JP2015114120A - 送液装置および送液装置の配管を液体で満たす方法 - Google Patents

送液装置および送液装置の配管を液体で満たす方法 Download PDF

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Abstract

【課題】送液装置のプライム動作において、配管内の気泡の有無を判断しやすくする。【解決手段】送液ポンプ32を運転し、内洗水を内洗水タンク26からノズル18に所定量送り、ノズル18から吐出させる。第1および第2電磁弁28,36を閉状態とし、配管20内に閉鎖空間を形成する。シリンジポンプ22を駆動して、閉鎖空間を加圧する。閉鎖空間内の圧力を圧力センサ30により検出し、圧力変化に基づき閉鎖空間内の気泡の有無を判断する。気泡が残留している場合、再度内洗水を送液し、気泡を流出させる。【選択図】図1

Description

本発明は、送液装置に関し、特に送液装置の配管を液体で満たすプライム動作に関する。
血液等の検体を分析する分析装置は、試薬、洗浄液等を配管を使用して送液する送液装置を有する。送液装置は、例えばノズルと、このノズルに配管を介して接続されたシリンジポンプとを有する。配管には液体が満たされ、シリンジポンプを動作させることにより配管内の液体が移動する。この液体の移動によりノズルの開口から試薬等を吸引し、またノズル開口から吐出することができる。液体、つまり非圧縮性の流体によりシリンジポンプの動作を伝達することで、試薬等の量を正確に計量することができる。しかし、配管内の液体が気泡を含んでいる場合、試薬等を吸引、吐出する際に気泡が膨張、圧縮して、正確な計量ができなくなる。
下記先行技術文献には、配管内の圧力を検出し、検出された信号の波形に基づき配管内の気泡の有無を判定する技術が記載されている。
特開2010−14490号公報
上記の先行技術文献においては、圧力検出において、配管がノズルにおいて開口している。このため、配管内の気泡の有無が圧力に十分反映されない場合がある。
本発明は、気泡の有無が圧力によく反映されるプライム動作を提供することを目的とする。
前述の課題を解決するために、本発明においては、配管に閉鎖空間を形成し、その閉鎖空間を加圧して、加圧に対する圧力変化を取得する。閉鎖空間を形成することで、配管内の気泡有無が圧力により直接的に反映される。
本発明は、ノズルに配管を介して接続された吸引吐出手段により配管内の第1の液体を移動させて、第1の液体を、または第1の液体を介して第2の液体をノズルから吐出およびノズルに吸引する送液装置における当該送液装置の配管内を第1の液体で満たす方法である。まず、配管内に第1の液体を送り、第1の液体を所定量送った後、配管内に閉鎖空間を形成する。次に、閉鎖空間を加圧し、閉鎖空間内の圧力変化を取得し、取得された圧力変化に基づき閉鎖空間内に気泡が残留しているかを判断する。そして、気泡が残留していると判断されると、閉鎖空間を開放し、再度第1の液体を所定量送る。
閉鎖空間を加圧するのに、配管内の第1の液体を移動させる吸引吐出手段を用いることができる。
また、本発明の他の態様である送液装置は、ノズルと、ノズルに第1配管を介して接続され、ノズルからの液体の吐出およびノズルへの液体の吸引を制御するシリンジポンプと、第1配管に第2配管を介して接続された液体源と、第2配管に設けられ、液体源から第1配管に向けて液体を送る送液ポンプと、第1配管を閉止状態とするための第1閉止手段と、第2配管を閉止状態とするための第2閉止手段と、第1配管に、または第2配管の第2閉止弁より第1配管側に配置され、配置対象の配管内の圧力を検出する圧力センサと、シリンジポンプ、送液ポンプ、第1閉止弁および第2閉止弁の動作を制御し、圧力センサの検出した圧力値を取得する制御部と、を有する。制御部は、第1配管および第2配管を液体で満たす工程において、送液ポンプに液体を送らせ、液体を所定量送った後、第1閉止手段および第2閉止手段を閉じて第1配管および第2配管内に閉鎖空間を形成し、シリンジポンプを吐出動作させ、取得した圧力値の変化に基づき第1配管内および第2配管内に気泡が残留しているかを判断し、気泡が残量している場合、第1閉止弁および第2閉止弁を開き、送液ポンプに液体を送らせる。
第1閉止手段を、ノズル、またはノズルと第1配管の接続部分に設けられた閉止弁とすることができる。また、第1閉止手段を、ノズルが当接することによりノズルの先端の開口を塞ぐ閉止パッドとすることができる。
第2閉止手段を、液体源と送液ポンプの間に設けられる閉止弁とすることができる。また、送液ポンプを、停止すると第2配管を閉止する機能を有するものとし、この送液ポンプを第2閉止手段とすることができる。
さらに、シリンジポンプを第1配管に接続するか、第2配管に接続するかを選択的に切り替える切替手段を設け、圧力センサを、第1配管と、第2配管の第2閉止手段より第1配管側のそれぞれの圧力を検出可能に構成し、制御部は、切替手段を制御して、シリンジポンプの吐出動作に液体の送出対象を選択して、第1配管内に形成された閉鎖空間と、第2配管内に形成された閉鎖空間の気泡の残留を別個に判断するようにできる。
配管に閉鎖空間を形成することにより、気泡の有無を正確に判断することができる。
本実施形態に係る送液装置の概略構成を示す図である。 ノズルに試薬を吸い込んだ状態を示す図である。 ピストン移動量または時間に対する圧力の変化を示す図である。 他の実施形態に係る送液装置の要部構成を示す図である。 更に他の実施形態に係る送液装置の要部構成を示す図である。
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図1は、送液装置10の概略構成を示す図である。送液装置10は、試薬タンク12内に貯留されている試薬を反応容器に移送する装置である。反応容器14には、検体容器16から所定量の検体が別の送液装置により分注され、反応容器14内で検体と試薬の反応が進む。
送液装置10は、ノズル18と、配管20を介してノズル18に接続されるシリンジポンプ22を含む。配管20は分岐点24にて分岐しており、分岐したもう一方の端は、内洗水を貯留する内洗水タンク26に達している。以降、ノズル18からシリンジポンプ22に至る配管を第1配管20a、分岐点24から内洗水タンク26に至る配管を第2配管20bと記す。ノズル18は金属製などの剛体の管であり、第1配管20aはシリコーン樹脂などの屈曲可能な樹脂製とすることができる。第1配管20aの先端にノズル18が差し込まれて両者が接続されている。この接続部分に、第1電磁弁(第1閉止手段)28が設けられる。第1電磁弁28は、第1配管20a上のできる限りノズル18に近い位置に設けられることが望ましい。第1電磁弁28は、開状態と閉状態に切り替え可能な弁であり、閉状態において第1配管20aを閉止する。第1配管20aを閉止するために、ノズル18に弁などの閉止手段を設けてもよい。第1配管20aには、第1配管20a内に圧力を検出するための圧力センサ30が配置される。シリンジポンプ22は、シリンダ22aと、シリンダ22a内を往復動可能なピストン22bを含む。ピストン22bの往復運動により、シリンダ22aとピストン22bで画定された空間の容積が増減し、シリンジポンプ22が液体を吸引および吐出する。
第2配管20bには、内洗水を内洗水タンク26から第1配管20aに向けて送る送液ポンプ32と、内洗水を所定の温度に加熱するヒータ34が配置される。さらに、第2配管20bには、開状態と、閉状態に切り替え可能な2個の電磁弁36,38が配置される。第2電磁弁(第2閉止手段)36は、送液ポンプ32およびヒータ34より内洗水タンク26側に配置することができ、閉状態において第2配管20bを閉止する。第3電磁弁38は、分岐点24の近傍、または分岐点24とヒータ34の間に配置され、閉状態において第2配管20bを閉止する。
さらに、送液装置10は、送液装置10の構成要素、例えば、シリンジポンプ22、第1〜第3電磁弁28,36,38、送液ポンプ32の動作を制御する制御部40を有する。制御部40は、シリンジポンプ22のピストン22bの移動速度および移動量を制御することができる。また、送液ポンプ32の運転、停止を制御することができる。さらに、第1〜第3電磁弁28,36,38について、各個に開閉を制御することができる。
また、制御部40は、送液装置10に設けられたセンサ、例えば圧力センサ30の出力信号を受信する。制御部40は、受信された出力信号に基づき、その信号に対応する物理量の測定値を算出する。圧力センサ30からの信号においては、第1配管20a内の圧力が算出される。圧力センサ30は、第2配管20bの、分岐点24から第2電磁弁36の間に配置してもよい。この位置であっても、第3電磁弁38を開いていれば第1配管20a内の圧力を検出することができる。
次に、送液装置10の動作について説明する。検体と試薬を反応させるための動作の前に、配管20内を内洗水で満たす、いわゆるプライム動作を行う。プライム動作において、第1〜第3の電磁弁28,36,38を全て開状態とし、送液ポンプ32を駆動し、内洗水タンク26の内洗水をノズルに向けて送り、ノズル18から吐出させる。配管20内に残留する気泡がなくなるまで、プライム動作を行う。プライム動作については、後に詳述する。
プライム動作終了後、検体の分析のために、試薬を試薬タンク12から反応容器14に移送する動作(試薬移送動作)を行う。まず、第3電磁弁38を閉じ、そしてシリンジポンプ22を吸引動作させて、ノズル18から空気を吸い込み、ノズル18の先端に空気層を形成する。次に、ノズル18を不図示の駆動機構により、試薬タンク12へと移動させ、ノズル18の先端を試薬タンク12内の試薬に接触させる。ノズル18先端を試薬に接触させた状態でシリンジポンプ22を吸引動作させ、第1配管20a内の内洗水をシリンジポンプ22内に吸引する。この吸引により、ノズル18内の内洗水の端面が更に上昇し、同時に試薬がノズル18内に吸引される。
図2は、ノズル18に試薬が吸い込まれた状態を示す図である。ノズルの基端側(図において上側)には、内洗水42が位置し、空気層44を介してノズルの先端側(図において下側)に試薬46が位置する。空気層44が介在することにより、内洗水42と試薬46の混合が防止される。ピストン22bの移動量に応じた量の試薬46をノズル18に保持することができる。
試薬46がノズル18に保持された状態で、ノズル18を移動し、反応容器14内に差し入れる。シリンジポンプ22を今度は吐出動作させ、ノズル18から試薬46を反応容器14内へ吐出する。このように、内洗水(第1の液体)を配管20内で移動させ、内洗水を介して試薬をノズルから吸引し、またノズルから吐出させる。内洗水は、シリンジポンプ22の吸引、吐出動作を、ノズル18の先端に伝達する媒介液として機能する。
試薬46の吐出が終了したら、ノズル18を排出位置まで移動させる。一方、第3電磁弁38を開き、送液ポンプ32を動作させて、ノズル18から所定量の内洗水を排出し、ノズル18内の洗浄を行う。洗浄終了後、次の検体に対する試薬移送動作のために、第3電磁弁38を閉じて、シリンジポンプ22を吸引動作して、ノズル18に空気を吸い込む。複数の検体に対して、試薬移送動作を繰り返す。
試薬移送動作において、第1配管20a内に気泡が残っていると、気泡がシリンジポンプ22の動作につれて膨張、圧縮し、シリンジポンプ22の動作がノズル先端の内洗水の端面に正確に伝わらない可能性がある。したがって、プライム動作において、配管20a内の気泡を確実に排除する必要がある。また、第2配管20b内の気泡も排除されることが望ましい。試薬移送動作の最後において、送液ポンプ32により内洗水が第1配管20aに送出されるときに、内洗水と共に気泡も送られることがないようにするためである。
従来、内洗水を十分長い時間、流し続け、この時間が経過したことをもって気泡がなくなったとして、プライム動作を終了していた。この内洗水を流す時間は、余裕を持った長さに設定されているために、実際には、早期に気泡が排出されている場合も多い。この場合、時間も無駄であるし、排出された内洗水も無駄になる。この送液装置10においては、配管20内に気泡が残留しているかを判定し、その判定に基づきプライム動作を継続するか、終了するかを判断している。
プライム動作について詳述する。制御部40は、第1〜第3の電磁弁28,36,38を全て開状態に制御する。そして、送液ポンプ32を動作させ、内洗水タンク26の内洗水をノズルに向けて送り、ノズル18から吐出させる。これと同時に、制御部40は、シリンジポンプ22を吸引および吐出動作させてよい。これにより、シリンジポンプ22内の空気の排出が促進される。送液ポンプ32を所定時間、例えば30〜60秒動作させ、その後第1および第2電磁弁28,36を閉状態に制御する。第1および第2電磁弁28,36を閉状態とすることで、第1配管20aと、第2配管20bの分岐点24から第2電磁弁36の間が、閉鎖された空間となる。また、2個の電磁弁28,36が閉状態となったときに、シリンジポンプ22内の空間が所定量確保されるようにピストン22bの位置が制御される。
次に、制御部40は、シリンジポンプ22に対し、吐出動作するよう制御する。これにより、配管20内に形成された閉鎖空間が加圧される。制御部40は、シリンジポンプ22の動作中、ピストン22bの位置と圧力センサ30の出力信号を逐次取得し、ピストンの移動量に対する閉鎖空間内の圧力変化を算出する。
図3は、ピストン22bの移動量sに対する閉鎖空間内の圧力Pの変化を示す図である。ピストン22bの移動が一定速度で行われる場合、ピストン移動量sを時間tと見ることができる。図3は、閉鎖空間内の気泡の有無による圧力変化の違いを示しており、実線が気泡がない場合を示し、破線が気泡が残留している場合を示している。気泡が残留している場合、気泡がない場合に比べてピストン移動量sに対する圧力変化は小さくなる。気泡が残留しているか否かは、所定の圧力P1 に達するピストン移動量sまたは時間tに基づき判断することができる。つまり、制御部40は、所定の圧力P1 に達するピストン移動量がs1 以下(時間がt1 以下)であれば、気泡が残留していないと判定する。所定の圧力P1 に達するまでのピストン移動量がs1 を超えていれば、例えばs2 (時間の場合t2 )であれば、気泡が残留していると判定する。
また、あるピストン移動量s1 (時間t1 )に達したときの圧力Pに基づき気泡が残留しているか否かを判断することができる。制御部40は、ピストン移動量sがs1 (時間の場合t1 )に達したとき、圧力PがP1 以上であれば気泡がないと判定し、圧力がP1 未満、例えばP2 であれば、気泡が残留していると判定する。
気泡の残留がないとされた場合、試薬移送動作に移行する。一方、気泡が残留しているとされた場合、再び送液ポンプ32による内洗水の送液を行う。つまり、第1および第2電磁弁28,36を開状態に制御し、送液ポンプ32を駆動して内洗水タンク26から内洗水をノズル18に送り、ノズル18から吐出させる。このとき、シリンジポンプ22を往復動作させてよい。内洗水を送液する時間は、前回と同じとすることができる。気泡の残留がないとされるまで、この内洗水の送液と、上述の気泡残留の判定を繰り返す。内洗水の1回の送液時間は、1回目を長くし、2回目以降を短くすることができる。また、繰り返し回数の上限を定め、この上限回数に達した場合、異常の報知をするようにしてもよい。
内洗水を送る時間は、気泡の残留量に応じて変更してもよい。気泡の残留量は、ピストン移動量sが所定値s1 に達したときの圧力Pによって判定してよい。このときの圧力Pが小さいほど、気泡の残留量が多いと判断し、残留量が多いとき、より長い時間、内洗水を送るようにしてよい。また、所定の圧力P1 に達するピストン移動量sが大きいほど気泡の残留量が多いと判断することもできる。
送液ポンプ32が、停止状態において送液ポンプ32内で流路を閉止する機能を有する場合、第2電磁弁36を設けずに送液ポンプ32を第2配管20bに設けられた閉止手段(第2閉止手段)とすることができる。
図4は、他の実施形態の要部を示す図である。この実施形態は、図1に示す第1電磁弁28に替えて、ノズル18の先端を塞ぐ閉止パッド50(第1閉止手段)を備えている。他の構成については、図1に示す実施形態と同様であり、それらの説明は省略する。閉止パッド50は、送液装置10の所定位置に固定配置される。また、閉止パッド50は、柔軟性があるが、液体は透過しない材料、例えばゴムにより形成され、その形状は例えば平たい板形状である。配管20に閉鎖空間を形成する際、ノズル18を移動させ、その先端を閉止パッド50に当接させる。これにより、ノズル18の先端開口が塞がれる。これと並行して第2電磁弁36または送液ポンプ32を閉状態とすることにより、配管20内が閉鎖空間となる。また、閉止パッド50のノズル18が当接する位置に、ノズル18が嵌まる窪みを設け、窪みの側壁面とノズル先端の外周面が密着するようにしてもよい。これにより、ノズル18と閉止パッド50の密着性が高まる。閉止パッド50は、送液装置10に対して着脱可能として、プライム動作の前に交換することが望ましい。
図5は、他の送液装置60の概略構成を示す図である。送液装置60は、反応容器14内、および反応容器14に収容された磁性粒子62を洗浄するために内洗水を送る装置である。ノズル18を反応容器14内に挿入し、シリンジポンプ22の動作によりノズル18から内洗水を吐出し、またノズル18に内洗水を吸引して、洗浄を行う。送液装置60の場合は、内洗水がシリンジポンプ22の動作を伝え、かつノズル18から吐出され、ノズル18に吸引される。
送液装置60は、送液装置10に設けられた第3電磁弁38を有さず、代わりに第1配管20aと第2配管20bの分岐点に三方弁64が設けられている。三方弁64は、制御部66により制御される。制御部66は、制御部40と同様、送液装置60の構成要素、例えば、シリンジポンプ22、第1〜第2電磁弁28,36、送液ポンプ32の動作も制御する。送液装置60は、第1配管20aに設けられた第1圧力センサ68と、第2配管20bに設けられた第2圧力センサ70を有する。これらの圧力センサ68,70の出力信号は、制御部66に送られる。また、一つの圧力センサを設け、この圧力センサの圧力検出対象が、三方弁64の切り替えに合わせて切り替えられてもよい。
送液装置60は、第1配管20aと第2配管20bを別々に閉鎖空間とすることができる。三方弁64をノズル18とシリンジポンプ22が連通し、送液ポンプ32に対しては遮断するよう制御すると、第1配管20aを第2配管20bから独立した閉鎖空間とすることができる。三方弁64をシリンジポンプ22と送液ポンプ32が連通し、ノズル18に対しては遮断するように制御すると、第2配管20bを第1配管20aから独立した閉鎖空間とすることができる。このように、三方弁64は、シリンジポンプ22を第1配管20aに接続するか、第2配管20bに接続するかを選択的に切り替える手段として機能する。
第1配管20aが独立した閉鎖空間とされた状態で、シリンジポンプ22により加圧を行い、第1圧力センサ68の検出する圧力を取得することで、第1配管20a内に気泡が残留しているか判断できる。また、第2配管20bが独立した閉鎖空間とされた状態で、シリンジポンプ22により加圧を行い、第2圧力センサ70の検出する圧力を取得することで、第1配管20a内に気泡が残留しているか判断できる。気泡の残留に関する判定は、送液装置10の場合と同様である。第2配管20bに気泡が残留している場合は、第1配管20aのみに気泡が残留している場合よりも、次の送液ポンプ32の動作時間を長くすることができる。これは、ノズル18の先端までの距離は、第1配管20aよりも第2配管20bの方が長いので、気泡が排出される時間が長くなると考えられるためである。
三方弁64が三方向に対して開状態とすることができる場合、送液装置10と同様、第1配管20aと第2配管20bを一体の閉鎖空間として、気泡の残留を判断することができる。また、送液装置60においても、気泡の残留量に応じて内洗水の送液時間を変えてもよい。また、送液装置60においても、第1電磁弁28に替えて、閉止パッド50にてノズル18を塞いで第1配管20aに閉鎖空間を形成してもよい。
10,60 送液装置、14 反応容器、18 ノズル、20 配管、20a 第1配管、20b 第2配管、22 シリンジポンプ、26 内洗水タンク、28 第1電磁弁、30 圧力センサ、32 送液ポンプ、36 第2電磁弁、40,66 制御部、50 閉止パッド、68 第1圧力センサ、70 第2圧力センサ。

Claims (8)

  1. ノズルに配管を介して接続された吸引吐出手段により配管内の第1の液体を移動させて、第1の液体を、または第1の液体を介して第2の液体をノズルから吐出およびノズルに吸引する送液装置における当該送液装置の配管内を第1の液体で満たす方法であって、
    配管内に第1の液体を送るステップと、
    第1の液体を所定量送った後、配管内に閉鎖空間を形成するステップと、
    閉鎖空間を加圧し、閉鎖空間内の圧力変化を取得するステップと、
    取得された圧力変化に基づき閉鎖空間内に気泡が残留しているかを判断するステップと、
    気泡が残留していると判断されると、閉鎖空間を開放し、再度第1の液体を所定量送るステップと、
    を有する方法。
  2. 請求項1に記載の方法であって、圧力変化を取得するステップにおいて、閉鎖空間の加圧は、前記吸引吐出手段を用いて行われる、方法。
  3. ノズルと、
    ノズルに第1配管を介して接続され、ノズルからの液体の吐出およびノズルへの液体の吸引を制御するシリンジポンプと、
    第1配管に第2配管を介して接続された液体源と、
    第2配管に設けられ、液体源から第1配管に向けて液体を送る送液ポンプと、
    第1配管を閉止状態とするための第1閉止手段と、
    第2配管を閉止状態とするための第2閉止手段と、
    第1配管に、または第2配管の第2閉止手段より第1配管側に配置され、配置対象の配管内の圧力を検出する圧力センサと、
    シリンジポンプ、送液ポンプ、第1閉止手段および第2閉止手段の動作を制御し、圧力センサの検出した圧力値を取得する制御部と、
    を有し、
    第1閉止手段と第2閉止手段により閉止されると、第1配管および第2配管内に閉鎖空間が形成され、
    制御部は、第1配管および第2配管を液体で満たす工程において、
    送液ポンプに液体を送らせ、
    液体を所定量送った後、第1閉止手段および第2閉止手段を閉じ、
    シリンジポンプを吐出動作させ、
    取得した圧力値の変化に基づき第1配管内および第2配管内に気泡が残留しているかを判断し、
    気泡が残量している場合、第1閉止手段および第2閉止手段を開き、送液ポンプに液体を送らせる、
    送液装置。
  4. 請求項3に記載の送液装置であって、第1閉止手段が、ノズル、またはノズルと第1配管の接続部分に設けられた閉止弁である、送液装置。
  5. 請求項3に記載の送液装置であって、第1閉止手段が、ノズルが当接することによりノズルの先端の開口を塞ぐ閉止パッドである、送液装置。
  6. 請求項3〜5のいずれか1項に記載の送液装置であって、第2閉止手段は、液体源と送液ポンプの間に設けられる閉止弁である、送液装置。
  7. 請求項3〜5のいずれか1項に記載の送液装置であって、送液ポンプは停止すると第2配管を閉止する機能を有し、第2閉止手段が送液ポンプである、送液装置。
  8. 請求項3〜7のいずれか1項に記載の送液装置であって、
    シリンジポンプを第1配管に接続するか、第2配管に接続するかを選択的に切り替える切替手段を有し、
    前記圧力センサは、第1配管と、第2配管の第2閉止手段より第1配管側のそれぞれの圧力を検出可能に配置され、
    制御部は、切替手段を制御して、シリンジポンプの吐出動作に液体の送出対象を選択して、第1配管内に形成された閉鎖空間と、第2配管内に形成された閉鎖空間の気泡の残留を別個に判断する、
    送液装置。
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