JP7139525B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動分析装置に関する。

免疫反応を利用した免疫分析法では、抗原抗体反応により測定対象物質と標識物質を結合させ、標識物質から得られる、例えば、発光、吸光などの信号により、当該物質の定量や定性を行う。この際、過剰に加えられた標識物質を除去するために、対象物質と結合していない標識物質を除去するＢ／Ｆ（Ｂｏｕｎｄ／Ｆｒｅｅ）分離という操作が行われる。

自動分析装置では、Ｂ／Ｆ分離を自動的に行うために磁性粒子を使用した方法が広く採られている。磁性粒子を使用したＢ／Ｆ分離では、測定対象物質と標識物質が結合した免疫複合体にさらに磁性粒子を結合させ、磁石で磁性粒子を吸着させるなどしてＢ／Ｆ分離を行う。そして、Ｂ／Ｆ分離した状態で溶液を置換するなどして、過剰な標識物質を反応液から除去している。

このＢ／Ｆ分離は、検体の検出時や、検体の前処理等に用いられる。前処理では、Ｂ／Ｆ分離状態で反応容器内の液置換を行い、反応液の洗浄を行う。分析毎でのＢ／Ｆ分離の洗浄再現性を維持するためには、洗浄で使用する置換液の温度が一定であることが望ましい。この置換液を温度制御する技術として、下記特許文献１には、置換液を貯水する置換液槽の温度を、ペルチェ素子などの液温制御部を用いて、外気温度によらず一定に制御することが記載されている。

特開２０１７－２６４６９号公報

自動分析装置の小型化や処理能力向上を考慮した場合、液温制御部は必ずしも置換液の供給口付近に設置されるとは限らない。その場合、液温制御部から、置換液の供給口である磁気分離部までを配管で繋ぐ必要がある。

しかし、配管内を置換液が流れる際に、外気やモータ等の排熱により、供給時の置換液の温度が変化してしまう可能性がある。また、置換液の供給が間欠動作である場合、配管内に置換液が留まる時間が長くなり、供給時の液温も影響を受けやすくなる。

本発明の目的は、磁気分離部に供給される試薬の温度を高精度に制御する自動分析装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、検体と第１の試薬とを反応させた液体中から磁性成分と非磁性成分とを分離する磁気分離部と、第２の試薬を収容する貯蔵部と、前記第２の試薬を前記磁気分離部へ供給する配管と、を備えた自動分析装置であって、前記配管の周囲を温度調整する熱交換器を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、磁気分離部に供給される試薬の温度を高精度に制御する自動分析装置を提供できる。

自動分析装置の全体構成を示す平面図。 実施例１に係る、図１の処理部をＡ矢印方向より眺めた概略構成を示す側面図。 処理部の概略構成を示す平面図。 置換液の流路上での温度分布の一例。 実施例２に係る、図１の処理部をＡ矢印方向より眺めた概略構成を示す側面図。 実施例３に係る、図１の処理部をＡ矢印方向より眺めた概略構成を示す側面図。

本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

＜実施例１＞
本実施例の自動分析装置について、図１乃至図４を用いて説明する。

まず、図１乃至図３を用いて、本実施例における自動分析装置の全体構成について概略を説明する。図１は、本実施例の自動分析装置の全体構成を表した平面図である。図２は、図１の処理部１５をＡ矢印方向より眺めた概略構成を示す側面図である。図３は処理部１５の概略構成を示す平面図である。

図１に示すように、本実施例における自動分析装置１００は、検体と試薬を反応させ、この反応させた反応液を測定する装置である。自動分析装置１００は、検体分注ノズル３０３と、反応テーブル６０と、反応容器搬送機構３０６と、検体分注チップ・反応容器保持部材３０７と、試薬ディスク３１１と、試薬分注ノズル３１４と、処理部１５と、検出器１６と、ラック搬送ライン３１７と、制御装置３１９と、を備えている。

ここで、ラック搬送ライン３１７は、検体を収容した検体容器３０２を複数載置可能なラック３０１を検体分注位置等へ搬送するためのラインである。検体分注ノズル３０３は、検体容器３０２に収容された検体を吸引し、反応容器１１に対して吐出するためのノズルである。反応テーブル６０は、検体と試薬の反応を恒温で行うためのディスクであり、その温度がヒータ（図示省略）によって所定の温度に保たれており、検体と試薬との反応を促進させている。反応容器１１は、反応テーブル６０に複数保持されており、検体と試薬を混合して反応させる場となる。反応容器搬送機構３０６は、反応容器１１を搬送する。検体分注チップ・反応容器保持部材３０７は、検体分注に用いる使い捨ての検体分注チップや反応容器１１を保管する。試薬ディスク３１１は、試薬ボトルを保管するディスクであり、試薬の劣化を抑制するために保冷されている。試薬分注ノズル３１４は、試薬ディスク３１１内の試薬ボトルに保管された試薬を吸引し、反応容器１１に対して吐出するためのノズルである。なお、この試薬ディスク３１１内の各試薬ボトルには、検体の分析に用いる種々のアッセイ試薬（第１の試薬）が収容されている。処理部１５は、検出器１６による検体の分析前の処理を行う。検出器１６は、反応容器１１内で反応が完了した液体を用いて検出を行う。処理部１５の詳細は後述する。制御装置３１９は、上記の各部材の様々な動作を制御するとともに、検出器１６で行われた検出結果から、検体中の所定成分の濃度を求める演算処理を行う。この制御装置３１９には、液温制御部１０や熱交換器３の温度制御を実行する温度制御部３１８が設けられている。

次に、本実施例の自動分析装置における全体的な分析の流れについて概略を説明する。なお、分析に先立ち、ユーザは分析に必要な試薬ボトル、検体分注チップや反応容器１１などの消耗品を分析装置内の試薬ディスク３１１や検体分注チップ・反応容器保持部材３０７にそれぞれ設置しておく。

まず、ユーザは分析対象の血液や尿等の検体を検体容器３０２に入れた状態で、ラック３０１を自動分析装置に投入する。ここで、分析装置の反応容器搬送機構３０６により、未使用の反応容器１１や検体分注チップが反応テーブル６０および検体分注チップ装着位置に搬送される。

その後、試薬分注ノズル３１４が試薬ディスク３１１内にアクセスすることにより、試薬ボトル内に保管されたアッセイ試薬が反応テーブル６０上の反応容器１１に分注される。

続いて、ラック３０１がラック搬送ライン３１７を通過して検体分注位置に到達すると、検体分注ノズル３０３により検体が反応容器１１に分注され、検体とアッセイ試薬の反応が開始する。ここでいう反応とは、例えば、検体の特定抗原のみと反応する発光標識化抗体をアッセイ試薬として、抗原抗体反応により検体と発光標識物質を結合することをいう。この際、検体とアッセイ試薬の混合物を検体分注チップ内で吸引吐出することにより、検体とアッセイ試薬の撹拌が行われる。この動作が完了した後、使用済みの検体分注チップは廃棄口３２０に廃棄される。

撹拌により検体とアッセイ試薬の反応が開始した後に、更に特定のタイミングで別の試薬を加えて反応を行う場合がある。例えば、抗体を表面に結合させた磁性ビーズを上述の抗原にさらに結合するプロセスがある。そのために、所定時間だけ反応テーブル６０に置かれた反応容器１１が、第一の搬送機構５１によって、分析の前処理を行う処理部１５にある磁気分離部１２に搬送される。

図２に示すように、磁気分離部１２においては、検体の磁気分離が行われ、次に吸引ノズル５２から不要な溶液が排出され、更に吐出ノズル５３から置換液と呼ばれる試薬が吐出される。置換液は、上述のアッセイ試薬とは別のシステム試薬として、洗浄に使用される第２の試薬であり、試薬貯蔵部３０に貯蔵されている。この置換液は、電磁弁３４を開き電磁弁３５を閉じて、試薬を間欠的に送液するシリンジポンプ２６に吸引し、次に電磁弁３４を閉じて電磁弁３５を開き、シリンジポンプ２６から吐出することにより供給される。置換液の温度は、液温制御部１０において予め調整される。置換液は、液温制御部１０で調整された後、配管１を通過し吐出ノズル５３へ供給される。これら吸引ノズル５２、吐出ノズル５３、試薬貯蔵部３０、電磁弁３４，３５、シリンジポンプ２６及び配管１が、処理部１５に設置された反応容器１１へ試薬を供給する供給機器に相当する。

磁気分離のプロセス終了後、第一の搬送機構５１により、反応容器１１が処理部１５にある撹拌部１３に搬送される。撹拌部１３においては、モータ１４によって反応容器１１を回転させることにより撹拌が行われる。

所定時間の撹拌終了後、第二の搬送機構５４により、反応容器１１が再び反応テーブル６０に搬送される。

磁気分離の有無にかかわらず、反応テーブル６０に置かれた状態で所定時間経過した反応容器１１は、第二の搬送機構５４により検出器１６に導かれる。検出器１６において反応液からの信号の検出が行われ、分析結果はユーザに通知されるとともに、記憶装置に記録される。

検出動作が完了した後、反応容器１１は、第二の搬送機構５４および反応容器搬送機構３０６により廃棄口３２０に搬送され、廃棄される。

次に、本実施例において置換液の温度制御について詳細に説明する。

自動分析装置における試薬や反応液の温度は、測定毎の再現性を維持するために外気温度に関わらず、ある範囲内で制御する必要がある。ただし、各工程において、要求される目標温度は同一でも、温度精度が異なる場合がある。例えば、置換液の液温と、磁気分離時の液温と、その後工程である撹拌部１３による撹拌時の液温と、はいずれも目標温度Taが同一である。一方、許容される温度精度は、上記の各工程で異なっている。すなわち、置換液の液温についてはTaΔ1以内、磁気分離時や撹拌時の液温についてはTaΔ2以内、というように、各工程において、異なる温度精度で制御されることが要求される。特に、置換液の温度は、後工程である磁気分離時および撹拌時の温度にも影響を及ぼすため、より高精度な温度制御が求められる。

置換液は、液温制御部１０にて温調された上で、磁気分離部１２を構成する部品の１つでもある吐出ノズル５３より、反応容器１１へ供給される。ここで、自動分析装置が使用される環境は，上記目標温度Taに対して、低い環境から高い環境までが想定される。しかし、液温制御部１０と吐出ノズル５３とを互いに近い位置に設けた場合、配管１が可能な限り短くなり、環境の影響を受け難くなる。すなわち、液温制御部１０の出口における置換液と、吐出ノズル５３に到達したときの置換液と、の温度差が小さくなる。したがって、液温制御部１０さえ適切に制御すれば、吐出ノズル５３から吐出される置換液の温度も高精度に制御が可能である。

しかし、自動分析装置全体の小型化や処理能力向上等を考慮すると、液温制御部１０と吐出ノズル５３とを互いに近づける配置は、必ずしも実現できるとは限らない。そして、配管１が長く、かつ外気温度と目標温度との間に対し大きく温度差が存在する場合、置換液が配管１を通過中、外気から吸熱したり外気に放熱したりする熱影響が無視できなくなる。このような場合、置換液を磁気分離部１２へ供給する時の温度が、目標温度の温度精度から外れてしまう可能性がある。

ここで、置換液が配管１内を通過中に外気からの影響を防ぐため、樹脂製の配管１の表面に断熱材等を巻くことも可能である。しかし、配管１に断熱材等を巻くと、配管１全体が厚くなって吐出ノズル５３や吸引ノズル５２の可動範囲を制約したり、配管１が屈曲し難くなって各機器を配置するときの自由度が低下したりする。

また、外気温度の変化に対して、液温制御部１０だけで、温度精度の範囲に収まるように置換液の温度を制御するのは、次の三つの理由により困難である。

第一に、配管１が外気と熱交換する熱量が大きい場合、液温制御部１０での置換液の制御温度を目標温度に対し大きく変化させて供給する必要がある。例えば、外気温度が３２℃、目標温度が２５℃の場合、液温制御部１０の温度を１８℃にする等である。その場合、配管１や液温制御部１０の表面で結露が発生し、反応容器等への結露水の滴下により測定精度に影響を及ぼす可能性がある。

第二に、自動分析装置の構成上、置換液の吐出時の温度を直接測定し、フィードバックして温度制御することが困難である。サーミスタや熱電対等の温度センサを取り付ける工程が必要となるだけでなく、温度センサの配線により配管１内の試薬の流れを阻害してしまう可能性があるためである。

第三に、外気温度と吐出液温の関係を広範囲の温度帯で評価し、液温制御部１０の制御定数を決定するのが困難である。モータ等による排熱により配管１が途中で熱交換する熱量が変化した場合、外気温度と吐出液温との関係が不成立となってしまうためである。傾向として、外気温度と目標温度との温度差が大きいと、吐出時の液温が温度精度の範囲から外れてしまう可能性が高くなる。

そこで、本実施例では、熱交換器３を設けることにより、配管１が外気と熱交換する熱量を抑制し、液温制御部１０の出口における置換液と、吐出ノズル５３に到達したときの置換液と、の温度差を、小さくした。

以下、本実施例における熱交換器３と、配管１の配置について、詳細に説明する。

本実施例の処理部１５は、配管１の周囲を温度調整する熱交換器３を有している。熱交換器３は、吸放熱部９と、空気との熱交換の効率を向上させるフィン６と、熱交換された空気を送風するファン７と、配管１に当たるような向きに空気を整流する整流部５と、を備えている。なお、熱交換器３から送風された空気が配管１に「当たる」とは、配管１に直接当たる場合だけに限らず、他の物体に当たって間接的に配管１の表面に到達する場合も含む。

送風される空気の温度は、温度センサ４により検出される。この温度が目標温度となるよう温度制御部３１８によって吸放熱部９の出力およびファン７の回転数を制御する。また、熱交換器３内のフィン６温度が露点以下となり結露が発生した場合に、滴下した結露水を受けるためのドレンパン８を設ける。

整流部５の形状は、配管１の表面に温調された空気が効率よく当たるように決定される。本実施例では、熱交換器３から送風される空気の流路内であって、この流路と略平行に、配管１が位置するように、整流部５の形状が工夫されている。これにより、温調された空気と配管１との接触範囲が増え、温調されていない外気と配管１との熱交換を抑制できる。なお、ファン７から送風された空気が当たる箇所における配管１の形状は、螺旋状やＵ字状の迂回部を設けて、温調空気との伝熱面積を増加させても良い。また、本実施例でのファン７の形状は、ファンの回転軸方向と風向きが一致する軸流ファン方式であるが、ファンの回転軸に対し風向きが９０°方向となる遠心ファン等としてもよい。

次に、本実施例の効果について説明する。

吸放熱部９の温度は、熱交換器３から送風される空気の温度が、置換液の目標温度付近となるよう制御する。そして、この温調された空気が配管１の表面に当たることで、液温制御部１０により温度制御された置換液が配管１内を移動中、外気と熱交換するのを抑制し、置換液の温度変化を防ぐことができる。

したがって、外気温度と目標温度の差が大きい場合においても、液温制御部１０の温度を目標温度に対して大きく変化させずに置換液の温度を制御でき、結果として、吐出ノズル５３から吐出されるときの置換液を高精度に温度制御することが可能となる。

また、本実施例では、配管１の下流側、すなわち、液温制御部１０よりも磁気分離部１２に近い側の配管１に対して、熱交換器３で温調された空気を送風しているので、吐出ノズル５３に近い位置で精度よく置換液を温度制御できる。

次に、本実施例における、配管１、磁気分離部１２、撹拌部１３の配置について説明する。

図２および３に示す通り、熱交換器３と最も近い位置に配管１を配置し、次に吐出ノズル５３、磁気分離部１２、撹拌部１３の順で熱交換器に近くなるよう配置する。このため、熱交換器３の気流は、最初に配管１に当たり、次に吐出ノズル５３、磁気分離部１２、最後に撹拌部１３の順で当たる。ここで、置換液の供給温度は、その後工程である、磁気分離時の液温や撹拌時の液温にも影響を及ぼすため、処理部１５において最も温度制御の精度が厳密である。したがって、撹拌時の液温は置換液と比較し温度精度は低くても良い。本実施例においては、置換液を供給する配管１、吐出ノズル５３、磁気分離部１２、撹拌部１３の配置は、温度制御の精度が厳密である順に配置する。置換液は熱交換器３から近いため精度よく制御でき、また撹拌部１３も磁気分離部１２等と比較し精度は低くなるものの、熱交換器３の気流で温度制御が可能となる。これにより、1個の熱交換器３で複数の温度制御対象の温度を制御できる。

図４は、本実施例に係る配管１において、試薬貯蔵部３０から吐出ノズル５３までの流路上における、置換液の温度を模式的に示した一例の説明図である。図４に示す温度分布において、縦軸は流路上の置換液の温度を示している。横軸は置換液の流路の位置を示しており、左端より、試薬貯蔵部から液温制御部までの配管３６、液温制御部１０、配管１、吐出ノズル５３を示している。また、実線で示す温度分布は、本実施例である熱交換器３「有」の場合における温度分布４０２であり、点線で示す温度分布は、従来技術である熱交換器３「無」の場合における温度分布４０３である。

熱交換器３「無」の場合における温度分布４０３では、吐出ノズル５３において目標温度を達成するために、液温制御部１０において大きく温度を下げる必要がある。これは、置換液が配管１を通過中、外気との熱交換により温度上昇し、目標温度の温度精度から外れることを防ぐためである。一方、熱交換器３「有」の場合における温度分布４０３では、液温制御部１０の温度を大きく下げなくとも吐出ノズル５３において目標温度を達成できる。これは、熱交換器３による気流により配管１の周囲の温度を制御することで、外気との熱交換を防ぐことができるためである。

図４は、外気温度に対し目標温度が低い場合を示しているが、外気温度に対し目標温度が高い場合においても、同様のことがいえる。基本的には、外気温度に対し目標温度が低い場合は、吸放熱部９で吸熱されて冷えた空気が送風され、外気温度に対し目標温度が高い場合は、吸放熱部９で放熱されて温められた空気が送風される。ただし、液温制御部１０で温度制御できる範囲を広げた場合には、吸放熱部９の制御はこれに限られない。

＜実施例２＞
図５に、配管１を実施例１とは別の配置とした場合における、処理部１５の概略構成の側面図を示す。本実施例では、図５に示すように、熱交換器３のフィン６内に配管１を通過させた後、吐出ノズル５３に接続している。この構成によれば、自動分析装置のレイアウトの関係で、液温制御部１０と吐出ノズル５３とが互いに遠くに位置して配管１が長くなってしまった場合であっても、熱交換器３での伝熱面積が大きくなり、熱交換器３による温度制御が容易となっている。

＜実施例３＞
図６に、配管１を実施例１や実施例２とは別の配置とした場合における、処理部１５の概略構成の側面図を示す。本実施例では、図６に示すように、熱交換器で温調された空気が当たる箇所において、配管１が伝熱部材である伝熱ブロック２に覆われている。伝熱ブロック２は、熱交換器３の気流との熱交換を促進するため、内部に螺旋状もしくはＵ字状の流路が形成してある。また、伝熱ブロック２の材質は、熱伝導率の高い金属材料が望ましい。本実施例によっても、熱交換器３による置換液の温度制御が容易になる。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

１ 配管
２ 伝熱ブロック
３ 熱交換器
４ 温度センサ
５ 整流部
６ フィン
７ ファン
８ ドレンパン
９ 吸放熱部
１０ 液温制御部
１１ 反応容器
１２ 磁気分離部
１３ 撹拌部
１４ モータ
１５ 処理部
１６ 検出器
２６ シリンジポンプ（供給機器）
３０ 試薬貯蔵部（供給機器）
３４、３５ 電磁弁（供給機器）
３６ 試薬貯蔵部～液温制御部間配管
５１ 第一の搬送機構（発熱体）
５２ 吸引ノズル（供給機器）
５３ 吐出ノズル（供給機器）
５４ 第二の搬送機構
６０ 反応テーブル
１００ 自動分析装置
３０１ ラック
３０２ 検体容器
３０３ 検体分注ノズル
３０６ 反応容器搬送機構
３０７ 検体分注チップ・反応容器保持部材
３１１ 試薬ディスク
３１４ 試薬分注ノズル
３１７ ラック搬送ライン
３１８ 温度制御部
３１９ 制御装置
３２０ 廃棄口
４０２ 熱交換器有における温度分布
４０３ 熱交換器無における温度分布

Claims (12)

1. 検体と第１の試薬とを反応させた液体中から磁性成分と非磁性成分とを分離する磁気分離部と、第２の試薬を収容する貯蔵部と、前記第２の試薬を反応容器へ吐出する吐出ノズルと、前記第２の試薬を前記吐出ノズルへ供給する配管と、を備えた自動分析装置であって、前記配管の周囲を温度調整する熱交換器を有し、
   前記熱交換器は、整流部を備え、
   熱交換された空気が前記整流部で整流されて前記配管に当たるとともに、熱交換された空気が流れる先にある空間と前記吐出ノズルの先端とが同一空間内にあることを特徴とする自動分析装置。
2. 請求項１において、
   前記熱交換器は、吸放熱部と、前記吸放熱部で熱交換された空気を送風するファンと、を備え、
   前記ファンから送風された空気が、前記配管に当たることを特徴とする自動分析装置。
3. 請求項２において、
   前記第２の試薬の温度を制御する液温制御部、を備え、
   前記配管のうち、前記液温制御部よりも前記磁気分離部に近い側に対して、前記ファンから送風された空気が当たることを特徴とする自動分析装置。
4. 請求項２において、
   前記ファンから送風された空気が当たる箇所における前記配管は、伝熱部材で覆われていることを特徴とする自動分析装置。
5. 請求項１において、
   前記整流部で整流された空気の流路と略平行に、前記配管が位置することを特徴とする自動分析装置。
6. 請求項１において、
   前記配管は、伝熱面積を増加させる迂回部を有していることを特徴とする自動分析装置。
7. 検体と第１の試薬とを反応させた液体中から磁性成分と非磁性成分とを分離する磁気分離部と、第２の試薬を収容する貯蔵部と、前記第２の試薬を反応容器へ吐出する吐出ノズルと、前記第２の試薬を前記吐出ノズルへ供給する配管と、前記磁気分離部での分離後の液体を回転させる撹拌部と、を備えた自動分析装置であって、
   前記配管、前記磁気分離部、前記吐出ノズルの先端、前記撹拌部のうち、前記配管と最も近い位置に、熱交換器を配置し、
   前記熱交換器は、前記配管に当たるような向きに空気を整流する整流部を備え、
   前記整流部で整流された空気が、前記配管、前記吐出ノズルの先端、前記磁気分離部、前記撹拌部の順に当たることを特徴とする自動分析装置。
8. 検体と第１の試薬とを反応させた液体中から磁性成分と非磁性成分とを分離する磁気分離部と、第２の試薬を収容する貯蔵部と、前記第２の試薬を前記磁気分離部へ供給する配管と、を備えた自動分析装置であって、前記配管の周囲を温度調整する熱交換器を有し、
   前記熱交換器は、フィンを備え、
   前記フィン内に前記配管を通過させたことを特徴とする自動分析装置。
9. 請求項８において、
   前記熱交換器は、吸放熱部と、前記吸放熱部で熱交換された空気を送風するファンと、を備え、
   前記ファンから送風された空気が、前記配管に当たることを特徴とする自動分析装置。
10. 請求項９において、
    前記第２の試薬の温度を制御する液温制御部、を備え、
    前記配管のうち、前記液温制御部よりも前記磁気分離部に近い側に対して、前記ファンから送風された空気が当たることを特徴とする自動分析装置。
11. 請求項９において、
    前記ファンから送風された空気が当たる箇所における前記配管は、伝熱部材で覆われていることを特徴とする自動分析装置。
12. 請求項８において、
    前記配管は、伝熱面積を増加させる迂回部を有していることを特徴とする自動分析装置。

Images