JP2009270941A - 自動分析装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
近年、自動分析装置の分野では、分析項目の増加に伴い、液体の粘性や接触角など性質の異なる分析試薬の種類が増加し、今後も更なる増加が予測される。加えて、濃縮試薬を装置内の水にて希釈して使用するなど試薬形態も多様化し、希釈水の種類も多様化している。このような状況において、どのような項目に対しても充分な攪拌が実行できる自動分析装置を提供することにある。
【解決手段】
被攪拌物の攪拌において、同一試薬における攪拌操作の際に、試薬添加後、一定時間の経過後に攪拌の条件を変更することによって実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、血液，尿などの生体サンプルの定性，定量分析を行う自動分析装置に係り、特に生体サンプルと試薬を撹拌する攪拌手段を備えた自動分析装置に関する。
自動分析装置は、分析対象成分と反応する試薬をサンプルと混合，攪拌し、一定時間反応させた後、生化学分析では反応液の吸光度の変化を光度計により測定し、免疫，遺伝子分析では、分析対象成分と結合した標識体の数を光電子増倍管などの光量計で測定して分析を行う。攪拌手段としては、被攪拌液にヘラ状の攪拌子を浸し、回転または、往復運動させることにより被攪拌物を混合する接触式攪拌方法と、被攪拌物に音波を照射することによって被攪拌物を混合する非接触攪拌方式などがある。
特許文献１には、試薬の種類，液量，希釈液の種類，液量，希釈倍率などの分析条件によって、攪拌子の回転速度，攪拌時間，回転攪拌子の被攪拌液に対する進入量を変更し、攪拌効率を高める技術が開示されている。また、特許文献２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、効果的な攪拌を可能にする技術が開示されている。
特開平９−１４５７１８号公報 特開２００５−９９０４６号公報
ところで、近年、自動分析装置の分野では、分析項目の増加に伴い、液体の粘性や接触角など性質の異なる分析試薬の種類が増加し、今後も更なる増加が予測される。加えて、濃縮試薬を装置内の水にて希釈して使用するなど試薬形態も多様化し、希釈水の種類も多様化している。このように多種多様な形態で使用される試薬全てを充分に攪拌するためには、従来のような一つの試薬に対応する攪拌条件が一つだけである攪拌方法では充分に攪拌が行えないことが懸念される。
本発明の目的は、反応容器内でのサンプルおよび試薬の攪拌を行う際に、どのような項目であっても、充分な攪拌が実行できる自動分析装置を提供することにある。
上記目的は、同一試薬における一連の攪拌操作の際に、一定時間経過後に攪拌の条件を変更することによって達成される。
すなわち、被攪拌物に浸漬し回転または反復運動させることによって該被攪拌物を攪拌するへら状の攪拌子を複数有し、それぞれ独立に、分析項目に応じて攪拌子の回転数及び角度を変更することができる駆動手段を備えることを特徴とする自動分析装置においては、同一試薬における一連の攪拌操作の際に攪拌子の回転数及び角度を変更し、二種類以上の攪拌条件で攪拌を行うことで解決される。
また、被攪拌物に音波を照射することによって攪拌を行うことを特徴とする自動分析装置においては、同一試薬における一連の攪拌操作の際に、圧電素子上の電極の選択及び、音波照射強度を変更することによって解決できる。
以上説明した本発明により、検体と試薬の混合液を攪拌する手段に対して、同一試薬に二種類以上の異なる攪拌条件で駆動するように制御する制御手段を備えることを特徴とする自動分析装置において、攪拌子を有する装置では、その回転速度，攪拌時間を変更することによって、音波発生手段を有する装置では圧電素子上の電極の選択と、音波照射強度の変更を実行することによって、どのような項目であっても、充分な攪拌が行える自動分析装置を提供することができる。
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。
図１は、本発明を適用した代表的な自動分析装置の概略図であり、攪拌機構として圧電素子を備えた自動分析装置である。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７周辺の概略構成図である。
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。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。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１９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。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。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。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。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内のサンプルおよび試薬を撹拌して混合する攪拌機構である。本発明における攪拌機構の方式は攪拌子による接触式攪拌方式及び、超音波等による非接触式攪拌方式のいずれにおいても、同等の効果を発揮することができる。
その一例として図２を用い、非接触攪拌方式の攪拌機構の例を示して説明する。攪拌機構７は、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３０）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とを含み構成される。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１４を駆動すると共に、攪拌機構７全体を制御する。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。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。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。
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、被攪拌物の気液界面に作用し、旋回流を引き起こす。この旋回流によって、サンプルおよび試薬の撹拌が行われる。
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。
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１８をピペッティング位置へ移送する。
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。
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。
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。
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。
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詳細に説明する。
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、音波の照射位置および、音波の照射強度を決定する。この時、液量および液性に応じて、電極の選択と音波照射強度が決定される。これは、攪拌パラメーターとして記憶部１２に格納されたテーブルから、分析項目ごとに検索することによって実行される。更に、攪拌時には、一定時間の経過後には、電極の選択と音波照射強度を変更して、段階的な攪拌が行えるようにする。
処理能力の低い装置においては、一度の攪拌で充分に攪拌時間が確保されるため、同一素子に対して二つ以上の攪拌パラメーターを用いて攪拌を実行することが出来る。図３には、一つの攪拌素子に対し、二つの攪拌パラメーターを適用する例を示した。反応容器２１が回転し、検体と試薬の混合液の入ったセルが攪拌機構７ａの前に移送されると反応容器２１は停止し、攪拌機構７ａが駆動する。このときのパラメーターが、第一試薬添加後、第一回目の攪拌パラメーター３０１である。一定時間経過後に３０１とは異なる、パラメーター３０２に変更され、攪拌が行われる。さらに、数分後には、第二試薬が添加され、第一試薬の時と同様に、反応容器２１が回転し、検体と試薬の混合液の入ったセルが攪拌機構７ａの前に移送されると反応容器２１は停止し、攪拌機構７ａが駆動する。このときのパラメーターが、第二試薬添加後、第一回目の攪拌パラメーター３０３である。その後、パラメーター３０４への切り替えが行われ、攪拌が行われる。攪拌パラメーターの変更例を図４，図５を用いて説明する。例えば、濃縮試薬を用いた分析において、希釈水と比較して試薬の接触角が著しく小さい場合を考える。ここで、仮想の試薬の液性例を図４に示し、そのときの攪拌パラメーターを図５に示す。ここで圧電素子３０は、１０個のセグメントに、最上部を１として分割し、電圧は最も大きいものを１として１０段階に切り替えが可能であるとする。従来の設定では、希釈水と試薬の混合液の液量と液性に沿った攪拌パラメーター５０１を採用した。このときの音波照射強度は５で中程度である。しかし、本ケースでは、希釈水／試薬の比率は１３：２と圧倒的に希釈水が多い。このような場合、試薬吐出直後の希釈水と試薬の混合が進んでいない状態においては、希釈水の液性に沿った攪拌パラメーター５０２を採用するのが良い。したがって、音波照射程度は、３となり、比較的強い。最初の音波照射後は、希釈水と試薬が混合された状態にあるので、混合液の液性に沿った攪拌パラメーター５０１を採用する。これは、従来の設定で使用していたものと同じである。また、粘性の違いによって、同じ液量でも使用するセグメントの位置を変えることもある。
さらに、二種類以上の試薬を使用する際にも同様に、第一試薬と第二試薬で液性が著しく異なる場合には、一定時間の経過後に使用する電極の選択と音波照射強度の変更を行うことによって効果的な攪拌を実現できる。
ところで、処理能力の高い装置については一度の攪拌では充分な音波照射時間が確保できないために、複数の攪拌素子を利用することがある。図６に二つの攪拌素子に異なる攪拌パラメーターを設定する例を示した。反応容器２１が回転し、検体と試薬の混合液の入ったセルが攪拌機構７ｂ−１の前に移動してくると反応容器２１は停止し、攪拌機構７ｂ−１が６０１の攪拌パラメーターにて駆動する。続いて再び、検体と試薬の混合液の入ったセルが攪拌機構７ｂ−２の前に移動してくると反応容器２１は停止し、攪拌機構７ｂ−２は６０２の攪拌パラメーターにて駆動する。さらに、数分後には、第二試薬が添加され、第一試薬の時と同様に、反応容器２１が回転し、検体と試薬の混合液の入ったセルは攪拌機構７ｂ−１の前で６０３の攪拌パラメーター、攪拌機構７ｂ−２の前で６０４の攪拌パラメーターにて駆動する。
このようにして、一つの試薬に対し、異なる二つの攪拌パラメーターを採用した攪拌機構を適用させることで、充分な攪拌効果を得られる。
処理能力がさらに高くなった場合には、攪拌機構をさらに増やすことも可能である。例えば、二試薬を用いた分析において、第一試薬と第二試薬で異なる攪拌機構を使用することが考えられる。その場合の構造は図７のように拡張できる。第一試薬添加後、攪拌機構７ｃ−１が攪拌パラメーター７０１を実行し、攪拌機構７ｃ−２が攪拌パラメーター７０２を実行する。さらに、第二試薬添加後には、攪拌機構７ｄ−１が攪拌パラメーター７０３を実行し、攪拌機構７ｄ−２が攪拌パラメーター７０４を実行するという具合である。
さらに、別の実施形態として、反応容器の回転／停止のサイクルを複数回繰り返した後に測光を行う方法もある。図８にその例を示した。処理能力の高い装置において小型化が進んだ場合、複数の攪拌素子を備えることが出来なくなることが考えられる。この場合、一つの攪拌機構であっても、攪拌機構の前を通過する度に音波を照射することで充分に攪拌を行ってから測光を開始することで解決できる。すなわち、第一試薬添加後、攪拌機構７ｅが攪拌パラメーター８０１を実行する。一回の攪拌では攪拌パラメーターを切り替える十分な時間がないため、そのまま反応容器２１の回転／停止のサイクルを数回繰り返し、反応容器２１が一周するまで繰り返す。再び、検体と試薬の混合液の入ったセルが攪拌機構７ｅの前に移動してくると攪拌機構７ｅは、攪拌パラメーター８０２を実行する。さらに、第二試薬添加後には、攪拌機構７ｅは攪拌パラメーター８０３を実行し、反応容器２１が一周した後に攪拌パラメーター８０４を実行する。
攪拌子による接触式の攪拌方式について、攪拌子の概略図を図９に示す。この場合でも、非接触式攪拌機構の場合と同様に、添加する試薬に応じて一定時間の経過後に攪拌条件を変更することによって、効果的な攪拌を実現できる。例えば、攪拌パラメーターの変更例として図４に示す仮想の試薬を考えるとき、攪拌パラメーターの変更例は図５と同様の概念で置き換えることができる。すなわち、図４の仮想試薬において、従来の設定では、希釈水と試薬の混合液の液量と液性に沿った攪拌パラメーター５０１を採用していた。このときの攪拌パラメーターは、攪拌子を中程度の攪拌速度と設定する。しかし、本ケースのように、希釈水／試薬の比率は１３：２と圧倒的に希釈水が多い場合、試薬吐出直後の希釈水と試薬の混合が進んでいない状態においては、希釈水の液性に沿った攪拌パラメーター５０２を採用するのが良い。この場合、攪拌パラメーター５０１に比べ、攪拌子の攪拌速度を速くする。パラメーター５０２で一定時間の攪拌した後には、希釈水と試薬が混合された状態にあるので、混合液の液性に沿って中程度の速度で回転する攪拌パラメーター５０１を採用する。これは、従来の設定で使用していたものと同じである。このようなパラメーターの変更は、回転速度変更の他に、攪拌時間，攪拌子の被攪拌液に対する進入量などの変更によっても実現できる。
このように、一定時間の経過後にパラメーターを変更することによって、あらゆる装置に対して、どのような項目においても充分な攪拌を行うことができる。
本発明の実施形態に係わる自動分析装置の構成を示す斜視図。 本発明の実施形態に係わる自動分析装置の装備されている撹拌機構周辺の断面図。 本発明の実施形態に係わる自動分析装置の装備されている撹拌機構の、駆動パターンの一例。 本発明の実施形態に係わる試薬の液性と攪拌パラメーターの一例。 本発明の実施形態に係わる試薬の液性と攪拌機構の設定条件の一例。 本発明の実施形態に係わる自動分析装置の装備されている撹拌機構の、駆動パターンの一例。 本発明の実施形態に係わる自動分析装置の装備されている撹拌機構の拡張例。 本発明の実施形態に係わる自動分析装置の装備されている撹拌機構の拡張例。 本発明の実施形態に係わる自動分析装置の装備されている撹拌機構周辺の断面図。
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
３３ ノズル
３４ 上下駆動機構
３５ 攪拌子
３０１ 攪拌素子一つの場合の、第一試薬添加後、一回目の攪拌パラメーター
３０２ 攪拌素子一つの場合の、第一試薬添加後、二回目の攪拌パラメーター
３０３ 攪拌素子一つの場合の、第二試薬添加後、一回目の攪拌パラメーター
３０４ 攪拌素子一つの場合の、第二試薬添加後、二回目の攪拌パラメーター
５０１ 従来の攪拌パラメーター
５０２ 試薬添加後、一回目に行う攪拌の攪拌パラメーター
６０１ 攪拌素子二つの場合の、第一試薬添加後、一回目の攪拌パラメーター
６０２ 攪拌素子二つの場合の、第一試薬添加後、二回目の攪拌パラメーター
６０３ 攪拌素子二つの場合の、第二試薬添加後、一回目の攪拌パラメーター
６０４ 攪拌素子二つの場合の、第二試薬添加後、二回目の攪拌パラメーター
７０１ 攪拌素子四つの場合の、第一試薬添加後、一回目の攪拌パラメーター
７０２ 攪拌素子四つの場合の、第一試薬添加後、二回目の攪拌パラメーター
７０３ 攪拌素子四つの場合の、第二試薬添加後、一回目の攪拌パラメーター
７０４ 攪拌素子四つの場合の、第二試薬添加後、二回目の攪拌パラメーター
８０１ 処理能力が高いが、攪拌素子を一つしか持たない場合における、第一試薬添加後、一回目の攪拌パラメーター
８０２ 同上、第一試薬添加後、二回目の攪拌パラメーター
８０３ 同上、第二試薬添加後、一回目の攪拌パラメーター
８０４ 同上、第二試薬添加後、二回目の攪拌パラメーター

Claims (12)

  1. 検体と試薬の混合液を攪拌する手段に対して、試薬添加後に混合液を攪拌するに際し、同一試薬に二種類以上の異なる攪拌条件を適用させるように制御することを特徴とする攪拌方法。
  2. 検体と試薬の混合液を攪拌する手段に対して、試薬添加後に混合液を攪拌するに際し、同一試薬に二種類以上の異なる攪拌条件を適用させるように制御する制御手段を備えることを特徴とする自動分析装置。
  3. 請求項２に記載の自動分析装置において、上記攪拌手段を複数有し、同一の混合液を攪拌するに際して、前記攪拌手段をそれぞれ異なる攪拌条件で駆動するように制御する制御手段を備えることを特徴とする自動分析装置。
  4. 請求項２に記載の自動分析装置において、被攪拌物に浸漬し回転または反復運動させることによって該被攪拌物を攪拌するへら状の攪拌子を有し、添加する試薬に応じて、前記攪拌子の回転速度，攪拌時間，前記攪拌子の被攪拌液に対する進入量の少なくともいずれか一つを変更することができる駆動手段を備えることを特徴とする自動分析装置。
  5. 請求項４に記載の自動分析装置において、被攪拌物に浸漬し回転または反復運動させることによって該被攪拌物を攪拌するへら状の攪拌子を複数有し、添加する試薬に応じて、前記攪拌子の回転速度，攪拌時間，前記攪拌子の被攪拌液に対する進入量の少なくともいずれか一つを変更することができる駆動手段を備えることを特徴とする自動分析装置。
  6. 請求項５に記載の自動分析装置において、上記攪拌子に対して形状の異なるものを複数種類有し、添加する試薬に応じて選択する攪拌子を変更させるように制御する制御手段を備えたことを特徴とする自動分析装置。
  7. 請求項４に記載の自動分析装置において、前記攪拌子の回転速度，攪拌時間，前記攪拌子の被攪拌液に対する進入量の変更を攪拌条件のパラメーターテーブルとして記憶することのできる記憶手段を備えることを特徴とする自動分析装置。
  8. 請求項６に記載の自動分析装置において、添加する試薬に応じて攪拌子の変更をパラメーターテーブルとして記憶することのできる記憶手段を備えることを特徴とする自動分析装置。
  9. 請求項２に記載の自動分析装置において、被攪拌物に音波を照射することによって攪拌を行うことを特徴とする自動分析装置。
  10. 請求項９に記載の自動分析装置において、音波発生源として複数の電極を備える圧電素子に対し、使用する電極の選択及び、音波照射強度を変更させるように制御する制御手段を備えることを特徴とする自動分析装置。
  11. 請求項１０に記載の自動分析装置において、使用する電極の選択及び、音波照射強度の変更を攪拌条件のパラメーターテーブルとして記憶することのできる記憶手段を備えることを特徴とする自動分析装置。
  12. 被攪拌液を攪拌する攪拌手段を備えた自動分析装置において、
    前記攪拌手段により同一の被攪拌液を攪拌するに際して、時間の経過に応じて異なる条件で攪拌するように前記攪拌手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする自動分析装置。
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