JP2011137676A - 分注装置，自動分析装置、および液量測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ランニングコストを増大させることなく、試料および試薬が正しく分注されていることを測定することにより分注動作の異常をいち早く発見し、分注性能の信頼性向上を図る。
【解決手段】精密に加工された透明な微細流路に試料または試薬を導引し、流路中に充填された時点でこれを撮像し、得られた画像を解析することにより試料または試薬が充填された流路長さを測定し、これに流路断面積を乗じて分注された試料または試薬の量を定量し、正常に分注されたかどうかを判断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は自動的に試料と試薬を分注して反応させ、試料中に含まれる対象物質を計測する自動分析装置と、ある容器から別の容器へ試料を自動的に分注する分注装置に関わる。

一般に自動分析装置における分注量の正確性および再現性は、実際の動作をさせる前もしくは後に、対象物質の含有量が既知である標準試料を測定し、分注量をはじめ装置内のすべてのユニットが正しい動作をしていることを確認する。すなわち、標準試料測定の後で分析動作を行っている間に装置上に何らかの異常が発生して分注量が正確性を失った場合は、分析動作後の標準試料測定時点で異常が発見され、前回の標準試料測定時点以降の分析動作については異常が発生していた可能性があるとして再検査などの処理が行われることになる。

特許文献１では、ＣＣＤカメラを用いた画像処理により、液面高さおよびガラス管先端位置を検出し、予め設定した液体の分注量に対応する高さ等になるように吸引又吐出用のピストンを駆動させている。

特許文献２では、ＣＣＤ等の観察手段により流路内を観察することで、リアルタイムで流路内の不具合（例 気泡発生，液不足等）を検知する旨を開示している。

特開平７−２１８３９７号公報 特開２００５−２０７８８２号公報 特開２００６−１３３１３９号公報 特開２００４−３３３４３９号公報

上記特許文献２の方法によると、標準試料測定を一日に一回しか行わない運用形態の場合、標準試料測定時に異常が発見されると前回の標準試料測定時点までの分析作業がすべてやり直しとなるため、多大な後戻り作業が発生することになる。また試料が臨床検査における検体で再検査対象となる検体が保存されていなかった場合は、患者を呼び出して再度検体を採取する必要があり、患者にとっても不利益となる。

逆に１日に数回の標準試料測定を行うと後戻り作業は軽減できるが、多量の標準試料が必要になる。一般に標準試料は価格が高い場合が多いため、結果としてランニングコストが増大してしまう。

また、特許文献２には、輝度レベルの比較による異常状態の検出方法を開示しているものの、上述のような課題を解決する手法を提案していない。

本発明の目的はランニングコストを増大させることなく分析結果の信頼性を高め、再検査などの後戻り作業を無くした分注装置および自動分析装置を提供することである。

本発明は、液体を分注する分注手段と、反応状態を計測する検出器とを有し、試料中に含まれる対象物質を計測する自動分析装置であって、分注手段が透明板の中に設けられた微細流路へ液体を分注し、微細流路内の液体を撮像し、画像解析によりその長さを計測し、微細流路内の液体量を測定する。

本発明によれば、実際に分注する試料および試薬を直接測定し分析動作と同時にその正確性を確認できるため、高価な標準試料を頻繁に測定することなく、分注動作の信頼性を確認することができ、分注動作異常による再検査を無くすことが可能となる。

また、本発明は分注量が微量になった場合にも効果がある。自動分析装置の性能評価において、試料および試薬の分注正確性および分注再現性は、一般に重量法で測定される。すなわちキャップ付きの容器の乾燥質量を精密天秤で計測しておき、この容器に分注を行って再び精密天秤で質量を計測し、差分をとって分注量を定量する。この方法では、１ｎｌの分注量を計測する場合求められる精度は１.０×１０^-6ｇであり、非常に高精度な精密天秤が必要となり同時に測定環境（温度／湿度）も厳密に管理された環境が必要となる。

これに対し本発明によれば、直径０.１mmの精密微細流路を仮定すると１ｎｌの体積は流路長にして０.１２７mmとなる。これは画像解析を用いた場合には容易に計測可能な精度である。さらに密閉された流路内に対象となる試料を導引するため、乾燥などによって試料の体積が減少してしまうリスクも低減できる。したがって実際の分析に用いる試料および試薬の分注量を実測できるだけでなく、微量の分注量を計測することも可能となり、ひいては標準試料の使用量も抑制することができ、更なるランニングコストの低減が可能となる。

本発明の自動分析装置としての実施例。 自動分析装置としての実施例における透明プレートの例。 動作説明図１（導入口への分注）。 動作説明図２（精密微細流路への導入）。 動作説明図３（精密微細流路中の試料または試薬の撮像）。 動作説明図４（精密微細流路から反応部への試料および試薬の送液）。 動作説明図５（反応部への導入および反応状態検出）。 動作説明図６（反応液を反応部から吸引）。 動作説明図７（反応液を排出）。 本発明の分注装置としての実施例。 分注装置としての実施例における透明プレートの例。

図１を用いて本発明の実施形態を説明する。

測定対象である試料は試料容器１にて提供される。多数の試料を同時に架設したい場合には、この容器を複数個保持できる試料保持器を備えてもよい。また試薬は試薬容器２にて提供される。多数の試薬を同時に架設したい場合には、この容器を複数個保持できる試薬保持器を備えてもよい。

分注器３はＸＹＺ方向に可動であり、アーム先端には分注用ノズルが設けられている。本実施例では試料間や試薬間のコンタミネーション防止のため、分注用ノズルの先端にディスポーザブルノズルチップ４を備える機構を想定している。なお、図には描画されていないが、ディスポーザブルチップ４を脱着する機構も備える。

図２を用いて、透明プレート５の構造を説明する。

透明プレート５は、試料を入れる試料導入口１０ａ，試薬を入れる試薬導入口１０ｂ，試料分注量計測のための試料用精密微細流路部１１ａ，試薬分注量計測のための試薬用精密微細流路部１１ｂ，試料と試薬を混合し反応させる反応部１３と反応部１３に続いて透明プレート流路出口１４を備えている。試料用精密微細流路部１１ａおよび試薬用精密微細流路部１１ｂの断面形状は精密に加工できる形状であればどんな形状でもよいが、本実施例では円形断面を想定している。さらに試料および試薬の流路を必要に応じて遮断するため、流路の途中にそれぞれ試料流路遮断用弾性部１２ａ，試薬流路遮断用弾性部１２ｂを設けてあり、当該部分を透明プレート５の外部から図１に示す試料流路遮断用ロッド１５ａおよび試薬流路遮断用ロッド１５ｂにより圧迫することで流路を適宜遮断できる構造としている。

透明プレート５の試料用精密微細流路１１ａおよび試薬用精密微細流路部１１ｂの上部には図１に示すように流路撮像用カメラ８が設けてあり、これにより流路を撮影する。また透明プレート５の反応部１３近傍には検出器９が設けてあり反応液を計測する。本実施例では透過光を用いた検出器９を想定しており、反応部１３を挟むよう構成している。また透明プレート流路出口１４には外部流路を介して三方電磁弁６が接続されており、さらに三方電磁弁６の先には試料および試薬を送液するためのシリンジポンプ７と反応液を外部に排出するための反応液排出口１７が設けられている。

実際の動作は以下のフローとなる。なお、動作フローの説明図においては、試料流路と試薬流路は同じ構造であることから、２つの流路を１つの流路に簡略して記載している。
まず図３ａに示すように、ディスポーザブルノズルチップ４をつけた分注器３が試料容器１へ移動し、試料を吸引する。吸引した試料は透明プレート５の試料導入口１０ａに分注される。続いて、ディスポーザブルチップ４を付け替えてから分注器３が試薬容器２へ移動し、試薬を吸引する。吸引した試薬は透明プレート５の試薬導入口１０ｂに分注される。このとき透明プレート５に設けられた流路遮断用ロッド１５ａおよび１５ｂはそれぞれ流路遮断用弾性部１２ａおよび１２ｂを遮断した状態とする。

次に図３ｂに示すように、試料流路遮断用ロッド１５ａを引き上げて試料流路遮断用弾性部１２ａを開放し、三方電磁弁６を動作させて透明プレート５とシリンジポンプ７を接続し、シリンジポンプ７を引いて試料導入口１０ａに分注された試料を試料用精密微細流路部１１ａへ導引する。分注量の目標値と精密微細流路の断面積から、流路撮像用カメラ８の視野に試料が入る位置を求めておき、そこで一度シリンジポンプ７の動作を停止させ、試料流路遮断用ロッド１５ａを試料流路遮断用弾性部１２ａに押し付けて試料流路を閉塞させる。続いて、試料と同様に、試薬流路遮断用ロッド１５ｂを引き上げて試薬流路遮断用弾性部１２ｂを開放し、三方電磁弁６は透明プレート５とシリンジポンプ７を接続した状態とし、シリンジポンプ７を引いて試薬導入口１０ｂに分注された試薬を試薬用精密微細流路部１１ｂへ導引する。分注量の目標値と精密微細流路の断面積から、流路撮像用カメラ８の視野に試料が入る位置を求めておき、そこで一度シリンジポンプ７の動作を停止させ、試薬流路遮断用ロッド１５ｂを試薬流路遮断用弾性部１２ｂに押し付けて試薬流路を閉塞させる。

次に図３ｃに示すように流路撮像用カメラ８にて試料用精密微細流路部１１ａおよび試薬用精密微細流路部１１ｂを撮影する。撮影された画像から画像解析により液体と空気の境界を自動的に検出し、両境界間の距離を計測し、試料用精密微細流路部１１ａおよび試薬用精密微細流路部１１ｂの断面積をそれぞれ乗じることで試料および試薬の分注量を定量する。なお測長に際しては、予め既知の長さのものを撮像することでキャリブレーションしておく。既知の長さのものの一例としては、試料用精密微細流路部１１ａの幅もしくは試薬用精密微細流路部１１ｂの幅などを用いてもよい。

次に図３ｄに示すように、試料流路遮断用ロッド１５ａと試薬流路遮断用ロッド１５ｂを引き上げて、試料流路遮断用弾性部１２ａおよび試薬流路遮断用弾性部１２ｂを開放し、三方電磁弁６を透明プレート５とシリンジポンプ７を接続した状態とし、シリンジポンプ７を引いて試料と試薬を反応部１３へ導引する。

導引された試料と試薬は、図３ｅに示すように、反応部１３にて反応し、反応液１８となり、反応液１８は検出器９で計測する。本実施例では検出器９は吸光光度計を想定して透明プレート５を左右から挟む構造とした図を描画しているが、散乱光光度計、蛍光光度計はもちろん、発光標識をつけた試薬を用いて光電子増倍管を検出器９としてもよい。

検出が終わった後は図３ｆに示すように、試料流路遮断用ロッド１５ａと試薬流路遮断用ロッド１５ｂを引き上げて試料流路遮断用弾性部１２ａと試薬流路遮断用弾性部１２ｂを開放し、三方電磁弁６はシリンジポンプ７と透明プレート５が接続された状態とし、シリンジポンプ７を引いて、反応液１８を三方電磁弁６とシリンジポンプ７の間の流路に導引する。

続いて図３ｇに示すように、試料流路遮断用ロッド１５ａおよび試薬流路遮断用ロッド１５ｂを試料流路遮断用弾性部１２ａおよび試薬流路遮断用弾性部１２ｂにそれぞれ押し付けて試料流路と試薬流路を閉塞させ、三方電磁弁６を動作させてシリンジポンプ７と反応液排出口１７を接続し、シリンジポンプ７を押し出して反応液１８を反応液排出口１７へ排出する。その後、試料および試薬の導入から排出と同じ手順で、試料導入口１０ａおよび試薬導入口１０ｂから図には記載していないが、装置に備えられた洗浄液を導入し、精密微細流路（試料流路遮断用弾性部１２ａおよび試薬流路遮断用弾性部１２ｂ）、反応部１３を経て、反応液排出口１７へ排出することで、流路全体を洗浄し、次の分析動作に備える。

画像解析から得られた試料分注量および試薬分注量のデータは、分析結果のデータとともに装置に記憶される。このとき、試料分注量，試薬分注量，分析結果のデータのいずれかが、それぞれ予め定められた基準値範囲を超えている場合は、分析結果のデータを出力する際にそれぞれアラームを発生する。

また、必要があれば分析結果のデータと併せて、試料分注量の設定値と実測値，試薬分注量の設定値と実測値を同時に表示することも可能である。これらのデータは必要に応じてホストコンピュータとの通信や、ＤＶＤなどのメディアを使用することにより、装置外へ取り出すことが可能であり、分析動作後いつでも確認および検証することが可能である。

なお、試料と試薬の導入と撮像の手順については、本実施例では試料と試薬を別々にそれぞれの精密微細流路へ導入して一度に撮像する手順にて記載したが、試料と試薬を別々にそれぞれの精密微細流路へ導入して別々に撮像する手順、また試料と試薬を同時にそれぞれの精密微細流路へ導入して一度に撮像する手順、また試料と試薬を同時にそれぞれの精密微細流路へ導入して別々に撮像する手順のいずれでもよい。ただしそれぞれの手順に応じて、精密微細流路の断面積，流路遮断部の位置や数、制御タイミングなど、流路構成とシステム制御方式を適宜変更する必要がある。

また、本実施例では、透明プレート５に対し、洗浄を行うことで次の試料を分析するよう記載したが、透明プレート５を１回の分析ごとに新品のものに交換するディスポーザブル式としてもよい。この場合、ディスポーザブル部品が増える分ランニングコストは上がる可能性はあるものの、洗浄液を流す必要がなくなるのでマシンサイクルを短くし結果として処理能力を上げることが可能となる。

また、本実施例では試料のための流路が１本、試薬のための流路が１本の場合を想定しているが、いずれも複数の流路を持つ透明プレートとしてもよい。

他の実施例として、図４を用いて分注装置に適用した例を示す。

分注対象である試料は試料容器１にて提供される。図４では２種類の試料を架設できるよう描画しているが、多数の試料を同時に架設したい場合にはこの容器を必要数だけ備えてもよい。

分注器３はＸＹＺ方向に可動であり、アーム先端には分注用ノズルが設けられている。本実施例では試料間のコンタミネーション防止のため、分注用ノズルの先端にディスポーザブルノズルチップ４を備える機構を想定している。なお図には描画されていないが、ディスポーザブルチップ４を脱着する機構も備える。

図５を用いて分注装置に本発明を適用した場合の透明プレート１９の構造を説明する。
透明プレート１９は、試料を入れる導入口１０，試料分注量計測のための精密微細流路部１１，透明プレート流路出口１４を備えている。精密微細流路１１の断面形状は精密に加工できる形状であればどんな形状でもよいが、本実施例では円形断面を想定している。透明プレート１９の精密微細流路１１の上部には図４に示すように流路撮像用カメラ８が設けてあり、これにより流路を撮影する。

分注器３の可動領域内にはマイクロタイタープレート２０を架設する場所が設けてあり、本実施例による分注装置では試料容器１の内容物を分注器３によりマイクロタイタープレート２０の各ウェルに指定量ずつ分注する。

分注作業の際に、毎回もしくは複数回に１回の割合でウェルへ吐出する代わりに透明プレート１９の導入口１０へ試料を吐出する。試料に続いて分注器３を用いて空気を注入し、導入口１０へ吐出した試料を精密微細流路部１１へ圧送する。試料が流路撮像用カメラ８の視野に入った時点で空気の注入を止め、流路撮像用カメラ８にて流路を撮影する。

撮影された画像から画像解析により液体と空気の境界を自動的に検出し、両境界間の距離を計測し、精密微細流路部１１の断面積を乗じることで試料の分注量を定量する。なお測長に際しては、予め既知の長さのものを撮像することでキャリブレーションしておく。既知の長さのものの一例としては、精密微細流路部１１の幅などを用いてもよい。

分注量の定量後は、再び分注器３により導入口１０から空気を注入し、透明プレート流路出口から試料を排出する。必要に応じて洗浄液を別に準備しておき、分注量の定量後に分注器３を用いて導入口１０から注入することで精密微細流路部１１を洗浄する。

画像解析から得られた試料分注量のデータは、分注装置の記憶部に記憶され、試料分注量が予め定められた基準値範囲を超えている場合はアラームを発生する。また試料分注量のデータは必要に応じてホストコンピュータとの通信や、ＤＶＤなどのメディアを使用することにより、装置外へ取り出すことが可能であり、分注作業後いつでも確認および検証することが可能である。

１ 試料容器
２ 試薬容器
３ 分注器
４ ディスポーザブルノズルチップ
５ 透明プレート（自動分析装置用）
６ 三方電磁弁
７ シリンジポンプ
８ 流路撮像用カメラ
９ 検出器
１０ 導入口
１０ａ 試料導入口
１０ｂ 試薬導入口
１１ 精密微細流路部
１１ａ 試料用精密微細流路部
１１ｂ 試薬用精密微細流路部
１２ 流路遮断用弾性部
１２ａ 試料流路遮断用弾性部
１２ｂ 試薬流路遮断用弾性部
１３ 反応部
１４ 透明プレート流路出口
１５ 流路遮断用ロッド
１５ａ 試料流路遮断用ロッド
１５ｂ 試薬流路遮断用ロッド
１６ 分注し流路に導入された試料または試薬
１７ 反応液排出口
１８ 反応液
１９ 透明プレート（分注装置用）
２０ マイクロタイタープレート

Claims (13)

1. 液体を分注する分注手段と、反応状態を計測する検出器とを有し、試料中に含まれる対象物質を計測する自動分析装置であって、
   前記分注手段を用いて透明板の中に設けられた微細流路へ液体を分注し、
   該微細流路内の液体を撮像し、画像解析によりその長さを計測し、微細流路内の液体量を測定することを特徴とする、自動分析装置。
2. 前記微細流路内において液体を移動させるシリンジポンプを備えたことを特徴とする、請求項１に記載の自動分析装置。
3. 透明板は、自動分析装置自身に設けられており、
   透明板には、液体を微細流路内へ分注する流入口と、複数の液体を反応させる反応部と、反応部と流入口との間で液体の流れを妨げる遮断部が備えられていることを特徴とする、請求項１に記載の自動分析装置。
4. 遮断部を開放した状態で液体を流入口と遮断部との間に送液し、その後、遮断部における液体の流れを妨げた状態で、該微細流路内の液体を撮像することを特徴とする、請求項３に記載の自動分析装置。
5. 透明板には、少なくとも２つの流入口、および、それぞれの流入口に対応した微細流路および遮断部が設けられており、各遮断部と反応部との間で各微細流路が合流することを特徴とする、請求項３に記載の自動分析装置。
6. 透明板には、液体の流れを妨げる遮断部として、弾性体が設けられており、
   該弾性体を外部から圧迫することにより液体を遮断することを特徴とする、請求項３に記載の自動分析装置。
7. 微細流路内の液体を撮像する前に、既知の長さのものを撮像することでキャリブレーションを行うことを特徴とする、請求項１に記載の自動分析装置。
8. 前記既知の長さのものとして、前記微細流路の幅を用いることを特徴とする、請求項７に記載の自動分析装置。
9. 画像認識により得た液体の分注量を、指定された分注量と比較し、別に定められた基準値範囲を外れた場合にはアラームを発生することを特徴とする、請求項１に記載の自動分析装置。
10. 画像認識により得た液体の分注量を記憶しておき、反応状態を計測した結果が異常であると判断された場合に、そのときの分注量が適正であったかどうかを後から確認できるよう構成したことを特徴とする、請求項１に記載の自動分析装置。
11. 試料を容器から分取し別容器に分注する分注装置において、
    任意に指定された回数ごとに、分取した試料を分注先の別容器の代わりに微細流路に導引し、試料が微細流路内に充填された時点で微細流路を撮像し、画像解析によりその長さを計測することで、分注性能を確認することを特徴とする分注装置。
12. 微細流路内の液体を撮像し、画像解析によりその長さを計測し、微細流路内の液体量を測定する、液量測定方法。
13. 液体と空気の境界を検出し、両境界間の距離を計測し、微細流路の断面積を乗じて微細流路内の液体量を測定する、請求項１２に記載の液量測定方法。

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