(57)【要約】【課題】所定量の流体がポンプの動作によってコンジットを通って移動したかどうか決定するために流体ポンプの動作によってコンジットを通る流体フローを検知する方法を改良すること。【解決手段】流体フロー検知方法は、コンジット52内の圧力を測定すること、ポンプの動作によって前記コンジット52を通る流体の動きに関連した前記コンジット52内の圧力の増加の期間を決定すること、増加した圧力の前記決定した期間と、所定量の流体が前記コンジット52を通って移動されることが期待される期間とを比較すること、を含む。【選択図】図７
2010019862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定量の流体がポンプの動作によってコンジットを通って移動したかどうか決定するために流体ポンプの動作によってコンジットを通る流体フローを検知する方法であって、
前記コンジット内の圧力を測定すること、
前記ポンプの動作によって前記コンジットを通る流体の動きに関連した前記コンジット内の圧力の増加の期間を決定すること、
増加した圧力の前記決定した期間と、所定量の流体が前記コンジットを通って移動されることが期待される期間とを比較すること、
を含む流体フロー検知方法。
【請求項２】
更に、その増加した圧力の決定された期間と所定量の流体が前記コンジットを通って移動されることが期待される期間の範囲とを比較することを含む、請求項１に記載の流体フロー検知方法。
【請求項３】
圧力の前記増加の期間は、
前記コンジットを通る強制的な流体の動きの開始に関連した圧力の初期増加に対応する圧力増加時間を決定すること、
前記コンジットを通る強制的な流体の動きに関連した増加した圧力値を下回る圧力降下に対応する圧力降下時間の決定すること、および
前記圧力降下時間から前記圧力増加時間を引くことによって、決定される、請求項１又は２に記載の流体フロー検知方法。
【請求項４】
更に、前記ポンプの動作に起因して前記コンジットを通る強制的な流体の動きに関連したコンジット内の増加した圧力の期間、圧力信号の時間積分を計算し、その計算された積分値と所定量の流体がコンジットを通って移動することが期待される値とを比較することを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の流体フロー検知方法。
【請求項５】
更に、その計算された積分値と所定量の流体が前記コンジットを通って移動されることが期待される値の範囲とを比較することを含む、請求項４に記載の流体フロー検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は2000年2月29日付提出に係る米国仮特許出願第60/185,741号の優先権の利益を主張するものであり、その内容は全て引用文としてこの明細書に導入される。
【０００２】
この発明は、流体搬送プローブを通過する流体の動きを確認するための、および／又は前記流体搬送プローブによって導入されたコンテナ内の流体表面を検出するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
自動分析装置は、特に生物学上のサンプル中における特定の分析物あるいはそのグループの存在あるいは分量を分析し決定するために、保健研究においてまた臨床研究所によって一般的に用いられている。分析対象となる典型的な生物学上のサンプルには、血液、尿、脳脊髄液、膿、精液、唾液、便、植物、水および土壌が含まれる。生物学上のサンプルの中で一般に目標とされる分析物には、抗体、抗原、ヌクレイン酸、毒素および他の薬品が含まれる。臨床家は、高度な処理能力、安い労働経費および偽あるいは誤解を招く結果に導くことがあるヒューマンエラーに関する限界のために、特にマニュアル手続きよりも自動解析器を好むものである。最も有用なものとするためには、解析器は、好ましくは分析のサンプル準備およびサンプル処理ステップの双方を自動化する。
【０００４】
サンプル準備は、分析のためにサンプル・コンテナから反応容器まで流体サンプルを搬送する自動流体搬送システムによってなされても良い。自動流体搬送システムは、1つ以上の分析試薬をそれぞれのコンテナあるいは関連するリザーバからサンプル保持反応容器へ搬送するためにも用いられ得る。与えられた分析物のための適切なサンプル処理ステップを処した後に、少なくとも1つの特に目標とされた分析物の存在あるいは量を測定するために、反応容器の中身が自動解析器によって調べられることがある。サンプル内における目標とされた分析物を検出することは、特定の病原体がサンプルにおいて存在することを示唆するかもしれないし、あるいは、治療摂生法を決定したり適用するのに役立つ特定の疾患条件あるいは状態を示唆するかもしれない。
【０００５】
流体搬送システムは、通常、搬送プロセスに必要な吸入および分配機能を実行するための、自動的に制御されたアーム上に操作可能に設けられた流体搬送プローブと、コンジットシステムによってプローブに連結されたポンプとを含んでいる。流体搬送操作中に、ロボットのアームは、システム・コントローラのコマンドの下で、プローブのチップがコンテナ中の流体表面に達する流体の位置を決める。吸入中にプローブ内に空気が入ることを回避し、かつプローブが流体中に不必要に沈められて流体残留物が一つのサンプルから別のサンプルにプローブの外部に付着して運ばれた場合に起こりうる相互汚染を回避するためにも、プローブの先端が流体表面にちょうど維持されることが望ましい。従って、自動流体搬送プローブの望ましい特徴は、プローブが流体を含んだ容器へ降下しているときに、プローブ先端が流体表面に接触したことを検知することができるようにした手段である。
【０００６】
プローブ先端を流体表面に維持した状態で、注射器タイプ・ポンプ等のポンプが、プローブにコンテナから一定量のサンプルあるいは試薬流体を吸引するように作動される。吸引された流体の量は、プローブから分配されるアリコートの体積および数に相当するであろう。流体搬送プローブは、その後反応容器上の位置へ移動され、流体の正確なアリコートが分配される。テストで正確な結果を確保するためには、予め決められた容積のサンプルを正確に吸引し、反応容器に分配しなければならない。従って、自動流体搬送プローブの別の望ましい特徴はプローブから分配された流体の自動検証である。
【０００７】
プローブ先端がコンテナ内の流体表面といつ接触したかを自動的に判定するための別の装置および方法は、利用可能な文献で提案されている。例えば、いくつかの表面検出センサはキャパシタンスに基づいて演算する。プローブは、もし金属等の導電性コンジットからなるものであれば、測定可能な量の電気的キャパシタンスを示すであろう。プローブ先端が流体表面と接触すると、流体の誘電率が高くなりかつ表面積が大きくなって、プローブのキャパシタンスが僅かではあるが測定可能な程度に増加する。
【０００８】
流体搬送プローブへ組み込むための他の表面検出機構は、互いに同軸に配置された管状エレメント(例えば米国特許第5,304,347号および第5,550,059号参照)あるいはプローブの長手方向に沿って間隔をあけて平行に配置された長い導体(例えば米国特許第5,045,286号および第5,843,378号参照)などの２つあるいはそれ以上の電極を含むものである。プローブが流体表面と接触したとき、流体は、それは両方の電極を同時に接触させるものであるが、電気的に互いに電極を接続する。電圧が電極の両端に印加されると、流体表面と接触した電極によって引き起こされた電気的な結合は、電極間の電圧降下の測定可能な変化となる。
【０００９】
米国特許第5,013,529号および第5,665,601号は、プローブの先端を通じて一定圧力ガスが放出される、流動ラインに接続された圧力センサを組込んだ表面検出装置について記述している。先端が流体表面と接触し、そのためにガス放射オリフィス(つまりプローブの端部開口)を封鎖すると、測定可能な圧力変化が生ずる。米国特許第6,100,094号は、光を軸方向に沿ってあるいは先端から放射する光学エミッタを有する表面検出装置について記述している。光は、流体表面から先端に反射されてその先端内に配置された光センサーに至る。その先端が流体表面と接触するとき、光センサーに反射された光の量は探知しうる程度に変化する。
【００１０】
上述した従来の表面検出センサは、それぞれ問題点を有する。例えば、容量性表面センサで適切な精度および繰り返し性を達成することは困難かもしれない。なぜなら、プローブが流体表面と接触するときに生ずるキャパシタンスの変化は非常に小さいものでありこれを検知することは困難だからである。このことは、流体が低い誘電率の伝導性流体である場合に特に該当する。更に、生ずるキャパシタンス変化が小さいために、容量性表面検出センサは、隣接する動的構造物あるいはプローブおよび／またはコンテナに含まれる流体の量の変化によって引き起こされる迷容量の変動によって、不正確になりやすい。
【００１１】
電極が並置され或いは同軸配置された、現在までに構築された２電極表面検出装置は、複雑であり厄介なものである。定圧ガスを放射する表面検出装置は、その流体の乱流や、泡立ちおよび／または霧化さえを引き起こすことがある。光学センサの効率は、光学エミッタおよび／またはレシーバーの残留物あるいは他の付着物のために低下することがある。
【００１２】
他の装置および方法が、プローブからの流体の吸入および／または放出しの確認に関して利用可能な文献に記述されている。例えば、米国特許第6,121,049号は、プローブ内に吸引された流体コラムを保持するために必要な圧力を測定することができ、かつ適切な量の流体が吸引されたかどうか決定するために所定の基準と比較することができるシステムについて記述する。適切な吸入を確認することによって、適切な後の流体の放出を、理論的に、推測することができる。米国特許第5,559,339号は、それぞれエミッタレシーバー対を備え、ピペット・チップに隣接配置された光センサーを備えたシステムについて記載している。チップから流れる流体はエミッタとレシーバー間の電磁気ビームを壊し、それによって流体の流れが分かる。適切な量の流体が分配されたかどうかを決定するために流体フローの期間をモニターすることができる。
【００１３】
そのような流体フロー検証装置は、その効率を制限することがあるという欠点がある。吸引された流体コラムを保持するのに必要な圧力を測定する圧力センサーは、流体が適切に吸入されたかどうかを確認するのには有効かもしれない。しかし、システム漏れあるいはプローブを妨害する閉塞によって流体の放出が中断されることもあるので、そのようなセンサーは必ずしも適切な流体の放出を確認することはできない。更に、そのような装置は、プローブから反応容器へ流体を放出するに先立ってそのプローブへ流体を吸入することを含む流体の放出手順にのみ役立つものである。そのような装置は、流体が流体搬送プローブを介してリザーバから直接汲み上げられ、まず別のコンテナから吸引されることなく反応容器へ搬送される流体搬送システムのための情報の確認を提供しないだろう。
【００１４】
光学エミッタおよびレシーバーを使用する表面検出装置でのように、電磁気のビームの放射あるいは受信に干渉する残余の蓄積または他の砕片によって、流体フローを確認するために用いられる光学センサの効率が低下することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第5,304,347号明細書
【特許文献２】米国特許第5,550,059号明細書
【特許文献３】米国特許第5,045,286号明細書
【特許文献４】米国特許第5,843,378号明細書
【特許文献５】米国特許第5,013,529号明細書
【特許文献６】米国特許第5,665,601号明細書
【特許文献７】米国特許第6,121,049号明細書
【特許文献８】米国特許第5,559,339号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、先行技術文献にこれまで記載された装置および方法は、更なる改良が必要である。さらに表面検出および流体の搬送検証は矛盾のない正確な自動流体搬送プローブの重要な特徴であるが、先行技術文献は、単一の流体搬送プローブ内の表面検出および流体搬送検証の結合した能力の提供に関して簡易、有効かつ正確な方法および装置について記述するものではない。最後に、先行技術文献は、二次的で余分な手段が適切な流体搬送の誤った徴候に対して保護すべき流体搬送を確認するために使用される流体搬送検証方法あるいは装置について記述するものではない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、上述した表面検出および流体搬送検証装置の欠点を克服し、改良するものである。
【００１８】
詳細には、本発明は、流体搬送プローブの流体フローコンジット部分を形成する縦方向に間隔を置いて電気的に分離された1対の電極を備えたセンサー機構を含む。第1電極は、チップの上流側の流体搬送プローブの部分に沿って配置されており、第2電極はプローブのチップに配置されている。発信信号が送信アンテナとして機能する第1電極から送信され、そして送信された信号の一部が受信アンテナとして機能する第2電極によって受信される。第2電極によって受信された信号の特性、すなわち振幅および/または信号の位相差は、流体搬送プローブのチップが流体表面と接触する時、および／または第1及び第2電極間のコンジットを通る流体フローがある場合に、変化する。受信信号をモニターすることによって、センサーはその関連するインタフェース回路と共に、表面検出および流体搬送検証の両方を行うことができる。流体の特性、すなわち流体がイオン流体であるか非イオン流体であるかに応じて、受信信号の振幅あるいは位相は、もっと明確な変化を示すことがある。少なくとも、このセンサーは如何なるタイプの流体の表面検出および流体搬送検証にも有効である。
【００１９】
このセンサーは、流体搬送中に内部システム圧力をモニターするための圧力センサーを組込むことにより増強することが可能である。意図した流体搬送中に得られた圧力信号プロフィールは、特定の流体の適切な搬送が期待されるプロフィールに比較して優れているかどうかを決定することにより、その流体搬送を確認することができる。このように、圧力センサーは第2電極によって受信された信号をモニターすることによって得られた流体搬送検証を提供するために二次的な重複する検証を提供する。適切な流体搬送を確認する好ましい方法においては、第2電極によって受信された信号の振幅をモニターし、あるいは送信信号と受信信号との位相差を所期する流体搬送中にモニターする(振幅と位相差の信号は一般的に「チップ信号」と呼ばれる)。特に、チップ信号は、流体搬送の意図する開始に近い時間から流体搬送の意図する終了に近い時間まで積分される。さらに、チップ信号変動性は、開始時間から終了時間まで解析される。チップ積分値およびチップ信号変動は、伝えられている特定の流体の適切な搬送に関して実験的に決定された容認された値と比較され、そしてそれらが許容限度内でない場合、エラー信号が生成される。
【００２０】
チップ信号は、第1及び第2電極間の流体フローの連続性を示す。電極間の流体フロー内の不連続を示すものである(ポンプ機能不全、プローブ閉塞、分配されあるいは吸引された流体内の気泡、分配するのに不十分な流体等に起因する)。チップ信号が不規則であると、容認された範囲内でないチップ信号積分値および／又はチップ信号変動となる。一方、容認された範囲内であるチップ信号積分値およびチップ信号変動は、意図した流体搬送の期間を超えて規則的なチップ信号を示し、従って適切な流体搬送であることを示す。
【００２１】
同様に、圧力信号も適切な流体搬送を確認するために得られ分析される。特に、流体搬送を開始すると、定常状態の静止した値から圧力信号が検知可能な程度に上昇し、また流体搬送が終了すると圧力が定常値に向けて検知できる程度に低下する。流体圧力信号の急増および低下が見つけられて、パルス幅と称される急増と低下間の経過時間が決定される。さらに、圧力信号はパルス幅の間、積分される。圧力積分およびパルス幅は、搬送中の特定の流体の適切な搬送を実験的に決定する容認された値と比較され、もしそれらが許容限度内でない場合、エラー信号が生成される。その圧力信号は、意図する流体搬送中における圧力レベルの連続性を反映する（例えば、ポンプ機能不全、プローブ閉塞、分配され或いは吸引された流体内の空気泡、分配に利用可能な不十分な流体に起因する）。圧力信号の不規則性があると、容認された範囲内にない圧力信号積分および／またはパルス幅になる。一方、容認された範囲内にある圧力信号積分およびパルス幅は、意図する流体搬送中に適切な期間規則的な圧力信号があったことを示し、従って適切な流体搬送があったことを示す。従って、圧力センサーは、第1および第2電極によって提供された流体搬送検証を確認するための補助的な流体搬送検証を提供する。
【００２２】
本発明のセンサーは互いに縦方向に間隔をおいて配置され、流体搬送プローブコンジットの一部を構成する２つの電極を持っているので、構成が簡易で目立たず、また流体搬送プローブの外形寸法をほとんど増加させるものではない。さらに、そのセンサーは、上述した先行技術のセンサーに見られるような欠陥がない。特に、本発明のセンサーは、標遊のシステム・キャパシタンスに敏感ではなく、流体のイオン特性にかかわらず有効であり、潜在的に信頼性の低い光学センサーに依存せず、かつ吸引されるべき流体を妨害することがあるガス圧力流を放出することもない。
【００２３】
本発明の、操作方法、および構造物の要素の機能および相互関係を含む、他の目的、特徴および特性は、いずれも開示の一部である、添付図面を参照して、後述する記載および添付クレームを考察することにより一層明確なものとなるであろう。参照番号は各種図面中の対応部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ロボット工学的な物質搬送機構の斜視図である。
【図２】物質搬送機構内で具体化された流体搬送システムの概略図である。
【図３】本発明に係る流体分配及び流体表面検証装置を組込んだ流体搬送プローブの斜視図である。
【図４】流体搬送プローブ上部の部分的側面図である。
【図５】図3のV-V線に沿った流体搬送プローブの部分的断面図である。
【図６】分配および表面検証装置の一部であるセンサー・アセンブリと共に用いられるリボンケーブル・アセンブリの縦断面図である。
【図７】流体搬送プローブのセンサー・アセンブリの断面図ある。
【図８】センサー・アセンブリに接続されたリボンケーブル・アセンブリを示すセンサー・アセンブリの部分的断面図である。
【図９】流体搬送プローブのセンサー・アセンブリの他の実施態様の断面図である。
【図１０】分配および表面検証システム中の電気的検知及び検出回路を示すブロック図である。
【図１１】分配および表面検証インタフェース回路の詳細なブロック図である。
【図１２】分配および表面検証システムのインタフェース回路の位相検波器回路の回路図である。
【図１３】インタフェース回路の自動チューニング回路の回路図である。
【図１４】分配および表面検証システムによって生成された、典型的な圧力時間信号および典型的なセンサー・アセンブリ時間信号のプロットを示す。
【図１５】流体搬送システムを通って移動する流体内に流入する空気量を変えることにより影響された圧力-時間信号のプロットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明に係る流体分配および流体表面検証システムが操作可能に組み合わされるロボット工学的な物質搬送機構が、図1に参照番号20で総括的に示されている。本発明に係る分配および表面検証システムを具現化しうるロボット工学的物質搬送機構20は、カリフォルニア州サニーヴェールのカヴロ社（Cavro Inc.）のモデル番号第RSP9000ロボット工学的サンプル・プロセッサのような既製の装置であっても良い。
【００２６】
一方、本発明の分配および表面検証システムが、主として図1に示されるようなロボット工学的物質搬送機構への組み込みの文脈においてここに記述されているが、このシステムも、また、自動流体搬送機能を実行するものあるいは流体分配検証および／または流体表面検出が要求されるあるいは適切であるような任意の機構に組み入れることが可能である。
【００２７】
前記ロボット工学的物質搬送機構20は、流体搬送コンジット・アセンブリ52を有し、X、YおよびZ軸動作を可能とするためにガントリーアセンブリ上に取り付けられた流体搬送プローブ50を備えている。特に、流体搬送プローブ50は縦並進ブーム24に取り付けられ、この縦並進ブーム24は横並進ブーム22上に取り付けられて該横並進ブーム22で支持されている。流体搬送プローブ50は、縦並進ブーム24および横並進ブーム22に沿って移動させるためのハウジング26内に配置されたモータによって、水平面内でX-Y動作しうるようになされている。
【００２８】
図示実施態様において、ハウジング26内の並進モータ（図示略）は、横並進ブーム22に沿って形成されたトラック28と協働する駆動装置に動力を供給して、ハウジング26および縦並進ブーム24を横並進ブーム22に沿って往復動させる。縦並進ブーム24に沿った流体搬送プローブ50の動作は、ハウジング26内に収容され、例えば縦並進ブーム24内に配置され、流体搬送プローブ50に取り付けられたエンドレスベルトにつながれたモータ(図示略)あるいは、それ自身の軸回りに回転するスクリューに沿ってプローブをスクリューに沿って移動させるために流体搬送プローブ50に螺合連結されたリードスクリューによって達成されるようにしても良い。例えば、別のモータ（図示略）が、縦並進ブーム24に沿って物質搬送機構20上を移動可能となされており、流体搬送プローブ50のZ軸動作、即ち垂直動作をもたらすように、リードスクリュー、又はラックおよびピニオンの配置を介して流体搬送プローブ50に連結されている。
【００２９】
流体搬送コンジット・アセンブリ52は、縦並進ブーム24の下に配置されたチューブプロテクタ・ブロック54へ伸びている。好適にはステンレス鋼管からなる硬質チューブ延長部34は、縦並進ブーム24上のある位置で終わる、縦並進ブーム24内に形成されたピペット・スロット30を通って上方へ伸びている。
【００３０】
流体搬送は、流体を好ましくはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなるフレキシブルチューブ32を介して硬質チューブ延長部34および流体搬送コンジット・アセンブリ52へ送給するポンプ36によって好適に実行される。フレキシブルチューブ32、固い延長部分34および流体搬送コンジット・アセンブリ52とで、ポンプ36が流体搬送プローブ50によって分配された流体を流動させる、コンジットシステム33の少なくとも一部分を構成する。
【００３１】
特に、ポンプ36は、カヴロモデル番号XL 3000モジュールディジタル・ポンプ（Cavro Model Number XL 3000 Modular Digital Pump）のようなシリンジポンプであることが望ましい。他のタイプのポンプを用いても良い。ポンプ36は、オプショナルな多重ポート(好ましくは3ポート)ロータリーバルブ38に連結されても良い。フレキシブルチューブ32はバルブ38の出力ポートに接続され(バルブを用ない場合にはポンプ36に直接接続され)、硬質チューブ延長部34の基端部に接続されている(図1および2参照)。
【００３２】
図面中に示された例示的な実施態様においては、流体搬送ライン37は、流体を参照番号35として一般的に示した流体リザーバあるいはコンテナからバルブ38へ搬送する。多重ポートロータリーバルブは、リザーバ35(そこから流体がポンプ36によって流体搬送システムへ取り出される)から流体搬送プローブ50にポンプが切り替えられるようにするものであって、それによって流体搬送システム中の流体が流体搬送プローブ50を介してポンプ36によって運ばれる(つまり分配される)ことが可能になる。多重ポートロータリーバルブは、ポンプによって複数の流体リザーバおよび／または複数の流体搬送プローブをポンプを介して交互に相互に連結することを可能にしている。
【００３３】
流体が、流体のコンテナ内に適切に作用するように配置された流体搬送コンジット・アセンブリ52を直接通じてポンプ36によって流体コンジットシステム33に引き込まれるようにしても良い。後述するように、流体搬送コンジット・アセンブリ52を適切に配置すると、分配および表面検証システムの表面検出能力が促進される。
【００３４】
本発明の分配および表面検証システムは、ポンプ36と流体搬送プローブ50との間のフレキシブルチューブ32に沿って位置するインライン圧力センサー40を含んでいる。圧力センサー40は、流体(純粋な液体あるいは溶液、混合物、スラリ、懸濁などを含む)が流体搬送コンジット・アセンブリ52、硬質チューブ延長部34およびフレキシブルチューブ32によって定義された流体コンジットシステム33の一部に沿ってポンプ36によって移動したときに検知する。
【００３５】
特に、センサー40は、流体の成分に基づいて流体フローに対する抵抗を識別することができる。このように、センサー40によって表示された圧力は、コンジットを通って移動した空気に対するものよりもコンジットを通って移動した液体に対するものと識別可能に異なるであろう。好ましいセンサーは、ハネウェル社製モデル26PCBFG5Gフロースルー圧力センサーである。というのは、これは周囲温度の変化を補償する自己調整センサーだからであり、またセンサーの内部に位置する感圧性ダイアフラムに付けられた電子歪みゲージを保護するシリコーン・シーリングを備えた頑丈な装置だからである。圧力センサー40の機能および動作については、詳細に後述する。
【００３６】
流体搬送プローブ50につき、図3ないし図5を参照しつつ説明する。チューブプロテクタ54は、長方形の固体の一般的な形状を有するものとして図面中に示された上側部56、および図面で示されたようなほぼ円柱状の形状を有する下側部58からなる。スルーホール57は上側部56を通って成形されており、またスルーホール59は下側部58を通って成形されている。一直線に配置されたスルーホール57および59には、流体搬送アセンブリ52の搬送チューブ102が挿嵌されている。チューブプロテクタ54の上側部56および下側部58は、好ましくは高分子材料で形成され、最も好ましくはレクサン（Lexan：登録商標）のような注入成形熱可塑性物質で形成される。
【００３７】
ケーブル・コネクター・ハウジング62は、その一つの部分でチューブプロテクタ54に、また他の部分で搬送チューブ102に付けられている。ケーブル・コネクター・ハウジング62は上側部76、傾斜部78およびチューブ連結部80を含んでいる。ケーブル・コネクター・ハウジング62も、好ましくはレクサン（Lexan：登録商標）のような注入成形熱可塑性物で形成される。押出成形アルミニウム・ブラケット42は、インサート成形方法によってケーブル・コネクター・ハウジング62の一部を構成している。ブラケット42のフランジ48は、ケーブル・コネクター・ハウジング62から突出しており、フランジ48に形成された開口部を通りかつチューブプロテクタ54に延びた１又は複数のファスナー44によってチューブプロテクタ54に取り付けられている。
【００３８】
円筒状開口部82がチューブ連結部80内に形成されている。チューブ連結部80の底端84はスルーホール86を有し、それゆえ円筒状開口部82を部分的に閉鎖している。ストップエレメント53が搬送チューブ102の長さ方向の中間位置へ取り付けられている。好ましい実施態様において、前記ストップエレメント53および搬送チューブ102のいずれもステンレス鋼で作られており、ストップエレメント53はろう付けにより搬送チューブ102に取り付けられている。
【００３９】
搬送チューブ102の寸法(つまり長さ、内径および外径)は、用途によって異なる。ケーブル・コネクター・ハウジング62は、搬送チューブ102を、ストップエレメント53がこれに一致するような寸法および形状に成形された開口部82内に収容されるまで、スルーホール86に挿入することによって、搬送チューブ102に取り付けられる。スルーホール86の直径は、円筒状開口部82の内径およびストップエレメント53の外径より小さい。したがって、ストップエレメント53は、チューブ連結部80の底端84で底に達する。チューブ連結部80は、開口部82を満たすエポキシ樹脂によって、ストップエレメント53および搬送チューブ102に固定されている。好ましいエポキシ樹脂としては、ハッケンサック、ニュージャージー州、マスターボンド社（Master Bond, Inc.）の商品番号EP 42HTが利用可能である。
【００４０】
図示実施態様においては、プラスチックスペーサ・エレメント60は、チューブプロテクタ54の下側部58とケーブル・コネクター・ハウジング62のチューブ連結部80の間に配置されている。下側部58はスペーサ・エレメント60に当たって止まり、スペーサ・エレメント60は、下側部58の底端が傾斜部78の上端部と接触したときに、チューブ連結部80の上端と下側部58の底端との間に形成された隙間を満たし、それによって下側部58がチューブ連結部80の上端縁と接触しないようになされている。もちろん、下側部58およびチューブ連結部80の形状寸法が、下側部58がチューブ連結部80上に、傾斜部78によってブロックされることなく、直接置かれ得るものである場合には、スペーサ・エレメント60を省略しても良い。
【００４１】
盲穴73が、ケーブル・コネクター・ハウジング62の上側部76内に形成されている。図示された好ましい実施態様においては、ブラケット42の円筒状セクション46が、開口部73の側部を形成している。同軸ケーブルコネクター68は開口部73の口部で上側部76の上端に、好ましくはコネクター68の下端69を円筒状セクション46の上端に挿入することによって、取り付けられている。適切なケーブルコネクターとして、カリフォルニア州サンタローザのレモ社(Lemo, Inc.)製、モデル番号ERA O125DLLを利用することが可能である。外部同軸ケーブル64は、後述のインタフェース回路へ信号を送信するためにコネクター68に取り付けることができる。
【００４２】
共軸リボンケーブル66は、リボンケーブル66の露出端上にかしめられたリボン・コネクター・インタフェース70によって、ケーブルコネクター68に電気的に接続されている。図6は、リボンケーブル66の縦断面を示す。図6に示すように、リボンケーブル66はその中心にケーブル66の全長に亘って延びた導電性コア90を有する多層膜構造物からなる。
【００４３】
コア90は、好ましくは厚さ0.003インチおよび好ましくは幅0.03インチの銅ストリップであることが好ましい。好ましくはポリエステルからなる内側絶縁層91がコア90を覆っている。銀の遮蔽層92が、コア90および内側絶縁層91を完全に囲むように内側絶縁層91上に吹き付け形成されている。テフロン（登録商標）系材料の外側絶縁層93はコア90、内側絶縁層91および銀の遮蔽層92を完全に囲むように銀の層92の上に吹き付け形成されている。
【００４４】
ケーブル66の一端部(図においては右端)では、内側および外側絶縁層91および93および銀の遮蔽層92が、コア90の露出セクション94を提供すためにコア90から取り除かれている。露出セクション94はリボン・コネクター・インタフェース70経由でコネクター68へ取り付けられる。
【００４５】
ケーブル66の反対側端部（図においては左側）では、外側絶縁層93、銀の遮蔽層92および内側絶縁層91の半分が、内側絶縁層91の部分98が露出セクション99に接合された状態でコア90の露出セクション99を提供するように、ケーブル66から取り除かれている。露出セクション98および99の直ぐ右では、銀の遮蔽層92および外側絶縁層93の部分は内側絶縁層91の露出セクション97を形成するために、ケーブルから取り除かれている。露出セクション97の直ぐ右では、銀の遮蔽層92の露出セクション96がそこから除去された外側絶縁層93を有する。
【００４６】
これから分かるように、ケーブル66の両端の層は段状に形成されている。このように段状に形成した目的を以下に述べる。
【００４７】
リボンケーブル66は、好ましくは、ケーブル・コネクター・ハウジング62の上側部76の下端内にインサート成形されており、開口部73内にのびている。ケーブルコネクター68および開口部73へ達するリボンケーブル66の部分は、開口部73を充填するエポキシ樹脂によってケーブル・コネクター・ハウジング62に固定されている。特に、開口部73は、好ましくはマスター・ボンドEP-21TDC/S銀エポキシ樹脂を含む下側エポキシ樹脂層74、および好ましくはマスター・ボンドEP-30エポキシ樹脂を含む上側エポキシ樹脂層72で充填されている。
【００４８】
異なる2つのタイプのエポキシ樹脂がリボンケーブル66を固定するために用いられている。というのは、異なるエポキシ樹脂が、ケーブル66の露出セクションと非露出セクションとで異なって反応するためである。マスター・ボンドEP-21 TDC/S銀エポキシ樹脂は下側エポキシ樹脂層74中に用いられている。なぜなら、この種のエポキシ樹脂が腐食性であり、コネクター70付近のコア90の露出部分94を損傷するからである。
【００４９】
一方、上側エポキシ樹脂層72の中に用いられたEP-30エポキシ樹脂は、露出部分94に対して腐食性ではないが、絶縁保護層91の露出セクション95に付着しない。EP-21TDC/Sエポキシ樹脂は絶縁保護層91に付着して、開口部73内のリボンケーブル66の覆われた部分を固定する。リボンケーブル66の層91は、EP-21TDC/Sエポキシ樹脂の腐食性効果からケーブル66のコア90を保護する。
【００５０】
これに代えて、ケーブル66は、実質的にその露出端94だけが開口部73よりも短い上側部76の開口部へ達するように、ケーブル・コネクター・ハウジング62の上側部76内にインサート成形されたものであっても良い。従って、下側エポキシ樹脂層74を除去することができ、またケーブルをマスター・ボンドEP-30エポキシ樹脂のような非腐食性エポキシ樹脂の単一層によってハウジング62内にセットすることができる。
【００５１】
流体搬送コンジット・アセンブリ52の詳細を図7を参照しつつ説明する。このアセンブリ52は、硬質チューブ延長部34から下降してチューブプロテクタ54およびケーブル・コネクター・ハウジング62のチューブ連結部80を通って延びた搬送チューブ102を備えている。既に示唆したように、搬送チューブ102は、好ましくはステンレス鋼から作られ、その末端に先細チップ104を有する。
【００５２】
センサー・アセンブリ100は、搬送チューブ102の末端に配置されている。センサー・アセンブリ100は、搬送チューブ102の先細チップ104上に嵌め込まれた一端を有する絶縁スリーブ112を含んでいる。この絶縁スリーブ112は、好ましくはポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)から造られたチューブからなる。
【００５３】
この絶縁スリーブ112の別の適切な材料はポリテトラフルオロエチレン(PTFE)である。なぜなら、PTFEはPETほど望ましくないがタンパク質付着物がPTFE上に成形され、これらの付着物がわずかに伝導性だからである。チップエレメント106は、搬送チューブ102の末端から軸方向に間隔を隔てるようにして、絶縁スリーブ112の反対の端へ差し込まれている。チップエレメント106は、好ましくは上側セクション110および下側セクション108を定義する可変外径のステンレス鋼チューブであり、それによって上側セクション110は下側セクション108より大きな外径を持っている。
【００５４】
上側セクション110の寸法は、絶縁スリーブ112を構成する市販物質の寸法に一致している。下側セクション108は、流体搬送コンジット・アセンブリ52が流体を運び込む容器の開口部の寸法より小さな内径および外径を持つように作られている。しかしながら、チップ106が異なる内径および／または外径の2つのセクションを持っていることはセンサー・アセンブリ100の動作に必要なものではない。
【００５５】
絶縁スリーブ112は、エポキシ樹脂、好ましくはマスター・ボンドEP-42HTエポキシ樹脂によって、搬送チューブ102およびチップエレメント106に固定されている。
【００５６】
チップ・インタフェース・エレメント114は、絶縁スリーブ112の下端に固定されている。チップ・インタフェース・エレメント114は、好ましくはステンレス鋼で作られるものであるが、絶縁スリーブ112の下側部の外周面上にぴったりとフィットする寸法に設定された内径を有する上側のほぼ円筒状セクション115と、下端がチップエレメント106の上側セクション110上にぴったりとフィットする寸法に設定された内径を有する狭いネックセクション116とを有する。
【００５７】
チップ・インタフェース・エレメント114の円筒状セクション115の内面は、エポキシ樹脂、好ましくはマスター・ボンドEP-42HTエポキシ樹脂によって絶縁スリーブ112の外側に固定されている。ネックセクション116は、レーザマイクロ溶接によって、チップエレメント106に固定されている。共軸リボンケーブル66は、ケーブル・コネクター・ハウジング62から搬送チューブ102および絶縁スリーブ112の外側に沿って下方へ延びており、そのケーブル66の露出セクション118がチップ・インタフェース・エレメント114に取りつけられている。後述するように、カバー・スリーブ120はセンサー・アセンブリ102をカバーしている。
【００５８】
図8は、共軸リボンケーブル66がアセンブリ100に取り付けられた好適態様を図示した、センサー・アセンブリ100の下端の拡大縦断面を示す。わかりやすくする目的で、カバー・スリーブ120は図8では示されていない。
【００５９】
図8に示されるように、ケーブル66の露出セクション99は、チップ・インタフェース・エレメント114の上側セクション115へはんだ付けされている。チップ・インタフェース・エレメント114にはんだ付けされた辺と反対側の露出セクション99の一側部上の絶縁層91の露出セクション98は、コア90によって拾い上げられたノイズ（つまり標遊する望まれない電気的な放射、emi、emf）を最小限にすると共に、カバー・スリーブ120（図8では図示略）と露出セクション99との間に保護層を提供するものである。
【００６０】
層91の短いセクション97は、チップ・インタフェース・エレメント114と銀の遮蔽層92のセクション96との間にセパレーションを提供して、チップ・インタフェース・エレメント114と銀の遮蔽層92との接触を防ぐことによってケーブル66内のノイズを更に抑制する。銀の遮蔽層92の露出セクション96によって形成されたケーブル66の段状構成は、露出セクション98、99のケーブルの薄い端部と、搬送チューブ102の側部に取り付けられたケーブル66の全厚との間を緩やかな変化にして、スリーブ120が比較的緩やかな変化でカバーできるようになっている。これによりスリーブ120がアセンブリ100上に容易にフィットしうるようになると共に、スリーブ120に裂け目を引き起こすことがあるアセンブリ100の太さの急激な不連続性が除去される。
【００６１】
銀の遮蔽層92は、銀の遮蔽層92の部分を露出し、かつその露出部分を、図8に参照番号101で概略的に表示した銀ろうあるいは伝導性銀エポキシ樹脂によって、搬送チューブに接続することによって、該搬送チューブ102に接地されている。
【００６２】
チップエレメント106は、その内面および外面が、デュポン社（ E. I. du Pont de Nemours and Company）製のテフロン（登録商標）のような、非付着性材料で被覆されることが望ましい。非付着性皮膜の目的はチップエレメント106の先端に流体滴が付着するのを最小限に抑制すると共に、流体搬送の合間のチップクリーニングを促進することにある。
【００６３】
カバー・スリーブ120はセンサー・アセンブリ100、およびセンサー・アセンブリ100とチューブプロテクタ54との間の搬送チューブ102の上側部をカバーして保護すると共に、共軸リボンケーブル66をカバーして保護する。カバー・スリーブは、マンドレル(図示略)又は同様の拡径装置で拡張し、その拡径されたカバー・スリーブ120内にチューブ102とセンサー・アセンブリ100とを挿入することによって、搬送チューブ102およびセンサー・アセンブリ100上にぴったりと覆った、好適にはPTFEからなる弾力性のあるチューブである。その後、カバー・スリーブ120が、拡径装置から外されて、チューブ102およびセンサー・アセンブリ100をきっちりと覆う。
【００６４】
カバー・スリーブ120の内側表面は、そのスリーブ120と搬送チューブ102との間の接合を増強するために好ましくは化学エッチングされており、またカバー・スリーブ120は、搬送チューブ102およびセンサー・アセンブリ100に対して、エポキシ樹脂、好ましくはマスターボンドEP-42HTエポキシ樹脂(Master Bond EP-42HT epoxy)によって固定される。これに代えて、カバー・スリーブ120は熱収縮材料から形成されても良く、かつインストールされたそのような材料用の任意の既知の方法によってインストールされても良い。
【００６５】
上記に代わる好ましいセンサー・アセンブリの配置が、図9に参照番号100'として概略示されている。図9のセンサー・アセンブリ100'(カバー・スリーブ120（図7参照）が簡略化のために図9では省略されている)は、チップエレメント106およびチップ・インタフェース・エレメント114が、図示の如く絶縁スリーブ112が差し込まれた単一のチップエレメント106'に置き換えられた点を除いて、図7に示されて既に説明したセンサー・アセンブリ100に類似している。
【００６６】
絶縁スリーブ112は、適切なエポキシ樹脂によって、チップエレメント106'に固定されている。リボンケーブル66の露出セクション118が取り付けられている。リボンケーブル66の露出セクション118は、好ましくはマイクロスポット溶接によって、チップエレメント106'に直接取り付けられている。
【００６７】
一般的に、分配および表面検証システムは以下のように機能する。搬送チューブ102(図3)は、後述するように、インタフェース回路によって生成された振動無線周波(RF)信号を送信するための第１、即ち送信、電極を構成する。チップエレメント106は、搬送チューブ102(つまり第1電極)から絶縁スリーブ112によって電気的に絶縁された、第2、即ち受信用、電極を構成する。チップエレメント106は、搬送チューブ102によって送信された信号を受信するためのレシーバーとして機能し、その受信信号は、共軸リボンケーブル66および外部ケーブル64(図5)によって、後に詳述するようなインタフェース回路に送信される。
【００６８】
流体搬送コンジット・アセンブリ52が流体の分配もしておらずまた流体表面に接していないとき、ある定常状態信号がチップエレメント106によって受信され、インタフェース回路203へ共軸リボンケーブル66を介して送信される。流体搬送プローブ50が、流体搬送コンジット・アセンブリ52のチップエレメント106がそのコンテナ内の流体の表面と接触するように、流体のコンテナ内にロボット工学的な物質搬送機構20によって降下したとき、チップエレメント106の受信特性が変化し、したがって、受信信号(つまり振幅および／または受信信号の位相)の特性も測定可能な程度に変化する。この変化をインタフェース回路内でモニターし検知することによって、流体表面への接触を検出することができる。流体表面への接触が検知されたき、適切な指令信号が生成されて、流体搬送プローブ50の垂直動作を司るモータ(複数)に送信され、そのためにプローブ50のそれ以上の降下が停止される。
【００６９】
正確に流体表面を検出すると共に流体搬送プローブ50の垂直動作を阻止することは、多くの理由で重要である。ひとつの自明な理由は、プローブ50がコンテナの底部に接触(それはプローブ50の損傷をもたらし得るものである)する前に該プローブの下降作動を阻止することが望ましいからである。別の理由は、流体搬送コンジット・アセンブリ52の端部の重要な部分が試薬に浸された場合、コンジット・アセンブリ52の外側表面がその試薬でコーティングされるからである。同じロボット工学的物質転送装置20、したがって同じコンジット・アセンブリ52が、様々な試薬コンテナから異なる試薬を搬送するために用いられることがあるので、通常はコンジット・アセンブリ52に消イオン化した水を通すことによって、試薬転送間にコンジット・アセンブリ52を洗浄にする必要がある。もしコンジット・アセンブリ52の外側の重要な部分が試薬でコーティングされると、他の試薬へ浸す予定がある場合、コンジット・アセンブリ52に単に水を通すだけではアセンブリを十分に洗浄できない。したがって、流体をコンジット・アセンブリ52に吸引しながら該コンジット・アセンブリ52のチップを試薬流体の表面に維持することが望ましい。
【００７０】
当該分野において周知である適切動作コントロールを、流体を吸引しながらわずかに流体搬送プローブ50を降下させるために使用しても良く、それによってコンテナ内の流体表面の降下が調節され、該流体表面にコンジット・アセンブリ52のチップが維持される。
【００７１】
流体搬送コンジット・アセンブリ52による流体の搬送は、センサー・アセンブリ100内の流体フローを検知することにより、部分的に、モニターし確認することができる。特に、搬送チューブ102の末端124とチップエレメント106の基端部126の間の絶縁スリーブ112のセクション122は、測定セクション122を定義する。流体が、搬送チューブ102から測定セクション122を通じて、究極的にはチップエレメント106を通じて、センサー・アセンブリ100を流通するとき、搬送チューブ102とチップエレメント106との間の測定セクション122内の流体の存在は、搬送チューブ102とチップエレメント106との間の信号伝送特性を探知できる程度に変更する。したがって、チップエレメント106が受信した信号は、後に詳述するように、センサー・アセンブリ100を通って流体が流通する前あるいは後にチップエレメント106が受信した定常状態信号とは異なるものとなる。
【００７２】
測定セクション122を通過する流体が伝導性の流体、つまりイオンを含む流体である場合、第1に、チップエレメント106によって受信された信号の振幅は、定常状態信号のそれと変わる。一方、測定セクション122を通過する流体が伝導性でない場合、すなわち非イオンである場合、第1に、チップエレメント106によって受信された信号の位相は、センサー・アセンブリ100のキャパシタンスの変化のために定常状態信号のそれと変わる。いずれの場合でも、インタフェース回路で受信信号の変化の特性および大きさをモニターしかつ評価することによって、後により詳述するように、測定セクション122を通った流体のフローを確認することができ、それにより流体搬送が流体搬送プローブ52によって確認される。
【００７３】
当該技術に熟練している人々は、多くの流体が完全にイオンでもなくまた非イオンでもない特性を示すということを認識するであろう。すなわち、流体は伝導性および容量性反応効果の双方を生成するかもしれない。
【００７４】
流体搬送の確認はインライン圧力センサー40によって促進される。すなわち、センサー・アセンブリ100およびインライン圧力センサー40のいずれもが、流体搬送コンジット・アセンブリ52を流体が通過していることを示したときに、流体搬送が確認される。これに反してインライン圧力センサーおよびセンサー・アセンブリが一貫しない流体搬送徴候を与える場合、エラー信号、すなわち故障検出信号が生成される。好ましい実施態様の故障検出アルゴリズムの詳細は、以下に詳述される。
【００７５】
さらに受信チップ信号および／または圧力信号の特定の特性(つまり信号プロフィールの形状)は流体依存であっても良く、実験的に個々の特定の流体に関して決定することができる。したがって、信号プロフィールは、適切な流体がチップを通って搬送されたことを確認するために流体搬送にあるいはチップ洗浄手続き中にモニターしても良い。
【００７６】
図示されていない流体分配および流体表面検証センサーを含む流体搬送プローブのための代替構成は、チューブを通って延びたチューブ内径より小さな外径を有する細長いセンサー・ロッドを備えた流体搬送チューブを含んでいる。このセンサー・ロッドは、縦方向に互いに間隔を置いて配置され、実質上伝導性でない部分によって互いから分離された2つの伝導性部分を備えている。１つの伝導性の部分は、センサーが流体表面検出に用いられることになっている場合、好ましくはセンサー・ロッドの末端に位置しており、別の伝導性の部分は、末端の伝導性の部分上に位置している。
【００７７】
センサー・ロッドは、チューブと重なり合うものであっても良く、またその末端の位置は、流体表面が検知されるとき流体表面に関してのチューブの所定位置に応じて、チューブの末端に対して異なるものであっても良い。信号送信回路は、後述するように、センサー・ロッドの末端の伝導性の部分に電気的に接続されており、また、信号受信回路は、後述するように、センサー・ロッドの末端の伝導性の部分に電気的に接続されている。信号、好ましくはRF、センサー・ロッドの上流の伝導性部分から送信され、そして送信された信号の少なくとも1部分が、センサー・ロッドの末端の伝導性部分を通じて信号受信回路によって受信される。既に概説しまた以下に詳述するような方法で、流体分配検証および流体表面検出は、受信信号の1つ又はそれ以上の特性をモニターにより遂行することができる。すなわち、センサー・ロッドの一方の末端の伝導性の部分が流体表面と接触したとき、あるいは流体がセンサー・ロッドの送信および受信用の伝導性部分の間の回りのチューブを通じて流通したときに、受信信号が探知可能に変動する。
【００７８】
インターフェース回路 以下に詳細に議論するインタフェース回路は、上述されまた以下に詳述する流体搬送検証および表面検出機能機能を実行するための「知能」を提供する。
【００７９】
図10は分配および表面検証システムの電気的な探知および検出回路を示すハイ・レベル、ブロック図である。モトローラ株式会社（Motorola Corporation）のモデルMC68HC16Z1のような、マイクロコントローラ201が、マイクロコントローラの積分のアナログ/デジタル変換器（コンバータ）を介して、インタフェース回路203に接続されており、それは流体搬送プローブ50のセンサー・アセンブリ100(図7)とインターフェースされている。
【００８０】
より詳細には、インタフェース回路203は、RF(無線周波数)励起信号を搬送チューブ102を通じて先細チップ104へ送る。チップ104によって送信されたRF励起信号は、チップエレメント106(それはアンテナ・レシーバーの役割をする)によって受信される。圧力センサー40は、流体搬送コンジット・アセンブリ52の搬送チューブ102を通って移動する流体によって作成された圧力変化を検知し、インタフェース回路203へ対応する圧力信号を送信する。
【００８１】
マイクロコントローラ201は、単一の流体搬送プローブ50のインタフェース回路203に接続されて示される。
【００８２】
図11はインタフェース回路203の詳細なブロック図である。搬送チューブ102、チップエレメント106および圧力センサー40に関する回路素子は、それぞれエレメントグループ211、212および213に一般的にグループ化される。
【００８３】
搬送チューブ102を通して送信された励起信号は、例えば参照番号220で一般的に表示された水晶発振器および周波数分割器によって生成され、共振正弦シェーパ221および駆動増幅器222によって処理された100kHz程度の信号のような、RF信号である。
【００８４】
水晶発振器/周波数分割器220は、搬送チューブ102(つまり送信用電極)励起信号が生成される周波数源として役立つ。それは、例えばテキサスインスツルメント社（Texas Instruments）によって製造された CMOS二進カウンタディバイダ集積回路(74HC4060)によって64で割られる、6MHzの好ましい周波数より高い周波数で作動して約100kHz(正確には93.75kHz)の周波数を生成する水晶発振器を含んでいる。
【００８５】
水晶発振器/周波数分割器220からの信号の出力からシェーパ221によって正弦波が作られ、次に、搬送チューブ102へ供給される前に増幅器222によって増幅される。増幅器222は、好ましくは短絡による損傷から増幅器を保護する回路を含んでいる。適切な短絡プロテクション回路は、当該技術における通常の熟練者に周知であり、ここでは詳細に議論しない。さらに、水晶発振器、正弦波シェーパおよび駆動増幅器は当該技術において周知であり、付加的に詳細に記述しない。集積ディバイダ回路はモデル74HC406O回路であり、それは水晶発振器のための稼動回路を含んでいる。そのような回路は、例えばフロリダ州メルボルンのハリス株式会社（Harris Corporation）やテキサス州オースティンのテキサスインスツルメント（Texas Instruments）のような多くのベンダーから入手できる。適切な1つの発振器は、カンザス州オラスのECS社（ECS Inc., International）によって、製品番号ECS-60-32-7として製造されている。
【００８６】
正弦波シェーパは、レジスタ、コンデンサーおよびインダクターのような受動回路コンポーネントで構成されても良い。駆動増幅器は、多数の会社から入手可能な集積回路増幅器を用いて構成されても良い。その１社として、カリフォルニア州サンタクララのナショナルセミコンダクター社（National Semiconductor Corporation）を挙げることができる。
【００８７】
流体搬送プローブ50が、その「ホーム」ポジション（つまり流体搬送プローブ50がＺ軸方向の機械的な動作の上端にあるときのポジション）にあるとき、搬送チューブ102は、物質搬送機構20がアース電位の役割をするため、物質搬送機構20の構造のボデーとの接触を通じてアースされる。励磁損検出器回路224は、励起信号のアースを検知するように設計されており、その後、対応するホーム信号を生成する。このホーム信号は、プローブがホームポジションにあるので上向きＺ軸動作を駆動するモータ(複数)を停止させることをマイクロコントローラ201に通知する。
【００８８】
過度の静電放電からエレメント212を保護するために、ダイオード・クランプは静電放電プロテクション回路225によってインプリメントされる。したがって、搬送チューブ102に蓄積する過度の静電気でインタフェース回路203が破損することはない。運転中において、チャージが静電放電プロテクション回路225によって許容されたしきい値を超えて蓄積した場合、回路225中のダイオードは、過剰チャージを正と負のアナログ電源レール(図示略)経由でアースする分路を作る。しきい値は、損傷からエレメント212を保護することができるよう十分に低く設定される。
【００８９】
回路エレメント212は、リボンケーブル66および外部ケーブル64によってチップエレメントから送信された信号を介してチップエレメント106と相互に作用する。回路エレメント212は、増幅器230、位相差DC変換相検出器231、位相フィルタおよびスケーリング回路232、精密整流器233、振幅フィルタおよびスケーリング回路234、自動同調（チューン）回路235、同調（チューニング）情報データーバッファー236、静電放電プロテクション回路237および高低利得（ゲイン）選択回路238を含んでいる。チップエレメント106と回路エレメント212の相互作用を、以下に詳細に述べる。
【００９０】
チップエレメント106は、搬送チューブ102の先細チップ104から送信されたRF信号を受信するアンテナの役割をする。チップエレメント106によって受信された信号は、位相検波器231および精密整流器233へ供給される前に増幅器回路230によって増幅される。位相検波器231および精密整流器233は、チップエレメント106で受信された信号の相変化および振幅を示す信号をそれぞれ生成する。
【００９１】
これらの信号の一時的な変化をモニターすることによって、マイクロコントローラ201は、先細チップ104とチップエレメント106の間の測定セクション122を通過する流体の存在あるいは欠如によって引き起こされ、かつ／または流体表面と接触するチップエレメント106によって引き起こされた変化を検知する。伝導性の流体(イオンを含む流体)は、例えば先細チップ104およびチップエレメント106に接しているとき、チップエレメント106と先細チップ104との間の導体の役割を効果的に果たし、それゆえチップエレメント106によって受信された信号の計測された振幅を増加させる。
【００９２】
これに対して、導電性の低い流体は、むしろ誘電体の役割を果たす傾向があり、それゆえに先細チップ104およびチップエレメント106をコンデンサーの電極として作用させ、搬送チューブ102によって送信された信号とチップエレメント106によって受信された信号との間の位相シフトに影響を与える。
【００９３】
位相検波器231は、増幅器回路230からの増幅されたチップエレメント信号および正弦シェーパ221によって生成されたオリジナルの伝送信号の両方を受信する。位相検波器231は、2つの信号の位相を比較し、2つの信号間の位相差に相当する振幅を持っている直流(DC)信号を出力する。結果として生じた信号は、ローパス・フィルタリングおよびアナログ/デジタル変換器202による送信に適切なレベルへのスケーリングの後、位相フィルタおよびスケーリング回路232によってマイクロコントローラ201へ送られる。位相検波器231のより詳細な説明を、図12を参照しつつ行う。
【００９４】
精密整流器233も増幅器回路230の出力を受信し、その信号の正の部分だけが振幅フィルタおよびスケーリング回路234へ送られるように信号を整流し、次いで受信信号をローパスフィルターしてその信号に直流平均化する(つまり、そのRF信号を代表的な振幅のDC信号に変換される)。その後、この信号はアナログ/デジタル変換器202によって、マイクロコントローラ201へ送信するのに適切なレベルへスケールされても良い。
【００９５】
上述のとおり、位相差検出器231および精密整流器233は、チップエレメント106で受信された信号の位相シフトおよび振幅の双方をマイクロコントローラ201へ送信するために連繋して作動する。マイクロコントローラ201は、チップエレメント106で受信された信号の一時的な変化をモニターすることによって、センサー・アセンブリ100に接する流体の接触状態およびイオンを含む状態の変化を認識する。典型的には、位相差信号が流体表面検出のためにモニターされ、そしてその振幅信号は、後に詳述するように、分配検証のためにモニターされる。
【００９６】
搬送チューブ102によって送信された信号とチップエレメント106によって受信された信号の間の位相シフトが小さくなる(例えば10%以下、最適には2〜5%)ようにあるいは存在しないように、チップエレメント106、リボンケーブル66および同軸ケーブル64によって構成されたレシーバー回路を調整し、リボンケーブル66および同軸ケーブル64の不適当な容量性リアクタンスの調整をはずすと共に共振に近くレシーバー回路を最初に調整することが望ましい。自動同調（チューニング）回路235(それは誘導器および可変コンデンサーとして演算する一連のコンデンサーを含んでいる)は、この同調（チューニング）機能を実行する。典型的には、同調（チューニング）は、システム初期化時(つまりシステムが最初に作動させられるとき)に実行される。同調（チューニング）は、重要なコンポーネント(例えばプローブ50)が交換されるときにのみ、実行しても良い。
【００９７】
回路を共振付近に同調（チューニング）させることが望ましい。なぜなら、共振回路が励起に応じて最大の振幅信号および最大信号位相シフトを生成するからである。好ましくは、チップエレメント106が流体表面と接触して回路が共振に近づけることを予想して、回路はわずかに共振より下のポイント(例えば、共振の2〜5%下方)に調整される。共振より僅かに下方に調整されて、レシーバー回路は、振幅と位相の変化が単調な、振幅および位相共振応答曲線の領域内で作動する。
【００９８】
マイクロコントローラ201は、自動同調（チューニング）回路235を介して、流体がセンサー・アセンブリ100に接触していない定常状態のとき、位相検波器231によって出力された位相差を見ることによって、回路をわずかに共振より下方に調整する。位相差がゼロあるいはほとんどゼロであるとき、回路は共振状態にある。
【００９９】
物理的に、自動同調（チューニング）回路235は、電気的に差し込まれる又はデーターバッファー236へラッチされたデータに基づいた回路から取り除かれた一連のコンデンサーと並列に接続された誘導子(例えば6.8mHの誘導子)を含むものであっても良い。マイクロコントローラ201は、位相フィルタおよびスケーリング回路232から出力された位相差をモニターし、従って自動同調（チューニング）回路235の可変キャパシタンスを調節する。キャパシタンス調節は、多くの既知の近似値アルゴリズム(例えば二進法の近似値アルゴリズム)のうちのいずれかを用いて実行される。これに代えて、自動的に自動同調（チューニング）回路235のキャパシタンスを調節する代わりに、回路は、DIP(デュアル・インライン・パッケージ)スイッチのような一連の手動スイッチの選択により手動で調節しても良い。自動同調回路235について、図13を参照しつつ以下に詳述する。
【０１００】
静電放電プロテクション回路237は、静電放電プロテクション回路225と同様の方法で、過度の静電放電から回路エレメント213を保護する。
【０１０１】
チップエレメント106および／または先細チップ104に接する流体のタイプ（例えば、イオン又は非イオン）に応じて、回路212によって受信された信号の振幅は、表面検知および体積検証用途の双方において著しく異なることがある。効果的にそのような大きな動的信号の範囲を解釈するために、マイクロコントローラ201の管理下にある高低ゲイン選択回路238は、増幅器230の増幅レベルをダイナミックに調節する(つまり、必要な場合は常に調節する)。作動時に、マイクロコントローラ201によって受信された増幅器フィルタおよびスケーリング回路234からの信号レベルが、プレセットされたレベルよりも下がったとき、マイクロコントローラ201は増幅器230の利得を増加させるように高低ゲイン選択回路238に指示する。
【０１０２】
逆に、フィルタとスケーリング回路234からのマイクロコントローラ201によって受信された信号レベルがその最高レベルに上昇したとき、マイクロコントローラ201は増幅器230の利得を減少させるように高低ゲイン選択回路238に指示する。高低ゲイン選択回路238は、マイクロコントローラ201によってコントロールされたバイナリ・スイッチ（トランジスタ切替レジスタ）を用いて、好ましくはインプリメントされ、回路238の高利得状態と低利得状態との間で切り替えられる。
【０１０３】
圧力検知回路エレメント213はマイクロコントローラ201および圧力センサー40と相互に作用する。より詳細には、圧力センサー40における圧力は、流体がポンプ36によってチューブ32を通って加速され減速されたときに変化する。圧力センサー40によって検知されるようなゲージ圧の変化をモニターすることによって、分配および表面検証システムは流体の吸引および分配の開始を検知することができる。以下に詳述するように、マイクロコントローラ201は、流体搬送プローブ50(図3)による適切な流体の分配を確認するために圧力センサー40からの情報とチップエレメント106によって受信された信号に由来した情報とを使用する。
【０１０４】
圧力検知回路エレメント213(図11)は、電圧基準回路240、バッファー241、差動増幅器242およびゼロエレベーション・バイアス回路243を含んでいる。電圧基準回路240は、圧力センサー40へ送信される前にバッファー241によってバッファーされる(一時的に格納される)基準電圧を生成する。基準電圧回路240によって生成された基準電圧は、圧力センサー40からの電圧出力を望ましい出力電圧範囲に対応させるために用いられる。バッファー241は、センサー40に基準電圧を供給する。
【０１０５】
圧力センサー40によって生成された信号は、アナログ/デジタル変換器202を介してマイクロコントローラ201へ送信するのに適切なレベルまで差動増幅器242によって増幅される。圧力センサー40の出力は、ポンプ36によって引き起こされた流体搬送コンジット・アセンブリ52での変化する流体圧力およびコンジット・アセンブリ52での流体の静止した流体圧力の両方の機能である。ゼロ・エレベーション・バイアス回路243は、流体が静止状態にあるときに差動増幅器242によって測定された値を所定値(例えば0〜255の目盛りの55)に設定するために、センサー40からの信号を補償する。
【０１０６】
図12は位相差DC変換回路231の典型的な実施態様を図示する詳細な回路図である。一般的に、変換回路231は、正弦シェーパ221および増幅器230からの2つのインプット信号を方形波に変換し、論理上2つの方形波をAND（論理積分）し、平均することにより演算する、論理的に信号のOR（論理和）化したバージョンを平均して平均DC値を得るように作動する。DC値は、2つの信号間の位相差に比例する。
【０１０７】
チップエレメント106によって受信された信号は、抵抗器901を介して比較器902(それはインプット信号を方形波に変換する)へ入力される。同様に、送信された励起信号は、抵抗器920を介して比較器921(それはインプット信号を方形波に変換する)へインプットされる。方形波は、抵抗器903によって論理的にAND（論理積分）され、結果として生じた信号は、次いで抵抗器904、905、およびコンデンサー907、908によってフィルターにかけられる。増幅器909は、抵抗器910-912と共に、出力信号915を得るためにフィルターにかけられた信号を平均する平均化回路をインプリメントする。
【０１０８】
動作において、信号915の電圧は、インプット信号が同相であるとき、引上げ電圧(5ボルトとして示されている)の半分、即ち2.5ボルトである。2つのインプット信号間の位相が変わると、信号915の電圧が変わる。例えば、90度の位相シフトに対して、出力電圧は5ボルトの4分の1(1.25V)である。45度の位相シフトに対して、出力電圧は約1.87ボルトである。
【０１０９】
回路231を構成する抵抗器およびコンデンサーのための適切な抵抗およびキャパシタンス値は、図12中に示されている。適切な比較器および増幅器としては、それぞれテキサス州ダラスのテキサス・インスツルメンツ社（Texas Instruments Inc.）から入手可能な、例えばモデルTLC372CDおよびTLO74CDがある。抵抗器およびコンデンサーは標準電子部品である。
【０１１０】
図13は、自動同調回路235の同調部分の例示的な実施態様を図示する詳細な回路図である。
【０１１１】
前述したように、マイクロコントローラ201は、所望の等価なキャパシタンスを生成するコンデンサー1110〜1116の特定の組み合せの選択により、ダイナミックに自動同調回路235を調整する。好ましくは、コンデンサー1110〜1116の各々のキャパシタンスは、わずかに2未満の因数に基づいて互いに変わる。例えば、図示するコンデンサー値は次のとおりである: 100 pF(ピコファラド)(コンデンサー1110)、56 pF(コンデンサー1111)、33 pF(コンデンサー1112)、18 pF(コンデンサー1113)、10 pF(コンデンサー1114)、6 pF (コンデンサー1115)および、3 pF(コンデンサー1116)。
【０１１２】
マイクロコントローラ201は、回線1030〜1036を選択的に活性化あるいは非活性化することにより、これらのコンデンサー1110〜1116の稼動の組み合せを選択する。回線1030〜1036のうちの任意の1つを起動させると、それぞれの関連するトランジスター1020〜1026は回路のRF同調部分中のコンデンサー1110〜1116のいずれか1つを電気的にカップリングあるいはデカップリングさせる。抵抗器1010〜1016は、コンデンサー1110〜1116の端子に直流電源ソース1040をそれぞれ接続し、トランジスター1020〜1026のベースキャパシタンス影響に対してコレクタを最小限にするように作用する。
【０１１３】
マイクロコントローラ201は、選択的に回線1030〜1036を活性化することによって、約3pF（ピコファラド）から200pF（ピコファラド）までコンデンサー1110〜1116の等価キャパシタンスを変更することができる。コンデンサー1110〜1116に対する異なる値を代用することにより代替の容量性範囲をインプリメントすることができる。
【０１１４】
信号処理および分析 流体表面を感知しかつ適切な流体分配を確認するためにセンサー・アセンブリ100によって生成された信号を用いる好ましい方法について説明する。
【０１１５】
典型的な吸引／分配シーケンスにおいて、ロボット工学的な物質搬送機構20は、流体搬送プローブ50を、コンテナから反応容器(例えば試験管)まで搬送されることになっている流体(例えば分析試薬)の当該コンテナまで移動させる。流体搬送プローブ50がコンテナ上に位置した後、物質搬送機構20は、流体搬送プローブ50を、センサー・アセンブリ100によって感じられるように、流体搬送コンジット・アセンブリ52のチップエレメント106がコンテナ内の流体表面と接触するまで、低下させる。
【０１１６】
上述したとおり、流体表面との接触は、チップエレメント106によって受信された信号をモニターし、チップエレメント106が流体表面と接触したときに生じる受信信号の振幅あるいは位相シフトのいずれかの変化を検知することによって、感知することができる。好適には、流体表面は、搬送チューブ102によって送信された信号とチップエレメント106によって受信された信号との位相シフトをモニターし、チップエレメント106が流体表面と接触した時に生じる位相シフトの変化を見つけることによって、感知される。位相シフトをモニターすることが望ましい。なぜなら、流体表面接触に起因する同相シフトの変化は、典型的には、受信信号の振幅の変化よりももっと急激だからである。したがって、信号振幅の変化をモニターするよりも位相シフトをモニターして表面感知を実行する方がより容易でありかつより正確である。
【０１１７】
特に、センサー・アセンブリ100の測定セクション122内に流体がないとき、搬送チューブ102の先細チップ104およびチップエレメント106は、相互の物理的な接近から発生する小さなキャパシタンスを介してのみ互いに電気的に連結されている。搬送チューブ102によって送信された信号は、チップエレメント106によって受信された信号からわずかに位相がずれる。
【０１１８】
この位相のずれは、上述した共振受信配置のわずかな共振ずれチューニングに起因するものである。チップエレメント106が流体表面に接触していないとき、インタフェース回路は、高低ゲイン選択回路238によって高い利得へと切り替えられ、そしてチップエレメント106、リボンケーブル66および外部同軸ケーブル64によって形成されたレシーバー回路は、共振に近づくように自動同調（チューニング）回路235を用いてマイクロコントローラ201によって調整される(つまり、送信および受信信号間の位相シフトが前述したとおり同相条件からわずかにずれるように調整される)。チップエレメント106が流体表面と接触すると、位相検波器231によって検知された位相シフト信号が変化して、流体接触前の同相状態から大きくずれ、そのために、位相シフト信号が急激かつ検出容易に急増する。位相シフトのこの急増は、流体表面との接触を示唆するものである。
【０１１９】
この相変化は、感知された流体およびそのコンテナの接地に対する迷容量に起因する。チップエレメント106が流体表面と接触するとき、感知された流体および金属の構造物(つまり接地)に対する静電結合の誘電特性に起因してチップから大地に追加キャパシタンスを加える効果である。したがって、その同調回路の共振周波数は、その追加キャパシタンスにより減少して、チップエレメントにおける信号の位相および振幅の双方が変わる。
【０１２０】
この方法においてまさに導電性流体を感知すると、流体と(導電性でない)コンテナとの間のインタフェース表面積が、良好に定義された大きなコンデンサーの一方のプレートと、包囲金属(接地)構造物である他のプレートとして作用するので、その効果は迷容量を更にもっと増加させる。これは、非常に導電性の高い流体のコンテナが、ほとんど固体金属ブロックのように電気的に作用するのでつまり、換言すると液体内の導電率が完全に誘電体(内部キャパシタンス)効果を無効にするポイントにつながるため、真実である。
【０１２１】
振幅の変化が、自動同調（チューニング）アルゴリズムによってインプリメントされ固定されるよりも共振から大きく逸脱するために、生ずる。この方法の動作は、当該技術に熟練している人々に知られたスロープ検出に類似するものであり、ここで周波数偏移の検出は、周波数偏移を振幅偏差へ変換するための共振応答曲線のスカート傾斜を利用している。
【０１２２】
流体表面との接触が検知されると、流体搬送プローブ50の下降が阻止され、その結果、流体搬送コンジット・アセンブリ52のチップのポジションが流体表面あるいはその丁度下に維持される。次いで、ポンプ36が、コンテナからそして流体搬送コンジット・アセンブリ52内に流体のアリクォートを取り出すために(つまり吸引するために)、始動される。コンテナから複数の反応容器に流体の複数のアリクォートを搬送することは望ましい。したがって、分配されるべき各アリクォートのためにコンテナまで繰り返して往復することなく複数の反応容器へ複数のアリクォートを分配することができるように、1つ以上のアリクォートを流体搬送コンジット・アセンブリ52に導入しても良い。ポンプ36によって取り込まれた流体の体積および流体搬送コンジット・アセンブリ52、硬質チューブ延長部34およびフレキシブルチューブ32のそれぞれの体積に応じて、流体を、硬質チューブ延長部34およびフレキシブルチューブ32までポンプ36で引き上げても良い。
【０１２３】
発明を実行する好ましい方法においては、ポンプ36およびフレキシブルチューブ32および硬質チューブ延長部34によって定義された流体のコンジットの一部は、消イオン水で充填されており、ポンプ36がコンテナから流体を流体搬送コンジット・アセンブリ52に導入するために稼働されたときに、導入用、すなわちポンピング用、流体として機能する消イオン水が用いられる。なぜなら、それは空気と異なって圧縮不可能であり、正確な量の流体を吸引、分配するための引き込み用流体として機能するので空気よりもずっと適している。吸引された流体が流体コンジット内の水で汚染されるのを防ぐために、エアギャップが、消イオン水と吸引された流体との間の流体コンジット内に維持される。
【０１２４】
流体が流体搬送プローブ50内にポンプ36によって引き込まれたとき、圧力センサー40は、流体(例えば純粋な液体、溶液、混合物、スラリー、懸濁液など)が、流体搬送プローブ50内に吸引されたときのゲージ圧の変化を検知する。この圧力の測定可能な変化は流体が確かに吸引されたことを確認するために用いることができる。そして、もし空気だけが吸引されたならば、ゲージ圧が実質的に変化しないので、センサー40はこの事実の徴候を提供することができるだろう。
【０１２５】
これに対して、部分的ないし不完全な吸入が生じた場合、例えば、流体の表面に泡があった場合でそのためにある量の空気が流体に加えて吸引された場合、センサー40は、それでも圧力の測定可能な変化を検知する。これは起こり得る。なぜなら、表面センシング機能を実行するとき、分配および表面検証システムは必ずしも泡と流体とを識別する能力を持っていないからである。したがって、もしセンサー・アセンブリ100が流体表面で泡に接触すると、それによって得られたチップエレメント106が受信した信号の位相シフトは、例えアセンブリ100が現実に流体表面と接触していなくても、明確な流体表面徴候を与えるのに十分であろう。
【０１２６】
少なくともある流体が泡と共に(つまり空気と流体の組み合せ)吸引された場合、その圧力変化の大きさは適切な吸入を誤って表示するのに十分に大きいこともある。適切な吸入かどうかの確認は、センサー40が適切な流体の吸入を示す所定のしきい値を超える圧力変化を示す期間をモニターすることにより、可能である。もし圧力変化が所定範囲の予期された期間続けば、十分な量の流体を適切に吸入したことを確認することができる。もし、空気を部分的に吸引したために、圧力変化が予期された期間継続しなければ、不適当な吸引であることが示唆され、エラー・コードが戻ってくる。
【０１２７】
本発明を実施する好ましい方法においては、センサー40によって測定されたライン圧力は、流体吸引中にはモニターされない。むしろ、適切な流体吸引は、後述するように、所定量の流体の各アリクォートの適切な吸引を確認することによって間接的に確認される。
【０１２８】
流体の1又はそれ以上のアリクォートが吸引された後、ロボット工学的な物質搬送機構20は流体搬送プローブ50を反応容器に移動させて、その反応容器へ流体を分配するために流体搬送コンジット・アセンブリ52を位置決めする。反応容器(複数)内で実行されたテストから得られた結果の精度および状態は、各種要因のなかでも、容器(複数)に適量の各分析試薬を分配することに依存する。流体分配および流体表面検証装置、および 本発明の方法を含む他の用途において、試験結果の精度は損なわれないであろうが、にも拘わらず、適切な流体分配の確認は重要であろう。用途にかかわらず、本発明は流体の適切な分配を正確に確認するための装置および方法を提供するものである。
【０１２９】
流体分配の間、ポンプ36は、流体の個別の量を流体搬送コンジット・アセンブリ52内にそして所定の容器に送り込むために個別の期間の間稼働される。ポンプ36の力でコンジット・アセンブリ52を通過する流体の動きは、圧力センサー40によって感知されるような流体圧力の測定可能な増加を引き起こす。同様に、センサー・アセンブリ100の測定セクション122を通過する流体の動きは、チップエレメント106によって受信された信号の測定可能な振幅および／または位相の変化を引き起こす。
【０１３０】
更に、このシステムの流体分配検証能力は、好ましくは、アセンブリ52を通って消イオン水のような浄化用流体を移動させるために構成されかつ配置されたポンプの動作に応答してプローブ・アセンブリ52を通る浄化用流体の流通を確認するために用いられる。
【０１３１】
図14は、特定の流体の通常の分配シーケンスに関する、無次元振幅(アナログからデジタル、即ち「A/D」カウント)対時間(2ミリセカンド間隔の個別データサンプル)のプロットを重ね合わせた例示的な圧力センサーおよびチップエレメントの信号を示す。
【０１３２】
トラベルギャップは、図14のプロットに表わされた分配シーケンスにおいて採用されている。トラベルギャップは、チップエレメント106を通してコンジット・アセンブリ52内に引き込まれ、チップエレメント106の末端と以前にアセンブリに引き込まれてアセンブリ52内に含まれていた流体の底面との間に存在する空気ポケットである。トラベルギャップの目的は、プローブ50が流体コンテナから反応容器に移動しているときに、流体の滴がぶら下がるのを防ぐことである。エアギャップの寸法は重大でないけれども、プローブ50が移動中のとき、チップエレメント106からの流体が漏れることを防ぐのに十分な体積であるべきである。
【０１３３】
ポンプ36が流体を分配するために始動する前は、圧力信号およびチップ信号の双方は、図14に示される圧力信号およびチップ信号のAおよびHで一般にそれぞれ表示された安定静止状態を示す。まずポンプ36が分配するために始動させられたとき、圧力信号は符号Bで表示された変曲点で増加を示す。その圧力信号は、ポンプが最終速度に向かって加速するとき、正の傾斜を示す。圧力信号が、ポンプ加速中の正の傾斜途中において、符号Cで一般に表示されるインターラプションを示すことが実験中にわかった。
【０１３４】
これは、初期のポンプ加速中に、トラベルギャップが流体搬送コンジット・アセンブリ52から押し出され、そして、トラベルギャップ中の大気の圧縮性により、トラベルギャップがコンジット・アセンブリ52から押し出されるまで、圧力信号傾斜が一時的に減少する、という事実によるものであると考えられる。実際、トラベルギャップが流体搬送コンジット・アセンブリにない分配実験において、圧力信号がポンプ加速中にインターラプションを示さないことがわかった。
【０１３５】
インターラプションCの後に、圧力信号は、符号Dで表示される、ポンプの加速と直接関する実質的に一定の正の傾斜を示す。ポンプがその最高速度に到達してそれを維持するとき、符号Eで表示すように、圧力信号は平らになる。ポンプは、流体のアリクォートを分配するために所定期間その最高速度で運転され、次に、停止される。ポンプが止まると、システム・コンジット中の圧力、したがって圧力信号は、符号Fで示すように、その静止レベルに向かってほとんど瞬間的に低下する。ポンプを停止させて分配が終了した直後、もし流体がコンジット・アセンブリ52内に存在していた場合、ポンプが、符号Gで示されるように、システム圧力の低下を招く逆方向に駆動されて、流体搬送プローブ50が流体アリクォートを受け取るべき次の容器に移動する前に、トラベルエアギャップをコンジット・アセンブリ52内に引き込む。
【０１３６】
チップ信号(それは、センサー・アセンブリ100のチップエレメント106によって受信された信号の振幅である)は、搬送チューブ102の末端124およびチップエレメント106の基端部126を接続する測定セクション122を通る導電性のパスがあるときの徴候である。非導電性の流体に対しては、位相シフト対時間の同様の信号が解析される。
【０１３７】
図9に示すセンサー・アセンブリ100'の実施態様においては、測定セクション122は、搬送チューブ102の先細チップ104の末端124と絶縁スリーブ112の端部におけるチップエレメント106'の露出セクション108'との間で定義される。そうでなければ、先細チップ104が信号送信電極として機能し、そしてチップエレメント106'が先細チップ104から電気的に分離された信号受信電極として機能するという意味で、センサー・アセンブリ100'はセンサー・アセンブリ100と同様に動作する。図7に示すセンサー・アセンブリ100を超えた、図9に示すセンサー・アセンブリ100'の1つの利益は、アセンブリ100'のチップエレメント106'の基端部126'は、流体フローパスの外側にある、ということである。これに対して、アセンブリ100のチップエレメント106の基端部126は、流体フローパスの内側にあり、従って流体の蓄積が潜在的に生じさせ得る表面を形成している。
【０１３８】
図14に示すように、チップ信号は、圧力信号が上昇し始めた後の、符号Ｈで示されるわずかな期間、その静止レベルを実質的に維持する。トラベルエアーギャップにより、ポンプが始動された後に測定セクション122が流体で満たされていないわずかな期間がある。したがって、搬送チューブ102とチップエレメント106との間に導電性結合がない。トラベルギャップが測定セクション122を通過した後、チップ信号振幅はほとんど瞬間的に、符号Ｉで示される、搬送チューブ102とチップエレメント106との間の伝導(つまり短絡)を示す最高レベルまで、ジャンプする。このチップ信号振幅は、測定セクション122に導電性の流体がある限り、符号Jで示されるように、この定常状態レベルを示す。
【０１３９】
実際、適切な分配においては、分配すべき複数のアリクォートがある場合、チップ信号が圧力信号と交差した後、符号Lで示されるように、ポンプが止まった後の期間、チップ信号振幅は、トラベルエアギャップがコンジット・アセンブリ52に引き込まれて、搬送チューブ102とチップエレメント106との間の伝導を中断してその結果、符号Mで示されるように、チップ信号振幅をほとんど瞬間的に低下させるまで、このレベルを維持する。
【０１４０】
それは、システム機能をシミュレートすることによって作成された、流体泡立ち、流体のルーズな金属付着および低いシステム流体レベルのような、異常分配をモニタリングによって経験に基づいて決定されたものであり、その異常な分配は、圧力とチップ信号の4つの特徴をモニターすると共に評価するによって検知することができる:1) 圧力パルス幅(PPW);2) 圧力信号積分(Pint;3) 先端信号振幅変動;そして4)先端信号振幅積分。
【０１４１】
圧力パルス幅(PPW)は、圧力信号の幅(時間軸に沿った)、圧力パルス上昇(Pstart)の開始、即ちポイントＢから、ポンプが止まったとき(Pstop)の急落、即ちポイントF迄、である。理想的には、Pstartを見つけるために、ウィンドウは予期された圧力信号遷移付近にセットされ、ウィンドウ中の測定点が評価され、遷移が生じていうかどうか決めるためにしきい値と比較される。好ましくは、分配および表面検証システムはポンプと連繋しており、したがって、システムは、ポンプの起動に起因する圧力信号の遷移がいつ生ずるかを「知っている」。
【０１４２】
しきい値は、ポンプが始動する前の圧力データの静止部分中で得られた測定点の適切な数(例えば16)を平均化し、かつその静止平均値に所定の数(例えば20)を加えることによって、定義しても良い。例えば、もし圧力データの平均値が信号の静止部分中に40A/Dカウントであれば、しきい値は60A/Dカウントにセットしても良い。もし圧力データが所定のしきい値を超過すると、圧力遷移が示されてPstartが見つけられる。
【０１４３】
同様に、Pstopは、圧力値が停止しきい値あるいは最高圧力(例えば最高圧力値の50%)の他の所定のパーセンテージ以下に落ちるポイントで定義しうる。
【０１４４】
Pstartおよび／またはPstopを見つける別の方法は、傾斜の鋭い変化が検知されるまで、予期された圧力遷移の近くの変化するグループの測定点で傾斜検出機能を実行することである。例えば、Pstopは、予期されるパルス幅でPstartから一定間隔隔てて配置されたポイントの適切な幅のウィンドウをセンタリングさせて、かつ圧力信号の中に、急激な下方への遷移(つまり傾斜変化)をサーチすることによって見つけることができる。もし遷移が見つかると、遷移の開始点でPstopを記録する。もし遷移が見つからないと、エラー・コードが戻ってくる。
【０１４５】
PstopとPstartが見つかったとすると、パルス幅(Pstop-Pstart)は、実験的に決められた、それぞれPPWLOおよびPPWHIとして示すパルス幅の下限値および上限値と比較される。限界値PPWHIおよびPPWLOは各試薬に特有のものであり、それは流体搬送プローブ50で搬送されても良くまた分配および表面検証診断ソフトウェアーにダウンロードあるいは予め格納することができる。
【０１４６】
PPWが予期された限界内である場合、圧力信号はPstartからPstopまで積分(Pint)される。すなわち、PstartとPstopとの間の圧力信号曲線の下の面積が計算される。Pintはポンプ動作中の個別のデータ圧力点の全部の合計として定義される。より詳細には、Pintは、PstartからPstopまで計算された積分から曲線の下のベースライン面積を引くことにより決定される。曲線の下のベースライン面積(つまりベースライン積分)は、平均ベースライン圧力信号値(ポンピング開始前)に、派生したパルス幅PPWを掛けることにより得られる。実験的に決定した限界PintLOおよびPintHI(それらも各試薬毎に独特である)は、分配および表面検証診断ソフトウェアーにダウンロードされあるいは格納され、そして計算されたPintがこれら限界値内であるかどうか決定するために評価される。Pintが所期する限界内である場合、処理は継続され得る。そうでなければ、エラー・コードが戻ってくる。
【０１４７】
通常、圧力対時間信号の積分値(つまり圧力-時間信号の下の面積)は、ポンプ動作中に分配された流体の体積に等しい。しかしながら、この発明の分配および表面検証システムの好ましい用途においては、圧力とチップの信号は単に無次元のA/Dカウントとして記録され、それぞれの信号の実際の大きさを示すことなく各信号の相対的な変化の徴候を提供する。しかしながら、分配および表面検証システムは、システム換算を提供することによって、圧力信号電圧が実際の圧力の大きさに変換されるように改良しても良い。而して、上述したように計算された圧力信号積分は、ポンプ動作中に分配された流体の体積を提供する。
【０１４８】
チップ信号積分はTintと呼ばれ、Tstartと呼ばれる、チップ信号セクション Iの増加遷移で始まってPstopで終了するチップ振幅信号測定点の合計として定義される。換言すると、積分は、流体が測定セクション122を通して現実に流れている間の時間に計算される。Tstartは、チップ信号振幅のモニターし、そしてPstartに関して上述したようにチップ信号データが所定のしきい値を超過するポイントとしてのTstartを指定することによって、決定することができる。これに代えて、Tstartは、チップ信号データ上で傾斜検出機能を実行し、かつ鋭い遷移(つまり、傾斜のジャンプ)を見つけることによって、見出すことができる。圧力積分Pintと同様に、簡易な積分によってチップ信号積分Tint を決定することができる。
【０１４９】
TintはTstartからPstopまで計算されて、実験的に決定した限界TintLOおよびTintHI(それは各試薬に固有である)と比較される。もしTintが所期の限界内にないとき、エラー・コードが戻ってくる。
【０１５０】
チップ信号の不規則性（それは先細チップ104とチップエレメント106との間の(例えばポンプ機能不全、プローブの目詰まり、分配された流体内の気泡、分配に利用するのに不十分な流体に起因する)流体フローの不連続を示す）は、所期する限界内にないTintの値となる。これに対して、所期する限界内にあるTint値は通常のチップ信号、したがって適切な流体の分配を示す。
【０１５１】
トラベルエアーギャップを採用しない場合には、流体はポンピングに先立って測定セクション122を完全に満たす。したがってチップ信号振幅に遷移はない。したがって、Tstartは、チップ信号データをしきい値と比較することによって、あるいは傾斜検出を実行することによっては決定することができない。出発点、即ちTintを決定するためのTstartは、Pstartからデータ・サンプルの予め決められた数を引き払うことにより、Pstartの後のいつかに定義することができる。サンプルの数は、典型的なデータ(それは試薬固有である)から実験的に決定することができ、もしトラベルギャップがあったならば、流体が測定セクション122に達する前の時間に相当する。理想的には、選択された出発点、即ちTstartは、流体分配の開始と一致するべきである。
【０１５２】
チップ信号振幅変動性は、(水平チップ信号の分散の係数に由来する)Thcvによって示される。正常な分配の間に、流体が、ポンプ加速中にセンサー・アセンブリ100の測定セクション122を一度満たすと、図14のチップ信号のセクションJによって示されるように、チップ信号は、ポンプ動作の終わり即ちPstopまで実質的に一定であるべきである。チップ信号が実質的に一定でない場合、これは、測定セクション122を通過する流体フローが一定ではなく、気泡がシステムへ吸引されたならば生じる状態の徴候である。例えば、様々な量の空気が流体中に閉じ込められた流体分配を例示的な圧力信号を示す図１５を参照して頂きたい。システムへ吸引されている気泡は、プローブ・アセンブリ52のチップが流体表面の僅かに上にあるときに吸入が始められる場合のしばしば流体の吸入に先立って不完全な表面に起因する。
【０１５３】
Thcvは、チップ信号積分合計が開始され、Pstopまで継続する増加する遷移をちょうど越えてスタートするチップ信号データポイントの評価により決定される。すべてのデータポイントの平均値で割られたポイントの標準偏差は、Thcvとなり、パーセントで表現される。各試薬毎に、最大のチップ信号変動ThcvMaxは実験的に決定され、また計算されたThcvはその最大値と比較される。
【０１５４】
Thcvが所期するThcvMaxを超えると、エラー・コードが戻ってくる。許容することができる変動は特定の用途によって変わる。
【０１５５】
この発明は、現在最も実用的で好ましい実施形態に関連付けて述べたが、この発明は開示された実施態様に限定されるものではなく、逆に、添付クレームの精神および範囲内に含まれる各種変更よび均等な配置をも包含することを意図したものである、と理解されるべきである。
【０１５６】
更に、米国特許法第112条(6)の下で許された「特定の機能を実行するための手段」のフォーマットでの言語を含む添付クレームは、本件明細書に開示された構造、材料あるいは行為およびそれらの均等なものに限定されるとする米国特許法第112条(6)の下で解釈されることを意図するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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