自動分析装置用分注ノズルとその製造方法及びそれを搭載した自動分析装置
【課題】尿や血液などの検体を分析する自動分析装置において、分析測定値が繰り返し使用する分注ノズルによるキャリーオーバの影響を受けないようにする。
【解決手段】分注ノズルの表面を化学吸着したポリエチレングリコール誘導体で被覆することで、生体高分子の吸着を抑制する分子層を形成し、分注ノズルによるキャリーオーバを低減する。
【解決手段】分注ノズルの表面を化学吸着したポリエチレングリコール誘導体で被覆することで、生体高分子の吸着を抑制する分子層を形成し、分注ノズルによるキャリーオーバを低減する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動分析装置用分注ノズルとその製造方法、及びその分注ノズルを搭載した自動分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療診断用の臨床検査においては、血液や尿などの生体検体中のタンパク、糖、脂質、酵素、ホルモン、無機イオン、疾患マーカー等の生化学分析や免疫学的分析を行う。臨床検査では、複数の検査項目を信頼度高くかつ高速に処理する必要があるため、その大部分を自動分析装置で実行している。自動分析装置としては、例えば、血清等の検体に所望の試薬を混合して反応させた反応溶液を分析対象とし、その吸光度を測定することで生化学分析を行う生化学分析装置が知られている。この種の生化学分析装置は、検体及び試薬を収納する容器、検体及び試薬を注入する反応セルを備え、検体及び試薬を反応セルに自動注入する分注ノズルを備えた分注機構と、反応セル内の検体及び試薬を混合する攪拌棒を持つ自動攪拌機構、反応中又は反応が終了した検体の吸光度を計測する機構、計測終了後の反応溶液を吸引・排出し反応セルを洗浄する自動洗浄機構等を備えている（例えば特許文献１）。
【０００３】
こうした自動分析装置では、分注ノズルにより多数の検体及び試薬を次々と分注することが一般的である。例えば検体分注ノズルは、採血管などの検体を収納する容器から所定量の検体を分取して、試薬を反応させる反応セルに検体を吐出する。試薬分注ノズルは、試薬を収納する容器から分取した所定量の試薬を検体反応セルへ吐出する。この際、分注ノズル表面に残留した被分注液体の成分が次の被分注液体に混入すると測定結果に影響を及ぼす場合がある。これをキャリーオーバと呼ぶ。
【０００４】
キャリーオーバの問題は、近年の自動分析装置の分野における検体及び試薬の微量化の要求と深く関連している。分析項目数の増大に伴い、単項目に割くことのできる検体量が少量化する。検体自体が貴重で多量に準備できない場合もあり、高感度化への要求もある。また、分析内容が高度化するにつれて、一般に試薬が高価となり、コスト面からも試薬微量化への要請がある。こうした検体及び試薬の微量化への要求の高まりにより分注ノズルの細径化が進み、管の外径は０．５ｍｍ程度となっている。管径の微小化は、分注される溶液の体積に対しての表面積の割合を増大させる。このため、分注ノズル表面への物質吸着を制御し、キャリーオーバを低減することの重要性が増している。
【０００５】
また、生化学項目と測定濃度範囲の広い免疫項目の分析のための検体を同一容器から採取して測定する場合、分注ノズルによる検体間のキャリーオーバを極力低減することが求められている。
【０００６】
キャリーオーバを低減する方法としては従来、純水や界面活性剤を含む洗剤による洗浄が実施されてきた（特許文献２）。しかし、こうした方法ではタンパク質に代表される生体高分子の洗浄が困難な場合がある。他にも活性酸素により付着した検体の残渣を失活させるという方法があるが、この方法では失活した検体の残渣が表面に堆積してしまうため、長期間の使用には耐えられない（特許文献３）。
【０００７】
使い捨て可能なディスポーザブルノズル（ディスポーザブルティップ）を用いる方法もキャリーオーバに対する解決法の一つとして知られている。しかし、ディスポーザブルノズルは強度、加工精度の観点から、微細な構造を形成することは難しい。また、ディスポーザブルノズルの使用は大量の廃棄物を出し、環境負荷を増大させてしまうという問題点もある。
【０００８】
表面上に吸着した化学物質の定量や組成解析にはＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）などが広く用いられており、例えば自己組織化膜などの単分子膜の組成や化学種の定量について解析が行われている（非特許文献１，２）。これと同様に、表面上に残存したタンパク質の定量もＸＰＳにより定量することが可能である（非特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第１７０６３５８号公報
【特許文献２】特開２００７−８５９３０号公報
【特許文献３】特許第３３３０５７９号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Chemical Reviews, 96, pp.1533-1554(1996)
【非特許文献２】Journal of the American Chemical Society, 115, pp.10714-10721 (1993)
【非特許文献３】The Journal of Physical Chemistry B, 107, pp.6766-6773 (2003)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
キャリーオーバを回避する必要性の高い分析項目は、分析成分がタンパク質などの生体高分子であることが多い。よってキャリーオーバの低減のためには、分注ノズルの表面にタンパク質など生体高分子が残存するのを抑制することが解決策となる。
【００１２】
本発明の目的は、ディスポーザブルノズルを使用せずに、表面の清浄度を上げ、キャリーオーバの低減を図った自動分析装置の分注ノズル、及びそれを用いた自動分析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
分注ノズル表面にポリエチレングリコール誘導体を化学吸着させ、被覆することでタンパク質など生体由来高分子の吸着を抑制し上記の課題を解決する。ここで化学吸着とは共有結合やイオン結合などの化学結合を原因とする、吸着熱が２０〜１００kcal/mol程度の固体表面での吸着様式のことを意味する。吸着熱が通常１０kcal/mol以下のファンデルワールス力を結合力とする物理吸着とは区別される。ポリエチレングリコールは親水性であり、その立体斥力によりタンパク質などの生体高分子の吸着を抑制する効果が期待できる。
【００１４】
必要なエチレンオキシド基の数が２以上であること及び分子が配列するための分子間相互作用が十分であるという要請からポリエチレングリコール誘導体の数平均分子量は１００以上であることが望ましい。また、逆に分子間の立体的な斥力が大きすぎると表面へのポリエチレングリコール誘導体の吸着量が低減してしまう。このためポリエチレングリコール誘導体の数平均分子量は２００００以下であることが望ましい。被覆するポリエチレングリコール誘導体の化学構造は単一である必要はなく混合物であっても良い。
【００１５】
図１に分注ノズルの概略図を示す。分注ノズル本体部１０１には、耐腐食性の高く加工性の良い材料としてステンレススチールが広く用いられている。分注ノズルは１０２で曲げられ吸引機構へと接続されている。検体や試薬吸引時は中空部１０３に所定量を吸引する。分注時には検体や試薬に対して分注ノズルの外面も浸漬される。このためポリエチレングリコール誘導体が化学吸着し被覆する領域としては、端部１０５及び外面であり、また、分注ノズルが検体又は試薬を分注する際に検体又は試薬に浸漬する領域１０４よりも十分に大きい。可能なら内面を処理しても良い。
【００１６】
分注ノズルの表面に対してポリエチレングリコール誘導体を化学吸着させる方法としては、一般式１で示されるような片末端にチオール基を有するポリエチレングリコール誘導体を用いて硫黄と金属の化学結合により分子を固定化する方法が考えられる。
【００１７】
ＨＳ−Ｒ1−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ2 ・・・（一般式１）
（ｎは２以上の正の整数、Ｒ1は炭化水素基、Ｒ2はＨ又はＣＨ3）
【００１８】
しかし、先にも述べたように、自動分析装置の分注ノズルには加工性の良さ、耐食性などの観点を踏まえて、ステンレススチールが広く用いられているが、ステンレススチールに硫黄原子が直接化学結合を形成するのは困難である。この問題を解決する方法として電解メッキ又は無電解メッキを用いて分注ノズルの表面に金薄膜層を形成し、その金薄膜層に対してポリエチレングリコール誘導体を硫黄と金の化学結合により固定化する方法を考えた。金薄膜層の厚さは、下地の表面が完全に金薄膜層に覆われるという要請から１０ｎｍ以上が望ましい。以上の表面処理法は複雑な形状に対しても可能であり、ノズルの処理に適している。
【００１９】
このようにして処理された分注ノズルの図１点線での処理部断面図を、図２に示す。１１１は分注ノズル本体部でステンレススチールなどからなる。１１２は１１１上に電解メッキ又は無電解メッキを用いて形成された金薄膜層である。ここではステンレススチール上に直接メッキした場合を示したが、ステンレススチール上にニッケルなどをメッキしてから金メッキを施しても良い。１１３は１１２に対して化学結合したポリエチレングリコール誘導体の層を示しており、タンパク質などの生体高分子の吸着を抑制する役割を果たす。１１４は分注ノズルの中空部である。電解メッキ又は無電解メッキにより形成された金薄膜層に対してアルコールやＵＶ／エキシマ処理により洗浄を行う。その後、片末端にチオール基を有するポリエチレングリコール誘導体の溶液に十分な時間浸漬する。こうして処理された表面では硫黄が硫黄−金属の化学結合状態で存在していることがＳ２ｐ(硫黄２ｐ) のＸＰＳの測定結果から確認できた。
【００２０】
吸着の抑制効果の検証は、タンパク質の吸着量をＸＰＳで測定することにより実施した。具体的にはＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）の吸着量をＮ１ｓ(窒素１ｓ) ＸＰＳのピーク面積から見積もった。ＢＳＡは血清タンパク質の約５０〜６５％を占める血清アルブミンのモデルとして適している。上記の表面処理を行った基板ではＢＳＡの吸着実験を行った後でもＮ１ｓのピーク面積が検出限界以下となることが確認され、従来のステンレススチールやステンレススチールに対して金薄膜層を形成したものとは有意な差が認められた。
【００２１】
上記の表面処理法では金薄膜層に分子を非常に薄く、例えば単分子膜で吸着させることが出来る。これは分子が表面に結合する際に硫黄原子で吸着し、単分子層が完成した後にはそれ以上分子が化学吸着出来ないためである。こうした現象はＸＰＳや分光エリプソメトリーなどの実験により確かめられている。分注ノズルで液面を検知する際には、その静電容量の変化を指標とする電気的計測法が広く用いられているが、その際、分注ノズルの表面が導電性であることが望ましい。ポリエチレングリコール誘導体の層が厚く絶縁性が高いと、この電気的計測法が成立しない。一方、ポリエチレングリコール誘導体の層が単分子膜の場合にはノズル表面の導電性が維持できる。従って上記の方法は、表面処理後でも液面検知の際に静電容量を用いた方式を利用できるという利点がある。
【００２２】
ノズル表面に何らかの機械的なダメージが加わった場合に、ノズル表面に化学吸着したポリエチレングリコール誘導体が剥がれ落ちてしまうことがある。上記の表面処理法では簡便にポリエチレングリコール誘導体を化学吸着させることが出来るので、ポリエチレングリコール誘導体を化学吸着させる機構を自動分析装置へ組み込むことが可能で、剥がれ落ちの問題を解決することが出来る。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ポリエチレングリコール誘導体が化学吸着し表面を被覆した分注ノズルを作成し、タンパク質などの生体高分子の吸着を抑制することが出来る。そのため分注動作時のキャリーオーバを低減することが可能となり、自動分析装置の分析信頼性が向上する。また、それにより検体や試薬の微量化に寄与し、自動分析装置のランニングコスト低減にも貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】分注ノズルの概略図。
【図２】分注ノズルの表面処理された部分の断面図。
【図３】分注ノズルの表面処理プロセスフローチャート。
【図４】ＸＰＳの結果を示す図。
【図５】ＸＰＳの結果を示す図。
【図６】ＸＰＳの結果を示す図。
【図７】自動分析装置の構成例を示す概略図。
【図８】表面処理を行う機構を有する自動分析装置の構成例を示す概略図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に本発明を実施例により詳細に説明をするが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００２６】
＜実験例＞
最初に、解析の信頼性を高めるため、平面基板を用いて効果の検証を行った。用いた基板の大きさは１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍで、効果の検証のための測定面は１０ｍｍ×１０ｍｍの面を用いた。
（ポリエチレングリコール誘導体が吸着した基板の作成）
実験の工程フローを図３に示す。
【００２７】
工程１．電解メッキ又は無電解メッキにより、金薄膜層を形成。
具体的には、ステンレススチール基板に電解金メッキを施した。まず、ステンレススチール表面に残存する油脂を除去するため、アルカリ性の溶剤で脱脂を行った。続いて酸性活性化浴に浸漬することで表面を活性化する。メッキ溶液としてシアン金カリウム、硫酸コバルト及びクエン酸一水和物から成る溶液を用いて、金メッキを行った。膜厚が０．１μｍとなるように、処理時間、溶液温度、ｐＨ及び電流密度を最適化した。電解メッキの他、無電解メッキを用いても良い。
【００２８】
工程２．工程１にて形成された金薄膜層を洗浄。
具体的には、基板をエタノール中で１５分間超音波洗浄した後、ＵＶ／エキシマ処理を５分間行った。この状態で、水に対する接触角を協和界面科学製Drop Master 500により測定した。基板表面にシリンジを利用して純水０．５μＬを滴下し、着滴後１秒後の静的接触角を３点法で測定した。その結果、基板の接触角は５±１°であった。これにより表面が清浄となっていることを確認した。
【００２９】
工程３．ポリエチレングリコール誘導体を含む溶液に浸漬。
具体的には、以上の清浄化処理された基板を11-Mercaptoundecanol hexaethylene glycol ether（１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテル）の２ｍＭエタノール溶液に浸漬し、２４時間静置した。１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルの化学式を以下に示す。
【００３０】
ＨＳ−（ＣＨ2）11−（ＯＣＨ2ＣＨ2）6−ＯＨ
【００３１】
工程４．工程２で用いた溶媒で洗浄し、乾燥。
具体的には、基板を溶液から取り出した後にエタノールで基板を十分に洗浄し、表面に過剰に残存する１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルを洗い流した。その後、窒素ブローにより乾燥させた。
【００３２】
本発明による表面処理の効果を検証するために、参照用の基板として以下の２枚を用意した。
【００３３】
（参照基板１． 金メッキのみを施した基板の作成）
まず、参照用１枚目の基板処理手順について説明する。ステンレススチール基板に電解金メッキを施した。膜厚は０．１μｍとした。次に、この板をエタノール中で１５分間超音波洗浄した後、ＵＶ／エキシマ処理を５分間行った。この状態で水に対する接触角を上記と同様の方法により測定した。その結果、基板の水に対する接触角は５±１°であった。これにより表面が清浄となっていることを確認した。
【００３４】
次に、以上の清浄化処理された基板をエタノールに浸漬し、２４時間静置した。基板を溶液から静かに取り出した後に、窒素により乾燥させた。この金メッキのみを行った基板を１枚目の参照基板とした。
【００３５】
（参照基板２． ステンレススチール基板の作成）
２枚目の参照用基板は、ステンレススチール基板を１％ＮａＯＨ水溶液で１５分間超音波洗浄し、その後にエタノールで１５分間超音波洗浄を行った。この洗浄を行ったステンレススチール基板を２枚目の参照基板とした。
【００３６】
生体高分子吸着の抑制効果の検証は、ＢＳＡの吸着試験によって行った。まずＢＳＡ ２．５ｇ／Ｌの溶液を用意した。溶媒としてはダルベッコリン酸緩衝溶液を用いた。作成した溶液に、準備した基板を３０分間浸漬した。基板を引き上げ後、まずダルベッコリン酸緩衝溶液で十分に洗浄を行った。次いで、純水で十分に洗浄を行った。最後に窒素ブローにより乾燥させた。
【００３７】
こうして作成した３枚の基板についてＸＰＳ測定を行い、表面組成に関する定量分析を行った。ＸＰＳの測定はＰＨＩ社製QuanteraSXMで行った。Ｘ線源としては単色化Ａｌ（１４８６．６ｅＶ）を用いた。検出領域は１００μｍΦとし、取り出し角は４５°とした。
【００３８】
ワイドスキャン（結合エネルギー（Biding Energy）０〜１２７５ｅＶ、エネルギーステップ１．０ｅＶ）で測定した結果、ステンレススチールの基板からはＦｅ（鉄）及びＣｒ（クロム）が検出されたが、２枚の金メッキを施した基板から検出された金属元素はＡｕ（金）のみであり、Ｆｅ，Ｃｒはいずれも検出されなかった。これにより、金メッキを施した２枚の基板では、いずれも表面が金によりコーティングされていることを確認した。
【００３９】
１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテル分子の溶液に浸漬した基板の硫黄の結合状態を検討するために、Ｓ２ｐのナロースキャンを、結合エネルギーが１６０ｅＶから１７５ｅＶの範囲をエネルギーステップ０．１ｅＶで測定した。結果を図４に示す。３０１が金メッキに１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテル溶液浸漬処理をした基板のスペクトル、３０２が金メッキのみを施した基板のスペクトルである。矢印３０３の範囲はＣ−Ｓ結合（炭素−硫黄結合）、矢印３０４の範囲はＳＯ4、矢印３０５の範囲は金属−Ｓ結合（金属−硫黄結合）の検出される範囲である。３０１では結合エネルギーで１６２ｅＶ付近にピーク３０６をもつスペクトルが測定された。これは硫黄の結合状態としては、金属−硫黄結合である。ワイドスキャンの結果から金属元素としては金のみが検出されたことから、これは金−硫黄結合であり、１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテル分子のＳ−Ｈ結合が解裂してチオレートとなって金に対して化学吸着していることが示された。金メッキのみを施した参照基板１でのＸＰＳスペクトル３０２では、硫黄は検出限界以下であった。
【００４０】
炭素の結合状態を検討するためにＣ１ｓ（炭素１ｓ）のナロースキャンを、結合エネルギーが２７８ｅＶから２９６ｅＶの範囲をエネルギーステップ０．１ｅＶで測定した。チオール（１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテル）の溶液に浸漬した基板に対する測定結果を、図５に示す。矢印３１１の範囲はＣ−Ｃ，Ｃ−Ｈ結合、矢印３１２の範囲はＣ−Ｏ結合、矢印３１３の範囲はＣ＝Ｏ，Ｏ＝Ｃ−Ｏ，ＣＯ3結合の検出される範囲である。図５に示されるように、Ｃ−Ｃ，Ｃ−Ｈ結合のピークの他に、Ｃ−Ｏ結合に帰属されるピークが強く観測された。これは１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテル分子内のＣ−Ｏ結合を反映している。他の２枚の参照基板では、Ｃ−Ｃ，Ｃ−Ｈに由来するピークのみが検出された。
【００４１】
次に、基板ごとのＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）吸着量比較について説明する。ＢＳＡのステンレススチール表面への吸着についてはＸＰＳによる研究例があり（非特許文献２）、ＢＳＡ中の窒素原子（Ｎ）に対応するＮ１ｓピークにより定量分析が可能である。ここでＮ１ｓピークはＢＳＡに含まれているアミン、アミドに帰属されている。そこで本実施例ではＢＳＡの基板ごとの相対吸着量をＮ１ｓ ＸＰＳにより定量し、基板表面へのタンパク質吸着に対する抑制効果を検証した。結果を図６に示す。３２１が金メッキに１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテル溶液浸漬処理をした基板、３２２が金メッキのみを施した基板、３２３がステンレススチール基板のスペクトルである。ＢＳＡが吸着した、金メッキのみを施した表面及びステンレススチール表面では結合エネルギー４００ｅＶ付近にピークを持つ対称形のＮ１ｓのピークが観察された。
【００４２】
Ｎ１ｓのピーク面積の解析はバックグランドを３９５ｅＶから４０５ｅＶまでを直線で差し引くことで行った。金メッキのみを施した表面でのＮ１ｓピーク面積を１．０とした時の相対的なピーク面積を表１に示す。表１では、１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテル溶液に浸漬した基板をチオール溶液浸漬基板、金メッキのみを施した基板を金メッキ基板、ステンレススチール基板はステンレススチール基板とした。
【００４３】
【表１】
【００４４】
金メッキ基板でのＮ１ｓピーク面積を１．０とした時のピーク面積比は、ステンレススチール基板では０．４６、チオール溶液浸漬基板ではＮ１ｓは検出限界以下となった。本測定での検出限界（窒素の含有量で０．１％）を考慮すると、チオール溶液浸漬基板では、金メッキの基板に対してＢＳＡの吸着量が２％以下となり、金メッキのみを施した基板、ステンレススチールの基板と比較してＢＳＡの吸着を抑制できることが確認できた。
【００４５】
以上の結果から、ステンレススチール上に金メッキを施し、１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテル分子を吸着させることで、分注ノズル表面のタンパク質に代表される生体高分子の吸着が大幅に抑制されることが示された。これにより分注ノズル表面に残存するキャリーオーバを低減できることが予想される。
【００４６】
以上では１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルをポリエチレングリコール誘導体として用いたが、以下に示す化合物でも同様の効果が得られた。
【００４７】
ＨＳ−（ＣＨ2）11−（ＯＣＨ2ＣＨ2）2−ＯＨ
ＨＳ−（ＣＨ2）11−（ＯＣＨ2ＣＨ2）4−ＯＨ
ＨＳ−（ＣＨ2）11−（ＯＣＨ2ＣＨ2）17−ＯＨ
ＨＳ−（ＣＨ2）11−（ＯＣＨ2ＣＨ2）6−ＯＣＨ3
【００４８】
メチレン基（ＣＨ2）11は一般に炭化水素基で良く、一般には以下の一般式１で与えられる化合物で同様の効果が得られる。
【００４９】
ＨＳ−Ｒ1−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ2 ・・・（一般式１）
（ｎは２以上の正の整数、Ｒ1は炭化水素基、Ｒ2はＨ又はＣＨ3）
【００５０】
Ｒ2は親水性の観点からＨ又はＣＨ3が適する。必要なエチレンオキシド基の数が２以上であること及び分子が配列するための分子間相互作用が十分であるという要請から、ポリエチレングリコール誘導体の数平均分子量は１００以上であることが望ましい。また、逆に分子間の立体的な斥力が大きすぎると表面へのポリエチレングリコール誘導体の吸着量が低減してしまう。このためポリエチレングリコール誘導体の数平均分子量は２００００以下であることが望ましい。被覆するポリエチレングリコール誘導体の化学構造は単一である必要はなく混合物であっても良い。
【００５１】
＜実施例１＞
本実施例では、分注ノズルに実験例と同様の処理を行う場合について説明をする。まずステンレススチール製分注ノズルの表面に、実験例と同様の方法で金薄膜層を形成した。処理する領域は、図１の分注ノズルの端部１０５及び検体に浸漬される領域１０４とした。本実施例では、処理されたノズル先端部外径は０．５ｍｍ、内径は０．３ｍｍであり、先端１０ｍｍの領域に電解メッキにより金薄膜層を形成した。分注ノズル全面を処理することも可能であるが、処理する領域を浸漬される部分に限定することでコストを低減することが出来る。
【００５２】
次に、電解メッキにより金薄膜層を形成した表面をエタノールで１５分間超音波洗浄した。この際、超音波によりノズルが損傷しないように、支持台を設けて容器と接しない配置にした。その後、ＵＶ／エキシマで清浄化処理を行った。ＵＶ光が照射されない領域が生じないように分注ノズルを回転させて清浄化処理を行うことで、必要な領域全体の処理を行った。
【００５３】
清浄化処理を終えた分注ノズルを、ポリエチレングリコール誘導体の溶液に浸漬した。ポリエチレングリコール誘導体としては、１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルと、実験例に一般式１で示した一連の分子群から選ばれる少なくとも一つの分子の溶液を用いることが出来る。ここでは、２ｍＭの１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルのエタノール溶液に２４時間浸漬後、エタノールなどの溶媒にて洗浄を行い、その後、窒素ブローにより乾燥させた。
【００５４】
効果の検証は、実験例と同様に、ＢＳＡの表面残存量の測定をＸＰＳで行った。その結果、分注後の分注ノズル表面に残存するタンパク質が従来のステンレススチール製のノズルと比較して１／２０以下（実験例で述べたＸＰＳ測定の検出限界以下）に低減されることを確認した。
【００５５】
＜実施例２＞
図７は、本発明による自動分析装置の構成例を示す図であり、次にその基本動作を述べる。検体収納部機構１には、一つ以上の検体容器２５が配置されている。ここでは、ディスク状の機構部に搭載された検体収納部機構である検体ディスク機構の例で説明するが、検体収納部機構の他の形態としては自動分析装置で一般的に用いられている検体ラック又は検体ホルダー状の形態であってもよい。またここで言う検体とは、反応容器で反応させるために使用する被検査溶液のことを指し、採集検体原液でもよく、またそれを希釈や前処理等の加工処理をした溶液であってもよい。検体容器２５内の検体は、検体供給用分注機構２の検体用分注ノズル２７によって抽出され、所定の反応容器に注入される。検体用分注ノズルは、実施例１に記述した方法で１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルにより表面処理した。試薬ディスク機構５は、多数の試薬容器６を備えている。また、機構５には、試薬供給用分注機構７が配置されており、試薬は、この機構７の試薬用分注ノズル２８によって、吸引され所定の反応セルに注入される。１０は分光光度計、２６は集光フィルタつき光源であり、分光光度計１０と集光フィルタつき光源２６の間に、測定対象を収容する反応ディスク３が配置される。この反応ディスク３の外周上には、例えば、１２０個の反応セル４が設置されている。また、反応ディスク３の全体は、恒温槽９によって、所定の温度に保持されている。１１は反応セル洗浄機構であり、洗浄剤容器１３から洗浄剤が供給され、セル内の吸引は吸引ノズル１２で行う。
【００５６】
１９はコンピュータ、２３はインターフェース、１８はＬｏｇ変換器及びＡ／Ｄ変換器、１７は試薬用ピペッタ、１６は洗浄水ポンプ、１５は検体用ピペッタである。また、２０はプリンタ、２１はＣＲＴ、２２は記憶装置としてのフロッピーディスクやハードディスク、２４は操作パネルである。検体ディスク機構は駆動部２００により、試薬ディスク機構は駆動部２０１により、反応ディスクは駆動部２０２により、それぞれインターフェースを介して制御並びに駆動されている。また自動分析装置の各部はインターフェースを介してコンピュータ１９により制御される。
【００５７】
上述の構成において、操作者は、操作パネル２４を用いて分析依頼情報の入力を行う。操作者が入力した分析依頼情報は、マイクロコンピュータ１９内のメモリに記憶される。検体容器２５に入れられ、検体収納部機構１の所定の位置にセットされた測定対象検体はマイクロコンピュータ１９のメモリに記憶された分析依頼情報に従って、検体ピペッタ１５及び検体供給用分注機構２の表面処理された検体用分注ノズル２７によって、反応セルに所定量分注される。表面処理された検体用分注ノズル２７は水洗浄され、次の検体の分注に使用される。
【００５８】
この時、１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルにより被覆された検体用分注ノズル２７を用いることでタンパク質に代表される生体高分子の吸着を抑制し、検体間のキャリーオーバを従来のステンレススチール製分注ノズルに比較して低減することが出来る。またこの時、１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルが単分子膜を形成しているため、静電容量の変化を用いて液面検知を行うことが出来る。反応セルに試薬供給用分注機構７の試薬用分注ノズル２８によって、所定量の試薬が分注される。試薬用分注ノズル２８は水洗浄された後、次の反応セルのための試薬を分注する。検体と試薬の混合液は、撹拌機構８の攪拌棒２９によって撹拌される。撹拌機構８は順次、次の反応セルの混合液を撹拌する。
【００５９】
検体分注用ノズル２７の表面処理には１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルの他にも、実験例に一般式１で示した一連の分子群から選ばれる少なくとも一つの分子の溶液を用いることが出来る。
【００６０】
＜実施例３＞
図８に、本実施例で用いる自動分析装置の概略図を示す。まず、検体用分注ノズル２７を第一処理液槽４０１に回転移動し、下降して第一処理液に浸漬する。この際の浸漬領域は、分注時に検体用分注ノズル２７が検体に浸漬する領域よりも十分に大きい。第一処理液としては、ポリエチレングリコール誘導体として１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルと、実験例に一般式１で示した一連の分子群から選ばれる少なくとも一つの分子の溶液を用いることが出来る。ここでは１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルの２ｍＭエタノール溶液を用いた。浸漬する時間は、浸漬頻度に応じて変化する。例えば分注に際して毎回浸漬する場合には１秒程度で十分である。また、一日の分析終了後に浸漬する場合には２４時間程度浸漬する。次に、分注ノズル２７を第二処理液槽４０２に回転移動し、下降して第二処理液に浸漬する。この際、浸漬領域は、先の第一処理液に浸漬した領域よりも十分に大きい。第二処理液槽４０２で用いる溶液としては、先の第一処理液槽４０１での処理液に溶媒として用いられたエタノールを用いる。
【００６１】
以上の第二処理液槽４０２での動作により、第一処理液槽４０１で処理した際に余剰に付着した１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルを除去することが出来る。そののち検体を分注することで、タンパク質に代表される生体高分子の吸着を抑制し、キャリーオーバを従来のステンレススチール製分注ノズルに比較して１／２以下に低減することが出来る。
【００６２】
以上の実施例１〜３においても、実験例と同様に、ポリエチレングリコール誘導体は必要なエチレンオキシド基の数が２以上であること及び分子が配列するための分子間相互作用が十分であるという要請から、数平均分子量は１００以上であることが望ましい。また、逆に分子間の立体的な斥力が大きすぎると表面へのポリエチレングリコール誘導体の吸着量が低減してしまう。このため、ポリエチレングリコール誘導体の数平均分子量は２００００以下であることが望ましい。被覆するポリエチレングリコール誘導体の化学構造は単一である必要はなく混合物であっても良い。
【００６３】
以上の実施例では分注ノズルにおけるキャリーオーバを問題としたが、攪拌棒などキャリーオーバの要因となりうる全ての部材において、本発明の処理を行うことで、同様の効果が得られる。
【００６４】
本発明によれば、分注ノズル表面へのタンパク質などの生体高分子の非特異吸着を劇的に低減し、キャリーオーバの抑制を図ることで、自動分析装置の信頼性の向上に貢献することが出来る。また、このため検体微量化、試薬の微量化にも貢献し、ランニングコストや環境負荷の低減をすることが出来る。
【符号の説明】
【００６５】
１…検体収納部機構、２…検体供給用分注機構、３…反応ディスク、４…反応セル、５…試薬ディスク機構、６…試薬容器、７…試薬供給用分注機構、８…撹拌機構、９…恒温槽、１０…分光光度計、１１…反応セル洗浄機構、１２…吸引ノズル、１３…洗浄剤容器、１５…検体用ピペッタ、１６…洗浄水ポンプ、１７…試薬用ピペッタ、２５…検体容器、２６…集光フィルタつき光源、２７…検体用分注ノズル、２８…試薬用分注ノズル、２９…撹拌棒、１０１…分注ノズル本体部、１０２…分注ノズル折り曲げ部、１０３…分注ノズル中空部、１１１…分注ノズル本体部、１１２…金薄膜層、１１３…親水性分子層、１１４…分注ノズルの中空部、２００…駆動部、２０１…駆動部、２０２…駆動部、４０１…第一処理液槽、４０２…第二処理液槽、４０３…分注ノズル洗浄槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動分析装置用分注ノズルとその製造方法、及びその分注ノズルを搭載した自動分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療診断用の臨床検査においては、血液や尿などの生体検体中のタンパク、糖、脂質、酵素、ホルモン、無機イオン、疾患マーカー等の生化学分析や免疫学的分析を行う。臨床検査では、複数の検査項目を信頼度高くかつ高速に処理する必要があるため、その大部分を自動分析装置で実行している。自動分析装置としては、例えば、血清等の検体に所望の試薬を混合して反応させた反応溶液を分析対象とし、その吸光度を測定することで生化学分析を行う生化学分析装置が知られている。この種の生化学分析装置は、検体及び試薬を収納する容器、検体及び試薬を注入する反応セルを備え、検体及び試薬を反応セルに自動注入する分注ノズルを備えた分注機構と、反応セル内の検体及び試薬を混合する攪拌棒を持つ自動攪拌機構、反応中又は反応が終了した検体の吸光度を計測する機構、計測終了後の反応溶液を吸引・排出し反応セルを洗浄する自動洗浄機構等を備えている（例えば特許文献１）。
【０００３】
こうした自動分析装置では、分注ノズルにより多数の検体及び試薬を次々と分注することが一般的である。例えば検体分注ノズルは、採血管などの検体を収納する容器から所定量の検体を分取して、試薬を反応させる反応セルに検体を吐出する。試薬分注ノズルは、試薬を収納する容器から分取した所定量の試薬を検体反応セルへ吐出する。この際、分注ノズル表面に残留した被分注液体の成分が次の被分注液体に混入すると測定結果に影響を及ぼす場合がある。これをキャリーオーバと呼ぶ。
【０００４】
キャリーオーバの問題は、近年の自動分析装置の分野における検体及び試薬の微量化の要求と深く関連している。分析項目数の増大に伴い、単項目に割くことのできる検体量が少量化する。検体自体が貴重で多量に準備できない場合もあり、高感度化への要求もある。また、分析内容が高度化するにつれて、一般に試薬が高価となり、コスト面からも試薬微量化への要請がある。こうした検体及び試薬の微量化への要求の高まりにより分注ノズルの細径化が進み、管の外径は０．５ｍｍ程度となっている。管径の微小化は、分注される溶液の体積に対しての表面積の割合を増大させる。このため、分注ノズル表面への物質吸着を制御し、キャリーオーバを低減することの重要性が増している。
【０００５】
また、生化学項目と測定濃度範囲の広い免疫項目の分析のための検体を同一容器から採取して測定する場合、分注ノズルによる検体間のキャリーオーバを極力低減することが求められている。
【０００６】
キャリーオーバを低減する方法としては従来、純水や界面活性剤を含む洗剤による洗浄が実施されてきた（特許文献２）。しかし、こうした方法ではタンパク質に代表される生体高分子の洗浄が困難な場合がある。他にも活性酸素により付着した検体の残渣を失活させるという方法があるが、この方法では失活した検体の残渣が表面に堆積してしまうため、長期間の使用には耐えられない（特許文献３）。
【０００７】
使い捨て可能なディスポーザブルノズル（ディスポーザブルティップ）を用いる方法もキャリーオーバに対する解決法の一つとして知られている。しかし、ディスポーザブルノズルは強度、加工精度の観点から、微細な構造を形成することは難しい。また、ディスポーザブルノズルの使用は大量の廃棄物を出し、環境負荷を増大させてしまうという問題点もある。
【０００８】
表面上に吸着した化学物質の定量や組成解析にはＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）などが広く用いられており、例えば自己組織化膜などの単分子膜の組成や化学種の定量について解析が行われている（非特許文献１，２）。これと同様に、表面上に残存したタンパク質の定量もＸＰＳにより定量することが可能である（非特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第１７０６３５８号公報
【特許文献２】特開２００７−８５９３０号公報
【特許文献３】特許第３３３０５７９号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Chemical Reviews, 96, pp.1533-1554(1996)
【非特許文献２】Journal of the American Chemical Society, 115, pp.10714-10721 (1993)
【非特許文献３】The Journal of Physical Chemistry B, 107, pp.6766-6773 (2003)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
キャリーオーバを回避する必要性の高い分析項目は、分析成分がタンパク質などの生体高分子であることが多い。よってキャリーオーバの低減のためには、分注ノズルの表面にタンパク質など生体高分子が残存するのを抑制することが解決策となる。
【００１２】
本発明の目的は、ディスポーザブルノズルを使用せずに、表面の清浄度を上げ、キャリーオーバの低減を図った自動分析装置の分注ノズル、及びそれを用いた自動分析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
分注ノズル表面にポリエチレングリコール誘導体を化学吸着させ、被覆することでタンパク質など生体由来高分子の吸着を抑制し上記の課題を解決する。ここで化学吸着とは共有結合やイオン結合などの化学結合を原因とする、吸着熱が２０〜１００kcal/mol程度の固体表面での吸着様式のことを意味する。吸着熱が通常１０kcal/mol以下のファンデルワールス力を結合力とする物理吸着とは区別される。ポリエチレングリコールは親水性であり、その立体斥力によりタンパク質などの生体高分子の吸着を抑制する効果が期待できる。
【００１４】
必要なエチレンオキシド基の数が２以上であること及び分子が配列するための分子間相互作用が十分であるという要請からポリエチレングリコール誘導体の数平均分子量は１００以上であることが望ましい。また、逆に分子間の立体的な斥力が大きすぎると表面へのポリエチレングリコール誘導体の吸着量が低減してしまう。このためポリエチレングリコール誘導体の数平均分子量は２００００以下であることが望ましい。被覆するポリエチレングリコール誘導体の化学構造は単一である必要はなく混合物であっても良い。
【００１５】
図１に分注ノズルの概略図を示す。分注ノズル本体部１０１には、耐腐食性の高く加工性の良い材料としてステンレススチールが広く用いられている。分注ノズルは１０２で曲げられ吸引機構へと接続されている。検体や試薬吸引時は中空部１０３に所定量を吸引する。分注時には検体や試薬に対して分注ノズルの外面も浸漬される。このためポリエチレングリコール誘導体が化学吸着し被覆する領域としては、端部１０５及び外面であり、また、分注ノズルが検体又は試薬を分注する際に検体又は試薬に浸漬する領域１０４よりも十分に大きい。可能なら内面を処理しても良い。
【００１６】
分注ノズルの表面に対してポリエチレングリコール誘導体を化学吸着させる方法としては、一般式１で示されるような片末端にチオール基を有するポリエチレングリコール誘導体を用いて硫黄と金属の化学結合により分子を固定化する方法が考えられる。
【００１７】
ＨＳ−Ｒ1−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ2 ・・・（一般式１）
（ｎは２以上の正の整数、Ｒ1は炭化水素基、Ｒ2はＨ又はＣＨ3）
【００１８】
しかし、先にも述べたように、自動分析装置の分注ノズルには加工性の良さ、耐食性などの観点を踏まえて、ステンレススチールが広く用いられているが、ステンレススチールに硫黄原子が直接化学結合を形成するのは困難である。この問題を解決する方法として電解メッキ又は無電解メッキを用いて分注ノズルの表面に金薄膜層を形成し、その金薄膜層に対してポリエチレングリコール誘導体を硫黄と金の化学結合により固定化する方法を考えた。金薄膜層の厚さは、下地の表面が完全に金薄膜層に覆われるという要請から１０ｎｍ以上が望ましい。以上の表面処理法は複雑な形状に対しても可能であり、ノズルの処理に適している。
【００１９】
このようにして処理された分注ノズルの図１点線での処理部断面図を、図２に示す。１１１は分注ノズル本体部でステンレススチールなどからなる。１１２は１１１上に電解メッキ又は無電解メッキを用いて形成された金薄膜層である。ここではステンレススチール上に直接メッキした場合を示したが、ステンレススチール上にニッケルなどをメッキしてから金メッキを施しても良い。１１３は１１２に対して化学結合したポリエチレングリコール誘導体の層を示しており、タンパク質などの生体高分子の吸着を抑制する役割を果たす。１１４は分注ノズルの中空部である。電解メッキ又は無電解メッキにより形成された金薄膜層に対してアルコールやＵＶ／エキシマ処理により洗浄を行う。その後、片末端にチオール基を有するポリエチレングリコール誘導体の溶液に十分な時間浸漬する。こうして処理された表面では硫黄が硫黄−金属の化学結合状態で存在していることがＳ２ｐ(硫黄２ｐ) のＸＰＳの測定結果から確認できた。
【００２０】
吸着の抑制効果の検証は、タンパク質の吸着量をＸＰＳで測定することにより実施した。具体的にはＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）の吸着量をＮ１ｓ(窒素１ｓ) ＸＰＳのピーク面積から見積もった。ＢＳＡは血清タンパク質の約５０〜６５％を占める血清アルブミンのモデルとして適している。上記の表面処理を行った基板ではＢＳＡの吸着実験を行った後でもＮ１ｓのピーク面積が検出限界以下となることが確認され、従来のステンレススチールやステンレススチールに対して金薄膜層を形成したものとは有意な差が認められた。
【００２１】
上記の表面処理法では金薄膜層に分子を非常に薄く、例えば単分子膜で吸着させることが出来る。これは分子が表面に結合する際に硫黄原子で吸着し、単分子層が完成した後にはそれ以上分子が化学吸着出来ないためである。こうした現象はＸＰＳや分光エリプソメトリーなどの実験により確かめられている。分注ノズルで液面を検知する際には、その静電容量の変化を指標とする電気的計測法が広く用いられているが、その際、分注ノズルの表面が導電性であることが望ましい。ポリエチレングリコール誘導体の層が厚く絶縁性が高いと、この電気的計測法が成立しない。一方、ポリエチレングリコール誘導体の層が単分子膜の場合にはノズル表面の導電性が維持できる。従って上記の方法は、表面処理後でも液面検知の際に静電容量を用いた方式を利用できるという利点がある。
【００２２】
ノズル表面に何らかの機械的なダメージが加わった場合に、ノズル表面に化学吸着したポリエチレングリコール誘導体が剥がれ落ちてしまうことがある。上記の表面処理法では簡便にポリエチレングリコール誘導体を化学吸着させることが出来るので、ポリエチレングリコール誘導体を化学吸着させる機構を自動分析装置へ組み込むことが可能で、剥がれ落ちの問題を解決することが出来る。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ポリエチレングリコール誘導体が化学吸着し表面を被覆した分注ノズルを作成し、タンパク質などの生体高分子の吸着を抑制することが出来る。そのため分注動作時のキャリーオーバを低減することが可能となり、自動分析装置の分析信頼性が向上する。また、それにより検体や試薬の微量化に寄与し、自動分析装置のランニングコスト低減にも貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】分注ノズルの概略図。
【図２】分注ノズルの表面処理された部分の断面図。
【図３】分注ノズルの表面処理プロセスフローチャート。
【図４】ＸＰＳの結果を示す図。
【図５】ＸＰＳの結果を示す図。
【図６】ＸＰＳの結果を示す図。
【図７】自動分析装置の構成例を示す概略図。
【図８】表面処理を行う機構を有する自動分析装置の構成例を示す概略図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に本発明を実施例により詳細に説明をするが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００２６】
＜実験例＞
最初に、解析の信頼性を高めるため、平面基板を用いて効果の検証を行った。用いた基板の大きさは１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍで、効果の検証のための測定面は１０ｍｍ×１０ｍｍの面を用いた。
（ポリエチレングリコール誘導体が吸着した基板の作成）
実験の工程フローを図３に示す。
【００２７】
工程１．電解メッキ又は無電解メッキにより、金薄膜層を形成。
具体的には、ステンレススチール基板に電解金メッキを施した。まず、ステンレススチール表面に残存する油脂を除去するため、アルカリ性の溶剤で脱脂を行った。続いて酸性活性化浴に浸漬することで表面を活性化する。メッキ溶液としてシアン金カリウム、硫酸コバルト及びクエン酸一水和物から成る溶液を用いて、金メッキを行った。膜厚が０．１μｍとなるように、処理時間、溶液温度、ｐＨ及び電流密度を最適化した。電解メッキの他、無電解メッキを用いても良い。
【００２８】
工程２．工程１にて形成された金薄膜層を洗浄。
具体的には、基板をエタノール中で１５分間超音波洗浄した後、ＵＶ／エキシマ処理を５分間行った。この状態で、水に対する接触角を協和界面科学製Drop Master 500により測定した。基板表面にシリンジを利用して純水０．５μＬを滴下し、着滴後１秒後の静的接触角を３点法で測定した。その結果、基板の接触角は５±１°であった。これにより表面が清浄となっていることを確認した。
【００２９】
工程３．ポリエチレングリコール誘導体を含む溶液に浸漬。
具体的には、以上の清浄化処理された基板を11-Mercaptoundecanol hexaethylene glycol ether（１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテル）の２ｍＭエタノール溶液に浸漬し、２４時間静置した。１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルの化学式を以下に示す。
【００３０】
ＨＳ−（ＣＨ2）11−（ＯＣＨ2ＣＨ2）6−ＯＨ
【００３１】
工程４．工程２で用いた溶媒で洗浄し、乾燥。
具体的には、基板を溶液から取り出した後にエタノールで基板を十分に洗浄し、表面に過剰に残存する１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルを洗い流した。その後、窒素ブローにより乾燥させた。
【００３２】
本発明による表面処理の効果を検証するために、参照用の基板として以下の２枚を用意した。
【００３３】
（参照基板１． 金メッキのみを施した基板の作成）
まず、参照用１枚目の基板処理手順について説明する。ステンレススチール基板に電解金メッキを施した。膜厚は０．１μｍとした。次に、この板をエタノール中で１５分間超音波洗浄した後、ＵＶ／エキシマ処理を５分間行った。この状態で水に対する接触角を上記と同様の方法により測定した。その結果、基板の水に対する接触角は５±１°であった。これにより表面が清浄となっていることを確認した。
【００３４】
次に、以上の清浄化処理された基板をエタノールに浸漬し、２４時間静置した。基板を溶液から静かに取り出した後に、窒素により乾燥させた。この金メッキのみを行った基板を１枚目の参照基板とした。
【００３５】
（参照基板２． ステンレススチール基板の作成）
２枚目の参照用基板は、ステンレススチール基板を１％ＮａＯＨ水溶液で１５分間超音波洗浄し、その後にエタノールで１５分間超音波洗浄を行った。この洗浄を行ったステンレススチール基板を２枚目の参照基板とした。
【００３６】
生体高分子吸着の抑制効果の検証は、ＢＳＡの吸着試験によって行った。まずＢＳＡ ２．５ｇ／Ｌの溶液を用意した。溶媒としてはダルベッコリン酸緩衝溶液を用いた。作成した溶液に、準備した基板を３０分間浸漬した。基板を引き上げ後、まずダルベッコリン酸緩衝溶液で十分に洗浄を行った。次いで、純水で十分に洗浄を行った。最後に窒素ブローにより乾燥させた。
【００３７】
こうして作成した３枚の基板についてＸＰＳ測定を行い、表面組成に関する定量分析を行った。ＸＰＳの測定はＰＨＩ社製QuanteraSXMで行った。Ｘ線源としては単色化Ａｌ（１４８６．６ｅＶ）を用いた。検出領域は１００μｍΦとし、取り出し角は４５°とした。
【００３８】
ワイドスキャン（結合エネルギー（Biding Energy）０〜１２７５ｅＶ、エネルギーステップ１．０ｅＶ）で測定した結果、ステンレススチールの基板からはＦｅ（鉄）及びＣｒ（クロム）が検出されたが、２枚の金メッキを施した基板から検出された金属元素はＡｕ（金）のみであり、Ｆｅ，Ｃｒはいずれも検出されなかった。これにより、金メッキを施した２枚の基板では、いずれも表面が金によりコーティングされていることを確認した。
【００３９】
１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテル分子の溶液に浸漬した基板の硫黄の結合状態を検討するために、Ｓ２ｐのナロースキャンを、結合エネルギーが１６０ｅＶから１７５ｅＶの範囲をエネルギーステップ０．１ｅＶで測定した。結果を図４に示す。３０１が金メッキに１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテル溶液浸漬処理をした基板のスペクトル、３０２が金メッキのみを施した基板のスペクトルである。矢印３０３の範囲はＣ−Ｓ結合（炭素−硫黄結合）、矢印３０４の範囲はＳＯ4、矢印３０５の範囲は金属−Ｓ結合（金属−硫黄結合）の検出される範囲である。３０１では結合エネルギーで１６２ｅＶ付近にピーク３０６をもつスペクトルが測定された。これは硫黄の結合状態としては、金属−硫黄結合である。ワイドスキャンの結果から金属元素としては金のみが検出されたことから、これは金−硫黄結合であり、１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテル分子のＳ−Ｈ結合が解裂してチオレートとなって金に対して化学吸着していることが示された。金メッキのみを施した参照基板１でのＸＰＳスペクトル３０２では、硫黄は検出限界以下であった。
【００４０】
炭素の結合状態を検討するためにＣ１ｓ（炭素１ｓ）のナロースキャンを、結合エネルギーが２７８ｅＶから２９６ｅＶの範囲をエネルギーステップ０．１ｅＶで測定した。チオール（１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテル）の溶液に浸漬した基板に対する測定結果を、図５に示す。矢印３１１の範囲はＣ−Ｃ，Ｃ−Ｈ結合、矢印３１２の範囲はＣ−Ｏ結合、矢印３１３の範囲はＣ＝Ｏ，Ｏ＝Ｃ−Ｏ，ＣＯ3結合の検出される範囲である。図５に示されるように、Ｃ−Ｃ，Ｃ−Ｈ結合のピークの他に、Ｃ−Ｏ結合に帰属されるピークが強く観測された。これは１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテル分子内のＣ−Ｏ結合を反映している。他の２枚の参照基板では、Ｃ−Ｃ，Ｃ−Ｈに由来するピークのみが検出された。
【００４１】
次に、基板ごとのＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）吸着量比較について説明する。ＢＳＡのステンレススチール表面への吸着についてはＸＰＳによる研究例があり（非特許文献２）、ＢＳＡ中の窒素原子（Ｎ）に対応するＮ１ｓピークにより定量分析が可能である。ここでＮ１ｓピークはＢＳＡに含まれているアミン、アミドに帰属されている。そこで本実施例ではＢＳＡの基板ごとの相対吸着量をＮ１ｓ ＸＰＳにより定量し、基板表面へのタンパク質吸着に対する抑制効果を検証した。結果を図６に示す。３２１が金メッキに１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテル溶液浸漬処理をした基板、３２２が金メッキのみを施した基板、３２３がステンレススチール基板のスペクトルである。ＢＳＡが吸着した、金メッキのみを施した表面及びステンレススチール表面では結合エネルギー４００ｅＶ付近にピークを持つ対称形のＮ１ｓのピークが観察された。
【００４２】
Ｎ１ｓのピーク面積の解析はバックグランドを３９５ｅＶから４０５ｅＶまでを直線で差し引くことで行った。金メッキのみを施した表面でのＮ１ｓピーク面積を１．０とした時の相対的なピーク面積を表１に示す。表１では、１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテル溶液に浸漬した基板をチオール溶液浸漬基板、金メッキのみを施した基板を金メッキ基板、ステンレススチール基板はステンレススチール基板とした。
【００４３】
【表１】
【００４４】
金メッキ基板でのＮ１ｓピーク面積を１．０とした時のピーク面積比は、ステンレススチール基板では０．４６、チオール溶液浸漬基板ではＮ１ｓは検出限界以下となった。本測定での検出限界（窒素の含有量で０．１％）を考慮すると、チオール溶液浸漬基板では、金メッキの基板に対してＢＳＡの吸着量が２％以下となり、金メッキのみを施した基板、ステンレススチールの基板と比較してＢＳＡの吸着を抑制できることが確認できた。
【００４５】
以上の結果から、ステンレススチール上に金メッキを施し、１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテル分子を吸着させることで、分注ノズル表面のタンパク質に代表される生体高分子の吸着が大幅に抑制されることが示された。これにより分注ノズル表面に残存するキャリーオーバを低減できることが予想される。
【００４６】
以上では１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルをポリエチレングリコール誘導体として用いたが、以下に示す化合物でも同様の効果が得られた。
【００４７】
ＨＳ−（ＣＨ2）11−（ＯＣＨ2ＣＨ2）2−ＯＨ
ＨＳ−（ＣＨ2）11−（ＯＣＨ2ＣＨ2）4−ＯＨ
ＨＳ−（ＣＨ2）11−（ＯＣＨ2ＣＨ2）17−ＯＨ
ＨＳ−（ＣＨ2）11−（ＯＣＨ2ＣＨ2）6−ＯＣＨ3
【００４８】
メチレン基（ＣＨ2）11は一般に炭化水素基で良く、一般には以下の一般式１で与えられる化合物で同様の効果が得られる。
【００４９】
ＨＳ−Ｒ1−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ2 ・・・（一般式１）
（ｎは２以上の正の整数、Ｒ1は炭化水素基、Ｒ2はＨ又はＣＨ3）
【００５０】
Ｒ2は親水性の観点からＨ又はＣＨ3が適する。必要なエチレンオキシド基の数が２以上であること及び分子が配列するための分子間相互作用が十分であるという要請から、ポリエチレングリコール誘導体の数平均分子量は１００以上であることが望ましい。また、逆に分子間の立体的な斥力が大きすぎると表面へのポリエチレングリコール誘導体の吸着量が低減してしまう。このためポリエチレングリコール誘導体の数平均分子量は２００００以下であることが望ましい。被覆するポリエチレングリコール誘導体の化学構造は単一である必要はなく混合物であっても良い。
【００５１】
＜実施例１＞
本実施例では、分注ノズルに実験例と同様の処理を行う場合について説明をする。まずステンレススチール製分注ノズルの表面に、実験例と同様の方法で金薄膜層を形成した。処理する領域は、図１の分注ノズルの端部１０５及び検体に浸漬される領域１０４とした。本実施例では、処理されたノズル先端部外径は０．５ｍｍ、内径は０．３ｍｍであり、先端１０ｍｍの領域に電解メッキにより金薄膜層を形成した。分注ノズル全面を処理することも可能であるが、処理する領域を浸漬される部分に限定することでコストを低減することが出来る。
【００５２】
次に、電解メッキにより金薄膜層を形成した表面をエタノールで１５分間超音波洗浄した。この際、超音波によりノズルが損傷しないように、支持台を設けて容器と接しない配置にした。その後、ＵＶ／エキシマで清浄化処理を行った。ＵＶ光が照射されない領域が生じないように分注ノズルを回転させて清浄化処理を行うことで、必要な領域全体の処理を行った。
【００５３】
清浄化処理を終えた分注ノズルを、ポリエチレングリコール誘導体の溶液に浸漬した。ポリエチレングリコール誘導体としては、１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルと、実験例に一般式１で示した一連の分子群から選ばれる少なくとも一つの分子の溶液を用いることが出来る。ここでは、２ｍＭの１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルのエタノール溶液に２４時間浸漬後、エタノールなどの溶媒にて洗浄を行い、その後、窒素ブローにより乾燥させた。
【００５４】
効果の検証は、実験例と同様に、ＢＳＡの表面残存量の測定をＸＰＳで行った。その結果、分注後の分注ノズル表面に残存するタンパク質が従来のステンレススチール製のノズルと比較して１／２０以下（実験例で述べたＸＰＳ測定の検出限界以下）に低減されることを確認した。
【００５５】
＜実施例２＞
図７は、本発明による自動分析装置の構成例を示す図であり、次にその基本動作を述べる。検体収納部機構１には、一つ以上の検体容器２５が配置されている。ここでは、ディスク状の機構部に搭載された検体収納部機構である検体ディスク機構の例で説明するが、検体収納部機構の他の形態としては自動分析装置で一般的に用いられている検体ラック又は検体ホルダー状の形態であってもよい。またここで言う検体とは、反応容器で反応させるために使用する被検査溶液のことを指し、採集検体原液でもよく、またそれを希釈や前処理等の加工処理をした溶液であってもよい。検体容器２５内の検体は、検体供給用分注機構２の検体用分注ノズル２７によって抽出され、所定の反応容器に注入される。検体用分注ノズルは、実施例１に記述した方法で１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルにより表面処理した。試薬ディスク機構５は、多数の試薬容器６を備えている。また、機構５には、試薬供給用分注機構７が配置されており、試薬は、この機構７の試薬用分注ノズル２８によって、吸引され所定の反応セルに注入される。１０は分光光度計、２６は集光フィルタつき光源であり、分光光度計１０と集光フィルタつき光源２６の間に、測定対象を収容する反応ディスク３が配置される。この反応ディスク３の外周上には、例えば、１２０個の反応セル４が設置されている。また、反応ディスク３の全体は、恒温槽９によって、所定の温度に保持されている。１１は反応セル洗浄機構であり、洗浄剤容器１３から洗浄剤が供給され、セル内の吸引は吸引ノズル１２で行う。
【００５６】
１９はコンピュータ、２３はインターフェース、１８はＬｏｇ変換器及びＡ／Ｄ変換器、１７は試薬用ピペッタ、１６は洗浄水ポンプ、１５は検体用ピペッタである。また、２０はプリンタ、２１はＣＲＴ、２２は記憶装置としてのフロッピーディスクやハードディスク、２４は操作パネルである。検体ディスク機構は駆動部２００により、試薬ディスク機構は駆動部２０１により、反応ディスクは駆動部２０２により、それぞれインターフェースを介して制御並びに駆動されている。また自動分析装置の各部はインターフェースを介してコンピュータ１９により制御される。
【００５７】
上述の構成において、操作者は、操作パネル２４を用いて分析依頼情報の入力を行う。操作者が入力した分析依頼情報は、マイクロコンピュータ１９内のメモリに記憶される。検体容器２５に入れられ、検体収納部機構１の所定の位置にセットされた測定対象検体はマイクロコンピュータ１９のメモリに記憶された分析依頼情報に従って、検体ピペッタ１５及び検体供給用分注機構２の表面処理された検体用分注ノズル２７によって、反応セルに所定量分注される。表面処理された検体用分注ノズル２７は水洗浄され、次の検体の分注に使用される。
【００５８】
この時、１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルにより被覆された検体用分注ノズル２７を用いることでタンパク質に代表される生体高分子の吸着を抑制し、検体間のキャリーオーバを従来のステンレススチール製分注ノズルに比較して低減することが出来る。またこの時、１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルが単分子膜を形成しているため、静電容量の変化を用いて液面検知を行うことが出来る。反応セルに試薬供給用分注機構７の試薬用分注ノズル２８によって、所定量の試薬が分注される。試薬用分注ノズル２８は水洗浄された後、次の反応セルのための試薬を分注する。検体と試薬の混合液は、撹拌機構８の攪拌棒２９によって撹拌される。撹拌機構８は順次、次の反応セルの混合液を撹拌する。
【００５９】
検体分注用ノズル２７の表面処理には１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルの他にも、実験例に一般式１で示した一連の分子群から選ばれる少なくとも一つの分子の溶液を用いることが出来る。
【００６０】
＜実施例３＞
図８に、本実施例で用いる自動分析装置の概略図を示す。まず、検体用分注ノズル２７を第一処理液槽４０１に回転移動し、下降して第一処理液に浸漬する。この際の浸漬領域は、分注時に検体用分注ノズル２７が検体に浸漬する領域よりも十分に大きい。第一処理液としては、ポリエチレングリコール誘導体として１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルと、実験例に一般式１で示した一連の分子群から選ばれる少なくとも一つの分子の溶液を用いることが出来る。ここでは１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルの２ｍＭエタノール溶液を用いた。浸漬する時間は、浸漬頻度に応じて変化する。例えば分注に際して毎回浸漬する場合には１秒程度で十分である。また、一日の分析終了後に浸漬する場合には２４時間程度浸漬する。次に、分注ノズル２７を第二処理液槽４０２に回転移動し、下降して第二処理液に浸漬する。この際、浸漬領域は、先の第一処理液に浸漬した領域よりも十分に大きい。第二処理液槽４０２で用いる溶液としては、先の第一処理液槽４０１での処理液に溶媒として用いられたエタノールを用いる。
【００６１】
以上の第二処理液槽４０２での動作により、第一処理液槽４０１で処理した際に余剰に付着した１１−メルカプトウンデカノールヘキサエチレングリコールエーテルを除去することが出来る。そののち検体を分注することで、タンパク質に代表される生体高分子の吸着を抑制し、キャリーオーバを従来のステンレススチール製分注ノズルに比較して１／２以下に低減することが出来る。
【００６２】
以上の実施例１〜３においても、実験例と同様に、ポリエチレングリコール誘導体は必要なエチレンオキシド基の数が２以上であること及び分子が配列するための分子間相互作用が十分であるという要請から、数平均分子量は１００以上であることが望ましい。また、逆に分子間の立体的な斥力が大きすぎると表面へのポリエチレングリコール誘導体の吸着量が低減してしまう。このため、ポリエチレングリコール誘導体の数平均分子量は２００００以下であることが望ましい。被覆するポリエチレングリコール誘導体の化学構造は単一である必要はなく混合物であっても良い。
【００６３】
以上の実施例では分注ノズルにおけるキャリーオーバを問題としたが、攪拌棒などキャリーオーバの要因となりうる全ての部材において、本発明の処理を行うことで、同様の効果が得られる。
【００６４】
本発明によれば、分注ノズル表面へのタンパク質などの生体高分子の非特異吸着を劇的に低減し、キャリーオーバの抑制を図ることで、自動分析装置の信頼性の向上に貢献することが出来る。また、このため検体微量化、試薬の微量化にも貢献し、ランニングコストや環境負荷の低減をすることが出来る。
【符号の説明】
【００６５】
１…検体収納部機構、２…検体供給用分注機構、３…反応ディスク、４…反応セル、５…試薬ディスク機構、６…試薬容器、７…試薬供給用分注機構、８…撹拌機構、９…恒温槽、１０…分光光度計、１１…反応セル洗浄機構、１２…吸引ノズル、１３…洗浄剤容器、１５…検体用ピペッタ、１６…洗浄水ポンプ、１７…試薬用ピペッタ、２５…検体容器、２６…集光フィルタつき光源、２７…検体用分注ノズル、２８…試薬用分注ノズル、２９…撹拌棒、１０１…分注ノズル本体部、１０２…分注ノズル折り曲げ部、１０３…分注ノズル中空部、１１１…分注ノズル本体部、１１２…金薄膜層、１１３…親水性分子層、１１４…分注ノズルの中空部、２００…駆動部、２０１…駆動部、２０２…駆動部、４０１…第一処理液槽、４０２…第二処理液槽、４０３…分注ノズル洗浄槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが検体を収納する複数の検体容器と、
それぞれが試薬を収納する複数の試薬容器と、
検体と試薬が注入される複数の反応セルと、
前記検体容器中の検体を前記反応セルに注入する検体分注機構と、
前記試薬容器中の試薬を前記反応セルに注入する試薬分注機構とを有し、
前記検体分注機構は、数平均分子量１００〜２００００のポリエチレングリコール誘導体が表面に化学吸着した分注ノズルを備えることを特徴とする自動分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の自動分析装置において、前記ポリエチレングリコール誘導体が化学吸着している前記分注ノズルの領域は、分注動作時に前記分注ノズルが検体に浸漬される領域よりも大きいことを特徴とする自動分析装置。
【請求項３】
請求項１に記載の自動分析装置において、前記分注ノズルは表面に金薄膜層を有し、その金薄膜層に対して下記一般式で示される片末端にチオール基を有する前記ポリエチレングリコール誘導体が化学吸着していることを特徴とする自動分析装置。
ＨＳ−Ｒ1−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ2
（ｎは２以上の正の整数、Ｒ1は２価の炭化水素基、Ｒ2はＨ又はＣＨ3）
【請求項４】
請求項１に記載の自動分析装置において、前記分注ノズルに対して前記ポリエチレングリコール誘導体を化学吸着させる表面処理を行う機構を備えることを特徴とする自動分析装置。
【請求項５】
請求項４に記載の自動分析装置において、前記ポリエチレングリコール誘導体は下記一般式で表されることを特徴とする自動分析装置。
ＨＳ−Ｒ1−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ2
（ｎは２以上の正の整数、Ｒ1は２価の炭化水素基、Ｒ2はＨ又はＣＨ3）
【請求項６】
請求項３に記載の自動分析装置において、前記ポリエチレングリコール誘導体が単分子膜を形成していることを特徴とする自動分析装置。
【請求項７】
数平均分子量１００〜２００００のポリエチレングリコール誘導体が表面に化学吸着していることを特徴とする自動分析装置用分注ノズル。
【請求項８】
請求項７に記載の自動分析装置用分注ノズルにおいて、前記ポリエチレングリコール誘導体が下記一般式で表されることを特徴とする自動分析装置用分注ノズル。
ＨＳ−Ｒ1−（ＯＣＨ2ＣＨ２）n−Ｏ−Ｒ2
（ｎは２以上の正の整数、Ｒ1は２価の炭化水素基、Ｒ2はＨ又はＣＨ3）
【請求項９】
検体容器中の検体を反応セルに注入するのに用いられる自動分析装置用分注ノズルの製造方法において、
電解メッキ又は無電解メッキを用いて分注ノズルの表面に金薄膜層を形成する工程と、
前記金薄膜層をエタノールで洗浄し、その後にＵＶ／エキシマ処理で洗浄する工程と、
洗浄した前記分注ノズルを下記一般式
ＨＳ−Ｒ1−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ2
（ｎは２以上の正の整数、Ｒ1は２価の炭化水素基、Ｒ2はＨ又はＣＨ3）
で表される数平均分子量１００〜２００００のポリエチレングリコール誘導体の溶液に浸漬する工程と、
前記分注ノズルの処理された表面を溶媒で洗浄する工程と、
表面を乾燥する工程と
を有することを特徴とする自動分析装置用分注ノズルの製造方法。
【請求項１】
それぞれが検体を収納する複数の検体容器と、
それぞれが試薬を収納する複数の試薬容器と、
検体と試薬が注入される複数の反応セルと、
前記検体容器中の検体を前記反応セルに注入する検体分注機構と、
前記試薬容器中の試薬を前記反応セルに注入する試薬分注機構とを有し、
前記検体分注機構は、数平均分子量１００〜２００００のポリエチレングリコール誘導体が表面に化学吸着した分注ノズルを備えることを特徴とする自動分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の自動分析装置において、前記ポリエチレングリコール誘導体が化学吸着している前記分注ノズルの領域は、分注動作時に前記分注ノズルが検体に浸漬される領域よりも大きいことを特徴とする自動分析装置。
【請求項３】
請求項１に記載の自動分析装置において、前記分注ノズルは表面に金薄膜層を有し、その金薄膜層に対して下記一般式で示される片末端にチオール基を有する前記ポリエチレングリコール誘導体が化学吸着していることを特徴とする自動分析装置。
ＨＳ−Ｒ1−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ2
（ｎは２以上の正の整数、Ｒ1は２価の炭化水素基、Ｒ2はＨ又はＣＨ3）
【請求項４】
請求項１に記載の自動分析装置において、前記分注ノズルに対して前記ポリエチレングリコール誘導体を化学吸着させる表面処理を行う機構を備えることを特徴とする自動分析装置。
【請求項５】
請求項４に記載の自動分析装置において、前記ポリエチレングリコール誘導体は下記一般式で表されることを特徴とする自動分析装置。
ＨＳ−Ｒ1−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ2
（ｎは２以上の正の整数、Ｒ1は２価の炭化水素基、Ｒ2はＨ又はＣＨ3）
【請求項６】
請求項３に記載の自動分析装置において、前記ポリエチレングリコール誘導体が単分子膜を形成していることを特徴とする自動分析装置。
【請求項７】
数平均分子量１００〜２００００のポリエチレングリコール誘導体が表面に化学吸着していることを特徴とする自動分析装置用分注ノズル。
【請求項８】
請求項７に記載の自動分析装置用分注ノズルにおいて、前記ポリエチレングリコール誘導体が下記一般式で表されることを特徴とする自動分析装置用分注ノズル。
ＨＳ−Ｒ1−（ＯＣＨ2ＣＨ２）n−Ｏ−Ｒ2
（ｎは２以上の正の整数、Ｒ1は２価の炭化水素基、Ｒ2はＨ又はＣＨ3）
【請求項９】
検体容器中の検体を反応セルに注入するのに用いられる自動分析装置用分注ノズルの製造方法において、
電解メッキ又は無電解メッキを用いて分注ノズルの表面に金薄膜層を形成する工程と、
前記金薄膜層をエタノールで洗浄し、その後にＵＶ／エキシマ処理で洗浄する工程と、
洗浄した前記分注ノズルを下記一般式
ＨＳ−Ｒ1−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ2
（ｎは２以上の正の整数、Ｒ1は２価の炭化水素基、Ｒ2はＨ又はＣＨ3）
で表される数平均分子量１００〜２００００のポリエチレングリコール誘導体の溶液に浸漬する工程と、
前記分注ノズルの処理された表面を溶媒で洗浄する工程と、
表面を乾燥する工程と
を有することを特徴とする自動分析装置用分注ノズルの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２３０５８６（Ｐ２０１０−２３０５８６Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８０３４６（Ｐ２００９−８０３４６）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．フロッピー
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．フロッピー
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]