JP5210902B2 - 自動分析装置及び自動分析装置を用いた分析方法 - Google Patents

Description

本発明は、血液，尿等の生体試料の成分の分析を自動的に実行する自動分析装置に係り、特に、該試料容器や試薬容器から液体を採取して反応容器に分注する自動分析装置に関する。

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は、測定再現性の高さ，高い分析処理速度により、検査センター，大病院を中心に普及が進んでいる。自動分析装置は、サンプル中の分析対象成分と反応し、反応液の色が変るような試薬を用いる方法（比色分析），対象成分と直接あるいは間接的に特異的に結合する物質に標識体を付加した試薬を用い、標識体をカウントする方法（免疫分析）に大分される。いずれの方法でもサンプルに所定量の試薬を混合して分析を行うが、近年、分析コストの低減要求に伴い、分析に使用する試薬の量を少なくできる分析装置が求められている。これに伴い、１回の分析に使用するサンプル量の低減が必要となる。現在の自動分析装置での１回の分析に使用するサンプル量は１桁マイクロリットルのオーダーである。これだけ少ない液体をサンプルが収容されたサンプル容器から、試薬と反応させるための反応容器に移送しなければならない。マイクロリットルオーダーの液体の移送では、液体の表面張力の制御が重要である。すなわち、注射針用のノズルの先端から、マイクロリットルオーダーの液体を吐出しようとしても、ノズル先端に液玉となって付着するだけで反応容器に落下しない。そこで、ノズルを反応容器に接触させることで、液体が反応容器底面に濡れ広がろうとする表面張力により、液体を反応容器に移し替えることが一般的である。

上記従来の技術については例えば特許文献１に記載されている。

日本特許第３２４７４７１号公報

しかし上記従来の技術には、以下の欠点がある。

反応容器の底にサンプルプローブ先端を接触させて試料を分注する方法での欠点であるが、斜めにカットされたサンプルプローブ先端が反応容器の底に毎回接触されるため、サンプルプローブの先端がダメージを受ける可能性があり、プローブの定期的な交換が必要である。また、反応容器の底が傷つく可能性もあるため、反応容器についても定期的に交換する必要がある。特に最近は試料分注量が１μリットル以下と少ない量で分注精度を維持するためにサンプルプローブ先端径が細く尖がっており、反応容器の底やサンプルプローブ先端のダメージは受けやすくなっていると言える。

また、反応容器底面にサンプルプローブを押し付けた状態（しなっている状態）でサンプル分注動作を行い、サンプル分注後、サンプルプローブが上昇すると、サンプルプローブ側面にサンプルの付着が存在する。またサンプルプローブが押し付けられた状態から上昇時に元の状態（しなりの無い状態）に戻る動作によりサンプルプローブの振動がサンプルプローブ側面，カット先端部についたサンプルを反応容器側面へ飛散らせる可能性がある。又はサンプルプローブ側面にサンプルを付着させたまま持ち帰りしてしまう可能性がある。

また、反応容器底面に毎回サンプルプローブが接触することで、反応容器底面でのサンプルプローブ先端の滑りが発生し、反応容器底面に傷をつけ、且つ滑りが発生することで反応容器底面に対する分注位置の再現性が取れないことにより攪拌精度再現性に影響し分析結果に影響を及ぼす可能性がある。

微量分注になるほど前記の影響が高くなり測定結果の信頼性に影響を及ぼすことが可能性が高くなる。

本発明の目的は、サンプルプローブの先端や反応容器の底のダメージを受けずに微量でも分注精度が維持できる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本発明の構成は以下の通りである。

試験管等からサンプルを吸引する際に、圧力センサで圧力変化を測定し、サンプル粘性等の情報を得る。サンプルの粘性，分注量に応じ、分注させながらサンプルプローブ上昇速度を最適な動作で駆動をさせる。

また、サンプル分注を行う反応容器ポジションに小型のカメラを配置し、各反応容器の反応容器底面とサンプルプローブの隙間寸法をカメラにて正確に測定を実施し分注時の反応容器底面からサンプルプローブ先端との距離を正確に制御する。

反応容器への分注状態を観察することで、ノズル側面付着（持ち帰り）の有無モニタリング、且つ反応容器底面への確実な分注動作確認を実施する。

本発明によれば、試料を反応容器に分注する際に、サンプルプローブ側面へのサンプル付着，反応容器へのサンプル飛散りを無くすことが可能となり、サンプルプローブ先端と反応容器の底を接触させないのでプローブや反応容器にダメージを与えない。

また、サンプルプローブ先端と反応容器の底の隙間寸法を一定に確保することができ、サンプルの粘性等にとらわれることなく分注精度の向上および維持が可能となる。

一般的な自動分析装置概略図。 分注方法１。 分注方法２。 ＣＣＤカメラを用いた配置図。 分割ブロック形状をした反応容器。 最小隙間測定１。 最小隙間測定２。 反応容器回転によるＣＣＤカメラスキャン。 サンプルプローブ先端形状。 分注方法３。 分注方法４。 分注方法５。 サンプリングノズル上昇速度と吐出終了の関係。 疎水性を持たせたサンプリングノズル側面のサンプル付着量。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１に本発明が実施される一般的な自動分析装置の概略を示す。

各部の機能は公知のものであるため、詳細についての記述は省略する。

サンプリング機構１のサンプリングアーム２は上下すると共に回転し、サンプリングアーム２に取り付けられたサンプルプローブ３を用いて、左右に回転するサンプルディスク１０２に配置された試料容器１０１内の試料を吸引し、反応容器５へ分注するように構成されている。本図からもわかるように試料容器１０１のサンプルディスク１０２上への配置はサンプルディスク１０２上へ直接配置する場合や試験管（図示は無い）上に試料容器１０１を載せることも可能なユニバーサルな配置に対応可能な構造のものが一般的である。

回転自在な試薬ディスク１２５上には分析対象となる複数の分析項目に対応する試薬ボトル１１２が配置されている。可動アームに取り付けられた試薬分注プローブ１１０は、試薬ボトル１１２から反応容器５へ所定量の試薬を分注する。

サンプルプローブ３は、サンプル用シリンジポンプ１０７の動作に伴ってサンプルの吸引動作、及び分注動作を実行する。試薬分注プローブ１１０は、試薬用ポンプ１１１の動作に伴って試薬の吸引動作、及び分注動作を実行する。各試料のために分析すべき分析項目は、キーボード１２１、又はＣＲＴ１１８の画面のような入力装置から入力される。この自動分析装置における各ユニットの動作はコンピュータ１０３により制御される。

サンプルディスク１０２の間欠回転に伴って試料容器１０１はサンプル吸引位置へ移送され、停止中の試料容器内にサンプルプローブ３が降下される。その下降動作に伴ってサンプルプローブ３の先端が試料の液面に接触すると液面検出回路１５１から検出信号が出力され、それに基づいてコンピュータ１０３がサンプリングアーム２の駆動部の下降動作を停止するよう制御する。次にサンプルプローブ３内に所定量の試料を吸引した後、サンプルプローブ３は上死点まで上昇する。サンプルプローブ３が試料を所定量吸引している間は、サンプルプローブ３とサンプル用ポンプ１０７流路間の吸引動作中の流路内圧力変動を圧力センサ１５２からの信号を用い圧力検出回路１５３で監視し、吸引中の圧力変動に異常を発見した場合は所定量吸引されていない可能性が高いため、当該分析データに対しアラームを付加する。

次にサンプリングアーム２が水平方向に旋回し反応ディスク４上の反応容器５の位置でサンプルプローブ３を下降し反応容器５内へ保持していた試料を分注する。試料が入った反応容器５が試薬添加位置まで移動された時に、該当する分析項目に対応した試薬が試薬分注プローブ１１０から添加される。サンプル、及び試薬の分注に伴って試料容器１０１内の試料、及び試薬ボトル１１２内の試薬の液面が検出される。試料、及び試薬が加えられた反応容器内の混合物は、攪拌器１１３により攪拌される。混合物が収納された反応容器が光度計１１５に移送され、各混合物の発光値、或いは吸光度が測定手段としての光電子増倍管、或いは光度計により測定される。発光信号あるいは受光信号は、Ａ／Ｄ変換器１１６を経由しインターフェース１０４を介してコンピュータ１０３に入り、分析項目の濃度が計算される。分析結果は、インターフェース１０４を介してプリンタ１１７に印字出力するか、又はＣＲＴ１１８に画面出力すると共に、メモリ１２２に格納される。測光が終了した反応容器５は、反応容器洗浄機構１１９の位置にて洗浄される。洗浄用ポンプ１２０は、反応容器へ洗浄水を供給すると共に、反応容器から廃液を排出する。図１の例では、サンプルディスク１０２に同心円状に３列の試料容器１０１がセットできるように３列の容器保持部が形成されており、サンプルプローブ３による試料吸引位置が各々の列に１個ずつ設定されている。

以上が自動分析装置の一般的な動作である。

次に図２から図１４を用いて本特許の実施例を説明する。

図２のようにサンプルプローブ３先端を反応容器底面２０１に接触させる。サンプル用ポンプ１０７で吐出する際はサンプルプローブ３でサンプルを吐出しながらサンプルプローブ３を上昇させる。

実際は、サンプルプローブ３上部に取り付けられたバネにより、反応容器底面２０１に接触後、さらにサンプルプローブ３を反応容器底面２０１に押し付ける動作でサンプルプローブ３をバネクッションで反応容器底面２０１に押し付ける。サンプルプローブ３を上昇させる時にサンプルプローブ３はバネクッションしている寸法分は反応容器底面２０１から離れず反応容器底面２０１に接触したままであり、バネクッションが無くなり反応容器底面２０１から外れる時にサンプルプローブ３で吐出しながらサンプルプローブ３を上昇させながら分注を開始することでサンプルプローブ３外面にサンプル付着をつけない分注が可能となる。

また、図３に示すように分注量に対する反応容器５の分注後サンプル高さ２０３は、反応容器の縦×横の寸法から容易に算出可能であり、分注する場合、サンプルプローブ３を隙間２００まで下降させ、分注したサンプルが反応容器底面２０１に接触後、サンプルプローブ３を分注させながら分注後サンプル高さ２０３まで上昇させ、吐出したサンプルが、分注後サンプル高さ２０３になるのを待つことで、サンプルプローブ３先端のサンプル玉残りを低減しサンプルプローブ３外面に付着するサンプルを無くすことが可能となる。

ここで、サンプルプローブ３と全反応容器５の寸法にはバラツキがあり、そのバラツキを補正する手段として以下の方法が考えられる。

図４のようにサンプルプローブ３にて反応容器５に分注するポジションにＣＣＤカメラ２０２を配置し全反応容器底面２０１とサンプルプローブ３先端との隙間２００の高さを測定する。各反応容器の隙間２００はバラツキがある。隙間２００のバラツク原因として反応容器は樹脂製の成型品で製作されており、成型時の熱収縮変形が原因で僅かな反りが発生したり、また、反応容器形状は反応ディスク一周分を一体で樹脂成形するのは大変困難であるため、図５のように分割ブロック状の形状をした反応容器を用いる。複数ブロックで一周分を形成しネジ穴１１を使って反応容器ブロック１７を反応ディスク４にネジでしっかり固定することで反応容器が変形することも反応容器の隙間２００のバラツク原因となっている。

隙間２００の測定方法は、図６のようにサンプリング機構１の上下動作を駆動しているパルスモータにて、一番目の反応容器底面２０１にサンプルプローブ３を接触させ、サンプルプローブ３が接触するまでの使用したパルス数からサンプルプローブ３から反応容器底面２０１の反応容器底からサンプルプローブ先端の高さ２０４を算出し、この動作を各々全ての反応容器底面２０１に対して実施することで、全ての反応容器５の隙間２００を算出可能とする。

もしくは、図７のように基準面２０６を設ける。ＣＣＤカメラ２０２と基準面２０６の高さ位置は、サンプルプローブ３と反応容器５との取り付けには依存しない、つまり不変であるので、反応容器５を取り付けた反応ディスク４を図８のように回転させ、基準面２０６に対するセル底からの高さ２０７とサンプルプローブ先端からの高さ２０８をＣＣＤカメラ２０２で読み取りサンプルプローブ３を隙間２００で停止する必要移動量を算出する。

もしくは、金属製の基準面２０６を設け、サンプルプローブ３を基準面２０６に接触させ、接触した位置から異常下降検知が入るまでの移動パルス量を記憶する。サンプル分注時、サンプルプローブ３が反応容器底面２０１に接触してから異常下降検知が入るまでのパルス数は前記で求めてあるので、サンプルプローブ３が反応容器底面２０１に接触し異常検知停止後、前記記憶したパルス数に隙間２００分の必要パルス数を足し、サンプルプローブ３を上昇させ隙間２００で停止させる。

また、隙間２００の測定方法は、図４のように各々の反応容器５に対しサンプルプローブ３をある一定量下降させ反応容器底面２０１との高さをＣＣＤカメラ２０２で測定し、必要な隙間２００を算出する。

もしくはサンプルプローブ３をある一定量下降させ一番目の反応容器５の隙間２００を測定し、残りの反応容器５の隙間２００は反応容器５を取り付けた反応ディスク４を図８のように回転させると同時にＣＣＤカメラ２０２で反応容器底面２０１の高さを測定し、最初に測定した反応容器底面２０１との差分により各反応容器の隙間２００を算出しても同等の結果が得られ、反応容器底面２０１にサンプルプローブ３を非接触で隙間２００を測定できるので反応容器底面２０１に傷をつけない。

尚、隙間２００の測定は、サンプルプローブ３及び反応容器５の交換時、または装置イニシャライズ動作時に実施する。

次にサンプル吸引動作について説明する。

サンプルプローブ３にてサンプルディスク１０２に架設された試験管等内のサンプルをサンプル用ポンプ１０７で必要量を吸引する。サンプルは粘性等が個々によって異なる。

圧力センサ１５２でこの吸引動作にかかる圧力をサンプル吸引毎に測定し、サンプル用ポンプ１０７で反応容器５に分注する際、吸引動作にかかる圧力の違いから、血清，尿，標準液、等を区別し、分注する際にサンプルプローブ３とサンプル用ポンプ１０７の分注動作を変化させる。つまりサンプルプローブ３の分注位置高さとサンプル用ポンプ１０７の分注動作をサンプルの粘性により変化させ分注精度の向上を図る。

ここでサンプルプローブ３先端の形状は従来の斜め加工より平ら加工にするほうが望ましい。例えばサンプル吸引時、先端が斜め形状であるとサンプルの吸引動作の流速にムラが生じるが、平ら形状であると、吸引時のサンプルの流速を一定に吸引できる。また、サンプルにサンプルプローブ３は液面検知後、一定量サンプルに突っ込んで停止する。

サンプル吸引後、再度液面検知でサンプルプローブ３がサンプルの中にあるか確認する。空吸いを防止するためである。ノズル先端が斜めであると図９のようにサンプル吸引後に空気を吸引していても斜め先端がサンプルに接触しており液面検知をしていることになり、サンプルでなく空気を吸引していることに気が付かない。よってサンプルプローブ３先端が平らであることは誤吸引することを防止できるという利点もある。

サンプル分注後の洗浄動作においても、断面積を低減することで洗浄水のサンプルプローブ３先端の付着を低減できる。

また、サンプルプローブ３先端の形状が平らであるとサンプルとの接触面積を低減でき、図１０に示すように１μリットル以下の微量分注において、親水性をもたせた反応容器底面２０１に分注する際、予めサンプルプローブ３先端にサンプルを吐出させておいて、その後反応容器底面２０１にサンプルを接触させ親水性をもたせた反応容器底面２０１に分注することが可能になる。

また、図１１に示すように反応容器底面２０１にサンプルプローブ３を下降させた後、分注動作を開始する。サンプルプローブ３先端に作られるサンプル液玉２０５が親水性をもたせた反応容器底面２０１に接触させ、図１４のような疎水性を持たせたサンプルプローブ３で分注することでサンプルプローブ３が上昇しながら分注する際、サンプルプローブ３でのサンプル持ち帰りを無くすことが可能になる。

また、図１２に示すように必要分注量は予め設定するのでサンプルプローブ３先端に作られるサンプル液玉２０５の大きさを予測できる。よって、分注量に応じサンプルプローブ３の下降量を変化させ隙間２００を分注量によって変えて分注する。

また、サンプルプローブ３先端の形状が平らであると、反応容器底面２０１に傷をつけないので、反応容器５の長寿命化が図れ、且つ測定時の泡，汚れ低減を図ることができる。

図１１に分注動作による実施例を示す。サンプルを反応容器底面２０１に分注する動作は、サンプルプローブ３が隙間２００になるまで下降し、サンプル用ポンプ１０７で反応容器５に分注する。この分注の様子をＣＣＤカメラ２０２で観察し、サンプルが反応容器底面２０１に接触且つ一定の大きさになったところでサンプルプローブ３を上昇させながら分注動作を実施する。予め圧力センサ１５２で測定したサンプルの粘性に合わせサンプルプローブ３の上昇動作、サンプル用ポンプ１０７の吸引動作を変えることでサンプルプローブ３側面にサンプルの付着を存在させない。つまり分注精度の向上を図ることができる。

図１３に分注時のサンプルプローブ３上昇の駆動パラメータ図を示す。分注精度向上を図るためには、サンプルプローブ３加速上昇終了のＢ点でサンプル用ポンプ１０７の分注が終了することは望ましいことではない。サンプルプローブ３の加速度域から一定速度域へ（図１３（ａ））、また一定速度域から加速度域（図１３（ｂ））の速度変化が起こりサンプルプローブ３の振動が発生し、反応容器５側面にサンプルが飛散ったり、サンプルプローブ３側面へのサンプル付着となる要因となるためである。分注精度向上を図るためには、分注終了はＡ〜Ｂの区間で終了させることが必要である。

また、図１３の点線のようにサンプルの粘性によりサンプルプローブ３上昇速度を変化させ、サンプルプローブ３を分注しながら上昇させることで、粘性の影響を受けない高精度の分注が可能となる。

一般にはサンプル用ポンプ１０７駆動モータとサンプルプローブ２００の駆動モータは各々別々のコントローラを使用しているが、サンプル用ポンプ１０７の分注動作とサンプルプローブ２００の上昇動作を、同一のコントローラから動作指示を出すことで、各駆動モータ間の動作指示からの時間差を埋めることができ、分注精度向上を図れる。

本実施例では、サンプルの分注にのみついて説明したが、試薬の分注においても反応容器５に一番最初に試薬を分注する場合に限っては、サンプルプローブ３側面に試薬をつけない技術から同様なことが可能（試薬分注量が微量のとき効果大）であり、分注対象の液体の種別や用途などによって適用範囲が制限されるものではない。

１ サンプリング機構
２ サンプリングアーム
３ サンプルプローブ
４ 反応ディスク
５ 反応容器
６ 機構ベース
７ 駆動機構
８ 駆動シャフト
９ 反応槽
１０ 反応槽水
１１ ネジ穴
１２ 中心ステンレス管
１３ 絶縁接着剤
１４ シールドステンレス管
１５ 段差
１６ 反応容器の縁
１７ 反応容器ブロック
１８，１０１ 試料容器
１０２ サンプルディスク
１０３ コンピュータ
１０４ インターフェース
１０７ サンプル用ポンプ
１１０ 試薬分注プローブ
１１１ 試薬用ポンプ
１１２ 試薬ボトル
１１３ 攪拌機構
１１４ 光源ランプ
１１５ 光度計
１１６ Ａ／Ｄ変換器
１１７ プリンタ
１１８ ＣＲＴ
１１９ 反応容器洗浄機構
１２０ 洗浄用ポンプ
１２１ キーボード
１２２ メモリ
１２５ 試薬ディスク
１５１ 液面検出回路
１５２ 圧力センサ
１５３ 圧力検出回路
２００ 隙間
２０１ 反応容器底面
２０２ ＣＣＤカメラ
２０３ 分注後サンプル高さ
２０４ 反応容器底からサンプルプローブ先端の高さ
２０５ 液玉
２０６ 基準面
２０７ セル底からの高さ
２０８ サンプルプローブ先端からの高さ

Claims (7)

1. サンプルを吸引・吐出するプローブと、
   前記プローブから吐出されるサンプルを収容する複数の反応容器と、を備えた自動分析装置を用いた分析方法において、
   前記プローブを前記反応容器中へ下降させる前又は途中において前記プローブの先端にサンプル液滴を生成させるステップと、
   前記液滴をプローブ先端に付着させた状態で該液滴が反応容器に接触するまで前記プローブを下降させるステップと、
   前記液滴の様子をＣＣＤカメラで観察し、サンプルが反応容器底面に接触し、かつ一定の大きさになったところで、サンプルを吐出しながら前記プローブを上昇させるステップと、を有し、
   前記プローブを下降させるステップは、前記プローブと反応容器との取り付けには依存しない基準面に対する反応容器底からの高さと前記プローブ先端からの高さを前記ＣＣＤカメラで読み取り、前記プローブを反応容器の底から一定の隙間で停止する移動量を算出し、各々の反応容器で算出された移動量に基き、前記プローブを下降させることを特徴とする自動分析装置を用いた分析方法。
2. 請求項１記載の自動分析装置を用いた分析方法において、
   前記自動分析装置は、複数の前記反応容器を取り付けた反応ディスクを備え、
   前記反応ディスクを回転させると同時に前記ＣＣＤカメラで前記複数の反応容器の夫々の底面の高さを測定するステップを有することを特徴とする自動分析装置を用いた分析方法。
3. 請求項１又は２記載の自動分析装置を用いた分析方法において、
   前記プローブを上昇させるステップにおいて、サンプルの粘性により上昇速度を変化させることを特徴とする自動分析装置を用いた分析方法。
4. サンプルを吸引・吐出するプローブと、
   前記プローブから吐出されるサンプルを収容する複数の反応容器と、
   前記プローブの先端に生成されるサンプル液滴の様子を観察するＣＣＤカメラと、
   前記プローブの動作を制御するコンピュータを備えた自動分析装置において、
   前記コンピュータは、
   前記ＣＣＤカメラから、前記プローブと反応容器との取り付けには依存しない基準面に対する反応容器底からの高さと前記プローブ先端からの高さを読み取り、前記プローブを反応容器の底から一定の隙間で停止する移動量を算出し、
   前記プローブを前記反応容器中へ、各々の反応容器で算出された移動量下降させる前又は途中において前記プローブ先端にサンプル液滴を生成させ、
   前記液滴をプローブ先端に付着させた状態で該液滴が反応容器に接触するまで前記プローブを下降させ、
   前記液滴の様子を前記ＣＣＤカメラで観察し、サンプルが反応容器底面に接触し、かつ一定の大きさになったところで、サンプルを吐出しながら前記プローブを上昇させる、
   制御を行うことを特徴とする自動分析装置。
5. 請求項４記載の自動分析装置において、
   さらに、複数の前記反応容器を取り付けた反応ディスクを備え、
   前記反応ディスクを回転させると同時に前記ＣＣＤカメラで前記複数の反応容器の夫々の底面の高さを測定することを特徴とする自動分析装置。
6. 請求項４又は５記載の自動分析装置において、
   前記ＣＣＤカメラは、前記プローブが前記反応容器に分注する位置に配置されることを特徴とする自動分析装置。
7. 請求項４〜６のいずれか記載の自動分析装置において、
   前記プローブの上昇は、サンプルの粘性により上昇速度を変化させることを特徴とする自動分析装置。

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