JP3829145B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動分析装置に係り、特に、容器内に注入されたサンプルおよび試薬を混合するための攪拌に関する。

従来、化学分析装置としては、例えば、血清等のサンプルに所望の試薬を混合して反応させた反応液を分析対象とし、その吸光度を測定することで化学分析を行う化学分析装置が知られている。

この種の化学分析装置は、サンプルおよび試薬を反応容器に注入する機構と、反応容器内のサンプルおよび試薬を攪拌する機構と、反応中または反応が終了したサンプルの物性を分析する機構等を備えて構成されており、特に、反応容器内のサンプルおよび試薬を攪拌する機構は、ヘラやスクリュー等を反応容器内の液面下まで下降させ、ヘラやスクリュー等の根元に接続されているモータを駆動して回転／振動させることによって、サンプルと試薬とが均一に混合するように攪拌している。

ところで、分析装置の分野では、サンプルおよび試薬の微量化が大きな技術的課題となっている。すなわち、分析項目が増大するのに伴い、単項目に割くことのできるサンプル量が少量になっていることや、サンプル自体が貴重で多量に準備できないＤＮＡ解析といった、従来は高度な分析とされていた微量のサンプルの分析がルーチン的に行われるようになってきている。また、分析内容が高度化するにつれて、高価な試薬が一般的に利用されるようになり、コストの面からも、試薬の微量化が要望されている。このようなサンプルおよび試薬の微量化は、反応容器の小型化を進める一要因となっている。

しかしながら、従来技術においては、反応容器内に注入されたサンプルおよび試薬の撹拌を、ヘラやスクリュー等によって機械的に行っているので、サンプルおよび試薬の微量化（反応容器の小型化）に比べて、ヘラやスクリュー等の小型化を進めることが難しいのが現状である。

また、従来のヘラやスクリュー等による機械的な攪拌では、撹拌後の被撹拌物が、ヘラやスクリュー等に付着して反応容器から持ち出されたり、攪拌後のヘラやスクリュー等を洗浄した洗浄水が、ヘラやスクリュー等に付着して反応容器に持ち込まれたりする。そこで、ヘラやスクリュー等をそのままにして、反応容器だけを可能な限り小型化すると、被攪拌物の持ち出し量および洗浄水の持ちこみ量が増大し、分析結果に影響を及ぼすという問題がある。

このような問題に対処するために、反応容器の外部から、反応容器に向かって音波を照射し、容器内部の被撹拌物とは非接触にて撹拌を行う非接触攪拌手段を考案している。ヘラやスクリュー等を用いて機械的に撹拌する際には、ある程度の被撹拌物の量が要求されていたが、音波を用いることで、被撹拌物は、音波により誘起される自らの流れによって自らを撹拌することとなり、少量の被撹拌物でもよく混合させることができるようになるので、サンプルおよび試薬の量が分析に必要な量で足り、反応容器の小型化を進めることが可能となる。

さらに、この非接触攪拌手段を利用する際には、異なる反応容器内での被撹拌物の液面高さや、粘性・密度・表面張力といった被撹拌物の力学的特性を考慮することで、一層効果的な攪拌が可能となる。

本発明の目的は、自動分析装置において、反応容器に注入されたサンプルおよび試薬を分析対象とする際に行う攪拌を、音波を照射することによって、反応容器内のサンプルおよび試薬とは非接触に実現すると共に、分析対象ごとに、効果的な攪拌を可能にすることにある。

上記目的を達成するために、本発明は、
反応容器内に注入されたサンプルおよび試薬を分析対象として、サンプルの物性を分析する分析手段を備えた自動分析装置であって、
上記反応容器外部に設けられ、この反応容器に向かって音波を照射する音波発生手段と、
分析対象ごとに、上記音波発生手段による音波の照射位置および照射強度を制御する制御手段とを備えたことを特徴とした自動分析装置を提供している。

以上説明したように、本発明によれば、反応容器に注入されたサンプルおよび試薬を分析対象とする際に行う攪拌を、音波を照射することによって、反応容器内のサンプルおよび試薬とは非接触に実現すると共に、分析対象ごとに、効果的な攪拌を行える。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る自動分析装置の構成を示す斜視図であり、また、図２は、図１に示す自動分析装置に装備されている攪拌機構周辺の縦断面図である。

本実施形態に係る自動分析装置は、図１に示すように、主として、サンプルディスク１，試薬ディスク２，反応ディスク３，反応槽４，サンプリング機構５，ピペッティング機構６，攪拌機構７，測光機構８，洗浄機構９，表示部１０，入力部１１，記憶部１２，制御部１３を備えて構成されている。

図１において、サンプルディスク１には、採取したサンプルが入れられた複数の試料容器１６が、円形ディスク１７の円周上に固定されて並べられており、円形ディスク１７は、図示しないモータや回転軸等から構成される駆動機構により、位置決め可能に周方向回転する。

また、図１において、試薬ディスク２には、サンプルと混合して反応させるための試薬が入れられた複数の試薬ボトル１８が、円形ディスク１９の円周上に固定されて並べられており、その周囲は、温度制御された保冷庫２０になっている。また、円形ディスク１９は、図示しないモータや回転軸等から構成される駆動機構により、位置決め可能に周方向回転する。

また、図１において、反応ディスク３には、サンプルおよび試薬を入れるための反応容器２１を保持した反応容器ホルダ２２が、複数取り付けられており、駆動機構２３により、周方向回転と停止とを一定サイクルで繰り返して、反応容器２１を間欠移送する。

また、図１において、反応槽４は、反応容器２１の移動軌跡に沿って設置され、サンプルと試薬の化学反応を促進するために、例えば、温度制御された恒温水により、反応容器２１内の反応液を一定温度に制御する恒温槽である。反応容器２１は反応槽４内を移動する。

また、図１において、サンプリング機構５は、プローブ２４と、支承軸２５に取り付けられたアーム２６と、支承軸２５を回転中心にサンプルディスク１と反応ディスク３との間を往復可能にする駆動機構とを備えて構成され、予め定められたシーケンスに従って、サンプルディスク１の回転と共に定位置に移送されてくる試料容器１６内のサンプルを、反応容器２１に供給する。同様に、ピペッティング機構６は、プローブ２７と、支承軸２８に取り付けられたアーム２９と、支承軸２８を回転中心に試薬ディスク２と反応ディスク３との間を往復可能にする駆動機構とを備えて構成され、予め定められたシーケンスに従って、試薬ディスク２の回転と共に定位置に移送されてくる試薬ボトル１８内の試薬を、反応容器２１に供給する。なお、試料容器１６および試薬ボトル１８の各々には、異なる種類のサンプルおよび試薬が入れられており、必要量が反応容器２１に供給される。

また、図１において、攪拌機構７は、その位置（攪拌位置）に移送されてきた反応容器２１の側面から音波を照射することで、反応容器２１内のサンプルおよび試薬を撹拌して混合する非接触攪拌機構であり、攪拌位置で反応容器２１の側面から音波を照射可能になる位置に固定した固定部３１と、圧電素子（図２の３０）を駆動する圧電素子ドライバ１４と、攪拌機構コントローラ１５とも含み構成される。攪拌機構コントローラ１５は、制御部１３に接続され、圧電素子ドライバ１４を駆動すると共に、攪拌機構７全体を制御する。

なお、攪拌機構７においては、図２に示すように、固定部３１には、音源となる圧電素子３０が、その片面が反応槽４の恒温水に浸されるようにして設けられている。圧電素子３０は、電極３２を複数個持ち、圧電素子ドライバ１４によって所定の周波数で加振され、加振される電極３２によって音波の照射位置を変えることが可能な構成となっている。

図２において、サンプルおよび試薬が注入された反応容器２１は、反応容器ホルダ２２によって反応ディスク３に固定され、反応ディスク３の周方向回転に従って、恒温水を入れた反応槽４に浸漬された状態で移動する。そして、攪拌位置に移送されて停止すると、圧電素子３０が、圧電素子ドライバ１４によって所定の周波数で加振される。圧電素子３０が加振されることによって発生された振動は、反応槽４の恒温水内を音波として伝播し、反応容器２１の側面に到達する。この音波は、反応容器２１の壁面を通過して、内部の被撹拌物であるサンプルおよび試薬に到達する。伝達された振動波は、被攪拌物の気液海面に作用し、旋回流を引き起こす。この旋回流によって、サンプルの移動が促進され、反応容器２１内にヘラやスクリュー等を挿入することなく、サンプルおよび試薬の撹拌が行われることとなる。

なお、照射強度を先鋭化するために、圧電素子３０の振動波の放射方向に音響レンズを設けるようにしてもよい。この音響レンズは、振動波を収束させる作用があるので、特に、急速に撹拌を行いたい場合などに有効である。

図１に戻って、測光機構８は、図示していないが、光源と、光度計と、レンズと、測光信号処理部とを備えて構成され、反応容器２１内の反応液の吸光度を測定するなど、サンプルの物性を光で測定する。洗浄機構９は、複数のノズル３３と、その上下駆動機構３４とを備えて構成され、反応容器２１内の反応液を吸引し、洗浄液を吐き出し、その位置（洗浄位置）に移送されてきた反応容器２１を洗浄する。

また、図１において、表示部１０は、分析項目や分析結果等の各種画面表示を行い、入力部１１は、分析項目等の各種情報の入力を行う。また、記憶部１２は、各機構を制御するための予め定めたシーケンス（プログラム）や分析項目等の各種情報を記憶している。

本実施形態に係る自動分析装置は、上記に記載のほかに、シリンジやポンプ等を構成要素として持ち、それらも含め、全て、記憶部１２に記憶されているシーケンスに従って、制御部１３により制御される。

以上のように構成された自動分析装置の動作について、以下に説明する。

まず、洗浄機構９により洗浄された反応容器２１が、反応ディスク３の駆動によって試料注入位置に移送されてくると、サンプルディスク１が回転し、サンプルが入った試料容器１６をサンプリング位置に移送する。試薬ディスク２も、同様に、所望の試薬ボトル１８をピペッティング位置へ移送する。

続いて、サンプリング機構５が動作し、プローブ２４を用いて、サンプリング位置に移送されてきた試料容器１６から、試料注入位置に移送されてきた反応容器２１へサンプルを注入する。サンプルが注入された反応容器２１は、試薬注入位置に移送され、ピペッティング機構６の動作により、試薬ディスク２上のピペッティング位置に移送されてきた試薬ボトル１８から、試薬注入位置に移送されてきた反応容器２１へ試薬が注入される。

その後、反応容器２１は、攪拌位置に移送され、攪拌機構７により、サンプルおよび試薬の攪拌が行われる。

攪拌が完了した反応液は、反応容器２１が光源と光度計との間を通過する際に、測光機構８により吸光度が測定される。この測定は、数サイクル間行われ、測定が終了した反応容器２１は、洗浄機構９により洗浄される。

このような一連の動作が、各反応容器２１に対して実行され、本実施形態に係る自動分析装置による分析が行われる。

さて、攪拌機構７による攪拌において、本実施形態の特徴となる点について説明する。

本実施形態においては、攪拌機構７は、反応容器２１が攪拌位置に移送されてくるまでに、制御部１３の指示に従って、次の２つの準備を行っておく。
（１）音波の照射位置を決定する。
（２）音波の照射強度を決定する。

第１の準備は、例えば、図３（ａ）に示すように、分析項目と照射位置とを対応付けたテーブルを記憶部１２に格納しておき、分析項目に対応する照射位置をこのテーブルから検索することで実現できる。また、例えば、図３（ｂ）に示すように、分析項目ごとに、必要なサンプル量および試薬量を対応付けたテーブルを記憶部１２に格納しておき、分析項目に対応するサンプル量および試薬量をこのテーブルから検索して、被攪拌物（サンプルおよび試薬）の反応容器２１内での液面高さを算出し、算出した液面高さから照射位置を決定するようにしてもよい。

第２の準備は、例えば、図３（ｃ）に示すように、分析項目と照射強度とを対応付けたテーブルを記憶部１２に格納しておき、分析項目に対応する照射強度をこのテーブルから検索することで実現できる。特に、照射強度は、試薬に応じて変えることが望ましいので、例えば、図３（ｄ）に示すように、試薬に関する情報ごとに、音波の照射強度を対応付けたテーブルを記憶部１２に格納しておき、用いる試薬に対応する照射強度をこのテーブルから検索するようにしてもよい。

なお、照射位置および照射強度は、各々、予め定めた複数種類の規定値を、パラメータとして用意しておき、これらのパラメータのうちの最適なものを、被攪拌物の粘性，表面張力といった力学的特性を考慮して選定し、テーブル中に記述しておくようにすることができる。特に、照射強度に関するパラメータは、周波数や電圧等だけではなく、照射時間を含めて組み合わせたパラメータとすることが望ましい。

また、これらのテーブルは、予めオペレータの手動または自動読み込みによって、記憶部１２に格納されるものである。

以上の２つの準備を行っておくことで、攪拌機構７は、分析項目に応じて、効果的な攪拌を行うことが可能となる。

すなわち、反応容器２１が攪拌位置に移送されてきて停止すると、攪拌機構コントローラ１５は、制御部１３の指示に従って、圧電素子ドライバ１４を介して、第１の準備で決定した照射位置に音波を照射するような電極３２について、その電極３２が照射する音波が第２の準備で決定した照射強度となるように、圧電素子３０を制御する。このように、分析項目に応じて、高さが異なる被攪拌物の気界液面に音波が照射されることとなり、また、照射される音波の強度も、被攪拌物の粘性，表面張力といった力学的特性を考慮して選定されたものであることから、効果的な攪拌が行われる。

なお、上述した実施形態では、記憶部１２に格納しておいたテーブルを用いて照射強度を決定するものとしたが、別の実施形態として、試薬ボトル１８に記録した情報を用いるようにすることも可能である。

これは、例えば、各々の試薬ボトル１８に、音波の照射強度を示すバーコードを貼付し、これを読み取るバーコード読取機を、試薬ディスク２近傍に設置する構成とすることで実現できる。ここでも、上述と同様に、照射強度は、予め定めた複数種類の規定値を、パラメータとして用意しておき、これらのパラメータのうちの最適なものを、被攪拌物の粘性，表面張力といった力学的特性を考慮して選定し、バーコードとして貼付しておくようにすることができる。また、上述と同様に、照射強度に関するパラメータは、周波数や電圧等だけではなく、照射時間を含めて組み合わせたパラメータとすることが望ましい。

このようにすることで、照射強度が同じ試薬に同じバーコードを貼付すればよく、同じバーコードが貼付された試薬をまとめて取り扱うこともできるので、情報量を減らすことが可能となり、記憶部１２や制御部１３の負担を軽減することが可能となる。

さらに、別の実施形態として、試薬ボトル１８に持たせた情報ではなく、オペレータが入力部１１から入力した情報を用いるようにすることも可能である。

この場合も、上述と同様に、照射強度は、予め定めた複数種類の規定値を、パラメータとして用意しておき、これらのパラメータのうちの最適なものを、被攪拌物の粘性，表面張力といった力学的特性を考慮してオペレータに選定させるようにすることができる。また、上述と同様に、照射強度に関するパラメータは、周波数や電圧等だけではなく、照射時間を含めて組み合わせたパラメータとすることが望ましい。そして、組み合わせたパラメータを１つのパラメータとして、オペレータに選定させるようにすることができる。このようにすれば、オペレータに煩雑な作業を強いることはない。

なお、上述した実施形態では、攪拌位置は１箇所であるが、装置規模によっては、２箇所以上設けるようにすることも可能である。例えば、圧電素子３０を、反応槽４の底部にも設けるようにし、側面および底部の両方から、各々、反応容器２１の側面および底面に向けて同時に音波を発生するようにしてもよい。また、例えば、２種類以上の試薬を必要とする分析項目があり、試薬注入位置が２箇所以上存在する場合には、各試薬注入位置で試薬が注入される度に攪拌を行うようにするために、２ヶ所以上の攪拌位置を設けるようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る自動分析装置の構成を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る自動分析装置に装備されている攪拌機構周辺の縦断面図。 本発明の実施形態に係る各種テーブルの構成例を示す説明図。

符号の説明

１…サンプルディスク、２…試薬ディスク、３…反応ディスク、４…反応槽、５…サンプリング機構、６…ピペッティング機構、７…攪拌機構、８…測光機構、９…洗浄機構、１０…表示部、１１…入力部、１２…記憶部、１３…制御部、１４…圧電素子ドライバ、１５…攪拌機構コントローラ、１６…試料容器、１７，１９…円形ディスク、１８…試薬ボトル、２０…保冷庫、２１…反応容器、２２…反応容器ホルダ、２３…駆動機構、２４，２７…プローブ、２５，２８…支承軸、２６，２９…アーム、３０…圧電素子、３１…固定部、３２…電極、３３…ノズル、３４…上下駆動機構。

Claims (3)

1. 反応容器内に注入されたサンプルを分析する分析手段を備えた自動分析装置であって、
   上記反応容器外部に設けられ、この反応容器に向かって音波を照射する音波発生手段と、
   分析対象ごとに、上記音波発生手段による音波の照射位置を制御する制御手段と、
   反応容器に注入される前の試薬が入れられている試薬容器に記録された、音波の照射強度を示す情報を読み取る読取手段とを備え、
   上記制御手段は、上記読取手段の読み取り内容に従って、分析対象となっている試薬に応じた照射強度を決定することを特徴とする自動分析装置。
2. 請求項１記載の自動分析装置において、
   上記音波発生手段は複数の電極を備えた圧電素子からなり、
   上記制御手段は複数の電極のなかから加振する電極を選択することにより上記音波発生手段の音波の照射位置を制御することを特徴とする自動分析装置。
3. 請求項１または２記載の自動分析装置であって、
   上記制御手段は更に音波の照射強度を制御することを特徴とする自動分析装置。

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