JPS6048222B2 - 試料混合用バブル発生方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は容器内の試料を混台するのに用いるバブル（泡
）発生方法及び装置に関するものである。

試料容器の内容物を混合するのに気体バブル（気泡）を
用いることは周知である。

米国特許第３５４９９９４号及ひ３５８８０５３号には
バブルを用いて生体試料を混合することが示されている
。この試料は微粒子を含み、これを混合して分析容器の
壁に設Ｊけられた孔よりなる微小通路に通して分析する
必要がある。米国特許第３５６７３２１及び４０１４６
１１号にはこのような分析容器の種々の例が示されてい
る。このような分析を実施する方法及び装置は米国特許
第２６５６５０８号及ひ３２５９８４訝に示されている
。上記特許の方法及び装置は全てクールター型粒子分析
装置に適用するものである。ここで、’’クールター’
’とは米国、フロリダ州、ハイアリース所在のクールタ
ー エレクトロニクス社の登録商標（登録番号第９９５
８２５号）である。本発明のより良．い理解のために、
これら６件の特許をある程度参照する必要がある。前記
特許第３５４９９９４号及び３５８８０５３号、特に後
者には、混合用バブルは大きくすると共に微小バブルに
分裂しないようにしてこれら微小バブルが分−析すべき
微粒子として分析されないようにする必要がある旨記載
されている。

更に、混合用バブルは乱動すると微小バブルを発生する
惧れがあるので乱動しないようにする必要があることが
記載されている。これらの２件の特許の教訓に従つて従
ィ来の装置においては、混合時間中気体の連続流をニー
ドル弁を含む弁及び制御素子により試料容器中に供給し
ている。連続気流は、液体試料を有する試料容器の底か
ら流入するとき分裂して比較的大きなバブルとなる。前
記特許第３５８８０５３号にはこれらバブルは直径が１
０００〜３０００ミクロン程度であると記載されている
。ニードル弁は気体の流入量を調整し、これにより混合
作用の程度（単位時間当り流人気体により生する気泡の
数）を所定の範囲内に制御することができる。このよう
なバブル形成制御は満足すべきものであるが、乱流を生
じない十分な混合作用が維持されるようにオペレータの
調整を必要とする。従来、クールター型の粒子分析装置
におけるバブルによる混合は血球分析に使用されている
。血球の最小粒子は赤血球で、その代表的体積は９０μ
イであり、その等価直径は５１１２ミクロンである。従
つて、バブルによる混合作用により体積が６５μイ、即
ち等価直径が５ｐｍより小さい極めて小さいバブルを発
生する場合には、これらバブルは赤血球と誤認されるこ
とはなく、実際上電気的な限界回路で除外することがで
きる。しかし、赤血球より遥かに小さい血小板のような
更に小さい粒子を分析する必要が生じ、以前より更に小
さい粒子を分析し得るが上述の混合装置により発生され
る不所望な極めて小さいバブルにも感応する一層精巧な
粒子分析装置が出現した。

これらの極めて小さいバブルの量はニードル弁をしめて
少数の大きな混合用バブルを発生させることにより減少
させることができるが、その結果として混合作用が不十
分となる。そして、ニードル弁により混合用バブルの数
を減少させると共にバブルの大きさを増大して十分な混
合作用を得る試みは不成功に終つている。本発明の目的
は、従来のバブル混合装置の上記の問題を軽減し、混合
バブルの発生を良好に制御し、分析装置のオペレータが
頻繁に調整する必要のない方法及び装置を提供せんとす
るにある。

本発明においては、調整が必要なときでもその調整は従
来のニードル弁による場合よりも良好且つ迅速に行うこ
とができるようにする。バブルの大きさ及び発生頻度を
互に独立に可調整にすると共にバブルの大きさを従来の
ものより著しく大きくし得るようにする。これにより少
数のバブルによつて乱流を生じない所望の混合作用を達
成することができる。更に、混合バブルを著しく大きく
且つ少数にすることにより血小板の粒度範囲内の微小気
泡の発生を極く僅かとすることができるようにする。本
発明では、上記の教訓に従つて、気体を従来のように連
続流として注入しないで、気体を試料容器の底部から断
続的に注入する。

断続的に注入される各気体量は気体路に結合したソレノ
イド弁．を駆動するタイミング回路で決定する。このよ
うにすると、各気体量により、試料容器内に形成される
極めて大きなバブルの大きさが決定される。少くとも−
ｄのバブル、即ち少くともＩｃｍの等価直径を有するバ
ブルを形成することができる。このバブルは従来の１０
００μｍの直径のバブルより１０００倍大きく、前記特
許第３５８８０５３号における３０００μｍの直径のバ
ブルより３７晧大きい。断続的に注入する気体の各量の
間隔もタイミング回路及びソレノイド弁により決定され
る。以上、混合バブルの好適物質として’゛気体’’を
引用して説明したが、バブル形成物質としては’’流体
’’及び’’液体’’の総称に含まれる他の種々の物質
も、これら物質が試料容器の内容物（代表的には血球試
料を懸濁すべき食塩水）より低い密度であれば使用する
ことができる。

この密度の差によりバブルは上昇して混合作用を生ずる
。尚、バブル物質は試料を汚染するものとしてはならな
い。図面につき本発明を説明する。

第１図において１０は試料容器を示し、該容器内の試料
１２は容器の底にある入口１６から比較的速やかに上昇
する大きなバブル１４のようなバブルで混合する必要が
ある。

加圧下の気体源１８は気体を弁２０を経て導管２２及び
２３に沿つて入口１６に供給する。導管２２及び２３は
常時気体で充満されているが、弁２０は常時は閉じてい
て気体源１８からの気体は導管２３及び入口１６を経て
試料容器１０内に送られない。調整器２４の出力端子を
制御導線２６により弁２０の制御入力端子２８に結合す
る。調整器２４は微調整ノブ３０及び３２のような各別
の調整装置を具える。調整装置３０は気体を個々の量に
区切つて試料容器内に断続的に注入してバブルを形成す
る頻度を ι制御し、調整装置３２はバブルの大きさを
制御する。調整器２４は弁２０の開閉を調整する機能を
有する。

弁２０を開くと、気体源１８からの気体が導管２２及び
２３を経て入口１６から容器１０内に流入する。弁２０
は極めて短時間、即ち容器内において各別の大きなバブ
ル１４を形成するに充分な量の気体を通すに丁度充分な
時間だけ開く。弁２０は調整器によつて急速に閉じられ
、調整器のバブル発生頻度制御部が次の弁の開を信号す
るまで閉状態に維持される。弁が開く各短持続時間によ
り容器１０内に断続的に注入される各別の気体量が決定
される。弁の開時間を長くすればするほど、各別の気体
量か増大し、所定の限界範囲内においてバブルが大きく
なる。しかし、弁の開時間を長くしすぎると、気体量が
大きくなりすぎて、試料容器内に注入されたとき、通常
１個のバブルを形成せしめる力がこの気体量を分裂して
１個以上のバブルを形成するようになる。斯る分裂作用
は、極めて小さい血球サイズのバブルを形成するため不
所望である。また、バブルを大きくしすぎると、これが
試料液１２の表面に上昇して破裂したとき、斯る破裂力
が大きくなりすぎて不所望な極めて小さなバブルが発生
し得る。これがため、混合用バブルの大きさは最大にし
ないで混合用に最適な大きさにすると共に多数の不所望
な極めて小さいバブルを発生する結果を生ずるような大
きさにしないようにする必要があ・る。

各バブルの形成を最適に行なつても不所望な極小バブル
がある程度生じるため、容器１０内において所要の混合
作用を達成するのに必要とされる大きなバブル１４の数
をできるだけ少数にする必要がある。バブルの大きさ及
び発生頻度を制御フする互に独立の制御装置３０及び３
２の使用により所要の混合作用を最低の極小バブル発生
で得ることができる。斯る調整は製造会社で実施するこ
とができ、従来のように粒子分析装置のオペレータが調
整する必要はない。５ 第２図の構成図（第１図と共通
の素子は第１図と同一の符号で示す）において、試料容
器１０は前記特許第３５６７３２１及び４０１４６１１
号に記載されているものと類似の粒子分析容器又ば’浴
’’である。

本発明により達成される混合作用は優れているたフめ、
前記特許第３５４９９９４及び３５８８０５３号のよう
に別の混合容器内ではなく分析容器内でバブルの発生を
行なうことができる。本発明は粒子分析容器又は粒子分
析に使用されるものに限定されるものではないこと勿論
である。容器１０には、気体入口１６の他に、試料及び
希釈液を受け入れる入口３４及び３６及ひ排出口３８を
設ける。容器の低部の内部形状は気体入口１６から上方
に外側に彎曲した細長い孔４０のような形状にする。こ
の孔は前記特許第３５６７３２１号に示されるものと類
似の形状を有するが、その目的は幾分異なる。即ち、前
記特許第３５６７３２１号では試料を容器の底部に導入
し、その彎曲形状孔は試料液の容器内への上向きの流入
を円滑にして乱流やバブルや攪拌作用が生じないように
するためであつた。これに対し、本Ｊ発明では、彎曲形
状件４０は約１４゜の開先角度とし、注入された各別の
気体量を円滑に上方に移動し得るようにすると共にこれ
が１個のバブルになるまで１単位としてそこに保持して
１個以上のバブルに分裂しないように作用する（彎曲形
状孔の開先角度が前記特許第３５４９９９４号の分析容
器のように著しく大きいと、１個以上のバブルに分裂す
る惧れがある）。同様に、孔４０を前記米国特許第３５
８８０５３号のように略々均一の横断面積にすると、孔
の頂部から容器底部近くの幅広の入口内に流入した気体
は急激にいくつかの小さな混合用バブル及び多数の極め
て小さな不所望なバブルに分裂する。制御弁２０の好適
例は第２図に示すようなソレノイド弁てある。

この種の市販の弁としては米国、オハイオ州、シンシナ
チ所在のクリツパードインスツルメント ラボラトリー
インコーポレーテツド社製の電子弁ＥＶ−２ −２４
がある。気体源１８は低圧空気等の任意の都合の良い供
給源とすることができる。本発明の目的のために．は５
ｐｓｉ気体源が好適である。本発明はバブル形成物質と
しで’空気’’及び’’気体’’に限定されるものでな
く、液体を含む流体の種々の物質を、容器内に断続的に
注入して混合用バブルを形成する物ｌ質として用いるこ
とができる。断続的に注入されこる物質の各量が速やか
に上昇する所望の大きさのバブルとなり、分析中の試料
中に汚染物質として拡散したり試料と混和しない限り、
バブル形成物 ：質の選択は自由である。調整器２４は
多様に設計することができる。

実１際上、調整器２４及ひ制御弁２０は別々の装置とす
る必要はなく、また以下に記す好適例のようなＪ略々純
電気的な構成にする必要もない。弁２０及ひ調整器２４
の機能を達成する構成は全て本発明 秀の範囲内に含ま
れる。例えば蛎動ポンプや他の形態の計測装置を単独で
、或は他の既知の装置と共に用いてバブル形成物質を所
定の割合で断続的に所定量づつ容器内に注入して混合用
のバブルを形成するようにすることもできる。第２図に
示す調整器２４は２個のタイミング素子４２及び４４を
具える。

タイミング素子４２は素子３０，４６〜５４及び電源５
６と結合され、無安定マルチバイブレータを構成する。
タイミング素子４４は素子３２，５８〜６２及び電源６
４と結合され、ワンショット回路を構成する。これらタ
イミング素子は２個の同一の集積回路（米国、カリフォ
ルニア州、サニーベール所在のシグネチツクコーポレー
シヨン社製のＮＥ５５５Ｔタイマ）から得ることができ
る。他の形態の無安定マルチバイブレータ及びワンショ
ット回路を用いることもできること勿論である。図示の
ピン番号１〜８は製造者により付されたものである。能
動入力端子６６は両タイマのいわゆるリセット入力ピン
４に結合する。

能動入力端子６６のトリガ入力信号が低レベル又は接地
信号レベルのとき、リセット入力ピン４に至るリード線
６８及び７０上のこの信号は反転される。マルチバイブ
レータ４２からの出力はピン３に現われ、リード線７２
を経てワンショット４４のトリガ入力端子であるピン２
に供給される。抵抗５８はコンデンサ６０と共働して装
置４４のトリガ持続時間を規定する。マルチバイブレー
タ４２の抵抗３０，４８及び５０はコンデンサ５４と共
働してＲＣタイミング回路を構成する。抵抗３０は可変
であるから、マルチバイブレータからの出力パルスの周
波数を調整することができる。同様に、可変抵抗３２，
抵抗５８及びコンデンサ６０はワンショット回路のピン
３からリード線７４に出力されるワンショットパルスの
持続時間を調整する可調整ＲＣタイミング回路を構成す
る。ピン４に共通の能動入力信号を供給し、マルチバイ
ブレータ４２からの周波数可変出力により持続時間可変
ワンショット回路をトリガするため、リード線７４上の
出力パルスの持続時間及び周波数を互に独立に調整する
ことができる。リード線７４上の出力パルスは反転駆動
器７４に供給し、その出力導線をソレノイド弁２０の制
御入力端子２８に接続した制御導腺２６とする。制御導
線２６には回路保護ダイオード７８も接続する。タイマ
出力導線？４上の各パルスは常閉ソレノイド弁をパルス
の持続時間中開いてその持続時間中気体源１８を入口１
６に結合して所定量の気体を容器１０内に断続的に注入
して１個の混合用バブル１４を形成する。２０ミリ秒の
パルス持続時間及び毎秒２個のパルス周波数のパルスを
７秒間発生させると、乱流や不所望な微小気泡を殆んど
生ずることなく充分な混合作用を有する所望の混合用バ
ブルが得られ、本発明の目的が達成された。

上述の調整器の構成素子の部品の明細及び値は下記の通
りとすることができる。

抵 抗３０・・・１００Ｋオーム 〃３２・・・５０〃 〃４６・・・４．７１〃 〃４８・・・４７〃 抵 抗５０・・・ＩＫオーム 〃５８・・・２２〃 これら抵抗はｉワット、±１０％のものとすることがで
きる。

コンデンサ５２・・・０．０１マイクロファラッド、１
００ボルト、セラミック〃５４・・・１０マイクロファ
ラッド、１０ボルト、電界〃６０・・・０．３９マイク
ロファラッド、２００ボルト、プラスチックフィルム 〃６２・・・０．０１マイクロファラッド、１００ボル
ト、セラミック駆動器７６・・・７４０６ ダイオード７８・・・ＩＮ４ＯＯ３ 以上の説明、図面及び特許請求の範囲の記載から、当業
者であれは本発明を容易に理解でき、且つ実施すること
ができるものと信じます。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明バブル発生方法及び装置の動作説明図、
第２図は本発明バブル発生装置の好適例の構成図である
。 １０・・・試料容器、１２・・・試料、１４・・・バブ
ル、１６・・・入口、１８・・・気体源、２０・・・弁
、２２，２３・・・導管、２４・・・調整器、２６・・
・制御導線、２８・・・制御入力端子、３０・・・バブ
ル発生頻度調整装置、３２・・・バブルサイズ調整装置
、３４・・・試料入１口、３６・・・希釈液入口、３８
・・・排出口、４０・・・細長い孔、４２・・・無安定
マルチバイブレータ、４４・・・ワンショット回路、４
・・・リセット入力端子、３・・・出力端子、２・・
・トリガ入力端子、３０，４８，５０，５４，３２，５
８，６０・・・可調整タイミン・グＲＣ回路、６６・・
・能動入力端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 容器内の試料を混合するのに用いるバブルを発生す
   るに当り、試料の密度より低い密度を有する物質を該物
   質の供給源と前記容器の底部との間の流路内に挿入した
   弁の開閉によつて個々の量に区切り、該個々の量を時間
   的に間隔を置いて順次前記容器内にその底部近くの、上
   方に向かつて外側に湾曲した細長い孔から注入し、前記
   物質の個々の量と時間的間隔を前記弁の開閉の制御によ
   り調整して容器内に注入された個々の量が前記容器内の
   試料中を上昇し、上昇中試料を最小の乱流で混合する１
   個のバブルとなるようにすることを特徴とする試料混合
   用バブル発生方法。 ２ 特許請求の範囲１記載の方法において、前記物質の
   各量により１／２ｃｍ＾３程度のバブルを発生すること
   を特徴とする試料混合用バブル発生方法。 ３ 特許請求の範囲１又は２記載の方法において、前記
   弁の開時間を約２０ミリ秒とすることを特徴とする試料
   混合用バブル発生方法。 ４ 特許請求の範囲１、２又は３記載の方法において、
   前記物質を空気とすることを特徴とする試料混合用バブ
   ル発生方法。 ５ 特許請求の範囲１〜４の何れかに記載の方法におい
   て、前記弁の開を毎秒２回にすることを特徴とする試料
   混合用バブル発生方法。 ６ 容器内の試料を混合するのに用いるバブル発生装置
   であつて、試料の密度より低い密度を有する物質の供給
   源１８と、前記容器の底部から前記物質を容器内に注入
   するための上方に向かつて外側に湾曲した細長いノズル
   ４０と、前記供給源と前記ノズルとの間の管路内にあつ
   て前記物質を個々の量に区切り、時間的に間隔を置いて
   前記ノズルに供給する弁装置２０と、該弁装置の開閉を
   タイミングパルスで制御する制御装置２４とを具え、該
   制御装置は前記タイミングパルスの周波数と持続時間を
   独立に調整する装置４２、４４を具えることを特徴とす
   る試料混合用バブル発生装置。 ７ 特許請求の範囲６記載の装置において、前記制御装
   置は、出力端子３をワンショット回路４４のトリガ入力
   端子２に結合した無安定マルチバイブレータ４２で構成
   し、タイミングパルスを該ワンショット回路から出力す
   るようにし、且つ前記無安定マルチバイブレータ４２は
   タイミングパルスの周波数を調整する装置３０、４８、
   ５０、５４を具え、前記ワンショット回路４４はタイミ
   ングパルスの持続時間を調整する装置３２、５８、６０
   を具え、両調整装置は互に独立に調整可能であることを
   特徴とする試料混合用バブル発生装置。 ８ 特許請求の範囲６又は７記載の装置において、前記
   容器１０は微粒子分析装置の分析容器であつて下端部に
   上方に向かつて外側に湾曲した前記細長いノズルが設け
   られていることを特徴とする試料混合用バブル発生装置
   。