(57)【要約】本発明は、磁性粒子を用いた試料分析装置において、磁性粒子を均一に捕捉することが難しく、特に流路壁近傍での均一性が悪化していた。そのため、分析の精度悪化、再現性の低下を生じていた。本発明では、流路壁近傍での磁性粒子を均一に捕捉させる手段を提供することを課題とする。具体的には、入口と出口を有し特定物質および磁性粒子の含まれる試料液を流入出させる検出流路と、前記検出流路内の所定領域内の磁場の大きさを切り替え可能な磁界発生手段をもつ検出流路において、磁石幅が流路幅に対して大きいことを特徴とする検出器を備えた分析装置とする。この検出器により、分析装置の分析精度向上、再現性向上ができる。
2013099648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定物質及びこれに結合した磁性粒子を含む試料液を捕捉領域に導入する検出流路と、
当該検出流路に試料液を供給する供給手段と、
前記検出流路内に導入された磁性粒子を、前記捕捉領域で捕捉するよう、前記検出流路の外側であって前記補足領域に近接した位置に位置づけられる磁界発生手段と、
前記捕捉領域にて捕捉された特定物質を測定する測定手段と、
測定が終了した磁性粒子を当該検出流路から排出する排出手段と、を備えた試料分析装置において、
前記磁界発生手段は、前記補足領域に対向する面において、前記検出流路の流れ方向と垂直方向の幅が当該補足領域の幅よりも、少なくとも１カ所で大きいことを特徴とする試料分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の試料分析装置において、
前記磁界発生手段は、前記補足領域に対向する面において、前記検出流路の流れ方向と垂直方向の幅が前記補足領域の幅よりすべての領域で大きいことを特徴する試料分析装置。
【請求項３】
請求項１記載の試料分析装置において、
前記磁界発生手段は、前記補足領域に対向する面において、前記検出流路の流れ方向と平行方向の長さが、前記捕捉領域の長さより少なくとも１カ所でも小さいことを特徴する試料分析装置。
【請求項４】
請求項３記載の試料分析装置において、
前記磁界発生手段は、前記補足領域に対向する面において、前記検出流路の流れ方向と平行方向の長さが、前記捕捉領域の長さより全ての領域で小さいことを特徴する試料分析装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の試料分析装置において、
前記補足領域において、前記検出流路の流れ方向と垂直方向における前記磁界発生手段の幅をａ、捕捉領域の幅をｂとした場合、これらの比ａ／ｂが１.０より大きく１.７以下の範囲であることを特徴とする試料分析装置。
【請求項６】
請求項５記載の試料分析装置において、
ａがｂよりも０.６mm以上大きいことを特徴とする試料分析装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか記載の試料分析装置において、
前記検出流路は、前記供給手段で試料液を導入する入口と、測定が終了した試料液を前記排出手段で排出する出口を有し、
前記磁界発生手段の磁極を有する面は、前記入口から出口へと向かう試料の流れ方向に対して平行となる向きに設置されていることを特徴とする試料分析装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか記載の試料分析装置において、
前記検出流路は、前記供給手段で試料液を導入する入口と、測定が終了した試料液を前記排出手段で排出する出口を有し、
前記磁界発生手段の磁極を有する面は、前記入口から出口へと向かう試料の流れ方向に対して垂直となる向きに設置されていることを特徴とする試料分析装置。
【請求項９】
試料液を流すための流路と、
前記流路内の捕捉領域にて、試料液中の特定物質に結合した磁性粒子を捕捉する磁界発生手段を備えた検出器において、
前記磁界発生手段は、前記補足領域に対向する面において、前記検出流路の流れ方向と垂直方向の幅が当該補足領域の幅よりも少なくとも１カ所でも大きいことを特徴する検出器。
【請求項１０】
請求項９記載の検出器において、
前記磁界発生手段は、前記補足領域に対向する面において、前記検出流路の流れ方向と垂直方向の幅が前記補足領域の幅よりすべての領域で大きいことを特徴する検出器。
【請求項１１】
請求項９記載の検出器において、
前記磁界発生手段は、前記補足領域に対向する面において、前記検出流路の流れ方向と平行方向の長さが、前記捕捉領域の長さより少なくとも１カ所でも小さいことを特徴する検出器。
【請求項１２】
請求項１１記載の検出器において、
前記磁界発生手段は、前記補足領域に対向する面において、前記検出流路の流れ方向と平行方向の長さが、前記捕捉領域の長さより全ての領域で小さいことを特徴する検出器。
【請求項１３】
請求項９または１０に記載の検出器において、
前記補足領域において、前記検出流路の流れ方向と垂直方向における前記磁界発生手段の幅をａ、捕捉領域の流路幅をｂとした場合、これらの比ａ／ｂが１.０より大きく１.７以下の範囲であることを特徴とする検出器。
【請求項１４】
請求項１３記載の検出器において、
ａがｂよりも０.６mm以上大きいことを特徴とする検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料を分析する試料分析装置及び試料分析方法に係り、特に、抗原と抗体の反応を利用する試料分析装置及び試料分析方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
はじめに、試料分析の典型的な例として免疫分析について説明する。免疫検査とは、抗原と抗体の特異的な反応を利用して、体液（血漿、血清、尿など）中の抗体や抗原を検出又は測定し、疾病の診断や病態等を診断することである。代表的な方法として、ＥＬＩＳＡ法（Enzyme-Linked Immunosorbent Assay  酵素免疫測定法）がある。ＥＬＩＳＡ法では、測定したい抗原に対して、それに対する抗体（第一抗体）を容器の底に固相化し、そこに血漿、血清、尿などのサンプルを入れ、第一抗体に、サンプル中の抗原を結合させる。さらに標識試薬を結合した抗体（第二抗体）を、第一抗体に結合された抗原にさらに結合させ、標識から発せられる信号を検出し、サンプル中の抗原の有無や量を測定する方法である。標識として、例えば蛍光物質などを用いる。この場合、標識を結合した第二抗体の数、つまり抗原の量に比例して発色反応が強くなり、蛍光物質の発光を光電子倍増管などで検出することで、サンプル中の抗原を定量化することができる。【０００３】
ＥＬＩＳＡ法を用いた免疫検査装置の具体的な一例を挙げると、固相として磁性粒子を用い、第一抗体が磁性粒子の表面に固定化されている。第二抗体には、標識として蛍光色素が結合した物質（発光標識物質）を結合させておく。生体由来の検出物質（抗原）と第一抗体が固定化された磁性粒子とを混合し、抗原−抗体反応を生じさせると、試料に含まれる抗原が第一抗体を介して磁性粒子に結合する。さらに、第二抗体を反応させると、発光標識物質が第二抗体、抗原、第一抗体を介して磁性粒子に結合する。発光標識物質の量は、試料に含まれる検出物質の量、すなわち、抗原の量に依存して増減する。【０００４】
検出物質が結合した磁性粒子を特定の場所に吸着させて、レーザー等を作用させることにより、磁性粒子に結合した発光標識物質を発光させる。この時の発光強度を検出することにより試料中の検出物質の量、すなわち、抗原を測定することができ、定量的に計測することができる。【０００５】
高感度の免疫分析を行うためには、検出物質（抗原）を結合した磁性粒子を、磁石を用いて、特定の場所に吸着させて捕捉し、その間に抗原と結合していない抗体を含む溶液を入れ替える、いわゆるＢ／Ｆ分離（抗原抗体結合体と非結合体の分離）を行う。分析装置において、磁性粒子を所定の位置に吸着させる方法として、特許文献１〜４がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−６２２２４号公報
【特許文献２】特開平１１−２４２０３３号公報
【特許文献３】特開平７−２４８３３０号公報
【特許文献４】特表２００３−５０２６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、磁性粒子を所定の位置へ吸着させた場合、以下のような課題がある。背景技術で述べたように、分析装置ではレーザー、ならびに、検出器は特定の場所に固定されることが多く、その結果、磁性粒子を所定の位置に吸着させることが必要となる。分析装置の測定精度を向上させるためには、磁性粒子を所定の位置に均一に吸着させることが重要となり、多くの課題がある。例えば、特許文献１の特開平８−６２２２４号公報、特許文献２の特開平１１−２４２０３３号公報、特許文献３の特開平７−２４８３３０号公報、特許文献４の特表２００３−５０２６７０号公報を例に挙げて説明する。【０００８】
磁性粒子を所定位置に吸着させてＢ／Ｆ分離を行う場合、磁石の端部（本発明では磁極のある端部以外の端部をいう）が存在する流路側壁部近傍で磁石からの力（磁石面に対して磁性粒子を引き付ける力）が小さくなり、磁性粒子が壁部付近で十分に吸着せずに、流路中央部に多く吸着することが多い。その結果、Ｂ／Ｆ分離時の溶液を入れ替えるときに、溶液の界面張力により磁性粒子の凝集部に溶液が残存してしまう。その結果、十分なＢ／Ｆ分離が達成できなかった。【０００９】
また、磁性粒子を所定位置に吸着させて、例えば、蛍光発光により検出を行う場合においても、同様に、磁石の端部が存在する流路側壁部近傍で磁石からの力が小さくなることから、磁性粒子が十分に吸着しないことがある。その結果、発光感度が低下し、計測性能が低下することがあった。【００１０】
特許文献１、２の特開平８−６２２２４号公報、特開平１１−２４２０３３号公報で示されている分析装置の検出流路内において、磁性粒子を吸着させる所定位置における流路は一様な円形形状、もしくは、流れ方向に対して一様な矩形形状である。一方、磁石の幅は、上記の流路幅と比較すると、小さく、磁性粒子の吸着分布が不均一となることが課題となっていた。【００１１】
また、特許文献３の特開平７−２４８３３０号公報では、流路幅５mmに対して、磁石の幅は５mmで、流路幅と磁石の幅が同一であった。そのため、流路側壁部において、磁性粒子の吸着分布が低下し、発光強度が低下することが課題となっていた。【００１２】
さらに、特許文献４の特表２００３−５０２６７０号公報では、所定の位置に磁性粒子を吸着させるために、特許文献１、２、３に示してある永久磁石ではなく、電磁石を用いて磁場を発生させている。所定位置に対して流れ方向に大きな電磁石を用いることで、磁性粒子を吸着させようとしている。しかし、磁性粒子を吸着させる所定位置に対して、流れ方向に磁場を広げてしまうと、磁性粒子が必要以上に広がる可能性があり好ましくない。その結果、発光強度の低下を招く可能性があった。【００１３】
また、近年では、分析の高精度化へ伴い、磁性粒子を所定位置全体に、より均一に吸着させたいという課題が生じ始めてきた。磁石により生じる磁場勾配の影響を考慮して、流路側壁近傍の磁場勾配を小さくすることで、流路側壁近傍の吸着量を増加させる必要が生じてきた。このように、分析精度の高精度化に向けて、流路側壁での磁性粒子の吸着量を増加させる検出器が要望されていた。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するために、検出流路と試料液の特定物質を結合した磁性粒子を吸着させる磁界発生手段とを備えた試料分析装置において、前記検出流路内の磁性粒子を吸着させる所定位置において、磁石幅が流路幅に対して大きい検出流路を装備したことを特徴とする試料分析装置である。本装置では、特に、流路側壁近傍で、磁性粒子の吸着が向上することで、磁性粒子の捕捉率向上と、測定精度の高精度化ならびに測定結果の再現性の向上が図られる。【００１５】
本手段を詳細に説明する。従来の試料分析装置の検出流路を図２に示す。磁石は、磁極を有する端面（イ面及びロ面）を検出流路内の流れ方向に対して垂直とし、磁極を有さない端面（ハ面及びニ面）を検出流路内の流れ方向に対して平行として、配置している。なお、磁性粒子を吸着させる面はホ面、スライド機構に保持されている面をヘ面とする。従来の検出流路では、磁性粒子を吸着させる所定位置において検出流路の流路幅と、磁性粒子を吸着させるための磁場発生手段である磁石または電磁石の幅（ハ面・ニ面間の距離）を比較すると、磁石幅が流路幅より小さく、流路側壁近傍において、磁性粒子を吸着させることができなかった。一方、図１に示すような検出流路内では、磁性粒子を吸着させるための磁場発生手段である磁石または電磁石の幅（ハ面・ニ面間の距離）を、流路幅より大きくすることで、流路近傍の磁性粒子を吸着させることができるため、捕捉されずに流出していた磁性粒子は磁石による引力の割合が大きくなり、捕捉される磁性粒子の総数が上昇し、捕捉率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
上記手段を用いることにより、測定領域において均一に磁性粒子を吸着することができるため、Ｂ／Ｆ分離の向上、洗浄効率の向上、測定精度の高精度化、測定結果の再現性の向上等を見込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明における検出流路と磁石形状の上面図及び断面図。
【図２】従来の検出流路と磁石形状の上面図及び断面図。
【図３】免疫分析装置の概略図。
【図４】検出流路の拡大図。
【図５】本発明と従来技術の、測定領域における磁性粒子が受ける力の分布。
【図６】磁性粒子の挙動を解析するための解析フローチャート。
【図７】本発明と従来技術の、測定領域における吸着分布の比較。
【図８】磁石幅と流路幅の比と、吸着分布の均一性の関係。
【図９】計測による提案形状と従来形状における発光量の比較。
【図１０】分析装置の全体構成図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
【００１９】
本実施形態の一つである試料分析装置の一つの例としてある免疫分析装置に関して説明を行う。本発明は、免疫分析に限らず、磁性粒子を用いて、磁場強度の切り替えにより磁性粒子を捕捉している試料分析装置であれば適用可能であり、ＤＮＡ、生化学等の分析装置に対しても同様に使える技術である。
【００２０】
図３に、免疫分析装置の概略構成図を示す。図３において、検出流路１０は、チューブ２４およびチューブ２５を通して、ノズル２７及びポンプ２８と接続されている。ノズル２７はアーム２９により移動可能に取り付けてあり、懸濁液容器３０、緩衝液容器３１、洗浄液容器３２がその移動範囲に設置されている。
【００２１】
バルブ３３は検出流路１０とポンプ２８との間のチューブ２５に設けられている。ポンプ２８はコントローラ３８から、信号線３９ａを通じて制御され、正確な液量の吸引・吐出が可能とする。さらにチューブ２６を通して廃液溶液３５へと続く。
【００２２】
検出部の検出流路窓１８、検出流路ベース２０は透明な材料で形成されており、内部には溶液が流通する検出流路が形成されている。全体が透明な材料で形成されているため、光を透過するとともに、内部の流動状態を観察できるようにしてある。流路壁は透明な材料で形成せず、光が透過する部分のみ窓として透明な材料を使用してもよい。
【００２３】
検出部の透明な流路壁は、フローセル内の測定領域の位置に吸着した磁性粒子複合体の標識物質が発する光の波長に対して実質的に透明である材料で製作されるのが好ましく、例えば、ガラス、石英、プラスチックなどで製作されるのが好ましい。
【００２４】
さらに、検出流路ベース２０の下部周辺には、レーザー光源１６、集光レンズ１７が設置されている。レーザー光源１６から照射されたレーザーは集光レンズ１７で集光され、検出流路１０内の測定領域１５に照射することができる。
【００２５】
さらに、磁性粒子の吸着手段として用いる磁場印加手段として磁石２１を用いている。ここで、磁石の磁極面（イ面及びロ面）は流れ方向に垂直であり、図３の手前側がニ面、奥側がハ面となる。磁性粒子１４を吸着するときは、検出流路ベース２０の直下に移動させる。例えば、磁石２１は、水平方向に自由に移動することが可能なスライド機構２２に設置され、磁性粒子を吸着させるときは、磁石２１を流路の直下に移動させる。検出流路１０内を洗浄するときは、磁石２１の影響を十分に低減できる位置まで移動することができるため、十分に洗浄することができる。なお、スライド機構２２を用いて磁石２１を水平方向に移動させているが、洗浄するときに磁石２１による磁場の影響を十分に低減させられれば磁石２１は上下方向に移動させても良い。
【００２６】
コントローラ３８はアーム２９、光検出器４０、スライド機構２２、レーザー光源１６、ポンプ２８およびバルブ３３、３４と接続されており、制御することができる。
【００２７】
磁性粒子１４は、緩やかに拡大していく検出流路１０にて、平面的に広げられ、磁石２１による磁力によって測定領域１５に吸着される。なお、測定領域を補足領域ということも可能である。発光を測定するときには磁石２１による磁力が解除される。このときには検出流路１０内の液体の流れが停止されているため、磁性粒子１４は測定領域１５に吸着されたままの状態で検出流路１０内にとどまっている。そして、検出流路１０への磁場の印加を解除し、磁性粒子１４を測定領域１５に止どめたままで、検出流路１０の下部に設置されたレーザー光源１６からレーザーを照射することで、蛍光発光を生じさせる。磁性粒子１４上の標識物質からの発光を受光することにより、固相からの発光を高感度で測定することができる。
【００２８】
検出流路１０は、光透過性の材料で形成されているため、アクリル等の光透過率の高いものから選ばれたいずれか１つの材料でできている。光検出器４０は、例えば、光電子増倍管とすればよい。
【００２９】
検出流路１０は、深さ（すなわち厚さ）に対し幅が２〜２０倍になるように形成されており、流体の流れに乗って導入された粒子が流れの横方向に広がるのを容易にする。磁性体粒子の広がり方は、理想的には、検出流路１０に対して単一層として広がるのが望ましいが、実際には磁場の影響により粒子同士の重なりが多少生じて多数層が形成されることもある。
【００３０】
検出流路１０内における粒子の吸着分布は、検出流路１０の下側に配置された磁石２１からの磁場による磁力と、反応混合物を含む懸濁液の導入時の流れによる抗力とのバランスにより決まる。検出流路１０内の磁場は、好ましくは０.１〜０.５Ｔ程度である。その時の液体の流速は、好ましくは０.０５〜０.１０ｍ／ｓ程度である。流速による力が磁力によって粒子を捕捉する力を上回った場合には、粒子が離脱されるので、適正な流速を選ぶ必要がある。
【００３１】
磁性粒子１４は、以下に示すような粒子であることが好ましい。  （１）常磁性、超常磁性、強磁性、またはフェリ磁性を示す粒子  （２）常磁性、超常磁性、強磁性、またはフェリ磁性を示す粒子を、合成高分子化合物（ポリスチレン、ナイロンなど）、天然高分子（セルロース、アガロースなど）、無機化合物（シリカ、ガラスなど）などの材料に内包した粒子  磁性粒子１４の粒径は０.０１μｍ〜２００μｍの範囲、さらには１μｍ〜１０μｍの範囲が好ましい。比重は、１.３〜１.５の範囲が好ましい。この磁性粒子１４は、液内に沈降し難く、懸濁しやすい。磁性粒子の表面には、分析対象物質を特異的に結合する性質を持つ物質、例えば抗原に特異的に結合する性質を持つ抗体を結合する。
【００３２】
標識物質は、以下に示すような標識物質であることが好ましい。標識物質を、適切な手段により分析対象物質と特異的に結合させ、適切な手段により発光させる。
【００３３】
（１）蛍光免疫測定法で使用される標識物質。例えば、フルオレセインイソチオシアネートで標識した抗体など。  
（２）化学発光免疫測定法で使用される標識物質。例えば、アクリジニウムエステルで標識した抗体など。  
（３）化学発光酵素免疫測定法で使用される標識物質。例えば、ルミノールやアダマンチル誘導体を発光基質とする化学発光酵素で標識した抗体など。
【００３４】
ここで、分析対象となる試料とは、血清や尿のような生体液由来試料である。試料が血清の場合、分析されるべき成分は例えば、各種の腫瘍マーカー、抗体、または抗原・抗体複合物、単一タンパク質である。ここでは、特定成分は、ＴＳＨ（甲状腺ホルモン）であるとする。
【００３５】
懸濁液容器３０には、前処理過程として、分析対象となる試料がビーズ溶液、第１試薬、第２試薬、緩衝液と混合して、一定温度（３７℃）で一定時間反応させたものが収容されている。
【００３６】
ビーズ溶液とは、粒子状磁性物質をポリスチレンなどのマトリックスに埋め込んだ磁性粒子１４を緩衝液中に分散させてなる溶液であり、マトリックスの表面には、ビオチンと結合可能なストレプトアビジンが結合されている。
【００３７】
洗浄液容器３２には検出流路１０、チューブ２４内部を洗浄するための洗浄液が収容されている。
【００３８】
次に、本実施形態の動作を説明する。分析の１サイクルは、懸濁液吸引期間、粒子捕捉期間、検出期間、洗浄期間、リセット期間、予備吸引期間からなっている。反応ユニット３７で処理した懸濁液の収容された懸濁液容器３０が、所定位置にセットされたところから１サイクルが開始する。
【００３９】
懸濁液吸引期間では、まず、コントローラ３８の信号によりスライド機構２２が稼働し、磁石２１が検出流路１０下部に移動する。バルブ３３は開き、バルブ３４は閉じた状態に設定される。アーム２９がコントローラ３８の信号により動作し、ノズル２７を懸濁液容器３０内に挿入する。続いてコントローラ３８の信号で、ポンプ２８が一定量の吸引動作をする。次に、懸濁液容器３０内の懸濁液が、ノズル２７を経由してチューブ２４内に入る。この状態でポンプ２８を停止し、アーム２９を動作してノズル２７を洗浄機構３６に挿入する。洗浄機構３６を通過時に、ノズルの先端は洗浄される。
【００４０】
粒子捕捉期間では、コントローラ３８からの信号でポンプ２８は一定速度で吸引する。その間に、チューブ２４内に存在した懸濁液は検出流路１０内を通過する。検出流路１０内には磁石２１からの磁界が発生しているために、懸濁液に含まれる磁性粒子１４は磁石２１に向かって吸引され、測定領域１５の表面に捕捉される。
【００４１】
検出期間では、スライド機構２２が稼働して磁石２１が検出流路１０から遠ざけられる。続いて、コントローラ３８からの信号でレーザー光源１６からレーザーが照射され、集光レンズ１７を通して、レーザーが測定領域１５に照射される。そのときに測定領域１５の磁性粒子１４に結合した蛍光色素から発光が生じる。蛍光フィルターにより、波長が選択され、ＣＣＤカメラやフォトマルチプレクサなどの光検出器４０により、検出される。その発光の強度を光検出器４０で検出し、信号としてコントローラ３８に送る。一定時間経過後、レーザーを停止する。検出期間の間にアーム２９を動作してノズル２７を洗浄機構３６に挿入する。
【００４２】
洗浄期間では、ポンプ２８を吸引することにより、洗浄液容器３２から吸引した洗浄液を検出流路１０内に通過させる。このときは磁界が遠ざかっているために、磁性粒子１４は測定領域１５上に保持されず、緩衝液とともに流し去られる。
【００４３】
リセット期間では、バルブ３３を閉じ、バルブ３４を開いてポンプ２８を吐出動作する。ポンプ２８内の液は廃液容器３５に排出される。
【００４４】
予備吸引期間では緩衝液を吸引し、チューブ２４、検出流路１０の流路内に緩衝液を満たす。予備吸引期間後、次のサイクルが実行可能になる。
【００４５】
図１は、本実施形態で最良と考えられる検出流路１１と磁石２１の相対位置を示す。図１と比較するため、図２に、従来の検出流路１１と磁石２１の相対位置を示す。図１、図２共に、磁石は、磁極を有する端面（イ面及びロ面）を検出流路内の流れ方向に対して垂直とし、磁極を有さない端面（ハ面及びニ面）を検出流路内の流れ方向に対して平行として、配置している。なお、磁性粒子を吸着させる面はホ面、スライド機構に保持されている面をヘ面とする。図２に示す検出流路１１と磁石２１の相対位置は、磁石の幅ｂ（ハ面、ニ面の距離）が測定領域（磁性粒子の補足領域ともいう）における流路幅ａに対して等しい、もしくは、小さかった。一方、図１に示す磁石２１の幅ｂは、流路幅ａに対して大きい。
【００４６】
捕捉領域の磁石幅が磁性粒子の吸着に及ぼす影響を以下に説明を行っていく。図５（ａ）は、磁石幅ａと流路幅ｂの比ａ／ｂが０.９３の場合（磁石幅が流路幅と比較して小さい）、図５（ｂ）はａ／ｂが１.１１の場合（磁石幅が流路幅と比較して大きい）において、汎用磁場解析ソフトから得られる磁場と磁性粒子の磁気モーメントから計算される、捕捉領域上の磁性粒子が磁石から受ける力を示している。これらの図では、磁石から受ける力のうち、垂直成分のコンター図（磁性粒子に対し、ホ面に垂直方向に吸着される力を示す）と水平方向成分のベクトル図（磁性粒子に対し、ホ面に水平方向に加わる力を示す）を示している、さらに、流路幅と磁石幅の相対位置を明確にするために、流路と磁石の位置も同時に示している。これらの図では、上下対称となるため、すべての図において上半分側を示している。
【００４７】
図５（ａ）に示すように磁石幅と流路幅の比ａ／ｂが０.９３の場合、磁石のハ面もしくはニ面が存在する流路側壁近傍において、水平方向の力が流路中央に向いており、磁性粒子をホ面に吸着する垂直方向の力が小さいことが垂直力のコンター図からわかった。また、流路壁近傍では、磁性粒子に対する水平方向の力が流路中央に向いていることもわかった。これらのことから、流路壁近傍においては、磁性粒子は垂直方向よりも、流路の中央に向かう水平方向の力を強く受けることとなり、流路壁近傍は磁性粒子が吸着しづらく、流路の中央付近に多層に蓄積されやすいことがわかる。
【００４８】
一方、図５（ｂ）に示すように、磁石の幅を流路幅より大きくした場合、水平方向の力も図５（ａ）と比較してほとんど働かないことがわかる。これは、流路側壁近傍において、磁石のハ面及びニ面が離れることから、磁場勾配が緩やかになることで、（磁場の変化が小さくなることで）、流路壁近傍の磁性粒子が受ける水平方向の力が低減されるためである。これらのことから、図５（ａ）の場合に比べて流路壁近傍及び流路中央付近に均一に吸着しやすいことがわかる。
【００４９】
これらの知見をもとに、磁石幅が流路幅より広げることにより得られる効果を調べるために、磁性粒子の挙動解析を行った。挙動解析のフローチャートを図６に示す。汎用流体解析ソフトを用いて、磁性粒子が流れる流路内の流れ場の解析を行う。同時に、汎用磁場解析ソフトを用いて、磁石により生じる磁場の解析を行う。これらの場の状態を使って、磁性粒子に働く力、具体的には、流れから受ける力、流れの圧力勾配による力、粒子に働く浮力、磁石から受ける力を解析する。各磁性粒子に働くこれらの力を外力として、微小時間刻みにおける各粒子の運動方程式を解くことで、磁性粒子の挙動を解析することができる。
【００５０】
図７（ａ）、（ｂ）には、磁石幅ａと流路幅ｂの比ａ／ｂが１.１１の場合と、０.９３の場合の磁性粒子の吸着分布を解析した結果を示す。磁石幅を流路幅より大きくすることで流路壁近傍での磁性粒子の吸着量が大きくなっていることがわかる。これは、図５で示したように、磁石幅を流路幅より大きくすることで、流路壁近傍において、磁性粒子に働く水平方向の力が小さくなるためである。また、図７（ｂ）に比べて、流路幅全体に対して吸着する磁性粒子が均一である。
【００５１】
磁石幅の最良の形態は、全域において、磁石幅が流路幅より大きいことである。なお、一部でも磁石幅が流路幅より大きくなれば、その領域で、磁性粒子の吸着量が増えるため、発光強度が増加することが容易に予想される。例えば、磁石のホ面の形状が台形形状であって、補足領域において流路側壁より一部が大きくなるように設計されていても良い。
【００５２】
次に磁石幅の影響が吸着分布に及ぼす影響を系統的に調べた。図８には磁性粒子挙動解析プログラムを用いて、流路幅を一定とし、磁石幅を徐々に大きくしたときに、吸着分布の均一性を調べた結果である。グラフの横軸は磁石幅と流路幅の比を表しており、値が大きいほど流路幅に対して磁石幅が大きいことを示している。また、縦軸は吸着分布の均一性の逆数であり、値が小さいほど磁性粒子が均一に補足されていることを示す。
【００５３】
磁石幅ａと流路幅ｂの比ａ／ｂを大きくするに従い、測定領域における吸着分布の均一性が向上していることがわかる。この効果は、磁石幅が少なくとも流路幅より大きければ、効果があり、磁石幅と流路幅の比ａ／ｂが１.６７程度でもっとも良いことがわかる。これ以上の比で磁石幅を大きくすると、逆に吸着分布の均一性が悪化することがわかる。このことから、磁石幅には適正値があることがわかる。
【００５４】
また、本解析から、流路幅ａが５.４mm、磁石幅ｂが６.０mmにおいて、流路側壁近傍において、磁性粒子の吸着量が増加することがわかった。一般に、磁石の磁場分布は、磁石端近傍での傾きは大きさに関して影響を大きく及ぼさない。その結果、流路幅ａに対して、磁石幅ｂが０.６mm以上大きければ、効果があることがわかる。
【００５５】
解析から、磁石幅が流路幅より大きくすることで均一性が向上することから、磁石を試作し、実際の装置を使って、試験を行った。
【００５６】
図９にはａ／ｂが０.９３及び１.１１としたときの発光強度を計測した結果を示す。磁石幅を流路幅と比較して大きくすることで、発光量が２３％向上していることがわかる。これらの結果から、磁石幅を流路幅と比較して大きくすることで、磁性粒子を磁石に対して均一に吸着させることができ、これにより発光量を向上させることができる。また、吸着分布が均一化されることから、Ｂ／Ｆ分離の分離性能の向上、洗浄効率の向上、測定精度の高精度化、測定結果の再現性の向上等を見込むことができる。
【００５７】
また、図１の実施例では、流路幅がほぼ一定の場合に関して図示したが、流路幅が流れ方向に対して変化する場合においても、磁石幅の考え方は同一である。すなわち、測定領域の流路幅に対してすべての領域で、磁石幅（ハ面・ニ面間の距離）が流路幅に対して大きければ流路壁近傍まで吸着させることができ、吸着分布を均一化させることができる。また、すべての領域ではなく、一部の領域だけでも磁石幅を大きくすることができれば、効果は限定的になるが、均一性を向上させる期待が得られる。
【００５８】
また、次に、流れ方向の磁石長さと吸着領域の長さに関する考え方について説明する。
【００５９】
磁石長さ（イ面・ロ面間の距離）が測定領域より大きいと磁性粒子の吸着分布が広がってしまう。つまり、磁性粒子が、磁性粒子を吸着させたい領域外に吸着してしまうため、発光強度の低下を招くことが容易に予想される。そのため、磁石長さは測定領域より小さいことが必要である。
【００６０】
免疫自動分析装置への本実施例の事例を図１０によって示す。
【００６１】
分析装置１００の制御部１１９は、操作者からの測定依頼を受けて分析計画を作成し、この計画に基づいて、以下に記述する各機構の動作を制御する。
【００６２】
分析装置１００の、ラック１０１には、サンプルを保持するサンプル容器１０２が架設されており、ラック搬送ライン１１７によって、サンプル分注ノズル１０３の近傍のサンプル分注位置まで移動させる。インキュベータディスク１０４には、複数の反応容器１０５が設置可能であり、円周方向に設置された反応容器１０５を、反応容器設置位置、試薬吐出位置、サンプル吐出位置、検出位置、反応容器廃棄位置、等の所定位置まで移動させるための回転運動が可能である。サンプル分注チップ及び反応容器搬送機構１０６は、X軸，Y軸，Z軸の３方向に移動可能であり、サンプル分注チップ及び反応容器保持部材１０７，反応容器攪拌機構１０８，サンプル分注チップ及び反応容器廃棄孔１０９，サンプル分注チップ装着位置１１０、インキュベータディスク１０４の所定箇所、の範囲を移動し、サンプル分注チップおよび反応容器の搬送を行う。
【００６３】
サンプル分注チップ及び反応容器保持部材１０７には、未使用の反応容器とサンプル分注チップが複数設置されている。サンプル分注チップ及び反応容器搬送機構１０６は、サンプル分注チップ及び反応容器保持部材１０７の上方に移動し、下降して未使用の反応容器を把持して上昇し、インキュベータディスク１０４の反応容器設置位置の上方に移動し、下降して反応容器を設置する。
【００６４】
試薬ディスク１１１には、試薬や希釈液を保持した複数の試薬容器１１８が設置されている。試薬ディスク１１１の上部には試薬ディスクカバー１１２が設けられ、試薬ディスク１１１内部は所定の温度に維持される。試薬ディスクカバー１１２の一部には、試薬ディスクカバー開口部１１３が設けられている。試薬分注ノズル１１４は回転と上下移動が可能であり、試薬ディスクカバー１１２の開口部１１３の上方に回転移動して下降し、試薬分注ノズル１１４の先端を所定の試薬容器内の試薬或いは希釈液に接液させて、所定量の試薬或いは希釈液を吸引する。次いで、試薬分注ノズル１１４を上昇させて、インキュベータディスク１０４の試薬吐出位置の上方に移動して、反応容器１０５に試薬或いは希釈液を吐出する。
【００６５】
次いで、サンプル分注チップ及び反応容器搬送機構１０６は、サンプル分注チップ及び反応容器保持部材１０７の上方に移動し、下降して未使用のサンプル分注チップを把持して上昇し、サンプル分注チップ装着位置１１０の上方に移動し、下降してサンプル分注チップを設置する。サンプル分注ノズル１０３は、回転及び上下動作が可能であり、サンプル分注チップ装着位置１１０の上方に移動して下降し、サンプル分注ノズル１０３の先端にサンプル分注チップを装着する。サンプル分注チップを装着したサンプル分注ノズル１０３は、搬送ラック１０１に載置されたサンプル容器１０２の上方に移動して下降し、サンプル容器１０２に保持されたサンプルを所定量吸引する。サンプルを吸引したサンプル分注ノズル１０３は、インキュベータディスク１０４のサンプル吐出位置に移動して下降し、インキュベータディスク１０４上の、試薬が分注された反応容器１０５にサンプルを吐出する。サンプル吐出の後、サンプル分注ノズル１０３は、サンプル分注チップ及び反応容器廃棄孔１０９の上方に移動し、使用済みのサンプル分注チップを廃棄孔へと廃棄する。
【００６６】
サンプルと、試薬が吐出された反応容器１０５は、インキュベータディスク１０４の回転によって、反応容器搬送位置に移動し、サンプル分注チップ及び反応容器搬送機構１０６によって、反応容器攪拌機構１０８へと搬送される。反応容器攪拌機構１０８は、反応容器に回転運動を加えて反応容器内のサンプルと試薬を混和する。攪拌の終了した反応容器は、サンプル分注チップ及び反応容器搬送機構１０６によって、インキュベータディスク１０４の反応容器搬送位置に戻される。反応液吸引ノズル１１５は回転と上下移動が可能であり、サンプルと試薬が分注、混和され、インキュベータディスク１０４上で所定時間が経過した反応容器１０５の上方に移動し、下降し、反応容器１０５内の反応液を吸引する。反応液吸引ノズル１１５で吸引された反応液は、検出部ユニット１１６へと送液され、測定対象物が検出される。制御部１１９は、測定対象物の検出値に基づいて測定結果を導出して表示する。反応液が吸引された反応容器１０５は、インキュベータディスク１０４の回転によって反応容器廃棄位置に移動し、サンプル分注チップ及び反応容器搬送機構１０６によって、インキュベータディスク１０５からサンプル分注チップ及び反応容器廃棄孔１０９の上方に移動し、廃棄孔から廃棄される。
【００６７】
本実施例によれば、磁性粒子を均一に捕捉することができ、免疫自動分析装置としての分析精度向上、再現性向上ができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０  検出流路
１２  検出流路入口
１３  検出流路出口
１４  磁性粒子
１５  測定領域
１６  レーザー光源
１７  集光レンズ
１８  検出流路窓
１９  検出流路壁
２０  検出流路ベース
２１  磁石
２２  スライド機構
２４、２５、２６  チューブ
２７  ノズル
２８  ポンプ
２９  アーム
３０  懸濁液容器
３１  緩衝液容器
３２  洗浄液容器
３３、３４  バルブ
３５  廃液容器
３６  洗浄機構
３７  反応ユニット
３８  コントローラ
３９  信号線
４０  光検出器
１００  分析装置
１０１  ラック
１０２  サンプル容器
１０３  サンプル分注ノズル
１０４  インキュベータディスク
１０５  反応容器
１０６  サンプル分注チップおよび反応容器撹拌搬送機構
１０７  サンプル分注チップおよび反応容器保持部材
１０８  反応容器撹拌機構
１０９  サンプル分注チップおよび反応容器廃棄孔
１１０  サンプル分注チップ装着位置
１１１  試薬ディスク
１１２  試薬ディスクカバー開口部
１１４  試薬分注ノズル
１１５  反応液吸引ノズル
１１６  検出ユニット
１１７  ラック搬送ライン
１１８  試薬容器
１１９  制御部
【図１】
2013099648.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年4月12日(2013.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定物質及びこれに結合した磁性粒子を含む試料液を捕捉領域に導入する検出流路と、
当該検出流路に試料液を供給する供給手段と、
前記検出流路内に導入された磁性粒子を、前記捕捉領域で捕捉するよう、前記検出流路の外側であって前記補足領域に近接した位置に位置づけられる磁界発生手段と、
前記捕捉領域にて捕捉された特定物質を測定する測定手段と、
測定が終了した磁性粒子を当該検出流路から排出する排出手段と、
を備えた試料分析装置において、
前記検出流路の流れ方向と垂直方向における前記磁界発生手段の幅をａ、捕捉領域の幅をｂとした場合、少なくとも１カ所でこれらの比ａ／ｂが１．０＜ａ／ｂ≦１．６７であることを特徴とする試料分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の試料分析装置において、
前記磁界発生手段と前記捕捉領域は、対向するすべての領域において１．０＜ａ／ｂ≦１．６７となる関係であることを特徴する試料分析装置。
【請求項３】
請求項１記載の試料分析装置において、
前記磁界発生手段は、前記補足領域に対向する面において、前記検出流路の流れ方向と平行方向の長さが、前記捕捉領域の長さより少なくとも１カ所でも小さいことを特徴する試料分析装置。
【請求項４】
請求項３記載の試料分析装置において、
前記磁界発生手段は、前記補足領域に対向する面において、前記検出流路の流れ方向と平行方向の長さが、前記捕捉領域の長さより全ての領域で小さいことを特徴する試料分析装置。
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
請求項１記載の試料分析装置において、
ａがｂよりも０．６ｍｍ以上大きいことを特徴とする試料分析装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか記載の試料分析装置において、
前記検出流路は、前記供給手段で試料液を導入する入口と、測定が終了した試料液を前記排出手段で排出する出口を有し、
前記磁界発生手段の磁極を有する面は、前記入口から出口へと向かう試料の流れ方向に対して平行となる向きに設置されていることを特徴とする試料分析装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか記載の試料分析装置において、
前記検出流路は、前記供給手段で試料液を導入する入口と、測定が終了した試料液を前記排出手段で排出する出口を有し、
前記磁界発生手段の磁極を有する面は、前記入口から出口へと向かう試料の流れ方向に対して垂直となる向きに設置されていることを特徴とする試料分析装置。
【請求項９】
試料液を流すための流路と、
前記流路内の捕捉領域にて、試料液中の特定物質に結合した磁性粒子を捕捉する磁界発生手段を備えた検出器において、
前記検出流路の流れ方向と垂直方向における前記磁界発生手段の幅をａ、捕捉領域の流路幅をｂとした場合、少なくとも１カ所でこれらの比が１．０＜ａ／ｂ≦１．６７以下の範囲であることを特徴とする検出器。
【請求項１０】
請求項９記載の検出器において、
前記磁界発生手段と前記捕捉領域は、対向するすべての領域において１．０＜ａ／ｂ≦１．６７となる関係であることを特徴する検出器。
【請求項１１】
請求項９記載の検出器において、
前記磁界発生手段は、前記補足領域に対向する面において、前記検出流路の流れ方向と平行方向の長さが、前記捕捉領域の長さより少なくとも１カ所でも小さいことを特徴する検出器。
【請求項１２】
請求項１１記載の検出器において、
前記磁界発生手段は、前記補足領域に対向する面において、前記検出流路の流れ方向と平行方向の長さが、前記捕捉領域の長さより全ての領域で小さいことを特徴する検出器。
【請求項１３】
（削除）
【請求項１４】
請求項９記載の検出器において、
ａがｂよりも０．６ｍｍ以上大きいことを特徴とする検出器。
【国際調査報告】
2013099648.tif 000013
2013099648.tif 000014
2013099648.tif 000015
2013099648.tif 000016