JP2020016521A - 自動分析装置、方法、及び反応容器 - Google Patents

Abstract

【課題】試料の吸光度を測定して濃度算出する自動分析装置において、入射光の尤度ある照射面積、光路長を保ちつつ反応液量を低減する。【解決手段】反応液を容れる反応容器２０２で、入射光２０６を反応液の上面から下面方向である重力方向に進む光路とし、反応容器２０２の底部に設置した反射板４０１で、反応液内で入射光を曲げて側面方向に進む光路とする。反応容器２０２の側面に設置した光検出器で透過光２０７を検出することで、入射光の十分な尤度の照射面積、光路長を確保することができる。また、光路から外れた反応容器２０３の反射板４０１の下側の領域をカットすることで反応液量を減らし、ランニングコストを抑えることができる。【選択図】図１

Description

本発明は自動分析装置に係り、特に反応液に光を照射して、その透過光を検出して目的成分の成分量を測定する分析技術に関する。

測定対象の試料、試薬、及び、それらの混合物などの反応液に入射光を照射して、反応液を透過した透過光の強度を検出器で測定し、反応液に吸収された光量（以下、吸光度と称する）を算出することで、反応液に含まれる目的成分の成分量を測定する吸光度測定などの光学式分析装置がある。関連する先行技術文献として、例えば、特許文献１、２があり、特許文献１には、測定対象である液体の成分を正確に測定し、かつ、測定装置の大型化を防止するため、横から入射した入射光をミラーで曲げる構成が開示されている。また、特許文献２には、生体サンプル中のバクテリアなどの微生物の同定及び定量化を行うため、入射光として蛍光物質の励起光を照射し、励起光と波長の異なる蛍光を分離して測定する目的でミラーを使用する光学式分析装置の構成が開示されている。

特開２０１７−０４４４９９号公報 特開２０１１−５１１９４２号公報

蛍光を分離して測定する光学式分析装置と異なり、吸光度測定を行う光学式分析装置においては、入射光を反応液に吸収し易くするために、入射光の照射面積・光路長を増やせば測定精度は向上する可能性があるが、反応液量が多くなり、試薬などのランニングコストが高くなるので好ましくない。一方、反応液量を減らすことでランニングコストは低くなる可能性があるが、入射光の照射面積・光路長を減らしてしまうと測定精度の確保が難しくなるので、分析装置としては好ましくない。

本発明は、上記の課題を解決し、入射光の照射面積・光路長を保ちつつ、反応液量を減らすことが可能な自動分析装置、方法、及び反応容器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明においては、自動分析装置であって、入射光を発生する光源と、上部から内部の反応液に照射され、反応液を通過する入射光を横方向に反射する形状の底部を有する反応容器の横方向に反射される入射光を、反応液を透過した透過光として検出する光検出器とを含む測光機構と、測光機構を制御する制御部と、を備える自動分析装置を提供する。

また、上記目的を達成するために、本発明においては、制御部を用いた自動分析方法であって、制御部は、上部から内部の反応液に照射され、反応液を通過する入射光を横方向に反射する形状の底部を有する反応容器の横方向に反射される入射光を、反応液を透過した透過光として検出するよう制御する自動分析方法を提供する。

更に、上記目的を達成するために、本発明においては、反応容器であって、
上部から内部の反応液に照射され、反応液を通過する入射光を横方向に反射する形状の底部を有し、横方向に反射される入射光を、反応液を透過した透過光として検出する反応容器を提供する。

本発明により、入射光の十分な尤度の照射面積、光路長を保ちつつ、反応液量を減らすことが可能となる。

実施例１に係る、反応容器の一構成を示す図である。 従来の反応容器の構成を示す図である。 実施例１に係る、反応容器で必要な反応液量を説明する図である。 実施例１に係る、自動分析装置の全体構成図である。 実施例２に係る、反応容器の外側に離して設置した反射板を用いる構成を示す図である。 実施例３に係る、突起物のある反応容器の一構成を説明するための図である。 実施例４に係る、反応液表面の気泡を吸引する気泡吸引プローブを示す図である。 実施例５に係る、自動分析装置の一構成の要部を示す図である。

以下、本発明の種々の実施例について図面を参照して説明する。複数の実施例の図面で同一番号は同一物を示している。

実施例１は、入射光を発生する光源と、上部から内部の反応液に照射され、反応液を通過する入射光を横方向に反射する形状の底部を有する反応容器の横方向に反射される入射光を、反応液を透過した透過光として検出する光検出器とを含む測光機構と、測光機構を制御する制御部とを備える自動分析装置、自動分析方法、及び、上部から内部の反応液に照射され、反応液を通過する入射光を横方向に反射する形状の底部を有し、横方向に反射される入射光を、反応液を透過した透過光として検出する反応容器の実施例である。

すなわち、本実施例においては、反応容器の上部から入射光を反応液の上面から下面方向、すなわち重力方向に照射し、反応容器内の反応液を通過している入射光を反応容器の底部に設置した反射板で横方向に曲げる。そして、反応容器内で横方向に曲げられた透過光を、反応容器の側面方向、すなわち重力に対して垂直方向に進む光路として、反応容器の横方向に設置した光検出器で検出する。また、入射光を横方向に曲げることで光路から外れた反応容器の領域には、反応液を容れない構造とする。

図１に本実施例の反応容器の一構成例を示す。また、比較のため、図２に従来の反応容器の構成を示す。図１の構成において、反応容器２０２の反応液２０３の上面から下面方向、すなわち重力方向に入射光２０６を照射する。反応容器２０２の底部、すなわち底面が斜面形状、好適には４５度の角度を有する斜面形状にカットされ、底部に反射板４０１が設置され、反応容器２０２の反応液２０３を通過している入射光が、反応容器２０３の横方向、すなわち側面方向に曲げられ、透過光２０７となる。言い換えるなら、反応容器２０２の底部は、反応容器の側面に至る斜面形状を有する構成である。反射板４０１は、底部の内側又は外側に設置する。入射光２０６が横方向に曲げられたことによって、光路から外れた反応容器の領域、すなわち、反射板４０１の下側には反応液２０３が存在しない。

一方、図２に示す従来の反応容器の構成においては、反応容器２０１に反応液２０３を容れた状態で、入射光２０６を反応容器２０１の側面から照射され、反対側の反応容器２０１の側面から透過光２０７が透過する。

ここで、図１に示す実施例１の反応容器２０２と図２に示す従来の反応容器２０１における点線で示す光路長３０１を比較する。従来の構成にあっては、光路長３０１は反応容器２０１の管幅に等しい長さであるのに対し、実施例１の構成にあっては、入射光を反応容器２０２の上部から照射していること、及び反射板４０１により入射光を横方向に曲げる構成を備えるため、反応容器２０２の管幅以上の光路長３０１とすることができる。また、反射板４０１の下側には反応液２０３が存在しないため、反応容器内の反応液の液量を低減することができる。その結果、反応液量を増やすことなく、多くの入射光２０６を反応液２０３に吸収させることができ、分析精度の向上をはかることができる。

図３は、このような本実施例の反応容器の構造上の効果を比較するための図である。同図の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来と本実施例の反応容器の構成に対応している。同図の（ａ）に示す従来の反応容器を使った場合、測定に必要な反応液２０４の容量を１００μｌ、光路長を５ｍｍ、反応容器の断面は正方形、入射光の照射面積を２×２ｍｍ^２と仮定すると、反応容器の断面積５００は５×５＝２５ｍｍ^２であることから、従来の測定に必要な反応液高さ５０１は４ｍｍとなるため、幅２ｍｍの入射光の照射面積に対する尤度は、上下1mmずつとなる。

一方、同図の（ｂ）に示す本実施例の構成によれば、測定に必要な光路長、反応容器の断面積、入射光の照射面積、入射光の照射面積に対する尤度を従来の反応容器と同等以上にするために必要な反応液２０５の容量を低減できる。すなわち、反応液高さ５０２＝５ｍｍとすれば、光路長５ｍｍ、幅２ｍｍの入射光の照射面積に対する尤度は上下１．５ｍｍずつ確保したまま、反応容器断面積５００×反応液高さ５０２を、２５ｍｍ^２×５ｍｍ÷２＝６２．５μｌまで低減することができる。

このように、本実施例の反応容器２０２は底面に対して４５度の角度で底面をカットしており、その分の反応液量を削減しても、入射光２０６が反応液２０５内で曲がることで十分な光路長を確保できる。また、入射光２０６を上面から照射するので、反応液量に左右されずに入射光の照射面積に対する尤度も２ｍｍ以上に確保できるという従来構成に無い、優れた効果を得ることができる。

なお、反応容器の形状だけに着目すると、特許文献１でも入射光を曲げる構成が開示されている。しかしながら、特許文献１の構成の場合、入射光を反応セルの横から照射しているため、本実施例の反応容器の上部から照射する構成のように、反応液量に左右されずに入射光の照射面積に対する尤度を確保することが難しい。

図４を用いて、上述した反応容器を利用する本実施例の自動分析装置の全体構成の一例について説明する。本実施例の自動分析装置１００は、主として、試料ディスク１０１とその同心円状に配置された試料１０２を収容する試料容器１０３を備える。また、反応ディスク１０４とその同心円状に配置された反応容器２０２、試料分注機構１０６、試薬ディスク１０７とその同心円状に配置された種々の試薬１０８を収容する試薬容器１０９、試薬分注機構１１０、音波照射機構１１１、撹拌機構１１２、恒温槽循環液体１１３、光源と光検出器を含む測光機構１１４、反応容器洗浄機構１１５、制御部としての全体制御部１２１を備える。

全体制御部１２１は、制御回路１１６、測光回路１１７、演算部１２３とデータ記憶部１２４を内蔵するコンピュータ１１８、入力部１１９、出力部１２０から構成される。入力部１１９は、例えば、ポインティングデバイス、キーボード、タブレット等であり、出力部１２０には、測定結果や各種操作に係るグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）等が表示される。なお、本図において全体制御部１２１は各々の構成部に接続され、装置全体を制御するものとしたが、自動分析装置１００の例えば測光機構などの構成部ごとに独立した制御部を備えるように構成することもできる。

本実施例の自動分析装置１００による分析は、主に以下のように実施される。まず、試料ディスク１０１に設置された試料１０２が試料容器１０３から反応容器２０２へと試料分注機構１０６により分注される。試料１０２が収容された反応容器２０２は、反応ディスク１０４の回転動作により、試薬分注位置まで移動し、試薬分注機構１１０が、分析に使用する試薬１０８を試薬容器１０９から試料１０２の入った反応容器２０２へと分注する。ここで、反応容器２０２内に収容された、試料１０２と試薬１０８との混合液を反応液１２２という。続いて、音波照射機構１１１により反応容器２０２内の反応液１２２が脱気された後、撹拌機構１１２により反応容器２０２内の反応液１２２の撹拌が行われる。反応容器２０２は反応ディスク１０４の下部に満たされた恒温槽循環液体１１３によって、一定の温度、例えば３７℃に保たれており、反応の促進と反応の進行の安定化が図られている。

続いて、反応容器２０２内の反応液１２２は、反応ディスク１０４の回転動作に伴い、光源と光検出器を含む測光機構１１４を通過するときにその光学特性変化が光検出器に接続される測光回路１１７で測定される。このようにして得られた測光データは、コンピュータ１１８に送られ、コンピュータ１１８内の演算部１２３によって、試料中の対象成分の濃度が求められるとともに、得られた測光データはデータ記憶部１２４に記憶され、出力部１２０に結果が表示される。反応後の反応容器２０２は、反応容器洗浄機構１１５により洗浄され、次の反応に繰り返し使用される、あるいは、図示しない反応容器廃棄部に廃棄される。

尚、測光機構１１４は、図１、図３に示したように、反応容器２０２の上面から入射光２０６を照射し、反射板４０１で反射した入射光を反応容器２０２の側面である反応ディスク１０４の外側に設置した光検出器で透過光２０７として取得する機構である。このような実施例１の自動分析装置において、図１に示したような底部が４５度の角度でカットされたプラスチック素材の無色透明な反応容器２０２を製造し、反応容器２０２の底面の内側にアルミニウム素材などを蒸着しての反射板４０１とし、その上から酸・アルカリ溶液に耐えるコーティングをした反応容器を、図４の反応容器２０２の位置に設置する。これにより、測光機構１１４で透過光を検出することにより、本実施例の反応容器を自動分析装置に使用することができる。

以上説明した実施例１の、上部から光を入射し、その底部に設置した反射板で反射された透過光をその側面方向から検出する構成の反応容器により、入射光の照射面積・光路長を保ちつつ、反応液量を減らすことが可能となり、更に入射光の照射面積に対する尤度を確保することができるため、ランニングコストを抑えた、測定精度の高い自動分析装置、及び自動分析方法を提供することができる。

実施例２は、図４で説明した自動分析装置において、プラスチック素材の無色透明な反応容器をそのまま用いる実施例である。すなわち、反応容器に反射板を直接取り付けることなく、反射物を図４の測光機構１１４の一部として、反応容器２０２の外側の図１の反射板４０１の位置に固定する構成とし、反応容器の製造コストを抑える実施例である。

図５は本実施例の反応容器の一構成を示す。同図に示すように、底面に対して４５度の角度でカットされた無色透明の反応容器２０２の外側の反射板４０１の位置に入射光を反射する反射物を固定しておく。反応容器２０２は反応ディスク１０４が回転することで、全ての反応容器２０２は測光機構１１４の所定位置に固定した反射物の上を通過する際に、反応液２０３内で反応容器２０２の横方向に反射され、透過光が光検出器で検出される。

本実施例によれば、反射板４０１として機能する反射物を、反応容器２０２の底部から離し、測光機構１１４の反応容器２０２の底部が配置される近傍に固定する構成により、入射光の照射面積・光路長を保ちつつ、反応液量を減らすことが可能となり、入射光の照射面積に対する尤度を確保することができる。その結果、製造コスト、並びにランニングコストを抑えた、測定精度の高い自動分析装置、及び自動分析方法を提供することができる。

以上説明した実施例１、２の反応容器の形状に対して種々の変形構成を提供可能である。すなわち、実施例１、２の反応容器の側面は、一面しか測定に使用しないため、透過光の光路ではない側面は無色透明である必要がない。そこで、実施例１、２の反応容器の変形例として、透過光２０７の光路ではない反応容器２０２の側面を、漏れ光の影響を受けにくい色に着色することが可能である。更に、反応容器２０２の側面は、反射板４０１より高い位置の側面部分は光検出器での測定に使用しないため、反射板４０１より高い位置の反応容器の側面部分を漏れ光の影響を受けにくい色に着色して漏れ光を防止しても良い。これらの着色は、反応容器の必要な側面の内側、内部、あるいは外側に施せば良く、塗布、色素の混合など着色の手段は問わない。

更に、反応容器２０２の上部の側面は平面である必要がないので、実施例３として、図１、図５の構造をした反応容器２０２の内部側面の反応液表面付近に、突起物を形成し、表面張力の影響を低減する反応容器を構成する。すなわち、図６に示すように、実施例３では、反応容器２０２の内部側面の反応液表面付近に、突起物２０９を形成する加工を施し、反応容器２０２の内面が平坦な反応セル形状の場合に発生する反応液の淵の表面張力２０８を、反応液の淵の緩やかな表面張力２１０に抑える。本実施例の反応容器を用いることにより、光路長３０１の低下を防止し、測定精度を維持する自動分析装置、方法を提供することができる。

実施例４は、反応液表面に発生した気泡を吸引する機能を付加した自動分析装置、分析方法の実施例である。すなわち、本実施例は、反応容器の上部から挿入可能な気泡吸引プローブを備え、制御部は、気泡吸引プローブを反応容器の上部から反応液に挿入して、気泡を吸引するよう制御する自動分析装置、及び方法の実施例である。

上述した各実施例の反応容器、自動分析装置、及び分析方法では、反応容器の上面から入射光を照射するため、反応液表面に発生した気泡の影響を受ける場合がある。そこで、本実施例では、この気泡を吸引する機能を付加した構成とする。

図７のように気泡吸引プローブ６０１を、使用する反応液量から予め下降量を計算し、反応液表面まで下降させてから反応液表面を気泡ごと吸引するよう全体制御部１２１を制御する。このような気泡吸引プローブ６０１の機能を、図４に示した自動分析装置の撹拌機構１１２に付加することができる。

ここまで、各実施例の反応容器を図４のような自動分析装置の反応ディスク１０４に設置して制御部で反応ディスク１０４を回転させるよう制御する構成を説明してきたが、反応容器２０２が配置された反応ディスク１０４を回転させずに移動することにより測定が可能である。

図８は、本実施例の反応容器２０２、反射板４０１、測光機構１１４の光源１０４１及び光検出器１０４２を固定する構成の自動分析装置の要部を示す図である。試料分注機構１０６は試料容器１０３から試料１０２を吸引し、反応容器２０２まで移動して試料１０２を吐く機構とする。

試薬分注機構１１０は試薬容器１０９から試薬１０８を吸引し、本実施例の反応容器２０２まで移動して試薬１０８を吐く機構とする。試料分注機構１０６および試薬分注機構１１０は互いに衝突しないように順番に動作させる。測光機構の光源１０４１は、試料分注機構１０６および試薬分注機構１１０と衝突しない位置に固定する。

本実施例は、この移動を使う構成で光検出器１０４２から透過光を取得し、試料の吸光度を算出することができる。本実施例では、測光機構の光源１０４１を反応容器の上面に設置できることから、装置の小型化にも期待できる。

以上、本発明の種々の実施例を説明したが、各実施例の反応容器を使用して、反応液量を減らさなければ、従来の反応容器を使用したときよりも光路長が長くなることで吸光量が増えるので、検体増量と同様の効果が得られる。また、核実施例の反応容器を使用することで、光路長が反応セル断面積に依存しなくなるため、反応セル断面積の小型化が可能になり、更なる反応液量の少量化に期待できる。更に、各実施例の反応容器を使用し、反応液に吸収されやすい波長と、吸収されにくい波長の光を照射することで、２個の波長の光量差から吸光度を算出することも可能である。

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

更に、上述した各構成、機能、コンピュータは、それらの一部又は全部を実現するプログラムを作成する例を中心に説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。すなわち、処理部の全部または一部の機能は、プログラムに代え、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの集積回路などにより実現してもよい。

１００ 自動分析装置
１０１ 試料ディスク
１０２ 試料
１０３ 試料容器
１０４ 反応ディスク
１０６ 試料分注機構
１０７ 試薬ディスク
１０８ 試薬
１０９ 試薬容器
１１０ 試薬分注機構
１１１ 音波照射機構
１１２ 撹拌機構
１１３ 恒温槽循環液体
１１４ 測光機構
１１５ 反応容器洗浄機構
１１６ 制御回路
１１７ 測光回路
１１８ コンピュータ
１１９ 入力部
１２０ 出力部
１２１ 全体制御部
２０１ 反応容器
２０２ 底面をカットした反応容器
２０３ 反応液
２０４ 従来の反応液量
２０５ 反応液量
２０６ 入射光
２０７ 透過光
２０８ 反応液の淵の表面張力
２０９ 突起物
２１０ 反応液の淵の緩やかな表面張力
３０１ 光路長
４０１ 反射板
５００ 反応容器の断面積
５０１ 従来の反応容器の反応液高さ
５０２ 反応容器の反応液高さ
６００ 気泡
６０１ 気泡吸引プローブ
１０４１ 光源
１０４２ 光検出器

Claims (15)

1. 自動分析装置であって、
   入射光を発生する光源と、上部から内部の反応液に照射され、前記反応液を通過する前記入射光を横方向に反射する形状の底部を有する反応容器の横方向に反射される前記入射光を、前記反応液を透過した透過光として検出する光検出器とを含む測光機構と、
   前記測光機構を制御する制御部と、を備える、
   ことを特徴とする自動分析装置。
2. 請求項１に記載の自動分析装置であって、
   前記反応容器の前記底部は、前記反応容器の側面に至る斜面形状を有する、
   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であって、
   前記反応容器の前記底部に、前記入射光を反射する反射板を設置する、
   ことを特徴とする自動分析装置。
4. 請求項３に記載の自動分析装置であって、
   前記反射板を、前記底部の内側又は外側に設置する、
   ことを特徴とする自動分析装置。
5. 請求項３に記載の自動分析装置であって、
   前記反射板を、前記反応容器の前記底部から離し、前記測光機構の前記反応容器の前記底部が配置される近傍に固定する、
   ことを特徴とする自動分析装置。
6. 請求項１に記載の自動分析装置であって、
   前記反応容器の上部から挿入可能な気泡吸引プローブを更に備え、
   前記制御部は、前記気泡吸引プローブを前記反応容器の上部から前記反応液に挿入して、気泡を吸引するよう制御する、
   ことを特徴とする自動分析装置。
7. 制御部を用いた自動分析方法であって、
   前記制御部は、
   上部から内部の反応液に照射され、前記反応液を通過する入射光を横方向に反射する形状の底部を有する反応容器の横方向に反射される前記入射光を、前記反応液を透過した透過光として検出するよう制御する、
   ことを特徴とする自動分析方法。
8. 請求項７に記載の自動分析方法であって、
   前記反応容器の前記底部に、前記反応容器の側面に至る斜面形状を形成し、
   前記反応液を通過する前記入射光を前記反応容器の横方向に反射する
   ことを特徴とする自動分析方法。
9. 請求項７に記載の自動分析方法であって、
   前記制御部は、
   前記反応容器の上部から挿入可能な気泡吸引プローブを前記反応容器の上部から前記反応液に挿入して、気泡を吸引するよう制御する、
   ことを特徴とする自動分析方法。
10. 反応容器であって、
    上部から内部の反応液に照射され、前記反応液を通過する入射光を横方向に反射する形状の底部を有し、
    横方向に反射される前記入射光を、前記反応液を透過した透過光として検出する、
    ことを特徴とする反応容器。
11. 請求項１０に記載の反応容器であって、
    前記底部は、前記反応容器の側面に至る斜面形状を有する、
    ことを特徴とする反応容器。
12. 請求項１１に記載の反応容器であって、
    前記底部の内側又は外側に、前記入射光を反射する反射板を設置する、
    ことを特徴とする反応容器。
13. 請求項１２に記載の反応容器であって、
    前記反射板を、前記底部の外側で、前記底部から離して設置可能である、
    ことを特徴とする反応容器。
14. 請求項１２に記載の反応容器であって、
    前記反応容器は、前記斜面形状より上部の前記反応容器の側面の内側に突起物を有する、
    ことを特徴とする反応容器。
15. 請求項１２に記載の反応容器であって、
    前記反応容器の側面に至る斜面形状より上部の側面が漏れ光を防止する着色を有する、
    ことを特徴とする反応容器。

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