(57)【要約】【課題】分析装置における、微量のサンプル液・試薬の高精度分注と混合，蒸発防止，測定精度の向上。【解決手段】所定量の試料を分注する試料分注機構と、該試料分注機構から吐出された試料を表面に付着させる第１の媒体と、所定量の試薬を表面に付着させた、第２の媒体と、前記第１の媒体と前記第２の媒体を近接させ、第１の媒体上の試料と第２の媒体上の試薬を混合する媒体移動機構と、前記第１の媒体及び第２の媒体上で試料と試薬の混合液の反応を測定する計測機構と、を備えた分析装置。詳細には、対向部手前の媒体面５１，５２それぞれに分注機３１，３２によりサンプル液と試薬を分注し液滴２１１，２２１を形成し、２つの媒体を移動し対向部で２液滴を合体混合し、検出部６で反応状態を検出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定量の試料を分注する試料分注機構と、
該試料分注機構から吐出された試料を表面に付着させる、第１の媒体と、
所定量の試薬を表面に付着させた、第２の媒体と、
前記第１の媒体と、前記第２の媒体を近接させ、第１の媒体上の試料と第２の媒体上の試薬を混合する媒体移動機構と、
前記第１の媒体及び第２の媒体上で試料と試薬の混合液の反応を測定する計測機構と、
を備えたことを特徴とする分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の分析装置において、
前記第１と第２の媒体の少なくとも一部は、可撓性を備えた帯状であり、
前記媒体移動機構は、前記媒体を長手方向に移動させるローラであることを特徴とする分析装置。
【請求項３】
請求項２に記載の分析装置において、
前記帯状の媒体は閉じた環を形成していることを特徴とする分析装置。
【請求項４】
請求項２に記載の分析装置において、
前記媒体移動機構は、両端にローラを備え、該両端のロータに帯状の媒体がリール状に巻きこまれていることを特徴とする分析装置。
【請求項５】
請求項２に記載の分析装置において、
前記第１の媒体と、前記第２の媒体を近接させる際、前記媒体の少なくとも一部は、媒体面が水平であることを特徴とする分析装置。
【請求項６】
請求項１に記載の分析装置において、
前記第１の媒体と、前記第２の媒体の近接部に温度調節手段を備えたことを特徴とする分析装置。
【請求項７】
請求項１に記載の分析装置において、
前記媒体の表面に第１の液体または／及び第２の液体との界面自由エネルギーが媒体の他の表面より小さい低界面自由エネルギー領域を一箇所以上形成したことを特徴とする分析装置。
【請求項８】
請求項７に記載の分析装置において、
前記第１の媒体の表面に形成した複数の低界面自由エネルギー領域の間隔と前記第２の媒体の表面に形成した複数の低界面自由エネルギー領域の間隔が同一であることを特徴とする分析装置。
【請求項９】
請求項７に記載の分析装置において、
前記第１または／及び第２の媒体上に複数箇所の低界面自由エネルギー領域を隣接して組とすることを特徴とする分析装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の分析装置において、
低界面自由エネルギー領域に試薬成分を付着済みの媒体を搭載することを特徴とする分析装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の分析装置において、
該付着液の液量を測定する機構を備えたことを特徴とする分析装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の分析装置において、
前記媒体移動機構は、前記第１の媒体と第２の媒体を独立して駆動することを特徴とする分析装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の分析装置において、
前記媒体駆動機構は、前記対向部において、第１と第２の付着液が接触した後、第１の媒体と第２の媒体を同位相または逆位相で往復、あるいは同位相と逆位相交互に往復することを特徴とする分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微量液に含まれる成分を分析する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
血液，尿等の生体サンプルを定性・定量分析する自動分析装置では、所定量のサンプルをノズル中に吸引し、反応容器に吐出した後、所定量の試薬をノズル中に吸引し、サンプルが入っている反応容器に吐出することで試薬と、測定対象成分を反応させ、反応を光学的な測定手段などを用いて測定している。近年、分析に要するコストを低減するため、１分析当たりに使用する試薬の量をできるだけ減らしたいという要望がある。使用する試薬の量を低減するためには、１分析あたりに使用するサンプルの量を低減する必要がある。しかし、マイクロリットルのオーダのサンプルを再現性良く、正確に分注することは技術的にはかなり難しい。例えば、吸引したサンプルをノズルから吐出する場合、ノズル表面とサンプルの濡れ性によっては、ノズルと液滴がうまく離れないで、ノズルの吐出孔近傍に付着する可能性がある。常に一定の量がノズルに付着することが分かっていれば、あらかじめ付着する量を含めてシリンジを動作させればよいが、サンプル毎に液性が異なるため、吐出するサンプル量が少なければ少ないほど、再現性良く、正確に分注制御することは難しくなる。
【０００３】
そのような問題を解決するため、例えば特許文献１に記載されるような技術が提案されている。この技術は、ピペットにより第１の液の一部（分析対象試料等）を一方向に移動可能な単一平面上に吐出し液滴とする。さらに、ピペットにより第２の液の一部（試薬等）を前記液滴に吐出し、２種以上（必要に応じて他の液を追加する）の液体からなる液滴を前記平面上に形成する。その後、静電力または音響力を液滴に加えて変形を引き起こし、液滴内の２種以上の液体を強制的に混合し反応を促進する。次に、前記平面を移動し、平面に近接する検出器に液滴を移送し液滴内の成分を分析する。各液の分注時には、液の蒸発を防止するため各液と非混和の液体（例えば水溶液に対してはオイル）で液滴を包んだ状態にする。以上のことにより、数十マイクロリッター以下の微量液の分析を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表平９−５１０６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の装置では２種以上の液を混合するため、ピペットにより単一平面上に吐出形成した第１の液からなる液滴にピペットで第２の液を追加注入する。そのため、第２の液を注入後、ピペットに液の一部が持ち去られ試料と試薬の混合比が変化して測定精度が低下する恐れがあった。また、試料液や試薬だけでなく非混和の液体が必要で、非混和の液で試料液や試薬などを包み込むための動作が必要になり装置コントロールが複雑になった。
【０００６】
また、反応液が非混和の液体で包まれた状態で、反応液表面が球状であるため、反応液に投射または、反応液から発生した光は、その光路長が液滴の位置や箇所により異なり、また、界面で屈折・反射される。そのため光学的測定（吸光度測定，発光量測定）の精度が低下する恐れがあった。また、他の測定（電磁的測定，音響的測定など）においても、非混和の液体に包まれるため反応液滴の形状・位置が一定せず測定精度が低下する恐れがあった。
【０００７】
さらに、非混和の液体のために内部の液滴の揺動状態が一定せず混合状態が測定毎に変化し時間的な反応過程を測定する場合、精度が低下する恐れがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、第１の分注手段により第１の液を第１の媒体に付着し、さらに第２の分注手段により第２の液を第２の媒体に付着し、第１の媒体と第２の媒体を第１の付着液と第２の付着液が接触する様移動し、第１の付着液と第２の付着液との混合液を生成する分注・混合機構と、混合液の成分を測定する計測機構を備える。
【０００９】
望ましくは、第１と第２の媒体は柔軟な帯状であり、第１の媒体の一部面と第２の媒体の一部面が向き合う対向部を有し、各媒体の長手方向に各媒体を移動する駆動機構を有し、駆動機構により第１の付着液と第２の付着液を対向部に導き接触する。
【００１０】
あるいは、該帯状の媒体を環状とする。
【００１１】
あるいは、該帯状の媒体の両端をリール状に巻き込む。
【００１２】
あるいは、該対向部の帯面を水平とする。
【００１３】
あるいは、媒体の一部に近接して温度調節手段を設けたことを特徴とする分析装置。
【００１４】
あるいは、媒体の表面に第１の液体または／かつ第２の液体との界面自由エネルギーが媒体の他の表面より小さい低界面自由エネルギー領域を一箇所以上形成する。
【００１５】
あるいは、第１の媒体表面に形成した複数の低界面自由エネルギー領域の間隔と第２の媒体表面に形成した複数の低界面自由エネルギー領域の間隔を同一とする。
【００１６】
あるいは、第１または／かつ第２の媒体上に複数箇所の低界面自由エネルギー領域を隣接して組とする。
【００１７】
あるいは、低界面自由エネルギー領域に試薬成分を付着済みの媒体を搭載する。
【００１８】
あるいは、該付着液の液量を測定する機構を備える。
【００１９】
あるいは、該第１の媒体と第２の媒体の駆動機構は第１の媒体と第２の媒体を独立して駆動する。
【００２０】
あるいは、該第１の媒体と第２の媒体の駆動機構は対向部において、第１と第２の付着液が接触した後、第１の媒体と第２の媒体を同位相または逆位相で往復、あるいは同位相と逆位相交互に往復する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、別々の媒体上に微量の液を点着するので、一旦媒体上に分注した液滴にノズルにより他の液を追加注入することが無く、分注済みの液の一部をノズルにより持ち去ることが無くなり、液滴の分注精度が向上し分析装置の測定精度が向上する。また、分注後の液は両側から媒体に挟まれるので、混合液の蒸発が少なくなる。さらに混合液を通過する光の光路長が一定となるので測定精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る分析装置の一実施例構成図。
【図２】本発明に係る化学分析装置の他の実施例構成図。
【図３】本発明に係る化学分析装置の他の実施例構成図。
【図４】媒体の構成図。
【図５】分注液滴量の計測説明図。
【図６】媒体による攪拌の説明図。
【図７】多種液体混合に適した媒体の構成図。
【図８】多種液体混合の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の一実施例を図１に示す。本実施例の分析装置１は、分析対象となる複数のサンプル液（血液や尿などの生体試料，湖水や海水や汚水などの環境試料等）の入った図示しない複数の小容器を保持するサンプル保持部２１と、サンプル保持部２１内の小容器からサンプル液を吸入し分注するサンプル分注機３１と、サンプル分注機３１のノズル３１１の先端に対面してサンプル側ローラ４１１〜４１４により保持され、ローラの回転（図示しないモータとコントローラにより制御される）に従い周回するリングテープ様のサンプル媒体であるテープ５１からなるサンプル操作部を有する。
【００２４】
また、複数の試薬（サンプル液と混合することによりサンプル液内の成分と反応して呈色する）の入った図示しない複数の小容器を保持する試薬保持部２２と、試薬保持部２２内の小容器から試薬を吸入し分注する試薬分注機３２と、試薬分注機３２のノズル３２１の先端に対面して試薬側ローラ４２１〜４２４により保持され、ローラの回転に従い周回するリングテープ様の試薬媒体であるテープ５２からなる試薬操作部を有する。
【００２５】
テープ５１，５２はプラスチックなどの透明な高分子材料からなる。
【００２６】
サンプル側ローラ４１１，４１２と試薬側ローラ４２１，４２２はそれぞれ対向しテープ５１とテープ５２のそれぞれの面が平行する様に等間隔に設置されている。
【００２７】
また、分析装置１はサンプル側ローラ４１１・４１２間のテープ５１のリング内側と試薬側ローラ４２１・４２２間のテープ５２のリング内側とに対向して設置した複数の光源群６１とセンサ群６２からなる検出部６を有する。
【００２８】
検出部６は、光源から発してサンプル側テープと試薬側テープを通過した光をセンサで捉えて信号に変換し、図示しない分析装置１のコンピュータなどの演算装置に提供し、演算装置はこれをもとに吸光度を求めサンプルに含まれる成分の濃度などを算出する。
【００２９】
さらに、分析装置１はテープに向かい洗浄液を噴射しテープ表面に付着したサンプル液や試薬を除去し、その後テープに温風などを噴射し乾燥するサンプル側洗浄機構７１，試薬側洗浄機構７２を有する。
【００３０】
次に、分析装置１の動作に付き説明する。
【００３１】
先ず分注動作であるが、サンプル，試薬共に同様であるのでサンプル分注について説明する。サンプル分注機３１はサンプル保持部２１の小容器内にノズル３１１を挿入し小容器内のサンプル液を吸入する。次にノズル３１１の先端を停止状態のテープ５１の面上に近接しノズル３１１内のサンプル液を一定量吐出する。吐出されたサンプル液はテープ面上に接し半球状のサンプル液滴２１１となる。吐出を終えたところでノズル３１１を上方に移動しテープ面上にサンプル液滴２１１を残置する（以上の動作を点着と呼ぶ）。分注後のノズルは図示しない洗浄槽などで洗浄され、分注時に付着したサンプル液や試薬が除去されて清浄な状態に保たれる。
【００３２】
次に混合動作を行う。サンプル液滴２１１を搭載したテープ５１のリングを時計回りに回転する。同様に試薬液滴２２１を搭載したテープ５２のリングを反時計回りに回転する。それぞれの液滴はテープとともに移動しローラ４１１とローラ４２１を通過してテープ５１とテープ５２の面が平行する部分（以下、平行部と呼ぶ）に移動する。このとき、両液滴が平行部に同時に入るようにテープへの分注位置と各ローラの回転速度を調整する。例えばサンプル操作部と試薬操作部を同じ構成・サイズとしてサンプル・試薬の分注終了後同時にテープ５１・テープ５２を同じ速度で動かすことが考えられる。平行部に同時に入ったサンプル液滴２１１と試薬液滴２２１は合体して混合液２３となる。さらにテープを回転すると混合液２３は検出部６の光源群６１・センサ群６２に至る。ここで、混合液２３を通過する光の量を順次連続するセンサで捉え混合液で吸収された光の量を換算してサンプル液に含まれる成分の濃度を求める。なお、検出部６はテープを挟んで光源とセンサが対向するいわゆる吸光度測定を例としたが、その他に蛍光測定，カメラによる画像測定，磁場測定，静電容量測定，放射能測定，Ｘ線測定などの非接触測定を適用できる。
【００３３】
平行部を通過した混合液２３はローラ４１２とローラ４２２で挟まれる部分から両テープが離れてゆくので、テープから分離落下して図示しない廃液容器に回収されるか、次の工程のために回収される。テープ上に残った混合液は洗浄機構７１，７２により除去され操作が一巡する。なお、混合液が平行部を出る前にテープの回転を逆転し混合液を検出部６に再度移動し反応過程を測定してもよい。
【００３４】
また、図示しない１つ以上の温度調節手段をテープに近接し設置し、テープに付着して移動してきた液を局部で加熱・冷却してもよい。温度調節手段としては小型で加熱冷却が可能なペルチェ素子が好適である。
【００３５】
本実施例によれば、別々のテープ上に微量の液を点着するので、一旦テープ上に分注した液滴にノズルにより他の液を追加注入することが無く、分注済みの液の一部をノズルにより持ち去ることが無くなり、液滴の分注精度が向上し分析装置の測定精度が向上する。また、分注後の液は平行部で両側からテープに挟まれるので、混合液の蒸発が少なくなる。さらに混合液を通過する光の光路長が一定となるので測定精度が向上する。また、テープの移動方向を逆転することにより同一の反応液の反復測定が可能になる。また、液滴の温度調節が局所でできるので反応のコントロールや蒸発の促進・抑制が可能になる。
【００３６】
本発明の他の実施例を図２に示す。本実施例ではテープ５１，５２はそれぞれ供給リール４１５・４２５に巻かれた状態で提供され供給リール４１５・４２５からローラ４１４・４２４，４１１・４２１，４１２・４２２，４１３・４２３を経由して、巻取りリール４１６・４２６に向かって送られる。巻取りリールに巻き取られたテープは使用後、装置から脱着し廃棄できる。また、各分注機のノズルにはディスポーザブルの分注用チップ３１２，３２２が装着され分注毎に交換することができる（複数の分注用チップを保管するチップ保管部は図示していない）。
【００３７】
本実施例によれば媒体，分注用チップがディスポーザブルのため洗浄系が不要で分析装置を小型にでき、媒体やノズルの洗浄不足が無いためコンタミネーションが無く高感度の測定が可能になる。
【００３８】
本発明の他の実施例を図３に示す。本実施例ではテープ面が平行部で水平となっている。また、テープ面の水平を保つため、テープ５１・５２をサポートするサポートベルト５３・５４を備える。サポートベルト５３・５４は、それぞれローラ４１１・４１２の組とローラ４２１・４２２の組にリング状に巻かれており、金属などの剛性の高い材料からなりテープに接してテープにローラからの駆動力を伝達するとともにテープの変形を防止する役割を持っている。また、サポートベルトの一部には液滴に対応する光透過用の孔が複数存在する。テープ面上の試薬液滴２２１と混合液２３は常に水平面で保持され移動する。また、サンプル液滴２１１はローラ４１１付近で一時的に傾いた状態で保持され移動する。
【００３９】
本実施例によれば、混合液が水平面で保持されるため不慮の衝撃等による落下が無く測定が確実に遂行できる。
【００４０】
図４に本発明の媒体の実施例を示す。媒体５の材料はポリエステルなどの高分子材料からなり、薄く柔軟で強度があり透明で水を透過しないものが望ましい。媒体５上には一定間隔で点着対象液と親和性のある（界面自由エネルギーが小さく液が付着しやすい）円形のパターン５５を形成している。測定対象とする液は生体試料であり、ほとんどの試薬も水を含むので、主に親水化処理を行う。また、パターン５５以外の地の部分５６は高分子材料のため疎水性を呈するが、さらに分離性を増すために撥水・撥油処理を行うことができる。これらの処理については、例えば非特許文献（ぬれ技術ハンドブック、石井ほか、２００１年、テクノシステム発行）に表面の改質技術として詳しく述べられている。また、パターン５５上に試薬をあらかじめ塗布しておいてもよい。
【００４１】
本実施例によれば液滴と親和性のあるパターン上に液滴を付着できるので液滴がテープ上で移動することが無く、混合が確実にできる。また、試薬をパターン上にあらかじめ付着しておいてもよいので試薬分注機構が不要で装置コストが低減する。
【００４２】
本発明の他の実施例を図５に示す。サンプル液や試薬の分注の際、分注機のノズル３をパターン５５の中心付近に接近し所定量の液を吐出する。図５（媒体の移動方向から見た図）に示すように、ノズル３の先端に吐出された液玉はパターン５５に接触するとその表面を濡れ広がり、吐出を続けるとパターン５５と地の部分５６の境界に達して停止し、以後、高さ方向に拡大して行く。所定量の吐出を終えノズル３を上昇するとパターン５５上に液滴３４が残留するが、ノズル３側の外側にも残液３５が残るため液滴３４の量は吐出量に一致せず分注量が正確に把握できない。また、分注装置で小容器から液を吸入するとき、小容器の液面より上にノズル先端があり空気を吸引するなどして吐出量が不足し分注量不足になる恐れがある。また、吐出時にチューブなどの流体系の弾性により余分に液が吐出される恐れもある。
【００４３】
本実施例では分注ポイントでテープの送り方向に垂直な方向からカメラ８１により液滴３４を撮像し液滴３４を含む周辺の画像をコンピュータ８３に取り込む。さらに、画像処理により液滴像３４１から液滴３４の体積を求める。例えば、液滴像３４１のエッジを検出し液滴の高さｈと幅Ｗを演算する。液滴３４は小さいため重力の影響を無視でき球の一部とみなせるので球切片の体積の公式から、体積Ｖを（数１）のように求めることができる。
【００４４】
Ｖ＝πｈ（３Ｗ2＋４ｈ2）／２４          …（数１）
【００４５】
以上によりサンプル液滴と試薬液滴の量を正確に把握できるので、標準サンプルと試薬の液量比が標準からずれた場合の測定値の変化をあらかじめ取得しておけば補正が可能になる。
【００４６】
本実施例によれば、媒体上に分注された液滴を撮像して液滴量を直接求めることができるため、本来の分注液量が設定値から外れた場合でも測定値の補正を行いより正確な測定値を求めることが可能になる。
【００４７】
本発明の他の実施例を図６に示す。本実施例ではテープ間で混合液を攪拌する方法を示す。非特許文献（振動型中空糸膜濾過装置の開発、機械学会論文集Ｂ編、vol.69、No.688、p.2621−p.2625）から、接液面に沿った方向に面が移動することにより、面に垂直な方向に液の速度分布が生じ、面速度が速いほど遠いところまで液が動くことがわかっている。従って、面を往復し、往路と復路で面の速度を変えれば速度の速い側に液が進行する。
【００４８】
図６は混合液中心付近のテープ進行方向断面を示している。テープ５１とテープ５２はそれぞれ別の駆動系で駆動しているので、互いに独立に移動可能である。図６の上側図に示すように、上下のテープを往復で速度差を付け逆位相で動かすと、互いのテープ面で逆方向の流れが誘起され、断面内に回転流れが生じ上下で液が入れ替わる。次に、下側の図に示すように往復で速度差をつけて同位相で動かすと上下面では同じ方向に流れが生じ、中央付近で折り返す上下２つの渦が発生し、中央付近と面付近の液が入れ替わる。以上の逆位相，同位相の動きを繰り返すことにより液は折り返され２液の接触面積が増加するので混合が促進する。
【００４９】
本実施例によれば、テープ駆動系を利用しテープを往復動して液の混合を行うことができ、付加的な混合装置を必要としないので、装置の小型・低コスト化を実現できる。
【００５０】
なお、混合に関しては振動源を有する部材をテープに接触振動させ、液を振動攪拌してもよい。また、音源を近接してテープを音波により振動し液を攪拌してもよい。また、電磁気力を利用して液を駆動し攪拌してもよい。
【００５１】
図７，図８に本発明の他の実施例を示す。本実施例では１個のサンプル液滴に２個以上の試薬液滴を混合するテープの構成，装置の運転方法について述べる。
【００５２】
先ず、テープの構成例につき説明する。図７はテープ５１・５２を面に垂直な方向から見たものである。テープ５２の表面に形成した点着対象液と親和性のある円形のパターンのうち互いに近接する２つ以上のパターン組を形成する。図ではパターン５７２１とパターン５７２２からなるパターン組５７２としているが、パターン同士が重ならない限りパターン組を構成するパターンは３個以上あってもよい。また、テープ５１には単独のパターン５７１を形成する。パターン５７１はテープ５２のパターン５７２１と対応する。
【００５３】
前記テープを使用して装置の運転例につき説明する。分注機３１によりテープ５１のパターン５７１上にサンプル液滴を形成する。また、分注機３２によりパターン５７２１に第１試薬を分注し第１試薬液滴を形成する。さらに分注機３２のノズルを洗浄した後、同様にパターン５７２２に第２試薬液滴２４（図８）を分注する。その後、テープが移動しサンプル液滴と第１試薬液滴が合体し第１混合液２３１となる。図８は平行部でのテープを側方から見たものである。図８の上は前記第１混合液２３１がテープ５１・５２間に形成された状態を表す。次に図８中の様にテープ５１またはテープ５２、あるいは双方のテープを動かし第１混合液２３１と第２試薬２４を近接合体させる。合体後は図６の実施例の混合方法などにより混合し第２混合液２３２を得る。
【００５４】
パターン組を形成するパターンが複数ある場合は第２の混合液と残りの試薬液滴を上記と同様に合体混合して次の混合液を得、以下同様とすることができる。このようにして混合した液を検出部で測定するが混合途中の液を測定してもよい。また、パターン組のパターンのいくつかに試薬だけでなく１つ以上のサンプル液（別種でもよい）を置いてもよい。また、テープ５１側にもパターン組があり、複数・複数種のサンプル・試薬を置いてもよい。
【００５５】
本実施例によれば、複数種の試薬をサンプル液と混合できるので、多段の反応を要する測定法にも対応できるため、１つの装置で多種の測定が可能となり、適用分野が拡大する。
【符号の説明】
【００５６】
１  分析装置
６  検出部
２１  サンプル保持部
２２  試薬保持部
２３  混合液
３１  サンプル分注機
３２  試薬分注機
５１  サンプル媒体（テープ）
５２  試薬媒体（テープ）
６１  光源群
６２  光センサ群
７１  サンプル側洗浄機構
７２  試薬側洗浄機構
２１１  サンプル液滴
２２１  試薬液滴
４１１〜４１４  サンプル側ローラ
４２１〜４２４  試薬側ローラ
【図１】
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【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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