(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の反応容器を保持し、所定の位置でサンプルおよび試薬が供給される反応容器フォルダと、前記サンプルの物性を計測する計測手段とを備えた化学分析装置において、
接続部を介して試薬容器が着脱可能に設置された試薬容器の設置部と、前記設置部に設置される試薬容器位置の下部に位置する送液部と、を備える送液手段を複数備え、
前記試薬容器の設置部には、前記試薬容器内の試薬の種類に関する情報が書き込まれた情報部を備えた試薬容器が設置可能に形成され、
前記設置部に設置された前記試薬容器の前記情報を読込む読込部と、前記読込部で読込まれた前記情報が伝達される判断部と、前記判断部からの情報が連絡される前記送液部を駆動制御する送液制御部と、を備え、
前記判断部は、前記送液部に設定された試薬の種類に関する情報と、前記装着された試薬容器からの試薬の種類に関する情報と、の比較に基いて、前記送液制御部を駆動させるか駆動させないかを選択する機構を備えた化学分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の化学分析装置において、
前記複数の試薬容器をループ状に配置された試薬ホルダと、
前記複数の反応容器をループ状に配置された反応容器ホルダと、
前記試薬ホルダの移送軌跡と反応容器の移送軌跡とが交叉し、前記交叉位置でそれぞれの試薬容器ホルダ内の試薬を反応容器に分注するよう構成された化学分析装置。
【請求項３】
請求項１記載の化学分析装置において、
前記送液部が容積形ポンプ、又は歯車のかみ合いで送液を行う歯車ポンプ、
又は膜形ポンプの内のいずれかのポンプである化学分析装置。
【請求項４】
請求項３記載の化学分析装置において、
前記送液手段は試薬ホルダに設けられており、
前記試薬容器は底部に口を有し、
対応する送液部の吸入口の間に脱着可能なシール手段を設けた化学分析装置。
【請求項５】
請求項３記載の化学分析装置において、
前記送液部を各試薬容器の底部に設けた化学分析装置。
【請求項６】
請求項１の化学分析装置において、
前記送液部の吸入口を経て吐出口までの内部容積が２００μＬ以下である化学分析装置。
【請求項７】
複数の反応容器を保持し、所定の位置でサンプルおよび試薬が供給される反応容器フォルダと、前記サンプルの物性を計測する計測手段とを備えた化学分析装置において、
液送手段を備えた試薬容器が着脱可能に設置された試薬容器の設置部と、
前記試薬容器の設置部の下方に前記反応容器フォルダが位置するよう形成され、
前記試薬容器の設置部には、前記試薬容器内の試薬の種類に関する情報が書き込まれた情報部を備えた前記試薬容器が設置可能に形成され、
前記設置部に設置された前記試薬容器の前記情報を読込む読込部と、前記読込部で読込まれた前記情報が伝達される判断部と、前記判断部からの情報が連絡される前記送液部を駆動制御する送液制御部と、を備え、
前記判断部は、前記送液部に設定された試薬の種類に関する情報と、装着された前記試薬容器からの試薬の種類に関する情報と、の比較に基いて、前記送液制御部を駆動させるかどうかを選択する機構を備えた化学分析装置。
【請求項８】
請求項７記載の化学分析装置において
前記送液手段の吸入口を経て吐出口までの内部容積が２００μＬ以下である化学分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体中に溶存する物質の濃度を定量する化学分析装置に係り、特に生体液や水などの成分分析を行う化学分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の試薬の供給機構として、試薬を吸引し保持するノズルと、そのノズルを移動し反応容器内に試薬を吐出する試薬ピペッティング機構と、シリンジポンプと流路切替バルブと試薬吐出ノズルからなるディスペンサ機構と、試薬容器に一体化したピストンによるピストン機構のものがある。特に特開昭６３−１３１０６６号公報にはピストン機構の自動分析装置が開示されている。これは反応容器を保持した反応容器フォルダの移動軌跡に対して、試薬容器を保持した試薬容器フォルダの移動軌跡をオーバーラップさせることで、装置の小形化を図ることを第１の目的としている。試薬の吐出は各試薬容器の側面に一体形成されたピストンによって行われる。ピストンの駆動は、試薬の吐出位置に設けられたピストンロッド駆動装置によって行われる。吐出位置では、試薬容器のピストンロッド駆動装置が一時的に接続する。次にピストンロッドは上方へ引き上げられ、試薬容器中の試薬をピストン内に吸引する。最上部に至った段階で、ピストンを回転させる歯車と噛合い、その歯車によりピストンを１８０度回転させる。その際、ピストンの回転により吸引のために開いていた孔が閉じられ、反対に吐出口に繋がる孔が開く。ピストンロッドが下方へ動作すると、ピストン内の試薬は、前記孔を経て反応容器中に放出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の試薬供給機構には以下に示す問題点がある。
【０００４】
試薬ピペッティング機構の場合、次に上げる３つの問題点がある。
【０００５】
まず第１の問題点は、無駄な試薬量が発生するという点である。すなわちノズル内に吸引された試薬は純水と混ざり合わないように、その間に空気層が設けられているが、それでもノズル内壁を伝って純水は試薬の上部に混ざり合う。そこで混ざり合った試薬を分析に供しないようにするために、実際に分析に必要な試薬量より３割程度多めにノズル内に吸引する。本分析に供される試薬は非常に高価であり、従って、この余分な試薬量は検査コストの無駄につながる。
【０００６】
第２の問題点は、洗浄に時間・液量が多く必要という点である。すなわちノズルを介して試薬相互が混合することを避けるために、毎回ノズルの内外を洗浄液で洗浄するが、そのための洗浄液量や洗浄時間が余分に必要という問題である。
【０００７】
第３の問題点は、ノズル内外を洗浄液で洗っても多少は残留が生じるため、測定値に誤差を発生させるという点である。
【０００８】
試薬ディスペンサ機構の場合、以下に述べる２つの問題点がある。
【０００９】
第１の問題点は、上記と同じく無駄な試薬量が発生するという点である。どの試薬に対しても迅速に試薬を吐出するためには、予め分析を開始する前に、全ての試薬を試薬容器から切替バルブまでのチューブ、切替バルブから吐出ノズルまでのチューブに満たしておく必要がある。この部分に満たされた試薬は、装置の停止時には無駄に捨てられることになる。試薬の種類、チューブの全長にもよるが、百人分以上に相当する試薬を無駄に捨てる場合もある。
【００１０】
第２の問題点は、切替バルブのメンテナンスが面倒な点である。すなわち切替バルブは次々と異なる試薬が通過するため、次第に汚れてくる。異なる試薬同志が触れることでバルブシートが固着する場合が出る。そのため定期的に切替バルブを分解洗浄する必要がある。
【００１１】
さらに第３の例であるピストン方式では、上記いずれの例と比較しても無駄な試薬量は少ない。それでも装置のシャットダウン時に試薬容器からピペッタ先端まで流路があるため、試薬が残り、この部分が無駄に捨てられることとなる。また試料の濃度に応じて供給する試薬量を変更する必要があるが、ピストンの往復動作量は、ピストンの上部に設けられた回転させるための歯車の位置が固定されているため、予め決められた試薬量しか吐出することができない。
【００１２】
さらにピストンは側面に設けられているため、試薬容器の位置より高い位置に試薬を一時汲み上げる必要がある。また試薬容器からピペッタ先端までの流路による圧力損失も無視できない。これらのためにある程度の圧力を与える必要があり、ピストンの駆動機構が複雑化・大形化する。すなわち簡素で小形なポンプの利用を阻害している。
【００１３】
以上、従来の試薬供給方式では、いずれの方式においても無駄な試薬量が存在するという点が問題である。また試薬ピペッティング機構では試薬間の相互汚染を防止するために多くの洗浄液が必要である。試薬ディスペンサ機構では定期的に面倒な分解洗浄が必要である。またピストン方式では予め決められた容量の試薬しか供給することができない。あるいは構造が複雑である。
【００１４】
そこで本発明の目的は、試薬を無駄にせず、洗浄液をほとんど必要とせず、また定期的な分解洗浄も必要とせず、供給試薬量が容易に変更可能な簡素な試薬供給機構を備えた化学分析装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、複数の反応容器を保持し、所定の位置でサンプルおよび試薬が供給される反応容器フォルダと、前記サンプルの物性を計測する計測手段とを備えた化学分析装置において、複数の試薬容器と、前記試薬容器の下部に、各々の試薬容器に対応して設けられた送液手段を備えることで解決される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１〜図４を用いて説明する。図１は本発明の試薬供給機構を備えた化学分析装置の全体構成図、図２は本発明の試薬供給機構の詳細説明図、図３は試薬供給機構を上方から見た図、図４は本発明の試薬供給機構に備えられている送液手段の一実施例である膜形のマイクロポンプを示す図を示す。
【００１７】
まず、図１、図２、図３を用いて本発明の化学分析装置の構成について説明する。図１（ａ）は正面から見た装置１１を、図１（ｂ）は上面から見た装置１２を示している。
【００１８】
装置上面には試料２０の入った試験管２１と、試験管２１を円周上に保持するサンプルホルダー２２が設けられている。
【００１９】
またサンプルホルダー２２の脇には試験管２１内の試料２２を吸引するためのサンプルピペッタ３１が設けられている。サンプルピペッタ３１は、試料を吸引して内部に保持するノズル３２と、ノズル３２に上昇・回転の動作を与える３次元駆動機構３３と、図には示していないがノズル内に試料を吸引したり、ノズル内の試料を吐出したりするためのポンプとが設けられている。
【００２０】
サンプルホルダー中の試験管２１を丁度サンプルピペッタのノズルの直下に位置せしめるために、サンプルホルダー２２は回転駆動機構２３にて回転駆動するようになっている。サンプルピペッタ３１のノズルのもう一方の降下位置には、反応容器４１が順次回転しながら移動するようになっている。
【００２１】
複数の反応容器４１は、反応ディスク４２の円周上に保持されている。また反応容器の下半分は恒温水が流れる恒温槽４３になっている。サンプルピペッタのノズルの降下位置に順次反応容器を移動させるために、反応ディスク４２は反応ディスク回転駆動機構４４で支持されている。反応ディスク４２の円周上には前述したサンプルピペッタの他、反時計回りに第１の試薬供給部５１と、第２の試薬供給部６１と、反応容器洗浄機構７１と、分光計測部８１とが設けられている。
【００２２】
第１の試薬供給部５１の構成について図２、図３を用いて詳しく説明する。なお、図１の第１の試薬供給部５１も第２の試薬供給部６１も構成は同じであるため、第２の試薬供給部６１の説明は省略する。また、図１において、２つの試薬供給部を設けているがこれを１つだけとすることも可能である。
【００２３】
試薬供給部５１は、大きく試薬容器５２と試薬ホルダー５３と、マイクロポンプ５４と、試薬ホルダー回転駆動機構５５の４つの部分から構成されている。試薬ホルダー５３は中心軸５６の周りに試薬容器５２を円周上に保持させる構造になっている。保持される試薬容器の数と同数の膜形のマイクロポンプ５４が試薬ホルダー５３の底部に設けられている。試薬容器５２の底面には接続孔５２１があり、試薬ホルダー５３の底部に向かって強く押しつけることで、マイクロポンプ５４の吸入孔５４１と接続するようになっている。
【００２４】
またマイクロポンプ５４には吐出口５４２が鉛直下方に向かって設けられている。試薬容器５２の側面には試薬の種類を記載したデータが書き込まれた磁気部５２２が設けられている。また試薬ホルダー５３の対応する円周位置には磁気部５２２のデータを読み込むための磁気リーダ５３１が設けられている。磁気リーダ５３１からの信号線は、判断部５７に接続されている。さらに判断部５７はマイクロポンプ制御部５８と接続されている。マイクロポンプ５４はマイクロポンプ制御部５８にて駆動される。試薬ホルダー５３は、試薬ホルダー回転駆動機構５５にて回転移動される構成となっている。
【００２５】
なお、試薬ホルダと試薬容器とは、常時同じ試薬ホルダに同じ試薬を内包した容器がセットされるように、先に述べた磁気リーダで読み取ったデータと一致しない場合強く試薬容器を押し付けてもマイクロポンプの吸引口に接続できないように、マイクロポンプ吸い込み口に接続口開閉用の蓋を設けることができる構成として有る。
【００２６】
このように構成することによって、試薬ホルダー及びマイクロポンプの洗浄を試薬容器を交換する度に行う必要がないようにした。
【００２７】
次にマイクロポンプ５４の構成について図４を用いて説明する。
【００２８】
本マイクロポンプ５４は、吸入口から吐出口に向かって、入口弁５４３と、ポンプ室５４７と、ダイヤフラム５４６と、振動板５４５と、出口弁５４４とから構成されている。振動板５４５は、図中に示すように、マイクロポンプ制御部５８からの駆動信号線にて接続されている。マイクロポンプ制御部５８からは吐出する試薬量に応じて交流信号が振動板５４５の両面に印加される。これによって、振動板５４５は反るように駆動し、ダイヤフラム５４６を、所定の回数（吐出する試薬の量に応じた回数）だけを加振させるようになっている。
【００２９】
以上の構成で以下のように動作する。
【００３０】
まず試料の入った試験管２１から所定量の試料２０をサンプルピペッタ３１のノズル３２内に吸引し、反応容器４１の底部まで３次元駆動機構３３で移動させた後吐出する。反応容器４１は、反応ディスク回転駆動機構４４により第１の試薬供給部５１の試薬吐出位置まで回転移動される。
【００３１】
第１の試薬供給部では、所望の検査項目に対応したマイクロポンプ５４の吐出口５４２が、前記反応容器４１の直上に位置するように試薬ホルダー回転駆動機構５５が動作する。反応容器４１と吐出口５４２の位置が整合した時点で、マイクロポンプ制御部５８の制御によりマイクロポンプ５４により所定量の試薬が反応容器内に吐出される。第２試薬を追加する必要がある場合は、反応容器４１は第２の試薬供給部の試薬吐出位置まで回転移動し、第１の試薬供給部と同様の動作を行う。
【００３２】
さらに第３、第４試薬を追加する場合には、もう一回転した後、再び第１試薬供給部、第２試薬供給部にて供給される。これらの試薬供給が終了した後、試薬と試料は徐々に反応を開始し、その結果検査項目の成分濃度に対応した発色を行う。この発色の程度は成分濃度に対応する。分光計測部にて反応容器中の試料の吸光スペクトルを計測し、濃度の定量を行う。計測が終了した反応容器４１内の試料は、反応容器洗浄機構７１にて吸引され、同時に反応容器内壁も洗浄される。
【００３３】
図４に示すマイクロポンプ５４は以下のように動作する。まずマイクロポンプ制御部から所定回数振動するように、その回数に相当する時間だけ交流信号が振動板５４５の両面に印加される。これに応じて振動板５４５が反り、ダイヤフラム５４６が振動する。ダイヤフラム５４６が下方に歪むと入口弁５４３が開いてポンプ室５４７内に試薬５２３を吸引し、次にダイヤフラムが上方に歪むと出口弁５４４が開いてポンプ室内の試薬５２３を吐出する。反応容器に吐出される試薬量は振動板５４５の振動回数に比例し、マイクロポンプ制御部５８から与えられる加振信号の回数によって容易に調整される。
【００３４】
なお、マイクロポンプとして、マイクロマシニングを駆使して製作した薄膜ポンプとすると、内容積を１００μＬ以下にすることは容易である。これによって装置のシャットダウン時に無駄に残る試薬量を１００μＬ以下に低減することができる。また本実施例のポンプは試薬容器の底部にあるため、試薬をそのまま下方に移送するだけでよく、従って、余分な揚程を与える必要がなく、簡素なポンプが利用できる。
【００３５】
図５にポンプとして歯車ポンプを用いた時の実施例を示す。
【００３６】
本歯車ポンプはポンプ室５４７の中に噛合う２つの歯車５４８を備えており、図中矢印で示す方向に回転することで入口より吸引された試薬５２３を歯車５４８とポンプ室５４７の間に生じる試薬保持室５４９に閉じ込めながら、出口側に送る。出口では２つの試薬保持室５４９にあった試薬が合流し出口から吐出される。歯車５４８はモータ５８１によって回転させられる。モータの回転は、モータ制御部５８２によって制御される。
【００３７】
本実施例では歯車の回転角度を設定することにより、試薬保持室によって送られる試薬送液量を容易に変更可能である。また試薬は鉛直下方に送液されるので、試薬に余分な揚程を与える必要がなく、図に示すように小形・簡素なポンプが利用できる。さらに小形化によりポンプ室を満たすための試薬量は微量で良く、装置停止時に無駄に捨てる試薬量をほとんどなくすることができる。
【００３８】
本実施例では試薬間のキャリーオーバを防止する目的で、マイクロポンプ５４は、それぞれの試薬に専用化して設けられている。試薬容器５２を試薬ホルダー５３に装填する際、磁気リーダ５３１で試薬容器５２の側面にある磁気部５２２から試薬容器５２内の試薬の種類に関する情報を読み取る。判断部５７では、前記試薬種類情報と各マイクロポンプに予め定められている試薬種類情報とを照合し、同じであれば、そのままポンプを駆動し、ポンプ内に試薬を連通させる。同じでなければアラームを発生し、マイクロポンプ制御部５８に信号を送り、ポンプの駆動を停止させる。
【００３９】
このようにすることで異なる試薬を入れた試薬容器が装填された場合に発生するポンプ内での異試薬間の混合事故を防ぐことができる。
【００４０】
図７に試薬容器と試薬ホルダー（又はポンプ）間の接続誤りを防ぐ他の実施例を示す。
【００４１】
図７では、試薬容器の接続孔５２１の周囲に突起５２４が設けられており、この突起の位置が試薬の種類によって異なる。対する試薬ホルダー５３の吸入孔５４１の周囲には同じく窪み５４３が設けられており、この窪みの位置も試薬の種類によって異なる。従ってそのマイクロポンプに適合した試薬容器のみ接続することができ、それ以外は接続することができない。これによって２種類以上の試薬が一つのマイクロポンプを流れることはない。
【００４２】
マイクロポンプ５４を試薬の種類毎に専用化しない場合は、試薬容器を外した時に随時洗浄液を供給する系を設ける。図には記載していないが、マイクロポンプ５４の吸入孔５４１に洗浄液を供給すれば、後はマイクロポンプの送液動作で内部は洗浄される。このようにしても試薬間のキャリーオーバを防止することができる。
【００４３】
以上の実施例によれば、試薬は試薬容器を経て、僅かな容量のマイクロポンプを満たすだけで反応容器内へ試薬供給が可能となる。これによって装置停止時の試薬の無駄量をほとんどゼロにすることができる。さらに各マイクロポンプは、それぞれの試薬専用となっているので、いちいち供給の度に洗浄する必要がなく、洗浄のための時間、洗浄液をなくすことができる。また切替バルブのメンテナンスもない。
【００４４】
図６に本発明の他の実施例を示す。図６は別の実施例の試薬供給部を示した図である。この場合、試薬容器５２の底部に直接マイクロポンプ５４が付属している。マイクロポンプの駆動信号は試薬容器５２が試薬ホルダー５３に挿入された時点で試薬容器５２の外面にある信号コネクタ５２３と試薬ホルダー５３の側面に設けられた信号コネクタ５３２が接触するようになっている。信号コネクタ５３２は、マイクロポンプ制御部５８に接続されている。また信号コネクタ５２３の一部には試薬の種類の情報も記録されており、接触することで判断部５７に試薬の種類を設定するようになっている。試薬ホルダー５３の下部にはマイクロポンプからの試薬の吐出を遮らないように比較的大きな切欠部５３３が設けられている。
【００４５】
信号コネクタ５３２より読み込んだ試薬容器内の試薬種類情報は予め判断部５７で記録されており、それに応じて指定の試薬ボトルを反応容器直上に移動させる。マイクロポンプ制御部５８の動作信号で試薬容器５２付属のマイクロポンプ５４が動作を開始し、試薬容器５２内の試薬を直接反応容器４１内に吐出する。
【００４６】
本実施例では、試薬ホルダー等装置本体部に試薬が触れる部分がないため、試薬相互の汚染は全くない。また試薬容器内の試薬はマイクロポンプ５８を満たしている分まで無駄なく利用することができる。
【００４７】
以上試薬容器５２および試薬ホルダー５３の駆動は下部に設けられた試薬ホルダー回転駆動機構５５で行われているが、上部に駆動機構を設け、試薬ホルダーをつり下げた状態に保持して行っても良い。また試薬容器５２の移動は、回転のみならず平行移動して行っても良い。同様に反応容器の移動についても本実施例では回転移動のみを開示しているが、試薬供給位置に順次異なる反応容器を配置させるという観点から、当然ながら平行移動させても良い。
【００４８】
また本実施例では、試薬供給部として２個所設けているが、当然ながら１個所でも良い。また添加する試薬の種類に応じて３個所以上設けても良い。本発明の試薬供給部は、従来と比較すると十分簡素な系で構成可能なため、容易に３個所以上の試薬供給部を持たせることが可能である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明により、試薬を無駄にせず、洗浄液をほとんど必要とせず、また定期的な分解洗浄も必要とせず、試薬供給量の変更が容易な簡素な試薬供給機構を備えた化学分析装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の化学分析装置の構成図である。
【図２】本発明の試薬供給部の構成図である。
【図３】本発明の試薬供給部を上方から見た図である。
【図４】本発明の試薬供給部に設けられた膜形ポンプに関する説明図である。
【図５】本発明の試薬供給部に設けられた歯車ポンプに関する説明図である。
【図６】別の実施例の試薬供給部の構成図である。
【図７】本発明の別の試薬容器の形状を示す説明図である。
【符号の説明】
１１・・・装置本体上面部、１２・・・装置本体正面部、２１・・・試験管、２２・・・サンプルホルダー、２３・・・回転駆動機構、３１・・・サンプルピペッタ、３２・・・ノズル、３３・・・３次元駆動機構、４１・・・反応容器、４２・・・反応ディスク、４３・・・恒温槽、４４・・・反応ディスク回転駆動機構、５１・・・第１の試薬供給部、５２・・・試薬容器、５３・・・試薬ホルダー、５４・・・マイクロポンプ、５５・・・試薬ホルダー回転駆動機構、５６・・・中心軸、５７・・・判断部、５８・・・マイクロポンプ制御部、５２２・・・磁気部、５３１・・・磁気リーダ、５３３・・・切欠部、５４１・・・吸入孔、５４２・・・吐出孔、６１・・・第２の試薬供給部、７１・・・反応容器洗浄機構、８１・・・分光計測部、９１・・・第１試薬ピペッティング機構、９２・・・第２試薬ピペッティング機構、５２３・・・信号コネクタ、５３２・・・信号コネクタ、５２４・・・突起、５４３・・・窪み、５４７・・・ポンプ室、５４８・・・歯車、５４９・・・試薬保持室。
【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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