JP2870665B2 - 流体ノズルおよび流体を導入する方法 - Google Patents

流体ノズルおよび流体を導入する方法

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Description

【発明の詳細な説明】 関連出願の参照 本明細書は、1994年８月１日出願、現在放棄された第
08/283379号METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING AUT
OMATED ANALYSISの一部継続出願である。親出願は、本
明細書の譲受人に譲渡される。親出願の開示は、その全
体が参照により本明細書の一部となる。
発明の背景 本明細書で開示する実施形態は、一般にノズルなどの
構造および流体を導入する方法に関する。さらに具体的
には、実施形態は、上記の米国特許出願で開示された機
器など、自動分析機器とともに使用することができる流
体ノズルおよび流体を導入する方法に関する。
自動分析機器は、いくつかの仕事を実施するのに使用
できる。例えば、自動機器は、流体、生体試料などに対
していくつかの試験を実施する。いくつかの実施形態で
は、試験を実施する流体は血液試料である。血液試料に
対して実施される試験を使用して、血液試料の採取源で
ある個人の健康状態を判定することができる。
血液試料に対して試験を実施するために、血液試料の
一部は、試薬など、他の流体と混合される。血液試料ま
たは他の流体と混合された血液試料は検出器に送られ
る。検出器は、血液試料中の注目するアイテムの存在を
測定または検出する。注目するアイテムは、細胞、粒子
などである。検出器は、血液試料を「読み取り」、デー
タをコンピュータに報告する。コンピュータは、データ
を処理し、血液試料中の注目するアイテムの存在を示す
結果を機器のオペレータに報告する。
血液試料を検出器に導入または送るために、ある種の
ノズルが使用される。血液試料は、ノズル中を検出器に
向かって流れる。機器がいくつかの血液試料に対して試
験を実施する際、ノズルを定期的に掃除することが望ま
しい。この掃除により、ある患者からの血液試料の一部
が他の患者からの血液試料の一部と混合する可能性が低
くなる。二人の患者からの血液試料が混合すると、分析
機器はオペレータに誤った結果をもたらす。
誤った結果を回避するために、各血液試料がノズル中
を流れた後でノズルを掃除する。したがって、第一の血
液試料がノズル中を流れ、ノズルを掃除し、その後第二
の血液試料がノズル中を流れる。さらに、オーロミン
Ｏ、アクリジンオレンジなど、いくつかの流体がノズル
中を流れると、ノズルが汚れるまたは汚染される。ノズ
ルが汚れると、検出器の感度または確度が低下し、おそ
らく幾らかの試料が誤って読み取られることになる。こ
の汚れを除去することは容易ではない。血液試料がノズ
ル中を流れるたびにノズルを掃除するので、特に多数の
試料が共通の検出器を共有する場合、所与の血液試料を
試験するのに要する時間は比較的長くなる。医療サービ
スおよび医療試験の需要が高くなれば、血液試料または
注目する他の流体を試験するのに必要な時間を短縮する
方法を見つけることが望まれる。
発明の概要 一実施形態によれば、流体を導入するノズルは、第一
の端部を有する第一の導管と、第二の端部を有する第二
の導管とを含む。第二の導管は、第一の導管と実質上同
心に配置される。第一の端部は第二の端部からずれてい
る。第三の端部を有する第三の導管が設けられて、該第
三の導管は、第一の導管および第二の導管と実質上同心
に配置され、第三の端部は第一の端部および第二の端部
からずれている。
他の実施形態は、第一の流体輸送導管、第二の流体輸
送導管および第三の流体輸送導管が備えられる方法を提
供する。第二の流体輸送導管は第一の流体輸送導管を実
質上取り囲み、第三の流体輸送導管は、第一の流体輸送
導管ならびに第二の流体輸送導管を実質上取り囲む。第
一の流体は第一の流体輸送導管中を流れる。第二の流体
は第二の流体輸送導管中を流れる。第三の流体は第三の
流体輸送導管中を流れる。第二の流体輸送導管ならびに
第一の流体輸送導管は実質上同時に掃除される。
追加の実施形態では、第一の流体輸送導管および第二
の流体輸送導管が備えられる。第二の流体輸送導管は第
一の流体輸送導管を実質上取り囲む。第一の流体は、第
一の流体輸送導管中を第一の流体流量で流れる。第二の
流体は、第二の流体輸送導管中を第二の流体流量で流れ
る。第一の流体流量および第二の流体流量は、流体流量
差が生じるように事前決定される。
他の実施形態では、第一の流体輸送導管および第二の
流体輸送導管が備えられる。第二の流体輸送導管は第一
の流体輸送導管を実質上取り囲む。検出器は、第一の流
体輸送導管および第二の流体輸送導管と作動可能に関連
する。第一の流体は、第一の流体輸送導管中を検出器に
向かって流れる。第二の流体は、第二の流体輸送導管中
を検出器に向かって流れる。第一の流体および第二の流
体は検出器上に流体的に集中する。
他の実施形態では、第一の流体輸送導管は第一の流体
の供給源に流体的に接続される。第二の流体輸送導管は
第二の流体の供給源に流体的に接続される。第二の流体
輸送導管は、第二の流体輸送導管中の第二の流体が第一
の流体輸送導管中の第一の流体と遭遇しないように、第
一の流体輸送導管を実質上取り囲む。第一の流体は第一
の流体輸送導管中を流れる。第二の流体は、第二の流体
が第一の流体と遭遇しないように、第二の流体輸送導管
中を流れる。
図面の簡単な説明 第１図は、流体を導入するノズルを含む装置の全般的
正面図である。
第２図は、第１図のノズルの透視図である。
第３図は、図が見やすいように第２図に示される導管
が互いに平行に配置された、第２図のノズルの部分断面
図である。
第４図は、流体の導入を示す第２図のノズルの部分断
面図である。
第５図は、流体の導入を示す第４図の断面図と実質上
同じ断面図である。
第６図は、流体の導入を示す第５図の断面図と実質上
同じ断面図である。
好ましい実施形態の詳細な説明 第２図に示すように、本明細書で開示する実施形態
は、流体ノズル10および流体12を導入する方法に関す
る。明瞭かつ理解しやすいように、流体ノズル10につい
て、上記の米国特許出願で開示された機器など、自動分
析機器とともにそれを使用することに関して説明する。
ただし、他の使用も可能である。また、読者がよりよく
理解できるように、関連する流体12は、分析機器内で使
用される流体である。ただし、他の流体も使用できる。
さらに、一実施形態の要素を他の実施形態の要素と組み
合わせて、他の実施形態を実現することができる。例え
ば、ある方法のステップを他の方法のステップと組み合
わせて、更なる他の方法を実現することができる。
第１図に示される一実施形態では、流体ノズル10は、
導管または流体12のフローガイド14、および流体12中に
存在する細胞、粒子など、注目するアイテムを検出する
検出器16と作動可能に関連する。図示の実施形態では、
フローガイド14は、流体ノズル10を受容するボア18を含
む、アクリルのようなポリマーなど、適切な材料から形
成された導管を含む。流体ノズル10は、流体ノズル10か
らボア18への流体12の方向付けを容易にするために、フ
ローガイド14に対して実質上同心である。導管20は、適
切な供給源からの所望の流体44が導管20中のボア18内に
デポジットするように、ボア18に流体的に接続される。
検出器16は、例示の実施形態では、流体12が流体ノズル
10から検出器16中を流れる際に流体12中の注目するアイ
テムを測定する光学フローセルである。検出器16は、い
くつかの実施形態では、上記の米国特許出願で開示され
ているように、白血球百分率分析（white blood cell d
ifferential analysis）、血小板分析および網状赤血球
分析を実施するのに使用される。それらの実施形態で
は、各分析ごとの調製ステップは、別々になっている処
理経路内で実施され、分析は、単一の検出器16内で実施
される。
流体ノズル10の構造は、第２図および第３図により明
確に示されている。流体ノズル10は、一般にマニホール
ド22、およびマニホールド22に流体的に接続された複数
の導管を含む。導管の正確な数は、流体ノズル10の特定
の実施形態が容易になるように選択される。具体的に
は、例示の実施形態では、第１の導管24、第２の導管26
および第３の導管28は、マニホールド22の一部に流体的
に接続される。導管24、26および28は、流体12の入口と
して使用される。したがって、導管24、26および28は、
所望の流体12の適切な供給源に流体的に接続される。
特定の実施形態では、マニホールド22は、アクリルな
ど適切なポリマーから製造され、軸方向長さ約0.7イン
チである。導管24、26、28は、316ステンレス鋼など適
切な金属製である。導管24は、軸方向長さ約1.4イン
チ、内直径約0.023インチおよび外直径約0.0625インチ
である。導管26および28は、軸方向長さ約0.5インチ、
内直径約0.019インチおよび外直径約0.0625インチであ
る。導管24、26および28の外直径表面は、エポキシなど
接着材でコーティングされ、それぞれマニホールド22内
に形成された相補形ボア30、32および34内に挿入され
る。図示の実施形態では、導管24、26および28は、マニ
ホールド22上で軸方向および円周方向においてずれてい
る。導管28は、マニホールド22の端部31から約0.07イン
チ軸方向にずれている。導管26は端部31から約0.26イン
チ軸方向にずれており、導管28は端部31から0.45インチ
軸方向にずれている。円周方向において、導管24は導管
26から約60°ずれており、導管28は導管26から約60°ず
れている。したがって、導管24は導管28から約120°ず
れている。
マニホールド22は、導管24、26および28をそれぞれ導
管36、38および40に流体的に接続する。導管36、38およ
び40もマニホールド22に動作可能に関連する。マニホー
ルド22では、導管36、38および40の一つを特定の流体に
あてたり、またはノズル10がそれと関連する機器による
試運転にあてることができる。
導管36、38および40は、フローガイド14に対して実質
上同軸かつ実質上中心に配置される。導管36、38および
40のフローガイド14および検出器16に対する配置は、ノ
ズル10から検出器16への流体12の流れの意図した位置精
度が得られるように選択される。マニホールド22は、導
管36、38および40の実質上同軸の配置を受容するボア42
を含む。マニホールド22では、導管24、26および28中の
流体12がマニホールド22中を流れ、それぞれ導管36、38
および40内に流れ込む。導管36、38および40はそれらの
全長にわたって実質上直線である。しかしながら、いく
つかの実施形態では、導管36、38および40の同軸配置を
保つために、図示されていないスペーサが、導管36と導
管38の間および導管38と導管40の間に放射状に備えられ
る。スペーサは、導管36、38および40内の流体12の移動
を妨害しないように、例えば外直径表面にレリーフ、チ
ャネルなどを設けることによって構成される。図示の実
施形態には、導管36、38および40の遠方端が互いに軸方
向にずれているのが示されているが、このようにする必
要はない。
例示の実施形態では、導管36は、304ステンレス鋼、
＃３（全ハード）焼戻皮下注射針管など、適切な金属か
ら製造される。導管36は、軸方向長さ約2.55インチ、内
直径約0.013インチおよび外直径約0.025インチである。
導管38も、304ステンレス鋼、＃３（全ハード）焼戻皮
下注射針管など、適切な金属から製造される。導管38
は、軸方向長さ約0.038インチ、外直径約0.050インチお
よび軸方向長さ約2.26インチである。導管40は、304ス
テンレス鋼焼戻皮下注射針管など、適切な金属から製造
される。導管40は、内直径約0.062インチ、外直径約0.0
78インチおよび軸方向長さ約1.97インチである。
一実施形態では、フローガイド14は、点「Ａ」での内
直径約0.25インチ、点「Ｂ」での内直径約0.118インチ
の実質上先細の部分を含む。点「Ａ」も点「Ｂ」も第１
図に示されている。関連する導管36、38および40の寸法
と、フローガイド14の対応する寸法との関係は、フロー
ガイド14と流体12が接触する可能性を小さくして、検出
器16、例えば光学系、動作などを最適化するために、流
体12の所望の流体集中が達成されるように事前決定され
る。いくつかの実施形態では、寸法関係は、流量差と関
連する。具体的には、例示の実施形態では、フローガイ
ド14の関連する部分の横断面が関連する流量差に比例す
る。
例示の実施形態では、先細の部分は約60°の傾斜を規
定する。流体ノズル10の遠方端に隣接する検出器16の流
体輸送部分は、内直径約0.118インチの約30°の傾斜を
規定する。寸法は、検出器16に対する流体12の流れの意
図した位置精度がもたらされるように選択される。
スペーサが導管38と導管40の間に備えられている場
合、スペーサは、内直径約0.051インチ、外直径約0.061
インチの、304ステンレス鋼焼戻皮下注射針管など、適
切な金属から製造される。スペーサが導管36と導管38の
間に備えられている場合、スペーサは、内直径約0.026
インチ、外直径約0.036インチの、304ステンレス鋼、＃
３（全ハード）焼戻皮下注射針管など、適切な金属から
製造される。導管36と導管38のスペーサは、導管36の遠
方端の近く約0.25インチのところに配置される。導管38
と導管40の間のスペーサは、導管36と導管38の間のスペ
ーサのすぐ近くに配置される。スペーサは、軸方向長さ
約0.1インチである。
以上、流体ノズル10の構造について詳細に説明した
が、以下では、流体ノズル10を用いた流体を導入する方
法について詳細に説明する。
検出器16によって処理すべき血液、血液成分など、流
体12の供給源は、流体12が供給源から選択した導管24、
26または28へ流れるように導管24、26および28の一つに
流体的に接続される。流体12の供給源に流体的に接続さ
れていない他の導管24、26または28には流体12は供給さ
れない。流体12は、検出器16によって検出可能な粒子、
細胞など注目のアイテムを含む。いくつかの実施形態で
は、対応する流体の流量、例えば流体導入点における位
置速度とともに、導管36、38および40の遠方端の間の軸
方向距離は、別の導管36、38および40からの流体12が相
互作用する大きな可能性なしに、流体12が導管36、38お
よび40すべてに同時に導入されるように選択される。
水、緩衝液、流体12と好ましくない反応をしない流体
などの他の流体の供給源44は、他の流体44が供給源から
導管20およびフローガイド14へ流れるように、導管20に
流体的に接続される。導管20からフローガイド14へ流れ
込む流体44は、第４図から第６図に示すように、導管3
6、38および40の一部を取り囲み。導管36、38および40
をずらして配置することにより、流体44の流れの不連続
性を小さくできる。フローガイド14を通る流体流路の横
断面を徐々に小さくすることにより、フローガイド14内
での流体拡散の可能性を小さくできる。必要ならば、流
体12が導管36、38または40の一つから流れる際、適切な
比較的低圧の供給源を、例えば掃除中の導管36、38また
は40に当てることによって、他の二つの導管36、38また
は40を流体44によって掃除するまたは「バックフラッシ
ュ」する。あるいは、流体12が各導管36、38および40中
に順次流れた後、導管中に適切な流体を流すことによっ
て、導管36、38および40すべてを同時に掃除する。した
がって、導管36、38および40すべてが実質上同時に掃除
されるので、流体ノズル10を掃除するのに要するダウン
タイムが短縮されると同時に、流体12の迅速な導入も可
能になるので、検出器16のスループットが向上する。ま
たそのため、検出器16と連動する分析機器のスループッ
トもそれに対応して増大することも可能である。
例示の実施形態では、流体44の流量は流体12の流量よ
りも大きい。例えば、一実施形態では、流体12の流量は
約2.5μｌ毎秒であり、流体44の流量は約300μｌ毎秒で
ある。この流量差は、流体12の流れを流体的に検出器16
の方へ導くまたは集中させる。これは、例えば検出器16
がレーザを含むフローセルの場合に必要である。そのよ
うな場合、流量差は、検出器16への流体12の流れの寸法
が、レーザに関連するビーム幅または他の寸法に対応す
るように事前決定される。したがって、一般に、流量差
は、流体12内の注目するアイテムの検出器16による検出
が容易になるように事前決定される。
導管36、38または40から導入された流体12が検出器16
に対して実質上同じ位置に向かって流体的に集中するの
で、流量差によってもたらされる流体集中は、流体12を
導入するように選択された導管36、38または40と無関係
に実質上同じである。これにより、各導管36、38および
40からの流体12、および流体ノズル10と関連する機器に
よって実施される試験が同じ検出器16を共有することが
できる。したがって、各導管36、38および40は、ある供
給源からの流体12が他の供給源からの流体12と遭遇する
可能性が小さくなるように、流体12の別個の供給源と流
体的に接続される。したがって、流体12のクロスオーバ
ーおよび流体12の汚染の可能性が小さくなる。各導管3
6、38および40からの流体12は、検出器16によって実質
上平行して処理され、したがって流体ノズル10およびノ
ズル10と関連する機器のスループットが向上する。
流体ノズル10のこの能力は実験的に証明されている。
第４図から第６図に示される一実施形態では、流体ノズ
ル10の例示の実施形態は、流体ノズル10と関連する流体
特性を明らかにする有限要素法によって分析された。こ
の実施形態では、導管36は、内直径約0.013インチであ
る。導管38の遠方端は、導管36の遠方端の近く約0.29イ
ンチずれている。導管36および38は、内直径約0.025イ
ンチ、外直径約0.037インチの実質上環状の流体流路を
規定する。導管40の遠方端は、導管38の遠方端の近く約
0.29インチずれている。導管38および40は、内直径約0.
049インチ、外直径約0.061インチの実質上環状の流体流
路を規定する。
有限要素分析は、Fluid Dynamics International of
Evanston,Illinois製のFIDAPコンピュータプログラム、
バージョン6.01を使用して実施された。導管36、38およ
び40中の流体の流れの定常状態線対称モデル、および検
出器16中の流体の流れの定常状態三次元モデルを分析す
ると、流体的に集中した流体12の検出器16に対する位置
が、流体12を導入するのに使用される導管36、38または
40と無関係であることが分かった。全ての場合におい
て、流体44の流体流量は約300μｌ毎秒であり、選択し
た導管36、38または40中の流体12の流体流量は、実質上
約2.5μｌ毎秒から約2.0μｌ毎秒までの範囲内である。
分析では、固体表面上のすべりのない境界条件を有する
ニュートン流体特性を仮定した。
一実施形態では、白血球百分率分析、血小板分析およ
び網状赤血球分析をシミュレートするために、三つの別
々の流体分析を実施した。白血球百分率分析流体12は、
第４図に示すように、約2.5μｌ毎秒の流体流量で導管3
6中に導入される。第５図に示すように、血小板分析流
体12は、これも約2.5μｌ毎秒の流体流量で導管38中に
導入される。網状赤血球分析の流体12は、第６図に示す
ように、約2.0μｌ毎秒の流体流量で導管40中に導入さ
れる。第４図から第６図を比較すると、流体分析から得
られるそれぞれの導管36、38および40からの流体流路線
は、従来の流体12の流れによる流体12の流れの汚染が起
こらないこと、および流体的に集中した流体12の検出器
16に対する位置が、選択される導管36、38または40と無
関係であることを証明する。
また、各導管36、38および40中を順次通る直径７μｍ
のビードを含む流体12の流れを光学的に測定することに
よって、流体的に集中した流体12の検出器16に対する位
置が導管36、38または40の選択と無関係であることも実
験的に証明された。ビードを含む流体12は、約２μｌ毎
秒の流体流量で導入される。
上記の変動係数から明らかなように、三つの測定光学
特性（ALL:軸方向光損失;IAS:中間角散乱;DSS:減極側面
散乱）の変動係数（CV）は、導管36、38および40すべて
について実質上同じである。この光応答の類似性は、流
体ノズル10が、掃除ステップの前に多数の流体12の注目
するアイテムの測定に使用でき、したがって検出器16お
よび検出器16と関連する機器のスループットまたは分析
能力が向上することを証明する。掃除の前の行われる流
体12の測定または流体12の導入の数は、流体ノズル10を
具備する導管の数に対応する。関連する導管の数と無関
係に、本明細書で開示する実施形態では、実質上すべて
の導管を実質上同時に掃除することができる。
流体12が導管36、38および40の一部と相互作用するか
またはそれに付着するのに十分な性質を有する場合、導
管36、38または40内の第一の流体の残りは、同じ導管3
6、38または40を通過する第二の流体と遭遇する（すな
わちキャリオーバー）。同じ問題が導管24、26および28
にもある。これらの問題は、検出器16の確度を損ねる。
これらの問題に対処するために、特定の導管36、38ま
たは40を特定の流体12かまたは検出器16によって実施さ
れる試験にあてることができる。そのようにあてられる
導管36、38および40の数は、流体ノズル10によって導入
されている流体12の特性に依存する。導管36、38および
40の少なくとも一つを実質上分離することによって、あ
る流体12の他の流体12に対するキャリオーバーが少なく
なる。例えば、ある導管36、38または40を、オーロミン
Ｏなど比較的明るい蛍光マーカを含む流体12を使用する
試験にあて、他の導管36、38または40を、比較的暗い蛍
光マーカを含む流体にあてることができる。流体が導管
36、38または40を出れば、フローガイド14を通る流体44
の体積および流量は、流体12の拡散の可能性を低くする
と同時に、流体12を共通の検出器16に向かって流体的に
集中させるのに十分になる。したがって、検出器16の確
度または感度を損ねることなしに、同じ検出器16によっ
て二つの試験を実質上順次実施することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 35/00 - 35/10 G01N 1/00 101 G01N 15/14

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）第二の流体輸送導管が第一の流体輸
    送導管を実質上取り囲み、第三の流体輸送導管が第一の
    流体輸送導管ならびに第二の流体輸送導管を実質上取り
    囲むように、第一の流体輸送導管、第二の流体輸送導管
    および第三の流体輸送導管を備えるステップと、 （ｂ）第一の流体を第一の流体輸送導管中に流すステッ
    プと、 （ｃ）第二の流体を第二の流体輸送導管中に流すステッ
    プと、 （ｄ）第三の流体を第三の流体輸送導管中に流すステッ
    プと、 （ｅ）第二の流体輸送導管ならびに第一の流体輸送導管
    を実質上同時に掃除するステップとを含む流体を導入す
    る方法。
  2. 【請求項２】（ｆ）第一の流体輸送導管および第二の流
    体輸送導管の少なくとも一方をバックフラッシュするス
    テップをさらに含む請求の範囲第１項に記載の方法。
  3. 【請求項３】（ｆ）第一の流体輸送導管中の第一の流体
    および第二の流体輸送導管中の第二の流体の少なくとも
    一方を第一の流体流量で流すステップと、 （ｇ）第三の流体輸送導管中の第三の流体を第二の流体
    流量で流すステップと、 （ｈ）流体流量差が生じるように、第一の流体流量およ
    び第二の流体流量を事前決定するステップとをさらに含
    む請求の範囲第１項に記載の方法。
  4. 【請求項４】（ｉ）第一の流体輸送導管からの第一の流
    体および第二の流体輸送導管からの第二の流体の少なく
    とも一方の流れを、第三の流体輸送導管からの第三の流
    体の流れに流体的に集中させるステップをさらに含む請
    求の範囲第３項に記載の方法。
  5. 【請求項５】（ｆ）第一の流体輸送導管中の第一の流体
    および第二の流体輸送導管中の第二の流体を同時に流す
    ステップをさらに含む請求の範囲第１項に記載の方法。
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