JP4095819B2 - 試薬分注装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は血液，尿等の成分を定量あるいは定性分析する自動分析装置に用いられる試薬の分注装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動分析装置は小形から大形装置まで幅広く利用されている。近年の検体数の増加に伴い、処理能力の高い装置が望まれ、小形の装置を複数台ならべて大形の装置を形成する並列方式がとられている。しかし、並列方式は部品数が必然的に倍増し、コスト，信頼性の点から得策ではない。自動分析装置のサイクルタイムを可能なかぎり短くし、少ない部品を稼動回数多く稼動させて処理能力を上げることが得策である。
【０００３】
自動分析装置の複数の試薬分注装置に関しては、従来方式を大別すると、ピペッティング方式とディスペンサ方式に分けられる。
【０００４】
ピペッティング方式は特開昭６２−４４６６３号公報に示されるようにプローブの先端を試薬に付け、プローブの先端から試薬を吸引し、次にプローブを試薬から離し、吐出したい場所に移動して吸引した試薬を押し出す形でプローブ先端より吐出する方式である。１本のプローブで多試薬の分注が可能である。この方式には試薬間のコンタミネーションを防ぐために毎回充分な洗浄水でプローブ内外を洗浄する必要がある。そのため、多量の純水を消費するという欠点がある。さらに、毎回洗浄動作が入るために、また、プローブを試薬液面から吐出場所へ往復移動する必要があるために分注のサイクルタイムを短くするには限界があり、３秒が限界と思われる。また、プローブ内での洗浄水と試薬の拡散により試薬が薄まってしまうため、極力薄まりを小さくするために試薬ダミーを余分に吸っているため試薬が無駄になっているし、ダミーを吸っても薄まりは２０％程度ありゼロではない。ピペッティング方式を自動分析装置にくみこんだ場合、機構ユニットや試薬ボトルを平面的に配置せざるをえず、自動分析装置の設置面積が大きくなってしまう欠点がある。
【０００５】
一方ディスペンサ方式は吸込みチューブを試薬内に投げ入れシリンジ内に試薬を吸引し吐出ノズルから吐出する方式である。この方式にはシリンジ内に試薬を吸引するために試薬がその分無駄になる欠点がある。さらに、流路切り換え弁なるものが必要となり、弁に直接試薬が入り込むために流路詰りの原因となる電磁弁などは使用できない。多少高価でも機械的切換弁を使用せざるをえない。弁の材質も摺動材としての耐磨耗性と耐薬品性の両方が要求され、材質が限定されて高価なものになってしまう。このようなディスペンサ流路を試薬の種類の数だけ用意する必要があり、大変部品数が多くなりコストも高くなる。シリンジの本数を少しでも少なくしようという考案が特開昭６０−２２５０６４号公報に示されている。しかし、この考案でも多数の切換弁を必要とするし、多流路切換弁なる非常に複雑なものが必要となっている。また、機械的摺動により流路を切替えているため切替え摺動時間を必要とし、サイクルタイムを短くするのは困難である。
【０００６】
このような問題を解決するために、特開平１１−２３５８３号公報に開示された技術が知られている。しかし、この発明には、試薬の温度が変化した時、ボトル内容積が変化し分注量の影響を与えてしまうという欠点がある。試薬温度が上がると試薬容器が膨張して試薬ノズル先端に自然に空気を吸引してしまうし、試薬温度が下がると試薬容器が収縮して試薬ノズルから自然に試薬が滴下してしまうのである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前述の両者の持つ欠点を解消すべく、１本のシリンジで多数の試薬の分注が可能で、１つの試薬を分注するサイクルタイムを大幅に短縮でき（１.５ 秒以下）、純水の消費量が少なく、コンタミネーションもなく流路構造が簡単で安価で信頼性が高く、無駄になる試薬量が少なく、自動分析装置に組み込んでも装置の設置面積が大きくならない試薬分注装置を提供することにある。１本のシリンジで多数の試薬を分注すると、試薬とシリンジ内の水との相互拡散によって試薬同士が混ざり合ってしまうという問題が生ずる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
試薬ボトルに接続されたチェック弁と、吐出ノズルに接続されたもうひとつのチェック弁とをＴ字管で結び、該Ｔ字管の第三の分岐部には単数のシリンジが配管と合流管，第三の弁なる電磁弁を介して接続する。該合流管には分注したい数だけの試薬流路が接続されており、単数のシリンジで複数の試薬を試薬吐出ノズルより吐出する分注装置の構造とし、シリンジで試薬ボトルから吸引した試薬吸入量よりシリンジで吐いた吐出量のほうが多いようにした。こうすることによって、常にシリンジからノズル側に拡散試薬が押し戻されるため拡散によって試薬同士が混ざり合うことはなくなる。ただし、水で薄められた試薬が分注されることになるが２％程度に押さえることが可能なので問題ない。
【０００９】
また、他の解決手段として、Ｔ字管の内部に薄いフィルム状の仕切り膜を設けて、試薬の拡散を防止する方法とした。フィルム内の容積は吸引吐出によってしぼんだり拡張したりする。
【００１０】
さらに、他の解決手段として、Ｔ字管と第３の弁（電磁弁）との間のチューブに中に非混和性液体を挿入するようにした。また、このチューブの形状を逆さＵ字管にし、さらに非混和性液体の比重を水や試薬より軽くするようにする。そうすると、非混和性液体は常に逆さＵ字管部に存在するようになる。こうすることによって、試薬の拡散は非混和性液体によって阻止され、拡散試薬がシリンジ内への流入によって試薬同士が混ざり合うということはなくなる。
【００１１】
試薬ボトル，試薬流路，試薬吐出ノズルを保冷庫の中に納めるようにしていつでも新鮮な試薬が分注できるようにした。保冷庫は冷却されているためその周りは断熱材で覆う必要が生ずる。その断熱材に小さい穴をあけて、ノズル及び試薬ボトルを上下させるようにし、ノズル先端が保冷庫の断熱材の外へ顔を見せるようにした。
【００１２】
試薬部は吐出ノズル先端まで完全に保冷可能なので、試薬プライムはボトルを交換した場合だけで良く、また、毎サイクル捨てる試薬ダミーも必要ないので無駄になる試薬が少ない。
【００１３】
流路切替には応答の速い電磁弁を用いているので分注サイクルタイムの短縮化が図れる。電磁弁には水しか流入しない流路構造なので、試薬結晶による電磁弁動作不良は発生することはなく信頼性が確保できる。
【００１４】
試薬流路は完全に独立しているので、試薬のクロスコンタミネーションを防止できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【００１６】
図１に本発明の請求項１に対応した実施例を示す。まず、その流路構成を説明する。試薬ボトル１にはゴム製のピアスブッシュが付けられており、それに針状の吸引口４が挿入される。吸引側チェック弁ボール５がバネ７で押し付けられ、口を封鎖しているためボトル内の試薬２は滴下することはない。Ｔ字管６部を経て吐出側チェック弁ボール８を介して試薬ノズル１０につながる。Ｔ字管６部には連結チューブ１２を接続、電磁弁１３を介して合流管１４に接続されている。合流管には分注したい数だけの電磁弁１３及びその先の流路（チェック弁／ボトルなど）が接続されている。合流管には、１本のシリンジ１５が接続されている。合流管１４の一端を電磁弁２０を介してダミーノズル２１に接続する。シリンジには電磁弁１７を介して送水ポンプ１８とタンク１９が接続されている。
【００１７】
次に動作を説明する。
【００１８】
まず、電磁弁１７と電磁弁２０を開きながら、シリンジのプランジャ１６を
１０μｌ分下げる。そうするとタンクの水が送水ポンプによって送られダミーノズル２１より吐出される。シリンジの吸引速度よりポンプの送水速度が勝っているので水がダミーノズルより吐出される。結果的にシリンジ内に水１０μｌが吸引されたことになる。次に、分注したい試薬に対応する電磁弁１３を開く。
【００１９】
シリンジのプランジャ１６を９０μｌ分下降させる。そうすると、吸引側チェック弁ボール５が動いてＴ字管６部および連結チューブ１２内に試薬が吸引される。プランジャの動きが止まると吸引側チェック弁ボール５は流路を閉じる。
【００２０】
次にプランジャ１６を１００μｌ分上昇させる。そうすると、ノズル側チェック弁ボール８が動いて試薬ノズルから試薬が吐出される。この場合９０μｌの原液試薬と１０μｌの水の混ざったものが吐出される。したがって約１０％程度薄まった試薬が吐出されることになる。しかし、いつも同じ割合で薄まっていることと、試薬には十分な活性量の試薬が含まれているから分析性能上問題は無い。連結チューブ１２内の試薬拡散状況を図２／図３に示した。試薬を吸引した直後の状態が図２である。原液試薬２２と水２４との間に拡散領域２３が存在する。普通ここで示した１０μｌの余分希釈押し戻しが無かったら、何回も吸引吐出を繰返すと試薬は連結チューブ１２内で水と拡散し、電磁弁１３を通り越して合流管１４まで流入することになる。
【００２１】
そうなったら吐出すべき試薬に、違う試薬がわずかに混入することになる。これは試薬の相互汚染と同じ状態となってしまい大きな問題となる。
【００２２】
これを防止するために、本発明では、吸引量と吐出量をわずかに変えて分注しており、毎回１０μｌ分の水押し戻しを行っていることになる。拡散領域２３は一回の分注に付き約２μｌである。吐出時に１０μｌ余分に吐くのでいつも拡散領域を８μｌ押し戻していることになる。十分な裕度を持っていることになる。吐出後の状態を図３に示す。水の領域２５がＴ字管内部に入り込んでいることがわかる。本実施例では拡散量を２μｌと規定したが、分注量によって異なったり、チューブ径によって異なったりするのでこれらをパラメータとした変数にしておくのが良い。
【００２５】
図４に本発明を実際の装置に実装した時を示す。試薬ボトル／Ｔ字管チェック弁／試薬ノズル類は多数サークル状をなして保冷庫３０の内部に配置する。チェック弁を用いているので、分注装置が非常に小形にできるので、保冷庫も小形になる。保冷庫の底には小さな穴３１が開けられており、そこに分注したいチャンネルの試薬ボトル／Ｔ字管チェック弁／試薬ノズル類を回転移動させる。チェック弁を用いているので、分注装置が非常に小形にできているので、回転移動が容易である。その後分注したいチャンネルのみを下降させて穴３１より試薬ノズル先端が顔を出すようにして反応容器に接近して分注できるようにした。ノズル先端を反応容器に近づけて吐出しないと反応容器の壁に試薬が液滴として付着したりして測定に誤差が生ずるからである。
【００２６】
このように分注系を保冷庫の中に格納することによってノズル先端まで新鮮な試薬状態が維持できる。そうすると毎朝の試薬プライムが必要無いため、即分注分析が開始できる。試薬プライムが必要なのは、ボトルが空になって新しい試薬ボトルに交換した時だけである。したがって試薬の無駄を大幅に低減できる。このようなノズルと試薬ボトルが上下する方式というのは、本実施例に記載したような分注流路がチェック弁方式でなくてもよい。たとえば、ボトルの底にシリコンチップ上に構成されたマイクロポンプを貼付け、マイクロポンプには吐出ノズルが取り付けられてボトルとノズルが上下するようにした場合でも本発明請求項５に含まれる。電磁弁１３を使った例を示したが、電磁弁の代わりにマイクロファブリケーション技術を利用してシリコンチップ内に構成されたマイクロ弁を使用した場合でも本発明に含まれる。
【００２７】
ノズル／ボトルの回転上下移動中に試薬の吸引動作が可能なので、分注サイクルタイムが短縮できる。
【００２８】
試薬ピペッティング方式のように多量の水でプローブを洗浄する必要がないので純水の使用量が少なくてすむ。試薬コンタミネーションは皆無である。
【００２９】
図４に示されたように反応ラインの上に試薬を立体的に配置できるので、装置の設置面積が極端に小さくできる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、１本のシリンジで多数の試薬の分注が可能で、１つの試薬を分注するサイクルタイムを大幅に短縮でき、純水の消費量が極端に少なく、試薬コンタミネーションも皆無で、流路構造が簡単で安価で信頼性が高く、無駄になる試薬量が少なく、自動分析装置に組み込んでも装置の設置面積が極端に小さくできる試薬分注装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の流路説明図。
【図２】 試薬吸引後のＴ字管内部の試薬拡散状態を示した図。
【図３】 試薬吐出後のＴ字管内部の試薬拡散状態を示した図。
【図４】 本発明を自動分析装置に適用した例。
【符号の説明】
１…試薬ボトル、６…Ｔ字管、１０…試薬ノズル、１２…連結チューブ、１３…電磁弁、１４…合流管、１５…シリンジ、２３…拡散領域、２６…仕切り膜、３０…保冷庫。

Claims (3)

1. シリンジと、
   前記シリンジに水を供給する水供給装置と、
   前記シリンジに複数の配管がそれぞれ第１の弁を介してＴ字管の第１の出口に接続されるとともに、該Ｔ字管の第１の出口と該第１の弁をつなぐ配管には前記水供給装置から供給された水が満たされ、
   前記Ｔ字管の第２の出口には第２の弁を介して試薬を収容する試薬ボトルが接続され、
   前記Ｔ字管の第３の出口には第３の弁を介して試薬吐出ノズルが接続され、
   前記第２の弁は試薬が前記試薬ボトルから前記第２の出口に向かってのみ通流するように試薬の流れを制限するバルブであり、
   前記第３の弁は試薬が前記T字管から前記試薬吐出ノズルに向かってのみ通流するように試薬の流れを制限するバルブであり、
   前記第１の弁を切換えて前記シリンジを動作させることにより、所定の試薬を分注する機構を備えたことを特徴とする試薬分注装置。
2. 請求項１記載の試薬分注装置において、
   前記試薬ボトルから前記Ｔ字管を介して吸引した試薬量に比べ、前記試薬吐出ノズルから吐出される液体の量が多くなるように制御する機構を備えたことを特徴とする試薬分注装置。
3. 請求項１または２記載の試薬分注装置において、
   前記試薬ボトルが試薬庫の中に入れられており、該試薬庫内にて前記試薬吐出ノズルが上下動する構造を備えたことを特徴とする試薬分注装置。

Images