JP2015227855A - 攪拌装置、攪拌方法および当該攪拌装置を備えた自動分析装置 - Google Patents
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Abstract
Description
tan-1(8V/πD3)/tan-1((ω2Lcosθ+g)sinθ/−(ω2Lsin2θ+gcosθ)の値が0.09以上0.135以下であって、かつ、
(σ/(ρ(ω4L2sin2θ+4gω2Lsin2θcosθ+g2)^(1/2))^(1/2)/Dの値が1以下となることを特徴とする自動分析装置。
φ=tan-1((a+g)の容器半径方向(x、y方法)成分/(a+g)の容器軸方向(z方向)成分)
毛管長κ-1は次式で表されると考えられ、反応液の表面張力と密度をそれぞれσとρとすると、毛管長κ-1は以下の式で表される。
κ-1=(σ/(ρ|a+g|))^(1/2)
なお、φとκ-1を計算するにあたり、単位質量あたりの慣性力a(ベクトル成分)を計算する必要がある。この力は、絶対座標系の運動方程式を反応容器に固定された座標系へ変換することにより、得ることができるが、非常に複雑な式となる。速度に依存する項は他の項と比較すると小さいため無視するなどの簡略化を行い、以下の式で十分に評価できる。すなわち、aは以下のようになる。
aの容器半径方向成分= ω2Lsinθcosθ
aの容器垂直方向成分=−ω2Lsin2θ
この時、重力加速度も同様に以下のようになる。
gの半径方向成分= gsinθ
gの垂直方向成分=−gcosθ
なお、式3と式4を用いれば、式1で示した反応容器底面に対する反応液の液面角度φ、ならびに式2で示した毛管長κ-1は、以下のようなる。
φ=tan-1((ω2Lcosθ+g)sinθ/(−(ω2Lsin2θ+gcosθ)))
κ-1=(σ/(ρ(ω4L2sin2θ+4gω2Lsin2θcosθ+g2)^(1/2)))^(1/2)
図5(a)のように、直径Dの容器を考え、液量Vの反応液が攪拌により液面が傾いた時の理想的な状態を図5(b)のように考える。回転により容器底面が露出する程度に液面が傾くとし、容器底面と液面との角度をΨとすると、容器直径Dと体積Vから角度ψは以下のようになる。
ψ=tan-1(8V/πD3)
低液量の反応液の攪拌を効率良く行うためには反応液自体を大きく移動する必要があり、そのためには、反応液の液面が容器底面を露出させる程度に傾斜させる必要がある。このことから、低反応液量反応液量攪拌はφとψの角度比で構成される値が重要な指標になると考えられ、これを傾斜角度パラメータαと定義した。
α≡ψ/φ
さらに、毛管長κ-1が容器直径Dに対してある程度以上大きいと反応容器の液面が容器底面を露出させることが困難となる。そこで、毛管長κ-1と直径Dの比で構成される値が重要な指標になると考えられ、これをキャピラリーパラメータχと定義した。
χ≡κ-1/D
各設計パラメータを様々な値に変化させ、評価パラメータである傾斜角度パラメータαとキャピラリーパラメータχのそれぞれの値に対する反応液の液面形状がどのようになるかを流体解析にて評価した。様々な攪拌機の構成を考慮するために、公転角速度ω、反応容器の直径D、回転中心と反応容器の底面との距離L、公転回転軸に対する反応容器の設置角度θ、反応液の液量V、反応液の密度ρ、反応液の表面張力σを変数として、解析を実施した。
0.09<χ<0.135 かつ α<1
上記のような傾斜角度パラメータαとキャピラリ―パラメータχを満足するように、反応容器攪拌装置2ならびに反応容器の形状および構成を設計することで、どのような液量であっても反応液の液面が容器底面を露出させる程度に傾斜させることができ、低液量の反応液の攪拌を効率良く行うことができる。
2 攪拌装置
3 回転駆動発生部
4 容器保持部
5 公転回転部
6 ベアリング
7 回転制御部材
100 分析装置
101 ラック
102 サンプル容器
103 サンプル分注ノズル
104 インキュベータディスク
105 反応容器
106 サンプル分注チップおよび反応容器攪拌搬送機構
107 サンプル分注チップおよび反応容器保持部材
109 サンプル分注チップおよび反応容器廃棄孔
110 サンプル分注チップ装着位置
111 試薬ディスク
112 試薬ディスクカバー開口部
114 試薬分注ノズル
115 反応液吸引ノズル
116 検出ユニット
117 ラック搬送ライン
118 試薬容器
119 制御部
120 データベース
Claims (9)
- 容器を自転回転および公転回転させることにより、当該容器内に収容された液体を攪拌する容器攪拌装置と、
前記容器内に収容された液体を吸引するための吸引ノズルと、
前記吸引ノズルによって吸引された液体を分析する分析装置と、
前記容器攪拌装置、吸引ノズルおよび分析装置の動作を制御する制御装置と、を備えた自動分析装置において、
前記容器攪拌装置は、
直径が3.0mm以下で、100uL以下の液体を収容可能な容器を保持可能な容器保持部を備え、
公転角速度をω[rad/s]、容器の直径をD[m]、回転中心と容器の底面との距離L[m]、公転回転軸に対する容器の設置角度をθ[rad]、液体の液量をV[m3]、液体の密度をρ[kg/m3]、液体の表面張力をσ[N/m]、重力加速度をg[m/s2]としたときに、
液面の角度を表わすパラメータとして、tan-1(8V/πD3)/tan-1((ω2Lcosθ+g)sinθ/(−(ω2Lsin2θ+gcosθ)))の値が0.09以上0.135以下であって、かつ、
表面張力の影響を表わすパラメータとして、((σ/(ρ(ω4L2sin2θ+4gω2Lsin2θcosθ+g2)^(1/2)))^(1/2))/Dの値が1以下となることを特徴とする自動分析装置。
- 請求項1記載の自動分析装置において、
前記容器保持部を相対的に回転可能に保持する公転回転部と、
前記公転回転部全体を回転駆動させる回転駆動部と、
前記公転回転の回転駆動に対して前記容器保持部の回転を抑制する回転抑制部材と、を備えたことを特徴とする自動分析装置。
- 請求項2記載の自動分析装置において、
前記容器保持部は前記公転回転部に対してベアリングを介して固定されていることを特徴とする自動分析装置。
- 請求項1記載の自動分析装置において、
前記容器攪拌装置の自転回転と公転回転の回転数が同じであって回転方向が逆であることを特徴とする自動分析装置。
- 請求項4記載の自動分析装置において、
前記回転数が3500min-1以上であることを特徴とする自動分析装置。
- 請求項1記載の自動分析装置において、
前記容器は反応液を収容した反応容器であって、
分析項目ごとに容器攪拌装置の攪拌条件を関連付けて記憶する記憶装置を備え、
前記制御装置は、前記反応容器内に収容された反応液に依頼されている分析項目について設定されている攪拌条件に基づいて、前記容器攪拌装置の攪拌条件を設定することを特徴とする自動分析装置。
- 請求項6記載の自動分析装置において、
前記攪拌条件は公転角速度であることを特徴とする自動分析装置。
- 容器を自転回転および公転回転させることにより、当該容器内に収容された液体を攪拌する方法において、
公転角速度をω[rad/s]、反応容器の直径をD[m]、回転中心と反応容器の底面との距離L[m]、公転回転軸に対する反応容器の設置角度をθ[rad]、反応液の液量をV[m3]、反応液の密度をρ[kg/m3]、反応液の表面張力をσ[N/m]、重力加速度をg[m/s2]としたときに、
容器の直径D<3.0mm以下であって且つ、反応液の液量Vが100uL以下であるときに、
液面の角度を表わすパラメータとして、tan-1(8V/πD3)/tan-1((ω2Lcosθ+g)sinθ/(−(ω2Lsin2θ+gcosθ)))の値が0.09以上0.135以下であって、かつ、
表面張力の影響を表わすパラメータとして、((σ/(ρ(ω4L2sin2θ+4gω2Lsin2θcosθ+g2)^(1/2)))^(1/2))/Dの値が1以下となることを特徴とする攪拌方法。
- 容器を自転回転および公転回転させることにより、当該容器内に収容された液体を攪拌する攪拌装置において、
公転角速度をω[rad/s]、反応容器の直径をD[m]、回転中心と反応容器の底面との距離L[m]、公転回転軸に対する反応容器の設置角度をθ[rad]、反応液の液量をV[m3]、反応液の密度をρ[kg/m3]、反応液の表面張力をσ[N/m]、重力加速度をg[m/s2]としたときに、
容器の直径D<3.0mm以下であって且つ、反応液の液量Vが100uL以下であるときに、
液面の角度を表わすパラメータとして、tan-1(8V/πD3)/tan-1((ω2Lcosθ+g)sinθ/(−(ω2Lsin2θ+gcosθ)))の値が0.09以上0.135以下であって、かつ、
表面張力の影響を表わすパラメータとして、((σ/(ρ(ω4L2sin2θ+4gω2Lsin2θcosθ+g2)^(1/2)))^(1/2))/Dの値が1以下となることを特徴とする攪拌装置。
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