JP4911434B2 - 細胞洗浄遠心機およびそれに用いられる細胞洗浄ロータ - Google Patents

Description

本発明は、遠心力を利用して赤血球等の生体細胞を洗浄するための細胞洗浄遠心機に関し、特に、洗浄効果が大きく、洗浄の信頼性を高いものとするために好適な細胞洗浄遠心機およびそれに用いられる細胞洗浄ロータに関する。

従来、輸血検査時の抗グロブリン試験、交差適合試験、不規則抗体スクリーニング等において、赤血球を生理食塩水等の洗浄液で洗浄し、懸濁液中の余分な抗体等を除去するために用いられる細胞洗浄遠心機（血球洗浄遠心機）が知られている。

周知の細胞洗浄遠心機は、駆動軸を有するモータと、該モータの駆動軸に連結され、モータで回転されるロータと、該ロータ上に円形列に回動自在に装着され、かつロータの回転による遠心力によって円形列の外側水平方向に回動し、かつ磁性体部材より成る複数の試験管ホルダと、ロータに装着され、ロータと同時に回転し、複数の試験管ホルダにそれぞれ保持された複数の試験管内に洗浄液を供給する洗浄液分配素子と、磁気コイルへの通電に基づいて発生する磁気吸引力によって前記試験管ホルダを垂直または垂直に近い角度に吸着する磁気素子（保持手段）とを備えている。

例えば、下記特許文献１には、洗浄遠心機の洗浄液の分配素子が開示され、分配素子は内面が円錐形状容器の底面外周から放射状に設置されたノズルを有し、ロータと共に回転する洗浄液分配素子の中央から遠心力で注入された洗浄液を等分に分配し、ノズルより試験管ホルダによって保持された多数の試験管内に洗浄液を供給することを特徴としている。

また、下記特許文献２には、ロータと共に回転する洗浄液分配素子に穿孔された穴からロータに回動自在に支持された試験管ホルダ内の試験管に洗浄液を供給することが開示されている。また、同特許文献には、磁気素子を使用して試験管ホルダをロータに保持させることも開示されている。

さらに、下記特許文献３及び下記特許文献４には、試験管ホルダを、ロータにリムや回転部材を用いて、垂直方向から小さな角度に保持したまま低速で回転し、試験管から洗浄液の上澄液を排出する技術が開示されている。さらに、下記特許文献５には、ロータに試験管ホルダを磁気素子によって垂直方向より小さな角度で傾いた状態に保持し、該ロータを低速で回転しつつ、試験管ホルダに保持された試験管から洗浄液の上澄液を排出することが開示されている。

一方、細胞洗浄遠心機において、洗浄液注入工程、遠心工程、上澄液排出工程、および揺動工程を含む洗浄プロセスを、順次、自動的に実行する自動血球洗浄遠心機が周知である。例えば、下記非特許文献１に示されているように、本願出願人によって製品名「ｈｉｍａｃＭＣ４５０」として販売している自動血球洗浄遠心機が周知である。図８は、かかる従来の自動細胞洗浄遠心機において、輸血検査等を行う洗浄プロセスを実行するためのロータ駆動用モータの回転、洗浄液分配素子のポンプの運転、および試験管ホルダを固定する磁気素子の磁気コイルへの通電に関するタイムチャートを示している。従来の自動血球洗浄遠心機を用いた洗浄プロセスは次のように実行される。

（１）先ず、図８に示す時間（１）の洗浄液注入工程において、血球等の生体細胞を入れた試験管をロータの試験管ホルダにセットし、ロータを駆動するモータを加速回転させ、その遠心力によって試験管ホルダ内の試験管下部を外方に回動させ、試験管を垂直方向から水平方向に一定の角度に傾けた状態で、ロータ（モータ）を回転させる。このとき、図８に示したように、時間（１）においてポンプ動作をオン（ＯＮ）状態（ポンプに給電した状態）にすることにより、ロータの回転と共に回転する洗浄液分配素子を介して試験管へ洗浄液を注入する。血球は洗浄液注入の勢いにより攪拌され、洗浄される。

（２）次に、図８に示す時間（２）の遠心工程において、例えばロータ（モータ）を３０００ｒｐｍ、４５秒間、遠心する。これによって、血球は試験管の底部に沈殿し、血清等の不要物質は上澄状態で残る。

（３）さらに、図８に示す時間（３）の上澄液排出工程において、図８に示すような磁気コイルへの通電をオン（ＯＮ）状態として磁気素子動作をオン（ＯＮ）とし、該磁気素子に発生する吸引力によって、試験管ホルダをほぼ垂直状態に吸着し、固定する。この状態で再度、ロータを低速、例えば４００ｒｐｍで回転すると、試験管４の上部は小さな角度で開いた状態又は垂直状態となるために、上澄液は遠心力により試験管の壁面を上昇し、外部へ排出される。直ちに回転を停止すると沈殿した血球のみが残る。

（４）次に、図８に示す時間（４）の揺動工程において、ロータの回転と停止を交互に小刻みに繰り返すか、又は正回転と逆回転を交互に小刻みに繰り返すことにより、ロータの試験管ホルダ内の試験管に揺動を与え、試験管の底に沈殿させ、固着した血球を解す。

以上の４つの工程を洗浄サイクルの１サイクルとして、通常、このサイクルを３〜４回繰り返すことで洗浄を実行している。

下記特許文献６には、上述した洗浄プロセスを実行するための細胞洗浄遠心機に使用される洗浄液分配素子と、該洗浄液分配素子から洗浄液が供給される多数の試験管を保持するための試験管ホルダを円形列に装着したロータとからなる細胞洗浄ロータが開示されている。特許文献６に開示され、一般的に使用されている洗浄液分配素子およびロータからなる細胞洗浄ロータの構造を図９、図１０および図１１に示す。

図９に示すように、細胞洗浄ロータ２５は、ロータ２と、ロータ２上に円形列に、回動軸３ａを回転中心として回動自在に装着され、かつロータ２の回転による遠心力によって円形列の外側水平方向に回動する複数の試験管ホルダ３と、ロータ２に装着され該ロータと同時に回転し、複数の試験管ホルダ３にそれぞれ保持される複数の試験管４に洗浄液を供給する洗浄液分配素子５と、からなる。図１０および図１１に示すように、試験管ホルダ３は、保持する試験管４の中心軸４ａが、ロータ２の回転軸８ａに沿う垂直線方向４ｙと一致するように、試験管４を垂直状態に保持することを特徴としている。

このような細胞洗浄ロータ２５を用いて上述したような洗浄液注入工程を実施すると、図１２に示すように、試験管ホルダ３は、細胞洗浄ロータ２５の回転による遠心力で、回転方向または円形列の接線方向には回動することなく、円形列の外側水平方向に回動し、洗浄液５ａが試験管４内に注入され、細胞を洗浄する。また上述した洗浄液注入工程後の上澄液排出工程では、図１３に示すように、試験管ホルダ３を垂直状態または垂直状態に近い状態に磁気素子で固定し、試験管ホルダ３が、ロータ２の回転軸８ａに沿う垂直線方向４ｙと一致するように、試験管４を垂直状態に保持して上澄液の排出を行っている。

特開昭５０−２２６９３号公報 実開平２−８１６４０号公報 特公昭４８-２７２６７ 公開昭６０−１５０８５７ 実開昭５４−１６７８６０号公報 特開２００３−３３７０８８号公報 日立工機株式会社ホームページ「日立自動血球洗浄機 ｈｉｍａｃ ＭＣ４５０」、［平成１９年５月３１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｉｔａｃｈｉ−ｋｏｋｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｈｉｍａｃ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｓ／＞

しかしながら、上記したような従来の細胞洗浄ロータを装着する細胞洗浄遠心機では、洗浄液注入工程での洗浄液注入量のばらつき、および上澄液排出工程での上澄液残量のばらつきを抑制することが不充分であった。

細胞洗浄の自動化を目的とした遠心機により良好な輸血検査等を行うためには、（１）洗浄液注入工程において洗浄液分配素子により試験管ホルダに保持された多数の試験管内に供給される洗浄液量が等量であること、（２）上澄液排出工程において試験管から洗浄液の上澄液排出が十分に、多数の試験管で均等に行なわれることが望ましい。

すなわち、多数の試験管内に供給された洗浄液量にばらつきがある場合、例えば、洗浄液供給量の少ないときでは、懸濁液中に他の試験管よりも多量の抗体などの異物が残留する試料となる。逆に、洗浄液供給量の多い試験管内では懸濁液中の抗体などの残留異物が少なくなる。この差が、細胞洗浄遠心機を用いた洗浄処理工程の後に行われる試薬反応検査において検査結果の差として表れ、結果として輸血検査等の判定に重大な誤りを生ずる原因となる。

また、洗浄液量の供給量が少なくてよいと思われる試験管を基準に洗浄液分配素子から洗浄液を供給すると、注入量のばらつきによって、洗浄液分配素子から洗浄液量が比較的多く注入される試験管では洗浄液量が試験管から溢れ、貴重な細胞試料が失われてしまうという問題を招く。さらに、洗浄液量の少ないものに合わせて洗浄回数を決定すると洗浄工程が長時間におよぶ不具合を招くことになる。

本願発明者は、上述したような従来の細胞洗浄ロータを検討したところ、洗浄液量が不均一となる一つの原因として、従来の洗浄液分配素子の洗浄液出口と試験管口の距離が離れているため、洗浄液分配素子の洗浄液出口穴の加工精度誤差により洗浄液分配素子から注入される洗浄液の一部が試験管に入らない場合があることが分かった。

一方、洗浄液注入工程後に続く上澄液排出工程において、洗浄液の上澄液を多数の試験管内から排出する場合、上澄液の排出量にばらつきがある場合も、検査結果に誤差を与える原因となる。例えば、上澄液排出量の少ない試験管内では、上澄液排出工程後に試験管中に他の試験管よりも抗体などの異物が多く残留する。逆に、上澄液排出量の多い試験管内では抗体などの残留異物が少なくなる。この差も、細胞洗浄遠心機を用いた後工程で行われる試薬反応による検査結果に誤差を生ずる原因となり、結果として輸血検査等の判定に誤りを生ずる原因となる。

さらに、上澄液排出量の少ないものを基準に、上澄液排出工程の処理時間を長くしたり、上澄液排出工程の回転数を高くすると、上澄液排出量の多いものは、分離した細胞も試験管から排出し、貴重な細胞試料が失われてしまうという不具合を生ずる場合もある。

本願発明者は、上述したような従来の細胞洗浄ロータを検討したところ、上澄液排出工程の処理時間も短くできることを見出した。

従って、本発明の目的は、上述した従来技術における問題点に鑑み、洗浄液注入工程において多数の試験管について均等な洗浄液量を供給でき、また上澄液排出工程において多数の試験管について洗浄液の上澄液の排出を均等に行なうことが可能な細胞洗浄遠心機および細胞洗浄ロータを提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は、細胞洗浄効果を向上させ、信頼性の高い細胞検査結果を得ることが可能な細胞洗浄遠心機および細胞洗浄ロータを提供することにある。

上記本発明の目的を達成するために、本願において開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、次のとおりである。

本発明の一つの特徴は、駆動軸を有するモータと、該モータの駆動軸に連結され、前記モータで回転されるロータと、該ロータに円形列に装着され、且つ前記ロータの回転による遠心力によって前記円形列の外側水平方向に回動可能に支持された複数の試験管ホルダと、前記ロータに装着され、前記ロータの中心から外周に向く径方向に洗浄液を吐出することにより前記複数の試験管ホルダにそれぞれ保持された複数の試験管内に前記洗浄液を供給する洗浄液分配素子と、前記試験管ホルダを垂直又は垂直に近い角度に保持する保持手段と、前記モータ、前記洗浄液分配素子及び前記保持手段の動作を制御する制御装置と、を備える細胞洗浄遠心機において、前記試験管ホルダは、前記試験管を垂直方向から前記円形列が作る円の接線方向に傾斜した状態に保持するように構成され、前記制御装置は、前記ロータの回転中に前記洗浄液分配素子により洗浄液を前記試験管へ注入する洗浄液注入工程のときは前記モータを第１の方向に回転し、前記ロータの回転方向に対して前記試験管の上端部が下端部より前進した位置となるように、前記試験管を傾斜した状態で洗浄液を前記試験管に注入し、前記ロータを高速回転する遠心工程においては、前記試験管内の浮遊細胞を試験管底に沈殿させ、不要物質は上澄に残るようにし、前記試験管ホルダを前記保持手段によって保持した状態で前記ロータを回転させて前記試験管から前記洗浄液の上澄液を排出する上澄液排出工程のときは、前記モータを前記第１の方向とは逆の第２の方向に回転し、前記ロータの回転方向に対して前記試験管の上端部が下端部より後退した位置となるように、前記試験管を前記接線方向に傾斜した状態で、前記試験管から前記洗浄液の上澄液を排出するように前記モータを制御することにある。

本発明の他の特徴は、前記制御装置は、前記ロータの回転による遠心力によって前記試験管ホルダを回動させて前記試験管内の浮遊細胞を該試験管内底に沈殿させる遠心工程において、前記ロータを前記洗浄液注入工程より速い回転速度で回転させるように制御することにある。

本発明の他の特徴は、前記制御装置は、前記上澄液排出工程において、前記ロータを前記遠心工程の回転速度よりも低い回転速度で回転させるように制御することにある。

本発明の他の特徴は、前記試験管ホルダは、前記洗浄液注入工程において、前記ロータの回転方向に対して前記試験管の上端部が前記試験管の下端部よりも前進した位置となるように、前記試験管を垂直状態より前記接線方向へ傾斜させた状態に保持し、前記上澄液排出工程において、前記ロータの回転方向に対して前記試験管の上端部が前記試験管の下端部よりも後退した位置となるように、前記試験管を垂直状態より前記接線方向へ傾斜させた状態に保持することにある。

本発明の他の特徴は、モータにより駆動されるロータと、該ロータに円形列に装着され、前記ロータの回転による遠心力によって前記円形列の外側水平方向に回動可能に指示された複数の試験管ホルダと、前記ロータに装着され、前記ロータの中心から外周に向く径方向に洗浄液を吐出することにより前記複数の試験管ホルダにそれぞれ保持された複数の試験管内に洗浄液を供給する洗浄液分配素子とを備えた細胞洗浄装置の制御方法であって、前記ロータを第１の方向に回転し、前記ロータの回転方向に対して前記試験管の上端部が下端部より前進した位置となるように、前記試験管を前記円形列がつくる円の接線方向に傾斜した状態で洗浄液を前記試験管に注入する工程と、前記ロータを回転し、回転による遠心力によって前記試験管ホルダを回動させて前記試験管内の浮遊細胞を試験管底に沈殿させる遠心工程と、前記ロータを前記第１の方向とは逆の第２の方向に回転し、前記ロータの回転方向に対して前記試験管の上端部が下端部より後退した位置となるように、前記試験管を前記接線方向に傾斜した状態で、前記試験管から前記洗浄液の上澄液を排出する上澄液排出工程とを有することにある。

本発明の他の特徴は、前記遠心工程において、前記ロータの速度を、前記洗浄液注入工程のロータの速度よりも高速で回転させるように制御することにある。

本発明の他の特徴は、前記上澄液排出工程において、前記ロータの速度を、前記遠心工程のロータの速度よりも低速で回転させるように制御することにある。

本発明の上述した構成によれば、複数の試験管ホルダは、試験管の中心軸がロータの回転軸に沿う垂直線方向から試験管ホルダの円形列が作る円の接線に沿う水平線方向に傾斜するように、試験管を垂直状態より傾斜させた状態に保持するので、洗浄液注入工程において多数の試験管へ均等な洗浄液量を供給でき、また、上澄液排出工程において多数の試験管について洗浄液の上澄液排出を十分に、かつ均等に行なうことができる。これによって、細胞洗浄効果を向上させ、信頼性の高い細胞検査結果を得ることが可能な細胞洗浄遠心機を提供できる。

本発明の上記特徴および他の特徴、ならびに上記効果および他の効果は、以下の本明細書の記述および添付図面よりさらに明らかにされるであろう。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。また、従来技術と同一または類似の構造または機能を有するものについては、従来技術と同一の符号が付されている。

図１は本発明に係る細胞洗浄遠心機の全体構成を示す断面図、図２は各洗浄処理工程における、細胞洗浄遠心機の試験管ホルダの動作状態を示す断面図、図３は本発明に係る細胞洗浄遠心機のモータの回転速度、ポンプ動作、および磁気素子動作の通電タイミングを示すタイムチャートである。

図１に示すように、本発明に係る細胞洗浄遠心機２０は、上面から見た断面形状が四角形を有する筐体（フレーム）２２及び該筐体２２の上部を開閉するドア２１を備え、この筐体２２内に組立てられた、駆動軸（回転軸）８を有するモータ１と、モータ１の駆動軸８に連結され、該モータ１で回転されるロータ２とを備える。ロータ２上には、上面から見て円形列に、かつ回動自在に装着された複数（例えば、２４個）の試験管ホルダ３が設置されている。試験管ホルダ３は、磁性体部材より構成され、図４に示すように、試験管４を挿入する保持挿入部３ｃと、試験管４の底部を支持する保持底部３ｄとを有する。各試験管ホルダ３内には、予め赤血球等の生体細胞が適量入った試験管４が保持される。

また、細胞洗浄遠心機２０は、試験管ホルダ３をロータ２に、図１の断面図を横切る方向に視て、言い換えれば、試験管ホルダ３の円形列における円の接線方向から視て、垂直または垂直に近い小さい角度に、保持するための保持手段７を備えている。本実施形態では、保持手段７は、磁力によって吸着し保持するための磁気素子から構成され、円盤状の上部磁性体部材７ａと下部磁性体部材７ｂとを備え、さらに、これら上部磁性体部材７ａと下部磁性体部材７ｂとによって挟み込まれるように設置された、絶縁導線のリング状コイル（磁気コイル）７ｃを備える。これら磁性体部材７ａおよび７ｂと、磁気コイル７ｃはモータ１の駆動軸８に固定され、ロータ２と共に一体に回転する。制御装置１１は、回転する磁気コイル７ｃに一対のスリップリング７ｄおよび７ｅを介して電流を供給することによって、上部磁性体部材７ａと下部磁性体部材７ｂに発生する磁力を制御する。制御装置１１によって磁気コイル７ｃに電流を通電すると磁場を生じ、磁性体材料、例えばＳＵＳ４３０材、によって作られた、後述する試験管ホルダ３は、上部磁性体部材７ａと下部磁性体部材７ｂと共に、磁気回路を形成するので、上部磁性体部材７ａおよび下部磁性体部材７ｂ（磁気素子７）に強く吸着される。すなわち、磁気コイル７ｃに電流を通電することによって、保持手段７（磁性体部材７ａ及び７ｂ）は一個の磁石として作用し、磁性体材料から成る試験管ホルダ３を吸着する。本実施例では上部磁性体部材７ａの外径は、下部磁性体部材７ｂに比べ大きい外径を持つ。これによって、磁性体部材７ａおよび７ｂ（磁気素子７）の吸着面は、試験管４が鉛直線（ロータ回転軸と並行する一方向）に対して、試験管ホルダ３の円形列の外周方向に約８度開いた状態になるように試験管ホルダ３を吸着できる。

本発明の一つの特徴によれば、試験管ホルダ３は、図４および図５に示すように、試験管ホルダ３が試験管４を保持したとき、試験管４の中心軸４ａ（図５参照）が、ロータ２の回転軸８ａに沿う垂直線方向４ｙ（図４および図５の正面図では回転軸８ａに一致）から、多数の試験管ホルダ４の円形列が作る円の接線に沿う水平線方向４ｘ（図４および図５の３ａ方向と一致）に、所定の角度θで傾斜するように、試験管４を垂直状態４ｙより傾斜させた状態に保持する。すなわち、図４に示すように、ロータ２に装着される試験管ホルダ３の回動軸３ａ（円形列の接線方向４ｘと一致）とロータ２の回転軸８ａ（垂直線方向４ｙ）は直角であり、試験管４が挿入される保持挿入部３ｃおよび保持底部３ｄの中心軸３ｂは回動軸３ａ（水平線方向４ｘ）に対して角度θだけ傾斜している。さらに言い換えるならば、図５に示すように、試験管４の中心軸４ａと、ロータ２の回転軸８ａ（垂直線４ｙ）とは、図１０および図１１に示す従来のような同一平面状に一致するものとは異なった装着状態となり、両者の位置は、ねじれの位置関係となる。上記傾斜角度θは、例えば、１０度に設定されている。この傾斜角度θは、後述するように、ロータ２の回転速度に対応して５〜３０度の範囲内に選択できる。望ましくは１０〜１５度に設定される。

また、本発明の他の特徴によれば、図５および図６に示すように、上記試験管４（試験管ホルダ３）の中心軸４ａの傾きは、後述する洗浄液注入工程におけるロータ２の回転方向Ａに対して、試験管４の上部４ｃが下部４ｄより前進した位置となるように傾斜角度θを有する。

さらに、本発明の他の特徴によれば、図７に示すように、後述する上澄液排出工程におけるロータ２の回転方向Ｂは、洗浄液注入工程におけるロータの回転方向Ａと反対方向に制御される。従って、上述した試験管ホルダ３の傾斜中心軸３ｂ、すなわち試験管４の中心軸４ａの傾きは、上澄液排出工程におけるロータ２の回転方向Ｂに対して、試験管４の上部４ｃが下部４ｄより後退した位置となる。

試験管ホルダ３は、後述する洗浄処理の遠心工程において、制御装置１１によって磁気素子７の動作がオフされて吸着力が解除された状態で、ロータ２の速い回転数による遠心力を受けて水平方向に回動する。これによって、試験管４を保持する試験管ホルダ３は、ロータの円周の放射水平方向に回動し、試験管ホルダ３の下部がボウル１０に当たるまで傾き、試験管４内の血球などの試料を遠心分離する。例えば、磁気素子７の動作をオフして吸着力を解除した状態においてモータ１の回転を３０００ｒｐｍとして、試験管ホルダ３の下端部がボウル１０に当接したとき、試験管４と鉛直線がなす角度が約４０°となるように回動する。モータ１は、例えば誘導モータより成り、その回転数（回転速度）は制御装置１１によって制御できる。

また、細胞洗浄遠心機２０は、円形列の複数の試験管４内に洗浄液５ａを供給する洗浄液分配素子５を有する。洗浄液分配素子５は、図９に示され、また上記特許文献６に開示された従来技術と同じ構造を有する。洗浄液分配素子５は、円形列の試験管ホルダ３を搭載するロータ２と一体に回転するようにロータ２上に構成され、洗浄液分配素子５およびロータ２は一体となって、所謂、細胞洗浄ロータ２５を構成する。

洗浄液分配素子５に関連して、洗浄液供給路９が設けられ、洗浄液供給路９にはポンプ６が結合される。制御装置１１によってポンプ６の動作電源をオン（ＯＮ）させることにより、図示しない外部の洗浄液タンクから、洗浄液５ａを、洗浄液供給路９を通して細胞洗浄遠心機２０の上部に位置するノズル９ａに供給することができる。後述する洗浄液注入工程では、ノズル９ａから下方に噴出した洗浄液は、ロータ２と一体で高速回転する洗浄液分配素子５の中央部内に入り、洗浄液分配素子５内の遠心力により外周に分流され、試験管ホルダ３に保持された試験管４と同数（２４本）の各流路に分岐され、分配素子５の外周注入口５ｂから勢い良く各試験管４内に注入される。

次に、細胞洗浄遠心機２０によって、例えば輸血検査等を行うための血球洗浄プロセスを実行する場合について、図２に示す洗浄処理工程別の遠心機の要部断面図、および図3に示す遠心機の動作タイムチャートを参照して以下に説明する。

まず、洗浄液注入工程において、図3のタイミングチャート（１）および図２の工程断面図（１）に示すように、予め赤血球等の生体細胞を適量入れた２４本の試験管４を保持する２４本の試験管ホルダ３は、モータ１（ロータ２）の最高回転数（回転速度）が３０００ｒｐｍに達するように加速回転され、遠心力が与えられる。上述したように、洗浄液（例えば、生理食塩水）５ａは、この遠心力により運動エネルギーを得るため、モータ1の回転数が約１０００ｒｐｍとなった加速途中時点でポンプ６の動作を開始することにより洗浄液分配素子５に注入される。洗浄液５ａは、洗浄液分配素子５内の遠心力により外周に分流され、試験管ホルダ３に保持された試験管４と同数（２４本）の各流路に分岐され、分配素子５の外周から勢い良く流出する。分配素子５から試験管４へ注入された洗浄液５ａは、洗浄液分配素子５の外側に位置する各試験管４の内壁に当たり、壁面を伝わり試験管４の底部にある細胞を浮遊させ、懸濁状態を作り出す。試験管４に適量の洗浄液５ａが入ると、制御装置１１によってポンプ６の動作は停止され、洗浄液注入工程は終了する。

洗浄液注入工程（１）において、本発明に従う上記試験管ホルダ３の装着構造によれば、多数の試験管４内に供給される洗浄液５ａの注入量のばらつきを抑制することができる。

すなわち、洗浄液注入工程（１）において、洗浄液分配素子５と試験管４の関係は、図６の平面図（斜視図）に示すように、洗浄液分配素子5から流出した洗浄液５ａは、ロータ２の回転による風圧と、コリオリ力による回転方向と反対方向の力とを受けて回転方向Ａと反対方向に曲がりながら空中を飛び、洗浄液分配素子５の外側に位置する各試験管４に勢い良く注入される。洗浄液５ａはロータ２（モータ１）の回転数が１０００ｒｐｍで洗浄液分配素子５に注入されて外周から流出するが、約１０ｍｍ離れた各試験管４の近傍では約５度その軌跡が曲がる。またロータ２の回転数が３０００ｒｐｍの時には、より多く軌跡が曲がり、各試験管４の近傍で約３０度となる。

このとき、上述したように試験管４の中心軸４ａは、円形列の接線に沿う水平線方向４ｘ（回動軸３ａ方向）に対して試験管4の上部４ｃは下部４ｄよりも前進した位置となるような、ねじれの位置関係を構成し、かつその傾斜角度θは洗浄液５ａの流出する軌跡が曲がりと同様の５〜３０度になるように構成されるので、試験管上部４ｃの受口部（開口部）は、洗浄液５ａの注入方向に正対し、洗浄液分配素子５から風圧の影響を受けて供給される洗浄液５ａに対する受口面積を図１２に示した従来技術による処理工程より著しく拡張することが可能となる。傾斜角度θは、より望ましくは洗浄液５ａの流出する軌跡が曲がりの平均値近くの１０〜１５度に設定することにより、洗浄液５ａの注入効果を最も大きくすることができる。

この結果、洗浄液５ａが試験管４に注入するときに試験管４の内壁に当たることで、その運動エネルギーを減少するようなことはなく、試験管４の底部（下部）４ｄにある生体細胞を浮遊させ、十分な懸濁状態を作り出すことが出来る。また、試験管４の受口は、洗浄液５ａの注入方向に正対することで、洗浄液５ａが試験管４に注入する確度（注入量）を最も大きく取れ、各々の試験管４に注入する洗浄液５ａの注入量のばらつきを少なくすることができる。

以上の工程により試験管４に適量の洗浄液５ａが入ると、制御装置１１によって、ポンプ６の動作は停止され、洗浄液注入工程（１）は終了する。引続く遠心工程（２）において、図３のタイミングチャート（２）および図２の断面図（２）に示すように、浮遊している生体細胞が試験管４の底部４ｄに沈殿し、一方、血清等の不要物質は上澄に残るような高速回転の条件、例えば本実施例では３０００ｒｐｍ、３５秒間、高速回転を継続し、遠心分離をする。遠心分離後、モータ１の回転を停止する。

次に、上澄液排出工程（３）において、図３のタイムチャート（３）および図２の断面図（３）に示すように、制御装置１１よりリング状コイル７ｃに通電し、磁気素子７の動作をＯＮ状態にする。これにより、磁気素子７は磁性体材料の試験管ホルダ３を吸着し、保持する。上述したように、磁気素子７の上部磁性体部材７ａの外径は下部磁性体部材７ｂに比較して若干大きな外径となっているので、試験管ホルダ３が磁気素子７に吸着される面は、上方に約８度放射方向に開いたほぼ垂直状態に近い状態で保持され、回転する。

図７に示すように、上澄液排出工程（３）におけるロータの回転方向Ｂは、先の洗浄液注入工程の回転方向Ａとは逆回転で、回転数を約４００ｒｐｍの回転に上昇させる。試験管４内の上澄液は、図７に示すように、４００ｒｐｍの回転による遠心力と慣性力の合力方向の力を受けて試験管４の内壁面を上昇する。また、この工程における回転方向Ｂは、図１３に示した従来技術の回転方向Ａと異なっていることに留意すべきである。

本発明の上澄液排出工程（３）によれば、図７に示すように、試験管４の中心軸４ａは、回転軸垂直方向４ｙ（またはロータ回転軸８ａ）に対して、試験管４の上部４ｃが下部４ｄよりも後退した位置となるようなねじれの位置関係を構成しているので、遠心力と慣性力の合力方向に試験管４の開口部４ｃが傾くことになる。その結果、上澄液は、試験管４の壁面における最短の経路を通り開口部４ｃに達することができるので、最短の時間で外部へ排出され、試験管４の底部４ｄにある赤血球等の生体細胞のみ、そのまま底部に残すことができ、各々の試験管４の上澄液残量を少なく、かつ上澄液排出工程（３）の処理時間を、図１３に示したような従来技術に比べ、著しく短縮することができる。

上澄液排出工程終了後、揺動工程（４）において図３のタイムチャート（４）および図２の断面図（４）に示すように、モータ１は小刻みに回転、停止を繰り返す。これによって、試験管ホルダ３は、回転による遠心力で外周方向に振られ、停止とともに磁気素子７に衝突することにより揺動を与えられ、試験管４の底部に沈殿し、固着した細胞塊を解す効果を生じる。

以上説明した洗浄工程（１）から揺動工程（４）まで成る工程を１洗浄サイクルとして、このサイクルを３〜４回繰り返すことにより、試験管４内の赤血球等の生体細胞を洗浄し、抗体などの異物をより完全に分離、取り除くことができる。

上記実施態様の説明から明らかなように、本発明によれば、図６および図１２に示すように、洗浄サイクルの洗浄液注入工程において、従来に比べて洗浄液の注入量のばらつきを少なくすることができる。また、注入する洗浄液の運動エネルギーも高くすることができるので、試験管４の底部に存在する生体細胞を浮遊させ、十分な懸濁状態を作り出すことができる。

さらに、本発明によれば、図７および図１３に示すように、上澄液排出工程において、従来に比べて上澄液を短時間で、より多くの量を試験管外に排出可能となり、多数の各試験管４における上澄液残量のばらつきを少なくすることができる。

以上の構成によれば、洗浄効果が均等となるので、洗浄特性が良好で、信頼性が高い細胞洗浄遠心機を提供することができる。また、洗浄液の使用量の軽減や、洗浄サイクルの回数を少なくすることも可能となるので、省資源および少エネルギー化、ならびに検査時間の短縮化も可能な細胞洗浄遠心機を提供することができる。

上記実施形態において、試験管ホルダ３の中心軸３ｂの傾斜角θは、試験管４の保持部３ｃ、３ｄを部分的に傾斜させることによって形成したが、部分的に保持部３ｃを曲げ加工することなく、多数の試験管ホルダ３における各々の回動軸３ａを水平軸より傾斜させることによって、試験管ホルダ３全体の中心軸を傾斜させた状態でロータ本体２へ回動自在に装着することもできる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

本発明に係る細胞洗浄遠心機を示す全体断面図。 図１に示した細胞洗浄遠心機によって実行する血球洗浄プロセスの各工程おける遠心分離機の要部断面図。 図１に示した細胞洗浄遠心機においてモータの回転速度、ポンプ動作および磁気素子動作を制御するためのタイムチャート。 図１に示した細胞洗浄遠心機を構成する試験管ホルダの回動軸とロータの回転軸の関係を示す正面図。 図１に示した細胞洗浄遠心機を構成する試験管ホルダの回動軸と試験管の中心軸の関係を示す正面図。 本発明に係る洗浄液注入工程における洗浄液分配素子と試験管の関係を示す平面図。 本発明に係る上澄液排出工程における洗浄液分配素子と試験管の関係を示す平面図。 従来技術に係る細胞洗浄遠心機においてモータの回転速度、ポンプ動作および磁気素子動作を制御するためのタイムチャート。 従来技術に係る細胞洗浄遠心機の洗浄液分配素子およびロータから成る細胞洗浄ロータの構造を示す斜視図。 従来技術に係る細胞洗浄遠心機を構成する試験管ホルダの回動軸とロータの回転軸の関係を示す正面図。 従来技術に係る細胞洗浄遠心機を構成する試験管ホルダの回動軸と試験管の中心軸の関係を示す正面図。 従来技術に係る洗浄液注入工程における洗浄液分配素子と試験管の関係を示す平面図。 従来技術に係る上澄液排出工程における洗浄液分配素子と試験管の関係を示す平面図。

符号の説明

１：モータ ２：ロータ ３：試験管ホルダ ３ａ：回動軸
３ｂ：保持部中心軸 ３ｃ：保持挿入部 ３ｄ：保持底部
４：試験管 ４ａ：試験管の中心軸 ４ｃ：試験管上部
４ｄ：試験管下部 ４ｘ：接線水平方向 ４ｙ：垂直方向
５：洗浄液分配素子 ５ａ：洗浄液 ５ｂ：外周注入口
６：ポンプ ７：磁気素子（磁気素子） ７ａ：上部磁性体部材
７ｂ：下部磁性体部材 ７ｃ：リング状コイル ７ｄ：スリップリング
７ｅ：スリップリング ８：駆動シャフト ８ａ：回転軸
９：洗浄液供給路 ９ａ：洗浄液供給ノズル １０：ボウル
１１：制御装置 ２０：細胞洗浄遠心機 ２１：ドア
２２：筐体（フレーム） ２５：細胞洗浄ロータ

Claims (7)

1. 駆動軸を有するモータと、
   該モータの駆動軸に連結され、前記モータで回転されるロータと、
   該ロータに円形列に装着され、且つ前記ロータの回転による遠心力によって前記円形列の外側水平方向に回動可能に支持された複数の試験管ホルダと、
   前記ロータに装着され、前記ロータの中心から外周に向く径方向に洗浄液を吐出することにより前記複数の試験管ホルダにそれぞれ保持された複数の試験管内に前記洗浄液を供給する洗浄液分配素子と、
   前記試験管ホルダを垂直又は垂直に近い角度に保持する保持手段と、
   前記モータ、前記洗浄液分配素子及び前記保持手段の動作を制御する制御装置と、を備える細胞洗浄遠心機において、
   前記試験管ホルダは、前記試験管を垂直方向から前記円形列が作る円の接線方向に傾斜した状態に保持するように構成され、
   前記制御装置は、前記ロータの回転中に前記洗浄液分配素子により洗浄液を前記試験管へ注入する洗浄液注入工程のときは前記モータを第１の方向に回転し、前記ロータの回転方向に対して前記試験管の上端部が下端部より前進した位置となるように、前記試験管を傾斜した状態で洗浄液を前記試験管に注入し、
   前記ロータを高速回転する遠心工程においては、前記試験管内の浮遊細胞を試験管底に沈殿させ、不要物質は上澄に残るようにし、
   前記試験管ホルダを前記保持手段によって保持した状態で前記ロータを回転させて前記試験管から上澄液を排出する上澄液排出工程のときは、前記モータを前記第１の方向とは逆の第２の方向に回転し、前記ロータの回転方向に対して前記試験管の上端部が下端部より後退した位置となるように、前記試験管を傾斜した状態で、前記試験管から前記洗浄液の上澄液を排出するように前記モータを制御することを特徴とする細胞洗浄遠心機。
2. 前記制御装置は、前記ロータの回転による遠心力によって前記試験管ホルダを回動させて前記試験管内の浮遊細胞を該試験管内底に沈殿させる遠心工程において、前記ロータを前記洗浄液注入工程より速い回転速度で回転させるように制御することを特徴とする請求項１に記載された細胞洗浄遠心機。
3. 前記制御装置は、前記上澄液排出工程において、前記ロータを前記遠心工程の回転速度よりも低い回転速度で回転させるように制御することを特徴とする請求項２に記載された細胞洗浄遠心機。
4. 前記試験管ホルダは、前記洗浄液注入工程において、前記ロータの回転方向に対して前記試験管の上端部が前記試験管の下端部よりも前進した位置となるように、前記試験管を垂直状態より前記接線方向へ傾斜させた状態に保持し、前記上澄液排出工程において、前記ロータの回転方向に対して前記試験管の上端部が前記試験管の下端部よりも後退した位置となるように、前記試験管を垂直状態より前記接線方向へ傾斜させた状態に保持することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載された細胞洗浄遠心機。
5. モータにより駆動されるロータと、
   該ロータに円形列に装着され、前記ロータの回転による遠心力によって前記円形列の外側水平方向に回動可能に指示された複数の試験管ホルダと、
   前記ロータに装着され、前記ロータの中心から外周に向く径方向に洗浄液を吐出することにより前記複数の試験管ホルダにそれぞれ保持された複数の試験管内に洗浄液を供給する洗浄液分配素子とを備えた細胞洗浄装置の制御方法であって、
   前記ロータを第１の方向に回転し、前記ロータの回転方向に対して前記試験管の上端部が下端部より前進した位置となるように、前記試験管を前記円形列がつくる円の接線方向に傾斜した状態で洗浄液を前記試験管に注入する工程と、
   前記ロータを回転し、回転による遠心力によって前記試験管ホルダを回動させて前記試験管内の浮遊細胞を試験管底に沈殿させる遠心工程と、
   前記ロータを前記第１の方向とは逆の第２の方向に回転し、前記ロータの回転方向に対して前記試験管の上端部が下端部より後退した位置となるように、前記試験管を前記接線方向に傾斜した状態で、前記試験管から前記洗浄液の上澄液を排出する上澄液排出工程とを有することを特徴とする細胞洗浄装置の制御方法。
6. 前記遠心工程において、前記ロータの速度を、前記洗浄液注入工程のロータの速度よりも高速で回転させるように制御することを特徴とする請求項５に記載された制御方法。
7. 前記上澄液排出工程において、前記ロータの速度を、前記遠心工程のロータの速度よりも低速で回転させるように制御することを特徴とする請求項５に記載された制御方法。

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