JP2000513108A - 液体ハンドラーおよび液体を処理する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 液体を処理する方法が開示される。１つの方法においては、第１の液体をノズルに対して移動させるために、ノズルに流体結合されたポンプが作動される。ノズルに流体結合された圧力が、ノズルに流体結合された圧力変換器によって、第１の液体が移動する間、ほぼ連続的に監視される。ほぼ連続的に監視された圧力の平均値が計算される。計算された平均値は、しきい値を決定するのに使用される。第２の液体をノズルに対して移動させるために、ノズルに流体結合されたポンプが作動させられる。ノズルに流体結合された圧力が、ノズルに流体結合された圧力変換器によって、第２の液体が移動する間、ほぼ連続的に監視される。ほぼ連続的に監視された圧力が積分される。しきい値が、積分された圧力と比較され、第２の液体の移動が意図したようなものであったかあるいは意図しないようなものであったかが判定される。

Description

【発明の詳細な説明】 液体ハンドラーおよび液体を処理する方法 背景技術 ここに記述される実施形態は、一般には、液体を自動的に処理することに関す る。より詳細には、この実施形態は、液体をノズル内へと、そしてノズルから移 動させることに関する。 液体を移動させるための液体ハンドラーあるいは一般的なメカニズムには、多 くの用途がある。１つのそのような用途は、医療用自動分析装置と呼ばれるよう な器具である。これらの分析装置は、血液および尿などの試料に対して医療的な 検査を行う。これらの検査は、試料を液体に混ぜなければならない場合がある。 試料を液体と混合すれば、化学反応が起きることがある。化学反応は、試料に関 する医療情報を医療専門家に提供するのに使用できる。試料は患者から得られた ものなので、その試料に関する医療情報は、患者の健康状態に関する情報を医療 専門家に提供することができる。 これらの分析装置が意図したように動作して、医療専門家に 正しい医療情報を提供するには、所定量の試料だけを所定量の液体と混合するこ とが望ましい。混合プロセスにおいて、多すぎるかまたは少なすぎる試料が使用 されると、あるいは、多すぎるかまたは少なすぎる液体が使用されると、試料と 液体との間の化学反応は、適切に起こらない場合がある。その様なことが生じた ならば、その検査は、試料および患者に関して正しくない医療情報を提供するで あろう。医療専門家に正しくない医療情報が与えられることは、患者には最も不 利益なことかもしれない。したがって、誤った量の試料および／または液体が、 特定の医療検査で使用されたときに、自動医療分析装置のオペレータに警報を発 することのできる液体ハンドラーを提供することは好ましいことである。 発明の開示 液体を処理する方法が開示される。１つの方法においては、第１の液体をノズ ルに対して移動させるために、ノズルに流体結合されたポンプが作動される。ノ ズルに流体結合された圧力が、ノズルに流体結合された圧力変換器によって、第 １の液体が移動する間、ほぼ連続的に監視される。ほぼ連続的に監視された圧力 の平均値が計算される。計算された平均値は、しきい 値を決定するのに使用される。第２の液体をノズルに対して移動させるために、 ノズルに流体結合されたポンプが作動される。ノズルに流体結合された圧力が、 ノズルに流体結合された圧力変換器によって、第２の液体が移動する間、ほぼ連 続的に監視される。ほぼ連続的に監視された圧力が積分される。しきい値が、積 分された圧力と比較され、第２の液体の移動が、意図したようなものであったか あるいは意図しないようなものであったかが判定される。 図面の簡単な説明 第１図は、ここで説明される液体ハンドラーの概略図である。 第２図は、第１図に示される液体ハンドラーの一部分のブロック構成図である 。 第３図は、第２図に示される液体ハンドラーの一部分の回路構成図である。 第４Ａ図および第４Ｂ図は、流体ハンドラーの意図したような動作において得 られたデータを示す。 第５Ａ図および第５Ｂ図は、流体ハンドラーの意図しないような動作において 得られたデータを示す。 第６Ａ図および第６Ｂ図は、流体ハンドラーの動作において 得られフィルタリングされたデータを示す。 好ましい実施形態の詳細な説明 以下に詳細に説明される実施形態は液体を処理するものである。これらの実施 形態は、適切な任意の液体を、例えば、吸引し、分配し、あるいは、混合するよ うな処理に使用することができる。理解しやすいように、実施形態は、医療分析 装置に使用する場合について説明するが、実施形態は、適切であればどのような 用途にも使用されてよいことに注意されたい。さらに、以下に説明される液体を 処理するための方法については、１つの方法に記載される段階は、適切であれば どのような順序で実行されてもよく、また、１つの方法に記載される段階が、他 の方法に記載される段階と組み合わせられて、さらなる方法を実現してもよいこ とに注意されたい。液体ハンドラー１０の動作をより明確に特定するために、意 図されたように、すなわち、正しく実行された液体ハンドラー１０の液体処理動 作と、意図しないように、すなわち、誤って実行された液体ハンドラー１０の液 体処理動作とを説明する。液体ハンドラー１０は、例えば、目詰まり、凝固、破 片、泡、フォームのような要因による、意図しないような液体処理動作を検出す ることのできる十分な 能力を有する。意図しないような液体処理動作をそれらが発生したときに検出す ることによって、それに関連する検査を無視することができ、検査結果そのもの が有効範囲を越えたものとなり、意図しないような液体処理動作であることを示 すかもしれないことに頼らなくてもよい。さらに、これは、オペレータエラーが 発生する可能性を減少させることができる。 第１図は、液体ハンドラー１０の実施形態を示す。図示されたこの液体ハンド ラー１０は、原動機２０によって動かされるポンプ１８に管１６を介して接続さ れた、先端１４を有するノズル１２を備える。センサー２４を有する圧力変換器 ２２は、ノズル１２とポンプ１８との間の管１６に流体結合される。ノズル１２ は、明確にするために図示しない、適切に構成されたガントリーによって移動可 能に支持されてもよく、それによって、ノズル１２は、液面３０を有する液体２ ８を保持する容器２６へ近づくように移動することができ、かつ、容器２６から 遠ざかるように移動することができる。ノズル１２、管１６、および、ポンプ１ ８は、例えば蒸留水、緩衝液のような液体３２を含み、それは、液体２８を吸引 または分配するのを容易にする。したがって、圧力変換器２２は、液体３２と「 同調」す る。液体ハンドラー１０の動作を制御し監視するために、圧力変換器２２は、演 算電子回路３４に電気的に接続され、そして、この演算電子回路３４は、コント ローラ３６に電気的に接続される。コントローラ３６は、ポンプ１８の原動機２ ０に電気的に接続されるので、ポンプ１８および演算電子回路３４は、調和して 動作することができる。 液体ハンドラー１０の１つの特定の構成においては、ノズル１２は、硬質の吸 引プローブである。このプローブは、約０．１０ｃｍ（約０．０４インチ）の内 径および約１８ｃｍ（約７インチ）の長さを有し、約０．０３６ｃｍ（約０．０ １４インチ）の内径および約０．７１ｃｍ（約０．２７８インチ）の長さを備え た先端を有する。この構成においては、管１６は、例えばＴＥＦＺＥＬチュービ ング（Ｄｕ Ｐｏｎｔ Ｃｏ．、ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥから市販されてい る）のような、小さなコンプライアンスを有するポリマーから製造され、約０． １６ｃｍ（約０．０６３インチ）の内径を備える。過渡的な圧力変動のダンピン グを最小限にするのが望ましければ、管１６の軸方向の長さ、具体的には、ノズ ル１２と圧力変換器２２との間の長さを、最小限にするかまたはできる限り短く しなけれ ばならない。しかしながら、限定はされないが過渡的な圧力変動を含めてノズル １２に流体結合された圧力を、圧力変換器２２がほぼ連続的に監視できさえすれ ば、圧力変換器２２は、どこに配置されてもよいことに注意されたい。 １つの構成においては、圧力変換器２２は、Ａｂｂｏｔｔ Ｌａｂｏｒａｔｏ ｒｉｅｓ、Ｓａｌｔ Ｌａｋｅ Ｃｉｔｙ、ＵＴによって製造されたＴｒａｎｓ Ｐａｃ ＩＶであってもよい。一般には、圧力変換器２２は、少なくとも約−１ ４ｋＰａ（約−２ｐｓｉｇ）から約４１ｋＰａ（約６ｐｓｉｇ）までの範囲にあ る、急激な過渡的圧力変化を感知することができるべきであり、また、とくに、 ノズル１２を効果的に洗浄することができるように約６９０ｋＰａ（約１００ｐ ｓｉｇ）までの超過圧力の能力を有するべきである。圧力変換器２２は、最大約 １０ｋＨｚの素早い応答時間を有するべきである。圧力変換器２２は、管１６内 の圧力をほぼ連続的に監視し、それによって、管１６の過渡的な圧力、すなわち 、ノズル１２に流体結合された圧力を監視し、それによって、意図しないような 吸引および分配をほとんど即座に指示することができる。ノズル１２に流体結合 された圧力は、限られた期間内で過渡的に大きく変動する 場合がある。したがって、ノズル１２に流体結合された圧力をほぼ連続的に監視 するのは望ましいことである。１つの実施形態においては、管１６内の圧力は、 約１０００回／秒のレートで監視される。別の実施形態においては、管１６内の 圧力は、約１００回／秒、１０回／秒、１回／秒、あるいは、任意の適切なレー トで監視され、それは、望ましい感度、利用できるコンピュータのメモリーなど の要因によって決定されてもよい。いずれにせよ、どのような程度であろうとも 関心のある意図しないような液体の動きを特定するために、管１６内の圧力がほ ぼ連続的に監視されることに注意されたい。１つの構成においては、ポンプ１８ は、Ｃａｖｒｏ ３０００（Ｃａｖｒｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕ ｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．、Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ、ＣＡ）のようなシリンジポンプで ある。これらの特定の構成および以下に説明されるその他の構成は、理解を容易 にするためのものであることに注意されたい。 次に、第２図および第３図を参照して、演算電子回路３４の構成を詳細に説明 する。しかしながら、これは、液体ハンドラー１０の動作を制御するための考え ることのできる構成のほんの１つにすぎないことに注意されたい。例えば、演算 電子回路 ３４を構成するいくつかの部分および／またはそれの機能は、コンピュータ３８ に組み込まれてもよく、ハードウェアまたはソフトウェアなどの形態で提供され てもよい。 第２図に示されるように、圧力変換器２２は、電子バッファー回路４０に電気 的に接続されているので、管１６内の圧力に応答してセンサー２４によって生成 された電気信号は、バッファー回路４０に転送される。バッファー回路４０の１ つの実施形態の詳細な構成図が、第３図に示される。第３図のバッファー回路４ ０は、圧力変換器２２に結合されたブリッジ回路４４に、約１０Ｖの直流電圧を 供給する電圧源回路４２を含む。ブリッジ回路４４の電気出力は、差動増幅器回 路４６に電気的に接続され、また、差動増幅器回路４６は、調整可能なオフセッ ト電圧発生回路４８に接続される。差動増幅器回路４６の出力は、電子バッファ ー回路４０の出力である。差動増幅器回路４６の出力電圧は、次のように表現す ることができる。 Ｖ_out＝（２Ｒ₃／（Ｒ₅＋Ｒ₆）＋２） （Ｖ₂−Ｖ₁）＋Ｖ_A 差動増幅器回路４６の出力は、アナログ−ディジタル変換器５０に電気的に接 続される。アナログ−ディジタル変換器５０は、コンピュータ３８の一部かまた は別のコンピュータの一部 として提供されてもよい。別の構成においては、アナログ−ディジタル変換器５ ０は、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｏｆ Ａｕｓｔｉｎ、ＴＸ から市販されているＡＴＭＩＯ−１６−Ｌ９にほぼ類似するものでよい。 図示された実施形態においては、アナログ−ディジタル変換器５０の出力は、 ディジタルフィルター５２に電気的に接続される。１つの実施形態においては、 ディジタルフィルター５２は、ディジタルバッタワースフィルターアルゴリズム のようなディジタル低域通過フィルターにほぼ類似するものでよい。このアルゴ リズムは、コンピュータ３８によって実行されてもよい。ある特定の実施形態に おいては、市販されているソフトウェアパッケージＭａｔｈＣＡＤ（ＭａｔｈＳ ｏｆｔ、Ｉｎｃ．、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ、ＭＡから入手することができる）のフ ィルターアルゴリズムが使用されてもよい。別の実施形態においては、フィルタ リングは、バッファー回路４０に組み込まれたアナログフィルター、あるいはコ ンピュータ３８によって実行される何か別のディジタルフィルターによって実行 されてもよい。 ディジタルフィルター５２の出力は、エラー検出器５４に電 気的に接続される。エラー検出器５４は、ソフトウェアルーチン、ハードウェア 構成、電気回路など、適切なものであればどのような構成であってもよく、それ は、以下に詳細に説明するような液体処理エラー検出タスクを実行する。いくつ かの実施形態においては、エラー検出器５４は、コンピュータ３８の一部であっ てもよく、あるいは、分離した信号処理装置かまたはマイクロコントローラであ ってもよい。コンピュータ３８またはエラー検出器５４は、ポンプ１８が圧力変 換器２２からの信号に応答して動作することを可能にするために、コントローラ ３６に電気的に接続されてもよい。 液体ハンドラー１０の構成が、液体ハンドラー１０の動作の説明からより良く 理解できるであろう。この説明は、理解を容易にするために提供されるものであ る。 第１図〜第３図を参照すると、１つの動作方法によって、液体３２が、ノズル １２、管１６、圧力変換器２２、および、ポンプ１８に充填される。場合によっ ては、ポンプ１８が、液体ハンドラー１０内の液体３２を移動させてもよく、そ れによって、約５〜１０μリットルの量の周囲空気が、先端１４の近辺のノズル １２内に配置される。この量の空気は、容器２６から ノズル１２内に吸引される液体２８と、ノズル１２内にすでに存在している液体 ３２とを分離するのに使用されてもよい。また、この手順は、ノズル１２内に様 々な液体２８を積み重ねるのに使用することもできる。本質的には、試料のよう な第１の液体２８が、ノズル１２内に吸引され（以下で説明する）、第１の空気 空間によって液体３２から分離される。試薬のような第２の液体２８が、ノズル １２内に吸引される場合、第２の空気空間が、第２の液体２８を第１の液体２８ から分離する。そして、第１および第２の液体２８は、反応容器のような様々な 容器２６の第１および第２の液体２８に、ノズル１２から分配されてもよい。こ の手順は、処理能力を増大させるのに使用されてもよい。 液体２８を処理するために、ノズル１２は、明確にするために図示しない、適 切な原動機によって、処理されるべき液体２８の表面３０の方へ動かされる。ノ ズル１２は、それの先端１４が、容器２６内の液体２８の表面３０の下に十分に 入り込む（オフセットされる）ように動かされる。液体２８の表面３０を自動的 に検出するのを容易にするために、Ｒ−Ｆレベル検出、容量レベル検出、および 、ニューマチックレベル検出のような 適切なレベル検出機構が、ノズル１２に動作可能に結合されてもよい。液体２８ の表面３０とノズル１２の先端１４とのオフセット距離は、液体の特性、使用し たレベル検出機構、周囲条件などに依存して変化してもよい。 いったんノズル１２の先端１４が、容器２６内の液体２８の表面３０の下に十 分に入り込むと、コントローラ３６が、ポンプ１８に結合された原動機２０を作 動させる。ほぼそれと同時に、コントローラ３６は、圧力変換器２２も作動させ る。実施形態によっては、圧力変換器２２が作動させられてもよく、それによっ て、原動機２０を作動させる前の第１の時刻と原動機２０の動作が終了した後の 第２の時刻との間にある、どの時点においても、かつどのような期間においても 、ノズル１２に流体結合された圧力をほぼ連続的に監視することに注意されたい 。 ポンプ１８は、所望された量の液体２８を、容器２６からノズル１２の内部に 移動させる、すなわち吸引する。液体２８が、容器２６からノズル１２の内部へ 通過するとき、圧力変換器２２のセンサー２４が、管１６内の圧力をつねに測定 しており、ポンプ１８の動作から影響を受けるノズル１２および管１６内の液体 ２８および液体３２の流れによって生じる過渡的な圧力 変化を検出する。コントローラ３６から原動機２０に送られる、原動機２０を作 動させるための信号は、センサー２４から受け取られると予想される信号に対応 する。これは、センサー２４からの信号を解析するのを容易にする。 圧力変換器２２のセンサー２４によって感知された圧力に応答して、ブリッジ 回路４４は、電気信号を生成する。ブリッジ回路４４によって生成された電気信 号は、バッファー回路４０の差動増幅器回路４６に送られる。バッファー回路４ ０は、センサー２４によって感知された瞬間的な圧力を表現する増幅された電気 信号を生成する。増幅された電気信号は、コンピュータ３８に送られる。いった ん増幅された電気信号がコンピュータ３８に送られると、アナログ−ディジタル 変換器５０は、バッファー回路４０から送られた増幅された電気信号の電圧に対 応したディジタル信号を生成する。このように、ディジタル信号は、センサー２ ４によって感知された圧力を示す。ディジタル信号は、ディジタルフィルター５ ２によってフィルタリングされてもよい。フィルタリングされた信号は、過渡的 な圧力信号を監視して、意図したような吸引が発生したかどうかを判定するエラ ー検出器５４によって処理される。１つの実施形態に おいては、エラー検出器５４は、吸引が開始したこと、および、エラーまたは意 図しないような吸引の発生を示すために、センサー２４からの信号が監視される べきであることを示す、コントローラ３６からの信号によって作動させられる。 さらに、図示された実施形態の液体ハンドラー１０は、ノズル１２から容器２ ６または反応容器のようなその他の何らかの受け器へ分配される液体２８を監視 するのに使用されてもよい。上述した段階とほぼ同様に、液体２８の分配は、ポ ンプ１８の動作によって開始される。ポンプ１８とほぼ同時に、エラー検出器５ ４が、コントローラ３６によって作動させられる。エラー検出器５４は、センサ ー２４によって感知され、センサー２４によって送られ、意図したような分配が 発生したかどうかを判定するための演算電子回路３４によって処理された圧力を 示す信号を監視する。 センサー２４によって送られた過渡的な圧力信号に基づいて、意図したような 吸引および／または分配が発生したかどうかを判定するために、センサー２４に よって感知されセンサー２４から送られた圧力を指示する信号を利用するための いくつかの方法が存在する。以下の例において、これらの方法のいくつか が説明される。これらの例は、理解を容易にするために提供されることに注意さ れたい。 例において、データは、上述した液体ハンドラーと実質的に同じである液体ハ ンドラー１０の実施形態を用いて収集された。約５０μリットルの量の液体２８ が、ノズル１２内に吸引され、液体２８の流れは、約８３μリットル／秒のほぼ 定常状態流量に達するまでは、約１５６３μリットル／秒／秒のほぼ一定の率で 加速された。また、流れは、約１５６３μリットル／秒／秒のほぼ一定の率で減 速された。また、約３９１μリットル／秒の定常流量と、約２６，０４０μリッ トル／秒／秒の流量加速率および流量減速率とによって、約４０μリットルの分 配が測定された。アナログ−ディジタル変換器５０に提供される電気信号が、吸 引に先立ってほぼ０ボルトになるように、かつ、意図したような吸引／分配サイ クルにおいて演算電子回路３４を飽和させないように、演算電子回路３４が（利 得、しきい値、などを）調整される。また、この吸引／分配サイクルは、所望の 量の液体２８をノズル１２内に吸引することと所望の量の液体２８をノズル１２ から分配することとからなるものであった。演算電子回路３４の共通の利得は、 約１．４Ｖ／ｋＰａ（約９． ６Ｖ／ｐｓｉ）である。これらの例においてデータを収集および解析するのに使 用されたＭａｔｈＣＡＤソフトウェアの説明が、アペンディックスＡに示される 。以下の例は、アペンディックスＡのセクション１に規定されるパラメータを使 用する。 例１ 意図したような吸引および分配のプロファイル 約５０μリットルのブタ血清の吸引および約４０μリットルのブタ血清の分配 が、上述で列挙された流量パラメータでもって実行された。センサー２４からの アナログ圧力信号が、約１０００試料／秒のレートでほぼ連続的にサンプリング され、液体２８の吸引および分配の両方の間、センサー２４によって感知された 瞬間圧力プロファイルを表現するフィルタリングされていない数値データとして 記憶された。この実験を５回繰り返した結果が、第４Ａ図（５回の吸引）および 第４Ｂ図（５回の分配）に示される。これらの図面は、圧力感知方法の再現性を 実証するものである。実際の吸引および分配の間、圧力を抽出および表示するの を容易にするために、吸引および分配の直前および直後における圧力スパイクが 、データに人為的に加えられた。吸引および分配の間、圧力を抽出するのに使用 されたＭａｔｈＣＡＤソフトウェアの説明が、アペンディックスＡのセ クション２に示される。これから、関係する液体処理動作が意図したようなもの かまたは意図しないようなものかを判定するために、センサー２４によって得ら れたデータから導き出された瞬間圧力プロファイルを予め定められた圧力プロフ ァイルと比較してもよいことは明らかである。 例２ 意図しないような吸引および分配 約５０μリットルの吸引の間、ノズル１２から容器２６を取り去り空気を部分 的に吸引することによって、ブタ血清の断続的な吸引が実行された。その結果と して、吸引／分配サイクルにおける分配サイクル部分も、やはり空気を部分的に 分配することを含んだ。５回の意図しないような吸引および分配の瞬間圧力プロ ファイルが、例１の場合と同様に得られ、第５Ａ図（５回の吸引）および第５Ｂ 図（５回の分配）に示される。意図しないような吸引の間、様々な量の空気が吸 引された。意図しないような吸引および分配の間、圧力を抽出するのに使用され たＭａｔｈＣＡＤソフトウェアの説明が、アペンディックスＡのセクション３に 示される。 例３ 圧力プロファイルのディジタルフィルタリング 例１および例２において説明したようにして得られた圧力プ ロファイルデータは、上述したＭａｔｈＣＡＤディジタルバッタワースフィルタ ーによってフィルタリングされた。これは、サンプリング周波数×約０．０１の 遮断周波数（すなわち、約１０Ｈｚ）を備えた、３１個の係数を有するディジタ ル低域通過フィルターである。このフィルタリングを実行するのに使用されたＭ ａｔｈＣＡＤソフトウェアの説明が、アペンディックスＡのセクション４に示さ れる。このフィルタリングの結果が、第６Ａ図（５回の意図したような吸引およ び５回の意図しないような吸引）、および第６Ｂ図（５回の意図したような分配 および５回の意図しないような分配）に示される。意図しないような吸引および 分配は、意図したような吸引および分配のプロファイルからはっきりと区別でき る。 例４ 積分によるエラー検出 例としてのエラー検出方法として、意図したようなおよび意図しないようなフ ィルタリングされた圧力プロファイルデータおよび意図したようなおよび意図し ないようなフィルタリングされない圧力プロファイルデータが積分された。積分 は、ＭａｔｈＣＡＤソフトウェア（アペンディックスＡのセクション２、３、お よび５に説明される）を用いて数学的に実行された。積 分の結果が表１に示される。意図したような吸引および分配の場合の積分結果は 、意図しないような吸引および分配の場合の積分結果から統計学的に区別できる 。しかしながら、この方法は、液体の粘度（約１〜１４センチポアズの範囲にあ る）に影響されやすく、そのために、わずかな量（１０μリットル程度）の吸引 および分配の場合にはあまり望ましいものではない。 例５ 平均圧力差によるエラー検出 連続する５つのデータポイントが、シリンジ減速の直前に、意図したようなお よび意図しないようなフィルタリングされた吸引圧力プロファイルのそれぞれか らサンプリングされ、そのために、それらのデータポイントは、定常状態の間、 センサー２４によって感知された圧力を表現する。また、連続する５つのデータ ポイントが、吸引が終了した後にサンプリングされた。定常状態での吸引におけ る平均圧力と、吸引終了後の平均圧力との差が計算され、許容帯と比較された。 この例においては、アペンディックスＡのセクション６に説明されるソフトウェ アによって実行され、許容帯は、約０．３５〜０．５５であった。表２に示され るように、意図したような吸引は、許容帯内の平均圧力差を示し、意図しないよ うな吸引は、許容帯外の平均圧 力差を示した。 例６ 平均値からの圧力差の変動によるエラー検出 定常状態の吸引領域内に存在する、意図したようなおよび意図しないようなフ ィルタリングされた吸引圧力プロファイルのそれぞれからのデータポイントが、 任意の時点でセンサー２４によって感知された圧力と、吸引終了後に感知された 圧力との瞬間的な差を計算するのに使用された。これらの値のそれぞれが、定常 状態での吸引における圧力と吸引後の圧力との平均差（例５において計算された ような）と比較された。瞬間圧力差が、特定の許容値よりも大きく平均圧力差と 異なる回数が数えられた。アペンディックスＡのセクション７に説明されるソフ トウェアの場合、許容帯は、平均差の両側に約０．１であった。表３に示される ように、意図したような吸引の圧力プロファイルは、許容帯外へ逸脱した回数は 一様にゼロであったが、意図しないような吸引の圧力プロファイルでは、そのよ うな逸脱が多数存在した。 例４〜例６に示されるエラー検出方法は、センサー２４によって測定された圧 力プロファイルから、意図しないような吸引および分配を検出するための考えら れる多くの方法の中のほん の４つにすぎない。実施形態によっては、いくつかのエラー検出方法が組み合わ せられてもよい。これらの例は、実施形態の液体ハンドラー１によって収集され た圧力データを、吸引および分配におけるエラー検出方法に使用できることを実 証するものである。 意図したようなおよび意図しないような吸引および分配の圧力プロファイルは 、ポンプ１８の加速プロファイルおよび減速プロファイルから直接に影響を受け る。例えば、ポンプ１８の均一なランプ加速およびランプ減速は、定常状態に達 することのない圧力値をもたらす。ポンプ１８の加速分布および減速分布を変更 して、これらのまたはその他のエラー検出方法によって、より簡単にあるいはよ り高い信頼度で区別されることが可能な、意図したようなおよび意図しないよう な吸引圧力プロファイルおよび分配圧力プロファイルを実現することができる。 別の実施形態においては、意図したようなあるいは意図しないような液体処理動 作を示すために、例えば、ポンプ１８の動き、液面３０のレベル感知情報などを 、単独かまたはお互いに組み合わせて、あるいは、圧力変換器２２の情報と組み 合わせて、圧力変換器２２以外の液体ハンドラー１０の構成要素からのフ ィードバックが、使用されてもよい。 表１ 圧力を積分することによるエラー検出表２ 平均圧力差によるエラー検出 表３ 平均からの圧力差の変動によるエラー検出 例７ 温度補償を備えた積分によるエラー検出 意図したような液体の移動を、意図しないような液体の移動から区別するいく つかの方法は、ノズル１２内および管１６内の液体３２の粘度に影響される場合 がある。とくに、変換器２２によってほぼ連続的に監視された圧力の積分は、そ の結果が液体３２の粘度によって変化する場合がある。液体３２の粘度 は、液体３２の温度の影響を受けることがある。 液体３２が水であれば、例えば、液体の粘度は、約１５〜３０℃の温度範囲に おいて、約３０％ほど変化することがある。その結果として、積分された圧力は 、表４に示されるように、約２２％ほど変化することがある。液体３２の温度を 考慮しなければ、この変動は、ノズル１２内への意図したような液体の移動（こ の場合、液体の吸引）を、ノズル１２内への意図しないような液体の移動（この 場合、空気のみの吸引）から区別する能力を低下させるであろう。 表４ したがって、液体３２の温度によって積分された圧力値が変動する影響を抑制 する方法を使用するのは望ましいことである。１つのそのような方法は、液体３ ２の温度測定値を直接または 間接に提供するために、液体３２の温度、あるいは、液体３２の温度を示す箇所 の温度を測定することであってもよく、その測定された温度を、吸引が意図した ようなものであったかあるいは意図しないようなものであったかを判定するのに 使用する。 この方法の１つの実施形態においては、液体３２の温度と、吸引された液体の 量と、積分された圧力の値との関係は、以下のように決められる。 ∫Ｐ ｄｔ＝ａ・Ｖ＋ｂ・Ｔ＋ｃ・Ｖ・Ｔ＋ｄ ここで、Ｖは、吸引量（単位はμリッター）であり、Ｔは、液体３２の温度（ 単位は℃）であり、ａ、ｂ、ｃ、および、ｄは、それぞれ、９．９９、−０．８ ５２、−０．１０６、および、４４．２と経験的に決められた定数である。積分 される圧力は、液体が動かされる前の変換器２２からの電気信号から、吸引中の それぞれの時点における変換器２２からの電気信号を引いたものである。この関 係は、以下のような積分された圧力比の計算を可能にする。 積分された圧力比＝∫Ｐ ｄｔ／（ａ・Ｖ＋ｂ・Ｔ＋ｃ・Ｖ・Ｔ＋ｄ） これは、意図したような液体の移動に対しては１．０に近い。 約２０μリットルの吸引に適用されたこの方法の１つの実施形態における標本値 である表５は、液体３２の温度が変化しても、本質的に、積分された圧力比は一 定であることを示し、意図したような液体の移動を、意図しないような液体の移 動から区別するのを可能にする。 表５ 例８ 一定流量補償を備えた積分によるエラー検出 液体３２の粘度が変動する影響を抑制するもう１つの方法は、ポンプ１８また はその他の何らかのポンプからノズル１２を通ってその外へ、液体３２が既知の 一定流量で流れる期間に、変換器２２によって感知されるような流体圧力を示す 信号の値を記憶することである。この一定圧力は、液体の吸引の間に積分された 圧力と同様に、液体３２の粘度の関数であり、意図した ような液体の移動を、意図しないような液体の移動から区別するのに使用されて もよい。 この方法の１つの実施形態においては、約１０００μリットル／秒で液体３２ が流れ出るときの圧力と、液体の吸引量と、積分された圧力値との間の関係は、 以下のように決められた。 ∫Ｐ ｄｔ＝ａ・Ｖ＋ｂ・Ｗ＋ｃ・Ｖ・Ｗ＋ｄ ここで、Ｖは、吸引量（単位はμリッター）であり、Ｗは、液体が動かされる 前に感知された圧力信号の値から、約１０００μリッター／秒で液体３２が管１ ６を通ってノズル１２の外へ流れ出るときに測定された圧力信号の値を引いたも のである。パラメータａ、ｂ、ｃ、および、ｄは、それぞれ、２．０４、−４７ ．０３、−３．２５、および、−７９．８０と経験的に決められた定数である。 この関係は、以下のような積分された圧力比の計算を可能にする。 積分された圧力比＝∫Ｐ ｄｔ／（ａ・Ｖ＋ｂ・Ｗ＋ｃ・Ｖ・Ｗ＋ｄ） これは、意図したような液体の移動に対しては１．０に近い。積分される圧力 は、液体が動かされる前の変換器２２からの電気信号から、例えば、約１回／秒 、約１０回／秒、約１００回 ／秒、約１０００回／秒での吸引中のそれぞれの時点における変換器２２からの 電気信号を引いたものである。表６は、液体３２の温度が変化しても、本質的に 、積分された圧力比は一定であることを示し、意図したような液体の移動を、意 図しないような液体の移動から区別するのを可能にする。約５０μリットルを吸 引する場合のデータが以下に示される。 表６ この方法は、圧力変換器２２のセンサー２４の感度が変動する影響を抑制する というさらなる利点を提供する。そのような感度の変動は、液体が移動するとき に測定される圧力信号と、液体がノズル１２を通って一定流量で流れ出るときに 測定される圧力信号との両方に影響を及ぼす（演算電子回路３４の利得は、２つ の測定ごとに異なっていてもよいが）。表７に示されるように、センサー感度が ４０％変動しても、積分された圧力比はほんの１５％しか変動せず、それは、意 図したような液体の移動を、意図しないような液体の移動から区別するためのこ の方法の感度を増大させる。 表７ この例が示すように、この方法は３つの段階を備える。例に基づいてさらに説 明すると、ポンプ１８が動き始めるのと同時に、ノズル１２に流体結合された圧 力は、ほぼ連続的に測定される。圧力は、約１回／秒、約１０回／秒、約１００ 回／秒、約１０００回／秒のように、適切であればどのようなレートででもほぼ 連続的に監視されてよい。例えば、既知のほぼ定常状態の流体流量で液体を分配 する場合のように、ノズル１２に対して第１の液体が移動する間、圧力の監視は ずっと継続される。１つの実施形態においては、流体流量は、約１０００μリッ トル／秒であってもよい。この液体は、液体３２であってもよく、第１の液体の 流れは、ノズル１２の外へ向かってもよく、それによって、ノズル１２および管 １６を液体３２の流れで洗浄す るときの圧力が得られる。 第１の液体が移動する間、ほぼ連続的に監視されるその圧力の平均値が計算さ れる。平均圧力は、例えば液体の吸引のように、ノズル１２に対して所定の量の 第２の液体を移動させる場合に、上述において、約０．５の比を提供するべく決 定されたように、しきい値を計算または決定するのに使用される。 そして、ノズル１２に関して第２の液体が移動する間、変換器２２によって、 ノズル１２に流体結合された圧力が、同様に、ほぼ連続的に監視される。第２の 液体のこの移動は、ノズル１２内へ流れ込むようなものであってもよく、第２の 液体は、ポンプ３２かまたはその他のポンプによって動かされてもよい。例えば 、そのような第２の液体の移動（例えば、吸引）の間およびその直後（例えば、 その約２０μ秒後）に、ほぼ連続的に監視された圧力が積分され、その積分され た圧力、より詳細には、積分された圧力の比が、液体のその値に対して計算また は決定されたしきい値と比較され、吸引が意図したようなものであったかあるい は意図しないようなものであったかが判定される。しきい値は、固定されたもの であってもよく、あるいは、第２の液体の量、第２の液体の個々の特性などの要 因に依存し て変更されてもよい。この方法は、管１６内の液体３２の粘度が変わることによ る影響、およびノズル１２に流体結合され測定される圧力が、その結果として変 動することによる影響を低減するのに使用することができる。 例９ 周波数解析によるエラー検出 意図したようなおよび意図しないような圧力プロファイルデータは、吸引のあ る期間における周波数スペクトルを得るために、フーリエ変換技術によって解析 されてもよい。そして、最も低い周波数成分が、データエントロピー法（「Ｍａ ｔｈｅｍａｔｉｃｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ ｔｈｅ Ｌｉｆｅ Ｓ ｃｉｅｎｃｅｓ ｂｙ Ｈｏｐｐｅｎｓｔｅａｄｔ＆ Ｐｅｓｋｉｎ、Ｓｐｒｉ ｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、１９９２、ｐａｇｅｓ ２３−２５」に記述されるよ うな）を用いて解析されてもよい。この方法の１つの実施形態においては、１２ ８ミリ秒の圧力データが解析され、これから、最も低い１５個の周波数の値が、 データエントロピー技術を用いて解析された。意図したような液体移動（液体の 吸引）の場合の平均エントロピーは、０．０２４であり、意図しないような液体 移動（空気の吸引）の場合の平均エントロピーは、０．１３０であり、 これは液体の場合の値の５倍以上であった。 以下の資料は、吸引／分配プローブと同調するように配置されたＴｒａｎｓＰ ａｃ ＩＶ圧力変換器に関するデータである。 検査の設定は、以下の通りである。 １．ＴｒａｎｓＰａｃ ＩＶ圧力変換器は、作業流体である蒸留水によって、 プローブと同調するように接続された。すべての泡が、チュービング、シリンジ 、および、変換器から取り除かれた。変換器のための励起電圧は、１０Ｖであっ た。したがって、応答は、増幅されないものが０．０００３６Ｖ／ｋＰａ（０． ００２５Ｖ／ｐｓｉ）であった。 ２．シータＺブレッドボードシステムは、ＯＭＳ ＩｎｄｅｘｅｒｓおよびＩ ＭＳ Ｄｒｉｖｅｒｓ（Ｍｉｃｒｏｓｔｅｐｐｉｎｇ）を使用する。このシステ ムを３２，０００ステップ＝２５ｃｍ（１インチ）で動作させた。 ３．変換器からプローブおよびシリンジから変換器への配管は、（０．０７６ ｃｍ ＩＤ（０．０３０”ＩＤ））から（０．１６ｃｍ ＩＤ（０．０６３”Ｉ Ｄ））に変更された。 ４．Ｃａｖｒｏ ｓｙｒｉｎｇｅが、２５０μリットルシリンジとともに使用 された。 ５．圧力変換器の利得は小さいものであった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フオード，グレゴリイ・オー アメリカ合衆国、テキサス・75023、プレ イノウ、マニトウオーク・ドライブ・6752 (72)発明者 コルターマン，ジエイムズ・シー アメリカ合衆国、イリノイ・60048、リバ テイビル、ホームウツド・アベニュー・ 199 (72)発明者 ウオーンケ，ケビン・シー アメリカ合衆国、イリノイ・60045、レイ ク・フオレスト、イースト・ウエストミン スター・アベニュー・140

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．液体を処理する方法であって、 （ａ）第１の液体をノズルに対して移動させるために、ノズルに流体結合された ポンプを作動させる段階と、 （ｂ）段階（ａ）において第１の液体が移動しているときに、ノズルに流体結合 された圧力変換器によって、ノズルに流体結合された圧力をほぼ連続的に監視す る段階と、 （ｃ）段階（ｂ）の間ほぼ連続的に監視された圧力の平均値を計算する段階と、 （ｄ）段階（ｃ）において計算された平均値を用いて、しきい値を決定する段階 と、 （ｅ）第２の液体をノズルに対して移動させるために、ノズルに流体結合された ポンプを作動させる段階と、 （ｆ）段階（ｅ）において第２の液体が移動しているときに、ノズルに流体結合 された圧力変換器によって、ノズルに流体結合された圧力をほぼ連続的に監視す る段階と、 （ｇ）段階（ｆ）の間ほぼ連続的に監視された圧力を積分する段階と、 （ｈ）段階（ｄ）のしきい値を段階（ｇ）の積分された圧力と比較して、第２の 液体の移動が意図したようなものであったかあるいは意図しないようなものであ ったかを判定する段階と、 を備えた方法。 ２．第１の液体の移動が、ほぼ定常状態の流体流量で生じる請求項１に記載の方 法。 ３．段階（ａ）がノズルを洗浄する請求項１に記載の方法。 ４．第１の液体の移動が、ノズルの外へ向かう請求項１に記載の方法。 ５．第２の液体の移動が、ノズルの中へ向かう請求項１に記載の方法。 ６．積分する段階（ｇ）が、第２の液体の移動の間とそれが終了した直後で、ほ ぼ連続的に監視された圧力を積分する段階である請求項１に記載の方法。