JP3832282B2 - 超音波攪拌装置及びそれを用いた自動分析装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いた流体の攪拌装置に係り、特に生化学や免疫分野において容器内に注入された試薬や反応液などを混合するのに好適な攪拌機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音波照射により被攪拌物を混合する攪拌機構は、従来のヘラの回転による攪拌に比べ被攪拌物間のキャリーオーバーを引き起こすことなく効率的な混合を行うことが可能である。
【０００３】
この種の攪拌機構として、例えば特開２０００−１４６９８６号公報に開示された発明が知られている。この発明は、恒温水で満たした反応槽に被攪拌物を注入した反応容器を浸した状態で、反応槽に取り付けられた音源から反応容器に向かって音波を照射し、被攪拌物を混合するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報記載の攪拌機構は、反応槽に直接設置されているため、反応容器内の被攪拌物に対する音波照射位置を制限することになり、製作誤差や組立て誤差等への対応が困難になる可能性がある。
【０００５】
また、反応槽や攪拌機構の洗浄といったメンテナンス作業において、攪拌機構を取り外す必要や、攪拌機構を取り外すことによる恒温水の排出や漏れ対策を施す必要があり、迅速な作業を妨げかねない。
【０００６】
また、生化学や免疫分野では、試薬や検体の微量化と検査機器の小型化が求められており、これに伴い微量化された被攪拌物の混合や小型化された検査機器に搭載する攪拌機構へも同様に小型化が求められている。特に、生化学や免疫検査の自動分析装置では、反応槽が装置の大きさを決定づける主な要因となるため、反応槽はもとより反応槽周辺の機構の小型化を図る要求がある。
【０００７】
本発明の目的は、超音波を用いる攪拌機構において、攪拌機構の着脱や位置決め、またメンテナンス性の向上を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の構成は以下の通りである。
【０００９】
（１）超音波を発生する超音波発生素子と、該超音波発生素子に電力を供給し超音波発生素子に超音波を発生させる駆動回路と、該超音波発生素子から発生した超音波を照射する対象物である被攪拌物を収容する反応容器と、該反応容器と前記超音波発生素子との間で超音波を伝達するための超音波伝達媒体を収容する容器と、を備えた超音波攪拌装置であって、複数組の電極を備えた前記超音波発生素子が防水構造の筐体に封止された超音波照射部を備え、かつ該超音波照射部の少なくとも一部が前記超音波伝達媒体に浸漬するように設けられている超音波攪拌装置。
【００１０】
（２）前記（１）の超音波攪拌装置において、前記超音波照射部は、前記複数組の超音波発生素子電極へ各々独立に電力供給を可能にする配線接続手段を具備する超音波攪拌装置。
【００１１】
（３）前記（２）の超音波攪拌装置において、前記配線接続手段は、前記超音波発生素子の電極数と同数の接点を持つ配線をパターニングした柔軟性を有するフレキシブル基板と、各電極と前記フレキシブル基板の接点とを電気的に接続する金属球と、前記フレキシブル基板の各接点を前記金属球と共に各電極へそれぞれ独立に押し付けるバネと、前記金属球を保持し前記バネの押し付け方向の微動を確保した保持部材とから構成される超音波攪拌装置。
【００１２】
（４）前記（１）〜（３）のいずれかの超音波攪拌装置において、前記複数組の超音波発生素子電極のいずれに電力供給するかを任意に変更することができる手段を備える超音波攪拌装置。
【００１３】
（５）前記（４）の超音波攪拌装置において、被攪拌物の量に応じて、前記複数組の超音波発生素子電極のいずれに電力供給するかを決定する制御手段を備える超音波攪拌装置。
【００１４】
（６）前記（１）の超音波攪拌装置において、前記超音波照射部は照射される音波の少なくとも一部を反射する反射板を一体化し具備する超音波攪拌装置。
【００１５】
（７）試薬を収容する試薬容器を載置する試薬設置部と、試料を収容する試料容器を載置する試料設置部と、試薬と試料を混合して反応させる反応容器を載置する反応部と、試薬と試料の反応を測定する測定部と、前記試薬容器から前記反応容器に試薬を分注する試薬分注装置と、前記試料容器から前記反応容器に試料を分注する試料分注装置と、を備えた自動分析装置において、前記反応容器中の試薬と試料の混合物を攪拌するための攪拌装置が、前記（１）〜（６）のいずれかの超音波攪拌装置である自動分析装置。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る攪拌機構を適用した自動分析装置の概略構成を示す斜視図であり、図２は、図１に示す自動分析装置に適用した攪拌機構周辺の断面図である。
【００１８】
図１に示す自動分析装置は、主として、サンプルディスク１と、試薬ディスク２と、反応ディスク３と、反応槽４と、サンプリング機構５と、ピペッティング機構６と、攪拌機構７と、測光機構８と、洗浄機構９と、表示部１０と、入力部１１と、記憶部１２と、制御部１３とを備える。
【００１９】
図１において、サンプルディスク１には、採取したサンプルが入れられた複数の試料容器１６が、円形ディスク１７の円周上に固定されて配置されている。そして、円形ディスク１７は、図示しないモータや回転軸等から構成される駆動機構により、周方向回転し、所定の位置で停止することができる。
【００２０】
また、図１において、試薬ディスク２には、サンプルと混合して反応させるための試薬が入れられた複数の試薬ボトル１８が、円形ディスク１９の円周上に固定されて配置されており、これらの試薬ボトル１８の周囲は、温度制御された保冷庫２０になっている。
【００２１】
また、円形ディスク１９は、図示しないモータや回転軸等から構成される駆動機構により、位置決め可能に周方向回転する。
【００２２】
また、図１において、反応ディスク３には、サンプルおよび試薬を入れるための反応容器２１を保持した反応容器ホルダ２２が複数取り付けられており、駆動機構２３により、周方向回転と停止とを一定サイクルで繰り返して、反応容器２１を間欠移送する。
【００２３】
また、図１において、反応槽４は、反応容器２１の移動軌跡に沿って設置され、サンプルと試薬との化学反応を促進するために、例えば、温度制御された恒温水により、反応容器２１内の反応液を一定温度に制御する恒温槽である。なお、この反応容器２１は反応槽４内を移動する。
【００２４】
また、図１において、サンプリング機構５は、プローブ２４と、支承軸２５に取り付けられたアーム２６と、支承軸２５を回転中心にサンプルディスク１と反応ディスク３との間を往復可能にする駆動機構とを備えている。
【００２５】
そして、サンプリング機構５は、予め定められたシーケンスに従って、サンプルディスク１の回転と共に定位置に移送されてくる試料容器１６内のサンプルを、反応容器２１に供給する。
【００２６】
上述したサンプリング機構５と同様に、ピペッティング機構６は、プローブ２７と、支承軸２８に取り付けられたアーム２９と、支承軸２８を回転中心に試薬ディスク２と反応ディスク３との間を往復可能にする駆動機構とを備えている。
【００２７】
そして、ピペッティング機構６は、予め定められたシーケンスに従って、試薬ディスク２の回転と共に定位置に移送されてくる試薬ボトル１８内の試薬を、反応容器２１内に供給する。
【００２８】
なお、試料容器１６及び試薬ボトル１８の各々には、異なる種類のサンプル及び試薬が入れられており、必要量が反応容器２１に供給される。
【００２９】
また、図１において、本発明に係る攪拌機構７は、その位置（攪拌位置）に移送されてきた反応容器２１の側面と底面から音波を照射することで、反応容器２１内のサンプルおよび試薬を撹拌して混合する非接触攪拌機構である。
【００３０】
本実施形態に係る攪拌機構７は、図２に示すように、音波照射部３５と音源駆動部３６とから構成されている。
【００３１】
音波照射部３５は、音源となる圧電素子３０を具備する。この圧電素子３０は、電極３２を複数個有し、音源駆動部３６によって所定の印加電圧と周波数で加振され、加振される電極３２によって音波の照射位置を変えることが可能な構成となっている。
【００３２】
また、音波照射部３５は図２の如く、圧電素子３０の他、圧電素子３０の電極数と同数の接点を有し、印加電圧を圧電素子３０の各電極３２に伝達する配線をパターニングした柔軟性を持つフレキシブル基板３１と、各電極３２とフレキシブル基板３１の接点との導通をとる電極数と同数の金属球４０と、金属球４０を介して各電極３２とフレキシブル基板３１の接点とをそれぞれ独立に導通させるためにフレキシブル基板３１を押し付けるバネ４１と、金属球４０を保持しバネ４１の押し付け方向の微動を確保した保持部材４２と、圧電素子３０の縁沿いに設けられたゴム材からなるパッキン４３と、圧電素子３０から発せられる音波の一部を反射する反射板３７と、これらを保持し防水構造を成す筐体３８より構成される。なお、圧電素子上の電極は、正面から見ると図３のように構成されている。
【００３３】
また、音源駆動部３６は、電源１４と、圧電素子３０に印加する電圧波形を生成する駆動回路部１５と、電圧を印加する電極３２を選択するリレー回路３９とから構成される。
【００３４】
また、図２に示すように攪拌機構７は、反応槽４の恒温水に浸され、着脱可能に取り付けられている。
【００３５】
図２において、サンプルおよび試薬が注入された反応容器２１は、反応容器ホルダ２２によって反応ディスク３に固定され、反応ディスク３の周方向回転に従って、恒温水を入れた反応槽４に浸漬された状態で移動する。
【００３６】
そして、反応容器２１が攪拌位置に移送されて停止すると、圧電素子３０が音源駆動部３６によって所定の印加電圧と周波数で加振される。このとき印加電圧は、制御部１３からの指示に従い、リレー回路３９で選択した電極３２に供給され、電極位置に対応した位置が加振される。圧電素子３０が加振されることによって発生された振動は、反応槽４の恒温水内を音波として伝播し、反応容器２１の側面及び反射板３７で反射されることにより反応容器２１の底面に到達する。
【００３７】
これら音波は、反応容器２１の壁面を通過して、内部の被撹拌物であるサンプルおよび試薬に作用し、旋回流を引き起こす。この旋回流によって、サンプルの移動が促進され、サンプルおよび試薬の撹拌が行われることとなる。
【００３８】
図１に戻って、測光機構８は、図示していないが、光源と、光度計と、レンズと、測光信号処理部とを備えている。この測光機構８は、反応容器２１内の反応液の吸光度を測定するなど、サンプルの物性を光で測定する。
【００３９】
また、洗浄機構９は、複数のノズル３３と、その上下駆動機構３４とを備えており、反応容器２１内の反応液を吸引し、洗浄液を吐き出し、その位置（洗浄位置）に移送されてきた反応容器２１を洗浄する。
【００４０】
また、図１において、表示部１０は、分析項目や分析結果等の各種画面表示を行う。また、入力部１１は、分析項目等の各種情報の入力を行う。また、記憶部１２は、各機構を制御するための予め定めたシーケンス（プログラム）および分析項目等の各種情報を記憶している。
【００４１】
本発明の実施形態に係る攪拌機構７を適用した自動分析装置は、上記に記載のほかに、シリンジやポンプ等を構成要素として持ち、それらも含め、全て、記憶部１２に記憶されているシーケンスに従って、制御部１３により制御される。
【００４２】
続いて自動分析装置の分析動作について、以下に説明する。
【００４３】
まず、洗浄機構９により洗浄された反応容器２１が、反応ディスク３の駆動によって試料注入位置に移送されてくると、サンプルディスク１が回転し、サンプルが入った試料容器２１をサンプリング位置に移送する。試薬ディスク２も、同様に、所望の試薬ボトル１８をピペッティング位置へ移送する。
【００４４】
続いて、サンプリング機構５が動作し、プローブ２４を用いて、サンプリング位置に移送されてきた試料容器１６から、試料注入位置に移送されてきた反応容器２１へサンプルを注入する。
【００４５】
サンプルが注入された反応容器２１は、試薬注入位置に移送され、ピペッティング機構６の動作により、試薬ディスク２上のピペッティング位置に移送されてきた試薬ボトル１８から、試薬注入位置に移送されてきた反応容器２１へ試薬が注入される。
【００４６】
その後、反応容器２１は、攪拌位置に移送され、攪拌機構７により、サンプルおよび試薬の攪拌が行われる。
【００４７】
攪拌が完了した反応液は、反応容器２１が光源と光度計との間を通過する際に、測光機構８により吸光度が測定される。この測定は、数サイクル間行われ、測定が終了した反応容器２１は、洗浄機構９により洗浄される。
【００４８】
このような一連の動作が、各反応容器２１に対して実行され、本発明の実施形態に係る攪拌機構７を適用した自動分析装置による分析が行われる。
【００４９】
さて、本実施形態に係る攪拌機構７を採用するにあたり、特徴となる点について説明する。
【００５０】
本実施形態に係る攪拌機構７は、防水構造とした音波照射部３５を独立させて反応槽４へ取り付けているため、反応容器２１の停止位置に対する位置調整を可能とする。本実施例の自動分析装置では、攪拌位置を１箇所としているが、２箇所以上の攪拌位置を設定している自動分析装置では、複数箇所の攪拌位置における反応容器の停止位置が製作誤差や組立て誤差等により異なる可能性があるため、より有効である。また、反射板３７を筐体３８に一体化していることにより、反応容器２１の側面及び底面への音波照射位置を同時に調整することが可能となる。
【００５１】
また、本実施形態に係る攪拌機構７は、反応槽４の上面からの搭載を可能とすることで、反応槽４の壁面に攪拌機構取付け用の穴を設ける必要がないうえに、反応槽４への着脱を容易にするため、反応槽４や攪拌機構７の洗浄といったメンテナンス作業の効率化を図れる。
【００５２】
また、本実施形態に係る攪拌機構７は、金属球４０やフレキシブル基板３１の採用による配線数の削減や構造の単純化などにより小型化が図られているため、測光位置周辺を除き反応槽４内のほとんどの位置に設置可能となり、自動分析装置のレイアウト設計の自由度を大きく広げることができると共に、装置の小型化を可能にする。また、構造の単純化は、製造効率向上にも寄与する。
【００５３】
なお、本実施形態において、攪拌機構７の音波照射部３５におけるフレキシブル基板３１の押し付けにコイルバネを用いているが、一体成型された板バネを用いてさらに部品点数を削減することも可能である。また、電極３２への電圧供給は、本実施形態に限らず各電極に独立に電圧供給を可能にする配線接続手段であればよい。
【００５４】
なお、本実施形態において、反応槽４は恒温水により恒温槽を構成しているが、本実施例に係る攪拌機構７は音波照射部３５から発せられる音波の伝播を著しく損なわない媒体であれば恒温水に限らず使用可能である。
【００５５】
また、本実施形態に係る攪拌機構７は、自動分析装置の攪拌機構に限らず、水のような音波を伝播する媒体中で容器内の被攪拌物を混合する形態のものに応用可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、被攪拌物に対する音源の位置調整、及び取付け対象への着脱を容易にし、メンテナンス作業の効率化を図れる。また、レイアウトの自由度を広げると共に、装置の小型化を可能にする攪拌機構を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る攪拌機構を適用した自動分析装置の構成を示す斜視図。
【図２】実施例１に係る攪拌機構周辺における縦断面図。
【図３】実施例１に係る攪拌機構の圧電素子電極構造を示す図。
【符号の説明】
１…サンプルディスク、２…試薬ディスク、３…反応ディスク、４…反応槽、５…サンプリング機構、６…ピペッティング機構、７…攪拌機構、８…測光機構、９…洗浄機構、１０…表示部、１１…入力部、１２…記憶部、１３…制御部、１４…電源、１５…駆動回路部、１６…試料容器、１７…円形ディスク、１８…試薬ボトル、１９…円形ディスク、２０…保冷庫、２１…反応容器、２２…反応容器ホルダ、２３…駆動機構、２４，２７…プローブ、２５，２８…支承軸、２６，２９…アーム、３０…圧電素子、３１…フレキシブル基板、３２…電極、３３…ノズル、３４…上下駆動機構、３５…音波照射部、３６…音源駆動部、３７…反射板、３８…筐体、３９…リレー回路、４０…金属球、４１…バネ、４２…保持部材、４３…パッキン。

Claims (3)

1. 超音波を発生する超音波発生素子と、
   該超音波発生素子に電力を供給する駆動回路と、
   該超音波発生素子から発生した超音波を照射する被攪拌物を収容する反応容器と、
   該反応容器と前記超音波発生素子との間で超音波を伝達するための超音波伝達媒体を収容する容器と、を備えた超音波攪拌装置であって、
   前記超音波発生素子が防水構造の筐体に封止された超音波照射部を備え、かつ該超音波照射部が前記超音波伝達媒体を収容する容器から着脱可能に独立させて取り付けられており、
   かつ前記超音波発生素子は複数組の超音波発生素子電極を備え、該超音波発生素子の電極数と同数の接点を持つ配線をパターニングした柔軟性を有するフレキシブル基板と、各電極と前記フレキシブル基板の接点とを電気的に接続する金属球と、前記フレキシブル基板の各接点を前記金属球と共に各電極へそれぞれ独立に押し付けるバネと、前記金属球を保持し前記バネの押し付け方向の微動を確保した保持部材とから構成された配線接続手段を備えたことを特徴とする超音波攪拌装置。
2. 請求項１に記載の超音波攪拌装置において、
   前記超音波照射部は照射される音波の少なくとも一部を反射する反射板を備えたことを特徴とする超音波攪拌装置。
3. 試薬と試料を混合して反応させる反応容器を載置する反応部と、
   該反応容器での試薬と試料の反応を測定する測定部と、
   を備えた自動分析装置において、
   前記反応容器中の試薬と試料の混合物を攪拌するための攪拌装置が、請求項１または２に記載の超音波攪拌装置であることを特徴とする自動分析装置。

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