JPH0128904B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は生物体液中の特定分析物質の水準を
検出するために使用する装置に関する。より詳細
に述べると、この発明は電位分析装置における電
位計と分析スライドとの間の電気結合を行うため
の装置に関する。

支持体の上に堆積した導電物質の比較的薄い層
との電気結合を形成するために種々の型の探子が
先行技術において知られている。たとえばマイク
ロエレクトロニクスの分野においては、微小サイ
ズの成分を試験するために小型で位置決めの正確
な探子が開発されている。米国特許第4035723号
は屈曲して回路端子パツドの表面と接触する予負
荷探子で、探子の表面上での二方向の動きすなわ
ち引掻き動作が可能なものを開示している。

前記の引掻き動作は回路端子パツド表面が酸化
したときには必要である。しかしながら、試験後
電気導線は前記表面に接着されるので、ほんの僅
かの引掻きであることが望ましい。

米国特許第3453545号は、半導体薄板上の複数
個の装置の連続試験装置を開示している。探子機
構を薄板に接触させるとき、両者の接触を良好に
するために薄板を振動する機構が設けてある。

前述の発明は、セラミツクのように比較的硬い
支持体上に形成される薄い導電層との電気結合の
問題解決に指向されている。さらにこれらの発明
は、続いての電気的使用を図るために層の表面を
破壊することなく導電層と電気結合を形成するこ
とに関する。米国特許第345354号は、接点の酸化
層の裂傷あるいは削り取りは好ましくないことを
説明するが、理由は薄い金属接点を損傷しやす
く、そのため不均等で再現性のない試験結果を生
ずることによる。

近年、電位差計で試験液中のイオンの活性を指
示するのに使用される分析スライドが開発され
た。このスライドは一対のイオン選択電極を備え
て形成され、その電極はプラスチツクフイルムの
ような比較的軟らかい裏当て材の上に堆積した薄
い導電層を含有する。これらスライドのある種の
ものは導電層の上に塩化銀層を形成し、別のもの
は導電層の上にニツケル層を形成する。これらの
スライドにおいては発生信号は１ミリボルト以下
のこともある如く比較的微弱なので良好な電気結
合が必要である。分析スライドとの電気結合を形
成するときに、探子は導電層を被覆する層を貫通
しなければならない。しかしながら、比較的軟ら
かい裏当て材は、探子ユニツトが層と接触すると
きにたわみやすいので、導電材料との電気結合形
成において特殊な問題を発生する。従つて、探子
は導電層に到達しないことである。

前述の分析スライドとの電気結合形成上の問題
点を克服する一方法がインダストリヤル・オパチ
ユニテイ社（Homewell、Havant Hampshire、
909 IEF、U.K.）発行の「リサーチ・デイスクロ
ージヤ」誌第175巻、1978年11月号（発刊番号
17569号）に記述されている。開示の装置は、ス
ライドとの接触のために比較的ばね常数の大きい
ばねにより力を付加された探子を具備する。しか
しながら、大きなばね力を探子に付加すること
は、前述のとおり、裏当て材がたわみがちで探子
が導電層に到達しないことにより良好な電気結合
形成に有効でないことがわかつた。

可撓性支持体上に形成された一層の導電材料を
含有する型式の分析スライドとの電気結合を形成
するための改良方法とその装置を提供することに
より、先行技術装置における前述の問題点を克服
することが本発明の目的である。分析スライドか
らの比較的微弱な信号から正確な結果を得るのに
とくに適正な装置を提供することが、この発明の
別な目的である。

この発明により、試料液の化学分析において電
位計と概ね平面的な試験要素との間の電気結合を
行う装置を提供するが、要素は一対の電極を具備
し、各電極は複数層から成りその中に可撓で非導
電性の支持体の上に形成された一層の導電材料を
含有し；装置は、試験要素を受けて分析の間要素
をゆるく保持するプラツトフオーム装置、プラツ
トフオーム装置に隣接して支持されかつ電位計と
電気的に結合する探子装置、プラツトフオーム装
置と探子装置とに相対的な動きを与えて探子装置
を電極と接触させるところの発動手段とを具備す
るものであつて；発動手段は、探子装置と電極と
の接触を良好にするために探子装置を電極に貫入
させるのに十分な力と、また貫入後探子装置と電
極との間に層に平行な方向に相対運動を起こさせ
るのに十分な力とを付加して作動し、相対運動は
探子装置で層を堀り起こし探子装置の周囲に導電
材料の隆起を形成することを特徴とする。

この発明により、電位計の探子ユニツトと一対
の概ね平面の電極を有する試験要素との電気結合
を行うための方法もまた提供するが、探子ユニツ
トは複数個の探子チツプを有し、各電極は可撓性
支持体上に形成された導電材料の薄層を含有し、
この方法は試験要素とチツプとを接触させる移動
工程を具備するものであつて、試験要素とチツプ
とを移動して接触させ、十分な力を付加してチツ
プを電極に貫入させ、貫入後チツプと要素との間
に層に平行な方向の相対運動を与えてチツプで所
定距離堀り起こしチツプの周囲に導電材料の隆起
を形成することを特徴とする。

添付図面を参照しながらこの発明の実施例を説
明する。

以下に血清のような生体液の定量化学分析を実
施する分析装置に使用される電位計との関連にお
いてこの発明を説明する。しかしながら、この発
明はこれに限定されるものではなく、探子チツプ
の可撓性支持体上に形成される薄い導電層との間
に電気結合を構成するその他の型の装置において
も使用できる。

この発明はとくに電気分析装置に有効で、この
場合試験を可能にする支持体は、特定イオンに選
択性の一対の電極を有する。分析装置において対
で使用するのに適した基本的に平坦で、乾式の電
極が最近開発された。この種の型式の分析装置の
例は前述の“リサーチデイスクロージヤ”誌第
17569号に述べられている。

この発明による装置で使用するのに適する試験
要素の一型式が米国特許第4053381号に開示され
ている。この特許は試験溶液中のイオンの活性を
電位的に指示するのに用いる試験要素すなをち分
析スライドを記述する。

第１図に分析スライド１４を処理する多チヤン
ネル電位分析装置における１チヤンネルに設けら
れた要素群を含む装置１２を示す。分析スライド
はカートリツジ１６で装置１２に供給される。ス
ライド移送機構２０はカートリツジからスライド
を取り出して計量部所２２に移送し、ここで一対
の計量チツプ２６から基準液と試料液とをスライ
ド上に供給する。スライド上に液を供給後、スラ
イドを計量部所から装置１２の後部の分析部所に
移送する。分析部所においてスライド１４を動か
して電位計（図示なし）に接続された複数個の探
子チツプ３３と接触させ、分析スライド上に液を
供給した結果分析スライド上に発生する電位を電
位計が計測する。スライド１４と探子チツプ３３
との間の電気結合を形成する方法と装置がこの発
明の主題で以下に詳細に述べる。電位は試料液中
の選択したイオンの活性を示すものであるが、電
位測定が終るとスライドを廃棄物容器４０に移送
する。

第２図および第３図に詳細に示すように、スラ
イド１４は比較的に剛で非導電性の材料から成る
フレーム５０を有する。フレーム５０の材料とし
ては成型プラスチツクが好ましく、この種の材料
の典型的な例としてポリエチレンまたはポリスチ
レンがある。フレーム５０に２個の電極５２，５
４が設けられ、相互に電気的に絶縁されている。
電極５２，５４の上に供給された液間のイオンの
移動を促進するためにブリツジすなわち移送手段
６０が設けてある。窓６２，６４がブリツジ６０
内に設けられ各々約10μの分析用試料と約10μ
の試験すべきイオンの既知濃度を含有する基準
液とを受け入れる。分析スライドについては前記
米国特許第4053381号に詳細に記述されている。

第３図に、第２図の線−に沿う電極５４の
断面図を示す。試料液中の未知のイオン活性を基
準液中の既知のイオン濃度と比較するという測定
値の差をとる方法を用いているので、分析スライ
ド１４の電極５２と５４は同一のものである。電
極５４は可撓性の支持体７０を含有し、支持体は
たとえばポリ（エチレンテレフタレート）のよう
なプラスチツク材料またはポリマー材料が好まし
い。支持体７０の上に、導電材料の層７２を被覆
するが、これには銀が好ましい。層７２の上にニ
ツケルの層７４を被覆するが、これは電極を空気
に曝すとただちにその上に酸化ニツケルの薄い層
（図示なし）が形成される。スライド１４の別の
例では、層７４はニツケルの代りにAgcl（塩化
銀）である。電極５４の層の厚さは明確にするた
めに誇張されて図示してある。実際の例では一般
に電極の厚さは0.20mm以下である。分析スライド
１４は長さが２ないし３cm、厚さが0.13cmである
のが好ましいが、スライドの寸法は臨界的なもの
ではない。

分析スライド１４と電位計（図示なし）との電
気結合を形成するために探子ユニツト８０（第７
図ないし第９図）が設けてある。探子ユニツトは
フレーム８２と、フアスナー（図示なし）でフレ
ーム８２に接続される探子チツプ支持装置８４と
を具備する。支持装置８４の上に４つ孔８７を有
する接触ブロツク８６が保持され、各々の孔は探
子チツプ３３を受け入れる。ブロツク８６はたと
えばテフロンの商品名で販売されているポリテト
ラフルロエチレンのような非導電材料で形成する
のが好ましい。探子チツプ３３は一般に円筒形本
体３２、尖端３６で終縁する円錐頂部３５および
つば付ヘツド３７とを有する。ヘツド３７はブロ
ツク８６中の孔８７の周縁の肩８８に着座する
（第７図参照）。探子チツプ３３は電気接点用パラ
ジウム合金で作るのが好ましく、この合金は一般
的耐食性、高い降伏強さと硬度およびすぐれた耐
摩耗性を有する。頂部３５の円錐角β（第４図）
は約70度が好ましく頂点３６の曲率半径Ｒは
0.0508mm0.002インチ）以下とすべきである。

第７図に示すように探子チツプ３３は一対の分
岐要素８９によりピボツト運動が可能なように支
持されている。要素８９の各々はアーム９０と、
端子１０６と接続する端部９１とを有する。第７
図において左側の２個のチツプ３３は電気的に結
合され、両方とも電極５４と接触して良好な結合
をなす。同様に右側の２個のチツプ３３も電気的
に結合され電極５２と接触する。端子１０６は電
位計（図示なし）と電気的に結合される。アーム
９０の各々は探子チツプ３３のヘツド３７に結合
される（第７図参照）。要素８９はベリリウム銅
合金のようなばね材料で形成することが好まし
い。要素８９はクランプ９４に取り付けられ、ク
ランプは一対のブラケツト９６に支持されるピン
９５を軸とするピボツト回転が可能である。ブラ
ケツト９６は支持装置８４から伸長する。クラン
プ９４はブラケツト９６から電気的に絶縁されて
いなければならず、テフロンの商品名で販売され
ているポリテトラフルロエチレンのような非導電
材料で作るのが好ましい。ねじ１００がクランプ
を押し下げて探子チツプ３３に予負荷を付加す
る。第８図に示すようにねじ１００をクランプ９
４の方向に進めるとクランプ９４は反時計方向に
回転してアーム９０内の張力を増す。チツプ３３
は電極５２，５４内に所定の深さ貫入するまでは
チツプがブロツク８６内の初期位置から動かない
ようにアーム９０の張力が調節される。

各探子チツプに対する予負荷の力は約1.4オン
ス（39.69グラム）とすべきで、チツプ３３上の
力は最終位置すなわち動作位置（第６図に図示）
において約33パーセント増加する。前述のチツプ
配置と荷重とにより、点３６の下部にきわめて高
い応力が発生し、チツプが電極５２，５４に貫入
し第５図に示すように層７４，７２を破壊しない
状態でその力は100000ポンド／平方インチ
（689.5MPaメガパスカル）を超える。これによ
り、有機材料およびニツケルと銀の各層７４，７
２の弾性限界を超える大きい力が発生する。その
結果点３６は第５図の破壊線７７，８８で示すよ
うに層７４，７２を破壊する。ある適用例ではチ
ツプ３３は層７２，７４を突き破り予負荷が克服
される以前に支持体７０に到達する。もしこの状
態になれば、端部３５の円錐面の増加面積に力が
分配されるので貫入応力が減少し貫入深さは制限
を受ける。

開示の探子ユニツト８０の２つの重要な特徴
は、チツプ３３はスライド１４上の電極５２，５
４上の塵埃や堆積物を貫入できることである。チ
ツプ３３を使用中、電極５２，５４の物質がチツ
プ上に集積し、試験を続けるうちに物質が円錐端
部３５の上を次々に押し上げられる。物質のある
一定量がチツプ３３上に集積すると物質は落下す
る。すなわち、チツプ３３の横方向の動きで簡単
に物質の除去が可能である。除去された物質はス
ライドに付着して搬送される。

可動プラツトフオーム１１６は分析スライド１
４を受け入れ、スライドに発生する電位の測定中
スライドを保持する様になつている。プラツトフ
オーム１１６はその両側に一対のばねクリツプを
備えて、分析スライド１４を試験手順中その位置
に解除可能的に保持する。第８図に示すように、
プラツトフオーム１１６はスライドトラツク１２
２に連続された可撓部材１３０によりピボツト運
動するのに取り付けられる。プラツトフオーム１
１６は水平の受け入れ位置（図示なし）と第９図
に示す伸長位置との間で可動である。

発動手段１３９はプラツトフオーム１１６に作
動してプラツトフオームおよびそれに支持される
スライド１４を持ち上げて探子チツプに接触させ
る。発動手段１３９はスライド移送機構２０上に
カム１４０と、プラツトフオーム１１６の中央部
に配設された突起部１４２とを有する。スライド
移送機構２０はスライド１４を後部の分析部所３
０に移送する（第１図）。スライド１４を分析部
所３０に移送後、第８図に矢印１４６で示すよう
に移送機構２０を前方に動かしてカム１４０を突
起部１４２と噛み合わせ、これによりプラツトフ
オーム１１６を持ち上げて探子チツプ３３と接触
させる。スライド移送機構２０を続けて前方に動
かすことによりスライド１４をチツプ３３に対し
予負荷に打ち勝つ力で動かしてチツプ３３をスラ
イドに貫入させる。力が予負荷に打ち勝つたとき
の先端におけるチツプ３３の電極５４に対する相
対位置は第５図に示すとおりである。

予負荷に打ち勝つたのち、スライド移送機構２
０を矢印１４６の方向にさらに動かすとプラツト
フオームはピボツト運動をして支持装置８４上の
ストツパ３４と接触する。予負荷が打ち勝たれる
点からストツパ３４と接触する点へのプラツトフ
オームのこのピボツト運動により、チツプ３３は
ブロツク８６から持ち上げられる。探子チツプが
ブロツク８６から持ち上げられると、アーム９０
のたわみによりチツプはピボツト運動をし第６図
に示すように電極層７４，７２を堀り起こす。堀
り起こすこと、すなわち層７２，７４に平行する
線に沿つてのチツプ３３と電極５２，５４との横
方向相対運動は、プラツトフオーム１１６のピボ
ツト運動によるよりもむしろ主にチツプ３３のピ
ボツト運動に起因する。突起部１４２が第８図に
示す位置からカム１４０の水平面１４４に移動す
るとプラツトフオーム１１６はストツパ３４の周
りに前のピボツト回転の方向とは逆方向にわずか
ピボツト回転をなし、可撓部材１３０はＳ字形状
をとる（第９図参照）。

第４図ないし第６図に示すように、試験手順中
チツプ３３は分析スライド１４と角αを形成す
る。チツプ３３が最初にスライド１４と接触する
とき、角αは約80度であり、チツプがスライド１
４と電気結合を形成するとき角度は増加する。試
験中チツプ３３が適切に層７４，７２を堀り起こ
すように角αは90度以上にならないようにするこ
とが必要である。

正確な測定を行なうために、チツプ３３が電極
５２，５４に対し正確な相対位置をとり、分析ス
ライド１４内に発生する電位の測定中チツプがし
つかり保持されることがきわめて重要である。こ
の位置決め機能と保持機能とは、突起部１４とス
トツパ３４とによる三点支持にて達成される。カ
ム１４０から持ち上げ力を受ける突起部はプラツ
トフオーム１１６の中央部に沿つてストツパ３４
の間に配設されている。プラツトフオーム１１６
がストツパ３４のまわりにピボツト回転する最終
運動により分析スライド１４の測定中プラツトフ
オームを伸長位置にロツクする。プラツトフオー
ム１１６がストツパ３４と接触したのち、それ以
上のチツプ３３の電極５２，５４に対する相対運
動を最小にするために、第８図に示すようにスト
ツパ３４はチツプ３３に揃つて配設されてある。

開示の発明は、一セツトのチツプと、支持体７
０のような比較的可撓性を有する裏当て材の上に
形成された薄い導電層との間の電気結合を形成す
るきわめて効果的な装置を提供する。説明した装
置においては、探子チツプ３３は、チツプ３３上
の予負荷に打ち勝つてチツプが電極５２，５４に
平行な方向に動くまでは、探子チツプ３３は電極
５２，５４に垂直な動きをする。平行運動におい
て、チツプは電極を堀り起こして電極の周囲に導
電材料の隆起を形成し、これにより良好な電気結
合を確立する。

前述の実施態様においては、チツプと結合する
ためにスライド１４の方が動くが、スライド１４
を固定プラツトフオーム上に保持してスライドと
接触させるためにチツプ３３の方を動かすように
この発明を実施できることは明白である。このよ
うな配置を本発明の別の実施態様として第１０図
ないし第１２図に示すように開示する。

鉛直フレーム要素１５４に連結されたフレーム
部材１５２を具備する探子ユニツト１５０を第１
０図に示す。探子チツプ支持体１５６はピン１６
０によつてフレーム部材１５２に取り付けられピ
ボツト運動をする（第１１図および第１２図）。
４個の探子チツプは支持体１５６の中の孔１５７
にはいる。探子チツプ支持体１５６にはフレーム
部材１５２にすべりばめで取り付けたピン１６４
に付属のばね１６２により反時計方向に力が付加
される。固定プラツトフオーム１６４は分析工程
１８０にて分析スライド１４を受け、分析スライ
ド１４はばねクリツプ（図示なし）によりプラツ
トフオーム１６４に解除可能に保持される。

発動手段１６９は作動して支持体１５６にピボ
ツト運動を与える。発動手段１６９はスライド移
送機構１７２に設けたカム１７０を具備する。カ
ム１７０は探子チツプ支持体１５６の延長部に作
動し、スライド１４が分析部所１８０に移送され
るとき支持体１５６に時計方向のピボツト回転を
与える。

スライド移送機構１７２を引くこと、すなわち
第１１図に於て左方に移動することによりチツプ
３３と分析部所１８０にあるスライド１４との間
に電気結合を形成する。スライド移送機構１７２
を引くことによりカム１７０は延長部１７４との
接触からはずれ、探子チツプ支持体１５６はばね
１６２により探子３３をスライド１４と接触させ
るように反時計方向にピボツト回転をする。探子
チツプ支持体１５６に接続されたダシユポツト
（図示なし）が支持体１５６の反時計方向回転速
度を制御する。各々のチツプ３３は要素８９のア
ーム９０上に設けられ、アームを押しつけるねじ
１７５によりチツプ３３に予負荷を付加する（第
１２図）。ばね１６２により、チツプ３３を電極
５２，５４に貫入させるのに十分な力でチツプ３
３をスライド１４に押しつけていくと、チツプに
かかつている予負荷に打ち勝つ。予負荷に打ち勝
つと探子チツプ３３は支持体１５６から離れて持
ち上げられアーム９０のたわみによりピボツト運
動をする。チツプ３３のこのピボツト運動によ
り、第７図ないし第９図に示す実施態様について
前述したように堀り起こし動作が行なわれる。

この発明をとくに好ましい実施態様について詳
細に説明したが、この発明の趣旨と範囲とにそむ
くことなく変更および修正が可能であることは勿
論である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施する型式の電位分析装
置の１チヤンネルの斜視図；第２図は電位測定型
分析スライドの斜視図、第３図は第２図の−
で示す面についての断面図、第４図、第５図、第
６図は探子チツプが最初に分析スライドに接触し
てから電気結合を完結するまでの探子チツプと分
析スライドの相対運動を示す図、第７図は探子ユ
ニツトの部分断面正面図で探子チツプが分析スラ
イドと最初に接触したときの相対位置を示す図、
第８図は探子ユニツトおよびスライド移送機構の
側面図でスライドが最初にチツプと接触したとき
の分析スライドと探子チツプとの相対位置を示す
図、第９図は第８図と類似の図で電気結合を完結
したときのスライドと探子チツプとの相対位置を
示す図、第１０図は探子ユニツトに関する別の実
施態様の正面図で探子ユニツトの部分を断面で示
す図、第１１図は第１０図に示す探子ユニツトの
側面図で分析スライドをスライド移送機構により
分析部所に移動したことを示す図、第１２図は第
１１図と類似の図で電気結合を完結したときの分
析スライドと探子チツプとの相対位置を示す図で
ある。 １４……試験要素、３３……探子チツプ、３４
……ストツパ、３６……尖端、５２，５４……電
極、８０，１５０……探子装置、８４……支持装
置、８６……接触ブロツク、９０……アーム、１
００，１７５……予負荷付加装置、１１６，１６
４……プラツトフオーム装置、１３９，１６９…
…発動手段、１４０，１７０……カム、１４２…
…突起部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 試験液の化学分析における電位計と概ね平面
   の試験要素間との電気結合を行うための装置で；
   前記要素は一対の電極を有し、前記電極の各々は
   可撓性で非導電性の支持体上に形成された導電性
   材料の層を含む複数の層から成つており、前記装
   置は、試験要素を受けて前記分析の間要素を解除
   可能に保持するプラツトホーム装置、前記プラツ
   トホーム装置に隣接して支持されかつ前記電位計
   と電気的に結合される様になされた探子装置、前
   記プラツトホーム装置と前記探子装置との間に相
   対運動を与えて前記探子装置を前記電極と接触さ
   せる発動手段を備える装置に於て、前記発動手段
   １３９，１６９は、前記探子装置８０，１５０と
   前記電極５２，５４との接触を行なわしめるため
   に前記探子装置８０，１５０を前記電極５２，５
   ４に貫入させるのに十分な力と、また前記貫入後
   前記探子装置８０，１５０と前記電極５２，５４
   との間に前記層７２，７４に平行な方向の相対運
   動を与えるのに十分な力とを付加して作動し、前
   記相対運動は前記探子装置で前記層を堀り起こし
   前記探子装置の周囲に導電材料の隆起を形成する
   ことを特徴とする装置。