JPS62238443A - 測光読取り装置 - Google Patents

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】 本発明は液体試料の分析操作を自動的に行うための測光
読取り装置特に例えは血液型、赤血球の浸透圧脆弱性の
測定、抗体滴定、プロトロンビン試験および交差試験に
包含されるような血清学的分析を行うための測光読取り
装置に関する。

血清学的試験のうち最も重要な応用の１つは血液型の判
定である。血液型（ＡＢＯまたはＲｈ（ｏ）　）を検査
する現在の方法は赤血球試料を数種の異った抗血清と混
合し、赤血球が凝集するか否かを観察することからなっ
ている。ＡＢＯ検査のためには、血漿試料と既知の抗原
特異性を有する赤血球とを混合させて補足試験が行なわ
れる。２組の試験の解釈はＡＢＯ型が判定される前に一
致しなければならない。

分析は試験管またはタイル上で行なわれるのが普通であ
る。しかしながら、この試験法は単調である。それ故、
使い捨て式のミクロプレートのウェル内ですべての必要
な試験を行うことのできるＡ　Ｂ　Ｏ／　Ｒｈ試験のた
めの自動または半自動試験装置が開発されてきた。ミク
ロプレートは例えば８×１２の反応ウェルの母型を刻印
したポリスチレンのようなプラスチック材料の透明な硬
質成形物である。赤血球の希薄な懸濁液を適当な抗血清
と混合させそして血漿を既知の抗原特異性を有する赤血
球と混合させた後、ミクロプレートを遠心処理して赤血
球をにレットにし次に攪拌させて赤血球を再び懸濁させ
る。

凝集した赤血球は１〜５分以内でウェルの底に沈降し、
一方凝集しなかった赤血球は１０分またはそれ以上で懸
濁状態になる。すなわち、強い陽性反応は比較的透明な
上清によって囲まれたウェルの底部に存在する凝集血球
の塊によって特徴づけられ、−１陰性反応は赤血球の均
一な懸濁によって特徴づけられる。弱い陽性反応はウェ
ルの底金体に拡がった小さな血球集落として判定される
。

かかる自動装置では、ミクロプレートの各ウェルにおけ
る凝集の有無はそれに光を通過させそして透過光を測光
器で測定して光学的に検査される。ウェルに存在する反
応のタイプは上清の吸収から決定される。すべての反応
を陽性または陰性に分類した後、試料の反応・ξターン
をテンプレートパターンと比較してＡＢＯ／Ｒｈ試験結
果を求める。

米国特許第５．５５５，７４４号明細書に開示されたも
ののように既知の大多数の自動装置では、測定者によっ
てミクロプレートの移動が中断される。すなわち、ウェ
ルの第１列が光源および測光計と整合するまでミクロプ
レートを前進させ、次にミクロプレートを中止させ、吸
収率を測定しそしてウェルの次の列が測定位置に到達す
るまでミクロプレートを前進させる。この移動と中止に
よυミクロプレートにおける液体の振とうが効果的に行
なわれ、液体を沈降できる時間がなければ液体のメニス
カスの乱れが生じ不要な光学収差が生じる可能性がある
。別法として。

ミクロプレー１・を移動させながら測定が行なわれてき
た。この場合、ミクロプレートの各ウェルには非常に、
狭い横スリットを通して照明がなされているため試料キ
ャリアの移動中に試料は非常に薄い横バンドの光によっ
て走査される。

これらの既知の装置では、光線（および対応する光検出
器）はミクロプレートの移動方向と直角に列をなして配
置されている。

実際には、比較的強力な多色光源例えばタングステンフ
ィラメントランプを高価な干渉フィルターと一緒に用い
て不要な波長の光（例えば緑を除いたすべての光）を除
去している。

ランプからの光線は分割されそして光ファイバーを通し
てミクロプレートの個々のウェルに導かれかつまた比較
チャンネルを通してランプの出力変動が補償される。ま
た、光線を用いて一度に読取りが行なわれるが光の変動
を考慮して比較チャンネルを用いる読取シ装置が用いら
れている。また、測光器の目盛りにさらにチェック（い
わゆる暗電流比較）を設けるために光線を機械的にチョ
ップすることが望ましい。

かかる既知の自動装置は機械的に複雑であるため高価で
ある。さらに、可動部分が多いため故障しやすい。これ
らの理由で、通常大きな施設だけで使用されている。そ
の結果、小さな検査機関では手動法に限られている。

そこで１本発明者はこれらの欠点を解消する改善された
測光読取シ装置を見出した。

すなわち、本発明によれば、複数個の読取υ素子と、相
対運動の方向と横断して配置された試料の第１および第
２の列の読取り素子に対して連続運動をひき起こす手段
とを備え、かつ前記読取多素子は前記連続運動の間試料
の第１列にある試料とその後試料の第２列にある試料と
順次整合するように配置されている測光読取シ装置が提
供される。

読取り素子はいくつかの方法で配置することができる。

この配置は２つだけに限られている。

第１に、読取り素子を試料と読取り素子の相対運動の方
向に沿って異った場所に配置して読取り素子が異った時
間に試料の各列にある個々の試料と整合するようにしな
ければならない。第２に、相対運動の方向に沿った読取
り素子の中心間の距離が試料の隣接する列にある試料の
中心間の距離よりも大きくならないようにして試料の第
１列にあるすべての試料が読取り素子と整合した後に試
料の第２列にある最初の試料が読取り素子と整合するよ
うにしなければならない。読取多素子の配置は側段重要
でないが、試料の速度を一定とした場合、等時間間隔の
後で試料が読取り素子と整合するようにすることが好ま
しい。読取り素子が均等に分配されるような構成にする
と少なくとも読取多素子の大きさが制限される。その後
のデータ処理によって結果を再整理できるので試料を測
定する実際の順序は重要でない。

例えば、読取り素子は相対運動の方向に垂直に・対して
鋭角をなして一列に配置することができる。かかる配を
峙に交互の読取り素子が千鳥状に配列されて２つの別の
列の読取り素子を形成する配置では、各読取多素子のま
わシの面積が大きくなりその結果さらに大きくかつさら
に鋭敏表読取り素子を収容できるという利点が得られる
。

鋭角の大きさは試料の列の長さと試料の隣り合った列に
おける試料の中心間距離に依存する。

典型的には角度は２０°より小さく、通常１０°より小
さく特に約５°である。

試料の相対運動が連続的に行なわれるため試料が装置内
に存在する時間内に個々の測定値が均一にされる。その
結果、装置の操作速度を上げることができる。

光源に対する試料の相対運動は固定光源に関して試料を
移動させるかあるいは固定試料に関して光源を移動させ
るかによって行うことができる。

ミクロプレート例えば８×１２の試料ウェルを含む長方
形のミクロプレートに試料を入れることが好ましい。か
かるミクロプレートを用いる場合、読取シ素子に対する
ミクロプレートの運動方向がミクロプレートの長袖に平
行であるとすると、８試料の１２列が測定される。一方
。

読取シ素子に対するミクロプレートの運動方向がミクロ
プレートの短軸に平行であるとすると１２試料の８列が
測定される。試料ウェルは丸底でおることが好ましい。

読取り素子の個数は試料の各列における試料の個数と同
じでおることが好ましい。すカわち、試料の各列におけ
る対応試料は同じ読取り素子によって測定される。

読取υ素子は複数個の光源と対応する複数個の光検出手
段を備えていることが好ましい。光検出手段は光検出器
例えばフォトダイオードであることが好ましい。

本発明の装置に使用するのに特に適した光源は発光ダイ
オード（Ｉ、ＫＤ）でおる。ＬＰ！Ｄは試料をＬＩＩｔ
Ｄのコレクションと対応するフォトダイオードとの間を
連続してかつ円滑に移動させる迅速なオン／オフ特性を
有する。ＬＥＤおよびフォトダイオ−Ｖの配置は適当な
試料が検査のための最適位置に存在する時点で各Ｌ］ｎ
Ｉ）およびその対応するフォトダイオードが極めて短時
間作動するようにする。ＩＪＤの極めて迅速なオン／オ
フ特性と各試料毎にＬＥＤを設けること（スプリットビ
ームの一部に対立して）によｆｉ、ＬＥＤはそれぞれ作
動されるのでお互いの試料は散乱光によって干渉されな
い。測定可能な時間の間に試料を移動させるのはビーム
をスミアアウト（（２）ａｒＯＵｔ　）　　するためで
あるが、これはＬＥＤの極めて短い応答時間によって許
容できる。

すなわち、本発明の別の態様によれば、それぞれ試料通
路の反対側にある複数個の発光ダイオードと光検出手段
とを包含する読取シヘッドおよび試料ミクロプレートの
運動を該読取シヘッドに対して試料通路に沿ってひき起
こす手段を備える測光読取り装置が提供される。

凝集物が光線のいずれかの部分を遮断する表らば、高い
吸収が生じ、陰性と解釈される。これが起らないように
するためには、試料を例えば水平に対して１７°の角度
に傾斜させて凝集物がウェルの一部に集まるようにする
。また、Ｖ字状の％Ｕ字状のまたは傾斜した台を備えた
ウェルを含む水平ミクロプレートを用いてもよい。

測定中に測定ビームが凝集物が集まった試料の部分を通
過しないように光源を配置することが好ましい。また、
ビームの有効直径は試料の直径に対して小さいことが好
ましい。これは測定における陰性反応と陰性反応との区
別をよくさせる助けとなる。

試料を通過する光を検出測定する場合、結果から特定の
検出器に対する「暗電流」を引き算することが必要でめ
る。後者は測定領域を貫通することのできる迷光によっ
て影響されるので普通は特別な注意を払ってすべての周
囲光を除外することが必要である。各光透過測定の直前
にＬＥＤのスイッチを迅速に切換えて「暗電流」の測定
を行い最終結果が周囲光の変動により本質的に影響され
ないようにする。

ＬＥＤは供試液によって吸収されやすい波長を有する実
質上単色光（例えば、帯域幅±２０ｎｍ）を発生するの
が好ましい。例えば、供試液が血球を含む場合光の波長
はスはクトルの緑色部（約５７０　ｎｍ　）にあるべき
である。

ＬＥＤはフィラメント電球より極めて少ない電力を消費
する。したがって、装置内で消散される熱はかなり減少
されそして電力供給は小さくかつ安価になる。さらに、
　ＬＥＤは寿命が長くそして器具の寿命内で交換を必要
としない。本発明のある態様では、ＩＤはパルスモード
で用いられそしてそれぞれのＩＪＤは各測定試料に対し
て約５ミリ秒毎にスイッチオンされる。すなわち、典型
的な年間使用期間中の各ｌｌＣＤの全スイッチオン時間
はたった１０分にすぎない。これに対して、フィラメン
ト電球は器具をスイッチオンしている間連続して点灯し
なければならたい。また、　ＬＦｌｉＤは非常に安定な
発光特性を有しそしてＬＥＤの使用により比較流路を不
要にすることができる。また％ＬＩＩｉＤは物理的に小
さいので各容器のすぐ近くの空間内に収容して多重設計
のファイバーオプチックスを不要にすることができる。

ＩＪＤは「オフ」から極めて短時間例えば５００ナノ秒
以内で全強度になる（およびその逆）ようなものが好ま
しい。これによってＬＥＤの両方の状態すなわちオンお
よびオフの状態で測定が矢継ぎ早に行なわれる。ビーム
の測定有効幅をあｔｂ拡大せずに試料が移動している間
に読取シを行なえば高速測定が可能である。

光検出手段は普通の７オトダイオードであってもよくそ
してフォトダイオードはＴＪＤの発光波長において高い
感度を有し、物理的に小型でかつ試料から発するすべて
の光を検出するのに十分な大きさの感受領域（光線をレ
ンズによってフォトダイオード上に集光させてもよい）
とＬＥＤの「オン／オフ」特性にマツチする迅速な応答
を有することが好ましい。

ＬＥＤを作動させる手段、試料と読取シ素子の相対運動
を起させる手段および透過光を測定する手段を普通の制
御装置とデータ処理装置例えばアナログ−デジダル変換
器およびマイクロコンピュータに連結することができる
。

本発明による装置の好適な態様を図について説明する。

血液型の測定に使用する測光読取り装置は測光読取りヘ
ッドと試料ミクロプレートを該読取シヘッドへ移送する
のに適した試料駆動装置を備えている。

読取りヘッドは上板１と底板２とからなっておシ、底板
２には１２個の測光読取り素子の発光部分と受光部分が
それぞれセットされている。

第１図に示されているように、各要素は上板では発光ダ
イオ−ＶまたはＬＰ！Ｄ　２０および平行孔コリメータ
２１を備えそして底板では集光レンズ２２およびフォト
ダイオード２３を備えている。底板２はガラススクリー
ン３によってカバーされている。−ＫＤ　２０は緑色の
ビームすなわち波長５７０　ｎｍの実質上単色光を発す
る。ビームはウェル内部では約２糊の直径を有する。

読取りヘッダを水平に対して１７°傾斜させて試料ミク
ロプレート１０のウェル（１０−１，１０−２など）内
に含有された凝集物がミクロプレートウェル（１０−１
、１０−２など）の中心軸からはずれた測定ビームから
はずれるようにする。

ミクロプレート駆動装置（図示せず）は長方形の９６−
ウェル試料ミクロプレート１０を測光読取りヘッドの方
向へ移動させるようになっている。ミクロプレート駆動
装置は減速歯車箱。

プーリおよびドライブコードを経てステップモータによ
って駆動される往復台（キャリジ）を備えている。

ミクロプレート１０のウェル（１０−１、１０−２々ど
）は１２のうちの８列に配設される。読取りヘッドの各
素子は、ミクロプレート１０がヘッドを通過するときに
ウェル（１０−１，１０−２など）の各列における対応
ウェルが読取多素子の１つによって走査されるように配
置される。

第２図には、試料ミクロプレート１０の運動方向に関す
る読取り素子３０の配置が示されている。ミクロプレー
ト１０はミクロプレート１０の運動方向に対して垂直に
約５°の角度で一列に配置された読取多素子６０の列を
通シ越して矢印の方向に移動される。別の配置（図示せ
ず）では、読取多素子３０は同様な角度の２つの平行列
で互い違いになっている。この別の配置によって最大の
空間が与えられる（それ故、装置のユニットを選択する
にあたって素子間の干渉が最小になシそしてたわみ性が
最大になる）。

距離ｄ（すなわち、ミクロプレート１ｏのウェルと整合
する最初と最後の読取り素子３ｏのミクロプレート１０
の運動軸に沿った間＠）は距離ｐ（すなわち、ミクロプ
レー）１０の隣接する列におけるウェルの中心間の間隙
）よシわずかに小さい。装置の態様では、距離ｄはＣ（
ｎ−１）／ｎ”ｌ・ｐ（ｐは読取多素子の個数である）
に大体等しい。すなわち、ここに図示された装置の場合
、ｄは大体（１１ＸＰ）／１２である。

実際においては、ミクロプレート１ｏは往復台に挿入さ
れそして読取り順序が指示される。

ミクロプレート１０におけるウェルＡ、　Ｂ、　Ｏ％Ｄ
などの各列が読取りヘッドを通過すると、読取多素子は
３０−１．３０−２．３０−３５５０−４　、３０−５
．５０−６．３０−７．３０−８．３０−９．３０−１
０．３０−１１．３０−１２の順序で点灯される。各試
料ウェルにおける上清の吸収率が測定されそしてホスト
コンピュータ（図示せず）に伝達される。

測定に先立って、ミクロプレート１０は添付のバーコー
ドラベルで確認することができる。

この場合、別のハンドワン・デッドバーコード読取プ装
置（図示せず）を用いてラベルを読取シそして解読ナン
バー（ディコードナンバー）をホストコンピュータに戻
す。ラベル位置における光電トリガーにより受は入れら
れたコードだけが機器の往復台に配置されたミクロプレ
ートから白米するようにてれる。ラベルの読みがうまく
いけば読取り順序が指示されそしてミクロプレートの交
換をしなくてすむ。

先に述べた別の態様で拡％８個の読取多素子を用いそし
てミクロプレートをその長軸に平行な線に沿って移動さ
せる。この配置は構成部品の数が少なくなるのでコスト
が低くなるという利点を有する。しかしながら、全測定
時間は多少長くなる（ミクロプレートと読取り素子の相
対運動の速度が同じ場合）。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の測光読取りヘッドの部分断面図であり
そして第２図は試料ミクロプレートの運動方向に関する
一組の測光読取りヘッド素子の配置を示す図である。 １・・・上板、２・・・底板、５・・ガラススクリーン
、１０・・・ミクロプレート、１０−１％１０−２・・
・ウェル、２０・・・発光ダイオ−Ｆ（ＬコＤ）、２１
・・・平行孔：ｒリメータ、２２・・集光レンズ、２３
・・・フォトダイオード、３０・・・読取り素子。 特許出願人　　７アイソンズ・ピーエルシー〜・１ ρ ＡＢＣＤ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複数個の読取り素子と、 相対運動の方向と横断して配置された試料 の第１および第２の列の読取り素子に対して連続運動を
   ひき起こす手段と を備え、前記読取り素子が前記連続運動の間試料の第１
   列にある試料とその後試料の第２列にある試料と順次整
   合するように配置されていることを特徴とする、測光読
   取り装置。 ２）読取り素子が読取り素子と試料の相対運動の方向に
   垂直に対して鋭角をなして一列に配置されている特許請
   求の範囲第１項記載の測光読取り装置。 ３）読取り素子が読取り素子と試料の相対運動の方向に
   垂直に対して鋭角をなして２つの平行列で交互に配置さ
   れている特許請求の範囲第１項記載の測光読取り装置。 ４）鋭角が２０°より小さい特許請求の範囲第２項また
   は第３項記載の測光読取り装置。 ５）読取り素子が複数個の光源と対応する複数個の光検
   出手段を備えている特許請求の範囲第１項ないし第４項
   のいずれか１項に記載の測光読取り装置。 ６）光源が発光ダイオードである特許請求の範囲第５項
   記載の測光読取り装置。 ７）光検出手段がフオトダイオードである特許請求の範
   囲第５項または第６項記載の測光読取り装置。 ８）光源が実質上単色である特許請求の範囲第５項ない
   し第７項のいずれか１項に記載の測光読取り装置。 ９）光源によつて放出される光が緑である特許請求の範
   囲第８項記載の測光読取り装置。 １０）それぞれ試料通路の反対側にある複数個の光源と
   光検出手段とを包含する読取りヘツドと、試料通路に沿
   つて試料ミクロプレートの運動をひき起こす手段とを備
   え、前記光源が発光ダイオードであることを特徴とする
   測光読取り装置。 １１）血液型判定装置である特許請求の範囲第１項ない
   し第１０項のいずれか１項に記載の測光読取り装置。