JP2007040847A - 攪拌装置及び攪拌装置を備えた分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体保持部に保持される液体の容量が微量になり、容器が微小或いは細くなっても保持した液体中に滞留領域を生ずることがなく、保持した液体を少ない数の表面弾性波素子で均一に攪拌することが可能な攪拌装置と分析装置を提供すること。
【解決手段】音波によって液体を攪拌する攪拌装置２０と攪拌装置を備えた分析装置。攪拌装置２０は、液体を保持する複数の液体保持部６ａ−１〜６ａ−５と、少なくとも二つの液体保持部の間に配置され、二つの液体保持部へ音波を照射する表面弾性波素子２２−１〜２２−４とを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、攪拌装置及び攪拌装置を備えた分析装置に関するものである。

従来、超音波を用いて微小容器に保持された液体を効率良く攪拌するには、保持された液体内に先鋭的な音場を形成すると共に、超音波発生素子から液体まで減衰を抑えて超音波を伝達させる必要がある。このため、分析装置で使用され、液体を音波によって攪拌する攪拌装置として、例えば、液体を保持した容器の底部に１０ＭＨｚ以上の超音波を発生する少なくとも１つの音波発生手段を設け、超音波伝搬方向に配置される固形材料を介して液体中に超音波を入射させることにより音響流を生成し、この音響流によって液体を攪拌する攪拌装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

独国特許発明第１０３２５３０７号明細書

ところで、特許文献１に開示された分析装置は、音波発生手段として圧電基板上に櫛型電極（ＩＤＴ）を形成した表面弾性波（ＳＡＷ）素子を用いている。櫛型電極は、電極中心から左右両方向に表面弾性波を出射することから、図２２に示すように、表面弾性波素子Ｄacの櫛型電極ＴIDが発生した音波Ｗaは、容器Ｃvの底壁内を伝搬した後、底壁内面に対して矢印で示すように傾斜した状態で液体Ｌq中に入射する。このため、容量が数十μＬ以下と微量になり、容器が微小或いは細くなった場合に、容器の底壁中央に表面弾性波素子Ｄacを配置すると、音波が内側壁で反射し、この反射に伴って音波によって生ずる音響流も内面で反射する。この結果、容器内の液体Ｌqは、側側壁で反射した対称な２つの音響流Ｆsが衝突して互いに相殺され、流れが滞留する滞留領域Ａが生じ、音響流Ｆsによる液体の均一な攪拌が妨げられることがある。また、分析装置は、容器の数或いは１つの容器における液体保持部の数が増えると、容器や液体保持部の数に対応させて表面弾性波素子の数を増さなければならず、製造コストが容器等の数に比例して高くなるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、液体保持部に保持される液体の容量が微量になり、容器が微小或いは細くなっても保持した液体中に滞留領域を生ずることがなく、保持した液体を少ない数の表面弾性波素子で均一に攪拌することが可能な攪拌装置と分析装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に係る攪拌装置は、音波を照射することによって液体を攪拌する攪拌装置において、液体を保持する複数の液体保持部と、少なくとも二つの前記液体保持部の間に配置され、前記二つの液体保持部へ前記音波を照射する音波発生手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記音波発生手段は、前記音波の伝搬方向に位置する少なくとも二つの前記液体保持部へ前記音波を同時に照射することを特徴とする。

また、請求項３に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記音波発生手段は、複数設けられ、その数は前記複数の液体保持部の数よりも少ないことを特徴とする。

また、請求項４に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記音波発生手段は、隣り合う二つの前記液体保持部の間に配置されることを特徴とする。

また、請求項５に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記音波発生手段は、隣り合う二つの前記液体保持部の中心から変位させて配置されていることを特徴とする。

また、請求項６に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記複数の液体保持部は、１つの容器に形成され、前記音波発生手段は、当該容器の底面側に配置されることを特徴とする。

また、請求項７に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記複数の液体保持部は、１つの容器に形成され、前記音波発生手段は、当該容器の側面側に配置されていることを特徴とする。

また、請求項８に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記容器は、前記音波発生手段と前記液体保持部との相対位置が変化するように回転することを特徴とする。

また、請求項９に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記音波発生手段は、前記音波として表面弾性波を発生する表面弾性波素子であることを特徴とする。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１０に係る分析装置は、複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液を分析する分析装置であって、前記攪拌装置を用いて前記複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液を分析することを特徴とする。

本発明の攪拌装置は、少なくとも二つの液体保持部の間に配置され、前記二つの液体保持部へ音波を照射する音波発生手段を有するので、各液体保持部に保持された液体中に非対称な音響流を発生させることができ、液体保持部に保持される液体の容量が微量になり、容器が微小或いは細くなっても保持した液体中に滞留領域を生ずることがなく、保持した液体を少ない数の表面弾性波素子で均一に攪拌することができるという効果を奏する。また、本発明の分析装置はこの攪拌装置を有するので、液体保持部に保持される液体の容量が微量になり、容器が微小或いは細くなっても保持した液体中に滞留領域を生ずることがなく、保持した液体を少ない数の表面弾性波素子で均一に攪拌することができるという効果を奏する。

（実施の形態１）
以下、本発明の攪拌装置と分析装置に係る実施の形態１について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、実施の形態１に係る攪拌装置を備えた本発明の自動分析装置の概略構成図である。図２は、図１に示す自動分析装置のＣ−Ｃ線に沿った縦断面図である。図３は、本発明の攪拌装置を構成する表面弾性波素子の平面図である。図４は、図２に示す自動分析装置において攪拌装置の１構成単位の断面を駆動回路と共に示す図である。尚、本明細書で使用する図面は、本発明の構成の説明に重点を置いて作成しており、寸法は必ずしも正確ではない。

自動分析装置１は、図１に示すように、作業テーブル２上に検体テーブル３、反応ホイール６、駆動機構７及び試薬テーブル１３が互いに離間してそれぞれ周方向に沿って回転、かつ、位置決め自在に設けられている。また、自動分析装置１は、検体テーブル３と反応ホイール６との間に検体分注機構５が設けられ、反応ホイール６と試薬テーブル１３との間には試薬分注機構１２が設けられ、試薬分注機構１２近傍の反応ホイール６下部には攪拌装置２０が設置されている。

検体テーブル３は、図１に示すように、駆動手段（図示せず）によって矢印で示す方向に回転され、外周には周方向に沿って等間隔で配置される収納室３ａが複数設けられている。各収納室３ａは、検体を収容した検体容器４が着脱自在に収納される。

検体分注機構５は、検体を分注する手段であり、制御部１６によって作動が制御され、検体テーブル３の複数の検体容器４から反応ホイール６の各反応凹部６ａに順次検体を分注する。

反応ホイール６は、図１に示すように、駆動手段によって矢印で示す方向に回転される容器を兼ねた透明素材からなるホイールであり、液体保持部となる複数の反応凹部６ａが周方向に沿って等間隔に設けられている。各反応凹部６ａは、反応ホイール６の半径方向に対向する側壁が平行であり、図２に示すように、周方向に対向する側壁が底に向かって接近するように傾斜している。また、反応ホイール６は、内側に光源８が設けられると共に、外周には排出装置１１が設けられている。光源８は、試薬と検体とが反応した反応凹部６ａ内の反応液を分析するための分析光（３４０〜８００ｎｍ）を出射する。光源８から出射された分析用の光ビームは、反応凹部６ａ内の反応液を透過し、光源８と対向する位置に設けた受光素子９によって受光される。一方、排出装置１１は、制御部１６によって作動が制御され、排出ノズルを備えており、反応凹部６ａから測光終了後の反応液を前記排出ノズルによって吸引し、排出容器に排出する。ここで、排出装置１１を通過した反応凹部６ａは、反応ホイール６の回転によって図示しない洗浄装置に移送されて内部が洗浄された後、再度、新たな検体の分析に使用される。

駆動機構７は、制御部１６によって作動が制御され、反応ホイール６を回転駆動して反応凹部６ａと表面弾性波素子２２との相対位置を変化させる。駆動機構７は、反応ホイール６の回転位置を高精度に検出するエンコーダを有しており、制御部１６と協働して反応凹部６ａと表面弾性波素子２２との相対位置を高精度に制御して変化させる位置制御部を構成している。位置制御部は、攪拌対象の液体の粘性や比重等の性状又は液量に応じて当該液体を保持した反応凹部６ａと表面弾性波素子２２との相対位置を変化させる。

試薬分注機構１２は、試薬を分注する手段であり、制御部１６によって作動が制御され、試薬テーブル１３の所定の試薬容器１４から反応ホイール６の反応凹部６ａに試薬を順次分注する。

試薬テーブル１３は、図１に示すように、図示しない駆動手段によって矢印で示す方向に回転され、扇形に成形された収納室１３ａが周方向に沿って複数設けられている。各収納室１３ａは、試薬容器１４が着脱自在に収納される。複数の試薬容器１４は、それぞれ検査項目に応じた所定の試薬が満たされ、外面には収容した試薬に関する情報を表示するバーコードラベル（図示せず）が貼付されている。

ここで、試薬テーブル１３の外周には、試薬容器１４に貼付した前記バーコードラベルに記録された試薬の種類，ロット及び有効期限等の情報を読み取り、制御部１６へ出力する読取装置１５が設置されている。制御部１６は、検体分注機構５、駆動機構７、受光素子９、排出装置１１、試薬分注機構１２、読取装置１５、分析部１７、入力部１８及び表示部１９等と接続されており、例えば、分析結果を記憶する記憶機能を備えたマイクロコンピュータ等が使用される。制御部１６は、反応ホイール６の回転位置を始めとして、自動分析装置１の各部の作動を制御すると共に、前記バーコードラベルの記録から読み取った情報に基づき、試薬のロットや有効期限等が設置範囲外の場合、分析作業を規制するように自動分析装置１を制御し、或いはオペレータに警告を発する。

分析部１７は、制御部１６を介して受光素子９に接続され、受光素子９が受光した光量に基づく反応凹部６ａ内の液体試料の吸光度から検体の成分濃度等を分析し、分析結果を制御部１６に出力する。入力部１８は、制御部１６へ検査項目等を入力する操作を行う部分であり、例えば、キーボードやマウス等が使用される。表示部１９は、分析内容や警報等を表示するもので、ディスプレイパネル等が使用される。

攪拌装置２０は、音波を照射することによって液体を攪拌する攪拌装置であって、図１，図２及び図４に示すように、反応ホイール６と、複数の表面弾性波素子２２と、表面弾性波素子２２を駆動する駆動回路２３とを有している。複数の表面弾性波素子２２は、ジェルや液体等の音響整合剤Ｌmを保持した液槽２１内に配置されて反応ホイール６の底面側に配置されている。液槽２１は、反応ホイール６下部の作業テーブル２上に固定されている。ここで、反応ホイール６と表面弾性波素子２２との間に介在する音響整合剤Ｌmは、音波の反応ホイール６壁面への伝達効率を上げるため、表面弾性波素子２２が発する周波数の波長λに対して厚みがλ／４の奇数倍となるように、または、できるだけ薄くなるように調整する。

表面弾性波素子２２は、音波の伝搬方向に位置する二つの反応凹部６ａに音波を同時に照射する音波発生手段であり、図３に示すように、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）等の圧電基板２２ａ上に櫛型電極（ＩＤＴ）からなる振動子２２ｂが形成されている。振動子２２ｂは、櫛歯状に形成された複数の電極指を有し、駆動回路２３から送信された駆動信号を表面弾性波（音波）に変換する。振動子２２ｂは、電気端子２２ｃとの間が共通電極であるバスバー２２ｄによって接続されている。このとき、振動子２２ｂは、図３に矢印で示すように、中央から櫛型電極の配列方向に音波Ｗaを双方向に出射する。

駆動回路２３は、表面弾性波素子２２を駆動する駆動手段であり、図４に示すように、攪拌制御部２４、発振部２５及び増幅部２６を備え、電気端子２２ｃとの間が配線２７によって接続されている。ここで、図４は、攪拌装置２０の１構成単位である反応凹部６ａの断面を駆動回路２３と共に示しており、駆動回路２３は、一つの表面弾性波素子２２のみを駆動しているように描かれている。しかし、図２に示す複数の表面弾性波素子２２は、駆動回路２３と直列又は並列に接続され、或いは、駆動回路２３とスイッチを介して接続されて駆動される。

攪拌制御部２４は、メモリとタイマを内蔵した電子制御手段（ＥＣＵ）が使用され、表面弾性波素子２２の駆動信号を攪拌対象の液体の粘性や比重等の性状又は液量に応じて制御する。攪拌制御部２４は、発振部２５を制御し、例えば、表面弾性波素子２２が発する音波の特性（周波数，強度，位相，波の特性）、波形（正弦波，三角波，矩形波，バースト波等）或いは変調（振幅変調，周波数変調）等を制御する。また、攪拌制御部２４は、内蔵したタイマに従って発振部２５が発振する発振信号の周波数を経時的に変化させることにより、例えば、発振信号の周波数のスイープや切り替えを行うことができる。

発振部２５は、攪拌制御部２４からの制御信号に基づいて発振周波数をプログラマブルに変更可能な発振回路を有しており、数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度の高周波の発振信号を増幅部２６へ出力する。

増幅部２６は、発振部２５から入力される発振信号を増幅し、駆動信号として表面弾性波素子２２に出力する他、攪拌制御部２４からの制御信号に基づいて駆動信号の駆動周波数を段階的に切り替えることができる。

以上のように構成される自動分析装置１は、回転する反応テーブル６によって周方向に沿って搬送されてくる反応凹部６ａに検体分注機構５が検体テーブル３の複数の検体容器４から検体を順次分注する。検体が分注された反応凹部６ａは、反応ホイール６の回転によって試薬分注機構１２の近傍へ搬送され、所定の試薬容器１４から試薬が分注される。そして、試薬が分注された反応凹部６ａは、反応ホイール６の回転によって周方向に沿って搬送される間に試薬と検体とが攪拌装置２０によって攪拌されて反応し、光源８と受光素子９との間を通過する。このとき、反応凹部６ａ内の液体試料は、受光素子９によって測光され、分析部１７によって成分濃度等が分析される。そして、分析が終了した反応凹部６ａは、排出装置１１によって内部の反応液が排出された後、図示しない洗浄装置によって洗浄され、再度検体の分析に使用される。

このとき、攪拌装置２０は、図２に示したように、反応ホイール６の矢印方向への回転に伴って、各表面弾性波素子２２が液槽２１の上方に位置する隣接した二つの反応凹部６ａへ同時に音波を照射する。このため、表面弾性波素子２２が出射した音波は、反応ホイール６の回転に伴う反応凹部６ａとの相対位置によって底壁から反応ホイール６に入射する位置が変化する。例えば、図２において、４つの表面弾性波素子２２を左から表面弾性波素子２２−１〜２２−４とし、反応凹部６ａを同様に左から反応凹部６ａ−１〜６ａ−５と表示することによって相互に区別することにする。

このとき、図２において、表面弾性波素子２２−１が出射し、底壁から反応ホイール６に入射した音波Ｗaは、壁内を伝搬した後、反応凹部６ａ−１と反応凹部６ａ−２のそれぞれの側面から液体中に入射する。この場合、反応凹部６ａ−１に入射する音波Ｗaは、壁内の伝搬距離が長いため減衰が大きく、反応凹部６ａ−２に入射する音波Ｗaに比べて入射量が少ない。このため、表面弾性波素子２２−１が同時に出射した音波Ｗaによって反応凹部６ａ−１内の液体に反時計方向に生ずる音響流Ｆ11は、反応凹部６ａ−２内の液体に時計方向に生ずる音響流Ｆ12よりも流速が小さい。また、表面弾性波素子２２−２が出射した音波Ｗaによって、反応凹部６ａ−２内の液体に反時計方向に生ずる音響流Ｆ22は、反応凹部６ａ−３内の液体に時計方向に生じる音響流Ｆ23よりも流速が小さい。以下同様にして反応凹部６ａ−３〜６ａ−５内の液体に生ずる音響流を流速と共に図２に示す。

従って、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２２−１〜２２−４を同時に駆動すると、図２に示すように、総ての反応凹部６ａ、例えば、反応凹部６ａ−２内の液体には反応凹部６ａ−２の中心に対して非対称な音響流Ｆ12と音響流Ｆ22が生ずる。このため、攪拌装置２０、従って攪拌装置２０を備えた自動分析装置１は、反応ホイール６に形成される反応凹部６ａの容量が微量になっても保持した液体中に滞留領域を生ずることはない。この場合、反応ホイール６は、反応凹部６ａの側壁が傾斜せず、鉛直であっても、表面弾性波素子２２が出射した音波が底面に入射する位置が回転に伴って変化するので、上記と同様に非対称な音響流が生ずるので、反応凹部６ａの容量が微量になっても保持した液体中に滞留領域を生ずることはない。

また、時間ｔ1経過し、反応ホイール６が、図２に示す位置から回転して図５に示す位置に移動すると、反応凹部６ａと表面弾性波素子２２との相対位置が変化する。図５に示す場合、表面弾性波素子２２は、音波Ｗaを二方向へ面対称に出射するが、出射した面対称な音波Ｗaの一方は、反応凹部６ａの傾斜した側壁と並行に壁内を伝搬し、他方は反応凹部６ａの底壁内を伝搬した後、底面から液体中に入射する。このため、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２２−１〜２２−４を同時に駆動すると、図５に示すように、総ての反応凹部６ａに反時計方向の音響流Ｆ12〜Ｆ45が生ずる。

そして、更に時間ｔ2経過し、反応ホイール６が、図５に示す位置から回転して図６に示す位置に移動すると、反応凹部６ａと表面弾性波素子２２との相対位置が更に変化する。この場合、前述の場合と同様に、表面弾性波素子２２が出射した音波Ｗaの一方が、反応凹部６ａの傾斜した側壁と並行に壁内を伝搬する。このため、他方の音波Ｗaのみが底面から液体中に入射するので、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２２−１〜２２−４を同時に駆動すると、図６に示すように、総ての反応凹部６ａに時計方向の音響流Ｆ12〜Ｆ45が生ずる。

このように、攪拌装置２０及び自動分析装置１は、反応ホイール６の回転位置に応じて反応凹部６ａ内の液体に生ずる音響流の向きが切り替わるので、反応凹部６ａに保持した液体の攪拌効果が向上し、液体を均一に攪拌することができる。また、攪拌装置２０及び自動分析装置１は、音波の伝搬方向に位置する少なくとも二つの反応凹部６ａへ液槽２１内に配置した複数の表面弾性波素子２２が音波を同時に照射する。このため、攪拌装置２０及び自動分析装置１は、反応凹部６ａよりも少ない数の表面弾性波素子２２によって反応凹部６ａに保持して搬送される液体を均一に攪拌することができる。

この場合、反応ホイール６の周方向に沿った反応凹部６ａの配置間隔が振動子２２ｂの配置間隔が等しいと、反応ホイール６の回転によって表面弾性波素子２２が反応凹部６ａの直下或いは隣り合う反応凹部６ａの中央直下に位置する場合、各反応凹部６ａの液体には大きさが等しく向きの異なる音波Ｗaが入射する。このため、反応凹部６ａ内の液体中には、流速が同じで向きの異なる音響流が生じ、これらが衝突して互いに相殺される結果、流れが滞留してしまう場合が発生するが、このような流れの滞留は反応ホイール６の回転に伴う一時的なもので問題にはならない。

但し、表面弾性波素子２２は、駆動気路２３の攪拌制御部２４によって発振部２５を制御し、振動子２２ｂを駆動する周波数を共振周波数と***振周波数との間で変えると、反応凹部６ａの底面において液体中に入射する音波の間隔が変化する。例えば、共振周波数ｆrと***振周波数ｆaとの間の中心周波数ｆ0｛＝（ｆr＋ｆa）／２｝で振動子２２ｂを駆動した場合、図７に示すように、液体中に入射する音波の間隔が最も広くなる。そして、中心周波数ｆ0から離れるのに従って音波の間隔が狭くなり、例えば、周波数ｆ1，ｆ2（ｆ1＜ｆ0＜ｆ2，｜ｆ0−ｆ1｜＜｜ｆ2−ｆ0｜）で振動子２２ｂを駆動した場合には、図７に示すように、周波数ｆ2で振動子２２ｂを駆動した場合に、液体中に入射する音波の間隔が最も狭くなる。

このとき、図８に示すように、反応ホイール６の周方向に沿った反応凹部６ａの配置間隔の二分の一及び振動子２２ｂの中心から反応凹部６ａの中心までの距離をそれぞれＤa，Ｄb（Ｄa≠Ｄb）とし、表面弾性波素子２２を異なる周波数ｆ0，ｆ1，ｆ2で駆動する。すると、反応凹部６ａ−１〜６ａ−３の液体中に入射する音波の間隔は、周波数ｆ0，ｆ1，ｆ2に応じて変化し、反応凹部６ａ−２には非対称な音響流Ｆ12，Ｆ22が発生し、表面弾性波素子２２の駆動周波数によって攪拌効率を改善することができる。

このため、攪拌装置２０は、駆動回路２３によって隣り合う振動子２２ｂの駆動周波数を変えると、反応ホイール６の回転位置に応じて反応凹部６ａ内の液体に生ずる音響流の向きが切り替わるのに加え、液体中に入射する音波の間隔を変化させることができる。この結果、隣り合う振動子２２ｂの駆動周波数を変えると、攪拌装置２０は、反応ホイール６の周方向に沿った反応凹部６ａと振動子２２ｂの配置間隔が等しい場合における、一時的な流れの滞留の影響を最小に抑えることができるうえ、反応凹部６ａに保持した液体中に生ずる音響流の非対称性が更に増し、反応凹部６ａに保持した液体の攪拌効率をより高めることができる。また、振動子２２ｂの駆動周波数は、反応凹部６ａに保持した液体の量が多い場合には、中心周波数ｆ0から離れた周波数ｆ2とし、液体の量が少ない場合には、中心周波数ｆ0に近い周波数とする。

従って、攪拌装置２０は、例えば、図９に示すように、反応ホイール６の周方向に沿った反応凹部６ａ−１〜６ａ−３の配置間隔の二分の一（Ｄa）と振動子２２ｂの中心から反応凹部６ａの中心までの距離Ｄbとを等しく設定する（Ｄa＝Ｄb）。また、表面弾性波素子２２−１は、例えば、中心周波数をｆ3、駆動周波数をｆ0，ｆ1，ｆ2とし、表面弾性波素子２２−２は、中心周波数をｆ0、駆動周波数をｆ3，ｆ4，ｆ5（ｆ5＜ｆ3＜ｆ2＜ｆ4＜ｆ0＜ｆ1）とするように、隣り合う表面弾性波素子２２の駆動周波数を異なった周波数に設定する。このように、隣り合う表面弾性波素子２２の駆動周波数を異なった周波数に設定すると、攪拌装置２０は、一時的な流れの滞留の影響を最小に抑えることができると共に、反応凹部６ａに保持した液体中に生ずる音響流の非対称性が更に強くなり、反応凹部６ａに保持した液体の攪拌効率が向上する。

ここで、攪拌装置２０は、図２に示すように、液槽２１内に複数の表面弾性波素子２２を配置した。しかし、攪拌装置２０は、図１０に示すように、表面弾性波素子２２を単一の圧電基板２２ａに複数の振動子２２ｂを設けた構成とし、単一の圧電基板２２ａを液槽２１内に配置すると、複数の表面弾性波素子２２をハンドリングする必要がなくなり、単一の圧電基板２２ａをハンドリングすればよくなるので、表面弾性波素子の取り扱いが容易となる。

（実施の形態２）
次に、本発明の攪拌装置と分析装置にかかる実施の形態２について、図面を参照しつつ詳細に説明する。実施の形態１の攪拌装置は、表面弾性波素子が反応ホイール６の底面側に配置されていたのに対し、実施の形態２の攪拌装置では表面弾性波素子が反応ホイール６の側面側に配置されている。図１１は、実施の形態２に係る攪拌装置を備えた本発明の自動分析装置の概略構成図である。図１２は、図１１の自動分析装置の反応ホイール及び液槽の部分における水平方向の断面図である。以下の説明においては、実施の形態１の自動分析装置及び攪拌装置と同一の構成部分には同一の符号を付して説明している。

実施の形態２の攪拌装置３０は、反応ホイール６と、複数の表面弾性波素子２２と、表面弾性波素子２２を駆動する駆動回路２３とを有しており、複数の表面弾性波素子２２は、ジェルや液体等の音響整合剤Ｌmを保持した液槽３１内に配置されて反応ホイール６の外側面側に配置されている。ここで、音響整合剤Ｌmは、音波の反応ホイール６壁面への伝達効率を高めるため、表面弾性波素子２２が発する周波数の波長λに対して厚みがλ／４の奇数倍になるように、又は、できるだけ薄くなるように調整する。液槽３１は、反応ホイール６外側の作業テーブル２上に固定されている。また、攪拌装置３０は、反応ホイール６の周方向に沿った反応凹部６ａの配置間隔が振動子２２ｂの配置間隔と等しく設定されている。

従って、攪拌装置３０を備えた自動分析装置１は、回転する反応テーブル６によって周方向に沿って搬送されてくる反応凹部６ａに検体分注機構５が検体テーブル３の複数の検体容器４から検体を順次分注する。検体が分注された反応凹部６ａは、反応ホイール６の回転によって試薬分注機構１２の近傍へ搬送され、所定の試薬容器１４から試薬が分注される。そして、試薬が分注された反応凹部６ａは、反応ホイール６の回転によって周方向に沿って搬送される間に試薬と検体とが攪拌装置３０によって攪拌されて反応し、光源８と受光素子９との間を通過する。このとき、反応凹部６ａ内の液体試料は、受光素子９によって測光され、分析部１７によって成分濃度等が分析される。そして、分析が終了した反応凹部６ａは、排出装置１１によって内部の反応液が排出された後、図示しない洗浄装置によって洗浄され、再度検体の分析に使用される。

このとき、攪拌装置３０は、図１２に示すように、反応ホイール６の矢印方向への回転に伴って、各表面弾性波素子２２が液槽２１の上方に位置する隣接した二つの反応凹部６ａへ同時に音波を照射する。このため、表面弾性波素子２２が出射した音波は、反応ホイール６の回転に伴う反応凹部６ａとの相対位置によって側壁から反応ホイール６に入射する位置が変化する。例えば、図１２において、４つの表面弾性波素子２２を左から表面弾性波素子２２−１〜２２−４とし、反応凹部６ａを同様に左から反応凹部６ａ−１〜６ａ−５と表示することによって相互に区別することにする。

ここで、図１２に示すように、表面弾性波素子２２−１が出射し、側壁から反応ホイール６に入射した音波Ｗaは、壁内を伝搬した後、反応凹部６ａ−１と反応凹部６ａ−２のそれぞれの側面から液体中に入射し、他の表面弾性波素子２２−２〜２２−４においても同様である。このとき、表面弾性波素子２２−１〜２２−４は、隣り合う反応凹部６ａ−１〜６ａ−５の中間に位置している。このため、図１２に示すように、反応凹部６ａ−１内の液体には時計方向の音響流Ｆcwが発生し、反応凹部６ａ−５内の液体には反時計方向の音響流Ｆccが発生する。

一方、これらの間に位置する反応凹部６ａ−２〜６ａ−４内の液体中には、図１２に示すように、隣接する表面弾性波素子２２−１〜２２−４から大きさが等しく向きの異なる音波Ｗaが入射する。このため、反応凹部６ａ−２〜６ａ−４内の液体中には、音響流Ｆccと音響流Ｆcwとが発生し、これらが衝突して互いに相殺される結果、流れが滞留してしまう。

しかし、例えば、反応ホイール６が、図１２に示す位置よりも少し前の位置においては、図１３に示すように、反応凹部６ａ−１〜６ａ−５内の液体中には、反時計方向の音響流Ｆccが発生する。例えば、反応凹部６ａ−３には、表面弾性波素子２２−２が右斜め上方に照射した音波Ｗaと表面弾性波素子２２−３が左斜め上方に照射した音波Ｗaとが、図中右下隅に入射する。このとき、表面弾性波素子２２−２が右斜め上方に照射した音波Ｗaは、反応凹部６ａ−３に入射後、内壁面で反射して表面弾性波素子２２−３が左斜め上方に照射した音波Ｗaに重畳され、反時計方向の音響流Ｆccが発生する。

一方、反応ホイール６が、図１２に示す位置から図１４に示す位置に更に回転すると、反応凹部６ａ−１〜６ａ−５内の液体中には、時計方向の音響流Ｆcwが発生する。例えば、反応凹部６ａ−３には、表面弾性波素子２２−２が右斜め上方に照射した音波Ｗaと表面弾性波素子２２−３が左斜め上方に照射した音波Ｗaとが、図中左下隅に入射する。このとき、表面弾性波素子２２−３が左斜め上方に照射した音波Ｗaは、反応凹部６ａ−３に入射後、内壁面で反射して表面弾性波素子２２−２が右斜め上方に照射した音波Ｗaに重畳され、時計方向の音響流Ｆcwが発生する。

従って、前述した流れの滞留は反応ホイール６の回転に伴う一時的なものであり、実施の形態１で説明したように、隣り合う振動子２２ｂの駆動周波数を変えると、攪拌装置３０は、反応ホイール６の周方向に沿った反応凹部６ａと振動子２２ｂの配置間隔が等しい場合における、一時的な流れの滞留の影響を最小に抑えることができる。

このように、攪拌装置３０及び自動分析装置１は、反応ホイール６の回転位置に応じて反応凹部６ａ内の液体に生ずる音響流の向きが切り替わるので、実施の形態１の攪拌装置２０及び自動分析装置１と同様に、反応凹部６ａに保持した液体の攪拌効果が向上し、液体を均一に攪拌することができる。また、攪拌装置３０は、音波の伝搬方向に位置する少なくとも二つの反応凹部６ａへ液槽３１内に配置した複数の表面弾性波素子２２が音波を照射する。このため、攪拌装置３０及び自動分析装置１は、反応凹部６ａよりも少ない数の表面弾性波素子２２によって反応凹部６ａに保持して搬送される液体を均一に攪拌することができる。

ここで、攪拌装置３０は、反応ホイール６の外側面側に配置したが、配置上の問題がなければ内側面側に配置してもよい。また、反応ホイール６は、周方向に沿って反応凹部６ａを１列設けたが、２列設けてもよい。この場合、自動分析装置１は、反応ホイール６の外側面側と内側面側の両側に攪拌装置３０を配置し、試薬と検体とが攪拌されて反応した各反応凹部６ａ内の反応液を、２つの反応ホイール６間に設けた光源８と受光素子９とで検出分析する。このとき、反応凹部６ａの一面をミラーとし、光源８から２つに分岐した交線を側方から反応凹部６ａに入射させ、入射面と対向するミラー面で反射させて受光素子９で検出して分析を行う。もしくは、光源８と受光素子９に代えて、反応ホイール６の上方に配置したＣＣＤカメラ等の撮像手段によって撮像し、得られる画像データを用いて検体の成分濃度等を分析する。

（実施の形態３）
次に、本発明の攪拌装置にかかる実施の形態３について、図面を参照しつつ詳細に説明する。実施の形態１，２は、複数の液体保持部が容器を兼ねる反応ホイール６に設けられていたのに対し、実施の形態３は複数の液体保持部が容器であるマイクロタイタープレートに設けられている。図１５は、実施の形態３の攪拌装置を示す斜視図である。図１６は、図１５に示す攪拌装置のマイクロタイタープレートを表面弾性波素子の振動子と共に示した裏面図である。図１７は、図１５に示すマイクロタイタープレートで使用する表面弾性波素子を拡大した斜視図である。図１８は、マイクロタイタープレートの長手方向に沿ってウェルの中心で切断した部分断面図である。

攪拌装置４０は、音波を照射することによって液体を攪拌する攪拌装置であり、図１５及び図１６に示すように、マイクロタイタープレート（以下、単に「マイクロプレート」という）４５と、マイクロプレート４５底面に設けられる表面弾性波素子４３とを有し、液体保持部となる複数のウェル４５ｂに保持された液体試料を攪拌する。

マイクロプレート４５は、図１５及び図１６に示すように、矩形に形成された本体４５ａの上面に液体試料の保持部となる複数のウェル４５ｂがマトリクス状に形成されている。マイクロプレート４５は、各ウェル４５ｂに試薬と血液や体液等の検体とを分注して反応させ、反応液を光学的に測定することで検体の成分濃度等を分析するための反応容器である。ここで、図示したマイクロプレート４５は、ウェル４５ｂの数が４×６であるが、ウェル４５ｂの数は種々の数のものを使用することができる。

送電体４１は、マイクロプレート４５に対する距離並びにマイクロプレート４５の板面に沿った２次元方向の位置を制御する位置制御部材（図示せず）に支持されており、図１５に示すように、複数の表面弾性波素子４３と対向配置されるＲＦ送信アンテナ４１ａ、駆動回路４１ｂ及びコントローラ４１ｃを有している。駆動回路４１ｂは、表面弾性波素子４３を駆動する駆動手段であり、実施の形態１の駆動回路２３の発振部２５及び増幅部２６を備えている。コントローラ４１ｃは、実施の形態１の攪拌制御部２４が使用されている。送電体４１は、マイクロプレート４５の板面に沿った２次元方向に移動しながら交流電源から供給される電力をＲＦ送信アンテナ４１ａから電波として表面弾性波素子４３に発信する。このとき、送電体４１は、表面弾性波素子４３に電力を送電する送電時に、ＲＦ送信アンテナ４１ａと表面弾性波素子４３の後述するアンテナ４３ｃとが対向するように前記位置制御部材によって相対位置が調整される。

表面弾性波素子４３は、マイクロプレート４５の底面４５ｃにエポキシ樹脂等の音響整合層（図示せず）を介して取り付けられる音波発生手段であり、図１７に示すように、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）等の圧電基板４３ａの表面に櫛型電極（ＩＤＴ）からなる振動子４３ｂが受電手段となるアンテナ４３ｃと共に一体に設けられている。このとき、表面弾性波素子４３は、図１６及び図１８に示すように、出射した音波Ｗａの伝搬方向に位置する二つのウェル４５ｂに音波を同時に照射するように、隣り合う二つのウェル４５ｂの間の一方のウェル４５ｂからの距離が等しい位置に１つずつ設ける。但し、表面弾性波素子４３は、隣り合う二つのウェル４５ｂの中心から変位させて設ける。また、表面弾性波素子４３は、図１８に示すように、ウェル４５ｂの中心軸Ａcから変位させてマイクロプレート４５の底面４５ｃに取り付けられる。

以上のように構成される攪拌装置４０は、ＲＦ送信アンテナ４１ａとアンテナ４３ｃとが対向したときに、コントローラ４１ｃの制御の下に、送電体４１がＲＦ送信アンテナ４１ａから電波を発信する。すると、送電体４１と対向配置された表面弾性波素子４３のアンテナ４３ｃがこの電波を受信し、共振作用によって起電力が発生する。攪拌装置４０は、この起電力によって振動子４３ｂに表面弾性波（超音波）が発生し、前記音響整合層からマイクロプレート４５の本体４５ａ内へと伝搬し、音響インピーダンスが近い液体試料中へ漏れ出してゆく。

このとき、攪拌装置４０は、表面弾性波素子４３が出射した音波の伝搬方向に位置する二つのウェル４５ｂに音波を同時に照射するように、隣接する二つのウェル４５ｂの間に隣り合う二つのウェル４５ｂの中心から変位させて表面弾性波素子４３が１つずつ設けられている。このため、マイクロプレート４５は、隣接する表面弾性波素子４３が出射した音波のうち、同一のウェル４５ｂに入射する音波の壁内における伝搬距離、従って音波の減衰量が異なるので、同一のウェル４５ｂに入射する音波の量に差が生ずる。

この結果、ウェル４５ｂに保持した液体試料中には、図１８に示すように、時計方向の音響流Ｆcwと音響流Ｆcwよりも流速の小さい反時計方向の音響流Ｆccとが非対称に生じ、各ウェル４５ｂに分注された試薬と検体とが滞留領域を生ずることがなく均一に攪拌される。このとき、ＲＦ送信アンテナ４１ａからアンテナ４３ｃに発信する電波の周波数を共振周波数ｆrと***振周波数ｆaとの間で変えると、ウェル４５ｂに保持された液体試料中に入射する音波の間隔が変化するので、液体試料中に生ずる音響流の非対称性が増し、ウェル４５ｂに保持した液体の攪拌効率を高めることができる。

そして、試薬と検体とが攪拌されて反応した液体試料は、マイクロプレート４５の上方からＣＣＤカメラ等の撮像手段によって撮像され、得られる画像データを用いて検体成分の分析が行われる。または、蛍光発色で試薬と検体の反応を検出できる免疫反応の場合、マイクロプレート４５の上方から蛍光強度を測定することで分析が行われる。

攪拌装置４０は、上述のようにＲＦ送信アンテナ４１ａとアンテナ４３ｃとを利用して送電体４１からマイクロプレート４５に取り付けた表面弾性波素子４３に非接触で電力を送電し、複数のウェル４５ｂに分注された試薬と検体とを攪拌する。このとき、攪拌装置４０は、隣接する二つのウェル４５ｂの間に隣り合う二つのウェル４５ｂの中心から変位させて表面弾性波素子４３が１つずつ設けられている。このため、攪拌装置４０は、液体試料が微量になり、ウェル４５ｂが微小或いは細くなっても、保持した液体中に滞留領域を生ずることなく、保持した液体をウェル４５ｂの数よりも少ない数の表面弾性波素子４３によって均一に攪拌することができる。

ここで、攪拌装置４０で使用するマイクロプレート４５は、複数のウェル４５ｂの配置間隔や表面弾性波素子４３とウェル４５ｂとの距離は必ずしも一定でなくてもよい。例えば、図１６に示すマイクロプレート４５において、長手方向をＸ軸方向、長手方向に直交する方向をＹ軸方向とする。このとき、マイクロプレート４５は、図１９に示すように、隣接するウェル４５ｂのＸ軸方向の配置間隔をＸ1，Ｘ2と異ならせる他、音波の出射方向に隣接する二つのウェル４５ｂの間に設ける表面弾性波素子４３を、表面弾性波素子４３とウェル４５ｂとの中心間距離Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3を異ならせて設けてもよい。

また、攪拌装置４０で使用するマイクロプレートは、図２０に示すマイクロプレート４６のように、四角柱状のウェル４６ｂをマトリクス状に配置すると共に、振動子４３ｂが複数のウェル４６ｂに跨り、かつ、隣り合う二つのウェル４６ｂの中心から変位するように、表面弾性波素子を底面４６ｃにエポキシ樹脂等の音響整合層（図示せず）を介して複数取り付けてもよい。

従って、マイクロプレート４６を使用した攪拌装置４０は、表面弾性波素子４３が駆動すると、図２０のＡ部を拡大した図２１に示すように、各振動子４３ｂの中心Ｃiから音波Ｗaが対称に出射されるが、各振動子４３ｂを隣り合う二つのウェル４６ｂの中心から変位させて設けたことから、壁内を伝搬する音波の伝搬距離、従って音波の減衰量が異なる。このため、マイクロプレート４６は、複数の振動子４３ｂが出射した音波Ｗaの壁内の伝搬距離に応じて流速の異なる音響流Ｆaが各ウェル４６ｂに保持した液体中に非対称に生じる。従って、攪拌装置４０は、液体試料が微量になり、ウェル４６ｂが微小或いは細くなっても、保持した液体中に滞留領域を生ずることなく、保持した液体をウェル４６ｂの数よりも少ない数の表面弾性波素子４３によって均一に攪拌することができる。

ここで、各ウェル４６ｂに保持した液体中には、隣接する表面弾性波素子４３が出射した音波が漏れ出すことによって、図示した音響流Ｆa以外にも流速が更に小さい音響流が発生するが、これらは流速が小さいことから液体の攪拌に殆ど寄与しないので図示を省略している。

実施の形態１に係る攪拌装置を備えた本発明の自動分析装置の概略構成図である。 図１に示す自動分析装置のＣ−Ｃ線に沿った縦断面図である。 本発明の攪拌装置を構成する表面弾性波素子の平面図である。 図２に示す自動分析装置において攪拌装置の１構成単位の断面を駆動回路と共に示す図である。 図２の位置から時間ｔ1経過し、反応ホイールが回転した後の縦断面図である。 図２の位置から時間ｔ2経過し、反応ホイールが回転した後の縦断面図である。 表面弾性波素子の駆動周波数を変化させたときの、反応ホイールの反応凹部底面から液体中に入射する音波の間隔の変化を説明する断面図である。 表面弾性波素子の駆動周波数を変化させたときの反応凹部底面から液体中に入射する音波の間隔の変化と、反応凹部に発生する非対称な音響流を示す断面図である。 隣り合う表面弾性波素子の駆動周波数を異なった周波数に設定したときの反応凹部底面から液体中に入射する音波の間隔の変化と、反応凹部に発生する非対称な音響流を示す断面図である。 表面弾性波素子の変形例を示す断面図である。 実施の形態２に係る攪拌装置を備えた本発明の自動分析装置の概略構成図である。 図１１の自動分析装置の反応ホイール及び液槽の部分における水平方向の断面図である。 図１２に示す位置よりも少し前の位置における図１１の自動分析装置の反応ホイール及び液槽の部分における水平方向の断面図である。 図１２に示す位置から回転した後の位置における図１１の自動分析装置の反応ホイール及び液槽の部分における水平方向の断面図である。 実施の形態３の攪拌装置を示す斜視図である。 図１５に示す攪拌装置のマイクロタイタープレートを表面弾性波素子の振動子と共に示した裏面図である。 図１５に示すマイクロタイタープレートで使用する表面弾性波素子を拡大した斜視図である。 マイクロタイタープレートの長手方向に沿ってウェルの中心で切断した部分断面図である。 マイクロタイタープレートに設けるウェルの配置間隔並びに表面弾性波素子とウェルとの中心間距離を説明する模式図である。 実施の形態３の攪拌装置で使用するマイクロプレートにおける、ウェルと表面弾性波素子の振動子の配置を示す底面図である。 図２０のＡ部拡大図である。 従来の攪拌装置における容器への表面弾性波素子の櫛型電極の配置と、容器内の液体中に生ずる対称な音響流による流れの滞留領域を示す断面図である。

符号の説明

１ 自動分析装置
２ 作業テーブル
３ 検体テーブル
３ａ 収納室
４ 検体容器
５ 検体分注機構
６ 反応ホイール
６ａ 反応凹部
７ 駆動機構
８ 光源
９ 受光素子
１１ 排出装置
１２ 試薬分注機構
１３ 試薬テーブル
１３ａ 収納室
１４ 試薬容器
１５ 読取装置
１６ 制御部
１７ 分析部
１８ 入力部
１９ 表示部
２０ 攪拌装置
２１ 液槽
２２ 表面弾性波素子
２２ａ 圧電基板
２２ｂ 振動子
２２ｃ 電気端子
２２ｄ バスバー
２３ 駆動回路
２４ 攪拌制御部
２５ 発振部
２６ 増幅部
２７ 配線
３０ 攪拌装置
３１ 液槽
４０ 攪拌装置
４１ 送電体
４１ａ ＲＦ送信アンテナ
４１ｂ 駆動回路
４１ｃ コントローラ
４３ 表面弾性波素子
４３ａ 圧電基板
４３ｂ 振動子
４３ｃ アンテナ
４５，４６ マイクロプレート
４５ａ 本体
４５ｂ，４６ｂ ウェル
４５ｃ、４６ｃ 底面
Ｃi 振動子の中心
Ｆ11〜Ｆ45 音響流
Ｆa 音響流
Ｆcc，Ｆcw 音響流
Ｌm 音響整合剤
Ｗa 音波

Claims (10)

1. 音波を照射することによって液体を攪拌する攪拌装置において、
   液体を保持する複数の液体保持部と、
   少なくとも二つの前記液体保持部の間に配置され、前記二つの液体保持部へ前記音波を照射する音波発生手段と、
   を備えたことを特徴とする攪拌装置。
2. 前記音波発生手段は、前記音波の伝搬方向に位置する少なくとも二つの前記液体保持部へ前記音波を同時に照射することを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
3. 前記音波発生手段は、複数設けられ、その数は前記複数の液体保持部の数よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
4. 前記音波発生手段は、隣り合う二つの前記液体保持部の間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
5. 前記音波発生手段は、隣り合う二つの前記液体保持部の中心から変位させて配置されていることを特徴とする請求項４に記載の攪拌装置。
6. 前記複数の液体保持部は、１つの容器に形成され、
   前記音波発生手段は、当該容器の底面側に配置されることを特徴とする請求項３に記載の攪拌装置。
7. 前記複数の液体保持部は、１つの容器に形成され、
   前記音波発生手段は、当該容器の側面側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の攪拌装置。
8. 前記容器は、前記音波発生手段と前記液体保持部との相対位置が変化するように回転することを特徴とする請求項６又は７に記載の攪拌装置。
9. 前記音波発生手段は、前記音波として表面弾性波を発生する表面弾性波素子であることを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
10. 複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液を分析する分析装置であって、請求項１〜９のいずれか一つに記載の攪拌装置を用いて前記複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液を分析することを特徴とする分析装置。
    
    
    

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