(57)【要約】  優れた攪拌効率で、短時間に反応液を混合する。  攪拌中に、攪拌棒１９を反応液７中で上下往復運動させる。
2010013680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料セルと、
前記試料セルを搬送する試料セル搬送部と、
前記試料セルに試料を注入する試料注入部と、
前記試料セルに試薬を注入する試薬注入部と、
前記試料セル内の溶液を攪拌する攪拌部と、
前記試料セル内の溶液に光照射して光学的測定を行う測定部と、
各部を制御する制御部とを備え、
前記攪拌部は、前記試料セル内の溶液中に挿入される攪拌棒、前記攪拌棒を回転駆動する回転モータ、及び前記攪拌棒を上下動させる上下モータを有し、
前記制御部は、前記試料セル内の溶液中で、前記回転モータによる前記攪拌棒の回転駆動と前記上下モータによる前記攪拌棒の上下往復駆動を同時に行うことにより前記試料セル内の溶液を攪拌することを特徴とする自動分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の自動分析装置において、前記試料セルは、幅、奥行きのうち少なくとも一方が２．５ｍｍ以下であることを特徴とする自動分析装置。
【請求項３】
請求項１記載の自動分析装置において、前記制御部は、前記攪拌棒が前記試料セル内の溶液中に挿入され、定位置で前記回転モータによって回転駆動されている攪拌動作中に、前記試料セル内の溶液中で前記上下モータにより前記攪拌棒を前記定位置から一旦上方に駆動したのち前記定位置に戻す上下往復駆動を行うことを特徴とする自動分析装置。
【請求項４】
請求項１記載の自動分析装置において、前記制御部は、前記回転モータが停止もしくは加速中に前記上下モータにより前記攪拌棒を下降させて前記試料セル内の溶液中に侵入させ、前記回転棒が定位置へ移動し前記回転モータが加速を終えた高速回転中に前記上下モータを駆動して前記攪拌棒の上下往復運動を行い、その後、前記回転モータが停止もしくは減速中に前記上下モータにより前記攪拌棒を上昇させて前記試料セル内の溶液から退避させることを特徴とする自動分析装置。
【請求項５】
請求項１記載の自動分析装置において、検査項目や分析条件に関するデータを入力する入力部と、前記試料セル内の液量もしくは試薬の種類と攪拌条件との対応関係を記憶した攪拌条件パラメータ記憶部とを有し、前記制御部は、前記入力部から入力されたデータと前記攪拌条件パラメータ記憶部に記憶された対応関係とを対照して、前記上下モータによる前記攪拌棒の上下往復運動の有無又は上下往復運動の距離を設定することを特徴とする自動分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動分析装置に関し、容器内に注入された試薬や反応液などを混合する攪拌機構を有する自動分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
血液、尿、便等を試料とし、試料セルと呼ばれる透明な測定容器内にこの試料と試薬を注入して反応させ、その試料と試薬とからなる反応液の反応による呈色を光学的に測定することにより試料の生化学分析を行う生化学自動分析装置が知られている（例えば特許文献１参照）。【０００３】
ここで、試料セル内に試薬と試料との双方を注入した後、試薬と試料を良好にかつ一様に反応させるために、試料セル内で試薬と試料が攪拌される。生化学自動分析装置においては、スループット向上の観点から、短時間で反応液を混合する攪拌機構が求められている。また、試薬消費量低減の観点から、微量の反応液を分析できる微小な試料セル内で反応液を混合する攪拌機構が求められている。【０００４】
特許文献２には、短時間に効率よく攪拌を行うために、攪拌棒の回転運動と水平方向の往復直進運動を同時に行う方法が提案されている。しかしながら、より微量の反応液に対応するためには幅の小さい試料セルで分析を行うこととなり、水平方向の運動が制限された状態で攪拌を行うことが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４４５１４３３号明細書
【特許文献２】特開平１０−６２４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
攪拌棒の回転による攪拌機構では、定常状態に達すると流れが上下方向で複数の層に分離する現象が確認され、分離した層の数と層間での物質の伝播速度が攪拌した反応液の均一性に影響していることが研究の結果明らかになった。層間の物質の伝播速度は層内での物質の伝播速度に比べ遅いため、分離した層の数が多いほど反応液の均一性が低下する。また、試料セルの幅が短く、反応液量が多く、試料セル内の反応液の粘性が高い場合に、分離した層の数は多くなる傾向にある。生化学分野では様々な液性、液量の試薬が用いられるため、分離した層の数を制御することは困難であり、特に微量の反応液に対応した微小な試料セルで短時間に攪拌を行い、溶液を均一にすることは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明では、攪拌棒の回転運動と上下往復運動を同時に行うことにより、攪拌対象の試料と試薬や反応液を効率よく混合させる。反応液内で攪拌棒の回転運動による攪拌動作中に上下往復運動を行うことで、定常状態での流れの層の境界面が崩れ、物質の伝播速度が増し、効率よく混合することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、回転運動と上下往復運動を同時に行うことで、定常状態で上下方向に複数の層に分離した流れを乱し、層間で効率よく物質を伝播させることが可能となり、攪拌効率を向上させることができる。特に微小な試料セルで短時間に攪拌を行う場合には有効な手段となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】自動分析装置の構成例を示す図。
【図２】攪拌ユニットの構成例を示す図。
【図３】従来の攪拌工程を示す図。
【図４】従来の攪拌工程における攪拌棒の高さ、回転速度の関係を示すタイムチャート。
【図５】攪拌中の分離した層の数を示す図。
【図６】本発明による上下往復運動のある攪拌工程を示す図。
【図７】本発明の攪拌工程における攪拌棒の高さと回転速度の関係を示すタイムチャート。
【図８】グリセリン溶液を用いた上下往復運動の有無による攪拌後の溶液の不均一度を示す図。
【図９】本発明による上下往復運動の制御系統図。
【図１０】検査依頼の入力情報と攪拌条件の対応を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施例を、図を参照して詳細に説明する。
【００１１】
＜第１の実施形態＞
本発明による自動分析装置の全体構成例を図１に示す。試料ディスク３には、試料１を収めた試料カップ２が複数配置されている。試薬ディスク６には、試薬４を収めた試薬カップ５が複数配置されている。セルディスク９には、試料１と試薬４とを混合させ反応液７とする試料セル８が複数配置されている。試料分注機構１０は、試料１を試料カップ２内から試料セル８内に一定量移動できる。試薬分注機構１１は、試薬４を試薬カップ５内から試料セル８内に一定量移動することができる。セルディスク９の周囲には、試料１と試薬４を試料セル８内で攪拌し混合させる攪拌ユニット１２、反応液に対して光学的な測定を行う測定ユニット１３、試料セル８を洗浄する洗浄ユニット１４が配置されている。測定ユニット１３は、反応液７に光を照射する光源１５、反応液７に光を照射した結果得られる光を受光する受光素子１８を備える。セルディスク９に配置された試料セル８及び反応液７は、恒温槽に保持された恒温流体１７によって一定温度に保たれている。また、この自動分析装置は、装置各部を制御する制御部、各種データを蓄えたデータ格納部、外部より必要なデータをデータ格納部に入力できる入力部、受光素子１８で受ける光量から吸光度までを算出する測定部、吸光度から成分量を割り出す解析部、データを表示し外部に出力できる出力部を備える。
【００１２】
試料１中のある成分量の分析は、次の様な手順で行われる。まず、試料カップ２内の試料１を、試料分注機構１０により試料セル８内に一定量分注する。次に、試薬カップ５内の試薬４を、試薬分注機構１１により試料セル８内に一定量分注する。続いて試料セル８内の試料１と試薬４とを攪拌ユニット１２により攪拌し反応液７とする。必要であれば、複数の試薬４を試薬分注機構１１により試料セル８内に追加して分注する。これら分注の際は、試料ディスク３、試薬ディスク６、セルディスク９はそれぞれ回転移動し、試料カップ２、試薬カップ５、試料セル８を所定の位置に移動させる。反応終了後は、洗浄ユニット１４により試料セル８内を洗浄し、次の分析を行う。反応液７の吸光度は測定ユニット１３と測定部において測定し、データ格納部に吸光度データを蓄積する。蓄積された吸光度データから、解析部において検量線データ及びランベルト・ベアーの法則に基づき成分量を分析できる。各部の制御・分析に必要なデータは、入力部からデータ格納部に入力する。各種データや解析結果は出力部により表示・出力する。
【００１３】
図２（ａ）に、攪拌ユニット１２の構成例を示す。本例の攪拌ユニット１２は、攪拌棒１９、攪拌棒１９にギア２０ａ，２０ｂ，２０ｃを介して連結された回転モータ２１、回転モータ２１を支持する第１の支持部材２２、第１の支持部材に連結された水平移動モータ２３、水平移動モータ２３を支持する第２の支持部材２４、第２の支持部材２４とクランク２５を介して連結された上下モータ２６を備える。また、一般に攪拌棒１９の形状には、図２（ｂ）に拡大図を示す平板形状、図２（ｃ）に拡大図を示すスクリュー形状のものがあるが、本発明はいずれの形状の攪拌棒に対しても有効である。
【００１４】
本発明による攪拌工程と従来の攪拌工程の違いを明確にするために、最初に、従来の攪拌工程について説明する。従来の攪拌ユニット１２による反応液７の攪拌は、次の手順で行われる。まず水平移動モータ２３を駆動し、攪拌棒１９を試料セル８の上方へ移動する。次に上下モータ２６を駆動し、試料セル８内の反応液７へ攪拌棒１９を挿入する。続いて回転モータ２１を駆動し、攪拌棒１９を反応液７の中で回転させ、攪拌動作を行う。さらに上下モータ２６を駆動し、攪拌棒１９を試料セル８の上方へ退避させる。以上が攪拌ユニット１２による反応液７の攪拌工程にあたり、この後に攪拌棒１９の洗浄工程が続く。攪拌棒の洗浄工程では、水平移動モータ２３を駆動し、攪拌棒１９を洗浄ユニット１４内の洗浄槽の上方へ移動する。次に上下モータ２６を駆動し、攪拌棒１９を洗浄槽内へ挿入する。続いて回転モータ２１を駆動し、攪拌棒１９を洗浄槽内で回転させ、洗浄動作を行う。さらに上下モータ２６を駆動し、攪拌棒１９を洗浄槽の上方へ退避させる。
【００１５】
図３は、従来の攪拌工程を説明する模式図である。また、図４は、従来の攪拌工程における攪拌棒１９の下端の高さと回転速度の関係を示すタイムチャートである。図３（ａ）は、上下モータ２６により攪拌棒１９を試料セル８内の反応液７に挿入している工程を示している。本工程は、図４における時間ｔ0〜ｔ1にあたる。攪拌棒１９は高さｈ0〜ｈ1に下降し、回転速度は停止状態からｒ0〜ｒ1に加速する。ｈ2は反応液７の高さを示しており、液量によって変動する。図３（ｂ）は、反応液７の中で回転モータ２１により攪拌棒１９を回転させ、攪拌している工程を示しており、図４における時間ｔ1〜ｔ2にあたる。攪拌棒１９の高さはｈ1、回転速度はｒ1に維持される。図３（ｃ）は、攪拌棒１９を試料セル８の上方へ退避する工程を示しており、図４における時間ｔ2〜t3にあたる。攪拌棒１９の高さはｈ1〜ｈ0に上昇し、回転速度はｒ1〜ｒ0に減速して停止する。
【００１６】
ここで時間ｔ0〜ｔ1及びｔ2〜ｔ3において、攪拌棒１９が高速で回転しながら反応液７に侵入あるいは退避すると、反応液７が液面で飛散し、試料セル８の壁面に付着して、分析精度に影響することがある。そのため、従来の攪拌工程では反応液７の飛散を回避するために、攪拌棒１９が高さｈ2の位置を通過する際は回転が完全に停止した状態又は加減速により低速の状態で攪拌棒の上下運動を行い、侵入後から退避前の間ｔ1〜ｔ2では高さｈ1の定位置で攪拌棒１９の回転運動を行っていた。定位置で攪拌棒１９の回転運動を行うと定常状態に達し、図３（ｂ）に示すように、反応液７に流れの境界面２７が発生する。図３（ｂ）には、流れの境界面２７が一つ発生した例を示している。流れの境界面２７が発生すると、試料セル８内の反応液７は流れの境界面２７で上下に分離し、上下の反応液中に互いに独立した流れが生じる。
【００１７】
図５（ａ）（ｂ）は、攪拌中に分離した層の数を示している。また、図５（ｃ）は試料セル８の立体図を示している。ここでは、測定光１６の進行方向に対し直行する寸法を幅、平行する寸法を奥行きとし、反応液７の高さを液面高さとしている。幅２．５ｍｍ、奥行き５．０ｍｍ，３．０ｍｍの２種の試料セルＡ，Ｂに、０％〜４０％グリセリンを分注し、幅１．５ｍｍのスクリュー形状の攪拌棒により攪拌した際の流れの分離を観察したところ、全ての条件において、分離した層は二つ以上発生することが明らかになった。特に、幅２．５ｍｍに対する反応液７の液面高さのアスペクト比が３倍以上となる条件では、３層以上に層の数が増加する傾向が顕著に見られる。このとき、流れの境界面２７で区切られた層間での試料１や試薬４内の物質の伝播速度は、層内での伝播速度に比べ遅いため、流れの境界面２７の数が多いほど攪拌後の反応液７内の試料１や試薬４の均一性が低下する。
【００１８】
次に、本発明の実施形態１に基づく上下往復運動のある攪拌工程を図６（ａ）〜（ｅ）に示す。また、図７は、本発明の攪拌工程における攪拌棒１９の下端の高さと回転速度の関係を示すタイムチャートである。
【００１９】
図６（ａ）は、上下モータ２６により攪拌棒１９を試料セル８内の反応液７に挿入している工程を示し、図７の時間ｔ0〜ｔ1に対応する。攪拌棒１９は高さｈ0〜ｈ1に下降し、回転速度は停止状態からｒ0〜ｒ1に加速する。ｈ2は反応液７の高さを示している。図６（ｂ）は、反応液７の中の定位置で回転モータ２１により攪拌棒１９を回転させ、攪拌している工程を示している。この工程は、図７の時間ｔ1〜ｔ4に対応する。攪拌棒１９の高さはｈ1、回転速度は高速の定常回転であるｒ1に維持される。図６（ｃ）（ｄ）は、回転モータ２１により攪拌棒を回転させると同時に、上下モータ２６により攪拌棒２９を反応液７の中で定位置ｈ1から一度上昇させて再び定位置まで下げる上下往復運動を行っている工程を示している。図６（ｃ）（ｄ）の工程は、図７における時間ｔ4〜ｔ5にあたる。攪拌棒１９は回転速度ｒ1を保ったままの状態で、高さｈ1〜ｈ3間を上下往復運動する。図６（ｅ）は攪拌棒１９を試料セル８上方へ退避する工程を示し、図７における時間ｔ2〜ｔ3にあたる。攪拌棒１９の高さはｈ1〜ｈ0に上昇し、回転速度はｒ1〜ｒ0に減速して停止する。
【００２０】
ここで図６（ｂ）において、定常状態に達したときに反応液７に流れの境界面２７が発生するが、図６（ｃ）（ｄ）に示すように攪拌棒１９の回転運動と上下往復運動を同時に行うことで、流れの境界面２７が発生していた周辺で乱れた流れの層２８となり、流れの境界面２７で区切られていた層間で試料１や試薬４内の物質の伝播速度が速くなり、攪拌後の反応液７内の試料１や試薬４の均一性が増す。このとき、攪拌棒１９の上下往復運動を攪拌棒１９が反応液７中に浸漬された状態で行うので、攪拌棒１９が高速で回転していても反応液７の飛散はない。
【００２１】
簡易的な評価装置を用いて、上下往復運動の有無によるグリセリン溶液の攪拌後の不均一度を評価した結果を図８に示す。幅２．５ｍｍ、奥行き５．０ｍｍの試料セル８に色素溶液とグリセリン溶液をあわせて１３０μＬ分注し、幅１．５ｍｍのスクリュー形状の攪拌棒１９により攪拌した。上下往復運動のある条件では、高速で定常回転している攪拌棒１９の先端を試料セル８の底面から１．０ｍｍの位置と２．０ｍｍの位置の間で一回上下往復運動させた。上下往復運動のない条件での攪拌は、攪拌棒の先端を試料セル８の底面から１．０ｍｍの位置に保った以外は、同じ条件で攪拌した。攪拌した溶液を撮影した画像の輝度から溶液の濃度のばらつきを求め、溶液の不均一度を算出した。
【００２２】
図８に示すように、グリセリン濃度０％〜４０％の範囲で、上下往復運動ありの条件の方が上下往復運動なしの条件に比べ、溶液の均一度が高い結果となった。図８の結果から、容器の幅が２．５ｍｍの時に上下往復運動の効果があることが示されている。さらに、容器寸法が小さくなればなるほど層分離が起こりやすいので、寸法２．５ｍｍ以下の容器を使う場合には本発明が有効である。また、ここでは上下往復運動を試料セル８の底面から１．０ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲で行ったが、攪拌棒１９が反応液７に確実に浸漬されて飛散が発生せず、かつ試料セル８の底面に攪拌棒１９が接触しない範囲であれば、上下往復運動の移動範囲を任意に設定できる。
【００２３】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態に基づく上下往復運動の制御フローを、図９に示す。入力部から依頼する検査項目や分析条件が入力され、データ記憶装置２９内の分析条件設定部３０に格納される。必要に応じて、分析条件設定部３０から分析条件パラメータ記憶部３１に、分析条件パラメータを照会する。次に、分析条件設定部３０から攪拌条件自動設定部３２に分析条件を送り、攪拌条件自動設定部３２は攪拌条件パラメータ記憶部３３から分析条件に含まれる反応液の液量や試薬の種類に対応した攪拌条件を読み出し、攪拌往復運動の有無や上下運動距離を自動設定する。
【００２４】
図１０は、検査依頼の入力情報と攪拌条件の対応の例を示している。攪拌条件パラメータ記憶部３３に、図１０に示すように、検査項目や試料、試薬の液量の入力情報に対し試薬の種類と上下往復運動の有無及び往復移動距離の攪拌条件を対応付けたデータベースを予め格納しておき、入力部からの入力情報により攪拌条件を決定することができる。このため、ユーザが攪拌条件を入力することなく、自動設定することが可能となる。続いて、分析条件設定部３０から試料分注ユニット制御部３４や試薬分注ユニット制御部３５に分析条件パラメータが、攪拌条件自動設定部３２から攪拌ユニット制御部３６に攪拌条件パラメータが送られ、各ユニット制御部によって試料分注ユニット１０や試薬分注ユニット１１、攪拌ユニット１２が駆動される。
【符号の説明】
【００２５】
１  試料
２  試料カップ
３  試料ディスク
４  試薬
５  試薬カップ
６  試薬ディスク
７  反応液
８  試料セル
９  セルディスク
１０  試料分注機構
１１  試薬分注機構
１２  攪拌ユニット
１３  測定ユニット
１４  洗浄ユニット
１５  光源
１６  光
１７  恒温流体
１８  受光素子
１９  攪拌棒
２０ａ〜２０ｃ  ギア
２１  回転モータ
２２  第１の支持部材
２３  水平移動モータ
２４  第２の支持部材
２５  クランク
２６  上下モータ
２７  流れの境界面
２８  乱れた流れの層
２９  データ記憶装置
３０  分析条件設定部
３１  分析条件パラメータ記憶部
３２  攪拌条件自動設定部
３３  攪拌条件パラメータ記憶部
３４  試料分注ユニット制御部
３５  試薬分注ユニット制御部
３６  攪拌ユニット制御部
【図１】
2010013680.tif 000003
【図２】
2010013680.tif 000004
【図３】
2010013680.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010013680.tif 000007
【図６】
2010013680.tif 000008
【図７】
2010013680.tif 000009
【図８】
2010013680.tif 000010
【図９】
2010013680.tif 000011
【図１０】
2010013680.tif 000012
【国際調査報告】
2010013680.tif 000013
2010013680.tif 000014