CN101990640A - 送液控制方法和送液控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的送液控制方法，对于存在有液体(8)的微细流路，通过利用泵(6)夹着液体(8)产生压差，输送液体(8)。在微细流路(3)中，设置有在流动方向上压力损失发生变化的压力损失变化部(31)，通过检测出液体(8)和泵(6)之间的压力变动，判断液体(8)的前端(8a)已经到达压力损失变化部(31)。根据这种构造，不会导致形成微细流路(3)的构件的复杂化，能够恰当地检测出液体(8)的前端位置。

Description

送液控制方法和送液控制系统
技术领域
本发明涉及能够恰当地把握在微细流路内输送的液体的前端位置的送液控制方法和送液控制系统。
背景技术
在微细流路中输送液体的技术例如用于对血液中的特定成分进行分析的血液分析装置中。血液分析装置中，例如在利用稀释液将作为检体的血液按照规定倍率稀释后，使稀释血液与试剂发生反应，检测出其显色，从而分析有无特定的成分或其浓度。此外，血液分析装置中，根据稀释血液通过狭窄截面时的电阻的变动，进行红细胞或白细胞等血细胞的计数。为了进行这些分析，要求尽可能正确地将一定量的血液或稀释液以及稀释血液从某个位置输送至其它的位置。
图15表示现有的送液控制系统的一个示例(例如，参照专利文献1)。该图所示的送液控制系统由分析装置91和筒(cartridge)92构成。分析装置91能够填装筒92。筒92例如在树脂制的本体上形成用于输送血液、稀释液等液体98的微细流路93、和通过微细流路93连结的起点槽94A和终点槽94B。起点槽94A经由管与泵96相连。泵96被收纳在分析装置91中，通过提高液体98的上游侧的压力，在液体98的前后产生压差。此外，分析装置91中具备CPU97。
在图中所示的送液控制系统中，如下所述检测出液体98的前端位置。在筒92中设有电极95A、95B、95C。电极95A在起点槽94A中露出，电极95C在终点槽94B中露出，电极95B在微细流路93的适当位置露出。这些电极95A、95B、95C经由在筒92中设置的配线和连接器与CPU97相连。如果通过泵96产生压差，液体98就会从起点槽94A朝向终点槽94B输送。液体98到达电极95B时，电极95A、95B就会导通。由此，CPU97判断液体98的前端已经到达电极95B的位置。如果进一步继续进行送液，液体98就会到达终点槽94B。这样，电极95A、95C导通，CPU97判断液体98已经到达终点槽94B。如果在液体98到达电极95B时暂时停止送液，就能使一定量的液体98滞留在微细流路93内。此外，如果获知液体98已经到达终点槽94B，就能够避免此后继续进行无用的送液。
作为液体98的位置检测方法，除了上述利用电极95A、95B、95C是否导通的方法之外，例如，还提出了在微细流路93的多个位置设置反射光的反射膜、根据朝着它照射的光是否被液体98遮挡而进行检测的方法。
但是，设置电极95A、95B、95C和与其相连的配线及连接器会导致筒92的构造变得复杂。此外，在利用液体98作为导电体的情况下，电流流经液体98。该电流可能会导致液体98被电解。在利用光进行检测的情况下，必须在筒92中设置上述反射膜和透过光的部分，仍然会导致筒92的构造变得复杂。此外，必须在分析装置91中配备LED组件等发光部件和光电二极管等受光部件。并且，为了使来自LED组件等的光恰当地照射在反射膜上，需要强制调整光轴。
专利文献1：日本特开2007-71655号公报
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种不会导致形成微细流路的构件的复杂化、且能够恰当地检测出液体的前端位置的送液控制方法和送液控制系统。
本发明的第一方面提供一种送液控制方法，其特征在于：对于存在液体的微细流路，通过利用压差发生源夹着上述液体产生压差，输送上述液体，在上述微细流路中，设置有在流动方向上压力损失发生变化的压力损失变化部，通过检测出上述液体和上述压差发生源之间的压力变动，判断上述液体的前端已经到达上述压力损失变化部。
本发明中所说的压力损失是指流体在流路中流动时所受到的来自流路壁面等的阻力，压力损失变化部是指流体流经单位长度时所受到的压力损失在流动方向上发生变化的部分。而且，关于本发明的检测流体的前端位置的目的，利用该前端通过压力损失变化部时因表面张力所产生的阻力发生明显变化。
在本发明的优选实施方式中，上述压力损失变化部是在流动方向上截面积缩小或者扩大的部分。
在本发明的优选实施方式中，上述压力损失变化部是用于规定它的壁面的表面粗糙度比其流动方向的前后部分的表面粗糙度大的部分、或者是用于规定它的壁面的拨水性比其流动方向的前后部分的拨水性高的部分。
在本发明的优选实施方式中，上述压力损失变化部，具有与流动方向成直角的方向的尺寸在流动方向上不连续地变化的部分。
本发明的第二方面提供一种送液控制系统，其特征在于，包括：用于流通液体的微细流路；和对于上述微细流路，夹着上述液体产生压差的压差发生源，并且，在上述微细流路中，设置有在流动方向上压力损失发生变化的压力损失变化部，该送液控制系统还包括：测定上述液体和上述压差发生源之间的压力的压力测定部件；和根据由上述压力测定部件测得的压力的变动，判断上述液体的前端已经到达上述压力损失变化部的控制部。
在本发明的优选实施方式中，上述压力损失变化部是在流动方向上截面积缩小或者扩大的部分。
在本发明的优选实施方式中，上述压力损失变化部是用于规定它的壁面的表面粗糙度比其流动方向的前后部分的表面粗糙度大的部分、或者是用于规定它的壁面的拨水性比其流动方向的前后部分的拨水性高的部分。
在本发明的优选实施方式中，上述压力损失变化部，具有与流动方向成直角的方向的尺寸在流动方向上不连续地变化的部分。
根据以下参照附图所进行的详细说明，将进一步明确本发明的其它特征和优点。
附图说明
图1是表示本发明的送液控制系统的一个示例的系统结构图。
图2是表示在图1所示的送液控制系统中设置的压力损失变化部的主要部分的放大平面图。
图3是包括沿着图1的Ⅲ-Ⅲ线的截面图的系统结构图。
图4是表示使用图1所示的送液控制系统的送液控制方法中的压力变动的曲线图。
图5是表示图1所示的送液控制系统中的送液状态的系统结构图。
图6是表示图1所示的送液控制系统中，液体到达压力损失变化部的状态的系统结构图。
图7是表示在图1所示的送液控制系统中，从起点槽中除去液体的状态的系统结构图。
图8是表示图1所示的送液控制系统中的送液状态的系统结构图。
图9是表示在图1所示的送液控制系统中，液体到达终点槽的状态的系统结构图。
图10是表示在本发明的送液控制系统中设置的压力损失变化部的其它例子的主要部分的放大平面图。
图11是表示使用图10所示的压力损失变化部的送液控制方法中的压力变动的曲线图。
图12是表示在本发明的送液控制系统中设置的压力损失变化部的其它例子的主要部分的放大平面图。
图13是表示本发明的送液控制系统的其它例子的系统结构图。
图14是表示使用图13所示的送液控制系统的送液控制方法中的压力变动的曲线图。
图15是表示现有的送液控制系统的一个示例的系统结构图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的优选实施方式进行具体的说明。
图1～图3表示本发明的送液控制系统的一个示例。本实施方式的送液控制系统包括分析装置1和筒(cartridge)2。分析装置1和筒2，例如为了采用光学方法对血液中的血红蛋白或者C反应蛋白等特定成分进行分析，或者进行红细胞或白细胞等血细胞的计数，使用本发明的送液控制方法。
分析装置1中能够填装筒2，包括压力传感器5、泵6和CPU7。在分析装置1中，除了这些构件之外，为了采用光学方法进行分析，还配备LED组件等发光部件和光电二极管等受光部件。
压力传感器5被设置在连接泵6和筒2的路径中，用于读取该部分的压力。压力传感器5例如可以使用半导体应变式、压电(piezo)式等小型压力传感器。来自压力传感器5的输出信号被送往CPU7。
泵6是用于输送筒2内的液体8而在液体8的前后产生压差的压差发生源。在本实施方式中，通过对液体8的上游侧施加正压来产生压差。
CPU7是控制分析装置1的动作的控制部件，与压力传感器5、泵6以及上述的LED组件和光电二极管连接。为了实现后述的送液控制方法，CPU7接收来自压力传感器5的输出信号，控制泵6的操作。
筒2是将作为分析装置1的分析对象的血液稀释成适合分析的状态、并对其进行分析的场所，被装填在分析装置1内。如图3所示，在本实施方式中，筒2采用基板21和透明罩22相互粘合的构造，且构成为一次分析结束后即废弃的所谓一次性的构造。
基板21例如由环氧树脂等树脂构成，作为筒2的底座。透明罩22例如由丙烯酸树脂或硅树脂等透明树脂构成，能够透过来自上述LED组件的光。在透明罩22的与基板21粘合的一侧形成细微的凹凸。由此，在筒2上形成以微细流路3、起点槽4A、终点槽4B为主的分析处理所必需的微细流路和多个槽。
起点槽4A是导入血液、稀释液或者它们混合后的稀释血液等液体8的槽。在液体8是血液时，由受验者采集的血液通过注射器等滴到起点槽4A。在液体8是稀释液时，起点槽8例如是预先贮藏有稀释液的槽、或者从分析装置1导入规定量的稀释液的槽。在液体8是稀释血液时，起点槽8例如是血液和稀释液被混合搅拌的槽。在筒2被填装在分析装置1中的状态下，起点槽4A与泵6连接。
终点槽4B是从起点槽4A液体8输送的槽。在液体8是血液或者稀释液时，终点槽4B例如是混合搅拌血液和稀释液的槽。在液体8是稀释血液时，终点槽4B例如是作为对稀释血液进行分析处理的处理场所的槽，或者使结束分析处理后的稀释血液滞留的槽。在本实施方式中，终点槽4B经由分析装置1内的路径在大气中开放。
微细流路3连接起点槽4A和终点槽4B，是用于从起点槽4A向终点槽4B输送液体8的路径。在微细流路3中形成压力损失变化部31。压力损失变化部31是在流动方向上压力损失变化明显的部分，在本实施方式中，如图2所示，通过部分地缩小微细流路3的宽度来设置。具体而言，压力损失变化部31以外的微细流路3的宽度为200μm，而压力损失变化部31的宽度为80μm左右。在压力损失变化部31的上游一端和下游一端设置宽度不连续变化的不连续部31a。在不连续部31a，压力损失变化部31以外的固定宽度的部分、与在压力损失变化部31的靠近上游一端的部分以及靠近下游一端的部分设置的圆弧状部分连接。另一方面，微细流路3的高度，包括压力损失变化部31为200μm左右的固定尺寸。
下面，参照图1和图4～图8，对使用分析装置1和筒2的送液控制方法进行说明。
图4表示该送液控制方法中的由压力传感器5检测出的压力P。压力P是以大气压为0时的相对压力，相当于液体8前后的压差。横坐标是时间t。首先，在时刻t0，如图1所示，向起点槽4A中导入液体8。此时，泵6并不工作，不会产生能够输送液体8的压差。
接着，根据来自CPU7的指令，泵6开始施加正压。于是，压力P上升，在液体8的前后产生压差。于是如图5所示，液体8开始朝向终点槽4B输送。本图表示在图4的时刻t1，液体8的前端8a已经到达起点槽4A和压力损失变化部31之间的状态。此时的压力P例如是1kPa左右的恒定压力Pn。
如果继续进一步送液，如图6所示，前端8a到达压力损失变化部31。特别是如果前端8a接触非连续部31a，表面张力就会发生作用，从而产生大的阻力。因此，如图4所示，在时刻t2，起点槽4A和泵6之间的路径中的压力P呈阶梯状上升。此时的压力P例如是2kPa左右的高压力Ph。CPU7根据来自压力传感器5的输出信号，在压力P从恒定压力Pn变成高压力Ph时，判断液体8的前端8a已经到达压力损失变化部31。
在利用分析装置1和筒2所进行的分析处理中，CPU7利用液体8到达压力损失变化部31作为开始某处理的触发点。例如，如果在时刻t2停止从泵6施加正压，将残留在起点槽4A中的液体8输送到其它的槽，那么，如图7所示，能够使规定量的液体8滞留在微细流路3中。并且，在重新开始从泵6施加正压时，在时刻t3，如图8所示，规定量的液体8开始在微细流路3中移动。于是，在时刻t4，如图9所示，规定量的液体8被输送至终点槽4B。在该液体8是血液时，能够使规定量的血液带有搅拌地滞留在作为搅拌槽的终点槽4B中。或者在液体8是稀释血液时，能够将规定量的稀释血液导入作为分析场所的终点槽4B。
下面，对本实施方式的送液控制方法和送液控制系统的作用进行说明。
根据本实施方式，为了检测出液体8的前端8a到达微细流路3的压力损失变化部31，无需在筒2中设置多个电极、配线、连接器或反射膜，或者在分析装置1中设置位置检测用的发光部件和受光部件。在本实施方式中，用于检测前端8a位置而专门设置的部件仅有压力传感器5。该压力传感器5例如不必在筒2中设置，只要设置在连接泵6和筒2的路径中的适当位置即可。因此，不会使分析装置1和筒2的构造变得过分复杂，能够恰当地检测出液体8的前端8a到达压力损失变化部31。
通过将压力损失变化部31构成为截面积部分缩小的部分，从而在前端8a到达压力损失变化部31时，阻止输送液体8的阻力发生作用。这样，如果在压力P阶梯式从恒定压力Pn上升至高压力Ph的时刻，停止从泵6加压，就能够可靠地使液体8的前端8a停留在压力损失变化部31。这种方式适合于使规定量的液体8滞留在微细流路3中的情况。
而且，在压力损失变化部31的上游一端设置的不连续部31a，在前端8a接触时，因表面张力而产生非常大的阻力。利用该阻力能够很容易地使前端8a停留在压力损失变化部31的上游一端。这种方式适合于使规定量的液体8滞留在微细流路3中的情况。
图10～图14表示本发明的其它实施方式。其中，在这些图中，对与上述实施方式相同或者类似的部件标注与上述实施方式相同的符号。
图10表示本发明的送液控制系统的压力损失变化部的其它例子。该图所示的压力损失变化部31构成为与其前后部分相比宽度扩大的部分。压力损失变化部31与其前后部分的连结部分为不连续部31a。
图11表示使用配备有这种压力损失变化部31的送液控制系统的送液控制方法中的压力P。在时刻t0开始送液，在时刻t2液体8的前端8a到达压力损失变化部31。在该时刻t2，由于液体8流入截面积迅速扩大的部分，因此，压力P从恒定压力Pn迅速下降至低压P1。如果压力传感器5检测出该压力变动，CPU7就会判断前端8a已经到达压力损失变化部31。根据本实施方式，也不会使分析装置1和筒2的构造过分复杂，能够恰当地检测出液体8的前端8a到达压力损失变化部31。
图12表示本发明的送液控制系统的压力损失变化部的其它例子。在本实施方式中，将微细流路3的内表面分成较容易拨水的部分和比较具有亲水性的部分，从而形成压力损失变化部31。微细流路3形成同样的截面积。在微细流路3的内表面涂布亲水处理剂32。但是，在微细流路3的内表面存在部分未被涂布该亲水处理剂32的部分。该部分与其它部分相比，形成容易拨开液体的部分，该部分作为压力损失变化部31。
在微细流路3中输送的液体8的前端8a到达压力损失变化部31时，表面张力迅速增大。因由此产生的阻力，压力P迅速上升。该压力变动通过压力传感器5被传送至CPU7，这样，CPU7就能够检测出液体8的前端8a已经到达压力损失变化部31。
根据该实施方式，也不会使分析装置1和筒2的构造变得过分复杂，能够恰当地检测出液体8的前端8a到达压力损失变化部31。此外，能够不扩大或者缩小微细流路3的截面积地形成压力损失变化部31。此外，如果在相当于压力损失变化部31的部分实施提高拨水性的表面处理，就能够进一步增大压力P的变动。
此外，也可以对微细流路3的一部分的内表面实施表面处理，使得其与流动方向的前后部分相比表面粗糙度增大，由此来设置压力损失变化部31。内表面的表面粗糙度越大，施加在液体8的前端8a上的阻力越大。由此，能够使压力P迅速升高，能够检测出前端8a已经到达压力损失变化部。
图13表示本发明的送液控制系统的其它例子。与图1所示的送液控制系统的不同点在于，本实施方式的送液控制系统在微细流路3中设置有三个压力损失变化部31a、31b、31c。这些压力损失变化部31a、31b、31c在流动方向上彼此之间隔开间隔地直列设置。压力损失变化部31a、31b、31c各自的构造与图2所示的压力损失变化部31相同。
图14表示使用本实施方式的送液控制系统的送液控制方法中的压力P。在时刻t0，从起点槽4A送出液体8，在时刻t1，前端8a到达压力损失变化部31a。此时，压力P从恒定压力Pn1上升至高压力Ph。从而CPU7能够检测出前端8a已经到达压力损失变化部31a。在时刻t1以后，如果前端8a超过压力损失变化部31a，为了输送液体8，压力P就会变成恒定压力Pn2。恒定压力Pn2比恒定压力Pn1略高。这是因为液体8通过截面积小的压力损失变化部31a时所产生的压力损失增加的缘故。以后恒定压力Pn3、Pn4逐渐增大的原因同样如此。
接着，在时刻t2，如果前端8a到达压力损失变化部31b，压力P就会从恒定压力Pn2再次上升至高压Ph。从而CPU7能够检测出前端8a已经到达压力损失变化部31b。并且，在以略高于恒定压力Pn2的恒定压力Pn3送液后，在时刻t3，前端8a到达压力损失变化部31c。于是，压力P从恒定压力Pn3上升至高压Ph，CPU7能够检测出前端8a已经到达压力损失变化部31c。然后，在以略高于恒定压力Pn3的恒定压力Pn4送液后，在时刻t4，前端8a到达终点槽4B。
如上所述，通过在一个微细流路3中设置多个压力损失变化部31a、31b、31c，压力P以与压力损失变化部31a、31b、31c的个数相同的次数上升至高压Ph。由于该压力上升不是同时发生，因此，能够单独地利用压力传感器5和CPU7检测。因此，能够依次检测出前端8a到达流动方向中的多个位置。
本发明的送液控制方法和送液控制系统并非局限于上述实施方式。本发明的送液控制方法和送液控制系统的具体构造可以进行各种设计和变更。
在作为形成压力损失变化部31的方法，部分改变截面积的情况下，除了使宽度局部不同之外，例如也可以使高度局部不同。为了在液体8的前后产生压差，除了在液体8的上游一侧施加正压之外，还可以在液体8的下游一侧施加负压。作为本发明的送液控制方法和送液控制系统的具体构造，并非局限于上述血液检查用的分析装置和筒，例如也可以用于在微细的流路内定量地输送液体的用途，或者用于使进行送液的时间更加准确的用途。

Claims (8)

1.一种送液控制方法，其特征在于：
对于存在液体的微细流路，通过利用压差发生源夹着所述液体产生压差，输送所述液体，
在所述微细流路中，设置有在流动方向上压力损失发生变化的压力损失变化部，
通过检测出所述液体和所述压差发生源之间的压力变动，判断所述液体的前端已经到达所述压力损失变化部。
2.如权利要求1所述的送液控制方法，其特征在于：
所述压力损失变化部是在流动方向上截面积缩小或者扩大的部分。
3.如权利要求1所述的送液控制方法，其特征在于：
所述压力损失变化部是用于规定它的壁面的表面粗糙度比其流动方向的前后部分的表面粗糙度大的部分、或者是用于规定它的壁面的拨水性比其流动方向的前后部分的拨水性高的部分。
4.如权利要求2所述的送液控制方法，其特征在于：
所述压力损失变化部，具有与流动方向成直角的方向的尺寸在流动方向上不连续地变化的部分。
5.一种送液控制系统，其特征在于，包括：
用于流通液体的微细流路；和
对于所述微细流路，夹着所述液体产生压差的压差发生源，并且，
在所述微细流路中，设置有在流动方向上压力损失发生变化的压力损失变化部，
该送液控制系统还包括：
测定所述液体和所述压差发生源之间的压力的压力测定部件；和
根据由所述压力测定部件测得的压力的变动，判断所述液体的前端已经到达所述压力损失变化部的控制部。
6.如权利要求5所述的送液控制系统，其特征在于：
所述压力损失变化部是在流动方向上截面积缩小或者扩大的部分。
7.如权利要求5所述的送液控制系统，其特征在于：
所述压力损失变化部是用于规定它的壁面的表面粗糙度比其流动方向的前后部分的表面粗糙度大的部分、或者是用于规定它的壁面的拨水性比其流动方向的前后部分的拨水性高的部分。
8.如权利要求6所述的送液控制系统，其特征在于：
所述压力损失变化部，具有与流动方向成直角的方向的尺寸在流动方向上不连续地变化的部分。
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