JP4618001B2 - 自動化学分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、生化学的分析、免疫学的分析などに用いる試薬分注その他の液体容器内の液体を所定量吸引・分注する際に、容器内の液体を少量かつ正確に吸引し、試料溶液に熱変成を与えないように分注できるようにした分注ヘッドおよび生化学分析装置に関する。

従来の微少な液量を制御する方法として、次の２つの提案がされている。第１は、密閉容器内の空気圧を調整し、細管から所定液量を供給するものである（例えば、特許文献１参照）。図６は、その液量操作装置の側面図である。図において、１０１は密閉容器、１０２は細管、１０３は配管、１０４は切替弁、１０５は制御装置、１０６は温度検出器、１０７は液体検出手段である。
試料液１０１ａの所望量を供給口１０２ａより供給する場合、まず、制御器１０５からの信号により切替弁１０４を操作して加圧空気源により配管１０３を介して空気室１０１ｂを加圧し、試料液１０１ａを空気室１０１ｂの圧力により圧送し、細管２を経由して供給口２ａに到達させ、液体検出手段７で液体を検出し、該検出信号を制御器５に送る。制御器５は該検出信号により、切替弁４の操作以後の時間遅れを求め、それと所望供給量を用いて演算を行い、空気室１０１ｂをさらに加圧すべき時間を決定し、流体検出手段１０７からの信号を受け取ってから、切替弁１０４を操作して負圧源もしくは大気圧源に切り替える。以上の操作により、試料液１０１ａは、供給口１０２ａにより所定量が供給される。
第２は、分注装置を用いて試料を送液するものである（例えば、特許文献２参照）。図７は、その自動化学分析装置の構成ブロック図である。図において、２０１は反応ライン、２０２は試薬トレイ、２０３は被検試薬トレイ、２０４はプローブ洗浄部、２０５はアーム、２０６は移動ブロック、２０７は分注装置である。
自動化学分析装置は、所定角度ずつ間欠移動するターンテーブル型の反応ライン２０１には複数の反応容器２０１ａが環状に配列されている。この反応ライン２０１の一側方には、複数の試薬容器２０２ａを配列した試薬トレイ２０２と、複数の被検試料容器２０３ａを配列した被検試料トレイ２０３と、プロープ洗浄部２０４とが並設されている。これら反応ライン２０１,試薬トレイ２０２及び被検試料トレイ２０３,プローブ洗浄部２０４の上方にはアーム２０５が架け渡されており、このアーム２０５には図示しない駆動機構によりその長手方向に移動動作させる移動ブロック２０６が設けられている。また、移動ブロック２０６には分注装置２０７のサンプルプローブ7aが設けられている。分注装置２０７はプローブ２０７ａ,ポンプ２０７ｂ,希釈水容器２０７ｃ及び三方コック（図示しない），配管２０７ｅ, ２０７ｆ, ２０７ｇより構成されている。
特開平１−２６２４７４号公報（第３頁、図２） 特許２６５６２８１号公報（第２頁 図１）

しかしながら、従来の自動化学分析装置は、試薬や被検試料を送液するポンプから供給口までの距離が長く、配管内の圧力損失や配管の曲げ状態の変動等により、ポンプから供給口へ吐出するのに十分な圧力が伝達されず、供給試料の液量にばらつきが生じる等の問題が生じていた。
また、試薬や被検試薬を分注するポンプ、希釈水溶器や三方コックがアーム駆動用制御機器、反応ライン駆動用制御機器や分析装置等と一緒に装置下面に配置されているので、密集した状態で配線や配管がされており、メンテナンスが困難であるという問題が生じていた。
また、溶液の配管と電気配線が混在した状態となっており、溶液の配管からの液漏れなどによる電気配線または制御機器のショートの原因になるという問題が生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、分注ヘッドを机上に配置し、試薬の供給口までの距離を最短にし、精度良い液量を得ることができる自動分析装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、検査項目に対応した複数種類の溶液が保持された試薬ラインと、被検査対象の溶液が保持された被検試薬ラインと、前記試薬ラインと前記被検試薬ラインとの溶液を混合する反応ラインと、昇降旋回するアーム先端に取り付けられたノズルからなる分注アームとをベース上面に配置し、前記反応ラインの溶液の濃度分析を行う分析ラインと、前記分析ラインを制御する分析ライン制御器と分析データを比較および格納するデータ処理部と、前記反応ラインの動作を制御する反応ライン制御器と、前記分注アームの動作を制御する分注アーム制御器と、前記被検試薬ラインの動作を制御する被検試薬ライン制御器と、分注ヘッドへ配管を介して送液する脱気水装置とを前記ベース下面に配置した自動化学分析装置において、
前記分注ヘッドは、分注アームの昇降駆動部に送出口が上方を向くように装着され、前記分注ヘッドの送出口と前記ノズル間の配管が前記分注アームの第１の開口およびアームの第２の開口を通じて接続されものである。
請求項２に記載の発明は、前記脱気水装置から前記分注ヘッドへ送液する配管に配設する少なくとも１つの弁が前記ベース上に配置されたものである。
請求項３に記載の発明は、前記分注ヘッドの送出口と前記ノズル間の配管に配設する少なくとも１つの弁が前記アーム内に配置されたものである。

本発明によると、分注ヘッドを分注アームに装着することにより、ノズルの試薬供給口までの距離を最短にすることができることから、精度良い液量を得ることができる。
また、本発明によると、分注ヘッドと弁をベース上に配置したことで、ベース下面に配置する器材を少なくできるとともに、液漏れの原因となる配管の連結部がなくなり、電気的なショートの問題が解決できるとともに、メンテナンス性が向上する。
また、本発明によると、配管がアームの動作に関係なく固定された形状でアーム内を通じてノズルに装着されることから、配管の曲げの影響による管路抵抗の変化が生じにくく、高精度な液量が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の自動化学分析装置の構成ブロック図である。図において、１はベース、２は被検試薬ライン、３は反応ライン、４は分注アーム、５はアーム、６は分注ヘッド、７は弁、８は弁、９はノズル、１０は配管、１１は分析ライン、１２は分析ライン制御器１３はデータ処理部、１４は反応ライン制御器、１５は分注アーム制御器、１６は脱気水装置、１７は被検試薬ライン制御器である。
ベース１上面には、被検試薬ライン２、反応ライン３と、アーム５および分注ヘッド６を具備した昇降回転軸４が配置されている。また、ベース下面は、分析ライン１１、分析ライン制御器１２および分析結果を保存するデータ処理部と、各ラインを制御する反応ライン制御器１４、分注アーム制御器１５と被検試薬ライン制御器１７と、分注ヘッドへ差動流体を供給する脱気水装置とから構成されている。
被検試薬ライン２および反応ライン３は、従来例の図７に示した反応ラインと同様に図示しない被検試薬容器を具備し、回転角度は反応ライン１４および被検試薬ライン制御器１７で制御され、ステッピングモータやサーボモータで駆動されている。
また、分注ヘッド６は分注アーム４に装着されている。分注ヘッド６と脱気水装置１６間は配管１０がベース１の図示しない開口を通って、ベース上に配置された弁７を介して給水口に接続されている。また、分注ヘッド６とノズル９間も配管１０により弁８を介して接続されている。
次に分注ヘッド６および分注アーム４とアーム５の関係について図２を用いて説明する。分注アーム４は、モータからなる昇降駆動部４１の回転をウォームギアとラックによる直動機構により昇降し、アーム５を旋回させる旋回駆動部４２から構成されている。
また、アーム５には、弁８や図示しない液面検出センサの回路部等が配置され、先端にノズル９が取り付けられている。
また、分注ヘッド６は、ピストンタイプの送液装置であり、シリンジ６２とシリンジ６２の中に配置したプランジャー６２１を移動させる駆動装置６１からなり、シリンジ６２の先端には給水口６３と送出口６４が備えられ、給水口６３は図示しない脱気水装置と配管１０を介して接続されている。もう一方の送出口６４は配管１０に接続され、配管１０は分注アーム４に形成された第１の開口４３およびアーム５に形成された第２の開口４４を通り、弁８を介してノズル９に接続されている。
本発明が特許文献１および特許文献２と異なる部分は、分注ヘッドを分注アームに装着することによりベース上面に配置した部分である。
ここでは、弁を２つの弁を用いて説明したが、図３に示すようなアーム内に配置した３方弁を用いても良い。シリンジには給水口と送出口を兼用したものを用いても良い。
また、分注ヘッドへ供給する水に脱気水を用いて説明したが、通常の水を用いても良く、その場合は脱気水装置が必要ない。また、設備に脱気水を精製する装置を有する場合はベース下面に配置する必要がない。さらに、本実施例には、特に説明に必要な機器のみを記載したものであり、実施例に記載していないが、洗浄槽、試薬ラインや、各ラインの温度制御する恒温層などを有していることは言うまでもない。
また、分注ヘッドからノズルへの配管が、第１の開口および第２の開口を通って接続されるように説明したが、かならずしも分注アームおよびアーム内を通る必要はなく、分注アームまたはアームの一方、もしくは分注アームとアームの外部からノズルに接続するようにしても良い。さらには図４に示すように、第１の開口を通り、一旦分注アームの外部に出て、もう一度アーム内を通じて弁に接続されるものでも良い。

次にその動作について説明する。図示しない自動化学分析コントローラからの指令により、以下のように動作する。
分注動作では、まず各被検試料の位置が自動化学分析コントローラより指示される。これに基き被検試料ライン２がアーム５に対応する所定位置に移動され、アーム５は被検試料ライン２の所定被検試料容器上に移動されて待機する。
次に、分注指示とともに各被検試料を所定の反応ライン３に数10nl〜数μl分注する。
次に、分析項目に応じた試薬位置の指示により試薬ラインが所定位置に移動される。そして、分注指示により試薬が所定の順序で反応ライン３に分注される。
次に、分析ライン１１で比較判断される。まず、反応容器内の被検試料と試薬からなる反応液が分光計により分析され、分析値が算出される。そして、該分析項目の正常値範囲が読み出され、該分析値が正常値範囲内に含まれるか否かが判断される。

分注ヘッドからノズルの吐出口までの配管の長さの相違による吐出量の正確度と精密度で比較する。ここで、吐出量は１μlとした。実験では２０回の吐出実験を行い、液量を評価した。正確度は２０回の吐出量の平均値を平均吐出量とし、平均吐出量と設定値の割合から求めた。また、精密度は、標準偏差を平均吐出量で除した値で求めた。
分注ヘッドをベース下面に配置した場合（配管長：３ｍ）は、正確度25%（平均吐出量０．８μl）、精密度10%であった。
次に分注ヘッドを分注アームに装着した場合（配管長：５０ｃｍ）は、正確度１％（平均吐出量0.99μｌ）、精密度0.91％であった。
次に分注ヘッドをアームに配置した場合（配管長：１０ｃｍ）は、正確度0.8％（平均吐出量0.992μｌ）、精密度0.7％であった。
このように、分注ヘッドを分注アームに装着し、ノズルの吐出口までの管路抵抗を低減することで、液量誤差が低減でき、高精度な液量制御が可能である。
また、分注ヘッドと弁をベース上に配置したことで、ベース下面に配置する器材を少なくできるとともに、液漏れの原因となる配管の連結部がなくなり、電気的なショートの問題が解決できるとともに、メンテナンス性が向上する。

図５は、分注ヘッド６および分注アーム４とアーム５の関係を示す側面図である。分注ヘッド６がアーム５の中にノズル６５の送出口が横向きになるように配置されたものである。その他の構成については、実施例１と同様であるので説明を省略する。分注ヘッド６は、シリンジ６２の先端には給水口と送出口を兼用したノズル６５が備えられ、ノズル６５は３方弁８１に接続されており、３方弁は、脱気水装置からの配管とノズル９への配管が各々接続されている。
動作についても実施例１と同様であるので説明を省略する。
本実施例では、アーム内に３方弁を配置した構成を用いて説明したが、３方弁はベース上に配置されていれば良く、ベース上に固定または、分注アームに装着されていても良い。また、弁に３方弁を用いて説明したが、実施例１で説明したように弁を２つ用いても良い。
また、本実施例では、ピストンタイプのポンプを用いて分注ヘッドを構成して説明したがロータリ型やスクロール型でも良く、精度良く送液できるポンプであれば良い。

使用する溶液を生化学的分析、免疫学的分析などに用いる試薬から、半導体製造に関するレジスト、化学溶剤や接着剤にすることによって微少量の液量を制御する必要がある塗布作業という用途にも適用できる。

本発明の実施例を示す自動化学分析装置の構成ブロック図 本発明の分注ヘッドと分注アームを示す側断面図 本発明の分注ヘッドと弁間の配管を示す図 本発明の第２の分注ヘッドと弁間の配管を示す図 本発明の第２の実施例の分注ヘッドと分注アームを示す側断面図 第1の従来の流量操作装置の側面図 第２の従来の自動分析装置の構成ブロック図

符号の説明

１ ベース
２ 被検試薬ライン
３ 反応ライン
４ 分注アーム
４１ 昇降駆動部
４２ 旋回駆動部
４３ 第１の開口
４４ 第２の開口
５ アーム
５１ 磁界検出素子
６ 分注ヘッド
６１ 駆動装置
６２ シリンジ
６２１ プランジャー
６３ 給水口
６４ 送出口
６５ ノズル
７ 弁
８ 弁
８１ ３方弁
９ ノズル
１０ 配管
１１ 分析ライン
１２ 分析ライン制御器
１３ データ処理部
１４ 反応ライン制御器
１５ 分注アーム制御器
１６ 脱気水装置
１７ 被検試薬ライン制御器
１０１ 密閉容器
１０１ａ 試料液
１０１ｂ 空気室
１０２ 細管
１０２ａ 供給口
１０３ 配管
１０４ 切替弁
１０５ 制御装置
１０６ 温度検出器
１０７ 液体検出手段
２０１ 反応ライン
２０１ａ 反応容器
２０２ 試薬トレイ
２０２ａ 試薬容器
２０３ 被検試薬トレイ
２０４ プローブ洗浄部
２０５ アーム
２０６ 移動ブロック
２０７ 分注装置
２０７ａ プローブ
２０７ｂ ポンプ
２０７ｃ 希釈水溶器
２０７ｅ 配管
２０７ｆ 配管
２０７ｇ 配管

Claims (4)

1. 検査項目に対応した複数種類の溶液が保持された試薬ラインと、被検査対象の溶液が保持された被検試薬ラインと、前記試薬ラインと前記被検試薬ラインとの溶液を混合する反応ラインと、昇降旋回するアーム先端に取り付けられたノズルからなる分注アームとをベース上面に配置し、前記反応ラインの溶液の濃度分析を行う分析ラインと、前記分析ラインを制御する分析ライン制御器と分析データを比較および格納するデータ処理部と、前記反応ラインの動作を制御する反応ライン制御器と、前記分注アームの動作を制御する分注アーム制御器と、前記被検試薬ラインの動作を制御する被検試薬ライン制御器と、分注ヘッドへ配管を介して送液する脱気水装置とを前記ベース下面に配置した自動化学分析装置において、
   前記分注ヘッドは、分注アームの昇降駆動部に送出口が上方を向くように装着され、前記分注ヘッドの送出口と前記ノズル間の配管が前記分注アームの第１の開口およびアームの第２の開口を通じて接続されたことを特徴とする自動化学分析装置。
2. 前記脱気水装置から前記分注ヘッドへ送液する配管に配設する少なくとも１つの弁が前記ベース上に配置されたことを特徴とする請求項１ 記載の自動化学分析装置。
3. 前記分注ヘッドの送出口と前記ノズル間の配管に配設する少なくとも１つの弁が前記アーム内に配置されたことを特徴とする請求項１記載の自動化学分析装置。
4. 前記弁に３方向弁が用いられたことを特徴とする請求項３記載の自動化学分析装置。

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