JPH03503137A - 溶液混合装置 - 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】 溶液混合装置 本発明は、最低２つの入口管路と１つの出口管路とを有する混合チャンバを備え る溶液混合装置に関する。

化学および生化学の分析工程の多くは、２つまたはそれ以上の正確な所定量の溶 液を混合し、液体成分の特徴から導かれる反応結果を観察することにより行われ る。

分析すべき溶液の特徴は多数のパラメータに応じて変化し、完全な分析は通常何 百という独立した測定を要するため、手動による液体の混合は極めて時間を要し 、面倒であることが明らかである。更に、手動による混合には問題のある面があ り、第１に量的に不正確な混合となり、第２に混合および不安定な材料での測定 工程に長時間を要するためである。デッドタイム（ｄｅａｄ　ｔｉｍｅ　）すな わち混同と分析開始との間の時間は最低でも５秒必要であるため、非常に早い反 応は全く分析できない。全体の分析量および極めて高価なこともある液体を減少 することは手動による混同では実現できない。

従来の機械的な液体混合装置は、例えばそれぞれ液体を収容する２つのシリンジ を備え、これらの内部の液体は混合チャンバ内に同時に噴射され、乱流により混 合され、この後、キュベツトに送られる。この方法ではデッドタイムは５ミリ秒 よりも短くできる。液体を十分混合するため、比較的高圧の下で液体を混合チャ ンバ内に噴出しなければならない。混合チャンバ内の高い背圧により、滴定の正 確性が減少し、別個の液体および量が大きく異なる液体を混合しなければならな い場合には、これは極めて不利である。したがって、１：５０の容積差のものを 正確に混合することはできない。粘度が異なる液体の混合は、所要の均質状態（ ｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ　）に達することができないことがしばしばある。

したがって本発明の目的は、粘度が非常に異なる少量の液体を迅速に混合する装 置を得ることにある。この目的は請求項１記載の特徴により解決される。

本発明の本質的な利点は、積極的に混合するという基本原則（ａｃｔｉｖｅ　ａ ＋１ｘｌｎｇ　ｐｒｌｎｃｌｐａｌ　）により液体を高圧で噴出する必要がなく 、これにより基本的に一定の滴定精度を保証し、極めて高い混合比（１：　２０ ００まで）が得られる。本発明による分割シア一方向流（ｃｌｅｆｔ　５ｈｅａ ｒ　ｆｌｕｘ）により、粘度の全く異なる液体を問題なく混合することができる 。本発明によれば、混合チャンバ内に混合ヘッドを配置することで、デッドボリ ューム（ｄｅａｄ　ｖｏｌｔ＋ｍｅ　）が更に減少され、高価な物質の分析コス トが低減される。

以下、本発明の好ましい実施例について説明する。これは特に酵素の反応速度定 数（ｋｉｎｅｔｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔｓ　）を測定するのに特に適している。

第１図は本発明による混合チャンバの好ましい実施例を図式的に示し、 第２ａおよび２ｂ図は第１混合領域におけるシア一方向流の形成を示し、 第３図は本発明の好ましい実施例の装置の断面図を示し、第４ａおよび４ｂ図は 第２キユベツトの軸方向および半径方向の断面図を示し、 第５図は本発明による自動的に酵素の反応速度定数（ｅｎｚｙｔｉｅ　ｋｉｎｅ ｔｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔｓ）を測定するための装置の配置を示し、第６図は混 合装置の対応するコントローラと接続を示す。

第１図は本発明の基本的な配置を図式的に示す。閉じた混合チャンバ１内には混 合ヘッド２が配置され、この混合ヘッドは回転軸Ｒの回りを回転可能で、混合チ ャンバ１の内壁に回転対称の分割混合領域（ｃｌｅｆｔ　Ｉｌｉｘｉｎｇ　ａｒ ｅａ　）　３が形成される。混合チャンバ１の内側および混合ヘッド２は第１図 に示すように同軸の垂直なシリンダとして形成されている。例えば円錐形状、一 部を円錐形状とした他の回転対称形状も用いることができる。混合チャンバ１は 一端に例えば４本の供給管路１１，１２，１３．１４を有し、これらの管路から それぞれ異なる液体（酵素反応速度測定法によると、これらは酵素、基質、緩衝 剤および活性化剤／阻害剤である）を矢印Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの方向に沿って第１混 合領域３内に連続的に噴出する。供給管路１１，１２，１３．１４は全て同じ高 さで、周部に沿って等間隔で混合チャンバ１内に入るのが好ましい。噴出圧力は 軸線方向流（矢印Ｅ）を形成し、この軸線方向流は混合ヘッド２の回転に基づき 、接線方向流に重なる。

全体的な結果として分割混合領域３内でシア一方向流（ｓｈｅａｒ　ｆｌｕｘ） となり、例えば管路１１からの１の噴出された微量容積（ｖｏｌｕｍｅ　ｅｌｅ ｍｅｎｔ）は主として混合ヘッド２の回りに螺旋状の動き２４を形成し、これに より他の液体と混合される。

正確な混合を確保するため、混合ヘッド２の速度は液体の軸線方向流速よりも早 くなければならない（２０倍の早さに達する）。

第２ａ図は混合領域３の入口部を通る拡大した軸線方向断面図を示す。管路１１ を介して噴出された所定の微量容積２１はほぼ軸線方向流の断面２２を示す。第 ２ｂ図は混合領域３の入口部を介する半径方向断面を示し、微量容積２１の瞬間 的な接線方向断面２３を示す。

第１混合領域３内における上記中空シリンダ状のシア一方向流は流れを最小に減 速し、したがって従来の受動式の混合装置とは異なり液体を低圧で噴出すること ができる。これにより、噴出された液体は十分な精度で１　：　２０００の容積 割合まで正確に制御することができる。混合工程は混合領域で均一に生じるため 、粘度およびコンシスチンシー（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ　）の異なる液体の混 合体を問題なく形成することができる。混合ヘッド１内における混合ヘッド２の 配置で、装置全体のデッドボリュームを非常に小さくすることができる。

混合ヘッド２の軸線方向長さは混合チャンバ１より短いことが好ましく、したが って第２混合領域４が形成され、この内部には混合ヘッド２の回転で形成された 乱流がすでに形成されており、更に液体を混合させる。この乱流を強めるために 、混合ヘッド２の底部は特別の突起を有し、混合チャンバ１の底部６は溝を有す る。底部６の中央には出口孔１５が配置され、この出口孔を介して液体が温容チ ャンバ１からでる。

混合チャンバが多数の出口孔を有してもよいことが理解される。

第３図はシステム１０内における上記混合チャンバの配置を示す。外側カバー４ １は内側ケース４２を囲み、この内側ケースは混合チャンバ１を形成するシリン ダ状の内孔を有する。混合チャンバ１から分離した状態で、内側ケース４２はモ ータ３２と結合された駆動磁石３１とを内包する。混合ヘッド２は例えば不活性 材料で覆われた磁石であり、この磁石は他の磁石３１により同じ回転軸Ｒ上で駆 動される。駆動磁石３１を引くと、磁性の混合ヘッド２が混合チャンバ１の上部 に引かれ、これにより混合ヘッドとカバーとの間に薄い液体のフィルムが形成さ れ、この液体が潤滑剤として作用する。

外側カバー４１と絶縁された内側チャンバ４２との間にはサーモスタット付きチ ャンバ（ｔｈｅｒｍｏｓｔａｔｅｄ　ｃｈａｍｂｅｒ）　４３が配置され、混合 する液体は接続ピース４４を介してサーモスタット付きチャンバ４３内に送られ 、このチャンバには混合チャンバ１へのサーモスタットで制御された水（ｔｈｅ ｒａ＋ｏｓｔａｔｅｄ　ｗａｔｅｒ）が充填される（図には一本の供給管路１１ だけを示す）。サーモスタットで制御された水は同時にモータ３２で発生した熱 の冷却用として作用する。混合体は出口］５を介して排出され、接続ピース５２ を介して流通型キュベツト（ｆｌｏｗ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｃｕｖｅｔｔｅ）　５ １に流れる。混合体の種々の物理的および化学的パラメータが通常の分析装置（ すなわち光学的および電気的工程により）キュベツト５１内で測定することがで きる。混合体はキュベツト５１を流れ、他のコネクタ５３および管路５４を介し てサーモスタット付きチャンバ４３から第２キユベツト６２に入り、この内部で 他の測定部材６１により更に他の測定を行うことができる。混合体はチューブ１ ６およびコネクタ４４を介して排出される。コネクタ５２．５３により、外側シ ェル４１内に多くの別個のキュベツト５１を挿入することができる。

第２キユベツト６２の構造が第４ａおよび４ｂ図に示されている。第４ａ図は軸 線方向断面図を示し、第４ａ図は外側カバー４１および結合されたキュベツト６ ２を介する半径方向断面図を示す。測定プローブ６１を交換可能とするために孔 ６４が設けられている（第３図と比較）。プローブ６１を所定位置に配置するこ とにより、孔６４が閉じられ、混合体は供給管路５４とコネクタ６３とを介して キュベツト６１に送られ、横方向開口６５を介して開口６４をでる。

第２混合領域４の容積はキュベツト５１の１に対応するのが好ましい。これは緩 衝領域を形成し、この領域内で非連続的に少量の液体が添加されても均質な混合 が行われる。第２混合領域４の容積に適合させ、第１混合領域３の分割サイズ（ ｃｌｅｆ’ｔ　５ｉｚｅ）を変化するため、複数の混合ヘッドを列状に配設する ことが考慮され、これは混合チャンバ１を開くことにより簡単に交換できる（す なわち第３図に示すように基部６の除去は共にねじ止めされた外側ケース４１を 除去することでもある）。作動中における第１混合領域３内の分割サイズを確実 に一定とするため、軸線Ｒが垂直となるように本発明の装置を配置することを推 奨する。装置のどの部分が上にくるかは重要でない。装置への液体の流れは重力 ではなく、噴出圧力に従うため、図面中に選択された図示は任意のものである。

本発明の混合装置は特に酵素反応定数（ｅｎｚｙｍｅ　ｋｉｎｅｔｉｃｃｏｎｓ ｔａｎｔｓ　）の自動分析に有用であり、この場合には通常何百という単独測定 が必要である。第５図は配置例を示し、この場合にはキュベツト５１を含む本発 明の混合装置１０は通常の分析装置１０１内に配置される。本発明の装置は、通 常の装置を使用できるように形成することができる。制御ユニット１０２からの 混合する液は周部のチューブ７１の内部の種々の供給管路を介して装置１０のコ ネクタピース４４に至る。制御ユニット１０２はサンプルチャンバ１０５を有し 、液体はこのサンプルチャンバから吸引シリンジで負荷される。

シリンジの胴部には例えばステッパモータが設けられ、したがって各測定毎に必 要な液体量がチューブ７１を介して装置１０の混合チャンバ１内に正確に送られ る。サンプルチャンバ１０５には更に自動サンプラーを設けてもよく、したがっ ていずれかの成分（ｃｏａ＋ｐｏｎｅｎｔｓ）が各一連の測定で自動的に交換で きる。分析が制御され、それぞれ周辺機器を備えたコンピュータ１０４で分析さ れる。装置１０３は上述のサーモスタットで制御された水を備える。

第６図は制御ユニット１０２の背面を示し、混合装置１０への可撓性チューブ７ １を備える。このチューブを介して４本の供給管路１１．１２，１３．１４と、 分析済混合液の戻り１６と、温度センサ（図示せず）の電気結合ピース１０８と 、駆動モータ３２の電力線路１０９と、サーモスタットで制御された水をサーモ スタット付きチャンバ４３に送るフィ−ダ管路１７とを備える。管路７１内にお けるサーモスタットで制御された水の戻りは、供給管路内の液体がサーモスタッ トで制御された水で囲まれるように開放状態で流れるのが好ましい。これは、各 成分を極めて正確な温度で制御する。

Ｆｉｇ、　１ Ｃ） 口 国際調査報告 ｌｍｍＡａｌ−Ａ−＾ｅａｓｋ、　ＰＣＴ／ＬＩＳ８９”ｎ３４６

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも２つの溶液入力部（１１，１２，１３，１４）と１つの出口ポー ト（１５）とを有し、内部に回転アクセル（Ｒ）が示される混合チャンバ（１） と、混合ヘッドとを備え、混合チャンバおよびヘッドは少なくとも回転対称の混 合領域を形成する形状を有し、この混合領域内で回転する混合ヘッドがシアー方 向に混合（ｓｈｅａｒ　ｍｉｘｉｎｇ）することを特徴とする溶液混合装置。
2. ２．乱流を形成する第２混合領域を含むミキサを備えることを特徴とする請求項 １記載の装置。
3. ３．混合チャンバおよびヘッドの内部は垂直な同軸状シリンダとして形成され、 これにより混合ヘッドは混合チャンバ内に配置され、上記第１混合領域（３）は 基本的に混合チャンバと混合ヘッドの面間に形成された垂直なシリンダの形状で あることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
4. ４．混合ヘッド（２）のシリンダ状高さは、混合チャンバの内部よりも小さく、 この混合チャンバの一端に混合ヘッドが取り付けられ、他端は混合ボディの底部 と、混合チャンバの底部および面との間に上記第２混合領域４を形成することを 特徴とする請求項２および３記載の装置。
5. ５．好ましくは同じ高さで第１混合領域（３）の周部に均一に離隔して延段され た最小限２つの供給管路を備え、好ましくは第２混合領域（４）内の少なくとも １の流体出口孔（１５）が混合チャンバの底面の中央に配置されることを特徴と する請求項４記載の装置。
6. ６．混合ヘッド（２）を有する第２混合領域（４）が面（５，７）と共に作用し 、第２混合領域内で混合ヘッドが回転することで乱流が形成されることを特徴と する請求項２乃至５記載の装置。
7. ７．混合ヘッド（２）が磁石で形成され、′駆動磁石および駆動モータが混合チ ャンバ（１）の外側で同じ回転軸（Ｒ）上に配置されることを特徴とする請求項 １乃至６記載の装置。
8. ８．主として混合チャンバ（１）と駆動装置（３１，３２）とを内包する内側チ ャンバ（４２）と外側チャンバ（４１）を備え、これにより２つのチャンバ間の 混合チャンバ内の温度を制御するサーモスタット付きチャンバ（４３）が水バス （１７，７１，１０２，１０３）に接続されることを特徴とする請求項１乃至７ 記載の装置。
9. ９．液体の制御された添加のための制御ユニット（１０２）からの供給管路（１ １，１２，１３，１４）を有し、混合液の分析のために少なくとも１のキュベッ ト（５１）への最小限１の液体出口（１５）の接続部を形成するピース（５）を 有することを特徴とする請求項１乃至８記載の装置。
10. １０．酵素の反応速度定数を定めるため、分析装置／検出装置（１０１）内にキ ュベット（５１）が配置され、制御ユニット（１０２）が供給管路（１１，１２ ，１３，１４）を介して混合チャンバ（１）内に送られ、混合された所定量の酵 素と基質と緩衝剤と活性化剤あるいは阻害剤を測定し、混合液は混合チャンバ（ １）の出口孔（１５）と接続管路（５２，５３）とキュベット（５１）を介して 排出される請求項１乃至９の装置の使用。