(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容積を測定するための圧力検知システムであって、
密閉可能なアクセスポートを有するチャンバと、
前記密閉可能なアクセスポートが密閉されることでチャンバ容積が画定した状態で、前記密閉可能なアクセスポートが密閉されたチャンバ内に収容されている気体物質の圧力を増加する圧力変動装置と、
前記密閉可能なアクセスポートが密閉された状態で前記チャンバの第１の圧力を測定し、前記チャンバが前記密閉可能なアクセスポートを介して容器に接続されるように前記密閉可能なアクセスポートが開放された状態で前記チャンバの第２の圧力を測定する圧力検知装置と、
前記チャンバ容積と、前記第１の圧力と、前記第２の圧力とを用いて前記容器の利用可能空間容積を求めるプロセッサと
を備える圧力検知システム。
【請求項２】
前記圧力検知システムは、さらに、前記チャンバの密閉可能なアクセスポートと前記容器とを接続する導管を備える
請求項１に記載の圧力検知システム。
【請求項３】
前記工程は、理想気体の法則を適用することによって前記利用可能空間容積を求める
請求項１に記載の圧力検知システム。
【請求項４】
前記プロセッサは、前記容器内にある液体物質、固体物質、またはこれらの組み合わせの物質容積を求める
請求項１に記載の圧力検知システム。
【請求項５】
前記プロセッサは、液体物質、固体物質、またはこれらの組み合わせが前記容器内に存在するか否かを判定する
請求項１に記載の圧力検知システム。
【請求項６】
前記圧力変動装置は、ピストン、ポンプ、または加熱器であり、
前記圧力検知装置は、圧力測定器、歪み測定器、または光ファイバ圧力センサである
請求項１に記載の圧力検知システム。
【請求項７】
前記容器は、キュベット、マイクロプレートウェル、または試験管である
請求項１に記載の圧力検知システム。
【請求項８】
容積を測定するための圧力検知システムであって、
容器開口部を有する容器と、
密閉可能に前記容器開口部と接続されて構成されるチャンバ開口部およびチャンバ容積を画定するチャンバと、
少なくとも前記チャンバ内の一部に収容され、参照容積を有する参照容器が前記チャンバ開口部を介して前記チャンバに接続された時に参照圧力を保持し、利用可能空間容積を有する前記容器が前記チャンバ開口部を介して前記チャンバに接続された時に第２の圧力を保持するように、前記チャンバ内の気体物質に第１の圧力を印加する圧力変動装置と、
前記参照容器の参照圧力と前記容器の第２の圧力とを測定する圧力検知装置と、
前記第２の圧力と、前記参照圧力と、前記チャンバ容積と、前記参照容積とを用いて前記容器の利用可能空間容積を求めるプロセッサと
を備える圧力検知システム。
【請求項９】
前記圧力変動装置は、ピストン、ポンプ、または加熱器であり、
前記圧力検知装置は、圧力測定器、歪み測定器、または光ファイバ圧力センサであり、前記容器は、キュベット、マイクロプレートウェル、または試験管である
請求項８に記載の圧力検知システム。
【請求項１０】
前記プロセッサは、理想気体の法則を適用することによって利用可能空間容積を求める
請求項８に記載の圧力検知システム。
【請求項１１】
前記プロセッサは、前記容器内にある液体物質、固体物質、またはこれらの組み合わせの物質容積を求める
請求項８に記載の圧力検知システム。
【請求項１２】
前記プロセッサは、液体物質、固体物質、またはこれらの組み合わせが前記容器内に存在するか否かを判定する
請求項８に記載の圧力検知システム。
【請求項１３】
前記容器が気体物質のみを収容する場合、前記参照容積は、前記利用可能空間容積と実質的に同じである
請求項８に記載の圧力検知システム。
【請求項１４】
容積を測定するための動き検知システムであって、
開口部を画定する容器と、
前記容器の開口部を密閉する可撓性密閉部材と、
前記可撓性密閉部材が伸張して上部と底部とが形成されるように、前記容器内に収容されている気体物質に所定の温度の熱を与える加熱装置と、
前記可撓性密閉部材の上部から前記可撓性密閉部材の底部までの伸張距離を検知する検知装置と、
前記伸張距離と前記所定の温度とを用いて前記容器の利用可能空間容積を求めるプロセッサと
を備える動き検知システム。
【請求項１５】
前記可撓性密閉部材は、固体物質、液体物質、またはこれらの組み合わせが実質的に前記容器に充填されている場合、実質的に平坦である
請求項１４に記載の動き検知システム。
【請求項１６】
前記プロセッサは、前記容器内にある液体物質、固体物質、またはこれらの組み合わせの物質容積を求める
請求項１４に記載の動き検知システム。
【請求項１７】
前記プロセッサは、液体物質、固体物質、またはこれら組み合わせが前記容器内に存在するか否かを判定する
請求項１４に記載の動き検知システム。
【請求項１８】
前記動き検知システムは、さらに、前記気体物質が実質的に充填され、可撓性密閉部材によって密閉されている参照容器を備え、
前記可撓性密閉部材が伸張して参照上部と参照底部とが形成されるように、前記加熱装置は前記容器内に収容されている気体物質に所定の温度の熱を与え、
前記検知装置は、前記参照上部から前記参照底部までの参照伸張距離を検知し、
前記プロセッサは、前記所定の温度と、前記伸張距離と、前記参照伸張距離とを用いて、前記容器の利用可能空間容積を求める
請求項１４に記載の動き検知システム。
【請求項１９】
容積測定方法であって、
参照容積を有する参照容器に、前記参照容器の開口部に直接接続されたチャンバに接続された圧力変動装置を用いて所定の入力圧力を印加し、
前記参照容器の参照出力圧力を測定し、
前記参照容器を対象容器と置き換え、
前記対象容器に前記所定の入力圧力を印加し、
前記対象容器の対象出力圧力を測定し、
前記対象出力圧力と、前記参照出力圧力と、前記参照容積とを用いて前記対象容器の利用可能空間容積を求め、
前記参照容器の参照容積から、前記対象容器の利用可能空間容積を減算することによって、前記対象容器の物質容積を求める
容積測定方法。
【請求項２０】
容積測定方法であって、
空気が充填された、可撓性密閉部材を有する参照容器を加熱し、
前記可撓性密閉部材の参照上部から前記可撓性密閉部材の底部までの参照伸張距離を検知し、
前記可撓性密閉部材を有する対象容器を加熱し、
前記可撓性密閉部材の対象上部から前記可撓性密閉部材の底部までの対象伸張距離を検知し、
前記参照伸張距離と前記対象伸張距離とを用いて前記対象容器の物質容積を求める
容積測定方法。
【請求項２１】
容積を測定するための圧力検知システムであって、
物質容積と、容器内にある空気によって画定される利用可能空間容積とを有する全容積を画定する容器であって、前記容器に空気が実質的に充填されている場合、前記利用可能空間容積は前記全容積に実質的に近い容器と、
前記容器内にある空気に所定の圧力を印加する圧力変動装置と、
前記容器内にある空気の対象圧力を測定する圧力検知装置と、
前記容器の全容積と、固体または液体物質が空で前記所定の圧力が印加されるときの前記容器の圧力に対応する前記容器の参照圧力とを格納するメモリを有し、前記容器の全容積と参照圧力と対象圧力とを用いて前記利用可能空間容積と前記容器の物質容積とを求めるプロセッサと
を備える圧力検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、さまざまな形および寸法の容器に収容されている液体および／または固体物質の容積を測定するシステムに関する。具体的には、本発明は、化学および／または生物分野における、ハイスループットスクリーニング（Ｈｉｇｈ−Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ：ＨＴＳ）またはウルトラハイスループットクリーニング（Ｕｌｔｒａ−Ｈｉｇｈ−Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ：ｕＨＴＳ）システムにおいて用いられる容積測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＴＳおよびｕＨＴＳシステムの典型的な工程は、１以上の液体または固体物質、たとえば、細胞、試薬、媒体、および緩衝剤を、１以上の容器、たとえば、試験管、マイクロプレート、またはキュベットに分配し、そのような物質を培養、遠心分離、かつ分析するために移動させることを含む。ＨＴＳおよびｕＨＴＳシステムの大部分は、閉ループ式で動作するため、液体または固体物質を分析する段階になって、ようやく望ましくない条件が存在していたことに気づくことがある。数百または数千もの容器が用いられる大規模なスクリーニングには、膨大な量の被検物質を無駄にする可能性がある。
【０００３】
さらに具体的には、ＨＴＳおよびｕＨＴＳシステムには、通常、流体が容器に分配される場合に１以上の分配処理がある。分配処理に用いられる分配ノズルは、通常、非常に小さいため、分配処理中に塞がったり詰まったりしやすい。１以上の分配ノズルが塞がった場合、対応する容器が空の状態になる。同様に、１以上の分配ノズルが部分的に塞がった場合、このような閉塞により分配ストリームが被検対象外となり、試験用の物質分配量が減少する。
【０００４】
したがって、スクリーニング処理中に、被検物質を適切に容器に分配することは、必須である。過去に、容器に分配される被検物質の容積を測定するシステムを提供しようとする試みがいくつかなされてきた。たとえば、光学検知システムを用いて数個の容器内の被検物質の容積を検知してもよい。しかしながら、このような手法の精度は、容器の形および寸法、ならびに／または被検物質の形により限界がある。さらに具体的には、容器が不均一または不規則に反射する面を有する場合、または被検物質が過度の光を吸収または偏向させる場合、光学検知システムでは正確な結果が得られない可能性がある。
【発明の概要】
【０００５】
容積測定器のいくつかの態様は、圧力検知システムおよび／または動き検知システムを用いて実現してもよい。容積を測定するための圧力検知システムは、チャンバ、圧力変動装置、圧力検知装置、およびプロセッサを備えてもよい。容積を測定するための動き検知システムは、容器と、可撓性密閉部材と、加熱装置と、検知装置と、プロセッサとを備えてもよい。
【０００６】
本発明の一態様によると、容器の中の流体または固体物質の容積を測定することができる圧力計測システムを提供することにより、確実に容器の中に物質が存在するようにし、かつ／または物質を適切に容器に分配する。本発明の別の態様によると、信頼性の高い容積測定を用いて大容量の容器に保持されている物質を検査する、迅速で効率的な方法を提供し、それによりＨＴＳシステムおよび／またはｕＨＴＳシステムの信頼性を向上させる。本発明の効果の１つは、不特定の容器形状を有する容器の容積測定、さらには不規則な形状の液体または固体物質の容積測定を可能にすることを含んでもよい。本発明の別の効果は、異なる容器からの試料の相互汚染を防止する非接触容積測定システムを含んでもよい。
【０００７】
その他のアルゴリズム手法および科学の原理としては、どちらのシステムも利用可能な空き容量および容器の物質容積を導出、特定、または算出するために、理想気体の法則を採用してもよい。さらに、どちらのシステムも、液体物質、固体物質、またはこれらの組み合わせが容器内に存在するか否かを容易に識別することができる。
【０００８】
容積を測定するための圧力検知システムは、密閉可能なアクセスポートを有するチャンバと、前記密閉可能なアクセスポートが密閉されることでチャンバ容積が画定した状態で、前記密閉可能なアクセスポートが密閉されたチャンバ内に収容されている気体物質に所定の圧力を印加する圧力変動装置と、前記密閉可能なアクセスポートが密閉された状態で前記チャンバの第１の圧力を測定し、前記チャンバが前記密閉可能なアクセスポートを介して容器に接続されるように前記密閉可能なアクセスポートが開放された状態で前記チャンバの第２の圧力を測定する圧力検知装置と、前記チャンバ容積と、前記第１の圧力と、前記第２の圧力とを用いて前記容器の利用可能空間容積を求めるプロセッサとを備えてもよい。
【０００９】
容積を測定するための圧力検知システムは、開口部を画定するチャンバと、参照容積を有する参照容器が前記開口部を介して前記チャンバに接続された時に参照圧力を保持し、利用可能空間容積を有する容器が前記開口部を介して前記チャンバに接続された時に第２の圧力を保持し、チャンバ容積を画定するように前記チャンバ内の気体物質に第１の圧力を印加する圧力変動装置と、前記参照容器の参照圧力と前記容器の第２の圧力とを測定する圧力検知装置と、前記第２の圧力と、前記参照圧力と、前記チャンバ容積と、前記参照容積とを用いて前記容器の利用可能空間容積を求めるプロセッサとを備えてもよい。
【００１０】
容積を測定するための動き検知システムは、開口部を画定する容器と、前記容器の開口部を密閉する可撓性密閉部材と、前記可撓性密閉部材が伸張して上部と底部とが形成されるように、前記容器内に収容されている気体物質に所定の温度の熱を与える加熱装置と、前記可撓性密閉部材の上部から前記可撓性密閉部材の底部までの伸張距離を検知する検知装置と、前記伸張距離と前記所定の温度とを用いて前記容器の利用可能空間容積を求めるプロセッサとを備えてもよい。
【００１１】
容積測定方法は、参照容積を有する参照容器に所定の入力圧力を印加し、前記参照容器の参照出力圧力を測定し、対象容器に前記所定の入力圧力を印加し、前記対象容器の対象出力圧力を測定し、前記対象出力圧力と、前記参照出力圧力と、前記参照容積とを用いて前記対象容器の利用可能空間容積を求め、前記参照容器の参照容積から、前記対象容器の利用可能空間容積を減算することによって、前記対象容器の物質容積を求めるステップを含んでもよい。
【００１２】
容積測定方法は、空気が充填された、可撓性密閉部材を有する参照容器を加熱し、前記可撓性密閉部材の参照上部から前記可撓性密閉部材の底部までの参照伸張距離を検知し、前記可撓性密閉部材を有する対象容器を加熱し、前記可撓性密閉部材の対象上部から前記可撓性密閉部材の底部までの対象伸張距離を検知し、前記参照伸張距離と前記対象伸張距離とを用いて前記対象容器の物質容積を求めるステップを含んでもよい。
【００１３】
容積を測定するための圧力検知システムは、物質容積と、容器内にある空気によって画定される利用可能空間容積とを有する全容積を画定する容器であって、前記容器に空気が実質的に充填されている場合、前記利用可能空間容積は前記全容積に実質的に近い容器と、前記容器内にある空気に所定の圧力を印加する圧力変動装置と、前記容器内にある空気の対象圧力を測定する圧力検知装置と、前記容器の全容積と、前記所定の圧力によって画定される前記容器の参照圧力とを格納するメモリを有し、前記容器の全容積と参照圧力と対象圧力とを用いて前記利用可能空間容積と前記容器の物質容積とを求めるプロセッサとを備えてもよい。
【００１４】
［米国特許法第１１９条に基づく優先権主張］
本特許出願は、２００９年５月６日付けで出願され本願の譲受人に譲渡された米国特許仮出願第６１／１７６，０３４号（発明の名称「容積測定器」）の優先権を主張し、その内容を本願に引用して援用する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明におけるこれらの目的および他の目的や、効果、特徴は、実施の形態を示す付属図面に関する以下の説明から明確になる。当該図面において、同様の参照符号は、同様の構成要素を示す。
【００１６】
【図１Ａ】本発明の一実施の形態に係る、容積を測定するための圧力検知システムの構成の一例である。
【図１Ｂ】本発明の一実施の形態に係る、容積を測定するための圧力検知システムを実現する構成の一例である。
【図１Ｃ】本発明の別の実施の形態に係る、容積を測定するための圧力検知システムを実現する別の構成の一例である。
【図２Ａ】本発明の一実施の形態に係る圧力測定器の一例を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施の形態に係る歪み測定器の一例を示す図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施の形態に係る光ファイバ圧力センサの一例を示す図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施の形態に係るキュベットの一例を示す図である。
【図２Ｅ】本発明の一実施の形態に係るマイクロプレートウェルの一例を示す図である。
【図２Ｆ】本発明の一実施の形態に係る試験管の一例を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る、複数の圧力検知容積測定器が適用されるシステムの構成の一例である。
【図４Ａ】本発明の一実施の形態に係る、容積を測定するための動き検知システムの構成の一例である。
【図４Ｂ】本発明の一実施の形態に係る、容積を測定するための動き検知システムを実現する構成の一例である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る容積測定方法のステップを示すフロー図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る容積測定方法のステップを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ここで、本発明の種々の特徴の実施の形態を実現する装置、システム、および方法を、図を参照して説明する。本発明の実施の形態を説明するために図面およびそれに関連する記載を示すが、本発明の範囲を限定するものではない。図面全体を通して、参照する構成要素間の関連性を示すため、同じ参照符号を使用する。さらに、各参照符号の上１桁は、その構成要素が初出した図面を示す。
【００１８】
図１Ａは、本発明の一実施の形態に係る、容積を測定するための圧力検知システム（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ：ＰＳＶＭ）１００の構成の一例である。ＰＳＶＭ１００は、圧力変動装置１０２と、チャンバ１０４と、任意の導管１０６と、圧力検知装置１１２と、プロセッサ１１４とを備えてもよい。圧力変動装置１０２は、インターフェース１０３を介してチャンバ１０４に接続することができる。チャンバ１０４は、密閉可能なアクセスポート１０５を備えてもよく、それにより密閉可能なアクセスポート１０５が密閉された場合、有限量の気体粒子がチャンバ１０４内に含まれるようにしてもよい。反対に、密閉可能なアクセスポート１０５が開放された場合、気体粒子がチャンバ１０４の内外に自由に移動できるようにしてもよい。任意の導管１０６は、上部開口部と底部開口部とを有しており、密閉可能なアクセスポート１０５が開放されることによってチャンバ１０４に接続されてもよい。容器１０９が測定可能になった時、密閉可能なアクセスポート１０５が開放されることによって容器１０９が直接チャンバ１０４に接続されてもよく、または任意の導管１０６を介して非直接的に接続されてもよい。
【００１９】
圧力検知装置１１２は、圧力検知導管１１１を介してチャンバ１０４に接続されてもよい。図１Ａに示すように、圧力検知導管１１１は、密閉可能なアクセスポート１０５の上の位置でチャンバ１０４に接続することもできる。それにより、密閉可能なアクセスポート１０５が密閉された場合でも、チャンバ１０４内に含まれる気体粒子の圧力を圧力検知装置１１２が受け取ることができる。圧力検知導管１１１は、有限量の圧力を有する気体粒子を保持することができるものであれば、どのようなものでも構わない。本発明の一実施の形態によれば、圧力検知導管１１１は、プラスチック管、ガラス管、または気体粒子の流出を防止することができる材料で作製されたトンネル状の取り付け部材であってもよい。
【００２０】
プロセッサ１１４は、接続装置１１５を介して圧力変動装置１０２に接続されてもよく、接続装置１１３を介して圧力検知装置１１２に接続されてもよい。接続装置１１５および１１３は、どちらも電磁信号を送信することが可能であるものであれば、どのようなものでもよい。たとえば、接続装置１１５および１１３は、どちらも導電性のワイヤ、ブルートゥース装置、またはイーサネット（登録商標）ケーブルであってもよい。
【００２１】
チャンバ１０４は、密閉された空間と、密閉可能なアクセスポート１０５と、インターフェース１０３とを有する閉構造であればどのようなものでもよい。これにより、密閉可能なアクセスポート１０５が密閉された場合、インターフェース１０３によって、収容されている気体粒子の圧力を圧力変動装置１０２が調整できるようにしてもよい。一方、密閉可能なアクセスポート１０５が開放された場合、アクセスポート１０５はチャンバ１０４内の空間にアクセスする経路となってもよい。もう一方では、密閉可能なアクセスポート１０５が密閉された場合、アクセスポート１０５はチャンバ１０４内の空間へのアクセスを遮断してもよい。密閉可能なアクセスポート１０５の密閉構造は、ある時には経路を閉鎖して、またある時にはその経路を開放することが可能であれば、どのような物理的構造によって実現されてもよい。たとえば、密閉構造は、バルブ、蓋、カバー、筐体、または栓によって実現されてもよい。密閉可能なアクセスポート１０５の密閉構造は、プロセッサ１１４によって手動または自動で制御することもできる。図１Ａは、チャンバ１０４が１つの密閉可能なアクセスポート１０５を有するように示しているが、本発明の一実施の形態によれば、チャンバ１０４は、同時に複数の容器と接続できるように複数の密閉可能なアクセスポートを有してもよい。
【００２２】
チャンバ１０４内に含まれる気体粒子は、理想気体の法則に近い気体物質であればどのような気体物質からのものでもよい。理想気体の法則は、概して、有限量の気体粒子が占める空間の容積はこれらの気体粒子の温度に正比例し、これらの気体粒子に印加される圧力と反比例すると定義している。本発明の一実施の形態によれば、気体物質は、たとえば大気および／または不活性ガスであってもよい。
【００２３】
さらに、チャンバ１０４には、圧力検知導管１１１を接続することができる場所があり、それにより圧力検知装置１１２は、圧力変動装置１０２がチャンバ１０４内の気圧を調整した後、チャンバ１０４内に保持されている気体粒子の圧力を測定することができる。本発明の一実施の形態によれば、圧力検知導管１１１は、密閉可能なアクセスポート１０５の密閉に影響を与えない場所であれば、チャンバ１０４のいずれの場所に接続されてもよい。たとえば、図１Ａに示されているように、圧力検知導管１１１は、密閉可能なアクセスポート１０５から若干上の位置でチャンバ１０４に接続されてもよい。
【００２４】
圧力変動装置１０２は、密閉された空間内に保持されている気体粒子の一定量の圧力を調整することが可能な装置であれば、どのような装置でもよい。本発明の種々の実施の形態によれば、圧力変動装置１０２は、たとえばピストン、ポンプ、または加熱器であってもよい。圧力変動装置１０２の多くの目的のうちの一つは、チャンバ１０４内および／または導管１０６および容器１０９等の他の付属の密閉構造内に含まれる気体粒子の圧力を調整することである。採用された圧力変動装置１０２の種別に基づき、インターフェース１０３は、圧力変動装置１０２がその目的を果たすようにすることができるものであれば、どのようなものでもよい。たとえば、圧力変動装置１０２がピストンである場合には、インターフェース１０３はピストンが自由に動作可能な開放された空間であってもよい。別の例では、圧力変動装置１０２がポンプである場合、インターフェース１０３は、チャンバ１０４に追加の気体粒子を送り込むことができる小さな開口部であってもよい。さらに別の例では、圧力変動装置１０２が加熱器である場合、気体粒子が加熱された時、気体粒子をチャンバ１０４内に適切に保持できるように、インターフェース１０３はチャンバ１０４を密閉する壁であってもよい。
【００２５】
圧力検知装置１１２は、密閉された空間内に保持されている気体粒子の所定量の圧力を測定可能な装置であれば、どのようなものでもよい。本発明の一実施の形態によれば、圧力検知装置１１２は、図２Ａに示すような圧力測定器、図２Ｂに示すような歪み測定器、または図２Ｃに示すような光ファイバ圧力センサであってもよい。本発明の一実施の形態によれば、圧力検知装置１１２は、接続装置１１３を介してプロセッサ１１４によって手動または自動で操作されてもよい。本発明の別の実施の形態によれば、圧力検知装置１１２によって行われる測定は、接続装置１１３を介してプロセッサ１１４に電子的に送信されてもよく、またはプロセッサ１１４に手動で入力してもよい。
【００２６】
プロセッサ１１４は、データを受信し、受信データを処理し、処理データを出力することが可能な演算装置であれば、どのようなものでもよい。たとえば、プロセッサ１１４は、ディスプレイおよびメモリに接続することもできる。プロセッサ１１４は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、または、これらのいずれの組み合わせにより実現されてもよい。プロセッサ１１４は、Ａｄｖａｎｃｅｄ  ＲＩＳＣ  Ｍａｃｈｉｎｅ（ＡＲＭ）、コンピュータ、コントローラ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロプロセッサ、回路、プロセッサチップ、またはデータを処理可能な他の装置であってもよく、これらの組み合わせでもよい。メモリは、さまざまなルーチンおよびデータを含むか、格納してもよい。「メモリ」という用語は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ワイヤレスチャンネル、および命令および／またはデータを格納、収容または保持することが可能なさまざまな他の媒体を含み、これらに限定されるものではない。ディスプレイは、ＬＣＤ、ＬＥＤ、プラズマディスプレイスクリーン、またはタッチスクリーンであってもよい。
【００２７】
図１Ａを参照すると、プロセッサ１１４は、固体または液体物質１１０が部分的に充填されている容器１０９に関する圧力測定データを受信してもよい。受信した圧力測定データに基づいて、プロセッサ１１４は、容器１０９の利用可能な空間１０７の容積を求めてもよい。プロセッサ１１４は、さらに、固体または液体物質１１０が占める容積百分率を求めてもよい。最後に、プロセッサ１１４は、処理された結果をディスプレイに表示してもよい。本発明の一実施の形態によれば、プロセッサ１１４はスクリーンショット１１６において、容器１０９内の物質の容積百分率１１７を表示し、容器１０９が空であるか否かをスクリーンショット１１８において表示してもよい。
【００２８】
さらに、本発明の一実施の形態によれば、プロセッサ１１４は、圧力変動装置１０２と圧力検知装置１１２とを制御してもよい。たとえば、プロセッサ１１４は、容積測定のシーケンスを開始することもでき、このシーケンスは、密閉可能なアクセスポート１０５の密閉を指示すること、チャンバ１０４内に収容されている気体粒子に所定の圧力を所定の時間に印加することを圧力変動装置１０２に指示すること、圧力検知装置１１２に密閉可能なアクセスポート１０５が密閉されている間に第１の圧力測定を指示すること、および圧力検知装置１１２が第２の圧力測定を実行できるように密閉可能なアクセスポート１０５の開放を指示することを含んでもよい。
【００２９】
本発明の別の実施の形態によれば、プロセッサ１１４は、メモリに、測定対象の容器１０９内で物質が占める容積を求めるための所定のパラメータ値を格納してもよい。たとえば、チャンバ１０４の容積、任意の導管１０６の容積、空の容器１０９の全容積、圧力変動装置１０２によって印加される所定の圧力、ならびに／または、圧力変動装置１０２の所定の圧力をチャンバ１０４と空の容器１０９とが受け取った場合、それにより得られるチャンバ１０４および空の容器１０９の圧力等である。たとえば、プロセッサ１１４は、ルックアップテーブルを用いて、さまざまな寸法および形状を有する空の容器１０９の全容積を特定してもよい。
【００３０】
任意の導管１０６は、少なくとも２つの開口部を有する付属物であってもよく、１つの開口部はチャンバ１０４の密閉可能なアクセスポート１０５に接続され、少なくとももう１つの開口部は、容器１０９に接続される。任意の導管１０６の目的の１つは、密閉可能なアクセスポート１０５および容器１０９間を容易に良好に接続するためである。容器１０９は、さまざまな種類の開口部を有するさまざまな形状のものである可能性があるため、密閉可能なアクセスポート１０５がこれらの開口部のすべての種類に良好に適合しないこともあるからである。
【００３１】
本発明の一実施の形態によれば、たとえば、容器１０９は図２Ｄに示すようにキュベットであってもよく、図２Ｅに示すようにマイクロプレートウェルであってもよく、図２Ｆに示すように試験管であってもよい。任意の導管１０６を利用して、容器１０９を密閉可能なアクセスポート１０５に確実に接続し、それにより密閉された共通空間をチャンバ１０４と共有させ、この密閉共通空間内の気体粒子が流出する可能性を減らすようにしてもよい。または、容器１０９は、密閉可能なアクセスポート１０５をより良好に接続することができるマッチングシール１０８を備えてもよい。さらに、マッチングシール１０８は、密閉可能なアクセスポート１０５が開放され利用可能空間１０７にチャンバ１０４からの気体圧が流入した時、固体または液体物質１１０の漏れまたは溢れを防止してもよい。
【００３２】
ここで、本発明のさまざまな実施の形態に係る、種々の容積測定方法を説明する。理想気体の法則によると、気体粒子の温度と他の条件が変更されなければ、有限空間内に収容されている気体粒子の圧力は、この有限空間の容積が膨張すると減少する。反対に、有限空間の容積が減少すると、そこに収容されている気体粒子の圧力が上昇する。この原理は、式１によってモデル化することができる。式１は、ＰＡＶＡ＝ＰＢＶＢであり、式中、ＰＡは、容積ＶＡを有する元の有限空間の元の圧力であり、ＰＢは、容積ＶＢを有する膨張した有限空間における減少した圧力である。式１を変形して、式２のようにＶＢについて解くことができる。式２は、ＶＢ＝ＶＡ（ＰＡ／ＰＢ）である。
【００３３】
この原理を採用することにより、未知の空間における気体粒子の圧力と、既知の空間における気体粒子の圧力とを比較することで、未知の空間の容積を求めることができる。図１Ｂを参照すると、略図１５２および略図１５４は、任意の導管１０６を用いない容積測定の構成を示し、略図１５６および略図１５８は、任意の導管１０６を用いる容積測定の構成を示す。
【００３４】
たとえば、略図１５２は、図１Ａと同様の構成要素を用いる構成を示しており、チャンバ１０４は既知のチャンバ容積Ｖ１を有し、容器１０９は、未知の利用可能空間容積Ｖ２を有する。本発明の一実施の形態によれば、以下のステップが利用可能空間容積Ｖ２を求めるために有用である。第１に、密閉可能なアクセスポート１０５が密閉されている時、チャンバ１０４に収容されている気体粒子に、所定の圧力１２０を印加してもよい。第２に、圧力検知装置１１２は、チャンバ容積Ｖ１を有するチャンバ１０４に収容されている気体粒子の第１の圧力Ｐ１を測定してもよい。略図１５４を参照すると、密閉可能なアクセスポート１０５を開放して、チャンバ１０４と容器１０９とが、膨張容積Ｖ１＋Ｖ２を有する共通の密閉空間を共有するようにし、それにより移送圧力１２１がチャンバ１０４から容器１０９に流れるようになる。そして、圧力検知装置１１２は、膨張した容積を有する共通の密閉空間内に収容されている気体粒子の減少した第２の圧力Ｐ２を測定することができる。Ｐ１、Ｐ２、Ｖ１、およびＶ１＋Ｖ２を式２に代入し、Ｖ１（Ｐ１／Ｐ２）−Ｖ１の値を算出することでＶ２を求めることができる。容器１０９の全容積が既知である場合、容器１０９の全容積からＶ２を減算することにより、物質容積１１０をさらに求めることができる。
【００３５】
同様に、本発明の別の実施の形態によれば、同じ原理を任意の導管１０６を用いる構成に適用することができる。略図１５６および略図１５８を参照すると、膨張空間は、容積Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３を有し、減少した圧力Ｐ３を有する。したがって、式２を再度適用して、Ｖ１（Ｐ1／Ｐ３）−Ｖ１−Ｖ３の値を算出することで、Ｖ２を求めることができる。容器１０９の全容積が既知である場合、容器１０９の全容積からＶ２を減算することにより、物質容積１１０をさらに求めることができる。
【００３６】
本発明の別の実施の形態によれば、容器１０９の利用可能空間容積１０７と物質容積１１０とを求めるために別の方法を実施してもよい。たとえば、図１Ｃにおいて、略図１６２は、参照容積Ｖ４を有する参照容器１６０を導入している。一般的に、参照容器１６０は、チャンバ１０４と同様に、元の容積ＶＡと元の圧力ＰＡとを提供するという機能を果たす。しかしながら、図１Ａおよび図１Ｂに示すような密閉可能なアクセスポート１０５を備える代わりに、図１Ｃにおけるチャンバ１０４は、常に開放され接続可能な開口部１２５を有する。
【００３７】
略図１６２を参照すると、チャンバ１０４と参照容器１６０とが容積Ｖ１＋Ｖ４を有する共通の密閉空間を共有するように、参照容器１６０をチャンバ１０４に直接接続してもよい。圧力変動装置１０２は、所定の圧力１２０をチャンバ１０４に印加してもよく、圧力検知装置１１２は、共通空間に収容されている気体粒子の参照圧力Ｐ４を測定してもよい。次に、参照容器１６０を容器１０９に置き換え、第２の圧力Ｐ２が測定される。Ｐ４、Ｐ２、Ｖ１＋Ｖ４、およびＶ１＋Ｖ２を式２に代入し、［（Ｖ１＋Ｖ４）Ｐ４／Ｐ２］−Ｖ１の値を算出することでＶ２を求めることができる。容器１０９の全容積が既知である場合、容器１０９の全容積からＶ２を減算することにより、さらに物質容積１１０を求めることができる。実際には、参照容器１６０は、形状および容積が容器１０９と同一である容器とすることができ、それにより物質容積１１０はＶ４−Ｖ２の値を算出することにより求めることができる。ここで、Ｖ２は、［（Ｖ１＋Ｖ４）Ｐ４／Ｐ２］−Ｖ１である。
【００３８】
同様に、本発明の一実施の形態によれば、同じ原理を任意の導管１０６を用いる構成に適用することができる。略図１６６および略図１６８を参照すると、共通の密閉空間は、容積Ｖ１＋Ｖ４＋Ｖ３を有し、減少した圧力Ｐ４を有する。したがって、式２を再度適用して、［（（Ｖ１＋Ｖ４＋Ｖ３）Ｐ４）／Ｐ２］−Ｖ１−Ｖ３の値を算出することで、Ｖ２を求めることができる。容器１０９の全容積が既知である場合、容器１０９の全容積からＶ２を減算することにより、さらに物質容積１１０を求めることができる。実際には、参照容器１６０は、形状および容積が容器１０９と同一の容器とすることができ、それにより物質容積１１０はＶ４−Ｖ２の値を算出することにより求めることができる。ここで、Ｖ２は、［（（Ｖ１＋Ｖ４＋Ｖ３）Ｐ４）／Ｐ２］−Ｖ１−Ｖ３である。
【００３９】
図１Ａ〜１Ｃとの関連で述べた所定の圧力１２０は、本発明の一実施の形態によれば、大気圧よりも高くてもよいが、本発明の別の実施の形態によれば、所定の圧力１２０は、実質的に大気圧と近い圧力であっても、大気圧より低い圧力であってもよい。
【００４０】
測定処理の効率を向上させるために、本明細書に記載の容積測定システムは、規模を拡大して実施してもよい。たとえば、図３を参照すると、ＰＳＶＭ１００を、横列３０２および縦列３０４を有するマトリックス状に配置してもよい。本発明の一実施の形態によれば、横列３０２は、１６個のＰＳＶＭ１００を含んでもよく、縦列３０４は、２４個のＰＳＶＭ１００を含んでもよく、その結果合計３８４個のＰＳＶＭ１００を配置してもよい。図３のシステムは、一回につき１つの容器１０９を測定するのではなく、３８４個の容器１０９を一度に測定するようにしてもよい。したがって、プロセッサ１１４は、スクリーンショット１１８からの変形例であるスクリーンショット３０６を生成してもよく、またスクリーンショット１１６からの変形例であるスクリーンショット３０８を生成してもよい。
【００４１】
ここで、容積測定を行うための動き検知システム（Ｍｏｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ：ＭＳＶＭ）について説明する。図４Ａを参照し、本発明の一実施の形態によれば、ＭＳＶＭ４００は、容器４０４と、可撓性密閉部材４０２と、加熱装置４０６と、検知装置４１４と、プロセッサ４１６とを備えてもよい。容器４０４は、開口部４０１を有し、これにより液体物質、固体物質、またはこれらの組み合わせを容器４０４に分配することができる。分配された物質は、物質容積４０８を有し、この物質容積により容器４０４の寸法によって画定された利用可能空間容積４０９が減少する。図１Ａ〜１Ｃおよび図２Ｄ〜２Ｅとの関連で述べた容器１０９と実質的に同様に、容器４０４は、本発明の一実施の形態によれば、キュベット、マイクロプレートウェル、または試験管であってもよい。
【００４２】
可撓性密閉部材４０２は、２つの機能を果たしてもよい。第１に、可撓性密閉部材４０２は、容器４０４の開口部４０１を覆うか、密閉することにより、容器４０４内の気体粒子を閉じ込め、外側から気体粒子が容器４０４へ侵入しないようにしてもよい。第２に、容器４０４が加熱された時、可撓性密閉部材４０２は、中の気体粒子が熱エネルギーを受け取るにつれ、利用可能空間容積４０９を膨張させるために伸張してもよい。一般的には、可撓性密閉部材４０２は、これらの２つの機能を果たすものであれば、どのような材料で形成されてもよい。本発明の一実施の形態によれば、可撓性密閉部材４０２は、ゴム、粘着層を有するアルミニウム箔、または他の伸縮可能な高密度の物質で形成されてもよい。
【００４３】
加熱装置４０６は、容器４０４に収容されている気体粒子へ十分伝達する熱エネルギーを生成できる装置であれば、どのような装置であってもよい。理想気体の法則によると、気体粒子の圧力が変化しない場合、有限量の気体粒子の容積は、気体粒子の温度が上昇すると膨張する。可撓性密閉部材４０２は伸縮可能であるので、容器４０４に収容されている気体粒子の圧力は、実質的に大気圧に対して変化しない。したがって、容器４０４に熱が与えられた場合、気体粒子は、利用可能空間容積４０９を膨張させることがある。本発明の一実施の形態によれば、加熱装置４０６は、ブンゼンバーナ、点火器、または電熱器であってもよい。
【００４４】
検知装置４１４は、伸張された可撓性密閉部材４０２の動きと位置とを検知することができる装置であれば、どのような装置であってもよい。図４Ａに示すように、可撓性密閉部材４０２は、伸張して容器４０４の開口部４０１の上方に移動してもよい。最初の室温では、可撓性密閉部材４０２は、底部４１０を画定する静止位置にあってもよい。熱４２０が容器４０４に与えられた場合、気体粒子の温度が上昇し、これにより利用可能空間容積４０９が増加する。その結果、可撓性密閉部材４０２が伸張されて、上部４１２を有する凸面が形成される。検知装置４１４は、底部４１０の位置に対する上部４１２の位置を検知し、それにより上部４１２から底部４１０を測定した、可撓性密閉部材４０２の伸張距離４１１を検知してもよい。本発明の一実施の形態によれば、検知装置４１４は、たとえば、動き検知装置、圧力検知装置、または光学検知装置であってもよい。
【００４５】
検知情報を受信し、検知装置４１４を制御するために、接続装置４１５を介してプロセッサ４１６を検知装置４１４に接続してもよい。一般的には、接続装置４１５は、接続装置１１３と本質的に同じであり、プロセッサ４１６は、図１Ａとの関連で述べたプロセッサ１１４と本質的に同じである。したがって、プロセッサ４１６は、データを受信し、処理し、出力して、スクリーンショット１１６、１１８、３０６、および３０８のような複数のスクリーンショットに表示してもよい。また、プロセッサ４１６は、利用可能空間容積４０９および物質容積４０８を求めるために有益な情報を十分格納できるメモリを備えてもよい。
【００４６】
図４Ｂに、図４Ａとの関連で述べたシステムの背後にある動作概念の観点をいくつか示す。理想気体の法則において、気体粒子の有限量の容積膨張ΔＶの大きさは、気体粒子数の合計Ｎと気体粒子毎の温度上昇ΔＴとに正比例する。すなわち、ΔＶαＮ＊ΔＴであり、気体粒子が密閉空間に収容されている場合、Ｎは定数である。したがって、各気体粒子の温度上昇ΔＴが、予め定義され既知である場合には、容積膨張の大きさΔＶを用いて、温度が上昇した気体粒子数Ｎを特定してもよい。気体粒子数Ｎは、これらの気体粒子が占める利用可能空間容積を示すため、所定の温度上昇ΔＴと、有限量の気体粒子の容積膨張の大きさΔＶとを用いて、当該気体粒子の室温の利用可能空間容積を求めてもよい。
【００４７】
略図４４１を参照すると、容器４０４は可撓性密閉部材４０２によって密閉されており、容器４０４は、物質容積４０８を有する液体または固体物質を収容しているため、気体物質に対して利用可能容積４０９がある。室温において、ＶＢが利用可能空間容積の値であり、ＶＡが物質容積の値である。略図４４２を参照すると、加熱装置４０６は、所定の温度ΔＶの熱４２０を容器に与える。液体および固体物質は、通常は理想気体の法則に従わず、一定の温度範囲において実質的には一定の容積を有するため、物質容積４０８は変化しない。しかしながら、容器４０４内に収容されている気体粒子は、理想気体の法則に従うため、利用可能空間容積４０９はＶＢからＶＢ’に膨張する。その結果、可撓性密閉部材４０２が伸張されて、上部４１２を有する凸面が形成される。検知装置は、その後、伸張距離４１１を測定してもよい。
【００４８】
本発明の一実施の形態によれば、プロセッサ４１６のメモリは、容器４０４に関して伸張距離４１１と特定の利用可能空間容積４０９とを照合するルックアップテーブルを格納してもよい。容器４０４の利用可能空間容積４０９を特定した後、プロセッサ４１６は、容器４０９の全容積から利用可能空間容積４０９を減算することにより、物質容積を求めてもよい。この全容積も、プロセッサ４１６のメモリに格納してもよい。本発明の別の実施の形態によれば、プロセッサ４１６は、ΔＶ＝ＶＢ’−ＶＢによって求められる容積膨張の大きさを算出し、理想気体の法則を適用して利用可能空間容積４０９と物質容積４０８とを求めてもよい。
【００４９】
略図４４３は、本発明のさらに別の実施の形態に係るＭＳＶＭ４００において参照容器４０５を導入するものである。参照容器４０５は、液体物質も固体物質も収容しない点を除いては、容器４０４と形状および寸法が同じであってもよい。そのため、容器４０５の利用可能空間容積４０９は、ＶＡとＶＢとの総和となり、容器４０５の物質容積は、およそゼロとなる。略図４４４を参照すると、加熱装置４０６は、所定の温度ΔＴの熱４２０を参照容器４０５に与える。利用可能空間容積４０９は、ＶＡ＋ＶＢからＶＡ’＋ＶＢ’に膨張し、可撓性密閉部材４０２を伸張させて参照上部４１３を有する凸面を形成する。参照上部４１３は、最大の容積膨張の結果であるため、参照伸張距離４１２を、他の伸張距離４１１と比較するための参照点として用いてもよい。したがって、プロセッサ４１６は、参照膨張距離４２１に基づいて分数モデルを用いて、さまざまな容積４０８を有する容器４０４の利用可能空間容積４０９を求めてもよい。
【００５０】
略図４４５および略図４４６は、所定の温度ΔＴを有する熱４２０が与えられた際に、プロセッサ４０６またはオペレータが、実質的に内容物が入った容器４０４を直ちに識別できる場合を示す。略図４４５において、容器４０４には、液体または固体物質が充填され、実質的には気体粒子が入る空間がない。そのため、物質容積４０８はＶＡ＋ＶＢを有し、これは熱４２０が与えられた後でもほぼ変化しない。略図４４６において示されているように、可撓性密閉部材４０２は、ほとんど伸張していないため、上部４１１は、底部４１０とほぼ同じ位置にある。したがって、伸張距離４１１は、ほぼ何もないに等しいため、オペレータおよび／またはプロセッサ４１６は、容器４０４は空の状態ではなく、実質的に内容物が入っていると思われることを容易に判定することができる。
【００５１】
図４Ａおよび図４Ｂとの関連で説明したＭＳＶＭ４００は、本発明の別の実施の形態によれば、図３に関して説明した配置と同様の配置でも構わない。また、当然のことながら、利用可能空間容積４０９を求めた後、ＭＳＶＭ４００が固体または液体物質が容器４０４内に存在するか否かも判定してもよい。ＰＳＶＭ１００は、動作概要においてＭＳＶＭ４００と異なる可能性があるが、それぞれ単独で、またはこれらを組み合わせて同じ目的を果たすように配置してもよい。
【００５２】
図４Ａおよび図４Ｂの容器４０４おける気体粒子の空間容積を膨張させるために、加熱装置４０６が用いられるが、本発明の別の実施の形態によれば、容器４０４および参照容器４０６における気体粒子の空間容積を縮小させるために冷却装置を用いてもよい。理想気体の法則において、有限量の気体粒子の容積縮小の規模ΔＶは、気体粒子数の合計Ｎと気体粒子毎の温度下降ΔＴとに正比例する。
【００５３】
再度図４Ａを参照し、ＭＳＶＭ４００において、加熱装置４０６を冷却装置４６０（図示せず）と置き換えてもよい。気体粒子が冷却された後に利用可能空間容積４０９が縮小されると、可撓性密閉部材４０２が下方向に伸張して、逆上部４１６を有する凹形が形成される。検知装置４１４は、可撓性密閉部材４０２の底部４１０から逆上部４１６までを測定した逆伸張距離４３１を検知してもよい。プロセッサ４１６は、利用可能空間容積４０９および容器４０４の物質容積４０８を求めるために、上述の科学的原理およびアルゴリズムステップに従ってもよい。
【００５４】
図５は、本発明の一実施の形態に係る、容積を測定するための圧力検知システムの方法ステップを示すフロー図である。これらの方法ステップは、図１Ａ〜１Ｃに関して述べた説明に関連している。これらのステップは、先の説明とは異なる技術用語を用いる可能性があるが、先の説明の精神および概念と整合するものであり、異なる意味に解釈すべきではない。ステップ５０２において、参照容積を有する参照容器に所定の入力圧力を印加する。ステップ５０４において、参照容器の参照出力圧力を測定することができる。ステップ５０６において、同じ所定の入力圧力を対象容器に印加する。この対象容器は、固体または液体物質を収容していても、していなくてもよい。ステップ５０８において、対象容器の対象出力圧力を測定することができる。ステップ５１０において、対象出力圧力と、参照出力圧力と、参照容積とを用いて対象容器の利用可能空間容積を求めることができる。ステップ５１２において、参照容器の参照容積から対象容器の利用可能空間容積を減算することによって、対象容器の物質容積を求めることができる。ここで、対象容器が空の状態である場合、参照容積は、対象容器の利用可能空間容積と実質的に等しいとする。
【００５５】
図６は、本発明の一実施の形態に係る、容積を測定するための動き検知システムの方法ステップを示すフロー図である。これらの方法ステップは、図４Ａ〜４Ｂに関して述べたことに関連する。これらのステップは、先の説明とは異なる技術用語を用いる可能性があるが、先の説明の精神および概念と整合するものであり、異なる意味に解釈すべきではない。ステップ６０２において、空気が充填された、可撓性密閉部材を有する参照容器に熱を与えてもよい。ステップ６０４において、参照伸張距離は、可撓性密閉部材の参照上部から可撓性密閉部材の底部までの距離から検知することができる。ステップ６０６において、同じ可撓性密閉部材を有する対象容器に熱を与えてもよい。ステップ６０８において、対象伸張距離は、可撓性密閉部材の対象上部から可撓性密閉部材の底部までの距離により検知することができる。ステップ６１０において、対象容器の物質容積は、参照伸張距離と対象伸張距離とを用いて利用可能空間容積を最初に算出することにより、求めることができる。
【００５６】
例示的な実施の形態をいくつか述べ、添付の図面に示したが、このような実施の形態は、単に例示を目的としており、当然のことながら広範な本発明を限定するものではなく、本発明は、図示して説明した特定の構成および配置に限定されるものではない。なぜなら、上述したものに加え、他の種々の変更、組み合わせ、省略、変形、代替が可能であるからである。当業者であれば、本発明の範囲および精神を逸脱することなく、上述の実施の形態の種々の適用および変形例を構成できることを理解するであろう。したがって、当然のことながら、本発明は、添付の請求の範囲内であれば、本明細書で具体的に説明したもの以外にも実施可能である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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