自动分析装置用分注喷嘴及搭载该分注喷嘴的自动分析装置的制作方法

专利名称：自动分析装置用分注喷嘴及搭载该分注喷嘴的自动分析装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动分析装置用分注喷嘴以及搭载该分注喷嘴的自动分析装置。
背景技术：
在医疗诊断用的临床检查中，进行血液、尿等生物体检体中的蛋白、糖、脂质、酶、激素、无机离子、疾病标志物等的生物化学分析、免疫学分析。由于临床检查中需要对多个检查项目可靠度高并且高速地进行处理，因此将其大部分用自动分析装置来执行。作为自动分析装置，已知例如，通过将在血清等检体中混合所希望的试剂进行反应后的反应溶液作为分析对象，测定其吸光度，从而进行生物化学分析的生物化学分析装置。这种生物化学分析装置具备收纳检体、试剂的容器；注入检体和试剂的反应室；具备将检体和试剂自动注入至反应室的分注喷嘴的分注机构；具有混合反应室内的检体和试剂的搅拌棒的自动搅拌机构；计测反应中或反应结束后检体的吸光度的机构；将计测结束后的反应溶液吸取、 排出，并洗涤反应室的自动洗涤机构等(例如专利文献I)。这样的自动分析装置通常通过分注喷嘴连续地分注多个检体和试剂。例如，检体分注喷嘴从采血管等收纳检体的容器分取规定量的检体，在使试剂进行反应的反应室中排出检体。试剂分注喷嘴将从收纳试剂的容器分取的规定量的试剂排出至反应室中。此时，如果残留在分注喷嘴表面上的被分注液体的成分混入至下一被分注液体中，则有时会对测定结果带来影响。将这种情况称为遗留(carryover)。遗留的问题与近年来自动分析装置领域中的检体和试剂的微量化的要求密切相关。随着分析项目数的增大，I个分析项目中可以分出的检体量减少。也有时检体本身贵重且不能大量地准备，也有对高灵敏度的要求。此外，随着分析内容高度化，一般而言试剂变得昂贵，从成本方面出发也有对试剂微量化的要求。由于对这样的检体和试剂的微量化的要求的提高，因而分注喷嘴的细径化进展，管的外径变为0. 5_左右。喷嘴直径的微小化使被分注的溶液的表面积相对于体积的比例增大。因此，控制物质对分注喷嘴表面的吸附并降低遗留的重要性增加。此外，在从同一容器采集用于生物化学项目和测定浓度范围宽的免疫项目的分析的检体进行测定的情况下，要求尽可能地减少由分注喷嘴导致的检体间的遗留。为了减少遗留，以往通过包含纯水、表面活性剂的洗涤剂来实施洗涤(专利文献
2)。还已知通过活性氧使附着的检体残渣失活这样的方法(专利文献3)。使用能够用完扔掉的一次性喷嘴(一次性末端)的方法作为针对遗留的解决方法之一也是已知的。另外，吸附于表面上的化学物质的定量、组成解析中广泛使用XPS(X射线光电子分光法)等，例如对于自组织化膜等的单分子膜的组成、化学种类的定量进行解析(非专利文献1、2)。同样地，残存于表面上的蛋白质的定量也能够通过XPS进行定量(非专利文献3)。现有技术文献
专利文献专利文献I :日本特许第1706358号公报专利文献2 :日本特开2007 - 85930号公报专利文献3 :日本特许第3330579号公报非专利文献非专利文献I :Chemical Reviews, 96, pp. 1533-1554(1996)非专利文献2 Journal of the American Chemical Society,115,pp.10714-10721(1993)非专利文献3:The Journal of Physical Chemistry B, 107, pp. 6766-6 773 (2003)

发明内容
发明要解决的课题通过包含纯水、表面活性剂的洗涤剂进行的洗涤有时难以洗涤以蛋白质为代表的生物体高分子。通过活性氧使附着的检体残渣失活的方法中由于失活的检体残渣沉积于表面上，因此不能经受长期的使用。此外，对于一次性喷嘴，从强度、加工精度的观点出发，难以形成微细的结构。此外，一次性喷嘴的使用还有产生大量的废弃物，增大环境负荷这样的问题。本发明的目的是提供不使用一次性喷嘴而提高了表面的洁净度、实现了遗留的减少的自动分析装置的检体分注喷嘴，以及使用该检体分注喷嘴的自动分析装置。用于解决课题的方法避免遗留的必要性高的分析项目，分析成分为蛋白质等生物体高分子的情况多。因此，为了减少遗留，抑制蛋白质等生物体高分子残存于分注喷嘴的表面上成为解决策略。本发明中，因此将抑制检体等生物体分子的非特异吸附的分子固定化在喷嘴表面上。此外，在上述分子的固定化时，利用了对表面的化学吸附、特别是共价结合。此时，只要可以将抑制非特异吸附的分子固定化在喷嘴的最表面上，则不限定喷嘴的材质。通过使聚乙二醇(PEG)衍生物化学吸附在分注喷嘴表面上，进行被覆，从而抑制蛋白质等来源于生物体的高分子的吸附，解决了上述课题。这里，所谓化学吸附，意味着以共价结合、离子结合等化学结合为原因的、吸附热为20 lOOkcal/mol左右的在固体表面的吸附方式。与吸附热通常为lOkcal/mol以下的以范德华力作为结合力的物理吸附不同。聚乙二醇衍生物为亲水性的，通过其的立体斥力来抑制蛋白质等生物体高分子的吸附。PEG衍生物抑制蛋白质吸附的效果最高。这是因为，一般而言，如果将非离子性的水溶性高分子涂布在材料表面上，则物质表面的亲水性提高同时还可抑制表面电荷。此外，除了这样的性质以外，PEG可以说完全没有毒性，这在临床应用上也是重要的。从需要的环氧乙烷(一 C2H4O -)基的数目为2以上和用于分子排列的分子间相互作用充分这样的要求出发，期望PEG衍生物的分子量为100以上。此外，相反地，如果分子间的立体斥力过大，则PEG衍生物对表面的吸附量降低。因此，期望PEG衍生物的分子量为20000以下。被覆的PEG衍生物的化学结构不需要为单一的，也可以为混合物。本发明的自动分析装置具有分别收纳检体的多个检体容器；分别收纳试剂的多个试剂容器；注入检体和试剂的多个反应室；具备检体分注喷嘴并将检体容器中的检体分注至反应室中的检体分注机构；以及具备试剂分注喷嘴并将试剂容器中的试剂分注至反应室中的试剂分注机构，检体分注喷嘴在表面上具有氧化娃层，相对于该氧化娃层，化学吸附有下述通式所示的具有聚乙二醇的硅衍生物，Si — R1 — (OCH2CH2)n -O-R2(n为2以上的正整数，R1为烃基，R2为H或CH3)。此外，本发明的自动分析装置用分注喷嘴的制造方法包括以下工序 (a)使用溅射或药液涂布以及干燥，在分注喷嘴的表面上形成氧化硅层的工序；(b)对在分注喷嘴的表面上形成的氧化硅层进行洗涤的工序；(C)将洗涤后的分注喷嘴浸溃在下述通式所示的具有硅烷醇基前体的聚乙二醇衍生物的溶液中的工序；R1R2R3Si -R4- (OCH2CH2)n -O-R5(R1, R2, R3为硅的取代基，R4为烃基，R5为H或CH3, n为2以上的正整数)(d)将分注喷嘴的处理后的表面用溶剂进行洗涤的工序；(e)将洗涤后的所述分注喷嘴的表面进行干燥的工序。发明的效果根据本发明，可以抑制蛋白质等生物体高分子对分注喷嘴的吸附。因此，能够减少分注动作时的遗留，自动分析装置的分析可靠性提高。此外，由此促进检体、试剂的微量化，对于自动分析装置的运行成本降低也作出贡献。


图I为分注喷嘴的概略图。图2为分注喷嘴的截面图。图3为工艺流程。图4为显示XPS的结果的图。图5为显示XPS的结果的图。图6为显示自动分析装置的构成例的图。图7为液面检测的示意图。图8为液面检测的示意图。图9为液面检测的示意图。图10为液面检测的示意图。图11为显示具有进行表面处理的机构的自动分析装置的构成例的图。
具体实施例方式图I显示分注喷嘴的概略图。分注喷嘴主体部101广泛使用作为耐腐蚀性高、力口工性好的材料的不锈钢。然而，喷嘴的材料不限于不锈钢，只要是树脂例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯、玻璃、其它金属材料(金、钼、铜)、陶瓷即可。这里显示不锈钢的分注喷嘴的例子。分注喷嘴在角102处弯曲，与吸取、排出机构连接。在检体、试剂的吸取时，在中空部103中吸取规定量。在分注时，分注喷嘴的外面也被检体、试剂浸溃。因此，作为聚乙二醇(PEG)衍生物进行化学吸附并被覆的区域，在具有中空部103的分注喷嘴的情况下为内面、外面和端部105，而且与分注喷嘴分注检体或试剂时浸溃在检体或试剂中的区域104相比充分地大。作为使PEG衍生物对分注喷嘴的表面进行化学吸附的方法，有使用下述通式(I)所示那样的在单末端具有硅烷醇基前体的PEG衍生物的方法。通式(I)那样的分子通常被称为硅烷偶联剂，可以通过表面羟基和化学结合将分子固定化。通过这样地使用不对称的分子，可以在分注喷嘴的表面上整齐地以单分子膜的形式固定化。在两末端为硅烷醇基前体的情况下，有时通过两末端在表面固定化聚乙二醇链，失去运动的自由度，不能发挥本来具有的抑制非特异吸附的效果，因此不优选。R1R2R3Si -R4- (OCH2CH2)n 一 0 — Rf (I)R1, R2, R3为硅(Si)的取代基。一般而言，包含甲氧基(MeO)、乙氧基(EtO)、丙氧基(PrO)等醚基、或氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘⑴等卤素，选自其中的基团为硅的取代基。通过水解而转化成硅烷醇基，与固体表面的羟基结合。R4为烃基。R5从亲水性的观点出发 适合为H或CH3。n为2以上的正整数。硅烷醇(SiOH)基与氧化硅(SiO2)的亲和性高。玻璃一般具有SiOH基、SiO2层。由此，通过用玻璃制作分注喷嘴，可以直接将硅烷偶联剂固定化。或者，在以玻璃以外作为材料的分注喷嘴的情况下，通过在喷嘴表面上预先设置氧化硅层、玻璃层等，可以实现与硅烷偶联剂的化学吸附、共价结合。如前所述，基于加工性的良好、耐蚀性等观点，自动分析装置的分注喷嘴广泛使用不锈钢。因此，实施方式中显示在不锈钢的最表面上预先设置有氧化硅层的例子。然而，也能够在不锈钢表面上形成羟基，以其作为反应位点而将硅烷偶联剂直接固定化。将这样处理后的分注喷嘴的图I中用虚线表示的位置处的处理部截面图示于图2中。分注喷嘴111为主体部，由不锈钢等构成。SiO2层112是在喷嘴111上通过溅射或CVD成膜或药液(SOG :Spin On Glass，涂布玻璃)的涂布干燥而形成的。PEG衍生物层113对3102层112进行化学结合，发挥抑制蛋白质等生物体高分子吸附的作用。分注喷嘴具备中空部114。对所形成的SiO2层通过醇、酸进行洗涤。然后，在单末端具有硅烷醇基前体的PEG衍生物的溶液中浸溃充分的时间。对于这样处理后的表面，由Cls (碳Is)的XPS的测定结果确认了来源于乙二醇链的碳一氧的单键(C - 0)的存在。对于本发明的喷嘴，显示了仅在喷嘴外壁形成有SiO2层，在其最表面形成有PEG衍生物层的例子。另外，在喷嘴内壁也可以同样地形成SiO2层和PEG衍生物层。吸附的抑制效果的验证通过用XPS测定蛋白质的吸附量来实施。具体而言，由Nls (氮Is) XPS的峰面积来估算BSA (牛血清白蛋白)的吸附量。BSA适合作为占血清蛋白质的约50 65%的血清白蛋白的模型。对于进行了上述表面处理的基板，在进行了 BSA的吸附实验后，也确认了 Nls的峰面积在检测限度以下，确认了与以往的不锈钢、相对于不锈钢形成有SiO2层的情况有显著的差异。在用分注喷嘴来检测液面时，广泛使用以其静电容量的变化作为指标的电计测法。因此，即使在不锈钢制分注喷嘴表面上形成有绝缘性的SiO2薄膜层及其表面的有机膜层，也可以检测液面检测的静电容量变化。另外，在距离检测出液面的高度位置为3_左右下侧喷嘴停止，作为吸取液体的设定。本发明中，SiO2层的厚度为约10nm，可以容易地检测静电容量的变化。在对喷嘴表面施加某种机械破坏的情况下，有时在喷嘴表面上形成的SiO2层形成裂纹、伤痕。通过以静电容量的变化的形式检测出该氧化硅层的裂纹、伤痕，从而可以搭载通知喷嘴表面的定期维护实施时间的传感器。此外，上述表面处理法中，由于可以简便地使PEG衍生物化学吸附，因此还能够将使PEG衍生物化学吸附的机构并入至自动分析装置中。如果使用本发明的分注喷嘴，则对于将对检体间的污染更敏感的免疫分析装置与生物化学自动分析装置进行合并也是有用的。接下来，通过实施例详细地说明本发明，但本发明不限于下述实施例。<实验例>首先，为了提高解析的可靠性，使用平面基板进行效果的验证。所用的基板为在最表面层具有IOnm厚度的氧化娃(SiO2)层的SUS基板。基板的大小为IOmmX IOmmX 0. 5mm,用于效果的验证的测定面使用IOmmX IOmm的面。(吸附有PEG衍生物的基板的制作)将实验的工艺流程示于图3中。工序I.在SUS表面上形成SiO2层。首先，为了除去不锈钢(SUS)表面上残存的油脂，用碱性的溶剂进行脱脂。然后，使用以氧气(。2)作为反应性气体、以Ar作为放电气体的DC磁控管溅射装置来溅射Si JiO2的成膜条件如下所述。箱室内的到达真空度为5X10_5托，加热器设定温度为423K。其结果是，SiO2的成膜速度为0. 2nm/秒。这样在SUS表面上形成了 IOnm的SiO2层。另外，不通过派射而通过药液(S0G :Spin On Glass,涂布玻璃)的涂布干燥,也可以形成SiO2层。工序2.对工序I中形成的SiO2层进行洗涤。具体而言，将基板在乙醇中超声波洗涤15分钟。在该状态下，通过协和接口科学制Drop Master 500测定相对于水的接触角。在基板表面上利用注射器滴加纯水0. 5 y L，由3点法测定从着滴起I秒后的静态接触角。其结果是，基板的接触角为10±1°。由此，确认了表面为洁净的。工序3.在包含聚乙二醇衍生物的溶液中浸溃。具体而言，将直到工序2为止进行了洁净化处理后的基板通过2 —甲氧基聚亚乙基氧丙基三甲氧基硅烷(2- [METHOXY (POLYETHYLENEOXY) PROPYL] TRIMETHOXYSILANE)进行硅烷偶联处理。调整2-甲氧基聚亚乙基氧丙基三甲氧基硅烷的3mM甲苯溶液，向其中滴加浓盐酸(约35%)使浓度为0.8mL/L，进行搅拌。在这样调整的硅烷偶联剂的溶液中浸溃由工序2调整的基板30分钟。2—甲氧基聚亚乙基氧丙基三甲氧基硅烷(2-[METHOXY(POLYETHYLENEOXY)PROPYL] TRIMETHOXYSILANE)包含分子量460 590的2 —甲氧基聚亚乙基氧丙基三甲氧基硅烷，具备乙二醇链6 9单元。这里，2 —甲氧基聚亚乙基氧丙基三甲氧基硅烷的化学式如下所示。(CH3O)3Si - C3H6 - (OCH2CH2) 6_9 — OCH3…(2)工序4.洗涤和干燥将基板从溶液中提升，用甲苯洗涤I次，用乙醇洗涤2次后，进行水洗2次，在水中超声波洗涤2分钟。然后，用氮气吹扫进行干燥。以下，将这样制作的基板也称为PEG溶液 浸溃基板。为了验证本发明的表面处理的效果，准备以下的2块基板作为参照用。
(参照基板I.形成有SiO2膜的SUS基板的制作)首先，说明第I块参照基板的处理步骤。采用上述工序I的方法，通过溅射在不锈钢基板上形成SiO2膜。使该SiO2层的膜厚为10nm。接下来，将该板在乙醇中超声波洗涤15分钟。通过与上述同样的方法测定该状态下相对于水的接触角。其结果是，基板的相对于水的接触角为10±1°。由此，确认了表面为洁净的。将该形成有SiO2膜的基板作为参照基板I。(参照基板2.不锈钢基板的制作)准备不锈钢基板作为第2块参照基板，用l%NaOH水溶液超声波洗涤15分钟，然后，用乙醇进行超声波洗涤15分钟。将该进行了洗涤后的不锈钢基板作为参照基板2。BSA吸附试骀生物体高分子的吸附抑制效果的验证通过BSA(牛血清白蛋白)的吸附试验来进行。首先，准备BSA的2. 5g/L溶液。作为溶剂，使用Dulbecco’s磷酸缓冲溶液。在制成的溶液中浸溃准备好的基板30分钟。将基板提升后，首先，用Dulbecco’s磷酸缓冲溶液进行充分地洗涤。接着，用纯水进行充分地洗涤。最后，通过氮气吹扫使其干燥。对于这样地进行了 BSA的吸附试验后的3块基板进行XPS测定，定量分析表面组成。XPS的测定采用PHI社制QuanteraSXM进行。作为X射线源，使用单色化Al (1486. 6eV)。将检测区域设为①IOOii m，将取出角设为45°。通过宽扫描(结合能(Biding Energy) 0 1275eV,能量步长I. OeV)测定得到的结果是，由参照基板2检测到Fe (铁)和Cr (铬)。由PEG溶液浸溃基板和参照基板I检测到硅(Si)和氧(O)。由此，确认了形成有SiO2的薄膜的2块基板中，表面均被氧化硅涂布。为了研究碳的结合状态，通过Cls (碳Is)的窄扫描，以能量步长0. IeV测定结合能为278eV 296eV的范围。比较BSA吸附试验后的结果。将PEG溶液浸溃基板和参照基板I的测定结果示于图4中。PEG溶液浸溃基板的测定结果以虚线310表示。箭头311的范围为C— C、C— H键的检测范围，箭头312的范围为C 一 0键的检测范围，箭头313的范围为C = 0、0 = C —0、0)3键的检测范围。此外,箭头314的范围为来源于玻璃的钾2p的峰。如图4所示,除了C 一 C、C 一 H键的峰以外，较强观测到归属于C 一 0键的峰。这反映了来源于分子内的乙二醇链的C 一 0键。另一方面，参照基板I的测定结果以实线315表示。箭头316的范围为C 一 C、C-H键的检测范围，箭头317的范围为C 一 0键的检测范围，箭头318的范围为C = O、0=C — O、CO3键的检测范围。此外，箭头319的范围为来源于玻璃的钾2p的峰。由图可知，对于PEG溶液浸溃基板，在箭头312的范围内被检测到的C 一 0键与仅形成有SiO2膜的参照基板I相比充分地大。因此，可以确认在PEG溶液浸溃基板中PEG衍生物被整齐地固定化。接下来，对每块基板的BSA吸附量比较进行说明。对于BSA对不锈钢表面的吸附，能够通过XPS利用与BSA中的氮原子(N)对应的Nls峰进行定量分析。这里Nls峰归属于BSA中包含的胺、酰胺。因此，本实施例中，通过Nls量来定量BSA对每块基板的相对吸附 量，对抑制蛋白质对基板表面吸附的效果进行了验证。将结果示于图5中。细线321为PEG溶液浸溃基板的光谱，粗线322为参照基板I的光谱，虚线323为参照基板2的光谱。在吸附有BSA的具有SiO2层的基板(参照基板I)的表面和不锈钢基板(参照基板2)的表面上，观察到在结合能400eV附近具有峰的对称形的Nls的峰。Nls的峰面积的解析通过从395eV至405eV引直线扣除背景来进行。将由各元素的峰面积求出的Nls的表面元素浓度(原子％)示于表I中。表I中，将浸溃在2 —甲氧基聚亚乙基氧丙基三甲氧基硅烷溶液中的基板设为PEG溶液浸溃基板，将仅具有SiO2的参照基板I设为Si02/SUS基板，将参照基板2设为不锈钢基板。[表 I]
权利要求
1.一种自动分析装置，其特征在于，具有 分别收纳检体的多个检体容器； 分别收纳试剂的多个试剂容器； 注入检体和试剂的多个反应室； 具备检体分注喷嘴并将所述检体容器中的检体分注至所述反应室中的检体分注机构；以及 具备试剂分注喷嘴并将所述试剂容器中的试剂分注至所述反应室中的试剂分注机构，所述检体分注喷嘴在表面上具有氧化硅层，相对于该氧化硅层，化学吸附有下述通式所示的具有聚こニ醇的硅衍生物，Si-R1- (OCH2CH2)n -O-R2 n为2以上的正整数，R1为烃基，R2为H或CH3。
2.根据权利要求I所述的自动分析装置，其特征在于，具备測定所述检体分注喷嘴与所述反应室之间的静电容量的単元；基于所述静电容量的变化来检测所述检体分注喷嘴表面的氧化硅层的异常的机构；以及检测到异常时对其进行显示的指示器。
3.根据权利要求I所述的自动分析装置，其特征在于，化学吸附有所述聚こニ醇衍生物的所述检体分注喷嘴的区域比分注动作时所述检体分注喷嘴被浸溃在检体中的区域大。
4.根据权利要求I所述的自动分析装置，其特征在于，具备使所述聚こニ醇衍生物对所述检体分注喷嘴进行化学吸附处理的机构。
5.根据权利要求I所述的自动分析装置，其特征在于，所述聚こニ醇衍生物为2—甲氧基聚亚こ基氧硅烷衍生物。
6.一种自动分析装置用分注喷嘴的制造方法，其是用于将检体容器中的检体分注至反应室中的自动分析装置用分注喷嘴的制造方法，其特征在于，包括以下エ序 使用溅射或药液涂布以及干燥，在分注喷嘴的表面上形成氧化硅层的エ序； 对在所述分注喷嘴的表面上形成的氧化硅层进行洗涤的エ序； 将洗涤后的所述分注喷嘴浸溃在下述通式所示的具有硅烷醇基前体的聚こニ醇衍生物的溶液中的エ序， R1R2R3Si -R4- (OCH2CH2)n -O-R5 H R3为硅的取代基，R4为烃基，R5为H或CH3, n为2以上的正整数； 将所述分注喷嘴的处理后的表面用溶剂进行洗涤的エ序；以及 将所述洗涤后的所述分注喷嘴的表面进行干燥的エ序。
全文摘要
本发明涉及分析尿、血液等检体的自动分析装置，分析测定值不受由反复使用的分注喷嘴带来的遗留的影响。通过用化学吸附的聚乙二醇衍生物被覆分注喷嘴表面，从而形成抑制生物体高分子吸附的分子层，降低由分注喷嘴带来的遗留。
文档编号G01N35/10GK102652263SQ201080055689
公开日2012年8月29日 申请日期2010年11月26日 优先权日2009年12月11日
发明者谷口伸一, 野岛彰纮 申请人:株式会社日立高新技术