JPH04122436A - 固相と液相との反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、管状の反応容器の内壁面に結合して存在する
固相の反応性物質と、反応容器中の液相に存在する反応
性物質とを効率よく反応させるために用いられる固相と
液相との反応装置に関し、特に、免疫反応、酵素反応ま
たはＤＮＡプローブを用いる反応等の促進に用いるのに
適している固相と液相との反応装置に関する。

〈従来の技術〉 体液（例えば、尿、血清、血漿等）中に微量に存在する
物質や生体に投与した薬物の濃度などを測定する手段と
して、抗原抗体反応を利用した免疫学的測定方法が用い
られている。

このような反応を行うにあたり、抗体等の反応性物質を
不溶化するための担体として容器状のものの内壁面を使
用すると都合がよい。　例えばプラスデック試験管は不
溶化のための担体と反応容器とを兼ねることができるの
で取扱いが便利であり、好んで用いられている。　しか
し、このような内壁面に反応性物質を不溶化して有する
反応容器で従来行なわれてきた反応方法、すなわち、試
験管等の反応容器を直立させて静置して反応させる方法
（静置法）を行う場合、前記反応容器内壁面の内、反応
に利用できる内壁面は、反応容器内の試料液の量により
限定されてしまい、またその表面に結合させつる前記反
応性物質の量も利用できる表面積により規定されてしま
うため、従来の静置法において用いられる他の担体、例
えばプラスチックビーズ、濾紙、セルロース微粒子等と
同様に、前記試料液の量に対して前記反応性物質の量を
多情とすることができず、反応に長時間を有するという
欠点がある。

この欠点を克服した短時間で十分な反応を行わせること
のできる反応装置として、本出願人は、反応容器を傾け
た状態でこの反応容器の軸を中心として回転（自転）さ
せるようにしたもの（特公昭６１−６１８５７号公報）
、あるいは反応容器を傾けた状態でこの反応容器の軸を
中心として回転（自転）させながら公転させて自動送り
するようにしたもの（特開昭５８６１４６９号公報）な
どの傾斜回転法を用いる反応装置を提案した。　これら
はいずれも、反応容器を傾けた状態でこの反応容器の軸
を中心として回転（自転）させれば、容器内壁面に対し
て容器内の液相が広い面積で接触しながら移動して、容
器内での反応が促進されることを利用したもので、十分
な効果をあげることができるものである。

また、上記公報に開示された反応装置においては、反応
容器の前記反応装置への装着は、手で行うことが前提と
なっており、自動装置については何ら開示されていない
。

このため、本出願人は、特開昭６１−１１４７３１号公
報および特開昭６１−１１４７３２号公報において、前
記反応容器を傾斜回転（自転）させる位置から起立させ
る起立装置を提案した。　この起立装置は、様々な免疫
学的な測定操作、特に反応操作において、反応促進のた
めの傾斜回転工程の前後の工程、例えば洗浄操作などを
容易かつ有利に行うために反応容器を起立させた状態に
保持するものである。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、上述のような本出願人が提案した固相と液相と
の反応装置は、反応促進の効果は充分に得られるものの
、いずれも１つ１つの反応容器を各々その軸を中心とし
て回転、すなわぢ自転させなければならないので、構造
が非常に複雑となり、反応装置が高価なものとなる欠点
があった。　また、装置に対する反応容器の着脱操作が
はなはだ面倒で、煩雑なものとなる欠点があった。

また、特公昭６１−６１８５７号公報において提案した
反応装置においては、反応容器の回転力をホルダあるい
はベルトと反応容器との間の摩擦力によって得るもので
あり、特開昭５８６１４６９号公報に提案した反応装置
においても、反応容器を支持するホルダの回転力をモー
フにより駆動される回転板との間の摩擦力によって得て
いる。　このため、反応容器の外壁面が誤って、内容液
、水などで濡れたり、使用環境によっては、雰囲気中の
水分が凝縮して前記外壁面に付着したりすると摩擦力は
急激に低下するため、所定の反応時間中に所要の回転が
得られず、測定が不正確となるものが生じる恐れがあっ
た。　このように摩擦を用いて力を伝達する際に、どの
ような条件下でもすべりを完全になくすことは困難であ
るため、特に免疫反応などを利用する免疫学的測定方法
では反応条件を均一にしなければならないにもかかわら
ず、すべての反応容器の反応条件（特に、撹拌条件、反
応容器の回転速度および回転数）を全く同一とすること
ができていない恐れがあった。

また、反応装置に対する反応容器の着脱操作がはなはだ
面倒で、煩雑なものとなる欠点があった。

方、多数の反応容器における反応の反応条件を同一とし
、また、熟練者でな（でも、同一条件での測定を可能と
するためには、前記反応装置への反応容器への着脱を自
動化し、測定を自動化するのが好ましいが、従来の反応
装置においては、反応容器の着脱を簡単かつ自動的に行
い得るものがなかった。　特開昭６１−１１４７３１号
公報などに開示されている起立装置では、反応容器をそ
の装着位置に挾持して装着するものではないので、装着
時に前記反応容器に付加される力が一様とはならず、な
めらかな装着ができず、内容液がこぼれたり、誤って反
応容器を壊したりする恐れがあり、特に、固定手段があ
る場合などには、安全、正確かつ確定に装着および脱離
することができなかった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、一端
が開口し、内壁面に結合された固相と反応する液相な収
納する管状の反応容器を壊すことな（、その内容液をこ
ぼすことなく、安全、正確確実かつなめらかに例えば、
垂直に保持したまま装着位置に装着することができると
ともに、反応容器の内壁面に結合して存在する固相の反
応性物質と液相に存在する反応性物質とを、簡単な構造
で従来に劣らず効率よ（反応促進することができ、複数
の反応容器の反応条件を熟練者でなくとも均一とするこ
とができる固相と液相との反応装置を提供することにあ
る。

〈課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するために、本発明者等は、管状の反
応容器の内壁面に結合された固相とその中に収納された
液相との反応を複数の反応容器について均一に効率よく
反応促進することのできる簡単な構造の反応装置につい
て鋭意研究した結果、複数の前記反応容器をその外縁部
（周辺部）に固定した回転体を水平方向に対して所定角
度傾斜させて、その軸線を中心として回転させることに
より、前記反応容器を傾いた状態で回転させると回転体
が１回転する間に反応容器は重力方向に対して１回転し
、すなわち１回公転するとともに１回自転し、前記反応
容器内の試料液をその内壁面全周に順次接触させること
ができることを知見し、まず、第１に、第６図に示すよ
うな反応装置を特願平０］２２９７００号に提案した。

この反応装置１００は、第６図および第７図に示すよう
に水平方向に対して傾いた軸線１０２を中心として回転
自在に設けられた回転体１．０４と、 該回転体１０４を前記軸線１０２回りに回転させる回転
駆動手段１０６と、 内壁面に結合された固相と反応する液相を収納する管状
の反応容器１０８を前記回転体１０４に着脱自在に固定
するために、前記回転体１０４の外縁部に付設された反
応容器固定手段１１０と、 前記回転体１０４の上部において前記軸線１０２と直角
をなす向きの軸１１２を中心にして前記反応容器１０８
の前記反応容器固定手段１１０による固定位置の上下に
、回動する下側アーム１１４、前記下側アーム１１４を
回動させるための第１偏心カム１１６、この第１偏心カ
ム１１６を回転する第１駆動ａ１１８、前記下側アーム
１１４との間に前記反応容器１０８を挟持するために前
記下側アーム１１４と同軸１１２に回動する上側アーム
１２０、この上側アーム１２０を回動させるための第２
偏心カム１２２およびこの第２偏心カム１２２を回転す
る第２駆動源１２４を備え、前記反応容器１０８を挟持
する上側アーム１２０および下側アーム１１４を前記第
１偏心カム１１６および第２偏心カム１２２の所定方向
の回転により回動させて前記反応容器１０８を前記反応
容器固定手段１１０に装着するとともに、前記第１およ
び第２偏心カム１１６，１２２の逆方向の回転により上
側アーム１２０および下側アーム１１４を回動させて前
記反応容器１０８を挟持して前記反応容器固定手段１１
０から脱離させる反応容器着脱装置１２４とを有するも
のである。

この反応装置１００は、回転体］０２の傾斜回転を用い
るもので、回転体１０２の回転を正確に制御できるので
、全反応容器に亘って従来に比べ遜色のない均一な反応
促進を達成することができ、自動化が可能なものである
が、試料液を有する反応容器を傾斜した状態で反応装置
に装着しなければならないために、まだ複雑な反応容器
着脱装置を必要としている。

そこで、水平位置で反応容器を装着し、装着後傾斜回転
させれば反応容器の装着は容易であり、反応促進は十分
に達成できることを知り、本発明に至ったものである。

すなわち、本発明は、一端が開口し内壁面に結合された
固相と反応する液相を収納する管状の反応容器を保持す
る保持手段が、周辺部に複数設けられ、直交する中心軸
を有し、この中心軸に対して回転自在な回転体と、 前記回転体を前記中心軸回りに回転させる回転駆動手段
と、 前記回転体を水平方向に対し所定角度傾斜させる傾斜手
段と、 前記回転体を水平位置に所定時間静止後、所定角度傾斜
させ、この傾斜させた状態で所定時間所定回転速度で定
速回転させた後、水平位置に復帰させ、所定時間静止後
、この水平位置で所定角度回転することを１サイクルと
して所要のサイクル繰り返すように前記駆動手段と前記
傾斜手段とを制御する制御手段とを有することを特徴と
する固相と液相との反応装置を提供するものである。

前記回転体は、前記中心軸方向に所定間隔離間して互い
に固定された天円板と、少なくとも１枚の中間円板と、
底円板とを有し、前記中心軸は前記円板の少な（とも１
つに固定され、前記保持手段は、前記天円板および全て
の中間円板の周辺部に前記中心軸に対して同心円状に隣
接して等間隔に前記中心軸と平行に穿設された所定数の
前記反応容器を挿入可能な穴と、前記反応容器の底部を
支持する前記底円板から構成されるものであるのが好ま
しい。

また、前記傾斜手段は、前記中心軸を回転可能に支持す
る支持部材と、前記支持部材に固定され前記中心軸と直
交する回動軸と、この回動軸を前記所定角度回動させて
前記回転体を傾斜させる回動手段とを有するのが好まし
い。

また、前記回動手段は、第１回転駆動源と第１伝動手段
とを有するのが好ましい。

また、前記第１伝動手段は、前記回動軸および前記第１
回転駆動源の駆動軸に取り付けられた歯付プーリと歯付
ベルトからなるのが好ましい。

また、前記回転駆動手段は、第２回転駆動源と第２伝動
手段であるのが好ましい。

また、前記伝動手段は、前記中心軸に取り付けられるか
さ歯車と、これと噛合し、前記第２回転駆動源の駆動軸
に取り付けられるかさ歯車からなるのが好ましい。

また、前記支持部材は四角形の枠体からなり、この枠体
の平行な２本の枠木に前記中心軸は支承され、この枠木
の垂直な１本の枠木に前記回動軸が固定されるとともに
、前記回転駆動手段が、もう１本の垂直な枠木にその駆
動軸で回転可能に支持される第２回転駆動源と、前記枠
体内において前記中心軸に取り付けられたかさ歯車とこ
れと噛合する前記第２駆動源の駆動軸に取り付けられた
かさ歯車とから構成されるのが好ましい。

また、前記所定傾斜角度が６０度ないし８５度であるの
が好ましい。

また、前記回転体の半径をに、回転角速度をω、前記傾
斜角度をθ、重力の加速度をｇとしたときに、ｒω２ｓ
ｉｎθ＜ｇの関係が満足されるのが好ましい。

また、前記回転体が恒温室内に設けられているのが好ま
しい。

〈実施態様〉 本発明に係る固相と液相との反応装置を添付図面に示す
好適実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図は、本発明の固相と液相との反応装置の部分断面
正面図であり、第２図は、その部分切欠上面図であり、
第３図は、その側面図である。

同図に示すように、本発明の固相と液相との反応装置（
以下、単に反応装置という）１０は、回転体１２と、こ
の中心軸１４と、この中心軸１４を回転可能に支持する
四角形の枠体１６と、枠体１６内の中心軸１４に取り付
けられたかさ歯車１８とこれに噛合するかさ歯車２０と
、かさ歯車２０が取り付けられる駆動軸２２と、駆動軸
２２を回転駆動するモータ２４と、枠体１６の中心軸１
４と平行な枠木（枠部材）１６ａに固定され、駆動軸２
２と共通の中心線を有する回動軸２６と、回動軸２６に
取り付けられた歯付プーリ２８と、歯付プーリ３０と、
これらの歯付プーリ２８と歯付プーリ３０とに張架され
る歯イ」ベルト３２と、歯付プーリ３０が取り付けられ
た駆動軸３４と、駆動軸３４を回転駆動するモータ３６
と、駆動軸２２に取り付けられ、回転体１２の水平位置
での停止位置を検出するセンサ３８と、駆動軸３４に取
り例けられ、回転体１２の水平位置または傾斜位置を検
出するセンサ４０と、各モータ２４および３６にそれぞ
れ取り付けられ、回転体１２の位置検出用センサ２５お
よび３７と、これらのセンサ３８，４０．２５および３
７からの検出信号を受け、モータ２４および３６の回転
駆動を制御する制御装置４２とを有する。

回転体１２は、３枚の円板４４，４６．４８を平行とな
るように反応容器５０の長さに応じて適当な間隔をおい
てステー５２．５２．・・・・・を介して固定したもの
で構成される。　ここで図示例では、中間円板４６およ
び底円板４８は中心軸１４が貫通できるように、中心面
分を円状にくり貫いた環状平板であり、太田板４４の中
心にはこれに垂直に中心軸１４がボルト５３．５３，５
３．５３により固定される。

３枚の円板４４，４６．４８の直径は同一であるのが好
ましいが、特にこれに限定されるわけではなく、互いに
異っていてもよい。　また３枚の円板４４と４６および
４６と４８とのそれぞれの間隔は等しいのが好ましいが
、特にこれに限定されず異っていてもよい。

回転体１２は、水平位置からの傾斜、傾斜定速回転、水
平位置への復帰などを１サイクルとしてこれらを短時間
内に繰り返す必要があるため、できるだけ軽量であるこ
とが好ましい。

従って、回転体１２を構成する３枚の円板４４．４６，
４８、特に上側２枚の円板４４４６はできるだけ薄くし
て軽量化するのが良い。　底円板４８は、反応容器５０
を底から支えることができるだけの強度を有していれば
、薄いほうが好ましい。　ここで中間円板４６は、図示
例のように１枚の円板に限定されず、中間円板として複
数の円板から構成されていてもよい。

回転体１２の周辺部（外縁部）には、中心軸１４に対し
て同心円状に隣接して等間隔で複数の反応容器５０を中
心軸１４と平行に保持する保持手段５４が設けられてい
る。　この保持手段５４は、第２図および第４ａ図に示
すように、太田板４４および中間円板４６に反応容器５
０が収納可能であって、同心円状に等間隔で穿けられた
複数の穴５６，５６、図示例では１枚の円板につき６２
個の穴５６と、反応容器５０の底を支える底円板４８か
ら構成される反応容器収納可能な席である。　本発明に
用いられる保持手段５４は、回転体１２が水平位置にあ
る時、上部から反応容器５０をセットする際に正しく受
は入れ、また受は入れ後正確な位置が保てるような構造
である必要がある。　このため円板４４．４６に穿けら
れる穴５６．５６は、いずれも反応容器５０の直径より
わずかに大きく、かつ上部が漏斗状になった穴であるの
が好ましい。

底円板４８には、反応容器５０を取り出しやす（するた
めに、特に、第２図に示すピンチャ−５８，６０，６２
が反応容器をつかみやすくするために、反応容器５０の
底を押上げるのに用いられる、反応容器５０の径より小
さい小孔５７を設けてお（のがよい。

ところで、本反応装置１０を酵素免疫測定法に用いる場
合、例えば第２図において、反応容器５０を収容する席
は、６２個あるが、回転体１２が水平な状態にある時、
第２図中左下側の８１の位置に反応を開始させる試料液
５１入りの反応容器５０をセットするとともに、発色反
応して呈色した反応容器を取り外すステーションとし、
ステーションＳ１から反時計回りに２２個分すなわち１
２７．７４°離れた位置、第２図中右下側の８２３の位
置を所定時間の反応終了後の反応容器５０の取り外し、
洗浄後基質等を加えた反応容器５０のセットを行うステ
ーションとすることができる。

すなわち、図示の反応装置１０は、後述するがステーシ
ョンＳ１から矢印Ｂ方向すなわち時計回りにステーショ
ンＳ２３まで４０ピツチの回転（４０ザイクル）を抗原
抗体反応に用い、ステーション３２３から時計回りに８
１までの２２ピツチの回転（２１サイクル）を酵素（発
色）反応に用いることができるものである。

ステーションＳ１には、反応容器５０の着脱を行う反応
容器着脱装置であるピンチャ−５８，６０、ステーショ
ン８２３にはビンヂャー６２が配置される。　ビンヂャ
ー５８゜６０６２はそれぞれ、アーム５８ａ　　６０ａ
、６２ａに取り付けられ、水平面内での前進・後退およ
び鉛直面内での上・下動（Ｘ−Ｘ方向に可動）が可能で
あり、それぞれのステジョンにおいて回転体１２の反応
容器の保持手段に保持された反応容器５０をセットする
ことができ、それぞれのステーションにある反応済反応
容器を回転体１２から取り外して、洗浄したり、他の工
程を送るためのものである。

なお、ビンヂャー５８．６０．６２は作動機構を単純化
するために同一の台座（図示せず）に取り付けられ、こ
の台座を水平方向に移動させることによりＸ方向の移動
を行っているが、これに限定されず、独立に移動するも
のであってもよい。

反応容器５０は、第１図および第３図に示されるように
、上端側だけが開口した管状、例えば円筒状であり、そ
の首部分が、第２図に示すピンチャ−５８６０，６２と
係合するように絞られた形状に形成されている。　そし
て反応容器５０の内壁面には抗体等の反応性物質が結合
され、反応容器５０の内部には試料液５１が入れられて
いる。

中心軸１４は、内部にがさ歯車１８と２０とを収納する
ギアボックスを構成する枠体１６の両側の枠部材１６ｃ
、１６ｄに回転可能に支持され、かさ歯車１８は中心軸
１４に固定される。　一方、かさ歯車１８と噛合するか
さ歯車２０は駆動軸２２の先端に固定され、駆動軸２２
は、枠体１６の枠部材１６ｂに回転可能に支持される。

　また、駆動軸２２は継手を介してモータ２４に連結さ
れる。

従って、この回転体１２を回転駆動する回転駆動手段は
、第２回転駆動源であるモータ２４とその駆動軸２２と
、第２伝動手段であるかさ歯車１８．２０から構成され
る。

ここでかさ歯車１８と２０は、回転方向を９０°変換す
るとともに減速機としても用いられている。　ここで、
かさ歯車１８の直径はかさ歯車２０の直径より大きく例
えば２：１になっており、駆動軸２２０回転をセンサ３
８で検出することにより減速して回転する回転体１２の
回転を正確に制御することができる。

回転体１２は、第３図に示すように駆動源であるモータ
２４を回転させることにより傾斜した位置で回転中心軸
１４を中心にして一定速度で所定時間連続回転する必要
があるとともに、回転終了後は、回転開始時と全く同じ
位置で、すなわち反応容器５０が挿入された席は同じ位
置にくるように停止する必要があり、水平位置において
は、１ピツチ相当の所定角度、例えば反応容器５０の席
が６２個あれば５．８１°だけ正確に回動させる必要が
ある。

従って、本発明の第２回転駆動源であるモータ２４は、
回転速度が正確であることと、回転角が正確であること
の２つを満足する高精度のステッピングモータであるの
が好ましい。　この他、使用可能なモータとしては、Ａ
ＣまたはＤＣサーボモータ、超音波モータなどが挙げら
れる。

ところでこの回転速度は、後述する遠心力により規定さ
れる条件を満たせば、特に制限的では、なく、例えば３
０ｒｐｍあるいは６０ｒｐｍとすることができるが、あ
まり遅いと反応速度が遅（なり、逆にあまり速すぎると
、遠心力によって反応容器５０内での試料液５１の動き
かにぶ（なって反応速度が遅くなってしまう。

また、連続回転させる時間は、特に制限的ではなく、反
応容器５０内の試料液と反応容器５０に固定された固相
とによる抗原抗体反応により適宜選択すればよいが、例
えば図示装置の場合には２５ｓｅｃとしている。

ここで、かさ歯車１８と２０は本発明の第２伝動手段を
構成し、すぐばかさ歯車（ベベルギア）、まがりばかさ
歯車（スパイラルベベルギア）、ハイポイドベベルギア
、その他のかさ歯車等のいずれも用いることができる。

　また、本発明の第２伝動手段ばかさ歯車に限定されず
、回転方向を９０’変換でき、減速できるものであれば
何でもよく、例えば、ウオーム減速機等をも用いること
ができる。

本反応装置１０は、回転体１２の外縁部に固定された反
応容器５０が、回転軸１４を中心に公転することにより
、反応容器５０内の試料液５１が重力方向に移動して、
反応容器５０の内壁と接しながら攪拌され、反応が促進
されるようになっている。　その反応が促進される最適
の条件は、反応容器５０の回転（１公転によるｌ自転、
以下これを公転と呼ぶ）による固相と液相の相対速度差
が、抗原と抗体の結合を破壊しない範囲内で最大となる
所であり、この条件は、試料液５１の粘度、表面張力、
回転による遠心力などにより異なるものであり、反応に
寄与する抗原と抗体およびこのどちらかを含む試料液５
】に応じて適宜窓めればよい。

本反応装置１０が所定の反応促進効果を得るための実用
的範囲を遠心力で規定すると、第５図に示されるように
、回転体］２の半径ｒ（正確には、回転体１２の中心軸
１４がら反応容器５０の中心までの距離）、回転体１２
の傾斜角度θ、および回転体１２の回転角速度ωの関係
が以下の条件となった場合となる。　即ち、回転体１２
が回転中心軸１４を中心として回転している場合に、反
応容器５０内の試料液５１が受ける遠心力は、試料液５
１の質量をｍとすると、第５図に示されるように、 ｆ＝ｍｒω２ であり、ｆの垂直方向の分力ｆ１は ｆ＋　　＝ｍｒ　　ω　２　ｓｉｎ　　θとなる。

ここで、ｆｌが試料液５１の重力ｍｇ以上に大きくなる
と、反応容器５０内の試料液５１が遠心力方向に押し付
けられてしまい、反応容器５０の内壁と最大限に接触で
きなくなって、反応促進効果は低下する。

したがって、本反応装置１０が所定の反応促進効果を得
るための条件は、 ｆ＋　＝ｍｒω２ｓｉｎθ＜ｍｇ ｆ＋　／ｍ＝ｒω２ｓｉｎＯ＜ｇ となる。

回転体１２を所定角度傾斜させるための傾斜手段として
、前述の中心軸１４を支承する支持部材である枠体１６
と、これを中心軸１４と直交する駆動軸２２、およびこ
の駆動軸２２と同一の中心線を有し、枠体１６の枠部材
１６ａに固定された回動軸２６とで回動可能に支持し、
垂直な位置から中心軸１４とともに回動させる回動手段
とで構成している。　ここで枠部材１６ａ、１６ｂは中
心軸１４には平行で、枠部材１６ｃ、１６ｄには直交し
ている。

回動手段は、モータ３６などの第１回転駆動源と歯付プ
ーリ２８，３０と歯付ベルト３２からなる第１伝動手段
からなるが、本発明はこれに限定されず、正確な回転角
制御ができれば、種々な回転制御を行う回動手段が可能
である。

図示例の歯付プーリ２８は回転軸２６に固定され、もう
一方の歯付プーリ３０は、継手を介してモータ３６に連
結される駆動軸３４に固定され、この２つの歯付プーリ
２８，３０に歯イ」ベルト３２は張架される。　これら
によって、駆動軸３４の回転を回動軸２６に伝動し、所
定角度枠体１６を回動させ、中心軸１４を傾斜させ、回
転体１２を水平位置から所定角度傾斜させることができ
る。　なお、本発明においてこの傾斜角度θは、反応容
器５０内に入れられた試料液がこぼれず、反応容器５０
の内壁面に広（接触する角度であればよ（，１０°〜８
８゜の範囲で使用可能であるが、６０〜８５°の範囲が
最も好ましい。　また、傾斜角度は、固定しておいても
よいし、反応容器に応じて調整可能にしてもよい。

第１伝動手段は、回動軸２６にモータ３６による駆動軸
３４の回転を正確に伝えることができればどのようなも
のでもよく、例えば、歯車伝動手段、ベルト伝動手段、
チェーン伝動手段などを用いることもできる。

モータ３６は、回転体１２を水平位置と所定角度傾斜位
置との間で回動させることができれば、どのようなもの
でもよいが、正逆方向にステップ的に回転可能なステッ
ピングモータ、ＡＣまたはＤＣサーボモータ、超音波モ
ータなどが好ましい。

駆動軸２２およびモータ２４には、それぞれセンサ３８
および２５が設けられ、それぞれ回転体１２の席の位置
を検出し、駆動軸３４およびモータ３６にはそれぞれセ
ンサ４０および３７が設けられ、回転体１２の水平また
は傾斜位置を検出する。　センサ３８および４０はそれ
ぞれ駆動軸２２．３４に固定される、一部に切欠きを有
する薄円板３８ａおよび４０ａと、発光・受光素子から
なる光検出器３８ｂおよび４０ｂからなる。　またセン
サ２５および３７も同様な構成を有し、それぞれのモー
タ２４および３６の回転軸に固定される一部切欠薄円板
２５ａおよび３７ａと、光検出器２５ｂおよび３７ｂか
らなる。　これらのセンサ２５゜３７．３８および４０
では、発光素子から射出された光ビームが円板２５　ａ
、　３７　ａ、　　３８ａ、４０ａによって遮断される
と、受光素子に入射できないが、円板２５　ａ、　３７
　ａ、　３８ａ　　４０ａの切欠位置に（ると受光素子
に入射して光を検出するため、駆動軸２２，３４、モー
タ２４３６の回転角を電気信号として検出でき、回転体
１２の回転位置および水平位置、傾斜位置を検知するた
めの同期信号として得ることができる。　また、センサ
２５，３７はより精度の高い制御を行うためにロータリ
ーエンコーダを使用してもよい。

同期信号としては、どのようなパターンのものを得るよ
うにしてもよく、例えば、センサ３８で回転体１２の水
平状態での初期位置を得、センサ４０で回転体１２の水
平位置か斜傾位置のいずれかのみを検出する。

ここで、センサ３８および４０に加えて、センサ２５お
よび３７を用いる理由は、センサ３８および４０による
回転体１２の位置検出の精度を上げるためである。　す
なわち、センサ３８が取り付けられた駆動軸２２はモー
タ２４の回転軸に減速機７２を介して連結され、センサ
４０が取り付けられた駆動軸３４はモータ３６の回転軸
に減速ｌ１１６６を介して連結されているので、モータ
２４のセンサ２５およびモータ３６のセンサ３７で得ら
れる同期信号は、それぞれセンサ３８および４０で得ら
れる同期信号に比べて、それぞれの減速機７２．６６の
減速比に応じた細かい間隔の同期信号を得ることができ
る。

もちろん、上述の回転体１２の回転および傾斜の制御を
センサ３８，４０ですべて行なってもよい。　この時、
モータ２４および３６にはセンサ２５および３７の代り
に、ロータリーエンコーダを取り付け、それぞれのモー
タ２４゜３６の回転制御（特に、回転変動などの制御）
をするのが好ましい。　また、センサ３８４０およびモ
ータ２４および３６に取り付けられたロータリーエンコ
ーダを組み合わせて、必要な制御を行なうようにしても
よい。

センサ２５　３７．３８．４０としては、回転軸の回転
角を按分して検出しまたは回転数を検出することにより
、回転体１２の位置を検出するものであれば、上述のも
のに限定されず、ロータリーエンコーダを始めとして公
知の位置センサはいずれも適用可能である。

センサ２５，３７，３８．４０およびモータ２４３６は
、制御装置４２に接続され、制御装置４２はセンサ２５
，３７．３８および４０からの同期信号を受け、回転体
１２が所定の順序、すなわち、水平状態で停止、傾斜、
所定時間定速回転、回転停止、水平状態に復帰、水平状
態で停止、所定角度回転を１サイクルとして所要のサイ
クル、例えば回転体１２に反応容器５０の席が６２席あ
る場合には少なくとも６２サイクル繰り返すようにモー
タ２４，３６を制御する。　モータ２４，３６は図示し
ないが電源に接続されている。

本発明の反応装置においては、モータ３６は定盤６４に
垂直に固定された支持板６５に取り付けられ、減速機６
６および軸継手６７を介して駆動軸３４に連結される。

　駆動軸３４はその両端側を定盤６４に固定された軸受
６８゜６８によって支承され、その間にセンサ４０の円
板４０ａが取り伺けられ、光検出器４０ｂが円板４０ａ
の先端を挟むように定盤６４に取り付けられる。

一方、モータ２４は台板７０に垂直に固定された支持板
７１に取り付けられ、減速機７２および軸継手７３を介
して駆動軸２２に連結される。　駆動軸２２は、台板７
０に固定された軸受６８，６８によって支承され、その
間にセンす３８の円板３８ａが取り付けられ、光検出器
３８ｂが円板３８ａの先端を挾むように合板７０に取り
付けられる。　そして、台板７０は、４本の支柱７４．
７４・・・・・によって定盤６４に固定される。

一方、枠体１６に固定された回動軸２６は、小台板７６
に固定された軸受６８によって、駆動軸２２と中心線が
一致するように支承される。　小台板７６は２本の支柱
７４．７４により台板７０と同じ高さになるように定盤
６４に固定される。

さらに、本発明の反応装置１０において、反応を所定温
度で行うために、少なくとも回転体１２の部分は恒温室
７８内に収納されるのが好ましい。　第１図においては
制御装置４２を除いて反応装置１０の全体を恒温室７８
に収納しているが、本発明はこれに限定されるわけでは
ない。　恒温室７８は断熱性の高いケース７９によって
囲まれる。　ここで恒温室７８内にその温度を、例えば
１５°Ｃ〜４０℃の範囲の任意の一定の温度に保つため
の公知の恒温装置８０を設けるのがよい。　こうして、
反応容器５０を回転して内容液である試料液５１を撹拌
して反応容器５０に固定された反応物質との反応を行わ
せる間、恒温室７８内を均一な温度に保つことにより、
反応温度を均一とし、複数の反応容器５０における反応
条件を同一ものとすることができる。

くイ乍用〉 以上、本発明に係る固相と液相との反応装置は、基本的
に以上のように構成されるが、その作用について説明す
る。　なお、ここでは第１〜３図に示す反応装置１０の
作用を第４ａ〜４ｆ４こ基づいて説明する。

まず、第１図および第２図に示すように回転体１２は水
平位置にあり、第４ａ図に示すように、ステーションＳ
１には番号がＡ１の反応容器５０を保持する席（ポール
５６）が位置し、ステーション３２３には番号がＡ２３
の席が位置している。　ここで、席の数は６２であり、
席の番号は反時計回りに各ホール５Ｇに付するものとす
る。　この状態では、全席に反応容器５０は装着されな
いものとする。　そして、ステーションＳ１にはピンチ
ャー５８と６０、ステーション３２３にはピンチャ−６
２が配置されている。

第１サイクルでは、回転体１２が水平状態でステーショ
ンＳ１にいる席Ａ１に試料液５１を入れた反応容器５０
をオートサンプラー等からピンチャ−５８によりセット
する。

この後、制御装置４２によりモータ３６を駆動し、駆動
軸３４を所定量回転させ、歯付プーリ３０に張架された
歯付ベルト３２を介して歯付プーリ２８を回転させ、回
動軸２６を所定角度、例えば８０°回転させて中心軸１
４を垂直位置から８０”傾け、回転体１２を水平に対し
て８０’傾斜させ、モータ３６を停止して、傾斜した状
態で回転体１２を停止する。

傾斜した状態で制御装置４２によりモータ２４を駆動し
て、かさ歯車１８．２０を介して回転体１２を中心軸１
４の回りに所定時間定速回転させ、例えば３０ｒｐｍで
２５秒間連続回転させる。　所定時間（２５秒）後、モ
ータ２４を停止して回転体１２の傾斜回転を停止してか
らモータ３６を逆回転させて回転体１２を傾斜位置から
水平位置に復帰させ、モータ３６を停止して短詩停止し
た後、モータ２４を駆動して、所定角度、すなわち１ピ
ツチに相当する角度（席数が６２の場合は５８８１°）
だけ矢印Ｂ方向（時計回り）に回転体１２を回転し、第
４ｂ図に示す第２サイクルへ進む。

すなわち、上述の回転体１２の水平状態での停止（反応
容器とり出し）、傾斜、傾斜回転、傾斜回転停止、水平
状態への復帰、水平状態で停止（反応容器の挿入）、１
ピツチ回転を１サイクルとして、１ピツチずつ回転体１
２を図中矢印Ｂ方に回転させてゆく。

上述の例では１サイクルに要する時間は３０秒であり、
水平状態での停止、傾斜、復帰、停止に要する時間は５
秒である。

こうして第４Ｃ図に示すように第４０サイクルまでは、
ステーション３２３には反応容器５０が存在しないので
ピンチャー６２は反応容器５０を脱着しない。　もちろ
ん水平位置で１ピツチ回転後のステーションＳ】にも反
応容器５０は存在しないのでピンチャー６０は反応容器
を脱着しない。

第４ｄ図に示すように、、第４１サイクルになるとステ
ーション３２３に反応容器５０が存在する席Ａ１が来る
ので、ピンチャ−６２は最初の停止中に前後・上下動し
て反応容器５０を回転体１２の席Ａ１から外し、処理を
行う。

この反応容器５０内の試料液５１は、４０サイクルを繰
り返しているので１サイクル３０秒の場合、正確に２０
分間反応したことになる。

取り出された反応容器５０は、洗浄器にセットされ、洗
浄された後、基質注入ノズルにセットされて基質が注入
される。

一方、反応容器５０を取り出した後、回転体】２は上述
のサイクルに従って傾斜回転して再び水平位置に復帰し
水平状態で停止する。　この停止中にピンチャ−６２が
ステーション２３にある席Ａ１に処理済反応容器５０を
装着する。

この後、前述のサイクルを繰り返すが、第４ｅ図に示す
第６２サイクルまでは、ステーションＳ１には反応容器
５０は存在していないので、ピンチャー６０は反応容器
５０を脱着しない。　もちろん、ステーションＳ１のピ
ンチャ−５８とステーションＳ２３のピンチャー６２は
反応容器５０の装着、装着と脱着を続けている。

第４ｆ図に示す第６３サイクルでは、席Ａ１がピッチ送
りされ、ステーションＳ１に到達し、席Ａ１には反応容
器５０が存在しているので、ピンチャ−６０が席Ａ１に
ある反応容器５０をピンチして取り出す。　同時にビン
ヂャー６２はステーションＳ２３にある席Δ２３の反応
容器５０を取り出す。　傾斜回転後水平位置に戻ると、
ピンチャ−５８が未反応の反応容器５０を空席となって
いる席Ａ１にセットする。　また、ステーション８２３
のピンチャ−６２は反応容器５０を洗浄、基質注入処理
を完了して席Ａ２３にセットして、１ピツチ回転する。

ピンチャ−６０によって取り出された反応容器５０は２
１ザイクルを繰り返しているので、１サイクル３０秒と
して、１０分３０秒間反応したことになる。

この基質と所定時間反応した反応容器５０は、回転体１
２から外された後、停止液注入ノズルにセットされ、停
止液を注入された後、撹拌機にセットされて撹拌された
後、吸光度測定器受入口にセットされ、吸光度測定器の
測定位置にセットされ吸光度が測定された後、エアリフ
トあるいは機械式などの他のリフト機構により再び前記
受入口に戻された後、排液ノズルにセットされ、反応容
器５０内の内容液が吸弓された後、廃棄される。

このように、全サンプルについて均一かつ正確な反応時
間が抗原抗体反応とその後の基質、発色液との反応を多
数のサンプルについて簡単な機構で短時間のうちに正確
に行うことができる。

また、本発明の反応装置は反応度を判定するための基質
反応後の試料液の吸光度を測定する吸光度分析装置を併
設することも容易で、免疫反応、酵素反応等を用いた免
疫学的測定を全自動化することが可能な反応装置である
。

〈発明の効果〉 以上、詳述したように、本発明の固相と液相との反応装
置によれば、反応容器を公転させることにより従来の自
転式の固相と液相との反応装置に劣らない反応促進をす
ることができ、しかも従来のように１つ１つの反応容器
を自転手段を特別に設けて自転させる必要がな（、反応
容器を回転体に装着するだけでよいので、構造が簡単で
、装置の故障や装置にかかるコストを大幅に低減して、
広く一般に利用することができるとともに、多数の反応
容器を次々に本発明の反応装置において反応させる場合
にも、前記反応容器の回転にすべりなどが生じないので
、全ての反応容器の回転条件、すなわち反応条件を同一
のものとすることができる。

さらに、本発明装置によれば、反応の自動化ひいては測
定の自動化を行う際にも好適に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の係る固相と液相との反応装置の一実
施例の正面断面図である。 第２図は、第１図に示す反応装置の部分切欠上面図であ
る。 第３図は、第１図に示す反応装置の側面図である。 第４ａ図〜第４ｆ図は、第１図に示す反応装置の動作説
明図である。 第５図は、第１図に示す反応装置の動作説明図である。 第６図および第７図は、それぞれ傾斜回転法を用いた固
相と液相との反応装置の一実施例の側面断面図および部
分拡大斜視図である。 符号の説明 １０・・・固相と液相との反応装置、 １２・・・回転体、 １４・・・中心軸、 １６・・・枠体、 １８．２０・・・かさ歯車、 ２２．３４・・・駆動軸、 ２４．３６・・・モータ、 ２６・・・回動軸、 ２８．３０・・・歯付プーリ、 ３２・・・歯付ベルト、 ３．８．４０・・・センサ、 ４２・・・制御装置、 ４４．４６．４８・・円板、 ５０・・・反応容器、 ５２・・・ステー ５４・・・保持手段、 ５６・・・穴（ホール）、 ５８．６０．６２・・・ピンチャ−

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）一端が開口し内壁面に結合された固相と反応する
   液相を収納する管状の反応容器を保持する保持手段が、
   周辺部に複数設けられ、直交する中心軸を有し、この中
   心軸に対して回転自在な回転体と、 前記回転体を前記中心軸回りに回転させる回転駆動手段
   と、 前記回転体を水平方向に対し所定角度傾斜させる傾斜手
   段と、 前記回転体を水平位置に所定時間静止後、所定角度傾斜
   させ、この傾斜させた状態で所定時間所定回転速度で定
   速回転させた後、水平位置に復帰させ、所定時間静止後
   、この水平位置で所定角度回転することを１サイクルと
   して所要のサイクル繰り返すように前記駆動手段と前記
   傾斜手段とを制御する制御手段とを有することを特徴と
   する固相と液相との反応装置。
2. （２）前記回転体は、前記中心軸方向に所定間隔離間し
   て互いに固定された天円板と、少なくとも１枚の中間円
   板と、底円板とを有し、前記中心軸は前記円板の少なく
   とも１つに固定され、前記保持手段は、前記天円板およ
   び全ての中間円板の周辺部に前記中心軸に対して同心円
   状に隣接して等間隔に前記中心軸と平行に穿設された所
   定数の前記反応容器を挿入可能な穴と、前記反応容器の
   底部を支持する前記底円板から構成されるものである請
   求項１に記載の固相と液相との反応装置。
3. （３）前記傾斜手段は、前記中心軸を回転可能に支持す
   る支持部材と、前記支持部材に固定され前記中心軸と直
   交する回動軸と、この回動軸を前記所定角度回動させて
   前記回転体を傾斜させる回動手段とを有する請求項１ま
   たは２に記載の固相と液相との反応装置。
4. （４）前記回動手段は、第１回転駆動源と第１伝動手段
   とを有する請求項３に記載の固相と液相との反応装置。
5. （５）前記第１伝動手段は、前記回動軸および前記第１
   回転駆動源の駆動軸に取り付けられた歯付プーリと歯付
   ベルトからなる請求項４に記載の固相と液相との反応装
   置。
6. （６）前記回転駆動手段は、第２回転駆動源と第２伝動
   手段である請求項１ないし５のいずれかに記載の固相と
   液相との反応装置。
7. （７）前記伝動手段は、前記中心軸に取り付けられるか
   さ歯車と、これと噛合し、前記第２回転駆動源の駆動軸
   に取り付けられるかさ歯車からなる請求項６に記載の固
   相と液相との反応装置。
8. （８）前記支持部材は四角形の枠体からなり、この枠体
   の平行な２本の枠木に前記中心軸は支承され、この枠木
   に垂直な１本の枠木に前記回動軸が固定されるとともに
   、前記回転駆動手段が、もう１本の垂直な枠木がその駆
   動軸で回転可能に支持される第２回転駆動源と、前記枠
   体内において前記中心軸に取り付けられたかさ歯車とこ
   れと噛合する前記第２駆動源の駆動軸に取り付けられた
   かさ歯車とから構成される請求項３ないし５のいずれか
   に記載の固相と液相との反応装置。
9. （９）前記所定傾斜角度が６０度ないし８５度である請
   求項１ないし８のいずれかに記載の固相と液相との反応
   装置。
10. （１０）前記回転体の半径をに、回転角速度をω、前記
    傾斜角度をθ、重力の加速度をｇとしたときに、ｒω＾
    ２ｓｉｎθ＜ｇの関係が満足される請求項１ないし９の
    いずれかに記載の固相と液相との反応装置。
11. （１１）前記回転体が恒温室内に設けられている請求項
    １ないし１０のいずれかに記載の固相と液相との反応装
    置。