JP2011033420A

JP2011033420A - 自動分析装置

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Publication number: JP2011033420A
Application number: JP2009178570A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Mishima; 弘之三島; Kazumi Kusano; 和美草野; Hiroaki Ishizawa; 宏明石澤
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2029-07-31
Also published as: JP5372646B2

Abstract

【課題】少量の分注を高精度で行うとともに、洗浄性能を向上させ、信頼性の高い分析結果を得ることができる処理能力の高い自動分析装置を提供すること。
【解決手段】液体を吸引するノズルと、該ノズル内の圧力を変化させる圧力変化機構と、前記ノズルと前記圧力変化機構を接続する配管と、を備えた液体分注機構を備えた自動分析装置において、前記配管は、複数の配管からなり、該配管と前記圧力変化機構の接続部に該圧力変化機構と、前記複数の配管のうち、いずれの配管を接続するかを切換えるための切換弁を備えた自動分析装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、血液，尿などの生体サンプルの定性・定量分析を行う自動分析装置に係り、特に試料，試薬などの液体を吸引するノズルと該ノズル内を洗浄する洗浄機構を備えた分注機構を備えた自動分析装置に関する。

自動分析装置は、患者の血中成分を分析する装置である。装置は、分注機構を用いて、検体容器内の血清と試薬を反応容器に吐出する。反応容器に吐出された試料と試薬は攪拌機構で混合した後に、光度計を用いて、試薬と血清成分との反応によって時間とともに変化する吸光度を測定することで、目的成分の濃度を算出して、分析結果を出力する。

検体や試薬を吸引する場合は、プランジャと呼ばれる液体移送装置を動かして、配管内の液体を移動させることで、分注ノズル先端から吸引や、吐出を行っている。

上記分析動作を繰返し行うにあたり、ノズル内に残っている検体や試薬が、次の検体や試薬と混じり合うことによる悪影響を避けるため、次の分注動作を行う前に分注ノズルの内壁および外壁を洗浄している。

分注ノズルの内壁を洗浄する場合は、分注ノズルと接続された配管から洗浄水を流して、分注ノズル内に残存する検体あるいは試薬を洗い流すことが一般的である。

また、分注ノズルの外壁を洗浄する場合は、分注ノズル周囲に配置した洗浄ノズルから洗浄水を吐出して、検体あるいは試薬を洗い流している。

この構造により、検体および試薬分注時の液体の移送と内壁洗浄時の液体の流路を同一の配管にすることが可能となり、容易にノズル内を洗浄することが可能である。

このような洗剤を流してノズル内を洗浄する機構を備えた自動分析装置が、特許文献１に開示されている。

このときの洗浄水量は、給水圧力と配管径と洗浄時間の関係で定まり、サンプルや試薬のキャリーオーバは臨床上問題のない範囲に設計されている。

近年、分析コストの低減のため、液量を減らす方向性にあり、検体および試薬の分注は、より低分注量かつ高い精密性が求められている。

更に生化学と免疫を統合した装置では、同じ分注ノズルが免疫項目の測定に使用されるため、高い洗浄性が求められている。

また、大量に検体を扱う検査センターや患者数の多い病院では、分析結果を臨床側へ迅速に報告するために、高い処理能力を求められている。

特開平４−１６７６７号公報

低分注量かつ高い精密性を実現するためには、次の要素が求められる。

１つ目は、吐出した液体の表面張力に管内部の液体が引っ張られないようにすることである。そのためには、ノズル先端の断面積を小さくする必要がある。

２つ目は、配管体積のばらつきを減らすとともに、ゆっくりと液体を移送することである。そのためには、配管径を細くして、摩擦損失を増加させ、流速を遅くする必要がある。エネルギの伝達効率が低下するので、外乱の影響も減衰させることができる。

しかし、配管径を細くしていくと、流速が低下し、洗浄時に十分な洗浄水量を得ることが難しくなる。

また、近年の要望に応じて、高い処理能力を実現させようとすると、１回の分析サイクルは短くなる傾向にあり、洗浄に割り当てられる時間も短くなる。

流速の低下と洗浄時間の減少により、洗浄水量は減る傾向にあり、今後、免疫項目の測定を含めた統合型の装置では、プローブ内の洗浄が十分にできない恐れが生じた。

また、現在の自動分析装置では圧力センサを分注流路に備え、検体の吸引や吐出の圧力を検出して正常に吸引や吐出ができたかを判定し分析データの信頼性を高める機能を付随したものが多い。圧力センサは、性能やコストなどからダイヤフラム式が一般的に用いられているが、センサの感度を向上するためには、ダイヤフラム径をある程度大きくする必要がある。一方、ダイヤフラム径が大きいと、吸引時や吐出時にダンパ作用が生じ、分注精度に影響を及ぼす可能性がある。分注量が多い場合は、影響が無視できるが、分注量が微量の場合は、精度低下をまねいたり、高速化を阻害するなどの懸念がある。

本発明の目的は、少量の分注を高精度で行うことができる自動分析装置を提供することにある。また、洗浄性能を向上させ、信頼性の高い分析結果を得ることができる処理能力の高い自動分析装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の構成は以下の通りである。

液体を吸引するノズルと、該ノズル内の圧力を変化させる圧力変化機構と、前記ノズルと前記圧力変化機構を接続する配管と、を備えた液体分注機構を備えた自動分析装置において、前記配管は、複数の配管からなり、該配管と前記圧力変化機構の接続部に該圧力変化機構と、前記複数の配管のうち、いずれの配管を接続するかを切換えるための切換弁を備えた自動分析装置。

より好ましくは、以下のような構成を備える。

本発明は、２つ以上の流路と流路を制御する電磁弁を備えることによって、分注時と洗浄時に、流路の切換えを行うことで、分注精度と洗浄性能を同時に向上させることを特徴とするものである。

分注量が少ない場合は、液体を移送する流路を２つ以上の流路の中で最も細い配管に切換えることにより、摩擦損失を増加させて、流速を低下させるとともに、流速の急激な変化を減衰させることで、ばらつきの少ない安定した分注を行うことができる。

反対に分注量が多い場合は、液体を移送する流路を、２つ以上の流路の中で太い配管に切換える。これにより、摩擦抵抗が減少し、短時間で必要な分注を行うことができる。ばらつきは若干多くなるが、分注量が多いため、精度的には影響がない。

また、ノズルの洗浄工程においては、複数の流路に同時に洗浄水を流すことにより、管の摩擦損失を減らして、洗浄水量を増加させ、洗浄性能を向上させることができる。

特に洗浄力を高めたい場合は、配管径が最大の流路に三方電磁弁を設置して、給水ポンプからの水圧を、液体移送装置を迂回して、損失なく供給することで、更に水量を増加させて洗浄能力を上げることができる。

また、流路の途中にＴ字配管で洗剤流路をつなぐことにより、流速の早い流体が周囲の流体を吸引するエジェクタ効果により、洗剤を吸い上げて配管に流すことができる。

また、複数の配管のうち、ノズル内の圧力を検出する圧力センサが設けられている配管は、ノズル内に液体を吸引する場合のみ、ノズルとシリンジ間を接続するようにし、液体を吐出する場合は、圧力センサが設けられていない配管を使用するように切換える切換え弁を設けて、圧力センサのダイヤフラムのダンパ効果による影響を受けないようにすることもできる。

本発明によれば、分注精度を向上させることができる。また、分注ノズルの洗浄時間を増やすことなく洗浄能力を向上させることができる。

本発明の洗浄流路を図１に示す。バイパス流路を用いた洗浄流路を図２に示す。チャージタンクを用いた洗浄流路を図３に示す。圧力センサを持つ構成例１。圧力センサを持つ構成例２。圧力センサを持つ構成例３。圧力センサを持つ構成例４。圧力センサを持つ構成例５。圧力センサを持つ構成例６。

本発明を適用した自動分析装置の動作について説明する。

図１に２つの分注流路を備えた分注流路の模式図を示す。検体容器１から検体２を吸引する分注ノズル３がφ０.５mmの配管４と接続されている。この配管４は、分岐管５でφ０.５mmの配管６とφ２.０mmの配管７に分岐され、三方電磁弁８と接続されている。三方電磁弁８の３つのポートのうち、残りはシリンジ９と繋がっている。シリンジ９は、電磁弁１０を介して、給水ポンプ１１と接続されている。

検体を吸引する場合は、三方電磁弁８の配管７側のポートを閉じ、プランジャ１２を移動させて、分注ノズル３から検体２を吸引・吐出する。

分注ノズル３を洗浄する場合は、分注ノズル３を洗浄槽１３に移動させ、三方電磁弁８の配管７側のポートを開き、電磁弁１０を開いて、配管４に圧力をかけて、分注ノズル３に残っている検体とともに配管内を洗浄する。洗浄水は配管４と配管７を通過して、分注ノズル３から吐出される。

粘性の高いサンプルを分注する場合は、分注時の流路を配管６に接続して圧力損失を減らし、粘性の高いサンプルを安定して吸引・吐出することができる。

図２にバイパス流路を用いた洗浄流路の模式図を示す。検体容器１から検体２を吸引する分注ノズル３がφ０.５mmの配管４と接続されている。この配管４は、分岐管５でφ０.５mmの配管６とφ２.０mmの配管７に分岐され、三方電磁弁８と接続されている。三方電磁弁８の３つのポートのうち、残りはシリンジ９と繋がっている。シリンジ９は、電磁弁１０を介して、給水ポンプ１１と接続されている。

検体２を吸引する場合は、三方電磁弁８の配管７側のポートを閉じ、プランジャ１２を移動させて、分注ノズル３から検体２を吸引・吐出する。

分注ノズル３を洗浄する場合は、洗浄槽１３に分注ノズル３を移動し、三方電磁弁１４を開き、バイパス流路１５を介して、給水ポンプ１１からの水圧が配管７に直接供給できるように接続する。分注ノズル３に残っている検体とともに配管内を洗浄する。洗浄水は配管６と配管７を通過して、分注ノズル３から吐出される。

また、圧力損失の減少により、管内の流速が上昇した結果、配管５〜７の途中に設けた洗剤流路からエジェクタ効果により洗剤を吸引して、分注流路に流すことができる。その後、再び三方電磁弁１４を切換え、シリンジ９に水を送り、配管内の洗剤を除去する。

図３にチャージタンク流路の模式図を示す。検体容器１から検体２を吸引する分注ノズル３がφ０.５mmの配管４と接続されている。この配管４は、分岐管５でφ０.５mmの配管６とφ２.０mmの配管７に分岐され、三方電磁弁８と接続されている。三方電磁弁８の３つのポートのうち、残りはシリンジ９と繋がっている。シリンジ９は、電磁弁１０を介して、給水ポンプ１１と接続されている。配管７の途中に、三方電磁弁１６を配置し、チャージタンク１７と接続されている。

検体吸引前に三方電磁弁８，１６を配管７とチャージタンク１７側に切換え、電磁弁１０を開いて、圧力をチャージタンク１７に蓄える。次に三方電磁弁８を配管６側に切換え、電磁弁１０を閉じる。

次にプランジャ１２を移動させて、分注ノズル３から検体２を吸引・吐出する。

分注ノズル３を洗浄する場合は、洗浄槽１３に分注ノズル３を移動し、三方電磁弁８，１６を開き、電磁弁１０を開いて、分注ノズル３に残っている検体２とともに配管内を洗浄する。このときチャージタンク１７内部に蓄えられた圧力が開放され、分注ノズル３近傍から加圧された水を供給することで、圧力損失なく分注ノズル３内に洗浄水を流すことができる。そのため、短時間で洗浄することができる。

現在の自動分析装置では圧力センサを分注流路に備え、検体の吸引や吐出の圧力を検出して正常に吸引や吐出ができたかを判定し分析データの信頼性を高める機能を付随したものが多い。圧力センサは、性能やコストなどからダイヤフラム式が一般的に用いられているが、センサの感度を向上するためには、ダイヤフラム径をある程度大きくする必要がある。一方、ダイヤフラム径が大きいと、吸引時や吐出時にダンパ作用が生じ、分注精度に影響を及ぼす可能性がある。分注量が多い場合は、影響が無視できるが、分注量が微量の場合は、精度低下をまねいたり、高速化を阻害するなどの懸念がある。

図４は問題点を解決するために考案された分注流路の模式図である。
分注ノズル３が配管４と接続され、この配管４は分岐管５で配管６と配管２１に分岐され、配管２１は、電磁弁２２と圧力センサ２３を経由して三方電磁弁８に接続されている。配管６は三方電磁弁８に接続されている。三方電磁弁８のコモンポートはシリンジ９と繋がっている。シリンジ９は、電磁弁１０を介して、給水ポンプ１１と接続されている。

検体を吸引する場合は、三方電磁弁８の配管６側のポートを開き（配管７側は閉）、かつ電磁弁２２を開放し、プランジャ１２を移動させて、分注ノズル３から検体を吸引する。圧力センサ２３により吸引中の圧力を検出してフィブリン等の異物による詰まりや、サンプル不足などの検出を行う。

プランジャ１２の停止とともに、電磁弁２２を閉じ、分注ノズル３と圧力センサ２３の流路を遮断して、分注ノズル３を検体から上昇させ、分注ノズル３を反応容器に移動し吐出する。

すなわち、吸引中は圧力センサ２３と分注ノズル３の流路を接続して圧力監視を行い、吸引後に流路を閉じることでダンパ作用を排除できるので、分注精度の安定化に必要であった、ダンパ作用の制定待ち時間を短縮することができる。

吐出時においては、圧力センサ２３と分注ノズル３の流路は遮断されているために、ダンパ作用をうけず、高速化かつ微量分注の精度を確保することができる。

なお、前述した吸引動作は微量時にのみ適用し、分注量に応じて電磁弁２２を開放のまま吸引・吐出を行うなど、分注量や検体の液性によって制御を変えることも有効である。これによれば、電磁弁２２の開閉頻度を減らす効果もある。

分注ノズル３を洗浄する場合は、分注ノズル３を洗浄槽に移動させ、三方電磁弁８の配管７側のポートを開き（配管６側は閉）、電磁弁２２を開き、電磁弁１０を開いて、配管４に圧力をかけて、分注ノズル３に残っている検体とともに配管内を洗浄する。洗浄水は配管７を通過して、分注ノズル３から吐出される。配管７の圧力損失を小さく作り込むことで、ノズルの洗浄効率を高めることができる。圧力損失を小さくするには太く短くすればよい。

また、この流路に圧力センサがあるから、圧力センサ付近の気泡除去が容易となる。

配管６の気泡除去は、三方電磁弁８の配管６側のポートを開き（配管７側は閉）、電磁弁２２を閉じて、電磁弁１０を開放し、配管６に洗浄水を流す。この動作は、分注サイクルの洗浄工程で組合わせて入れ込んでもよいし、メンテナンス時に実施してもよい。

さらに、粘性の高いサンプルを分注する場合は、三方電磁弁８の配管７側のポートを開き（配管６側は閉）、電磁弁２２を開放し圧力損失を減らし、粘性の高いサンプルを安定して吸引・吐出することができる。

図５は、実施例４と同様な効果が得られる構成の例である。検体の吸引は、電磁弁１０と電磁弁２４を閉じ、電磁弁２２を開放し、プランジャ１２の移動により、分注ノズル３から検体を吸引する。このとき圧力センサ２３により吸引中の圧力を監視し吸引異常の検出を行う。

分注ノズル３の洗浄は、電磁弁１０と電磁弁２４と電磁弁２２を開放し２つの流路から配管４に圧力をかけて、分注ノズル３の洗浄を行う。

これら一連の分注シーケンスにより、実施例４で述べた通り微量分注の精度を確保することができ、かつ、分注ノズルの洗浄効率が高く、分注サイクルの高速化が図れる。

図６は、実施例４と同様な効果が得られる構成の例である。流路構成が図５と一部異なるが、吸引・吐出・洗浄の動作は実施例５と同一である。

図７は、実施例４と同様な効果が得られる構成の例である。

検体の吸引は、電磁弁１０と電磁弁２５を閉じ、電磁弁２２を開放し、プランジャ１２の移動により、分注ノズル３から検体を吸引する。このとき圧力センサ２３により吸引中の圧力を監視し吸引異常の検出を行う。

分注ノズル３の洗浄は、電磁弁１０と電磁弁２５と電磁弁２２を開放し２つの流路から配管４に圧力をかけて、分注ノズル３の洗浄を行う。

図８は、実施例４と同様の効果が得られる構成例である。

配管２８から配管２１までの流路の圧力損出は、配管６よりも小さく構成し、圧力センサ２３の気泡の除去を容易とする。

検体の吸引は、電磁弁１０と電磁弁２４を閉じ、電磁弁２２を開放し、プランジャ１２の移動により、分注ノズル３から検体を吸引する。このとき圧力センサ２３により吸引中の圧力を監視し吸引異常の検出を行う。

分注ノズル３を洗浄する場合は、分注ノズル３を洗浄槽に移動させ、電磁弁１０と電磁弁２４と電磁弁２２を開き、配管４に圧力をかけて、分注ノズル３に残っている検体とともに配管内を洗浄する。

配管６の気泡除去は、電磁弁２４を閉じて電磁弁１０を開放する。このとき電磁弁２２は開閉どちらの状態でもよい。

図９は、流路構成部品点数が少なく、微量分注に適した例である。

すなわち、吸引中は圧力センサと分注ノズル３の流路を接続して圧力監視を行い、吸引後に流路を閉じることでダンパ作用を排除できるので、分注精度の安定化に必要であった、ダンパ作用の制定待ち時間を短縮することができる。

吐出時においては、圧力センサと分注ノズル３の流路を遮断しているために、ダンパ作用をうけず、高速化かつ微量分注の精度を確保することができる。

分注ノズル３の洗浄は、電磁弁２２を閉じ、電磁弁１０を開放し配管４に洗浄水を流す。続いて、圧力センサ２３の気泡除去を行う。電磁弁１０と電磁弁２２と電磁弁２４を開放し、配管２６から、洗浄水を排水することで気泡も排出する。配管２１から配管２６の流路抵抗は、配管４から分注ノズル３の流路抵抗に対して小さく構成しておく。この気泡除去工程は、洗浄動作の前か後のタイミングとし、毎サイクル実施しても良い。装置立ち上げ後や分析開始前やメンテナンス動作で実施してもよい。

なお、分注量や検体の液性によって動作を切換えてもよい。ダンパ作用による誤差が問題とならない分注量では、電磁弁２２を開放したまま吸引・吐出を行うことで電磁弁２２の開閉頻度を減らすことができる。

これら一連の分注シーケンスにより、微量分注の精度を確保することができ、かつ、分注サイクルの高速化が図れ、圧力センサの気泡除去が容易にできる。

自動分析装置に使用する圧力センサは、吸引時に発生する数ｋＰａの負圧測定が目的であるが、分注ノズル３を効率よく洗浄するために、場合によっては数百ｋＰａの高い圧力を繰り返し受けるため、高い耐圧性が要求される。このため圧力センサのコスト低下や高感度化の妨げとなっている。

図４の圧力センサ２３は低耐圧で安価なものとする。吸引・吐出工程は実施例４と同じである。

分注ノズル３の洗浄工程は、三方電磁弁８の配管６側のポートを開き（配管７側は閉）、電磁弁２２を閉じ、電磁弁１０を開放することで圧力センサ２３に洗浄水圧力が加わらない状態をつくる。これにより圧力センサは高い耐圧性は不要となり、安価とできる。また、より高感度の圧力センサを使用することが可能となり、精度の高い吸引異常判定や、検体上に発生している泡の誤吸引判定など測定データの信頼性向上に寄与できる。

このように圧力センサに、分注ノズルの洗浄水圧がくわわらない構成は、図５，図６，図８，図９でも実施可能である。

１検体容器
２検体
３分注ノズル
４，６，７，２１，２６，２８配管
５，２７分岐管
８，１６三方電磁弁
９シリンジ
１０，１４，２２，２４，２５電磁弁
１１給水ポンプ
１２プランジャ
１３洗浄槽
１５バイパス流路
１７チャージタンク
２３圧力センサ

Claims

液体を吸引するノズルと、
該ノズル内の圧力を変化させる圧力変化機構と、
前記ノズルと前記圧力変化機構を接続する配管と、
を備えた液体分注機構を備えた自動分析装置において、
前記配管は、複数の配管からなり、該配管と前記圧力変化機構の接続部に該圧力変化機構と、前記複数の配管のうち、いずれの配管を接続するかを切換えるための切換弁を備えたことを特徴とする自動分析装置。
請求項１に記載の自動分析装置において、
前記配管の内径が配管毎に異なることを特徴とする自動分析装置。
請求項２に記載の自動分析装置において、
前記ノズル内の圧力を検出する圧力検出機構が、前記複数の配管のうち、いずれかの配管に設けられ、前記ノズルに液体を吸引する場合は、該圧力検出機構が設けられていない配管を介して前記ノズルが前記圧力変化機構に接続されるように前記切換弁を切換える切換機構を備えたことを特徴とする自動分析装置。
請求項３記載の自動分析装置において、
前記圧力検出機構が設けられている配管の該圧力検出機構の両端には、液流を制限する制限弁が設けられていることを特徴とする自動分析装置。
請求項２に記載の自動分析装置において、
前記ノズル内に液体を吸引する場合は、前記複数の配管のうち、内径の小さい配管が前記ノズルに接続され、前記ノズルに洗浄液を流す場合は、前記複数の配管のうち、内径の大きな配管が前記ノズルに接続されるように前記切換弁を切換える切換機構を備えたことを特徴とする自動分析装置。
請求項２に記載の自動分析装置において、
前記複数の配管のうち、内径が大きい配管に停止弁を介して加圧ポンプを接続したことを特徴とする自動分析装置。
請求項２に記載の自動分析装置において、
前記複数の配管のうち、内径が大きい配管の途中に圧力容器を接続したことを特徴とする自動分析装置。