自動分析装置用分注ノズル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及びそれ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、検体や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、１つの分析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。ノズル径の微小化は、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ために、従来は、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）。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も知られている（特許文献３）。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。
【０００７】
なお、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】
【０００８】
【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】
【０００９】
【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】
【００１０】
純水や界面活性剤を含む洗剤による洗浄では、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。活性酸素により付着した検体の残渣を失活させる方法では、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。また、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。
【００１１】
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検体分注ノズル、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】
【００１２】
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。本発明では、そのために、検体などの生体分子による非特異吸着を抑制する分子をノズル表面へ固定化した。また、上記分子の固定化に際しては、表面への化学吸着、特に共有結合を利用した。この際、非特異吸着を抑制する分子をノズルの最表面へ固定化できれば、ノズルの材質は限定されない。
【００１３】
分注ノズル表面にポリエチレングリコール（ＰＥＧ）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誘導体は親水性であり、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。ＰＥＧ誘導体は蛋白質の吸着抑制効果が最も高い。これは、一般に非イオン性の水溶性高分子を材料表面にコートすると、物質表面の親水性は向上しながら表面電荷も抑えられるからである。また、このような性質に加えて、ＰＥＧは毒性が全くといってよいほどないことも臨床応用に重要である。
【００１４】
必要なエチレンオキシド（−Ｃ2Ｈ4Ｏ−）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ＰＥＧ誘導体の分子量は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ＰＥＧ誘導体の吸着量が低減してしまう。このためＰＥＧ誘導体の分子量は２００００以下であることが望ましい。被覆するＰＥＧ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】
本発明の自動分析装置は、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、検体分注ノズルを備え、検体容器中の検体を反応セルに分注する検体分注機構と、試薬分注ノズルを備え、試薬容器中の試薬を反応セルに分注する試薬分注機構とを有し、検体分注ノズルは、表面に酸化ケイ素層を有し、その酸化ケイ素層に対して、下記一般式
Ｓｉ−Ｒ1−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ2（ｎは２以上の正の整数、Ｒ1は炭化水素基、Ｒ2はＨ又はＣＨ3）
で示されるポリエチレングリコールを有するケイ素誘導体が化学吸着しているものである。
【００１６】
また、本発明による自動分析装置用分注ノズルの製造方法は、
(a) スパッタリング又は薬液塗布及び乾燥を用いて分注ノズルの表面に酸化ケイ素層を形成する工程、
(b) 分注ノズルの表面に形成した酸化ケイ素層を洗浄する工程、
(c) 洗浄した分注ノズルを下記一般式
Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｓｉ−Ｒ４−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ5（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3はケイ素の置換基、Ｒ4は炭化水素基、Ｒ5はＨ又はＣＨ3、ｎは２以上の正の整数）
で表されるシラノール基前駆体を有するポリエチレングリコール誘導体の溶液に浸漬する工程、
(d) 分注ノズルの処理された表面を溶媒で洗浄する工程、
(e) 洗浄した前記分注ノズルの表面を乾燥する工程を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、分注ノズルへの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】
【００１８】
【図１】分注ノズルの概略図。
【図２】分注ノズルの断面図。
【図３】工程フロー。
【図４】ＸＰＳの結果を示す図。
【図５】ＸＰＳの結果を示す図。
【図６】自動分析装置の構成例を示す図。
【図７】液面検知の概念図。
【図８】液面検知の概念図。
【図９】液面検知の概念図。
【図１０】液面検知の概念図。
【図１１】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図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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、耐腐食性が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。しかし、ノズルの材料はステンレススチールに限定されず、樹脂例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリ塩化ビニル、ポリアクリレートや、ガラス、その他金属材料（金、プラチナ、銅）、セラミックであれば良い。ここでは、ステンレススチールの分注ノズルの例を示す。分注ノズルは角１０２で曲げられ、吸引・吐出機構へと接続されている。検体や試薬の吸引時は、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（ＰＥＧ）誘導体が化学吸着し被覆する領域としては、中空部１０３を持つ分注ノズルの場合、内面、外面及び端部１０５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。
【００２０】
分注ノズルの表面に対してＰＥＧ誘導体を化学吸着させる方法としては、下記一般式(1)で示されるような片末端にシラノール基前駆体を有するＰＥＧ誘導体を用いる方法がある。一般式(1)のような分子は、一般にシランカップリング剤と呼ばれ、表面水酸基と化学結合により分子を固定化できる。このように非対称な分子を用いることで、分注ノズルの表面上に、整然と単分子膜として固定化できる。両末端が、シラノール基前駆体である場合、両末端で表面にポリエチレングリコール鎖が固定化され、運動の自由度を失い、本来持つ非特異吸着抑制の効果を発揮できない場合があるので好ましくない。
Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｓｉ−Ｒ4−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ5 …(1)
【００２１】
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は、ケイ素（Ｓｉ）の置換基である。一般的に、メトキシ基（ＭｅＯ）、エトキシ基（ＥｔＯ）、プロピルオキシ基（ＰｒＯ）などのエーテル基や又はフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）などのハロゲンからなり、これらのうちから選ばれたものがケイ素の置換基である。加水分解により、シラノール基に変換され、固体表面の水酸基と結合する。Ｒ4は炭化水素基である。Ｒ5は親水性の観点からＨ又はＣＨ3が適する。ｎは２以上の正の整数である。
【００２２】
シラノール（ＳｉＯＨ）基は、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）との親和性が高い。ガラスは、一般的にＳｉＯＨ基やＳｉＯ2層を有している。よって、ガラスで分注ノズルを作製することで、そのままシランカップリング剤を固定化できる。又は、ガラス以外を材料とする分注ノズルの場合には、ノズル表面に酸化ケイ素層やガラス層などをあらかじめ設けることで、シランカップリング剤との化学吸着、共有結合を実現できる。
【００２３】
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。従って、実施の形態ではステンレススチールの最表面に酸化ケイ素層をあらかじめ設けた例を示す。しかし、ステンレススチール表面には水酸基が形成されており、そこを反応点としてシランカップリング剤を直接固定化することも可能である。
【００２４】
このように処理された分注ノズルの図１に点線で示した位置での処理部断面図を図２に示す。分注ノズル１１１は本体部であり、ステンレススチールなどからなる。ＳｉＯ2層１１２はノズル１１１上にスパッタリング又はＣＶＤ成膜又は薬液（ＳＯＧ：Spin On Glass、塗布ガラス）の塗布乾燥により形成される。ＰＥＧ誘導体層１１３はＳｉＯ2層１１２に対して化学結合しており、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。分注ノズルは中空部１１４を備えている。形成されたＳｉＯ2層に対してアルコールや酸により洗浄を行う。その後、片末端にシラノール基前駆体を有するＰＥＧ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エチレングルコール鎖に由来する炭素−酸素の１重（Ｃ−Ｏ）結合の存在をＣ１ｓ(炭素１ｓ)のＸＰＳの測定結果から確認できた。
【００２５】
本発明のノズルでは、ノズル外壁のみにＳｉＯ2層を形成し、その最表面にＰＥＧ誘導体層を形成した例を示した。なお、ノズル内壁にも同様にＳｉＯ2層とＰＥＧ誘導体層を形成しても良い。
【００２６】
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ＳｉＯ2層を形成したものとは有意な差が認められた。
【００２７】
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。従って、ステンレススチール製分注ノズル表面に絶縁性のＳｉＯ2薄膜層とその表面の有機膜層が形成されていても、液面検知の静電容量変化を検出できた。なお、液面を検知した高さ位置から３ｍｍ程度下側でノズルが止まり、液体を吸引する設定とした。本発明では、ＳｉＯ2層の厚さが約１０ｎｍであり、静電容量の変化を容易に検出できる。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、ノズル表面に形成したＳｉＯ2層が割れや傷を形成する場合がある。この酸化ケイ素層の割れや傷を静電容量の変化として検出することで、ノズル表面の定期的なメンテナンス実施時期を知らせるセンサを搭載できる。また、上記の表面処理法では簡便にＰＥＧ誘導体を化学吸着させることが出来るので、ＰＥＧ誘導体を化学吸着させる機構を自動分析装置への組み込むことも可能である。本発明の分注ノズルを使用すれば、検体間の汚染に、より敏感である免疫分析装置を生化学自動分析装置と統合することにも役立つ。
【００２８】
次に、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００２９】
＜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。用いた基板は、１０ｎｍの厚さの酸化ケイ素（ＳｉＯ2）層を最表面層に有するＳＵＳ基板である。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。
【００３０】
（ＰＥＧ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。
工程１．ＳＵＳ表面にＳｉＯ2層を形成。
まず、ステンレススチール（ＳＵＳ）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した。その後、酸素（Ｏ２）を反応性ガス、Ａｒを放電ガスとする、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置を用い、Ｓｉをスパッタリングした。ＳｉＯ2の成膜条件は以下の通りである。チャンバ内の到達真空度は、５×１０-5Ｔｏｒｒであり、ヒーター設定温度は４２３Ｋとした。その結果、ＳｉＯ2の成膜速度は、０．２ｎｍ/秒である。こうして、ＳＵＳ表面にＳｉＯ2層を１０ｎｍ形成した。なお、スパッタリングでなく、薬液（ＳＯＧ：Spin On Glass、塗布ガラス）の塗布乾燥によってもＳｉＯ2層は形成できる。
【００３１】
工程２．工程１にて形成されたＳｉＯ2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。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、着滴から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１０±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。
【００３２】
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、工程２までで清浄化処理された基板を２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシラン（２-[METHOXY(POLYETHYLENEOXY)PROPYL]TRIMETHOXYSILANE）により、シランカップリング処理した。２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシランの３ｍＭトルエン溶液を調整し、そこに濃塩酸（約３５％）を０．８ｍＬ／Ｌの濃度になるよう滴下し攪拌した。こうして調整したシランカップリング剤の溶液に工程２で調整した基板を３０分間浸漬した。
【００３３】
２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシラン（２-[METHOXY(POLYETHYLENEOXY)PROPYL]TRIMETHOXYSILANE）は、分子量４６０から５９０のものを含み、エチレングリコール鎖が６から９ユニット備わっている。ここで、２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシランの化学式を以下に示す。
（ＣＨ3Ｏ）3Ｓｉ−Ｃ3Ｈ6−（ＯＣＨ2ＣＨ2）6-9−ＯＣＨ3 …(2)
【００３４】
工程４．洗浄及び乾燥
基板を溶液から引き上げ、トルエンで１回洗浄、エタノールで２回洗浄後、水洗を２回行い、２分間、水中で超音波洗浄した。その後、窒素ブローで乾燥した。以下、このようにして作製された基板をＰＥＧ溶液浸漬基板ともいう。
本発明による表面処理の効果を検証するために、参照用として以下の２枚の基板を用意した。
【００３５】
（参照基板１． ＳｉＯ2膜を形成したＳＵＳ基板の作成）
まず、１枚目の参照基板の処理手順について説明する。先に述べた工程１の方法で、ステンレススチール基板にスパッタリングによりＳｉＯ2膜を形成した。このＳｉＯ2層の膜厚は１０ｎｍ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。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１０±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。このＳｉＯ2膜を形成した基板を参照基板１とした。
【００３６】
（参照基板２． ステンレススチール基板の作成）
２枚目の参照基板としてステンレススチール基板を用意し、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参照基板２とした。
【００３７】
ＢＳＡ吸着試験
生体高分子の吸着抑制効果の検証は、ＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）の吸着試験によって行った。まずＢＳＡの２．５ｇ／Ｌ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した。次いで、純水で十分に洗浄した。最後に窒素ブローにより乾燥させた。
【００３８】
こうしてＢＳＡを吸着試験した３枚の基板についてＸＰＳ測定を行い、表面組成を定量分析した。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Φ１００μｍとし、取り出し角は４５°とした。
【００３９】
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、参照基板２からはＦｅ（鉄）及びＣｒ（クロム）が検出された。ＰＥＧ溶液浸漬基板及び参照基板１からは、ケイ素（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）が検出された。これにより、ＳｉＯ2の薄膜を形成した２枚の基板では、いずれも表面が酸化ケイ素によりコーティングされていることを確認した。
【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。
【００４１】
ＢＳＡ吸着試験後の結果を比較する。ＰＥＧ溶液浸漬基板及び参照基板１の測定結果を図４に示す。ＰＥＧ溶液浸漬基板の測定結果は、破線３１０で示す。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。また、矢印３１４の範囲は、ガラスに由来するカリウム２ｐのピークである。図４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。これは分子内のエチレングリコール鎖に由来するＣ−Ｏ結合を反映している。
【００４２】
一方、参照基板１の測定結果は、実線３１５で示す。矢印３１６の範囲はＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ結合、矢印３１７の範囲はＣ−Ｏ結合、矢印３１８の範囲はＣ＝Ｏ、Ｏ＝Ｃ−Ｏ、ＣＯ3結合の検出される範囲である。また、矢印３１９の範囲は、ガラスに由来するカリウム２ｐのピークである。
【００４３】
図から明らかな通り、ＰＥＧ溶液浸漬基板では、矢印３１２の範囲で検出されるＣ−Ｏ結合がＳｉＯ2膜を形成しただけの参照基板１よりも十分に大きいことがわかる。したがって、ＰＥＧ溶液浸漬基板には、ＰＥＧ誘導体がきちんと固定化されていることが確認できた。
【００４４】
次に、基板ごとのＢＳＡ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により、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、アミドに帰属される。そこで本実施例ではＢＳＡの基板ごとの相対吸着量をＮ１ｓ量により定量し、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。
【００４５】
結果を図５に示す。細線３２１がＰＥＧ溶液浸漬基板のスペクトル、太線３２２が参照基板１のスペクトル、破線３２３が参照基板２のスペクトルである。ＢＳＡが吸着した、ＳｉＯ2層を有する基板（参照基板１）の表面及びステンレススチール基板（参照基板２）の表面では、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。
【００４６】
Ｎ１ｓのピーク面積の解析は、バックグラウンドを３９５ｅＶから４０５ｅＶまでを直線で差し引くことで行った。各元素のピーク面積から求まるＮ１ｓの表面元素濃度（原子％）を表１に示す。表１では、２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシラン溶液に浸漬した基板をＰＥＧ溶液浸漬基板、ＳｉＯ2のみを有する参照基板１をＳｉＯ2／ＳＵＳ基板、参照基板２はステンレススチール基板とした。
【００４７】
【表１】
【００４８】
ＳｉＯ2膜を形成したＳＵＳ基板での窒素比率は５．０％であり、ＰＥＧ溶液浸漬基板ではＮ１ｓは検出限界以下となった。また、ステンレススチール基板では、窒素の表面元素濃度が３．０％であった。本測定での検出限界（窒素の含有量で０．１％）を考慮すると、ＰＥＧ溶液浸漬基板では、ＳｉＯ2膜を形成した基板に対してＢＳＡの吸着量が１／５０以下となり、ＢＳＡの吸着を抑制できることを確認した。また、ＰＥＧ溶液浸漬基板では、ステンレススチール基板に対してＢＳＡの吸着量が１／３０以下となり、ＢＳＡの吸着を抑制できることを確認した。
【００４９】
以上の結果から、ステンレススチール上にＳｉＯ2層を形成し、２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシラン（２-[METHOXY(POLYETHYLENEOXY)PROPYL]TRIMETHOXYSILANE）分子を化学吸着させることで、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。
【００５０】
エチレングリコール鎖を有するシランカップリング剤の一例として、上記化学式(2)で表される分子を利用したが、本発明で利用できる分子は上記化学式(2)に限定されるものではない。化学式(2)は、エチレングリコール鎖（エチレンオキシド基）の数が６から９の混合物である。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、ＰＥＧ誘導体の分子量は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ＰＥＧ誘導体の吸着量が低減してしまう。このためＰＥＧ誘導体の分子量は２００００以下であることが望ましい。被覆するＰＥＧ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】
また、この分子のシラノール基と逆側の末端は、水酸基（ＯＨ）でも、エーテル基（Ｏ−Ｒ、Ｒ：アルキル基）でもよい。プロピル基（Ｃ3Ｈ6）は一般に炭化水素基で良。従って、本発明のノズル表面に有効なのは、以下の一般式(3)で示される分子である。
Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｓｉ−Ｒ4−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ5 …(3)
【００５２】
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は、ケイ素（Ｓｉ）の置換基である。一般的に、メトキシ基（ＭｅＯ）、エトキシ基（ＥｔＯ）、プロピルオキシ基（ＰｒＯ）などのエーテル基や又はフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）などのハロゲンからなり、これらのうちから選ばれたものがケイ素の置換基である。加水分解により、シラノール基に変換され、固体表面の水酸基と結合する。Ｒ4は炭化水素基である。Ｒ5は親水性の観点からＨ又はＣＨ3が適する。蛋白質の吸着抑制には、ポリエチレングリコール鎖を有していることが有用であり、その他の部分、例えばＲ4は炭化水素基以外にエーテル基、カルボキシル基、カルボニル基、エステル基、アミド基などでもよい。ｎは２以上の正の整数である。
【００５３】
＜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スパッタリングによりＳｉＯ2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の外径は０．５ｍｍ、内径は０．３ｍｍであり、先端１０ｍｍの領域にＳｉＯ2層を１０ｎｍの厚さに形成した。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。
【００５４】
次に、ＳｉＯ2層を形成した分注ノズルの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。
【００５５】
清浄化処理を終えた分注ノズルを、ＰＥＧ誘導体の溶液に浸漬した。具体的には、２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシランの３ｍＭトルエン溶液を調整し、そこに濃塩酸（約３５％）を０．８ｍＬ／Ｌの濃度になるよう滴下した。こうして調整したシランカップリング剤溶液に洗浄した分注ノズルを３０分間浸漬した。分注ノズルを溶液から引き上げ、トルエンで１回洗浄、エタノールで２回洗浄後、水洗を２回し、２分間の水中で超音波洗浄した。その後、窒素ブローで乾燥した。
【００５６】
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１／５０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。
【００５７】
＜実施例２＞
図６は、本発明による自動分析装置の構成例を示す図であり、次にその基本構成を述べる。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。検体分注ノズルは、実施例１に記述した方法で２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシラン（２-[METHOXY(POLYETHYLENEOXY)PROPYL]TRIMETHOXYSILANE）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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
この時、２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシランで被覆された検体分注ノズル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１／２以下に低減することができた。キャリーオーバは洗浄した後での比較である。したがって、キャリーオーバをさらに低下させることは難しいにもかかわらず、ノズルに表面処理することで、キャリーオーバ率を低下できたことは著しい進歩である。またこの時、２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシランが単分子膜を形成しており、かつノズル表面のＳｉＯ2層が１０ｎｍと薄いため、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の試薬分注ノズル２８によって、所定量の試薬が分注される。試薬分注ノズル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。
【００６１】
検体分注用ノズル２７の表面処理には、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。
【００６２】
ここで、この装置に搭載されている液面検知の原理を説明する。搭載液面検知の原理には、静電容量方式を採用している。静電容量方式では、ノズルとグラウンド（本実施例の場合ではセル底が相当）間の静電容量値を測定する。誘電率の高い物質に接触した際に、静電容量が空気中に比べて大きくなることを利用している。
【００６３】
図７に静電容量方式による液面検知の概念図を示す。表面修飾をしていない金属ノズルを使用した場合である。金属ノズル４１０が、検体容器４１２中の検体４１３に触れていない。検体容器が接する装置本体４１１をグラウンドとした場合、ノズルとグラウンド間の静電容量は、空気の静電容量Ｃ0と水の静電容量Ｃ1で決まる。この際の合計の静電容量Ｃは、Ｃ＝（Ｃ0×Ｃ1）／（Ｃ0＋Ｃ1）である。
【００６４】
一方、図８にノズルが液面に触れた場合の概念図を示す。金属ノズル４１０が、検体容器４１２中の液体４１３に触れている。検体容器が装置本体４１１をグラウンドとした場合、ノズルとグラウンド間の静電容量はＣ1である。
【００６５】
この方式を利用することで、本実施例のＳｉＯ2を被覆したノズルでも液面検知が可能である。図９に、酸化ケイ素を被覆したノズルでの液面検知の例を示す。酸化ケイ素層４１４を有する金属ノズル４１０が、検体容器４１２中の液体４１３に触れていない場合を示す。検体容器が接する装置本体４１１をグラウンドとする。酸化ケイ素（ＳｉＯ2）層の静電容量をＣ２とする。ＳｉＯ2を被覆したノズルが空気中にある場合の静電容量をＣxとすると、１／Ｃx＝１／Ｃ0＋１／Ｃ1＋１／Ｃ２となる。
【００６６】
一方、図１０に、酸化ケイ素層４１４を有する金属ノズル４１０が、検体容器４１２中の液体４１３に触れている場合を示す。検体ボトルが接する装置本体４１１をグラウンドとする。酸化ケイ素（ＳｉＯ2）層の静電容量をＣ２とする。ＳｉＯ2を被覆したノズルが液面に触れている場合の静電容量をＣyとすると、１／Ｃy＝１／Ｃ1＋１／Ｃ２となり、空気中の静電容量Ｃxと異なることから液面を検知できる。
【００６７】
何らかの衝撃や接触で、このノズルのＳｉＯ2層が割れた場合、金属ノズルが空気と直接触れるため、ＳｉＯ2層の静電容量Ｃ２を無視できる。すると、静電容量が大幅に変化するので、ノズル上のＳｉＯ2層の傷や割れを検知できる。ＳｉＯ2層の傷や割れが生じた場合、そこをきっかけとしてキャリーオーバが増加することがあり得る。したがって、ＳｉＯ2層の傷や割れを検知できることは重要である。また、初期値からの静電容量のズレがある閾値を超えた場合や、ノズル交換に伴う初期値の変更も記憶する記憶媒体３２がある。
【００６８】
本実施例の自動分析装置には、この静電容量の変化を検知する検知機構３１、ノズルの交換時期や分析正確性を知らせるインジケータ３０が搭載されている。このインジケータは正常時には青色を示し、静電容量の変化を常に測定しており、ノズル表面の酸化ケイ素層に割れや傷等の異常が発生した際には、静電容量の変化からその異常を検知し、インターフェースを介してインジケータ３０を例えば赤色に表示して報知する。また、この際に分析したサンプルについては、装置上で記憶しており、ノズル交換後に分析データを再取得するプログラムを内蔵している。
【００６９】
＜実施例３＞
図１１に、本実施例で用いる自動分析装置の概略図を示す。本実施例では、図６に示した自動分析装置の構成に、第一処理液槽４０１と第二処理液槽４０２が追加されている。また図１１の分注ノズル２７はステンレススチール製分注ノズルであり、表面にＳｉＯ2層を１０ｎｍ形成したものを用いた。
【００７０】
まず、検体分注ノズル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、ＰＥＧ誘導体として２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシランや、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２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシランの２ｍＭトルエン溶液を用いた。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３０分間程度浸漬する。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トルエンを用いる。
【００７１】
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２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシラン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。キャリーオーバは洗浄した後での比較である。したがって、キャリーオーバをさらに低下させることは難しいにもかかわらず、ノズルに表面処理することで、キャリーオーバ率を低下できたことは著しい進歩である。
【００７２】
以上の実施例１〜３においても、実験例と同様に、ＰＥＧ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、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ＰＥＧ誘導体の吸着量が低減してしまう。このため、ＰＥＧ誘導体の分子量は２００００以下であることが望ましい。被覆するＰＥＧ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。
【００７３】
以上の実施例では検体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。
【００７４】
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】
【００７５】
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…検体分注ノズル、２８…試薬分注ノズル、２９…撹拌棒、３０…インジケータ、３１…検知機構、３２…記憶媒体、１０１…分注ノズル本体部、１１１…分注ノズル本体部、１１２…金薄膜層、１１３…親水性分子層、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、４１０…分注ノズル、４１１…装置本体、４１２…検体容器、４１３…検体、４１４…酸化ケイ素層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動分析装置用分注ノズル及びそれ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、検体や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、１つの分析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。ノズル径の微小化は、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ために、従来は、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）。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も知られている（特許文献３）。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。
【０００７】
なお、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】
【０００８】
【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】
【０００９】
【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】
【００１０】
純水や界面活性剤を含む洗剤による洗浄では、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。活性酸素により付着した検体の残渣を失活させる方法では、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。また、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。
【００１１】
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検体分注ノズル、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】
【００１２】
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。本発明では、そのために、検体などの生体分子による非特異吸着を抑制する分子をノズル表面へ固定化した。また、上記分子の固定化に際しては、表面への化学吸着、特に共有結合を利用した。この際、非特異吸着を抑制する分子をノズルの最表面へ固定化できれば、ノズルの材質は限定されない。
【００１３】
分注ノズル表面にポリエチレングリコール（ＰＥＧ）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誘導体は親水性であり、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。ＰＥＧ誘導体は蛋白質の吸着抑制効果が最も高い。これは、一般に非イオン性の水溶性高分子を材料表面にコートすると、物質表面の親水性は向上しながら表面電荷も抑えられるからである。また、このような性質に加えて、ＰＥＧは毒性が全くといってよいほどないことも臨床応用に重要である。
【００１４】
必要なエチレンオキシド（−Ｃ2Ｈ4Ｏ−）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ＰＥＧ誘導体の分子量は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ＰＥＧ誘導体の吸着量が低減してしまう。このためＰＥＧ誘導体の分子量は２００００以下であることが望ましい。被覆するＰＥＧ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】
本発明の自動分析装置は、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、検体分注ノズルを備え、検体容器中の検体を反応セルに分注する検体分注機構と、試薬分注ノズルを備え、試薬容器中の試薬を反応セルに分注する試薬分注機構とを有し、検体分注ノズルは、表面に酸化ケイ素層を有し、その酸化ケイ素層に対して、下記一般式
Ｓｉ−Ｒ1−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ2（ｎは２以上の正の整数、Ｒ1は炭化水素基、Ｒ2はＨ又はＣＨ3）
で示されるポリエチレングリコールを有するケイ素誘導体が化学吸着しているものである。
【００１６】
また、本発明による自動分析装置用分注ノズルの製造方法は、
(a) スパッタリング又は薬液塗布及び乾燥を用いて分注ノズルの表面に酸化ケイ素層を形成する工程、
(b) 分注ノズルの表面に形成した酸化ケイ素層を洗浄する工程、
(c) 洗浄した分注ノズルを下記一般式
Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｓｉ−Ｒ４−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ5（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3はケイ素の置換基、Ｒ4は炭化水素基、Ｒ5はＨ又はＣＨ3、ｎは２以上の正の整数）
で表されるシラノール基前駆体を有するポリエチレングリコール誘導体の溶液に浸漬する工程、
(d) 分注ノズルの処理された表面を溶媒で洗浄する工程、
(e) 洗浄した前記分注ノズルの表面を乾燥する工程を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、分注ノズルへの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】
【００１８】
【図１】分注ノズルの概略図。
【図２】分注ノズルの断面図。
【図３】工程フロー。
【図４】ＸＰＳの結果を示す図。
【図５】ＸＰＳの結果を示す図。
【図６】自動分析装置の構成例を示す図。
【図７】液面検知の概念図。
【図８】液面検知の概念図。
【図９】液面検知の概念図。
【図１０】液面検知の概念図。
【図１１】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図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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、耐腐食性が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。しかし、ノズルの材料はステンレススチールに限定されず、樹脂例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリ塩化ビニル、ポリアクリレートや、ガラス、その他金属材料（金、プラチナ、銅）、セラミックであれば良い。ここでは、ステンレススチールの分注ノズルの例を示す。分注ノズルは角１０２で曲げられ、吸引・吐出機構へと接続されている。検体や試薬の吸引時は、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（ＰＥＧ）誘導体が化学吸着し被覆する領域としては、中空部１０３を持つ分注ノズルの場合、内面、外面及び端部１０５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。
【００２０】
分注ノズルの表面に対してＰＥＧ誘導体を化学吸着させる方法としては、下記一般式(1)で示されるような片末端にシラノール基前駆体を有するＰＥＧ誘導体を用いる方法がある。一般式(1)のような分子は、一般にシランカップリング剤と呼ばれ、表面水酸基と化学結合により分子を固定化できる。このように非対称な分子を用いることで、分注ノズルの表面上に、整然と単分子膜として固定化できる。両末端が、シラノール基前駆体である場合、両末端で表面にポリエチレングリコール鎖が固定化され、運動の自由度を失い、本来持つ非特異吸着抑制の効果を発揮できない場合があるので好ましくない。
Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｓｉ−Ｒ4−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ5 …(1)
【００２１】
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は、ケイ素（Ｓｉ）の置換基である。一般的に、メトキシ基（ＭｅＯ）、エトキシ基（ＥｔＯ）、プロピルオキシ基（ＰｒＯ）などのエーテル基や又はフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）などのハロゲンからなり、これらのうちから選ばれたものがケイ素の置換基である。加水分解により、シラノール基に変換され、固体表面の水酸基と結合する。Ｒ4は炭化水素基である。Ｒ5は親水性の観点からＨ又はＣＨ3が適する。ｎは２以上の正の整数である。
【００２２】
シラノール（ＳｉＯＨ）基は、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）との親和性が高い。ガラスは、一般的にＳｉＯＨ基やＳｉＯ2層を有している。よって、ガラスで分注ノズルを作製することで、そのままシランカップリング剤を固定化できる。又は、ガラス以外を材料とする分注ノズルの場合には、ノズル表面に酸化ケイ素層やガラス層などをあらかじめ設けることで、シランカップリング剤との化学吸着、共有結合を実現できる。
【００２３】
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。従って、実施の形態ではステンレススチールの最表面に酸化ケイ素層をあらかじめ設けた例を示す。しかし、ステンレススチール表面には水酸基が形成されており、そこを反応点としてシランカップリング剤を直接固定化することも可能である。
【００２４】
このように処理された分注ノズルの図１に点線で示した位置での処理部断面図を図２に示す。分注ノズル１１１は本体部であり、ステンレススチールなどからなる。ＳｉＯ2層１１２はノズル１１１上にスパッタリング又はＣＶＤ成膜又は薬液（ＳＯＧ：Spin On Glass、塗布ガラス）の塗布乾燥により形成される。ＰＥＧ誘導体層１１３はＳｉＯ2層１１２に対して化学結合しており、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。分注ノズルは中空部１１４を備えている。形成されたＳｉＯ2層に対してアルコールや酸により洗浄を行う。その後、片末端にシラノール基前駆体を有するＰＥＧ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エチレングルコール鎖に由来する炭素−酸素の１重（Ｃ−Ｏ）結合の存在をＣ１ｓ(炭素１ｓ)のＸＰＳの測定結果から確認できた。
【００２５】
本発明のノズルでは、ノズル外壁のみにＳｉＯ2層を形成し、その最表面にＰＥＧ誘導体層を形成した例を示した。なお、ノズル内壁にも同様にＳｉＯ2層とＰＥＧ誘導体層を形成しても良い。
【００２６】
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ＳｉＯ2層を形成したものとは有意な差が認められた。
【００２７】
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。従って、ステンレススチール製分注ノズル表面に絶縁性のＳｉＯ2薄膜層とその表面の有機膜層が形成されていても、液面検知の静電容量変化を検出できた。なお、液面を検知した高さ位置から３ｍｍ程度下側でノズルが止まり、液体を吸引する設定とした。本発明では、ＳｉＯ2層の厚さが約１０ｎｍであり、静電容量の変化を容易に検出できる。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、ノズル表面に形成したＳｉＯ2層が割れや傷を形成する場合がある。この酸化ケイ素層の割れや傷を静電容量の変化として検出することで、ノズル表面の定期的なメンテナンス実施時期を知らせるセンサを搭載できる。また、上記の表面処理法では簡便にＰＥＧ誘導体を化学吸着させることが出来るので、ＰＥＧ誘導体を化学吸着させる機構を自動分析装置への組み込むことも可能である。本発明の分注ノズルを使用すれば、検体間の汚染に、より敏感である免疫分析装置を生化学自動分析装置と統合することにも役立つ。
【００２８】
次に、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００２９】
＜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。用いた基板は、１０ｎｍの厚さの酸化ケイ素（ＳｉＯ2）層を最表面層に有するＳＵＳ基板である。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。
【００３０】
（ＰＥＧ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。
工程１．ＳＵＳ表面にＳｉＯ2層を形成。
まず、ステンレススチール（ＳＵＳ）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した。その後、酸素（Ｏ２）を反応性ガス、Ａｒを放電ガスとする、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置を用い、Ｓｉをスパッタリングした。ＳｉＯ2の成膜条件は以下の通りである。チャンバ内の到達真空度は、５×１０-5Ｔｏｒｒであり、ヒーター設定温度は４２３Ｋとした。その結果、ＳｉＯ2の成膜速度は、０．２ｎｍ/秒である。こうして、ＳＵＳ表面にＳｉＯ2層を１０ｎｍ形成した。なお、スパッタリングでなく、薬液（ＳＯＧ：Spin On Glass、塗布ガラス）の塗布乾燥によってもＳｉＯ2層は形成できる。
【００３１】
工程２．工程１にて形成されたＳｉＯ2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。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、着滴から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１０±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。
【００３２】
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、工程２までで清浄化処理された基板を２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシラン（２-[METHOXY(POLYETHYLENEOXY)PROPYL]TRIMETHOXYSILANE）により、シランカップリング処理した。２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシランの３ｍＭトルエン溶液を調整し、そこに濃塩酸（約３５％）を０．８ｍＬ／Ｌの濃度になるよう滴下し攪拌した。こうして調整したシランカップリング剤の溶液に工程２で調整した基板を３０分間浸漬した。
【００３３】
２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシラン（２-[METHOXY(POLYETHYLENEOXY)PROPYL]TRIMETHOXYSILANE）は、分子量４６０から５９０のものを含み、エチレングリコール鎖が６から９ユニット備わっている。ここで、２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシランの化学式を以下に示す。
（ＣＨ3Ｏ）3Ｓｉ−Ｃ3Ｈ6−（ＯＣＨ2ＣＨ2）6-9−ＯＣＨ3 …(2)
【００３４】
工程４．洗浄及び乾燥
基板を溶液から引き上げ、トルエンで１回洗浄、エタノールで２回洗浄後、水洗を２回行い、２分間、水中で超音波洗浄した。その後、窒素ブローで乾燥した。以下、このようにして作製された基板をＰＥＧ溶液浸漬基板ともいう。
本発明による表面処理の効果を検証するために、参照用として以下の２枚の基板を用意した。
【００３５】
（参照基板１． ＳｉＯ2膜を形成したＳＵＳ基板の作成）
まず、１枚目の参照基板の処理手順について説明する。先に述べた工程１の方法で、ステンレススチール基板にスパッタリングによりＳｉＯ2膜を形成した。このＳｉＯ2層の膜厚は１０ｎｍ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。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１０±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。このＳｉＯ2膜を形成した基板を参照基板１とした。
【００３６】
（参照基板２． ステンレススチール基板の作成）
２枚目の参照基板としてステンレススチール基板を用意し、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参照基板２とした。
【００３７】
ＢＳＡ吸着試験
生体高分子の吸着抑制効果の検証は、ＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）の吸着試験によって行った。まずＢＳＡの２．５ｇ／Ｌ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した。次いで、純水で十分に洗浄した。最後に窒素ブローにより乾燥させた。
【００３８】
こうしてＢＳＡを吸着試験した３枚の基板についてＸＰＳ測定を行い、表面組成を定量分析した。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Φ１００μｍとし、取り出し角は４５°とした。
【００３９】
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、参照基板２からはＦｅ（鉄）及びＣｒ（クロム）が検出された。ＰＥＧ溶液浸漬基板及び参照基板１からは、ケイ素（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）が検出された。これにより、ＳｉＯ2の薄膜を形成した２枚の基板では、いずれも表面が酸化ケイ素によりコーティングされていることを確認した。
【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。
【００４１】
ＢＳＡ吸着試験後の結果を比較する。ＰＥＧ溶液浸漬基板及び参照基板１の測定結果を図４に示す。ＰＥＧ溶液浸漬基板の測定結果は、破線３１０で示す。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。また、矢印３１４の範囲は、ガラスに由来するカリウム２ｐのピークである。図４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。これは分子内のエチレングリコール鎖に由来するＣ−Ｏ結合を反映している。
【００４２】
一方、参照基板１の測定結果は、実線３１５で示す。矢印３１６の範囲はＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ結合、矢印３１７の範囲はＣ−Ｏ結合、矢印３１８の範囲はＣ＝Ｏ、Ｏ＝Ｃ−Ｏ、ＣＯ3結合の検出される範囲である。また、矢印３１９の範囲は、ガラスに由来するカリウム２ｐのピークである。
【００４３】
図から明らかな通り、ＰＥＧ溶液浸漬基板では、矢印３１２の範囲で検出されるＣ−Ｏ結合がＳｉＯ2膜を形成しただけの参照基板１よりも十分に大きいことがわかる。したがって、ＰＥＧ溶液浸漬基板には、ＰＥＧ誘導体がきちんと固定化されていることが確認できた。
【００４４】
次に、基板ごとのＢＳＡ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により、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、アミドに帰属される。そこで本実施例ではＢＳＡの基板ごとの相対吸着量をＮ１ｓ量により定量し、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。
【００４５】
結果を図５に示す。細線３２１がＰＥＧ溶液浸漬基板のスペクトル、太線３２２が参照基板１のスペクトル、破線３２３が参照基板２のスペクトルである。ＢＳＡが吸着した、ＳｉＯ2層を有する基板（参照基板１）の表面及びステンレススチール基板（参照基板２）の表面では、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。
【００４６】
Ｎ１ｓのピーク面積の解析は、バックグラウンドを３９５ｅＶから４０５ｅＶまでを直線で差し引くことで行った。各元素のピーク面積から求まるＮ１ｓの表面元素濃度（原子％）を表１に示す。表１では、２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシラン溶液に浸漬した基板をＰＥＧ溶液浸漬基板、ＳｉＯ2のみを有する参照基板１をＳｉＯ2／ＳＵＳ基板、参照基板２はステンレススチール基板とした。
【００４７】
【表１】
【００４８】
ＳｉＯ2膜を形成したＳＵＳ基板での窒素比率は５．０％であり、ＰＥＧ溶液浸漬基板ではＮ１ｓは検出限界以下となった。また、ステンレススチール基板では、窒素の表面元素濃度が３．０％であった。本測定での検出限界（窒素の含有量で０．１％）を考慮すると、ＰＥＧ溶液浸漬基板では、ＳｉＯ2膜を形成した基板に対してＢＳＡの吸着量が１／５０以下となり、ＢＳＡの吸着を抑制できることを確認した。また、ＰＥＧ溶液浸漬基板では、ステンレススチール基板に対してＢＳＡの吸着量が１／３０以下となり、ＢＳＡの吸着を抑制できることを確認した。
【００４９】
以上の結果から、ステンレススチール上にＳｉＯ2層を形成し、２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシラン（２-[METHOXY(POLYETHYLENEOXY)PROPYL]TRIMETHOXYSILANE）分子を化学吸着させることで、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。
【００５０】
エチレングリコール鎖を有するシランカップリング剤の一例として、上記化学式(2)で表される分子を利用したが、本発明で利用できる分子は上記化学式(2)に限定されるものではない。化学式(2)は、エチレングリコール鎖（エチレンオキシド基）の数が６から９の混合物である。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、ＰＥＧ誘導体の分子量は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ＰＥＧ誘導体の吸着量が低減してしまう。このためＰＥＧ誘導体の分子量は２００００以下であることが望ましい。被覆するＰＥＧ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】
また、この分子のシラノール基と逆側の末端は、水酸基（ＯＨ）でも、エーテル基（Ｏ−Ｒ、Ｒ：アルキル基）でもよい。プロピル基（Ｃ3Ｈ6）は一般に炭化水素基で良。従って、本発明のノズル表面に有効なのは、以下の一般式(3)で示される分子である。
Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｓｉ−Ｒ4−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ5 …(3)
【００５２】
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は、ケイ素（Ｓｉ）の置換基である。一般的に、メトキシ基（ＭｅＯ）、エトキシ基（ＥｔＯ）、プロピルオキシ基（ＰｒＯ）などのエーテル基や又はフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）などのハロゲンからなり、これらのうちから選ばれたものがケイ素の置換基である。加水分解により、シラノール基に変換され、固体表面の水酸基と結合する。Ｒ4は炭化水素基である。Ｒ5は親水性の観点からＨ又はＣＨ3が適する。蛋白質の吸着抑制には、ポリエチレングリコール鎖を有していることが有用であり、その他の部分、例えばＲ4は炭化水素基以外にエーテル基、カルボキシル基、カルボニル基、エステル基、アミド基などでもよい。ｎは２以上の正の整数である。
【００５３】
＜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スパッタリングによりＳｉＯ2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の外径は０．５ｍｍ、内径は０．３ｍｍであり、先端１０ｍｍの領域にＳｉＯ2層を１０ｎｍの厚さに形成した。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。
【００５４】
次に、ＳｉＯ2層を形成した分注ノズルの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。
【００５５】
清浄化処理を終えた分注ノズルを、ＰＥＧ誘導体の溶液に浸漬した。具体的には、２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシランの３ｍＭトルエン溶液を調整し、そこに濃塩酸（約３５％）を０．８ｍＬ／Ｌの濃度になるよう滴下した。こうして調整したシランカップリング剤溶液に洗浄した分注ノズルを３０分間浸漬した。分注ノズルを溶液から引き上げ、トルエンで１回洗浄、エタノールで２回洗浄後、水洗を２回し、２分間の水中で超音波洗浄した。その後、窒素ブローで乾燥した。
【００５６】
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１／５０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。
【００５７】
＜実施例２＞
図６は、本発明による自動分析装置の構成例を示す図であり、次にその基本構成を述べる。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。検体分注ノズルは、実施例１に記述した方法で２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシラン（２-[METHOXY(POLYETHYLENEOXY)PROPYL]TRIMETHOXYSILANE）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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
この時、２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシランで被覆された検体分注ノズル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１／２以下に低減することができた。キャリーオーバは洗浄した後での比較である。したがって、キャリーオーバをさらに低下させることは難しいにもかかわらず、ノズルに表面処理することで、キャリーオーバ率を低下できたことは著しい進歩である。またこの時、２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシランが単分子膜を形成しており、かつノズル表面のＳｉＯ2層が１０ｎｍと薄いため、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の試薬分注ノズル２８によって、所定量の試薬が分注される。試薬分注ノズル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。
【００６１】
検体分注用ノズル２７の表面処理には、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。
【００６２】
ここで、この装置に搭載されている液面検知の原理を説明する。搭載液面検知の原理には、静電容量方式を採用している。静電容量方式では、ノズルとグラウンド（本実施例の場合ではセル底が相当）間の静電容量値を測定する。誘電率の高い物質に接触した際に、静電容量が空気中に比べて大きくなることを利用している。
【００６３】
図７に静電容量方式による液面検知の概念図を示す。表面修飾をしていない金属ノズルを使用した場合である。金属ノズル４１０が、検体容器４１２中の検体４１３に触れていない。検体容器が接する装置本体４１１をグラウンドとした場合、ノズルとグラウンド間の静電容量は、空気の静電容量Ｃ0と水の静電容量Ｃ1で決まる。この際の合計の静電容量Ｃは、Ｃ＝（Ｃ0×Ｃ1）／（Ｃ0＋Ｃ1）である。
【００６４】
一方、図８にノズルが液面に触れた場合の概念図を示す。金属ノズル４１０が、検体容器４１２中の液体４１３に触れている。検体容器が装置本体４１１をグラウンドとした場合、ノズルとグラウンド間の静電容量はＣ1である。
【００６５】
この方式を利用することで、本実施例のＳｉＯ2を被覆したノズルでも液面検知が可能である。図９に、酸化ケイ素を被覆したノズルでの液面検知の例を示す。酸化ケイ素層４１４を有する金属ノズル４１０が、検体容器４１２中の液体４１３に触れていない場合を示す。検体容器が接する装置本体４１１をグラウンドとする。酸化ケイ素（ＳｉＯ2）層の静電容量をＣ２とする。ＳｉＯ2を被覆したノズルが空気中にある場合の静電容量をＣxとすると、１／Ｃx＝１／Ｃ0＋１／Ｃ1＋１／Ｃ２となる。
【００６６】
一方、図１０に、酸化ケイ素層４１４を有する金属ノズル４１０が、検体容器４１２中の液体４１３に触れている場合を示す。検体ボトルが接する装置本体４１１をグラウンドとする。酸化ケイ素（ＳｉＯ2）層の静電容量をＣ２とする。ＳｉＯ2を被覆したノズルが液面に触れている場合の静電容量をＣyとすると、１／Ｃy＝１／Ｃ1＋１／Ｃ２となり、空気中の静電容量Ｃxと異なることから液面を検知できる。
【００６７】
何らかの衝撃や接触で、このノズルのＳｉＯ2層が割れた場合、金属ノズルが空気と直接触れるため、ＳｉＯ2層の静電容量Ｃ２を無視できる。すると、静電容量が大幅に変化するので、ノズル上のＳｉＯ2層の傷や割れを検知できる。ＳｉＯ2層の傷や割れが生じた場合、そこをきっかけとしてキャリーオーバが増加することがあり得る。したがって、ＳｉＯ2層の傷や割れを検知できることは重要である。また、初期値からの静電容量のズレがある閾値を超えた場合や、ノズル交換に伴う初期値の変更も記憶する記憶媒体３２がある。
【００６８】
本実施例の自動分析装置には、この静電容量の変化を検知する検知機構３１、ノズルの交換時期や分析正確性を知らせるインジケータ３０が搭載されている。このインジケータは正常時には青色を示し、静電容量の変化を常に測定しており、ノズル表面の酸化ケイ素層に割れや傷等の異常が発生した際には、静電容量の変化からその異常を検知し、インターフェースを介してインジケータ３０を例えば赤色に表示して報知する。また、この際に分析したサンプルについては、装置上で記憶しており、ノズル交換後に分析データを再取得するプログラムを内蔵している。
【００６９】
＜実施例３＞
図１１に、本実施例で用いる自動分析装置の概略図を示す。本実施例では、図６に示した自動分析装置の構成に、第一処理液槽４０１と第二処理液槽４０２が追加されている。また図１１の分注ノズル２７はステンレススチール製分注ノズルであり、表面にＳｉＯ2層を１０ｎｍ形成したものを用いた。
【００７０】
まず、検体分注ノズル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、ＰＥＧ誘導体として２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシランや、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２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシランの２ｍＭトルエン溶液を用いた。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３０分間程度浸漬する。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トルエンを用いる。
【００７１】
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２−メトキシポリエチレンオキシプロピルトリメトキシシラン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。キャリーオーバは洗浄した後での比較である。したがって、キャリーオーバをさらに低下させることは難しいにもかかわらず、ノズルに表面処理することで、キャリーオーバ率を低下できたことは著しい進歩である。
【００７２】
以上の実施例１〜３においても、実験例と同様に、ＰＥＧ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、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ＰＥＧ誘導体の吸着量が低減してしまう。このため、ＰＥＧ誘導体の分子量は２００００以下であることが望ましい。被覆するＰＥＧ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。
【００７３】
以上の実施例では検体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。
【００７４】
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】
【００７５】
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…検体分注ノズル、２８…試薬分注ノズル、２９…撹拌棒、３０…インジケータ、３１…検知機構、３２…記憶媒体、１０１…分注ノズル本体部、１１１…分注ノズル本体部、１１２…金薄膜層、１１３…親水性分子層、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、４１０…分注ノズル、４１１…装置本体、４１２…検体容器、４１３…検体、４１４…酸化ケイ素層
【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、
検体分注ノズルを備え、前記検体容器中の検体を前記反応セルに分注する検体分注機構と、
試薬分注ノズルを備え、前記試薬容器中の試薬を前記反応セルに分注する試薬分注機構とを有し、
前記検体分注ノズルは、表面に酸化ケイ素層を有し、その酸化ケイ素層に対して、下記一般式
Ｓｉ−Ｒ1−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ2（ｎは２以上の正の整数、Ｒ1は炭化水素基、Ｒ2はＨ又はＣＨ3）
で示されるポリエチレングリコールを有するケイ素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。
【請求項２】
請求項１に記載の自動分析装置において、前記検体分注ノズルと前記反応セル間の静電容量を測定する手段と、前記静電容量の変化をもとに前記検体分注ノズル表面の酸化ケイ素層の異常を検知する機構と、異常を検知したときそれを表示するインジケータを備える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検体分注ノズルの領域は、分注動作時に前記検体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４】
請求項１に記載の自動分析装置において、前記検体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処理する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、２−メトキシポリエチレンオキシシラン誘導体であることを特徴とする自動分析装置。
【請求項６】
検体容器中の検体を反応セルに分注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、
スパッタリング又は薬液塗布及び乾燥を用いて分注ノズルの表面に酸化ケイ素層を形成する工程と、
前記分注ノズルの表面に形成した酸化ケイ素層を洗浄する工程と、
洗浄した前記分注ノズルを下記一般式
Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｓｉ−Ｒ４−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ5（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3はケイ素の置換基、Ｒ4は炭化水素基、Ｒ5はＨ又はＣＨ3、ｎは２以上の正の整数）
で表されるシラノール基前駆体を有する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、
前記洗浄した前記分注ノズルの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、
検体分注ノズルを備え、前記検体容器中の検体を前記反応セルに分注する検体分注機構と、
試薬分注ノズルを備え、前記試薬容器中の試薬を前記反応セルに分注する試薬分注機構とを有し、
前記検体分注ノズルは、表面に酸化ケイ素層を有し、その酸化ケイ素層に対して、下記一般式
Ｓｉ−Ｒ1−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ2（ｎは２以上の正の整数、Ｒ1は炭化水素基、Ｒ2はＨ又はＣＨ3）
で示されるポリエチレングリコールを有するケイ素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。
【請求項２】
請求項１に記載の自動分析装置において、前記検体分注ノズルと前記反応セル間の静電容量を測定する手段と、前記静電容量の変化をもとに前記検体分注ノズル表面の酸化ケイ素層の異常を検知する機構と、異常を検知したときそれを表示するインジケータを備える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検体分注ノズルの領域は、分注動作時に前記検体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４】
請求項１に記載の自動分析装置において、前記検体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処理する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、２−メトキシポリエチレンオキシシラン誘導体であることを特徴とする自動分析装置。
【請求項６】
検体容器中の検体を反応セルに分注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、
スパッタリング又は薬液塗布及び乾燥を用いて分注ノズルの表面に酸化ケイ素層を形成する工程と、
前記分注ノズルの表面に形成した酸化ケイ素層を洗浄する工程と、
洗浄した前記分注ノズルを下記一般式
Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｓｉ−Ｒ４−（ＯＣＨ2ＣＨ2）n−Ｏ−Ｒ5（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3はケイ素の置換基、Ｒ4は炭化水素基、Ｒ5はＨ又はＣＨ3、ｎは２以上の正の整数）
で表されるシラノール基前駆体を有する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、
前記洗浄した前記分注ノズルの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９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１２２９６４（Ｐ２０１１−１２２９６４Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８１５３９（Ｐ２００９−２８１５３９）
【出願日】平成２１年１２月１１日（２００９．１２．１１）
【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２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１１日（２００９．１２．１１）
【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）】
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