(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象分析物と電気化学発光試薬とを結合させた分析物−発光試薬複合体を含む媒体を保持する容器と電極とを接触させて電気化学発光を生ぜしめる分析装置であって、前記容器と前記電極とが分離独立して動作し、かつ前記電極を電気化学発光観測前、または観測中に、回転させるかもしくは垂直方向に動かすことで、前記容器内を攪拌する手段を備え、
前記電極の外周面或いは容器の内周面のどちらか一方に、溝を有し、
前記電極と容器とが合致され、
電極の動作に容器を追随させたことを特徴とする電気化学発光分析装置。
【請求項２】
測定対象分析物と電気化学発光試薬とを結合させた分析物−発光試薬複合体を含む媒体を保持する容器と電極とを接触させて電気化学発光を生ぜしめる分析装置であって、前記容器と前記電極とが分離独立して動作し、かつ前記電極を電気化学発光観測前、または観測中に、回転させるかもしくは垂直方向に動かすことで、前記容器内を攪拌する手段を備え、
前記電極の外周面と容器の内周面の両者に、互いに合致する螺旋溝をそれぞれ有し、
前記電極と容器とを合致され、
電極の動作に容器を追随させたことを特徴とする電気化学発光分析装置。
【請求項３】
前記電極に追随させた容器を、栓抜きの機構で排除する手段を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の電気化学発光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料溶液中の極微量物質を定量するための自動分析装置、特に電気化学発光を用いる分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
免疫分析の分野では、試料中の極微量（１０-14mol・ｄｍ-3以下）の測定対象の濃度を、発光ラベルを利用し測定する分析法として、蛍光法，化学発光法（Chemiluminescence法、ＣＬ法）、および電気化学発光法（Electrochemiluminescence法、ＥＣＬ法）があり、広く利用されている。蛍光法では光励起により試料から発する発光を検出し、ＣＬ法では酸化剤等の触媒の存在下で試料から発する発光を検出し、ＥＣＬ法では試料に電圧を印加した時に試料から発する発光を検出する。
【０００３】
これらの各方法では、ホルモン，腫瘍マーカー，薬剤，ＤＮＡ分子等の測定対象物質に抗原抗体反応により発光試薬を結合して、発光試薬に由来する発光を定量するが、中でもＥＣＬ法は原理的に検出感度が高い。ＥＣＬ法では、測定対象試料に電極を接触させる必要があり、これまで、一般にフロースルーセル内に試料を流しながらの測定が行われている。ＥＣＬフロースルーセルに関する従来例は、例えば特表平4−502964号公報，特開平8−178927号に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
免疫分析の市場（含試薬）は金額にして平成８年以降、年間７％から１０％の伸び率が見込まれている。（ビービアイ  ニューズ  レター（BBI News Letter)1995参照）。この需要の伸びに伴い処理すべき測定対象分析物（測定サンプル）数も急速に増大することが予測される。それに対し、現在達成されている自動免疫分析装置の処理速度（スループット）は、１００〜２００テスト／時間程度である（１９９７年日本臨床検査自動化学会・第２９回大会講演集参照）。自動生化学分析装置が現在３００〜６００テスト／時間を実現しているのと比較して、自動免疫分析装置の現在の処理速度は十分とは言えない。
【０００５】
先に述べたようにＥＣＬ法では、いままでフロースルーセルを用いて分析を行っている。ＥＣＬフロースルーセルのスループット短縮方法として、今まで特願平8−337961号明細書，特願平9−144914号明細書に記載されるような方法が考えられている。一方、化学発光法を用いる自動免疫分析装置では、フロースルーセルを用いない一括処理（バッチ）方式が一般的となっている（１９９７年日本臨床検査自動化学会・第２９回大会展示目録参照）。
【０００６】
ＥＣＬ法では、発光に際し電極が必要である。そのため電極を用いない化学発光法と比較して、バッチ処理方式の機構はより複雑となるので、現在までにバッチ式のＥＣＬ自動免疫分析装置の公知例は知られていない。
【０００７】
本発明の目的は、上記の技術的問題を解決して、バッチ式を用いてＥＣＬ法の自動分析を行うのに適した方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、（ａ）少なくとも一部が光透過性の容器と、（ｂ）前記容器の断面と相似の断面形状を有し、かつ前記容器底面と合致する表面形状を有する電極ロッドとを用いることによりバッチ式ＥＣＬ自動分析装置を実現する。
【０００９】
例えば（ａ）を底薄型とすることで、（ａ）の反応容器の形状は、ＥＣＬ現象により測定サンプルから放射状に発生する光を効率良く光検出器に導入するために好適な形状となる。また例えば（ａ）と（ｂ）を円断面とすると、（ｂ）の電極ロッドを回転させながら（ａ）の反応容器に接触させることで、（ａ）の反応容器内の測定サンプル溶液を攪拌し、発光分布むらを小さくすることが出来き、測定の再現性が向上する。更に、（ａ）の反応容器内周面と（ｂ）の電極ロッド外周面に螺旋状のねじ加工を行うことで、（ｂ）の電極ロッドを（ａ）の反応容器の移動にも利用することが出来、装置構成を簡単にすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
免疫測定の分野では一般にサンドイッチ法と競合法が用いられる。サンドイッチ法・競合法の両者とも、分析フローチャートは同一なので、ここでは特にサンドイッチ法を例にとり説明する。サンドイッチ法では、例えば（ａ）ストレプトアビジンで表面コートした磁性ビーズ、（ｂ）ビオチン−抗体、（ｃ）抗体−発光試薬の３種類の試薬を用い、（ｂ）と（ｃ）の試薬で測定対象分析物をサンドイッチした後、更にストレプトアビジン−ビオチン結合により（ａ）の磁性ビーズに固定化する。こうして測定対象分析物に対し、発光試薬と磁性ビーズとが同時に結合したもの、すなわち測定対象分析物と（ａ）,（ｂ）,（ｃ）とが結合したものをつくる。これは結合成分（Bind成分）と呼ばれる。結合成分由来の発光を検出することで測定対象分析物の定量が行える。
【００１１】
この他に、（ａ)，(ｂ）或いは（ｃ）試薬が、他と未結合のまま単独で溶液中に存在している。これはフリー成分（Free成分）と呼ばれる。特に（ｃ）は結合成分と同様にＥＣＬを起こし、測定の際には区別ができないため、主要な測定ノイズとなる。
【００１２】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係わる免疫分析の一実施例を示す分析フローチャートである。図１の左半分に分析フローを、右半分に分析フローの各工程に対応して必要な装置群を記した。
【００１３】
図１の分析フローで（ｉ）反応試薬添加は、上記の例において、測定対象分析物と（ａ）から（ｃ）の反応試薬を、それぞれ定められた比率で加え合わせる工程である。このため（ｉ）では試料分注装置が必要である。続いて、抗原抗体反応により（ａ）から（ｃ）の分子同士を結合させるが、抗原抗体反応は一般に  ２０数℃から３０数℃の温度領域で促進される。
【００１４】
（ii）インキュベートは抗原抗体反応を促進するのに好適な温度領域に維持する工程である。従って（ii）では温度調節器が必要である。
【００１５】
（iii）Ｂ／Ｆ分離は、前記Free 成分を取り除いてBind成分のみを残す工程である。本実施例では、結合成分を磁性ビーズに結合し、磁石により磁性ビーズを保持しつつ、流れの力でフリー成分を洗い流す方式を例にとっている。このため（iii)では磁石、Ｂ／Ｆ分離用の洗浄ノズルが必要である。更にＢ／Ｆ分離用の洗浄液を使用することも出来る。
【００１６】
この後、Ｂ／Ｆ分離済の測定対象分析物を含む溶液に電圧印加を行いＥＣＬ発光を検出するのが、（iv）ＥＣＬ測定工程である。（iv）では、ＥＣＬ反応を生じるための電圧印加を行う電極と、ＥＣＬ発光を検出する光検出器が必要である。
【００１７】
続いて（ｖ）電極洗浄工程において、ＥＣＬ発光に用いた電極を洗浄し、再び次の測定サンプルの測定に移る。（ｖ）では電極洗浄ノズルが必要で、洗浄液の使用も考えられる。
【００１８】
図２と図３に本発明による免疫分析の実施例Ａ（螺旋無反応容器使用）における装置の動作手順を示した。（Ａ１）から（Ａ８）までの図は一連の連続動作の中から特徴的な動作を抽出したものである。
【００１９】
（Ａ１）は図１の分析フローチャートの中で、（ｉ）反応試薬添加が終了した時点の様子である。ディスポーザブル反応容器１内部では、測定対象試料と反応試薬が合わさっており、図中の黒点は磁性ビーズを表している。ディスポーザブル反応容器１はインキュベータ２内で抗原抗体反応を促進するのに好適な温度に保たれている。
【００２０】
（Ａ２）はインキュベーション終了後、反応容器１が、Ｂ／Ｆ分離装置に移動した様子を示している。本実施例では、磁性ビーズを用いて流れの力によりＢ／Ｆ分離を行う例を示したので、磁石４，水受け５，排水路６，仕切り板７が必要となる。但し、本実施例は磁性ビーズを用いないＢ／Ｆ分離を行う場合でも有効である。
【００２１】
（Ａ３）では、Ｂ／Ｆ分離用洗浄ノズル８より、反応容器１の上面から洗浄液等の流れを形成して、Ｂ／Ｆ分離を行う様子を示している。磁性ビーズに固定化された結合成分は、磁石４により反応容器１内部に留まるが、フリー成分は流れに乗って、水受け５を経て排水路６に排出される。
【００２２】
（Ａ４）では、磁石４を遠ざけて、後の反応容器１の移動に備える。仕切板７は磁石４を遠ざける際に必要である。
【００２３】
（Ａ５）は反応容器１をＥＣＬ測定部に移動した様子である。ＥＣＬ測定部は電極ロッド９，光検出器１０より構成される。電極ロッド９の回転に備えて、押さえ板１１を、また、光検出器１０の受光部を保護するための透明板１２を備えてもよい。
【００２４】
（Ａ６）は電極ロッド９の先端を反応容器１に押しつけた様子を示している。電極ロッド９の先端には電極が設置されＥＣＬを生じるための電圧印加を行う。
【００２５】
（Ａ７）では反応容器１内の溶液、または磁性ビーズの分布の偏りをなくすために、電極ロッド９を回転して攪拌している様子を示す。円断面の反応容器１と、反応容器１の円断面より一回り小さい円断面を有する電極ロッド９の先端が密着することで、反応容器１全域にＥＣＬに必要な電圧印加が行える。（Ａ７）で電極ロッド９回転中、または回転停止後に、電極ロッド９先端の電極から電圧印加を行う。生じたＥＣＬは電極ロッド９先端の電極上を反射するか、或いは直接、透明板１２を透過して光検出器１０に入射する。
【００２６】
光検出器１０で測定された光の強度はアナログまたはデジタル信号に変換されて分析に用いられる。
【００２７】
（Ａ８）はＥＣＬ測定終了後に、次の測定に備えて反応容器１を取り除いた後の様子である。
【００２８】
上記実施例において、反応容器１は、ポリプロピレン，ポリエチレン等の熱可塑性の透明ポリマーを用いて作成することができる。あるいは、ポリメチルメタクリレート，ポリカーボネート，ポリスチレン，メチルメタクリレート・スチレン共重合体，ジエチレングルコールビスアリルカーボネート樹脂，ポリ−４−メチルペンテン−１，ポリシクロケキシルメタクリレート，サイトップなどの光学プラスチックを用いることもできる。また、光学ガラスを用いてもよい。反応容器１にレンズ加工をすることで集光能力を高めることもできる。
【００２９】
特許第2585151 号公報に、電気化学発光検出用容器の公知例が掲載されている。前記公知例はディスポーザブルでない定置型容器に関するものであり、そもそも本発明のディスポーザブル反応容器とは異なる容器であるが、前記公知例では反応容器と電極とが一体化されている。この反応容器と電極との一体化は、定置型容器では有効であるが、ディスポーザブル反応容器では、１個あたりの製造コストや価格が高くなること、均一な反応容器を大量に作成することが難しいことなどの点で避けるべきである。
【００３０】
図４に本発明に係わるＥＣＬ用電極ロッド９の一実施例を示す概観図を示した。図４（ａ）は電極ロッド９を側面方向から見た断面図、同図（ｂ）は上面図，同図（ｃ）は下面図である。但し測定サンプルと接する面を下面とした。下面には作用電極３１，対電極３２が設置されている。また作用電極３１の電位制御のために参照電極３３を別途設けることが望ましい。
【００３１】
反応容器１と電極ロッド９の断面形状が、ほぼ等しいので、電極ロッド９を反応容器１に押しつけた際に、反応容器１から溶液が溢れてしまうことが考えられる。そのため電極ロッド９の中心部にくぼみを設けた。このくぼみ内に溶液を逃がすことで、反応容器１の外に溶液が漏れることが無くなる。更に電極ロッド９の外周にゴム等でスカートを形成して溶液の外への漏れを抑えることも可能である。作用電極３１と対電極３２は電線３５により、それぞれ電極ロッド９上面の作用電極端子３６，対電極端子３７に接続される。また参照電極３３は電極ロッド９の支柱３４が端子をかねている。支柱３４，作用電極端子３６，対電極端子３７は、絶縁体３８により隔てることで短絡を防ぐ。
【００３２】
電極ロッド９は、円柱のテフロン等の樹脂棒３９に作用電極３１と対電極３２のための穴をあけ、電極を樹脂棒３９を暖めながらこれらの穴に入れ、固定することで作成できる。従来ある回転リングディスク電極の知見から、精密測定の際では、作用電極３１，対電極３２は同一平面上にあることが望ましい（藤嶋昭，相澤益男，井上徹著，電気化学測定法，技報堂出版（１９８４）参照）。
【００３３】
図５と図６に本発明による免疫分析の実施例Ｂ（螺旋付反応容器使用）における装置の動作手順を示した。（Ｂ１）から（Ｂ８）までの図は一連の連続動作の中から特徴的な動作を抽出した図である。実施例Ｂでは、実施例Ａと異なり、螺旋溝付ディスポーザブル反応容器４１と螺旋溝付電極ロッド４９を用いる。螺旋溝以外の構成はそれぞれ反応容器１と電極ロッド９と同一である。
【００３４】
螺旋溝付反応容器４１は内周面に螺旋溝があり、螺旋溝付電極ロッド４９は外周面に螺旋溝がある。螺旋付電極ロッド４９を回転しながら螺旋付反応容器４１に近づけていくことで、螺旋溝付反応容器４１の螺旋溝と螺旋溝付電極ロッド  ４９の螺旋溝とが合致するようになっている。
【００３５】
図５，図６では左半分がＥＣＬ検出部、右半分が測定済みの反応容器４１を廃棄する部分であり、ディスポーザブル反応容器廃棄溜め４２，ディスポーザブル反応容器取り外し板４７により構成されている。このディスポーザブル反応容器取り外し板４７は、栓抜きの形状をしている。螺旋溝付反応容器４１の外周側壁の厚さや、材料強度を調製することで、ディスポーザブル反応容器取り外し板  ４７からの力が加えられたときに、螺旋溝付反応容器４１がたわむようにできる。このたわみにより、螺旋溝付反応容器４１の螺旋溝がはずれて、螺旋溝付電極ロッド４９から螺旋水付反応容器４１を取り外すことができる。
【００３６】
なお、螺旋溝付電極ロッド４９には、必ずしも螺旋付反応容器４１を対応させる必要はない。螺旋溝の無い反応容器１でも、その内周径が螺旋溝付電極ロッド４９の外周径と合致すれば、螺旋溝付反応容器４１に代えて、反応容器１を用いることができる。
【００３７】
（Ｂ１）は図１の（iii)Ｂ／Ｆ分離工程が終了した様子に対応した状態を示している。
【００３８】
（Ｂ２）は、螺旋付反応容器４１に対し、螺旋付き電極ロッド４９を回転させながら近づけて、溝同士を合致させたところである。反応容器４１に対し電極ロッド４９が回転することで、反応容器４１内部を攪拌して、溶液や磁性ビーズの偏りをなくすことで、測定のばらつきを抑えると共に、密着性を高める効果がある。（Ｂ２）において電極ロッド４９により電圧印加を行い、ＥＣＬ検出を行う。
【００３９】
（Ｂ３)，(Ｂ４）では測定済みの反応容器４１を、反応容器廃棄溜め４２まで移動する様子を示している。反応容器４１と電極ロッド４９とは螺旋溝が合致しているので、移動中反応容器４１が電極ロッド４９から離れることはない。
【００４０】
（Ｂ５）から（Ｂ８）は、栓抜きの要領で電極ロッド４９から反応容器４１をはずしてから、反応容器４１を廃棄溜め４２に回収するまでの動作を示している。（Ｂ８）に続いて、図示を省略したが、電極ロッド４９は洗浄されて、次のサンプルの測定を行う。
【００４１】
図７に本発明による免疫分析の実施例Ｃ（螺旋付反応容器使用）における装置の動作手順を示した。なお（Ｃ１）から（Ｃ４）までの図は、図２の（Ａ１）から（Ａ４）と同一なので省略する。図７は、図２の（Ａ１）から（Ａ４）の動作終了時点（すなわち（Ｃ１）から（Ｃ４）の動作終了時点）からの動作手順を示している。前述の実施例Ｂでは図１の（iv）ＥＣＬ測定以降の工程で、反応容器４１を移動する際に電極ロッド４９を用いる例を示した。実施例Ｃでは（iii） Ｂ／Ｆ分離から（iv）ＥＣＬ測定までの反応容器４１の移動にも電極ロッド４９を用いる様子を示している。
【００４２】
図５から図７に示すように、反応容器４１と螺旋付電極ロッド４９を用いることで、電極ロッド４９を反応容器４１の移動にも利用することが出来、別途反応容器移動機構を設ける必要がなくなるので装置構成を簡単にすることができる。
【００４３】
図８に本発明に係わる免疫自動分析装置８０の一実施例を示す上面図を示した。本実施例では螺旋付ディスポーザブル反応容器４１と螺旋付電極ロッド４９を用いている。反応容器４１は、例えば、反応容器搬送ラック８０１上に置かれ、ラック搬送機構８０２により分析装置８０内を移動する。
【００４４】
図１の（ｉ）反応試薬添加工程では、測定サンプルディスク８１上の測定サンプルと、反応試薬ディスク８３上の反応試薬とを、分注装置８３により適量ずつ採取し、測定サンプルと反応試薬の混合位置８４にて、反応容器４１内に注入する。次の（ii）インキュベートでは、温度調節器２により反応容器４１を加温する。
【００４５】
続く(iii）Ｂ／Ｆ分離では、Ｂ／Ｆ分離装置８５により、図２に示した方法等によりＢ／Ｆ分離を行う。（iv）ＥＣＬ測定は図３，図５，図７に示したような方法で、測定装置８７にて行う。測定終了後、図５，図６等に示す方法で、使用済の反応容器を廃棄する。（ｖ）電極洗浄は、電極ロッド洗浄装置８８により、例えば純水或いは洗浄液等を電極ロッド洗浄ノズル８８１により吹き付けたり、電極ロッド乾燥装置８８２で乾燥させる等の方法で行う。電極ロッド４９の各装置間の移動は、レールを用いて電極ロッド駆動装置８６を動力源として行う。一連の工程を終えると反応容器搬送ラック８０１は空になるので、反応容器搬送ラック溜め８９へと移動させ、再利用させる。
【００４６】
なお、本実施例では電極ロッド９を一個としているが、複数の電極ロッド９を用意して、それぞれの電極ロッド９を独立に動作させることで、更に測定の処理速度を向上させることができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明では、バッチ式ＥＣＬ法の自動分析を行うのに適した方法を示した。本発明を従来装置に用いることで、ＥＣＬ法の処理速度の向上を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる免疫分析の一実施例を示す分析フローチャート。
【図２】本発明による免疫分析の一実施例Ａ（螺旋無反応容器使用）の工程図。
【図３】本発明による免疫分析の一実施例Ａ（螺旋無反応容器使用）の工程図。
【図４】本発明に係わるＥＣＬ用電極ロッドの一実施例を示す縦断面図、上面図および下面図。
【図５】本発明による免疫分析の一実施例Ｂ（螺旋付反応容器使用）の工程図。
【図６】本発明による免疫分析の一実施例Ｂ（螺旋付反応容器使用）の工程図。
【図７】本発明による免疫分析の一実施例Ｃ（螺旋付反応容器使用）の工程図。
【図８】本発明に係わる免疫自動分析装置の一実施例を示す上面図。
【符号の説明】
１…ディスポーザブル反応容器、２…温度調節器、３…試料注入口、４…磁石、５…水受け、６…排水路、７…仕切り板、８…Ｂ／Ｆ分離用洗浄ノズル、９…電極ロッド、１０…光検出器、１１…押さえ板、１２…透明板、３１…作用電極、３２…対電極、３３…参照電極、３４…支柱、３５…電線、３６…作用電極端子、３７…対電極端子、３８…絶縁物、３９…樹脂（テフロン等）、４１…螺旋溝付ディスポーザブル反応容器、４２…ディスポーザブル反応容器廃棄溜め、  ４７…ディスポーザブル反応容器取り外し板、４９…螺旋溝付電極ロッド、８０…免疫自動分析装置、８１…測定サンプルディスク、８２…反応試薬ディスク、８３…分注装置、８４…測定サンプルと反応試薬の混合位置、８５…Ｂ／Ｆ分離装置、８６…電極ロッド駆動装置、８７…測定装置、８８…電極ロッド洗浄装置、８９…反応容器搬送ラック溜め、８０１…反応容器搬送ラック、８８１…電極ロッド洗浄ノズル、８８２…電極ロッド乾燥装置。
【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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