JP5978039B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

本発明は自動分析装置に関し、特に反応溶液から夾雑物質を除去するための洗浄工程を有する免疫自動分析装置に関する。

臨床に用いられる一般的な分析装置の一つとして、特定の物質同士が特異的に結合する抗原抗体反応を利用して、血液や尿などの検体中の特定成分を自動的に分析する免疫自動分析装置がある。免疫自動分析装置は、血清等の検体中に含まれる特定の測定対象成分に抗原抗体反応により特異的に標識物質を結合させて、生成した複合体に結合した標識物質から得られる信号量をもとに測定対象物質の定量を行う。標識物質には、蛍光・化学発光等の発光標識や酵素反応を利用したものなど、種々のものがある。

しかし、測定対象である反応溶液中に測定対象物質と結合していない標識物質が残存していると、残存している標識物質からも信号が取得されてしまうため、測定対象物質を正しく定量ができなくなる。そのため、信号の取得前に未結合の標識物質等の夾雑物質を反応溶液から除去する操作を行っている。この操作のことをBF分離(Bound-Free分離)という。BF分離機構を備えた免疫自動分析装置は例えば特許文献１に記載されている。

特開2009-58319号公報

抗原抗体反応には、その反応がもっとも効率的に進行する適切な温度が存在する。一般的に、人体に存在する物質を対象とする免疫分析では、人体温に近い37℃付近での反応効率がよい。このため、多くの免疫分析装置では測定対象物質と結合物質の反応を、37℃付近に制御したインキュベータ上で行っている。

免疫自動分析装置に搭載される試薬は、劣化を防止するために低温で保持されることが望ましく、試薬保冷庫に搭載されることが一般的である。検体は、装置に設置された段階で特段の温度管理がされていないものもあり、インキュベータの温度で保持されている保障はない。

このため、検体と試薬が反応容器に分注された段階では、反応溶液はインキュベータの制御温度と異なる温度状態であることが多い。反応の迅速化と温度による反応のバラつきを抑制するため、検体と試薬を混合した反応溶液はインキュベータ内に保持された後は速やかにインキュベータ内温度に達することが望ましい。そのため、反応容器はインキュベータ内部の熱を反応溶液に伝えやすいもの、すなわち熱容量が小さい素材で形成されることが望ましい。

一方、前述のBF分離を行ったあとは、逆に反応容器の熱容量が小さいことは装置の性能にとって不利になる可能性がある。理由として、外気温の変動による反応溶液の温度変動があげられる。抗原抗体反応は一般に可逆反応であり、温度が高くなると測定対象物質と標識物質との結合が解離する方向に反応が進みやすくなる。解離反応のしやすさは測定対象物質とそれに対応する結合物質によって異なるが、影響が顕著なものでは、BF分離後の温度変動の度合いにより、解離反応の度合いが変化する。解離したものは標識物質の信号測定時に信号として得られなくなるため、結果的に分析値に影響が生じる可能性がある。

すなわち外気温の変動により反応溶液温度が変動し、これが分析値に影響を与えることになる。このため、BF分離を行ったあとは、反応溶液と外部との熱の出入りが遮断されるほうがよく、反応容器の熱容量は大きいほうが有利となる。

以上より、免疫分析装置における反応溶液の熱伝達性は、BF分離処理を行う前の反応段階においては熱容量が小さいほうが望ましく、BF分離処理の実行時およびその後は熱容量が大きいほうが望ましい。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、反応段階では反応溶液と温度制御部との熱のやりとりを促進させて反応温度の安定化を図り、BF分離完了後には反応溶液と外部との熱のやりとりを遮断して反応溶液温度の外乱を抑制する手段を提供する。

本発明は以下の構成を備えた点を特徴とする。

すなわち、測定対象物質を含むサンプルと当該測定対象物質と結合する結合物質を含む試薬を混合した反応溶液を収容する反応容器と、前記反応容器にサンプルおよび試薬を分注する分注手段と、当該反応容器を一定温度で保持する恒温機構と、を備えた自動分析装置において、前記反応容器に着脱可能で、前記反応容器よりも断熱性能の良いホルダを備え、前記反応容器を前記ホルダに装着する装着機構を備えている点である。

本発明によれば、BF分離処理等のインキュベータ外部に反応容器を搬出する必要がある場合に、外気温の変動による抗原抗体反応の解離の影響を排除して、分析性能を向上することが可能になる。

免疫自動分析装置の概要図 本発明におけるインキュベータとBF分離部の詳細を説明する図 本発明で用いる反応容器とホルダの形状を説明する図 本発明におけるBF分離プロセスを説明する図 本発明におけるBF分離プロセスを説明する図 本発明における使用済み反応容器の廃棄プロセスを説明する図

以下、本発明の実施例を説明する。

はじめに、図１を用いて本実施形態による分析装置の全体構成を説明する。

一般的に、免疫自動分析装置は、検体を収容する検体容器を載せるサンプルラック100、試薬容器101を収納する試薬ディスク102、サンプルラック100上の検体を分取・分注する検体分注機構103、試薬ディスク102上の試薬を分取・分注する試薬分注機構104、磁性粒子溶液を撹拌する磁性粒子撹拌機構105、分取した検体および試薬を入れ反応を行う反応容器106、検体の分取・分注を行う際に検体分注機構103の先端に取り付けて用いる使い捨ての分注チップ107、反応容器と分注チップを収納するマガジン108、試薬と検体の分注された反応容器を載せ温度を一定に保って反応を行うインキュベータ109、反応容器をインキュベータ109や反応容器廃棄部110に搬送し、また分注チップを分注チップ装着位置111や分注チップ廃棄場所112に搬送する搬送機構113、インキュベータから磁気分離部114に反応容器を搬送するBF分離用搬送機構115、磁気分離部に搬送された反応容器から反応溶液を吸引する反応溶液吸引機構116、磁気分離部に搬送された反応容器に洗浄液を吐出する洗浄液吐出機構117、インキュベータから検出部118に、あるいは検出部からインキュベータに反応容器を搬送する検出部搬送機構119、検出部に搬送された反応容器に対して検出用の試薬を吐出する検出試薬吐出機構120などから構成される。

次に免疫分析装置における標準的な動作制御を説明する。

まず、搬送機構113によって、反応容器がマガジンからインキュベータ109内へ搬送される。また、分注チップが搬送機構113によってマガジンから分注チップ装着場所に搬送される。インキュベータ109は回転し、搬送された反応容器が試薬分注機構104による試薬分注が可能な位置となるよう移動する。その後、試薬分注機構104により試薬ディスク102からインキュベータ109上の反応容器へ試薬が分注される。

試薬分注後、再びインキュベータ109が回転し、検体分注機構103がアクセス可能となる位置に反応容器を移動させる。検体分注機構103は上下動作により、分注チップ装着位置に置かれた分注チップを検体分注機構103のノズル先端に装着し、分注チップを装着した検体分注機構103は、サンプルラック100に載せられた検体容器から検体を分取して、検体分注位置まで移動した反応容器に分注する。使用後の分注チップは、検体分注機構103の動作により、分注チップ廃棄場所に廃棄される。

試薬と検体の分注が完了した反応容器は、インキュベータ109によって一定温度で一定時間、反応させる。その後、インキュベータ109を回転させて試薬分注位置まで移動し、試薬分注機構104により磁性粒子を分取・分注する。インキュベータ109によって、さらに一定温度で一定時間反応させた後、インキュベータ109が回転することにより、反応容器をBF分離搬送機構がアクセス可能となる位置に移送し、BF分離搬送機構によりインキュベータ109上の反応容器を磁気分離部へ搬送する。

磁気分離部では、不純物が含まれる反応溶液から反応容器内の反応生成物と磁性粒子が結合した複合体を分離するため、磁性粒子が結合した複合体を磁石によって吸着した状態で、反応溶液吸引機構による吸引と、洗浄液吐出機構による吐出を繰り返す。これにより、反応容器内には、反応生成物が磁性粒子と結合した複合体のみが残り、未結合の標識物質等の夾雑物は取り除かれた状態となる。

BF分離が終了した後、反応容器はBF分離搬送機構により再度インキュベータ109に戻される。インキュベータ109は、この反応容器に検出部搬送機構がアクセス可能となる位置に回転し、検出部搬送機構によって反応容器が検出部に搬送される。検出部では、検出試薬吐出機構により検出のための試薬が吐出され、測定対象物質の検出が行われる。

検出が終了した反応容器は、再度検出部搬送機構によりインキュベータ109に戻される。インキュベータ109は回転し、搬送機構113がアクセス可能となる位置に反応容器を移送し、搬送機構が当該反応容器を廃棄部に廃棄する。以降、前述した動作をその後の検体に対して繰り返す。

このとき、BF分離が行われる磁気分離部、および、検出部へ反応容器を搬送する検出部搬送機構はインキュベータ109の外部に設けられた機構であり、反応容器は外気温にさらされることとなる。従い、反応容器が熱伝導性の良い素材で形成される場合、外気の温度変動によって測定対象物質と標識物質の結合の解離反応が進行する可能性がある。

次に本発明の主要部分について、図２を引用して説明する。

本発明におけるインキュベータ201には、外側に反応容器を設置する反応容器設置穴202、内側にホルダを設置するホルダ設置穴203が、それぞれ同心円状に設けられている。インキュベータ201の横側には、BF分離搬送機構204、磁気分離部205、反応液吸引機構206、洗浄液吐出機構207が、それぞれ同一直線208上に設置されている。なお、BF分離搬送機構、反応液吸引機構、洗浄液吐出機構の上下および左右の駆動機構と、BF分離搬送機構のツメの開閉機構については、図示を省略している。

反応容器とホルダについて、図３を引用して説明する。

反応容器301はポリスチレン等の樹脂の成型品であり、カップ状の形状となっている。反応容器の肉厚は形状が保てる十分な強度を持ち、かつ熱伝達を妨げないためできるだけ薄いほうが望ましく、おおむね1mm以下である。反応容器の上部に段差部302を持つ形状であって、この段差部を前記の搬送機構のツメがつかむことで、搬送を行うようにしても良い。

ホルダ303はウレタン等の断熱性能をもつプラスティックか、または中空構造をもち、外部との熱のやり取りを妨げる材料で作られる。ホルダ内部に反応容器がちょうど収まるようなくり抜き304が設けられている。

次にBF分離時の動作について、図４−１および図４−２を引用して説明する。図４−１および図４−２は図２で説明した、BF分離搬送機構、磁気分離部、反応液吸引機構、洗浄液吐出機構が並ぶ直線208の部分を、横から断面で見た模式図を示す。

試薬と検体が分注され、インキュベータ401上で一定時間反応させた反応溶液402が入った反応容器403が、図２に示す直線208上の位置に来た時点を図４−１（ａ）に示す。このとき、ホルダ設置位置404には反応容器がセットされていないホルダ405が置かれている。

BF分離搬送機構406が反応容器上に移動し、下降してツメ407を閉じることで反応容器を掴み保持する。この状態で再度上昇し、インキュベータ401の内周側に載置されたカバー設置位置に反応容器を搬送408する（図４−１（ｂ））。

BF分離搬送機構を下降させてツメを開き、反応容器のホルダ409の中に反応容器をセットする。次に、反応容器がセットされたホルダ409ごとBF分離搬送機構のツメでつかみ、磁気分離部410に搬送411する（図４−１（ｃ））。

ここで磁性粒子が結合した測定対象物質を磁石412により吸着した状態で、反応液吸引機構および、洗浄液吐出機構413によって、反応溶液の吸引と洗浄液の吐出を行うことで、反応容器内の反応液を洗浄液414と交換する（図４−２（ｄ））。

次に、反応容器がセットされたホルダごと、反応槽内側のホルダ設置部のうちホルダが置かれていない場所415に搬送する（図４−２（ｅ））。

その後、インキュベータ401が回転し、反応容器がセットされたホルダが検出位置に移動する。検出部搬送機構は、BF分離搬送機構と同様の機能を有しており、検出部搬送機構により反応容器がセットされたホルダごと、検出部に搬送される。ここで検出用試薬が反応容器内に吐出され、検出が実施される。

上述のように、反応容器の外部に着脱可能で熱伝導性の高くないホルダを備えることにより、インキュベータ外部でBF分離処理や試薬添加処理等の処理を行う場合に、インキュベータ外部の温度変化によって測定対象物質と標識物質との解離反応の影響を受けることなく、再現性の良い分析結果を得ることができる。

検出が完了した反応容器の廃棄について図５を引用して説明する。

検出部からインキュベータ501に戻された反応容器がセットされたホルダ502は、インキュベータ501の回転により廃棄部503の横の位置に移動する。この位置で搬送機構が、反応容器がセットされたホルダの位置に移動・下降し、ツメにより反応容器の段差部504をつかむ。このときツメは反応容器のみを掴むため、ホルダはホルダ設置位置505に残される。搬送機構は掴んだ反応容器を廃棄部に搬送し、廃棄箱506の中に廃棄する。

このように、搬送機構は廃棄位置においては、反応容器のみを廃棄するため、ホルダは次の分析に繰り返し使用することが可能となる。ホルダは初期位置にもどり、後の反応容器のBF分離・検出の際に再利用される。

本発明を適用することにより、BF分離、検出、および搬送中など、インキュベータ外部に反応容器を移送する必要があるときに、ホルダの断熱効果により、反応溶液の温度変動を抑制することが可能になる。また、洗浄液をインキュベータと異なる温度で用いる場合には、BF分離完了後の液がインキュベータによって温度変化することを防ぐことができる。

なお、上記実施例では熱伝導性の良い反応容器に、断熱性能の良いホルダを装着することで反応後の温度変化を抑制するように構成したが、他の方法によって温度変化を抑制するようにしても良い。例えば、熱伝導性が異なる反応容器を複数用意しておき、反応促進させるフェーズには熱伝導性の良い反応容器に反応液を保持させておき、反応後の温度変化を受けさせたくないフェーズには熱伝導性の低い反応容器に反応液を移すようにしても良い。

100 サンプルラック
101 試薬容器
102 試薬ディスク
103 検体分注機構
104 試薬分注機構
109、201、401、501 インキュベータ
113 搬送機構
114、205、410 磁気分離部
115、204、406 BF分離用搬送機構
118 検出部
119 検出部搬送機構
202 反応容器設置位置
203、505 ホルダ設置位置
301、403 反応容器
303、405、502 ホルダ
506 廃棄箱

Claims (9)

1. 測定対象物質を含むサンプルと当該測定対象物質と結合する結合物質を含む試薬を混合した反応溶液を収容する反応容器と、
   前記反応容器にサンプルまたは試薬を分注する分注手段と、
   当該反応容器を設置する反応容器設置穴を配列し、当該反応容器設置穴に保持された反応容器を一定温度で保持する恒温機構と、を備えた自動分析装置において、
   前記恒温機構内に着脱可能に配置され、内部に反応容器を装着し、取り外すことが可能であり、前記反応容器よりも断熱性能の良いホルダと、
   前記恒温機構の内部で前記反応容器を前記ホルダに装着し、取り外すことが可能であり、前記ホルダに装着された状態の反応容器を当該ホルダと共に前記恒温機構の外部に取出す搬送機構を備えたことを特徴とする自動分析装置。
2. 請求項１記載の自動分析装置であって、
   前記搬送機構は、反応容器を前記恒温機構から取り出して処理する場合には、当該反応容器を前記ホルダに装着してから取り出すように制御することを特徴とする自動分析装置。
3. 請求項１記載の自動分析装置であって、
   前記恒温機構は、測定対象物質と結合物質とを所定の時間反応させ、
   前記搬送機構は、前記所定の時間の経過後に当該反応容器を前記ホルダに装着するよう制御することを特徴とする自動分析装置。
4. 請求項２記載の自動分析装置であって、
   前記恒温機構の外部に、反応溶液内から測定を阻害する夾雑物質を除去する洗浄機構と、反応溶液中の測定対象物質を検出する検出機構と、を備え、
   前記搬送機構は、前記洗浄機構および前記検出機構へ前記反応容器を搬送する必要がある場合には、当該反応容器をホルダに装着することを特徴とする自動分析装置。
5. 請求項１に記載の自動分析装置であって、
   前記ホルダは内部が中空の部材で形成されていることを特徴とする自動分析装置。
6. 請求項１に記載の自動分析装置であって、
   前記ホルダは断熱性能の高いプラスティックで形成されていることを特徴とする自動分装置。
7. 請求項１に記載の自動分析装置であって、
   前記ホルダは内側に反応容器を収容するくり抜き部を有するように形成されていることを特徴とする自動分析装置。
8. 請求項１〜４のいずれかに記載の自動分析装置であって、
   前記搬送機構は、反応容器および、反応容器が装着されたホルダのいずれも把持して搬送可能であることを特徴とする自動分析装置。
9. 請求項１〜４のいずれかに記載の自動分析装置であって、
   分析に使用する反応容器を供給する容器供給手段と、
   分析が終了した反応溶液を収容する前記反応容器を廃棄する容器廃棄手段を備え、
   前記装着手段は、前記廃棄手段により廃棄された反応容器に装着していたホルダに対して、別の分析に使用する反応容器に装着して再利用することを特徴とする自動分析装置。