JPH0126509B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は血清等を分析するに用いられる自動分
析装置に係り、特に、多項目自動分析装置の試薬
分注機構の改良に関するものである。 液状の試料や試薬を分注する方法としては大別
して２つの方法が現在使用されている。その１つ
は多数のシリンジ（分注器）を用いて行う方式で
あり、他はピペツトを用いて行う方式である。こ
れらの分注方法は共に実用化されているが、夫々
長所と短所をもつているので、まず従来例につい
て説明することにする。 第１図は多数の分注器を使用した従来の自動分
析装置のブロツク図である。この方式は最も一般
的に使用されており、試薬の数だけシリンジを備
え、各試薬に対しては試薬瓶からシリンジ機構を
介して吐出ノズルまでの夫々専用の流路を設けて
いる。スネークチエーンによつて連結された多数
の試料容器１は皿２上を移動し、所定の採取位置
に一旦停止する。この時コンピユータ２４よりの
指令によつてノズル保持具５が降下して採取位置
の試料容器１から所定量の試料液を試料ノズル４
が吸入し、反応ライン７の反応容器３中に吐出す
る。この様な吸入・吐出動作はやはりコンピユー
タ２４の指令で作動するピペツタ２０によつて行
なわれる。なお、この図では試薬瓶２２に収容し
た第１の試薬と共に吸入した試料を反応容器３に
吐出するようにしている。 またこの装置は複数個の試薬瓶２２からデイス
ペンサ２１を介して第２、第３の試薬を分注して
いる。反応ライン７上の反応容器３は恒温水循環
器１０よりの温水を流通させる恒温槽８中を移動
するが、その間に試薬ノズル９を介して所定の位
置において第２、第３の試薬が添加される。この
ような試薬の添加はコンピユータ２４の指令によ
る複数のデイスペンサ２１の動作によつて実施さ
れる。反応ライン７の終りは撹拌器１１が設置し
てあり、これによつて反応を終了させた被検液は
光源１３の光を透過させて測定される。即ち、被
検液を透過した光は多波長光度計１２の凹面回折
格子１４によつて分散され、そのスペクトル結像
面に設置した複数個の受光素子１５によつて単色
光の光量が検出される。この受光素子１５は試料
液中の被検成分量に比例する吸光度を検出するの
で、その検出値はA/D変換器２３でデイジタル
量に変換してコンピユータ２４に送られ、陰極線
管やプリンタ等の出力装置２５に表示される。 このようにして測定を終了した反応容器３は駆
動モータ１６で駆動される移動装置１９の反転端
において測定ずみの被検液を捨てる。空になつて
倒立した反応容器３は洗浄器１７の噴水によつて
洗浄され、乾燥器１８の温風によつて乾燥されて
反応ライン７の左端に戻る。 斯くの如く構成された多数の分注器をもつピペ
ツタ２０やデイスペンサ２１を備えている自動分
析装置は次のような長所と短所をもつている。 (1) 長所：分注機構系が単純で分注速度が大であ
り、すべての分注器を検体情報に基づいて細く
制御できるので、多項目高速分析に適する。 (2) 短所：分注器が多数必要であり装置は大形と
なり易い。また、試薬を交換する時は前の試薬
がノズルや分注器に残る。残つた試薬は廃棄し
なければならないので損失が多い。 第２図は従来のピペツテイング方式の自動分析
装置のブロツク図であり、第１図と同じ部分には
同一符号を付してある。この装置は多項目小数検
体用に適するもので、第１図の多数の分注器を使
用する方式を改善するために開発されたものであ
る。即ち、ピペツテイング方式は小数の分注器を
用いて次々に異なる試薬を分注する方法を採用し
ている。 次にその構成と動作の概略を説明する。多数の
試料容器１を同心円上に設置したサンプラー２８
と、同心円上に多数の反応容器３を設置した反応
テーブル３０とは隣接して設置され、コンピユー
タ２４の指令によつて間欠的に互いに関連して回
転させられる。この２個のテーブルの間の側方に
はサンプルノズル２９が設置されており、ピペツ
タ２０ａの作動によつて吸引と吐出の動作を反覆
するが、その間にコンピユータ２４の指令によつ
てサンプルノズル２９は回動し、サンプラー２８
上の試料容器１中の試料の一定量を吸引して反応
テーブル３０上の反応容器３に吐出する。分注動
作を終了した後は図示されていない洗浄装置によ
つて試料ノズル４の内外を洗浄している。 反応テーブル３０は間欠的に所定角度ずつ回動
するが、その間に試薬ノズル９を取り付けた１対
の移動機構２７が左右に移動し、保冷庫２６に収
容されている試薬瓶２２より所定量の試薬を採取
して反応容器３に添加する。この反応テーブル３
０は恒温水循環器１０に接続された恒温槽８の中
を回動するように構成されているので、所定時間
インキユベート（保温）され、最後に撹拌器１１
によつて撹拌して反応を完結させる。 このような反応容器３が所定の測定位置に回動
して来たときは、光源１３の光を透過させて多波
長光度計１２に導入する。多波長光度計１２は第
１図の場合と同様に構成されており、その出力信
号はA/D変換器２３でデイジタル化されてコン
ピユータ２４に送られて処理され、出力装置２５
ａ，２５ｂ等に表示される。なお、ピペツタ２０
ｂが作動して試薬ノズル９が試薬を吸入した後
は、移動機構２７によつて反応容器３および洗浄
器１７間を移動させられ、分注後洗浄される。 このピペツテイング方式の自動分析装置は、次
のような長所と短所をもつている。 (1) 長所：試薬はピペツタ２０ｂが作動して必要
量だけ吸入して吐出するので、吸入した試薬の
全量を反応容器に添加することができ、全く無
駄がない。また、試薬ノズル９は図示しない洗
浄槽で容易に洗浄することができる。更に、第
２図からも理解できるように、回転円板式の反
応テーブル３０を使用しているので、装置全体
を小形に構成することができる。 (2) 短所：試薬ノズル９が移動機構２７によつて
試薬瓶２２および反応容器３間をタイミング良
く往復動させる必要があるので、その移動機構
２７等が複雑となり、その動作に時間を要し分
注処理速度が低下する。また、１本の試薬ノズ
ル９で各種の試薬を取り扱つているので、その
間に洗浄作業を行つてはいるがクロスコンタミ
ネーシヨンの恐れがあり、更に、洗浄水と各試
薬のキヤリーオーバーによる試薬濃度が低下す
る等の問題をもつている。 特に、試薬間のクロスコンタミネーシヨンは
試薬中の特定成分が金属ノズルに静電的又は物
理的に吸着されることによるもので、その解決
は極めて困難な問題であり、第２図の方式の最
も大きな問題となつている。 さて、多項目自動分析装置に不可欠である項目
選択機能の点から言えば、第１図の装置では全て
の分注器が検体情報に基づいて制御されるのに対
し、第２図の装置では１〜２本の分注用ノズル９
が試薬群を収容した保冷庫２６上のどの位置で停
止するかを制御している。したがつて、第１図の
装置では制御される対象の数が多いこと、第２図
の装置では試薬ノズル９の各停止位置を検出制御
するために多数の検出手段が必要であり、これら
が改善を要する重要な事項となつていた。 本発明の目的は、高い試薬分注速度が得られる
にもかかわらず、少数のシリンジで多種類の試薬
を供給できる多項目自動分析装置を提供すること
にある。 本発明は、複数の流路を選択し得る多流路切換
弁と、上記多流路切換弁の共通通路に連通された
純水供給用シリンジと、各種試薬液を収容した複
数の試薬液容器と、上記複数の試薬液容器のそれ
ぞれに対応して配置された試薬吸入流路と、上記
試薬吸入流路と対をなすように設けられており上
記反応容器上に開口された試薬吐出流路と、それ
ぞれが一対の上記試薬吸入流路と上記試薬吐出流
路に接続され一方の流路を選択し得る複数の吸排
切換弁と、一端が上記吸排切換弁のそれぞれに独
立して接続されており他端が共通の上記多流路切
換弁に接続された複数の退避管とを設け、上記試
薬吸入流路を介して導入された試薬液を一旦上記
退避管内に留めた後上記試薬吐出流路を介して上
記反応容器に吐出するように構成したことを特徴
とする。 第３図および第４図は本発明の一実施例である
自動分析装置の説明図で、第１図、第２図と同じ
部分には同一符号を付してある。この場合は第２
図のピペツテイング方式を基本とし、主として次
の点を主眼として改良を加えている。即ち、多流
路切換弁３２に接続する多数のスイツチバツク流
路をピペツタ２０ｂに接続し、そのシリンジ機構
で吸入した一定量の試料を所定量の純水間に介在
させて反応容器３に分注するようにしている。 以下図によつて説明すると、項目選択用の切換
弁３２は同軸上で気密に回転する２つの部分３２
ａ，３２ｂよりなり、各通路は保冷庫２６中に収
容した三方切換弁３６を介して試薬瓶２２に接続
されている。また、三方切換弁３６の他方の口は
反応容器３上に設置されている試薬ノズル９に接
続されている。 一方、切換弁３２の中央の通路はシリンジ３３
に連通し、そのシリンダは給水弁３４を介して給
水パイプ３９に接続している。このシリンジ３３
のプランジヤが制御装置３５の出力によつて上下
すると給水弁３４、給水パイプ３９を介して蒸溜
水を吸入・吐出する。この蒸溜水は切換弁３２を
通つて試薬採取・移送に使用される。また、シリ
ンジ３３ｃはサンプリングノズル２９に接続さ
れ、吸入した一定量の蒸溜水層で試料容器１より
吸入した試料液を押出すようにして反応容器３内
に吐出する。なお、制御装置３５はコンピユータ
の機能と出力装置の機能とを兼ね備えているもの
で、本装置の全動作はこれによつて集中的に制御
されている。 第４図は第３図の試薬吸引・吐出動作の原理図
である。８個の三方切換弁３６の一方のニツプル
は流路４１を介して試薬瓶２２に連続し、他方の
ニツプルは流路４２を介して反応容器３の真上に
開口している。また、各三方切換弁３６の共通の
ニツプルは退避管４０を介して切換弁３２の通路
Q₁〜Q₈に連通している。切換弁３２の中央通路
Ｐはシリンジ３３に連通し、これに嵌入している
プランジヤはラツク・ピニオン機構３７によつて
出入させられるが、その動作は制御装置３５の出
力で駆動されるパルスモータ３８によつて実行さ
れる。なお、シリンジ３３は給水弁３４、給水パ
イプ３９を介して蒸溜水槽に接続されている。 第４図の１流路８接点の項目選択用の切換弁３
２は通路Q₁〜Q₈に連通する８個の三方切換弁３
６を有する８個のスイツチバツク分注回路をもつ
ている。三方切換弁３６に連通している流路４
１，４２の配管内容積は、シリンジ３３のフルス
トローク（本実施例では500μ）に比較して十
分に小さいように形成される。例えば、各試薬瓶
２２より三方切換弁３６までは0.5mmφ×500mmの
フツ素系樹脂製のチユーブ（内容積98μ）を用
い、三方切換弁３６より流路４２先端の試薬ノズ
ル９の先端までは0.5mmφ×300mmのフツ素系樹脂
製のチユーブ（内容積59μ）を用いている。 また、各三方切換弁６より切換弁３２までの退
避管４０は比較的大きな内径のフツ素樹脂製のチ
ユーブ１mmφ×1000mm（内容積785μ）を用い
ている。これによつて、シリンジ３３のフルスト
ローク500μに相当する流路の部分は保冷庫２
６内に存在するようにして試薬等の変質をできる
だけ防止している。即ち、退避管４０内に試薬を
出入させるスイツチバツク方式を用いても差支え
ないように構成している。 切換弁３２の共通通路Ｐからシリンジ３３まで
の容積およびシリンジ３３までの給水パイプ３９
の容積は任意であるが、本実施例においては両方
共１mmφ×500mm（容積393μ）としている。 このように構成された自動分析装置の動作は、
自動洗浄行程、置換行程および分注測定行程に大
別されるので、これについて順次に説明する。 (1) 自動洗浄による準備行程 装置を電源に接続した後、三方切換弁３６は
吐出側（第４図においては実線の方向）に、切
換弁３２は中間点（流路Q₁〜Q₈のいずれとも
連通しない状態）に、給水弁３４は開の状態に
セツトし、シリンジ３３のプランジヤをフルス
トローク下降させて蒸溜水を吸入する。次に、
切換弁３２をQ₁に、給水弁３４を閉としてシ
リンジ３３のプランジヤを十分上昇させて試薬
ノズル９より蒸溜水を吐出する。これを複数回
実施して反応容器３と共に試薬流路を洗浄す
る。 次に、切換弁３２を順次に切換えて全流路に
ついて実施する。例えば、各流路について３回
ずつこの洗浄操作を行うようにすると、合計し
て26回の洗浄動作が行なわれ、この間約５分間
を要する。 (2) 置換行程 三方切換弁３６を破線で示す吸入側にセツト
し、切換弁３２を中間点に、給水弁３４を開と
して300μ分だけシリンジ３３のプランジヤ
を下降させて蒸溜水を吸入する。その後切換弁
３２を流路Q₁に連通させ、給水弁３４を閉に
セツトしてプランジヤを200μだけ更に下降
させる。これによつて約100μの試薬が三方
切換弁３６とQ₁間の退避管中に吸入されると
共に、試薬瓶２２ａと三方切換弁３６ａとの間
の流路は新らしい試薬によつて完全に置換され
る。 次に、三方切換弁３６ａを吐出側に切換えて
シリンジ３３のプランジヤをフルストローク
（500μ）上昇させ、退避管４０から試薬ノズ
ル９ａまでの間を完全に蒸溜水で置換する。こ
のような操作を各三方切換弁３６を切換え乍ら
８回実施すると約1.5分を要する。 上記の２つの行程で約6.5分要するが、電源
投入後制御装置３５のマイクロコンピユータの
指令によつて自動的に実施される。即ち、この
状態では流路４１には各試薬が満され、流路４
２および退避管４０中には蒸溜水が満された状
態となつている。 (3) 分注と測定の行程 上記のごとく洗浄と置換が終了すると測定動
作を開始し、分注系は必要に応じて分注動作を
行う。例えば、或時期に試薬瓶２２ａの試薬を
反応容器３ａに分注添加するときは、三方切換
弁３６ａを破線で示す吸入側に、切換弁３２を
中間位置に、給水弁３は開にセツトする。次に
シリンジ３３のプランジヤを200μ分下降さ
せて蒸溜水を吸入し、切換弁３２をQ₁に、給
水弁３４を閉にセツトしてからプランジヤを更
に100μ分下降させ、退避管４０ａ中に100μ
の試薬を吸入する。 このようにしてから三方切換弁３６ａを実線
で示す吐出側にセツトしてシリンジ３３のプラ
ンジヤを300μ（上死点まで）上昇させて吐
出すると、試薬瓶２２ａ中の試薬100μがそ
の両側に100μの蒸溜水を伴なつて吐出され
る。このようにして順次三方切換弁３６と切換
弁３２、シリンジ３３および給水弁３４を設定
操作すれば、各試薬瓶２２ａ〜２２ｂ中の試薬
を反応容器３ａ〜３ｂ中に３倍に希釈して分注
されることになる。 このような分注行程を自動的に実施させるに
は、三方切換弁３６は分析測定周期に同期させ
て回動させ、給水弁３４は項目選択とは無関係
に半周期毎に開閉させるようにすればよい。な
お、本実施例においては分注時には試薬は３倍
に希釈されることになるので、試薬濃度を従来
の３倍濃度に調整して試薬濃度として定められ
た規定に合致させるようにしている。 次に、自動分析装置で使用される最も代表的な
試薬であるGPT（グルタメートピルベートトラン
スアミナーゼ）及びTP（総蛋白質）測定用試薬の
組成を示す。

【表】 なお、各動作の設定を変更すれば３倍以外の４
倍、５倍の濃度とし、その分だけ蒸溜水量を増せ
ば同一結果が得られることは明らかであり、分析
操作は第２図に示した場合と同様に実施すること
ができる。 反応テーブル３０は６×６mmの断面積で深さ25
mmの角形ガラス製の反応容器３を60個装着し、各
反応容器３は25〜40℃可変恒温水に浸漬されて回
動して多波長光度計１２の入射光軸を垂直に横切
る。この反応テーブル３０は８秒間で１ピツチ回
動して２秒間停止する動作を繰返すが、円周を80
ピツチに分割している。 血清等を採取する試料ノズル４は図示されてい
ない洗浄槽でノズル内外を洗浄した後試料容器１
へ移動する。なお、試料液の吐出は上記試薬の添
加と共に２秒間の停止中に実行される。反応容器
３は１ピツチ毎に進行するので、複数ピツチ後に
は試料液を収容した反応容器３は試薬ノズル９の
直下に移動して停止し、試薬が添加される。この
ようにして第１の試薬と第２の試薬とが順次に添
加されて所定時間反応進行され、測光行程を経て
５分間に１回転する。 多波長光度計１２は各反応容器３を透過した白
色光を凹面回析格子１４で分光し、340、376、
415、450、480、1505、546、570、600、660、
700nmの11波長のスペクトル位置に受光素子１５
を設置してある。必要とする波長光の検出値を
Ａ／Ｄ変換し、マイクロコンピユータに取り込む。 即ち、マイクロコンピユータは入力された項目
選択情報によつてマルチプレクサとA/D変換器
をセツトすることにより、１サイクル毎に60個の
反応容器について適当な波長の吸光度又は２波長
間の吸光度差を求める。更に、60サイクル分の測
定が終了した反応容器について、その60回の吸光
度データより予め各項目毎に入力されている分析
条件に従つて濃度演算を行い、その結果を出力表
示する。 例えば１液法によるGOT測定では第１試薬添
加後の全ての60個分の吸光度データを用いて最小
自乗法によつて吸光度変化率、即ち、反応速度を
求めることによつてGOT活性値を得る。また、
総蛋白やコレステロールの測定では第１試薬添加
後59サイクル目と60サイクル目の吸光度の平均
値、即ち、終点吸光度を求めることによつて各成
分の濃度が得られる。 即ち、第３図の装置においては８項目中の任意
の項目について360テスト／時間の速度で同時測
定が可能である。項目選択情報に基づいて制御さ
れる部分はサンプラー２８、試料ピペツテイング
量、切換弁３２およびマルチプレクサによる波長
選択のみであり、その他の機構系は毎サイクル定
まつた動作を行う。 このように項目選択によつて制御される対象が
少く、またそれらの動作が単純であるので、本実
施例の装置の信頼性は従来の装置よりも大幅に向
上している。 本実施例の自動分析装置は、吸入した試薬を一
旦退避管にスイツチバツクさせた後希釈し反応容
器に分注する方法を用いることによつて、次のよ
うな効果が得られる。 (1) 一定量の試薬が蒸溜水で狭まれた状態で分注
されるので、流路に試薬が付着して残ることが
極めて少く、洗浄行程で容易に除かれ、正確な
量の試薬を反応容器に添加することができる。
また、三方切換弁３６やシリンジ３３、給水弁
３４および切換弁３２以外の流路系やノズル系
は一定の位置に固定されているので複雑な移動
動作を必要としない。 (2) 切換弁３２やシリンジ３３等の複雑な流路を
試薬が接触しないし、また、各試薬毎に独立の
流路を形成しているので、クロスコンタミネー
シヨンが生じることなく、分注機構も大幅に簡
易化されている。 (3) 試薬の濃度を高めているので試薬瓶２２が小
形となり、その設置場所が少くてすみ装置全体
の小形化に役立つている。 (4) この方式はピペツテイング方式であるので、
試薬の無駄は殆んど生じない。従来の第１図の
場合は各試薬の損失は20mlであつたが、本実施
例では最初の置換時だけであり、200μ採取
して約1/100である2μ程度である。また、第
２図の場合の無駄は必要量の７％弱であるが、
検体処理数が15〜20以下では第２図の方が少
く、検体数が多くなる程本実施例の方法が減少
する。例えば試薬量を両方法共300μとして
200検体を処理した時は、本実施例の場合の損
失は第２図の従来法の1/21に減少する。 (5) 分注用のシリンジは本実施例では１本使用し
ているだけであるので、安価・小形化に役立つ
ている。 (6) 項目選択機構の点では、検体情報に基づいて
制御される対象の数を少くしているので、その
動作は単純である。また、第２図と比較すると
明らかなように、移動機構の複雑な位置検出手
段を全く必要としない。この点でも大幅に簡易
化され、信頼性を高めている。 (7) 多数の試薬瓶２２および三方切換弁３６を収
容した保冷庫２６は反応テーブル３０の上に設
置されており、その間隔は約150mmとしてある
ので、装置全体の小形化に役立つている。 上記実施例においては回転円板式の反応テーブ
ルを用いているが、第１図のようなエンドレスチ
エーン方式の反応ラインと組合せできることは明
白である。また、切換弁３２に接続されるスイツ
チバツク流路と濃縮試薬および吐出ノズル９を増
設すれば、項目数を容易に増加することができる
ことは明白である。 この自動分析装置は同時多項目測定用である
が、１項目ずつ順次に測定するバツチ方式の多項
目分析装置に対しても適用可能であり、その場
合、項目切換時に切換弁３２を所定の位置にセツ
トするだけで項目切換が可能となり、著しく有利
となる。 以上説明したように、本発明では、多数のシリ
ンジを用いる方式とピペツトを用いる方式のそれ
ぞれの短所を排除し得、高い試薬分注速度が得ら
れるにもかかわらず、少数のシリンジで多種類の
試薬を供給できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は多数の分注器を用いた従来の自動分析
装置のブロツク図、第２図は従来のピペツテイン
グ方式の自動分析装置のブロツク図、第３図は本
発明の一実施例である自動分析装置のブロツク
図、第４図は第３図の試薬吸引・吐出動作の原理
図である。 １…試料容器、３…反応容器、４…試料ノズ
ル、５…ノズル保持具、６…ピペツタ、７…反応
ライン、８…恒温槽、９…試薬ノズル、１０…恒
温水循環器、１１…撹拌器、１２…多波長光度
計、１３…光源、１４…凹面回折格子、１５…受
光素子、１６…駆動モータ、１７…洗浄器、１８
…乾燥器、１９…移動装置、２０…ピペツタ、２
１…デイスペンサ、２２…試薬瓶、２３…A/D
変換器、２４…コンピユータ、２５…出力装置、
２６…保冷庫、２７…移動機構、２８…サンプラ
ー、２９…サンプリングノズル、３０…反応テー
ブル、３１…洗浄装置、３２…切換弁、３３…シ
リンジ、３４…給水弁、３５…制御装置、３６…
三方切換弁、３７…ラツクピニオン機構、３８…
パルスモータ、３９…給水パイプ、４０…退避
管、４１，４２…流路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 反応容器に試料および試薬を添加し、多数の
   反応液を順次測定する多項目自動分析装置におい
   て、複数の流路を選択し得る多流路切換弁と、上
   記多流路切換弁の共通通路に連通された純水供給
   用シリンジと、各種試薬液を収容した複数の試薬
   液容器と、上記複数の試薬液容器のそれぞれに対
   応して配置された試薬吸入流路と、上記試薬吸入
   流路と対をなすように設けられており上記反応容
   器上に開口された試薬吐出流路と、それぞれが一
   対の上記試薬吸入流路と上記試薬吐出流路に接続
   され一方の流路を選択し得る複数の吸排切換弁
   と、一端が上記吸排切換弁のそれぞれに独立して
   接続されており他端が共通の上記多流路切換弁に
   接続された複数の退避管とを設け、上記試薬吸入
   流路を介して導入された試薬液を一旦上記退避管
   内に留めた後上記試薬吐出流路を介して上記反応
   容器に吐出するように構成したことを特徴とする
   多項目自動分析装置。