JP4771225B2 - 分注装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体試料の一定量を抽出して、試薬等と反応させるための分注装置に関する。

臨床検査等において、通常、多くの患者から得た異なる多数の検体、例えば、尿、血清、血漿、血球などについて、種々の検査が連続的に行なわれる。各検体について、種々の検査を連続的に行なうため、各検体を一定量だけ分注して、所定の試薬と反応させる必要がある。試料を分注する機構を備える種々の装置が開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。
特許第３７０４４２５号 特開２００５−８３５１０号公報

特許文献１では、多数の検体や試薬を分注する機構を備えた自動分析装置が開示されているが、大型で高価であるという不利益がある。近年、診察室や病室で短時間に行なえるＰＯＣ（Point of care)検査への要望が高まっており、小型化が可能な機構が好ましい。

特許文献２では、隣接した３つの部材のそれぞれに流路を設け、その真ん中の部材をシフトさせることにより、試料の流れを制御するマイクロチップが開示されている。このマイクロチップは特許文献１に比べて小型化に適した構成ではあるが、直線的に部材をシフトさせて流路間を接続するため、チップの周囲に部材がシフトするためのスペースを確保する必要が生じる。また、特許文献２の技術では、一定量の試料を複数の反応室に分配しようとすると、部材の操作が複雑になるという欠点がある。

本発明の目的は、操作性および小型化に優れた分注装置を提供することにある。

本発明の分注装置は、液状の試料が導入される試料室と、前記試料室の周囲を周回可能に構成され、所定の位置において前記試料室に連通して前記試料の一定量を充填可能な定量室と、前記所定の位置とは異なる位置にある前記定量室に連通し、前記定量室から送られた前記試料に対して所定の操作が行なわれる複数の反応室と、を有する。

これによれば、所定の位置において、試料室と定量室とを連通させることにより、試料室から定量室へ一定量の試料が導入される。そして、所定の位置とは異なる位置において、定量室と反応室とを連通させることにより、一定量の試料が反応室へ送られて、反応室内において所望の反応、分析等の操作が行なわれる。

本発明の分注装置は、液状の試料が導入される試料室を備える第１部材と、前記第１部材を取り囲む回転可能な部材であって、所定の回転位置において前記試料室に連通可能な定量室を備える第２部材と、前記第２部材を取り囲む部材であって、前記所定の回転位置とは異なる回転位置にある前記定量室に連通可能な複数の反応室を備える第３の部材と、を有する。

これによれば、所定の回転位置において、試料室と定量室が連通することにより、試料室から定量室へ一定量の試料が導入される。そして、所定の回転位置とは異なる回転位置において、定量室と反応室が連通することにより、一定量の試料が反応室へ送られて、反応室内において所望の反応、分析等の操作が行なわれる。第２部材を回転させるのみで分注操作が行なわれるため、操作が簡単となる。また、回転移動を採用しているため、装置の外側に部材の移動のためのスペースを確保する必要がない。

前記第３部材は、前記所定の回転位置にある前記定量室に連通するように配置された吸引用流路をさらに備える。この吸引用流路を通じて吸引することにより、液状の試料を流動させることができる。

前記吸引用流路のいずれかの位置に、気液分離材が設けられている。これにより、気液分離材よりも下流側に試料が流動することを防止できるため、使用されずに廃棄される試料の量（デッドボリューム）を抑制することができる。

前記第１部材は、前記反応室と連通している状態にある前記定量室と連通するように配置された複数の通気路を備える。これにより、液状の試料の流動が可能となる。

本発明の分注装置は、試料室と、前記試料室を中心として放射状に延在する複数の第１流路と、複数の通気路とを備える円盤状の第１部材と、前記第１部材を取り囲んで回転可能に構成された環状の部材であって、前記第１流路または前記通気路に選択的に連通し得る複数の第２流路と、各前記第２流路の途中に設けられた定量室とを備える第２部材と、前記第２部材を取り囲む環状の部材であって、前記第２流路に対して連通可能な複数の第３流路と、各前記第３流路の途中に設けられた反応室と、前記第２流路に対して連通可能な複数の吸引用流路とを備える第３部材と、を有する。

これによれば、第２部材を回転させて、第１部材の第１流路と第２流路とを連通させることにより、試料室と定量室が連通される。定量室に吸引用流路を連通して吸引することにより、試料室の試料の一定量が、定量室へ充填される。
次に、第２部材を回転させて、第１部材の通気路および第３部材の第３流路に対して、第２流路を連通させる。これにより、定量室と反応室が連通される。そして、第３流路を吸引することにより、定量室の試料が反応室へ流動し、反応室において所望の操作がなされる。

例えば、前記第１部材の前記通気路および前記第１流路は、円盤の外周に沿って交互に配置されている。これにより、所定の回転位置において、全ての第２流路を第１流路に連通させることができ、また、当該回転位置とは異なる回転位置において、全ての第２流路を通気路に連通させることが可能となる。

前記第３部材の前記吸引用流路は、前記第１部材の前記第１流路の延長線上に配置されている。これにより、第１流路と第２流路の一端が連通している状態において、第２流路の他端と吸引用流路が連通する。

前記第１部材の前記通気路は、前記第３部材の前記第３流路の延長線上に配置されている。これにより、通気路と第２流路の一端が連通している状態において、第２流路の他端と第３流路が連通する。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る分注装置１００の平面図である。
図１に示す分注装置１００は、分注される試料が充填される第１部材１と、試料を一定量だけ抽出する第２部材２と、抽出した一定量の試料を試薬と反応させる第３部材３とを有する。各部材１〜３は、同心円状に配置されている。

第１部材１は、円盤状の部材であり、その中心に試料室１１を備える。試料室１１には、液状の試料が導入される。本実施形態では、第１部材１には、１つの試料室１１が設けられている。第１部材１は、さらに試料室１１を中心として放射状に延在する複数の第１流路１２と、複数の第１流路１２間に配置された通気路１３とを備える。

第２部材２は、第１部材１を取り囲む環状の部材であり、回転可能に構成されている。第２部材２は、複数の第２流路２１と、各第２流路２１の途中に設けられた定量室２２とを備える。定量室２２は、試料室１１から一定量の試料を抽出するために設けられており、その容積は分注装置１００の用途に応じて定められる。本実施形態では、第２流路２１は、第１流路１２と同じ数だけ設けられており、かつ、全ての第２流路２１が全ての第１流路１２に同時に連通可能に配置されている。

第３部材３は、第２部材２を取り囲む環状の部材であり、定量室２２に連通可能な複数の第３流路３１と、各第３流路３１の途中に設けられた反応室３２と、複数の吸引用流路３３とを有する。第３流路３１の延長線上に、通気路１３が配置されている。吸引用流路３３は、第１流路１２の延長線上に配置されている。例えば、第３流路３１および吸引用流路３３は、交互に配置されている。反応室３２には、定量室２２から試料が送り込まれる。反応室３２において所定の試薬と試料との反応が行なわれる。

図１では、第１部材１の試料室１１と、第２部材２の定量室２２が連通している状態を示している。より詳細には、第１部材１の第１流路１２と、第２部材２の第２流路２１と、第３部材３の吸引用流路３３が連通しており、各流路１２、２１、３３を通じて、試料室１１と定量室２２が連通する。

図２は、第２部材２を回転させた状態を示す平面図である。図２では、第２部材２の定量室２２と、第３部材３の反応室３２とを連通している状態を示している。より詳細には、第２部材２の第２流路２１と、第３部材３の第３流路３１とが連通しており、各流路２１、３１を通じて、定量室２２と、反応室３２とが連通する。このとき、第２流路２１は、第１部材１の通気路１３と連通している状態にある。

図３は、図１のＡ−Ａ’線における断面図であり、図４は、図２のＡ−Ａ’線における断面図である。図３、４では、各部材１、２、３の構成を明確にするため、各部材１，２，３を分離して配置しているが、実際には各部材１，２，３は接触している。

図３、４に示すように、第１部材１は、試料室１１の上部に開口部１１ａを備える。この開口部１１ａから試料が試料室１１に導入される。図３に示すように、第１流路１２の一端は試料室１１に連通しており、第１流路１２の他端は第１部材１の側面に到達している。図４に示すように、通気路１３の一端は、第１部材１の側面に到達しており、通気路１３の他端は第１部材１の上面に到達している。

第２部材２は、その内部に定量室２２を備える。本実施形態では、定量室２２よりも上流側と下流側とで第２流路２１の高さが異なる例を示しているが、同じ高さに設けられていても良い。第２流路２１の一端は、第１流路１２および通気路１３の端部と同じ高さに設定され、第２流路２１の他端は、第３流路３１および吸引用流路３３と同じ高さに設定される。

第３部材３は、２つの環状部材３ａ、３ｂにより構成されている。内側の環状部材３ａには、第３流路３１、反応室３２、吸引用流路３３が設けられ、第３部材３ｂには第３流路３１および吸引用流路３３が設けられている。本実施形態では、第３部材３の側面および第３部材３の内部に気液分離材５が設けられている。具体的には、吸引用流路３３の手前に気液分離材５が配置され（図３参照）、反応室３２の直後に気液分離材５が配置されている（図４参照）。気液分離材５は、例えば平均孔径３μｍ程度の微小な孔をもつＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる。気液分離材５を配置することにより、気液分離材５よりも下流には液体は浸入しないため、デッドボリュームを抑制することができる。また、第３部材３を２つの環状部材３ａ、３ｂに分割することにより、反応室３２の直後に気液分離材５を設けることができ、デッドボリュームをさらに抑制することができる。

各部材１、２、３ａ、３ｂ同士の流路１２、１３、２１、３１、３３の連通位置には、それぞれシール材４が設けられている。これにより、連通位置における液漏れを防止している。

上記の部材１〜２の材質や製法は、特に限定されないが、部材３は透明材料を使うのが望ましい。例えば、部材１〜３の材質としては、石英等のガラス材料やポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等のシリコンゴムあるいはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のアクリル樹脂等が使用可能である。さらにガラスエポキシ樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）でも構わない。また、部材１〜２については、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、シリコン等の半導体材料、金属等でも構わない。さらに、部材１〜３への流路の形成方法としては、凹凸の熱転写技術、エッチング技術、レーザ加工技術などを使用して作製することができる。

上記の第３部材３の側壁には、吸引手段１０１が取り付けられる。吸引手段１０１は、例えば、第３部材３の第３流路３１と吸引用流路３３の一端に取り付けられる吸引キャップと、吸引キャップに連通するチューブポンプとを有する。

図示はしないが、上記の分注装置は、例えば第２部材２に対応する環状領域が回転するテーブル上に搭載されて使用される。テーブルの回転可能な環状領域に対して、治具等を用いて第２部材２を固定することにより、第２部材２の回転量を制御できる。なお、第２部材２の回転を手動で行なってもよい。

次に、図５を参照して、上記の分注装置を用いた分注方法について説明する。
図５（ａ）に示すように、第２部材２の定量室２２を、第１部材１の試料室１１および第３部材３の吸引用流路３３に連通させて、試料室１１に試料１０を供給する。このときの平面図は、図１のようになる。このとき、吸引用流路３３は、第３部材３の側面において吸引手段１０１に接続されている。なお、試料室１１に試料１０を供給した後に、第２部材２を回転させて、図１に示す配置にしてもよい。

次に、図５（ｂ）に示すように、吸引手段１０１を動作させて、吸引用流路３３内を吸引する。これにより、試料室１１内の試料１０が第１流路１２、第２流路２１、定量室２２へと流れ込み、気液分離材５で止まる。

次に、図５（ｃ）に示すように、第２部材２を回転させて、定量室２２を、第１部材１の通気路１３および第３部材３の反応室３２に連通させる。このとき、反応室３２に連通する第３流路３１は、第３部材３の側面において吸引手段１０１に接続されている。

次に、図５（ｄ）に示すように、吸引手段１０１を動作させて、第３流路３１内を吸引する。これにより、定量室２２内の試料１０が、第３流路３１、反応室３２へと流れこみ、気液分離材５で止まる。その後、吸引手段１０１による吸引を停止させる。

反応容器には、予め検出試薬が固定されており、試料が流れ込むと化学反応を起こす。それらの変化を所定の波長の光を用いて検出する。検出方法に特に限定はなく、試料および試薬の種類、検査項目によって検出方法を変えることができる。

上記の本実施形態に係る分注装置によれば、試料室１１を備える第１部材１と、定量室２２を備える第２部材２と、反応室３２を備える第３部材３を同心円状に設けて、第２部材２の回転により試料室１１および反応室３２に対する定量室２２の連通を制御することにより、複雑な分注機構を用いることなく、液状の試料の一定量を反応容器に導入することができる。したがって、小型の分注装置を実現することができる。

また、第２部材２に定量室２２を複数設けて、複数の定量室２２を同時に試料室１１または反応室３２に接続できるため、試料室１１内の試料を効率良く各反応室３２へ分注することができる。したがって、スループットを向上させることができる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る分注装置の断面図であり、図６（ａ）は図１のＡ−Ａ’線における断面図、図６（ｂ）は図２のＡ−Ａ’線における断面図である。第２実施形態では、第３部材３を１つの部品で構成したものである。

図６に示すように、第２実施形態では、気液分離材５は、吸引用流路３３および第３流路３１を塞ぐように、第３部材３と吸引手段１０１との間に設けられている。なお、吸引用流路３３に配置される気液分離材５は、第１実施形態と同様に、第２部材２と第３部材３の間に設けてもよい。

第２実施形態に係る分注装置によれば、第３流路３１の途中に気液分離材５を設けないことから、第３部材３を１つの部材で形成することができ、構造を簡素化することができる。ただし、反応室３２以外に試料１０が充填される余分な流路（吸引用流路３３および反応室３２よりも下流側の第３流路３１）が長くなることから、第１実施形態よりもデッドボリュームが増える。したがって、第２実施形態の構成を採用する場合には、デッドボリュームの増加を抑制するため、第３流路３１および吸引用流路３３の幅を狭くすることが好ましい。

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態に係る分注装置１００の平面図である。第３実施形態は、第２部材２の定量室２２が、反応室３２の個数以下の例を示す。図７では、１つの定量室２２が設けられている例を示す。

このように、定量室２２は、反応室３２の数以下であってもよい。ただし、複数の反応室３２に試料１０を導入するためには、図５（ａ）〜（ｄ）の操作を繰り返し行なう必要があるため、第１実施形態に比べてスループットは低下する。

（第４実施形態）
図８は、第４実施形態に係る分注装置１００の平面図である。第４実施形態は、試料室１１の数が１以上で、定量室２２の数は試料室１１の数に対応しているが、定量室２２と反応室３２の数が対応していない例を示す。

この場合には、複数の試料室１１が存在するため、各試料室１１に異なる試料を充填させることができる。試料室１１毎に連通する定量室２２が異なるため、試料の混合による汚染のおそれもない。

（第５実施形態）
図９は、第５実施形態に係る分注装置１００の断面図である。図９は、図２のＡ−Ａ’線における断面図に相当する。第５実施形態は、反応室３２に試薬を供給するための開口部を設けた例を示す。

図９に示すように、反応室３２の上部に開口部３２ａが設けられている。第３部材３の上面には、開口部３２ａを密閉する密閉部材３４が設けられている。開口部３２ａの周囲において、密閉部材３４と第３部材３との間にはシール材４が配置される。密閉部材３４は、例えばスライド可能に構成されており、密閉部材３４をスライドさせることにより、反応室３２の開閉動作が可能となっている。

このように反応室３２の開閉動作を可能とすることにより、開口部３２ａから反応室３２に試薬を供給することができ、試薬の供給が容易となる。また、反応室３２へ液状の試料を充填させる動作の際には開口部３２ａを密閉することにより、開口部３２ａからの液漏れを防止することができる。

本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

第１実施形態に係る分注装置の平面図である。 第１実施形態に係る分注装置の平面図である。 図１のＡ−Ａ’線における断面図である。 図２のＡ−Ａ’線における断面図である。 分注装置を用いた分注方法を説明するための工程断面図である。 第２実施形態に係る分注装置の断面図である。 第３実施形態に係る分注装置の平面図である。 第４実施形態に係る分注装置の平面図である。 第５実施形態に係る分注装置の断面図である。

符号の説明

１…第１部材、２…第２部材、３…第３部材、３ａ、３ｂ…環状部材、４…シール材、５…気液分離材、１０…試料、１１…試料室、１１ａ…開口部、１２…第１流路、１３…通気路、２１…第２流路、２２…定量室、３１…第３流路、３２…反応室、３２ａ…開口部、３３…吸引用流路、３４…密閉部材、１００…分注装置、１０１…吸引手段、１０２…駆動手段、１０３…制御手段

Claims (4)

1. 液状の試料が導入される試料室を備える第１部材と、
   前記第１部材を取り囲む回転可能な部材であって、所定の回転位置において前記試料室に連通可能な定量室を備える第２部材と、
   前記第２部材を取り囲む部材であって、前記所定の回転位置とは異なる回転位置にある前記定量室に連通可能な複数の反応室を備える第３の部材と、
   を有し、
   前記第３部材は、前記所定の回転位置にある前記定量室に連通するように配置された吸引用流路をさらに備える、
   分注装置。
2. 前記吸引用流路のいずれかの位置に、気液分離材が設けられている、
   請求項１記載の分注装置。
3. 前記第１部材は、前記反応室と連通している状態にある前記定量室と連通するように配置された複数の通気路を備える、
   請求項１記載の分注装置。
4. 試料室と、前記試料室を中心として放射状に延在する複数の第１流路と、複数の通気路とを備える円盤状の第１部材と、
   前記第１部材を取り囲んで回転可能に構成された環状の部材であって、前記第１流路または前記通気路に選択的に連通し得る複数の第２流路と、各前記第２流路の途中に設けられた定量室とを備える第２部材と、
   前記第２部材を取り囲む環状の部材であって、前記第２流路に対して連通可能な複数の第３流路と、各前記第３流路の途中に設けられた反応室と、前記第２流路に対して連通可能な複数の吸引用流路とを備える第３部材と、
   を有する分注装置。

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