JP4269030B2 - スライドを個別に加熱制御するランダムアクセス型スライド染色装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡スライドに取付けた生物学的組織断片に試薬を供給・除去するスライド染色装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
組織断片または細胞単層は、研究および臨床診断のいずれの目的にも顕微鏡検査により検査するのが普通である。薄い組織断片または細胞試料は、一般に１〜１０ミクロンの厚みであり、処理しない状態では透明に近い。各種の組織学的形態を見るために、組織の各種の細胞または細胞外の成分を強調するための広範囲の染色手法が永年にわたり開発されてきた。組織化学染色、一般用語では「特殊染色」は、化学反応を用いることにより各種の化学成分を染色する。免疫組織化学染色は、プロ−ブとして抗体を使用し、一般には染色沈殿物の酵素析出物によって、特定の蛋白質を染色する。これらの組織化学染色および免疫組織化学染色の各々は、定められた温度で、特定の時間、定められた順序で試薬を添加および除去することが必要である。したがって、技術者の定めた通りに、コンピュータ制御して多様な染色を同時に実行できるスライド染色装置の必要性が生じる。
【０００３】
免疫組織化学用の初期のスライド染色装置は、David Brigati M.D.により、米国特許第４，７３１，３３５号に記載されている。この特許の開示によれば、顕微鏡スライドは、互いに接近した位置に置かれることにより細孔ギャップを形成している。スライドの対は、保持具中に取付けられ、保持具は機械的アームにより３次元的に動かすことができる。スライドを加熱する必要がある場合は、すべてのスライドをグループでまとめて加湿・加熱チャンバに移動する。したがってこの設計の場合には、ランダムアクセス方式は不可能である。
【０００４】
RogersとSullivanによる米国特許第４，０４３，２９２号における別のスライド染色装置では、スライドは回転式円形コンベア上に取付けられる。彼等の発明は、スライドの上に熱風を通すことによりスライドを加熱する。したがって、スライドはすべて同じ温度に加熱される。
【０００５】
Wooton、McLeodおよびReadは、加熱の可能な別のスライド染色装置を米国特許第５，２３１，０２９号に開示している。この発明においては、スライドを加熱するためにスチームチャンバを備えている。スチームチャンバ内の湿度は、ほぼ１００％に近い値に設計されている。スライドを加熱する必要がある場合は、チャンバの中に入れる。スライドは、チャンバの外または内のいずれにもあるため、すべてのスライドを同じ加熱温度、つまりほぼスチームの温度（１００℃）に加熱する必要がある。
【０００６】
Ventana Medical System, Inc.により市販されている最近発表されたバッチ式スライド染色装置は、Copeland等による米国特許第５，５９５，７０７号に開示されている。この特許の開示によれば、スライドは回転式円形コンベア上に置かれ、このコンベア上でスライドの表面に試薬が加えられ、洗い流される。この発明のスライド染色装置は、温風により加熱される加熱チャンバを備えている。温度センサがチャンバ内にあり、マイクロプロセッサに温度フィードバックしている。上記のその他のスライド染色装置と同様に、すべてのスライドを同一温度に加熱する必要がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、顕微鏡スライドに取付けた生物学的組織断片に試薬を供給し、除去する、改良されたスライド染色装置に関するものである。改良点は、スライド染色装置のランダムアクセス機能に関する。つまり顕微鏡スライドに取付けた複数の生物学的サンプルのいずれに対しても、一連の手順の中の任意のものを実行することである。種々な手順は、異なる時点で加熱して化学反応速度を速めることを必要とするため、スライドを他のスライド温度とは無関係に異なる温度に加熱する手段を開発した。本発明は、各スライドを固有の指定した温度に加熱することを可能にする。
【０００８】
上記のシステムのいずれにも修正を加えて、そのヒータ制御システムを重複して、複数レベルの加熱制御機能を備えることができる。たとえば同一マイクロプロセッサを共有する４種の加熱ブロックを用いる市販の商用温度サイクラーを利用できる。しかし４種のブロックを加熱冷却する固定配線の温度制御機構のタイプは、個々のサンプル数が増えるに伴い、高価で複雑になる。たとえば本発明の好ましい実施形態においては、４９個の別々の加熱位置を述べている。２本の配線がヒータに電力を供給し、また２本の配線が各温度センサから温度フィードバックを供給すると仮定すると、別々のヒータとコンピュータ制御回路との間に合計１９６本の配線を接続する必要がある。これらの配線のすべてを定位置のコンピュータと移動するスライド染色装置との間のサービスループに適用するのは、別の困難が生じ、製造およびサービスのコストも増大する。
【０００９】
本発明の一構成によれば、移動プレート、好ましくは円形コンベアは、生物学的サンプルを載せた複数の顕微鏡スライドを支持する。特に複数の平坦な加熱ステーションをプラットフォーム上に備え、各加熱ステーションは少なくとも一つの顕微鏡スライドを支持する。加熱ステーションを個別に制御して、スライドの加熱温度を制御する。
【００１０】
本発明の別の構成によれば、その各々が少なくとも一つのスライドを加熱できる複数のヒータは、複数の顕微鏡スライドを支持する移動プラットフォームに接続されている。各ヒータは加熱素子セットを含み、各セットは少なくとも一つの加熱素子を持つ。移動プラットフォーム上に取付けた温度制御電子回路は、加熱素子に電力を供給して、各加熱素子セットを別々の温度に加熱することができる。移動プラットフォームから離れて取付けられたユーザインターフェースは、温度制御電子回路とのコミュニケーションリンクを介して、顕微鏡スライドを所望の温度に指定する。
【００１１】
コミュニケーションリンクは配線グループであり、配線の本数が加熱素子の数よりも少ないのが好ましい。このために、温度制御電子回路はユーザインターフェースから制御データを受け取るシフトレジスタを備えることができ、複数の温度制御回路の複数のシフトレジスタはデイジーチェーン接続される。また個別の温度センサを備えて、温度フィードバック情報を温度制御電子回路に供給することも可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の上記およびその他の目的、構成および利点は、添付図面による本発明の好ましい実施形態のさらに詳細な説明から明らかになるであろう。添付図面では、同一の参照符号は異なる図面においても同一部品を示す。図面は必ずしも縮尺通りではなく、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。
【００１３】
図１は、本発明の第１実施形態を示す斜視図である。一般に第１実施形態にかかるスライド染色装置１は、ほぼ円形のアセンブリベース２、アセンブリベース２上で回転可能なスライドロータ３、同様にアセンブリベース上で回転可能な試薬ロータ４、ならびに液体の分配および除去ステーション５を備える。
【００１４】
スライドロータ３は、サーボモータ（図示されず）で駆動されて回転され、径方向に挿入および取外しのできる１０個のスライドフレーム６を保持する。単一のスライドフレーム６の平面図を図２に示している。この場合、それぞれが組織サンプルを持つ５つのスライドの位置を７ａ−７ｅに示している。スライドフレーム６は、図３に示すスライドフレームベース８を備える。スライドフレームベース８は加熱領域９を備え、その領域は７ａ−７ｅのスライド位置の下にあり、図示されていない抵抗加熱素子を組込んでいる。加熱素子は、スライドフレームベース８内に一体化して形成されている。加熱素子に必要な電力は、アセンブリベース２から第１および第２接点１０を経てスライドフレーム６に供給される。さらに第３および第４接点１１は、スライドフレームベース８に一体化して形成されたサーモカップルを介して加熱領域の温度を感知することができる。実際には、合計３つのコネクタが必要である。何故ならば接点１０および１１は、同一の接地接続を共有するからである。したがって、コネクタ１１の一つは使用されずに残る。
【００１５】
スライドフレームハウジング１２をスライドフレームベースに重ねている。図４はスライドフレームハウジング１２の平面図であり、スライドの位置７ａ−７ｅの各々に対応する５つの楕円孔１４ａ−１４ｅを持つ実質的には硬質プラスチックまたは金属製のフレーム１３を示す。シリコンゴムガスケット１５もまたフレーム１３の下に設けられている。図２によれば、ガスケット１５およびフレーム１３を備えるスライドフレームハウジング１２は、２本のアレン(Allen) ボルト１６によりスライドフレームベース８に固定され、スライドの位置７ａ−７ｅの各々に置かれた各組織サンプルスライド上に約０．２〜０．４インチ深さの個々にシールされた空隙を形成する。この結果、合計３ｍｌの試薬および／またはリンス液をスライドの各１つの組織サンプルに接触して配置することができる。ただし最大量は２ｍｌとすることが望ましい。フレーム１３がシリコンガスケット１５を顕微鏡スライド（図示されず）に押付けるため、各フレーム位置の上の空隙は相互にシールされている。
【００１６】
図５は、図３の７ａ−７ｅにより示された位置に５つの顕微鏡スライド１７を持つスライドフレームベース８の平面図である。空隙を形成する各スライド１７の領域は、シリコンゴムガスケット１５および孔１４ａ−１４ｅにより区切られており、チャンバ壁を示すほぼ矩形ライン１８により示されている。斜線で示された領域は、加熱素子９を備えるスライドフレームベース８の領域を示す。全加熱領域（斜線部）は、同一温度に加熱され、５枚のスライドのグループを同一希望温度に加熱する。加熱領域上にない各スライド１７の部分には、一般に生物学的組織試片を載せない。この部分はラベル表示に用いられる。
【００１７】
図６は、組立てたスライドフレームベース８とハウジング１２の断面図であり、前には合わせてスライドフレーム６と称したものである。顕微鏡スライド１７は、スライドフレームベース８とハウジング１２との間の位置に保持されている。スライドフレーム６は、スライドロータ３の上に載っている。この図は、スライドフレーム６とエッジコネクタ１９との間の電気接続を示している。スライドフレーム６当たり４つのエッジコネクタ（図２および３の接点１０および１１）を備えている。電気配線は、エッジコネクタ１９からスライドロータを経て絶縁された供給路２０を介してサイドロータ３の下のターミナルに到る。この時、配線が電源または制御回路（図示されず）の端子に接続される。
【００１８】
図７は、この装置のスライドロータ上に置くことのできる１０組のヒータ９１およびセンサ９２の内の２つを示す概略図である。ヒータは、抵抗素子として図示され、図５の加熱領域（斜線部）に相当する。接点１０および１１は、共通の接地接続を共有し、４つのコネクタの内の一つを使用せずに残す。各回路は、温度コントローラ２１に接続される。各スライドフレームからは、３本の配線が温度コントローラ２１に延びている。つまりヒータ電力配線２２、センサ導線２３および接地接続２４である。温度コントローラ２１は、アセンブリベース２上の定位置に設置されている。ヒータおよびセンサは頻繁に移動するために、定位置の温度コントローラ２１にサービスループ（図示されず）を介して接続される。サービスループは、エッジコネクタ１９の各々からの配線を含む。配線は充分な長さにしてあり、スライドロータが回転する際にサービスループがスライドロータ軸心の周りを移動できる。スライドロータ３は、いずれの方向にも１回転以上回転することはない。サービスループ中の配線は、針金で結束して個々の配線がもつれたり、スライドロータ３の下に引込まれないようにするのが望ましい。回路当たり３本の配線（配線２２−２４）があり、スライドロータ３には１０個のスライドフレーム６があるため、サービスループは少なくとも３０本の配線を含む。
【００１９】
図１によれば、スライドロータ３上には試薬ロータ４がある。この試薬ロータは、アセンブリベース２上で同様に回転し、別のサーボモータ（図示されず）によりコンピュータ制御（図示されず）で駆動される。試薬ロータ４およびスライドロータ３は、互いに無関係に回転する。試薬ロータ４は、最大１０のカートリッジフレーム２５を保持できる。これらのカートリッジフレーム２５の各々は、試薬ロータ４から取外すことが可能であり、１０個の接続可能位置の任意の１つに選択的に取付けることができる。各カートリッジフレーム２５は、５つのカートリッジポンプ４６を保持できる。
【００２０】
一般に分配ステーション５は、カートリッジポンプ４６の一部に係合する軟質のハンマ２６を備える。カートリッジポンプ４６の構造は、カートリッジポンプ４６の一部（計量チャンバ４２と呼ばれる）が圧縮されると、液を分配するようになっている。希望するカートリッジポンプ４６をハンマ２６に位置合わせするように試薬ロータを回転して、複数のカートリッジポンプのいずれからも分配できる。これによりアクチュエータ２６に隣接するカートリッジポンプ４６の下にあるすべてのスライドに、正確に計量された量の試薬を分配することが可能となる。図８は、カートリッジポンプ４６からの分配の機構をさらに詳細に示す。ハンマ２６は、アセンブリベース２に取付けられた正面壁４４上に装着されたソレノイドまたは線型ステップモータ４３により駆動される。図８では、ハンマがカートリッジポンプの計量チャンバ４２の部分を圧縮しているのを示す。ハンマ２６が計量チャンバ４２を圧縮する速度を調節できることは重要である。これがない場合は、圧縮が急激過ぎて計量チャンバ４２からの試薬の噴出が強くなり過ぎ、下の組織断片を損なうことがある。したがって線型ステップモータがソレノイドよりも好まれる。別の方法として、分配アクチュエータの往復動作ハンマをカムの形にし、回転モータで駆動して、計量チャンバ４２に噛み合ってカムが回転することにより計量チャンバを圧縮することができる。
【００２１】
カートリッジポンプ４６は、液タンク４５と計量チャンバ４２から構成される。この第１実施形態のスライド染色装置１に示された液タンク４５はシリンジバレルである。計量チャンバ４２は、圧縮可能な弾性ハウジングから成り、一方向の入口バルブ（図示されず）および一方向の出口バルブ（図示されず）を備え、両者は液流の下方に配置されている。ハンマ２６が計量チャンバ４２を圧縮すると、中の液試薬が噴出する。圧縮力を取り除くと、元の非圧縮の形状に復帰するように弾性ハウジングが膨張して生じた負圧が、液を液タンク４５から内部方向に流す。このようにして、計量チャンバ４２の反復圧縮力は、試薬の一定小量を反復的に分配させることになる。別のカートリッジポンプが１９９７年７月２日付で出願された米国特許出願番号第０８／８８７，１７８号および１９９８年２月１０日付で出願された米国特許出願番号第０９／０２０，９８３号に示されており、それらは本明細書に引用している。
【００２２】
分配ステーション５は、さらに大型ボトル（図９）から液を分配するための手段を備える。大型液ボトル２７は、液を任意のスライドフレーム６上の任意の顕微鏡スライド１７上にリンスチューブ２８を介して供給することができる。各大型液ボトル２７は、固有のリンスチューブ２８に接続される。大型液ボトル２７は、ポンプ（図示されず）により加圧される。各大型液ボトル２７からの流出チューブ（図示されず）は、ボトルからの液流量を制御する弁４７を通過する。ボトル２７内を規定の圧力にし、コンピュータ制御（図示されず）して定時間バルブを開くことにより、一定量の液をスライド１７上に分配することができる。ボトル２７内の液は水、塩水およびアルコールなどであり、各種の手順の中で反復して用いられる。
【００２３】
図９に示すような大型液ボトル２７は、ステーションフレームの水平な上壁４９の下側に固定された雌ねじキャップ４８にねじ込まれる。コンプレッサ（図示されず）からの圧縮空気は、各大型液ボトル２７に圧力制御器５０を介して供給される。圧力制御器からのチューブ５１は、圧縮空気を大型液ボトル２７の入口に送る。液に作用する圧力は、ピンチ弁４７を開くと浸漬チューブ５２、リンスホース５３を通して液を押し上げる。ピンチ弁４７を開く時間に応じて、予め定めた量の液をリンスチューブ２８を介して分配することができる。
【００２４】
液体の分配および除去アセンブリ５は、さらにリンスチューブ２８（図１では示されていない）に隣接する液除去真空ステーションを備える。スライド１７の表面から液を除去するために、試薬ロータは、スライドを図１０Ａおよび１０Ｂの側断面図に示した液除去真空ステーションに配置する。外部の真空源（図示されず）は、トラップフラスコ２９を通って導かれ、最終的に、吸引ヘッド３１で終わっている真空ホースに達する。チューブ接続は、図１０Ａおよび１０Ｂには示されていない。真空ホース３０および吸引ヘッド３１をホース搬送機構５４により支持し、それによって吸引ヘッド３１をスライドフレーム６の空隙中に延長して、スライド１７上の組織サンプルを覆う液を除去できるようにする。吸引ヘッドが液に接触すると、液はチューブ中で上方に吸引され、トラップフラスコ２９に回収される。
【００２５】
真空ホース搬送機構５４は、モータ３２を備える。往復作動リンク３３をクランクアーム３４に取付けことにより、モータ３２がリンク３３を垂直方向に移動させる。往復リンク３３の底部は、ステーションフレームにピボット状に取付けられているレバー５５に接続されている。このレバーの他端は真空ホースクランプ３５に連結されて、このホースクランプはステーションフレームに固定的に取付けられたプレート３７にピボットアーム３６を介して連結されている。これらの連結の純粋な効果は、モータ３２が回転するとスライドアーム３３を垂直方向に降下することである。したがってレバー５５は、その支点の周りに時計方向にピボット運動を行い、図１０Ｂに示すように、ホースクランプ３５を回転上昇させ、スライドから離して２つのピボットアーム３６上に位置させる。ステーションフレームに連結された接点プレート３８にリンクの電気端子３９が接触することにより、リンク３３がその運動の両終端に達すると同時にモータは自動的に停止する。
【００２６】
図１１Ａおよび１１Ｂに吸引ヘッド３１の詳細を示す。図１１Ａは吸引ヘッドの断面であり、スライドフレーム６で形成された空隙内で降下した位置の状態を示している。吸引ヘッド３１は内部中空マニホールド４０を有し、このマニホールドを通して真空力が吸引ヘッド３１の下面全体に伝達される。８つの孔４１が吸引ヘッド３１の下面にあり、この孔を通して吸引力が伝達される。顕微鏡スライド１７は平坦であるため、スライド表面上の液は２次元に広がる。したがって顕微鏡スライド１７のすべての部分から液を完全に除去するには、複数の吸引位置が必要である。本発明では、複数の孔を備えた平坦下面を持つ吸引ヘッドによってこれを実現している。吸引ヘッド３１の平坦表面は、顕微鏡スライド１７に接近して平行に並べて置かれる。吸引ヘッドは液に接触するのみで、顕微鏡スライド自身には接触しない。これはヘッドがガラススライド１７またはそれが支持する生物学的試片（図示されず）を損傷させないためである。このような設計でなく、吸引位置がピペットからのように一つだけの場合は、吸引装置から離れた位置にある液は除去されない。逆に、ガラスの表面張力のために、液はガラススライド１７の離れた表面に付着するであろう。この結果、液が残留し、これがスライド１７の表面に残ることになる。吸引ヘッドの底面をスライドに近接して平行に並べることは、液の吸引中、表面張力を減少させる点でも有効である。吸引ヘッドの底面を顕微鏡スライド１７に近接して平行に並べることにより、一種の細孔ギャップを形成する。このギャップは表面張力を弱め、液の完全な除去を確実にする。
【００２７】
コンピュータ（図示されていない）は装置の機能を制御する。つまり、オペレータは、試薬ロータ上の試薬の位置およびスライドロータ上のスライドの位置などの情報でコンピュータをプログラムする。この時オペレータは、組織サンプルに対して特定の組織化学的プロトコルを実行するようにプログラムをくむ。これらのプロトコル中の変数として含むことのできるものは、組織サンプルに用いられる特別の試薬、組織サンプルが試薬と反応可能な時間、組織サンプルを加熱するか否か、試薬を洗浄するのに用いたリンスをその後試薬と共に除去し、次に別の試薬に適用する、ことなどである。装置は完全なランダムアクセス、即ち任意の順序で任意の試薬に任意のスライドにアクセスできる。
【００２８】
本発明の第２の好ましい実施形態を図１２に示す。上記の実施形態と同様にアセンブリベース５６上で回転する２台の独立した円形コンベアも備えている。大型の液ボトル５７が試薬ロータの上のブリッジ５８に取付けられており、このブリッジは機械全体の幅にわたって延びている。廃液を回収するトラップボトル５９の別個のグループは、細かく仕切られた棚の中のブリッジ５８の側面に取付けられている。大型液ボトル５７およびトラップボトル５９に対するチューブ接続および弁は、上部パネル６０に隠れて見えない。このスライド染色装置の正面および側面をプラスチックガラスケース６１で囲み、ケースを手で横にスライドして、カートリッジポンプ６２またはスライド（図示されず）を挿入できる。スライドは、それぞれ中央にあるスライドアクセスドア６３から挿入し、取り外す。スライド（図示されず）は、スライドおよび試薬ロータ（図示されず）の上の円形プレート６４により隠れて見えない。上記の実施形態における分配アセンブリ（図１の５）と同様の機能は、液取扱ゾーン６５にある多少類似する液取扱アセンブリ（図示されず）内で実行される。
【００２９】
図１３は液取扱ゾーン６５内の個々の機構を示し、カートリッジポンプ（図示されず）からの分配用のハンマ６６、スライド表面から液を除去する吸引ヘッド６７、大型液分配ポート６８およびスライド表面上の液を拡散・混和する空気混和ヘッド６９を含む。カートリッジポンプ（図１３には図示されず）の計量チャンバをハンマ６６で圧縮し、カートリッジポンプから分配する電気機械的機構は、上記の実施形態（図８）と類似である。カートリッジポンプ（図示されず）から分配される試薬は、プラテン６４のほぼ矩形の孔を通過してスライド上に流れる。
【００３０】
吸引ヘッド６７もまた上記の実施形態と同様に機能する。ヘッド６７の降下・上昇のリンク機構を簡単化するために、ヘッドは低速で垂直方向に動く。これについては、図１４Ａおよび１４Ｂに詳細を示す。図１４Ａは、顕微鏡スライド７５（底面）とスライドチャンバクリップ７６（側壁）で形成される空隙内の降下位置にある吸引ヘッドの側断面を示す。第１実施形態と同様に、ガスケット（図示されず）は、スライドチャンバクリップ７６が顕微鏡スライド７５に接触する表面をシールする。コンピュータ制御により、線形ステップモータ７３が吸引ヘッドを上下に動かす（図１５に概略的に示されている）。第１実施形態と同様に、吸引ヘッド６７は、真空源に接続された中空マニホールド７４を備える。８つの孔が吸引ヘッド６７の底と外部との間を連通し、その孔を通して液が吸引される。吸引ヘッド６７に真空にされ、ヘッド６７がスライドに近接する位置に降下すると、スライドの上部の液試薬は吸引され、トラップボトル５９（図１５に図示されている）に回収される。吸引ヘッド６７が使用中でない時は、上方の位置に上がり（図１４Ｂ）、スライドロータ７７は自由に回転できる。
【００３１】
図１４Ａと１４Ｂは、斜線で示された矩形ボックス内部の抵抗素子で示されている加熱素子７８の物理的な位置も示している。各スライドが加熱素子７８の上に直接載っているために、熱は直接顕微鏡スライドに伝わる。サーミスタが各加熱素子（図１４Ａと１４Ｂには図示されていない）に組込まれている。４９枚の顕微鏡スライド７５の各々がそれぞれ固有の加熱素子７８を持つために、各スライド７５の温度は別々に制御できる。加熱素子７８に対する電力は、スライドロータ７７の下側に取付けられている温度制御ボード７９から直接供給される。７基の同型の温度制御ボード７９がスライドロータ７７の下方に取付けられ、外周上に等間隔に配置されている。各温度制御ボードは、７つの加熱素子７８に電力を供給する。これを実行する手段は、図１７、１８、１８Ａ−Ｄを参照して後に説明する。
【００３２】
この実施形態の重要な構成は、第１実施形態では強調しなかったが、スライドの表面から除去される廃液を分離する装置である。図１５はこの分離を行う方法を説明する概略図である。３種の廃液ボトル５９が装置に取付けられている。装置は接続部７０も備え、水性廃棄物用の通常１０〜２０リットルの大型の外部トラップボトル７１に対応している。４つの電磁弁８０Ａ−８０Ｄが、どのボトルに吸引される液を導入するかを制御する。これらのバルブは、「コントローラ」８６で表示されたボックスで図示されるコンピュータにより制御される。弁８１は、３方向弁である。この弁は、真空ポンプ８２とオーバーフロートラップ８３の間の直接接続、またはポンプと外界との間の接続を可能にする。空気混和ヘッド６９を使用中に、吸引システムをバイパスする必要がある場合に、外界との直接接続が要求される。バルブ８０Ａと８１が適正に開かれると、ポンプ８２が作動し、吸引ヘッド６７が降下して液を吸引し、矢印「液流」で示される上方向にチューブを通して液を送る。次に、液は用意された経路を経て外部トラップボトル７１に回収される。バルブ８０Ｂ−８０Ｄは、それぞれのトラップボトル５９に対して同様の機能を果たす。小型のオーバーフロートラップボトル８３もまた固有の液面センサ９３を備えてラインに挿入されている。この装置は、トラップボトル５９のいずれか、または外部トラップボトル７１から廃液がオーバーフローするのを検出するために装備されている。オーバーフローすると、液はオーバーフロートラップボトルに入り、液面センサにより検出される。この信号がコントローラ８６に送信されると、コントローラはシステムを停止し、装置オペレータのコンピュータ画面に警報を出す。
【００３３】
図１３によれば、液取扱ゾーンは空気混和ヘッド６９も備える。図１５は空気混和ヘッド６９への空気の流れを示す。ポンプは、高速の空気流を発生し、空気混和ヘッド６９に送る。ポンプへの空気の取り入れは、３方向電磁弁８１（図１５）を介して行われる。電磁弁８１（図１５）を切り換えて、吸引システムおよびトラップボトル５９と７１をバイパスすることにより、直接外気をポンプに送る。この高速の空気流は、スライド上に集中させられる。空気混和ヘッド６９は、モータ（図示されず）に取付けたベルトとプーリーにより押しと引っ張りを受けて、スライドの長さ方向に往復運動する。このシステムの基本作用は、スライドの長さ方向に沿って空気のカーテンを前後に動かすことにより、液を混和し、顕微鏡スライドの表面に沿って拡散させることである。
【００３４】
液取扱ゾーン６５（図１２）は、大型液分配ポート６８（図１３）を備える。第１実施形態（図１に示された）のリンスチューブ２８の機能は、この好ましい実施形態の単一の大型液分配ポート６８の中に組込まれている。したがって、液が実際に取出される大型液ボトルとは無関係にスライドは大型液分配ポート６８の下に配置される。図１６は液の経路および制御弁の概略図である。大型液ボトル５７はそれぞれポンプ８５で発生する圧力源に接続される。圧力は、大型液ボトル５７に圧力マニホールド９４を介して伝えられる。電磁弁７２ａ−７２ｆは、大型液配分ポード６８と各大型液ボトル５７との間に設置されている。バルブ７２ａ−７２ｆの一つまたは複数が開く時だけ、液は大型液分配ポート６８から流れ出す。圧力スイッチ８４もまた圧力マニホールド９４と連係している。圧力スイッチ８４は、マニホールド９４内の空気量または圧力を感知できる。圧力が指定レベル以下となると、スイッチはコントローラ８６に通信し、ポンプ８５を作動させる。ポンプが圧力マニホールド内の空気圧を高めると、圧力スイッチはリセットし、ポンプを停止させる。この方法で比較的一定の圧力ヘッドが圧力マニホールド９４内に維持される。
【００３５】
大型液分配ポート６８の下に配分センサ９５が設けられており、電磁弁７２ａ−７２ｆの一つが過渡的に開いたとき、液が分配されたことの確認を行う。分配センサ９５は光学センサとＬＥＤ光源を備えており、液が大型液分配ポート６８から分配される時に、液が光線をさえぎる。光強度の減少から生じるセンサ両端の抵抗変化はコントローラ８６に通信される。
【００３６】
本発明の好ましい第２実施形態は、４９枚のスライドを個別に異なった温度に加熱するための機能を備える。この実施形態の新規の構成は、４９個のヒータの各々が受け取る電力量を個別に制御する方法である。さらに各ヒータは温度センサも組込んでいる。これらのセンサの各々をコンピュータ８６に接続して、適切な温度フィードバックおよび制御をする必要がある。第１実施形態においては、最大５枚のスライドのグループは単一の共通温度制御機構で制御されていた。各加熱グループは、温度コントローラ（図７）に直接接続された配線を有していた。グループ当たり３本の配線（加熱、センサフィードバックおよび共有される接地用）およびスライドには１０グループがあるために、少なくとも３０本の配線がサービスループに含まれていた。同様のシステムを、この好ましい実施形態の場合のように、４９個の異なるヒータに使用する場合には、１４７本の配線がサービスループに必要となる。このように大きなサービスループは問題が多い。したがってこの好ましい実施形態においては代替方法を開発した。
【００３７】
図１７は、スライドロータ７７に取付けられた加熱素子７８の各々の間の関係を示しており、加熱素子７８は抵抗素子で表されている。単一のセンサ８７が各ヒータに隣接している。単一加熱素子７８およびセンサ８７の組合わせは、単一のスライドを加熱する位置８８に配置されている。この位置８８の物理的レイアウトは、図１４Ａと１４Ｂに示されている。各加熱素子からの２本の配線および各センサ８７からの２本の配線は、スライドロータ７７上に取付けられた温度制御ボードに直接接続される。各温度制御ボードは、最高８種のヒータとセンサの対に接続することができる。この実施形態は、４９個のスライド位置を備えるために、７基のボード７９がスライドロータの下側に取付けられており、その各々は７対のヒータセンサに接続されている。温度制御ボード７９毎に一つのヒータセンサ位置は使用されない。また図１７に示すように、７基の温度制御ボードの各々の直列接続８９は、６本の配線によるデージーチェーン方式である。第１温度制御ボードは、サービスループ９０を介してコンピュータ８６に接続される。サービスループはハーネスに結束された僅か６本の配線に過ぎない。
【００３８】
図１８に、図１８Ａ−Ｄの配置構成を示す。
図１８Ａ−Ｄは、温度制御ボード７９の電子回路を示す。温度制御ボード７９の設計は、ヒータとコンピュータとの間のフレキシブルケーブル（サービスループ９０）の配線数を最小にする必要性に迫られたものであった。ワイヤの長さを最小にするために、７基の温度制御ボード７９を用いて、その各々をスライドロータに取付けている。したがって各ヒータは、対応する電子回路に近接して配置され、各ボード７９は７つの加熱素子７８だけを制御するためにサイズが小さくなっている。各温度制御ボード７９は、温度データのエンコーダおよびデコーダの機能を備える。上記データは、加熱素子７８の各々の測定値温度と目標値温度に関するものである。データの流れは、コンピュータ８６と温度制御ボード７９との間を往復する。ある加熱素子７８の温度を上下する必要がある場合は、コンピュータはその情報を温度制御ボード７９に送信する。温度制御ボード７９は、これを受けて各ヒータに送る電力量を直接制御する。スライドロータ上のロジック回路のいくつかを温度制御ボード７９の形で配置することにより、サービスループ９０の配線数およびそれらの長さは最小となる。
【００３９】
この実施形態においては、温度制御ボード７９システムはシフトレジスタとして設計した。装置の制御マイクロプロセッサは、データのビットを一度に一つ伝送ラインに送り、クロックラインを各ビット毎に切換える。これによりデータは、それぞれ８ビットの各コントロールボード上の２つのシフトレジスタチップＵ１およびＵ２を通して送られる。したがって１６×７、つまり１１２ビットが送り出されることになる。図１８Ａ−Ｄによれば、データはコネクタＪ９．１に入り、クロックラインはＪ９．２である。この設計に用いられるシフトレジスタは、「ダブルバッファ」されている、これは、ピンＪ９．３に入る第２クロック（Ｒｃｌｏｃｋ）に変化が生じるまで、出力データが変化しないことを意味する。２つのクロックは、７基のボードすべてに並列に送られるのに対し、データは各ボード上のシフトレジスタチップ（Ｕ１およびＵ２）を通過し、第２シフトレジスタの「シリアル出力」ピンＳＤＯＵＴから次のボードの入力ピンへデージーチェーン方式で送られる。マッチングコネクタＪ１０がピン１を除いてＪ９と並列に結線されている。Ｊ１０は、「出力」コネクタであり、合計７基のボードを、ライン内の次のボードのＪ９に短いケーブルを介して接続する。Ｊ９の他の３つのピンは、センサからの温度測定機能に対する電子回路（Ｊ９．４）、電気接地（Ｊ９．５）および共通のリターンライン（Ｊ９．６）のための給電に使用される。
【００４０】
各ボードに送られた１６データビットの内レジスタＵ２からの８つは、最高８つの加熱素子７８のオン／オフステータスを直接制御する。これは、単一チップにより行うことができる。何故ならばシフトレジスタＵ２は、その出力ビットをドライブする内部電力トランジスタを持ち、その各々は高い電力負荷を直接制御できるからである。残り他の８ビットの内の４つは使用しない。その他の４ビットを使用して、装置の全４９個の内から一つのサーミスタ８７を選択する。経済上の理由と配線を減らすために、装置は一つのアナログディジタルコンバータのみを有して、４９個の温度トランスジューサ（サーミスタ８７）を読取り、１本だけの配線がこのコンバータにデータを送る。したがってこのチャネルは、すべてのトランスジューサ（サーミスタ８７）の間で共有する必要があり、１回に付きその内の一つの出力を選択する。コンポネントＵ４は、この機能を実行するアナログマルチプレクサである。シリアルに受信される４つのディジタルビットの内一つはＵ４に機能を付与するのに用いられ、また他の３つはコンポネントの８つのチャネル（その内の７つのみが用いられる）の一つを選択するのに用いられる。ピン４が低になると、そのボード７９に対するＵ４はアクティブになり、そのボードの７つのチャネルの一つからの電圧をＪ９．６の共有される出力ライン上に印加する。逆にピン４が高になると、Ｕ４の出力は、高インピーダンス状態を保持し、出力ラインは駆動されない。これにより選択されたボード７９からのデータを読み取ることが可能となり、残りのボード７９は信号の影響を受けない。マルチプレクサＵ４は、一度に一つのボード７９に機能付与できるだけである。一度に複数がオンになると、信号は相互に干渉して有用なデータが送信されないことになる。
【００４１】
温度感知は、電圧分割法により実現される。サーミスタ８７および固定抵抗（ＲＳＩに含まれる５．６キロオーム、Ｒ１−Ｒ８）は、５ボルト電源の両端に直列に置かれる。サーミスタが加熱されると、抵抗は低下し、５．６キロオーム抵抗との接続点の電圧は低下する。
【００４２】
この実施形態に用いられている設計にはいくつかの利点がある。つまり温度制御ボード７９は、小型で価格が割安である。さらにヒータボードは、すべて同一である。各ボード７９に対する「アドレス」を設定する必要はない。これより、サービスループ９０のサイズは小さい。
【００４３】
代替可能な設計は、各温度制御ボード７９を、ジャンパー線またはボード上にカットされたトレースを加えることにより形成される、恒久的な「アドレス」を用いてセットアップできるようにすることである。この方法では、アドレスセグメントおよびデータセグメントを含むパケットデータを送り出し、そのデータはそのアドレスを送り出したアドレスに一致するボードに読み込まれることになる。この方法は、特定のボードにデータを送る際の時間は短くて済むが、アドレスの比較には追加のハードウエアが必要である。この方法は、またデータを搬送するための追加のサービスループ配線（並列的に送られる場合）を、またはアドレスをシリアルに送るときは、追加シフトレジスタチップを必要とする。さらに別の可能な設計は、各温度制御ボード７９が固有のマイクロプロセッサを持つことである。この方法は、本実施形態の場合よりも接続配線が少なくて済むがハードウエアのコストが高くなる。この方法は、さらに、アドレッシング方式を含み、ボードが同一でないことを意味する。またマイクロプロセッサ用のコードが必要となる。
【００４４】
〔均等物〕
本発明を、好ましい実施形態について詳述したが、請求の範囲によって明らかにされる本発明の趣旨と範囲を逸脱することなく、形式または細部を種々変更できることは、当業者に理解されるであろう。当業者は、必要以上の実験を行わなくとも、本明細書で説明した本発明の特定の実施形態に対する多くの均等物を容易に想到するだろうし、そうすることもできる。このような均等物も、請求の範囲の中に包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態にかかるスライド染色装置の斜視図である。
【図２】 組織サンプルを保持する５種類のスライドの上に５つのシールされた空隙を形成するスライドフレームの平面図である。
【図３】 スライドフレームベースの平面図である。
【図４】 スライドフレームハウジングの底面図である。
【図５】 ５枚の顕微鏡スライドをそれぞれの適正な位置に持つスライドフレームハウジングの平面図であり、加熱される領域を示している。
【図６】 スライドロータ上に載っているスライドフレームの断面図である。
【図７】 スライドフレーム上のヒータおよびセンサの配線、ならびに温度コントローラとの相互接続の概略図である。
【図８】 液等の分配および除去ステーションのカートリッジポンプ分配機構の側断面図である。
【図９】 液体の分配および除去ステーションに収められた大型液分配ステーションの側断面図である。
【図１０Ａ】 スライドロータ上に含まれるスライドからの液試薬および洗浄液を除去する真空ホースおよび搬送メカニズムの側断面図である。
【図１０Ｂ】 スライドロータ上に含まれるスライドからの液試薬および洗浄液を除去する真空ホースおよび搬送メカニズムの側断面図である。
【図１１Ａ】 吸引ヘッドの側断面図であり、スライドフレームにおけるガラススライドとの関係を示している。
【図１１Ｂ】 吸引ヘッドの底面を示す平面図である。
【図１２】 本発明の第２実施形態にかかるスライド染色装置の斜視図である。
【図１３】 同装置の液取扱ゾーンの斜視図である。
【図１４Ａ】 第２実施形態の液吸引ステーションの側断面図であり、吸引ヘッドは降下位置にある。
【図１４Ｂ】 第２実施形態の液吸引ステーションの側断面図であり、吸引ヘッドは上昇位置にある。
【図１５】 第２実施形態の廃液経路を示す概略図である。
【図１６】 第２実施形態の大型液分配経路を示す概略図である。
【図１７】 スライドロータ上の個々のヒータおよびスライドロータ上に取付けられた温度制御ボードの概略図である。
【図１８】 以下の図１８Ａ〜１８Ｄの配置構成を示す図である。
【図１８Ａ】 温度制御ボードの電子回路の一部を示す概略図である。
【図１８Ｂ】 温度制御ボードの電子回路の他の一部を示す概略図である。
【図１８Ｃ】 温度制御ボードの電子回路のさらに他の一部を示す概略図である。
【図１８Ｄ】 温度制御ボードの電子回路のさらに他の一部を示す概略図である。
【符号の説明】
１…スライド染色装置、３…移動プラットフォーム、７８…加熱素子、７９…温度制御電子回路、８７…温度センサ。

Claims (23)

1. ランダムアクセススライド染色機能を有する顕微鏡スライド染色装置であって、
   生物学的サンプルを載せた複数の顕微鏡スライドを支持する円形コンベアの移動プラットフォームと、
   複数の加熱素子セットであって、その各セットは少なくとも一つの加熱素子を有し、少なくとも一つのスライドを加熱し、前記加熱素子セットの各々が異なる温度に加熱される機能を有する、複数の加熱素子セットと、
   前記移動プラットフォームに取付けられ、前記加熱素子セットに電力を供給する温度制御電子回路と、
   前記移動プラットフォームから離れて取付けられ、前記温度制御電子回路と通信するユーザインタフェースであって、これを介して顕微鏡スライドに対する所望の温度が指定される、ユーザインタフェースとを備えた顕微鏡スライド染色装置。
2. 請求項１において、前記温度制御電子回路が前記ユーザインタフェースからコントロールデータを受け取るシフトレジスタを備えた顕微鏡スライド染色装置。
3. 請求項１において、さらに、温度フィードバック情報を前記温度制御電子回路に提供する温度センサを備えた顕微鏡スライド染色装置。
4. 請求項１において、各加熱素子セットが単一のスライドを加熱する顕微鏡スライド染色装置。
5. 請求項１において、前記各加熱素子セットが平坦なスライド支持面を備えた顕微鏡スライド染色装置。
6. ランダムアクセススライド染色機能を有する顕微鏡スライド染色装置であって、
   円形コンベアである移動プラットフォーム上に配置されて、生物学的サンプルを載せる複数の顕微鏡スライドと、
   前記移動プラットフォーム上の複数の加熱素子セットであって、その各セットは少なくとも一つの加熱素子を有して、少なくとも一つのスライドを加熱することが可能であり、さらにその各セットは他の加熱素子セットとは異なる温度に加熱できる、複数の加熱素子セットと、
   前記移動プラットフォームから離れた位置に取付けられて、各顕微鏡スライドに対する所望の温度が指定されるユーザインタフェースであって、電子回路を備えたユーザインタフェースと、
   前記移動プラットフォーム上の前記加熱素子と前記ユーザインタフェースとの間を電気接続する配線グループであって、配線数が前記ヒータ素子セットの数よりも少ない配線グループとを備えた顕微鏡スライド染色装置。
7. 請求項６において、さらに、前記ユーザインタフェースに温度フィードバックデータを提供する温度感知手段を備えた顕微鏡スライド染色装置。
8. 生物学的サンプルの調整または培養の自動化装置であって、
   複数の生物学的サンプルを支持する円形コンベアの移動プラットフォームと、
   前記移動プラットフォーム上に配置されて、一つまたは複数のサンプルに熱を供給する複数のヒータと、
   前記移動プラットフォームから離れて取付けられ、前記各ヒータに対する所望の温度を指定するコンピュータと、
   前記各ヒータを別々に加熱制御するコントローラであって、このコントローラは、
   前記移動プラットフォーム上に取付けられて、各々が電力を少なくとも一つのヒータに供給する複数の温度制御電子回路と、
   前記コンピュータと前記温度制御電子回路の各々との間のデータ通信リンクであって、前記温度制御電子回路の各々は、各ヒータがコンピュータにより指定された温度に加熱されるように、適切な電力量を前記ヒータの各々に供給するデータ通信リンクとを有する、各ヒータを別々に制御するコントローラとを備えた、生物学的サンプルの作成または培養の自動化装置。
9. 請求項８において、前記生物学的サンプルは顕微鏡ガラススライド上に取付けられる、生物学的サンプルの調整または培養の自動化装置。
10. 請求項８において、さらに、前記コンピュータに温度フィードバックを提供する温度センサを備えた、生物学的サンプルの調整または培養の自動化装置。
11. ランダムアクセススライド染色機能を有する顕微鏡スライド染色装置であって、
    生物学的サンプルを載せた複数の顕微鏡スライドを支持する円形コンベアの移動プラットフォームと、
    それぞれが少なくとも一つのスライドを加熱する複数の加熱手段であって、各加熱手段が異なる温度に加熱する機能を持つ、複数の加熱手段と、
    前記移動プラットフォームに取付けられて、前記加熱手段に電力を供給する温度制御手段と、
    前記移動プラットフォームから離れて取付けられて、前記各顕微鏡スライドに対する所望の温度を指定する前記温度制御手段と通信するユーザインタフェース手段とを備えた顕微鏡スライド染色装置。
12. 請求項１において、前記温度制御電子回路が、前記ユーザインタフェースによって指定された倍数で加熱するように各加熱素子セットに電力を供給し、各加熱素子セットを他の加熱素子セットとは異なる温度に加熱できる、顕微鏡スライド染色装置。
13. ランダムアクセススライド染色機能を有する顕微鏡スライド染色装置であって、
    生物学的サンプルを載せた複数の顕微鏡スライドを支持する円形コンベアの移動プラットフォームと、
    前記移動プラットフォーム上に配置された複数のヒータであって、各ヒータは少なくとも一つのスライドを加熱する複数のヒータと、
    前記ヒータを別々に加熱制御する独立の温度コントローラであって、異なるサンプルを異なる温度に加熱できるように、前記ヒータに電力を供給する温度制御電子回路を有する、独立の温度コントローラとを備えた、顕微鏡スライド染色装置。
14. 請求項１３において、さらに、複数の温度センサを備え、各センサはヒータに組み込まれている顕微鏡スライド染色装置。
15. 請求項１３において、さらに、液試薬を顕微鏡スライドに分配できる少なくとも一つの試薬分配器を備え、前記移動プラットフォームが、前記試薬分配器の下にあるいずれのスライド上にも試薬を前記試薬分配器から分配することができる顕微鏡スライド染色装置。
16. 請求項１３において、さらに、前記温度コントローラをコンピュータに接続するサービスループを備え、各ヒータが所望の温度に加熱されるように、前記温度コントローラは各ヒータへの電力量を調整する、顕微鏡スライド染色装置。
17. 請求項１３において、試薬が、試薬分配器から定位置で分配される、顕微鏡スライド染色装置。
18. 請求項１３において、前記試薬分配器が、さらに、液タンクおよび計量チャンバを備え、液は、スライド上に分配される前に、この液タンクから出てこの計量チャンバに入って流れていく顕微鏡スライド染色装置。
19. 試薬の適用情報および生物学的組織を取付ける複数の顕微鏡スライドを加熱する情報を備えた染色プロトコルプログラムと、
    複数の加熱ステーションであって、各加熱ステーションは加熱素子からなり、少なくとも一つの顕微鏡スライドに熱を伝えるように、少なくとも一つの顕微鏡スライドが各加熱素子の表面に載っている複数の加熱ステーションと、
    顕微鏡スライド上に液試薬を分配できる少なくとも一つの試薬分配器と、
    前記染色プロトコルプログラムにおいて指定されたとおりに、前記試薬分配器の下にある所望の顕微鏡スライド上に試薬を前記試薬分配器から分配することができる円形コンベアの移動プラットフォームと、
    前記染色プロトコルプログラムにおいて指定されたとおりに、完全なランダムアクセス
    が可能となるように、装置の機能を制御するコンピュータであって、加熱素子がスライドを異なる温度に加熱することを可能にするコンピュータとを備えた顕微鏡スライド染色装置。
20. 請求項１９において、前記移動プラットフォームが前記顕微鏡スライドを動かし、試薬が試薬分配器から定位置で分配される、顕微鏡スライド染色装置。
21. 請求項１９において、各加熱ステーションが単一の顕微鏡スライドのみを加熱する顕微鏡スライド染色装置。
22. 請求項１９において、さらに、複数のセンサを備え、各センサは加熱ステーションに組み込まれている顕微鏡スライド染色装置。
23. 請求項１９において、前記試薬分配器は、さらに、液タンクおよび計量チャンバを備え、液は、スライド上に分配される前に、この液タンクから出てこの計量チャンバに入って流れていく顕微鏡スライド染色装置。

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