(57)【要約】【課題】コンタミネーションの心配なく液体試料の温度を測定して温度調節に利用することが可能な表面弾性波素子、攪拌装置及び分析装置を提供すること。【解決手段】圧電基板２１ａ上に櫛型電極からなる振動子２１ｂが形成された表面弾性波素子２１、攪拌装置２０及び分析装置。表面弾性波素子２１の圧電基板２１ａは、振動子２１ｂと同一素材からなる温度センサ２１ｄが振動子と共に設けられている。音波を照射することによって容器に保持された液体を攪拌する攪拌装置２０は、容器９に取り付けられ、液体を攪拌する音波を出射する表面弾性波素子２１と、表面弾性波素子による音波の出射を含む駆動を制御する駆動制御回路２４と、温度センサが検出した容器の実測温度に基づき駆動制御回路による表面弾性波素子の駆動周波数を制御して容器に保持された液体の温度を調節する温度調節回路２５とを備えている。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に櫛型電極からなる振動子が形成された表面弾性波素子において、
前記圧電基板は、前記振動子と同一素材からなる温度センサが前記振動子と共に設けられていることを特徴とする表面弾性波素子。
【請求項２】
前記温度センサは、測温抵抗体であることを特徴とする請求項１に記載の表面弾性波素子。
【請求項３】
音波を照射することによって容器に保持された液体を攪拌する攪拌装置において、
前記容器に取り付けられ、前記液体を攪拌する音波を出射する請求項１又は２に記載の表面弾性波素子と、
前記表面弾性波素子による音波の出射を含む駆動を制御する駆動制御手段と、
前記温度センサが検出した前記容器の実測温度に基づき前記駆動制御手段による前記表面弾性波素子の駆動周波数を制御して前記容器に保持された液体の温度を調節する温度調節手段と、
を備えたことを特徴とする攪拌装置。
【請求項４】
複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液を分析する分析装置であって、
前記複数の異なる液体を攪拌する請求項３に記載の攪拌装置を備えたことを特徴とする分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面弾性波素子、攪拌装置及び分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、分析装置、例えば、血液等の生体試料を分析する自動分析装置は、検体と試薬とを保持した複数の反応容器を収容する反応ホイールを備え、検体と試薬とが反応した反応液を光学的に測定することにより検体の成分濃度等を分析している。このとき、自動分析装置で使用する反応容器の微小化に伴い、液体試料を攪拌する攪拌装置として、音波によって先鋭的な音場によって音響流を生成し、この音響流によって液体を攪拌するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】独国特許発明第１０３２５３０７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示された攪拌装置は、圧電基板上に櫛型電極（ＩＤＴ）を形成した表面弾性波（ＳＡＷ）素子が発生する表面弾性波を用いて液体を攪拌している。このため、特許文献１の攪拌装置は、発生した表面弾性波のエネルギーが最終的に熱エネルギーに変化して液体試料の温度を上昇させる。この場合、発生する熱量は駆動周波数によって異なることから、表面弾性波素子は、予め駆動周波数と熱量とに関する周波数特性を調べておけば、液体試料の温度調節に利用することが可能となる。
【０００５】
但し、反応容器に保持された液体試料の温度調節に当たっては、表面弾性波素子は、液体試料の温度を測定する必要がある。この場合、自動分析装置は、液体試料と接触させる従来の温度センサを新たに設けると、温度測定に伴うコンタミネーションを防止するために温度センサの洗浄手段を設けなければならず、装置設計上、或いは技術的な観点から難しいという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コンタミネーションの心配なく液体試料の温度を測定して温度調節に利用することが可能な表面弾性波素子、攪拌装置及び分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に係る表面弾性波素子は、圧電基板上に櫛型電極からなる振動子が形成された表面弾性波素子において、前記圧電基板は、前記振動子と同一素材からなる温度センサが前記振動子と共に設けられている。
【０００８】
また、請求項２に係る表面弾性波素子は、上記の発明において、前記温度センサは、測温抵抗体であることを特徴とする。
【０００９】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項３に係る攪拌装置は、音波を照射することによって容器に保持された液体を攪拌する攪拌装置において、前記容器に取り付けられ、前記液体を攪拌する音波を出射する請求項１又は２に記載の表面弾性波素子と、前記表面弾性波素子による音波の出射を含む駆動を制御する駆動制御手段と、前記温度センサが検出した前記容器の実測温度に基づき前記駆動制御手段による前記表面弾性波素子の駆動周波数を制御して前記容器に保持された液体の温度を調節する温度調節手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項４に係る分析装置は、複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液を分析する分析装置であって、前記複数の異なる液体を攪拌する請求項３に記載の攪拌装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の表面弾性波素子は、圧電基板上に櫛型電極からなる振動子が形成された表面弾性波素子において、前記圧電基板は、前記振動子と同一素材からなる温度センサが前記振動子と共に設けられており、本発明の攪拌装置は、容器に取り付けられ、液体を攪拌する音波を出射する前記表面弾性波素子と、前記表面弾性波素子による音波の出射を含む駆動を制御する駆動制御手段と、前記温度センサが検出した前記容器の実測温度に基づき前記駆動制御手段による前記表面弾性波素子の駆動周波数を制御して前記容器に保持された液体の温度を調節する温度調節手段とを備えている。また、本発明の分析装置は、前記攪拌装置を備えている。従って、本発明の表面弾性波素子、攪拌装置及び分析装置は、コンタミネーションの心配なく液体試料の温度を測定して温度調節に利用することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の分析装置と分析装置における液体試料の温度制御方法にかかる実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の自動分析装置を示す概略構成図である。図２は、図１に示す自動分析装置の反応ホイールを拡大して分注装置及び攪拌装置の概略構成と共に示す図である。
【００１３】
自動分析装置１は、図１及び図２に示すように、作業テーブル２上に検体テーブル３、反応ホイール６及び試薬テーブル１３が互いに離隔してそれぞれ周方向に沿って回転、かつ、位置決め自在に設けられ、攪拌装置２０を備えている。また、自動分析装置１は、検体テーブル３と反応ホイール６との間に検体分注機構５が設けられ、反応ホイール６と試薬テーブル１３との間には試薬分注機構１２が設けられている。
【００１４】
検体テーブル３は、図１に示すように、駆動手段によって矢印で示す方向に回転され、外周には周方向に沿って等間隔で配置される収納室３ａが複数設けられている。各収納室３ａは、検体を収容した検体容器４が着脱自在に収納される。
【００１５】
検体分注機構５は、反応容器９に試薬よりも少量の尿，血液等の検体を分注する手段であり、図１に示すように、分注ノズルによって検体テーブル３の複数の検体容器４から検体を順次反応ホイール６のホルダ６ｂに収納された反応容器９に分注する。
【００１６】
反応ホイール６は、図１に示すように、検体テーブル３とは異なる駆動手段によって矢印で示す方向に回転され、隔壁６ａによって周方向に沿って等間隔で区画されるホルダ６ｂが複数設けられている。隔壁６ａは、下部が開放され、隣接するホルダ６ｂが周方向に連通している。各ホルダ６ｂには、攪拌容器として検体を試薬と反応させる反応容器９が着脱自在に収納され、半径方向両側に光が透過する開口が形成されている。そして、反応ホイール６は、周方向に連通している複数のホルダ６ｂ内を所定温度（例えば、３７℃）に保持するヒータが設けられると共に、試薬分注機構１２による試薬分注位置近傍の外周に端子基板２２が配置されている。従って、反応ホイール６は、複数のホルダ６ｂに収容した反応容器９に保持された液体試料を所定温度に保持する恒温槽を兼ねている。また、各ホルダ６ｂは、図２及び図３に示すように、反応ホイール６の外側壁６ｃを半径方向に貫通するそれぞれ二組の引き出し電極６ｄ，６ｅが設けられている。反応ホイール６は、一周期で時計方向に（１周−１反応容器）／４分回転し、四周期で反時計方向に反応容器９の１個分回転する。反応ホイール６には、測定光学系１０及び排出装置１１が設けられている。
【００１７】
反応容器９は、容量が数ｎＬ〜数十μＬと微量な容器であり、光源１０ａから出射された分析光（３４０〜８００ｎｍ）に含まれる光の８０％以上を透過する素材、例えば、耐熱ガラスを含むガラス，環状オレフィンやポリスチレン等の合成樹脂が使用される。反応容器９は、図４に示すように、側壁９ａと底壁９ｂとによって上部に開口９ｃを有する四角筒状に成形され、検体や試薬等の液体を保持する内面には液体に対する親和性処理が施されている。反応容器９は、平行に対向する一組の側壁９ａの一部が分析光を透過させる窓として利用される。反応容器９は、側壁９ａに図５に示す表面弾性波素子２１が音響整合層を介して取り付けられる。
【００１８】
測定光学系１０は、試薬と検体とが反応した反応容器９内の液体を分析するための分析光（３４０〜８００ｎｍ）を光源１０ａから出射する。光源１０ａから出射された分析用の光ビームは、反応容器９内の液体を透過し、光源１０ａと対向する位置に設けた受光素子１０ｂによって受光される。一方、排出装置１１は、排出ノズルを備えており、反応容器９から反応終了後の液体を前記排出ノズルによって吸引し、排出容器（図示せず）に排出する。ここで、排出装置１１を通過した反応容器９は、図示しない洗浄装置に移送されて洗浄された後、再度、新たな検体の分析に使用される。
【００１９】
試薬分注機構１２は、試薬を分注する手段であり、図１に示すように、試薬テーブル１３の所定の試薬容器１４から試薬を順次反応ホイール６のホルダ６ｂに収納した反応容器９に分注する。
【００２０】
試薬テーブル１３は、図１に示すように、検体テーブル３及び反応ホイール６とは異なる駆動手段によって矢印で示す方向に回転され、扇形に成形された収納室１３ａが周方向に沿って複数設けられている。各収納室１３ａは、試薬容器１４が着脱自在に収納される。複数の試薬容器１４は、それぞれ検査項目に応じた所定の試薬が満たされ、外面には収容した試薬に関する情報を表示するバーコードラベル（図示せず）が貼付されている。
【００２１】
ここで、試薬テーブル１３の外周には、読取装置１５が設置されている。読取装置１５は、試薬容器１４に貼付した前記バーコードラベルに記録された試薬の種類，ロット及び有効期限等の情報を読み取り、制御部１６へ出力する。
【００２２】
制御部１６は、検体分注機構５、受光素子１０ｂ、排出装置１１、読取装置１５、分析部１７、入力部１８、表示部１９及び攪拌装置２０等と接続され、自動分析装置１の各部の作動を制御すると共に、前記バーコードラベルの記録から読み取った情報に基づき、試薬のロットや有効期限等が設置範囲外の場合、分析作業を規制するように自動分析装置１を制御し、或いはオペレータに警告を発する。制御部１６は、例えば、分析結果を記憶する記憶機能を備えたマイクロコンピュータ等が使用される。制御部１６は、入力部１８から入力される反応容器９に保持される液体の温度調節すべき目標温度を記憶し、この目標温度を温度調節回路２５に出力する。この場合、複数の反応容器９は、液体の目標温度をそれぞれ異なる温度に個々に設定することができる。
【００２３】
分析部１７は、制御部１６を介して受光素子１０ｂに接続され、受光素子１０ｂが受光した光量に基づく反応容器９内の液体の吸光度から検体の成分濃度等を分析し、分析結果を制御部１６に出力する。入力部１８は、制御部１６へ検査項目等を入力する操作を行う部分であり、例えば、キーボードやマウス等が使用される。表示部１９は、分析内容や警報等を表示するもので、ディスプレイパネル等が使用される。
【００２４】
攪拌装置２０は、反応容器９に保持される液体を音波によって攪拌する装置であり、反応容器９に取り付けられる表面弾性波素子２１の他、図３に示すように、端子基板２２、信号発生器２３、駆動制御回路２４及び温度調節回路２５を備えている。
【００２５】
表面弾性波素子２１は、図５に示すように、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）等の圧電素材からなる圧電基板２１ａ上に櫛型電極（ＩＤＴ）からなる振動子（発音部）２１ｂと、測温抵抗体からなる温度センサ２１ｄが、公知のフォトリソグラフィー技術等によって形成されている。振動子２１ｂと温度センサ２１ｄは、それぞれ二組の電気端子２１ｃ，２１ｅを有している。
【００２６】
端子基板２２は、図１〜図３に示すように、反応ホイール６の外側に配置され、対向する各ホルダ６ｂに保持された反応容器９の表面弾性波素子２１との間を電気的に接続するそれぞれ二組の接触電極２２ａ，２２ｂが設けられている。一組の接触電極２２ａは、一組の引き出し電極６ｄを介して振動子２１ｂの電気端子２１ｃと接続され、一組の接触電極２２ｂは、一組の引き出し電極６ｅを介して温度センサ２１ｄの電気端子２１ｅと接続されている。
【００２７】
信号発生器２３は、図３に示すように、駆動制御回路２４からの制御信号に基づいて数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度の高周波信号を表面弾性波素子２１に出力し、振動子２１ｂに音波を発振させる。
【００２８】
駆動制御回路２４は、メモリとタイマを内蔵した電子制御手段（ＥＣＵ）が使用され、信号発生器２３を制御することによって、表面弾性波素子２１の作動を制御する。駆動制御回路２４は、例えば、表面弾性波素子２１が発する音波の特性（周波数，強度，位相，波の特性）、波形（正弦波，三角波，矩形波，バースト波等）或いは変調（振幅変調，周波数変調）等を制御する。また、駆動制御回路２４は、内蔵したタイマに従って信号発生器２３が発振する発振信号の周波数を切り替えることができる。
【００２９】
温度調節回路２５は、表面弾性波素子２１に設けた温度センサ２１ｄの出力信号が引き出し電極６ｅ及び接触電極２２ｂを介して入力され、例えば、電子制御手段（ＥＣＵ）が使用される。温度調節回路２５は、温度センサ２１ｄの出力信号から検出した反応容器９の実測温度と制御部１６から入力される反応容器９の目標温度との比較に基づいて駆動制御回路２４を制御し、反応容器９に保持された液体の温度を調節する。この温度調節に際し、温度調節回路２５は、反応容器９が目標温度となるように、駆動制御回路２４によって表面弾性波素子２１を駆動する駆動周波数を制御する。
【００３０】
以上のように構成される自動分析装置１は、回転する反応ホイール６によって周方向に沿って搬送されてくる反応容器９に試薬分注機構１２が所定の試薬容器１４から試薬を順次分注する。試薬が分注された反応容器９は、反応ホイール６の回転によって検体分注機構５の近傍へ搬送され、検体テーブル３の複数の検体容器４から検体が順次分注される。そして、検体が分注された反応容器９は、反応ホイール６によって周方向に沿って搬送される間に攪拌装置２０によって試薬と検体とが攪拌されて反応し、光源１０ａと受光素子１０ｂとの間を通過する。このとき、反応容器９内の試薬と検体とが反応した反応液は、受光素子１０ｂによって測光され、分析部１７によって成分濃度等が分析される。そして、分析が終了した反応容器９は、排出装置１１によって反応液が排出されて図示しない洗浄装置によって洗浄された後、再度検体の分析に使用される。
【００３１】
このとき、自動分析装置１は、以下のようにして、各反応容器９に保持された液体試料を所定温度に制御する。先ず、反応ホイール６の間欠回転によって各ホルダ６ｂの引き出し電極６ｄ，６ｅが端子基板２２の接触電極２２ａ，２２ｂと順次接触する。すると、各ホルダ６ｂに収容された反応容器９は、表面弾性波素子２１の温度センサ２１ｄが引き出し電極６ｅを介して接触電極２２ｂと接続され、温度センサ２１ｄの出力信号が温度調節回路２５に入力される。同時に、反応容器９は、表面弾性波素子２１の振動子２１ｂが引き出し電極６ｄを介して接触電極２２ａと接続され、振動子２１ｂが信号発生器２３から出力される高周波信号によって駆動される。この結果、反応容器９においては、図３に示すように、発生した音波Ｗaが試薬と検体とを含む液体試料Ｌ中に漏れ出す。この液体試料Ｌ中に漏れ出した音波Ｗaによって生ずる音響流によって試薬と検体とを含む液体試料Ｌが攪拌されて反応する。
【００３２】
このとき、温度調節回路２５は、入力された温度センサ２１ｄの出力信号から反応容器９の実測温度を検出する。そして、温度調節回路２５は、検出した反応容器９の実測温度と制御部１６から入力される反応容器９の目標温度とを比較して駆動制御回路２４を制御し、反応容器９に保持された液体の温度を調節する。即ち、反応容器９の実測温度が反応容器９の目標温度よりも低温の場合、温度調節回路２５は、振動子２１ｂが発生する音波Ｗaによって液体試料Ｌ中に熱が発生する駆動周波数に切り替える。一方、反応容器９の実測温度が反応容器９の目標温度よりも高温の場合、振動子２１ｂが発生する音波Ｗaによって液体試料Ｌ中に熱が発生しない駆動周波数に切り替える。これにより、温度調節回路２５は、反応ホイール６の間欠回転によって端子基板２２の位置に搬送されてくる各反応容器９の温度が予め設定した目標温度となるように制御している。
【００３３】
このように、自動分析装置１は、反応ホイール６の複数のホルダ６ｂに保持した複数の反応容器９に保持された液体の温度を個々に調節することができる。特に、表面弾性波素子２１は、圧電基板２１ａ上に振動子２１ｂと温度センサ２１ｄという異なる機能部分を同時に形成するので、小型で安価に製造することができる。また、表面弾性波素子２１は、上述のように振動子２１ｂが発生した音波が液体中に漏れ出して生ずる音響流によって液体を攪拌し、液体中に漏れ出した音波のエネルギーが液体を加熱する。このため、反応容器９においては、図６に示すように、音波のエネルギーによる熱の発生位置ＰHは保持した液体Ｌ中となり、加熱源が温度センサ２１ｄの位置と離れている。このため、温度センサ２１ｄは、反応容器９の温度を高精度に検出することができる。従って、自動分析装置１は、温度センサ２１ｄが検出する各反応容器９の温度をパラメータとして検体の測定値を補正することができ、検体の測定精度を一層向上させることが可能となる。
【００３４】
なお、上記実施の形態の自動分析装置１は、ヒータによって反応ホイール６の周方向に連通している複数のホルダ６ｂ内を所定温度に保持した。しかし、自動分析装置１は、温度センサ２１ｄによって個々の反応容器９の温度を制御するので、反応ホイール６のヒータによる温度制御は行わないか、大まかでよい。
【００３５】
また、上記実施の形態の攪拌装置２０は、表面弾性波素子２１を反応容器９の側壁９ａに取り付けたが、反応容器９の底面に取り付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の自動分析装置を示す概略構成図である。
【図２】図１のＡ部を拡大した平面図である。
【図３】図１に示す自動分析装置のＡ部を拡大して本発明の攪拌装置の概略構成と共に示す図である。
【図４】本発明の自動分析装置で使用する反応容器の斜視図である。
【図５】反応容器に取り付ける本発明の表面弾性波素子の正面図である。
【図６】反応容器における音波のエネルギーによる熱の発生位置と温度センサの位置とを示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１                自動分析装置
２                作業テーブル
３                検体テーブル
４                検体容器
５                検体分注機構
６                反応ホイール
９                反応容器
１０              測定光学系
１１              排出装置
１２              試薬分注機構
１３              試薬テーブル
１４              試薬容器
１５              読取装置
１６              制御部
１７              分析部
１８              入力部
１９              表示部
２０              攪拌装置
２１              表面弾性波素子
２１ａ            圧電基板
２１ｂ            振動子
２１ｄ            温度センサ
２２              端子基板
２３              信号発生器
２４              駆動制御回路
２５              温度調節回路
【図１】
2007303964.tif 000003
【図２】
2007303964.tif 000004
【図３】
2007303964.tif 000005
【図４】
2007303964.tif 000006
【図５】
2007303964.tif 000007
【図６】
2007303964.tif 000008