JPH10123026A

JPH10123026A - 試料吸引方法および試料吸引制御装置

Info

Publication number: JPH10123026A
Application number: JP27813196A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Kubotani; 英明窪谷; Tomoyuki Yoshimura; 共之吉村; Hiroyuki Suzuki; 浩之鈴木
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-10-21
Filing date: 1996-10-21
Publication date: 1998-05-15
Anticipated expiration: 2016-10-21
Also published as: JP3410306B2

Abstract

(57)【要約】【課題】試料吸引速度を高めるとギャップが分裂して
しまうので、吸引時間を短縮することができない。【解決手段】テーパ部７を有する先細のノズル１を用
い、このノズル１内の洗浄液をシリンジポンプ１５によ
り引き込み移動して試料を吸引する。試料と洗浄液の間
にはギャップが形成されている。まず、ギャップがテー
パ部７を通過する際に分裂しない限界速度以下の吸引速
度で試料を吸引する。そして、ギャップがテーパ部７を
通過し、ギャップの分裂が発生しない安全領域に試料が
到着した後、吸引速度を高速側に切り替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料吸引方法およ
び試料吸引制御装置に関し、特に、テーパ部を有する先
細のノズルを用い、このノズルに注入された液体を引込
み移動することによってノズル先端から試料を吸引する
方法、およびこの方法に適用される制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、検体検査では、試験管内の試料を
ノズルに吸引し、この試料を別の検査用試験管に吐出す
るといった分注作業が行われる。この際、ノズルと分注
ポンプをチューブなどの配管系でつないだ分注装置が用
いられる。分注装置では、分注ポンプに発生した吸引力
が配管系を介してノズルへ伝達され、ノズルの先端の開
口部から試料が吸引される。以下、分注装置における試
料吸引を例にして、従来の試料吸引方法について説明す
る。

【０００３】従来の分注装置の一種として、ノズルと分
注ポンプの間の配管系に圧力伝達用の液体を注入したも
のがある。この従来装置では、配管内の液体が、吸引力
をノズルへ伝達する媒体として機能する。すなわち、分
注ポンプに吸引力が発生すると、配管内の液体が分注ポ
ンプの方へ移動し、その結果、ノズルの先端から試料が
吸引される。

【０００４】さらに、この従来装置では、一般に、図６
に示すように、ノズル内で、圧力伝達用の液体と吸引し
た試料の間にエア等の層が形成される。以下、このエア
等の層をギャップという。ギャップの形成は、例えば、
ノズル先端まで圧力伝達用の液体を充填した状態から、
試料の吸引前にあらかじめエア等をノズル内に吸引する
ことにより行われる。そして、ギャップは、圧力伝達用
の液体と試料が混合してしまうのを防止する機能を有し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来より、検査処理速
度の向上が求められており、この要求に応えるため、吸
引時間を極力短縮することが望まれる。しかし、単に、
吸引時間の短縮のために吸引速度（単位時間当たりの吸
引量をいう）を高くすると、下記のように、ギャップが
分裂してしまうおそれがある。

【０００６】一般のノズルはテーパ部を有し、先細にな
っている。そして、吸引される試料が先端の減径部を通
過するときには、試料の流速が非常に大きくなる。した
がって、試料が減径部を過ぎてテーパ部を通過する時に
は、噴水状に渦をまくと考えられる。そして、試料の吸
引速度が高くなると、この噴水状の渦の作用によりギャ
ップの一部分が他の部分から取り残される結果、図７に
示すように、ギャップの分裂が発生すると考えられる。
図７は、ギャップが２つに分裂した場合を示しており、
一つのギャップが試料の途中に形成されている。

【０００７】ギャップの分裂が発生した状態で試料を吐
出した場合、分注量が、規定量に対して、分裂して取り
残されたギャップの体積に応じて少なくなる。従って、
規定量の試料を分注するためには、ギャップ分裂の発生
を防止する必要がある。従来技術において、試料の吸引
速度は、テーパ部分でギャップの分裂が発生しないよう
な限界速度以下に制限されていた。そのため、試料の吸
引時間を短縮することは困難であった。

【０００８】特に、ノズルの減径部と通常部分の内径差
が大きい場合には、上記の限界速度が低い。この限界速
度以下で試料を吸引しなければならないので、吸引時間
が長くなり、その結果、単位時間当たりの処理数が少な
くなるという問題があった。

【０００９】本発明の目的は、上記の課題に対応し、ギ
ャップの分裂を発生させることなく、試料の吸引時間を
短縮することが可能な試料吸引方法および試料吸引制御
装置を提供することにある。そして、ノズルのテーパ部
前後の内径差が大きい場合でも、吸引時間が長くなるこ
とのない試料吸引方法および試料吸引制御装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、テーパ部を有
する先細のノズルを用い、このノズルに注入されたノズ
ル内液を引込み移動することによってノズル先端から試
料を吸引し、この吸引は前記ノズル内液と試料の間に気
体層を介在させながら行われる試料吸引方法であって、
前記気体層が前記テーパ部を通過する際に分裂しない限
界速度以下の吸引速度で試料を吸引する低速吸引工程
と、前記気体層が前記テーパ部を通過した後、吸引速度
を高速側に切り替えて試料を吸引する高速吸引工程とを
含む。

【００１１】ここで、気体層とは、従来技術に説明した
エア等のギャップのことである。本発明によれば、気体
層が分裂しやすい箇所であるテーパ部を通過する際は、
気体層が分裂しない限界速度以下の吸引速度で試料を吸
引する。そして、気体層がテーパ部を通過した後、吸引
速度を高速側に切り替えて試料を吸引する。従って、気
体層の分裂を発生させることなく、試料の吸引時間が短
縮される。

【００１２】特に、ノズルのテーパ部前後の内径差が大
きく、気体層が分裂しない限界速度が低い場合におい
て、吸引工程の一部分のみの吸引速度を低く設定すれば
よい。従って、上記の限界速度の制約により吸引時間が
長くなってしまうことが回避される。

【００１３】本発明の一態様において、前記高速吸引工
程は、前記気体層の下面が前記テーパ部よりも所定距離
だけ上昇した位置で、吸引速度を切り替える。気体層が
分裂する要因の影響は、気体層がテーパ層を通過しても
残ることがある。上記構成では、気体層の分裂要因の影
響がなくなる安全領域に達してから速度切替えが行われ
るので、気体層の分裂を確実に防止できる。

【００１４】また本発明は、テーパ部を有する先細のノ
ズルを用い、このノズルに注入されたノズル内液を引込
み移動することによってノズル先端から試料を吸引し、
この吸引は前記ノズル内液と試料の間に気体層を介在さ
せながら行われる試料吸引制御装置であって、前記ノズ
ル内液の引込み移動の移動量と移動速度を制御すること
によって試料の吸引量と吸引速度を調整する制御手段を
有し、この制御手段は、前記気体層が前記テーパ部を通
過する際に分裂しない限界速度以下の吸引速度で試料を
吸引させる低速吸引手段と、前記気体層が前記テーパ部
を通過した後、吸引速度を高速側に切り替えて試料を吸
引させる高速吸引手段とを含む。この構成によっても、
上記の試料吸引方法と同様の作用効果が得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の試料
吸引方法および試料吸引制御装置について、図面を参照
し説明する。ここでは、本発明が、図１に示す構成の分
注装置に適用された場合について説明する。この分注装
置は、図示しない基台上に備えられ、基台上の載置され
た分注元の試験管からノズルに試料を吸引し、このノズ
ルを分注先の試験管に移動して試料を吐出する。

【００１６】図１において、ノズル１は、ステンレス製
のノンディスポーザブルタイプノズルである。ノズル１
は、内径２ｍｍ程度の試料保持部３を有し、先端部に内
径約０．５ｍｍ、長さ約６ｍｍの吸引部５を有する。そ
して、試料保持部３と吸引部５は、円錐形のテーパ部７
でつながれている。ノズル１内には、分注用の試料を数
百μｌまで吸引することができる。ノズル１は、ＸＹＺ
ロボット１０によって、試料吸引位置や試料吐出位置、
ノズル洗浄位置へと移動する。また、ノズル１は、ポリ
マー製のチューブ１３によって切替え弁１１と連通され
ている。チューブ１３の内径は約２ｍｍである。

【００１７】切替え弁１１は、さらに、シリンジポンプ
１５とチューブ１７によって連通され、また、洗浄液タ
ンク１９とチューブ２１によって連通されている。チュ
ーブ１７およびチューブ２１は、ともにポリマー製であ
って、内径約２ｍｍである。切替え弁１１は、弁モータ
１２によって駆動されることにより、切替え動作する。
そして、ノズル１とシリンジポンプ１５を連通し、ま
た、シリンジポンプ１５と洗浄液タンク１９を連通す
る。

【００１８】シリンジポンプ１５は円筒形のシリンジ２
３を有し、このシリンジ２３にピストン２５が内挿さ
れ、シリンジ２３とピストン２５によりシリンジ室２７
が形成されている。そして、シリンジ２３は、端面の開
口部２９にて前述のチューブ１７と接続されている。ピ
ストン２５は、ポンプモータ３１により、シリンジ２３
内で往復するように駆動される。シリンジ室２７には、
後述するように洗浄液が注入される。ピストン２５が開
口部２９の方向に移動すると洗浄液が開口部２９から押
し出され、また、ピストン２５が開口部２９と反対方向
に移動すると洗浄液が吸い込まれる。以下、前者のピス
トン移動を押出し移動といい、後者のピストン移動を引
込み移動という。

【００１９】洗浄液タンク１９には、洗浄液が貯められ
ている。本実施形態では、洗浄液が、ノズルなどを洗浄
するための液体として機能する他に、従来技術に説明し
た圧力伝達用の液体として機能する。洗浄液は、切替え
弁１１の切替え動作と、シリンジポンプ１５の駆動によ
って、分注装置全体へ供給される。

【００２０】図２は、ノズル１、切替え弁１１、シリン
ジポンプ１５を駆動するための制御システムの構成を示
すブロック図である。同図において、制御部３５は、主
としてコンピュータからなり、入力部３７から制御部３
５へ、分注量や、分注処理数、試験管の配置などの設定
条件が入力される。また、制御部３５は、試験管内の試
料の液面位置を検出する液面検出器３９と接続されてい
る。制御部３５は、入力された設定条件に従った駆動信
号を出力することにより、ＸＹＺロボット１０および弁
モータ１２を駆動させる。また、制御部３５は、ポンプ
モータ３１の駆動を制御して、シリンジポンプ１５のピ
ストン２５の移動量と移動速度を調整する。この際、制
御部３５は、ポンプモータ３１へ供給する駆動信号のパ
ルスレートを変更することにより、ピストン２５の移動
速度を調整する。

【００２１】次に、この分注装置の動作を、「試料吸
引」「試料吐出」および「洗浄」に分けて説明する。

【００２２】「試料吸引」ここでは、基台上に載置され
た分注元の試験管からノズル１に試料を吸引する。図３
は、ノズル１および試験管の拡大図であって、本装置の
吸引方法を時系列に従って示している。吸引開始時、ノ
ズル１は、ＸＹＺロボット１０によって分注元の試験管
の上方に移動される。また、切替え弁１１は、ノズル１
とシリンジポンプ１５を連通するように切り替えられ
る。そして、シリンジポンプ１５のピストン２５はシリ
ンジ内で所定のスタート位置にある。また、シリンジ室
２７、チューブ１７、１３、ノズル１には洗浄液が満た
されている。このとき、図３（ａ）に示すように、洗浄
液はノズル１の先端まで満たされている。

【００２３】まず、ノズル口９が試験管内の試料に挿入
されない状態で、ピストン２５を引き込み移動する。ピ
ストン２５の移動に対応してシリンジ室２７の容積が拡
大し、この容積変化に対応する量の洗浄液がノズル１か
らシリンジポンプ１５の方へ移動する。この洗浄液の移
動によって、ノズル口９から、図３（ｂ）に示すように
空気が吸引される。

【００２４】次に、ノズル１が下方に移動され、試料に
挿入される。この時、図２の液面検出器３９は、試料の
液面位置を検出して制御部３５に入力する。制御部３５
は、液面の位置に基づいてＸＹＺロボット１０を制御す
る。そして、ＸＹＺロボット１０は、液面から約１〜２
ｍｍ程度の深さまでノズル１を挿入し、この状態でノズ
ル１を保持する。図３（ｃ）は、このときの状態を示し
ている。

【００２５】次に、ピストン２５をさらに引込み移動す
る。このピストン移動に応じて洗浄液がシリンジポンプ
１５の方へ移動し、先に吸引された空気の部分が負圧と
なる。そして、この負圧の作用により、試料がノズル口
９から吸引される。

【００２６】図４は、試料吸引速度の設定を示してお
り、横軸は、ノズル先端を基準にしたギャップの下面
（すなわち、吸引される試料の上面）の位置であり、縦
軸は試料吸引速度である。

【００２７】図４において、位置Ａ、Ｂは、それぞれノ
ズル１のテーパ部７が開始、終了する位置である。そし
て、位置Ｃは、テーパ部が終了してから所定距離だけ過
ぎた位置である。試料の吸引開始からギャップの下面が
位置Ｃに達するまでは、吸引速度がＶａに設定されてい
る。この吸引速度Ｖａは、ギャップがテーパ部７を通過
するときにギャップの分裂が発生しない限界速度よりも
低く設定されている。なお、この限界速度は、吸引部５
の内径や吸引部５内での試料の流速、テーパ部７のテー
パ角度などに応じて異なった値になる。

【００２８】ギャップの下面が位置Ｃに達した時点で、
図４に示すように、吸引速度が高速側に切り替えられて
Ｖｂになる。図４において位置Ｃより引込み移動側の領
域は、試料の上面に発生しギャップ分裂の要因となる渦
の影響（図７参照）がない安全領域にある。従って、吸
引速度を引き上げても、ギャップの分裂が発生しない。
吸引速度の切り替え後、この吸引速度Ｖｂを維持し、所
定の吸引量が吸引されるまでピストン２５の引込み移動
を継続する。図３（ｄ）は、ギャップの下面が位置Ｃに
あり、速度切替え時の状態を示している。また、図３
（ｅ）は、吸引速度Ｖｂで試料が吸引され、吸引が終了
した状態を示している。

【００２９】なお、制御部３５は、図４の設定に従って
ピストン２５を移動させる。すなわち、吸引初期には、
吸引速度Ｖａが得られるようにピストン２５の移動速度
を設定する。そして、速度切替え時、吸引速度ＶｂとＶ
ａの速度差に応じて駆動信号のパルスレートを引き上
げ、ピストン２５の移動速度を切り替える。

【００３０】「試料吐出」ここでは、ノズル１に吸引し
た試料を分注先の試験管に吐出する。ＸＹＺロボット１
０が、ノズル１を分注先の試験管へ移動し、さらに試験
管の中へノズル１の先端部分を挿入し、ノズル口９が空
中にある状態でノズル１を保持する。そして、シリンジ
ポンプ１５のピストン２５が、ポンプモータ３１に駆動
されて押出し移動する。この押出し移動により、シリン
ジ室２７の容積を分注量に対応して小さくする。その結
果、分注量分の洗浄液がノズル１の方へ移動し、試料が
ノズル口９から試験管内へ吐出される。

【００３１】「洗浄」試料の吐出終了後、ＸＹＺロボッ
ト１０は、洗浄槽が設けられた洗浄位置へノズル１を移
動する。そして、シリンジポンプ１５のピストン２５を
押出し移動し、数百μｌの洗浄液を洗浄槽へ吐出する。
この際、同時にノズル１の外側にも洗浄液をかける。こ
れにより、ノズル１の内外面が洗浄される。

【００３２】洗浄終了後、適宜、洗浄液がシリンジポン
プ１５に補充される。この補充では、切替え弁１１が切
替え動作して、シリンジポンプ１５と洗浄液タンク１９
を連通する。そして、ピストン２５が引込み移動するこ
とにより、洗浄タンク１９の洗浄液がシリンジポンプ１
５の方へ移動する。

【００３３】以上、本発明の実施形態について説明し
た。本実施形態の試料吸引時、試料の上面が図４の位置
Ｃに達するまでのギャップ分裂が発生しやすい区間で
は、吸引速度が低速（Ｖａ）に設定されている。そし
て、試料の上面が位置Ｃを過ぎた後に吸引速度が高速側
に切り替えられる（Ｖｂ）。

【００３４】図５は、試料の吸引速度が変化する様子を
時間の経過とともに示している。同図では、本実施形態
の吸引方法と従来の吸引方法により同一量の試料を吸引
した場合の吸引速度の変化が対比して示されている。従
来技術では、点線で示すように、吸引速度が台形状に変
化するように設定されている。一方、本実施形態では、
実線で示すように、吸引速度が２段階に切り替わり、ギ
ャップ下面が速度切替え地点（図４の位置Ｃ）に達する
時点ｔｃまでは従来よりも低い吸引速度（Ｖａ）で吸引
が行われる。従って、ギャップ分裂の発生が従来よりも
確実に防止されている。そして、時点ｔｃにて吸引速度
が急激に切り替えられ、従来よりも大幅に高くなる（Ｖ
ｂ）。その結果、トータルの吸引時間は、従来よりも大
幅に短縮されている。このように、本実施形態によれ
ば、ギャップ分裂の発生を確実に防止することができる
るとともに、全体の吸引時間を短縮することができる。

【００３５】特に、本実施形態では、試料保持部３の内
径（２ｍｍ）と吸引部５の内径（０．５ｍｍ）の差が大
きい。従って、テーパ部７におけるギャップの分裂発生
の限界速度が低い。この限界速度以下で従来のように一
定速度で吸引を行ったのでは、吸引時間が長くなり、単
位時間当たりの処理数が少なくなる。しかし、本実施形
態では、図４に示すような吸引速度の切替えにより、吸
引初期の吸引速度のみを低く設定しているので、吸引時
間が長くなることが回避されている。

【００３６】また、特に吸引量が多い場合には、試料の
上面がテーパ部７を過ぎた後に、まだ多量の試料が吸引
される。従って、本実施形態の速度切り替えにより、吸
引時間が大幅に短縮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の分注装置の構成を示す説
明図である。

【図２】図１の装置のノズル、切替え弁およびシリン
ジポンプを駆動するための制御システムの構成を示すブ
ロック図である。

【図３】図１の装置の分注動作を時系列に従って示す
ノズルの拡大図である。

【図４】図１の装置における、試料吸引時の吸引速度
の設定を示す説明図である。

【図５】図１の装置における、試料吸引吸引速度の時
間変化を示す説明図である。

【図６】試料を吸引した状態を示すノズルの断面図で
ある。

【図７】ノズル内でギャップの分裂が発生した状態を
示すノズルの断面図である。

【符号の説明】

１ノズル、３試料保持部、５吸引部、７テーパ
部、９ノズル口、１０ＸＹＺロボット、１１切替
え弁、１２弁モータ、１３、１７、２１チューブ、
１５シリンジポンプ、１９洗浄液タンク、２３シ
リンジ、２５ピストン、２７シリンジ室、３１ポン
プモータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】テーパ部を有する先細のノズルを用い、
このノズルに注入されたノズル内液を引込み移動するこ
とによってノズル先端から試料を吸引し、この吸引は前
記ノズル内液と試料の間に気体層を介在させながら行わ
れる試料吸引方法であって、前記気体層が前記テーパ部を通過する際に分裂しない限
界速度以下の吸引速度で試料を吸引する低速吸引工程
と、前記気体層が前記テーパ部を通過した後、吸引速度を高
速側に切り替えて試料を吸引する高速吸引工程と、を含むことを特徴とする試料吸引方法。
【請求項２】請求項１に記載の方法において、前記高速吸引工程は、前記気体層の下面が前記テーパ部
よりも所定距離だけ上昇した位置で、吸引速度を切り替
えることを特徴とする試料吸引方法。
【請求項３】テーパ部を有する先細のノズルを用い、
このノズルに注入されたノズル内液を引込み移動するこ
とによってノズル先端から試料を吸引し、この吸引は前
記ノズル内液と試料の間に気体層を介在させながら行わ
れる試料吸引制御装置であって、前記ノズル内液の引込み移動の移動量と移動速度を制御
することによって試料の吸引量と吸引速度を調整する制
御手段を有し、この制御手段は、前記気体層が前記テーパ部を通過する
際に分裂しない限界速度以下の吸引速度で試料を吸引さ
せる低速吸引手段と、前記気体層が前記テーパ部を通過した後、吸引速度を高
速側に切り替えて試料を吸引させる高速吸引手段と、を含むことを特徴とする試料吸引制御装置。