(57)【要約】【課題】小型でシンプルな機構にて、血球分離及び移送、攪拌することのできる分析用カートリッジと分析方法を提供する。【解決手段】カートリッジ６の第１の凹部９に検体１４を注入し、カートリッジ６を衝突用壁２ａに衝突させて血球１６を分離して第２の突起１１ｂに区画された第１の凹部９の底部に集め、カートリッジ６を衝突用壁２ｂに衝突させて血漿１５を第１の突起１１ａを超えて第２の凹部１２に移動させて試薬１３と混合し、第２の凹部１２の混合液にアクセスして分析する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検体が注入される第１の凹部と、
第１の凹部の上部に隣接して形成された第２の凹部と、
第１の凹部と第２の凹部の間に設けられた第１の突起と、
第１の凹部を上部と底部に仕切る第２の突起と、
第１の突起の先端と第２の凹部との間に形成されて第１の凹部と第２の凹部を連通する孔と
を設けた分析用カートリッジ。
【請求項２】
検体が注入される第１の凹部と、
第１の凹部の上部に隣接して形成された第２の凹部と、
第１の凹部と第２の凹部の間に設けられた第１の突起と、
第１の凹部を上部と底部に仕切る第２の突起と
を設け、第１の突起の先端が第２の凹部に当接して第２の凹部から第１の凹部への液体の逆流を規制し、作用した慣性力によって第１の突起が傾動して第１の凹部から第２の凹部への液体を流すように構成した
分析用カートリッジ。
【請求項３】
第２の凹部に作用した慣性力で揺動する攪拌用錘を設けた
請求項１または請求項２記載の分析用カートリッジ。
【請求項４】
請求項１に記載の分析用カートリッジの第１の凹部に検体を注入し、
分析用カートリッジをスライド移動させて作用した衝撃力によって血球成分と血漿成分に分離して第２の突起によって区切られた第１の凹部の底部に血球成分を収容し、
第１の凹部の上部に収容された血漿成分は分析用カートリッジをスライド移動させることにより第１の突起を超えて第１の突部の先端の孔を介して少なくとも一部を第２の凹部に移動し、
第２の凹部において血漿成分と試薬を混合し、
第２の凹部の混合液にアクセスして成分を計測する
分析方法。
【請求項５】
請求項２に記載の分析用カートリッジの第１の凹部に検体を注入し、
分析用カートリッジをスライド移動させて作用した衝撃力によって血球成分と血漿成分に分離して第２の突起によって区切られた第１の凹部の底部に血球成分を収容し、
分析用カートリッジをスライド移動させて作用した慣性力によって第１の突起を傾動させて第１の凹部の上部に収容された血漿成分を第１の凹部から第２の凹部へ少なくとも一部を第２の凹部に移動し、
第２の凹部において血漿成分と試薬を混合し、
第２の凹部の混合液にアクセスして成分を計測する
分析方法。
【請求項６】
検体が注入された分析用カートリッジがセットされるカートリッジホルダーと、
カートリッジホルダーをスライド移動させるスライド移動手段と、
分析用カートリッジまたはカートリッジホルダーに衝突する衝突用壁と、
第２の凹部の混合液にアクセスして成分を計測するアクセス手段と
を設けた分析装置。
【請求項７】
分析用カートリッジまたはカートリッジホルダーに衝突用壁が衝突した位置を前記アクセス手段による読み取り位置とした
請求項６記載の分析装置。
【請求項８】
分析用カートリッジまたはカートリッジホルダーに衝突用壁が衝突した位置を、前記カートリッジホルダーに対する前記分析用カートリッジの着脱位置とした
請求項６記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物などから採取した検体の分析に使用する分析装置に関し、より詳細には、検体の、分離、移送、攪拌をする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
分析装置による血液成分の糖や脂質などの測定には、全血から血球分離して血漿を取り出し、それを試薬と攪拌混合し反応させ、その反応物に光を透過もしくは反射させて、特定の波長の光量により吸光測定する比色測定という方法が用いられている。
【０００３】
特許文献１には、血球分離には遠心分離方式、検体の移送には遠心力を利用した分析装置が記載されている。また特許文献２には、往復運動による分離を実施する分析装置が記載されており、往路と復路で最大加速度の異なる振動を与えて分離させる方法が提案されている。
【特許文献１】特表２００２−５０３３３１号公報
【特許文献２】特公平６−３２７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来の構成では、遠心分離をさせるため、回転軌跡の外周に相当する広さが必要である。
１．カートリッジの検体注入口から検体が飛散するのを防ぐためには、注入口は回転中心に向けなければならない。
【０００５】
２．また、検体のカートリッジ内移送においても、遠心力は中心から外周方向の一方向にしか、力をかけられない。
これらを考慮すれば、前記回転に関わる大きな面積が必要であり、複雑な流路で複雑なシーケンスによる移送を余儀なくされる。
【０００６】
また、検体の計測においても、カートリッジを円周運動させるのであれば、カートリッジを測定の定位置に止める複雑な機構が必要になる。つまり、これら装置が大きく複雑になる、という課題を有している。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、小型でシンプルな機構の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】
【０００８】
本発明の請求項１記載の分析用カートリッジは、検体が注入される第１の凹部と、第１の凹部の上部に隣接して形成された第２の凹部と、第１の凹部と第２の凹部の間に設けられた第１の突起と、第１の凹部を上部と底部に仕切る第２の突起と、第１の突起の先端と第２の凹部との間に形成されて第１の凹部と第２の凹部を連通する孔とを設けたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２記載の分析用カートリッジは、検体が注入される第１の凹部と、第１の凹部の上部に隣接して形成された第２の凹部と、第１の凹部と第２の凹部の間に設けられた第１の突起と、第１の凹部を上部と底部に仕切る第２の突起とを設け、第１の突起の先端が第２の凹部に当接して第２の凹部から第１の凹部への液体の逆流を規制し、作用した慣性力によって第１の突起が傾動して第１の凹部から第２の凹部への液体を流すように構成したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項３記載の分析用カートリッジは、請求項１または請求項２において、第２の凹部に作用した慣性力で揺動する攪拌用錘を設けたことを特徴とする。
本発明の請求項４記載の分析方法は、請求項１に記載の分析用カートリッジの第１の凹部に検体を注入し、分析用カートリッジをスライド移動させて作用した衝撃力によって血球成分と血漿成分に分離して第２の突起によって区切られた第１の凹部の底部に血球成分を収容し、第１の凹部の上部に収容された血漿成分は分析用カートリッジをスライド移動させることにより第１の突起を超えて第１の突部の先端の孔を介して少なくとも一部を第２の凹部に移動し、第２の凹部において血漿成分と試薬を混合し、第２の凹部の混合液にアクセスして成分を計測することを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５記載の分析方法は、請求項２に記載の分析用カートリッジの第１の凹部に検体を注入し、分析用カートリッジをスライド移動させて作用した衝撃力によって血球成分と血漿成分に分離して第２の突起によって区切られた第１の凹部の底部に血球成分を収容し、分析用カートリッジをスライド移動させて作用した慣性力によって第１の突起を傾動させて第１の凹部の上部に収容された血漿成分を第１の凹部から第２の凹部へ少なくとも一部を第２の凹部に移動し、第２の凹部において血漿成分と試薬を混合し、第２の凹部の混合液にアクセスして成分を計測することを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６記載の分析装置は、検体が注入された分析用カートリッジがセットされるカートリッジホルダーと、カートリッジホルダーをスライド移動させるスライド移動手段と、分析用カートリッジまたはカートリッジホルダーに衝突する衝突用壁と、第２の凹部の混合液にアクセスして成分を計測するアクセス手段とを設けたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項７記載の分析装置は、請求項６において、分析用カートリッジまたはカートリッジホルダーに衝突用壁が衝突した位置を前記アクセス手段による読み取り位置としたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項８記載の分析装置は、請求項６において、分析用カートリッジまたはカートリッジホルダーに衝突用壁が衝突した位置を、前記カートリッジホルダーに対する前記分析用カートリッジの着脱位置としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この構成によれば、ひとつの動力源で検体の分離、移送、振動攪拌をコンパクトなスペースで行うことができる。計測においても、カートリッジの測定定位置への誘導を簡単に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の各実施の形態を説明する。
なお、ここでは全血から血漿を取り出し、試薬と反応させ測定する場合を例に挙げて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１〜図３は本発明の実施の形態１を示す。
図１（ａ）（ｂ）は分析装置に検体をセットするために使用されるカートリッジ６を示す。このカートリッジ６は、図１（ｂ）に示すように透光性材料のベース基板６ａと透光性材料のカバー基板６ｂを貼り合わせて構成されている。ベース基板６ａのカバー基板６ｂとの貼り合わせ面には、特殊な形状の凹部６ｃが形成されている。
【００１８】
図１（ａ）はベース基板６ａのカバー基板６ｂとの貼り合わせ面を示しており、前記凹部６ｃは、検体注入口６ｄから注入した検体を保管する第１の凹部９と、第１の凹部９の側方に形成され第１の凹部９の上部に連通する第２の凹部１２とで形成されている。第１の凹部９と第２の凹部１２の間は、第１の突起１１ａで仕切られており、第１の凹部９の上部９ａと底部９ｂ、第２の突起１１ｂの先端に形成された孔９ｃを介して連通している。第１の凹部９には、第１の凹部９の内部を上部９ａと底部９ｂに区切る第２の突起１１ｂが形成されている。
【００１９】
第２の突起１１ｂの基端は、第１の突起１１ａの基端の付近に接続されて、第２の突起１１ｂは水平に延長されて第１の凹部９の内部を上部９ａと底部９ｂに区画している。
カートリッジ６が装着される分析装置は次のように構成されている。
【００２０】
検体の注入されたカートリッジ６は、図２に示した分析装置におけるカートリッジホルダー３１に検体注入口６ｄを上にした縦向きに装着される。カートリッジホルダー３１は、スライド移動手段としてのリニアアクチェータ３２によって横方向（矢印３３方向）にスライド駆動できるように構成されている。リニアアクチェータ３２は、横方向（矢印３３方向）にＮ極とＳ極が繰り返し着磁された棒状の磁石５と、この棒状の磁石５の外側にスライド自在に係合したアクチェータコイル４とで構成されている。アクチェータコイル４がカートリッジホルダー３１に連結されており、アクチェータコイル４に通電することにより、磁石５との吸引、反発力によりカートリッジホルダー３１を左右にスライド移動できる。
【００２１】
カートリッジホルダー３１のスライド領域の両端には、衝突用壁２ａ，２ｂが設けてあり、カートリッジホルダー３１の移動ストロークは、装着されたカートリッジ６が衝突用壁２ａ，２ｂにぶつかるまで移動が可能に設定されている。衝突用壁２ａ，２ｂはカートリッジ６が衝突してもダメージを与えることのないように、ゴム等の柔らかい材質の弾性体で形成されていることが好ましい。
【００２２】
アクチェータコイル４には、制御回路１がアクチェータドライバ回路３をドライブすることにより通電される。制御回路１にはフォトインタラプタ８の信号が入力されている。フォトインタラプタ８はカートリッジホルダー３１と一体に移動するように取り付けられている。固定側には棒状の磁石５と平行にスリット盤７が取り付けられており、フォトインタラプタ８はスリット盤７に記録されたパターンを検出している。
【００２３】
制御回路１は、フォトインタラプタ８の信号に基づいてカートリッジホルダー３１の移動を監視しながらカートリッジホルダー３１がスライド移動するスピードを左移動と、右移動とで可変したり、ストロークの設定を実行している。
【００２４】
分析の工程を説明する。
まず、カートリッジ６には、図３（ａ）のように検体としての全血１４が検体注入口６ｄより注入され、カートリッジホルダー３１に装着セットされる。
【００２５】
次に、カートリッジ６が図３（ｂ）のように左側の衝突用壁２ａにぶつかるように、制御回路１がカートリッジホルダー３１を駆動する。フォトインタラプタ８にて、あらかじめ衝突用壁２ａまで到達するように設定した移動距離を、スリット盤７のパルス数にて検知したら、カートリッジ６が今度は右方向に動くように、アクチェータコイル４に前記同様に電流が通電されカートリッジホルダー３１が中央付近まで移動する。この場合もフォトインタラプタ８によりスリット盤７から得られる任意の設定パルス数を数えて停止し、また、左方向に反転移動する。これらの左右移動を繰り返し行う。
【００２６】
なお、左方向への移動のスピードは衝突用壁２ａに衝突した時の衝撃力により、赤血球が分離するだけのスピードが要求されるが、右方向へのスピードは移動後で停止する減速力が、折角分離した赤血球が戻らないように弱く設定する必要がある。
【００２７】
このようにして、カートリッジが左の衝突用壁２ａとぶつかることを繰り返すことにより、図３（ｂ）のように血球１６と血漿１５とが徐々に分離し、血球１６は比重が重いためカートリッジ６の左下の底部９ｂに溜まってくる。
【００２８】
このようにして血球分離動作が終了すると、図３（ｃ）のようにカートリッジ６を先ほどとは逆に右方向の衝突用壁２ｂにぶつける。この際の衝撃により、既に分離されて第１の凹部９の上部にある血漿１５は、第１の突起１１ａを乗り越えて一部が孔９ｃから第２の凹部１２へ入り込む。血球１６は、底部９ｂと第２の突部１１ｂによって形成された血球トラップ用くぼみ１０に押し付けられ第１の凹部９に留まる。これを繰り返すことにより、血漿１５は第１の突部１１ａの高さになるまで図３（ｄ）に示すように第２の凹部１２へ移送される。第２の凹部１２には試薬１３が予め設けられている。
【００２９】
次に、試薬１３と第２の凹部１２における定量の血漿１５との攪拌動作を行う。具体的には、左右の衝突用壁２ａ，２ｂにカートリッジ６がぶつかるようにカートリッジホルダー３１の移動ストロークを拡大する。
【００３０】
ただし、血漿１５が第２の凹部１２から第１の凹部９に戻らないように、衝突用壁２ａ，２ｂへの衝突力は血漿移動処理の場合よりも弱く設定する。また、左右の往復振動数は血漿移動処理の場合よりも高くして攪拌力を増すようにする。これにより定量された血漿１５は試薬１３と混合攪拌される。
【００３１】
次に、カートリッジホルダー３１を右にゆっくり移動させて、図３（ｅ）に示すようにカートリッジ６が右の衝突用壁２ｂに当接して止まったところで、第１の測光ポイント１９に設置してある４１０ｎｍの光をＬＥＤもしくはレーザ等により透過させて、受光光量を計測し、比色測定する。この光学測定には、測定用光源スポット及び受光素子の位置に正確にカートリッジ６の測光部を停止させる必要があるが、衝突用壁２ｂでスライド移動のリミット位置が規制されるため、簡単な構成であるけれども正確な測定用停止位置に誘導できる。
【００３２】
もし、カートリッジ６を水平回転するターンテーブルに装着して回転するような機構であると、定位置に停止させるためにはセンサ機構やブレーキ機構が必要であったり、回転角そのものを管理するステッピングモータを必要としたりして複雑な構成が必要となる。
【００３３】
次に、カートリッジホルダー３１を左にゆっくり移動させて、図３（ｈ）に示すようにカートリッジ６が左の衝突用壁２ａに当接して止まったところで、今度は第２の測光ポイント２０に設置してある６４０ｎｍの光をＬＥＤもしくはレーザ等により透過させて、比色測定する。このときにも、衝突用壁２ａでスライド移動のリミット位置が規制されるため、簡単な構成であるけれども正確な測定用停止位置に誘導できる。
【００３４】
これは、２種類の波長で計測する方が、濁度をキャンセルできるというメリットがあり、より正確な測定ができる。特に片側の１波長測定でも問題はない。
このカートリッジ６が左の衝突用壁２ａに当接して止まる位置と、カートリッジ６が右の衝突用壁２ｂに当接して止まる位置との２箇所の停止位置は、計測位置のみならず、分析装置からカートリッジ６を取り出したり、装着したりするホームポジションとしても利用できる。特に、分析装置の外部から分析装置の内部に据え付けられているカートリッジホルダー３１にアクセスする際に、分析装置の扉が二重扉の構造になっている時は必要な機能である。
【００３５】
なお、ここで例とした光源の波長は、吸光分析において、測定対象物によって吸収波長が異なり、最適値が異なることから一つの参考例である。
このように、実施の形態１においては、カートリッジに壁面衝突という衝撃力の与え方により、血球分離、移送、攪拌、定位置停止といった動作を行うことができる。
【００３６】
（実施の形態２）
図４（ａ）（ｂ）は、カートリッジ６の別の具体例を示している。
図１に示したカートリッジ６の第１の凹部９と第２の凹部１２の間を仕切っていた第１の突起１１ａはベース基板６ａに一体に形成されており、第２の突起１１ｂの先端に孔９ｃが形成されていたが、この実施の形態２では図４（ａ）に示すように第２の突起１１ｂの先端が第２の凹部１２に当接しており、実施の形態１の図１（ａ）に見られたような孔９ｃが形成されていない点が異なっている。
【００３７】
この場合の第２の突起１１ｂは可撓性を有しており、カートリッジ６が右の衝突用壁２ｂに当接したときの衝撃によって図４（ｂ）に示すように第２の突起１１ｂが撓んで、第２の突起１１ｂの先端に孔９ｃが形成されるように構成されている。
【００３８】
具体的には、第２の突起１１ｂを移送弁として動作するように樹脂等の柔らかい材質にて形成し、カートリッジ６が衝突用壁２ｂにぶつかる衝撃時に図４（ｂ）に示すように第２の突起１１ｂが右側に傾動して血漿を第２の凹部１２に送り込み、カートリッジ６が左方向に戻る時には、図４（ａ）に示すように孔９ｃを無くするように元の姿勢に復帰することで、血漿が第１の凹部９へ逆流するのを防ぐことができ、実施の形態１で起こる血漿液体の波面の高さによる定量誤差を防ぐことができる。
【００３９】
（実施の形態３）
図５（ａ）（ｂ）は、カートリッジ６の別の具体例を示している。
図４に示したカートリッジ６の第１の突起１１ａは弁体として作用する可撓性を有していたが、この実施の形態３の第１の突起１１ａは、基端部が支点２４によって回動自在に支持されると共に、第１の突起１１ａがバネ２５によって第１の突起１１ａの先端を第２の凹部１２に当接させて実施の形態１の図１（ａ）に見られたような孔９ｃが形成されていないように付勢するように構成した点が実施の形態２とは異なっている。
【００４０】
カートリッジ６が衝突用壁２ｂにぶつかる衝撃時に図５（ｂ）に示すように第２の突起１１ｂがバネ２５の付勢力に抗して右側に傾動して血漿を第２の凹部１２に送り込み、カートリッジ６が左方向に戻る時には、図５（ａ）に示すように孔９ｃを無くするように元の姿勢に復帰することで、血漿が第１の凹部９へ逆流するのを防ぐことができ、実施の形態１で起こる血漿液体の波面の高さによる定量誤差を防ぐことができる。
【００４１】
（実施の形態４）
図６（ａ）（ｂ）は、カートリッジ６の別の具体例を示している。
実施の形態１では図３（ｄ）の工程においてカートリッジ６を、左右の衝突用壁２ａ，２ｂにカートリッジ６がぶつかるようにカートリッジホルダー３１の移動ストロークを拡大して攪拌するだけであったが、図６（ａ）に示すこの実施の形態４では、第２の凹部１２に可動可能な攪拌用錘２３を設けた点が異なっている。攪拌用錘２３は、検体や試薬より比重が重いものを使用している。
【００４２】
この場合には、カートリッジ６が左右の衝突用壁２ａ，２ｂにぶつかったときに図６（ｂ）に示すように攪拌用錘２３が揺動するので、この攪拌用錘２３の動きによって実施の形態１よりも大きな攪拌効果を期待できる。
【００４３】
上記の各実施の形態では、これら検体の血球分離、攪拌動作について、棒状の磁石５とアクチェータコイル４とで構成されたリニアアクチェータの場合を例に挙げて説明したが、回転モータ駆動を、ラック等によりスライド動作にしたものでも同様の効果は得られる。また、圧電アクチェータによる振動を利用することも考えられる。この場合は微動ながら、高サイクルの振動により、同様の動作を行わせることが可能である。
【００４４】
上記の各実施の形態において、カートリッジホルダー３１へのカートリッジ６の取り付け姿勢は、検体注入口６ｄを上にした縦位置であったが、カートリッジホルダー３１を傾けて取り付けてカートリッジ６を縦位置から０°から３０°程度傾斜させた姿勢で分析することもできる。
【００４５】
上記の各実施の形態において、カートリッジ６を衝突用壁２ａ，２ｂに衝突させて血漿分離処理や定量計量を実行する場合を例に挙げて説明したが、カートリッジホルダー３１を衝突用壁２ａ，２ｂに衝突させて血漿分離処理や定量計量を実行することもできる。光学測定時のときのカートリッジ６の位置決めの場合も同様に、カートリッジホルダー３１を衝突用壁２ａ，２ｂに当接させて位置決めすることもできる。
【００４６】
上記の各実施の形態において、血球分離、検体移送、攪拌、定位置停止などのすべての動作を衝撃による動作としたが、スライド移動手段そのものを回転させて傾斜角度をつけたりするなどして、検体移送だけは他の方法によるものなど、他の装置形態と組み合わせた形態も考えられる。
【００４７】
上記の各実施の形態ではスライド移動の往復運動範囲の端部に衝突用壁２ａ，２ｂを設けたが、衝突用壁２ａを設けずに衝突用壁２ｂだけで分析することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は分析装置を小型でシンプルに構成できるため、携帯用分析装置などの実現に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態１のカートリッジの要部の平面図とカートリッジの底面図
【図２】同実施の形態のカートリッジを使用する分析装置の構成図
【図３】分析方法の工程図
【図４】本発明の実施の形態２のカートリッジの説明図
【図５】本発明の実施の形態３のカートリッジの説明図
【図６】本発明の実施の形態４のカートリッジの説明図
【符号の説明】
【００５０】
１    制御回路
２ａ，２ｂ    衝突用壁
３    アクチェータドライバ回路
４    アクチェータコイル
５    アクチェータ用磁石
６    カートリッジ
７    スリット盤
８    フォトインタラプタ
９    第１の凹部
９ａ    第１の凹部９の上部
９ｂ    第１の凹部９の底部
９ｃ    孔
１０    血球トラップ用くぼみ
１１ａ    第１の突起
１１ｂ    第２の突起
１２    第２の凹部
１３    試薬
１４    全血
１５    血漿
１６    血球
１９    第１の測光ポイント
２０    第２の測光ポイント
２３    攪拌用錘
【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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