JP2004301648A - Analysis apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロプレートを用いた分析装置に関するもので、特に生化学的な細胞レベルでの分析に有用である。
【0002】
【従来の技術】
近年、生化学的な分析あるいは細胞レベルでの分析が重要視され、各種測定法によって分析が試みられている。その中でも、フォトルミネセンス・化学ルミネセンス・吸光度分析が、測定の迅速性・安定性・正確性などの優れた分析法として特に多用されている。フォトルミネセンスと化学ルミネセンスは、検体に照射された光を吸収したときや化学反応によって生じる励起光の量を測定することにより、一方、吸光度分析は、入射光と透過光の比を測定することによって、検体中の特定要素の検出を行うことができる。
【0003】
また、生化学的な細胞レベルでの分析では、多数のサンプルを同時に測定する必要性があり、スクリーニングなどの自動化を可能とするためにマイクロプレートとして知られる標準試料容器が用いられている。マイクロプレートは、複数のサンプルを収容するために複数のサンプルウェルを配列し、装置への固定を可能とする構造を具備している。
【0004】
こうしたマイクロプレートを用いて上記の各測定法を利用するために、実際に種々の分析装置が実用化されているが、例えば、図8のようなマイクロプレートリーダーと呼ばれる装置が実用化されている。
単色光源としてハロゲンランプ51と干渉フィルタ52の組合せを用い、凸レンズ53によって集光した光源からの光をメカニカルチョッパ54によって断続光にしてマイクロプレート2に照射している。55はチョッパを回転するためのモータを、56はランプ51の冷却用のファンを、57は単色光を導くための光ファイバーを表し、ここでは、マイクロプレート2を透過した光をフォトダイオード3で受光する例を示している。分析装置としては、さらに光源駆動電源部58、チョッパ駆動部59、マイクロプレート駆動部60、検出器信号増幅処理部61、演算処理部62および表示部63から構成され、各サンプルウェル1内のサンプルの分析を行っている。
【0005】
また、生化学的な細胞レベルでの分析に用いられる高スループットの光検出装置及び方法に関し、図9にスイッチ機構及び光学リレー構造体により、異なる光源や検出器が用途に応じて選択される装置、あるいは、スイッチ機構及び光学経路が、上部/底部照明や上部/底部検出、またはそれらの組合せを可能にする装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特表2002−509235号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術で述べた分析装置では、以下のような課題が生じることがある。
通常、溶液サンプルをマイクロプレートに投入後、単一あるいは複数の検出器を用いて測定するに際し、マイクロプレートを移動するタイプにおいては、液面が一定になるまで待機する必要が生じる。液面が揺れた状態での測定は、迷光の発生やサンプル層の有効長の変動によって正確な測定値を得ることは困難である一方、長期の待機時間はサンプルの反応状態の測定を困難にし、サンプル自体の変化を生じるおそれがある。また、上記のタイプおよび検出器を移動するタイプにあっては(光源部を有する場合も含む)、検出器の位置とウェルの位置を正確に一致させないと正確な測定が難しく、ウェルを大きくすればラフな位置合せでも測定精度を維持することが可能であるが、サンプル数の減少または装置の大型化を招くことになる。従って、サンプルをサンプルウェルに投入後、迅速に測定が可能なコンパクトな分析装置が望まれている。
【0007】
また、上記の光源部に用いられるハロゲンランプは、一般に、(1)電源投入後安定な発光状態になるまでに約30分間を要すること、(2)光源としての寿命が約1500時間と短く定期的にランプ交換が必要となること、(3)フィラメントを加熱して発光するため表面温度が高く(約300℃)、周囲に冷却用空間あるいは強制冷却手段を設ける必要があり光源部が大型化すること、(4)早い周期でのON−OFF作動が困難なためチョッパを必要とし小型化が困難であること、などの問題があった。
【0008】
そこで、本発明の目的は、上記のような問題点を解決し、マイクロプレートを用いた分析装置において、迅速かつ汎用性が高く、高い測定精度を有するコンパクトな分析装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す分析装置により上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【0010】
本発明は、複数のサンプルウェルを有するマイクロプレート、前記サンプルウェルからの光を受ける検出器を構成要素として含む分析装置であって、前記マイクロプレートが検出器の視野を略等速で移動することを特徴とする。マイクロプレートを等速に移動したときに、ウェル内のサンプル表面は安定な状態を維持できることから、複数のサンプルを高速かつ高い精度での測定することが可能となる。
【0011】
ここで、前記マイクロプレートが、前記検出器の視野を往復移動可能であることが好適である。検出器出力の平均化により複数のサンプルを高速かつ高い精度での測定することが可能となる。また、往復移動を繰り返すことで、一定の時間間隔を設けた連続的な測定も可能となる。
【0012】
さらに、前記マイクロプレートが、線上に配置された複数のサンプルウェル群ごとに分離可能な構成であることが好適である。こうしたウェルユニットを使用することで、操作ミス、操作の煩雑さおよび自動化に伴う装置の大型化を防止し、本発明の迅速性および汎用性をより有効に活かすことができる。
【0013】
また、前記サンプルウェルに光源部からの光を集光して照射し、前記検出器によって吸光度を検出する装置であって、前記光源部が単色光発生用光源であり、一定周期で発光・消光を繰り返すことを特徴とする。こうした装置によって、光源部や検出部あるいは光学フィルタを交換するだけで、広範囲での応用が可能となる点においてこうした要求に非常によく適用できる装置である。
【0014】
このとき、前記光源部が、直接遷移固体発光素子からなることが好適である。こうした素子を使用することで、検出器からの出力も大きく、かつノイズ成分の少ない信号を得ることができる。
【0015】
また、前記光源部からの光の波長域が、略420〜670nmであることが好適である。生体反応における発色反応の検出にとって、検出感度あるいは選択性の面から好適な波長域であり、発光量も多く変調周波数も高い素子の利用が可能である。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明は、複数のサンプルウェルを有するマイクロプレート、前記サンプルウェルからの光を受ける検出器を構成要素として含む分析装置であって、前記マイクロプレートが検出器の視野を略等速で移動することを特徴とする。つまり、本発明者は、サンプルウェルを有するマイクロプレートを用いた測定において、マイクロプレートを等速に移動したときにウェル内のサンプル表面が非常に安定な状態を維持していることを見出したもので、複数のサンプルを高速かつ高い精度での測定することが可能となる。
【0017】
図1は、本発明の実施態様を例示する分析装置であり、複数のウェル1を配したマイクロプレート2が等速で移動する構造を有する装置を一例として説明する。マイクロプレート2が、検出器3を通過したときの出力から測定値を演算する方法が採られる。以下、本装置の操作方法を例示する。
(1)ウェル1にサンプルを挿入する。
(2)複数のウェル1をマイクロプレート2に配列する(ウェルとプレートが別体となっている場合のみ、一体となっている場合は不要である。)。図1では、ウェル1をa方向に8個等間隔に配列している。
(3)上記マイクロプレート2を装置前面Aの位置にあるトレイ4にセットする。
(4)測定をスタートすると、マイクロプレート2はトレイ4とともに、ガイド5に沿って、等速で装置内部に移動する。
(5)マイクロプレート2は、当初のセット位置から装置内部に設けられた検出器3の位置に対して略等距離移動後、反転して当初のセット位置まで移動する。
(6)マイクロプレート2と取り除き、別のマイクロプレート2’をセットして、(4)、(5)を繰り返す。
以上の操作によって、検出器3に対して等速で測定可能な状態を作ることができる。このとき、検出器3をウェル1のa方向の数と同じ間隔に同数配列することで、a方向のウェル1を同時に測定することができる。
【0018】
このとき、ウェル1内部のサンプル表面は、図2(A)のように移動方向(⇒)に対し、略一定の形状を有する(図では、a方向に対しn1 番目のウェルとn2 番目のウェルの状態を示している)。従って、検出器3からは、略等速移動において、図2(B)に示すように、略同一の波形の出力を得ることができる。
【0019】
また、移動時の各ウェル1の位置は、マイクロプレート2に隣接する位置に設けられたスリット6を、検出器3が配列されたセンサ取付部8の対応する位置に配された位置センサ7によって検知することで、検出可能である。位置センサ7は、光源およびセンサからなる近接センサー等の反射型センサを用いてスリット6での反射光の寸断を検知する方法や、フォトインタラプタ等の透過型センサを用いてスリット6での透過光の寸断を検知する方法がある。
【0020】
さらに、上記検出器3の出力は、位置センサ7の出力と同期させて信号処理を行い、各ウェルごとのサンプル測定開始から終了までの出力を平均することで、図2(C)に示すようなウェルごとのパルス信号を得ることができるとともに、精度の高い測定が可能となる。具体的には、増幅・同期整流処理後、AD変換し、演算処理部(図示せず)により測定値を算出し、表示部(図示せず)に表示する。
【0021】
ここでいう分析装置とは、上述のように、光源部からの光をサンプルに照射し透過する光との差を検出する吸光度測定法、特定波長域の光(例えば、紫外線領域の光)をサンプルに照射したときに発生する異なる特定の波長の光を検出するフォトルミネッセンス法、あるいは、例えばルミノール反応のように特定試薬とサンプルとの反応によって生じる光を検出する化学発光法、のいずれも適用可能である。
【0022】
ウェルは、使用する試薬や各測定法における使用特定波長に関連して任意の材質や形状を選択することが可能である。例えば、可視領域の光を使った吸光度測定においては、底部平坦なプレートなどを使用し、フォトルミネッセンス法においては、底部が平坦な石英製のプレートなどを使用し、化学発光法においては、底部が平坦なものや丸型のものなどを使用することが多い。
【0023】
また、検出器は、使用特定波長に関連して任意に選択することが可能である。つまり、発光試薬と関係、あるいは反応生成物の吸収波長などによって決定され、検出器自体に選択性を有する場合と、検出器に選択性はないが光学フィルタによって選択性を確保する場合がある。一般に、固体検出器を用いることが多く、例えば、可視領域の光を使った吸光度測定においては、フォトダイオードやCCD(電子結合素子)などを使用し、フォトルミネッセンス法においては、フォトダイオードやフォトセルなどを使用し、化学発光法においては、フォトダイオードやフォトセルなどを使用することが多い。また、小型素子の使用による装置の小型化が可能であり、特に複数の素子を配列する本発明において有効である。
【0024】
マイクロプレートの移動については、種々の機構の適用が可能であるが、一例として、アクチュエータを用いた移動機構を図3に示す。96ウェルを配したマイクロプレート2がトレイ4に配置された状態で、トレイ4の下面に設けられたアクチュエータ9によって、ガイド5に沿って移動する。移動速度は、アクチュエータ9によって制御され、センサ取付部8を等速(例えば、10〜50m/sec)で通過する。
【0025】
なお、各ウェルの位置は、上記のようにスリットを検知することも可能であるが、検出器出力から検知することも可能である。つまり、通常、検出器出力は、上記図2(B)に示すように、ウェル内のサンプルからの光とそれ以外の部位からの光との差異を検知することが可能であり、この差異を利用することで、ウェルの位置つまりサンプルの位置を検知することができる。従って、図1に例示した装置のようなトレイにスリットを設け、位置センサを設ける必要がなくなる。
【0026】
ここで、前記マイクロプレートが、前記検出器の視野を往復移動可能であることが好適である。本発明者は、上記測定において、マイクロプレートを等速に往復移動し、固定された検出器によって検出したときの出力を平均化すると静止面での測定値と差異がないことを見出したもので、複数のサンプルを高速かつ高い精度での測定することが可能となる。高速測定を行う場合には、1secあるいはそれ以下で一往復することも可能であり、多数の試料を迅速に処理することが可能である。また、往復移動を繰り返すことで、一定の時間間隔を設けた連続的な測定も可能となる。
【0027】
つまり、図1の分析装置において、マイクロプレート2が矢印(⇒)方向に検出器3を通過したとき、および反転して再度検出器3を通過したときの両方の出力を利用して、測定値を演算する方法が採られる。
1つには、上記検出器3の出力を位置センサ7の出力と同期させて信号処理を行い、往路の信号と復路の信号を加算することで、図2(C)に示すような平均化された信号を得ることができるとともに、各ウェル内のサンプルの分布状態をも測定することが可能となる。短時間での物理的・化学的変化のないサンプルの測定に適しており、特に吸光度測定のように、サンプルの厚み(深さ)が検出器出力に関係する場合に有効である。
【0028】
また、往路のみの平均化された信号と復路のみの平均化された信号とを比較することで、一定時間後のサンプルの変化を追跡することができる。さらに、一定の時間間隔で往復移動を繰り返してその平均値を追跡することで、所定時間でのサンプルの変化を連続的に測定することも可能となる。短時間でのサンプルの物理的・化学的変化の追跡に適しており、特に化学発光法を用いて生体反応を測定する場合に有効である。
【0029】
また、前記マイクロプレートが、線上に配置された複数のサンプルウェル群(以下「ウェルユニット」という。)ごとに分離可能な構成であることが好適である。通常のマイクロプレートは、1つのマイクロプレートに多数のウェルを1つずつ挿入するタイプと、1つのプレートに多数のウェルを一体的に成型されたタイプとが知られている。ウェルを1つずつマイクロプレートに挿入するタイプでは、斜めに挿入する等ウェルの操作ミスも起こりやすく、操作が煩雑になりやすい。また、自動化をすれば装置の大型化を招くこととなる。一方、現在多く採用されている96ウェルを1つのマイクロプレートに形成したタイプでは、ウェルに試薬あるいはサンプルを挿入するに際して近接するウェルに混入するおそれが高くなり、自動化は、装置の大型化を招くこととなる。線上に所定数のウェルを配置したウェルユニットを使用することで、本発明の迅速性および汎用性をより有効に活かすことができる。
【0030】
図4(A)に最小単位のウェルユニット10の一例を示す。8つのウェルが一列に配置されてウェルユニット10を形成している。図4(B)に示すように、ウェルユニット10を12ケ配置すれば、上記の96ウェルを一のマイクロプレート2に形成することが可能であり、分析装置の仕様あるいは分析者の任意にユニット数を選択可能とすることで、操作ミスを軽減することができるとともに、汎用性の高い装置を提供することができる。むろん、1つあるいは少数のウェルユニットで測定するときは、マイクロプレート2の移動距離を短縮することができ、さらに迅速な測定が可能となることはいうまでもない。
【0031】
また、前記サンプルウェルに光源部からの光を集光して照射し、前記検出器によって吸光度を検出する装置であって、前記光源部が単色光発生用光源であり、一定周期で発光・消光を繰り返すことを特徴とする。生体反応における吸光度測定においては、サンプルの種類によって使用する試薬も異なることから、使用波長も種々の帯域に適用できるような、汎用性の高い装置が要求される。本発明のような構成を有する装置では、光源部や検出部あるいは光学フィルタを交換するだけで、広範囲での応用が可能となる点においてこうした要求に非常によく適用できる装置である。
【0032】
特に、単色光の光源部を用いることで、サンプル中に存在する微量の特定物質に対して非常に感度の高い測定ができるとともに、妨害する成分の影響を大幅に低減することができる。また、光源部の消光状態を基準とする、一定周期での変調処理を行うことで、検出器を含む光学系あるいは増幅信号処理部でのオフセット等のいわゆるドリフト要因を消去することができ安定な測定が可能となる。本装置では、こうした要素が複合的に作用して、非常に精度の高い測定値を得ることが可能となる。
【0033】
また、光源からの光を集光し光路幅を狭くすることで、ウェル内の各部位におけるより詳細なサンプル情報を得ることができ、居所的な発色反応などが生じる場合であっても、洩れなく検出することができ精度の高い測定が可能となる。特に生体反応においては、測定部位により反応性が異なることが多くあり、こうしたビームによる測定によって、より正確な情報を取り出すことができる。
【0034】
さらに、変調周波数は、光源部に使用される素子および検出器の応答測度などによって任意に選択可能であるが、発光ダイオードを用いた場合には、数10kHzの周波数を選択することが可能であり、ウェルを通過する間における測定信号数も多くすることができる。従って、上記のビームによる測定効果と相俟ってウェル内の多数の測定部位の情報を得ることができるという優位な効果を得ることができ、生体反応の測定に非常に好適である。また、バックグランドによる迷光の影響や液面での微小変化の情報も正確に得ることができ、こうした影響を消去するのに有効性が高い。
【0035】
図5に吸光度式分析装置における検出系の構成例を示している。ウェルの数に対応して、一列に配された複数の光源部11および複数の検出器3が同軸上に配置された装置において、ウェル1が移動して同一光軸上に並んだ瞬間の状態を示しており、一定周期で変調した各光源部11からの光が同数の等間隔に配されたレンズ12で集光されて各ウェル1に照射され、透過光を各検出器3で受光することで、各ウェル1内での変化を検出することができる。ここで、ウェル1つまりトレイ4の位置は、スリット6を経由した位置検出用光源7’からの光を位置検出用センサ7”によって受光することによって検出することができる。ここで、光源部11には、使用特定波長に関連して任意の素子を選択することが可能である。一般に、固体発光素子を用いることが多く、例えば、可視領域においては、発光ダイオードや半導体レーザなどを使用し、近赤外線領域においては、グローランプやハロゲンランプなどを使用し、近紫外線領域においては、発光ダイオードや水銀ランプなどを使用することが多い。
【0036】
また、図6は、上記検出系を用いた吸光度式分析装置の全体構成の一例を示している。つまり、各ウェル1と同じピッチで8個配置された光源部11は、発振器14および光源駆動部15によって変調のタイミングを制御されながら、測定に必要な特定波長の光(例えば、450nmの青色光等)を発光する。光源からの光は一定の周波数で変調されるが、青色ダイオードを用いた場合には、1〜10kHzの周波数を選択することが好適である。各検出器3からの微弱な信号は、増幅器16によって増幅され、信号処理部17内の電子スイッチ20によって上記変調のタイミングに同期をとって整流することでバックグランドによる迷光の影響を消去した後、AD変換器16を介してデータ処理部17で演算処理されて各測定値が表示・出力される。
【0037】
図7に、電子回路の要点を示す。増幅器16からの脈動する出力が、電子スイッチ20および差動増幅部21を経由してローパスフィルタ22によって平均化されることで、バックグランドによる迷光の影響を消去することができる。ローパスフィルタ22の遮断周波数は、実用上、上記変調周波数の約1/10以下であることが好ましい。23は位置センサ信号処理部を示し、位置センサ出力は、上記同様差動増幅後ローパスフィルタ22を経由してコンパレータ24に導かれ、比較電圧Refと比較してデジタル信号に変換後データ処理部19に入力され、ウェル1内のサンプルを測定した検出器信号のAD変換のタイミングを指示する信号として用いられる。こうした電子回路を本発明に適用することで、特に高周波の信号を迅速に処理することが可能であり、多数の試料を高速で測定することができる。
【0038】
このとき、前記光源部が、直接遷移固体発光素子からなることが好適である。こうした素子を使用することで、一定周期の変調を容易にかつON−OFFの切換が鮮明な光源を実現することができ、検出器からの出力も大きく、かつノイズ成分の少ない信号を得ることができる。また、小型素子の使用による装置の小型化が可能であり、特に複数の素子を配列する本発明において有効である。具体的には、生体反応でよく使用される波長域である450〜470nmについて、使用可能な素子としては、例えば、窒化ガリウムやインジウム窒化ガリウムを素材としたLEDなどが挙げられる。
【0039】
さらに、前記光源部からの光の波長域が、略420〜670nmであることが好適である。例えば、生体反応の中でも、抗原抗体反応については、試薬としてテトラメチルベンチジンを使用する方法が優れており、発色反応の検出には略450nmの波長域が最も検出感度あるいは選択性の面から好ましい。このとき、上記直接遷移固体発光素子の中でも、窒化ガリウム系を使った光源が特に有用である。発光量も多く、変調周波数も高く設定することが可能であり、本発明の構成に適している。
【0040】
このように、本発明の技術はこうした複数のサンプルに対して、広い範囲において応用が可能であり、汎用性が高く、高い測定精度を有する分析装置を提供することができる。
【0041】
【発明の効果】
以上のように、本発明を適用した分析装置であっては、複数のサンプルを高速かつ高い精度での測定することが可能となる。
【0042】
特に、マイクロプレートが検出器の視野を往復移動可能とすることで、検出器出力の平均化により複数のサンプルを高速かつ高い精度での測定することが可能となる。また、往復移動を繰り返すことで、一定の時間間隔を設けた連続的な測定も可能となる。
【0043】
さらに、マイクロプレートが、線上に配置された複数のサンプルウェル群ごとに分離可能な構成とすることで、操作ミス、操作の煩雑さおよび自動化に伴う装置の大型化を防止し、本発明の迅速性および汎用性をより有効に活かすことができる。
【0044】
また、サンプルウェルに集光して照射する単色光を一定周期で発光・消光を繰り返す吸光度測定装置にあっては、広範囲での応用が可能となる。
【0045】
このとき、光源部に直接遷移固体発光素子を使用することで、検出器からの出力も大きく、かつノイズ成分の少ない信号を得ることができる。
【0046】
また、生体反応における発色反応の検出にとって、検出感度あるいは選択性の面から波長域が略420〜670nmであることが好適であり、発光量も多く変調周波数も高い素子の利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る分析装置の第1の構成例を示す説明図である。
【図2】第1の構成例におけるサンプルの状態および検出器出力を例示する説明図である。
【図3】第1の構成例における測定部の詳細を例示する説明図である。
【図4】本発明に係るウェルユニットを例示する説明図である。
【図5】本発明に係る分析装置の第2の構成例の測定部を例示する説明図である。
【図6】第2の構成例における装置の全体を例示する説明図である。
【図7】第2の構成例における電子回路の要部を例示する説明図である。
【図8】従来技術に係る分析装置の1の構成例を示す説明図である。
【図9】従来技術に係る分析装置の他の構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
1 ウェル
2 マイクロプレート
3 検出器
7 位置センサ
10 ウェルユニット
11 光源部
12 レンズ
14 発振器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an analyzer using a microplate, and is particularly useful for biochemical analysis at a cell level.
[0002]
[Prior art]
In recent years, biochemical analysis or analysis at the cell level has been emphasized, and analysis has been attempted by various measuring methods. Among them, photoluminescence, chemiluminescence, and absorbance analysis are particularly frequently used as excellent analytical methods such as rapidity, stability, and accuracy of measurement. Photoluminescence and chemiluminescence measure the amount of excitation light generated by the absorption of light applied to a specimen or by a chemical reaction, while absorbance analysis measures the ratio of incident light to transmitted light. As a result, the specific element in the sample can be detected.
[0003]
In the analysis at the biochemical cell level, a large number of samples must be measured at the same time, and a standard sample container known as a microplate is used to enable automation such as screening. The microplate has a structure in which a plurality of sample wells are arranged to accommodate a plurality of samples and can be fixed to the device.
[0004]
In order to utilize each of the above-mentioned measuring methods using such a microplate, various analyzers are actually put into practical use. For example, an apparatus called a microplate reader as shown in FIG. 8 is put into practical use. .
A combination of a
[0005]
9 relates to a high-throughput photodetection device and method used for biochemical cell-level analysis. FIG. 9 shows a switch mechanism and an optical relay structure in which different light sources and detectors are selected according to the application. Alternatively, a device has been proposed in which a switch mechanism and an optical path enable top / bottom illumination and top / bottom detection, or a combination thereof (see, for example, Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2002-509235 A [Problems to be Solved by the Invention]
However, the following problems may occur in the analyzer described in the related art.
Normally, when a solution sample is put into a microplate and measurement is performed using a single or a plurality of detectors, in a type in which the microplate is moved, it is necessary to wait until the liquid level becomes constant. It is difficult to obtain accurate measurement values due to the generation of stray light and fluctuations in the effective length of the sample layer when measuring with the liquid surface oscillating, but a long waiting time makes it difficult to measure the reaction state of the sample. This may cause a change in the sample itself. In addition, in the above-described type and the type in which the detector is moved (including the case where the light source is provided), accurate measurement is difficult unless the position of the detector and the position of the well are accurately matched. Although it is possible to maintain the measurement accuracy even with rough alignment, the number of samples is reduced or the size of the apparatus is increased. Therefore, there is a demand for a compact analyzer that can quickly measure a sample after it is put into a sample well.
[0007]
In addition, the halogen lamp used in the light source unit generally requires (1) about 30 minutes to be in a stable light emitting state after the power is turned on, and (2) the life as a light source is short, about 1500 hours, and is a regular. (3) The surface temperature is high (about 300 ° C) because the filament is heated to emit light, and it is necessary to provide a cooling space or forced cooling means around it, and the light source section becomes large. (4) It is difficult to perform ON-OFF operation in a fast cycle, so that a chopper is required and miniaturization is difficult.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a compact and highly versatile analyzer having high measurement accuracy in an analyzer using a microplate.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and as a result, have found that the above-described object can be achieved by an analyzer described below, and have completed the present invention.
[0010]
The present invention is an analysis apparatus including a microplate having a plurality of sample wells and a detector that receives light from the sample well as a component, wherein the microplate moves at a substantially constant speed in a field of view of the detector. It is characterized by. When the microplate is moved at a constant speed, the surface of the sample in the well can maintain a stable state, so that a plurality of samples can be measured at high speed and with high accuracy.
[0011]
Here, it is preferable that the microplate can reciprocate in the field of view of the detector. By averaging the detector output, it is possible to measure a plurality of samples at high speed and with high accuracy. In addition, by repeating the reciprocating movement, continuous measurement with a fixed time interval can be performed.
[0012]
Further, it is preferable that the microplate has a configuration capable of being separated into a plurality of sample well groups arranged on a line. By using such a well unit, it is possible to prevent an operation error, a complicated operation, and an increase in the size of the apparatus due to automation, and the speed and versatility of the present invention can be more effectively utilized.
[0013]
Further, a device for condensing and irradiating light from a light source unit to the sample well and detecting absorbance by the detector, wherein the light source unit is a light source for generating monochromatic light, and emits and quenches at a constant period Is repeated. Such a device can be applied very well to such demands in that it can be applied in a wide range simply by replacing the light source unit, the detection unit or the optical filter.
[0014]
At this time, it is preferable that the light source unit is made of a direct transition solid state light emitting device. By using such an element, a signal having a large output from the detector and having a small noise component can be obtained.
[0015]
Further, it is preferable that the wavelength range of the light from the light source section is approximately 420 to 670 nm. For detection of a color reaction in a biological reaction, the wavelength range is preferable in terms of detection sensitivity or selectivity, and an element having a large light emission amount and a high modulation frequency can be used.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The present invention is an analysis apparatus including a microplate having a plurality of sample wells and a detector that receives light from the sample well as a component, wherein the microplate moves at a substantially constant speed in a field of view of the detector. It is characterized by. That is, the present inventor has found that in a measurement using a microplate having a sample well, the sample surface in the well maintains an extremely stable state when the microplate is moved at a constant speed. Thus, a plurality of samples can be measured at high speed and with high accuracy.
[0017]
FIG. 1 is an analysis apparatus illustrating an embodiment of the present invention, and an apparatus having a structure in which a
(1) Insert a sample into
(2) A plurality of
(3) The
(4) When the measurement is started, the
(5) The
(6) Remove the
By the above operation, a state where measurement can be performed at a constant speed with respect to the
[0018]
At this time, the sample surface inside the
[0019]
The position of each well 1 at the time of movement is determined by a
[0020]
Further, the output of the
[0021]
As described above, the analyzer refers to an absorbance measurement method of irradiating a sample with light from a light source unit and detecting a difference from light transmitted through the sample, and a light in a specific wavelength range (for example, light in an ultraviolet region). Either a photoluminescence method that detects light of a specific wavelength that is different when the sample is irradiated, or a chemiluminescence method that detects light generated by the reaction of a sample with a specific reagent, such as a luminol reaction It is possible.
[0022]
Any material and shape of the well can be selected in relation to the reagent to be used and the specific wavelength used in each measurement method. For example, in the absorbance measurement using light in the visible region, a flat bottom plate or the like is used, in the photoluminescence method, a flat quartz plate or the like is used, and in the chemiluminescence method, the bottom is used. Often, a flat or round shape is used.
[0023]
The detector can be arbitrarily selected in relation to the specific wavelength used. That is, it is determined by the relationship with the luminescent reagent, the absorption wavelength of the reaction product, or the like, and the detector itself has selectivity, or the detector has no selectivity but the optical filter ensures the selectivity. In general, solid-state detectors are often used. For example, in the case of absorbance measurement using light in the visible region, a photodiode or a CCD (electronic coupling device) is used, and in the photoluminescence method, a photodiode or a photocell is used. In a chemiluminescence method, a photodiode or a photocell is often used. Further, the size of the apparatus can be reduced by using small elements, and this is particularly effective in the present invention in which a plurality of elements are arranged.
[0024]
Various mechanisms can be applied to the movement of the microplate. As an example, a movement mechanism using an actuator is shown in FIG. With the
[0025]
The position of each well can be detected by the slit as described above, but can also be detected from the detector output. That is, normally, the detector output can detect the difference between the light from the sample in the well and the light from other parts, as shown in FIG. Utilization makes it possible to detect the position of a well, that is, the position of a sample. Therefore, it is not necessary to provide a slit in a tray like the apparatus illustrated in FIG. 1 and provide a position sensor.
[0026]
Here, it is preferable that the microplate can reciprocate in the field of view of the detector. The present inventor has found that in the above measurement, when the microplate is reciprocated at a constant speed and the output when detected by the fixed detector is averaged, there is no difference from the measured value on the stationary surface. Thus, a plurality of samples can be measured at high speed and with high accuracy. When high-speed measurement is performed, it is possible to make one round trip in 1 second or less, and it is possible to process a large number of samples quickly. In addition, by repeating the reciprocating movement, continuous measurement with a fixed time interval can be performed.
[0027]
That is, in the analyzer of FIG. 1, the measured value is obtained by using both outputs when the
First, signal processing is performed by synchronizing the output of the
[0028]
Further, by comparing the averaged signal of only the forward path and the averaged signal of only the return path, it is possible to track a change in the sample after a predetermined time. Further, by repeating the reciprocating movement at a constant time interval and tracking the average value, it is possible to continuously measure the change of the sample in a predetermined time. It is suitable for tracking the physical and chemical changes of a sample in a short time, and is particularly effective when measuring a biological reaction using a chemiluminescence method.
[0029]
Further, it is preferable that the microplate is configured to be separable into a plurality of sample well groups (hereinafter referred to as “well units”) arranged on a line. As a general microplate, a type in which many wells are inserted one by one into one microplate and a type in which many wells are integrally formed in one plate are known. In the type in which the wells are inserted one by one into the microplate, operation errors of the wells, such as oblique insertion, are likely to occur, and the operation tends to be complicated. Further, the automation leads to an increase in the size of the apparatus. On the other hand, in the type in which 96 wells are formed in one microplate, which is widely used at present, there is a high possibility that reagents or samples are mixed into adjacent wells when the reagents or samples are inserted into the wells. It will be. By using a well unit in which a predetermined number of wells are arranged on a line, the speed and versatility of the present invention can be more effectively utilized.
[0030]
FIG. 4A shows an example of the
[0031]
Further, a device for condensing and irradiating light from a light source unit to the sample well and detecting absorbance by the detector, wherein the light source unit is a light source for generating monochromatic light, and emits and quenches at a constant period Is repeated. In the measurement of absorbance in a biological reaction, since a reagent to be used is different depending on the type of a sample, a highly versatile apparatus that can be used in various bands is required. The device having the configuration as in the present invention is a device which can be very well applied to such requirements in that it can be applied in a wide range only by replacing the light source unit, the detection unit or the optical filter.
[0032]
In particular, by using a monochromatic light source unit, measurement with extremely high sensitivity can be performed on a trace amount of a specific substance present in a sample, and the influence of a disturbing component can be significantly reduced. In addition, by performing a modulation process at a constant period based on the extinction state of the light source unit, so-called drift factors such as an offset in an optical system including a detector or an amplified signal processing unit can be eliminated, and a stable operation can be performed. Measurement becomes possible. In the present apparatus, these elements work in combination, and it is possible to obtain a highly accurate measurement value.
[0033]
Further, by condensing the light from the light source and narrowing the optical path width, more detailed sample information can be obtained at each part in the well. And high-precision measurement is possible. Particularly in the case of biological reactions, the reactivity often differs depending on the measurement site, and more accurate information can be extracted by such measurement using a beam.
[0034]
Furthermore, the modulation frequency can be arbitrarily selected according to the response measure of the element used for the light source unit and the detector, but when a light emitting diode is used, a frequency of several tens of kHz can be selected. The number of measurement signals during the passage through the well can be increased. Therefore, an advantageous effect that information of a large number of measurement sites in a well can be obtained in combination with the measurement effect by the beam can be obtained, which is very suitable for measurement of a biological reaction. In addition, information on the influence of stray light due to the background and minute changes on the liquid surface can be obtained accurately, which is highly effective in eliminating such influence.
[0035]
FIG. 5 shows a configuration example of a detection system in the absorbance analyzer. In a device in which a plurality of
[0036]
FIG. 6 shows an example of the overall configuration of an absorbance analyzer using the detection system. That is, the eight
[0037]
FIG. 7 shows the main points of the electronic circuit. The pulsating output from the
[0038]
At this time, it is preferable that the light source unit is made of a direct transition solid state light emitting device. By using such an element, it is possible to realize a light source that can easily perform modulation at a constant cycle and that is clearly switched between ON and OFF, and can obtain a signal with a large output from the detector and a small noise component. it can. Further, the size of the apparatus can be reduced by using small elements, and this is particularly effective in the present invention in which a plurality of elements are arranged. Specifically, for the wavelength range of 450 to 470 nm, which is often used in biological reactions, examples of usable elements include LEDs made of gallium nitride or indium gallium nitride.
[0039]
Further, it is preferable that the wavelength range of the light from the light source section is approximately 420 to 670 nm. For example, among biological reactions, a method using tetramethylbenzidine as a reagent is excellent for an antigen-antibody reaction, and a wavelength range of about 450 nm is most preferable for detection of a color reaction in terms of detection sensitivity or selectivity. . At this time, a light source using a gallium nitride-based light source is particularly useful among the direct transition solid state light emitting devices. The amount of light emission is large and the modulation frequency can be set high, which is suitable for the configuration of the present invention.
[0040]
As described above, the technique of the present invention can be applied to such a plurality of samples in a wide range, and can provide an analyzer having high versatility and high measurement accuracy.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, in the analyzer to which the present invention is applied, a plurality of samples can be measured at high speed and with high accuracy.
[0042]
In particular, by allowing the microplate to reciprocate in the field of view of the detector, it is possible to measure a plurality of samples at high speed and with high accuracy by averaging the output of the detector. In addition, by repeating the reciprocating movement, continuous measurement with a fixed time interval can be performed.
[0043]
Furthermore, the microplate is configured to be separable for each of a plurality of sample well groups arranged on a line, thereby preventing operation errors, complicated operations, and an increase in size of the apparatus due to automation. Versatility and versatility can be more effectively utilized.
[0044]
In addition, in an absorbance measuring device that repeatedly emits and quenches monochromatic light to be condensed and irradiated on a sample well at a fixed period, it can be applied to a wide range.
[0045]
At this time, by using a direct transition solid state light emitting element for the light source section, a signal having a large output from the detector and a small noise component can be obtained.
[0046]
For detection of a color reaction in a biological reaction, it is preferable that the wavelength range is approximately 420 to 670 nm from the viewpoint of detection sensitivity or selectivity, and an element having a large light emission amount and a high modulation frequency can be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a first configuration example of an analyzer according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a sample state and a detector output in the first configuration example.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating details of a measurement unit in the first configuration example.
FIG. 4 is an explanatory view illustrating a well unit according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a measuring section of a second configuration example of the analyzer according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating the entire device in a second configuration example.
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a main part of an electronic circuit in a second configuration example.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration example of one of the analyzers according to the related art.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing another configuration example of the analyzer according to the conventional technique.
[Explanation of symbols]
Claims (6)
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