JP2001242176A

JP2001242176A - 自動分析装置

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Publication number: JP2001242176A
Application number: JP2000054955A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Kanbara; 克宏神原; Hiroyasu Uchida; 裕康内田; So Kato; 加藤　　宗; Takeshi Shibuya; 武志渋谷; Shigenori Watari; 亘　　重範
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2001-09-07
Anticipated expiration: 2020-02-29
Also published as: JP3642713B2

Abstract

(57)【要約】【課題】自動分析装置において、反応容器に注入された
サンプルおよび試薬を分析対象とする際に行う攪拌を、
音波を照射することによって、反応容器内のサンプルお
よび試薬とは非接触に実現すると共に、分析対象ごと
に、効果的な攪拌を可能にする。【解決手段】反応容器２１内に注入されたサンプルおよ
び試薬を分析対象として、サンプルの物性を分析する分
析手段を備えた自動分析装置であって、反応容器２１外
部に設けられ、反応容器２１に向かって音波を照射する
ことで、反応容器２１内に注入されたサンプルと試薬と
を攪拌する攪拌機構７を設け、分析対象ごとに、音波の
照射位置および照射強度を制御するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動分析装置に係
り、特に、容器内に注入されたサンプルおよび試薬を混
合するための攪拌に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、化学分析装置としては、例えば、
血清等のサンプルに所望の試薬を混合して反応させた反
応液を分析対象とし、その吸光度を測定することで化学
分析を行う化学分析装置が知られている。

【０００３】この種の化学分析装置は、サンプルおよび
試薬を反応容器に注入する機構と、反応容器内のサンプ
ルおよび試薬を攪拌する機構と、反応中または反応が終
了したサンプルの物性を分析する機構等を備えて構成さ
れており、特に、反応容器内のサンプルおよび試薬を攪
拌する機構は、ヘラやスクリュー等を反応容器内の液面
下まで下降させ、ヘラやスクリュー等の根元に接続され
ているモータを駆動して回転／振動させることによっ
て、サンプルと試薬とが均一に混合するように攪拌して
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、分析装置の
分野では、サンプルおよび試薬の微量化が大きな技術的
課題となっている。すなわち、分析項目が増大するのに
伴い、単項目に割くことのできるサンプル量が少量にな
っていることや、サンプル自体が貴重で多量に準備でき
ないＤＮＡ解析といった、従来は高度な分析とされてい
た微量のサンプルの分析がルーチン的に行われるように
なってきている。また、分析内容が高度化するにつれ
て、高価な試薬が一般的に利用されるようになり、コス
トの面からも、試薬の微量化が要望されている。このよ
うなサンプルおよび試薬の微量化は、反応容器の小型化
を進める一要因となっている。

【０００５】しかしながら、従来技術においては、反応
容器内に注入されたサンプルおよび試薬の撹拌を、ヘラ
やスクリュー等によって機械的に行っているので、サン
プルおよび試薬の微量化（反応容器の小型化）に比べ
て、ヘラやスクリュー等の小型化を進めることが難しい
のが現状である。

【０００６】また、従来のヘラやスクリュー等による機
械的な攪拌では、撹拌後の被撹拌物が、ヘラやスクリュ
ー等に付着して反応容器から持ち出されたり、攪拌後の
ヘラやスクリュー等を洗浄した洗浄水が、ヘラやスクリ
ュー等に付着して反応容器に持ち込まれたりする。そこ
で、ヘラやスクリュー等をそのままにして、反応容器だ
けを可能な限り小型化すると、被攪拌物の持ち出し量お
よび洗浄水の持ちこみ量が増大し、分析結果に影響を及
ぼすという問題がある。

【０００７】このような問題に対処するために、反応容
器の外部から、反応容器に向かって音波を照射し、容器
内部の被撹拌物とは非接触にて撹拌を行う非接触攪拌手
段を考案している。ヘラやスクリュー等を用いて機械的
に撹拌する際には、ある程度の被撹拌物の量が要求され
ていたが、音波を用いることで、被撹拌物は、音波によ
り誘起される自らの流れによって自らを撹拌することと
なり、少量の被撹拌物でもよく混合させることができる
ようになるので、サンプルおよび試薬の量が分析に必要
な量で足り、反応容器の小型化を進めることが可能とな
る。

【０００８】さらに、この非接触攪拌手段を利用する際
には、異なる反応容器内での被撹拌物の液面高さや、粘
性・密度・表面張力といった被撹拌物の力学的特性を考
慮することで、一層効果的な攪拌が可能となる。

【０００９】本発明の目的は、自動分析装置において、
反応容器に注入されたサンプルおよび試薬を分析対象と
する際に行う攪拌を、音波を照射することによって、反
応容器内のサンプルおよび試薬とは非接触に実現すると
共に、分析対象ごとに、効果的な攪拌を可能にすること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、反応容器内に注入されたサンプルおよび
試薬を分析対象として、サンプルの物性を分析する分析
手段を備えた自動分析装置であって、上記反応容器外部
に設けられ、この反応容器に向かって音波を照射する音
波発生手段と、分析対象ごとに、上記音波発生手段によ
る音波の照射位置および照射強度を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とした自動分析装置を提供してい
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１２】図１は、本発明の実施形態に係る自動分析
装置の構成を示す斜視図であり、また、図２は、図１に
示す自動分析装置に装備されている攪拌機構周辺の縦断
面図である。

【００１３】本実施形態に係る自動分析装置は、図１に
示すように、主として、サンプルディスク１，試薬ディ
スク２，反応ディスク３，反応槽４，サンプリング機構
５，ピペッティング機構６，攪拌機構７，測光機構８，
洗浄機構９，表示部１０，入力部１１，記憶部１２，制
御部１３を備えて構成されている。

【００１４】図１において、サンプルディスク１には、
採取したサンプルが入れられた複数の試料容器１６が、
円形ディスク１７の円周上に固定されて並べられてお
り、円形ディスク１７は、図示しないモータや回転軸等
から構成される駆動機構により、位置決め可能に周方向
回転する。

【００１５】また、図１において、試薬ディスク２に
は、サンプルと混合して反応させるための試薬が入れら
れた複数の試薬ボトル１８が、円形ディスク１９の円周
上に固定されて並べられており、その周囲は、温度制御
された保冷庫２０になっている。また、円形ディスク１
９は、図示しないモータや回転軸等から構成される駆動
機構により、位置決め可能に周方向回転する。

【００１６】また、図１において、反応ディスク３に
は、サンプルおよび試薬を入れるための反応容器２１を
保持した反応容器ホルダ２２が、複数取り付けられてお
り、駆動機構２３により、周方向回転と停止とを一定サ
イクルで繰り返して、反応容器２１を間欠移送する。

【００１７】また、図１において、反応槽４は、反応容
器２１の移動軌跡に沿って設置され、サンプルと試薬の
化学反応を促進するために、例えば、温度制御された恒
温水により、反応容器２１内の反応液を一定温度に制御
する恒温槽である。反応容器２１は反応槽４内を移動す
る。

【００１８】また、図１において、サンプリング機構５
は、プローブ２４と、支承軸２５に取り付けられたアー
ム２６と、支承軸２５を回転中心にサンプルディスク１
と反応ディスク３との間を往復可能にする駆動機構とを
備えて構成され、予め定められたシーケンスに従って、
サンプルディスク１の回転と共に定位置に移送されてく
る試料容器１６内のサンプルを、反応容器２１に供給す
る。同様に、ピペッティング機構６は、プローブ２７
と、支承軸２８に取り付けられたアーム２９と、支承軸
２８を回転中心に試薬ディスク２と反応ディスク３との
間を往復可能にする駆動機構とを備えて構成され、予め
定められたシーケンスに従って、試薬ディスク２の回転
と共に定位置に移送されてくる試薬ボトル１８内の試薬
を、反応容器２１に供給する。なお、試料容器１６およ
び試薬ボトル１８の各々には、異なる種類のサンプルお
よび試薬が入れられており、必要量が反応容器２１に供
給される。

【００１９】また、図１において、攪拌機構７は、その
位置（攪拌位置）に移送されてきた反応容器２１の側面
から音波を照射することで、反応容器２１内のサンプル
および試薬を撹拌して混合する非接触攪拌機構であり、
攪拌位置で反応容器２１の側面から音波を照射可能にな
る位置に固定した固定部３１と、圧電素子（図２の３
０）を駆動する圧電素子ドライバ１４と、攪拌機構コン
トローラ１５とも含み構成される。攪拌機構コントロー
ラ１５は、制御部１３に接続され、圧電素子ドライバ１
４を駆動すると共に、攪拌機構７全体を制御する。

【００２０】なお、攪拌機構７においては、図２に示す
ように、固定部３１には、音源となる圧電素子３０が、
その片面が反応槽４の恒温水に浸されるようにして設け
られている。圧電素子３０は、電極３２を複数個持ち、
圧電素子ドライバ１４によって所定の周波数で加振さ
れ、加振される電極３２によって音波の照射位置を変え
ることが可能な構成となっている。

【００２１】図２において、サンプルおよび試薬が注入
された反応容器２１は、反応容器ホルダ２２によって反
応ディスク３に固定され、反応ディスク３の周方向回転
に従って、恒温水を入れた反応槽４に浸漬された状態で
移動する。そして、攪拌位置に移送されて停止すると、
圧電素子３０が、圧電素子ドライバ１４によって所定の
周波数で加振される。圧電素子３０が加振されることに
よって発生された振動は、反応槽４の恒温水内を音波と
して伝播し、反応容器２１の側面に到達する。この音波
は、反応容器２１の壁面を通過して、内部の被撹拌物で
あるサンプルおよび試薬に到達する。伝達された振動波
は、被攪拌物の気液海面に作用し、旋回流を引き起こ
す。この旋回流によって、サンプルの移動が促進され、
反応容器２１内にヘラやスクリュー等を挿入することな
く、サンプルおよび試薬の撹拌が行われることとなる。

【００２２】なお、照射強度を先鋭化するために、圧電
素子３０の振動波の放射方向に音響レンズを設けるよう
にしてもよい。この音響レンズは、振動波を収束させる
作用があるので、特に、急速に撹拌を行いたい場合など
に有効である。

【００２３】図１に戻って、測光機構８は、図示してい
ないが、光源と、光度計と、レンズと、測光信号処理部
とを備えて構成され、反応容器２１内の反応液の吸光度
を測定するなど、サンプルの物性を光で測定する。洗浄
機構９は、複数のノズル３３と、その上下駆動機構３４
とを備えて構成され、反応容器２１内の反応液を吸引
し、洗浄液を吐き出し、その位置（洗浄位置）に移送さ
れてきた反応容器２１を洗浄する。

【００２４】また、図１において、表示部１０は、分析
項目や分析結果等の各種画面表示を行い、入力部１１
は、分析項目等の各種情報の入力を行う。また、記憶部
１２は、各機構を制御するための予め定めたシーケンス
（プログラム）や分析項目等の各種情報を記憶してい
る。

【００２５】本実施形態に係る自動分析装置は、上記に
記載のほかに、シリンジやポンプ等を構成要素として持
ち、それらも含め、全て、記憶部１２に記憶されている
シーケンスに従って、制御部１３により制御される。

【００２６】以上のように構成された自動分析装置の動
作について、以下に説明する。

【００２７】まず、洗浄機構９により洗浄された反応容
器２１が、反応ディスク３の駆動によって試料注入位置
に移送されてくると、サンプルディスク１が回転し、サ
ンプルが入った試料容器１６をサンプリング位置に移送
する。試薬ディスク２も、同様に、所望の試薬ボトル１
８をピペッティング位置へ移送する。

【００２８】続いて、サンプリング機構５が動作し、プ
ローブ２４を用いて、サンプリング位置に移送されてき
た試料容器１６から、試料注入位置に移送されてきた反
応容器２１へサンプルを注入する。サンプルが注入され
た反応容器２１は、試薬注入位置に移送され、ピペッテ
ィング機構６の動作により、試薬ディスク２上のピペッ
ティング位置に移送されてきた試薬ボトル１８から、試
薬注入位置に移送されてきた反応容器２１へ試薬が注入
される。

【００２９】その後、反応容器２１は、攪拌位置に移送
され、攪拌機構７により、サンプルおよび試薬の攪拌が
行われる。

【００３０】攪拌が完了した反応液は、反応容器２１が
光源と光度計との間を通過する際に、測光機構８により
吸光度が測定される。この測定は、数サイクル間行わ
れ、測定が終了した反応容器２１は、洗浄機構９により
洗浄される。

【００３１】このような一連の動作が、各反応容器２１
に対して実行され、本実施形態に係る自動分析装置によ
る分析が行われる。

【００３２】さて、攪拌機構７による攪拌において、本
実施形態の特徴となる点について説明する。

【００３３】本実施形態においては、攪拌機構７は、反
応容器２１が攪拌位置に移送されてくるまでに、制御部
１３の指示に従って、次の２つの準備を行っておく。（１）音波の照射位置を決定する。（２）音波の照射強度を決定する。

【００３４】第１の準備は、例えば、図３（ａ）に示す
ように、分析項目と照射位置とを対応付けたテーブルを
記憶部１２に格納しておき、分析項目に対応する照射位
置をこのテーブルから検索することで実現できる。ま
た、例えば、図３（ｂ）に示すように、分析項目ごと
に、必要なサンプル量および試薬量を対応付けたテーブ
ルを記憶部１２に格納しておき、分析項目に対応するサ
ンプル量および試薬量をこのテーブルから検索して、被
攪拌物（サンプルおよび試薬）の反応容器２１内での液
面高さを算出し、算出した液面高さから照射位置を決定
するようにしてもよい。

【００３５】第２の準備は、例えば、図３（ｃ）に示す
ように、分析項目と照射強度とを対応付けたテーブルを
記憶部１２に格納しておき、分析項目に対応する照射強
度をこのテーブルから検索することで実現できる。特
に、照射強度は、試薬に応じて変えることが望ましいの
で、例えば、図３（ｄ）に示すように、試薬に関する情
報ごとに、音波の照射強度を対応付けたテーブルを記憶
部１２に格納しておき、用いる試薬に対応する照射強度
をこのテーブルから検索するようにしてもよい。

【００３６】なお、照射位置および照射強度は、各々、
予め定めた複数種類の規定値を、パラメータとして用意
しておき、これらのパラメータのうちの最適なものを、
被攪拌物の粘性，表面張力といった力学的特性を考慮し
て選定し、テーブル中に記述しておくようにすることが
できる。特に、照射強度に関するパラメータは、周波数
や電圧等だけではなく、照射時間を含めて組み合わせた
パラメータとすることが望ましい。

【００３７】また、これらのテーブルは、予めオペレー
タの手動または自動読み込みによって、記憶部１２に格
納されるものである。

【００３８】以上の２つの準備を行っておくことで、攪
拌機構７は、分析項目に応じて、効果的な攪拌を行うこ
とが可能となる。

【００３９】すなわち、反応容器２１が攪拌位置に移送
されてきて停止すると、攪拌機構コントローラ１５は、
制御部１３の指示に従って、圧電素子ドライバ１４を介
して、第１の準備で決定した照射位置に音波を照射する
ような電極３２について、その電極３２が照射する音波
が第２の準備で決定した照射強度となるように、圧電素
子３０を制御する。このように、分析項目に応じて、高
さが異なる被攪拌物の気界液面に音波が照射されること
となり、また、照射される音波の強度も、被攪拌物の粘
性，表面張力といった力学的特性を考慮して選定された
ものであることから、効果的な攪拌が行われる。

【００４０】なお、上述した実施形態では、記憶部１２
に格納しておいたテーブルを用いて照射強度を決定する
ものとしたが、別の実施形態として、試薬ボトル１８に
記録した情報を用いるようにすることも可能である。

【００４１】これは、例えば、各々の試薬ボトル１８
に、音波の照射強度を示すバーコードを貼付し、これを
読み取るバーコード読取機を、試薬ディスク２近傍に設
置する構成とすることで実現できる。ここでも、上述と
同様に、照射強度は、予め定めた複数種類の規定値を、
パラメータとして用意しておき、これらのパラメータの
うちの最適なものを、被攪拌物の粘性，表面張力といっ
た力学的特性を考慮して選定し、バーコードとして貼付
しておくようにすることができる。また、上述と同様
に、照射強度に関するパラメータは、周波数や電圧等だ
けではなく、照射時間を含めて組み合わせたパラメータ
とすることが望ましい。

【００４２】このようにすることで、照射強度が同じ試
薬に同じバーコードを貼付すればよく、同じバーコード
が貼付された試薬をまとめて取り扱うこともできるの
で、情報量を減らすことが可能となり、記憶部１２や制
御部１３の負担を軽減することが可能となる。

【００４３】さらに、別の実施形態として、試薬ボトル
１８に持たせた情報ではなく、オペレータが入力部１１
から入力した情報を用いるようにすることも可能であ
る。

【００４４】この場合も、上述と同様に、照射強度は、
予め定めた複数種類の規定値を、パラメータとして用意
しておき、これらのパラメータのうちの最適なものを、
被攪拌物の粘性，表面張力といった力学的特性を考慮し
てオペレータに選定させるようにすることができる。ま
た、上述と同様に、照射強度に関するパラメータは、周
波数や電圧等だけではなく、照射時間を含めて組み合わ
せたパラメータとすることが望ましい。そして、組み合
わせたパラメータを１つのパラメータとして、オペレー
タに選定させるようにすることができる。このようにす
れば、オペレータに煩雑な作業を強いることはない。

【００４５】なお、上述した実施形態では、攪拌位置は
１箇所であるが、装置規模によっては、２箇所以上設け
るようにすることも可能である。例えば、圧電素子３０
を、反応槽４の底部にも設けるようにし、側面および底
部の両方から、各々、反応容器２１の側面および底面に
向けて同時に音波を発生するようにしてもよい。また、
例えば、２種類以上の試薬を必要とする分析項目があ
り、試薬注入位置が２箇所以上存在する場合には、各試
薬注入位置で試薬が注入される度に攪拌を行うようにす
るために、２ヶ所以上の攪拌位置を設けるようにしても
よい。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
反応容器に注入されたサンプルおよび試薬を分析対象と
する際に行う攪拌を、音波を照射することによって、反
応容器内のサンプルおよび試薬とは非接触に実現すると
共に、分析対象ごとに、効果的な攪拌を行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る自動分析装置の構成を
示す斜視図。

【図２】本発明の実施形態に係る自動分析装置に装備さ
れている攪拌機構周辺の縦断面図。

【図３】本発明の実施形態に係る各種テーブルの構成例
を示す説明図。

【符号の説明】

１…サンプルディスク、２…試薬ディスク、３…反応デ
ィスク、４…反応槽、５…サンプリング機構、６…ピペ
ッティング機構、７…攪拌機構、８…測光機構、９…洗
浄機構、１０…表示部、１１…入力部、１２…記憶部、
１３…制御部、１４…圧電素子ドライバ、１５…攪拌機
構コントローラ、１６…試料容器、１７，１９…円形デ
ィスク、１８…試薬ボトル、２０…保冷庫、２１…反応
容器、２２…反応容器ホルダ、２３…駆動機構、２４，
２７…プローブ、２５，２８…支承軸、２６，２９…ア
ーム、３０…圧電素子、３１…固定部、３２…電極、３
３…ノズル、３４…上下駆動機構。

フロントページの続き (72)発明者加藤宗茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者渋谷武志茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者亘重範茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立製作所計測器グループ内Ｆターム(参考） 2G058 BB07 BB09 BB12 BB16 BB17 CB04 CD04 CE07 CE08 CF12 ED03 FA01 GA03 GC02 GC08 GE01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応容器内に注入されたサンプルおよび試
薬を分析対象として、サンプルの物性を分析する分析手
段を備えた自動分析装置であって、上記反応容器外部に設けられ、この反応容器に向かって
音波を照射する音波発生手段と、分析対象ごとに、上記音波発生手段による音波の照射位
置および照射強度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。
【請求項２】請求項１記載の自動分析装置であって、分析項目ごとに、音波の照射位置を対応付けて記憶して
いる記憶手段を備え、上記制御手段は、上記記憶手段の記憶内容を参照して、分析対象について
の分析項目に応じた照射位置を決定することを特徴とす
る自動分析装置。
【請求項３】請求項１記載の自動分析装置であって、分析項目ごとに、必要なサンプル量および試薬量を対応
付けて記憶している記憶手段を備え、上記制御手段は、上記記憶手段の記憶内容を参照して、分析対象について
の分析項目に応じて、サンプルおよび試薬の反応容器内
での液面高さを算出し、算出した液面高さから照射位置
を決定することを特徴とする自動分析装置。
【請求項４】請求項１記載の自動分析装置であって、上記音波発生手段による音波の照射位置の指示を受け付
ける受付手段を備え、上記制御手段は、上記受付手段が受け付けた指示に従って、照射位置を決
定することを特徴とする自動分析装置。
【請求項５】請求項１記載の自動分析装置であって、分析項目ごとに、音波の照射強度を対応付けて記憶して
いる記憶手段を備え、上記制御手段は、上記記憶手段の記憶内容を参照して、分析対象について
の分析項目に応じた照射強度を決定することを特徴とす
る自動分析装置。
【請求項６】請求項１記載の自動分析装置であって、試薬に関する情報ごとに、音波の照射強度を対応付けて
記憶している記憶手段を備え、上記制御手段は、上記記憶手段の記憶内容を参照して、分析対象となって
いる試薬に応じた照射強度を決定することを特徴とする
自動分析装置。
【請求項７】請求項１記載の自動分析装置であって、反応容器に注入される前の試薬が入れられている試薬容
器に記録された、音波の照射強度を示す情報を読み取る
読取手段を備え、上記制御手段は、上記読取手段の読み取り内容に従って、分析対象となっ
ている試薬に応じた照射強度を決定することを特徴とす
る自動分析装置。
【請求項８】請求項１記載の自動分析装置であって、上記音波発生手段による音波の照射強度の指示を受け付
ける受付手段を備え、上記制御手段は、上記受付手段が受け付けた指示に従って、照射強度を決
定することを特徴とする自動分析装置。