JP3713732B2 - 混合装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、化学や生化学等の分野で使用し得る液体試料の混合装置等に関するものであり、特に好ましくは液体クロマトグラフィ−の分野等で分離用カラムに試料溶液とその他の試薬溶液を混合した後に供する場合や、生化学の分野等で試料溶液に反応溶液を混合させて反応を生じさせ、直後に検出器にて反応結果を測定する場合等に使用される混合装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体試料中の特定物質を測定する場合に、例えば試料溶液と反応溶液を混合し反応させて測定する測定方法等、測定に先立って試料溶液を専用の試薬溶液と混合する必要が生じることがある。
【０００３】
図１により従来の混合方法を説明すれば、試料導入部４を試料導入部移動レール７上で移動させ、試料溶液溜１をシリンジポンプ５を使用して吸引後、混合容器３に吐出し、続いて他の試薬２、・・、Ｘのそれぞれを同様にシリンジポンプ５を使用して吸引後、混合容器３に吐出する。
【０００４】
以上の操作を完了した後、混合容器中の液体についてシリンジポンプ５を使用して吸引、吐出を行って混合した後、シリンジポンプ５に混合溶液を吸引し、切り替えバルブ８を切り換えて測定装置６に導入する。
【０００５】
以上の操作を完了後、新たな試料溶液の測定のため、混合容器３を洗浄し次の測定する試料の混合操作に備える。洗浄の困難な試料溶液や試薬溶液等を使用する場合、混合容器３を一種の試料溶液ごとに一容器用意しなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような従来の混合装置、混合方法では、測定に供する液体試料とその他の試薬溶液等の溶液を新たな試料容器に移して混合するため、操作それ自体が複雑で、一回の操作に要する時間が長いという課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、従来技術に見られる課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、本発明を完成させた。
【０００８】
即ち本発明は、液体試料を導入する試料導入部、試料導入部に続く配管中の少なくとも一部に設置された、液体試料が流れる配管の径が変化している配管部からなる混合部及び混合部で混合された液体試料を排出する排出部からなり、試料導入部から導入された二種類以上の液体試料を混合し、混合された液体試料を排出することを特徴とする混合装置である。また本発明は、液体試料を導入する試料導入部、試料導入部に続く配管中の少なくとも一部に設置された、柔軟性のある素材で構成された配管と当該配管に物理的作用を及ぼすことによりその形状を変化させ得る配管形状操作装置からなる混合部及び混合部で混合された液体試料を排出する排出部からなり、試料導入部から導入された二種類以上の液体試料を混合し、混合された液体試料を排出することを特徴とする混合装置である。
【０００９】
そして本発明は、二種類以上の液体試料を別途試料導入部から配管に導入し、その流路の少なくとも一部に設置された、液体試料が流れる配管の径が変化している配管部からなる混合部を通過させることにより混合することを特徴とする液体試料の混合方法である。更に本発明は、二種類以上の液体試料を別途試料導入部から配管に導入し、配管中の少なくとも一部に設置された、柔軟性のある素材で構成された配管と当該配管に物理的作用を及ぼすことによりその形状を変化させ得る配管形状操作装置からなる混合部を通過させる際に当該配管形状操作装置を操作して混合することを特徴とする液体試料の混合方法である。
【００１０】
以下、図面に基づき本発明を更に詳細に説明する。
【００１１】
図２は本発明の概要を説明するための図である。即ち本発明は、不図示の試料導入部に続く配管９の一部に混合部１０を設置した混合装置である。混合装置から排出された、混合された液体試料は、配管を通って検出器又は分離用カラム等１１に移送される。
【００１２】
本発明における試料導入部は、試料を導入するための試料吸引口、試料移送のためのポンプ、更に必要に応じて配管で構成される試料流路を切り替えるための流路切り替えバルブ等から構成される。試料導入部のポンプや流路切り替えバルブは、試料吸引口から混合部に至るまでの配管部分か混合部以降の配管部に配置される。
【００１３】
ポンプは具体的に、シリンジポンプ、ギヤーポンプ、ペリスタポンプ、モーノポンプ等が使用でき、必要に応じて電磁弁、ロータリーバルブ、バタフライバルブ等の流路切り替えバルブを設置する。液体の導入口は一本で複数の液体試料を吸引するように構成しても良いし、複数の導入口で二以上の液体を別個に吸引するように構成しても良い。
【００１４】
このように本発明の試料導入部は、試料液体を移送するためのポンプや液体導入口を有していれば特に制限はなく、配管の一端を液体導入口とすることであとはポンプを設置するのみで構成することも可能である。
【００１５】
本発明の混合部は、例えば液体試料が流れる配管の径が変化している部分であり、より具体的に図３に示した構成を例示できる。
【００１６】
図３のａ〜ｃは混合部配管の径Ｘが混合部以外の配管の径Ｙより小さい場合を示し、一方ｄ〜ｆは、混合部配管の径Ｙが混合部以外の配管の径Ｘより大きい場合を示す。ａは逆そろばん型、ｂは逆つみき型、ｃは逆ひょうたん型、ｄはそろばん型、ｅはつみき型、ｆはひょうたん型である。これらに例示するように、混合部配管はいかなる形状のものでも良い。また、本発明の混合装置を使用して混合操作を行う場合、ポンプを操作して混合部中で液体試料等を往復させて複数回前後させることで、混合の効率を上げることも可能である。
【００１７】
混合部の径に変化の割合は、その混合される液体試料の性質に基づき適宜決定することができる。例えば血液試料を用いて糖化ヘモグロビン等の血球内に存在する物質を測定するに当たり、血球を溶血するために血液試料と溶血剤を混合するような場合には、図３に示すＸ、Ｙの比Ｙ／Ｘを２〜２０、更には４〜１０とすることが好ましい。使用される混合部や配管は、通常使用されるような断面が円形のもの以外にも、断面が四角形のものであっても良い。またその材質はステンレス、銅等の金属系、テフロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ピーク材等のプラスチック系を使用できる。
【００１８】
なお本発明において配管の径とは図３に示したように配管の長軸方向（Ｘ又はＹを付していない矢印方向）の断面における配管の内径Ｘ、Ｙを意味する。従って、例えば断面が正方形の二本の配管を相互に４５度ずらして接続した場合にも配管の長軸方向の断面における配管の内径は変化するから、本発明の構成に該当する。
【００１９】
また、混合部は、図４のａ〜ｃに示したように径が混合部以外の配管の径より小さい二以上の部分と混合部以外の配管の径と同様の一以上の部分とからなるものであっても、逆に図４のｄ〜ｆに示したように径が混合部以外の配管の径より大きい二以上の部分と混合部以外の配管の径と同様の一以上の部分とからなるものであっても、更には径が混合部以外の配管の径より大きい一以上の部分と小さい一以上の部分とからなるものであっても良い。
【００２０】
図４に例示した構成では、配管の径が連続的に変化するため、混合の効率を上げるうえでとくに好ましい。このように、径の変化する部分を三箇所以上連続させることで、連続させない場合に比べて混合効率は格段に向上する。なお、図４のように径の変化する部分を連続させる場合には、３〜１０箇所連続させることが好ましい。なお、Ｘ、Ｙの比Ｙ／Ｘは２〜２０、更には４〜１０とすることが好ましいが、同一の比となるように構成する必要はなく、変化する箇所ごとに比を変化させても良い。
【００２１】
なお混合部は、配管で構成される液体の流路中に直接、その流路径を変化させるための電磁弁、ロータリーバルブ等のバルブを配置し、そのバルブにより流路を部分的に塞ぐことにより配管の径を変化させるタイプのものであっても良い。かかる構成の混合部を図５ｃに示す。この場合もＸ、Ｙの比Ｙ／Ｘは２〜２０、更には４〜１０とすることが好ましい。
【００２２】
本発明の混合部を、柔軟性のある素材で構成された配管と当該配管に物理的作用を及ぼすことによりその形状を変化させ得る配管形状操作装置で構成する場合には、柔軟性のある素材として例えばシリコン、塩化ビニル、ゴム、ポリエチレン等が使用できる。特に、チューブ状に加工された、外力に対して反発する（復元力を有する）性質を有する弾性体であるシリコンチューブ、タイゴンチューブ（ノートン社製）、塩化ビニールチューブ、ゴムチューブ等が特に好ましい。
【００２３】
弾性のない素材を使用する場合は、バルブ等で構成される配管形状操作装置と混合部の配管を接着等して使用するか、配管の当該部分にある程度の内圧をかける等して配管形状操作装置の動作と共に配管部の形状が変化するように構成すれば良い。
【００２４】
配管形状操作装置としては、例えばピンチバルブ、エアーシリンダー、モ−タ−とギアを組み合わせたもの等を例示することができる。例えば図５ａはモーター１２と凹凸付きロ−ラ−１３を組み合わせた構成を、図５ｂはピンチバルブ１４を配管形状操作装置とした混合部を示すものである。これらの例では、配管形状操作装置として配管を挟むようにして物理的作用を加え、配管を圧迫するが、当然、物理的作用は、配管に対して一方向から加えてもよい。一方向から物理的作用を加える場合は、その反対側を固定するとより効果的である。Ｘ、Ｙの比Ｙ／Ｘは２〜２０、更には４〜１０とすることが好ましい。
【００２５】
以上に述べた本発明の混合装置に、液体試料と他の溶液を試料導入部から順に導入する。この時点で導入した液体は吸引順に層となって配管中に存在するが、その配管の径が変化しているか又は柔軟性のある素材で構成された配管の形状を変化させ得るように構成された混合部に導かれると、混合部を通過する際に乱流が生じ、液体試料は他の液体と均一に混合される。混合された試料は混合部から排出され、混合部以降の配管より測定器や分離カラムに供される。当然のことながら、混合部以降の配管の末端に溜を設け、混合された溶液をここに貯蔵した後、再度再度試料導入部より測定装置に導入することもできる。
【００２６】
例えば図５ｃに示した構成の混合部は、前述の通り、液体の流路中に、その流路径を変化させるための電磁弁等を配置し、それにより流路を部分的に塞ぐことにより配管の径を変化させるタイプのものである。このような構成の混合部において、完全に流路を塞ぎ、配管中の溶液にかかる圧力が高まった状態で流路を部分的に解放すると、乱流効果が高まり、混合効率を上げることができる。このような動作を繰り返すと更に混合効率を上げることができる。
【００２７】
試料導入部における液体試料及びその他の溶液の導入順については、混合部を一回通過させるのみで混合させる場合には比重の重い順に混合器に導入されるよう、試料導入部における導入順序を操作することが混合効率を上げるために好ましい。一方、ポンプを操作してこれら溶液を混合部内で往復させる操作を行う場合は、比重の重い溶液か、又は最も少量の溶液を、最初と最後以外で導入する、即ちこのような溶液が他の溶液に挟まれて混合部に導入されるように試料導入部における導入順序を操作することが混合効率を上げるために好ましい。
【００２８】
本発明を赤血球内に存在する糖化ヘモグロビンを液体クロマトグラフィーで分析する際に好適な条件を例として説明する。この分析においては、赤血球の含まれる液体試料として血液が使用されることが多く、同時に赤血球を溶血する赤血球溶血液として、ドテシル硫酸ナトリウム、ＴｒｉｔｏｎＸ−１００又はＴｗｅｅｎ２０などの界面活性剤の含まれる溶液や、浸透圧により赤血球を溶血できるような低い塩濃度の溶液等を分析に先立って液体試料と混合することが必要になる。
【００２９】
混合部として図３のようなものを使用する場合には、Ｘ、Ｙの比Ｙ／Ｘは２〜２０、好ましくは４〜１０である。一方混合部として図４のようなものを使用する場合にはＸとＹの比は同様で、配管径が変化する部位を３〜１０箇所とすることが好ましい。より具体的に、糖化ヘモグロビンを液体クロマトグラフィーで分析する際には試料（血液）の使用量は通常５〜１００μｌ程度であるから、Ｘを０．２〜１．０ｍｍ程度、Ｙを１．０〜５ｍｍとすることが好ましい。そして更に、１分間に２０回動作する割合で３〜８回程度前後させることが混合効率の面から好ましい。図５ｂのような混合部を使用する場合には、バルブ１４を１分間に５０〜１００の速度で上下させ、その一方で配管中の溶液を３０〜５０回の割合で往復動させると特に好ましい。
【００３０】
【発明の効果】
以上に説明したように、試料導入部から測定器や分離カラム等に至る配管中に混合部を設け、液体試料の移送中に他の液体との混合を完了することによりいわゆるオンライン操作が可能となり、混合操作が簡略化され、混合操作に要する時間を短縮できる。しかも、実施例により詳細に示す通り、本発明ではμｌ単位の液体の混合を効率良く実施し得る。
【００３１】
従来の混合操作では試料溶液が混合容器に残存するため、試料溶液に無駄が生じていたが、本発明ではこのような無駄を省くことができ、生体試料等、微量かつ貴重な試料液体の分析に対して与える効果は大きい。
【００３２】
また試料導入部と直結した配管中に混合部が存在することから、配管に洗浄液を流すことにより試料導入部と混合部を同時に洗浄することが可能である等簡便であり、時間も短縮できる。
【００３３】
以下、具体的に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３４】
【実施例】
実施例１
図６に示したような、本発明の混合装置を適用したグリコヘモグロビン分析装置によりグリコヘモグロビンの分析を行った。混合部２０は図４ｅに示した形状のもの（図４ｅにおけるＸ、Ｙはそれぞれ０．５ｍｍ、２．０ｍｍであり、径が２ｍｍの部分が０．５ｍｍの部分を挟んで７箇所連続している）である。
【００３５】
試料導入部１９を試料導入部移動レール１８上で移動させ、シリンジポンプ２１及びインジェクションバルブ２２を操作して血液試料溶液溜１６から血液を１．５μｌ採取し、連続して溶血剤溜１７から市販の溶血剤（溶血剤Ｃ液、東ソ−（株）製）を４００μｌ採取し、血液、溶血剤の順に、連続して混合部２０に導入した。
【００３６】
シリンジポンプを操作して溶液を５回、混合部で往復動させて混合し、溶血させた後、インジェクションバルブ２２のサンプルル−プに２０μｌの混合液を採取し、これを分離カラム（TSKgelSP-NPRカラム、東ソー（株）製）１０に供すると共に液溜２５、２６、２７からそれぞれ溶離液１、２、３（組成は下記を参照のこと）をカラムに供して３液のステップワイズグラディエントにて分析を行った。
【００３７】
溶液の流速は１．６ｍｌ／分で、溶離ステップは２．０分サイクルで行い、溶離液の切り替え時間は、１から２が０．１５分、２から３が１．００分、３から１が１．３８分である。なお、図中２８は市販のフィルタ−（TSKgelGlycoHS カラム用、東ソー（株）製）であり、これらを接続する配管の径は０．４ｍｍである。
【００３８】
検出器には可視線検出器を用い、４１５ｎｍの波長（対照波長を６９０ｎｍ）で測定した。
【００３９】
溶離液；２０ｍＭリン酸−クエン酸緩衝液、２４ｍＭ ＮａＣｌ、
０．０５％ＮａＮ３を溶液（ｐＨ５．５０）
溶離液２；２０ｍＭリン酸−クエン酸緩衝液、３３ｍＭ ＮａＣｌ、
０．０５％ＮａＮ３を溶液（ｐＨ５．５０）
溶離液３；２０ｍＭリン酸−クエン酸緩衝液、２００ｍＭ ＮａＣｌ、
０．０５％ＮａＮ３を溶液（ｐＨ５．５０）
結果を図７に示す。図７によれば、本発明の混合部装置による混合効果は十分であり、その結果赤血球の溶血も十分であったため、良好な分析を行えたことが分かる。
【００４０】
実施例２
図６における混合部２０として、図５ｂの形状のもの（図５ｂにおけるＸ、Ｙはそれぞれ０．５ｍｍ、２．０ｍｍ）を使用し、グリコヘモグロビンの分析を行った。
【００４１】
試料導入部１９を試料導入部移動レール１８上で移動させ、シリンジポンプ２１及びインジェクションバルブ２２を操作して、まず溶血剤溜１７から市販の溶血剤（溶血剤Ｃ液、東ソ−（株）製）を２００μｌ、次に血液試料溶液溜１６から血液を１．５μｌ、そして再度に溶血剤溜１７から市販の溶血剤を２００μｌ連続して採取し、溶血剤、血液、溶血剤の順に連続して混合部２０に導入した。シリンジポンプを操作して溶液を３回、混合部で往復動させて混合し、溶血させた後、インジェクションバルブ２２のサンプルル−プに２０μｌの混合液を採取し、以後、実施例１と同様の操作を行って分析を行った。なお、本例においては、混合器２０のピンチバルブを１分間に２０回の割合で上下動させた。
【００４２】
結果を図８に示す。図８によれば、本発明の混合部装置による混合効果は十分であり、その結果赤血球の溶血も十分であったため、良好な分析を行うことができた。
【００４３】
対照実験として、図６における混合部を省略した装置を用い、上記と同様の操作によりグリコヘモグロビンの分析を行った。
【００４４】
結果を図９に示す。図９からは、血液試料と溶血剤の混合が不十分であるためにグリコヘモグロビンの分析が不能であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来知られた混合装置と混合方法の概要を示す図である。
【図２】図２は、本発明の混合装置及び混合方法の概要を示す図である。
【図３】図３は本発明の混合装置を構成する混合部の一例について、その断面を示す図である。
【図４】図４は本発明の混合装置を構成する混合部の一例について、その断面を示す図である。
【図５】図５は本発明の混合装置を構成する混合部の一例について、その断面を示す図である。
【図６】図６は実施例１において使用した、本発明の混合装置を含む、グリコヘモグロビン分析装置の概略を示す図である。
【図７】図７は実施例１の操作により得られたグリコヘモグロビン分析の結果を示す図である。図中、縦軸は吸光強度、横軸は時間を示し、Ａ１ｃはグリコヘモグロビンの溶出ピ−クを示す。
【図８】図８は実施例２の操作により得られたグリコヘモグロビン分析の結果を示す図である。図中、縦軸は吸光強度、横軸は時間を示し、Ａ１ｃはグリコヘモグロビンの溶出ピ−クを示す。
【図９】図９は実施例２における対照操作により得られたグリコヘモグロビン分析の結果を示す図である。図中、縦軸は吸光強度、横軸は時間を示すが、混合操作が不十分であったためグリコヘモグロビンの溶出ピ−クは認められない。
【符号の説明】
１、１６：液体試料溜および液体試料
２・・Ｘ、１７：混合されるべき液体試薬
３：混合容器
４、１１、１９：試料導入部
５、２１：シリンジポンプ
６、３０：検出器
７、１８：試料導入部移動レール
８：切り換えバルブ
９：配管
１０、２０：混合部
１２：モ−タ−
１３：凹凸付きロ−ラ−
１４、１５：ピンチバルブ
２２：インジェクションポンプ
２３：ポンプ
２４：溶離液切り換えバルブ
２５、２６、２７：溶離液１、２、３液
２８：フィルター
２９：分析用カラム

Claims (13)

1. 液体試料を導入する試料導入部、試料導入部に続く配管中の少なくとも一部に設置された、液体試料が流れる配管の径が変化している配管部からなる混合部、混合部で混合された液体試料を排出する排出部、試料導入部から導入された赤血球の含まれる一定量の液体試料及び赤血球を溶血する一定量の赤血球溶血液を往復動させて混合するためのポンプ、混合した液体試料の赤血球中の物質を分離する分離カラム、混合した液体試料の一定量を分離カラムにインジェクションするためのインジェクションバルブ、分離カラムに溶離液を供するためのポンプ及び分離された赤血球中の物質を検出する検出器からなる、赤血球中の物質を定量する装置。
2. 混合部は、径が混合部以外の配管の径より小さい配管からなることを特徴とする請求項１の赤血球中の物質を定量する装置。
3. 混合部は、径が混合部以外の配管の径より小さい二以上の部分と混合部以外の配管の径と同様の一以上の部分とからなる請求項２の赤血球中の物質を定量する装置。
4. 混合部は、径が混合部以外の配管の径より大きい配管からなることを特徴とする請求項１の赤血球中の物質を定量する装置。
5. 混合部は、径が混合部以外の配管の径より大きい二以上の部分と混合部以外の配管の径と同様の一以上の部分とからなる請求項４の赤血球中の物質を定量する装置。
6. 混合部は、径が混合部以外の配管の径より大きい一以上の部分と小さい一以上の部分とからなる請求項４の赤血球中の物質を定量する装置。
7. 液体試料を導入する試料導入部、試料導入部に続く配管中の少なくとも一部に設置された、柔軟性のある素材で構成された配管と当該配管に物理的作用を及ぼすことによりその形状を変化させ得る配管形状操作装置からなる混合部及び混合部で混合された液体試料を排出する排出部からなり、試料導入部から導入された二種類以上の液体試料を混合し、混合された液体試料を排出することを特徴とする混合装置。
8. 配管形状操作装置は混合部の配管を圧迫し得るものであり、混合部は当該配管を断続的に圧迫するものである請求項７に記載の混合装置。
9. 配管形状操作装置は、混合部の配管を圧迫して閉塞し得るバルブである請求項７又は８の混合装置。
10. 配管形状操作装置は、混合部の配管を圧迫し得る凹凸を有する１以上の回転ロ−ラ−である請求項７又は８の混合装置。
11. 赤血球の含まれる一定量の液体試料及び赤血球を溶血する一定量の赤血球溶血液を別途試料導入部から配管に導入し、その流路の少なくとも一部に設置された、液体試料が流れる配管の径が変化している配管部からなる混合部を往復動させることにより混合することを特徴とする赤血球中の物質を定量するための試料の混合方法。
12. 二種類以上の液体試料を別途試料導入部から配管に導入し、配管中の少なくとも一部に設置された、柔軟性のある素材で構成された配管と当該配管に物理的作用を及ぼすことによりその形状を変化させ得る配管形状操作装置からなる混合部を通過させる際に当該配管形状操作装置を操作して混合することを特徴とする液体試料の混合方法。
13. 少なくとも液体試料の一方が赤血球溶液であることを特徴とする請求項１２の混合方法。

Images