JPH11509635A - 自動化学分析機においてサンプルを前処理するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 同心配置したインキュベーションおよび処理カルーセルを採用する、サンプル中の検体のためのサンプルの不均質イノムアッセイの実施に使用する前プロセッサー。単一移行ステーションがサンプルおよび試薬を含んでいる反応容器のカルーセル間の移動を許容する。サンプルは処理カルーセル上で分離、洗浄および混合され、そしてインキュベーションカルーセル上でインキュベートされ、このように処理スループットをスピードアップする。

Description

【発明の詳細な説明】 自動化学分析機においてサンプルを前処理するための方法および装置本発明の分野 本発明は、液体サンプルを処理するための、そして詳しくは尿、血清、血漿、 脳脊髄液等のような生物学的流体を処理するための方法および装置に関する。特 に、本発明は、不均質イムノアッセイの間実施される処理ステップのシーケンス を通じてサンプルを自動的に処理する方法および手段を提供する。本発明の背景 完全自動化診断分析機は、尿、血清、血漿、脳脊髄液の生物学的流体の化学的 アッセイおよびイムノアッセイを実施するために商業的に利用されている。一般 に、患者サンプル中の検体とアッセイの間使用される試薬の間の反応は、分析機 によって測定することができるある種の信号を発生を招来する。この信号から患 者サンプル中の検体濃度を計算することができる。 不均質イムノアッセイは、それらの融通性が測定される大サイズおよび小サイ ズ分析の両方を許容するために広く使用される。これらは、（１）検体を固相へ 結合し、（２）未結合検体を結合した固相から分離し、（３）結合した検体を測 定する三つの基本的ステップを必要とする。物理的分離ステップは大部分の妨害 物質を排除し、それによりより高い感度を提供する。不均質アッセイは競合イム ノアッセイと、サンドイッチアッセイとを含む。診断用分析機は一 般に、そのようなアッセイを提供するためにサンプルおよび試薬の添加、分離、 洗浄および混合のような処理作業がそこで行われる種々の処理ステーションを採 用する。 競合アッセイにおいては、第１の試薬に含まれる抗原に対する抗体は、典型的 には固相を形成するため誘導体化磁性粒子、すなわち磁場に応答する粒子へ結合 される。標識へ結合した抗原よりなる第２の試薬および患者サンプルは試験管内 で固相と混合される。患者抗原が存在しなければ、抗原−標識の５０％ほどは磁 性固相の抗体へ結合する。患者抗原が存在すれば、抗体の一部は患者抗原へ結合 し、標識抗原へ提供されない。この結果として患者抗原の増加量は標識抗原の減 少量へ導かれる。磁気分離は結合した標識を有する固相の磁性粒子を試験管壁上 のペレットへ密集させる。その後遊離標識は完全な洗浄および吸引により除去す ることができる。分離および遊離標識の除去後、結合標識を測定できるように他 の試薬が添加される。 典型的なサンドイッチイムノアッセイにおいては、多数ステップが使用される 。すなわちある抗原に対する抗体が、サンプル中の患者抗原の量に比較して高濃 度で磁性粒子へ結合される。患者抗原は磁性粒子上の抗体により捕捉され、そし て粒子（結合または捕捉された患者抗原を有する）がサンプル中の妨害物質から 分離される。標識を結合した第２の抗体を含んでいる第２の試薬が添加される。 この第２の抗体は、磁性粒子上の第１の抗体により捕捉された患者抗原へ結合し 、そして第２の抗体標識が磁性粒子上の第１の抗体へ該抗原によりしっかり固定 されるように、サンドイッチの形成が生ずる。この時点で、完全な洗浄および磁 気分離は患者抗原へ比例す る結合標識の決定を許容し、第２の試薬の過剰の標識は洗浄作用によって除去さ れている。 不均質イムノアッセイの両方のタイプにおいて、妨害成分を排除し、そして偽 のアッセイ結果を防止するためには、かなりの資源および時間が十分に高い程度 の洗浄を達成するために必要である。自動分析機においてこれが達成される程度 は分析機の感度への重要な貢献因子である。 高いスループットはそのような分析機の望ましい特性である。高スループット の維持への重要な貢献因子は、信号測定ステップが実施される前に必要な種々の 異なる不均質アッセイ処理ステップを通って複数のサンプルを処理する能力であ る。これらの多数処理ステップはスループットを制限する傾向にある。新しい自 動分析機、特に多数の別々の処理作業をしばしば必要とする複数”サンドイッチ ”不均質イムノアッセイを含んでいる自動分析機の設計では、最小の物理的空間 を占めながら多種類の検体を検出できる能力が重要な性能利益である。一般に、 多数の容器を同時に処理できる故に、反復される中断されない作業がスループッ トを増強する。 反復作業は、不均質”サンドイッチ”イムノアッセイの場合特に達成するのが 困難である。これは人力で実施する時でさえも特に困難な作業である。多数のタ イプのイムノアッセイが可能である自動分析機へ自動洗浄操作が組み込まれる時 にはこれは特別な問題である。これは多数洗浄ステーションを必要とし、そして これは典型的には自動分析機中にそのような多数洗浄ステーションを設置するこ とによって典型的に達成される。例えば、ある種の不均質アッセイの感度要求は 、洗浄効率が非常に高くなければならないことを要請 する。これは通常反復洗浄により得られ、めいめいの続く洗浄は次第に低いバッ クグラウンドレベルが得られるように望まない液体および試薬を除去する。同時 に、そのような洗浄計画は、種々の処理資源の使用に制限を課す。何となれば分 析機は洗浄活動中静止していることを要するからである。通常、アッセイは４回 の分離ステップで交番する合計４回の洗浄を必要とする。従ってこの種の分析機 の重要な設計特徴は、他のサンプルの一つが洗浄されている間に一つのサンプル について含まれる非洗浄資源を生産的とする能力である。しかしながらいくつか の洗浄ステーションを個々に運転するのに必要ないくつかの機構と、洗浄ステー ション自体に必要な機構が全く高価になり得る。 Ｃｌｉｎｃｏｎへ譲渡された米国特許No.４，４５９，２６９は、段階的に回 転し得る円形プレートを備えた自動分析装置を記載する。これはその周縁に複数 の反応チューブと、そのような周縁のまわりの異なる位置に配置されたいくつか の試薬供給ステーションを持っている。多数ステーションの使用は、数種の異な るテスト方法を実施する融通性を機械へ提供せず、再び不均質イムノアッセイに 必要な洗浄を提供しない。 日立製作所製造の慣用の化学分析機、モデル番号７０５０は、複数の洗浄プロ ーブを連結もしくは一団としている。これを実現する時は、多数の分析操作を実 施する機器の能力が同時に損なわれる。 本発明の譲受人へ譲渡されたＬａｓｋａらの米国特許No.５，１０４，８０８ も、洗浄プローブを一団に集めた分析機を記載する。洗浄プローブは一団にされ るが、しかしもとの血清／接合体マトリッ クスの最小量を含有する洗浄した固相を提供する目標を達成するため二つのグル ープに分離されている。Ｌａｓｋａらの特許によれば、洗浄手段は、異なる処理 位置において反応容器中へ同時挿入のため連結もしくは一団化された少なくとも ２本の洗浄プローブを含んでいる。さらに洗浄プローブはシーケンス中のサンプ ルおよび／または試薬位置の第１のものに連続して配置される。サンプルおよび ／または試薬を添加するための手段は、サンプルまたは試薬を受入れる最初のそ して最後の容器に先行および追尾するある数の容器について各サイクル毎に不能 化される。この数は挿入し得る洗浄プローブ間の処理位置の数に相当する。 若竹の米国特許No.５，１８３，６３８は、ＥＩＡイムノアッセイの間必要な 磁性粒子の添加および攪拌のためのいくつかの装置を通って反応容器が運搬され る分析機を開示する。 坂上の米国特許No.５，１９２，５０５は、たった一つの駆動装置によって駆 動される二つの異なる反応ラインが設けられ、一方のラインは比色測定に含まれ るアッセイ作業を提供するのに適し、他方のラインは免疫凝集測定に含まれるア ッセイ作業を提供するのに適している分析機を開示する。この分析機の利点は小 さい物理的サイズのメンテナンスである。 自動分析機に使用される他の特徴の一つは、サンプルを種々のアッセイツール に提供するのに使用される割当て方法である。米国特許No.５，２１２，０９４ に記載されているように、自動化学分析機は円形パターンに配置された反応容器 の奇数を使用する。これら反応容器は次々に円形パターンの半回転プラス反応チ ューブ間の距離を回転させられる。そのようなパターンを使用し、洗浄ステーシ ョ ンを相互に接近してまとめて位置決めし、それにより分析機のコンパクト化を容 易にすることができるが、しかしそのような分析機は不均質イムノアッセイを実 施することはできない。 米国特許No.５，３５２，６１２の分析機は、第１の方向の運動のため第１の 複数の位置に配置されたサンプルを保持するための可動サンプルサポートを含ん でいる。サンプルサポートのための割出駆動は、サンプルサポート中のサンプル を、各増分がサンプルの数に対応する量のサンプルの運動を代表する増分のセッ トで第１の方向に動かす。そのようなシステムはシステム中の論理的スペースの 物理的スペースからの分離を可能にし、スペースおよび時間において作業の適切 なシーケンシングを許容する一方で、機械的設備の設置に一層の自由度を許容す る。このシステムは、サンプルサポートのすべての装荷毎に違って決定される、 回転サンプルサポートの非常に複雑な時間割出し運動を必要とする。最良に理解 されるように、この運動パターンは反応クベットの対の数によって決定される。 このパターンは実施されるアッセイによって変動し、そして異なる処理資源の前 に停止した消費時間は処理資源の作業に従って変動する。 Ｐａｓｔｅｕｒ Ｓａｎｏｆｉ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓへ譲渡された米国特 許No.５，３８０，４８７は、固定期間の時間サイクル内で開始および終了する 固定作業シーケンスがアッセイ資源へ割当てられる分析機を記載する。異なるア ッセイプロトコールを有する異なるサンプルが分析機へ入れられる時、異なるサ ンプルのためのアッセイ資源要件が決定され、そして必要な資源の時間スロット がそれへ割当てられる。不均質イムノアッセイを扱う便宜も設けられ ているが、インキュベーターベルトが洗浄ホイールと物理的に交差しているため 、インキュベーターベルトの割出し時間、洗浄ホイールの割出し時間、および反 応容器が洗浄ホイールに沿って動く時反応容器上で行われる作業のサイクル時間 の間に複雑な関係が確立される。加えて、制御手段は、進行中の他のテストの処 理に対する資源の割当に対し、サイクル毎のアッセイ資源のテストそして次にそ れらの利用可能性のチェックを処理するためにどの時間ベースアッセイ資源を要 するかを決定しなければならない。アッセイ資源の割当てに矛盾がない場合、反 応容器の処理は先行反応容器を逐次追従するであろう。それ故、あるテストのた めのサンプル処理の開始は、処理のためすべての必要なアッセイ資源が整うまで 遅延し得る。そのような時間割はすべてのテストの処理を終了するのに必要な割 出しサイクルの総数を減らし得るが、時間割の矛盾は処理開始を遅延し、そして 処理資源の遊びを招来する。 複雑な不均質イムノアッセイの自動処理で遭遇する問題に対して取られた先行 技術の研究から、サンプルを取り扱うため改良された自動分析機および関連する 方法に対して需要が存在する。同時に、複雑なプログラミングを導入することな く、そして同時に分析機の物理的寸法を最小にし、高いスループットの維持に対 して需要が存在する。特に、自動分析機のスループットを増強／維持するパター ンにおいて、結合／未結合検体分離および洗浄を最小処理時間で提供する方法に 対して需要が存在する。 それ故、本発明の一目的は、不均質イムノアッセイに必要とする作業を増加し た効率と大きく簡単化したサンプル取扱い技術をもって提供する装置を提供する ことである。本発明の概要 先行技術のこれら欠点の多数は、本発明の装置および／または方法の使用によ って克服される。本発明は、サンプル中の検体を検出するため、処理カルーセル およびインキュベーションカルーセルを使用し、不均質アッセイのための固体支 持体を有するサンプルを前処理する方法を提供する。この方法は、 （ａ）インキュベーションカルーセル上のサンプルへ、前記支持体を含む標識 試薬を加える、それにより標識サンプル検体−支持体複合体を形成するステップ 、 （ｂ）サンプルおよび試薬を処理カルーセルへ移すステップ、 （ｃ）サンプルおよび試薬の少なくとも一部分から固体支持体を分離するステ ップ、 （ｄ）固体支持体を洗浄するステップ、 （ｅ）固体支持体を洗浄緩衝液と混合するステップ、 （ｆ）固体支持体と緩衝液をインキュベーショカルーセルへ移すステップ、そ して （ｇ）検体を検出するステップを含んでいる。 これらステップの数およびシーケンスは、処理カルーセルへ移されためいめい の反応容器が、反復される同期パターンを中断することなく単一の移行ステーシ ョンを用いて、追加の処理のため移行ステーションにおいて処理カルーセルから 除去され、そして処理カルーセルへ返還され得るように選択される。 そのような新規なアプローチは、不均質イムノアッセイにおいて必要なサンプ ル洗浄のための厳格な要求を達成することを可能にする。このことは、いくつか のテストもしくはアッセイが洗浄前に異 なる反応時間を持ち、そして試薬添加と、必要な洗浄サイクル内に交番するイン キュベーションステップを含んでいる場合でも真理である。 この方法に関連するのは、固体支持体を使用するサンプルにイムノアッセイ前 作業を実施するための自動サンプルプロセッサーである。固体支持体を使用する 、サンプル中の検体を検出するための分析機中のこのプロセッサーは、 各自サンプルを保持するのに適した複数の反応容器を支持する処理カルーセル と、 前記処理カルーセルと同心状に配置された、各自サンプルを保持するのに適し た複数の反応容器を支持するインキュベーションカルーセルと、 前記カルーセルの一つに隣接して配置された静止処理ステーションであって、 前記固体支持体を反応容器の中味から分離するための手段と、反応容器の中味を 洗浄するための手段と、そして反応容器の中味を混合するための手段を有する静 止処理ステーションと、 各カルーセルを互いに独立して回転する駆動手段であって、前記処理カルーセ ルがその反応容器の各自を隣接するあらかじめ定めた処理ステーションの位置へ 配置するために反復態様で駆動される駆動手段と、 前記カルーセル間で反応容器を移し換え、それにより処理カルーセル上のサン プル処理を中断することなしにインキュベーションカルーセル上のすべての反応 容器のインキュベーションを許容することによって処理時間を改善する移行手段 を備えている。 処理ステーションは、処理カルーセルが分離および洗浄ステップの反復シーケ ンス中のその反応容器を配置することを許容するあらかじめ選定した順序に配置 される。さらに詳しくは、反応容器反復シーケンスは、分離、洗浄および混合で ある。これらの特徴は、高いスループットを有し、類似の機能を一所に配置する ことによって処理ステーションのコストを減らし、そして処理されているサンプ ルをインキュベーションまたは測定のため実質上いつでも除去することを許容す る分析機を提供する。図面の簡単な説明 本発明は、本出願の一部をなす添付図面を参照して以下の詳細な説明から完全 に理解されるであろう。 図１は、可動処理カルーセルと、インキュベーションカルーセルと、そしてサ ンプルのアッセイ前処理のための複数の処理ステーションを備えたアッセイ前プ ロセッサーを有する自動化学分析機の概略平面図である。 図２は、図１のアッセイ前プロセッサーの概略平面図である。 図３は、アッセイ前プロセッサーのタイミング図である。好ましい具体例の詳細な説明 本発明の装置および方法は、図面の図１および２を特に参照して最初に記載さ れている。図１は、複数のサンプルカップ１４を支持するサンプルカップカルー セル１２と、複数のクベット１８を保持するのに適し、そして複数の試薬液カー トリッジ２０を提供するクベットカルーセル１６を含んでいる慣用の自動化学分 析機１０のエレメントを概略的に示し、試薬液カートリッジは種々の熱的に制御 された区域をカバーする蓋２２の切り欠き部分の下に配置されるよ うに図示されている。好ましくは試薬カートリッジは、Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏ．，Ｉｎｃ．Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄ ＥからＦＬＥＸの商標名で販売されているような多数コンパートメント容器であ る。クベット１８は、同じくＥ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏ．，Ｉｎｃ．により販売されているＤｉｍｅｎｓｉｏｎ化学分析機 で行われるように、図示しないクベットフィルムカートリッジから透明フィルム の二つの異なる組成リボンをクベットカルーセル１６の周縁へ引出すことによっ て形成することができる。好ましくはホイールの形のクベットカルーセル１６は 、クベット１８を保持するための約１００の別々の空胴を有し、各空胴の内壁は 光の透過を許容する開口を持っている。試薬液およびサンプル液の添加を許容す るため小さい開口が各クベット１８の頂部に残っている。サンプル液アーム２４ と洗浄資源２６は、サンプルカップカルーセル１２とクベットカルーセル１６の 近くに配置される。サンプル液アーム２４は慣用のサンプル液プローブ２８を支 持し、そしてサンプル液アーム２４がサンプルカップカルーセル１２と、クベッ ト１８と、そして洗浄資源２６と交差する円弧を描くように回転シャフト２７へ 取付けられる。洗浄資源はプローブ２８を洗浄化するために使用することができ る。 第１の液体プローブ２５はクベットカルーセル１６の上に回転自在に取付けら れ、そして適切な試薬液カートリッジ２０から試薬を吸引し、そして各試薬液を 化学分析機１０により処理のためあらかじめ定めたクベット１８内に沈着させる 。プローブ２５はさらに、Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ化学分析機に使用されるのと類似 の試薬の吸引 、分配および混合のために使用される超音波機構を含んでいる。水和、吸引、分 配および混合機構はこの分野では良く知られているので、それらはこれ以上記載 する必要はない。クベットカルーセル１６の下に配置された図示しない測光分析 手段は、各種波長においてクベット１８を通る吸光度を測定し、それからサンプ ル液中の検体の存在を良く知られた分析技術を使用して決定することができる。 このように、この化学分析機は慣用であり、そして例えば前出のＥ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ Ｃｏ．，Ｉｎｃ．により販売されているＤｉ ｍｅｎｓｉｏｎ臨床分析機でよい。 本発明は、この分析機へアッセイ前サンプル処理モジュール３０を追加する。 このことは、化学分析機が高いサンプルスループットを維持する能力を減ずるこ となく、不均質アッセイを実施するため必要ないくつかの追加ステップを容易化 する。処理モジュール３０は、検体を含むサンプル液および／または試薬液のど ちらか一方または両方を、それらが測定のためクベット１８へ提供される前に処 理することを許容する。サンプル処理モジュール３０は、二つのアッセイ前サン プル処理カルーセル３２および３４を含んでいる。これらは熱チャンバー（図示 せず）に収容された内側処理カルーセル３２および外側インキュベーションカル ーセル３４であり、二つのカルーセルは共通の軸に同心に取付けられ、そして好 ましくは共通の平面内に横たわる、両方とも好ましくは円形カルーセルの形であ る。両方のカルーセルは独立して可動であり、そして複数の個々のアッセイ前反 応容器３６を支持するための図示しないクリップでよいあらかじめ定めた数の容 器保持手段を持っている。 インキュベーションカルーセル３４および処理カルーセル３２を 共通軸のまわりを独立して回転するための駆動手段３１が設けられ、駆動手段は 典型的にはカルーセル３２および３４の各自上に配置された歯車と、モータ（図 示せず）のシャフト上に取付けたピニオン歯車を含む。駆動手段は慣用の設計で 良い。上に記載した移行ステーションは複数の処理ステーションの一つである。 インキュベーションカルーセル３４は好ましくは４５の別々の位置を含み、そ して反応容器を、１）試薬添加、２）サンプル添加／吸引、および３）クベット および処理ステーションへまたはそれから移すため、および装填／除去のため提 供することを許容するように配置される。このカルーセルは直径約１０インチ（ ２５．４ｃｍ）とすることができる。インキュベーションカルーセル３４は駆動 手段３１により駆動され、そして単一のホームセンサーを使用する。その位置は 、ステップモーターへ取付けたエンコーダーによりいつでも検証することができ る。 インキュベーターカルーセル３４は容器を水平にカルーセルからオン／オフに 移すことを許容するようにスロットが設けられる。 容器３６がインキュベーションカルーセル３４上にある時、それらは、容器を それらがカルーセルのまわりを移動する時案内し、そしてそれらを定常温度に保 つ熱インキュベーショントラフの内側へ動く。インキュベーショントラフはアル ミニウムであり、そして抵抗エレメントにより加熱される。サーミスターが容器 に最も近い金属温度を感知する。 インキュベーションカルーセル作動は非同期的である。すなわちそれは４５容 器のどれでも三位置のどれかへ上に記載したようにいつでも位置決めすることが できる。これはアッセイ仕様に融通性と 完全なランダムアクセスを提供する。 処理カルーセル３２は１５の別々の位置を含み、そしてインキュベーションカ ルーセルの内側に同心状に配置される。処理カルーセルは、容器を、１）磁気分 離、２）吸引／洗浄、３）再懸濁混合、および処理カルーセルをオン／オフにイ ンキュベーションカルーセルへ移すために提供することを許容する。処理カルー セルは直径約７インチ（１７．７８ｃｍ）でよい。 処理カルーセル３２は、インキュベーションカルーセルと同じ駆動手段３１に よって駆動される。インキュベーションカルーセルと同様に、処理カルーセルは 容器のオン／オフ移しを許容するようにスロットが設けられる。容器はばねクリ ップによりカルーセル上の所定位置に保持される。 インキュベーションカルーセルと違って、処理カルーセルのシーケンシングは 同期的もしくは反復的である。反応容器３６がカルーセル上に存在する時はいつ でも、カルーセルは機械的反復態様で割出し、各容器を分離−洗浄−混合ステッ プのシリーズを通って前進させる。 一般に反復作動はスループットを増強するが、しかしアッセイ仕様およびラン ダムアクセス能力へいくつかの制限を課す。しかしながら、処理カルーセルはイ ンキュベーションカルーセルと独立に作動するので、融通性あるアッセイ仕様お よび完全なランダムアクセス処理が依然達成される。 ある種の不均質アッセイの感度要求は、処理ステーション効率が非常に高いこ とを要請する。本発明は、所望のゼロに近いバックグラウンドレベルを確実にす るために各反応容器の反復洗浄を許容す る。各目的には、各アッセイは合計４回の分離／洗浄シーケンスを持っている。 両方のカルーセル３２および３４をアクセスする共通の移行ステーション３８ は、反応容器３６を二つのカルーセル３２および３４の間を移すためと、そして 反応容器３６をサンプル処理モジュール３０から除去し、そしてそれらを図示し ない廃物処理へ送るために設けられる。 慣用の設計でよい移行ステーション３８（図２）は、反応容器３６を処理カル ーセルへまたはそれから移し、そしてインキュベーションカルーセル３４から容 器を装荷／除去するために使用される。すべての容器移動は、単に容器をスライ ダー３９上のそれらの通路に沿ってスライドするだけで、水平面のみで行われる 。スライダー３９はステッパーモーター（図示せず）により駆動され、そして容 器を移行ステーション３８に沿ったどこでも、すなわちカルーセル３２または３ ４のどちらかの上に配置することができる。このスライダーの位置決めを検証す るためにエンコーダーを使用し得る。設計は新しい容器が入って来て、そして古 い容器を除去するのを許容しなければならないので、Ｔ字形通路４５が採用され る。ソレノイド駆動ゲート（図示せず）は新しい容器の装填を許容するために閉 じられる。 新しい容器は供給通路４４を通って容器移行ステーション３８へ導かれる。移 行ステーション近くの供給通路４４の終わりに配置された駆動輪４８は、システ ムが新しい容器をインキュベーションカルーセル３４上へ移行のための位置へ装 填している時、容器のスタック（図示せず）の積極的駆動を提供するために使用 される。 使用済容器は、移行ステーションの出口通路（図示せず）中の穴の下に取付け たプラスチックシュートを通って廃物容器へ導かれる。 第２の液体プローブ４０はクベットカルーセルの上に回転自在に取付けられ、 そして適切な試薬液カートリッジ２０から試薬液を吸引し、そのような試薬液を インキュベーションカルーセル３４中のあらかじめ定めた反応容器３６中に沈着 するのに適している。サンプル液プローブ２８も、（１）サンプル液がスケジュ ール化されたアッセイ前作業を受けた後反応容器３６からサンプル液を吸引し、 （２）サンプル液をさらに処理および測定のためあらかじめ定めたクベット中に 沈着するのに適している。 本発明によれば、サンプル処理装置もしくはステーション４２（図１）は、そ れらが反応容器３６をアクセスできるように、処理カルーセル３２のまわりの選 択された周方向位置に配置される。処理カルーセル３２は、処理カルーセル３２ の放射方向外側のインキュベーションカルーセル３４（図１には明瞭化のため内 側のように図示）と同心状に取付けられる。 これらのステーションは、反応容器３６に収容されたサンプル液と試薬液の混 合、反応容器に収容されたサンプル液と試薬液の洗浄、およびアッセイ前反応容 器に収容された標識した磁性粒子を遊離標識または試薬液から分離を提供するの に適している。 二つの洗浄ステーションＷ１およびＷ２（図２）は、反応容器から未結合サン プルおよび／または試薬を吸引除去し、そして多分容器へ以後のステップのため の洗浄緩衝液を補給するために使用される。 洗浄ステーションモジュールは、二つの容器を同時に洗浄することを許容する 二つの二重洗浄モジュール（Ｗ１およびＷ２）を支持する鋳造品を含む。プロー ブは完全な吸引のため各容器の底との信頼できる接触を確実にするようにばね負 荷される。プローブは隣接する容器上で作動する。もし一つの容器しか存在しな ければ、一つだけのプローブが吸引／分配される。プローブはステッパモータに より上下配置される。この位置は各作動後ホームセンサーを用いて検証される。 二つの混合ステーションＭ１およびＭ２（図２）がある。それらは各洗浄の後 洗浄緩衝液中に分離した磁性粒子を再懸濁するために使用される。ミキサーは渦 外部ミキサー設計を採用し、これは混合中サンプル／試薬による汚染を回避する 。混合ステーションＭは、好ましくは化学研究室においてサンプルの取扱いにお いて通常のプラクティスであるように、反応容器３６へ渦混合作用を与える。こ の目的のための装置は入手可能であり、そして好ましくは反応容器の底に対して 置かれ、偏心的に回転される外から取付けた円板を含んでいる。 混合ステーションの設計は、例えば本発明の譲受人へ譲渡されたＢｅｎｉｎ ｅｔ ａｌ．の米国特許No.４，８４８，９１７に記載されているように、慣用 である。好ましい具体例においては、外部接触は容器底先端と係合する混合パッ ドを用いて容器との間に形成される。容器はその時偏心運動に揺動され、搖動さ れ、渦混合を発生する。混合パッドは通常容器底から０．０５０インチ（０．１ ２７ｃｍ）下方へくぼみ、そのため容器先端は洗浄カルーセルがそれらをステー ション間を進めている間空であろう。容器が混合のため の位置にある時、混合パッドは上昇して容器と接触する。この上昇は混合モータ ーが始動されそして一定の速度に達した時係合する外へ回動するカムによって達 成される。混合パッドが適切に係合されたことを検出するためにセンサーが使用 される。 洗浄ステーションについてと同様に、混合ステーションＭ１およびＭ２は二つ の容器上で同時に作動することができる。通常二つの隣接する容器が同時に混合 されるが、しかしミキサーはもし他の容器がなければ二つの隣接容器のどちらか を混合することができる。 分離ステーションＳ１ないしＳ９（図９）は、慣用で典型的であるように、未 結合物質を吸引できるように、磁性固体支持粒子（米国特許No.５，１０４，８ ０８に記載されているような）を反応容器の壁へ引きつけるため反応容器の場所 に隣接して配置された磁石を含んでいる。 図２は、記載したように、処理カルーセル３２へ隣接して配置された種々の静 止処理ステーション（前記した）を示している。カルーセル３２および３４の運 動を制御するための駆動手段３１は、分析機１０に収容された制御ユニット、好 ましくはマイクロプロセッサー使用中央処理ユニット（ＣＰＵ）によって慣用的 に制御され、容器を後で記載するアッセイ前処理が行われる各処理ステーション ４２へインディクス段階的に動かす。制御は、典型的にはＤｉｍｅｎｓｉｏｎ臨 床化学分析機に使用されているものと類似であり、そしてコンピューター使用電 子機械的制御プログラミングの分野の当業者によって広く使用されているソフト ウエアによって提供される。回転手段は好ましくは市販のステッパモータ機構で ある。 本発明によれば、処理カルーセル３２は、種々のアッセイ前作業を実施するこ とができる連続した処理位置もしくはステーションへ割出しされる。図２は、好 ましくは以下のように分布したアッセイ前処理ステーションに関連する処理カル ーセル３２を示している。分離ステーション１０個（Ｓ１・・・・・Ｓ１０）、 洗浄ステーション２個（Ｗ１，Ｗ２）、および混合ステーション２個（Ｍ１，Ｍ ２）、および移行ステーション３８。 次に本発明の処理カルーセル３２の重要な時間割特徴が詳細に記載される。こ れらは図３に関して記載される作業ソフトウエアプログラムによる実行である。 もし処理カルーセル３２上の処理ステーションの数と位置の間に特定の関係が確 立され、そして反応容器３６が処理ステーション４２へ反復して割出されるシー ケンスが維持されるならば、不均質アッセイに供せられるサンプルのアッセイ前 処理の効率を有意義に増加できることが発見された。これらのサンプルは、１回 目試薬添加、サンプル−支持体分離、サンプル混合およびサンプル洗浄および／ または２回目試薬添加、２回目サンプル−支持体分離、２回目サンプル混合およ び２回目サンプル混合を必要とし得る。 これら交番アッセイ前要求に関連するアッセイ前プロトコールを達成するため 、いくつかの処理ステーション４２，すなわちＳ，ＷおよびＭへの反応容器３６ の各自のための運動の反復シーケンスもしくはパターンを使用できることが発見 された。 本発明によれば、処理カルーセル３２を一時に一位置へインデックスもしくは シーケンスする代わりに、容器を一時にインデックス位置のユニークなセグメン トもしくはグループへ進めるために新規 な技術が使用される。処理カルーセル３２は１５のステーションを持っており、 それ故完全な１回転についてカルーセルをインデックスすべき１５のインデック スもしくは位置が存在する。前進は常に同一方向であり、そして処理ホイール（ 図２および３）の＋６インデックスもしくは位置の増分グループと、＋７インデ ックスもしくは位置の間で交番する。このシーケンスを処理カルーセル３２へ適 用すると、移行ステーションである”Ｘ”において入り、そして合計３０グルー プのインデックスへ前進するある反応容器は、以下のパターンですべてステーシ ョンを通って過渡する。 このシーケンスは、インデックスの３０グループを使用して必要な分離／洗浄 ／再混合ステップ４回を提供する。同時アッセイはすべての４回洗浄を連続的に 使用するであろう。逐次アッセイは、１回目インキュベーション後１回目の分離 ／洗浄ステップを使用し、２回目インキュベーション後２回目、３回目および４ 回目洗浄を使用するであろう。 上の表１に記載したように、移行ステーションにおける入口点から出発し、処 理カルーセル３２中のすべての反応容器３６のめいめいは、停止することなく５ 個の中間処理ステーションを通って６番 目の次の処理ステーションＳ１まで反時計方向にインデックスされる。このよう に、ステーションＸにある第１の反応容器は５個の中間処理ステーションを通っ て７番目の処理ステーションＳ１へ、内側カルーセル３２の同期運動により反時 計方向に移される。作動の同じコンスタントなあらかじめ定めた時間の後、処理 カルーセル３２は６つの中間処理ステーションを停止することなく通って７番目 の次の処理ステーションＳ２へくり返してインデックスされる。１番から６番目 の次の処理ステーションへ前方へインデックスされ、次にコンスタントなあらか じめ定めた作業時間サンプル処理が続き、そして次に７番目の次の処理ステーシ ョンへ前方へインデックスするこの運動の反復パターンは、上から見られるよう に、アッセイが実施されるにもかかわらず停止することなく常に同じ方向に、前 方もしくは反時計方向にインデックスするのをくり返す。処理カルーセル３２の 反応容器３６はそのため、６つのカルーセルステップインデックス”前進”運動 を含み、各インデックスセグメント運動にアッセイ前サンプル処理のコンスタン ト時間量に対して指示された整列した処理ステーションＭｎ，Ｓｎ，またはＷｎ における停止時間が続く第１の回転運動を経験する。この６−７インデックスセ グメントの反復パターンは、後で説明するように、５つの別々の処理、すなわち 単一試薬不均質アッセイの場合のような、１回洗浄１回混合アッセイ前処理を実 施するために必要な時にくり返り返される。いわゆる二試薬不均質アッセイの場 合には、反応容器３６は、後で説明するように追加の試薬処理のため処理カルー セル３２から除去し、その後処理カルーセル３２上へ再配置することができる。 このシーケンスを図２に示した処理カルーセル３２配置へ適用すると、移行ス テーション３８から処理カルーセル３２へ入り、そして合計３０インデックスセ グメントをインデックスされる容器は、カルーセルのまわりを完全に２回転し、 そしてサンプル吸入が行われるインキュベーションカルーセル３４へ移すため移 行ステーション３８へ提供される前にすべての必要なステーションを通って過渡 することが見られる。このシーケンスは、３０のインデックスセグメントを使用 して分離、洗浄および混合サイクルの別々の４洗浄サイクルを提供する。逐次ア ッセイの場合には、１回目洗浄サイクルが終了した後、反応容器は移行ステーシ ョンへ配置される。ある種の逐次アッセイは、インキュベーションカルーセル３ ４への最初の移行後追加の試薬添加およびインキュベーション期間を必要とし、 そしてその後処理カルーセル３２へ分離プロセスを終了するため移し戻され、再 び必要な第２，第３および第４洗浄サイクルを通って処理される。 この増加したスループットは、処理カルーセル３２の反復運動を使用して可能 となり、その場合は処理カルーセル上の反応容器３６の各自は処理ステーション Ｓｎ，ＭｎおよびＷｎへ順序化された態様で提供され、各容器３６は処理カルー セル３２の同期運動の間それが動かされるステーションにより処理され、各容器 はさらに同じコンスタントな時間量異なる装置Ｓｎ，ＭｎおよびＷｎによって処 理される。 これら洗浄サイクルのタイミングシーケンスは図３に示されており、そしてこ のタイミングシーケンスは分析機１０のＣＰＵによって計算される。いくつかの 処理ステーション４２における明示時間 に触れることなく、いくつかの洗浄サイクルを形成する反復シーケンスは表２を 参照して最良に理解し得る。各処理ステーションへそのステーションの能力に関 係なく同じコンスタントな時間量の割当てと組合わせた、処理ステーションおよ び装置の数の適切な選択は、処理カルーセル３２の通常の期待を上廻るスループ ットを可能にする。 さらに、本発明によれば、最大１４までの複数の反応容器を取り扱うことがで き、そして反応容器の各自を必要な資源へ必要な順序で提供する。資源ステーシ ョンの数は１４ステーションに等しい。 ダミーステーションＤは、図示するように、移行ステーション３８に隣接した 反時計方向の次の１番目に配置される。それらは、そのステーションにおいては 反応容器３６中の磁性粒子を塊に保つため分離磁石を有するため、Ｓ／Ｄとラベ ルされる。ダミーステーションの存在および位置は、反応容器３６の各自の必要 な処理ステーションへ必要な順序で提供するために選んだ反復パターンの使用を 可能にする。円形パターンにおいてアッセイ前処理ステーションの特定の分布と 、そしてこの特定の運動パターンを４サイクルに分割したことの組合せの結果、 各反応容器は分離、洗浄、混合のサブグループへ逐次配置され、二つの洗浄プロ ーブおよびミキサーの活動を支持する付属装置（モーター、攪拌パッド、ドレー ン等）をコンパクトな設計のため集団とするを許容する。 この技術は、以下の利益を提供する。 ― Ｗ１洗浄ステーションを最初の２洗浄に、そしてＷ２洗浄ステーションを 最終２洗浄に使用するので、減少したキヤリーオーバー可能性。 ― 洗浄ステーションおよびミキサーが相互に隣接して配置され、二つの洗浄 プローブおよびミキサーコンパクト設計のため集団とすることを許容する。 ― 第１相サンプル洗浄および第２相試薬洗浄を要する逐次アッセイフォーマ ットを処理する時の増加したスループット。 支持装置（モーター、ポンプ、共通の攪拌パッド、ドレーン等） の最大利用を達成するために似た処理ステーションを相互に隣接配置する望まし い結果に加え、一旦、例えば高ボリューム処理の間発生するように、処理カルー セル３２が反応容器３６で完全に一杯になれば、すべての容器は、ＸもしくはＤ 位置に配置された容器を除き、すべての容器は分離または混合ステーションのど ちらかにおいて活発に使用されている。１３もの他の反応容器３６は処理カルー セル３２によって提供されるアッセイ前処理位置における異なる段階にあり、移 行ステーションＸが空いていることを要するのみで追加の反応容器がカルーセル へ入ることを許容する。 本発明は、当初の洗浄サイクルと、次に抗体の標識を達成するための試薬添加 と、そして最終洗浄サイクルを必要とする不均質逐次アッセイフォーマットを処 理する時に増加したスループットを提供するために、反応容器３６の新規な位置 決めおよび前進を使用する。この装置の驚くべき結果は、第１回および第２回イ ンキュベーションを必要とする競合アッセイフォーマットについて高いスループ ットを達成できる能力である。スループットは、要求に役立つ利用し得る資源と 、そしてどのようにうまく資源がスケジュール化されるかどいうアッセイ要件の 関数である。これらすべてがバランスされなければならない。本発明は、アッセ イが同時か逐次かに関係なく、最適スループットを提供するためのこれらすべて の必須要素の適切なバランスを提供することがわかった。 最大１５の反応容器３６が装填された時、すべての容器は、処理カルーセル３ ２の逐次的ステッピング運動を中断することなく殆ど連続態様で分離、洗浄およ び混合の必要な段階を通って逐次ステップ前進し得る。この特徴は、アッセイ前 ステップが、各反応容器の ３６ｎアッセイ前処理を他の容器の処理開始前に終了する、および／または少数 の反応容器をアッセイ前処理のため組にする慣用のパターンで処理される場合を 上廻る処理時間の有意義な短縮を提供することがわかった。 特定の具体例において、本発明のアッセイ前処理カルーセル３２は、処理カル ーセル３２の各ステップのためのインデックス時間１０．８秒を使用して不均質 アッセイを処理するように設計され、そして図３に示されている。このため逐次 不均質アッセイの各ステーションにおいて指示された時間のための各自Ｓ，Ｗお よびＭのステーション４２を含む４洗浄サイクルについて要する時間は、３０× １０．８秒すなわち３２４秒である。同時アッセイは、第１洗浄サイクル、次に インキュベーションのため移し換え、次に第２，第３および第４洗浄サイクルの ため移し戻しを使用する。 近代的不均質アッセイの感度要求のため、洗浄は非常に高い効率を与え、そし て容器間のキャリーオーバーを最小にする態様で実施されることが非常に重要で ある。本発明はゼロに近いバックグラウンドを産む。これはステップ６および１ ３のステーションＷ１により２回のかなりの粗い洗浄を実施することにより達成 される。最終バックグラウンドレベルを低い値へ減らすため、ステーションＷ２ における第３洗浄およびステーションＷ２における最後の第４洗浄がこれに続く 。ここで使用するように、「磁性粒子」もしくは単に「磁場に応答する粒子」は この分野で既知のどれでもよい。それらは好ましくは常磁性であり、そして磁場 の不存在下小さい塊が生成するような小さい残留磁気を持っている。Ｌａｕ ｅ ｔ ａｌ．の米国特許No.４，６６１，４０８に記載されたタイプの好ましい磁 性 粒子が採用される。それにより分離ステーションＳは混合プロセスを進めるため に結合および遊離相を分離する。 ここに開示した具体例は本発明の原理の例証であり、本発明の範囲内である他 の修飾を採用できることを理解すべきである。従って本発明は明細書に詳細に示 し記載した具体例に制限されず、以下の請求の範囲によってのみ規定される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヌツアッチ，エドワード アンソニー アメリカ合衆国19713デラウエア、ニュー ワーク、パーシモンレーン10 (72)発明者 チョウ，アラン ティットーシング アメリカ合衆国19803デラウエア、ウイル ミントン、バンバリードライブ109

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．固体支持体を使用する、サンプル中の検体を検出するため分析機中のアッセ イ前プロセッサーであって、 各自サンプルを保持するのに適した複数の反応容器を支持する処理カルーセ ルと、 各自サンプルを保持するのに適した複数の反応容器を支持する、前記処理カ ルーセルと同心状に配置されたインキュベーションカルーセルと、 前記カルーセルの一つに隣接して配置され、前記固体支持体を前記反応容器 の中味から分離するための手段と、反応容器の中味を洗浄するための手段と、そ して反応容器の中味を混合するための手段を有している静止処理ステーションと 、 反応容器の各自を隣接するあらかじめ定めた処理ステーションの位置へ配置 するように反復態様で前記処理カルーセルが駆動される、各カルーセルを他のカ ルーセルと独立に回転させる駆動手段と、 反応容器を前記カルーセル間で移動し、それによりインキュベーションカル ーセル上のすべての反応容器のインキュベーションを処理カルーセル上のサンプ ル処理を中断することなく許容することにより処理時間を改善するための移行手 段 を備えているプロセッサー。 ２．処理ステーションは、処理カルーセルがその反応容器を分離および次に洗浄 ステップの反復シーケンスに配置することを許容するあらかじめ定めた順序に配 置されている請求項１のプロセッサ ー。 ３．反応容器反復シーケンスは分離、洗浄および混合である請求項１のプロセッ サー。 ４．反応容器シーケンスは、１回目、２回目、３回目および４回目洗浄サイクル を許容し、各洗浄サイクルは分離、洗浄および混合のシーケンスを提供する請求 項２のプロセッサー。 ５．処理カルーセルのための駆動手段は、各処理ステーションにおいて容器を同 じ固定量の時間の間配置するように作動する請求項１のプロセッサー。 ６．処理ステーションの少なくとも一つは活動機能を実施しない請求項１のプロ セッサー。 ７．処理カルーセルは、処理ステーションとインキュベーションカルーセルの放 射方向中間にある請求項１のプロセッサー。 ８．処理ステーションは処理カルーセルの放射方向内側にある請求項７のプロセ ッサー。 ９．処理ステーションの数は１５であり、そして駆動手段は与えられた反応容器 を最初６そして次に７の処理ステーションの反復シーケンスに配置するように処 理カルーセルを回転する請求項１のプロセッサー。 10．処理ステーションのタイプは類似の機能を有するグループに物理的に密集し ている請求項９のプロセッサー。 11．処理ステーションは、移行手段、活動機能なし、分離、分離、分離、分離、 分離、混合、混合、洗浄、洗浄、分離、分離、分離および分離の順序に配置され ている請求項１０のプロセッサー。 12．サンプルは最初インキュベーションカルーセル上の反応容器へ導入される請 求項１１のプロセッサー。 13．処理カルーセルおよびインキュベーションカルーセルを使用する、サンプル 中の検体を検出するための不均質アッセイのための、固体支持体を有するサンプ ルをアッセイ前処理する方法であって、 （ａ）前記インキュベーションカルーセル上のサンプルへ前記固体支持体を 含む標識試薬を添加し、それにより標識サンプル検体−支持体複合体を形成する ステップ、 （ｂ）サンプルおよび試薬を処理カルーセルへ移すステップ、 （ｃ）固体支持体をサンプルおよび試薬の少なくとも一部分から分離するス テップ、 （ｄ）固体支持体を洗浄するステップ、 （ｅ）固体支持体を洗浄緩衝液と混合するステップ、 （ｆ）固体支持体と緩衝液をインキュベーションカルーセルへ移すステップ 、 （ｇ）検体を検出するステップ を含んでいる方法。 14．インキュベーションカルーセルへ移すステップはサンプルをインキュベーシ ョンするステップを含み、そして請求項１３の方法はインキュベートした固体支 持体を処理カルーセルへ移し戻すことを含んでいる請求項１３の方法。 15．ステップ（ｃ），（ｄ）および（ｅ）を反復することを含んでいる請求項１ ３の方法。