JP2515392B2 - 自動免疫測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固相試薬を使った免疫反応により血清や尿
等の試料中に含まれる成分を自動的に測定する自動免疫
測定装置に関する。

〔従来の技術〕

酵素免疫測定法は、酵素活性をマーカーとして抗原抗
体反応の程度を知り、これから抗原または抗体の量を定
量する方法であって、固相抗体（または抗原）に抗原
（または抗体）を反応させ、さらに酵素標識抗体（また
は抗原）を反応させるサンドイッチ法や、酵素標識抗原
（または抗体）と非標識抗原（または抗体）とを競合さ
せることによってその非標識抗原量を求める競合反応
法、その他種々の方法がある。

第４図はサンドイッチ法による測定原理を説明するた
めの図、第５図は競合法による測定原理を説明するため
の図であり、61は固相担体、62は抗体、63は被測定抗
原、64は標識物質、65は抗体、66は基質、67は生成物を
示す。

サンドイッチ法は、第４図に示すように、 まず、固相担体61の表面に物理的な吸着や化学反応
を利用した結合により抗体62を固相化しておき、これに
被測定抗原63を含むサンプルを加える。

その結果、抗原抗体反応（第１反応）が起こり、被
測定抗原63が固相化抗体62に結合するので、その後、洗
浄を行うことによりサンプル中の爽雑成分を廃棄する。

次に、酵素を標識物質64として結合させた酵素標識
抗体65を添加する。

その結果、抗原抗体反応（第２反応）が起こり、固
相化抗体62に結合している抗原63の上に酵素標識抗体65
が結合する。この場合、酵素標識抗体65は、過剰に添加
されるので、抗原63と抗体65が結合して生じた結合型の
部分（bound、Ｂ）と結合していない遊離型の部分（fre
e、Ｆ）ができる。

そこで、洗浄を行うことによって遊離型の部分（fr
ee、Ｆ）の過剰酵素標識抗体を廃棄する。つまり、B/F
分離を行う。

次に酵素反応を行う。このときの酵素活性は、結合
型の部分の酵素標識抗体の量によって決まるので、その
酵素標識抗体量は固相化抗体に結合した抗原量、すなわ
ち被測定抗原量を表すことになる。

競合反応法は、第５図に示すように、 抗体を固相化しておき、被測定抗原及び被測定抗原
と同じ抗原に標識を結合させた標識抗原を添加する。

その結果、抗原抗体反応が起こり、被測定抗原及び
標識抗原がそれぞれの量の割合に応じて固相化抗体に結
合する。

、 次に、サンドイッチ法と同様にB/F分離を行
い、酵素反応を行う。このときの酵素活性は、結合型の
部分の酵素標識抗体の量によって決まるので、添加した
標識抗原量から検量線を使って被測定抗原量を求めるこ
とができる。

上記の方法は、いずれも所謂分離法であり、これに対
してB/F分離を行わない非分離法もある。非分離法は測
定時間が早く操作が簡単であるが、測定感度が低い等の
欠点がある。それに比べて分離法は、測定感度は高いが
操作が非常に複雑且つ面倒であり、自動化が難しく従来
はほとんどの場合手作業で行われていた。

上記の酵素免疫測定を自動化する場合には、ポリスチ
レンボールまたはガラスビーズ等の固相担体に抗体また
は抗原を固定化したものが固相試薬として用いられてい
る。この固相試薬は、不安定であるため、通常は保存液
を満たした容器の中に入れておき、酵素免疫測定を行う
ときに容器の中から固相試薬を１つずつ反応検出容器に
移し、サンプルの分注、標識試薬の分注、B/F分離、洗
浄等を行って、しかる後、結合型の部分を検出器へ移す
ようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の自動化した酵素免疫測定では、上記のように容
器の中から固相試薬を１つずつ反応検出容器に移し、さ
らに反応後には検出器へ移すようにしているので、固相
試薬の出し入れ操作がある。この操作に付随して洗浄工
程があり、B/F分離においても遊離型の部分を固相試薬
と分離、除去した後にも洗浄工程がある。この場合に従
来の反応検出容器では静止状態のまま処理することがで
きず、遊離型の部分を排水するには例えば反応検出容器
を傾ける等の操作が必要になる。しかも、洗浄に際し
て、固相試薬を残したまま洗浄水をきれいに排水するこ
とが難しい。

上記のように、従来の自動化装置では、固相試薬の出
し入れやB/F分離、洗浄のための操作が煩雑になり、ま
た、機構も複雑なるという問題がある。そのために、処
理時間が余分にかかり無駄時間が生じるので、装置の稼
動効率が低くなる。さらには、固相試薬をハンドリング
し保存容器から抽出して反応容器へ移すため、その際に
固相試薬に悪影響を与えるという問題もある。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、保存
液の排除及び保存液排除後の洗浄を簡便に行うことがで
きる自動免疫測定装置を提供することを目的とするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明は、複数ポジションを有する反応タ
ーンテーブルに反応検出容器をセットしてサンプルの抗
原または抗体との免疫反応によりサンプルの抗原または
抗体の量を定量測定する自動免疫測定装置であって、底
部に細い排出孔と該排出孔を塞ぐ先端部を一体に設ける
と共に上部開口をキャップで塞ぎ微小径顆粒を固相担体
にして該固相担体表面に抗体または抗原を固定化した固
相試薬を保存液と共に密封収容した反応検出容器を用
い、該反応検出容器を反応ターンテーブルにセットする
際にその先端部を取り除くことによって排出孔を貫通さ
せ、反応検出容器を反応ターンテーブルにセットした後
反応検出容器の上部開口から加圧空気を供給することに
よって底部の排出孔から保存液を抜くようにしたことを
特徴とする。

〔作用〕

本発明の自動免疫測定装置では、反応検出容器を反応
ターンテーブルにセットした後反応検出容器の上部開口
から加圧空気を供給することによって底部の排出孔から
保存液を抜くので、反応ターンテーブルにセットしたま
まで簡単に保存液を排液することができ、反応直前まで
保存液に浸しままでおくことができる。しかも、底部の
排出孔を使うので、反応検出容器を傾けたり動かすこと
なく静止状態のままで保存液の液除、さらにそのまま続
けて保存液の排液後の固相試薬の洗浄も行うことができ
る。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係る自動免疫測定装置の１実施例を
示すレイアウト図、第２図は本発明に係る自動免疫測定
装置に使用されるカートリッジの１実施例を示す図であ
る。図中、１は反応ターンテーブル、２はカートリッジ
ターンテーブル、３は試薬ターンテーブル、４はサンプ
ルターンテーブル、５はサンプルカップ、６はディスポ
チップ、７〜９はアーム機構、10は検出器、11はダス
ト、12は制御処理部、21はカートリッジ本体、22はフィ
ルター、23は固相試薬、24は排出孔、25は開口部、26は
アルミキャップ、27はオリメ、28は先端部を示す。

第１図において、カートリッジターンテーブル２は、
第２図に示すような使い捨てのカートリッジ（反応検出
容器、以下同じ）を格納して回転するテーブルであり、
取り外し可能な10個のカセットで構成しそれぞれのカセ
ットに30個のカートリッジを格納できるようにした例を
示している。これによると、各区分には同じ固相化抗体
のカートリッジを格納するので、10項目分のカートリッ
ジを用意することができる。試薬ターンテーブル３は、
標識抗体の試薬ボトル及びその分注のためのディスポチ
ップを格納して回転するテーブルであり、10種類、すな
わち10項目分の試薬ボトルを格納できるようにした例を
示している。サンプルターンテーブル４は、サンプルを
収納したサンプルカップ５及びサンプルを分注するディ
スポチップ６を格納して回転するテーブルであり、各サ
ンプルカップ５に対応してその内側に２個のディスポチ
ップ６を格納できるようにした例を示している。反応タ
ーンテーブル１は、カートリッジターンテーブル２のカ
ートリッジがセットされ１ポジションずつ回転しなが
ら、先に説明したようにサンプルの分注、標識抗体の添
加、振動による撹拌反応、洗浄等を行うものである。ア
ーム機構７〜９は、反応ターンテーブル１とカートリッ
ジターンテーブル２、試薬ターンテーブル３、サンプル
ターンテーブル４との間でカートリッジの挿脱、試薬や
サンプルの分注を行うための機構であり、それぞれの軌
跡を示したのが円ａ、ｂ、ｃである。また、検出器10
は、反応後のカートリッジに発光試薬を注入して発光量
を検出するものであり、ダスト11は、発光量検出後のカ
ートリッジを廃棄するところである。

本発明に係る自動免疫測定装置に使用されるカートリ
ッジは、第２図に示すようにカートリッジ本体21が筒状
をなし、固相試薬23を入れ、その下にフィルター22を設
けたものであり、さらに、フィルター22の下に細い排出
孔24が途中まで設けられ、上端の開口部25がアルミキャ
ップ26で塞がれたものである。固相試薬23は、数十μｍ
φ程度の顆粒の表面に抗体を固定したものであり、固相
試薬23の抗体や抗原は、蛋白質であるため分解しやすい
ので、防腐剤や一定のpHを保つための緩衝液等からなる
保存液に浸されている。

また、排出孔24を設けた部分には、切り込まれたオリ
メ27があって、そのオリメ27において先端部28を折り曲
げることによってカートリッジ本体21から容易に取り除
くことができ、排出孔24を貫通させることができる。排
出孔24は、極めて細い径で形成し、また、フィルター22
が配置されているので、カートリッジを使用するに際し
て、先端部28がカートリッジ本体21から取り除かれた状
態においても、分注されたサンプルや試薬、洗浄水等が
排出孔24から容易に排出されず、上端の開口部25から加
圧空気を供給することにより、或いは排出孔24から吸引
することにより排出されるようにしている。

したがって、カートリッジは、上端がアルミキャップ
26により、下端が先端部28により完全に密封された状態
でフィルター22上に固相試薬23が保存され、カートリッ
ジターンテーブル２に格納されている。そして、このカ
ートリッジをアーム機構７によりカートリッジターンテ
ーブル２から反応ターンテーブル１に移送するときに、
ダスト11において先端部28を取り除き、反応ターンテー
ブル１の次のポジションにおいて保存液を吐き出し、洗
浄を行うようにしている。

次に本発明に係る自動免疫測定装置の流系を基に動作
を説明する。

第３図は全体の流系図であり、31はドレインタンク、
32はコンプレッサー、33はインアウト切り替えバルブ、
34〜37、51と53はポンプ、38〜41はタンク、42は３方ジ
ョイント、43は抵抗管、44はプレヒーター、45、52と54
はバルブ、46はミキサーを示す。

流系は、第３図に示すように29ポジションの反応ター
ンテーブル１において、ポジションを基点とし、サン
プルや試薬の分注、洗浄等の流系が接続されている。基
点のポジションで、始めにカートリッジを反応ターン
テーブルにセットし、この反応ターンテーブルを予め定
められた２種類のポジション数ずつ交互に回転させる。
反応後のカートリッジは検出器10に移される。

まず、第３図において反応ターンテーブル１に接続さ
れる各流系を説明する。

ドレインタンク31は、反応ターンテーブル１の各カー
トリッジから廃棄された保存液、洗浄液を収容するあめ
のものであり、反応ターンテーブル１の各ポジションの
下方に環状に設けたドレイン路に接続される。コンプレ
ッサ32は、保存液の廃棄やその直後の洗浄、B/F分離で
の洗浄、ディスポチップの先端に残ったサンプルや試薬
の廃棄、洗浄のために加圧空気を供給するものである。

タンク38は発光補助試薬、タンク39と40は、発光試薬
をそれぞれ収容するためのものであり、インアウト切り
替えバルブ33とポンプ34〜37は、発光補助試薬、希釈
液、発光試薬を送るためのものである。希釈液及び洗浄
液には、タンク41に収納された緩衝液が用いられる。こ
の緩衝液としては免疫反応を促進させる界面活性剤や糖
等の混合液が用いられる。そして、タンク41は、密閉構
造にしコンプレッサ32から加圧空気を供給して圧力を加
えることによって送液するように構成したものであり、
洗浄液は抵抗管43、プレヒータ44、バルブ45を通し安定
した所定の温度と流量になるように制御することによっ
て反応をしやすくし反応の安定化を図っている。同様に
発光試薬においても、ミキサー46にヒーターを付加する
ことによって発光反応時の温度の安定化を図るようにし
てもよい。なお、発光試薬を注入する場合、３方ジョイ
ント42から先の管内にはミキシングされたものが残って
いるので、その直前にこれを吐き出すことが必要であ
る。

例えばインアウト切り替えバルブ33が図示の状態にお
けるポンプ吸引工程では、ポンプ34により発光補助試薬
がタンク38から吸引され、ポンプ35により希釈液（水）
がタンク41から吸引され、同様にポンプ36、37により発
光試薬がタンク39、40から同時に吸引される。そして、
インアウト切り替えバルブ33が切り替わり（上半分が右
方へシフトし）ポンプ吐出工程に入ると、発光補助試薬
と希釈液は、プレヒータ44を通して所定の温度に温めら
れてそれぞれポジション、のカートリッジに注入さ
れる。また、発光試薬は、３方ジョイント42、ミキサー
46を通してミキシングされ、検出器10にセットされたカ
ートリッジに注入される。

洗浄工程では、バルブ45が選択的に開閉され、緩衝液
がタンク41から抵抗管43、プレヒータ44、バルブ45を通
してそれぞれのポジション、、のカートリッジに
注入される。そして次に、エアバルブが選択的に開閉さ
れ、コンプレッサ32からエアバルブを通してそれぞれの
ポジション、、のカートリッジに加圧空気が供給
される。通常の洗浄では、洗浄液（緩衝液）の注入、加
圧空気による廃棄が４回行われる。

ポジションでは、サンドイッチ法と競合反応法が適
用できるように、サンプルの分注流系と標識抗体試薬の
分注流系が接続されるが、これらは、それぞれサンプル
カップ或いは試薬ボトルから専用のディスポチップを使
って吸入、分注している。この場合、先端にサンプル或
いは試薬が残留するので、それらを加圧空気により吹き
出すように加圧空気の流系が接続されている。それが、
サンプル分注系ではバルブ52の流系であり、ディスポチ
ップの先端をサンプルターンテーブル４のサンプルカッ
プの中に挿入し、サンプリングポンプ51によりサンプル
を吸引しポジションのカートリッジに分注した後にこ
の流系に切り替えられる。同様に、試薬を分注する場合
にも、ディスポチップの先端を試薬ターンテーブル３の
試薬ボトルの中に挿入し、試薬ポンプ53により吸入、分
注した後にバルブ54により加圧空気の流系に切り替えら
れる。また、内圧が上がると吸引量が安定しなくなるの
で、大気開放用のバルブも設けられている。

次に、反応ターンテーブル１のポジションの回転に沿
って説明する。

ポジションでアーム機構７が動作してカートリッジ
ターンテーブル２から新しいカートリッジを搬送し先端
部を取り除いてセットする。

ポジションに新しいカートリッジをセットするとき
に第２図に示す先端部28をカートリッジから取り除いて
も、それだけでは中の保存液が廃棄されないので、ポジ
ションでカートリッジの上端開口部から加圧空気を送
りカートリッジの中の保存液を廃棄する。このときに
は、カートリッジのアルミキャップ26を外さずアルミキ
ャップ26にピンホール状の小さい孔をあけ、そこから加
圧空気を送る。

次のポジションで洗浄バルブをカートリッジの上端
開口部にセットして洗浄液と加圧空気を交互に例えば４
回繰り返し送ることによって固相試薬の洗浄を行う。

続いてポジションで、希釈液を添加する。これは、
血液や血清、尿等を直接注入すると、種々の成分が免疫
反応に邪魔をする場合があるので、免疫反応を起こしや
すくするものである。

そして、ポジションでサンプリングカップからディ
スポチップでサンプルを吸引し、カートリッジに分注す
る。

その後は、１ポジションずつ回転する毎に振動を与え
撹拌することにより免疫反応（第１反応）を促進させ、
ポジションで給水、加圧空気による排水を４回繰り返
し洗浄を行うことによって、先に説明したB/F分離を行
う。

ここでB/F分離後の動作について詳しく説明すると、
まず、ポジションから20ポジション順方向へ回転させ
一旦ポジションで止めてバッファとして希釈液（緩衝
液）を注入し、さらに10ポジション順方向へ回転させて
前回より１ポジションさきのポジションまで進める。
ここで振動による撹拌を行った後、同様に20ポジション
順方向へ回転させて一旦ポジションで止めて標識抗体
の分注を行う。希釈液は、プレヒートして反応温度を安
定化し、免疫反応を円滑に行い促進させる作用があると
共に次の標識試薬を分注した場合に撹拌効果を高める。
これがサンドイッチ法の場合の操作である。

すなわち、10ポジションのピッチを回転させる操作と
20ポジションのピッチを回転させる操作を交互に行うこ
とにより、前回のポジションから１ポジションずつ進め
るようにする。なお、順方向に20ポジションのピッチで
回転させる代わりに逆方向に９ポジションのピッチで回
転させるようにしてもよい。また、反応ターンテーブル
のポジションや操作インターバル、反応所要時間が異な
る場合には、それに応じて回転ピッチも適宜変更され
る。このようにするので、サンドイッチ法でもサンプル
の分注のポジションで標識試薬の分注を行う装置構成
を採用することができる。その結果、ポジションで同
時にサンプルと標識抗原の分注を行うように回転操作を
制御することによって競合反応法の場合も同じ流系によ
り免疫測定を行うことができる。

その後、ポジションまで第１反応と同様に１ポジシ
ョンずつ回転する毎に振動を与え撹拌することにより免
疫反応（第２反応）を促進させ、 ポジションで再び洗浄によるB/F分離を行う。

そして、ポジションで発光を強めるための発光補助
試薬を添加し、 始めのポジションで検出器10にカートリッジを移
す。検出器10では、カートリッジに発光試薬を添加した
直後に発光量を測定する。発光試薬は、標識物質によっ
て異なるが、例えばアクリジニウム（Acridinium）の場
合には過酸化水素とアルカリの混合液、ルミノール（Lu
minol）の場合には過酸化水素とFeイオンの混合液が用
いられるが、これらは短時間で反応してしまうので、そ
れぞれのボトルから３方ジョイント42、ミキサー46を通
して同時に注入している。

上記のようにサンプルの注入、標識試薬の注入を行う
前にプレヒータ44を通し例えば37度℃程度にして所定量
の希釈液を注入すると、反応温度を一定に制御すること
ができるので、測定データの安定性を高めることができ
る。また、BF分離用の洗浄液もプレヒータ44を通すの
で、同様の効果を得ることができる。このようにすると
共に希釈液の量を標識抗体の量より多く注入することに
よって、標識試薬が低温であっても反応温度の安定度を
高め、且つ撹拌効率も上げることができる。

上記の動作において、例えばポジションに12秒間静
止してから順方向に20ポジションのピッチで回転してポ
ジションで12秒間静止し、次にポジションまで10ポ
ジションのピッチで回転して、24時間かけてポジション
からポジション、……と１ポジションずつ進める
と、ポジションにおいては、12秒間でまずカートリッ
ジを検出器10に移し、新しいカートリッジをカートリッ
ジターンテーブル２から持ってきてセットすることにな
る。この場合には、第１反応に約３分、第２反応に約５
分を要し、全体として10分前後で１サンプルの免疫反応
測定を行うことができ、凡そ150テスト/hrの測定速度を
実現することができる。

なお、１サンプルで複数項目の測定を行う場合には、
ポジションにおいて、それぞれの測定項目に対応した
固相試薬のカートリッジがカートリッジターンテーブル
にセットされ、それらのカートリッジに同じサンプルが
分注され、さらに測定項目に対応した試薬が分注され
る。そして、検出器10で発光量が測定されて終了とな
る。再度測定が必要な場合には、残りのディスポチップ
を使ってサンプルの分注を行う。そのために、第１図の
サンプルターンテーブルにおいて各サンプル対応に２個
のディスポチップを格納している。再測定は、測定値が
予め設定された範囲を著しく逸脱したような異常値を示
す場合だけでなく、一次スクリーニングとして予め測定
項目毎に判定値が与えられ、その判定結果から次の測定
項目が設定されている場合等がある。例えば血清肝炎の
検査において、まず、HBS抗原の検査を行い、その結果
で陽性となった場合にHBEやHBS抗原の検査を行う如きで
ある。また、使い捨てのディスポチップを用いている理
由は、免疫分析の場合には非常に測定レンジが広く、従
来のピペットでは完全な洗浄ができないためである。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものでは
なく、種々の変形が可能である。例えば上記の実施例で
は、希釈液及び洗浄液をプレヒートしたが、試薬ボトル
も含め、全体を一定温度にするように構成したもよい
し、希釈液と洗浄液に同じ緩衝液を用いたが、それぞれ
が異なるものであってもよい。また、サンドイッチ法に
よる自動発光免疫測定を説明したが、第１図ないし第３
図に示す装置構成により競合反応法による自動発光免疫
測定も可能であり、発光免疫測定でなく他の免疫測定
法、例えば酵素免疫測定法にも適用できることは勿論で
ある。また、２種類の発光試薬をミキシングして検出器
に移送されたカートリッジに注入するようにしたが、こ
のような発光試薬は、抗体の標識物質に依存するもので
あるので、抗体の標識物質によって適宜異なるものであ
り、固相試薬や標識試薬は、測定項目に応じて抗原、抗
体のいずれであってもよい。さらには、洗浄液と加圧空
気の供給を４回交互に繰り返すようにしたが、この回数
も適宜変更可能であることはいうまでもない。

〔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、上
端に開口部を、下端に排出孔を有する使い捨てのカート
リッジを反応検出容器として用いて保存液に固相試薬を
浸しておき、使用時に保存液を排除するので、固相試薬
が乾燥して不安定になることなく安定した状態で保存す
ることができる。しかも、使用時には保存液を排除し洗
浄するので、保存液は反応に無関係になり、最適な保存
液を選択することができる。さらに、洗浄液をプレヒー
トして注入し固相試薬の温度を制御したり、サンプルの
分注前、標識抗体の分注前にプレヒートされた希釈液を
相当量分注するので、反応温度が安定すると共に円滑な
撹拌が行われ、安定した測定データを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動免疫測定装置の１実施例構成
を示す図、第２図は本発明に係る自動免疫測定装置に使
用されるカートリッジの１実施例を示す図、第３図は全
体の流系図、第４図はサンドイッチ法による測定原理を
説明するための図、第５図は競合法による測定原理を説
明するための図である。 １……反応ターンテーブル、２……カートリッジターン
テーブル、３……試薬ターンテーブル、４……サンプル
ターンテーブル、５……サンプルカップ、６……ディス
ポチップ、７〜９……アーム機構、10……検出器、11…
…ダクト、12……制御処理部、21……カートリッジ本
体、22……フィルター、23……固相試薬、24……排出
孔、25……開口部、26……アルミキャップ、27……オリ
メ、28……先端部。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数ポジションを有する反応ターンテーブ
   ルに反応検出容器をセットしてサンプルの抗原または抗
   体との免疫反応によりサンプルの抗原または抗体の量を
   定量測定する自動免疫測定装置であって、底部に細い排
   出孔と該排出孔を塞ぐ先端部を体に設けると共に上記開
   口をキャップで塞ぎ微小径顆粒を固相担体にして該固相
   担体表面に抗体または抗原を固定化した固相試薬を保存
   液と共に密封収容した反応検出容器を用い、該反応検出
   容器を反応ターンテーブルにセットする際にその先端部
   を取り除くことによって排出孔を貫通させ、反応検出容
   器を反応ターンテーブルにセットした後反応検出容器の
   上部開口から加圧空気を供給することによって底部の排
   出孔から保存液を抜くようにしたことを特徴とする自動
   免疫測定装置。
2. 【請求項２】保存液を抜いた後に上部開口から洗浄液と
   加圧空気とを交互に繰り返し供給し固相試薬を洗浄する
   ようにしたことを特徴とする請求項１記載の自動免疫測
   定装置。
3. 【請求項３】反応検出容器は、底部にフィルターを有す
   ることを特徴とする請求項１記載の自動免疫測定装置。