(57)【要約】【課題】液体試料の微量化が可能な反応容器と小型化が可能な分析装置を提供すること。【解決手段】側壁と底壁とを有し、検体と試薬とを含む液体試料が分注され、液体試料が反応した反応液を保持する反応容器と分析装置。反応容器１５は、側壁上部の水平方向の断面積を側壁下部の水平方向の断面積よりも大きく設定して積み重ね可能とし、底壁の一部又は全部を金属薄膜１５ｂとした。分析装置は、反応容器の金属薄膜を透明な恒温液Ｌtに浸し、液体試料を所定温度に保持する恒温槽９と、恒温槽を介して金属薄膜に臨界角以上の入射角で光を照射する光源６ａと、金属薄膜によって反射された光を受光する受光素子６ｄと、金属薄膜に照射された光の表面プラズモン共鳴の共鳴角から反応液の屈折率を算出し、測定しておいた共鳴角における反応液の屈折率と吸光度との関係並びに吸光度と反応液の物質濃度との関係から反応液の物質濃度を求める制御部とを備えている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
側壁と底壁とを有し、検体と試薬とを含む液体試料が分注され、前記液体試料が反応した反応液を保持する反応容器であって、
前記側壁上部の水平方向の断面積を前記側壁下部の水平方向の断面積よりも大きく設定して積み重ね可能とすると共に、前記底壁の一部又は全部を金属薄膜としたことを特徴とする反応容器。
【請求項２】
前記側壁は、積み重ねた他の容器の側壁との間に隙間を形成する凸部が外面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の反応容器。
【請求項３】
容器に保持された検体と試薬とを含む液体試料を反応させ、反応液を分析する分析装置であって、
請求項１又は２に記載の反応容器の前記金属薄膜を透明な恒温液に浸し、前記液体試料を所定温度に保持する恒温槽と、
前記恒温槽を介して前記金属薄膜に臨界角以上の入射角で光を照射する光源と、
前記金属薄膜によって反射された光を受光する受光素子と、
前記金属薄膜に照射された光の表面プラズモン共鳴の共鳴角から前記反応液の屈折率を算出し、予め測定しておいた前記共鳴角における前記反応液の屈折率と吸光度との関係並びに前記吸光度と前記反応液の物質濃度との関係から前記反応液の物質濃度を求める制御部と、
を備えたことを特徴とする分析装置。
【請求項４】
更に、前記反応容器を複数積み重ねて収納し、１つずつ供給する容器供給装置を備えていることを特徴とする請求項３に記載の分析装置。
【請求項５】
更に、測定が終了した前記反応容器を廃棄する廃棄装置を備えていることを特徴とする請求項３又は４に記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応容器とこの反応容器を用いた分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、血液等の生体試料（検体）を分析する分析装置は、反応容器に検体と試薬とをそれぞれ分注して反応させ、この反応液の吸光度を光電的に測定することによって反応液中の物質濃度を分析している。このとき、分析装置は、測定機構の簡略化の点で優れていることから反応液を反応容器に入れたままで測光する方式を採用し、種々の反応容器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特公平１−２１４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の反応容器は、反応液の吸光度を測定するため直径２〜３ｍｍの光束を反応液に透過させる必要がある。このため、従来の反応容器は、反応液の量を少なくとも数十μＬ必要とし、患者の肉体的負担軽減のための検体の微量化に伴う小型化が難しく、分析装置の小型化も難しいという問題があった。また、分析装置は、一度に多数の検体を扱う関係上、反応容器を多数使用するため、これら多数の反応容器を収容する広いスペースを必要とし、小型化が難しかった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、液体試料の微量化が可能な反応容器と小型化が可能な分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に係る反応容器は、側壁と底壁とを有し、検体と試薬とを含む液体試料が分注され、前記液体試料が反応した反応液を保持する反応容器であって、前記側壁上部の水平方向の断面積を前記側壁下部の水平方向の断面積よりも大きく設定して積み重ね可能とすると共に、前記底壁の一部又は全部を金属薄膜としたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係る反応容器は、上記の発明において、前記側壁は、積み重ねた他の容器の側壁との間に隙間を形成する凸部が外面に設けられていることを特徴とする。
【０００８】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項３に係る分析装置は、容器に保持された検体と試薬とを含む液体試料を反応させ、反応液を分析する分析装置であって、前記反応容器の前記金属薄膜を透明な恒温液に浸し、前記液体試料を所定温度に保持する恒温槽と、前記恒温槽を介して前記金属薄膜に臨界角以上の入射角で光を照射する光源と、前記金属薄膜によって反射された光を受光する受光素子と、前記金属薄膜に照射された光の表面プラズモン共鳴の共鳴角から前記反応液の屈折率を算出し、予め測定しておいた前記共鳴角における前記反応液の屈折率と吸光度との関係並びに前記吸光度と前記反応液の物質濃度との関係から前記反応液の物質濃度を求める制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る分析装置は、上記の発明において、更に、前記反応容器を複数積み重ねて収納し、１つずつ供給する容器供給装置を備えていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に係る分析装置は、上記の発明において、更に、測定が終了した前記反応容器を廃棄する廃棄装置を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる反応容器は、底壁の一部又は全部を金属薄膜としたので、表面プラズモン共鳴を利用することによって微量の液体試料であっても分析できるため、小型化が可能となる。また、この反応容器を用いた本発明の分析装置は、反応容器の金属薄膜を透明な恒温液に浸し、前記液体試料を所定温度に保持する恒温槽と、前記恒温槽を介して前記金属薄膜に臨界角以上の入射角で光を照射する光源と、前記金属薄膜によって反射された光を受光する受光素子と、前記金属薄膜に照射された光の表面プラズモン共鳴の共鳴角から前記反応液の屈折率を算出し、予め測定しておいた前記共鳴角における前記反応液の屈折率と吸光度との関係並びに前記吸光度と前記反応液の物質濃度との関係から前記反応液の物質濃度を求める制御部とを備えた。このため、本発明の分析装置は、検体を含む液体試料が微量であっても分析することができる。また、小型化される反応容器は、側壁上部の水平方向の断面積を前記側壁下部の水平方向の断面積よりも大きく設定して積み重ね可能とした。このため、本発明の分析装置は、複数の反応容器であってもスペースを取ることなくコンパクトに収容できるため、小型化が可能になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の反応容器とこの反応容器を用いた分析装置にかかる実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の分析装置の実施の形態を示す自動分析装置の概略構成図である。図２は、図１の自動分析装置の測光部、恒温槽及び測光部近傍のターンテーブルを断面にして示す拡大図である。図３は、図１の自動分析装置で使用する本発明の反応容器の斜視図である。
【００１３】
自動分析装置１は、図１に示すように、ターンテーブル２の周囲並びに下部に試料分注部３、試薬分注部４、攪拌部５、測光部６、廃棄装置７、容器供給装置８及び恒温槽９が配置され、制御部１１と記憶部１２を備えている。
【００１４】
ターンテーブル２は、駆動手段２ａによって回転軸２ｂを中心として回転され、外縁側は周方向に沿って反応容器１５が等間隔で配置されている。ターンテーブル２は、図２に示すように、反応容器１５を配置する部分に開口２ｃが形成されている。ここで、ターンテーブル２は、１回転毎に反応容器１５の１個分多く回転する。即ち、図１に示すターンテーブル２は、周方向に１６個の反応容器１５が配置されているが、１回転したときは３６０°ではなく３６０°＋反応容器１５の１個分（＝２２．５°）多く回転する。
【００１５】
試料分注部３は、血清等の生体試料（検体）を反応容器１５に分注する部分であり、分注アーム３ａの先端にプローブが設けられている。
【００１６】
試薬分注部４は、試薬を反応容器１５に分注する部分であり、分注アーム４ａの先端に設けたプローブが所定の試薬容器から試薬を順次反応容器１５に分注する。ここで、試薬分注部４は、図１に示す自動分析装置１では一箇所であるが、二箇所以上に設けて二種類以上の試薬を使用できるようにしてもよい。
【００１７】
攪拌部５は、反応容器１５に分注された検体と試薬とを含む液体試料を攪拌する部分であり、例えば、ターンテーブル２の外縁下部に配置した音波発生素子によって反応容器１５に保持された液体試料を音波によって非接触で攪拌する。
【００１８】
測光部６は、図２に示すように、光源６ａ、レンズ６ｂ、駆動部６ｃ及び受光素子６ｄを有している。光源６ａは、反応容器１５の金属薄膜１５ｂにｐ偏光した光を臨界角以上の入射角となるように照射する。レンズ６ｂは、光源６ａが出射した光を集光させて金属薄膜１５ｂの下面に照射する。駆動部６ｃは、光源６ａの向きを変えることにより金属薄膜１５ｂに入射する光の入射角を臨界角以上の角度範囲で連続的に変化させるアクチュエータであり、入射角を高精度に設定し、変更し得る角度ステージ等が使用される。受光素子６ｄは、金属薄膜１５ｂが反射した光を受光し、吸光度に関する光信号として制御部１１に出力する。ここで、入射角が測定できれば、受光素子６ｄが受光した反射光の反射角から入射角を求めてもよい。
【００１９】
廃棄装置７は、ターンテーブル２の回転によって搬送されてくる分析が終了した反応容器１５を廃棄する。
【００２０】
容器供給装置８は、図４及び図５に示すように、反応容器１５の収納部８ａ、アーム８ｂ，８ｃ及びアーム８ｂ，８ｃを個別に駆動する駆動部８ｄを備えている。アーム８ｂ，８ｃは、先端部分が反応容器１５の本体１５ａの側面形状に合わせて半円形に切り欠かれている。容器供給装置８は、収納部８ａに収納した複数の反応容器１５をアーム８ｂによって支持し、駆動部８ｄによってアーム８ｂ，８ｃを図中左右方向に移動させることにより、反応容器１５をターンテーブル２の開口２ｃに１つずつ供給する。
【００２１】
恒温槽９は、測光部６の光源６ａが出射した光を金属薄膜１５ｂに照射し、その反射光を受光素子６ｄで受光可能なように光学的に透明な素材からリング状に成形されており、ターンテーブル２の開口２ｃの下部に配置されている。恒温槽９は、図２に示すように、透明で、検体と試薬との反応液Ｌrや空気よりも屈折率の大きい、例えば、セダー油等の恒温液Ｌtを保持すると共に、温度制御装置１０によって恒温液Ｌtを所定温度、例えば、３７℃に保持している。従って、光源６ａが出射した光は、恒温液Ｌtに入射する際に屈折し、臨界角以上の入射角となるように反応容器１５の金属薄膜１５ｂに照射される。また、反応容器１５に分注された検体と試薬とを含む液体試料も３７℃に保持される。このため、自動分析装置１は、反応容器１５によって反応液Ｌrの共鳴角、従って反応液Ｌrの物質濃度を精度よく求めることができる。
【００２２】
制御部１１は、試料分注部３、試薬分注部４、攪拌部５、測光部６、廃棄装置７及び容器供給装置８と接続され、例えば、マイクロコンピュータ等が使用される。制御部１１は、自動分析装置１の各部の作動を制御する。このとき、制御部１１は、駆動部６ｃに出力する駆動信号をもとに金属薄膜１５ｂにおける光の反射率が激減した際の金属薄膜１５ｂへ入射する光の入射角θを測定する。この入射角θが、表面プラズモン共鳴現象が生じたときの共鳴角θspである。また、制御部１１は、測定した共鳴角θspと既知の値から反応液Ｌrの屈折率を算出し、記憶部１２に記憶した校正曲線等から反応液Ｌrの物質濃度を求める。記憶部１２は、予め反応容器１５に分注された検体と試薬との反応液Ｌrの屈折率と吸光度とに基づいて予め作成された校正曲線や校正表等が記憶されている。
【００２３】
反応容器１５は、図３に示すように、円錐の頂部を切除した逆円錐台形状の部材からなる本体１５ａを側壁とし、本体１５ａの底面を金或いは銀等からなる厚さ数十ｎｍの金属薄膜１５ｂで覆って底壁としたものである。反応容器１５は、使い捨てタイプの容器であり、安価に製造するため、本体１５ａは合成樹脂から成形する。反応容器１５は、本体１５ａ外面の適宜箇所に突起１５ｃが設けられている。突起１５ｃは、積み重ねた際に本体１５ａ同士が密着して外れなくなることがないように他の反応容器１５の本体１５ａとの間に隙間を形成する。従って、反応容器１５は、凸部を突起１５ｃに代えて周方向に延びる凸条としてもよい。反応容器１５は、ターンテーブル２の開口２ｃに反応容器１５を配置すると、底壁となる金属薄膜１５ｂが恒温槽９の恒温液Ｌtに浸され、透明な恒温液Ｌtと金属薄膜１５ｂが測光部６の光源６ａ及び受光素子６ｄと協働して表面プラズモン共鳴センサを構成する。
【００２４】
以上のように構成される自動分析装置１は、ターンテーブル２の回転によって搬送される反応容器１５に試料分注部３が検体を順次分注する。検体が分注された反応容器１５は、ターンテーブル２の回転によって試薬分注部４の近傍へ搬送され、試薬分注部４のプローブから試薬が分注される。そして、試薬が分注された反応容器１５は、攪拌部５において試薬と検体とが攪拌されて反応し、反応液が測光部６で測光されて入射角θと光透過部の屈折率とをもとに反応液中の物質濃度が分析される。そして、自動分析装置１は、ターンテーブル２の回転によって更に反応容器１５を搬送し、廃棄装置７において分析が終了した反応容器１５を廃棄した後、容器供給装置８によって新たな反応容器１５が供給され、再度新たな検体の分析が行われる。
【００２５】
このとき、容器供給装置８は、図６に示すように、ターンテーブル２の回転によって図４に示す反応容器１５が試料分注部３側へ搬送されるまで停止している。そして、ターンテーブル２の回転によって反応容器１５が配置されていない開口２ｃが移動してくると、容器供給装置８は、図７に示すように、下段のアーム８ｃを右方へ移動させる。これにより、容器供給装置８は、最下段の反応容器１５を落下させて開口２ｃに配置すると共に、２段目以上の反応容器１５を上段のアーム８ｂによって支持する。
【００２６】
次に、容器供給装置８は、図８に示すように、下段のアーム８ｃを左方へ移動させて元の位置へ戻す。このとき、開口２ｃに配置されていた反応容器１５は、ターンテーブル２の回転によって試料分注部３側へ搬送されている。次いで、容器供給装置８は、図９に示すように、上段のアーム８ｂを右方へ移動させる。これにより、容器供給装置８は、上段のアーム８ｂによって支持していた複数の反応容器１５を下段のアーム８ｃに移動させる。
【００２７】
この後、容器供給装置８は、上段のアーム８ｂを左方へ移動させて元の位置へ戻し、図１０に示すように、複数の反応容器１５を上段と下段のアーム８ｂ，８ｃによって支持する。そして、以下、同様の操作を繰り返すことにより、容器供給装置８は、収納部８ａに収容した複数の反応容器１５をターンテーブル２の開口２ｃに１つずつ供給してゆく。
【００２８】
このとき、反応容器１５は、本体１５ａの底面を金属薄膜１５ｂで覆って底壁としている。また、自動分析装置１は、反応容器１５の金属薄膜１５ｂを恒温槽９の恒温液Ｌtに浸し、光源６ａを駆動部６ｃによって駆動することによって臨界角以上の角度で入射角θを連続的に変化させながらｐ偏光した光を金属薄膜１５ｂに下方から照射する。このため、反応容器１５は、自動分析装置１のターンテーブル２に配置すると、測光部６を通過する際に、光源６ａから金属薄膜１５ｂに臨界角以上の入射角θで光が照射される。すると、金属薄膜１５ｂ近傍の反応液中にエバネッセント波が発生し、金属薄膜１５ｂの下面には表面プラズモン波が光のトンネル効果によって励起される。
【００２９】
このとき、エバネッセント波と表面プラズモン波の波数が等しいと、表面プラズモン共鳴現象が生じ、照射光のエネルギーが表面プラズモン波の励起エネルギーとして使用される。このため、表面プラズモン共鳴現象が生じると、図１１に示すように、共鳴が生じる特定の入射角、即ち、共鳴角θspにおいて、金属薄膜１５ｂにおける光の反射率が著しく減少する。このとき、共鳴角θspは、反応液Ｌrの屈折率をｎs、恒温液Ｌtの屈折率をｎt、金属薄膜１５ｂの誘電率をεとすると、次式で与えられる。
θsp＝sin-1〔１／ｎt｛（ε×ｎs2）／（ε＋ｎs2）｝1/2〕……（１）
【００３０】
従って、共鳴角θspを測定すると、金属薄膜１５ｂの誘電率ε，恒温液Ｌtの屈折率ｎpは既知の値であるから、式（１）より反応液Ｌrの屈折率ｎsを算出することができる。このとき、反応液Ｌrの屈折率ｎsは、マクスウェルの方程式から媒質の誘電率で規定でき、生体物質による生物化学的反応の進行と媒質の誘電率、従って反応液Ｌrの物質濃度とは相関関係がある。このため、共鳴角θspにおける反応液Ｌrの屈折率ｎsと反応液Ｌrの吸光度との関係並びに吸光度と反応液Ｌrの物質濃度との関係を予め測定し、校正曲線或いは校正表として測定対象毎に記憶部１２に記憶させておく。このようにすると、自動分析装置１は、数μＬ以下の微量な反応液であっても、求めた共鳴角θspにおける反応液Ｌrの屈折率ｎsをもとに制御部１１において反応液Ｌrの物質濃度を求めることができる。但し、自動分析装置１は、反応液Ｌrの吸光度と共鳴角θspとの校正曲線を予め測定対象毎に記憶部１２に記憶させておき、共鳴角θspをもとに制御部１１において反応液Ｌrの吸光度を求めてもよい。
【００３１】
このようにして表面プラズモン共鳴を利用して反応液の物質濃度を求める場合、反応液Ｌrは数μＬ以下の僅かな量でよいので、本体１５ａ、従って反応容器１５を小さくすることができるうえ、反応容器１５は積み重ねることができるので、自動分析装置１を小型化することができる。しかも、反応容器１５は、反応液が数μＬ以下であるため、用いる試薬の量も数μＬ以下と微量でよいので、自動分析装置１のランニングコストを低減することができる。
【００３２】
また、反応容器１５は、底壁となる金属薄膜１５ｂを恒温液Ｌtに浸し、ターンテーブル２を回転させながら反応液Ｌrの共鳴角θspを測定することができる。従って、反応容器１５を使用すると、自動分析装置１は、ターンテーブル２を停止させることなく、共鳴角θspを連続して測定することができるので、検体の高速処理が可能となり、従って従来と同じ時間で多くの検体を処理することができる。
【００３３】
ここで、本発明の反応容器は、図１２に示す反応容器１７のように、逆円錐台形状の側壁１７ａに連設される底壁１７ｂの一部、即ち、中央に開口１７ｃを有し、底壁１７ｂの下面全体を金属箔膜１７ｄで覆うことにより、底壁１７ｂの一部を金属箔膜１７ｄとしてもよい。このようにすると、反応容器１７は、金属箔膜１７ｄを底壁１７ｂによって保護することができる。なお、側壁１７ａは、適宜箇所に突起１７ｅを設ける。
【００３４】
また、本発明の反応容器は、必ずしも側が壁逆円錐台形状である必要はなく、逆多角錐台形状、例えば、図１３に示す反応容器１８のように、逆四角錐台形状の側壁１８ａとし、側壁１８ａの底面を金或いは銀等からなる厚さ数十ｎｍの金属薄膜１８ｂで覆って底壁としてもよい。このとき、側壁１８ａは、適宜箇所に突起１８ｃを設ける。また、反応容器１８は、反応容器１７のように、底壁の一部を金属薄膜としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の分析装置の実施の形態を示す自動分析装置の概略構成図である。
【図２】図１の自動分析装置の測光部、恒温槽及び測光部近傍のターンテーブルを断面にして示す拡大図である。
【図３】図１の自動分析装置で使用する本発明の反応容器の斜視図である。
【図４】反応容器を配置したターンテーブルと共に容器供給装置を示した正面図である。
【図５】容器供給装置を反応容器と共に示した平面図である。
【図６】図４に示す容器供給装置及びターンテーブルの作動による変化を示す図であり、図４に示す位置から変化した後の第一の状態を示す正面図である。
【図７】図４に示す容器供給装置及びターンテーブルの作動による変化を示す図であり、図４に示す位置から変化した後の第二の状態を示す正面図である。
【図８】図４に示す容器供給装置及びターンテーブルの作動による変化を示す図であり、図４に示す位置から変化した後の第三の状態を示す正面図である。
【図９】図４に示す容器供給装置及びターンテーブルの作動による変化を示す図であり、図４に示す位置から変化した後の第四の状態を示す正面図である。
【図１０】図４に示す容器供給装置及びターンテーブルの作動による変化を示す図であり、図４に示す位置から変化した後の第五の状態を示す正面図である。
【図１１】共鳴角において光の反射率が著しく減少する一例を示す入射角に対する反射率の特性図である。
【図１２】反応容器の第一の変形例を示す断面図である。
【図１３】反応容器の第二の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１              自動分析装置
２              ターンテーブル
２ｃ            開口
３              試料分注部
４              試薬分注部
５              攪拌部
６              測光部
６ａ            光源
６ｂ            レンズ
６ｃ            駆動部
６ｄ            受光素子
７              廃棄装置
８              容器供給装置
９              恒温槽
１０            温度制御装置
１１            制御部
１２            記憶部
１５            反応容器
１５ａ          本体
１５ｂ          金属薄膜
１５ｃ          突起
１７            反応容器
１７ａ          側壁
１７ｂ          底壁
１７ｃ          開口
１７ｄ          金属箔膜
１７ｅ          突起
１８            反応容器
１８ａ          側壁
１８ｂ          金属薄膜
１８ｃ          突起
【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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【図９】
2007040845.tif 000011
【図１０】
2007040845.tif 000012
【図１１】
2007040845.tif 000013
【図１２】
2007040845.tif 000014
【図１３】
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