JP5119031B2 - 反応セルの製造方法、及び、反応セルを備えた自動分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、血液，尿などの生体サンプルの定性・定量分析を行う自動分析装置に係り、特に、生体サンプルと試薬を反応させる反応容器、及びそれを備えた自動分析装置に関する。

自動分析装置の分野では、分析項目数の増大に伴い、単項目に割り振ることのできるサンプル量が少量化し、微量サンプルの分析がルーチン的に行われるようになってきた。サンプルが微量化できれば、１回当たりの分析に使用する試薬量を低減することができるので、分析コストが低減できる。また、分析に使用した廃液量も削減することができる。

液量低減にあわせて反応容器（以下、反応セルと呼称する）の小型化が進んでいる。反応セルの小型化により、反応セル内を通過する測光面の面積も小さくなるが、その場合、従来の自動分析装置では問題にならなかった、反応液中の気泡の存在が問題となってきた。すなわち、測光のための光ビームが反応液中の気泡に当たると、光が乱反射されるため測光に悪影響を与え、場合によっては測定が出来なくなることが懸念された。

この問題を解決するため、特許文献１では、反応容器の内面をオゾン処理を用いて親水化処理することが提案されている。

また、特許文献２では、反応セル内の透光部分とその近傍のみ、濡れ性が良くなるよう表面処理を行う方法が提案されている。

特開２００５−７７２６３号公報 特開２００６−１２５８９７号公報

透光部分とその近傍のみの親水化により、透光部分とその近傍の親水化された部分に付着する気泡は減少する。しかし反応セルの小型化に伴って、測光領域と非測光面あるいは反応セル底が近接した場合は、反応セル側面および底面に付着した気泡が光軸に干渉する可能性がある。

本発明の目的は、反応セルが小型化しても反応液中の気泡により測定に影響が生じないような反応セル、及びそれを用いた自動分析装置を提供することにある。

上記目的を達成するための手段は以下の通りである。

反応セルの底面と側面の角部に親水化処理を施した反応セル。反応セルの底面と側面の角部に親水化処理を施すためのプラズマ放電電極構造を備えた親水化処理装置，親水化処理方法。

本発明によれば、将来の反応液量微量化の際にも、反応セル内面に気泡が付着することを防止でき信頼性の高い分析測光ができる。さらに反応液量微量化の際に懸念されるキャリーオーバの問題も同時に解決することができ、分析精度の向上に貢献できる。

反応セルの内表面を親水化すると、気泡の付着は防止できるが、水が表面から離れにくくなる為、液残りが発生する可能性がある。反応セルの内表面の親水化する面積を小さくすることで、液残り量を少なくすることができると考えられるため、大きな気泡が付着しやすい箇所を親水化することが望ましい。

セル内気泡付着低減の研究の過程で小さな気泡が付着しやすい面は透光面や側面などの平面部であり、大きな気泡が付着しやすい面はセル底およびセル底四隅であることがわかってきた。気泡は界面エネルギーが最小になる様に変形するが、平面部分に付着した場合より角部分に付着した方が気泡の表面積が小さくなり、角部分で安定するためであると考えられる。

そこで、従来の透光面のみに限定した親水化ではなく、セル底面、特にセル底面と側面に挟まれた角部を積極的に親水化する。

そのため、本発明においては、親水化プロセスにおいて、反応セルの内側に挿入する第１の電極と、反応セルの底側に配置する第２の電極と、第２の電極と一体構造をなす反応セルの外側に対向する第３の電極を備え、第１の電極と第２および第３の電極との間に電圧を印加することで第１の電極と第２および第３の電極間にプラズマ放電させる方法を用いる。

反応セルの外側に対向する第３の電極だけでなく、反応セル底側にも第２の電極を設けることで、反応セル底面にも放電を発生させることができ、反応セル底面の親水化が可能となる。

更に、反応セルの外側に対向する第３の電極の高さを下げたり、第３の電極を無くしたりすることで親水化する面積を小さくすることが可能である。

さらに親水化する面積を小さくし液残り量を少なくしたい場合は、第２の電極をセル底中心部分とセル底四隅部分に突起を設けた形状とする、または第１の電極および第２の電極に局所的に絶縁体部品を取り付けた構造とする。

放電現象は突起部分に向かって集中して発生するため、親水化する箇所を気泡が付着しやすいセル底およびセル底四隅のみに限定することができる。

本発明の実施例を以下、図面を用いて説明する。

本実施形態に係る自動分析装置は、図１に示すように、主として、サンプルディスク１，試薬ディスク２，反応ディスク３，反応槽４，サンプリング機構５，ピペッティング機構６，攪拌機構７，測光機構８，洗浄機構９，表示部１０，入力部１１，記憶部１２，制御部１３を備えて構成されている。

図１において、サンプルディスク１には、採取したサンプルが入れられた複数の試料容器１６が、円形ディスク１７の円周上に固定されて並べられており、円形ディスク１７は、図示しないモータや回転軸等から構成される駆動機構により、位置決め可能に周方向回転する。

また、図１において、試薬ディスク２には、サンプルと混合して反応させるための試薬が入れられた複数の試薬ボトル１８が、円形ディスク１９の円周上に固定されて並べられており、その周囲は、温度制御された保冷庫２０になっている。また、円形ディスク１９は、図示しないモータや回転軸等から構成される駆動機構により、位置決め可能に周方向回転する。

また、図１において、反応ディスク３には、サンプルおよび試薬を入れるための反応容器２１を保持した反応セルホルダ２２が、複数取り付けられており、駆動機構２３により、周方向回転と停止とを一定サイクルで繰り返して、反応セル２１を間欠移送する。

また、図１において、反応槽４は、反応セル２１の移動軌跡に沿って設置され、サンプルと試薬の化学反応を促進するために、例えば、温度制御された恒温水により、反応セル２１内の反応液を一定温度に制御する恒温槽である。反応セル２１は反応槽４内を移動する。

また、図１において、サンプリング機構５は、プローブ２４と、支承軸２５に取り付けられたアーム２６と、支承軸２５を回転中心にサンプルディスク１と反応ディスク３との間を往復可能にする駆動機構とを備えて構成され、予め定められたシーケンスに従って、サンプルディスク１の回転と共に定位置に移送されてくる試料容器１６内のサンプルを、反応セル２１に供給する。同様に、ピペッティング機構６は、プローブ２７と、支承軸２８に取り付けられたアーム２９と、支承軸２８を回転中心に試薬ディスク２と反応ディスク３との間を往復可能にする駆動機構とを備えて構成され、予め定められたシーケンスに従って、試薬ディスク２の回転と共に定位置に移送されてくる試薬ボトル１８内の試薬を、反応セル２１に供給する。なお、試料容器１６および試薬ボトル１８の各々には、異なる種類のサンプルおよび試薬が入れられており、必要量が反応セル２１に供給される。

また、図１において、攪拌機構７は、その位置（攪拌位置）に移送されてきた反応セル２１の側面から音波を照射することで、反応セル２１内のサンプルおよび試薬を撹拌して混合する非接触攪拌機構であり、攪拌位置で反応セル２１の側面から音波を照射可能になる位置に固定した固定部３０と、圧電素子を駆動する圧電素子ドライバ１４と、攪拌機構コントローラ１５とも含み構成される。攪拌機構コントローラ１５は、制御部１３に接続され、圧電素子ドライバ１４を駆動すると共に、攪拌機構７全体を制御する。

また、図１において、測光機構８は、図示していないが、光源と、光度計と、レンズと、測光信号処理部とを備えて構成され、反応セル２１内の反応液の吸光度を測定するなど、サンプルの物性を光で測定する。洗浄機構９は、複数のノズル３１と、その上下駆動機構３２とを備えて構成され、反応セル２１内の反応液を吸引し、洗浄液を吐き出し、その位置（洗浄位置）に移送されてきた反応セル２１を洗浄する。

また、図１において、表示部１０は、分析項目や分析結果等の各種画面表示を行い、入力部１１は、分析項目等の各種情報の入力を行う。また、記憶部１２は、各機構を制御するための予め定めたシーケンス（プログラム）や分析項目等の各種情報を記憶している。

本実施形態に係る自動分析装置は、上記に記載のほかに、シリンジやポンプ等を構成要素として持ち、それらも含め、全て、記憶部１２に記憶されているシーケンスに従って、制御部１３により制御される。

以上のように構成された自動分析装置の動作について、以下に説明する。

まず、洗浄機構９により洗浄された反応セル２１が、反応ディスク３の駆動によって試料注入位置に移送されてくると、サンプルディスク１が回転し、サンプルが入った試料容器１６をサンプリング位置に移送する。試薬ディスク２も、同様に、所望の試薬ボトル１８をピペッティング位置へ移送する。

続いて、サンプリング機構５が動作し、プローブ２４を用いて、サンプリング位置に移送されてきた試料容器１６から、試料注入位置に移送されてきた反応セル２１へサンプルを注入する。サンプルが注入された反応セル２１は、試薬注入位置に移送され、ピペッティング機構６の動作により、試薬ディスク２上のピペッティング位置に移送されてきた試薬ボトル１８から、試薬注入位置に移送されてきた反応セル２１へ試薬が注入される。

その後、反応セル２１は、攪拌位置に移送され、攪拌機構７により、サンプルおよび試薬の攪拌が行われる。

攪拌が完了した反応液は、反応セル２１が光源と光度計との間を通過する際に、測光機構８により吸光度が測定される。この測定は、数サイクル間行われ、測定が終了した反応容器２１は、洗浄機構９により洗浄される。

このような一連の動作が、各反応セル２１に対して実行され、本実施形態に係る自動分析装置による分析が行われる。

さて、反応セル２１の製造方法において、本実施形態の特徴となる点について図２から図９を用いて説明する。本実施形態は成型された反応セル２１に対する表面処理の製法に係る。

図２に反応セル２１の透光面３６だけでなく底面を積極的に親水化した例を示す。

反応セル２１の内側に第１の電極３３を挿入し、反応セル２１の底側に第２の電極３４を配置する。第２の電極３４は反応セル外側に対向する第３の電極３５と一体をなす構造になっている。第１の電極３３を高圧電源の高圧側に接続し、第２の電極３４および第３の電極３５を接地する。第１の電極３３と第２の電極３４，第３の電極３５との間に電圧を印加して、電極間に放電を発生させる。放電により生成した活性酸素種などの反応性の高いラジカルを利用して、反応セル底４０および反応セル透光面３６に対して親水性を付与する。

反応セル底４０をより積極的に親水化したい場合は、先端における水平断面が矩形形状をなす第１の電極４４を用いても良い。

安定した放電を得るために螺旋状の第１の電極４３を用いたり、中空かつ開口部を有する第１の電極を用いて希ガスを導入したりしても良い。

所望の領域以外が親水化され、品質にばらつきが生じるような場合は、中空かつ開口部を有する第１の電極を用いて、吸引装置などと接続しオゾンを排出したり、不活性ガスを導入したりすることで局所的な親水化を明確にしても良い。

図３に示すように反応セル底４０の外側に成型時に形成される突起３８が存在したり、単純な平面形状でなかったりした場合、第２の電極３４をこれらの形状に沿った形状にしても良い。

キャリーオーバ量を少なくするため親水化する面積を小さくしたい場合は、図４のように反応セル外側に対向する第３の電極３５の高さを測光範囲４２の下端より低くしても良い。

図５に反応セル外側に対向する第３の電極３５を無くした例を示す。

反応セル２１の内側に第１の電極３３を挿入し、反応セル１の底側に配置する第２の電極３４を配置する。第１の電極３３を高圧電源の高圧側に接続し、第２の電極３４を接地する。第１の電極３３と第２の電極３４との間に電圧を印加して、電極間に放電を発生させる。放電により生成した活性酸素種などの反応性の高いラジカルを利用して、反応セル底４０を酸化し、セル底４０のみに親水性を付与する。

ただし、突起部分に集中して強く放電する性質上、反応セル底４０の四隅部分に強く親水性が付与される。親水性を均一に付与したい場合は対向する第２の電極３４を第１の電極３３に対し十分に大きくし、平面部分のみに放電するようにする。

また、突起部分に集中して強く放電する性質を逆に利用し、所望の部分に第２の電極３４の角部分を配置することで意図的に一部分のみに親水性を付与することも可能である。

図６に示すように反応セル底４０の外側に成型時に形成される突起３８が存在したり、単純な平面形状でなかったりした場合、第２の電極３４をこれらの形状に沿った形状にしても良い。

図７に局所的な親水化を積極的に実施した例を示す。反応セル２１の内側に第１の電極３３を挿入し、反応セル２１の底側に第２の電極４５を配置する。第２の電極４５の形状は突起状とし、第１の電極３３先端と親水化したい箇所を結んだ直線の延長線上に配置する。第１の電極３３を高圧電源の高圧側に接続し、反応セル２１の底側に配置する第２の電極４５を接地する。第１の電極３３とセル底に配置した第２の電極４５との間に電圧を印加して、電極間に放電を発生させる。放電により生成した活性酸素種などの反応性の高いラジカルを利用して、所望の領域に親水性を付与する。

大きな気泡の付着のみを抑制したい場合は、第１の電極３３先端と反応セル底４０四隅を結んだ直線の延長線上に４つの突起状の第２の電極４５を配置し、反応セル底４０四隅のみを親水化すれば良い。

反応セル底４０の内面形状によっては、セル底４０中心に大きな気泡が付着することがあるため、反応セル中心の底側にも突起状の第２の電極４５を配置し、反応セル底中心の親水化を実施しても良い。

図８に局所的な親水化を積極的に実施した例を示す。反応セル２１の内側に第１の電極３３を挿入し、反応セル２１の底側に第２の電極を配置する。第２の電極の形状は四角形状とし、四角形状の第２の電極４６の角部分を第１の電極３３先端と親水化したい箇所を結んだ直線の延長線上に配置する。第１の電極２を高圧電源の高圧側に接続し、セル底に配置する第２の電極４６を接地する。第１の電極２とセル底に配置する第２の電極４６との間に電圧を印加して、電極間に放電を発生させる。放電により生成した活性酸素種などの反応性の高いラジカルを利用して、親水性を付与する。

大きな気泡の付着のみを抑制したい場合は、第１の電極３３先端と反応セル底４０四隅を結んだ直線の延長線上に４つの四角形状の第２の電極４６の角部分を配置し、反応セル底４０四隅のみを親水化すれば良い。

反応セル底４０の内面形状によっては、セル底４０中心に大きな気泡が付着することがあるため、反応セル中心の底側に突起状の第２の電極４５を配置し、反応セル底中心の親水化を実施しても良い。

図９に局所的な親水化を積極的に実施した例を示す。反応セル２１の内側に第１の電極３３を挿入し、反応セル２１の底側に第２の電極４７を配置する。第２の電極４７は親水化したくない箇所に絶縁体部品４１を覆った構造とする。第１の電極３３を高圧電源の高圧側に接続し、対向する第２の電極４１を接地する。第１の電極３３と第２の電極４１との間に電圧を印加して、電極間に放電を発生させる。放電により生成した活性酸素種などの反応性の高いラジカルを利用して、親水性を付与する。

大きな気泡の付着のみを抑制したい場合は、第１の電極３３先端と反応セル底４０四隅を結んだ直線の延長線上の領域以外の領域を絶縁体で覆い、反応セル底４０四隅のみを親水化すれば良い。

本発明の実施形態に係る自動分析装置の構成を示す斜視図。 本発明の第１の実施例を示す電極構成図１。 本発明の第１の実施例を示す電極構成図２。 本発明の第１の実施例を示す電極構成図３。 本発明の第２の実施例を示す電極構成図１。 本発明の第２の実施例を示す電極構成図２。 本発明の第３の実施例を示す電極構成図。 本発明の第４の実施例を示す電極構成図。 本発明の第５の実施例を示す電極構成図。

符号の説明

１ サンプルディスク
２ 試薬ディスク
３ 反応ディスク
４ 反応槽
５ サンプリング機構
６ ピペッティング機構
７ 攪拌機構
８ 測光機構
９ 洗浄機構
１０ 表示部
１１ 入力部
１２ 記憶部
１３ 制御部
１４ 圧電素子ドライバ
１５ 攪拌機構コントローラ
１６ 試料容器
１７，１９ 円形ディスク
１８ 試薬ボトル
２０ 保冷庫
２１ 反応セル
２２ 反応セルホルダ
２３ 駆動機構
２４，２７ プローブ
２５，２８ 支承軸
２６，２９ アーム
３０ 固定部
３１ ノズル
３２ 上下駆動機構
３３ 第１の電極
３４ セル底に配置する第２の電極
３５ 反応セルに対向する第３の電極
３６ 反応セル透光面
３７ 反応セル側面
３８ 反応セル底突起
３９ 反応セル底形状に沿った第２の電極形状
４０ 反応セル底
４１ 絶縁体部品
４２ 測光範囲
４３ 螺旋状の第１の電極
４４ 先端矩形状の第１の電極
４５ 突起状の第２の電極
４６ 四角形状の第２の電極
４７ 絶縁体で覆った構造の第２の電極

Claims (4)

1. 自動分析装置用の反応セルの製造方法であって、
   前記反応セルの内側に第１の電極を挿入するステップと、
   前記反応セルの外底側に配置した第２の電極であって、該第２の電極は突起を有し、かつ前記第１の電極の先端と該第２の電極の突起の先端を結んだ直線上に前記反応セルの親水化したい箇所があるように前記反応セルを配置するステップと、
   前記第１の電極と、前記第２の電極との間に電圧を引加して、前記第１の電極と、前記第２の電極間にプラズマ放電を発生させるステップと、
   を含むことを特徴とする反応セルの製造方法。
2. 自動分析装置用の反応セルの製造方法であって、
   前記反応セルの内側に第１の電極を挿入するステップと、
   前記反応セルの外底側に配置した第２の電極であって、該第２の電極の形状は四角形状とし、かつ四角形状の第２の電極の角部分と前記第１の電極の先端を結んだ直線上に前記反応セルの親水化したい箇所があるように前記反応セルを配置するステップと、
   前記第１の電極と、前記第２の電極との間に電圧を引加して、前記第１の電極と、前記第２の電極間にプラズマ放電を発生させるステップと、
   を含むことを特徴とする反応セルの製造方法。
3. 自動分析装置用の反応セルの製造方法であって、
   前記反応セルの内側に第１の電極を挿入するステップと、
   前記反応セルの外底側に配置した第２の電極であって、該第２の電極は親水化したくない箇所を絶縁体で覆った構造を有し、該絶縁体で覆っていない電極部分と前記第１の電極先端を結んだ直線状に前記反応セルの親水化したい箇所があるように前記反応セルを配置するステップと、
   前記第１の電極と、前記第２の電極との間に電圧を引加して、前記第１の電極と、前記第２の電極間にプラズマ放電を発生させるステップと、
   を含むことを特徴とする反応セルの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法により製造された反応セルを備えたことを特徴とする自動分析装置。

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