JPH10501340A - 測定精度を改善するための改良サイホン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は、ロータの中の室に予め測定した量の液体を送り出すための遠心力ロータを提供する。特に、このロータは、予め測定した量の液体をこのロータの第１室と第２室（１３６）の間に送り出すためのサイホン（１３４）を含む。この発明のサイホン（１３４）は、この第１室上のこのサイホンの入口（１３８）が第２室（１３６）上のサイホン出口（１３９）の半径方向に外にあるように設計されている。この第１室は、このサイホン出口（１３９）の半径方向位置と同じ高さへ注ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】 測定精度を改善するための改良サイホン この出願は、参考までにここに援用する、出願中の米国特許出願第０８／１１ ５，１６２号の一部継続出願である。 発明の背景 この発明は、一般的に生物学的液体を分析するための装置および方法に関する 。特に、それは、このロータの中の室へ正確な量の液体を送り出せるようにする サイホンを有する、改良された遠心式ロータの設計および使用法に関する。 血漿およびその他の生物学的液体の生物学的試験は、しばしば、多種多様な光 学的試験または検定で分析するためにこれらの液体を所定の量に迅速に分ける必 要がある。この材料の干渉するおそれのある細胞質の成分を試験する前に他の液 体から分離することも、しばしば望ましい。そのような測定および分離工程は、 従来典型的には、例えば、細胞質成分から血漿を分離するために、遠心分離を使 い、その後、手動的または自動的に所定量の血漿を別々の試験溜めにピペットで 移すことによって行っていた。そのような手順は、多大な労力を要し、時間のか かるものである。その結果、より効率的に試験するのに適した多数のアリコート (aliquot)を得るための自動化したシステムおよび方法が種々提案されている。 生物学的液体の分析における主な進歩は、遠心式ロータを使うことであった。 これらのロータは、生物学的液体の量を測定し、細胞質成分を除去し、この液体 を、例えば光学的試験により、分析するために適当な希釈剤と混ぜるように設計 されている。典型的には、これらのロータは、複数の別々の量の試料を別々のキ ュベット(cuvette)に入れ、その中でこの試料を光学的に分析する。 正確で一貫性のある結果を保証するために、そのようなロータは、正確に測定 した量の液体をこのロータの種々の室へ送り出す必要がある。これは、しばしば 、このロータを動作中に迅速に加速したり減速したりし、またはその他の方法で 混乱させる環境で行わなければならない。この混乱は、しばしば、不正確な測定 量を送り出すことにつながることがある。この発明は、これらおよびその他の要 求 に対応する。 背景技術の説明 米国特許第４，８９４，２０４号および第５，１６０，７０２号は、ロータの 中の室間で液体を移転するためのサイホンを開示している。米国特許第４，２４ ４，９１６号は、中央レセプタクルの半径方向に外に配置された複数のキュベッ トを含むロータを開示している。各キュベットは、ダクトによってこの中央レセ プタクル(receptacle)に接続され、別の空気逃げオリフィスを含む。米国特許第 ４，３１４，９６８号は、ロータの外周に配置されたセル(cell)を有するロータ に関する。各セルは、このセルに導入された液体を除去するための外周オリフィ スを含む。米国特許第４，９０２，４７９号は、長い、半径方向に伸びたキュベ ットを含む多キュベットロータを開示している。長いキュベットの各々は、第１ 成分を受けるための第１室および第２成分を受けるための第２室を含む。この第 １室と第２室の間の仕切り構造が所定時間以前のこれらの成分の混合を防止する 。このロータが十分な速度で回転すると混合が起きる。米国特許第４，９６３， ４９８号は、光学的分析をするために液体を汲み上げ混合するための毛細管、室 、およびオリフィス(orifice)に依存する装置を開示している。米国特許第５， ０７７，０１３号は、半径方向に内に配置された保持室に接続された外周キュベ ットを含むロータを開示している。 発明の概要 この発明は、予め測定した量の液体、典型的には血漿のような生物学的試料を ロータの中の第１室と第２室の間に送り出すためのサイホンを含む遠心式ロータ を提供する。この発明のサイホンは、この第１室の中の液体の半径方向に最内点 より半径方向に内方にあるエルボ(elbow)を有する。ロータが回転しても、液体 がこのエルボを通過して流れることはない。ロータが止まってから、毛管力がこ のエルボのすぐ周りの液体を引くことによってこのサイホンを”プライミング” する即ち呼び液体を差す。ロータが再始動すると、計量室の中の液体の高さがサ イホンの出口と同じ半径方向距離になるまで、遠心力が残りの液体を計量室から 受け入れ室へ引き出す。この発明のサイホンは、第１室の上のこのサイホンの入 口が第２室の上のサイホン出口より半径方向に外にあるように設計されている。 この発明のサイホンの入口と出口のこの配置は、多くの利点を生ずる。例えば 、このサイホンの入口は、液体が第２室に移された後の、第１室の中にある液体 のメニスカスの最終位置より常に半径方向に外に位置する。それで、このメニス カスが最小になるので、液体が異なってメニスカスの形状が異なることに関連す る測定の不正確さが最小になる。その上、当業者には、サイホンの中の液体のつ ながりは安定しているが、もし、ロータを混乱させると、容易に損なわれるので 、全てのサイホンが半安定であることが分かるだろう。遠心力で、この液体のつ ながりが壊れたとき、サイホンの中の液体は、半径方向に最外点へ流れるだろう 。従来技術のサイホンでは、この点がサイホン出口である。それで、未測定量の 液体を受け入れ室へ送り出す可能性がある。この発明のサイホンでは、サイホン の半径方向に最外点がサイホン入口である。この設計では、液体のつながりが壊 れたとき、その液体が第１室の中へ流れ戻るので、この未測定量の液体を送り出 す問題が避けられる。 この発明のサイホンによって接続された室を使って、液体の計量、試料からの 固形成分の分離、試料と希釈剤の混合等いくつもの機能を果たすことができる。 好適実施例においては、予め測定した量の血漿を希釈剤と混ぜるために、このサ イホンが血漿計量室を混合室に接続する。 その上、この発明のロータは、分配リングを、生物学的試料の光学的分析のた めの試薬を含むキュベットに接続する、無修正入口チャンネルを含む。これらの 入口チャンネルは、ロータが回転すると、液体がこの入口チャンネルを通ってキ ュベットに入るので、ガスがこの入口チャンネルを通って逃げるような大きさに なっている。ここで云う”無修正入口チャンネル”は、他の方法では抽気されな いガスをキュベットから逃がすための通路を作るために修正する（例えば、断面 形状、表面組織等を変えることによって）ことをしない、典型的には矩形断面の 単純な入口チャンネルを指す。 図面の簡単な説明 第１Ａ図−第１Ｆ図は、この発明のロータの平面図で、このロータが回転する ときのこのロータの室およびチャンネルを通る液体の流れを示す。 好適実施例の説明 この発明は、分析用ロータの室に液体を送り出すための方法および装置を提供 する。この発明のロータには、このロータの中の所望の室へ計量した量の液体を 正確に送り出すことを保証するサイホンがある。 この発明のロータは、どんな液体、典型的には全血または血漿のような生物学 的試料の分析にも適している。それは、他の多数の生物学的液体、例えば、尿、 痰、精液、唾液、眼球レンズ液、脳液、髄液、羊水にも有用である。試験できる 他の液体には、組織培養媒体、食品および工業用化学薬品、環境試料等がある。 このロータは、典型的には、生物学的試料（例えば、全血）から細胞成分を分 離し、液体試料（例えば、血漿）の正確な量を測定し、この試料を適当な希釈剤 と混ぜ、そしてこの希釈した試料を光学的分析用のキュベットへ送り出すことが できる室を備える。これらのキュベットへ送り出された液体は、これらのキュベ ットの中で反応、例えば、一つ以上の分析物を検出するための分析手続きの一部 を形成する試薬との反応を受ける。この試料は、ロータの中にある間に、先の反 応とは関係なく、更に光学的に分析してもよい。 この発明の装置には、従来の市販の実験室用遠心機に取り付けることができる ロータ本体を有する分析用ロータがあり、その遠心機は、カリフォルニア州フラ ートン市のベックマン・インスツルメント社スピンコ事業部；ペンシルバニア州 ピッツバーグ市のフィシャー・サイエンティフイック；カリフォルニア州サンフ ランシスコ市のＶＷＲサイエンティフイック等の業者から入手可能である。一般 的に、この遠心式ロータは、遠心機が備える垂直駆動軸に取り付けるのに適した レセプタクルまたはその他の結合装置がある。このレセプタクルまたは結合装置 の特定の設計は、この遠心機の性質に依り、それでこの発明の遠心式ロータを現 在入手可能なまたは将来入手可能になるかも知れない全ての種類または大抵の種 類の遠心機に使うために改作してもよいことが分かるだろう。 このロータ本体には、以下に更に詳しく説明するように、複数の室、相互連絡 通路、およびベント(vent)の間の所望の幾何学的様式または関係を維持する構造 物がある。この発明のロータに使用するのに適した種々の専門化した室およびチ ャンネルは、参考までにここに援用する米国特許第５，０６１，３８１号および 第５，１２２，２８４号並びに米国特許出願第０７／６７８，７６２号および第 ０７／７８３，０４１号に開示されている。 通常、この本体は、むくの母材にチャンネルおよび通路を空間または空洞とし て作った実質的にむくの板または円板である。そのようなむくの板は、複数の別 別に作った層を一緒に複合構造物として貼り合わせ、室および水平通路を一般的 に隣接する層の間に作っても都合がよい。垂直通路は、これらの層を通して作っ てもよい。個々の層は、射出成形、機械加工、またはそれらの組み合わせによっ て作ってもよく、通常、典型的には適当な接着剤を使って、または超音波溶接に よって互いに接合する。最終包括容積（final enclosed volumes）は、これらの 層を一緒にするときに作る。 勿論、この遠心式ロータは、管、容器、室等のような、複数の個々の部品を適 当な枠組に配置して作ることもできる。しかし、そのような個々の部品の組立体 は、一般的に、実質的にむくの板の中に作ったものより、製造が困難で、従って 望ましくない。 このロータ本体は、多種類の材料から作ってもよく、二つ以上の材料を含んで も随意である。通常これらの材料は、種々の内部室および通路の中の生物学的液 体、細胞成分、および試薬の存在および分布が観察できるように、透明である。 随意ではあるが、分析室、例えば、キュベット、またはその他の試験溜めがこの ロータに作られている範囲で、これらのキュベットの内容物を分光分析的に、蛍 光分析的に、または他の光学的評価器具が観察できるように、このロータに適当 な光路が作られているのが望ましい。貫通する特別な光路が作られている適当な キュベットの構成は、参考までにここに援用する米国特許第５，１７３，１９３ 号に開示されている。この好適実施例においては、このロータが、少なくとも光 路を形成する領域で、適当な光学的性質を有するアクリル樹脂でできている。 この発明の装置および方法は、血漿およびその他の試料に有益にまたは必ず実 施される、多種多様な分析手続きおよび検定を実施するために適している。これ らの分析手続きは、特定の成分（分析物）の存在および／または量、または試料 の特性に関係するかもしれない、ある検出可能な変化を起こすために、この試料 を一つ以上の試薬と組み合わせることを要求するかも知れない。例えば、この試 料が、従来の分光光度計、蛍光光度計、光検出器等で測定できる、色、蛍光、ル ミネッセンス等が変化する結果となる、反応またはその他の変化を受けるかも知 れない。ある場合、免疫学的検定およびその他の特定の結合検定を無セル液体収 集室で、またはこの収集室に結合されたキュベットで行うかも知れない。一般的 に、そのような検定手続きは、均質であるべきで、分離工程を要してはならない 。しかし、他の場合には、免疫学的反応工程が起きてから、この収集室またはも う一つの試験溜め若しくはキュベットから試料（例えば、血漿）を分離するため の手段を設けることによって、異質の検定システムを収容することができるかも 知れない。当業者は、試料を分析する手段がこの発明の重要な面ではないことが 分かるだろう。多くの分析法のどれでも、分析する特定の試料および検出する成 分に依って、この発明のロータで使うように適合させることができる。 血液分析の場合、典型的には従来の血液検定を行う。行うことができる検定の 例には、グルコース、乳酸デヒドロゲナーゼ、血清グルタミン酸−オキザロ酢酸 トランスアミナーゼ（ＳＧＯＴ）、血清グルタミン酸−ピルビン酸トランスアミ ナーゼ（ＳＧＰＴ）、血液尿素態窒素（ＢＵＮ）、全タンパク質、アルカリ度、 フォスファターゼ、ビリルビン、カルシュウム、塩化物、ナトリウム、カリウム 、マグネシウム等を検出するように設計されたものがある。この表は、網羅的で はなく、単にこの発明の装置および方法を使って実行できる検定の例として示す だけである。通常、これらの試験は、血液および血漿を一つ以上の試薬と組み合 わせることを要し、それが血漿に、光学的に検出可能な、通常光度計で検出可能 な、変化を生ずる。必要なこれらの試薬は、よく知られ、特許文献および科学文 献に豊富に記載されている。 これらの試薬は、安定性を増すために、凍結乾燥した形で用意するのが好まし い。理想的には、それらを、参考までにここに援用する米国特許出願第０７／７ ４７，１７９号に記載されているように、凍結乾燥した試薬球の形で用意する。 さて、第１Ａ図−第１Ｆ図を参照すると、この発明のチャンネルを含む分析用 ロータを見ることができる。第１Ａ図は、血液試料１０２をロータ本体１００に 入れてからの、血液適用室１０４内のこの試料の位置を示す。室１０６の中の希 釈剤容器が、参考までにここに援用する、出願中の、共に譲渡された米国特許出 願第０７／８７３，３２７号に記載されているように、このロータを遠心機のス ピンドルに取り付けると開く。 第１Ｂ図は、このロータを４，０００ｒｐｍで回転した後の希釈剤１０８と血 液試料１０２の位置を示す。血液試料１０２が血液適用室１０４を出始めて、血 漿計量室１１０に入る。同時に、希釈剤１０８が希釈剤容器から保持室１１２に 注ぐ。この希釈剤は、直ちにチャンネル１１６を通って、希釈剤計量室１１４に 入り始める。 第１Ｃ図は、ロータ１００が回転し続けたときの、これらの液体の位置を示す 。ここで、血液試料１０２が血液適用室１０４を空にして、血漿計量室１１０か らオーバフロー室１１８に溢れ出て、そこからヘモグロビン・キュベット１２０ および余剰血液捨て場１２２へ流れる。一方、希釈剤１０８は、希釈剤計量室１ １４を満たし、余分がチャンネル１２４を通って希釈剤だけのキュベット１２６ および余剰希釈剤捨て場１２７へ流れる。 第１Ｄ図は、この１回目の回転の終局のこれらの液体の位置を示す。血液試料 １０２が細胞１２８と血漿１３０に分けられている。希釈剤だけのキュベット１ ２６は、満たされ、所定の量の希釈剤が希釈剤計量室１１４に残っている。次に 、ロータ１００が止まり、希釈剤計量室１１４からのサイホン１３２、並びに血 漿計量室１１０からのサイホン１３４が、上述のように、プライミングされる。 サイホン１３４がこの発明のサイホンである。それは、入口１３８で血漿計量室 １１０に接続されている。入口１３８は、サイホン出口１３９より半径方向に外 に位置し、その出口を通ってこのサイホン１３４が混合室１３６に通じる。 第１Ｅ図は、このロータの２回目の回転中のこれらの液体の位置を示す。希釈 剤計量室１１４が、サイホン１３２を通って混合室１３６に通じる。所定の量の 血漿１３０を計量しながら混合室１３６に供給し、二つの液体を混合し、それに よって希釈した血漿１３１ができる。混合室１３６へ送り出される血漿１３０の 量は、サイホン１３４上の出口１３９の位置によって決まる。この図で分かるよ うに、血漿計量室１１０内の血漿の最終高さ１３３は、出口１３９と同じ半径方 向位置にある。それで、混合室１３６へ送り出される血漿の量は、血漿計量室１ １０のオーバフロー室への出口１２９と血漿の最終高さ１３３の間の容積によっ て決まる。血漿と希釈剤を混合室１３６で混ぜてから、ロータが再び止まり、出 口サイホン１４０がプライミングされる。 第１Ｆ図は、このロータの３回目の回転中に回転しているときの希釈した血漿 １３１の位置を示す。この図は、希釈した血漿１３１が分配リング１４２および 入口チャンネル１４４を通り、キュベット１４６および余剰血漿捨て場１４７へ 移動するのを示す。出口サイホン１４０の中の流れに対する抵抗は、分配リング １４２および入口チャンネル１４４の中の流れに対する抵抗より高く選び、これ らのキュベットが満たされるにつれ、キュベット１４６の中にある空気が逃げら れるようにする。特に、サイホン１４０は、入口チャンネル１４４の断面積とそ れらの中の液体の断面積の比が２：１以上、好ましくは４：１以上であるような 寸法になっている。入口チャンネル１４４の断面積は、典型的には、分配チャン ネル１４２のそれと同じかわずかに小さく、それで抽気されないキュベットの中 のガスが入口チャンネル１４４および分配チャンネル１４２を通って逃げる。も し、試料が血漿または希釈した血漿であり、チャンネル断面が矩形であるなら、 それらの寸法は典型的には次の通りである：サイホン：深さ０．１５０ｍｍ、幅 ０．２００ｍｍ；分配チャンネル深さ０．３００ｍｍ、幅０．５００ｍｍ；入口 チャンネル：深さ０．１５０、幅０．５００。 キュベットを満たしてから、これらのキュベットの中にある試薬をこの溶液と 混ぜ、この試料について必要な測光分析を行う。そのような分析は、上に説明し たように当業者に知られた方法に従って実施する。 上記の発明は、理解を明瞭にするために詳しく説明したが、添付の請求項の範 囲内である修正を行うことができることは明白だろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 液体の入る第１室、第２室、およびサイホンを含むロータ本体を含む遠 心式ロータであって、このサイホンがサイホン入口を介してこの第１室に、およ びサイホン出口を介してこの第２室に接続されていて、このサイホン入口がこの サイホン出口の半径方向に外にあるロータ。 ２． 請求項１のロータにおいて、この第２室が混合室であるロータ。 ３． 請求項１のロータにおいて、この第１室が計量室であるロータ。 ４． 請求項１のロータにおいて、この液体が血漿であるロータ。 ５． 請求項１のロータであって、更に、生物学的試料の分析に必要な試薬の 入るキュベットを含むロータ。 ６． 請求項１のロータにおいて、このロータが更に、この第２室の半径方向 に外に配置された分配リング、およびこの分配リングを第２室に接続する送り出 しチャンネルを含み、この分配リングが入口チャンネルを介してキュベットに接 続されているロータ。 ７． 請求項６のロータにおいて、この入口チャンネルの断面積が送り出しチ ャンネルの断面積の少なくとも約１．５倍であるロータ。 ８． 請求項７のロータにおいて、この入口チャンネルの断面積が送り出しチ ャンネルの断面積の少なくとも約２倍であるロータ。 ９． 請求項７のロータにおいて、この送り出しチャンネルの断面積が約０． ０３ｍｍ²であるロータ。 １０． 請求項６のロータにおいて、この送り出しチャンネルがサイホンであ るロータ。 １１． ロータの中の第１室から第２室へ予め測定した量の液体を送り出す方 法であって： 第１室、第２室、並びにサイホン入口を介してこの第１室に、およびサイホン 出口を介してこの第２室に接続されたサイホンを含み、このサイホン入口がこの サイホン出口の半径方向に外にあるロータを設ける工程； このロータを回転し、それによって未測定量の液体をこの第１室に導入する工 程； このロータの回転を止め、それによってこの第１室を第２室へ接続するサイホ ンをプライミングする工程；並びに このロータを回転し、それによってこのサイホンの動作を始めて、予め測定し た量の液体をこの第１室から第２室へ送り出し、この予め測定した量がこのサイ ホン出口の半径方向の位置によって決まる工程； を含む方法。 １２．請求項１１の方法において、この送り出しチャンネルがサイホンであり 、このロータを回転する工程が、サイホンをプライミングするようにロータの速 度を落とす工程を含む方法。