JP2001324503A - 乾式分析素子の測定方法 - Google Patents
乾式分析素子の測定方法Info
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Abstract
よび点着位置に関係なく検体組成に対応した光学濃度変
化を高精度に測定できるようする。 【解決手段】 検体を点着した乾式分析素子1の光学濃
度変化を測定する際に、光学読み取り装置10または100
で走査して発色領域の濃度分布を一次元または二次元で
測定すると共に、展開長さまたは展開面積を求め、濃度
分布の積算値および展開長さまたは展開面積に基づいて
検体の物質濃度または活性値を求める。測光時の走査が
発色範囲外にかかっても測定精度が低下せず、点着液量
の影響を受けず良好な測定精度が得られ、微量の検体で
測定でき、点着位置に左右されない。
Description
に含まれる所定の生化学物質との化学反応、生化学反応
または免疫反応等により発色し光学濃度変化を生じる試
薬層を有する乾式分析素子に検体を点着し、検体と試薬
層との反応に伴う発色による光学濃度変化を光学的に測
定し、その測定光学濃度に基づいて検体中の物質濃度ま
たは活性値を求める乾式分析素子の測定方法に関するも
のである。
この検体中に含まれている特定の化学成分の物質濃度ま
たはその活性値、あるいは有形成分の含有量を定量分析
することのできる乾式の一体型多層分析素子が開発され
実用化されている。また、濾紙タイプの試験片やそれを
改良した単層または多層の試験片も提案され、一部は実
用化されている。
化学成分等の定量的な分析を行うには、検体を乾式分析
素子に展開層を有するものでは展開層に、展開層を有し
ないものでは直接試薬層に点着させた後、これをインキ
ュベータ(恒温器)内で所定時間恒温保持(インキュベ
ーション)して呈色反応(色素生成反応または指示薬色
素の変色反応)させ、次いで検体中の所定の生化学物質
と乾式分析素子に含まれる試薬との組み合わせにより予
め選定された波長を含む測定用照射光をこの乾式分析素
子に照射してその光学濃度を測定し、この光学濃度か
ら、あらかじめ求めておいた光学濃度と所定の生化学物
質の物質濃度または活性値との対応を表わす検量線を用
いて該検体中の所定の生化学物質の物質濃度(含有量)
または活性値を求めるものである。
子は、有機ポリマーからなる支持体の上に試薬を含有し
た試薬層を少なくとも1層、さらに好ましくは試薬層の
上側に展開層を設けた構成を有するものであり、正方
形、矩形などの所定の形状の乾式分析素子片に形成され
る。そして自動操作のために、上記乾式分析素子片を有
機ポリマー製のマウントによって挾持した分析スライド
として実用化されている。また、上記マウントを有しな
い乾式分析素子片を分析フイルムとして直接使用するこ
とも提案されている。
測定用照射光を干渉フィルタ等で分光し、オプティカル
ファイバ等を経てレンズでスポット光として乾式分析素
子に入射させ、その反射光を測光ヘッドの光センサで測
定するものが、例えば、特公平5−72976号、特開
平7−120477号に見られるように公知である。
素子の測定においては、乾式分析素子に点着された検体
の液量差、点着位置と測定位置のずれなどによって測定
精度が影響を受ける問題があると共に、測定精度を確保
するために点着液量が多く必要となる問題を有する。
る測光部分は、検体が展開して発色した光学濃度が高い
部分のみとし、検体が展開していない非発色部分および
展開が不十分な発色縁部の測定は行わないようにしてい
る。この検体が十分に展開していない部分に測定光が照
射されると、検体の成分量と関係なく光学濃度が低い部
分の強い反射光を測定して、大きな誤差を生じる要因と
なる。
は試薬層の上に展開層を有し、中心位置に点着された検
体がこの展開層に沿って周辺に向けて浸透するように展
開し、測光面積より広い範囲に十分な発色領域を得るよ
うにしている。測光面積は、検出精度の点で十分な反射
光量を得るためには、直径で4〜6mm程度が必要であ
る。この測光範囲を越えて十分に検体を展開させるため
には、点着する液量は10μl程度が必要となる。この
液量に応じて検体は展開層に沿って広がり、単位面積当
たりの発色量が一定となるように均一に展開されるのが
理想的であるが、実際には単位面積当たりの発色が液量
の50%程度の影響を受けることになる。この展開特性
の影響を低減することからは、点着液量を高い精度で行
うことで高い測定精度が確保し得るが、検体の吸引吐出
を高い精度で行って点着液量の変動を抑制することは困
難である。
光中心位置にも誤差が発生し、両者のずれが大きくなる
と前述のように検体の展開が不十分で発色程度が低い領
域を測光して測光誤差が大きくなる可能性があるため、
ある程度のずれを許容する点からさらに大きく検体を展
開させて余裕を持たせる必要がある。この点からも点着
液量が増大しているもので、例えば、重篤な病人、老
人、子供等から多量の検体を採取すると検査負担が大き
くなり、また、小動物等では採取不能な量となる場合が
ある。
(A)には分析スライド状の乾式分析素子1の断面を示
し、フィルム状の分析素子片2が中央部に円孔が開口さ
れたマウント3によって挾持されてなる。分析素子片2
は、透光性支持体の上に試薬を含有した少なくとも1層
の試薬層を有し、その上側に展開層が設けられている。
そして、図7(B)は、乾式分析素子1に十分な液量の検
体による点着がなされた際の展開発色状態の平面図を示
し、クロスハッチングで示す検体の発色領域P1は大き
い。これに対して、図7(C)は、少ない液量の検体によ
る点着がなされた際の展開発色状態の平面図を示し、ク
ロスハッチングで示す検体の発色領域P2は小さい。
の光学濃度変化を測定する従来の測光ヘッド50の一例
は、図8に概略機構を示すように、乾式分析素子1の測
定項目の反射光学濃度測定に適した照射光を導いて分析
素子片2の支持体面(測定面)に垂直に入射させる光フ
ァイバ51と、該光ファイバ51から出射された照射光
を集光する集光レンズ52と、測定面から反射された反
射光を受光する両側に配設された受光器53(光セン
サ)とを備えてなる。上記測光ヘッド50により、所定
半径の測定用スポット光54を乾式分析素子1の発色部
分に照射して反射光から光学濃度変化を測定し、この光
学濃度から、あらかじめ求めておいた光学濃度と所定の
生化学物質の物質濃度または活性値との対応を表わす検
量線を用いて換算し、検体中の所定の生化学物質の物質
濃度(含有量)または活性値を求めるものである。
分布は図9に示すようになる。曲線C1が点着液量が多
い図7(B)の発色領域P1に対応する発色濃度分布であ
り、曲線C2が点着液量が少ない図7(C)の発色領域P
2の発色濃度分布であり、点着された中心部から展開し
た周辺部になるに従ってほぼ一定の発色濃度を有し、周
辺部で濃度が低下するような濃度分布特性を有してい
る。曲線Rは測光感度分布であり、中心部の感度が高く
スポット径を越えると急激に感度が低下する特性を有す
る。
有するものに対し、これより径の小さいスポット光を照
射すると、測光範囲の全体で安定した濃度分布を有して
発色濃度に正確に対応した反射光量が測定でき、その濃
度測定は良好に行える。一方、曲線C2のように狭い発
色領域のものに対し、これより径の大きいスポット光を
照射して測定すると、発色領域より外側の発色していな
いが縁部の濃度が低下する部分の大きな反射光量を測定
することになって、この検体による発色濃度と相関性の
ない部分からの大きな反射光による大きな測定誤差を含
むことになり、実質的に濃度変化の測定が行えず定量分
析が不能となり、常に曲線C1のような広い発色濃度分
布となるように検体の点着を行う必要がある。これに伴
い、点着する検体液量を確保しなければならないと共
に、点着位置と測光位置とのずれが大きくならないよう
に特に点着位置を管理しなければならない問題がある。
の関係を示すグラフであり、点着液量が増大すると展開
範囲が拡大すると共に、点着位置における検体量が増大
して発色濃度が高くなる。つまり、同じ検体で同一測光
範囲でも、測光濃度Dは、液量がa点における値より、
液量が増大したb点における値が高くなって、両者の測
光濃度Dに液量差b−aに対応する誤差dが発生するこ
とになる。この誤差dを小さくして測定精度を高めるた
めには、点着液量を高い精度で一定に行う必要がある。
り、生化学分析用の乾式分析素子への点着液量および点
着位置に関係なく検体組成に対応した光学濃度変化を高
精度に測定できるようにした乾式分析素子の測定方法を
提供することを目的とするものである。
測定方法は、試薬層を有する乾式分析素子に検体を点着
し、検体と試薬層との反応に伴う発色による光学濃度変
化を光学的に測定し、その測定光学濃度に基づいて検体
中の物質濃度または活性値を求める乾式分析素子の測定
方法において、前記乾式分析素子の発色領域のほぼ中央
を直線的に光学読み取り装置で走査して光学濃度変化を
測定し、一次元の発色濃度分布を得ると共に、前記発色
領域のほぼ中央の展開長さを光学読み取り装置で測定
し、前記発色濃度分布の濃度積算値と前記展開長さの情
報に基づいて前記物質濃度または活性値を求めることを
特徴とするものである。
法は、乾式分析素子の発色領域のほぼ中央を直線的に光
学読み取り装置で走査して光学濃度変化を測定し、一次
元の発色濃度分布を得ると共に、この発色濃度分布から
読み取った濃度勾配より前記発色領域の端部の位置を計
算し、前記発色領域のほぼ中央の展開長さを求め、前記
発色濃度分布の濃度積算値と前記展開長さの情報に基づ
いて前記物質濃度または活性値を求めることを特徴とす
るものである。
法は、乾式分析素子の発色領域を二次元光学読み取り装
置で走査して光学濃度変化を測定し、二次元の発色濃度
分布を得ると共に、前記発色領域の展開面積を光学読み
取り装置で測定し、前記発色濃度分布の濃度積算値と前
記展開面積の情報に基づいて前記物質濃度または活性値
を求めることを特徴とするものである。
法は、乾式分析素子の発色領域を二次元光学読み取り装
置で走査して光学濃度変化を測定し、二次元の発色濃度
分布を得ると共に、この発色濃度分布から読み取った濃
度勾配より前記発色領域の端部の位置を計算し、前記発
色領域の展開面積を求め、前記発色濃度分布の濃度積算
値と前記展開面積の情報に基づいて前記物質濃度または
活性値を求めることを特徴とするものである。
た乾式分析素子の光学濃度変化を測定する際に、発色領
域の濃度分布を一次元または二次元で測定すると共に、
展開長さ(一次元)または展開面積(二次元)を直接ま
たは濃度勾配から計算した縁部に基づいて求め、一次元
または二次元濃度分布の積算値および展開長さまたは展
開面積に基づいて検体の物質濃度または活性値を求める
ことで、測光時の走査が発色範囲外にかかっても測定精
度が低下することなく濃度測定が行え、検体の点着液量
の多少および点着位置精度の影響を受けることなく、良
好な測定精度が得られ、微量の検体で測定でき、液量依
存による誤差が少なく、点着位置に左右されない。これ
により、測定方法が簡易化でき、使いやすさとコスト低
減が図れる。
に沿って説明する。図1は本発明の一つの実施の形態に
係る乾式分析素子の測定方法に使用する測光ヘッドの概
略構成図、図2は概略斜視図である。
1は、図7に示したように、略正方形状または矩形状を
有する平板状に形成されたフィルム状の分析素子片2が
マウント3で挟持されてなる分析スライドである。具体
的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリ
スチレン等の有機ポリマシート等のプラスチックシート
からなる光透過性の支持体上に試薬層を塗布または接着
等により設け、この上に展開層をラミネート法等により
積層したものであり、自動操作のために、上記分析素子
片2を有機ポリマー製のマウント3で支持して分析スラ
イドとしている。
インダまたは多孔性層の中にアナライトに選択的に反応
する検出試薬および発色反応に必要な試薬(化学分析試
薬または免疫分析試薬)成分が含まれる少なくとも1つ
の層で構成されている。また、上記展開層は外部との間
で擦れに強い材料例えばポリエステル等の合成繊維から
なる織物布地や編み物布地、天然繊維と合成繊維との混
紡による織物布地、編み物布地、不織布等もしくは紙か
ら構成されて保護層として機能すると共に、この展開層
上に点着された検体を試薬層上に一様に供給し得るよう
に展延する。この乾式分析素子1は、測定項目別に異な
る試薬層を有するものが形成される。
ては、未使用の乾式分析素子1を収容しているカートリ
ッジがサプライヤに格納され、搬送手段によってサプラ
イヤより測定項目に対応するカートリッジから乾式分析
素子1を取り出す。この乾式分析素子1の試薬層に所定
量の検体が点着される。この点着は、点着手段の点着用
ノズルの先端にノズルチップを装着した後、検体収容手
段の所定サンプル容器上に移動させてノズルチップの先
端を検体に浸漬し、該ノズルチップ内に所定量の検体を
吸引する。そして、この点着用ノズルを乾式分析素子1
上の中心に移動させ、次いで点着用ノズルを下動させ
て、ノズルチップから乾式分析素子1の試薬層上に検体
を所定量だけ滴下する。滴下された検体は展開拡散さ
れ、試薬と混合する。点着後の乾式分析素子1はインキ
ュベータのセルに挿入され、所定のインキュベーション
により所定温度に加熱されると試薬層が呈色反応(色素
生成反応)を生起して発色する。そして、呈色反応中の
所定時間毎もしくは所定時間経過後に、この呈色反応に
より発色した色素の光学濃度を、図1および図2に示す
ような一次元光学読み取り装置10で測定する。
素子1と検体中のアナライトとの呈色反応による光学濃
度を測定するための測光ヘッド11を有する。この測光
ヘッド11は、所定波長の光を含む測定用照射光を光フ
ァイバ26,27を使用して両側方から斜めに乾式分析
素子1の支持体を透過し試薬層に照射し、反射光を光学
系を介して光検出素子による受光器14で検出する。
らの光がレンズ22、干渉フィルタ23およびレンズ2
5を介して2本の光ファイバ26,27の一端部に入射
され、この光ファイバ26,27が測光ヘッド11の両
側部に導かれて、他端部の出射レンズ28で上記光が乾
式分析素子1に照射される。前記フィルタ23は、検査
項目に対応する複数種類のものが円板24に設置され、
該円板24をモータ(図示せず)よって回転して測定項
目に対応する所定の特性のフィルタ23を選択するよう
になっている。反射光は集光レンズ12で集光され、ア
パーチャ13を介して中心部分の光を受光器14(光セ
ンサ)で受光して光学濃度(光量)を測定する。
方向Xに移動させ、この走査方向Xに直交する乾式分析
素子1の幅方向のほぼ中央部すなわち発色部分のほぼ中
央部の濃度を直線状に測定走査する。これにより、乾式
分析素子1の発色領域P1,P2のほぼ中央を直線的に
一次元光学読み取り装置10で走査して光学濃度変化を
測定し、図3に示すような一次元の発色濃度分布C1,
C2を得る。また、前記発色領域のほぼ中央の展開長さ
Lを一次元光学読み取り装置10で測定し、濃度分布の
幅を求める。
開長さLの情報に基づいて、検体中の物質濃度または活
性値を求める。つまり、試薬層からの反射光は試薬層中
で生成された色素量に応じた光情報(具体的には光量)
を担持しており、この光情報を担持した反射光が測光ヘ
ッド11の受光器14に入射して光電変換され、アンプ
を介して判定部に送出される。
定値濃度分布C1は、図7(B)の点着液量が多い発色領
域P1のほぼ中央を走査した各走査位置での測光濃度例
で、図3(B)の測定値濃度分布C2は、図7(C)の点着
液量が少ない発色領域P2のほぼ中央を走査した各走査
位置での測光濃度例である。また、濃度分布測定と同時
に各測光濃度を積算した濃度積算値Q(積分値)は、濃
度分布曲線C1,C2で囲まれた面積に相当する。さら
に、濃度分布の幅が展開長さLとなる。
値Qと展開長さLに基づいて検体の物質濃度または活性
値を求めるものであるが、基本的には上記積算値Qを展
開長さLで除した測光濃度値D=(Q/L)すなわち平均
濃度を求め、この測光濃度値Dから、あらかじめ求めて
おいた濃度値Dと所定の生化学物質の物質濃度または活
性値との対応を表わす検量線を用いて換算し、検体中の
所定の生化学物質の物質濃度(含有量)または活性値を
求めるものである。なお、上記測光濃度値Dを求める場
合には、展開特性、展開長さなどに応じて設定された補
正係数で補正し、点着量等に応じた補正を行い、物質濃
度に対応する光学濃度変化に対応した濃度値が得られる
ようにするのが好ましい。
行うほぼ中心位置とは、通常は点着位置に対応する位置
であり、実際に点着された位置と微小量ずれても測定精
度への影響は少ないと考えられる。
との関係を示すグラフであり、前述のように点着液量が
増大すると展開範囲が拡大すると共に、点着位置におけ
る検体量が増大して発色濃度が高くなる。これに伴い、
前記測光濃度分布の濃度積算値Qおよび展開長さLは、
液量の増大に対応して大きな値となる。そして、濃度積
算値Qを展開長さLで除した測光濃度値D=(Q/L)
は、傾きが小さくなり液量変動に対する誤差が少なくで
きる。つまり、液量がa点における測光濃度値Dと、液
量が増大したb点における測光濃度値Dとの、液量差b
−aに対応する誤差dが、図10の従来の測定方法のも
のに対して小さくなり、点着液量の精度に対する要求が
低減する。
長さLを、一次元光学読み取り装置10で測定した発色
濃度分布から読み取った濃度勾配より前記発色領域の端
部の位置を計算し、前記発色領域のほぼ中央の展開長さ
を求めるものである。
光学読み取り装置10で読み取った発色領域の濃度分布
C3において、端部の濃度分布の変化が、徐々に濃度が
低下して展開長さを求めるための境界部分が明確でない
場合に、濃度が大きく低下する部分の濃度勾配を求め、
この濃度勾配を破線で示すように延長して基準線と交差
する部分を濃度0点位置として展開長さLを求めるもの
である。この発色濃度分布の濃度積算値Qと前記展開長
さLの情報に基づいて、前記と同様に、物質濃度または
活性値を求める。
る二次元光学読み取り装置100を示し、発色領域の二
次元濃度分布を測定する。
ッド11の反射光読み取り部が異なるほかは図2と同様
に設けられている。すなわち、光照射部分は、光源21
からの光がレンズ22、干渉フィルタ23およびレンズ
25を介して2本の光ファイバ26,27の一端部に入
射され、この光ファイバ26,27が測光ヘッド11の
両側部に導かれて、他端部の出射レンズ28で上記光が
乾式分析素子1に照射される。反射光はレンズ15を介
してラインセンサによる受光器16で受光されて光学濃
度(光量)を測定する。
方向Xに移動させ、乾式分析素子1の発色領域の全体を
測定走査する。これにより、乾式分析素子1の発色領域
の全体を二次元光学読み取り装置100で走査して光学
濃度変化を測定し、二次元の発色濃度分布(図示しない
が図3(B)と同様な分布曲線となる)を得る。また、こ
の濃度測定と同時に発色領域の展開面積を二次元光学読
み取り装置100で測定する。すなわちラインセンサに
よる受光器16での受光長さを検出し、その累積から展
開面積を求める。二次元発色濃度分布の濃度積算値と展
開面積の情報に基づいて、予め設定されている検量線に
より物質濃度または活性値を求める。
響を補正する。つまり、この図5における測光濃度分布
の濃度積算値Qは走査した発色領域全体の濃度積算値と
なり、展開長さLは展開面積となり、ほぼ同様な特性で
液量の増大に対して変化する。
光濃度値Dが、前記と同様に傾きが小さくなり液量変動
に対する誤差dが小さくできる。
面積を、前記図4の場合と同様に、二次元光学読み取り
装置100で測定した発色濃度分布から読み取った濃度
勾配より前記発色領域の端部の位置を計算し、これに基
づいて発色領域の展開面積を求めるものである。
ける受光器としては、ラインセンサ16に代えて面セン
サ(イメージセンサ)を使用してもよく、その際には乾
式分析素子1を走査方向に移動させずに発色部分の濃度
分布の測定が行える。
析素子1としては、前記マウントを有するスライドタイ
プのほか、マウントを有しない分析素子片による乾式分
析素子、濾紙タイプの乾式分析素子等のものが適用可能
である。
の測定方法に使用する一次元光学読み取り装置の測光ヘ
ッド部分の概略構成図
図
値と展開長さと共に示すグラフ
に使用する二次元光学読み取り装置の概略斜視図
面図
測光ヘッドの概略機構図
布を示す図
す図
Claims (4)
- 【請求項1】 試薬層を有する乾式分析素子に検体を点
着し、検体と試薬層との反応に伴う発色による光学濃度
変化を光学的に測定し、その測定光学濃度に基づいて検
体中の物質濃度または活性値を求める乾式分析素子の測
定方法において、 前記乾式分析素子の発色領域のほぼ中央を直線的に光学
読み取り装置で走査して光学濃度変化を測定し、一次元
の発色濃度分布を得ると共に、前記発色領域のほぼ中央
の展開長さを光学読み取り装置で測定し、 前記発色濃度分布の濃度積算値と前記展開長さの情報に
基づいて前記物質濃度または活性値を求めることを特徴
とする乾式分析素子の測定方法。 - 【請求項2】 試薬層を有する乾式分析素子に検体を点
着し、検体と試薬層との反応に伴う発色による光学濃度
変化を光学的に測定し、その測定光学濃度に基づいて検
体中の物質濃度または活性値を求める乾式分析素子の測
定方法において、 前記乾式分析素子の発色領域のほぼ中央を直線的に光学
読み取り装置で走査して光学濃度変化を測定し、一次元
の発色濃度分布を得ると共に、この発色濃度分布から読
み取った濃度勾配より前記発色領域の端部の位置を計算
し、前記発色領域のほぼ中央の展開長さを求め、 前記発色濃度分布の濃度積算値と前記展開長さの情報に
基づいて前記物質濃度または活性値を求めることを特徴
とする乾式分析素子の測定方法。 - 【請求項3】 試薬層を有する乾式分析素子に検体を点
着し、検体と試薬層との反応に伴う発色による光学濃度
変化を光学的に測定し、その測定光学濃度に基づいて検
体中の物質濃度または活性値を求める乾式分析素子の測
定方法において、 前記乾式分析素子の発色領域を二次元光学読み取り装置
で走査して光学濃度変化を測定し、二次元の発色濃度分
布を得ると共に、前記発色領域の展開面積を光学読み取
り装置で測定し、 前記発色濃度分布の濃度積算値と前記展開面積の情報に
基づいて前記物質濃度または活性値を求めることを特徴
とする乾式分析素子の測定方法。 - 【請求項4】 試薬層を有する乾式分析素子に検体を点
着し、検体と試薬層との反応に伴う発色による光学濃度
変化を光学的に測定し、その測定光学濃度に基づいて検
体中の物質濃度または活性値を求める乾式分析素子の測
定方法において、 前記乾式分析素子の発色領域を二次元光学読み取り装置
で走査して光学濃度変化を測定し、二次元の発色濃度分
布を得ると共に、この発色濃度分布から読み取った濃度
勾配より前記発色領域の端部の位置を計算し、前記発色
領域の展開面積を求め、 前記発色濃度分布の濃度積算値と前記展開面積の情報に
基づいて前記物質濃度または活性値を求めることを特徴
とする乾式分析素子の測定方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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