JP7278199B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動分析装置に関する。

医療分野またはバイオテクノロジー分野などにおいては、血液、血清、尿等の試料を試薬と反応させ、試料に含まれる特定の生体成分や化学物質等を検出する自動分析装置が用いられる。

このような自動分析装置の分注プローブによって定められた量が吐出されるためには、吸引された試料、試薬が再現性良く反応液に吐出される必要がある。吐出の過程で反応容器内に吐出した液が飛び散った場合、試料と試薬の混合比に差異が生じ、上記反応が正確に行われない可能性がある。

特許文献１には、吸引工程により複数の液を吸引する際、次の液を吸引する前に気体を吸い込み、分注プローブの液通路内に気体による液分離層を形成し、均一化工程により均一に混合された液を排出する装置が開示されている。

特開２００６－３４９６３８号公報

試料および試薬を続けて吸引した後に吐出する際、試料と試薬とを分断する空気（以下、分節空気）も同時に吐出される。このとき、分注プローブの先端では分節空気が気泡となって破裂し、反応容器内に飛散すると考えられるが、特許文献１に当該飛散の抑制方法は明示されていない。このような飛散は、試料と試薬との意図しない濃度での混合、試薬と水との意図しない混合、または、衛生面での汚染を引き起こす虞がある。

そこで、本発明の目的は、液体吐出中の分節空気による飛散を回避可能な自動分析装置を提供することにある。

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

一実施の形態である自動分析装置は、液体を吸引および吐出するプローブと、プローブと接続したポンプ部と、プローブの位置を移動させる移動部と、を有し、液体を吸引する前に、プローブ内で互いに異なる液体同士を隔てる分節空気を吸引する第１動作を行うものである。ここで、プローブは、その内部に、分節空気とプローブとの間の表面張力が、分節空気の浮力を上回ることで、分節空気が層を維持できる第１領域と、浮力が表面張力を上回ることで、分節空気が層を維持できなくなる第２領域と、を有し、第１領域は、第２領域よりもプローブの先端側に位置している。

本発明によれば、液体吐出中の分節空気による飛散を回避可能な自動分析装置を提供することができる。

実施の形態１に係る分析システムの概略図。 実施の形態１で用いられる試薬プローブの周辺構成を示す概略図。 実施の形態１で用いられる試薬プローブ洗浄部を示す概略図。 実施の形態１で用いられる試薬プローブの洗浄後の内部を示す断面図。 実施の形態１で用いられる試薬プローブの吸引動作を示す概略図。 実施の形態１で用いられる試薬プローブの吐出動作を示す概略図。 実施の形態１で用いられる試薬プローブの内部のシステム水、分節空気および試薬を示す断面図。 図７に示す分節空気の形状の詳細を示す斜視図。 図８に示す分節空気のメニスカス部分の模式図。 分節空気のメニスカス部分の曲率半径とプローブの半径との関係を示す式。 分節空気のメニスカス部分の高さを示す式。 分節空気のメニスカス部分の体積を示す式。 分節空気の円柱部分であるメニスカス部分の高さ方向の距離を示す式。 分節空気の円柱部分であるメニスカス部分の高さ方向の距離を示す式。 実施の形態１で用いられる試薬プローブ内の分節空気に働く浮力と分節空気の表面張力とを示す断面図。 プローブ内径と、分節空気とプローブとの接触距離との関係を示すグラフ。 分節空気の体積と、分節空気とプローブとの接触距離との関係を示すグラフ。 実施の形態２で用いられるプローブの試薬吸引動作および分節空気除去動作を表す概略図。 実施の形態２で用いられるプローブの試料吸引動作および分注動作を表す概略図。 実施の形態３で用いられるプローブを示す断面図。 実施の形態４で用いられるプローブを示す断面図。 実施の形態５で用いられるプローブを示す断面図。 実施の形態６で用いられるプローブにおける分節空気除去動作を表す概略図。 実施の形態７で用いられるプローブを示す断面図。 実施の形態７で用いられるプローブの吸引動作を示す概略図。 実施の形態７で用いられるプローブの吐出動作を示す概略図。

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、実施の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は省略する。また、実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

（実施の形態１）
＜分析システムの構造＞
図１は、第１実施の形態に係る分析システム１を上側から示した概略図（平面図）である。図１に示すように、分析システム１は、自動分析装置（以下、「分析装置」と略す）１００およびコンピュータ（処理部）２００を有している。分析装置１００は、サンプルラック１５１、試薬ディスク１７１、反応ディスク（インキュベータ）１９１を備えている。サンプルラック１５１は、試料を保持するサンプル容器Ｖ１を保持する。試薬ディスク１７１は、試薬を保持する試薬容器Ｖ２を保持する。反応ディスク１９１は、その周上に、反応容器Ｖ３を保持する。分析装置１００は、さらに、サンプルプローブ１１０、試薬プローブ１２１、サンプルプローブ洗浄部１３１、試薬プローブ洗浄部１３２、容器洗浄部１９３、攪拌装置１９５、光源１９７および分光検出器１９８を備えている。

サンプルプローブ（サンプル分注プローブ）１１０は、サンプル容器Ｖ１から吸引した試料を反応容器Ｖ３に分注する。ここでいうプローブは、液体を吸引・吐出するための流路を構成する容器の先端部のみを指すのではなく、液体を吸引・吐出するためポンプ（例えばシリンダ）から当該先端部までの流路全体の周囲の容器を指す。なお、図１では、サンプルプローブ１１０が接続された上下回転動作部（移動部）を示している。当該上下回転動作部は、液体を吸引・吐出する箇所を変更するための動作部である。

試薬プローブ（試薬分注プローブ）１２１は、試薬ディスク１７１内の試薬容器Ｖ２から吸引した試薬を反応容器Ｖ３に分注する。なお、図１では、試薬プローブ１２１が接続された上下回転動作部（移動部）を示している。攪拌装置１９５は、反応容器Ｖ３内の液体を攪拌する。容器洗浄部１９３は、反応容器Ｖ３を洗浄する。光源１９７は、反応ディスク１９１の内周付近に設置されており、反応容器Ｖ３に対して光を照射する。分光検出器１９８は、反応容器Ｖ３を挟んで光源１９７の対面に設置されており、光源１９７が試料に対して照射した光を検出する。

コンピュータ２００は、コントローラ３００を介して分析装置１００に接続されている。コンピュータ２００は、分光検出器１９８に接続されており、分光検出器１９８による検出結果を用いて試料を分析する。コンピュータ２００は表示装置（表示部）２１１を備えている。コントローラ３００は、分析装置１００の全体動作を制御する。

図１では、試薬ディスク１７１内の配置された複数の試薬容器Ｖ２を、試薬ディスク１７１を一部破断して示している。平面視で円形の試薬ディスク１７１内において、試薬容器Ｖ２は試薬ディスク１７１の中心を囲むように円形に並んで配置されている。また、試薬容器Ｖ２は試薬ディスク１７１の径方向に並んで２つ並んでいる。つまり、試薬ディスク１７１内には、試薬ディスク１７１の中心を囲むように並ぶ試薬容器Ｖ２の円形の列が、同心円状に２つ存在している。径方向に並ぶ２つの試薬容器Ｖ２のそれぞれが保持する試薬は、互いに別の種類の試薬であってもよい。ここでは、試薬および試料は液体である。

分析システム１を用いた分析動作では、まず、サンプル容器Ｖ１は血液等の検査対象の試料が入れられた後、サンプルラック１５１にセットされる。その後、サンプルプローブ１１０によってサンプル容器Ｖ１から採取（吸引）された試料は、反応ディスク１９１に並べられている反応容器Ｖ３内に対して一定量分注（吐出）される。次に、一定量の試薬が、試薬ディスク１７１に設置された試薬容器Ｖ２から試薬プローブ１２１により反応容器Ｖ３内に分注（吐出）される。分注された反応容器Ｖ３内の試料および試薬は、攪拌装置１９５によって攪拌される。

反応ディスク１９１は、周期的に回転停止を繰り返す。反応容器Ｖ３が光源１９７の前を通過するタイミングで分光検出器１９８が反応容器Ｖ３を透過する光の強さを測定する。分光検出器１９８による測定は分析項目毎に定められた時間間隔を空けて同一の反応容器Ｖ３に対し複数回実行される。その後、容器洗浄部１９３は反応容器Ｖ３内の反応液を排出して洗浄する。洗浄を含むそれらの動作の間に、別の反応容器Ｖ３は、別の試料と試薬とを用いて並行して動作（光検出作業など）を行う。コンピュータ２００は、分光検出器１９８が計測したデータを用いて分析の種類に応じた成分の濃度を算出し、その結果を表示装置２１１に表示する。

これら一連の動作における反応容器Ｖ３への試料吐出量、試薬吐出量、攪拌時間、光源１９７から照射される光の強さの測定を行う上記時間間隔、および、成分濃度の計算方法は、分析の内容毎に定められており、これらを制御する動作プログラムはコンピュータ２００で実行される。当該分析の内容を、ここでは分析項目と呼ぶ。コンピュータ２００は依頼された分析項目の順に、必要な動作プログラムをコントローラ３００に入力し、分析装置１００の各ユニットを動作させる。

＜試薬プローブの周辺構成＞
図２は、第１実施の形態で用いられる試薬プローブ１２１の周辺構成を示す概略図である。ここでは試薬プローブ１２１の構造について説明するが、サンプルプローブ１１０も試薬プローブ１２１と同様の構成を有する。よって、サンプルプローブ１１０の周辺構成についての図示および説明は省略する。図２および以下の説明で用いる図では、試薬プローブ１２１内の液体にハッチングを付している。

試薬プローブ１２１は、上下回転動作部（移動部）１１２に接続されている。上下回転動作部１１２は上下、回転の２軸の移動機構から成る。試薬プローブ１２１は、上下回転動作部１１２によって上下移動および回転移動をすることができる。これにより、試薬プローブ１２１は、試薬吸引位置、反応容器Ｖ３への試薬吐出位置または洗浄位置へ移動できる。また、分注流路（流路）Ｔ１は、上下回転動作部１１２の内部を通る試薬プローブ１２１内の流路である。試薬プローブ１２１は、上下回転動作部１１２によって、試薬を採取するために試薬容器Ｖ２（図１参照）の設置されている試薬吸引位置まで移動し、さらに、反応容器Ｖ３（図１参照）に対して試薬を吐出する位置に移動することができる。

定量ポンプ（ポンプ部）１１５は、駆動部１１３とプランジャ１１４とを有し、バルブ１１６を通じてポンプ１１７に接続されている。定量ポンプ１１５はコントローラ３００（図１参照）によって動作を制御される。定量ポンプ１１５は試薬プローブ１２１に接続されている。試薬プローブ１２１による吸引動作および吐出動作は、定量ポンプ１１５に固定されたプランジャ１１４が上下動作（往復動作）することで実行される。吸引動作前の試薬プローブ１２１（分注流路Ｔ１）と定量ポンプ１１５とはシステム水Ｌ１で満たされている。なお、システム水Ｌ１は、例えば純水などである。

分注動作中、試薬プローブ１２１は試薬吸引位置、試薬吐出位置および洗浄位置を移動し、試料が吐出された反応容器Ｖ３内に試薬を吐出する。試薬容器Ｖ２内の試薬は純水で規定量希釈して試料と混合する濃度に調整されている。定量ポンプ１１５の動作によって試薬プローブ１２１が試薬を吐出する際、定量ポンプ１１５は吸引時に動作した量よりも多く動き、試薬プローブ１２１内のシステム水Ｌ１も吐出することで、試料と試薬の混合液を適正に希釈する。試薬プローブ１２１の吸引動作および吐出動作の詳細については後述する。

＜洗浄動作＞
図３は、試薬プローブ洗浄部１３２の構成を示す概略図である。サンプルプローブ洗浄部１３１（図１参照）と試薬プローブ洗浄部１３２とは同様の構成を有している。以下では試薬プローブ洗浄部１３２を例にして説明するが、試薬プローブ洗浄部１３２の構成の説明は省略する。

図３に示すように、試薬プローブ洗浄部１３２は、洗浄水吐出ノズル１３３、洗浄容器１３４およびポンプ１３５を有している。洗浄容器１３４上には、ポンプ１３５にバルブ１３６を介して繋がった洗浄水吐出ノズル１３３が設置されている。洗浄容器１３４に試薬プローブ１２１が移動してくると、コンピュータ２００（図１参照）はバルブ１３６を開き、洗浄水吐出ノズル１３３から洗浄容器１３４内に外部洗浄液Ｌ３を吐出する。このようにして、試薬プローブ１２１の外側部分が洗浄される。この動作を以下では外部洗浄と呼ぶ。なお、外部洗浄液Ｌ３にはシステム水Ｌ１と同じ液体（純水など）を用いる。

また、外部洗浄と同時に図２に示されるバルブ１１６も開き、試薬プローブ１２１内にシステム水Ｌ１を流すことで、試薬プローブ１２１内（図２に示す分注流路Ｔ１内）の洗浄が行われる。この動作を以下では内部洗浄と称する。内部洗浄動作では、矢印Ｗ１に示す方向にシステム水Ｌ１を流す。

図４は、洗浄動作後の試薬プローブ１２１内を示す断面図である。上記の外部洗浄および内部洗浄の終了後、バルブ１１６およびバルブ１３６は閉じられる。それらの洗浄動作完了後、試薬プローブ１２１の先端には分節空気Ａ１が吸引される。なお、ここでいうプローブの先端とは、液体の吸引および吐出が行われる側の端部であって、吸引・吐出口を有する箇所であり、プローブのポンプ側の端部ではない。

試薬プローブ１２１は分節空気Ａ１が層を維持できる第１領域１Ａと、分節空気Ａ１が層を維持できなくなる第２領域２Ａとを有している。第１領域１Ａは、第２領域２Ａよりも試薬プローブ１２１の先端側に位置している。つまり、試薬プローブ１２１の先端が下を向いているときには、第２領域２Ａは第１領域１Ａの上に位置する。

ここでは、プローブの短手方向（径方向）において、分節空気がプローブの周囲の内壁の全てに接している状態を、「分節空気が層を維持している」という（図７参照）。これに対し、分節空気がプローブの周囲の全ての内壁のうち、一部から離れている状態を、「分節空気が層を維持していない」という（図５のうち、右側の２つの図参照）。第１領域１Ａでは、分節空気とプローブとの表面張力が、分節空気自身の浮力を上回ることで、文節空気は層を維持することができる。

ここでは、第２領域２Ａの試薬プローブ１２１の内径は、第１領域１Ａの試薬プローブ１２１の内径よりも大きい。図４では、第１領域１Ａの試薬プローブ１２１の内径が一定である第１部分と、第２領域２Ａの試薬プローブ１２１の内径が一定である第２部分と、それらの部分同士の間において試薬プローブ１２１の内径が第１領域１Ａ側から第２領域２Ａ側に向かって拡大する第３部分とを示している。図４では、第１領域１Ａと第２領域２Ａとの境界を、第３部分と第２部分との間に示している。しかし、当該境界は、第１部分よりも第２部分側であれば、第３部分のいずれの箇所に位置していてもよい。また、第３部分が無く、第１部分と第２部分とが急峻な段差により互いに接続されていてもよい。

＜吸引吐出動作＞
上記洗浄動作後、試薬プローブ１２１によって試薬の吸引、吐出動作が行われる。図５は、試薬プローブ１２１の吸引動作を示す概略図である。図６は、試薬プローブ１２１の吐出動作を示す概略図である。図５および図６では、左から右に向かって、順に試薬プローブ１２１の先端における動作を示している。

上記洗浄動作後、試薬プローブ１２１は試薬吸引位置上空まで回転移動し、試薬容器Ｖ２内の試薬Ｌ２の液面に向かって下降する。このとき、図４を用いて説明したように、試薬プローブ１２１内にはシステム水Ｌ１が存在し、システム水Ｌ１から試薬プローブ１２１の先端までの領域では、試薬プローブ１２１内に分節空気Ａ１が存在している。試薬プローブ１２１が試薬Ｌ２の液面に接触したとき、システム水Ｌ１は分節空気Ａ１によって隔てられているため、試薬Ｌ２と接触しない。

次に、試薬Ｌ２の液面に浸漬した試薬プローブ１２１が試薬吸引を開始する。試薬吸引開始直後、分節空気Ａ１は層を維持できる第１領域１Ａを上昇していく。吸引が進むと、やがて分節空気Ａ１が第２領域２Ａまで上昇する。分節空気Ａ１は、第２領域２Ａまで上昇すると層を維持できなくなり、気泡となる。気泡となった分節空気Ａ１は浮力によって試薬プローブ１２１内の吐出領域（吐出範囲）外まで上昇する。これにより、試薬Ｌ２とシステム水Ｌ１が接触した状態になる。ここでいう吐出領域（吐出範囲）とは、上記試料吸引動作の後に行う吐出動作において吐出される試薬Ｌ２およびシステム水Ｌ１が保持されている領域であり、当該試薬Ｌ２および当該システム水Ｌ１の相互間の領域を含む。

次に、図６に示すように、試薬吸引を完了した試薬プローブ１２１は、サンプルプローブ１１０によって試料Ｌ４が吐出された反応容器Ｖ３の設置されている吐出位置まで移動し、試薬Ｌ２およびシステム水Ｌ１を続けて吐出する。このとき、試薬Ｌ２とシステム水Ｌ１との間には分節空気Ａ１が無いため、吐出動作時に試薬プローブ１２１先端で気泡は形成されない。したがって、気泡の破裂による試薬などの飛び散りを発生させることなく吐出動作を行うことができる。

なお、吸引動作前の試薬Ｌ２の濃度は、一定量の純水などと混ざることで理想の濃度となるように調整されており、ここでは、図６に示すように、試薬Ｌ２の吐出後にシステム水Ｌ１を一定量吐出している。したがって、図５に示すように分節空気Ａ１が浮上し、試薬Ｌ２とシステム水Ｌ１とが互いに接触した際に混合が生じても問題はない。

＜第１領域および第２領域の規定方法＞
次に、第１領域１Ａおよび第２領域２Ａの規定方法について説明する。図７は、プローブ内のシステム水、分節空気および試薬を示す断面図である。第１領域１Ａに分節空気Ａ１が保持されているとき、分節空気Ａ１はシステム水Ｌ１と試薬Ｌ２とを隔てる層となっている。このとき、分節空気Ａ１の体積をＶａｉｒ、分節空気Ａ１と試薬プローブ１２１との接触距離をｔ、第１領域１Ａのプローブの内径を２ｒ_１、分節空気Ａ１のメニスカス部分の曲率半径をＲとする。距離ｔは、円筒形状を有する試薬プローブ１２１の長手方向（軸方向）の長さである。

図８は、図７に示した分節空気Ａ１の形状の詳細を表した斜視図である。分節空気Ａ１の体積Ｖａｉｒは、試薬プローブ１２１の長手方向（軸方向）における両端のメニスカス部分Ｖｍの体積Ｖｖｍと、中央の円柱部分Ｖｎの体積とにより構成される。ここでは、円柱部分Ｖｎの断面積をＳ、メニスカス部分Ｖｍの高さをｈとする。

図９は、図８に示す分節空気Ａ１のメニスカス部分Ｖｍの模式図である。つまり、図９は試薬プローブ１２１内の分節空気Ａ１のメニスカス部分Ｖｍと、プローブ径および接触角の関係とを示す図である。ここでは、液体（溶液）とプローブの内壁との接触角をθとする。このとき、メニスカス部分の曲率半径Ｒと第１領域１Ａのプローブの半径ｒ_１との関係は、図１０に示す式１で表すことができる。

メニスカス部分Ｖｍの高さｈは、図１１に示す式２で表せる。

メニスカス部分Ｖｍの体積Ｖｖｍは、図１２に示す式３で表せる。

円柱部分であるメニスカス部分Ｖｍの高さ方向の距離（高さ）ｔは、図１３に示す式４で表せる。

式４は、式１～３を用いて、図１４に示す式５で表せる。すなわち、図４では、分節空気の円柱部分であるメニスカス部分Ｖｍの高さ方向の距離ｔを式５で示している。

ｔ≦０となった時、分節空気Ａ１はプローブ内壁と接触しなくなるため、層を維持できなくなる。しかし、実際には分節空気Ａ１には分節空気Ａ１自身の浮力が働いているため、ｔ≦０を満たしていなくても分節空気Ａ１は層を維持できなくなる。そのため、分節空気Ａ１が層を形成できなくなる条件は以下の式６で表せる。
ｔ≦閾値Ｔｈ ・・・（６）
図１５は、試薬プローブ内の分節空気に働く浮力と分節空気の表面張力とを示す断面図である。図１５に示すように、分節空気Ａ１から試薬プローブ１２１の内壁に向かって表面張力ｆが働いており、また、分節空気Ａ１には上方向への浮力Ｆが働いている。距離ｔの値が閾値Ｔｈよりも大きい場合には、分節空気Ａ１は層を維持できる。これは、分節空気Ａ１と試薬プローブ１２１との間の表面張力ｆが、分節空気Ａ１自身の浮力Ｆを上回ることで分節空気Ａ１が層を維持できていることを意味する。

このように、第１領域１Ａでは分節空気Ａ１が層を維持できるが、第２領域２Ａでは、ｔ≦閾値Ｔｈとなり、分節空気Ａ１が層を維持できない。つまり第２領域２Ａでは、浮力Ｆが表面張力ｆを上回ることで、分節空気Ａ１は層を維持できなくなる。このため、分節空気Ａ１は試薬プローブ１２１の内壁から離脱して浮上する。

次に、上記式を用いた内径計算の例を説明する。

体積Ｖａｉｒが２０μｌ、接触角θが７０°の溶液を吸引したとき、プローブ内径ｒ＝１．９で分節空気が層を形成できなくなるという実験結果が得られた。この場合、式５を用いて計算したところ、ｔ＝１．７が得られた。つまり、この場合では、ｔの閾値Ｔｈは１．７である。従って、この分注系において、分節空気が層を形成できなくなるのは、ｔ≦１．７となる。この結果を元とし、同溶液、同吸引速度で分節空気を１μｌに変更した時に本実施の形態が適用できるプローブ内径を求める。

図１６は、上記評価に用いた分注系においてＶａｉｒ＝１としたときのプローブ内径ｒと、分節空気とプローブとの接触距離である距離ｔとの関係を示すグラフである。ｔ＞Ｔｈの時は分節空気が層を維持でき、ｔ≦Ｔｈの時は層を維持できなくなる。グラフ中ではｒ＝ｒ_ｔｈの時点でｔ≦Ｔｈとなる。言い換えれば、ｒ_ｔｈは、ｔ＝Ｔｈのときのプローブの内径である。すなわち、ｒ_ｔｈは、分節空気の浮力Ｆが表面張力ｆを上回ることで分節空気が層を維持できなくなる内径の下限の閾値である。つまり、プローブの内径がｒ_ｔｈ以上であるとき、分節空気の浮力Ｆが表面張力ｆを上回るため、分節空気は層を維持できなくなる。

よって、分節空気が層を維持できる第１領域１Ａと、分節空気が層を維持できなくなる第２領域２Ａとを備えた本実施の形態のプローブを設計するためには、第１領域１Ａのプローブの内径２ｒ_１と、第２領域２Ａのプローブの内径２ｒ_２とが、以下の式７の条件を満たすようにプローブを設計すればよい。ここで、ｒ_２は第２領域２Ａのプローブの半径である。
２ｒ_１＜ｒ_ｔｈ≦２ｒ_２ ・・・（７）
また、同様の検討を他の液性の溶液でも実施することで、より汎用性の高い設計値を得ることができる。

次に、プローブ内径が既に決まっている分注系における、分節空気の体積Ｖａｉｒの計算例を説明する。

図１７は、上記例と同様の分注系において第１領域１Ａのプローブの内径２ｒ_１＝１．０、第２領域２Ａのプローブの内径２ｒ_２＝１．５であったときの、分節空気の体積Ｖａｉｒと、分節空気とプローブとの接触する距離tとの関係を示すグラフである。図１７では、２ｒ_１＝１．０である場合のグラフを三角形のプロットにより表し、２ｒ_２＝１．５である場合のグラフを丸いプロットにより表している。第１領域１Ａでは、２ｒ_１＝１．０であったとき、Ｖａｉｒ_ｔｈ１＜Ｖａｉｒを満たせば、分節空気は層を維持できる。また、第２領域２Ａでは、２ｒ_２＝１．５である場合、Ｖａｉｒ_ｔｈ2＞Ｖａｉｒであれば、分節空気は層を維持できなくなる。従って、プローブの第１領域１Ａにおいて分節空気が層を維持でき、プローブの第２領域２Ａにおいて分節空気が層を維持できなくなるようにするためには、以下の式８を満たす体積を有する分節空気を用いればよい。
Ｖａｉｒ_ｔｈ１＜Ｖａｉｒ＜Ｖａｉｒ_ｔｈ２ ・・・（８）
ここで、Ｖａｉｒ_ｔｈ１は、プローブの第１領域１Ａにおいて、ｔ＝Ｔｈのときの分節空気の体積であり、Ｖａｉｒ_ｔｈ２は、プローブの第２領域２Ａにおいて、ｔ＝Ｔｈのときの分節空気の体積である。このとき、プローブの第１領域１Ａでは、ｔ≦Ｔｈのときに分節空気が層を維持でき、プローブの第２領域２Ａでは、ｔ≧Ｔｈのときに分節空気が層を維持できる。言い換えれば、ここでの第１領域１ＡにおけるＴｈは、分節空気が層を維持できる上限の閾値であり、第２領域２ＡにおけるＴｈは、分節空気が層を維持できる下限の閾値である。

すなわち、Ｖａｉｒ_ｔｈ１は、プローブの第１領域１Ａにおいて、分節空気が層を維持できないときの体積Ｖａｉｒの上限の閾値である。また、Ｖａｉｒ_ｔｈ２は、プローブの第２領域２Ａにおいて、分節空気が層を維持できるときの体積Ｖａｉｒの下限の閾値である。

＜本実施の形態の効果＞
分析装置を構成する分注プローブによって試薬を吸引する際には、予め分注プローブの大部分を満たすシステム水が試薬容器内の試薬に混ざることを防ぐため、分注プローブの先端に分節空気を一定量吸引した状態で分注プローブの先端を試薬の表面に接触させ、その後吸引を行う。このため、試薬を吸引した状態の分注プローブ内では、分注プローブの先端近傍の試薬と、システム水との間に分節空気が層を形成する。

その後、試薬とシステム水とを反応容器に吐出しようとすると、システム水を吐出する前に分節空気が吐出される。このとき、分節空気は反応容器で気泡を形成した後破裂する。この破裂が起こったとき、気泡の膜を主に構成する試薬が周囲に飛散することが考えられる。飛散した試薬などは、例えば、凝固した後に反応容器内に剥がれ落ちることが考えられ、その場合、試料および試薬の混合比にばらつきが生じ、試料および試薬を混合して行う分析を、再現性よく正確に行うことができない虞がある。また、上記のように分節空気から成る気泡が破裂し、試薬などが飛散すると、衛生面での汚染を引き起こす虞がある。

上記の問題は、試薬の吐出時のみならず、試料の吐出時にも起こり得る。

そこで、本実施の形態では、図４に示すように、分節空気Ａ１が層を維持できる第１領域１Ａと、分節空気Ａ１が層を維持できなくなる第２領域２Ａとを備えたプローブを用いている。

言い換えれば、本実施の形態の分析装置は、液体を吸引および吐出するプローブと、当該プローブと接続したポンプ部と、当該プローブの位置を移動させる移動部とを有し、液体を吸引する前に、当該プローブ内で互いに異なる液体同士を隔てる分節空気を吸引する第１動作を行う分析装置である。当該プローブは、その内部に、当該分節空気と当該プローブとの間の表面張力が、当該分節空気の浮力を上回ることで、当該分節空気が層を維持できる第１領域と、当該浮力が当該表面張力を上回ることで、当該分節空気が層を維持できなくなる第２領域と、を有し、当該第１領域および当該第２領域は、当該プローブの先端側から順に位置している。

図５を用いて説明したように、試薬Ｌ２の吸引を開始した直後において、第２領域２Ａよりもプローブの先端側に位置する第１領域では、分節空気Ａ１が層を構成しているが、さらに吸引を行って分節空気Ａ１が第２領域２Ａに達すると、分節空気Ａ１は層を構成することができなくなり浮上する。このため、システム水Ｌ１と試薬Ｌ２とは互いに接し、その後の吐出動作では、試薬Ｌ２とシステム水Ｌ１とを連続的に吐出することができ、試薬Ｌ２の吐出動作とシステム水Ｌ１の吐出動作との間に分節空気Ａ１を吐出することはない。

したがって、分節空気の吐出による気泡の破裂を防ぐことができ、試薬などの飛散を防ぐことができる。このため、試料および試薬を混合して行う分析を、再現性よく正確に行うことができる。また、当該飛散による衛生面での汚染を防ぐことができる。すなわち、分析装置の信頼性を向上させることができる。

（実施の形態２）
図１８および図１９は、試料、試薬を連続で吸引し、同一の動作で吐出する分析装置における、分注プローブの試薬吸引動作および分節空気除去動作を表す概略図である。図１９は、当該分注プローブの試料吸引動作および分注動作を表す概略図である。図１８および図１９では、左から右に向かって、順に分注プローブ１２２の先端における動作を示している。なお、本実施の形態ではサンプルプローブと試薬プローブが共通となるため、単に分注プローブと表記する。すなわち、本実施の形態では、前記実施の形態１と異なり、分注プローブを１つのみ用いて試薬および試料を反応容器へ分注する。

本実施の形態では図５を用いて説明した動作によって試薬を吸引した状態から、洗浄位置に分注プローブを移動し、図３を用いて説明した外部洗浄のみを行う。つまり、このとき内部洗浄は行わない。このとき、分注プローブの先端（分注プローブ内において、試薬Ｌ２よりも先端側の領域）には、分節空気Ａ２（図１８参照）が吸引されている。

当該洗浄動作後、図１８に示すように、分注プローブ１２２は試料吸引位置上空まで回転移動し、サンプル容器Ｖ１内の試料Ｌ４の液面に向かって下降する。

試料Ｌ４の液面に浸漬した分注プローブ１２２は、試料吸引を開始する。ここで試料Ｌ４の液面に分注プローブ１２２が接したとき、試料Ｌ４と分注プローブ１２２内の試薬Ｌ２との間には、層を構成する分節空気Ａ２が介在している。

試料吸引開始直後、分節空気Ａ２は層を維持できる第１領域１Ａを上昇していく。吸引が進むと、やがて分節空気Ａ２が第２領域２Ａまで上昇する。分節空気Ａ２は、第２領域２Ａまで上昇すると層を維持できなくなり、気泡となる。気泡となった分節空気Ａ２は浮力によって分注プローブ１２２内の吐出領域外まで上昇する。このとき、分注プローブ１２２内では試料Ｌ４と試薬Ｌ２とが接触した状態になる。ここでいう吐出領域とは、上記試料吸引動作の後に行う吐出動作において吐出される試料Ｌ４、試薬Ｌ２およびシステム水Ｌ１が保持されている領域であって、当該試料Ｌ４、当該試薬Ｌ２および当該システム水Ｌ１の相互間の領域を含む。

試料吸引を完了した分注プローブ１２２は吐出位置（反応容器Ｖ３の直上）まで移動し、試料Ｌ４、試薬Ｌ２およびシステム水Ｌ１を順に吐出する。このとき、試料、試薬およびシステム水のそれぞれの間には分節空気が無いため、分注プローブ１２２は気泡を吐出しない。よって、気泡の破裂による試薬または試料などの飛散の発生を防げる。

（実施の形態３）
ここでは、第１領域と第２領域との間に段差を有さない分注プローブについて説明する。

図２０は、本実施の形態に係る分注プローブを示す断面図である。図２０に示すように、本実施の形態の分注プローブ１２３のプローブ内径は、分注プローブ１２３の先端（下端）から上に行くに従って連続的に広がっていく形状をしている。つまり、分注プローブ１２３のプローブ内径は、第１領域１Ａから第２領域２Ａに亘って連続的に変化している。このため、分注プローブ１２３の内壁は、第１領域１Ａから第２領域２Ａに亘って、分注プローブ１２３の軸方向に対してテーパーを有している。

すなわち、分注プローブ１２３の先端（下端）側の第１領域１Ａの内径は２ｒ_１であり、第１領域１Ａよりも上の第２領域２Ａの内径は、２ｒ_１より大きい２ｒ_２である。分注プローブ１２３の中心軸に沿う断面において、分注プローブ１２３の先端から第２領域２Ａに亘る分注プローブ１２３の内壁は直線状である。

分節空気を分注プローブ１２３の先端から吸引した場合、内径２ｒ_１の位置では分節空気が層を形成するが、内径２ｒ_２の位置（第２領域２Ａ）まで分節空気を吸引すると、分節空気は層を形成できなくなる。図２０に示した形状であれば、モールド成型による分注プローブ１２３の大量生産が容易であり、プローブ先端形状のみを用意することで、分注するたびに新しいプローブ先端に交換できる。このため、洗浄時間の短縮（省略）が可能となり、試薬などが意図せず他の試料と混ざる危険性を大幅に軽減できる。

（実施の形態４）
図２１は、本実施の形態で用いられるプローブを示す断面図である。ここでは、比較的細い分注プローブの一部に、比較的太い第２領域を配置した例について説明する。

分注プローブの径が太くなると、流路内を満たすシステム水がより多く必要になる。本実施の形態の分析装置は、図２に示す定量ポンプ１１５の動作によって生じる分注流路Ｔ１内の圧力変動がシステム水Ｌ１を伝搬することで、吸引、吐出動作を実現している。分注流路Ｔ１内のシステム水量が増え、圧力の伝搬速度が低下することは、定量ポンプ１１５の動作と吸引吐出動作の間の応答速度が低下することを意味し、分注性能の低下につながる可能性がある。

そこで、図２１に示すように、第２領域２Ａを形成する範囲を最小限に留めれば、分注性能の低下を回避できる。ここでは、分注プローブ１２４は、先端の第１領域１Ａと、第１領域１Ａの上の第２領域２Ａと、第２領域２Ａの上の第３領域３Ａとを有している。言い換えれば、分注プローブ１２４は、先端側から順に並ぶ第１領域１Ａ、第２領域２Ａおよび第３領域３Ａを備えている。第１領域１Ａと第３領域３Ａとの間の第２領域２Ａの内径は、第１領域１Ａの内径および第３領域３Ａの内径のいずれよりも大きい。

第３領域３Ａの内径は、例えば第１領域１Ａの内径と同じである。すなわち、第３領域３Ａは、分節空気と分注プローブ１２４との間の表面張力が、分節空気の浮力を上回ることで、分節空気が層を維持できる領域である。

（実施の形態５）
図２２は、本実施の形態に係るプローブを示す断面図である。図２２に示すように、第１領域および第２領域は、分注プローブの先端ではなく、分注プローブ１２５の先端と定量ポンプ１１５との間の流路ブロック１０内に設けられていてもよい。流路ブロック１０は分注プローブ１２５を構成する一部分であり、第２領域２Ａと、第２領域２Ａよりも分注プローブの先端側に位置する第１領域１Ａとを備えている。分注プローブ１２５の先端部１１と流路ブロック１０とは流路Ｔ２により互いに接続されており、流路ブロック１０と定量ポンプ１１５とは流路Ｔ３により互いに接続されている。流路ブロック１０の一方の端部は接合部Ｓ１で流路Ｔ２に接続されており、流路ブロック１０の他方の端部は接合部Ｓ２で流路Ｔ３に接続されている。つまり、流路ブロック１０と流路Ｔ２、Ｔ３とは、それぞれ分離することができる。

ここでは、例えば、分注プローブ１２５の先端部１１および流路Ｔ２のそれぞれの内径は、流路ブロック１０の第２領域２Ａの内径未満であり、例えば、流路ブロック１０の第１領域１Ａの内径以下である。また、流路Ｔ３の内径は、流路ブロック１０の第２領域２Ａの内径未満である。

本実施の形態では、分注プローブ１２５の先端部１１の長さを短く設計することが可能である。また、流路ブロック１０の位置は流路Ｔ２、Ｔ３の長さの調整で規定することができるため、装置内レイアウトの調整が容易となる。

（実施の形態６）
本実施の形態では、溶液吸引後、より確実に気泡化した分節空気を吐出領域から追い出す手法を説明する。図２３は、本実施の形態に係るプローブにおける分節空気除去動作を表す概略図である。図２３では、左から右に向かって、順に分注プローブ１２６の先端における動作を示している。

図５を用いて説明した吸引動作を行った際、図５の左から４番目の図に示すように、分節空気Ａ１が層を形成できなくなって気泡化しても、分節空気Ａ１が分注プローブ１２６（図２３参照）の内壁に付着して浮上しない場合が考えられる。そこで、図２３に示すように、上記のように分節空気Ａ１が気泡化した後、分注プローブ１２６を左右方向（分注プローブ１２６の径方向、水平方向、横方向）に動作させ、振動を与える。これにより、気泡を吐出領域１Ｂの外へ移動させる。なお、当該動作は左右だけでなく、上下方向（分注プローブ１２６の軸方向）に行ってもよい。

（実施の形態７）
本実施の形態では、気泡化した分節空気を追い出す位置を規定する方法を説明する。気泡化した分節空気はプローブ内を上昇し、流路内かつ吐出領域外に付着する。このとき気泡化した分節空気の体積、付着箇所によっては、流路内の圧力伝搬に影響を及ぼし、分注性能の低下を招く可能性がある。当該影響は、特に分節空気の体積が大きい時に起き易い。

図２４は、洗浄動作後の分注プローブを示す断面図である。図２５は、本実施の形態に係るプローブの吸引動作を示す概略図である。図２６は、本実施の形態に係るプローブの吐出動作を示す概略図である。図２５および図２６では、左から右に向かって、順に試薬プローブ１２１の先端における動作を示している。

図３を用いて説明した外部洗浄および内部洗浄の終了後、バルブ１１６（図２参照）およびバルブ１３６（図３参照）は閉じられる。その後、コントローラ３００（図１参照）が定量ポンプ１１５（図２参照）に指令を送り、分節空気Ａ３を吸引する。分節空気Ａ３を吸引した後、バルブ１３６が再び開き、外部洗浄液Ｌ３が洗浄水吐出ノズル１３３（図３参照）から吐出される。この状態で再度コントローラ３００が定量ポンプ１１５に指令を送り、試薬プローブ１２１は外部洗浄液Ｌ３をシステム水Ｌ５として吸引する。次に、バルブ１３６が再び閉じられ、外部洗浄液Ｌ３の吐出が止まる。この時点でコントローラ３００は再度吸引の指令を送り、試薬プローブ１２１の先端には分節空気Ａ１が吸引される。分節空気Ａ３は、第２領域２Ａにおいても層を維持できる体積であって、分節空気Ａ１よりも大きい体積を有している。これにより、図２４に示す構成を得る。

次に、図２５に示すように、図５を用いて説明した動作と同様の動作を行うことで、試薬プローブ１２１内に試薬Ｌ２を吸引する。試薬吸引によって第２領域２Ａへ移動した分節空気Ａ１は層を維持できなくなり、気泡化する。気泡化した分節空気Ａ１は試薬プローブ１２１内を上昇し、分節空気Ａ３に取り込まれる。このような動作を実施することで、気泡化した分節空気Ａ１の移動先を分節空気Ａ３の位置に制御できる。

言い換えれば、分節空気Ａ１が分節空気Ａ３の位置よりも試薬プローブ１２１の奥側（先端の反対側、ポンプ側）に移動することを防ぐことができる。これにより、気泡化した分節空気が、流路内の圧力伝搬に影響を及ぼすなどして分注性能が低下することを防ぐことができる。

また、分節空気Ａ１を取り込んだ分節空気Ａ３を吐出すれば、流路内の気泡を追い出すことができるため、洗浄時に消費される洗浄水量を低減できる。

このように、本実施の形態では、分節空気Ａ１を吸引する第１動作前に、プローブ内で互いに異なる液体同士を隔てる分節空気Ａ３を吸引する第２動作を行い、第１動作での吸引により上昇してきた分節空気Ａ１を、分節空気Ａ３が捕獲する。これにより、分析装置の信頼性を向上させることができる。

以上、本発明者らによってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の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で種々変更可能である。

例えば、ここでは分析装置を生化学検査に用いることを想定して説明したが、本願の分析装置は、免疫検査のための免疫測定装置、または、生化学検査および免疫検査の両方に使用できる生化学・免疫統合型分析装置であってもよい。

１ 分析システム
１Ａ 第１領域
２Ａ 第２領域
１００ 自動分析装（分析装置）
１１０ サンプルプローブ
１１５ 定量ポンプ
１２１ 試薬プローブ
１２２～１２６ 分注プローブ
Ａ１～Ａ３ 分節空気
Ｌ１ システム水
Ｌ２ 試薬
Ｌ３ 外部洗浄液
Ｌ４ 試料
Ｖ１ サンプル容器
Ｖ２ 試薬容器
Ｖ３ 反応容器

Claims (5)

1. 液体を吸引および吐出するプローブと、
   前記プローブと接続したポンプ部と、
   前記プローブの位置を移動させる移動部と、
   を有し、
   液体を吸引する前に、前記プローブ内で互いに異なる液体同士を隔てる第１分節空気を吸引する第１動作を行う自動分析装置であって、
   前記プローブは、その内部に、
   前記第１分節空気と前記プローブとの間の表面張力が、前記第１分節空気の浮力を上回ることで、前記第１分節空気が層を維持できる第１領域と、
   前記浮力が前記表面張力を上回ることで、前記第１分節空気が層を維持できなくなる第２領域と、
   を有し、
   前記第１領域は、前記第２領域よりも前記プローブの先端側に位置し、
   前記第１動作の前に、前記プローブ内で互いに異なる液体同士を隔て、前記第１分節空気よりも体積が大きい第２分節空気を前記第２領域に備え、前記第１動作での吸引により上昇してきた前記第１分節空気を、前記第２分節空気が前記第２領域において捕獲する、自動分析装置。
2. 請求項１記載の自動分析装置において、
   前記プローブの内径は、前記第１領域から前記第２領域に亘って連続的に変化している、自動分析装置。
3. 請求項１記載の自動分析装置において、
   前記プローブは、その内部に、前記表面張力が前記浮力を上回ることで、前記第１分節空気が層を維持できる第３領域をさらに有し、
   前記第２領域は、前記第３領域よりも前記プローブの先端側に位置している、自動分析装置。
4. 請求項１記載の自動分析装置において、
   前記プローブを上下方向または水平方向に動作させることで、前記第２領域内の前記第１分節空気を吐出領域外に移動させる、自動分析装置。
5. 液体を吸引および吐出するプローブと、
   前記プローブと接続したポンプ部と、
   前記プローブの位置を移動させる移動部と、
   を有し、
   液体を吸引する前に、前記プローブ内で互いに異なる液体同士を隔てる第１分節空気を吸引する第１動作を行う自動分析装置であって、
   前記プローブは、その内部に、前記プローブの先端側から順に位置する第１領域および第２領域を備え、
   前記第１領域の前記プローブの内径を２ｒ_１とし、前記第２領域の前記プローブの内径を２ｒ_２とし、前記第１分節空気の浮力が、前記第１分節空気と前記プローブとの間の表面張力を上回ることで前記第１分節空気が層を維持できなくなる前記プローブの内径の下限の値をｒ_ｔｈとしたとき、２ｒ_１＜ｒ_ｔｈ≦２ｒ_２を満たし、
   前記第１動作の前に、前記プローブ内で互いに異なる液体同士を隔て、前記第１分節空気よりも体積が大きい第２分節空気を前記第２領域に備え、前記第１動作での吸引により上昇してきた前記第１分節空気を、前記第２分節空気が前記第２領域において捕獲する、自動分析装置。

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