JP2007303963A - 分析装置と分析装置における液体試料の温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面弾性波素子を用いて反応容器に保持した液体試料を攪拌する場合、液体試料を所定温度に簡易に保持することが可能な分析装置と分析装置における液体試料の温度制御方法を提供すること。
【解決手段】検体と試薬を含む液体試料を保持した複数の反応容器９を収容し、液体試料を所定温度に保温する恒温槽６を備え、表面弾性波素子が発する音波によって液体試料を攪拌し、反応液を分析する分析装置１と分析装置における液体試料の温度制御方法。分析装置１は、恒温槽６の温度を表面弾性波素子の駆動信号から予測される液体試料の温度上昇の予測値分だけ目標温度よりも低く制御することにより、液体試料を所定温度に保温する温度制御回路１６ｃが設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、分析装置と分析装置における液体試料の温度制御方法に関するものである。

従来、分析装置、例えば、血液等の生体試料を分析する自動分析装置は、検体と試薬とを保持した複数の反応容器を収容する反応ホイールを備え、検体と試薬とが反応した反応液を光学的に測定することにより検体の成分濃度等を分析している。このとき、自動分析装置は、恒温槽内の温度を温度センサによってモニタし、このモニタした温度に基づいてヒータをオン，オフ制御することによって槽内の温度、従って液体試料を所定温度に保温している。また、液体試料を攪拌する攪拌装置として、音波によって先鋭的な音場によって音響流を生成し、この音響流によって液体を攪拌するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

独国特許発明第１０３２５３０７号明細書

ところで、特許文献１に開示された攪拌装置は、圧電基板上に櫛型電極（ＩＤＴ）を形成した表面弾性波（ＳＡＷ）素子を用い、駆動制御回路によって表面弾性波素子を駆動している。このため、特許文献１の攪拌装置は、攪拌に用いた表面弾性波（音波）のエネルギーが最終的に熱エネルギーに変化して液体試料の温度を上昇させる。従って、自動分析装置において特許文献１の攪拌装置を使用すると、反応容器に保持された液体試料の温度が攪拌によって所定温度以上に上昇して分析精度が低下し、場合によっては検体が変質することがある等の問題があった。この場合、反応容器に保持された液体試料の温度を直接測定することは、検体の少量化、コンタミネーションの防止、温度センサの感度等の観点から技術的に難しいという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、表面弾性波素子を用いて反応容器に保持した液体試料を攪拌する場合、液体試料を所定温度に簡易に保持することが可能な分析装置と分析装置における液体試料の温度制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に係る分析装置は、検体と試薬を含む液体試料を保持した複数の反応容器を収容し、前記液体試料を所定温度に保温する恒温槽を備え、表面弾性波素子が発する音波によって前記液体試料を攪拌し、反応液を分析する分析装置であって、前記恒温槽の温度を前記表面弾性波素子の駆動信号から予測される前記液体試料の温度上昇の予測値分だけ目標温度よりも低く制御することにより、前記液体試料を所定温度に保温する温度制御手段を設けたことを特徴とする。

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２に係る分析装置における液体試料の温度制御方法は、検体と試薬を含む液体試料を保持した複数の反応容器を収容し、前記液体試料を所定温度に保温する恒温槽を備え、表面弾性波素子が発する音波によって前記液体試料を攪拌し、反応液を分析する分析装置における液体試料の温度制御方法であって、前記恒温槽の温度を前記表面弾性波素子の駆動信号から予測される前記液体試料の温度上昇の予測値分だけ目標温度よりも低く制御することにより、前記液体試料を所定温度に保温することを特徴とする。

本発明の分析装置は、恒温槽の温度を表面弾性波素子の駆動信号から予測される液体試料の温度上昇の予測値分だけ目標温度よりも低く制御することにより、前記液体試料を所定温度に保温する温度制御手段を設け、本発明の分析装置における液体試料の温度制御方法は、恒温槽の温度を表面弾性波素子の駆動信号から予測される液体試料の温度上昇の予測値分だけ目標温度よりも低く制御することにより、液体試料を所定温度に保温する。従って、本発明の分析装置と分析装置における液体試料の温度制御方法は、表面弾性波素子を駆動して液体試料を攪拌することによって熱が発生しても、恒温槽の温度を目標温度よりも低く制御するので、液体試料を所定温度に簡易に保持することができるという効果を奏する。

（実施の形態１）
以下、本発明の分析装置と分析装置における液体試料の温度制御方法にかかる実施の形態１について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、実施の形態１の自動分析装置を示す概略構成図である。図２は、図１に示す自動分析装置の反応ホイールを拡大して分注装置及び攪拌装置の概略構成と共に示す図である。

自動分析装置１は、図１及び図２に示すように、作業テーブル２上に検体テーブル３、反応ホイール６及び試薬テーブル１３が互いに離隔してそれぞれ周方向に沿って回転、かつ、位置決め自在に設けられ、攪拌装置２０を備えている。また、自動分析装置１は、検体テーブル３と反応ホイール６との間に検体分注機構５が設けられ、反応ホイール６と試薬テーブル１３との間には試薬分注機構１２が設けられている。

検体テーブル３は、図１に示すように、駆動手段によって矢印で示す方向に回転され、外周には周方向に沿って等間隔で配置される収納室３ａが複数設けられている。各収納室３ａは、検体を収容した検体容器４が着脱自在に収納される。

検体分注機構５は、反応容器９に試薬よりも少量の尿，血液等の検体を分注する手段であり、図１及び図２に示すように、分注ノズル５ａによって検体テーブル３の複数の検体容器４から検体を順次反応ホイール６のホルダ６ｂに収納された反応容器９に分注する。検体分注機構５は、図２に示すように、分注ノズル５ａによる反応容器９へ検体を分注する分注タイミングを制御する分注制御部５ｂを備えている。

反応ホイール６は、図１に示すように、検体テーブル３とは異なる駆動手段によって矢印で示す方向に回転され、隔壁６ａによって周方向に沿って等間隔で区画されるホルダ６ｂが複数設けられている。隔壁６ａは、下部が開放され、隣接するホルダ６ｂが周方向に連通している。このように下部で周方向に連通している複数のホルダ６ｂの一つには、図１に示すように、複数のホルダ６ｂ内の温度を検知する温度センサ７が設けられている。各ホルダ６ｂには、攪拌容器として検体を試薬と反応させる反応容器９が着脱自在に収納され、半径方向両側に光が透過する開口が形成されている。そして、反応ホイール６は、周方向に連通している複数のホルダ６ｂ内を所定温度（例えば、３７℃）に保持する面ヒータ８を設けた端子基板２２が下部に配置されている（図２参照）。従って、反応ホイール６は、複数のホルダ６ｂに収容した反応容器９に保持された液体試料を前記所定温度に保持する恒温槽を兼ねている。また、各ホルダ６ｂは、図２及び図３に示すように、反応ホイール６の底壁６ｃを上下に貫通した引き出し電極６ｄが半径方向に設けられている。反応ホイール６は、一周期で時計方向に（１周−１反応容器）／４分回転し、四周期で反時計方向に反応容器９の１個分回転する。反応ホイール６には、測定光学系１０及び排出装置１１が設けられている。

反応容器９は、容量が数ｎＬ〜数十μＬと微量な容器であり、光源１０ａから出射された分析光（３４０〜８００ｎｍ）に含まれる光の８０％以上を透過する素材、例えば、耐熱ガラスを含むガラス，環状オレフィンやポリスチレン等の合成樹脂が使用される。反応容器９は、図４及び図５に示すように、側壁９ａと底壁９ｂとによって上部に開口９ｃを有する四角筒状に成形され、検体や試薬等の液体を保持する内面には液体に対する親和性処理が施されている。反応容器９は、平行に対向する一組の側壁９ａの一部が分析光を透過させる窓として利用される。反応容器９は、図５に示すように、底壁９ｂの下面に音響整合層を介して表面弾性波素子２１が取り付けられている。

測定光学系１０は、試薬と検体とが反応した反応容器９内の液体を分析するための分析光（３４０〜８００ｎｍ）を光源１０ａから出射する。光源１０ａから出射された分析用の光ビームは、反応容器９内の液体を透過し、光源１０ａと対向する位置に設けた受光素子１０ｂによって受光される。一方、排出装置１１は、排出ノズルを備えており、反応容器９から反応終了後の液体を前記排出ノズルによって吸引し、排出容器（図示せず）に排出する。ここで、排出装置１１を通過した反応容器９は、図示しない洗浄装置に移送されて洗浄された後、再度、新たな検体の分析に使用される。

試薬分注機構１２は、試薬を分注する手段であり、図１に示すように、試薬テーブル１３の所定の試薬容器１４から試薬を順次反応ホイール６のホルダ６ｂに収納した反応容器９に分注する。

試薬テーブル１３は、図１に示すように、検体テーブル３及び反応ホイール６とは異なる駆動手段によって矢印で示す方向に回転され、扇形に成形された収納室１３ａが周方向に沿って複数設けられている。各収納室１３ａは、試薬容器１４が着脱自在に収納される。複数の試薬容器１４は、それぞれ検査項目に応じた所定の試薬が満たされ、外面には収容した試薬に関する情報を表示するバーコードラベル（図示せず）が貼付されている。

ここで、試薬テーブル１３の外周には、読取装置１５が設置されている。読取装置１５は、試薬容器１４に貼付した前記バーコードラベルに記録された試薬の種類，ロット及び有効期限等の情報を読み取り、制御部１６へ出力する。

制御部１６は、自動分析装置１の各部の作動を制御する装置制御部１６ａと、分注制御部５ｂと駆動制御回路２４の制御作動を連携させる連携部１６ｂと、面ヒータ８の作動を制御する温度制御回路１６ｃとを有しており、例えば、分析結果を記憶する記憶機能を備えたマイクロコンピュータ等が使用される。制御部１６は、検体分注機構５、受光素子１０ｂ、排出装置１１、読取装置１５、分析部１７、入力部１８、表示部１９及び攪拌装置２０等と接続され、自動分析装置１の各部の作動を制御すると共に、前記バーコードラベルの記録から読み取った情報に基づき、試薬のロットや有効期限等が設置範囲外の場合、分析作業を規制するように自動分析装置１を制御し、或いはオペレータに警告を発する。

このとき、温度制御回路１６ｃは、駆動制御回路２４が出力した信号発生器２３の作動を制御する制御信号が連携部１６ｂを介して入力され（図６参照）、この制御信号から表面弾性波素子２１の駆動信号を求める。そして、温度制御回路１６ｃは、反応ホイール６の温度が表面弾性波素子２１の駆動信号から予測される反応容器９内の液体試料の温度上昇の予測値分だけ反応ホイール６の目標温度よりも低くなるように面ヒータ８を制御し、液体試料を所定温度に保温する。例えば、温度制御回路１６ｃは、表面弾性波素子２１の駆動信号から、表面弾性波素子２１に印加される電力量を求め、この電力量と反応容器９内の液体試料の温度上昇との関係を予め求めておく。温度制御回路１６ｃは、この関係と連携部１６ｂを介して駆動制御回路２４から入力される表面弾性波素子２１の駆動信号とをもとに液体試料の温度上昇の予測値を求める。また、温度制御回路１６ｃには、温度センサ７が検知した反応ホイール６における複数のホルダ６ｂ内の温度情報が入力される（図６参照）。

分析部１７は、制御部１６を介して受光素子１０ｂに接続され、受光素子１０ｂが受光した光量に基づく反応容器９内の液体の吸光度から検体の成分濃度等を分析し、分析結果を制御部１６に出力する。入力部１８は、制御部１６へ検査項目等を入力する操作を行う部分であり、例えば、キーボードやマウス等が使用される。表示部１９は、分析内容や警報等を表示するもので、ディスプレイパネル等が使用される。

攪拌装置２０は、反応容器９に保持される液体を音波によって攪拌する装置であり、反応容器９に取り付けられる表面弾性波素子２１の他、図２に示すように、端子基板２２、信号発生器２３及び駆動制御回路２４を備えている。

表面弾性波素子２１は、図５に示すように、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）等の圧電素材からなる圧電基板２１ａ上に櫛型電極（ＩＤＴ）からなる振動子（発音部）２１ｂが形成されている。

端子基板２２は、図２に示すように、反応ホイール６の下部に配置されるリング状の絶縁板であり、回転しない。端子基板２２は、複数のホルダ６ｂにおける検体分注機構５の分注ノズル５ａが反応容器９に検体Ｓを分注する反応ホイール６の回転方向におけるホルダ６ｂの位置をＰNとすると、位置ＰNの１つ手前から２つ先までの位置ＰN-1〜ＰN+2の範囲と対応する攪拌領域に引き出し電極６ｄと接触して振動子２１ｂに電力を分注する接触電極２２ａ，２２ｂが設けられている。ここで、攪拌領域は、位置ＰN-1〜ＰN+2の４箇所の範囲に限られるものではなく、少なくとも分注ノズル５ａが検体Ｓを分注する位置ＰNを含んでいれば必要に応じて４箇所以上の広い範囲に設定し、或いは４箇所未満の狭い範囲に設定してもよい。

信号発生器２３は、図２に示すように、接触電極２２ａ，２２ｂとの間が配線２３ａによって接続され、駆動制御回路２４からの制御信号に基づいて数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度の高周波信号を表面弾性波素子２１に出力し、振動子２１ｂに音波を発振させる。駆動制御回路２４は、メモリとタイマを内蔵した電子制御手段（ＥＣＵ）が使用され、表面弾性波素子２１の駆動信号を制御する。

駆動制御回路２４は、図２に示すように、連携部１６ｂを介して分注制御部５ｂと接続され、信号発生器２３の作動を制御すると共に、分注制御部５ｂとの制御作動が連携されている。駆動制御回路２４は、信号発生器２３の作動を制御する制御信号を信号発生器２３に出力すると共に、連携部１６ｂを介して温度制御回路１６ｃに出力する（図６参照）。駆動制御回路２４は、例えば、表面弾性波素子２１が発する音波の特性（周波数，強度，位相，波の特性）、波形（正弦波，三角波，矩形波，バースト波等）或いは変調（振幅変調，周波数変調）等を制御する。また、駆動制御回路２４は、内蔵したタイマに従って信号発生器２３が発振する発振信号の周波数を切り替えることができる。

以上のように構成される自動分析装置１は、回転する反応ホイール６によって周方向に沿って搬送されてくる反応容器９に試薬分注機構１２が所定の試薬容器１４から試薬を順次分注する。試薬が分注された反応容器９は、反応ホイール６の回転によって検体分注機構５の近傍へ搬送され、検体テーブル３の複数の検体容器４から検体が順次分注される。そして、検体が分注された反応容器９は、反応ホイール６によって周方向に沿って搬送される間に攪拌装置２０によって試薬と検体とが攪拌されて反応し、光源１０ａと受光素子１０ｂとの間を通過する。このとき、反応容器９内の試薬と検体とが反応した反応液は、受光素子１０ｂによって測光され、分析部１７によって成分濃度等が分析される。そして、分析が終了した反応容器９は、排出装置１１によって反応液が排出されて図示しない洗浄装置によって洗浄された後、再度検体の分析に使用される。

このとき、自動分析装置１は、以下に説明する温度制御方法により、反応容器９に保持された液体試料を所定温度に制御する。自動分析装置１は、温度制御回路１６ｃの制御の下、温度センサ７から入力される反応ホイール６におけるホルダ６ｂ内の温度情報をもとに反応ホイール６内が目標温度ＴHとなるように制御する。図７において、点線は反応ホイール６の目標温度ＴHを示し、実線は温度センサ７が検知した反応ホイール６の実測温度を示している。

このとき、自動分析装置１においては、検体の分析を開始すると、温度制御回路１６ｃが、図７に示すように、少なくとも表面弾性波素子２１の駆動時間ｔwの間、面ヒータ８をオフし、反応ホイール６の温度を表面弾性波素子２１の駆動信号から予め求めておいた関係に基づいて予測される液体試料の温度上昇の予測値分だけ反応ホイール６の目標温度ＴHよりも低く制御する。これにより、自動分析装置１は、温度制御回路１６ｃの制御の下に、表面弾性波素子２１による液体試料の攪拌によって熱が発生しても、反応容器９に保持された液体試料を目標温度ＴLに保温し（図８参照）、検体の変質等を防止している。ここで、表面弾性波素子２１の駆動時間ｔwは、攪拌領域の４箇所の位置ＰN-1〜ＰN+2における表面弾性波素子２１の駆動時間の総和として表わしている。

このとき、自動分析装置１は、温度制御回路１６ｃを設けないと従来の自動分析装置と同様に、面ヒータ８のオン，オフによって反応ホイール６内が目標温度ＴHとなるように制御するので、反応ホイール６内の温度は、図９に実線で示すように、点線で示す目標温度ＴHを挟んで高温側と低温側の間で変動する。このため、表面弾性波素子２１によって反応容器９内の液体試料を攪拌すると、面ヒータ８による加熱と表面弾性波素子２１による攪拌に起因した熱により、図１０に示すように、反応容器９に保持された液体試料の温度が目標温度ＴLを簡単に超えてしまう。しかも、反応ホイール６は、恒温槽を兼ねていることから熱容量が大きいので、面ヒータ８をオフしても温度が下がり難い。このため、反応容器９に保持された液体試料は、図１０に示すように、駆動時間ｔw後における温度の低下が非常に遅く、目標温度ＴLの維持が難しい。

ここで、自動分析装置１において、反応ホイール６は、上述のように熱容量が大きいので、面ヒータ８をオフする時間は表面弾性波素子２１の駆動時間ｔwよりも長くする必要がある。また、面ヒータ８は、必要に応じて分割することにより、反応ホイール６における複数のホルダ６ｂ内の温度低下が著しく加熱を要する部分に重点的に配置するようにしてもよい。一方、反応容器９は、前述のように容量が数ｎＬ〜数十μＬと微量である。このため、温度制御回路１６ｃは、液体試料の温度上昇の予測値分だけ反応ホイール６の温度を目標温度よりも低く制御すればよく、液体試料の温度上昇の予測値、容量並びに反応容器９の数の積に関する熱量までは考慮しない。

（実施の形態２）
次に、本発明の分析装置と分析装置における液体試料の温度制御方法にかかる実施の形態２を図面を参照しつつ詳細に説明する。実施の形態１の自動分析装置は、駆動制御回路が反応ホイールとは独立して設けられていたのに対し、実施の形態２の自動分析装置は、駆動制御回路が反応ホイールに設けられている。図１１は、実施の形態２の自動分析装置の要部を示す模式図である。ここで、実施の形態２の自動分析装置は、駆動制御回路の配置を除いて実施の形態１の自動分析装置と構成が同じであるので、同一構成要素には同一の符号を付して説明している。

実施の形態２の自動分析装置１は、駆動制御回路２４を反応ホイール６に設けることによって、表面弾性波素子２１の駆動に伴って駆動制御回路２４が発生する熱を反応ホイール６内の加熱に利用する。これにより、実施の形態２の自動分析装置１は、反応容器９に保持された液体試料を目標温度ＴLに制御する効果に加え、駆動制御回路２４が発生する熱を利用することによる面ヒータ８の使用の抑制により省電力を達成している。

実施の形態１の自動分析装置を示す概略構成図である。 図１に示す自動分析装置の反応ホイールを拡大して分注装置及び攪拌装置の概略構成と共に示す図である。 反応ホイールのＡ部を拡大して引き出し電極を示す断面図である。 実施の形態１の自動分析装置で使用する反応容器の斜視図である。 図４の反応容器の底面図である。 実施の形態１の自動分析装置の要部を示す模式図である。 実施の形態１の自動分析装置における反応ホイールの目標温度と実測温度を示す温度制御図である。 実施の形態１の自動分析装置における反応容器に保持された液体試料の目標温度と実測温度を示す温度制御図である。 従来の自動分析装置における反応ホイールの目標温度と実測温度を示す温度制御図である。 従来の自動分析装置における反応容器に保持された液体試料の目標温度と実測温度を示す温度制御図である。 実施の形態２の自動分析装置の要部を示す模式図である。

符号の説明

１ 自動分析装置
２ 作業テーブル
３ 検体テーブル
４ 検体容器
５ 検体分注機構
６ 反応ホイール
６ｂ ホルダ
７ 温度センサ
８ 面ヒータ
９ 反応容器
１０ 測定光学系
１１ 排出装置
１２ 試薬分注機構
１３ 試薬テーブル
１４ 試薬容器
１５ 読取装置
１６ 制御部
１６ａ 装置制御部
１６ｂ 連携部
１６ｃ 温度制御回路
１７ 分析部
１８ 入力部
１９ 表示部
２０ 攪拌装置
２１ 表面弾性波素子
２２ 端子基板
２３ 信号発生器
２４ 駆動制御回路

Claims (2)

1. 検体と試薬を含む液体試料を保持した複数の反応容器を収容し、前記液体試料を所定温度に保温する恒温槽を備え、表面弾性波素子が発する音波によって前記液体試料を攪拌し、反応液を分析する分析装置であって、
   前記恒温槽の温度を前記表面弾性波素子の駆動信号から予測される前記液体試料の温度上昇の予測値分だけ目標温度よりも低く制御することにより、前記液体試料を所定温度に保温する温度制御手段を設けたことを特徴とする分析装置。
2. 検体と試薬を含む液体試料を保持した複数の反応容器を収容し、前記液体試料を所定温度に保温する恒温槽を備え、表面弾性波素子が発する音波によって前記液体試料を攪拌し、反応液を分析する分析装置における液体試料の温度制御方法であって、
   前記恒温槽の温度を前記表面弾性波素子の駆動信号から予測される前記液体試料の温度上昇の予測値分だけ目標温度よりも低く制御することにより、前記液体試料を所定温度に保温することを特徴とする分析装置における液体試料の温度制御方法。

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