JP5156681B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、血液，尿等の生体サンプルの定性，定量を行う自動分析装置に係り、特にフローセルタイプの検出器を含む流路構成を備えた自動分析装置に関する。

血液，尿等の生体サンプル中の特定成分の定性，定量分析を行う生化学自動分析装置や免疫自動分析装置などの自動分析装置においては、フローセルタイプの検出器を備える装置がある。

フローセルタイプの検出器を備える自動分析装置において、フローセルタイプの検出器を含む流路構成としては、特許文献１に記載されているように、反応液や試薬或いは空気相を吸引・吐出するためのノズル、測定対象物を検出するためのフローセル検出器、反応液や試薬或いは空気相を吸引・吐出するための圧力差を発生させるためのシリンジ，反応液や試薬或いは空気相を排出するためのドレイン、ノズルとフローセル検出器の入り口孔を連絡する流路、フローセルの出口孔から弁ａ、次いで三叉分岐部を経由して圧力差発生手段を連絡する流路、前記三叉分岐から弁ｂを経由してドレインを連絡する流路、から構成されるものがある。この構成においては、例えば、以下のようなフローサイクルに従って分析が行われる。

測定対象物を含む試料と試薬（発光基質を含む試薬と磁性粒子を含む試薬）を混合し、測定対象物と発光基質と磁性粒子の複合体を形成させ（以下、反応液と表記）、
ノズルを反応液の入った容器に挿入し、フローセル検出器の出口孔から三叉分岐部との間に設けた弁（以下弁ａと表記）を開け、三叉分岐部からドレインとの間に設けた弁（以下弁ｂと表記）を閉じてシリンジを吸引側に動作させ、反応液を吸引し、フローセル内で反応液中の上記複合体を磁気的に反応電極に吸着させ、
ノズルを反応液の入った容器から取り出して同様の動作によって、反応液と次に吸引する試薬を隔てるための分節空気相を吸引し、
弁ａを閉じ、弁ｂを開いてシリンジを吐出側に動作させ、シリンジ側に溜まった溶液をドレインへ排出し、
弁ａを開け、弁ｂを閉じてシリンジを吸引側に動作させ、発光誘導試薬を吸引する。この動作は、先に吸引した反応液に含まれる磁性粒子をフローセル検出器の測定部に磁気的に吸着させた後に磁性粒子の表面を洗浄し、かつ、測定部を発光誘導試薬で満たすためのものである。

そして、測定部に電圧を印加して発光基質の電気化学発光を誘起させ、フローセル検出器に接続した光電子増倍管により発光を検出する。

次に、弁ａを閉じ、弁ｂを開いてシリンジを吐出側に動作させ、シリンジ側流路に溜まった溶液をドレインへ排出し、
弁ａを開き、弁ｂを閉じてシリンジを吸引側に動作させ、分節空気相を吸引し、
同様に洗浄試薬を吸引し、洗浄を行う。この際、洗浄試薬の吸引と交互に空気相を数回吸引することによって、より洗浄効果を高める。

それから、弁ａを閉じ、弁ｂを開いてシリンジを吐出側に動作させ、シリンジ側流路に溜まった液体をドレインへ排出し、
弁ａを開き、弁ｂを閉じてシリンジを吸引側に動作させ、分節空気相を吸引し、
同様に発光誘導試薬を吸引する。この際、電圧印加を数回行い、反応電極表面の性状を初期化する。

同様の動作を繰り返し行い、分析を行う。

特開平８−２９４２４号公報

上述の通り、フローセルタイプの検出器を含む流路構成を備える自動分析装置では、分析サイクルに基づいて弁の開閉とシリンジの駆動により、気液の吸引と吐出を行う。

このような分析サイクルにおいては、分節空気相や、フローセル検出器内における電圧印加に伴う水の電気分解によって生じる気体が流路内に存在する。分注機構の配管における気体の残留は、分注精度や測定結果の再現性に悪影響を与えるおそれがある。

特に、気体は液体に比較して温度影響による体積変化が生じやすいため、吸引・吐出容量の精度（以下、分注精度と表記）を確保するためには流路内の気体の温度制御が必要となる。しかし、上述方法のように流路内全域に気体が散在している場合、温度制御は困難である。

自動分析装置の循環系の配管中の気泡を除去する方法は、例えば特開２００５−１８１０８７号公報に記載のように公知である。しかし、この方法は、循環系の配管において気泡除去槽により気体と液体を分離した後、気体の排出および液体の循環を行うものである。しかし、フローセルタイプの検出器を用いる分析装置の分注機構系の配管では液体は循環されずに排出されるため、このような方法では気泡の除去が十分行われない恐れがある。

本発明の目的は、フローセルタイプの検出器を含むような流路構成において、配管に混入した気体を液体から分離し、一箇所に集約し、簡便な温度制御によって、反応液や試薬或いは空気相の吸引および吐出の精度と再現性を向上させ、分析性能を向上させることにある。

上記目的を解決するための本発明の構成は以下の通りである。

反応液や試薬或いは空気相を吸引・吐出するためのノズル、測定対象物を検出するためのフローセル検出器、反応液や試薬或いは空気相を吸引・吐出するための圧力差を発生させるための圧力差発生手段（例えば、シリンジ）、反応液や試薬或いは空気相を排出するためのドレイン、および流路内の気体と液体を分離するための気液分離機構、ノズルとフローセル検出器の入り口孔を連絡する流路、フローセルの出口孔から弁ａ、次いで三叉分岐部としての機能も有する気液分離機構を経由して圧力差発生手段を連絡する流路、前記気液分離機構から弁ｂを経由してドレインを連絡する流路から構成される。

ここで気液分離機構とは、流体と気体の混合気体を比重差によって気液を分離するものであり、一定の分析サイクルで生じる空気相を保持し得る容積を持つ気液分離部を持ち、
弁ａを開け、弁ｂを閉じてシリンジを吸引側に動作させると、フローセルの出口孔から気液分離機構を連絡する流路から気液分離部に流入する液体と気体の混合気体は比重差によって気液分離部の上下に分けられる。気液分離部の下部からは液体のみが、気液分離機構からシリンジを連絡する流路を介してシリンジ側に吸引される。次いで弁ａを閉じ、弁ｂを開いてシリンジを吐出側に動作させると、先ず、気液分離部の上部に溜まった気体がドレインへ排出されるものである。

このような気液分離を効率的に行うために、例えば気液分離部は上方にいくほど断面積が小さくなるような頂点部を有する形状であり、前記気液分離部の頂点部が鉛直上方となるよう配慮され、前記気液分離部の底面部および前記気液分離部の頂点部に液体および気体の流入出口を設ける。

液体および気体の流入出口の位置関係であるが、例えば気液分離部の底面部にフローセルの出口孔から気液分離機構までを連絡する流路および気液分離機構からシリンジまでを連絡する流路、さらに、気液分離部の頂点部からドレインへと連絡する流路に液体および気体の流入出口を設けた構造を有することを特徴とする。また、気液分離部の底面部に設けた流路はどちらも気液分離部内に気体が蓄積した際の最低水位よりも低い位置に設ける。これにより、気液分離部に蓄積した気体は気液分離部とシリンジを連絡する流路へ流出することがなくなる。

さらに、前記気液分離機構に温度制御手段を設けることにより、外部温度の影響による気液分離部内の気体の体積変動を抑止し、吸引・吐出精度の向上を図ることができる。

気液分離機構を設けることにより、流路内に混入した気体は以下のように排出される。

弁ａを開け、弁ｂを閉じてシリンジを吸引側に動作させると、フローセルの出口孔から気液分離機構を連絡する流路から気液分離部に流入する液体と気体の混合気体は比重差によって気液分離部の上下に分けられる。気液分離部の下部からは液体のみが、気液分離機構からシリンジを連絡する流路を介してシリンジ側に吸引される。

次いで弁ａを閉じ、弁ｂを開いてシリンジを吐出側に動作させると、先ず、気液分離部の上部に溜まった気体がドレインへ排出される。

本発明により、気体は気液分離機構から圧力差発生手段までの間の流路に到達することなく、前記気液分離機構の上部には気体が、下部には液体がそれぞれ集められ、流路内の広範囲への気体の散在を防ぐことができる。

従来のような広範囲に気体が散在する流路と比較して気体の存在する範囲が狭いため、簡便な気体の温度制御が可能となる。その結果、温度変化に伴う気体の収縮・膨張が軽減され、分注精度と再現性の向上および分析性能の安定化が期待できる。

さらに、ドレインの排出に際して、気液分離機構の上部に集められた気体が優先的に排出される。このため、ドレインへの効率的な気体の排出が可能となる。即ち、最小限の圧力差発生手段動作で流路中の全気体を排出することが可能となる。

免疫分析装置の流路構成図。 気液分離機構および温調機構を設けた場合の流路構成図。

以下、本発明の実施例を説明する。

図１は自動分析装置における従来のフローセルタイプの検出器を含む流路構成図である。

反応液や試薬或いは空気相を吸引或いは吐出するためのノズル１、測定対象物を検出するためのフローセル検出器２、反応液や試薬或いは空気相を吸引或いは吐出するための圧力差を発生させるためのシリンジ３、反応液や試薬或いは空気相を排出するためのドレイン４が、ノズルとフローセル検出器の入り口孔を連絡する配管５ａ，フローセルの出口孔から弁６ａ、次いで三叉分岐部を経由して圧力差発生手段を連絡する配管５ｂ，５ｃ、前記三叉分岐から弁６ｂを経由してドレインを連絡する配管５ｄを備える。このような流路構成で、シリンジの上下動作および２つの弁６ａおよび６ｂの開閉動作によって、ノズルによる気液の吸引・吐出動作を行っている。

以下に、従来の流路構成を含む自動分析装置における分析フローを示す。

測定対象物を含む試料と試薬（発光基質を含む試薬と磁性粒子を含む試薬）を混合し、測定対象物と発光基質と磁性粒子の複合体を形成させ（以下、反応液と表記）、
ノズルを反応液の入った容器に挿入し、フローセル検出器の出口孔から三叉分岐部との間に設けた弁（以下弁６ａと表記）を開け、三叉分岐部からドレインとの間に設けた弁（以下弁６ｂと表記）を閉じてシリンジを吸引側に動作させ、反応液を吸引し、フローセル内で反応液中の上記複合体を磁気的に反応電極に吸着させ、
ノズルを反応液の入った容器から取り出して同様の動作によって、反応液と次に吸引する試薬を隔てるための分節空気相を吸引し、
弁６ａを閉じ、弁６ｂを開いてシリンジを吐出側に動作させ、シリンジ側に溜まった溶液をドレインへ排出し、
弁６ａを開け、弁６ｂを閉じてシリンジを吸引側に動作させ、発光誘導試薬を吸引する。この動作は、先に吸引した反応液に含まれる磁性粒子をフローセル検出器の測定部に磁気的に吸着させた後に磁性粒子の表面を洗浄し、かつ、測定部を発光誘導試薬で満たすためのものである。

そして、測定部に電圧を印加して発光基質の電気化学発光を誘起させ、フローセル検出器に接続した光電子増倍管７により発光を検出する。

次に、弁６ａを閉じ、弁６ｂを開いてシリンジを吐出側に動作させ、シリンジ側流路に溜まった溶液をドレインへ排出し、
弁６ａを開き、弁６ｂを閉じてシリンジを吸引側に動作させ、分節空気相を吸引し、
同様に洗浄試薬を吸引し、洗浄を行う。この際、洗浄試薬の吸引と交互に空気相を数回吸引することによって、より洗浄効果を高める。

それから、弁６ａを閉じ、弁６ｂを開いてシリンジを吐出側に動作させ、シリンジ側流路に溜まった液体をドレインへ排出し、
弁６ａを開き、弁６ｂを閉じてシリンジを吸引側に動作させ、分節空気相を吸引し、
同様に発光誘導試薬を吸引する。この際、電圧印加を数回行い、反応電極表面の性状を初期化する。

同様の動作を繰り返し行い、分析を行う。

一方、本発明の気液分離機構および温調機構を設けた場合の流路構成図を図２に示す。

弁６ａおよび弁６ｂからシリンジを連絡する流路の三叉分岐部に、三叉分岐部としての機能も有する気液分離機構８を設ける。

気液分離機構は、分析サイクルにおいて生じる空気相を保持し得る容積をもつ気液分離部８ａを持ち、気液分離部の形状が円錐であり、円錐の頂点部が鉛直上方となるよう配慮され、円錐の底周面の接線方向にフローセルの出口孔から気液分離機構までを連絡する流路および気液分離機構からシリンジまでを連絡する流路、さらに、円錐の頂点部からドレインへと連絡する流路に液体および気体の流入出口を設けた構造を有することを特徴とする。また、円錐の底周面の接線方向に設けた流路はどちらも気液分離部内に空気相が蓄積した際の最低水位よりも低い位置に設ける。これにより、気液分離部に蓄積した気体は気液分離機構とシリンジを連絡する流路へ流出することがなくなる。

気液分離機構の形状として、円錐の底周面の接線方向にフローセルの出口孔から気液分離機構までを連絡する配管５ｂおよび気液分離機構からシリンジまでを連絡する配管５ｃを設け、特に５ｃを底面に近づけて設けることを特徴とする。気液分離部の上部に気体が溜まるため、５ｃを底面に近づけることによって、弁６ａを閉じて弁６ｂを開けシリンジを吸引側に動作させた際に、５ｃへと気体が混入してしまうのを防ぐ効果がある。このように円錐型の形状を有することにより、配管５ｂおよび５ｃより流入した気体および液体（以下、気液と表記）は気液分離部８ａの円周面に沿って旋回流を起こす。旋回流による遠心力によって気液は気液分離部内壁をらせん状に流れ、このとき気液分離部内壁に残る気泡は勢いのある旋回流によって押し流される。そのため、気液分離部の気体を効率的に排出することが期待できる。

また、気液分離機構を取り囲むようにして温調機構９を設ける。温調機構は気液分離機構を保温するものである。

フローセル検出器内は、一定の温度に保たれており、これは電気化学発光反応の効率を定常化するためである。フローセル検出器を通過した気体が気液分離機構に流入する際、気液分離機構内部の温度がフローセル検出器内と異なる温度であると気体が膨張或いは収縮して体積が変化し、吸引・吐出量の精度や再現性の不良に繋がる可能性がある。温調機構を備えることにより、フローセル検出器内と気液分離機構内部の温度を一定にし、温度変化による気体の体積変化を抑制して吸引・吐出量の精度や再現性を保つ。

図１または図２の流路構成を含む自動分析装置について、室温を１５〜３０℃で規則的に変化させた変温条件下において、各々の条件において１００回の連続測定を実施し、測定値の平均および標準偏差を比較した。

表１に、気液分離機構と温調機構を含む流路（以下、新規流路構成と表記）と、従来流路構成での、測定値の平均値，ＳＤ，ＣＶ％を示す。

新規流路構成では、従来流路構成と比較して測定値の同時再現性が大きく向上した。

従来流路構成では、分析サイクルにおいて生じた気体は流路内の広範囲に散在し、室温変化に伴って空気相の体積が変化し、吸引・吐出容量が変化してしまう。そのため、再現性の不良が生じていると考えられる。

一方、新規流路構成では流路内の気体が気液分離部に集約され、気液分離機構は温調機構によって一定温度に保たれるため、流路中の気体の体積変化は小さく、吸引・吐出容量の精度と再現性が向上したと考えられる。

気液分離機構を含む新規の流路構成においては、流路中の気体が気液分離部のドレイン流路側に集約されるために、最小限のドレイン排出動作によって流路中の全気体を排出することが可能になる。このことは、分析性能向上に向けた分析フローサイクルの柔軟性を向上させるものである。

以下に、気液分離機構を含む新規の流路構成を備える自動分析装置における、新規の分析フローサイクルを示す。

反応液を吸引する前に、弁６ａを閉じ、弁６ｂを開いてシリンジを吐出側に動作させ、気液分離部に溜まった気体のみをドレインへ排出し、以下、反応液の吸引以降の分析フローサイクルは従来と同様に行う。

従来の分析フローサイクルと比較して、反応液の吸引前に気液分離部に溜まった気体を排出するという動作を追加することにより、測定前に流路内に残存している気体が全て排出される。これにより測定値に影響する反応液吸引量の精度と再現性を向上させ、分析性能の安定化へと繋げることが期待できる。尚、気液分離機構を含まない従来の流路構成において、反応液吸引前に流路中の全気体を排出するためには、反応液吸引前に行う最後のドレインへの排出操作の後に吸引した気液混合流体において、流路内の気体のみを排出することは不可能であり、全気体を排出するためには、上記気液混合流体の吸引量に相当する体積を排出する必要がある。そのため、全気体を排出するにはシリンジの吐出動作量と時間を要し、分析フローサイクルの時間的な制約により、反応液吸引前に流路内の気体を排出することは困難である。一方、気液分離機構を含む新規の流路構成においては、流路内の気体は液体から分離され、気液分離機構内に溜められるため、気体の体積分のみを排出すればよい。

従来の分析フローサイクルと新規の分析フローサイクルについて、連続測定を実施したところ、新規分析フローサイクルでは、従来分析フローサイクルと比較して測定値の同時再現性が向上した。

新規の分析フローサイクルでは、反応液の吸引前に気液分離部に溜まった気体を排出することにより、測定前に流路内に残存している全気体が排出される。これにより測定値に影響する反応液吸引量の精度と再現性を向上させ、分析性能の安定化へと繋げることが考えられる。

１ ノズル
２ フローセル検出器
３ シリンジ
４ ドレイン
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 配管
６ａ，６ｂ 弁
７ 光電子増倍管
８ 気液分離機構
８ａ 気液分離部
９ 温調機構

Claims (5)

1. 反応液、試薬及び空気相を吸引するためのノズルと、
   前記ノズルによって吸引された反応液から測定対象物を検出するためのフローセル検出器と、
   反応液、試薬及び空気相を排出するためのドレインと、
   反応液、試薬及び空気相を前記ノズルから吸引し、前記ドレインへ排出するための圧力差を発生させるための単一の圧力差発生手段と、
   流路内の液体から空気相を分離し、分離した空気相を貯留する気液分離機構と、
   前記ノズルと前記フローセル検出器の入り口孔を連絡する第一の流路と、
   フローセルの出口孔と排出された反応液、試薬及び空気相を前記気液分離機構に連絡する第二の流路と、
   前記気液分離機構と前記圧力差発生手段とを連絡する第三の流路と、
   前記気液分離機構と前記ドレインを連絡する第四の流路と、
   前記第二の流路上に設けられた第一の弁と、
   前記第四の流路上に設けられた第二の弁と、
   前記第一の弁を閉じ、前記第二の弁を開けた状態で、前記気液分離機構にて貯留された空気相を前記ドレインに排出するように前記圧力発生手段を制御する制御手段と、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、
   前記気液分離機構は分析サイクルにおいて生じる空気相を貯留し得る容積をもつ気液分離部を持ち、
   前記気液分離部は上方にいくほど断面積が小さくなるような頂点部を有する形状であり、前記気液分離部の頂点部が鉛直上方となるよう配置され、
   前記気液分離部の底面近傍に前記第二の流路および前記第三の流路を接続し、さらに、前記気液分離部の頂点部から前記第四の流路を設けた構造を有することを特徴とする自動分析装置。
   
3. 請求項２記載の自動分析装置において、
   前記気液分離部の底面近傍に設けた流路は、前記気液分離部内に気体が蓄積した際の最低水位よりも低い位置に設けられた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、
   前記気液分離機構を取り囲み、前記フローセル検出器内と前記気液分離機構内部の温度を一定にし、該気液分離機構を保温する温調機構を備えた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、
   前記制御手段は、前記ノズルによる反応液または試薬の吸引の前に、前記気液分離機構にて貯留された空気相を、前記第四の流路を介してドレインに排出するよう、前記圧力差発生手段を制御することを特徴とする自動分析装置。

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