JP5309142B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、検体中の被験成分を測定する自動分析装置であって、ノズル外壁に付着した液滴を液体で洗浄する自動分析装置に関する。

自動分析装置は、血液を遠心分離して得られた血清等の検体と試薬を分注機構により反応容器に分注し、攪拌し、試薬と血清成分との反応によって変化する吸光度を光度計により測定することで、検体中に含まれる目的成分の濃度を算出する装置である。
自動分析装置では、上記分析動作を繰返し行うため、検体あるいは試薬などのサンプルを吸引した分注ノズルの内壁と外壁に付着したサンプルが、別のサンプルと混じり合うことによる測定不良や検体・試薬の汚染を避けるため、定期的に分注ノズル内壁および外壁の洗浄を行っている。分注ノズル内壁を洗浄する場合は、分注ノズルと連通した配管に洗浄液を流して内壁に付着したサンプルを洗い流している。分注ノズル外壁を洗浄する場合は、分注ノズル近傍に配置した洗浄ノズルから洗浄液を吐出して、ノズル外壁に付着したサンプルを洗い流している。ノズル外壁の洗浄の後、分注ノズルの外壁には極微量の洗浄液が残存することがあったが、これまでの自動分析装置では分析に用いる検体量が多く、また、一つの検体から１回の分析しか行わなかったため、分注ノズル先端に付着した洗浄液がサンプルに持ち込まれることによる濃度の変化（薄まり）の影響は見られなかった。
しかし、同一の検体から複数項目の分析を行う場合、あるいは１回の分析で用いるサンプルの少量化が進んだ場合には、洗浄液の持ち込みによる濃度の低下が測定精度に影響を与える恐れがあった。そこで、分注ノズル先端に残存する洗浄液を真空吸引して除去し、サンプルの濃度変化を低減する方法が特開２００２−３４０９１３号公報に記載されている。

特開２００２−３４０９１３号公報

近年、患者数の多い大病院，中小病院，医院から検査を請け負う検査センターなどにおいては、サンプルの少量化とともに、複数の自動分析装置間で検体を受け渡した効率の良い分析が求められており、より一層の処理能力の向上が期待されている。これにともない、同一検体に対する分析項目数が増加し、検体に複数回の分注動作がされることとなった。分注ノズルは分注動作毎に洗浄されるため、分注ノズルの洗浄回数は増加し、分注ノズルの外壁に付着した洗浄液が検体に持ち込まれ、検体の濃度低下が無視できなくなる恐れが生じた。
特許文献１では、真空吸引により分注ノズルの外壁に付着した洗浄液滴を真空吸引により除去する方法が記載されているが、分注ノズルの洗浄後にノズル外壁の吸引動作が追加されるため、処理能力を低下させる可能性があった。
本発明の目的は、分注ノズル外壁に付着する洗浄液の付着量を減らして、洗浄液の持ち込みによる検体の濃度変化を低減することを目的としている。
また、本発明の他の目的は、洗浄液の付着量を低減させるために自動的に洗浄範囲を調整する洗浄装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の構成は以下の通りである。
サンプルを吸引吐出する分注ノズルと、前記分注ノズルの外壁に洗浄液流を吐出する洗浄ノズルと、を備えた自動分析装置において、前記分注ノズルが洗浄液流を離脱する離脱ポイントにおける分注ノズルの速度ベクトルと洗浄液流の速度ベクトルのなす角度θが９０°＜θ＜１８０°又は１８０°＜θ＜２７０°となるよう前記ノズルの動作を制御するノズル駆動部を備えたことを特徴とする自動分析装置。
これによって、分注ノズルに対する洗浄液流の相対速度が上昇し、流れの速い流体が周囲の液滴を持ち去るエジェクタ効果によって、分注ノズル外壁への洗浄液の付着量を低減することができる。
また、課題を解決するための他の構成は、検体又は試薬を吸引吐出する分注ノズルと、前記分注ノズルの外壁に洗浄液流を吐出する洗浄ノズルと、を備えた自動分析装置において、前記分注ノズルを前記洗浄ノズルから吐出される洗浄液流で洗浄する際の前記分注ノズルの動作パターンを複数記憶する記憶部と、洗浄後の分注ノズルの動作に基づいて、前記記憶部に記憶された前記分注ノズルの洗浄時の動作パターンから一つの動作パターンを選択するノズル動作選択部と、前記ノズル動作選択部の選択に基づいてノズルを移動させるノズル駆動部を備えたことを特徴としている。
具体的には、吸引したサンプルを反応容器に吐出する前の分注ノズル洗浄は、分注ノズル先端の外壁に付着した余分な検体を除去するための洗浄であるので、検体間で実施する洗浄の範囲より小さくてよいため、洗浄範囲を必要最低限にすることによって洗浄液の持ち込みによる検体の薄まりを低減できる。
また、課題を解決するための他の構成は、上記構成に合わせて前記洗浄ノズルから吐出される洗浄液流の吐出角度は水平よりも下向きに設置されていることを特徴とする。
洗浄ノズルの吐出口の形状が円形で、洗浄液を水平に吐出した場合は、分注ノズルが横切る洗浄液流の断面形状は円形となり、洗浄ノズル先端から範囲ｌを洗浄する場合、直径ｌの吐出口径が必要となる。このときの断面積は、（πｌ^２）／４である。一方で、水平より下方に吐出した場合は、断面形状は楕円となり、水平より６０°下方に吐出した場合、吐出口径は、ｌ／２が必要で、断面積は、πｌ^２／１６となる。したがって、同一の範囲を洗うための消費水量を１／４にすることができる。更に吐出方向を９０°以外、例えば３０°または１５０°で吐出した場合、直径ｌの水平吐出時の断面と同じ断面形状にすることができる。
上記構成では固定された洗浄ノズル（洗浄液流）に対して、分注ノズルを移動させて目的を達成しているが、その他の構成として洗浄ノズルを駆動させて同様の効果を得るものや、ノズル洗浄中に洗浄液量を変化させて目的を達成するものなども考えられる。

本発明によれば、同一検体に対する分析項目数が増加した場合においても、分注ノズルの外壁を洗浄するのに必要な洗浄範囲を確保した状態で、分注ノズルへの洗浄液の付着量を最小化することによって、装置の処理速度を低下させることなく、検体の濃度変化を防止し、毎回安定した測定結果を得ることができる。
また、複数の自動分析装置間で検体を受け渡した場合においても、毎回安定した分析結果を得ることができる。

第１図はエジェクタ効果を利用した分注ノズルの洗浄原理を第１図に示す。
第２図は離脱角度による検体濃度の変化を示す。
第３図は洗浄液からの離脱動作を示す。
第４図は分注ノズルの洗浄範囲による検体濃度の変化を示す。
第５図は最適な洗浄ノズルの吐出口の形状を示す。
第６図は自動流量切り替えバルブを設置した洗浄機構を示す。
第７図は洗浄ノズルの自動位置調整方法を示す。

まず、本発明を適用する自動分析装置の動作について説明する。
分析を開始する前に、分注ノズルの内壁と外壁を洗浄する。内壁は、分注ノズルと連通した配管から水を流して洗浄し、外壁は、分注ノズルの近傍に配置された洗浄ノズルから洗浄液流を吐出して洗浄する。この洗浄工程を検体間洗浄と呼ぶ。
次に分注ノズルは検体容器内へ下降し、検体の液面位置を検出した後に吸引動作を行う。このとき分注ノズルは検体液面より下に位置しているため、検体吸引後に分注ノズルが上昇したとき、分注ノズル先端の外壁には検体がわずかに付着していることとなる。
次に分注ノズルは洗浄槽に移動し、洗浄ノズルから吐出される洗浄液流で外壁を洗浄される。この洗浄工程を項目間洗浄と呼ぶ。洗浄液流が洗浄ノズルから吐出された状態で、分注ノズルは洗浄液流から離脱して反応容器上へ移動する。反応容器に下降して検体を吐出した後、再び洗浄槽に戻る。次の反応容器に同一の検体を吐出する場合は、再び検体容器へ移動し検体の吐出を行い、異なる検体を吐出する場合は、項目間洗浄よりも広範囲にわたってノズルを洗浄する検体間洗浄を実施した後で、次に吸引する検体を収容した検体容器へ移動する。
このように一連の工程を繰り返すことで分析が行われる。以下では血液，尿等の生体サンプルの分析を行う臨床検査用自動分析装置を例にとって説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

第１図にエジェクタ効果を利用した分注ノズルの洗浄動作の模式図を示す。外径０．２５ｍｍの分注ノズル１は、検体容器内に下降し検体液面を検知した後に検体を吸引する。その後、分注ノズル１は洗浄槽の洗浄ノズル２の前方に移動する。次に、内径２．５ｍｍの洗浄ノズル２から水平より６０°下向きに流速１．５ｍ／ｓで洗浄液流３を吐出し、洗浄液流中で分注ノズル１の外壁に付着した余分な検体を洗浄する。洗浄液流は、脈流が少なく、常に一定の位置を流れる平滑な流れになっていることが望ましい。
このとき分注ノズル１は、洗浄液流３の洗浄液流を横切るように移動するが、洗浄液流から離脱する位置が、洗浄液流に入る位置よりも洗浄ノズルの開口部に近くなるような平面上を移動する。第１図では、分注ノズル１が洗浄液流を横切るように移動して（ａ）、液面から離脱角θで離脱し始める（ｂ）。このとき、分注ノズルの表面張力によって微量の液滴が表面に付着している。分注ノズル１が液面から離脱した瞬間（ｃ）、洗浄液流によるエジェクタ効果によって、分注ノズル１の表面に付着している液滴が洗浄液流に持ち去られる（ｄ）。このときノズルは洗浄液流の流れる方向に逆行する方向に移動しているので、分注ノズル１に対する洗浄液流３の相対速度が大きくなりエジェクタ効果が増加する。その結果、洗浄液流３に対して直角方向に離脱するよりも、分注ノズル１への洗浄液滴の付着量を低減することができる。
さらに、検体吸引前の分注ノズル１の洗浄工程において、洗浄前あるいは洗浄中に、洗浄ノズル２を回転させ、洗浄液流３の吐出方向と洗浄後の分注ノズルの進行方向との角度が９０°より大きくする。また、検体吸引後のプローブ先端洗浄工程においては、洗浄前あるいは洗浄中に、洗浄ノズル２を回転させ、洗浄液流３の吐出方向と洗浄後の分注ノズルの進行方向との角度が９０°より大きくなるようにする。このように、分注ノズル１の移動方向に合わせて、洗浄ノズル２が首振り運動することで、すべての洗浄工程において、付着量を低減することもできる。
第２図に同一検体を複数回数分注し、各分注の合間にノズル外壁を通常の方法で洗浄した場合（洗浄液流に対して直角方向にノズルが離脱した場合）と、エジェクタ効果を利用して洗浄した場合の検体濃度の薄まりを示す。分注ノズル１が洗浄液流３に対して直角方向に離脱した場合（ａ）、洗浄液の液滴が分注ノズル外壁に付着しているため、分注ノズル１が検体液面下で停止する回数に比例して、検体濃度が低下し検体が薄まっている様子が分かる。一方、エジェクタ効果を利用して洗浄液開口部と分注ノズルが洗浄液流を横切る平面の角度を１００°方向にして分注ノズルを離脱した場合（ｂ）は、エジェクタ効果によって分注ノズル１外壁への洗浄液の付着量が減少し、検体濃度の薄まりが低減していることが分かる。

第３図に分注ノズル１が、吐出口径２．５ｍｍの洗浄ノズル２から、水平より６０°下方に吐出した洗浄液流３の中を通過するときの水流の断面を示す。分注ノズル先端を洗浄する項目間洗浄の場合、分注ノズル１が洗浄液流３の断面上半分だけを横切って水平に移動するようにすると、楕円断面の上半分から分注ノズルの先端が最後に離脱する（Ａ−Ａ）。分注ノズル先端は、尖っているために表面積が小さく水滴を保持する力が弱い。そのため、分注ノズル先端が最後に洗浄液流３から離脱すれば、分注ノズル外壁への洗浄液流３の付着量を低減することができる。
また、洗浄液流３の吐出方向に対して分注ノズル１の進行方向が直角より傾くほど（Ｂ−Ｂ）、楕円の断面形状は横方向に伸張し、分注ノズル１の先端が楕円の中心軸から離脱点へ移動するまで時間が長くなる。この間に洗浄液流３が接触して付着していた洗浄液の液滴が、分注ノズル先端に移動し、最後に分注ノズル先端が洗浄液流３から離脱する時にエジェクタ効果によって持ち去られるので、付着量を低減することができる。
第４図に、同一の検体を複数回分注する際の、ノズル先端の洗浄する範囲を変えたときの検体の濃度変化をプロットしたものを示す。
（ａ）ではノズル先端の洗浄領域を５ｍｍとした場合の検体の濃度変化を示す。検体濃度は分注回数に応じて薄まっていく様子が見られ、最終的に元検体の９３％の濃度となる。
（ｂ）にはノズル先端の洗浄領域を３ｍｍにした場合の検体の濃度変化を示す。検体濃度の薄まりは（ａ）の場合に比べて緩やかで、（ａ）と同じ回数の分注を行った後でも検体濃度は元検体の９６％程度であり、検体の薄まりが低減されている。
最適には第５図に示すように、洗浄ノズル２の吐出口の形状を上に凸の半楕円形状（ａ）、あるいは逆三角形の形状（ｂ）にすると、洗浄工程によらず、分注ノズル１の位置を変えることなく、分注ノズルに液滴の付着の少ない最適な洗浄をすることができる。この方法により、特別な機構や、動作を追加することなく、付着量を低減することができる。

第６図に洗浄液流を移動させて、エジェクタ効果を最大化する洗浄機構を示す。
洗浄ノズル２は接続された洗浄液配管上に自動流量切り替えバルブ４と接続されている。この洗浄ノズル２は吐出口径が２．５ｍｍで、水平より６０°下向きに洗浄液流３を流速１．５ｍ／ｓで吐出する。分注ノズル１は、洗浄槽に移動し、洗浄ノズル２の吐出口の内側上端から約２．８ｍｍの位置で停止する。分析開始前の検体間洗浄では、分注ノズル１のできるだけ広い範囲を洗浄する必要があるため、自動流量切り替えバルブ４を調整し、洗浄液流３が破線のように吐出され分注ノズルの約５ｍｍの範囲が洗浄液と接触するようにする。
一方、検体吸引後は分注ノズル外壁に付着した検体を取り除くために項目間洗浄を行うが、分注ノズル１が洗浄槽へ移動してくる前に、自動流量切り替えバルブ４を絞り流量を減少させる。その結果、洗浄ノズル２の断面積は変わらないため、流速が０．２ｍ／ｓに低下したとき、洗浄液流３の軌跡は実線のように下方へ移動する。これによって、分注ノズル１が項目間洗浄を行う際に、洗浄液流３の楕円断面の上半分の領域で洗浄するように洗浄液量が調整されているので、分注ノズル１が洗浄液流３から離脱する際に、先端が最後に洗浄液流３から離脱することになり、分注ノズルに対する洗浄液の付着量を低減することができる。
また、分注ノズル１の洗浄開始時には洗浄液流３が破線のように吐出されていて、分注ノズル１が洗浄液流３から離脱する直前に自動流量切り替えバルブ４を締めて洗浄液流３が実線のように吐出されるように制御すれば、洗浄中に分注ノズル１の高さを変えなくとも分注ノズル１の先端が最後に洗浄液流３から離脱することとなり、洗浄液の持ち込みによる検体濃度の薄まりを低減することができる。
また、自動流量切り替えバルブ４ではなく、二方弁５と三方弁６と組み合わせても同様の効果を得ることができる。検体間洗浄をする場合は、三方弁６が配管径の大きいＮＯ（ノーマルオープン）側に流れるようになった状態で、二方弁５を開く制御になっている。項目間洗浄をする場合は、二方弁５を開く前に、三方弁６を配管径の小さいＮＣ（ノーマルクローズ）側に切り替える。その結果、流路が絞られることによって吐出流速が低下し、洗浄液流３の軌跡は下方へ移動する。

第７図に、エジェクタ効果を最大化するための分注ノズルの洗浄液流３位置に対する自動位置調整の概要図を示す。
分注ノズル１は液面との接触を検出する液面検知機能を備えている。自動分析装置の電源を入れると、初期化動作が開始する。この初期化動作において、分注ノズル１は洗浄液流３の液面を検知するまで水平方向（ｘ方向）に移動する（ａ）。洗浄液流３の液面の検知位置１１を記憶し、分注ノズル１は洗浄液流３と接触しない位置までｚ方向（またはｙ方向）に移動した後、洗浄液流３と接触しない位置まで水平方向に移動し、ｘ軸上に戻る（ｂ）。次に分注ノズル１を−ｘ方向に液面を検知するまで水平移動させ、洗浄液流の液面の検知位置１２を記憶する（ｃ）。次に分注ノズルは、再び洗浄液流３と接触しない位置までｚ方向（またはｙ方向）へ移動し、検知位置１１と検知位置１２の垂直二等分線上に位置するまで水平移動する。分注ノズルを、洗浄液流３の液面を検知するまで−ｚ方向（または−ｙ方向）に移動させ、洗浄液流３の液面検知位置１４を記憶する（ｄ），（ｅ）。
次に吸引・吐出動作を繰り返しながら、洗浄液流から分注ノズル先端が露出するまで−ｚ方向（−ｙ方向）に分注ノズルの微小移動を繰り返させる。分注ノズル先端の露出は分注ノズルに接続された配管内の圧力波形が、空気の吸い込みによって変化する様子を観察することが考えられる（ｆ）。分注ノズル先端が露出した検知位置１５を記憶する。
洗浄液断面形状や位置を推定し、分注ノズル１を移動させれば、適切な洗浄効果が得られる位置に分注ノズルを調整することができる。
また、液面検知を用いず圧力波形のみでも、同様の位置調整動作をさせることができる。
また、上記調整方法により、分注ノズル１の洗浄範囲が分かっているため、分析終了時に通常の洗浄範囲よりも広い範囲を洗浄することで、分注ノズル先端に付着した塵埃を除去することができる。

装置電源投入後に初期化動作が開始すると、分注ノズルは第７図に記載の分注ノズル１の位置調整動作で位置１４へ移動し、液面が検出できないときには分注ノズル１は停止したままで、液面を検出するまで第６図に記載の洗浄液の配管経路上に設けられた自動流量切り替えバルブ４を開いて、水量を増加させ、洗浄液流３の軌跡を一定に保つ。最適な離脱位置を維持することにより、付着量を低減することができる。

装置電源投入後に初期化動作が開始すると、分注ノズルは第７図に記載の分注ノズル１の位置調整動作で位置１４へ移動し、洗浄液流の位置を確認する。洗浄液流の位置が、分注ノズル１の位置調整範囲を超えている場合は、洗浄液を流す流路の詰まりなどの異常が考えられるため、配管内を洗浄し、詰まりを除去する。最適な離脱位置を維持することにより、付着量を低減することができる。

１ 分注ノズル
２ 洗浄ノズル
３ 洗浄液流
４ 自動流量切り替えバルブ
５ 二方電磁弁
６ 三方電磁弁

Claims (2)

1. 検体又は試薬を吸引吐出する分注ノズルと、
   前記分注ノズルの外壁に洗浄液流を吐出する洗浄ノズルと、
   を備えた自動分析装置において、
   前記分注ノズルが洗浄液流を離脱する離脱ポイントにおいて、
   前記分注ノズルの速度ベクトルと洗浄液流の速度ベクトルのなす角度θが９０°＜θ＜１８０°又は１８０°＜θ＜２７０°とするよう前記分注ノズルの動作を制御するノズル駆動部を備え、
   前記洗浄ノズルは洗浄液流の吐出角度を可変とし、
   前記洗浄液流の吐出方向と前記分注ノズルの進行方向との角度が９０°より大きくなるように、前記分注ノズルの移動方向に合わせて前記洗浄ノズルの開口方向を変える洗浄ノズル可変機構を備えたことを特徴とする自動分析装置。
2. 請求項１記載の自動分析装置において、
   前記分注ノズルが前記洗浄液流より離脱する際の前記洗浄液流の吐出角度は、前記分注ノズルの洗浄開始の際における前記洗浄液流の吐出角度よりも下向きであることを特徴とする自動分析装置。

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