JP2019066321A - カートリッジ、検出方法、および検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバに収容された試料の液面を所定の状態に安定させることが可能なカートリッジ、検出方法、および検出装置を提供する。【解決手段】回転軸４２を中心に回転され、被検物質を検出するためのカートリッジ２０であって、被検物質を含む試料が収容されるチャンバ１００を備える。チャンバ１００は、試料が収容される第１領域１１０と、第１領域１１０よりも回転軸４２に近い位置に配された第２領域１２０と、第１領域１１０と第２領域１２０との間の位置からチャンバ１００の内側に突出する突部１３０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、被検物質を検出するためのカートリッジ、検出方法、および検出装置に関する。

特許文献１には、基板に設けたミキシングチャンバに２種類の流体を収容し、この２種類の流体を速く混合する方法が開示されている。

具体的には、図１７に示すように、基板１には、異なる２種類の流体がそれぞれ収容される第１供給チャンバ２および第２供給チャンバ３と、異なる２種類の流体が混合されるミキシングチャンバ４とが設けられる。ミキシングチャンバ４に少なくとも２種類の流体が順次に収容される。その後、流体が混合されるまで基板１が時計回り方向および反時計回り方向に交互に回転される。時計回り方向および反時計回り方向のうちいずれかの回転によって、ミキシングチャンバ４内に形成された渦流５が消える前に、他方向に回転方向が転換される。

特開２００８−０５５４０５号公報

特許文献１に記載された方法では、ミキシングチャンバ４に収容された少なくとも２種類の流体を速く混合できるが、混合処理の後に、流体の液面を所定の状態に安定させる構成について、特許文献１には開示されていない。ここで、チャンバ内の試料を混合した後、流体の液面が安定していなければ、次のような問題が生じ得る。まず、試料の混合が終了したとき、試料の液面が安定せず波打つ場合、チャンバから試料がこぼれ出る虞がある。このような場合、次のチャンバに移送する試料が減少し、被検物質を正確に検出することができない。次に、たとえば、被検物質に結合する磁性粒子が試料に含まれており、この磁性粒子を磁石で集める場合、試料の液面が安定化していなければ、磁石で磁性粒子を集めるとき、試料中に拡散した磁性粒子を隈なく磁石で集めることが困難となる。また、たとえば、標識物質から生じる蛍光に基づいて被検物質を検出する場合、試料の液面が安定化していなければ、試料がチャンバ内で偏って収容されるため、蛍光を検出する精度が低下する。

このように、チャンバに収容された試料に対しその後の処理を円滑に、また精度良く進めるためには、チャンバに収容された試料に遠心等の所定の処理がなされた後に、試料の液面が所定の状態に安定することが望ましい。

上記課題に鑑み、本発明は、チャンバに収容された試料の液面を所定の状態に安定させることが可能なカートリッジ、検出方法、および検出装置を提供することにある。

本発明の第１の態様は、回転軸（４２）を中心に回転され、被検物質を検出するためのカートリッジ（２０）に関する。本態様に係るカートリッジ（２０）は、被検物質を含む試料が収容されるチャンバ（１００）を備える。チャンバ（１００）は、試料が収容される第１領域（１１０）と、第１領域（１１０）よりも回転軸（４２）に近い位置に配された第２領域（１２０）と、第１領域（１１０）と第２領域（１２０）との間からチャンバ（１００）の内側に突出する突部（１３０）と、を備える。

この構成により、回転状態にあるカートリッジを停止させると、チャンバ内の試料の液面を所定の状態に安定させることができる。

本態様に係るカートリッジ（２０）において、突部（１３０）の回転軸（４２）側の側面が、突部（１３０）の先端部（１３１）に向かうにつれて回転軸（４２）から離れるように形成され得る。

これにより、チャンバに試料が収容されている場合、試料は突部の回転軸側に残ることがない。よって、試料を取りこぼしなく第１領域に収容させ得る。

本態様に係るカートリッジ（２０）において、突部（１３０）の回転軸（４２）から離れた方の側面は、突部（１３０）の内方に凹んだ曲面を含むように形成され得る。

これにより、チャンバに試料が収容されている場合、回転動作の停止時に、試料は第１領域へ向かうため、試料を第１領域に収容させ得る。

本態様に係るカートリッジ（２０）は、２つの突部（１３０）が、それぞれ、チャンバ（１００）の周方向に向き合う位置に設けられた構成とされ得る。

これにより、チャンバに試料が収容されている場合、安定的に、試料を第１領域に収容させ得る。

本態様に係るカートリッジ（２０）は、２つの他の突部（１４０）の組が回転軸（４２）の径方向に設けられた構成とされ得る。

これにより、チャンバに試料が収容されている場合、安定的に、試料を第１領域に収容させ得る。

本態様に係るカートリッジ（２０）は、突部（１３０）と他の突部（１４０）とが、それぞれ、回転軸（４２）の径方向において互いに異なる位置に設けられた構成とされ得る。

これにより、チャンバに試料が収容されている場合、安定的に、試料を第１領域に収容させ得る。

本態様に係るカートリッジ（２０）において、第１領域（１１０）の容積は、第１領域（１１０）に収容されるべき試料の量の１倍より大きく、２倍未満であるように構成され得る。

これにより、チャンバに試料が収容されている場合、安定的に、試料を第１領域に収容させ得る。

本態様に係るカートリッジ（２０）において、第２領域（１２０）は、流路（２２０）に接続されており、流路（２２０）の周方向の両側に、回転軸（４２）側に突出した突出領域（１２２）を含むように形成され得る。

これにより、チャンバに試料が収容されている場合、チャンバに試料が収容されている場合、回転動作の間に試料が突部を越えて第２領域に移動しても、突出領域により受け入れられる。よって、第２領域から流路に試料が漏れ出すことが抑制され、試料をチャンバ内に留めることができる。

本態様に係るカートリッジ（２０）において、突出領域（１２２）の内側面（１２３）は、曲面を含むように形成され得る。

これにより、チャンバに試料が収容されている場合、回転動作の間に試料が突部を越えて第２領域に移動しても、試料は第１領域へと戻る。よって、試料を第１領域に収めることができる。

本態様に係るカートリッジ（２０）において、第１領域（１１０）の回転軸（４２）から離れる部分の内側面（１３３）は、回転軸（４２）から離れる方向に膨らんだ曲面を含むように形成され得る。

この構成によれば、たとえば、チャンバ内の試料を攪拌するようカートリッジが回転制御された場合に、第１領域の内側面に沿って試料を円滑に揺動させ得る。よって、攪拌が効果的に行われ得る。

本態様に係るカートリッジ（２０）において、チャンバ（１００）は、周方向に対称な形状を有するように構成され得る。これにより、試料を周方向に均等に第１領域に収容させ得る。

本態様に係るカートリッジ（２０）において、突部（１３０）の先端（１３１）は、曲面を含むように形成され得る。

これにより、チャンバに試料が収容されている場合、試料は突部の内側面に沿って第１領域へ移動しやすい。よって、試料を取りこぼしなく第１領域に収容させ得る。

本態様に係るカートリッジ（２０）は、チャンバ（１００）が、複数設けられた構成とされ得る。これにより、各チャンバにおいて種々の処理を行い得る。

この場合、少なくとも１つのチャンバ（１００）における第１領域（１１０）の容積が、他のチャンバ（１００）における第１領域（１１０）の容積と相違するように構成され得る。

被検物質によって用いられる試薬の種類や量は異なる。したがって、第１領域の容積が異なるチャンバを備えることにより、適する試薬の種類や量が異なる様々な被検物質を円滑に処理できる。よって、各チャンバにおいて種々の処理を適切に行い得る。

本態様に係るカートリッジ（２０）は、隣り合うチャンバ（１００）を接続する第１流路（２２１）が設けられた構成とされ得る。これにより、被検物質を隣り合うチャンバ間において移送できる。よって、複数のチャンバを用いて、被検物質に対する一連の処理を順番に行い得る。

本態様に係るカートリッジ（２０）は、複数のチャンバ（１００）にそれぞれ接続され、試薬が収容された複数の試薬収容部（２３１）を備える。これにより、複数の試薬によって、被検物質を適切に検出し得る。

本態様に係るカートリッジ（２０）は、試薬が収容された複数の試薬収容部（２３１）のうち所定の試薬収容部（２３１）は、被検物質に結合する捕捉物質を含む。これにより、被検物質に対する検出処理を円滑に進め得る。

この場合、試薬が収容された複数の試薬収容部（２３１）のうち所定の試薬収容部（２３１）は、磁性粒子を含み得る。これにより、磁性粒子を用いて移送された被検物質に対する検出処理を円滑に進め得る。

また、試薬が収容された複数の試薬収容部（２３１）のうち所定の試薬収容部（２３１）は、標識抗体を含み得る。これにより、被検物質と、捕捉物質と、磁性粒子と、標識抗体とが結合した複合体が生成され、被検物質に対する検出処理を円滑に進め得る。

また、試薬が収容された複数の試薬収容部（２３１）のうち所定の試薬収容部（２３１）は、緩衝液を含み得る。これにより、被検物質と、捕捉物質と、磁性粒子と、標識抗体とが結合した複合体がチャンバ内で分散する。

また、試薬が収容された複数の試薬収容部（２３１）のうち所定の試薬収容部（２３２）は、発光基質を含み得る。これにより、被検物質を精度よく検出できる。

本発明の第２の態様は、チャンバ（１００）を有するカートリッジ（２０）を回転軸（４２）周りに回転させてチャンバ（１００）に収容された試料中の被検物質を検出する方法に関する。本態様の検出方法において、チャンバ（１００）は、試料が収容される第１領域（１１０）と、第１領域（１１０）よりも回転軸（４２）に近い位置に配された第２領域（１２０）と、第１領域（１１０）と第２領域（１２０）との間の位置からチャンバ（１００）の内側に突出する突部（１３０）と、を備え、カートリッジ（２０）を回転させることにより生じる遠心力によって試料を収容したチャンバ（１００）に試薬を導入し、試薬が導入されたチャンバ（１００）を検出位置に停止させ、検出位置に停止したチャンバ（１００）内に前記試薬が導入された試料から生じる蛍光を検出する。

本態様に係る検出方法によれば、第１の態様と同様の効果が奏され得る。

本態様に係る検出方法によれば、試薬が導入されたチャンバ（１００）を回転することにより試薬を含む試料を攪拌する工程を含み得る。これにより、チャンバに収容された試料は攪拌され、被検物質を検出できる。

この場合、撹拌する工程は、カートリッジ（２０）の回転速度を増加させた後、回転速度を減少させる工程を含み得る。

本態様に係る検出方法によれば、チャンバ（１００）内に収容された磁性粒子に磁力を印加し、磁性粒子を回転軸（４２）の径方向に移動させる。この構成であれば、チャンバ内に収容され磁性粒子に結合した被検物質を磁石で集めて他のチャンバに円滑に移送できる。

本発明の第３の態様は、被検物質を検出するための検出装置に関する。本態様に係る検出装置（１０）は、第１の態様に係るカートリッジ（２０）と、回転軸（４２）を中心にカートリッジ（２０）を回転させる回転部（４０）と、被検物質を検出するための検出部（８０）と、回転部（４０）を制御する制御部（７０）と、を備える。

本態様に係る検出装置によれば、第１の態様に係るカートリッジを用いて、被検物質を検出できる。

以上のとおり、本明細書の開示によれば、チャンバに収容された試料の液面を所定の状態に安定させることができる。

図１（ａ）は、実施形態１の概要に係るカートリッジの構成を示す模式図である。図１（ｂ）は、実施形態１の概要に係るカートリッジのチャンバを拡大した模式図である。 図２は、実施形態１に係る検出装置の構成を示す模式図である。 図３（ａ）は、実施形態１の比較例に係るチャンバを拡大した模式図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の比較例に係るチャンバにおいて、チャンバ内での試料の位置について説明する図である。 図４（ａ）は、実施形態１の概要に係るカートリッジのチャンバを拡大した模式図である。図４（ｂ）は、実施形態１に係るチャンバにおいて、チャンバ内での試料の位置について説明する図である。 図５（ａ）は、実施形態１に係るカートリッジのチャンバを拡大した模式図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のチャンバの突部をさらに拡大した模式図である。 図６（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１に係るカートリッジの回転動作中において、チャンバ内の試料の液面の状態を示した模式図である。 図７（ａ）は、実施形態１に係るカートリッジの構成を示した図である。図７（ｂ）は、実施形態１に係るカートリッジを搭載した分析装置を示した概略構成図である。 図８は、実施形態１に係る分析装置の動作を示すフローチャートである。 図９は、実施形態１に係る隣り合うチャンバ間で複合体を移送する場合の分析装置の動作を示すフローチャートである。 図１０（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１に係る隣り合うチャンバ間で複合体を移送することを模式的に示す状態遷移図である。 図１１（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１に係る隣り合うチャンバ間で複合体を移送することを模式的に示す状態遷移図である。 図１２は、実施形態１に係るカートリッジの回転動作を説明するためのグラフである。 図１３は、実施形態１に係るカートリッジの回転による試料の攪拌を停止させるときの制御を示すフローチャートである。 図１４（ａ）〜（ｄ）は、実施形態１にカートリッジの回転による攪拌中の試料の液面の様子を示す模式図である。 図１５（ａ）〜（ｆ）は、実施形態１に係るチャンバの形状の変形例である。 図１６は、実施形態２の概要に係るカートリッジの構成を示す図である。 図１７は、関連技術に係る構成を説明するための模式図である。

１．基本構成
本実施形態は、磁性粒子を用いて被検物質を検出するためのカートリッジ、当該カートリッジを用いて被検物質を検出する検出方法、および検出装置に関する。ただし、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示す。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、動作の順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素は、任意の構成要素として説明される。

まず、本実施形態に係るカートリッジおよび検出装置の基本構成について図面を参照して説明する。便宜上、各図には、互いに直交するＸＹＺ軸が付されている。Ｘ軸正方向は検出装置の後方を示し、Ｙ軸正方向は検出装置の左方向を示し、Ｚ軸正方向は検出装置の下方向を示している。カートリッジの図面に付されたＸＹＺ軸は、カートリッジが検出装置に装着された状態における各方向を示している。

図１（ａ）に示すように、カートリッジ２０は、チャンバ１００と、流路２２と、孔２１と、を備える。カートリッジ２００は、被検物質の検出に必要な一連の処理を実行するための交換可能な部品である。カートリッジ２０は、板状かつ円盤形状の基板２０ａにより構成される。孔２１は、カートリッジ２０を検出装置１０にセットするときに、検出装置１０の回転軸４２が挿入される。検出装置１０および回転軸４２に関しては、追って図２を参照して説明する。また、カートリッジ２０は、板状に限らず、上下に隆起した部分等を含んでもよく、また、円盤形状に限らず、矩形形状など他の形状であってもよい。

チャンバ１００は、被検物質を含む試料を収容するためにカートリッジ２０に設けられた収容部である。以下では、「被検物質を含む試料」を、単に「試料」と称する。ここで、「被検物質を含む試料」とは、たとえば、被検物質のみでもよく、また、試料が液体に含まれている場合や、被検物質と試薬とが混合されている状態の液体試料であってもよい。チャンバ１００には試料が入っていなくてもよく、試料を収容するために空間的な広がりを有していればよい。図１（ａ）では、同一構造の２つのチャンバ１００が回転軸４２を中心とする円の周方向に並んで配されている。ここでは、説明の便宜上、Ｙ軸正側のチャンバ１００を第１チャンバ１００ａと称し、Ｙ軸負側のチャンバ１００を第２チャンバ１００ｂと称する。また、「回転軸４２を中心とする円の周方向」を単に、「周方向」と称する。

第１チャンバ１００ａは、たとえば、被検物質と、磁性粒子と、標識物質とが結合した状態の複合体を収容している。流路２２は、回転軸４２側から第１チャンバ１００ａと第２チャンバ１００ｂに繋がっており、さらに、第１チャンバ１００ａと第２チャンバ１００ｂとを接続する。第１チャンバ１００ａは、接続部１０１ａにおいて流路２２と接続し、第２チャンバ１００ｂは、接続部１０１ｂにおいて流路２２とが接続している。

流路２２は、第１流路２２ａと、第２流路２２ｂと、第３流路２２ｃと、を備える。第１流路２２ａは、回転軸４２を中心とする円の径方向に延び、かつ、第１チャンバ１００ａに繋がっている。ここで、「回転軸４２を中心とする円の径方向」を、単に、「径方向」と称する。第２流路２２ｂは、径方向に延び、かつ、第２チャンバ１００ｂに繋がっている。第３流路２２ｃは、周方向に延びている。第３流路２２ｃの両端は、第１流路２２ａと第２流路２２ｂとに繋がっている。第１流路２２ａと第３流路２２ｃは、接続部２２ｄにおいて繋がっている。第２流路２２ｂと第３流路２２ｃは、接続部２２ｅにおいて繋がっている。図１（ａ）に示す例では、第１チャンバ１００ａおよび第２チャンバ１００ｂは、試料を収容するための液相領域を有する。流路２２は、気体を収容するための気相領域を有する。

第３流路２２ｃの両端は、必ずしも第１流路２２ａと第２流路２２ｂに繋がってなくてもよい。たとえば、第１流路２２ａに繋がる第３流路２２ｃと、第２流路２２ｂに繋がる第３流路２２ｃとが別々に設けられ、その間の流路がＵ字状に曲がっていてもよい。Ｕ字状に曲がった流路に、液相領域が存在してもよい。第１流路２２ａと第２流路２２ｂは、周方向とは異なる方向であれば、水平面内において径方向からずれた方向に延びてもよい。第１流路２２ａと第２流路２２ｂは省略され、第１チャンバ１００ａと第２チャンバ１００ｂが、直接的に第３流路２２ｃと繋がっていてもよい。

続いて、第１チャンバ１００ａの形状について説明する。

図１（ｂ）に示すように、第１チャンバ１００ａは、周方向において、第１チャンバ１００ａの内側に突出する突部１３０を備える。図１（ａ）および（ｂ）では、２つの突部１３０が、第１チャンバ１００ａの内側面に設けられている。２つの突部１３０は、周方向に並ぶように配されている。突部１３０は、第１チャンバ１００ａに１つのみ設けられてもよい。

第１チャンバ１００ａの内部の空間は、第１領域１１０と第２領域１２０とに区分される。図１（ｂ）には、第１領域１１０と第２領域１２０の境界が破線で示されている。第１領域１１０は、第１チャンバ１００ａ内において回転軸４２から離れる方に配され、試料が収容される領域である。第２領域１２０は、第１チャンバ１００ａ内において回転軸４２に近い位置に配される。突部１３０は、第１領域１１０と第２領域１２０との間に配される。

なお、第１チャンバ１００ａは、回転軸４２の１つの径の延長線に対して対称な形状である。図１（ａ）には、２つのチャンバ１００が示されているが、チャンバ１００の数はこれに限られない。カートリッジ２０に３つ以上のチャンバが設けられてもよい。

次に、図２を参照して、検出装置１０の構成について説明する。本実施形態において、検出装置１０は、カートリッジ２０を用いて、磁性粒子に被検物質と標識物質とを担持させ、標識物質から生じる蛍光に基づいて被検物質を検出する。

検出装置１０は、支持部材３０と、回転部４０と、磁石５０と、移送部６０と、制御部７０と、検出部８０と、を備える。

支持部材３０には、カートリッジ２０が設置される。回転部４０は、モータ４１と回転軸４２とを備える。回転軸４２は、鉛直方向に延びている。回転軸４２の上端は、支持部材３０に固定されており、回転軸４２の下端は、モータ４１の駆動軸に固定されている。回転部４０は、モータ４１を駆動させて、支持部材３０に設置されたカートリッジ２０を、回転軸４２を中心に回転させる。

磁石５０は、チャンバ１００内に広がる磁性粒子を集める。チャンバ１００内の磁性粒子には、上述したように被検物質と標識物質とが結合している。磁石５０は、永久磁石により構成されてもよく、電磁石により構成されてもよい。

移送部６０は、水平面内において、周方向とは異なる方向に磁石５０を移動させる。具体的には、移送部６０は、径方向に磁石５０を移動させる。また、移送部６０は、鉛直方向に磁石５０を移動させる。すなわち、移送部６０は、磁石５０を回転軸４２に対して接近および離間させるとともに、磁石５０をカートリッジ２０に対して接近および離間させる。

なお、図１（ａ）に示した第１流路２２ａと第２流路２２ｂとが径方向からずれた方向に延びるよう形成されている場合、移送部６０は、磁石５０を径方向からずれた方向に移動させる。また、移送部６０は、磁石５０をカートリッジ２０に対して接近および離間させる場合に、鉛直方向から傾いた方向に磁石５０を移動させてもよい。

移送部６０は、磁石５０とカートリッジ２０の相対位置を変化させられればよい。たとえば、移送部６０は、カートリッジ２０を支持する支持部材３０を移動させることによりカートリッジ２０を移動させて、磁石５０がカートリッジ２０に対して相対的に移動されるようにしてもよい。ただし、支持部材３０を移動させる場合、支持部材３０を移動させるための構成が別途必要となるため、検出装置１０が大型化するおそれがある。したがって、支持部材３０は移動されず、磁石５０がカートリッジ２０に対して移動されるのが望ましい。

制御部７０は、回転部４０および移送部６０を制御する。図１（ａ）を参照して説明すると、制御部７０は、移送部６０を駆動して、第１チャンバ１００ａに対向する位置において磁石５０をカートリッジ２０に接近させ、磁石５０の磁力により複合体の磁性粒子を集める。その後、制御部７０は、磁性粒子を第２チャンバ１００ｂに移動させるまで、磁石５０がカートリッジ２０に接近した状態を移送部６０に維持させる。

制御部７０は、第１チャンバ１００ａに対向する位置から磁石５０を径方向に移動させることにより、第１チャンバ１００ａ内で磁石５０により集められた磁性粒子を、第１チャンバ１００ａから流路２２へと移動させる。続いて、制御部７０は、カートリッジ２０を回転させることにより、磁石５０により集められた磁性粒子を、流路２２内で移動させる。続いて、制御部７０は、流路２２に対向する位置から磁石５０を径方向に移動させることにより、磁石５０により集められた磁性粒子を、流路２２から第２チャンバ１００ｂへと移動させる。なお、磁性粒子が第１チャンバ１００ａから第２チャンバ１００ｂへ移送される際には、磁性粒子は、第１チャンバ１００ａの液相領域から、流路２２の気相領域を経由して、第２チャンバ１００ｂの液相領域へと移送される。

具体的には、制御部７０は、移送部６０を駆動して回転軸４２に近付く方向に磁石５０を移動させることにより、第１チャンバ１００ａ内の磁性粒子を、第１流路２２ａを通って接続部２２ｄに移動させる。続いて、制御部７０は、回転部４０を駆動してカートリッジ２０を回転させることにより、接続部２２ｄに位置付けられた磁性粒子を、第３流路２２ｃを通って接続部２２ｅに移動させる。さらに、制御部７０は、移送部６０を駆動して回転軸４２から離れる方向に磁石５０を移動させることにより、接続部２２ｅに位置付けられた磁性粒子を、第２流路２２ｂを通って第２チャンバ１００ｂへと移動させる。その後、制御部７０は、移送部６０を駆動してカートリッジ２０から離れる方向に磁石５０を移動させる。これにより、磁性粒子に結合した被検物質が第２チャンバ１００ｂに収容される。

なお、接続部２２ｄに位置付けられた磁性粒子を接続部２２ｅに移動する際に、回転部４０は、磁石５０をカートリッジ２０に対して相対的に移動できればよい。たとえば、回転部４０は、磁石５０を周方向に移動させてもよい。ただし、磁石５０を周方向に移動させる場合、磁石５０を周方向に移動させるための構成が別途必要となるため、検出装置１０が大型化するおそれがある。したがって、磁石５０は移動されず、カートリッジ２０が周方向に回転させられるのが望ましい。カートリッジ２０が３つ以上のチャンバを含む場合も、制御部７０は、上記のようにして磁性粒子を複数のチャンバに順次移送する。

検出部８０は、第２チャンバ１００ｂの試料から生じた光を検出する。これは、化学発光に基づく検出であり、化学発光に関しては、追って図８〜図１１（ｃ）を参照して説明する。制御部７０は、検出部８０により検出された光に基づいて被検物質の分析を行う。

上記のような検出装置１０によれば、第１チャンバ１００ａ内の被検物質を磁性粒子とともに磁石５０で集めることができ、さらに、磁石５０の径方向の移動とカートリッジ２０の回転によって、被検物質を磁性粒子とともに第２チャンバ１００ｂへと移動させることができる。

図１（ｂ）に示すように、本実施形態では、第１チャンバ１００ａおよび第２チャンバ１００ｂに、それぞれ、周方向に並ぶように２つの突部１３０が設けられている。これら２つの突部１３０は、第１チャンバ１００ａおよび第２チャンバ１００ｂに収容された試料の液面を安定化させ、試料を、略一律に、第１領域１１０内の所定の位置に位置づける作用を発揮する。このように試料の液面が安定することにより、磁性粒子を磁石で取り残しが抑制される。また、磁性粒子に被検物質と標識物質とを担持させ、標識物質から生じる蛍光に基づいて被検物質を検出する場合も、試料の液面が安定化すると、試料はチャンバ１００の略固定された位置に位置づけられるため、標識物質から生じる蛍光を精度良くかつ安定的に検出できる。

以下、突部１３０の作用について、比較例と対比しながら説明する。

＜チャンバの比較例＞
図３（ａ）に示すように、比較例に係るチャンバ４００には、突部１３０が設けられていない。したがって、チャンバ４００は、突部１３０によって第１領域と第２領域とに区分されていない。チャンバ４００は、回転軸４２側において流路２２に連結され、流路２２と接続する部分を挟む両側に、回転軸４２側に円弧状に突出した突出部４１０を備える。

このような形状のチャンバ４００では、たとえば、カートリッジを回転させてチャンバ４００内の試料を攪拌した後、カートリッジを停止させると、図３（ａ）の実線に示すように試料の液面が傾き、あるいは、図３（ａ）の破線に示すように試料の液面が反対方向に傾くことが起こり得る。すなわち、比較例のチャンバ形状では、回転停止時の液面の状態が不安定となり得る。このため、たとえば、磁性粒子を集めるために磁石５０が図３（ａ）に示す位置に位置付けられる場合、磁石５０の位置から大きく離れた突出部４１０付近の試料に対して磁性粒子を集めにくくなり、チャンバ４００内に磁性粒子が残ることが起こり得る。

また、このようにチャンバ４００内における試料の位置が不安定であると、試料から生じた蛍光を検出部８０で検出する場合に、検出精度が低下することが起こり得る。たとえば、図３（ｂ）に示すように、検出部８０が、試料から生じた蛍光を筒状の導光部８１で取り込んで光検出器８２へと導く構成である場合、試料がチャンバ４００の中央に収容されている場合と、試料がチャンバ４００の端に偏って収容されている場合とで、導光部８１に取り込まれる蛍光の光量が変動する。このため、図３（ａ）に示したようにチャンバ４００に収容された試料の液面が不安定であると、導光部８１に取り込まれる蛍光の光量が不安定となり、結果、被検物質の検出精度が低下してしまう。

これに対し、実施形態に係るチャンバ１００では、図４（ａ）に示すように、チャンバ１００の内側面からチャンバ１００内に突出する突部１３０が設けられているため、チャンバ１００に収容された試料は、カートリッジ２０の回転停止後において周方向の両側が突部１３０に抑えられ、突部１３０と試料との間の表面張力とぬれ性とによって、液面が安定し、第１領域１１０内の所定の位置に試料が収まりやすくなる。

このため、たとえば、磁石５０が図４（ａ）に示す位置に位置付けられる場合、第１領域１１０内の全ての試料から磁性粒子が円滑に集められ、チャンバ１００内に磁性粒子が残ることが抑制される。また、このように試料が第１領域１１０の中央に安定的に収容されるため、図４（ｂ）に示すように、検出部８０の導光部８１の入口に対して、試料が略一定の位置に位置付けられる。このため、試料の偏りによる蛍光取り込み量の変動が生じることがない。よって、被検物質の検出精度を高めることができる。

２．具体的構成例
次に、カートリッジの具体的構成例について説明し、さらに、このカートリッジを用いた被検物質の分析処理について説明する。

＜チャンバの形状＞
図５（ａ）に示すように、チャンバ１００は、試料が収容される領域であって、回転軸４２から離れる方に配される第１領域１１０と、回転軸４２に近い位置に配される第２領域１２０と、を備える。

また、チャンバ１００は、周方向においてチャンバ１００の内側に向かって突出する突部１３０を備える。図５（ａ）では、周方向に並んだ２つの突部１３０が設けられるが、１つのみでもよい。図５（ａ）の破線の大きい方の丸で囲んだ突部１３０は、拡大すると、図５（ｂ）のような構成となっている。突部１３０は、第１領域１１０と第２領域１２０との間の位置から突出している。

第１領域１１０は、上記のように、「試料が収容される領域」としているが、これは、試料がチャンバ１００に収容されたとき、試料によって占められる領域のみを意味するものではなく、試料を収容することが可能な領域も含めた領域である。

具体的に第１領域１１０を説明する。図５（ａ）には、第１領域１１０と第２領域１２０の境界Ｌが破線で示されている。この境界Ｌは、図５（ｂ）に示すように、突部１３０の先端部１３１における先端１３２から周方向に伸びた線である。チャンバ１００において、第１領域１１０と第２領域１２０とは、境界Ｌによって区切られる。なお、境界Ｌは、近似的な直線も含む。第２領域１２０の具体的な領域は後ほど説明する。なお、図５（ａ）で示しているチャンバ１００の形状は、Ｙ軸方向に左右対称であるため、両側の突部１３０の先端１３２から周方向に伸びる線は同一となる。

次に、突部１３０および突部１３０に続く第１領域１１０と第２領域１２０との形状に関して説明する。図５（ａ）および（ｂ）に示すように、突部１３０には、チャンバ１００の内方に凹む曲面が形成されてあり、これを先端部１３１とする。先端部１３１において、チャンバ１００の最も内方に先端１３２が位置する。第２領域１２０において、突部１３０に続く部分であり、すなわち、突部１３０と第２領域１２０との接続部分１３３である。この接続部分１３３は、曲面となっている。第２領域１２０の内側面１２１は、突部１３０の先端部１３１に向かうにつれて回転軸４２から離れるように形成されている。突部１３０は、回転軸４２から離れた方の内側面であって、突部１３０の先端部１３１から第１領域１１０へ続く内側面１３４は、突部１３０の内方に凹んだ曲面が形成されている。

ここで、図５（ｂ）では、先端部１３１はチャンバ１００の内側に湾曲した形状が示されている。この先端部１３１において、曲率が略一定の範囲の境界である点Ｐおよび点Ｑのそれぞれにおける接線Ｌ１および接線Ｌ２のなす角αは、９０度に近い角度、たとえば、８０度〜１２０度の範囲の角が形成される。このような範囲の角度が形成されると、第１領域１１０に収容された試料が、図６（ｂ）の点線矢印に示すように表面張力により突部１３０を乗り越えて第２領域１２０へと移動することが制限され得る。よって、試料を第１領域１１０に確実に収容させることができる。

なお、接線Ｌ１および接線Ｌ２のなす角αは、８０度〜１２０度の範囲に限られず、より鋭角であっても構わない。接線Ｌ１および接線Ｌ２のなす角αは、突部１３０の形状や、チャンバ１００に収容される試料の特性等により、適宜、調整可能である。

たとえば、上記では、図５（ｂ）のように、突部１３０の先端部１３１が湾曲した形状であったが、突部１３０自体が鋭角となるように形成されてもよい。

チャンバ１００は、突部１３０がこのような構成を有することにより、以下のような効果を奏する。

また、突部１３０のチャンバ１００の内側に突出する深さは、チャンバ１００に収容された試料の液面が安定化すれば特に限定されない。たとえば、図５（ａ）に示すように、第１領域１１０の周方向の幅のうち最も大きい幅である第１の幅の距離を距離Ｄ１とし、第１の幅を回転軸４２の径方向に二等分する直線を直線Ａとし、直線Ａと突部１３０の先端１３２との周方向における幅である第２の幅の距離を距離Ｄ２とし、さらに、第１の幅の半分に相当する距離を距離Ｄ３とする。このとき、距離Ｄ２は距離Ｄ３の４０％〜９８％の範囲であるとき、試料の液面は安定化し得る。

チャンバ１００内の試料は、チャンバ１００の回転動作時に第１領域１１０から第２領域１２０へと移動した場合でも、図６（ａ）において白抜きの矢印に示すように、遠心力により第２領域１２０の内側面１２１に沿って移動して、第１領域１１０へと戻る。接続部分１３３が曲面であるため、遠心力により試料が第２領域１２０の内側面１２１に沿って第１領域１１０へと移動する際に、試料が接続部分１３３に残りにくくなる。よって、試料を取りこぼしなく第１領域１１０に収容できる。

また、第２領域１２０の内側面１２１は、突部１３０の先端部１３１に向かうにつれて回転軸４２から離れるように形成されているため、回転動作時に第１領域１１０から第２領域１２０へと移動した試料は、遠心力により、突部１３０の根元から先端部１３１へと移動する。よって、突部の回転軸側に試料が残ることがない。このように、試料が第２領域１２０に移動した場合であっても、突部１３０を乗り越えて第２領域１２０に留まることがない。したがって、確実に試料を取りこぼしなく第１領域１１０に収容できる。

また、回転動作の停止時に、慣性力によって、試料が第１領域１１０の内側面１１１に沿って突部１３０の方へと移動すると、突部１３０の先端部１３１から第１領域１１０へ続く内側面１３４に沿って試料の移動方向が滑らかに変化して、第１領域１１０へと向かう試料の流れが生じる。よって、試料を第１領域１１０に確実に収容させ得る。

また、接線Ｌ１および接線Ｌ２のなす角αが８０度〜１２０度となっているため、第１領域１１０に収容された試料が、図６（ｂ）の点線矢印に示すように表面張力により突部１３０を乗り越えて第２領域１２０へと移動することが制限され得る。よって、試料を第１領域１１０に確実に収容させることができる。

図１（ａ）に示すように、第２領域１２０の最も回転軸４２に近い部分に流路２２が接続される。図５（ａ）に示すように、第２領域１２０には、この部分を挟んで周方向の両側に回転軸４２側に突出した突出領域１２２が設けられる。これにより、図６（ｃ）に示すように、第１領域１１０内の試料が、カートリッジ２０の回転動作の間に突部１３０を越えて第２領域１２０に移動したとしても、突出領域１２２により受け入れられる。よって、図６（ｃ）の点線矢印に示すように第２領域１２０から流路２２に試料が漏れ出すことが抑制され、試料をチャンバ１００内に確実に留めることができる。

ここで、突出領域１２２の内側面１２３は、曲面となっている。これにより、図６（ｃ）に示すように回転動作の間に突部１３０を越えて第２領域１２０に移動した試料は、突出領域１２２の内側面に沿って移動するに伴い、移動方向が第１領域１１０に向かうように変化する。これにより、第２領域１２０に移動した試料は、第１領域１１０に戻される。よって、試料を確実に第１領域１１０に収めることができる。

また、図５（ａ）に示すように、チャンバ１００には、流路２２と接続するめの開口部１２４が第２領域１２０に形成されている。チャンバ１００において、境界Ｌから開口部１２４の領域が、第２領域１２０の領域となる。

また、第１領域１１０の容積は、第１領域１１０に収容されるべき試料の量の１倍より大きく、２倍未満である。よって、突部１３０によるぬれ性および表面張力によって試料を第１領域１１０に安定的に収容できる。

さらに、図５（ａ）に示すチャンバ１００の形状は、周方向に対称である。これにより、試料を周方向に均等に第１領域１１０に収容させ得る。カートリッジ２０を何れの方向に回転させても、第２領域１２０によって試料をバランス良く受け止めることができる。よって、磁性粒子は、チャンバ１００すなわち第１領域１１０の中央付近に集まるため、磁石５０で取り出し易い。
３．カートリッジの具体的構成
上記のような形状のチャンバ１００を複数設けられるカートリッジ２００の詳細な構成について説明する。カートリッジ２００に設けられるチャンバ１００は、それぞれ同一のチャンバであるが、ここでは、図１（ａ）〜図６（ｃ）と区別するため、それぞれのチャンバに互いに異なる符号を付す。なお、図７（ａ）に示すカートリッジ２００におけるチャンバ２１１〜２１６は、全て、同じ形状、容量のチャンバとして説明する。

図７（ａ）に示すように、カートリッジ２００は、板状かつ円盤形状の基板２００ａにより構成される。カートリッジ２００内の各部は、基板２００ａに形成された凹部と、基板２００ａの全面を覆う図示しないフィルムとが貼り合わされることにより形成される。基板２００ａと、基板２００ａに貼り合わされたフィルムとは、透光性を有する部材により構成される。

基板２００ａには、孔２０１と、チャンバ２１１〜２１６と、流路２２０と、５つの試薬収容部２３１と、試薬収容部２３２と、開口２４１と、分離部２４２と、流路２４３と、を備える。孔２０１は、基板２００ａの中心において基板２００ａを貫通している。チャンバ２１１〜２１６は、基板２００ａの外周付近において周方向に並んでいる。カートリッジ２００は、孔２０１の中心が回転軸４２に一致するように、検出装置１０に設置される。

流路２２０は、周方向に延びた円弧状の第１流路２２１と、径方向に延びた６つの第２流路２２２と、を備える。第１流路２２１は、６つの第２流路２２２と繋がっている。６つの第２流路２２２は、それぞれチャンバ２１１〜２１６に繋がっている。５つの試薬収容部２３１は、流路を介して流路２２０に繋がっており、それぞれチャンバ２１１〜２１６に繋がる第２流路２２２の延長線上にある。試薬収容部２３２は、流路を介して、チャンバ２１６に繋がる第２流路２２２と、チャンバ２１６に繋がる第２流路２２２の延長線上にある試薬収容部２３１と、を繋ぐ流路に繋がっている。

試薬収容部２３１には、径方向の内側の上面に封止体２３１ａが設けられている。封止体２３１ａは、図示しない開栓部によって上から押されることにより開栓される。これにより、試薬収容部２３１の内部が、封止体２３１ａの位置においてカートリッジ２００の外部と繋がる。同様に、試薬収容部２３２にも、径方向の内側の上面に封止体２３２ａが設けられている。封止体２３２ａが図示しない開栓部により開栓されると、試薬収容部２３２の内部が、封止体２３２ａの位置においてカートリッジ２００の外部と繋がる。

被検者から採取された全血の血液検体は、開口２４１を介して分離部２４２に注入される。分離部２４２は、注入された血液検体を血球と血漿に分離する。分離部２４２で分離された血漿は、流路２４３に移動する。流路２４３の径方向の内側の上面には、孔２４３ａが設けられている。流路２４３内の領域２４３ｂに位置付けられた血漿は、カートリッジ２００が回転されると遠心力によりチャンバ２１１に移動する。これにより、所定量の血漿がチャンバ２１１に移送される。

なお、基板２００ａの各構成は、図７（ａ）に示すように、基板２００ａの３分の１の領域にのみ形成されている。しかしながら、これに限らず、これら一群の構成が残りの３分の２の領域に形成され、基板２００ａに一群の構成が３つ設けられてもよい。

検出装置１０は、たとえば、図７（ｂ）に示す分析装置３００に搭載される。分析装置３００は、抗原抗体反応を利用して検体中の被検物質を検出し、検出結果に基づいて被検物質を分析する。分析装置３００は、本体部３０１と蓋部３０２を備える。本体部３０１において、蓋部３０２に対向する部分以外は筐体３０１ａに覆われている。蓋部３０２において、本体部３０１に対向する部分以外は筐体３０２ａに覆われている。本体部３０１は、蓋部３０２を開閉可能に支持している。カートリッジ２００の着脱の際には、蓋部３０２が図７（ｂ）に示すように開けられる。本体部３０１の上部には、カートリッジ２００が設置される。

次に、図８を参照して、検出装置１０の動作について説明する。

まず、オペレータは、被検者から採取された血液検体を開口２４１から注入し、カートリッジ２００を支持部材３０に設置する。血液検体中の被検物質は、たとえば、抗原を含む。一例として、抗原は、Ｂ型肝炎表面抗原（ＨＢｓＡｇ）である。被検物質は、抗原、抗体、または、タンパク質のうち、１または複数であってもよい。

カートリッジ２００の試薬収容部２３１、２３２およびチャンバ２１１には、あらかじめ所定の試薬が収容されている。具体的には、チャンバ２１１の径方向に位置する試薬収容部２３１には、Ｒ１試薬が収容されている。チャンバ２１１には、Ｒ２試薬が収容されている。チャンバ２１２の径方向に位置する試薬収容部２３１には、Ｒ３試薬が収容されている。チャンバ２１３〜２１５の径方向に位置する試薬収容部２３１には、洗浄液が収容されている。チャンバ２１６の径方向に位置する試薬収容部２３１には、Ｒ４試薬が収容されている。試薬収容部２３２には、Ｒ５試薬が収容されている。

以下の制御において、制御部７０は、モータ４１に接続された図示しないエンコーダの出力信号に基づいて、モータ４１の駆動軸の回転位置を取得する。制御部７０は、回転するカートリッジ２００の所定の部位をセンサにより検出することで、カートリッジ２００の周方向の位置を取得する。あるいは、支持部材３０に対して、カートリッジ２００が決められた位置に設置されてもよい。これにより、制御部７０は、カートリッジ２００の各部を周方向の所定の位置に位置付けることが可能となる。

ステップＳ１１において、制御部７０がオペレータによってカートリッジ２００がセットされると、ステップＳ１２以降の処理を開始する。

ステップＳ１２において、制御部７０は、血漿と試薬をチャンバに移送する。具体的には、制御部７０は、モータ４１を駆動してカートリッジ２００を回転させる。そして、制御部７０は、モータ４１を駆動してカートリッジ２００を回転させ、遠心力により、領域２４３ｂに位置付けられた血漿をチャンバ２１１に移送し、６つの試薬収容部２３１に収容された試薬をチャンバ２１１〜２１６に移送する。これにより、チャンバ２１１において、血漿と、Ｒ１試薬と、Ｒ２試薬とが混合される。チャンバ２１２には、Ｒ３試薬が移送され、チャンバ２１３〜２１５には、洗浄液が移送され、チャンバ２１６には、Ｒ４試薬が移送される。

さらに、ステップＳ１２において、血漿と試薬の移送が終わると、制御部７０は、攪拌処理を行う。具体的には、制御部７０は、所定の方向に回転させながら、異なる２つの回転速度を所定の時間間隔で切り替えるよう、モータ４１を駆動する。たとえば、制御部７０は、モータ４１に印加する電流を所定の時間間隔で切り替えることにより、または、モータ４１の駆動を所定の時間間隔でオンとオフに切り替えることにより、攪拌処理を行う。これにより、周方向に発生するオイラー力が所定の時間間隔で変化することで、チャンバ２１１〜２１６内の試料が攪拌される。このような攪拌処理は、ステップＳ１２だけでなく、ステップＳ１３〜Ｓ１８においても移送処理後に同様に行われる。

なお、制御部７０は、所定の時間間隔でモータ４１の回転方向を切り替えることにより、攪拌処理を行ってもよい。ただし、このようにモータ４１が駆動されると、モータ４１の負荷が大きくなる。したがって、上記のように、所定の方向に回転させながら、２つの回転速度を切り替えるようモータ４１が駆動されるのが望ましい。また、ステップＳ１２での攪拌処理に関しては、図１２および図１３に基づいて、追って詳細に説明する。

ここで、Ｒ１試薬は、被検物質と結合する捕捉物質を含む。捕捉物質は、たとえば、被検物質と結合する抗体を含む。抗体は、たとえば、ビオチン結合ＨＢｓモノクローナル抗体である。Ｒ２試薬は、磁性粒子を試料成分中に含む。磁性粒子は、たとえば、表面がアビジンでコーティングされたストレプトアビジン結合磁性粒子である。ステップＳ１２において、血漿と、Ｒ１試薬と、Ｒ２試薬とが混合され、攪拌処理が行われると、被検物質とＲ１試薬は、抗原抗体反応により結合する。そして、抗原−抗体反応体と磁性粒子との反応により、Ｒ１試薬の捕捉物質と結合した被検物質が、捕捉物質を介して磁性粒子と結合する。こうして、被検物質と磁性粒子とが結合した状態の複合体が生成される。

次に、ステップＳ１３において、制御部７０は、チャンバ２１１内の複合体を、チャンバ２１１からチャンバ２１２へ移送する。これにより、チャンバ２１２において、チャンバ２１１で生成された複合体と、Ｒ３試薬とが混合される。ここで、Ｒ３試薬は、標識物質を含む。標識物質は、被検物質と特異的に結合する捕捉物質と、標識とを含む。たとえば、標識物質は、捕捉物質として抗体が用いられた標識抗体である。ステップＳ１３において、チャンバ２１１で生成された複合体と、Ｒ３試薬とが混合され、攪拌処理が行われると、チャンバ２１１で生成された複合体と、Ｒ３試薬に含まれる標識抗体とが反応する。これにより、被検物質と、捕捉物質と、磁性粒子と、標識抗体とが結合した複合体が生成される。

ここで、ステップＳ１３の処理について、図９を参照して詳細に説明する。図９のフローチャートは、図８のステップＳ１３を詳細に示すフローチャートである。以下の説明では、図９を主として参照し、図１０（ａ）〜図１１（ｃ）の状態遷移図を適宜参照する。

ステップＳ１２において、攪拌処理を行う前の時点では、図１０（ａ）に示すように、チャンバ２１１内で複合体が広がっている。ここで、実施形態１に係るチャンバ２１１は、図５（ａ）および（ｂ）に基づいて説明した形状のチャンバであるため、ステップＳ１２で試料を攪拌処理すると、チャンバ２１１の所定位置で磁性粒子が集まった状態となっている。よって、図１０（ｂ）に示すように、チャンバ２１１内の複合体を磁石５０で効率的に集めることができる。

ステップＳ１０２において、制御部７０は、移送部６０を駆動して、回転軸４２に近付く方向に磁石５０を移動させて、図１０（ｃ）に示すように、チャンバ２１１に繋がる第２流路２２２と、第１流路２２１との接続部へ複合体を移送する。

ステップＳ１０３において、制御部７０は、モータ４１を駆動してカートリッジ２００を回転させて、図１１（ａ）に示すように、チャンバ２１２に繋がる第２流路２２２と、第１流路２２１との接続部へ複合体を移送する。ステップＳ１０３において複合体をカートリッジ２００に対して移動させる速度も、ステップＳ１０２の場合と同様に設定される。モータ４１によるカートリッジ２００の回転は、上記のような複合体の移動速度を実現できるように行われる。

ステップＳ１０４において、制御部７０は、移送部６０を駆動して、回転軸４２から離れる方向に磁石５０を移動させて、図１１（ｂ）に示すように、チャンバ２１２へ複合体を移送する。ステップＳ１０４において複合体をカートリッジ２００に対して移動させる速度は、ステップＳ１０２と同様に設定される。ステップＳ１０５において、制御部７０は、移送部６０を駆動して、磁石５０をカートリッジ２００から遠ざけて、図１１（ｃ）に示すように、チャンバ２１２内に複合体を広がらせる。

以上のように、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５において、制御部７０は、チャンバ２１１に対向する位置において磁石５０をカートリッジ２００に接近させた後、磁石５０をカートリッジ２００に接近させたまま、磁石５０を流路２２０に沿って移動させて、チャンバ２１２に対向する位置に磁石５０を位置付ける。その後、制御部７０は、磁石５０をカートリッジ２００から離間させて、磁石５０による複合体の集磁を解除する。

ステップＳ１０６において、制御部７０は、上述した攪拌処理を行う。このとき、攪拌処理の前に複合体の集磁が解除され、複合体がチャンバ２１２内で広がっているため、チャンバ２１２内の試料の攪拌が確実に行われる。

以上のようにして、図８のステップＳ１３の処理が行われる。なお、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６に示す移送処理および攪拌処理は、後述するステップＳ１４〜Ｓ１７においても、同様に行われる。

図８に戻り、ステップＳ１４において、制御部７０は、チャンバ２１２内の複合体を、チャンバ２１２からチャンバ２１３へ移送する。これにより、チャンバ２１３において、チャンバ２１２で生成された複合体と、洗浄液とが混合される。ステップＳ１４において、チャンバ２１２で生成された複合体と、洗浄液とが混合され、攪拌処理が行われると、チャンバ２１３内で複合体と未反応物質とが分離される。すなわち、チャンバ２１３では、洗浄により未反応物質が除去される。

ステップＳ１５において、制御部７０は、チャンバ２１３内の複合体を、チャンバ２１３からチャンバ２１４へ移送する。これにより、チャンバ２１４において、チャンバ２１２で生成された複合体と、洗浄液とが混合される。チャンバ２１４においても、洗浄により未反応物質が除去される。

ステップＳ１６において、制御部７０は、チャンバ２１４内の複合体を、チャンバ２１４からチャンバ２１５へ移送する。これにより、チャンバ２１５において、チャンバ２１２で生成された複合体と、洗浄液とが混合される。チャンバ２１５においても、洗浄により未反応物質が除去される。

ステップＳ１７において、制御部７０は、チャンバ２１５内の複合体を、チャンバ２１５からチャンバ２１６へ移送する。これにより、チャンバ２１６において、チャンバ２１２で生成された複合体と、Ｒ４試薬とが混合される。ここで、Ｒ４試薬は、チャンバ２１２で生成された複合体を分散させるための試薬である。Ｒ４試薬は、たとえば緩衝液である。ステップＳ１７において、チャンバ２１２で生成された複合体と、Ｒ４試薬とが混合され、攪拌処理が行われると、チャンバ２１２で生成された複合体が分散される。

ステップＳ１８において、制御部７０は、Ｒ５試薬をチャンバ２１６に移送する。具体的には、制御部７０は、モータ４１を駆動してカートリッジ２００を回転させる。そして、制御部７０は、モータ４１を駆動してカートリッジ２００を回転させ、遠心力により、試薬収容部２３２に収容されたＲ５試薬をチャンバ２１６に移送する。これにより、チャンバ２１６において、ステップＳ１７で生成された混合液に、さらにＲ５試薬が混合される。

ここで、Ｒ５試薬は、複合体に結合された標識抗体との反応により光を生じる発光基質を含む発光試薬である。ステップＳ１８において、ステップＳ１７で生成された混合液と、Ｒ５試薬とが混合され、攪拌処理が行われると、試料が調製される。この試料は、複合体に結合された標識物質と、発光基質とが反応することにより、化学発光する。

ステップＳ１９において、制御部７０は、モータ４１を駆動して、チャンバ２１６を検出部８０の真上に位置付け、チャンバ２１６から生じる光を、光検出器８２により検出する。ステップＳ２０において、制御部７０は、光検出器８２により検出した光に基づいて、免疫に関する分析処理を行う。光検出器８２が光電子増倍管で構成される場合、光子の受光に応じたパルス波形が光検出器８２から出力される。検出部８０は、光検出器８２の出力信号に基づいて、一定間隔でフォトンを計数し、カウント値を出力する。制御部７０は、検出部８０から出力されたカウント値に基づいて、被検物質の有無および量などを分析する。

以上のように、複合体は、チャンバ２１１〜２１６において順番に移送される。このように複数のチャンバを介して複合体が移送されると、複合体がチャンバ２１１〜２１５および流路２２０において取り残されやすくなる。しかしながら、上記のように磁石５０を用いて確実に複合体が移送されると、複合体の取り残しを確実に防止できる。これにより、光検出器８２により検出される光量の意図しない低下を抑制できる。よって、意図しない光量の低下による偽陰性を抑制できるため、高精度な検出を行うことができる。

なお、化学発光とは、化学反応によるエネルギーを利用して発せられる光であり、たとえば、化学反応により分子が励起されて励起状態になり、そこから基底状態に戻る時放出される光である。化学発光は、たとえば、酵素と基質との反応により生じさせたり、電気化学的刺激を標識物質に与えることにより生じさせたり、ＬＯＣＩ法（Luminescent Oxygen Channeling Immunoassay）に基づいて生じさせたり、生物発光に基づいて生じさせたりすることができる。実施形態１では、いずれの化学発光が行われてもよい。

所定波長の光が照射されると蛍光が励起される物質と被検物質とが結合して複合体が構成されてもよい。この場合、チャンバ２１６に光を照射するための光源が配置される。光検出器８２は、光源からの光によって複合体に結合した物質から励起された蛍光を検出する。

なお、磁性粒子としては、磁性を有する材料を基材として含み、通常の免疫測定に用いられる粒子であればよい。たとえば、基材としてＦｅ_２Ｏ_３および／またはＦｅ_３Ｏ_４、コバルト、ニッケル、フィライト、マグネタイトなどを用いた磁性粒子が利用できる。磁性粒子は、被検物質と結合するための結合物質がコーティングされていてもよいし、磁性粒子と被検物質とを結合させるための捕捉物質を介して被検物質と結合してもよい。捕捉物質は、磁性粒子および被検物質と相互に結合する抗原または抗体などである。

また、標識物質は、たとえば、被検物質と特異的に結合する捕捉物質と、化学発光のための標識とを含む。捕捉物質は、被検物質と特異的に結合すれば特に限定されない。実施形態１では、捕捉物質は、被検物質と抗原抗体反応により結合する。より具体的に、実施形態１では、捕捉物質は抗体であるが、被検物質が抗体である場合、捕捉物質は、その抗体の抗原であってもよい。また、被検物質が核酸である場合、捕捉物質は、被検物質と相補的な核酸であってもよい。標識物質に含まれる標識としては、たとえば、酵素、蛍光物質、放射性同位元素などが挙げられる。酵素としては、アルカリホスファターゼ（ＡＬＰ）、ペルオキシダーゼ、グルコースオキシダーゼ、チロシナーゼ、酸性ホスファターゼなどが挙げられる。化学発光として、電気化学発光をする場合、標識としては、電気化学的刺激により発光する物質であれば特に限定されないが、たとえばルテニウム錯体が挙げられる。蛍光物質としては、フルオレセインイソチオシアネート（ＦＩＴＣ）、グリーン蛍光タンパク質（ＧＦＰ）、ルシフェリンなどが利用できる。放射性同位元素としては、１２５Ｉ、１４Ｃ、３２Ｐなどが利用できる。

また、標識が酵素である場合、酵素に対する発光基質は、用いる酵素に応じて適宜公知の発光基質を選択すればよい。たとえば、酵素としてアルカリホスファターゼを用いる場合の発光基質としては、ＣＤＰ−Ｓｔａｒ（登録商標）、（４−クロロ−３−（メトキシスピロ[１，２−ジオキセタン−３，２’−（５’−クロロ）トリクシロ［３．３．１．１３，７］デカン]−４−イル）フェニルリン酸２ナトリウム）、ＣＳＰＤ（登録商標）（３−（４−メトキシスピロ[１，２−ジオキセタン−３，２−（５’−クロロ）トリシクロ［３．３．１．１３，７］デカン]−４−イル）フェニルリン酸２ナトリウム）などの化学発光基質；ｐ−ニトロフェニルホスフェート、５−ブロモ−４−クロロ−３−インドリルリン酸（ＢＣＩＰ）、４−ニトロブルーテトラゾリウムクロリド（ＮＢＴ）、ヨードニトロテトラゾリウム（ＩＮＴ）などの発光基質；４−メチルウムベリフェニル・ホスフェート（４ＭＵＰ）などの蛍光基質；５−ブロモ−４−クロロ−３−インドリルリン酸（ＢＣＩＰ）、５−ブロモ−６−クロロ−インドリルリン酸２ナトリウム、ｐ−ニトロフェニルリンなどの発色基質などが利用できる。

＜カートリッジの回転動作＞
ここで、ステップＳ１０６の攪拌処理に関して詳細に説明する。本実施形態では、攪拌が終了した直後のチャンバ１００内における試料の液面の安定性が重要である。カートリッジ２００が急に回転を停止すると、チャンバ１００内で試料の液面が激しく波打ち、液面が安定するまで時間が掛かる場合がある。また、激しく波打つことにより、試料の一部がチャンバ１００の突部１３０を乗り越え、さらに、第２領域１２０から流路２２０の第２流路２２２に漏れ出す虞がある。この場合、チャンバ１００内から第２流路２２２に漏れ出した試料中に磁性粒子が含まれていると、チャンバ１００内に収容された磁性粒子が減少するため、被検物質の検出の精度が低下する。そこで、実施形態１に係るカートリッジ２００の回転動作を以下のように制御する。

まず、試料の攪拌、すなわちカートリッジ２００の回転動作の制御に関して説明する。カートリッジ２００の回転に伴ってチャンバ１００が回転する。このとき、制御部７０は、カートリッジ２００の回転速度を増加させた後、回転速度を減少させる。この間、磁性粒子に磁力が印加され、磁性粒子は回転軸４２の径方向に移動し、被検物質を集める。

具体的にカートリッジ２００の回転動作の制御を説明すると、図１２のグラフに示すように、攪拌の開始時、制御部７０は、カートリッジ２００の回転を９．３７５（ｒ／ｍ）と設定し、攪拌の開始時から２秒間かけて、カートリッジ２００の回転が９．３７５（ｒ／ｍ）から３６０（ｒ／ｍ）まで上昇するように回転部４０を制御する。制御部７０は、攪拌開始から２秒後、１秒間、カートリッジ２００の回転を３６０（ｒ／ｍ）に維持するように回転部４０を制御する。その後、カートリッジ２００の回転数を３６０（ｒ／ｍ）から４６０（ｒ／ｍ）まで上昇させて、再び３６０（ｒ／ｍ）まで下降させる。これを１周期として０．０４秒間で回転部４０に実行させる。制御部７０は、カートリッジ２００に、３７０周期、つまり、１４．８秒間、上記の回転を実行させる。その後、制御部７０は、３．９４９秒間かけて、カートリッジ２００の回転を、３６０（ｒ／ｍ）から９．３７５（ｒ／ｍ）になるように回転部４０を制御する。

続いて、カートリッジ２００が停止するときの制御に関して、図１３〜図１４（ｄ）に基づいて説明する。図１３に示すフローチャートでは、図９で説明した攪拌が終了した時点をスタートとする。

攪拌し終えた直後の試料は、図１４（ａ）に示すように、液面が不安定に揺れている。ステップＳ２０１においては、制御部７０は、カートリッジ２００の回転速度を、所定時間かけて一旦上昇させる。つまり、図１２のグラフにおいて、カートリッジ２００の回転数が９．３７５（ｒ／ｍ）になると、制御部７０は、カートリッジ２００の回転速度を所定値まで上げ、回転部４０にカートリッジ２００を回転させる。この所定値は、被検物質ごとに異なる。

ステップＳ２０２においては、ステップＳ２０１にて制御部７０が所定値まで上昇させたカートリッジ２００の回転速度を所定時間、一定に維持する。

ステップＳ２０３においては、制御部７０は、カートリッジ２００の回転速度を所定時間かけて減速する。制御部７０は、回転部４０にカートリッジ２００の回転を緩めるように制御する。ステップＳ２０２およびステップＳ２０３では、試料は、チャンバ１００内で図１４（ｂ）および（ｃ）に示すように、Ｙ軸の左右に揺れている。

ステップＳ２０４においては、制御部７０は、カートリッジ２００の回転を回転部４０に停止させる。このとき、図１４（ｄ）に示すように、チャンバ１００内の試料は、突部１３０を境界として、第１領域１１０内に収容されており、液面が安定する。

上記のような攪拌および停止を繰り返すことにより、チャンバ１００の試料は、液面が安定した状態とまり、磁性粒子は、第１領域１１０の中央付近に集まる。このため、チャンバ１００内の磁性粒子は、取り残されることなく、磁石５０で円滑に移送される。

＜チャンバの形状の変形例＞
続いて、本実施形態に係るカートリッジ２０に設けられるチャンバ１００の形状の変形例について、図１５（ａ）〜（ｆ）に基づいて説明する。

（１）突部が多段に設けられている場合
図１５（ａ）および（ｂ）に示すように、周方向に並ぶ突部１３０の組が径方向にあり、さらに、他の突部の組が形成されてもよい。図１５（ａ）では、回転軸４２に遠い方の突部を突部１３０とし、回転軸４２から近い方に形成されている他の突部を突部１４０とする。このように突部１３０および突部１４０が形成されると、図１５（ａ）に示すように、試料が少量である場合は、突部１３０の先端１３２を通って周方向に延びる線を境界Ｌとして、第１領域１１０と第２領域１２０とが区別される。これにより、試料の液面を確実に安定化できる。これに対し、試料が多量である場合は、図１５（ｂ）に示すように、回転軸４２に近い方の突部を突部１３０とし、回転軸４２に遠い方に形成されている他の突部を突部１４０とする。この場合、第１領域１１０と第２領域１２０とは、回転軸４２に近い方の突部を突部１３０の先端１３２を通って周方向に延びる線を境界Ｌとして、第１領域１１０と第２領域１２０とが区別される。これにより試料の液面を確実に安定化できる。

図１５（ａ）および（ｂ）に示すようなチャンバ１００を用いることにより、チャンバ１００に収容される試料の量が変更される場合も、最適な突部１３０を選択することによって、試料を第１領域１１０に安定的に収容できる。たとえば、図７（ａ）に示したカートリッジ２００が汎用的に用いられる場合、測定項目に応じて各チャンバ１００に導入される試料および試薬の量が変わり得る。このような場合に、図１５（ａ）および（ｂ）に示すチャンバ１００を用いれば、２種類の量の試料に対応できる。よって、カートリッジ２００を汎用的に用い得る。なお、周方向に並んで突部１３０の組となり得る突部の組は、３つ以上であってもよい。これにより、対応可能な液量の種類をさらに増やし得る。

（２）径方向に異なった位置に他の突部が設けられる場合
図１５（ｃ）および（ｄ）に示すように、突部１３０を設け、他の突部１４０を径方向に異なった位置に設けられてもよい。図１５（ｃ）の例では、Ｙ軸正側の回転軸４２に近い位置に突部１３０が形成されており、突部１３０に対して径方向の異なる位置、つまり、Ｙ軸負側に他の突部１４０が形成されている。これにより、試料が少量である場合は、突部１３０により液面を安定化できる。

これに対し、図１５（ｄ）では、Ｙ軸正側の回転軸４２に遠い位置に形成されている突部を突部１３０とし、この突部１３０に対して径方向の異なる位置、つまり、Ｙ軸負側に他の突部１４０が形成されている。これにより、試料が多量である場合は、第１領域１１０と第２領域１２０との境界を境界Ｌとして、突部１３０により、液面を安定化できる。つまり、試料の量によって、第１領域１１０の空間を広げることができる。

なお、この構成例では、１つの試料の量に対して１つの突部１３０が割り当てられているため、図１５（ａ）、（ｂ）の構成に比べて、液面の安定化作用がやや低下する。しかし、この場合も、突部１３０と試料との間の表面張力およびぬれ性によって、液面を安定化させ得る。この場合も、径方向に突部１３０が形成され、この突部１３０とは異なる３つ以上の位置に他の突部１４０が形成されてもよい。このとき、上記したように、第１領域１１０と第２領域１２０との境界Ｌが、回転軸４２に近づく或いは遠ざかって、第１領域１１０と第２領域１２０との容積が変化する。これにより、対応可能な液量の種類をさらに増やし得る。

（３）突部が１つのみである場合
図１５（ｅ）に示すように、チャンバ１００に設ける突部は、１つのみでもよい。この場合も、図１５（ｃ）および（ｄ）の場合と同様、突部１３０と試料との間の表面張力およびぬれ性によって、液面を安定化させ得る。図１５（ｅ）では、Ｙ軸正側に形成されているが、Ｙ軸負側に突部１３０が形成されてもよい。

（４）突部の深さが異なる場合
図１５（ｆ）に示すように、図１５（ａ）、（ｂ）の構成において、突部１３０と他の突部１４０とで、チャンバ１００の内方に突出する高さが異なっていてもよい。図１５（ａ）、（ｂ）の構成では、多量の試料がチャンバ１００に導入される場合に、試料が、突部１３０を超えて突出領域１２２の内側面１２３に移動し、流路２２０に漏れ出てしまう虞がある。これに対し、図１５（ｆ）に示すように、回転軸４２に近い方に形成されている突部を突部１３０として、他の突部１４０よりもチャンバ１００の内方により深く突出させる。これにより、突出領域１２２に試料が移動しにくくなり、試料が、突出領域１２２から流路２２０へ移動することをより確実に防止できる。

なお、図１５（ｆ）に示すチャンバ１００であっても、回転軸４２に遠い方に位置する突部を突部１３０として用いることができる。この場合、回転軸４２に近い位置の突部は、他の突部１４０となる。

＜実施形態２＞
実施形態２では、図１６に示すように、支持部材３０に代えて、支持部材５１０が配置され、カートリッジ２００に代えて、カートリッジ５２０が用いられる。その他の構成については、実施形態１の具体的構成と同様である。

支持部材５１０は、孔５１１と、３つの設置部５１２と、を備える。孔５１１は、支持部材５１０の中心に設けられている。支持部材５１０は、所定の部材を介して回転軸４２に設置される。これにより、支持部材５１０は、回転軸４２を中心として回転可能となる。設置部５１２は、周方向に３つ設けられている。設置部５１２は、面５１２ａと孔５１２ｂを備える。面５１２ａは、支持部材５１０の上面よりも一段低い面である。孔５１２ｂは、面５１２ａの中央に形成されており、支持部材５１０を上下方向に貫通する。カートリッジ５２０は、矩形形状であり、カートリッジ２００と同様の構成を有する。

分析を開始する場合、オペレータは、カートリッジ２００の場合と同様に、血液検体をカートリッジ５２０に注入し、カートリッジ５２０を設置部５１２に設置する。そして、実施形態１と同様、制御部７０は、モータ４１と、移送部６０と、検出部８０とを駆動する。これにより、実施形態１と同様に、カートリッジ５２０内の複合体の移送が磁石５０により確実に行われる。よって、実施形態１と同様に、検出装置１０による被検物質の分析精度を高く維持できる。また、実施形態２では、３つの設置部５１２に、それぞれカートリッジ５２０を設置できるため、３つのカートリッジ５２０に対して同時に分析を行うことができる。

１０ 検出装置
２０、２００ カートリッジ
２２ 流路
４０ 回転部
４２ 回転軸
５０ 磁石
７０ 制御部
６０ 移送部
８０ 検出部
１００ チャンバ
１００ａ 第１チャンバ
１００ｂ 第２チャンバ
１１０ 第１領域
１１１ 内側面
１２０ 第２領域
１２１ 第２領域の内側面
１２２ 突出領域
１２３ 内側面
１３０ 突部
１３１ 先端部
１３２ 先端
１３３ 接続部分
１３４ 突部の内側面
１４０ 他の突部
２００ カートリッジ
２３１ 試薬収容部
２３２ 試薬収容部
４００ 分析装置
５１０ 支持部材
５２０ カートリッジ

本態様に係るカートリッジ（２０）において、第２領域（１２０）は、流路（２２０）に接続されており、回転軸（４２）を中心とする円の周方向の両側に、回転軸（４２）側に突出した突出領域（１２２）を含むように形成され得る。

これにより、チャンバに試料が収容されている場合、回転動作の間に試料が突部を越えて第２領域に移動しても、突出領域により受け入れられる。よって、第２領域から流路に試料が漏れ出すことが抑制され、試料をチャンバ内に留めることができる。

本態様に係るカートリッジ（２０）において、チャンバ（１００）は、回転軸（４２）を中心とする円の周方向に対称な形状を有するように構成され得る。これにより、試料を周方向に均等に第１領域に収容させ得る。

Claims (26)

1. 回転軸を中心に回転され、被検物質を検出するためのカートリッジであって、
   前記被検物質を含む試料が収容されるチャンバを備え、
   前記チャンバは、
   前記試料が収容される第１領域と、
   前記第１領域よりも前記回転軸に近い位置に配された第２領域と、
   前記第１領域と前記第２領域との間の位置から前記チャンバの内側に突出する突部と、を備える、カートリッジ。
2. 前記突部の前記回転軸側の側面が、前記突部の先端部に向かうにつれて前記回転軸から離れるように形成されている、請求項１に記載のカートリッジ。
3. 前記突部の前記回転軸から離れた方の側面は、前記突部の内方に凹んだ円弧状の曲面を含む、請求項１または２に記載のカートリッジ。
4. ２つの前記突部が、それぞれ、前記チャンバの前記回転軸を中心とする円の周方向に向き合う位置に設けられている、請求項１ないし３の何れか一項に記載のカートリッジ。
5. ２つの他の突部の組が、前記回転軸の径方向に設けられている、請求項４に記載のカートリッジ。
6. 前記突部と他の突部とが、それぞれ、前記回転軸の径方向において互いに異なる位置に設けられている、請求項１ないし５の何れか一項に記載のカートリッジ。
7. 前記第１領域の容積は、前記第１領域に収容されるべき試料の量の１倍より大きく、２倍未満である、請求項１ないし６の何れか一項に記載のカートリッジ。
8. 前記第２領域は、流路に接続されており、前記流路の前記周方向の両側に、前記回転軸側に突出した突出領域を含む、請求項１ないし７の何れか一項に記載のカートリッジ。
9. 前記突出領域の内側面は、曲面となっている、請求項８に記載のカートリッジ。
10. 前記第１領域の前記回転軸から離れる部分の内側面は、前記回転軸から離れる方向に凹んだ円弧状の曲面を含む、請求項１ないし９の何れか一項に記載のカートリッジ。
11. 前記チャンバは、前記周方向に対称な形状を有する、請求項１ないし１０の何れか一項に記載のカートリッジ。
12. 前記突部の先端は、曲面で形成されている、請求項１ないし１１の何れか一項に記載のカートリッジ。
13. 前記チャンバが、複数設けられている、請求項１ないし１２の何れか一項に記載のカートリッジ。
14. 少なくとも１つの前記チャンバにおける前記第１領域の容積が、他の前記チャンバにおける前記第１領域の容積と相違している、請求項１３に記載のカートリッジ。
15. 隣り合う前記チャンバを接続する流路が設けられている、請求項１３または１４に記載のカートリッジ。
16. 前記複数のチャンバにそれぞれ接続され、試薬が収容された複数の試薬収容部を備える、請求項１３ないし１５の何れか一項に記載のカートリッジ。
17. 試薬が収容された前記複数の試薬収容部のうち所定の試薬収容部は、前記被検物質に結合する捕捉物質を含む、請求項１６に記載のカートリッジ。
18. 試薬が収容された前記複数の試薬収容部のうち所定の試薬収容部は、磁性粒子を含む、請求項１６または１７に記載のカートリッジ。
19. 試薬が収容された前記複数の試薬収容部のうち所定の試薬収容部は、標識抗体を含む、請求項１６ないし１８の何れか一項に記載のカートリッジ。
20. 試薬が収容された前記複数の試薬収容部のうち所定の試薬収容部は、緩衝液を含む、請求項１６ないし１９の何れか一項に記載のカートリッジ。
21. 試薬が収容された前記複数の試薬収容部のうち所定の試薬収容部は、発光基質を含む、請求項１６ないし２０の何れか一項に記載のカートリッジ。
22. チャンバを有するカートリッジを回転軸周りに回転させて前記チャンバに収容された試料中の被検物質を検出する検出方法であって、
    前記チャンバは、試料が収容される第１領域と、前記第１領域よりも前記回転軸に近い位置に配された第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間の位置から前記チャンバの内側に突出する突部と、を備え、
    前記カートリッジを回転させることにより生じる遠心力によって前記試料を収容した前記チャンバに試薬を導入し、
    前記試薬が導入された前記チャンバを検出位置に停止させ、
    前記検出位置に停止した前記チャンバ内に前記試薬が導入された前記試料から生じる蛍光を検出する、検出方法。
23. 前記試薬が導入された前記チャンバを回転することにより前記試薬を含む試料を攪拌する工程を含む、請求項２２に記載の検出方法。
24. 前記攪拌する工程は、前記カートリッジの回転速度を増加させた後、回転速度を減少させる工程を含む、請求項２２または２３に記載の検出方法。
25. 前記チャンバ内に収容された磁性粒子に磁力を印加し、前記磁性粒子を前記回転軸の径方向に移動させる、請求項２２ないし２４の何れか一項に記載の検出方法。
26. 請求項１ないし２１の何れか一項に記載のカートリッジと、
    前記回転軸を中心に前記カートリッジを回転させる回転部と、
    前記被検物質を検出するための検出部と、
    前記回転部を制御する制御部と、
    を備える検出装置。
    
    

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