JP3853407B2 - 免疫学的自動分析装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、免疫学的方法を利用して、生体液内の微少成分を検出する分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
抗体はある特定の抗原に対して極めて特異的に結合することが知られており、一般に抗原抗体反応と呼ばれている。この抗原抗体反応を利用することにより、生体中、特にヒト血液中の極微量の物質の存在、あるいは、その物質の濃度を測定することが可能となるため、これを利用した免疫学的分析法は、近年、医療の分野で広く利用され、特に各種疾患の早期診断等に役立っている。
【０００３】
免疫学的分析法としては競合法と非競合法が公知の方法であるが、抗原抗体反応を行った後の複合体を捕捉しやすくする手段として、近年、特に固相を利用する測定系が広く用いられている。例えば、非競合法では、分析対象とする体液中の抗原に対して、不溶性の固相に結合した抗体、及び、何らかの物質で標識した抗体を作用させ複合体を形成させるが、その抗体を結合するための固相としては、数μｍから数mmまでの種々の粒径の不溶性の粒子物が知られている。この反応において、体液中の抗体の量と抗原抗体により生成する標識物質付きの複合体の量は比例するため、固相に結合した標識を測定することにより、体液中の抗原の存在、あるいは、量を知ることができる。
【０００４】
しかし、免疫学的分析法に於いて、通常、抗体量と添加される試薬の量は１：１の関係にはなく、抗原抗体反応により生成した結合型の標識物（bound form：Ｂ）と遊離状の標識物(free form：Ｆ）の分離（Ｂ／Ｆ分離）が必要となる。この操作は、固相を何らかの方法で一時的に捕捉し、液相部分を流し去ることにより達成されるが、反応容器や専用の容器をＢ／Ｆ分離に使用した場合、溶液内の溶液の置換に時間がかかるため、分析装置の稼働効率が低下する、特別なＢ／Ｆ分離機構を必要とするためコストアップを招く等の問題が生じる。
【０００５】
この問題を解決するものとして、従来の免疫学的分析方法及び装置には、特開昭60−122374号公報がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記先行技術は、固相として磁性粒子を使用し、この固相を含む反応混合物を導管に沿って次々に、そして、個別に流し、この流れの間に各反応混合物中の磁性粒子を磁気的に捕捉し、その捕捉した磁性粒子に対し、洗浄液体を通すことにより固相と液相との分離を行う事を特徴とする流体試料の分析方法及び分析装置である。
【０００７】
固相を導管内で分離，洗浄した後、そのまま検出できる事が、上記先行技術の有利な特徴であるが、工業的に導管を製造する際に、その導管の内径の公差が問題となる。この様な目的のために使用する導管の内径は、使用する固相の粒径により多少異なるが、径が細すぎることによる固相の詰まりや、径が太すぎることによる試薬の浪費等を防ぐため、０.５〜１.５mm程度の物の使用が望ましい。
【０００８】
また、導管の材質としては、非特異的な蛋白質等の吸着を防ぐため、あるいは、耐薬品性を持たせるなどの目的によりテフロン，ダイフロン，シリコン等の使用が望ましいが、現状の工業生産レベルにおいて、前記内径の物は±０.１〜0.2程度の公差を持つ。
【０００９】
そのため、仮に、内径が１.０mmで±０.１mmの公差を持つ５００mmの導管を作製すると、その体積はおよそ３１８〜４７５μｌの裕度を持ち、最大と最小とでは１５０μｌ以上の差を持ち、平均体積に対しておよそ±２０％の誤差を持つこととなり、これは固相の捕捉等に関して悪影響を与え、分析精度の劣化を招く。この様な事態を解決するための１手段として、固相を捕捉する際に時間的裕度を持たせることも可能である。つまり、分析用に吸引した固相を含む反応混合液の体積に、導管の内径の公差により生じる体積の最大値と最小値の差を、加えた分の体積を捕捉することも可能である。しかし、固相の捕捉を行う際に、より効率良く行う際には、その移動速度は低速であることが望ましいため、この方法は分析装置の稼働効率の低下を引き起こす。
【００１０】
本発明の第一の目的は、導管等の内径の公差により生じる、分析精度の劣化を回避し、信頼性の高い測定を行うことの出来る免疫学的分析装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の第二の目的は、導管等の内径の公差により生じる、装置の稼働効率の低下を軽減する事の出来る免疫学的分析装置を安価に提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の免疫学的分析装置は、第１及び第２の目的を達成するために次の構成を採用する。すなわち、２種類の電気電導度の異なる溶液を所定の流速で、シッパノズルより検出部へと流した際の経時的な電流値の変化に基づき装置上でシッパノズルから磁石による固相の捕捉位置までの体積を電気化学的に測定する為に必要なステップと機構及び電気化学的な電極，前記測定値を装置上、あるいは、外部の制御機器上に記憶させる為のステップと機構，抗原抗体反応を利用して試料中の測定対象物を免疫学的に測定するために、試料と、固相としての磁性粒子と、この磁性粒子を前記試料中の測定対象物に結合させる抗体とを反応容器内で混合して抗原抗体反応を行わせ、試料中の測定対象物に固相が結合した免疫複合体を含む反応混合液を生成するためのステップと機構、そして、前記反応容器内の反応混合液を検出部に通ずる導管に導き反応混合液中の固相の捕捉を前記測定値に基づき行うステップと機構を含む。
【００１３】
上記の概念による免疫学的分析装置において、抗体の標識物は、放射性物質，蛍光発光物質，酵素，化学発光物質、及び、電気化学発光物質等が使用可能であるが、好ましくは、前記標識物質として電気化学的に発光する物質を使用し、前記体積測定用の電極と発光用の電極を同一の物でまかなうのが望ましい。
【００１４】
この場合、電気化学的な電極は、電気化学の分野で公知の２電極式，３電極式のどちらでも使用可能である。
【００１５】
上記測定により得られるシッパノズルから磁石による固相の捕捉位置までの体積は、書き換え可能で且つ安定に保存できる媒体の使用が望ましい。
【００１６】
上記手段による各機構を持つ、免疫学的分析装置において、２種類の電気電導度の異なる溶液を所定の流速で、シッパノズルより検出部へと流した際の経時的な電流値の変化に基づき装置上でシッパノズルから磁石による固相の捕捉位置までの体積を電気化学的に測定した結果に基づき、その装置固有のシッパノズルから捕捉位置までの体積値を算出し、装置上、あるいは外部の制御機器等に保存し、前記体積値に基づき固相の捕捉を行うことにより、分析精度の劣化を防ぐことが可能である。
【００１７】
また、装置固有の体積値に基づき固相を含む反応混合液のシッパノズルから検出部への移動を行うことが出来るため、装置の稼働が低下するのを防止することが可能である。
【００１８】
また、標識物質として電気化学的に発光する物質を使用し、体積測定用の電極と標識物質発光用の電極を共有することにより装置のコストを下げ、よりコンパクトに作製することが可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に基づく実施例を図１及び図２を用いて説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施例である免疫学的分析装置の検出部付近の説明図である。シッパノズル１は、ジョイント２により導管３及びフローセル７と結ばれており、シッパ用シリンジ４４の動作により溶液の吸引と吐出が可能である。フローセル７は、溶液に接する形で実行電極４，対照電極５、及び、参照電極６が固定されている。これら三つの電極はポテンショスタットとなるように回路的に接続されている。また、フローセル７の上部にはフォトマルチプライヤ１２が固定され、永久磁石８がフローセル７に接近、あるいは、離れることによりフローセル７に対する磁場の強さを変えることができる。フローセル７，フォトマルチプライヤ１２，可動装置１１等は検出部として、遮光箱の中に納められている。なお、検出部内のフローセル７，フォトマルチプライヤ１２，可動装置１１等の制御は全て、制御用基板部４７，パーソナルコンピュータ４８により行われ、測定結果等は全てパーソナルコンピュータ４８内のメモリ、あるいは、ハードディスク等の書換可能な媒体に保存される。
【００２１】
図２は本発明の一実施例である免疫学的分析装置の説明図である。サンプルディスク２１，試薬ディスク２３，ピペッタ２７，蓋開閉機構２８，撹反機２９，グリッパ３８，シッパ３９，ピペット用シリンジ４３，シッパ用シリンジ４４は、いずれも制御基板部４７を通して、パーソナルコンピュータ４８により制御可能で、複数種類のシーケンスで動かすことが可能である。
【００２２】
反応容器ラック３６上に並べられた反応容器、及び、ディスポーザブルチップ用ラック３７上に並べられたチップの移動は全てグリッパ３８により行う。また、グリッパ３８は、反応容器一時保管所３２ａ，３２ｂとインキュベータ３４、あるいは、反応混合液吸引場所３５への反応容器の移動を行うこともできる。
【００２３】
グリッパ３８によりチップ一時保管場所３１ａへ送られたチップは、ピペッタ２７の先端に取り付けられ、ピペッタ２７はサンプルディスク上のサンプルカップ２２内の試料、あるいは、試薬ディスク２３上の第一試薬ボトル２５，第二試薬ボトル２６，磁性粒子ボトル２４内の溶液を所定の順番により吸引する。なお、チップは複数種類の試薬を同一チップにより吸引する際には、洗浄部３０に於いて純粋にて、その外壁が洗浄される。そして、一つのシーケンスが修了した後、反応容器一時保管場所３２ａ，３２ｂに置かれた反応容器の中へ吸引した試料，試薬を吐出した後、チップ取り外し部３３に於いて、先端より取り外される。また、試薬ディスク２３上の試薬ボトルは、蓋が付いており、必要なときのみ蓋開閉機構２８により蓋が開けられ、試薬吸引後、蓋開閉機構２８により閉じられる。なお、磁性粒子ボトル２４は、必要に応じて撹拌器２９により撹拌される。試薬，試料の吐出された反応容器は、インキュベータ３４の任意の位置へ運ばれ、一定時間経過後、必要に応じて、一時保管場所３２ａ，３２ｂへ運ばれ、更に試薬の吐出を受け、更に一定時間インキュベーションを行う。
【００２４】
インキュベーシュン修了後、インキュベータ３４上の反応混合液吸引場所３５へ送られ、シッパ３９に取り付けられたシッパノズル１から反応混合液が吸引される。吸引された反応混合液は、永久磁石８の力により実行電極４上に捕捉される。
【００２５】
この間、及び、この後、所定のシーケンスによりフローセル７には電圧が印加される。また、フローセル７内は固相を永久磁石８の力により捕捉しつつ、所定のシーケンスにより分析用緩衝液ボトル４１内の溶液が流され、フローセル７内で固相の洗浄が行われる。固相の洗浄修了後、フローセル７内の溶液の流れを止めた後、永久磁石８をフローセル７より遠ざけ、所定の電圧を印加して電気化学発光を起こし、この際の光の強さをフォトマルチプライヤ１２より測定する。測定修了後、フローセル７内に洗浄液ボトル４２内の溶液を導きつつ、所定のシーケンスで電圧を印加し、フローセル７内の洗浄を行う。フローセル７の洗浄修了後、所定のシーケンスで電圧を印加しつつ、分析用緩衝液を吸引し、フローセル７のコンディショニングを行う。
【００２６】
なお、一連の流れは、最短で全ての測定が行えるよう、予め計算により最適化されてから行われる。
【００２７】
分析にともない生じる液体の廃液は全て廃液タンク４５に集められ、固形の廃棄物は全て固形用ダストボックス４９に集められる。これらは、脱着が可能であり、必要に応じて取り外し、内部の廃液、あるいは、廃棄物を捨てることが可能である。
【００２８】
本発明に於ける試料中の抗体量の検出方法は、電気化学的な発光が望ましいが、より具体的な標識物質は、Ｒｕ（ルテニュウム）化合物が使用される。Ｒｕを利用した電気化学的な発光法は、“［Ｒｕ］他を用いるエレクトロケミルミネッセンス法（特許公表 昭64−500146号）”が、公知の方法である。
【００２９】
本発明による免疫分析装置による分析項目は、ＴＳＨ（thyroid-stimulating hormone：甲状腺刺激ホルモン)，Ｔ３（triiodothyronine：３，３′，５−Ｌ−トリヨードチロニン），ＨＣＧ（human chorionic gonadotropin：絨毛性性腺刺激ホルモン），ＣＥＡ（carcinoembryonic antigen：がん胎児性抗原），ＡＦＰ（α fetoprotein：αフェトプロテイン）等があげられるが、これらは、使用する抗体を変える事により、装置の構成を変えずに行う事ができる。
【００３０】
次に、図１，図２、及び、図３を用いて、本発明の特徴であるシッパノズルから固相捕捉部までの体積測定方に関して説明する。
【００３１】
まず、シッパ３９を分析用緩衝液ボトル４１上に移動する。移動度，シッパノズル１を液面まで下げ、シッパノズル１，導管３、及び、フローセル７を全て分析用緩衝液で満たすのに十分な量をシッパ用シリンジ４４により吸引する。吸引後、液面より高い位置に、シッパノズル１を持ち上げ、小量のかつ必要十分な量の空気を吸引する。その後、シッパノズル１を再び液面下まで下げ、シッパ用シリンジ４４により、一定の流速で分析用緩衝液を吸引する。吸引開始後、所定の時間が経過した後、フローセル７内の実行電極４と参照電極６の間に所定の電圧を印加し続け、この際の経時的な実行電極４と対照電極５の間に流れる電流変化を測定した。シッパノズル１及び導管３の公差から、この部分の体積が４２０±５０μｌになると予想される装置に対して、５０μｌ／ｓの流速で吸引を行い、吸引開始後７.２ 秒より経時変化を測定した際の結果を図３に示す。この結果は５回測定した平均値であり、最も電流の流れた時間をｘとすると、シッパノズル１及び導管３の体積は体積＝（７.２＋ｘ）・５０−αにより算出される。
【００３２】
ここで、αは使用したフローセル７の形状に依存する値であり、この場合α＝５であった。そのため、この装置に於けるシッパノズルから導管までの体積が４１５μｌであることが求められた。この値は、装置に内蔵されるフロッピーディスクドライブ５０に保存され、この値を基に固相の捕捉をこの装置上で最適化することにより装置の再現性、及び、精度は向上した。
【００３３】
また、固相を捕捉する際に時間的裕度を持たせることにより再現性、及び、精度は向上した。しかし、固相を含む反応混合液１５０μｌを吸引し、１２０μｌ／ｓの流速でシッパノズル１及び導管３内を移動させ、２５μｌ／ｓの流速により実行電極４上に固相を捕捉する際に要する時間は、本発明による方法を用いた際には、約１２秒で済むのに対し、約１６秒を必要とした。
【００３４】
【発明の効果】
本発明により、免疫学的分析装置において、導管等の内径の公差により生じる、分析精度の劣化や稼働効率の低減を回避し、フロー系で効率良く固相の吸着を行う事、信頼性の高い測定を行うことの出来る免疫学的分析装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である免疫学的分析装置の検出部付近の説明図。
【図２】本発明の一実施例である免疫学的分析装置の説明図。
【図３】本発明による導管内の体積測定の結果を示す特性図。
【符号の説明】
１…シッパノズル、２…ジョイント、３…導管、４…実行電極、５…対照電極、６…参照電極、７…フローセル、８…永久磁石、９…磁石用ホルダ、１０…磁石用可動アーム、１１…可動装置、１２…フォトマルチプライヤ、１３…検出部。

Claims (3)

1. 反応容器内で液相と固相からなる試薬により抗原抗体反応を行わせ、試料中の被検物質を免疫学的に測定する装置において、抗原抗体反応生成物である複合体を担持する固相として磁性粒子を使用し、前記複合体の形成時もしくは形成後に標識した抗原、または、抗体を作用させた後、前記複合体を含む反応容器内の反応混合液を検出部に通じる導管へ導き、前記導管内の特定の場所に設けられた磁場により固相を捕捉する際に、予め測定したシッパノズルから磁石による固相の捕捉位置までの体積値に基づき固相の捕捉を行う機構を有し、
   前記シッパノズルがジョイントにより前記導管およびフローセルと結合されており、
   該フローセルには実行電極、対照電極および参照電極が固定されており、
   前記標識物に電気化学的に発光する物質を用い、前記フローセル内の実行電極と参照電極の間に所定の電圧を印加し続け、この際の経時的な実行電極と対照電極の間に流れる電流変化を検出する事により、シッパノズルから磁石による固相の捕捉位置までの体積測定を行う免疫学的自動分析装置。
2. 電気電導度の異なる２種類の溶液が、前記フローセル内の実行電極と参照電極との間を通過する際に、電気電導度の差により生じる実行電極と対照電極の間に流れる電流変化を検出する事により、シッパノズルから磁石による固相の捕捉位置までの体積測定を行う請求項１の免疫学的自動分析装置。
3. 電気化学的な分析を行う際に使用する導電性の緩衝液と空気とを、交互に、前記導管内を通して、前記フローセル内の実行電極と参照電極との間を通過させ、電気電導度の異なる２種類の溶液の電気電導度の差により生じる電流値の経時的な変化を利用し、シッパノズルから磁石による固相の捕捉位置までの体積測定を行う請求項２の免疫学的自動分析装置。

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