精密チューブが自動液体分注精度を高める仕組み：第2部

チューブ特性がプロセスと精度に与える影響

バイオテクノロジーと実験室自動化の分野では、世界の体外診断（IVD）市場が2025年までに960億ドルに達すると、調査会社MarketsandMarkets™が予測しています。IVD需要の増加に伴い、自動液体分注システムの利用も拡大するのは自然な流れです。

これらの流体分注システムの性能には多くの変数が影響します：

• サンプリングされる液体の種類
• 使用される試薬化学物質
• ポンプ装置の種類
• ポンプが及ぼす力の大きさ

さらに、これらのシステムで使用されるチューブが、IVDやその他用途における流体分注プロセスとテスト精度に大きく影響する可能性があります。液体分注システムで使用される精密チューブの重要な考慮事項を詳しく見ていきましょう。

流体分注システムでキャリーオーバーを減らすには？

液体分注システムに関するブログシリーズ第1回では、キャリーオーバーの潜在的問題について議論しました。前のサンプルの液体が完全に洗い流されないと、後続サンプルで汚染問題が生じる可能性があります。

キャリーオーバーの原因には、以下のようなものがあります：

• 液体が分注チューブの外側をウィッキング（毛細管現象）で上昇する
• チューブ底部に「ラストドロップ（最終の一滴）」が残留する

あらゆる実験手順でクリーンな環境維持は不可欠です。当然、チューブ洗浄は液体分注システム使用プロセスの一部であり、キャリーオーバーを一般的に許容される4 ppb（またはそれ以上）に低減するのに役立ちます。

サンプル間のキャリーオーバー低減は、汚染対策になるだけでなく、2つのことを実現します：

1. 試薬のより効率的な使用によるテスト総コストの低減（試薬は非常に高価）
2. より精密な液体分注によるテスト結果精度の向上

洗浄だけでキャリーオーバーを防げるか？

全体的な洗浄プロセスの有効性、すなわち前サンプルの残留物を液体分注システムからすべて除去できるかどうかは、洗浄が多くの因子の関数であるため、用途ごとに異なります。

これらの因子には（これらに限定されないが）以下が含まれます：

• 洗浄に許容される時間
• 使用洗浄液（金属によって異なる液が必要な場合がある）
• 洗浄液の量
• 漂白剤での浸漬時間があるか
• 洗浄液・水をシステムに何回通せるか
• 使用水量（サンプル体積の約100倍が一般的基準）
• 洗浄・リンス時の印加圧力

しかし、大量検査を収益性確保のために行わなければならない大規模ラボでは、最小キャリーオーバー達成がより困難になります。

さらに、液体分注システムでは内径（ID）50〜100ミクロンのチューブをよく使用するため、精密チューブ自体の特性がキャリーオーバーと洗浄プロセスの両方に影響します。

チューブ端面切断が液体分注システムのキャリーオーバーに与える影響

前回のブログで述べたように、チューブ端の形成方法が液体分注システムでのキャリーオーバーリスク低減に役立ちます。例えば、分注側チューブ端を丸めると、ラストドロップ形成を抑制できますが、分注液体によってはウィッキングを許容する可能性もあります。

または、チューブ端をフラットな90°切断にする代わりに、鋭い壁を持つより角度のついた尖った端面にすると、ラストドロップが形成される表面積を減らせます。しかし、再び分注液体によっては、この「尖った」端面が液体の出方を変え、テスト精度に影響する可能性があります。

しかし、髪の毛ほどの直径の精密チューブでは、クリーンな端面切断を得るのは困難です。また、切断プロセスでチューブを潰さないよう特別な注意が必要です。

しかし、適切な切断が達成できると仮定すれば（これはメタルカッティングコーポレーションの専門分野です）、チューブ端に関連する潜在的問題は以下で対処できます：

• 分注する特定の液体でチューブをテストする
• 望ましい結果の大半（現実的にはおそらく全てではない）を達成するプロセスを特定する

チューブIDが流体分注システムに与える影響

一般的なルールとして、チューブIDが小さいほど、流体分注システムの精度が向上します。小さいIDはより速い線速度と小さな「混合ゾーン」を生み、サンプル成分を可能な限り高濃度に保つためです。

これらの分注システムにおけるチューブIDの最も重要な側面の一つは表面仕上げです。米国金属学会（ASM）は表面仕上げを「最終処理の結果としての表面状態、測定された表面プロファイル特性、推奨用語は粗さ」と定義しています。

一般に、ID表面が粗いほどキャリーオーバーが多くなり、4 ppb達成がより困難になると考えられています。これは、粗いID表面には液体残留が洗浄プロセスの影響から保護される微細な「隙間」があるためです。

したがって、チューブの適切な端面切断（フラット、角度付き、丸めなど）に加え、チューブID表面を可能な限り滑らかにすることが、サンプル間のキャリーオーバー可能性をさらに低減させます。

RaまたはRMS値6〜8は良好な滑らかさレベルと見なされます（算術平均粗さRaは、通常ミクロン単位の高さで表される平均粗さ。RMS（Rqとも呼ばれる）はRaに対応する平方平均平方根値です）。

また、チューブIDは液体分注システムでのサンプル流動の滑らかさを決定します。表面仕上げの不完全さは、液体がチューブから出る際に渦巻き、うねり、バタつきを引き起こし、液体を滑らかに分注することが極めて重要な用途で問題を生じさせます。

チューブODが液体分注システムに与える影響

チューブ外径（OD）の滑らかな表面仕上げも、アスピレーション（吸引）、すなわちチューブ全体を液体に挿入して真空を引くプロセスを必要とする試験では重要です。しかし、OD表面仕上げは分注プロセスではあまり因子になりません。

マイクロピペッティングプロセスでは、吸引と分注の両方を行いますが、通常は単一液体のみです。以下の条件下ではチューブ内キャリーオーバーは少ない問題です：

• ピペットがデジタル較正され、正確な液体量を繰り返し分注する
• 分注装置の公差（例：±2〜3%または±5%）と、それによりチューブに残る液体量が考慮されている

チューブID表面仕上げを改善するには？

分注チャネル内壁のあらゆる変動が液体分注システムで使用されるプロセスに影響するため、クリーンでバーフリーなIDを持つことは極めて重要です。

特定タイプのチューブを指定長・サイズで選び、選択した機器とポンプでテストして正しいサンプル材料体積が分注されることを確認したなら、チューブIDの希望表面仕上げも指定しないことでテスト精度を危険にさらすべきではありません。

幸い、技術進歩により、液体分注システムで使用される極微小精密チューブのID表面仕上げを改善する複数の方法が利用可能になりました。選択肢には以下が含まれます：

• マイクロポリッシングおよび/またはパッシベーション
• 「ブライトドロー」プロセスによるボア拡張
• シリコーン、PTFE、PSXなどのコーティング
• 研磨流体加工またはエクストルードホーニング

チューブ端面切断と同様、仕上げ方法に関連する潜在的問題は、全体目標と、現実的に最良の結果をもたらすプロセスと天秤にかける必要があります。

例えば、液体分注システム用チューブにコーティングするとキャリーオーバー問題を解決できます。しかし、特定システム・用途の要件を満たすようチューブを切断すると、コーティングの一部が露出し、効果が減じる可能性があります（メタルカッティングでは、特定用途でのテストで検証済みの、コーティングを悪影響なく切断することに成功しています）。

チューブ仕様に細心の注意を！

液体分注システムの精度に影響する幅広い因子がある中、これらのシステムで使用されるチューブ特性を指定するのは困難に思えるかもしれません。

幸い、適切な金属チューブプロバイダーとそのエンジニアリングチームが、切断方法、ID表面仕上げ、その他の特徴について、ニーズを満たし、特定用途でコスト効率の良い決定を支援できます。

シリーズ第3回では、高圧が液体分注システム用精密チューブに与える影響をお読みいただけます。または、金属チューブやその他金属部品のさまざまな精密切断オプションを検討するには、無料ガイド「Choose with Confidence: Comparing 2-Axis Cutting Methods」をダウンロードしてください。