JP2011033426A - 自動分析装置および自動分析装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ピペッティング方式の分注は多種の試薬を分注できる利点があるが、試薬間コンタミネーションや分注ノズル洗浄が必須であるなどの課題がある。また、ディスペンシング方式の分注機構はこれらの問題を低減するが、予め想定した以上の種類の試薬が必要となるときに対応できないという欠点がある。
【解決手段】ディスペンシング方式、およびピペッティング方式の両方の機能を持つ分注機構とすることで、試薬間コンタミネーションの軽減や分注サイクルの短縮、および複数試薬の分注を可能とする。具体的には、１本のシリンジと電磁弁の開閉で臨機応変にディスペンシング方式とピペッティング方式とを切り替える。これにより、簡易な機構で試薬のランニングコストが低減でき、且つ、試薬種類の増加にも対応する分注機構を提供することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は血液，尿等の成分を定量あるいは定性分析する自動分析装置に係り、特に試薬
を所定量分注する分注装置を備えた自動分析装置および当該自動分析装置の制御方法に関
する。

自動分析装置の試薬分注装置に関しては、従来方式を大別すると、ピペッティング方式
とディスペンサ方式に分けられる。

ピペッティング方式は特許文献１に示されるようにノズルの先端を試薬に付け、水を作動流体としてノズルの先端から試薬を吸引し、次にノズルを試薬から離し、吐出したい場所にノズルを移動させてから吸引した試薬を押し出して吐出する方式である。この方式では１本のノズルを使って、多種類の試薬を分注することが可能である。一方、ディスペンサ方式は、特許文献２や特許文献３，特許文献４に記載されている様に、複数の試薬に対し試薬の数量分のノズル、及び試薬の数量分の試薬シリンジポンプ（又は試薬容器）をもっている。つまり、試薬毎に、専用のノズル及び試薬シリンジ（又は試薬容器）を用いる方式である。この方式では試薬間のコンタミネーションもなく、各ノズルを対応する試薬吐出位置にそれぞれ置いておけば、各ノズルを移動させる必要がないため、分注サイクルタイムが短く、ノズル移動用のロボット等も不要となる。また、特許文献５にはシンプルな構成のディスペンシング方式の分注機構が開示されている。

特開昭６２−４４６６３号公報 特開昭６０−２２５０６４号公報 特公平１−２６５０９号公報 特開平４−１６０３６７号公報 特開昭６０−２２５０６４号公報

ピペッティング方式は、異なる試薬間のコンタミネーションを防ぐために吸引・吐出の
たびに十分な洗浄水でノズル内外を洗浄する必要があり、多量の廃液が発生する。さらに
、試薬分注毎に洗浄動作が入るため、ノズルを試薬液面から洗浄位置，吐出場所へと往復
移動させることが必要となり、分注のサイクルタイムを短くするには限界がある。また、
ノズル内での水と試薬の拡散による試薬の薄まりを低減するため、余分に試薬を吸うこと
になり、分注毎の試薬の消費量が多くなることや、分注機構や試薬ボトルを平面的に配置
せねばならず、装置面積の増加につながる。

一方のディスペンシング方式では、予め設置された専用のノズル及び試薬シリンジ（又
は試薬容器）を超える数の複数種類の試薬には対応できないという欠点を持っている。ま
た、試薬毎に専用の試薬シリンジを持ちシリンジ内に試薬を吸引してノズルから吐出する
ため、シリンジポンプ内の試薬が無駄になることや、試薬の数量分のシリンジポンプが必
要となることにより、ランニングコスト・装置コスト共に高くなる。特許文献５の構成を
採用すればシリンジの本数を低減することができるが、この方式では多数の流路切替弁や
多流路切替弁が必要となる。これらの流路切替手段としては、機械的な切替弁が用いられ
るケースが多いが、耐薬性，耐摩耗性などの関係から材質が限られ、形状も複雑であるた
め高価である。

以上を鑑み本発明は、上記のピペッティング方式とディスペンシング方式の欠点を補う
新たな分注方式として、試薬間コンタミネーションや試薬の薄まりを極力防ぎつつ、装置
構成を複雑化させずに、多数の試薬分注に対応可能な分注装置を備えた自動分析装置を提
供することを目的としている。

前述の課題を解決するための本発明の請求項１に係る発明は以下の通りである。

先端に試薬を吐出するためのノズルを備えた試薬吐出流路と、位置が固定された試薬容器を保持する第一の試薬保持機構と、前記第一の試薬保持機構に載置された試薬容器に一端を挿入した試薬流路と、接続された流路内に差圧を発生させるシリンジポンプと、前記ノズルから吐出された試薬を収容するセルと、前記試薬吐出流路と前記試薬流路と前記シリンジポンプに繋がる流路を接続する三叉流路と、を備えた自動分析装置であって、当該自動分析装置の外部から投入された複数の試薬容器を保持する第二の試薬保持機構と、前記試薬吐出流路の先端に備わるノズルを前記セル及び前記第二の試薬保持機構にアクセスさせる駆動機構と、少なくとも前記試薬流路と前記試薬吐出流路に流路内部の液流動を制限する可動弁を備えたことを特徴とする自動分析装置。

本発明における各流路は、試薬間コンタミネーションや水による試薬の薄まりが起こらないよう十分な長さをもち、試薬ボトルから吸引した試薬の一部を余分試薬として廃液流路に試薬分注毎に流し、試薬の水による薄まりと試薬間コンタミネーションを抑える。

更に、本発明における第二の試薬保持機構は、ディスペンサ用の試薬とは別に、試薬分注装置の付近に配置された試薬、あるいは装置外部からラック等により供給された試薬を載置している。駆動機構によりノズルを第二の試薬保持機構上の試薬容器にアクセスさせてピペッティングした後、セルなどの分注ポジションにアクセスしてシリンジポンプを吐出動作させて前記吸引試薬を分注することにより、装置に備えられたノズルやシリンジポンプの本数より多い試薬を分注することを可能とする。また、サイクルタイムを抑えるために、コンタミネーションの影響が少ない試薬がノズル内にある場合には純水による流路内の置換を行わずに直接試薬のピペッティングを行うことも考えられる。

簡単な構成でピペッティング方式およびディスペンシング方式の両方の方式を併せ持つ分注機構を持つ自動分析装置を提供することができる。ディスペンシング方式を使用すれば、試薬間コンタミネーションを低減した試薬分注が可能となる。ピペッティング方式を使用すれば、装置に備えられたノズルやシリンジポンプの本数よりも多い種類の試薬を分注することができ、分注試薬種類の増加にも対応できる。

本発明を実現する臨床検査用の自動分析装置の各機構の配置図。 本発明を実現する試薬吐出機構の流路構成図の一例。 本発明を実現する試薬吐出機構の流路構成図の一例。 図２に示す試薬分注装置の分析動作前の試薬置換に関するフローチャート。 図２に示す試薬分注装置の試薬分注動作を説明するフローチャート。 図２に示す試薬分注装置のピペッティング動作を説明するフローチャート。 本発明を実現する他の試薬分注機構の流路構成図の一例。

本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図１は本実施例における試薬分注装置を搭載した生化学自動分析装置の実施形態の一例である。検体や試薬を搬送する手段（本実施例ではラック２２とこれを運ぶ搬送機構２１）と、検体を前処理する前処理ディスク１４と、試薬ボトル９、１２を収納する試薬ディスク８、１１と、反応液を混合、反応させる反応ディスク１を持つ。検体は親検体サンプリング機構２０で吸引され、前処理ディスク１４にある前処理セル１５へ吐出されると、本発明の試薬分注機構を搭載した前処理液分注機構１７から前処理液が添加され、撹拌機構１９で撹拌、混合される。ここで言う前処理液とは検体を希釈するために用いられる生理食塩水やヘモグロビンＡ１ｃ測定時に全血検体の前処理で用いられる試薬等を指す。前処理ディスク１４で前処理された検体は前処理検体サンプリング機構１３により、反応ディスク１に配列された反応セル２に分注され、さらにこの前処理検体に試薬ディスク８、１１から試薬サンプリング機構７、１０により試薬を分注し、添加する。検体と試薬を反応させた後、分光光度計４で吸光度を測定する。測定結果をコンピュータに取り込み、分析結果を表示する。

図２及び図３は本発明の試薬分注装置の実施形態の一例である。図２は試薬２９を１個設置した例であり、図３は試薬２９を複数個設置できるよう、構造を拡張した場合の構成である。いずれも試薬の吸引、吐出を行うシリンジポンプ２４を持ち、給水ポンプ２５によって加圧された水を供給する給水流路２６と、試薬２９を供給する試薬流路３１と、薄まった試薬２９を排出する廃液流路３０と、ノズル３４に試薬２９を供給する試薬吐出流路３３と、試薬吐出流路３３に試薬２９を供給するために試薬を待機させる試薬待機流路２７、２８と各流路を接続する複数の分岐管４２と、流路を開閉する複数の可動弁３８、３９、４０、４１（本実施例では電磁弁を使用）と、試薬吐出流路３３の先端に取り付けられたノズル３４と、左右回転上下移動可能な駆動機構３２によりノズル３４を移動する機能を備えた試薬分注装置である。

図３における複数種類の試薬２９ａ及び２９ｂは、例えば図１の実施例のごとく検体の前処理液吐出機構として利用する場合には、検体希釈用の生理食塩水とヘモグロビンＡ１ｃ測定用の前処理液であり、それぞれ専用の試薬流路３１ａ及び３１ｂに接続されている。

試薬流路３１には試薬２９の溶存酸素を取り除く脱気装置４３と試薬２９の吸引のオン／オフを行う電磁弁３９が接続されている。試薬２９の吸引吐出はシリンジポンプ２４によって行われる。

試薬待機流路２７、２８は少なくとも最大試薬吐出量と余分試薬量を収容できる管内容量を有し、試薬の拡散による試薬間コンタミネーションが起こらない十分な長さを有している。

廃液流路３０は試薬待機流路２７、２８の一部から分岐されており、電磁弁４０で開閉が制御される。試薬吐出流路３３は試薬流路３１と試薬待機流路２８から分岐され、電磁弁３８を介してノズル３４までつながっており、駆動機構３２により前処理ディスク３６内の前処理セル３７にアクセスし、試薬２９を吐出することができる。

また本発明の試薬分注装置は駆動機構３２を用いてノズル３４を装置上に設置された別のピペッティング用試薬３５に、あるいは図１の実施例の如く、検体などと共に搬送機構２１によってラック２２等で運ばれた試薬にアクセスし、電磁弁とシリンジポンプの動作をコントロールすることでピペッティング機構として利用することも可能である。

このようにディスペンシング方式とピペッティング方式を臨機応変に使い分けることによって、今後の検体前処理液の増加、特殊で使用頻度が少ない前処理液などに対して柔軟に対応することが可能であり、電磁弁や流路といった構成要素を増やす必要が無く、試薬架設スペースも最小限ですむので装置の省スペース化にもつながる。

続いて本実施例における分注機構の動作を説明する。

初めに流路内に試薬を満たす作業について図４を用いて説明する。まずステップＳ１で流路洗浄の指令が行われる。命令を受けて時刻ｔ１にステップＳ３として電磁弁４１、４０ａ、４０ｂがＯＰＥＮとなり廃液流路が給水ポンプから供給されたシステム水により洗浄される。時刻ｔ２（ステップＳ５）に電磁弁４１、４０ａ、４０ｂはＣＬＯＳＥとなる。続いて時刻ｔ３に電磁弁４１、３８ａ、３８ｂがＯＰＥＮとなり、試薬待機流路と試薬吐出流路、及びノズルの洗浄を各電磁弁がＣＬＯＳＥとなる時刻ｔ４（ステップＳ９）まで行う。

ステップＳ１１からは試薬２９ａを流路内に満たす作業が始まる。まず、時刻ｔ５（ステップＳ１１）において、電磁弁３９ａがＯＰＥＮとなる。次に時刻ｔ６→ｔ７（ステップＳ１３）で試薬流路３１から試薬待機流路２８へ試薬２９がシリンジポンプ２４によって引き込まれる。吸引動作後、時刻ｔ８（ステップＳ１５）で電磁弁Ｓ３９ａがＣＬＯＳＥとなり試薬流路は閉じられ、変わって電磁弁３８ａがＯＰＥＮとなり試薬吐出流路３３がＯＰＥＮとなる。時刻ｔ９→ｔ１０（ステップＳ１７）にかけてシリンジポンプが試薬吐出流路３３へ試薬の吐出を行う。このときのシリンジポンプ２４の吐出量はステップＳ１３の吸引量に対して少なく、残りの試薬は時刻ｔ１１（ステップＳ１９）に電磁弁３８ａがＣＬＯＳＥ、電磁弁４０ａがＯＰＥＮとなった後に時刻ｔ１２→ｔ１３（ステップＳ２１）で廃液流路３０にシリンジポンプ２４の動作で排出される。時刻ｔ１４（ステップＳ２３）に電磁弁４０ａがＣＬＯＳＥとなり、試薬２９ａを流路内に満たす作業が終了する。

次にステップＳ２５からステップＳ３７にかけて試薬２９ｂの系に関しても試薬２９ａの系と同様な動作で流路内に試薬を満たす作業が行われる。ステップＳ１１からステップＳ３７にかけての作業を１回ないし複数回行うことで流路内に試薬２９ａ、２９ｂをみたす。なお、流路内に試薬の充填が完了した時点での水と試薬２９ａ、２９ｂの境界面はそれぞれ廃液流路３０ａ、３０ｂが試薬待機流路２８と分岐管４２−２で接続された位置となる。

次にディスペンシング方式での試薬吐出の動作を図５に示した試薬２９ａの吐出動作を用いて説明する。試薬２９ａ吐出指令（ステップＳ１）に対して、時刻ｔ１（ステップＳ３）に電磁弁４１をＯＰＥＮにし、続いて時刻ｔ２→ｔ３（ステップＳ５）にシリンジポンプ２４で適度の水を吸引する。時刻ｔ４（ステップＳ７）で電磁弁４１をＣＬＯＳＥとした後、時刻ｔ５で電磁弁３９ａをＯＰＥＮとし、続いて時刻ｔ６→ｔ７（ステップＳ１１）でシリンジポンプ２４によって試薬２９ａを吸引し試薬待機流路２７ａに引き入れる。このときの試薬吸引量は前処理セル１５への吐出量とシリンジポンプのバックラッシュを取り除くバックラッシュ吐出量と水による試薬の薄まりを防ぐための余分吸引量を含んでいる。

試薬２９ａの吸引終了後、時刻ｔ８（ステップＳ１３）に電磁弁３９ａをＣＬＯＳＥにし、その後、時刻ｔ９（ステップＳ１５）にて試薬吐出流路３３ａ内にある電磁弁３８ａをＯＰＥＮにする。次に、時刻ｔ１０（ステップＳ１７）において、シリンジポンプ２４で吐出動作を行い、シリンジポンプ２４のバックラッシュを解消する。この後、ノズル３４ａを前処理セル１５にアクセスさせ、時刻ｔ１２→ｔ１３（ステップＳ１９）に試薬２９ａの吐出をシリンジポンプ２４が行い、所望量の試薬２９ａの吐出を行う。その後時刻ｔ１４（ステップＳ２１）に電磁弁３８ａをＣＬＯＳＥとし、時刻ｔ１５（ステップＳ２３）に電磁弁４０ａ、４０ｂをＯＰＥＮとして時刻ｔ１６→ｔ１７にシリンジポンプ２４を用いて水によって薄まった試薬を廃液流路３０に流す。また、このとき必要に応じて電磁弁４１をＯＰＥＮにして試薬待機流路２７ａ、２７ｂ間の洗浄をし、試薬間コンタミネーションの防止を行うことができる。最後に時刻ｔ１８（ステップＳ２７）に電磁弁４０ａ、４０ｂをＣＬＯＳＥとし、時刻ｔ１９で吐出の１サイクル終了となる。試薬２９ｂに関しても同様の動作で吐出が可能である。

さらに、本発明が試薬のピペッティングを行う際の動作について図３の実施例を基に図６のフローチャートを用いて説明する。

試薬２９ａの吐出系を使用して、ピペッティング用試薬３５の分注を行う指令（ステップＳ１）に対して、時刻ｔ１（ステップＳ３）に電磁弁３８ａ、４０ａ、４１をＯＰＥＮにし、ノズル及び、流路内の洗浄を行う。続いて時刻ｔ２（ステップＳ５）に電磁弁３８ａ、４０ａ、４１をＣＬＯＳＥし、時刻ｔ３（ステップＳ７）で電磁弁３８ａをＯＰＥＮにして時刻ｔ４→ｔ５（ステップＳ９）にシリンジポンプ２４で少量のエアーを吸引する。その後、駆動機構３２を用いてノズルの先端をピペッティング用試薬３５に付け、時刻ｔ６→ｔ７（ステップＳ１１）にシリンジポンプ２４でピペッティング用試薬３５を吸引する。ピペッティング用試薬３５の吸引終了後、時刻ｔ８→ｔ９（ステップＳ１２）にシリンジポンプ２４を吐出方向に少し動かしシリンジポンプ２４のバックラッシュを解消する。その後、駆動機構３２を用いてノズルを分注場所にアクセスさせ、時刻ｔ１０→ｔ１１（ステップＳ１５）にて試薬の吐出を行う。この後、駆動機構３２を用いてノズルを分注ポジションから洗浄漕へ移し、時刻ｔ１２に電磁弁４１をＯＰＥＮにして、流路内及びノズル内の洗浄を行う。また、ｔ１３→ｔ１４にシリンジポンプ２４の吐出動作を行い、シリンジポンプを初期位置に戻す。時刻１５に電磁弁３８ａ、４１を閉じて内部の洗浄水
を止めｔ１５に１サイクル終了となる。

設置されている試薬、例えば生理食塩水などをそのまま分注用の作動流体として使用する場合にはステップＳ２からＳ５は不要となる。試薬のピペッティングを行った後、再度ディスペンサとして使用する時、例えば図３の試薬２９ａを再度流路内に満たす場合には図４に示したフローチャートのうち、Ｓ１０からＳ２３を実行すればよい。

このように、ディスペンサ機能とピペッティング機能を併せ持つことで、使用頻度の多い試薬はディスペンサ用試薬としてあるいはノズルがピペッティング可能な装置上の位置に設置し、使用頻度の少ない試薬は搬送機構により外部から必要に応じて供給することで、１本のシリンジで複数種類の試薬を分注することが可能である。

図７は２方向電磁弁と分岐管の組み合わせではなく、３方向電磁弁５３、５５を使った別の方法で本発明の試薬分注装置を実現した実施例である。３方向電磁弁５３、５５を用いることで、試薬待機流路５４において、試薬と水を完全に遮断することができ、試薬の水による薄まりを完全に防止することができる。また、３本以上のノズルを持つ分注系についてもより容易に構成することが可能である。

本発明は検体の前処理を行う自動分析装置において、検体前処理で用いる複数の試薬に柔軟に対応でき、装置の省スペース化、機構の簡略化につながる。

１ 反応ディスク
２ 反応セル
３，１６ 洗浄装置
４ 分光光度計
５，６，１９ 攪拌機構
７，１０ 試薬サンプリング機構
８，１１ 試薬ディスク
９，１２ 試薬ボトル
１３ 前処理検体サンプリング機構
１４，３６ 前処理ディスク
１５，３７ 前処理セル
１７ 前処理液分注機構
１８ 前処理液
２０ 親検体サンプリング機構
２１ 搬送機構
２２ ラック
２３ チューブ
２４，４４ シリンジポンプ
２５，４６ 給水ポンプ
２６，４８ 給水流路
２７，２８，４９，５４ 試薬待機流路
２９，５７ 試薬
３０，５０，６１ 廃液流路
３１，５６ 試薬流路
３２，５９ 駆動機構
３３，５８ 試薬吐出流路
３４，６０ ノズル
３５ ピペッティング用試薬
３８〜４１，４５，５１，５３，５５ 電磁弁
４２，４７，５２ 分岐管
４３ 脱気装置

Claims (6)

1. 試薬を吐出するためのノズルを備えた試薬吐出流路と、
   試薬容器を保持する第一の試薬保持機構と、
   前記第一の試薬保持機構に載置された試薬容器に一端を挿入した試薬流路と、
   前記ノズルから吐出された試薬を収容するセルと、
   流路内に差圧を発生させるシリンジポンプと、
   前記試薬吐出流路と前記試薬流路と前記シリンジポンプに繋がる流路を接続する三叉流路と、を備えた自動分析装置であって、
   試薬容器を保持する第二の試薬保持機構と、
   前記ノズルを前記セル及び前記第二の試薬保持機構にアクセスさせる駆動機構と、を備えたことを特徴とする自動分析装置。
2. 請求項１記載の自動分析装置において、
   前記シリンジポンプにシステム水を供給する給水ポンプと、
   流路から不要な試薬およびシステム水を排出する廃液流路と、
   少なくとも前記試薬流路，前記試薬吐出流路，前記廃液流路、および前記給水ポンプと前記シリンジポンプを接続する流路、それぞれの液流動を制限する可動弁と、
   前記第一の試薬保持機構上に載置された試薬、および前記第二の試薬保持機構上に載置された試薬のいずれから試薬を吸引して前記セルに吐出するかに応じて少なくとも前記シリンジポンプ，前記可動弁、および前記駆動機構の動作を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする自動分析装置。
3. 試薬流路の一端が挿入された試薬容器を保持する第一の試薬保持機構と、
   試薬容器を保持する第二の試薬保持機構と、
   前記第一の試薬保持機構上に載置された試薬を連通させる試薬流路と、
   試薬をセルに吐出するノズルを備えた試薬吐出流路と、
   流路内の不要な液体を排出する廃液流路と、
   前記試薬流路，前記試薬吐出流路、および廃液流路内に差圧を発生させるシリンジポンプと、
   前記試薬流路，前記試薬吐出流路、および廃液流路内の液流動を制限する可動弁と、を備えた自動分析装置の制御方法であって、
   前記第一の試薬保持機構上に載置された試薬容器の試薬を分注する場合と、前記第二の試薬保持機構上に載置された試薬容器の試薬を分注する場合とで、流路を切り替えて使用することを特徴とする自動分析装置の制御方法。
4. 請求項３に記載の自動分析装置の制御方法において、
   前記第一の試薬保持機構上に載置された試薬容器の試薬をセルに分注する場合には、
   前記試薬流路を開放し前記試薬吐出流路及び前記廃液流路を閉鎖するよう前記可動弁を調節した状態で、シリンジポンプを動作させて、前記第一の試薬保持機構に載置された試薬容器から試薬を吸引するステップと、
   前記試薬流路及び前記廃液流路を閉鎖し、前記試薬吐出流路を開放するよう前記可動弁を調節した状態で、シリンジポンプを動作させて、前記ステップで吸引した試薬をセルに吐出するステップと、を有することを特徴とする自動分析装置の制御方法。
5. 請求項３に記載の自動分析装置の制御方法において、
   前記第二の試薬保持機構上に載置された試薬容器の試薬をセルに分注する場合には、
   駆動機構によりノズルを前記第二の試薬保持機構上に移送させるステップと、
   前記試薬吐出流路を開放し前記試薬流路及び前記廃液流路を閉鎖するよう前記可動弁を調節した状態で、シリンジポンプを動作させて、前記第二の試薬保持機構に載置された試薬容器から試薬を吸引するステップと、
   可動弁の状態は変えずに、駆動機構によりノズルをセルの上に移送させるステップと、
   シリンジポンプを動作させて、前記ステップで吸引した試薬を吐出するステップと、を有することを特徴とする自動分析装置の制御方法。
6. 請求項３記載の自動分析装置の制御方法において、
   流路を切り替える場合には、各流路内に保持された試薬を前記廃液流路または前記ノズルの少なくともいずれかを介して排出するよう可動弁及びシリンジポンプを制御することを特徴とする自動分析装置の制御方法。

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