JPWO2010087109A1 - 生体サンプルの前処理装置、及びそれを備えた質量分析装置 - Google Patents

Abstract

多種類の検体に対して、多項目を同時並行的に処理し、臨床検査の多様で不規則な要請に対して臨機応変に対応することが可能で、かつ、高分離可能で再現性および信頼性の高い前処理装置を含む臨床検査装置を提供することである。更に、前処理装置を質量分析装置と組合わせ、前処理から検出までを全自動で行うことができる質量分析装置を提供すること。固相抽出用充填剤を保持できるカートリッジと、該固相抽出カートリッジに圧力を負荷する圧力負荷部と、カートリッジから抽出されたサンプルを受ける受皿機構と、カートリッジおよび当該受皿容器の液面を検知するための液面センサーと、を備え、受皿機構の液面が予め設定した位置まで達したことを液面センサーが検知すると前記圧力負荷部の圧力開放弁が開放されるように、フィードバックする。

Description

本発明は、血液，血清，血漿，細胞組織，尿等生体由来のサンプルに含まれる成分を自動分析する検査・分析装置に属する。

血液，尿などの生体サンプルの定性・定量分析を行う方法としては、サンプル中の測定対象成分と反応して色が変る試薬を用いて色の変化を光度計で測定する比色分析，測定対象成分と特異的に結合する物質に直接または間接的に標識体を付加し、標識体をカウントする免疫分析の２つが代表的なものである。近年、質量分析器を用いた物理化学的な方法での生体サンプルの分析が試みられており、今後適用範囲は拡大すると予想される。

質量分析法で血液，血清，血漿，細胞組織，尿等生体由来のサンプルに含まれる成分を検査・分析する場合、生体成分には数万種類以上の多数の成分が混在しており、多種類の成分が同時に質量分析装置に導入されると精度よい検出を行うことが困難となる。そこで、生体サンプルを前処理する過程で十分に濃縮・精製することが必須である。質量分析法の前処理として多数の検体を処理する際には一般的に固相抽出法が用いられる。

前処理の効率化を図るために固相抽出を自動的に行うものが提案されている。例えば、特許文献１，２では、一つのプレート上にウェルを縦横１２×８本配置した、９６穴固相抽出プレートを用いた抽出処理法が開示されている。これらは全てのウェルに均等に引圧または加圧を加えることでサンプルの抽出を行い、最大９６検体が同時に抽出可能となっている。

固相抽出を行う際に、加圧時にミストの発生を防ぐものが提案されている。例えば、特許文献３では、核酸抽出装置の核酸抽出部で加圧エアによりサンプルを溶出した後に、残留加圧エアが抽出カートリッジの排出部より液とともに噴出されてミスト状の排出液が飛散して周囲を汚染しコンタミネーションがおこってしまうのを防ぐために、抽出カートリッジからのサンプルの排出が終了した時点で、圧力開放弁を開放する機構を備えた核酸抽出装置が開示されている。

また、特許文献４では、ＣＣＤカメラを用いた液面検知機構を搭載した自動分析装置が開示されている。

特開２００６−７０８１号公報 EP1 159 597 B1 特開２００５−２０４５７８号公報 特開２００７−２９８４４５号公報

質量分析法で血液，血清，血漿，細胞組織，尿等生体由来のサンプルに含まれる成分を検査・分析する場合の課題は、再現性および信頼性の高いデータ取得すること、自動化することにより多様で不規則な現場のニーズに臨機応変に対応することである。データ再現性および信頼性を向上させるためには前処理工程で十分に濃縮・精製することが必要である。そのためには固相抽出カートリッジおよび抽出成分を受ける受皿容器内の液面を液面センサーにより検知しながら抽出を行い、精製工程を管理することが必須である。

特許文献１，２のように、固相抽出を自動化した場合、検体の状態、例えば粘度や夾雑物の影響により同等な圧力を印加してもウェルごとに抽出速度が異なり、固相抽出上部にサンプル残液が残るという問題があった。この問題を解消するために、十分以上の高い圧力を印加する、または時間をかけて圧力を印加することで固相抽出カートリッジに添加したサンプル全量を通液させる方法が用いられていた。この方法であると一見全てのウェルにおいて均等に固相抽出が行われるようには見えるが、サンプルの粘度、またはサンプルが通液した後の固相抽出剤上下に固定されたフィルターの状態（目詰まり度）によりサンプルもしくは溶出液の通液のスピードが異なり充填剤との接触効率（つまり線速度）にばらつきが生じて、精製過程での再現性が問題になっていた。加えて十分以上の高い圧力を固相抽出カートリッジに印加した場合、印加圧力によりサンプルを溶出した後に、残留加圧エアが抽出カートリッジの排出部より液とともに噴出されてミスト状の排出液が飛散して周囲を汚染しコンタミネーションがおこってしまう問題があった。

ミストの発生を防ぐ方法として特許文献３が開示されているが、溶液全体が排出された直後の抽出カラム内部の圧力変化を検出する場合は、溶液全量が排出される直前に発生するミスト状や液滴状の排出液の飛散を完全に防止することが難しい。また、抽出工程で分離・分画を行いながら抽出することができない。

特許文献４では、自動分析装置にＣＣＤカメラを搭載し、液面検知を行いながら反応試薬の添加、希釈が適切に行われているのかを検知しながら検査を行うことができる。しかしながら溶液が固相カートリッジの上部から下部へ移動する固相抽出のような経時的な液面変化には対応していない。また液面高さの変化量を圧力負荷部にフィードバックし制御する機構は有していない。

このように、特許文献１，２に記載のように複数の固相抽出カートリッジを備えた装置によりスループット良く精製する方式、または特許文献３に記載のように抽出工程の際に、ミスト状の排出液が飛散して周囲を汚染しコンタミネーションがおこってしまうのを防ぐために、抽出カートリッジからのサンプルの排出が終了した時点で、圧力開放弁を開放する機構を備えた装置、および特許文献４のように液面検知を行いながら反応試薬の添加、希釈が適切に行われているのかを検知する自動分析装置が知られている。つまり先行特許技術では、スループット向上のため圧力負荷部を増やすと、液面検知機構も増やさざるを得ず、装置構成の複雑さおよびコストアップする問題があった。また、固相抽出カートリッジおよび抽出成分を受ける受皿容器内の液面を検知し、設定した分画数（抽出速度および量）に合わせて圧力負荷部の印加速度にフィードバックをかける仕組みは存在しない。一方、前処理部に複数個の固相抽出カートリッジが設置可能なターンテーブルを備え、圧力負荷部とは異なる位置に液面検知機構を設けることにより、無限軌道ターンテーブル上の複数の圧力負荷部に対して１個の液面検知機構を共用することで、全ての加圧過程の液面検知を可能とする。結果、従来の固相抽出を自動的に行う装置に比べて、コスト低減，キャリーオーバーの低減，ランダムかつ、高スループットな固相抽出をシンプルな構成で可能とする効果がある。さらに、固相抽出カートリッジの前後はオフラインの構成になっており、複数の溶出溶媒を用いて段階的に溶出を行うことができ分離能は既存装置に比べて高い。また、固相抽出カートリッジおよび抽出成分を受ける受皿容器内の液面検知ができる液面センサーおよび液面センサーで検知した値に対して圧力負荷部の印加速度にフィードバックをかける機構が配置されている。

本発明の目的は、多種類の検体に対して、多項目を同時並行的に処理し、臨床検査の多様で不規則な要請に対して臨機応変に対応することが可能で、かつ、高分離可能で再現性および信頼性の高い前処理装置を含む臨床検査装置を提供することである。更に、前処理装置を質量分析装置と組合わせ、前処理から検出までを全自動で行うことができる質量分析装置を提供することも可能となる。

固相抽出用充填剤を保持できるカートリッジと、
当該カートリッジを複数個保持可能な固相抽出カートリッジ保持部と、
前記固相抽出カートリッジ保持部上に載置されたカートリッジに圧力を負荷する、少なくとも一つの圧力負荷部と、
前記圧力負荷部において前記カートリッジに加えられた圧力を保持する圧力保持機構と、
前記カートリッジから抽出されたサンプルを受ける受皿機構と、
当該カートリッジおよび当該受皿容器の液面を検知するための液面センサーと、
圧力負荷部の圧力を検知する圧力センサーと、
圧力を開放作動する圧力開放弁と、
各センサーの出力値に基づいて、前記圧力負荷部においての加圧の度合いに事前に設定した液面位置まで、液面センサーで検知した液面位置が達すると圧力開放弁が開放されるように、フィードバック可能なアルゴリズムを搭載した制御装置と、
を備えた前処理装置と、
当該前処理装置に加えて、試料イオン化部と質量分析とを備えた前処理装置。

上記において充填剤とは、被検液を通液させて目的成分を選択的に分離させるものであれば、どのようなものであってもよい。またカートリッジは、例えば内部に充填剤を保有した円筒状のものなどが考えられるが、充填剤が処理動作中に動かないように固定するものであれば、どのような構造をもとり得る。圧力保持機構は、一方弁のように内部の圧力を保つ機能をもつものであれば、どのようなものであってもよい。液面センサーは、液面の変動を感知するものであればどのようなものであってもよく、例えば、ＣＣＤカメラのような非接触型や屈折率を検知する接触型、どちらでもよい。圧力センサーは、圧力の圧変動を検知できるものであればどのようなものでもよい。

以上述べたように、本発明によればこれらの特徴により、固相抽出カートリッジに導入する溶出溶媒成分濃度を段階的に変化させ、複数の受皿容器を用いて溶出成分を順じ回収することで、従来の固相抽出を自動的に行う装置に比べて、キャリーオーバーの低減，スループット向上に優れた装置を提供できる。また、固相抽出カートリッジまたは抽出成分を受ける受皿容器またはその両方の液面検知ができる液面センサーが配置されており、無限軌道ターンテーブル上の複数の圧力負荷部に対して１個の液面検知機構を共用することで、全ての加圧過程の液面検知を可能とする。結果、従来の固相抽出を自動的に行う装置に比べて、キャリーオーバーの低減，ランダムかつ、高スループットな固相抽出をシンプルな構成で可能とする効果がある。さらに、あらかじめ設定した液面位置に達した時点で圧力負荷部の負荷を停止する、もしくは固相抽出カートリッジ内の圧力の開放を行う機構を有する。これにより患者ごとで物性、例えば粘性等は異なるサンプルでも、固相抽出カートリッジ内の固相抽出フィルターを通過する工程で再現性が得られ、成分と目的薬物を分ける分離能、再現性および信頼性の高いデータの取得が可能となる。同様に固相抽出カートリッジ内の充填剤の種類（形状，密度，交換モード）が異なった場合でも固相抽出カートリッジ内の固相抽出フィルターを通過する工程で再現性が得られ、成分と目的薬物を分ける分離能，再現性および信頼性の高いデータの取得が可能となる。

本発明の一実施形態における自動分析装置の平面図。 本発明の一実施形態における自動分析装置の正面図（ターンテーブル１０１およびターンテーブル１０５付近）。 本発明の一実施形態における自動分析装置のターンテーブル１０１に配置されたカートリッジ保持容器１０３とターンテーブル１０５に配置された受皿容器１０６の形状および位置関係概略図。 本発明の一実施形態における自動分析装置の固相抽出操作の概略動作フローチャー。 本発明の一実施形態における液面センサーに超音波センサーを適応した場合の概略図。 本発明の一実施形態における液面センサーに光センサーを適応した場合の概略。 圧力負荷部が押圧負荷方式の場合の正面図。 固相抽出カートリッジの充填剤に逆相系カラムを用いた場合の溶出時間と有機溶媒濃度の関係図（Ａ）ステップワイズグラジエント，（Ｂ）リニアグラジエント。 固相抽出カートリッジの概略図。 複数の圧力負荷部を備えた前処理装置の実施例。

以下図面を用いて本発明の実施例を説明する。

本発明に係る自動分析装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態は発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

生体試料の分析方法としては、サンプル中の分析対象成分と反応して色の変わる試薬を用い、色の変化を多波長光度計で測定することにより分析を行う、比色分析法や、抗原・抗体反応を利用し、測定対象成分と特異的に反応する物質を試薬とし、特異的に反応した物質の量をカウントすることで測定する、免疫分析法の二つの分析法に加え、近年更に微量な物質を測定するため、検出器として質量分析を用いる試みがなされている。その目的は、血中濃度モニタリング（Therapeutic Drug Monitoring，ＴＤＭ）である。

ＴＤＭの一例として、薬物体内動態観察が挙げられる。医療の現場で患者に薬剤を投与する際には、適用する患者の症状に合わせて個別に投与計画することが、有効性・安全性を保障するうえで重要である。同一容量の薬剤を服用しても人によって治療効果の異なる原因として、薬物体内動態の個人差によって血中濃度に違いが出てくることがある。そこで、個々の患者の血中濃度を測定することにより、治療域に収まるように容量・用法を最適化する技術、つまり、ＴＤＭが行われている。

ＴＤＭにおける薬物濃度測定には、迅速性と簡便性に加え、少量の血液で臨床的に満足しうる測定感度が要求されることから、免疫測定分析（イムノアッセイ、immunoassay analysis）が広く普及している。しかし、イムノアッセイは、薬物に対する抗体を作製する必要があることから検査コストが高価になる点、代謝物等の類似化合物との交差反応、そもそも抗体が作製できない薬剤については適応できないという欠点があることから、近年、検出器に質量分析を用い物理化学的な検出法で診断する試みがなされている。

検出器として質量分析を用いる場合、質量分析計の前段のイオン化装置部において、成分に高温・高電圧を負荷して気化（イオン化）することで質量分析計への成分の導入を行う。血液・尿等の生体由来サンプル中には数万以上の多数の成分が混在しており、多種類の成分が同時にイオン化されるとイオン化の阻害（イオンサプレッション）が起こり、精度よい検出を行うことが困難となる。そこで、質量分析計へのサンプルを導入する前に、濃縮・精製する前処理が必須となる。

本実施例に係る自動分析装置は、図１中の固相抽出部１Ａと検出部１Ｂおよび制御部１Ｃから構成される。

固相抽出部（１Ａ）はディスポーザブル使用できる固相抽出カートリッジ１０２を保持できるカートリッジ保持容器１０３が配置されたターンテーブル１０１を備え、固相抽出カートリッジ１０２を保管できるカートリッジ保管部１１２を備え、固相抽出カートリッジ１０２をカートリッジ保管部１１２からカートリッジ保持容器１０３に移動できる回転式アーム１０９を備え、試薬容器１１１が配置されたターンテーブル式の試薬槽１１０を備え、試薬容器１１１から固相抽出カートリッジ１０２に試薬を移送できる回転式アーム１０８を備え、少なくともひとつの固相抽出カートリッジ１０２に圧力を負荷することで抽出工程を行うことができる圧力負荷部１０４を備え、ターンテーブル１０１の下部に固相抽出カートリッジ１０２から抽出された溶液を受けることができる複数の受皿容器１０６が配置されたターンテーブル１０５を備え、抽出された溶液を受皿容器１０６からサンプル導入部１１６へ移送できる回転式アーム１０８を備え、抽出の進行度を検知できる液面センサー１０７から構成される。

固相抽出カートリッジ１０２には、圧力を開放作動する圧力開放弁が備わっており、事前に設定した液面位置まで、液面センサーで検知した液面位置が達すると圧力開放弁が開放される構成になっている。

検出部１Ｂは、溶液を押し出しイオン化部へサンプルを導入するポンプ１１５と、電圧を負荷することでサンプルのイオン化を行うイオン化部１１７と、ポンプ１１５の後段にイオン化部１１７の前段に位置しサンプルを流路内に導入するサンプル導入部１１６と、イオン化されたサンプルを分析・検査する質量分析部１１８から構成される。

制御部１Ｃは、本装置を構成している各々の部位を自動一括制御できる制御部１１９からなる。

以下に、固相抽出作業を含めた装置の検査・分析を工程順に詳しく説明する。
標準試薬添加工程
まず、サンプル搬送部１１３で搬送されたサンプルに標準試薬が添加される。添加は、試薬槽１１０内の試薬容器１１１中の標準試薬を回転アーム１０８で吸引し、サンプル搬送部１１３内への試薬の添加が行われる。標準試薬は通常、サンプル中に含まれる検査・分析の目的となる薬剤の水素（Ｈ）や炭素（Ｃ）を²Ｈや¹³Ｃで置換した安定同位体もしくは、目的となる薬剤の類似化合物が用いられる。回転アーム１０８，回転アーム１０９，回転アーム１１４の先端には試薬の吸引・吐出ができるピペットまたはシリンジが備わっており、試薬の吸引・吐出後先端を自動に洗浄できる機構が備わっている。
固相抽出カートリッジ１０２の脱着
カートリッジ保管部１１２はターンテーブル１０１内に中心から同角度へ平均に配置されており、固相抽出カートリッジ１０２は取替え可能であり、回転式アーム１０９により順じ搬送されカートリッジ保持容器１０３内に設置される。固相抽出カートリッジ１０２はベルトコンベアのような輸送手段でカートリッジ保持容器１０３内へ設置される場合もある。
固相抽出カートリッジ１０２の洗浄工程
次に固相抽出カートリッジ１０２の洗浄が行われる。洗浄工程は、ターンテーブル１０１が回転アーム１０８の動作範囲内まで回転し、試薬槽１１０内の試薬容器１１１中の洗浄試薬を回転アーム１０８が吸引し、洗浄試薬が固相抽出カートリッジ１０２へ注入される。そして、ターンテーブル１０１は、圧力負荷部１０４の動作範囲まで回転し、圧力が負荷され洗浄試薬が固相抽出カートリッジ１０２の上部から下部へ移動することで洗浄工程が行われる。通常、洗浄溶液は、メタノールまたはアセトニトリル等の有機溶媒が用いられるが、本実施例では１００％メタノール溶液を採用した。また、ターンテーブル１０１の垂直下部に同形状のターンテーブル１０５が配置され、抽出成分を捕捉する必要がある場合は、ターンテーブル１０１およびターンテーブル１０５の回転角度によって、カートリッジ保持容器１０３の垂直下部には、受皿容器１０６が配置され抽出成分の捕捉が行われる。抽出成分の捕捉を行う必要のない場合は、溶出成分は廃液として処理される。なお、ターンテーブル１０１およびターンテーブル１０５の回転方向は時計周りおよび半時計周りどちらも回転可能な機構を持ち、次の操作位置に短時間で移動できる方向に回転することができる。

ターンテーブル１０１のカートリッジ保持容器１０３内には、複数の固相抽出カートリッジ１０２が配置されており、各々の固相抽出カートリッジ１０２に対して試薬の吸引および注入操作と圧力の負荷操作を同時に行うことが可能である。

ターンテーブル１０１の形状とカートリッジ保持容器１０３の位置関係は、円形のターンテーブル１０１の中心から同角度で均等にカートリッジ保持容器１０３が位置している。

ターンテーブル１０１に配置されたカートリッジ保持容器１０３とターンテーブル１０５に配置された受皿容器１０６の形状および位置関係は以下の構造をとりうる。ひとつは、図３−１のように、ターンテーブル１０１とターンテーブル１０５が同形状でカートリッジ保持容器１０３と受皿容器１０６が垂直方向に一対一で対応する形状をとる。または、図３−２のように、ターンテーブル１０１とターンテーブル１０５が同形状であるが、カートリッジ保持容器１０３と受皿容器１０６が一対一で対応せず、カートリッジ保持容器１０３に対して複数個の受皿容器１０６を有する形状をとる。または、図３−３のように、ターンテーブル１０１とターンテーブル１０５がそれぞれ異なる形状、例えば楕円形や線形の形状を持ち、それに従い、カートリッジ保持容器１０３に対して複数個の受皿容器１０６を有する形状をとる。

次に、本発明の一実施形態における概略動作ついて図４に従い、説明する。まず、ユーザーが検査・分析するサンプルを本自動分析装置に導入し、制御装置１１９に検査項目のインプットを行う。制御装置１１９は中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路から構成され、インプットされた検査項目ごとの所定のプログラムに従って「処理工程の決定」，「処理状況の把握の実施」および「各種演算」を行い、固相抽出工程が適正に行われているかを算出する演算装置として機能する。

ここでいう「処理工程の決定」とは、検査項目ごとに、固相抽出カートリッジの種類，溶出溶媒種類，負荷圧力，負荷時間，内部標準物質の種類の最適なパラメーターを決定することである。例えば、代表的な抗てんかん剤であるカルバマゼピンの場合は、固相抽出カートリッジの種類に充填剤が逆相系の固相抽出カートリッジ、溶出溶媒種類に１００％メタノール、負荷圧力に１.０mmＨＧ、負荷時間に１.０min、内部標準物質にＣ₁₅Ｄ₁₀Ｈ₂Ｎ₂Ｏ（ＤＬＭ−２８０６−１．２，Cambridge Isotope Laboratories, Inc．）のパラメーターが決定され、固相抽出処理が行われる。固相抽出カートリッジの充填剤は、逆相系のほか順相系，陽イオン交換系，陰イオン交換系，ＨＩＬＩＣ，クロマトフォーカシング，ＧＰＣ（分子量分画）から選択することができる。また、溶出溶媒濃度の選択は固相抽出カートリッジの充填剤に逆相系を用いた場合、図８に示すように有機溶媒濃度を一定にし一定時間溶出を行うステップワイズグラジエント法と、有機溶媒濃度を時間毎に変化させるリニアグラジエント法が考えられ、検査・分析ごとに要求される分離度により適宜選択される。ステップワイズグラジエントの場合は、有機溶媒濃度の異なる各溶出溶媒を固相抽出カートリッジに添加し、全量固相抽出カートリッジに通液させ受皿容器に捕捉することになる。リニアグラジエントの場合は、有機溶媒濃度を逐次変化させながら、固相抽出カートリッジに通液させることになるので、液面センサーで固相抽出カートリッジまたは受皿容器の液面位置に基づいて、ターンテーブル１０１またはターンテーブル１０５もしくは両ターンテーブルを回転させて抽出溶液の分画を行うことになる。

「処理状況の把握の実施」とは、前述の「処理工程の決定」で決定した負荷圧力，負荷時間で抽出を行い、固相抽出カートリッジまたは受皿容器内中の液面が、規定位置まで到達したか検知することである。従来方法では目視により検知を行っていたが、患者により特性の異なる血清等をサンプルに用いて固相抽出処理を行った場合、粘度，負荷速度などの変化に十分対応しきれず、手間もかかるという問題があった。そのため、血清を固相抽出処理する場合、設定位置で抽出を停止することができず、固相抽出を安定に行うことができず、分析・検査結果の劣化につながっていた。そこで、上記の問題を解決すべく、血清が固相抽出カートリッジの充填剤を上部から下部に移動する際に、液面を精度良く検知できる方法として液面センサーを用いることで問題の解決を図った。液面レベルを検知する液面センサーとして、超音波センサー，光センサー，ＣＣＤカメラセンサーおよびレーザーセンサーのいずれかが用いられる。

液面センサーに、超音波センサーを適応した場合を図５に従い説明する。超音波センサーは、固相抽出カートリッジと固相抽出カートリッジの中に密封された液体または、受皿容器と受皿容器の中に密封された液体または、その両方の液体に超音波を送信すると共に液面で反射された超音波を受信する超音波振動子とから成り、感知対象である液面の変動を検知する超音波振動感知センサーから所定時間間隔毎に受信信号が入力され、受信信号の最大振幅値の変化から超音波振動感知センサーの感知対象である液面の増減を演算する制御装置１１９を有する。超音波振動感知センサーで検出した受信信号は制御装置１１９で演算処理することにより、その変化量を演算し、制御装置１１９からの情報をコントロール回路を通してあらかじめ設定した値に達した時点で圧力負荷部の負荷を停止する、もしくは固相抽出カートリッジ内の圧力の開放を行う。このことで、固相抽出カートリッジに導入する溶出溶媒成分濃度を段階的に変化させ、複数の受皿容器を用いて溶出成分を順じ回収する場合でも、成分と目的薬物を分ける分離能に再現性や信頼性の高いデータの取得が可能となる。

次に、液面センサーに光センサーを適応した場合を図６に従い説明する。光センサーは、複数の光検出素子の列を一つ或いは複数持つ光検出手段と、光検出手段と一体または別体に構成された光検出手段で得られる情報を処理する制御装置１１９を有し、光検出手段に投影された固相抽出カートリッジまたは受皿容器内またはその両方のサンプルの像から固相抽出カートリッジまたは受皿容器内中のサンプル量またはその両方のサンプル量を検出し、制御装置１１９からの情報をコントロール回路を通してあらかじめ設定した値に達した時点で圧力負荷部の負荷を停止する、もしくは固相抽出カートリッジ内の圧力の開放を行う。光センサーを利用する方法としては、固相抽出カートリッジまたは受皿容器内の外側の検知すべき液面位置に光センサーの光源部と受光部とを設置し、検知すべき液面位置を液面が通過することにより変化する光学的特性を測定して液面を検知する方法がある。液面の通過に伴う光学特性の変化とは溶液と屈折率差異に基づくものである。このことで、固相抽出カートリッジまたは受皿容器内中のサンプル量を正確に把握し、固相抽出処理の再現性および安定性を向上させ、ユーザーに精度の高分析・検査が提供することができる。

超音波センサーや光センサーに加えてＣＣＤカメラを用いた画像センサーを用いることにより固相抽出カートリッジまたは受皿容器の液面位置を精度良く検知することができる。画素数が数万から数十万である画像処理センサーにより液面の色を画素数として抽出し、抽出した色とは異なる色が出現し、あらかじめ設定した画素数交差に達した時点で圧力負荷部の負荷を停止する、もしくは固相抽出カートリッジ内の圧力の開放を行う。

「各種演算」するとは、前記各種センサーで一定時間間隔毎に検出した受信信号の最大振幅値の時系列データを作成すると共に、当該時系列データを正規化して解析データを形成し、その後前記解析データの所定数の受信信号の最大振幅値の変化点についてその標準偏差値を演算すると共に、前記解析データの波形について高速フーリエ変換処理を行って超音波のスペクトラムピーク値を抽出し、その後、前記演算した標準偏差値および前記抽出したスペクトラムピーク値を適用して、当該計算した危険度の値から固相抽出処理の正常又は吐出異常を判別する。吐出異常の原因には、固相抽出カートリッジ内における気泡発生，異物混入，液体の粘度上昇，固相抽出カートリッジへの異物（液体の固化物）の付着，圧力発生素子の故障などがある。回復手段には、ターンテーブル１０１は、圧力負荷部１０４の動作範囲内まで回転し、再度圧力が負荷される。この処理の後でも異常検知した場合には、固相抽出カラムの交換を行い、再度固相抽出処理を行うことになる。また、回復処理には、電源オン時や設定変更等に伴う初期化（イニシャライズ）時に実行される回復処理を適応しても良い。正常の場合は、次の工程に移行することになる。

また、本自動分析装置で検査・分析する検体は血清，血漿，血液等の生体試料であり、比較的溶液の粘性は大きいため、大きい圧力を負荷して固相抽出カートリッジ１０２の上部から下部へ通過させることとなり、溶液全量排出後の残圧も大きい。また、溶液全量が排出される際に気泡（ミスト）が生成されることもあり、この気泡生成過程においては抽出カラム内部の液面を正確に検出し難い。従って、残圧により気泡が破裂してミスト状や液滴状の排出物が飛散し、或いは、残圧により成長した気泡が抽出カラムの排出口周辺に付着し、コンタミネーション発生および検査結果の劣化の原因となり得る。そこでミストの発生を抑制するために、溶液全量排出前に溶液の流動を停止させるため、あらかじめ設定したパラメーターに達した時点で、圧力負荷部の負荷を停止する、もしくは固相抽出カートリッジ内の圧力の開放を行う工夫も行われる。

圧力負荷部について説明する。図７は圧力負荷部の正面図であり、圧力負荷部が押印式の場合の図である。固相抽出カートリッジ１０２に溶液が注入された後に固相抽出カートリッジ１０２中の充填剤による抵抗のため、溶液は自重に従って固相抽出カートリッジ１０２上部から下部に移動することはできないため、圧力を負荷する必要がある。本実施例では、ターンテーブル１０１の上部に圧力負荷部１０４が備わっており、固相抽出カートリッジ１０２の上部から加圧を行うことで固相抽出カートリッジ内への通液を行う。サンプルが添加される固相抽出カートリッジに設けられた圧力センサーを用いて固相抽出カートリッジ内の圧力を検出し、その検出結果に基づいて固相抽出カートリッジにどのくらい圧力が負荷されているのか判断する。圧力センサーから引き出されセンサー信号を伝送するセンサー信号配線や、圧力素子などの圧力発生素子に負荷される駆動信号が伝送される駆動信号配線もまた高画質に且つ近接配置されることになる。圧力負荷部で圧力を負荷する際に、ターンテーブルにかかる圧力による損傷を防ぐために、ターンテーブル上部から垂直方向に均等に圧力がかかるようにターンテーブルの中心と反対方向に圧力負荷部を設ける場合も考えられる。圧力負荷部は引圧負荷方式の場合もある。バキュームラックと真空ポンプおよび蓋が備わっており、引圧時に固相抽出カートリッジと受皿容器が引圧になるような機構をもち、引圧状態で溶液が固相抽出カートリッジ１０２の上部から下部へ移動することで通液が行われる。固相抽出カートリッジ１０２内の充填剤にサンプルを吸着または溶出させるためには、ある程度の時間、サンプル成分を充填剤が接することが必要であり、例えば、１ccの固相抽出カートリッジを通過するために必要な時間は１分程度である。一方、固相抽出カートリッジ１０２に試薬を注入する時間は数秒であるので、圧力負荷部１０４が一箇所しかない場合はスループットが低下する。そこで圧力負荷部１０４および試薬およびサンプルを注入するための回転アーム１０８および回転アーム１１４を複数個および、一旦圧力を負荷した後も固相抽出カートリッジ内の圧力を一定時間保つことができる機構を備えることで、同時に複数個のサンプルを処理できるようにすることでスループットの向上を図ることができる。固相抽出カートリッジ内に加えられた圧力を保持する圧力保持部は、本実施例では、図９のような逆止弁方式を用いたが一方弁のようにカートリッジ内部の圧力を保つものであれば、どのようなものであってもよい。固相抽出処理の終了は、前述の液面センサーにより、あらかじめ設定した液面位置に達した時点で圧力負荷部の負荷を停止する、もしくは固相抽出カートリッジ内の圧力開放弁の開放を行う機構を有することで、患者ごとで物性、例えば粘性等は異なるサンプルでも、固相抽出カートリッジ内の固相抽出フィルターを通過する工程で再現性が得られ、成分と目的薬物を分ける分離能に再現性や信頼性の高いデータの取得が可能となる。圧力開放弁は本実施例では、電気信号により弁の開閉ができる電磁弁を用いたが、圧力開放弁の垂直上部方向から針のような先端が鋭利な部材を突き刺し、物理的に圧力の開放を行う方法でもよい。
固相抽出カートリッジ１０２への平衡化工程
一旦有機溶媒で洗浄された固相抽出カートリッジ１０２は、サンプル中の薬剤成分が固相抽出カートリッジ１０２に吸着できる状態になるように平衡化が行われる。平衡化工程は、試薬槽１１０が回転アーム１０８の動作範囲まで回転し、試薬容器１１１中の平衡化試薬を回転アーム１０８が吸引・吐出し固相抽出カートリッジ１０２に注入する。そして、ターンテーブル１０１は、圧力負荷部１０４の動作範囲内まで回転し、圧力が負荷され平衡化試薬が固相抽出カートリッジ１０２の上部から下部へ移動することで平衡化工程が行われる。通常、平衡化試薬は水系の溶液が用いられるが、本実施例では１００％水の溶液を採用した。
固相抽出カートリッジ１０２への吸着工程
平衡化が行われた固相抽出カートリッジ１０２へ標準試薬の添加が行われたサンプルを注入し、サンプル中の薬剤成分の吸着を行う。吸着工程はサンプル搬送部１１３が回転アーム１１４の動作範囲まで回転し、サンプル搬送部１１３のサンプルを回転アーム１１４が吸引・吐出し固相抽出カートリッジ１０２に注入する。そして、ターンテーブル１０１は、圧力負荷部１０４の動作範囲内まで回転し、圧力が負荷され平衡化試薬が固相抽出カートリッジ１０２の上部から下部へ移動することで吸着工程が行われる。
洗浄工程
吸着工程で固相抽出カートリッジ１０２に吸着した成分のうち、洗浄工程を行うことで、非特異的に吸着した成分が固相抽出カートリッジ１０２から脱離し、目的の薬剤成分の濃縮が行われる。洗浄工程は試薬槽１１０が回転アーム１０８の動作範囲まで回転し、試薬容器１１１中の洗浄試薬を回転アーム１０８が吸引・吐出し固相抽出カートリッジ１０２に注入する。そして、ターンテーブル１０１は、圧力負荷部１０４の動作範囲内まで回転し、圧力が負荷され洗浄試薬が固相抽出カートリッジ１０２の上部から下部へ移動することで洗浄工程が行われる。通常、洗浄試薬はメタノールまたはアセトニトリル等の有機溶媒を含む溶液が用いられるが、本実施例では５％メタノール溶液を採用した。
溶出工程
固相抽出カートリッジ１０２に吸着している薬剤の溶出を行う。溶出工程は、洗浄工程と同様に溶出試薬が固相抽出カートリッジ１０２へ注入され、圧力が負荷され、溶出試薬が固相抽出カートリッジ１０２の上部から下部へ移動することで溶出工程が行われる。通常、溶出試薬はメタノールまたはアセトニトリル等の有機溶媒を含む溶液が用いられるが、本実施例では１００％メタノール溶液を採用した。
検出部への導入
溶出溶液が検出部１Ｂへ導入され、検査・分析が行われる。検出部１Ｂへの導入はターンテーブル１０５が回転アーム１０８の動作範囲内まで回転し、受皿容器１０６から溶出溶液の吸引・吐出が行われサンプル導入部１１６へ導入される。イオン化部１１７は本実施例では、エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）または大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）を用いた。イオン化部にはＭＡＬＤＩプレートとレーザー光線でイオン化を行うマトリックス支援レーザー脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ法）も考えられる。

無限軌道ターンテーブル上の複数の圧力負荷部が備わる場合の実施例について図面１０を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施例では実施例１と異なる部分のみを説明する。なお、本実施形態は発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

ディスポーザブル使用できる固相抽出カートリッジ１０２を保持できるカートリッジ保持容器１０３が配置されたターンテーブル１０１を備え、少なくともひとつの固相抽出カートリッジ１０２に圧力を負荷することで抽出工程を行うことができる圧力負荷部１０４を備え、前記圧力負荷部とは異なる位置に設けられ、前記固相抽出カートリッジの少なくともいずれかの抽出の進行度を検知できる液面センサー１０７から構成される。

本発明の一実施形態における概略動作については、実施例１と同様であるため省略する。

本実施例では、圧力負荷部とは異なる位置に液面検知機構を設けることにより、無限軌道ターンテーブル上の複数の圧力負荷部に対して１個の液面検知機構を共用することで、全ての加圧過程の液面検知を可能とする。結果、従来の固相抽出を自動的に行う装置に比べて、コスト低減，キャリーオーバーの低減，ランダムかつ、高スループットな固相抽出をシンプルな構成で可能である。

１０１，１０５ ターンテーブル
１０２ 固相抽出カートリッジ
１０３ カートリッジ保持容器
１０４ 圧力負荷部
１０６ 受皿容器
１０７ 液面センサー
１０８，１０９ 回転式アーム
１１０ ターンテーブル式の試薬槽
１１１ 試薬容器
１１２ カートリッジ保管部
１１５ ポンプ
１１６ サンプル導入部
１１７ イオン化部
１１８ 質量分析部
１１９ 制御部

Claims (25)

1. 固相抽出用充填剤を保持できるカートリッジと、
   該カートリッジを複数個保持可能な固相抽出カートリッジ保持部と、
   前記固相抽出カートリッジ保持部上に載置されたカートリッジに圧力を負荷する、少なくとも一つの圧力負荷部と、
   前記カートリッジから抽出されたサンプルを受ける受皿機構と、
   前記圧力負荷部とは異なる位置に設けられ、該カートリッジまたは該受皿容器の少なくともいずれかの液面を検知するための少なくとも一つの液面センサーと、
   前記液面センサーの出力に基づいて前記圧力制御機構を制御する制御機構を備えたことを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
2. 請求項１記載の生体サンプルの前処理装置において、
   前記液面センサーは、液面を検知する液体に超音波を送信するものであることを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
3. 請求項１記載の生体サンプルの前処理装置において、
   前記液面センサーは、液面を検知する液体に光を照射するものであることを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
4. 固相抽出用充填剤を保持できるカートリッジと、
   該カートリッジを複数個保持可能な固相抽出カートリッジ保持部と、
   前記固相抽出カートリッジ保持部上に載置されたカートリッジに圧力を負荷する、少なくとも一つの圧力負荷部と、
   前記カートリッジから抽出されたサンプルを受ける受皿機構と、
   前記圧力負荷部とは異なる位置に設けられ、該カートリッジまたは該受皿容器の少なくともいずれかの液面の画像を取得する少なくとも一つの画像センサーと、
   前記圧力負荷部の圧力を制御する圧力制御機構と、
   を備え、前記画像センサーの出力に基づいて前記圧力制御機構を制御する制御機構を備えたことを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
5. 請求項４記載の生体サンプルの前処理装置において、
   前記画像処理センサーにより液面の色を検出し、色の変化に基づき、前記圧力制御機構を制御することを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
6. 請求項１記載の生体サンプルの前処理装置において、
   検査・分析するサンプルを本自動分析装置に導入し、制御装置に検査項目のインプットを行うと検査項目ごとのあらかじめ設定されたプログラムに従って固相抽出カートリッジの種類，溶出溶媒種類，負荷圧力，負荷時間，内部標準物質の種類の最適なパラメーターを決定し、自動で前処理，検査・分析，検査結果の出力までを行うことが可能な機構を備えたことを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の生体サンプルの前処理装置を備えたことを特徴とする質量分析装置。
8. 固相抽出用充填剤を保持できるカートリッジと、
   当該カートリッジを複数個保持可能な固相抽出カートリッジ保持部と、
   前記固相抽出カートリッジ保持部上に載置されたカートリッジに圧力を負荷する、少なくとも一つの圧力負荷部と、
   前記圧力負荷部において前記カートリッジに加えられた圧力を保持する圧力保持機構と、
   前記カートリッジから抽出されたサンプルを受ける受皿機構と、
   前記圧力負荷部とは異なる位置に設けられ、当該カートリッジまたは当該受皿容器の少なくともいずれかの液面を検知するための少なくとも一つの液面センサーと、
   圧力負荷部の圧力を検知する圧力センサーと、
   圧力を開放作動する圧力開放弁と、
   カートリッジまたは前記受皿機構またはその両方の液面位置を検知できる液面センサー、
   を備えた生体サンプルの前処理装置。
9. 請求項８記載の生体サンプルの前処理装置において、
   液面の通過に伴う光学特性の変化を検知するセンサーで検出した受信信号は制御装置で演算処理することにより、その変化量を演算し、制御装置からの情報をコントロール回路を通してあらかじめ設定した値に達した時点で、あらかじめ設定した液面位置に達した時点で圧力負荷部の負荷を停止する、もしくは固相抽出カートリッジ内の圧力の開放を行う機構を備えたことを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
10. 請求項８記載の生体サンプルの前処理装置において、
    ＣＣＤカメラセンサーで検出した受信信号は制御装置で演算処理することにより、その変化量を演算し、制御装置からの情報をコントロール回路を通してあらかじめ設定した値に達した時点で、あらかじめ設定した液面位置に達した時点で圧力負荷部の負荷を停止する、もしくは固相抽出カートリッジ内の圧力の開放を行う機構を備えたことを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
11. 請求項８記載の生体サンプルの前処理装置において、
    検査・分析するサンプルを本自動分析装置に導入し、制御装置に検査項目のインプットを行うと検査項目ごとのあらかじめ設定されたプログラムに従って固相抽出カートリッジの種類，溶出溶媒種類，負荷圧力，負荷時間，内部標準物質の種類の最適なパラメーターを決定し、自動で前処理，検査・分析，検査結果の出力までを行うことが可能な機構を備えたことを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
12. 請求項８記載の生体サンプルの前処理装置において、
    液面センサーまた圧力センサーもしくはその両方で、固相抽出処理の正常又は吐出異常を判別し、回復手段として自動的に、ターンテーブル１０１が圧力負荷部の動作範囲内まで回転し、再度圧力が負荷される機構を備えたことを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
13. 請求項８記載の生体サンプルの前処理装置において、
    液面センサーまた圧力センサーもしくはその両方で、固相抽出処理の正常又は吐出異常を判別し、回復手段として自動的に固相抽出カラムの交換を行い、再度固相抽出処理を行う機構を備えたことを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
14. 請求項８記載の生体サンプルの前処理装置において、
    液面センサーまた圧力センサーもしくはその両方で、固相抽出処理の正常又は吐出異常を判別し、回復手段として自動的に電源オン時や設定変更等に伴う初期化を実行できる機構を備えたことを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
15. 請求項８記載の生体サンプルの前処理装置において、
    固相抽出処理の圧力負荷時に、あらかじめ設定したパラメーターに達した時点で、圧力負荷部の負荷を停止する、もしくは固相抽出カートリッジ内の圧力の開放を行う機構を備えたことを特徴とする前処理装置。
16. 請求項８記載の生体サンプルの前処理装置において、
    固相抽出カートリッジの種類，溶出溶媒種類，負荷圧力，負荷時間，内部標準物質の種類の最適なパラメーターを決定時に、有機溶媒濃度を一定にし一定時間溶出を行うステップワイズグラジエント法と、有機溶媒濃度を時間毎に変化させるリニアグラジエント法が検査・分析ごとに要求される分離度により適宜選択されることを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
17. 請求項８記載の生体サンプルの前処理装置において、
    固相抽出処理の圧力負荷時に、液面センサーで検知した固相抽出カートリッジまたは受皿容器の液面位置に基づいて、ターンテーブル１０１またはターンテーブル１０５もしくは両ターンテーブルを回転させて、あらかじめ設定した分画数で抽出溶液の分画を行う機構を備えたことを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
18. 請求項８記載の生体サンプルの前処理装置において、
    固相抽出処理の圧力負荷時に、ミストの発生を抑制するために、溶液全量排出前に溶液の流動を停止させるため、あらかじめ設定したパラメーターに達した時点で、圧力負荷部の負荷を停止する、もしくは固相抽出カートリッジ内の圧力の開放を行う機構を備えたことを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
19. 請求項８記載の生体サンプルの前処理装置において、
    検査・分析ごとに要求される分離度によりステップワイズグラジエントまたはリニアグラジエントを適時選択し、液面センサーで検知した固相抽出カートリッジまたは受皿容器の液面位置に基づいて、固相抽出カートリッジが保持されたターンテーブルまたは受皿容器が保持されたターンテーブルもしくは両ターンテーブルをあらかじめ設定した分画数になるように分画行う機構を備えたことを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
20. 請求項８記載の生体サンプルの前処理装置において、
    固相抽出カートリッジの圧力を保持する圧力保持部に逆止弁または一方弁を備えたことを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
21. 請求項８記載の生体サンプルの前処理装置において、
    固相抽出カートリッジの圧力を開放する圧力開放弁に電気信号により弁の開閉ができる電磁弁または固相抽出カートリッジの垂直上部方向からを突き刺すことで物理的に圧力の開放を行うことができる針のような先端が鋭利な部材備えたことを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
22. 固相抽出用充填剤を保持できるカートリッジと、
    該カートリッジを複数個保持可能な固相抽出カートリッジ保持部と、
    前記固相抽出カートリッジ保持部上に載置されたカートリッジに圧力を負荷する、少なくとも一つの圧力負荷部と、
    前記カートリッジから抽出されたサンプルを受ける受皿機構と、
    該カートリッジまたは該受皿容器の少なくともいずれかの液面を検知するための液面センサーと、
    前記圧力負荷部の圧力を制御する圧力制御機構と、
    を備え、前記液面センサーの出力に基づいて前記圧力制御機構を制御する制御機構を備えたことを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
23. 請求項２１記載の生体サンプルの前処理装置において、
    前記液面センサーは、液面を検知する液体に超音波を送信するものであることを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
24. 請求項２１記載の生体サンプルの前処理装置において、
    前記液面センサーは、液面を検知する液体に光を照射するものであることを特徴とする生体サンプルの前処理装置。
25. 固相抽出用充填剤を保持できるカートリッジと、
    該カートリッジを複数個保持可能な固相抽出カートリッジ保持部と、
    前記固相抽出カートリッジ保持部上に載置されたカートリッジに圧力を負荷する、少なくとも一つの圧力負荷部と、
    前記カートリッジから抽出されたサンプルを受ける受皿機構と、
    該カートリッジまたは該受皿容器の少なくともいずれかの液面の画像を取得する画像センサーと、
    前記圧力負荷部の圧力を制御する圧力制御機構と、
    を備え、前記画像センサーの出力に基づいて前記圧力制御機構を制御する制御機構を備えたことを特徴とする生体サンプルの前処理装置。

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