JP2019086426A - 分注装置、分注装置の制御方法、生化学分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で管路内の気泡を排出させることができる分注装置を提供する。【解決手段】分注装置において、検体を吸引・吐出するサンプルプローブと、サンプルプローブに配管を介して連結され、減圧・加圧動作による配管内に充填された内部液体への圧力伝達によりサンプルプローブに液体を吸引・吐出させる第一シリンジポンプと、配管内に配置され、配管内の圧力を検出する圧力センサと、配管に取り付け可能に構成され、配管内の液体を吸引するとともに圧力を開放可能な第三シリンジポンプと、第一シリンジポンプと第三シリンジポンプの駆動を制御する制御部と、を備え、制御部は、配管におけるサンプルプローブが取り付けられる部分に第三シリンジポンプが取り付けられたとき、第三シリンジポンプによる吸引動作を行わせた後、第三シリンジポンプの圧力を開放するとともに第一シリンジポンプによる加圧動作を行わせるプライムモードを有する。【選択図】図５

Description

本発明は、血液や尿等の生体試料（以下、「検体」という）を分注する分注装置、及び、この分注装置を備える生化学分析装置に関する。

従来から、生化学分析装置に搭載される分注装置においては、ノズルと、ノズルに対して管路を介して連結されたポンプを備え、ポンプの減圧・加圧動作による管路内に充填された液体への圧力伝達によりノズルに血液等の検体を吸引・吐出させる構成が知られている。

このような分注装置においては、検体である血液の凝固物等により管路が塞がれることがあった。そこで管路内に配置された圧力センサにより圧力をモニタすることで、分注装置の管路が塞がれることを検出する構成が知られている。

ここで圧力センサは、低圧を高感度で測定するために径の大きなダイヤフラムを利用するのが一般的である。これに対して圧力センサに接続される管路の径が細い場合、管路と圧力センサとをつなぐ分岐路内では流路の断面積が急拡大し、この部分の流れが乱れて流速が減少して気泡が圧力センサ周囲に滞留しやすくなる。また管路と圧力センサとを接続する分岐路が管路に直交する方向に分岐するＴ字管構造の場合にも、分岐路周囲に気泡が滞留しやすくなる。

このように圧力センサの周囲に気泡が滞留する場合、圧力センサの誤検知を生じさせるおそれがある。加えて、管路内に気泡が滞留する場合、ポンプの動作に伴って気泡が膨張・圧縮し、ノズルによる検体の吸引・吐出に際してポンプの動作が正確に伝達されないおそれがある。

これに対して特許文献１では、圧力センサの検出値から気泡の滞留を判定し、気泡が滞留していると判定された場合には、管路に送液を行って気泡を排出する構成が記載されている。

特開２０１５−１１４１２０号公報

しかしながら特許文献１に記載の構成では、配管内において、圧力センサに対してノズルが配置された側と反対側からの加圧動作のみにより気泡を排出させるため、気泡には一定方向の力しかかからず、管路から気泡を排出させるのに長い時間が必要であった。

そこで本発明はこのような現状に鑑みてなされたものであり、短時間で管路内の気泡を排出させることができる分注装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る分注装置の代表的な構成は、液体を吸引・吐出するノズルと、前記ノズルに管路を介して連結されたポンプであって、減圧・加圧動作による前記管路内に充填された液体への圧力伝達により前記ノズルに液体を吸引・吐出させるポンプと、前記管路内に配置され、前記管路内の圧力を検出する圧力検出部と、前記管路に取り付け可能に構成され、前記管路内の液体を吸引するとともに圧力を開放可能な吸引部材と、前記ポンプと前記吸引部材の駆動を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記管路における前記ノズルが取り付けられる部分に前記吸引部材が取り付けられたとき、前記吸引部材による吸引動作を行わせた後、前記吸引部材の圧力を開放するとともに前記ポンプによる加圧動作を行わせるモードを有することを特徴とする。

本発明によれば、分注装置において、短時間で管路内の気泡を排出させることができる。

生化学分析装置の概略図である。 分注装置の模式概略図である。 第三シリンジポンプが取り付けられた状態の分注装置の模式概略図である。 生化学分析装置のシステム構成を示すブロック図である。 プライムモードのフローチャートである。 プライムモード実行時の気泡の動きを示す模式図である。

（第１実施形態）
＜生化学分析装置＞
以下、まず本発明の第１実施形態に係る分注装置を備える生化学分析装置の全体構成を検体の分析動作とともに図面を参照しながら説明する。なお、記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、生化学分析装置１０の概略図である。図１に示す様に、生化学分析装置１０は、試薬ボトル７が設置される試薬トレイ１と、試薬プローブ２と、試薬アーム３を備える。また反応セル５が設置される反応トレイ４と、反応セル５内の液体を撹拌する撹拌ユニット６と、反応セル５を洗浄する不図示の洗浄ユニットを備える。またサンプルチューブ９が配置されるサンプルトレイ８と、サンプルプローブ１１と、サンプルアーム１２を備える。またサンプルトレイ８近傍に、光源１７と光度計１８を備える。また後述するプライムモードで使用される第三シリンジポンプ８２（図３参照）に接続された接続管８１と、ユーザが操作可能なタッチパネル方式の表示操作部１３を備える。

サンプルトレイ８は、回転自在に支持されており、サンプルトレイ８上には血液等の液体の検体（試料）が入ったサンプルチューブ９が設置されている。

サンプルアーム１２は、上下動可能に構成されており、尚且つ、回転自在に支持されている。サンプルアーム１２の先端には、サンプルプローブ１１（ノズル）が取り付けられている。またサンプルプローブ１１は、サンプルアーム１２内部から生化学分析装置１０内部まで延びる配管５２を介して、第一シリンジポンプ５１（図２参照）と連結されている。なお、サンプルプローブ１１は、その内周面にネジ部（不図示）が形成され、配管５２先端の外周面に形成されたネジ部（不図示）に螺合して接続されている。サンプルプローブ１１は、第一シリンジポンプ５１（ポンプ）の加圧・減圧動作に伴って、サンプルチューブ９内の検体の吸引・吐出動作を行う。

試薬トレイ１は、回転自在に支持されており、試薬トレイ１上には分析対象となる複数の分析項目に対応する試薬が入った試薬ボトル７が設置されている。

試薬アーム３は、上下動可能に構成されており、尚且つ、回転自在に支持されている。試薬アーム３の先端には、試薬プローブ２が取り付けられている。また試薬プローブ２は、試薬アーム３内部から生化学分析装置１０内部まで延びる配管（不図示）を介して、第二シリンジポンプ（不図示）と連結されている。試薬プローブ２は、第二シリンジポンプの加圧・減圧動作に伴って、試薬ボトル７内の試薬の吸引・吐出動作を行う。

次に、生化学分析装置１０による検体の分析動作について説明する。

まずユーザが表示操作部１３を操作することで、生化学分析装置１０の検体の分析項目が図４に示す制御部６０に入力される。

次に、サンプルトレイ８が回転し、これに伴ってサンプルチューブ９が吸引位置へと移送される。次に、サンプルアーム１２が駆動することで、吸引位置にあるサンプルチューブ９内にサンプルプローブ１１が降下して進入し、第一シリンジポンプ５１の減圧動作に伴ってサンプルプローブ１１が所定量の検体を吸引する。

サンプルプローブ１１が検体を吸入している間、サンプルプローブ１１と第一シリンジポンプ５１とを連結する配管５２内の圧力は、配管５２内に配置された圧力検出部としての圧力センサ５３（図２参照）により検出される。そして圧力センサ５３の出力から圧力変動の異常が検出された場合、制御部６０は第一シリンジポンプ５１の駆動を停止させるとともに、その旨を表示操作部１３に表示させてユーザに報知する。

次に、サンプルアーム１２の動作により、サンプルプローブ１１を反応トレイ４に設置された反応セル５内に進入させる。その後、第一シリンジポンプ５１の加圧動作に伴って、サンプルプローブ１１に吸引された検体が反応セル５に吐出されて分注される。

またサンプルプローブ１１による検体の吸引・吐出動作を行う間、試薬トレイ１は回転し、この回転に伴って試薬ボトル７が吸引位置へと移送される。その後、試薬アーム３が駆動することで、吸引位置にある試薬ボトル７内に試薬プローブ２が降下して進入し、不図示の第二シリンジポンプの減圧動作に伴って試薬プローブ２が所定量の試薬を吸引する。

次に、反応トレイ４の回転と試薬アーム３の駆動により、検体が吐出された反応セル５内に試薬プローブ２が進入する。その後、第二シリンジポンプ（不図示）の加圧動作に伴って、試薬プローブ２に吸引された試薬が反応セル５に吐出されて分注される。

次に、反応セル５（反応容器）内の検体と試薬の混合物は、撹拌ユニット６により撹拌される。その後、反応トレイ４が回転し、この回転に伴って反応セル５が光源１７から出射された光束を横切り、反応セル５内の混合物の吸光度が光度計１８（計測手段）により計測される。光度計１８の出力信号は、不図示のＡ／Ｄ変換器を経由して制御部６０に入り、制御部６０により分析項目が計算される。

分析結果は、表示操作部１３に画面出力される。また分析終了後、反応セル５は洗浄ユニット（不図示）から供給される洗浄水により洗浄される。

＜分注装置＞
次に、サンプルプローブ１１により液体を吸引・吐出させる分注装置５０の構成について詳しく説明する。

図２は、分注装置５０の模式概略図である。図２に示す様に、分注装置５０はサンプルプローブ１１と第一シリンジポンプ５１を備え、サンプルプローブ１１は、配管５２を介して第一シリンジポンプ５１に連結されている。

配管５２は、後述するプライムモードにより、生化学分析装置１０による検体の分析動作時には、内部液体タンク５７から供給される内部液体で充填されている。また配管５２には、第一電磁弁５８、第二電磁弁５９が設けられている。また配管５２において、サンプルプローブ１１と第一シリンジポンプ５１とを連結する主管路５２ａから直交する方向に分岐した分岐路５２ｂには圧力センサ５３が配置されている。また主管路５２ａから第一シリンジポンプ５１部分で分岐した供給路５２ｃは、第一シリンジポンプ５１と内部液体で満たされた内部液体タンク５７とを連結する。

第一シリンジポンプ５１は、シリンダ５１ａとプランジャ５１ｂから構成されており、プランジャ５１ｂは第一ポンプ駆動部６５（図４）に接続されている。そして第一ポンプ駆動部６５によってプランジャ５１ｂが上方に移動することで加圧動作が行われ、下方に移動することで減圧動作が行われる。また第一シリンジポンプ５１は、プランジャ５１ｂの上下動に伴って内部液体を配管５２内で移動させ、プランジャ５１ｂの上下動に伴う圧力を内部液体に圧力伝達させる。これによりサンプルプローブ１１により検体を吸引・吐出させる。つまり内部液体は、第一シリンジポンプ５１の吸引・吐出動作を、サンプルプローブ１１に伝達する媒介液として機能する。

サンプルプローブ１１がサンプルチューブ９内の検体内にあるとき、第一ポンプ駆動部６５によりプランジャ５１ｂが下方に移動され、これによりサンプルプローブ１１に検体が吸引される。このとき、内部液体と検体とが混じり合わないように、サンプルプローブ１１には予め分節用の空気が吸引されている。つまりサンプルプローブ１１において、基端部側には内部液体が位置し、空気層を介して、先端部側に検体が位置する。

その後、サンプルプローブ１１が反応セル５内に到達すると、第一ポンプ駆動部６５によりプランジャ５１ｂが上方に移動され、これによりサンプルプローブ１１から検体が吐出される。

また分注装置５０において、配管５２のサンプルプローブ１１が取り付けられた部分には、サンプルプローブ１１を取り外して、接続管８１を介して第三シリンジポンプ８２（吸引部材）が取り付け可能に構成されている。接続管８１は、生化学分析装置１０内部からサンプルプローブ１１の方向に引き出し可能に構成されている。また接続管８１の内周面にはネジ部（不図示）が形成されており、配管５２の外周面に形成されたネジ部（不図示）と螺合することで両者は接続される。

図３は、第三シリンジポンプ８２が取り付けられた状態の分注装置５０の模式概略図である。図３に示す様に、第三シリンジポンプ８２は、シリンダ８２ａとプランジャ８２ｂから構成されており、プランジャ８２ｂは第三ポンプ駆動部６６（図４）に接続されている。そして第三ポンプ駆動部６６によってプランジャ５１ｂが下方に移動することで減圧動作が行われ、配管５２内の内部液体を吸引する。なお、第三ポンプ駆動部６６によってプランジャ５１ｂが上方に移動することで、加圧動作を行うこともできる。またシリンダ８２ａには第三電磁弁８３が設けられており、第三電磁弁８３を開状態とすることでシリンダ８２ａ内の圧力を開放可能に構成されている。また第三電磁弁８３は、内部液体が噴出しないようにカバー８４に覆われている。

＜制御部＞
次に、生化学分析装置１０のシステム構成の概要について説明する。ここでは特に分注装置５０の制御に関わる部分のシステム構成について説明する。

図４は、生化学分析装置１０のシステム構成の一部を示すブロック図である。図４に示す様に、生化学分析装置１０は、ＣＰＵ６１、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３から構成される制御部６０を備える。

ＲＯＭ６２は、制御プログラムや各種データ、テーブル等を格納する。ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６２に格納された制御プログラムや情報に基づいて各種の演算処理を行う。ＲＡＭ６３は、プログラムロード領域、作業領域、各種データの格納領域等を備える。つまり制御部６０は、ＣＰＵ６１が、ＲＯＭ６２に格納された制御プログラムに基づいてＲＡＭ６３を作業領域に用いながら生化学分析装置１０の各デバイスを制御する。

また制御部６０には、表示操作部１３が接続されている。表示操作部１３は、ユーザの操作により分析項目等の各種の情報や、上記分析動作の実行の指示等、各種の設定や指示を制御部６０に入力する。

また制御部６０には、Ａ／Ｄ変換器６４を介して圧力センサ５３が接続されている。圧力センサ５３の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器６４によりデジタル信号に変換され、制御部６０に送られる。

また制御部６０には、第一電磁弁５８、第二電磁弁５９、第三電磁弁８３が接続されている。制御部６０は第一電磁弁５８、第二電磁弁５９、第三電磁弁８３の開閉を制御する。

また制御部６０は、第一ポンプ駆動部６５、第三ポンプ駆動部６６に接続されている。制御部６０は、第一ポンプ駆動部６５、第三ポンプ駆動部６６を制御して、第一シリンジポンプ５１、第三シリンジポンプ８２の加圧・減圧動作を制御する。

＜プライムモード＞
次に、分注装置５０において、分注動作前に配管５２内を内部液体で満たすプライムモードについて、図５に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本実施形態では、プライムモードはユーザが表示操作部１３を操作することで開始される。

図５に示す様に、プライムモードが開始されると、まず制御部６０は、第一電磁弁５８を開状態とし、第二電磁弁５９を閉状態とする（Ｓ１）。次に制御部６０は、第一ポンプ駆動部６５を介して第一シリンジポンプ５１に減圧動作を行うように制御して、内部液体タンク５７内の内部液体をシリンダ５１ａ内に引き込む（Ｓ２）

次に制御部６０は、第二電磁弁５９の開状態を維持させたまま、第一電磁弁５８を閉状態とする（Ｓ３）。その後、第一ポンプ駆動部６５を介して第一シリンジポンプ５１に加圧動作を行うように制御して、シリンダ５１ａ内の内部液体をサンプルプローブ１１に向けて送水する（Ｓ４）。

次に制御部６０は、ＲＡＭ６３にｎ＝ｎ＋１を書き込む（Ｓ５）。そして上記Ｓ１〜Ｓ４が所定回数行われるまで、つまりｎ≧αとなるまで上記Ｓ１〜Ｓ５を繰り返す（Ｓ６）。なお、αは任意の数とする。このようにステップＳ１〜Ｓ５を複数回繰り返すことで、配管５２内を内部液体で満たすとともに、配管５２内に発生した気泡をサンプルプローブ１１から排出させる。

次に制御部６０は、配管５２が内部液水で満たされ、且つ、第一シリンジポンプ５１のシリンダ５１ａに内部液体が入った状態で、第一電磁弁５８、第二電磁弁５９を閉状態とする（Ｓ７）。その後、配管５２からサンプルプローブ１１を取り外して第三シリンジポンプ８２を取り付ける旨を表示操作部１３に表示させる（Ｓ８）。ユーザは、サンプルプローブ１１と第三シリンジポンプ８２を交換した後、表示操作部１３を操作して交換完了を制御部６０に入力する（Ｓ９）。

次に制御部６０は、第二電磁弁５９を開状態とし、第三ポンプ駆動部６６を介して第三シリンジポンプ８２に減圧動作（吸引動作）を行うように制御して、配管５２内の内部液体をシリンダ８２ａ内に吸引させる（Ｓ１０）。このように第三シリンジポンプ８２により内部液体を吸引することで、圧力センサ５３周囲の分岐路５２ｂに滞留した気泡には、第三シリンジポンプ８２側に引き込まれる力がかかる。このため、気泡には第一シリンジポンプ５１による加圧動作時とは異なる方向の力がかかり、気泡は分岐路５２ｂから主管路５２ａへ移動しやすくなる。

つまり図６（ａ）に示す様に、気泡の位置によっては、第一シリンジポンプ５１による加圧動作時に気泡に力が作用しない場合がある。この場合、図６（ｂ）に示す様に、第三シリンジポンプ８２の減圧動作により、第一シリンジポンプ５１の加圧動作時とは異なる方向の力を気泡に加えることで、気泡は分岐路５２ｂから主管路５２ａへ移動しやすくなる。

なお、第一シリンジポンプ５１の減圧動作により気泡は分岐路５２ｂから主管路５２ａの第一シリンジポンプ５１側に移動し得るものの、この気泡は再び分岐路５２ｂ周囲を通過するため、再び分岐路５２ｂに滞留するおそれがある。これに対して第三シリンジポンプ８２により気泡を引き込む構成では、気泡が再び分岐路５２ｂに滞留するおそれはない。

次に制御部６０は、第三電磁弁８３を開状態としてシリンダ８２ａの圧力を開放するとともに、第一シリンジポンプ５１により加圧動作を行って、内部液体を第三シリンジポンプ８２へ送る（Ｓ１１）。これによりステップＳ８で主管路５２ａに移動した気泡は、第三シリンジポンプ８２のシリンダ８２ａに排出される。

その後、制御部６０は、第一電磁弁５８、第二電磁弁５９を閉状態とし、配管５２から第三シリンジポンプ８２を取り外してサンプルプローブ１１を取り付ける旨を表示操作部１３に表示させる（Ｓ１２、Ｓ１３）。ユーザは、第三シリンジポンプ８２とサンプルプローブ１１を交換した後、表示操作部１３を操作して交換完了を制御部６０に入力する（Ｓ１４）。これによりプライムモードが終了する。

このように本実施形態の構成によれば、配管５２内において、圧力センサ５３近傍に滞留した気泡に対して複数の方向から力を作用させることができる。従って、気泡は移動しやすくなり、短時間で配管５２内の気泡を排出させることができる。

なお、可動アーム等（交換ユニット）を設けて、サンプルプローブ１１と第三シリンジポンプ８２との交換を制御部６０の制御に基づいて自動で行う構成としてもよい。これによりユーザの交換負担が無くなり、ユーザビリティを向上させることができる。

５…反応セル（反応容器）
１０…生化学分析装置
１１…サンプルプローブ（ノズル）
１８…光度計（計測手段）
５０…分注装置
５１…第一シリンジポンプ（ポンプ）
５２…配管（管路）
５２ａ…主管路
５２ｂ…分岐路
５３…圧力センサ（圧力検出部）
６０…制御部（制御手段）
８２…第三シリンジポンプ（吸引部材）

Claims (7)

1. 液体を吸引・吐出するノズルと、
   前記ノズルに管路を介して連結されたポンプであって、減圧・加圧動作による前記管路内に充填された液体への圧力伝達により前記ノズルに液体を吸引・吐出させるポンプと、
   前記管路内に配置され、前記管路内の圧力を検出する圧力検出部と、
   前記管路に取り付け可能に構成され、前記管路内の液体を吸引するとともに圧力を開放可能な吸引部材と、
   前記ポンプと前記吸引部材の駆動を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記管路における前記ノズルが取り付けられる部分に前記吸引部材が取り付けられたとき、前記吸引部材による吸引動作を行わせた後、前記吸引部材の圧力を開放するとともに前記ポンプによる加圧動作を行わせるモードを有することを特徴とする分注装置。
2. 前記制御手段の制御に基づいて、前記管路から前記ノズルを取り外して前記吸引部材を取り付ける交換ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の分注装置。
3. 前記圧力検出部は、前記管路における前記ノズルと前記ポンプとを連結する主管路から分岐する分岐路に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の分注装置。
4. 試薬と試料を混合させる反応容器と、
   前記反応容器内の反応を計測する計測手段と、
   前記反応容器に液体の試料を分注する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の分注装置と、
   を備えることを特徴とする生化学分析装置。
5. 液体を吸引・吐出するノズルと、
   前記ノズルに管路を介して連結されたポンプであって、減圧・加圧動作による前記管路内に充填された液体への圧力伝達により前記ノズルに液体を吸引・吐出させるポンプと、
   前記管路内に配置され、前記管路内の圧力を検出する圧力検出部と、
   前記管路に取り付け可能に構成され、前記管路内の液体を吸引するとともに圧力を開放可能な吸引部材と、
   を備える分注装置の制御方法であって、
   前記管路における前記ノズルが取り付けられる部分に前記吸引部材が取り付けられたとき、前記吸引部材に吸引動作を行わせる第１の工程と、
   前記第１の工程の後、前記吸引部材の圧力を開放するとともに前記ポンプによる加圧動作を行わせる第２の工程と、
   を含むことを特徴とする分注装置の制御方法。
6. 前記分注装置は、前記管路から前記ノズルを取り外して前記吸引部材を取り付ける交換ユニットをさらに備え、
   前記第１の工程の前に、前記交換ユニットにより前記吸引部材を取り付ける工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の分注装置の制御方法。
7. 前記圧力検出部は、前記管路における前記ノズルと前記ポンプとを連結する主管路から分岐する分岐路に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の分注装置の制御方法。

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