JP3414758B2 - 液体ハンドラーおよび液体を処理する方法 - Google Patents

液体ハンドラーおよび液体を処理する方法

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Description

【発明の詳細な説明】 背景技術 ここに記述される実施形態は、一般には、液体を自動
的に処理することに関する。より詳細には、この実施形
態は、液体をノズル内へと、そしてノズルから移動させ
ることに関する。
液体を移動させるための液体ハンドラーあるいは一般
的なメカニズムには、多くの用途がある。１つのそのよ
うな用途は、医療用自動分析装置と呼ばれるような器具
である。これらの分析装置は、血液および尿などの試料
に対して医療的な検査を行う。これらの検査は、試料を
液体に混ぜなければならない場合がある。試料を液体と
混合すれば、化学反応が起きることがある。化学反応
は、試料に関する医療情報を医療専門家に提供するのに
使用できる。試料は患者から得られたものなので、その
試料に関する医療情報は、患者の健康状態に関する情報
を医療専門家に提供することができる。
これらの分析装置が意図したように動作して、医療専
門家に正しい医療情報を提供するには、所定量の試料だ
けを所定量の液体と混合することが望ましい。混合プロ
セスにおいて、多すぎるかまたは少なすぎる試料が使用
されると、あるいは、多すぎるかまたは少なすぎる液体
が使用されると、試料と液体との間の化学反応は、適切
に起こらない場合がある。その様なことが生じたなら
ば、その検査は、試料および患者に関して正しくない医
療情報を提供するであろう。医療専門家に正しくない医
療情報が与えられることは、患者には最も不利益なこと
かもしれない。したがって、誤った量の試料および／ま
たは液体が、特定の医療検査で使用されたときに、自動
医療分析装置のオペレータに警報を発することのできる
液体ハンドラーを提供することは好ましいことである。
発明の開示 液体を処理する方法が開示される。１つの方法におい
ては、第１の液体をノズルに対して移動させるために、
ノズルに流体結合されたポンプが作動される。ノズルに
流体結合された圧力が、ノズルに流体結合された圧力変
換器によって、第１の液体が移動する間、ほぼ連続的に
監視される。ほぼ連続的に監視された圧力の平均値が計
算される。計算された平均値は、しきい値を決定するの
に使用される。第２の液体をノズルに対して移動させる
ために、ノズルに流体結合されたポンプが作動される。
ノズルに流体結合された圧力が、ノズルの流体結合され
た圧力変換器によって、第２の液体が移動する間、ほぼ
連続的に監視される。ほぼ連続的に監視された圧力が積
分される。しきい値が、積分された圧力と比較され、第
２の液体の移動が、意図したようなものであったかある
いは意図しないようなものであったかが判定される。
図面の簡単な説明 第１図は、ここで説明される液体ハンドラーの概略図
である。
第２図は、第１図に示される液体ハンドラーの一部分
のブロック構成図である。
第３図は、第２図に示される液体ハンドラーの一部分
の回路構成図である。
第4A図および第4B図は、流体ハンドラーの意図したよ
うな動作において得られたデータを示す。
第5A図および第5B図は、流体ハンドラーの意図しない
ような動作において得られたデータを示す。
第6A図および第6B図は、流体ハンドラーの動作におい
て得られフィルタリングされたデータを示す。
好ましい実施形態の詳細な説明 以下に詳細に説明される実施形態は液体を処理するも
のである。これらの実施形態は、適切な任意の液体を、
例えば、吸引し、分配し、あるいは、混合するような処
理に使用することができる。理解しやすいように、実施
形態は、医療分析装置に使用する場合について説明する
が、実施形態は、適切であればどのような用途にも使用
されてよいことに注意されたい。さらに、以下に説明さ
れる液体を処理するための方法については、１つの方法
に記載される段階は、適切であればどのような順序で実
行されてもよく、また、１つの方法に記載される段階
が、他の方法に記載される段階と組み合わせられて、さ
らなる方法を実現してもよいことに注意されたい。液体
ハンドラー10の動作をより明確に特定するために、意図
されたように、すなわち、正しく実行された液体ハンド
ラー10の液体処理動作と、意図しないように、すなわ
ち、誤って実行された液体ハンドラー10の液体処理動作
とを説明する。液体ハンドラー10は、例えば、目詰ま
り、凝固、破片、泡、フォームのような要因による、意
図しないような液体処理動作を検出することのできる十
分な能力を有する。意図しないような液体処理動作をそ
れらが発生したときに検出することによって、それに関
連する検査を無視することができ、検査結果そのものが
有効範囲を越えたものとなり、意図しないような液体処
理動作であることを示すかもしれないことに頼らなくて
もよい。さらに、これは、オペレータエラーが発生する
可能性を減少させることができる。
第１図は、液体ハンドラー10の実施形態を示す。図示
されたこの液体ハンドラー10は、原動機20によって動か
されるポンプ18に管16を介して接続された、先端14を有
するノズル12を備える。センサー24を有する圧力変換器
22は、ノズル12とポンプ18との間の管16に流体結合され
る。ノズル12は、明確にするために図示しない、適切に
構成されたガントリーによって移動可能に支持されても
よく、それによって、ノズル12は、液面30を有する液体
28を保持する容器26へ近づくように移動することがで
き、かつ、容器26から遠ざかるように移動することがで
きる。ノズル12、管16、および、ポンプ18は、例えば蒸
留水、緩衝液のような液体32を含み、それは、液体28を
吸引または分配するのを容易にする。したがって、圧力
変換器22は、液体32と「同調」する。液体ハンドラー10
の動作を制御し監視するために、圧力変換器22は、演算
電子回路34に電気的に接続され、そして、この演算電子
回路34は、コントローラ36に電気的に接続される。コン
トローラ36は、ポンプ18の原動機20に電気的に接続され
るので、ポンプ18および演算電子回路34は、調和して動
作することができる。
液体ハンドラー10の１つの特定の構成においては、ノ
ズル12は、硬質の吸引プローブである。このプローブ
は、約0.10cm（約0.04インチ）の内径および約18cm（約
７インチ）の長さを有し、約0.036cm（約0.014インチ）
の内径および約0.71cm（約0.278インチ）の長さを備え
た先端を有する。この構成においては、管16は、例えば
TEFZELチュービング（Du Pont Co.、Wilmington、DE
から市販されている）のような、小さなコンプライアン
スを有するポリマーから製造され、約0.16cm（約0.063
インチ）の内径を備える。過渡的な圧力変動のダンピン
グを最小限にするのが望ましければ、管16の軸方向の長
さ、具体的には、ノズル12と圧力変換器22との間の長さ
を、最小限にするかまたはできる限り短くしなければな
らない。しかしながら、限定はされないが過渡的な圧力
変動を含めてノズル12に流体結合された圧力を、圧力変
換器22がほぼ連続的に監視できさえすれば、圧力変換器
22は、どこに配置されてもよいことに注意されたい。
１つの構成においては、圧力変換器22は、Abbott La
boratories、Salt Lake City、UTによって製造された
TransPac IVであってもよい。一般には、圧力変換器22
は、少なくとも約−14kPa（約−2psig）から約41kPa
（約6psig）までの範囲にある、急激な過渡的圧力変化
を感知することができるべきであり、また、とくに、ノ
ズル12を効果的に洗浄することができるように約690kPa
（約100psig）までの超過圧力の能力を有するべきであ
る。圧力変換器22は、最大約10kHzの素早い応答時間を
有するべきである。圧力変換器22は、管16内の圧力をほ
ぼ連続的に監視し、それによって、管16の過渡的な圧
力、すなわち、ノズル12に流体結合された圧力を監視
し、それによって、意図しないような吸引および分配を
ほとんど即座に指示することができる。ノズル12に流体
結合された圧力は、限られた期間内で過渡的に大きく変
動する場合がある。したがって、ノズル12に流体結合さ
れた圧力をほぼ連続的に監視するのは望ましいことであ
る。１つの実施形態においては、管16内の圧力は、約10
00回／秒のレートで監視される。別の実施形態において
は、管16内の圧力は、約100回／秒、10回／秒、１回／
秒、あるいは、任意の適切なレートで監視され、それ
は、望ましい感度、利用できるコンピュータのメモリー
などの要因によって決定されてもよい。いずれにせよ、
どのような程度であろうとも関心のある意図しないよう
な液体の動きを特定するために、管16内の圧力がほぼ連
続的に監視されることに注意されたい。１つの構成にお
いては、ポンプ18は、Cavro 3000（Cavro Scientific
Instruments Inc.、Sunnyvale、CA）のようなシリン
ジポンプである。これらの特定の構成および以下に説明
されるその他の構成は、理解を容易にするためのもので
あることに注意されたい。
次に、第２図および第３図を参照して、演算電子回路
34の構成を詳細に説明する。しかしながら、これは、液
体ハンドラー10の動作を制御するための考えることので
きる構成のほんの１つにすぎないことに注意されたい。
例えば、演算電子回路34を構成するいくつかの部分およ
び／またはそれの機能は、コンピュータ38に組み込まれ
てもよく、ハードウェアまたはソフトフェアなどの形態
で提供されてもよい。
第２図に示されるように、圧力変換器22は、電子バッ
ファー回路40に電気的に接続されているので、管16内の
圧力に応答してセンサー24によって生成された電気信号
は、バッファー回路40に転送される。バッファー回路40
の１つの実施形態の詳細な構成図が、第３図に示され
る。第３図のバッファー回路40は、圧力変換器22に結合
されたブリッジ回路44に、約10Vの直流電圧を供給する
電圧源回路42を含む。ブリッジ回路44の電気出力は、差
動増幅器回路46に電気的に接続され、また、差動増幅器
回路46は、調整可能なオフセット電圧発生回路48に接続
される。差動増幅器回路46の出力は、電子バッファー回
路40の出力である。差動増幅器回路46の出力電圧は、次
のように表現することができる。
Vout＝（2R3/（R5＋R6）＋２）（V2−V1）＋VA 差動増幅器回路46の出力は、アナログ−ディジタル変
換器50に電気的に接続される。アナログ−ディジタル変
換器50は、コンピュータ38の一部かまたは別のコンピュ
ータの一部として提供されてもよい。別の構成において
は、アナログ−ディジタル変換器50は、National Inst
ruments of Austin、TXから市販されているATMIO−16
−L9にほぼ類似するものでよい。
図示された実施形態においては、アナログ−ディジタ
ル変換器50の出力は、ディジタルフィルター52に電気的
に接続される。１つの実施形態においては、ディジタル
フィルター52は、ディジタルバッタワースフィルターア
ルゴリズムのようなディジタル低域通過フィルターにほ
ぼ類似するものでよい。このアルゴリズムは、コンピュ
ータ38によって実行されてもよい。ある特定の実施形態
においては、市販されているソフトウェアパッケージMa
thCAD（MathSoft、Inc.、Cambridge、MAから入手するこ
とができる）のフィルターアルゴリズムが使用されても
よい。別の実施形態においては、フィルタリングは、バ
ッファー回路40に組み込まれたアナログフィルター、あ
るいはコンピュータ38によって実行される何か別のディ
ジタルフィルターによって実行されてもよい。
ディジタルフィルター52の出力は、エラー検出器54に
電気的に接続される。エラー検出器54は、ソフトウェア
ルーチン、ハードウェア構成、電気回路など、適切なも
のであればどのような構成であってもよく、それは、以
下に詳細に説明するような液体処理エラー検出タスクを
実行する。いくつかの実施形態においては、エラー検出
器54は、コンピュータ38の一部であってもよく、あるい
は、分離した信号処理装置かまたはマイクロコントロー
ラであってもよい。コンピュータ38またはエラー検出器
54は、ポンプ18が圧力変換器22からの信号に応答して動
作することを可能にするために、コントローラ36に電気
的に接続されてもよい。
液体ハンドラー10の構成が、液体ハンドラー10の動作
の説明からより良く理解できるであろう。この説明は、
理解を容易にするために提供されるものである。
第１図〜第３図を参照すると、１つの動作方法によっ
て、液体32が、ノズル12、管16、圧力変換器22、およ
び、ポンプ18に充填される。場合によっては、ポンプ18
が、液体ハンドラー10内の液体32を移動させてもよく、
それによって、約５〜10μリットルの量の周囲空気が、
先端14の近辺のノズル12内に配置される。この量の空気
は、容器26からノズル12内に吸引される液体28と、ノズ
ル12内にすでに存在している液体32とを分離するのに使
用されてもよい。また、この手順は、ノズル12内に様々
な液体28を積み重ねるのに使用することもできる。本質
的には、試料のような第１の液体28が、ノズル12内に吸
引され（以下で説明する）、第１の空気空間によって液
体32から分離される。試薬のような第２の液体28が、ノ
ズル12内に吸引される場合、第２の空気空間が、第２の
液体28を第１の液体28から分離する。そして、第１およ
び第２の液体28は、反応容器のような様々な容器26の第
１および第２の液体28に、ノズル12から分配されてもよ
い。この手順は、処理能力を増大させるのに使用されて
もよい。
液体28を処理するために、ノズル12は、明確にするた
めに図示しない、適切な原動機によって、処理されるべ
き液体28の表面30の方へ動かされる。ノズル12は、それ
の先端14が、容器26内の液体28の表面30の下に十分に入
り込む（オフセットされる）ように動かされる。液体28
の表面30を自動的に検出するのを容易にするために、Ｒ
−Ｆレベル検出、容量レベル検出、および、ニューマチ
ックレベル検出のような適切なレベル検出機構が、ノズ
ル12に動作可能に結合されてもよい。液体28の表面30と
ノズル12の先端14とのオフセット距離は、液体の特性、
使用したレベル検出機構、周囲条件などに依存して変化
してもよい。
いったんノズル12の先端14が、容器26内の流体28の表
面30の下に十分に入り込むと、コンピュータ36が、ポン
プ18に結合された原動機20を作動させる。ほぼそれと同
時に、コントローラ36は、圧力変換器22も作動させる。
実施形態によっては、圧力変換器22が作動させられても
よく、それによって、電動機20を作動させる前の第１の
時刻と原動機20の動作が終了した後の第２の時刻との間
にある、どの時点においても、かつどのような期間にお
いても、ノズル12に流体結合された圧力をほぼ連続的に
監視することに注意されたい。
ポンプ18は、所望された量の液体28を、容器26からノ
ズル12の内部に移動させる、すなわち吸引する。液体28
が、容器26からノズル12の内部へ通過するとき、圧力変
換器22のセンサー24が、管16内の圧力をつねに測定して
おり、ポンプ18の動作から影響を受けるノズル12および
管16内の液体28および液体32の流れによって生じる過渡
的な圧力変化を検出する。コントローラ36から原動機20
に送られる、原動機20を作動させるための信号は、セン
サー24から受け取られると予想される信号に対応する。
これは、センサー24からの信号を解析するのを容易にす
る。
圧力変換器22のセンサー24によって感知された圧力に
応答して、ブリッジ回路44は、電気信号を生成する。ブ
リッジ回路44によって生成された電気信号は、バッファ
ー回路40の差動増幅器回路46に送られる。バッファー回
路40は、センサー24によって感知された瞬間的な圧力を
表現する増幅された電気信号を生成する。増幅された電
気信号は、コンピュータ38に送られる。いったん増幅さ
れた電気信号がコンピュータ38に送られると、アナログ
−ディジタル変換器50は、バッファー回路40から送られ
た増幅された電気信号の電圧に対応したディジタル信号
を生成する。このように、ディジタル信号は、センサー
24によって感知された圧力を示す。ディジタル信号は、
ディジタルフィルター52によってフィルタリングされて
もよい。フィルタリングされた信号は、過渡的な圧力信
号を監視して、意図したような吸引が発生したかどうか
を判定するエラー検出器54によって処理される。１つの
実施形態においては、エラー検出器54は、吸引が開始し
たこと、および、エラーまたは意図しないような吸引の
発生を示すために、センサー24からの信号が監視される
べきであることを示す、コントローラ36からの信号によ
って作動させられる。
さらに、図示された実施形態の液体ハンドラー10は、
ノズル12から容器26または反応容器のようなその他の何
らかの受け器へ分配される液体28を監視するのに使用さ
れてもよい。上述した段階とほぼ同様に、液体28の分配
は、ポンプ18の動作によって開始される。ポンプ18とほ
ぼ同時に、エラー検出器54が、コントローラ36によって
作動させられる。エラー検出器54は、センサー24によっ
て感知され、センサー24によって送られ、意図したよう
な分配が発生したかどうかを判定するための演算電子回
路34によって処理された圧力を示す信号を監視する。
センサー24によって送られた過渡的な圧力信号に基づ
いて、意図したような吸引および／または分配が発生し
たかどうかを判定するために、センサー24によって感知
されセンサー24から送られた圧力を指示する信号を利用
するためのいくつかの方法が存在する。以下の例におい
て、これらの方法のいくつかが説明される。これらの例
は、理解を容易にするために提供されることに注意され
たい。
例において、データは、上述した液体ハンドラーと実
質的に同じである液体ハンドラー10の実施形態を用いて
収集された。約50μリットルの量の液体28が、ノズル12
内に吸引され、液体28の流れは、約83μリットル／秒の
ほぼ定常状態流量に達するまでは、約1563μリットル／
秒／秒のほぼ一定の率で加速された。また、流れは、約
1563μリットル／秒／秒のほぼ一定の率で減速された。
また、約391μリットル／秒の定常流量と、約26,040μ
リットル／秒／秒の流量加速率および流量減速率とによ
って、約40μリットルの分配が測定された。アナログ−
ディジタル変換器50に提供される電気信号が、吸引に先
立ってほぼ０ボルトになるように、かつ、意図したよう
な吸引／分配サイクルにおいて演算電子回路34を飽和さ
せないように、演算電子回路34が（利得、しきい値、な
どを）調整される。また、この吸引／分配サイクルは、
所望の量の液体28をノズル12内に吸引することと所望の
量の液体28をノズル12から分配することとからなるもの
であった。演算電子回路34の共通の利得は、約1.4V/kPa
（約9.6V/psi）である。これらの例においてデータを収
集および解析するのに使用されたMathCADソフトウェア
の説明が、アペンディックスＡに示される。以下の例
は、アペンディックスＡのセクション１に規定されるパ
ラメータを使用する。
例１ 意図したような吸引および分配のプロファイル 約50μリットルのブタ血清の吸引および約40μリット
ルのブタ血清の分配が、上述で列挙された流量パラメー
タでもって実行された。センサー24からのアナログ圧力
信号が、約1000試料／秒のレートでほぼ連続的にサンプ
リングされ、液体28の吸引および分配の両方の間、セン
サー24によって感知された瞬間圧力プロファイルを表現
するフィルタリングされていない数値データとして記憶
された。この実験を５回繰り返した結果が、第4A図（５
回の吸引）および第4B図（５回の分配）に示される。こ
れらの図面は、圧力感知方法の再現性を実証するもので
ある。実際の吸引および分配の間、圧力を抽出および表
示するのを容易にするために、吸引および分配の直前お
よび直後における圧力スパイクが、データに人為的に加
えられた。吸引および分配の間、圧力を抽出するのに使
用されたMathCADソフトフェアの説明が、アペンディッ
クスＡのセクション２に示される。これから、関係する
液体処理動作が意図したようなものかまたは意図しない
ようなものかを判定するために、センサー24によって得
られたデータから導き出された瞬間圧力プロファイルを
予め定められた圧力プロファイルと比較してもよいこと
は明らかである。
例２ 意図しないような吸引および分配 約50μリットルの吸引の間、ノズル12から容器26を取
り去り空気を部分的に吸引することによって、ブタ血清
の断続的な吸引が実行された。その結果として、吸引／
分配サイクルにおける分配サイクル部分も、やはり空気
を部分的に分配することを含んだ。５回の意図しないよ
うな吸引および分配の瞬間圧力プロファイルが、例１の
場合と同様に得られ、第5A図（５回の吸引）および第5B
図（５回の分配）に示される。意図しないような吸引の
間、様々な量の空気が吸引された。意図しないような吸
引および分配の間、圧力を抽出するのに使用されたMath
CADソフトフェアの説明が、アペンディックスＡのセク
ション３に示される。
例３ 圧力プロファイルのディジタルフィルタリング 例１および例２において説明したようにして得られた
圧力プロファイルデータは、上述したMathCADディジタ
ルバッタワースフィルターによってフィルタリングされ
た。これは、サンプリング周波数×約0.01の遮断周波数
（すなわち、約10Hz）を備えた、31個の係数を有するデ
ィジタル低域通過フィルターである。このフィルタリン
グを実行するのに使用されたMathCADソフトウェアの説
明が、アペンディックスＡのセクション４に示される。
このフィルタリングの結果が、第6A図（５回の意図した
ような吸引および５回の意図しないような吸引）、およ
び第6B図（５回の意図したような分配および５回の意図
しないような分配）に示される。意図しないような吸引
および分配は、意図したような吸引および分配のプロフ
ァイルからはっきりと区別できる。
例４ 積分によるエラー検出 例としてのエラー検出方法として、意図したようなお
よび意図しないようなフィルタリングされた圧力プロフ
ァイルデータおよび意図したようなおよび意図しないよ
うなフィルタリングされない圧力プロファイルデータが
積分された。積分は、MathCADソフトフェア（アペンデ
ィックスＡのセクション２、３、および５に説明され
る）を用いて数学的に実行された。積分の結果が表１に
示される。意図したような吸引および分配の場合の積分
結果は、意図しないような吸引および分配の場合の積分
結果から統計学的に区別できる。しかしながら、この方
法は、液体の粘度（約１〜14センチポアズの範囲にあ
る）に影響されやすく、そのために、わずかな量（10μ
リットル程度）の吸引および分配の場合にはあまり望ま
しいものではない。
例５ 平均圧力差によるエラー検出 連続する５つのデータポイントが、シリンジ減速の直
前に、意図したようなおよび意図しないようなフィルタ
リングされた吸引圧力プロファイルのそれぞれからサン
プリングされ、そのために、それらのデータポイント
は、定常状態の間、センサー24によって感知された圧力
を表現する。また、連続する５つのデータポイントが、
吸引が終了した後にサンプリングされた。定常状態での
吸引における平均圧力と、吸引終了後の平均圧力との差
が計算され、許容帯と比較された。この例においては、
アペンディックスＡのセクション６に説明されるソフト
ウェアによって実行され、許容帯は、約0.35〜0.55であ
った。表２に示されるように、意図したような吸引は、
許容帯内の平均圧力差を示し、意図しないような吸引
は、許容帯外の平均圧力差を示した。
例６ 平均値からの圧力差の変動によるエラー検出 定常状態の吸引領域内に存在する、意図したようなお
よび意図しないようなフィルタリングされた吸引圧力プ
ロファイルのそれぞれからのデータポイントが、任意の
時点でセンサー24によって感知された圧力と、吸引終了
後に感知された圧力との瞬間的な差を計算するのに使用
された。これらの値のそれぞれが、定常状態での吸引に
おける圧力と吸引後の圧力との平均差（例５において計
算されたような）と比較された。瞬間圧力差が、特定の
許容値よりも大きく平均圧量差と異なる回数が数えられ
た。アペンディックスＡのセクション７に説明されるソ
フトウェアの場合、許容帯は、平均差の両側に約0.1で
あった。表３に示されるように、意図したような吸引の
圧力プロファイルは、許容帯外へ逸脱した回数は一様に
ゼロであったが、意図しないような吸引の圧力プロファ
イルでは、そのような逸脱が多数存在した。
例４〜例６に示されるエラー検出方法は、センサー24
によって測定された圧力プロファイルから、意図しない
ような吸引および分配を検出するための考えられる多く
の方法の中のほんの４つにすぎない。実施形態によって
は、いくつかのエラー検出方法が組み合わせられてもよ
い。これらの例は、実施形態の液体ハンドラー10によっ
て収集された圧力データを、吸引および分配におけるエ
ラー検出方法に使用できることを実証するものである。
意図したようなおよび意図しないような吸引および分
配の圧力プロファイルは、ポンプ18の加速プロファイル
および減速プロファイルから直接に影響を受ける。例え
ば、ポンプ18の均一なランプ加速およびランプ減速は、
定常状態に達することのない圧力値をもたらす。ポンプ
18の加速分布および減速分布を変更して、これらのまた
はその他のエラー検出方法によって、より簡単にあるい
はより高い信頼度で区別されることが可能な、意図した
ようなおよび意図しないような吸引圧力プロファイルお
よび分配圧力プロファイルを実現することができる。別
の実施形態においては、意図したようなあるいは意図し
ないような液体処理動作を示すために、例えば、ポンプ
18の動き、液面30のレベル感知情報などを、単独かまた
はお互いに組み合わせて、あるいは、圧力変換器22の情
報と組み合わせて、圧力変換器22以外の液体ハンドラー
10の構成要素からのフィードバックが、使用されてもよ
い。
例７ 温度補償を備えた積分によるエラー検出 意図したような液体の移動を、意図しないような液体
の移動から区別するいくつかの方法は、ノズル12内およ
び管16内の液体32の粘度に影響される場合がある。とく
に、変換器22によってほぼ連続的に監視された圧力の積
分は、その結果が液体32の粘度によって変化する場合が
ある。液体32の粘度は、液体32の温度の影響を受けるこ
とがある。
液体32が水であれば、例えば、液体の粘度は、約15〜
30℃の温度範囲において、約30％ほど変化することがあ
る。その結果として、積分された圧力は、表４に示され
るように、約22％ほど変化することがある。液体32の温
度を考慮しなければ、この変動は、ノズル12内への意図
したような液体の移動（この場合、液体の吸引）を、ノ
ズル12内への意図しないような液体の移動（この場合、
空気のみの吸引）から区別する能力を低下させるであろ
う。
したがって、液体32の温度によって積分された圧力値
が変動する影響を抑制する方法を使用するのは望ましい
ことである。１つのそのような方法は、液体32の温度測
定値を直接または間接に提供するために、液体32の温
度、あるいは、液体32の温度を示す箇所の温度を測定す
ることであってもよく、その測定された温度を、吸引が
意図したようなものであったかあるいは意図しないよう
なものであったかを判定するのに使用する。
この方法の１つの実施形態においては、液体32の温度
と、吸引された液体の量と、積分された圧力の値との関
係は、以下のように決められる。
∫Ｐ dt＝ａ・Ｖ＋ｂ・Ｔ＋ｃ・Ｖ・Ｔ＋ｄ ここで、Ｖは、吸引量（単位はμリッター）であり、
Ｔは、液体32の温度（単位は℃）であり、ａ、ｂ、ｃ、
および、ｄは、それぞれ、9.99、−0.852、−0.106、お
よび、44.2と経験的に決められた定数である。積分され
る圧力は、液体が動かされる前の変換器22からの電気信
号から、吸引中のそれぞれの時点における変換器22から
の電気信号を引いたものである。この関係は、以下のよ
うな積分された圧力比の計算を可能にする。
積分された圧力比＝∫Ｐ dt/（ａ・Ｖ＋ｂ・Ｔ＋ｃ・Ｖ・Ｔ＋ｄ） これは、意図したような液体の移動に対しては1.0に
近い。約20μリットルの吸引に適用されたこの方法の１
つの実施形態における標本値である表５は、液体32の温
度が変化しても、本質的に、積分された圧力比は一定で
あることを示し、意図したような液体の移動を、意図し
ないような液体の移動から区別するのを可能にする。
例８ 一定流量補償を備えた積分によるエラー検出 液体32の粘度が変動する影響を抑制するもう１つの方
法は、ポンプ18またはその他の何らかのポンプからノズ
ル12を通ってその外へ、液体32が既知の一定流量で流れ
る期間に、変換器22によって感知されるような流体圧力
を示す信号の値を記憶することである。この一定圧力
は、液体の吸引の間に積分された圧力と同様に、液体32
の粘度の関数であり、意図したような液体の移動を、意
図しないような液体の移動から区別するのに使用されて
もよい。
この方法の１つの実施形態においては、約1000μリッ
トル／秒で液体32が流れ出るときの圧力と、液体の吸引
量と、積分された圧力値との間の関係は、以下のように
決められた。
∫Ｐ dt＝ａ・Ｖ＋ｂ・Ｗ＋ｃ・Ｖ・Ｗ＋ｄ ここで、Ｖは、吸引量（単位はμリッター）であり、
Ｗは、液体が動かされる前に感知された圧力信号の値か
ら、約1000μリッター／秒で液体32が管16を通ってノズ
ル12の外へ流れ出るときに測定された圧力信号の値を引
いたものである。パラメータａ、ｂ、ｃ、および、ｄ
は、それぞれ、2.04、−47.03、−3.25、および、−79.
80と経験的に決められた定数である。この関係は、以下
のような積分された圧力比の計算を可能にする。
積分された圧力比＝∫Ｐ dt/（ａ・Ｖ＋ｂ・Ｗ＋ｃ・Ｖ・Ｗ＋ｄ） これは、意図したような液体の移動に対しては1.0に
近い。積分される圧力は、液体が動かされる前の変換器
22からの電気信号から、例えば、約１回／秒、約10回／
秒、約100回／秒、約1000回／秒での吸引中のそれぞれ
の時点における変換器22からの電気信号を引いたもので
ある。表６は、液体32の温度が変化しても、本質的に、
積分された圧力比は一定であることを示し、意図したよ
うな液体の移動を、意図しないような液体の移動から区
別するのを可能にする。約50μリットルを吸引する場合
のデータが以下に示される。
この方法は、圧力変換器22のセンサー24の感度が変動
する影響を抑制するというさらなる利点を提供する。そ
のような感度の変動は、液体が移動するときに測定され
る圧力信号と、液体がノズル12を通って一定流量で流れ
出るときに測定される圧力信号との両方に影響を及ぼす
（演算電子回路34の利得は、２つの測定ごとに異なって
いてもよいが）。表７に示されるように、センサー感度
が40％変動しても、積分された圧力比はほんの15％しか
変動せず、それは、意図したような液体の移動を、意図
しないような液体の移動から区別するためのこの方法の
感度を増大させる。
この例が示すように、この方法は３つの段階を備え
る。例に基づいてさらに説明すると、ポンプ18が動き始
めるのと同時に、ノズル12に流体結合された圧力は、ほ
ぼ連続的に測定される。圧力は、約１回／秒、約10回／
秒、約100回／秒、約1000回／秒のように、適切であれ
ばどのようなレートででもほぼ連続的に監視されてよ
い。例えば、既知のほぼ定常状態の流体流量で液体を分
配する場合のように、ノズル12に対して第１の液体が移
動する間、圧力の監視はずっと継続される。１つの実施
形態においては、流体流量は、約1000μリットル／秒で
あってもよい。この液体は、液体32であってもよく、第
１の液体の流れは、ノズル12の外へ向かってもよく、そ
れによって、ノズル12および管16を液体32の流れで洗浄
するときの圧力が得られる。
第１の液体が移動する間、ほぼ連続的に監視されるそ
の圧力の平均値が計算される。平均圧力は、例えば液体
の吸引のように、ノズル12に対して所定の量の第２の液
体を移動させる場合に、上述において、約0.5の比を提
供するべく決定されたように、しきい値を計算または決
定するのに使用される。
そして、ノズル12に関して第２の液体が移動する間、
変換器22によって、ノズル12に流体結合された圧力が、
同様に、ほぼ連続的に監視される。第２の液体のこの移
動は、ノズル12内へ流れ込むようなものであってもよ
く、第２の液体は、ポンプ32かまたはその他のポンプに
よって動かされてもよい。例えば、そのような第２の液
体の移動（例えば、吸引）の間およびその直後（例え
ば、その約20μ秒後）に、ほぼ連続的に監視された圧力
が積分され、その積分された圧力、より詳細には、積分
された圧力の比が、液体のその値に対して計算または決
定されたしきい値と比較され、吸引が意図したようなも
のであったかあるいは意図しないようなものであったか
が判定される。しきい値は、固定されたものであっても
よく、あるいは、第２の液体の量、第２の液体の個々の
特性などの要因に依存して変更されてもよい。この方法
は、管16内の液体32の粘度が変わることによる影響、お
よびノズル12に流体結合され測定される圧力が、その結
果として変動することによる影響を低減するのに使用す
ることができる。
例９ 周波数解析によるエラー検出 意図したようなおよび意図しないような圧力プロファ
イルデータは、吸引のある期間における周波数スペクト
ルを得るために、フーリエ変換技術によって解析されて
もよい。そして、最も低い周波数成分が、データエント
ロピー法（「Mathematics in Medicine and the L
ife Sciences by Hoppensteadt ＆ Peskin、Sprin
ger−Verlag、1992、pages 23−25」に記述されるよう
な）を用いて解析されてもよい。この方法の１つの実施
形態においては、128ミリ秒の圧力データが解析され、
これから、最も低い15個の周波数の値が、データエント
ロピー技術を用いて解析された。意図したような液体移
動（液体の吸引）の場合の平均エントロピーは、0.024
であり、意図しないような液体移動（空気の吸引）の場
合の平均エントロピーは、0.130であり、これは液体の
場合の値の５倍以上であった。
APPENDIX A Section 1 以下の資料は、吸引／分配プローブと同調するように
配置されたTransPac IV圧力変換器に関するデータであ
る。
検査の設定は、以下の通りである。
1.TransPac IV圧力変換器は、作業流体である蒸留水に
よって、プローブと同調するように接続された。すべて
の泡が、チュービング、シリンジ、および、変換器から
取り除かれた。変換器のための励起電圧は、10Vであっ
た。したがって、応答は、増幅されないものが0.00036V
/kPa（0.0025V/psi）であった。
2.シータＺブレッドボードシステムは、OMS Indexers
およびIMS Drivers（Microstepping）を使用する。こ
のシステムを32,000ステップ＝25cm（１インチ）で動作
させた。
3.変換器からプローブおよびシリンジから変換器への配
管は、（0.076cm ID（0.030″ID））から（0.16cm ID
（0.063″ID））に変更された。
4.Cavro syringeが、250μリットルシリンジとともに
使用された。
5.圧力変換器の利得は小さいものであった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フオード，グレゴリイ・オー アメリカ合衆国、テキサス・75023、プ レイノウ、マニトウオーク・ドライブ・ 6752 (72)発明者 コルターマン，ジエイムズ・シー アメリカ合衆国、イリノイ・60048、リ バテイビル、ホームウツド・アベニュ ー・199 (72)発明者 ウオーンケ，ケビン・シー アメリカ合衆国、イリノイ・60045、レ イク・フオレスト、イースト・ウエスト ミンスター・アベニュー・140 (56)参考文献 特開 平７−5014（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−17448（ＪＰ，Ａ) 特公 平６−19362（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平６−16050（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 35/00 - 35/10 G01N 1/00 - 1/44 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】液体を処理する方法であって、 （ａ）第１の液体をノズルに対して移動させるために、
    ノズルに流体結合されたポンプを作動させる段階と、 （ｂ）段階（ａ）において第１の液体が移動していると
    きに、ノズルに流体結合された圧力変換器によって、ノ
    ズルに流体結合された圧力をほぼ連続的に監視する段階
    と、 （ｃ）段階（ｂ）の間ほぼ連続的に監視された圧力の平
    均値を計算する段階と、 （ｄ）段階（ｃ）において計算された平均値を用いて、
    しきい値を決定する段階と、 （ｅ）第２の液体をノズルに対して移動させるために、
    ノズルに流体結合されたポンプを作動させる段階と、 （ｆ）段階（ｅ）において第２の液体が移動していると
    きに、ノズルに流体結合された圧力変換器によって、ノ
    ズルに流体結合された圧力をほぼ連続的に監視する段階
    と、 （ｇ）段階（ｆ）の間ほぼ連続的に監視された圧力を積
    分する段階と、 （ｈ）段階（ｄ）のしきい値を段階（ｇ）の積分された
    圧力と比較して、第２の液体の移動が意図したようなも
    のであったかあるいは意図しないようなものであったか
    を判定する段階と、 を備えた方法。
  2. 【請求項２】第１の液体の移動が、ほぼ定常状態の流体
    流量で生じる請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】段階（ａ）がノズルを洗浄する請求項１に
    記載の方法。
  4. 【請求項４】第１の液体の移動が、ノズルの外へ向かう
    請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】第２の液体の移動が、ノズルの中へ向かう
    請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】積分する段階（ｇ）が、第２の液体の移動
    の間とそれが終了した直後で、ほぼ連続的に監視された
    圧力を積分する段階である請求項１に記載の方法。
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