JPH01500295A - 自動化された臨床分析機用温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 夛　された臨Ｉ′″′　エ庁ル′　置 生肌Ω分遣 本発明は、自動化された臨床化学分析機の分野に関し、特に、面記分析機に使用 する温度制御装置に関する。

翌−月 自動化された臨床化学分析機は、血液、尿、を柱物質のような患者試料を集中し て分析すべく日常的に使用されている。患者試料は試薬と混合され、また、両者 の反応は測色法、イオン選択電極法すなわち混濁分析法およびこれらの分析技術 を使用するレート法を含む既知の技術の１つを使用することにより監視される。

反応かこれの実行温度の影響を受けることは、臨床化学の分野において知られて いる。もし、反応温度が変化すると、反応の割合すなわち反応生成物の量も変化 する。その結果、先の分析結果および分析用の較正関係を確立する較正反応の結 果と一致しなくなる。

特定の臨床化学反応物を含む成分は、１以上の試薬および患者試料を含む。しば しば、試薬はほぼ２〜１５度Ｃに冷却されるのに対し、試料は一般に約１７〜２ ７度Ｃの室温または周囲温度である。

しかし、３０度Ｃまたは３７度Ｃのいずれかの温度で臨床化学反応を行なうこと は普通である。従って、試薬および試料の温度を予め定められた反応温度に高め 、その後反応の量温度を一定に維持する必要がある。器具の処理量が与えられた 時間内に処理すべき試料の数に依存するから、試薬および患者試料の温度を可及 的速やかに反応温度に近づけることが最も効果的である。

試薬および試料の温度を調節し、その後臨床化学機器の反応温度を制御する種々 の技術および装置がある。たとえば、個々の反応容器すなわちキューペットを巡 る個々の反応加熱コイル使用することが知られている。このような個々の複数の 反応容器を備え、該反応容器中に分散された試薬を予熱することにより、試薬が 予め定められた反応温度に達するまでに必要な時間を低減することも知られてい る。たとえば、米国特許第４，０８６，０６１号明細書を参照。

しかし、このような解決法は、個々の反応容器が比較的少ない場合には実行可能 であるとしても、多数の反応容器すなわちキューペット内の試料を同時に分析す るときには扱いにくい。この問題を解決すべく、反応容器の周りを流れかつ循環 される、加熱された空気または水の浴を用いることが知られている。このような 技術を使用すると、多数の反応容器すなわちキューペットの温度を同時に制御す ることができる。

循環する空気または水の浴は多数の反応容器の温度を同時に制御することができ るが、前記浴から反応容器およびそれの内容物への熱伝導の速度が容器の温度と 浴の温度との差、流体の熱容量および両者の接触状態に本質的に比例する。

たとえば、反応キューペットの温度を２７度Ｃか６３６度Ｃに変更する完全な熱 源のために必要な時間は、反応キューペットを３６度Ｃから３６．９度Ｃに変更 するために必要な時間および３６．９度Ｃから３６．９９度Ｃに変更するために 必要な時間と同じ程度である。他のより完全な各熱源すなわち本質的に全ての実 用的な各システムでは、熱源の温度が反応キューペットの内容物により与えられ る熱的負荷とともに変化するから、温度の変更に必要な時間が一様に長い。

循環する流体の浴の使用について述べた基本的な熱力学的困難さに加え、使用す る二つの通常の流体すなわち空気および水の両者は、他の欠点および問題がある 。さらに特に、空気の比熱は小さく、その結果反応キューペットの温度を摂氏目 盛の１０分の１内に制御することか非常に困難である。従って、空気は臨床分析 機における温度制御用流体として本質的に不向きである。

水は空気より高い比熱を有するが、藻類の成長を促進させ、藻類抑制剤を使用す る必要があり、日常の保守が煩わしい。さらに、水は、維持すべき温度範囲が狭 いとき、水をキューペットに効率的に接触させるべく反応キューペットの周りに 速やかに移動されなければならない。

流体浴に加え、実際的に高い比熱および熱伝導性を有する温度制御された本体に 反応キューペットを取り付けることは知られている。たとえば、複数の反応キュ ーペットはアルミニューム製または銅製の本体内のキャビティに配置される。こ のような本体の温度は、定常状態の基で、すなわち、流体がないときまたはキュ ーペットが本体に加えられまたは本体から取り外されているとき、摂氏目盛の数 百分の１以下に制御される。しかし、本体の温度以外の流体が本体にすでに取り 付けられたキューペットに加えられるとき、または、流体が満たされたキューペ ットが取り付けられるとき、局所的な温度変化を招く。本体を予め定められた温 度に維持すべく加熱素子すなわちヒータを制御するヒータコントローラは、本体 の平均温度を復元すべくヒータへの供給電力を変更することにより応答する。こ のようなシステムは、温度コントローラが本体の平均温度のみを感知し制御する から、本体の他の部位に温度の行過ぎを招く。

種々の温度制御技術には、所望の分析温度になるように反応キューペットの内容 物のために必要な時間に関する固有の欠点および問題があることはこの技術分野 において知られている。必要な反応温度になるような狭い温度差どするために必 要な時間は、自動化された分析機の処理量に直接影響を与える。高速試料分析お よび高処理量が要求されるところでは、反応キューペットを反応温度にするまで に必要な時間は、実行すべき種々・の化学分析に許される時間に対し大きな割合 になる。

それ故に、自動化された臨床分析機における反応温度を調節し制御する装置を改 良することが必要である。

衾咀辺１酌 本発明は、上記の制限および欠点を解決し、反応容器すなわちキューペットおよ びそれの内容物を予め定められた反応温度に速やかにさせる装置を提供する。こ の装置は、複数の反応キューペットの温度制御に好適であり、また、自動化され た臨床分析槽用に容易に適合することができる。

本発明に従う装置は、複数の試料用すなわち反応用キューペットに制御された温 度環境を提供する装置であって、冷媒を収容する閉鎖されたチャンバと、キュー ペットを受けるように前記チャンバに取り付けられた手段とを含む。前記チャン バと熱的に接触する加熱素子すなわちヒータは、冷媒を予め定められた反応温度 に加熱する。装置は、また、前記チャンバに熱的に接触さゎた温度センサを含み 、該温度センサは、装置の温度を感知し、装置を予め定められた反応温度に維持 すぺ〈前記ピータを制御する。

図示の一実施例において、装置は、一般的な環状の形を有し、また、前記チャン バに固定されかっ該チャンバがら上方へ伸びる熱伝導性の複数のポストを含む。

隣り合うポスト間の空間は、前記キューベットを受け人わるように適合されてい る。環状の閉鎖されたチャンバは反応用のホイールの周囲を形成し、該反応ホイ ールは装置を支持し回転させるシャフトを受けるように適合されたハブにより支 持される。

区画Ｑ血星久説朋 第１図は本発明に従う装置の斜視図、第２図は第１図の２−２線に沿って得た断 面図、第３図は第１図の３−３線に沿って得た断面図、第４図はヒータおよび温 度センサのための他の配置を示す、本発明の他の実施例を示す断面図、第５図は 第１図の装置で使用する温度制御システムをブロックダイアダラムで示す図であ る。

ｍ回 第１図を参照するに、本発明に従う温度制御装置１０は、三つの押えねし１６に よりハブ組立体１４に固定されたリング組立体１２を含む。

リング組立体１２（第１図〜第３図）は、上方部位１８と、底部の環状のチャン バ２０とを含む。チャンバ２０は、一般にＵ字形をした環状リング２２と、環状 のカバー２４とを含む。Ｕ字形の環状リング２２の開口部は、口に示すように下 方に向けられている。カバー２４は、囲われた空隙２６を形成すべく、たとえば レーザ溶接によりリング２２に固定されている。上方へ伸びる複数の熱伝導性の ポスト２８は、チャンバ２０に取り付けられている。

リング２２、カバー２４およびポストは、好ましくはアルミニューム合金、銅の ような熱伝導性の材料で形成されている。環状リング２２とポスト２８とは、た とえば機械加工またはタイキャスト射出成形により一体的に形成されている。し かし、ポスト２８は、これを別々に形成し、軟ろ付けまたは硬ろう付けにより、 さらには適宜な熱伝導性エホキシ化合物によりリング２２に固定してもよい。も し、別々に形成するならば、ポスト２８をアルミニュームで形成し、環状チャン バ２０を銅で形成することができる。ポスト２８は該ポスト間に８０の空間３０ を規定し、各空間３０は矩形の断面形状を有するガラス製または透明プラスチッ ク製のセルすなわちキューベット３２を受け入れるように適合されている。

各キューベットは、空間３０内に正しく適応され、キューベット３０とポスト２ ８と環状リング２２との間に良い物理的接触を与える。

第３図に示すように、カバー２４は、以下に説明するように、空隙２６を洗浄し 、乾燥させそして真空引きするためおよび空隙２６に冷媒を注入するための複数 のボート３３を含む。各ボート３２は、カバー２４に固定されかつ空隙２６内に 配置されたポス３４を含む。カバー２４およびボス３４にはこれを経るねじ穴３ ６が形成されており、ねじ穴３４の下部外面は傾斜されたシール面３７を規定す るように形成されている。ねじ穴３６は、ねじ３８を受け入れるように適合され ている。オーリング３９は、ねじ３８の頭部と傾斜されたシール面３７との間の シール材として作用する。図示の実施例において、装置１０は４つのボート３３ を含む。

環状リング２２の外壁４０は、加熱素子すなわちヒータ４４を受ける環状の円形 表面を規定する減径された下部を含む。図示の実施例において、ヒータは、はぼ ２２オームの総抵抗値を有する絶縁されたサーモホイル材料であり、また、２４ ボルトの直流が印加されたとき、はぼ１０ワツトの電力を消費するように適合さ れている。

環状リンク２２の内壁４６は、温度センサ５２を受ける環状の円形表面すなわち 範囲を規定するように互いに共同する減径された中間部４８および突出部５０を 含む。図示の実施例において、温度センサ５２は減径された中間部４８に結合さ れた、電気的に絶縁されたニッケルー鉄製のワイヤまたはホイルを含む。温度セ ンサ５２は、３７度Ｃでほぼ７００オームの公称の抵抗値を有し、また、オーム 度Ｃ当りほぼ０．００４５オームの正温度係数を有する。

引き続き第１図〜第３図を参照するに、上方部位１８は、上記したように、ハブ 組立体１４に固定されるように適合された水平の環状部材５４を含む。環状部材 ５４は、環状の頂部５６と、内側の垂直部材すなわち壁５８と、外側の垂直部材 すなわち壁６０と一体的に形成されている。頂部５６は、キューベット３２を受 け入れるように形成され適合された矩形の複数の開口６２を含む。開口６２は、 ベグ２８間の空間３０と整列されている。内壁５８および外壁６０は、それぞれ 、半径方向に整列された矩形の開口６４および６６を含み、開口６４．６６はポ スト２８間の空間３０と整合されている。開口６４．６６は、キューベット３２ に収容された流体６８内に生じる反応を光学的に測定するための、装置１０およ びキューベット３２を経る通路を提供する。公知のように、流体６８は、適宜な 試薬と患者試料または制御すなわち較正物質との混合物を含む。

図示の実施例において、上方部位１８は、たとえば射出成形プロセスによるプラ スチック材料で形成されている。上方部位１８は複数のねし７０によりチャンバ ２０に固定されており、各ねじ７０は頂部５６の開口を経て装置１０の周りに間 隔をおかれた８つのポスト２８の頂部のねし穴に挿入されている。

′４４図を参照するに、該図にはヒータおよび温度センサの他の実施例が示され ている。絶縁された抵抗加熱ワイヤ素子を含むヒータ７６は、空隙内に配置され 、また、カバー２４の上部内面に配置されている。サーミスタのような温度セン サ７８は、空隙２６内にあってこれの上部に配置されている。遮蔽体７９は、チ ャンバ２０内に凝縮された冷媒の液滴から温度センサ７８を保護するように、温 度センサ７８の上方にあって空隙２６内に固定的に配置されている。温度センサ ７８からのワイヤは、遮蔽体７９を巡る。

ヒータ７６と温度センサ７８との両者のための電気的接続は、複数のフィードス ルー８０により与えらねる。各フィードスルー８０は、ヒータ７６および温度セ ンサ７８の電気的な接続に必要な選択された一つのポスト２８に配置されている 。各フィードスルー８０は、ポスト２８を貫通する開口８２により形成される。

コンダクタ８４は、開口８２と同軸的に整列され、また、遮蔽複合物８６により 開口８２内に固定されている。ワイヤ８８は、フィードスルー８０を以下に説明 する温度制御回路に、温度制御装置１０およびこれと共同する固定構造物（図示 せず）間のスリップリングのような適宜な接続具を介して接続する。

第１図〜第３図を再び参照するに、平坦な可撓性の電導性のストリップ９０は、 加熱素子４４と温度センサ５２とを、温度制御装置１０の中心に近い回路基板９ ２に接続する。回路基板９２は、ストリップ９０を、スリップリングのような適 宜な接続具を介して第５図に示す温度制御回路９８に接続するために使用される 。

第５図を参照するに、温度センサ５２はチャンバ２０の温度に比例した信号を発 生し、この信号は減算器１００および範囲外れ用検出器１０２に供給される。温 度設定信号用のデジタル−アナログ変換器１０４は、ライン１０６からのデジタ ル値を受け、該デジタル値をアナログ電圧に変換し、これを減算器１００に印加 する。減算器１００は、これに供給される２種の信号を減算してエラー電圧を発 生し、これを比例積分差動制御ループ回路１０８に印加する。

制御ループ回路１０８は、これに印加されるエラー電圧および該エラー電圧の変 化の割合に比例する信号を発生する。

制御ループ回路１０８からの信号はパルス幅変調器１１０に印加され、該変調器 はこれに印加される信号に比例してパルス幅が変調される出力信号を発生する。

パルス幅変調器１１０の出力信号は、ヒータ４４に供給される。ヒータ４４の抵 抗値は、ヒータ４４が過熱状態になったか否かを決定するヒータ超過温度検出器 １１２により監視される。もし、そうであるならば、ヒータ超過温度検出器１１ ２は、パルス幅変調器１１０に供給する信号を発生し、パルス幅変調器１１０を ヒータ４４が所定の作動範囲に戻るまで無効にする。

使用時、装置１０を取り扱うべく、ねじ３６がボート３３から外される。チャン バ２０内の空隙２６は、たとえば、これに適宜な洗浄溶液を充満し、その後前記 洗浄溶液を排出することにより洗浄される。空隙２６は、たとえば、チャンバ２ ０を加熱し、空隙を真空排気することにより乾燥される。空隙２６は、さらに、 真空排気され、これにフレオン・１２のような適宜な冷媒１２０が１０〜４０％ の容積に満たされる。冷媒１２０をチャンバ２０内に封鎖すべくねじ３６がオー リング３９とともに再度取り付けられる。低い内部作動圧か必要な場合、フレオ ン・１１のような冷媒を温度制御装置１０に使用することができる。

温度制御装置１０は、回転可能のシャフトに取り付けられており、また、７温度 制御回路９８に接続されている。

温度制御装置１０の希望する温度に対応するデジタル信号は、温度設定用のデジ タルーアナロク変換器１０４に供給される。図示の実施例において、たとえば、 デジタル信号は温度制御装置１ｏを含む臨床分析桟用のマイクロコンピュータ制 御システムにより発生させることができる。このような制御システムは臨床化学 分析技術の分野において知られており、また、その詳細な説明はしない。デジタ ル信号は、３０度Ｃまたは３７度Ｃのいずれかに対応されている。

温度制御装置は、チャンバ２０とこれに収容された冷媒１２０とを温度センサ５ ２により感知される予め定められた反応温度に向けて加熱するようにヒータ４４ を作動させる。チャンバ２ｏと冷媒１２０との温度が高くなると、冷媒１２０の 一部はチャンバ２゜内で気化する。一度、チャンバ２０および冷媒１２０が予め 定められた反応温度に達すると、冷媒１２０の液体および蒸発気体は平衡状態に 達し、チャンバ２０内の気化した冷媒の圧力は本質的に一定のままである。

予め定められた反応温度より低い温度を有するキューベット３２が温度制御装置 １０に配置されると、または、温度制御装置１０にすてに取り付けられた空のキ ューベット３２に温度制御装置１０の温度より低い流体６４が満たされると、チ ャンバ２０がらの熱はチャンバ２０の頂部と、キューベット３２のいずれかの側 のポスト２８とを経てキューベット３２に流れる。この熱の流れに応答して、キ ューベット３２の近くの範囲におけるチャンバ２０の局部的な冷却が生じ、チャ ンバ２０内の気化された冷媒が速やかに凝縮され、チャンバ２０およびボスト２ ８を経てキューベットに流れる付加的な熱が解放される。凝縮された冷媒は、チ ャンバ２ｏの底部の液状の冷媒１２０に落る。凝縮された冷媒は、チャンバ２ｏ 内の気体圧力を低減させ、チャンバ２０内の液状の冷媒を気化させる。このプロ セスが連続することにより、温度センサ５２とピータ４４とを備える温度制御回 路９８は、チャンバ２ｏの温度を予め定められた温度に維持するように作動する 。

チャンバ２０の周りの局部的に冷却された部位における気化された冷媒の凝縮と 、温度制御回路２ｏの制御の基で加熱される液状の冷媒１２０の再気化とのサイ クルは、キューベット３２が温度制御装置１０にまたは流体６８がキューベット ３２の中に加えられつつ連続する。上記のサイクルにより生した局所的な熱は、 温度制御装置１０の他の部位を過剰に加熱することなく、局所的な冷却部位の近 傍に最大の熱を与える。温度制御装置１０の各キューベット３２に与えられる局 所的な加熱は、特に、発明の背景の項において記載したようにこの技術分野にお いて知られている空気および水浴技術に比べて非常に速くかつ正確である。

Ｆ／θ／ 国際調査報告 一一一・−ムーー嘲−ＰＣＴ／υＳ　８７１０１６２１ＡＩＮＮＥＸ　Ｔｏ　Ｔ ＨＥ　ＩＮτＥＲＮＡＴＩＯＮＡＩ−５ＥＡＲＣＨＲＥ？ＯＦ’−Ｔ　ＣＮｆｏ ｒ　ｍｏｒｅ　ｄ＆ｔａｉｌｓ　ａｂｏｕｔ　ｊｈｘｓ　ｌｌｌ’ｌｌ’ｌｌ！ Ｘ　！

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）複数の試料用キューベットを受けるように適合された複数の部位のために 温度制御された環境を提供する装置であって、冷媒が収容された、熱伝導性の閉 鎖されたチャンバと、前記試料用キューベットを受けるために前記チャンバに固 定された手段と、前記チャンバに熱的に接触されたヒータと、前記チャンバに熱 的に接触された感知手段とを含む、温度制御装置。 （２）前記チャンバは環状である、請求の範囲第（１）項に記載の温度制御装置 。 （３）前記チャンバに固定された手段は前記チャンバに固定された複数のポスト を備え、隣り合うポスト間の空間は前記キューベットを受けるように適合されて いる、請求の範囲第（１）項に記載の温度制御装置。 （４）前記チャンバに固定された手段は、前記キューベットを支持する側部部材 をさらに含む、請求の範囲第（３）項に記載の温度制御装置。 （５）前記側部部材は、隣り合う前記ポスト間の前記空間を通る光学的通路を規 定する複数の開口を含む、請求の範囲第（４）項に記載の温度制御装置。 （６）前記チャンバは円形の内面と円形の外面とを含み、前記ヒータは前記内外 画の一方に配置されている、請求の範囲第（２）項に記載の温度制御装置。 （８）前記ヒータは前記チャンバの内側に配置されている、請求の範囲第（１） 項に記載の温度制御装置。 （９）前記感知手段は前記チャンバの内側に配置されている、請求の範囲第（１ ）項に記載の温度制御装置。 （１０）前記チャンバはハブに支持されており、該ハブはこれの中心に温度制御 装置を支持しかつ回転させるシャフトを受けるように適合された開口を含む、請 求の範囲第（２）項に記載の温度制御装置。 （１１）複数の試料用キューベットを受けるように適合された複数の部位のため に温度制御された環境を提供する装置であって、冷媒が収容された、熱伝導性の 閉鎖されたチャンバと、前記チャンバに固定された熱伝導性の複数のポストであ って隣り合う前記ポスト間の空隙に前記試料用キューベットを受けるように適合 された複数のポストと、前記チャンバに熱的に接触されたヒータと、前記チャン バに熱的に接触された感知手段とを含む、温度制御装置。 （１２）前記キューベットを支持するために前記ポスト間に側部部材をさらに含 み、前記側部部材は隣り合う前記ポスト間の空間を通る光学的通路を規定する複 数の開口を有する、請求項（１１）に記載の温度制御装置。