JP5044462B2 - 検体検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学的に検体を検査する検体検査装置に関する。

血液や尿などの生体液中を検体とし、検体中に含まれるイオン、ガス成分および生化学成分などの種々の生体関連物質を測定するための検体検査装置がある。従来の検体検査装置は、大病院などの血液センターに設置され最大数百種類の項目を測定できる比較的大型のものが主流である。

近年、小型の検体検査装置の開発要求が高まり、極少量の検体から生体関連物質を高感度に検出する機構の開発が求められている。

このような技術の一つとして、特許文献１には微細流路に検体と試薬の混合溶液を供給し、光学的に検体を測定する技術が開示されている。

特許文献１には、２つの試薬をＹ字流路により混合する場合、各試薬を同時に送液したとしても、混合液の先頭部分では混合比率が安定しないため、この先頭部分を切り捨てて、混合比率が安定してから混合溶液を次工程へ送液するようにすることが望ましい旨記載されている。

加えて、検体検査、とりわけ各種の生化学成分の測定には広く酵素反応が用いられており、検体と検査試薬は二液が合流した時点から始まる。そのため、検体と検査試薬の混合は短時間のうちに均一に行う必要がある。

一般的に、取り扱う溶液量が微量になるとその混合は困難になり、微小化学分析システムで取り扱う微細流路（直径１ｍｍ以下程度）中においては、水溶液は層流で流れるため、積極的な混合手段を講じない限り混合は拡散に依存することになる。取り扱う溶液量が微量とはいえ、分子拡散に依存した混合では、混合が終了するまでに長い時間を要することになる。

積極的な混合方法としては、磁力を用いた攪拌子駆動手法がしばしば用いられる。例えば特許文献２に開示されているように、微小空間中において磁力で攪拌子を回転させ、溶液を混合するシステムが開示されている。

特開２００６−２１７８１８号公報 特開２００７−０５４８１７号公報

しかしながら、特許文献１には、混合液の先頭部分（混合比率が安定しない部分）をどのように切り捨てるのかについての具体的な記載はなく、ごく少量の検体で高精度の検査ができないという問題がある。

また、特許文献２に開示されているような攪拌子を磁力で回転させて混合する方式では、外部に必ず攪拌子を回転させるための磁石およびそのモータなどで構成された回転機構が必要になるので、コスト高になってしまうという問題がある。

また、攪拌子とその回転機構は一対一に対応することになるため、特に複数の混合機構を同時に駆動させるような場合には、混合機構の数と同数の外部回転機構が必要になり、機器の小型化・集積化が困難になるととともに、コスト高になるという問題がある。

そこで本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ごく少量の検体及び反応試薬で高精度の検査が可能な検体検査装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、流路を形成する部材と、検体を含む第１の溶液を前記流路に供給する第１の送液手段と、前記検体の検査すべき測定項目を選択する選択手段と、前記測定項目に対応する第２の溶液を前記流路に供給する第２の送液手段と、前記第１の溶液と前記第２の溶液とが前記流路内で混合した混合溶液の一部を分離可能な分離手段と、前記混合溶液の混合比率が一定でない部分を分離するように、前記選択手段で選択された測定項目に対応して前記分離手段を制御する動作制御手段と、前記分離手段よりも下流位置の前記流路に連通し、前記混合溶液に光を照射して前記検体の検査をおこなう検査手段と、を具備したことを特徴とする検体検査装置を提供する。

本発明の検体検査装置によれば、測定項目に対応した適切な量の非定量溶液部分を分離することによって、小量の検体及び反応試薬で精度の高い検査が可能となる、という効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる検体検査装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。

ごく少量の検体を用いた検体検査装置においては、微細流路内で検体と反応試薬との安定した混合溶液を得ることが重要になる。検体といろいろな反応試薬との混合溶液を得ようとすると、微細流路内で混合溶液が安定化（均一に混合する）するためには測定項目（測定に使用する反応試薬またはその混合比率、あるいは試薬などを供給するポンプの動作遅れなど）に応じて大きな差が生じてしまう。すなわち測定項目ごとに、安定した混合溶液を得る前の、不安定で不確定な混合溶液部分の量が、測定項目に応じてあるいは溶液の混合比率に応じて異なるため、それぞれに応じて不確定な混合溶液部分も異なることになる。本発明によれば不確定な混合溶液部分を測定項目に対応させて適切な量だけ分離可能とした。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態を図１ないし図６に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る検体検査装置５００の構成を概略的に示すブロック図である。検体検査装置５００は、検体と反応試薬とを混合させる混合カートリッジ２００と、混合カートリッジ２００により混合された溶液を光学的に検査する検査手段である光学検査部３００と、混合カートリッジ２００および光学検査部３００の動作を制御する制御部４００と、を備えている。

図２は、混合カートリッジ２００の構成を示した模式図である。図２に示すように、混合カートリッジ２００は、一部に光学検査部３００によって光学的な検査を行う為の第１の測光セル１１及び第２の測光セル２１を具備し、その内部に微細流路１が形成されている。微細流路１には第１試薬タンク４と検体タンク５とオイルタンク７と第２試薬タンク２４と第１廃棄タンク６と第２廃棄タンク２６が連通している。微細流路１及び、送液タンク４，５，７，２４、又は廃棄タンク６，２６に連通する流路は、混合カートリッジ２００に形成されている。

それぞれ、第１試薬タンク４には第１試薬を微細流路に供給する第２の送液手段として機能する第１試薬ポンプ１４が、検体タンク５には検体を含む第１の溶液を微細流路１に供給する第１の送液手段として機能する検体ポンプ１５が、オイルタンク７にはオイルポンプ１７が、第２試薬タンク２４には第２試薬ポンプ３４が配されている。ポンプ１４，１５，１７，３４はシリンジタイプのもので、対応するタンクに貯蔵してある溶液を押し出し微細流路１へと送液する。第１試薬タンク４と検体タンク５とオイルタンク７とは、微細流路１の同じ地点に合流するように配されており、その合流地点４１で第１試薬と検体とオイルが微細流路１に合流するようになっている。微細流路１の第１試薬と検体とオイルの合流地点４１より下流地点に、第１廃棄タンク６が分岐して連通されている。第１廃棄タンク６は、圧力制御手段として機能する第１の吸引ポンプ１６を具備し微細流路１内の溶液を第１廃棄タンク６内へと分離することができる。第１の吸引ポンプ１６および第１廃棄タンク６とは、分離手段を構成する。

第１廃棄タンク６と微細流路１との分岐地点５１より下流側の微細流路１には、溶液の攪拌に用いられる攪拌子である第１の磁石１９が配されている攪拌槽２０が設けられている。この攪拌槽２０の周辺には、第１の攪拌制御部１８が配されている。第１の攪拌制御部１８は１対の電磁石からなり、交互に電磁石に流す電流方向を逆転させることにより、第１の磁石１９を攪拌槽２０内で往復動させる。

第１の磁石１９（攪拌槽２０）より下流側には、光を照射して光学的な検査を行う第１の測光セル１１がある。第１の測光セル１１部分は、特に検査誤差を引き起こさないように光の透過率の高い材質等を使用することが好ましい。第１の測光セル１１に達した混合溶液は、検体検査装置５００に組み込まれた光学検査部３００によって検査される。

第１の測光セル１１より下流側に、微細流路１へ合流するように連通した第２試薬タンク２４が設けられ、第１試薬の場合と同様に第２試薬タンク２４と微細流路１との合流地点４２より下流地点に微細流路１から分岐して連通した第２廃棄タンク２６が設けられている。第２廃棄タンク２６と微細流路１との分岐地点５２より下流地点の微細流路１には、溶液の攪拌に用いられる攪拌子である第２の磁石２９が配されている攪拌槽３０が設けられている。この攪拌槽３０の周辺には、第１の攪拌制御部１８と同様の機構で第２の磁石２９を攪拌槽３０内で往復動させる第２の攪拌制御部２８が設けられている。第２の磁石２９（攪拌槽３０）より下流側には、光学的な検査を行う第２の測光セル２１が設けられている。こちらの第２の測光セル２１も第１の測光セル１１同様に検査誤差を引き起こさないように光の透過率の高い材質等を使用することが好ましい。第２の測光セル２１に達した混合溶液は、検体検査装置５００に組み込まれた光学検査部３００によって検査される。

次に、本実施形態に係る検体検査装置５００の動作について説明する。検体タンク５内には、血液や尿などの生体液である検体を保持し、検体ポンプ１５によって検体を押し出すことで微細流路１へと送液する。また、第１試薬タンク４内には検体の測定したい項目に対応した第１試薬が選択的に貯蔵されており第１試薬ポンプ１４によって微細流路１へと送液される。測定項目に応じて反応試薬が２つ必要となる場合もあるため、第１試薬とは別の第２試薬が第２試薬タンク２４内に保持され第２試薬ポンプ３４によって微細流路１内に送液することができる。第１試薬と検体とは微細流路１内に同時に送液され、微細流路１に合流し混合される。

ところが、ポンプの駆動動作は、動作信号を受け取ってから所定の流速を与える定常動作に達するまでに時間差が生じる。その時間差は、ポンプが与えようとする所定流速によってばらつきがある。検体ポンプ１５及び第１試薬ポンプ１４双方が定常動作に至るまでに送液された混合溶液は混合割合が安定しない不確定混合溶液であり、測定に使用することができない。そこで不確定混合溶液を微細流路１から分離する必要がある。そこで、廃棄タンク６内にこの不確定混合溶液を微細流路１から分離するのである。まず第１の吸引ポンプ１６によって検体及び第１試薬の送液前に第１廃棄タンク６内が陰圧になるようにセッティングしておく。不確定混合溶液が微細流路１と第１廃棄タンク６との分岐点へ達したと同時に圧力を常圧になるように動作させる。第１の吸引ポンプ１６による溶液の分離機構は、第１廃棄タンク６の一端をゴムシート１６１で塞ぐように固定され、ゴムシート１６１を外部から押し下げることによって第１廃棄タンク６内を陰圧にし、逆にゴムシート１６１への押し下げ力を解除し常圧に戻すことで不確定混合溶液を取り除くようにしている。すると不確定混合比率の溶液は第１廃棄タンク６内へ導入されるため、微細流路１から分岐あるいは分離することが可能となる。

不確定混合溶液を取り除いた第１試薬と検体の混合溶液は、微細流路１内にある第１の磁石１９を配した攪拌槽２０まで搬送される。攪拌槽２０内の第１の磁石１９は、第１の攪拌制御部１８によって微小運動（攪拌槽２０内を往復動）することによって、第１試薬と検体とを攪拌し反応を促進させる。検体ポンプ１５及び第１試薬ポンプ１４は所定の時間だけ駆動動作を行うと送液を止める。その後、オイルタンク７内のオイル（水と混合しない溶液であれば特に限定はされない）をオイルポンプ１７によって微細流路１内に送液することで混合溶液を搬送する。微細流路１内に設けられた第１の測光セル１１を混合溶液が満たすまでオイルポンプ１７の駆動によるオイル送液により搬送が行われる。

光学的な手法による光学検査部３００の検査が終了すると、再びオイルポンプ１７を駆動させ混合溶液を搬送させる。混合溶液が第２試薬タンク２４まで達すると、第２試薬ポンプ３４は第２試薬の送液を開始する。

第１試薬と検体との混合時と同様に、混合溶液と第２試薬との混合比率が不確定な溶液を第２の吸引ポンプ３６によって微細流路１から分離し第２の廃棄タンク２６へと分離した後、第２の磁石２９及び第２の攪拌制御部２８によって混合溶液を攪拌し混合を促進する。その後、微細流路１内に設けられた第２の測光セル２１を混合溶液が満たすと、再び光学的な手法による光学検査部３００の検査が行われる。

なお、測定項目によっては、第１試薬のみで検体検査が行われるものもあるため、第２試薬の混合に係る構成を具備していなくとも構わない。また、送液を行うポンプはシリンジポンプを使用したが、プランジャー方式、圧電方式、その他溶液を送液できるポンプであれば特に限定はされない。

また、検体タンク５、廃棄タンク６，２６、磁石１９、２９及び微細流路１を形成する混合カートリッジ２００等の検体に接触する部分は特に、他の検体の混入による検査誤差を軽減するために、検体毎に入れ替える形態が考えられる。試薬タンク４，２４及びオイルタンク７も検体毎に入れ替える構成にしてもよい。

さらに、本実施形態では混合溶液の混合を行う攪拌子として磁石１９，２９を使用するとともに、攪拌制御部１８，２８を使用したが、その他の機構であってもよい。また、オイルポンプ１７によって混合溶液を搬送したが、他の方法を用いても本発明の効果を得ることができる。

また、図２では、溶液を攪拌する第１の磁石１９（攪拌槽２０）を廃棄タンク６の分岐点よりも下流側に配しているが、第１の磁石１９（攪拌槽２０）を廃棄タンク６の分岐点よりも下流に配するか上流に配するかはどちらでも構わない。しかし、混合比率が不確定な溶液が攪拌を行う磁石１９のある部分（攪拌槽２０）に達すると、検査に用いる混合溶液の混合比率に多少の誤差を生じ検査精度の低下につながるので、第１の磁石１９（攪拌槽２０）の上流に廃棄タンク６との分岐点がある構成の方が望ましい。また、第２試薬を混合する際の構成に関しても同様である。

図３は、それぞれシリンジポンプの定格流量を（ａ）は１０μＬ／ｍｉｎ、（ｂ）は１００μＬ／ｍｉｎとした場合のポンプの動作性能を表す図である。横軸は駆動電気信号をポンプが受けてからの経過時間であり、縦軸はポンプが流体に与える流量を示したものである。送液ポンプはどのような種類であっても、駆動電気信号を受け取ってから動作が開始する時間あるいは動作し定格流量に達するまでに多少の時間差を生じる。ポンプが定格流量を与える定常動作に達するまでの時間は、その定格流量によって異なり、（ａ）は約２秒であり（ｂ）は約０．４秒である。ポンプが定常動作に達するまでに送液された溶液流量の定量性を確保することはできない。

検体の測定項目が決まると、検体ポンプ１５及び第１試薬ポンプ１４の定格流量は所定の混合比率を満たすよう決定する。ポンプが、ある定格流量を与えようとし、定常動作に達するまでの時間及びそれまでに送液する溶液の量は、ポンプによって固有の値をもつ。本願のように微細流路１を用い連続送液により一定比率で検体と反応試薬を混合する方式では、検体ポンプ１５及び第１試薬ポンプ１４の双方が定常動作に達する前に混合された溶液部分、及び第２試薬ポンプ３４が定常動作に達する前に混合された溶液部分は混合比率が不確定であり、微細流路１から分離する必要がある。検体ポンプ１５、第１試薬ポンプ１４及び第２試薬ポンプ３４の駆動動作特性による、混合比率が安定化するまでの不確定混合溶液の量は測定項目によって決まる。よって、不確定混合溶液を微細流路１から分離する分離機構である第１の吸引ポンプ１６、及び第２の吸引ポンプ３６に応じて駆動時間を制御し効率的に微細流路１から分離することにより、ごく少量の検体を利用した検体検査装置５００の実現が可能となる。

図４は、制御部４００の機能構成を示すブロック図である。なお、図２に対応する部分に同じ符号を付し、重複説明は一部省略する。

図４に示すように、制御部４００は、測定項目選択部１００と、記憶部である測定項目データベース（以下ＤＢと記載）２と、動作制御部３とを備えている。測定項目選択部１００は、選択手段として機能するものであって、検体のどの項目を検査するかを、動作制御部３に例えばキーボードなどにより入力する。また、測定項目ＤＢ２内には、検体、第１試薬、第２試薬が測定項目に対応した混合比率で混合されるよう規定された定格流量及び、送液を行う第１試薬ポンプ１４と検体ポンプ１５と第２試薬ポンプ３４の駆動時間、第１の吸引ポンプ１６と第２の吸引ポンプ３６の駆動タイミングなどが記憶されている。動作制御部３は、測定項目ＤＢ２内に記憶された各種パラメータを呼び出し、そのパラメータに応じて送液ポンプ、吸引ポンプ及び攪拌制御部の動作時間やタイミングなどの制御を行う。

また図５は、図４内の測定項目ＤＢ２内に記憶された測定項目Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとそれに対応する検体検査装置５００の動作を制御するためのパラメータのうち主要なものの一例を示したものである。（ａ）は、主に第１試薬と検体との混合及び、その混合溶液の不確定混合溶液を分離する第１の吸引ポンプ１６に関連するテーブルであって、測定項目ごとに、検体の流量、第１試薬の流量、ポンプ１４、１５の動作が安定化するまでの時間である待機時間、ポンプ１６の駆動時間およびポンプ１６の吸引量をパラメータとして記憶する。また、（ｂ）は、主に第１試薬と検体との混合溶液と第２試薬の混合及び、それによって生じた混合溶液の不確定混合溶液を分離する第２の吸引ポンプ３６に関連するテーブルであって、測定項目ごとに、オイル流量、第２試薬流量、ポンプ３４の待機時間、ポンプ３６の駆動時間及びポンプ３６の吸引量をパラメータとして記憶する。

以下に、送液ポンプの駆動動作及び、測定項目に応じた不確定混合溶液の分離手段の動作の態様を図４及び図５を参照しつつ詳細に説明する。

測定項目選択部１００に測定項目が入力されると、動作制御部３にその信号が出力される。動作制御部３は、入力された測定項目に対応した各種パラメータを測定項目ＤＢ２から呼び出す。まず、測定項目ＤＢ２に記憶された定格流量及び時間だけ第１試薬ポンプ１４と検体ポンプ１５が微細流路１への送液動作をするよう動作信号を送信する。第１試薬ポンプ１４と検体ポンプ１５は同時に送液動作を開始し、それぞれ定格流量となるように制御する。第１試薬と検体とは微細流路１内で混合する。

図３で説明したように、第１試薬ポンプ１４と検体ポンプ１５の双方の駆動動作が一定となる前に送液された混合溶液の混合比率は不確定であり、微細流路１から分離する必要がある。また、混合比率が安定化するまでの不確定混合溶液の量は測定項目によって決まる。従って測定項目ＤＢ２内には、測定項目に対応して決定する規定流量に応じた第１試薬ポンプ１４及び検体ポンプ１５の定格動作に至るまでの待機時間が記憶されている。そのうち、定格動作に至るまでの時間が長い方のポンプの待機時間に依存した時間だけ、第１の吸引ポンプ１６が吸引動作するように、不確定混合溶液を吸引ポンプ１６が微細流路１から不確定混合溶液を吸引する動作タイミング及び吸引量が記憶されている。それらの、測定項目に対応したパラメータに応じて動作制御部３が吸引ポンプ１６を制御することで、不確定混合溶液を効率的に微細流路１から分離することができる。不確定混合溶液の吸引ポンプ１６による微細流路１からの分離動作が終了すると、第１試薬ポンプ１４及び検体ポンプ１５の動作が定常状態になり、混合比率が一定となり測定が可能となる。動作制御部３は、混合比率が一定となった溶液が攪拌を行う第１の磁石１９（攪拌槽２０）部分まで来るタイミングで、攪拌制御部１８を駆動させ、攪拌槽２０内における第１の磁石１９の往復動により検体と第１試薬との攪拌を促進する。

その後の検査に必要となる十分な量だけ検体及び第１試薬が送液されると第１試薬ポンプ１４及び検体ポンプ１５が送液動作を止めるように、動作制御部３が制御する。その送液タイミングも測定項目ＤＢ２内に記憶されている。第１試薬ポンプ１４及び検体ポンプ１５の送液動作が止まると、動作制御部３は搬送用のオイルポンプ１７に駆動動作信号を送る。オイルによって第１試薬と検体の混合溶液が測光セル１１を満たすまで搬送する。攪拌制御部１８は、搬送用オイルの先端部が第１の磁石１９のある位置に達するまで第１の磁石１９の振動動作による攪拌を続け、搬送用オイルの先端部が第１の磁石１９のある位置に達すると、動作制御部３は、第１の磁石１９が振動を止めるように攪拌制御部１８を制御する。測定項目に対応した攪拌動作を行うことによって、オイルと混合溶液とが不必要に混合されることを防ぐことができる。それらの攪拌制御部１８の動作タイミングも測定項目ＤＢ２内に記憶しておく。

混合溶液の送液が終了し、測光セル１１が満たされると、動作制御部３は、オイルポンプ１７を制御してオイルによる搬送を停止し、光学検査部３００によって光学的な検査を行う。検査が終了すると、動作制御部３は、再びオイルポンプ１７を制御して微細流路１へのオイルの送液を開始する。その際の、オイルの流量と送液タイミングも共に測定項目に対応し、測定項目ＤＢ２に記憶されている。

第１試薬と検体の混合溶液が搬送され、微細流路１の第２廃棄タンク２６との分岐点に到達したときに、第２試薬ポンプ３４が送液動作を開始するように、測定項目ＤＢ２に記憶されたタイミングで動作制御部３は動作信号を送る。オイルポンプ１７は、第２試薬ポンプ３４が送液動作を開始するときには定格流量を与える定常動作に達している。また、第２試薬ポンプ３４は動作開始信号を受けてから定格流量を与える定常動作に達するまでに、その定格流量に応じた時間差を生じる。従って、第２試薬ポンプ３４が定常動作に達するまでに送液された第１試薬と検体と第２の混合溶液の混合比率は不確定である。測定項目ＤＢ２内には、測定項目に対応し、第２試薬ポンプ３４が安定化するまでの時間が記憶されている。また、その時間に対応して第２試薬ポンプ３４が不確定混合溶液を吸引するタイミングと吸引量が測定項目ＤＢ２に記憶されており、それにそって動作制御部３は第２の吸引ポンプ３６の吸引動作を制御する。第２の吸引ポンプ３６の動作機構は第１の吸引ポンプ１６と同様の機構である。第２試薬ポンプ３４が定格動作に達すると、動作制御部３は、第２の吸引ポンプ３６を制御して吸引動作を止める。オイルポンプ１７及び第２試薬ポンプ３４は送液動作を続ける。その後の検査に必要となる十分な量だけ検体及び第２試薬が送液されると、動作制御部３は、第２試薬ポンプ３４を制御して送液を止め、オイルポンプ１７を制御して駆動動作を続ける。混合溶液が第２の測光セル２１を満たすと、動作制御部３は、オイルポンプ１７を制御して駆動動作を止め、光学検査部３００によって光学式の検査を行う。測光が終了すると、本発明に係る検体検査装置５００による検査は終了する。

なお、上記においては、動作タイミングはすべて測定項目ＤＢ２内に記憶され、そのタイミングに応じて各種ポンプを駆動動作させる機構について説明したが、これに限るものではない。例えば、測定データベース２にはある流量を定格流量とした場合の定常状態までの時間を対応付けて記憶しておき、測定したいと思う測定項目に対応した定常状態までの時間や流量に応じて、不確定混合溶液の吸引動作のタイミングおよび量を動作制御部３によって算出する機構を利用してもよい。

また、廃棄タンク６，２６内により正確に不確定混合溶液を分離するために、測定項目ＤＢ２内に動作タイミングだけでなく測定項目と対応した吸引ポンプ１６，３６の具体的な駆動動作のパラメータを記憶し、それに応じた制御を動作制御部３が行ってもよい。駆動動作のパラメータとは、吸引ポンプ１６，３６によって廃棄タンク６，２６内の圧力をどの程度低くするか等を指す。

また、ゴムシート１６１，２６１は応力に対して弾性変化する材料であればゴムに限らずどのような材料であってもよい。また、微細流路１を形成する部材と送液タンク４，５，７，２４、及び廃棄タンク６，２６は混合カートリッジ２００と一体に形成されても、別々に形成されてもよい。

以上の機構によって、測定項目に対応して送液ポンプを制御すると共に、測定項目に応じた量だけ効率的に混合比率が安定していない不確定混合溶液を微細流路１から分離することができ、測定に必要となる検体と反応試薬の量をより少量とすることができる。検体及び反応試薬を効率的に使用し、ごく少量の検体及び反応試薬で高精度の検査が可能な検体検査装置５００を実現できる。

図６は、検体検査装置５００の分離機構を抜き出して示したものである。本実施形態では、シリンジポンプを使用した吸引機構を第１の吸引ポンプ１６として利用する。

図６に示すように、第１廃棄タンク６の一端を塞ぐように固定されたゴム封（ゴムシート）１６４がある。ゴム封１６４を貫通して第１廃棄タンク６まで達する圧力室１６２と、圧力室１６２内に配され、上下動することで圧力室１６２内の圧力を調整する吸引機構１６３とを備え、吸引機構１６３の圧力調整によって混合比率が不確定の溶液の第１廃棄タンク６への分離を行うようにした。

ゴム封１６４の材質は特に限定が無く、吸引機構１６３による吸引方式に使用できる性能を兼ね備えていればよい。この際に使用するゴム封１６４に必要な性能はシリンジの針を抜いた際に第１廃棄タンク６中に貯蔵された溶液および余剰空間中に存在する空気が外部ヘリークしない程度の密閉性を確保できることである。本実施形態に係る検体検査装置５００では、微細流路１とそれに連通する各種タンク部分は、検査する検体毎に混合カートリッジ２００等を使い捨てる使用形態が考えられる。その際、医療廃棄物に該当する廃棄部分から検体等が外に漏れ安全衛生に支障を生じない様にする為である。

これらの性能を確保してさえいれば、吸引機構１６３はシリンジ構造による吸引に限定されるものではない。廃棄タンク６内が予め陰圧にできる機構であれば特に限定されるものではない。

また、本実施例に係る分離手段は第１の吸引ポンプ１６だけでなく第２の吸引ポンプ３６に使用してもよい。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態を図７ないし図１５に基づいて説明する。なお、前述した第１の実施の形態と同じ部分は同じ符号で示し説明も省略する。本実施の形態は、前述した第１の実施の形態とは、混合カートリッジ２００の構成が一部異なるものとなっている。

図７は、本発明の第２の実施の形態に係る混合カートリッジ２００の攪拌装置１０１を示す模式図である。図７に示すように、攪拌手段である攪拌装置１０１は、微細流路１中に攪拌槽１０２および気泡トラップ１０３を備えている。この攪拌装置１０１は、磁場を遮断しない材質で構成されている。なお、図７においては、紙面上方から下方に向かって重力が作用している。

攪拌槽１０２は、攪拌装置１０１における微細流路１の溶液導入口１０２ａ側から導入された第１試薬と検体の混合溶液（または、混合溶液と第２試薬との混合溶液）を第１の攪拌制御部１８（または、第２の攪拌制御部２８）の電磁力により攪拌するための空間であり、攪拌子１０４が配されている。攪拌槽１０２の形状は円柱形状であって、その最長寸法は内径より長い形状となっている。また、攪拌槽１０２の内径は、攪拌子１０４の最長寸法（攪拌子１０４が円柱形状の場合、上面と下面の対角線）より短くなっている。これにより、攪拌子１０４が攪拌槽１０２内で回転することを防ぐことができる。

攪拌子１０４は、永久磁石ないし鉄などの強磁性体で形成されている。加えて、攪拌子１０４は、接触する水溶液へ影響しない材質（例えば、フッ素樹脂など）で保護されている。また、攪拌子１０４の材質が永久磁石である場合、攪拌子１０４の形状は円柱形状が望ましい。攪拌子１０４の材質が強磁性体である場合、攪拌子１０４の形状は円柱形状ないし球形状などが望ましい。

攪拌制御部１８，２８を構成する１対の電磁石１０５は、攪拌槽１０２の高さ方向と平行に、攪拌槽１０２を挟むように設置されている。また、攪拌制御部１８，２８を構成する１対の電磁石１０５は、攪拌槽１０２に対し同軸上に配され、その磁界の発生方向は上下で逆になるように配されている。攪拌槽１０２が１個である場合、攪拌制御部１８，２８を構成する１対の電磁石１０５の中心軸は、攪拌槽１０２の中心軸と一致する。なお、攪拌子１０４が永久磁石である場合、攪拌制御部１８，２８を構成する電磁石１０５は１つでも攪拌子１０４の往復運動は可能であるが、攪拌子１０４に与えられる磁力が減ずるため、混合効率は落ちる。

気泡トラップ１０３は、攪拌槽１０２で攪拌された溶液を導出する溶液導出口１０２ｂの下流に設けられており、攪拌子１０４の攪拌動作により生じる気泡を除去する気泡除去機構として機能するものである。図７に示すように、気泡トラップ１０３は、溶液導出口１０２ｂより直径が大きく、一部が溶液導出口１０２ｂよりも高い位置に位置するように形成されている。このように溶液導出口１０２ｂより直径を大きくすることで、気泡トラップ１０３中での溶液の移動速度を遅くするとともに、気泡トラップ１０３を溶液が通過するまでの間に、混合溶液に含まれる気泡が気泡トラップ１０３上方に集まるようにしたものである。なお、更に気泡除去の効果を高めるために、制御部４００は、攪拌槽１０２で攪拌された溶液が気泡トラップ１０３に達した時点で送液を一時的に停止または減速してもよい。

なお、気泡除去機構としては図７に示した気泡トラップ１０３のような構造に限らず、気液分離膜などを用いてもよい。

次に、制御部４００の動作制御部３が攪拌制御部１８，２８を動作させるシーケンスについて説明する。

ここで、図８は攪拌制御部１８，２８の回路構成の一例を示す模式図、図９は攪拌装置１０１の稼動時の動作を示す模式図である。図８および図９においては、攪拌子１０４として永久磁石を用いた場合を示している。図８に示すように、攪拌制御部１８，２８の一対の電磁石１０５は直列に接続されている。

図８に示すように、攪拌制御部１８，２８は、電流及び周波数を調節可能な電磁石制御装置１０６を備えている。この電磁石制御装置１０６は、一定周波数の交流が回路に流されるように制御部４００の動作制御部３により制御される。本実施の形態においては、動作制御部３による電磁石制御装置１０６の制御により、一定周波数の交流が回路に流されて電磁石１０５が磁力を発生すると、１対の電磁石１０５の磁界の発生方向は上下で逆になる。

図９に示すように、動作制御部３による電磁石制御装置１０６の電源制御により、一定周波数の交流が回路に流されて電磁石１０５が磁力を発生すると、攪拌子１０４が電磁石１０５から引力ないし斥力を受け、攪拌槽１０２内を移動する。電磁石制御装置１０６が電磁石１０５に印加する電流は交流であるため、印加した周波数に対応して電流の方向が切り替わり、その結果電磁石１０５の磁極を切り替え、攪拌子１０４を攪拌槽１０２内で往復運動させることができる。このような攪拌子１０４の攪拌槽１０２内での往復運動によって、第１試薬と検体（または、混合溶液と第２試薬）の混合を短時間のうちに均一に行うことができるようになっている。

なお、図８中では、電磁石制御装置１０６の電源として交流電源を配しているが、電流の波形は特に限定しない。また、周波数は数Ｈｚから数十Ｈｚまで選択可能とする。また、動作の同期が取れていれば一対の電磁石１０５をそれぞれ独立に制御するようにしても良い。

次に、攪拌子１０４として強磁性体を用いる場合について図１０を参照して説明する。図１０に示すように、攪拌子１０４として強磁性体を用いる場合は、動作制御部３による電磁石制御装置１０６に備えられるスイッチ１０７のスイッチング制御により、一対の電磁石１０５を交互に動作させることで強磁性体である攪拌子１０４を引力で移動させ、攪拌槽１０２内を往復運動させる。スイッチ１０７のスイッチング周波数は数Ｈｚから数十Ｈｚまで選択可能とする。また、動作の同期が取れていれば一対の電磁石１０５をそれぞれ独立に制御するようにしても良い。

なお、攪拌装置１０１の駆動開始のタイミングについては、攪拌槽１０２が第１試薬と検体（または、混合溶液と第２試薬）で満たされた後であることが望ましい。攪拌槽１０２が水溶液で満たされたかどうかの判断は、攪拌槽１０２の容積と送液速度から算出される時間によって制御部４００が制御するようにしても良いし、攪拌槽１０２に液面センサを配して制御部４００がモニタするようにしてもよい。

このように本実施の形態によれば、流路中に設けられ、第１の溶液と第２の溶液との混合溶液を収容する攪拌槽内に配されている攪拌子を、電磁力制御により攪拌槽内で往復動させて混合溶液を攪拌することにより、モータなどで構成された回転機構を用いなくとも二液を効率よく混合することができるので、小型化・集積化可能な高効率、かつ、安価な構成で、微量水溶液を短時間で均一に混合することができる。

なお、本実施の形態においては、図７に示したように攪拌槽１０２の長手方向が重力方向に配されるようにしたが、これに限るものではない。例えば、図１１に示すように、攪拌槽１０２の長手方向が重力方向と垂直に配されるようにしても良い。

また、本実施の形態においては、図７に示したように攪拌槽１０２内に１つの攪拌子１０４を配するようにしたが、これに限るものではない。例えば、図１２に示すように、攪拌槽１０２内に複数の攪拌子１０４を配するようにしても良い。

さらに、気泡トラップ１０３は、図７に示した形状に限るものではなく、各種の形状が考えられる。例えば、図１３に示すような形状であっても、溶液導出口１０２ｂより直径が大きく、一部が溶液導出口１０２ｂよりも高い位置に位置するように形成されている。

また、溶液導入口１０２ａおよび溶液導出口１０２ｂの位置関係は、上下が逆転してもかまわない。

さらに、本実施の形態においては、図７に示したように、溶液導入口１０２ａの上流部で２液が合流し、層流状態で攪拌槽１０２に到達するようにしたが、これに限るものではない。例えば、図１４に示すように、２液の混合を想定して攪拌槽１０２に２箇所の溶液導入口１０２ａを設けるようにしても良い。また、混合する溶液の数に応じ、更に多くの溶液導入口１０２ａを攪拌槽１０２に設けるようにしても良い。

［実施例］
以下において、実施例について説明する。図１５は、攪拌装置１０１の一実施例を示す模式図である。図１５に示す攪拌装置１０１本体は、アクリルを用いて形成される。攪拌装置１０１は、長径１．６ｍｍ，短径１．２ｍｍ，高さ２．２ｍｍの楕円柱とする。攪拌槽１０２内には、ニッケルコートされたネオジム磁石製の攪拌子１０４（直径１ｍｍ，高さ１ｍｍ）が配されている。溶液導入口１０２ａ（直径０．４ｍｍ）は攪拌槽１０２の下端から約１ｍｍの箇所に、溶液導出口１０２ｂ（直径０．４ｍｍ）は攪拌槽１０２の上端に接続している。

溶液導入口１０２ａの上流部には、２液の合流部（図示せず）が、更にその上流には送液用ポンプ（図示せず）が２台存在し、ポンプによって送液された２液は層流状態で攪拌槽１０２に到達する。溶液導出口１０２ｂの下流には気泡トラップ１０３（直径１ｍｍ）が存在し、その下流には測光セル（図示せず）が存在する。

１対の電磁石１０５は、攪拌槽１０２の上端より２ｍｍ上方および攪拌槽１０２の下端より１．２ｍｍ下方にそれぞれ配されており、一対の電磁石１０５は５．４ｍｍの間隔で備えられている。これにより、１対の電磁石１０５は、攪拌子１０４が最も離れた状態でおよそ１ｍＮの力が発生する。なお、ここでは、重力の影響を考慮して、下方の電磁石１０５をより攪拌子１０４に近くなるように配されている。一対の電磁石１０５は、直列に接続されており、電流及び周波数を調節可能な電磁石制御装置（図示せず）に接続されている。

このような構成の下、溶液の混合を以下の条件で行う。

流速は２液合計で５０μＬ／ｍｉｎとし、攪拌子１０４の往復速度は２０Ｈｚとする。２液の粘度は６．４ｃＰに調整し、２液の一方に色素を導入した。混合は送液中に連続的に行い、混合結果は観察用流路にてＣＣＤカメラを用いて観察した。ＣＣＤカメラでの観察した画像は画像処理を行い、混合率σを算出した。下記の式は、混合率σの式を示すものである。

Ｃ ： 評価対象となる流路中の色素の光強度プロファイル
Ｃ_∞： 完全に混合した状態での色素の光強度プロファイル
Ｃ_０： 混合前の色素の光強度プロファイル
混合率σはＣ＝Ｃ_∞になった時、つまり流路中の色素が完全に均一になったときに１００％になる。

ここでは、流路中に赤色の色素溶液と無色の溶液を導入、攪拌装置１０１を動作させていない状態での流路中の色素分布（二層流状態）をＣ_０とし、色素が完全に拡散し、流路中の色素分布が均一になった状態をＣ_∞としてデータ処理を行う。

図１６は、混合結果を示すグラフである。画像取得は観察用流路が溶液で満たされた時点から開始し、その後３秒おきに画像を取得、混合率σを算出した。同様の実験は３回繰り返し、グラフにプロットした。実験の結果、図１５に示す構成で送液速度５０μＬ／ｍｉｎ、混合速度２０Ｈｚで連続的に混合した際、混合初期から９５％以上の混合率に達することがわかる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態を図１７に基づいて説明する。なお、前述した第１の実施の形態または第１の実施の形態または第２の実施の形態と同じ部分は同じ符号で示し説明も省略する。

図１７は、本発明の第３の実施の形態に係る攪拌装置６００を概略的に示す模式図である。図１７に示すように、攪拌装置６００は、溶液の攪拌を行う攪拌子１０４が配されている複数個の攪拌槽１０２を列状に配設している。そして、攪拌制御部１８，２８を構成する１対の電磁石６０１が、これら複数個の攪拌槽１０２を全て挟むように、攪拌槽１０２の高さ方向と平行に設置されている。

このように本実施の形態によれば、一対の電磁石により複数の攪拌槽内の攪拌子を駆動させて、複数の攪拌槽内において同時に攪拌動作を行うことが可能であるため、装置の小型化・集積化が容易である。

本発明の第１の実施の形態に係る検体検査装置の構成を概略的に示すブロック図である。 混合カートリッジの構成を示した模式図である。 ポンプ動作性能実験結果を示す図である。 制御部の機能構成を示すブロック図である。 図４中の測定項目データベース内に保持したパラメータの一例を示した模式図である。 分離機構を示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る混合カートリッジの攪拌装置を示す模式図である。 攪拌制御部の回路構成の一例を示す模式図である。 攪拌装置の稼動時の動作を示す模式図である。 攪拌子として強磁性体を用いる場合の攪拌装置の稼動時の動作を示す模式図である。 攪拌装置の変形例を示す模式図である。 攪拌装置の変形例を示す模式図である。 攪拌装置の変形例を示す模式図である。 攪拌装置の変形例を示す模式図である。 攪拌装置の一実施例を示す模式図である。 混合結果を示すグラフである。 本発明の第３の実施の形態に係る攪拌装置を概略的に示す模式図である。

符号の説明

１ 流路
２ 記憶部
３ 動作制御部
４ 第１試薬タンク
５ 検体タンク
６ 分離手段、タンク
７ オイルタンク
１１，１２ 測光セル
１４ 第２の送液手段
１５ 第１の送液手段
１６，３６ 分離手段、圧力制御手段、シリンジポンプ
１７ オイルポンプ
１８，２８ 攪拌制御部
１９，２９，１０４ 攪拌子
２０，３０，１０２ 攪拌槽
２４ 第２試薬タンク
２６ 第２廃棄タンク
３４ 第２試薬ポンプ
４１，４２ 合流地点
５１，５２ 分岐地点
１００ 選択手段
１０１ 攪拌手段、攪拌装置
１０３ 気泡除去手段
１６１，２６１，１６４ ゴムシート
１６２ 圧力室
１６３ 吸引機構
２００ 混合カートリッジ
３００ 検査手段
５００ 検体検査装置
６００ 攪拌手段、攪拌装置

Claims (12)

1. 流路を形成する部材と、
   検体を含む第１の溶液を前記流路に供給する第１の送液手段と、
   前記検体の検査すべき測定項目を選択する選択手段と、
   前記測定項目に対応する第２の溶液を前記流路に供給する第２の送液手段と、
   前記第１の溶液と前記第２の溶液とが前記流路内で混合した混合溶液の一部を分離可能な分離手段と、
   前記混合溶液の混合比率が一定でない部分を分離するように、前記選択手段で選択された測定項目に対応して前記分離手段を制御する動作制御手段と、
   前記分離手段よりも下流位置の前記流路に連通し、前記混合溶液に光を照射して前記検体の検査をおこなう検査手段と、
   を具備したことを特徴とする検体検査装置。
2. 前記分離手段は、
   前記流路から分岐した流路に連通するタンクと、
   前記タンク内の圧力を制御する圧力制御手段と、
   を備え、
   前記圧力を変化させることで前記混合溶液の一部を前記流路から分離する、
   ことを特徴とする請求項１記載の検体検査装置。
3. 前記動作制御手段は、検査すべき測定項目ごとに、前記分離手段を動作させる時間情報を記憶する記憶部を備え、
   前記選択手段により選択された前記測定項目に対応する時間情報を前記記憶部から検索し、当該時間情報に基づいて前記分離手段を制御する、
   ことを特徴とする請求項１記載の検体検査装置。
4. 前記圧力制御手段は、シリンジポンプである、
   ことを特徴とする請求項２記載の検体検査装置。
5. 前記圧力制御手段は、
   前記タンクの一部を塞ぐように固定したゴムシートと、
   前記ゴムシートを貫通して前記タンクまで達する圧力室と、
   前記圧力室内に配され、前記圧力室内の圧力を調整する吸引機構と、
   を具備したことを特徴とする請求項２記載の検体検査装置。
6. 前記検査手段に入る前に、前記混合溶液を攪拌する攪拌手段をさらに具備した、
   ことを特徴とする請求項１記載の検体検査装置。
7. 前記攪拌手段は、
   前記流路中に設けられ、前記混合溶液を収容する攪拌槽と、
   前記攪拌槽内に配されている攪拌子と、
   電磁力制御により前記攪拌子を前記攪拌槽内で往復動させ、前記混合溶液を攪拌させる攪拌制御部と、
   を備えることを特徴とする請求項６記載の検体検査装置。
8. 前記攪拌槽は、円柱形状であり、前記攪拌槽の内径が前記攪拌子の最長寸法より短く、前記攪拌槽の長手方向が前記内径よりも長い、
   ことを特徴とする請求項７記載の検体検査装置。
9. 前記攪拌子は、永久磁石で形成されており、その形状が円柱形状であり、
   前記攪拌制御部は、前記攪拌槽の長手方向端部にそれぞれ設けられた一対の電磁石の磁力方向を切り替えることにより、前記攪拌子を前記攪拌槽内で往復動させる、
   ことを特徴とする請求項８記載の検体検査装置。
10. 前記攪拌子は、強磁性体で形成されており、その形状が円柱形状または球形状であり、
    前記攪拌制御部は、前記攪拌槽の長手方向端部にそれぞれ設けられた一対の電磁石を交互に動作させることにより、前記攪拌子を前記攪拌槽内で往復動させる、
    ことを特徴とする請求項８記載の検体検査装置。
11. 前記攪拌手段は、前記攪拌槽に比して前記混合溶液の下流側に、前記攪拌子の往復動により生じる気泡を前記混合溶液から除去する気泡除去手段を更に備える、
    ことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか一記載の検体検査装置。
12. 前記攪拌槽および前記攪拌子は、複数配され、
    前記攪拌制御部は、複数の前記攪拌子の往復動を制御する、
    ことを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか一記載の検体検査装置。

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