JP4406629B2

JP4406629B2 - Chemical analyzer

Info

Publication number: JP4406629B2
Application number: JP2006144752A
Authority: JP
Inventors: 加藤　　宗; 亮三宅; 裕康内田; 克宏神原; 武徳大草; 亘　　重範; 洋一郎鈴木; 智憲三村; 美樹滝; 晃稲垣
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2006-05-25
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: JP2006234839A

Description

本発明は主に化学分析装置に係り、特に反応容器内の試薬とサンプルの混合のための攪拌機構を備えた化学分析装置に関する。 The present invention mainly relates to a chemical analyzer, and more particularly to a chemical analyzer equipped with a stirring mechanism for mixing a reagent and a sample in a reaction vessel.

特許文献１には、ヘラやスクリューを用いずに、サンプルと試薬を入れた容器の下から容器の開放口に向けて超音波を照射してサンプルと試薬を非接触で攪拌し混合する方法が記載されている。 Patent Document 1 discloses a method in which a sample and a reagent are agitated and mixed in a non-contact manner by irradiating ultrasonic waves from the bottom of a container containing a sample and a reagent toward the opening of the container without using a spatula or a screw. Are listed.

また、特許文献２では、反応容器内の被攪拌物（サンプルと試薬）の容器の下から容器の開放口に向けて音波を照射するのに加えて、容器の側方から音波を照射して攪拌する技術が記載されている。
また、特許文献３には、特許文献２における下から音波を照射する手段が反射板である構造記載されている。 Moreover, in patent document 2, in addition to irradiating a sound wave from the bottom of the container to be stirred (sample and reagent) in the reaction container toward the opening of the container, a sound wave is irradiated from the side of the container. Stirring techniques are described.
Patent Document 3 describes a structure in which the means for irradiating sound waves from below in Patent Document 2 is a reflector.

特開平８−１４６００７号公報JP-A-8-146007 特開２０００−１４６９８６号公報JP 2000-146986 A 特開２００１−２４２１７７号公報JP 2001-242177 A

しかし、少量のサンプルを用いて効率的に容器内の被攪拌物を攪拌して分析を行う場合に、上記公知例の構造では十分でないことを見出した。例えば、容器の下から容器開放口に向かって音波を照射する構造、或いは更に容器の側方からの音波を照射する形態を備える構造に関して、強い攪拌力を得ようとして公報に記載された下方の音波供給手段から強い音波を照射すると、サンプルの液面が盛上がり、サンプル液等が飛散する恐れがあり、一方、弱すぎる音波を照射すると十分攪拌に寄与できない恐れがあった。 However, it has been found that the structure of the above-mentioned known example is not sufficient when an analysis is performed by efficiently stirring an object to be stirred in a container using a small amount of sample. For example, regarding a structure that irradiates sound waves from the bottom of the container toward the container opening, or a structure that has a form that irradiates sound waves from the side of the container, When a strong sound wave is irradiated from the sound wave supply means, the liquid level of the sample may rise and the sample liquid may be scattered. On the other hand, if a too weak sound wave is irradiated, there is a possibility that it cannot sufficiently contribute to stirring.

そこで、本発明の目的は、効率的に被攪拌物の攪拌できる機構を備えた化学分析装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a chemical analysis apparatus having a mechanism capable of efficiently stirring an object to be stirred.

上記課題を解決するため、本発明は、分析対象物となるサンプルと試薬とを反応容器内に注入し、前記反応容器へ音波を照射して攪拌する化学分析装置において、
前記音波を発生する圧電素子と、該圧電素子を駆動する駆動ドライバと、を備え、前記音波は前記反応容器内に間欠的に照射されるものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a chemical analyzer that injects a sample and a reagent to be analyzed into a reaction container, and irradiates and stirs the reaction container with sound waves.
A piezoelectric element that generates the sound wave and a drive driver that drives the piezoelectric element are provided, and the sound wave is intermittently irradiated into the reaction vessel.

また、本発明は、分析対象物となるサンプルと試薬とを反応容器内に注入し、前記反応容器へ音波を照射して攪拌する化学分析装置において、
前記音波を前記反応容器内で収束させて強度を増大し、前記サンプル中に発生する循環流により、前記サンプルを攪拌するものである。 Further, the present invention provides a chemical analyzer for injecting a sample and a reagent to be analyzed into a reaction container, irradiating the reaction container with sound waves and stirring the reaction container,
The sound wave is converged in the reaction vessel to increase the strength, and the sample is stirred by a circulating flow generated in the sample.

本発明により、効率的に被攪拌物の攪拌できる機構を備えた化学分析装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a chemical analyzer having a mechanism capable of efficiently stirring an object to be stirred.

本発明の実施の形態を以下に説明する。なお本発明は以下の構成に限定されるものではなく、他の形態に使用することもできるものである。 Embodiments of the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited to the following structures, It can also be used for another form.

実施例の化学分析装置は、分析対象となるサンプル，試薬を反応容器に供給するための自動サンプル分注機構，自動試薬分注機構，反応容器内のサンプル・試薬を攪拌するための自動攪拌機構，反応中あるいは反応が終了したサンプルの物性を計測するための計測器，計測が終了したサンプルを吸引・排出し、反応容器を洗浄するための自動洗浄機構、これらの動作をコントロールする制御機構などから構成されているものであることができる。
（構成の説明）
本発明の一実施例を図１および図２を用いて説明する。図１は本実施例の化学分析装置の構成を示す傾視図、図２は図１に示す化学分析装置に装備されている被攪拌物に対して非接触で攪拌混合を行う非侵襲（非接触）攪拌装置の構成を示す縦断面図である。 The chemical analysis apparatus of the embodiment includes a sample to be analyzed, an automatic sample dispensing mechanism for supplying the reagent to the reaction container, an automatic reagent dispensing mechanism, and an automatic stirring mechanism for stirring the sample / reagent in the reaction container. , Measuring instruments for measuring physical properties of samples during or after reaction, automatic cleaning mechanism for aspirating and discharging samples after measurement and cleaning reaction vessels, control mechanism for controlling these operations, etc. It can consist of:
(Description of configuration)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the chemical analyzer of the present embodiment, and FIG. 2 is a non-invasive (non-invasive) that performs non-contact stirring and mixing with an object to be stirred equipped in the chemical analyzer shown in FIG. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the structure of a contact) stirring device.

本化学分析装置は主に反応容器１０２を格納する反応ディスク１０１，反応ディスクに格納されている反応容器の恒温状態を保つ為の恒温槽１１４，サンプルカップ１０４を収納するサンプル用ターンテーブル１０３，試薬ボトル１０５を格納する試薬用ターンテーブル１０６，サンプル、試薬をそれぞれ反応容器に分注するサンプリング分注機構１０７，試薬分注機構１０８，分注されたサンプルと試薬を反応容器内で攪拌する攪拌機構109，反応容器内の混合物質の反応過程、及び反応後の吸光度を測定する測光機構１１０，検査（測光）が終了した後に反応容器を洗浄する洗浄機構１１１より構成される。これらの各構成要素は検査を開始する前の予めコンソール１１３より設定された情報（分析項目，分析を行う液量）に基づいて自動的にコントローラ１１２より作成されるプログラムに従って動作する。 This chemical analyzer mainly includes a reaction disk 101 for storing the reaction container 102, a thermostat 114 for maintaining the temperature of the reaction container stored in the reaction disk, a sample turntable 103 for storing the sample cup 104, and a reagent. A reagent turntable 106 for storing the bottle 105, a sampling dispensing mechanism 107 for dispensing the sample and the reagent into the reaction container, a reagent dispensing mechanism 108, and a stirring mechanism for stirring the dispensed sample and reagent in the reaction container, respectively. 109, a photometric mechanism 110 for measuring the reaction process of the mixed substance in the reaction container and the absorbance after the reaction, and a cleaning mechanism 111 for cleaning the reaction container after the inspection (photometry) is completed. Each of these components operates according to a program automatically created by the controller 112 based on information (analysis item, amount of liquid to be analyzed) set in advance from the console 113 before starting the inspection.

上記攪拌機構１０９は図２に示すように反応容器１０２外部の側方に設けられた音波発生手段２０１（以下、単に音源と呼ぶ），透過した音波を反射させて再度反応容器内に再入射させるための音波反射手段２０２（以下、単に反射体と呼ぶ）から構成されている。音源２０１は図５に示すようにそれぞれ独立に駆動できるようなセグメント５０１あるいは５０３がアレイ状に配置された構造になっており、適切なセグメントを駆動ドライバ
５０４より５０６のようにスイッチ等で選択することによって、任意の位置５０２から音波を照射する事が可能となっている。また、駆動ドライバ内部は図５に示すブロック線図のように、照射する音波の基本周波数の振動波形６０２を発生する波形発生装置６０１，振動波形６０２より低い周波数の振動波形６０４を発生する副波形発生装置６０３，両波形６０２および６０４の乗算波形６０６を生成する乗算回路６０５，乗算された波形606の電力増幅を行う電力増幅器６０７より構成されている。このような駆動ドラバからは振幅変調された電圧６０８が圧電素子に対して印加されるようになっている。
（動作の説明）
以上のような構成において本化学分析装置は以下のように動作する。まず、サンプルカップ１０４よりサンプリング機構１０７によって反応容器内１０２にサンプルが分注される。次にその反応容器を格納したターンテーブルは試薬分注位置まで回転し、試薬ボトル１０６より試薬分注機構１０８によってその反応容器内に試薬が分注される。さらにターンテーブルは攪拌機構１０９が設置されている位置まで回転し、応容器内のサンプルおよび試薬の攪拌混合が行われる。攪拌が終了した時点から測定が開始され、反応が終了した時点で洗浄機構１１１において反応容器内のサンプル・試薬混合物は吸引され、洗浄処理が施される。このような一連のプロセスが複数のサンプルに対して逐一バッチ処理的に進められていく。 As shown in FIG. 2, the stirring mechanism 109 is a sound wave generating means 201 (hereinafter simply referred to as a sound source) provided on the side outside the reaction vessel 102, reflects the transmitted sound wave, and re-enters the reaction vessel. Sound wave reflecting means 202 (hereinafter simply referred to as a reflector). The sound source 201 has a structure in which segments 501 or 503 that can be driven independently as shown in FIG. 5 are arranged in an array, and an appropriate segment is selected by a switch or the like from a drive driver 504 as 506. Thus, it is possible to irradiate a sound wave from an arbitrary position 502. Further, as shown in the block diagram of FIG. 5, the inside of the drive driver is a waveform generator 601 that generates a vibration waveform 602 having a fundamental frequency of a sound wave to be irradiated, and a sub waveform that generates a vibration waveform 604 having a frequency lower than that of the vibration waveform 602. The generator 603 includes a multiplication circuit 605 that generates a multiplication waveform 606 of both waveforms 602 and 604, and a power amplifier 607 that amplifies the power of the multiplied waveform 606. From such a drive driver, an amplitude-modulated voltage 608 is applied to the piezoelectric element.
(Description of operation)
In the above configuration, the chemical analyzer operates as follows. First, a sample is dispensed from the sample cup 104 into the reaction container 102 by the sampling mechanism 107. Next, the turntable storing the reaction container rotates to the reagent dispensing position, and the reagent is dispensed from the reagent bottle 106 into the reaction container by the reagent dispensing mechanism 108. Further, the turntable rotates to a position where the stirring mechanism 109 is installed, and the sample and reagent in the reaction container are stirred and mixed. The measurement is started from the time when the stirring is completed, and the sample / reagent mixture in the reaction container is aspirated by the cleaning mechanism 111 when the reaction is completed, and the cleaning process is performed. Such a series of processes is performed batchwise for a plurality of samples.

次に図２の攪拌装置の縦断面図を用いて反応容器内の被攪拌対象物を非接触で攪拌する装置について説明する。音波は反応容器の下方側に向かって照射され、反応容器１０２内のサンプル等の液を攪拌する音波発生部分（ここでは、音波反射手段２０２）を有する。具体的には、例えば、音波発生手段２０１と音波反射手段２０２との間に反応容器１０２を配置するよう構成されることができる。本図では、音波発生手段２０１から生じた音波が反対側に位置する音波反射手段２０２で反射して反応容器１０２に供給される構成を例示している。次に、基本的な動作を説明する。装置全体のメインコントローラ１１２に接続された音源の駆動ドライバとスイッチを備えたユニット２０５は攪拌する液量すなわち分注されているサンプルと試薬の量と、それを攪拌するタイミングに関する情報２０６を受け取る。まず、ドライバ回路２０５は液量に関する情報から反応容器内に満たされている被測定液２０３の液面高さ２０８を計算し、その液面を含めた最適な音波照射領域を決定する。そして、照射領域に対応する音源のセグメント２０７を選択して音源を駆動する。ドライバ回路からは振幅変調された波形の電圧が音源である圧電素子より印加されるので、照射される音波もその振幅変化に応じて照射される。照射された音波は恒温水２０４中を伝ぱして、反応容器に伝達され反応容器内に入射する。一般に液体中を伝ぱしてきた音波が自由液面に達すると、液体は気体側に飛び出すような力（音響放射圧が主要因）が作用する。この際、本実施例ではドライバ回路からは振幅変調された波形の電圧が音源に入力されるので、照射される音波もその振幅変化に応じたものになる。なお、反射して反応容器に入射させる音波は、その進行方向において液面がない方向に設定する。 Next, an apparatus for stirring the object to be stirred in the reaction vessel in a non-contact manner will be described using the longitudinal sectional view of the stirring apparatus in FIG. The sound wave is irradiated toward the lower side of the reaction vessel, and has a sound wave generation portion (here, sound wave reflection means 202) for stirring the liquid such as the sample in the reaction vessel 102. Specifically, for example, the reaction container 102 can be arranged between the sound wave generation unit 201 and the sound wave reflection unit 202. This figure illustrates a configuration in which sound waves generated from the sound wave generating means 201 are reflected by the sound wave reflecting means 202 located on the opposite side and supplied to the reaction vessel 102. Next, the basic operation will be described. A unit 205 having a sound source driving driver and a switch connected to the main controller 112 of the entire apparatus receives information 206 regarding the amount of liquid to be stirred, that is, the amount of sample and reagent to be dispensed, and the timing of stirring. First, the driver circuit 205 calculates the liquid level height 208 of the liquid to be measured 203 filled in the reaction vessel from the information regarding the liquid amount, and determines the optimum sound wave irradiation region including the liquid level. Then, the sound source segment 207 corresponding to the irradiation region is selected to drive the sound source. Since the driver circuit applies the amplitude-modulated waveform voltage from the piezoelectric element as the sound source, the radiated sound wave is also emitted in accordance with the amplitude change. The irradiated sound wave propagates through the constant temperature water 204, is transmitted to the reaction container, and enters the reaction container. In general, when a sound wave propagated in a liquid reaches the free liquid level, a force (acoustic radiation pressure is the main factor) that the liquid jumps out to the gas side acts. At this time, in the present embodiment, since the amplitude-modulated waveform voltage is input from the driver circuit to the sound source, the radiated sound wave also corresponds to the amplitude change. The sound wave reflected and incident on the reaction vessel is set in a direction where there is no liquid level in the traveling direction.

また、音波発生手段２０１に対して音波の進行方向に対して反応容器の後方に音波反射手段２０２を配置することにより、音波発生手段２０１からの音波が周辺機器の損傷等を引起すことを抑制できる。 Further, by arranging the sound wave reflecting means 202 behind the reaction container with respect to the sound wave traveling direction with respect to the sound wave generating means 201, it is possible to suppress the sound waves from the sound wave generating means 201 from causing damage to peripheral devices. it can.

図３（ａ）に示すようにこのような間欠的な音波３０１が照射されれば、この力が液面に作用して反応容器内の液面には一種の波が生成される。さらに、音波３０１は図に示すようにある強度分布３０３を持ったビーム状に照射されるので、その一部が点線３０６で示されるように反応容器を透過する。この透過した音波は反射体２０２によって反射し、再度反応容器内に入射する（２０３）。ところで、液体中を音波が伝ぱする際には音響流あるいは音響放射圧が発生するので、この透過音波の再入射２０３は液体を音波の伝ぱ方向へ流動化させる効果をもつ。このとき、再入射させる音波の進行方向が容器の開放口を向く方向でない（例えば、液面の無い方向）ようにすることで、音波の強度を上げても、液体が反応容器外部へ飛散することを抑制することができる。液面に発生する波に伴った液体の流動と、反射体による音波の再入射による流動によって液体には矢印３０２のように流動する。 If such an intermittent sound wave 301 is irradiated as shown in FIG. 3A, this force acts on the liquid surface and a kind of wave is generated on the liquid surface in the reaction vessel. Further, since the sound wave 301 is irradiated in the form of a beam having a certain intensity distribution 303 as shown in the figure, a part of the sound wave 301 passes through the reaction vessel as indicated by a dotted line 306. The transmitted sound wave is reflected by the reflector 202 and enters the reaction vessel again (203). By the way, when a sound wave propagates in the liquid, an acoustic flow or an acoustic radiation pressure is generated. Therefore, the re-incidence 203 of the transmitted sound wave has an effect of fluidizing the liquid in the propagation direction of the sound wave. At this time, even if the intensity of the sound wave is increased by making the traveling direction of the re-incident sound wave not the direction toward the opening of the container (for example, the direction where there is no liquid level), the liquid is scattered outside the reaction container. This can be suppressed. The liquid flows as indicated by an arrow 302 by the flow of the liquid accompanying the wave generated on the liquid surface and the flow of the sound wave by re-incident by the reflector.

このような間欠的な音波の照射を継続することで、図３（ｂ）に示すように反応容器内の液体には旋回流３０５が発生する。本発明の化学分析装置では、この旋回流動を用いて液体に対して非接触でサンプルと試薬を混合する手段を採用した。 By continuing such intermittent sound wave irradiation, a swirl flow 305 is generated in the liquid in the reaction vessel as shown in FIG. The chemical analyzer of the present invention employs a means for mixing the sample and the reagent in a non-contact manner with respect to the liquid using this swirl flow.

本実施例により、反応容器の外部下方から容器開放口に向けて音波を照射する場合より、液の飛散を防止できる。また、反応容器内の被測定液内部に適当な音場強度分布を与えるより効果的に攪拌ができる。また、本実施例では壁面摩擦の影響を受けない気液界面付近での音響放射圧が支配的な流動を利用しているため、音響流動のみを利用した方法に比べより小さな音波で被測定液を攪拌・混合する事が可能である。また、透過した音波を再入射させ、反応容器底部の流動を促進しているため発生した音波を効果的に利用できる。 According to this embodiment, it is possible to prevent the liquid from being scattered, compared to the case where sound waves are irradiated from the outside lower side of the reaction vessel toward the vessel opening. Further, stirring can be performed more effectively than by giving an appropriate sound field intensity distribution inside the liquid to be measured in the reaction vessel. In addition, in this embodiment, since the acoustic radiation pressure near the gas-liquid interface that is not affected by the wall friction is used, the liquid to be measured is smaller in sound wave than the method using only the acoustic flow. Can be stirred and mixed. Further, since the transmitted sound wave is incident again and the flow at the bottom of the reaction vessel is promoted, the generated sound wave can be effectively used.

本実施例により、反応容器に満たされた被測定液に対して、全く接触することなく混合を行うので、化学分析装置において、キャリーオーバーレス・微小液量の攪拌を可能となる。これにより高速な分析処理能力を実現することができる。 According to the present embodiment, the liquid to be measured filled in the reaction vessel is mixed without contact at all, so that it is possible to carry carry-over and agitation of a small amount of liquid in the chemical analyzer. As a result, high-speed analysis processing capability can be realized.

また、多くの検査項目すなわちより広範囲な液量・液体物性の試薬およびサンプルに対応するのに好適な構造になる。 In addition, the structure is suitable for dealing with many inspection items, that is, reagents and samples having a wider range of liquid amounts and physical properties.

また、キャリーオーバーレス・微小液量の攪拌を可能とし、かつ消費する電力を低減することができる。 In addition, carry-overless and minute liquid volume can be stirred, and power consumption can be reduced.

また、ヘラやスクリューによる攪拌方法が持つ付着に伴なうキャリーオーバー，コンタミネーション，反応容器の小型化に伴なうヘラの位置決め精度といった問題を回避することができる。 In addition, problems such as carry-over and contamination associated with adhesion of the stirring method using a spatula or screw, and positioning accuracy of the spatula associated with downsizing of the reaction vessel can be avoided.

なお、具体的には、効果的にサンプルの攪拌ができるので、多数のサンプルを一括してより短時間で分析する高精度な高速処理能力型の化学分析装置に適用した場合、検査を行ってから検査結果が得られるまでの時間を短縮することができる。 Specifically, since the sample can be effectively stirred, when it is applied to a high-precision, high-throughput chemical analyzer that analyzes a large number of samples in a shorter time, the inspection is performed. It is possible to shorten the time from when the inspection result is obtained.

また、患者等より採取するサンプルを減らした場合であっても効果的に攪拌することができる。それにより検査後に処理すべき廃液を低減させることができ、検査のランニングコストも低減される。 Further, even when the number of samples collected from a patient or the like is reduced, it can be effectively stirred. Thereby, the waste liquid to be processed after the inspection can be reduced, and the running cost of the inspection is also reduced.

なお、ターンテーブルの円周上に収納した各反応容器に対し、ロボットアームを備えたピペッタでサンプルと試薬を自動的に分注し、攪拌機構によって被測定液（反応容器に分注されたサンプルと試薬）を混合する。そしてその化学反応を計測し検査結果として出力し、計測終了後は被測定液の吸引・反応容器洗浄を行い、そのサンプルに対する一項目の検査が完了する。実際の使用状況では予めユーザによってプログラミングされたシーケンスに従って複数の検査をバッチ的に処理して行く、という工程を有する化学分析装置に適用することにより、各操作（サンプル・試薬の分注，攪拌，洗浄）のうち被測定液の攪拌操作を効果的にできるので、短時間の攪拌操作ゆえ混合不足により所望の反応が達成されず正確な検査結果が得られなくなる等の不具合を抑制することができる。また、ヘラで攪拌する場合のように次の検査の反応容器に持ち越され（キャリーオーバー）、コンタミネーションを引き起こす。ヘラへの付着は被測定液の持ち去りによる低減等を防止することができる。 Samples and reagents are automatically dispensed to each reaction vessel stored on the circumference of the turntable with a pipetter equipped with a robot arm, and the liquid to be measured (sample dispensed into the reaction vessel) is stirred by a stirring mechanism. And reagent). Then, the chemical reaction is measured and output as an inspection result. After the measurement is completed, the liquid to be measured is sucked and the reaction container is washed, and one item of inspection for the sample is completed. In actual use situations, each operation (dispensing of sample / reagent, stirring, etc.) is performed by applying it to a chemical analyzer having a process of batch processing a plurality of tests according to a sequence programmed in advance by a user. Cleaning) can be effectively agitated for the liquid to be measured, so that it is possible to suppress problems such as a desired reaction cannot be achieved due to insufficient mixing and accurate test results cannot be obtained due to a short agitation operation. . Moreover, it is carried over to the reaction container of the next inspection as when stirring with a spatula (carry over), causing contamination. Adhering to the spatula can be prevented from being reduced by taking away the liquid to be measured.

特許文献１に記載の形態について、反応容器の外部から音波を照射し、反応容器内の被攪拌物に適当な音場強度分布を与えて音響流動を誘起させる場合、反応液量を微量化していくと反応容器そのものも小型化していく事になり、反応容器の表面積も小さくなっていくため内部の被攪拌物に音響流動の発生に要する音響エネルギーを与える事が困難となってくる。また、音響流によって攪拌に有効な循環流れを発生させるためには、内部に音場の先鋭的な強度の分布を形成させる必要があるが、容器がより小型化すると容器内の音場の相対的な強度差が小さくなるといった理由から短時間での効率のよい攪拌が困難となる。 In the form described in Patent Document 1, when the acoustic flow is induced by irradiating a sound wave from the outside of the reaction vessel to give an appropriate sound field intensity distribution to the stirring object in the reaction vessel, As a result, the reaction vessel itself will be reduced in size, and the surface area of the reaction vessel will also be reduced, so that it will be difficult to give the internal stirring object the acoustic energy required to generate the acoustic flow. In addition, in order to generate a circulating flow effective for stirring by acoustic flow, it is necessary to form a sharp intensity distribution of the sound field inside, but if the container is made smaller, the relative sound field in the container Therefore, efficient stirring in a short time becomes difficult because the difference in strength is small.

次に、本実施例で用いた音源およびその駆動系（ドライバ回路まわり）の特徴についてさらに詳細に述べる。本実施例では上述したアレイ音源を図５（ａ）に示すよう一枚の圧電素子に対して片側電極を分割５０１するという簡易的な方法を採用した。このように分割した電極に対し、図５（ｂ）に示すよう所望の照射領域５０２に対応する電極５０３に選択的に電圧５０４を印加することによってアレイ状に配置された音源と機能的に等価な音源を実現した。なお分割しない側の電極を分割した側の圧電素子面に５０５のごとく一部折り返すことによって駆動ドライバーから電線の接続を一つの面に集中させることができる。このような電極加工を施した一枚の圧電素子を用いる事で、攪拌機構の低コスト化を実現した。このような音源は量産時に極めて有利で、電極パターンをスクリーン印刷等で成形すれば製作時間の短縮も可能である。また、構造が極めて単純なため攪拌機構としての高信頼性も得られる。また、従来のロボットアームを備えたヘラなどに比べサイズも大幅に小型化されるため、装置全体の小型化にも寄与する。 Next, the features of the sound source and its drive system (around the driver circuit) used in this example will be described in more detail. In this embodiment, the above-described array sound source employs a simple method in which one side electrode is divided 501 with respect to one piezoelectric element as shown in FIG. The electrodes divided in this way are functionally equivalent to sound sources arranged in an array by selectively applying a voltage 504 to an electrode 503 corresponding to a desired irradiation region 502 as shown in FIG. 5B. Realized a sound source. It should be noted that the connection of the electric wires from the driving driver can be concentrated on one surface by partially folding back the non-divided electrode on the divided piezoelectric element surface as indicated by 505. By using a single piezoelectric element with such electrode processing, the cost of the stirring mechanism was reduced. Such a sound source is extremely advantageous at the time of mass production, and if the electrode pattern is formed by screen printing or the like, the production time can be shortened. Further, since the structure is extremely simple, high reliability as a stirring mechanism can be obtained. In addition, since the size is greatly reduced compared to a spatula equipped with a conventional robot arm, it contributes to the downsizing of the entire apparatus.

本実施例では、その攪拌機構において照射する超音波の強度を時間的に変動させることで反応容器内の旋回流に対して脈動を与えることを特徴としており、それによって混合を向上させて攪拌に要する時間の短縮化、さらに消費電力の節約を行うものである。
この際、振幅変調の副波形に用いる波形は図６（ｃ）のように最小値と最大値の間を正弦波的に変化させたもの以外に、図６（ｄ）のようにＯＮ−ＯＦＦを繰り返した矩形状の波形を用いる場合には波形を生成する機構はより単純化され駆動ドライバの低コスト化が可能となる。また、このようなＯＮ−ＯＦＦ的な動作は音波の基本周波数のみを発生する駆動ドライバをＯＮ−ＯＦＦするだけでも実現可能であり、上記駆動ドライバに比べ更にコストを抑えることができる。 This embodiment is characterized in that pulsation is given to the swirling flow in the reaction vessel by temporally changing the intensity of the ultrasonic wave irradiated in the stirring mechanism, thereby improving the mixing and stirring. It shortens the time required and further saves power consumption.
At this time, the waveform used for the amplitude modulation sub-waveform is ON-OFF as shown in FIG. 6 (d) in addition to the waveform in which the minimum and maximum values are changed sinusoidally as shown in FIG. 6 (c). When a rectangular waveform obtained by repeating the above is used, the mechanism for generating the waveform is simplified, and the cost of the drive driver can be reduced. Further, such an ON-OFF operation can be realized only by turning on and off a drive driver that generates only the fundamental frequency of the sound wave, and the cost can be further reduced as compared with the drive driver.

また、消費電力を節約する別の方策として、反射２０２の反射面に加工を加える方法もある。図４（ｂ）および（ｃ）はこれまで、説明してきた図４（ａ）の反応容器１０２および反射体２０２のＡ−Ｂ面４０１における断面図である。図４（ｂ）では図中左側から照射した音波４０１が反応容器を透過して反射体で反射して再度反応容器に再入射する音線の様子を示した図である。図に示すように反射面を球面状に加工することで、パラボラアンテナと同様の効果で反射波を一点に収束させることができる。音波が収束した位置ではそれだけ音波の強度が増大しているので、収束点を適切な位置(例えば反応容器の中心)に設定すればより高効率な流動化が図られる。図４（ｃ）は反応容器外を伝ぱしてきた音波４０３を反応容器に向けて反射させる例である。この場合は透過波が反射する面は透過波と垂直にし、反応容器外を伝ぱしてきた音波４０３が反射する面を反射波が反応容器の方向へ反射するように煽りをつけた反射板になっている。いずれも反応容器外を伝播してきた音波４０３を有効利用し、反応容器内を透過してきた音波と併せて収束させることで反応容器内に再入射させる音波の強度を稼ぐものである。 Further, as another measure for saving power consumption, there is a method of processing the reflection surface of the reflection 202. FIGS. 4B and 4C are cross-sectional views of the reaction vessel 102 and the reflector 202 in FIG. FIG. 4B is a diagram showing a state of sound rays that the sound wave 401 irradiated from the left side in the drawing passes through the reaction vessel, is reflected by the reflector, and reenters the reaction vessel again. As shown in the figure, by processing the reflecting surface into a spherical shape, the reflected wave can be converged to one point with the same effect as the parabolic antenna. Since the intensity of the sound wave increases at the position where the sound wave has converged, more efficient fluidization can be achieved by setting the convergence point to an appropriate position (for example, the center of the reaction vessel). FIG. 4C shows an example in which the sound wave 403 transmitted outside the reaction vessel is reflected toward the reaction vessel. In this case, the surface on which the transmitted wave is reflected is perpendicular to the transmitted wave, and the reflection surface is reflected so that the reflected wave is reflected in the direction of the reaction vessel on the surface on which the sound wave 403 transmitted outside the reaction vessel is reflected. ing. In either case, the sound wave 403 propagating outside the reaction vessel is effectively used and converged together with the sound wave transmitted through the reaction vessel to increase the intensity of the sound wave re-entered into the reaction vessel.

音源を圧電素子を用いる場合、圧電素子の厚み共振を利用する場合がある。このような音源を量産する際に製造コストと加工精度のトレードオフから各圧電素子間のばらつきが問題となることがある。図６（ｂ）は３つの圧電素子（それぞれ厚みがばらついて加工されたもの）の厚み共振周りの周波数応答特性を模式的に示した図である。この図からわかるように各圧電素子の厚みがばらつくと、各圧電素子の最高強度を出力する共振周波数もばらつくことになる。そこで、このようばらつきが問題となる場合には駆動する音波の周波数を共振周波数まわりで周波数変調することでこの問題を解決できる。上記実施例では単一周波数の振動波形６０２を発生する波形発生装置６０１として説明したが、この波形発生装置６０１に適当な周波数幅で共振周波数まわりで周波数変調の機能を付加することで上記各圧電素子の個体差を吸収することが可能となる。 When a piezoelectric element is used as the sound source, the thickness resonance of the piezoelectric element may be used. When mass producing such a sound source, variations between the piezoelectric elements may be a problem due to a trade-off between manufacturing cost and processing accuracy. FIG. 6B is a diagram schematically showing frequency response characteristics around the thickness resonance of three piezoelectric elements (processed with varying thicknesses). As can be seen from this figure, when the thickness of each piezoelectric element varies, the resonance frequency at which the maximum strength of each piezoelectric element is output also varies. Therefore, when such a variation becomes a problem, this problem can be solved by frequency-modulating the frequency of the driving sound wave around the resonance frequency. In the above embodiment, the waveform generator 601 that generates the single-frequency vibration waveform 602 has been described. However, by adding a function of frequency modulation around the resonance frequency with an appropriate frequency width to the waveform generator 601, each of the piezoelectric elements described above is provided. It becomes possible to absorb individual differences of elements.

サンプルと試薬を混合する際にまず、液面に向けて音波を照射して液面に波を発生させる事、また、別の方向から液体に向けて音波を照射することで流動化の高効率化すなわちサンプルと試薬を効率よく混合することを特徴としている。上記の実施例では液面に向けて照射した音波のうち一部の透過した音波を反射体を用いて再度反応容器内に入射させているため、一つの音源で上述のような２方向照射を実現している。このような２方向からの照射を実現する他の実施例を次に述べる。 When mixing the sample and reagent, firstly irradiate sound waves toward the liquid surface to generate waves on the liquid surface, and irradiate the sound waves from another direction to the liquid to achieve high fluidization efficiency. That is, it is characterized by efficient mixing of sample and reagent. In the above embodiment, since a part of the transmitted sound wave is incident on the liquid surface again into the reaction vessel using the reflector, the above two-directional irradiation is performed with one sound source. Realized. Another embodiment for realizing such irradiation from two directions will be described below.

図７は本発明における第二の実施例である。本実施例でも上記実施例と同様に一つの音源と反射体による構成であるが、反応容器内低部７０６に照射する音波の伝達経路７０４が異なる。図７の実施例では液面に向けて照射する音波７０１については図２に示した実施例と同様であるが、反応容器内底部の液体に流動を発生させるために照射する音波702を反射体７０３によって矢印７０４のように反応容器外部から伝ぱさせ、反応容器内に入射させて反応容器底部の流動７０５を発生させる。本実施例では結果的には２つの音波を音源から発生させることになるが、図５に示したアレイ音源を用いればこのような音波の発生は容易に実現できる。以上、図７に示した構成でも図２に示した実施例と同様の混合の高効率化が得られる。 FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention. The present embodiment also has a configuration with a single sound source and a reflector as in the above embodiment, but the transmission path 704 of the sound wave applied to the reaction vessel lower portion 706 is different. In the embodiment of FIG. 7, the sound wave 701 irradiated toward the liquid surface is the same as the embodiment shown in FIG. 2, but the sound wave 702 irradiated to generate a flow in the liquid in the bottom of the reaction vessel is reflected by the reflector. 703 propagates from the outside of the reaction vessel as indicated by an arrow 704, and enters the reaction vessel to generate a flow 705 at the bottom of the reaction vessel. In the present embodiment, as a result, two sound waves are generated from the sound source. However, if the array sound source shown in FIG. 5 is used, such sound waves can be easily generated. As described above, even with the configuration shown in FIG. 7, the high efficiency of mixing similar to that of the embodiment shown in FIG. 2 can be obtained.

さらに図８に示した他の実施例では、図２と図７に示した実施例の構成を同時に実現するものである。すなわち図２および図７に示した実施例と同様に液面に向けて照射する音波８０１とそれを反射させて反応容器底部に再入射させるための反射体８０３、図７の実施例に示した反応容器外部から伝ぱさせて反応容器底部に入射させるための反射体８０４から構成されている。このような構成によって液面反応容器底部の液体を相乗的に流動化することを図っている。 Further, in another embodiment shown in FIG. 8, the configuration of the embodiment shown in FIGS. 2 and 7 is realized at the same time. That is, similar to the embodiment shown in FIG. 2 and FIG. 7, the sound wave 801 irradiated toward the liquid surface and the reflector 803 for reflecting it and re-entering the bottom of the reaction vessel, are shown in the embodiment of FIG. It comprises a reflector 804 for propagating from the outside of the reaction vessel and entering the bottom of the reaction vessel. With such a configuration, the liquid at the bottom of the liquid level reaction vessel is synergistically fluidized.

これまでの実施例では図５に示した音源一つと反射体を用いる事によって反応容器の液面部分と底面部分の２方向に音波を照射する構成であったが。２つの音源を独立に配置し、それぞれの音源から液面部および底面部に音波を照射しても、これまでの実施例と同様な効果が得られる。図９はその実施例である。液面部に向けて照射する音波９０１はこれまでに述べた実施例と同様である。図９に示した実施例ではこれまでに述べた実施例の反射体の代わりにさらにもう一つの音源９０２を設け、反応容器底部に向けて音波９０３を照射している。 In the previous examples, the sound source was irradiated in two directions, ie, the liquid surface portion and the bottom surface portion of the reaction vessel by using one sound source and a reflector shown in FIG. Even if two sound sources are arranged independently, and sound waves are irradiated from the respective sound sources to the liquid surface portion and the bottom surface portion, the same effect as in the previous embodiments can be obtained. FIG. 9 shows an example. The sound wave 901 irradiated toward the liquid surface portion is the same as in the embodiments described above. In the embodiment shown in FIG. 9, another sound source 902 is provided instead of the reflector of the embodiments described so far, and the sound wave 903 is irradiated toward the bottom of the reaction vessel.

なお、図２，図７，図８，図１０に示した実施例では構成要素として音源の他に反射体が重要な要素となっている。一般に、波の反射波は音響インピーダンス（媒体の密度と音速の積）の違いが大きいほど反射率が高くなる。従って、水中（恒温水中２０４）を伝ぱしてきた音波の反射体としてＳＵＳを材質に選定したが、上述した条件すなわち音響インピーダンスが異なるものであればその他の材質でも代用可能である。 In the embodiments shown in FIGS. 2, 7, 8, and 10, a reflector is an important element in addition to the sound source as a constituent element. In general, the greater the difference in acoustic impedance (product of medium density and sound speed), the higher the reflectivity of reflected waves. Accordingly, SUS is selected as the material for the reflector of the sound wave that has propagated in water (constant temperature water 204), but other materials can be substituted as long as the conditions described above, that is, the acoustic impedance is different.

これまでの実施例では各検査項目ごとに異なる液量すなわち液面高さに対応した音波の照射位置を制御するために図５に示した電極分割によってアレイ化した圧電素子の音源を用いていた。しかし、図１０に示すように音源に移動機構１０１を設けたものでも代用可能であることは言うまでもない。図１０に示した実施例では垂直移動１０２、および煽り１０３を調整できるため、液面に向けて照射する音波１０４の方向を任意に調整する事が可能である。このように液面に向けて照射する音波の方向を調整することで、液面に発生させる波の形態を最適に制御する事が可能となる。 In the embodiments so far, the sound source of the piezoelectric element arrayed by the electrode division shown in FIG. 5 is used in order to control the irradiation position of the sound wave corresponding to the different liquid amount, that is, the liquid level for each inspection item. . However, it goes without saying that a sound source provided with a moving mechanism 101 as shown in FIG. 10 can be substituted. In the embodiment shown in FIG. 10, since the vertical movement 102 and the ringing 103 can be adjusted, it is possible to arbitrarily adjust the direction of the sound wave 104 irradiated toward the liquid surface. Thus, by adjusting the direction of the sound wave irradiated toward the liquid surface, it is possible to optimally control the form of the wave generated on the liquid surface.

また、これまでに述べてきた実施例では２方向あるいは３方向から音波を照射する構成であったが、それ以上の複数の方向から照射してもよい。 In the embodiment described so far, the sound wave is irradiated from two or three directions, but irradiation may be performed from a plurality of directions beyond that.

本実施例で示した攪拌技術は主にサンプルと試薬の混合を非接触で行うものを例示したが、図１に示した洗浄機構１１１、すなわち反応容器の洗浄における反応容器内での洗剤液の流動化にも有効である。 The stirring technique shown in the present embodiment is exemplified mainly for non-contact mixing of the sample and the reagent. However, the cleaning mechanism 111 shown in FIG. 1, that is, the detergent liquid in the reaction container in the cleaning of the reaction container, is illustrated. It is also effective for fluidization.

生化学分析装置、免疫分析装置、ＤＮＡ分析装置等をはじめとする分析装置や複数の薬が供給されて攪拌される創薬装置、或いは攪拌装置として提供することもできる。 It can also be provided as an analytical device such as a biochemical analyzer, an immune analyzer, a DNA analyzer or the like, a drug discovery device in which a plurality of drugs are supplied and stirred, or a stirring device.

本発明の実施例である化学分析装置全体構成を示す傾視図である。It is a perspective view which shows the whole chemical analyzer which is an Example of this invention. 図１に示す実施例の部分の詳細を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the detail of the part of the Example shown in FIG. 本発明の化学分析装置における攪拌時の流動の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of the flow at the time of stirring in the chemical analyzer of this invention. 図２の反射体の面の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the surface of the reflector of FIG. 本発明の化学分析装置における音源を説明する図である。It is a figure explaining the sound source in the chemical analyzer of this invention. 本発明の化学分析装置における音源の駆動系を説明する図である。It is a figure explaining the drive system of the sound source in the chemical analyzer of this invention. 本発明の他の実施例の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the other Example of this invention. 本発明の他の実施例の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the other Example of this invention. 本発明の他の実施例の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the other Example of this invention. 本発明の他の実施例の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the other Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０２…反応容器、２０１…音波発生手段、５０４…駆動ドライバ、６０１…波形発生装置、６０３…副波形発生装置、６０５…乗算回路、６０７電力増幅器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 102 ... Reaction container, 201 ... Sound wave generation means, 504 ... Drive driver, 601 ... Waveform generator, 603 ... Sub waveform generator, 605 ... Multiplication circuit, 607 power amplifier.

Claims

分析対象物となるサンプルと試薬とを反応容器内に注入し、前記反応容器へ音波を照射して攪拌する化学分析装置において、
前記音波を発生する圧電素子と、該圧電素子を駆動する駆動ドライバと、を備え、
前記駆動ドライバは、照射する前記音波の基本周波数の振動波形を発生する波形発生装置と、前記振動波形より低い周波数の振動波形を発生する副波形発生装置と、
前記振動波形及び低い周波数の振動波形の乗算波形を生成する乗算回路と、前記乗算波形の電力増幅を行う電力増幅器と、を備え、前記音波を前記反応容器内に間欠的に照射するものであり、更に前記波形発生装置は所定の周波数幅で周波数変調する機能を備えたことを特徴とする化学分析装置。 In a chemical analyzer that injects a sample and a reagent to be analyzed into a reaction vessel, and irradiates the reaction vessel with sound waves to stir,
A piezoelectric element that generates the sound wave; and a drive driver that drives the piezoelectric element;
The drive driver includes a waveform generator that generates a vibration waveform having a fundamental frequency of the sound wave to be irradiated, a sub-waveform generator that generates a vibration waveform having a frequency lower than the vibration waveform,
A multiplication circuit for generating a multiplication waveform of the vibration waveform and a low-frequency vibration waveform; and a power amplifier for amplifying the power of the multiplication waveform , and intermittently irradiating the sound wave into the reaction vessel. further wherein the waveform generator is a chemical analysis apparatus characterized by having a function of frequency modulation with a predetermined frequency width.