JP3860267B2 - 精密容量の生物学的流体を分配する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微小量の流体、特に血液及びその他の生物学的流体を、生物学的流体処理装置の中で高度の精密さと反復性のもとに分配し又は計量する装置の改良に関する。本発明はまた比較的簡単な液体−分配装置を用いて可撓性の液体の充填された導管から精密な量の液体を分配し又は計量する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
容積式の注射器型ポンプは、血液学及びその他の生物学的流体−処理装置において非常に小量の量と容積の生物学的流体（例えば血液）を供給源から使用部位へと配送又は分配するのに普通に使用されている。精密な量の制御は可能であるが、このような装置は構造が若干複雑でありまたそのため製造が比較的高価となる。さらに、最も普通に用いられている容積式の注射器型ポンプは液体をポンプに導入するためにはポンプへの流体導管に裂け目が存在することを必要とする。これは、明らかに血液学上の血液試験器具においては容認することのできない潜在的な汚染上の問題を引き起こす。
【０００３】
さらに従来技術のあるものは“ピンチ”バルブとして知られている流体−制御装置である。このような装置はしばしば可撓性の導管と共に用いられ流体の流れの方向を制御するようにしている。このような弁の典型例は普通に譲渡された米国特許第４，６５３，７１９号に開示されている“形成／前破壊”ピンチバルブである。この弁はアンビルと共働して可撓導管の長手方向の流体通路を挾んで閉じる摺動自在の可動圧力−付与ピストンを具備している。この特殊ピンチバルブは直径方向に対向する側面に流体導管の円筒壁から外側に向って延びる一対の長手方向のリブを有する流体導管と共に用いるようになっている。各リブはＴ字形の横断面を有しまたピストンとその共働するアンビルとの適当な構造によって掴まれるようになっており、それにより導管の流体通路が強制的に開かれ流体が、通路が挾まれ閉じられる時間にしたがって流れることができるようにする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
容積式注射器型ポンプに関連する問題についての上記の説明に鑑み、本発明の目的は、精密な微小な容量（マイクロリットル）の流体をこの流体を収容する流体−収容可撓導管から分配し及び／又は計量する簡単でしかも高度の信頼性のある装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの形態によれば、流体−分配装置は一般に、流体の充填された可撓導管に沿って位置し導管の所定の長さを選択的に挾持し閉じるピンチポンプ手段を具備し、導管の出口端部から、挾まれ閉じられた導管の流体通路の長さとこの流体通路の横断面積とにより区画形成された精密な量の流体を放出するようになっている。好ましくは、このピンチポンプ手段は、作動された時ピンチポンプによって押し出された流体が流体源に向って逆に移動しないのを保証するピンチバルブと組合せて作動する。またピンチポンプ手段が、ピンチポンプ手段によって閉じられる通路の長さを選択的に調節し分配される流体の容量を調節する手段を含むことが好ましい。さらにピンチポンプ手段が、通路の閉鎖中流体が流体源に向ってでなく導管の流体−分配端部の方向に放出されるのを保証する構造を含むことが好ましい。また、ピンチポンプ手段が、導管を掴みそれにより流体通路が挾まれ閉じられた時間にしたがって物理的に開かれるようになっていることが好ましい。
【０００６】
本発明の他の形態によれば、複数のピンチポンプが並んで配置されまた精密な量の流体を順次分配するよう順次作動される。
【０００７】
本発明は同一の符号が同一の部分を示す添付図面を参照する好適な実施態様の詳細な記載からさらに良く理解されるであろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
さて図面を参照すると、図１は可撓性の流体導管Ｃを介して自動スライドマーカー（標識装置）６に連結された自動血液分析装置４を略図式に示している。血液分析装置４は、例えば血液の薬瓶から得られた血液標本上で一連の試験を自動的に行うようになっているＣＯＵＬＴＥＲ（商標名）ＳＴＫＳ血液分析装置とすることができる。血液標本を顕微鏡の下でさらに分析することが望ましい場合は、血液標本の単一層を担持する顕微鏡スライドをつくり出すことが必要となる。このような場合には、血液標本の所定量、恐らく２００マイクロリットルが血液分析装置から流体導管Ｃを通って自動スライドマーカーに移送される。血液標本を血液分析装置とスライドマーカーとの間で移送する適当な装置は、“血液貯蔵、移送及びスライド形成能力を有する血液分析装置”なる名称の現在出願されている米国特許出願シリーズ番号０８／５５７，２２９号に開示されている。
【０００９】
“血液塗抹スライドの自動生産のための改良された装置と方法”なる名称の米国特許出願シリーズ番号０８／５５７，２２６に最も良く記載されているように、スライドマーカー６は導管Ｃを介して受け取った血液の小滴ＤをガラススライドＳ上に分配するよう作動し、その後にこの小滴Ｄは自動的にスライド上で拡がり血液の塗抹を生じる。乾燥され着色されると、この血液の塗抹は次に顕微鏡を通して検査され分析される。高い品質の血液の塗抹の不変の生産には精密な量の血液、この場合には約４マイクロリットルの容量の血液が拡がる前に各ガラススライド上に置かれることが絶対必要である。本発明の流体分配装置はこの欠くことのできない細部を提供することができる。
【００１０】
好適な実施態様によれば、本発明の流体分配装置Ａは通常のピンチバルブ８とピンチポンプ１０との組合せからなり、ピンチバルブ８とピンチポンプ１０とは共に少なくともピンチバルブと導管の流体分配端部Ｅとの間に血液が充たされた可撓導管の一部に近接して配設されている。好ましくは、流体導管は、流体通路Ｐを区画形成するほぼ円筒形の部分１４と一対の長手方向に延びるリブ１６とを具備する図２に断面で示される型式のものである。典型的には、円筒形部分は円形断面と約０．０２３インチ（０．５８mm）の内径とを有する。各リブ１６は部分１４（約０．１インチ−２．５４mm）から半径方向外側に延び管状部分Ｔで終っており、それによりリブがほぼＴ字形断面となるようにしている。好ましくは、導管は柔軟な弾性材料、例えばシリコンゴムで作られ、それにより流体通路が比較的小さな力を導管の外壁に加えることにより容易に挾まれ閉じられるようにする。以下に記載されるように、リブ１６の管状部分はピンチバルブとピンチポンプとを組込んだ内部構造と共働し、導管の流体通路Ｐがこれら構成要素により挾まれ閉じられた後流体通路Ｐの開放を容易にし、それにより挾む力が取去られた後に導管が閉じたままとなる傾向がリブ１６を引き離すことによりなくなるようにする。管をＴ字形部分で強制的に開放する能力を有することは本来の円形断面を回復するのを保証し、これが放出容量の反復性を助ける。
【００１１】
図１に示されるように、ピンチバルブとピンチポンプの構成部分は流体導管に対してピンチポンプ構成部分がピンチバルブと導管の流体分配端部Ｅとの間に位置するように配置される。好ましくは、ピンチバルブ８の構造は上記の米国特許第４，６５３，７１９号に開示されたのと同じでありこの特許の開示は参照例として本明細書に組入れられている。
【００１２】
図３を参照すると、ピンチバルブ８は一般に、導管−係合表面１９に形成され導管のＴ字形リブの管状部分Ｔを受け入れるようにするＴ字形通路（図示しない）を有する摺動自在の可動プランジャー１８を含んでいる。このピンチバルブはさらに、プランジャー１８と共働し導管の流体通路Ｐを挾んで閉じそれによりピンチバルブと導管の流体分配端部Ｅとの間で導管の通路の流体を閉じ込めるようにする静止したアンビル部材２０を含んでいる。アンビル部材の導管−係合表面２１はまたＴ字形断面の通路が設けられ導管の管状部分Ｔを受け入れるようにする。図３に示されるように、共働する部材１８と２０の導管−係合表面は共に比較的短い長さの導管、典型的には僅か１〜２ミリメートルの長さの導管を挾み閉じるような形状とされる。略図式に示されるように、プランジャー部材がＤＣ空気圧ポンプ弁２４によって作動される空気圧アクチュエータ２２によって動かされる。したがって、プランジャー部材が導管に向って動かされるにつれて、表面１９と２１は導管の壁をつぶすよう共働し、それにより管の流体通路を閉じるようにする。プランジャー１８が反対方向に動かされた時、導管の流体通路は表面１９と２１に形成されたＴ字形通路にＴ字形リブが係合することにより強制的に開かれる。
【００１３】
ピンチポンプ１０は基本的には、静止アンビル部材２６に対し所定の長さの導管Ｃを挾み閉じるために動き（矢印で示されるように）所望量の流体を導管の流体分配端部から放出する摺動自在に取付けられたピストン部材２５を具備している。ピストン部材２５の垂直位置は電気的に作動される弁２４によって制御される空気圧アクチュエータ２７によって制御される。ピンチポンプの導管−係合表面はピンチバルブの導管−係合表面１９と２１に比べて比較的長くなっている。アンビル部材２６は異なる長さの４つの導管−係合部材３０Ａ〜３０Ｄを支持する回転自在に取付けられたスピンドル２９の形式である。スピンドル２９は軸線Ａ′の周りに回転するよう支持されまたぎざぎざのつけられたシャフト３１により手動で回転され異なる部材３０Ａ〜３０Ｄを導管に近接した位置とピストン表面に対する共働位置とに配しそれにより異なった容量の流体が導管の流体−分配端部から放出できるようにする。ピンチポンプの構成部分の好ましい構造上の詳細は図４〜６に示されている。
【００１４】
図４〜６を参照すると、ピンチポンプ１０は、成形プラスチック又は同様の材料で作られた２つの実質的に同一の半割り殻体３２と３４の組立体として形成されたハウジング又は本体を具備している。相互に組立てられた時、半割り殻体は矩形の箱状の上方部分３５と円筒状に形成された下方部分３６とを有するハウジングを区画形成する。上方部分と下方部分の各内部は、半割り殻体３２，３４の各々の内壁４０に形成された一対の共働する半円形の切込み３８によって区画形成された円形開口３７を介して連通する。ピンチポンプハウジングの２つの半割り殻体３２と３４は、ねじの切られた下方部分４６を複数の立上り可撓タブ５０を有する拡大された塔状の又は切込みを設けた部分４８とを有する２つの段付きカラー取付け部４４によって一緒に保持される。タブ５０の１つおきのタブはピンチ−ポンプハウジングの円筒形下方部分３６と一体の複数の個々のくさび形の突起５４と弾性嵌め込み係合をする個々の開口５２を有している。ハウジングが、組立てられた時、突起５４は開口５２の内部に着座し２つの半割り殻体３２と３４を堅く一緒に保持する。
【００１５】
ピンチポンプハウジングの箱状の上方部分３５には導管Ｃを受け入れるための矩形の接近開口５６が設けられている。上記したピストン２５がピンチポンプハウジングに摺動自在に取付けられハウジングの内壁４０に形成された開口３７の内部に摺動自在に取付けられたロッド６１を有する細長いアクチュエータ２７を具備している。このピストンアクチュエータは平常時ピストンアクチュエータのロッド６１を取巻くらせんコイルスプリング６０の力により下方に向って（図面で見て）付勢されている。横断ピン６２がロッド６１を貫通しスプリングの一方の端部のための座部を提供する。スプリングの反対側の端部はハウジングの壁４０の底面により捕捉される。横断ピンはハウジングの殻体３２と３４の対向する内面に形成された対向する溝（図示しない）に沿って摺動し、それによりピストンが運動の軸線周りに回転するのを阻止するようにしている。ピストン２５はＴ字形断面に形成された通路６４を備えた平面の表面２８Ａを有する導管−係合部材２８が設けられている。この通路は導管リブ１６の管状部分Ｔを受け入れるようになっている。
【００１６】
上記のことからわかるように、アンビル部材２６は軸線Ａ′の周りに運動するようピンチ−ポンプハウジングの上方部分に回転自在に取付けられたスピンドル２９を具備している。このスピンドルは４つの導管−係合号部材３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ及び３Ｄを支持し、各導管−係合部材はスピンドルの外部の周りに９０°の間隔で配置されている。図７に略図式に示されるように、導管−係合部材３０Ａ〜３０Ｄの各々は異なる長さの平らな表面を有し、それにより各々がピストン部材２８の対向表面と共働する時異なる容量の流体を導管から放出するようになっている。図示されるように、部材２８の平らな表面は部材３０Ａ〜３０Ｄの導管−係合表面の平面に対しある角度で傾斜されている。これは流体が図７の矢印の方向に動くよう強制されるのを保証する。明らかに、必要であれば、部材３０Ａ〜３０Ｄの各々は適当に傾斜した表面を設けることができ、その場合は部材２８の導管−係合表面が平坦となり、すなわち傾斜しないものとなる。好ましくは、部材２８の長さは約２１mmであり、そして部材３０Ａ〜３０Ｄの各長さが１５mmから２１mmの範囲であり、それにより小滴Ｄの容量が導管の断面積が変わるとき実質的に一定に保たれ又は小滴の容量が一定の断面積の導管に対して調節できるようにする。４つの導管−係合表面の各々はＴ字形断面の形成された導管タブＴを受け入れるための通路６６を有する。好ましくは、部材２８と３０Ａ〜３０Ｄはアセタールホモポリマーのような比較的非追従性のプラスチックで作られる。
【００１７】
図５を参照すると、支持ボス６８がスピンドル２７の一端から突出しまた半割り殻体３２（図４）の開口７０の内部に受け入れられる。スピンドル２７の反対側端部は反対側の半割り殻体３４の開口７４を通って延びるぎざぎざのつけられた操作シャフト７２を有している。この２つの半割り殻体３２と３４が相互に組立てられることにより、ピストン表面２８と一体のＴ−溝６４はスピンドルのＴ−溝６６の１つと整列される。スピンドル５８の回転は操作者及び組立て者が選択された導管の直径に適合するよう部材３０Ａ〜３０Ｄの長さを選択できるようにする。
【００１８】
図８の概略図において、２つの実質的に同じピンチポンプ８２と８４がピンチバルブ８６と関連作動され流体の２つの小滴を前後して分配する。図示のように、可撓性のＩ−ビーム導管Ｃが最初にピンチバルブ８６の中を通過し、次にピンチポンプ８２と８４を通過する。別々の空気圧アクチュエータ９０，９２及び９４がピンチポンプ８２と８４とピンチバルブ８６との各ピストンおよびプランジャーに固定される。空気圧又は電気ソレノイド作動の空気圧ポンプ９８が空気を適当な圧力（３０ポンド／平方インチ−２．１kg／cm２ ）のもとに管路１００，１０２及び１０４を介して各空気圧アクチュエータ９０，９２及び９４に押し進める。
【００１９】
作動時、ソフトウェア制御からの指令で、流体（血液）が親装置（図示しない）からピンチバルブ８６とピンチポンプ８２及び８４とを通って導管Ｃの中を通過するよう押し進められ導管の流体−分配端部Ｅに達する。ピンチバルブは次に閉じられ、ピンチバルブ８６から親装置に戻る導管を遮断する。余分の流体は廃液容器（図示しない）の中にしたたり落ちる。ソフトウェア制御からの指令で、ソレノイドアクチュエータ９０は励勢され、ピンチポンプ８２内の導管を挾みそして所望の選択された容量の流体を導管の端部から放出する。ピンチポンプ８２を開く前に、ソレノイドアクチュエータ９２が励勢されそれにより流体の第２の小滴を分配する。その後、アクチュエータ９０，９２及び９４の消勢が各ピストンおよびプランジャーを引込め次の流体の流入を受け取るための導管を開く。
【００２０】
最も簡単な形式では本発明は単一のピンチバルブを有する単一のピンチポンプの使用を意図することが理解されるべきである。しかし、その意図された使用の目的のため、本発明は単一の容量の液体から２つの標本の分配を保証するため２つのピンチポンプと単一のピンチバルブの使用を参照して記載されている。勿論、生物医学的共同社会にとって必要であり又は要求されたならば、ピンチポンプとピンチバルブの配置構造は限定がなくピンチポンプとピンチバルブの多段３分岐構造とすることができる。本発明は極めて正確で精密な容量の流体を反復して計量することが必要ないかなる構造の組合せにも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を使用する血液分析装置の概略図である。
【図２】本発明が特に有用である好ましい流体導管の横断面図である。
【図３】本発明の好適な実施態様の概略図である。
【図４】好適なピンチポンプ組立体の前面図である。
【図５】好適なピンチポンプ組立体の側面図である。
【図６】図３と４に示されるピンチポンプ組立体の分解斜面図である。
【図７】ポンプ出力を変えまた流体の流れの方向を制御するためのポンプ構造を示す図である。
【図８】本発明の他の好適な実施態様の概略図である。
【符号の説明】
Ａ…流体分配装置
Ｃ…導管
Ｄ…小滴
Ｅ…流体分配端部
Ｐ…流体通路
Ｓ…ガラススライド
Ｔ…管状部分
４…自動血液分析装置
６…自動スライドマーカー
８…ピンチバルブ
１０…ピンチポンプ
１４…円筒形部分
１６…リブ
１８…プランジャー
１９…導管係合表面
２０…アンビル部材
２１…導管係合表面
２２…空気圧アクチュエータ
２４…空気圧ポンプ弁
２５…ピストン部材
２６…静止アンビル部材
２７…空気圧アクチュエータ
２８…導管係合部材
２９…スピンドル
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ…導管係合部材
３１…シャフト
３２，３４…半割り殻体
３５…ハウジング上方部分
３６…ハウジング下方部分
３７…円形開口
４０…ハウジング内壁
５０…タブ
５８…スピンドル
６１…ロッド
６４…Ｔ字形断面通路（Ｔ−溝）
７２…操作シャフト
８２，８４…ピンチポンプ
８６…ピンチバルブ
９０，９２，９４…アクチュエータ

Claims (5)

1. 生物学的流体−処理装置において、精密な容量の生物学的流体を、長手方向に延びる流体通路を有し端部が開放され生物学的流体が充填された可撓性の導管から、分配する装置であって、前記導管に係合し前記流体通路の所定の長さを選択的に挾み閉鎖し前記精密な容量の生物学的流体を前記導管の開放端部から放出するようになっているピンチポンプを具備し、前記ピンチポンプが、（ｉ）一定の長さの前記導管を受け入れるポンプハウジングと、（ii）前記ハウジングにより受け入れられた生物学的流体の充填された導管に近接した第１の位置で前記ハウジングに取付けられたアンビル部材と、（iii ）前記受け入れられた導管に近接し前記アンビル部材の反対側の第２の位置で前記ハウジングに取付けられたピストン部材であって、前記ピストン部材が前記アンビル部材と共働し導管の流体通路の前記所定の長さを挾み閉鎖する第１の位置と、前記ピストン部材とアンビル部材が十分に離間して流体が受け入れられた導管の前記流体通路を通って流れることのできる第２の位置との間で働くことができる、ピストン部材と、（iv）前記ピストン部材をその第１の位置と第２の位置との間に選択的に動かす駆動手段、とを具備している精密な容量の生物学的流体を分配する装置において、
   前記ピンチポンプは、分配される流体の容量を調整するために、前記ピストン部材と前記アンビル部材との間の挟み動作により閉鎖される前記流体通路の長さを選択的に調整する手段を更に有する、精密な容量の生物学的流体を分配する装置。
2. 前記アンビル部材が、前記ハウジングに回転自在に取付けられ前記ピストン部材の運動方向に直角の軸線の周りに手で回転することのできるスピンドル部材を具備し、前記スピンドル部材が複数の細長いかつ前記軸線の方向に延びる実質的に平らな表面を有し、前記スピンドル表面の各々が前記ピストン部材の表面と共働して前記流体通路を挾み閉鎖するようになっており、前記複数の細長いかつ平らな表面の各々が前記流体通路の長手方向の軸線に沿って測った異なる長さを有し、流体通路の異なる長さが前記スピンドルの回転位置に応じて挾まれ閉鎖されるようにしてる請求項１に記載の装置。
3. 前記可撓性の導管がその対向側面から外側に延びる一対の長手方向のリブを具備し、前記スピンドル部材の前記平らな表面の各々と前記ピストン部材の前記表面とが前記リブと係合する構造を区画形成している請求項２に記載の装置。
4. 前記スピンドル部材の前記細長いかつ実質的に平らな表面の数が４つである請求項２に記載の装置。
5. 前記アンビル部材とピストン部材が、前記ピストン部材がその第１の位置に向って動かされるにつれて前記流体通路の中の流体を所望の方向に前進させるよう共働する導管係合表面を有している請求項１に記載の装置。

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