JP6896936B2 - 自動分析装置 - Google Patents

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Description

本発明は、血液や尿などの生体試料を分析する自動分析装置に係り、特に反応容器を洗浄するための洗浄機構を備えた自動分析装置に関する。
自動分析装置は、血液や尿などの生体試料(以下、試料またはサンプルということがある)を定性・定量的に分析する装置である。試料と試薬を反応容器中で反応させて、試料中の測定対象成分の分析を行う。反応容器はプラスチックやガラスなどの材質で形成されており、特に生化学分析等の項目を分析する装置においては、1回の測定に使用した反応容器を洗浄し、繰り返し使用することが一般的である。反応容器の洗浄作業は、反応容器を所定の洗浄位置に移動し、洗剤や洗浄水といった洗浄液などの注入、吸引を繰り返し、最終的には反応容器内の液体を吸引して洗浄を終える。このとき、洗浄後の反応容器に残液が残っていると次の分析結果に影響を与えてしまう。
反応容器内に洗浄液などの残液を残さないようにするための技術として、特許文献1では、ノズルの先端に反応容器の内壁に沿った形状の吸い上げ部材(以下、洗浄チップということがある)を取り付けている。洗浄チップと反応容器内壁との隙間(以下、クリアランスということがある)による断面積を洗浄チップ内孔の断面積と比較してできるだけ小さくすることで、残液を少なくすることができる。
特開平10-062431号公報
自動分析装置では、装置の小型化のための機構の単純化や処理テスト数の増加および分析結果の信頼性がますます求められている。また、自動分析装置の分析方法としては、生体試料と試薬とを混合した液体に反応容器外から光を照射し、透過や散乱する光を検出することで測定対象成分の濃度などを結果として算出するのが一般的である。そのため、洗浄して繰り返し使用する反応容器に前測定の反応液や洗浄液などの残液が存在している場合、次の測定に影響を与える可能性がある。
上述した特許文献1では、反応容器と洗浄チップとのクリアランスを小さくして残液を少なくしている。しかしながら、反応容器に洗浄チップを挿入するためには、停止精度や洗浄チップの大きさの個体差を考慮してある程度クリアランスを設ける必要がある。洗浄チップが反応容器内の片側によって挿入された場合、片側のクリアランスが大きくなってしまい、液滴を吸いきることができない場合が懸念される。
本発明では、上記課題に鑑み、洗浄チップの位置や大きさにかかわらず残液をできるだけ少なくすることで、高精度で信頼性の高い分析を実現することに関する。
上記課題を解決するための一態様として、反応容器と、前記反応容器を保持する反応ディスクと、前記反応容器に試料を分注する試料分注機構と、前記反応容器に試薬を分注する試薬分注機構と、当該反応容器に分注された試料と試薬との混合液に光を照射する光源と、当該光源から照射された光を検出する検出器と、からなる光学系と、当該反応容器を洗浄する洗浄機構と、当該検出器により検出された光に基づいて前記試料を分析する自動分析装置であって、前記洗浄機構は、当該分析後の反応容器に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、当該供給された洗浄液を吸引する洗浄液吸引ノズルと、前記洗浄液吸引ノズルの下端に設けられた洗浄チップと、洗浄チップで吸引する前に予め前記反応容器内の液体を吸引する粗吸いノズルとを備え、前記粗吸いノズルによる粗吸い後に、前記反応容器の底面が露出しないように液体を残すことを特徴とする自動分析装置を提供する。
上記一態様によれば、洗浄チップによる吸引の前に洗浄液などの液体を吸引する粗吸いノズルにて、反応容器底面が露出しないように液体を残すことで、洗浄チップの位置によらず洗浄後の残液を少なくすることができる。そのため、洗浄液の残液による試料や試薬の薄まりなどによる分析への影響を小さくし、高精度で信頼性の高い分析の実現に寄与することができる。
本実施の形態に係る自動分析装置の基本構成を示す図である。 本実施の形態に係る洗浄機構の全体構成を示す図である。 本実施の形態に係る洗浄動作を説明するフローチャートである。 本実施の形態に係る反応容器に液滴が残り、洗浄チップの位置がずれた際の吸引の様子を示す概念図である。 本実施の形態(実施例1)に係る反応容器底に液面が形成された際の吸引の様子を示す概念図である。 本実施の形態(実施例1)に係る粗吸い後の液量が多すぎて洗浄チップでの吸引時に液面が洗浄チップ上面を超えた例を示す概念図である。 本実施の形態(実施例1)に係る粗吸い後の液量の上限を示す概念図である。 本実施の形態(実施例1)に係る吸引速度が速い場合に液面が途切れてしまい、液滴を形成してしまう様子を示す概念図である。 本実施の形態に係る粗吸い後の液面有無による洗浄後残液量の比較を示す図である。 本実施の形態(実施例2)に係るI字型洗浄チップにおける吸引時の様子を示す概念図である。 本実施の形態に係る光度計の光源および検出器の構成例を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、全体を通して、各図における同一機能を有する各構成部分については原則として同一の符号を付すようにし、説明を省略することがある。
<装置の全体構成>
図1は、本実施の形態に係る自動分析装置の基本構成を示す図である。こでは、自動分析装置の一態様として、ターンテーブル方式の生化学分析装置の例について説明する。
本図に示すように、自動分析装置1は、その筐体上に反応ディスク13、サンプルディスク11、第1試薬ディスク15、第2試薬ディスク16、光度計19、洗浄機構21が配置されている。
反応ディスク13は、時計回り、反時計回りに回転自在なディスク状のユニットであって、反応容器26をその円周上に複数個配置することができる。
サンプルディスク11は、時計回り、反時計回りに回転自在なディスク状のユニットであって、標準サンプルや被検サンプル等の生体試料を収容するサンプル容器18をその円周上に複数個配置することができる。
第1試薬ディスク15、第2試薬ディスク16は時計回り、反時計回りに回転自在なディスク状のユニットであって、サンプルに含まれる各検査項目の成分と反応する成分を含有する試薬を収容する試薬容器20をその円周上に複数個配置することができる。また、本図には示していないが、第1試薬ディスク15、第2試薬ディスク16では、保冷機構などを備えることにより、配置された試薬容器20内の試薬を保冷可能に構成することもできる。
反応ディスク13とサンプルディスク11の間には、サンプル分注プローブ12が配置されており、サンプル分注プローブ12の回転動作によって反応ディスク13上の反応容器26、サンプルディスク11上のサンプル容器18においてサンプルの吸引および分注動作が可能なように配置されている。
同様に、反応ディスク13と第1試薬ディスク15の間には、第1試薬分注プローブ17が、反応ディスク13と第2試薬ディスク16との間には、第2試薬分注プローブ14が配置されている。それぞれの回転動作により、反応ディスク13上の反応容器26と第1試薬ディスク15、第2試薬ディスク16上の試薬容器20内の吸引、吐出といった分注動作が可能なように配置されている。
光度計19は、一例として図11にて後述するように、検出器36と光源35が反応ディスク13に設置された反応容器26の外周側と内周側に位置するよう配置され、反応容器26内の液体の透過光や散乱光などを測光することが可能である。
洗浄機構21は、サンプル分注プローブ12、第1試薬分注プローブ17および第2試薬分注プローブ14に干渉しない位置であって、かつ反応ディスク13に設置した反応容器26に挿入できる位置に、図2にて後述する反応液吸引ノズル801、洗浄液吸引ノズル803、粗吸い吸引ノズル805、洗浄チップ付き洗浄液吸引ノズル806を備えている。
次に、自動分析装置1に係る制御系、及び信号処理系について簡単に説明する。コンピュータ105はインターフェース101を介して、サンプル分注制御部201、試薬分注制御部(1)206、試薬分注制御部(2)207、A/D変換器205に接続されており、各制御部に対して指令となる信号を送信する。
サンプル分注制御部201は、コンピュータ105から受けた指令に基づいて、サンプル分注プローブ12によるサンプルの分注動作を制御する。
また、試薬分注制御部(1)206および試薬分注制御部(2)207は、コンピュータ105から受けた指令に基づいて、第1試薬分注プローブ17、第2試薬分注プローブ14による、試薬の分注動作を制御する。
A/D変換器205によってデジタル信号に変換された反応容器26内の反応液の透過光または散乱光の測光値はコンピュータ105に取り込まれる。
インターフェース101には、測定結果をレポート等として出力する際に印字するためのプリンタ106、記憶装置であるメモリ104や外部出力メディア102、操作指令等を入力するためのキーボードなどの入力装置107、画面表示するための表示装置103が接続されている。表示装置103には、例えば液晶ディスプレイやCRTディスプレイ等がある。
ここで、自動分析装置1の基本動作について説明する。
まず、操作者はキーボード等の入力装置107を用いて各サンプルに対し検査項目を依頼する。依頼された検査項目についてサンプルを分析するために、サンプル分注プローブ12は分析パラメータに従ってサンプル容器18から反応容器26へ所定量のサンプルを分注する。サンプルが分注された反応容器26は反応ディスク13の回転によって移送され、試薬受け入れ位置に停止する。第1試薬分注プローブ17、第2試薬分注プローブ14のノズルは該当する検査項目の分析パラメータにしたがって、反応容器26に所定量の試薬液を分注する。サンプルと試薬の分注順序は、この例とは逆に、サンプルより試薬が先であってもよい。
その後、図示しない攪拌機構により、サンプルと試薬との攪拌が行われ、混合される。
この反応容器26が測光位置を横切る時、光度計により反応液の透過光または散乱光が測光される。測光された透過光または散乱光は、A/D変換器205により光量に比例した数値のデータに変換され、インターフェース101を経由して、コンピュータ105に取り込まれる。
この変換された数値を用い、検査項目毎に指定された分析法により予め測定しておいた検量線に基づき、濃度データが算出される。各検査項目の分析結果としての成分濃度データは、プリンタ106や表示装置103の画面に出力される。以上の測定動作が実行される前に、操作者は、分析に必要な種々のパラメータの設定や試薬およびサンプルの登録を、表示装置103の操作画面を介して行う。また、操作者は、測定後の分析結果を表示装置103上の操作画面により確認する。
<洗浄機構の構成>
次に、本実施の形態に係る洗浄機構の全体構成および洗浄動作について、図2、図3を用いてそれぞれ説明する。
まず、図2に示すように、洗浄機構21は、主として、反応液810を吸引する反応液吸引ノズル801、洗浄液809を吐出する洗浄液吐出ノズル802、洗浄液を吸引する洗浄液吸引ノズル803、ブランク水808を吐出するブランク水吐出ノズル804、ブランク水808およびそれまでに使用した洗浄液を粗吸いする粗吸い吸引ノズル805、粗吸い後残存する液体を吸引する洗浄チップ付き洗浄液吸引ノズル806、各ノズルに接続されたチューブ807、各ノズルが設置されるノズル治具812、及び各ノズルの上下動させる上下支持軸811からなる。
次に、本実施の形態に係る粗吸いによる洗浄工程についてより詳細に説明する。図3は、本実施の形態に係る洗浄動作を説明するフローチャートである。分析動作が行われている間は、各ノズル801、802、803、804、805、806の先端は反応容器26開口部上側に位置しているが、上述した測定の完了後、測定に使用した反応容器26は反応ディスク13の回転によって洗浄機構21の洗浄位置に移動され、反応液を吸引したのちに(ステップS901)、洗浄条件に応じてアルカリ洗剤や酸洗剤、洗浄水などの洗浄液を吐出、吸引される(ステップS902〜905)。このように、反応容器26内の液体が反応液から洗浄液へ置換される。ここで、ステップS902及びステップS903は、洗浄条件に従って複数回繰り返しあるいは1回に設定することもでき、洗浄水のみで洗浄可能な場合にはスキップすることも可能である。また、ステップS904及びステップS905についても、洗浄条件に従って複数回繰り返しあるいは1回に設定することができる。
このとき、洗浄液に置換後、測定に使用した反応容器26の汚れを測定し、ある閾値を超えた場合には、反応容器26の交換を要求するアラームを発するように構成することが望ましい。そこで、ステップS905完了後ブランク水808を反応容器26に吐出し(ステップS906)、吸光度等によって汚れを測定する。反応容器26の汚れが閾値よりも低くなったことが確認できたら、ブランク水808を粗吸い吸引ノズル805によって粗吸いし(ステップS907)、最後に洗浄チップ付き洗浄液吸引ノズル806にて反応容器26内の液体を吸いきる(ステップS908)ことで次の測定に使用可能な状態とする。
上述したとおり、当該洗浄チップ30は反応容器26とのクリアランスをできるだけ小さくすることで、残液を少なくできることが知られている。しかし、チューブが破れたり、詰まったりすることで吸引力が弱くなってしまった場合や洗浄チップ付き洗浄液吸引ノズル806の下降スピードが速いと、クリアランスがちいさくなればなるほど反応容器26内の液体があふれてしまう可能性が高くなってしまう。そこで、洗浄チップ付き洗浄液吸引ノズル806での吸引前に、予め粗吸い吸引ノズル805にて反応容器26内の液体を粗吸い吸引しておくことで、あふれてしまう可能性を低減することができる。
洗浄チップ付き洗浄液吸引ノズル806で吸引する液量を粗吸い吸引によりできるだけ少なくしておくことで、洗浄完了後の残液の低減に効果があることは容易に想像できる。しかし、図4に示すように、反応容器26底の四隅に液滴32が残る程度まで粗吸い吸引してしまうと、洗浄チップ30の位置や公差による大きさの個体差によっては洗浄チップ先端の吸引口31と液滴32の間に空気の流路33ができてしまい、液滴32を吸引するよりも空気を多く吸ってしまうことで逆に予期していない残液が生じてしまうことが考えられる。洗浄チップ30の寸法公差を厳しくする、もしくは反応容器26の停止位置の誤差を小さくするために反応ディスク13の停止精度を向上するなどを行えば実現できるが、コストの増加や構造の複雑化により製造が困難となってしまう。
そこで、本実施の形態に係る自動分析装置1の洗浄機構21の粗吸い吸引後は、図5に示すように、反応容器26底面が露出しないように液面が形成される程度の液量を残すことで、洗浄チップ先端の吸引口31が液面に接触し、表面張力によって四隅に液滴32を残さず液体を一体となって吸いきることができる。粗吸い吸引後の液面を形成する手段としては、例えば粗吸い吸引ノズル805の長さを短くし、当該ノズル下降後にノズル先端が反応容器26底に接触しないようにする方法を用いる。もしくは、反応容器26の底面が露出しないように液体が残るような吸引の停止タイミングを制御する方法を用いても良い。
粗吸い吸引後の液量が多すぎると、洗浄チップ30が吸引するために下降した際、液面の下降速度が追いつかず洗浄チップ30が液体内に浸かってしまい、洗浄チップ30の体積分液面が上昇してあふれや洗浄チップ上面34に液体がのってしまう場合がある(図6)。そのため、図7に示すように、粗吸い吸引後の液量は、どんなに多くとも洗浄チップ30が液面に入った場合に洗浄チップ上面34に液体がのらない程度の液量としなければならない。もしくは、洗浄チップ先端の吸引口31付近から洗浄チップ上面34に空気穴を形成し、上面にのった液体を吸引する方法も考えられる。
また、洗浄チップ付き洗浄液吸引ノズル806の吸引速度が速すぎると水の表面張力を超える力が働くため、水が千切れて液滴32を残してしまう可能性がある(図8)。そのため、適切な吸引速度に制御する必要がある。
図9に粗吸い吸引ノズル805にて液滴32が四隅に残る吸引を実施した場合(粗吸い後液面なし)と、粗吸い吸引後に反応容器26の底面が露出しないような液量を残した場合(粗吸い後液面あり)の洗浄チップ付き洗浄液吸引ノズル806で吸引した後の残液量を示す。図9から、粗吸い吸引にて液面を残した場合のほうが残液量は平均的に少なくなっており、残液量のばらつきも小さくなっていることが分かる。このことから、洗浄チップ付き洗浄液吸引ノズル806の吸引前に、できるだけ粗吸い吸引しきるよりも反応容器26の底面が露出しない程度の液量が残る粗吸い吸引を実施したほうが有益であることが分かる。
以上の構成によれば、粗吸い吸引により反応容器26底面が露出しない程度の液量を残すことで、洗浄チップ30の位置や大きさの個体差によらず残液を低減することができ、装置の分析性能の信頼性を向上することができる。その際、洗浄液吸引ノズル803で粗吸い吸引を行えばノズルの本数を増やさずに済み、装置の構成を複雑化することなく当該効果を実現することも可能である。
次に、本実施の形態に係る自動分析装置1の洗浄チップ30の他の形状について説明する。上述した実施例1では、洗浄チップ30の外観が単純な直方体で形成された場合について図示して説明した。ここでは、洗浄チップ30が上部に最大の幅で形成された直方体41、下部に上部よりも小さい幅で形成された直方体42、上部と下部の間に最小の幅で形成された直方体43を重ね合わせた形状(以下、I字型形状ということがある)となっている場合について、図10を用いて説明する。図10は、本実施の形態(実施例2)に係るI字型洗浄チップ40における吸引時の概念を示す図である。
本図に示す例では、上述の通り、I字型洗浄チップ40は、上部に最大の幅(断面積)で形成された直方体41をもち、下部に上部の直方体よりも小さい幅(断面積)の直方体42、上部と下部の間に最小の幅(断面積)で形成された直方体43を設けた形状としている。すなわち、上部のI字型洗浄チップ40側壁と反応容器26側壁とのクリアランスが最小で、上部と下部の間のI字型洗浄チップ40側壁と反応容器26側壁とのクリアランスが最大となっている。
該形状により、I字型洗浄チップ40の上部より下方では、単純な直方体に比べて体積が小さくなっており、粗吸い後の液量が装置の機差によってばらついて増加した場合でもあふれや洗浄チップ上面34に液体がのる可能性を低減できるため、液量の範囲の尤度を向上することができる。また、あふれや洗浄チップ上面34に液体がのりにくくなるため、装置の処理テスト数の増加に伴い、洗浄機構21の各ノズルの下降速度が増加しても、問題なく高速化が実現できる。さらに、反応容器26の測光範囲44に幅が狭くなっている上部と下部の間の直方体および下部の直方体を配置することで、反応容器26の内壁に接触する部分は測光範囲外で洗浄チップ上部の直方体41のみとなり、測光範囲44を傷つけず分析の信頼性をより向上できる構成を実現可能である。ここで、測光範囲44は、高さ方向の範囲を示すものであり、本実施例では、図11にて後述する光源35から照射される光および透過、散乱する光の方向は、図10においては手前から奥に向かう方向である。つまり、反応ディスク13の内周側から外周側の径方向45に光は照射され、外周側に設置された図11に示す検出器36によって測光される。また、本例とは逆に反応ディスク13の外周側に光源35を、検出器36を内周側に配置するように構成することもできる。
本構成では、一方向のみから見た場合のI字型形状の説明となっているが、もう一方の方向から見た場合もI字型形状としてもよい。該形状によれば、より液量の上限範囲の尤度を向上することが可能である。
1・・・自動分析装置
11・・・サンプルディスク
12・・・サンプル分注プローブ
13・・・反応ディスク
14・・・第2試薬分注プローブ
15・・・第1試薬ディスク
16・・・第2試薬ディスク
17・・・第1試薬分注プローブ
18・・・サンプル容器
19・・・光度計
20・・・試薬容器
21・・・洗浄機構
26・・・反応容器
30・・・洗浄チップ
31・・・洗浄チップ先端の吸引口
32・・・液滴
33・・・液滴形成時の空気の流れ
34・・・洗浄チップ上面
35・・・光源
36・・・検出器
40・・・I字型洗浄チップ
41・・・I字型洗浄チップ上部の最大の幅で形成された直方体
42・・・上部に比べて小さい幅で形成された直方体
43・・・上部と下部の間の最小の幅で形成された直方体
44・・・反応容器の測光範囲
45・・・反応ディスクの径方向(内周から外周方向)
101・・・インターフェース
102・・・外部出力メディア
103・・・表示装置
104・・・メモリ
105・・・コンピュータ
106・・・プリンタ
107・・・入力装置
201・・・サンプル分注制御部
205・・・A/D変換器
206・・・試薬分注制御部(1)
207・・・試薬分注制御部(2)
801・・・反応液吸引ノズル
802・・・洗浄液吐出ノズル
803・・・洗浄液吸引ノズル
804・・・ブランク水吐出ノズル
805・・・粗吸い吸引ノズル
806・・・洗浄チップ付き洗浄液吸引ノズル
807・・・チューブ
808・・・ブランク水
809・・・洗浄液
810・・・反応液
811・・・上下支持軸
812・・・ノズル治具

Claims (12)

  1. 反応容器と、
    前記反応容器を保持する反応ディスクと、
    前記反応容器に試料を分注する試料分注機構と、
    前記反応容器に試薬を分注する試薬分注機構と、
    当該反応容器に分注された試料と試薬との混合液に光を照射する光源と、当該光源から照射された光を検出する検出器と、からなる光学系と、
    当該反応容器を洗浄する洗浄機構と、を備え、
    当該検出器により検出された光に基づいて前記試料を分析する自動分析装置であって、
    前記洗浄機構は、当該分析後の反応容器に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、当該供給された洗浄液を吸引する洗浄液吸引ノズルと、ノズルの下端に洗浄チップが設けられた洗浄チップ付き洗浄液吸引ノズルと、を備え、
    前記洗浄チップは、上部、下部、及び当該上部と下部の間に位置する中間部とからなる、高さ方向と直交する方向で切った少なくとも3つ以上の異なる断面積の領域で構成され、前記中間部の断面積が最小であることを特徴とする自動分析装置。
  2. 請求項1に記載の自動分析装置において、
    前記洗浄チップ付き洗浄液吸引ノズルと前記反応容器の内壁との隙間よりも、前記洗浄チップと前記反応容器の内壁との隙間が小さいことを特徴とする自動分析装置。
  3. 請求項1に記載の自動分析装置において、
    前記洗浄チップ付き洗浄液吸引ノズルにより吸引する液体は、反応容器の汚れを光で測定するために前記反応容器に吐出したブランク水であることを特徴とする自動分析装置。
  4. 請求項1に記載の自動分析装置において、
    前記洗浄機構は、前記洗浄チップ付き洗浄液吸引ノズルで吸引する前に予め前記反応容器内の液体を吸引する粗吸いノズルを備え、
    前記粗吸いノズルによる粗吸い後に、前記反応容器の底面が露出しないように液体を残すことを特徴とする自動分析装置。
  5. 請求項4に記載の自動分析装置において、
    前記洗浄機構は、前記洗浄液供給ノズル、前記洗浄液吸引ノズル、前記洗浄チップ付き洗浄液吸引ノズル、及び前記粗吸いノズルを保持するノズル治具、及びこれらのノズルを上下動させる支持軸を備えていることを特徴とする自動分析装置。
  6. 請求項4に記載の自動分析装置において、
    前記粗吸いノズル下降後に、前記粗吸いノズルの先端が前記反応容器の底面から離れた位置で停止することを特徴とする自動分析装置。
  7. 請求項4に記載の自動分析装置において、
    前記粗吸いノズルの吸引は、前記反応容器の底面が露出しないよう液面が残るタイミン
    グで停止されることを特徴とする自動分析装置。
  8. 請求項4に記載の自動分析装置において、
    前記粗吸い後の液量は、洗浄チップ下降時に洗浄チップ上面まで液面が上昇しない程度の液量であることを特徴とする自動分析装置。
  9. 請求項1に記載の自動分析装置において、
    前記洗浄チップ付き洗浄液吸引ノズルでの吸引時に、液体が一体となって吸引可能な吸引速度に制御することを特徴とする自動分析装置。
  10. 請求項1に記載の自動分析装置において、
    前記洗浄チップにおける前記上部、前記下部、及び前記中間部は、それぞれ直方体で構成されることを特徴とする自動分析装置。
  11. 請求項10に記載の自動分析装置において、
    前記上部の直方体が最大の断面積、前記下部の直方体が前記上部より小さい断面積であることを特徴とする自動分析装置。
  12. 請求項11に記載の自動分析装置において、
    洗浄チップが前記反応容器に挿入されている状態において、少なくとも前記光源と対向する面および前記検出器と対向する面における、前記光源から前記反応容器に照射された光が前記検出器に向かって前記反応容器を通過する範囲である測光範囲と重複する範囲外に前記洗浄チップの前記上部が位置することを特徴とする自動分析装置。
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