JP7016617B2 - 試料分析装置、試料分析システムおよび試料の発光を測定する方法 - Google Patents
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窓を有する測定チャンバーと、遮光部とを有する試料分析用基板を回転させることによって、分析用基板に導入された試料を前記測定チャンバーへ移送させ、前記測定チャンバーにおいて試料を発光させ、前記発光を測定する試料分析装置であって、
試料が導入された試料分析用基板を前記試料分析用基板の回転軸周りに回転させるモータと、
前記モータを駆動する駆動回路と、
前記測定チャンバーの窓を透過する前記試料からの発光による光子数を測定する光検出器と、
前記モータによって前記試料分析用基板を回転させながら、前記光検出器が測定した光子数を用いて、前記試料の発光の測定値を算出する制御回路と、
を備えた、試料分析装置。
[項目2]
前記光検出器は、前記試料分析用基板が回転する間に少なくとも1つの第1の測定値と、少なくとも1つの第2の測定値とを出力し、
前記制御回路は、前記少なくとも1つの第1の測定値を前記少なくとも1つの第2の測定値で補正することによって前記試料の発光の測定値を算出する項目1に記載の試料分析装置。
[項目3]
前記光検出器は、前記試料分析用基板の1回転により得られた複数の測定値を出力し、
前記制御回路は、前記複数の測定定値と、第1の閾値および第2の閾値とをそれぞれ比較し、第1の閾値以上の測定値を前記少なくとも1つの第1の測定値と決定し、前記複数の測定値のうち、第2の閾値以下の測定値を前記少なくとも1つの第2の測定値と決定する、項目2に記載の試料分析装置。
[項目4]
前記試料分析用基板の回転角度を検出し、回転角度信号を生成する回転角度検出回路をさらに備え、
前記光検出器は、前記試料分析用基板の1回転により得られた複数の測定値を出力し、
前記制御回路は、前記回転角度が第1の角度範囲であるときに前記光検出器によって測定された測定値および前記回転角度が第2の角度範囲であるときに前記光検出器によって測定された測定値をそれぞれ、前記少なくとも1つの第1の測定値および前記少なくとも1つの第2の測定値として前記算出を行う項目2に記載の試料分析装置。
[項目5]
前記第2の角度範囲は前記第1の角度範囲よりも大きい項目4に記載の試料分析装置。
[項目6]
前記制御回路は、前記回転角度が第1の角度範囲以外であるときに前記光検出器によって測定された測定値と、第3の閾値とを比較し、前記測定値が前記第3の閾値以上である場合に測定エラーを示す信号を生成する項目4に記載の試料分析装置。
[項目7]
前記試料分析用基板は、発光する他の試料が保持された他の測定チャンバを有し、
前記光検出器は、前記試料分析用基板が1回転する間に少なくとも1つの第3の測定値をさらに出力し、
前記制御回路は、前記少なくとも1つの第3の測定値を前記少なくとも1つの第2の測定値で補正することによって前記他の試料の発光の測定値を算出する項目1に記載の試料分析装置。
[項目8]
前記光検出器は、光子を受け取り、光子数に応じたパルス信号を生成する光電子増倍素子と、前記パルス信号をカウントする光子カウンタとを含む、項目1から7のいずれかに記載の試料分析装置。
[項目9]
窓を有する測定チャンバーと、遮光部とを有する試料分析用基板と、
項目1から7のいずれかに記載の試料分析装置と、
を備えた試料分析システム。
[項目10]
窓を有する測定チャンバーと、遮光部とを有する試料分析用基板に試料を導入する工程と、
前記試料が導入された試料分析用基板を回転させながら、光子数を測定する光検出器によって、試料からの発光による光子数を測定する工程と、
を包含する、
試料の発光を測定する測定方法。
[項目11]
前記測定する工程において、前記光検出器は、前記試料分析用基板が回転する間に少なくとも1つの第1の測定値と、少なくとも1つの第2の測定値とを出力し、
前記少なくとも1つの第1の測定値を前記少なくとも1つの第2の測定値で補正する工程をさらに包含する項目10に記載の試料の発光を測定する測定方法。
[項目12]
前記測定する工程において、前記光検出器は、前記試料分析用基板の1回転により得られた複数の測定値を出力し、
前記補正する工程は、前記複数の測定値と、第1の閾値および第2の閾値とをそれぞれ比較し、第1の閾値以上の測定値を前記少なくとも1つの第1の測定値と決定し、前記複数の測定値のうち、第2の閾値以下の測定値を前記少なくとも1つの第2の測定値と決定する、項目11に記載の試料の発光を測定する測定方法。
[項目13]
前記測定する工程において、
前記試料分析用基板の回転角度を検出し、回転角度信号を生成し、
前記光検出器は、前記試料分析用基板の1回転により得られた複数の測定値を出力し、
前記補正する工程は、前記回転角度が第1の角度範囲であるときに前記光検出器によって測定された測定値および前記回転角度が第2の角度範囲であるときに前記光検出器によって測定された測定値をそれぞれ、前記少なくとも1つの第1の測定値および前記少なくとも1つの第2の測定値として前記算出を行う項目11に記載の試料の発光を測定する測定方法。
[項目14]
前記第2の角度範囲は前記第1の角度範囲よりも大きい項目13に記載の試料の発光を測定する測定方法。
[項目15]
前記測定工程は、前記回転角度が第1の角度範囲以外であるときに前記光検出器によって測定された測定値と、第3の閾値とを比較し、前記測定値が前記第3の閾値以上である場合に測定エラーを示す信号を生成する項目13に記載の試料の発光を測定する測定方法。
[項目16]
前記試料分析用基板は、発光する他の試料が保持された他の測定チャンバーを有し、
前記測定工程は、前記試料分析用基板が1回転する間に少なくとも1つの第3の測定値をさらに出力し、
前記補正する工程は、前記少なくとも1つの第3の測定値を前記少なくとも1つの第2の測定値で補正することによって前記他の試料の発光の測定値を算出する項目10に記載の試料の発光を測定する測定方法。
図2Aおよび図2Bは、試料分析用基板100の平面図および分解斜視図である。試料分析用基板100は、回転軸101および回転軸101に平行な方向に所定の厚さを有する板形状の基板110と、遮光キャップ120を備える。本実施形態では、試料分析用基板100の基板110は円形形状を有しているが、多角形形状、楕円形形状、扇形形状等を有していてもよい。基板110は、2つの主面110c、110dを有している。本実施形態では、主面110cおよび主面110dは互いに平行であり、主面110cおよび主面110dの間隔で規定される基板110の厚さは、基板110のどの位置でも同じである。しかし、主面110c、110dは、平行でなくてもよい。例えば、2つの主面の一部分が非平行または平行であってもよいし、全体的に非平行であってもよい。また、基板110の主面110c、110dの少なくとも一方に凹部または凸部を有する構造を備えていてもよい。試料分析用基板100は、基板110内に位置する反応チャンバー102と、測定チャンバー103と、回収チャンバー107と、流路104と流路105とを有する。
図3Aおよび図3Bは試料分析装置200の外観の一例を示す斜視図である。また、図4Aは、試料分析装置200の構成例を示すブロック図である。試料分析装置200は、開閉可能なドア251を有する筐体250を備える。筐体250は、試料分析用基板100を回転可能に収納する収納室250cを有し、収納室250c内に、ターンテーブル201tを有するモータ201(図4A)が配置されている。ドア251を開けた状態で収納室250c内のターンテーブル201tに試料分析用基板100を着脱可能である。ドア251を閉じることにより、ドア251は収納室250cに外部から光が入射しないように、収納室250cを遮光する。筐体250には、試料分析装置200を起動/停止する電源スイッチ252と、後述する表示装置210が設けられている。
図1、図2A、図4A、図4B、図5および図6を参照しながら、試料分析システム500の動作を説明する。図6は、試料分析システム500の動作を示すフローチャートである。
[ステップS1]
まず、試料分析用基板100の反応チャンバー102において、磁性粒子固定化抗体305と、抗原306を含む試料と、標識抗体308とを同時に反応させて、複合体310を形成させる。例えば、反応チャンバー102に磁性粒子固定化抗体305を含む液体が保持されており、抗原306を含む試料と、標識抗体308を含む液体をシリンジなどによって、開口109から反応チャンバー102へ導入してもよい。試料分析用基板100に、抗原306を含む試料および標識抗体308を保持する図示しないチャンバーが設けられている場合には、試料をそのチャンバーへ導入する。標識抗体308は予めチャンバーに導入されていてもよい。
試料分析装置200の電源スイッチ252をONにする。試料分析装置200のドア250aを開け、ターンテーブル201tに試料分析用基板100を取り付ける。ドア250aを閉める。
[ステップS3]
表示装置210に表示された情報に従い、操作者が表示装置210をタッチすることにより、入力デバイス211から指令が制御回路205に入力され、試料分析装置200が動作する。まず、モータ201が回転し、試料分析用基板100の原点を原点検出器203が検出する。検出した原点の位置を用いて、試料分析用基板100を揺動させるようにモータ201が回転し、反応チャンバー102において抗原抗体反応が進む。反応チャンバー102において、複合体310が生成した後、試料分析用基板100を回転させ、複合体310および未反応の磁性粒子固定化抗体305を含む溶液を測定チャンバー103へ移動させる。
[ステップS4]
シャッター202を開き、試料分析用基板100を回転させる。試料分析用基板100を回転させ回転が一定になった後、シャッター202を開いてもよい。
光検出器209を用いて磁性粒子311に含まれる複合体310に結合した標識抗体308の標識物質307の発光を検出する。具体的には、光検出器209の光電子増倍素子207が発光による光子に応じてパルス信号を生成し、光子カウンタ208が、回転角度検出回路204から出力される回転角度信号を用いて、位相範囲θ0~θkごとに光子数を計測する。制御回路205は、位相範囲θ0~θkごとの測定値を逐次受け取り、メモリに記憶する。
一定の時間発光を検出した後、シャッター202を閉じ、検出を終了する。
[ステップS7]
制御回路205は、メモリから、位相範囲θ0~θkごとの測定値を読み出し、上述したように、光子カウンティングの期間およびダークカウンティングの期間を決定したのち、例えば、式(1)に従って測定値Cを求める。
[ステップS8]
表示装置210に求めた測定値Cおよび/または測定値Cを用いて決定された抗原の量、濃度等に関する指標値を表示する。
本実施形態の試料分析装置、試料分析システムおよび発光を測定する測定方法によれば、遮光部を有する試料分析用基板を回転させながら試料からの発光を測定する。このため、光検出器は試料の発光による測定値と、光検出器を遮光した状態における測定値を取得することができる。また、遮光時の測定値を用いて、試料の発光による測定値を補正することが可能となり、光検出器の温度変化による測定値結果のばらつきや測定時の試料の発光以外の迷光等の影響を抑制し、精度の高い測定を行うことができる。特に、試料の発光による測定と遮光時の測定とを試料分析用基板の回転中、例えば、1回転中において取得できるため、2つの測定間の時間差が短くできる。よって、2つの測定間における測定環境の温度の変化を小さくし、高い精度で測定値の温度補償を行うことができる。
本開示の試料分析装置、試料分析システムおよび発光を測定する測定方法には種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態の試料分析装置200は回転角度検出回路204を備えているが、発光の測定に回転角度検出回路204から得られる回転角度信号を用いなくてもよい。この場合、光子カウンタ208は、一般的な光子カウンタと同様所定の基準時間で光電子増倍素子207から出力されるパルスをカウントし、制御回路へ出力する。制御回路205は、メモリに第1の閾値C1および第2の閾値C2を記憶している。第1の閾値C1は第2の閾値C2よりも大きい(C1>C2)。図7に示すように、回転角度信号と第1の閾値C1および第2の閾値C2とをそれぞれ比較し、第1の閾値C1以上の測定値を、測定チャンバー103を検出しているときに得られた第1の測定値、つまり、光子カウントであると決定し、第2の閾値C2以下の測定値を第2の測定値つまり、ダークカウントと決定としてもよい。その後、決定した第1の測定値を第2の測定値で補正することによって、測定値Cを求めることができる。この場合、ダークカウントはノイズ等の影響によって、遮光部120aを検出していても、第2の閾値を超えやすい場合がある。このため、例えば、第2の閾値を超える測定値が3以下で連続する場合には、第2の測定値であると決定してもよい。
101 回転軸
102 反応チャンバー
103 測定チャンバー
103c 同心円
104、105 流路
106 磁石
107 回収チャンバー
108 空気孔
109 開口
110 基板
110a ベース基板
110b カバー基板
110c、110d 主面
120 遮光キャップ
120a 遮光部
120c 連結部
120e、120f エッジ
200 試料分析装置
201 モータ
201a 回転軸
201t ターンテーブル
202 シャッター
203 原点検出器
203a 光源
203b 受光素子
203c 原点検出回路
204 回転角度検出回路
205 制御回路
206 駆動回路
207 光電子増倍素子
208 光子カウンタ
209 光検出器
210 表示装置
211 入力デバイス
250 筐体
250a ドア
250c 収納室
251 ドア
252 電源スイッチ
302 磁性粒子
304 一次抗体
305 磁性粒子固定化抗体
306 抗原
307 標識物質
308 標識抗体
310 複合体
311 磁性粒子
401 基準時間発生部
402 ライトイネーブル信号生成部
403 書き込みアドレス切換部
404 取込用アドレス生成部
405 加算回路
407 光子カウントデータRAM
500 試料分析システム
Claims (14)
- 窓を有する測定チャンバーと、遮光部とを有する試料分析用基板を回転させることによって、分析用基板に導入された試料を前記測定チャンバーへ移送させ、前記測定チャンバーにおいて試料を発光させ、前記発光を測定する試料分析装置であって、
試料が導入された試料分析用基板を前記試料分析用基板の回転軸周りに回転させるモータと、
前記モータを駆動する駆動回路と、
受光面を有し、前記測定チャンバーの窓を透過する前記試料からの発光による光子数を測定する光検出器と、
前記モータによって前記試料分析用基板を回転させながら、前記光検出器が測定した光子数を用いて、前記試料の発光の測定値を算出する制御回路と、
を備え、
前記光検出器は、前記試料分析用基板が回転する間に、前記測定チャンバーが前記受光面を通過することにより得られる光子数に基づく少なくとも1つの第1の測定値と、前記遮光部が前記受光面を通過することにより得られる光子数に基づく少なくとも1つの第2の測定値とを出力し、
前記制御回路は、前記少なくとも1つの第1の測定値を前記少なくとも1つの第2の測定値で補正することによって前記試料の発光の測定値を算出する、試料分析装置。 - 前記光検出器は、前記試料分析用基板の1回転により得られた複数の測定値を出力し、
前記制御回路は、前記複数の測定値と、第1の閾値および第2の閾値とをそれぞれ比較し、第1の閾値以上の測定値を前記少なくとも1つの第1の測定値と決定し、前記複数の測定値のうち、第2の閾値以下の測定値を前記少なくとも1つの第2の測定値と決定する、請求項1に記載の試料分析装置。 - 前記試料分析用基板の回転角度を検出し、回転角度信号を生成する回転角度検出回路をさらに備え、
前記光検出器は、前記試料分析用基板が1回転により得られた複数の測定値を出力し、
前記制御回路は、前記回転角度が第1の角度範囲であるときに前記光検出器によって測定された測定値および前記回転角度が第2の角度範囲であるときに前記光検出器によって
測定された測定値をそれぞれ、前記少なくとも1つの第1の測定値および前記少なくとも1つの第2の測定値として前記算出を行う請求項1に記載の試料分析装置。 - 前記第2の角度範囲は前記第1の角度範囲よりも大きい請求項3に記載の試料分析装置。
- 前記制御回路は、前記回転角度が第1の角度範囲以外であるときに前記光検出器によって測定された測定値と、第3の閾値とを比較し、前記測定値が前記第3の閾値以上である場合に測定エラーを示す信号を生成する請求項3に記載の試料分析装置。
- 前記試料分析用基板は、発光する他の試料が保持された他の測定チャンバーを有し、
前記光検出器は、前記試料分析用基板が1回転する間に、前記他の測定チャンバーが前記受光面を通過することにより得られる光子数に基づく少なくとも1つの第3の測定値をさらに出力し、
前記制御回路は、前記少なくとも1つの第3の測定値を前記少なくとも1つの第2の測定値で補正することによって前記他の試料の発光の測定値を算出する請求項1に記載の試料分析装置。 - 前記光検出器は、光子を受け取り、光子数に応じたパルス信号を生成する光電子増倍素子と、前記パルス信号をカウントする光子カウンタとを含む、請求項1から6のいずれかに記載の試料分析装置。
- 窓を有する測定チャンバーと、遮光部とを有する試料分析用基板と、
請求項1から6のいずれかに記載の試料分析装置と、
を備えた試料分析システム。 - 窓を有する測定チャンバーと、遮光部とを有する試料分析用基板に試料を導入する工程と、
受光面から入射する光子数を測定する光検出器を用いて、前記試料が導入された試料分析用基板を回転させながら、前記測定チャンバーが前記光検出器の受光面を通過することにより得られる光子数に基づく少なくとも1つの第1の測定値と、前記遮光部が前記受光面を通過することにより得られる光子数に基づく少なくとも1つの第2の測定値とを出力する、光子数を測定する工程と、
前記少なくとも1つの第1の測定値を前記少なくとも1つの第2の測定値で補正する工程と
を包含する、
試料の発光を測定する測定方法。 - 前記測定する工程において、前記光検出器は、前記試料分析用基板の1回転により得られた複数の測定値を出力し、
前記補正する工程は、前記複数の測定値と、第1の閾値および第2の閾値とをそれぞれ比較し、第1の閾値以上の測定値を前記少なくとも1つの第1の測定値と決定し、前記複数の測定値のうち、第2の閾値以下の測定値を前記少なくとも1つの第2の測定値と決定する、請求項9に記載の試料の発光を測定する測定方法。 - 前記測定する工程において、
前記試料分析用基板の回転角度を検出し、回転角度信号を生成し、
前記光検出器は、前記試料分析用基板の1回転により得られた複数の測定値を出力し、
前記補正する工程は、前記回転角度が第1の角度範囲であるときに前記光検出器によって測定された測定値および前記回転角度が第2の角度範囲であるときに前記光検出器によって測定された測定値をそれぞれ、前記少なくとも1つの第1の測定値および前記少なくとも1つの第2の測定値として前記補正を行う請求項9に記載の試料の発光を測定する測定方法。 - 前記第2の角度範囲は前記第1の角度範囲よりも大きい請求項11に記載の試料の発光を測定する測定方法。
- 前記測定する工程は、前記回転角度が第1の角度範囲以外であるときに前記光検出器によって測定された測定値と、第3の閾値とを比較し、前記測定値が前記第3の閾値以上である場合に測定エラーを示す信号を生成する請求項11に記載の試料の発光を測定する測定方法。
- 前記試料分析用基板は、発光する他の試料が保持された他の測定チャンバーを有し、
前記測定する工程は、前記試料分析用基板が1回転する間に、前記他の測定チャンバーが前記受光面を通過することにより得られる光子数に基づく少なくとも1つの第3の測定値をさらに出力し、
前記補正する工程は、前記少なくとも1つの第3の測定値を前記少なくとも1つの第2の測定値で補正することによって前記他の試料の発光の測定値を算出する請求項9に記載の試料の発光を測定する測定方法。
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