JP4334098B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検試料の成分分析を自動的に行う自動分析装置における測光系の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動分析装置においては、反応管に被検試料と測定項目に該当する試薬を分注し、攪拌混和後一定温度にて反応させ、この反応によって生ずる色調の変化を測定することにより、被検試料中の被測定物質又は酵素の濃度／活性を測定するようになっている。
【０００３】
反応液色調の測定は、光源からの光を反応管内の反応液に照射し、反応液を介して得られる光を光センサで受光することで、反応液で吸収される特定の波長成分の変化を検出する。このとき、光源からの光が光センサに直接的に入射すると正確な測定に支障を来すため、反応管に入射する光束の大きさは、反応管内の反応液の液高より小さくなるように設定されている。言い換えれば、反応管に照射される光源のフィラメント像の長さが、反応管内の反応液の液高より短くなるように設定されている。
【０００４】
一方、近年においては、自動分析装置のランニングコストを低く抑えるために、反応管に分注する試薬の微量化が望まれている。この試薬の微量化を図るためには、以下の２通りの方法が考えられる。
【０００５】
まず、第１に反応管の容積を小さくする方法がある。例えば、底面積が５ｍｍ×６ｍｍの反応管に１５０μｌの試薬を分注するとその液高は「５ｍｍ」であるが、反応管の底面積を４ｍｍ×５ｍｍとすれば、１５０μｌの試薬を分注したときに「７．５ｍｍ」の液高を得ることができる。前述のように、正確な測定結果を得るためには、反応管に照射される光源のフィラメント像の長さを、反応管内の反応液の液高より短くする必要があるが、反応管の容積を小さくすることで、反応管に照射される光源のフィラメント像の長さよりも反応液の液高を充分長くすることができ、正確な測定結果を得ることができると共に、必要とする試薬の微量化を図ることができる。
【０００６】
次に、第２に反応管に入射する光を小さくする方法がある。反応管の容積を変えずに試薬の微量化を図ろうとすると、反応管内の液高が下がる分、反応管に照射される光源のフィラメント像の長さを短くする必要がある。このため、この第２の方法では、光源として小さなフィラメント（フィラメント像の短くなる）小型のランプを用い、これにより下がった液高の範囲で光を反応管に照射して測定を行う。
【０００７】
前述の第１の方法のように、反応管の容積を小さくすると、反応管自体の大きさ（形状）を変更する必要があるため、サンプリング、試薬分注、攪拌、測光のデータ取り込み条件及び反応管の洗浄乾燥等のシステムの構成全体を変更する必要がある。しかし、この第２の方法のように小型のランプを用いると、測光系の変更のみで試薬の微量化を図ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような第２の方法は、システムの変更を測光系のみの最小限として試薬の微量化を図ることができるのはよいが、小型のランプを用いる必要がある。小型のランプは、フィラメントの寿命が短く、また、測定に必要な光量も充分ではない。例えば、４ｍｍのフィラメントを有するランプの寿命が２０００時間あるのに対し、２ｍｍのフィラメントを有するランプの寿命は５００時間と、４ｍｍのフィラメントを有するランプに対して略１／４の短寿命となる。
【０００９】
このため第２の方法では、ランプの寿命が短いことから被検試料を正常に測定できる期間が短く、また、測定に必要な光量が充分ではないことから正確な測定に支障を来す問題がある。
【００１０】
なお、例えば４ｍｍのフィラメントを有する通常の大きさの光源を用い、反応管の容積はそのままで微量の試薬を分注し、反応管に入射するフィラメント像の長さが、この微量化した反応管内の液高に対応するように、光源或いは反応管にマスキングを施し余分な光束を斜光して試薬等の微量化を図ることも考えられるが、このようなマスキングを施しても、光源のフィラメント像がマスキングを回り込むかたちで反応管に照射されてしまうため、結局、フィラメント像の長さが液高を上回ってしまい、正確な測定に支障を来してしまう。
【００１１】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、充分な光量の光源を用いて正確な測定を可能としつつ試薬の微量化を図ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、本発明は、被検試料と試薬の混合液が納められた反応管に光源からの光を照射し、この光を反応管を介して受光し、この受光結果に基づいて、所定の項目の測定を行う自動分析装置において、前記光源のフィラメントの長手方向を光軸方向に対して傾けて当該フィラメントを設けることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明を適用した実施の形態の自動分析装置の構成を図１〜図３を参照して説明する。まず、図１は、この実施の形態の自動分析装置の全体構成を示す斜視図である。この自動分析装置は、被検試料の各種成分と反応する試薬を納めた複数の試薬ボトルを収納した試薬ラック１を設置可能な試薬庫２及び３と、円周上に複数の反応管４を配置した反応ディスク５と、被検試料が納められた被検試料容器がセットされるディスクサンプラ６とを有している。試薬庫２，３、反応ディスク５及びディスクサンプラ６は、それぞれ駆動装置により回動されるようになっている。測定に必要な試薬は、試薬庫２或いは試薬庫３の試薬ラック１に収納されている試薬ボトル７から、それぞれ分注アーム８或いは分注アーム９を用いて反応ディスク５上の反応管４に分注される。
【００１４】
また、ディスクサンプラ６上に配置されている被検試料容器１７に納められた被検試料は、サンプリングアーム１０を用いて反応ディスク５上の反応管４に分注される。被検試料と試薬を分注された反応管４は、反応ディスク５の回動により撹拌位置まで移動し、撹拌ユニット１１により被検試料と試薬の混合液が撹拌される。その後、測光系１３は、測光位置まで移動した反応管４に対して光を照射して混合液の吸光度変化を測定することにより、被検試料の成分分析を行う。そして、分析の終了した反応管４内の混合液は廃棄され、その後反応管４は洗浄ユニット１２により洗浄されるようになっている。
【００１５】
次に、図２は、図１に示した測光系１３の構成図である。この図２において測光系１３は、例えばハロゲンタングステンランプ等の光源２１と、この光源２１からの光から熱成分を除去する熱線吸収フィルタ２２と、熱線吸収フィルタ２２により熱成分が除去された光を集光する集光レンズ２３と、集光レンズ２３により集光された光を透過させて反応管４に照射する光透過窓２４と、反応管４を介した光を透過させる光透過窓２５とを有している。
【００１６】
また、この測光系１３は、測定時に開制御されるシャッタ２６と、シャッタ２６からの光を集光する集光レンズ２７と、集光レンズ２７からの光を全反射するミラー２８と、ミラー２８により反射された光を所定の幅に絞り込むスリット２９と、スリット２９を介した光の偏向方向を所定の方向に回折する凹面回折格子３０と、凹面回折格子３０により偏光された光を受光するフォトダイオードアレイ３１とを有している。フォトダイオードアレイ３１は、この受光した光の光量に応じた電気信号である受光信号を形成し、これを図示しない信号処理部に供給する。信号処理部では、この受光信号に基づいて、被検試料の吸光度変化等を測定することとなる。
【００１７】
次に、図３は、当該実施の形態の要部となる前記測定系１３の光源２１〜反応管４の部分を拡大して示した図である。なお、この図３においては、図２に示した光源２１と集光レンズ２３との間に設けられている熱吸収フィルタ２２と、集光レンズ２３と反応管４との間に設けられている光透過窓２４の図示は省略されている。
【００１８】
この図３において、集光レンズ２３の前段の一点鎖線は従来の光源のフィラメント５０Ｆを示しており、反応管４の一点鎖線は、この従来の光源のフィラメント像５０ＦＺを示している。また、集光レンズ２３の前段の斜線は当該実施の形態の自動分析装置に設けられている光源２１のフィラメント２１Ｆを示しており、反応管４の斜線は、この光源２１のフィラメント像２１ＦＺを示している。この両者を比較してわかるように、従来は、フィラメント５０Ｆの形成方向が、反応管４の形成方向と一致（両者が並行）となるように光源が設けられていたのに対し、当該実施の形態の自動分析装置に設けられている光源２１は、同図中斜線で示すフィラメント２１Ｆが所定角度θ分、反応管４側に傾けて設けられている。
【００１９】
このフィラメント２１Ｆの傾き角θは、光源２１の光エネルギーの強度（ＰＤＡの感度）と、反応管４に照射されるフィラメント像２１ＦＺの長さとに基づいて設定されている。
【００２０】
具体的には、底面積が５ｍｍ×６ｍｍであり、２００μｌの試薬を分注するとその液高が「約６．６ｍｍ」となる反応管４を用いた場合、分注する試薬の試薬量を１５０μｌに削減すると、その液高は「５ｍｍ」となる。この液高のうち、反応管４の底面から１ｍｍ程度の液高の範囲は測定には用いられないため、反応管４の底面から１ｍｍ〜５ｍｍの間（実質、４ｍｍの間）にフィラメント像２１ＦＺが照射されるようにフィラメント２１Ｆの傾き角θを設定する必要がある。
【００２１】
このため、当該実施の形態では、一例ではあるが、フィラメント長が「４ｍｍ」の光源２１を用い、フィラメント２１Ｆの傾き角θが「６０度」となるように、該光源２１を反応管４側に傾けて設けている。これにより、反応管４に照射されるフィラメント像２１ＦＺの長さが「１．８ｍｍ」となり、前記４ｍｍの間にフィラメント像２１ＦＺが充分に収まるようになっている。また、フィラメント長が「４ｍｍ」の光源２１を用いているため、測定に必要な光エネルギーとしても充分な強度を得ることができるようになっている。
【００２２】
次に、このように構成された当該実施の形態の自動分析装置における被検試料の成分分析検査の全体的な制御の流れについて図１を参照しながら説明する。
【００２３】
分析が開始されると、反応ディスク５、ディスクサンプラ６及び試薬庫２又は３が回動制御されると共に、サンプリングプローブ１６及び分注アーム８又は９が駆動制御され、被検試料及び分析に必要な試薬が反応ディスク５における所定の反応管４に分注される。
【００２４】
当該実施の形態の場合、前記光源２１を所定角度θ分反応管４側に傾けて設けることにより、従来２００μｌ必要としていた反応管４に分注する試薬の試薬量を１５０μｌに削減している。
【００２５】
その後、被検試料と試薬が分注された反応管４が、反応ディスク５の回動により撹拌位置まで移動制御され、撹拌ユニット１１により、被検試料と試薬の混合液が撹拌される。その後、反応ディスク５が回動制御され、この混合液が測光位置まで移動制御され、測光系１３から該混合液が納められた反応管４に対して光が照射され吸光度変化が測定される。そして、この測定結果に基づいて、被検試料の成分分析が行われる。なお、分析の終了後は反応管４内の混合液は廃棄され、その反応管４は洗浄ユニット１２により洗浄されるようになっている。
【００２６】
次に、図２及び図３を参照しながら、測光系１３の測定制御の流れについて説明する。まず、前述のように反応ディスク５が回動制御され、被検試料と試薬の混合液が測光位置まで移動制御されると、図２に示す測光系１３の光源２１が点灯駆動されると共に、シャッタ２６が開制御される。光源２１からの光は、熱線吸収フィルタ２２により熱成分が除去され、集光レンズ２３により集光され、光透過窓２４を介して反応管４に照射される。
【００２７】
ここで、当該実施の形態の場合、図３に示すようにフィラメント２１Ｆが、反応管４側に６０度の傾き角を有するように光源２１が設けられている。このため、反応管４に照射されるフィラメント像２１ＦＺの長さは１．８ｍｍとなる。前述のように、反応管４に分注される試薬の試薬量は１５０μｌと少なく、その液高は５ｍｍと低いのであるが、フィラメント像２１ＦＺの長さは１．８ｍｍであるため、測定用の液高の範囲である前記４ｍｍの間にフィラメント像２１ＦＺが余裕を持って照射されることとなる。
【００２８】
言い換えれば、フィラメント像２１ＦＺの長さを１．８ｍｍと短くすることができるため、反応管４に分注する試薬の試薬量を１５０μｌに削減しても、正確な測定を実行可能とすることができる。
【００２９】
次に、このように反応管４に照射された光は、反応管４内の被検試料の成分に応じて一部吸収され、光透過窓２５、分析時に開制御されたシャッタ２６及び集光レンズ２７を介してミラー２８により全反射され、スリット２９により所定の幅に絞り込まれ、凹面回折格子３０により、偏向方向を所定の方向に回折されフォトダイオードアレイ３１に照射される。フォトダイオードアレイ３１は、この受光した光の光量に応じた電気信号である受光信号を形成し、これを図示しない信号処理部に供給する。信号処理部では、この受光信号に基づいて、被検試料の吸光度変化等を測定する。
【００３０】
以上の説明から明らかなように当該実施の形態の自動分析装置は、フィラメント２１Ｆが所定の傾き角θを持って反応管４側に傾くように光源２１を設けることにより、反応管４に照射されるフィラメント２１ＦＺの像長を短くすることができる。このため、測定を行うのに必要となる反応管４内の反応液の液高を低くすることができることから、反応管４に分注する試薬の試薬量の削減を図ることができると共に、被検試料の削減も可能となる。
【００３１】
また、フィラメント２１Ｆが所定の傾き角θを持って反応管４側に傾くように光源２１を設けることで実現することができるため、測光系の変更を最小限に抑えることができ、システムを大きく変更することなく試薬の微量化を図ることができる。
【００３２】
また、光源２１として、充分な光量でランプ寿命が長いランプを用いても、反応管４に照射されるフィラメント２１ＦＺの像長を短くすることができるため、充分な光量で正確な測定を可能とすることができ、また、ランプ寿命が長いことから、小型のランプを用いることで被検試料を正常に測定できる期間が短くなる不都合を防止することができる。
【００３３】
次に、当該実施の形態の実施の形態の実験結果を図４に示す。
【００３４】
実験の内容は、オレンジＧ３％、ＰＶＡ（ポリビニールアルコール）１．５％溶液を吸光度０．００１Ａｂｓに調整したものを用意する。この溶液を試薬として、試薬量を１２０μｌから２００μｌまで１０μｌずつ増やし、９段階の量を設定する。そして、被検試料量を０μｌに設定し、各段階の量をそれぞれ５ｍｍ×６ｍｍの反応管に分注する。これら反応管に対して、従来の４ｍｍの長さの光源フィラメントを光軸方法に６０度傾斜させた光源を用いた自動分析装置により測定を行う。
【００３５】
測定は、各段階でそれぞれ２０回ずつ吸光度を測定し、その平均レンジを求め、その測定を、１回攪拌後と２回攪拌後とでそれぞれ行う。図４における上の行の測定結果は、１回の攪拌後の測定結果、下の行は２回攪拌後の測定結果を示している。
【００３６】
これによると、１回の攪拌では、１４０μｌ〜２００μｌにおいて測定値が規格レンジ値０．００１Ａｂｓ以下の値を示しており、測定値が安定していることがわかる。２回の攪拌では、更に測定値の安定性が増して、１３０μｌ〜２００μｌで測定値が規格レンジ値以下の値を示していることがわかる。
【００３７】
従って、長さ４ｍｍの光源フィラメントを光軸方向に６０度傾けるだけで、試薬量を従来の２００μｌから１４０μｌ或いは１３０μｌまで削減しても安定した測定値を得ることができる。
【００３８】
なお、本実験では、５ｍｍ×６ｍｍ反応管を用いたので、これらの結果から次のことがわかる。すなわち、１４０μｌでは反応管内の液高は約４．７ｍｍ、１３０μｌでは４．３ｍｍであり、それだけの液高まで試薬量を削減しても安定した測定値を得ることができたわけである。
【００３９】
従って、例えば４ｍｍ×５ｍｍの反応管を用いた場合は、液高４．７ｍｍでは反応管内の液量は９４μｌ、液高４．３ｍｍでは液量は８６μｌとなり、試薬量をそれらの量にまで削減しても上記と同様に安定した測定値を得ることが期待でき、結果として、４ｍｍ×５ｍｍの反応管を用いれば、光源フィラメントを光軸方向に傾けることで、液量（試薬量）を１００μｌまで削減したとしても十分に安定した測定値を得ることができることがわかる。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、充分な光量の光源を用いて正確な測定を可能としつつ試薬の微量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の自動分析装置の外観を示す図である。
【図２】前記実施の形態の自動分析装置に設けられている測光系の構成を示す図である。
【図３】前記測光系に設けられている光源のフィラメントを反応管に対して傾斜させたときに反応管に照射されるフィラメント像を示す図である。
【図４】前記実施の形態の自動分析装置の試作実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１…試薬ラック、２…試薬庫、３…試薬庫、４…反応管、５…反応ディスク、６…ディスクサンプラ、７…試薬ボトル、８…分注アーム、９…分注アーム、１０…ディスクサンプラ用分注アーム、１１…撹拌ユニット、１２…洗浄ユニット、１３…測光系、１４…第１の分注アームのプローブ、１５…分注アームのプローブ、１６…サンプリングプローブ、１７…被検試料容器、２１…光源、２１Ｆ…光源のフィラメント、２１ＦＺ…光源のフィラメントのフィラメント像、２２…熱線吸収フィルタ、２３…集光レンズ、２４…光透過窓、２５…光透過窓２５、２６…シャッタ、２７…集光レンズ、２８…ミラー、２９…スリット、３０…凹面回折格子、３１…フォトダイオードアレイ

Claims (3)

1. 被検試料と試薬の混合液が納められた反応管に光源からの光を照射し、この光を反応管を介して受光し、この受光結果に基づいて、所定の項目の測定を行う自動分析装置において、
   前記光源のフィラメントの長手方向を光軸方向に対して傾けて当該フィラメントを設けることを特徴とする自動分析装置。
2. 前記光軸方向に対する前記フィラメントの長手方向の傾きは、前記光源の光エネルギーの強度と、前記反応管に照射される前記フィラメント像の長さとに基づいて設定されていることを特徴とする請求項１記載の自動分析装置。
3. 前記光軸方向に対する前記フィラメントの長手方向の傾きは、前記反応管に収められた前記混合液のうち、測定に用いられる液高の範囲に前記フィラメント像が収まるように設定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動分析装置。

Images