JPH04106471A

JPH04106471A - 生体関連物質の測定装置

Info

Publication number: JPH04106471A
Application number: JP22425090A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Takahashi; 智高橋; Daizo Tokinaga; 時永　大三; Yasushi Nomura; 靖野村; Kazunari Imai; 一成今井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1990-08-28
Publication date: 1992-04-08

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、免疫反応、その他の特異反応を利用した生体
関連の物質の測定装置に関するものである。

〔従来の技術〕

免疫反応、ＤＮＡのハイブリダイゼーション等の特異的
な反応を利用した生体関連物質の定量法は、感度、特異
性等の点で優れており、臨床検査等の分野で盛んに利用
されている。免疫反応を利用した定量法（イムノアッセ
イ）には種々の方法が知られており、例えば、「ふんせ
き、２月号。

７９（１９８５）Ｊに記載されているように標識物質の
種類によって、ラジオイムノアッセイ、エンザイムイム
ノアッセイ、蛍光イムノアッセイ、粒子イムノアッセイ
、発光イムノアッセイ等があり、これらの方法に基づい
た自動化装置が開発されている。

例えば、ｒＭｅｄｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、　
１７（８）、　８０２（１９８９）またはＭｅｄｉｃａ
ｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、　１７（８）、８１７（１
９８９）　Ｊには、酵素を標識物質とし、酵素反応によ
る吸光度変化を吸光度測定装置で定量する装置か示され
ている。またｒＭｅｄｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
、　１７（８）、８１０（１９８９）Ｊには、酵素反応
による蛍光強度変化を蛍光測定装置で定量する装置が示
されている。また、ｒＭｅｄｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ、　１７（８）、　８３３（１９８９）Ｊには、
粒子を標識物質とし、粒子の凝集による濁度の変化を吸
光度測定装置で定量する装置が示されている。以上の従
来装置では、単一の測定機能のみを装置内に有しており
、単一の測光により抗原等を定量している。

また、ｒＭｅｄｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１７
（８）、８２３（１９８９）Ｊに記載されている装置で
は、被測定物質に応じて、蛍光強度と蛍光偏光度のどち
らかで測定して定量することができるか、これらはいず
れも蛍光情報であり、基本的に１つの測光機能とみなす
ことができる。

また、特開昭６０−４０９３７号公報には、散乱光強度
と透過光強度を同時に計測して定量する装置が示されて
いる。

ところで、−船釣に、吸光分析は１０ｎＭ、蛍光分析は
１０９Ｍ、発光分析は１０ｆＭの濃度の物質が定量でき
る。生体関連物質の正常域の濃度はその物質の種類によ
って種々である。そのため、被測定物質に応じて最適な
計測方法を選ぶことが必要である。

例えば、β２−マイクログロブリン等はその血中濃度が
高く、エンザイムイムノアッセイでの吸光分析等で定量
が可能である。α−フェトプロティン（ＡＦＰ）やかん
胎児性抗原（ＣＥ　Ａ）等の腫瘍マーカーはその正常域
が１０９Ｍ程度であり、蛍光分析によりその濃度が定量
されている。ホルモン、ＤＮＡ等は、より低濃度の定量
が望まれており、発光分析による定量が試みられている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の単一の測光機能を有する自動化装置では、計測手
段が１種類であるため、反応試薬および反応方式が限ら
れ、また定量域の異なる任意の被測定物質が定量しにく
い等、広範囲な測定に対応し切れないという問題がある
。また、通常、専用の試薬を使用しなければならないた
め、ユーザの任意の測定に対応することが困難である。

また、特開昭６０−４０９３７号公報では測光装置とし
て散乱光測定装置と透過光測定装置を並列的に設けた構
成としている。そのため、散乱光と透過光を同時に測定
することができる。しかし、再装置を一緒にして構築し
ているため、逆に、空間的な制約から、測光部のそれぞ
れが最適な測光光学系をとることが困難であり、単独の
測光機能の測定精度、測定感度が低下しやすいこという
問題がある。また、本例では、散乱光と透過光を測定す
る機能が有るため、被測定物質の濃度に応じて、散乱光
で定量する方法、透過光で定量する方法のどちらかを選
択することができ、特定の被測定物質の定量範囲が１つ
の測光の場合に比べて拡がる。

しかし、この方法であっても、標識物質は同じであるた
め、反応試薬および反応方式が限られ、また定量域の異
なる任意の被測定物質が定量しにくい等、広範囲な測定
に対応し切れないという問題がある。また、被測定物質
と試薬（抗体、標識物質を結合させた抗体など）との反
応方式と測光方式との関係をプログラミングし、測定を
自動化する技術思想も特に開示されていない。

広範囲に定量域が異なる任意の被測定物質を定量するに
は、広範囲な反応方式および測光方式に対応した装置が
必要となる。これらの問題は、複数の装置を並べて配置
し、反応溶液の測定に適した計測装置を選んで測定する
ことで解決することができる。しかしながら、これら複
数の装置、例えば蛍光測定装置、吸光度測定装置、散乱
光測定装置等を並べて配置した場合、それぞれに適した
反応部を含めて、装置全体の大きさは非常に大きなもの
となる。そのため、設置空間の有効活用ができないなど
の不都合が生じ、現実的ではない。また、装置全体の価
格の面でも、それぞれの装置の和となり、非常に高価な
ものとなる。さらに、複数の装置を単に並べただけでは
、反応試薬の選定機構や反応溶液の計測装置部への搬送
機構、その他の機構部が複雑になり、自動装置化が行な
いにくい等の問題が生じる。

本発明の目的は、上記の問題点を解決し、任意の反応試
薬を使用でき、広範囲な種類の生体関連物質を高感度に
定量することのできる測定装置を提供することにある。

また、他の目的は、自動化に適した装置構成を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、試料中の被測定
物質と特異的に結合する物質に計測可能な標識物質を結
合させた物質を、該被測定物質に反応させる反応装置部
、及びその反応装置部での反応生成物を定量する計量装
置部、とからなる生体関連物質の測定装置において、反
応装置部は単一の反応機構から構成し、該計量装置部は
複数の光学計測機能を有するように構成するとともに、
その複数の計測機能を単一でまたは２以上のものを同時
に選択的に使用し得るように構成した生体関連物質の測
定装置を開発し提供するものである。

前記の光学計測機能としては、蛍光強度測定機能、吸光
度測定機能、散乱光強度測定機能、または発光強度測定
機能のいずれかの２以上の機能であることが好ましい。

さらに、計量装置部は、共通の光源、共通の光検出部、
及び共通の測光位置を使用するようにし、上記２以上の
計測機能にそれぞれ対応する複数の測光光学系が該共通
の光源と共通の光検出部との間で、選択的に計測位置、
非計測位置とに位置変更可能となるように構成すること
が好ましい。

また、計量装置部には、測定溶液を連続的に流すフロー
セルを設け、上記２以上の計測機能にそれぞれ対応する
複数の測光機構を該フローセルに沿って配置するように
することもできる。

反応装置部は、異なった複数の反応試薬を有するように
構成し、所定のプログラムに従い、被測定物質に対応し
た所要の反応試薬を自動的に選択し得るように構成する
。その際に、一つの測定試料液を複数に分割し、各試料
区分毎にそれぞれ異なった反応試薬を自動的に選択する
ようにすることも可能である。

さらに、反応装置部での反応試薬と被測定物質との組み
合わせに応じて、所定のプログラムに従い、前記計量装
置部の複数の計測機能の中から適宜のものを選択しかつ
計量するようにすることも可能である。

〔作　用〕

複数の異なる光学計測機能を設けたことにより、被測定
物質の定量に適切な反応試薬を選定でき、その反応によ
り生成する反応生成物を最適な手段により計測すること
ができ、広範囲な種類の被測定物質を高感度に定量する
ことができる。

計量装置部で蛍光強度測定機能、吸光度測定機能、散乱
光強度測定機能、発光強度測定機能などの複数の計測機
能を適宜選択して使用し得るようにしたことにより、蛍
光測定、吸光度測定（透過光強度測定）、散乱光測定、
発光測定など複数種の測定を任意に行うことができる。

このため、被測定物質と特異的に結合する物質に、蛍光
物質、発光物質、微粒子、酵素、補酵素等種々の計測可
能な物質を結合させた標識物質が使用できる。

試料と標識物質を結合させた物質とをサンドイッチイム
ノアッセイやホモジニアスイムノアッセイ等の通常の方
法で反応させ、標識物質の量を測定することて被測定物
質の量が定量できる。蛍光物質は蛍光強度の測定で、発
光物質は発光強度の測定で、微粒子は散乱光強度または
透過光強度で測定することかできる。酵素は、その酵素
活性によって蛍光物質または発光物質または発色物質を
生成させ、その蛍光強度または発光強度または吸光度に
より定量できる。また、ある酵素は発光反応の触媒とし
て作用するため、その発光強度で定量することもできる
。補酵素は、酵素と共に使用し、酵素の場合と同じよう
に蛍光強度または発光強度または吸光度により定量でき
る。このように多種類の反応試薬を使用することができ
る。

測定試料中の被測定物質および被測定物質と特異的に結
合する物質の組み合わせとしては、抗原（または抗体）
と抗体（または抗原）が代表的な組み合わせである。そ
の他に、例えばホルモンとレセプター、糖とレクチンの
組み合わせ、またはハイブリダイゼーション反応による
特定のＤＮＡとプローブＤＮＡの組み合わせ等も可能で
ある。

本発明によりイムノグロブリン、α−フェトプロティン
、癌胎児性抗原、フェリチン、風疹抗体、エイズウィル
ス抗体、ヒト絨毛性ゴナドトロピン、甲状腺刺激ホルモ
ン等の種々の抗原、抗体、ホルモン、ＤＮＡ等の生体関
連物質を任意の試薬を用いて測定することが可能になる
。

蛍光強度測定機能、吸光度測定機能、散乱光強度測定機
能、発光強度測定機能はすべて光学的な計測手段である
ため、計測手段の構成に当たっては、複数の光学系に対
し共通の部分、例えば、光源、光検出部などを用いるこ
とが可能となる。それにより、高価な部品の多用を防ぐ
ことがてき、より安価な構成とすることができる。さら
に、装置を小型化することも可能になる。また、測光光
学系を切りかえ得ることによりそれぞれ最適な測光光学
系を構成することかでき、高感度な測定か可能になる。

また、例えば、測定溶液を連続的に流すフローセルを使
用し、複数の任意の計測機能を有する測光機構部をフロ
ーセルに沿って配置することて、複数の測光を同時に行
うことができる。必要な測定値は電気的に処理すること
がてきる。本構成により、より安定で、測定溶液の搬送
等の可動部の少ない装置を構成することができる。また
、独立に光学系を構成することができることから、それ
ぞれの光学系を最適化することが容易にでき、測定の高
感度化が図れる。

また、所定のプログラムに従い、被測定物質に応じて、
反応試薬を試薬テーブルから自動的に選択する機能を具
備することで、測定の自動化が可能になる。さらにまた
、複数の計測機能のなかの測光機能を反応試薬の種類に
応じて選択し、また定量する機能を具備することで測定
の自動化が可能になる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により説明する。

〔実施例１〕第１図、第２図及び第３図を用いて本発明の詳細な説明
する。第１図は生体関連物質の測定装置の全体構成図で
ある。また第２図は計量装置部の詳細な立体構成図であ
り、第３図は計量装置部で構築される各計測機能を有す
る測・先光学系である。

第１図の装置をより詳細に説明する。本装置は、後に詳
述するが、以下に示す構成部材、即ち、反応容器ラック
１、攪拌機能を有する反応容器搬送部２、試薬用ターン
テーブル３及び５〜７、測定試料用ターンテーブル４、
反応容器廃棄箱８、計量装置部９及び測定用溶液の注入
口９ａ、攪拌機構部ＩＯ１洗浄液１１、送水ポンプ１２
、電磁バルブ１２ａ〜１２ｊ１吸引ポンプ１３、電磁バ
ルブ１３ａ−１３ｊ。

廃液ボトル１４、シリンジピペッタ１５〜２０、電磁バ
ルブ１５ａ〜２０ａ１回転上下機構アーム付の分注ノズ
ル２１〜２６、洗浄槽２７〜３２、洗浄ノズル３３〜３
５、反応容器３６、制御・演算装置３７、表示部３８、
キーボード３９、プリンタ４０、記憶装置４１、及びポ
ンプ、バルブ、シリンジピペッタ、ノズル等をつなぎ洗
浄液等を流すためのテフロンチューブ等で構成される。

試薬用ターンテーブル３．５．６．７には、それぞれ試
薬３ａ、５ａ、６ａ、７ａを保持する複数の穴を設けて
おり、複数の種類の試薬を保持することがてき、ターン
テーブルを回転させることにより、任意の試薬を選択す
ることかてきる。測定試料用ターンテーブル４でも同様
に測定試料４ａを保持する複数の穴があり、多数の測定
試料を保持し、ターンテーブルを回転させることで、順
次測定試料４ａを選択し、測定に供する。

分注ノズル２１〜２６はそれぞれ回転機能及び上下機能
を有するアームに保持されており、それぞれ対応した位
置に移動させ、試薬、測定試料等の溶液の吸引及び排出
を行う。例えば、分注ノズル２１のアームを回転させて
、試薬３ａの位置−に移動させ、アームを下降させて、
試薬にノズルを挿入し、テフロンチューブを介してシリ
ンジピペッタ１７により一定量吸引する。この際電磁バ
ルブにより洗浄液１１とは遮断する。アームを上昇させ
、回転させて、ノズル位置を搬送されてきた反応容器の
位置に移動させ、アームを下降させて吸引した試薬を排
出する。

使用後の分注ノズル２１は洗浄槽２７に移動させてノズ
ル内部及び外部を洗浄する。電磁バルブ１７ａを切りか
えて洗浄液１１を吸引し、再び電磁バルブ１７ａを切り
かえてノズルから洗浄液を排出することでノズル内部を
洗浄する。また洗浄槽２７には洗浄槽１１が送水ポンプ
１２と電磁バルブ１２ｄを介して送水され、また電磁バ
ルブ１３ｄと吸引ポンプ１３により廃液が廃液ボトルに
排出される。この洗浄槽に分注ノズル２１を挿入するこ
とでノズル外部を洗浄する。洗浄時以外は、電磁バルブ
１２ｄ及び１３ｄを閉じることにより、洗浄液の消耗を
防ぐようにする。分注ノズル２２〜２６も同様の動作を
行う。なお分注ノズル２６は反応終了後の測定溶液を吸
引し、測定用溶液の注入口９ａに搬送し、計量装置部９
内の測光セルに測定溶液を移すために使用される。

また洗浄ノズル３３．３４．３５は上下移動機構をもつ
アームに保持されており、各位置に搬送されてきた反応
容器内を洗浄し、ＢＦ分離等を行う。各洗浄ノズル３３
．３４．３５には、洗浄液１１を送水ポンプ１２と電磁
バルブ１２ｅＳ１２ｂ、　１２ｇにより噴出させるノズ
ルと、電磁バルブ１３ｅ、１３ｂ１１３ｇと吸引ポンプ
１３により液を吸引するためのノズルを有している。吸
引された液は廃液ボトル１４に排出される。

反応の手順について説明する。反応容器ラックｌから反
応容器３６力月個／ステップで間欠的に反応容器搬送部
２に送り出され、順次搬送される。

反応容器搬送部２には反応容器の中心軸まわりで回転さ
せる攪拌機構部１０が付いており、溶液などの攪拌時に
使用される。

まず反応容器３６に試薬用ターンテーブル３の試薬３ａ
を分注ノズル２１で分注する。分注手順は上記に述べた
ようにする。一定時間インキュベートする。インキュベ
ートの時間は搬送部による搬送時間間隔と次の操作を行
う位置までのステップ数により決定される。一定時間の
インキュベートの後、洗浄ノズル３３で容器内を洗浄し
、ＢＦ分離を行う。次に測定試料用ターンテーブル４の
測定試料４ａを分注ノズル２４で分注する。以下同様に
、洗浄ノズル３４による洗浄、試薬５ａの分注ノズル２
２による分注、洗浄ノズル３５による洗浄、試薬６ａの
分注ノズル２５による分注、試薬７ａの分注ノズル２３
による分注を行う。

以上の操作て得られる反応溶液を分注ノズル２６により
吸引し、計量装置部９の測定用溶液の注入口９ａ位置に
搬送し、測光用セルに排出し、反応試薬に応じた各種の
測光を行う。なお、試薬３ａ、５ａ、６ａ、７ａの分注
、つまり、分注ノズル２１．２２．２３．２５の動作は
、そのすべてについて、必ずしも行う必要はなく、反応
方法によって必要とされる試薬の数などに応じて、反応
方式に適した位置で動作すればよい。　これらの試薬の
選定（ターンテーブルの回転）、分注ノズル、洗浄ノズ
ル、シリンジピペッタ、電磁バルブ、ポンプ、搬送機構
部の動作、攪拌動作、及び次に示す計測部の動作等は、
制御・演算装置３７で制御される。また測定値の補正、
濃度換算等の処理は記憶装置４１のデータファイルを参
照して制御・演算装置３７で行い、その結果などを表示
部３８またはプリンタ４０に表示する。またキーボード
３９により制御・演算装置３７て行う処理をプログラム
することができる。

以上の操作で得られた反応溶液を計量装置部９で測定す
る機構について第２図を用いて説明する。

第２図は、計量装置部の主要な構成要素及びその立体構
成図を示す。計測部は、後に詳述するが、以下に示す構
成部材、即ち、測光セル用のターンテーブル４２、測光
セル４３〜４６、セル洗浄機構部４７．４８．４９．光
源５０、光源用シャッタ５１、光チョッパ５２、光検出
器用シャッタ５３、光検出器である光電子増倍管５４、
増幅器５５、フィルタ移動機構部５６、多連のフィルタ
ホルダ５７、フィルタ移動機構部５８、多連のフィルタ
ホルダ５９、蛍光測定光学系保持台６０、蛍光測定光学
系６１、吸光度測定光学系保持台６２、吸光度測定光学
系６３、発光測定光学系保持台６４、発光測定光学系６
５、光学系保持台水平移動機構部６６、光学系保持台上
下移動機構部６７で構成される。

また、洗浄機構部４７．４８．４９にはそれぞれ洗浄ノ
ズル４７ａ、４８ａ、４９ａ、及び上下移動機構部４７
ｂ、４８ｂ、４９ｂが具備されている。

光測定を行うための反応溶液は、第１図の分注ノズル２
６により測光セル４３に移される。この溶液の蛍光測定
または吸光測定、発光測定、散乱光測定を行う。この実
施例の装置において、測定に当たっては、光源５０、光
源用シャッタ５１、光チョッパ５２、光検出器用シャッ
タ５３、光電子増倍管５４、増幅器５５は測光セル４３
の同一光軸上に固定してあり、蛍光、吸光、発光、散乱
光の測定に際して移動しない。そして、複数の測光光学
系を移動し、その必要な部分のみを使用するようにする
。

例えば、多連のフィルタホルダ５７及び５８には複数の
光学フィルタを組み込んでおり、それぞれフィルタ移動
機構部５６及び５８によ′って、蛍光、吸光、発光、散
乱光の測定に適当な光学フィルタを測光光軸上に挿入で
きるようにしている。また、この実施例においては、測
光セル４３の光軸の下部に、上記の光源、シャッタ、光
チョッパ、光電子増倍管、増幅器、フィルタを除いた蛍
光測定光学系６１、吸光度測定光学系６３、発光測定光
学系６５（それぞれについては後に詳述する）を組み込
んだそれぞれの保持台６０．６２．６４を並べて配置し
、それぞれを適宜の構成を持つ光学系保持台水平移動機
構部６６及び光学系保持台上下移動機構部６７で移動さ
せる。

例えば蛍光測定光学系６１を組み込んだ保持台６０を、
光学系保持台水平移動機構部６６により測光セル４３の
真下に移動させて、光学系保持台上下移動機構部６７に
より測光セル４３の位置まで持ち上げることにより、蛍
光測定機構部を構成し、蛍光測定を可能にする。光学系
保持台水平移動機構部６６及び光学系保持台上下移動機
構部６７によって測光セル４３の位置に任意の測定機構
部を形成することができる。

測定後は、ターンテーブルを回転させて、洗浄機構部に
より測光セル内の溶液の除去、及び洗浄を行う。洗浄機
構部４７．４８．４９は測光位置以外の３箇所に設けた
。各洗浄機構部ではまず上下移動機構部により、洗浄ノ
ズルを測光セル内に挿入し、一方のノズルで洗浄液を噴
出させつつ、もう一方のノズルから液を吸引する動作を
行い、セル内部の洗浄を行う。洗浄後の測光セルは再び
反応溶液の測定に使用される。

第３図は、移動機構部６６及び６７によって形成される
測光光学系の概略図である。同図（ａ）は蛍光測定光学
系６１により形成された蛍光測定機能を有する測定装置
である。光源５０の光をシャッタ５１、光チョッパ５２
を通し、レンズ６８により平行光とする。フィルタ移動
機構部５６によりフィルタホルダ５７内の干渉フィルタ
を光路に挿入し単色光６９を得る。

この単色光をミラー７０．７１、？２及びレンズ７３に
より蛍光集光光学系と垂直方向から測光セル４３に照射
する。測光セル４３を通過した光は光トラップ７４に吸
収させて迷光成分の減少を図った。

発する蛍光７８はレンズ７６．７７で集光し、スリット
を兼ねたシャッタ５３を通し、光電子増倍管５４で検出
し、増幅器５５で増幅する。増幅した信号は制御・演算
装置３７で処理する。信号は交流信号であリ、光チョッ
パ５２のチョッピング周波数に同期した信号を同期検波
することでより安定な信号値を得た。またレンズ７６と
反対方向に発する蛍光は球面ミラー７５で測光セル４３
に戻され、レンズ７６て集光できるようにした。フィル
タホルダ５９に組み込んだ蛍光波長を透過させる干渉フ
ィルタまたは色ガラスフィルタを光路に挿入することに
より迷光の除去が図れる。

なお、第２図の蛍光測定光学系６１は、第３図（ａ）中
のレンズ６８．７３．７６．７７、ミラー７０．７１゜
７２、球面ミラー７５、光トラップ７４の部分だけで構
成されている。また本測定装置は散乱光測定の場合にも
使用する。この場合、光源側のフィルタと光電子増倍管
側のフィルタが同じ干渉フィルタなるようにフィルタホ
ルダ５７．５９内のフィルタをフィルタ移動機構部５６
．５８で選択する。

第３図（ｂ）は、吸光度測定光学系６３により形成され
た吸光度測定機能を有する測定装置である。

光源５０の光をシャッタ５１．光チョッパ５２を通し、
レンズ７９により平行光とする。フィルタ移動機構部５
６によりフィルタホルダ５７内の干渉フィルタを光路に
挿入し吸収測定用の単色光８１を得る。この単色光を測
光セル４３に照射する。測光セル４３を通過した透過光
８２は、再び同じ波長の干渉フィルタを通して迷光を除
去し、レンズ８ｏで集めて、スリットを兼ねたシャッタ
５３を通して光電子増倍管５４で検出する。

検出信号は増幅器５５で増幅し、制御・演算装置３７で
処理する。信号は交流信号であり、光チョッパ５２のチ
ョッピング周波数に同期した信号を同期検波することで
より安定な信号値を得、吸光度、透過率等の計算を行う
。なお、第２図の吸光度測定光学系６３は、第３図（ｂ
）中のレンズ７９．８ｏだけで構成されている。

第３図（ｃ）は、発光測定光学系６５により形成された
発光測定機能を有する測定装置である。光源５０の光は
不要のため、シャッタ５１により光を遮断する。また光
チョッパ５２の機能は使用しない。

発光測定光学系６５は球面ミラー８３、石英ガラスから
なる光導波８４．８５．８６だけで構成されている。

光導波８４．８５．８６は測定セル４３及び光電子増倍
管５４に面した部分以外はすべてミラー処理を施し、発
光の集光効率を向上させた。また、球面ミラー８３によ
り光電子増倍管５４と反対側に発する光も効率良く光導
波路内に導入される。

次に、本装置の動作について、実際の測定試料を使用し
て説明する。

ヒトα−フェトプロティン（ｈＡＦＰ）を酵素アルカリ
フォスファターゼ（ＡＬＰ）と４−メチルウンベリフェ
リルリン酸（４−ＭＵＰ）による蛍光測定法で、またヒ
ト甲状腺刺激ホルモン（ｈＴＳＨ）を酵素ペルオキシダ
ーゼ（ＰＯＤ）とルミノールと過酸化水素及び発光のエ
ンハンサ−としてｐ−ヨードフェノールによる発光測定
法で、ヒトβ２−マイクログロブリンＣｈｆ３２−ＭＧ
）をラテックス粒子の凝集による散乱光測定法で、及び
ヒトイムノグロブリンＧ（ｈＴｇＧ）を酵素ペルオキシ
ダーゼ（ＰＯＤ）と１．２−フェニレンジアミンと過酸
化水素による吸光度測定法で定量する方法について説明
する。

反応容器として、抗マウスイムノグロブリンＧ（ＩｇＧ
）抗体（ウサギ）を固定化したガラス試験管状の容器を
使用し、すべての反応系に対応できる共通の反応容器と
した。

試薬用ターンテーブル３には、抗ｈＡＦＰ抗体（マウス
）溶液、抗ｈＴＳＨ抗体（マウス）溶液、抗ｈＩｇＧ抗
体（マウス）溶液をセットした。

試薬用ターンテーブル５には、ＡＬＰ標識抗ｈＡＦＰ抗
体（マウス）溶液、ＰＯＤ標識ｈＴＳＨモノクローナル
抗体（マウス）溶液、抗ｈβ２ＭＧ感作ラテックス粒子
溶液（０，５μｍ径、濃度０．１％）、ＰＯＤ標識抗ｈ
ＩｇＧ抗体（マウス）溶液をセットした。

試薬用ターンテーブル６には、０．２ｍＭの４−ＭＵＰ
溶液（グリシン−ＮａＯＨ緩衝溶液、ｐＨ９，５）、０
．１ｍＭのルミノール溶液（０，１Ｍ）リス緩衝液、ｐ
Ｈ８，６）、１ｍＭの過酸化水素溶液、１ｍＭのｐ−ヨ
ードフェノール溶液、１５ｍＭの１，２−フェニレンジ
アミン溶液（５０ｍＭ酢酸ナトリウム緩衝液、ｐＨ５，
０）をセットした。

試薬用ターンテーブル７には、０．５Ｍのに２）ＩＰＯ
。

−ＫＯＨ緩衝液（ＥＤＴＡ含む、１）Ｈｌｏ、４）　、
２０ｒｎＭの亜硫酸ナトリウム溶液をセットした。

以上の試薬のセットの状態をキーボードで入力すること
で表１のような測定物質と反応試薬の組合せを装置が自
動決定し、自動測定が可能になる。

（本頁以下余白）なお試薬の容器にその試薬の種類、濃度、ｐＨ等を記録
したバーコード、磁気コード等の光学的、磁気的な手段
等で識別可能なマークをつけておき、その読み取り機能
を各試薬のターンテーブルに付加することで試薬の自動
識別を行うこともてきる。

このような機能を付加すれば、誤入力等の人工エラーを
防ぐことができる。

ｈＡＦＰの測定では、まず搬送された反応容器３６に、
試薬用ターンテーブル３内の試薬３ａの抗ｈＡＦＰ抗体
（マウス）溶液を分注ノズル２１で分注し、攪拌機構部
１０で攪拌して反応させる。この操作により、反応容器
の抗マウスＩｇＧ抗体（ウサギ）と抗ｈＡＦＰ抗体（マ
ウス）が結合し、抗ｈＡＦＰ抗体が固相として固定化さ
れる。次に、洗浄ノズル３３で容器内の不要な抗体を洗
浄して除去する。次に測定試料４ａである血清を分注ノ
ズル２４で分注し、攪拌機構部ｌＯで攪拌して反応させ
る。

次に、未反応の物質及び不要な共存物質を洗浄ノズル３
４で洗浄して除去し、試薬用ターンテーブル５内の試薬
５ａのＡＬＰ標識抗ｈＡＦＰ抗体（マウス）溶液を分注
ノズル２２で分注し、攪拌機構部ｌＯで攪拌して反応さ
せる。次に、未反応の抗体を洗浄ノズル３５て洗浄して
除去する。以上の操作で血清試料中のｈＡＦＰの量に比
例したＡＬＰを反応容器内に捕捉することができる。こ
のＡＬＰ量を酵素活性を利用して測定する。

まず、試薬用ターンテーブル６内の試薬６ａの４−ＭＵ
Ｐ溶液を分注ノズル２５で分注し、攪拌機構部ｌＯで攪
拌して反応させ、酵素活性により、蛍光性の４−メチル
ウンベリフェロンを生成させる。

一定時間の反応の後、試薬用ターンテーブル７内の試薬
７ａのに２ＨＰＯ４−ＫＯＨ緩衝液を分注ノズル２３で
注入し酵素活性を停止させて、蛍光測光用の反応溶液を
得る。この反応溶液を分注ノズル２６て計測部９の注入
口９ａに導き、第２図に示した測光セル４３に注入する
。蛍光測定は、光学系保持台水平移動機構部６６、光学
系保持台上下移動機構部６７により蛍光測定光学系６１
を組み込んだ保持台６０を選択して、第３図（ａ）のよ
うな蛍光測定機構部を構成し、蛍光測定を行う。フィル
タホルダ５７．５９内のフィルタを選択して、励起波長
を３７０ｎｍ、蛍光波長を４６０ｎｍとする。この測定
結果により、あらかじめ求めておいた定量曲線からｈＡ
ＦＰの濃度を決定する。

ｈＴＳＨの測定では、分注ノズル２１による抗ｈＴＳＨ
抗体（マウス）溶液（試薬３ａ）の分注、攪拌、洗浄ノ
ズル３３による洗浄、分注ノズル２４による測定試料４
ａである血清の分注、攪拌、洗浄ノズル３４による洗浄
、分注ノズル２２によるＰＯＤ標識抗ｈＴｓＨモノクロ
ーナル抗体（マウス）（試薬５ａ）の分注、攪拌、洗浄
ノズル３５による洗浄、分注ノズル２５によるルミノー
ル溶液（試薬６ａ）、ｐ−ヨードフェノール溶液（試薬
６ａ）、過酸化水素溶液（試薬６ａ）、の分注、攪拌を
行う（分注ノズル２３の動作は行わない）。

この操作で得た反応溶液から、捕捉されたＰＯＤ量に比
例した発光が生じる。この反応溶液を分注ノズル２６で
計測部９の注入口９ａに導き、第２図に示した測光セル
４３に注入する。光学系保持台水平移動機構部６６、光
学系保持台上下移動機構部６７により発光測定光学系６
５を組み込んだ保持台６４を選択して、第３図（ｃ）の
ような発光測定機構部を構成し、発光強度の測定を行う
。この測定結果により、あらかじめ求めておいた定量曲
線からｈＴＳＨの濃度を決定する。

ｈβ２　　ＭＧの測定では、洗浄ノズル３３による洗浄
、分注ノズル２４による測定試料４ａである血清の分注
、分注ノズル２２による抗ｈβ２　　ＭＧ感作ラテック
ス粒子（試薬５ａ）の分注、攪拌を行う　（なお分注ノ
ズル２１．２３．２５及び洗浄ノズル３４．３５の動作
は行わない）。この操作で得た反応溶液では、抗原であ
るｈβ２−ＭＧによる粒子の凝集が生じており、この凝
集状態を光散乱で測定する。

反応溶液を分注ノズル２６で計測部９の注入口９ａに導
き、第２図に示した測光セル４３に注入する。

光学系保持台水平移動機構部６６、光学系保持台上下移
動機構部６７により蛍光測定光学系６１を組み込んだ保
持台６０を選択して、第３図（ａ）のような蛍光測定機
構部を構成する。フィルタホルダ５７．５９内のフィル
タを選択して、励起波長を８５０ｎｍ、蛍光波長を８５
０ｎｍと同じ波長とすることで散乱光強度に応用する。

本装置で光散乱光強度を測定する。この測定結果により
、あらかじめ求めておいた定量曲線からｈβ、−ＭＧの
濃度を決定する。

ｈ　Ｉ　ｇＧの測定では、分注ノズル２１による抗ｈＩ
ｇＧ抗体（マウス）溶液（試薬３ａ）の分注、攪拌、洗
浄ノズル３３による洗浄、分注ノズル２４による測定試
料４ａである血清の分注、攪拌、洗浄ノズル３４による
洗浄、分注ノズル２２によるＰＯＤ標識抗ｈＴｇＧ抗体
（マウス）（試薬５ａ）の分注、攪拌、洗浄ノズル３５
による洗浄、分注ノズル２５による１、２−フェニレン
ジアミン溶液（試薬６ａ）、過酸化水素溶液（試薬６ａ
）の分注、攪拌、分注ノズル２３による亜硫酸ナトリウ
ム溶液（試薬７ａ）の分注を行う。

本反応により生じる発色の程度を吸光度で測定する。反
応溶液を分注ノズル２６で計測部９の注入口９ａに導き
、第２図に示した測光セル４３に注入する。吸光度測定
は、光学系保持台水平移動機構６６、光学系保持台上下
移動機構部６７により吸光度測定光学系６３を組み込ん
だ保持台６２を選択して、第３図（ｂ）のような吸光度
測定機構部を構成し、吸光度測定を行う。フィルタホル
ダ５７．５９内のフィルタを選択して、ともに波長を４
９１ｎｍの干渉フィルタを使用する。この測定結果によ
り、あらかじめ求めておいた定量曲線からｈＩｇＧの濃
度を決定する。

本実施例では、試薬７ａにに２ＨＰＯ４−ＫＯＨ緩衝液
、亜硫酸ナトリウム溶液を用意して使用した。これらは
、それぞれ、ＡＬＰ、ＰＯＤの酵素活性の停止剤てあり
、この試薬の注入によって反応停止後の蛍光強度、吸光
度を測定した。停止剤を使用せずに、蛍光強度の時間的
な増分、吸光度の時間的な増分を測定するいわゆるレー
ト法で測定することも可能である。

また、本装置に適用できる標識物には、上記のペルオキ
シダーゼ、アルカリフォスファターゼ、凝集用のラテッ
クス粒子の他、グルコース−６−リン酸脱水素酵素、グ
ルコースオキシダーゼ等の酵素、またフルオレセインイ
ソチオシアネート等の蛍光物質、イソルミノール、ビス
（２，４，６−ドリクロロフエニル）オキザレート、ル
シゲニン、アクリジニュムエステル等の発光物質、ＮＡ
ＤＨ等の補酵素、粒子数計数用の微粒子等の種々の物質
が適用できる。酵素等の場合は、さらに適当な基質を選
択することができる。このことから、種々の反応方式及
び測光方式で任意の物質を測定することができる。

また、本実施例では、反応容器として、抗マウスＩｇＧ
抗体（ウサギ）を固定化したガラス試験管状の容器を使
用し、任意の反応系に対応できる共通の反応容器とした
。共通の反応容器にすることで試薬の調製及び供給を簡
単に行うことができる。また抗体を固定化しない試験管
状の容器を使用するには、任意の容器、例えばポリプロ
ピレン製の容器を使用し、別に抗体を固定化したガラス
ピーズを使用することで対応することかできる。

この場合は、各容器にあらかじめ抗体固定化ガラスピー
ズをセットしておくか、または、装置に抗体固定化ガラ
スピーズカセットとビーズ搬送機構部を設けて自動的に
容器内に装填する方法を採る。このようなビーズ搬送機
構部を設けた場合、共通のビーズではなく、測定物質に
応じたビーズを用意し、測定物質に応じたビーズを選別
して容器内に装填することて反応を行うこともてきる。

本実施例の計測部では、各測光機能に共通した部分、例
えば、光源、光検出部なと、を固定し、異なる部分、即
ち、測光光学系を切りかえて用いる方式を採っている。

本方式により、計測部の構成部品が少なくなり、コスト
の低減が図れる。また、測光光学系を切りかえることに
より、１つの反応容器を複数の異なる手段で測定するこ
とができる。このことにより、より高精度に濃度を定量
することかでき、また測定濃度領域を広げることができ
る。例えば、反応液中の蛍光物質量を蛍光強度と吸光度
により定量することで測定誤差を少なくすることができ
る。

また、蛍光測定での定量域と吸光度測定での定量域とが
異なることを利用して、高濃度の試料についても定量す
ることが可能になる。同様に、酵素反応により生成する
発光物質の量を発光測定で定量し、さらに生成した発光
物質の総量を蛍光測定または吸収測定で定量することも
可能である。

〔実施例２〕本発明の別の実施例を、第４図及び第５図により説明す
る。第４図は計量装置部の構成図であり、第５図は第４
図の計量装置部に構築された各計測機能を有する測光光
学系の構成図である。この実施例において、反応部は実
施例１と同じものを使用した。

第４図の計量装置部について説明する。計測部は、それ
ぞれについて後に詳述するが、次のような構成部材から
なっている。即ち、反応終了後の反応容器８７内の反応
溶液８８を吸引するための吸引ノズル８９及びノズル移
動機構部９０、テフロンチューブ９１、散乱光測定用励
起光光学系９２、散乱光測定用フローセル９３、散乱光
検出光学系９４、吸光度測定用励起光光学系９５、吸光
度測定用フローセル９６、透過光測定光学系９７、蛍光
測定用励起光学系９８、蛍光測定用フローセル９９、蛍
光測定光学系１００、発光測定用フローセル１０１、発
光測定用光学系１０２、吸引ポンプ１０３、廃液タンク
１０４、及び吸引ノズル８９洗浄用の洗浄液タンク　１
０７、洗浄液１０８、送水ポンプ１０６、洗浄槽１０５
で構成される。

反応溶液８８は、吸引ノズル８９及び吸引ポンプ１０３
で吸引され、テフロンチューブ９１を介して測光用のフ
ローセル９３、フローセル９６、フローセル９９、フロ
ーセル１０１を順次通過し、各フローセル位置で各種の
測光を行うようにしている。このように、反応溶液の搬
送だけで複数の測光を行うことができる。反応溶液の吸
引、測光を終えると、ノズル移動機構部９０により吸引
ノズル８９を洗浄槽１０５内に挿入する。

洗浄槽１０５では洗浄液タンク１０７内の洗浄液１０８
が送水ポンプ１０６により洗浄槽１０５内に噴出し、ノ
ズル外部が洗浄される。また洗浄液を吸引ポンプ１０３
で吸引することにより、ノズル内部が洗浄される。なお
、１つの反応溶液に対して４種類の測光を行うことがで
きるが、一般には必要な測光値のみを選択して信号処理
を行う。

第５図に第４図に示した各種の計測機能を有する測光光
学系の概略図を示す。

第５図（ａ）は発光測定用フローセル１０１、発光測定
用光学系１０２により形成された発光測定機能を有する
測定装置の構成である。発光測定用フローセル１０１は
薄型のフローセルを使用した。これを光電子増倍管１１
０とミラー１０９ではさんで発光を効率良く検出するよ
うにしている。光電子増倍管の信号は増幅器１１１で増
幅されて制御・演算装置３７に送られる。

第５図（ｂ）は蛍光測定用励起光学系９８、蛍光測定用
フローセル９９、蛍光測定光学系１００により形成され
た蛍光測定機能を有する測定装置の構成図である。光源
１１２の光をシャッタ１１３、光チョッパ１１４を通し
、レンズ１１５により平行光とする。

励起光用干渉フィルタ１１６を光路に挿入し単色光とし
、レンズ１１７で蛍光測定用フローセル９９に照射する
。

フローセルを通過した光は光トラップ１１８に吸引させ
て迷光成分の減少を図った。発する蛍光はレンズ１２０
、蛍光用干渉フィルタ１２１、レンズ１２２て集光し、
スリットを兼ねたシャッタ１２３を通し、光電子増倍管
１２４で検出し、増幅器１２５で増幅する。増幅した信
号は制御・演算装置３７で処理する。信号は交流信号で
あり、光チョッパ１１４のチョッピング周波数に同期し
た信号を周期検波することてより安定な信号値を得た。

またレンズ１２０と反対方向に発する蛍光は球面ミラー
１１９でフローセルに戻され、レンズ１２０で集光でき
るようにした。

第５図（Ｃ）は吸光度測定用励起光光学系９５、吸光度
測定用フローセル９６、透過光測定光学系９７により形
成された吸光度測定機能を有する測定装置の構成図であ
る。光源１２６の光をシャッタ１２７、光チョッパ１２
８を通し、レンズ１２９により平行光とする。吸光度測
定用干渉フィルタ１３０で単色光を得、吸光度測定用フ
ローセル９６に入射させる。

フローセルを通過した透過光は、再び同じ波長の干渉フ
ィルタ１３１を通して迷光を除去し、レンズ１３２で集
めて、スリットを兼ねたシャッタ１３３を通して光電子
増倍管１３４で検出する。

検出信号は増幅器１３５で増幅し、制御・演算装置３７
で処理する。信号は交流信号であり、光チョッパ１２８
のチョッピング周波数に同期した信号を同期検波するこ
とでより安定で精度のよい信号値を得、吸光度、透過率
等の計算を行うことができる。

第５図（ｄ）は散乱光測定用励起光光学系９２、散乱光
測定用フローセル９３、散乱光検出光学系９４により形
成された散乱光測定機能を有する測定装置の構成図であ
る。光源１３６の光をシャッタ１３７を通し、レンズ１
３８により平行光とし、散乱光測定用干渉フィルタ１３
９で単色光を得、散乱光測定用フローセル９３に照射す
る。フローセルを通過した光のうち平行光は光トラップ
１４１で吸収し、それ以外の散乱光は積分球１４０で集
められて光電子増倍管１４２で検出する。検出信号は増
幅器１４３で増幅し、制御・演算装置３７で処理する。

以上のように同一流路上に上述のような測光系を構築す
ることで複数の測定を簡単に行うことができる。なお、
光源１１２．１２６．１３６は、複数の光源を用いる必
要はなく、単一の光源を使用し、ミラー、ハーフミラ−
等で分岐させてもかまわない。不必要な光源の光はシャ
ッタで遮断することにより、他の測光系に対する迷光を
防ぐことができる。

実施例１と同様に、ヒトα−フェトプロティンＡＦＰ）
を酵素アルカリフォスファターゼ（ＡＬＰ）と４−メチ
ルウンベリフェリルリン酸（４−ＭＵＰ）による蛍光測
定法で、またヒト甲状腺刺激ホルモン（ｈ　Ｔ　Ｓ　Ｈ
）を酵素ペルオキシダーゼ（ＰＯＤ）とルミノールと過
酸化水素及びｐ−ヨードフェノールによる発光測定法で
、ヒトβ２−マイクログロブリン（ｈβ２　　ＭＧ）を
ラテックス粒子の凝集による散乱光測定法で、及びヒト
イムノグロブリンＧ（ｈｌｇＧ）を酵素ベルオキシター
ゼ（ＰＯＤ）と１，２−フェニレンジアミンと過酸化水
素による吸光度測定法で定量する方法について説明する
。

実施例１と同様に、反応させて得た反応溶液を第４図及
び第５図の測定機構部で計測する。反応溶液を吸引ノズ
ル８９て吸引し、順次フローセルを通過させ、目的の位
置で測光する。ｈＡＦＰの場合は、蛍光測定機構部（第
５図（ｂ））で、ｈＴＳＨの場合は、発光測定機構部（
第５図（ａ））で、ｈβ、−ＭＧの場合は、吸光度測定
機構部（第５図（Ｃ））で、ｈＩｇＧの場谷は、散乱光
測定機構部（第５図（ｄ））で測定する。測定結果をも
とに、あらかじめ求めておいた定量曲線から濃度を決定
する。

本実施例では、反応溶液が各測光用のフローセルをすべ
て通過するため、原理的にすべての測光が可能になる。

そのため、１つの反応溶液を複数の異なる測光手段で測
定することができ、高精度に広範囲に濃度を定量するこ
とができる。例えば、蛍光物質は、特定の光を吸収する
ことから、蛍光測定の他に吸光度測定でも定量できる。

蛍光測定の定量域の吸光度測定の定量域は異なっており
、この２種の測定により、定量範囲を実質的に広げるこ
とができる。また、ラテックス粒子の測定時以外で、散
乱光強度をモニターすることにより、溶液中のゴミから
の散乱光が、蛍光強度または吸光度の測定値におよぼす
影響を補正することかでき、より高精度な定量が可能に
なる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、複数の計測機能を設けることにより、
種々の試薬の使用が可能になり、反応方式の制限が無く
なり、広範囲の種類の生体関連物質を定量することがで
きる。

また複数の計測機能は、すべて光学的な測光機能であり
、それらの構成要素には複数の測光光学系に対し、共通
の部分が存在する。そこで複数の測光光学系に対し、共
通の部分を共用するようにしたことにより、高価な部品
の多用を防ぐことかでき、より安価な構成とすることが
できる。

また、それぞれの測光光学系を最適に構成することが容
易にでき、高感度な測定が可能になる。

さらに、所定のプログラムに従い、測定溶液を連続的に
流すフローセルを使用し、複数の任意の測定機能を有す
る測光機構部をフローセルに沿って配置して、複数の測
光を同時に行うことができ、必要な測定値は電気的に処
理することかでき、より安定で、可動部の少ない装置を
構成することができる。また、容易に最適な測光光学系
を構成することができ、高感度な定量が可能になる。

また、被測定物質に応じて、反応試薬を試薬テーブルか
ら自動的に選択する機能を具備することで、測定の自動
化が可能になる。さらにまた、複数の計測機能のなかの
測光機能を反応試薬の種類に応じて選択し、また定量す
る機能を具備することで測定の自動化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による測定装置の全体構成図、第２図は
実施例１における計量装置部の主要な構成要素及びその
立体構成図、第３図は実施例１における計量装置部で構
築される測光光学系の構成図、第４図は本発明における
実施例２における計量装置部の構成図、及び第５図は実
施例２における計量装置部に構築された各計測機能を有
する測光光学系の構成図である。ｌ・・・反応容器ラック、２・・・反応容器搬送部、３・・・試薬用ターンテーブル、４・・・測定試料用ターンテーブル、９・・・計量装置部、１２・・・送水ポンプ、１３・・・吸引ポンプ、３７・・・制御・演算装置、４３、４４．４５．４６・・・測光セル、５０・・・光
源、５４・・・光電子増倍管、６１・・・蛍光測定光学系、６３・・・吸光度測定光学系、６５・・・発光測定光学系、９３・・・散乱光測定用フローセル、９６・・・吸光度測定用フローセル、９９・・・蛍光測定用フローセル、・・・発光測定用フローセル、

Claims

【特許請求の範囲】１、試料中の被測定物質と特異的に結合する物質に計測
可能な標識物質を結合させた物質を、該被測定物質に反
応させる反応装置部、及び該反応装置部での反応生成物
を定量する計量装置部、とからなる生体関連物質の測定
装置、であって、該反応装置部は単一の反応機構からな
り、該計量装置部は複数の光学計測機能を有し、該複数
の計測機能を単一でまたは２以上のものを同時に選択的
に使用し得るように構成されている、生体関連物質の測
定装置。２、該光学計測機能が、蛍光強度測定機能、吸光度測定
機能、散乱光強度測定機能、及び／または発光強度測定
機能のいずれかの２以上の機能であり、計量装置部は、
それらの機能を単一でまたは２以上のものを同時に選択
的に果たし得るように構成されている、請求項１に記載
の生体関連物質の測定装置。３、該計量装置部は、共通の光源、共通の光検出部、及
び共通の測光位置を持ち、該２以上の計測機能にそれぞ
れ対応する複数の測光光学系が該共通の光源と共通の光
検出部との間で、選択的に計測位置、非計測位置とに位
置変更可能となっている、請求項２に記載の生体関連物
質の測定装置。４、該計量装置部は、測定溶液を連続的に流すフローセ
ルを有し、該２以上の計測機能にそれぞれ対応する複数
の測光機構が該フローセルに沿って配置されている、請
求項２に記載の生体関連物質の測定装置。５、該反応装置部は、異なった複数の反応試薬を有して
いて、所定のプログラムに従い、所要の反応試薬を自動
的に選択し得るように構成されている、請求項１ないし
４に記載の生体関連物質の測定装置。６、所定のプログラムに従い、該反応装置部での反応試
薬と被測定物質との組み合わせに応じて、該計量装置部
の複数の計測機能から適宜のものを選択しかつ計量する
ようになっている、請求項１ないし５に記載の生体関連
物質の測定装置。