JP3914838B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試薬と試料の混合液が入っている反応容器に測定光を照射することで試料中の目的成分の濃度等を測定する自動分析装置に係り、特に測定精度を向上することができる自動分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動分析装置では、反応容器へ試料と試薬とを分注して試料と試薬を反応させた後、反応容器へ測定光を照射することにより、反応容器中の反応液の反応を測定する。
【０００３】
この反応容器中での反応を均一に起こさせ、かつ反応を促進するため反応液の攪拌を行うのが一般的である。攪拌方法としては、ヘラやスクリューを反応液中で回転させる機械的な攪拌方法が現在のところ主流であるが、ヘラやスクリューを介して異なる試料，試薬が混ざってしまう、いわゆるキャリーオーバの発生が問題となる場合があり、被攪拌液に物理的に接触しないように、音波を反応容器へ照射して攪拌する方法も提案（例えば特開２０００−１４６９８６号公報等）されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
いずれの攪拌方法においても、試料，試薬を反応容器に分注した際に生じた液面付近の気泡が、攪拌時に反応液中に巻きこまれ、反応容器の内壁と測定光とが交差する領域に付着することがある。反応容器の内壁と測定光との交差領域に付着した気泡は測定光を遮り、あるいは、乱反射して、正常な測定を妨げる可能性がある。測定に使用する試薬，試料の微量化が今後進んでいくが、この場合に特に気泡の付着が問題となる可能性がある。
【０００５】
本発明は、自動分析装置において、反応容器の内壁と測定光との交差領域に付着した気泡を測定光の経路から除去することにより、より信頼性の高い測定結果を得られる自動分析装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、試薬と試料とを反応させる反応容器と、前記反応容器に光を照射することにより前記反応容器中での反応液の反応を光学的に測定する測定手段と、を備えた自動分析装置において、前記反応容器の内壁と前記測定手段の測定光との交差領域を含む部分に、音波を照射する音波照射機構を備えることによって達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る自動分析装置の概略構成を表す斜視図を図１に示す。図１を用いて、本発明の実施例を説明する。
【０００８】
図１に示す自動分析装置は、試料が入れられた複数の試料容器１０１を収納するサンプルディスク１０２，試料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１０３を収容する試薬ディスク１０４，試料および試薬を反応させる場である反応容器１０５を保持した反応容器ホルダ１０６が複数取付けられている反応ディスク１０７，試料と試薬との反応を促進するために、反応容器１０５内の反応液の温度を一定温度に制御する反応槽１０８，試料容器１０１内の試料を反応容器１０５に供給する試料分注機構１０９，試薬ボトル１０３内の試薬を反応容器１０５に供給する試薬分注機構１１０，反応容器１０５に供給された試料と試薬とを攪拌して混合する攪拌機構１１１，反応容器１０５の内壁に付着した気泡を除去する気泡除去機構１１２，反応容器１０５内の反応液に光を照射し、その光の特性を測定することで反応液の反応を測定する測光機構１１３，反応容器１０５を洗浄する洗浄機構１１４，分析項目や分析結果等の各種画面表示を行う表示部１１５，分析項目等の各種情報の入力を行う入力部１１６，分析項目等の各種情報と各機構を制御するためのシーケンス（プログラム）とを記憶している記憶部１１７，記憶部１１７に記憶されているシーケンスに従って各構成要素を制御する制御部１１８を備える。
【０００９】
続いて、自動分析装置の分析動作について、以下に説明する。
【００１０】
まず、試料分注機構１０９が設置されている位置で、試料分注機構１０９によって反応容器１０５へ試料が分注される。試料を分注された反応容器１０５は、反応ディスク１０７の駆動によって試薬分注機構１１０が設置されている位置まで移送され、そこで、試薬分注機構１１０によって試薬を分注される。次に、反応ディスク１０７の駆動によって反応容器１０５は攪拌機構１１１が設置されている位置へ移送され、攪拌機構１１１により反応容器１０５に分注されている試料と試薬とが攪拌される。攪拌機構はヘラを反応容器に挿入して回転させる機構，音波を照射してその音圧で攪拌する方法、その他のいずれの攪拌機構であっても良い。その後、反応ディスク１０７の駆動によって反応容器１０５は気泡除去機構１１２が設置されている位置へ移送され、気泡除去機構１１２によって反応容器１０５の内壁と測光機構１１３から反応容器１０５に照射される測定光との交差領域に付着した気泡が除去される。気泡除去が終了した後、反応容器１０５は測光機構１１３の位置へ移送され、反応容器１０５内の反応液の反応が、測光機構１１３により測定される。測定終了後、反応容器１０５は反応ディスク107の駆動によって洗浄機構１１４が設置された位置へ移送され、洗浄機構１１４により洗浄される。一連の分析動作は、記憶部１１７に記憶されているシーケンスに従って、制御部１１８により制御されて実行される。このような一連の分析動作が、各反応容器１０５に対して実行され、本発明の実施形態に係る自動分析装置による分析が行われる。
【００１１】
次に、気泡除去機構１１２の縦断面図である図２を用いて、本発明の実施形態１を説明する。図２に示す気泡除去機構１１２は、音源となる圧電素子２０１と圧電素子ドライバ２０２とから構成される。圧電素子ドライバ２０２は、制御部１１８につながっている。圧電素子ドライバ２０２の駆動により圧電素子２０１で生成された音波２０３は、反応槽１０８を満たしている恒温水２０４を伝達して反応容器１０５へ到達する。なお、本実施形態では音波２０３は恒温水２０４を伝達しているが、恒温水２０４の代わりに音波２０３を伝達する他の媒体を用いることもできる。反応容器１０５の内壁に付着している気泡２０５は、音波の主に音響放射圧の作用により、音波２０３の進行方向へ反応容器１０５の内壁から乖離される。反応容器１０５から乖離した気泡２０６は、気泡２０６の比重と反応液２０７の比重との差によって生じる浮力により、重力方向直上方向へ移動し、音波の照射による反応容器の内壁に付着した気泡の除去が行われる。
【００１２】
音波２０３は、反応容器１０５の測定光２０８と反応容器１０５の内壁との交差領域を含む部分に照射される。気泡２０９のように測定光２０８が交差しない領域と前記交差領域との境界上に位置する気泡を除去するために、音波２０３を前記交差領域よりも１〜２mm広い領域に照射するのが有効である。もちろん、これよりも広い領域に音波を照射しても気泡を除去できる。
【００１３】
なお、図２では音波２０３と測定光２０８とを重ねて描いているが、これは音波２０３が照射される位置と測定光２０８が照射される位置との位置関係を示すためである。自動分析装置上では、測定光２０８は反応容器１０５が図１の測光機構１１３の位置に来た時に照射され、また、音波２０３は反応容器１０５が図１の気泡除去機構１１２の位置に来た時に照射される。
【００１４】
音波２０３を照射する時間は音波２０３を生成するために圧電素子２０１に印加する電圧の波形や、圧電素子２０１から反応容器１０５までの距離などによって異なるが、たとえば、圧電素子２０１から反応容器１０５までの距離が３〜１５mm程度で、圧電素子２０１に印加する電圧をステップ波上にすると、１０〜１００ｍｓ間、音波２０３を照射すると気泡を除去できる。
【００１５】
また、照射する音波２０３の強度や照射時間などのパラメータは、反応液207の粘性や反応液２０７と反応容器１０５の内壁との間の濡れ性などによって異なってくる。予め反応液２０７の種類ごとに気泡除去に必要な音波２０３の強度や照射時間などをパラメータとして記憶部１１７に記憶しておき、反応液２０７の種類に合わせて音波の強度や照射時間などを調整する。
【００１６】
もちろん、反応液２０７の種類に合わせて音波２０３の強度と照射時間などのパラメータを調整するのではなく、気泡が最も除去しにくい反応液２０７に対する音波２０３のパラメータを、すべての反応液２０７に対するパラメータに用いても気泡除去できる。その際も、気泡が最も除去しにくい反応液２０７に対する音波２０３の強度と照射時間などのパラメータを記憶部１１７に予め記憶しておく必要がある。
【００１７】
図３に実施形態２を示す。実施形態２は音波の少なくとも一部を反射する反射板３０１を有する。反射板３０１を用いて音波３０３を反射させることで、反応容器１０５の複数の内壁に異なる方向から音波３０２，３０３を照射し、反応容器１０５の複数の内壁に付着した気泡を除去する。圧電素子３０４の表面には複数の電極３０５が形成されており、音波の照射位置は電圧を印加される電極305の位置で決まる。圧電素子３０４上の、電圧が印加された電極３０５に対応する部分が加振され、音波３０２，３０３が生成される。電圧を印加する電極の選択は、たとえば、圧電素子ドライバ２０２と電極３０５との間に設置したリレー３０６を用いて行う。
【００１８】
反応容器１０５の複数の壁に付着した気泡を除去するために反応容器１０５の相対する複数の内壁に音波を照射する場合、反応容器１０５の内壁と相対する内壁との間の距離が音響放射圧による気泡の水平方向の移動距離に対して短いと、一度乖離した気泡が相対する内壁に到達し、相対する内壁と測定光との交差領域内に再び付着すること（再付着）がある。音波３０２と３０３とを同時に照射すると、相対する内壁に気泡が再付着するのを防止できるが、気泡３０７は音波３０２から内壁から乖離させる力を受けるのと同時に、相対する内壁に照射された音波３０３から内壁へ押し付ける力を受けるため、反応容器１０５の内壁から乖離しない。図３（ｂ）に示すように音波３０２，３０３を照射するタイミングをずらすことにより、気泡３０７は音波３０２により反応容器１０５の内壁から乖離されて反応容器の相対する内壁に向かって行くが、反応容器の相対する内壁に到達する前に、音波３０３により進行方向と逆方向の力が働き、相対する内壁に再付着しない。また、音波３０３により相対する内壁に付着している気泡308も除去される。交互に照射する回数は、照射する音波の強度や反応容器の相対する内壁間の距離などによって異なってくるが、たとえば、反応容器の相対する内壁間の距離が５mm程度の場合、音波３０２を１０〜１００ｍｓ間、照射した直後に、反応容器の相対する内壁へ１０〜１００ｍｓ間、音波３０３を１回照射することで、相対する内壁への気泡の再付着を防止できる。
【００１９】
また、実施形態２では、圧電素子３０４と反射板３０１とを筐体３０９で一体にして、反応槽１０８に着脱可能に取付けられている。組立時に構成要素の寸法公差などにより反応容器１０５と圧電素子３０４や反射板３０１との位置関係を調整する必要が出てきた場合、一体構造にすることによって筐体３０９を動かすことで圧電素子３０４や反射板３０１の位置調整を同時にでき、調整時間を短縮できる。
【００２０】
本実施形態２では、反射板３０１と複数の電極３０５を有する圧電素子３０４とを用いて反応容器１０５の複数の内壁に音波を照射しているが、反射板３０１を用いることなく反応容器の複数方向に圧電素子を設置する、もしくは、複数の電極３０５を有する圧電素子３０４の代わりに複数の圧電素子を配置し、それらから照射される音波を反射板３０１で反射することでも反応容器１０５の複数の内壁に音波を照射できる。
【００２１】
また、本実施形態２では、２方向から音波を照射しているが、もちろん、反射板や圧電素子，電極を増やせば、３方向以上から音波を照射することも可能である。
【００２２】
図４に実施形態３を示す。本実施形態３は、反応容器１０５の下方より音波４０４を照射する構成を有する。たとえば、反応容器下方に圧電素子４０５を有する。気泡４０１を反応容器１０５の内壁から乖離させるために照射する音波４０２に加えて、反応容器１０５の内壁から乖離した気泡４０３に下方から音波４０４を照射することにより、浮力に加えて音響放射圧による重力方向上方向への力を気泡４０３に作用させ、気泡４０３を測定光２０８との上方へより早く移動できる。
【００２３】
図５に実施形態４を示す。本実施形態４は、反応容器１０５の内壁と測定光２０８との交差領域に対して、斜め上方へ向けて音波５０１を照射する構成を有する。気泡を上方へ移動させる力のベクトル成分は図４の実施形態３に比べ減少するものの、ひとつの圧電素子で気泡を反応容器内壁から乖離させる音響放射圧と、乖離した気泡を上方へ移動させる音響放射圧を得られる。
【００２４】
音波５０１と反応容器１０５の相対する内壁とが交差する部分が、測定光208と反応容器１０５の相対する内壁との交差領域と重ならない方向に音波５０１を照射すると、照射された音波５０１が相対する反応容器１０５の内壁に付着している気泡を内壁に押し付けないため、反応容器１０５の相対する内壁に音波501と同時に音波５０２を照射できる。
【００２５】
また、反応液２０７の量が少ない場合、測定光２０８と反応容器１０５の底との間の距離が気泡の大きさに対して短くなり、測定光２０８と反応容器１０５の内壁との交差領域内に、反応容器１０５の内壁と底との両方に付着した気泡503が生じることがある。反応容器１０５の底と内壁との両方を含む領域に重力方向斜め上方に向けて音波５０１を照射する構成を有することにより、気泡５０３を反応容器１０５の底と内壁との両方から乖離でき除去できる。
【００２６】
図６に実施形態５を示す。本実施形態５は、反応液２０７を攪拌するために照射する音波６０１を生成する音波生成機構と、気泡除去を行うために照射する音波６０２を生成する音波生成機構とを同一筐体６０３に有する。攪拌用の音波生成機構と気泡除去用の音波生成機構とを一体にすることにより、反応液２０７の攪拌とその後に行う気泡除去とを同一箇所で行える。攪拌と気泡除去とを同一箇所で行うことにより、攪拌を行う位置から気泡除去を行う位置へ反応容器１０５を移送する必要がなくなり分析動作に必要な時間を短縮できるため、単位時間あたりの測定数を増やせる。
【００２７】
また、攪拌に使用する音波６０１のうち少なくとも一部を反射する反射板と、気泡除去に使用する音波６０２のうち少なくとも一部を反射する反射板とを一体の構造（例えば６０４のような）にすることで、部品点数を削減でき、製造コストの削減に寄与する。なお、音波を照射する順番は、攪拌用の音波６０２を照射した後、気泡除去用の音波６０２を照射する。音波６０２は複数の音波から構成されているが、図３に示す実施形態２のようにタイミングをずらして照射する。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の気泡除去機構により反応容器に付着した気泡を除去でき、信頼性の高い測定結果を得られる自動分析装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る気泡除去機構を適用した自動分析装置の構成を示す斜視図。
【図２】本発明の実施形態１に係る気泡除去機構周辺の縦断面図。
【図３】本発明の実施形態２に係る気泡除去機構周辺の縦断面図。
【図４】本発明の実施形態３に係る気泡除去機構周辺の縦断面図。
【図５】本発明の実施形態４に係る気泡除去機構周辺の縦断面図。
【図６】本発明の実施形態５に係る気泡除去機構周辺の縦断面図。
【符号の説明】
１０１…試料容器、１０２…サンプルディスク、１０３…試薬ボトル、１０４…試薬ディスク、１０５…反応容器、１０６…反応容器ホルダ、１０７…反応ディスク、１０８…反応槽、１０９…試料分注機構、１１０…試薬分注機構、111…攪拌機構、１１２…気泡除去機構、１１３…測光機構、１１４…洗浄機構、１１５…表示部、１１６…入力部、１１７…記憶部、１１８…制御部、２０１，３０４，４０５…圧電素子、２０２…圧電素子ドライバ、２０３,３０２,３０３，４０２，４０４，５０１，５０２，６０１，６０２…音波、２０４…恒温水、２０５，２０６，２０９，３０７，３０８，４０１，４０３，５０３…気泡、２０７…反応液、２０８…測定光、３０１，６０４…反射板、３０５…電極、３０６…リレー、３０９，６０３…筐体。

Claims (8)

1. 試薬と試料とを混合する反応容器と、
   該反応容器に光を照射することにより反応容器中の混合液の反応を光学的に測定する測定手段、とを備えた自動分析装置において、
   前記反応容器を構成する壁と前記測定手段の測定光との交差領域を含む部分に、音波を照射する第１の音波照射機構と、
   該第１の音波照射機構から照射された音波の少なくとも一部を反射し、前記反応容器に前記第１の音波照射機構の音波照射方向とは異なる方向から音波を照射するための音波反射板を備えた第２の音波照射機構と、
   を備え、
   更に前記第１の音波照射機構から音波を照射した後に、前記第２の音波照射機構から音波を照射するように該第１の音波照射機構、第２の音波照射機構を制御する制御機構を備えた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、
   前記第１の音波照射機構と前記音波反射板が一体構造であることを特徴とする自動分析装置。
3. 請求項１記載の自動分析装置において、
   更に、前記第２の音波照射機構は反応容器の下方から前記反応容器に向けて音波を照射するものであることを特徴とする自動分析装置。
4. 請求項１記載の自動分析装置において、
   前記第２の音波照射機構が、音波の進行方向に重力方向上方向のベクトル成分を有する音波を照射するものであることを特徴とする自動分析装置。
5. 請求項１記載の自動分析装置において、
   前記反応容器中の試薬と試料の混合液の攪拌が音波を使用した攪拌機構によりなされることを特徴とする自動分析装置。
6. 請求項５記載の自動分析装置において、
   前記音波照射機構と前記攪拌機構とが一体構造であることを特徴とする自動分析装置。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載の自動分析装置において、
   前記反応容器中の混合液を攪拌する攪拌機構と、
   前記複数の反応容器の位置を移動させる機構と、
   を備え、
   更に、前記攪拌機構が反応容器中の混合液を攪拌する反応容器の位置と、
   前記音波照射機構が音波を照射する反応容器の位置が異なることを特徴とする自動分析装置。
8. 請求項１〜５のいずれかに記載の自動分析装置において、
   前記反応容器中の混合液を攪拌する攪拌機構と、
   前記複数の反応容器の位置を移動させる機構と、
   を備え、
   更に、前記攪拌機構が反応容器中の混合液を攪拌する反応容器の位置と、
   前記音波照射機構が音波を照射する反応容器の位置が同一であることを特徴とする自動分析装置。

Images