JP2897027B2 - 免疫学的凝集反応検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は免疫学的凝集反応検出装置に係り、とくに、
血球粒子の凝集反応パターンからの各種の血液型の判定
や、抗原・抗体の検出用として好適な免疫学的凝集反応
検出装置に関する。

〔従来の技術〕

従来より、医療分野においては、血球粒子、ラテック
ス粒子および炭素粒子の凝集パターンを判別して、血液
中の種々の成分（例えば、血液型、各種抗体、各種蛋白
等）やビールス等を検出分析することは広く行われてい
る。

この種の粒子凝集パターンを検出する免疫学的凝集反
応検出装置は、従来より多く研究開発され、実用に供さ
れている。この免疫学的凝集反応検出装置としては、例
えば特開昭57−79454号公報，特開昭60−135748公報，
および実公昭61−45479号公報等に示されるものがあ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来例の実公昭61−45479号公報記載のものにあ
っては、点光源により照明される反応容器の円錐形の傾
斜底面に形成される像をレンズにより結像面に投影す
る。そして、この結像面に形成され且つ走査装置により
走査された像を受けその走査方向に沿いつつ光の強弱に
応じて経時的に電気信号に変換する受光素子が、非凝集
の場合に反応容器の底面の中央部に形成される凝集パタ
ーンの像に対してほぼ等しいかそれよりも小さい入射開
口を備えている。このため、その走査線が前述した反応
容器の最下部を通過せしめるための位置決め機構等が必
要であり、必然的に構成が複雑になるという不都合があ
った。

また、受光素子の入射開口を成すスリットは、検査項
目としての免疫学的凝集反応の強弱度合いにより反応後
に生成される凝集体の大きさが変化するため、その開口
面積，形状等を調整しなければならず、手間が掛かると
いう不都合があった。

更に、上記従来例の特開昭57−79454号公報記載のも
のにあっては、複数の反応容器に照射された光束をひと
つのレンズ（共通の光学系）により同時にひとつの受光
部へ集束させる手法が採られている。このため、例え
ば、第12図に示すように凝集反応検査用プレートとして
マイクロプレート26の反応容器25の面積よりも大きい二
次元受光素子100上に一つのレンズ101により複数の反応
容器の底面に形成される凝集パターンの像を投影し結像
し、これにより凝集パターンを判別する場合、周辺部に
投影された像が歪んで惚けてしまうので正確な判別が出
来ないという不都合を有している。また、相互に隣接す
る反応容器に照射される光束は器の形状等による乱反射
によって互いに影響され易く、更に、この場合、レンズ
の焦点距離が長くなり必然的に装置全体が大型化してし
まうという不都合をも有している。

上記従来例の特開昭60−135748号公報記載のものにあ
っては、反応容器が形成されたマイクロプレートの方を
間欠的に移送する手方が採用されているので、凝集結合
力の強い反射に対しては適するが、凝集結合力の弱い反
応に対しては不向きなものとなっている。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、と
くに、検出結果に対する信頼性を減ずることなく検出速
度の向上を図ると共に、装置全体のコスト低減を図り得
る免疫学的凝集反応検出装置を提供することを、その目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、底面の少なくとも一部を傾斜面とした多
数の反応容器を基板にマトリックス状に配列形成した凝
集反応検査用プレートと、この凝集反応検査用プレート
を水平に保持するプレート支持機構と、凝集反応検査用
プレートの一方の面側に配設された発光手段と他方の面
側に配設された受光手段とを一体的に保持する光学系保
持機構とを備え、前述した発光手段からの照射光により
前記反応容器の底面に形成される凝集パターンの像をレ
ンズを介して前記受光手段上に結像せしめて電気的手法
により前記凝集パターンを検出する免疫学的凝集反応検
出装置において、受光手段を、複数の受光ユニットによ
り構成すると共に、少なくとも移動方向に対して横一列
分の反応容器を複数の領域に分割して各領域毎に前記受
光ユニットを配設する。

又、該受光ユニットには前記分割された複数の領域内
の反応容器の位置に対応して集光レンズを有する集光孔
を備えると共に、当該集光孔の端部には対応する各反応
容器の凝集パターンを同時に検出する固体撮像センサを
装備する。

そして、各受光ユニットを、それぞれマトリックス状
に配設された反応容器の近接した列に対応して配置する
と共に、当該各受光ユニットの集光孔が前述した反応容
器に対して重複しないように千鳥状にずらした状態にて
装備する、という構成を採っている。

これによって、前述した目的を達成しようとするもの
である。

〔発明の第１実施例〕 本実施例では、免疫学的凝集反応の一例としてヒトの
ABO式血液型の判定検査を例に採る。

一般に、ABO式の血液型でヒトを分類すると、すべて
のヒトはＡ型,B型,AB型,O型の４つに分類できる。

この血液型判定検査で各血液型を判別するためには、
通常最初に、被検者から採取した血液を遠心分離して赤
血球と血清とに分離する。

そして、上記４つの血液型の各々の赤血球と血清とを
混合すると、第11図の図表に示すように、赤血球と血清
とが互いにくっつきあう凝集現象が一部でおこる。これ
によって、上記各血液型の判別をしようとするものであ
る。

ここで、上記第11図の図表における×は非凝集、○は
凝集の反応があったことを示す。

この第11図の図表からもわかるように、Ｏ型の赤血球
は、Ａ型,B型,AB型の赤血球の性質とは異なり、AB型の
赤血球はＡ型,B型それぞれの赤血球の性質を併せ持って
いるといえる。

本実施例では、各血液型の各々の赤血球に希釈液を注
入した二つのサンプル液を作り、それぞれに判定液とし
ての抗Ａ血清（Ｂ型血清）及び抗Ｂ血清（Ａ型血清）を
滴下する手法によって被検査体の血液型を判別するもの
である。

この場合、被検者の血液型がＡ型で抗Ａ血清を加えて
凝集したが抗Ｂ血清では凝集しなかった試料血液はＡ型
であり、抗Ａ血清では凝集しなかったが抗Ｂ血清で凝集
したものはＢ型である。又、抗A,抗Ｂ血清の双方で凝集
したものは、AB型であり、抗A,抗Ｂ血清の双方で凝集し
なかったものはＯ型であると判定できる。

以下、本発明の第１実施例を第１図ないし第10図に基
づいて説明する。

この第１図において、符号１は、底面が円錐状に形成
された多数の反応容器1aをマトリックス状に配列形成し
た（第3,4図参照）透光性の基板1bから成る凝集反応検
査用プレートとしてのマイクロプレートを示す。

このマイクロプレート１を介して一方の面側（第１図
の上方）に配設された発光手段としての発光ダイオード
2A,2A,……と、他方の面側（第１図の下方）に配設され
た受光手段を構成する固体撮像センサとしての一次元CC
Dセンサ3Aとが設けられている。

発光ダイオード2A,2A,……とマイクロプレート１との
間には、散光板31A,31Bが当該マイクロプレート１に平
行に且つ一定の間隔で配設されている。このため、本実
施例では、マイクロプレート１にほぼ均一な平行光が照
射されるようになっている。

一方、マイクロプレート１と一次元CCDセンサ3Aとの
間には、各反応容器1aに対応して集光レンズ４が各一つ
配設されている。

これを更に詳述すると、集光レンズ4,4,……は、実際
には第２図に示す外観を有するレンズホルダー５の内部
に保持されている。具体的には、このレンズホルダー５
には、その長手方向に沿って隣接する反応容器1a,1a相
互間の距離に等しい間隔に複数の孔（本実施例では４
つ）5a,5a,……が穿設されており、この各孔5aの周壁部
に、各集光レンズ４が固定されている。そして、このレ
ンズホルダー５の底部には、前述した一次元CCDセンサ3
Aが、集光レンズ４から下方に一定の距離，即ち当該集
光レンズ４の焦点距離とほぼ同じ距離だけ隔てて且つマ
イクロプレート１に平行に保持されている。

即ち、上記レンズホルダー５と、複数の孔5a内に装備
された集光レンズ４と、一次元CCDセンサ（固体撮像セ
ンサ）3Aとにより、受光ユニットが構成されている。

このため、本実施例では、発光ダイオード2A,2A,……
からの照射光によりマイクロプレート１にマトリックス
状に配設され形成された四つの反応容器1a,1a……の底
面に形成される凝集パターンの各々の像が、集光レンズ
４を介して一次元CCDセンサ3A上に結像するようになっ
ており、４つの反応容器1a,1a……の底面に形成される
凝集パターンの像が、一次元CCDセンサ3Aにより一度に
検出可能な構造となっている。

また、この場合、レンズホルダー５に形成された各孔
5a内に集光レンズ４が各一つ保持された構造となってい
るので、隣接する反応容器1aを透過した光の影響を殆ど
受けないようになっている。

本実施例では、上述した一次元CCDセンサ3A,4つの集
光レンズ4,4,……及びレンズホルダー５とによって前述
したように受光ユニット10が構成されている。

マイクロプレート１には、第４図に示すように８行12
列のマトリックス状に反応容器1a,1a,……が配列形成さ
れ、実際には第５図に示す免疫学的凝集反応検出装置20
の一部を成す透光性部材から成る水平板11の上に載置さ
れて用いられる。

免疫学的凝集反応検出装置20は、水平板11と，この水
平板11を下方から支持する一方の支持部材12Aと，他方
の支持部材12Bとを備えている。この内、支持部材12A,1
2B間には、これら両者を連結し固定する補強板12Cが、
架設されている。

即ち、この水平板11と、一方と他方の支持部材12A,12
Bと、補強板12Cとにより、プレート支持機構が構成され
ている。

また、支持部材12A,12B間には、第２図に示すように
水平板11の長手方向に沿ってガイドシャフト13が架設さ
れている。更に、支持部材12A,12B間には、ボールネジ
の雄ネジがその全長に亘って形成された別のシャフト14
が、ガイドシャフト13に平行に配設され、回転自在に装
備されている。

一方、これらの両シャフト13,14には、第５図ないし
第６図に示す可動ボックス15が当該両シャフト13,14に
沿って往復移動可能に装備されている。具体的には、可
動ボックス15には、シャフト13の直径とほぼ同程度の直
径を有する孔15aおよびシャフト14の直径とほぼ同程度
の直径を有する孔15bが設けられている。また、この可
動ボックス15の内部には、前述した雄ネジに図示しない
ボールを介して対向する図示しない雌ネジが形成された
ボールネジの雌ネジ部が内蔵されている。

可動ボックス15の上面には、前述した受光ユニット10
を搭載するための可動板16が固定装備されている。この
可動板16は、水平板11に平行に配設されている。この可
動板16の上面には、前述した発光ダイオード2A,2A,……
がその下面に固定された上板17を両端で支持する支持板
18A,18Bが、当該可動板16に直交して固定されている。
上板17の下面には、前述した散光板31A,31Bが一体的に
保持されている。また、上板17の下面には、IC等で構成
される前述した発光ダイオード2A,2A,……駆動用のLED
ドライバ回路８が設けられている。

そして、上記可動ボックス15と，可動板16と，上板17
と、支持板18A,18Bとにより、光学系保持機構が構成さ
れている。

また、可動板16の上面には、当該可動板16と平行に配
設された基板19が固定されている。この基板19には、IC
等で構成される一次元CCDセンサ3A駆動用のCCDドライバ
回路９が搭載されている。

更に、可動板16の上面には、前述した構成の受光ユニ
ット10が二つ、それぞれの長手方向の部材部分の一部が
相互に重複する状態で且つマイクロプレート１にマトリ
ックス状に配設された反応容器1a,1a,……の第３図中に
おける縦列（移動方向に対しては横列）に沿って配置さ
れている。これらの受光ユニット10,10は、実際には、
第２図ないし第３図に示す連結部材10Aにて連結されて
いる。

ここで、この二つの各受光ユニット10は、第３図に示
すように、マイクロプレート１上にマトリックス状に配
設された複数の反応容器1aの列に対して、千鳥状にずら
して配設されている。更に、この一方と他方の受光ユニ
ット10のずらし量は、図示の如く少なくとも中一列分
（相対的に移動方向に直交する方向に中一列分）を隔て
たずらし量に設定されている。

即ち、各受光ユニット10は第３図に示すように配置さ
れ、それぞれの長手方向に沿って隣接する反応容器1a,1
a相互間の距離に等しい間隔で穿設された４つの孔5a,5
a,……が、反応容器1a,1aと一致するようになってい
る。

支持部材12Aの外方には前述したシャフト14に図示し
ないギヤ機構を介して回転力を付勢するモータ21が装備
されている。このため、本実施例では、モータ21が駆動
されると、可動板16と上板17とは、水平板11およびマイ
クロプレート１の上部および下部に配置された状態を維
持しつつ、一体的に第５図の矢印Ａ方向，即ちマイクロ
プレート１にマトリックス状に配設された反応容器1a,1
a,……の横列に沿って往復移動するようになっている。

一次元CCDセンサ（固体撮像センサ）3Aは、本実施例
では第７図に示す一次元汎用CCDセンサが使用されてい
る。当該一次元CCDセンサ3Aは、その受光面に複数の光
センサとしての光電変換素子が一列に配置されており、
これにより、反応容器1a,1a,……の底面に形成される凝
集パターンの像が複数の光電変換素子によって細分化さ
れ、光の強弱度合いに応じてそれぞれの光電変換素子に
より電気信号に変換される。本実施例では、この電気信
号が図示しないA/D変換器を介して図示しないCPUに送ら
れ、該CPUがその凝集パターンを判定するようになって
いる。

次に、上述のように構成された免疫学的凝集反応検出
装置20の動作について説明する。

モータ21が駆動されると可動板16が移動を始め、図示
しない位置決め手段が図示しないCPUに制御され、第２
図に示す受光ユニット10,10が、マイクロプレート１に
形成された反応容器1a,1a,……の任意縦列下方（第３図
に示す相互に一行（横一列）隔てた状態）に移動設定さ
れると、発光ダイオード2A,2A,……からの光が散光板31
A,31Bを介してマイクロプレート１に照射され、発光ダ
イオード2A,2A,……からの照射光により受光ユニット10
の上方に位置する合計八つの反応容器1a,1a……の底面
に形成される凝集パターンの各々の像が、各集光レンズ
４を介して一次元CCDセンサ3A,3A上に結像する。この一
次元CCDセンサ3A,3Aからの出力信号が図示しないA/D変
換器を介して図示しないCPUに送られ、該CPUでは、可動
板16の移動量をモータの送り量（回転量）から求めてど
の列の反応容器を検査中かを算出し、それぞれの反応容
器内の被検体の凝集パターンを自動的に判定するように
なっている。

以下、この場合の判定の一例を説明する。

上述したABO式血液型の判定方法では、凝集反応が起
こると互いに血清を介して結合した血球粒子の塊は反応
容器1aの円錐形底面に雪のように一様に堆積する。凝集
反応が起こらない場合は血球粒子は互いに血清を介さず
に離散したまま沈降し円錐形底面に達するとその斜面を
転がり落ち底面中央部に集合して堆積する。

第10図は反応容器1aの底面の拡大図である。

これは、反応容器1aの底面の半径が６ミリ，傾斜部分
の深さを1.5ミリ，傾斜角度が30゜であって、円錐状の
底面に粒子が凝集して一様に堆積した状態を示してい
る。このような一様堆積パターンは、例えばABO式の血
液型判定検査においてはＡ型の検体（赤血球浮遊液）に
抗Ａ血清（Ｂ型血清）を加えて自然沈降させたときに得
られる。すなわち、この場合には赤血球同士が血清によ
って互いに結合するので傾斜面を転がり落ちることが少
なく底面にほぼ一様に堆積されるものである。この一様
堆積パターンを詳細に観察すると中央の最下部Ａ点には
相当厚く堆積しているのに対し、周辺部Ｃ点ではそれに
比べてややうすく堆積しており、それらの間の中間部Ｂ
点ではほぼ連続的に厚さが変化している。この場合、光
の透過量はＡ点で最小値をとり、Ａ点から周辺部に向か
って徐々に増加しＣ点付近で最大となる。このため、一
次元CCDセンサ3Aの出力もこれらに対応して変化するの
で、CPUでは一様堆積パターンである（ここでは、検体
の血液がＡ型である）と判定する。

以上説明したように本第１実施例によると、第２図な
いし第３図に示すように受光ユニット10を二つそれぞれ
の長手方向の一部が相互に重複する状態で連結部材10A
にて連結し、所謂クランク状に形成し、各受光ユニット
10の底部に装備された一次元CCDセンサ3Aをマイクロプ
レート１にマトリックス状に配設された反応容器1a,1a,
……の縦列に沿って配置したことから、汎用CCDセンサ
を用いた場合にあっても、第８図に示す汎用CCDセンサ
を直列に配置した場合に隣接する汎用CCDセンサ相互間
の端縁に検出不能部P,Qが発生するという問題点を解消
することが出来るとともに、マイクロプレート１にマト
リックス状に配設された反応容器1a,1a,……の底面に形
成される凝集パターンの像を、一度に８個同時に検出す
る即ち疑似的に一列同時に検出することが出来る。これ
がため、一方向の走査のみでマイクロプレート１の全て
の反応容器1a内の検体の凝集反応を検出することが出
来、位置決め精度を向上せしめることが出来、縦横二方
向走査の場合と比較して検査時間を著しく短縮すること
が出来るという利点がある。更に、発光ダイオード2A,2
A……と一次元CCDセンサ3A,3Aとが一体的に移動する構
造となっているので、これら両者の位置関係が固定化し
て検査精度を向上せしめることが出来るという利点があ
る。更にまた、マイクロプレート１が固定となっている
ため、反応容器1a中に凝集し、堆積した粒子が振動等で
拡散されることがなく、反応結果を安定に保持できると
いう利点をも有している。

尚、本実施例では固体撮像センサとして一次元CCDセ
ンサを用いたが、本発明は必ずしもこれに限定されず二
次元CCDセンサ等を使用してもよい。更に、本実施例で
は、一次元CCDセンサが４つの凝集像を一括して投影す
る場合を例示したが、使用するCCDセンサの大きさに応
じて任意に投影する凝集像の数を設定してもよい。

〔発明の第２実施例〕 本発明の第２実施例を第９図を参照して説明する。

この第２実施例は、前述した受光ユニット10を四つ設
け、これらを第９図のように隣接する受光ユニット10,1
0がその長手方向の部材部分を第９図に示すように一部
重複させた状態で且つマイクロプレート１の反応容器1a
の縦列（移動方向に対しては横列）に沿って配置し、前
述した第１実施例と同様に連結部材10Aで連結したもの
を、可動板16上に搭載したものである。その他の構成
は、前述した第１実施例と同様になっている。

このようにして構成しても、前述した第１実施例と同
様の作用効果を得られるほか、可動板16の移動量を小さ
くすることが出来、これがため一つのマイクロプレート
に対する検査時間を一層短縮できるという利点がある。

〔発明の効果〕 本発明は以上のように構成され機能するので、これに
よると、固体撮像素子として汎用の一次元CCDセンサを
用いた場合であっても、マトリックス状に配設された反
応容器内の検体の凝集反応を、一度に一列分検出するこ
とが出来、一方向の移動のみでプレート上のすべての被
検査体を検査することが出来、少なくとも受光ユニット
を二つ装備すると共に各受光ユニットを千鳥状に配置し
てマトリックス状に配設された各反応容器の一列（又は
１行）を同時に検査することができるばかりでなく、反
応容器の数の多い凝集反応検査用プレートに対しても、
長さの短い（市販の）CCDセンサの装備を可能とし、か
かる点において原価低減を図ることができ、以上のよう
に構成され機能するので、これによると、検出結果に対
する信頼性を減ずることなく検出速度の向上を図ること
が出来、コストを著しく低減せしめることが出来るとい
う従来にない優れた免疫学的凝集反応検出装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成を示す概念図、第２
図は第１図の受光ユニットを示す外観斜視図、第３図は
第１図の受光ユニットの実際の配置の一例を示す説明
図、第４図は第１図のマイクロプレートを示す斜視図、
第５図は第１図の実施例に係る免疫学的凝集反応検出装
置の全体を示す斜視図、第６図は第５図のVI−VI線に沿
って見た状態を示す図、第７図は第１図の実施例で使用
するCCDセンサの一例を示す斜視図、第８図は第７図のC
CDセンサを直列に接続した状態を示す、第９図は本発明
の第２実施例を示す説明図、第10図は第１図の動作説明
のための図、第11図は赤血球と血清との混合による凝集
反応の有無を示す図表、第12図は従来例を示す説明図で
ある。 １……凝集反応検査用プレートとしてのマイクロプレー
ト、1a……反応容器、2A……発光手段としての発光ダイ
オード、3A……固体撮像センサとしての一次元CCDセン
サ、10……受光手段の要部をなす受光ユニット、11……
プレート支持機構の要部をなす水平板、16……光学系保
持機構の要部をなす可動板、17……光学系保持機構の要
部をなす上板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/61 G01N 33/543

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】底面の少なくとも一部を傾斜面とした多数
   の反応容器を基板にマトリックス状に配列形成した凝集
   反応検査用プレートと、この凝集反応検査用プレートを
   水平に保持するプレート支持機構と、前記凝集反応検査
   用プレートの一方の面側に配設された発光手段と他方の
   面側に配設された受光手段とを一体的に保持する光学系
   保持機構とを備え、 前記発光手段からの照射光により前記反応容器の底面に
   形成される凝集パターンの像をレンズを介して前記受光
   手段上に結像せしめて電気的手法により前記凝集パター
   ンを検出する免疫学的凝集反応検出装置において、 前記受光手段を、複数の受光ユニットにより構成すると
   共に、少なくとも移動方向に対して横一列分の反応容器
   を複数の領域に分割して各領域毎に前記受光ユニットを
   配設し、 該受光ユニットには前記分割された複数の領域内の反応
   容器の位置に対応して集光レンズを有する集光孔を備え
   ると共に、当該集光孔の端部には対応する各反応容器の
   凝集パターンを同時に検出する固体撮像センサを装備
   し、 前記各受光ユニットを、それぞれ前記マトリックス状に
   配設された反応容器の近接した列に対応して配置すると
   共に，当該各受光ユニットの集光孔が前記反応容器に対
   して重複しないように千鳥状にずらした状態にて装備し
   たことを特徴とする免疫学的凝集反応検出装置。