JP4410644B2 - 生化学自動分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば血液や尿のような生体試料について、複数項目についての分析を行うようにした生化学自動分析装置の技術分野に属し、特に試薬や希釈液が混合された試料を所定の時間反応させる回転反応器の技術分野に属するものである。

図１は、従来の生化学自動分析装置の全体構成を示す図である。従来の生化学自動分析装置１は、生体試料を入れた所定数のサンプル容器２、２、…および通常の希釈液である生理食塩水以外の特別な希釈液を入れた希釈液容器３、３、…がセットされるサンプルターンテーブル４、サンプル容器２から吸引され、希釈されたサンプルを入れる希釈容器５、５、…がセットされる希釈ターンテーブル６、第１試薬を入れた所定数の第１試薬容器７、７、…がセットされる第１試薬ターンテーブル８、第２試薬を入れた所定数の第２試薬容器９、９、…がセットされる第２試薬ターンテーブル１０、希釈ターンテーブル６の希釈容器５からサンプリングした希釈サンプルと、第１試薬ターンテーブル８の第１試薬容器７からサンプリングした第１試薬および第２試薬ターンテーブル１０の第２試薬容器９からサンプリングした第２試薬をそれぞれ入れて反応させる所定数の反応容器１１、１１、…がセットされる反応ターンテーブル（以下、回転反応器と呼ぶ）１２からなっている。

サンプルターンテーブル４においては、外側にサンプル容器２、２、…が２列配置されているとともに、内側に希釈液容器３、３、…が２列配置され、これらの容器２、２、…;３、３、…はそれぞれ所定本数セットされている。そして、このサンプルターンテーブル４は所定速度でステップ送りされている。

サンプルターンテーブル４の周囲には、サンプル希釈ピペット１３が配置されている。このサンプル希釈ピペット１３は、図示しないサンプル希釈ピペット左右・上下駆動機構により左右、上下に駆動されて、サンプルターンテーブル４と希釈ターンテーブル６との間で、図示しない洗浄装置を通って左右の回動により往復動する。そして、サンプル希釈ピペット１３がサンプルターンテーブル４の所定位置においてサンプル容器２に上下動によるアクセスしたとき、図示しないサンプル用ポンプが作動してサンプルを所定量吸引し、希釈ターンテーブル６の所定位置において希釈容器５にアクセスしたとき、このサンプルとともにサンプル希釈ピペット１３自体から供給される所定量の希釈液（通常は生理食塩水）を注入し、その結果、サンプルが希釈容器５内で所定倍数に希釈されるようにしている。その後、サンプル希釈ピペット１３は図示しない希釈洗浄装置により洗浄されるようになっている。

希釈ターンテーブル６の周囲には、サンプル希釈ピペット１３の他に、サンプリングピペット１４、希釈撹拌装置１５、洗い壷と呼ばれている希釈洗浄装置１６が配置されている。希釈容器５内の希釈サンプルは、希釈撹拌装置１５により撹拌されて、試料が均一に希釈される。これらの各装置１３、１４、１５、１６の配置の自由度を確保するために、希釈ターンテーブル６は、この希釈ターンテーブル６上の円周上に配置された希釈容器５の総数と共通の因数を持たない数を１ステップの送り数としてステップ送りされるようになっている。

サンプリングピペット１４は、図示しないサンプリングピペット左右・上下駆動機構により左右、上下に駆動されて、希釈ターンテーブル６と回転反応器１２との間で希釈洗浄装置１６を通って左右の回動により往復動するようになっている。そして、サンプリングピペット１４は、希釈ターンテーブル６の所定位置において上下動により希釈容器５にアクセスしたとき、図示しない希釈サンプル用ポンプが作動して、所定量の希釈サンプルを吸引し、回転反応器１２の所定位置において、上下動により、反応容器１１にアクセスしたとき、吸引した希釈サンプルをその反応容器１１に注入するようにしている。

希釈撹拌装置１５は、図示しない撹拌装置上下駆動機構により上下に駆動されるとともに、図示しない撹拌棒が前後運動（希釈ターンテーブル６の径に沿う方向の直進往復運動）されるようになっている。そして、希釈ターンテーブル６の所定の希釈容器５の希釈サンプル内に撹拌棒が進入しかつ前後運動することによりサンプルの希釈が均一に行われるようにしている。希釈洗浄装置１６は、希釈サンプルを反応容器１１に注入した後、サンプリングピペット１４を洗浄するようになっている。

回転反応器１２の周囲には、サンプリングサンプルピペット１４の他に、第１試薬ピペット１７、第２試薬ピペット１８、第１反応撹拌装置１９、第２反応撹拌装置２０、検出器である多波長光度計２１、恒温槽２２および反応容器洗浄装置２３が配置されている。

第１試薬ピペット１７は、図示しない第１試薬ピペット左右・上下駆動機構により左右、上下に駆動されて、回転反応器１２と第１試薬ターンテーブル８との間で、左右の回動による往復動するようになっている。そして、第１試薬ピペット１７は、第１試薬ターンテーブル８の所定位置において、上下動により第１試薬容器７にアクセスしたとき、図示しない第１試薬用ポンプが作動して、所定量の第１試薬を吸引し、回転反応器１２の所定位置において、上下動により反応容器１１にアクセスしたとき、吸引した第１試薬をその反応容器１１に注入するようにしている。

第１反応撹拌装置１９は、図示しない撹拌装置上下駆動機構により上下に駆動されるとともに、図示しない撹拌棒が、回転運動かつ前後方向の往復動をされるようになっている。そして、回転反応器１２の所定の反応容器１１の希釈サンプルと第１試薬内に撹拌棒が進入した後、回転かつ前後運動（回転反応器１２の径に沿う方向の直進往復運動）することにより、希釈サンプルの反応が均一に、かつ、確実に行われるようにしている。

第２試薬ピペット１８は、図示しない第２試薬ピペット左右・上下駆動機構により左右、上下に駆動されて、回転反応器１２と第２試薬ターンテーブル１０との間で、左右の回動による往復動するようになっている。そして、第２試薬ピペット１８は、第２試薬ターンテーブル１０の所定位置において、上下動により第２試薬容器９にアクセスしたとき、図示しない第２試薬用ポンプが作動して、所定量の第２試薬を吸引し、回転反応器１２の所定位置において、上下動により反応容器１１にアクセスしたとき、吸引した第２試薬をその反応容器１１に注入するようにしている。

第２反応撹拌装置２０は、第１反応撹拌装置１９とまったく同じ構成を有しており、図示しない撹拌装置上下駆動機構により、上下に駆動されるとともに、後述する撹拌棒が、回転運動かつ前後方向の往復動をされるようになっている。そして、回転反応器１２の所定の反応容器１１の希釈サンプルと第２試薬内に撹拌棒が進入した後、回転かつ前後運動することにより、希釈サンプルの反応が、均一にかつ確実に行われるようにしている。

多波長光度計２１は、反応容器１１内の希釈サンプルの吸光度等を測定して、反応容器１１内での希釈サンプルの反応状態を検出するようにしている。恒温槽２２は、回転反応器１２の反応容器１１を、常時一定の温度に保持するようになっている。

反応容器洗浄装置２３は、図示しない廃液ポンプにより、反応容器１１に入っている検出の終了した希釈サンプルを吸入し、かつ、これを廃液タンクに排出した後、図示しない洗浄液ポンプにより、洗浄液をこの反応容器１１内に供給して、この洗浄液により反応容器１１内を洗浄し、その後洗浄液を廃液タンクに排出するようになっている。

これらの各装置１４、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３の配置の自由度を確保するために、回転反応器１２も、この回転反応器１２上の周縁部に全周に渡って配置された反応容器１１の総数と共通の因数を持たない数を１ステップ当たりの反応容器の送り数として、ステップ送りされるようになっている。その場合、回転反応器１２は、１ステップにつき半周以上回転するようにされている。

図２に、回転反応器の周上に配置された反応容器の配列の一例を示す。環状の反応容器ホルダ２４に複数本の反応容器ａ〜ｏが保持され、例えば時計方向に回転駆動されて一定のサイクルで回転と停止が行われ、連続的に分析されるようになっている。反応容器ホルダ２４の周囲には、図示しないサンプル分注装置、第１試薬及び第２試薬分注装置、検出器、洗浄装置等が配置され、それぞれ位置Ａでサンプル分注、位置Ｂで第１試薬分注、位置Ｃで第２試薬分注、位置Ｄで吸光度測定、位置Ｅで洗浄が行われる。

１サイクル（１つの反応容器に試料を入れてから、次の反応容器に試料を入れるまでのサイクル）において、反応容器は（１回転＋１ピッチ）分移動するようになっており、図２（ａ）の停止状態を所定時間維持した後、ホルダ２４は、時計方向に所定時間回転して（１回転＋１ピッチ）分移動し、図２（ｂ）の状態で停止する。そして、位置Ｂにおいて第１試薬が、さらに（４回転＋４ピッチ）分移動した後、位置Ｃにおいて第２試薬が、それぞれ分注され、ほぼ１回転する間に、各反応容器が光源２５と光検出器２６を結ぶ光軸位置Ｄを横切り、このとき各反応容器内の試料の吸光度が測定される。このようなサイクルを繰り返し、洗浄位置Ｅにおいて、直前まで反応容器に分注され混合されたサンプル及び試薬は洗い落とされる。さらに、（１回転＋１ピッチ）分移動した位置Ａにおいて、新たなサンプルが分注され、新たなサイクルがスタートする。

以後、回転と停止を１サイクルとして、同様の動作を繰り返すことにより、１ピッチ毎に反応容器が先に進み、連続的に各反応容器の測光が行われる。なお、１サイクルでの移動量を（１回転−１ピッチ）とし、１サイクルごとに反応容器が後に進むようにしても同様である。

特許第３４１９４３０号公報 特許第２９０８９２３号公報 特開平１−１２７９６２号公報 特開昭６３−７３１５５号公報 特開昭５８−６８６７０号公報

ところで、上記従来の生化学自動分析装置において、分析に使用する反応容器の総数をＮ、１サイクルに検出をかねて移動する反応容器の数をＭとすると、一般に、
Ｎ±１＝Ｍ
の関係がある。１サイクルの時間は回転時間と停止時間の和となるが、装置における処理能力を上げるためには、１サイクルの時間を短縮する必要がある。しかし、停止時間を縮めるのには限度があるので、回転時間を縮めることが考えられるが、反応容器の数が増加し、処理スピードを速くしてほぼ１回転させながら反応容器を測光しようとすると、１反応容器の測光に使用できる時間が極めて短くなってしまい、信頼性のあるデータを取得することができない。

また、従来の装置では１サイクルで１ピッチずつ移動するために、試料分注の直近の位置で試薬分注と反応容器の洗浄を行うことになるため、試料分注、試薬分注、反応容器洗浄の位置関係が固定されてしまい、装置構成上の自由度が無くなり、オペレーション上の最適配置が不可能になってしまうという問題がある。

本発明の目的は、上述した点に鑑み、各反応容器の測光時間を自由に設定でき、装置構成の自由度を増して装置ユニットの最適配置を行うことができるようにした生化学自動分析装置を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明にかかる生化学自動分析装置は、
複数の反応容器が周縁部に配置された回転反応器を備え、１つの反応容器が回転反応器の外周をほぼ一周するのに必要なステップ数が２であるような生化学自動分析装置において、
回転反応器の１ステップの送り反応容器数をｎ、
回転反応器の反応容器の総数をＮ、
反応容器が最初の位置から２ステップ送り後に最初の位置からずれる反応容器本数をＸ
とするとき、
計算式２ｎ＝Ｎ＋Ｘ（ただし、ｎとＮは互いに素、ｎ＜Ｎ−１、Ｘ＜ｎ、Ｎ≠２２１かつｎ≠１１２、Ｘ≧３）で表わされる正の整数ｎ、Ｎ、Ｘにより、回転反応器の回転動作が制御されることを特徴としている。

本発明の生化学自動分析装置によれば、
複数の反応容器が周縁部に配置された回転反応器を備え、１つの反応容器が回転反応器の外周をほぼ一周するのに必要なステップ数が２であるような生化学自動分析装置において、
回転反応器の１ステップの送り反応容器数をｎ、
回転反応器の反応容器の総数をＮ、
反応容器が最初の位置から２ステップ送り後に最初の位置からずれる反応容器本数をＸ
とするとき、
計算式２ｎ＝Ｎ＋Ｘ（ただし、ｎとＮは互いに素、ｎ＜Ｎ−１、Ｘ＜ｎ、Ｎ≠２２１かつｎ≠１１２、Ｘ≧３）で表わされる正の整数ｎ、Ｎ、Ｘにより、回転反応器の回転動作が制御されるので、
各反応容器の測光時間を自由に設定でき、装置構成の自由度を増して装置ユニットの最適配置を行うことができるようにした生化学自動分析装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図３は、本発明にかかる生化学自動分析装置の回転反応器の一実施例である。本実施例は、複数の反応容器が周縁部に配置された回転反応器を備え、１つの反応容器が回転反応器の外周をほぼ一周するのに必要なステップ数が２であるような生化学自動分析装置であって、回転反応器の１ステップの送り反応容器数をｎ、回転反応器の反応容器の総数をＮ、反応容器が最初の位置から２ステップ送り後に最初の位置からずれる反応容器本数をＸとするとき、計算式２ｎ＝Ｎ＋Ｘ（ただし、ｎとＮは互いに素、ｎ＜Ｎ−１、Ｘ＜ｎ、Ｘ≧３）で表わされる正の整数ｎ、Ｎ、Ｘにより、回転反応器の回転動作が制御される。その一例として、Ｎ＝３７、ｎ＝２０、Ｘ＝３の場合を示す。

環状の反応容器ホルダに３７本の反応容器が保持され、例えば時計方向に回転駆動されて一定のサイクルで回転と停止が行われ、連続的に分析されるようになっている。今、理解を容易にするため、各反応容器に時計回りのナンバリングを行ない、１〜３７までの連番を付した。反応容器ホルダの周囲には、サンプル分注装置、第１試薬及び第２試薬分注装置、検出器、洗浄装置等が配置され、それぞれ位置Ａ（１の位置）でサンプル分注、位置Ｂ（２１の位置）で第１試薬分注、位置Ｃ（２５の位置）で第２試薬分注、位置Ｄ（８と９の間）で吸光度測定、位置Ｅ（１５と１８の位置）で洗浄が行われる。

本実施例では、１サイクル（１つの反応容器に試料を入れてから、次の反応容器に試料を入れるまで）あたり、反応容器は２０ピッチ分移動するようになっている。すなわち、最初、図３の停止状態を所定時間維持した後、反応容器ホルダは、時計方向に所定時間回転して２０ピッチ分移動し、図３の反応容器１は、図４の２の位置で停止する。そして、位置Ｂにおいて第１試薬が分注される。さらに、図３の反応容器１は、１サイクル２０ピッチの移動を１６回繰り返した後、図４の１７の位置で停止し、位置Ｃにおいて第２試薬が分注される。これは、反応容器が反応容器ホルダのすべての位置を一巡する際に、ほぼ中程の時間帯で第２試薬を分注させるための設定である。さらに、図３の反応容器１は、所定の回数、移動を繰り返し、図４の検出器Ｄの位置を通過する際に、反応した試料の吸光度が計測される。この計測のタイミングは、第２試薬分注後、任意のタイミングで良い。そして、最初の移動から３４サイクル目および３６サイクル目の移動で、図３の反応容器１が図４の洗浄装置の位置Ｅに停止したとき、反応容器の洗浄が行なわれる。最後に、３７サイクル目の移動で、図３の反応容器１は、最初のサンプル分注位置Ａに戻る。以降、これらの一連の動作を繰り返すことにより、サンプルの分析が連続して行なわれる。

図５から図１２は、１つの反応容器が回転反応器の外周をほぼ一周するのに必要なステップ数が２であるような生化学自動分析装置であって、回転反応器の１ステップの送り反応容器数をｎ、回転反応器の反応容器の総数をＮ、反応容器が最初の位置から２ステップ送り後に最初の位置からずれる反応容器本数をＸとするとき、計算式２ｎ＝Ｎ＋Ｘ（ただし、ｎとＮは互いに素、ｎ＜Ｎ−１、Ｘ＜ｎ、Ｘ≧３）で表わされる正の整数ｎ、Ｎ、Ｘにより回転反応器の回転動作が制御される場合の、ｎ、Ｎ、Ｘの組み合わせに、どのような例があるかを、一覧表として示したものである。

図の縦軸は、回転反応器の反応容器の総数Ｎ、図の横軸は、反応容器が最初の位置から２ステップ送り後に最初の位置からずれる反応容器本数Ｘ、図の縦軸と横軸とが交差する位置に書かれている数値は、回転反応器の１ステップの送り反応容器数ｎである。例えば、図３の例は、縦軸Ｎが３７で、横軸Ｘが３の場合に相当し、ｎの値は２０である。

図５〜１２では、Ｎについては、６≦Ｎ≦４００、Ｘについては、３≦Ｘ≦１０の範囲をとりあえず挙げたが、Ｎ＜４００、Ｘ＜１０の場合についても、計算式２ｎ＝Ｎ＋Ｘ（ただし、ｎとＮは互いに素、ｎ＜Ｎ−１、Ｘ＜ｎ、Ｘ≧３）を満足するｎ、Ｎ、Ｘの組み合わせを挙げることは可能である。

この制御方式を従来の制御方式と比較すると、例えば、特許第３４１９４３０号公報の請求項２に記載されている生化学自動分析装置では、回転反応器の反応容器の総数Ｎを２２１、回転反応器の１ステップの送り反応容器数ｎを１１２、反応容器が最初の位置から２ステップ送り後に最初の位置からずれる反応容器本数Ｘを３とする回転反応器の制御方法が採用されている。これは、２ｎ＝Ｎ＋Ｘ（ただし、ｎとＮは互いに素、Ｘ≧３）という本発明の制御方式に含まれる。従って、本発明の制御方式においては、この従来技術を含めないようにするために、Ｎ≠２２１かつｎ≠１１２という条件を付帯させなければならない。

また、特許第２９０８９２３号公報の請求項１に記載されている生化学自動分析装置では、回転反応器の反応容器の総数をＮ、回転反応器の１ステップの送り反応容器数をｎ、反応容器が回転反応器の外周に沿ってほぼ一周するのに必要なステップ数をＰ、反応容器が最初の位置からＰステップ送り後に最初の位置からずれる反応容器本数をＸとしたとき、仮にＰ＝２の場合に限定したとしても、常にＸ＝±１に設定されているので、本発明の付帯条件、Ｘ≧３と相違し、本発明と明確に区別される。

また、特許第２９０８９２３号公報の請求項２に記載されている生化学自動分析装置では、回転反応器の反応容器の総数をＮ、回転反応器の１ステップの送り反応容器数をｎとしたとき、ｎ＜Ｎ／２で、ｎとＮは互いに素という条件であるから、本発明の２ｎ＝Ｎ＋Ｘが常にｎ＞Ｎ／２と等価であることを考えると、本発明と明確に区別される。

また、特開平１−１２７９６２号公報に記載されている生化学自動分析装置では、１つの反応容器が回転反応器の外周に沿ってほぼ一周するのに必要なステップ数は１に設定されており、本発明の前提条件である、１つの反応容器が回転反応器の外周に沿ってほぼ一周するのに必要なステップ数が２であることと相違し、本発明と明確に区別される。

また、特開昭６３−７３１５５号公報に記載されている生化学自動分析装置では、回転反応器の反応容器の総数をＮ、回転反応器の１ステップの送り反応容器数をｎとしたとき、Ｎは奇数で、かつ１サイクルにつき、反応容器を半回転プラス１ピッチ回転させる回転反応器を備えた場合が、請求項１に記載されている。これを、実施例に即して理解すれば、ｎ＝（Ｎ／２−０．５）＋１の場合が示されていると理解できる。これは、２ｎ＝Ｎ＋１であることを意味し、本願で言うところのＸ＝１の場合に相当する。また、従来技術の中では、ｎ＝Ｎ／２＋１なる回転反応器の例が挙げられているが、これは、２ｎ＝Ｎ＋２であることを意味し、本願で言うところのＸ＝２の場合に相当する。従って、これらの技術は、本発明の付帯条件、Ｘ≧３と相違し、本発明と明確に区別される。

また、特開昭５８−６８６７０号公報の請求項１に記載されている生化学自動分析装置では、回転反応器の反応容器の総数をＮ、回転反応器の１ステップの送り反応容器数をｎ、反応容器が回転反応器の外周に沿ってほぼ一周するのに必要なステップ数をＰとすると、ｎ＝Ｎ／Ｐ±１（ただし、Ｐは正の整数）で制御され、仮に本願のように、Ｐ＝２にしたとすれば、２ｎ＝Ｎ±２、すなわち、Ｘ＝±２となるが、本願では、常にＸ≧３なので、本発明と明確に区別される。

このように、本発明は、従来技術と比較しても十分に新規性があり、特許性を主張できるものである。

生化学自動分析装置に、広く利用できる。

従来の生化学自動分析装置を示す図である。 従来の生化学自動分析装置用回転反応器の一例を示す図である。 本発明に係る生化学自動分析装置用回転反応器の一実施例を示す図である。 本発明に係る生化学自動分析装置用回転反応器の動作の一実施例を示す図である。 本発明に係る生化学自動分析装置用回転反応器の別の実施例（その１）を示す図である。 本発明に係る生化学自動分析装置用回転反応器の別の実施例（その２）を示す図である。 本発明に係る生化学自動分析装置用回転反応器の別の実施例（その３）を示す図である。 本発明に係る生化学自動分析装置用回転反応器の別の実施例（その４）を示す図である。 本発明に係る生化学自動分析装置用回転反応器の別の実施例（その５）を示す図である。 本発明に係る生化学自動分析装置用回転反応器の別の実施例（その６）を示す図である。 本発明に係る生化学自動分析装置用回転反応器の別の実施例（その７）を示す図である。 本発明に係る生化学自動分析装置用回転反応器の別の実施例（その８）を示す図である。

符号の説明

１…生化学自動分析装置、２…サンプル容器、３…希釈液容器、４…サンプルターンテーブル、５…希釈容器、６…希釈ターンテーブル、７…第１の試薬容器、８…第１の試薬ターンテーブル、９…第２の試薬容器、１０…第２の試薬ターンテーブル１０、１１…反応容器、１２…反応ターンテーブル（回転反応器）、１３…サンプル希釈ピペット、１４…サンプリングピペット、１５…希釈撹拌装置、１６…希釈洗浄装置、１７…第１の試薬ピペット、１８…第２の試薬ピペット、１９…第１の反応撹拌装置、２０…第２の反応撹拌装置、２１…多波長光度計、２２…恒温槽、２３…反応容器洗浄装置、２４…反応容器ホルダ、２５…光源、２６…光検出器、ａ〜ｏ…反応容器、Ａ…サンプル分注装置（位置）、Ｂ…第１試薬分注装置（位置）、Ｃ…第２試薬分注装置（位置）、Ｄ…検出器（光軸）、Ｅ…洗浄装置（位置）

Claims (1)

1. 複数の反応容器が周縁部に配置された回転反応器を備え、１つの反応容器が回転反応器の外周をほぼ一周するのに必要なステップ数が２であるような生化学自動分析装置において、
   回転反応器の１ステップの送り反応容器数をｎ、
   回転反応器の反応容器の総数をＮ、
   反応容器が最初の位置から２ステップ送り後に最初の位置からずれる反応容器本数をＸ
   とするとき、
   計算式２ｎ＝Ｎ＋Ｘ（ただし、ｎとＮは互いに素、ｎ＜Ｎ−１、Ｘ＜ｎ、Ｎ≠２２１かつｎ≠１１２、Ｘ≧３）で表わされる正の整数ｎ、Ｎ、Ｘにより、回転反応器の回転動作が制御されることを特徴とする生化学自動分析装置。
   

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