JP4178122B2 - 分注装置及びそれを備えた自動分析装置 - Google Patents

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Description

本発明は所定量の液体の試料や試薬をある容器から別の容器へ吸引・吐出（以下、分注と称する）する分注装置及びそれを備えた自動分析装置に係り、特に液体流路内に圧力センサを備えた分注装置、及びそれを備えた自動分析装置に関する。
例えば、血液，尿等の生体サンプル中の特定成分の定性・定量分析を行う生化学自動分析装置や免疫自動分析装置などの自動分析装置では、液体の試料や試薬をある容器（サンプル容器，試薬容器等）から別の容器（反応容器等）へ自動で吸引・吐出（以下、分注と称する）してサンプルと試薬を反応させるための分注装置が備えられている。
これら分注装置は極めて高い分注精度（分注再現性および正確性）が要求されるため、シリンジ，ダイアフラム等の圧力発生手段で発生させた圧力を正確に伝達すべく、分注流路内が精製水等の液体（以下、システム水と称する）で充填されているのが普通である。
特許文献１では、流路に圧力センサを備えることが提案されている。吸引する液体中に析出物があり吸引ノズルが詰まったり、吸引ノズルが吸引する液体に僅かに届かないままに吸引して空気を吸い込んだりすれば流路内の圧力が変化する。これを利用して分注の異常を検出し警報を出すことにより誤った分析を行うことを防止することができる。
特開２００２−３３３４４９号公報
圧力センサは、−９８ｋＰａから９８ｋＰａ（ゲージ圧）程度の低圧を高感度で測定するために径の大きなダイヤフラムを利用するのが一般的であり、その径は１０mm程度ないしそれ以上であることが多い。一方、圧力センサに接続される配管の径は数mmと細いため、配管と圧力センサをつなぐ接続容器室内では流路の断面積が急拡大し、この部分の流れが乱れて流速が減少するため、流路内の気泡が圧力センサ部分に滞留しやすい。
ダイヤフラム径が小さい圧力センサを採用することで流れの乱れを抑え気泡を除去しやすくすることも可能だが、ダイヤフラム径の小さな圧力センサは一般的に製作が困難なため、汎用的な圧力センサと比較してきわめて高価になる問題がある。
分注装置において、分注流路内に気泡が残留すると、その分圧力伝達特性が変化し、分注精度に悪影響を与えるおそれがある。
本発明は、分注時の圧力変動から分注時の異常を検知することを目的として圧力センサを備えた分注装置において、特に気泡の残りやすい圧力センサ取付部分の気泡が残留しにくい分注装置及びそれを備えた自動分析装置を提供することを目的とする。
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。
液体を吸引・吐出するノズルと、該ノズルに接続され液体を吸引・吐出させるための圧力を発生させる圧力発生手段と、前記ノズル及び前記圧力発生手段を含めた流路内の圧力を測定する圧力センサと、を備えた分注装置において、
前記圧力センサと前記流路との接続部の流路内形状が円錐であり、円錐の頂点部が鉛直上方となるよう配置され、円錐の底周面の接線方向および円錐の頂点部に液体の流入出口を設け、円錐の底面に前記圧力センサの受圧面が配置されている分注装置。
配管中の気泡を効率良く除去するためには、円錐の頂点部から抜けた気泡がノズルから大気中に抜けていくことが効率的であり、従い、円錐の頂点部の液体の流入出口に前記ノズル側の配管を接続することが好ましい。もちろん、配管中に気泡を除去するトラップ等を設ければ、必ずしも頂点部の液体流入出口にノズル側の配管を接続する必要はない。
本発明は圧力センサの直径が配管に比べて大きい場合に効果的に気泡除去する作用がある。一般的な分注装置の流路径は数mm、一般的な低圧域測定用圧力センサの直径は１０mm程度であり、このようなときに効果が大きい。もちろん、１０mmという数字はそれ自体に臨界性はなく、一般的な圧力センサの外形寸法を目安として規定しているに過ぎない。圧力センサコストと気泡除去効果のアンドを考えた場合、センサ直径は５mm以上，３０mm以下であることが好ましい。
配管径と圧力センサ径の関係であるが、圧力センサ径が大きすぎると渦がうまく発生しなくなるので気泡除去効果は期待できない。一方、圧力センサ径と配管径が近すぎても同様である。実験的に検証してはいないが、配管径の数倍から１０倍以内の圧力センサ径が好ましいと考えられる。
本発明により、気泡が残りやすい圧力センサ取付部でも気泡除去が可能となり、圧力センサを備えた分注装置でも安定した圧力伝達特性が得られる。これにより、分注精度に悪影響を与えることなく、分注時の異常を判断する機能を備えることができる。
また、本発明を用いれば、ダイヤフラム径が大きく高感度なセンサを採用できるため、分注異常判断機能において確度の高い，信頼性のある判定を下すことができる。
本発明は気泡除去のための特別な機構を用いないため、極めて安価に気泡除去手段を提供できる。また、機構を用いていないことから故障のポテンシャルが無くメンテナンスフリーとなる。
以下、本発明の実施例を説明する。
図１は本発明に関わる分注装置の概略構成図である。
ノズル１とシリンジ２は配管３ａ，３ｂを介し接続され、さらにシリンジ２は配管３ｃを介し電磁弁４と接続されている。分注動作は電磁弁４を閉じた状態でシリンジ２のプランジャを上下させることで行う。電磁弁４はさらに配管３ｄを介し給水ポンプ５と接続されており、電磁弁４を開放し、給水ポンプ５によってタンク６内のシステム水７を送り込むことで、分注流路内にシステム水の充填・置換を行うようになっている。
分注時の異常を検知するために、ダイアフラム直径１４.５mm の圧力センサ８が接続容器９を介して分注流路（流路系１.５mm ）に接続されている。なお、圧力センサ８の接続箇所は、分注動作を行うときの流路系内部であればどこでも問題なく、図１ではノズル１とシリンジ２の間に接続されているが、シリンジ２と電磁弁４の間でも構わない。
図２に接続容器９の詳細構造および圧力センサ８の取付け方法を示す。
接続容器の室内９ａは円錐状となっており、円錐頂点が鉛直上方となるように設置する。円錐の底周面の接線方向には流入出口９ｂが、頂点部には流入出口９ｃがあり、流入出口９ｂは給水ポンプ側の配管と接続し、流入出口９ｃはノズル側の配管と接続する。これにより、給水ポンプ５により接続容器室内９ａにシステム水７を流す場合、システム水７が流入出口９ｂより流入し、流入出口９ｃに抜ける構造となる。
圧力センサ８はダイアフラム（受圧面）８ａが円錐の底面となるように取付ける。圧力センサ８の固定方法は接続部よりシステム水が漏水しないような構造であればよく、圧力センサの形状・仕様にあわせる。ねじ部を持つセンサであればねじ込みとしてもよいし、センサの背面より固定用金具で押し付けるようにしてもよい。
次に、接続容器室内で気泡を除去する仕組みについて説明する。
流入出口９ｂより流入したシステム水は室内９ａの円周面に沿って旋回流を起こす。旋回流による遠心力のためシステム水は室内９ａ内壁をらせん状に流れ、このとき室内９ａ内壁に残る気泡は勢いのある旋回流によって押し流される。遠心力により比重の軽い気泡は円錐中央に集まり、そのまま浮上して流入出口９ｃより押し出される。流量によっては、システム水を流している間、気泡の集合が円錐中央に集まったまま浮上できない場合があるが、この場合、システム水を断続的に流すようにすれば、この集まった気泡が、システム水の供給を止めた時に流入出口９ｃ付近に浮上し、再度供給したときにそのまま押し出されるから、除去できる。
図３は、この発明の実施例にかかる自動分析装置の構成例を示している。まず、液体試料を装置にセットするための試料ディスク２０１，その液体試料分注を行う試料分注プローブ２０４，液体試料と試薬の反応容器である反応セル２１１およびその保持具である反応ディスク２０６，測定項目に応じた試薬をセットする複数の試薬ディスク２０２，210，試薬の分注を行う複数の試薬プローブ２０３，２０９，反応セル２１１中に分注された液体試料と添加された試薬の反応を安定させるために攪拌するための攪拌機構２０８，反応セル中の廃液の吸引および洗浄を行う洗浄機構２０７，そしてこれらの機構および分析の制御部からなる。また、液体試料のセットは、試料ディスクの代わりに試料ラックによるものであっても構わない。試薬分注の移動機構についても試薬プローブが回転移動の代わりにＸＹ機構による平面移動であっても構わない。
本発明に関わる分注装置の概略構成図である。 本発明における接続容器の詳細構造および圧力センサの取付方法を示す図である。 本発明の分注装置が適用可能な自動分析装置の概略構成図である。
符号の説明
１…ノズル、２…シリンジ、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…配管、４…電磁弁、５…給水ポンプ、６…タンク、７…システム水、８…圧力センサ、８ａ…ダイヤフラム（受圧面）、９…接続容器、９ａ…室内、９ｂ，９ｃ…流入出口、１０…パッキン。

Claims (2)

  1. 液体を吸引・吐出するノズルと、
    該ノズルに接続され液体を吸引・吐出させるための圧力を発生させる圧力発生手段と、
    前記ノズル及び前記圧力発生手段を含めた流路内の圧力を測定する圧力センサと、
    を備えた分注装置において、
    前記圧力センサと前記流路との接続部の流路内形状が円錐であり、円錐の頂点部が鉛直上方となるよう配置され、円錐の底周面の接線方向に前記圧力発生手段と接続される液体の流入出口を設け、円錐の頂点部に前記ノズルと接続される液体の流入出口を設け、
    更に、円錐の底面に前記圧力センサの受圧面が配置され、かつ前記円錐の底面の直径が５mm以上３０mm以下であることを特徴とする分注装置。
  2. 試薬と試料を混合させる反応容器と、
    該反応容器中の反応を計測する計測手段と、
    該反応容器に試料を分注する分注手段と、
    を備えた自動分析装置において、
    前記分注手段が請求項１に記載の分注装置であることを特徴とする自動分析装置。
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