JP4148858B2

JP4148858B2 - 反応セル、これらを備えた生化学的及び／又は免疫学的自動分析装置、並びに反応セルの内壁部表面改質方法

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Publication number: JP4148858B2
Application number: JP2003308577A
Authority: JP
Inventors: 美奈天羽; 孝行中川路; 卓坂詰; 克宏神原
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2003-09-01
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2023-09-01
Also published as: US20050047970A1; JP2005077263A; US7820114B2

Description

本発明は、生化学的分析及び／又は免疫学的分析等に用いられる反応セル、該反応セルを備えた生化学的及び／又は免疫学的自動分析装置、並びに反応セルの内壁部表面改質方法に関する。

血液や尿などの生体試料中の無機イオン、たんぱく、含窒素成分、糖、脂質、酵素、ホルモン、薬物などの生化学分析や免疫学的分析する臨床化学分析の大部分は自動分析装置で実行されている。例えば、下記特許文献１には、このような自動分析装置の一例が開示されている。

医療機関で使用されている生化学及び／又は免疫学的自動分析装置の性能向上と医療の検査技術の向上に伴い、生体試料の測定項目数は飛躍的の増加している。測定項目数の増加に伴い、生化学及び／又は免疫学的自動分析装置には生体試料や試薬の少量分析に伴う分析の高感度化さらには測定処理速度の高速化の要求が高まっている。上記の要求を満足する上で生体試料と試薬を反応させ、反応の経過若しくは所定の時点における状態の結果を光学的手段によって測定する合成樹脂製反応セルの信頼性は非常に重要である。

具体的な合成樹脂製反応セルの信頼性に関する課題としては、
（１）生体試料と試薬をセル内に注入する際に発生する気泡がセル内壁に付着して測定が出来なくなる初期的な検出障害の低減。
（２）反応・測定が終了する毎に装置内の洗浄ユニットにより洗浄した際のセル内壁に付着した生体試料、試薬等の残渣物による検出障害の低減
等が挙げられる。特に、近年は１回に用いる生体試料が少容量化しており、前記の気泡の付着及びセルの汚れの問題はより顕著になって来ている。

反応セルは一つのセルで次々と多種類の反応が行われ、使用される試薬のｐＨも２から１３までと幅広い。また、洗浄には酸性若しくはアルカリの洗浄液が純水と組み合わされて使用されている。このため、セルの信頼性を向上するためには、セル表面の改質や洗浄方法等を改良する必要がある。

そこで、下記特許文献２には、洗剤中のナトリウムやカリウムと生体試料との反応によって形成されるアルカリ金属石鹸のセル内への残留を防止するため、中性の洗浄液を使用する手法が提案されている。又、下記特許文献３には、飽和環状ポリオレフィン系樹脂表面を酸素若しくは酸素を含むガス雰囲気下で放電プラズマ処理することにより該樹脂表面にカルボキシル基を導入して生化学活性物質の支持体を形成する手法が提案されている。しかし、課題（１）の気泡がセル内壁に付着する問題等については未だ有効な手法の提案がないのが現状である。
特開平７−２８０８１３号公報特開２００２―９０３７２号公報特開２００３―５７４２１号公報

気泡の付着の原因としてはセル内壁表面の濡れ性が低いことが挙げられる。射出成形で作製されるオレフィン系樹脂製のセルはセル基材自体の濡れ性が低いのに加え、酸化防止剤や滑材等を成形基材に含有させるために、成形直後のセル表面は撥水性を示す。成形直後のオレフィン系樹脂製のセル表面と水との接触角を測定すると約１００度である。同様に、ポリカーボネート樹脂と水との接触角は６５度、アクリル樹脂と水との接触角は６５度、ポリスチレン樹脂と水との接触角は８８度である。

このようなセルを生化学自動分析装置に搭載して使用すると、生体試料と試薬をセル内に注入した際に内壁に気泡が多量に付着し、光の散乱や測定対象物を光が透過しない等の初期的な検出障害を引き起こす。このため、セル内壁表面の泡付着を防止するための何らかの施策が必要である。
本発明は、反応セルの信頼性向上を目的とし、特に生体試料と試薬をセル内に注入する際に発生する気泡のセル内壁への付着を低減する技術課題を解決するものである。

本発明の発明者等は、各種透明樹脂に特定のオゾン処理を行うことによって、前記技術課題が解決されることを見出し本発明に到達した。
即ち、第１に本発明は、反応セル内壁部表面の臨界表面張力が２５．０ｍＮ／ｍ以上である合成樹脂製反応セルである。同様に、反応セルの内壁と反応溶液の溶媒との接触角が６０度以下である合成樹脂製反応セルである。これにより、生体試料と試薬をセル内に注入する際に発生する気泡のセル内壁への付着を低減することができ、反応セルの信頼性を向上させることができる。

ここで、反応セルの材質としては、吸水率が低く、透湿度が低く、全光線透過率が高く、屈折率が低く、成形収縮率の低い樹脂材料から選ばれる。具体的には、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂から選択される１種が好ましく例示される。

第２に本発明は、上記反応セルを搭載した生化学及び／又は免疫学的自動分析装置である。表面の性状（濡れ性）を最適制御した反応セルを搭載することにより信頼性の高い生化学自動分析装置が得られる。

第３に本発明は、上記反応セルの内壁部表面改質方法であり、反応セルの内壁部表面を、（１）オゾンガスを溶解させた水（オゾン水）による処理、（２）オゾンガス吹き付け、（３）紫外線−オゾン照射から選択される１種以上の処理により、反応セル内壁部表面の臨界表面張力を２５．０ｍＮ／ｍ以上若しくは反応溶液の溶媒との接触角を６０度以下に制御するものである。表面改質の手法として、オゾン水、オゾンガス、紫外線−オゾン照射、処理するいずれか１つ以上の手法を用いることにより、表面の性状（濡れ性）を最適制御することにより泡の付着を防止でき、検出障害が発生しない生化学反応セルを得ることが出来る。

ここで、上記オゾンガスを溶解させた水（オゾン水）による処理に先立って、生化学反応セルの内壁部表面を、紫外線処理、コロナ放電処理、電子線処理、低周波又は高周波低温プラズマ放電処理から選択される少なくとも１つの酸化処理を行うことが好ましい。この前処理により、オゾンガスを溶解させた水（オゾン水）を生化学反応セル内の隅々まで接触させることができ、オゾン水処理の効果をより向上させることができる。

第４に、本発明は生化学的及び／又は免疫学的自動分析装置であり、分析に使用する合成樹脂製反応セルの内壁部表面をオゾン処理するための、（１）オゾンガスを溶解させた水（オゾン水）製造装置、（２）オゾンガス吹き付け装置、（３）紫外線−オゾン照射装置から選択される１種以上のオゾン処理装置を有することを特徴とする。これにより、生化学的及び／又は免疫学的分析をより完全に自動化することができる。

本発明により、初期的な検出障害（気泡付着）が少なく、長期に渡り使用可能な反応セル及びそれらを搭載した生化学及び／又は免疫学的自動分析装置が得られる。

本発明において、反応セルの材質の１つとして用いられる環状ポリオレフィン系樹脂とは、環状オレフィン構造を有する重合体単独または環状オレフィンとα−オレフィンとの共重合体を水素添加した飽和重合体であり、好適には、一般式（１）で表されるノルボルネンの開環重合体の水素添加物等が挙げられる。

（ただし、上記式（１）中、Ｒ₁およびＲ₂は水素又は炭素数１〜１０の炭化水素残基でそれぞれ同一又は異なっていても良く、また、Ｒ₁及びＲ₂は互いに環を形成しても良い。）

一般式（１）で表せる構造単位を有する重合体は、モノマーとしてノルボルネン、及びそのアルキル又はアルキリデン置換体であり、具体的には、５−メチル−２−ノルボルネン、５，６−ジメチル−２−ノルボルネン、５−エチリデン−２−ノルボルネン等があり、これ以外にもジシクロペンタジエン、２，３−ジヒドロジシクロペンタジエン、及びこれらのメチル、エチル等のアルキル置換体を使用し、開環重合で得られる開環重合体を水素添加して製造される飽和重合体がある。

また、下記一般式（２）で示される環状オレフィン系モノマーの付加重合体、又は他のモノマー、例えばエチレン、プロピレン、イソプロピレン、１−ブテン、３−メチル−１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン等のα−オレフィン等との付加共重合体や、さらに開環重合後に水素添加することにより製造される飽和重合体を用いても良い。

（ただし、上記式（２）中、Ｒ₁〜Ｒ₈は水素及びハロゲン原子及び炭化水素残基よりなる群から選ばれ、Ｒ₅〜Ｒ₈は互いに環を形成しても良い。）

さらに、下記一般式（３）で示される環状オレフィン系モノマーの重合体、或いは一般式（３）で示される環状オレフィン系モノマーをエチレン、プロピレン、イソプロピレン、１−ブテン、３−メチル−１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン等のα−オレフィンとランダムに付加共重合したり、開環重合後に水素添加することにより製造される飽和重合体を用いても良い。

（ただし、上記式（２）中、Ｒ₁〜及びＲ₁₂は水素及びハロゲン原子及び炭化水素残基よりなる群から選ばれ、Ｒ₉〜Ｒ₁₂は互いに環を形成しても良い。）

本発明においては、上記一般式（１）〜（３）記載の環状ポリオレフィン系樹脂の他、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂から選択される１種等を原材料として生化学的活性物質の固定化の支持体となる基材を成形するが、基材の成形方法、形状には特に制限はない。成形性を考慮すると、押出成形、圧縮成形、射出成形、エマルジョン成形等の方法が好適である。

本発明において、オゾン処理として用いられる（１）オゾンガスを溶解させた水（オゾン水）による処理、（２）オゾンガス吹き付け、（３）紫外線−オゾン照射は、いずれもオゾンガスの強力な酸化力により強い洗浄力を有する。このオゾン処理により、生化学反応セルの内壁部表面を隅々まで改質し、所望の表面張力や所望の反応溶液との接触角に制御することができる。

以下、本発明の実施の形態を示す。
（実施例１）
環状ポリオレフィン系樹脂としてＺＥＯＮＥＸ（日本ゼオン社製）を用いて生化学及び／又は免疫学的自動分析装置用反応セル（以下、セルと略す）を射出成形した。成形したセルは高さ３０ｍｍ、セル内壁側４ｍｍ×６ｍｍ角、セル厚１ｍｍである。成形したセルをオゾン濃度２５ｐｐｍのオゾン水に各時間浸漬した。オゾン水処理に用いた装置には、（株）ササクラ製オゾン水供給装置ＯＭ−１０Ｌ１０Ｐを用いた。流量は約１Ｌ／ｍｉｎ、処理時間は０（未処理）から最大６０分間まで浸漬した。各浸漬時間で処理したセル表面の水との接触角と臨界表面張力を測定した。臨界表面張力は、水以外として表面張力が既知のジエチレングリコール、エチレングリコール、グリセリンとの接触角を測定して求めた。

図１に処理時間に対する水との接触角の変化を示す。オゾン水で処理しないセル表面（処理時間０分）の水との接触角は１００度であるのに対し、オゾン水によって処理することにより水との接触角は低下する。つまり、オゾン水で処理することによりセル表面の濡れ性が大幅に改善することができる。浸漬処理時間２０分以上では水との接触角が約５０度で一定となった。図２に処理時間に対する臨界表面張力の変化を示す。図１の水との接触角の場合と同様、オゾン水処理によって濡れ性が改善されることが判った。

次に、オゾン水処理を施したセルを生化学及び／又は免疫学的自動分析装置に設置し、イオン交換水２００μｌを注水した際の気泡付着（初期検出障害）の有無を調べた。表１に各浸漬時間に対するセル表面の水との接触角及び初期検出障害の有無を示す。以上の処理によりセル表面の水との接触角が６０度以下では気泡が付着せず、正常測定できた。これに対して、未処理のセル（処理時間０分）及びオゾン処理を施しても接触角が６０度以上（処理時間１０分）の際には気泡が付着して検出障害が発生し、正常に測定することが出来なかった。

（実施例２）
実施例１と同じＺＥＯＮＥＸ（日本ゼオン社製）からなる生化学及び／又は免疫学的自動分析装置用反応セルを準備した。ここでは、オゾンガスを流量２Ｌ／ｍｉｎでセル表面に吹き付ける処理を行った。オゾンガスの濃度は２．５３ｇ／ｍ³である。処理時間は実施例１と同じである。オゾンガス発生装置には野村電子工業（株）製のオゾナイザーを使用した。

図３に処理時間に対する水との接触角の変化を示す。実施例１と同様、オゾンガスで処理しないセル表面（処理時間０分）の水との接触角は１００度であるのに対し、オゾンガスによって処理することにより水との接触角は低下する。つまり、オゾンガス処理によりセル表面の濡れ性を大幅に改善することができる。処理時間１５分以上では水との接触角が約６０度で一定となった。

次に、実施例１と同様、オゾンガス処理を施したセルを生化学及び／又は免疫学的自動分析装置に設置しイオン交換水２００μｌを注水した際の気泡付着（初期検出障害）の有無を調べた。表２に各処理時間に対するセル表面の水との接触角及び初期検出障害の有無を示す。実施例１と同様セル表面の水との接触角が６０度以下では気泡が付着せず、正常測定できた。これに対して、オゾンガス処理（処理時間が５分及び１０分）を施しても接触角が６０度以上の際には気泡が付着して検出障害が発生した。

（実施例３）
実施例１、２と同じＺＥＯＮＥＸ（日本ゼオン社製）からなる生化学及び／又は免疫学的自動分析装置用反応セルを準備した。ここでは、紫外線（ＵＶオゾンと略称）を照射して処理を行った。処理に使用した紫外線照射装置（（株）テクノビジョン製ＵＶ−２０８）はオゾンが発生し、ＵＶ照射と共にサンプル表面は高濃度のオゾン雰囲気に晒される。処理時間は実施例１と同じである。

図４に処理時間に対する水との接触角の変化を示す。実施例１、２と同様、ＵＶ−オゾン処理しないセル表面（処理時間０分）の水との接触角は１００度であるのに対し、ＵＶオゾン処理をすることにより水との接触角は低下する。つまり、ＵＶオゾン処理をすることによりセル表面の濡れ性が大幅に改善できる。処理時間５分では水との接触角が６０度となり、６０分処理後は２０度まで低下した。

次に、実施例１、２と同様、ＵＶオゾン処理を施したセルを生化学及び／又は免疫学的自動分析装置に設置しイオン交換水２００μｌを注水した際の気泡付着（初期検出障害）の有無を調べた。表３に各処理時間に対するセル表面の水との接触角及び初期検出障害の有無を示す。実施例１と同様セル表面の水との接触角が６０度以下では気泡が付着せず、正常測定できた。これに対して、ＵＶオゾン処理（処理時間５分）を施しても接触角が６０度以上の際には気泡が付着して検出障害が発生した。

（実施例４）
実施例１、２、３と同じＺＥＯＮＥＸ（日本ゼオン社製）からなる生化学及び／又は免疫学的自動分析装置用反応セルを準備した。本実施例では、実施例２と同様、ＵＶオゾン処理を５分間行った後、実施例１のオゾン水による浸漬処理を行った。オゾン水による浸漬処理時間は実施例１と同じである。オゾン水のオゾン濃度は２０ｐｐｍである。

図５に処理時間に対する水との接触角の変化を示す。実施例１と同様、ＵＶオゾン処理―オゾン水浸漬処理しないセル表面（処理時間０分）の水との接触角は１００度であるのに対し、ＵＶオゾン処理―オゾン水浸漬処理することにより水との接触角は低下する。つまり、オゾン処理をすることによりセル表面の濡れ性が大幅に改善することができる。処理時間１０分以上では水との接触角が約６０度で一定となった。

次に、実施例１と同様、オゾンガス処理を施したセルを生化学及び／又は免疫学的自動分析装置に設置しイオン交換水２００μｌを注水した際の気泡付着（初期検出障害）の有無を調べた。表４に各浸漬処理時間に対するセル表面の水との接触角及び初期検出障害の有無を示す。実施例１と同様セル表面の水との接触角が６０度以下では気泡が付着せず、正常測定できた。これに対して、未処理のセルは気泡が付着して検出障害が発生した。

（実施例５）
実施例１、２、３のＺＥＯＮＥＸ（日本ゼオン社製）に代えてポリカーボネ−ト樹脂（カリバー301-15 住友ダウ社製）からなる生化学及び／又は免疫学的自動分析装置用反応セルを準備した。実施例１と同様のオゾン水処理、実施例２と同様のオゾンガス吹き付け、実施例３と同様の紫外線−オゾン処理を行った。（株）ササクラ製オゾン水供給装置ＯＭ−２を用い、オゾン水のオゾン濃度は２５ｐｐｍである。オゾンガス吹き付けは、野村電子工業（株）製のオゾナイザーを使用し、流量２Ｌ／ｍｉｎで、オゾンガスの濃度は２．５３ｇ／ｍ³である。紫外線−オゾン処理は、紫外線照射装置（（株）テクノビジョン製ＵＶ−２０８）を用い、ＵＶ照射と共にサンプル表面は高濃度のオゾン雰囲気に晒される。

図６に処理時間に対する水との接触角の変化を示す。実施例１のオゾン水処理、実施例２のオゾンガス吹き付け、実施例３の紫外線−オゾン処理と同様、オゾン処理しないセル表面（処理時間０分）の水との接触角に対し、オゾン処理することにより水との接触角は低下する。つまり、ポリカーボネ−ト樹脂材料もオゾン処理をすることによりセル表面の濡れ性が大幅に改善することができる。

次に、オゾン処理を施した各セルを生化学及び／又は免疫学的自動分析装置に設置し、イオン交換水２００μｌを注水した際の気泡付着（初期検出障害）の有無を調べた。オゾン処理によりセル表面の水との接触角が６０度以下では気泡が付着せず、正常測定できた。これに対して、未処理のセル（処理時間０分）及びオゾン処理を施しても接触角が６０度以上（処理時間１０分）の際には気泡が付着して検出障害が発生し、正常に測定することが出来なかった。

（実施例６）
実施例１、２、３のＺＥＯＮＥＸ（日本ゼオン社製）に代えてアクリル樹脂（パラペットＧＨクラレ社製）からなる生化学及び／又は免疫学的自動分析装置用反応セルを準備した。実施例１と同様のオゾン水処理、実施例２と同様のオゾンガス吹き付け、実施例３と同様の紫外線−オゾン処理を行った。（株）ササクラ製オゾン水供給装置ＯＭ−２を用い、オゾン水のオゾン濃度は２５ｐｐｍである。オゾンガス吹き付けは、野村電子工業（株）製のオゾナイザーを使用し、流量２Ｌ／ｍｉｎで、オゾンガスの濃度は２．５３ｇ／ｍ³である。紫外線−オゾン処理は、紫外線照射装置（（株）テクノビジョン製ＵＶ−２０８）を用い、ＵＶ照射と共にサンプル表面は高濃度のオゾン雰囲気に晒される。

図７に処理時間に対する水との接触角の変化を示す。実施例１のオゾン水処理、実施例２のオゾンガス吹き付け、実施例３の紫外線−オゾン処理と同様、オゾン処理しないセル表面（処理時間０分）の水との接触角に対し、オゾン処理することにより水との接触角は低下する。つまり、アクリル樹脂材料もオゾン処理をすることによりセル表面の濡れ性が大幅に改善することができる。

（実施例７）
実施例１、２、３のＺＥＯＮＥＸ（日本ゼオン社製）に代えてポリスチレン（ディックスチレンＣＲ2500 大日本インキ社製）からなる生化学及び／又は免疫学的自動分析装置用反応セルを準備した。実施例１と同様のオゾン水処理、実施例２と同様のオゾンガス吹き付け、実施例３と同様の紫外線−オゾン処理を行った。（株）ササクラ製オゾン水供給装置ＯＭ−２を用い、オゾン水のオゾン濃度は２５ｐｐｍである。オゾンガス吹き付けは、野村電子工業（株）製のオゾナイザーを使用し、流量２Ｌ／ｍｉｎで、オゾンガスの濃度は２．５３ｇ／ｍ³である。紫外線−オゾン処理は、紫外線照射装置（（株）テクノビジョン製ＵＶ−２０８）を用い、ＵＶ照射と共にサンプル表面は高濃度のオゾン雰囲気に晒される。

図８に処理時間に対する水との接触角の変化を示す。実施例１のオゾン水処理、実施例２のオゾンガス吹き付け、実施例３の紫外線−オゾン処理と同様、オゾン処理しないセル表面（処理時間０分）の水との接触角に対し、オゾン処理することにより水との接触角は低下する。つまり、ポリスチレン樹脂材料もオゾン処理をすることによりセル表面の濡れ性が大幅に改善することができる。

実施例１における、処理時間に対する水との接触角の変化を示す図である。実施例１における、処理時間に対する臨界表面張力の変化を示す図である。実施例２における、処理時間に対する水との接触角の変化を示す図である。実施例３における、処理時間に対する水との接触角の変化を示す図である。実施例４における、処理時間に対する水との接触角の変化を示す図である。実施例５における、処理時間に対する水との接触角の変化を示す図である。実施例６における、処理時間に対する水との接触角の変化を示す図である。実施例７における、処理時間に対する水との接触角の変化を示す図である。

Claims

生体試料及び試薬を収納し、該生体試料と該試薬によって化学的及び／又は免疫学的な反応を生じさせ、その反応の経過及び／又は所定の時点における状態の結果を、光学的な手段で測定する環状ポリオレフィン系樹脂よりなる反応セルにおいて、該生体試料、該試薬、及び該生体試料と該試薬の反応物とが接する該反応セル内壁部表面の臨界表面張力が２５．０ｍＮ／ｍ以上であることを特徴とする反応セル。
生体試料及び試薬を収納し、該生体試料と該試薬によって化学的及び／又は免疫学的な反応を生じさせ、その反応の経過及び／又は所定の時点における状態の結果を、光学的な手段で測定する環状ポリオレフィン系樹脂よりなる反応セルにおいて、該反応セルの内壁と反応溶液の溶媒との接触角が６０度以下であることを特徴とする反応セル。
請求項１または２に記載の反応セルを搭載したことを特徴とする生化学的及び／又は免疫学的自動分析装置。
生体試料及び試薬を収納し、該生体試料と該試薬によって生化学的及び／又は免疫学的な反応を生じさせ、その反応の経過及び／又は所定の時点における状態の結果を、光学的な手段で測定する環状ポリオレフィン系樹脂よりなる反応セルの内壁部表面を、（１）オゾンガスを溶解させた水（オゾン水）による処理、（２）オゾンガス吹き付け、（３）紫外線−オゾン照射から選択される１種以上のオゾン処理により、該反応セル内壁部表面の臨界表面張力を２５．０ｍＮ／ｍ以上若しくは反応溶液の溶媒との接触角を６０度以下に制御することを特徴とする反応セルの内壁部表面改質方法。
生体試料及び試薬を収納し、該生体試料と該試薬によって生化学的及び／又は免疫学的な反応を生じさせ、その反応の経過及び／又は所定の時点における状態の結果を、光学的な手段で測定する環状ポリオレフィン系樹脂よりなる反応セルの内壁部表面を、オゾンガスを溶解させた水（オゾン水）による処理により、該反応セル内壁部表面の臨界表面張力を２５．０ｍＮ／ｍ以上若しくは反応溶液の溶媒との接触角を６０度以下に制御するに際し、前記オゾンガスを溶解させた水（オゾン水）による処理に先立って、前記反応セルの内壁部表面を、紫外線処理、コロナ放電処理、電子線処理、低周波又は高周波低温プラズマ放電処理から選択される少なくとも１つの酸化処理を行うことを特徴とする反応セルの内壁部表面改質方法。
生体試料及び試薬を収納し、該生体試料と該試薬によって生化学的及び／又は免疫学的な反応を生じさせ、その反応の経過及び／又は所定の時点における状態の結果を、光学的な手段で測定する生化学的及び／又は免疫学的自動分析装置において、分析に使用する環状ポリオレフィン系樹脂よりなる反応セルの内壁部表面をオゾン処理するための、（１）オゾンガスを溶解させた水（オゾン水）製造装置、（２）オゾンガス吹き付け装置、（３）紫外線−オゾン照射装置から選択される１種以上のオゾン処理装置を有することを特徴とする生化学的及び／又は免疫学的自動分析装置。