(57)【要約】      （修正有）【課題】低液量の反応液を効率良く攪拌するための攪拌装置、攪拌方法を提供する。【解決手段】容器直径が３．０ｍｍ以下で、１００ｕＬ以下の反応液を収容した反応容器と、自転と公転を用いた攪拌装置において、公転角速度をω［ｒａｄ／ｓ］、反応容器の直径をＤ［ｍ］、回転中心と反応容器の底面との距離Ｌ［ｍ］、公転回転軸に対する反応容器の設置角度をθ［ｒａｄ］、反応液の液量をＶ［ｍ3］、反応液の密度をρ［ｋｇ／ｍ3］、反応液の表面張力をσ[Ｎ／ｍ]、重力加速度をｇ[ｍ／ｓ2]としたときに、ｔａｎ-1（８Ｖ／πＤ3）／ｔａｎ-1（（ω2Ｌｃｏｓθ＋ｇ）ｓｉｎθ／（−（ω2Ｌｓｉｎ2θ＋ｇｃｏｓθ）））の値が０．０９以上０．１３５以下となり、さらに、（（σ／（ρ（ω4Ｌ2ｓｉｎ2θ＋４ｇω2Ｌｓｉｎ2θｃｏｓθ＋ｇ2）＾（１／２）））＾（１／２））／Ｄの値が１以下となるようにする。【選択図】図２
2015227855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器を自転回転および公転回転させることにより、当該容器内に収容された液体を攪拌する容器攪拌装置と、
前記容器内に収容された液体を吸引するための吸引ノズルと、
前記吸引ノズルによって吸引された液体を分析する分析装置と、
前記容器攪拌装置、吸引ノズルおよび分析装置の動作を制御する制御装置と、を備えた自動分析装置において、
前記容器攪拌装置は、
直径が３．０ｍｍ以下で、１００ｕＬ以下の液体を収容可能な容器を保持可能な容器保持部を備え、
公転角速度をω［ｒａｄ／ｓ］、容器の直径をＤ［ｍ］、回転中心と容器の底面との距離Ｌ［ｍ］、公転回転軸に対する容器の設置角度をθ［ｒａｄ］、液体の液量をＶ［ｍ3］、液体の密度をρ［ｋｇ／ｍ3］、液体の表面張力をσ[Ｎ／ｍ]、重力加速度をｇ[ｍ／ｓ2]としたときに、
液面の角度を表わすパラメータとして、ｔａｎ-1（８Ｖ／πＤ3）／ｔａｎ-1（（ω2Ｌｃｏｓθ＋ｇ）ｓｉｎθ／（−（ω2Ｌｓｉｎ2θ＋ｇｃｏｓθ）））の値が０．０９以上０．１３５以下であって、かつ、
表面張力の影響を表わすパラメータとして、（（σ／（ρ（ω4Ｌ2ｓｉｎ2θ＋４ｇω2Ｌｓｉｎ2θｃｏｓθ＋ｇ2）＾（１／２）））＾（１／２））／Ｄの値が１以下とな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、
前記容器保持部を相対的に回転可能に保持する公転回転部と、
前記公転回転部全体を回転駆動させる回転駆動部と、
前記公転回転の回転駆動に対して前記容器保持部の回転を抑制する回転抑制部材と、を備えたことを特徴とする自動分析装置。
【請求項３】
請求項２記載の自動分析装置において、
前記容器保持部は前記公転回転部に対してベアリングを介して固定されている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、
前記容器攪拌装置の自転回転と公転回転の回転数が同じであって回転方向が逆であることを特徴とする自動分析装置。
【請求項５】
請求項４記載の自動分析装置において、
前記回転数が３５００ｍｉｎ-1以上であることを特徴とする自動分析装置。
【請求項６】
請求項１記載の自動分析装置において、
前記容器は反応液を収容した反応容器であって、
分析項目ごとに容器攪拌装置の攪拌条件を関連付けて記憶する記憶装置を備え、
前記制御装置は、前記反応容器内に収容された反応液に依頼されている分析項目について設定されている攪拌条件に基づいて、前記容器攪拌装置の攪拌条件を設定することを特徴とする自動分析装置。
【請求項７】
請求項６記載の自動分析装置において、
前記攪拌条件は公転角速度であることを特徴とする自動分析装置。
【請求項８】
容器を自転回転および公転回転させることにより、当該容器内に収容された液体を攪拌する方法において、
公転角速度をω［ｒａｄ／ｓ］、反応容器の直径をＤ［ｍ］、回転中心と反応容器の底面との距離Ｌ［ｍ］、公転回転軸に対する反応容器の設置角度をθ［ｒａｄ］、反応液の液量をＶ［ｍ3］、反応液の密度をρ［ｋｇ／ｍ3］、反応液の表面張力をσ[Ｎ／ｍ]、重力加速度をｇ[ｍ／ｓ2]としたときに、
容器の直径Ｄ＜３．０ｍｍ以下であって且つ、反応液の液量Ｖが１００ｕＬ以下であるときに、
液面の角度を表わすパラメータとして、ｔａｎ-1（８Ｖ／πＤ3）／ｔａｎ-1（（ω2Ｌｃｏｓθ＋ｇ）ｓｉｎθ／（−（ω2Ｌｓｉｎ2θ＋ｇｃｏｓθ）））の値が０．０９以上０．１３５以下であって、かつ、
表面張力の影響を表わすパラメータとして、（（σ／（ρ（ω4Ｌ2ｓｉｎ2θ＋４ｇω2Ｌｓｉｎ2θｃｏｓθ＋ｇ2）＾（１／２）））＾（１／２））／Ｄの値が１以下となることを特徴とする攪拌方法。
【請求項９】
容器を自転回転および公転回転させることにより、当該容器内に収容された液体を攪拌する攪拌装置において、
公転角速度をω［ｒａｄ／ｓ］、反応容器の直径をＤ［ｍ］、回転中心と反応容器の底面との距離Ｌ［ｍ］、公転回転軸に対する反応容器の設置角度をθ［ｒａｄ］、反応液の液量をＶ［ｍ3］、反応液の密度をρ［ｋｇ／ｍ3］、反応液の表面張力をσ[Ｎ／ｍ]、重力加速度をｇ[ｍ／ｓ2]としたときに、
容器の直径Ｄ＜３．０ｍｍ以下であって且つ、反応液の液量Ｖが１００ｕＬ以下であるときに、
液面の角度を表わすパラメータとして、ｔａｎ-1（８Ｖ／πＤ3）／ｔａｎ-1（（ω2Ｌｃｏｓθ＋ｇ）ｓｉｎθ／（−（ω2Ｌｓｉｎ2θ＋ｇｃｏｓθ）））の値が０．０９以上０．１３５以下であって、かつ、
表面張力の影響を表わすパラメータとして、（（σ／（ρ（ω4Ｌ2ｓｉｎ2θ＋４ｇω2Ｌｓｉｎ2θｃｏｓθ＋ｇ2）＾（１／２）））＾（１／２））／Ｄの値が１以下となることを特徴とする攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応液の攪拌、凝集した粒子の分散、単離化を効率よく行うもので、特に低液量な反応液に対する攪拌装置、容器に関し、さらには攪拌方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、米国特許１０１１９２９号（特許文献１）がある。この公報には、材料を含んだ容器を自転と公転を組み合わせた回転動作により高効率で材料の攪拌もしくは分離を行えることが記載されている。（以下、自転公転攪拌と記載する。）この装置では自転と公転を組み合わせた回転動作は遊星歯車を用いることで実現している。さらに、本特許には、容器内壁にフィンを設置することで攪拌効率を向上できることが記載されている。
【０００３】
また、特開２００９−２７３９５９号公報（特許文献２）がある。この公報では、攪拌脱泡装置を停止する際に、材料が新たな空気を巻き込むこと、及び、材料から新たな気泡が発生することを防止することが可能な攪拌脱泡方法として、材料が収容された容器を、容器内を減圧した状態で自転及び公転させることが可能に構成された攪拌脱泡装置において、容器の自転／公転角速度比を低下させながら、容器の自転角速度を低下させる自転角速度低下ステップと、自転角速度低下ステップに遅れて開始される、容器内を大気圧に開放する大気開放ステップと、を含むと記載されている。
【０００４】
また、特開２０１１−２３５２０１号公報（特許文献３）がある。この公報では、単一の駆動モータにより、垂直な回転主軸に対して所定の傾斜角度αをもって傾斜支持された攪拌槽を、回転主軸まわりに所定の速度をもって公転させるとともに、回転主軸と平行に配された回転支軸まわりに低速度で回転させることにより、攪拌槽内の被処理液体に与える遠心力の作用方向に対して攪拌槽の傾斜方向を変動させる。これにより、攪拌槽の公転により生じる遠心力が、被処理液体に対して単なる水平方向の動きに止まらず、さらに攪拌槽の傾斜内面の傾斜方向の変動との協働作用による上下方向の動きも誘発し、被処理液体は、攪拌槽内を上下左右方向へ流動（３次元運動）すると記載されている。
【０００５】
また、特開２０１３−１７３０９２号公報（特許文献４）がある。この公報では、攪拌容器は、フェニル系シリコーン樹脂および蛍光体粉末を収容する容器本体と、容器本体の周囲に設けられて容器本体が固定された側壁を有する容器本体ホルダとを備え、容器本体ホルダの側壁は、側壁の厚み方向に関して変形可能な材料により構成されている。これにより、容器本体ホルダを自転および公転させると、容器本体ホルダの側壁が変形し、容器本体ホルダ内での容器本体の位置が動く。その結果、容器本体の中心軸が自転軸に対して変化するので、容器本体の底壁上で対流の力が弱くなる領域を動かすことができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許１０１１９２９号
【特許文献２】特開２００９−２７３９５９号公報
【特許文献３】特開２０１１−２３５２０１号公報
【特許文献４】特開２０１３−１７３０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
生化学・免疫検査装置では、検査コストの低減、患者負担の低減を目的として、試薬量の低減、サンプルとなる採血量の低減を実現することが重要な課題の一つである。試薬量とサンプル量が低減する結果、サンプルと試薬を混合させた反応液量が低減される。
【０００８】
また、攪拌された反応液はノズルと呼ばれる細い管を用いて反応液をセンサー部等へ導入される。ノズルにより液残りがなく、反応液を確実に吸引するためには、反応液の液面の高さをある程度確保する必要がある。つまり、低液量の反応液を確実に吸引するためには、必然的に、反応液を収容している反応容器の直径を小さくして液面高さを確保する必要がある。
【０００９】
一方、生化学・免疫検査装置等で用いられている攪拌装置は、反応液を収容した反応容器に対して自転と公転を組み合わせた回転動作を作用させることにより試料と試薬の混合反応（攪拌）や粒子の分離・単離化を促進させているため、細径化した反応容器を用いて回転攪拌処理を実施した場合、反応液の表面張力の影響により、回転に伴う液面の挙動が制限され、攪拌や分離・単離化が極めて困難となるという問題が生じる可能性がある。
【００１０】
本発明は、上記に記載した課題を解決するためのものであり、低液量の反応液を効率良く攪拌するための攪拌装置、容器を提供し、さらにはこれらを用いた攪拌方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本願発明の構成は以下の通りである。
【００１２】
すなわち、容器を自転回転および公転回転させることにより、当該容器内に収容された液体を攪拌する容器攪拌装置と、前記容器内に収容された液体を吸引するための吸引ノズルと、前記吸引ノズルによって吸引された液体を分析する分析装置と、前記容器攪拌装置、吸引ノズルおよび分析装置の動作を制御する制御装置と、を備えた自動分析装置において、前記容器攪拌装置は、直径が３．０ｍｍ以下で、１００ｕＬ以下の液体を収容可能な容器を保持可能な容器保持部と、前記容器保持部を相対的に回転可能に保持する公転回転部と、前記公転回転部全体を回転駆動させる回転駆動部と、前記公転回転の回転駆動に対して前記容器保持部の回転を抑制する回転抑制部材と、を備え、公転角速度をω［ｒａｄ／ｓ］、容器の直径をＤ［ｍ］、回転中心と容器の底面との距離Ｌ［ｍ］、公転回転軸に対する容器の設置角度をθ［ｒａｄ］、液体の液量をＶ［ｍ3］、液体の密度をρ［ｋｇ／ｍ3］、液体の表面張力をσ[Ｎ／ｍ]、重力加速度をｇ[ｍ／ｓ2]としたときに、
ｔａｎ-1（８Ｖ／πＤ3）／ｔａｎ-1（（ω2Ｌｃｏｓθ＋ｇ）ｓｉｎθ／−（ω2Ｌｓｉｎ2θ＋ｇｃｏｓθ）の値が０．０９以上０．１３５以下であって、かつ、
（σ／（ρ（ω4Ｌ2ｓｉｎ2θ＋４ｇω2Ｌｓｉｎ2θｃｏｓθ＋ｇ2）＾（１／２））＾（１／２）／Ｄの値が１以下となることを特徴とする自動分析装置。
【発明の効果】
【００１３】
以上述べた如く本発明を用いれば、低液量の反応液を収容し、ノズルによる吸引性を考慮した細型反応容器を用いた場合であっても効率良く攪拌することができ、検査コストの低減、患者負担の低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明における試料分析装置の全体構成図である。
【図２】反応容器攪拌装置の構成例を示す図である。
【図３】攪拌に伴う反応容器の回転動作を示した図である。
【図４】攪拌装置の設計パラメータ変数の定義を示した図である。
【図５】理想的な液面傾斜角を説明するための図である。
【図６】２つの評価パラメータの違いにより液面挙動が変わる結果をまとめた図である。
【図７】本発明の実施例３における反応容器攪拌装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１６】
本実施形態の一つである試料分析装置の例として、ある免疫分析装置に関して説明を行う。なお、本発明は免疫分析に限らず、自転公転を伴う回転動作により攪拌する試料分析装置であれば適用可能である、ＤＮＡ、生化学、遺伝子等の分析装置に対しても同様に使える技術である。本実施例において説明する免疫自動分析装置の構成の一例を図１に示す。
【００１７】
分析装置１００の制御部１１９は、操作者からのキーボードやタッチパネル等を介して入力された測定依頼を受けて分析計画を作成し、作成した分析計画を分析装置１００へ送信することにより、分析計画に基づいて、以下に記述する各機構の動作を制御する。制御部１１９内には分析依頼情報や分析パラメータ、分析結果等を記憶する記憶部が併設されていても良い。
【００１８】
ラック１０１には、サンプルを保持するサンプル容器１０２が架設されており、ラック搬送ライン１１７によって、サンプル分注ノズル１０３の近傍のサンプル分注位置まで移動させる。インキュベータディスク１０４には、複数の反応容器１０５が設置可能であり、円周方向に設置された反応容器１０５を、反応容器設置位置、試薬吐出位置、サンプル吐出位置、検出位置、反応容器廃棄位置、等の所定位置まで移動させるための回転駆動機構（図示しない）が設けられており回転運動が可能である。サンプル分注チップ及び反応容器搬送機構１０６は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３方向に移動可能であり、サンプル分注チップ及び反応容器保持部材１０７、反応容器攪拌装置２、サンプル分注チップ及び反応容器廃棄孔１０９、サンプル分注チップ装着位置１１０、インキュベータディスク１０４の所定箇所、の範囲を移動し、サンプル分注チップおよび反応容器の搬送を行う。
【００１９】
サンプル分注チップ及び反応容器保持部材１０７には、未使用の反応容器とサンプル分注チップが複数設置されている。サンプル分注チップ及び反応容器搬送機構１０６は、サンプル分注チップ及び反応容器保持部材１０７の上方に移動し、下降して未使用の反応容器を把持して上昇し、インキュベータディスク１０４の反応容器設置位置の上方に移動し、下降して反応容器を設置する。
【００２０】
試薬ディスク１１１には、試薬や希釈液を保持した複数の試薬容器１１８が設置されている。試薬ディスク１１１の上部には試薬ディスクカバー１１２が設けられ、試薬ディスク１１１内部は所定の温度に維持される。試薬ディスクカバー１１２の一部には、試薬ディスクカバー開口部１１３が設けられている。試薬分注ノズル１１４は回転と上下移動が可能であり、試薬ディスクカバー１１２の開口部１１３の上方に回転移動して下降し、試薬分注ノズル１１４の先端を所定の試薬容器内の試薬或いは希釈液に接液させて、所定量の試薬或いは希釈液を吸引する。次いで、試薬分注ノズル１１４を上昇させて、インキュベータディスク１０４の試薬吐出位置の上方に移動して、反応容器１０５に試薬或いは希釈液を吐出する。
【００２１】
次いで、サンプル分注チップ及び反応容器搬送機構１０６は、サンプル分注チップ及び反応容器保持部材１０７の上方に移動し、下降して未使用のサンプル分注チップを把持して上昇し、サンプル分注チップ装着位置１１０の上方に移動し、下降してサンプル分注チップを設置する。サンプル分注ノズル１０３は、回転及び上下動作が可能であり、サンプル分注チップ装着位置１１０の上方に移動して下降し、サンプル分注ノズル１０３の先端にサンプル分注チップを装着する。サンプル分注チップを装着したサンプル分注ノズル１０３は、搬送ラック１０１に載置されたサンプル容器１０２の上方に移動して下降し、サンプル容器１０２に保持されたサンプルを所定量吸引する。サンプルを吸引したサンプル分注ノズル１０３は、インキュベータディスク１０４のサンプル吐出位置に移動して下降し、インキュベータディスク１０４上の、試薬が分注された反応容器１０５にサンプルを吐出する。サンプル吐出の後、サンプル分注ノズル１０３は、サンプル分注チップ及び反応容器廃棄孔１０９の上方に移動し、使用済みのサンプル分注チップを廃棄孔へと廃棄する。
【００２２】
サンプルと試薬が吐出された反応容器１０５は、インキュベータディスク１０４の回転によって、反応容器搬送位置に移動し、サンプル分注チップ及び反応容器搬送機構１０６によって、反応容器攪拌装置２へと搬送される。反応容器攪拌装置２は、反応容器に自転と公転による回転運動を加えて反応容器内のサンプルと試薬を混和する。攪拌の終了した反応容器は、サンプル分注チップ及び反応容器搬送機構１０６によって、インキュベータディスク１０４の反応容器搬送位置に戻される。反応液吸引ノズル１１５は回転と上下移動が可能であり、サンプルと試薬が分注、混和され、インキュベータディスク１０４上で所定時間が経過した反応容器１０５の上方に移動し、下降し、反応容器１０５内の反応液を吸引する。反応液吸引ノズル１１５で吸引された反応液は、検出部ユニット１１６へと送液され、測定対象物が検出される。制御部１１９は、測定対象物の検出値に基づいて測定結果を導出して表示する。反応液が吸引された反応容器１０５は、インキュベータディスク１０４の回転によって反応容器廃棄位置に移動し、サンプル分注チップ及び反応容器搬送機構１０６によって、インキュベータディスク１０４からサンプル分注チップ及び反応容器廃棄孔１０９の上方に移動し、廃棄孔から廃棄される。
【００２３】
図２に、本発明における反応容器攪拌装置２の構成を示した図を示す。
【００２４】
反応容器攪拌装置２は、反応液１を収容している反応容器１０５を保持することができる凹部を有する容器保持部４、モータ等の回転駆動発生部３、容器保持部全体を保持する公転回転部５、ベアリング６、容器保持部４と接続されている回転制御部材７、容器保持部４の回転を制御する抑制部材（図中に図示せず）で構成されている。回転駆動発生部３と公転回転部５は軸８により結合されており、回転駆動発生部３が軸Ａを中心として回転するにともない、公転回転部５は回転駆動発生部３と同方向に同一の回転を生じる。なお、回転駆動発生部３と公転回転部５は軸以外のプーリー等で結合されていても良い。公転回転部５と容器保持部４とは、ベアリング６を介して固定されており、容器保持部４は、自転軸となる容器保持部４の軸Ｂを中心として、自由に回転することが可能となる。容器保持部４には反応容器１０５を挿嵌するための凹部（穴状の形状）が形成されている。回転制御部材７は一端が容器保持部４と螺嵌して固定されており、反応容器攪拌装置２とは離れた位置にある抑制部材に他端の動作が抑制されることにより、容器保持部４の回転動作を抑制される。なお、抑制部材は、例えば分析装置１００の筺体の一部等であって、回転駆動発生部３による回転動作により回転駆動しない部材である。
【００２５】
図３に、本発明における反応容器攪拌装置２を用いたときの反応容器１０５の回転動作を模式的に示した図を示す。この図では、後述の説明のために、装置に固定された座標系(ｘｙ座標)と容器の特定位置を四角形として明示的に示した。例として、回転駆動発生部３の回転角度、すなわち、公転角度が、０゜、９０゜、１８０゜、２７０゜の場合を示してある。
【００２６】
本実施例における反応容器攪拌装置２では、回転制御部材７により回転動作を抑制されているため、図３（ａ）のように反応容器（の四角形）は常に同一方向（図中ではｘ軸方向）を向く。一方、回転制御部材７により回転動作が抑制されていない状態では、図３（ｂ）のように反応容器（の四角形）は常に半径方向外側に向くこととなり、自転公転攪拌を用いた攪拌装置の機能を無くしてしまう。本攪拌装置では、図３（ａ）の如く、反応容器１０５はほぼ同じ方向を向きつつ、回転駆動発生部３の公転軸と容器保持部４の自転軸に対して一定の角度を保ちながら回転することとなる。なお、本反応容器攪拌装置２では、公転と自転の回転数が同じで、回転方向が逆方向となる。
【００２７】
なお、回転制御部材７は本実施例において棒状の部材で構成されているが、必ずしも、棒形状である必要はなく、例えば、変形可能なリング状のゴム部材で容器保持部と抑制部材を連結させることで、容器保持部の回転を制御してもよい。
【００２８】
反応液１（単離化させたい粒子を含む場合もある）を十分に攪拌するためには、反応容器攪拌装置２での攪拌時に、反応容器１０５底面が露出する程度に反応液１の液面を傾いている必要がある。反応容器１０５の底面が露出する程度に液面が傾くことにより、反応容器１０５内の反応液１の移動量が多くなり、十分に攪拌されるためである。一方、反応液１が反応容器１０５の底面が露出しない場合、反応容器１０５の底面近くの反応液１の移動量が抑制されることとなり、結果として十分に攪拌されないことがある。そこで、どのようにしたら、反応液１が反応容器１０５の底面を露出するような挙動となるかを調べた。
【００２９】
なお、以下では、公転角速度をω［ｒａｄ／ｓ］、反応容器１０５の直径をＤ［ｍ］、回転中心と反応容器１０５の底面との距離Ｌ［ｍ］、公転回転軸に対する反応容器の設置角度をθ［ｒａｄ］、反応液の液量をＶ［ｍ3］、反応液の密度をρ［ｋｇ／ｍ3］、反応液の表面張力をσ[Ｎ／ｍ]、重力加速度をｇ[ｍ／ｓ2]とした。
【００３０】
図４は、攪拌装置のパラメータ変数の定義を示した図を示す。
【００３１】
反応液の液面形状は、液体にかかる力に対して液面形状が垂直となるように形成される。液体にかかる単位質量あたり力（加速度）は、単位質量あたりの慣性力ａ（ベクトル成分）と重力加速度ｇ（ベクトル成分）の合力となる。その結果、反応容器底面に対する反応液の液面角度φは、以下の式で表される。
【００３２】
〔式１〕
φ＝ｔａｎ-1（（ａ＋ｇ）の容器半径方向(ｘ、ｙ方法)成分／（ａ＋ｇ）の容器軸方向(z方向)成分）
毛管長κ-1は次式で表されると考えられ、反応液の表面張力と密度をそれぞれσとρとすると、毛管長κ-1は以下の式で表される。
【００３３】
〔式２〕
κ-1＝（σ／（ρ｜ａ＋ｇ｜））＾（１／２）
なお、φとκ-1を計算するにあたり、単位質量あたりの慣性力ａ（ベクトル成分）を計算する必要がある。この力は、絶対座標系の運動方程式を反応容器に固定された座標系へ変換することにより、得ることができるが、非常に複雑な式となる。速度に依存する項は他の項と比較すると小さいため無視するなどの簡略化を行い、以下の式で十分に評価できる。すなわち、aは以下のようになる。
【００３４】
〔式３〕
ａの容器半径方向成分＝  ω2Ｌｓｉｎθｃｏｓθ
ａの容器垂直方向成分＝−ω2Ｌｓｉｎ2θ
この時、重力加速度も同様に以下のようになる。
【００３５】
〔式４〕
ｇの半径方向成分＝  ｇｓｉｎθ
ｇの垂直方向成分＝−ｇｃｏｓθ
なお、式３と式４を用いれば、式１で示した反応容器底面に対する反応液の液面角度φ、ならびに式２で示した毛管長κ-1は、以下のようなる。
【００３６】
〔式５〕
φ＝ｔａｎ-1（（ω2Ｌｃｏｓθ＋ｇ）ｓｉｎθ／（−（ω2Ｌｓｉｎ2θ＋ｇｃｏｓθ）））
【００３７】
〔式６〕
κ-1＝（σ／（ρ（ω4Ｌ2ｓｉｎ2θ＋４ｇω2Ｌｓｉｎ2θｃｏｓθ＋ｇ2）＾（１／２）））＾（１／２）
図５（ａ）のように、直径Ｄの容器を考え、液量Ｖの反応液が攪拌により液面が傾いた時の理想的な状態を図５（ｂ）のように考える。回転により容器底面が露出する程度に液面が傾くとし、容器底面と液面との角度をΨとすると、容器直径Ｄと体積Ｖから角度ψは以下のようになる。
【００３８】
〔式７〕
ψ＝ｔａｎ-1（８Ｖ／πＤ3）
低液量の反応液の攪拌を効率良く行うためには反応液自体を大きく移動する必要があり、そのためには、反応液の液面が容器底面を露出させる程度に傾斜させる必要がある。このことから、低反応液量反応液量攪拌はφとψの角度比で構成される値が重要な指標になると考えられ、これを傾斜角度パラメータαと定義した。
【００３９】
〔式８〕
α≡ψ／φ
さらに、毛管長κ-1が容器直径Ｄに対してある程度以上大きいと反応容器の液面が容器底面を露出させることが困難となる。そこで、毛管長κ-1と直径Ｄの比で構成される値が重要な指標になると考えられ、これをキャピラリーパラメータχと定義した。
【００４０】
〔式９〕
χ≡κ-1／Ｄ
各設計パラメータを様々な値に変化させ、評価パラメータである傾斜角度パラメータαとキャピラリーパラメータχのそれぞれの値に対する反応液の液面形状がどのようになるかを流体解析にて評価した。様々な攪拌機の構成を考慮するために、公転角速度ω、反応容器の直径Ｄ、回転中心と反応容器の底面との距離Ｌ、公転回転軸に対する反応容器の設置角度θ、反応液の液量Ｖ、反応液の密度ρ、反応液の表面張力σを変数として、解析を実施した。
【００４１】
また、検討した評価変数と傾斜角度パラメータαとキャピラリーパラメータχに関する解析結果を図６に示す。図６には傾斜角度パラメータα、キャピラリーパラメータχをプロットするとともに、数値解析により得られた反応液の液面形状を示した。グラフ中で黒く塗り潰されているプロットは反応液の液面形状が容器底面を露出する程度に十分に傾いていると判断した。この結果から、攪拌を効率よく行う条件として、破線で囲まれた領域、すなわち傾斜角度パラメータαとキャピラリーパラメータχが下記の条件を満たす必要があることがわかる。
【００４２】
〔式１０〕
０．０９＜χ＜０．１３５  かつ  α＜１
上記のような傾斜角度パラメータαとキャピラリ―パラメータχを満足するように、反応容器攪拌装置２ならびに反応容器の形状および構成を設計することで、どのような液量であっても反応液の液面が容器底面を露出させる程度に傾斜させることができ、低液量の反応液の攪拌を効率良く行うことができる。
【実施例２】
【００４３】
具体的に、低液量の反応液を十分に攪拌するために各パラメータを検討した場合の例を実施例２で説明する。本実施例では、低液量として１００μＬ以下の反応液を反応容器攪拌装置２を用いて攪拌することを想定する。
【００４４】
分析装置１００において、反応容器中の反応液１は、反応液吸引ノズル１１５で吸引されることにより検出部ユニット１１６へ送液される。反応液吸引ノズル１１５で確実に吸引するためには、反応容器内に収容される反応液１はある程度の液面高さ（例えば底面からの液面高さが１５ｍｍ以上）を有する必要がある。１００μＬの反応液を収容しつつ十分な液面高さを出すためには反応容器の直径Ｄは細径である必要があり、例えば直径Ｄは３ｍｍ以下である必要がある。
【００４５】
また、反応液１の一般的な表面張力は０．０４Ｎ／ｍであり、最大で０．０８Ｎ／m程度である。また、反応液の密度ρは１０００ｋｇ／ｍ3と仮定した。
【００４６】
また、回転中心と容器底面との距離Ｌを２０ｍｍ以上とし、設置角度θを１０゜とする。Ｌおよびθは過度に大きくすると攪拌装置のサイズの大型化につながる可能性があるため、装置サイズをコンパクトにするためには従来装置と同程度の大きさにするのが良い。
【００４７】
上記条件のもとで、キャピラリ―パラメータχ＜０．１３５とするためには、自転公転攪拌の回転数ωは３５００ｍｉｎ-1以上必要である。このような設計パラメータ設定をすることにより、反応液の液面が容器底面を露出させる程度に傾斜させることができ、低液量の反応液を十分に攪拌することができる。
【実施例３】
【００４８】
次に、試薬ごとに攪拌パラメータを設定しておき最適な攪拌条件を実現する攪拌装置に関する実施例を説明する。
【００４９】
生化学・免疫分析装置では、試薬の物性すなわち、密度ρ、表面張力σは前もって調べておき、分析装置の制御部に記憶しておくことは可能である。一方、血液のサンプルも前もってある程度の範囲で予測することができ、大きく異なることはない。これらのことから、反応液の密度ρ、表面張力σは前もって知ることができる。また、反応容器と攪拌装置の条件、すなわち、反応容器の直径Ｄ、公転回転軸に対する反応容器の設置角度θ、回転中心と反応容器の底面との距離Ｌは前もって決まっている。
【００５０】
そのため、予め分析項目ごとに〔式１０〕を指標として、反応容器攪拌装置２による自転公転回転数ωを設定し、登録することにより、生化学・免疫分析装置としての時間の短縮が可能となり、より優れた効果を発揮することができる。
【００５１】
例えば、図７に示すように、反応容器攪拌装置２の動作を制御する制御部１１９内の記憶装置内に、分析項目ごとに回転数ω等の攪拌パラメータを関連付けて記憶したデータベースを有する。分析装置１００は反応容器攪拌装置２により攪拌を実行する際に、当該反応容器内の反応液に依頼された分析項目に関連付けられた試薬の攪拌パラメータをデータベースから読み取り、分析項目に最適な攪拌条件に調整することができる。本実施例によれば、混ざりにくい試薬（密度ρや表面張力σが大きい試薬）とそうでない試薬とで攪拌条件を最適に調整できるため、液量が少ない場合でも十分な攪拌を実現できると共に、容易に混合される分析項目については、攪拌処理に要する時間を短縮することができる。
【００５２】
また、予めデータベース内に各試薬の条件を入力するための入力画面をディスプレイ等の表示装置１２１に表示させ、オペレータがキーボードやタッチパネル等の入力手段によって試薬の条件あるいは試薬毎の攪拌条件を設定できるように構成しても良い。
【００５３】
また、反応液の液量が分析項目によって異なる場合には、分析項目ごとに反応液の液量を記憶しておき、反応容器攪拌装置２による攪拌時に、当該反応容器内に収容されている反応液１の液量に応じた最適な攪拌動作とするように制御することも可能である。
【００５４】
なお、本実施例では、回転数のみを変更パラメータとして設定したが、公転回転軸に対する反応容器の設置角度θ、反応容器の直径Ｄ、反応液の液量Ｖ等を変更パラメータとして、〔式１０〕内で最適な条件のもと、攪拌工程を実施することも可能である。
【００５５】
例えば、反応容器の設置角度θを調整可能とすることにより、最適な条件のもと、攪拌工程を実施することも可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１  反応液
２  攪拌装置
３  回転駆動発生部
４  容器保持部
５  公転回転部
６  ベアリング
７  回転制御部材
１００  分析装置
１０１  ラック
１０２  サンプル容器
１０３  サンプル分注ノズル
１０４  インキュベータディスク
１０５  反応容器
１０６  サンプル分注チップおよび反応容器攪拌搬送機構
１０７  サンプル分注チップおよび反応容器保持部材
１０９  サンプル分注チップおよび反応容器廃棄孔
１１０  サンプル分注チップ装着位置
１１１  試薬ディスク
１１２  試薬ディスクカバー開口部
１１４  試薬分注ノズル
１１５  反応液吸引ノズル
１１６  検出ユニット
１１７  ラック搬送ライン
１１８  試薬容器
１１９  制御部
１２０  データベース
【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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