JP5469929B2

JP5469929B2 - 核酸分析装置

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Publication number: JP5469929B2
Application number: JP2009151717A
Authority: JP
Inventors: 勇夫古矢; 周平山本; 稔佐野; 卓哉佐伯
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-06-26
Also published as: JP2011007642A

Description

本発明は、試料から蛍光検出する検出ユニットを備えた核酸分析装置に関し、蛍光色素を有する基準試料を用いて装置の器差や光学系構成部品の経時変化による検出感度を補正し、高精度な蛍光測定を実現する。

一般に核酸増幅法では、核酸標識に蛍光色素を使用し、蛍光強度変化を経時的に追跡することで核酸を含む試料の解析を行う。このような蛍光強度変化を経時的に測定するための核酸分析装置が開発されている。

分析装置においては、発光ダイオードを光源とする場合、一般に輝度を設定値に保つために定電流回路を設けることも考えられるが、前記発光ダイオードは、使用電流及び環境温度により経時劣化の速度が異なるが、経時と共に輝度が減少する。

また、輝度の減少を抑えるために発光ダイオードによる励起光の一部の光を検出素子で検出し、前記検出素子において受光光量に比例した電流を用いて、発光ダイオードへ供給する電流を調整し、輝度を一定にすることが知られている。

特開２００３−３４４２６６号公報

核酸分析装置においては、ダイナミックレンジが大きく、極低濃度試料の微小な蛍光信号を十分に検出可能な感度が必要である。

本発明の目的は、光源である発光ダイオードの経時劣化以外の要因となる、光学フィルタ，レンズ，反応容器による光学系の構成部品の経時変化による影響も含めて、蛍光色素を有する一定濃度の基準試料を用いて、基準試料の発する蛍光光量を一定に調整することで、光学系を構成する部品の経時変化による検出感度の低下を補正し、高精度な測定を実現することにある。また、基準試料を用いることで、同一の測定試料を装置の器差なく測定結果が得ることが可能となる。また、本発明の目的は、蛍光光量を安定させることである。

本発明は、ディスク状のカローセルの試料ホルダに蛍光色素を有する基準となる試料を収納した反応容器を設置し、光源である発光ダイオードを常時点灯させたまま、前記カローセルが円周方向に回転しながら、前記反応容器が検出ユニットを通過時に発する蛍光を蛍光検出素子で検出し、連続で複数の試料を分析するための核酸分析装置において、前記基準試料が検出ユニットを通過する度に、基準試料の蛍光光量信号出力が設定した基準値に一定となるように、発光ダイオードの電流を調整することを特徴とする。

本発明によれば、光学系の構成部品の経時変化による検出感度の低下を防ぎ、また、装置間の器差が補正できることで、高精度な蛍光測定が可能な核酸分析装置及び方法を実現することができる。

発光ダイオードの寿命が延びることで、感度の仕様を満足する時間が延長される。

本発明による分析装置の主要部であるリーディングユニットの第１の例を示す概略構成図である。本発明による分析装置の主要部であるリーディングユニットの第２の例を示す概略構成図である。本発明による分析装置のカローセルの温度制御機構の例を示す図である。本発明による分析装置の試料の光学的特性の測定方法を示す図である。本発明による分析装置のデータ処理部の内部構成図である。本発明による分析装置の蛍光光量信号処理と蛍光光量補正のフローチャートである。発光ダイオードの順電流別の寿命データである。発光ダイオードの順電流−相対光度特性図である。発光ダイオードの周囲温度−相対光度特性図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態である核酸分析装置の主要部であるリーディングユニットの概略構成図である。図１において、発光ダイオード２より放出された光は、第１レンズ３により平行光となり、励起用バンドパスフィルタ４により余分な波長域をカットした後、第２レンズ７でカローセル８の試料ホルダに支持されている透明な容器の反応容器９内のサンプルに集光される。また、励起光の一部は、励起用バンドパスフィルタ４後段に配置されたハーフミラー５により、励起光モニタ用検出素子６上に照射される。

反応容器９は、ディスク状のカローセル８に収納されており、カローセル８を回転させるためのモータ２５は、モータ駆動回路２６により駆動される。このモータ駆動回路２６は、データ処理部１９により回転速度が指定され、指定された回転速度となるようにモータを駆動する。指定された回転速度でカローセル８が回転を始めると、第２レンズ７から集光された励起光を通過する際に反応容器９から蛍光を発する。

反応容器９から発せられる蛍光は、第３レンズ１０により平行光となり、蛍光用バンドパスフィルタ１１により余分な波長域をカット後、第４レンズ１２で蛍光検出素子１３に照射される。蛍光を蛍光検出素子１３によって検知することにより、試料の光学的特性を測定する。

蛍光検出素子１３からの検出信号は、蛍光用ＡＭＰ１５により増幅される。マルチプレクサ１７において励起光用ＡＭＰ１６の信号か蛍光用ＡＭＰ１５の信号か選択され、ＡＤＣ１８によりＡＤ変換される。ＡＤＣ１８は、タイマーからの信号より一定周期でＡＤ変換を行う。タイマーの周期はデータ処理部により指定される。

ＡＤＣ１８からのデータは、励起光量をモニタする励起光データと蛍光光量をモニタする蛍光データがデータ処理部１９で読み取られる。

データ処理部１９で読み取った蛍光光量データは、データ処理後に発光ダイオード２に流す電流値を設定しＤＡＣ２０によりＤＡ変換される。ＤＡＣ２０はタイマーからの信号により一定周期でＤＡ変換を行う。タイマーの周期はデータ処理部１９により指定される。

ＤＡ変換された出力は、コンパレータ２１の入力に接続し、コンパレータ２１のもう一方に入力される発光ダイオード２の電源電圧を供給する基準電圧２３とした発光ダイオード２に流れる電流の検出抵抗２４にかかる電圧と比較し、その差分に応じた電圧を発光ダイオード２と直接接続されたトランジスタ（ＦＥＴ）２２の制御端子に出力して発光ダイオード２に流れる電流を増幅させる。

図２を参照して、本発明によるリーディングユニット１の例を説明する。本例のリーディングユニット１は、ディスク状のカローセル８と、カローセル８を回転させるための回転機構２７とカローセル８の円周に沿って配置された少なくとも１つの検出ユニット１４と、検出ユニット１４の光源である発光ダイオード２の輝度を調整するための蛍光色素を有する基準試料が収納された反応容器３４と、カローセル８の回転位置を検出するためのフォトインタラプタ３１と、反応容器９を搬送するグリッパ３２とを有する。

カローセル８は、円板状のアルミ合金製のディスクによって構成され、中心軸線回りに回転可能である。カローセル８上には、周状の縁に沿って、多数の試料ホルダ２８と遮光板３０が設けられている。試料ホルダ２８には、分析対象である試料溶液が収納された反応容器９が保持され、試料ホルダ２８と同数の遮光板３０が設けられている。試料ホルダ２８と遮光板３０はカローセル８の縁に沿って等間隔（等角度）に配置されている。図示のように、遮光板３０は試料ホルダ２８に対向するように、試料ホルダ２８の間に配置されている。

遮光板３０とフォトインタラプタ３１によって、カローセル８の回転速度及び回転角度を検出するための回転位置検出機構が構成される。フォトインタラプタ３１は、発光素子と受光素子が対向しているものである。遮光板３０が通過するとき、発光素子の光は遮光板３０にて遮断される。遮光板３０はカローセル８の試料ホルダ２８間に設けられており、カローセル８の回転速度と回転位置を知ることが可能である。フォトインタラプタ３１の出力により、蛍光測定のサンプリング開始のタイミングを計る。

検出ユニット１４はカローセル８の円周に沿って等間隔に配置されている。図２の例では、５個の検出ユニット１４が設けられているが、５個以外の数の検出ユニット１４を設けてもよい。検出ユニット１４は交換可能であり、着脱が自由である。

回転機構２７は、ステッピングモータ２５を有し、ステッピングモータ２５の回転をベルトにてカローセル８に伝え、カローセル８を回転させる。ステッピングモータ２５を用いることにより、カローセル８を一定の速度で回転させることができる。また、ステッピングモータ２５を用いることで、所望の回転角度だけ回転させることが可能である。試料ホルダ２８に保持された反応容器９の数をｎとするとき、カローセル８を１／ｎ回転ずつ（３６０／ｎ度）回転させることができる。

本実施の形態のカローセル８は、検出ユニット１４の発光ダイオード２の輝度を調整する基準試料を有する反応容器３４を少なくとも１つを備えている。

この基準試料は、濃度が既知のものである。カローセル８が一定速度で回転し、検出ユニット１４を通過する度に、即ち、１回転する度に、蛍光測定を行う。測定結果から得られた蛍光光量と設定される蛍光量との比較をデータ処理部で行い、発光ダイオードに流れる電流を設定する。発光ダイオードに流れる電流は基準試料から発する蛍光光量が規定値になるように輝度調整による補正を行う。基準試料３４により輝度調整された発光ダイオードの電流は、カローセル８が１回転して次に検出ユニット１４を通過するまで設定した値を維持する。分析対象である試料溶液が収納された反応容器９が、検出ユニット１４を通過する間は、発光ダイオード２の輝度調整は行わない。

グリッパ３２は、分析対象である試料溶液が収納された反応容器９を試料ホルダ２８へ搬送し、分析が完了した反応容器を廃棄穴３３まで搬送する。

図３を参照して、カローセル８の温度制御機構について説明する。本例では、反応容器９内の試料を設定する温度に制御するラバーヒータ３５と、反応容器内の試料の温度をモニタするサーミスタ３６を有する。カローセル８の内側面に設置し、温度モニタ用のサーミスタ３６の出力をデータ処理部１９でデータ処理することで、カローセル８全体の温度をＰＩ制御し、反応容器９内の試料温度を設定値に調整する。反応容器９内の試料温度を設定値にすることで試料から発する蛍光光量が安定した状態で検出可能となる。また、検出ユニット１４は温度制御されたカローセル８から熱伝導により、同時に恒温化されるため、検出ユニット１４内の発光ダイオード２も温度が一定に安定し、基準となる試料の反応容器３４の蛍光光量を規定値に保つことが可能である。つまり、カローセル８を恒温化することにより、試料から発する蛍光光量が安定し、ＬＥＤの寿命がのびる。

図４を参照して、本発明による試料の光学的特性を測定する方法について説明する。分析対象である試料溶液が収納された反応容器９を試料ホルダ２８に装着したら、カローセル８の速度を一定で回転させる。カローセル８の周囲には、５個の検出ユニット１４が配置されている。検出ユニット１４からは、常時発光ダイオード２からの励起光がカローセル８に照射されており、カローセル８が回転し、試料を含む反応容器９が頭上を通過すると、各検出ユニット１４は反応容器９からの蛍光を測定する。蛍光測定を行うタイミングは、遮光板３０がフォトインタラプタ３１の発光素子から発する光を遮光しないとき、即ち、採光（１）すると、フォトインタラプタ３１の受光素子に発光素子の光が採光（１）されるとき、フォトインタラプタ３１の出力は、ローレベル（３）からハイレベル（４）に移行する。フォトインタラプタ３１の出力がハイレベル（４）になると、待ち時間（５）経過後に一定のサンプリング時間（６）、蛍光光量のサンプリング処理４１を開始する。検出ユニット１４上を通過する反応容器９は、サンプリング時間（６）内に検出ユニット１４通過するような位置となるような構造となっている。

サンプリングされたデータは反応容器９がカローセル８の試料ホルダ２８に保持され回転しているために、検出ユニット１４から照射される光の中心を通過するとき、サンプリングされたデータ（７）の蛍光光量が最大となるような蛍光光量信号のカーブで取り込まれる。サンプリング終了後に、ピーク検出処理４７でメモリ４０に保存されたデータが処理され、ピーク検出を行う。カローセル８の試料ホルダ２８は円周状に等間隔であり、カローセル８を一定速度回転させるため、トリガ間隔（９）は一定間隔となる。

本発明の実施形態においては、蛍光を有する基準試料が収納された反応容器３４が、検出ユニット１４を通過する度に基準試料の反応容器３４の蛍光光量を測定し、データ処理部１９で図４のＡ点のようにピーク値を算出し、算出した蛍光光量（７）のピーク値が基準値に一定となるように、発光ダイオード２に流れる電流を調整し、蛍光光量を補正するものである。

基準試料が収納された反応容器３４においては、蛍光測定後、基準試料の反応容器の蛍光光量を基準値に調整する処理を行うが、これについては後に、図５，図６を参照して説明を行う。

カローセル８の動作サイクルは、カローセル８を停止させ、反応容器９を排出，搬送，架設する容器設定期間と、カローセルを一定速度で回転させながら、蛍光を測定する蛍光測定期間とからなる。容器設定期間と蛍光測定期間の長さは一定であり、所定の周期にて繰り返す。本発明の実施形態においては、容器設定期間は１０秒、蛍光測定期間は一回転２０秒とし、１サイクル３０秒で連続測定をおこなう。

より具体的には、次のような動作を繰り返す。（ａ）回転・検出→（ｂ）排出・搬送→（ｃ）発光ダイオード２に流れる電流の調整と、（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ａ）・・・と繰り返す。

カローセル８が一回転する毎に、反応容器９は円周状に配置された全ての検出ユニット１４を通過する。各検出ユニット１４には、測定すべき波長の蛍光が割り当てられている。各検出ユニット１４は、自身に割り当てられた波長の蛍光を独立的に検出する。そのため、カローセル８が１回転すると、各試料に含まれる５つの成分を分析することができる。各反応容器９には、同一の検体が採取されていないものとする。各検出ユニット１４によって測定されたデータは、反応液の経時変化として外部コンピュータ２９に蓄積され、更に定量分析結果として外部に出力される。本発明による実施形態におけるデータ処理部１９は、図５に示すデータ処理機能を有し、図６に示すフローチャートに従った動作を行う。繰り返しになるが、本発明の実施形態においては、基準試料が収納された反応容器３４が各検出ユニット１４を通過する度に、蛍光測定を行い、基準試料の反応容器３４の蛍光光量が基準値に一定となるように、発光ダイオード２に流れる電流値を調整し、補正を行う。

最初に、蛍光光量信号のデータ処理について説明する。データ処理部１９は、反応容器９の蛍光光量信号を得るために、蛍光用ＡＭＰ１５出力がマルチプレクサ１７のより出力するように選択後（ステップ（ａ））、次にカローセル８のモータ駆動回路２６を制御し、カローセル８の回転を開始する（ステップ（ｂ））。次にカローセル８の回転に伴い、遮蔽板３０がフォトインタラプタ３１を通過時にローレベルからハイレベルに変化を検出し、データ処理部１９へ出力を行う（ステップ（ｃ））。次に蛍光光量信号のデータ測定開始までの待ち時間を設けるために、タイマー５３を制御して設定した時間待機する。

次にＡＤ変換周期時間設定を行うためにタイマー５３を制御する。これにより、タイマーはＡＤＣ１８にＡＤ変換スタート信号を出力する。本発明の実施形態においては、例えば、１６ビット、変換時間を４μｓ〜５０μｓとする。ＡＤ変換スタート信号より、ＡＤＣ１８は蛍光光量信号のＡＤ変換を行い、ＡＤ変換が終了したことをデータ処理部１９に知らせる。データ処理部１９は、ＡＤＣ１８からＡＤ変換終了信号を受け取ると、変換データの読み取りを行う（ステップ（ｆ））。読み取ったデータは、ＡＤ変換毎にメモリ４０に保存され（ステップ（ｇ））、ＡＤ変換は設定したサンプリング数が完了するまで繰り返し行われる（ステップ（ｈ））。

ステップ（ｈ）のサンプリング終了後、測定した反応容器９の試料の蛍光光量を算出するために、メモリ４０よりサンプリングしたデータを読み出し、設定したサンプリング周期となるように平均化処理５４を行う。本発明では実施形態においては、平均後のデータ間隔を２ｍｓとするように、データを平均化出来るもとする（ステップ（ｉ））。データの平均化は、測定開始前に任意に平均数を設定出来る。次に平均化されたデータの波形を平滑化するためにスムージング処理５５を行う（ステップ（ｊ））。本発明では実施形態においては、Box-Jenkins法かSavitzky-Golayスムージング法とする。

次に試料の蛍光光量値を求める。図４の蛍光光量波形のピーク値を求めるために、ガウス波形でフィッティング処理５６されたデータの最大値、即ち、ピーク検出処理５７を行う。本発明の例においてはガウス関数フィッティングとする（ステップ（ｋ）、（ｌ））。分析を行う反応容器９も発光ダイオード２に流れる電流を調整する基準試料の反応容器３４両方において、蛍光測定までの手順は同様となる。分析を行う反応容器９においては、ピーク検出後に外部コンピュータ２９に蓄積され、更に定量分析結果として外部に出力される。

次に基準試料が収納された反応容器３４の蛍光光量補正における発光ダイオード２に流れる電流値の調整方法について説明する。基準試料の蛍光光量補正は、基準試料の蛍光光量が常に設定した基準値で一定となるような制御を行い、高精度な分析結果の算出を実現することにある。ステップ（ｌ）で得た基準試料が収納された反応容器３４の蛍光光量を、設定した蛍光光量の基準値と比較を行い、蛍光光量の変化量を算出する。データ処理部１９は、１−（ＰＦＬ／基準値）で、変化量を計算する（ステップ（ｍ））。これにより、発光ダイオード２に流す電流値の設定をＤＡＣ２０に出力するために、基準電流値＊Ｋ（１＋ＲＥＶ）を算出する（ステップ（ｎ））。

計算結果と所定値１との比較を行い（ステップ（ｏ））、ステップ（ｎ）で算出した設定電流値が所定値１に等しいか、それ以下であるとき、ステップ（ｎ）で算出した電流設定値をＤＡＣ２０に出力する（ステップ（ｐ））。本発明の実施形態においては、ＤＡＣ２０は８ビットとする。ステップ（ｑ）でＤＡＣ２０に出力されている間は、例えば図７におけるＴ期間の安定した状態で使用していることであり、大きな変動はないが、特に装置が設置される環境における一日の室温の温度の変化に有効である。

また、ステップ（ｏ）において、ステップ（ｎ）で算出した電流設定値が所定値１を超える場合、電流設定値を所定値２と比較判定を行う（ステップ（ｑ））。ステップ（ｎ）で算出した電流設定値が所定値１を超える場合、図８の特性のような相対関係にはないため、１つ前に設定した電流設定値に対し、変化量を補正し、ＤＡＣ２０に出力する（ステップ（ｒ））。所定値１は、図７のような寿命特性から、経時劣化により光度が下降を開始した時間、例えば図７のＢ点とすることができる。

次にステップ（ｑ）でステップ（ｎ）で算出した電流設定値が所定値を超える場合、所定値２は、蛍光検出感度が低下し、仕様外になる前にアラームを警告する（ステップ（ｓ））、即ち、発光ダイオード２の寿命を知らせることとなる。

本実施形態においては、検出した蛍光光量から蛍光光量低下を判別することと、ＤＡＣ２０への設定電流値の上昇を判別する機能を備えており、例えば、図７のＢ点を所定値１とすると、ユーザーへのアラームは、Ｂ点でデータ処理がステップ（ｏ）からステップ（ｑ）へ移行し、ユーザーへ早期アラームを警告するとしてもよい。またステップ（ｓ）のアラームを警告することは、使用する発光ダイオードの寿命特性から、推測することは可能であるため、ステップ（ｏ）からステップ（ｑ）へ移行を検知し、以降、タイマーの設定値でアラームを出すことも可能である。尚、別の実施形態において、図７のＴ期間の安定した状態における蛍光光量の変動が、要求される仕様に対して、範囲内であり全く問題とならない場合においては、Ｔ期間はステップ（ｐ）はメモリ４０に記憶されている設定された固定値でよい。光学系構成部品の経時変化、特に発光ダイオード２の劣化による蛍光光量の低下を捉えてから、即ち、固定値Ｔ期間を過ぎてから、ステップ（ｑ）以降の処理を行うとしてもよい。

本発明における効果として、光源である発光ダイオード２の長寿命化について説明する。図７は、発光ダイオード２に流れる電流値Ｉｆを一定に流して使用されたことによる寿命曲線を示す。電流値Ｉｆを１０ｍＡとしたときに比べ、２０ｍＡの場合は早い時間から光度が下降していることがわかる。これは、図８に示すように、順電流Ｉｆが大きくなると光度が増すため、封止樹脂の劣化が早まるためである。発光ダイオード２の寿命は白熱電球に比べてかなり長く、素子そのものはほとんど永久に使える。発光ダイオード２が使用不能になるほとんどの場合は、電極部分の金属の酸化・劣化、過熱や衝撃で内部の金線が断線するものである。製品寿命は、封止樹脂の劣化により透光性が落ち、発光量が一定以下になった時点をいう。一般的に発光ダイオードの寿命は、全光束が初期全光度の７０％、または光度が初期光度の７０％に低下するまでの時間とすると定義している。

図７は、定電流制御における発光ダイオード２の寿命曲線と考えることができる。本発明の実施形態においては、分析試料の反応容器９及び基準試料の反応容器３４を恒温に制御するため、検出ユニットも同時に一定温度で安定しているため、周囲環境温度に対する変動が少ないため、図７おけるＴ期間の間は定電流されているものと同等に電流を制御していることになる。このため、図７のＣのようなダイオードを流れる電流が１０ｍＡの場合とＤのようなダイオードを流れる電流が２０ｍＡの場合で、光度の低下を開始するオペレーション時間を算出できるため、設定する基準電流によって、図７のＢ点のような箇所を、図６のステップ（ｏ）の所定値１として設定し、発光ダイオード２の点灯時間を計測し、記憶しておくことで、使用時間に対する比較判定を行い、ステップ（ｑ）または（ｏ）の処理を開始することも可能である。

また、ユーザーが一日あたりに分析を行う時間は、分析結果を算出するまでの工程の処理時間を考慮すれば算出することは容易である。分析を行った回数を所定値として比較判定し、ステップ（ｏ）やステップ（ｑ）の処理を行うことも可能である。

本発明の形態においては、極めて微弱な蛍光光量を検出する必要があり、最低感度を得るために、光度は一般的な寿命と判断する光度より高い値が求められる。本発明においては、光学系を構成する部品の経時変化による基準試料の反応容器３４による蛍光光量補正を行うため、発光ダイオード２の劣化が始まり基準試料の反応容器３４の蛍光光量が減少すると、減少量だけ順電流Ｉｆを増加し、ステップ（ｒ）の処理を行うため、常に一定に蛍光光量を保つ時間を長くすることが可能となるため、発光ダイオード２を一定の光度で使用できる時間が増す。即ち、核酸分析装置としての性能を満たす時間が増すことで、発光ダイオード２の長寿命化が可能である。

図９は発光ダイオード２の周囲温度に対する光度特性を示すが、周囲温度の変化は光度に大きく影響を及ぼすことがわかる。従って、図３で反応容器の温度制御について説明したが、本発明の実施形態において、分析を行う試料の反応容器９及び基準試料の反応容器３４が設定温度で恒温されるようにカローセルを温度制御することで、発光ダイオード２の周囲温度も安定し有効である。且つ、測定時にはカローセルが回転し、１回転する毎に基準試料の蛍光光量補正を行うため、一日の環境温度の変化による影響に対し補正することができ、高精度の測定が可能となる。

また、別の実施例として光源の周囲環境の温度変化が大きいような場合であれば、本発明の実施形態では装置内温度もモニタしているため、装置内温度の変動を利用して、カローセル８を基準となる設定温度に一定となるよう制御することも可能である。

なお、図６の（ｏ）では、電流設定値を所定値と比較しているが、蛍光強度の設定値を所定値と比較してもよい。（ｑ）についても同様である。

本発明は、核酸分析装置の蛍光測定に係かる光量制御方法を提供する。本発明の方法を使用することによって、試料溶液中の対象となる物質の濃度を定量的に測定する吸光度法を用いた技術分野でも適用でき、食品の分野の飲料水の成分の濃度測定や環境の分野における飲料水の安全性，河川や工業排水の金属元素測定にも有用である。

１リーディングユニット
２発光ダイオード
３第１レンズ
４励起用バンドパスフィルタ
５ハーフミラー
６励起光信号検出素子（励起光モニタ用検出素子）
７第２レンズ
８カローセル
９分析試料の反応容器
１０第３レンズ
１１蛍光用バンドパスフィルタ
１２第４レンズ
１３蛍光信号検出素子（蛍光検出素子）
１４検出ユニット
１５蛍光用ＡＭＰ
１６励起光用ＡＭＰ
１７マルチプレクサ
１８ＡＤＣ
１９データ処理部
２０ＤＡＣ
２１コンパレータ
２２トランジスタ（ＦＥＴ）
２３基準電圧
２４検出抵抗
２５ステッピングモータ（モータ）
２６モータ駆動回路
２７回転機構
２８試料ホルダ
２９外部コンピュータ
３０遮光板
３１フォトインタラプタ
３２グリッパ
３３廃棄穴
３４基準試料の反応容器
３５ラバーヒータ
３６サーミスタ
４０メモリ
４１サンプリング処理
４２タイマー制御
４３タイマー
４４平均化処理
４５スムージング処理
４６フィッティング処理
４７ピーク検出処理
４８ピーク変化量算出処理
４９電流値設定処理

Claims

ディスク状のカローセルと、該カローセルを回転させるための回転機構と、前記カローセルの円周に沿って配置された少なくとも１つの検出ユニットと、前記カローセルの回転位置を検出するための回転位置検出機構とを有し、
前記カローセルは、円周方向に沿って等間隔に試料を収納したｎ個の反応容器を支持するように構成され、
前記回転位置検出機構は、前記カローセル上に円周方向に沿って等間隔に装着されたｎ個の遮蔽板と、前記遮蔽板が通過することを検出する検出手段と、前記反応容器を設定する温度に調整する加熱ユニットと、反応容器の温度を測定する温度モニタのための温度センサを有し、
前記検出ユニットは、前記反応容器に照射する励起光を発生する光源と、前記光源の一部を励起光検出素子に照射する手段と、前記反応容器に収納された試料が発する蛍光を検出する蛍光検出素子と、
前記検出素子からの信号を切替えて出力された信号をＡＤ変換するＡＤ変換器と、
前記ＡＤ変換器から出力されたデータを記憶する記憶手段と、前記記憶された蛍光光量信号データに基づいて測定する試料のピーク値を算出する手段と、算出したピーク値を外部コンピュータに蓄積し、更に定量分析結果として外部に出力される手段を有し、蛍光強度変化を経時的に追跡することで核酸を含む試料の解析を行う核酸分析装置において、
検出ユニットを構成する光学部品の経時変化を補正する手段として、基準となる蛍光試料の蛍光光量を常に設定した蛍光光量の基準値に一定となるように制御するため、前記基準となる蛍光試料が収納された少なくとも１つの反応容器がカローセルに支持する手段と、
前記基準となる蛍光試料が収納された反応容器が、前記カローセルが回転し、前記検出ユニットを通過する度に、測定を行い、算出した蛍光光量と蛍光光量の基準値との変化量を算出後、前記基準値との変化量に応じて、光源に流れる電流値が設定した基準の電流値に対して調整するデータ処理手段と、前記光源に流れる電流を調整するために設定した光源の電流値をＤＡ変換するＤＡ変換器と、
前記算出した蛍光光量と基準値との変化量を算出後、基準値との変化量に応じて算出した光源の設定電流値を所定値と比較する手段と、
前記比較手段の比較の結果、前記算出した電流設定値が所定値よりも小さい場合は、前記算出した電流設定値をＤＡ変換器に出力し、また、所定値よりも大きい場合は、前回設定した光源の電流設定値に対して、蛍光光量の変化量を乗算した光源の電流値をＤＡ変換器に出力する手段と、を備えることを特徴とする核酸分析装置。
請求項１記載の核酸分析装置において、
前記検出ユニットにおいて、前記励起光を発生する光源の励起光を集光する手段と、前記集光された励起光を必要な波長以外をカットする手段と、前記光源の一部を励起光検出素子に照射する手段を通過した光を反応容器に集光する手段と、試料が発する蛍光を集光する手段と、前記集光された蛍光を必要な波長の蛍光以外をカットする手段と、前記カットされた蛍光を前記蛍光検出素子に照射するために集光させる手段と、を備えることを特徴とする核酸分析装置。
請求項１または２記載の核酸分析装置において、
前記遮蔽板は、前記反応容器を支持する反応容器ホルダと対向するように、試料の間に配置されていることを特徴とする核酸分析装置。
請求項１記載の核酸分析装置において、
前記算出した蛍光光量と基準値との変化量を算出後、前記算出した電流設定値が所定値よりも大きい場合で、且つ、光源の寿命を知らせるための所定値と比較する手段と、
前記光源の寿命を知らせるための所定値より小さい場合は、前回設定した光源の電流設定値に対して、蛍光光量の変化量を乗算した光源の電流値をＤＡ変換器に出力するし、前記光源の寿命を知らせるための所定値より大きい場合は、アラームを警告する手段と、を備えることを特徴とする核酸分析装置。
ディスク状のカローセルと、該カローセルを回転させるための回転機構と、前記カローセルの円周に沿って配置された少なくとも１つの検出ユニットと、前記カローセルの回転位置を検出するための回転位置検出機構とを有し、
前記カローセルは、円周方向に沿って等間隔に試料を収納したｎ個の反応容器を支持するように構成され、
前記回転位置検出機構は、前記カローセル上に円周方向に沿って等間隔に装着されたｎ個の遮蔽板と、前記遮蔽板が通過することを検出する検出手段と、前記反応容器を設定する温度に調整する加熱ユニットと、反応容器の温度を測定する温度モニタのための温度センサを有し、
前記検出ユニットは、前記反応容器に照射する励起光を発生する光源と、前記光源の一部を励起光検出素子に照射する手段と、前記反応容器に収納された試料が発する蛍光を検出する蛍光検出素子と、
前記検出素子からの信号を切替えて出力された信号をＡＤ変換するＡＤ変換器と、
前記ＡＤ変換器から出力されたデータを記憶する記憶手段と、前記記憶された蛍光光量信号データに基づいて測定する試料のピーク値を算出する手段と、算出したピーク値を外部コンピュータに蓄積し、更に定量分析結果として外部に出力される手段を有し、蛍光強度変化を経時的に追跡することで核酸を含む試料の解析を行う核酸分析装置において、
検出ユニットを構成する光学部品の経時変化を補正する手段として、基準となる蛍光試料の蛍光光量を常に設定した蛍光光量の基準値に一定となるように制御するため、前記基準となる蛍光試料が収納された少なくとも１つの反応容器がカローセルに支持する手段と、前記基準となる蛍光試料が収納された反応容器が、前記カローセルが回転し、前記検出ユニットを通過する度に、蛍光測定を行い、算出した蛍光光量のピーク値を、使用する光源の寿命カーブから、光源の劣化による蛍光光量の低下を検出するために定めた蛍光光量の所定値と比較する手段と、
前記蛍光光量の所定値より小さい場合は、予め設定した固定の電流値を出力する手段と、前記判定結果より、所定値より大きい場合は、算出した蛍光光量と蛍光光量の基準値との変化量を算出後、前記基準値との変化量に応じて、光源に流れる電流値が設定した基準の電流値に対して調整するデータ処理手段と、前記光源に流れる電流を調整するために設定した光源の電流値をＤＡ変換するＤＡ変換器と、を備えることを特徴とする核酸分析装置。
ディスク状のカローセルと、該カローセルを回転させるための回転機構と、前記カローセルの円周に沿って配置された少なくとも１つの検出ユニットと、前記カローセルの回転位置を検出するための回転位置検出機構とを有し、
前記カローセルは、円周方向に沿って等間隔に試料を収納したｎ個の反応容器を支持するように構成され、
前記回転位置検出機構は、前記カローセル上に円周方向に沿って等間隔に装着されたｎ個の遮蔽板と、前記遮蔽板が通過することを検出する検出手段と、前記反応容器を設定する温度に調整する加熱ユニットと、反応容器の温度を測定する温度モニタのための温度センサを有し、
前記検出ユニットは、前記反応容器に照射する励起光を発生する光源と、前記光源の一部を励起光検出素子に照射する手段と、前記反応容器に収納された試料が発する蛍光を検出する蛍光検出素子と、
前記検出素子からの信号を切替えて出力された信号をＡＤ変換するＡＤ変換器と、
前記ＡＤ変換器から出力されたデータを記憶する記憶手段と、前記記憶された蛍光光量信号データに基づいて測定する試料のピーク値を算出する手段と、前記算出したピーク値を外部コンピュータに蓄積し、更に定量分析結果として外部に出力される手段を有し、蛍光強度変化を経時的に追跡することで核酸を含む試料の解析を行う核酸分析装置において、
検出ユニットを構成する光学部品の経時変化を補正する手段として、基準となる蛍光試料の蛍光光量を常に設定した蛍光光量の基準値に一定となるように制御するため、前記基準となる蛍光試料が収納された少なくとも１つの反応容器がカローセルに支持する手段と、光源が点灯されている時間を計測し、メモリに保存する手段と、使用する光源の寿命カーブから、光源の劣化による前記基準となる蛍光試料の蛍光光量の低下を開始する時間を所定値として設定し、計測されている光源の点灯時間と所定値と比較する手段と、
前記計測されている点灯時間が所定値に達しない場合は、予め設定した固定の電流値を出力する手段と、前記判定結果より、所定値の時間を超過した場合は、算出した蛍光光量と蛍光光量の基準値との変化量を算出後、前回設定した光源の電流設定値に対して、蛍光光量の変化量を乗算した光源の電流値をＤＡ変換器に出力する手段と、を備えることを特徴とする核酸分析装置。
ディスク状のカローセルと、該カローセルを回転させるための回転機構と、前記カローセルの円周に沿って配置された少なくとも１つの検出ユニットと、前記カローセルの回転位置を検出するための回転位置検出機構とを有し、
前記カローセルは、円周方向に沿って等間隔に試料を収納したｎ個の反応容器を支持するように構成され、
前記回転位置検出機構は、前記カローセル上に円周方向に沿って等間隔に装着されたｎ個の遮蔽板と、前記遮蔽板が通過することを検出する検出手段と、前記反応容器を設定する温度に調整する加熱ユニットと、反応容器の温度を測定する温度モニタのための温度センサを有し、
前記検出ユニットは、前記反応容器に照射する励起光を発生する光源と、前記光源の一部を励起光検出素子に照射する手段と、前記反応容器に収納された試料が発する蛍光を検出する蛍光検出素子と、
前記検出素子からの信号を切替えて出力された信号をＡＤ変換するＡＤ変換器と、
前記ＡＤ変換器から出力されたデータを記憶する記憶手段と、前記記憶された蛍光光量信号データに基づいて測定する試料のピーク値を算出する手段と、前記算出したピーク値を外部コンピュータに蓄積し、更に定量分析結果として外部に出力される手段を有し、蛍光強度変化を経時的に追跡することで核酸を含む試料の解析を行う核酸分析装置において、
検出ユニットを構成する光学部品の経時変化を補正する手段として、基準となる蛍光試料の蛍光光量を常に設定した蛍光光量の基準値に一定となるように制御するため、前記基準となる蛍光試料が収納された少なくとも１つの反応容器がカローセルに支持する手段と、一日の測定を行う時間を分析処理工程から算出し、使用する光源の寿命カーブから、オペレーション回数を所定値として設定し、オペレーション回数を比較する手段と、
前記オペレーション回数が所定値に達しない場合は、予め設定した固定の電流値を出力する手段と、前記判定結果より、所定値の回数を超過した場合は、算出した蛍光光量と蛍光光量の基準値との変化量を算出後、前回設定した光源の電流設定値に対して、蛍光光量の変化量を乗算した光源の電流値をＤＡ変換器に出力する手段と、を備えることを特徴とする核酸分析装置。