WO2023218662A1 - 光計測装置 - Google Patents

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WO2023218662A1
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dark box
temperature control
sample
measurement device
optical measurement
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隼司 石塚
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株式会社日立ハイテク
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/34—Measuring or testing with condition measuring or sensing means, e.g. colony counters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/76—Chemiluminescence; Bioluminescence

Definitions

  • the present invention relates to an optical measurement device for detecting chemiluminescence and bioluminescence of substances contained in a liquid sample with high sensitivity and precision.
  • the culture method is a method in which a specimen to which a medium is added is cultured for several to 14 days during a high temperature period, and the number of grown bacterial colonies is counted visually. Therefore, it takes time to obtain the test results, and it is necessary to wait for the test results until the product is shipped.
  • the ATP method is a method that uses the luminescent reaction of fireflies to convert ATP present within bacterial cells into light and measure it.
  • luciferin and ATP molecules are incorporated into luciferase, and the amount of light emitted when oxidized luciferin (oxyluciferin) transitions from an excited state to a ground state is measured as ATP is consumed.
  • ATP molecules exist as an energy source in living bacteria, and the total number of living bacteria can be estimated by measuring the amount of light emitted by ATP in the sample.
  • ⁇ BL quantum efficiency
  • the ATP method is a method in which it is possible in principle to detect light equivalent to one cell.
  • the luminescence coefficient by the ATP method is measured using a reagent kit from a certain manufacturer, and the measurement procedure is briefly explained below.
  • Patent Document 1 describes a technique for preventing deterioration by providing a shutter that is closed at all times and opened when measuring luminescence, and when not measuring luminescence, prevents external light from entering the luminescence detection means. has been done.
  • Patent Document 2 describes a technique in which the shutter unit is closed to block stray light from entering the photodetector in measurement preparation, and the shutter unit is opened in measurement state.
  • the temperature control mechanism of the photodetector When the temperature control mechanism of the photodetector is placed in a dark box structure, the temperature inside the dark box structure increases due to heat radiation accompanying temperature control, which causes problems such as a decrease in the efficiency of enzyme reactions.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 teach about light shielding, there is no mention of maintaining the temperature inside the dark box at a low temperature, and the enzyme reaction due to heat dissipation by the temperature control mechanism is not described. There is no recognition of the issue of reduced efficiency, and no consideration is given to it.
  • the purpose of the present invention is to suppress the influence of heat radiation of the temperature control mechanism that controls the temperature inside the dark box in which the sample is placed, to efficiently maintain the inside of the dark box at a low temperature while maintaining light blocking properties, and to suppress the bioluminescence chemiluminescence of substances.
  • the object of the present invention is to realize an optical measurement device that can perform detection with high sensitivity and high accuracy.
  • the present invention is configured as follows.
  • a detector having a light receiving part that receives light generated from a sample tube placed in a dark box and detecting the generated light, a temperature control block placed around the detector, and the temperature control block. and a sample temperature control mechanism connected to the sample temperature control mechanism, wherein the temperature control block is partially disposed within the dark box and the other portion is disposed outside the dark box, and the temperature control block is connected to the sample temperature control mechanism. is connected to a portion of the temperature control block located outside the dark box.
  • the present invention it is possible to suppress the influence of heat radiation of the temperature control mechanism that controls the temperature inside the dark box in which the sample is placed, and to efficiently maintain the inside of the dark box at a low temperature while maintaining light-shielding properties.
  • An optical measurement device that can perform detection with high sensitivity and high accuracy can be realized.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a microbial rapid testing device according to an example.
  • 1 is a diagram showing the overall configuration of a microbial rapid testing device according to an example.
  • 1 is a diagram showing a schematic internal configuration of a microbial rapid testing device according to an example.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a photodetector unit according to an example.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a sample tube transport mechanism. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a reagent dispensing machine.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a reagent rack.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a light shielding structure of a photodetector unit.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a light receiving section of a photodetector unit according to an example. It is a flowchart for explaining a typical example of luminescence measurement in an example. It is a figure showing the schematic structure of the modification of the photodetector unit concerning an example.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a microorganism rapid testing device 100 having an optical measuring device unit 202 (described later), which is an optical measuring device according to an embodiment.
  • the microbial rapid testing device 100 is a system having a control PC 103, and is supplied with electric power via a power cable 101.
  • the microbial rapid testing device 100 is connected to a control PC 103 via a communication cable 102 .
  • the microorganism rapid testing device 100 includes a system water drawer 105 for storing system water for sending liquids and cleaning the dispenser, and a waste liquid drawer for accessing the waste liquid section into which waste water for washing the dispenser flows. 104, a reagent door 106 for loading a luminescent reagent into the microbial rapid testing device 100, and a sample door 107 for loading a sample tube 803 (shown in FIG. 8) into the microbial rapid testing device 100.
  • each door has a structure in which it can be opened and closed with a locking mechanism or can be pulled out using a slide rail or the like.
  • FIG. 2 is a diagram showing a general configuration of the microbial rapid testing device 100.
  • the microorganism rapid testing device 100 includes a dark box 207 whose interior has a dark box structure due to a light-shielding structure, and a casing 108 that surrounds the part that does not have the dark box structure.
  • the dark box 207 includes a front panel 206 that includes a reagent door 106 and a sample door 107. When the reagent door 106 and the sample door 107 are closed, a light-shielding structure is created. Further, the reagent door 106 and the sample door 107 are outside air intake sections that take in outside air.
  • the door section with a light-shielding structure has an uneven structure and black alumite treatment at the door opening. Furthermore, a resin packing is sandwiched around the outer periphery of the front panel 206 to block light between the front panel 206 and the housing, thereby forming a dark box 207.
  • the system water drawer 105, the waste liquid drawer 104, the liquid feeding syringe 204, and the control board, power supply, etc. necessary for the operation of the device are arranged outside the structure of the dark box 207. Piping from the liquid feeding syringe 204 to the inside is connected by a partition pipe 205.
  • the harness connection to the dark box 207 is a light-shielding connection board 201, which is a board with a relay connector attached, and by sandwiching a light-shielding packing and connecting in a light-shielding manner, it is possible to connect the harness to the dark box 207 outside the dark box structure.
  • the installed board and power supply are connected to the unit placed inside the dark box.
  • Reagents for measurement are set in the reagent rack 203 through the reagent door 106.
  • the reagent rack 203 is equipped with a reagent temperature control mechanism 805, as will be described later, and is temperature-controlled to a constant temperature.
  • the sample tube 803 is arranged on a tube rack, and is set into the sample rack mechanism 301 (shown in FIG. 3) through the sample door 107.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic internal configuration of the microbial rapid testing device 100.
  • the microorganism rapid testing device 100 includes a reagent rack 203 for storing reagents, a photodetector unit 202 for performing measurements, a sample rack mechanism 301 for holding sample tubes 803 containing samples, and a tube rack for storing the tubes in a dark box 207. It is equipped with a chuck arm 303 for internal transportation and a dispenser 302 for dispensing reagents.
  • PMT photomultiplier tube
  • the microbial rapid testing device 100 includes a chuck arm 303 for transporting a sample tube 803 set in the sample rack mechanism 301.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of the sample tube transport mechanism.
  • a sample tube 803 is gripped by the chuck arm 303, and the tube to be measured is transported to the photodetector unit 202.
  • the sample rack mechanism 301 includes a Y drive section that can be driven in the Y-axis direction, and these drive mechanisms can process a plurality of sample tubes 803.
  • a drive mechanism using an actuator or a belt-pulley can be used as the drive unit of the sample rack mechanism 301.
  • the chuck arm 303 includes a tube gripping portion 504 for gripping the sample tube 803 and a chuck opening/closing mechanism 503 for opening and closing the tube gripping portion 504.
  • a chuck opening/closing mechanism 503 for example, an opening/closing mechanism using rotation of a rotary solenoid or an opening/closing mechanism using a push solenoid can be used.
  • the chuck gripping section 504 includes two or more claws, and grips the sample tube 803 by being driven by the chuck opening/closing mechanism 503. Furthermore, the chuck arm 303 includes an X drive section 501 that can be driven in the X-axis direction and a Z drive section 502 that can be driven in the Z direction. A sample tube 803 placed on a tube rack is transported to 202 .
  • a drive system for the chuck arm 303 for example, a drive mechanism using an actuator or a belt-pulley can be used.
  • FIG. 6 is a diagram showing the schematic configuration of the reagent dispensing machine.
  • suction of the reagent and discharge into the sample tube 803 are performed by a dispensing nozzle 603.
  • the dispensing nozzle 603 is connected to a syringe 604, a solenoid valve 606 and a solenoid valve 607, and a system water 605 through a pipe 608.
  • the dispensing nozzle 603 is equipped with an X drive section 602 that can be driven in the X-axis direction and a Z drive section 601 that can be driven in the Z direction.
  • a dispensing operation is performed to dispense the reagent into the sample tube 803 disposed in the photodetector unit 202.
  • the drive system for example, a drive mechanism using an actuator or a belt-pulley can be used.
  • the dispensing machine is not shown, the dispensing nozzle 603 is moved to the cleaning port, and internal and external washing of the dispensing nozzle 603 is performed using system water 605.
  • the waste liquid after cleaning is discharged through piping into a waste liquid bottle installed in a waste liquid drawer 104 placed outside the dark box 207.
  • FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of the reagent rack 203.
  • the reagent rack 203 is composed of a rack 701 that holds a reagent holder 703 that supports a reagent tube 702, and a reagent temperature adjustment mechanism 805.
  • the temperature of the rack 701 is controlled to a constant temperature by a reagent temperature control mechanism 805.
  • a configuration example of the temperature control mechanism 805 is shown in FIG.
  • the reagent temperature control mechanism 805 includes a Peltier element 710, a heat sink 707, a heat radiation block 709, and an air cooling fan 708.
  • the rack 701 of the reagent rack 203 is placed in the dark box 207.
  • a heat sink 707 for heat radiation and an air cooling fan 708 are arranged outside the structure of the dark box 207.
  • a light shielding block 706 is installed between the inside of the dark box 207 and an external heat sink 707 to shield the dark box 207 from light.
  • the light shielding block 706 includes a light shielding member 705 and a middle plate 704 arranged inside the dark box 207 .
  • FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of the photodetector unit 202.
  • the photodetector unit 202 includes a detector 406, a temperature control block 401 arranged to surround it, a light shielding connection part 402, a sample temperature control mechanism (cooling fan 403, heat sink 404, Peltier element 405).
  • the light receiving section 407 of the detector 406 is arranged inside the dark box 207 so as to face the sample tube 803, and the sample temperature control mechanism is arranged outside the structure of the dark box 207.
  • a configuration example of the sample temperature control mechanism is shown in FIG. 4.
  • the sample temperature control mechanism includes a Peltier element 405, a heat sink 404, and an air cooling fan 403, and controls a temperature control block 401 surrounding a detector 406 to a constant temperature.
  • the dark box 207 is surrounded by a casing 108 having an outside air intake section, and the temperature control block 401 is arranged across the dark box 207 and the outside of the dark box 207 and the inside of the casing 108 .
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing a light shielding structure in the photodetector unit 202.
  • the light-shielding connection portion 402 has a light-shielding structure by inserting a light-shielding member 801 into an opening provided in the middle plate 704 that constitutes the dark box 207.
  • the connection portion between the light-shielding connection portion 402 and the temperature control block 401 has a light-shielding structure with the light-shielding member 801 sandwiched therebetween.
  • the light shielding member 801 it is possible to use a resin material, packing, or the like. Further, in addition to the structure in which the light shielding member 801 is sandwiched, it is also possible to provide light shielding by making the portion where the light shielding connection is made have an uneven structure.
  • FIG. 9 shows a schematic configuration of the light receiving section of the photodetector unit 202.
  • the temperature control block 401 has a sample tube holding section 401h that holds a sample tube 803. As shown in FIG. 9, the sample tube holding section 401h has a conical internal space (conical part), and holds the sample tube 803 in this internal space. By holding the sample tube 803 in the internal space, stabilization of the temperature of the sample contained in the sample tube 803 is improved.
  • the inner wall of the conical part of the sample tube holding part 401h uses specular reflection in order to collect the light scattered in a direction different from that of the light receiving part of the detector 406.
  • specular reflection a polished or plated metal member is used.
  • the metal material it is possible to obtain stable reflection efficiency by using aluminum or the like.
  • the shape of the part that holds the tube is not limited to a conical shape, but can also take other shapes such as a semicircular shape.
  • the sample tube 803 placed on the detector 406 is placed above the light receiving section 407 of the photodetector unit 202 that performs detection.
  • the sample tube 803 is often made of plastic and may be charged with static electricity.
  • the detector 406 may become unable to perform accurate measurements due to discharge or the like.
  • a glass plate 802 is placed between the detector 406 and the sample tube 803.
  • a material having sufficient transmittance in the visible region such as a quartz plate, is used. It is also possible to select a fluorescence filter or the like that has a specific band in the wavelength region of the luminescent reaction.
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining a typical example of luminescence measurement in an embodiment of the present invention.
  • the reagent door 106 is opened (step S01), and the reagent holder 703 containing the luminescent reagent is installed in the rack 701 (step S02). After installing the reagent holder 703 on the rack 701, the reagent door 106 is closed (step S03).
  • step S04 the sample door 107 is opened (step S04), and the tube rack containing the tube containing the measurement sample is installed in the sample rack mechanism 301 (step S05). After installing the tube rack in the sample rack mechanism 301, the sample door 107 is closed (step S06).
  • the measurement conditions are input using the control software, and the measurement start button on the control PC 103 is pressed.
  • the sample tube 803 is transported from the sample rack mechanism 301 to the photodetector unit 202 by the chuck arm 303 (step S07).
  • a luminescent reagent is dispensed from the reagent tube 702 set in the reagent holder 703 into the sample tube 803 by the dispenser 302 (step S08).
  • step S09 After dispensing the reagent into the sample tube 803, luminescence occurs and the number of luminescence is measured by the detector 406 (step S09).
  • the sample tube 803 is transported to the sample rack mechanism 301 by the chuck arm 303 (step S10). Further, the dispensing machine 302 moves to the cleaning port and performs a cleaning operation of the dispensing nozzle 603 using the system water 605 (step S11). If there are multiple samples, the next sample tube 803 to be measured is transported, and the luminescence measurement is performed sequentially (steps S07 to S11).
  • the reagent door 106 is opened (step S12), and the luminescent reagent is taken out (step S13). After taking out the luminescent reagent, the reagent door 106 is closed (step S14) and the sample door 107 is opened (step S15). The sample tube rack is taken out (step S16), and then the sample door 107 is closed (step S17), and the process ends.
  • the acquired data on the number of luminescence is sent to the control PC 103, where the number of luminescence is converted into ATP concentration using a calibration curve created in advance.
  • the software according to the present invention has a plurality of calibration curves, performs conversion to ATP concentration using the selected calibration curve, and stores measurement data and calibration curve information in association with each other.
  • the optical measuring device 202 has a light receiving section 407 that receives light generated from the sample tube 803 placed in the dark box 207, and a detector that detects the generated light.
  • a temperature control block 401 arranged around the detector 406, a part of which is arranged inside the dark box 207 and the other part arranged outside the dark box 207, and a dark box 207 of the temperature control block 401.
  • temperature control mechanisms 403, 404, and 405 connected to a portion disposed on the outside of the device.
  • a part of the temperature control block 401 covers the light receiving part 407 of the photodetector unit 202 inside the dark box 207, and the other part of the temperature control block 401 is placed outside the dark box 207, and covers the light receiving part 407 of the photodetector unit 202 inside the dark box 207.
  • a part of the control block 401 includes a cooling fan 403, a heat sink 404, and a heat sink 404, which are temperature control mechanisms.
  • the present invention it is possible to suppress the influence of heat radiation of the temperature control mechanism that controls the temperature inside the dark box 207 in which the sample is placed, and to efficiently maintain the inside of the dark box 207 at a low temperature while maintaining light shielding properties. , it is possible to realize an optical measuring device 1 that can detect bioluminescent chemiluminescence of a substance with high sensitivity and high accuracy.
  • a Peltier device 710 that maintains a constant temperature of the rack 701 that holds the reagent holders of the reagent tubes 702 is arranged in the dark box 207, and the Peltier device 710 is connected to the heat dissipation block 709. Since the heat sink 707 and the cooling fan 708 are placed outside the dark box 207, the reagent inside the dark box 207 can be efficiently maintained at a constant temperature.
  • the temperature control block 401 surrounds the light receiving section 407 of the photodetector unit 202 as shown in FIGS. 4, 8, and 9, but as shown in FIG.
  • the temperature control block 401 may be configured so that the light receiving section 407 is not surrounded.
  • FIG. 9 shows a schematic configuration of the light receiving section of the optical measuring instrument.
  • the temperature control block 401 has a sample tube holding section 401h that holds a sample tube 803.
  • the sample tube support member 804 has a conical internal space (conical part) formed therein, and holds the sample tube 803 in this internal space. By holding the sample tube 803 in the internal space, stabilization of the temperature of the sample contained in the sample tube 803 is improved.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 100... Microorganism rapid test device, 101... Power cable, 102... Communication cable, 103... Control PC, 104... Waste liquid drawer, 105... System water drawer, 106... Reagent door (outside air intake section), 107... Sample door (outside air intake section), 108... Housing, 201... Light shielding connection board, 202... Photodetector unit (optical measurement device), 203 ... Reagent rack, 204 ... Syringe for liquid feeding, 205 ... Partition wall piping, 206 ... Front panel, 207 ... Dark box, 301 ... Sample rack mechanism, 302 ... Dispensing machine , 303... Chuck arm, 401... Temperature control block, 401h...

Abstract

試料が配置される暗箱２０７内を温調するサンプル温調機構４０３、４０４、４０５の放熱の影響を抑制し、遮光性を保ちながら暗箱２０７内を効率よく低温に維持でき、物質の生物発光化学発光を高感度及び高精度に検出することができる光計測装置２０２が実現される。光計測装置２０２は、暗箱２０７内に配置されたサンプルチューブ８０３から発生した光を受光する受光部４０７を有し、発生した光を検出する検出器４０６と、検出器４０６の周囲に配置され、一部が暗箱２０７内に配置され、他の部分が暗箱２０７の外側に配置される温調ブロック４０１と、温調ブロック４０１の暗箱２０７の外側に配置された部分に接続されるサンプル温調機構４０３、４０４、４０５と、を備える。

Description

光計測装置
　本発明は、液体試料に含まれる物質の化学発光や生物発光を高感度かつ高精度に検出するための光計測装置に関する。
　医薬品工場や飲料工場では、無菌環境を実現した製造施設内において製品の製造が行われる。
　従来、製造施設や製品の無菌性を保証するための微生物検査において、培養法が採用されている。培養法は、培地を添加した検体を高温期中にて、数日～１４日間培養し、生育した菌のコロニー数を目視で計数する方法である。そのため、検査結果を得るのに時間がかかり、製品を出荷するまで検査結果を待つ必要がある。
　このような背景から、無菌判定を迅速に行う微生物迅速検査方法の開発が望まれている。
　迅速かつ簡便な微生物検査方法の一つにＡｄｅｎｏｓｉｎｅ　ｔｒｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ（ＡＴＰ）生物発光法（以下、ＡＴＰ法という）がある。ＡＴＰ法は、ホタルの発光反応を利用して、菌体内に存在するＡＴＰを光に変換して測定する方法である。
　より具体的には、ルシフェラーゼにルシフェリンとＡＴＰ分子を取り込ませ、ＡＴＰの消費とともに酸化されたルシフェリン（オキシルシフェリン）が励起状態から基底状態に遷移するときの発光量を計測する。
　このとき、ＡＴＰ分子の消費によりフォトン（光子）が生成される。光子発生数はＡＴＰの個数に比例する。生菌中にはエネルギー源としてＡＴＰ分子が存在しており、検体中のＡＴＰによる発光量を計測することにより、生菌の総数を推定することができる。
　ルシフェリン－ルシフェラーゼ反応は、生物発光及び化学発光のうちで最も優れた量子効率（ΦＢＬ：≒０．５）であることから、細胞１個を数十万個相当のフォトンとして検出できる。
　したがって、ＡＴＰ法は、細胞１個相当の光を検出することが原理的に可能な方法である。
　しかしながら、検体に混入した極微量（数個レベル）の菌を高感度、高精度で検出するためには、発光計測装置の高感度化が必要である。
　ＡＴＰ法による発光係数はあるメーカの試薬キットを使用して実施するが、その測定手順は簡単に説明すると以下の通りである。
　１）　サンプル溶液にＡＴＰ消去液を分注し、生菌以外の死菌や液中のＡＴＰを消去する。
　２）　サンプル溶液にＡＴＰ抽出液を分注し、生菌からＡＴＰを抽出する。
　３）　サンプル溶液に発光試薬を分注する。
　４）　発光量を測定する。
　発光計測の高感度化においては、検出器の温度を低温に保持し計測機器のノイズを小さくする、計測器を保持している部分を遮光空間とし外乱光による影響をなくすことが必要である。
　また、サンプル容器に発光試薬を分注するとすぐに発光が生じるため、正確なＡＴＰ量を計測するためには、３）以降のプロセスは、検出器にサンプルを設置した状態で実施することが望ましい。
　光検出器と試料容器を遮光構造で覆うことにより外乱光による影響をなくすことが一般的ではあるが、発光計測器を局所的に遮光することも効果的であり、ルミメータでの例や、光検出器の受光面手前に開閉式のシャッターを搭載した例等がある。
　一方で、環境中に存在するＡＴＰや菌、人が保有している微生物、ＡＴＰを吸着した塵などのコンタミネーションを防止も必要である。装置内にて試薬の分注、計測位置へのサンプル搬送等を自動化し人による操作を極力削減するとともに、庫内での空気の循環なども極力なくすことが重要である。
　特許文献1には、常時は閉塞し、発光測定時に開放するシャッターを設け、発光測定を行わないときは、外光が発光検出手段に侵入することを防止して、劣化を防止する技術が記載されている。
　また、特許文献２には、測定準備では、シャッターユニットを閉状態とし、光検出器への迷光侵入を遮断し、測定状態では、シャッターユニットを開状態とする技術が記載されている。
特開平７－８３８３１号公報 特開２００８－２６８０１９号公報
　光検出器を用いて光子数をカウントする分析装置において、受光部のダークレベルを一定以下に押さえることが検出感度を高めるために必要である。
　一般的に光検出器のダークレベルを抑える為には、受光部を暗箱構造内に配置することと、温度を低温に温調することが必要である。
　光検出器の温調機構を暗箱構造内に配置した場合、温調に伴う放熱により暗箱構造内の温度が上昇し、酵素反応の効率低下等が課題となる。
　特許文献1および特許文献２に記載の技術においては、遮光に関しては、教示されているものの、暗箱内の温度を低温に維持することに関しては、記載が無く、温調機構により放熱による酵素反応の効率低下についての、課題の認識がなく、何ら考慮されていない。
　本発明の目的は、試料が配置される暗箱内を温調する温調機構の放熱の影響を抑制し、遮光性を保ちながら暗箱内を効率よく低温に維持でき、物質の生物発光化学発光を高感度及び高精度に検出することができる光計測装置を実現することである。
　上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成される。
　暗箱内に配置されたサンプルチューブから発生した光を受光する受光部を有し、発生した前記光を検出する検出器と、前記検出器の周囲に配置される温調ブロックと、前記温調ブロックに接続されるサンプル温調機構と、を備える光計測装置において、前記温調ブロックは、一部が前記暗箱内に配置され、他の部分が前記暗箱の外側に配置され、前記サンプル温調機構は、前記温調ブロックの前記暗箱の外側に配置された部分に接続される。
　本発明によれば、試料が配置される暗箱内を温調する温調機構の放熱の影響を抑制し、遮光性を保ちながら暗箱内を効率よく低温に維持でき、物質の生物発光化学発光を高感度及び高精度に検出することができる光計測装置を実現することができる。
実施例に係る微生物迅速検査装置の全体構成を示す図である。 実施例に係る微生物迅速検査装置の全体構成を示す図である。 実施例に係る微生物迅速検査装置内部の概略構成を示す図である。 実施例に係る光検出器ユニットの概略構成を示す図である。 サンプルチューブ搬送機構の概略構成図である。 試薬分注機の概略構成を示す図である。 試薬ラックの概略構成を示す図である。 光検出器ユニットの遮光構造の概略を示す図である。 実施例に係る光検出器ユニットの受光部の概略構成を示す図である。 実施例における発光測定の典型的な例を説明するためのフローチャートである。 実施例に係る光検出器ユニットの変形例の概略構成を示す図である。
　以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
　ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例にすぎず、本発明を限定するものではない。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。なお、以下の実施例に説明において、サンプルは試料と同義である。
　図１は、一実施例に係る光計測装置である光計測器ユニット２０２（後述する）を有する微生物迅速検査装置１００の全体構成を示す図である。微生物迅速検査装置１００は制御用ＰＣ１０３を有するシステムであり、電源ケーブル１０１を介して電力が供給される。微生物迅速検査装置１００は通信ケーブル１０２により制御用ＰＣ１０３と接続される。
　微生物迅速検査装置１００は、送液および分注機の洗浄を行うためのシステム水を搭載するためのシステム水ドロワ１０５、分注機の洗浄用排水が流入する廃液部へアクセスするための廃液ドロワ１０４、発光試薬を微生物迅速検査装置１００に搭載するための試薬ドア１０６、サンプルチューブ８０３（図８に示す）を微生物迅速検査装置１００に搭載するためのサンプルドア１０７を備えている。図示はしていないが、各ドアはロック機構を設けた開閉扉、もしくはスライドレール等により引き出しが可能な構成である。
　図２は、微生物迅速検査装置１００の概要構成を示す図である。
　図２において、微生物迅速検査装置１００は、遮光構造により内部が暗箱構造となる暗箱２０７と暗箱構造でない部分を包囲する筐体１０８を備えている。暗箱２０７には、試薬ドア１０６、サンプルドア１０７を備えているフロントパネル２０６を備えている。試薬ドア１０６およびサンプルドア１０７は閉めることで遮光構造をとる。また、試薬ドア１０６およびサンプルドア１０７は、外気を取り込む外気取り込み部である。
　図示はしていないが、遮光構造をとるドア部にはドア開口部に凹凸構造および黒色アルマイト処理がなされている。また、フロントパネル２０６の外周には樹脂製のパッキンを挟むことにより、フロントパネル２０６と筐体間を遮光する構造であり、暗箱２０７を構成している。
　一方、システム水ドロワ１０５、廃液ドロワ１０４、送液用シリンジ２０４、および装置動作に必要な制御基板・電源等は暗箱２０７の構造外に配置されている。送液用シリンジ２０４から内部への配管に関しては、隔壁配管２０５により接続している。
　図示はしていないが、暗箱２０７へのハーネス接続は中継コネクタがついた基板である遮光接続基板２０１であり、遮光用のパッキンを挟み込むことにより、遮光的に接続することで、暗箱構造外部に配置された基板・電源から、暗箱内部に配置されるユニットに接続している。
　測定用の試薬は試薬ドア１０６より試薬ラック２０３にセットされる。試薬ラック２０３は後述するように試薬温調機構８０５を備え、一定温度に温調される。また、サンプルチューブ８０３はチューブラックに配置され、サンプルドア１０７よりサンプルラック機構３０１（図３に示す）にセットされる。
　図３は、微生物迅速検査装置１００内部の概略構成を示す図である。
　図３において、微生物迅速検査装置１００には、試薬を保管する試薬ラック２０３、計測を行う光検出器ユニット２０２、サンプルを収容するサンプルチューブ８０３を保持するサンプルラック機構３０１、チューブラックを暗箱２０７の内部で搬送するためのチャックアーム３０３、試薬の分注を行うための分注機３０２を備えている。
　光検出器ユニット２０２としては、一般的に光電子倍増管（Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ　Ｔｕｂｅ、以下ＰＭＴ）を使用することで高感度な検出が可能となる。
　しかし、ＰＭＴほどの感度が必要ではない場合には、ホトダイオード等の半導体素子を用いることが可能である。本明細書においては、ＰＭＴを使用した場合に関して記載する。
　微生物迅速検査装置１００は、サンプルラック機構３０１にセットされたサンプルチューブ８０３を搬送するためのチャックアーム３０３を備える。
　図５は、サンプルチューブ搬送機構の概略構成図である。図５において、チャックアーム３０３によりサンプルチューブ８０３を把持し、光検出器ユニット２０２に測定対象のチューブを搬送する。
　図示はしていないが、サンプルラック機構３０１は、Ｙ軸方向に駆動可能なＹ駆動部を備えており、これらの駆動機構により、複数本のサンプルチューブ８０３を処理することが可能である。サンプルラック機構３０１の駆動部としては、例えば、アクチュエータやベルト－プーリによる駆動機構を使用することができる。
　チャックアーム３０３は、サンプルチューブ８０３を把持するためチューブ把持部５０４と、チューブ把持部５０４を開閉するためのチャック開閉機構５０３とを備えている。チャック開閉機構５０３としては、例えば、ロータリソレノイドの回転による開閉やプッシュソレノイドによる開閉機構を使用することができる。
　図示はしていないが、チャック把持部５０４は２本以上の爪を備え、チャック開閉機構５０３により駆動されることでサンプルチューブ８０３の把持を行う。また、チャックアーム３０３はＸ軸方向に駆動可能なＸ駆動部５０１と、Ｚ方向に駆動可能なＺ駆動部５０２とを備えており、Ｘ方向、Ｚ方向に駆動することで、光検出器ユニット２０２にチューブラックに配置されたサンプルチューブ８０３を搬送する。チャックアーム３０３の駆動系としては、例えばアクチュエータやベルト－プーリによる駆動機構を使用することができる。
　図６は、試薬分注機の概略構成を示す図である。
　図６において、試薬の吸引およびサンプルチューブ８０３への吐出は分注ノズル６０３にて行われる。分注ノズル６０３はシリンジ６０４、電磁弁６０６および電磁弁６０７、システム水６０５へ配管６０８により接続している。分注ノズル６０３は、Ｘ軸方向に駆動可能なＸ駆動部６０２とＺ方向に駆動可能なＺ駆動部６０１を備えており、Ｘ方向、Ｚ方向に駆動することで、試薬ラック２０３に搭載された試薬から光検出器ユニット２０２に配置されたサンプルチューブ８０３への分注動作を実施する。
　駆動系としては、例えばアクチュエータやベルト－プーリによる駆動機構を使用することができる。また、分注機は図示していないが、分注ノズル６０３は洗浄ポートに移動し、システム水６０５を用いて分注ノズル６０３の内洗および外洗を実施する。洗浄後の廃液は、配管を通じて暗箱２０７の外部に配置された廃液ドロワ１０４に設置された廃液ボトルに排出される。
　図７は、試薬ラック２０３の概略構成を示す図である。
　図７において、試薬ラック２０３は、試薬チューブ７０２を支持する試薬ホルダ７０３を保持するラック７０１と、試薬温調機構８０５とから構成される。ラック７０１は試薬温調機構８０５により一定温度に温調される。温調機構８０５の構成例を図７に示す。試薬温調機構８０５はペルチェ素子７１０、ヒートシンク７０７、放熱ブロック７０９および空冷ファン７０８を備えている。
　試薬ラック２０３のラック７０１は、暗箱２０７に配置される。一方で、放熱用のヒートシンク７０７、空冷ファン７０８は暗箱２０７の構造外部に配置される。遮光ブロック７０６は、暗箱２０７内と外部のヒートシンク７０７との間に設置され、暗箱２０７を遮光する。遮光ブロック７０６は、遮光部材７０５と、暗箱２０７の内部側に配置される中板７０４を有している。
　図４は、光検出器ユニット２０２の概略構成を示す図である。
　図４において、光検出器ユニット２０２は、検出器４０６と、それを囲うように配置された温調ブロック４０１と、遮光接続部４０２と、サンプル温調機構（冷却ファン４０３、ヒートシンク４０４、ペルチェ素子４０５）とを備える。
　検出器４０６の受光部４０７は、サンプルチューブ８０３と対向するように、暗箱２０７内に配置され、サンプル温調機構は暗箱２０７の構造外部に配置される。サンプル温調機構の構成例を図４に示す、サンプル温調機構はペルチェ素子４０５と、ヒートシンク４０４と、空冷ファン４０３とを備え、検出器４０６を囲う温調ブロック４０１を一定温度に制御する。
　暗箱２０７は、外気取り込み部を有する筐体１０８に包囲され、温調ブロック４０１は、暗箱２０７と、暗箱２０７の外部であり、前記筐体１０８の内部とにまたがって配置される。
　図８は、光検出器ユニット２０２における遮光構造の概略を示す図である。
　図８において、遮光接続部４０２は暗箱２０７を構成する中板７０４に設けられた開口部に遮光部材８０１を挟み込むことにより遮光構造をとる。遮光接続部４０２と温調ブロック４０１の接続部も同様に遮光部材８０１を挟み込み遮光構造をとる。遮光部材８０１としては樹脂材やパッキン等を用いることが可能である。また、遮光部材８０１を挟み込む構造以外では、遮光接続を行う部分を凹凸構造とし、遮光を行うことも可能である。
　図９に光検出器ユニット２０２の受光部の概略構成を示す。温調ブロック４０１は、サンプルチューブ８０３を保持するサンプルチューブ保持部４０１ｈを有する。図９に示すように、サンプルチューブ保持部４０１ｈは円錐形状の内部空間（円錐部）が形成され、この内部空間にサンプルチューブ８０３を保持する。内部空間にサンプルチューブ８０３を保持することにより、サンプルチューブ８０３に収容されたサンプルの温度の安定化が向上される。
　サンプルチューブ保持部４０１ｈの円錐部の内壁は検出器４０６の受光部と異なる方向へ散乱した光を回収するために、鏡面反射を用いる。鏡面反射を実現するためには、金属材料の磨きもしくはメッキ処理をおこなった部材を使用する。金属材料としては、アルミニウム等を用いることで安定した反射効率をえることが可能である。
　また、チューブを保持する部分の形状としては円錐形だけではなく、半円状など他の形状をとることも可能である。
　図９に示すように、検出器４０６上に配置されたサンプルチューブ８０３は検出を行う光検出器ユニット２０２の受光部４０７の上方に配置される。サンプルチューブ８０３と検出器４０６の受光部４０７の距離が近いほど検出感度が上がる。しかしながら、サンプルチューブ８０３はプラスチック製品である場合が多く、静電気を帯びていることがある。
　そのため、サンプルチューブ８０３と受光部４０７とを近接させた際に放電する可能性がある。検出器４０６は放電等により正確な計測ができなくなることがある。
　そこで、検出器４０６とサンプルチューブ８０３との間には、ガラス板８０２を配置する。ガラス板８０２としては、石英板などの可視領域で十分な透過率を持つものを採用している。発光反応の波長部に特定のバンドをもった蛍光フィルタ等を選択することも可能である。
　図１０は、本発明の一実施例における発光測定の典型的な例を説明するためのフローチャートである。
　図１０において、微生物迅速検査装置１００および制御ＰＣ１０３内のソフトウェアを起動したのち、試薬ドア１０６を開き（ステップＳ０１）、発光試薬をセットした試薬ホルダ７０３をラック７０１に設置する（ステップＳ０２）。そして、試薬ホルダ７０３をラック７０１に設置後、試薬ドア１０６を閉める（ステップＳ０３）。
　次に、サンプルドア１０７を開き（ステップＳ０４）、測定サンプルを入れたチューブをセットしたチューブラックをサンプルラック機構３０１に設置する（ステップＳ０５）。チューブラックをサンプルラック機構３０１に設置後、サンプルドア１０７を閉める（ステップＳ０６）。制御用ソフトウェアにて測定条件の入力を行い、制御用ＰＣ１０３の測定開始ボタンを押下する。
　測定開始後は、チャックアーム３０３にてサンプルチューブ８０３がサンプルラック機構３０１から光検出器ユニット２０２に搬送される（ステップＳ０７）。搬送されたサンプルチューブ８０３には分注機３０２にて発光試薬が試薬ホルダ７０３にセットされた試薬チューブ７０２からサンプルチューブ８０３に分注される（ステップＳ０８）。
　サンプルチューブ８０３への試薬分注後、発光が生じ検出器４０６にて発光数が計測される（ステップＳ０９）。
　発光数の計測後、サンプルチューブ８０３はチャックアーム３０３にてサンプルラック機構３０１に搬送される（ステップＳ１０）。また、分注機３０２は、洗浄ポートに移動し、システム水６０５を用いて分注ノズル６０３の洗浄動作を行う（ステップＳ１１）。サンプルが複数本ある場合は、次に測定するサンプルチューブ８０３の搬送を行い、順次発光計測を行う（ステップＳ０７～ステップＳ１１）。
　すべてのサンプルを測定後、試薬ドア１０６を開き（ステップＳ１２）、発光試薬の取り出しを行う（ステップＳ１３）。発光試薬の取り出し後、試薬ドア１０６を閉め（ステップＳ１４）、サンプルドア１０７を開く（ステップＳ１５）。サンプルチューブラックを取り出し（ステップＳ１６）、その後、サンプルドア１０７を閉め（ステップＳ１７）終了する。
　発光数の取得データは制御用ＰＣ１０３に送られ、そこであらかじめ作成された検量線を用いて、発光数からＡＴＰ濃度への換算を行う。本発明に係るソフトウェアにおいて、検量線は複数本有しており、選択された検量線にてＡＴＰ濃度への換算を行うとともに、測定データと検量線情報を紐づけして保管する。
　以上のように、本発明の一実施例による光計測装置２０２は、暗箱２０７内に配置されたサンプルチューブ８０３から発生した光を受光する受光部４０７を有し、発生した前記光を検出する検出器４０６と、検出器４０６の周囲に配置され、一部が前記暗箱２０７内に配置され、他の部分が前記暗箱２０７の外側に配置される温調ブロック４０１と、温調ブロック４０１の暗箱２０７の外側に配置された部分に接続される温調機構４０３、４０４、４０５と、を備える。
　温調ブロック４０１の一部が、暗箱２０７内で、光検出器ユニット２０２の受光部４０７を覆い、温調ブロック４０１の他の部分が暗箱２０７外に配置され、暗箱２０７外に配置された温調ブロック４０１の一部に温調機構である冷却ファン４０３、ヒートシンク４０４及びヒートシンク４０４を備える。
　よって、本発明の一実施例によれば、試料が配置される暗箱２０７内を温調する温調機構の放熱の影響を抑制し、遮光性を保ちながら暗箱２０７内を効率よく低温に維持でき、物質の生物発光化学発光を高感度及び高精度に検出することができる光計測装置１を実現することができる。
　また、本発明の一実施例によれば、試薬チューブ７０２の試薬ホルダを保持するラック７０１の温度を一定に保つペルチェ素子７１０を暗箱２０７内に配置し、ペルチェ素子７１０の放熱ブロック７０９に接続されるヒートシンク７０７及び冷却ファン７０８を暗箱２０７の外部に配置しているので、暗箱２０７内の試薬を効率よく一定温度に維持することができる。
　なお、上述した実施例においては、図４、図８、図９に示すように、光検出器ユニット２０２の受光部４０７を温調ブロック４０１が包囲する構成となっているが、図１１に示すように、温調ブロック４０１は、受光部４０７は包囲しない構成も可能である。
　図１１に示した変形例においては、サンプルチューブ支持部材８０４により、受光部４０７が包囲され、ガラス板８０２が支持されるとともに、サンプルチューブ８０３も保持される。図９に光計測器の受光部の概略構成を示す。温調ブロック４０１は、サンプルチューブ８０３を保持するサンプルチューブ保持部４０１ｈを有する。
　図１１に示した例においても、図９に示した例と同様に、サンプルチューブ支持部材８０４は、円錐形状の内部空間（円錐部）が形成され、この内部空間にサンプルチューブ８０３を保持する。内部空間にサンプルチューブ８０３を保持することにより、サンプルチューブ８０３に収容されたサンプルの温度の安定化が向上される。
　１００・・・微生物迅速検査装置、１０１・・・電源ケーブル、１０２・・・通信ケーブル、１０３・・・制御用ＰＣ、１０４・・・廃液ドロワ、１０５・・・システム水ドロワ、１０６・・・試薬ドア（外気取り込み部）、１０７・・・サンプルドア（外気取り込み部）、１０８・・・筐体、２０１・・・遮光接続基板、２０２・・・光検出器ユニット（光計測装置）、２０３・・・試薬ラック、２０４・・・送液用シリンジ、２０５・・・隔壁配管、２０６・・・フロントパネル、２０７・・・暗箱、３０１・・・サンプルラック機構、３０２・・・分注機、３０３・・・チャックアーム、４０１・・・温調ブロック、４０１ｈ・・・サンプルチューブ保持部、４０２・・・遮光接続部、４０３・・・空冷ファン、４０４・・・ヒートシンク、４０５・・・ペルチェ素子、４０６・・・検出器、４０７・・・受光部、５０１・・・Ｘ駆動部、５０２・・・Ｚ駆動部、５０３・・・チャック開閉機構、５０４・・・チューブ把持部、６０１・・・Ｚ駆動部、６０２・・・Ｘ駆動部、６０３・・・分注ノズル、６０４・・・シリンジ、６０５・・・システム水、６０６・・・電磁弁１、６０７・・・電磁弁２、６０８・・・配管、７０１・・・ラック、７０２・・・試薬チューブ、７０３・・・試薬ホルダ、７０４・・・中板、７０５・・・遮光部材、７０６・・・遮光ブロック、７０７・・・ヒートシンク、７０８・・・空冷ファン、７０９・・・放熱ブロック、７１０・・・ペルチェ素子、８０１・・・遮光部材、８０２・・・ガラス板、８０３・・・サンプルチューブ、８０４・・・サンプルチューブ支持部材、８０５・・・試薬温調機構

Claims (6)

  1. 　暗箱内に配置されたサンプルチューブから発生した光を受光する受光部を有し、発生した前記光を検出する検出器と、
    　前記検出器の周囲に配置される温調ブロックと、
    　前記温調ブロックに接続されるサンプル温調機構と、
    　を備える光計測装置において、
    　前記温調ブロックは、一部が前記暗箱内に配置され、他の部分が前記暗箱の外側に配置され、前記サンプル温調機構は、前記温調ブロックの前記暗箱の外側に配置された部分に接続されることを特徴とする光計測装置。
  2. 　請求項１に記載の光計測装置において、
    　前記温調ブロックは、前記暗箱内にて前記受光部の外周部を覆うように配置されることを特徴とする光計測装置。
  3. 　請求項２に記載の光計測装置において、
    　前記温調ブロックは、前記暗箱内にて前記サンプルチューブを保持するサンプルチューブ保持部を有することを特徴とする光計測装置。
  4. 　請求項１に記載の光計測装置において、
    　前記暗箱は、外気取り込み部を有する筐体に包囲され、前記温調ブロックは、前記暗箱と、前記暗箱の外部であり、前記筐体の内部と、にまたがって配置されることを特徴とする光計測装置。
  5. 　請求項１の光計測装置において、
    　前記暗箱の内部には、
    　前記サンプルチューブの搬送機構と、
    　試薬を分注するための分注機構が配置されていることを特徴とする光計測装置。
  6. 　請求項１の光計測装置において、
    　前記暗箱には、一部が前記暗箱内に配置され、他の部分が前記暗箱の外側に配置される試薬温調機構が配置され、前記試薬温調機構は、ペルチェ素子と、ヒートシンクと、放熱ブロックと、冷却ファンとを有し、前記ヒートシンクおよび前記冷却ファンが前記暗箱の外側に配置されることを特徴とする光計測装置。
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