CN102077097A - 自动分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有以优异的搅拌效率在短时间内使反应液混合起来的搅拌机构的自动分析装置。在搅拌中，使搅拌棒(19)在反应液(7)中进行上下往复运动。

Description

自动分析装置
技术领域
本发明涉及自动分析装置，具体涉及具有用于使注入容器内的试剂或反应液等混合的搅拌机构的自动分析装置。
背景技术
已知一种生物化学自动分析装置，该生物化学自动分析装置将血液、尿以及粪便等作为试样，通过将该试样和试剂注入被称为试样容器(cell)的透明测定容器内使两者发生反应，并对由该试样和试剂构成的反应液经反应产生的显色进行光学测定，从而进行试样的生物化学分析(例如参照专利文献1)。
在此，在将试剂和试样两者注入试样容器内之后，在试样容器内对试剂和试样进行搅拌，以使试剂与试样良好且同等地进行反应。在生物化学自动分析装置中，从提高处理能力(throughput)的观点出发，要求能够短时间使反应液混合的搅拌机构。另外，从降低试剂消耗量的观点出发，要求在能分析微量的反应液的微小的试样容器内混合反应液的搅拌机构。
在专利文献2中，提出了为了短时间高效地实施搅拌而同时进行搅拌棒的旋转运动和水平方向的往复直行运动的方法。但是，为了与更微量的反应液相对应使用了宽度小的试样容器进行分析，这就要求在水平方向的运动受到限制的状态下进行搅拌。
专利文献1：美国专利第4451433号说明书
专利文献2：日本特开平10-62430号公报
在利用了搅拌棒旋转的搅拌机构中，确认出现了当达到稳态状态时流体沿上下方向分离为多层的现象，研究结果表明所分离的层数和层间的物质的传播速度会影响所搅拌的反应液的均匀性。由于层间的物质的传播速度低于层内的物质的传播速度，因此所分离的层数越多则反应液的均匀性越降低。另外，在试样容器的宽度短、反应液量多、试样容器内的反应液粘性高的情况下，出现了分离的层数变多的趋势。由于在生物化学领域使用了各种液性和液量的试剂，因此难以控制分离的层数，特别是难以在与微量反应液相对应的微小试样容器内通过短时间进行搅拌而使溶液变均匀。
发明内容
为了解决上述课题，在本发明中，通过使搅拌棒同时进行旋转运动和上下往复运动，能够使搅拌对象的试样与试剂或反应液高效地混合起来。通过在反应液内使搅拌棒在利用了旋转运动的搅拌动作中进行上下往复运动，从而破坏了稳态下的流体各层的分界面，增大了物质的传播速度，能够高效地进行混合。
本发明的效果是，根据本发明，通过同时进行旋转运动和上下往复运动，能够在稳态下搅乱沿上下方向分离成多层的流体，能使物质高效地在层间传播，并且能够提高搅拌效率。特别是在微小的试样容器内短时间进行搅拌的情况下可成为有效的手段。
附图说明
图1是表示自动分析装置的结构例的图。
图2是表示搅拌单元的结构例的图。
图3是表示现有的搅拌工序的图。
图4是表示现有的搅拌工序中的搅拌棒的高度与转速之间的关系的时间图。
图5是表示搅拌中分离成的层数的图。
图6是表示本发明的有上下往复运动的搅拌工序的图。
图7是表示本发明的搅拌工序中的搅拌棒的高度与转速之间的关系的时间图。
图8是表示使用了丙三醇溶液且有无上下往复运动的搅拌后的溶液的不均匀度的图。
图9是本发明的上下往复运动的控制系统图。
图10是表示委托检查的输入信息与搅拌条件相对应的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。
第一实施方式
图1表示本发明的自动分析装置的整体结构的例子。在试样盘3上，配置有多个容纳试样1的试样杯2。在试剂盘6上，配置有多个容纳试剂4的试剂杯5。在容器盘(cell disk)9上，配置有多个使试样1与试剂4混合而成为反应液7的试样容器8。试样分注机构10能够以一定量将试样1从试样杯2内向试样容器8内移动。试剂分注机构11能够以一定量将试剂4从试剂杯5内向试样容器8内移动。在容器盘9的周围配置有：用于在试样容器8内对试样1与试剂4进行搅拌以使两者混合的搅拌单元12、用于对反应液进行光学测定的测定单元13、以及用于对试样容器8进行清洗的清洗单元14。测定单元13具有：用于对反应液7照射光的光源15、和用于接收对反应液7照射光后所得到的结果的光的受光元件18。配置于容器盘9的试样容器8和反应液7利用保持在恒温槽的恒温流体17被保持为一定温度。另外，该自动分析装置具有：用于控制装置各部分的控制部、用于存储各种数据的数据存储部、能够从外部将所需的数据输入至数据存储部的输入部、根据受光元件18所接受的光量计算到吸光度的测定部、根据吸光度计算出各成分含量的分析部、以及能够显示数据并将数据输出至外部的输出部。
试样1中的某成分含量的分析按如下的步骤进行。首先，由试样分注机构10将试样杯2内的试样1以一定量分注于试样容器8内。接着，由试剂分注机构11将试剂杯5内的试剂4以一定量分注于试样容器8内。再接着，由搅拌单元12对试样容器8内的试样1与试剂4进行搅拌而成为反应液7。在需要的情况下，由试剂分注机构11将多个试剂4添加分注到试样容器8内。在实施上述分注时，试样盘3、试剂盘6和容器盘9分别进行旋转移动，使试样杯2、试剂杯5和试样容器8分别移动到预定的位置。在反应结束后，由清洗单元14对试样容器8内部进行清洗，并进行以下的分析。反应液7的吸光度在测定单元13和测定部中进行测定，并将吸光度数据存储在数据存储部中。根据所存储的吸光度数据，在分析部中能够根据校正曲线数据和朗伯-比尔定律来分析成分含量。各部分的控制和分析所需的数据从输入部输入至数据存储部。各种数据和分析结果由输出部进行显示和输出。
图2(a)表示搅拌单元12的结构例子。本例子的搅拌单元12具有：搅拌棒19；经由齿轮20a、20b、20c与搅拌棒19相连结的旋转电动机21；用于支承旋转电动机21的第一支承部件22；与第一支承部件相连结的水平移动电动机23；用于支承水平移动电动机23的第二支承部件24、以及经由曲柄25与第二支承部件24相连结的升降电动机26。另外，搅拌棒19的形状通常有图2(b)的放大图所示的平板形状、和图2(c)的放大图所示的螺旋形状，但本发明对其中任一形状的搅拌棒都有效。
为了明确本发明的搅拌工序与现有的搅拌工序的不同，首先，对现有的搅拌工序进行说明。利用现有的搅拌单元12对反应液7的搅拌按以下的步骤进行。首先，驱动水平移动电动机23，使搅拌棒19向试样容器8的上方移动。其次，驱动升降电动机26，将搅拌棒19插入试样容器8内的反应液7中。接着，驱动旋转电动机21，使搅拌棒19在反应液7中旋转而进行搅拌动作。进而，驱动升降电动机26，使搅拌棒19向试样容器8的上方退出。以上是利用搅拌单元12对反应液7进行搅拌的搅拌工序，其后继续进行搅拌棒19的清洗工序。在搅拌棒的清洗工序中，驱动水平移动电动机23，使搅拌棒19向清洗单元14内的清洗槽的上方移动。其次驱动升降电动机26，将搅拌棒19向清洗槽内插入。接着，驱动旋转电动机21，使搅拌棒19在清洗槽内旋转而进行清洗动作。进而，驱动升降电动机26，使搅拌棒19清洗槽的上方退出。
图3是用于说明现有的搅拌工序的示意图。另外，图4是表示现有的搅拌工序中的搅拌棒19的下端的高度与转速之间的关系的时间图。图3(a)表示利用升降电动机26将搅拌棒19插入到试样容器8内的反应液7中的工序。本工序是在图4中的时间t0～t1区段内。搅拌棒19的高度按h0～h1下降，其转速从停止状态按r0～r1加速。h2表示反应液7的高度，随着液量而变动。图3(b)表示由旋转电动机21使搅拌棒19在反应液7中进行旋转及搅拌的工序，且处于图4中的时间t1～t2区段内。搅拌棒19的高度被维持在h1，转速被维持为r1。图3(c)表示使搅拌棒19向试样容器8的上方退出的工序，且处于图4中的时间t2～t3区段内。搅拌棒19的高度按h1～h0上升，转速按r1～r0减速后再停止。
其中，在时间t0～t1以及t2～t3区段中，当搅拌棒19一边高速地旋转，一边进入到反应液7中或从中退出时，有时反应液7在液面上飞散开而附着于试样容器8的壁面上，对分析精度造成影响。因此，为了避免在现有的搅拌工序中出现反应液7的飞散，使搅拌棒19在通过高度h2的位置时在完全停止旋转的状态下或经加减速而在低速的状态下进行搅拌棒的上下运动，在从进入后至退出前的期间t1～t2内在高度h1的特定位置进行搅拌棒19的旋转运动。在特定位置进行搅拌棒19的旋转运动并达到稳态，如图3(b)所示，在反应液7内产生流体的分界面27。图3(b)表示产生了一个流体分界面27的例子。当产生流体的分界面27时，试样容器8内的反应液7在流体的分界面27上下分离开，在上下的反应液中产生相互独立的流动。
图5(a)和图5(b)表示在搅拌中分离的层数。另外，图5(c)表示试样容器8的立体图。在此，将与测定光16的行进方向正交的尺寸作为试样容器8的宽度，将与测定光16的行进方向平行的尺寸作为试样容器8的进深，且将反应液7的高度作为液面高度。在宽度均为2.5mm、进深分别为5.0mm和3.0mm的2种试样容器A、B中，分注了0％～40％的丙三醇，观察利用宽度1.5mm的螺旋形状的搅拌棒进行搅拌时的流体的分离情况时，可确定在所有的条件下所分离的层数发生二层以上。特别是在反应液7的液面高度与宽度2.5mm的高宽比为3倍以上的条件下，可明显看到层数增加到3层以上的趋势。此时，由于在由流体的分界面27划分开的层间的试样1或试剂4内的物质的传播速度低于在层内的传播速度，因此流体的分界面27数越多，则试样1及试剂4在搅拌后的反应液7内的均匀性越降低。
接着，将基于本发明的第一实施方式的有上下往复运动的搅拌工序示于图6(a)～图6(e)。另外，图7是表示本发明的搅拌工序中的搅拌棒19的下端的高度与转速之间的关系时间图。
图6(a)表示利用升降电动机26将搅拌棒19插入试样容器8内的反应液7中的工序，其与图7中的时间t0～t1相对应。搅拌棒19的高度按h0～h1下降，转速从停止状态按r0～r1加速。h2表示反应液7的高度。图6(b)表示利用旋转电动机21使搅拌棒19在反应液7中的特定位置旋转来进行搅拌的工序。该工序与图7中的时间t1～t4相对应。搅拌棒19的高度被维持为h1，转速被维持为作为高速的恒定旋转的r1。图6(c)、图6(d)表示进行利用旋转电动机21使搅拌棒旋转，同时利用升降电动机26使搅拌棒29在反应液7中从特定位置h1上升一次再下降到特定位置这种上下往复运动的工序。图6(c)和图6(d)的工序处于图7中的时间t4～t5区段内。搅拌棒19在保持转速r1的状态下，在高度h1～h3之间进行上下往复运动。图6(e)表示使搅拌棒19向试样容器8上方退出的工序，该工序处于图7中的时间t2～t3区段内。搅拌棒19的高度按h1～h0上升，转速按r1～r0减速后再停止。
在此，在图6(b)中，当达到稳态时在反应液7中产生流体的分界面27，但通过如图6(c)、图6(d)所示地同时进行搅拌棒19的旋转运动和上下往复运动，则在产生流体分界面27的外围形成紊流层28，从而加快了在由流体的分界面27划分开的层间的试样1或试剂4内的物质的传播速度，增大了搅拌后的反应液7内的试样1和试剂4的均匀性。此时，搅拌棒19的上下往复运动在搅拌棒19浸渍于反应液7中的状态下进行，因此，即使搅拌棒19以高速旋转也不会使反应液7飞散。
将使用简易的评价装置来评价有无采用上下往复运动的丙三醇溶液在搅拌后的不均匀度的结果示于图8。在宽度2.5mm、进深5.0mm的试样容器8中分注由色素溶液与丙三醇溶液混和而成的溶液130μL，使用宽度1.5mm的螺旋形状的搅拌棒19进行搅拌。在有上下往复运动的条件下，使以高速恒定旋转的搅拌棒19的前端在距试样容器8的底面1.0mm的位置与2.0mm的位置之间进行一次上下往复运动。另外，在没有上下往复运动的条件下的搅拌除了将搅拌棒的前端保持在距试样容器8的底面1.0mm的位置以外，其他在相同的条件进行搅拌。根据拍摄已搅拌的溶液而成的图像的亮度求出溶液浓度的偏差，算出溶液的不均匀度。
如图8所示，可得出如下的结果：在丙三醇浓度0％～40％的范围内，有上下往复运动的条件与没有上下往复运动的条件相比，可提高溶液的均匀度。根据图8的结果，表明容器宽度为2.5mm时具有上下往复运动的效果。进而，由于容器尺寸越小则越易于发生层分离，因此本发明在使用了尺寸为2.5mm以下的容器的情况下较为有效。另外，其中上下往复运动是在距试样容器8的底面1.0mm～2.0mm的范围内进行的，但搅拌棒19被可靠地浸渍在反应液7中而不会发生飞散现象，并且只要在搅拌棒19接触不到试样容器8的底面的范围内，便可以任意设定上下往复运动的移动范围。
第二实施方式
将基于本发明的第二实施方式的上下往复运动的控制流程示于图9。从输入部输入所委托的检查项目和分析条件，并将上述信息存储在数据存储装置29内的分析条件设定部30中。根据需要，从分析条件设定部30对分析条件参数存储部31中的分析条件参数进行核查。接着，从分析条件设定部30将分析条件搅拌条件发送到自动设定部32，搅拌条件自动设定部32从搅拌条件参数存储部33读取分析条件中所包含的与反应液的液量和试剂种类相对应的搅拌条件，自动设定有无搅拌往复运动和上下运动距离。
图10表示委托检查的输入信息和搅拌条件的相应例子。如图10所示，在搅拌条件参数存储部33中预先存储有使检查项目、试样和试剂的液量的输入信息与试剂的种类、上下往复运动的有无以及往复移动距离的搅拌条件相对应的数据库，能够根据来自输入部的输入信息来确定搅拌条件。因此，用户未输入搅拌条件，也能够自动设定。接着，从分析条件设定部30向试样分注单元控制部34和试剂分注单元控制部35发送分析条件参数，从搅拌条件自动设定部32向搅拌单元控制部36发送搅拌条件参数，由各单元控制部来驱动试样分注单元10或试剂分注单元11、搅拌单元12。
标记的说明：
1-试样，2-试样杯，3-试样盘，4-试剂，5-试剂杯，6-试剂盘，7-反应液，8-试样容器，9-容器盘，10-试样分注机构，11-试剂分注机构，12-搅拌单元，13-测定单元，14-清洗单元，15-光源，16-光，17-恒温流体，18-受光元件，19-搅拌棒，20a～20c-齿轮，21-旋转电动机，22-第一支承部件，23-水平移动电动机，24-第二支承部件，25-曲柄，26降电动机，27-流体的分界面，28-紊流层，29-数据存储装置，30-分析条件设定部，31-分析条件参数存储部，32-搅拌条件自动设定部，33-搅拌条件参数存储部，34-试样分注单元控制部，35-试剂分注单元控制部，36-搅拌单元控制部。

Claims (5)

1.一种自动分析装置，其特征在于，所述自动分析装置具有：
试样容器；
用于搬送所述试样容器的试样容器搬送部；
用于向所述试样容器注入试样的试样注入部；
用于向所述试样容器注入试剂的试剂注入部；
用于搅拌所述试样容器内的溶液的搅拌部；
对所述试样容器内的溶液进行光照射以进行光学测定的测定部；以及
用于控制各部分的控制部；
所述搅拌部具有：插入所述试样容器内的溶液中的搅拌棒、驱动所述搅拌棒旋转的旋转电动机、以及使所述搅拌棒上下运动的升降电动机，
所述控制部通过在所述试样容器内的溶液中同时实施由所述旋转电动机对所述搅拌棒的旋转驱动和由所述升降电动机对所述搅拌棒的上下往复驱动，从而搅拌所述试样容器内的溶液。
2.根据权利要求1所述的自动分析装置，其特征在于，所述试样容器的宽度和进深中的至少一方的尺寸为2.5mm以下。
3.根据权利要求1所述的自动分析装置，其特征在于，所述控制部实施如下的动作：将所述搅拌棒插入所述试样容器内的溶液中，在特定位置由所述旋转电动机驱动所述搅拌棒旋转来进行搅拌动作，同时由所述升降电动机在所述试样容器内的溶液中进行将所述搅拌棒从所述特定位置一旦驱动到上方便随即使其返回到所述特定位置的上下往复驱动。
4.根据权利要求1所述的自动分析装置，其特征在于，所述控制部实施如下的动作：在所述旋转电动机停止或加速中由所述升降电动机使所述搅拌棒下降而进入所述试样容器内的溶液中，并使所述旋转棒向特定位置移动，在所述旋转电动机结束了加速的高速旋转中驱动所述升降电动机而进行所述搅拌棒的上下往复运动，其后，在所述旋转电动机停止或减速中由所述升降电动机使所述搅拌棒上升而从所述试样容器内的溶液中退出。
5.根据权利要求1所述的自动分析装置，其特征在于，所述自动分析装置具有：用于输入有关检查项目或分析条件的数据的输入部；和用于存储所述试样容器内的液量或试剂种类与搅拌条件之间的对应关系的搅拌条件参数存储部；所述控制部对照自所述输入部输入的数据与存储于所述搅拌条件参数存储部中的对应关系，从而设定有无由所述升降电动机驱动所述搅拌棒的上下往复运动或上下往复运动的距离。
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