JP2022502644A - 実験室診断機器の正温度係数加熱 - Google Patents

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Abstract

診断装置は、1つまたはそれ以上の容器から試料材料を受ける試料プローブと、試料材料を1つまたはそれ以上の反応容器に送達する試料ラインと、1つまたはそれ以上の反応容器に試薬を供給する試薬供給源および試薬供給ラインと、反応容器を受け試料材料と試薬の混合物をある時間期間の間インキュベートするインキュベーションリングと、装置の1つまたはそれ以上の区域または構成要素を加熱する加熱システムとを有する。加熱システムは、1つまたはそれ以上の正温度係数ヒータを有する。【選択図】図4

Description

関連出願
本出願は、すべての目的のために参照によって本明細書にその全体を組み入れる、2018年9月28日出願の、「POSITIVE TEMPERATURE COEFFICIENT HEATING OF LABORATORY DIAGNOSTIC INSTRUMENTS」という名称の米国仮特許出願第62/738,083号の優先権を請求する。
本出願は、一般に、実験室診断機器の温度制御に関し、より詳細には、アッセイハンドリングシステムの流体容器、サブシステム、管材および他の構成要素の正温度係数加熱に関する。
温度に影響されやすいアッセイは、流体容器、サブシステム、および診断試験中にそれらと関わり合う管材すべての厳密な熱管理を必要とする。機械的およびメカトロニクスのアセンブリをすべて収容するため、アッセイハンドリングシステムおよび他の実験室診断機器は大型であり、低温空気の漏れが起こり得るいくつかのドアおよび開口部を有することが多い。診断試験が行われる環境は、機器を取り巻く周囲空気と無関係でなければならない。換言すると、オペレータが作業を行う実験室の温度は、それが変化したとしても機器の内部温度に影響を及ぼしてはならない。機器の内部環境の熱管理は難しい課題であり、大型の対流ヒータおよび複雑な制御ループを必要とすることが多い。
たとえば、従来のアッセイハンドリングシステムでは、強力な強制高温空気対流ヒータが機器内にあり、厳密な診断試験が行われる空気体積全体を加熱する。それらは、すべての主なサブシステムでの温度の均一性を保証するように注意深く配置しなければならない。図1は、温度に影響されやすいハンドリングおよび試験が行われる空気体積の加熱に対流ヒータが使用される、典型的な機器100(たとえば、アッセイハンドリングシステム)を示している。機器100は、内部空気体積110および可動ドア120を含む。内部空気体積110は、機器100の動作中、特定の温度範囲内にある必要があることがある。ドア120が動くと内部空気体積110が周囲温度に曝されることがある。したがって、加熱要素は、ドア120が閉められた後に内部空気体積110を所望温度まで加熱するのに必要である。図2は、機器100内の空気体積110の加熱に使用される対流ヒータ200の例示的な配置を示している。図3は、機器100と共に使用することができる典型的な強制高温空気対流ヒータ300の一例を示している。
対流ヒータからの加熱空気流は、アッセイハンドリングシステム内を流れ、特定の区域内およびその周りの温度を調整する。対流ヒータは、機器の周りの様々な場所にいくつも配置され、機器内の様々な場所での温度をさらに制御するように別々に制御可能であってもよい。制御ループフィードバックシステム(たとえば、温度センサ)は、対流ヒータの制御に使用される。たとえば、温度センサは、温度閾値を感知すると、温度を所望の範囲内に調整するために、対流ヒータをオンまたはオフにするように信号を送ることができる。
アッセイハンドリングシステムの場合、ハウジング全体の空気体積内に収容されているサブシステムは、対流ヒータからの加熱流に左右される。環境の何らかの乱れの結果、試験のための最適な熱環境へシステムを回復させることができるようにするための休止時間になる。たとえば、オペレータがカバードアを開けてキュベットを再充填するまたはジャムを直すとき、熱環境が乱れ、対流ヒータが内部空気体積の温度を所望の範囲まで回復させることができるように休止時間が必要となる。
本開示は、大型の対流ヒータまたは複雑なフィードバック制御に依拠しないアッセイハンドリングシステムなどの実験室診断機器のための別の加熱解決法について記述する。
いくつかの実施形態では、診断装置は、1つまたはそれ以上の容器から試料材料を受ける試料プローブと、試料材料を1つまたはそれ以上の反応容器に送達する試料ラインと、1つまたはそれ以上の反応容器に試薬を供給する試薬供給源および試薬供給ラインと、反応容器を受け試料材料と試薬の混合物をある時間期間の間インキュベートするインキュベーションリングと、装置の1つまたはそれ以上の区域または構成要素を加熱する加熱システムとを含む。加熱システムは、1つまたはそれ以上のPTCヒータを含む。
いくつかの実施形態では、診断装置は、1つまたはそれ以上のアッセイハンドリング構成要素と、1つまたはそれ以上のアッセイハンドリング構成要素を加熱するように構成された加熱システムとを含む。加熱システムは、1つまたはそれ以上のPTCヒータを含む。1つまたはそれ以上のPTCヒータは、基板と、PTC材料とを含む。PTC材料は、電流供給源に接続されており、温度閾値までの加熱を自己調整により行うように選択される。温度閾値は、1つまたはそれ以上のアッセイハンドリング構成要素についての所望の温度範囲に基づいて選択される。
本発明の上記その他の態様は、以下の詳細な説明を添付図面と関連させて読むことにより、最も良く理解される。本発明を例示するために、図面には現在好ましい実施態様が示されているが、本発明は、開示される特定の手段に限定されないと理解されよう。図面には以下の図が含まれる。
開示の加熱システムの実施形態と共に使用することができる例示的な実験室診断装置の図である。 従来の方法による1つまたはそれ以上の加熱要素を有する例示的な実験室診断装置の図である。 従来の強制空気加熱装置の例示的な一実施形態の図である。 開示の実施形態と一致する加熱システムを有する例示的な実験室診断装置の概略線図である。 開示の加熱システムの実施形態と共に使用することができる例示的な試料プローブの第1の図である。 開示の加熱システムの実施形態と共に使用することができる例示的な試料プローブの第2の図である。 開示の加熱システムの実施形態と共に使用することができるインキュベーションリングの分解図である。
本開示は、アッセイハンドリングシステムなど、実験室診断機器の加熱装置について記述する。加熱装置は、加熱要素として正温度係数(PTC)材料を使用する。PTC材料は、温度の上昇に応じて抵抗が正の変化を示す材料である。PTC材料を用いたヒータ(本明細書では「PTCヒータ」と称する)は、特定の温度(「温度閾値」)を維持するのに外部フィードバック制御に依拠しない自己調整装置である。開示の実施形態は、実験室診断機器の温度調整のためのPTCヒータを含む加熱装置の特定の実施態様を含む。
PTCヒータは、プリント回路を介して電流を引き込み、それによってPTC材料の温度が上がり、熱を放出する。PTC材料の温度が上がると、PTCヒータ全体の温度も上がり、それによって電流の流れが制限され、発熱が減少する。PTCヒータは、所望の温度閾値で温度と抵抗の平衡が達成されるように設計される。換言すると、PTCヒータが温度閾値より低いとき、抵抗がより小さく、電流がより大きいので、より多くの熱が発生する。PTCヒータが温度閾値に達すると、PTC材料の抵抗が増加するので、発熱でPTCヒータの温度がさらに上がることはなくなる。
いくつかの実施形態では、加熱システムは、現在使用されている従来の強制空気による対流ヒータの代わりにPTCヒータを含むことができる。PTCヒータは、機器内の空気体積を加熱するように所定位置に配置され、その空気体積によって近くの構成要素およびサブアセンブリの温度を制御することができる。他の実施形態では、開示の加熱装置は、機器の1つまたはそれ以上の隣接要素の伝導加熱を実施する代わりにPTCヒータを含むことができる。PTCヒータは、制御ループ(たとえば、温度センサ、外部制御装置など)の必要がなく;PTC材料は、温度と抵抗との間の関係によって自己調整する。
開示の実施形態によるPTCヒータを有する加熱システムは、特定の所望の特性、機器全体での配置、および/または関連の加熱構成要素に応じて様々なサイズ、形状および構成に形成することができる。たとえば、PTCヒータは、装置が管材を包被することができるように、高可撓性基板から形成することができる。他の例では、PTCヒータは、インキュベーションリングなどのサブアセンブリに挿置され、必要に応じてサブアセンブリを局所的に加熱することができる。
図4は、自動臨床化学分析装置などの例示的な実験室診断装置10の概略線図である。診断装置10は、分析予定の患者試料を含む管またはバイアルなどの複数の流体容器12を受ける。診断装置10は、図4に示されるように、複数のアッセイハンドリング構成要素を含む。診断装置10は、試料プローブ14を用いて流体容器12から液体試料を抽出し、それを専用の反応容器16内で様々な試薬と合わせる。診断装置10は、試料と試薬の混合物をある時間期間の間インキュベートする、流体容器12および/または反応容器16のためのインキュベーションリング18をさらに含むことができる。診断装置10は、さらに、試薬供給リザーバ19、ならびに試薬供給ライン20および試料ライン22を含む複数の液体輸送ラインまたは管材をさらに含む。試薬供給ライン20は、試薬を試薬供給リザーバ19から反応容器16にもたらす。試料プローブ14に連結された試料ライン22は、試料材料を流体容器12から反応容器16に送達する。診断装置10は、その様々な構成要素の清浄化および洗浄のための1つまたはそれ以上の洗浄構成要素をさらに含むことができる。洗浄構成要素は、たとえば、洗浄分離区域24、1つまたはそれ以上の洗浄ポンプ26、および洗浄流体を供給する洗浄流体ライン28を含むことができる。診断装置10は、1つまたはそれ以上の測定値および/または基準を識別するために混合された試料と試薬を分析するように構成された1つまたはそれ以上の分析構成要素30をさらに含む。診断装置10は、その1つまたはそれ以上の区域または構成要素を所望の温度または温度範囲内に維持するように構成された加熱システム32をさらに含む。実験室診断装置10の記載の構成要素は、例示的であり、追加または代替の構成要素およびサブアセンブリを含めてもよいことを理解されたい。
診断装置10の例示的な使用では、患者試料を含む容器12のトレーが診断装置10に装入される。試料プローブ14が各試料の一部分を吸い込み、試薬との混合のためにそれを反応容器16に送達する。混合溶液は、反応を起こさせるためにある時間期間の間インキュベーションリング18に収納される。次いで、反応容器16は、分析構成要素30によって分析される。残った試料および/または試薬混合物は、システムからパージされ、洗浄構成要素が清浄化流体を送達し、次の試料分析の実施に向けて様々な構成要素を清浄化する。
多くの診断装置では、診断試験を成功裏に行うために、装置の様々な区域および/または構成要素の温度制御が必要である。たとえば、試料、試薬および2つの混合物は、混合物を正確に分析し結果を測定するために、特定の温度範囲内に保たなければならないことが多い。加熱システム32は、温度の維持を助ける、および/または温度が下がった後の回復を助けるために、診断装置10の1つまたはそれ以上の区域を加熱するように構成される。例示的な一実施形態では、加熱システム32は、少なくとも1つのPTCヒータ34を含む。PTCヒータ34は、診断装置10の1つまたはそれ以上の構成要素に局所および/または周囲の加熱をもたらすために、様々な場所および構成に配置することができる。PTCヒータ34は、診断装置10と関連している電源または別個の電源など、1つまたはそれ以上の電源に接続することができる。
PTCヒータ34は、基板36およびPTC材料38を含むことが好ましい。PTC材料38は、基板36上にあるパターン(たとえば、基板36上の印刷回路のサイズ、形状および配置)で印刷することができるインクの形態であってもよい。PTC材料38およびパターンは、PTCヒータ34自体が自己調整により温度閾値を維持するようなかたちで設計されるように選択することができる。たとえば、PTC材料38は、所望の温度閾値に達したとき高い抵抗を発揮するように調整される。1つの例では、PTCヒータ34が33℃を保持するように設計される場合、PTC材料38の抵抗は、PTCヒータ34が33℃で効果的にシャットダウンする点まで増加する。周囲温度が33℃未満になると、抵抗が減少し、33℃が安定するまでヒータに電流が流れる。
例示的な一実施形態では、PTCヒータ34は、診断装置10内の空気体積の加熱を実施することができる。従来のシステムでは、装置に高温の気流を提供して対流により構成要素とサブアセンブリを加熱する強制空気ヒータが所定位置にある(たとえば、図2)。例示的な一実施形態では、PTCヒータ34は、対流加熱に使用することができる。PTCヒータ34は、診断装置10内の空気体積を加熱するように位置することができる。たとえば、PTCヒータ34は、図1に示される空気体積110に隣接して位置することができる。この実施形態では、PTCヒータ34は、全体的な加熱を行う。PTCヒータ34は、加熱し過ぎることがないので、ヒータの動作を制御するフィードバック制御ループの必要がない。PTCヒータ34は、診断機器の対流加熱に使用される現在の加熱要素よりも費用効果が高い。
他の実施形態では、PTCヒータ34は、診断装置10の管材の1つまたはそれ以上のラインを加熱するように構成することができる。管材のこれらのラインは、たとえば、試薬供給ライン20、試料ライン22または洗浄流体ライン28のうちの1つまたはそれ以上を含むことができる。1つの例では、PTCヒータ34は、試薬供給ライン20の試薬を加熱することに使用される。
PTCヒータ34は、様々な方法で試薬の加熱を実施することができる。1つの例では、可撓性材料から形成されたPTCヒータ34で試薬供給ライン20を包被することができる。たとえば、基板36は、試薬供給ライン20を形成する管材の少なくとも一部分を囲繞するように管状に形成することができるように、可撓性であってもよい。他の例では、PTCヒータ34は、試薬供給ライン20を形成するマルチルーメン管の一部を形成することができる。たとえば、試薬供給ライン20は、少なくとも1つの層がPTCヒータ34である多層の管材からなってもよい。いくつかの例では、試薬供給ライン20は、伝熱パイプに連結することができる。PTCヒータ34は、供給ライン20の試薬を加熱するためにパイプを伝導加熱することができる。他の例では、PTCヒータ34は、試薬供給リザーバ19を伝導加熱することができる。たとえば、PTCヒータ34は、温度閾値での試薬の供給を維持するために、試薬供給リザーバ19に取り付ける、またはそれを包被することができる。
いくつかの実施形態では、試薬供給ライン20は、PTCヒータ34によって加熱される熱交換器を含むことができる。たとえば、PTCヒータ34は、PTC材料38を試薬供給ライン20の管材に印刷することによって、試薬供給ライン20に埋め込んでもよい。他の例では、PTCヒータ34は、試薬を伝導および/または対流加熱する構成で、試薬供給ライン20の横に取り付けることができる。
他の実施形態では、試薬供給ライン20と共に使用されるチェーンまたは案内部をPTCヒータ34によって加熱することができる。さらに、試薬プローブまたは試薬プローブアセンブリの任意の部分をPTCヒータ34を用いて加熱することもできる。
他の例示的な実施形態では、PTCヒータ34は、試料プローブ14の局所的な加熱に使用することができる。試料プローブ14は、試料プローブ14および隣接または近接する試料プローブ構成要素を所望温度まで迅速に加熱しその所望温度を維持するように、試料プローブ14上または周りに1つまたはそれ以上のPTCヒータ34を装備してもよい。
図5および図6は、例示的な試料プローブ14の図である。試料プローブ14は、可動制御アーム40およびカバー42を含む。制御アーム40は、それを構成する複数のウェブ44を含むことができる。いくつかの実施形態では、PTCヒータ34は、試料プローブ14の周りを局所的に加熱するために、試料プローブ14の制御アーム40および/またはカバー42に連結することができる。いくつかの実施形態では、PTCヒータ34は、カバー42に取り付ける、またはウェブ44内に配置することができる。他の実施形態では、PTCヒータ34は、カバー42および/またはウェブ44に埋め込むことができる。いくつかの実施形態では、PTC材料38は、カバー42および/またはウェブ44に直接印刷することができる。
いくつかの実施形態では、PTCヒータ34は、試料ライン22を加熱するような位置および構成とすることができる。たとえば、試薬供給ライン20に関して述べた実施形態のいずれかを試料ライン22(および/または洗浄流体ライン28)に適用してもよい。たとえば、試料ライン22は、PTCヒータ34を有するマルチルーメン管として形成してもよく、PTCヒータ34は、試料ライン22に連結された伝熱パイプに連結してもよく、試料ライン22に関連する熱交換器は、PTCヒータ34を含んでもよく(たとえば、PTC材料38を試料ライン22の管材に印刷してもよく)、および/または、試料ライン22に関連するチェーンもしくは案内部をPTCヒータ34を用いて加熱してもよい。
他の実施形態では、PTCヒータは、インキュベーションリング18の局所的な加熱に使用することができる。図7は、例示的なインキュベーションリング18を示す分解図である。インキュベーションリング18は、リング46、加熱要素48、カバー50および断熱ハウジング52を含む。リング46は、成形プラスチック部分、および鋳造金属部分(たとえば、アルミニウム)を含むことができる。リング46は、反応容器16を受け、カバー50および断熱ハウジング52は、ある時間期間にわたる反応容器16内の混合物のインキュベーションのために、反応容器16を少なくとも部分的に取り囲む。加熱要素48は、インキュベーション期間の前、間および/または後にインキュベーションリング18内の温度を維持するように加熱をもたらすために、リング46に隣接して位置する。
1つの実施形態では、加熱要素48は、(図7の例示的な図に示されるように)リングとして形成される。リング形加熱要素48は、PTCヒータ34であってもよい。たとえば、基板36は、リング46を包被するように可撓性であってもよい。他の実施形態では、基板36は、リング46の鋳造金属部分であってもよく、その場合、PTC材料38はリング46に直接印刷される。他の実施形態では、PTCヒータ34は、インキュベーションリング18を対流加熱するように位置してもよい。
例示的な実験室診断装置10は、本明細書に記載の加熱システム32の実施形態のうちの1つまたはそれ以上を含むことができる。たとえば、対流PTCヒータは、試料プローブ14、インキュベーションリング18、試薬供給ライン20、試料ライン22、洗浄分離区域24、洗浄ポンプ26または洗浄流体ライン28のうちの1つまたはそれ以上を伝導加熱するように位置する1つまたはそれ以上の局部PTCヒータと組み合わせて、診断装置10内の空気体積を加熱するように位置することができる。特定の構成要素がPTCヒータ34により局所的に加熱されることを記載したが、診断装置10の他の構成要素および/または他の装置が、所望温度への伝導および/または対流加熱のために連結または一体化されたPTCヒータを含むこともできることを理解されたい。一代替実施形態では、PTCヒータ34は、従来の加熱システム(たとえば、強制空気による従来加熱要素)と共に温度センサとして使用することもできる。
開示の実施形態は、所望の温度を達成するまたはそれを維持するためにPTC加熱を用いる実験室診断機器および関連の構成要素について記述する。PTCヒータの自己調整性は、診断機器の様々な構成要素に好適である。これは、一つには、PTCヒータのサイズが小さく適用性のある形状であることによる。さらに、PTCヒータは、加熱し過ぎることがないので、システムに複雑さと費用を追加することになる外部制御装置またはフィードバック機構の必要がない。
本明細書に様々な態様および実施形態が開示されているが、他の態様および実施形態も当業者には明らかであろう。本明細書に開示の様々な態様および実施形態は、例示を目的としており、限定を意図するものではなく、真の範囲および趣旨は以下にある特許請求の範囲によって示される。
本明細書における機能およびプロセス工程は、ユーザコマンドに応答して自動的または全体的または部分的に実施することができる。自動的に実施されるアクティビティ(工程を含む)は、使用者が直接的にアクティビティを開始することなく、1つまたはそれ以上の実行可能命令またはデバイスオペレーションに応答して実施される。
図面のシステムおよびプロセスは、排他的ではない。同じ目的を達成するために、本発明の原理に従って他のシステム、プロセス、およびメニューを導出することができる。本発明を、特定の実施形態を参照して説明してきたが、本明細書に図示および記載された実施形態および変形形態は、例示のみを目的としたものと理解されたい。現在の設計に対する変更を、本発明の範囲から逸脱することなく当業者によって実施することができる。本明細書に記載されているように、様々なシステム、サブシステム、エージェント、マネージャ、およびプロセスは、ハードウェア構成要素、ソフトウェア構成要素、および/またはこれらの組み合わせを使用して実装することができる。本明細書の特許請求の範囲の要素は、いずれも、「する手段」という語句を用いて明示的に記載されていない限り、米国特許法第112条(f)の規定に該当しない。

Claims (20)

  1. 診断装置であって:
    1つまたはそれ以上の容器から試料材料を受ける試料プローブと;
    試料材料を1つまたはそれ以上の反応容器に送達する試料ラインと;
    1つまたはそれ以上の反応容器に試薬を供給する試薬供給源および試薬供給ラインと;
    反応容器を受け、試料材料と試薬の混合物をある時間期間の間インキュベートするインキュベーションリングと;
    診断装置の1つまたはそれ以上の区域を加熱するための加熱システムであって、1つまたはそれ以上のPTCヒータを含む、加熱システムと
    を含む、前記診断装置。
  2. PTCヒータは、診断装置内の空気体積を加熱するように構成された対流ヒータである、請求項1に記載の診断装置。
  3. PTCヒータは、該PTCヒータに接触する構成要素を加熱するように構成された伝導ヒータである、請求項1に記載の診断装置。
  4. 構成要素は、試料プローブ、試料ライン、試薬供給源、試薬供給ラインまたはインキュベーションリングのうちの1つまたはそれ以上である、請求項3に記載の診断装置。
  5. PTCヒータは、基板と、PTC材料とを含む、請求項1に記載の診断装置。
  6. 基板は、試料ラインまたは試薬供給ラインを形成する管材であり、PTC材料は、該管材上に形成される、請求項5に記載の診断装置。
  7. 基板は、可撓性材料であり、PTCヒータは、試料ラインまたは試薬供給ラインを形成する管材を包被する、請求項5に記載の診断装置。
  8. 試料プローブは、制御アームと、カバーとを含み、PTCヒータは、制御アームおよびカバーのうちの1つまたはそれ以上に取り付けられる、請求項1に記載の診断装置。
  9. 制御アームは、複数のウェブを含み、PTCヒータは、複数のウェブのうちの1つまたはそれ以上に連結または埋め込まれる、請求項8に記載の診断装置。
  10. PTCヒータは、インキュベーションリング内に位置する、請求項1に記載の診断装置。
  11. インキュベーションリングは、反応容器を受けるリングを包被するPTCヒータを含む、請求項10に記載の診断装置。
  12. インキュベーションリングは、反応容器を受け金属構成要素を含むリングを含み、
    金属構成要素は、PTCヒータのための基板であり、PTCヒータのPTC材料は、金属構成要素上に形成される、請求項10に記載の診断装置。
  13. 診断装置であって:
    1つまたはそれ以上のアッセイハンドリング構成要素と;
    1つまたはそれ以上のアッセイハンドリング構成要素を加熱するように構成された1つまたはそれ以上のPTCヒータを含む、加熱システムと
    を含み、ここで:
    1つまたはそれ以上のPTCヒータは、基板と、PTC材料とを含み、
    該PTC材料は、電流供給源に接続されており、温度閾値までの加熱を自己調整により行うように選択され、
    温度閾値は、1つまたはそれ以上のアッセイハンドリング構成要素についての所望の温度範囲に基づいて選択される、
    前記診断装置。
  14. 1つまたはそれ以上のアッセイハンドリング構成要素は、試薬供給ラインまたは試料ラインのための管材を含む、請求項13に記載の診断装置。
  15. 基板は管材を包被する、請求項14に記載の診断装置。
  16. 管材はPTCヒータの基板である、請求項14に記載の診断装置。
  17. 管材は、マルチルーメン構造であり、ルーメン層のうちの1つが基板である、請求項14に記載の診断装置。
  18. 1つまたはそれ以上のアッセイハンドリング構成要素は、インキュベーションリングを含み、該インキュベーションリングは、1つまたはそれ以上の反応容器を受けるリングを含む、請求項13に記載の診断装置。
  19. 基板はリングを包被する、請求項18に記載の診断装置。
  20. リングは金属構成要素を含み、該金属構成要素はPTCヒータの基板である、請求項18に記載の診断装置。
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