(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのディスペンスノズルと、流体供給器と、前記少なくとも１つのディスペンスノズルと前記流体供給器とを流体的に相互連結する少なくとも１つの可変速度ポンプを具備する計量システムの計量配分性を向上させる方法であって、前記少なくとも１つの可変速度ポンプは、ポンプモータを具備し、一定のモータ速度に対して流体の速度が可変となる可変流体流量（時間−流体速度）線図を生成する機構を有し、前記方法は、
前記流体供給器から流体を吸引するステップと、
吸引した流体を前記少なくとも１つのディスペンスノズルにより計量配分するステップと、
前記計量配分するステップの間に行われる、前記ポンプモータを用いて可変流体流量を変更する、この変更するステップは、前記可変流体流量線図の前記計量配分ステップの部分に、少なくとも１つの変化および変更を生ずる、ことにより、計量配分される流体の相対速度に作用させるものである、相対速度作用ステップと、
を具備することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記相対速度作用ステップは、少なくとも前記可変流体流量線図の前記計量配分ステップの部分の一部をシフトさせるために、前記ポンプモータの参照位置をオフセットさせるオフセットステップを具備する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記可変速度ポンプは、前記可変流体流量線図の前記計量配分ステップの終了時にポンプピストン速度を減少させるものであり、前記オフセットステップは、前記ポンプモータの参照位置をオフセットさせて前記計量配分ステップの終了時の流体計量配分速度を、非ゼロの値とするものである、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記可変速度ポンプは、前記可変流体流量線図の前記計量配分ステップ部分の終了時に流体流量がゼロになる正弦波形の流体流量線図を生成するものであり、前記オフセットステップは、前記可変流体流量線図の端部をオフセットさせて前記計量配分ステップの終了時に、非ゼロの流体流量を与えるものである、請求項２記載の方法。
【請求項５】
所定量の流体が対象上に計量配分され、前記計量配分ステップから残っている残留流体を、前記対象および別の対象の一方に対して次の吸引および計量配分ステップの前に予備配分する追加ステップを具備する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記流体の計量配分速度を加速するために、少なくとも前記予備配分ステップの間に前記ポンプモータの速度を加速するステップを具備する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記相対速度作用ステップは、前記可変流体流量線図の前記計量配分ステップの部分の、横軸を駆動ステップ、縦軸を流体速度とした駆動ステップ−流体速度線図を、概略上下反転して得られる形状を有する駆動ステップ−駆動速度線図に基づいて、前記ポンプモータの速度を変化させるステップを具備する、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記相対速度作用ステップは、流体流量を増加させるために、前記可変流体流量線図の一部に沿ってポンプモータの速度を増加させるステップを具備する、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記可変速度ポンプは、ある正弦波形の可変流体流量線図を生成するものであり、前記相対速度作用ステップは、前記可変流体流量線図を概略上下反転した形状を含む前記ポンプモータ速度の変化を、前記計量配分ステップにわたって前記可変速度ポンプに与え、計量配分ステップの間、実質的に一定の計量配分速度を生成するステップを具備する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記可変速度ポンプは、前記可変流体流量線図の前記計量配分ステップの間の流体流量が可変であって、かつ該流体流量線図の残りの部分に対して最初は低い流体流量により特徴づけられる流体流量線図を生成するものであり、前記相対速度作用ステップは、計量配分される流体の灌流を防ぐのに充分なだけ流体流量を増加させるように、少なくとも前記計量配分ステップの開始時に、前記ポンプモータの速度を加速するステップを具備する、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
臨床分析装置において使用される計量システムであって、少なくとも１つの計量チップと、流体供給器と、前記少なくとも１つの計量チップと前記流体供給器を流体的に相互連結させる少なくとも１つのポンプを具備した計量システムの計量配分性を向上させる方法であって、前記ポンプは、ポンプモータを具備し、一定のモータ速度に対して流体の速度が可変となる可変流体流量（時間−流体速度）線図を発生させる機構を有するものであって、
ａ 吻状部に取り付けられた計量チップを用いて前記流体供給器から流体を吸引するステップと、
ｂ 吸引された流体を前記計量チップを通して反応容器へ計量配分するステップと、
ｃ 前記計量配分するステップの間に行われる、前記ポンプモータを用いて可変流体流量を変更する、この変更するステップは、前記可変流体流量線図の前記計量配分ステップの部分に、少なくとも一つの変化および変更を生ずる、ことにより、計量システムにより計量配分される流体の相対速度に作用させるものである、相対速度作用ステップと、
を具備することを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記相対速度作用ステップは、少なくとも前記可変流体流量線図の前記計量配分ステップの部分の一部をシフトさせるために、前記ポンプモータの参照位置をオフセットさせるオフセットステップを具備する、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記可変速度ポンプは、前記可変流体流量線図の前記計量配分ステップの終了時にポンプピストン速度を減速させるものであり、前記オフセットステップは、前記ポンプモータの参照位置をオフセットさせて前記計量配分ステップの終了時の流体計量配分速度を、非ゼロの値とするものである、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記可変速度ポンプは、前記可変流体流量線図の前記計量配分ステップ部分の終了時に流体流量がゼロになる正弦波形の流体流量線図を生成するものであり、前記オフセットステップは、前記可変流体流量線図の端部をオフセットさせて前記計量配分ステップの終了時に、非ゼロの流体流量を与えるものである、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
所定量の流体が第１の反応容器に計量配分され、前記計量配分ステップから残る残留流体を前記第１の反応容器および第２の反応容器の一方に対して次の吸引および計量配分ステップの前に予備配分する追加のステップを具備する、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記流体の計量配分速度を上げるために、少なくとも前記予備配分ステップの間、前記ポンプモータの速度を上げるステップを具備する、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記相対速度作用ステップは、前記可変流体流量線図の前記計量配分ステップの部分の、横軸を駆動ステップ、縦軸を流体速度とした駆動ステップ−流体速度線図を、概略上下反転して得られる形状を有する駆動ステップ−駆動速度線図に基づいた前記ポンプモータの速度の変化を前記可変速度ポンプに加えるステップを具備する、請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
前記可変速度ポンプは、前記可変流体流量線図の前記計量配分ステップの開始時および終了時に計量チップからの流体流量がゼロである正弦波形の可変流体流量線図を生成するものであり、前記相対速度作用ステップは、流体流量を増加させるために、前記可変流体流量線図の一部に沿ってポンプモータの速度を上げるステップを具備する、請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
前記可変速度ポンプは、ある正弦波形の可変流体流量線図を生成するものであり、前記相対速度作用ステップは、前記可変流体流量線図を概略上下反転した形状を含む前記ポンプモータの速度の変化を、前記計量配分ステップにわたって前記可変速度ポンプに対して加え、計量配分ステップの間、前記計量チップから実質的に一定の計量配分速度を生じさせるステップを具備する、請求項１１記載の方法。
【請求項２０】
前記可変速度ポンプは、前記可変流体流量線図の前記計量配分ステップの間の流体流量が可変であって、かつ該流体流量線図の残りの部分に対して最初は低い流体流量により特徴づけられる流体流量線図を生成するものであり、前記相対速度作用ステップは、前記計量チップに対して計量配分される流体の灌流を防ぐのに充分なだけ流体流量を増加させるように、少なくとも前記計量配分ステップの開始時の間、前記ポンプモータの速度を加速するステップを具備する、請求項１１記載の方法。
【請求項２１】
ａ 少なくとも１つのディスペンスノズルと、
ｂ 流体供給器と、
ｃ 前記少なくとも１つのディスペンスノズルと前記流体供給器を流体的に相互連結する少なくとも１つの可変速度ポンプを具備し、前記少なくとも１つの可変速度ポンプは、ポンプモータを有し、計量配分段階を具備する計量サイクルの少なくとも一段階において、一定のモータ速度に対して流体の速度が可変となる可変流体流量（時間−流体速度）線図を生成する機械的手段を具備する計量システムであって、前記システムは、前記計量サイクルの少なくとも一段階の間に前記ポンプモータを用いて可変流体流量を変更し、前記可変流体流量線図の前記計量配分段階の部分に、に少なくとも一つの変化および変更を生じさせることにより、前記ポンプモータを用いて前記少なくとも１つのディスペンスノズルを通して計量配分される流体の相対速度に作用させる相対速度作用手段をさらに具備する計量システム。
【請求項２２】
前記相対速度作用手段は、少なくとも前記可変流体流量線図の前記計量配分段階の部分の一部をシフトさせるために、前記ポンプモータの参照位置をオフセットさせるオフセット手段を具備する、請求項２１記載の計量システム。
【請求項２３】
前記可変速度ポンプは、前記可変流体流量線図の前記計量配分段階の終了時にポンプピストン速度を減少させるものであり、前記ポンプモータの参照位置は、前記計量配分段階の終了時の流体計量配分速度を、非ゼロの値とするようにオフセットされることができる、請求項２２記載の計量システム。
【請求項２４】
前記可変速度ポンプは、前記可変流体流量線図の前記計量配分段階の終了時に流体流量がゼロになる正弦波形の可変流体流量線図を生成するものであり、前記オフセット手段は、前記可変流体流量線図の端部をオフセットさせて前記計量配分段階の終了時の流体流量を非ゼロとするものである、請求項２２記載の計量システム。
【請求項２５】
所定量の流体が前記計量配分段階の間に第１の対象に対して計量配分され、オフセットにより、残っている残留流体量は、この残留流体量が前記第１の対象および別の第２の対象の一方に対して吸引段階の前に計量配分される予備配分段階を必要とする計量配分段階に続く、このサイクルの計量配分段階を完了する、請求項２４記載の計量システム。
【請求項２６】
前記相対速度作用手段は、前記流体の計量配分速度を上げるために、少なくとも前記予備配分段階の間にポンプモータの速度を上げる手段を具備する、請求項２５記載の計量システム。
【請求項２７】
前記システムは臨床分析装置において使用される、請求項２1記載の計量システム。
【請求項２８】
前記相対速度作用手段は、前記可変流体流量線図の前記計量配分段階の部分の、横軸を駆動ステップ、縦軸を流体速度とした駆動ステップ−流体速度線図を、概略上下反転して得られる形状を有する駆動ステップ−駆動速度線図に基づいた前記ポンプモータの速度の変化を前記可変速度ポンプに加える手段を具備する、請求項２１記載の計量システム。
【請求項２９】
前記可変速度ポンプは、前記計量配分段階の開始時および終了時に前記ディスペンスノズルからの流体流量がゼロである正弦波形の可変流体流量線図を生成するものであり、前記相対速度作用手段は、前記流体流量を増加させるために前記可変流体流量線図の一部に沿ってポンプモータの速度を増加する手段を具備する、請求項２１記載の計量システム。
【請求項３０】
前記可変速度ポンプは、ある正弦波形の可変流体流量線図を生成するものであり、前記相対速度作用手段は、前記可変流体流量線図を概略上下反転した形状を含む前記ポンプモータの速度の変化を、前記計量配分段階の間、前記可変速度ポンプに対して加えて、計量配分段階の間、実質的に一定の計量配分速度を生じさせる手段を具備する、請求項２１記載の計量システム。
【請求項３１】
前記可変速度ポンプは、前記可変流体流量線図の前記計量配分段階における流体流量が可変であって、かつ流体流量線図の残りの部分に対して流体流量が最初は低いことを特徴とする可変流体流量線図を生成するものであり、前記相対速度作用手段は、前記ディスペンスノズルに対して計量配分される流体の灌流を防ぐのに充分なだけ流体流量を増加させるように、少なくとも前記計量配分段階の開始時に前記ポンプモータの速度を加速する手段を具備する、請求項２１記載の計量システム。
【請求項３２】
ハウジングと、反応を得る目的で少なくとも一つの流体を少なくとも一つの反応容器に吸引および計量配分するために該ハウジング内に配置された計量システムと、反応の少なくとも一つの所定の側面を検出するための処理システムを具備する臨床分析装置であって、前記計量システムは、
ｉ 少なくとも１つの複数の計量チップを保持する吻状部と、
ii 流体供給器と、
iii 前記少なくとも１つの吻状部および保持された計量チップと前記流体供給器とを流体的に相互連結する少なくとも１つのポンプとを具備し、前記ポンプは、ポンプモータを有し、吸引段階および計量配分段階を具備する計量サイクルの少なくとも一段階において、一定のモータ速度に対して流体の速度が可変となる可変流体流量（時間−流体速度）線図を生成する機械的手段を具備し、前記分析装置は、前記計量サイクルの少なくとも一段階の間に前記ポンプの流体流量を変更し、これにより前記可変流体流量線図の前記計量配分段階の部分に、少なくとも一つの変化および変更を生じさせることにより、前記計量チップから計量配分される流体の相対速度に作用させる相対速度作用手段をさらに具備する、臨床分析装置。
【請求項３３】
前記相対速度作用手段は、少なくとも前記可変流体流量線図の前記計量配分段階の部分の一部をシフトさせるために、前記ポンプモータの参照位置をオフセットさせるオフセット手段を具備する、請求項３２記載の臨床分析装置。
【請求項３４】
前記可変速度ポンプは、前記可変流体流量線図の前記計量配分段階の終了時にポンプピストン速度を減少させるものであり、前記ポンプモータの参照位置は、前記計量配分段階の終了時に流体計量配分速度を、非ゼロの値とするようにオフセットされることができる、請求項３３記載の臨床分析装置。
【請求項３５】
前記可変速度ポンプは、前記可変流体流量線図の前記計量配分段階の終了時に流体流量がゼロになる正弦波形の可変流体流量線図を生成するものであり、前記オフセット手段は、前記可変流体流量線図の前記計量配分段階の部分の終端をオフセットさせて前記計量配分段階の終了時に非ゼロの流体流量を生じるように適用されるものである、請求項３３記載の臨床分析装置。
【請求項３６】
所定量の流体が前記計量配分段階の間に前記計量チップから第１の反応容器に対して計量配分され、オフセットにより、残っている残留流体量は、前記残留流体量が前記臨床分析装置に収容される前記第１の反応容器および別の第２の反応容器の一方に対して吸引段階の前に計量配分される予備配分段階を必要とする計量配分段階に続く、このサイクルの計量配分段階を完了する、請求項３５記載の臨床分析装置。
【請求項３７】
前記相対速度作用手段は、前記流体の計量配分速度を上げるために、少なくとも前記予備配分段階の間にポンプモータの速度を上げる手段を具備する、請求項３６記載の臨床分析装置。
【請求項３８】
前記相対速度作用手段は、前記可変流体流量線図、横軸を駆動ステップ、縦軸を流体速度とした駆動ステップ−流体速度線図を、概略上下反転して得られる形状を有する駆動ステップ−駆動速度線図に基づいた前記ポンプモータの速度の変化を前記可変速度ポンプに加える手段を具備する、請求項３２記載の臨床分析装置。
【請求項３９】
前記可変速度ポンプは、前記計量配分段階の開始時および終了時に前記計量チップからの流体流量がゼロである正弦波形の可変流体流量線図を生成するものであり、前記相対速度作用手段は、前記流体流量を増加させるために前記可変流体流量線図の一部に沿ってポンプモータの速度を増加する手段を具備する、請求項３２記載の臨床分析装置。
【請求項４０】
前記可変速度ポンプは、ある正弦波形の可変流体流量線図を生成するものであり、前記相対速度作用手段は、前記可変流体流量線図を概略上下反転した形状を含む前記ポンプモータの速度の変化を、前記計量配分段階の間、前記可変速度ポンプに対して加えて、計量配分段階の間、実質的に一定の計量配分速度を生じさせる手段を具備する、請求項３２記載の臨床分析装置。
【請求項４１】
前記可変速度ポンプは、前記可変流体流量線図の前記計量配分段階の流体流量が可変であって、かつ流体流量線図の残りの部分に対して最初は低い流体流量により特徴づけられる可変流体流量線図を生成するものであり、前記相対速度作用手段は、前記計量チップに対して計量配分される流体の灌流を防ぐのに充分なだけ流体流量を増加させるように、少なくとも前記計量配分段階の開始時に前記ポンプモータの速度を加速する手段を具備する、請求項３２記載の臨床分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体計量配分システムの分野、さらに詳細には臨床分析装置において使用されるような計量システムのための改良された流体計量配分方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
臨床試験室で通常見られる自動分析装置は複数の標本を処理し、血液や血清など患者の体液中のアナライトを識別するものとして知られている。標本流体は、測定技術に適した形式で置かれる。代表的な湿式化学システムでは、一般的に標本は、その一部を反応キュベットまたは他のタイプの反応容器に分散できるように分析装置内のカップや管などの標本容器に入れられる。所定量の標本を計量して標本容器から反応容器へ移すためには、ポンプ、バルブ、またはパイプや管類などの液体移送線のような適切なフルイディクスを用い、圧力や真空によって駆動されるプローブや吻状部（プロボシス）が用いられることが多い。検定の準備の際は、希釈剤を反応容器に送達するために、特に比較的大量のアナライトが標本中に予想される、または発見された場合、標本プローブや別のプローブまたは吻状部が必要となることが多い。非使い捨ての計量プローブを清浄にするため、洗浄液も通常必要とされる。この場合、前述のように、洗浄液や希釈剤を正確に計量して送達するためにフルイディクスが必要である。
【０００３】
標本調製および送達に加え、標本に対して行われる測定値を明示する行為は、蛍光発光または吸光など何らかの顕著な事象を発生させるために試薬、基質、あるいは標本と化合する他の物質の計量配分を必要とすることが多い。検出可能な事象を得るために、しばしば幾つかの異なる物質が標本と化合される。これは特に免疫定量法に当てはまるものである。というもの免疫定量法では、多数の試薬や洗浄工程を必要とすることが多いためである。例えば、ある検定では、ルミノメータによる検出のために、信号試薬がフルイディックポンプシステムによって試薬供給器から反応ウェル内の結合した抗体上に計量配分される。
【０００４】
臨床分析装置で使用される汲上げ/計量システム（図１参照）、中でもジョンソン・エンド・ジョンソン株式会社によって製造されるようなシステムは、信号試薬など流体供給器からのある量の流体を吸引するとともに、吸引した流体を反応容器に計量供給するために用いられる可変速度ポンプを少なくとも１つ備えることができる。このような可変速度ポンプは、そのうちの幾つかがバルブやシールを含まず、しかも不活性材料で構成されているという点において有用であり、これにより臨床化学の分野での適用が望ましいものとなる。さらに、ポンプの機械的設計は、省スペース化および製造可能性をもたらすもので、これは他の従来のサーボや他の定速度ポンプタイプには見られない。
【０００５】
臨床分析装置の上記汲上げ/計量システムにおいて用いられる典型的な可変速度ポンプは偏心カムなどの機械的手段を利用しており、これがポンプピストンに連結されている。この形式の相互連結によって今度は、ピストンが図４に示すように回転駆動および往復運動される。この動作の結果は、得られる流体の流量が計量サイクルを通じて可変であるということで、この線図は、ポンプを駆動するモータの毎分回転数と一致する。図４（ａ）〜図４（ｄ）に示すポンプでは、流体計量サイクルの吸引および計量配分段階の両方における流体流量線図は、その性質が図５に示すように各段階の開始時および完了時のゼロとその間にある最大値の間にわたる正弦波形である。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第４，００５，４３５号
【特許文献２】
米国特許第４，００８，００３号
【特許文献３】
米国特許第４，０１３，３９６号
【特許文献４】
米国特許第４，４０５，２９４号
【特許文献５】
米国特許第４，５７５，３１７号
【特許文献６】
米国特許第４，７３１，０７６号
【特許文献７】
米国特許第４，８４５，４８７号
【特許文献８】
米国特許第４，９４１，８０９号
【特許文献９】
米国特許第５，０２０，９８０号
【特許文献１０】
米国特許第５，０９２，０３７号
【特許文献１１】
米国特許第５，１５８，４４１号
【特許文献１２】
米国特許第５，２４６，３５４号
【特許文献１３】
米国特許第５，４８２，４４８号
【特許文献１４】
米国特許第５，６６０，２０１号
【特許文献１５】
米国特許第５，７６１，８８６号
【特許文献１６】
米国特許第５，７８６，０１２号
【特許文献１７】
米国特許第６，２２４，３４７号
【特許文献１８】
欧州特許出願公開第０  ５１２  ６８８号
【特許文献１９】
欧州特許出願公開第０  ９２７  ８８２号
【特許文献２０】
国際公開第９９／１７９１７号
【特許文献２１】
国際公開第９７／２４５２８号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、上述したポンプ設計によって幾つかの利点が得られる。例えば、直前に述べたポンプ設計では、単一の機構によってピストンの回転運動と並行運動の両方が可能となる。従って、これらや他の可変速度ポンプタイプを利用することは、液体の計量配分を伴う多数の適用に用いられる多くの様々なタイプの計量システムにとって望ましいものである。しかしながら、最終適用によっては、その実装により生じうる幾つかの関連した問題もある。まず、先に述べたように、上述した可変速度ポンプの機械的設計では、図５の線図に示すように、流体流量を計量配分段階の開始時にゼロから徐々に増加させ、計量配分段階の終了時に向かって徐々にゼロへと減少させる。不充分に低い速度ではディスペンスチップまたはノズルを離れる流体に対する流体剪断作用が排除され、従って計量配分段階の開始時であれば灌流の結果としてプローブの外側に、あるいは計量配分段階の終了時であれば計量プローブ内部にかなりの量の流体が残ることが分かった。残留流体の量は可変で、これが問題となることがある。特に、計量される量の変動は、臨床分析装置の場合に少量の流体（例えば１００μｌ未満）を反応容器またはウェルへ計量供給する際、さらに計量される流体が揮発性である際に特に問題となる。ディスペンスチップの端部に残る残留流体は、計量システムの動作周期が可変である場合には様々な量が気化しうる。例えばこの変動を２〜３μｌほどであるとすると、残留流体の気化により、１００μｌの計量流体量では約３パーセントの変動が生じ、これは１０μｌでは約３０パーセントの変動に相当する。
【０００８】
計量された流体量の誤差とは別に、計量プローブのチップに残った残留流体の気化に関しては幾つかの他の結果／問題点がある。チップの端部に残された残留流体は大気にさらされる。従って、流体の性質によっては酸化が起きることがあり、これにより流体の化学的性質が変化し、例えばここに述べられるポンプ／計量システムを用いた臨床分析装置によって行われる測定に影響が生じ、性能を悪化させる恐れがある。この後者の影響は、測定された計量供給流量において発生する誤差よりも性質的により重要である可能性がある。
【０００９】
上記の結果に加え、残留流体が乾燥すると、ディスペンスノズルの穴が詰まり、そこからの流体流に影響を及ぼすことがある。この問題は、穴のサイズが非常に小さい場合や、流れの方向および速度が重要なパラメータである場合に特に問題となる。
【００１０】
灌流により計量プローブの外側に残される残留流体に関する更に別の問題は、ノズル（例えば計量プローブ）を急激に動かす必要があるときである。何らかの急な移動の動作により、流体が計量プローブの外側から脱落することがある。この望ましくない事象の結果は、信号試薬モジュールの周期的な維持が必要であると仮定した場合の表面装飾上の問題から、計量供給量に対する重大な影響までにわたる。この後者の影響は、上述したプローブの移動が各計量サイクル毎に発生しない場合、特に感じられる。
【００１１】
適用によっては、さらに別の特に重大な結果は流体の相互汚染で、これは計量される化学物質によっては極めて深刻な結果をもたらす可能性がある。
【００１２】
本発明の主な目的は、上述した先行技術に見られる問題を軽減することである。
【００１３】
本発明の別の主な目的は、可変速度ポンプを利用する計量システムにおいて少なくとも１つの流体の計量配分性を効率的に向上させることである。
【００１４】
本発明の他の主な目的は、計量システムにおける灌流および残留量に伴うリスクを大幅に減少させることである。
【００１５】
本発明のさらに別の主な目的は、臨床分析装置および他の装置における計量システムの性能特徴を向上させることである。
【００１６】
本発明の他の目的は、反応容器に対する計量供給量、特に少量または微小量の計量供給に関する誤差を小さくすることである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の好ましい側面によれば、少なくとも１つのディスペンスノズルと、流体供給器と、前記少なくとも１つのディスペンスノズルと前記流体供給器を流体的に相互連結する少なくとも１つのポンプを具備する計量システムの計量配分性を向上させる方法であって、前記ポンプはモータを具備し、一定のモータ速度に対して可変の流体流量線図を生成する機構を有し、
前記流体供給器から流体を吸引するステップと、
吸引された流体を前記少なくとも１つのディスペンスノズルにより計量配分するステップと、
計量配分された流体の相対速度に作用するように、前記吸引および計量配分ステップの少なくとも一方において前記ポンプモータを用いて前記可変流体流量線図を変更するステップを具備する方法について記述されている。
【００１８】
あるバージョンによれば線図に応じて、流体流量およびディスペンスノズルから流出する流体速度に作用するように、流体流量線図の任意の部分に沿ってポンプモータの速度を変えることができる。例えば、計量配分段階の開始時および終了時に流体流量がゼロとなる正弦波形流線図では、これらの部分でモータの速度を加速してディスペンスノズルで計量配分される流体の速度を加速することができる。あるバージョンによれば、全体の遷移に対するさらに緩やかな増加を可能にし、これによって低いモータトルク要件を有するポンプの使用を可能にするために、吸引段階においてモータの速度を加速させることができる。
【００１９】
別のバージョンによれば、例えば線図の少なくとも一部をシフトさせ、例えば上記の線図を仮定すると、計量配分ステップの終了時における相対流体速度／流量を増加させるために、モータの参照またはホームポジションをシフトさせることができる。
【００２０】
本発明の別の好ましい側面によれば、臨床分析装置で使用される計量システムで、少なくとも１つの計量チップと、流体供給器と、前記少なくとも１つの計量チップと前記流体供給器を流体的に相互連結する少なくとも１つのポンプを具備する計量システムの計量配分性を向上させる方法であって、前記ポンプはモータを具備し、一定のモータ速度に対して可変の流体流量線図を生成する機構を有し、
前記流体供給器から流体を吸引するステップと、
吸引された流体を前記少なくとも１つの計量チップから反応容器に計量配分するステップと、
計量配分される流体の相対速度に作用するように、前記吸引および計量配分ステップの少なくとも一方において前記ポンプモータを用いて前記可変流体流量線図を変更するステップとを具備する方法が記述されている。
【００２１】
本発明のさらに別の好ましい側面によれば、少なくとも１つのディスペンスノズルと、流体供給器と、前記少なくとも１つのディスペンスノズルと前記流体供給器を流体的に相互連結する少なくとも１つのポンプとを具備する計量システムであって、前記ポンプは、モータを有し、吸引段階および計量配分段階を具備する計量サイクルの少なくとも１段階において一定のモータ速度に対して可変流体流量線図を生成する機械的手段を具備し、前記システムは、計量配分される流体の相対速度に作用するように前記計量サイクルの少なくとも１段階において前記ポンプの流体流量線図を変更させる手段をさらに具備する計量システムが記述されている。
【００２２】
上記の方法および装置の実現された利点は、計量配分段階の開始時に流体流量を増加させることによって、ディスペンスチップにおける灌流を大幅に減少させて、臨床分析装置における、特に少量の流体時の計量供給量誤差を減少させ、さらに相互汚染、酸化、および蒸発の危険性を防ぐということである。
【００２３】
本発明によって達成される他の重要な利点は、計量の場合での計量配分段階の開始時における、より速い計量配分速度であり、最大流体速度を増加させないようにこれを行うとともに灌流を大幅に減少させる。最大計量配分速度を上げることなくこれを行う利点は、はねの傾向を減少させるので重要である。
【００２４】
本発明の他の利点は、計量配分段階の終了時に計量ノズル上に存在する残留流体を最小にする、または事実上除去することで、これによりプローブが清潔でかつ目詰まりのない状態に保たれ、計量される量の精度が向上し、流体が空気または光に直接さらされることがないので、プローブに残る流体、特に空気や光に敏感な流体の蒸発作用が減少する。さらに、計量配分段階のまさに終了時に流体速度を加速することによって、計量プローブの端部における気泡またはエアポケットの形成が可能となり、蒸発の恐れがさらに減少する。
【００２５】
これらおよび他の目的、特徴、および利点は、以下の添付の図面とともに読まれるべき発明の実施の形態から容易に明らかとなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下の記述は、ジョンソン・エンド・ジョンソンによって製造される特定の臨床分析装置に関する特定の流体計量配分システム（例えば、信号試薬サブシステム）において使用される本発明のある好ましい実施の形態に関するものである。しかしながら、容器中または半導体チップなどの基板上へ液体を計量配分することを伴う種々の薬学的、製造上、化学的、診断上、または科学的用途などにおいて少なくとも１つの可変速度ポンプを使用する、あるいは使用しうるであろう他の流体ディスペンスシステムと共に、この計量方法の発明概念を用いることが可能であることは、以下の説明から容易に明らかとなるであろう。さらに、議論の過程を通じて「上」、「下」、「上方」、「下方」、「上側」、「下側」などの用語が用いられるが、これらの語は添付の図面に対する座標系として用いられることのみが意図され、ここに述べる発明の概念を限定するものとして解釈されるものではない。
【００２７】
図１を参照すると、ここで説明される実施の形態で使用される臨床分析装置が図示されている。この分析装置は、ホルモン、ビタミンおよび関連する化合物、伝染病マーカー、癌マーカー、治療薬監視、乱用薬物分析を含むアナライト、および酵素免疫定量法（ＥＩＡ）を受けることの可能な他のアナライトに対して自動化されたＥＩＡを行うように設計されている。以下の議論では、本発明に関する説明の序文として、この分析装置の全体的な動作の背景を提供する。
【００２８】
試薬管理システムは、分析装置のデータ処理機構への入力に対して試薬スキャンを行い、試薬を計量して試薬計量プローブ１００により複数の反応ウェルに適量配分する。試薬パック１０５はシステム外部にあるが、試薬管理システムによって操作される。これらのパックは、免疫定量法を行うのに必要な試薬を収容するように構成されている。典型的に、これらの試薬パック１０５は、アナライトと結合し反応ウェルに対する、あるいはウェルとの付着を生じるように使用される１つまたはそれ以上の抗原または抗血清化合物を収容している。試薬パック１０５は、検定に適した量および形状の反応ウェルがばね装架された形状とされていることが好ましい。好ましくは、試薬にやさしい材料でコーティングされた０．３５mlの円錐形ウェル１３５が反応ウェルとして使用される（図２参照）。ウェルのコーティングは、当該分野において公知なように、ストレプトアビジンなどの材料および／または免疫化学分析に有効な他の材料からなることができ、検定化学の一部としてアナライトが結合するビオチン標識抗原または抗体による結合を容易にする。
【００２９】
この分析装置の試薬管理システムは、多数のサブシステムおよび部品を具備しており、それらをここで簡単に参照する。さらなる詳細は、その全体がここで参考によって組み込まれる「自動臨床分析装置における不良検出（Failure Detection in Automated Clinical Analyzers）」と題された、共通して譲渡され同時係属中の米国特許出願No. 09/482,599において得ることができる。
【００３０】
自動装架部１１０は、試薬パックを任意の適切な駆動機構によって試薬供給サブシステム１１２の方へと往復させる。ギア付きリングが試薬パックの形状に対応した穴あきパネルと嵌合されている遊星歯車のシステムが使用されるのが好ましい。そして試薬パックは、試薬供給サブシステム１１２の可動部に沿ったスロットに挿入され、リングの内側のピニオンによって円運動にて駆動される。このようにして、試薬パック１０５は利用できるように格納され、試薬管理システムによる吸引および計量配分に適した位置に回転されることができる。試薬供給冷却器１２０は、特定の試薬の機能上要件（典型的には、約３〜１５℃、好ましくは約４〜１０℃）に従って試薬供給サブシステム１１２の内部を冷却する。
【００３１】
このようにして試薬供給冷却器１２０は、試薬および反応ウェル１３５（図２）を適当な湿度および温度に維持する。反応ウェルシャトルは、反応ウェルを取り出し、これを処理システムで用いられる培養器の外部リングに配置する。これらのウェルは、試薬ウェルシャトルと共同して機能するウェルディスペンサ１７５の一部を具備する取出し装置（図示せず）によって、その格納領域（好ましくは試薬パック１０５）から取り出される。このディスペンサは、一端に反応ウェルの形状とほぼ対応する尖端を有する液圧プランジャなどの任意の適当な機構を備えることができる。この機構は、ひとたび取り込むと、試薬および／または標本で満たすことのできる器具の一部に向かって反応ウェルを動かすことができるように枢動可能であることが好ましい。
【００３２】
試薬供給サブシステム１１２は、移動可能に装着された試薬プローブ１００を有する枢動可能試薬計量アーム１４５から構成される。アーム１４５は、試薬および／または希釈剤を反応ウェルに対して計量配分するよう試薬プローブ１００を配置することができるように枢動可能である。このアームはさらに、従来から公知な任意の駆動機構を用いてアームを反応ウェルの近傍まで下げるように、垂直動作を可能とするよう構成されている。好ましくは、少なくとも１cmあたり約３９０段の垂直運動を可能とするように、ラックおよびピニオン駆動装置に連結された微細なステップを有するステッパモータが用いられる。枢動が望ましい場合、微細なステップを備えたステッパモータが好まれ（一般に、プローブまたはプローブアームを回転させるために用いられるシャフトの１回転あたり少なくとも約１７２０ステップが望ましい）、ピニオンは、回転されるシャフトの外部直径を具備するか、あるいはこれに取り付けられる。ステッパモータ、従ってプローブおよび機構の動きの制御は、ここに参照によって全体を組み込まれる米国特許第5,646,049に記述されるような当該分野において公知の技術により行われる。
【００３３】
動作の際、試薬プローブ１００は、流体を吸引し連結部を介してバルブ、ポンプ、管材などからなるフルイディクス装置へ計量配分する。これは真空で満たされていることが好ましく、真空の解除または加圧によって分散させることができる。試薬計量に異なる試薬の吸引および計量配分を伴う場合は常に、試薬プローブ１００が、ある検定の一工程から、その検定の異なる工程に、あるいは異なる検定に試薬を持ち越さないように洗浄工程を含むことが望ましい。これは、わずかな不正確さを避けるのに役立つ。洗浄工程は、各試薬成分の排出の後に洗浄液を試薬プローブ１００に流して洗うことを伴う。従って、試薬プローブ１００は、フルイディクス装置を介して洗浄部１６５にも連結される。プローブは、真空または圧力によって満たされ、洗浄液を計量配分することができる。試薬プローブ洗浄部１６５は、試薬プローブ１００が洗浄工程を実行するための閉じられた空間を提供する。動作の際、計量プローブは洗浄部１６５の洗浄シリンダまで降下され、洗浄液がプローブを通って洗浄シリンダへ満たされ、吐出口１６０から排出される。洗浄液はまた、試薬プローブ１００の外側を洗浄するよう注入口１７０から装入される。
【００３４】
標本処理システムは、標本を装架し適切な反応ウェルに計量供給する。このシステムは、試験管など患者の標本容器に取り付けうるバーコードを読取るバーコード読取機２００を介してデータ処理システム６００に入力を提供することもできる。標本処理システムはさらに、多くのサブシステムおよび部品からなるものである。標本供給システムは、上述したような標本識別データを入力するためのバーコード読取機２００、標本トレイコンベヤ２０５、１つまたはそれ以上の標本トレイ輸送機２１０、および標本位置決め装置に隣接した標本計量部（すなわち、下で説明するように吻状部２３０が降下される位置）へと標本を移動させるための位置決め装置２１５からなるものである。
【００３５】
標本トレイコンベヤ２０５は、容器を移動させるための任意のコンベヤシステムとすることができ、磁気駆動装置を引き付ける磁気または鉄部品を有する標本トレイ輸送機２１０の頂上にある回転式コンベヤ２２０を推進させる電気的または機械的に移動可能な磁気駆動装置を用いることができる。好ましい標本トレイコンベヤは、楕円形状の磁気駆動追従システムである。このシステムでは、標本トレイは磁気吸引の影響を受けやすい部分を有する輸送機２１０の頂上に位置する回転式コンベヤ２２０であることが好ましい。これにより、標本トレイの下方位置から楕円形トラックの外周に沿って磁場の回転により、楕円形周りを移動できるようにされる。この構成において、標本トレイの外径は歯車付きとされることができ、これによりバーコード読取機２００に隣接した（あるいは、楕円形トラックの外側に沿った任意の他の適当な位置にある）位置決め装置２１５などの歯車付き部材によってトレイがその中心軸周りに回転可能となる。
【００３６】
標本計量サブシステムは、標本を吸引し吻状部２３０を介して反応容器に計量配分する。吻状部およびそれに関する計量アーム２４５は、上述した試薬計量アームと同様の設計であることが好ましい。標本を吸引し計量配分することができる使い捨てチップ（図示せず）は吻状部２３０に装着されることが好ましく、標本の吸引および排出ごとに処分される。このチップは、円錐体の頂点が下方向に向けられた円錐形であることが好ましい。適切なロボットコマンドを用いて、吻状部をチップ上方に配置し、力によりチップを一時的に装着する（チップの中空部に吻状部を圧入する）。便宜上、チップの供給はチップ供給回転式コンベヤ（図示せず）上に維持することができる。チップはさらに、吻状部駆動装置をその一番上の移動位置まで上げ、排出器スリーブ（図示せず）を作動させることによって取り外すことができる。一般に、使い捨てチップは、ポリエチレンまたはポリプロピレンなどの熱可塑性材料を成型することによってなるものである。このようなチップは、標本と単一の吻状端部の直接かつ再三にわたる接触を避けるものである。
【００３７】
動作の際、標本計量サブシステムは、試薬計量サブシステムと同様に作用する。試薬回転式コンベヤ２２０に装荷された標本は、吻状部２３０の到達可能な位置まで駆動される。吻状部上に使い捨てチップを装荷した後、システムは吻状部を直接、標本容器の頭上に枢動させる。吻状部２３０はそれから回転式コンベヤ２２０上の管などの容器へと降下され、行われる検定に対して充分な量の標本を吸引する。その後、吻状部２３０は標本が計量配分される外部リング（図示せず）に存在する反応ウェルの頭上の位置まで枢動される。試薬がウェルに計量配分される前に、標本がウェルに計量配分されることが好ましい。吻状部２３０はその後、ウェルに対する標本の適切な計量供給を有効にするために用いることができる。これは、吻状部に標本計量アーム２４５上の光学センサ（図示せず）などのセンサを付けることによって達成される。センサは、トランスデューサ（図示せず）およびデータ処理システム６００と連通しており、当該技術において公知なように静電容量によって圧力差により、あるいは反射エネルギーにより標本のレベルを検出することが好ましい。吻状部をその適切な位置、または「ホーム」ポジションへ誘導するために、光学センサーを使用することもできる。標本を計量および測定した後で、試薬を上述したようにウェルに計量配分することが好ましい。標本と試薬の混合は、部分的な混合を与えるのに充分な速度で標本の入っているウェルに試薬を計量配分することによって達成される。さらなる混合は、培養器の同心内側リング（図示せず）を急速に変動する速度で動かすことによって達成される。
【００３８】
検定の中には標本の希釈が必要なものもある。この場合、標本はまず希釈容器（図示せず）に計量供給されるが、この容器は一般には添加された試薬が付着する任意の試薬または他の材料とともに処理されないという点を除いては先に説明した反応ウェルと実質的に同様であることが好ましい。つまり、希釈容器は問題の免疫化学反応の状況内では機能的に不活性である。吻状部２３０は、他の検定と同様に標本を計量供給するのに用いられる。希釈ウェルは、希釈動作の間には培養器の外側リング（図示せず）に配置される。試薬プローブ１００は、希釈剤を希釈ウェルに計量配分する。希釈剤は標本の添加後に希釈ウェルに添加されることが好ましいが、任意の材料の前または後に添加することも可能である。試薬が標本の添加の前、または希釈剤の添加の前に添加されるように検定を構成することも可能であるが、あまり望ましくはない。希釈剤を添加した後、希釈剤と標本は、吻状部２３０へ試薬と標本を吸引し、混合液を反応ウェル１３５に計量配分して戻すことによって混合される。吸引と計量配分による混合のこの工程は、「スウィッシュ混合（swish mixing）」と呼ばれる。混合が完了すると、吻状部２３０は希釈された標本を吸引し、検定を完了させるために培養器の外側リング上の反応容器（ウェル）に計量配分する。
【００３９】
処理システムでは、標本、試薬、および（随意に）希釈剤の入った反応ウェルを信号試薬と混合し培養する。標本アナライトと試薬の反応の化学ルミネセンス、または他の適切な信号発生もこのシステムで読み取られる。ウェル洗浄アーム３１０およびウェル洗浄プローブ３１５は、反応ウェルを洗浄し標本および非結合試薬を除去することがその機能であるウェル洗浄サブシステムの主要な要素である（アナライトは、後に読み取られる信号を明白に示す試薬とともに反応容器の壁に接着される）。
【００４０】
培養器３００のリングは、自動装荷部１１０のための上述した培養器と同様の独立した同心歯車付きリングであることが好ましい。そのような構造は、ピニオン（図示せず）または他の適当な手段によって駆動することができる。リングの湾曲部に沿ってリセスが適宜配置され、そこに反応および希釈ウェルを配置することができる。温度および湿度は、培養器３００内で実行される検定に適した時間と温度に制御される。培養時間は検定ごとに変えることができ、データ処理システム６００の制御下にある。
【００４１】
ウェル洗浄システムに戻ると、適切な培養後、ウェル洗浄プローブ３１５（試薬プローブ１００と設計が同じであることが好ましい）は、反応ウェル１３５（図２）から標本および非結合の試薬を吸引および配分し、それから洗浄液をウェルに配分し、再び吸引および配分するように操作される。このように、この時点まで反応ウェル内では試薬とアナライトが反応し、ウェルに付着している。ウェル洗浄アーム３１０は、反応せず、かつ／または標本の読み取りを妨げる可能性がある材料を除去する。
【００４２】
このような機器は、未測定の材料が反応容器に付着し容器の中身がさらに処理される、または何らかの読み取りが行われるように構成することも可能である。そのような場合、これらの材料は吸引され別の容器（図示せず）に配分されることが必要となるであろう。
【００４３】
ウェル洗浄が完了すると、ウェル洗浄アーム３１０は、移動可能に装着されたウェル洗浄プローブ３１５をある位置に関着させて標本および非結合試薬を吸引し、洗浄液を反応ウェル１３５（図２）に配分する。一般に洗浄液は、ウェル洗浄プローブ３１５が反応ウェルから持ち上げられた時に配分される。信号試薬サブシステムは、その主要素として、信号試薬アーム４１０、信号試薬プローブ４００、信号試薬（パック）４２０、および呼び水／ポンプ装置４１５を具備する。信号試薬アーム４１０に移動可能に装着された信号試薬プローブ４００（既に説明した他のプローブと設計が同様であることが好ましい）は信号試薬を吸引し、信号試薬パック４２９から培養器内の反応ウェルに輸送および計量配分する。信号試薬アーム４１０は、この目的のために呼び水／ポンプ装置４１５に取り付けられている。信号試薬サブシステムに関する更なる詳細は、この記述の後の部分で提供される。
【００４４】
信号試薬は、反応した試薬／標本化合物（例えば、ルミノール誘導体）との化合により信号を発生させる少なくとも１つの成分を含有する合成物である。ルミノメータ５００は、光電子倍増管５２０と連通する光ファイババンドル５１０から構成され、この光電子倍増管はさらにデータ処理システム６００と連通している。動作の際、光ファイババンドル５１０は、試薬および随意に希釈剤が混合された試薬上に配置される。反応した試薬／標本化合物によって発生された化学ルミネセンス信号は、それから光電子倍増管に送信され、光信号が従来のデジタル技術により処理するための電気信号に変換される。内部参照（図示せず）は、ルミノメータ５００の較正のために使用することができる。
【００４５】
ここで説明される分析装置のデータ処理システム６００は、システムとサブシステムの機能を協調させ、システム診断を実行し、機器を構成し、結果を記録し、結果を分析するために用いられる回路網の一体化された配列である。これにはマイクロプロセッサなど公知の処理装置が含まれ、任意の数の外部処理システムと電気的に連通されることができる。例えば、このシステムはローカルエリアネットワークを介して他の分析機器に接続されることにより、多数の異なる検定に対してテストが計画され結果がまとめられ報告されるが、そのうち幾つかの分析はここに述べる機器上で実行されるものではない。
【００４６】
多数の他のシステムが、ここに述べる分析装置の主機能の補助である。これらのシステムには、洗浄液を貯蔵および分配するための供給センタ７００も含まれる。これらの流体は、ポンプによって圧力下に維持されている大きな容器に貯蔵することができる。管、ポンプ、およびバルブなど適切なフルイディクスを用いて、試薬管理システムなどのシステムの１つに注入する前に流体を他の流体と混合するために使用できる作業ボトルへ、流体を移動させる。ここでもまた、流体は、確動力を生成するポンプまたは真空を用いた適切なフルイディクスにより移動させることができる。一般に微孔フィルタなどのフィルタが、流体が計量配分される位置より前の１つまたはそれ以上のフルイディクスラインに配置され、適切なディスペンサへの途中で脱気される。これはフィルタの向こうの圧力傾斜の結果として起こり、流体計量の精度を向上させることにつながる。
【００４７】
要約すると、一般に検定は以下のように行われる。実行される検定に特有の試薬を含んだ試薬パック１０５が自動装架部１１０に装架される。そして試薬パックは、試薬供給回転式コンベヤ内の試薬供給サブシステム１１２に折り返し輸送される。標本管は、標本コンベヤ内に配置された試薬回転式コンベヤ２２０上に装架される。標本コンベヤ２０５は、標本トレイを回転させる位置決め装置２１５へと標本回転式コンベヤを移動させ、バーコード読取機２００は試験の割当てのため、および結果報告の準備において各標本管の身元に関するデータをデータ処理システム６００に入力できる。標本計量アーム２４５は、標本管上方のある位置に吻状部２３０を移動させる。吻状部２３０（およびこれに装着されたチップ）は管内へ降下され、所定量（例えば、１０または１０〜８０μl）の標本を吸引する。吸引された標本に対して実行される検定に対応した試薬パック１０５は、ウェルがウェルシャトルに、そして培養器３００内の外側リングに押込まれるウェルディスペンサ１７５の下方に移動される。この外側リングは、吻状部２３０の下方位置へと回転される。標本計量プローブまたは吻状部２３０は、ウェルの上方の適切な位置へ回転され、所定量（例えば、約１０〜８０μl）の標本を実行される検定に対応したウェルに計量配分する。
【００４８】
試薬計量アーム１４５によって適切な位置へ移動された試薬プローブ１００は、試薬パックの頂上の位置にある。そして約２０ないし１６０μlの試薬が吸引される。それから培養器の外側リングは、試薬プローブ１００真下の位置へ回転される。試薬プローブ１００はそれから、ウェル上方の適切な位置へ回転され、実行される検定に対応したウェルに吸引した試薬を計量配分する。そしてウェルは、実行される検定に応じた時間だけ培養器３００の外側リング内で回転され、シャトル２６０によって培養器の内側リング上のある位置まで移動される。ウェル洗浄プローブ３１５は、洗浄液を分配し、非結合の試薬および洗浄液を吸引し、この溶液をシステムフルイディクスにより排出する。培養器の内側リングは、洗浄されたウェルが、信号試薬プローブ４００を介して信号試薬をウェルに計量配分できる位置となるように回転される。信号試薬アーム４１０は、信号試薬上方の位置に信号試薬プローブ４００を移動させ、そこで信号試薬が吸い上げられる。それからウェルは５分間培養され、１つまたはそれ以上の化学ルミネセンス発光を読み取り、光電子倍増管５２０を介してこの信号を電気信号へ変換し、計測値をデータ処理システム６００へ送信するルミノメータ５００にアクセス可能な位置まで回転される。そしてデータ処理システム６００は、臨床結果を得て、これを伝達するためにこの信号を用いる。その後、反応ウェル１３５（図２）は従来の手段によって処分される。
【００４９】
図３を参照して、この信号試薬サブシステムについて本発明の目的に対してここで更に説明する。上述したようにこのサブシステムは、それぞれが回転式コンベヤ４２２上に支持される一対の試薬パック４２０からなる試薬供給部を備えている。ある量の試薬液が、信号試薬アーム４１０から下方向に延びる一対のディスペンスチップ４４０を有する計量プローブ４００により計量され、アームは、試薬プローブを反応ウェル１３５（図２）の近傍に持っていくために一対のステッパモータにより枢動自在かつ垂直方向に移動可能とされ、これらのステッパモータの１つ、４２５のみが図に示されている。呼び水／ポンプ装置４１５は、吸引ライン４５０を介して対応する信号試薬パック４２０に、また計量ライン４４６を介して計量プローブ４００に対してそれぞれ流体的に連結された一対の対応するポンプ４３０および４３４を具備している。吸引ライン４５０と計量ライン４４６はそれぞれ、図３に４２２として示すポンプヘッド、対応する信号試薬パック４２０、および計量プローブ４００へと延びる個々のライン４４８および４４５を備えている。
【００５０】
図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照すると、呼び水／ポンプ装置４１５の各ポンプは、ポンプピストン４７４を収容する円筒形セラミックライナ４７０を具備したポンプヘッド４２２を備える可変速度ポンプである。ポンプピストン４７４は、ポンプモータ（図示せず）の回転シャフト４８２に相互接続されている偏心カム４７８の連結により、セラミックライナ４７０内において同時に往復運動および回転運動を行う。このモータは従来の設計のステッパモータで、細かいステップで動くことが可能である。この実施の形態のためには、モータは、約２００のフルステップ（１回転あたり１/４ステップ８００回）が可能である。
【００５１】
動作の際、各ポンプ４３０、４３４は、ポンプピストンの１回転の間に４段階の動作を行う。図４（ａ）を参照すると、流体はまず、流入口４８４を介して個々の吸引ライン４４８を通って信号試薬パック４２０からセラミックライナ４７０内に画定されたポンプ室へ向かう吸込み（吸引）段階を伴って吸引され、このポンプ室の大きさはピストンのライナ位置によって定義される。計量サイクルのこの部分の間、ポンプピストン４７４は引っ込められ、ピストンフラットはポンプの流入口４８４へ通じており、流体は画定された室へ流入できる。
【００５２】
図４（ｂ）に示す第２段階では、ピストン４７４がセラミックライナ４７０内で約９０度回転され、ポンプの流入口４８４および排出口４８６が閉じられている。流体はこのクロスオーバ段階の間、ポンプ室内に維持される。
【００５３】
図４（ｃ）を参照すると、ポンプピストン４７４は、セラミックライナ４７０内でさらに９０度回転し、さらにピストンがポンプ室内に保持されている流体に向かって下方向に移動している。ピストンフラットは、ポンプヘッドの排出口４８６に通じていて、排出口４８６を介して計量ライン４４５へと流体を排出することが可能となる。
【００５４】
最後に、図４（ｄ）を参照すると、ポンプピストン４７４は、図４（ｂ）と同様の位置に回転し、流入口および排出口４８４、４８６がいずれも閉じられている。ピストンは、上記４つのサイクルを各計量サイクルごとに、かつ各ポンプ４３０、４３４（図３）に対して繰返し行い、両ポンプはこの実施の形態においてある量（約５０μl）の信号試薬を吸引し、単一の反応ウェルに一対のディスペンスチップ４４０（図３）を介して計量供給するために使用される。ポンプの全体的な特徴および動作に関する更なる詳細は、ここにその全体的な内容が参照によって盛り込まれる米国特許第5,092,037において提供される。
【００５５】
上述の呼び水／ポンプ装置４１５を用いた信号試薬サブシステムの計量サイクルに関する代表的な流体流量曲線が図５に示されている。典型的に、各ポンプモータの速度は、計量サイクルの各段階において本質的に一定である。この実施の形態では、ポンプモータは、吸引段階では毎秒１/４ステップ約１２００、計量配分段階では毎秒１/４ステップ約２０００に維持され、上記の段階にはそれぞれ約４００ステップが必要である。この議論のためには、ここに図示されるこの線図および後続の線図では、計量サイクルの中間またはクロスオーバ部は図示されないことに注意しなければならない。ポンプヘッドの偏心カムおよび角度位置の結果、計量サイクルの吸引および計量配分部のそれぞれにおいて、流体は可変流量を達成する。各ポンプモータの速度が上記のように本質的に一定であるこの通常動作モードの間、この流体の流量線は本質的に正弦波形であり、最大速度と、吸引段階および計量配分段階のそれぞれの開始時と終了時におけるゼロの間で変化する。
【００５６】
本発明の主要な目的は、計量プローブ４００（図３）のディスペンスチップには、計量サイクルの計量配分段階の終了時に事実上、残留流体がないことを保証することである。以下の実施の形態から明らかなように、かつ計量配分流量の変化を理解することによって、計量チップから流出する流体流量に作用するように流体流量線図を任意の部分において変更することができる。
【００５７】
図６を参照すると、第１の実施の形態は、ここに記述された信号試薬サブシステムのポンプモータの「ホーム」、または停止位置のシフトを伴うものである。このシフトは、例えば、光センサ（図示せず）に対するモータディスク上の参照ステップ位置へのシフトを利用することによって得られる。このホームポジションを一定のモータ速度での名目上または通常のホームポジションからシフトさせると、ポンプピストンの位置を作用させることによって計量サイクルのある段階の流体流量線図に対応するシフトが生じ、図５の基線流体流量線図よりも早い位置でモータに汲み上げを停止させることになる。従って、計量サイクルの計量配分段階の終了時における流体速度が高くされ、この速度増加の大きさは当然、ホームポジションからのシフトの大きさによって変わる。この実施の形態では、ホームポジションは、計量システムサイクルの吸引段階と計量配分段階の間のクロスオーバ部（図示せず）内でシフトされる。この実施の形態によれば、ホームポジションは、ポンプピストンの全回転を表わす１/４ステップ８００回の期間内で、ほぼ１/４ステップ４０回分シフトされ、流体流量の増加、および計量配分段階の最終流体速度における対応した加速を生じさせる。この加速が充分であれば、最終速度が流体の灌流を引き起さないので、「乾燥した」計量プローブが得られる。適用される実際のステップ偏位は、なかでもノズル形状、ポンプの設計、得られる流体流量線図、粘性や表面張力などの流体の特徴を含む因子の組合せに基づいて決定されるべきである。
【００５８】
さらに図６を参照すると、ホームポジションからのシフトの度合いによって、計量サイクルの計量配分段階の後で、ある量の流体が計量プローブ４００（図３）内に保持される可能性があり、これは吸引段階より前に配分されるべきである。すなわち、上述したホームポジションのシフトによって、次の反応ウェル１３５（図２）に関する計量サイクルに対して新たな「予備配分」段階を作ることができ、この段階は吸引および計量配分部に先行する。
【００５９】
この特定の計量配分線は流体流量線図の計量配分部の終端において事実上「乾燥した」計量チップを生じさせるが、ホームポジションのシフト量、およびここで作られた予備配分段階に計量配分されるべき流体量によっては、その後にプローブが流体で満たされるようになることが判明した。図６の線図から明らかなように、予備配分の間の流量およびディスペンスチップから流出する流体の速度は、一定のモータ速度に対しては非常に低く（毎秒１/４ステップ約２００）、ポンプのホームポジションのごくわずかな変化によって予備配分部の終了時に、ディスペンスチップ４４０（図３）の外側で重大な流体灌流を発生させうることが経験的に分かった。例えば、このシステムでは、１/４ステップ２０回分のずれでは２．５μl、１/４ステップ１０回分のずれでは１．２５μlの残留流体量が生じうる。この点に関する影響の度合いは、もちろん、なかでも計量プローブの設計やモータの速度に大きく依存するものであって、この実施の形態は単に一例に過ぎない。しかし一般に、先に説明したようなホームポジションのかなりのシフトを備えたポンプは、予備配分段階において大量の流体を配分し、続いてポンプモータの自然の速度を用いる最終的な配分段階では少量の流体を配分することになる。
【００６０】
残留流体に関する灌流の問題とは別に、特定の計量システムに対しては、計量配分された流体によって反応ウェル内で過度のはねが生じているかどうかに関して、さらに考慮すべきである。現在述べているシステムにおいて、サイクルの予備配分段階の終了時に計量プローブのディスペンスチップの端部に残る流体の量を最小にしつつ流体のはねを減少させるために、（図６に示した線図に基づく０〜２．５μlの範囲から）３〜８μlの範囲へ計量配分量を増加させることが必要である。すなわち、少量の流体は反応ウェルに計量供給される際に、はねを生じさせる傾向があるが、このレベルを上回る量（はねを減少させる計量配分量を有する）では、サイクルの予備配分部の終了時に計量プローブのチップの端部により多くの量の流体が残る。
【００６１】
図７を参照して計量時の予備配分段階において灌流の可能性を軽減するために、本発明の第２の実施の形態によれば、予備配分流体配分量の増加を伴う計量配分流体量の増加は、この段階におけるポンプのモータ速度を加速することによって得られることが分かった。さらに、ポンプモータの速度を加速して通常計量配分量に対する予備配分量の約１０パーセントの増加を生じさせることによって、計量システムサイクルの予備配分段階の終了時における計量プローブ４００（図３）のチップの端部における流体量を、反応ウェル１３５（図２）において過度のはねを発生させるかなりの傾向を生むことなく減少させることが分かった。ポンプモータ速度を毎秒１／４ステップ約２００から毎秒１／４ステップ約２５００に加速するこの実施の形態によれば、予備配分の開始時にディスペンスチップの端部における充分に高速の流体流量および速度が生じ、その外側における灌流を減少または排除するのに充分な流体剪断効果を生み、かつ反応容器において過度のはねを発生させることもない。
【００６２】
この特定の実施の形態はここに述べた信号反応サブシステムに対する例示であることを述べておかなければならない。臨床分析装置で使用される他の計量システムに加え、適用にかかわらず可変速度ポンプを用いる文字通り任意の計量システムは、この発明概念から利益を得て、同様の変更を通じて流体流量線図の任意の部分に沿って流体流量／計量配分速度を加速または減速させることができる。
【００６３】
図８および９を参照すると、前述した実施の形態の原理は、さらに一般的に先に図５に示したような通常の計量システムの計量配分段階にまで広げることができる。第３の実施の形態によれば、吸引段階の終了時または計量配分段階の開始時、および計量配分段階の終了時にポンプモータ速度を大幅に加速することによって、計量プローブ４００（図３）のディスペンスチップ（図３）から流出する流体流量は計量サイクルの計量配分段階を通して主に実質的に一定となる。図５に先に示したように、モータは一定の速度で動作するがポンプの偏心カム（図４（ａ））が流体流量を計量配分段階の開始時におけるゼロから上昇させ計量配分段階の終了時にゼロになるよう徐々に減少させる可変速度ポンプの機械的設計のために、モータ速度に傾斜をつけることが必要となる。
【００６４】
通常の一定モータ速度（毎秒約１／４ステップ２０００）に対して、計量配分段階の開始時および計量配分段階の終了時に再びポンプモータの速度に傾斜をつけることにより、計量サイクルの計量配分段階の間、事実上一定である流体流量線図が生じることが分かった。ここでもまた、ある種の因子、なかでも適用可能な計量ノズルおよび反応容器のデザインおよび形状、計量配分される液体の量、および流体粘性などがディスペンスチップにおける速度の上昇を制限するであろう。この特定の実施形態によれば、傾斜線図を更になだらかに引き上げるために、モータ速度を毎秒１／４ステップ１２００から加速して、吸引段階の終了時に毎秒１／４ステップ４０００になるようにする。それから、計量配分段階の最大流体流量部の間にモータ速度を通常速度（毎秒１／４ステップ約２０００）まで着実に減速して、それから計量配分段階のほぼ終了時に最大の毎秒１／４ステップ約５０００になるようランプする。本質において図９に最もよく示すように、ここに適用されたモータ速度線の形状は、実質的に最初の流体流量線図を上下逆にしたバージョンである。
【００６５】
この実施形態によれば、上述したような傾斜付けとともに、ポンプ速度のホームポジションもほぼ０〜３０ステップだけシフトされる。この組合せにより、計量配分段階の開始時におけるディスペンスチップ４４０（図３）に対して流出する流体の灌流が効果的に排除され、さらに効果的に計量配分段階の間に所定の流体量（例えば５０μl）の全体がチップから流出するようにされたと結論付けられる。従って、予備配分段階は作成されない。
【００６６】
さらに一般的な提案として、可変流体流量線図を事実上、上下逆にすることによってポンプのモータ速度を上記のように変化させると、本質的に計量サイクルにおける計量配分段階の大部分において流体流量のグラフを一定とすることができることが分かった。本質において図９を参照すると、速度線は、ディスペンスチップの端部における流体速度が対応して加速され、これが計量配分段階の間において維持されていて事実上方形の波形となる。
【００６７】
図９の線図に示すような方形の波形を作ることで、さらなる利益が得られる。計量配分サイクルの終了時の残留流体を排除するのに加え、流体流を突然急激に減少させることによって、ディスペンスチップの遠方端においてエアギャップ４９４（図１０）の形成も生まれる。このエアギャップ４９４は残留流体を隔離し、相対的湿度が高く蒸発を最小にする助けとなる微小環境を作る。
【図面の簡単な説明】
【図１】臨床分析装置の上面斜視図である。
【図２】図１の臨床分析装置で使用される反応ウェルの立面図である。
【図３】図１に示す分析装置の信号試薬サブシステムの上面斜視図である。
【図４】図３に示す信号試薬サブシステムで使用されるポンプの部分断面図（図４（ａ）〜図４（ｄ））である。
【図５】図１および図３に示す信号試薬サブシステムに対する流体流量線図の基線グラフ図である。
【図６】本発明の実施の形態１による流体流量線図のグラフ図である。
【図７】本発明の実施の形態２による流体流量線図のグラフ図である。
【図８】本発明の実施の形態３による流体流量線図のグラフ図である。
【図９】図８に示す実施の形態の別のグラフ図である。
【図１０】ディスペンスチップの部分断面端図で、図５の基線に示す流体速度対図８および図９に示す加速された流体速度の効果を図示する。
【符号の説明】
１００  試薬プローブ
１０５  試薬パック
１１０  自動装架部
１１２  試薬供給サブシステム
１２０  試薬供給冷却器
１３５  反応ウェル
１４５  試薬計量アーム
１６５  洗浄部
１７５  ウェルディスペンサ
２００  バーコード読取機
２０５  標本トレイコンベヤ
２１０  標本トレイ輸送機
２１５  位置決め装置
２２０  回転式コンベヤ
２３０  吻状部
２４５  計量アーム
３００  培養器
３１０  ウェル洗浄アーム
３１５  ウェル洗浄プローブ
４００  信号試薬プローブ
４１０  信号試薬アーム
４１５  呼び水／ポンプ装置
４２０  信号試薬パック
４２２  ポンプヘッド
４２５  ステッパモー
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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