JP5242537B2 - 試薬容器、および試薬容器用管体 - Google Patents

Description

本発明は、自動分析装置で分析する試料を反応させる試薬が入る試薬容器、および試薬容器用管体に関わる。

自動分析装置は試薬の入った試薬容器を、あらかじめ装置内に設置して置き、自動分析装置に備える試薬分注ノズルが自動で試薬容器内にアクセスし、試薬容器から吸引した試薬を試料の入る反応容器に分注して反応させ、その反応液を分析して測定をする。

試薬容器の上部には、試薬分注ノズルがアクセスできるよう、通常、５ｍｍ〜３０ｍｍくらいの上開口部がある。試薬容器を長期間開封状態で放置した場合、水分の蒸発等の影響により、試薬容器内の試薬が濃縮し、結果として、正しい分析結果が得られないことがある。

水分蒸発を抑制する手段として最も容易なのは、容器の上開口部を覆うこと、すなわち蓋をすることであり、開栓・閉栓を自動的に行う機構を備えた自動分析装置も存在する。しかし、開栓・閉栓を自動的に行う機構を備えることはコストが余分にかかるだけでなく、開閉栓の作動に所定の時間を必要とするから、高速自動分析処理化への妨げになるなどのデメリットもあり、その開栓・閉栓を自動的に行う機構を備えるのは、これらデメリットを補って余りあるメリットがある場合に限られる。

比較的安価でかつ簡便な手段として、試薬容器の上開口部に管体（チムニー）を挿入し、試薬と外気接触面積を低減することで水分蒸発量を抑制するようにしている。この水分蒸発抑制は以下の特許文献に掲載されている。

特開平１−１１１６５７号公報 特開２００１−２１５６８号公報

上記特許文献において、試薬容器に挿入する管体（チムニー）の直径（内部通路断面積）は、長さ方向で一様、または、試薬容器の上部から底部に向けて小さくなるテーパ構造をとっている。

試薬分注ノズルは、試薬容器の上開口部に挿入装着したチムニー内を通りながら試薬液面に到達するまで下降する。試薬吸引後、試薬ノズルは上昇し、所定の位置（反応容器）に移動した後、試薬が吐出される。

試薬容器の上開口部から底部に向けて直径（内部通路断面積）が小さくなるテーパ構造のチムニーにおいては、広いチムニー上部では試薬分注ノズルとチムニーが接触しなくとも、狭い下部で接触することが考えられる（図２（１）参照）。

接触した場合、以下の問題が考えられる。一つは、チムニーと試薬分注ノズルのそれぞれの摩耗または機械的変形。一つは、相互のコンタミネーション。それから、下降した試薬分注ノズルを上昇する際に、接触の摩擦等により、チムニーまたは試薬容器ごと持上げてしまうこと。また、これらによる二次的な被害も考えられる。

チムニーが一様径の場合は、通常であれば上記問題発生の可能性が低いが（図２（２）参照）、デッドボリュームを低減させるために、試薬容器を傾けて使用をするシステムであった場合、同様のリスクが考えられる（図２（３）参照）。

上記問題に対しては、チムニーに耐摩耗性の高い材料を採用する、試薬分注ノズルにおいて、チムニーと接触リスクのある領域を全て洗浄する、チムニーの持上げ防止機構をつける、といった対策が考えられるが、いずれも、コストがかかる。

本発明は、上記問題に鑑み、水分蒸発量が抑制でき、コストアップのもとになっていた試薬分注ノズルとの接触が生じ難い試薬容器および試薬容器用管体を提供することを目的とする。

本発明は、上開口部から挿入される管体を備える試薬容器であって、前記管体の内部通路断面積が上端側よりも下端側が大きいことを特徴とする。

本発明によれば、管体の内部通路断面積を上端側よりも下端側を大きくすることで、コストアップのもとになっていた試薬分注ノズルとの接触が生じ難く、水分蒸発量抑制は従来の管体に比べ遜色のない、試薬容器および試薬容器用管体を提供できる。

本発明の実施例１に係るもので、試薬容器の概略構成図である。 本発明と比較するために挙げた比較例を示す図である。 本発明に係る蒸発量抑制原理を説明するための図である。 本発明の実施例２に係るもので、試薬容器の概略構成図である。 本発明の実施例３に係るもので、試薬容器および管体を示す図である。 本発明の実施例４に係るもので、管体を示す図である。 本発明の実施例５に係るもので、管体を示す図である。 本発明の実施例に係るもので、自動分析装置の概要を示す図である。 本発明の実施例６に係るもので、管体を示す図である。 本発明の実施例７に係るもので、試薬容器および管体を示す図である。 本発明の実施例８に係るもので、試薬容器および管体を示す図である。 本発明の実施例９に係るもので、試薬容器および管体を示す図である。

本発明の実施例について、図に沿って説明する。

まず、図８を引用して自動分析装置の概要から説明する。

自動分析装置は、検体を装置にセットするための検体ディスク１０１，その検体の分注を行うための検体分注装置１０２，反応容器である反応セル１０３およびその保持具である反応ディスク１０４を有する。更に、測定項目に応じた試薬をセットする試薬ディスク１０５，その試薬の分注を行うための試薬分注機構１０６，反応セル中に分注された検体と試薬を攪拌するための攪拌機構１０７，反応液を比色分析する光度計１０８、分析が終了した反応液の吸引および反応セルの洗浄を行う洗浄機構１０９、そしてこれらの制御部を備えた構成になっている。

試薬容器は分析項目ごとに異なると制御が困難もしくは不可となるから、制御できるレベルまで容器を統一する必要がある。その統一された試薬容器において、水分蒸発量の抑制が必要ない場合はそのままで、水分蒸発量抑制が必要な場合は、試料容器に後述する管体（以下チムニーと称する）を組み込んだ状態で試薬ディスクにセットするようにすれば、自動分析装置に特別な変更を加えることなく水分蒸発量の抑制ができる。

水分蒸発量の抑制について説明する。

本発明は、図1（実施例１）に示すように、試薬２の水分蒸発量を抑えるために試薬容器１に挿入されている管体３（チムニー）に分注ノズルが出し入れされる際に接触が生じないように管体（チムニー）を上端側の内部通路断面積よりも下端側の内部通路断面積を大きくして下端側に向かって末広がりにした特徴がある。

この下端側の末広がり（本発明）と、先細り（従来例）の構造を水分蒸発量抑制の観点で述べる。

一般に、断面積が均一な試薬容器に液体が入った図３（１）に示す形態においては、次式が成立する。

Ｐ＝ｐ_２−ｐ_１＝（ｗＲＴ／Ｍ）・（Ｌ／ＤＡ） 式１
ここで、
Ｐ：平衡蒸気圧差
ｐ_１：試薬液面近傍における平衡蒸気圧
ｐ_２：容器開口部における平衡蒸気圧
ｗ：単位時間当り水分蒸発量
Ｒ：ガス定数
Ｔ：温度
Ｍ：分子量
Ｌ：管長さ
Ｄ：拡散係数
Ａ：試薬容器の断面積
簡単化のため、液温と外気温は等しいとし、さらに空気の流量は０とする。

式１を変形すると、
ｗ＝（ＰＭ／ＲＴ）・（ＤＡ／Ｌ） 式２
となるから、単位時間当り水分蒸発量ｗは容器断面積Ａに比例し、管長さＬに反比例することが分かる。

図３（２）に示すような開口を持つ試薬容器においては、試薬容器の本体部と上開口部に分け、本体部の断面積をＡ_１、上開口部の断面積をＡ_２、本体部の試薬液面までの長さをＬ_１、開口部の長さをＬ_２とし、試薬液面近傍、口部下部、口部上部における平衡蒸気圧をそれぞれｐ_１、ｐ_２、ｐ_３とすると、式３、式４が成り立つ。

Ｐ_１＝ｐ_２−ｐ_１＝（ｗＲＴ／Ｍ）・（Ｌ_１／ＤＡ_１） 式３
Ｐ_２＝ｐ_３−ｐ_２＝（ｗＲＴ／Ｍ）・（Ｌ_２／ＤＡ_２） 式４
式３と式４を足し合わせると
Ｐ＝Ｐ_２＋Ｐ_１＝ｐ_３−ｐ_１＝（ｗＲＴ／Ｍ）・（１／Ｄ）・〔（Ｌ_２／Ａ_２）
＋（Ｌ_１／Ａ_１）〕 式５
となる。ここで、ｐ_３は外気の蒸気圧、ｐ_１はその温度における液の蒸気圧であり、次式６により、単位時間当り水分蒸発量ｗを求めることができる。

ｗ＝（ＰＭ／ＲＴ）・Ｄ／〔（Ｌ_２／Ａ_２）＋（Ｌ_１／Ａ_１）〕 式６
開口部の断面積Ａ_２と等しい管体（チムニー）を挿入することにより、液の外気接触面積がＡ_２と等しくなるから、管体（チムニー）を挿入したときの単位時間当り水分蒸発量をｗ_{ｃｈｉｍｎｅｙ}とすると、
ｗ_{ｃｈｉｍｎｅｙ}＝（ＰＭ／ＲＴ）・（ＤＡ_２／Ｌ_ａｌｌ） 式７
となる。ここで、Ｌ_ａｌｌ＝Ｌ_１＋Ｌ_２であり、また、挿入するチムニーの厚みは０と仮定している。

以上から、チムニーを挿入前後で、
ｗ_ｄｉｆｆ＝ｗ−ｗ_{ｃｈｉｍｎｅｙ}＝（ＰＭ／ＲＴ）・Ｄ・〔１／（Ｌ_２／Ａ_２＋Ｌ _１／Ａ_１）−（Ａ_２／Ｌ_ａｌｌ）〕 式８
だけの水分蒸発量抑制効果がある。

式７から、蒸発量は、液の外気接触面積に比例し、管体（チムニー）上端から試薬液面までの距離に反比例することが分かり、従来の先細り構造の管体（チムニー）は水分蒸発量抑制の観点からは好ましいと言える。

一方、先細り構造は前述の通り、分注ノズルと管体（チムニー）の接触のリスクがあり、その接触の解決するために管体（チムニー）の径を広げた。その場合においても、水分蒸発量抑制効果に大きな影響がないことを以下に示す。

式８から、Ａ_１＞＞Ａ_２であれば、Ａ_２の値を大きくしてもｗ_ｄｉｆｆの値は大きく変化しない。一方、Ａ_１とＡ_２の値が近い場合、そもそもｗ_ｄｉｆｆの値が小さいから、管体（チムニー）の挿入による水分蒸発量抑制効果はあまり期待できず、別の水分蒸発量抑制手段を適用すべきである。

以上のことから、Ａ_１＞＞Ａ_２であれば、管体（チムニー）の挿入による水分蒸発量抑制は十分効果があり、末広がり構造であっても大きな問題とならないことが分かる。
式７から、ｗ_{ｃｈｉｍｎｅｙ}が一定であるとすると、
Ｌ＝ＣＡ_２＝Ｃ・ｄ^２／４ 式９
のように書ける。ここで、Ｃは比例定数、ｄは試薬容器の開口部および管体（チムニー）が円であるときの、管体（チムニー）の径である。

試薬液面と容器口の距離であるＬは液を消費するに従い大きくなるが、それに合わせて式９に従い管体（チムニー）径を大きくすれば、水分蒸発量変化率を一定にする効果も期待できる。試薬が多く充填されているときも、少く充填されているときも、水分蒸発量抑制効果を同じにすることができるから、試薬の濃度変化がなく安定使用につながる。

次に管体（チムニー）を末広がり構造とした場合に生じる問題の解決について説明する。末広がり構造の管体（チムニー）は試薬容器への挿入がし難く、それの解決を図４に示す実施例２について述べる。

図４に示す管体（チムニー）３は、最大外径を試薬容器１の上開口部の内径と同径ないし以下にしたものである。なお、この同径ないし以下とは、管体（チムニー）３が上開口部に挿入でき、かつ管体（チムニー）３の外周と上開口部の内周との間に隙間ができない程度の寸法関係を云う。

試薬の分注ノズル外径は通常１ｍｍから３ｍｍくらいの大きさであり、試薬分注機構の累積公差、移動誤差を考慮すると、試薬容器1の上開口部の大きさは５ｍｍから１０ｍｍ以上の大きさであることが望ましい。よって、元々の試薬容器1の上開口部が例えば３０ｍｍと大きい場合は、管体（チムニー）3の最大外径を３０ｍｍとし、上開口部側に対応する管体（チムニー）3の内部通路の内径を１０ｍｍ、最下端側の内径を２８ｍｍの寸法にしたものが考えられる。

なお、図４において、管体（チムニー）３の上部にはフランジ２０を設け、管体（チムニー）３が試薬容器１内に落下しないようにしている。管体（チムニー）３内に落下せずに、その位置を保持できる構造であれば、フランジ以外の構造であっても構わない。以下の実施例においても、フランジが落下防止以外の機能を備えている場合を除き、フランジの有無は問わない。

また、図４の管体（チムニー）３は上端側から下端側に亘って同じ外径のため、上端側では内部通路の内径が小さくなる。上開口部の口径が小さい試薬容器に用いる管体（チムニー）にあっては内部通路の上面側周縁に試薬分注ノズルが接触ないし突き当たる恐れがある。

そこで、内部通路の内径を試薬容器の上開口部の口径程度に保ったまま、下端を大きくする末広がり構造とするためには、管体（チムニー）に弾性を持たせ、管体（チムニー）挿入の際に、下端を縮めて入れることが考えられる。

例えば、図１に示す管体（チムニー）の形状ではゴム素材で製作することが考えられる。下端を畳み込むように縮めれば試薬容器の上開口部から挿入でき、試薬容器の内部まで入れてからゴム弾性により開いて元の形状に復元させることができる。

なお、素材はゴムだけではなく、合成樹脂（プラスチック）でもよい。特にポリエチレンやポリプロピレンは化学的に安定しているだけでなく、安価に実現でき、管体（チムニー）の材料としては最適である。ただし、ゴムのような大きな弾性および復元性は期待できないから、形状に工夫が必要である。

図５（実施例３）に示す管体（チムニー）３について説明する。

図５（１）は、長手方向にスリット４が入った管体（チムニー）３であり、スリットによる弾性変形により押し縮めて下端径を小さくし、この状態で、試薬容器１の上開口部に挿入することができるようになっている（図５（２））。

スリット４は一つでも複数でも構わないが、スリット４により除かれた表面積はできるだけ小さい方が望ましい。分注で試薬液面が下がり、その試薬液面がスリット４の部分に達したときに、この隙間から大気交換が進行し、水分蒸発量抑制効果が低下してしまうためである。

図６（実施例４）は、長手方向に襞（ひだ）５のあるベローズ構造の管体（チムニー）３である。上述したスリット式と同様、襞（ひだ）による弾性変形により押し縮めて下端径を小さくし、試薬容器１の上開口部に挿入できるようになっている。

図７（実施例５）はベローズ式の別の形態に係る管体（チムニー）３である。この管体（チムニー）３は全長に亘って襞（ひだ）５が形成され、上端に操作フランジ６を有する。操作フランジ６は、外周側が上向きに反ったり、下向きに反ったりするとともにトグル作動をする。したがって、操作フランジ６は、外周側が上向きに反った状態（図７（１））と、下向きに反った状態（図７（２））に切り替え操作され、いずれかの状態で安定するようになっている。

そして、操作フランジ６を下向きに反るように下げるとベローズが畳まれ下端径が縮小し、操作フランジ６を上向きに反るように上げるとベローズが開き元に戻るようになっている。

管体（チムニー）３の挿入作業を人手で行うとき、試薬と接触することになる管体（チムニー）３の下端部を手で触れることは、あまり好ましいことではない。手袋をして作業するなどの手法もあるが、操作フランジ６を備えたベローズ式の構造とすることで、接液箇所（下端部を）に直接手を触れずに管体（チムニー）の装着作業を行うことができる。

また、管体（チムニー）が末広がり構造になることで、管体（チムニー）の浮上り防止の効果も得られる。

管体（チムニー）の材料をポリエチレンやポリプロピレンのような比重の小さい材料とした場合、特に比重の大きな試薬にて、管体（チムニー）に働く浮力によりこれが浮上ってしまう恐れがあり、その場合、浮上った管体（チムニー）と試薬の分注ノズルが接触する危険性がある。管体（チムニー）の外径が試薬容器の上開口部より大きい末広がり構造であれば、管体（チムニー）が引っかかり、浮上りを防止できる。

図９（実施例６）に示す管体（チムニー）３は、下側に下がるにつれて段階的に径大する形状を有する。異径段は３段であるが、２段または４段以上することも可能である。また、弾性変形ができるようにゴム、可撓性の合成樹脂で形成したり、スリットや襞をつけることも可能である。

図１０（実施例７）、図１１（実施例８）、図１２（実施例９）は管体（チムニー）３の抜け防止に係るものである。

図１０（実施例７）の（１）に示される管体（チムニー）３は外周に係合突起６０を有する。係合突起６０は管体（チムニー）３の中途高さに設けられる。管体（チムニー）３の上端外周には、落下防止をするフランジ２０が設けられる。

管体（チムニー）３は図１０の（２）に示す試薬容器１の上開口部に挿入される。挿入された管体（チムニー）３は図１０の（３）に示すように試薬容器内に装着される。係合突起６０が上開口部の内側下端縁に係合して管体（チムニー）３の抜け止めになる。

管体（チムニー）３は係合突起６０があるので、試薬容器１の上開口部に強く押し付けて挿入する。管体（チムニー）３が勢い付いて挿入されてもフランジ２０でストップされ、試薬容器１内への管体（チムニー）３の落下防止は図られる。

図１１（実施例８）の（１）に示される管体（チムニー）３は、上端に外筒７０を有する。外筒７０は内周に雌ねじを有する。図１１の（２）に示すように、試薬容器１は上開口部をもつ開口筒部７１を有する。容器蓋体７２は開口筒部７１の蓋である（図１１の（３））。

開口筒部７１は外周に雄ねじを有する。容器蓋体７２は開口筒部７１の雄ねじに螺合する雌ねじを有する。開口筒部７１の雄ねじには、外筒７０の雌ねじも螺合する。

図１１の（４）に示すように、試薬容器１から容器蓋体７２を外し、管体（チムニー）３を試薬容器１に取り付ける。そして、管体（チムニー）３の外筒７０を開口筒部７１にねじ込んで固定する。この固定で管体（チムニー）３は試薬容器１に抜け止めされる。

図１２（実施例９）の（１）に示される管体（チムニー）３は、外周に雄ねじを有する。図１２の（２）に示すように、試薬容器１は中央に上開口部をもつ開口筒部８０を有する。開口筒部８０は、外周に雄ねじ、内周に雌ねじを有する。容器蓋体８１は開口筒部８０の蓋で、これの内周に開口筒部８０の雄ねじに螺合する雌ねじを有する。

図１２の（３）に示すように、試薬容器１から容器蓋体８１を外す。そして、管体（チムニー）３を試薬容器１に取り付ける（図１２の（４））、管体（チムニー）３を開口筒部８０にねじ込んで固定する。この固定で管体（チムニー）３は試薬容器１に抜け止めされる。

また、管体（チムニー）３が開口筒部８０に取り付けられている上から容器蓋体８１を開口筒部８０にねじ込むことができるので、容器蓋体８１による閉鎖は管体（チムニー）３を外さなくてもでき、取り扱い易い。

１…試薬容器
２…試薬（液体）
３…管体（チムニー）
４…スリット
５…襞（ひだ）
６…操作フランジ
２０…フランジ
１０１…検体ディスク
１０２…検体分注装置
１０３…反応セル
１０４…反応ディスク
１０５…試薬ディスク
１０６…試薬分注装置
１０７…攪拌機構
１０８…光度計
１０９…洗浄機構

Claims (6)

1. 上開口部から挿入される管体を備える試薬容器であって、
   前記管体の内部通路断面積は上端側よりも下端側が大きく、且つ、前記管体は、弾性体よりなり、前記上開口部から試薬容器内部に挿入される被挿入部分が前記上開口部の内径より大きい外径を有し、この被挿入部分が自身の弾性によりスリット無しで縮み変形して前記上開口部から挿入され、前記試薬容器内部で弾性復元により拡径構造を呈していることを特徴とする試薬容器。
2. 請求項１記載の試薬容器であって、
   前記管体の内部通路断面積は上端側から下端側に向かって次第に大きくなることを特徴とする試薬容器。
3. 請求項１記載の試薬容器であって、
   前記管体の内部通路の内径ｄと、上端側から試薬容器内の試薬液面までの距離Ｌとの間にＬ＝Ｃ・（ｄ^２／４）の関係を満たすことを特徴とする試薬容器。
   但し、Ｃは比例定数である。
4. 請求項１記載の試薬容器であって、
   前記管体に前記弾性を付ける、長手方向に延在する襞を有することを特徴とする試薬容器。
5. 上開口部から挿入される管体を備える試薬容器であって、
   前記管体の内部通路断面積は上端側よりも下端側が大きく、
   前記管体は、前記上開口部の内径より大きい外径を有し、前記管体は、襞が長手方向の全長に亘って形成され、上端に外周側が上向きに反ったり、下向きに反ったりするトグル作動をする操作フランジを備え、
   前記操作フランジを下向きに反らして前記管体の下端側が先細りになるように縮め、先細になった下端側の方より前記管体を前記開口部に挿入し、管体が試薬容器の奥まで入ったら前記操作フランジを上向きに反らして管体の下端側が拡がり拡径構造を呈していることを特徴とする試薬容器。
6. 請求項１から５のいずれかに記載された試薬容器であって、
   前記管体を形成する材料はポリエチレンまたはポリプロピレンであることを特徴とする試薬容器。

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