JP2007047004A - 反応容器とこの反応容器を用いた分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検体を含む液体試料が微量であっても分析でき、小型化が可能な反応容器と分析装置を提供すること。
【解決手段】検体と試薬とを含む液体試料が分注され、前記液体試料が反応した反応液を保持する反応容器と分析装置。反応容器１０は、反応容器の内壁面に形成され、光を反射する光の反射部１０ｃと、反応容器の外壁面に形成され、反応容器の外部から反射部に光を導き、反射光を導出する光透過部１０ｄとが設けられている。反射部と光透過部は、反応容器の底壁或いは側壁に設けられる。分析装置は、反応容器の反射部に臨界角以上の入射角で光を照射する光源と、反射部によって反射された光を受光する受光素子と、反射部に照射された光の表面プラズモン共鳴の共鳴角から反応液の屈折率を算出し、予め測定しておいた共鳴角における反応液の屈折率と吸光度との関係並びに吸光度と反応液の物質濃度との関係から反応液の物質濃度を求める制御部とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、反応容器とこの反応容器を用いた分析装置に関するものである。

従来、血液等の生体試料（検体）を分析する分析装置は、反応容器に検体と試薬とをそれぞれ分注して反応させ、この反応液の吸光度を光電的に測定することによって反応液中の物質濃度を分析している。このとき、分析装置は、測定機構の簡略化の点で優れていることから反応液を反応容器に入れたままで測光する方式を採用し、種々の反応容器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特公平１−２１４５５号公報

ところで、従来の反応容器は、反応液の吸光度を測定するため直径２〜３ｍｍの光束を反応液に透過させる必要がある。このため、従来の反応容器は、反応液の量を少なくとも数十μＬ必要とし、患者の肉体的負担軽減のための検体の微量化に伴う小型化が難しく、分析装置の小型化も難しいという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、検体を含む液体試料が微量であっても分析でき、小型化が可能な反応容器と分析装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に係る反応容器は、検体と試薬とを含む液体試料が分注され、前記液体試料が反応した反応液を保持する反応容器であって、前記反応容器の内壁面に形成され、光を反射する光の反射部と、前記反応容器の外壁面に形成され、前記反応容器の外部から前記反射部に光を導き、反射光を導出する光透過部と、を設けたことを特徴とする。

また、請求項２に係る反応容器は、上記の発明において、前記反射部と前記光透過部は、前記反応容器の底壁に設けられることを特徴とする。

また、請求項３に係る反応容器は、上記の発明において、前記反射部と前記光透過部は、前記反応容器の側壁に設けられることを特徴とする。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項４に係る分析装置は、容器に保持された検体と試薬とを含む液体試料を反応させ、反応液を分析する分析装置であって、前記反応容器の前記光透過部に光を導入し、前記反射部に臨界角以上の入射角で光を照射する光源と、前記反射部によって反射された光を受光する受光素子と、前記反射部に照射された光の表面プラズモン共鳴の共鳴角から前記反応液の屈折率を算出し、予め測定しておいた前記共鳴角における前記反応液の屈折率と吸光度との関係並びに前記吸光度と前記反応液の物質濃度との関係から前記反応液の物質濃度を求める制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明にかかる反応容器は、光の反射部が内壁面に設けられると共に、外部から前記反射部に光を導き、反射光を導出する光透過部が外壁面に設けられ、この反応容器を用いた本発明の分析装置は、前記反射部に臨界角以上の入射角で光を照射する光源と、前記反射部によって反射された光を受光する受光素子と、前記反射部に照射された光の表面プラズモン共鳴の共鳴角から前記反応液の屈折率を算出し、予め測定しておいた前記共鳴角における前記反応液の屈折率と吸光度との関係並びに前記吸光度と前記反応液の物質濃度との関係から前記反応液の物質濃度を求める制御部とを備え、表面プラズモン共鳴を利用して前記反応液の物質濃度を求めるので、検体を含む液体試料が微量であっても分析でき、小型化が可能であるという効果を奏する。

（実施の形態１）
以下、本発明の反応容器とこの反応容器を用いた分析装置にかかる実施の形態１について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の分析装置の実施の形態１を示す自動分析装置の概略構成図である。図２は、図１の自動分析装置の測光部及び測光部の周辺をターンテーブルを断面にして示す拡大図である。図３は、図１の自動分析装置で使用する本発明の反応容器の斜視図である。図４は、図３の反応容器の正面図である。図５は、図３の反応容器の側面図である。図６は、図３の反応容器の底面図である。

自動分析装置１は、図１に示すように、ターンテーブル２の周囲並びに外縁下部に試料分注部３、試薬分注部４、攪拌部５、測光部６及び洗浄部７が配置され、制御部８と記憶部９を備えている。

ターンテーブル２は、駆動手段２ａによって回転軸２ｂを中心として回転され、外縁側は周方向に沿って反応容器１０が等間隔で配置されている。ターンテーブル２は、図２に示すように、反応容器１０を配置する部分に開口２ｃが形成されている。ここで、ターンテーブル２は、１回転毎に反応容器１０の１個分多く回転する。即ち、図１に示すターンテーブル２は、周方向に１６個の反応容器１０が配置されているが、１回転したときは３６０°ではなく３６０°＋反応容器１０の１個分（＝２２．５°）多く回転する。

試料分注部３は、血清等の生体試料（検体）を反応容器１０に分注する部分であり、分注アーム３ａの先端にプローブが設けられている。

試薬分注部４は、試薬を反応容器１０に分注する部分であり、分注アーム４ａの先端に設けたプローブが所定の試薬容器から試薬を順次反応容器１０に分注する。ここで、試薬分注部４は、図１に示す自動分析装置１では一箇所であるが、二箇所以上に設けて二種類以上の試薬を使用できるようにしてもよい。

攪拌部５は、反応容器１０に分注された検体と試薬とを含む液体試料を攪拌する部分であり、例えば、ターンテーブル２の外縁下部に配置した音波発生素子によって反応容器１０に保持された液体試料を音波によって非接触で攪拌する。

測光部６は、図２に示すように、光源６ａ、受光素子６ｂ及び駆動部６ｃを有している。光源６ａは、反応容器１０の反射部１０ｃにｐ偏光した光を照射する。受光素子６ｂは、反射部１０ｃが反射した光を受光し、吸光度に関する光信号として制御部８に出力する。駆動部６ｃは、光源６ａの向きを変えることにより反射部１０ｃに入射する光の入射角を臨界角以上の角度範囲で連続的に変化させるアクチュエータであり、入射角を高精度に設定し、変更し得る角度ステージ等が使用される。

洗浄部７は、測光終了後の反応容器１０を洗浄液によって洗浄する。洗浄された反応容器１０は、再度、新たな検体の分析に使用される。

制御部８は、試料分注部３、試薬分注部４、攪拌部５、測光部６及び洗浄部７と接続され、例えば、マイクロコンピュータ等が使用される。制御部８は、自動分析装置１の各部の作動を制御する。このとき、制御部８は、駆動部６ｃに出力する駆動信号をもとに反射部１０ｃにおける光の反射率が激減した際の反射部１０ｃへ入射する光の入射角θ（図２参照）を測定する。この入射角θが、表面プラズモン共鳴現象が生じたときの共鳴角θspである。また、制御部８は、測定した共鳴角θspと既知の値から反応液の屈折率を算出し、記憶部９に記憶した校正曲線等から反応液の物質濃度を求める。記憶部９は、予め反応容器１０に分注された検体と試薬との反応液の屈折率と吸光度とに基づいて予め作成された校正曲線や校正表等が記憶されている。

反応容器１０は、光学的に透明な素材から成形され、図２〜図６に示すように、上部に液体試料を保持する凹部１０ａが形成され、幅方向両側に脚部１０ｂが設けられている。また、反応容器１０は、内壁面となる凹部１０ａ上面の長手方向中央に金或いは銀等からなる厚さ数十ｎｍの金属薄膜からなる反射部１０ｃが形成され、外壁面となる凹部１０ａの下面には光透過部１０ｄが設けられている。光透過部１０ｄは、反応容器１０の長手方向に沿って切断した断面形状が三角形のプリズム状に成形され、ターンテーブル２の外縁に沿って湾曲させて形成されている。そして、反応容器１０は、反射部１０ｃと光透過部１０ｄが、測光部６の光源６ａ及び受光素子６ｂと協働して表面プラズモン共鳴センサを構成している。ここで、図４に示す矢印は、ターンテーブル２の回転に伴う、ターンテーブル２に配置した反応容器１０の回転方向を示している。

以上のように構成される自動分析装置１は、ターンテーブル２の回転によって搬送される反応容器１０に試料分注部３が検体を順次分注する。検体が分注された反応容器１０は、ターンテーブル２の回転によって試薬分注部４の近傍へ搬送され、試薬分注部４のプローブから試薬が分注される。そして、試薬が分注された反応容器１０は、攪拌部５において試薬と検体とが攪拌されて反応し、反応液が測光部６で測光されて入射角θと光透過部の屈折率とをもとに反応液中の物質濃度が分析される。そして、分析が終了した反応容器１０は、洗浄部７で洗浄された後、再度検体の分析に使用される。

このとき、反応容器１０は、凹部１０ａ上面の長手方向中央に金属薄膜からなる反射部１０ｃが設けられ、凹部１０ａの下面には光透過部１０ｄが設けられている。また、光源６ａは、駆動部６ｃに駆動され、臨界角以上の角度で入射角θを連続的に変化させながら反応容器１０の反射部１０ｃにｐ偏光した光を照射する。このため、反応容器１０は、自動分析装置１のターンテーブル２に配置すると、測光部６を通過する際に、光源６ａから反射部１０ｃに臨界角以上の入射角θで光が照射される。すると、金属薄膜からなる反射部１０ｃ近傍の反応液中にエバネッセント波が発生し、反射部１０ｃの光透過部１０ｄ側の表面には表面プラズモン波が光のトンネル効果によって励起される。

このとき、エバネッセント波と表面プラズモン波の波数が等しいと、表面プラズモン共鳴現象が生じ、照射光のエネルギーが表面プラズモン波の励起エネルギーとして使用される。このため、表面プラズモン共鳴現象が生じると、共鳴が生じる特定の入射角、即ち、共鳴角θspにおいて、図７に示すように、反射部１０ｃにおける光の反射率が著しく減少する。このとき、共鳴角θspは、反応液の屈折率をｎs、光透過部１０ｄの屈折率をｎp、反射部１０ｃを構成する金属薄膜の誘電率をεとすると、次式で与えられる。
θsp＝sin^-1〔１／ｎp｛（ε×ｎs²）／（ε＋ｎs²）｝^1/2〕……（１）

従って、共鳴角θspを測定すると、反射部１０ｃの誘電率ε，光透過部１０ｄの屈折率ｎpは既知の値であるから、式（１）より反応液の屈折率ｎsを算出することができる。このとき、反応液の屈折率ｎsは、マクスウェルの方程式から媒質の誘電率で規定でき、生体物質による生物化学的反応の進行と媒質の誘電率、従って反応液の物質濃度とは相関関係がある。このため、共鳴角θspにおける反応液の屈折率ｎsと反応液の吸光度との関係並びに吸光度と反応液の物質濃度との関係を予め測定し、校正曲線或いは校正表として測定対象毎に記憶部９に記憶させておく。このようにすると、自動分析装置１は、数μＬ以下の微量な反応液であっても、求めた共鳴角θspにおける反応液の屈折率ｎsをもとに制御部８において反応液の物質濃度を求めることができる。但し、自動分析装置１は、反応液の吸光度と共鳴角θspとの校正曲線を予め測定対象毎に記憶部９に記憶させておき、共鳴角θspをもとに制御部８において反応液の吸光度を求めてもよい。

表面プラズモン共鳴を利用して反応液の物質濃度を求める場合、反応液は数μＬ以下の僅かな量でよいので、凹部１０ａ、従って反応容器１０を小さくすることができ、これにより自動分析装置１を小型化することができる。しかも、反応容器１０は、反応液が数μＬ以下であるため、用いる試薬の量も数μＬ以下と微量でよいので、分析コストを低減することができる。

また、光透過部１０ｄは、反応容器１０の長手方向に沿って切断した断面形状が三角形に成形され、ターンテーブル２の外縁に沿って湾曲させて形成されている。このため、反応容器１０は、ターンテーブル２が回転しても、測光部６と反射部１０ｃとの位置関係が一定に保持されるため、回転させながら反応液を測光することができる。従って、反応容器１０を使用すると、自動分析装置１は、ターンテーブル２を停止させることなく、吸光度や共鳴角θspを連続して測定することができるので、検体の高速処理が可能となり、従って従来と同じ時間で多くの検体を処理することができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の反応容器にかかる実施の形態２について、図面を参照しつつ詳細に説明する。実施の形態１の反応容器は、光透過部が一つであったのに対し、実施の形態２の反応容器は、光透過部が二つ設けられている。図８は、本発明の反応容器の実施の形態２を自動分析装置の測光部及び測光部の周辺をターンテーブルを断面にして示す拡大図である。ここで、以下に説明する反応容器は、実施の形態１の自動分析装置を使用するので、実施の形態１の自動分析装置と同一の校正部分には同一の符号を使用して説明している。

反応容器１２は、図８に示すように、実施の形態１の反応容器１０と同様に構成される凹部１２ａ、脚部１２ｂ及び反射部１２ｃが設けられ、外壁面となる凹部１２ａの下面に光透過部１２ｄが間隔をおいて二箇所に設けられている。各光透過部１２ｄは、反応容器１０の光透過部１０ｄと同様に凹部１２ａ側に反射部１２ｃが設けられ、長手方向に沿って切断した断面形状が三角形に成形されると共に、ターンテーブル２の外縁に沿って湾曲させて形成され、凹部１２ａの下面に形成した孔１２ｅに挿着されている。そして、反応容器１２は、反射部１２ｃと光透過部１２ｄが、測光部６の光源６ａ及び受光素子６ｂと協働して表面プラズモン共鳴センサを構成している。ここで、二つの光透過部１２ｄは、同一としてもよいが、屈折率ｎpや反射部１２ｃの誘電率εを適宜に選択して互いに異ならせると、共鳴角の測定範囲を広くすることができる。

一方、測光部６は、受光素子６ｂに代えて、複数の受光素子が長手方向に沿って並べられた受光素子アレイ６ｄが設けられている。受光素子アレイ６ｄは、複数の受光素子によって二つの光透過部１２ｄの各反射部１２ｃで反射された光を区別すると共に、共鳴角θspにおける光の反射率の著しい減少を検出する。

従って、反応容器１２は、数μＬ以下の微量な反応液であっても、反応容器１０と同様に、各光透過部１２ｄで求めた共鳴角θspにおける反応液の屈折率ｎsをもとに制御部８において反応液の物質濃度を求めることができる。このように、表面プラズモン共鳴現象を利用して反応液の屈折率を算出することから、反応液は僅かな量で良いので、凹部１２ａ、従って反応容器１２も小さくすることができ、これにより自動分析装置１を小型化することができる。また、反応容器１２は、反応液が数μＬ以下であるため、用いる試薬の量も数μＬ以下と微量でよいので、分析コストを低減することができる。

また、光透過部１２ｄは、反応容器１２の長手方向に沿って切断した断面形状が三角形に成形され、ターンテーブル２の外縁に沿って湾曲させて形成されている。このため、反応容器１２は、ターンテーブル２によって回転させながら反応液を測光することができる。従って、反応容器１２を使用すると、自動分析装置１は、ターンテーブル２を停止させることなく、吸光度や共鳴角θspを連続して測定することができるので、検体の高速処理が可能となり、従って従来と同じ時間で多くの検体を処理することができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の反応容器にかかる実施の形態３について、図面を参照しつつ詳細に説明する。実施の形態１の反応容器は、長手方向に沿って切断した断面形状が三角形のプリズム状に光透過部が成形されていたのに対し、実施の形態３の反応容器は、長手方向に沿って切断した断面形状が半円形の光透過部が設けられている。図９は、本発明の反応容器の実施の形態３を自動分析装置の測光部及び測光部の周辺をターンテーブルを断面にして示す拡大図である。

反応容器１４は、図９に示すように、実施の形態１の反応容器１０と同様に構成される凹部１４ａ、脚部１４ｂ及び反射部１４ｃが設けられ、外壁面となる凹部１４ａの下面に光透過部１４ｄが設けられている。光透過部１４ｄは、反応容器１４の長手方向に沿って切断した断面形状が半円形に成形されると共に、ターンテーブル２の外縁に沿って湾曲させて形成されている。そして、反応容器１４は、反射部１４ｃと光透過部１４ｄが、測光部６の光源６ａ及び受光素子６ｂと協働して表面プラズモン共鳴センサを構成している。

一方、測光部６は、図９に示すように、光源６ａの他に、受光素子アレイ６ｄ、集光レンズ６ｅ及びコリメータレンズ６ｆを有している。集光レンズ６ｅ及びコリメータレンズ６ｆは、図９に示すように、反射部１４ｃの光透過部１４ｄ側の面が焦点となる焦点距離を有している。受光素子アレイ６ｄは、複数の受光素子が長手方向に沿って並べられている。測光部６は、集光レンズ６ｅを設けたことにより、反射部１４ｃに入射する入射光には入射角の異なる光が含まれるため、光源６ａの向きを変える駆動部６ｃが不要になる。

但し、測光部６は、反応容器１４の反射部１４ｃで反射された光の反射角、従って反応容器１４の反射部１４ｃに入射する入射角θや共鳴角θspを求めるため、受光素子アレイ６ｄを使用している。即ち、制御部８は、測光部６から入力される受光素子アレイ６ｄ中の受光素子からの出力信号から、反射部１４ｃで反射された光が入射した受光素子の位置を特定し、反射部１４ｃで反射された光の反射角、従って反応容器１４の反射部１４ｃに入射する入射角θや共鳴角θspを求めている。

従って、反応容器１４は、数μＬ以下の微量な反応液であっても、反応容器１０と同様に、共鳴角θspにおける反応液の屈折率ｎsと吸光度とをもとに反応液の物質濃度を求めることができる。このように、僅かな反応液でよいので、凹部１４ａ、従って反応容器１４も小さくすることができ、これにより自動分析装置１を小型化することができる。また、反応容器１４は、反応液が数μＬ以下であるため、用いる試薬の量も数μＬ以下と微量でよいので、分析コストを低減することができる。

更に、光透過部１４ｄは、反応容器１４の長手方向に沿って切断した断面形状が半円形に成形されると共に、ターンテーブル２の外縁に沿って湾曲させて形成されている。このため、反応容器１４は、ターンテーブル２によって回転させながら反応液を測光することができる。従って、反応容器１４を使用すると、自動分析装置１は、ターンテーブル２を停止させることなく、吸光度や共鳴角θspを連続して測定することができるので、検体の高速処理が可能となり、従って従来と同じ時間で多くの検体を処理することができる。

（実施の形態４）
次に、本発明の反応容器にかかる実施の形態４について、図面を参照しつつ詳細に説明する。実施の形態１〜３の反応容器は、反射部と光透過部が反応容器の底壁に設けられているのに対し、実施の形態４の反応容器は、反射部と光透過部が反応容器の側壁に設けられている。図１０は、本発明の反応容器の実施の形態４を自動分析装置の測光部及び測光部の周辺をターンテーブルを断面にして示す拡大図である。

反応容器１６は、図１０に示すように、上部に液体試料を保持する凹部１６ａが形成された四角筒状の縦長の容器であり、側壁１６ｂの内面に金或いは銀等の金属薄膜からなる反射部１６ｃが設けられている。また、反応容器１６は、側壁１６ｂの外面に光透過部１６ｄが設けられている。光透過部１６ｄは、反応容器１０の長手方向に沿って切断した断面形状が三角形のプリズム状に成形され、頂部がターンテーブル２の外縁と並行するように湾曲させて形成されている。そして、反応容器１６は、反射部１６ｃと光透過部１６ｄが、測光部６の光源６ａ及び受光素子６ｂと協働して表面プラズモン共鳴センサを構成している。

従って、反応容器１６は、数μＬ以下の微量な反応液であっても、反応容器１０と同様に、共鳴角θspにおける反応液の屈折率ｎsをもとに制御部８によって反応液の物質濃度を求めることができる。このように、僅かな反応液で良いので、凹部１６ａ、従って反応容器１６も小さくすることができ、これにより自動分析装置１を小型化することができる。また、反応容器１６は、反応液が数μＬ以下であるため、用いる試薬の量も数μＬ以下と微量でよいので、分析コストを低減することができる。

また、光透過部１６ｄは、反応容器１０の長手方向に沿って切断した断面形状が三角形のプリズム状に成形され、頂部がターンテーブル２の外縁と並行するように湾曲させて形成されている。このため、反応容器１６は、ターンテーブル２によって回転させながら反応液を測光することができる。従って、反応容器１６を使用すると、自動分析装置１は、ターンテーブル２を停止させることなく、吸光度や共鳴角θspを連続して測定することができるので、検体の高速処理が可能となり、従って従来と同じ時間で多くの検体を処理することができる。

本発明の分析装置の実施の形態１を示す自動分析装置の概略構成図である。 図１の自動分析装置の測光部及び測光部の周辺をターンテーブルを断面にして示す拡大図である。 図１の自動分析装置で使用する本発明の反応容器の斜視図である。 図３の反応容器の正面図である。 図３の反応容器の側面図である。 図３の反応容器の底面図である。 共鳴角において光の反射率が著しく減少する一例を示す入射角に対する反射率の特性図である。 本発明の反応容器の実施の形態２を自動分析装置の測光部及び測光部の周辺をターンテーブルを断面にして示す拡大図である。 本発明の反応容器の実施の形態３を自動分析装置の測光部及び測光部の周辺をターンテーブルを断面にして示す拡大図である。 本発明の反応容器の実施の形態４を自動分析装置の測光部及び測光部の周辺をターンテーブルを断面にして示す拡大図である。

符号の説明

１ 自動分析装置
２ ターンテーブル
３ 試料分注部
４ 試薬分注部
５ 攪拌部
６ 測光部
６ａ 光源
６ｂ 受光素子
６ｃ 駆動部
７ 洗浄部
８ 制御部
９ 記憶部
１０ 反応容器
１０ｃ 反射部
１０ｄ 光透過部
１２，１４ 反応容器
１２ｃ，１４ｃ 反射部
１２ｄ，１４ｄ 光透過部
１６ 反応容器
１６ｃ 反射部
１６ｄ 光透過部
θ 入射角
θsp 共鳴角

Claims (4)

1. 検体と試薬とを含む液体試料が分注され、前記液体試料が反応した反応液を保持する反応容器であって、
   前記反応容器の内壁面に形成され、光を反射する反射部と、
   前記反応容器の外壁面に形成され、前記反応容器の外部から前記反射部に光を導き、反射光を導出する光透過部と、
   を設けたことを特徴とする反応容器。
2. 前記反射部と前記光透過部は、前記反応容器の底壁に設けられることを特徴とする請求項１に記載の反応容器。
3. 前記反射部と前記光透過部は、前記反応容器の側壁に設けられることを特徴とする請求項１に記載の反応容器。
4. 容器に保持された検体と試薬とを含む液体試料を反応させ、反応液を分析する分析装置であって、
   請求項１〜３のいずれか一つに記載の反応容器の前記光透過部に光を導入し、前記反射部に臨界角以上の入射角で光を照射する光源と、
   前記反射部によって反射された光を受光する受光素子と、
   前記反射部に照射された光の表面プラズモン共鳴の共鳴角から前記反応液の屈折率を算出し、予め測定しておいた前記共鳴角における前記反応液の屈折率と吸光度との関係並びに前記吸光度と前記反応液の物質濃度との関係から前記反応液の物質濃度を求める制御部と、
   を備えたことを特徴とする分析装置。

Images