JP4422638B2 - 試料反応装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料反応装置に係り、特に、反応試薬あるいは酵素を固定化した充填材を用いて、試料と反応させる試料反応装置に関する。

最近、直径１０ｍｍで長さ２０ｍｍ程度のエッペンチューブに、反応試薬を固定した充填材である磁性ビーズ（粒径：０．０５〜０．２μｍ程度）と１．５ｍｌの試料を保持し、チューブの両端にフィルタを配置することにより磁性ビーズを封じ込めた構成の試料反応装置が試みられている。反応試薬と試料の反応を促進するために、エッペンチューブをスターラの上部に配置して、スターラ内部で回転する磁石の動きにより、エッペンチューブ内の磁性ビーズを攪拌するようにしている。攪拌時間は、例えば、５時間である。

なお、磁石を用いて磁性ビーズを攪拌する方式については、例えば、特開平８−７５７４１号公報，特開平９−３２５１４８号公報や特開平１１−２４２０３２号公報に記載のものも知られている。

特開平８−７５７４１号公報 特開平９−３２５１４８号公報 特開平１１−２４２０３２号公報

ここで、エッペンチューブとスターラを用いる方式では、スターラの内部には、長辺１０ｍｍで短辺３ｍｍ程度の直方体形状の２個の磁石が約１６ｍｍの間隔をおいて配置され、これらの磁石が回転する構造である。磁石の回転直径は約２０ｍｍのため、スターラの磁石回転領域（直径２０ｍｍ）の上に、エッペンチューブを載置した場合、攪拌が最もよく行われる最適位置があることが判明した。しかしながら、その最適位置に、常に、エッペンチューブを載置することが難しく、僅かに位置がずれただけでも、反応終了後に反応物について測定したときの測定値のばらつきが、例えば、３０％程度と大きく、再現性が悪いことが判明した。

また、特開平８−７５７４１号公報記載のものでは、第１の容器内で、電磁石により、磁性ビーズを攪拌し、第２の容器で、永久磁石を用いて磁性ビーズを捕捉する構成であるため、装置が大型化するという問題があった。

さらに、特開平９−３２５１４８号公報記載の方式は、磁性ビーズの捕捉に磁石を用いることが記載されるのみで、磁性ビーズと試料の攪拌については記載していないものである。

また、特開平１１−２４２０３２号公報記載の方式は、フローセルの中を流れる磁性ビーズを磁石により捕捉することが記載されるのみで、磁性ビーズと試料の攪拌については記載していないものである。

本発明の目的は、試料と磁性ビーズの攪拌を効率よく行うことにより、再現性が向上し、かつ、磁性ビーズの捕捉機構も備えた小型な試料反応装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、試薬あるいは酵素を固定化した磁性ビーズと試料を反応させる反応容器を有する試料反応装置であって、内部に回転可能な永久磁石を有する回転磁石手段と、前記回転磁石手段の前記永久磁石の回転停止を制御する制御手段とを備え、前記回転磁石手段の上に前記反応容器が載置され、位置決めされ、前記回転磁石手段に備えられた前記永久磁石は、前記反応容器の底面と平行な平面内で回転するものであり、前記制御手段は、前記回転磁石手段により前記永久磁石を連続的に回転させて、前記磁性ビーズを回転することにより、磁性ビーズと試料を攪拌し、前記永久磁石の回転を停止して、前記磁性ビーズを前記反応容器の底部に吸着保持し、反応物と磁性ビーズを分離するようにしたものである。
かかる構成により、再現性が向上し、かつ、小型化し得るものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記反応容器内に、試料を導入する導入パイプと、この導入パイプに設けられた開閉可能な第１のバルブと、前記反応容器内で生成された反応物を導出する導出パイプと、この導出パイプに設けられた開閉可能な第２のバルブとを備えるようにしたものである。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記制御手段は、前記反応容器内に試料が導入された後、前記第１のバルブと第２のバルブを閉じるるようにしたものである。

本発明によれば、再現性が向上し、かつ、磁性ビーズの捕捉機構も備えて小型化し得るものとなる。

以下、図１〜図３を用いて、本発明の一実施形態による試料反応装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による試料反応装置を用いた分析装置の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による試料反応装置を用いた分析装置の構成を示すシステム構成図である。

分析装置は、主として、オートサンプラー（ＡＳ）１０と、試料反応装置２０と、検出器３０と、制御装置（ＣＯＮＴ）４０とから構成されている。

オートサンプラー１０は、試料容器ＳＶを保持したサンプルラックＳＬと、ニードルＮと、六方切替弁Ｖ１とを有している。六方切替弁Ｖ１は、実線で示す接続状態と、破線で示す接続状態の２位置を切替可能である。実線で示す接続状態では、移送液容器ＴＬＶ内に保持された移送液は、ポンプＰ１によって吸引吐出され、六方切替弁Ｖ１及び六方切替弁Ｖ１に接続されたコイル状配管ＣＰ，溶媒切替バルブＶ２を経て、試料反応装置２０に供給されている。

試料導入時には、六方切替弁Ｖ１は、破線で示す接続状態に切り替えられるとともに、ニードルＮは、サンプルラックＳＬに保持された試料容器ＳＶの中から試料を吸引し、サンプルカップＳＣにインジェクションする。インジェクションされた試料は、コイル状配管ＣＰの中に一旦溜め込まれる。その後、六方切替弁Ｖ１を実線で示す接続状態に切り替えることにより、コイル状配管ＣＰの内部に溜め込まれた試料は、ポンプＰ１によって送出された移送液によって、試料反応装置２０に移送される。ポンプＰ１によって送出される移送液の移送量や、ニードルＮの移動及び試料の吸引インジェクション動作や、六方切替弁Ｖ１の切替動作は、制御装置４０によって制御される。

試料反応装置２０は、オンオフバルブＶ３，Ｖ４と、反応容器２２と、スターラ２４とから構成されている。なお、試料反応装置２０の詳細構成については、図２及び図３を用いて後述する。オンオフバルブＶ３，Ｖ４の開閉動作や、スターラ２４の回転停止動作は、制御装置４０によって制御される。

オンオフバルブＶ３，Ｖ４は、移送液がポンプＰ１によって送出されているだけのときは、共に、開いている。サンプルカップＳＣにインジェクションされ、試料が反応容器２２の内部に移送されてきたタイミングで、オンオフバルブＶ３，Ｖ４は、閉じられ、同時に、ポンプＰ１の送出動作も停止する。

反応容器２２の内部には、試薬あるいは酵素を固定化した磁性ビーズＭＢが予め収容されている。一方、スターラ２４の内部にはモータ等によって回転可能な永久磁石が備えられているが、移送液のみが反応容器２２の内部に導入されているタイミングでは、永久磁石の回転は停止している。したがって、磁性ビーズＭＢは、反応容器２２の底部に保持されている。反応容器２２の内部にサンプルＳＡが導入され、バルブＶ３，Ｖ４が閉じられると、サンプルＳＡは、反応容器２２の内部に一定の間保持され、制御装置４０は、スターラ２４を駆動して、内部の永久磁石を回転させる。永久磁石の回転動作により、磁性ビーズＭＢも移動し、試料ＳＡと攪拌され、磁性ビーズＭＢに固定された酵素と試料ＳＡが反応し、反応物が生成される。ここで、攪拌時間は例えば５ｈｒである。

攪拌時間が終了すると、スターラ２４による永久磁石の回転動作は停止され、バルブＶ３，Ｖ４を開くと共に、ポンプＰ１を動作させることで、反応容器２２の内部に反応物は、移送液によって検出器３０に送られ、反応物の定量分析が行われる。検出器３０としては、ＵＶ光度計や蛍光光度計などが用いられる。検出器３０による検出結果は、制御装置４０に取り込まれる。

次に、溶媒切替バルブＶ２を洗浄液容器ＷＶの方に切り替えられ、ポンプＰ２が動作して、洗浄液が反応容器２２の内部に送り込まれ、内部を洗浄する。

次に、図２及び図３を用いて、本実施形態による試料反応装置の構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による試料反応装置の構成を示す側面図である。図３は、本発明の一実施形態による試料反応装置に用いるスターラの構成を示す平面図である。

図２に示すように、反応容器２２は、有底でカップ状の容器本体２２Ａと、容器ふた２２Ｂを備えており、両者はパッキン２２Ｃを介して結合されている。容器ふた２２Ｂを貫通して導入パイプ２２Ｄが、ネジ２２Ｅにより取り付けられている。導入パイプ２２Ｄは、図１のバルブＶ３に接続される。また、容器ふた２２Ｂを貫通して導出パイプ２２Ｆが、ネジ２２Ｇにより取り付けられている。導出パイプ２２Ｆは、図１のバルブＶ４に接続される。

また、反応容器２２は、スターラ２４の上に位置決めされ、固定されている。スターラ２４の内部には、図２及び図３に示すように、２個の直方体形状の永久磁石ＭＧ１，ＭＧ２が所定の距離を隔てて支持棒ＳＢにより支持されており、支持棒ＳＢは、モータＭ等の駆動源によって回転される。

モータＭの回転が停止している状態では、永久磁石ＭＧ１，ＭＧ２が任意の位置に停止しており、反応容器２２の内部の磁性ビーズＭＢは、永久磁石ＭＧ１，ＭＧ２の底部に吸引され、保持されている。反応容器２２の内部にサンプルＳＡが導入され、バルブＶ３，Ｖ４が閉じられた後、モータＭが回転駆動されると、永久磁石ＭＧ１，ＭＧ２も、矢印ｒ方向に所定回転数で回転し、反応容器２２の内部の磁性ビーズＭＢも回転することで、サンプルＳＡと攪拌され、磁性ビーズＭＢに固定された酵素とサンプルＳＡが反応して、反応物が生成される。

攪拌時間が終了すると、モータＭの回転が停止され、磁性ビーズＭＢは反応容器２２の底部に吸引保持され、その状態で、導入パイプ２２Ｄから移送液を導入すると、反応容器２２の内部の反応物は移送液によって導出パイプ２２Ｆから検出器の方に移相され、磁性ビーズＭＢは、反応物とは分離されて、反応容器２２の底部に残留することになる。

ここで、反応容器２２の寸法は、内径Ｒ１は２０ｍｍであり、高さＨ１は１５ｍｍであり、その内容積は１．５ｍｌとなっている。この容量は、エッペンチューブを用いた場合の反応容器の内容積を等しくしている。また、２個の永久磁石ＭＧ１，ＭＧ２の最端部間の距離Ｌ１，即ち、永久磁石の回転直径は、反応容器２２の内径Ｒ１と等しく２０ｍｍとなっている。

以上説明したように、反応容器２２は、スターラ２４の上部に位置決め固定されているため、磁石ＭＧ１，ＭＧ２と反応容器２２の位置関係は常に同じ位置にあるため、常に同じ状態で、反応容器２２の内部でサンプルＳＡと磁性ビーズＭＢとを攪拌できるため、攪拌条件を常に一定にでき、同一の試料について複数回反応を促進し、反応終了後に反応物について測定したときの測定値のばらつきを、例えば、０．５％以下に低減でき、再現性を向上することができる。

また、磁石として永久磁石ＭＧ１，ＭＧ２を用い、この永久磁石ＭＧ１，ＭＧ２を回転して磁性ビーズＭＢと試料ＳＡの攪拌を行い、永久磁石ＭＧ１，ＭＧ２の回転を停止することで、磁性ビーズＭＢを反応容器２２の底部に吸着し、保持して、反応物と分離できるため、攪拌と磁性ビーズの分離を同一の構造体で行えるため、反応装置を小型化できる。

さらに、エッペンチューブを用いた反応装置では、エッペンチューブの両端にフィルタを備えて、磁性ビーズをエッペンチューブ内に保持しようとするものであるが、磁性ビーズの粒径は、０．０５〜０．１２μｍと小さく、フィルタからの流出を避けられないのに対して、本実施形態では、磁石による吸着保持を行うことで、磁性ビーズの流出を効果的に防止できる。磁性ビーズが流出すると、反応装置の下流の装置内に入り込み、装置の摩耗や故障の原因となるが、磁性ビーズの流出を防止できることで、これらの問題も解決できる。したがって、エッペンチューブを用いた反応装置では、バッチ処理をせざるを得ないが、本実施形態では、自動化可能である。

本発明の一実施形態による試料反応装置を用いた分析装置の構成を示すシステム構成図である。 本発明の一実施形態による試料反応装置の構成を示す側面図である。 本発明の一実施形態による試料反応装置に用いるスターラの構成を示す平面図である。

符号の説明

１０…オートサンプラー（ＡＳ）
２０…試料反応装置
３０…検出器
４０…制御装置
２２…反応容器
２４…スターラ

Claims (3)

1. 試薬あるいは酵素を固定化した磁性ビーズと試料を反応させる反応容器を有する試料反応装置であって、
   内部に回転可能な永久磁石を有する回転磁石手段と、
   前記回転磁石手段の前記永久磁石の回転停止を制御する制御手段とを備え、
   前記回転磁石手段の上に前記反応容器が載置され、位置決めされ、
   前記回転磁石手段に備えられた前記永久磁石は、前記反応容器の底面と平行な平面内で回転するものであり、
   前記制御手段は、前記回転磁石手段により前記永久磁石を連続的に回転させて、前記磁性ビーズを回転することにより、磁性ビーズと試料を攪拌し、前記永久磁石の回転を停止して、前記磁性ビーズを前記反応容器の底部に吸着保持し、反応物と磁性ビーズを分離することを特徴とする試料反応装置。
2. 請求項１記載の試料反応装置において、
   前記反応容器内に、試料を導入する導入パイプと、
   この導入パイプに設けられた開閉可能な第１のバルブと、
   前記反応容器内で生成された反応物を導出する導出パイプと、
   この導出パイプに設けられた開閉可能な第２のバルブとを備えたことを特徴とする試料反応装置。
3. 請求項２記載の試料反応装置において、
   前記制御手段は、前記反応容器内に試料が導入された後、前記第１のバルブと第２のバルブを閉じることを特徴とする試料反応装置。

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