WO2007099679A1

WO2007099679A1 - 攪拌装置と分析装置

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Publication number: WO2007099679A1
Application number: PCT/JP2006/324672
Authority: WO
Inventors: Miyuki Murakami
Original assignee: Olympus Corporation
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2007-09-07
Also published as: JP2007232522A; EP1990640A4; US7808631B2; EP1990640A1; US20080316477A1

Abstract

　攪拌対象の液体を保持する容器（７）と、液体へ音波を照射すると共に、音波によって液体を攪拌する表面弾性波素子（２２）とを備えた攪拌装置（２０）と分析装置。攪拌装置の表面弾性波素子（２２）は、圧電基板（２２ａ）と、圧電基板に設けられると共に、容器及び圧電基板を介して液体に隣接する容器外側に配置され、液体を攪拌する音波を発生する発音部（２２ｂ）とを有している。容器及び圧電基板は、音波の透過する面の表面粗さが、前記発音部の発生する音波の波長よりも小さい。

Description

明細書

攪拌装置と分析装置

技術分野

[0001] 本発明は、攪拌装置と分析装置に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、分析装置は、検体と試薬を含む液体試料を攪拌して反応させ、反応液を分析することにより、検体中の成分濃度等を分析している。このとき、液体試料を攪拌する攪拌装置は、いわゆるキャリーオーバーを回避すべく検体と試薬を含む液体試料を音波によって非接触で攪拌するものが知られている (例えば、特許文献 1参照)。

[0003] 特許文献 1：特開 2005— 257406号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] ところで、特許文献 1に開示された液体攪拌デバイスは、音波発生体が発生した音波を伝達させると共に、少なくとも一部が液体と接触する伝達部を有しており、音波発生体が発生した音波を伝達部によって液体と接触する部分まで伝達し、液体と接触する部分で音波を液体中に放出している。このため、特許文献 1の液体攪拌デバイスは、音波発生体力液体と接触する部分までの音波の伝達経路が長ぐ伝達部に沿って伝達される間に音波が減衰することから攪拌効率が悪いという問題があった

[0005] 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、音波の伝搬経路が短ぐ伝搬に伴う音波の減衰を抑えて液体の攪拌効率を向上させることが可能な攪拌装置と分析装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006] 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の攪拌装置の一態様は、攪拌対象の液体を保持する容器と、前記液体へ音波を照射すると共に、当該音波によって液体を攪拌する音波発生手段と、を備えた攪拌装置であって、前記音波発生手段は、圧電基板と、前記圧電基板に設けられると共に、前記容器及び前記圧電基板を介して前記液体に隣接する前記容器外側に配置され、前記液体を攪拌する音波を発生する発音部と、を有することを特徴とする。

[0007] また、本発明の攪拌装置の一態様は、上記の発明において、前記容器及び前記圧電基板は、前記音波の透過する面の表面粗さが、前記発音部の発生する音波の波長よりも小さいことを特徴とする。

[0008] また、本発明の攪拌装置の一態様は、上記の発明において、前記発音部は、櫛歯状電極であることを特徴とする。

[0009] また、本発明の攪拌装置の一態様は、上記の発明において、前記音波は、バルタ波であることを特徴とする。

[0010] また、本発明の攪拌装置の一態様は、上記の発明において、前記発音部が発生したバルタ波の伝搬経路上に存在する第一の媒質は、複数の音波モードを有し、それぞれの音波モードの音響インピーダンスは、前記第一の媒質に隣り合う第二の媒質が有する複数の音波モードそれぞれの音響インピーダンスのうちの少なくとも一つと略等しいことを特徴とする。

[0011] また、本発明の攪拌装置の一態様は、上記の発明において、前記音波発生手段は、前記容器に固定されていることを特徴とする。

[0012] また、本発明の攪拌装置の一態様は、上記の発明において、前記音波発生手段は、前記液体を攪拌する際に前記容器の外側に接触することを特徴とする。

[0013] また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の分析装置の一態様は、複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液の光学的特性を測定して前記反応液を分析する分析装置であって、前記攪拌装置を用いて検体と試薬との反応液を光学的に分析することを特徴とする。

発明の効果

[0014] 本発明に力かる攪拌装置は、音波発生手段が、圧電基板と、圧電基板に設けられると共に、容器及び圧電基板を介して液体に隣接する容器外側に配置され、液体を攪拌する音波を発生する発音部とを有しており、分析装置は、前記攪拌装置を用いて検体と試薬との反応液を光学的に分析する。このため、本発明の攪拌装置と分析装置は、発音部が発生した音波が容器壁面を介して隣接する液体に入射することから音波の伝搬経路が短ぐ音波の伝搬に伴う減衰を抑えて液体の攪拌効率を向上させることができると!/、う効果を奏する。

図面の簡単な説明

[図 1]図 1は、実施の形態 1の自動分析装置を示す概略構成図である。

[図 2]図 2は、実施の形態 1の自動分析装置で使用する反応容器及び反応ホイールの一部を攪拌装置の概略構成図と共に示す斜視図である。

[図 3]図 3は、実施の形態 1の攪拌装置の構成を示すブロック図を反応容器の斜視図と共に示す図である。

[図 4]図 4は、図 3の反応容器の側壁に取り付ける表面弾性波素子の斜視図である。

[図 5]図 5は、保持した液体中に生ずる流れを示す図 3に示す反応容器の断面図である。

[図 6]図 6は、図 5に示す反応容器の A部拡大図である。

[図 7]図 7は、音波の伝搬経路上に存在する媒質の音響インピーダンスと縦波と横波の伝搬を説明する図である。

[図 8]図 8は、実施の形態 1の攪拌装置で使用する反応容器の第 1の変形例を示す断面図である。

[図 9]図 9は、実施の形態 1の攪拌装置で使用する反応容器の第 2の変形例を示す断面図である。

[図 10]図 10は、実施の形態 1の攪拌装置で使用する反応容器の第 3の変形例を示す断面図である。

[図 11]図 11は、実施の形態 1の攪拌装置で使用する反応容器の第 4の変形例を示す断面図である。

[図 12]図 12は、図 11に示す反応容器で使用する表面弾性波素子の正面図である。

[図 13]図 13は、図 11に示す反応容器の B部拡大図である。

[図 14]図 14は、実施の形態 1の攪拌装置で使用する反応容器の第 5の変形例を示す断面図である。

[図 15]図 15は、攪拌装置を備えた実施の形態 2の自動分析装置の概略構成図である。 [図 16]図 16は、図 15の自動分析装置の構成を示すブロック図である。

[図 17]図 17は、図 15の自動分析装置で使用される攪拌装置の表面弾性波素子と、表面弾性波素子を取り付けた反応容器とを示す斜視図である。

[図 18]図 18は、表面弾性波素子が取り付けられ、図 15の自動分析装置で使用される反応容器を送電体と共に示す斜視図である。

[図 19]図 19は、表面弾性波素子が取り付けられた反応容器の正面図である。

[図 20]図 20は、図 19に示す反応容器の C1— C1線に沿った断面図である。

[図 21]図 21は、接触子をばね付き端子に代えた送電体の変形例を反応容器と共に示した斜視図である。

[図 22]図 22は、実施の形態 2の攪拌装置の変形例を示す斜視図である。

[図 23]図 23は、図 22に示す攪拌装置の変形例において、表面弾性波素子に音響整合液を吐出する様子をアーム部材、反応ホイールの一部及び反応容器を断面にして示す図である。

[図 24]図 24は、図 23において、駆動アームを繰り出して端面の表面弾性波素子を反応容器の側壁に当接させた状態を示す図である。

符号の説明

1 自動分析装置

2 作業テーブル

3 検体テーブル

4 検体容器

5 検体分注機構

6 反応ホイール

7 汉 J 容器

10 測光装置

11 洗浄装置

12 試薬分注機構

13 試薬テーブル

14 試薬容器読取装置

制御部

分析部

入力部

表示部

攪拌装置

送電体

， 24 表面弾性波素子音響整合層自動分析装置， 32 試薬テーブル反応ホイ一ノレ, 36 試薬分注機構検体容器移送機構フィーダ

ラック

検体分注機構測光系

洗浄機構

制御部

入力部

攪拌装置

送電体

配置決定部材表面弾性波素子アーム部材表面弾性波素子接着剤 Fee, Few 流れ

L 液体

Lm 音響整合液

Wb バルタ波

発明を実施するための最良の形態

[0017] (実施の形態 1)

以下、本発明の攪拌装置と分析装置にかかる実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図 1は、実施の形態 1の自動分析装置を示す概略構成図である。図 2は、実施の形態 1の自動分析装置で使用する反応容器及び反応ホイールの一部を攪拌装置の概略構成図と共に示す斜視図である。図 3は、実施の形態 1の攪拌装置の構成を示すブロック図を反応容器の斜視図と共に示す図である。図 4は、図 3の反応容器の側壁に取り付ける表面弾性波素子の斜視図である。

[0018] 自動分析装置 1は、図 1に示すように、作業テーブル 2上に検体テーブル 3、検体分注機構 5、反応ホイール 6、測光装置 10、洗浄装置 11、試薬分注機構 12及び試薬テーブル 13が設けられ、攪拌装置 20を備えている。

[0019] 検体テーブル 3は、図 1に示すように、駆動手段によって矢印で示す方向に回転され、外周には周方向に沿って等間隔で配置される収納室 3aが複数設けられている。各収納室 3aは、検体を収容した検体容器 4が着脱自在に収納される。

[0020] 検体分注機構 5は、反応ホイール 6に保持された複数の反応容器 7に検体を分注する手段であり、図 1に示すように、検体テーブル 3の複数の検体容器 4から検体を順次反応容器 7に分注する。

[0021] 反応ホイール 6は、検体テーブル 3とは異なる駆動手段によって図 1に矢印で示す方向に回転され、外周には周方向に沿って複数の凹部 6aが等間隔で設けられている。反応ホイール 6は、各凹部 6aの半径方向両側に測定光が通過する開口 6b (図 2 参照）が形成されている。反応ホイール 6は、一周期で時計方向に（1周 1反応容器) Z4個分回転し、四周期で反時計方向に凹部 6aの 1個分回転する。反応ホイ一ル 6は、回転経路上に測光装置 10及び洗浄装置 11が配置され、洗浄装置 11と直径方向に対向する位置の下部には攪拌装置 20が配置されて、る。 [0022] 反応容器 7は、容量が数 nL〜数十 μ Lと微量な容器であり、測光装置 10の光源から出射された分析光（340〜800nm)に含まれる光の 80%以上を透過する透明素材、例えば、耐熱ガラスを含むガラス，環状ォレフィンやポリスチレン等の合成樹脂が使用される。反応容器 7は、図 2及び図 3に示すように、側壁 7a, 7bと底壁 7c (図 5参照）とによって液体を保持する水平断面が正方形の液体保持部 7dが形成され、液体保持部 7dの上部に開口 7eを有する四角筒形状のキュベットである。反応容器 7は、側壁 7aに取り付けられる表面弾性波素子 22と共に攪拌装置 20を構成しており、液体保持部 7dの内面には検体や試薬等の液体に対する親和性処理が施されている。反応容器 7は、側壁 7aを反応ホイール 6の半径方向に向けると共に、側壁 7bを反応ホイール 6の周方向に向けて、凹部 6aに配置される。

[0023] 測光装置 10は、図 1に示すように、反応ホイール 6の外周近傍に配置され、反応容器 7に保持された液体を分析する分析光（340〜800nm)を出射する光源と、液体を透過した分析光を分光して受光する受光器とを有している。測光装置 10は、前記光源と受光器が反応ホイール 6の凹部 6aを挟んで半径方向に対向する位置に配置されている。

[0024] 洗浄装置 11は、反応容器 7から液体や洗浄液を排出する排出手段と、洗浄液の分注手段とを有している。洗浄装置 11は、測光終了後の反応容器 7から測光後の液体を排出した後、洗浄液を分注する。洗浄装置 11は、洗浄液の分注と排出の動作を複数回繰り返すことにより、反応容器 7の内部を洗浄する。このようにして洗浄された反応容器 7は、再度、新たな検体の分析に使用される。

[0025] 試薬分注機構 12は、反応ホイール 6に保持された複数の反応容器 7に試薬を分注する手段であり、図 1に示すように、試薬テーブル 13の所定の試薬容器 14から試薬を順次反応容器 7に分注する。

[0026] 試薬テーブル 13は、検体テーブル 3及び反応ホイール 6とは異なる駆動手段によつて図 1に矢印で示す方向に回転され、扇形に成形された収納室 13aが周方向に沿つて複数設けられている。各収納室 13aは、試薬容器 14が着脱自在に収納される。複数の試薬容器 14は、それぞれ検査項目に応じた所定の試薬が満たされ、外面には収容した試薬に関する情報を表示する情報記録媒体 (図示せず)が貼付されて!、る。

[0027] ここで、試薬テーブル 13の外周には、図 1に示すように、試薬容器 14に貼付した前記情報記録媒体に記録された試薬の種類，ロット及び有効期限等の情報を読み取り、制御部 16へ出力する読取装置 15が設置されている。

[0028] 制御部 16は、検体テーブル 3、検体分注機構 5、反応ホイール 6、測光装置 10、洗浄装置 11、試薬分注機構 12、試薬テーブル 13、読取装置 15、分析部 17、入力部 18、表示部 19及び攪拌装置 20等と接続され、例えば、分析結果を記憶する記憶機能を備えたマイクロコンピュータ等が使用される。制御部 16は、自動分析装置 1の各部の作動を制御すると共に、前記情報記録媒体の記録から読み取った情報に基づき、試薬のロットや有効期限等が設置範囲外の場合、分析作業を停止するように自動分析装置 1を制御し、或いはオペレータに警告を発する。

[0029] 分析部 17は、制御部 16を介して測光装置 10に接続され、受光器が受光した光量に基づく反応容器 7内の液体の吸光度から検体の成分濃度等を分析し、分析結果を制御部 16に出力する。入力部 18は、制御部 16へ検査項目等を入力する操作を行う部分であり、例えば、キーボードやマウス等が使用される。表示部 19は、分析内容や警報等を表示するもので、ディスプレイパネル等が使用される。

[0030] 攪拌装置 20は、表面弾性波素子 22を駆動して発生する音波によって反応容器 7 に保持された液体を攪拌するもので、反応容器 7の他に、図 2及び図 3に示すように、表面弾性波素子 22に電力を送電する送電体 21と、表面弾性波素子 22とを有している。

[0031] 送電体 21は、 RF送信アンテナ 21a、駆動回路 21b及びコントローラ 21cを有している。送電体 21は、数 MHz〜数百 MHz程度の高周波交流電源力供給される電力を RF送信アンテナ 21aから駆動信号として表面弾性波素子 22に発信する。 RF送信アンテナ 21aは、反応ホイール 6の凹部 6a側壁に取り付けられている。

[0032] 駆動回路 21bは、コントローラ 21cからの制御信号に基づいて発振周波数を変更可能な発振回路を有しており、数十 MHz〜数百 MHz程度の高周波の発振信号を R F送信アンテナ 21aへ出力する。ここで、 RF送信アンテナ 21aと駆動回路 21bとの間は、反応ホイール 6が回転しても電力が電送されるように、接触電極を介して接続されている。このため、送電体 21は、反応ホイール 6の回転に伴って前記接触電極を介して電力が電送される RF送信アンテナ 21aが切り替わり、各凹部 6aの反応容器 7 に保持された液体が順次攪拌される。コントローラ 21cは、駆動回路 21bの作動を制御し、例えば、表面弾性波素子 22が発する音波の特性 (周波数，強度，位相，波の特性)、波形 (正弦波，三角波，矩形波，バースト波等)或いは変調 (振幅変調，周波数変調)等を制御する。また、コントローラ 21cは、内蔵したタイマに従って駆動回路 2 lbが発振する発振信号の周波数を切り替えることができる。

[0033] 表面弾性波素子 22は、 RF送信アンテナ 21aから発信される駆動信号 (電力）を受信して音波を発生する音波発生手段である。表面弾性波素子 22は、図 3及び図 4に示すように、ニオブ酸リチウム (LiNb03)等からなる圧電基板 22a上に櫛歯状電極 (I DT)カゝらなる振動子 22bとアンテナ 22cが形成されている。振動子 22bは、 RF送信アンテナ 21aから発信される駆動信号 (電力）をアンテナ 22cで受信することによって音波を発生する発音部である。振動子 22bは、反応容器 7及び圧電基板 22aを介して反応容器 7が保持した液体に隣接する反応容器 7の外側に配置される。即ち、表面弾性波素子 22は、図 5及び図 6に示すように、振動子 22bを外側に向け、エポキシ榭脂ゃ紫外線硬化榭脂等の音響整合層 23を介して反応容器 7の側壁 7aに取り付けられる。なお、表面弾性波素子 22は、圧電基板 22a,振動子 22b及びアンテナ 22c の厚みの他、音響整合層 23の厚みを含め、構成を明示するために実際の厚さを無視して模式的に描ヽており、他の実施の形態にお!ヽても同様である。

[0034] ここで、反応容器 7及び圧電基板 22aは、互いに重なり合ヽ、音波が透過する面の表面粗さが、振動子 22bの発生する音波の波長よりも小さくなるように表面を平滑に加工しておくことが望ましい。反応容器 7及び圧電基板 22aは、音波が透過する面の表面粗さが、振動子 22bの発生する音波の波長よりも大きいと、発生した音波が反応容器 7ゃ圧電基板 22aの表面で散乱される結果、図 6に示す一定の方向に出射されなくなり、反応容器 7に保持された液体の攪拌効率が低下してしまう。

[0035] 以上のように構成される自動分析装置 1は、回転する反応ホイール 6によって周方向に沿って搬送されてくる複数の反応容器 7に試薬分注機構 12が試薬容器 14から試薬を順次分注する。試薬が分注された反応容器 7は、反応ホイール 6によって周方向に沿って搬送され、検体分注機構 5によって検体テーブル 3に保持された複数の検体容器 4から検体が順次分注される。そして、検体が分注された反応容器 7は、反応ホイール 6によって攪拌装置 20へ搬送され、分注された試薬と検体が順次攪拌されて反応する。このようにして検体と試薬が反応した反応液は、反応ホイール 6が再び回転したときに測光装置 10を通過し、光源から出射された分析光が透過する。このとき、反応容器 7内の試薬と検体の反応液は、受光部で測光され、制御部 16によつて成分濃度等が分析される。そして、分析が終了した反応容器 7は、洗浄装置 11 によって洗浄された後、再度検体の分析に使用される。

[0036] このとき、攪拌装置 20は、制御部 16を介して入力部 18から予め入力された制御信号に基づき、反応ホイール 6の停止時にコントローラ 21cが駆動回路 21bに駆動信号を入力する。これにより、表面弾性波素子 22は、入力される駆動信号の周波数に応じて振動子 22bが駆動され、図 6に示すように、バルタ波 Wbを誘起する。誘起されたバルタ波 Wbは、圧電基板 22a,音響整合層 23を伝搬してから反応容器 7の側壁 7a へ入射し、側壁 7a内を矢印で示すように伝搬した後、音響インピーダンスが近い液体 Lへ漏れ出してゆく。

[0037] この結果、漏れ出したバルタ波によって反応容器 7内の液体 L中には、図 5に示すように、振動子 22bの斜め上方向に向力流れ Feeが生じると共に、振動子 22bの斜め下方向に向カゝぅ流れ Fewが生じ、分注された試薬と検体とを含む液体 Lが攪拌される。

[0038] このとき、攪拌装置 20は、振動子 22bを液体 Lに隣接する側壁 7aに向け、表面弹性波素子 22が音響整合層 23を介して側壁 7aに取り付けられている。このため、攪拌装置 20及び自動分析装置 1は、振動子 22bが発生した音波が反応容器 7の側壁 7a を介して隣接する液体 Lに入射することから音波の伝搬経路が短、ので、音波の伝搬に伴う減衰を抑えて液体 Lの攪拌効率を向上させることができる。また、表面弾性波素子 22は、圧電基板 22aの外側に振動子 22bが配置され、振動子 22bは大気に曝されて固体に覆われていないので、振動子 22bの励振が抑制され難ぐ駆動の際のエネルギー損失を小さく抑えることができる。

[0039] ここで、一般に、気体や液体の流体中ではずれ弾性が存在しな!、ため、音波は、疎密波として伝搬する縦波である。これに対し、固体中では、縦波の他、横波も存在する。一方、振動子 22bを圧電基板 22aの外側に配置した表面弾性波素子 22によつて音波を誘起する場合、振動子 22bから圧電基板 22aの内部へ伝搬し、音響整合層 23を介して反応容器 7の側壁 7aに入射するには、発生させる音波は、バルタ波である必要がある。この場合、表面弾性波素子 22が発生した音波 (バルタ波）は、最小の伝搬ロスの下に液体 Lに出射され、効率良く液体 Lを攪拌する。

[0040] このとき、振動子 22bが発生した音波は、伝搬経路上に存在する音響インピーダンスの差が小さい媒質を通って伝搬される。このため、攪拌装置 20は、表面弾性波素子 22が発生する音波の伝搬経路上に存在する媒質を適宜選択することによって音響インピーダンスの差を小さくし、伝搬ロスを抑制することにより効率の良い攪拌を実現することができる。この場合、振動子 22bが発生する音波の伝搬経路上に存在する第一の媒質は、複数の音波モードを有し、それぞれの音波モードの音響インピーダンスは、前記第一の媒質に隣り合う第二の媒質が有する複数の音波モードそれぞれの音響インピーダンスのうちの少なくとも一つと略等しい。

[0041] 即ち、攪拌装置 20は、表面弾性波素子 22の振動子 22bが発生した音波の伝搬経路上に第一の媒質として圧電基板 22a、第二の媒質として音響整合層 23、第三の媒質として反応容器 7の側壁 7a、第四の媒質として液体 Lが存在する。このとき、これら媒質の素材として、圧電基板 22aはニオブ酸リチウム、音響整合層 23は紫外線硬化榭脂、反応容器 7はポリスチレン榭脂、液体 Lは水とし、密度を p、縦波の速度を VL 、横波の速度を VS、縦波のインピーダンスを ZL (= p 'VL)、横波のインピーダンスを ZS (= p 'VS)とする。

[0042] すると、圧電基板 22aは、 B=4. 70g/cm³, VLB=4800m/s, VSB = 3500 m/sより、 ZLB = 22. 56MRayl, ZSB= 16. 45MRaylとなる。音響整合層 23は、 p M= l . 15g/cm³, VLM = 2600m/s, VSM= 1070mZsより、 ZLM = 2. 99M Rayl, ZSM= 1. 23MRaylとなる。反応容器 7は、 C = l. 05g/cm³, VLC = 240 Om/s, VSC = 1070mZsより、 ZLC = 2. 52MRayl, ZSC = 1. 12MRaylとなる。また、液体 Lは、 W= l. OOg/cm³, VLW= 1500mZsより、 ZLW= 1. 5MRayl となる。 [0043] このとき、振動子 22bが音波を発生した場合、各媒質では、図 7に示すような音波モードが存在する。音波は、圧電基板 22a内では縦波 LB (ZLB = 22. 56MRayl)と横波 SB (ZSB= 16. 45MRayl)の二つの音波モードが存在する。音響整合層 23内では縦波 LM(LB), LM(SB) (ZLM = 2. 99MRayl)と横波 SM(LB), SM(SB) (ZSM= 1 . 23MRayl)の二つの音波モードが存在する。また、反応容器 7の側壁 7a内では、音響整合層 23内の縦波 LM(LB), LM(SB)に起因する縦波 LC(LM(LB))， LC(LM(S B》（ZLC = 2. 52MRayl)と横波 SC(LM(LB))， SC(LM(SB》（ZSC = 1. 12MRayl) 、音響整合層 23内の横波 SM(LB), SM(SB)に起因する縦波 LC(SM(LB))， LC(SM( SB)) (ZLC = 2. 52MRayl)と横波 SC(SM(LB))， SC(SM(SB)) (ZSC = 1. 12MRayl )の二つの音波モードが存在する。このように、音響整合層 23が有する一つの音波モードの音響インピーダンスは、隣り合う反応容器 7が有する複数の音波モードそれぞれの音響インピーダンスのうちの少なくとも一つと略等しくなるように構成されている。これらの縦波及び横波は、液体 L中に入射すると総て縦波 LWとなる。ここで、振動子 22bが二方向性櫛歯状電極の場合、図 7においては、音波の縦波及び横波は、振動子 22bの中央を通り圧電基板 22aの板面に垂直な線 Lsの上下に対称に生ずる 1S 図面表示の簡単のため線 Lsの上側の縦波及び横波についてのみ図示している

[0044] 従って、攪拌装置 20は、音響整合層 23、反応容器 7及び液体 Lの素材を上記のように選択すると、隣接する媒質間の音響インピーダンスの差から、図 7に示すように、振動子 22bが発生した音波により、主に横波 SBが、圧電基板 22a内から音響整合層 23に入射し、音響整合層 23内を主に縦波 LM(SB)として伝搬した後、反応容器 7〖こ入射する。その後、反応容器 7の側壁 7a内を主に縦波 LC(LM(SB))として伝搬し、縦波 LWのモードで液体 L中に入射する。この場合、振動子 22bが発生した音波は、圧電基板 22a内を縦波 LBも伝搬するが、音響インピーダンスの差が大きいことから音響整合層 23には入射し難い。同様に、音響整合層 23内を伝搬する横波 SM(SB)は、側壁 7aに縦波 LC(SM(SB》としても入射する力音響インピーダンスの差が大きいことから側壁 7aに入射し難い。以下同様にして、境界における音響インピーダンスの差の大小関係によって縦波或いは横波の入射のし易さを判断することができる。 [0045] ここで、本発明の攪拌装置 20は、表面弾性波素子 22の振動子 22bとして櫛歯状電極 (IDT)を使用しているので、構造が簡単であり、特に、振動子 22bの部分を薄く構成することができる。また、攪拌装置 20は、表面弾性波素子 22が反応容器 7に固定されて!/、るので、表面弾性波素子 22を反応容器 7と共に簡単に取り扱うことができる。

[0046] このため、攪拌装置 20は、図 8に示すように、側壁 7aを薄肉にして成形した凹部 7f に振動子 22bを反応容器 7の外側に向け、音響整合層を介して表面弾性波素子 22 を凹部 7fに埋め込んだ反応容器 7を使用してもよい。この場合、攪拌装置 20は、図 9 に示すように、反応容器 7に取り付ける表面弾性波素子 22の振動子 22bを 2つにしてもよい。このようにすると、攪拌装置 20は、 2つの振動子 22bを時分割で駆動し、或いは 2つの振動子 22bの中心周波数を異ならせて同時に駆動する等、種々に組み合わせて使用することにより攪拌能力を向上させることができ、保持した液体が多い場合であっても液体を短時間で攪拌することができる。

[0047] また、表面弾性波素子 22を小型に構成することができるので、攪拌装置 20は、図 1 0に示す反応容器 7のように、表面弾性波素子 22を側壁 7aの一部として用い、振動子 22bを反応容器 7の外側に向けて表面弾性波素子 22を側壁 7aの上部に埋め込んでもよい。

[0048] 一方、攪拌装置 20は、図 11に示す反応容器 7のように、表面弾性波素子 24を底壁 7c下面に取り付けてもよい。表面弾性波素子 24は、図 12に示すように、基板 24a の表面の中央に櫛歯状電極 (IDT)力なる振動子 24bが設けられ、受電手段となるアンテナ 24cは振動子 24bを囲むようにして一体に設けられている。この場合、表面弾性波素子 24は、図 13に示すように、振動子 22bを反応容器 7の外側に向け、音響整合層 23を介して底壁 7cに取り付ける。また、攪拌装置 20は、送電体 21の RF送信アンテナ 21aを反応ホイール 6の凹部 6a底壁に設ける。

[0049] さらに、攪拌装置 20は、図 14に示す反応容器 7のように、表面弾性波素子 24の圧電基板 24aを底壁として用いてもよい。このとき、表面弾性波素子 24は、振動子 24b を反応容器 7の外側に向けて圧電基板 24aを側壁 7aの下部に取り付ける。

[0050] (実施の形態 2) 次に、本発明の攪拌装置と分析装置にかかる実施の形態 2について、図面を参照しつつ詳細に説明する。実施の形態 1は、表面弾性波素子に無線によって電力を供給したが、実施の形態 2は、有線によって表面弾性波素子に電力を供給している。図 15は、攪拌装置を備えた実施の形態 2の自動分析装置の概略構成図である。図 16 は、図 15の自動分析装置の構成を示すブロック図である。図 17は、図 15の自動分析装置で使用される攪拌装置の表面弾性波素子と、表面弾性波素子を取り付けた反応容器とを示す斜視図である。図 18は、表面弾性波素子が取り付けられ、図 15の自動分析装置で使用される反応容器を送電体と共に示す斜視図である。ここで、実施の形態 2の自動分析装置は、攪拌装置が実施の形態 1の攪拌装置 20と同じ反応容器を使用しているので、反応容器については同じ符号を使用して説明している。

[0051] 自動分析装置 30は、図 15及び図 16に示すように、試薬テーブル 321, 32、反応ホイール 33、検体容器移送機構 37、測光系 42、洗浄機構 43、制御部 45及び攪拌装置 50を備えている。

[0052] 試薬テーブル 31, 32は、図 15に示すように、それぞれ周方向に配置される複数の試薬容器 31a, 32aを保持し、図示しない駆動手段に回転されて試薬容器 31a, 32a を周方向に搬送する。

[0053] 反応ホイール 33は、図 15に示すように、複数の反応容器 7が周方向に沿って配列され、図示しな!ヽ駆動手段によって正転或!ヽは逆転されて反応容器 7を搬送する。反応容器 7は、近傍に設けた試薬分注機構 35, 36によって試薬テーブル 31, 32の試薬容器 31a, 32aから試薬が分注される。ここで、試薬分注機構 35, 36は、それぞれ水平面内を矢印方向に回動するアーム 35a, 36aに試薬を分注するプローブ 35b , 36b力設けられ、洗浄水によってプローブ 35b, 36bを洗浄する洗浄手段を有している。

[0054] 反応容器 7は、図 16及び図 17に示すように、側壁 7aに取り付けられる表面弾性波素子 54と共に攪拌装置 50を構成して、る。

[0055] 検体容器移送機構 37は、図 15に示すように、フィーダ 38に配列した複数のラック 3 9を矢印方向に沿って 1つずつ移送する移送手段であり、ラック 39を歩進させながら移送する。ラック 39は、検体を収容した複数の検体容器 39aを保持している。ここで、検体容器 39aは、検体容器移送機構 37によって移送されるラック 39の歩進が停止するごとに、水平方向に回動する駆動アーム 41aとプローブ 41bとを有する検体分注機構 41によって検体が各反応容器 7へ分注される。このため、検体分注機構 41は、洗浄水によってプローブ 41bを洗浄する洗浄手段（図示せず)を有している。

[0056] 測光系 42は、試薬と検体とが反応した反応容器 7内の液体を分析するための分析光（340〜800nm)を出射するもので、図 15に示すように、発光部 42a,分光部 42b 及び受光部 42cを有している。発光部 42aから出射された分析光は、反応容器 7内の液体を透過し、分光部 42bと対向する位置に設けた受光部 42cによって受光される。受光部 42cは、制御部 45と接続されている。

[0057] 洗浄機構 43は、ノズル 43aによって反応容器 7内の液体を吸引して排出した後、ノズル 43aによって洗剤や洗浄水等の洗浄液等を繰り返し注入し、吸引することにより、測光系 42による分析が終了した反応容器 7を洗浄する。

[0058] 制御部 45は、自動分析装置 30の各部の作動を制御すると共に、発光部 42aの出射光量と受光部 42cが受光した光量に基づく反応容器 7内の液体の吸光度に基づいて検体の成分濃度等を分析し、例えば、マイクロコンピュータ等が使用される。制御部 45は、図 15及び図 16に示すように、キーボード等の入力部 46及びディスプレィパネル等の表示部 47と接続されて、る。

[0059] 攪拌装置 50は、表面弾性波素子 54を駆動して発生する音波によって反応容器 7 に保持された液体を攪拌するもので、反応容器 7の他に、図 15及び図 16に示すように、送電体 51と表面弾性波素子 54とを有している。送電体 51は、反応ホイール 33 外周の互いに対向する位置に反応容器 7と水平方向に対向させて配置され、数 MH z〜数百 MHz程度の高周波交流電源力供給される電力を表面弾性波素子 54に送電する。送電体 51は、駆動回路とコントローラとを備えており、図 18に示すように、表面弾性波素子 54の電気端子 54dに当接するブラシ状の接触子 51aを有している。このとき、送電体 51は、図 15に示すように、配置決定部材 52に支持されており、反応ホイール 33の回転が停止したときに接触子 51aから電気端子 54dに電力を送電する。

[0060] 配置決定部材 52は、制御部 45によって作動が制御され、送電体 51から電気端子 54dに電力を送電する送電時に、送電体 51を移動させて送電体 51と電気端子 54d との反応ホイール 33の周方向並びに半径方向における相対配置を調整するもので、例えば、 2軸ステージが使用される。具体的には、配置決定部材 52は、反応ホイ一ル 33が回転し、送電体 51から電気端子 54dに電力を送電していない非送電時は、作動が停止されて、送電体 51と電気端子 54dとを一定の距離に保持している。そして、配置決定部材 52は、反応ホイール 33が停止し、送電体 51から電気端子 54dに電力を送電する送電時には、制御部 45の制御の下に作動して送電体 51を移動させ、送電体 51と電気端子 54dとが対向するように反応ホイール 33の周方向に沿った位置を調整すると共に、送電体 51と電気端子 54dとを近接させて接触子 51aと電気端子 54dとを接触させることで送電体 51と電気端子 54dとの相対配置を決定する。

[0061] ここで、攪拌装置 50は、自動分析装置 30の制御部 45を配置決定手段として使用し、反応ホイール 33を回転駆動するモータ等の駆動手段を制御部 45によって制御することにより反応ホイール 33の周方向に沿った送電体 51と電気端子 54dとの相対配置を調整してもよい。このように、配置決定部材 52は、送電体 51と電気端子 54dとが対向するように少なくとも反応ホイール 33の周方向に沿った送電体 51と電気端子 54dとの相対配置を調整することができればよい。一方、送電体 51と電気端子 54dとの相対配置は、例えば、送電体 51側に反射センサを設け、反応容器 7或いは表面弾性波素子 54の特定個所に設けた反射体からの反射を利用する等によって検出する。このとき、検出した相対配置のデータは制御部 45に入力しておく。

[0062] 表面弾性波素子 54は、図 17及び図 19に示すように、圧電基板 54aの一方の面に櫛歯状電極 (IDT)力もなる振動子 54bが設けられると共に、バスバー 54cが他方の面まで延設され、バスバー 54cの端部に電気端子 54dが設けられた音波発生手段である。振動子 54bは、送電体 51から送電された電力によって音波を発生する発音部である。表面弾性波素子 54は、自動分析装置 30に反応容器 7をセットしたとき、振動子 54bを構成する複数の櫛歯状電極が鉛直方向に配列されるように、表面弾性波素子 54を反応容器 7の側壁 7aに取り付ける。表面弾性波素子 54は、振動子 54bを反応容器 7の外側に向け、エポキシ榭脂ゃ紫外線硬化榭脂等の音響整合層 55 (図 20 参照）を介して反応容器 7の側壁 7aに取り付けられる。 [0063] このとき、受電手段となる電気端子 54dを含めて表面弾性波素子 54は、測光系 42 による測光を妨げないように、図 17に示すように、測光用の窓となる側壁 7aの下部を避けて側壁 7aの上下方向中間位置に配置する。表面弾性波素子 54は、振動子 54 bとして櫛歯状電極 (IDT)を使用するので、構造が簡単で小型な構成とすることができる。ここで、振動子 54bは、櫛歯状電極 (IDT)に代えてチタン酸ジルコン酸鉛 (PZ T)を使用してもよい。

[0064] 以上のように構成される自動分析装置 30は、制御部 45の制御の下に作動し、回転する反応ホイール 33によって周方向に沿って搬送されてくる複数の反応容器 7に試薬分注機構 35, 36が試薬容器 31a, 32aから試薬を順次分注する。試薬が分注された反応容器 7は、検体分注機構 41によってラック 39に保持された複数の検体容器 39aから検体が順次分注される。そして、試薬と検体が分注された反応容器 7は、反応ホイール 33が停止する都度、攪拌装置 50によって順次攪拌されて試薬と検体とが反応し、反応ホイール 33が再び回転したときに測光系 42を通過する。このとき、反応容器 7内の液体は、受光部 42cで測光され、制御部 45によって成分濃度等が分析される。そして、分析が終了した反応容器 7は、洗浄機構 43によって洗浄された後、再度検体の分析に使用される。

[0065] このとき、攪拌装置 50は、反応ホイール 33が停止したときに送電体 51が接触子 51 aから電気端子 54dに電力を送電する。これにより、表面弾性波素子 54は、振動子 5 4bが駆動され、音波を誘起する。この誘起された音波が、音響整合層 55から反応容器 7の側壁 7a内へと伝搬し、音響インピーダンスが近い液体中へ漏れ出してゆく。この結果、反応容器 7内には、液体 L中の振動子 54bに対応する位置を起点として、図 20に矢印で示すように、斜め上方向に向力う流れ Feeと、斜め下方向に向かう流れ F cwが、それぞれ生じる。この 2つの流れによって、反応容器 7は、保持した液体 Lが攪拌される。このとき、攪拌装置 50は、配置決定部材 52によって送電体 51を電気端子 54dに近接させると共に、送電体 51と電気端子 54dとが対向するように位置を調整するので、送電体 51から電気端子 54dへの送電が円滑に行われる。

[0066] また、反応容器 7は、振動子 54bを液体 Lに隣接する側壁 7aに向け、表面弾性波素子 54が音響整合層 55 (図 20参照）を介して側壁 7aに取り付けられている。このため、攪拌装置 50及び自動分析装置 30は、振動子 54bが発生した音波が音響整合層 55から側壁 7aを通って隣接する液体 Lに入射する。従って、攪拌装置 50及び自動分析装置 30は、音波の伝搬経路が短いため、伝搬に伴う音波の減衰が抑制されるので、液体 Lの攪拌効率を向上させることができる。

[0067] このため、攪拌装置 50は、表面弾性波素子 54が発生した音波の伝搬効率に優れており、構造も簡単である。この結果、自動分析装置 30は、従来の分析装置に比べて小型化が可能であり、メンテナンスも容易になるという利点がある。また、表面弾性波素子 54は、圧電基板 54aの外側に振動子 54bが配置され、振動子 54bは大気に曝されて固体に覆われていないので、振動子 54bの励振が抑制され難ぐ駆動の際のエネルギー損失を小さく抑えることができる。

[0068] なお、実施の形態 2の攪拌装置 50は、送電体 51がブラシ状の接触子 5 laを電気端子 54dに当接させて電力を表面弾性波素子 54に送電するように構成した。しかし、攪拌装置 50は、表面弾性波素子 54に送電する際、反応ホイール 33が停止した後、ラックとピ-オンとを有する配置決定部材 52によって送電体 51を反応容器 7に近接させ、図 21に示すように、送電体 51に設けたばね付き端子 5 lbが電気端子 54dへ当接するように構成してもよい。このような構成とした場合、自動分析装置 30は、反応ホイール 33を回転させて反応容器 7を搬送するときに、ばね付き端子 51bが表面弹性波素子 54と干渉しないように、配置決定部材 52によって送電体 51を反応容器 7 力遠ざける。

[0069] また、攪拌装置 50は、送電体 51が接触子 51aを電気端子 54dに当接させて電力を表面弾性波素子 54に送電する構成から、例えば、図 22に示すように、送電体 51 にアーム部材 57を設けると共に、アーム部材 57の先端に表面弾性波素子 58を設け、液体を攪拌する際にアーム部材 57を繰り出して反応容器 7の側壁 7a外側に表面弾性波素子 58が接触するようにしてもよい。このようにすると、攪拌装置は、表面弾性波素子の取り付け対象を設計に応じてアーム部材 57又は反応容器 7へと適宜変更することができ、設計上の自由度が増す。

[0070] この場合、アーム部材 57は、支持筒 57aに駆動アーム 57bが出没自在に支持されている。表面弾性波素子 58は、圧電基板 58aの一方の面に振動子 58bが形成され、振動子 58bを内側に向けて駆動アーム 57bの端面に接着剤 Adによって接着され、支持筒 57a及び駆動アーム 57bの内部に配線した電力線によって供給される電力によって駆動される。

[0071] このように構成することにより、攪拌装置 50は、表面弾性波素子 58による液体の攪拌に際し、制御部 45による制御の下、図 23に示すように、音響整合液分注機構が有するノズル 59から表面弾性波素子 58に音響整合液 Lmを吐出する。次に、攪拌装置 50は、制御部 45の制御の下、駆動アーム 57bを繰り出し、図 24に示すように、駆動アーム 57b端面の表面弾性波素子 58を反応容器 7の側壁 7aに当接させる。

[0072] これにより、攪拌装置 50は、表面弾性波素子 58と側壁 7aとの間に配置される音響整合液 Lmの薄、膜を介して、表面弾性波素子 58の振動子 58bが発生する音波 (バルク波）が、反応容器 7の側壁 7aから液体 L中に漏れ出す。この結果、反応容器 7は、漏れ出した音波 (バルタ波）によって液体 L中の振動子 58bの斜め上方向に向かう流れ Feeが生じると共に、振動子 58bの斜め下方向に向力流れ Fewが生じ、液体しが携拌される。

[0073] このとき、攪拌装置 50は、振動子 58bを側壁 7aに向けて表面弾性波素子 58が音響整合液 Lmを介して側壁 7aに接触し、音波 (バルタ波）が液体 Lに照射されるまでの伝搬経路が短いので、音波の減衰を抑えて攪拌効率を向上することができる。そして、液体 Lの攪拌が終了すると、攪拌装置 50は、制御部 45による制御の下、駆動ァーム 57bを引き戻し、表面弾性波素子 58と反応容器 7の側壁 7aとの当接を解除する

[0074] なお、表面弾性波素子による液体の攪拌に際し、表面弾性波素子を反応容器 7の側壁 7aに当接させる攪拌装置 50の構成は、実施の形態 1の攪拌装置 20にも適用することができる。このような構成を採用する場合、攪拌装置 20は、反応ホイール 6の外周近傍に表面弾性波素子 22を取り付けたアーム部材 57を配置すると共に、開口 6b の上部に駆動アーム 57bを挿通して表面弾性波素子 22を反応容器 7の側壁 7aに当接させる当接用の開口を形成しておけばよい。

産業上の利用可能性

[0075] 以上のように、本発明の攪拌装置と分析装置は、発音部が発生した音波が容器壁面を介して隣接する液体に入射することから音波の伝搬経路が短ぐ音波の伝搬に伴う減衰を抑えて液体の攪拌効率を向上させるのに有用であり、特に、血液や尿等を含む生体試料を試薬と攪拌して反応させ、反応した反応液を分析するのに適している。

Claims

請求の範囲

[1] 攪拌対象の液体を保持する容器と、

前記液体へ音波を照射すると共に、当該音波によって液体を攪拌する音波発生手段と、

を備えた攪拌装置であって、

前記音波発生手段は、

圧電基板と、

前記圧電基板に設けられると共に、前記容器及び前記圧電基板を介して前記液体に隣接する前記容器外側に配置され、前記液体を攪拌する音波を発生する発音部と、

を有することを特徴とする攪拌装置。

[2] 前記容器及び前記圧電基板は、前記音波の透過する面の表面粗さが、前記発音部の発生する音波の波長よりも小さ!/、ことを特徴とする請求項 1に記載の攪拌装置。

[3] 前記発音部は、櫛歯状電極であることを特徴とする請求項 1に記載の攪拌装置。

[4] 前記音波は、バルタ波であることを特徴とする請求項 1に記載の攪拌装置。

[5] 前記発音部が発生したバルタ波の伝搬経路上に存在する第一の媒質は、複数の音波モードを有し、それぞれの音波モードの音響インピーダンスは、前記第一の媒質に隣り合う第二の媒質が有する複数の音波モードそれぞれの音響インピーダンスのうちの少なくとも一つと略等しいことを特徴とする請求項 4に記載の攪拌装置。

[6] 前記音波発生手段は、前記容器に固定されていることを特徴とする請求項 1に記載の攪拌装置。

[7] 前記音波発生手段は、前記液体を攪拌する際に前記容器の外側に接触することを特徴とする請求項 1に記載の攪拌装置。

[8] 複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液の光学的特性を測定して前記反応液を分析する分析装置であって、請求項 1〜7のいずれか一つに記載の攪拌装置を用いて検体と試薬との反応液を光学的に分析することを特徴とする分析装置。