JP2969935B2

JP2969935B2 - 液定量取出し装置

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Publication number: JP2969935B2
Application number: JP2333804A
Authority: JP
Inventors: 利明目; 幸男光久
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: DE69128700T2; EP0488761A2; EP0488761B1; US5271902A; EP0488761A3; DE69128700D1; JPH04204136A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、液体試料、液体試薬等の微量を定量取出し
するための液定量取出し装置に関するものである。

（発明の背景と従来の技術）生体試料などの微量分析を行なう場合には、試料ある
いは試薬を夫々の容器から高精度に定量して取り出した
り、これを反応容器等に分注したりする操作が必要であ
り、このための特有の構成をもつシステムや装置が工夫
されて従来から使用されている。

一般に、このようなシステムを適用して行なわれる分
析，測定は、試料そのものの量が少なかったり、また例
えば血液中の抗体や蛋白質等というきわめて微量な成分
を定量分析の対象とする場合が多く、しかもサンプル量
の変動が測定結果に大きな影響をもつため、高精度の微
量取出しが可能なマイクロピペット装置を用いるのが普
通である。また、試料の汚染があると適切な分析データ
が得られないという問題があり、また更に、多数の試料
を連続滴に測定処理するための自動化した装置が求めら
れていることから、多数の試料の連続的な取出し，分注
の迅速処理を実現するため、上記マイクロピペット装置
のピペットを、ディスポーザルブルタイプのチップとし
たものや、チップの洗浄工程を組み込んだシステムが従
来から多く採用されている。

このマイクロピペット装置により行なわれる作業は、
ピペット先端（下端）を試料容器内に差し込んで、液体
試料を空気圧（負圧）で該ピペット内に一定量吸い上
げ、その後、反応容器等にこの吸い上げた試料を空気圧
（正圧）で分注するようにして行なわれるもので、この
作業において、上記試料間汚染の防止のためには、ピペ
ットチップの洗浄が行なわれ、より好ましくは一試料毎
に交換される。

ところで、上記のような試料の微量取出しを行なうマ
イクロピペット型の液定量取出し装置においては、試料
液面の高さとピペットチップの上記吸い上げ毎の先端位
置との相対的な位置関係の管理が、高精度な試料の定量
取出しを実現する上で特に重要である。

これは、免疫反応測定や、生化学分析等の分野におい
て行なわれる上記試料の定量取出しでは、試料を入れた
容器の口径が小さいのが普通であり、比較的粘性の高い
血液等の試料ではメニスカスの影響が大きく現われ易
い。したがってピペット先端が接液する液面高さが正確
に分からないと、必要以上にピペットを試料液に侵入さ
せてしまったり、侵入量が少なくて必要な液量の取出し
が出来なかったりするという不具合を招く。上記ピペッ
トを試料液に必要以上に侵入させてしまうことの弊害と
しては、ピペットの周壁に付着した試料が分注時にたれ
て分注量の変動を招くという問題や、上記のような免疫
反応測定を行なう分野では試料を一つの試料容器から繰
り返し取出してその全量を有効に利用しようとするのが
普通であり、この場合に最終回の定量取出し時にピペッ
トが試料容器の底に突き当たる等の不具合を招くことが
挙げられる。

それ故にこの方式では上記浸漬深さを高精度に得るこ
とが重要である。

ところで例えば生体試料等を入れた『一定形状』の試
料容器に常に『一定量』の試料が入れられているのであ
れば、上記方式による液定量取出しにおいて、単にマイ
クロピペット装置のピペット降下位置を一定とすること
のみで高精度な試料の定量取出しが可能となるであろう
ことは一応理解される。

しかし実際には、試料容器中の試料液体量が一定であ
るような場合は殆どなく、口径が一定の容器（水平断面
積が同一の容器）であっても容器毎に液面のレベルが違
っている。このため定量取出しのためにピペットを液中
に浸漬させる深さを正確に得るには、結局のところ試料
毎に容器内の液面レベルを調べ、その検出情報に基づい
てピペットの降下終点位置を夫々定めるという技術が、
この種の液定量取出し装置においては極めて重要とな
る。

上述のように生化学や分析化学の分野等、特に免疫反
応を測定する分野においては、微量なサンプルを対象と
して液定量取出しを行なうために、容器内の液面高さ
（位置）を測定することが必要であり、特に機械化，自
動化した液定量取出し装置を構成する上では液面検出装
置が不可欠となっている。

このように、本発明が対象とする分野においては、液
面の高さを検出する技術が必要とされている。このため
従来から微量試料の汚染防止を考慮した具体的な装置等
も従来からいくつかの提案がされており、また実際の利
用にも供されている。

しかし、従来この種の液定量取出し装置に使用されて
いる液面検出装置は、液面の検出と、液の吸引の工程が
分離していて作業能率がよくなかったり、液面の繰り返
し測定には不向きという難点があった。

例えば、上記のような生体試料等を対象とした液の定
量取出し装置の一つに、光学式の反射型センサーを用い
た非接触型光学感知式として知られる液面検出装置があ
る。この装置では、液面に対し上方から光を照射しなが
らセンサーを液面に近づけ、その反射光の強度変化を測
定することで液面への接近距離を検出する。しかしこの
方式では、液面形状・傾斜等が液面の反射に影響するた
め色々な種類の試料に対しても常に安定な測定を行なう
ことが難しいという問題があり、また反射光強度を液面
検出の情報としているため、検出反射光強度の急変点が
明確には現われず、高精度な測定が難かしいという欠点
もある。

更に、容器内の対象試料が生体試料等のように特に微
量である場合には、ピペットによる吸引を行なう容器の
口径を小さくしたい（容器の口径が大きいと微量な液の
深さが十分でなくピペット先端がすぐに容器の底に突き
当たって吸引ができない）が、このように容器の口径が
小さいと、ピペットと、液面検出装置のセンサ等とを、
小さい容器内の液面に同時に接近させることが困難であ
り、その結果、液面検出工程と液吸引工程を順次工程と
して分離しなければならないという作業工程上の欠点を
招く。

また、いわゆる接触型の液面検出装置として知られて
いる装置、すなわち電極をセンサーとして用い、この電
極の液接触時における導電率の急変をもって液面レベル
を検出する方式の装置も知られている。この方式では検
出感度が非接触型に比べて高いという利点がある。しか
し反面において、例えば、試料間での汚染を避けるため
にピペットにディスポーザルブルタイプのものを採用し
ても、上記電極の接液による試料間での汚染が避けられ
ず、免疫反応測定装置等の微量成分の測定を目的とする
用途には不向きである。なお電極を試料毎に交換すれば
問題のないことは言うまでもないが、そのような装置の
実用性は極めて乏しい。またいわゆる接触型の液面検出
装置を用いる場合にはピペットの接液位置と液面検出位
置が水平方向にずれているのが普通であり、上述した試
料液面の液面形状や傾斜等の影響が、上記光学式非接触
型の液面検出装置よりも一層顕著に現われる。

なお、本発明と対象を同じくするものではないが、接
触型液面検出装置の一タイプに、次のようなものも知ら
れている。すなわち、ガラス等の透明体に光を通した場
合に、透明体が内部から表面に臨界角以上の角度で入射
すると全反射するが、該透明体が異なる外部の物体（例
えば液体）に接触すると全反射の条件が異なることにな
って光が外部に放射されるようになるという現象を利用
した一般的な液面検出装置である（例えば特開昭53−55
191号、特開昭53−91779号、特開昭60−22730号）。

この方式の液面検出装置は、同じ光を用いた反射型の
非接触型装置に比べ、高感度な検出が可能である。しか
し微量な試料を対象とした液定量取出し装置にこの方式
を適用しようとすると、液面レベル検出用の透明体とピ
ペットとを同時に小さな口径の容器内に同時に入り込む
ように作業させることが困難であるから、液面の検出作
業と液の吸引の作業とを順次の工程としなければなら
ず、結局、工程を分離させねばならないという作業工程
上の難点を克服できないという欠点があるし、電極式の
場合と同様に、液面検知の位置とピペットによる液吸引
の位置が水平方向にずれていることに伴う問題や、接触
型の検知方式であるため、上記した電極式の液面検出装
置と同様の試料間での汚染という問題を克服できない。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、以上のような従来技術が提案されていなが
ら未だ解決できない種々の問題点を解消して、液面高さ
を精度よく検出することにより高精度な液定量取出しを
実現できる新規な液定量取出し装置の提供を目的として
なされたものである。

また本発明の別の目的は、生体試料等の試料自体が微
量である測定対象につき、液面レベルの検出と液吸引の
作業工程を分離することなく、これらの作業を同時工程
で行なうことで、より迅速な作業を実現できる新規な液
定量取出し装置を提供することにある。

また本発明の更に別の目的は、ピペットチップをディ
スポーザブルタイプとすることのみで、試料間での汚染
防止を好適に実現できる液定量取出し装置を提供するこ
とにある。

本発明において、以上のような所期の目的を実現でき
る装置を提供するに至ったのは次のような知見に基づく
ものである。

すなわち、液定量取出しの作業と、この作業の前提と
なる液面高さの検出の作業とを総合的に勘案すると、液
定量取出しの作業時には、ピペットが当然液に接触す
る。したがってこの接液という事象のみをとらえて考え
ると、上記電極を用いた液面検出装置や用途は異なるが
光を用いた接触型液面検出装置は、物体が液に接触する
という点では共通する。

本発明者はこのことに着目し、ピペットという液吸引
のための道具であって、従来液面検出のための道具とし
ては使用されていなかったピペットを、液面検出装置を
構成する一部材として共用することを検討した。

その結果、一定の工夫により、ピペットを液面検出装
置の構成に利用することができ、しかもこれによって、
部材の削減が実現できるだけでなく、高精度な液面高さ
の検出、ひいては高精度な液定量取出しの実現という目
的や、液面検出と液定量取出しの工程の一元化による迅
速な処理の実現という目的を達成でき、更には、ピペッ
トにディスポーザブルタイプのチップを採用すれば、異
なる試料間での汚染防止を容易に実現できる点で、例え
ば生体試料等の微量な液の定量取出しという用途に極め
て有益な装置を構成できることを確認したのである。

（課題を解決するための手段）上記のような種々の目的を達成できる本発明の液定量
取出し装置の特徴は、下端の液吸引・吐出用の開口及び
この開口から吸引した液の保持用中空をもった筒殻状に
設けられ、かつ光透過性または半透過性の材質から形成
されているピペットチップと、このピペットチップの上
部が着脱可能に取付けられるチップ着脱部を有すると共
に、この組付けられたピペットチップの上記中空内部に
液吸引，吐出の気体圧力を作用する手段が接続されてい
るピペット装置本体と、このピペット装置本体の下方に
配置された容器内の液面高さを検出するための液面検出
手段と、上記ピペット装置本体又は容器をこれらが上下
に離間した状態からピペットチップ下端が容器内の液に
一定長浸漬するまでこれらを相対的に接近移動させる上
下駆動制御手段と、上記液面検出手段の検出情報に基づ
きピペット装置本体と容器の接近移動の終点位置を算出
して上記上下駆動制御手段に該終点位置の信号を出力す
る演算手段とを備え、上記液面検出手段は、上記ピペッ
トチップ下端面に光を照射する投光手段と、該ピペット
チップ下端面からの反射光を受光する受光手段とを有し
ていて、その受光強度を上記検出情報とするという構成
をなすところにある。

また本発明装置は、上記ピペットチップを例えばピペ
ット装置本体に一体固着させると共に、ピペットチップ
の接液部分を洗浄する手段を組み合わせることで、簡易
型の装置として構成することもでき、このような簡易型
の本発明装置においても、高精度な液面検出のために接
触型の液面検出装置をも構成する接液部材が液取出し用
のピペット一つに限定されるため、洗浄工程の負担が少
なく、汚染の危険性はその分軽減される。

上記のような本発明装置において、ピペット装置を構
成するピペットチップの形状は、比較的小さな容器（例
えばカップ状容器や試験管等）に対して下端が挿入でき
てかつ液の吸引が可能であれば、特にその形状を限定さ
れるものではないが、一般的には略逆円錐台形型の形状
をなしたものが好ましく用いられる。またピペットチッ
プの下端面の形状は特に限定されるものではないが、非
接液状態において上方からの光に対して好ましくは全反
射面をなすように設けられることがよく、代表的には水
平な平面をなす端面として形成されていることが好まし
い場合が多い。本発明においてピペットチップの下端面
とは、肉眼でみて明らかな端面をなす場合のものを含む
ことは勿論であるが、それだけに限定されることなく、
例えば熱可塑性材料を用いて作製したピペットチップの
先端を更に加熱し延伸させて先端を先鋭な針状に形成さ
せた場合に、肉眼でみる限りでは明確な端面が形成され
ていないピペットチップとなるが、このようなピペット
チップについても、本願発明のピペットチップ下端面に
よる反射光を利用した液面検出が行えることは実験的に
確認されている。したがって上記下端面とは、ピペット
チップという物体を空間から仕切る輪郭のうちで下端部
分の境界を総称した内容を示すものである。

ピペットチップの材質は、不透明体のような光を遮断
するものでなければ、光透過性のものから比較的光透過
性の低い半透過性のものであっても用いることができ、
具体的には、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリ
ル、ポリメタクリレート、ポリエチレン、ポリ１−メチ
ル−４−ペンテン等の光透過性の高いものが特に好まし
く採用される。このような材料で形成されたチップとし
て例えば和研薬株式会社製クリスタルロングチップ（１
〜200μ）等を用いることができる。ディスポーザブ
ルタイプのチップの他の例としては、市販のポリプロピ
レン製のもの例えばエッペンドルフ社製Standartips
（１〜100μ）等を用いることができる。

このような形状、材質から成るピペットチップを有す
るピペット装置において、ピペットチップの下端面に向
かって投光した光の反射光を受光手段により検出する
と、ピペットチップが非接液状態では上記下端面におい
て光が強く反射（例えば全反射）され、このため受光手
段で検出される反射強度は大きな値を示す。しかしピペ
ットチップが接液するとこの下端面における境界条件が
変化して屈折率の差が小さくなり、上記反射光強度は急
減する。代表的な例では、ピペットチップの材質と液の
屈折率が略同等であれば、非接液状態において全反射さ
れていた光の殆どが接液により液中に透過することにな
って、反射光強度は一定レベルの値から急減する。本発
明の装置はまさにこのような原理を、微量な液定量取出
しのための装置において、ピペットを利用して構成させ
たことを特徴としている。

本発明の液定量取出し装置の実際的な使用において
は、例えば試料の吸引に先立って（あるいはその後に）
稀釈液をピペット内に吸引しておく操作を行なう場合も
あるが、一般的に稀釈液は光透過性であるため本発明装
置はこの場合にも支障なく用いることができる。また後
述するように種々選択できる投光、受光の光の経路の設
定により、ピペットチップ内の液の存在に影響されない
装置を構成することもできる。なお上記のように透明な
稀釈液をピペット内に吸引してから試料の吸引を行う場
合には稀釈液の下界面が光の反射をするために受光強度
がより大きくなるという効果や、ピペットチップ内に光
源を設けたタイプではピペットチップ内の希釈液の上界
面のメニスカスにより光源光がピペットチップ肉厚内に
導かれ易くなって光源光の利用効率が高くなるという利
点も得られる。

本発明が特に有効にその効果を発揮するのは、液定量
取出しの対象とする試料等が、１〜1000μ、特に１〜
150μ程度の極微量な容量の場合である。すなわち、
本発明装置は原理的にはその対象試料の容量に限定され
るものではないが、免疫測定装置のような微量な液を対
象とする装置では、例えば200μ程度の試料を入れる
容器としては1cm程度の口径のものが頻繁に使用される
場合が多い。かかる場合、ピペットと共に液面検出のた
めの別部材を容器内の液面に同時工程で接触ないし近接
させることは実際上困難であるが、本発明の上記構成に
よれば、小さな口径の容器内の液面に接触ないし近接さ
せる必要のあるのは、液吸引と液面検出に共用されるピ
ペットチップのみであるから、実質的に同時工程におい
て液面高さの検出と液の吸引を行なうことが可能とな
る。

以上のような構成をなす本発明装置は、実際の実施の
態様において様々な形態をとることができる。例えば、
ピペットチップと容器内の試料との接液のためには、一
般的にはピペット装置を上下動させる機構を採用する場
合が通常であるが、容器側を上下動させるようにしても
何等差し支えない。

また、液面高さの検出のために行なわれるピペットチ
ップ下端面に対する投光、受光の経路は、筒殻状のピペ
ットチップ内外の何れを利用してもよいし、特に好まし
い態様としては、ピペットチップの筒殻を光伝送体とし
て利用する方式を推奨できる。すなわち、光透過性の良
好な材質を用いたピペットチップにおいて、反射光（ま
たは投光）がピペットチップの筒殻を光伝送体として伝
送されるようにして用いれば、光の拡散等の影響を低減
できて光源光の強度を軽減できるという利点のある他、
光伝送体であるピペットチップの上端面に対して受光セ
ンサ（または光源）を配置できるため、ピペットチップ
周囲の機械的な構成に空間的な余裕を持たせることがで
きるからである。

更にまた、特に好ましい態様として、ピペットチップ
を上記のように光伝送体として用いることに加え、ピペ
ットチップの円環状上端面に対向する円環部と、この円
環部に連続する柱状部とを有する光伝送体を設け、この
光伝送体の柱状部の上端面に対向して受光センサを配置
する構成を例示することができる。

このような構成によれば、ピペットチップ下端面から
反射した光を、上記柱状部を通して受光センサへの受光
として効率よく利用できるため、より明確に反射光強度
の急変を検出できるし、あるいは光源光強度の低減化を
実現できるからである。

なお上記した投光手段の光源や、受光手段の受光セン
サには、種々のLED,半導体レーザ等の発光素子や、フォ
トダイオード等を特に限定されることなく適宜用いるこ
とができ、投光も連続的であってもよいしパルス的であ
ってもよい。また投光、受光のために光ファイバーを用
いることも装置の機械的な設計自由度を得るために好ま
しい場合が多い。

上記液面検出のために用いる光は、特に限定されない
が200〜1100nmの紫外線，可視光線，赤外線の領域内の
ものがよく、特には、赤外領域の波長のものが好まし
い。これは通常の装置運用が行なわれる室内等の明所で
は、室内照明等の光に対し、本発明装置における受光セ
ンサの感応が考えられる。そこでこのような外乱光によ
る影響を排除した装置の作動安定性の確保、精度の向上
が上記波長の特定により実現できるからである。またピ
ペットチップ内に吸引する試料等の液が濁っているよう
なものである場合には、長波長の光のほうが散乱を受け
にくいので有利である場合が多い。なおこのような検出
光の波長の特定は、光源や受光センサの選択により、あ
るいは適宜の光フィルターを用いて行なうことができ
る。

本発明において、反射光強度の急変（急減）の検出情
報からピペットチップの接液を算出する演算手段は、一
般的にはマイクロプロセッサを用いて構成されるが、特
にこれに限定されるものではない。急変時点の判定は、
反射光強度が予め定めた閾値を下回ったことを条件とす
るとか、反射光強度の降下率が予め定めた一定率を越え
たことを条件とするなどの種々の方式により設定するこ
ともできる。

ピペット下動の終点位置は、試料の取出しに必要十分
な位置となるように設定的に定めることができる。

本発明の液定量取出し装置が特に好ましく採用される
対象として具体的には、血液中の微量蛋白質等の量を免
疫反応を利用して定量し診断を行なういわゆる免疫診断
装置における液定量取出し装置が挙げられ、この他、微
量な液定量取出しをする生化学反応装置、分析装置等を
例示することができる。

（作用）本発明の装置によれば、ピペットチップのみを接液さ
せるという構成により、検出精度に優れた接触型の液面
検出と液吸引の作業を行なうことができる。

（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。

実施例１第１図はピペットチップをディスポーザブルタイプと
した本発明の液定量取出し装置、例えば免疫反応測定装
置に適用した場合の構成概要を説明するための図であ
り、この第１図の（イ）はピペットチップが試料液（被
検出溶液）に浸漬する前の状態を示し、同図（ロ）はピ
ペットチップの下端が試料液に浸漬し、液を吸引する状
態を示している。

これらの図において、１は試料容器であり、例えば数
μ程度の微量血液をサンプル液２として貯留した状態
で、不図示の免疫反応測定装置に組み込まれた第１図の
液定量取出し装置に供給される。

４はピペットチップ取付け筒部、６はこのピペットチ
ップ取付け筒部４と一体に設けられている水平に延在し
た架台であり、これらピペットチップ取付け筒部４及び
架台６によりピペット装置本体が構成されている。

３はピペット装置本体のピペットチップ取付け筒部４
に着脱可能に組付けられたディスポーザブルタイプのピ
ペットチップであり、図示しない組付け及び取り外し装
置により、上記ピペットチップ取付け筒部４に対し所定
の待機位置で着脱されるようになっている。このピペッ
トチップ３は上述した光透過性の材質により形成されて
いる。

５は発光源であり、発光素子により所定の波長の光を
ピペットチップ内部において下方に向かって発光するよ
うに、上記ピペットチップ取付け筒部４の内部において
架台６に固定されている。そしてこの発光源５は本例で
はパルス点灯するように点灯回路７に電気的に接続され
ている。

11は、上記ピペット装置本体をなす架台６を上下動さ
せるように設けられている上下動機構であり、パルスモ
ータ型の機構（ネジスクリュー型の機構やシリンダ型の
機構であってもよい）により該架台６を上方の待機位置
（第１図（イ）参照）から下方の下動終点（第１図
（ロ）参照）まで下動させ、その後、待機位置に戻るよ
うに駆動制御装置12により上下駆動制御される。

９は架台６から下方に垂下するように設けられた受光
手段の一部をなしている光ファイバーであり、ピペット
チップ３の下端面からの反射光を取り出すようにその下
端の受光端がピペットチップ３の下端面に対し斜め上方
の位置で対向され、またこの光ファイバー９の上端は架
台６に組み付けられたフォトダイオード10に連結されて
いる。このフォトダイオード10は、受光強度に応じた値
の起電力を生じ、この起電力に基づく信号を検出回路８
が検出して上記駆動制御装置12に出力するように設けら
れている。なお本例においては発光源５である発光素子
をパルス発光させ、これと上記検出回路８の検出タイミ
ングを同期させることで、室内照明等の外乱の影響を解
消するようにされている。

なお、14はエアシリンダ等の体積制御器であり、上記
ピペットチップ３内の中空に対し、液吸引のための負圧
と液吐出のための正圧を作用できるようにチューブ13を
介して接続されていて、吸引液量を精度よく得られるよ
うに、エアシリンダのピストンストローク長が設定でき
るようになっている。

以上の構成をなす液定量取出し装置の動作につき説明
すると、装置はまず第１図（イ）の状態で待機される。
すなわち、ピペット装置は、図示しないピペットチップ
着脱装置によりピペットチップ取付け筒部４にピペット
チップ３が組付けられ、その状態で上方の待機位置で静
止される（第１図（イ）参照）。この状態で下方の液取
出し位置に所定の試料容器１が適宜のコンベア装置等に
よって移入停止される。

次に、上下動機構11によって架台６の下動が開始さ
れ、また発光源５のパルス点灯が開始される。そしてこ
の発光源５の点灯により発光された下方に向かう光の一
部はピペットチップ３内部を伝搬し、下端面で反射され
る。この反射された反射光はピペットチップ３の下端よ
りも図示の如く斜め上方に対向するように配置されてい
る光ファイバー９通ってフォトダイオード10に受光さ
れ、検出回路８で一定の強度の受光が検出される。

上記ピペットの下動が進むと、液面からの反射光も上
記フォトダイオード10に入るようになるため、検出回路
８の受光強度は緩慢に増大する。

そして、更に下動が進みピペットチップ３下端がサン
プル液に接液すると、該ピペットチップ下端がその直前
に接していた空気と接液したサンプル液の屈折率の違い
から、屈折率の差が減少し、反射条件が急変する。すな
わち、ピペットチップ下端面での反射が実質的に消失
し、上記フォトダイオード10で受光される反射光強度が
殆ど零となる。

したがって、この受光する反射強度の急減により、ピ
ペットチップ３が接液したことが容易に検出できる。

接液したピペット装置は、更にその位置から予め定め
られた一定長だけ降下されて停止され、その位置で液吸
引が行われ、吸引のためのエアシリンダの駆動により液
を吸引し、駆動が停止した時点で液吸引が終了する。

このような本実施例の構成によれば、上記下動終点の
位置で、エアシリンダの駆動ストロークにより液吸引量
が精度よく得られる。

なお上記接液からの一定長のピペットチップの降下量
は、受光手段である光ファイバー９が溶液に触れて次の
試料との汚染を生じることを避けることも考慮して設定
される。この降下量は対象試料の量や、容器の口径、取
出し液量等々により一律には定られないが、例えば免疫
反応測定装置においては、反射光強度の検出精度を高く
維持めする等の目的で、数mm程度が適当である場合が多
い。また、接液時点から比較的大きな浸漬長さを与える
必要のある場合には、光ファイバー９の下動を停止さ
せ、ピペットチップ３のみを下動させる構成を採用する
こともできる。

第２図は、上記のようにしてピペット装置を降下させ
た場合に、検出回路８で検出される反射光強度の変化を
実際に測定し、その結果を経時的にプロットしたもので
あり、この図により、液面接触時点で反射光強度が急減
していることが明瞭に理解できる。

第３図（イ）〜（ニ）は、ピペットチップ３の下端に
おける光の反射がどのように変化するかを説明する模式
的な図であり、その図（イ）は、ピペットチップ内部に
投光された光のうちの一部がチップ下端面において反射
されることを示しており、他は光はチップ空洞内を通過
する。このチップ内に入った光のうち下端面に達した光
の反射に応じた強度が、検出回路８により検出される。

第３図（ロ）は、ピペットチップ３内に溶液が吸引さ
れた状態（例えば希釈液をサンプル液の吸引前に吸引し
ておくことがある）におけるピペットチップ下端での反
射の状態を模式的に示した図である。この場合には、溶
液内を通った光が溶液端面においても反射され、特に溶
液が照射光を吸引，散乱しにくい場合、第３図（イ）よ
りも反射光強度はより強くなる。

第３図（ハ）は、第３図（ロ）のピペットチップ３が
液面に接近した場合の反射光強度の模式的な状態を示し
た図であり、チップ下端面及び溶液面での反射光に加え
て、液面からの反射光も影響するので反射光強度は一層
強くなる。

第３図（ニ）は、ピペットチップ３がサンプル液に接
液した場合の反射光の状態を模式的に示したものであ
り、この接液によりピペットチップとこれに接する外部
の媒体との屈折率の差が減少するので、反射光は急減す
る。

本実施例の装置（他の実施例においても同様である）
は、上述したように、ピペットチップを下降させて液吸
引を開始する際のそのピペットチップ下端位置を正確に
決定でき、精度よく液の定量取出しが可能となるという
優れた効果をもたらすものであるが、これに加えて、液
吸引の開始と終了の時間を確認することで、ピペットチ
ップ内に取出された液量の過不足を確認できるという利
点もある。

このことを第４図を用いて説明すると、この第４図
は、横軸に時間経過をとり、縦軸に反射光の検出強度を
とっている。そして第４図の（イ），（ロ）はいずれ
も、ある試料についての測定結果を示しているものであ
る。ここで第４図（イ）は、ピペットチップをサンプル
液に向けて下降させた場合に、反射光強度が次第に増加
し、サンプル液に接液した時点（図中のt₁時点）で反射
光が液中に透過して検出強度が急減する。そして一定時
間Ｔの間予め定めた負圧で液吸引を行なう。一定時間Ｔ
の経過した時点（図中のt₂時点）で吸引を停止し、ピペ
ットチップを上動させて離液させるため、反射光強度が
急増し、t₁時点前の反射光検出強度のレベルまで戻る。

他方、第４図（ロ）では、吸引中の時点（図中のt_s時
点）に何等かの理由でピペットチップとサンプル液の離
液が生じた場合を示しており、この離液発生は、そのt_s
時点において反射光検出強度のレベルまで戻ることで容
易に確認できる。そしてこの場合には、一定時間Ｔより
も短い分だけ（図中の網掛け部分で示している）吸引液
量の不足を招く。

このように、検出反射光強度の変化パターンを測定し
ながら、接液状態のピペットチップ内部に一定の負圧を
作用させて接液時間の長さを管理，確認することで被測
定溶液であるサンプル液の吸引量が、規定の吸引量に比
べて不足することを確認することができる。したがって
本発明の装置は、個々のサンプル液の定量取出しが確実
に行なわれたことを確認しながら作業を進めることが可
能となるので、これを用いて定量したサンプル液による
例えば免疫反応測定に基づく診断の結果に、測定ミスが
影響する虞れが実質的に解消できるという極めて優れた
効果をもたらす。

実施例２第５図に示される本実施例は、実施例１に比べて液面
検出装置を形成する受光手段の構成が異なっている点が
大きな特徴である。

すなわち、本実施例２において、ピペット装置本体を
構成している架台６及びピペットチップ取付け用筒部４
に対して、ディスポーザブルタイプのピペットチップ３
を着脱自在に組み付ける構成は、基本的には実施例１と
同じであるが、本例におけるピペットチップ取付け用筒
部４は、架台６に対して下記の光伝送体22を介して固定
されている点で異なっている。

すなわち、本例の上記光伝送体22は、架台６に固定さ
れる上部の柱状部221と、この柱状部221の下端周縁から
円環状に下方に延在された円環部222とを有するように
設けられていて、この円環部222の筒内に上記ピペット
チップ取付け用筒部４と、投光手段を形成する発光素子
（LED）が固定されており、また上記円環部222の下端面
が、ピペットチップ取付け用筒部４に組み付けられるピ
ペットチップ３の上端面と対向するようになっている。
なお223は光伝送体22のカバー、41はピペットチップ取
付け用筒部４の貫通穴である。

また受光手段の受光素子であるフォトダイオード10
は、光伝送体22の柱状部222の上端面に対向するように
架台６の上部において固定されている。なおその他の構
成は実施例１と略同様であるので、必要な部分の符号の
みを示して他は省略した。

以上のような構成のピペット装置においては、光源25
から発光され、ピペットチップ下端面で反射した光は、
筒殻状のこのピペットチップの内部を伝搬して上端に至
り、これに対向している光伝送体22の円環部221に入
る。そしてこの光は更に光伝送体の柱状部222を通って
フォトダイオード10に受光される。そしてこのような構
成により、ピペットチップの下端面全面において反射し
た光が、上記の経路をたどることでフォトダイオード10
に受光されることとなるため、円環状の下端面で反射し
た光の一部のみを受光している場合（例えばピペットチ
ップの円環状上端の一部にフォトダイオードを直接対向
させたような場合）に比べ、反射光の利用率が極めて高
くなる。

したがって、より明確に反射光強度の急変を検出する
ことが可能となり、あるいは同程度の検出精度を確保す
るためには光源光の強度を弱くすることができるという
利点がある。

（発明の効果）本発明の液定量取出し装置によれば、従来の装置では
解決できなかった種々の問題点を解消して、液定量取出
しのために、容器内に充填されている試料等の液面高さ
を精度よく検出することができ、高精度な液定量取出し
を実現できるため、例えば免疫診断装置用に好適な精度
の高い液定量取出し装置を提供出来るという効果があ
る。

また生体試料等の試料自体が微量である測定対象につ
き、液面レベルの検出と液吸引の作業工程を分離するこ
となく、これらの作業を実質的に同時工程で行なうこと
ができるので、迅速な作業を実現でき、多数の試料等を
分析処理する等の自動化、機械化した免疫診断装置用の
液定量取出し装置を好適に構成できるという効果もあ
る。

更にまた、ピペットチップにディスポーザブルタイプ
を採用することで、試料間での汚染防止を好適に実現し
た液定量取出し装置をできるという効果もある。

また本発明のピペットチップの筒殻を光伝送体として
利用する特に好適な構成によれば、ピペット装置のピペ
ットチップ周辺に、液面検出のための機械的な部材を配
置する必要がなく、他の周辺機器や部材との干渉の虞れ
を考慮する必要がなくなるため、配置に関する設計の自
由度が得られるという効果があり、またピペットチップ
の筒殻を通して上端面に伝統された光を柱状部を通して
集光する方式の光伝送体を用いた構成では、反射光の略
全てを検出に利用できるため、検出感度に優れ、光源光
の強度を低減化できるという効果もある。

更にまた、可視光領域でなく例えば赤外領域の波長の
光を検出に用いた場合には、室内照明等の外乱の影響を
受けることなく、精度の高い検出を実現できるという効
果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ），（ロ）は本発明よりなる液定量取出し装
置の実施例１の構成概要を示した図であり、同図（イ）
は非接液状態、同図（ロ）は接液状態を示している。第
２図は実施例１における反射光の検出強度の変化を示し
た図、第３図（イ）〜（ニ）はピペットチップ下端面に
おける反射光の変化を説明するための図、第４図
（イ），（ロ）は液定量取出しが精度よく行なえる場合
と不足がある場合を説明するために反射光量の変化をモ
デル的に示した図である。第５図は本発明の実施例２の液定量取出し装置の構成概
略を示した図である。１……試料容器、２……サンプル液３……ピペットチップ４……ピペットチップ取付け筒部５……光源、６……架台７……点灯回路、８……検出回路９……光ファイバー 10……フォトダイオード 11……上下動機構、12……駆動制御装置 22……光伝送体、221……円環部 222……柱状部、223……カバー

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下端の液吸引・吐出用の開口及びこの開口
から吸引した液の保持用中空をもった筒殻状に設けら
れ、かつ光透過性または半透過性の材質から形成されて
いるピペットチップと、このピペットチップの上部が着
脱可能に組付けられるチップ着脱部を有すると共に、こ
の組付けられたピペットチップの上記中空内部に液吸
引，吐出の気体圧力を作用する手段が接続されているピ
ペット装置本体と、このピペット装置本体の下方に配置
された容器内の液面高さを検出するための液面検出手段
と、上記ピペット装置本体又は容器をこれらが上下に離
間した状態からピペットチップ下端が容器内の液に一定
長浸漬するまでこれらを相対的に接近移動させる上下駆
動制御手段と、上記液面検出手段の検出情報に基づきピ
ペット装置本体と容器の接近移動の終点位置を算出して
上記上下駆動制御手段に該終点位置の信号を出力する演
算手段とを備え、上記液面検出手段は、上記ピペットチ
ップ下端面に光を照射する投光手段と、該ピペットチッ
プ下端面からの反射光を受光する受光手段とを有してい
て、その受光強度を上記検出情報とするものであること
を特徴とする液定量取出し装置。
【請求項２】下端の液吸引・吐出用の開口及びこの開口
から吸引した液の保持用中空をもった筒殻状に設けら
れ、かつ光透過性または半透過性の材質から形成されて
いるピペットチップ、及びこのピペットチップの中空内
部に液吸引，吐出の気体圧力を作用する手段が接続され
ているピペット装置本体と、このピペット装置本体の下
方に配置された容器内の液面位置を検出するための液面
検出手段と、上記ピペット装置本体又は容器をこれらが
上下に離間した状態からピペットチップ下端が容器内の
液に一定長浸漬するまでこれらを相対的に接近移動させ
る上下駆動制御手段と、上記液面検出手段の検出情報に
基づきピペット装置本体と容器の接近移動の終点位置を
算出して上記上下駆動制御手段に該終点位置の信号を出
力する演算手段とを備え、上記液面検出手段は、上記ピ
ペットチップ下端面に光を照射する投光手段と、該ピペ
ットチップ下端面からの反射光を受光する受光手段とを
有していて、その受光強度を上記検出情報とするもので
あることを特徴とする液定量取出し装置。
【請求項３】請求項１又は２において、ピペットチップ
が略逆円錐形型をなすことを特徴とする液定量取出し装
置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかにおいて、ピペ
ットチップ下端面が水平な端面をなすことを特徴とする
液定量取出し装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかにおいて、ピペ
ット装置本体又は容器の相対的な接近駆動を行わせる上
下駆動制御手段が、ピペット装置本体を上下に駆動させ
るものであることを特徴とする液定量取出し装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかにおいて、液面
検出手段の検出情報に基づき上記ピペット装置本体と容
器の接近移動の終点位置を算出する演算手段が、ピペッ
トと液面の接液を受光手段で受光した反射光強度の急変
により検出するものであることを特徴とする液定量取出
し装置。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれかにおいて、投光
手段がピペットチップの内部に配置されていると共に、
受光手段がピペットチップの外部に配置されていること
を特徴とする液定量取出し装置。
【請求項８】請求項１乃至６のいずれかにおいて、投光
手段がピペットチップの内部に配置されていると共に、
受光手段が筒殻状ピペットチップの上端面に対向するよ
うに配置されていることを特徴とする液定量取出し装
置。
【請求項９】請求項１乃至６のいずれかにおいて、投光
手段がピペットチップの内部又は外部に配置されている
と共に、受光手段は、筒殻状ピペットチップの円環状上
端面に対向する円環部と、この円環部の上部に連続して
設けられた柱状部とを有する光伝送体と、この光伝送体
の柱状部の上端面に対向する受光センサとからなること
を特徴とする液定量取出し装置。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれかにおいて、投
光手段から投光される光の波長が200nm〜1100nmである
ことを特徴とする液定量取出し装置。