２に面し他端は検体カセット６１下面
に面する。検体カセット６１は設置部６２に設置される
が、設置時に各電極７５、７６は装置側に設けられた端
子８０、８１にそれぞれ接続される。

【００３２】図６は簡易型血液分析装置の電気系のブロ
ック図である。発光素子６７、受光素子６８、端子７
５、７６は検出回路８２に接続されている。８３は制御
部であり、液面検出部２８、ピペット一体型定量部の駆
動源１６、駆動機構部５６、検出回路８２が接続され、
さらに、操作部８４、出力部８５が接続されている。

【００３３】動作について説明する。まず、測定前準備
として、チップ５５、検体容器５７、試薬カセット５
９、検出カセット６１を各設置部５６、５８、６０、６
２に設置する。操作部８４のスタートスイッチを押すこ
とにより制御部８３は各部を駆動させる。

【００３４】まず、ピペット一体型定量部５２が駆動機
構部５６によりチップ設置部５６上方から下降しチップ
５５を保持部５４にて密着保持し上昇する。一方、発光
素子６７と受光素子６８により容器６４内の希釈液の吸
光度が測定され（ブランク液測定）検出回路８２にてＡ
／Ｄ変換され制御部に記憶される。次に、チップ５５を
保持したピペット一体型定量部５２は検体容器５７上方
から下降しチップ先端が血液液面に接触すると液面検知
部２８がそれを検知し制御部８３は駆動機構部５６を停
止させ、駆動源１６を駆動し２μＬの血液を吸引する。

【００３５】血液を吸引したピペット一体型定量部５２
は容器６４内に吐出し、さらに複数回液の吸排を繰り返
して攪拌し約５００倍の１段希釈試料を作製する。

【００３６】次に、ピペット一体型定量部５２は作製し
た希釈試料を１０μＬ吸引し容器６５内に吐出し、さら
に複数回液の吸排を繰り返して攪拌し約５００００倍に
希釈された２段希釈試料（赤血球測定用）を作製する。

【００３７】ピペット一体型定量部５２は作製した２段
希釈試料を１００μＬ吸引した後、検出カセット６１上
方から下降し、図７に示すようにチップ５５先端が注入
部７７のパッキン７８を押圧密着する。図８は検出カセ
ット６１の平面図である。次に、駆動源１６が動作し２
段希釈試料が注入口７７から検出部カセット６１内に注
入される。希釈試料は流路７１、微細孔７０、流路７２
に充満される。希釈試料は一定流量で微細孔を流れ、血
球が微細孔７０を通過する。その際に生じる電気抵抗変
化に基づく電気情報が電極７５、７６を介して検出回路
８２に送られ血球個々に対応してパルス信号が生成さ
れ、さらに、増幅、波形処理され、そのパルス信号の数
が計数される。一定量の希釈試料が微細孔を流れる間に
計数された計数値に基づき制御部８３にて血液１μＬ当
たりの赤血球数が算出される。

【００３８】ピペット一体型定量部５２は試薬カセット
５９の容器６６から溶血剤を２００μＬ吸引し、再びチ
ップ５５先端を検出カセット６１の注入口７７に密着配
置し、溶血剤を２００μＬ吐出しさらに空気を吐出し、
流路７１、微細孔７０、流路７２を洗浄する。廃液は廃
液タンク７３に回収される。

【００３９】ピペット一体型定量部５２は試薬カセット
５９の容器６６から溶血剤を３０μＬ吸引し、試薬カセ
ット５９の容器６４内の１段希釈試料中にその溶血剤を
吐出し、複数回吸排を繰り返して１段希釈試料に溶血処
理を施し白血球およびヘモグロビン測定用試料を作製す
る。ピペット一体型定量部は作製した溶血処理済１段希
釈試料を１００μＬ吸引した後、チップ先端を注入部７
７のパッキン７８に押圧密着させ、その試料を注入口７
７から検出部カセット６１内に注入する。検出回路８２
にてパルス信号が計数され、制御部８３にて血液１μＬ
当たりの白血球数が算出される。

【００４０】一方、容器６４を挟んで配置された発光素
子６７と受光素子６８により溶血処理済１段希釈試料の
吸光度を測定しＡ／Ｄ変換し制御部８３にて先に測定さ
れたブランク測定値との差を算出しその差に基づきヘモ
グロビン量を算出する。

【００４１】算出された赤血球数、白血球数、ヘモグロ
ビン量は出力部８５に出力される。ここではＬＣＤ表示
部に表示される。あるいは接続されたプリンタに印字さ
れる。

【００４２】ピペット一体型定量部５２はチップ廃棄部
６３に移動し、チップ上端面を突片部８６に引っかけチ
ップをはずし、初期位置に戻る。次の検体を測定すると
きは次の検体容器を設置部に設置し、新しい試薬カセッ
トを設置部に設置し、操作部のスタートスイッチを押し
測定する。また、所定回数測定すれば検出カセットも新
しいものに取り代える。

【００４３】本実施例では赤血球、白血球、ヘモグロビ
ンを測定対象にしたが、白血球とヘモグロビンを測定対
象とする場合には、試薬カセットの容器は不要であり、
２段希釈に係る動作、検出カセットの洗浄に係る動作は
不要である。

【００４４】

【発明の効果】本発明の液体サンプリング装置は、ピペ
ット部と定量部とを直結し一体構成としたので、定量に
係る部位においてチューブの膨張、収縮が発生せず定量
精度を向上させることができた。また、一体構成とした
ことによりピペットと定量部との相対位置変化が発生せ
ず定量精度を向上させることができた。また、一体構成
としたことにより小型化および低コスト化を実現するこ
とができた。

【００４５】また、ピペット、筒状体、ピストン、駆動
源は同軸上に配置することにより一層の精度向上、小型
化および低コスト化を図ることができる。

【００４６】また、もともとピペット一体型定量部に備
えられているピペットを用いて液体定量したり、液同士
の相互汚染がなくしたいとか、洗浄用の流体系をなくし
たい場合にピペット一体型定量部にディスポーザブルチ
ップを保持させてそのディスポーザブルチップを用いて
液体定量することもできる。導電性のチップを使用すれ
ば液面検知も可能である。このように要求に応じてステ
ンレス製のピペットとディスポーザブルチップの使い分
けが可能となることから、広い分野での利用が期待でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体サンプリング装置を用いた液体サ
ンプリングシステムの一例の全体構成図である。

【図２】本発明の液体サンプリング装置の測定結果を示
す表である。

【図３】本発明の液体サンプリング装置の測定結果を示
す表である。

【図４】本発明の液体サンプリング装置を用いた簡易型
血液分析装置の正面図である。

【図５】図４の装置の要部の平面図である。

【図６】図４の装置の電気系のブロック図である。

【図７】図４の装置の血球測定時の状態説明図である。

【図８】図４の装置の検出カセットの平面図である。

【符号の説明】

１２筒状体１４ピストン１６駆動源１８ピペット２０定量部２２、５２ピペット一体型定量部２４、５６駆動機構部２８液面検出部３０バルブ３４洗浄液供給部５５ディスポーザブルチップ５７検体容器５９試薬カセット６１検出カセット６３チップ廃棄部８２検出回路８３制御部８４操作部８５出力部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピペットと定量部が一体構成されたピペ
ット一体型定量部と、そのピペット一体型定量部を保持
し各方向に移動させる駆動機構部と、導電性部材を介し
てピペット先端が液面に接触したことを検知する液面検
知部と、これら各部の動作を制御する制御部と、を備
え、ピペット一体型定量部は、空洞部とその空洞部に通
ずる流路を備える筒状体と、気密性を保持し筒状体の空
洞部内を移動するピストンと、筒状体に連結されピスト
ンを往復直線移動させる駆動源と、筒状体の上記流路と
通ずるよう筒状体に連結され先端が細管化された導電性
のピペットと、を備えることを特徴とする液体サンプリ
ング装置。
【請求項２】ピペット一体型定量部のピペット、筒状
体、ピストンおよび駆動源は同軸上に配置されてなるこ
とを特徴とする請求項１記載の液体サンプリング装置。
【請求項３】ピペット一体型定量部の筒状体には空洞
部に通ずる第２の流路が備えられ、さらに、ピペット一
体型定量部の外部から上記第２の流路への洗浄液の供給
を制御するためのバルブを筒状体近傍に設置してなるこ
とを特徴とする請求項１記載の液体サンプリング装置。
【請求項４】ピペット一体型定量部は導電性のディス
ポーザブルチップを保持可能であることを特徴とする請
求項１記載の液体サンプリング装置。