JP4838086B2 - 化学発光測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、化学発光測定装置に係り、血清と試薬を反応処理させた検体を連続して行う分析測定で器差や経時変化等による化学発光測定誤差が生じないように校正を図ることに関する。

近年、抗原抗体反応や生体中で行なわれる反応を利用して血液中の抗原、抗体、ホルモン等の微量分析によって行なう方法は、分析反応の温度や反応物質の反応時間などの分析条件を正確に規定出来るため、再現性、定量精度に優れ、これを測定可能な化学発光測定装置は、病院や臨床検査センタ、保健所で病気の診断や早期発見に不可欠の装置として徐々に広く使用されてきた。

定期健康診断などで得られる多人数の検体を迅速、且つ正確に測定する為には、多人数の検体や各種試薬の分注、反応容器内部の洗浄や反応時間の管理など一連の前処理を自動化して前述の分析が一度に多量分析ができる装置が特に有用である。

前述の前処理を自動的に行ない、その後反応過程又は反応後に検体を測定し結果を得るまでの一連の工程を自動で行なう自動化学発光測定装置は、一度に血液中の多数検体に含まれる抗原、抗体、ホルモン等の微量分析ができる。

一方、自動化学発光測定装置に対して前述の前処理をオペレータが手動で行なう装置としてマイクロプレート読取装置に代表される前処理機能を持たない装置がある。これらは用手法によってオペレータによる洗浄、分注、及び時間の管理、化学発光までの一連の進捗毎での前処理が必要となる。

前述の臨床検査センタでは、例えば自動化学発光測定装置のバックアップ機、少量検体の測定、特殊項目測定としても必要不可決の装置とされるが、正確な結果を得る為この場合は、オペレータによる試薬分注量、反応及び洗浄などの試薬分注量管理だけでなく、各工程に対する時間管理への注意が必要となる。

この為得られる測定結果には各々の個人差や人為的行為に起因する誤差を含む可能性があることも実情である。

化学発光測定装置に対して誤差を与える要因は、大きく二つに大別される。一つ目は検体・試薬及び洗浄液の分注精度など分注系に係わる問題で前述の前処理である。

二つ目は光電子増倍管の制御電圧設定および補正など受光系に係わる問題である。この二つは、互いに別々な技術課題を有するので、化学発光測定装置の再現性を良くする為に互いにその誤差要因を掴み、実用上問題とはならない迄、各々誤差を最小とする技術的な仕組みやシステム的な工夫が必用となる。

次に本発明に係る受光系及び測定方法について説明を行なう。

市販される各種分析装置で採用される前記受光系では、近年の半導体素子開発に伴い、発光ダイオードに代表される発光素子の発光波長域幅の改善や光電子増倍管に代表される受光素子の高感度化により近紫外域での波長においても、高感度で且つ大量測定の処理速度の高速化対応が可能となっている。

その上、これら素子を用いて校正器を構成すると、安定して、しかも、近紫外波長域における分光特性に有利な校正器が構成出来るようになってきた。

特に化学発光測定装置用に検出系の校正を行なえば、測定値の安定性や直線性などの性能面や、得られる信号の処理方法によっても、その処理速度だけでなく、システムや装置全体の使い勝手まで影響される為、標準光の発光や各素子毎の信号処理、および各素子間の感度差の調整などについて考慮する必要がある。

公知の如く、検体より発光される発光波長域における放射輝度の強さは、検体反応に比例するので、その光量を測定すれば、原理的には簡単に測定することはできる。

近年、抗原−抗体反応やホルモン−レセプタ反応等、生体中で行なわれる反応を利用して血液中の抗原・抗体・ホルモン等の微量物質を定量する方法が数多く実用化されている。ＲＩＡ（ラジオイムノアッセイ）は、従来最も一般的であったが放射性同位元素（ラジオアイソトープ）を用いる為に管理施設、廃棄への費用もかかり、環境への配慮がなされてはいない。

代わりに開発されたＥＩＡ（エンザイムイムノアッセイ）は非放射性測定という点で急速に普及をしたが検出感度の点で、主として比色方法が用いられる為に実用感度ではＲＩに劣った。その後、検出方法に化学発光・生物発光（以下化学発光とする）を用いることでＲＩＡ並みの高感度が得られることで現在は化学発光を検出する装置が広く普及し始めている。

アレルゲンを抗原と抗体が反応する原理を利用して且つ高い測定感度で定量することが出来れば、様々な目的に使用することができる。その代表的なものは、環境中のアレルゲンの評価とアレルゲンエキスの標準化である。

アレルゲンエキスの標準化の為にはエキスの力価、安定性を評価する方法が必用である。この方法としては、皮膚テスト、ＲＡＳＴ、抹消白血球からのヒスタミン遊離試験などが有効であるが、エキス中のｍａｊｏｒ ａｌｌｅｒｇｅｎの含量を免疫化学的に定量する方法も非常に有用である。

この方法は、アレルゲンとしての本来の活性、すなわちＩｇＥ抗体との反応性を検出するわけではないが、この方法での測定値が皮膚テスト、ＲＡＳＴのなどの試験結果とよく一致することがブタクサやすぎ花粉エキスの結果で確かめられている。

免疫化学的定量方法としては、アガロースゲル内で行なうｓｉｎｇｌｅ ｒａｄｉａｌ ｉｍｍｕｎｏｄｉｆｆｕｓｉｏｎ法が最も簡単である。例えば、図説スギ花粉症 改定第二版 第５章 診断と治療 金原出版株式会社編（非特許文献１）に紹介されるが、この方法での検出感度は、せいぜいマイクログラムのレベルである。それ以上の検出感度を得ようとするためには、前述のＲＩＡやＥＩＡが必用である。

最初に開発されたＲＡＳＴをはじめ、最近では放射性同位元素を使わない方法で、しかも多数の抗体を同時に測定できる方法など抗原特異ＩｇＥ抗体検出用試薬がいくつもある。さらに、ｅｎｚｙｍｅ ｉｍｍｎｏａｓｓａｙ（ＥＩＡ）によるＰｈｅｄｅｚｙｍ ＲＡＳＴも開発され、ＲＡＳＴとよく相関し診断方法としても信頼性が高いことが立証されている。

近年では、ＩｇＥ抗体反応のＭＡＳＴ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｎｔｉｇｅｎ ｓｉｍｕｔａｎｅｏｕｓ ｔｅｓｔ）で調べてみれば放射性同位元素を使用せず安全性、利便性を高め、また同時に多数の抗原について検査ができる試薬がいくつもあるので、さらに多くの抗原で感作されている症例がみつけられる。

このＩｇＥ抗体検査は皮膚テストや誘発試験に替わるＩＮ ｖｉｔＲｏテストとして有用が高く、副作用の危険が無い、抗アレルギー薬の治療薬の影響を受けないという、利点がある。

次ぎに具体的に化学発光を測定する方法としては、セル中又はマイクロプレート中の発光反応を光電子増倍管で検出する手段がある。装置自体に前処理機能を有しない場合には、前述の前処理は別な専用分注装置が行なうか又は前述のとおりオペレータが用手法により行なうことになる。

このように化学発光では発光量自体は試薬及び検体の量にも左右される。この誤差を最小とする為には、試薬及び検体は反応容器へ分注する精度が重要となっている。一方、光電子増倍管は半導体検出器に比べ品質のばらつきが大きい。

又、長時間測定の間にはダイノードが変化し、陽極電流が変化することも知られている。ゼロ点及び全透過または全反射における１００％を規定できる比色法や反射色測定に光電子増倍管を用いる場合には半導体検出器を使用するシステムと同様な相対測定における結果を得ることが出来るが、化学発光は発光強度を規定することが難しい為に標準物質による発光強度の管理方法が極めて重要となる。

すなわち、化学発光では発光側への配慮と受光側の配慮は双方共必要となっている為、アレルゲンの自動化測定においては前処理を含めた自動測定は有効となる。

化学発光の測定に標準光を用いる装置としては、特定のガス反応で化学発光を測定する装置がある。装置全体又は光電子増倍管の定期的な感度調整を行なう代わりに、検出器の感度を校正するものであり、化学発光自体の測定へは補正を加えてはいない。

一方で装置内部にタングステンランプとフィルタの組合せ又は前記発光ダイオードを標準物質として、発光波長域とほぼ同じ波長域の標準光を装置内部へ設置する装置がある。標準光は反応容器から離れた別の位置で発光し、これを参照光として化学発光自体への補正を行なっている。

標準光、例えば標準光源を用いて比例乗数を求める方法は、日本工業規格 ＪＩＳＺ８７２２などで規定されている。当該比例乗数が集光、検出効率などの装置定数と関連している為、各測定装置毎、各測定毎に必要に応じて行うことになるが、その作業は非常に面倒であった。

一方、標準光を厳密に規定すれば、標準光に対する相対比はその値を元として第二の標準光の相対比較で規定することができる。この為標準光と化学発光から放射される放射パワーの比が測定上重要な因子となっている。

なお、化学発光測定装置は、特許第３０３９７００号特許公報（特許文献１）、特許第２７６１２１５号（特許文献２）等にも記載されている。

特許第３０３９７００号特許公報 特許第２７６１２１５号特許公報 図説スギ花粉症 改定第二版 第５章 診断と治療 金原出版株式会社編

前記従来技術は、化学発光を測定する場合、光電子増倍管の感度特性、反応容器と光電子増倍管との位置関係、標準光の発光パワー分布なのに影響される近紫外域での放射輝度の変化、及び前記変化に基づく上記重要な標準光の発光パワー分布については配慮されていない。更に装置の経時変化、装置間の器差が生じるということがあり、これに対し前記の如く標準光を用い各装置毎、各測定毎に応じて行なうことは非常に面倒であるという問題があった。

本発明はかかる従来技術の問題点を解決する為になされたもので、標準光を用いて簡単に測定装置の経時変化、測定装置間の器差をなくすことができる化学発光測定装置を提供することをその目的とする。

本発明は、反応ライン上にサンプルが注入される複数の反応容器を設置し、前記反応容器の化学発光部から発せられる化学発光を光電子増倍管で測光する自動化学発光測定装置において、標準器の標準光を前記光電子増倍管で測光して光電子増倍管の出力を規定値になるように調整することを特徴とする。

本発明によれば、化学発光測定装置の経時変化や各装置間の器差が補正できる。

以下本発明の実施形態に係わる実施例について、図１から図６を用いて詳細に説明する。

まず、図１に基づいて、化学発光測定装置の概要を説明する。

化学発光測定装置には、被検体試料である血清を分注する。次いで試薬を分注し、その結果、化学発光した光量を光検出器で検出・データ処理を行い、マストイムノシステム３６項目の同時分析が可能で、例えば６時間に１８００テストの処理能力を持っている。

初めに試料分注が行われる。サンプルディスク１にセットされた試料（サンプル）は、ＴＣＳポンプ機構２が流路接続された分注機構８により、反応容器ディスク機構４にセットされた反応容器１２内に一定量吸引される。

次ぎに反応容器内の洗浄を行なう。洗浄後は試薬を安定させる為に試料吸引の２時間後、反応容器１２内の試料は、マニホールド機構６の廃液カップへ排出される。また分注機構８はＴＣＳポンプ機構２の洗浄用分注器に流路接続され、反応容器１２内に洗浄液を一定量注入後、排出する。

第一試薬分注には、試薬ポンプ機構５が流路接続された分注機構８により、反応容器ディスク機構４にセットされた反応容器１２内に第一試薬が一定量吸引され２度目の反応容器内洗浄を行なう。前述の洗浄と同様に試料吸引の２時間後、反応容器１２内の第一試薬は、分注機構８によって、マニホールド機構６の廃液カップへ排出される。

洗浄分注機構８はＴＣＳポンプ機構２の洗浄用分注器に流路接続され、反応容器１２内に洗浄液を一定量注入後、排出する。これらは電源３により電圧が供給され駆動する。反応容器１２に貼りつけされたバーコードが反応容器センサ１１により読まれて患者番号が割付される。

従ってオペレータは電源スイッチ１０を投入するだけで前述の化学発光の測定結果は自動で得ることが出来る。

次ぎに発光試薬分注を行なう。

試薬ポンプ機構５が流路接続された分注機構８により、反応容器ディスク機構４にセットされた反応容器１２内に発光試薬が一定量吸引される反応の終わった反応容器１２は反応容器ディスク４により、ＰＭＴ機構７の位置に移動され、ＰＭＴ機構７により発光量が測定される。

次ぎにＰＭＴ機構７からの出力は制御回路（図示せず）を経てマイクロコンピュータ９により演算処理される。演算された結果は、マイクロコンピュータ９に接続されたモニターにより表示される。

反応容器について、図２を引用して追記する。

反応容器１２は、各アレルゲンに対応する反応スペースが並列（独立）に設けられている。各々に例えば、卵、ミルク、ブタクサ、杉、犬といったアレルゲンが固定化されている。例えば、糸に付着させる場合と、レンズ内面へ塗布する方式である。これらの反応容器１２は、取付具１４によって前記反応ディスク機構４に保持される。

次に本発明の主要部である標準器について、図２、図３、図４、図７を加えて説明する。

標準器は標準光を発光するもので、第１標準器、第２標準器１５（図３、図４、図７）を含む。

第１標準器は、図２に示す反応容器１２と同じ容器を用いる。第１標準器は、不変性が要求される。例えば、炭素同位体へ蛍光体を練りこみ、前記反応容器１２内へ収納すれば実現できる。この場合に炭素同位体は不変性を有する励起源となる。

産業上では、例えば１４Ｃ（カーボンフォーティーン）は、化石・ミイラの年代推定に利用される。しかし、人体・環境への影響が懸念されるとも言われる。この為、施設管理、配送、特に輸出輸入時における通関処理が各国毎に異なり、限られた施設または、限定された管理者のもとで取扱いが行なわれている。

なお、第１標準器は、反応容器１２の反応窓１３の位置へ前記１４Ｃ（カーボンフォーティーン）と蛍光体を付着させて、各々の窓に配列し段階的な発光体を形成させる。

上記のように第１標準器は不変性はあるが、人体・環境への影響が懸念されるため汎用性がない。そこで、第２標準器１５が必要となる。

第２標準器について説明する。

図３、図４、図７図に示すように第２標準器１５は、光ダイオードの発光体１６、均等拡散反射板１７を有する。均等拡散反射板１７は、例えば、硫酸バリウム試薬一級を純水で溶かした液状を均一に塗布後乾燥させ生成された均等拡散面を有する。

標準器１５は、前記反応容器１２と同様の反応窓１３が複数形成された窓板４０が設けられる。窓板４０に代えて反応容器１２を用いることできる。ただし、代用の反応容器１２には、試料を入れない。

均等拡散反射板１７は、窓板４０、または代用の反応容器１２に対して上側が広かるように斜に置かれ、両者の間の上側に光ダイオードの発光体１６が置かれる。

発光体１６より発光した光は、均等拡散反射板１７に反射して窓板４０から外側に放射される。この放射光は、放射照度が段階的に変わる。上側が一番明るく、下側になるにしたがって暗くなる。

発光体１６の放射照度は制御部１８により光量がフィードバックされ、発光量が温度など外乱による特性変化に対処できるよう常に一定な放射照度に保たれるように制御される。

第２標準器１５は、取付具１４により前記反応ディスク機構４に保持される。図７に示す取付具１４は、図２、図３に示す取付具１４と形状は違うが、同じ機能を有する。

第１標準器、第２標準器１５は、取付部１４が共用される為、前記反応ディスク機構４に円周上に配列される指定の場所へ設置することができる。図５は第２標準器１５を反応ディスク機構４は、取り付けたところを示している。

図７に示すようにＰＭＴ機構７（フォトマル機構）は、光電子増倍管５０、本体部５１、支持台５２を有する。本体部５１には、増幅器（増幅手段）、光電子増倍管５０に印加する直流の電源（ＨＶ）等が備わる。

ＰＭＴ機構７（フォトマル機構）の支持台５２は、２本のガイド棒５３に上下移動自在に支持される。支持台５２は滑車５４に掛けられたベルト５５が繋がれているので、滑車５４の回転により、ＰＭＴ機構７（フォトマル機構）は、ガイド棒５３に沿って上下移動する。

更にＰＭＴ機構７には、光電子増倍管５０に印加される電圧を調整する電圧調整手段が備わる。

光電子増倍管５０の受光部側は、第２標準器１５の反応窓１３に向けられているので、反応窓１３から放射され放射光を受光する。ＰＭＴ機構７（フォトマル機構）は、第２標準器１５に沿って上下に走査するように移動するので、縦に並ぶ反応窓１３から放射される放射光を全域に亘り受光できる。

こうして受光される光電子増倍管５０の出力は、規定値になるように調整される。

すなわち、光電子増倍管５０の出力は、増幅器で増幅され、制御回路を経てマイクロコンピュータ９のモニターに表示される。このモニターを見て光電子増倍管５０の出力が、所定の規定値になるように光電子増倍管５０の印加電圧を調整する。この調整は、製作した工場側で行う。また、時間が経過して光電子増倍管５０の出力に狂いが生じたときに第２標準器１５を用いて調整を行なう。それ以外は、通常行なわない。

次に他の出力調整について図６を加えて述べる。

第１標準器の第１標準光と第２標準器の第２標準光を時系列的に測定して相対比率を得るものである。

先ず、予め化学発光測定の正確さが決められた化学発光測定装置で、第１標準光の光エネルギー１９（図６に示す）を測定して規定窓の測定値：Ａ１を得る。このときの値が第１の基準値となる。第１の基準値は、例えば複数窓の平均を得るようなデータ処理によっても管理される。

次に当該化学発光測定装置により第２標準光の光エネルギー２０（図６に示す）を測定して規定窓の測定値：Ａ２を得る。このときの値が第２の基準値となる。第２標準器は、汎用性があって複数個が必要となる。しかし、各々複数の第２標準器は、各々別々光源から構成され個々の発光体から発する放射強度のばらつき管理は困難で実用上同一な値は得られない。同一なＡ２の値で管理・運用する際にＡ１／Ａ２値で個々の比率を求め第２標準器の補正を行なう。

化学発光測定装置に経時変化が生じれば、第２標準器を用いて経時変化を校正する。

経時変化の原因は、ＰＭＴ機構７の光電子増倍管５０の感度の劣化やレンズの汚れなど光学素子に起因する場合と装置の機械的なずれなど様々な場合が多い。

例えば、定期的なメンテナンス時などに、本校正を実行することにより経時変化が確認でき、得られた測定値と第二の基準値とがずれている結果を得れば、前述のＰＭＴ印加電圧を増減して再度測定を行なう。こうして得られた測定値が第二の基準値と一致すれば、その結果、得られる測定値は正常であり続ける。また同様理由により装置間の器差も無くすことができ、一貫した測定装置が確立できる。

なお、第１標準器の第１標準光の蛍光波長域は、４２０〜４３０ｎｍに選び、第２標準器の第２標準光の発光波長域は４５０〜４７０ｎｍに可視域に選ぶことが実用的である。

本発明の実施例にかかわる化学発光測定装置の概要を示す図。 本発明の実施例にかかわる第１標準器の概要を示す図。 本発明の実施例にかかわる第２標準器の概要を示す正面図。 本発明の実施例にかかわる第２標準器の概要を示す側面図。 本発明の実施例にかかわる化学発光測定装置の斜視図。 本発明の実施例にかかわるもので、第１標準光と第２標準光の測定グラフを示す図。 本発明の実施例にかかわるもので、第２標準器とＰＭＴ機構を示す斜視図である。

符号の説明

１…サンプルディスク、２…ポンプ機構、３…電源、４…反応ディスク機構、５…試薬ポンプ機構、６…マニホールド機構、７…ＰＭＴ機構（フォトマル機構）、８…サンプル分注機構、９…マイクロコンピュータ、１０…電源スイッチ、１１…反応容器センサ、１２…反応容器、１３…反応窓、１４…取付具、１５…第２標準器、１６…発光ダイオード（ＬＥＤ）、１７…均等拡散反射板、１８…制御部、１９…第１標準光の光エネルギー、２０…第２標準光の光エネルギー。

Claims (8)

1. サンプルを収容する複数の反応容器を保持するための保持部を有する反応ディスク機構と、
   前記反応容器から発せられる化学発光を測光する光電子増倍管と、
   前記光電子増倍管の出力を規定値になるように調整するための標準光を出す標準器を備え、
   当該標準器は、前記反応ディスク機構上の保持部に取り付け可能な取付具を有することを特徴とする自動化学発光測定装置。
2. 請求項１記載の自動化学発光測定装置において、
   前記反応ディスク機構上に保持された前記反応容器を前記光電子増倍管による測光位置まで移送する移送機構を備え、
   前記移送機構は前記標準器を前記光電子増倍管による測光位置に繰り返し移送することを特徴とする自動化学発光測定装置。
3. 請求項１記載の自動化学発光測定装置において、
   前記光電子増倍管は、前記反応容器ないし標準器に受光部側を向け、かつ前記反応容器ないし標準器に沿って走査させることを特徴とする自動化学発光測定装置。
4. 請求項１記載の自動化学発光測定装置において、
   前記標準器は、炭素同位元素へ蛍光体を混ぜた混物を前記反応容器に詰めたものを有する第１標準器と、発光ダイオードと前記発光ダイオードの光を外側に反射する反射光の放射照度が段階的に変わるように配置された均等拡散反射手段とを有する第２標準器を含むことを特徴とする自動化学発光測定装置。
5. 請求項１記載の自動化学発光測定装置において、
   第２標準器は、前記複数の反応容器が設置される前記反応ディスク機構上の任意の保持部に着脱自在に取り付けられることを特徴とする自動化学発光測定装置。
6. 請求項４記載の自動化学発光測定装置において、
   メンテナンス時の校正では前記第２標準器を用いることを特徴とする自動化学発光測定装置。
7. 請求項１に記載された自動化学発光測定装置において、
   前記標準器は、炭素同位元素へ蛍光体を混ぜた混物を前記反応容器に詰めたものを有する第１標準器と、発光ダイオードと前記発光ダイオードの光を外側に反射する反射光の放射照度が段階的に変わるように配置された均等拡散反射手段とを有する第２標準器を備え、前記第１標準器、前記第２標準器のいずれかを使用することを特徴とする自動化学発光測定装置。
8. 請求項１〜７の何れかに記載された自動化学発光測定装置において、
   前記光電子増倍管の出力調整手段は、前記光電子増倍管の出力を増幅する増幅手段と、前記光電子増倍管に印加する電源と、印加される電圧を調整する電圧調整手段を含み、
   前記電圧調整手段の調整により、前記規定値になるように調整することを特徴とする自
   動化学発光測定装置。

Images