JP3816742B2 - 試料分析装置および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料分析装置に係わり、特に、臨床検査の分野で利用されるほか、食品検査や医学、生命科学の基礎等で用いられる抗原−抗体反応を利用した分析に適した試料分析装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
血清または尿のような生体液を分析し、この生体液内の抗体と抗原、あるいは抗原抗体免疫複合物の存在を検出し、その定量を行うことはよく知られており、このような方法は一般に免疫分析と呼ばれている。
【０００３】
この免疫分析の１つの共通の方法は、制限した量の抗原と２種の抗体との間に生ずる結合反応を使うことである。これらの両抗体は抗原と結合することができ、例えば、一方の抗体に標識をつけて両抗体を抗原を媒介として結合し、結合した標識付き抗体の比率を計測することにより存在する抗原の量がわかる。
【０００４】
具体的な手法の１つは、特開平８−１４６００２号公報に記載されている。このなかで、第１抗体は固相として磁性粒子の表面に固定化されており、第２抗体には標識物質が結合されて液相に溶融している。
【０００５】
生体液由来試料を第１抗体が固定化された磁性粒子と混合し、抗原−抗体反応を生じさせると、試料に含まれる抗原が第１抗体を介して磁性粒子に結合する。さらに第２抗体を反応させると、第２抗体が抗原、第１抗体を介して磁性粒子に結合する。結合する第２抗体の量は、試料に含まれる抗原の量に依存して増減する。
【０００６】
フローセル入り口に接続しているシッパープローブを反応混合液に挿入して、フローセル出口に接続するシリンジポンプを吸引することで、反応混合物を磁場のかかるフローセルに流動すると、磁性粒子が磁場により捕捉される。磁場は磁石をフローセルに近接することで与える。
【０００７】
シッパープローブを緩衝液容器に移動して吸引することでフローセルに緩衝液を流すと、磁性粒子はフローセルに残されたまま、反応混合物の液相はフローセル外に流し去られる。
【０００８】
標識物質は、電気的に化学ルミネッセンスを発生する物質である。磁場を除去した後、フローセルの流路内に電場をかけると、磁性粒子に結合した標識物質が発光する。そして、発光の強度を検出することにより、試料中の抗原の量を分析する。その後、フローセルから磁石を遠ざけ、シッパープローブを洗浄液ボトルに差し替えて吸引することで、磁性粒子をフローセルから除去する。
【０００９】
上述した従来例の場合には、混合物から液相を除去した場所で電場を与えて発光量を検出するため、磁性粒子のロスがない。また、磁性粒子に磁界を作用させて混合物の液相と分離するために、磁性粒子の粒径を小さくし、反応速度を増大させることができる。また、フローセルに洗浄液を流して磁性粒子を流し去るので、連続して複数の試料の分析を行うことができる。
【００１０】
また、上述した従来例の場合は、試料の吸引と、緩衝液、洗浄液の吸引とを、流量を正確に制御できるシリンジポンプを用いているため、試料・試薬の量の誤差が小さく、精度の高い分析ができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には次のような欠点がある。すなわち、シリンジポンプはパルスモータ等の正確に移動量を制御可能なモータで駆動されるが、パルスモータ（シリンジポンプ駆動手段）は回転が滑らかでないために吸引が滑らかに行えず、フローセル内に脈動を発生する。
【００１２】
磁性粒子をフローセル内で磁場により捕捉する過程およびフローセルに緩衝液を流す過程において大きな脈動が発生していると、磁性粒子の一部はフローセル内に停止せずに流出してしまう。そのために、発光の強度が小さく測られ、検出の感度が低くなってしまう。
それを避けるために、流路内に脈動吸収要素を設けると、シリンジの動作により生じる吸引がシッパプローブまで伝わる時間が長くなり、反応生成物を吸引する量の正確性が失われ、検出の再現性が悪くなる。
【００１３】
本発明の目的は、動作が滑らかではないシリンジポンプ駆動手段を用いても、感度が高く、再現性の良い分析が可能な試料分析装置及び方法を実現することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のように構成される。
（１）流体の入り口と出口をもつフローセルと、このフローセル内の所定領域の磁界を強磁界と弱磁界とに切り替える磁界発生機構と、上記フローセルの入り口に連通し、特定物質の濃度に応じて発光量の変化する発光物質を付着した磁性粒子を懸濁した試料を吸引する流体吸引手段と、上記フローセルの出口に連通しフローセルの吸引量を制御可能なポンプと、上記フローセルの所定領域にて流体からの発光量を検出する検出器と、上記ポンプ、磁界発生機構及び検出器の動作を制御するコントローラとを有する試料分析装置において、上記フローセルの出口とポンプとの間の流路にバルブを通して接続され、上記コントローラにより動作制御されてフローセル内の流体の振動を制御する、圧縮性の流体を閉じ込めた空気室を備える。
【００１７】
（２）流体の入り口と出口をもつフローセルと、このフローセル内の所定領域の磁界を強磁界と弱磁界とに切り替える磁界発生機構と、上記フローセルの入り口に連通し、特定物質の濃度に応じて発光量の変化する発光物質を付着した磁性粒子を懸濁した試料を吸引する流体吸引手段と、上記フローセルの出口に連通しフローセルの吸引量を制御可能なポンプと、上記フローセルの所定領域にて流体からの発光量を検出する検出器と、上記ポンプ、磁界発生機構及び検出器の動作を制御するコントローラとを有する試料分析装置において、上記フローセルの出口に接続された流路から分岐した第 1 の流路を介して接続される第 1 のポンプと、上記フローセルの出口に接続された流路から分岐した第２の流路を介して接続される第２のポンプと、上記第１の流路に配置される第１のバルブと、上記第２の流路に配置される第２のバルブとを備え、第１のバルブを閉として第２のバルブを開として第２のポンプでフローセル出口の流体を吸引し、第１のバルブを開として第２のバルブを閉として第１のポンプでフローセル出口の流体を吸引して、第１のポンプと第２のポンプとを交互にフローセル出口からの流体を吸引し、第１のポンプの動作期間中に、上記流体と共に空気を第１のポンプと第１のバルブとの間の流路に吸引し、吸引した空気により、上記フローセル内の流体の振動を制御し、上記第１のポンプと第１のバルブとの間の流路の振動制御能力と上記第２のポンプと第２のバルブとの間の流路の振動制御能力とが互いに異なる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の第１の実施形態である試料分析装置の概略構成図である。図１において、フローセル１１は、チューブ３５およびチューブ３６を通して、ピペッタ２７及びポンプ２３と流体的に接続されている。ピペッタ（流体吸引手段）２７はアーム２８に移動可能に設置されており、懸濁液容器３０、緩衝液容器３１、洗浄液容器３２が、その移動範囲に設置される。また、チューブ３５の経路には、熱交換器４１が設けられている。
【００２３】
また、バルブ４３は、フローセル１１とポンプ２３との間のチューブ３６に設けられている。ポンプ２３はパルスモータで構成され、コントローラ４０からの指令信号により正確な量の吸引、吐出が可能である。さらに、チューブ３６は、バルブ４３からポンプ２３に至る経路とは別に分岐してバルブ２５を介して廃液容器３３に配管されている。
【００２４】
さらに、チューブ３６は、バルブ４３からポンプ２３に至る経路及びバルブ４３からバルブ２５を介して廃液容器３３に至る経路とは、別に分岐してバルブ４６、エアチューブ４８、バルブ４７（振動制御手段）を介して廃液容器３３に配管されている。エアチューブ４８は内径が２ミリメートルで容積が８０マイクロリットル以上あり、先端が廃液容器３３に挿入されている。
【００２５】
また、フローセル１１の内部には流路１８が貫通しており、流路１８の側面に対向電極１４、作動電極１５が設置してある。フローセル１１の上には、光センサ１３がケース１２に覆われて設置されている。また、フローセル１１の上部は透明な材料で作られている。
【００２６】
モータ２１にはレバー２２が接続されており、このレバー２２には磁石２０が支持されている。そして、磁石２０がフローセル１１の下部に近接するようにモータ２１により駆動することができる。アーム２８、光センサ１３、モータ２１、ポンプ２３およびバルブ２５、４３、４６、４７はコントローラ４０に接続されている。
【００２７】
また、ピペッタ２７は洗浄機構３７により洗浄される構成となっている。また、５５は反応ユニットであり、５６はガイドである。
【００２８】
流路１８の断面は長方形であり、この例の場合は、磁石２０に対向する方向に測った厚さが０．５ｍｍであり、幅が５ｍｍである。また、作動電極１５は流体の流れ方向に５ｍｍの幅がある。磁石２０は一辺が５ｍｍの立方体形状の永久磁石である。
【００２９】
反応ユニット５５で処理された懸濁液が入った懸濁液容器３０がガイド５６により所定位置に設置される。反応ユニット５５には分析対象となる複数種類の試料と、複数種類の試薬を選択的に組み合わせて反応させ、反応生成物を懸濁液容器３０に入れてガイド５６で順次、所定位置に送る機能がある。
【００３０】
ここで、分析対象となる試料とは、血清や尿のような生体液由来試料である。試料が血清の場合、分析されるべき成分はたとえば抗原、ペプチドホルモン、ステロイドホルモン、薬剤、又はウイルス抗体、あるいは各種の腫瘍マーカー、抗体、又は抗原・抗体複合物、又は、単一蛋白質である。
【００３１】
ここでは、特定成分は例えば、ＴＳＨ（甲状腺ホルモン）であるとする。反応ユニット５５内で行われる前処理過程では分析対象となる試料が、ビーズ溶液、第１試薬、第２試薬、緩衝液と混合して、一定温度（３７℃）で一定時間反応させられる。ここでは、分析対象となる試料は５０μｌ、第１試薬は５０μｌ、第２試薬は５０μｌ、緩衝液は１００μｌ用いられる。
【００３２】
また、ビーズ溶液とは、粒子状磁性物質をポリスチレンなどのマトリックスに埋め込んだ磁性粒子(比重１．４、平均粒径２．８μｍ）を緩衝液中に分散させてなる溶液であり、マトリックスの表面にはビオチンと結合可能なストレプトアビジンが結合されている。
【００３３】
また、磁性物質は、例えば、鉄、酸化鉄、ニッケル、コバルト、酸化クロムなどの磁気吸引物質であればよく、マトリックス自体はポリスチレンの他に多くの合成及び天然の重合性物質(たとえばセルロース、ポリエステルなど)の中から選ばれてもよい。
【００３４】
第１試薬は磁性粒子を試料中の特定成分ＴＳＨと結合させる物質が含まれており、これには末端をビオチン処理したＴＳＨ抗体が含まれる。第２試薬には電気化学反応により発光を生じる標識物質をラベルし、かつ試料中の特定成分と結合する物質が含まれている。すなわち、第２試薬には末端をビオチン処理し、かつ励起により化学発光を生じる標識物質、ここではルテニウム（ＩＩ）トリス（ビピリジル）を結合したＴＳＨ抗体を含む。
【００３５】
第１試薬及び第２試薬は分析されるべき特定の成分の種類によって異なり、例えば、免疫グロブリン、抗原、抗体又はその他の生物学的物質が使用される。
【００３６】
緩衝液容器３１には、標識物質の電気的な化学発光を誘引する物質を含む緩衝液が収容されている。具体的には、緩衝液容器３１に収容されている緩衝液は電圧印加後による還元後、標識化合物の励起を誘引する物質、例えばトリプロピルアミン（ＴＰＡ）を含む、ｐＨが７．４前後のものである。洗浄液容器３２には洗浄液が収容されている。
【００３７】
また、熱交換器４１はチューブ３５を通して流れる液体の温度を予め定めた温度となるように制御する働きをする。
【００３８】
チューブ３５、チューブ３６およびフローセル１１内の流路１８には予め緩衝液が満たされている。そして、エアチューブ４８には予め空気が満たされている。
【００３９】
次に、本発明の第１の実施形態の動作を説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による試料分析装置の１サイクルの分析における動作を示すタイムチャートである。図２において、１サイクルは、懸濁液吸引期間、粒子捕捉期間、ＢＦ分離期間、検出期間、洗浄期間、リセット期間、予備吸引期間からなっている。
【００４０】
反応ユニット５５で処理されて懸濁液を収容した懸濁液容器３０が所定位置にセットされたところから１サイクルが開始する。
図１及び図２において、懸濁液吸引期間では、まず、コントローラ４０からの指令信号によりモータ２１が回転し、磁石２０がフローセル１１の下部に接触する位置に移動する（フローセル１１の下部の磁界は弱磁界から強磁界に切り替えられる）。
【００４１】
この場合、バルブ４３は開き、バルブ２５、４６、４７は閉じた状態に設定される。そして、アーム２８がコントローラ４０からの指令信号により動作し、ピペッタ２７を懸濁液容器３０内に挿入する。
【００４２】
続いて、コントローラ４０からの信号で、ポンプ２３が一定量の吸引動作をする。すると、チューブ３５、３６内の緩衝液体に吸引されて懸濁液容器３０内の懸濁液がピペッタ２７を経由してチューブ３５内に入る。この状態でポンプ２３を停止し、アーム２８を動作してピペッタ２７を洗浄機構３７を経て緩衝液容器３１に挿入する。
【００４３】
ピペッタ２７の先端部は洗浄機構３７を通過する時に洗浄される。
以上が懸濁液吸引期間である。
【００４４】
懸濁液吸引期間終了後の粒子捕捉期間には、コントローラ４０からの指令信号により、バルブ４６が開けられ、ポンプ２３は一定速度で吸引する。その間にチューブ３５内に存在した懸濁液は流路１８を通過する。流路内には磁石２０からの磁界が発生しているために、懸濁液に含まれる磁性粒子は磁石に向かって吸引され、作動電極１５の表面に捕捉される。
【００４５】
続いて、ＢＦ分離期間にはポンプ２３を粒子捕捉期間よりも速い速度で吸引する。そして、緩衝液容器３１から緩衝液が吸引され、流路１８内を通過する。その際、磁性粒子は作動電極１５上に保持されたままで残され、液体成分のみが流路１８から流し去られる。磁性粒子に結合している抗体（Ｂ）と結合せずに液体成分に溶けている抗体（Ｆ）が分離される。
【００４６】
次に、ＢＦ分離期間に続く検出期間には、モータ２１が回転して磁石２０がフローセル１１から遠ざけられる。続いて、コントローラ４０からの信号で作動電極１５と対抗電極１４との間に電圧が印加される。その時に作動電極１５上の磁性粒子から発光が生じるが、その発光の強度を光センサ１３で検出し、信号としてコントローラ４０に送る。一定時間経過後、電圧を除去する。検出期間の間にアーム２８を動作してピペッタ２７を洗浄機構３７を経由して洗浄液容器３２に挿入する。バルブ４３を閉じ、バルブ４７を開いてポンプ２３を一旦吐出動作後に吸引動作を行う。それにより、エアチューブ４８に満たされていた空気が排出され、再び一定量の空気がエアチューブ４８に満たされる。
【００４７】
次に、洗浄期間には、バルブ４６、４７を閉じ、バルブ４３を開いてポンプ２３を吸引する事により、洗浄液を流路１８内を通過させる。この時は磁界が遠ざかっているために磁性粒子は作動電極１５上に保持されず、緩衝液とともに流し去られる。
【００４８】
続いて、リセット期間にはバルブ４３を閉じ、バルブ２５を開いてポンプ２３を吐出動作させる。ポンプ２３内の液は、バルブ２５を介して廃液容器３３に排出される。そして、予備吸引期間に緩衝液を吸引し、チューブ３５、フローセル流路１８、バイパス流路内に緩衝液を満たす。
【００４９】
予備吸引期間後、次のサイクルが実行可能となる。コントローラ４０は検出期間に光センサ１３から受け取った信号を演算して、分析対象の試料中の特定成分の濃度を算出し、出力する。
本発明の第１の実施形態の場合には、粒子捕捉期間およびＢＦ分離期間にバルブ４６を開け、チューブ３６とエアチューブ４８とを連通させている。流路内に含まれる空気体積は流体に対してキャパシタンスとして作用し、圧縮、膨張により流体振動を弱める。それにより、ポンプ２３で発生する流体振動がエアチューブ４８内の空気の圧縮、膨張により弱められるので、フローセル流路１８内で磁性粒子が流体振動により流されてしまうことを阻止することができる。
【００５０】
図３は、流路内の空気体積（キャパシタンス）を変化させて、発光量の信号強度の変化を測定したグラフであり、縦軸が信号強度を示し、横軸がキャパシタンスを示す。
【００５１】
図３に示すように、空気体積が８０マイクロリットル以下の場合は、磁性粒子が流出してしまっているために信号強度が低いが、空気体積が８０マイクロリットル以上の場合は、流体振動が十分に減衰されるために磁性粒子が流出せず、信号強度が一定になることがわかる。
【００５２】
エアチューブ４８の容積は８０マイクロリットル以上とすることができ、十分なキャパシタンス効果があり、高い信号強度を得ることができるので、感度の高い分析が可能である。
【００５３】
また、８０マイクロリットル以上の空気量では、キャパシタンスが変化しても信号強度が変化しない安定な条件なので、試料の粘性や液の温度などの変化に対しても影響を受け難く、再現性が高く高信頼性の分析が可能である。
【００５４】
以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、動作が滑らかではないシリンジポンプ駆動手段を用いても、感度が高く、再現性の良い分析が可能な試料分析装置及び方法を実現することである。
【００５５】
なお、磁性粒子が流されにくいために、粒子捕捉期間やＢＦ分離期間の吸引速度を上げることができ、１サイクルに要する時間を短縮することで一定時間に多くの分析が可能な高速な分析装置を実現可能である。
また、本発明の第１の実施形態の場合には、懸濁液吸引期間にバルブ４６を閉じておくため、ポンプ２３の動作がピペッタ２７まで伝わるまでの時間遅れにエアチューブ４８内の空気が影響することがなく、吸引期間内に確実に吸引動作が終了し、正確な量の懸濁液を吸引することが可能であり、正確な分析が可能である。
また、本発明の第１の実施形態の場合には、洗浄期間にバルブ４６を閉じているので、ポンプ２３で発生する流体振動がフローセル流路１８内に伝わり、磁性粒子を流れやすくするので、磁性粒子が効果的に排出され、短い時間での洗浄が可能であり、１サイクルに要する時間を短縮することで一定時間に分析できる数が多い高速な分析装置を実現可能である。また、次のサイクルに残されてしまう粒子のキャリーオーバの少ない、高感度な分析装置を実現することができる。
また、本発明の第１の実施形態の場合には、エアチューブ４８内の空気を分析サイクル中に一旦排出して、再び一定量の空気を吸引するので、空気の量が一定に保たれ、常に同一のキャパシタンス効果が得られるので、再現性の高い分析が可能である。
また、本発明の第１の実施形態の場合は、ポンプ２３から発生する流体振動を減衰させることができるので、ポンプ２３は振動が小さい高価なポンプを用いる必要がなく、低価格な分析装置を実現することができる。
【００５６】
なお、本発明の第１の実施形態では、第１試薬で特異成分と結合する物質として抗体を用いているが、抗体の代わりに特異核酸を用いることができる。特異核酸は特定の標的核酸と結合する性質があり、分析対象となる試料中の標的核酸と結合する。また、第２試薬中には電気化学反応により発光を生じる標識物質をラベルしかつ試料中の特定成分と結合する物質が含まれている。この場合、血清や尿などの生体液由来試料中の特定の配列を有する核酸の存在を非常に高い感度で検出することが可能である。
また、本発明の第１の実施形態において、バルブ２５とその下流の流路を省いた構成も可能である。その場合、リセット期間にバルブ４６、４７を開き、ポンプ２３内の液体をエアチューブ４８を通して排出する。その後、一定量の空気をエアチューブ４８に吸引すればよい。
図４は、本発明の第２の実施形態である試料分析装置の概略構成図である。この第２の実施形態と第１の実施形態との主な相違点は、チューブ３６が２つに分岐しており、一方は、第１の実施形態と同様に、バルブ４３を介してポンプ２３に接続され、他方はバルブ４４を介してポンプ２９に接続される点である。
【００５７】
また、この第２の実施形態では、第１の実施形態におけるバルブ４６、４７、エアーチューブ４８、バルブ４７から廃液容器３３に至るチューブは省略されている。そして、バルブ４４からポンプ２９に至る経路とは別に、バルブ４５を介して液廃容器３３に至る経路が設けられている。
【００５８】
この第２の実施形態において、懸濁液吸引期間および洗浄期間の前半では、バルブ４３を開いてバルブ４４を閉じ、ポンプ２３で液を吸引する。粒子捕捉期間、ＢＦ分離期間、洗浄期間の後半、および予備吸引期間は、バルブ４４を開いてバルブ４３を閉じ、ポンプ２９を用いて液を吸引する。洗浄期間にはピペッタ２７から洗浄液と併せて空気を吸引する。ポンプ２９とポンプ２３とは、液の吸引に使われていない期間を利用してリセット動作を行う。
この第２の実施形態の場合は、洗浄期間に洗浄液と一緒に吸引した空気が、洗浄期間の後半にバルブ４４を通してポンプ２９のある流路側にのみ入り、ポンプ２３の流路側にはほとんど空気が入らない。ポンプ２９側は空気が多く入った高キャパシタンスとなり、ポンプ２３側は低キャパシタンスとなる。
【００５９】
粒子捕捉期間およびＢＦ分離期間には高キャパシタンスなポンプ２９側で吸引するため、ポンプ２９から発生する流体振動が減衰し、フローセル流路１８内の磁性粒子が流出することがなく、高感度な分析が可能である。
【００６０】
一方、懸濁液吸引期間および洗浄期間は、ポンプ２３から発生する流体振動の減衰は少ない。洗浄期間は、洗浄効果が向上するため、流体振動があった方が、むしろ好ましい。
【００６１】
したがって、一定の洗浄効果を確保しつつ、流体振動が減衰し、フローセル流路１８内の磁性粒子が流出することがなく、高感度な分析が可能である。
また、この第２の実施形態の場合には、２つのポンプ２３、２９を用いてそれぞれを別個に動作させ、一方が吸引動作をしている間に他方をリセット動作させることができるので、リセットのための時間を省くことが可能であり、１サイクルに要する時間を短縮することで一定時間に多くの分析が可能な高速な分析装置を実現することが可能である。
また、この第２の実施形態の場合は、ポンプ２３は吸引量の正確性が高いことが必要だが、振動は大きくても構わない。ポンプ２９は振動は小さいことが必要だが、吸引量の正確性は要求されない。したがって、ポンプ２３とポンプ２９とにそれぞれに適した性能のポンプを用いることで、低価格でしかも高性能な分析が可能な分析装置を実現することができる。
【００６２】
なお、この第２の実施形態において、ポンプ２３と２９とで、空気の吸入量を変えて、正確性が必要な場合は、空気吸入量が小のものを用い、脈動を抑制したい場合には、空気吸入量が大のものを用いるように制御することも可能である。図５は、本発明の第３の実施形態である試料分析装置の主要部分の構成図である。なお、他の構成は、図１の例と同様となっているので、図示及び詳細な説明は省略する。この図５の例と図１の例との相違点は、エアチューブ４８を設けず、代わりに、バルブ４６を介してバルブ４３が設けられた経路に接続される減衰室５８が設けられている点である。
【００６３】
この減衰室５８の壁面は、可撓性の材料でできており、弾性的に撓むことによって流体振動を吸収する。バルブ４６は粒子捕捉期間ならびにＢＦ分離期間のみ開となり、他の期間は閉じている。
この第３の実施形態では、キャパシタンスとして空気を用いずに減衰室５８の弾性変形を用いているため、周囲温度などによらずに一定のキャパシタンス効果が得られ、再現性の高い分析が可能である。
また、この第３の実施形態では、キャパシタンスに空気を用いていないために、サイクル中に空気を入れ替える必要がなく、１サイクルに要する時間を短縮することで一定時間に多くの分析が可能な高速な分析装置を実現することができる。
【００６４】
図６は本発明の第４の実施形態である試料分析装置の主要部分の構成図である。なお、他の構成は、図１の例と同様となっているので、図示及び詳細な説明は省略する。
【００６５】
この図６の例と図５の例との相違点は、減衰室５８の代わりに整調管５９を用いている点である。整調管５９は一定長さの管であり、端面で反射して返ってくる振動が特定波長の流体振動成分を効果的に減衰するように構成されている。
この第４の実施形態の場合は、流体振動の減衰がキャパシタンスでなく整調管５９で行われるため、ポンプ２３の吸引動作がピペッタ２７に伝わるのに要する時間に遅れ時間を発生させない。したがって、試料の吸引の体積を精度よく行うことができる。
また、この第４の実施形態の場合は、特定の波長の流体振動を効果的に減衰することができるので、ポンプ２３を構成するパルスモータのパルスレートを、粒子捕捉期間およびＢＦ分離期間に、整調管５９の減衰周波数と一致するように制御することで、効果的に流体振動を減衰させ、磁性粒子が流出することのない、感度の高い分析が可能になる。
【００６６】
さらに、この第４の実施形態においては、洗浄期間にはポンプ２３のパルスレートを整調管５９が減衰しない周波数とすることで、大きな流体振動をフローセル流路１８内に伝え、粒子洗浄を効果的に行って、キャリーオーバの少ない高感度な分析が可能である。
図７は本発明の第５の実施形態である試料分析装置の主要部分の構成図である。なお、他の構成は、図１の例と同様となっているので、図示及び詳細な説明は省略する。
【００６７】
また、この第５の実施形態の場合、図５及び図６に示した例と異なり、流体振動を減衰させるための減衰室や整調管等の要素は用いずに、ポンプ２３には低脈動のポンプを用い、チューブ３６の途中に揺動器６０が接続されている。
【００６８】
この揺動器６０は洗浄期間に動作するように制御される。つまり、洗浄期間以外は、揺動器６０は動作させず、低脈動のポンプにより、流体の脈動の少ない吸引吐出動作が行われ、洗浄期間においては、揺動器６０が動作され、流体に積極的に脈動を与えるようにコントローラ４０により制御される。
この第５の実施形態の場合には、ポンプ２３から発生する流体振動が小さいために、粒子捕捉期間およびＢＦ分離期間に粒子がフローセル流路１８から流出せず、高感度な分析が可能である。
また、この第５の実施形態の場合には、洗浄期間に揺動器６０から制御された周波数、大きさの流体振動が発生され、フローセル流路１８に伝わるため、粒子を効果的に流出させ、キャリーオーバの小さい高感度な分析が可能である。
【００６９】
本発明の第６の実施形態としては、第５の実施形態における揺動器６０を、叙述した第１〜第４の実施形態に追加するものがある。つまり、第１の実施形態においては、バルブ４３とフローセル１１との間のチューブ３６に揺動器６０を設置する。そして、洗浄期間以外には、揺動器６０は動作させず、洗浄期間にのみ動作させる。これにより、洗浄期間は積極的に脈動を発生させ、洗浄効果を向上させることができる。
【００７０】
また、第２の実施形態の場合は、チューブ３６のバルブ４４への分岐点とバルブ４３との間に揺動器６０を設置し、洗浄期間にのみ動作させることにより、洗浄効果を向上させることができる。
【００７１】
また、第３及び第４の実施形態の場合は、バルブ４３とフローセル１１との間のチューブ３６に揺動器６０を設置する。そして、洗浄期間以外には、揺動器６０は動作させず、洗浄期間にのみ動作させる。これにより、洗浄期間は積極的に脈動を発生させ、洗浄効果を向上させることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、懸濁液を吸引するときはポンプ動作に対する遅れ時間の小さい状態で正確な量を吸引し、磁性粒子をフローセル流路内に捕捉、ＢＦ分離を行うときはポンプによる流体振動を減衰した滑らかな流動で磁性粒子の流出を防ぐ事ができるので、動作が滑らかではないシリンジポンプ駆動手段を用いても、感度が高く、再現性の良い分析が可能な試料分析装置及び方法を実現することができる。
【００７３】
また、洗浄期間においては、ポンプによる流体振動を減衰させず、脈動を利用して洗浄効果を向上せるように構成すれば、動作が滑らかではないシリンジポンプ駆動手段を用いても、感度が高く再現性の良い分析が可能であるとともに、流体振動による洗浄効果も確保可能な試料分析装置及び方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である試料分析装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による試料分析装置の１サイクルの分析における動作を示すタイムチャートである。
【図３】流路内の空気体積を変化させて、発光量の信号強度の変化を測定したグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態である試料分析装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態である試料分析装置の主要部分の概略構成図である。
【図６】本発明の第４の実施形態である試料分析装置の主要部分の概略構成図である。
【図７】本発明の第５の実施形態である試料分析装置の主要部分の概略構成図である。
【符号の説明】
１１ フローセル
１２ ケース
１３ 光センサ
１４ 対向電極
１５ 作動電極
１８ フローセル流路
２０ 磁石
２１ モータ
２２ レバー
２３ ポンプ
２５ バルブ
２７ ピペッタ
２８ アーム
２９ ポンプ
３０ 懸濁液容器
３１ 緩衝液容器
３２ 洗浄液容器
３３ 廃液容器
３５、３６ チューブ
３７ 洗浄機構
４０ コントローラ
４１ 熱交換器
４３、４４ バルブ
４５、４６ バルブ
４７ バルブ
４８ エアチューブ
５５ 反応ユニット
５６ ガイド
５８ 減衰室
５９ 整調管
６０ 揺動器
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料分析装置に係わり、特に、臨床検査の分野で利用されるほか、食品検査や医学、生命科学の基礎等で用いられる抗原−抗体反応を利用した分析に適した試料分析装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
血清または尿のような生体液を分析し、この生体液内の抗体と抗原、あるいは抗原抗体免疫複合物の存在を検出し、その定量を行うことはよく知られており、このような方法は一般に免疫分析と呼ばれている。
【０００３】
この免疫分析の１つの共通の方法は、制限した量の抗原と２種の抗体との間に生ずる結合反応を使うことである。これらの両抗体は抗原と結合することができ、例えば、一方の抗体に標識をつけて両抗体を抗原を媒介として結合し、結合した標識付き抗体の比率を計測することにより存在する抗原の量がわかる。
【０００４】
具体的な手法の１つは、特開平８−１４６００２号公報に記載されている。このなかで、第１抗体は固相として磁性粒子の表面に固定化されており、第２抗体には標識物質が結合されて液相に溶融している。
【０００５】
生体液由来試料を第１抗体が固定化された磁性粒子と混合し、抗原−抗体反応を生じさせると、試料に含まれる抗原が第１抗体を介して磁性粒子に結合する。さらに第２抗体を反応させると、第２抗体が抗原、第１抗体を介して磁性粒子に結合する。結合する第２抗体の量は、試料に含まれる抗原の量に依存して増減する。
【０００６】
フローセル入り口に接続しているシッパープローブを反応混合液に挿入して、フローセル出口に接続するシリンジポンプを吸引することで、反応混合物を磁場のかかるフローセルに流動すると、磁性粒子が磁場により捕捉される。磁場は磁石をフローセルに近接することで与える。
【０００７】
シッパープローブを緩衝液容器に移動して吸引することでフローセルに緩衝液を流すと、磁性粒子はフローセルに残されたまま、反応混合物の液相はフローセル外に流し去られる。
【０００８】
標識物質は、電気的に化学ルミネッセンスを発生する物質である。磁場を除去した後、フローセルの流路内に電場をかけると、磁性粒子に結合した標識物質が発光する。そして、発光の強度を検出することにより、試料中の抗原の量を分析する。その後、フローセルから磁石を遠ざけ、シッパープローブを洗浄液ボトルに差し替えて吸引することで、磁性粒子をフローセルから除去する。
【０００９】
上述した従来例の場合には、混合物から液相を除去した場所で電場を与えて発光量を検出するため、磁性粒子のロスがない。また、磁性粒子に磁界を作用させて混合物の液相と分離するために、磁性粒子の粒径を小さくし、反応速度を増大させることができる。また、フローセルに洗浄液を流して磁性粒子を流し去るので、連続して複数の試料の分析を行うことができる。
【００１０】
また、上述した従来例の場合は、試料の吸引と、緩衝液、洗浄液の吸引とを、流量を正確に制御できるシリンジポンプを用いているため、試料・試薬の量の誤差が小さく、精度の高い分析ができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には次のような欠点がある。すなわち、シリンジポンプはパルスモータ等の正確に移動量を制御可能なモータで駆動されるが、パルスモータ（シリンジポンプ駆動手段）は回転が滑らかでないために吸引が滑らかに行えず、フローセル内に脈動を発生する。
【００１２】
磁性粒子をフローセル内で磁場により捕捉する過程およびフローセルに緩衝液を流す過程において大きな脈動が発生していると、磁性粒子の一部はフローセル内に停止せずに流出してしまう。そのために、発光の強度が小さく測られ、検出の感度が低くなってしまう。
それを避けるために、流路内に脈動吸収要素を設けると、シリンジの動作により生じる吸引がシッパプローブまで伝わる時間が長くなり、反応生成物を吸引する量の正確性が失われ、検出の再現性が悪くなる。
【００１３】
本発明の目的は、動作が滑らかではないシリンジポンプ駆動手段を用いても、感度が高く、再現性の良い分析が可能な試料分析装置及び方法を実現することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のように構成される。
（１）流体の入り口と出口をもつフローセルと、このフローセル内の所定領域の磁界を強磁界と弱磁界とに切り替える磁界発生機構と、上記フローセルの入り口に連通し、特定物質の濃度に応じて発光量の変化する発光物質を付着した磁性粒子を懸濁した試料を吸引する流体吸引手段と、上記フローセルの出口に連通しフローセルの吸引量を制御可能なポンプと、上記フローセルの所定領域にて流体からの発光量を検出する検出器と、上記ポンプ、磁界発生機構及び検出器の動作を制御するコントローラとを有する試料分析装置において、上記フローセルの出口とポンプとの間の流路にバルブを通して接続され、上記コントローラにより動作制御されてフローセル内の流体の振動を制御する、圧縮性の流体を閉じ込めた空気室を備える。
【００１７】
（２）流体の入り口と出口をもつフローセルと、このフローセル内の所定領域の磁界を強磁界と弱磁界とに切り替える磁界発生機構と、上記フローセルの入り口に連通し、特定物質の濃度に応じて発光量の変化する発光物質を付着した磁性粒子を懸濁した試料を吸引する流体吸引手段と、上記フローセルの出口に連通しフローセルの吸引量を制御可能なポンプと、上記フローセルの所定領域にて流体からの発光量を検出する検出器と、上記ポンプ、磁界発生機構及び検出器の動作を制御するコントローラとを有する試料分析装置において、上記フローセルの出口に接続された流路から分岐した第 1 の流路を介して接続される第 1 のポンプと、上記フローセルの出口に接続された流路から分岐した第２の流路を介して接続される第２のポンプと、上記第１の流路に配置される第１のバルブと、上記第２の流路に配置される第２のバルブとを備え、第１のバルブを閉として第２のバルブを開として第２のポンプでフローセル出口の流体を吸引し、第１のバルブを開として第２のバルブを閉として第１のポンプでフローセル出口の流体を吸引して、第１のポンプと第２のポンプとを交互にフローセル出口からの流体を吸引し、第１のポンプの動作期間中に、上記流体と共に空気を第１のポンプと第１のバルブとの間の流路に吸引し、吸引した空気により、上記フローセル内の流体の振動を制御し、上記第１のポンプと第１のバルブとの間の流路の振動制御能力と上記第２のポンプと第２のバルブとの間の流路の振動制御能力とが互いに異なる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の第１の実施形態である試料分析装置の概略構成図である。図１において、フローセル１１は、チューブ３５およびチューブ３６を通して、ピペッタ２７及びポンプ２３と流体的に接続されている。ピペッタ（流体吸引手段）２７はアーム２８に移動可能に設置されており、懸濁液容器３０、緩衝液容器３１、洗浄液容器３２が、その移動範囲に設置される。また、チューブ３５の経路には、熱交換器４１が設けられている。
【００２３】
また、バルブ４３は、フローセル１１とポンプ２３との間のチューブ３６に設けられている。ポンプ２３はパルスモータで構成され、コントローラ４０からの指令信号により正確な量の吸引、吐出が可能である。さらに、チューブ３６は、バルブ４３からポンプ２３に至る経路とは別に分岐してバルブ２５を介して廃液容器３３に配管されている。
【００２４】
さらに、チューブ３６は、バルブ４３からポンプ２３に至る経路及びバルブ４３からバルブ２５を介して廃液容器３３に至る経路とは、別に分岐してバルブ４６、エアチューブ４８、バルブ４７（振動制御手段）を介して廃液容器３３に配管されている。エアチューブ４８は内径が２ミリメートルで容積が８０マイクロリットル以上あり、先端が廃液容器３３に挿入されている。
【００２５】
また、フローセル１１の内部には流路１８が貫通しており、流路１８の側面に対向電極１４、作動電極１５が設置してある。フローセル１１の上には、光センサ１３がケース１２に覆われて設置されている。また、フローセル１１の上部は透明な材料で作られている。
【００２６】
モータ２１にはレバー２２が接続されており、このレバー２２には磁石２０が支持されている。そして、磁石２０がフローセル１１の下部に近接するようにモータ２１により駆動することができる。アーム２８、光センサ１３、モータ２１、ポンプ２３およびバルブ２５、４３、４６、４７はコントローラ４０に接続されている。
【００２７】
また、ピペッタ２７は洗浄機構３７により洗浄される構成となっている。また、５５は反応ユニットであり、５６はガイドである。
【００２８】
流路１８の断面は長方形であり、この例の場合は、磁石２０に対向する方向に測った厚さが０．５ｍｍであり、幅が５ｍｍである。また、作動電極１５は流体の流れ方向に５ｍｍの幅がある。磁石２０は一辺が５ｍｍの立方体形状の永久磁石である。
【００２９】
反応ユニット５５で処理された懸濁液が入った懸濁液容器３０がガイド５６により所定位置に設置される。反応ユニット５５には分析対象となる複数種類の試料と、複数種類の試薬を選択的に組み合わせて反応させ、反応生成物を懸濁液容器３０に入れてガイド５６で順次、所定位置に送る機能がある。
【００３０】
ここで、分析対象となる試料とは、血清や尿のような生体液由来試料である。試料が血清の場合、分析されるべき成分はたとえば抗原、ペプチドホルモン、ステロイドホルモン、薬剤、又はウイルス抗体、あるいは各種の腫瘍マーカー、抗体、又は抗原・抗体複合物、又は、単一蛋白質である。
【００３１】
ここでは、特定成分は例えば、ＴＳＨ（甲状腺ホルモン）であるとする。反応ユニット５５内で行われる前処理過程では分析対象となる試料が、ビーズ溶液、第１試薬、第２試薬、緩衝液と混合して、一定温度（３７℃）で一定時間反応させられる。ここでは、分析対象となる試料は５０μｌ、第１試薬は５０μｌ、第２試薬は５０μｌ、緩衝液は１００μｌ用いられる。
【００３２】
また、ビーズ溶液とは、粒子状磁性物質をポリスチレンなどのマトリックスに埋め込んだ磁性粒子(比重１．４、平均粒径２．８μｍ）を緩衝液中に分散させてなる溶液であり、マトリックスの表面にはビオチンと結合可能なストレプトアビジンが結合されている。
【００３３】
また、磁性物質は、例えば、鉄、酸化鉄、ニッケル、コバルト、酸化クロムなどの磁気吸引物質であればよく、マトリックス自体はポリスチレンの他に多くの合成及び天然の重合性物質(たとえばセルロース、ポリエステルなど)の中から選ばれてもよい。
【００３４】
第１試薬は磁性粒子を試料中の特定成分ＴＳＨと結合させる物質が含まれており、これには末端をビオチン処理したＴＳＨ抗体が含まれる。第２試薬には電気化学反応により発光を生じる標識物質をラベルし、かつ試料中の特定成分と結合する物質が含まれている。すなわち、第２試薬には末端をビオチン処理し、かつ励起により化学発光を生じる標識物質、ここではルテニウム（ＩＩ）トリス（ビピリジル）を結合したＴＳＨ抗体を含む。
【００３５】
第１試薬及び第２試薬は分析されるべき特定の成分の種類によって異なり、例えば、免疫グロブリン、抗原、抗体又はその他の生物学的物質が使用される。
【００３６】
緩衝液容器３１には、標識物質の電気的な化学発光を誘引する物質を含む緩衝液が収容されている。具体的には、緩衝液容器３１に収容されている緩衝液は電圧印加後による還元後、標識化合物の励起を誘引する物質、例えばトリプロピルアミン（ＴＰＡ）を含む、ｐＨが７．４前後のものである。洗浄液容器３２には洗浄液が収容されている。
【００３７】
また、熱交換器４１はチューブ３５を通して流れる液体の温度を予め定めた温度となるように制御する働きをする。
【００３８】
チューブ３５、チューブ３６およびフローセル１１内の流路１８には予め緩衝液が満たされている。そして、エアチューブ４８には予め空気が満たされている。
【００３９】
次に、本発明の第１の実施形態の動作を説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による試料分析装置の１サイクルの分析における動作を示すタイムチャートである。図２において、１サイクルは、懸濁液吸引期間、粒子捕捉期間、ＢＦ分離期間、検出期間、洗浄期間、リセット期間、予備吸引期間からなっている。
【００４０】
反応ユニット５５で処理されて懸濁液を収容した懸濁液容器３０が所定位置にセットされたところから１サイクルが開始する。
図１及び図２において、懸濁液吸引期間では、まず、コントローラ４０からの指令信号によりモータ２１が回転し、磁石２０がフローセル１１の下部に接触する位置に移動する（フローセル１１の下部の磁界は弱磁界から強磁界に切り替えられる）。
【００４１】
この場合、バルブ４３は開き、バルブ２５、４６、４７は閉じた状態に設定される。そして、アーム２８がコントローラ４０からの指令信号により動作し、ピペッタ２７を懸濁液容器３０内に挿入する。
【００４２】
続いて、コントローラ４０からの信号で、ポンプ２３が一定量の吸引動作をする。すると、チューブ３５、３６内の緩衝液体に吸引されて懸濁液容器３０内の懸濁液がピペッタ２７を経由してチューブ３５内に入る。この状態でポンプ２３を停止し、アーム２８を動作してピペッタ２７を洗浄機構３７を経て緩衝液容器３１に挿入する。
【００４３】
ピペッタ２７の先端部は洗浄機構３７を通過する時に洗浄される。
以上が懸濁液吸引期間である。
【００４４】
懸濁液吸引期間終了後の粒子捕捉期間には、コントローラ４０からの指令信号により、バルブ４６が開けられ、ポンプ２３は一定速度で吸引する。その間にチューブ３５内に存在した懸濁液は流路１８を通過する。流路内には磁石２０からの磁界が発生しているために、懸濁液に含まれる磁性粒子は磁石に向かって吸引され、作動電極１５の表面に捕捉される。
【００４５】
続いて、ＢＦ分離期間にはポンプ２３を粒子捕捉期間よりも速い速度で吸引する。そして、緩衝液容器３１から緩衝液が吸引され、流路１８内を通過する。その際、磁性粒子は作動電極１５上に保持されたままで残され、液体成分のみが流路１８から流し去られる。磁性粒子に結合している抗体（Ｂ）と結合せずに液体成分に溶けている抗体（Ｆ）が分離される。
【００４６】
次に、ＢＦ分離期間に続く検出期間には、モータ２１が回転して磁石２０がフローセル１１から遠ざけられる。続いて、コントローラ４０からの信号で作動電極１５と対抗電極１４との間に電圧が印加される。その時に作動電極１５上の磁性粒子から発光が生じるが、その発光の強度を光センサ１３で検出し、信号としてコントローラ４０に送る。一定時間経過後、電圧を除去する。検出期間の間にアーム２８を動作してピペッタ２７を洗浄機構３７を経由して洗浄液容器３２に挿入する。バルブ４３を閉じ、バルブ４７を開いてポンプ２３を一旦吐出動作後に吸引動作を行う。それにより、エアチューブ４８に満たされていた空気が排出され、再び一定量の空気がエアチューブ４８に満たされる。
【００４７】
次に、洗浄期間には、バルブ４６、４７を閉じ、バルブ４３を開いてポンプ２３を吸引する事により、洗浄液を流路１８内を通過させる。この時は磁界が遠ざかっているために磁性粒子は作動電極１５上に保持されず、緩衝液とともに流し去られる。
【００４８】
続いて、リセット期間にはバルブ４３を閉じ、バルブ２５を開いてポンプ２３を吐出動作させる。ポンプ２３内の液は、バルブ２５を介して廃液容器３３に排出される。そして、予備吸引期間に緩衝液を吸引し、チューブ３５、フローセル流路１８、バイパス流路内に緩衝液を満たす。
【００４９】
予備吸引期間後、次のサイクルが実行可能となる。コントローラ４０は検出期間に光センサ１３から受け取った信号を演算して、分析対象の試料中の特定成分の濃度を算出し、出力する。
本発明の第１の実施形態の場合には、粒子捕捉期間およびＢＦ分離期間にバルブ４６を開け、チューブ３６とエアチューブ４８とを連通させている。流路内に含まれる空気体積は流体に対してキャパシタンスとして作用し、圧縮、膨張により流体振動を弱める。それにより、ポンプ２３で発生する流体振動がエアチューブ４８内の空気の圧縮、膨張により弱められるので、フローセル流路１８内で磁性粒子が流体振動により流されてしまうことを阻止することができる。
【００５０】
図３は、流路内の空気体積（キャパシタンス）を変化させて、発光量の信号強度の変化を測定したグラフであり、縦軸が信号強度を示し、横軸がキャパシタンスを示す。
【００５１】
図３に示すように、空気体積が８０マイクロリットル以下の場合は、磁性粒子が流出してしまっているために信号強度が低いが、空気体積が８０マイクロリットル以上の場合は、流体振動が十分に減衰されるために磁性粒子が流出せず、信号強度が一定になることがわかる。
【００５２】
エアチューブ４８の容積は８０マイクロリットル以上とすることができ、十分なキャパシタンス効果があり、高い信号強度を得ることができるので、感度の高い分析が可能である。
【００５３】
また、８０マイクロリットル以上の空気量では、キャパシタンスが変化しても信号強度が変化しない安定な条件なので、試料の粘性や液の温度などの変化に対しても影響を受け難く、再現性が高く高信頼性の分析が可能である。
【００５４】
以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、動作が滑らかではないシリンジポンプ駆動手段を用いても、感度が高く、再現性の良い分析が可能な試料分析装置及び方法を実現することである。
【００５５】
なお、磁性粒子が流されにくいために、粒子捕捉期間やＢＦ分離期間の吸引速度を上げることができ、１サイクルに要する時間を短縮することで一定時間に多くの分析が可能な高速な分析装置を実現可能である。
また、本発明の第１の実施形態の場合には、懸濁液吸引期間にバルブ４６を閉じておくため、ポンプ２３の動作がピペッタ２７まで伝わるまでの時間遅れにエアチューブ４８内の空気が影響することがなく、吸引期間内に確実に吸引動作が終了し、正確な量の懸濁液を吸引することが可能であり、正確な分析が可能である。
また、本発明の第１の実施形態の場合には、洗浄期間にバルブ４６を閉じているので、ポンプ２３で発生する流体振動がフローセル流路１８内に伝わり、磁性粒子を流れやすくするので、磁性粒子が効果的に排出され、短い時間での洗浄が可能であり、１サイクルに要する時間を短縮することで一定時間に分析できる数が多い高速な分析装置を実現可能である。また、次のサイクルに残されてしまう粒子のキャリーオーバの少ない、高感度な分析装置を実現することができる。
また、本発明の第１の実施形態の場合には、エアチューブ４８内の空気を分析サイクル中に一旦排出して、再び一定量の空気を吸引するので、空気の量が一定に保たれ、常に同一のキャパシタンス効果が得られるので、再現性の高い分析が可能である。
また、本発明の第１の実施形態の場合は、ポンプ２３から発生する流体振動を減衰させることができるので、ポンプ２３は振動が小さい高価なポンプを用いる必要がなく、低価格な分析装置を実現することができる。
【００５６】
なお、本発明の第１の実施形態では、第１試薬で特異成分と結合する物質として抗体を用いているが、抗体の代わりに特異核酸を用いることができる。特異核酸は特定の標的核酸と結合する性質があり、分析対象となる試料中の標的核酸と結合する。また、第２試薬中には電気化学反応により発光を生じる標識物質をラベルしかつ試料中の特定成分と結合する物質が含まれている。この場合、血清や尿などの生体液由来試料中の特定の配列を有する核酸の存在を非常に高い感度で検出することが可能である。
また、本発明の第１の実施形態において、バルブ２５とその下流の流路を省いた構成も可能である。その場合、リセット期間にバルブ４６、４７を開き、ポンプ２３内の液体をエアチューブ４８を通して排出する。その後、一定量の空気をエアチューブ４８に吸引すればよい。
図４は、本発明の第２の実施形態である試料分析装置の概略構成図である。この第２の実施形態と第１の実施形態との主な相違点は、チューブ３６が２つに分岐しており、一方は、第１の実施形態と同様に、バルブ４３を介してポンプ２３に接続され、他方はバルブ４４を介してポンプ２９に接続される点である。
【００５７】
また、この第２の実施形態では、第１の実施形態におけるバルブ４６、４７、エアーチューブ４８、バルブ４７から廃液容器３３に至るチューブは省略されている。そして、バルブ４４からポンプ２９に至る経路とは別に、バルブ４５を介して液廃容器３３に至る経路が設けられている。
【００５８】
この第２の実施形態において、懸濁液吸引期間および洗浄期間の前半では、バルブ４３を開いてバルブ４４を閉じ、ポンプ２３で液を吸引する。粒子捕捉期間、ＢＦ分離期間、洗浄期間の後半、および予備吸引期間は、バルブ４４を開いてバルブ４３を閉じ、ポンプ２９を用いて液を吸引する。洗浄期間にはピペッタ２７から洗浄液と併せて空気を吸引する。ポンプ２９とポンプ２３とは、液の吸引に使われていない期間を利用してリセット動作を行う。
この第２の実施形態の場合は、洗浄期間に洗浄液と一緒に吸引した空気が、洗浄期間の後半にバルブ４４を通してポンプ２９のある流路側にのみ入り、ポンプ２３の流路側にはほとんど空気が入らない。ポンプ２９側は空気が多く入った高キャパシタンスとなり、ポンプ２３側は低キャパシタンスとなる。
【００５９】
粒子捕捉期間およびＢＦ分離期間には高キャパシタンスなポンプ２９側で吸引するため、ポンプ２９から発生する流体振動が減衰し、フローセル流路１８内の磁性粒子が流出することがなく、高感度な分析が可能である。
【００６０】
一方、懸濁液吸引期間および洗浄期間は、ポンプ２３から発生する流体振動の減衰は少ない。洗浄期間は、洗浄効果が向上するため、流体振動があった方が、むしろ好ましい。
【００６１】
したがって、一定の洗浄効果を確保しつつ、流体振動が減衰し、フローセル流路１８内の磁性粒子が流出することがなく、高感度な分析が可能である。
また、この第２の実施形態の場合には、２つのポンプ２３、２９を用いてそれぞれを別個に動作させ、一方が吸引動作をしている間に他方をリセット動作させることができるので、リセットのための時間を省くことが可能であり、１サイクルに要する時間を短縮することで一定時間に多くの分析が可能な高速な分析装置を実現することが可能である。
また、この第２の実施形態の場合は、ポンプ２３は吸引量の正確性が高いことが必要だが、振動は大きくても構わない。ポンプ２９は振動は小さいことが必要だが、吸引量の正確性は要求されない。したがって、ポンプ２３とポンプ２９とにそれぞれに適した性能のポンプを用いることで、低価格でしかも高性能な分析が可能な分析装置を実現することができる。
【００６２】
なお、この第２の実施形態において、ポンプ２３と２９とで、空気の吸入量を変えて、正確性が必要な場合は、空気吸入量が小のものを用い、脈動を抑制したい場合には、空気吸入量が大のものを用いるように制御することも可能である。図５は、本発明の第３の実施形態である試料分析装置の主要部分の構成図である。なお、他の構成は、図１の例と同様となっているので、図示及び詳細な説明は省略する。この図５の例と図１の例との相違点は、エアチューブ４８を設けず、代わりに、バルブ４６を介してバルブ４３が設けられた経路に接続される減衰室５８が設けられている点である。
【００６３】
この減衰室５８の壁面は、可撓性の材料でできており、弾性的に撓むことによって流体振動を吸収する。バルブ４６は粒子捕捉期間ならびにＢＦ分離期間のみ開となり、他の期間は閉じている。
この第３の実施形態では、キャパシタンスとして空気を用いずに減衰室５８の弾性変形を用いているため、周囲温度などによらずに一定のキャパシタンス効果が得られ、再現性の高い分析が可能である。
また、この第３の実施形態では、キャパシタンスに空気を用いていないために、サイクル中に空気を入れ替える必要がなく、１サイクルに要する時間を短縮することで一定時間に多くの分析が可能な高速な分析装置を実現することができる。
【００６４】
図６は本発明の第４の実施形態である試料分析装置の主要部分の構成図である。なお、他の構成は、図１の例と同様となっているので、図示及び詳細な説明は省略する。
【００６５】
この図６の例と図５の例との相違点は、減衰室５８の代わりに整調管５９を用いている点である。整調管５９は一定長さの管であり、端面で反射して返ってくる振動が特定波長の流体振動成分を効果的に減衰するように構成されている。
この第４の実施形態の場合は、流体振動の減衰がキャパシタンスでなく整調管５９で行われるため、ポンプ２３の吸引動作がピペッタ２７に伝わるのに要する時間に遅れ時間を発生させない。したがって、試料の吸引の体積を精度よく行うことができる。
また、この第４の実施形態の場合は、特定の波長の流体振動を効果的に減衰することができるので、ポンプ２３を構成するパルスモータのパルスレートを、粒子捕捉期間およびＢＦ分離期間に、整調管５９の減衰周波数と一致するように制御することで、効果的に流体振動を減衰させ、磁性粒子が流出することのない、感度の高い分析が可能になる。
【００６６】
さらに、この第４の実施形態においては、洗浄期間にはポンプ２３のパルスレートを整調管５９が減衰しない周波数とすることで、大きな流体振動をフローセル流路１８内に伝え、粒子洗浄を効果的に行って、キャリーオーバの少ない高感度な分析が可能である。
図７は本発明の第５の実施形態である試料分析装置の主要部分の構成図である。なお、他の構成は、図１の例と同様となっているので、図示及び詳細な説明は省略する。
【００６７】
また、この第５の実施形態の場合、図５及び図６に示した例と異なり、流体振動を減衰させるための減衰室や整調管等の要素は用いずに、ポンプ２３には低脈動のポンプを用い、チューブ３６の途中に揺動器６０が接続されている。
【００６８】
この揺動器６０は洗浄期間に動作するように制御される。つまり、洗浄期間以外は、揺動器６０は動作させず、低脈動のポンプにより、流体の脈動の少ない吸引吐出動作が行われ、洗浄期間においては、揺動器６０が動作され、流体に積極的に脈動を与えるようにコントローラ４０により制御される。
この第５の実施形態の場合には、ポンプ２３から発生する流体振動が小さいために、粒子捕捉期間およびＢＦ分離期間に粒子がフローセル流路１８から流出せず、高感度な分析が可能である。
また、この第５の実施形態の場合には、洗浄期間に揺動器６０から制御された周波数、大きさの流体振動が発生され、フローセル流路１８に伝わるため、粒子を効果的に流出させ、キャリーオーバの小さい高感度な分析が可能である。
【００６９】
本発明の第６の実施形態としては、第５の実施形態における揺動器６０を、叙述した第１〜第４の実施形態に追加するものがある。つまり、第１の実施形態においては、バルブ４３とフローセル１１との間のチューブ３６に揺動器６０を設置する。そして、洗浄期間以外には、揺動器６０は動作させず、洗浄期間にのみ動作させる。これにより、洗浄期間は積極的に脈動を発生させ、洗浄効果を向上させることができる。
【００７０】
また、第２の実施形態の場合は、チューブ３６のバルブ４４への分岐点とバルブ４３との間に揺動器６０を設置し、洗浄期間にのみ動作させることにより、洗浄効果を向上させることができる。
【００７１】
また、第３及び第４の実施形態の場合は、バルブ４３とフローセル１１との間のチューブ３６に揺動器６０を設置する。そして、洗浄期間以外には、揺動器６０は動作させず、洗浄期間にのみ動作させる。これにより、洗浄期間は積極的に脈動を発生させ、洗浄効果を向上させることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、懸濁液を吸引するときはポンプ動作に対する遅れ時間の小さい状態で正確な量を吸引し、磁性粒子をフローセル流路内に捕捉、ＢＦ分離を行うときはポンプによる流体振動を減衰した滑らかな流動で磁性粒子の流出を防ぐ事ができるので、動作が滑らかではないシリンジポンプ駆動手段を用いても、感度が高く、再現性の良い分析が可能な試料分析装置及び方法を実現することができる。
【００７３】
また、洗浄期間においては、ポンプによる流体振動を減衰させず、脈動を利用して洗浄効果を向上せるように構成すれば、動作が滑らかではないシリンジポンプ駆動手段を用いても、感度が高く再現性の良い分析が可能であるとともに、流体振動による洗浄効果も確保可能な試料分析装置及び方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である試料分析装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による試料分析装置の１サイクルの分析における動作を示すタイムチャートである。
【図３】流路内の空気体積を変化させて、発光量の信号強度の変化を測定したグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態である試料分析装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態である試料分析装置の主要部分の概略構成図である。
【図６】本発明の第４の実施形態である試料分析装置の主要部分の概略構成図である。
【図７】本発明の第５の実施形態である試料分析装置の主要部分の概略構成図である。
【符号の説明】
１１ フローセル
１２ ケース
１３ 光センサ
１４ 対向電極
１５ 作動電極
１８ フローセル流路
２０ 磁石
２１ モータ
２２ レバー
２３ ポンプ
２５ バルブ
２７ ピペッタ
２８ アーム
２９ ポンプ
３０ 懸濁液容器
３１ 緩衝液容器
３２ 洗浄液容器
３３ 廃液容器
３５、３６ チューブ
３７ 洗浄機構
４０ コントローラ
４１ 熱交換器
４３、４４ バルブ
４５、４６ バルブ
４７ バルブ
４８ エアチューブ
５５ 反応ユニット
５６ ガイド
５８ 減衰室
５９ 整調管
６０ 揺動器
Claims (2)
- 流体の入り口と出口をもつフローセルと、このフローセル内の所定領域の磁界を強磁界と弱磁界とに切り替える磁界発生機構と、上記フローセルの入り口に連通し、特定物質の濃度に応じて発光量の変化する発光物質を付着した磁性粒子を懸濁した試料を吸引する流体吸引手段と、上記フローセルの出口に連通しフローセルの吸引量を制御可能なポンプと、上記フローセルの所定領域にて流体からの発光量を検出する検出器と、上記ポンプ、磁界発生機構及び検出器の動作を制御するコントローラとを有する試料分析装置において、
上記フローセルの出口とポンプとの間の流路にバルブを通して接続され、上記コントローラにより動作制御されてフローセル内の流体の振動を制御する、圧縮性の流体を閉じ込めた空気室を備えることを特徴とする試料分析装置。 - 流体の入り口と出口をもつフローセルと、このフローセル内の所定領域の磁界を強磁界と弱磁界とに切り替える磁界発生機構と、上記フローセルの入り口に連通し、特定物質の濃度に応じて発光量の変化する発光物質を付着した磁性粒子を懸濁した試料を吸引する流体吸引手段と、上記フローセルの出口に連通しフローセルの吸引量を制御可能なポンプと、上記フローセルの所定領域にて流体からの発光量を検出する検出器と、上記ポンプ、磁界発生機構及び検出器の動作を制御するコントローラとを有する試料分析装置において、
上記フローセルの出口に接続された流路から分岐した第 1 の流路を介して接続される第 1 のポンプと、
上記フローセルの出口に接続された流路から分岐した第２の流路を介して接続される第２のポンプと、
上記第１の流路に配置される第１のバルブと、
上記第２の流路に配置される第２のバルブと、
を備え、第１のバルブを閉として第２のバルブを開として第２のポンプでフローセル出口の流体を吸引し、第１のバルブを開として第２のバルブを閉として第１のポンプでフローセル出口の流体を吸引して、第１のポンプと第２のポンプとを交互にフローセル出口からの流体を吸引し、
第１のポンプの動作期間中に、上記流体と共に空気を第１のポンプと第１のバルブとの間の流路に吸引し、吸引した空気により、上記フローセル内の流体の振動を制御し、上記第１のポンプと第１のバルブとの間の流路の振動制御能力と上記第２のポンプと第２のバルブとの間の流路の振動制御能力とが互いに異なることを特徴とする試料分析装置。
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