JP2005291727A - 生化学分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、測定容器内で試薬と検体を反応させ検体の生化学分析を行なう生化学分析装置に関し、検体や試薬等の試料液を発泡等を避けながら正確な量だけ分注する。
【解決手段】
プローブがキュベット内に試薬あるいは検体を吐出するにあたり、吐出終了時のプローブの下端がキュベット内の吐出終了時の液面高さに応じた高さとなるようにプローブの高さ位置を制御する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、測定容器内で試薬と検体を反応させ検体の生化学分析を行なう生化学分析装置に関する。

人体の血液、尿、便等を検体とし、キュベットと呼ばれる透明の測定容器内にこの検体と試薬を注入して反応させ、その検体と試薬とからなる試料液の反応による呈色を光学的に測定することにより検体の生化学分析を行なう生化学分析装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

キュベット内に検体や試薬を注入するには、その検体や試薬を検体容器や試薬容器から吸入してキュベットに分注する中空のプローブを備え、その中空のプローブに検体や試薬を吸入させて分注する構成が採用される（特許文献２参照）。
米国特許第４４５１４３３号公報 特許第３２４７４７１号公報

上掲の特許文献２には、検体あるいは試薬等の試料液をキュベットに分注するにあたり、プローブ（ノズル）の先端とキュベット（反応セル）の底面との間が最適距離となるようにプローブ（ノズル）の高さ位置を調整して分注することが提案されている。この特許文献１中には、分注量が５μｌ（マイクロリットル）未満であれば最適距離を実質的に零とし、分注量が５μｌ以上であれば１ｍｍ乃至２ｍｍの範囲の所定の距離とする、分注量が微量（５μｌ以下）である場合、ノズルの先端から吐出された試料は、先端と接触している反応セルの底面をつたって反応セルに分注される、一方、分注量が多量（５μｌ以上）である場合、先端から吐出された試料は自重で反応セルに落下し分注される、ここで、先端は、反応セルの底面と所定の距離だけ離してあるので、分注された試料がノズルに付着することはない、と記載されている。

この特許文献２にはキュベット（反応セル）の内径寸法は記載されておらず、キュベット（反応セル）内に分注された試料液の高さとプローブ（ノズル）の先端高さとの関係は不明であるが、プローブ（ノズル）の先端が分注後の試料液中に入り込んでいるとそのプローブ（ノズル）に試料液を分注したときに空気も試料液容器に吐出されることになって試料液の飛散が生じたり試料液中に泡が発生するおそれがある。あるいは、プローブ（ノズル）の先端高さが分注後のキュベット（反応セル）に試料液の液面よりも高い場合、分注した試料液が水滴になってプローブ（ノズル）の先端に付いたままとなってしまうおそれがあり、分注量の誤差要因となる。

本発明は、上記事情に鑑み、検体や試薬等の試料液を発泡等を避けながら正確な量だけ分注することのできる機能を備えた生化学分析装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の生化学分析装置は、測定容器内で試薬と検体を反応させ検体の生化学分析を行なう生化学分析装置において、試薬あるいは検体を吸引および吐出する吸引吐出手段と、その吸引吐出手段が測定容器内に試薬あるいは検体を吐出するにあたり、吐出終了時の吸引吐出手段の下端が測定容器内の吐出終了時の液面高さに応じた高さとなるように吸引吐出手段の高さ位置を制御する吸引吐出手段昇降制御部とを備えたことを特徴とする。

尚、上記の「吐出終了時の吸引吐出手段の下端」は、吐出終了時点について言及したものである。

ここで、本発明の生化学分析装置において、試薬と検体の保管された位置から吸引して、測定容器のある吐出位置まで吸引吐出手段を移動させる手段を有していることが好ましい。

また、本発明の生化学分析装置において、上記吸引吐出手段昇降制御部は、測定容器内に既に試薬あるいは検体がある場合には、分注しようとしている試薬または検体の測定容器への分注が終了した時点の液面高さと一致する高さ位置で、吸引吐出手段を停止させることが好ましい。

本発明の生化学分析装置は、測定容器内の吐出終了時の液面高さを意識して吐出終了時の吸引吐出手段の下端をその吐出終了時の液面高さに応じた高さ位置となるように制御するものであるため、吸引吐出手段先端に水滴を残したり泡が発生することが防止され、泡の発生を避けつつ正確な量の分注が可能となる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、生化学分析装置の一実施形態を示す概要図である。

この生化学分析装置１００には、ターンテーブル１１０が備えられており、そのターンテーブル１１０には、多数のキュベット２０が円状に配置されている。

そのターンテーブル１１０の周囲には、検体供給部１２０、検体サンプリング部１３０、試薬保管部１４０、試薬サンプリング部１５０、撹拌部１６０、反応部１７０、および洗浄部１８０が配備されている。

検体供給部１２０には、多数の検体（例えば人体の血液、尿、便等）が各容器に入って配列されており、検体サンプリング部１３０には、その容器から検体を吸引してターンテーブル１１０上の多数の測定容器としてのキュベット２０のうちのあらかじめプログラムされたキュベットに注入する検体ピペット１３１が備えられている。この検体ピペット１３１は、回転軸１３２を中心にして、検体供給部１２０と、洗浄部１３３と、ターンテーブル１１０上のキュベット２０との間で往復回動し、検体供給部１２０に配列された検体容器から検体を吸引してその検体をターンテーブル１１０上のキュベット２０に注入し、洗浄部１３３で次の検体の吸引のために洗浄される。

また、試薬保冷庫１４０は、試薬が入った試薬容器１４１を収容して所定の冷却温度に保冷するものであり、また、その試薬保冷庫１４０の上蓋１４２には吸入口１４３が設けられている。その試薬保冷庫１４０内の試薬容器１４１はターンテーブル上に置かれていて回転自在となっており、所望の試薬の入った試薬容器が吸入口１４３の下に配置されるようにそのターンテーブルが回転する。試薬サンプリング部１５０には、試薬ピペット１５１が備えられており、その試薬ピペット１５１は、回転軸１５２を中心にして、試薬保冷庫１４０の吸引口１４３と、洗浄部１５３と、ターンテーブル１１０上のキュベット２０との間で往復回動し、試薬ピペット１５１の先端のプローブ（図示せず）を試薬保冷庫１４０の上蓋１４２の吸入口１４３に挿入してその下にある試薬容器１４１内の試薬を吸引し、その試薬をターンテーブル１１０上のキュベット２０に注入し、洗浄部１５３で次の試薬の吸引のために洗浄される。

撹拌部１６０には、先端に棒状の撹拌子（図示せず）を備えた攪拌器１６１が備えられている。この撹拌器１６１は、回転軸１６２を中心にして、ターンテーブル１１０上のキュベット２０と洗浄部１６３との間で往復回動し、キュベット２０内に撹拌子を挿入してそのキュベット２０内に注入されている検体と試薬を撹拌、混合し、洗浄部１６３ではその先端の撹拌子が次のキュベットが撹拌、混合のために洗浄される。

反応部１７０には、キュベット２０内の撹拌、混合された検体と試薬とからなる試料液の呈色反応の濃度検出のための測定を行なう測定器（図示せず）が配置されており、これにより検体の生化学分析が行なわれる。

さらに洗浄部１８０では、ターンテーブル１１０上の反応部１７０における測定の終了したキュベット２０が洗浄され、次の検体の生化学分析のために再利用される。

図２は、図１の生化学分析装置の動作シーケンス例を示す図である。

図２（Ａ）は、一般的な生化学分析を行なうときの動作シーケンスであり、先ず、ターンテーブル１１０上のあるキュベット２０に試薬１が分注され、そのまま５分間、所定の温度に安定するよう温度調節が行なわれる。次いでその同じキュベット２０に検体が分注され、さらに試薬２が分注され、撹拌されて測定が行なわれ、最後にそのキュベット２０が洗浄される。この間約１０分ほどの時間がかかる。このような動作シーケンスが、ターンテーブル１１０に載っている多数のキュベット２０について並列的に実行される。

図２（Ｂ）は、便潜血測定時の動作シーケンスである。この場合、順に試薬１分注、検体分注、試薬２分注が行なわれ、撹拌、測定、洗浄が行なわれて、１検体あたり約６分で終了する。この場合も、ターンテーブル１１０に載せられている多数のキュベット２０について、この動作シーケンスが並行的に実行される。

図１の生化学分析装置１００には、図２（Ａ），（Ｂ）に例示するような動作シーケンスが複数用意されており、その目的に応じて適切な動作シーケンスに切り替えられる。図１の生化学分析装置１００では、動作シーケンスの切り替えは、オペレータによる手動操作で行われるが、その他にも、検体の種類に応じた検体容器を用い、その検体容器の種類を検出して動作シーケスを切り替えるようにしてもよい。

図３は、図１に示す生化学分析装置１００の、検体サンプリング部１３０に検体ピペット１３１として示した、あるいは試薬サンプリング部１５０に試薬ピペット１５１として示した試料分注装置の構成図である。

この試料分注装置２００には、吸引吐出手段としてのプローブ２１０と、シリンジ２２０と、洗浄液タンク２３０と、循環ポンプ２４０と、電磁弁２５０とが備えられており、プローブ２１０とシリンジ２２０との間は可撓性のチューブ２６０で接続され、洗浄液タンク２３０から循環ポンプ２４０および電磁弁２５０を経由してシリンジ２２０に至る経路は、配管２７０で洗浄液の流路が形成されている。

ここで、プローブ２１０は、試料液（試薬あるいは検体）を吸引、吐出するものであり、ＸＹＺロボット２１５によりその水平面上の位置（Ｘ，Ｙ）と高さ位置（Ｚ）が制御される。またこのプローブ２１０には、プローブ２１０の先端が液面に接したことを検出する液面検出部２１６が接続されている。またシリンジ２２０は、シリンジモータ２２５によりピストン２２１が駆動されることにより、プローブ２１０に、制御された量の試料液（試薬あるいは検体）を吸引および吐出させるものである。

洗浄液タンク２３０には洗浄液（ここでは純水）が収容されており、循環ポンプ２４０は、洗浄液タンク２３０内の洗浄液を、配管２７０、シリンジ２２０、チューブ２６０を経由してプローブ２１０に送液する。

ここで、循環ポンプ２４０とシリンジ２２０との間には、配管２７０による洗浄液の流路を開閉する電磁弁２５０が配備されている。

ＸＹＺロボット２１５、シリンジモータ２２５、電磁弁２５０および循環ポンプ２４０の動作および動作タイミングは、後述する制御部（図４参照）により制御される。

図４は、図３に示す試料分注装置の制御系統図である。

図１に示す生化学分析装置１００の全体の制御を担うホスト制御部（図示せず）から、入力部２９０を介して、図３に示す試料分注装置の制御を担う制御部２８０に向けて、この試料分注装置２８０の動作に必要な制御情報が入力され、この制御部２８０は、その制御情報に従って、図３にも示すＸＹＺロボット２１５、電磁弁２５０、シリンジモータ２２５および循環ポンプ２４０の動作および動作タイミングを制御する。ＸＹＺロボット２１５はプローブ２１０（図３参照）の位置と高さを制御し、電磁弁２５０は、その電磁弁２５０に備えられ開閉弁を制御することにより配管２７０による洗浄液の流路を開閉する。また、シリンジモータ２２５は、シリンジ２２０のピストン２２１を制御してプローブ２１０への試料液の吸入、吐出を制御する。さらに循環ポンプ２４０は、洗浄液タンク２３０内の洗浄液の送液を制御する。また、液面検出部２１６では、プローブ２１０の先端が試料液の液面に接触したか否かが検出され、その検出結果が制御部２８０に入力される。

図５は、図４の制御部による、図３の試料分注装置の制御シーケンスを示す図である。ここでは、図３および図４も合わせて参照しながら説明する。

先ずＸＹＺロボット２１５によりプローブ２１０が洗浄位置に移動される（ステップＳ１１）。

図１に示すように、検体サンプリング１３０、試薬サンプリング１５０のそれぞれについて洗浄部１３３，１５３が設けられている。

次いで、循環ポンプ２４０により洗浄液が送液されてプローブ２１０に送り込まれ、プローブ２１０先端から吐出されてプロープ２１０が洗浄される（ステップＳ１２）。その後、電磁弁２５０による開閉弁が閉じられて配管２７０による洗浄液の流路が遮断される（ステップＳ１３）。

さらにその後、シリンジモータ２２５が動作し、ピストン２２１を動かしてプローブ２１０から洗浄液をさらに吐出させ（ステップＳ１４）、次いで、シリンジモータ２２５によりピストン２２１を逆方向に動かして、洗浄液と試薬との混合を避けることを目的とした中間空気層形成のためにプローブ２１０の先端部分に空気を吸引する（ステップＳ１５）。この空気層の、プローブ２１０の長手方向の寸法は５ｍｍ程度である。

次いで、ＸＹＺロボット２１５により、試料液を吸引するための吸引位置（図１の検体供給部１２０あるいは試料保冷庫１４０）にプローブ２１０を移動し（ステップＳ１６）、プローブ２１０を下げて行って途中で試料液の液面が検出されると（ステップＳ１７）、その液面高さを基準にしてプローブ２１の高さを決定し、シリンジモータ２２５を動作させて試料を吸引する（ステップＳ１８）。

次いで、ＸＹＺロボット２１５により、プローブ２１０を今度は吐出位置（図１の生化学分析装置１００のターンテーブル１１０上のキュベット２０）に移動させる（ステップＳ１９）。このとき、そのキュビット２０の内寸法、そのキュベット２０に既に試薬や検体が分注された状態にあるか否か、分注された状態にあるときのその液面の高さ位置は、既に分かっており、また、今回分注しようとしている試料液の量も分かっており、プローブ２１０は、その先端が今回分注しようとしている試料液のそのキュベット２０への分注が終了した時点の液面高さと同一の高さ位置となるように高さ位置が調整される。

次いで、シリンジモータ２２５が動作しピストン２２１を動かして、プローブ２１０内の試料液がそのプローブ２１０からキュベット２０内に吐出される（ステップＳ２０）。

図６は、試料吐出後の液面高さとプローブ先端の高さとの位置関係を示す図である。

プローブ２１０からキュベット２０に試料液を吐出した後のキュベット２０の液面高さ２１とプローブ２１０の先端２１１の高さを一致させている。

このように、プローブ２１０の先端は、その試料液の吐出が終了した時点における液面高さと同じ高さ位置にあるため、プローブ２１０の先端に試料液が水滴となって付着したままになるのを避けることができる。このプローブ２１０から試料液を吐出する際、シリンジ２２０のピストン２２１のバックラッシュ補正等のために、ステップＳ１５で吸引した空気層の空気もある程度（例えば２マイクロリットル程度）吐出されるが、プローブ２１０の先端がキュベット２０内の試料液中に浸漬していると空気の吐出により試料が飛散したり試料中に泡が発生するおそれがある。これに対し、ここでは、プローブ２１０はキュベット２０内の試料液中には浸漬されておらず、試料液の飛散が防止され、試料液中への空気の泡の発生も防止される。したがって、プローブ２１０からキュベット２０への試料の分注量の精度を高精度に保つことができる。

図５に戻って説明を続ける。

プローブ２１０からキュベット２０への試料の吐出（分注）（ステップＳ２０）が終了すると、今度はＸＹＺロボット２１５によりプローブ２１０が再び洗浄位置に移動され（ステップＳ２１）、電磁弁２５０が動作しその開閉弁が開かれて配管２７０による洗浄液の流路が形成され（ステップＳ２２）、さらに循環ポンプ２４０が動作して、洗浄液タンク２３０中の洗浄液２３０が、配管２７０、シリンジ２２０、チューブ２６０およびプローブ２１０に流入し、プローブ２１０の先端から洗浄液を流し出してプローブ２１０が洗浄される（ステップＳ２３）。その後、電磁弁２５０により洗浄液の流路が断たれ（ステップＳ１３）、今度はシリンジモータ２２５による、プローブ２１０の先端からの洗浄液吐出が行なわれる（ステップＳ１４）。以上の動作シーケンスが繰り返されて、図１の生化学分析装置１００のターンテーブル１１０に並んだ多数のキュベット２０への検体や試薬の分注が行なわれる。

ここで、ステップＳ１２あるいはステップＳ２３において、プローブ２１０内に洗浄液が送り込まれてプローブ２１０の先端から吐出されプローブ２１０が洗浄されているにもかかわらず、ステップＳ１４で洗浄液をさらに吐出させるのは、ステップＳ１３で電磁弁２５０が動作し洗浄液の流路が遮断された瞬間に電磁弁２５０の振動等に起因してプローブ２１０の先端において洗浄液中に空気の泡が混入するからである。これをこのままにして、ステップＳ１４を省いて動作シーケンスを進めると、プローブ２１０に吸引される試料液の吸引量が安定せず、分注量の精度が下がるという問題や、混入した空気の泡がプローブ２１０の先端の内壁面に付着し、そこに試料液が吸引されると、その泡を形成している洗浄液が試料液に混入してしまいその試料液の濃度や量を変化させてしまうという問題が生じる。

そこでここでは上記のステップＳ１４を置き、電磁弁２５０で洗浄液の流路を遮断した後、シリンジモータ２２５を動作させてプローブ２１０の先端から洗浄液をさらに吐出させている。こうすることにより、プローブ２１０の先端の、空気の泡が混入した部分が無くなり、その後、空気層を形成し（ステップＳ１５）、試料液を、高精度に制御された量だけ吸引、吐出することができる。

尚、上記実施形態では図６に示すように、プローブ２１０からキュベット２０に試料液を吐出した後のキュベット２０の液面高さ２１とプローブ２１０の先端２１１の高さを一致させているが、本発明では必ずしも同一高さである必要はなく、プローブ先端が液面高さに応じた高さであって、吐出終了時にプローブ先端に液滴が付いたままになることを避け、かつ、試料液中への発泡を避けることができる範囲内の高さであればよい。

また、本実施の形態では、吸引吐出手段としてプローブ２１を使用しているが、これに限定されるものではなく、ノズル、ノズルチップ等であっても適用が可能である。

さらにまた、本実施の形態では、測定容器をキュベット２０としているが、これに限定されるものではなく、試験管等で測定方法に合った容器であれば適用が可能である。

また、本実施の形態では、攪拌部を必要としているが、検体の分注時に攪拌が十分に行われれば必ずしも必要とはならない。

また、本実施の形態では、キュベット２０に測定を照射し透過光を検出しているが、測定方法に限定されるものではなく、電気的な測定方法等も適用が可能である。

また、本実施の形態では、試薬は液体で分注しているとしているが、これに限定されるものではなく、試薬は粉末状であっても、あらかじめキュベット２０内に入れられてあっても適用が可能である。

生化学分析装置の一実施形態を示す概要図である。 図１の生化学分析装置の動作シーケンス例を示す図である。 試料分注装置の構成図である。 図３に示す試料分注装置の制御系統図である。 図４の制御部による、図３の試料分注装置の制御シーケンスを示す図である。 試料液吐出後の液面高さとプローブ先端の高さとの位置関係を示す図である。

符号の説明

２０ キュベット
１００ 生化学分析装置
１１０ ターンテーブル
１２０ 検体供給部
１３０ 検体サンプリング部
１４０ 試薬保管庫
１５０ 試薬サンプリング部
１６０ 攪拌部
１７０ 反応部
１８０ 洗浄部
２００ 試料分注装置
２１０ プローブ
２１１ 先端
２１５ ＸＹＺロボット
２１６ 液面検出部
２２０ シリンジ
２２１ ピストン
２２５ シリンジモータ
２３０ 洗浄液タンク
２４０ 循環ポンプ
２５０ 電磁弁
２６０ チューブ
２７０ 配管

Claims (3)

1. 測定容器内で試薬と検体を反応させ、該検体の生化学分析を行なう生化学分析装置において、
   試薬あるいは検体を吸引および吐出する吸引吐出手段と、
   前記吸引吐出手段が予め所定量の試薬あるいは検体を吸引した状態で、前記吸引吐出手段が前記測定容器内に試薬あるいは検体を吐出するにあたり、吐出終了時の該吸引吐出手段の下端が該測定容器内の吐出終了時の液面高さに応じた高さとなるように該吸引吐出手段の高さ位置を制御する吸引吐出手段昇降制御部とを備えたことを特徴とする生化学分析装置。
2. 前記試薬と検体の保管された位置から吸引して、測定容器のある吐出位置まで吸引吐出手段を移動させる手段を有していることを特徴とする請求項１記載の生化学分析装置。
3. 前記吸引吐出手段昇降制御部は、前記測定容器内に既に試薬あるいは検体がある場合には、分注しようとしている試薬または検体の該測定容器への分注が終了した時点の液面高さと一致する高さ位置で、前記吸引吐出手段を停止させることを特徴とする請求項１記載の生化学分析装置。

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