JP2886894B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動分析装置に係り、特に液体試料等を分注
ノズルで分注する自動分析装置に関する。

〔従来の技術〕

現在、自動分析装置では、試料容器にて装置にセツト
された液体試料を、分注装置にて別箇所に設置されてい
る反応容器中に移送，分注し、前記反応容器中に、更に
反応試薬を分注し、一定時間反応させた後、光学的に被
測定項目の濃度を測定する方式を採用しているものが多
い。第１図に、自動分析装置の分析部構成の一例を示
す。

第１図に於て、分注アーム１の先端部には分注ノズル
２が設置されており、分注アーム１は、主軸３に固定さ
れており、主軸３を支点として、上下、及び旋回動作を
行う。又、前記分注アーム１と近接して、それぞれ個別
に回転動作を行う反応テーブル4,試料テーブル6,試薬テ
ーブル８が設置されている。反応テーブル４には複数の
反応容器５がセツトされており、分注動作時、所定の反
応容器を回転動作により、分注ノズル２の旋回軌跡上の
所定の分注位置へと移送する。又、分析すべき試料は試
料容器７内に互々分散され、試料テーブル６にセツトさ
れる。又、各項目の分析に必要な試薬を収納した試薬容
器９は試薬テーブル８にセツトされる。上記試料容器
７、及び試薬容器９にも、前記反応容器５と同様、各設
置テーブルの回転動作により、各々所定の分注位置に移
送される。又、各試料、及び試薬間のキヤリオーバーを
防止するため、洗浄ユニツト10により分注ノズル２の洗
浄を行う。上記の各ユニツトの動作により、所定の反応
容器中に、所定の試料、及び試薬が順次分注される。
又、各反応容器５は、図示していない恒温装置により一
定温度に保たれており、所定時間反応を行わせた後、図
示していない光度計により、被測定項目の濃度測定を行
う。

しかしながら、上記構成の自動分析装置では、分注ノ
ズル２を、液体試料、又は液体試薬中に一定量浸漬さ
せ、各試料，試薬の分注を行うため、分注ノズル２への
試料，試薬の付着に起因するキヤリオーバー（汚染）が
発生し、且つ、分注ノズル２に付着した試料，試薬が、
反応容器５に移送される際飛散する。又、洗浄ユニツト
10では水等の洗浄液中にて洗浄を行うため、洗浄後、分
注ノズルに付着した洗浄液が試料容器7,試薬容器９中に
持込まれ、試料，試薬が薄められる。この様に、分注
時、分注ノズル２への液付着，飛散りは、装置の分析性
能を及び安全性を著しく低下させる要因となつている。

〔発明が解決しようとする課題〕

これらの対策として、従来は、分注量の比較的少ない
試料の分注と、試薬分注とを互々別個の装置で行い、試
料／試薬間のキヤリオーバーを防止し、且つ試料分注ノ
ズル径を可能な限り細くし、液付着量の低減を図つてい
る。しかしながら、分注装置の試料／試薬分離はそのま
ま、装置全体の大形化，複雑化となり、小形装置への適
用は困難である。又、近年、分析項目は多岐に渡り、特
に免疫反応を用いたウイルス，ホルモン等希薄物質を高
感度で測定するため、試料量も従来の生化学測定に比べ
大量に用いるものも多く、分注量範囲の拡大が要求さ
れ、且つ処理能力を保持するためには分注ノズルを細く
する事は困難な状況にある。又特開昭62−182665号に記
載の様に分注ノズルをデイスポーサブルチツプ化する事
により、項目間のキヤリオーバーを防止し、且つ洗浄工
程を廃止する方法も行われているが、上記チツプの供
給、及び廃棄処理機構やチツプ着脱機構が必要となり、
装置の大形化，コストアツプとなる。又、ランニングコ
ストがアツプする他、チツプ径が金属製ノズルに比べ太
くなるため、試料容器部には大きな開口部が必要となる
が、試料の微量化、及び試薬が高価なため、特に分析に
長時間を要する免疫反応を用いた装置では、試料・試薬
の自然蒸発を極力減らすために上記開口部は可能な限り
狭めたいとの要求が増えており、デイスポチツプでの対
応は困難である。

本発明の目的は、分析処理量をほとんど低下させるこ
となく分注時の試料や試薬の飛散を防止することができ
る自動分析装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前述の、液体の分注ノズルへの付着、あるいは分注ノ
ズルに付着した液の飛散りを防止するには、一連の分注
動作をゆつくり行えば良い。即ち、試料吸引のため、一
定長さだけ試料中に浸漬した分注ノズルを、速いスピー
ドで上昇させ、液面より抜くと、試料の粘性のため、分
注ノズル近傍領域の試料には上昇方向の速度が与えられ
分注ノズルと共に試料液表面を脱し、分注ノズルに付着
したり、又液滴となつてノズル先端に移動する。しか
し、ここで分注ノズルをゆつくりと上昇させると、試料
の上昇速度が小さいため、試料同士の結合力が大きいた
め、分注ノズルが余程汚れていない限り、試料はほとん
ど付着しない、又、付着液の飛散りについては、分注ノ
ズルの回転速度を遅くし、起動／停止時の加速度変化を
小さくする事で防止する事が出来る。しかしながら、上
記分注速度は自動分析装置の処理能力（単位時間当りの
分析項目数）に直結しており、分注速度を上げ、分注に
要する時間の短縮を図る事は処理能力アツプには不可欠
要素であり、単純に分注動作を低速化する事は出来な
い。

本発明では、被分配液を収容する液体容器の位置から
反応容器の位置に分注ノズルを移動するときの分注アー
ムの旋回速度よりも、反応容器の位置から洗浄装置の位
置に分注ノズルを移動するときの分注アームの旋回速度
が高速となるように構成され、且つ、反応容器内への分
注ノズルの下降時及び該反応容器内からの分注ノズルの
上昇時の速度よりも、液体容器内への分注ノズルの下降
時及び該液体容器内からの分注ノズルの上昇時の速度が
低速になるように構成される。

〔作用〕

液体試料分注に伴う分注ノズルへの試料付着、及び飛
散りは以下の様に発生する。

１）試料吸引後、分注ノズルを試料中より抜く際、分注
ノズルに付着し、且つ、反応容器への移送時に、上記付
着試料が飛散する。

２）分注ノズル洗浄後、洗浄液より分注ノズルを抜く
際、洗浄液が分注ノズルに付着し、更に試料吸引の為、
試料容器位置へ移送する際上記洗浄液が飛散したり、
又、飛散しないまま次の試料吸引過程で、分注ノズルと
共に試料中に挿入され、試料薄まりの原因となる。

この為、一連の分注動作の内、試料、及び洗浄液中よ
り分注ノズルを抜く場合、及び、試料分注後の、反応容
器への移送動作のみ低速で行わせる様、駆動モータの動
作パターンを切替える事により、分注ノズルに付着した
液の飛散を防止することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を、図により詳細に説明す
る。

第１図にて示した構成を有する自動分析装置に於ける
代表的分注方式を第２図に示す。第１図にて試料テーブ
ル６と試薬テーブル８は同心円状に配置されており、試
料、及び試薬の分注は単一の分注装置にて兼用されてい
る。即ち、試料、及び試薬の分注は同一の分注装置で行
う事により、装置の小形化，簡略化を図つている。

一連の分注動作を第２図により説明する。尚、本図に
て分注アーム１は、図示していないピペツタ機構と、チ
ユーブ，切替弁等を介して接続されており、上記ピペツ
タ機構により所定量の試料・試薬の吸引・吐出を行う。

分注動作に入る前、分注アーム１は装置のリセツト動
作等により、あらかじめ所定の位置（例えば洗浄装置
上）に位置決めされている。そして、分注動作が開始す
ると、まず、所定の試料（試薬）11を分注する為、分注
位置に位置決めされた試料容器（試薬容器）７上に回転
移送され（）、試料容器７上に位置決めされる。次
に、試料吸引を行う為、分注ノズル２は下降し、試料11
中に所定量浸漬される。（）。この時、分注ノズルの
浸漬量は、分注装置に付加されている液面検知機能によ
り制御する事が出来る。分注ノズル２が試料液中に侵漬
されると、前述のピペツタ機構により所定量の試料11が
分注ノズル２内に吸引され、この吸引動作の終了が確認
されると、分注ノズル２は上昇し、試料11を離脱し、上
死点にて停止する（）。次に、吸引した試料11を反応
容器５内に分注する為、回転動作により、分注位置に位
置決めされた反応容器５上に移送される（）。所定の
反応容器５上に位置決めされた分注ノズル２は、吸引し
た試料11を反応容器５内に吐出する為、下降し、反応容
器内の所定の位置まで下降し、停止する（）。分注ノ
ズル２が反応容器内に所定量挿入されると、前述のピペ
ツタ機構により、吸引した試料の内、所定量だけ反応容
器内に吐出する。この吐出動作が終了すると、分注ノズ
ル２は再び上死点位置まで上昇する（）。上死点に移
送された分注ノズル２は、分注ノズル２を洗浄するため
に、回転動作により洗浄装置上に移送される（）。洗
浄装置10上に位置決めされた分注ノズル２は下降し、洗
浄装置10内に所定量挿入される（）。この状態で洗浄
装置10に設置されているニツプル12より洗浄液13が吐出
され、分注ノズル２の外側を洗浄すると同時に分注ノズ
ル２より洗浄液13を吐出する事により、分注ノズル２内
部をも洗浄する。所定時間、洗浄を行つた後、分注ノズ
ル２は上死点位置まで上昇し（）、再び（ａ）〜
（ｅ）の分注動作を繰返す事により、試料、及び試薬の
分注を順次行う。

上述の分注動作を実現する分注装置の一実施例の構成
図を第３図に示す。

分注ノズル２は分注アーム１の先端部に設置されてお
り、分注アーム１は、上下，回転動作可能な主軸３に固
定されている。主軸３はスプライン形状をなしており、
リニアガイド16により、ガタつきなく保持される構造と
なつている。主軸３はリニアガイド16とメタル軸受15に
よりベース14に取付けられており、更にリニアガイド16
は、ボールベアリング17により保持され、回転動作が可
能となつている。すなわち、主軸３は、リニアガイド16
とのかん合により、上下動作を行うと同時に、回転運動
については、ボールベアリング17によりリニアガイド16
と一体となり回転を行う。又、主軸３はスライダ18と結
合されており、このスライダ18には、図示していないリ
ニア軸受が組込まれており、これにより、主軸３と平行
にベース14に取付けられているガイド軸19に沿つて上下
動作が可能となつている。即ち、スライダ18は、ガイド
軸19に保持され、主軸３と平行運動を行う事が出来る。
更にスライダ18にはラツク20が取付けられており、ピニ
オン22を介し、上下駆動用パルスモータ21により、上下
動作を与えられる。上下駆動用パルスモータ21により、
スライダ18に上下動作を行わせ、スライダ18と主軸３を
連動する事により、主軸３、そして分注アーム１を上下
動作させる。又、リニアガイド16には、ハウジング25を
介しプーリ26が取付けられており、回転駆動用パルスモ
ータ23とタイミングベルト24により連結されている。即
ち、回転駆動用パルスモータ23を駆動する事により、タ
イミングベルト24を介し、リニアガイド16に回転運動を
与え、リニアガイド16と主軸３が回転方向に一体運動す
る事により、分注アーム１に回転動作を与える事が出来
る。上記の様、第３図記載の分注機構では、上下用、及
び回転用２個のパルスモータを制御する事により、分注
アーム１に回転、及び上下動作を個別に与える事が出来
る。

第４図、及び第５図には、パルスモータの駆動パルス
レートを示す。第４図には上下駆動用パルスモータ21の
パルスレートを、第５図には回転駆動用パルスモータ23
のパルスレートを示す。本図にて、各パルスレートの左
側が起動時のスローアツプ、右側が停止時のスローダウ
ン状態を示す。例えば、上下動作を高速度で行わせる場
合は、第４図（ａ）のパルスレートとなり、起動パルス
数300pps（パルス/s）で起動し、1700ppsまでの加速を2
5パルスで行わせる。この時の加速に関する時間は25mS
である。上下動作の場合、液中に浸漬した分注ノズル２
をいかにゆつくり、そして静かに抜くかが重要であり、
（ｂ）に示す様に、上昇速度を1700ppsから700ppsに下
げる他、スローアツプパルス数を25パルスから５パルス
に増す事により、上昇時の加速度の低下を図つている。
又、上昇速度を700pps以下に下げた場合、パルスモータ
21より発生する振動が急激に増し、この振動が分注ノズ
ル２に伝わり、液の付着，飛散を逆に増してしまうた
め、低速度値の限界は、使用する分注装置固有の値とな
る。

上記高速動作、及び低速動作という２種の動作を分注
ノズル２に行わせるのに、プログラムソフトにて、上
下、及び回転用パルスモータ互々の駆動パルスレートを
ルーチン動作内の動作内容に応じ、適宜書替える事によ
り実現している。即ち、上下用，回転用それぞれ単一の
駆動パルスモータのパルスレートを書替える事により複
数の動作パターンが可能となる。これにより、単一の分
注装置により、各動作に最適な動作パターンが選択可能
となる。

第６図、及び第７図に分注装置の上下，回転動作につ
いてのタイムチヤートを示す。ここで、第６図には試料
分注時のタイムチヤートを示し、第７図には試薬分注時
のタイムチヤートを示す。図中の高速上昇，低速回転等
の指示は、第４図、及び第５図に記載したパルスレート
の内、高速用，低速用いずれのパルスレートで動作する
かを示す。又、分注動作は、試料・試薬分注共に１サイ
クル18秒である。又、分析に於ては血清等の生体試料に
対し複数の反応試薬を分注する場合がほとんどである
為、１サイクルにて、試料の分注は１回行うのに対し、
試薬分注は２回行うよう設定されている。又、試薬に比
べ、、血清等の試料は粘性ははるかに大きく、又、分注
ノズル２や配管系でつまり等を発生し易く、且つ感染の
危険も大きいため、試料の吸引，吐出、及び分注ノズル
２の洗浄に多くの時間を要する。この為、試料と試薬の
分注動作は全く異なる場合が多く、第６図，第７図に示
す様に異なるタイムチヤートで、それぞれ試料，試薬用
分注装置を別個に装備し、個別に分注動作を行う場合が
ほとんどである。それに対し、本実施例では、あらかじ
め、試料用，試薬用という２種類のタイムチヤートを用
意し、且つ、この２つのタイムチヤートが１サイクル動
作の始点、及び終点にて、互々が矛盾無く継続できる様
設定し、分注すべき対象物に応じタイムチヤート自体を
選択，動作させる事により、１台の分注装置にて、試料
・試薬両方の分注を行つている。次に第６図にて、試料
分注動作を説明する。動作内容は、第２図に記載したも
のと同一であるが、サイクルの最初に分注ノズル２の洗
浄工程から入つている。まず、時刻0.1（Ｓ）にて初期
位置から洗浄位置まで高速回転移動し、回転動作終了
後、時刻0.5で洗浄装置内に高速下降し、洗浄液にて分
注ノズル２の内外周の洗浄を行う。洗浄終了後、そのま
ま高速上昇させると前述の様に水滴付着要因となるた
め、上昇パルスレートを低速用に切替え、時刻8.7にて
低速上昇させる。但し、この時、分注ノズル２は洗浄液
中に浸漬した状態で低速上昇させる必要がある。この
為、洗浄装置は第２図（Ｃ）に記載の通り、洗浄装置10
下部の廃液用穴径を絞り、分注ノズル２から吐出される
試料濃度の高い液は直接排出するが、ニツプルから吐出
される洗浄液は、洗浄動作中、洗浄装置内にたまる構造
となつている。又、パルスレートの書換えには、書替え
の時間が必要であり、本実施例では、書替え時、対象と
なるパルスモータの停止時間を0.5S以上確保している。
洗浄装置は上死点まで低速で上昇した後試料を吸引する
為、試料吸引位置まで回転移動するが、洗浄液飛散り防
止の為、回転動作は低速で行う。尚、この回転、及び洗
浄装置から上昇パルスレートは、いずれも洗浄時間中に
低速に変更している。時刻10.0で試料容器７内に下降
し、所定量試料吸引後、再び時刻13.0で低速上昇する。
ここで、試料粘性等の原因により、吸引動作に比べ、実
際に分注ノズル２内への吸引に遅れが発生するため、吸
引動作終了〜上昇動作の間に静定時間を設けている。分
注ノズル２上昇後、反応容器５位置まで低速回転にて分
注ノズル２を移送する。ここで、反応容器位置での下降
量が、試料容器に比べ大きく、又、反応テーブル４の停
止時間の制限より、反応容器位置出の下上動作は高速で
行う必要があるため、低速回転動作中に上下用パルスレ
ートを高速用に変更し、時刻14.8にて高速下降し、試料
吐出後高速上昇し、洗浄位置まで高速回転し、以下、同
様の動作を繰返す。試料吸引から試薬吸引に移る場合、
第６図の時刻18.0から、第７図の時刻０に連結される。
ここで、試薬分注用タイムチヤート移行直後の回転動作
は高速用であるため、試料吐出動作中に、回定用パルス
レートを高速用に変更しておく必要がある。第７図に示
す試薬分注タイムチヤートでは、１サイクル当り、２回
の試薬分注が必要であり、試料分注時に比べ時間的余裕
が無いこと、又試薬粘性は小さく、且つ、本実施例にて
使用している試薬容器９では、試薬の自然蒸発防止の
為、容器開口部にシリコンゴムを貼付，密閉し、試薬吸
引時には、分注ノズル２を上記シリコンゴムを貫通させ
る為、分注ノズル２上昇時、分注ノズル２に付着した試
薬はシリコンゴムにてぬぐい取られるため、試料吸引時
と異なり、試薬吸引時も全て高速にて動作している。但
し、洗浄後の上昇動作のみ、低速にて行つている。この
際、パルスレートの変更は洗浄動作中に行い、次の試薬
吸引の為の下降動作は高速にて行わせるため、洗浄装置
からの上昇終了〜試薬吸引時下降開始間でパルスレート
を高速に変更を行つている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、吸入，吐出及び洗浄を含む分注工程
全体としての処理能力を低下させず、しかも分注ノズル
からの液の飛散を防止できるような分注ノズルの旋回動
作が実現され、分注ノズルからの飛散の原因となる付着
液量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動分析装置の構成図、第２図は代表的分注方
式を示す図、第３図は分注装置の構造図、第４図は分注
装置上下動作用パルスレートを示す図、第５図は分注装
置回転動作用パルスレートを示す図、第６図は試料分注
用タイムチヤート、第７図は試薬分注用タイムチヤート
である。 １…分注アーム、２…分注ノズル、４…反応テーブル、
５…反応容器、６…試料テーブル、７…試料容器、８…
試薬テーブル、９…試薬容器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 35/00 - 35/10 G01N 1/00 101

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】旋回可能な分注アームに保持された分注ノ
   ズル内に液体容器から被分配液を吸入し、該分注ノズル
   内に吸入した被分配液を反応容器へ吐出する分注器と、
   被分配液吐出後の上記分注ノズルを洗浄する洗浄装置を
   備えた自動分析装置において、上記液体容器の位置から
   上記反応容器の位置に上記分注ノズルを移動するときの
   上記分注アームの旋回速度よりも、上記反応容器の位置
   から上記洗浄装置の位置に上記分注ノズルを移動すると
   きの上記分注アームの旋回速度が高速になるように構成
   すると共に、上記反応容器内への上記分注ノズルの下降
   時及び上記反応容器内からの上記分注ノズルの上昇時の
   速度よりも、上記液体容器内への上記分注ノズルの下降
   時及び上記液体容器内からの上記分注ノズルの上昇時の
   速度が低速になるように構成したことを特徴とする自動
   分析装置。