JPH04504913A - オプチカルロケータを備えた流体分配システム - 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】 本発明は自動化分析器具において用いる流体分配システムに関し、特に、ピペッ トチップのオリフィスを分析装置に対する望ましい分配位置に正確に位置させる ためにオプチカルコントロールシステムが用いられているようなシステムに関す る。

自動化試験装置により種々タイプの化学試験を実行することができるが、著しく 興味のある試験の一例としては人間の健康管理のための生物学的物質の分析であ る。

自動化試験装置は多数の試料を急速に処理できるようにする。そのような試験装 置は病院や実験室を含む保健機関で採用されている、例えば全血、プラズマある いは血清のような生物学的流体が試験され病因を見つけたり、治療薬レベルをモ ニタしたりする。

自動化試験器具においては、試験流体は典型的にはサンプルカップで提供され、 試料を分析試験要素上ヘビベッドで移し、培養し、得られた信号を読み取ること を含む全てのプロセスステップは自動的に実施される。全てのプロセスステップ は、温度制置した室内でコンベヤにより分析試験要素が運ばれている間に実施し うる。さらにそのような器具においては典型的には、一種類の流体のみを送るた めに使い捨てピペットチップは用いられ、次いて分析結果において誤差を発生し つる可能性のある汚染を避けるために捨てられる。試料流体および／または試験 薬を分析要素へ分配するときピペットのチップを分析要素の上方の所定の正確に 制御した位置の上方に位置させる必要がある。

この要件は流体分配システムが典型的な自動化した分析器具において作動する典 型的な要領についての以下の説明からよく理解できる。ピペットを含む流体分配 システムを用いて試料流体および／または試薬を試験器具内の貯蔵カップあるい はくぼみから分析試験要素へ移す。

ピペットは、典型的には高分子材料からつくられている使い捨てピペットのチッ プと協働するようにされた典型的には金属製の中空チューブあるいはステムを含 む。使い捨てピペットチップは試験器具内の貯蔵皿で供給される。まずピペット は下方に進行し摩擦接触により使い捨てチップを固定する。その後、所定量の流 体がピペットチップへ吸入され、次いでチップは自動的に、所定量の流体が分析 要素へ分配される分析試験要素の上方の分配位置まで運動する。分配ステップが 完了すると、チップは捨てられ、次の分配ステップのために新しい使い捨てチッ プか使用される。

各使い捨てチップが摩擦嵌合によりピペットの金属ステムに位置するという事実 のため前記流体分配システムの使用において問題が発生しつる。典型的に使い捨 てチツブが作られている高分子材料は可撓性であるので、ピペットの金属ステム からのチップオリフィスの距離はチップ毎に若干変動する可能性がある。前述の ように、分配ステップの間ピペットチップオリフィスを分析要素の上方の所定の 精密に制御された位置に位置づける必要があるので、ピペットステムに使い捨て チップを位置づける上で何らか変動かあればピペットチップの好ましい位置決め に誤差を生ぜしめそのため分析結果に誤差を発生させうる。

従って、流体を分析試験要素まで送るためにピペットに関連して使い捨てチップ を用いる分析器具において、ピペットステムからのピペットチップオリフィスの 距離とは無関係にチップのオリフィスを所定の精密に制御された位置に配置でき るように分析サイクルの間にピペットチップの空間位置を検出しうる可能性を提 供することが望ましい。さらに、とベットが使い捨てチップをその上に位置させ ているか否かを検出できると有利である。

発明の要約 前記およびその他の目的や利点は光源と光検出器とからなるセンサを用いてチッ プの位置を検出する分析器具により本発明によって提供される。光線ビームは分 析要素のすぐ上方の平面に位置される。ピペットはサーボシステムあるいはステ ッパモータによりある程度の測定精度で位置づけることかでき、最終調整はオプ チカルセンサを用いることにより行われる。その時点で流体は捨てられ、再使用 するためピペットが準備される。使用ずみの使い捨てチップを外し、新しい使い 捨てチップと交換することにより再使用が行われる。使用ずみチップはピペット を、チップのリップを包囲するチップ抽出固定具へ運動させることにより外され る。その時、ピペットのステムは上昇され使用ずみチップを引き出し、チップは 収集皿中へ落下する。

図面の簡単な説明 本発明並びにその他の目的や別の特徴をよりよく理解するために、添付図面と関 連した種々の好適実施例についての以下の詳細説明を参照する。

第１図は分析試験カートリッジと、該カートリッジを一方のワークステーション から別のワークステーションまで運動させるカローセルとを含む分析器具の部分 的に概略的に示す斜視図。

第２図は使い捨てチップの供給源と試薬容器と分析カートリッジ室の間でピペッ トを動かすためのピペット搬送装置の部分的に概略的に示す斜視図であって、ピ ペットのチップの位置を検出するオプチカル検出システムを示す図。

第３図はオプチカル検出システムの光線ビーム内でのピペットの使い捨てチップ の拡大した部分図。

第４図は垂直方向にピペットを位置つけるためにマイクロプロセッサと共に作動 するピペット搬送装置のサーボコントロールループを示すブロック線図。

第５図はマイクロプロセッサの作動を示すフローチャート。

第６図はピペットがピペットバレルに介在していることを確認する安全ブロック を含む、ピペットの追加運動の計算に関する部分の第５図に示すチャートのブロ ックの詳細を示す図。

第７図はピペットの垂直運動を示すタイミング図である。

好適実施例の説明 第１図において、試料の分析を達成するために一連のプロセスステップを自動的 に提供する分析器具２０か示されている。能力を上げるために器具２０内におい て複数のカートリッジ２２が採用されており、他のカートリッジを用いて他のプ ロセスステップを実施するのと同時に１個のカートリッジを用いて−プロセスス テップが実施され、る。カートリッジ２２は、ハウジングにおいて１個以上の室 を含む好適実施例に関して示されている。前記室は分析過程において使用される 流体の貯蔵および／または混合のためのくぼみあるいはリザーバとして構成して よく、あるいは前記室はカートリッジ内の反応ゾーンへ流体を提供しつるように する開口としてもよい。前記室はカートリッジのハウジング内で一体に形成され る。

分析器具２０はモータ２８により軸２６の周りで回転するターンテーブルあるい はカローセル２４を含む。例として、モータ２８はギヤ３０あるいはベルト駆動 装置（図示せず）によりカローセル２４に機械的に結合しつる。カローセル２４ はカートリッジ２２を一方のワークステーションから別のワークステーションま で運ぶ。そのような２個のワークステーション３２．３４を図１において例示し ている。カローセル２４は培養処理ステップを許容するように種々のワークステ ーションにおいて希望する温度を保つヒータ３８を有する温度制御した室３６内 で回転する。

ワークステーション３２は試薬をピペットで移すステーションであって、そこで 試薬流体とその他のいずれかの試薬か分析カートリッジ２２まで送られる。例と して、２個のピペット４０．４２が示されている。ピペット４０と４２とは該ピ ペット４０．４２に機械的に接続されているピペット機構４４により鎖線で示す ように位置つけられ、かつ作動される。

分析過程の間、試料流体と試薬の間で発生する反応や相互作用の結果、アナライ トと試料流体中の重要成分の介在に対応して検出可能の変化が発生する。検出可 能の変化とは例えば濃度計を用いて分光測光により読取り可能の色の変化であり うるし、螢光ラベルを付した生物学的に活性の種に基く分析方法あるいは試薬間 の反応の結果として螢光種の発生を含む分析方法においては螢光出信号が発生し 、それを分光測光により読み取ることができる。そのような検出可能の変化は分 析カートリッジの上方あるいは下方で読み取ることができる。ワークステーショ ン３４において、分析カートリッジ内で反応ゾーンを照射し、そこに介在する螢 光種から放射された螢光を測定する螢光測定計４６が例として示されている。

カローセル２４は種々変る数の分析カートリッジ２２を収納するように配置され ている。分析カートリッジを保持するための各位置即ちバース５４には本実施例 においては小さい開口５６が設けられ照射が分析カートリッジにおける反応ゾー ンに達し、反射した螢光放射が集められ、測定できるようにする。また空のバー ス５４にカートリッジ２２を挿入するためのインジェクタ５８も示されており、 インジェクタ５８は挿入作動の間カートリッジ２２を掴持するアーム６０を有す る。またインジェクタ５８は試験過程が完了するとアーム６０を用いてバース５ ４からカートリッジを抽出する。モータ２８、ピペット機構４４、螢光測定計４ ６およびインジェクタ５８はマイクロプロセッサ６２により同期化されている。

第２図は第１図に示すピペット機構４４の構成を詳細に示す。本発明の説明の便 宜上ピペット機構４４はピペットの中の１個のみ、即ちピペット４０に作用する ピペット搬送装置６４を有するものとして以下説明する。搬送装置６４はピペッ ト４０と分析カートリッジからある距離をおいて位置した一組のリザーバ６６と の間で二次元の相対運動を提供し、リザーバ６６は器具２０によって実施される 分析において宵月な試料流体あるいはその他の流体試薬とを貯蔵するように作用 する。リザーバ６６は可動のテーブル６８に位置し、該テーブルはピペット４０ のステム７２に固定すべき一組の使い捨てチップ７０を保持する。ｘ−ｙ−ｚ座 標軸の系を参照すれば、ピペット４０は搬送装置６４のボックス型ステム７４に 沿ってＸ方向に移動可能で、テーブル６８は搬送装置６４のレール７６に沿って 乗ることによりＹ方向に移動可能である。ビーム７４内には垂直方向駆動装置７ ８が位置し、Ｚ方向にピペット４０を上昇あるいは降下させる。

ボックス型ビーム７４内に位置した水平方向駆動装置８０はピペットをＸ方向に 駆動させる。垂直方向駆動装置７８と水平方向駆動装置８０とは従来の設計であ って、第２図に簡略化して示している。簡略化して垂直駆動装置７８はスプライ ン軸８４に摺動可能に取り付けられたホイル８２を含むものとして記述できる。

スプライン軸８４の方は四角断面でもよい。前記軸８４はモータ８６によって回 転する。水平方向駆動装置８０はモータ９０の回転に応答してビーム７４に沿っ てＸ方向に摺動するベース８８を含む。モータ９０はプーリ９４を介してベルト ９２を駆動する。ベルト９２はベース８８に接続され、モータ９０によってプー リ９４が回転するとベース８８を移動させる。ベース８８から直立した固定具９ ６はベース８８の運動時軸８４に沿ってホイル８２を摺動させ、そのためホイル ８２はベース８８に対して固定位置に留っている。ピペット４０はベース８８を 通過しベース８８によってＸ方向に移動する。ホイル８２は、例えばホイル８２ の歯車あるいはベルト駆動（図示せず）により機械的にピペット４０に接続され ている。ピペット４０に対するホイル８２の機械的接続によりモータ８６によっ てホイル８２が回転するとピペット４０をＺ方向に移動させる。レール７６に固 定されたモータ１００の回転に応答してテーブル６８をＹ方向に駆動するために ベルト駆動９８を同時に採用してもよい。

前述のように、第１図に示す分析器具の説明において、モータ２８はマイクロプ ロセッサ６２によって制御されている。同様に、モータ１００，９０および８６ もマイクロプロセッサ６２によって制御されている。ぞ−夕２８．１００．９０ および８６の接続は第２図において、それぞれ端子Ａ、Ｂ、ＣおよびＤで示す。

そのためピペット４０の運動はビーム７４の直接下方の位置へのカローセル２４ によるカートリッジ２２の位置づけと同期化しつる。ピペットがカートリッジ２ ２にアクセスできるように、温度制御室３６の上壁１０４にスロット１０２が設 けられている。スロット１０２はビーム７４に対して平行である。ビーム７４に 対するスロット１０２の位置によりピペット４０のステム７２がスロット１０２ を通してカートリッジ２２の複数の区画室１０６の中の希望する区画室の上方に 選択的に降下させることができる。

スロット１０２の長さはカートリッジ２２の長さと比例し；区画室１０６の中の 選択した区画室と整合するようにＸ方向にステム７２を移動できるようにする。

スロットｌＯ２は比較的狭巾で、ステム７２と該ステム７２の遠位端に取り付け たチップ７０が通るに十分大きな幅とされている。温度制御室３６の全体寸法に 関しては、スロット１０２が占める面積は温度制御室３６の内側と外側との間で 著しい量の空気が流れないようにするに十分率さい。そのためスロット１０２は ヒータ３８（第１図）によって温度が制御されている室の温度制御に対する影響 は無視しつる程である。

本発明の特徴によれば、ピペット４０のチ・ノブ７０が選定した区画室１０６か ら所定の距離まで下方向に進行するとマイクロプロセッサ６２に信号を出すオプ チカル検出システムｌＯ８が設けられている。本検出システム１０８は光源１１ ０を含み、該光源は例として赤外線を放射する半導体ダイオードでよい。検出シ ステム１０８はまた検出器１１２を含み、光線はビーム１１４で示している。半 導体フォトダイオードから構成してより検出器１１２は検出器１１２に入射する ビーム光線１１４に応答してライン１１６に沿って電流を変調する。

検出システム１０８はライン１１６の電流の大きさを測定するための電気比較回 路１１８を含む。例として回路１１８の構成において、該回路は２個の比較器１ ２０゜１２２と、それぞれ比較器１２０．１２２に２種類の基準値を提供する抵 抗電圧分割器１２４とを含む。分割器１２４は検出システム１０８の初期調整を 行うために基準電圧を手動で調整できるようにする２個の電位差計を含むものと して示されている。前記調整はチップ７０の光学的透明度によって比較器の基準 電圧を選択する。比較器１２０は２つの基準電圧の中の高い方を受け取り、比較 器１２２は２つの基準電圧の低い方を受け取る。

検出システム１０８の作動において、光線ビーム１１４の全強度がピペット４０ の介在しない場合検出器１１２に入射する。例えばピペット４０はピペットの想 像図で示すようにリザーバ６６の中の１個の個所に位置する。

検出器１１２で受け取られたオプチカル信号の強度が最大である間、ライン１１ ６には最大の電流と電圧が現われる。ピペット４０の降下中チップ７０は光線ビ ーム１１４を遮る。ライン１１６は比較器１２０の入力端子に接続され、従って 、比較器１２０はピペット４０が光線ビーム１１４を遮る前に検出器１１２の最 大照射状態下でマイクロプロセッサ６２にロジック−１の信号を出力する。光線 ビーム１１４が遮られることにより検出器１１２て受け取られる光線の強度を大 きく低下させる。光線の遮り程度はチップ７０の透明度によって変わる。チップ ７０は検出器１１２に完全な影を落すことなく光線の強度を低減させるために半 透明である高分子材料から作られることか好ましい。

分割器１２４の基準電圧レベルは、チップによって伝達される光線の量が比較器 １２０を作動させ、検出器１１２において受け取られた光線の低いレベルＬを示 すロジック１の信号を出力するに十分であるようにセットされる。光線ビーム１ １４かチップ７０によって遮られる場合、検出器１１２によって受け取られた光 線の強度は低すぎて比較器１２０を作動させることができずその結果比較器はロ ジックＯを出力する。このように、チップ７０がカートリッジ２２の選定した区 画室１０８に向かってＺ方向に運動軌道に沿って進行するにつれてチップ７０の 状態と位置とを示す１ビツトか比較回路１１８によって出力される。

流体試薬はピペットチップ７０へ吸入され、吸引制御ユニット１２８によって制 御されて吸引チューブ１２６によりピペットへ送られた真空圧によりチップ７０ から放出される。チューブ１２６は可撓性であり、かつピペット４０の全ゆる位 置においても吸引制御ユニット１２８をピペット４０と接続するに十分な長さで ある。制御ユニット１２８は、該制御ユニット１２８に指令して液体を導入する ために真空を加え、かつ必要に応じて流体試薬を放出するために正圧を加えるマ イクロプロセッサ６２に接続されている。流体の吸引は選定したリザーバ６６か ら実行される。チップ７０が流体を指定されたキャリッジ２２の選定された区画 室１０６へ分配する位置にあるときのみ流体試薬は放出される。また、流体試薬 の吸引はカートリッジ２２の区画室１０６の１個において行われ、別の区画室に 分配される。この点に関して、液体試薬を貯蔵するためのリザーバはカートリッ ジ２２の直接内部あるいはテーブル６８におけるようにカートリッジ２２から離 して位置することができる。テーブル６８の種々リザーバ６６の位置はマイクロ プロセッサ６２のメモリに記憶される。このためマイクロプロセッサ６２がテー ブル６８をＹ方向における特定のアドレスまで運動させ、かつピペット４０をＸ 方向の特定のアドレスまで運動させることかできるようにする。アドレスのＸお よびＹ成分は必要なリザーバ６６を完全に識別する。

同様に、マイクロプロセッサ６２は一連のチップ７０をステム７２に固定すべく 選択しつるようにテーブル６８によって保持されている使用可能のチップの位置 を記憶する。

搬送装置６４はチップ７０をピペット４０のステム７２に固定する過程およびチ ップ７０をステム７２から外す過程において作動する。手順はチップ７０がスロ ット＋０２から離れるようにピペット４０を持ち上げることから始、まる。次い でピペット４０はビーム７４に沿って抽出器１３０まて運動自在である。抽出器 １３０はその水平部分の縁部に半円形チャンネル１３２を切設しており、チャン ネル１３２はそれによりステム７２を通しうるように十分大きいが、チャンネル １３２をチップ７０と係合させうるに十分率さい直径を育している。マイクロプ ロセッサ６２の指令により、ピペットはチップ７０をチャンネル１３２の下方に 位置させて抽出器１３０に向かって運ばれる。ステム７２はチャンネル１３２へ 入り、その後ピペット４０はチップ７０を抽出器１３０と係合させるように持ち 上げられる。ステム７２がチップ７０から上昇するにつれてチップ７０は静止し たままである。そのとき、チップ７０はビン１３４中へ落下し使用ずみチップ７ ０を収集する。ステム７２が新しいチップ７０を受け入れうることを確認するた めに抽出器１３０を試験システム２０の作動の開始時に採用することが望ましい 。

ステム７２がチップ７０を受け取れる状態にあることを確認した後、ピペット４ ０はＸ方向に移動してテーブル６８上方の位置まで持って来られ、そのときテー ブル６８はＹ方向に移動してステム７２をテーブル６８によって保持されている 選定されたチップ７０の上方へ運び、整合させる。次いでピペット４０は下方へ 進みチップ７０の内面と摩擦接触する。そのとき、ピペットは上昇し、チップは 摩擦力によりステム７２の遠位端に保持される。

また第３図を参照すれば、ステム７２の遠位端はチップ７０のチャンネル１３６ の面と摩擦接触するものとして示されている。チャンネル１３６がチップの一方 端から他端まで該チップ７０の長手方向中心軸線に沿って延びる。チャンネル１ ３６は直径の変わる円形断面形であり、該直径は底端１４０におけるよりも上端 における方が大きい。ステム７２がチャンネル１３６へ下方に進むにつれて、チ ャンネル１３６が抑制されて摩擦力を発生させ、このためチップ７０をステム７ ２上で締め付ける。

これらの摩擦力はシステム２０の試験過程の間液体試薬を移送する間チップ７０ をステムに確実にしっかりと固定するに十分である。しかしながら、摩擦力は液 体試薬の移送完了時抽出器１３０がチップ７０を滑ってステム７２から離しうる に十分小さい。

本発明の実施に関して、ステム７２をチップ７０に固定する態様によりステム７ ２上の一連のチップ７０の位置を概ね均一にする。しかしながら、ステム７２の 相対的に剛性のチューブとの接触によりもたらされたチップ７０の高分子材の可 撓性並びにチップ７０間の摩擦力のある程度の変動を鑑みて、ステム７２の遠位 端に対するチップ７０のオリフィス１４０の位置の間には僅かな変動があること が判明した。この変動はカートリッジ２２の区画室における液体分配の不正確さ の原因となるに十分である。本発明は自動的に、光線ビーム１１４によりチップ ７０のオリフィスＩ４０の位置を検出することによりチップ位置の変動を補正す る。チップ位置の変動を補正する本発明の手順は第４図の線図と第５図〜第６図 の線図を参照することによりさらに説明される。

第４図は第２図に示す垂直ピペット駆動装置１７８を作動させるようにマイクロ プロセッサ６２をサーボモータ８６と相互接続するフィードバック回路１４２を 示す。

第４図に示すように、回路１４２は加算器１４４、デジタル−アナログ変換器１ ４６、フィルタ１４Ｂ、増幅器１５０、シャフト角度符号器１５２、コンピュー タ６２のメモリ１５４およびデータをメモリ１５４に入力させるためのキーボー ド１５６のような入力装置とを含む。

作動時、カートリッジ２２（８２図）に向かってピペット４０を降下させるため に、マイクロプロセッサはＺ方向にピペット４０の運動軌道における新しい位置 を連続的に入力する。マイクロプロセッサ６２の位置信号は加算器１４４の一方 の入力端子に付与される。符号器１５２が推定するチップ７０の現在位置が加算 器１４４の第１の端子における入力値から差し引くべく加算器Ｉ４４の第２の入 力端子に供給される。符号器１５２はチップ７０でなくピペットステム７２の位 置の正確な値を提供する。何故ならステム７２に対するチップ７０の位置は前述 の摩擦嵌合のためチップ毎に変わるからである。

従って、符号器１５２が出力するシャフト角度の値はチップ７０の真正位置の推 定としてのみ受けとられる。

符号器１５２およびマイクロプロセッサ６２により出力された信号はデジタル的 にフォーマット化される。加算器１４４がこれら２つの信号の差を形成し、その 差をコンバータ１４６に供給しその差をデジタル的にフォーマットした信号から アナログ信号へ変換する。コンバータ１４６により出力されたアナログ信号はフ ィードバック回路１４２のループエラー信号と見做しつる。ループエラー信号は フィルタ１４８によってろ過され、該フィルタはフィードバックループの構造に おける通常の要領により低域ろ波器でよく、リードラグフィルタ要素を含みうる 。フィルタ１４８はフィードバックループに安定性を与える。フィルタ１４８の 出力信号は増幅器１５０によって増幅され、サーボモータ８６に供給される。増 幅器１５０とフィルタ１４８とによって設定されるループゲインとバンド幅とは モータ８６と関連してサーボメカニズムの設計において周知の要領でループの動 的応答を規定する。モータ８６はマイクロプロセッサ６２によって指令される回 転位置に向かって回転する。モータ８６が回転するにつれて、垂直駆動装置７８ がピペットを降下させる。

第４図に示すフィードバック回路の構成の代替実施例において、加算器１４４と フィルタ１４８との機能はマイクロプロセッサ６２を適当にプログラム化するこ とによりマイクロプロセッサ内で直接達成しうることが注目される。そのような 場合、マイクロプロセッサ６２はコンバータ１４６を介してエラー信号を直接増 幅器１５０へ出力してモータ８６を駆動する。また、希望に応じて、サーボモー タ８６を、モータのロータの増分回転移動を導くデジタルパルスに応答して作動 するテップングモータ（図示せず）に代替しつる。そのような場合に、加算器１ ４４、コンバータ１４６、フィルタ１４８、増幅器１５０およびシャフト角度復 号器１５２とは不要となり、マイクロプロセッサ６２は周知のステッピングモー タコントロールパルスを出力しモータを駆動するようにプログラム化される。フ ィードバックループのこれらの構成のいずれかを採用して垂直ピペット駆動装置 ７８を作動させることができ、第４図の構成は本発明の実施を教示するために示 したものである。

第４図に示す回路に関して、マイクロプロセッサ６２は光線ビーム比較回路１１ ８が光線ビームの中断についての信号をマイクロプロセッサ６２に出すまでピペ ット４０か移動する軌道に沿った位置についての別の値を入力し続ける。チップ ７０の位置はチップ７０の光線ビーム１１４に対する接触のため正確に判明して いる。ピペット４０はさらに追加の距離を移動しチップ７０をカートリッジ２２ に対する分配位置に持って来る。位置変動の前記の追加の距離の値はメモリ図に 記憶されているデータに基く。マイクロプロセッサ６２はメモリ１５４から読み 出し移動についてのデータを取得する。分析器具２０の操作者はカートリッジ２ ２の構成についての知識に基き、特にカローセル２４の上面に対するカートリッ ジ１５６の高さにより追加の移動についての必要データを提供する。この高さの データはメモリ１５４の入力装置１５６を介して入力される。

フィードバック回路１４２の作動についてさらに第２図および第７図のタイミン グ線図を参照して説明しつる。

ピペット４０を降下させる前にチップ７０はカローセル２４とテーブル６８との 闇でＸ方向にピペット４０を搬送できるようにするに十分高い位置にある。この ことは搬送レベルとして第７図に示されている。次いでピペット４０は第７図に 示す時間間隔の間隙下し始める。初期降下は光線ビーム１１４の中断において終 る。そのとき、ピペット４０が追加の距離を降下する最終降下間隔がある。この ためピペットのチップを＄７Ｆ！４に示す分配レベルまで持って来る。分配時Ｗ ＩｒＩ！ｉ隔が完了した後、フィードバック回路１４２は第７図に示す後退時間 の間ビベツ−ト４０を搬送レベルまで持ち上げて戻す。第７図に示すように第５ 図から第６図のフローチャートを参照して説明する安全レベルがある。

第５図を参照すれば、チップ７０の位置変動を補正しながら、カートリッジ２２ までピペットを降下させる本発明の特徴をフローチャートを参照して説明する。

フローチャートは液体試薬をカートリッジ２２の区画室１０６において分配する ためにピペット４０を降下させるべく垂直ピペット駆動装置７８（第２図と第４ 図）を作動させる第２図に示すマイクロプロセッサ６２の作動を記述している。

カートリッジ２２に向かったピペットの降下の開始はブロック１６０において発 生する。ブロック１６２において光線ビーム１１４（第２図）が介在しているか 判定される。マイクロプロセッサ６２は比較回路１１８によって出力される高レ ベルおよび低レベル信号を検査することにより光線ビームの介在を判定する。ピ ペット４０は上昇位置にあるので光線ビーム１１４は遮断されず、従って光線ビ ーム１１４は介在しているはずであり、比較器１２０は光線ビーム１１４の全強 度を示すロジック１の信号を出力しているはずである。もしビームが介在してい ないとすれば、ブロック１６４において分析器具２０の操作者に該器具における 明らかな故障を修正するように信号が出される。

もし光線ビームが介在しているとすれば、ステップはブロック１６６へ進み、そ こでマイクロプロセッサ６２は第４図に関して前述した要領でピペット４０を降 下させるように導く。そこではマイクロプロセッサ６２はフィードバックループ １４２の動的応答と同等の速度でピペット４０の移動軌道に沿った新しい位置を 連続して入力する。周期的に、ピペット４０の降下の間マイクロプロセッサ６２ は比較回路１１８の出力信号を観察し光線ビーム１１４が遮断されたか否か検出 し、この検出はブロック１６８において実施される。

光線ビーム１１４がピペット４０によって何ら遮断されなかったと想定すると、 作動はライン１７０に沿ってブロック１７２まで進み安全レベル（第７図に示す ）に到達したか否か検出する。ピペット４０のステム７２がテーブル６８でチッ プ７０を固定できなかったというシステムの故障の可能性がある。この故障は例 えば操作者がテーブル６８を一組のチップ７０で満すことを看過したり、あるい は亀裂の入ったチップが該チップをステム７２に固定するに十分な摩擦力を提供 できない可能性のような種々の理由から発生しつる。シャフト角符号器１５２（ 第４図）は位置データを連続してマイクロプロセッサ６２へ出力するので、マイ クロプロセッサ６２はステム７２の遠位端の位置を知っている。ステム７２の遠 位端が光線ビーム１１４近傍に近づくにつれて、チップ７０が介在していると想 定すればチップ７０によりビーム１１４が遮断されるはずである。安全レベルと はマイクロプロセッサ６２かステム７２をビーム１１４を遮断させることなく落 下させつる最下点である。もし安全レベルに達すれば、マイクロプロセッサ６２ はチップ７０が不在であると結論し、作動はブロック１７４まで進み、そこでマ イクロプロセッサ６２はピペット４０を搬送レベルまで後退するように指令する 。前述のように、搬送レベルにおいて、ピペット４０は温度制御した区画室３６ の上壁１０４から離れ、そのためステム７２は操作者に完全に見え応急処置をと ることができる。ブロック１７４から作動はブロック１７６まで進み、そこで操 作者に応急処置をとるように信号が出される。

システム２０の通常の作動の間チップ７０はステム７２に介在し、従ってブロッ ク１７２において光線ビーム１１４を遮断することなく安全レベルに達すること はない。従って作動はライン１７８に沿ってブロック１７２からブロック１６６ へ戻り、そこでマイクロプロセッサ６２はプリセットした速度でピペットを降下 させ続ける。

作動はライン１８０において光線ビーム１１４の遮断か発生するまでブロック１ ６６．１６８および１７０を通して繰返しながら継続する。光線ビーム１１４の 遮断は比較回路１１８の出力信号の変化によりマイクロプロセッサ６２に信号が 出され信号がロジックｌからロジック０まで変化する。

チップ７０が介在していると想定すると、ライン１８０における光線ビームの遮 断時比較回路１１８の出力信号はロジックＯであってマイクロプロセッサ６２に 対してチップ７０が介在していること、かつチップ７０がカートリッジ７２に向 かうチップ７０の運動軌道に沿って光線ビーム１１４の位置に達したことを示す 。従って、ブロック１Ｂ２において、マイクロプロセッサ６２は分配レベル（第 ７図）の位置を検出し分配レベルに達するためにチップ７０が要する追加の移動 量を計算する。ブロック１８２内での作動については第６図を参照して詳細に説 明する。

第５図において、作動はライン１８６を介してブロック１８２からブロック１８ ８まで進み、そこでピペット４０はさらに降下されチップ７０を分配レベルに位 置させる。このようにピペットの降下が第４図のフィードバック回路に関して前 述した要領で達成する。そこではマイクロプロセッサ６２はピペットの運動軌道 に沿った別の位置を入力しチップ７０を分配レベルまで持って来る。

その後、ブロック１９０においてマイクロプロセッサ６２は吸引制御ユニット１ ２８に液体をカートリッジ２２の選定した区画室へ分配するように指令する。そ の後ブロック１９２において、ピペット４０はカートリッジ２２から搬送レベル まで後退する。器具２０は今やカートリッジ２２の試験手順における他のステッ プを開始することができる。

第６図はピペットの追加の移動距離の計算に続きピペットのチップの介在をチェ ックするブロック１８２（第５図）における手順の詳細を示す。ライン１８０に おける手順はブロック１９４まで進み光線ビームの強度をチェックする。ブロッ ク１９４において光線が完全に遮断された場合、前述のように比較回路１１８に おける信号はロジック０であって、マイクロプロセッサ６２かブロック１９８に おいてピペットの介在を検出できるようにする。そのとき、ブロック２００にお いてマイクロプロセッサは符号器１５２（第４図）により出力されたプリセット したピペット位置を読み取る。これに続きブロック２０２において、メモリ１５ ４（第４図）に記憶されていたカートリッジ２２の位置データか読み出される。

カートリッジの位置データがカローセル２４の上面１５８に対するカートリッジ ２２の上面の位置を示す。光線ビーム１１４とカローセルの面１５８との間の距 離は既知であり、かつ固定されているので、このカートリッジデータの入力はマ イクロプロセッサにカートリッジ２２の上面とビーム＋１４との間の距離を与え るのと等しい。従って、ブロック２０４において、ビーム１１４とカートリッジ ２２との間の追加の距離がピペット４０がすてに移動した垂直距離に加えられる 。前記垂直距離は符号器１５２によって提供される。このためピペットチップ７ ０が分配位置に達したとき得られる符号器１５２の読取り値を提供する。この情 報はピペット４０を継続して降下させるため第４図の回路を作動する上でマイク ロプロセッサ６２によって使用される。従って、作動は第５図に関して前述した ようにライン１８６を介してブロック１８８まで進むことができる。

第７図に示すタイミング図は第４図の回路並びに第５図と第６図とに示す手順と の説明においてすでに述べである。要約すれば、第７図に示す線図は、光線ビー ムの状態か観察される間の初期降下時間中の一定速度でのピペットチップ７０の 降下を示し、それに続いて、ピペットチップ７０か分配レベルまで持って来られ る最終降下がある。分配時間の終りにチップ７０は搬送レベルまで後退する。安 全レベルは光線ビームレベルと分配レベルの間に配置されている。

前述の説明は、ピペットステム７２上のピペットチップ７０の位置とは独立した 精度でピペットを降下しつるようにする要領で試験システムの作動を示している 。

本発明の前述の実施例は例示のみであって、当該技術分野の専門家にはその修正 が想起されうるものと理解すべきである。従って本発明はここに開示の実施例に 限定されると見做すべきでなく、請求の範囲のみによって限定されるべきである 。

ＦＩＧ、　５ ＦＩＧ、７ 要　約　書 例えば生物学的流体のような流体を分析するための分析器具が記述されている。

前記器具は流体の試料と試薬とを分析カートリッジに分配するためのピペットを 有する流体分析システムを含む。オプチカル検出システムがその分配位置に達す る前にピペットの下方向移動軌道を遮る光線ビームを提供する。ピペットの位置 に関連して光線ビームの強度を測定することにより制御装置がピペットのチップ の介在あるいは非介在を指示できるようにする。さらに、ピペットにより光線ビ ームが遮断されると所定の移動量だけ分析カートリッジ上方の分析位置までのピ ペットの最終のアプローチシーケンスを開始させる。

第２図 国際調査報告 国際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．ピペットを含む分析器具において流体を分析要素に分配する方法であって、 前記器具が流体を入れたりザーバと分析要素とピペットのステムに固定するよう につくられた使い捨てのピペットチップの供給源との間でピペットを運動させる 搬送手段を含んでいる流体を分配する方法において、 チップをステムに固定し、 ピペットを所定の軌道に沿って分析要素に向かって運動させ、 光線ビームによって前記軌道上の基準位置を指定し、前記軌道に沿ったピペット の運動の間チップによる光線ビームの遮断を観察し、光線ビームの遮断が前記基 準位置における前記チップの位置の信号を出し、流体を分析要素に分配する前に 前記基準位置から分析要素に向かう追加の移動距離分だけピペットを進行させる ことを含むことを特徴とする流体を分配する方法。
2. ２．前記移動軌道に沿った前述の基準レベルを越えた第２の基準レベルをセット するステップを含み、前記の観察ステップにおいて光線ビームの遮断が観察され ないと、前記の運動ステップが前記ピペットが前記第２のレベルに達するまで継 続することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．前記ピペットを後退させ、かつ前記試験システムにおいて故障の信号を出す ステップをさらに含むことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の方法。
4. ４．流体を前記分析要素ヘ分配し、 前記ピペットを前記分析要素から後退させるステップをさらに含むことを特徴と する請求の範囲第１項に記載の方法。
5. ５．前記カートリッジの位置に基づいて前記移動分の量を計算するステップをさ らに含み、前記の計算のステップが前記のピペットを前進させるステップの前に 達成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
6. ６．前記光線ビームの遮断を観察するステップが前記光線ビームの強度を測定す ることを含み、光線ビームが完全に遮断した場合は前記ピペットのチップが介在 していることを示すことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
7. ７．前記分析要素が前記光線ビームから所定距離をおいて位置したコンベヤによ って運ばれ、前記方法が、前記コンベヤの基準面の上方の前記カートリッジの高 さに基いて前記移動量を計算し、前記計算ステップが前記のピペットを前進させ るステップの前に発生することを特徴とする請求の範囲第６項に記載の方法。
8. ８．流体を貯めるリザーバと協働し、分析要素ヘ流体を分配するためにピペット を採用している分析器具において、 ピペットとピペットのステムに固定すべき使い捨てピペットチップの供給源と、 チップを補給するためにチップの供給源までピペットを運動させる搬送装置であ って、流体を分配するためにリザーバと分析要素との間でピペットを運動させる 搬送装置と、を含み、さらに 前記ピペットチップの位置を検出するオプチカル検出システムを含み、前記検出 システムが前記分析要素に向かうチップの移動軌道における基準位置におけるチ ップの介在を示す位置信号を提供し、前記基準位置が前記分析要素から離れてお り、かつ 前記搬送装置は前記ピペットを基準位置まで動かすように作動し、前記器具が前 記位置信号に応答して前記ピペットを前記基準位置から追加の距離だけ前進させ て前記チップを流体を前記分析要素ヘ分配する位置に位置させることを特徴とす る分析器具。
9. ９．前記分析要素を運ぶためのコンベヤをさらに含み、 前記オプチカル検出システムが前記コンベヤに対して所定の位置において光線ビ ームを提供し、前記器具が前記コンベヤの面からの前記分析要素の高さに基き前 記の追加の距離を計算する手段をさらに含むことを特徴とする請求の範囲第８項 に記載の分析器具。
10. １０．前記検出システムが前記基準位置において前記移動軌道を遮る光線ビーム を提供し、前記のようにチップが光線ビームを遮ることにより前記検出システム を作用させ前記位置信号を提供することを特徴とする請求の範囲第８項に記載の 分析器具。
11. １１．前記搬送装置が前記光線ビームが遮ぎられないとき前記移動軌道上の第２ の基準位置まで前記基準位置を越えて前記ピペットを連動させるように作動し、 前記器具がさらに、前記位置信号と前記移動軌道上の前記ピペットの位置とに応 答し、前記光線ビームを遮断することなく前記ピペットが前記第２の基準位置に 達すると前記ステムに前記チップが介在しないことの信号を出す計算手段をさら に含むことを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の分析器具。
12. １２．前記キャリッジを運ぶコンベヤをさらに含み；前記コンベヤに対して所定 の位置において前記光線ビームが提供され、 前記計算手段が前記コンベヤの面からの前記分析要素の高さに基いて前記追加の 距離を計算することを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の分析器具。