JP4653771B2 - 試薬容器の搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、微小粒子を含む液状試薬を入れた試薬容器の搬送装置に関するものであり、該試薬容器の側面に貼付された試薬コードの確実な読み取りを実現するとともに、試薬容器の搬送過程で液状試薬を混合して均一に分散させようとするものである。

抗原抗体反応によって行われる免疫分析等においては、抗原あるいは抗体を担持する微粒子を含む試薬が用いられており、かかる試薬を用い分析法としては、血球を用いた凝集法、ラテックス粒子を用いたＬＰＩＡ法、あるいは磁性粒子を用いたイムノアッセイ法等が知られている。

上記の分析法において使用される試薬としては、具体的には血球試薬、ラテックス試薬あるいは磁性粒子固相担体等があるが、かかる試薬を分注するに当たっては、何れの場合も試薬の充分な攪拌を行って濃度の均一化が図られるようその中に含まれる微小粒子を分散させる必要がある。

従来、微小粒子の均一な分散を図る手法としては、試薬容器内に攪拌子を配置し、この攪拌子を容器内で移動させることによって攪拌するか、あるいは、攪拌棒等の攪拌手段を試薬容器内に直接作用させて攪拌する攪拌手法が採用されている（特許文献１、特許文献２参照）。
特開平４−２９６６５４号公報 特開２０００−４６８３６号公報

ところで、攪拌子や攪拌手段を用いる従来の攪拌方式では、以下に述べるような不具合があった。

攪拌子による攪拌の場合には、攪拌子を駆動するための制御機構や部材が必要になることから、装置の構造が複雑なるうえ、装置にかかるコストの上昇が避けられない。また、攪拌子が目的どおりに作動せず、攪拌不良が発生することが懸念される。

一方、攪拌手段による攪拌の場合には、攪拌子と同様に装置の構造の複雑化、コストの上昇が避けられない他、試薬液中に攪拌手段を浸入させなくてはならないので、とくに、ランダムアクセス分析では、試薬間で種類の異なる溶液が混入する、いわゆるコンタミネーションが避けられない。

また、上記の従来法では、何れにおいても攪拌子や攪拌手段が試薬と直接接触するものであるから、試薬の品質劣化（結合物質の活性低下や粒子からの乖離、溶血等）が懸念される。

攪拌子や攪拌手段を用いる場合の不具合を解決し、かつ、充分な攪拌効果を達成する手段としては、試薬容器の上部を係止し、その係止部を支点にして容器の下部を偏芯させた状態にして回転させる偏芯攪拌が知られている（特許文献３、特許文献４、特許文献５参照）。
特公平６−６３９４５号公報 実公平７−２５２１７号公報 特開平１１−３８００９号公報

また、この他にも、試薬容器内にパイプを挿入し、このパイプにおいて加圧、減圧を繰り返し液を揺動させる方法（特許文献６参照）も提案されており、この方法では、かかる手段に従う以外に、強力な攪拌、分散を導くためのユニットに試薬容器を移送してそのユニットで別途、攪拌、分散操作を行わせることについても言及されている。
特開平８−２０１３９６号公報

しかしながら、これらの方法についても、偏芯攪拌を誘導するための手段やパイプあるいはポンプ、容器の移送手段等、攪拌操作を実施するために新たに用意しなくてはならない多くの部材を必要とし、装置の複雑化やコスト上昇を抑制することができないところに問題を残している。

また、試薬容器は、その側面に予めバーコードラベル等の試薬コードを貼付しておき、所望の位置まで搬送してバーコードリーダー等の読み取り手段により試薬コードを読み取ることで各試薬容器に応じた適切な分注を効率的に行うことが望まれているところ、今までのところそのような搬送装置に関する提案はなされていない。

本発明の課題は、試薬の劣化、汚染を引き起こすなしに、試薬中に含まれる微小粒子を撹拌して均一に分散させることができ、しかも、試薬容器の側面に貼付された試薬コードを、常に読み取り手段に指向させて該試薬コードを確実に読み込んで効率的な分注作業を実現し得る搬送装置を提案するところにある。

本発明は、ベース部材に円筒体を介して回転可能に配置されたターンテーブルと、このターンテーブルを回転駆動する駆動源とを備え、
該ターンテーブルを回転駆動することによってターンテーブルの上に配列された複数の試薬容器をそれぞれ分注位置へと移動させる試薬容器の搬送装置であって、
前記ターンテーブルの上に、試薬容器を載置、配列するとともに、ターンテーブルの回転に同期させて試薬容器とともに回転させる試薬容器載置用のアダプターを設置してなり、
前記円筒体に、前記駆動源の先端部に配置されたギアを介してつながるギアを設け、
前記ターンテーブルに、前記ベース部材の上端部に設けたギアと噛み合うとともにその回転軸を容器載置用のアダプターに連結した試薬容器の自転用ギアを設け、
前記ベース部材の上端部に設けたギアと前記自転用ギアとのギア比は整数倍であり、
前記容器載置用のアダプターは、試薬容器の向きを常に一定としその側面に予め貼付した試薬コードを、該試薬コードの読み取り手段に向けるとともに該読み取り手段の用意されている位置に最も近づける位置合わせ手段を備え、
該アダプターは、前記ターンテーブルの周りにそれぞれ等間隔でもって二重に配列されたものである、ことを特徴とする試薬容器の搬送装置である。

試薬容器の公転、自転により容器内の試薬を効率よく攪拌できるので撹拌子や撹拌棒を用いた場合に避けられなかった試薬の劣化や汚染を伴うことなしにその中に含まれる微小粒子を確実に均一分散することが可能となり、信頼性のあるデーターが提供できる。

また、試薬容器の向きを一意的に決めることができるので、試薬容器に貼付される試薬コードを、その読み取り手段に対して確実に向けることが可能となり、かかる試薬コードを容器の全周に設ける必要がなく、誤って隣接する試薬容器のコードを読み取ることもない。

以下、図面を用いて本発明をより具体的に説明する。
図１は試薬容器の搬送装置の構成例を断面で示したものである。

図において１は微小粒子を含む液状試薬を収容する円筒状の試薬容器である。また、２は直立姿勢を保持するベース部材であり、このベース部材２の上端部にはギア２ａが設けられている。

また、３はベース部材２にベアンリングにて回転可能に保持される円筒体、４は円筒体３の上端部でベース部材２のギア２ａを挟み込むようにその上下で連結するターンテーブル、５は円筒体３の下端部で連結するギアである。

６はモーターの如き駆動源である。この駆動源６はその先端部に配置したギア６ａを介してギア５につながる。

また、７はターンテーブル４において回転可能に保持されベース部材２のギア２ａと噛み合う自転用ギア、８はターンテーブル４の上で自転用ギア７の回転軸に連結する容器載置用のアダプター、９はセンサー板、１０は位置検出用のセンサーである。

試薬容器１はまず、アダプター８に載置される。ここで、駆動源６を作動させると、その回転力がギア６ａ、ギア５を経て円筒体３に伝達され、かかる円筒体３はベース部材２の周りで回転する。

そうすると、この円筒体３につながるターンテーブル４は、ベース部材２の軸芯Ｌを中心にして回転し、試薬容器１は該軸芯Ｌを基準にしてその回りであたかも公転するようになる。

ターンテーブル４において保持されるギア７はベース部材２のギア２ａに噛み合っており、ターンテーブル４の回転に際してはかかるギア７が回転することになり、ギア７の軸端に取り付けたアダプター８そのものがその回転に同期して回転し、これによって容器１は公転しながら、あたかも自転するようになり、かかる公転による遠心力（もしくは向心力）の作用下に、試薬容器１内の試薬は容器壁面との摩擦力により攪拌され、その中に含まれる微小粒子は均一に分散される。このとき、ターンテーブル４の回転する向きとアダプター８が回転する向きは逆向きになる。

図２、図３は、本発明にしたがう搬送装置をその断面および平面で示したものである。上掲図１においては、試薬容器１をターンテーブル４の回りに等間隔でもって一重に配列した例を示したが、アダプター８は図２、図３に示すように必要に応じて二重配列とすることもできる。

試薬容器１が自転する際の回転する向きは、ベース部材２のギア２ａと自転用ギア７が直接噛み合っている場合は互いに逆向きになるが、例えば図４に示すようにその相互間に別のギアを介在させることにより回転する向きを合わせることができる。

図５〜図７はモーターの如き駆動源６によりターンテーブル４の回転軸を直接回転させる形式のものであって、図５〜７のｇは固定式のギア、図７のｈはアダプター８ａ、８ｂの相互間に介在させてそれらの回転する向きを調整するためのギアである。

また、本発明では、アダプター８の回転数は複数のギアを介在させるか、あるいはベース部材２のギア２aとのギア比を変更することにより調整できる。

試薬容器１を載置するアダプター８の底面には、試薬容器１の自転に際して空回りしないようゴム材を配置しておくことができる。また、アダプター８の底面にはその回転中心からずれた位置に図８に示すような凸部８aを設け、試薬容器１の底面に設けた凹部１aをかかる凸部８aに適合させることにより試薬容器の空回りを防止することもできる。

試薬容器１の側面に試薬コード（バーコードラベル等）Rを貼付しておき、この試薬コードRを読み取り手段（バーコードリーダー等）にて自動的に読み取れるように、試薬容器１の向きを常に一定とするためにはベース部材２のギア２aと試薬容器１の自転用ギア７のギア比は必ず整数倍となるようにする。

試薬コードRと読み取り手段との位置合わせは、例えば、アダプター８に設けた凸部８aを位置合わせのための手段として、これが存在する位置に試薬コードRを貼付しておき、凸部８aが読み取り手段の用意されている位置に最も近づくように一意的に決めることによって実現できる。

位置合わせ手段としては上記凸部８aの他に、試薬容器１及びアダプター８にそれぞれ印を付けておくようにしてもよく、また、試薬容器１の側面に凹部あるいは凸部を、この側面に合致するアダプター８の側面壁に容器１の側面の凹部に適合する凸部あるいは凸部に適合する凹部を設けることによって代替することもできる。

凸部８aのような位置合わせための手段が設けられた方向に試薬コードRを貼付しておき、試薬コードRの読み取り手段に試薬容器が位置したとき、必ず試薬コードRが読み取り手段の方を向いているようにすることにより、確実に試薬容器の試薬コードを読み込むことができる。

ターンテーブル４の任意の位置における試薬容器１がその回転中心の回りで１回転（１周）するにあたり、アダプター８に載置された試薬容器１を４回転させる場合、効果的な攪拌効果を得ることが可能となり、この時のギア比は１：３となるが、本発明では、ギア比を常に、１：３とするものではなく、使用する容器のサイズや試薬の種類等に応じて適宜に最適なギア比が選択される。

試薬容器１には、汎用品として市場に出回っているものとして、図９に示すように、例えば容器の外径ｄが３３ｍｍ程度、容量Ｖが２０ｍｌ程度の円筒状ガラス瓶が適用されるが、容器のサイズや容量は適宜に変更できる。

試薬容器１の外径Ｄを例えば２２ｍｍ程度と細くするような場合、ギア比は１：６〜８程度（ただし整数倍）にするのが望ましい。

試薬容器の搬送において、試薬の攪拌から分注に至るまでの一連の動作が２０秒周期で行われるように設計されている場合（ギア比１：３）、試薬の分注は以下の要領で行う。

まず、図１０に示すようにターンテーブル４をその原点位置まで回転、移動させ、分注において必要とされる項目の試薬を封入した試薬容器１をターンテーブル４に載置したのち、該ターンテーブル４を分注位置まで回転、移動、搬送させ、図１１に示すように分注ノズルｎを試薬容器１に侵入させて試薬の所定量を分取りする。

上記のような分注操作において、例えばターンテーブル４を３周させてから分注する場合、試薬はセットされた位置によらず、かかる試薬は最低でもターンテーブル４の３周分の攪拌と、自転による１２周分の攪拌が実施されこれにより試薬中の粒子が分散され一定濃度に保たれることになる。

ターンテーブル４が１回転するのに要する時間を１秒とすると、攪拌に要する時間は３秒あまりとなるが、実際に試薬の分注に必要な時間（ターンテーブル４の移動を含む）は１０秒程度かかるものであり、攪拌に要する時間が分注動作に大きな影響を与えることはない。

ターンテーブル４の回転する向きと、試薬容器１の回転する向きを同じにして攪拌することができる。試薬容器１の壁面と試薬液との摩擦効果が薄れて攪拌効率が低下することが懸念される場合に、ターンテーブル４を３回転させるうちの２回目でターンテーブル４を一たん停止させ、それを逆向きに回転（反転）させるようにしてもよく、これによって試薬に乱流を発生させより大きな攪拌効果を得ることができる。

試薬中の微小粒子が完全に沈降している状態においては、ターンテーブル４を１００回程度連続して回転させることにより、該微小粒子を均一に分散することができる。

それに要する時間は2分以内であり、分析装置のイニシャライズ動作にかかる時間を考慮すると攪拌に要する時間は充分に短く、分析装置の動作に大きな影響を与えることはない。

分析装置のイニシャライズ時にターンテーブル４を１００回程度連続して回転させるとともに、試薬の分注に際して上記の要領に従い攪拌することで試薬中の微小粒子は常に均一に分散され、粒子濃度の均一な試薬を自動分析において使用することができる。

図１２は搬送装置の他の構成例を示したものである。図において番号１１はターンテーブル４をその全域において取り囲む格納壁である。この格納壁１１はベース部材２と同心になっており、その内側の壁面には、自転用ギア７と噛み合うギアを有する円形部材12が設けられている。

かかる構成になる搬送装置においては、格納壁１１、円形部材１２は固定されており、駆動源６の作動にてターンテーブル４が回転すると、円形部材１２のギアに沿って自転用ギア７が同期して回転することになり、これにつながるアダプター８が回転し、その結果として試薬容器１内の試薬が攪拌されることになる。

円形部材１２において、ギアの歯数を変更することによってアダプター８の回転数を制御することができるし、種類の異なる円形部材１２をいくつか組み合わせることもできる。

図１３はターンテーブル４に容器１を二重に配列することができる搬送装置の構成例を示したものである。

この例では、内側に設けたアダプター８ａにつながる自転用ギア７ａはベース部材２のギア２ａに係合しており、外側に設けたアダプター８ｂにつながる自転用ギア７ｂは円形部材１２のギアに係合しており、ターンテーブル４が回転することにより内外２重のアダプター８ａ、８ｂが共にそれぞれ回転（自転）することになる。

上記のような構成になる攪拌手段において内側と外側のアダプター８ａ、８ｂの回転数（自転数）を同等にするには、自転用ギア、ベース部材２のギア２ａ、円形部材１２のギアを適宜に変更する。

本発明では、この他、円形部材１２を用いず、例えば、アダプター８の外側にゴム等の滑り止めを用意し、アダプター８と格納壁１１の内壁と直接接するような構造を適用することもでき、図面で示したものにのみ限定されるものではなく、状況に応じて種々に変更できる。

試薬を封入した試薬容器１をターンテーブル４のアダプター８に載置して原点となる位置まで移動させ、反時計回りでターンテーブル４を３秒間連続的に回転させたのち分注位置に搬送させた場合と、反転を入れて回転させた場合および反転に際して停止動作を入れた図１４に示すような３パターン（ターンテーブルの動きのみ）で攪拌を実施した場合における粒子の分散状況を図１５に示す。

図１５において粒子濃度変動比とは、液面より分注した試薬の粒子濃度と、均一分散させた試薬における粒子濃度との比であり、とくに、パターン１、３については、分析回数が１２０回においても、ほぼ均一に分散している。

図１６はアダプター８の自転回数（ターンテーブルの回転数）と試薬の粒子濃度変動比の関係を図示したものであるが、アダプター８の自転回数に関してはほぼ２４０回を過ぎてから粒子濃度変動比が１．０になる。

本発明において用いることができる試薬としては、凝集測定等に使用される血球試薬、ゼラチン粒子試薬、ラテックス試薬や酵素免疫法、化学発光免疫法、蛍光免疫法、核酸検査等に使用される磁性粒子担体試薬等がある。

上述した例では、反応容器として底面がほぼ平坦で円形になる円筒状の試薬容器を採用した場合について説明したが、公転による上述の作用効果を奏するような円筒状の側壁を有するものであれば、いかなる形状の容器を使用してもよい。また、本発明において円筒状とは、断面形状が円形（正円）である以外に、円形に近似した多角形のものを含むものとする。また、本発明では試薬容器の公転する向きを適宜に変更することができる他、公転速度を変化させることにより液体に対して乱流を発生させることにより攪拌作用を高めるようにしてもよい。

液状試薬を混合して均一に分散させることができ、かつ、試薬容器の側面に貼付された試薬コードの確実な読み取りを可能とする搬送装置が提供できる。

搬送装置の構成例をその断面で示した図である。 本発明にしたがう搬送装置の実施の形態をその断面で示した図である。 図２の平面を示した図である。 ターンテーブルの平面を示した図である。 回転機構の要部を示した図である。 回転機構の要部を示した図である。 回転機構の要部を示した図である。 本発明において好適なアダプターと試薬容器の外観を示した図である。 試薬容器の外観を示した図である。 分注要領の説明図である。 分注要領の説明図である。 搬送装置の他の構成例を示した図である。 本発明にしたがう他の実施の形態を示した図である。 本発明にしたがう搬送装置を用いてタイムチャートを示した図である。 分析回数と粒子濃度変動比の関係を示したグラフである。 自転回数(ターンテーブル回転数)と粒子濃度変動比の関係を示したグラフである。

符号の説明

１ 試薬容器
２ ベース部材
２a ギア
３ 円筒部材
４ ターンテーブル
５ ギア
６ 駆動手段
６ａ ギア
７ 自転用ギア
８ アダプター
８ａ 凸部
９ センサー板
１０ 位置検出用のセンサー
１１ 格納壁
１２ 円形部材
ｇ ギア
ｈ ギア
Ｒ 試料コード

Claims (1)

1. ベース部材に円筒体を介して回転可能に配置されたターンテーブルと、このターンテーブルを回転駆動する駆動源とを備え、
   該ターンテーブルを回転駆動することによってターンテーブルの上に配列された複数の試薬容器をそれぞれ分注位置へと移動させる試薬容器の搬送装置であって、
   前記ターンテーブルの上に、試薬容器を載置、配列するとともに、ターンテーブルの回転に同期させて試薬容器とともに回転させる試薬容器載置用のアダプターを設置してなり、
   前記円筒体に、前記駆動源の先端部に配置されたギアを介してつながるギアを設け、
   前記ターンテーブルに、前記ベース部材の上端部に設けたギアと噛み合うとともにその回転軸を容器載置用のアダプターに連結した試薬容器の自転用ギアを設け、
   前記ベース部材の上端部に設けたギアと前記自転用ギアとのギア比は整数倍であり、
   前記容器載置用のアダプターは、試薬容器の向きを常に一定としその側面に予め貼付した試薬コードを、該試薬コードの読み取り手段に向けるとともに該読み取り手段の用意されている位置に最も近づける位置合わせ手段を備え、
   該アダプターは、前記ターンテーブルの周りにそれぞれ等間隔でもって二重に配列されたものである、ことを特徴とする試薬容器の搬送装置。

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