(57)【要約】【課題】  化学的、生化学的、生物学的検定を行うための、バーコード方式で完全に自動化されたマイクロプレートに基づく分析器システムを提供する。【解決手段】  本発明の分析器は、サンプル分配、液体ハンドリング、マイクロプレート搬送、熱培養、渦流化、固相分離、および光学読取りのためのサブシステムを密に一体化するモジュール式のベンチトップ機器である。内部プロセッサは、機器と、タッチスクリーン液晶ディスプレイ(LCD)を介して操作者との通信を容易にするユーザインターフェースとを自動化するとともに、複数のプロトコルを介して遠隔のネットワークと通信するために含まれる。分析器は処理システム内にあるファームウェアを含み、ユーザインターフェースは予め規定された検定バッチプロトコルを操作者が選択することを可能にし、ユーザインターフェースは操作者がファームウェアのプログラミングすることを制限するようにして構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロプレートの形態で化学的、生化学的、または生物学的検定を行うための自動分析器であって、
一意に識別可能なラベルを有するマイクロプレートおよび他の検定消耗品を保持し搬送する複数の別個のキャリアトレイであって、試薬または標準液を含有するマイクロウェルを有するマイクロプレートが、封止された形態で最初に提供されるキャリアトレイと、
前記マイクロプレートおよび他の検定消耗品を装填するまたは取り出すため、前記キャリアトレイを操作者に提示する手段と、
前記キャリアトレイを特定の位置で保持する、前記分析器内の複数のキャリアトレイ支持体と、
前記分析器内で求められるように前記キャリアトレイを搬送するキャリアトレイ搬送手段と、
一意に識別可能な機械可読のラベルをそれぞれ有する1つまたは複数のサンプル容器を保持するサンプルハウジングと、
機械可読のラベルを読み取る読取り手段と、
前記マイクロウェル内の前記試薬または標準液へのアクセスを可能にするため、前記封止されたマイクロウェルに孔あけする穿孔手段と、
サンプルを前記マイクロウェルに移送するとともに、前記試薬または標準液の1つまたは複数を1つのマイクロプレートに別のマイクロプレートから移送する液体分配システムと、
1つまたは複数のマイクロプレートを攪拌する攪拌手段と、
1つまたは複数のマイクロプレートの前記マイクロウェルの内容物を熱培養する熱インキュベータと、
1つまたは複数のマイクロウェルからの検定信号を測定する光学検出系を含む光学検出ステーションと、
前記分析器と操作者の間の対話を可能にするユーザインターフェースと、
1つまたは複数のサンプルに対して行われる1つまたは複数の検定の自動化に必要なすべての工程を説明する、1つまたは複数のバッチプロトコルを用いて予めプログラムされたファームウェアを含むマイクロプロセッサ制御手段と、
バッチプロトコルを追加、削除、または修正するため、前記ファームウェアを現場で更新する手段とを備える、分析器。
【請求項２】
前記マイクロプレートおよび検定消耗品上の前記一意に識別可能なラベルが機械可読である、請求項1に記載の分析器。
【請求項３】
1つまたは複数のマイクロプレートを洗浄する内部洗浄ステーションをさらに含む、請求項1または2に記載の分析器。
【請求項４】
内部洗浄バッファ格納タンクをさらに含む、請求項3に記載の分析器。
【請求項５】
前記マイクロプレートおよび他の検定消耗品を装填するまたは取り出すため、前記キャリアトレイを操作者に提示する前記手段が、前記分析器のドアを通って延びる電動装填アームである、請求項1から4のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項６】
前記マイクロプレートおよび他の検定消耗品を装填するまたは取り出すため、前記キャリアトレイを操作者に提示する前記手段が、前記分析器内の前記キャリアトレイ支持体上にある前記キャリアトレイへのアクセスを提供する前記分析器のドアである、請求項1から4のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項７】
前記キャリアトレイを格納するため、前記キャリアトレイ支持体の1つまたは複数が前記分析器に含まれる、請求項1から6のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項８】
前記1つまたは複数のキャリアトレイ支持体がマガジン構造内に垂直にグループ化される、請求項1から7のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項９】
前記1つまたは複数のキャリアトレイ支持体によって保持された前記キャリアトレイ内に収容されたマイクロプレート間の液体を直接移送することを可能にするため、前記1つまたは複数のキャリアトレイ支持体が、垂直方向で互いに遮ることなく前記分析器内に置かれる、請求項1から7のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項１０】
前記キャリアトレイ支持体が、キャリアトレイがあるかないかを検出する近接センサをさらに含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項１１】
1つまたは複数のキャリアトレイが熱伝導性基部を有し、前記熱伝導性基部の内側領域の上側表面を、前記キャリアプレート上に装填されたマイクロプレートの1つまたは複数のマイクロウェルに近接させて位置付けるため、前記基部の前記内側領域が前記基部の外側領域に対して隆起している、請求項1から10のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項１２】
前記基部の前記内側領域が貫通孔の列を含み、各貫通孔の軸が、前記貫通孔の上方に位置するマイクロウェルの軸にほぼ平行である、請求項11に記載の分析器。
【請求項１３】
前記1つまたは複数のキャリアトレイが、検定の自動化の間にマイクロプレートの受動的な熱培養を行うように構成された、請求項11に記載の分析器。
【請求項１４】
前記キャリアトレイ搬送システムが、支持バーによって一端で接続された一対の搬送アームを含み、前記搬送アームが、前記キャリアトレイを搬送するため、キャリアトレイ内の凹部と係合するための1つまたは複数の突出部をさらに含む、請求項1から13のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項１５】
前記サンプルハウジングが、前記サンプル容器上の前記機械可読のラベルを読み取ることを可能にするため、前記読取り手段に対して前記サンプル容器を移動させる手段を含む、請求項1から14のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項１６】
前記サンプルハウジングが、前記サンプル容器からサンプルを吸引することを可能にするため、前記液体分配システムに対して前記サンプル容器を移動させる手段を含む、請求項1から14のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項１７】
前記機械可読のラベルが、一次元のバーコード、二次元のバーコード、テキスト、および無線認証タグのいずれか1つである、請求項1に記載の分析器。
【請求項１８】
前記機械可読のラベルが、一次元のバーコード、二次元のバーコード、テキスト、および無線認証タグのいずれか1つである、請求項2から16のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項１９】
機械可読のラベルを読み取る前記読取り手段が光学バーコード読取り機である、請求項1から16のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項２０】
機械可読のラベルを読み取る前記読取り手段が無線認証タグを検出する、請求項1から16のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項２１】
前記マイクロプレートおよび消耗品上の前記機械可読のラベル、ならびに前記サンプル容器上の前記機械可読のラベルを読み取るため、別個の読取り手段が提供される、請求項2から20のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項２２】
前記穿孔手段が操作者によって外部で使用される穿孔ツールである、請求項1から21のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項２３】
前記穿孔手段が前記分析器内に存在する穿孔ツールである、請求項1から21のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項２４】
前記穿孔手段が、前記分析器内の並進するサブシステムに恒久的に取り付けられる、請求項23に記載の分析器。
【請求項２５】
前記穿孔手段が、取外し可能な方法で前記分析器内の並進するサブシステムに取り付けられる、請求項23に記載の分析器。
【請求項２６】
前記液体分配システムが単チャネルの電子分注システムを含む、請求項1から25のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項２７】
前記液体分配システムが多チャネルの電子分注システムを含む、請求項1から25のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項２８】
前記液体分配システムが、空気置換、蠕動、容積式、および注射器ポンピングのいずれか1つを含む分注手段を利用する電子分注システムを含む、請求項1から27のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項２９】
前記液体分配システムが使い捨てピペットチップを使用する、請求項1から28のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項３０】
前記攪拌手段が、任意の断面内で移動するように電動化することができる2つの直交する並進ステージを備える、請求項1から29のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項３１】
前記攪拌手段が固定の軌道半径を有する軌道ボルテクサーである、請求項1から29のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項３２】
1つまたは複数のマイクロプレートを攪拌する第2の攪拌手段をさらに含む、請求項1から31のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項３３】
前記光学検出系が、吸光度、蛍光、ルミネッセンス、化学ルミネッセンス、エレクトロルミネッセンス、時間分解蛍光、および蛍光偏光のいずれか1つまたは複数を測定する、請求項1から32のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項３４】
前記光学検出系が、マイクロプレートのマイクロウェルに対して移動する走査光学ヘッドを備える、請求項1から33のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項３５】
前記光学検出系が定置の光学ヘッドを備え、前記マイクロプレートを支持する前記マイクロプレートキャリアが前記定置の光学ヘッドに対して移動する、請求項1から33のいずれか一項に記載の分析器
【請求項３６】
前記光学系が、複数の隣接するマイクロウェルの吸光度を同時測定する多チャネル光学ヘッドを備える、請求項1から33のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項３７】
前記光学検出系および前記熱インキュベータが、前記光学検出が前記熱インキュベータ内で行われる単一のシステムに組み合わされる、請求項1から33のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項３８】
前記熱インキュベータが、前記マイクロウェルがほぼ等しい温度で維持される受動熱インキュベータである、請求項1から37のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項３９】
前記マイクロプレート上の前記機械可読のラベルが、マイクロプレートのタイプ、マイクロプレートの供給業者、使用期限、製造日、ロットまたはバッチ番号、シリアル番号、試薬または標準液の識別情報および所在、および試薬または標準液の濃度のいずれか1つまたは複数を含む、請求項2から38のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項４０】
前記検定消耗品上の前記機械可読のラベルが、消耗品のタイプ、消耗品の供給業者、および消耗品の形態のいずれか1つまたは複数を含む、請求項2から39のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項４１】
サンプル容器上の前記機械可読のラベルが、前記サンプルに対して行われる検定の一覧を含む、請求項1から40のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項４２】
サンプル容器上の前記機械可読のラベルが、前記サンプルに対して行われるバッチプロトコルを識別する、請求項1から41のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項４３】
前記ユーザインターフェースが、前記分析器に一体化されたタッチスクリーン液晶ディスプレイである、請求項1から42のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項４４】
前記ユーザインターフェースが、操作者による前記ファームウェアのプログラミングを制限する手段を含む、請求項1から42のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項４５】
前記ファームウェアがインターネット接続を通して遠隔で更新される、請求項1から44のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項４６】
自動検定の結果がインターネット接続を通して遠隔で得られる、請求項1から45のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項４７】
前記バッチプロトコルが、前記1つまたは複数の検定を行うのに必要なマイクロプレートおよび消耗品のタイプに関する情報をさらに含み、操作者によって装填されるマイクロプレートおよび消耗品の正しい識別情報を、前記マイクロプレートおよび消耗品上の前記機械可読のラベルを介して照合することができる、請求項2から46のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項４８】
前記バッチプロトコルが、1つまたは複数のサンプルに対する1つまたは複数の検定を自動化するサンプルバッチプロトコルを含み、前記1つまたは複数の検定に対する用量応答曲線を得るため、前記バッチプロトコルが、各サンプルバッチプロトコルに対して対応する較正プロトコルをさらに含み、それによって既知の検体濃度を有する標準液を用いて検定が行われる、請求項1から47のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４９】
各貫通孔が、前記貫通孔の上方に位置付けられたマイクロウェルを通って方向付けられる、またはそれから放射される多くの光量を通過させるように十分に大きな直径を有し、前記貫通孔の前記直径が、前記基部と前記貫通孔の上方に位置付けられた前記マイクロウェルとの間で十分に熱交換ができるだけ狭くなっている、請求項12に記載の分析器。
【請求項５０】
前記検定消耗品が、前記キャリアトレイの1つまたは複数と互換性をもつ物理的な設置面積およびサイズを有する箱に収容された使い捨てピペットチップを含む、請求項1から49のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項５１】
前記サンプルハウジングが、サンプル内のイオン濃度を測定する1つまたは複数のイオン選択性プローブと、前記プローブの前記サンプルへの浸入を自動化する手段とを含む、請求項1から50のいずれか一項に記載の分析器。
【請求項５２】
マイクロプレートに基づく自動分析器での、化学的、生化学的、または生物学的検定を自動化する方法であって、
それぞれサンプルを含むとともに、一意に識別可能な機械可読のラベルを有する1つまたは複数のサンプル容器を、分析器に挿入するように操作者に指示する工程と、
検定一覧入力手段によって各サンプルに対して行われる検定の一覧を得る工程と、
前記サンプルに対して行われるすべての検定の一覧をコンパイルする工程と、
前記検定の一覧を行うために使用することができるサンプルバッチプロトコルであって、1つまたは複数のサンプルに対して1つまたは複数の検定を行うのに必要なすべての動作の手順およびタイミングを説明するとともに、前記分析器のファームウェアに予めプログラムされているサンプルバッチプロトコルの部分集合を決定するため、前記すべての検定の一覧を、前記分析器の前記ファームウェア内にある一組のサンプルバッチプロトコルと相互参照する工程と、
サンプルバッチプロトコルの前記部分集合からサンプルバッチプロトコルを選択するように前記操作者に指示する工程と、
前記選択されたサンプルバッチプロトコルによって必要とされる、一意に識別可能なラベルを有するマイクロプレートおよび他の検定消耗品を装填するように、前記操作者に指示する工程であって、その際、試薬または標準液を含有するマイクロウェルを有するマイクロプレートが、封止された形態で最初に提供される工程と、
前記選択されたサンプルバッチプロトコルを行う工程と、
各サンプルに対して1つまたは複数の検体濃度を決定する工程であって、前記検体濃度が、前記サンプルバッチプロトコルの自動化の間に測定される検定信号と、前記サンプルバッチプロトコルによって行われる検定の用量応答曲線を使用して得られ、また、前記用量応答曲線が、別個の較正バッチプロトコルによって決定され、前記分析器内に格納される工程とを含む、方法。
【請求項５３】
前記検定一覧入力手段がユーザインターフェースであり、前記操作者が、各サンプルに対して行われる前記検定の一覧を入力する、請求項52に記載の方法。
【請求項５４】
前記検定一覧入力手段が、前記サンプル容器上の前記機械可読のラベル内の情報の自動読取りであり、前記情報が、前記サンプルに対して行われる検定の一覧を含む、請求項52に記載の方法。
【請求項５５】
前記マイクロプレートおよび検定消耗品上の前記一意に識別可能なラベルが機械可読である、請求項52から54のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５６】
前記サンプルバッチプロトコルが、前記サンプルバッチプロトコルを行うのに必要なマイクロプレートおよび消耗品のタイプに関する情報をさらに含み、操作者によって装填されるマイクロプレートおよび消耗品の正しい識別情報を、前記マイクロプレートおよび消耗品上の前記機械可読のラベルを介して照合することができる、請求項55に記載の方法。
【請求項５７】
マイクロプレートに基づく自動分析器に対する、化学的、生化学的、または生物学的検定の自動化を較正する方法であって、
前記分析器のファームウェア内にある較正バッチプロトコルであって、1つまたは複数の検定を較正するのに必要なすべての動作の手順およびタイミングを説明するとともに、前記分析器のファームウェアに予めプログラムされている較正バッチプロトコルの一覧を、操作者に提供する工程と、
前記較正バッチプロトコルの一覧から較正バッチプロトコルを選択するように前記操作者に指示する工程と、
前記較正バッチプロトコルによって必要とされる、一意に識別可能なラベルを有するマイクロプレートおよび他の検定消耗品を装填するように、前記操作者に指示する工程であって、その際、試薬または標準液を含有するマイクロウェルを有するマイクロプレートが、封止された形態で最初に提供される工程と、
前記選択された較正バッチプロトコルを行う工程と、
前記較正バッチプロトコルによって行われた各検定に対して、測定された検定信号および既知の検体濃度を数学関数に当てはめることによって得られる用量応答曲線を決定する工程と、
対応するサンプルバッチプロトコルによる今後の使用のため、前記分析器内に前記用量応答曲線を格納し、それによってサンプル内の検体濃度を決定する工程とを含む、方法。
【請求項５８】
前記マイクロプレートおよび検定消耗品上の前記一意に識別可能なラベルが機械可読である、請求項57に記載の方法。
【請求項５９】
前記較正バッチプロトコルが、前記較正バッチプロトコルを行うのに必要なマイクロプレートおよび消耗品のタイプに関する情報をさらに含み、操作者によって装填されるマイクロプレートおよび消耗品の正しい識別情報を、前記マイクロプレートおよび消耗品上の前記機械可読のラベルを介して照合することができる、請求項58に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に臨床用途のための自動分析器に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動臨床分析器は、近年、様々な生体サンプルにおける検体の迅速かつ信頼性の高い検出のため、診断検査室による広範囲の用途を有してきた。分析器は、多様な検定を行うために日常的に使用され、その検定の大部分は、その抗原に対する抗体の高い親和性および選択性が活用される免疫検定を伴う。
【０００３】
診断界の近年の試みのほとんどは、高スループットの臨床検査室または単回使用の「ポイントオブケア」環境のどちらかのための製品の開発に焦点を当てている。高スループットスクリーニング(HTS)は、大型、高価、かつ複雑な分析器が一般に役立つ、診断の成熟した分野である。非常に高いスループット能力を備えた分析器は、通常、個別のモジュールがそれぞれ検定の単一の工程を行う、モジュールの形態である。例えば、モジュールは、一般に、流体ハンドリング、培養、渦流化(vortexing)、搬送、および検定結果の読取りおよび分析のために存在する。次に、モジュールは、ロボット工学的に相互接続されて、完全な自動化を提供する。あるいは、いくつかのHTS分析器は、共通の機器に一体化された複数のサブシステムを有する単一ユニットとして設計されている。そのような分析器は、それらのモジュール式の相当物よりも小型であり、通常はスループットが多少低減されるが、依然として顕著な量の検査室スペースを必要とする。
【０００４】
米国特許第6,042,786号は、1つのそのようなシステムを開示しており、サンプルおよび試薬を吸引し分配するため、直線運動する単一のピペットが使用される。このシステムは、毎時約200サンプルのスループットを有し、内蔵型の試薬格納器および冷却器を含む。米国特許第5,885,530号では、ビードベースの不均質検定システムのハンドリングおよび分析を完全に自動化する免疫分析器が開示される。この複合システムは、遠心ビード洗浄ステーションおよび再使用可能なサンプル希釈液ウェルを特色とする。それは、不均質検定の高スループットが必要な臨床環境に好ましい。従来技術の別の例では、米国特許第6,649,182号は、異なる検体用の受容器の列とともに置かれるバイオチップと併せて使用される分析器を記載している。このシステムは、非常に多数の検体の存在について多数のサンプルをスクリーニングするのに有用である。
【０００５】
診断スペクトルの他端には、迅速なスクリーニング検定を行うために単純な使い捨てのカートリッジが一般に使用される、ポイントオブケア試験がある。これらのデバイスは、主に、サンプルのスループットが非常に低い「診療室」または「病床」用途のために設計されている。ポイントオブケアスクリーニングは、従来、使い捨ての側方流動検定デバイスを使用して行われてきた。側方流動検定デバイスは、一般的には、サンプルパッド、コンジュゲートパッド、試薬ラインを有する膜、および吸収性パッドを含む。サンプルは、サンプルパッドに添加され、コンジュゲートパッドを通って流れ、そこで、検体特異性の標識抗体と相互作用して、結合複合体を形成する。次に、結合複合体は、多孔質の膜を通って1つまたは複数の試薬ラインまで流れ、その時点で、結合複合体と非結合の検体とが結合する。試薬に有色ラインが存在することは肯定的な結果を示す。サンプルは、膜を通って、それが吸収される吸収性パッドまで流れる。肯定的な結果の事象を確認するため、第2の対照試薬ラインが添加されることが一般的である。そのようなデバイスが、米国特許公報第2002/0146346A1号において使用されており、単一の側方流動プラットフォームが使用されて、誤用のいくつかの薬物のパネルを選別するために使用される。そのようなデバイスは、定性分析には有用であるが、一般に、信頼性の高い定量的結果を得るのに有用ではない。
【０００６】
近年、ポイントオブケア診断の分野は、単純な定性的デバイスを越えて、単回使用の使い捨てサンプルカートリッジを受け入れる、定量的または半定量的分析器にまで発展している。これらの分析器のほとんどは、サンプルの送達、試薬の送達、洗浄、培養、および廃液の吸収度を含む、高度な内部サンプル処理能力を備えたカートリッジに依存している。ミクロ流体技術は、多くの場合、これらの機能を達成するために、計量された流体送達を提供するために使用される毛管作用または遠心力とともに使用される。あるいは、外部手段から十分な気圧が加えられた後にのみ、それを超えて流体が流れることが可能になるバルブが停止すると、毛細管を使用することができる。
【０００７】
そのようなカートリッジの一例が、米国特許公報第2003/0170881A1号によって提供され、ポイントオブケア環境のための使い捨てカートリッジが開示されている。カートリッジは、操作者によって、所与の検体に対して酵素ベースの免疫検定を行う分析器内に置かれる。検定が完了すると、結果は、薄膜の電流滴定または電位差計の読取りなどの電気的手段を介して読み取られ、それは、有利には、分析器の設計の複雑さ、サイズ、およびコストを低減する。
【０００８】
ポイントオブケア診断に適した別のカートリッジが、米国特許公報第2003/0180815号に記載されており、単純な使い捨ての側方流動検定デバイスは、分析器での使用に適合されている。従来の比色法による側方流動検定デバイスと異なり、本発明は、電極を被覆する高分子膜の溶解に酵素を使用して、検定結果の電気的測定を提供する。したがって、カートリッジは、検定結果を判断するために容量測定を使用する単純な読取り機に挿入することができる。
【０００９】
HTS市場および「ポイントオブケア」環境に役立てるために成された進歩にも関わらず、低いスループットから適度なスループットを必要とする小規模な診療所の要求はほとんど見落とされてきた。これらの診療所の主な一例は、クライアントまたは患者のサンプルが検定のために日常的に収集される、いわゆる「ポイントオブコレクション」診療所である。そのような診療所の例としては、がん、不妊、および心臓病の診療所、ならびに、メタドン維持療法診療所および疼痛管理診療所を含む治療処置を行う診療所が挙げられる。ポイントオブコレクション環境の別の例は、日常的により大きな雇用者によって行われる仕事場における薬物検査である。小規模な診療所の他の例としては、安全対策として周期的なサンプル収集が日常的に行われる、食物試験または環境試験検査室などの専門の非医学系検査室が挙げられる。
【００１０】
その最も効率的な形態では、実地試験により、小規模な診療所が数分以内で試験結果を得ることが可能になる。医学的なポイントオブコレクション診療所の場合、結果が迅速に利用可能になることにより、試験のコストが低減され、医師がより高水準の治療を提供して、患者の状態の変化に即座に対応することが可能になる。実地試験は、また、小規模な非医学系検査室が迅速な試験を可能にするのを支援し、検定試験計画を容易にカスタマイズし変更する能力を提供する。
【００１１】
より小規模な診療所のニーズは、したがって、操作するのが容易である安価な分析器によって最も良好に満たすことができる。この目標に対する1つの段階は、従来技術では、マイクロプレートに基づく自動分析器システムの開発によって得られていた。そのような分析器は、検定ごとおよびサンプルごとに、検定反応を行うためにマイクロウェルの列を使用する。
【００１２】
そのような用途のためのマイクロプレートは、多数の形態で市販されており、現在最も一般的に使用されている形態は、96ウェルの8×12マイクロプレートである。さらに多数のウェルを提供する他の代表的なマイクロプレートの形態は、384または1538ウェルのマイクロプレートである。そのようなマイクロプレートのすべてにおいて、広範囲の分析器および機器全体にわたって単一の形態の使用を促進する業界標準を満たすため、多数の物理的寸法が必要とされる。
【００１３】
マイクロプレートに基づく液体ハンドリングシステム、ならびに、マイクロプレートワッシャー、インキュベータ、攪拌器、および読取り機などの単一機能のマイクロプレートシステムが、従来技術において良く知られているが、小型の完全自動化されたマイクロプレート分析器のいくつかの例のみが開示されている。マイクロプレートに基づく分析器システムの1つの例は、Pfostらの米国特許第5,104,621号によって提供され、ELISA検定を実施するため、マイクロプレートを使用する自動分析器が開示されている。分析器は、検定の自動化および制御のために汎用の実験機器を提供するため、多数の一体化されたサブシステムを使用する。試薬は、バルクディスペンサーからマイクロプレートのウェル内に分配される。マイクロプレート、試薬、および消耗品は、すべて共通の二次元の面内に収容される。
【００１４】
サブシステムのより複雑な空間レイアウトを使用する別の分析器が、P. F. McCullochらの米国特許第5,122,342号に開示されており、複数の検定特異性のマイクロプレートを含むマガジンが分析器内に収容される。サンプルは、分析器に装填され、機械可読のバーコードによって識別される。分析器は、一組のサンプルに対して一連の検定を行うように、操作者によってプログラムされ、検定反応は、各検定に対して異なるマイクロプレートを用いて、マイクロプレートの形態で行われる。試薬は、多チャネルのプランジャーを介して嵩高の内部格納装置から分配される。この特許の重要な態様は、個々のマイクロプレートキャリアの識別情報が、各検定特異性のプレートキャリアに固着された識別バーコードを読み取ることにより、マイクロプレートを所与のサブシステムまで移動させながら確認されることである。
【００１５】
従来技術のマイクロプレート分析器の別の例では、米国特許第5,650,122号は、酵素結合免疫吸着検定法(ELISA)を行うための自動システムを提供している。分析器は、2つのELISAに基づくマイクロプレートの処理を自動化して、サンプル分注、培養、洗浄、および光学吸収度の読取りを単一の機器に組み込む。サンプルは、分析器によってマイクロプレート内に直接分注(および必要であれば、希釈)されるが、サンプル試験チューブの配置は操作者によって行われ、転写エラーに弱い。そのような分析器は、適切な定量分析のため、訓練された操作者による高度の技術を必要とする。
【００１６】
第4のマイクロプレートに基づく分析器システムは、米国特許出願第2002/0006362A1号(Ohtaら)に記載されている。このマイクロプレートに基づく分析器システムは、より小型で効率的なシステムを提供することにより、従来技術を改善する。上述のマイクロプレートに基づく分析器と同様に、このシステムは、瓶から検定反応が生じるマイクロプレートウェルに試薬を分配するため、バルク試薬格納器および液体移送ステーションを使用する。
【００１７】
第5のマイクロプレートに基づく分析器は、BMGからNOVOstarシステムとして市販されている、操作者が、試薬と予め分配されたサンプルを含有する測定マイクロプレートとの両方を装填できるようにする小型の分析器システムである。内部分注システムは、試薬マイクロプレートから、検定反応が開始される反応マイクロプレートへの試薬の移送を可能にする。このシステムは、さらに、攪拌、培養、マイクロプレート洗浄、追加の格納されたバルク試薬の分配、および光学検出のための手段を含む。分析器は、検査室用の完全自動ツールとして販売されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
残念なことに、4つの上述のマイクロプレートに基づく分析器システムのどれも、小規模な臨床環境で使用するためには設計されていない。分析器はすべて、特に、検定プロトコルのプログラミング、内部に収容された試薬の在庫管理、頻繁なメンテナンス、および分析器内のサンプルの正しい配置などの機能を提供するため、高度な操作者スキルを前提としている。そのような要件は、速度および簡易性が重要である小規模な臨床環境で使用する際の大きな欠点を意味する。
【００１９】
上述したように、ほとんどの小規模な診療所における重大な要件は、秘書または看護師などの熟練していない作業者が、最小限の訓練で実地試験のために診断分析器を操作できることである。小規模な診療所は、臨床検査室を運営するために熟練した技術者を雇用する追加費用の余裕がないことが多い。さらに、小規模な診療所における訓練された人員の雇用を排除する、規制の問題がある場合がある。この要件は、分析サンプルの取扱いにおける重大な結果を有する。誤った結果および信頼性の問題につながる場合があるサンプルの転写エラーから保護するため、分析器(および、使用される場合にはカートリッジ)内で準備が行われなければならない。同じく重要なのは、熟練していない作業者が潜在的に危険なサンプルに触れる可能性を最小限に抑えるための、分析器の設計の必要性である。
【００２０】
小規模な診療所のために特に設計された分析器が不足していることにより、臨床医は、実地試験のために、高スループットの分析器または単回使用のポイントオブケアデバイスのどちらかを選択することを強いられる場合が多い。残念なことに、購入コストが高く、また熟練した技術者が必要であることにより、HTS分析器は、ほとんどの小規模な臨床環境において不適切であり、手頃ではなくなっている。また、上述したように、HTS分析器は、一般的に、毎時数百サンプルを超えるサンプルのスループットを可能にし、それは、小規模な診療所および検査室の要件をはるかに上回る。小規模な診療所におけるポイントオブケア診断デバイスの有用性も制限される。側方流動検定などの単純な使い捨てデバイスは、定性的結果が望ましい非常に低いスループットの用途には有用であるが、定量的結果を必要とする大半の小規模な診療所において、必要な確度を提供することができない。
【００２１】
検定結果の解釈における操作者の役割は、また、多くの臨床環境において問題である。それに加えて、手動デバイスは、コンピュータシステム上で遠隔で達成することができる、試験結果の電子記録を自動的に提供しない。ポイントオブケア分析器は、これらの問題の多くを克服するが、それらのスループット、ならびに機器を頻繁に装填し取り出すことの必要性により、適度なサンプルのスループットを有する小規模な診療所または検査室にとっては実用的でなくなっている。残念なことに、そのような機器に使用されるカートリッジの多くは、広範囲の試験を行うのに必要な検定の多様性を欠いている。サンプルカートリッジの使用は、検定によっては必要なことがある、サンプルの希釈を妨げることが多い。
【００２２】
ポイントオブケア分析器は、また、カートリッジパラメータの製造における許容差が低いか、または流体を分配する際の確度が不十分であることにより、検定の再現性が低いことに苦しむ場合が多い。再現性は、十分な較正器または対照が不足していることによってさらに損なわれる場合が多い。この低い再現性は、検定結果における著しく大きな変動係数に結び付き、それにより、検定のダイナミックレンジおよび精度が制限される。恐らく最も重要なことには、複雑な、専用の、単一サンプルおよび単一試験用使い捨てカートリッジを使用することで、高スループットの分析器に対して試験ごとのコストが劇的に増加して、利幅が圧迫され、健康管理のコストが増加する。
【００２３】
診断デバイスの上述の制限は、集中型の検査室における試験の利益になるように、多くの小規模な診療所および検査室に実地試験を断念することを強いてきた。集中型の検査室は、一般的には、HTS分析器を使用して、多数のより小規模な診療所から集められたサンプルの試験を行う。このプロセスは、診療所から集中型の検査室へのサンプルの輸送を必要とするので、コストと時間がかかる。個々の試験は、検査室の分析器によってほんの数分で完了することができるが、サンプルを輸送し報告を受け取るまでの時間間隔は数日になることがある。さらに悪いことに、大型の分析器上で行われる検定は、通常、半定量的試験であり、マトリックス効果、サンプルの改質、および低い特異性に関連する問題に弱い。これらの問題は、一般に、偽陽性の結果の報告に結び付き、その場合、さらなる定量的確認試験を行う必要があることが多く、さらなるコストおよび遅れに結び付く。
【００２４】
したがって、適度なスループット、熟練していない作業者による使用の容易性、低い消耗品コスト、および小型で安価な機器における検定の汎用性を提供する分析器を提供する、HTSとポイントオブケア分析器の間に存在する隔たりを埋める診断分析器が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、操作者の関与および意思決定を最小限に抑えたマイクロプレートに基づく分析器を提供することにより、熟練した検査室作業者を必要としない、適度なスループットの分析器の必要性に対処する。
【００２６】
特に、分析器は、内部試薬格納器の必要性を取り除くことにより、試薬の格納および取扱いに関連した問題を解決する。これは、熟練していない操作者によって容易に装填される、封止されラベルが付けられた試薬マイクロプレートを処理する手段を提供することによって達成される。予め充填されたマイクロプレートは、バッチの形態の1つまたは複数の検定の自動化を容易にするため、試薬、標準液、またはその両方の混合物を含有してもよい。好ましい一実施形態では、封止されたマイクロウェルを孔あけする手段が分析器内に提供される。あるいは、封止されたマイクロウェルは、分析器に装填される前に外部の孔あけツールで孔あけすることができる。
【００２７】
マイクロプレートおよび検定消耗品は、マイクロプレートおよび検定消耗品を固定し、マイクロプレートおよび検定消耗品を分析器内に搬送する手段も提供するという二重の役割を果たす1つまたは複数のキャリアトレイによって、分析器に装填される。搬送手段は、キャリアトレイ上の機械的機構と係合し、キャリアトレイを分析器内部の様々なシステムおよびステーションに搬送する、搬送アームをさらに含む。
【００２８】
サンプルは分析器内のサンプルハウジングに装填され、そこで、サンプル容器上の機械可読のラベルが読み取られる。好ましい一実施形態では、機械可読のラベルは、また、分析器によって行われる検定の一覧を含み、それにより、操作者の役割が、したがって人的エラーの可能性が低減される。別の好ましい実施形態では、マイクロプレートおよび検定消耗品上のラベルもまた機械可読である。これにより、マイクロプレートおよび検定消耗品の正しい装填を確認する手段が提供され、また、操作者が関与することなく、分析器への重要な情報の運搬が可能になる。そのような情報としては、マイクロプレートのタイプ、マイクロプレートの供給業者、使用期限、製造日、ロットまたはバッチ番号、シリアル番号、試薬または標準液の識別情報および位置、試薬または標準液の濃度を挙げることができる。
【００２９】
分析器は、1つまたは複数の予めプログラムされた検定バッチプロトコルを分析器のファームウェアに組み込むことにより、従来技術をさらに改善する。好ましくは操作者による変更が制限されるファームウェアは、1つまたは複数の検定の自動化に必要な手順およびタイミングを含む。ファームウェアは、検定バッチプロトコルを追加、削除、または修正するため、現場で更新されてもよい。
【００３０】
検定の自動化は、一連の内部システムおよびステーションに、所与のバッチプロトコルにおいて指定された1つまたは複数の検定を実施するのに必要なすべてのタスクを行わせる、マイクロプロセッサ制御手段によって達成される。内部システムおよびステーションは、攪拌手段、サンプル、試薬、および標準液を分配する液体分配ステーション、熱インキュベータ(thermal incubator)、ならびに光学検出ステーションを含む。操作者は、好ましくは分析器に一体化されたタッチスクリーン液晶ディスプレイである、ユーザインターフェースを介して分析器と対話する。
【００３１】
したがって、本発明は、マイクロプレートの形態で化学的、生化学的、または生物学的検定を行うための自動分析器であって、一意に識別可能なラベルを有するマイクロプレートおよび他の検定消耗品を保持し搬送する複数の別個のキャリアトレイであって、その際、試薬または標準液を含有するマイクロウェルを有するマイクロプレートが、封止された形態で最初に提供されるキャリアトレイと、前記マイクロプレートおよび他の検定消耗品を装填するまたは取り出すため、前記キャリアトレイを操作者に提示する手段と、前記キャリアトレイを特定の位置で保持する、前記分析器内の複数のキャリアトレイ支持体と、前記分析器内で求められるように前記キャリアトレイを搬送するキャリアトレイ搬送手段と、一意に識別可能な機械可読のラベルをそれぞれ有する1つまたは複数のサンプル容器を保持するサンプルハウジングと、機械可読のラベルを読み取る読取り手段と、マイクロウェル内の試薬または標準液へのアクセスを可能にするため、前記封止されたマイクロウェルに孔あけする穿孔手段と、サンプルを前記マイクロウェルに移送するとともに、前記試薬または標準液の1つまたは複数を1つのマイクロプレートに別のマイクロプレートから移送する液体分配システムと、1つまたは複数のマイクロプレートを攪拌する攪拌手段と、1つまたは複数のマイクロプレートの前記マイクロウェルの内容物を熱培養する熱インキュベータと、1つまたは複数のマイクロウェルからの検定信号を測定する光学検出系を含む光学検出ステーションと、分析器と操作者の間の対話を可能にするユーザインターフェースと、1つまたは複数のサンプルに対して行われる1つまたは複数の検定の自動化に必要なすべての工程を説明する、1つまたは複数のバッチプロトコルを用いて予めプログラムされたファームウェアを含むマイクロプロセッサ制御手段と、バッチプロトコルを追加、削除、または修正するため、前記ファームウェアを現場で更新する手段とを備える、分析器を提供する。
【００３２】
上述したように、検定ファームウェアは、1つまたは複数の検定の自動化に必要な手順およびタイミングを提供する、予めプログラムされた検定バッチプロトコルを含む。一組のサンプルに対して1つまたは複数の検定を行うバッチプロトコルの実行は、次のように開始される。分析器は、最初に、分析器に装填されたサンプルのバーコードを走査し、一組のサンプルによって必要とされるすべての検定のリストを決定する。特定のサンプルに対して実行される検定の一覧は、機械可読のサンプルラベル内に含むことができるか、またはサンプル単位でユーザによって手動で入力することができる。次に、分析器は、すべての検定の一覧を、分析器のファームウェア内にあるサンプルバッチプロトコルと相互参照する。次に、互換性をもつサンプルバッチプロトコルの部分集合が操作者に提示され、操作者は、好ましいサンプルバッチプロトコルを選択するように指示される。次に、分析器は、操作者に、選択されたサンプルバッチプロトコルに必要なマイクロプレートおよび検定消耗品を分析器に装填するように指示する。次に、サンプルバッチプロトコルが分析器によって行われ、それによって、各サンプルに行われる各検定に対して検定信号が得られる。次に、各検定に対する予め決められた用量応答曲線が使用されて、サンプル内の検体濃度が決定される。
【００３３】
本発明はまた、マイクロプレートに基づく自動分析器での、化学的、生化学的、または生物学的検定を自動化する方法であって、それぞれサンプルを含むとともに、一意に識別可能な機械可読のラベルを有する1つまたは複数のサンプル容器を、分析器に挿入するように操作者に指示する工程と、検定一覧入力手段によって各サンプルに対して行われる検定の一覧を得る工程と、前記サンプルに対して行われるすべての検定の一覧をコンパイルする工程と、前記検定の一覧を行うために使用することができるサンプルバッチプロトコルであって、1つまたは複数のサンプルに対して1つまたは複数の検定を行うのに必要なすべての動作の手順およびタイミングを説明するとともに、前記分析器のファームウェアに予めプログラムされているサンプルバッチプロトコルの部分集合を決定するため、前記すべての検定の一覧を、前記分析器のファームウェア内にある一組のサンプルバッチプロトコルと相互参照する工程と、サンプルバッチプロトコルの前記部分集合からサンプルバッチプロトコルを選択するように前記操作者に指示する工程と、前記選択されたサンプルバッチプロトコルによって必要とされる、一意に識別可能なラベルを有するマイクロプレートおよび他の検定消耗品を装填するように、前記操作者に指示する工程であって、その際、試薬または標準液を含有するマイクロウェルを有するマイクロプレートが、封止された形態で最初に提供される工程と、前記選択されたサンプルバッチプロトコルを行う工程と、各サンプルに対して1つまたは複数の検体濃度を決定する工程であって、その際、前記検体濃度が、前記サンプルバッチプロトコルの自動化の間に測定される検定信号と、前記サンプルバッチプロトコルによって行われる検定の用量応答曲線を使用して得られ、また、前記用量応答曲線が、別個の較正バッチプロトコルによって決定され、前記分析器内に格納される工程とを含む、方法を提供する。
【００３４】
サンプルバッチプロトコルの自動化は、プロトコルによって行われる各検定に対する用量応答曲線を使用することを必要とする。そのような用量応答曲線は、個別の較正バッチプロトコルによって得られ、それによって、既知の検体濃度を有する標準液がサンプルの代わりに測定される。好ましい一実施形態では、標準液は、マイクロプレートの形態で分析器に導入される。
【００３５】
較正バッチプロトコルの実行は次のように行われる。分析器は、最初に、分析器ファームウェア内にあるすべての利用可能なバッチ較正プロトコルの一覧を操作者に提供する。操作者は、所望のバッチ較正プロトコルを選択し、分析器は、操作者に、選択された較正バッチプロトコルに必要なマイクロプレートおよび検定消耗品を分析器に装填するように指示する。次に、較正バッチプロトコルが行われ、それによって、バッチプロトコルの各検定に対して、既知の検体濃度を有する標準液の検定信号が測定される。結果として得られる検定信号および既知の濃度は、既知の関数形式に数学的に当てはめられ、それにより、各検定に対する用量応答曲線が生成される。用量応答曲線は、今後のサンプルバッチ較正プロトコルの実行に使用するため、分析器内に格納される。好ましい一実施形態では、各サンプルバッチプロトコルに対して、それと対になる較正バッチプロトコルが分析器のファームウェア内に存在する。
【００３６】
本発明の別の形態は、マイクロプレートに基づく自動分析器に対する、化学的、生化学的、または生物学的検定の自動化を較正する方法であって、前記分析器のファームウェア内にある較正バッチプロトコルであって、1つまたは複数の検定を較正するのに必要なすべての動作の手順およびタイミングを説明するとともに、前記分析器のファームウェアに予めプログラムされている較正バッチプロトコルの一覧を、操作者に提供する工程と、前記較正バッチプロトコルの一覧から較正バッチプロトコルを選択するように前記操作者に指示する工程と、前記較正バッチプロトコルによって必要とされる、一意に識別可能なラベルを有するマイクロプレートおよび他の検定消耗品を装填するように、前記操作者に指示する工程であって、その際、試薬または標準液を含有するマイクロウェルを有するマイクロプレートが、封止された形態で最初に提供される工程と、前記選択された較正バッチプロトコルを行う工程と、前記較正バッチプロトコルによって行われた各検定に対して、測定された検定信号および既知の検体濃度を数学関数に当てはめることによって得られる用量応答曲線を決定する工程と、対応するサンプルバッチプロトコルによる今後の使用のため、前記分析器内に前記用量応答曲線を格納し、それによってサンプル内の検体濃度を決定する工程とを含む、方法が提供される。
【００３７】
本発明の機能上のならびに有利な態様についてのさらなる理解は、以下の詳細な説明および図面を参照することによって実現することができる。
【００３８】
本発明は、以下の詳細な説明を、本願の一部を形成する添付図面と併せ読むことにより、さらに十分に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明は、化学的、生化学的、または生物学的検定を行うための、バーコード方式の、完全に自動化されたマイクロプレートに基づく分析器システムを提供する。本発明による分析器システムの一般的な一実施形態の概略図が、図1において全体的に100で示される。分析器100は、サンプル、マイクロプレート、および他の消耗品をシステムに挿入するための、ドア110を有する閉鎖容器101を備える。攪拌器103、熱インキュベータ105、光学検出系107、バーコード読取り機115、液体分配システム109、マイクロプレート孔あけデバイス111、およびマイクロプレートキャリアトレイ搬送システム120を含む、複数のシステムおよびステーションが分析器内に存在する。
【００４０】
従来技術において既知のマイクロプレートに基づく分析器とは異なり、本発明の分析器は、内部に格納されたバルク試薬を使用しない。代わりに、分析器は、自動分析器システムに従来使用されていたのよりも試薬容積がはるかに少ない、予め充填され、封止され、バーコードが付けられた試薬マイクロプレートを受け入れる。そのような試薬マイクロプレートは、現在、米国特許公報第2006/XXX号として公開された、2006年2月28日出願の同時係属中の米国特許出願第XXXX号、名称「MICROPLATE ASSAY KIT」に記載されている。
【００４１】
マイクロタイタープレート、すなわち以下に使用されるような「マイクロプレート」は、検定がその中で行われる小さな試験管として使用される、複数の「ウェル」の列である。マイクロプレートは、分析的研究および臨床診断試験検査室における標準的なツールになっている。それは、一般的には、2:3の長方形マトリックスの形態で配列された、6個、24個、96個、384個、または1536個のサンプルウェルを有することができる。マイクロプレートはまた、3456個または9600個ものウェルを有して製造されてきた。マイクロプレートのウェルはそれぞれ、一般的には、数〜数百マイクロリットルの液体を保持する。用語「マイクロプレート」は、本明細書で使用するとき、マイクロウェルの立体の二次元の列、およびマイクロウェルの単一の一次元の直線的な列(いわゆる「ストリップウェル」の形態)の両方を表し、ストリップウェルは適切な支持デバイス内に置かれる(そのような支持体は従来技術において良く知られている)。
【００４２】
図2は、封止される前のそのようなマイクロプレートの一例を示す。代表的なマイクロプレート200は、好ましくは、上述の業界標準を厳守し、96個の円筒状ウェル210の長方形の配列および外側フランジ220を含む。各ウェルは、約250マイクロリットルの好ましい作業容積を有する。マイクロプレートの側面に適用されたバーコードラベル222は、マイクロウェルに含有される試薬の識別情報、容積、および位置に関する情報を提供する。ラベルは、さらに、試薬のバッチまたはロット番号、試薬の使用期限、ならびに、特定のマイクロプレートの物理的形状、サイズ、および供給業者に関する詳細などの追加情報を含んでもよい。マイクロプレート200は、一般的にはポリプロピレンから作られるが、ガラスおよびポリスチレンを含む他の材料が可能である。さらに、384ウェルおよび1536ウェルのマイクロプレートを含む、異なるウェル密度を有する他のマイクロプレート形態も、上述したように本発明によって想起される。
【００４３】
予め充填され封止されたマイクロプレート200は、ドア110を介して分析器に装填され、装填アーム150上に置かれたキャリアトレイ支持体140上に収容されたキャリアトレイ130の上に載せられる。キャリアトレイ130は、キャリアトレイ130に対して安定した正確な向きでマイクロプレート200を支持する保持手段を有する。好ましい一実施形態では、装填アーム150は、操作者によるキャリアトレイ上へのマイクロプレートの装填を容易にするため、ドア110を介して、分析器フレーム101を超えて1つまたは複数の次元で拡張可能かつ収縮可能である。キャリアトレイ係合および係脱手段を備えたマイクロプレートキャリアトレイ搬送システム120は、マイクロプレートキャリアトレイ130を、装填アーム150上のその支持体140から、分析器内の様々なマイクロプレートサブシステムのいずれかまで移動させることができる。キャリアトレイ格納ステーションを含む各サブシステムは、マイクロプレートキャリアトレイ130を固定するため、キャリアトレイ支持体140に取り付けられる。搬送システム120は、各マイクロプレートキャリアトレイ130を少なくとも二次元で移動させる。
【００４４】
分析器によって処理される他のマイクロプレートも、ドア110を介して装填される。追加のマイクロプレートはそれぞれ、操作者によって、内部搬送のため別個のキャリアトレイ130上に装填される。これらの追加のマイクロプレートは、補足の試薬マイクロプレート(一組の検定を行うために1つを超える試薬マイクロプレートが使用されてもよい)、検定の性能を較正または照合するときに使用される標準液を含有する較正器または制御マイクロプレート、液体分配システムによって使用される使い捨てピペットチップの列を含有するマイクロプレートチップの箱、および反応マイクロプレートを含んでもよい。検定反応は、反応マイクロプレート内で行われ、測定され、分析器100において使用されてもよい反応マイクロプレートの様々な物理的形態がある。吸光度が測定される検定の場合、反応マイクロプレートは、好ましくは、透明なポリスチレンで作られ、光学的に平坦な底部を有する。ルミネッセンスまたは蛍光を生じさせるレポーターラベルを用いる検定は、好ましくは、透明な底部を有する黒い反応マイクロプレートを用いて測定される。マイクロプレートの側面に適用されたバーコード222ラベルは、反応マイクロプレートのタイプ、供給業者、および機械的寸法を一意に識別することができる。反応マイクロプレートは、一般的には、封止されていない空のマイクロプレートとして分析器100に装填されるが、凍結乾燥された抗体などの固相試薬を含有してもよい。
【００４５】
液体(すなわち、試薬または標準液)で充填されたマイクロプレート200はすべて、一般的に、アルミニウムなどの金属箔を用いて封止されるが、代わりに、透明プラスティックフィルムなどの他の材料によって封止されてもよい。マイクロプレート封止部は、従来技術において既知の穿孔蓋(piercing lid)を使用して操作者によって孔あけされ、手動で剥がされてもよく、または、マイクロプレート封止部は、分析器内で自動で穿孔することもできる。後者の操作は、ピンまたはブレードが、一度に1つまたは複数のマイクロウェルの上側表面と垂直に接触する、図1に示されるような別個の孔あけステーション111によって行われてもよい。あるいは、孔あけ器は、マイクロウェル封止部を孔あけするため、別のサブシステム(液体ハンドリングシステムまたはキャリアトレイ搬送システムなど)によって一時的にアクセスされてもよいツールとして、分析器100内にあってもよい。
【００４６】
操作者に供給されたマイクロプレートが装填されると、個々のキャリアトレイ130は分析器100内に収容される。キャリアトレイ130は、内部サブシステム(すなわち、攪拌器、熱インキュベータ、および光学検出系)の上またはその中のどちらかに格納されてもよく、あるいは、別個の固定のキャリアトレイ格納支持体内に格納されてもよい。固定のキャリアトレイ支持体は、垂直のマガジンの形態あるいは平坦な形態などの多数の空間的形態で配列することができる。好ましい一実施形態では、固定のキャリアトレイ130は、垂直方向に重なり合わないようにして(例えば、平坦な形態または垂直方向にずらされた階段状の形態で)配列され、それにより、複数のキャリアトレイ130が液体分配システムに同時にアクセスすることが可能になり、キャリアトレイ搬送システムが個々のキャリアトレイ130を移動させる必要なしに、1つのマイクロプレート200から別のマイクロプレートまで液体を迅速に移送することが可能になる。
【００４７】
あるいは、分析器100内のキャリアトレイ130は、内部サブシステムおよびキャリアトレイ格納支持体の組合せに収容されてもよい。別の好ましい実施形態では、攪拌器システム103および固定のキャリアトレイ130は、確実に垂直方向には重なり合わず、かつマイクロプレートの行または列が1つの水平方向に整列するようにして配列される。この構成により、すべてのマイクロプレート200の間での多チャネル分注、使い捨てチップの取替え、および攪拌器103上に置かれたマイクロプレートの攪拌がすべて、任意のマイクロプレート200を移動させるキャリアトレイ搬送システムを必要とせずに達成することができることが保証される。
【００４８】
マイクロプレートを分析器に装填するために装填アーム150が使用されるこの実施形態は、範囲を限定することを意図するものではなく、むしろ多くの装填の実施形態の1つの一例として役立つことを理解されたい。別のより単純な実施形態では、マイクロプレート200は、ドア110を介して操作者によって内部マイクロプレートキャリアトレイに直接装填される。そのような場合、すべてのプレートキャリア130が移動可能である必要はないことを認識することが重要である。例えば、マイクロプレートの使い捨てチップの箱のための、プレートキャリア130の格納場所が、分配システムの並進によって、常に直接的に液体分配システム109の範囲内にある場合、プレートキャリア130は常に固定されたままであることができる。そのような場合、固定のキャリアトレイ内のマイクロプレート上のバーコードの検索を行うことができる、専用の固定キャリアごとのバーコード読取り機または可動のバーコード読取り機を提供することが必要なことがある。
【００４９】
分析器100内のマイクロプレートキャリアトレイ130を移動させながら、マイクロプレートのタイプ(反応、試薬、較正器、ピペットチップなど)、マイクロプレートのメーカーおよびサイズ、試薬の識別情報、試薬の容積、試薬の位置(すなわち、マイクロプレート内のマイクロウェル)、マイクロプレート封止部のタイプ、およびマイクロプレート封止部のメーカーが挙げられるがそれらに限定されない、識別情報に関する関連情報を確認するため、各マイクロプレート200はバーコード読取り機によって走査される。この一般的な実施形態は、サンプル容器、マイクロプレート、および消耗品のバーコードを使用することを記載しているが、この目的のため、多種多様なラベルが本発明によって想起される。これらのラベルとしては、一次元および二次元のバーコード、インターフェースを介して操作者が分析器に入力する単純なテキスト、機械可読のテキスト、および無線認証バーコードが挙げられる。
【００５０】
マイクロプレートおよび消耗品に加えて、サンプル容器もドア110を介して装填される。あるいは、分離されたドアが、サンプル、およびサンプルを分配するときに使用される使い捨て品(例えば、使い捨ての単チャネルピペットチップ)を装填するために使用されてもよい。サンプルは、バーコードが付けられた容器を、例えば1つまたは複数のサンプル容器を保持する標準的な円形コンベヤであってもよい、サンプルハウジング113内に置いた状態で、サンプルごとに分析器が要求される試験を決定できるようにする、予めバーコードが付けられた容器に装填される。バーコードは、マイクロプレートのバーコードを読み取るためにも使用される共通の走査バーコード読取り機115によって、あるいはサンプル容器のバーコードの読取り専用の別個のバーコード読取り機(図示なし)によって読み取られる。そのような場合、サンプルハウジングユニット内のサンプルの空間的配列に応じて、個々のバーコードは、走査によって、あるいはバーコード読取り機に対してサンプル容器を物理的に移動させることによって読み取ることができる。上述したように、サンプルラベルの検索手段は、バーコードに限定されることを意図しない。
【００５１】
図1を再び参照すると、液体分配システム109は、液体試薬、較正器、対照、標準液、およびサンプルをマイクロプレートウェル210内に移送するため、分析器100内に提供される。システム109は、単一のロボットピペットを備えてもよく、あるいは、1つのマイクロプレート200から別のものに分配するための多チャンネルピペッター、およびサンプルを正確に分配するための単チャネルシステムなどの、他の液体ハンドリングシステム構成を備えてもよい。液体分配システム109は、空気置換、蠕動、注射器、容積式、または他の分配技術を使用してもよい。分配ヘッドは、使い捨てチップを使用してもよく、または、分析器内にさらに含まれる洗浄ステーション内で清浄される単一のチップを使用してもよい。マイクロプレートからマイクロプレートへの移送のための多チャネルピペッター、およびサンプル分配のための単チャネルピペッターによって特徴付けられる一実施形態では、サンプルをサンプル容器からマイクロプレートまで移送することができるように、単チャネルピペッターは、少なくとも二次元で移動可能である。サンプル容器自体は、また、サンプルを受け入れる反応マイクロプレートが、キャリアトレイ搬送システムを介して第3の直交方向に移動することができるという条件で、単チャネルピペッターの運動の次元数を二次元に制限するため、1つまたは複数の次元で(あるいは1つまたは複数の軸に対して)移動可能であってもよい。この実施形態でも、多チャネルピペッターは、少なくとも一次元(垂直次元)で移動可能である。二次元以上の次元での多チャネルピペッターの運動は、マイクロプレート間における液体のより迅速な移送を可能にするために好ましいことがある。
【００５２】
単一の検定以上にわたって、または容積が変化するサンプル容器からの正確で再現可能な分注のため、試薬を含有するマイクロウェルの再使用を管理するのに必要なことがある、マイクロプレートおよびサンプル容器内の液体容積の決定は、様々な既知の方法を介して達成することができる。試薬または標準液マイクロプレート上の特定のマイクロウェルから消費される試薬の容積は、マイクロウェルに対してマイクロプレート上にバーコードで付けられた最初の容積から、吸引された液体の容積を継続的に減算することによって追跡することができる。あるいは、容量感知(capacitive sensing)ピペッターチップなどの物理的手段を使用することができる。試料分注については、容積は、物理的接触手段によって、あるいは超音波変位センサなどの非接触手段によって決定することができる。あるいは、サンプル容積は、従来の容積測定に従ってバーコードを付けることができる。
【００５３】
分析器100は、また、一般的には検定反応が起こっている間に終わるある時間間隔において、マイクロプレート200の温度を固定値で維持するため、熱培養ステーション105を含む。インキュベータ105は、好ましくは、マイクロプレートウェル210の間での熱勾配を最小限に抑えて、規定された温度を確立し維持するため、複数の活性の熱源および温度センサを備えた密閉されたハウジングである。これは、従来技術において既知の任意の1つまたは多数の設計に従って達成することができる。インキュベータ105は、キャリアトレイ上に収容されたマイクロプレートを受け入れるキャリアトレイ支持体を含む。
【００５４】
この実施形態の変形例では、培養システム105は、インキュベータの役割がマイクロプレート200のウェルの間で一定の(ただし正確ではない)熱プロファイルを提供することである、受動熱インキュベータであることができる。これは、マイクロプレートの底面と密接に接触する大きな熱質量をもたらすことによって容易に達成される。熱勾配を支援することができない大きな熱質量は、マイクロプレートウェルの間の十分な程度の熱平衡を確立する。「METHOD OF COMPENSATION OF DOSE RESPONSE CURVE OF AN ASSAY FOR SENSITIVITY TO PERTURBING VARIABLES」という名称の、2006年1月19日に出願された係属中の米国特許出願第11/334,739号(その全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許公報第2006/XXXとして公開)に記載されているように、そのようなデバイスは、全般的な温度変化が、温度に対する単一の依存性を使用して検定を再較正することによって補償されることを条件として、検定を正確に行うために使用することができる。
【００５５】
図1は、また、マイクロプレート200のウェル210内の反応物を適切に混合する攪拌システム130を示す。攪拌器130は、キャリアトレイ130上に収容されたマイクロプレート200を受け入れるキャリアトレイ支持体を含む。任意のタイプの運動を提供する個々にアドレス可能な電動の直交並進ステージ、および円運動の制約を伴う軌道運動システムを含む、広範囲の既知の攪拌手段が、本発明の分析器に使用されてもよい。
【００５６】
図1による本発明の一般的な概略図は、検定信号を測定する光学信号検出系107をさらに含む。検出系107は、吸光度、蛍光、ルミネッセンス、化学ルミネッセンス、エレクトロルミネッセンス、時間分解蛍光、および蛍光偏光が挙げられるがそれらに限定されない、いくつかの既知の光学検出手段の任意の1つまたは複数を使用してもよい。システム107は、個々のマイクロプレートウェル210を検索する単一の操作ヘッドを使用してもよく、または、マイクロウェル210の行または列を同時に測定する走査多チャネルヘッドを備えてもよい。他の実施形態では、光学系107は、空間的に固定の単一または多チャネルの検出ヘッドを使用してもよく、それにより、個々のマイクロウェル210は、キャリアトレイ搬送システム120を介して固定のヘッドに対してマイクロプレートキャリアトレイ130を移動させることによって走査される。
【００５７】
光学検出系107が、マイクロプレートの底面から検出された、かつ/またはそれに向けられた光学的放射を伴う場合(それは次に、反応マイクロプレート自体が透明な底面を有することを必要とする)、反応マイクロプレート用のキャリアトレイ130は、各マイクロプレートウェル200の直下で開いていなければならない。これは、ウェル210それぞれの下方にある単一の広い開口部によって、またはウェルごとにキャリアトレイ130に貫通孔を置くことによって達成することができる。後者の方式は、キャリアトレイ130のために十分に厚い熱伝導性材料が選択された場合に、キャリアトレイが、培養または光学検出中に、隣接したマイクロウェルの間の望ましくない熱勾配を取り除くのを支援することができるという点において有利である。そのような方式は、近年、T. Hiroshiらに発行された米国特許第5,307,144号の、押込空気光度計システムの重要な構成要素として開示された。
【００５８】
図1に示されるように、別個の熱培養システム105および光学検出系107を使用することは、光学検出の間の検定信号が温度に対して著しく敏感ではない、特定のクラスの化学的検定には有利である。そのような検定の例は、検出に先立って反応を阻止する「停止液」が使用される生化学的検定である。しかし、信号が検出中の温度変動に非常に敏感である多数の検定タイプがある。そのような動的検定の主要な例は、吸収度変化の速度が測定される酵素免疫定量法(EIA)である。したがって、本明細書に開示される分析器システム100の好ましい一実施形態は、単一の組み合わされた検出および熱培養システム(図示なし)を含む。閉じた形態および活性の熱制御を有する培養および光学検出系は、従来技術において良く知られており、検査室に基づく光学マイクロプレート読取り機内に一般に使用される。あるいは、インキュベータは、閉じた熱環境を必要としない、上述したような受動熱インキュベータであることができる。そのような場合、光学ヘッドの走査、または光学ヘッドに対するマイクロプレートキャリア130の並進は、分析器内で十分に低いレベルの背景光が維持されることを条件として、分析器100内で公然と行うことができる。
【００５９】
最後に、特定のタイプの検定、特に固相の分離を伴うものにおいて、上述の実施形態に洗浄サブシステムを付加することも好ましいことがある。マイクロプレート206の洗浄は、補足のマイクロプレートウェル内に置かれた洗浄バッファによって達成することができ、あるいは、別個のマイクロプレート洗浄ステーションにおいてバルク洗浄バッファとして内部で提供されてもよい。洗浄バッファは多種多様な検定の形態の間でほぼ共通なので、洗浄バッファの内部格納器は、検定特異性の内部試薬格納器を必要とせずにシステムを提供するという目的から逸脱しないことに注目されたい。
【００６０】
上述したシステムおよびステーションに加えて、分析器100は、操作者と分析器の間の対話を可能にするインターフェースをさらに含む。インターフェースは、遠隔のコンピュータインターフェース、または一体化されたディスプレイおよびデータ入力デバイスを含む、様々な形態をとることができる。好ましい一実施形態では、インターフェースはタッチスクリーン液晶ディスプレイである。さらに、分析器は、好ましくは、試験結果、未加工データ、システム統計、および他の有用な情報を、別個のコンピュータシステムまたはデータネットワークに送信する手段を提供する。送信手段の好ましい実施形態としては、無線およびイーサネット（登録商標）のデバイスおよびプロトコルが挙げられる。
【００６１】
分析器100は、検定プロトコルの操作を自動化する、マイクロプロセッサに基づく制御システムをさらに含む。分析器100は、一組のサンプルバッチプロトコルおよび較正バッチプロトコルを用いて予めプログラムされたファームウェアを含み、各バッチプロトコルは、1つまたは複数の検定を行うのに必要な操作の手順および正確なタイミングを説明する。検定自動化命令を提供することに加えて、バッチプロトコルは、また、検定を行うのに必要なマイクロプレートおよび消耗品のタイプに関する情報を含む。各サンプルバッチプロトコルに対して、対応するバッチ較正プロトコルがある。従来技術のマイクロプレート分析器において一般に提供されるように、バッチプロトコルを直接構成する手段を操作者に提供するソフトウェアと異なり、本発明の分析器100内の検定ファームウェアは処理システム内に存在する。好ましい一実施形態では、ユーザインターフェースは、操作者が予め定義された検定バッチプロトコルを選択する手段を提供するが、ユーザが新しい検定バッチプロトコルを構成する手段は提供しない。したがって、好ましくは、ユーザインターフェースは、操作者がファームウェアをプログラミングすることを制限するようにして構成される。
【００６２】
本発明の自動分析器100は、バッチプロトコルを追加、削除、または修正するため、ファームウェアを現場で更新する手段をさらに含む。例えば、コンピュータに接続された前記分析器100内の通信ポートを使用して、現場の技術者によって、新しいバッチプロトコルを現在利用可能なバッチプロトコルに追加することができる。そのような通信ポートは、例えば、USBまたはシリアルポートを含むことができる。好ましい一例では、分析器100は、遠隔のファームウェア更新を可能にするインターネット接続(例えば、イーサネット（登録商標）または無線リンクを介する)を含む。
【００６３】
サンプル内の検体濃度を決定するために自動検定を行う前に、最初に、測定される各検定に対する用量応答曲線を決定することが必要である。したがって、較正バッチプロトコルの実行は、未知のサンプルに対する対応するサンプルバッチプロトコルの実行の前に行われなければならない。バッチ較正プロトコルの実行を行う際にとられる工程が、図3に概略的に示される。較正バッチプロトコルは、各検定に対して適合された用量応答曲線を作成し保持するための、既知の規格を伴う較正検定を規定する。較正バッチプロトコルの実行は、分析器インターフェースを介して実行される較正を選択することにより、操作者によって開始される。次に、分析器100は、実行されてもよい利用可能な較正バッチプロトコルの一覧を表示して、適切なバッチプロトコルの名称または番号を操作者に示す。操作者が所望の較正バッチプロトコルを選択した後、分析器100は、操作者が実行のための必要なマイクロプレートおよび消耗品を装填することを要求する。これらの消耗品は、試薬マイクロプレート、既知の標準液の異なる濃度を有するマイクロウェルを含有する較正マイクロプレート、反応マイクロプレート、および使い捨てピペットチップを含んでもよい。
【００６４】
次に、分析器は、自動バッチ較正の実行を行い、較正バッチプロトコル中の各検定に対して、既知の濃度を有する標準液から検定信号を得る。信号および濃度は、分析器内にプログラムされた較正バッチプロトコルに規定されたプロセス工程の通り、各検定に対する用量応答曲線を得るため、既知の数学関数に当てはめられる。結果として得られる較正データは、後で対応するサンプルバッチプロトコルを行うときにアクセスすることができるように、分析器内に格納される。好ましい一実施形態では、較正バッチプロトコルは、後続のサンプルバッチプロトコルの実行を分析するときに、その全体にわたって当てはめられた用量応答曲線が使用される時間間隔を指定する。指定の時間が経過した後、操作者は、新しいバッチプロトコル較正の実行を開始するように指示される。
【００６５】
用量応答曲線を得るために必要なプロセス工程は、較正バッチプロトコルを介してその全体を分析器100内にプログラムすることができるが、分析器に、用量応答曲線を得るために使用される曲線の当てはめ方法の詳細に関する情報を供給することが望ましいことがある。そのような詳細は、曲線の当てはめが正確に遂行されることを保証するため、曲線の当てはめおよびエラーチェックのパラメータに対する初期推定値などのパラメータを含んでもよい。これらの詳細は、好ましくは、較正バッチプロトコルによって使用されるマイクロプレート200上のバーコード222によって分析器システム100に入力され、それにより、操作者が関与することなく、試薬マイクロプレートのメーカーがそのような詳細を分析器100に渡すことが可能になる。
【００６６】
サンプルバッチプロトコルの実行を行うとき、分析器100によって行われる一連の工程が図4に示される。操作者は、最初に、すべてのサンプルに、サンプルの識別情報(例えば、患者氏名または続き番号)およびサンプルに対して行われる検定の一覧を有するバーコードを付ける。次に、サンプルの実行が操作者によって開始されて、分析器インターフェース上で実行されるサンプルを選択する。操作者は、続いて、バーコードが付けられたサンプルを分析器に装填するように、分析器100によって指示される。
【００６７】
分析器100は、すべてのサンプルのバーコードを読み取り、一組のサンプルによって実行されるすべての検定の一覧をコンパイルする。次に、分析器100は、すべてのサンプルによって要求される検定の一覧を、分析器メモリに格納された一組のサンプルバッチプロトコルと相互参照する。次に、サンプルによって要求される一組の検定と互換性をもつ異なるバッチプロトコルの名称および/または番号が、操作者に対して表示され、操作者は適切なサンプルバッチプロトコルを選択する。次に、分析器100は、選択されたサンプルバッチプロトコルを行うのに必要なマイクロプレートおよび消耗品を操作者に指示し、それに続いて、サンプルバッチプロトコルの実行が分析器によって開始される。
【００６８】
分析器による未知のサンプルの測定により、分析器100が正しい検体濃度をそれから抽出しなければならない、一組の検定信号が得られる。これは、以前に行われた較正バッチプロトコルの実行から得られた用量応答曲線を使用することによって達成され、それらの曲線は好ましくは分析器メモリに格納される。用量応答曲線によって、分析器100が検定信号から検体濃度を逆算し、その結果、検定される各サンプルにおける検体濃度の決定を得ることが可能になる。これらのサンプル結果は、操作者に対して表示または送信されて、サンプルバッチプロトコルの実行が完了する。
【００６９】
対照をサンプルハウジング内に含めることにより、所与のバッチプロトコルに含まれる1つまたは複数の検定の性能を照合することも可能である。そのような対照は、サンプルと同一に処理され、複数の検体を含んでもよく、その場合、対照バーコードは複数の検体を測定するすべての検定を列挙する。分析器が、対照検定の結果が必要な性能基準を満たすか否かを自動的に決定することがさらに有利である。そのような基準は、有利には、操作者が関与しない直接的手段によって分析器に入力される。一実施形態では、性能基準はサンプルバッチプロトコル内に提供される。他の実施形態では、性能基準は、対照容器上のバーコードまたはマイクロプレートのバーコードのどちらかによって入力される。分析器が対照の検定結果を性能基準と自動的に比較して、検定の妥当性を決定するような実施形態では、対照容器上のバーコードは、好ましくは対照として液体を識別する。
【００７０】
サンプルおよび較正バッチプロトコルの上記の説明では、プロトコルは一般的な観点から考慮され、詳細に記載されなかった。実際上、本発明は、検定の異なる組合せを伴う多種多様なバッチおよび較正プロトコルを予想する。一実施形態では、バッチプロトコルは、異なる検定を連続的に行うことを伴い、それにより、サンプルは検定ごとに並行して処理される。好ましい一実施形態では、検定は、検定試薬の迅速な多チャネル分配を可能にするように、マイクロプレートの列方向ごとまたは行方向ごとに行われる。
【００７１】
バッチプロトコルを行う前者の方法の不利な点は、バッチ実行の間に試薬マイクロプレート全体が処理されることであり、それは、サンプルの数がバッチによって許容される最大数よりも少ない場合に、未使用の廃棄される試薬に結び付くことがある。例えば、バッチプロトコルは、6つの異なる検定の自動化を伴うことがある(その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許公報第2006/XXXとして公開された、2006年2月28日出願の米国特許出願第XXX号、名称「MICROPLATE ASSAY KIT」を参照のこと)。
【００７２】
6つの検定が列方向ごとに行われ、各検定はサンプルごとに2つの試薬を利用する。試薬は、任意の所与の検定に対して、第1の試薬が奇数列に格納され、第2の試薬が偶数列に格納されるようにして、検定ごとに一対の列を有する試薬マイクロプレート内に格納される。試薬マイクロプレートの各マイクロウェル210には、2つのマイクロプレートウェルに分配するのに十分な容積の試薬がある。検定は、反応マイクロプレート上の一対の列で行われるので、バッチごとに16個以下のサンプルを処理することができる。1つのサンプルのみが検定のために装填された場合、試薬のほとんどすべてが無駄になる。
【００７３】
この問題は、サンプルが連続的に処理され、検定がサンプルごとに並行して行われる直交する方策を利用するバッチプロトコルによって回避することができる。例えば、このタイプのバッチプロトコルは、8つの異なる検定を伴ってもよい。検定ごとに2つの試薬があると仮定すると、1つの分析用の試薬が、第1の試薬が奇数列に、第2の試薬が偶数列にあるようにして、試薬マイクロプレートの所与の行に沿って格納される。検定は、列方向ごとに並列して行われ、単一のサンプルが各列で処理される。所与の試薬マイクロプレートを使用して、6つ以下のサンプルを測定することができる(あるいは、2つのマイクロウェルに分配するため、十分な容積の試薬が試薬マイクロプレートの各マイクロウェル内にある場合、12以下のサンプルを単一の試薬マイクロプレートを用いて分析することができる)。総数6つ未満のサンプルが、サンプルバッチプロトコルの実行の開始時に装填される場合、分析器は、装填されたサンプルの数のみを測定するバッチプロトコルを実行することができる。これは、6つ以下の任意の数の検定を行うことができる、可変サイズのバッチプロトコルによって行うことができる。
【００７４】
可変サイズのバッチプロトコルの好ましい一実施形態では、分析器のマイクロプレート孔あけ器111は、オンデマンド方式で試薬マイクロプレート上のマイクロウェル210のみを孔あけする。したがって、試薬は、サンプルごとに消費され、装填されたサンプルの数が最大許容値未満の場合に無駄にならない。そのような場合、分析器に収容された試薬マイクロプレートの保存寿命は、通常の貯蔵条件(例えば4℃)でのマイクロプレートの保存寿命と異なる傾向があるので、分析器100が、試薬マイクロプレートが分析器内に残っている合計時間を追跡することが必要なことがある。また、部分的に使用された試薬マイクロプレートが、後続の可変サイズのサンプルバッチプロトコルに使用されることになっている場合、分析器100は、試薬の供給を使い果たす前にそれが処理することができるサンプルの数、利用可能なマイクロウェルの数、または利用可能な使い捨てピペットチップの数に関して、操作者に指示するべきであることに留意することが重要である。これは、消費を追跡し、新しい可変サイズのサンプルバッチプロトコルが操作者によって開始されるとき、バッチごとに許容されるサンプルの最大数に関して操作者に警告することによって容易に達成される。
【００７５】
上記のパラグラフは、可変サイズのサンプルバッチプロトコルを行う方法を記載した。しかし、上述したように、バッチプロトコル内の各検定に対して用量応答曲線を作成し保持するため、対応する較正バッチプロトコルもなければならない。可変サイズのサンプルバッチプロトコルに対応する較正バッチプロトコルも、較正マイクロプレートからの標準液がサンプルの代わりに分注されることを除いて、サンプルバッチプロトコルとほぼ同じ方法で行われる。
【００７６】
好ましい一実施形態では、較正バッチプロトコルを行うとき、検定は連続的に行われる。共通の検体に対して一組の検定が並行して行われ、それによって、共通の検体の濃度を有する一組の標準液が測定される。次に、この工程は、すべての検定に対して連続的に繰り返されて、各検定に対する用量応答曲線の決定が容易になる。この特定の実施形態では、較正バッチプロトコルによって使用される1つまたは複数の試薬マイクロプレートは、1つまたは複数の試薬マイクロプレートとは形態が異なってもよい。
【００７７】
別の実施形態では、バッチ較正プロトコル検定は、可変サイズのバッチプロトコルのように並行して行われ、それによって、既知の検体濃度を有する複数の標準液を使用して並行の検定が多数回繰り返される。並行の検定は、十分な数の標準液が測定されて、検定に対する用量応答曲線を構築するまで繰り返される。この実施形態では、可変サイズのサンプルバッチプロトコルおよび対応する較正バッチプロトコルの両方に、共通の試薬マイクロプレート使用することが実現可能であってもよい。
【００７８】
較正バッチプロトコルは、このプロセスが、各検定に対して毎回、異なる検体濃度で繰り返されることを指定する。並行の検定が繰り返される回数は、試薬および反応マイクロプレート内の、試薬およびマイクロウェルの利用可能性によって決まる。例えば、上記のパラグラフで考慮された実施例では、並行の検定を6回繰り返して、8つの検定すべてに対して、検定ごとに6つの異なるデータ点(検定信号および既知の濃度)を提供することができる。各検定に対する異なる標準液から結果として得られる検定信号は、各検定に対する用量応答曲線を得るため、数学的に当てはめられる。
【００７９】
本発明のマイクロプレートに基づく自動分析器100およびその好ましい操作方法の一般的な実施形態を記載してきたが、分析器の特定の実施形態を次に記載する。この実施形態は、本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、むしろその実施の好ましい一実施形態を例証する役割を果たす。
【００８０】
ここで図5を参照すると、自動分析器300の外側本体が示される。分析器300は、小規模な診療所または検査室の最小限のスペースを費やす、小型で単一ユニットのベンチトップデバイスである。閉鎖容器305は、分析器300内の光の伝達を可能にしない不透明な材料から作られる。分析器300は、マイクロプレート200が処理され検定が実施される主要分析器システム310と、サンプル分配モジュール320との両方を含む。好ましい一実施形態では、サンプル分配モジュール320は、主要分析器システム310から取外し可能であって、異なるサンプルタイプまたは異なるサンプル容器の形態のために構成されたサンプル分配部分の交換を可能にしている。前面パネル330は、液晶ディスプレイ(LCD)340と、分析器300にマイクロプレートおよび他の消耗品を装填するための格納式ドア350の両方を収容する。LCD 340は、好ましくは、分析器の操作および状態に対する図形による操作者にやさしいアクセスとともに、操作者が分析器300に対してコマンドを入力する手段を提供する、タッチスクリーンLCDである。分析器は、サンプルがそれを介して装填される、格納式のサンプル装填ドア360をさらに含む。半透明の窓370も任意に提供されて、操作者がサンプル処理を監視することを可能にする。窓が部分的に透明な場合、主要分析器システム310をサンプル分配モジュール320から分離するため、光学的に不透明な壁(図示なし)が分析器300内に含まれる。内部ドアは、サンプル分配モジュール320から主要分析器システム310までのサンプルの自動移送を可能にする。
【００８１】
図6は、分析器の正面から見たブロック図の形態で、分析器300の主要構成要素を示す。分析器300には、個々の検定が実施される反応マイクロプレート、試薬マイクロプレート、および使い捨てピペットチップの箱が装填される。装填アーム405は、分析器の開口部410を越えて延び、操作者からのマイクロプレートおよびピペットチップの箱を受け入れる。装填アーム405上に載置されるのは、マイクロプレートおよび使い捨てピペットチップの箱を支持し保持するマイクロプレートキャリアトレイである。装填アーム405は、マイクロプレートおよび使い捨てチップの箱の内部搬送および処理のため、分析器300に引き込むことができる。さらに後述されるように、キャリアトレイ搬送アーム415は、マイクロプレートおよびピペットの箱がその上に置かれるマイクロプレートキャリアトレイと係合する。水平および垂直の運動が可能な搬送アセンブリ420は、分析器300内の(搬送アームによって係合された)キャリアトレイを様々な処理ステーションに搬送するために使用される。直線運動を伴うすべてのサブシステムは、ステッピングモータによって駆動され、好ましくは、運動の正確な追跡のためエンコーダシステムに取り付けられる。所与の空間寸法内の各運動システムに対して、参照位置がフォトインタラプタを貫通する不透明な指によって確立される。
【００８２】
複数のキャリアトレイの処理および定置位置(park positions)が分析器300内にある。キャリアトレイ位置はそれぞれ、キャリアトレイを搬送アームから係脱するのを支援するため、位置決め手段を提供する。これらの位置は、ランダムアクセスを可能にするため、分析器内に垂直に配列される。移送区域425と称されるオープンスペースは、搬送アームによるキャリアトレイの垂直の搬送を可能にするため、キャリアトレイの処理および定置位置の垂直配列の前に提供される。最も低い位置は、反応プレート内のマイクロウェルの中で作成された、またはマイクロウェルによって修正された光学信号を測定することができる、光学検出ステーション430である。
【００８３】
光学検出ステーション430の上方には、検定中に反応マイクロプレートが熱培養される、熱インキュベータ435がある。インキュベータは、培養中に攪拌を提供する内部軌道ボルテクサー440を組み込む。インキュベータの上方には、インキュベータの外部にある第2のマイクロプレート(反応または試薬)を同時に、かつ独立して攪拌できるようにする、第2のボルテクサー445がある。第2のボルテクサーの上方には、分析器ドア350(図6)から十分に後退されたとき、キャリアトレイの追加の定置位置として機能するプレートローダー405がある。2つの追加の固定された定置位置450および455も、分析器300に組み込まれ、装填トレイの直上に位置する。光学近接センサは、(バッチプロトコルの現在の状態を照合し、キャリア搬送が適切に実施されたことを保証するために)キャリアトレイを検出するため、プレートローダー405と、すべての定置および処理位置との上に含まれる。定置位置は、分析器300の潜在的なスループットを増加させ、プレート間の分注を用いて複雑な検定を行うときの分析器のランダムアクセス能力を強化する。
【００８４】
手動のサンプル調製工程を必要とすることが多い従来の分析器と異なり、分析器300は、サンプルの取扱いを完全に自動化する自動サンプル分配モジュールを含む。サンプル分配モジュールは、分析器の主要本体と機械的かつ電気的にインターフェース接続する、サンプル特異性のモジュールである。したがって、特定の検定、サンプルのタイプ、またはサンプル容器のタイプの必要性に適合するように、サンプル分配モジュールを交換することが可能である。
【００８５】
サンプル分配モジュールは、複数のサンプル容器を保持する回転する円形コンベヤ460を組み込む。自動の線形ピペット465は、サンプルの正確な容積を抽出し、サンプルを主要分析器システム内に搬送して、サンプルを反応マイクロプレートのウェルに分配するために使用される。任意のプローブシステム470は、液位測定または電気化学測定などの、サンプル容器内のサンプルに対する追加の測定を行う。サンプル容器は、容器が回転するに従ってそれを検索するバーコード読取り機によって識別される。したがって、操作者は、単にサンプル容器の頂部を開き、それをサンプル円形コンベヤ460上に置けばよく、それにより、転写エラーと、操作者がサンプルにさらに触れることとの可能性が排除される。
【００８６】
試薬および洗浄バッファの吸引および分配、ならびにサンプルの希釈および廃液の除去を含む追加の液体ハンドリングは、8チャネルの自動ピペット475によって行われる。多チャネルのピペットは、ステッピングモータによって、分析器内で垂直および水平方向に移動される。長い垂直範囲により、多チャネルのピペット475が、光学検出位置430と第2のボルテクサー445に隣接する位置との間に位置する移送区域425内に置かれた、マイクロプレートにアクセスすることが可能になる。搬送アーム415の支援により、第2のボルテクサー上に置かれた試薬マイクロプレートと光学検出位置430での反応マイクロプレートとの間の迅速な分注が実現可能である。
【００８７】
検定の結果は、走査光学ヘッド480を使用して光学的に検索される。一実施形態では、ヘッド480は、ルミネッセンス、蛍光、および吸光度を測定する単チャネルビームのどちらかである。本発明の別の実施形態では、光学ヘッドは、並列の8個のマイクロプレートウェルの行の吸光度を測定する8チャネルシステムである。ヘッドは、光学ヘッドを走査するか、または二次元空間内の光学検出位置を走査するかのどちらかによって、光学検出位置430に対して移動する。狭帯域励起または吸光度ビームの生成、ならびに放射光のフィルタリングおよび検出は、可撓性の光ファイバー束490を介して光学ヘッド480とインターフェース接続された第2の光学サブシステム485内で遠隔で行われる。
【００８８】
上述したように、使い捨てピペットチップは、分析器の操作を単純化し、かつチップを洗浄する必要性を除去するために使用される。図7には、96個の使い捨てチップ505を含有するマイクロプレートチップの箱500が示される。チップ505は、ピペットを所与のチップ(または、多チャネルピペッターの場合は一組のチップ)上に下向きに移動させ、十分な圧力を加えることによってピペット上に装填される。チップの使用に続いて、それは、チップの箱内の選択されたチップレセプタクルの中までピペットチップを下に下げ、チップを自動ピペットから排出することによって、チップの箱内の同じ位置に配置される。
【００８９】
分析器300内のマイクロプレートおよびピペットチップの箱の正確な移送に適応させるため、専用のキャリアトレイが使用される。図8は、試薬マイクロプレートとともに使用するように設計されたキャリアトレイ510を示す。図では、試薬マイクロプレート515は、マイクロプレートキャリアトレイ510上に収容されて示される。キャリアトレイ510は、一方の側面上とマイクロプレート515の後方に置かれた、3つの位置決めバー520を含む。位置決めバー520はそれぞれ、マイクロプレート515の正確な位置決めに使用される、2つの横方向の位置決め構造525をさらに含む。横方向の構造は、外側のマイクロプレートフランジ530に当接する。プレート圧締め機構535は、マイクロプレートフランジ530を、位置決め構造525に対してしっかりと、かつ正確に押し付けるために使用される。圧締め機構535は、キャリアトレイ510内のマイクロプレートを係合または係脱するため、操作者によって始動されるばね式のアングルアームである。マイクロプレート515の側面に対して置かれた2つの位置決めバー520の外側側面の中には、第1および第2の垂直凹部540および545がある。マイクロプレート515の側面に対する2つの位置決めバー520はそれぞれ、長手方向のギャップ552をさらに含む。これらの垂直凹部540、545、および長手方向のギャップ構造552は、キャリアトレイ510を搬送アームと係合するために使用される。後述するように、搬送アームは、垂直凹部540および545を介して、キャリアトレイを支持する横方向のピンを組み込む。キャリアトレイは、また、分析器内のキャリアトレイを受け入れるキャリアトレイ支持体上の合わせピンと噛合する、2つのスロット550を組み込む。同様のキャリアトレイ設計は、分析器内のマイクロプレートの使い捨てのピペットチップの箱を支持し移送するために使用される。
【００９０】
第2のタイプのキャリアトレイは、反応マイクロプレートを支持するために使用される。上述したように、光学検出系の性質に応じて、光学的放射が、反応マイクロプレート515の底面から収集されるか、またはその上に向けられることが必要なことがある。反応マイクロプレート515の底部にアクセスするためのこの一般的な要件は、固体の不透明な表面がマイクロプレート515の下方に位置する、図8に示されるキャリアトレイ510の使用を排除する。反応マイクロプレートキャリアの好ましい一実施形態が図9に560で示される。キャリアトレイ560は、複数の孔565がキャリアトレイ560の底面を通って延びることを除いて、図8と設計が非常に類似している。孔はそれぞれ、マイクロプレートウェルの直下に置かれて、光学的放射の妨げられない通過を可能にする。好ましい一実施形態では、キャリアトレイ560は、アルミニウムまたは銅などの熱伝導性材料で作られる。
【００９１】
それに加えて、キャリアトレイ560の厚さは、キャリアトレイによって支持されたマイクロプレートのマイクロウェルの下方の二次元領域全体にわたって十分な熱平衡を確立するため、十分な熱質量が提供されるようなものである。さらに、貫通孔565は、隆起部分570の上側表面575がマイクロプレートウェルの底面と確実に近接するようにして、キャリアトレイ表面の隆起部分570に位置する。これは、マイクロプレートフランジ220がキャリアトレイの外側表面580のみと接触することを保証することによって達成される。近接により、マイクロプレートウェルが、キャリアトレイ表面によって提供される熱平衡に曝されることが保証され、それによって、支持されたマイクロプレート上のマイクロウェルの間に最初は存在してもよい任意の熱勾配が大幅に低減される。この実施形態のさらなる改良例では、貫通孔565の直径は、光学的放射の必要な妨げられない通過を可能にするのには十分であるが、マイクロプレートウェルの底面の直径よりは小さい。この配置により、キャリアトレイの隆起部分575とマイクロプレートウェルの間の熱的相互作用がさらに改善される。
【００９２】
図10は、分析器内の選択された定置または処理位置にキャリアトレイを正確に置くために使用される、キャリアトレイ支持プラットフォーム600を示す。支持体は、マイクロプレートキャリアトレイの位置を正確に固定するため、二対の合わせピン605および610を使用する。キャリアトレイが搬送アーム(さらに後述される)によって支持体上に下に下げられると、前側ピン605は、マイクロプレートキャリアトレイ上のスロット550と係合する。側部に搭載されたピン610は、マイクロプレートキャリアトレイ510の右側の垂直縁部に当接する。ばね式のシリンダ630を備えたコーナーブラケット620は、キャリアトレイを適所でしっかり保持するために使用される。シリンダは、キャリアトレイ560の側面を押圧して、キャリアトレイ560が、キャリアトレイを位置決めピン605および610に両方の水平方向でしっかり押し付けるようにして、キャリアトレイ560が使用中にその所望位置から移動することができないことを保証する。ブラケット620内であってシリンダ630の後方に置かれたばね(図示なし)も、搬送アームによるキャリアトレイ560の容易な設置および除去を可能にする。
【００９３】
マイクロプレート515またはピペットチップの箱500を分析器300内に挿入する前に、操作者は、最初に、対応するマイクロプレートキャリアトレイ560またはピペットチップキャリアトレイ上に、マイクロプレートまたはピペットチップの箱を置く。次に、キャリアトレイ560は、分析器の開口部410を通して表面に出るプレートローダーを介して、分析器300の内部に置かれる。装填アーム405は、図11により詳細に示され、プラットフォーム640、ブラケット645、および垂直バー653を含む。装填アーム405は、空のピペットチップの箱648を支持して示される。キャリアトレイ560を受け入れるキャリアトレイ支持体650が、プラットフォーム640に一体化される。上述したように、キャリアトレイ560は、位置決めピン652とコーナーブラケット(図面には図示なし)内の2つのばね式シリンダとによって正確に保持される。ブラケット645および垂直バー653は、分析器内の固定のガイドレール(図示なし)に対して適切な位置で、プラットフォーム640を位置付ける。垂直ロッド653に取り付けられた第2のブラケット660により、第2の水平ガイドレール(図示なし)が、噛合スロット665を介してプレートローダーを支持することが可能になる。噛合スロット665は、装填アーム405がガイドレールに沿って水平方向に滑動する手段を提供し、それによって、キャリアトレイ支持体650を含むプラットフォーム640の部分を、操作者によるアクセスのため、分析器ドア410を介して突出するようにすることができる。
【００９４】
ステッピングモータ670は、装填アーム405の水平運動を自動化するため、ラックピニオン駆動系を動作させる。ピニオン675は、この目的のため、水平のラック(図示なし)上の歯と係合する。プレートローダーアセンブリのプラットフォーム640の前面が、分析器ドア410の内部と接触されると、ドアは、内部のばね機構によって開かれ、適所に保持される。ばね機構の力により、プレートローダーアセンブリが後退するとドア410が閉じられる。ドア410の完全な閉止は、内部のホールセンサによって検出される。安全プレート680は、装填アームがドアを通って延びたとき、分析器の内側領域への操作者のアクセスを妨げて、内部の可動部から操作者を保護するとともに、分析器の一体性を保証する。
【００９５】
装填アーム405を分析器300内に後退させる際、バーコード読取り機685は、マイクロプレート220の後面に固着されたバーコード222(図2)を走査する。安全プレート680の水平スロット690は、バーコード読取り機685に対するバーコード222の必要な視認性を提供する。バーコード222の走査によって得られた情報は、分析器300によって実行される特定のバッチプロトコルの要件に従って、正しいマイクロプレートまたは他の消耗品が装填されたことを照合するために使用される。好ましい一実施形態では、キャリアトレイ近接センサ(例えば、光学またはホールセンサ)は、安全プレート680の後方に存在し、安全プレート680の第2のスロットを通してキャリアトレイ560が存在するかしないかを検出する。
【００９６】
キャリアトレイ560および付随するマイクロプレートまたはピペットチップの箱は、図12に示される搬送アームアセンブリ700を介して、分析器300内の異なる定置および処理位置まで搬送される。搬送アームアセンブリ700は、一対の支持ピン710を介してキャリアトレイと係合する、一組の並列の水平搬送アーム705を含む。キャリアトレイ支持体600上に収容されたキャリアトレイ560は、最初に、支持ピン710の前部の組が横方向の位置決めバー520(図8を参照)の前に位置し、かつ後部の指示ピン710が横方向の位置決めバー520の長手方向のギャップ552を貫通するようにして、搬送アームを位置付けることにより搬送アーム705によって係合される。次に、搬送アーム705は、支持ピン710が、横方向の位置決めバー520の垂直凹部540および545(図8を参照)の直下に位置付けられるまで、前方に移動される。最後に、搬送アーム705は持ち上げられて、支持ピン710を垂直凹部540および545に至らせ、それにより、キャリアトレイをキャリアトレイ支持体から持ち上げる。十分な鉛直力を加えることによって、キャリアトレイ560は、キャリアトレイ支持体600内のばね式シリンダ630を圧迫し、続いて係脱される。キャリアトレイ560は、上述の手法の手順を逆にすることにより、キャリアトレイ支持体上に置かれてもよい。
【００９７】
搬送アーム705は、プラットフォーム720に取り付けられた横方向のバー715によって接続される。プラットフォーム720は、ガイドレール725に沿って水平方向に移動される。ステッピングモータ720によって駆動されるラックピニオン系(図ではプラットフォーム720の後方に隠れている)は、プラットフォーム720の水平運動を自動化するために使用される。
【００９８】
指およびフォトインタラプトセンサ(図示なし)は、プラットフォーム720の参照水平位置を確立するために使用される。水平駆動系は、ガイドレール740によって垂直方向に移動するように拘束される、第2の垂直プラットフォーム735に取り付けられる。垂直プラットフォーム735は、高い垂直分解能のため、第2のステッピングモータ750によってACMEねじ745の軸に沿って移動される。第2の指(図示なし)およびフォトインタラプトセンサ755は、垂直方向で参照位置を確立するために使用される。2つのモータ730および750によって搬送アーム710に提供される2つの自由度は、分析器300内の多数の定置および処理ステーション内におけるキャリアトレイの配置を可能にする。
【００９９】
1つのマイクロプレート200から別のものへの液体の吸引および分配は、図13に示される、自動多チャネルピペットアセンブリ800によって行われる。自動ピペット805は、市販の、容易に分析器に一体化される8チャネル空気置換ピペットである。多チャネルのピペット805は、自動化のために分析器プロセッサにインターフェース接続され、吸引、分配、およびチップ排出が可能である。ピペットチップ808は、ピペットチップの箱の行の上までピペットを下に下げ、十分な鉛直力を加えることによって、多チャネルピペット805に取り付けられる。多チャネルピペット805を持ち上げる際、チップは、摩擦力によってピペットに取り付けられたままである。チップは、下向きに沈むとともに、チップの近位端でフランジを押すシース(図示なし)によって排出される。自動ピペットは、ガイドレール815に沿って垂直に滑動するプラットフォーム810に取り付けられる。
【０１００】
ステッピングモータ820は、正確な変位制御のため、ACMEねじ825に沿ったプラットフォーム810の垂直運動を制御する。垂直アセンブリは、第2のガイドレール835に沿って滑動する第2の水平プラットフォーム830に取り付けられる。ガイドレール835は、第2の固定の水平プラットフォーム840に搭載される。ピペット805の水平運動は、ベルトとプーリーのシステム850を動作させる第2のステッピングモータ845によって制御される。
【０１０１】
図6および13を参照すると、水平方向の自由度により、多チャネルピペット805が、試薬および反応マイクロプレートから吸引またはそれに分配するとともに、光学検出位置430に位置付けられたピペットチップの箱内の使い捨てチップにアクセスすることができる、移送区域425を出入りすることが可能になる。あるいは、ピペットシステムは、光学検出位置430の上方であって、第2のボルテクサー445に隣接した垂直位置の下方に載置された搬送アームアセンブリ700(図12)によって保持された、マイクロプレートにアクセスすることができる。ACMEねじ822の微細なピッチにより、マイクロプレートウェル内のピペットチップ808の正確な配置のため、ピペット805に十分な垂直分解能が得られることが保証される。
【０１０２】
8チャネル自動ピペット805は、主に、図2のマイクロプレート200などの96ウェルのマイクロプレート用に設計されているが、追加のスループットが望まれる場合、384ウェルのマイクロプレートのための液体ハンドリングに適応させることもできる。これは、個々のピペットの行に平行な方向で多チャネルのピペット805を移動させる、並進ステージ(例えば、ラックピニオン駆動系)を追加することによって達成される。このようにして、8チャネルのピペット805は、最初に、行1、4、8、12、16、20、24、28、および32を、次に行2、5、9、13、17、21、25、29、33などを扱う。追加の電動並進ステージは、小さなウェル210の中央にピペットを置くため、十分な精度および確度を提供しなければならない。
【０１０３】
封止されたマイクロプレート200を分析器300に装填した後、内部に格納された試薬または標準液を吸引するために多チャネルのピペット805を使用できる前に、封止部は壊されなければならない。単チャネルおよび多チャネルの穿孔ツールの使用、ならびにピペットチップの使用を含む、マイクロプレート封止部を穿孔する多くの方法が、従来技術において知られている。本発明の分析器におけるマイクロプレート封止部の穿孔は、好ましくは、孔あけ力を最小限に抑えるとともに、後に続くピペットチップの挿入のために十分な開口部を作るように適切に設計された、穿刺ピン(puncture pins)の行を使用して遂行される。図15は、そのような孔あけツールの好ましい一実施形態を示す。孔あけツール860は、一連の穿刺ピン870がその中に固定される主要ハウジング865を含む。穿刺ピン870は、互いに分離または接合されて、一体化された配列を形成してもよい。各穿刺ピン870は個々の中空シャフト内に収容されるが、ピンは、上述したように互いに接続されてもよい。穿刺ピン870は、好ましくは、3つ以上の切子面を有して彫られた遠位端を有し、隣接した切子面は、共通の頂点で交わる鋭いラインに沿って交わる。これにより、穿孔動作の際に封止された表面における切断線の形成が促進されるとともに、後に続く局所的に穿孔されたマイクロウェルからの吸引の間に、配列がずれたピペットチップが、封止表面の穿孔されていない部分からの大きな圧縮力を受ける危険性が低減される。
【０１０４】
穿孔ツール860は、2つのばね式ロッド880を介して主要ハウジング865に接続された圧縮バー875をさらに含む。図14に示されるように、圧縮バー875は、通常、内部ばねの力によって外向きに押される。しかし、ツールが、マイクロプレートの封止された表面上に下向きにされると(その結果、穿刺ピン870は選択された列内のマイクロウェルの軸と整列される)、圧縮バー875は、マイクロプレートの上側表面上に作用し、個々のマイクロウェルの上側フランジと接触する。穿孔ピン870が、封止部を介してマイクロウェル内に下降すると、圧縮バー875は主要ハウジング865に向かって上向きに押され、穿刺ピン870は、圧縮バー875の複数の孔885を通って移動する。穿刺ピン870がマイクロウェル内に最大限延びた場合、圧縮バー875は主要ハウジング865の下側表面と接触する。そのような状況が図15に示され、圧縮バー875は、主要ハウジング865に対して十分に圧縮される(穿刺ピンが見えるようにするため、マイクロプレートは図示されない)。穿刺ピン870がマイクロウェルから引き抜かれると、圧縮バー875は、有利には、穿刺ピン870が完全に引き抜かれるまで、マイクロプレートに対する下向きの力を維持する。この圧縮力により、穿刺ピン870を除去する間、マイクロプレートがそのキャリアトレイから持ち上げられないことが保証される。
【０１０５】
好ましい一実施形態では、孔あけツール860は、分析器内にあり、ピギーバック方式で多チャネルのピペッター805によって搬送される。そのような配列は図16に示され、孔あけツール860は多チャネルのピペッター805に接続されて示される。孔あけツール860は、(ピペットチップを取り上げるのに十分な空間クリアランスが提供されることを条件として)ピペッター805に恒久的に搭載されてもよく、あるいは、孔あけツールはピペッターから取外し可能であってもよい。代表的な一実施形態では、孔あけツール860は、多チャネルのピペッター805とプラットフォーム810の間にある噛合バー890を介して、一時的にピペッター805に付着する。噛合バー890は、その下側縁部892に埋め込まれた少なくとも1つの永久磁石を含む。永久磁石は、孔あけツールの支持ブラケット894の上側表面に埋め込まれた同様の永久磁石(反対の極性を有する)を引きつけ、それにより、取付け力は、すべての必要な孔あけ動作の間、接続を維持するのに十分である。孔あけツールは、支持ブラケット894の延長部896をホルダ(図示なし)の突出部と接触させ、磁石を係脱するのに十分な力を加えることにより、分析器内のホルダ上に落とされてもよい。
【０１０６】
図17は、分析器300に使用されるボルテクサーサブシステム900を示す。ボルテクサー900は、マイクロプレートに軌道運動を付与するため、ステッピングモータ905を使用する。ステッピングモータ905は、駆動プーリー910を直接回転させ、それが次に、ベルト駆動によって従属プーリー915を駆動する。従属プーリー915は、その主軸の周りで回転するシャフト920に結合される。従属プーリー915から上向きに延びるシャフト920は、フランジ925内に収容された軸受によって保持される。
【０１０７】
シャフト920は、図18に別個に示され、複数の横断面を含む。従属プーリー915は、軸方向シャフト部分930の遠位端に結合する。フランジ925内でシャフトを垂直に安定させる手段を提供するため、ナットは隣接する横断面935上に進む。フランジ内の軸受は、シャフト940の細長い部分に接触する。幅広のカラー945もまた、フランジ内でのシャフトの垂直方向の閉じ込めを可能にし、位置を感知する指950(下記を参照)を取り付けるための表面を提供する。横断面930〜945は、ステッピングモータ905によって始動されたとき、シャフトがその周りで回転する共通の軸(主軸)を共有する。最終横断面955は、軌道運動を提供するため、主軸から半径方向にずれたその軸を有する。図18に示される実施形態では、シャフト920の偏心部分955は10mmの直径と、0.5mmの半径方向のずれ(したがって軌道半径)とを有する。好ましい一実施形態では、軌道半径は0.5〜7.5mmである。
【０１０８】
図17を再び参照すると、シャフト920の軸に取り付けられた位置を感知する指950は、参照角度位置を確立し、かつボルテクサーの軌道周波数を監視するために使用される。指は、別個のブラケット965に搭載されたフォトインタラプトセンサ960を貫通する。追加のキャリアトレイ近接センサ976は、キャリアトレイ支持体970上にキャリアトレイが存在するかしないかを検出する。
【０１０９】
シャフト920の上側偏心部分955の運動は、水平のリンケージ972によってキャリアトレイ支持体970に伝達される。軸受を含む追加の取付け具974は、リンケージ972を偏心シャフト920に結合する。軸受は、偏心シャフトの運動をリンケージに滑らかに伝達するとともに、シャフトの回転運動を完全に切り離す。
【０１１０】
シャフトからキャリアトレイ支持体970に付与された運動は、キャリアトレイの下方に置かれ、ボルテクサープラットフォーム980に取り付けられた一対の並進ステージによって、軌道の形態に制約される。これは、プラットフォーム980および並進ステージのみを示し、ボルテクサー構成要素の残りが見掛け上取り除かれた、図19を参照することでさらに理解することができる。直交する並進ステージは、プラットフォーム980の上側表面に固定された第1のレール982を備える。移動台984は、レール982の長手方向軸に沿って自由に滑動する。ブラケットアーム986は、移動台984の上側表面に取り付けられ、さらに第2の直交レール988を支持する。ブラケット986は、プラットフォーム980の上側表面と直接接触しない。第2の移動台990は、第2のレール988の長手方向軸に沿って自由に移動する。最後に、キャリアトレイ支持体970(図17のみに示される)の下側表面は、第2の移動台990の上側表面と接続される。この構成において、シャフト920の軸外部分955の軸の軌道運動は、並進ステージによって課される制約によって、キャリアトレイ支持体970に直接付与される。さらに、キャリアトレイ支持体970の軌道半径は、2つのシャフト軸940および955の半径方向のずれに等しい。
【０１１１】
さらに、正確な温度制御で閉じた環境を提供する熱インキュベータが、分析器300に含まれる。図20は、キャリアトレイ支持体1005を収容するインキュベータ1000を示す。インキュベータ1000は、ボルテクサーシステム900の直下に位置し、それによって、ボルテクサープラットフォーム980はインキュベータ1000の上側表面1010の上方に位置する。インキュベータは、強化された熱隔離のための絶縁発泡体シート(図示なし)を備えてもよい。インキュベータ閉鎖容器の頂面1010には発熱体が取り付けられる。上側の発熱体は、好ましくは、薄いカプトン(kapton)の面ヒータであるが、当該技術において既知の他のヒータ技術と置き換えられてもよい。
【０１１２】
例えば、Peltierの熱電冷却器は、オーブンの冷却を可能にするため、ヒータの代わりに、またはそれに加えて含むことができる。あるいは、迅速な冷却および正確な温度制御のため、押込空気を使用することができる。インキュベータ1000内では、内部ボルテクサーである第2のボルテクサーがキャリアトレイ1005を支持する。内部ボルテクサーにより、検定タイプによっては必要な、培養中の反応マイクロプレートの軌道攪拌が可能になる。ボルテクサーリンケージは、インキュベータの後壁を通して表面に出て、図17のようなシャフトに取り付けられる。上述したように、シャフトは、2重のプーリーシステムを駆動するステッピングモータによって回転される。図20に示される実施形態では、車軸アセンブリ1015(モータ、プーリーシステム、フランジ、およびブラケットを含む)は、主要ボルテクサーの車軸アセンブリ1020に対して反転される。
【０１１３】
格納式のドア(図示なし)は、搬送アーム710によってマイクロプレートを装填したキャリアトレイを挿入するため、インキュベータ1000を開く。内部ボルテクサーの頂面を形成する内部キャリアトレイ支持体1005は、また、マイクロプレートウェルの直下の大きく均一な熱質量として作用する、長方形の金属プラットフォーム(図示なし)を含む。好ましい一実施形態では、金属プラットフォームの頂面は、反応マイクロプレートウェルの底面の1mm以内に位置する。より均一な温度分布を提供するため、第2のヒータが第2のプラットフォームの下方に置かれる。
【０１１４】
好ましい一実施形態では、ヒータは、キャリアトレイ支持体1005の底面に直接取り付けられて、金属プラットフォームに対する低い耐熱性の直接的な経路を可能にする。より好ましくない一実施形態では、ヒータは、内部ボルテクサーの水平プラットフォームの底面に適用される。インキュベータの内部温度は、インキュベータ1000内に置かれた温度センサの集合体からのフィードバックによって調節される。好ましい一実施形態では、インキュベータの側壁上に少なくとも2つの温度センサと、マイクロプレートの上下に2つの温度センサがある。
【０１１５】
図21は、光学検出ステーション430の一実施形態を示す。ステーションは、プラットフォーム1100を備え、それを介して、マイクロプレートの底部への、またはそこからプラットフォーム1100の下方に位置する走査光学ヘッドへの光学的放射の通過を可能にするため、広い開口部1105が存在する。プラットフォームは、4つのスペーサロッド1110によって支持され、それが、走査光学ヘッドの通過を可能にするプラットフォームの下の十分なギャップを提供する。プラットフォーム1100は、キャリアトレイと、局所温度および熱勾配を測定するための温度センサ1120の集合体とが存在するかしないかを検出するため、キャリアトレイセンサ1115をさらに含む。一組の案内ピン1125は、プラットフォーム1100上のキャリアプレートの正確な位置決めを可能にする。この実施形態では、キャリアプレートは、好ましくは、搬送アーム710によって適所にさらに保持される。
【０１１６】
サンプル抽出、DNA抽出、DNA検定、または不均質免疫検定にパラメトリック固相(parametric solid phase)を使用できるようにするため、本発明の一実施形態は、光学検出ステーションのキャリアトレイ支持体に磁気分離アレイを組み込む。図22は、磁気キャリアトレイ支持体を含む、修正された光学検出ステーション1150を示す。キャリアトレイ支持体は、この実施形態では、キャリアトレイの正確な配置のため、ばね式シリンダ1160および4つの位置決めピン1165を有するコーナー位置決めブラケット1155を備えて示される。図では、マイクロプレートキャリアトレイ1170(マイクロプレートを有さない)は、キャリアトレイ支持体と係合されて示される。この実施形態におけるマイクロプレートキャリアトレイは、各マイクロプレートウェルに対して複数の貫通孔を含まないが、代わりに、単一の大きな長方形アパーチャを含む。
【０１１７】
図10に示されるキャリアトレイと異なり、図22の磁気キャリアトレイは、マイクロプレートキャリアトレイのアパーチャを通って表面に出る隆起した長方形の領域1175を含む。光学的放射の通過を可能にするのに十分な直径を有する孔1180の配列が、隆起した長方形の領域1175内に提供される。
【０１１８】
薄い磁気ロッド1185の配列が、孔1180の行の間に位置するトレンチ内に置かれる。好ましい一実施形態では、磁気ロッドは、マイクロプレートウェル内の液体サンプルからの放射光を遮ることを防ぐため、3mm未満の幅と2mm未満の深さを有する。磁気ロッドの配列を支持する長方形の領域の厚さは、この同じ理由で、好ましくは3mm未満である。磁気ロッド1185の頂面はすべて、隆起した長方形の領域1175の頂面の面内にある。
【０１１９】
好ましい一実施形態では、マイクロプレートがキャリアトレイ上に置かれたとき、これらの頂面はマイクロプレートウェルの定面と同一面である。このようにして、磁石1185は、マイクロプレートウェル内に存在する磁気固相にできるだけ近接して配置される。次に、ウェル内の磁界は磁気固相に作用して、隣接する磁気ロッドに最も近いウェルの側面にそれを引きつける。次に、ウェル内の特定範囲における固相の局所的な濃度は、ピペットを用いて液体を吸引することにより、固相を液体から分離する有効な手段を提供する。次に、固相は、洗浄バッファをウェル内に分配し、必要であれば、ボルテクサーを使用して液体中に固相を再懸濁させることにより、洗浄されてもよい。液体の吸光度、蛍光、またはルミネッセンスが検定結果の測定に必要な場合、磁気プラットフォームは、正確な光学測定のため、妨害する固相をバルク液体から離すために使用することができる。
【０１２０】
従来技術におけるサンプルハンドリング方法の不利な点を克服するため、本発明の特定の実施形態は、完全に自動化されたサンプル分配モジュールを組み込む。このモジュールにより、正確なサンプル容積を、元のサンプル容器から主要分析器システム300内のマイクロプレートのウェル内に自動的に移送することが可能になる。この別個のモジュールは、分析器の主本体と機械的かつ電気的にインターフェース接続し、1つのタイプのサンプル容器に特異的である。別個のサンプル分配モジュールは、必要に応じて、異なるサンプルタイプまたはサンプル容器に使用されてもよい。例えば、個々のモジュールは、血液、尿、または唾液を含むサンプル用に存在してもよい。操作者が、新しいサンプルタイプの検定を行おうとする場合、現在のサンプル分配モジュールが、新しいサンプルタイプを支持するサンプル分配モジュールと置き換えられる。機械的インターフェース接続は、最適な光学性能のために光を通さない分析器内部を保つ。
【０１２１】
サンプル分配モジュールの好ましい一実施形態は、尿サンプルの分析に関する非限定例によって以下に開示される。この特定の実施例では、サンプル分配モジュールは、主要分析器システム300内で行われるマイクロプレート検定と、サンプル分配モジュール内のイオン選択性電極プローブステーションとの両方を支援する。
【０１２２】
尿サンプルは、図23に示される標準サンプル瓶1200に収集される。瓶1200の側面には、サンプルを一意にかつ内密で識別するとともに、サンプルに対して行われる検定の一覧も提供する、バーコードラベル1205が付着される。サンプル瓶1200は、図24に概略的に示されるサンプル円形コンベヤ1210内に置かれる。円形コンベヤ1210は、19個までのバーコードを付けられた標準サンプル瓶1200を受け入れる、円筒状の凹部1215の二方位の行を含む。19個のサンプル瓶凹部1215に加えて、標準の瓶1200をやはり受け入れる3つの中央凹部1220がある。新しいサンプルが吸引されるごとに分配ピペットに清潔なチップを提供するため、使い捨てピペットチップのトレイが、円形コンベヤ1210内の長方形の凹部1225に挿入されてもよい。
【０１２３】
半径方向のスロット1230が、サンプルの二方位の行(位置1〜19)内のサンプル瓶凹部1215それぞれに提供される。スロット1230は、バーコード読取り機に関して、所与のサンプル瓶1200のバーコード1205の明瞭な視界を提供する。バーコード読取り機(図示なし)は、サンプル円形コンベヤ1210に隣接して置かれ、半径方向内向きに向けられた光学ビームを用いて位置付けられる。異なるサンプル瓶1200のバーコードは、円形コンベヤ1210を回転させることによって検索される。この方式は、サンプル瓶1200が、そのバーコードラベルが円形コンベヤ1210から半径方向外向きに面するようにして、位置付けられることを必要とすることに留意されたい。この条件は、バーコードラベルを適切に読み取ることができない場合に、瓶1200の向きを調節するように操作者に支持することによって保証することができる。代替実施形態では、瓶1200がバーコード読取り機の前に直接位置付けられたとき、小さなホイールがサンプル瓶と接触される。このホイールは、モータによって回転され、それが次に、その円筒状凹部内で瓶を回転させる。読取り機がバーコードを読み取ることができるまで、瓶は回転される。
【０１２４】
図25を参照すると、サンプルの正確な容積は、単一の自動ピペット1250を介して、円形コンベヤ1210内の選択された容器から吸引される。ピペット1250は、図25に示されるアセンブリ1260上に収容される。アセンブリ1260は、サンプルを吸引し、それを主要分析器本体内に並進させ、かつそれをマイクロプレートウェル内に分配するため、ピペット1250に必要な二次元の運動度を提供する。アセンブリ1260は、ベルト1268およびプーリー1270システムを駆動するステッピングモータ1265によって、水平方向に移動される。水平ガイドレール1272は、水平方向に沿った垂直プレート1274の運動を制限する。垂直プレートの後方のクランプ1276は、ベルト1268の水平運動を垂直プレート1274に結合する。プレート上に垂直ガイドレール1278が配置される。垂直ガイドレール1278は、垂直なスライド1279の運動を正確に制限する。スライドは、ACMEねじ1282上に通されたナット1280によって垂直に支持される。
【０１２５】
モータ1284は、垂直スライド1278およびピペット1250の運動を制御する。垂直スライド1279には、自動ピペット1250を支持する水平のスタンドオフ1286が取り付けられる。スタンドオフ1286により、ピペット1250が、主要分析器システム内のサンプル分配モジュールと移送区域425との間の領域を横断することが可能になる。
【０１２６】
サンプル分配モジュールにおける第2のアセンブリは、図26に示されるプローブアセンブリ1300である。上述のピペットアセンブリ1260と同様に、プローブアセンブリ1300は、電気化学プローブ1305および超音波レベルセンサ1310に2つの運動度を提供する。プローブアセンブリ1300は、ベルト1314およびプーリー1316システムを駆動するモータ1312から成る。水平ガイドレール1320は、水平方向に沿った垂直プレート1325の運動を制限する。垂直プレート1325はまた、垂直ガイドレール1330を支持する。4つのイオン選択性電極プローブは、垂直ガイドレール1330によって制限される垂直スライド1335に取り付けられる。イオン選択性プローブおよびピペットチップを選択された深さまで沈めるため、垂直スライドに取り付けられた超音波レベルセンサ1310は、液位変位の正確な測定を提供する。第2のステッピングモータ1340およびACMEねじ1345システムは、イオン選択性プローブおよびレベルセンサ1310の垂直運動を制御する。レベルセンサ1310は、プローブに隣接して、ただし、プローブがサンプルに浸漬しているときにレベルセンサ1310が濡れるのを防ぐため、より高い垂直位置で位置付けられる。したがって、アセンブリ1300によって、垂直運動による選択されたサンプル容器内の電気化学プローブの配置が可能になる。水平運動は、円形コンベヤ1210上の異なる半径でサンプル位置に対応する手段を提供する。
【０１２７】
円形コンベヤ1210(図24)内の中央の3つの凹部1220は、バーコード走査を排除するが、それらは好ましくは、イオン選択性電極の洗浄溶液を格納する場所として使用することができる。洗浄溶液を識別する必要がある場合、液位センサ1310によるサンプル容積の測定により、潜在的な識別手段が提供される。これは、例えば、分析器が測定し識別することができる異なる既知の容積をそれぞれ有する3つの洗瓶を、操作者に提供することによって達成することができる。別の実施形態では、中央凹部1220の1つまたは複数を、例えば蓄積されたタンパク質をイオン選択性プローブ膜から除去するための、プローブ洗浄溶液を含有する洗浄液容器を収容するのに使用することができる。そのような専用の洗浄溶液は、イオン選択性プローブから、専用の洗浄溶液の場所を識別するのに使用することができる、明確に認識可能な一組の信号を作成してもよい。
【０１２８】
一体化されたサブシステムとしてのサンプル分配モジュールは、図27において上から、また図28において対角線の各視界から示される。ピペットチップ1400が搭載された円形コンベヤ1210は、ハンドル1410を有する取外し可能なトレイ1405の上に置かれる。ハンドルにより、操作者が、サンプル瓶を装填するため、サンプル分配モジュールハウジングを円形コンベヤの外に滑動させることが可能になる。取外し可能なトレイの下のモータは、円形コンベヤの回転(図示なし)を正確に制御するためのタイミングベルトを用いてプーリーシステムを駆動する。タイミングベルトは、モータの車軸(図示なし)を、円形コンベヤの中心の下に位置する車軸(やはり図示なし)に接続する。円形の支持体は、タイミングベルトに生じた緩みがあればそれを取り除くため、モータを再配置する手段を提供する。バーコード読取り機1415は、サンプル瓶のバーコードラベルを検索する。追加のレセプタクル1420は、電気化学プローブを格納するために提供される。サンプル分注アセンブリ1260により、サンプル瓶から分析器の主本体内のマイクロプレートまで、自動ピペットの水平および垂直方向の並進が可能になる。プローブアセンブリ1300は、ピペットの運動に対してある角度で、電気化学プローブおよび超音波レベルセンサを並進させる。したがって、プローブおよびレベルセンサは、円形コンベヤおよび格納レセプタクル1420内のすべてのサンプル瓶の位置(3つの中央位置を含む)にアクセスするようにして移動される。金属フレーム1425は、アセンブリ閉鎖容器(図示なし)を支持し、ピペットおよびプローブアセンブリを支持し、サンプル分配モジュールを主要分析器システムの側壁と機械的にインターフェース接続する手段を提供する。
【０１２９】
分析器は、マイクロプレート内のマイクロウェルによって作成または修正された光学信号を測定する光学系を組み込む。好ましい一実施形態では、マルチモードの小型の光学ヘッドが、吸光度、蛍光、およびルミネッセンスの測定を提供するために使用される。この好ましい光学系1500は、図29に示され、小型の光学ヘッド1502は、ヘッド1502が光学検出ステーション430の直下の二次元面内で走査されることを可能にする、水平プラットフォーム1504上に描かれる。小型の光学ヘッド1502の詳細は、米国特許公報第2004/XXX号として公開された、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、2004年12月7日出願の米国特許出願第11/005,325号、名称「OPTICAL SYSTEM」に開示されている。
【０１３０】
光学ヘッド1502には、2つの光ファイバー束1510および1515(束は図中では切り取られている)が供給される。上側の束1510は、蛍光体の励起またはマイクロプレートウェル内の吸光度の測定のどちらかのため、スペクトル的にフィルタリングされた光ビームを送達する。この光ビームは、ヘッド1502内で垂直に方向が変えられ、マイクロプレートウェル内の小さなスポットに集光される。好ましい一実施形態では、ビームは、0.20未満の多数のアパーチャを用いて、マイクロウェルの中心における2mm未満のスポット径まで徐々に集光される。
【０１３１】
光学ヘッド1502はまた、蛍光またはルミネッセンスのどちらかとして、マイクロウェルから放射された光を収集する。ヘッド1502内では、光はコリメートされ、水平方向に方向が変えられ、発光束1515上に再び集束される。発光束515は、放射光を、後に続くフィルタリングおよび検出のため、分析器内の遠隔に送る。サンプルを介して伝達される光ビームの出力は、光学ヘッド1502の上方に配置された回路基板1520の下に搭載された、大面積検出器によって(追加のレンズ(lensing)なしに)直接測定される。好ましい一実施形態では、検出器は、伝達されたビームの全出力を捕捉する大面積シリコン検出器である。ブラケット1522は、吸光度回路基板1520を支持し、機械的な衝突なしにマイクロプレートの上方で検出器を吊り下げるのに十分なクリアランスを提供する。
【０１３２】
光学サブシステム1500全体は、2つのステッピングモータと、ラックピニオンシステムとの組合せを使用して、二次元面内で走査される。図では、1つのステッピングモータ1524と1つのピニオン1526のみが示される。第2のモータと、ラックおよび第2のピニオンの両方とが、水平プラットフォーム1504の下に置かれる。アセンブリの直線運動を正確に制限するため、直交する構成の2つのガイドレールが使用される。当該技術において既知の他の駆動系が、光学ヘッドを走査するために使用されてもよいが、精度およびストロークの理由から二重のラックピニオン方式が好ましい。マイクロプレート内の焦点の位置を工場較正することにより、ビームが、広範囲のマイクロプレートタイプのためのすべてのマイクロプレートウェルの中心に正確に置かれてもよいことが良好に保証される。
【０１３３】
上述の好ましい実施形態では、光学ヘッド1502は、光学検出位置内に保持されるマイクロプレートの下で走査される。この実施形態は、液体メニスカスの運動または泡の生成および運動によってエラーを引き起こす場合がある、走査中のサンプルの妨害がないという利点を有する。ヘッドに与えられた自由度は、また、多種多様なマイクロプレートの形状因子の測定を可能にし、96および384ウェルのマイクロプレートの両方に適合可能である。
【０１３４】
上述したように、当業者には既知の他の多くの実施形態が可能であり、実際にいくつかの選択した検定に対してより良好に適合されてもよい。特に、蛍光またはルミネッセンスの測定が不要な場合、従来技術において既知のような8チャネル吸光度ビーム送達システムを代わりに組み込むことが好ましいことがある。この方式では、単一の光源からの光学出力は、光ファイバー束の8つの別個の脚体の間で分割され、8チャネルの検出器配列が使用されて、各ビームが同時に独立して検出される。配列は、96ウェルのマイクロプレートのすべての行を横切って走査される。このシステムは、有利には、マイクロプレートウェルの迅速な並行走査を可能にし、それは、例えば、反応速度測定が必要な酵素に基づく測定において有用なことがある。一度に8列のみが測定されるが、システムは、水平面内の追加の走査次元を提供することにより、384ウェルのマイクロプレートに適合可能である。
【０１３５】
最後に、マイクロプレートが定置の光学ヘッドまたは光学吸光度配列に対して並進される他の実施形態も、本発明の一部として想起されることにも留意されたい。そのような方式は、光学経路を単純化するとともに、光源および検出器システムが光学ヘッド1502と直接一体化できるようにすることにより、光ファイバー束に関連付けられた費用の要件を除去してもよい。
【０１３６】
上述の光学ヘッド1502は、入射光学光ビームをマイクロプレートウェル内のサンプル上に送達し、吸収された出力を測定するか、または放射された蛍光もしくはルミネッセンスをマイクロウェルの内容物から収集するために使用される。別個の遠隔の光源および検出サブシステムも分析器内に配置される。このサブシステム1600は、図30に示され、外側の光を通さないカバーが取り除かれ、すべての構成要素が共通の水平基部1605上に搭載されている。
【０１３７】
サブシステムは、複数の固定波長の光学フィルタ1620を収容する一対の回転ホイール1610および1615を組み込む。フィルタは、フィルタホルダに当接し、操作者によって個々に取り外すことができる止めねじによって、適所に保持される。光センサ1622は、固定の光学軸に対するフィルタの位置を較正するため、フィルタホイール1615の外側フランジ内に切欠き1624が存在することを検出するために使用される。別の実施形態では、磁気センサが、有利には迷赤外線を生成しないので、検出部として使用される。
【０１３８】
フィルタホイール1610および1615は、その1つが1625として図30に示されるステッピングモータによって回転される。両方のステッピングモータは、機械的取付け具1628および1630内にある。ハロゲンランプ(ソケット1635が図に示される)は、圧締めフランジ1640によって適所に保持される。圧締めフランジ1640により、操作者が容易に、切れたランプを取り除き、差換えランプを取り付けることが可能になる。好ましい一実施形態では、ランプは、正確な直径と、モータ取付け具1628にそれ自体が取り付けられたランプハウジング1645内の機構と正確に噛合する参照スロットとを備えた、予め焦点が合わされた基部を有する。これによって、次に、ハウジング1645内にやはり置かれる非球面の集光レンズの焦点において、ランプフィラメントの正確な位置決めが可能になる。
【０１３９】
ランプ1635の上方の水平チューブ1655に接続された垂直チューブ1650は、ランプの周りの気流に対流経路を提供し、また、不用な光を光学系の外に散乱させる。フランジ1660は、チューブをサブシステム(図示なし)の外壁に取り付けることにより、ランプの上方で水平チューブ1655を吊り下げる手段を提供する。ランプハウジング1645内の集光レンズは、ランプによって放射された光をコリメートし、励起フィルタホイール1615を貫通する光学軸に沿ってそれを方向付ける。このフィルタホイール1615は、マイクロプレートウェル内の蛍光体を励起する、あるいは吸光度測定のために狭帯域入射ビームを生成するフィルタとして、二重の目的に役立つ。フィルタホイール1615を通過した後、コリメートされフィルタリングされたビームは、チューブ1665内に収容された集束レンズに衝突する。チューブ1665は垂直マウント1668によって支持される。このチューブ1665は、また、光ビームがその上に集束される光ファイバー束のフェルールを支持する。
【０１４０】
光ファイバー束は、好ましくは、束の端面上に形成されるフィラメントの像と同一の横断面プロファイルで配列される、個々のファイバーの集合体から作られる。好ましい一実施形態では、束は2つの脚体に分岐される。脚体の1つは、光学出力を光学ヘッドアセンブリ1500に送達する。第2の脚体は、光学出力を光源および検出器サブシステムに戻し、そこで、ランプ出力の変化またはフィラメント像の位置もしくは形状の変化によって生じる、除去された有害な信号を変化させる手段を提供するため、出力が測定される。光学出力のこの第2の光源は、以下、参照脚体と称される。
【０１４１】
吸光度の測定または蛍光体の励起のための光学出力源を提供することに加えて、サブシステムは、また、参照脚体からの光学出力と、収集された放射光を送達する別個の光ファイバー束からの光学出力とを測定する2つの検出器を組み込む。これらの検出器および付随する構成要素は図31に示される。参照脚体のフェルールは、チューブ1670によって保持される。フェルールの遠位端は、チューブ内に搭載された光学検出器に近接している。光学検出器の裏面は、プリント回路基板1672に直接搭載される。発光束のフェルールも、クランプ1676内にあるチューブ1674の中に保持される。チューブ1674は、また、発光束から出る放射光をコリメートするレンズを含む。コリメートされた光は、第2のチューブ1678に衝突する前に、放射フィルタホイール232内のフィルタを通過する。この第2のチューブ1678は、フィルタリングされた放射光をやはりチューブ1678内に収容された検出器上に集光する集光レンズを含む。検出器の裏面も、第2のプリント回路基板1680に搭載される。
【０１４２】
放射検出器は、原理上は、非常に低い光学出力の信号を認識することができるが、ランプによって放射された迷光が検出器に間接的に結合しないことを保証するため、十分な準備が行われなければならない。迷ランプ光は、主に、集光レンズによってコリメートされた帯域外光が拒絶される、励起フィルタ1620によって生成される。この帯域外光は、励起フィルタによって集光器に向かって後方に反射され、レンズ曲率が、最初の出力の相当な部分を散乱させる場合がある。次に、この散乱光は、光源および検出器サブシステム内の複数の構成要素から離れて散乱し、最終的に、放射フィルタホイール1610に隣接した自由空間ギャップを介して、放射検出器に結合することができる。
【０１４３】
そのような結合経路を妨げるため、サブシステムの光源部分を検出器部分から区切り、光学的に減結合する、好ましくは金属薄板から作られる不透明な光シールドが提供される。図30または31には示されないこのシールドは、好ましくは、複数の曲がりを作成し、ギャップなしでサブシステムの前面から後面まで移動することにより、光源および検出器部分の間の二次元インターフェース全体を妨げる。したがって、光シールドにより、放射検出器が、高い信号対雑音比でその全ダイナミックレンジ全体にわたって動作することが可能になる。
【０１４４】
図30および31に示される実施形態は、好ましくは、参照または放射光を検出するため、低ノイズのシリコン検出器を使用する。サブシステムは、分析器に容易に一体化される、新規なマルチモード(吸光度、蛍光、およびルミネッセンス)の光学光源および検出システムを提供する。しかし、本発明の範囲から逸脱することなく、光学光源および検出アセンブリの他の実施形態が可能であることも、当業者には容易に明白になるであろう。例えば、放射光が非常に低い光学出力のものであると予想される場合、上述の光学サブシステムの好ましい修正例は、放射光を検出する光電子増倍管を使用する。
【０１４５】
分析器が放射光の測定を行わないが、多チャネルの吸光度測定のみを行う本発明の別の実施形態では、光学系は、参照脚体のための単一のフィルタホイールおよび単一の検出器のみを含む。この実施形態では、低レベルの測定が光源で行われないので、また、参照脚体の光学経路が参照チューブ1670内に完全に含まれるため、不透明な光シールドは不要である。最後に、外部光源からの検出器ノイズは、従来技術において既知の光学チョッパーホイールを使用して排除することができる。チョッパーホイールは、好ましくは、フィルタホイール1620と鏡筒1665の間に位置し、光ファイバー束に送達された光学出力を調整する。検出は、狭帯域の電気的フィルタまたはロックイン検出方式のどちらかを使用して達成される。
【０１４６】
上述したように、光学系の好ましい実施形態は、2つの光ファイバー束1510および1515を用いて供給される走査光学ヘッドを使用する。これらの束1510および1515はそれぞれ、光源および検出器サブシステム内で適所に固定された一端を有する。光学ヘッド1500内で終端する各束の他端は、光学検出位置に保持されたマイクロプレートの下でヘッドが走査されると、それとともに移動する。したがって、束に応力を加えることなく完全な走査範囲が達成可能であることを保証するため、各束に十分な緩みを提供することが必要である。特に、光ファイバーの機械的故障および破損に結び付く場合がある、束の最小曲げ半径の妥協がないことを保証することが必要である。
【０１４７】
好ましい一実施形態では、この要件は、束内に大きな円形または楕円形のループを提供することによって満たされる。光学ヘッドがその最も離れた位置に向かって走査するに従って、ループは締まり、必要な緩みを束に提供する。分析器内の選択された位置における機械的取付け具は、束にアクセス可能なスペースの領域を制限し、最小曲げ半径を超えないことを保証する。この方式は、成功裡に、励起(または吸光度)束および発光束の両方に適用することができる。参照脚体は、その起点および終端の両方を固定位置で有するので、分析器内の固定の経路に送られることができ、ルーピング方式を必要としない。
【０１４８】
上述のすべてのサブシステムを備えた(サンプル分配モジュールを除く)主要分析器システムの概略図が、図32および33(両方の図は分析器の同一の状態を示す)に提供される。サブシステムは外側フレーム1700内に配列される。各サブシステムは、モジュール式であり、独立して分析器に追加するか、またはそれから削除して、所与の顧客が必要とするサブシステムのみを提供する構成で、分析器を組み立てることを可能にすることができる。マイクロプレートキャリアトレイ560上で支持されたマイクロプレート1705は、光学検出位置430で示される。光学検出位置の後方に、インキュベータ1000および第2のボルテクサー1015が位置する。図33では、試薬マイクロプレート1710は、装填アーム405上に置かれているのを見ることができる。ピペットチップの箱500および追加の試薬マイクロプレートは、2つの上側定置位置上に置かれて示される。
【０１４９】
図33では、キャリアトレイ搬送アセンブリの搬送アーム705は、装填アーム405の下方に示される。多チャネルピペッター805はその後退位置で示される。上述したように、多チャネルのピペッターは、マイクロプレートに、またはそこから液体を移送するため、移送区域(光学検出位置の上方の開放領域)を出入りするように移動させることができる。図32は、光学ヘッド1502と、後退位置にある関連するアセンブリ1500とを明確に示す。光学光源および検出器アセンブリ1600は、光学ヘッドアセンブリの後方の光を通さない箱内に密閉されることが見てとれる。
【０１５０】
分析器は、検定バッチプロトコルを行い、かつ複数の内部制御システムを管理するのに必要な様々なロボット機能を自動化するため、プロセッサおよび制御システムを組み込む。バッチプロトコルの実行の終わりに生成された結果は、LCD、サーマルプリンタ、あるいは、シリアルRS232、USB、イーサネット（登録商標）、またはWiFiなどの標準プロトコルによるネットワーク接続を含む、多数の可能な形態で操作者に提供される。好ましい一実施形態では、分析器は、安全な方法でサンプルデータを分析し、報告し、保管するインターネットに基づく検査室管理システムに、途切れることなくインターフェース接続する。
【０１５１】
本明細書で使用するとき、用語「備える」「備えている」、「含んでいる」、および「含む」は、包括的であって制限がなく、排他的ではないものと解釈されるべきである。具体的には、請求項を含む本明細書中で使用されるとき、用語「備える」「備えている」、「含んでいる」、および「含む」、ならびにそれらの変形は、指定された特徴、工程、または構成要素が含まれることを意味する。これらの用語は、他の特徴、工程、または構成要素の存在を除外するものと解釈されるべきではない。
【０１５２】
本発明の好ましい実施形態の上記の記載は、本発明の原理を説明するために提示されてきたものであり、本発明を説明された特定の実施形態に制限するものではない。本発明の範囲は、請求項およびそれらの等価物に包含される実施形態のすべてによって規定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】分析器内の主なサブシステムの概要を示す概略図である。
【図２】マイクロプレートの斜視図である。
【図３Ａ】分析器によって行われる較正バッチプロトコルの主要な操作手順の概要を示すフローチャートである。
【図３Ｂ】図３Ａに続き、分析器によって行われる較正バッチプロトコルの主要な操作手順の概要を示すフローチャートである。
【図４Ａ】分析器によって行われるサンプルバッチプロトコルの主要な操作手順の概要を示すフローチャートである。
【図４Ｂ】図４Ａに続き、分析器によって行われるサンプルバッチプロトコルの主要な操作手順の概要を示すフローチャートである。
【図５】分析器システムの特定の一実施形態の斜視図である。
【図６】分析器の特定の実施形態における主なサブシステムを示す概略図である。
【図７】ピペットチップが装填された状態で示される、ピペットチップの箱の斜視図である。
【図８】適所に保持された試薬マイクロプレートを備えたマイクロプレートキャリアトレイの斜視図である。
【図９】反応マイクロプレート用のキャリアトレイの好ましい一実施形態の斜視図である。
【図１０】分析器内の所与の位置でキャリアトレイを固定するために使用される第2のプラットフォームの斜視図である。
【図１１】分析器内にマイクロプレートおよびピペットチップの箱を装填するために使用される、装填アームアセンブリの斜視図である。
【図１２】分析器内にキャリアトレイを搬送するために使用される搬送アームアセンブリの斜視図である。
【図１３】試薬およびバッファの並列搬送に使用される多チャネルのピペットアセンブリの斜視図である。
【図１４】圧縮バーがその拡張された位置で示される、封止されたマイクロプレート内にある8個のマイクロウェルの列の形態の封止部を孔あけするために使用されるマイクロプレート孔あけツールの斜視図である。
【図１５】圧縮バーがその収縮された位置で示される、封止されたマイクロプレート内にある8個のマイクロウェルの列の形態の封止部を孔あけするために使用されるマイクロプレート孔あけツールの斜視図である。
【図１６】孔あけツールが分析器内にどのように搬送されるかの好ましい一実施形態の斜視図である。
【図１７】ボルテクサーの斜視図である。
【図１８】ボルテクサー内に軌道運動を生じさせるために使用されるシャフトの斜視図である。
【図１９】キャリアトレイ支持体の運動を軌道断面に制限するためにボルテクサーシステム内に使用される、2つの直交する直線並進ステージの斜視図である。
【図２０】内部および外部のボルテクサーの両方を示す、完全なボルテクサーおよびインキュベータのアセンブリの斜視図である。
【図２１】光学検出ステーションの斜視図である。
【図２２】磁性の第2のプラットフォームとともに示される光学検出位置アセンブリの別の実施形態の斜視図である。
【図２３】バーコードラベルを有するサンプル収集瓶の斜視図である。
【図２４】サンプル分配モジュール内でサンプル瓶を保持し位置付けるために使用される円形コンベヤの斜視図である。
【図２５】分析器内でサンプル分配モジュールからマイクロプレートまでサンプルを搬送するために使用される、単一のピペットアセンブリの斜視図である。
【図２６】サンプル分配モジュール内での追加のサンプル測定のための、イオン選択性電極を使用する任意のプローブアセンブリの斜視図である。
【図２７】ピペットアセンブリが分析器の主本体内に延びた状態で示される、一体化されたサンプル分配モジュールの上面図である。
【図２８】一体化されたサンプル分配モジュールの斜視図である。
【図２９】反応プレートウェル内の吸光度、ルミネッセンス、または蛍光を測定するために使用される光学ヘッドサブシステムの斜視図である。
【図３０】光源および検出器光学サブシステムの左前斜視図である。
【図３１】光源および検出器光学サブシステムの右前斜視図である。
【図３２】すべての一体化されたサブシステムを備える分析器の主本体の正面斜視図である。
【図３３】すべての一体化されたサブシステムを備える分析器の主本体の右上斜視図である。
【符号の説明】
【０１５４】
１００，３００…分析器、１０５，１０００…インキュベータ（熱培養システム）、２００…マイクロプレート、２２２…バーコードラベル、３００…分析器
【図１】
2008532048.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【国際調査報告】
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