KR20080048921A - 마이크로 화학 분석 장치, 마이크로 혼합 장치 및 이를구비하는 마이크로 화학 분석 시스템 - Google Patents

마이크로 화학 분석 장치, 마이크로 혼합 장치 및 이를구비하는 마이크로 화학 분석 시스템 Download PDF

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쇼이치 가나야마
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

본 발명의 마이크로 화학 분석 장치, 마이크로 혼합 장치 및 이를 구비하는 마이크로 화학 분석 시스템에 의하면,
제 1 액체와 제 2 액체의 합류점 또는 그 이후의 유로 내에, 이들 액체가 일시 저류되는 혼합 포트를 배치하고, 제 1 액체와 상기 제 2 액체의 반응 결과를 검출하는 분석 센서를 혼합 포트보다도 하류에 배치함으로써, 상기 유로에서 이종의 액체를 혼합하여 반응시켜 한쪽의 액체의 화학 분석을 실시하고, 이에 의하면 합류점 이후의 유로를 액체가 다 흐르기 전에, 혼합 포트 내에서 난류(亂流)나 와류(渦流)가 발생하여 단숨에 균일하게 혼합되는 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로 화학 분석 장치, 마이크로 혼합 장치 및 이를 구비하는 마이크로 화학 분석 시스템{MICRO CHEMICAL ANALYSIS APPARATUS, MICRO MIXING APPARATUS, AND MICRO CHEMICAL ANALYSIS SYSTEM PROVIDED THEREWITH}
본 발명은 이종의 액체의 반응결과로부터 한쪽 액체의 화학적 특성을 분석하기 위해 소형의 장치를 사용하여 이종의 액체를 혼합하는 기술에 관한 것이다.
화학 분석 시스템은 샘플액과 시약액을 화학 반응 또는 생화학 반응시켜 반응 결과를 분석한다. 그 결과, 샘플액의 화학적인 특성을 측정한다. 상기 화학 분석 시스템은 혈액 검사, 감염증 진단, 유전자 진단, 유전자 해석, 또는 유전자 합성, 메카노퓨전(mechanofusion), 커플링(coupling) 반응, 유기 금속 반응, 촉매 합성 반응, 전해 합성 반응, 산알칼리 분해 반응, 전기 분해 반응의 관찰에 사용된다. 예를 들어, 화학 분석 시스템은 피검체의 혈청이나 소변 등을 샘플액으로 하여 시약액과 화학 반응 또는 생화학 반응시켜 측광하여, 콜레스테롤량, 중성 지방량, 혈당량, GOT 활성값 등의 각종 항목의 분석을 실시한다.
그 때문에, 상기 화학 분석 시스템은 샘플을 분주하여 시약과 혼합하고, 샘플액과 시약액을 반응시킨다. 그리고, 상기 반응 결과를 검출하고, 반응 데이터를 샘플액의 화학적 특성을 나타내는 물리량으로 변환한다. 마지막으로, 수득된 물리량을 시인 가능하게 출력한다. 대표예로서 예를 들어 일본 특허공보 제3300704호에 나타낸 바와 같은 피검 시료 중의 피측정 물질 또는 효소의 농도 또는 활성을 측정하는 화학 분석 시스템이 있다. 상기 화학 분석 시스템에서는 자동적으로 반응관에 피검 시료와 측정 항목에 해당하는 시약을 일정량 분주(分注)하고, 교반 혼합한 후 일정 온도로 반응시킨다. 그리고, 상기 반응에 의해 발생하는 색조의 변화를 측정함으로써, 피검 시료 중의 피측정 물질 또는 효소의 농도 또는 활성을 측정한다.
최근, 상기 화학 분석 시스템은 소형화가 진행되고 있고, 예를 들어, 일본 특허공보 제2995088호에 나타낸 바와 같은 카세트식의 유로를 이용한 포터블 혈액 분석기나, 일본 공개특허공보 2002-340911호에 나타낸 바와 같은 시트 형상의 마이크로 리액터(microreactor)를 사용한 모바일형 화학 검사 장치가 제안되어 있다.
이들 마이크로 화학 분석 시스템은 일반적으로는 샘플액과 시약액을 합류시킨 상태에서 공통의 유로 내를 송액함으로써, 분자 확산의 효과를 이용하여 상기 유로 내의 송액 중에 샘플액과 시약액을 혼합한다. 그러나, 상기 유로 내에서 완전하게 혼합시키기 위해서는 상기 유로를 충분히 길게 할 필요가 있다. 그 때문에, 이와 같은 기구는 소형화의 저해 요인이 되고 있다. 또한, 유로 중을 송액하면서 서서히 혼합시키면, 반응이 미완전한 상태에서 반응 결과를 측정할 우려가 있으므로, 반응 결과에 오차가 발생하기 쉬워진다.
그래서, 상기 유로 내에서의 혼합을 촉진하기 위해 유로 내에는 각종의 혼합 촉진 수단이 구비되는 경우도 있다. 혼합 촉진 수단으로서는 예를 들어 일본 공개특허공보 2006-153785호에 도시된 바와 같이 샘플액과 시약액을 합류시켜 송액하고 있는 유로의 일부를 변형시킴으로써, 상기 변형력을 교반력으로 하여 부여하는 기술이 있다. 또한, 예를 들어 미국 공개특허공보 2004/0115097호에 나타낸 바와 같이 전압체 표면의 변형에 의해 압전체 표면에 여진(勵振)되는 탄성 표면파를 이용하는 기술이 있다. 이와 같은 마이크로 화학 분석 시스템에서는 샘플액과 시약액을 합류시킨 상태에서 송액하는 유로 내에 이들 혼합 촉진 수단이 배치된다.
종래의 마이크로 화학 분석 시스템에서는 혼합을 촉진하기 위해, 유로 내에 혼합 촉진 수단을 구비하는 기술이 제공되고 있지만, 그러나 상기 유로 내에 구비하는 혼합 촉진 수단에 따라서는 충분한 교반 효과가 얻어지지 않는다는 문제가 발생하고 있다. 이는 샘플액과 시약액은 유로 내에 확산되어 송액되므로, 유로 내의 일부 구간에 혼합 촉진 수단을 구비한 경우에는 샘플액과 시약액 중, 확실히 혼합 촉진 수단이 구비되어 있는 구간을 통과하고 있는 한가운데의 일부분밖에 교반력을 부여할 수 없기 때문이다. 다시 말하면, 샘플액과 시약액을 전체적으로 교반할 수 없기 때문이다. 전체적으로 교반하고자 하면, 장시간이 필요해진다.
혼합 촉진 수단을 설치해도 혼합 촉진 수단을 통과하는 부분마다 혼합이 촉진되는 것만으로는 서서히 혼합되는 것에는 변화가 없고, 반응이 불균일해지거나 반응계가 달라져 반응 결과에 오차가 발생한다.
본 발명의 목적은 이종 액체의 반응결과로부터 한쪽 액체의 화학적 특성을 분석하기 위해, 소형의 장치를 사용하여 이종의 액체를 혼합하는 기술에 관하여, 이종의 액체를 단시간에 균일하게 혼합하는 기술을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 제 1 태양에 관한 마이크로 화학 분석 시스템은 제 1 액체와 제 2 액체의 반응결과를 검출하는 분석 센서와, 분석 센서가 출력하는 반응 결과를 액체와 화학적 특성을 나타내는 물리량으로 환산하는 처리 수단을 구비하는 시스템이다. 상기 마이크로 화학 분석 시스템은 유로와 혼합 포트를 구비한다. 유로는 제 1 액체와 제 2 액체를 합류시켜 송출한다. 혼합 포트는 상기 유로보다도 팽출한 소정 용적을 갖고 있고, 상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체의 합류점 또는 그 이후의 유로 내에 개재함으로써 상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체를 일시 저류한다. 또한, 상기 마이크로 화학 분석 시스템은 혼합 촉진 수단과 감시 수단과 혼합 제어 수단을 구비한다. 혼합 촉진 수단은 혼합 포트 내에 교반력을 부여한다. 감시 수단은 상기 혼합 포트 내의 상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체의 혼합 정도를 감시한다. 혼합 제어 수단은 상기 감시 수단의 감시 결과에 기초하여 상기 혼합 촉진 수단을 제어한다.
본 발명의 제 2 태양에 관한 마이크로 혼합 장치는 이종의 액체를 혼합한다. 상기 마이크로 혼합 장치는 유로와 혼합 포트를 구비한다. 유로는 제 1 액체와 제 2 액체를 합류시켜 송출한다. 혼합 포트는 상기 유로보다도 팽출한 소정 용적을 갖고 있고, 상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체의 합류점 또는 그 이후의 유로 내에 개재함으로서 상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체를 일시 저류한다. 또한, 상기 마이크로 화학 분석 시스템은 혼합 촉진 수단과 감시 수단과 혼합 제어 수단을 구비한다. 혼합 촉진 수단은 혼합 포트 내에 교반력을 부여한다. 감시 수단은 상기 혼합 포트 내의 상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체의 혼합의 정도를 감시한다. 혼합 제어 수단은 상기 감시 수단의 감시 결과에 기초하여 상기 혼합 촉진 수단을 제어한다.
상기 본 발명의 제 3 태양에 관한 마이크로 화학 분석 장치는 마이크로 혼합 장치에 접속되고, 마이크로 혼합 장치가 혼합된 이종의 액체의 반응 결과로부터 한쪽의 액체의 화학적 특성을 분석한다. 마이크로 혼합장치는 제 1 액체와 제 2 액체를 합류시켜 송출하는 유로와, 상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체의 합류점 또는 그 이후의 유로 내에 개재하고, 상기 유로 보다도 팽출한 소정 용적을 갖고, 상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체가 일시 저류되는 혼합 포트를 구비한다. 상기 마이크로 혼합 장치에 접속되는 마이크로 화학 분석 장치는 혼합 촉진 수단과 감시 수단과 혼합 제어 수단을 구비한다. 혼합 촉진 수단은 혼합 포트 내에 교반력을 부여한다. 감시 수단은 상기 혼합 포트 내의 상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체의 혼합 정도를 감시한다. 혼합 제어 수단은 상기 감시 수단의 감시 결과에 기초하여, 상기 혼합 촉진 수단을 제어한다.
상기 제 1 내지 제 3 태양에 의하면 제 1 액체와 제 2 액체의 대부분이 일시 저류된 혼합 포트 내에 교반력을 부여하므로, 혼합 포트 내에서 난류나 과류가 발생하고, 제 1 액체와 제 2 액체가 단숨에 혼합된다. 그리고, 감시 수단의 감시 결과에 기초하여 혼합 촉진 수단을 제어하도록 하므로, 제 1 액체와 제 2 액체가 균일하게 혼합될 때까지 충분히 교반력을 부여할 수 있고, 균일한 혼합이 담보된다. 따라서, 혼합 포트 내에서 균일한 혼합을 종료할 수 있고, 합류점 이후의 유로가 짧아지므로, 시스템이나 장치의 소형화를 유지할 수 있다. 또한, 제 1 액체와 제 2 액체의 대부분이 일시 저류된 혼합 포트에 감시 수단과 혼합 촉진 수단을 설치함으로써, 유로 상에 다단계로 혼합 촉진 수단과 감시 수단을 설치할 필요가 없어져 시스템이나 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
본 발명에 의하면 이종의 액체를 단시간에 균일하게 혼합할 수 있다.
이하, 본 발명에 관한 마이크로 화학 분석 시스템의 각 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시형태에 관한 마이크로 화학 분석 시스템의 구성도를 도시한 도면이다. 마이크로 화학 분석 시스템(1)(이하, 단순히 「화학 분석 시스템(1)」이라고 함)은 샘플액과 시약액을 화학 반응 또는 생화학 반응시켜 반응 결과를 분석하는 시스템이다. 이에 의해, 샘플액의 화학적인 특성이 측정된다. 화학 분석 시스템(1)은 혈액 검사, 감염증 진단, 유전자 진단, 유전자 해석 또는 유전자 합성, 메카노퓨전, 커플링 반응, 유기 금속 반응, 촉매 합성 반응, 전해 합성 반응, 산알칼리 분해반응, 전기 분해 반응의 관찰에 사용된다. 예를 들어, 화학 분석 시스템(1)은 피검체의 혈청 등을 샘플액으로 하여 시약액과 화학 반응 또는 생화학 반응시켜, 측정을 실시하여 콜레스테롤량, 중성 지방량, 혈당량, GOT 활성값 등의 각종 항목의 분석을 실시한다.
그 때문에, 상기 화학 분석 시스템(1)은 샘플액을 분주하여 시약액과 혼합하고, 샘플액과 시약액을 반응시킨다. 그리고, 상기 반응 결과를 검출하여 반응 데이터를 샘플액의 화학적 특성을 나타내는 물리량으로 변환한다. 마지막으로, 수득된 물리량을 모니터나 인쇄지 등에 시인 가능하게 출력한다.
이와 같은 화학 분석 시스템(1)은 분석 장치(2)와 혼합장치(3)를 인터페이스부(17)를 통하여 접속하여 구성된다. 분석장치(2)는 반응결과를 분석하는 장치이다. 혼합장치(3)는 샘플액과 시약액을 혼합 및 반응시키는 장치이다. 상기 혼합장치(3)는 핸디타입의 카트리지나 칩이다. 상기 화학 분석 시스템(1)에서는 혼합 장치(3)에서 검출된 반응 결과가 분석장치(2)에 출력되고, 분석장치(2)에서 화학 분석된다. 인터페이스부(17)는 혼합장치(3)로부터 출력된 데이터를 분석장치(2) 내부로 송출한다. 혼합장치(3)로부터 출력되는 데이터는 샘플액과 시약액의 반응을 검출하여 얻은 반응 데이터와, 샘플액과 시약액의 혼합의 상태를 검출하여 얻은 감시 결과 데이터이다.
혼합장치(3)는 적하구(11)와 분주부(12)와 혼합부(13)와 시약 수납부(14)와 용액 수용부(15)와 분석 센서(16)를 구비한다.
적하구(11)에는 분석자에 의해 샘플액이 적하된다. 샘플액을 적하구(11)에 적하함으로써, 혼합 장치(3) 내에 샘플액이 취입된다. 적하구(11)는 분주부(12)를 통하여 혼합부(13)에 연통하고 있다. 분주부(12)는 밸브체를 포함하여 구성되고, 적하구(11)에 적하된 샘플액으로부터 소정량을 분주하여 혼합부(13)에 송출시킨다.
시약 수용부(14) 및 용액 수용부(15)는 혼합부(13)와 밸브체 등의 문을 통하여 연통하고 있다. 시약 수용부(14)는 샘플액과 혼합시켜 반응을 일으키는 시약액을 저장하고 있다. 또한, 용액 수용부(15)는 샘플액의 상태를 조정하는 희석액이나 측정의 기준이 되는 교정액 등을 저류하고 있다. 시약 수용부(14) 또는 용액 수용부(15)로부터는 조정된 소정량의 시약액이 혼합부(13)에 송출된다.
혼합부(13)에서는 샘플액과 시약액이 혼합되어 반응이 일어난다. 혼합부(13)에서는 샘플액과 시약액의 혼합 정도가 검출되고, 감시 결과 데이터로서 분석 장치(2)로 출력된다.
분석 센서(16)는 혼합부(13)의 유로 후단에 배치되어 있다. 상기 분석 센서(16)로서는 샘플액과 시약액의 반응에 따른 색 변화나 탁도의 변화를 측정하는 광학 측정법이나, 샘플액과 시약액의 반응에 따른 전류나 전압의 변화를 측정하는 전기 화학적 측정법을 사용할 수 있다. 분석 센서(16)는 상기 광학 측정법이나 상기 전기 화학 측정법에 의한 반응 데이터를 출력한다. 분석 센서(16)가 출력한 반응 데이터는 인터페이스부(17)를 통하여 분석 장치(2)로 송출된다. 분석 센서(16)를 구성하는 일부는 분석장치(2)에 배치할 수도 있다.
분석 장치(2)는 전원부(29)와 전원 버튼(31)을 구비한다. 분석 장치(2) 내의 각 구성에는 전원 버튼(31)이 눌러짐으로써 전원부(29)로부터 전력이 공급된다. 분석 장치(2)는 상기 전력에 의해 구동한다. 분석 장치(2)는 반응 데이터를 처리하여 반응 결과를 출력한다. 상기 분석 장치(2)는 반응 데이터를 처리하는 구성으로 하고, 신호 증폭부(19)와 데이터 수집부(20)와 데이터 분석부(21)를 구비한다. 인터페이스부(17)와 신호 증폭부(19), 신호 증폭부(19)와 데이터 수집부(20), 및 데이터 수집부(20)와 데이터 분석부(21)는 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 분석 장치(2)는 반응 결과를 출력하는 구성으로 하고, 데이터 기억부(22)와 표시부(23)를 구비한다.
신호 증폭부(19)는 인터페이스부(17)를 통하여 얻은 감시 결과 데이터나 반응 데이터를 증폭한다. 증폭된 감시 결과 데이터나 반응 데이터는 신호 증폭부(19)로부터 데이터 수집부(20)로 출력된다. 데이터 수집부(20)는 A/D 변환 회로와 기억 회로를 포함하여 구성된다. 상기 데이터 수집부(20)는 증폭된 감시 결과 데이터나 반응 데이터를 디지털 변환하고, 일시적으로 기억해 둔다. 데이터 분석부(21)는 데이터 수집부(20)가 수집한 감시 결과 데이터나 반응 데이터를 해석한다. 데이터 분석부(21)는 감시 결과 데이터를 얻으면, 감시 결과 데이터로부터 혼합부(13)에서의 샘플액과 시약액의 혼합 정도를 검출하는 처리를 실시한다. 또한 데이터 분석부(21)는 반응 데이터를 수득하면, 반응 데이터를 샘플액의 화학적 특성을 나타내는 물리량의 데이터로 변환한다. 예를 들어, 피검체의 혈청을 샘플액으로 한 경우 콜레스테롤량, 중성 지방량, 혈당량, GOT 활성값 등의 샘플액의 특성을 나타내는 물리량의 데이터로 변환한다.
데이터 기억부(22)는 RAM(Random Access Memory)을 포함하여 구성되고, 데이 터 분석부(21)의 변환에 의해 얻어진 샘플액의 특성을 나타내는 물리량의 데이터를 기억한다. 표시부(23)는 액정 디스플레이 등의 표시 화면을 포함하여 구성되고, 데이터 기억부(22)에 기억된 샘플액의 특성을 나타내는 물리량의 데이터를 시인 가능하게 표시한다.
상기 분석 장치(2)는 반응 데이터를 처리하여 반응 결과를 출력하는 이외에, 혼합 장치(3)에 대한 제어를 실시한다. 상기 제어 구성으로서 온도 제어부(24)와 분주 제어부(25)와 송액부(26)와 혼합 촉진부(105)를 구비한다.
온도 제어부(24)는 혼합 장치(3)를 둘러싸도록 배치된 히터 또는 혼합 장치(3)의 내부에 배치된 히터를 포함하여 구성된다. 상기 온도 제어부(24)는 혼합 장치(3) 내부의 온도를 일정하게 유지하도록 온도를 조절한다. 분주 제어부(25)는 분주부(12)의 밸브체를 제어하여 적하구(11)에 적하된 샘플액의 소정량을 혼합부(13)로 송출하도록 컨트롤한다. 송액부(26)는 샘플액과 시약액이 혼합부(13)를 유통하여 분석 센서(16)로 도달하도록, 분주된 샘플액과 시약 수용부(14) 및 용액 수용부(15)에 수용된 시약액에 압력을 가한다. 혼합 촉진부(105)는 혼합부(13) 내의 샘플액과 시약액을 교반한다. 상기 혼합 촉진부(105)의 교반에 의해 샘플액과 시약액의 고른 혼합이 촉진된다.
상기 분석 장치(2)는 제어부(28)를 구비하고, 제어부(28)에 의해 분석 장치(2) 내의 각 구성의 구동을 제어하고 있다. 제어부(28)는 분석 장치(2)에 구비되는 조작 버튼(30)을 사용하여 분석자의 조작을 받아, 조작 버튼(30)의 누름 신호에 따라서 각 구성의 구동을 제어하고 있다. 또한, 데이터 분석부(21)에 의한 샘 플액과 시약액의 혼합 정도의 검출 결과에 따라서 혼합 촉진부(105)를 제어한다.
도 2 및 도 3은 화학 분석 시스템(1)의 외관을 도시한 도면이다. 도 2는 화학 분석 시스템(1)의 제 1 외관을 도시하고, 도 3은 화학 분석 시스템(1)의 제 2 외관을 도시한다.
상기 구성을 갖는 화학 분석 시스템(1)은 도 2에 도시한 바와 같이 예를 들어 핸디 타입의 분석 장치(2)와 혼합 장치(3)에 의해 구성된다. 상기 분석 장치(2)는 장방체 형상을 갖는다. 분석 장치(2)의 일면에는 전원 버튼(31)과 표시부(23)와 조작 버튼(30)이 표면에 노출되어 배치되어 있다. 또한, 분석 장치(2)의 일측부에는 카세트 삽입구(32)가 설치되어 있다. 상기 카세트 삽입구(32)에는 인터페이스부(17)가 배치되어 있다. 혼합 장치(3)가 상기 카세트 삽입구(32)에 삽입되면, 인터페이스부(17)를 통하여 분석 장치(2)와 혼합 장치(3)가 전기적으로 접속되고, 반응 데이터나 감시 결과 데이터의 분석 장치(2)로의 출력이 실시된다.
또한, 상기 구성을 갖는 화학 분석 시스템(1)으로서 도 3에 도시한 바와 같이, 분석 장치(2)는 장치 하우징(2a)과 모니터(2b)와 키보드(2c)를 전기적으로 접속하여 구성된다. 모니터(2b)가 표시부(23)를 구성하고, 키보드(2c)에 조작 버튼(30)이 배치된다. 장치 하우징(2a)은 표시부(23)와 조작 버튼(30) 이외의 구성을 내부에 수용하고 있다. 장치 하우징(2a)의 일면에는 복수의 카세트 삽입부(32)가 설치되고, 상기 카세트 삽입부(32)에 인터페이스부(17)가 배치되어 있다. 혼합 장치(3)를 상기 카세트 삽입구(32)에 삽입함으로써, 인터페이스부(17)를 통하여 분석 장치(2)와 혼합 장치(3)가 전기적으로 접속되고, 반응 데이터나 감시 결과 데이 터의 분석 장치(2)로의 출력이 실시된다. 분석자에 의한 조작은 키보드(2c)를 통하여 실시된다. 분석 결과는 모니터(2b)에 표시된다.
도 4 및 도 5는 샘플액과 시약액의 혼합에 관한 더욱 상세한 구성을 도시한 모식도이다. 도 4는 제 1 형태를 도시하고, 도 5는 제 2 형태를 도시한다.
도 4에 도시한 바와 같이 혼합부(13)는 제 1 유로(101)와, 제 2 유로(102)와, 제 3 유로(103)와, 혼합 포트(104)를 구비한다. 제 1 유로(101)는 일단측이 용액 수용부(13)와 시약 수용부(14)에 연통한다. 상기 제 1 유로(101)는 시약액이 송출되는 유로이다. 제 2 유로(102)는 일단측이 분주부(12)와 연통한다. 상기 제 2 유로(102)는 샘플액이 송출되는 유로이다. 제 1 유로(101)와 제 2 유로(102)가 합류하여 제 3 유로(103)가 연장된다. 제 3 유로(103)의 하류에는 분석 센서(16)가 배치되어 있다.
혼합 포트(104)는 제 1 유로(101)와 제 2 유로(102)의 합류점 이후의 제 3 유로(103) 내에 개재하여 배치되어 있다. 상기 제 1 형태에서는 제 1 유로(101)와 제 2 유로(102)의 합류점에 배치되어 있다. 혼합 포트(104)는 샘플액 전량과 시약액 전량이 동시에 일시 저류 가능한 용적을 갖고 있다. 상기 혼합 포트(104)는 제 1 유로(101)와 제 2 유로(102)에 연통하고 있다. 혼합 포트(104)의 내부에는 시약액과 샘플액이 흘러 들어간다. 또한, 혼합 포트(104)는 제 3 유로(103)와 연통하고 있다. 상기 혼합 포트(104)의 내부에서 고르게 혼합된 시약액과 샘플액의 혼합액은 제 3 유로를 향하여 송출된다.
혼합 포트(104)의 외곽의 일부에는 혼합 촉진부(105)가 접촉되어 배치되어 있다. 혼합 촉진부(105)는 혼합 포트(104)내에 교반력을 부여하고, 샘플액과 시약액의 혼합을 촉진한다. 혼합 포트(104)의 근방에는 혼합 포트(104)의 내부를 감시하는 감시부(106)가 배치되어 있다. 감시부(106)는 혼합 포트(104)내의 샘플액과 시약액의 혼합 정도를 검출한다. 상기 감시부(106)는 분석 장치(2)에 배치되는 혼합 제어부(107)와 전기적으로 접속되어 있다. 감시부(106)의 감시 결과는 혼합 제어부(107)에 출력된다. 혼합 제어부(107)는 감시 결과에 따라서 혼합 촉진부(105)를 제어한다.
또한, 도 5에 도시한 바와 같이 제 2 태양에서는 혼합 포트(104)는 제 3 유로(103)의 도중에 개재하고 있다. 제 1 태양과 동일하게, 혼합 포트(104)에는 샘플액과 시약액이 유입되어 내부에서 혼합된다. 혼합 포트(104)의 외곽 일부에는 혼합 촉진부(105)가 접촉되고, 교반력을 부여하여 혼합을 촉진하고 있다. 혼합의 정도는 혼합 포트(104)의 근방에 배치된 감시부(106)에 의해 이루어진다. 감시부(106)의 감시 결과에 따라서 혼합 제어부(107)가 혼합 촉진부(105)를 제어한다.
상기 샘플액과 시약액을 혼합시키는 제 1 및 제 2 태양에 관한 유로 구성에서는 샘플액과 시약액의 대부분이 일시적으로 혼합 포트(104) 내에 저류된다. 그리고, 상기 혼합 포트(104) 내부에서 난류나 와류에 의해 샘플액과 시약액의 대부분이 한번에 혼합된다. 그 때문에, 샘플액과 시약액은 고르게 혼합된 후에 혼합 포트(104)로부터 유출되어 제 3 유로(103)의 하류를 향하여 송출된다. 따라서, 제 3 유로(103) 내에서 혼합시킬 필요는 적어도 감소되므로, 제 3 유로(103)를 짧게 할 수 있고, 혼합 장치(3)의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 샘플액과 시약액의 대부분이 1군데에 저류된 상태에서 반응이 개시되므로, 미반응의 샘플액과 반응이 끝난 샘플액이 혼합된 상태에서 분석 센서(16)에 도달하고, 검출 결과에 발생하는 오차가 감소된다.
샘플액과 시약액의 대부분이 일시 저류된 혼합 포트(104) 내에 교반력을 부여하도록 혼합 촉진부(105)를 배치하면, 유로 내에 혼합 촉진부를 설치하여 그 설치 부분을 통과하는 혼합액에 대하여 부분적으로 교반력을 부여하기 보다도 교반 효과는 현저하게 향상되고 혼합 시간이 단축된다.
또한, 혼합 포트(104)를 설치함으로써 제 3 유로(103)를 따라서 다단계에 혼합 촉진부(105)와 감시부(106)를 번갈아 설치할 필요가 없어진다. 따라서, 비용을 삭감할 수 있음과 동시에 혼합 장치(3)의 소형화를 도모할 수 있다.
도 6 내지 도 14에, 상기 혼합 포트(104)와 혼합 촉진부(105)와 감시부(106)로 구성되는 혼합 구성 부분의 각종 태양을 도시한다.
도 6은 혼합 구성 부분의 제 1 태양을 도시한 모식도이다. 도 6에 도시한 바와 같이 혼합 포트(104)는 내부가 중공의 구형상을 갖고, 제 3 유로(103)보다도 팽출하고 있다. 상기 혼합 포트(104)의 외부와 내부를 구획하는 외곽의 일부는 전파로(104a)로 구성된다. 상기 전파로(104a)는 수지로 이루어지고, 혼합 포트(104)의 외부에서 발생하는 교반력을 내부에 전파시킨다.
전파로(104a)에는 혼합 포트(104)의 외부로부터 압전 진동자(105a)가 접촉되고 있다. 압전 진동자(105a)에는 도전선(導電線)이 부착되어 있다. 도전선에는 발진기(105b)와 스위치(105c)가 접속되어 있다. 상기 압전 진동자(105a)와 발진 기(105b)와 스위치(105c)는 혼합 촉진부(105)를 구성한다. 스위치(105c)가 통전 상태가 되면, 발진기(105b)로부터 펄스가 출력되고, 압전 진동자(105a)에 신호 전압이 인가된다. 압전 진동자(105a)는 티탄산 납 등의 압전 세라믹으로 이루어진 음향/전기 가역적(可逆的) 변환 소자이다. 상기 압전 진동자(105a)는 신호 전압이 인가되면 압전 효과에 의해 여진하고, 여진파를 송파한다. 상기 진동파가 압전 진동자(105a)에 접촉되고 있는 전파로(104a)를 통하여 혼합 포트(104)의 내부에 송파되고, 혼합 포트(104) 내의 샘플액과 시약액을 여진하여 혼합을 촉진한다. 즉, 상기 진동파가 교반력이 된다.
감시부(106)는 광원(106b)과 이미지 센서(106a)를 포함하여 구성된다. 광원(106b)과 이미지 센서(106a)는 혼합 포트(104)를 통하여 대향하여 배치된다. 광원(106b)은 혼합 포트(104)를 비춘다. 이미지 센서(106a)는 혼합 포트(104)의 투영 화상을 취득한다. 상기 이미지 센서(106a)는 CCD센서나 CMOS 센서로 구성된다. 이미지 센서(106a)가 취득한 혼합 포트(104)의 투영 화상은 인터페이스부(17)를 통하여 분석 장치(2)로 출력된다. 상기 투영 화상이 혼합 정도를 나타내는 감시 결과 데이터가 된다. 투영 화상의 색조의 불균일(inhomogeneity)이 커지면, 잘 혼합되지 않고 투영 화상의 색조의 불균일이 적어지면 고르게 혼합된다. 색조의 불균일은 다른 색이 곳곳에 섞여 있고 농담이 있는 것을 말한다. 상기 투영 화상을 분석함으로써, 스위치(105c)의 ON/OFF나 발진기(105b)가 발신하는 펄스의 진폭이나 주기를 컨트롤하여 교반력을 조정한다.
도 7은 혼합 구성 부분의 제 2 태양을 도시한 모식도이다. 또한, 도 8은 상 기 제 2 태양의 구동을 도시한 도면이다.
도 7에 도시한 바와 같이 혼합 포트(104)는 내부가 중공의 구형상을 갖고, 제 3 유로(103)보다 팽출하고 있다. 상기 혼합 포트(104)의 외부와 내부를 구획하는 외곽의 일부는 탄성막(104b)으로 구성된다. 상기 탄성막(104b)은 고무 등의 탄성체이고, 외력이 가해지면 휨이 발생한다. 상기 탄성막(104b)의 휨에 의해 혼합 포트(104)의 일부에 연속적인 변형이 발생하고, 상기 변형이 내부의 샘플액과 시약액을 교반하는 교반력이 된다.
탄성막(104b)에는 혼합 포트(104)의 외부로부터 액츄에이터(105d)가 접촉되어 있다. 액츄에이터(105d)는 액츄에이터 본체와 액츄에이터 본체를 슬라이딩시키는 지지 부재를 포함하여 구성된다. 상기 액츄에이터(105d)는 도 8에 도시한 바와 같이 전력에 의해 탄성막(104b)을 향하여 돌출 및 매몰을 반복하는 왕복 운동을 실시한다. 상기 왕복 운동에 의해 탄성막(104b)은 휨과 휨으로부터의 복귀를 반복하고, 혼합 포트(104)의 일부에 연속적인 변형이 발생한다. 상기 변형력이 혼합 포트(104) 내에 전파되고, 샘플액과 시약액을 교반한다. 상기 액츄에이터(105d)에는 도전선이 부착되어 있고, 도전선에는 전원(105e)과 스위치(105c)가 접속되어 있다. 전원(105e)과 액츄에이터(105d)와 스위치(105c)는 혼합 촉진부(105)를 구성한다.
감시부(106)는 제 1 태양과 동일하게, 광원(106b)과 이미지 센서(106a)를 포함하여 구성된다. 이미지 센서(106a)가 감시 결과 데이터로서 혼합 포트(104)의 투영 화상을 취득한다. 상기 투영화상을 분석함으로써, 스위치(105c)의 ON/OFF나 발진기(105b)가 발신하는 펄스의 진폭이나 주기를 컨트롤하여 교반력을 조정한다.
도 9는 혼합 구성 부분의 제 3 태양을 도시한 모식도이고, 도 10은 혼합 구성 부분의 제 4 태양을 도시한 모식도이다. 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이 혼합 포트(104)는 내부가 중공의 원주 형상을 갖고, 제 3 유로(103)의 연설(延設) 방향과 직교하는 방향으로 반경 방향이 확대되도록, 제 3 유로(103)로부터 팽출하고 있다. 전파로(104a)나 탄성막(104b)은 한쪽의 원주면에 배치된다.
도 11은 혼합 구성 부분의 제 5 태양을 도시한 모식도이고, 도 12는 혼합 구성 부분의 제 6 태양을 도시한 모식도이다. 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 혼합 포트(104)는 내부가 중공의 원주 형상을 갖고, 제 3 유로(103)의 연설 방향과 직교하는 방향으로 반경 방향이 확대되도록, 제 3 유로(103)로부터 팽출되고 있다. 전파로(104a)나 탄성막(104b)은 원주면의 일부에 배치된다.
도 13은 혼합 구성 부분의 제 7 태양을 도시한 모식도이고, 도 14는 혼합 구성 부분의 제 8 태양을 도시한 모식도이다. 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 혼합 포트(104)는 내부가 중공의 부채꼴 형태를 갖고, 제 3 유로(103)의 일면으로부터 원호 형상의 일부가 팽출하고, 원호면의 연장 방향과 제 3 유로(103)의 연설방향은 일치한다. 전파로(104a)나 탄성막(104b)은 현(弦)을 형성하는 면의 일부에 배치된다.
다음에, 상기 화학 분석 시스템(1)에 의한 샘플액과 시약액의 혼합 촉진 제어에 대해서 설명한다. 도 15는 화학 분석 시스템(1)의 혼합 촉진 제어를 실시하는 구성을 도시한 블럭도이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 혼합 제어부(107)는 신호 증폭부(19)와 데이터 수집부(20)와 데이터 분석부(21)와 제어부(28)에 의해 구 성된다. 상기 혼합 제어부(107)는 감시부(106)의 감시 결과 데이터를 해석하고 샘플액과 시약액의 혼합 정도를 취득하고, 상기 혼합 정도에 따라서 혼합 촉진부(105)를 제어한다. 감시 결과 데이터는 인터페이스부(17)를 통하여 혼합 제어부(107)에 입력된다. 즉, 감시 결과 데이터는 신호 증폭부(19)에서 증폭된 후, 데이터 수집부(20)에 기억된다. 데이터 분석부(21)는 상기 데이터 수집부(20)에 기억된 감시 결과 데이터를 해석한다.
도 16은 감시 결과 데이터인 혼합 포트(104)의 투영 화상을 나타내는 모식도이고, 아직 고르게 혼합되어 있지 않은 상태를 나타낸다. 도 16에 도시한 바와 같이 투영 화상에는 샘플액의 색조와 시약액의 색조와 샘플액과 시약액이 혼합된 혼합액의 색조가 혼재하여, 색조의 불균일이 크게 발생하고 있다. 데이터 분석부(21)는 상기 투영 화상의 색조의 불균일을 나타내는 히스토그램을 생성한다. 히스토그램으로부터 색조의 불균일을 수치화하여 미리 기억하고 있는 임계값과 비교한다. 제어부(28)는 상기 비교 결과에 따라서, 혼합 촉진부(105)를 제어한다. 색조의 불균일은 히스토그램의 분포폭이나 히스토그램의 피크를 수치화하여 얻는다. 히스토그램은 샘플액과 시약액의 혼합 정도를 나타낸다. 색조의 히스토그램은 투영 화상의 화소값을 복수의 색조로 분류했을 때의 값을 복수 구간으로 나누고, 그 구간을 횡축에 나열하고, 그 구간에 포함되는 색조를 갖는 화소의 갯수를 종축에 대응시킨 데이터이다. 투영 화상 내에 분포하는 색조의 편차나 분포폭이 표시된다. 도 17은 샘플액과 시약액의 혼합이 불완전한 경우에 생성되는 히스토그램을 도시한 도면이다. 샘플액과 시약액의 혼합이 불완전한 경우에 생성되는 히스토그 램은 색조의 분포폭이 넓고, 또한 상기 분포의 피크값도 낮다. 혼합이 불완전하므로 각종의 색조가 존재하고, 또한 샘플액과 시약액의 총량에 비해 혼합된 부분의 양이 적기 때문이다.
한편, 도 18은 감시 결과 데이터인 혼합 포트(104)의 투영 화상을 도시한 모식도이고, 샘플액과 시약액이 고르게 혼합된 상태를 도시한다. 도 18에 도시한 바와 같이 투영 화상에는 샘플액과 시약액이 고르게 혼합되어 있으므로, 단일 색조로 통일되어 있고 색조의 불균일이 적다. 도 19는 상기 샘플액과 시약액이 고르게 혼합된 상태에서의 투영 화상으로부터 생성된 히스토그램을 도시한 도면이다. 샘플액과 시약액이 고르게 혼합되어 히스토그램의 분포폭이 좁아지고, 또한 피크값이 높다.
도 20은 상기 혼합 제어부(107)의 제 1 혼합 촉진 제어 동작을 도시한 플로우차트이다. 또한, 도 21은 상기 제 1 혼합 촉진 제어 동작에서 생성되는 히스토그램과 임계값의 관계를 도시한 도면이다. 제 1 혼합 촉진 제어 태양으로서, 혼합 제어부(107)는 혼합 촉진부(105)의 스위치(105c)의 ON/OFF를 전환한다. 혼합 포트(104) 내의 색조의 불균일이 소정 미만이면, 혼합 촉진부(105)의 스위치(105c)를 OFF로 전환함으로써 교반력 부여를 정지시키고, 혼합 포트(104) 내의 색조의 불균일이 소정 이상이면 혼합 촉진부(105)의 스위치(105c)의 On 상태를 그대로 해 둠으로써 교반력 부여를 계속하게 한다.
우선, 감시부(106)로부터 감시 결과 데이터가 입력되면(S01), 신호 강도를 화소값으로 치환하여 투영 화상을 생성하고(S02), 상기 투영 화상에 대해서 색조의 필터링 처리를 실시한다(S03). 다음에 얻어진 투영 화상으로부터 색조의 불균일을 도시한 히스토그램을 생성하고(S04), 히스토그램을 색조의 불균일을 나타내는 수치로 수치화한다(S05). 히스토그램이 수치화됨으로써 얻어지는 색조의 불균일을 도시한 수치는 피크값(P)의 취득이나 히스토그램의 통계적인 분산값(D)이다. 피크값(P)의 경우에는 값이 크면 클수록 색조의 불균일이 적은 것을 나타낸다. 분산값 D의 경우에는 값이 적으면 적을수록 색조의 불균일이 적은 것을 나타낸다.
색조의 불균일을 나타내는 수치가 얻어지면, 혼합 제어부(107)는 색조의 불균일을 나타내는 수치에 대응하는 임계값, 즉 피크값(P)에 대응하는 임계값(sp) 또는 분산값(D)에 대응하는 임계값(sd)을 판독하여(S06), 취득한 색조의 불균일을 도시한 수치와 임계값을 비교한다(S07). 비교의 결과, 색조의 불균일이 소정 미만이면(S07, 예), 혼합 촉진부(105)의 교반력 부여를 정지시킨다(S08). 한편, 색조의 불균일이 소정 이상이면(S07, 아니오), 혼합 촉진부(105)의 교반력 부여를 계속시킨다(S09).
색조의 불균일이 소정 미만이라는 것은 색조의 불균일을 나타내는 수치를 피크값(P)으로 한 경우, 상기 피크값(P)이 임계값(sp)을 상회하는 것이다. 색조의 불균일이 소정 이상이라는것은 색조의 불균일을 나타내는 수지를 피크값(P)으로 한 경우, 상기 피크값(P)이 임계값(sp) 이하인 것이다. 또한, 색조의 불균일이 소정 미만이라는 것은 색조의 불균일을 나타내는 수치를 분산값(D)으로 한 경우, 상기 분산값(D)이 임계값(sd)을 하회하는 것이다. 색조의 불균일이 소정 이상이라는 것은 색조의 불균일을 나타내는 수치를 분산값(D)으로 한 경우, 상기 분산값(D)이 임 계값(sd)을 상회하는 것이다.
도 22는 상기 혼합 제어부(107)의 제 2 혼합 촉진 제어 동작을 도시한 플로우차트이다. 또한, 도 23은 상기 제 2 혼합 촉진 제어 동작에서 생성되는 히스토그램과 임계값의 관계를 도시한 도면이다. 제 2 혼합 촉진 제어 태양으로서, 혼합 제어부(107)는 혼합 촉진부(105)의 발진기(105b)의 펄스 간격이나 전원(105e)의 전력을 증감시킴으로써, 혼합 촉진부(105)의 구동력을 제어하고, 혼합 포트(104) 내의 색조의 불균일의 크기에 비례한 교반력을 부여한다.
우선, 감시부(106)로부터 감시 결과 데이터가 입력되면(S11), 혼합 제어부(107)는 신호 강도를 화소값으로 치환하여 투영 화상을 생성하고(S12), 상기 투영 화상에 대해서 색조의 필터링 처리를 실시한다(S13). 다음에, 혼합 제어부(107)는 얻어진 투영 화상으로부터 색조의 불균일을 나타내는 히스토그램을 생성하고(S14), 히스토그램을 색조의 불균일을 나타내는 수치로 수치화한다(S15). 히스토그램이 수치화됨으로써 수득되는 색조의 불균일을 도시한 수치는 피크값(P)의 취득이나 히스토그램의 통계적인 분산값(D)이다. 피크값(P)의 경우에는 값이 크면 클수록 색조의 불균일이 적은 것을 나타낸다. 분산값(D)의 경우에는 값이 적으면 적을수록 색조의 불균일이 적은 것을 나타낸다.
색조의 불균일을 나타내는 수치가 수득되면, 혼합 제어부(107)는 피크값(P)에 대응하는 복수 단계의 임계값(sp1, sp2, sp3,…) 또는 분산값(D)에 대응하는 복수 단계의 임계값(sd1, sd2, sd3…)을 판독하고(S16), 취득한 색조의 불균일을 나타내는 수치와 각 임계값을 비교하여(S17), 상기 수치가 속하는 불균일의 단계를 검출한다(S18).
임계값은 sp3＜sp2＜sp1의 순서로 수치가 커진다. 색조의 불균일을 도시한 수치가 피크값(P)이면, 임계값 sp1을 상회하면 색조의 불균일은 제 1 단계에 속하고, 임계값 sp2가 상회한 최대의 임계값이면 색조의 불균일은 제 2 단계에 속한다. 또한, 임계값은 sd1＜sd2＜sd3의 순서로 수치가 커진다. 색조의 불균일을 나타내는 수치가 분산값(D)이면, 임계값 sd1을 하회하면 색조의 불균일은 제 1 단계에 속하고, 임계값 sd2가 하회한 최소이면 색조의 불균일은 제 2 단계에 속한다. 즉, 단계가 내려가면 내려갈수록 색조의 불균일은 적어져가고, 단계가 높으며 높을수록 색조의 불균일은 크다.
색조의 불균일이 속하는 단계를 검출하면, 혼합 제어부(107)는 혼합 촉진부(105)에 색조의 불균일의 크기에 비례한, 다시 말하면 검출한 색조의 불균일이 속하는 단계에 비례한 교반력을 부여한다(S19). 또한, 색조의 불균일이 속하는 단계가 제 1 단계에 도달하면 교반을 정지시킨다.
이와 같이, 본 실시형태에서는 샘플액과 시약액의 합류점 또는 그 이후의 유로 내에 개재하여, 샘플액과 시약액이 일시 저류되는 혼합 포트(104)를 구비하도록 했다. 이에 의해, 샘플액과 시약액의 대부분이 일시적으로 저류되고 저류 상태 중에 난류나 와류에 의해 혼합된다. 그 때문에, 샘플액과 시약액은 고르게 혼합된 후에 혼합 포트(104)로부터 유출되어 제 3 유로(103)의 하류를 향하여 송출되므로, 제 3 유로(103) 내에서 혼합시킬 필요는 적어도 감소된다. 따라서, 제 3 유로에 송출되기 전에, 혼합 포트내에서 난류나 와류가 발생하여 단숨에 균일하게 혼합되 고, 또한 제 3 유로(103) 내에서 혼합되는 것 보다도 혼합 시간이 단축된다. 제 3 유로(103)를 짧게 할 수 있고, 혼합 장치(3)의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 샘플액과 시약액의 대부분이 1군데에 저류된 상태에서 반응이 개시되므로, 반응의 불균일이 없고 반응 결과에 오차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 혼합 포트(104) 내에 교반력을 부여하는 혼합 촉진부(105)를 구비하도록 했다. 이에 의해, 샘플액과 시약액의 대부분이 일시 저류된 혼합 포트(104) 내에 교반력을 부여하도록 혼합 촉진부(105)를 배치하고 있으므로, 유로 내에 혼합 촉진부를 설치하여 그 설치 부분을 통과하는 혼합액의 부분에 대해서 교반력을 부여하기 보다도 교반 효과는 현저하게 향상되어, 혼합 시간이 단축되고 또한 보다 확실하게 균일한 혼합을 도모할 수 있다.
또한, 혼합 포트(104) 내의 샘플액과 시약액의 혼합의 정도를 감시하는 감시부(106)를 구비하고, 감시부(106)의 감시 결과에 기초하여, 혼합 촉진부(105)의 교반력 부여의 정지 또는 계속이나, 교반력의 증감을 제어하도록 했다. 이에 의해, 샘플액과 시약액의 대부분이 균일하게 혼합될 때까지 충분히 교반력을 부여할 수 있고, 균일한 혼합이 담보된다. 또한, 제 3 유로(103)를 따라서 다단계로 혼합 촉진부(105)와 감시부(106)를 번갈아 설치할 필요가 없어지고, 비용을 삭감할 수 있음과 동시에 혼합 장치(3)의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 감시부(106)는 분석 장치(2)측과 혼합 장치(3)측 중 어느 쪽에 설치하도록 해도 좋다. 분석 장치(2)측에 감시부(106)를 설치하는 경우에는 감시 결과 데이터는 인터페이스부(17)를 통하지 않고 제어부(28)에 입력된다. 또한, 혼합 제 어부(107), 혼합 촉진부(105), 감시부(106)를 혼합 장치(3)측에 배치해도 좋다. 분석 센서(16)는 분석 장치(2)측에 배치하도록 해도 좋다.
도 1은 본 실시형태에 관한 화학 분석 시스템의 구성도를 도시한 도면,
도 2는 화학 분석 시스템의 제 1 외관을 도시한 도면,
도 3은 화학 분석 시스템의 제 2 외관을 도시한 도면,
도 4는 샘플액과 시약액의 혼합에 관한 제 1 형태를 도시한 모식도,
도 5는 샘플액과 시약액의 혼합에 관한 제 2 형태를 도시한 모식도,
도 6은 혼합 구성 부분의 제 1 태양을 도시한 모식도,
도 7은 혼합 구성 부분의 제 2 태양을 도시한 모식도,
도 8은 제 2 태양에 관한 혼합 구성 부분의 구동을 도시한 도면,
도 9는 혼합 구성 부분의 제 3 태양을 도시한 모식도,
도 10은 혼합 구성 부분의 제 4 태양을 도시한 모식도,
도 11은 혼합 구성 부분의 제 5 태양을 도시한 모식도,
도 12는 혼합 구성 부분의 제 6 태양을 도시한 모식도,
도 13은 혼합 구성 부분의 제 7 태양을 도시한 모식도,
도 14는 혼합 구성 부분의 제 8 태양을 도시한 모식도,
도 15는 화학 분석 시스템의 혼합 촉진 제어를 실시하는 구성을 도시한 블럭도,
도 16은 감시 결과 데이터인 혼합 포트의 투영 화상을 도시한 모식도로, 아직 고르게 혼합되어 있지 않은 상태를 도시한 도면,
도 17은 샘플액과 시약액의 혼합이 미완전인 경우에 생성되는 히스토그램을 도시한 도면,
도 18은 감시 결과 데이터인 혼합 포트의 투영 화상을 도시한 모식도로, 샘플액과 시약액이 고르게 혼합된 상태를 도시한 도면,
도 19는 샘플액과 시약액이 고르게 혼합된 상태에서의 투영 화상으로부터 생성된 히스토그램을 도시한 도면,
도 20은 혼합 제어부의 제 1 혼합 촉진 제어 동작을 도시한 플로우차트,
도 21은 제 1 혼합 촉진 제어 동작에서 생성되는 히스토그램과 임계값의 관계를 도시한 도면,
도 22는 혼합 제어부의 제 2 혼합 촉진 제어 동작을 도시한 플로우차트, 및
도 23은 제 2 혼합 촉진 제어 동작에서 생성되는 히스토그램과 임계값의 관계를 도시한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 화학 분석 시스템 2: 분석 장치
3: 혼합 장치 11: 적하구
12: 분주부 13: 혼합부
14: 시약 수납부 15: 용액 수용부
16: 분석 센서 17: 인터페이스부
19: 신호 증폭부 20: 데이터 수집부
21: 데이터 분석부 22: 데이터 기억부
23: 표시부 24: 온도 제어부
30: 조작 버튼 104: 혼합 포트
105: 혼합 촉진부 106: 감시부
107: 혼합 제어부

Claims (14)

  1. 이종의 액체를 혼합하여 반응시킴으로써 한쪽의 액체의 화학 분석을 실시하는 마이크로 화학 분석 시스템에 있어서,
    제 1 액체와 제 2 액체를 합류시켜 송출하는 유로,
    상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체의 합류점 또는 그 이후의 유로내에 개재하여 상기 유로보다도 팽출한 소정 용적을 갖고, 상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체가 일시 저류되는 혼합 포트,
    상기 혼합 포트 내에 교반력을 부여하는 혼합 촉진 수단,
    상기 혼합 포트 내의 상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체의 혼합의 정도를 감시하는 감시 수단,
    상기 감시 수단의 감시 결과에 기초하여, 상기 혼합 촉진 수단을 제어하는 혼합 제어 수단,
    상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체의 반응 결과를 검출하는 분석 센서, 및
    상기 분석 센서가 출력하는 반응 결과를 액체의 화학적 특성을 나타내는 물리량으로 치환하는 처리 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 화학 분석 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 포트는 구형상을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 화학 분석 시 스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 포트는 상기 유로의 연설 방향으로 반경 방향을 갖는 원주 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 화학 분석 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 포트는 상기 유로의 연설 방향과 직교하는 방향으로 반경 방향을 갖는 원주 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 화학 분석 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 포트는 상기 유로의 일면으로부터 원호 형상의 일부가 팽출하는 부채꼴 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 화학 분석 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 촉진 수단은 진동파를 발생시키는 압전 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 화학 분석 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 촉진 수단은 상기 혼합 포트에 접하고, 상기 혼합 포트의 일부를 변형시키는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 화학 분석 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 제어 수단은 상기 감시 수단의 감시 결과에 따라서 상기 혼합 촉진 수단에 의한 교반력 부여를 계속 또는 정지시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 화학 분석 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 제어 수단은 상기 감시 수단의 감시 결과에 따라서 상기 혼합 촉진 수단에 의한 교반력을 증감시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 화학 분석 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 감시 수단은 상기 혼합 포트 내의 투영 화상을 취득하는 이미지 센서를 포함하여, 감시 결과로서 상기 혼합 포트의 투영 화상을 출력하는 것을 특징으로 하는 마이크로 화학 분석 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 감시 수단은 상기 혼합 포트 내의 투영 화상을 취득하는 이미지 센서를 포함하고, 감시 결과로서 상기 혼합 포트의 투영 화상을 출력하고,
    상기 혼합 제어 수단은 상기 투영 화상에 기초하여 상기 혼합 포트 내의 색조의 불균일이 소정 미만의 크기이면 교반력 부여를 정지시키고, 상기 혼합 포트 내의 색조의 불균일이 소정 이상의 크기이면 교반력 부여를 계속시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 화학 분석 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 감시 수단은 상기 혼합 포트 내의 투영 화상을 취득하는 이미지 센서를 포함하고, 감시 결과로서 상기 혼합 포트의 투영 화상을 출력하고,
    상기 혼합 제어 수단은 상기 투영 화상에 기초하여 상기 혼합 포트 내의 색조의 불균일 크기에 비례한 교반력을 부여하는 것을 특징으로 하는 마이크로 화학 분석 시스템.
  13. 이종의 액체를 혼합하는 마이크로 혼합 장치에 있어서,
    제 1 액체와 제 2 액체를 합류시켜 송출하는 유로,
    상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체의 합류점 또는 그 이후의 유로 내에 개재하고, 상기 유로보다도 팽출한 소정 용적을 갖고, 상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체가 일시 저류되는 혼합 포트,
    상기 혼합 포트 내에 교반력을 부여하는 혼합 촉진 수단,
    상기 혼합 포트 내의 상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체의 혼합의 정도를 감 시하는 감시 수단, 및
    상기 감시 수단의 감시 결과에 기초하여 상기 혼합 촉진 수단을 제어하는 혼합 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 혼합 장치.
  14. 제 1 액체와 제 2 액체를 합류시켜 송출하는 유로와, 상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체의 합류점 또는 그 이후의 유로내에 개재되고, 상기 유로보다도 팽출한 소정 용적을 갖고, 상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체가 일시 저류되는 혼합 포트를 구비하는 마이크로 혼합 장치에 접속되고, 이들 액체의 반응 결과로부터 한쪽의 액체의 화학적 특성을 분석하는 마이크로 화학 분석 장치에 있어서,
    상기 혼합 포트 내에 교반력을 부여하는 혼합 촉진 수단,
    상기 혼합 포트 내의 상기 제 1 액체와 상기 제 2 액체의 혼합의 정도를 감시하는 감시 수단,
    상기 감시 수단의 감시 결과에 기초하여, 상기 혼합 촉진 수단을 제어하는 혼합 제어 수단, 및
    상기 반응 결과를 액체의 화학적 특성을 나타내는 물리량으로 환산하는 처리 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 화학 분석 장치.
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