JP4791625B2 - 分光光度・比濁検出ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、主としてインビトロ診断において分光光度・比濁分析を本質的に同時に行う方法および装置に関する。
近年、自動化されたインビトロ実験分析のためのより感度の良い光学的検出方法についての需要が高まっているのと同時に、分析法の整合、調和を向上させる要求が高まってきている。
【０００２】
これらの要求は、２、３の検査室診断センタの形に測定検査室の数が集中しているという背景からわかる。分析法により広範囲に適合させ、異なった機種、方法条件の数を減らすことによって、初めて、操作要件を増やすことなく簡単に検査を実施することができる。これらの努力は、診断分野でのさらなるコスト削減を意図している。
【０００３】
同時に、より複雑で、完全自動化された分析装置についての要求が高まりつつある。多数のサンプルおよび多種類のサンプルを処理し、所望の処理量を達成できるようにするために、分析機器は、付加的に、対応するネットワークを経て、検査統合システムに接続され、サンプル、検査あるいは消費材料を断続的に追跡できる。
【０００４】
しかしながら、同時に、異なったインビトロ診断用途分野においても調和が行われる場合にのみ、このような完全自動化分析機の資本支出およびそれに続く設備稼働率が達成され得るのである。したがって、今でも、とりわけ共通のプラットフォームでの臨床化学、血漿たんぱく診断または免疫化学診断のパラメータを実行する試みがなされている。これは、特に、異なった用途分野におけるプロセス技術についての要件が類似しているときには、成功している。これは、サンプルまたは試薬溶液の処理のための、保管（温度安定性）または計量測定（体積、精度）に関する条件が良く一致していることが多いためである。
したがって、適合および調和の向上は、分析に使用される検出方法にも矛盾することなく及ばなければならない
【０００５】
現時点で使用される分析法の大部分は、光度測定または光散乱によって得られる種類の測定データを得る方法を使用しているにすぎない。或る種の分析法においては、光散乱は、異なった角度で、または、異なった角度範囲で検出される。散乱光方法は、極めて感度が高く、その解像度は、凝集検査あるいは粒子強化インビトロ診断におけると同様に、光度測定方法、特に、散乱中心の形成および一時的変化が検出される方法よりも優れている。散乱光理論に関する広範囲にわたる考察および計算は、それ自体、当業者に知られているものであり、文献（たとえば、C. F. Bohren, D. R. Huffman、Absorption and Scattering of Light by Small Particles、J. Wiley & Sons, 1983）に記載されている。さらに、インビトロ診断検査への応用概念は、とりわけ、E. P. Diamandis等、1997年（Immunoassay, Academic Press, 1997, Chapter 17: Nephelometric and Turbidimetric Immunoassay）およびそこで引用されている文献に見出すことができる。
【０００６】
一方、多くの検査方法についての要件は、吸収性のみを検出する光度測定検査を実施することにある。この場合、せいぜい、測定すべき材料に含まれる汚染物質を測定することができるだけなので、散乱光信号が欠除している。
【０００７】
例として、ＤＥＡ２４０９２７３および米国特許第４,４０８,８８０号が、サンプルをレーザー光線で励起し、その散乱光を入射光の光軸の外の角度で検出する方法を記載している。測定に使用される散乱光は、レーザーからの励起光を保持する適当に形付けた環状のダイアフラムによってマスキングされる。
【０００８】
米国特許第４,０５３,２２９号が、同様に、散乱光測定を２度の角度と９０度の角度で同時に行う散乱光測定装置を記載している。
ＷＯ９８／００７０１が、比濁計と２つの光源を包含する濁度計との組み合わせを記載している。レーザーの形態をした一方の光源は、９０度で検出される散乱光を発生するが、赤外線スペクトル領域で発光するダイオード（ＬＥＤ）は、入射光の軸線上の濁度を測定するのに役立つ。この出願で記載する方法は、特に、使用するレーザーの強度のコントロールを向上させるのに役立つ。
【０００９】
現在まで、散乱光測定と光度測定の両方を本質的に同時に実施することを可能にする公知の方法および／または装置はない。
したがって、本発明は、一つの組立体内で一つのサンプルについて本質的に同時の分光光度・比濁測定を可能にする装置を見出す目的に基づいている。
【００１０】
本質的に同時ということは、分光光度測定の測定点と比濁測定の測定点が、測定タイプにとって必要なだけ接近した時刻で互いに続くということを意味する。反応速度測定の場合、時間間隔は、たとえば、終点測定の場合よりも短くなければならない。終点測定では、測定時間間隔は、測定部位に関する測定セルの回転／並進運動の機械的なサイズによって本質的に決定される。一方、反応速度測定の場合、時間間隔はできるだけ短くなければならない。
【００１１】
本発明は、散乱光測定および分光測光法の原理に基づいてインビトロ診断分析を実施する方法の組み合わせを可能にする装置を記載する。
この場合、測定ユニットによって、光度測定方法および散乱光測定方法を本質的に同時に使用することが可能になる。一つまたはそれ以上の光源１、２は、共通のビーム案内装置２４を介して、反応部位１１に案内される。散乱光または光度測定の信号は、センサー１７、２５によって検出され得る。パルス化駆動は、二つの方法を一時的に分離し、作動中に、相互の影響あるいは干渉がまったく生じないようにすることを意味する。
【００１２】
比濁分析は、主として、凝集検査の分析のため、特に、粒子強化免疫診断において使用されるが、光度測定は、スペクトル変化に基づく他の多数の臨床化学パラメータを測定するのに役立つ。この組み合わせにより、単一のモジュールについて臨床化学、免疫診断、血漿たんぱく診断または凝固診断に関する多数の異なった診断検査を実施することを可能にするという目的を達成することが可能になる。
【００１３】
本明細書の説明は、分析およびインビトロ診断における自動化測定システムの使用分野に関する。特に、ここに記載されている装置は、ＵＶ−Ｖｉｓスペクトル領域において散乱光測定および／または光度測定の助けによって測定される検査を同時に実施することを可能にする。
【００１４】
特に、このユニットは、しばしば自動分析システムの場合と同様に、測定キュベットにおいて多数のサンプルおよび検査の測定を共通のローターまたはカルーゼルで実施するシステムに組込むことができる。
【００１５】
本発明により、入射光の軸線外の角度で発生した、サンプルからの散乱光と、ほぼ０度の角度で透過した光の両方を測定することができる装置が開発された。
異なった狭帯域または広帯域光源を使用して測定すべき材料を励起することができる。これらの光源は、共通のビーム案内装置上の反応部位まで案内される。光源のパルス化駆動により、相互妨害または相互干渉を完全に抑制することができる。
【００１６】
同様に、ビーム経路、使用する構成要素（たとえば、光源、レンズおよびダイアフラムの光学構成要素）および測定すべき材料の可動収容容器（キュベット）によってもたらされる性能についての確認を実施することが、ここに記載する方法の目的である。
【００１７】
以下、本発明による方法および装置を、一つの実施態様を使用する例により詳しく説明する。
図１は、概略的に、光源１、２、測定すべき材料のための容器１１（キュベット）および検出器１７、２２、２５からなる配置を示している。これから明らかなように、入射光の軸線まわりの立体角が、両方法において利用される。散乱光測定のために最も多く使用される配置において、散乱光は９０度の角度で検出される。その結果、散乱光からの入射光の分離が、特に容易に達成される。一方、より大きい立体角を選び、入射光の順方向における角度または角度範囲を利用することで、散乱光のより高い強度をえることが可能になる。その結果、技術的に簡単でコスト効果の高い配置を構成することができる。順方向における角度での散乱光の割合は、特に、人間のインビトロ診断で使用するための粒子強化免疫検定法を利用する有機巨大分子についての測定（本明細書の説明に従って行われる）について正確に高い。
【００１８】
本発明によれば、分析のために使用される光源１、２は、異なるスペクトルの帯域幅を有する。散乱光測定のための光源は赤または赤外線スペクトル領域、好ましくは６５０〜９５０ナノメートルの範囲で狭帯域発光を行うが、光度測定のための光源は、代表的には、３００〜８００ナノメートルのスペクトル領域で光を発する。これら両光源は、本実施態様においては、パルス化操作で使用される。
【００１９】
測定キュベットの共通のビーム案内および励起の目的のために、両光源からの光は、たとえば、光導波管あるいは光ファイバー束を経て、結合ユニット４に案内され、そして、適当な光学構成要素を介して取り出される。２つの帯域幅に特に適用されるダイクロイック・ビーム・スプリッター５により、両光源を共通のビーム軸線２４上で案内することが可能になる。対応するレンズ６、９を使用して後の測定のためにビームを平行化する。入射光の一部は、基準測定２２、２３のために、別のビーム・スプリッター８によってマスキングされ得る。
【００２０】
キュベット１１内に置かれた被測定材料１２上にダイアフラム１０を通して入射する光ビーム２４は、被測定材料の種類に応じて、散乱または吸収される。
しかしながら、二つの光源のパルス化励起は、両方法が互いに独立して実施され得るということを意味する。この場合、光源の一方をトリガするのに必要である情報は、測定に先だって必要な検査定義によって選ばれることができ、測定が実施されつつある間、システムに知らされる。
【００２１】
軸方向に透過した散乱光２０の物理的な分離は、ビーム軸線上に配置されたダイアフラム１３によって行われる。この場合、ダイアフラムは、一方では散乱光トラップとして役立ち、他方では軸方向の入射光のための偏向ユニットとして役立つように構成されていると有利である。そのために、ダイアフラムは、環状の有孔ダイアフラムとして構成される。内径および外径の選択よって、分析のために最も有利な立体角範囲を選ぶことができる。ダイアフラムを通して散乱光として透過した部分は、レンズまたはレンズ系１４によって、検出器１７の入力部に焦点が合わされる。
【００２２】
散乱光測定は、通常、個別の狭帯域波長を伴うが、光度測定のためには、より広い帯域の光源が使用される。その結果、光度測定のために使用される信号がさらに評価されなければならない。この目的のために、ほぼ０度でビーム軸線に入射する光は、ダイアフラム１３の助けによって外される。このダイアフラム１３の中央部分は有孔ダイアフラムとして設計されている。この有孔ダイアフラムは、０.５〜３mmの直径を有し、入射ビーム横断面を制限する。この場合、ビームは、プリズム１８またはそれ相応に湾曲したファイバー束の別の適当な光案内装置によって偏向され得る。光は、当業者にとって公知の光学構成要素によってファイバー束１９に送られる。ファイバー束は、その後、分光光度計２５の入口スリットとして役立つ。この場合、ダイオード線形アレイについての公知の原理が、分光光度計として使用され、なんら機械的な構成要素を備えず、全スペクトル帯域幅を短時間で測定することができる。
【００２３】
信号を評価し、スペクトルｉ＝ｆ（λ）が得られた後、データは、さらなる処理のためにコンピュータ２７に送られる。
【００２４】
本発明によれば、ここに説明した配置は、処理量を高めるために、多数の測定キュベットを同時に処理しようとしている分析システムでしばしば使用される。この目的のために、図３から明らかなように、たとえば、キュベット１１は回転可能なカルーゼルまたはローター上に置かれる。これは、図２によれば、同様にパルス化操作の好ましい使用モードを明示している。すなわち、時間間隔Δ１内に測定光学素子にアクセスできる領域３２、３４にキュベット１１が置かれている場合、利用できる光源１、２のうちの一方からのパルス（Δ２）がトリガされ、３３および結合ユニット３２を経てキュベット１３に適用される。これから得られた信号は、時間間隔Δ４内で検出される。検査およびそれに付随する評価方法のタイプに応じて、光の透過部分、散乱部分は、それぞれ、センサー１７および２２によって検出される。したがって、この駆動タイプにより、異なった光源によって被測定材料が完全に個別に励起され、散乱光または透過光の相互の影響は皆無である。図２に示す付加的な時間間隔Δ３は、暗値（dark value）の調整のためにセンサー１７および２２による基準信号の検出を可能にするのに役立つ。
【００２５】
キュベットを備えたカルーセル３１を周期的に回転させることよって、その次のキュベットを測定することが可能となる。
これらの二つの主要な方法に加えて、これら二つの方法を相互に補足する多くの可能性を開くことができる。
【００２６】
１．分光光度計２５による光源の較正：波長または吸収の検定のために、ビーム経路内へのスタンダード７の瞬間的な導入を使用し得る。
２．測定ユニットの領域に置いたキュベットの位置決めを検査すること：ローター上に置いたキュベットの周期的運動は、部位依存キュベット・プロファイルの記録およびそれのさらなる位置決定を可能にする。
３．蛍光／化学ルミネッセンス・モード：キュベット１１上に置かれた被測定材料１２は、さらなるフィルター７の利用が適切であるならば、光源１、２のうちの一方の光源によって選択的に励起され得る。こうして生じた蛍光は、さらなるブロッキング・フィルター１５の使用による或る種の情況下に、検出器１７によって検出され得る。
本願発明は、例えば、以下のような態様で具現化することができる。
（１） ａ）一つまたはそれ以上の、好ましくは二つの、同じスペクトル領域あるいは異なった、好ましくは異なったスペクトル領域を有する光源と、ｂ）所望の測定部位へ光を振り分け、案内する一つまたはそれ以上のビーム案内装置と、ｃ）所望スペクトル領域の目標とする分離または組み合わせを行い、また、ビームの整形をおこなう一つまたはそれ以上のフィルターと、ｄ）ビーム直径を制限しかつビームを整形する一つまたはそれ以上のダイアフラムと、ｅ）測定しようとしている材料が発生する信号および基準信号を検出する適当なセンサーとを包含する、光学測定を実施するための装置。
（２） ＵＶ−Ｖｉｓスペクトル領域、好ましくは３２０〜７５０ナノメートルのスペクトル範囲で光を発する一つの光源を包含することを特徴とする、上記（１）の装置。
（３） キセノン・パルス化光源である一つの光源を有することを特徴とする上記（１）の装置。
（４） 赤または赤外線（ＮＩＲ）のスペクトル領域、好ましくは６００〜９００ナノメートルで光を発する一つの光源を有することを特徴とする上記（１）の装置。
（５） レーザー・ダイオードまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）である一つの光源を有することを特徴とする上記（１）の装置。
（６） ＩＲ−ＬＥＤが、８００〜９５０ナノメートルの範囲で光を発することを特徴とする上記（５）の装置。
（７） 光源が、パルス化操作で使用されることを特徴とする上記（１）〜（６）の装置。
（８） 固定接続軸線上の個別の構成要素から構成されるビーム案内装置を備えることを特徴とする上記（１）の装置。
（９） 可撓性の光ファイバーを包含するビーム案内装置を備えることを特徴とする上記（１）の装置。
（１０） 光源の波長または吸収に関して使用される光源の較正のために使用されるフィルターを収容する挿入体を備えることを特徴とする上記（１）の装置。
（１１） 利用できるビーム範囲を制限するダイアフラムを備えることを特徴とする上記（１）の装置。
（１２） 定めた割合の有効な光を基準として検出する部分透明なミラーを包含することを特徴とする上記（１）の装置。
（１３） 入射軸線のまわりの、小さい角度で入射する光をマスキングで取り除くダイアフラムを備えることを特徴とする上記（１）の装置。
（１４） ダイアフラムを、一方では、順方向において小さい角度で入射する散乱光をマスキングして除くと共に、他方では、さらなる測定のための、ほぼ０度の小さい角度で入射する光を透過させるために使用することを特徴とする上記（１）または（１３）の装置。
（１５） 光を、順方向において５度未満の角度で検出することを特徴とする上記（１）、（１３）または（１４）の装置。
（１６） 入射光が、ビーム偏向配置の助けによってビーム経路から外へ案内されるようになっていることを特徴とする上記（１）、（１４）または（１５）の装置。
（１７） ビーム偏向配置が、対応する接続構成要素を有する剛性の光学要素または光導波管を包含することを特徴とする上記（１６）の装置。
（１８） 検出光が、分光測光器ユニットの入口スリットに振り分けられることを特徴とする上記（１）および（１５）〜（１７）のいずれかの装置。
（１９） ダイアフラムを通過する散乱光が、レンズ系によって検出器の入力部に像形成されることを特徴とする上記（１）、（１３）または（１４）の装置。
（２０） 望ましくない波長範囲の光を分離、抑制するフィルターを備えることを特徴とする上記（１）、（１３）、（１４）または（１９）の装置。
（２１） 使用される光源をパルス化駆動するオプトエレクトロニクス構成要素を備えることを特徴とする上記（１）の装置。
（２２） さらなる測定処理のための信号の増幅および変換を行う電子構成要素を備えることを特徴とする上記（１）の装置。
（２３） 構成要素に共通する制御および信号の評価、表示を行うプロセッサ・ユニットを包含することを特徴とする上記（１）の装置。
（２４） 共通のビーム案内装置上へキュベットで測定されるべき材料の励起を行うための、異なったスペクトル帯域幅の光源から入手可能な波長を結合するダイクロイック・フィルターを包含することを特徴とする上記（１）の装置。
（２５） 上記（１）または（２）の装置を、インビトロ診断において分光光度分析器および／または比濁分析器で使用することを特徴とする方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】本明細書で詳述した分析ユニットの一実施態様の概略図を示す。
【図２】異なった光源の駆動および測定値の記録についてのタイミング線図を示す。
【図３】円形に配置した多数の測定キュベットを収容する回転可能なローター内での測定ユニットの使用を示す。
【符号の説明】
１ 光源１
２ 光源２
３ 光案内装置（ファイバー束）
４ 結合ユニット
５ ビーム・スプリッター（ダイクロイック）
６ レンズ系／レンズ１
７ フィルター
８ ビーム・スプリッター
９ レンズ系／レンズ２
１０ ダイアフラム
１１ キュベット／反応部位
１２ 被測定材料
１３ ダイアフラム
１４ レンズ系／レンズ
１５ ブロッキング・フィルター
１６ ダイアフラム
１７ センサー／検出器
１８ ビーム偏向装置（たとえば、プリズム）
１９ ファイバー束／光導波路
２０ キュベットから出る光
２１ 散乱光
２２ 基準測定用センサー
２３ Ａ／Ｄコンバーター
２４ 共通ビーム軸線
２５ 分光光度計
２６ Ａ／Ｄコンバーター
２７ コンピュータ
２８ スクリーン
２９ キーボード
３０ キュベット／反応部位
３１ キュベット収容用カルーゼル／ローター
３２ 光導波路接続装置を備える照明ユニット
３３ ビーム案内装置
３４ 検出ユニット

Claims (23)

1. 二つのパルス化光源を提供する段階、
   二つの光源から発せられた光を結合して共通のビームとする段階、
   共通のビームを分析すべきサンプルを通じて案内し、散乱光に基づく第一の信号および透過光に基づく第二の信号を生成する段階、
   第一の信号を検出して、サンプルの比濁測定を行う段階、および
   第二の信号を検出して、サンプルの分光光度測定を行う段階、
   からなり、分析すべきサンプルの位置を移動させつつ行う、サンプルの分析方法。
2. 二つの光源を提供する段階が、第一および第二の光源を提供する段階を包含する、請求項１に記載の方法。
3. 第一および第二の光源を提供する段階が、第一のスペクトル帯域幅を有する第一の光源および第一の帯域幅とは異なる第二のスペクトル帯域幅を有する第二の光源を提供する段階を包含する、請求項２に記載の方法。
4. 第一の光源を提供する段階が、赤および赤外線スペクトル領域の一方で狭帯域発光する第一の光源を提供する段階を包含する、請求項３に記載の方法。
5. 狭帯域発光が６５０〜９５０ナノメートルの範囲で行われる、請求項４に記載の方法。
6. 第二の光源を提供する段階が、３００〜８００ナノメートルのスペクトル領域で発光する第二の光源を提供する段階を包含する、請求項３に記載の方法。
7. 第一および第二の光源の一方が紫外線スペクトル領域で発光する、請求項２に記載の方法。
8. 第一および第二の光源の少なくとも一方がキセノン・パルス化光源である、請求項２に記載の方法。
9. 第一および第二の光源の一方が発光ダイオードである、請求項２に記載の方法。
10. 発光ダイオードが８００〜９５０ナノメートルの範囲のスペクトル領域で光を発する、請求項９に記載の方法。
11. 上記二つの光源から発せられた光を結合することによって形成される共通のビームを案内する段階がさらに、ダイアフラムを通じてビームを案内する段階を包含する、請求項１に記載の方法。
12. 基準信号のための光を検出する段階をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
13. 共通のビームからの光を偏向する段階をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
14. 望ましくないスペクトル領域の光を分離しこれを抑制する段階をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
15. 上記二つの光源から発せられた光で分析すべきサンプルを励起する段階をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
16. インビトロ分析を行う段階をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
17. 二つのパルス化光源と、
    二つの光源から発せられた光を結合して共通のビームとするための手段と、
    共通のビームを分析すべきサンプルを通じて案内し、散乱光に基づく第一の信号および透過光に基づく第二の信号を生成するための手段と、
    第一の信号を検出して、サンプルの比濁測定を行うための手段と、
    第一の信号の検出と本質的に同時に第二の信号を検出して、サンプルの分光光度測定を行うための手段、
    を備える、光学測定を実施するための装置。
18. 二つの光源が異なるスペクトル帯域幅を有する、請求項１７に記載の装置。
19. 二つの光源の一方が、赤および赤外線スペクトル領域の一方で狭帯域発光する、請求項１７に記載の装置。
20. 二つの光源の一方が、紫外および可視スペクトル領域の一方で発光する、請求項１７に記載の装置。
21. 基準信号用の光を検出するための手段をさらに備える、請求項１７に記載の装置。
22. 光を案内する手段がダイアフラムを含む、請求項１７に記載の装置。
23. 共通のビームからの光を偏向するための手段をさらに備える、請求項１７に記載の装置。

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