JP6040733B2 - 検知機能を有した試料分注装置 - Google Patents

Description

本発明は、容器に入った試料の液面検出と当該容器のキャップの有無の検出とを同時に行なえる試料分注装置に関する。

採血管やサンプルカップ等の容器に入った、液体試料や組織からの抽出液等に含まれる成分を分析するための、化学分析装置や免疫化学分析装置といった生化学分析装置において、当該試料等を分注する際は、当該試料等の入った容器を、キャップをあらかじめ外した状態で当該装置の試料収納部に載置した後、サンプリングノズルを備えた試料分注装置により前記試料等を吸引して分注する。その際、前記試料等の液面を検知し、その検知結果から、当該ノズルの先端の挿入位置（吸引位置）を制御する技術が一般に用いられている（特許文献１）。

しかしながら、キャップを外すのを忘れた状態で試料等の入った容器を試料収納部に載置すると、サンプリングノズルがキャップに接触し、駆動モータが止まる、ノズルが曲がる、容器を倒す、等の不具合が発生する。

特開平９−１３３６８６号公報

前記不具合の発生を防ぐために、レバー付マイクロスイッチを、試料が入った容器（試料収納容器）のキャップの高さに設置することで、当該キャップを検知する装置が考えられる。しかしこのような装置では、特定の長さの試料収納容器と当該容器に対応した外径を有するキャップにしか使えないという制約がある。そのため、複数種類の試料収納容器とキャップに対して前記装置を適用するには、使用する複数種類の試料収納容器とキャップに対応する幅の広いレバーを用いるか、各試料収納容器とキャップに対応する複数のレバー付マイクロスイッチを用いる必要がある。

またキャップ検知装置の他の例として、サンプリングノズルをバネを介してノズルホルダーに保持し、当該ノズルがサンプル容器の底に衝突したとき、当該ノズルが浮き上がるよう構成したサンプリング手段を備え、当該ノズルが衝突し、ノズルが浮き上がった際、電気流路が切断されることで、キャップを検知する装置が考えられる。しかしながら、当該例も前記例と同様、新たにセンサやスイッチなどの部品を設ける必要がある。

そこで本発明は、センサやスイッチ等の部品を新たに設けることなく、液面への接近または接触を高い信頼性で検知するとともにキャップの有無の検知も可能な、試料分注装置を提供することを目的とする。

上記課題を鑑みてなされた本発明は、以下の発明を包含する。

すなわち本発明の第一の態様は、
容器に入った試料を分注可能なサンプリングノズルと、
前記ノズルが前記試料の液面もしくは前記容器のキャップに近接または接触したときの信号を検出する検出器と、
前記検出器で検出した信号の変化から前記試料の液面を検知する液面検知手段と、
前記検出器で検出した信号の変化から前記容器のキャップの有無を検知するキャップ検知手段とを備えた、試料分注装置である。

また本発明の第二の態様は、前記検出器が、発振器と、前記発振器から出力された信号をサンプリングノズルに伝達する手段と、前記ノズルが前記試料の液面もしくは前記容器に近接または接触することで生じるインピーダンス変化を反映する信号を検出する手段とを有した検出器である、前記第一の態様に記載の試料分注装置である。

また本発明の第三の態様は、容器のキャップに接触することでサンプリングノズルに上方の力が加わったとき、前記ノズルを浮き上がった状態で保持するノズル保持手段をさらに備えた、前記第一または第二の態様に記載の試料分注装置である。

また本発明の第四の態様は、ノズル保持手段が、天面に導電板を有した絶縁性の保護ブロックと、サンプリングノズルと電気的に導通したフランジと、前記導電板と前記フランジとを接触または一定の間隔で離間した状態で保持可能な弾性手段とを有する、前記第三の態様に記載の試料分注装置である。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の試料分注装置に備える液面検知手段の一例として、静電容量式液面センサがある。前記センサは、導電性を有するサンプリングノズルと発振回路とが電気的に連結されており、前記ノズルが液面に接触した際に得られる、前記ノズルとその周辺との間のインピーダンス変化を反映した電気的信号を検出し、検出した前記信号とあらかじめ得た複数の前記信号との差の変化を感知することで、液面を検知する。サンプリングノズルが発信回路の一部を構成する場合は、前記ノズルとその周辺との間のインピーダンス変化により発振状況が変化するので、発振状況に関係する信号を検出することができる。発振状況に関連する信号としては、発振振幅、発振周波数、位相、消費電力が例示できる。発振回路（発振器）から出力された一定の発振信号をサンプリングノズルに伝達する場合は、前記ノズルとその周辺との間のインピーダンス変化により、前記ノズルとその周辺とから構成される回路の伝達関数が変化するので、伝達関数に関係する信号を取り出すことができる。伝達関数に関連する信号としては、ノズルの交流電位の振幅または位相、発振器からノズルに流れる交流電流の振幅が例示できる。

サンプリングノズルが容器のキャップに接触した場合にも、前記ノズルとその周辺との間のインピーダンス変化を反映した信号を検出することができる。そのため、検出した前記信号の変化から前記キャップの有無を検知することができる。サンプリングノズルがキャップに接触したときの前記信号の変化の大きさは、キャップの材質や周囲の環境に依存する。そのため、前記インピーダンス変化を増強する手段を本発明の試料分注装置に備えると、キャップの材質等によらずに、大きな出力信号の変化が得られる点で好ましい。

インピーダンス変化を増強する手段の一例として、天面に導電板１３を有した絶縁体材料からなるノズル保護ブロック１２と、サンプリングノズル１１と電気的に導通したフランジ１４と、導電板１３とフランジ１４とを接触または一定の間隔で離間した状態で保持可能な弾性手段（バネ１６）とを設けた、ノズル保持手段があげられる（図１）。ノズル１１がキャップ１５に接触すると、ノズル１１がブロック１２から浮き上がり（導電板１３とフランジ１４とが接触している場合は離間、導電板１３とフランジ１４とが離間している場合はその距離が拡大）、静電容量が小さくなることで、値が変化する。一方、液面と接触すると、ノズル１１先端と液体とが導通することで、インピーダンスが変化する。これらの値の変化を反映する出力信号の値と間近で得た同種値との差を感知することで、液面検知およびキャップの有無の検知を行なう。

インピーダンス変化を増強する手段の別の例として、感圧弾性体からなる板を設け、サンプリングノズルがキャップに接触した時の力により当該感圧弾性体の抵抗値が変化することにより、キャップの有無の検知を行なう態様があげられる。

インピーダンス変化を利用した静電容量式液面検知手段と、キャップ検知手段とを組み合わせることで、本発明の試料分注装置が得られることをこれまで説明したが、液面検知手段として静電容量式液面検知手段を用いなくとも、本発明の試料分注装置を得ることができる。

例えば、超音波トランスデューサにより、サンプリングノズルに垂直方向または水平方向に超音波振動（パルス）を加え、当該ノズル先端で反射して戻った超音波振動の振幅を検出し、当該ノズルが液体や固体と接触したときの音響インピーダンスの変化を反映する信号を検出する検出器を用いることで、本発明の試料分注装置を得ることができる。音響インピーダンスの変化を反映する信号の例として、振幅や周波数があげられるが、特定の物理量や検出方法に依存されることはない。

また、サンプリングノズルに圧力センサを設け、シリンジポンプといった体積変化手段により当該ノズルに空気を送り、当該ノズルが液体や固体と接触したときの圧力変化を反映する信号を検出する検出器を用いても、本発明の試料分注装置を得ることができる。なお前記態様において、サンプリングノズルに送る空気の体積をピエゾ素子等により周期的に変化させ、当該ノズルが液体や固体と接触したときの圧力変化の振幅を反映する信号を検出する検出器を用いてもよい。

本発明の試料分注装置は、容器に入った試料を分注可能なサンプリングノズルと、前記ノズルが前記試料の液面もしくは前記容器のキャップに近接または接触したときの信号を検出する検出器と、前記検出器で検出した信号の変化から前記試料の液面を検知する液面検知手段と、前記検出器で検出した信号の変化から前記容器のキャップの有無を検知するキャップ検知手段とを備えていることを特徴としており、採血管等の容器に入った試料の液面を高い信頼性をもって検知でき、かつ前記容器のキャップを外すのを忘れた場合でも前記キャップの検知ができるため、サンプリングノズル破損のトラブルを防止することができる。よって本発明の試料分注装置を生化学分析装置に備えることで、大きなコストをかけることなく、生化学分析装置による分析の中断時間を減らすことができる。

本発明の試料分注装置におけるサンプリングノズルおよびノズル保持手段（ブロック）の一例を示す図。 本発明の試料分注装置におけるサンプリングノズルおよびノズル保持手段（ブロック）の一例を示す図。 本発明の試料分注装置の一例を説明するブロック図。 本発明の試料分注装置の別の例を説明するブロック図。 図３に示す試料分注装置における振幅信号の変化を示す図。 本発明の試料分注装置のさらに別の例を説明するブロック図。

以下、図面を用いて本発明をさらに詳細に説明する。

本発明の試料分注装置に備えるサンプリングノズルおよびノズル保持手段の具体例を図２に示す。ステンレス鋼製のサンプリングノズル１１の上部にはフランジ１４がロウ付けされている。樹脂製のノズル保護ブロック１２の天面にはノズル１１を通すための穴を有した導電板１３を設けている。なお、ノズル１１と導電板１３とは直接接触しないが、フランジ１４はバネ１６により導電板１３に押し付けられ接触している。ノズル１１がキャップ１５に接触するとノズル１１が浮き上がり、フランジ１４が導電板１３から離間することで、導電板１３と導電する部分の面積が小さくなり、導電板１３全体の静電容量が小さくなる。

図２に示したサンプリングノズルおよびノズル保持手段を備えた本発明の試料分注装置の具体例を図３および４に示す。図３に示す試料分注装置では、ノズル１１が発振回路におけるタンク回路の一部を構成しており、インピーダンスが変化すると当該発振回路の発振状況が変化するので、発振振幅や周波数が変化し、発振回路に供給される電源電流が変化する。この変化を直流電圧に変換したものを検出器２１で検出する出力信号とすることができるが、電源電流に依存する信号を出力信号としてもよい。

図４に示す試料分注装置では、一定の周波数で発振する発振回路１７とサンプリングノズル１１とを抵抗２４を介して接続している構成となっている。キャップ１５への接触により、ノズル１１にかかる信号の振幅が変化するので、当該信号を整流することにより、出力信号を得ることができる。この変化した値とキャップ１５への接触直前の同種値との差とを検知することで、キャップを検知する。

図３の試料分注装置において、サンプリングノズル１１先端がキャップ１５に接触したときの出力信号の変化および値が変化した出力信号（デジタル変換したＡＤ値）と３６パルス前の出力信号との差（ΔＡＤ）の変化の一例を図５に示す。なお１パルスの移動距離は約０．００７５ｍｍである。

本発明の試料分注装置のさらに別の具体例を図６に示す。図６に示す試料分注装置においてサンプリングノズル１１は、その先端にディスポーザブルなサンプリングチップ４１を取り付け可能なノズルとなっており、さらにノズル内の圧力を検出するための圧力センサ４２を、ノズル１１の空気流路に連通する位置に設けている。チップ４１をノズル１１に装着し、空気を介して容器に入った試料（不図示）をチップ４１内に吸引後、別の容器（不図示）に吐出することで試料分注を行なう。チップ４１を取り付けたノズル１１を下降させながら、シリンジポンプ４３を用いて空気を吐出する。チップ４１が試料液面またはキャップに接触すると、チップ４１内部の圧力が変化する。この変化を検出器４４で検出することで、液面検知およびキャップの有無の検知を行なう。

本発明の試料分注装置は、生化学分析装置に備える試料分注装置に適用することで、オペレータが間違ってキャップを外し忘れた容器（採血管等）を試料収納部にセットした場合でも、キャップを外し忘れた容器を検知した時には、当該容器からの試料分注は行なわずにスキップをしたり、アラームを出して分注作業を保留状態とすること等により、サンプリングノズルの破損による、検査が長時間中断するリスクを避けることができる。またルーチン検査の長時間の中断を避けなければならない一般の検査室だけでなく、診療所や緊急検査室等、生化学分析装置を使い慣れていないオペレータが操作する用途に対しても好ましい装置といえる。

１１：サンプリングノズル
１２：ノズル保護ブロック
１３：導電板
１４：フランジ
１５：キャップ
１６：バネ
１７・２６：発振回路
２１・４４：検出器
２２：採血管
２３：試料
２４：抵抗
２７：振幅検知回路
２８：液面検知手段
２９：キャップ検知手段
４１：サンプリングチップ
４２：圧力センサ
４３：シリンジポンプ

Claims (2)

1. 容器に入った試料を分注可能なサンプリングノズルと、
   前記ノズルが前記試料の液面もしくは前記容器のキャップに近接または接触したときの電気的信号を検出する検出器と、
   前記検出器で検出した信号の変化から前記試料の液面を検知する静電容量式液面検知手段と、
   前記検出器で検出した信号の変化から前記容器のキャップの有無を検知する静電容量式キャップ検知手段と、
   前記容器のキャップに接触することでサンプリングノズルに上方の力が加わったとき、前記ノズルを浮き上がった状態で保持するノズル保持手段を備えた、試料分注装置であって、
   前記ノズル保持手段が、天面に導電板を有した絶縁性の保護ブロックと、前記サンプリングノズルと電気的に導通したフランジと、前記導電板と前記フランジとを接触または一定の間隔で離間した状態で保持可能な弾性手段とを有する、試料分注装置。
2. 前記検出器が、発振器と、前記発振器から出力された電気的信号をサンプリングノズルに伝達する手段と、前記ノズルが前記試料の液面もしくは前記容器に近接または接触することで生じるインピーダンス変化を反映する電気的信号を検出する手段とを有した検出器である、請求項１に記載の試料分注装置。

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