JP2018080980A - 反応部と光学検出部を備えた測定機構 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な遮光手段や大きな暗室構造を必要とせずに、搬送手段上にある反応容器に対して光学検出を行う測定機構を提供する。【解決手段】上部開口端を持つ反応容器２０を載置する搬送ターンテーブル３０と、反応容器２０の温度を制御するインキュベーターヒーター３３と、反応容器２０が停止する特定位置の上部に設置された光学検出器１０と、反応容器２０の一部と光学検出器１０の遮光が必要な受光部周辺を覆うことが可能であって、搬送動作時には反応容器２０の上端よりも高い位置に下端がくるように設置された遮光筒１３と、を備え、遮光筒１３は昇降動作が可能であり、光学検出動作時には反応容器２０を覆うように下降して遮光することを特徴とする測定機構。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば血液、血清、血漿、尿等の試料中に含まれる微量物質を分析する自動分析装置に備わる測定機構に関するものであり、特に試料中の微量物質を免疫学的に分析するために、反応容器または反応液を専用の光学検出部に移動させることなく反応部にて光学検出を行う、小型化された自動分析装置に備わる測定機構に関するものである。

免疫検査や生化学検査の分野で用いられる分析には、試料中の測定対象の物質と試薬中の抗体やレセプターとの結合物を生じさせる反応を行った後に、結合物に含まれる標識酵素が基質から光学的に検出可能な生成物を生じさせて、測定対象物質の濃度に従った光学的な信号を検出する方法がある。例えば、固相酵素免疫測定法を利用したサンドイッチ測定法では、反応容器内で、固相に固定化した第一抗体と、酵素標識した第二抗体を用いて、測定対象物をサンドイッチした結合物を生じさせた後に、結合物を形成しなかった遊離成分を洗浄して除去し、続いて結合物が入った反応容器に基質を添加して、標識酵素による反応を行い、発光や蛍光を発する物質または着色する物質を生成させて、その生成物を光学的に検出する。

この様な分析を行う自動分析装置は、例えば特許文献１のように、結合物を生じさせる反応を行うためのインキュベーターと光学的に検出可能な物質を生成させるための酵素反応を行うインキュベーターを有している。また、光学的な検出を行う場合は、インキュベーターとは別の光学検出部に反応容器を移動させるものや、特許文献２のように反応液を取り出して別の測定機構に移動させたりして測定することが一般的である。

インキュベーターを備えた搬送手段上で反応を行い、反応容器を搬送手段上に載置したまま取り出さずに光学検出する装置も存在しているが、光学検出系が発光検出や蛍光検出の場合は、検出感度を上げるためには微弱な光を検出する必要があり、ノイズとなる外光の影響を受けないようにするために、大掛かりで複雑な構造が必要となる。

特開２０１３−２０５３８４号公報 特開２０１０−１７５３５５号公報

本発明の課題は、複雑な遮光手段や大きな暗室構造を必要とせずに、搬送手段上にある反応容器に対して光学検出を行う測定機構を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明者は鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達した。すなわち本発明は以下のとおりである。
（１）上部開口端を持つ反応容器を載置する搬送手段と、
前記反応容器の温度を制御するインキュベーターと、
前記反応容器が停止する特定位置の上部に設置された光学検出器と、
前記反応容器の一部と前記光学検出器の遮光が必要な受光部周辺を覆うことが可能であって、搬送動作時には前記反応容器の上端よりも高い位置に下端がくるように設置された遮光筒と、
を備え、前記遮光筒は昇降動作が可能であり、光学検出動作時には反応容器を覆うように下降して遮光することを特徴とする測定機構。
（２）前記反応容器が光を透過しない材質で作られていることを特徴とする（１）に記載の測定機構。
（３）前記搬送手段の上面が光を透過しない材質で作られていることを特徴とする（１）又は（２）に記載の測定機構。
（４）前記光学検出器が発光検出又は蛍光検出を行うものであることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の測定機構。
（５）前記搬送手段が、その搬送経路に反応容器を出し入れする部位と遊離成分を除去するためのＢ／Ｆ洗浄部を有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の測定機構。
（６）前記搬送手段が、その搬送経路に磁性粒子を補足するための集磁部を有することを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の測定機構。
（７）前記搬送手段が、その搬送経路に前記反応容器に検体又は試薬を分注する部位を有することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の測定機構。
（８）前記反応容器内で行われる反応が、抗原抗体反応又はリガンドとレセプターとの反応と、光学的に検出される基質からの生成物を生じる酵素反応とからなり、両方の反応が同一の反応容器内で行われ、さらに両方の反応が同一の搬送経路上で行われることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の測定機構。
（９）（１）〜（８）のいずれかに記載の測定機構を搭載する自動分析装置。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明は、例えば血液、血清、血漿、尿等の試料中に含まれる微量物質を分析する自動分析装置に搭載される測定機構に関するものであり、特に試料中の微量物質を免疫学的に分析するために、光学的に検出される反応液または前記反応液が入った反応容器を専用の光学検出部に移動させることなく光学検出を行う測定機構に関するものである。

本発明の測定機構は、上部開口端を持つ反応容器を載置する搬送手段と、
前記反応容器の温度を制御するインキュベーターと、
前記反応容器が停止する特定位置の上部に設置された光学検出器と、
前記反応容器の一部と前記光学検出器の遮光が必要な受光部周辺を覆うことが可能な遮光筒とを備えることを特徴とする。

搬送手段には上部開口端を持つ反応容器を載置する複数の保持位置を設けておくことが好ましく、保持位置は反応容器の側部および／または底部を位置決めする形状としておく。また、反応容器を反応に必要な温度に保つように制御するインキュベーターは、反応容器の一部が温度制御されたインキュベーターヒーターと接するよう配置されていることが好ましく、前記ヒーターが搬送手段の下側や側面側に設けられていればよいが、反応容器が載置される空間を温度制御する構造でも良い。また、インキュベーターには必要であれば保温用のインキュベーターカバーを設けても良い。

光学検出器は、前記搬送手段の搬送経路の反応容器が停止する特定位置の上部に設置され、光学検出器の受光部は反応容器の搬送経路の真上に設置される。そして、反応容器が搬送経路上の光学検出を行う位置に停止したタイミングで、駆動手段により昇降動作が可能な遮光筒が降下することで、反応容器の一部と光学検出器の受光部周辺を覆って、外光を遮断する。したがって、遮光筒は光学検出器の受光部を取り囲むように配置され、その直径は反応容器の一部を覆えるほどの大きさとしておく。

なお、搬送動作時（光学信号を検出しない時）には、遮光筒は上昇した状態になっており、遮光筒の下端は反応容器の上端よりも高い位置となり、搬送動作を妨げないように制御される。したがって、反応が進行している間に、搬送手段により複数回、光学検出器の下に配置されることがあるが、光学信号の検出を実施しないタイミングの場合には、遮光筒は上昇した状態のままになるよう制御される。

搬送手段の反応容器保持位置が、反応容器の側面及び底面を完全に囲む構造で、反応容器の側方や下方からノイズ光が侵入しない構造の場合は、反応容器の材質は光を透過する材質でも良いが、反応容器の材質が光を透過しない場合は、搬送手段の反応容器保持位置は反応容器の側面や底面全体を完全に囲う構造にしなくとも良い。また、搬送手段の上面も光を透過しない材質で作られていると、遮光筒、搬送手段の上面、反応容器の壁面とで囲まれる空間を完全に暗室化できるため、好ましい。

本発明の光学検出器は、発光検出又は蛍光検出に適したものである。検出系が発光検出の場合は、光学検出器は受光部とフォトンカウンターからなり、蛍光検出の場合は、さらに励起光照射手段が備わる。測定対象物質が低濃度であるほど外部からのノイズ光の影響を受けるが、本発明では遮光する部分が小さくノイズ光の遮断が容易であり、高感度の分析に有効である。

本発明の反応容器内で行われる反応は、免疫検査や生化学検査で使われる反応であるが、抗原と抗体との反応またはホルモンなどのリガンドとレセプターとの反応などからなる結合物を生じる反応と、光学的に検出される基質からの生成物を生じる酵素反応との二種の反応からなるものに用いると特に好適である。

結合物を生じさせる反応では、例えば測定対象物質である抗原となる物質に対して、固相化した第一抗体と酵素などで標識した第二抗体を使用したサンドイッチ法や、固相化した抗体と酵素などで標識した抗原を使用した競合法等がある。これらの方法には固相抗体と測定対象物質との結合反応を行った後に、一回目の遊離の成分を除去するＢ／Ｆ洗浄を行って、次に標識抗体または標識抗原との結合反応を行い、二回目の遊離の成分を除去するＢ／Ｆ洗浄を行う二段階法と、固相抗体と測定対象物質と標識抗体または標識抗原の結合反応を同時に行う一段階法があるが、どちらの反応方法でもよい。また光学的に検出される信号を発する反応は、Ｂ／Ｆ洗浄後の結合物に存在する標識酵素に対して基質を反応させて光学的に検出される生成物を生じさせるものが好ましいが、光学的に検出される生成物を生じさせる反応であれば標識物を酵素とした、酵素反応に限定する必要は無い。

したがって、サンドイッチ法や競合法等の反応に本発明を用いる場合、搬送経路には反応容器を反応容器保持部に出し入れする部位や反応容器内で固相に捕捉された抗原と抗体の結合物またはリガンドとレセプターの結合物から、遊離成分を除去するためのＢ／Ｆ洗浄部や、検体や試薬を反応容器に分注する部位を備えても良く、インキュベーターカバーが設けられている場合には、反応容器の出し入れ部やＢ／Ｆ洗浄部や分注部は、インキュベーターカバーに開口部を持つが、遮光するためのシャッター等の遮光手段を必要としない。

本発明で固相には反応容器の壁面やビーズや磁性粒子などを使用する方法があり、磁性粒子を使用した場合には、Ｂ／Ｆ洗浄を行うために磁性粒子を補足するための集磁部を備えるが、インキュベーターカバーが設けられている場合に集磁磁石用の開口部を作る場合も、遮光するためのシャッター等の遮光手段は必要としない。

本発明では、結合物を生じさせる反応と、光学的に検出される生成物を生じさせる酵素反応等の二種の反応を同一の反応容器内で行い、さらに両方の反応が同一の搬送経路上で行えるため本発明の測定機構を搭載する自動分析装置は通常よりも小型化が図れる。

本発明の測定機構は、反応容器が搬送経路の光学検出位置に配置された際に、検出を行う反応容器に対して遮光筒が降下し、光学信号を検出したい反応容器を暗室化するという小型で簡便な遮光手段を有するため、複雑な遮光手段や大きな暗室構造を設置する必要がない。また、搭載される自動分析装置の小型化と低コスト化が可能となる。

本発明における測定機構の一態様（遮光筒が降下した状態）を示した図である。 本発明における測定機構の一態様（遮光筒が上昇した状態）を示した図である。 本発明における測定機構の一態様を上から見た図である。 本発明の測定機構を搭載した自動分析装置の一態様を示した図である。

以下、図面を用いて本発明をさらに詳細に説明する。

［実施例１］
本発明の測定機構を図１、図２、図３に示す。これらの図で示される測定機構は、発光検出を行うものであり、反応容器の側部を位置決めする形状の反応容器保持部を複数持つ搬送ターンテーブル３０、インキュベーターヒーター３３、インキュベーターカバー３１等から構成される。光学検出器１０は、フォトンカウンター１１、受光部１２、遮光筒１３等から構成され、反応部の搬送経路の特定位置上に設置されている。反応部はインキュベーターカバーで囲われているが、このカバーはインキュベーター内の温度を一定に保つための構造であり、内部を暗室にするものではない。

反応液が入った反応容器２０は、搬送ターンテーブル３０の反応容器保持位置３４に載置され、搬送ターンテーブル３０は、反応容器の出し入れやＢ／Ｆ洗浄や光学信号の検出等の工程を行うための位置に反応容器が配置されるように搬送ターンテーブル回転手段３２によって回転する。

図１は、光学検出を行うために光学検出位置に配置された反応容器の上端開口部を囲うように遮光筒１３が降下した状態を示しており、遮光筒と搬送ターンテーブル３０の上面と光を透過しない黒色の反応容器２０とに囲まれた空間が暗室部１４になっている。この状態で反応容器内からの発光は光学検出器で検出され、フォトンカウンター１１から電気的な信号として分析装置のデータ処理部（図に示さず）に送られる。

図２は遮光筒が上昇した状態を示す。遮光筒の下端は反応容器の上端よりも高い位置となっており、搬送ターンテーブルが回転可能な状態であり、光学検出器の下に反応容器が配置されていても光学信号を検出しないタイミングである。遮光筒の昇降は、遮光筒昇降駆動ベルト１６を介して遮光筒昇降用モーター１５によって行われる。

図３は本発明の測定機構を上方から見た図である。搬送ターンテーブル３０には、複数の反応容器保持部３４が円周上に配置されており、インキュベーターカバーの反応容器出入口３５から反応容器が出し入れされる。この図は固相に磁性微粒子を使用する固相酵素免疫測定法で使用する測定機構を示しており、搬送ターンテーブルの搬送経路のインキュベーターカバー３１に、Ｂ／Ｆ洗浄口３６（洗浄ノズル等の機構は図に示さず）があり、さらに搬送経路には集磁手段３７（詳細は図に示さず）が設置されている。インキュベーターカバー３１上面の反応容器出入口３５とＢ／Ｆ洗浄口３６およびインキュベーターカバーの下面の集磁手段３７の部分は開口部を有するが、遮光のためのシャッター等は備えていない。

［実施例２］
図４に、本発明の測定機構を搭載した固相磁性微微粒子を使用した自動化学発光酵素免疫測定装置（自動分析装置）の概略図を示す。

自動分析装置の各機構は、制御部（図に示さず）に入力された検体の情報と測定項目に応じて、プログラムに従って測定工程が進行する。

第一搬送テーブル４０には、検体が入った容器４２が設置された検体ラック４１および反応試薬を収容した光を透過しないカーボンを含有する黒色の反応試薬容器（反応容器）２０が設置された反応容器トレイ４３が配置される。反応容器２０には試薬収容部が二箇所あり、一方には磁性微粒子を担体として測定対象物質に結合する抗体が固定された固相試薬が緩衝液の塩成分や添加剤とともに凍結乾燥状態で収容され、他方には測定対象物質に結合する抗体が酵素標識された標識試薬が緩衝液の塩成分や添加剤ともに凍結乾燥状態で収容され、両試薬収容部ともに防湿用の封止シールで密封されている。

第二搬送テーブル５０には、酵素反応に供せられる基質試薬５１、装置の点検のための点検用試料５２、検体の前処理試薬５３が各々容器に入って設置される。基質試薬５１は二箇所の試薬収容部がある容器の、一方に化学発光基質が、他方にエンハンサー試薬が収容され、試薬の蒸発を防ぐことが出来る封止シールで密封されている。点検用試料は、分析対象物質に対する陰性コントロールや陽性コントロールが容器に収容され、封止シールで密封されている。

さらに、第二搬送テーブル５０には、ピペットチップ５６を設置したピペットチップラック５５が配置され、基質試薬を反応容器に分注する前に予め加温しておく基質試薬加温部５４、使用済のピペットチップおよび使用済の反応容器を廃棄する廃棄口５７がある。

第一搬送テーブルおよび第二搬送テーブルおよび分注撹拌部６０は、測定工程中に必要とされるテーブル上の容器や機能部を、分注手段４４および容器把持手段４６およびコードリーダー４５が、適宜その機能を実施できる位置にそれぞれ移動することができる。

制御部から、自動分析装置の運転開始が指示されると、コードリーダー４５は第一搬送テーブル４０および第二搬送テーブル５０上の試薬類をスキャンして、各場所に設置された試薬の認識情報を読み取って、制御部に記憶する。

次に、容器把持手段４６は、基質試薬５１を基質試薬加温部５４に移動させ、分注手段４４はピペットチップ５６を装着して、基質試薬５１の封止シールを最初に化学発光基質、続いてエンハンサー試薬の順にピペットチップの先端で穿孔して開封し、分注手段４４は廃棄口５７上に移動し、装着したピペットチップを廃棄する。

測定開始の指示が成されると、コードリーダー４５は水平移動手段４７と第一搬送テーブル４０の移動によって、目的の測定項目の反応容器２０の上方に移動し、反応容器の封止シールに印刷されたコードを読み取り、目的の測定項目用の反応試薬が入った反応容器であることを確認する。確認したら、容器把持手段４６は、反応容器を分注撹拌部６０に搬送し、分注手段４４に備わるシールブレイカ―で反応容器の二箇所の試薬収容部のシール材を穿孔して開封する。

分注手段４４はピペットチップ５６を装着し、分注水供給部５８で分注水を必要量吸引し、分注撹拌部６０で開封された反応容器の標識試薬に吐出し、撹拌手段６１は反応容器を撹拌し標識試薬を溶解する。分注手段４４は同じピペットチップで再度分注水を必要量吸引してから、測定対象の検体容器４２上に移動し、必要量の検体を吸引し、分注撹拌部６０で開封された反応容器の固相試薬に吐出し、撹拌手段６１は反応容器を撹拌し固相試薬を溶解する。分注撹拌部６０は反応条件温度で加温されており、検体が含まれる分注水で溶解された固相試薬は、検体中に測定対象物質が含まれる場合には抗原抗体反応が開始される。分注手段４４は廃棄口５７上に移動し、装着したピペットチップを廃棄する。

容器把持手段４６は、抗原抗体反応が開始した反応容器を把持して、測定機構１００の反応温度に加温された反応部の搬送ターンテーブル３０の反応容器保持位置３４へ反応容器出入口３５を通して載置する。

搬送ターンテーブル３０に載置された反応容器は搬送ターンテーブル上で反応に必要な時間インキュベートされた後、Ｂ／Ｆ洗浄機構８０で固相の磁性微粒子が集磁手段３７で反応容器内側壁に集められた状態で、固相に結合しない成分は反応液と共に洗浄ノズル（図に示さず）で吸引排除される。Ｂ／Ｆ洗浄機構で洗浄液の吐出、固相の収集、吸引排除、を繰り返した後、反応容器は搬送ターンテーブル３０で反応容器出入口３５に搬送され、容器把持手段４６でいったん分注撹拌部６０に戻される。

分注手段４４はピペットチップ５６を装着して、分注撹拌部６０に設置された反応容器に入った必要量の標識試薬を吸引して固相試薬側に吐出し、撹拌手段６１は反応容器を撹拌して、固相試薬の抗体と結合していた測定対象物質と標識試薬との抗原抗体反応が開始され、分注手段４４は廃棄口５７上に移動し、装着したピペットチップを廃棄する。

容器把持手段４６は、前記の反応が開始した反応容器を把持して、二度目となる測定機構１００への搬送を行い、反応温度に加温された反応部の搬送ターンテーブル３０の反応容器保持位置３４へ反応容器出入口３５を通して設置する。

搬送ターンテーブル３０に設置された反応容器は搬送ターンテーブル上で反応に必要な時間インキュベートされた後、Ｂ／Ｆ洗浄機構８０で固相の磁性微粒子が集磁手段３７で反応容器内側壁に集められた状態で、固相試薬と測定対象物質と標識試薬からなる結合物を作らなかった成分は、反応液と共に洗浄ノズル（図に示さず）で吸引排除される。Ｂ／Ｆ洗浄機構８０で洗浄液の吐出、固相の収集、吸引廃除、を繰り返した後、反応容器は搬送ターンテーブルで反応容器出入口３５に搬送され、容器把持手段４６で再度分注撹拌部６０に戻される。

分注手段４４はピペットチップ５６を装着して、基質試薬加温部５４に設置された開封済みの基質容器から、必要量の化学発光基質を吸引し続いて必要量のエンハンサー試薬を同じピペットチップで吸引し、反応容器の固相が入った収容部に全量を吐出し、撹拌手段６１は反応容器を撹拌して、標識試薬の酵素反応が開始され、分注手段４４は廃棄口５７上に移動し、装着したピペットチップを廃棄する。

容器把持手段４６は、前記の酵素反応が開始した反応容器を把持して、三度目となる測定機構１００への搬送を行い、反応温度に加温された反応部の搬送ターンテーブル３０の容器保持部３４へ反応容器出入口３５を通して反応容器を載置する。

搬送テーブル３０に載置された反応容器は搬送ターンテーブル上で反応に必要な時間インキュベートされ、酵素反応で基質から発光物質を生成し、生じた発光はエンハンサー試薬の働きで増感される。反応容器は、搬送ターンテーブル３０で光学検出器１０の光学検出位置に配置され停止する。検出を行う反応容器に対して光学検出器１０に備わる遮光筒１３が反応容器の上端開口部を囲うように降下し、遮光筒と搬送ターンテーブルの上面と光を透過しない反応容器の壁面に囲まれる空間を暗室化し、発光物質からの発光を受光部１２で受けて検出する。

検出された発光値はフォトンカウンターから電気的な信号として分析装置のデータ処理部（図に示さず）に送られ、測定対象物質の濃度に換算する等の計算処理が行われ、測定対象物質の分析結果が得られる。

１００：測定機構
１０：光学検出器
１１：フォトンカウンター
１２：受光部
１３：遮光筒
１４：暗室部
１５：遮光筒昇手段
１６：遮光筒昇降用モーター
１７：遮光筒昇降駆動ベルト
２０：反応容器
３０：搬送ターンテーブル
３１：インキュベーターカバー
３２：搬送ターンテーブル回転手段
３３：インキュベーターヒーター
３４：反応容器保持位置
３５：反応容器出入口
３６：Ｂ／Ｆ洗浄口
３７：集磁手段
４０：第一搬送テーブル
４１：検体ラック
４２：検体容器
４３：反応容器トレイ
４４：分注手段
４５：コードリーダー
４６：容器把持手段
４７：水平移動手段
５０：第二搬送テーブル
５１：基質試薬
５２：点検用試料
５３：前処理試薬
５４：基質試薬加温部
５５：ピペットチップラック
５６：ピペットチップ
５７：廃棄口
５８：分注水供給部
６０：分注撹拌部
６１：撹拌手段
８０：Ｂ／Ｆ洗浄機構
８１：Ｂ／Ｆ洗浄ノズルの洗浄手段

Claims (9)

1. 上部開口端を持つ反応容器を載置する搬送手段と、
   前記反応容器の温度を制御するインキュベーターと、
   前記反応容器が停止する特定位置の上部に設置された光学検出器と、
   前記反応容器の一部と前記光学検出器の遮光が必要な受光部周辺を覆うことが可能であって、搬送動作時には前記反応容器の上端よりも高い位置に下端がくるように設置された遮光筒と、
   を備え、前記遮光筒は昇降動作が可能であり、光学検出動作時には反応容器を覆うように下降して遮光することを特徴とする測定機構。
2. 前記反応容器が光を透過しない材質で作られていることを特徴とする請求項１に記載の測定機構。
3. 前記搬送手段の上面が光を透過しない材質で作られていることを特徴とする請求項１又は２に記載の測定機構。
4. 前記光学検出器が発光検出又は蛍光検出を行うものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の測定機構。
5. 前記搬送手段が、その搬送経路に反応容器を出し入れする部位と遊離成分を除去するためのＢ／Ｆ洗浄部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の測定機構。
6. 前記搬送手段が、その搬送経路に磁性粒子を補足するための集磁部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の測定機構。
7. 前記搬送手段が、その搬送経路に前記反応容器に検体又は試薬を分注する部位を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の測定機構。
8. 前記反応容器内で行われる反応が、抗原抗体反応又はリガンドとレセプターとの反応と、光学的に検出される基質からの生成物を生じる酵素反応とからなり、両方の反応が同一の反応容器内で行われ、さらに両方の反応が同一の搬送経路上で行われることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の測定機構。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の測定機構を搭載する自動分析装置。

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