JPWO2011093347A1

JPWO2011093347A1 - 自動分析装置

Info

Publication number: JPWO2011093347A1
Application number: JP2011551883A
Authority: JP
Inventors: シャヘッドサルワル; 一啓田中
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2013-06-06
Also published as: EP2530473A1; CN102725642A; WO2011093347A1; US20120309099A1

Abstract

測定対象試料１を収容する試料容器２と、測定対象試料２を分注する分注プローブ５と、分注プローブ５の測定対象試料２との浸漬部分に着脱可能に装着された導電性のチップ１１とを備えた自動分析装置において、分注プローブ５のチップ１１と自動分析装置に予め定められた基準電位としての接地電位９との間の静電容量を検出し、その検出結果に基づいてチップ１１の分注プローブ５への装着状態を判定する。これにより、プローブからのチップの脱落を素早く検出することができる自動分析装置を提供する。

Description

本発明は、血清や尿等の生体試料の定性・定量分析を行う自動分析装置に関する。

自動分析装置は、測定対象試料（例えば、血清や尿などの生体試料）に試薬等を加え、その物性を測定することにより、その測定対象試料の分析を行うものである。

このような自動分析装置においては、一般的に、測定対象試料、或いは測定対象試料と試薬の混合液である反応液をプローブを用いて吸引し、分析部まで搬送するが、この場合、プローブ外壁に付着した反応液の他の吸引対象への持ち込み（クロスコンタミネーション）を抑制する必要がある。

例えば、特許文献１には、プローブの吸引対象への浸漬部分にディスポーザブルのチップを着脱可能に設け、このチップを適宜交換することによりチップの付着物が他の吸引対象に混入して汚染してしまうクロスコンタミネーションを抑制する技術が開示されている。

特開平８−２９４２４号公報

着脱可能に設けた使い捨てのできるチップ（所謂、ディスポーザブルチップ）を装着したプローブを用いる場合、装着状態によってはプローブからチップが脱落することも考えられ、その場合には、検体や反応液の損失、自動分析装置におけるオペレータ接触可能部位の汚染や動作継続による汚染の拡大などの発生が懸念される。したがって、チップの脱落時にはそれを素早く検出し、また、分注装置の動作を停止してさらなる汚染の拡大を抑制することが重要である。

しかしながら、上記従来技術においては、チップの脱落への対応については言及されていない。例えば、ディスポーザブルチップがプローブに正常に装着されているかどうかを検出するものとして、光学式のセンサ等を用いて確認することも考えられるが、ディスポーザブルチップがセンサの検出位置まで移動したときで無ければ確認出来ず、チップの脱落（異常）が生じた直後に機器の動作を停止することができないので、汚染などの不具合の拡大を抑制することができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、プローブからのチップの脱落を素早く検出することができる自動分析装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、測定対象試料の分析を行う自動分析装置であって、前記測定対象試料を収容する試料容器と、前記測定対象試料を分注するプローブ機構と、前記プローブ機構の前記測定対象試料との浸漬部分に着脱可能に装着された導電性のチップと、前記プローブ機構のチップと前記自動分析装置に予め定められた基準電位との間の静電容量を検出する静電容量検出部と、前記静電容量検出部の検出結果に基づいて前記チップのプローブ機構への装着状態を判定する装着状態判定部とを備えるものとする。

本発明によれば、プローブからのチップの脱落を素早く検出することができる。

本発明の一実施の形態に係る自動分析装置の全体構成を示す概略図である。本発明の一実施の形態に係る自動分析装置の分注工程におけるチップ装着工程を示す図である。本発明の一実施の形態に係る自動分析装置の分注工程における吸引工程を示す図である。本発明の一実施の形態に係る自動分析装置の分注工程における吐出工程を示す図である。本発明の一実施の形態に係る自動分析装置の分注工程におけるチップ破棄工程を示す図である。本発明の一実施の形態に係る自動分析装置の分注プローブと接地電位の間の静電容量と、静電容量検出部の出力電圧との関係の一例を示す図である。本発明の一実施の形態に係る自動分析装置の分注工程の各時間における静電容量の変化の様子の一例を示す図である

本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る自動分析装置の構成のうち分注に関する部分を抜き出して概略的に示す図であり、分注機構のノズルにチップを装着した様子を示す図である。

図１において、本実施の形態における自動分析装置１００は、測定対象試料１（例えば、血清や尿などの生体試料）を収容する試料容器２と、測定対象試料１と試薬とを混合した混合液３を収容する反応容器４と、試料容器２の測定対象試料１を反応容器４に分注する分注プローブ５と、分注プローブ５を旋回駆動および上下駆動させる駆動部６と、分注プローブ５と基準電位（後述）との静電容量を検出する静電容量検出手段としての静電容量検出部７と、自動分析装置１００の全体の動作を制御する制御部８とを概略備えている。

分注プローブ５は、試料容器２の開口部に対向するように設けられ、試料容器２に収容された測定対象試料１に浸漬して吸引するノズル１０を備えている。ノズル１０の先端（下端）の測定対象試料１に浸漬する部分には、使い捨て（ディスポーザブル）の導電性のチップ１１が着脱可能に装着されている。分注プローブ５は測定対象試料１を吸引した後、駆動部６によってノズル１０が反応容器４の開口部に対向する位置に駆動され、反応容器４に測定対象試料１を吐出する。このとき、チップ１１のみが測定対象試料１に接触するのでノズル１０に測定対象試料１が付着することを抑制し、クロスコンタミネーションを抑制することができる。

測定対象試料１を収容する試料容器２は、導電性あるいは非導電性の素材で構成されており、自動分析装置１００において予め定められた基準電位９となる部位の近傍に配置されている。本実施の形態においては、基準電位９を接地電位（以下、接地電位９と記載する）とした場合を例に説明する。したがってノズル１０と試料容器２が対向している時、ノズル１０と接地電位９の間には、ノズル１０と測定対象試料１の間の静電容量、測定対象試料１と接地電位９の間の静電容量、ノズル１０と接地電位９の間の静電容量が概略存在する。なお、試料容器２を導電性として接地電位９と接続する、あるいは、試料容器２の内部の測定対象試料１と接触する位置に接地電位９に接続した電極を設けた構成とし、試料容器２に収容された測定対象試料１を接地電位９とする構成としても良い。その場合、ノズル１０と測定対象試料１の間の静電容量は、つまりノズル１０と接地電位９の間の静電容量になり、同時に測定対象試料１と接地電位９の間の静電容量は存在しない。

混合液３を収容する反応容器４は、導電性あるいは非導電性の素材で構成されており、接地電位９となる部位の近傍に配置されている。したがってノズル１０と反応容器４が対向している時、ノズル１０と接地電位９の間には、ノズル１０と混合液３の間の静電容量、混合液３と接地電位９の間の静電容量、ノズル１０と接地電位９の間の静電容量が概略存在する。なお、反応容器４を導電性として接地電位９と接続する、あるいは、反応容器４の内部の混合液３と接触する位置に接地電位９に接続した電極を設けた構成とし、混合液３を接地電位９とする構成としても良い。その場合、ノズル１０と混合液３の間の静電容量は、つまりノズル１０と接地電位９の間の静電容量になり、同時に混合液３と接地電位９の間の静電容量は存在しない。

静電容量検出部７は接地電位９及びノズル１０に電気的に接続され、接地電位９とノズル１０の間の静電容量を検出するものであり、検出した静電容量を電圧信号に変換し制御部８に出力する。

制御部８は、駆動部６や静電容量検出部７などの自動分析装置１００全体の動作を制御するものであり、静電容量検出部７からの電圧信号に基づいてノズル１０に装着されたチップ１１の先端（下端）と測定対象試料１の液面位置の相対的な位置関係を検出する液面検出部８Ａと、静電容量検出部７からの電圧信号に基づいてチップ１１のノズル１０への装着状態を検出する、装着状態判定手段、若しくは装着状態判定部としての装着状態検出部８Ｂとを有している。

制御部８は、液面検出部８Ａからの検出結果に基づいて、分注プローブ５の動作を制御し、後述する分注工程におけるチップ１１の液面への浸漬量を制御する。また、制御部８は、装着状態検出部８Ｂからの検出結果に基づいて、分注プローブ５を含む自動分析１００全体の動作を制御する。装着状態検出部８Ｂによりノズル１０に対するチップ１１の装着状態の異常が検出された場合は、自動分析装置１００の動作を停止するとともに、表示装置（図示せず）に警告を表示したり、警告音を鳴らしたりし、オペレータに異常を報知する。ここで、ノズル１０に対するチップ１１の装着状態の異常とは、チップ１１の意図しない脱落、チップ１１へのノズル１０への挿入量不足などである。制御部８はその他、自動分析装置１００の各構成の動作を制御する。

液面検出部８Ａは、静電容量検出部７からの電圧信号を予め設定した閾値と比較し、その比較結果に基づいて液面位置を検出する。

装着状態検出部８Ｂは、静電容量検出部７からの電圧信号を予め設定した閾値と比較し、その比較結果に基づいてノズル１０へのチップ１１への装着状態を検出する。閾値は分注工程（後述）における動作状態毎に設定されており、各動作状態用の閾値が選択され用いられる。

図２Ａ〜図２Ｄは、本発明の一実施の形態に係る自動分析装置の分注工程を示す図である。図２Ａはチップ装着工程を、図２Ｂは吸引工程を、図２Ｃは吐出工程を、図２Ｄはチップ破棄工程を、それぞれ示す図である。

図２Ａに示すチップ装着工程においては、駆動部６により分注プローブ５を駆動してチップ１１を装着していないノズル１０をチップ装着位置に移動する。チップ装着位置にはチップラック１１Ａが設けられており、複数の未使用のチップ１１が配置されている。チップ１１はノズル１０に対して着脱可能に形成されており、チップ１１内にノズル１０の先端を挿入することにより、チップ１１をノズル１０の先端に装着する。ノズル１０にチップ１１が正常に装着されると、次の吸引工程に移行する。

図２Ｂに示す吸引工程においては、チップ１１を装着したノズル１０を吸引位置に移動する。吸引位置は分注プローブ５のノズル１０と試料容器２の開口部が対向する位置である。吸引位置において駆動部６により分注プローブ５を下降させ、ノズル１０を試料容器２内に下降させる。ノズル１０の先端に装着されたチップ１１の先端（下端）が試料容器２の測定対象試料１に浸漬する位置で分注プローブ５の下降を停止し、測定対象試料１を吸引した後上昇する。チップ１１内に測定対象試料１が吸引されると、次の吐出工程に移行する。

図２Ｃに示す吐出工程においては、チップ１１を装着したノズル１０を吐出位置に移動する。吐出位置は分注プローブ５のノズル１０と反応容器４の開口部が対向する位置である。吐出位置において駆動部６により分注プローブ５を下降させ、ノズル１０を反応容器４内に挿入し、測定対象試料１を吐出した後上昇する。チップ１１内の測定対象試料１が反応容器４内に吐出されると、次のチップ破棄工程に移行する。

図２Ｄに示すチップ破棄工程においては、チップ１１を装着したノズル１０をチップ破棄位置に移動する。チップ破棄位置は分注プローブ５のノズル１０と使用済みのチップ１１を破棄するためのチップ廃棄容器１２の開口部が対向する位置である。チップ破棄位置において図示しないチップ脱落機構により、チップ１１をノズル１０から外し、使用済みのチップ１１をチップ破棄容器１２内に破棄する。ノズル１０のチップ１１が正常に破棄されると、次の測定対象試料に対する分注工程のために吸引工程に移行し、必要な分注の回数だけ上記分注工程を繰り返す。

図３は、本発明の一実施の形態に係る自動分析装置１００の分注プローブ５のノズル１０と接地電位９の間の静電容量と、静電容量検出部７の電圧信号の出力電圧との関係の一例を示す図であり、横軸はノズル１０と接地電位９の間の静電容量を、縦軸は出力電圧をそれぞれ示している。

図３に示すように、静電容量検出部７においては、ノズル１０と接地電位９の間の静電容量（以下、単に静電容量と称する）がＣ１のときは出力電圧はＶ１であり、静電容量が小さくなるに従って出力電圧は減少し、静電容量がＣ３のときは出力電圧はＶ３となり、さらに静電容量が小さくなるに従って出力電圧は減少し、静電容量がＣ２のときは出力電圧はＶ２となる。ここで、静電容量Ｃ３はノズル１０にチップ１１を装着したときの静電容量であり、静電容量Ｃ２はノズル１０へのチップ１１の未装着時の静電容量であり、静電容量Ｃ１はノズル１０にチップ１１を装着して測定対象試料１に浸漬したときの静電容量である。

図４は、分注工程の各時間における静電容量の変化の様子の一例を示す図である。図４において縦軸は静電容量検出部７からの電圧信号を、横軸は分注工程における時間をそれぞれ示している。静電容量検出部７から制御部８へ出力される電圧信号の出力電圧は、図３で示して説明したように、関係に沿って変化するよう設定されている。

時間ｔ１〜ｔ２は、図２Ａに示したチップ装着工程に相当する。時間ｔ１においては、ノズル１０にはチップ１１が装着されておらず、静電容量はＣ２であるので、静電容量検出部７は電圧信号ｅ（出力電圧Ｖ２：図３参照）を出力する。駆動部６により分注プローブ５を駆動してチップ１１を装着していないノズル１０をチップ装着位置に移動する時間ｔ１〜ｔ２においても静電容量はほぼ変化せず、電圧信号ｅを出力する。ｔ２において、チップ１１内にノズル１０の先端を挿入し、チップ１１をノズル１０の先端に装着した場合、ノズル１０にチップ１１が正常に装着されると静電容量がＣ３に変化し、電圧信号ｃ（出力電圧Ｖ３：図３参照）が出力される。ここで、装着状態検出部８Ｂに設定される閾値は、装着状態の電圧信号ｃと未装着状態の電圧信号ｅとの間の値（例えば、電圧信号ｄ）に設定される。静電容量検出部７からの出力電圧が閾値ｄよりも大きくなるとチップ１１がノズル１０に正常に装着されたと判断される。

時間ｔ２〜ｔ６は、図２Ｂに示した吸引工程に相当する。時間ｔ２〜ｔ３においては、チップ１１を装着したノズル１０を吸引位置に移動するが、静電容量はほぼ変化せず静電容量検出部７は電圧信号ｃを出力する。ここで、装着状態検出部８Ｂに設定される閾値は、装着状態の電圧信号ｃと未装着状態の電圧信号ｅとの間の値（例えば、電圧信号ｄ）に設定される。静電容量検出部７からの出力電圧が閾値ｄよりも大きい場合は正常に移動され、閾値より小さくなった場合はチップ１１がノズル１０から脱落するなどの異常が生じたと判断される。吸引位置に移動し、分注プローブ５を下降させてノズル１０を試料容器２内に下降させる。時間ｔ３において、ノズル１０の先端に装着されたチップ１１の先端（下端）が試料容器２の測定対象試料１に浸漬すると、静電容量がＣ１に変化し、電圧信号ａ（出力電圧Ｖ１：図３参照）が出力される。ここで、液面検出部８Ｂに設定される閾値は、電圧信号ｃとチップ１１が浸漬した状態の電圧信号ａとの間の値（例えば、電圧信号ｂ）に設定される。静電容量検出部７からの出力電圧が閾値ｂよりも大きくなったときにチップ１１の先端が測定対象試料１の液面に浸漬したと判断される。ここで、分注プローブ５の下降が停止される。そして、時間ｔ４〜ｔ５において、測定対象試料１を吸引した後、時間ｔ６において上昇し、静電容量がふたたびＣ３に変化して電圧信号ｃが出力される。なお、分注プローブ５による測定対象試料１の吸引中は、静電容量が不安定となる（図４中には点線で示す）ため、液面検出部８Ａ及び装着状態検出部８Ｂは検出動作を行わない。

時間ｔ６〜ｔ８は、図２Ｃに示した吐出工程に相当する。時間ｔ６〜ｔ７においては、チップ１１を装着したノズル１０を吐出位置に移動するが、静電容量はほぼ変化せず静電容量検出部７は電圧信号ｃを出力する。ここで、装着状態検出部８Ｂに設定される閾値は、装着状態の電圧信号ｃと未装着状態の電圧信号ｅとの間の値（例えば、電圧信号ｄ）に設定される。静電容量検出部７からの出力電圧が閾値ｄよりも小さくなった場合はチップ１１がノズル１０から脱落するなどの異常が生じたと判断される。吐出位置に移動した後、時間ｔ７〜ｔ８において、分注プローブ５のノズル１０から測定対象試料１を反応容器４に吐出する。なお、分注プローブ５による測定対象試料１の吐出中は静電容量が不安定となる（図４中には点線で示す）ため、液面検出部８Ａ及び装着状態検出部８Ｂは検出動作を行わない。

時間ｔ８〜ｔ９は、図２Ｄに示したチップ破棄工程に相当する。時間ｔ８〜ｔ９においては、チップ１１を装着したノズル１０をチップ破棄位置に移動するが、静電容量はほぼ変化せず静電容量検出部７は電圧信号ｃを出力する。ここで、装着状態検出部８Ｂに設定される閾値は、装着状態の電圧信号ｃと未装着状態の電圧信号ｅとの間の値（例えば、電圧信号ｄ）に設定される。静電容量検出部７からの出力電圧が閾値ｄよりも小さくなった場合はチップ１１がノズル１０から脱落するなどの異常が生じたと判断される。時間ｔ９において、チップ破棄位置において図示しないチップ脱落機構により、チップ１１をノズル１０から外されると、静電容量がＣ２に変化し、電圧信号ｅ（出力電圧Ｖ２：図３参照）が出力される。ここで、装着状態検出部８Ｂに設定される閾値は、装着状態の電圧信号ｃと未装着状態の電圧信号ｅとの間の値（例えば、電圧信号ｄ）に設定される。静電容量検出部７からの出力電圧が閾値ｄよりも小さくなった場合はチップ１１がノズル１０から正常に破棄された判断される。

以上のように構成した本実施の形態における動作を説明する。

駆動部６により分注プローブ５を駆動してチップ１１を装着していないノズル１０をチップ装着位置に移動する。チップ装着位置にはチップラック１１Ａが設けられており、複数の未使用のチップ１１が配置されている。チップ１１はノズル１０に対して着脱可能に形成されており、チップ１１内にノズル１０の先端を挿入することにより、チップ１１をノズル１０の先端に装着する。ノズル１０にチップ１１が正常に装着されると、ノズル１０を吸引位置に移動する。

吸引位置において駆動部６により分注プローブ５を下降させ、ノズル１０を試料容器２内に下降させる。ノズル１０の先端に装着されたチップ１１の先端（下端）が試料容器２の測定対象試料１に浸漬する位置で分注プローブ５の下降を停止し、測定対象試料１を吸引した後上昇する。

チップ１１内に測定対象試料１が吸引されると、チップ１１を装着したノズル１０を吐出位置に移動する。吐出位置は分注プローブ５のノズル１０と反応容器４の開口部が対向する位置である。吐出位置において駆動部６により分注プローブ５を下降させ、ノズル１０を反応容器４内に挿入し、測定対象試料１を吐出した後上昇する。チップ１１内の測定対象試料１が反応容器４内に吐出されると、チップ１１を装着したノズル１０をチップ破棄位置に移動する。

チップ破棄位置は分注プローブ５のノズル１０と使用済みのチップ１１を破棄するためのチップ廃棄容器１２の開口部が対向する位置である。チップ破棄位置において図示しないチップ脱落機構により、チップ１１をノズル１０から外し、使用済みのチップ１１をチップ破棄容器１２内に破棄する。ノズル１０のチップ１１が正常に破棄されると、次の測定対象試料に対する分注工程のために吸引工程に移行し、必要な分注の回数だけ上記分注工程を繰り返す。

以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。

着脱可能に設けたディスポーザブルのチップ（ディスポーザブルチップ）を装着したプローブを用いる場合、プローブからチップが脱落することも考えられ、その場合には、検体の損失、分注済み反応液の損失、オペレータ接触可能部位の汚染等が起こる恐れとともに、自動分析装置の動作により汚染が拡大してしまう恐れもある。したがって、チップの脱落時には、それを検出して分注装置の動作を停止し、さらなる汚染の拡大を抑制することが重要である。しかしながら、従来技術においては、チップの脱落への対応については言及されておらず、ディスポーザブルチップがプローブに正常に装着されているかどうかを検出するものとして、例えば、光学式のセンサ等を用いて確認することも考えられるが、ディスポーザブルチップがセンサの検出位置まで移動したときで無ければ確認出来ず、チップの脱落等の装着異常が生じた直後に機器の動作を停止することができないので、汚染等の不具合の拡大を抑制することができない。

これに対し、本実施の形態においては、測定対象試料を吸引および吐出することにより搬送する分注プローブ５のノズル１０の試料容器２に収容された測定対象試料１に浸漬する部分に導電性のチップ１１を着脱可能に装着し、チップ１１と接地電位との間の静電容量を検出する静電容量検出部７の検出結果に基づいて、チップ１１の分注プローブ５への装着状態を検出するよう構成したので、分注プローブ５からチップ１１が脱落したことを常時確認することができ、チップ１１が脱落したときの汚染の拡大を抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、予め定めた基準電位として接地電位９を用いた場合を例に取り説明したが、これに限られず、分析装置に予め定めた接地電位以外の電位を基準電位９として用いてもよい。この場合においても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、試料容器２及び反応容器４は、導電性の素材で構成され、基準電位としての接地電位９に接続されている場合を示したが、これに限られず、試料容器２や反応容器４を導電性を考慮しない素材で構成し、基準電位（接地電位９）以外の電位とする構成としてもよい。この場合は、試料容器２や反応容器４と基準電位９の間の静電容量を予め考慮した構成とする。

なおまた、本実施の形態においては、静電容量検出部７からの検出結果と閾値との比較結果に基づいて、ノズル１０へのチップ１１の装着状態を検出するように構成したが、これに限られず、検出結果の変化率が予め定めた範囲内であるかどうかで、ノズル１０へのチップ１１の装着状態を検出するように構成しても良い。

１測定対象試料
２試料容器
３混合液
４反応容器
５分注プローブ
６駆動部
７静電容量検出部
８制御部
８Ａ液面検出部
８Ｂ装着状態判定部
９接地電位（基準電位）
１０ノズル
１１チップ
１１Ａチップラック
１２チップ破棄容器
１００自動分析装置

Claims

測定対象試料の分析を行う自動分析装置であって、
前記測定対象試料を収容する試料容器と、
前記測定対象試料を分注するプローブ機構と、
前記プローブ機構の前記測定対象試料との浸漬部分に着脱可能に装着された導電性のチップと、
前記プローブ機構のチップと前記自動分析装置に予め定められた基準電位との間の静電容量を検出する静電容量検出部と、
前記静電容量検出部の検出結果に基づいて前記チップのプローブ機構への装着状態を判定する装着状態判定部と
を備えたことを特徴とする自動分析装置。
請求項１記載の自動分析装置において、
前記試料容器に収容された前記測定対象試料は、前記基準電位に電気的に接続されていることを特徴とする自動分析装置。
請求項１記載の自動分析装置において、
前記装着状態判定部は、前記静電容量と予め定めた閾値との比較結果に基づいて、前記チップの着脱状態を判断することを特徴とする自動分析装置。
請求項１記載の自動分析装置において、
前記装着状態判定部は、前記静電容量の変化率に基づいて、前記チップの着脱状態を判断することを特徴とする自動分析装置。
前記測定対象試料を収容する試料容器と、前記測定対象試料を分注するプローブ機構と、前記プローブ機構の前記測定対象試料との浸漬部分に着脱可能に装着された導電性のチップとを備えた自動分析装置における分析方法であって、前記プローブ機構のチップと前記自動分析装置に予め定められた基準電位との間の静電容量を検出する手順と、前記静電容量検出部の検出結果に基づいて前記チップのプローブ機構への装着状態を判定する手順とを備えたことを特徴とする分析方法。