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技術 遠心ローター上の流路に設けた逆流防止弁の開閉機能の調節方法

出願人 魚住光郎魚住文子
発明者 魚住光郎
出願日 2002年4月4日 (19年4ヶ月経過) 出願番号 2002-102266
公開日 2003年10月15日 (17年10ヶ月経過) 公開番号 2003-294762
状態 特許登録済
技術分野 サンプリング、試料調製 自動分析、そのための試料等の取扱い 逆止弁 遠心分離機
主要キーワード 減圧用容器 次液体 開閉調節 液分配器 加圧器 液供給パイプ 遠心ローター シリコンゴム製
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (4)

課題

遠心ローター上の容器内の液体試料及びローター上の各種の設備触手することなく、試料汚染を防止しながら、試料をローター上の他の容器に移送でき、連続的な操作が可能な装置において、ローター上の流路に設けた逆流防止弁をローターの回転中に調節して、流路の指向性変更操作が可能な方法を提供する。

解決手段

ローターRの回転中に加圧用容器1より、流路FWに設けた逆流防止弁Vに圧縮空気圧入し、該弁Vの球体5bを逆流防止機能を保持する位置から別の位置に移動させて弁の作用を変えることにより、逆流防止機能を喪失させ、正逆両方向に気体流通させる。その後に、ローターRの回転数を変えることにより、弁V内に設けた流路PV4の別の位置に移動した球体5bに加わる遠心力と重力合力の方向を変更し、球体5bを元の位置に復帰させ、弁Vの逆流防止機能を回復させる。

概要

背景

遠心ローターを用いて液体試料の分離、精製、分析等を実施する場合には、一般的には、その行程において遠心ローターを一旦停止させ、遠心分離された成分を分取する等の用手操作を採用している。また、特許第1124173号の発明のように、遠心ローター上に配設された容器内の液体成分の分取、排出方法及び特許第1135888号の発明のように、液体成分の分離、混合装置と分離・混合・排出装置並びに登録実用新案第2147917号の考案のように、液体成分の分離、精製、分析用ローター等により、ローターの回転を停止させることなく、自動的に液体試料の分離、精製、分析等を可能にした技術が知られている。

更に、特許第3263666号の発明のように、回転中の遠心ローター上の容器に外部より液体を注入して、容器内の気圧を上昇させるように構成した加圧用容器(或いは容器内の気圧を低下させるように構成した減圧用容器)と連通している遠心ローター上の試料容器内の液体試料を圧出吸引)して遠心ローター上の他の容器内に移送することを可能にした技術が知られている。

上記従来技術では、流路の一部に液体を注入し、液体の水圧によりこの流路を介しての試料溶液の逆流を防止することが可能であることが示唆されている。然しながら、この場合、液体を注入されてはじめて逆流防止の機能が順次形成されるものであり、遠心ローターの運転開始当初より、流路の要所に逆流の防止機能を持たせたり、逆流防止の機能を調節させるためには著しく複雑な構成が必要である。

概要

遠心ローター上の容器内の液体試料及びローター上の各種の設備触手することなく、試料汚染を防止しながら、試料をローター上の他の容器に移送でき、連続的な操作が可能な装置において、ローター上の流路に設けた逆流防止弁をローターの回転中に調節して、流路の指向性変更操作が可能な方法を提供する。

ローターRの回転中に加圧用容器1より、流路FWに設けた逆流防止弁Vに圧縮空気圧入し、該弁Vの球体5bを逆流防止機能を保持する位置から別の位置に移動させて弁の作用を変えることにより、逆流防止機能を喪失させ、正逆両方向に気体流通させる。その後に、ローターRの回転数を変えることにより、弁V内に設けた流路PV4の別の位置に移動した球体5bに加わる遠心力と重力合力の方向を変更し、球体5bを元の位置に復帰させ、弁Vの逆流防止機能を回復させる。

目的

本発明は、上記の問題を解決することを課題として研究開発されたもので、遠心ローターの回転中に球体からなる逆流防止弁の働きを容易に変更できる方法を提供することを目的とする。さらに詳しくは、遠心ローターの回転中に、遠心ローター上の球体からなる逆流防止弁の球体を流路の別の位置に移動させることにより、流路の逆流防止機能を喪失させて、気体の逆方向への流通を可能にしたり、また、逆流防止弁を流路の元の位置に移動復帰させて、弁の逆流防止機能を回復させる等、逆流防止弁としての機能を調節する方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

回転中の遠心ローター上の容器に外部より液体注入することにより、容器内の液体の占める体積を増加させて、容器内の気圧を上昇させるように構成した加圧用容器を用いて、該加圧用容器と連通している遠心ローター上の流路球体からなる逆流防止弁を備えた弁機構を設け、該容器内に液体を注入することにより生じる容器内の上昇気圧により、該逆流防止弁の球体を、その逆流防止機能保持可能な位置から流路を開放させる位置に移動させて、逆流防止機能を喪失させることにより、流路を双方向へ流通可能に形成することを特徴とする遠心ローター上の流路に設けた逆流防止弁の開閉機能調節方法

請求項2

回転中の遠心ローター上の容器に外部より液体を注入することにより、容器内の液体の占める体積を増加させて、容器内の気圧を上昇させるように構成した加圧用容器を用いて、該加圧用容器と連通している遠心ローター上の流路に球体からなる逆流防止弁を備えた弁機構を設け、該容器内に液体を注入することにより生じる容器内の上昇気圧により、該逆流防止弁の球体を、その逆流防止機能の保持可能な位置から流路を開放させる位置に移動させて、逆流防止機能を喪失させ、流路を双方向へ流通可能に形成した後、遠心ローターの回転数を低減又は回転を停止することにより、流路を開放させる位置に移動している上記逆流防止弁の球体に加わる遠心力と重力との合力の方向を変え、逆流防止弁の球体を流路の元の位置に移動復帰させて、逆流防止機能を回復させることを特徴とする遠心ローター上の流路に設けた逆流防止弁の開閉機能の調節方法。

技術分野

4)流路に、ローター回転中に調節可能な逆流防止弁を設けたことによって、上記1)、2)、3)の効果を一層向上させることができる。

背景技術

0001

本発明は、液体成分の分離、精製、分析に係わる分野にあって、遠心ローター上の流路に設けた逆流防止弁の開閉機能調整方法に関し、さらに詳しくは、ローター上に配設された加圧用容器に外部より液体を適時に注入し、ローター上の試料容器内加圧することによって、容器内の液体試料を他の容器に圧出移送する方法において、加圧用容器と連通している遠心ローター上の流路に逆流防止弁を設け、ローターの回転中に逆流防止弁の働きを調節する方法に関するものである。

0002

遠心ローターを用いて液体試料の分離、精製、分析等を実施する場合には、一般的には、その行程において遠心ローターを一旦停止させ、遠心分離された成分を分取する等の用手操作を採用している。また、特許第1124173号の発明のように、遠心ローター上に配設された容器内の液体成分の分取、排出方法及び特許第1135888号の発明のように、液体成分の分離、混合装置と分離・混合・排出装置並びに登録実用新案第2147917号の考案のように、液体成分の分離、精製、分析用ローター等により、ローターの回転を停止させることなく、自動的に液体試料の分離、精製、分析等を可能にした技術が知られている。

0003

更に、特許第3263666号の発明のように、回転中の遠心ローター上の容器に外部より液体を注入して、容器内の気圧を上昇させるように構成した加圧用容器(或いは容器内の気圧を低下させるように構成した減圧用容器)と連通している遠心ローター上の試料容器内の液体試料を圧出(吸引)して遠心ローター上の他の容器内に移送することを可能にした技術が知られている。

発明が解決しようとする課題

0004

上記従来技術では、流路の一部に液体を注入し、液体の水圧によりこの流路を介しての試料溶液の逆流を防止することが可能であることが示唆されている。然しながら、この場合、液体を注入されてはじめて逆流防止の機能が順次形成されるものであり、遠心ローターの運転開始当初より、流路の要所に逆流の防止機能を持たせたり、逆流防止の機能を調節させるためには著しく複雑な構成が必要である。

課題を解決するための手段

0005

本発明は、上記の問題を解決することを課題として研究開発されたもので、遠心ローターの回転中に球体からなる逆流防止弁の働きを容易に変更できる方法を提供することを目的とする。さらに詳しくは、遠心ローターの回転中に、遠心ローター上の球体からなる逆流防止弁の球体を流路の別の位置に移動させることにより、流路の逆流防止機能喪失させて、気体の逆方向への流通を可能にしたり、また、逆流防止弁を流路の元の位置に移動復帰させて、弁の逆流防止機能を回復させる等、逆流防止弁としての機能を調節する方法を提供することを目的とする。

0006

上記の課題を解決し、その目的を達成する手段として、本発明は、回転中の遠心ローター上の容器に外部より液体を注入することにより、容器内の液体の占める体積を増加させて、容器内の気圧を上昇させるように構成した加圧用容器を用いて、該加圧用容器と連通している遠心ローター上の流路に球体からなる逆流防止弁を備えた弁機構を設け、該容器内に液体を注入することにより生じる容器内の上昇気圧により、該逆流防止弁の球体を、その逆流防止機能の保持可能な位置から流路を開放させる位置に移動させて、逆流防止機能を喪失させることにより、流路を双方向へ流通可能に形成することを特徴とする遠心ローター上の流路に設けた逆流防止弁の開閉機能の調節方法を提供するものである。

発明を実施するための最良の形態

0007

また、上記の課題を解決し、その目的を達成する手段として、本発明は、回転中の遠心ローター上の容器に外部より液体を注入することにより、容器内の液体の占める体積を増加させて、容器内の気圧を上昇させるように構成した加圧用容器を用いて、該加圧用容器と連通している遠心ローター上の流路に球体からなる逆流防止弁を備えた弁機構を設け、該容器内に液体を注入することにより生じる容器内の上昇気圧により、該逆流防止弁を、その逆流防止機能の保持可能な位置から流路を開放させる位置に移動させて、逆流防止機能を喪失させることにより、流路を双方向へ流通可能に形成した後、遠心ローターの回転数を低減又は回転を停止することにより、流路を開放させる位置に移動している上記逆流防止弁に加わる遠心力と重力との合力の方向を変更し、逆流防止弁を流路の元の位置に移動復帰させて、逆流防止機能を回復させることを特徴とする遠心ローター上の流路に設けた逆流防止弁の開閉機能の調節方法を提供するものである。

0008

以下、本発明に係わる遠心ローター上の流路に設けた逆流防止弁の開閉機能の調節方法の実施の形態を添付図面に示す装置例に基づいて説明する。

0009

本発明に係る上記の方法を実施するための装置は、この実施の形態では、大別して、図1図2に示すように上面中央部に円筒状の液分配器DTを設けた遠心ローターRと、該液分配器DTの内側に液体を供給するための液体の注入ポンプPUと、遠心ローターR上において、該液分配器DTから連通連設した液体の供給パイプPと、該液体の供給パイプPから直接乃至間接的に連通連設した多数のパイプP1〜P25からなる液体の流路FWと、多数のパイプP1〜P25のうちの複数の所要のパイプP2、P5、P8、P11、P14、P17、P20の先端側に配設した加圧器として機能する複数の加圧用容器1a〜1gと、上記流路FWの所要個所に配設した、詳述後記する液体の逆流防止弁Vからなる弁機構から構成されている。なお、符号Axは遠心ローターRの回転軸、REは遠心ローターRの外縁を示すものである。

0010

上記の構成において、モーターMにより回転する遠心ローターRの回転中に、図1に略示するように、上記注入ポンプPUから液体を注入すると、液体は回転している液分配器DTに入る。液分配器DTと共に回転するこの液体は遠心力の働きで、パイプP、液受け4、パイプP1、パイプP2を通り容器1に流入する。

0011

上記の容器1は、遠心ローター上に配設された、第1の加圧器として機能する加圧用容器1a、第二の加圧器として機能する加圧用容器1b、第三の加圧器として機能する加圧用容器1c、第四の加圧器として機能する加圧用容器1d、第五の加圧器として機能する加圧用容器1e、第六の加圧器として機能する加圧用容器1f、第七の加圧器として機能する加圧用容器1gを構成するものであって、図2は、該各加圧用容器1a〜1gのそれぞれを直列に配置し、且つ、各加圧用容器1a〜1gの各別に従属する容器、及び次に述べる逆流防止弁V等のローター円周上での連通様態を直線上に展開して示したものである。

0012

次に、上記流路FWの所要個所に配設した逆流防止弁Vの弁機構について説明する。図3は、本発明の方法で使用する逆流防止弁Vの弁機構の一例を示す説明図であって、この実施の形態では、弁収容部C内の二個所に収容された二つの逆流防止弁形成部A、Bから構成されており、一方の形成部Aは、弁箱V1内に対設した例えばシリコンゴム製円筒体からなる弁座V2、V3と、該弁座V2、V3の間のスペース(後述する流路PV2)内に収容した球体5aから構成されており、一方の弁座V2に気体が流入する流路PV1を設けると共に、他方の弁座V3に気体が流出する流路PV3を設け、両流路PV1、PV3の間に上述したスペースからなる流路PV2が設けてある。

0013

また、上記他方の逆流防止弁形成部Bは、弁箱V4内において、上記一方の形成部Aの近傍に、例えばシリコンゴム製の円筒体からなる弁座V5と、該弁座V5の上部及び側部に延びるスペース(後述する流路PV4)内に収容した球体5bと、図3に向って上記弁座V5の上方側部に、弁座V5上に位置している球体5bを移動させて、流路を開放させるために凹設した球体5bの位置移動用の窪み部6と、該窪み部6の近設に突設した、球体5bの逸出防止部材7とから構成されており、上記のように構成された逆流防止弁形成部A、Bは、一方の形成部Aの流路PV2と他方の形成部Bの流路PV4とを連通可能に連設した流路PV5により連通されている。

0014

以下、上記のように構成した逆流防止弁Vからなる弁機構を遠心ローターR上の前記流路FWに配設した本発明の該逆流防止弁Vの開閉機能の調節方法をまじえて、気体の流れについて説明し、逆流防止弁Vの開閉機能の調節方法の詳細については、後に総括的に説明する。

0015

図1及び図2に示すように、回転中の遠心ローターRに注入された液体が、液分配器DT、液供給パイプP、液受け4、パイプP1、パイプP2を経て容器1(加圧用容器1a)に入ると、加圧用容器1a内の気体は圧縮されて内圧が上昇する。

0016

加圧用容器1a内の圧縮された気体はパイプP3を通り容器2aに圧出されるが、容器2aに連通するパイプP22(第1の逆流防止弁V(Va)の流路PV4に連通している。)は、逆流防止弁V(Va)の球体5bが弁座V5に圧接されて閉塞され、パイプP23は容器2cの液体E2および容器2aの液体E1の水圧により閉塞(逆流防止)されているため、容器2aの水位L2以上の液体E1は唯一の流通可能なパイプP24を介して容器2bへ移送(排出)される。

0017

一方、ポンプPUから注入された液体が加圧用容器1aを満たした後、水位L1に達すると、液はパイプP4、パイプP5を経て次の加圧用容器1bに入り、加圧用容器1b内の気体を圧縮し内圧を上昇させる。

0018

加圧用容器1b内の圧縮された気体はパイプP6を通り、逆流防止弁V(Va)の球体5a、5bを押圧して弁座V2、V5から離れることにより、逆流防止弁V(Va)内に圧入され、逆流防止弁V(Va)を通過し、パイプP22、試薬容器2a、パイプP24(パイプ24の容器2a内の先端は水位L2の水面近くに開放されているため)、容器2bを経て外部に排出される(少量は、パイプP12、加圧用容器1d、パイプP11、パイプP13、パイプP16、パイプP19を経由して外部に放出される)。その間、逆流防止弁V(Va)を構成する弁箱V1内の球体5aは弁座V3に圧接されると共に、弁箱V4内の球体5bを流路PV4の別の位置に設けた窪み部6に移動させ、弁機構における、流路の逆流防止機能を喪失させる。

0019

ポンプPUから注入される液体が加圧用容器1aおよび加圧用容器1bを満たした後、溢れた液がパイプP7、パイプP8を経て加圧用容器1cに入ると、加圧用容器1c内の気体が圧縮され内圧が上昇する。

0020

加圧用容器1c内の圧縮された気体はパイプP9を通り容器2cに圧出される。加圧用容器1cに注入された液体の量が十分大であるように設定されているので、容器2c内の液体E2の全量(パイプ23の先端が容器2cの底部に開放されている場合)は容器2aの底部に噴出され、容器2aの水位L2以下の液体E1と混和し、更に、噴出する気体によって撹拌される。その際、容器2aに移送される液体E2の体積は、容器2aの収容可能な容積より充分小さく設定されており、また、パイプ22は逆流防止弁V(Va)(逆流防止機能を喪失している)、パイプP12、加圧用容器1d、パイプP11、パイプP13、パイプP16、パイプP19を経由して外部に開放されているため、容器2aの内圧は上昇せず、液体E1、液体E2の混合液はパイプ24より排出しない。

0021

ポンプPUから注入される液体が加圧用容器1a、加圧用容器1bおよび加圧用容器1cを満たした後、溢れた液がパイプP10、パイプP11を経て加圧用容器1dに入ると、加圧用容器1d内の気体が圧縮され内圧が上昇する。

0022

このとき、パイプP12から第2の逆流防止弁V(Vb)への流路は閉塞されているため、加圧用容器1d内の圧縮された気体はパイプP12、第1の逆流防止弁V(Va)、パイプP22を経て試薬容器2aに導かれ、パイプP3およびパイプP23はそれぞれ容器1aおよび容器1cの水圧により閉塞されているため、試薬容器2aの内圧を上昇させ、試薬容器2a内の水位L2以上の液体E1、液体E2の混合液は唯一の流通可能なパイプP24を介して容器2bへ移送(排出)される。

0023

更に、ポンプPUからの液体の注入を続けると、加圧用容器1e、加圧用容器1f、加圧用容器1gが順次液体で満たされ、これらの各加圧用容器は、それぞれ加圧用容器1b、加圧用容器1c、加圧用容器1dと同様の仕事をする。すなわち:
(1)加圧用容器1bと加圧用容器1eより圧出される気体は、それぞれ第1の逆流防止弁V(Va)および第2の逆流防止弁V(Vb)の弁機構としての作用を変え、流路の逆流防止機能を喪失させる。
(2)加圧用容器1cと加圧用容器1fより圧出される気体は、それぞれ試薬容器2c内の液体E1および試薬容器2d内の液体E2を試薬容器2aに移送する。
(3)加圧用容器1dと加圧用容器1gより圧出される気体は試薬容器2a内の水位L2以上の液体をパイプP24を介して容器2bへ移送(排出)させる。

0024

一つの試薬容器(本発明の引用では試薬容器2a)に試料を入れ、遠心ローターの回転により遠心し、その遠心上清廃棄し、沈殿部分に別の試薬(液体E1)を加え撹拌して、これを遠心し、その遠心上清を廃棄し、沈殿部分にまた別の試薬(液体E2)を加え撹拌して、これを遠心し、その遠心上清を廃棄して沈殿試料を得ることを例にして、本発明の実施の形態を示した。さらに本発明の実施の形態では、加圧用容器1b、加圧用容器1c、加圧用容器1d、試薬容器2c、逆流防止弁V(Va)を一組として、沈殿部分に試薬を加え、撹拌して、これを遠心し、その遠心上清を廃棄、一連の操作の手順を示している。同様の組を直列に連結することによって、順次、同様の行程を繰り返すことができるのは、本発明の逆流防止弁とその調節機構の開発に拠るものである。

0025

最後に、総括的に本発明で使用する逆流防止弁V(Va)の開閉機能の調節方法を、加圧用容器1bと逆流防止弁V(Va)の流路PV1を連通し、遠心ローターRを回転している場合について説明する。

0026

(1)逆流防止弁V(Va)を装着した遠心ローターRの回転を開始すれば、図3に示すように、逆流防止弁V(Va)に矢印の方向の遠心力fが作用し、球体5a、5bは、それぞれの弁座V2、V5に圧接される。

0027

(2)回転する遠心ローターR上の加圧用容器1bに液体を注入して容器の内圧を上昇させると、逆流防止弁V(Va)の流路PV1から逆流防止弁V(Va)に気体が圧入され、球体5aは弁座V2から離れて弁座V3に圧接されると共に、球体5bは流路PV1、流路PV5に圧入された気体に押されて窪み部6の位置に移動し、流路PV5と流路PV4を開通する。

0028

(3)加圧用容器への液体の注入が停止すると、遠心ローターRが回転している限り、球体5bは窪み部6の位置に留まり、球体5aは元の位置に復帰して弁座V2に圧接し、流路PV3、流路PV2、流路PV5、流路PV4を開通し、該流路の間では矢印A1の方向ならびに矢印A2の方向への(双方向への)気体の流通が可能となる(逆流防止機能を喪失する)。

0029

(4)加圧用容器への液体の注入を停止し、かつ、ローターの回転を減速すると、流路PV4中の窪み部6内に位置している球体5bに加わる遠心力と重力の合力の方向が変わり(ローターの回転を停止した場合は、合力の方向と力の大きさは重力のそれと一致する)、球体5bは流路PV4の底部に移動復帰し、さらに再び、遠心ローターRの回転を加速すると球体5bは弁座V5に圧接して逆流防止機能を回復する。

0030

本発明は、上記のように、遠心ローター上の流路の一部に、独自の構成と機能を備えた逆流防止弁を設置し、逆流防止弁が遠心ローター上に設けられているという特徴を生かして、その逆流防止弁の開閉機能を調節するものである。

0031

以上、本発明の主要な実施の形態について説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、発明の目的を達成でき且つ発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の設計的な手段の変更が可能である。

0032

本発明は回転中のローターを停止させることなく、また、用手操作によることなく、試料の微生物汚染を完全に防止しながら、安全かつ自動的に、液体成分の分離、精製、分析等を行うことを可能とする遠心ローター上の容器内の液体試料を該ローター上の他の容器内に移送する分野において、ローターに配設された逆流防止弁を、ローターの回転中に開閉調節する方法を提供するものである。換言すれば、回転中に流路の指向性を変更する方法を提供するもので、その応用範囲は広く、医学薬学生物学等の領域にわたるものであり、その効果の幾つかを次に示す。

図面の簡単な説明

0033

1)培養細胞の分離精製を自動的に微生物汚染を防止しながら行なうことができる。
2)血液成分の分画を自動的に微生物の汚染を防止しながら行なうことができる。
3)有機溶媒を用いるDNA等の分離精製を自動的に微生物の汚染を防止しながら行なうことができる。

--

0034

図1本発明に係わる方法を実施する装置において、液体の供給状態基本構成を示す概略説明図である。
図2本発明の方法を実施するための装置を直線上に展開した状態における説明図である。
図3本発明で使用する逆流防止弁の内部構成と作用を示す説明図である。

0035

R遠心ローター
Ax回転軸
RE 外縁
Mモーター
DT液分配器
PU液体の注入ポンプ
P 液体の供給パイプ
P1〜P25パイプ
FW流路
1加圧用容器
1a〜1g 加圧用容器
4液受け
V逆流防止弁
V(Va) 第1の逆流防止弁
V(Vb) 第2の逆流防止弁
C 弁収容部
A 逆流防止弁形成部
B 逆流防止弁形成部
V1・V4弁箱
V2・V3・V5弁座
5a球体
PV1〜PV5 流路
5b 球体
6 窪み部
2a〜2d容器
E1〜E3 液体
遠心方向
g重力方向
w 液の排出

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