JPH0217448A - 空気式検出方式 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、医学分野での分析検査に用いられる空気式検
出システムに関し、詳述すれば、容器内での液体試料の
有無、液体試料の液面の位置（レベル）検出、液体試料
の搬送におけるエラーなどを、空気圧を利用して検出す
るシステムに関する。

（従来の技術） 容器に入っている導電性液体の液面レベルを検出するの
に、適当なセンサー手段をその液体に接触させて、液体
の容量（キャパシタンス）もしくは導電性を測定するこ
とでそれを行っていることが知られている。殊に、容量
計測式レベル検出システムでは、少なくとも先端が導電
性を晶するピペットと、液体容器の下方に設ける導電性
ベース板とを用いる必要がある。導電性計測式レベル検
出システムでは、一対の電極を用いて、両者間に介在す
る液体の導電性を検出するのではあるが、一方の電極は
ピペットで構成されている。いずれにしても、検査対象
物としては導電性液体でなければならず、また、検出さ
れる電気信号は非常に微少なものであり、しかも、外部
電子回路からのノイズに左右され易いことから、電極と
しては、非常に感度の高いものが要求されている。また
、蛋白質や、塩分、その他の汚染物質が導電性検出部材
に堆積すると導電性が減少するが為に、測定結果が不正
確になることがある。一般に、導電性検出部材としては
、経済上の問題から、一つの試料につき一四限り用いる
のではなくて、複数の試料に対して何回も再使用する必
要がある。従って、容量計測もしくは導電性計測システ
ムで複数の試料に対して同一ピペットを用いると、その
ピペットに付着したある試料が他の試料に紛れこむなり
に、試料汚染の問題が起こる。

容量計測システム及び導電性計測システムにおける他の
問題点としては、レベルの検出対象になっている液体試
料の表面に気泡があると、レベル検出の判定結果が不正
確になることがある。容量計測システムでは、気泡との
接触による容量の変化が、実際の液面との接触による容
量の変化とよく似た挙動を示すので、両者を正確に識別
することはできない。導電性計測システムでさえ、液体
試料の表面上もしくはその近くにある気泡が示す導電性
を、実際の液面による導電性であるものと誤って判断し
易い。

更に、例えば大量の血液を検査する操作Ｃごおいてよく
あるように液体の搬送をモニタすることは、容量計測シ
ステムや導電性計測システムのいずれを用いても非常に
困難である。一般に、電気的モニタシステムは、融通が
効かないものが多く、搬送エラーの検出には限度があり
、大概の場合、吸液ないし分注操作における搬送エラー
検出は、現在の技術では不可能である。

（発明の構成） 本発明は、医学分野での分析検査に用いられる試験管な
どの容器内での液体試料の有無、液体試料の液面の位置
（レベル）検出、液体試料の搬送中でのエラーなどを、
空気圧を利用して検出するシステムに対してなされたも
のである。本発明においては、チューブ内の空気を非常
に敏感な圧力トランスジューサを介して試料回収ピペッ
トへと、圧縮空気源の作用で送り込むようにしている。

そこで、液体試料の表面にピペットが接近して、やがて
接触すると、ピペット、強いては、チューブ内に僅かな
背圧が発生し、それに伴う圧力変化が圧力トランスジュ
ーサにより検出されるから、試料の液面レベルを求める
ことができると共に、検出した液面レベルに応じて、ピ
ペットの次の動きを制御することができる。その場合、
背圧は、ピペットを流れる空気の量と速度の関数関係を
示す。

本発明による空気式検出システムは、−回の使用毎に使
い捨てする、通常の低廉なピペットを用いるようになっ
ているから、容量計測システムや導電性計測システムに
おいて見られた物質堆積に伴う問題点や、汚染物質の混
入に伴う問題点を解消することができる。また、本発明
において用いる空気の流れが表面上の気泡に応答するよ
うなことはないから、表面における気泡に起因するレベ
ル判定の不正確さも無くすことができる。更に、従来の
容量計測システムや導電性計測システムでは、試料とし
ては導電性を呈するものでなければならないのに対して
、本発明の空気式検出システムは、例えば蒸留水とかの
導電性を呈しない液体試料についても、その液面レベル
検出に用いることができる。

更に、本発明のシステムでは、システムにおける圧力漏
れを視覚的、あるいはその他の方法で瞬間的に表示する
ことにより、吸い込んだ試料と分注した試料の無傷性（
ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）を検査したり、試料の廃棄の原因
となる試料における凝集や気泡に起因する試料の非均質
性を検査することもできる。これは、被検体である液体
試料を所定の標準値と比較するために吸液ないし分注（
ａｓｐｉｒａｔｊｏｎａｎｄｌｏｒ　ｄｉｓｐｅｎｓｉ
ｎｇ）　シているから、圧力または真空度を時間の関数
としてモニタすることにより達成できる。斯る分析検査
の際に異常が検出されたとすれば、それは分注操作（ｐ
ｉｐｅｔｔｉｎｇ）上の誤操作を意味する。

本発明は、所定量だけ吸液すべき液体試料の有無と、そ
の表面レベルの検出並びに液体試料の搬送のモニタを行
う空圧システムを対象としている。

本発明の目的は、前述の空圧システムであって、ピペッ
トからなり、液体試料に対して近接、離間自在な吸液手
段と、該吸液手段と連動して、ピペットが液体試料に近
接する方向へ下降すると、その液体試料の表面レベルを
空圧利用により検出するレベル手段と、検出した鏡面レ
ベルに応じて、所定量の液体が吸液されるのに要する距
離だけピペットを液体試料に移動させる移動手段とから
なる空圧システムを提供することにある。

本発明の別の目的は、前述の空圧システムであって、ピ
ペットに接続した二方向給送手段と、該給送手段と連動
して、ピペットが液体試料の表面に近接すると共に、そ
の表面と接触するにつれて、システムに発生した背圧を
検出する背圧検出手段とを備えた空圧システムを提供す
ることにある。

本発明のまた別の目的は、その後に行われる液体搬送を
モニタし、その搬送操作において搬送エラーがあるかど
うかを検出する方法を提供することにある。

更に、血液銀行や血漿センターなどの医療関係施設にお
いて大量の血液スクリーニングを行うに当たって用いら
れる航述のシステムを提供することも、本発明の目的の
一つである。この場合では、例えば、１００人の患者な
いし献血者の各血液試料について上程の分析検査を行う
とすれば、−時間に７００の検査結果が得られる。

以後、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施
例を詳述する。

（実　施　例） 添付図面を参照するとして、本発明の空気式検出システ
ムを用いて液体試料の検査を行う様子を、第１図に概略
的に示す。第１図において、ＩＯは、水平面において二
軸方向（Ｘ軸およびＹ軸方向）に複数の操作ステーショ
ンＩ、　ｎ、ＩＩＩ、　ＩＶ間で移動自在であると共に
、各操作ステーションにおいては、上下動自在な移送台
であり、これは従来公知の°’Ａｓｙｍｃｅｋ　Ａｕｔ
ｏｍｏｖｅ　Ｍｏｄｅｌ　・２０１”であっても良い。

操作ステーション■には、公知の低廉な使い捨て式ビベ
ッ［４を複数植立した、従来公知構成のトレー１２が配
置されており、操作ステーション■には、例えば血液と
かの量の異なる検査すべき試料（被検体）１９が入って
いる試験管ないし容器１８が複数植立されているトレー
１６が配置されている。操作ステーション■には、各試
料につき一種かそれ以上の試薬を含有すると共に、操作
ステーション■から搬送した一部の試料を分注する所定
配列の反応ウェル２２を備えた分析トレー２０が配置さ
れている。操作ステーション■には、使用済みピペット
を回収する回収容器２４が配置されている。移送台１０
には、操作ステーションＩでそれぞれのピペット１４を
ピックアップし、その後、操作ステーションＩ、［１１
を経て操作ステーション■において回収容器２４に放出
されるまで、当該ピペット１４を把持する適当なマニビ
ュレータ２６と、例えばハミルトン社製の”Ｍｉｃｒ。

Ｌａｂ　Ｍ”の如きの給排ポンプ３２（第２図）で構成
された二方向空圧源３０から延在する、好ましくは０．
０３インチ直径のプラスチック製チューブ２８とが設け
られている。このチューブ２８は、移送台ＩＯに設けた
接続具を介してマニピュレータ２６に空気瀾れが起こら
ないように接続されていると共に、ピペット１４がマニ
ピュレータ２６に把持されていると、そのピペット１４
もマニピュレータ２６を介して、従来公知の態様で気密
状態に自動接続される。尚、移送台１０を駆動したり、
マニピュレータ２６を操作するのに要する機構や電気制
御回路などは、本発明が対象とするものではないので、
ここでは説明しない。

本発明による圧力検出システムの好ましい実施例を第２
図に示す。図示のシステムでは、移送台１０におけるマ
ニピュレータ２６がピペット１４を把持すると、チュー
ブ２８を介して当該ビペ／［４を空気源３０と接続する
が、チューブ２８の途中にはボートを三つ備えた丁字形
接続具３４が介装されている。この接続具３４のボート
の内、二つのボートはチューブ２８に接続されているが
、残りのボートには、例えば”　Ｓｅｎｓｙｍ　Ｅｖａ
ｌ、　ＫｉＬＭｏｄｅｌ　５ＣＸ−Ｅｌ”に含まれてい
る圧力トランスジューサ３６が接続されている。３８は
、ビデオ表示装ｅ４０を備えたモニタないしコントロー
ラであって、データを収集したり、所望の検査プログラ
ムを走らせたりするものである。図示のシステムに適し
たコントローラ３８としては、”Ｍｅｔｒａ−Ｂｙｔｅ
−ＤＡＳＨ８Ａ／Ｄ　（アナログ・デジタル変換器）Ｈ
をインスト−ルしたＩＢＭ社製の”ＰＣ／ＸＴ”が考え
られる。

このコントローラ３８とトランスジューサ３６とは、例
えば”Ｍｅｔｒａ−Ｂｙｔｅ　ＥＸＰ−１６Ｍｕｘ”の
如きの適当なインターフェース４２を介して相互接続さ
れている。接続の仕方は公知であり、トランスジュサ３
６とインターフェース４２との接続およびインターフェ
ース４２とコントローラ３８との接続には、それぞれ接
続ケーブル４４．４６を用いて行う。また、図示してい
ないが、コントローラ３８は、移送台１０並びにポンプ
３２とも、例えば°’Ｒ５−２３２Ｃ”の如きの接続ケ
ーブルを介して、それぞれの動作を制御すべく接続され
ている。

以後、第２図に示した空気式検出システムを用いて行う
、第１図の各サイクルの検査操作の手順の一例を詳述す
る。検査操作としては、血液銀行や血漿センターなどの
医療施設における伝染病ないし大量の血液型のスクリー
ニングが考えられる。

この場合での、本発明の実施例による空気式検出システ
ムは、１時間当たり１００人の患者の血液サンプルにつ
いて上程の検査を行うことができる、即ち、１時間当た
り７００の検査結果を得ることができる。

まず、コントローラ３８の制御の下で、移送台１０を操
作ステーション■へ定置させると共に、未使用のピペッ
ト１４が植立されているトレー１２の上方に来るように
する一方、それと同時に、給廃ポンプ３２全コントロー
ラ３８の指令により圧縮モードに設定して、空気が大気
からチューブ２８に吸い込まれるようにする。その後、
移送台ＩＯを下降させて、マニピュレータ２６がどれか
選ばれたピペット１４と係合すると共に、それを把持す
るようにせしめる。マニピュレータ２６がピペット１４
を把持すると、移送台１０を上昇させて操作ステーショ
ン■へと移動させる。移送台１０が操作ステーンヨン■
へ移動すると、マニピュレータ２６に把持されているピ
ペット１４は第３図に示すように、トレー１６における
いずれかの試験管１８の直上にあり、他方ではポンプ３
２をコントローラ３８により圧縮モードで作動させるこ
とで、トランスジューサ３６、そしてチューブ２８を介
して空気を徐々と送り込み、移送台１０が操作ステーシ
ョン■において試験管１８に向かって降下させられると
同時にピペット１４がら空気が噴き出すようにする。ポ
ンプ３２としては、定の空圧を醒し出すことの出来るも
のである。移送台１０の下降に伴ってピペッ）１４が第
４ａ図に示すように試験管１８ないの試料１９と接触す
ると、チューブ２８に背圧が発生し、これがトランスジ
ューサ３６に検出される。

トランスジューサ３６により検出された背圧、即ちチュ
ーブ２８内の圧力変動を表す信号は、インターフェース
４２を介してコントローラ３８に供給されるので、コン
トローラ３８は、第４ｂ図に示すようにピペッ１−１４
を上昇すべく、移送台１０に命令を送る一方、ポンプ３
２に対してチューブ２８などの系に残留している空気を
排出するように命令を送る。その後、ピペット１４を同
じ試験管１８内の試料１９に向かってもう一度接近する
ように移送台ＩＯを下降させるが、その時の移動量（距
離）は、その試料１９の検出液面レベルと、第４ｃ図に
示すように試験管１８内の試料が所定量だけ吸液される
のに要する所定距離との合計に等しい。このようにピペ
ット１４が試料内に前記距離だけ浸漬されると、ポンプ
３２が排気モードで作動して、ピペット１４が所定量の
試料１９を吸入するのに要する真空をチューブ２８内に
発生させる。かくて、ピペット１４には、所定量の試料
１９が吸液されるのである。

その後、移送台１０を上昇させて次段の操作ステーショ
ン■へ移動させる。すると、所定量の試料１９が吸入さ
れているピペット１４が分析トレー２０の上方へ来て、
所望数の反応ウェル２２に所定量の試料１９を滴下する
。試料１９を滴下すべき反応ウェル２２の数は、行うべ
き検査の種類の数に応じて選択されるものであり、また
、試料の滴下はポンプ３２が醸し出している真空を減少
するか、あるいはそれを解消させれば達成できる。

試料の滴下後、操作ステーション■へ移送台１０を移動
させて、マニピュレータ２６により使用済みピペット１
４を移送台ＩＯから外して、回収容器２４に放出する。

これで、■サイクルの操作が終るのではあるが、トレー
１２に置かれたピペット１６の数に対応して前述のサイ
クルを繰り返せば、総ての検査が終るのである。

ところで、空の試験管、ないし検査をするにしては少な
すぎる量の試料が入った試験管がトレー１６に置かれる
場合が考えられるが、これに対しては、ピペッ１−１４
が試料を吸入しないで移送台ＩＯと共に前述の所定距離
だけ下降させられると、その場合での検査は行わないも
のとして、移送台ＩＯを上昇させて、隣接する試験管１
８内の試料１９について前述の操作を行うように、コン
トローラ３８のプログラムを設定しである。

第５ａ図から第５ｆ図までは、実施例のシステムによる
検出結果がビデオ表示装置４０に写し出されたところを
示すグラフである。殊に、ＭＳａ図、第５ｃ図、第５ｅ
図を見れば、試料の正常吸液から正常分注にかけて、本
発明のシステムが無傷の状態にある、即ち、正常状態に
あることが視覚的に判断できるのは明らかである。空圧
が徐々を供給されているピペット１４が試料１９の液面
と接触し、その結果背圧が発生した様子は、第５ａ図に
おいて４８をもって示しである。第５ｄ図に示すように
吸入されているか、または、第５ｆ図に示すように分注
されている試料の一部に、凝集物ないし気泡が含まれて
いると、その試料は非均質なものであるから、その非均
質性は、第５ｄ図と第５ｆ図においてそれぞれ５０．５
２を以て示したように、波形に単発スパイクが発生する
のが、表示装置４０上に見られる。このような試料に対
しては、検査を止めるか、またはやり直すようにしても
良い。更には、吸液操作時に気漏れが起こると、負圧な
いし真空度が減少してしまうことになるが、これはトラ
ンスジューサ３６に検出されるので、コントローラ３８
を介して、第５ｃ図において点線５４で示したように圧
力、上昇を示す波形が表示装置４０に表される。

従来用いられている容量計測システムや導電性計測シス
テムとは異なって、本発明による空気式検出システムは
、試料での気泡の存在に起因して液面レベル判定が誤る
ようなことはない。しかし、液面レベルを検出しようと
している試料の表面に気泡があると、表示装置４０の表
される波形には、第５ｂ図に示すように、スパイク５６
が連続して起こる。このように試料の表面に気泡がある
と、容量計測システムや導電性計測システムでは、誤っ
たレベルが計測されるのに対して、本発明の空圧システ
ムではそのようなことは起こらない。

尚、添付図面に示した実施例について本発明を詳述した
が、当業者にはこの他に変形や改変が容易に考えられる
。そのような変形や改変は、本発明の真髄から逸脱しな
い限り、本発明に含まれるものと解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による空気式検出システムを用いて試料
の検査を行う方法を示す説明図、第２図は本発明の空気
式検出システムの概略説明図、第３図は第１図に示した
操作ステーション■においてピペットが試験管の液面を
検出するところを示す説明図、第４ａ図、第４ｂ図及び
第４ｃ図は試料の吸液に先立って液面レベルを検出する
態様を順に示す説明図、第５ａ図と第５ｂ図とは二つの
試料のそれぞれの液面レベルを検出している時に、表示
装置に写し出されたグラフを示す図、第５ｃ図、第５ｄ
図、第５ｅ図及び第５ｆ図は、正常吸液および分注操作
時に表示装置に写し出されたグラフを示す図である。 １０・・・移送台、１４・・・ピペット、１８・・・試
験管、１９・・・試料、 ３０・・・空気源、３２・・・給排ポンプ、３６・・・
圧力Ｉ・ランスジューサ、 ３８・・・コントローラ、４０・・・ビデオ表示装置、
４２・・・インターフェース。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）所定量吸液すべき液体の液面レベルの有無を自動的
   に検出する方式であって、液体試料に近接したり、そこ
   から遠ざかったりし得る吸液手段と、該吸液手段と連動
   して、吸液手段が液体に近接する方向へ下降すると、そ
   の液体の液面レベルを空圧利用により検出するレベル手
   段と、検出した液面レベルに応じて、所定量の液体が吸
   液されるのに要する距離だけ吸液手段を液体に移動させ
   る移動手段とからなることを特徴とする方式。 ２）前記吸液手段がピペットからなり、また、該ピペッ
   トと接続されていて、このピペットが前記液体に近接移
   動しているときに低圧空気流を醸し出す二方向空気供給
   手段と、該空気供給手段と連動していると共に、前記ピ
   ペットが液面に近接するに伴ってピペットに発生する背
   圧を検出する圧力トランスジューサとが更に設けられて
   いることを特徴とする、請求項１に記載の方式。 ３）前記応答手段が、前記トランスジューサと接続され
   、ピペットの移動と前記空気供給手段の動作とを制御す
   るコントローラからなることを特徴とする、請求項２に
   記載の方式。 ４）互いに接続したトランスジューサとコントローラと
   が、前記液体の吸液時に系における異常を検出するよう
   になっており、また、前記コントローラに、前記系の無
   傷性を視覚的に表示する表示装置が備わっていることを
   特徴とする、請求項３に記載の方式。 ５）液体の有無を自動的に検出すると共に、所望量の前
   記液体を自動的に吸液する装置における空圧式レベル検
   出方式であって、 ピペット手段と、 該ピペット手段を液体に対して接近、離間するように垂
   直方向に移動させる移動手段と、前記ピペット手段と接
   続されていて、ピペット手段が前記液体の液面に近接移
   動している時に、そのピペット手段を流れる低圧空気流
   を自動的に醸し出す二方向空気供給／真空手段と、 前記空気供給／真空手段と移動手段とに連係していると
   もに、前記ピペット手段の液面への近接に伴って空気供
   給／真空手段に生ずる背圧の発生に応答して、 （ａ）前記移動手段をして前記ピペット手段を自動的に
   上昇させる傍ら、前記空気供給／真空手段をして前記ピ
   ペット手段から残りの空気を自動的に排気せしめると共
   に、 （ｂ）所定量の液体を吸液するのに要する所定移動距離
   と検出した液面レベルとの和に等しい距離だけ、前記移
   動手段をして前記ピペット手段を自動的に下降せしめ、 （ｃ）前記空気供給／真空手段をして真空を発生せしめ
   て、所望量の前記液体を前記ピペット手段に自動的に吸
   入させるべく作用するトランスジューサ／コントローラ
   からなることを特徴とする方式。 ６）前記トランスジューサ／コントローラが、吸液して
   いる液体の一部における漏れ、凝集物ないし気泡の存在
   などの問題を視覚的に瞬間表示して、系の無傷性を明示
   する表示装置を備えていることを特徴とする、請求項５
   に記載の方式。 ７）前記空気供給／真空手段が給排ポンプからなること
   を特徴とする、請求項５に記載の方式。 ８）一端が解放端になっている複数の筒状容器に入れら
   れている血液サンプルを検査する血液検査装置であって
   、 血液サンプルの一部が分注される反応ウェルが複数形成
   されている分析トレーと、 複数のピペットと、 いずれか一つのピペットをピックアップする第１位置、
   前記容器の上方における第２位置、前記分析トレーの上
   方における第３位置、使用済みのピペットを放出する第
   ４位置との間を移動自在な移送台と、 該移送台が前記第２位置へ移動させられると、いずれか
   のピペットにより血液サンプルの存在を検出すると共に
   、その吸液を制御し、また、前記移送台が前記第３位置
   へ移動させられると、１つかそれ以上の前記反応ウェル
   に吸液した血液サンプルを分注する空圧システムとで構
   成された装置にして、 前記移送台が、ピペットをピックアップするためと、血
   液サンプルの液面レベルが変動しても、その血液サンプ
   ルを吸液し得る状態に前記ピペットを設定するためと、
   吸液した血液サンプルを前記反応ウェルに分注するため
   にの垂直方向および水平方向へその移送台を移動させる
   移動手段を備えており、また、 前記空圧システムが、ピペットが容器と垂直方向に心合
   わせされたときにそのピペットを下降させる初期段階に
   、当該ピペットに低圧空気流を醸し出す二方向空気供給
   手段と；前記移動手段と前記空気供給手段の制御手段と
   ；前記空気供給手段に連係しているともに、前記制御手
   段と接続され、前記ピペットが容器内の血液サンプルに
   近接するに伴って血液サンプルの液面から発生する背圧
   を検出する圧力トランスジューサとからなり、而して、
   背圧の検出に伴って前記移送台制御手段が、 （ａ）前記移動手段をして前記ピペットを自動的に上昇
   させる傍ら、前記空気供給手段をして前記ピペットから
   残りの空気を自動的に排気せしめると共に、 （ｂ）その後、所定量の血液サンプルを吸液するのに要
   する所定移動距離と検出した液面レベルとの和に等しい
   距離だけ、前記移動手段をして前記ピペットを自動的に
   下降せしめ、 （ｃ）前記空気供給手段をして真空を発生せしめて、所
   望量の前記血液サンプルを前記ピペットに自動的に吸入
   させるべく作用するように構成したことを特徴とする血
   液検査装置。 ９）前記空気供給手段が給排ポンプからなることを特徴
   とする、請求項５に記載の方式。１０）前記移送台が前
   記第３位置にあると、前記空気供給手段が制御手段によ
   り、吸液したサンプルを一つかそれ以上の反応ウェルに
   分注すべく、前記真空を減少するように制御されるよう
   にしたことを特徴とする、請求項８に記載の方式。 １１）相互接続した前記圧力トランスジューサと制御手
   段とが、サンプルの吸液と分注時に、漏れないし血液凝
   集の有無などの系における異常を検出するようになって
   おり、それにより系の無傷性が確認出来るようになって
   いることを特徴とする、請求項１０に記載の方式。 １２）前記制御手段に、前記系の無傷性を視覚的に表示
   する表示装置を備わつていることを特徴とする、請求項
   １１に記載の方式。