JP2017026469A - 自動分析装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ペルチェ素子の安定した稼動を、簡便、省スペース、省コストな機構で実現することにより、外気温の変化によらず安定して温度を調節できる自動分析装置を提供する。
【解決手段】熱伝達ブロック16の温度を間欠的に制御する、例えば、置換液電磁弁28の開閉制御に基づいて、熱伝達ブロック16の温度を制御する。より具体的には、反応容器に吐出する置換液を格納する置換液槽12と、置換液槽12を一定の温度に調節するためのペルチェ素子13と、ペルチェ素子13を冷却または加熱する熱伝達ブロック16と、置換液槽12へ液体の流入を制御する置換液電磁弁28と、熱伝達ブロック16の温度を間欠的に制御する制御部30と、を備える。
【選択図】図2

Description

本発明は、血液等の生体サンプル成分を自動で分析する自動分析装置に関し、特に生体サンプル内の不純物を除去する生体サンプル置換ユニットの吐出液温度調節機構に関する。
免疫反応を利用して血液や尿などの検体中の特定成分を自動で分析する自動分析装置が知られている。この免疫反応を利用した免疫分析法では、抗原抗体反応により測定対象成分と標識物質を結合させ、標識物質から得られる、たとえば、発光、吸光などの信号により、当該物質の定量や定性を行う。
この際、過剰に加えられた標識物質を除去するために、対象物質と結合していない標識物質を除去するB/F(Bound/Free)分離という操作が行われる。
自動分析装置では、B/F分離を自動的に行うために磁性粒子を使用した方法などがとられている。
磁性粒子を使用したB/F分離では、測定対象物質と標識物質が結合した免疫複合体にさらに磁性粒子を結合させ、磁石で磁性粒子を吸着させるなどしてB/F分離を行う。
B/F分離では、対象物質と結合していない不要な標識物質をノズルなどにより吸引して除去し、置換液を分注して検体中の反応液の置換を行う。この方法は自動化に向いているため、自動分析装置で広く用いられている。
ここで、置換液は置換液槽に貯水され、ペルチェ素子などを用いて適切な温度に調節されている。吐出する置換液の温度は、その後の反応すなわち検出結果の再現性及び感度向上に関わり、装置が使用される環境の温度である環境温度の影響によらず一定の温度に調節することが重要であるからである。
置換液槽などの金属部材等を環境温度によらず一定の温度に調節するにあたり、たとえば、特許文献1には、装置内の恒温槽水の配水管を用いて、金属部材を一定の温度に調節している自動分析装置が開示されている。特許文献1では、恒温槽水が通る配水管を調節対象である金属部材に接触させ、恒温槽水を循環することで金属部材の温度を環境温度によらず一定に調節している。
特許第5487324号明細書
従来の吐出液温度調節機構では、環境温度が温度調節対象の目標温度より高い場合、ペルチェ素子の吸熱面において置換液槽を冷却し、ペルチェ素子の放熱面においては、伝熱によって放熱を行っている。環境温度が目標温度より低い場合は、吸熱面を放熱面に、放熱面を吸熱面となるように電流の極性を反転し逆に動作させる。
より幅広い環境温度に対応して十分に温度調節要求を満たすことができるようにするために、ペルチェ素子からの伝熱を補助することが求められている。
例えば、環境温度が高い場合、ペルチェ素子の放熱面から置換液槽およびペルチェ素子が固定されるベースに伝わる熱の飽和を防ぐことにより、ペルチェ素子の冷却能力を安定して機能させることが可能である。特許文献1では、恒温槽の循環水を引き回し、恒温槽水が通る配水管を調節対象である金属部材に接触させ対象の温度を調節している。特許文献1では循環水によって常に対象の温度を調節しているが、常に循環水を流し続けるため、コストおよびエネルギーを要する。したがって、更に省コスト、省エネルギーで温度を調整することが求められている。
本発明の目的は、機構を簡便にし、省スペース、省コストな構成によって、吐出液温度調節機構のペルチェ素子の放熱または吸熱機能を損なうことなく、ペルチェ素子の安定した稼動を実現することで、外気温の変化によらず安定して温度を調節できる自動分析装置を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明は、熱伝達ブロックの温度を間欠的に制御する、例えば、置換液電磁弁の開閉制御に基づいて、熱伝達ブロックの温度を制御する。
より具体的には、反応容器に吐出する置換液を格納する置換液槽と、置換液槽を一定の温度に調節するためのペルチェ素子と、ペルチェ素子を冷却または加熱する熱伝達ブロックと、置換液槽へ液体の流入を制御する置換液電磁弁と、熱伝達ブロックの温度を間欠的に制御する制御部と、を備える。
本発明によれば、温度調節機構のペルチェ素子の放熱または吸熱機能を損なうことなく、ペルチェ素子の安定した稼動を実現でき、外気温の変化によらず安定して温度を調節可能な自動分析装置を、機構を簡便にし、省スペース、省コストな構成によって、実現することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
吐出液温度調節機構を有する自動分析装置の構成を示す構成図である。 吐出液温度調節機構の構成を示す構成図である。 吐出液温度調節機構に接続された置換液電磁弁、冷却水電磁弁の開閉タイムチャートを示す概念図である。 実施例2における、吐出液温度調節機構の補助ブロック内配水管に装置内恒温槽の循環水を流す構成を示す構成例である。 実施例3における、吐出液温度調節機構のベースにヒートシンクおよびファンによる冷却機構を設けた構成を示す構成例である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は可能な限り省略する。
図1は、本実施例に係る吐出液温度調節機構を備える自動分析装置の概略構成図である。自動分析装置とは、以下詳述する通り、試料と試薬を反応容器内で混合撹拌し、反応させて得られる反応液の光学特性を測定する装置である。なお、図1の各部の機能は公知であるため、詳細についての記述は省略する。
自動分析装置は主に、検体投入部、容器設置部、試薬架設部、反応部、液置換部、分析部から構成されている。検体投入部は検体分注ノズル106、検体容器117、検体容器をのせる検体搬送ラック118およびチップ装着場所119を備える。容器設置部は反応容器107、反応容器が複数設置された容器ホルダ121、検体分注用チップ108、検体分注用チップが複数配置された検体分注用チップホルダ110および搬送機構111からなる。試薬架設部101は、試薬分注ノズル103、試薬攪拌機構112、攪拌棒洗浄機構113、試薬ノズル洗浄機構114、試薬容器115で構成される。反応部は、反応ディスク102および検体分注場所120を備える。液置換部は、吐出液温度調節機構11、吐出ノズル22と吸引ノズル23をもつ液置換機構21、ノズル洗浄槽24、磁気分離部31、再分散用攪拌装置41、グリッパ109、から構成されている。分析部は、反応検出部104および反応液を吸引、吸引するシッパ105からなる。
自動分析装置の基本的動作について説明する。
検体投入部および容器設置部では、始めに容器ホルダ121に設置された容器107が搬送機構111により反応ディスク102上に設置される。検体は試験管などの検体容器117に入れられており、検体搬送ラック118に載せられて検体吸引場所まで運ばれる。
検体分注用チップホルダ110に設置された検体分注用チップ108は、搬送機構111によりチップ装着場所119に運ばれる。ここで検体分注ノズル106の先端に検体分注用チップ108が装着される。
次に、検体分注用チップ108を装着した検体分注ノズル106により検体が吸引され、検体分注場所120で反応ディスク102上の容器107に吐出される。検体分注後の検体分注用チップ108は図示されていない廃棄箱に廃棄される。
試薬架設部101には、複数の試薬容器115が設置されている。試薬分注ノズル103は回転と上下移動が可能であり、試薬分注ノズル103の先端を所定の試薬容器内の試薬に浸漬して、所定量の試薬を吸引する。試薬分注後の試薬分注ノズル103は試薬分注ノズル洗浄機構114により洗浄される。また、試薬撹拌機構112にて試薬を撹拌することで液体中の沈殿を防いでいる。試薬攪拌後の攪拌棒112は攪拌棒洗浄機構113により洗浄される。
次に、試薬分注ノズル103は上昇した後に、反応ディスク102の所定位置の上方に回転移動して、容器107に試薬を吐出する。
試薬が分注された検体は、反応部の反応ディスク102上で所定の時間反応が行われる。その後、グリッパ109により、容器107は磁気分離装置31に移動される。
液置換部では、まず磁気分離装置31により反応液の磁気分離を行い、液置換機構21により吐出ノズル22と吸引ノズル23を容器107上に搬送する。吸引ノズル23で不要溶液を吸引して除去し、吐出ノズル22で置換液を吐出して反応液の置換を行う。置換液は吐出液温度調節機構11内の置換液槽12に格納されており、置換液槽12において温度調節される。また、吸引ノズル23はノズル洗浄槽24により洗浄される。
その後、グリッパ109により攪拌装置41に搬送され反応液の攪拌を行う。攪拌後、再びグリッパ109により容器107は反応ディスク102へ搬送される。
さらに、反応ディスク102上で所定の時間反応させた後、分析部に設置したシッパ105により反応液を反応検出部104に流して、反応液からの信号の検出を行う。また、シッパ105は、あらかじめ決められた動作指示に従い、反応液のほかに緩衝液と検出流路洗浄溶液をそれぞれ吸引する。
次に、図2により、本実施例の吐出液温度調節機構の構成および基本動作について説明する。以下実施例では、環境温度が目標温度より高い場合の例として説明するが、環境温度が目標温度より低い場合には以下の説明で「冷却」を「加熱」と読み替えることにより同様に本実施例の適用が可能である。以下では、配水管を通る液体やファンによる風など、間接的にペルチェ素子13の温度を変化させる要因を熱交換媒体と定義する。ここで「間接的に」とはペルチェ素子が固定された部材を冷却することを意味する。
吐出液温度調節機構11は液置換部に配置され、反応液の置換を行って分析性能の向上を図っている。図2において、吐出液温度調節機構11は、置換液を貯水する置換液槽12と、置換液槽を一定の目標温度に冷却するペルチェ素子13とそのペルチェ素子からの放熱を受けて外部に放出するベース14と冷却水配水管15を埋め込んだ補助ブロック16とから構成されている。なお、ベース14と補助ブロック16を合わせて熱伝達ブロックと称することもできる。
置換液槽には、置換液を供給するためのジョイント(IN)17と置換液を吐出するためのジョイント(OUT)19が組みつけられている。ジョイント(IN)17は、チューブ(IN)18によって、置換液電磁弁28を中継し置換液吐出用のシリンジ25に接続されている。ジョイント(OUT)19はチューブ(OUT)20によって置換液吐出ノズル22に接続されている。置換液電磁弁28の開閉により置換液槽への置換液の流入が制御される。
また、置換液槽12にはサーミスタ(図示無し)が配置され、置換液槽12および置換液槽12内の温度を計測している。
冷却水配水管15を埋め込んだ補助ブロック16は、ベース14に接触可能な構造となっている。補助ブロック16の冷却水配水管15は吸引ノズル洗浄槽24の洗浄水供給部27とその洗浄水を供給するための洗浄水用ポンプ26に冷却水電磁弁29を中継して接続される。冷却水配水管15に循環される冷却水としての洗浄水は冷却水電磁弁29により冷却水配水管15への流入が制御される。
置換液電磁弁28および冷却水電磁弁29は、制御部30によって開閉を制御されている。後述の通り、制御部30は置換液電磁弁28および冷却水電磁弁29の開閉を制御することで、補助ブロック16の温度を間欠的に制御することができる。また、後述の通り、置換液電磁弁28の開閉制御に基づいて冷却水電磁弁29を開閉して補助ブロックの温度を制御する。
図2の吐出液温度調節機構の動作について説明する。
検体が分注された容器107がグリッパ109により磁気分離部31に搬送され磁気分離を行った後、容器107内の不要溶液は反応液吸引ノズル23によって吸引される。
反応液吸引ノズル23は、吸引ノズル洗浄槽24上部に移動し、吸引した不要溶液を捨てた後水洗される。このとき、吸引ノズル洗浄槽24には、洗浄水用ポンプ26により押し出された洗浄水が冷却水電磁弁29、冷却水配水管15、洗浄水供給部27をとおり、吸引ノズル洗浄槽24の矢視方向32に流れ出る。その洗浄水が冷却水配水管15をとおることで、補助ブロック16の熱を奪い、補助ブロック16自身の温度を下げる。そして、温度が低下した補助ブロック16は接触しているベース14から熱を奪う。
反応液吸引ノズル23を洗浄後、置換液吐出ノズル22が容器107上部に移動する。
次に、置換液吐出用シリンジ25によって押し出された置換液が置換液電磁弁28、チューブ(IN)18、ジョイント(IN)17を通り、置換液槽12に供給される。そして、置換液槽12内の液体は供給された液体の液量分押し出され、ジョイント(OUT)19、チューブ(OUT)20を通り、置換液吐出ノズル22から吐出される。
ここで、新たに供給される液体は温度調節されていないため、環境温度と同程度の温度となっている。例えば、環境温度が置換液槽内の温度より高い場合、置換液槽12内の温度を上昇させる。その温度の上昇を置換液槽12内のサーミスタによって計測し、ペルチェ素子13を冷却動作させ、置換液槽12を冷却する。このときペルチェ素子13の放熱面からベース14に熱が伝えられるが、ベース14はすでに補助ブロック16により熱を奪われているため、熱が飽和する状況を回避することが出来る。
上記した、反応液吸引、反応液吸引ノズル洗浄、置換液吐出ノズル移動、置換液吐出までを1サイクルとし、これが複数回繰り返される。
図3に、1サイクル内で置換液電磁弁28、冷却水電磁弁29がそれぞれ開放されるタイミングを示す。まず、反応液を吸引したあと、その吸引ノズルを洗浄するために、冷却水電磁弁29が開く。このステップで、洗浄水配水管15を流れる洗浄水により補助ブロック16およびベース14が冷却される。洗浄が終わると冷却水電磁弁29を閉じる。
反応液吸引ノズルを洗浄後、置換液吐出ノズル22が反応容器上に移動し、置換液電磁弁28を開くと、置換液吐出ノズル22から置換液が吐出される。このとき十分冷却されていない置換液が置換液槽12に流入し、置換液槽12の温度が上昇するが、ベース14および補助ブロック16が事前に冷却されているので、ペルチェ素子の動作により直ちに置換液槽12を冷却することができる。
このように、1サイクル内に必ず反応液を吸引する動作と置換液を吐出する動作が含まれており、置換液を吐出する動作を行う前に反応液を事前に吸引する動作を行うため、置換液電磁弁28が開く前に冷却水電磁弁29は開くことになる。つまり、1サイクル内で置換液電磁弁28と冷却水電磁弁29の開閉タイミングが連動しているともいえる。ここで、連動しているとは、同時に開閉することを意味するのではなく、一方の動作後所定の時間内または所定の処理ステップ内に他方の動作が行われることを意味する。本実施例では、冷却水電磁弁29を常時開き、冷却水を継続的に流し続けるのではなく、間欠的に、すなわち必要とされるタイミングで冷却をおこなっている点が特徴の一つである。
上記サイクルをもう一度繰り返した後、容器107を反応ディスク102にグリッパ109で搬送する。
以上の構成によれば、ペルチェ素子13の放熱面に熱が飽和しないため、置換液槽12の冷却面が温度上昇することはない。これによって、安定して温度調節要求を満たすことが可能となる。また、本実施例によれば、補助ブロック16の冷却水配水管15を通る洗浄水で冷却を行うので、冷却水を別途用意する必要が無く水の使用量を減らすことができる。また、装置内部の既存の配水を引き回している構成であるため、新たな構成を追加することなく省スペース、省コストで当該効果を実現できる。
また、別の効果として、さらに、冷却水としての洗浄水が冷却水配水管15を通るタイミングは吐出の動作が行われる時のみのため、連続的に冷却水を循環し続ける場合に比べて無駄に水を使用しない。さらに、洗浄水は反応液吸引ノズル23を洗浄後廃棄されるため、その後の分析動作には影響しない。
次に、図4により、吐出液温度調節機構を備える自動分析装置の他の構成について説明する。図4は本実施例の吐出液温度調節機構の説明図であり、補助ブロック16の冷却水配水管15に装置内恒温槽の循環水を流す構成を示している。以下では、実施例1と同様の部分については説明を省略する。
図1の試薬架設部101では、試薬を格納し保冷する試薬庫を冷却するために装置内恒温水槽51より循環冷却水を流している。恒温水槽は試薬庫を冷却するための熱交換媒体としての水を一定温度に保持している。
図2に示した例では、ペルチェ素子13の放熱側であるベース14に洗浄水が通る冷却水配水管15を埋め込んだ補助ブロック16を取り付ける構造であったが、ここでは、循環冷却水が冷却水配水管を通る構造を考える。すなわち、本実施例では、実施例1の冷却水配水管15に流す冷却水を、試薬を保冷するための恒温水槽51の水を用いる。冷却水配水管15は恒温槽水51に接続されている。
循環冷却水は外気温より非常に温度が低く、放熱の効果が大きい。そのため、ペルチェ素子13にかかる電圧が低くなり、消費電力を下げることが出来る。
また、この際、循環冷却水が通る配水管(つまり恒温水槽51から冷却水配水管15をつなぐ部分の配水管)を断熱するため、配水管を断熱材で覆うことが好ましい。これにより、外気温との乖離を防ぎ、結露の防止や冷却能力を向上することができる。また、本実施例では循環冷却水を間欠的に流すこととしているため、連続的に循環冷却水を流す場合に比べて外気温との乖離が小さくなり、結果として配水管を蓋う断熱材が少なくて済む。
また、ベース14の温度がペルチェ素子13の温度より低温となった場合、ペルチェ素子が正常に動作することが出来ない。そこで冷却水電磁弁29を装置内恒温水槽51と冷却水配水管15との間に配置し、図3のタイムチャートと同様に、置換液電磁弁28が開放される前に冷却水電磁弁29を開放するように制御部30によって制御する。これにより、過度な冷却となることを防ぎ、結露の発生を抑制することができる。
次に、図5により、吐出液温度調節機構を備える自動分析装置の他の構成について説明する。図5は本実施例の吐出液温度調節機構の説明図であり、ベース14にヒートシンクおよびファンによる冷却機構を設けた構成を示している。以下では、実施例1と同様の部分については説明を省略する。
図5に示す通り、本実施例では、ペルチェ素子13の放熱を受けるベース14に冷却水配水管15を埋め込んだ補助ブロック16の代わりにヒートシンク61を接触させ、そのヒートシンク61をファン62により冷却する。ファン62の風向きの軸がヒートシンク61に対して交わる方向に、ファン62は設置される。この方法においても、ベース14による放熱を補助することが出来る。本実施例では、制御部30は置換液電磁弁28の開閉制御に基づいてファンの動作タイミングを制御する。より具体的には、置換液電磁弁28を開放するために与えた電気信号によって、ファンも動作を行うように制御部30によって制御する。つまり、置換液電磁弁28が開放され、温度が十分調整されていない置換液が置換液槽12に流入すると同時に、制御部30はファン62を駆動させる。ファン62は所定の時間経過後、または所定の温度になったら停止するように制御されてもよい。
これにより、置換液槽12に環境温度と同じ温度の置換液が供給された際の置換液槽12の温度の上昇時のみ動作させ、消費電力を抑えることが可能である。なお、この構造を取り入れる場合には、スペースや新たな部品の追加、電力の確保について考慮する必要がある。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、光ディスク等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
11…吐出液温度調節機構、12…置換液槽、13…ペルチェ素子、14…ベース、15…冷却水配水管、16…補助ブロック、17…ジョイント(IN)、18…チューブ(IN)、19…ジョイント(OUT)、20…チューブ(OUT)、21…液置換機構、22…吐出ノズル、23…吸引ノズル、24…吸引ノズル洗浄槽、25…置換液吐出用シリンジ、26…洗浄水用ポンプ、27…洗浄水供給部、28…置換液電磁弁、29…冷却水電磁弁、30…制御部、31…磁気分離部、32…矢視方向、41…再分散用攪拌装置、51…装置内恒温水槽、61…ヒートシンク、62…ファン、101…試薬架設部、102…反応ディスク、103…試薬分注ノズル、104…反応検出部、105…シッパ、106…検体分注ノズル、107…反応容器、108…検体分注用チップ、109…グリッパ、111…搬送機構、112…試薬攪拌機構、113…攪拌棒洗浄機構、114…試薬分注ノズル洗浄機構、115…試薬容器、117…検体容器、118…検体搬送ラック、119…チップ装着場所、120…検体分注場所、121…容器ホルダ

Claims (6)

  1. 試料と試薬を反応容器内で混合攪拌し、反応させて得られる反応液の光学的特性を測定する自動分析装置であって、
    前記反応容器に吐出する置換液を格納する置換液槽と、
    前記置換液槽を一定の温度に調節するためのペルチェ素子と、
    前記ペルチェ素子からの放熱を受けて外部に放出する熱伝達ブロックと、
    前記置換液槽へ前記液体の流入を制御する置換液電磁弁と、
    前記熱伝達ブロックの温度を間欠的に制御する制御部と、を備えることを特徴とする自動分析装置。
  2. 請求項1に記載の自動分析装置において、
    前記制御部は、前記置換液電磁弁の開閉制御に基づいて、前記熱伝達ブロックの温度を制御することを特徴とする吐出液温度調節機構を有する自動分析装置。
  3. 請求項1に記載の自動分析装置において、さらに、
    前記熱伝達ブロックに設置され熱交換媒体を循環させる熱交換媒体配管と、
    前記熱交換媒体配管への前記熱交換媒体の流入を制御する熱交換媒体電磁弁と、を備え、
    前記置換液電磁弁の開閉制御と前記熱交換媒体電磁弁の開閉制御が連動していることを特徴とする自動分析装置。
  4. 請求項3に記載の自動分析装置において、さらに、
    反応液吸引ノズルの洗浄槽を備え、
    前記熱交換媒体配管は、前記反応液吸引ノズルの洗浄槽への洗浄水の供給口に接続され、
    前記熱交換媒体として前記洗浄水を利用することを特徴とする自動分析装置。
  5. 請求項3に記載の自動分析装置において、さらに、
    前記試薬を冷却する試薬庫と、
    前記試薬庫を冷却する水を一定温度に保持する恒温水槽を備え、
    前記熱交換媒体配管は、前記恒温水槽に接続され、
    前記熱交換媒体として前記恒温水槽からの水を利用することを特徴とする自動分析装置。
  6. 請求項1に記載の自動分析装置において、さらに、
    前記ペルチェ素子に設けられたヒートシンクに対して風向の軸が交わるファンを備え、
    前記制御部は、前記置換液電磁弁の開閉制御に基づいて、前記ファンの動作タイミングを制御することを特徴とする自動分析装置。
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