FI96641C - Biospecific assay method - Google Patents

Biospecific assay method Download PDF

Info

Publication number
FI96641C
FI96641C FI950175A FI950175A FI96641C FI 96641 C FI96641 C FI 96641C FI 950175 A FI950175 A FI 950175A FI 950175 A FI950175 A FI 950175A FI 96641 C FI96641 C FI 96641C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
microparticles
excitation
biospecific
different
reagents
Prior art date
Application number
FI950175A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI950175A0 (en
FI96641B (en
Inventor
Pekka Haenninen
Juhani Soini
Erkki Soini
Original Assignee
Erkki Soini
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Erkki Soini filed Critical Erkki Soini
Priority to FI950175A priority Critical patent/FI96641C/en
Publication of FI950175A0 publication Critical patent/FI950175A0/en
Priority to EP96900108A priority patent/EP0804732B1/en
Priority to DE69615818T priority patent/DE69615818T2/en
Priority to PCT/FI1996/000004 priority patent/WO1996022531A1/en
Priority to US08/817,753 priority patent/US5891738A/en
Priority to JP52206296A priority patent/JP3215428B2/en
Publication of FI96641B publication Critical patent/FI96641B/en
Application granted granted Critical
Publication of FI96641C publication Critical patent/FI96641C/en

Links

Description

96641 BIOSPESIFINEN MÄÄRITYSMENETELMÄ - BIOSPECIFIK BESTÄMNINGSMETOD 596641 BIOSPECIFIC METHOD OF DETERMINATION - BIOSPECIFIK BESTÄMNINGSMETOD 5

Immunomääritys on vakiintunut biospesifinen määritysmenetelmä ja sen eri sovellutuksia käytetään laajalti rutiini-diagnostiikassa ja tutkimuslaboratorioissa.Immunoassay is an established biospecific assay method and its various applications are widely used in routine diagnostics and research laboratories.

10 Toinen biospesifisten määritysten ryhmä, joskin vielä kehityksen alaisena oleva, on DNA- ja RNA-hybridisaatiomääritys. Biospesifisissä määrityksissä käytetään yleensä kahta biospesifistä reagenssia, primäärireagenssia ja sekundäärireagenssia (esim. vasta-15 ainetta, DNA- tai RNA-koetinta) , jotka kumpikin sitoutuvat analyyttimolekyylin spesifisiin determinantteihin muodostaen kolmen molekyylin kompleksin (kerrosra-kenteen) ja normaalisti toinen näistä reagensseista on leimattu. Nykyisin käytettyjä leimoja ovat 20 radioisotoopit, entsyymit, luminoivat leimat ja fluoresoivat leimat.Another group of biospecific assays, although still under development, is the DNA and RNA hybridization assay. Biospecific assays generally use two biospecific reagents, a primary reagent and a secondary reagent (e.g., antibody, DNA, or RNA probe), each of which binds to specific determinants of the analyte molecule to form a complex of three molecules (one of these) and normally a reagent. Currently used labels include radioisotopes, enzymes, luminescent labels, and fluorescent labels.

««

Rutiinidiagnostiikassa on jatkuvasti kasvava moniparametrisen analytiikan tarve. Valitettavasti ?5 nykyiset menetelmät eivät salli useamman kuin kahden tai kolmen samanaikaisesti mitattavan leiman käyttöä, koska näiden eri leimojen antamien signaalien spektrometrinen '- erottelu ei ole mahdollista riittävällä tarkkuudella. Eri radioisotooppien tai fluoresoivien leimojen ?o emissiospektrit peittävät huomattavasti toisiaan ja sen seurauksena eri analyyttien erottelu samasta näytteestä on huonoa vaaditulla pitoisuusalueella.There is an ever-increasing need for multiparameter analytics in routine diagnostics. Unfortunately, the current methods do not allow the use of more than two or three labels to be measured simultaneously, because the spectrometric separation of the signals given by these different labels is not possible with sufficient accuracy. The emission spectra of different radioisotopes or fluorescent labels overlap considerably and, as a result, the separation of different analytes from the same sample is poor in the required concentration range.

Tämän keksinnön tarkoituksena on esittää parempi ,-.5 menetelmä moniparametrisiin biospesif isiin määrityksiin.It is an object of the present invention to provide an improved method for multiparametric biospecific assays.

Tämän keksinnön mukainen moniparametrinen - määritys suoritetaan käyttämällä kiinteänä kantajana keinotekoisesti valmistettuja mikropartikkeleita, jotka edustavat eri analyyttejä. Jokaiseen eri luokkaan 96641 kuuluvat mikropartikkelit päällystetään ensin spesifisellä primäärireagenssillä (vasta-aine, DNA, RNA) eli mikropartikkelit toimivat näiden reagenssien ja biospesifisen reaktion kiinteänä alustana. Tälle 5 keksinnölle on luonteenomaista erityisesti se, että eri luokkia edustavat mikropartikkelit on valmistettu erilaisten monomeerikomponenttien seoksesta tai sisältävät erilaisia indikaattoreita (D), että ne voidaan tunnistaa ja erottaa toisistaan Raman-spektrien I0 perusteella. Analyytin pitoisuuden määrittäminen suoritetaan mikropartikkelien pinnalla tapahtuvan biospesifisen reaktion perusteella, jolloin mikropartikkelien pintaan sitoutuneen leiman F määrä mitataan sen antaman signaalin perusteella.The multiparameter assay of this invention is performed using artificially prepared microparticles representing different analytes as a solid support. The microparticles in each of the different classes 96641 are first coated with a specific primary reagent (antibody, DNA, RNA), i.e. the microparticles serve as a solid support for these reagents and the biospecific reaction. This invention is characterized in particular by the fact that microparticles representing different classes are prepared from a mixture of different monomer components or contain different indicators (D) so that they can be identified and distinguished from each other on the basis of Raman spectra I0. The determination of the analyte concentration is carried out on the basis of a biospecific reaction on the surface of the microparticles, the amount of label F bound to the surface of the microparticles being measured on the basis of the signal given by it.

15 Jäljempänä olevassa tekstissä nimitetään biospesi fisen reaktion leimana F käytettävää ainetta :;toiuminoivaks: leimaksi, ja sillä tarkoitetaan fluoresoivia, fosforoivia tai elektroluminesenssia (= elektrokemiluminesenssia) , 20 kerniluminesenssia tai bioluminesenssia synnyttäviä leirnoja.15 In the following text, a substance used as a label for a biospecific reaction F is referred to as a fluorescent, phosphorescent or electroluminescent (= electrochemiluminescent), core-luminescent or bioluminescent camp.

Keksinnön tunnusmerkit ilmenevät patenttivaatimuksesta 1.The features of the invention appear from claim 1.

25 Keksinnön mukaiselle menetelmälle ovat 11: n n t e e n oma i s *. a seuraavat vaiheet:For the method according to the invention, there are 11 properties. a the following steps:

Valmistetaan etukäteen mikropartikkeleita, jotka on jaettu eri luokkiin siten, että nämä eri luokkien 50 mikropartikkelit sisältävät yhtä tai useampaa erilaista komponenttia Di, D2, D3, ... Γ.. , jotka on tunnistettavissa niiden antaman l· aman-spek tr: :· perusteella ja joiden läsnäolo tai joiden yhdistelmä ilmaisee kyseessä olevan mikropartikkeim luokan.Microparticles are prepared in advance, divided into different classes, so that these microparticles of different classes 50 contain one or more different components Di, D2, D3, ... ettavissa .. which are identifiable by their l · aman-spect spectrum tr:: · and the presence or combination of which indicates the class of microparticles in question.

Nämä eri luokkiin kuuluvat mikropartikkelit päällystetään kysymykseen tulevia analyyt tej ä sitovilla biospesifisiilä primäärireagenssei1la ja sen jälkeen 35 96641 3 mikropartikkelit sekoitetaan keskenään.These microparticles of different classes are coated with the biospecific primary reagents that bind the analytes in question and then the microparticles are mixed together.

Eri analyyttejä sitovat biospesifiset sekundäärireagenssit leimataan fotoluminoivalla mole-5 kyylillä F, ja nämä reagenssit sekoitetaan keskenään.Biospecific secondary reagents that bind different analytes are labeled with photoluminescent Mole-5 channel F, and these reagents are mixed together.

- Mikropartikkelien joukkoon lisätään määritettävä näyte ja biospesi f ister. sekundäärireagenssien sekoitus, jonka jälkeen alkaa bioaffiniteetin vaikutuksesta mikro-10 partikkelien pinnalla oleviin reagenssimolekyyleihin sitoutua eri analyyttimolekyylien ja leimattujen biospesifisten reagenssien muodostamia komplekseja.- Add the sample to be determined and the biospecific f ister to the microparticles. mixing of secondary reagents, after which complexes of different analyte molecules and labeled biospecific reagents begin to bind to the reagent molecules on the surface of the micro-particles due to bioaffinity.

- Sitoutumisreaktio lopetetaan lisäämällä laimenninta ja 15 samalla laimennetaan mikropartikkeleihin sitoutumattomien leimattujen biospesifisten reagenssien pitoisuus.- The binding reaction is stopped by adding a diluent and at the same time diluting the concentration of labeled biospecific reagents not bound to the microparticles.

- Mikropartikkeleiden sisältämien komponettien D Raman-emissio herätetään valonsäteellä ja tunnistetaan ko.- The Raman emission of the components D contained in the microparticles is excited by a light beam and the

20 mikropartikkelin luokka Raman-spektrin yksityiskohtien perusteella .A class of 20 microparticles based on Raman spectral details.

Mikropartikkeleiden pinnalla olevaa väriainetta F viritetään valonsäteellä, kemiallisen tai sähköisen 25 aktivoinnin avulla ja mitataan sen emission voimakkuus fotoni-ilmaisimella, jonka antama sähköinen signaali voimakkuus on verrannollinen ko. analyytir. pitoisuuteen.The dye F on the surface of the microparticles is excited by a beam of light, by chemical or electrical activation, and its emission intensity is measured by a photon detector whose electrical signal intensity is proportional to that. analyytir. concentration.

Mikropartikkelien käyttöön perustuvien biospesifisten K) määritysmenetelmien herkkyyden kannalta on olennaista se, ettei m.ikropartikkelien luokan tunnistamiseen käytetyn indikaattorin antama signaali häiritse foto lumi no i .van leiman antaman signaalin mittausta.It is essential for the sensitivity of biospecific K) determination methods based on the use of microparticles that the signal given by the indicator used to identify the class of microparticles does not interfere with the measurement of the signal given by the photo lumen label.

15 Moniparametristen biospesifisten määrityksien periaatteita on julkaistu aikaisemminkin. Useimmissa tapauksissa moniparametrinen menetelmä on kuitenkin perustunut sellaisten kiinteiden reakticalustojen 96641 4 käyttöön, joissa biospesifiset reagenssit voidaan kiinnittää toisistaan erillään oleviksi ja optisesti erotettaviksi alueiksi (esim. PCT W0 84/01031).15 The principles of multiparametric biospecific assays have been published in the past. In most cases, however, the multiparametric method has been based on the use of solid reaction substrates 96641 4 in which biospecific reagents can be attached as separate and optically separable regions (e.g. PCT WO 84/01031).

5 Tasakokoisten mikropartikkelien käyttö biospesifisen määrityksen kiinteänä kantajana tarjoaa monia etuja edellä esittyyn menetelmään verrattuna. Tasakokoisia mikropartikkeleita läpimitaltaan 1-200 pm voidaan valmistaa sopivasta polymeeristä niin, että ne sopivat 10 hyvin vesisuspensioon. Biospesifiset primäärireagenssit sidotaan mikropartikkelien pintaan fysikaalisen adsorption tai kovalentin sidoksen välityksellä. Tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä näytettä, jossa ovat siis kaikki kyseeseen tulevat analyytit, inkuboidaan 15 sekundäärireagenssien ja mikropartikkelien seoksen kanssa mahdollisimman pienessä ;esim. 1 - 100 nikrolitran) tilavuudessa, jotta saavutettaisi, i n mahdollisimman täydellinen reaktio lyhyessä ajassa. Koska mikropartikkelien pinnalla tapahtuvassa reaktiossa 20 analyyttimolekyylien ja leimattujen reagenssien keskimääräinen etäisyys on hyvin pieni, voidaan reaktiotasapaino saavuttaa nopeasti ja sen seurauksena syntyy mikropartikkeleiden pinnalla olevien reagenssien yhteyteen leimatusta reagenssistä ja analyytistä 25 muodostuvia komplekseja. Tällaista rakennetta kutsunaan kirjallisuudessa yleisesti kerrostakenteeksi. Jos inkubaatioajät voidaan säätää tarkasti, ei ole tarvetta ajaa reaktiota päätepisteeseen. inkubaation jälkeen reaktioliuos laimennetaan riittävästi vapaan leimatun 3() sekundäärireagenssin pitoisuuden alentamiseksi ja yksittäisten mikropartikkeleiden pinnalla olevien leimattujen kompleksien määrä r: . sataan fotoni -ilmaisimella emission F perusteella. Tessa menetelmässä riittää yhden-kahden kertaluvun suuruinen laimennus 55 riittävän tehokkaaseen sitoutuneen ja vapaan leimatun reagenssifraktion antamien signaalien erottamiseksi toisistaan, koska tässä menetelmässä käytetty mikrofotometrinen ilmaisin pystyy optisesti erottamaan 96641 mittauskammion fokuspisteessä olevan mikropartikkelin lähettämän valoemission sen ympäristössä olevan vapaan leimatun reagenssin antamasta signaalista.The use of uniform microparticles as a solid support for a biospecific assay offers many advantages over the method described above. Uniform sized microparticles with a diameter of 1-200 μm can be prepared from a suitable polymer so that they fit well into an aqueous suspension. Biospecific primary reagents are bound to the surface of microparticles by physical adsorption or covalent bonding. In the method of the present invention, a sample, thus containing all the analytes in question, is incubated with a mixture of secondary reagents and microparticles in as little as possible; 1 to 100 microliters) in order to achieve the most complete reaction possible in a short time. Since the average distance between the analyte molecules and the labeled reagents in the reaction on the surface of the microparticles is very small, the reaction equilibrium can be achieved quickly and resulted in complexes of the reagent and the analyte 25 labeled with the reagents on the surface of the microparticles. Such a structure is commonly referred to in the literature as a layered structure. If the incubation times can be precisely adjusted, there is no need to drive the reaction to the endpoint. after incubation, the reaction solution is diluted sufficiently to reduce the concentration of free labeled 3 () secondary reagent and the amount of labeled complexes on the surface of the individual microparticles. with a hundred photon detector based on emission F. In this method, a one-to-two-fold dilution 55 is sufficient to distinguish the signals from the bound and free labeled reagent fraction sufficiently effective because the microphotometric detector used in this method is able to optically distinguish the light emitted by the microparticle signal at its 96641 measuring chamber focus.

Mikropartikkeleita analysoidaan tilastollisesti riittävä 5 määrä ja kunkin partikkelin emission F signaalin voimakkuus rekisteröidään tietokoneelle.A statistically sufficient number of microparticles are analyzed and the emission F signal strength of each particle is recorded on a computer.

Aikaisemmin on julkaistu useita keinotekoisesti valmistettujen mikropartikkeleiden käyttöön perustuvia 10 moniparametrisiä biospesifisiä määritysmenetelmiä: 1. Menetelmä, jossa analyyttiluokan tunnistus perustuu mikropartikkeleiden sisältämän väriin ja tunnistus tapahtuu mittaamalla optisesti analysoitavana olevan 15 partikkelin absorptio (J. G. Streefkerk & ai.: ProtidesSeveral multiparameter biospecific assay methods based on the use of artificially prepared microparticles have been published in the past: 1. A method in which the analyte class is based on the color of the microparticles and is detected by measuring the absorbance of 15 optically analyte particles (J. G. Streefkerk & et al .: Protides).

Biol . Fluids 24(1976)811-4).Biol. Fluids 24 (1976) 811-4).

2. Menetelmä, jossa analyyttiluokan tunnistus perustuu erikokoisten mikropartikkeleiden käyttöön ja tunnistus 20 tapahtuu mittaamalla optisesti analysoitavana olevan partikkelin halkaisija (T. M. McHugh & ai.: Journal of2. A method in which the identification of an analyte class is based on the use of microparticles of different sizes and the identification is performed by measuring the diameter of the particle to be analyzed optically (T. M. McHugh & et al .: Journal of

Immunological Methods 95 (1986) 57-61).Immunological Methods 95 (1986) 57-61).

3. Menetelmä, jossa mikropartikkelien tunnistus tapahtuu 25 niihin sekoitettujen fluoresoivien väriaineiden avulla ja biospesifisen signaalin mittaus tapahtuu jonkun muun fluoresoivan väriaineen kuten esim. FITC:n avulla (EP-hakemusjulkaisu 126 450, GOIN 33/58) 50 4. Menetelmä, jossa käytetään lyhytikäistä fluoresenssia (purkautumisaika nanosekunteja) lähettävää väriainetta mikropartikkeleiden tunnistamiseen ja pitkäikäistä fluoresenssia lähettävää väriainetta (purkautumisaika 10 mikrosekuntia - 2 millisekuntia) analyyttien pitoisuuk-35 sien mittaamiseen ja jossa lyhytikäisen ja pitkäikäisen fluoresenssin erottamiseksi toisistaan käytetään aikaerotteista fluorometriä (US-patentti no 5,028,545).3. A method in which microparticles are identified by fluorescent dyes mixed with them and the biospecific signal is measured by another fluorescent dye such as FITC (EP-A-126 450, GOIN 33/58) 50 4. A method using a short-lived a fluorescence (discharge time nanosecond) emitting dye for the identification of microparticles and a long-lived fluorescence emitting dye (discharge time 10 microseconds to 2 milliseconds) to measure analyte concentrations -45.

96641 5. Menetelmä, jossa käytetään lyhytikäistä fluoresenssia (purkautumisaika nanosekunteja) lähettävää väriainetta mikropartikkeleiden tunnistamiseen ja kemi- tai biolumi-nesenssia synnyttävää molekyyliä (purkautumisaika useita 5 sekunteja) analyyttien pitoisuuksien mittaamiseen ja jossa fluoresenssisignaali ja luminesenssisignaali voidaan erottaa toisistaan tehokkaasti, koska ne herätetään ja syntyvät eri aikoina (SF-patentti no. 89837) .96641 5. A method using a short-lived fluorescent (discharge time nanosecond) dye to identify microparticles and a chemical or bioluminescent molecule (discharge time several seconds) to measure the concentrations of the analytes and to separate the fluorescence signal and luminescence signal and luminescence signal at different times (SF Patent No. 89837).

10 6. Menetelmä, jossa käytetään lyhytikäistä fluoresenssia (purkautumisaika nanosekunteja) lähettävää väriainetta mikropartikkeleiden tunnistamiseen ja fosforesenssia synnyttävää molekyyliä (purkautumisaika 10 mikrosekuntia 15 - 2 millisekuntia) analyyttien pitoisuuksien mittaa miseen, ja jossa lyhytikäisen fluoresenssin ja pitkäikäisen fosforesenssin erottamiseksi toisistaan käytetään aikaerotteista fluorometriä (SF-patentti 90695).10 6. A method using a short-lived fluorescence (discharge time nanosecond) emitting dye to identify microparticles and a phosphorescence-generating molecule (discharge time 10 microseconds 15 to 2 milliseconds) to measure the concentration of analytes patent 90695).

20 7. Menetelmä, jossa käytetään pitkäikäistä fluoresenssia lähettäviä väriaineita kuten lantanidi-ionien Tb, Dy, Eu ja Sm fluoresoivia kelaatteja mikropartikkeleiden tunnistamiseen j a biospesi fisen signaalin mittaamiseen 25 (SF-hakemusjui kai su no. 931198) .7. A method using long-lived fluorescent dyes such as fluorescent chelates of lanthanide ions Tb, Dy, Eu and Sm to identify microparticles and measure the biospecific signal 25 (SF Application No. 931198).

Tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan biospesifisen reaktion mittaamiseen käyttää bio- tai kemiluminoivia leimoja (F) ja niiden mittaus voidaan 50 suorittaa luminometrisesti fotonilaskurilla. Samoin voidaan käyttää elektroluminoivia tai elektro-kemiluminoivia leimoja, joiden emissio aktivoidaan . sähköisesti ja signaali F mitataan fotonilaskurilla.In the method of the present invention, bio- or chemiluminescent labels (F) can be used to measure the biospecific reaction, and their measurement can be performed luminometrically with a photon counter. Electroluminescent or electro-chemiluminescent labels whose emission is activated can also be used. electrically and the signal F is measured with a photon counter.

Raman-emissioon perustuva mikropartikkelin tunnistus 55 vaatii näissä menetelmissä lasersäteen ja eri mittausvaiheen, jolloin tunnistuksella ei ole vaikutusta signaalin F mittauksen herkkyyteen.Raman emission-based microparticle detection 55 requires a laser beam and a different measurement step in these methods, whereby the detection has no effect on the measurement sensitivity of the signal F.

il . mu lii» i i .il. mu lii »i i.

96641 7 Tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan biospesifisen reaktion mittaamiseen käyttää myös kaikkia pitkäikäisen fotoniemission antavia fluoresoivia tai fosforoivia leimoja (F) ja niiden mittaus voidaan 5 suorittaa aikaerotteisella mittauksella. Fluoresenssin ja fosforesenssin viritys sekä Raman-viritys voivat tapahtua samalla tai erillisellä lasersäteellä. Tässä menetelmässä saavutetaan se etu, että leiman F ja Raman-emission D virittämiseen käytetyn valon sironta ja sen aiheuttama 10 taustafluoresenssi eivät häiritse leiman F mittausta ja näin saavutetaan hyvä mittausherkkyys.96641 7 In the method of the present invention, all fluorescent or phosphorescent labels (F) giving long-term photon emission can also be used to measure the biospecific reaction, and their measurement can be performed by time-resolved measurement. Fluorescence and phosphorescence excitation as well as Raman excitation can occur with the same or separate laser beam. This method has the advantage that the scattering of the light used to excite the label F and the Raman emission D and the background fluorescence caused by it do not interfere with the measurement of the label F, and thus a good measurement sensitivity is obtained.

Tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan biospesifisen reagenssin fotoluminoivana leimana F 15 käyttää myös tavanomaisia orgaanisia fluoresoivia väriaineita. Tavanomaisten orgaanisten fluoresoivien väriaineiden etuna on korkea viritysvalon absorptio ja fluoresenssin kvanttitehokkuus, mutta niiden käyttöä haittaa kuitenkin sironnasta ja autofluoresenssista 20 syntyvä taustasignaali, joka rajoittaa mittaus- herkkyyttä. Käyttämällä näiden fotoluminoivien leimojen signaalien mittaamisessa konfokaalista optiikkaa ja riittävän hyvää spektrometristä erottelua voidaan saavuttaa hyviäkin mittausherkkyyksiä (S. Nie &al.Conventional organic fluorescent dyes can also be used as the photoluminescent label F15 of the biospecific reagent in the method of the present invention. Conventional organic fluorescent dyes have the advantage of high excitation light absorption and quantum fluorescence efficiency, but their use is hampered by the background signal from scattering and autofluorescence, which limits the measurement sensitivity. By using confocal optics and sufficiently good spectrometric separation to measure the signals of these photoluminescent labels, even good measurement sensitivities can be achieved (S. Nie & al.

25 Science 226 (1994) 1018-1021).25 Science 226 (1994) 1018-1021).

Oleellista tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä on kuitenkin havainto, että sironnasta ja autofluo-resenssista aiheutuva ongelma voidaan poistaa, jos 50 virityksessä käytetään kaksoisfotoniviritystä.Essential to the method of the present invention, however, is the finding that the problem of scattering and autofluorescence can be eliminated if dual photon excitation is used in the excitation.

Kaksoisfotoniviritys voi syntyä, kun voimakkaan viritysvalon kohdennuksella saadaan fotonien tiheys , tilavuusyksikköa ja aikayksikköä kohti niin suureksi, että kahden fotonin energia absorboituu samaan 55 kromoforiin. Tällöin myös absorboituva energia on kahden fotonin energia summa. Fluoresoivien ' aineiden kaksoisfotoniviritys on tunnettu tekniikka mm. spektroskopian ja mikroskopian alalla (U.S Pat.Dual photon excitation can occur when the targeting of intense excitation light makes the density of photons, per unit volume and per unit time, so high that the energy of the two photons is absorbed into the same chromophore. In this case, the energy absorbed is also the sum of the energy of two photons. Double photon excitation of fluorescent substances is a known technique e.g. in the field of spectroscopy and microscopy (U.S Pat.

96641 β 5.034.613). Yksittäisen fotonin absorptio väriaineeseen on todennäköisyyslaskennan käsitteiden mukaisesti riippumaton tapahtuma ja useiden fotonien absorboituminen on joukko yksittäisiä, riippumattomia tapahtumia.96641 β 5,034,613). According to the concepts of probability calculus, the absorption of a single photon into a dye is an independent event, and the absorption of several photons is a series of individual, independent events.

5 Yksittäisen fotonin absorboitumisen todennäköisyyttä voidaan kuvata lineaarisella funktiolla, niin kauan kuin viritettävät energiatilat eivät ole kyllästyneet. Kahden fotonin absorptio on epälineaarinen prosessi. Kaksoisfotonivirityksessä väriainemolekyylin virittyminen 10 tapahtuu ainoastaan, kun kumpikin fotoni absorboituu samanaikaisesti. Kahden fotonin absorption todennäköisyys on yksittäisten fotonien absorptiotodennäköisyyksien tulo. Kahden fotonin aiheuttama emissio on siis neliöllinen prosessi.5 The probability of absorption of a single photon can be described by a linear function as long as the excitable energy states are not saturated. The absorption of two photons is a nonlinear process. In double photon excitation, excitation of the dye molecule 10 occurs only when both photons are absorbed simultaneously. The absorption probability of two photons is the product of the absorption probabilities of individual photons. The emission caused by two photons is thus a quadratic process.

1515

Mikropartikkelin virittämiseen tarkoitetun optisen järjestelmän ominaisuuksia voidaan kuvata järjestelmän vasteella pistemäiseen valolähteeseen. Pistemäinen valolähde muodostaa diffraktion vaikutuksesta optiselle 20 järjestelmälle ominaisen intensiteettijakauman tarkennus- pisteessä (pistevaste). Normalisoituna tämä intensiteetti jakauma on todennäköisyysjakauma sille, kuinka pistemäisestä valolähteestä lähteneet, fotonit saapuvat tarkennusalueelle . Kaksoisfotonitekniikai la virityksen 25 todennäköisyysjakauma ensimmäisen fotonin ; a toisen fotonin intensiteettijakaumien normalisoitu tulo. Näin saatu todennäköisyysjakauma on 3-ulotteisessa avaruudessa, eritoten syvyyssuunnassa, selvästi yksittäisen fotonin todennäköisyysjakaumaa rajautuneempi. 50 Kaksoisfotonivirityksellä herätetään näin ollen ainoastaan se fluoresenssi, joka syntyy valonsäteen tarkennuspisteen selvästi rajatussa 3-u-ctteisessa lähiympäristössä.The characteristics of an optical system for excitation of a microparticle can be described by the response of the system to a point light source. The point light source forms an intensity distribution characteristic of the optical system 20 at the focal point (point response) due to the effect of diffraction. Normalized, this intensity distribution is the probability distribution of how photons from a point light source arrive in the focus range. Probability distribution of the first photon in the dual photon technique; a is the normalized product of the intensity distributions of the second photon. The probability distribution thus obtained is clearly more limited in 3-dimensional space, especially in the depth direction, than the probability distribution of a single photon. 50 Dual photon excitation thus induces only the fluorescence generated in the clearly defined 3-u-ct vicinity of the focal point of the light beam.

t 55 Kun väriaine viritetään kaksoisfotonivirityksellä, vähenee valon sironta kohdennuspisteen ympäristöstä ja optisista komponenteista huomattavasti verrattuna normaaliin viritykseen. Edelleen kaksoisfctoniviritys il ftS’i Itlii iiUAl , i i 96641 s vähentää taustatluoresenssin syntymistä näytteessä kohdennuspisteen ulkopuolella, näytteen ympäristössä ja optiikassa. Koska virittävä valonsäde on fokusoitava mahdollisimman pieneksi pisteeksi, kaksoisfotoniviritys 5 sopii parhaiten pienien näytetilavuuksien tai rakenteiden tarkasteluun, mistä on kysymys myös tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä.t 55 When toner is excited by dual photon excitation, light scatter from the focus point environment and optical components is significantly reduced compared to normal excitation. Furthermore, double phyton excitation il ftS’i Itlii iiUAl, i i 96641 s reduces the generation of background fluorescence in the sample outside the target point, in the sample environment, and in the optics. Since the excited light beam must be focused to the smallest possible point, the dual photon excitation 5 is best suited for examining small sample volumes or structures, which is also the case in the method according to the present invention.

Kaksoisfotonivirityksen etu on myös sima, että esim. 10 ultraviolettialueella tai sinisellä alueella tapahtuvaan viritykseen voidaan käyttää näkyvää tai lähi-infrapuna-alueen (NIR) valoa. Samoin voidaan näkyvällä alueella tapahtuva viritys tehdä NIR-alueella olevalla valonsäteellä. Koska valolähteen aallonpituus on 15 huomattavasti pidempi kuin väriaineen emission aallonpituus, voidaan valolähteen aallonpituudella ja sen ympäristössä syntyvä sironta ja mahdollinen autofluoresenssi vaimentaa alipäästösuodattimia käyttämällä tehokkaasti (vähintään 10 kertalukua) ja 2« estää pääsemästä fluoresenssiemission ilmaisimelle.The advantage of dual photon excitation is also that, for example, visible or near-infrared (NIR) light can be used for excitation in the ultraviolet region or the blue region. Similarly, tuning in the visible area can be done with a light beam in the NIR area. Because the wavelength of the light source is significantly longer than the dye emission wavelength, scattering and possible autofluorescence at and around the light source can be effectively attenuated by using low-pass filters (at least 10 orders of magnitude) and 2 «to prevent access to the fluorescence emission detector.

Useimmiten kaksoisfotoniviritys vaatii korkeatehoisten ultralyhyitä pulsseja tuottavien laserlaitteiden käyttöä.In most cases, dual photon excitation requires the use of high-power ultrashort pulse laser devices.

On kuitenkin todettu, että myös jatkuvalla laservalolla 25 voidaan havaita kaksoisfotonivir ityks: a (DE- patenttihakemus P 44 14 0940.9-42 ja P. Hänninen SaJ,However, it has been found that double photon excitation can also be detected with continuous laser light 25 (DE patent application P 44 14 0940.9-42 and P. Hänninen SaJ,

Proceedings for Three-Dimensional Microscopy, SPIE-TheProceedings for Three-Dimensional Microscopy, SPIE-The

International Society for Optical Engineering, 1994, Vol.International Society for Optical Engineering, 1994, Vol.

2184, 66-71). Suorittamissamme kokeissa olemme 50 havainneet, että kaksoisfotoniviritykseilä ja lyhytikäisillä fluoresoivilla leimoilla voidaan saavuttaa erittäin hyvä signaal i-tausta-suhde ja herkkyys.2184, 66-71). In our experiments, we have found that very good signal i-background ratio and sensitivity can be achieved with double photon excitations and short-lived fluorescent labels.

, Esimerkkeinä lyhytikäisistä kaksoisfotonlviritykseen » sopivista fluoresoivista väriaineista voidaan mainita 35 coumariinin ja rodamiinin johdannaiset.Examples of short-lived fluorescent dyes suitable for double photon excitation include coumarin and rhodamine derivatives.

Pitkäikäisten (Tw=l millisekunti) fluoresoivien ja fosforoivien leimojen ongelma on niiden vaatima pitkä 96641 10 mittausaika, joka johtuu siitä, että leimojen viritystilojen kyllästyminen rajoittaa vintysvalon intensiteetin niin alhaiselle tasolle, että yhtä mikropartikkelia on mitattava jopa yhden sekunnin ajan. 5 Myös kemiluminesenssiin, bioluminesenssiin ja elektroluminesenssiin perustuvien leimojen signaalien mittaus vaatii vähintäinkin yhden sekunnin ajan. Koska kaksoisfotoniviritykseen perustuvassa menetelmässä voidaan käyttää lyhytikäisiä (T.= i r.anosekunt 1) 10 fluoresoivia leimoja, voi viritysvalon intensiteetti olla jopa 106 kertaa voimakkaampi kuin pitkäikäisten fluoresoivien leimojen viritysmtensiteetti.The problem with long-lived (Tw = 1 millisecond) fluorescent and phosphorescent labels is the long measurement time they require, 96641 10 due to the saturation of the excitation states of the labels limiting the intensity of the vinyl light to such a low level that one microparticle must be measured for up to one second. 5 The measurement of signals from labels based on chemiluminescence, bioluminescence and electroluminescence also requires at least one second. Because short-lived (T. = i r.anosecond 1) 10 fluorescent labels can be used in a method based on double photon excitation, the intensity of the excitation light can be up to 106 times stronger than the excitation intensity of long-lived fluorescent labels.

Lyhytikäisistä leimoista saadaan voimakkaampi signaali ja se pystytään mittaamaan vastaavasti lyhyemmässä ajassa. 15 Tästä seuraa se etu, että käytettävissä olevassa ajassa pystytään yhtä määritystä varten mittaamaan suurempi määrä mikropartikkeleita, joiden antamista tuloksista voidaan laskea keskiarvo. Näin päästään suurempaan mittaustarkkuuteen, eikä mikropartikkeleiden kokojakau-20 tumalta vaadita niin suurta tarkkuutta. Voimakkaampi signaali mahdollistaa myös mikropartikkeleihin sitoutuneen leiman fluoresenssin mittaamisen nopeassa liikkeessä olevasta virtauksesta.Short-lived stamps provide a stronger signal and can be measured in a correspondingly shorter time. 15 This has the advantage that, in the time available, a larger number of microparticles can be measured for a single assay, the results of which can be averaged. This achieves a higher measurement accuracy and does not require such a high accuracy for the size distribution of the microparticles. The stronger signal also allows the fluorescence of the label bound to the microparticles to be measured from the fast moving flow.

25 Kaksoisfotonivirityksen käyttö tämän keksi n.nor. mukaisessa menetelmässä on erityisen edullista sen. vittusi, että partikkelin tunnistamiseen käytettävä Raman-viritys ja analyytin määrää osoittavan leiman F kaksoisfotoniviritys voidaan suorittaa samalla lasersäteellä, jonka 50 aallonpituus on punaisella tai NIR-alueella. Punaisen tai NIR-alueen valon käyttö on edullista Raman-vintyksessä, koska tällä aallonpituusalueella Ramar.-mittausta häiritsevää taustafluoresenssia syntyy vähemmän.25 The use of dual photon tuning was invented by n.nor. it is particularly advantageous in the process according to suggested that the Raman excitation used to identify the particle and the double photon excitation of the label indicating the amount of analyte F can be performed with the same laser beam having a wavelength of 50 in the red or NIR range. The use of red or NIR light is advantageous in Raman winch because in this wavelength range less background fluorescence interfering with Ramar. Measurement is generated.

35 Raman-sironta on molekyylirakenteisiin liittyvää epäelastista valon sirontaa, jossa molekyylirakenteiden ominaisvärähtelyjä vastaavat energiakvantit sekoittuvat sirontaa herättävään valoon. Raman-spekri ilmenee :! *IM UV I * -M* ' · · 11 96641 sironneen valon aallcnpituusmuutoksena herätevalon aallonpituuden kummallakin puolella. Raman-spektri sisältää samanlaista molekyylirakenteen informaatiota kuin infrapunaspektri (IR) . Raman-spektri voidaan saada 5 myös hyvin pienistä kohteista kuten mikropartikkeleista (P. Dhamelincourt & ai. Spectroscopy Europe 5/2(1993) 16- 26) . Sen vuoksi Raman-spektrin avulla voidaan tunnistaa ja erottaa toisistaan erilaisia molekyylirakenteita, joita on käytetty mikropartikkelien valmistukseen.35 Raman scattering is the inelastic scattering of light associated with molecular structures, in which the energy quanta corresponding to the characteristic vibrations of the molecular structures are mixed with the scattering-inducing light. The Raman spectrum appears:! * IM UV I * -M * '· · 11 96641 as the wavelength change of the scattered light on either side of the wavelength of the excitation light. The Raman spectrum contains similar molecular structure information as the infrared spectrum (IR). The Raman spectrum can also be obtained from very small targets such as microparticles (P. Dhamelincourt & et al. Spectroscopy Europe 5/2 (1993) 16-26). Therefore, the Raman spectrum can be used to identify and distinguish between different molecular structures used to make microparticles.

1010

Eri luokkiin kuuluvia mikropartikkeleita voidaan valmistaa tunnetuilla pclymerisaatiomenetelmillä siten, että eri partikkeliluckkien synteeseihin käytetyt monomeeriseokset poikkeavat toisistaan kemiallisen 15 koostumuksensa perusteella. Partikkeliluokkien valmistukseen käytetyt monomeeriseokset voivat poiketa toisistaan paitsi sisältämiensä monomeerilaatujen tai määrien perusteella niin myös muiden lisäindikaattoriaineiden laadun tai määrän perusteella. 20 Esimerkkinä monomeereista, jotka ovat keskenään yhteen polymerisoitavissa, ja jciden Raman-spektrit poikkeavat merkittävästi toisistaan mainitaan styreeni, deuteroitu styreeni (=styreeni-D6), metyylimetakrylaatti, sekä akryylinitriili. Mor.omeeriseokseen lisättäviä 25 indikaattoreita voivat olla esimerkiksi edellä mainittujen monomeerien oligo- ja polymeerit tai alifaattiset ja aromaattiset halogeeniyhdisteet.Microparticles belonging to different classes can be prepared by known pclymerization methods in such a way that the monomer mixtures used for the syntheses of the different particle lucers differ from each other on the basis of their chemical composition. The monomer mixtures used for the preparation of the particle classes may differ not only in the grades or quantities of monomer they contain but also in the nature or quantity of the other additional indicator substances. Examples of monomers that are polymerizable together and have significantly different Raman spectra include styrene, deuterated styrene (= styrene-D6), methyl methacrylate, and acrylonitrile. Indicators to be added to the monomer mixture may be, for example, oligo- and polymers of the above-mentioned monomers or aliphatic and aromatic halogen compounds.

Mikropartikkeleiden tunnistamiseen käytettäviä yhdisteitä 30 voidaan lisätä eri luokkiin kuuluvien mikropartikkelien valmistuseriin erilaisina kombinaatioina siten, että muodostuu mikropartikkeleita, joiden sisältämien eri , indikaattorien Raman-signaali ilmaisee partikkelin luokan binäärilukuna tai jonkin muun lukujärjestelmän lukuna. 35 Binääriluku 0 ilmaistaan esim. indikaattoripitoisuutena 0 ja binääriluku 1 ilmaistaan jollakin - nollasta poikkeavalla pitoisuudella.Compounds 30 used to identify microparticles can be added to batches of microparticles of different classes in various combinations to form microparticles having a Raman signal of various indicators indicating the class of the particle as a binary number or some other number system. 35 The binary number 0 is expressed, for example, as an indicator concentration 0 and the binary number 1 is expressed as a concentration other than zero.

96641 1296641 12

Esimerkiksi, styreenin ollessa partikkelisynteesi in käytetyn monomeeriseoksen pääkomponentt1 ja kolmen muun edellä mainitun monomeerin partikkelisynteesissä käytettyjä indikaattoreita, voidaan binääriluku-5 järjestelmän mukaan toimittaessa valmistaa kyseisistä monomeereista 23 eli 8 eri luokkaa edustavia partikkeleja. Mainituista monomeereista valmistettujen eri luokkaan kuuluvien polymeeripartikkelien Raman-spektrit voidaan erottaa toisistaan joko vertailemalla H) partikkeliluokkien spektrejä kokonaisuuksina US-· patentissa 5,313,406 esitetyllä menetelmällä tai vertailemalla spektrien yksittäisten piikien intensiteettejä. Kuvissa 1 on esitetty mainittujen yhdisteiden ja niiden rakenneanalogien Raman-spektrejä, 15 joita tarkastelemalla voidaan havaita, että kunkin yhdisteen Raman-spektrissä on karaktäärisiä, muiden mainittujen yhdisteiden spektreistä puuttuvia piikkejä.For example, with styrene being the main component of the monomer mixture used in the particle synthesis and the indicators used in the particle synthesis of the other three monomers mentioned above, 23 mice or 8 different classes of particles can be prepared from these monomers when delivered according to the binary number 5 system. The Raman spectra of different classes of polymer particles made from said monomers can be distinguished either by comparing the spectra of the H) particle classes as a whole by the method disclosed in U.S. Patent 5,313,406 or by comparing the intensities of the individual peaks in the spectra. Figures 1 show the Raman spectra of said compounds and their structural analogs, from which it can be seen that the Raman spectrum of each compound has characteristic peaks missing from the spectra of the other said compounds.

Kuvassa 1 on esitetty polystyreenin (la), bentseenm (Ib) 20 ja deuteroidun d6-bentseenin (le) Ramanspektrit. Vertailtaessa näitä spektrejä keskenään havaitaan, että korvaamalla bentseenirenkaan vetyatomit deuteriumatomeilla siirtyy aaltoluvuilla 3000-3100 sijaitseva Ramanpiikki aaltoluvui1le 2260-2300. Samalla 25 perusteella D6-styreenin (tai D6-polystyreenin) Ramanspektri poikkeaa H6 styreenin (tai H6-polystyree:u n) spektristä, ja näin ollen deuteroitua styreeniä (polystyreeniä) voidaan käyttää partikkeliluokkaa määräävänä indikaattorina H6-styreenipolymeerissä.Figure 1 shows the Raman spectra of polystyrene (Ia), benzene (Ib) 2 O and deuterated d6-benzene (Ic). Comparing these spectra with each other, it is observed that by replacing the hydrogen atoms of the benzene ring with deuterium atoms, the Raman peak at wavelengths 3000-3100 shifts to wavelengths 2260-2300. At the same time, based on 25, the Raman spectrum of D6-styrene (or D6-polystyrene) differs from that of H6-styrene (or H6-polystyrene), and thus deuterated styrene (polystyrene) can be used as an indicator of particle class in an H6-styrene polymer.

3030

Kuvassa 1 on esitetty myös polymetyylimetakrylaatin (Id) Raman-spektri. Tässä spektrissä havaitaan : karbonyyliryhmälle tyypillinen piikki aaltoluvuilla 1700- 1750 1/cm. Tällä aaltolukualueella ei polystyreeni 1 la 35 (la), eikä muilla tarkastelun alaisilla indikaattoriyhdisteillä ole piikkejä Raman-spetrissään. Näinollen metyylimetakrylaattipolymeeri sopiin polystyreenipartikkelien luokkaa määrääväksi 96641 is indikaattoriksi yhdessä muiden yllämainittujen indikaattorien kanssa.Figure 1 also shows the Raman spectrum of polymethyl methacrylate (Id). In this spectrum, the following is observed: a peak characteristic of the carbonyl group at wavenumbers of 1700-1750 l / cm. In this wavenumber range, there is no polystyrene 1 la 35 (la) and no other indicator compounds under consideration have peaks in their Raman spectrum. Thus, the methyl methacrylate polymer was suitable as an indicator determining the class of polystyrene particles 96641 is, together with the other indicators mentioned above.

Polyakryylinitriilin Raman-spektrissä on nitriili- 5 ryhmästä aiheutuva piikki aaltoluvuilla 2200-2250 1/cm.The Raman spectrum of polyacrylonitrile has a peak due to the nitrile group at wavelengths of 2200-2250 1 / cm.

Tällä aaltolukualueella ei polystyreenillä eikä tarkastelun alaisilla indikaattoriyhdisteillä ole piikkejä Raman spektreissään. Näinollen akryyli-nitriilipolymeeri soveltuu käytettäväksi polystyreeni-10 partikkeliluokan indikaattoriksi yhdessä muiden tarkastelunalaisten indikaattoriyhdisteiden kanssa.In this wavelength range, neither polystyrene nor the indicator compounds under consideration have peaks in their Raman spectra. Thus, the acrylic-nitrile polymer is suitable for use as an indicator of the polystyrene-10 particle class in combination with other indicator compounds under consideration.

Vastaavia esimerkkejä muista indikaattoriyhdisteistä, joiden Raman-spektri eroaa polystyreenin ja muiden Li mainittujen indikaattorien Raman spektreistä, voidaan esittää suuri määrä.Similar examples of other indicator compounds whose Raman spectra differ from the Raman spectra of polystyrene and other mentioned Li indicators can be shown in large numbers.

Mikropartikkelin luokan tunnistus sen antaman Raman-spektrin perusteella voi tapahtua useilla tunnetuilla 20 menetelmillä. Raman-emissio herätetään parhaiten lasersäteellä. Raman-taajuusspektrin rekisteröintiin voidaan käyttää esimerkiksi tavanomaista hilaspektrometriä, jossa on CCD-rivi-ilmaisin ja josta saadaan koko spektri samanaikaisesti. Raman 25 interferogrammi (joka on taajuusspektrin Fourier-muunnos) voidaan rekisteröidä käyttämällä esimerkiksi yksinkertaista inter ferometriä, joka on kytketty CCD-‘ ' rivi-ilmaisimeen. Taajuusspektri ja interferogrammi pystytään rekisteröimään kummassakin tapauksessa hyvin 30 lyhyessä ajassa, koska Raman-indikaattorien osuus mikropartikkelien kokonaismassasta voi olla jopa 1% ja käytetyn laserin intensiteetti voi olla niin suuri, että se tuottaa voimakkaan signaalin hyvin lyhyessä, alle 1 millisekunnin mittausajassa. Mikropartikkelien tunnistus 35 voi tapahtua yksittäisten taajusspektrin piikkien perusteella tai vertaamalla rekisteröityä taajuusspektriä tai interferogrammia eri luokkia vastaaviin referenssispektreihin. Vertaaminen tapahtuu nopeimmin ja 96641 i4 yksinkertaisimmin US-patentista 5,313,406 tunnetulla ristikorrelaatiomenetelmällä. Laskennan suoritus nykyaikaisella mikrotietokonetekniikalla voi tapahtua jopa 1 millisekunnissa.The identification of a class of microparticle based on the Raman spectrum it provides can be accomplished by a number of known methods. Raman emission is best excited by a laser beam. For example, a conventional lattice spectrometer with a CCD row detector can be used to record the Raman frequency spectrum, from which the entire spectrum is obtained simultaneously. The interferogram of Raman 25 (which is a Fourier transform of the frequency spectrum) can be recorded using, for example, a simple interferometer connected to a CCD line detector. In both cases, the frequency spectrum and the interferogram can be recorded in a very short time, since Raman indicators can account for up to 1% of the total mass of microparticles and the laser intensity used can be so high as to produce a strong signal in a very short measurement time of less than 1 millisecond. The identification of the microparticles 35 can take place on the basis of individual peaks of the frequency spectrum or by comparing the registered frequency spectrum or interferogram with the reference spectra corresponding to different classes. The comparison is made most quickly and most simply by the cross-correlation method known from U.S. Patent 5,313,406. Computation can be performed with modern microcomputer technology in as little as 1 millisecond.

55

Mikropartikkeleiden mittaus voidaan suorittaa objektilasin tai muun sellaisen alustan päällä, johon mikropartikkelit on asettu ja kiinnitetty kemiallisesti tai fysikaalisesti, tai nestesuspensiossa 10 reaktiokammiossa, nestekanavassa tai erillisessä mittauskyvetissä. Mittaus voi perustua pyyhkäisymikroskopiaan tai mittausoptiikka kohdistetaan jollakin muulla tavalla mikropartikkeleihin tai se voi olla kuvantava. Mittaus voi tapahtua myös 15 virtauskyvetissä, johon laimennettu mikropartikke- lisuspensio johdetaan. Mikropartikkelisuspension virtaus voidaan joko pysäyttää tai virtaus voi olla käynnissä mittauksen tapahtuessa. Mittaus voi tapahtua myös virtaussytometreille tavanomaiseen tapaan kyvetissä tai 20 vapaassa ilmassa. Mittauskyvetin apertuuri valitaan käytetyn mikropartikkelin suuruuden mukaan ja fotoluminesenssiemissio mitataan valomonistinputkella tai muulla herkällä fotoni-ilmaisimella tai sopivalla kuvailmaisimella. Ilmaisimena voidaan käyttää - myös 25 mikrokanavakuvavahvistinta ja puolijohdekuvailmaisinta (CCD). Riittävä lukumäärä mikropartikkeleita tunnistetaan ja analysoidaan tilastollisesti riittävän tarkan tuloksen saamiseksi jokaiselle analyytille. Mittaustulokset suhteutetaan standardinäytteillä suoritettuihin 50 mittauksiin, joiden perusteella lopputulokset lasketaan.The measurement of the microparticles can be performed on a slide or other support on which the microparticles have been placed and attached chemically or physically, or in a liquid suspension 10 in a reaction chamber, a liquid channel or a separate measuring cuvette. The measurement may be based on scanning microscopy, or the measurement optics may be targeted at the microparticles in some other way, or it may be imaging. The measurement can also take place in 15 flow cuvettes into which the diluted microparticle suspension is introduced. The flow of the microparticle suspension can either be stopped or the flow can be running at the time of measurement. The measurement can also take place for flow cytometers in the usual way in a cuvette or in free air. The aperture of the measuring cuvette is selected according to the size of the microparticle used and the photoluminescence emission is measured with a photomultiplier tube or other sensitive photon detector or a suitable image detector. 25 microchannel image amplifiers and a solid state image detector (CCD) can also be used as detectors. A sufficient number of microparticles are identified and analyzed to obtain a statistically accurate result for each analyte. The measurement results are related to the 50 measurements performed on standard samples, on the basis of which the final results are calculated.

Tälle keksinnölle on myös luonteenomaista, että tässä : esitetty mikrofotometrinen mittausjärjestelmä pystyy optisesti erottamaan mikropartikkeleiden pinnasta 55 lähtevän valoemission mikropartikkelien ympäristössä olevasta liuoksesta lähtevästä valoemissioSta. Tämä erottelukyky perustuu siihen, että kun reaktioliuosta laimennetaan huomattavasti, sopii fotoni-ilmaisimen 96641 15 fokusalueeseen kerrallaan vain yksi mikropartikkeli ja liuoksessa olevien vapaiden leimattujen reacenssien aiheuttama taustasignaali on vähäinen.It is also characteristic of the present invention that the microphotometric measurement system disclosed herein is capable of optically distinguishing light emission from the surface 55 of the microparticles from light emission from a solution in the vicinity of the microparticles. This resolution is based on the fact that when the reaction solution is diluted considerably, only one microparticle fits into the focus range of the photon detector 96641 15 at a time and the background signal caused by the free labeled reagents in the solution is small.

Kaksoisfotoniviritystä käytettäessä virityksen tehokkuus 5 on verrannollinen viritysvalon tehon neliöön. Tämä kaksoisfotonivirityksen ominaisuus vahvistaa oleellisesti mikropartikkeleiden pinnasta lähtevän valoemission erottelua mikropartikkelien ympäristössä olevasta liuoksesta ja optisista osista lähtevästä valoemis siosta. 10 Optisella erottelulla saavutetaan riittävä vapaan ja sidotun fraktion erottelukyky ilman kemiallisia tai fysikaalista erotusta, mutta mikäli on vält tärr.ätöntä, erottelua voidaan tehostaa millä tahansa tunnetulla erotusmenetelmällä kuten pesulla, suodatuksella tai 15 sentrifugoinnilla.When dual photon excitation is used, the excitation efficiency 5 is proportional to the square of the excitation light power. This property of dual photon excitation substantially enhances the separation of light emission from the surface of microparticles from the solution in the vicinity of the microparticles and the light emission from optical parts. Optical separation achieves sufficient resolution of the free and bound fractions without chemical or physical separation, but if unavoidable, separation can be enhanced by any known separation method such as washing, filtration or centrifugation.

Tämän keksinnön mukainen menetelmä ia siihen tarvittava laitteisto voidaan toteuttaa käytännössä monella eri tavalla. Keksinnössä on kuitenkin oleellista, se, että 20 jokainen erillinen mikropartikkeli, joka edustaa en analyyttiluokkaa, tunnistetaan Raman-spektrometrisesti. Biospesifisen reaktion voimakkuus mitataan samaan aikaan tai erikseen ja näin voidaan suorittaa monipararr.etrinen biospesifinen määritys samasta näytteestä.The method according to the present invention and the equipment required for it can be implemented in practice in many different ways. However, it is essential in the invention that each individual microparticle representing the analyte class is identified by Raman spectrometry. The intensity of the biospecific reaction is measured simultaneously or separately and thus a multipararea biospecific assay can be performed on the same sample.

25 Aikaerotteisuuteen ja/tai kaksoisfotoniviritykseen perustuvalla mittausjärjestelyllä voidaan fctolumi-nesenssiemissio F erottaa tausta fluoresenssista ]a sironnasta.With a measurement arrangement based on time resolution and / or double photon excitation, the fluorescence emission F can be distinguished from the fluorescence and scattering.

30 Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön erilaiset sovellutusmuodot voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.It will be apparent to those skilled in the art that various embodiments of the invention may vary within the scope of the claims set forth below.

»»

Claims (6)

1. Biospecifik multiparametrisk bestämningsmetod, där pä förhand tillverkade, i olika klasser indelade mikropartiklar känsliga för olika analyter har belagts med biospecifika reagens som binder olika analyter, där 5. de tili olika klasser hörande mikropartiklarna blandas och provet tillsätts denna blandning, - en blandning av med luminescerande molekyler märkta biospecifika sekundärreagens tillsätts, varvid en reaktion mellan analytmolekyler, märkta sekundärreagens och tili 10 mikropartiklarna immobiliserade reagens initieras, reaktionslösningen späds ut för att minska p& koncentrationen av de fria märkta reagensema, varje mikropartikels fotoluminescens mäts med en foton-detektor och mängden analytmolekyler bundna tili varje 15 partikel erhälls genom att mätä detektoms elektriska signalstyrka, kännetecknad därav att de tili olika klasser hörande mikropartiklarna innehäller sädana olika molekylstrukturer eller olika indikatorer pä 20 basen av vilka de identifieras och ätskiljs frän varandra med hjälp av Raman-spektra.1. Biospecific multiparametric assay method, in which pre-fabricated, microparticles divided into different classes sensitive to different analytes are coated with biospecific reagents that bind different analytes, where 5. the different microparticles belonging to different classes are mixed and the sample is added to this mixture, - a mixture of with luminescent molecules labeled biospecific secondary reagents are added, initiating a reaction between analyte molecules, labeled secondary reagents, and immobilized reagents to the microparticles, dilute the reaction solution to reduce the concentration of the free labeled reagents, bound to each particle is obtained by measuring the electrical signal strength of the detector, characterized in that the belonging to different classes of microparticles contain such different molecular structures or different indicators on the basis of which they are identified and separated from each other by means of Raman spectra. 2. En metod enligt patentkravet 1 kännetecknad därav att den fotoluminiscerande markören är en fluorescerande molekyl och att dess excitering 25 sker med dubbelfotonexcitering. 96641 i92. A method according to claim 1, characterized in that the photoluminescent marker is a fluorescent molecule and that its excitation occurs with double photon excitation. 96641 i9 3. En metod enligt patentkravet 1 kännetecknad därav att den fotoluminiscerande markören är en fluorescerande eller fosforescerande molekyl och att dess excitering sker som en en-’ 5 fotonexcitering.3. A method according to claim 1, characterized in that the photoluminescent marker is a fluorescent or phosphorescent molecule and its excitation occurs as a single photon excitation. 4. En metod enligt patentkravet 1 kännetecknad därav att den fotoluminiscerande markören är en kemiluminiscerande, bioluminiscerande 10 eller elektroluminiscerande molekyl.4. A method according to claim 1, characterized in that the photoluminescent marker is a chemiluminescent, bioluminescent or electroluminescent molecule. 5. En metod enligt patentkravet 2 eller 3 k ä n n e t e c k n a d därav att mikropartiklarnas Raman-excitering och den fotoluminiscerande markörens 15 excitering utförs med sanuna ljussträle.5. A method according to claim 2 or 3, characterized in that the Raman excitation of the microparticles and the excitation of the photoluminescent marker 15 are carried out with pure light beam. 6. En metod enligt nägon av patentkraven 1 tili 3 kännetecknad därav att exci ter ingen och detektionen av den fotoluminiscerande markören är 20 konfokala. »A method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the exciter and the detection of the photoluminescent marker are confocal. »
FI950175A 1995-01-16 1995-01-16 Biospecific assay method FI96641C (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI950175A FI96641C (en) 1995-01-16 1995-01-16 Biospecific assay method
EP96900108A EP0804732B1 (en) 1995-01-16 1996-01-03 A biospecific multiparameter assay method
DE69615818T DE69615818T2 (en) 1995-01-16 1996-01-03 A BIOS SPECIFIC MULTIPARAMETRIC TEST PROCEDURE
PCT/FI1996/000004 WO1996022531A1 (en) 1995-01-16 1996-01-03 A biospecific multiparameter assay method
US08/817,753 US5891738A (en) 1995-01-16 1996-01-03 Biospecific multiparameter assay method
JP52206296A JP3215428B2 (en) 1995-01-16 1996-01-03 Biospecific multi-parameter assays

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI950175A FI96641C (en) 1995-01-16 1995-01-16 Biospecific assay method
FI950175 1995-01-16

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI950175A0 FI950175A0 (en) 1995-01-16
FI96641B FI96641B (en) 1996-04-15
FI96641C true FI96641C (en) 1996-07-25

Family

ID=8542325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI950175A FI96641C (en) 1995-01-16 1995-01-16 Biospecific assay method

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI96641C (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FI950175A0 (en) 1995-01-16
FI96641B (en) 1996-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI101829B (en) Biospecific assay method
EP0804732B1 (en) A biospecific multiparameter assay method
US5026159A (en) Area-modulated luminescence (AML)
JP2638085B2 (en) Biospecific multiplex analyte assays
US7138280B2 (en) Masking of the background fluorescence and luminescence in the optical analysis of biomedical assays
US6538735B1 (en) Method and apparatus for producing and measuring light and for determining the amounts of analytes in microplate wells
US5190857A (en) Optical method for measuring an analyte using area-modulated luminescence
Kage et al. Tempo-spectral multiplexing in flow cytometry with lifetime detection using QD-encoded polymer beads
EP1991873B1 (en) Separation-free assay method
Morgan et al. Fluorescence lifetime imaging: an emerging technique in fluorescence microscopy
FI96641C (en) Biospecific assay method
US20130323855A1 (en) Device for holding a sample
US7260485B2 (en) Method and systems for distinguishing between materials having similar spectra
Soini et al. Detection methods of microsphere based single-step bioaffinity and in vitro diagnostics assays
CN100587472C (en) Method and system for distinguishing between materials having overlapping spectra
FI104586B (en) Method of monitoring a bioaffinity reaction in realtime
EP1163497A1 (en) Producing and measuring light and determining the amounts of analytes in microplate wells
FI90695B (en) Biospecific classification method
FI91920B (en) Process for improving the accuracy of a biospecific multi- parametric determination method
Rocks Light absorption, scatter and luminescence techniques in routine clinical biochemistry

Legal Events

Date Code Title Description
BB Publication of examined application
MM Patent lapsed