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CN102472710B - 自动分析装置 - Google Patents

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CN102472710B CN201080031159.XA CN201080031159A CN102472710B CN 102472710 B CN102472710 B CN 102472710B CN 201080031159 A CN201080031159 A CN 201080031159A CN 102472710 B CN102472710 B CN 102472710B
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Abstract

本发明提供自动分析装置，与多种乳液试剂相对应，通过检测散射光，充分确保积分时间并高灵敏度地测量凝聚反应。通过将多个受光器配置在与反应室因反应盘的旋转而移动的移动方向垂直的面内，与粒径不同的多种乳液粒子相对应，包含安装时的误差，从反应室上部观察照射光光轴与多个散射光光轴分别所成的角度为17.7°以下，确保充分的积分时间。

Description

自动分析装置
技术领域
本发明涉及分析样品所包含的成分量的样品分析装置，例如分析血液、尿所包含的成分量的自动分析装置。
背景技术
作为分析样品所包含的成分量的样品分析装置，广泛地应用有将来自光源的光照射到样品或由样品和试剂混合而成的反应液，测量其结果获得的单一或多种波长的透射光量并算出吸光度，按照朗伯·比尔定律，根据吸光度与浓度的关系算出成分量的自动分析装置(例如专利文献1)。在上述装置中，在反复旋转和停止的反应盘上呈圆周状地排列有保持反应液的多个反应室，在反应盘旋转过程中，利用预先配置的透射光测量部，以约10分钟、恒定的时间间隔，测量吸光度的经时变化。
自动分析装置具有测量透射光量的系统，另一方面，反应液的反应使用基质与酶的呈色反应、以及抗原与抗体的凝聚反应大的两种反应。前者是生物化学分析，作为检查项目有LDH(乳酸脱氢酶)、ALP(碱性磷酸酶)、AST(天门冬氨酸α-酮戊二酸氨基转移酶)等。后者是免疫分析，作为检查项目有CRP(C反应性蛋白)、IgG(免疫球蛋白)、RF(类风湿因子)等。利用后者的免疫分析测量的测量物质被要求血中浓度低且高灵敏度。到目前为止也使用使抗体对乳液粒子的表面敏感(使抗体结合于乳液粒子的表面)的试剂，在识别样品中所包含的成分并使该成分凝聚时，通过向反应液投射光，并测量不散射地透射到乳液凝聚块的光量，谋求了对样品中所包含的成分量进行定量的乳液免疫凝聚法的高灵敏度化。
另外，作为装置，并非测量透射光量，而是也尝试由测量散射光量带来的高灵敏度化。例如公开有用隔膜(diaphragm)将透射光和散射光分离，同时测量吸光度和散射光的系统(专利文献2)、通过测量进行了凝聚反应结果形成的大的凝聚块的反射散射光而提高高浓度侧的精度的结构(专利文献3)、在反应容器前后用积分球测量前方散射光和后方散射光的各自的平均光量，校正由反应室错位引起的混浊度变化的方法(专利文献4)、在与反应室旋转方向相同的平面上配置萤光-散射光测量检测系统，容易小型化和调整装置的方法(专利文献5)等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第4451433号说明书
专利文献2：日本特开2001-141654号公报
专利文献3：日本特开2008-8794号公报
专利文献4：日本特开平10-332582号公报
专利文献5：日本特开平1-295134号公报
发明内容
发明想要解决的课题
散射光由于照射光波长、作为散射体的粒子的粒径、散射角度不同而使散射光量产生大的变化，因此为了获得高灵敏度，以与乳液试剂的粒径对应的散射光受光角度进行检测是重要的。在作为通用装置的自动分析装置中使用多种乳液试剂，该乳液粒子的粒径一般为0.1μm～1.0μm左右，但是粒径没被公开。即使是在以往的技术中利用自动分析装置检测散射光的结构，也并不能够对应多种粒径的乳液试剂，因此，没有明确无论对什么样的粒径的乳液试剂都能实现高灵敏度的检测的配置。
另外，近年来，由于试剂配研成本削减，由反应液量微量化带来的反应室尺寸的缩小正在进行，反应室尺寸特别在大致光路长度5mm、反应室宽度2.5mm左右时，反应室宽度缩小。可是，吸光度的经时变化的测量被要求更短的时间间隔数据，所以无法降低反应室的转速。因此，缩短逐个测量的积分时间。在自动分析装置的散射光测量中也测量旋转中的反应室，特别是由于散射光的光量与透射光相比是少的，所以确保积分时间是重要的。
在专利文献2中，虽然能够同时测量散射光和透射光，但是没有明确与多种乳液粒径相对应地配置散射光受光器的结构。此外，用隔膜获得周围所有的散射光，并没有考虑反应室宽度、积分时间。
在专利文献3中虽然取得了散射光，但是其是为了提高高浓度侧的精度，对低浓度的高灵敏度化不是有效的。
在专利文献4中，利用积分球使散射光平均化，与高灵敏度化无关。而且是在反应室停止中进行测量的系统，并没有考虑在反应室旋转中进行测量的通用的自动分析装置的反应室宽度、积分时间。
在专利文献5中，由于散射光测量方向被限定为90°方向，所以并没有明确能够与多种乳液粒径相对应地实现高灵敏度化。
根据以上所述，在上述公开的技术中，并没有明确能够实现多种乳液试剂中的高灵敏度化，且确保积分时间并谋求散射光测量中的高灵敏度化的具体的结构。
用于解决课题的方法
在本发明中，为了能够对于多种乳液粒径能够分别谋求高灵敏度化，将多个受光器配置在前方方向上的与反应室旋转方向垂直的面内。
本发明的自动分析装置具有：反应盘，其用于在圆周上保持容纳有由样品和试剂混合而成的反应液的反应室，并反复旋转和停止；以及散射光测量部，其具备光源和受光器，在反应盘旋转中向反应室照射来自光源的照射光，并测量由反应室中的反应液产生的散射光，散射光测量部具备多个受光器，该多个受光器被配置在与反应室因反应盘的旋转而移动的移动方向垂直的面内，接受散射角度彼此不同的散射光。从充分确保散射光测量时的积分时间的观点出发，优选从与反应盘的旋转面垂直的方向观察时，照射光的光轴与各受光器的散射光受光光轴所成的角度是±17.7°以内。
优选多个受光器当中的一个受光器配置在接受接近透射光轴的散射角度的散射光的位置，其他的一个受光器配置在接受第一暗环与第一明环之间的散射光的位置。例如，将第一受光器配置在接受散射角度30°以下的散射光的位置，并将第二受光器配置在接受散射角30°～50°当中的至少一部分的散射角度的散射光的位置。
发明效果
根据本发明，能够在自动分析装置中确保积分时间，并且能够以多个角度接受散射光。由此，能够对于多种乳液试剂进行高灵敏度测量。由此，在以往的检查项目中，能够实现高灵敏度化-高精度化，还能期待致力于新检查项目。另外，因为能够利用稀释检测体进行检测，所以能降低样品量。
附图说明
图1是表示对于粒径为0.1μm的粒子的散射光强度角度依存性和粒径变化1％的情况下的变化率的角度依存性的图。
图2是表示对于粒径为0.2μm的粒子的散射光强度角度依存性和粒径变化1％的情况下的变化率的角度依存性的图。
图3是表示对于粒径为0.3μm的粒子的散射光强度角度依存性和粒径变化1％的情况下的变化率的角度依存性的图。
图4是表示对于粒径为0.4μm的粒子的散射光强度角度依存性和粒径变化1％的情况下的变化率的角度依存性的图。
图5是表示对于粒径为0.6μm的粒子的散射光强度角度依存性和粒径变化1％的情况下的变化率的角度依存性的图。
图6是表示对于粒径为0.7μm的粒子的散射光强度角度依存性和粒径变化1％的情况下的变化率的角度依存性的图。
图7是表示对于粒径为0.8μm的粒子的散射光强度角度依存性和粒径变化1％的情况下的变化率的角度依存性的图。
图8是表示对于粒径为0.9μm的粒子的散射光强度角度依存性和粒径变化1％的情况下的变化率的角度依存性的图。
图9是表示对于粒径为1.0μm的粒子的散射光强度角度依存性和粒径变化1％的情况下的变化率的角度依存性的图。
图10是表示对于粒径为0.1μm～0.6μm的粒子的粒径变化1％的散射光强度变化率的角度依存性的图。
图11是表示对于粒径为0.7μm～1.0μm的粒子的粒径变化1％的散射光强度变化率的角度依存性的图。
图12是积分时间估算的说明图。
图13是从与反应盘的旋转面垂直的方向观察的本发明的散射光测量部的概略图。
图14是表示本发明的自动分析装置的整体结构例的概略图。
图15是透射光测量部的说明图。
图16是本发明的散射光测量部的概略图。
图17是表示由乳液凝聚而产生的散射光量变化率的角度依存性实验结果的图。
具体实施方式
在图1～图9中表示考虑在对水中的一个乳液粒子(粒径为0.1μm～1.0μm)照射光时的散射光强度的散射角度依存性和由高灵敏度测量的低浓度，假设样品所包含的成分量少、仅极少量凝聚的情况下，算出了乳液粒子的粒径变化1％时的散射光强度的变化率的散射角度依存性的结果。
在这里，所谓本说明书中的变化率，定义为变化后的值/变化前的值。即，在没有变化的情况下，变化率被算出是1。此外，光量变化(％)定义为(变化后的值-变化前的值)/变化前的值。即，在没有变化的情况下，光量变化(％)被算出是0。上述变化率和光量变化(％)作为简单的近似是有用的。照射光波长在以往的透射光测量中为以往所使用的570nm。测量时在空气中测量在反应液中被散射且通过了玻璃窗的散射光估算并考虑了上述的影响。本计算是通过遍及关于散射光理论的大范围的考察和计算而得到的，散射光理论例如被记载于C.F.Bohren，D.R.Huffman、Absorption and Scattering of Light bySmall Particles，J.Wiley&Sons，1983。
图1是对于粒径为0.1μm的乳液粒子的曲线，图2是对于粒径为0.2μm的乳液粒子的曲线，图3是对于粒径为0.3μm的乳液粒子的曲线，图4是对于粒径为0.4μm的乳液粒子的曲线，图5是对于粒径为0.6μm的乳液粒子的曲线，图6是对于粒径为0.7μm的乳液粒子的曲线，图7是对于粒径为0.8μm的乳液粒子的曲线，图8是对于粒径为0.9μm的乳液粒子的曲线，图9是对于粒径为1.0μm的乳液粒子的曲线。
如图6的曲线所示，散射光强度根据散射角度具有几个峰值。将从散射角度0°到散射光强度第一次向下凸的峰值的角度的散射角度范围定义为中心部，在散射角度比中心部大的范围内，将散射光强度向上凸的峰值的角度定义为明环，将向下凸的峰值的角度定义为暗环，且从中心部起按顺序标注序号。即，从散射角度0°起按顺序连续为中心部、第一暗环、第一明环、第二暗环、第二明环。它们的位置能通过照射光波长、粒径、粒子的折射率、介质的折射率算出。如图6中所示可知，粒径变化1％的情况下的散射光强度变化率增大的方向上的增大量大的散射角度区域位于接近中心部的0°的角度、或第一暗环与第一明环之间、第二暗环与第二明环之间等暗环与紧接着该暗环的明环之间。通过在这些变化率增大的位置上配置受光器并进行测量，能够高灵敏度地进行测量。
此外，即使在变化率减小的位置上配置受光器并进行测量，也能够高灵敏度地进行测量。在变化率减小的方向上减小量大的散射角度区域即使位于第一暗环之前附近的位置、或第一明环与第二暗环之间等中心部与暗环、或明环与紧接着该明环的暗环之间，也能够进行高灵敏度的测量。通过这样地配置多个受光器，并测量变化率的增减，能够进一步提高精度。因此，配置多个受光器是有用的。
接着，将对于粒径为0.1μm～0.6μm的粒子的变化率汇总表示于图10，将对于粒径为0.7μm～1.0μm的粒子的变化率汇总表示于图11。从图10可知，若考虑到因照射光以0°左右进入粒径为0.1μm～0.6μm的粒子而不适合接受散射光，则测量20°±10°左右的中心部对高灵敏度化是有利的。另一方面，从图11可知，对于粒径为0.7μm～1.0μm的粒子，由于在角度20°±10°的中心部，变化率降低，所以对于上述粒径的粒子，受光器位于第一暗环和第一明环之间那样的散射角度40°±10°左右有利于高灵敏度测量。因此，为了与多种粒径的试剂相对应，优选将散射光检测器配置于中心部以及第一暗环与第一明环之间的多个部位。具体而言，通过以受光角度成为30°以下以及30°以上的多个角度的方式配置光学系统，对于多种试剂粒径中的任一种试剂粒径都能实现高灵敏度化。
接着，用图12说明散射光受光角度和积分时间。图12是从上部观察反应室的图，即，从与保持反应室而旋转的反应盘(参照图14并后述)的旋转面垂直的方向观察该反应室的图，是表示从左侧向反应室内的反应液7照射照射光16a，来自接受光的反应室中心部的透射光16b和散射光16c的位置关系的概略图。为了简单地说明积分时间估算，使各自的光束宽度在反应室内恒定，照射光相对于反应室壁面垂直地入射。此外，由于在反应室角部的散射光成为漫射光，所以照射光光束宽度lcw以比反应室宽度cw小的方式入射。在反应室宽度为cw、应考虑的所有光束宽度为lw、反应室壁面的左右边缘为mw、反应室转速为v时，积分时间t根据下式(1)求出。
t＝(cw-2×mw-lw)/v  …(1)
此外，在向反应室照射的照射光光束宽度为lcw、散射光光束宽度为ldw、反应室壁面位置的照射光光轴Cx与散射光光轴Dx的距离为li时，lw根据下式(2)求出。
lw＝lcw/2+ldw/2+li  …(2)
另外，用反应室光路长度L以及从反应室上部观察的情况下的照射光光轴与散射光受光光轴所成的角度ψ，根据下式(3)求出li。
li＝L/2×tanψ      …(3)
若考虑这些，则从反应室上部观察的情况下的照射光光轴与散射光受光光轴所成的最大角ψ0根据式(1)(2)(3)用以下的式(4)表示。
ψ0＝arctan((2cw-2vt-4mw-lcw-ldw)/L)  …(4)
只要照射光光轴与散射光受光光轴所成的角ψ是满足式(4)的ψ0以下，则即使对于反应室宽度降低也能够接受多个角度的光。
积分时间在现实中根据散射光的光量需要确保2msec以上，照射光光束宽度lcw为0.5mm，散射光光束宽度ldw为0.5mm。另外，反应室成形不匀、具有带角的曲面等，左右边缘mw需要是0.5mm左右。此外，在透射光测量中光路长度L为5mm是大致标准的。因为反应室宽度cw随着近年来的微量化为2.5mm以下，转速v为大致100mm/sec以上，所以能够根据式(4)估算ψ0为大致17.7°。
图13是从上部观察反应室的情况，即从与反应盘的旋转面垂直的方向观察的情况下的透射光16b和散射光16c的关系图。根据上述，即使在取得多个散射角度的散射光的情况下，通过以从反应室上部观察到的透射光16b与散射光16c所成的角成为±ψ0以下的方式配置各散射光受光器，能够确保积分时间并能容易地取得多个角度的散射光。此外，多个散射光受光器分别接受通过了与透射光通过的反应室壁面相同的壁面的光。为了在散射光测量中提高灵敏度，尽量减少在反应室壁面产生的散射光的受光是重要的。因此，反应室壁面需要做成光学上表面凹凸少的平坦面。可是，反应室通过注射成形而制造，增加光学上的平坦的面导致制造上成本提高。为了进行透射光量测量，透射光通过的面已经作为光学上的平坦的面，即使在测量散射光的情况下，通过测量通过了与透射光相同的壁面的散射光，也能够不提高反应室成形上的成本地进行测量。
此外，根据图10和图11，因为根据测量散射光的角度不同而所适合的试剂粒径不同，所以在例如接受40°方向的散射光的测量系统的情况下，将试剂的粒径设定为0.8～1.0μm，在接受20°方向的散射光的测量系统的情况下，试剂的粒径为0.6μm以下，由此能够高灵敏度地进行测量。
接着，说明本发明的自动分析装置的例子。图14是表示本发明的自动分析装置的整体结构例的概略图。该自动分析装置装载有用于高灵敏度化的散射光测量部。自动分析装置主要由样品盘3、试剂盘6、反应盘9这三种盘、使样品、试剂在这些盘之间移动的分注机构、控制上述三种盘和分注机构的控制部、测量部、处理所测量到的数据的解析部、存储控制数据、测量数据、解析数据的数据存储部、从数据存储部输入输出数据的输入部、输出部构成。
在样品盘3上，在圆周上配置多个容纳有样品1的样品杯2。在试剂盘6上配置多个容纳有试剂4的试剂瓶5。在反应盘9上，在圆周上配置多个在内部使样品1和试剂4混合并作为反应液7的多个反应室8。样品分注机构10使一定量的样品1从样品杯2向反应室8移动。试剂分注机构11使一定量的试剂4从试剂瓶5向反应室8移动。搅拌部12在反应室8内搅拌样品1和试剂4并使二者混合。清洗部14从分析结束了的反应室8中排出反应液7并对反应室8进行清洗。再次从样品分注机构10向被清洗了的反应室8中分注接下来的样品1，从试剂分注机构11分注新的试剂4，使用于另外的反应。反应室8被控制了温度-流量的恒温槽内的恒温流体17浸渍，反应室8及其中的反应液7在被保持为恒定温度的状态下被移动。恒温流体17使用水，利用控制恒温流体的温度和流量的恒温流体控制部进行控制。温度调节为作为反应温度的37±0.1℃。在反应盘圆周上的一部分上具备透射光测量部13和散射光测量部31。
透射光测量部13如图15所示，使来自卤灯光源15a的光照射到反应室8，利用衍射栅格22使透射了的光16a分光后，利用在阵列上排列有光电二极管而成的光电二极管阵列21受光。受光的波长为340nm、405nm、450nm、480nm、505nm、546nm、570nm、600nm、660nm、700nm、750nm、800nm。
散射光测量部31如图16所示，使来自LED光源15b的照射光16a照射到反应室8，利用作为监视器的透射光受光器32接受透射光16b。此外，利用散射光受光器33a、33b测量了散射光16c。配置散射光受光器33a、33b的散射光受光角度θ1、θ2分别是20°和40°。LED光源15b使用了照射光波长为660nm的EPITEX公司制L660-02V。对于本结构，在20°和40°位置上配置有散射光受光器，但是也可以在相同位置上配置光纤、透镜等光学系统，将光引导到配置于另外位置的散射光受光器。此外，散射光受光器33a、33b配置于接受相对于照射光16a向下方散射的散射光的位置，但是也可以如散射光受光器33c那样，配置于接受相对于照射光16a以角度θ3向上方散射的散射光的位置。
此时，通过监视下方侧的散射光受光器33a和上方侧的散射光受光器33c的光量而进行了散射光光轴的角度调整。即，通过在反应液7的位置上设置另外准备的散射体，并使散射光受光器33a和散射光受光器33c的光量一致，将散射光受光器33c调整为上方侧的20°。由此，容易进行角度调整。此外，将散射光受光器33a、33b，33c和透射光受光器32在下方侧θ1和上方侧θ3采取相同角度，在被一体化为一个单元的情况下，通过使散射光受光器33a和散射光受光器33c的光量一致，能够进行透射光受光器32的位置调整等单元整体的位置调整，与通常的对受光器逐个地进行位置调整相比，缩短了调整的时间，是有利的。此外，若只在上方侧20°的一侧，则会测量到光源位置变化的干扰，但是通过同时测量上方侧、下方侧20°的两个部位，能够去除光源位置变化的干扰地进行测量，能够实现高灵敏度化。
光源15b使用了LED，但是也可以是激光、氙灯、卤灯。反应室使用宽度为2.5mm、光路长度为5mm的反应室，照射光光束宽度和散射光光束宽度都为0.5mm，反应室转速为200mm/sec，确保积分时间为5msec。
从反应室上部观察到的照射光光轴与散射光受光光轴所成的角ψ包含安装精度上的误差，为17.7°以下。由此，作为积分时间，确保最低2msec以上，并且也能够接受多个角度的散射角度的光。在本实施例中确保了5msec。通过在与反应室旋转方向垂直的平面上配置散射光受光器，换句话说，通过在与反应室因反应盘的旋转而移动的移动方向垂直的面内配置散射光受光器，即使在反应室尺寸微小化的情况下，也能对应多种粒径的乳液试剂，能确保充分的积分时间。
样品1中的某种成分量的分析按照以下的步骤进行。首先，利用样品分注机构10将样品杯2内的一定量的样品1分注至反应室8内。接着，利用试剂分注机构11将试剂瓶5内的一定量的试剂4分注至反应室8内。在上述分注时，样品盘3、试剂盘6、反应盘9在控制部的控制下由各自的驱动部驱动而旋转，使样品杯2、试剂瓶5、反应室8与分注机构的时机对应地移动。接着，利用搅拌部12搅拌反应室8内的样品1、试剂4，作为反应液7。另外，图14是简略图，仅图示了一个试剂盘、试剂分注机构，但是典型的存在两个试剂盘和试剂分注机构、搅拌部。
反应液7的透射光和散射光在反应盘9旋转中每次通过透射光测量部13和散射光测量部31的测量位置时被测量，经由测量部，作为反应过程数据依次积累于数据存储部。约10分钟测光后，利用清洗机构14清洗反应室8内，进行接下来的分析。在此期间，如果需要，利用试剂分注机构11将另外的试剂4追加至反应室8内并进行分注，利用搅拌部12搅拌，再测量一定时间。由此，具有恒定的时间间隔的反应液7的反应过程数据被存储于数据存储部。根据所积累的反应过程数据，在解析部中基于各自的每个检查项目的检量线数据对成分量进行分析。各部的控制-分析所必需的数据从输入部被输入到数据存储部。此外，检量线数据被保持于数据存储部中。各种数据、结果和警告利用输出部通过显示等输出。
图17表示本实施例的乳液凝聚反应中的散射光变化率的角度依存性实验结果。作为试剂，使用CRP试剂(nanopia CRP、积水化学公司制)，作为样品，稀释了CRP校准液(积水化学公司制)而使用。若在浓度为0.01mg/dL时，0°方向的透射光量的光量变化(％)是0.13％，20°方向的光量变化(％)是0.71％，则能确认到，能较大地检测到5倍以上光量变化(％)，能高灵敏度化地进行检测。
符号说明
1-样品，2-样品杯，3-样品盘，4-试剂，5-试剂瓶，6-试剂盘，7-反应液，8-反应室，9-反应盘，10-样品分注机构，11-试剂分注机构，12-搅拌部，13-透射光测量部，14-清洗部，15-光源，15a-卤灯，15b-LED，16-光，16a-照射光，16b-透射光，16c-散射光，17-恒温流体，21-光电二极管，22-衍射栅格，31-散射光测量部，32-透射光受光器，33a、33b、33c-散射光受光器。

Claims (6)

1.一种自动分析装置，其特征在于，具有：
反应盘，其用于在圆周上保持容纳有由样品和试剂混合而成的反应液的反应室，并反复旋转和停止；以及
散射光测量部，其具备光源和多个受光器，在上述反应盘旋转中向上述反应室照射来自上述光源的照射光，并通过上述多个受光器接收上述反应室中的反应液产生的散射光来测量上述散射光，
上述多个受光器被配置在与上述反应室因上述反应盘的旋转而移动的移动方向垂直的面内，接受散射角度彼此不同的上述散射光。
2.根据权利要求1所述的自动分析装置，其特征在于，
从与上述反应盘的旋转面垂直的方向观察时，上述照射光的光轴与上述各受光器的散射光受光光轴所成的角度是±17.7°以内。
3.根据权利要求1所述的自动分析装置，其特征在于，
上述多个受光器接受通过了与透射光通过的反应室壁相同的反应室壁的散射光。
4.根据权利要求1所述的自动分析装置，其特征在于，
上述多个受光器当中的至少一个受光器接受暗环与紧接着该暗环的明环之间的散射光。
5.根据权利要求4所述的自动分析装置，其特征在于，
上述暗环是第一暗环，上述明环是第一明环。
6.根据权利要求1所述的自动分析装置，其特征在于，
将上述多个受光器当中的第一受光器配置在接受散射角度30°以下的散射光的位置，并将第二受光器配置在接受散射角30°～50°的散射光的位置。
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