CN101535803B - 凝胶化测定装置以及试样盒 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种凝胶化反应测定装置以及试样盒。凝胶化反应测定装置能够在短时间高灵敏度且特异性地测定内毒素或β-D葡聚糖等、通过凝胶化反应测定的物质的浓度。在通过凝胶化反应测定试样中的目的物质的测定装置中,对收容含有测定目的物质的样本和含有产生凝胶化的试剂的溶液的试样盒(13)照射来自半导体激光器(11)的激光光束。试样盒中的溶液被搅拌棒(25)搅拌,使其生成微小且均匀的凝胶粒子,并从所述激光光束通过。试样盒(13)中生成的凝胶粒子的散乱光被光电二极管阵列(18)检测,基于其散乱光检测输出,通过计算机(21)以时间序列计测生成的凝胶粒子的散乱光强度或直径和数量。
Description
技术领域
本发明涉及凝胶化测定装置以及试样盒,通过检测凝胶化现象过程来测定内毒素或β-D葡聚糖等测定对象的试样中的浓度。
背景技术
内毒素(细胞内毒素)是以构成革兰氏阴性菌的细胞壁的脂多糖(磷脂质和多糖类的高分子复合体),将称作脂质A的脂质和多糖锁通过2-酮基-3-脱氧辛酸(KDO)结合的脂肪多糖(LPS)。由于细菌的死亡等,细胞壁破裂内毒素才被释放。内毒素对生物产生各种作用,特别是作为引起发热或致命的败血症或休克的有害物质,并且是DIC(弥散性血管内凝固综合症)的起因之一。而且,医药物品(注射剂等)或医疗用具(血管导管等)不被内毒素污染(无热原pyrogen free)是非常重要的,在使用细菌制作的医药物品(在重组蛋白质、基因治疗中使用的DNA等)中,完全除去内毒素是不可缺少的。
这种内毒素的除去确认或者急救医学中的计定测量,不仅要求测定试样数的多少,而且还要求以救命治疗为目的的迅速性。
在1964年,莱文和班发现了通过内毒素凝固(凝胶凝固)鲎的血球提取成分。利用该现象的内毒素检测法被称为鲎试验,此外,作为测定凝胶化现象的方法,已知有从凝胶凝固的样本溶液的稀释倍率测定内毒素浓度的凝胶化法,或者通过伴随凝胶化反应的浓度变化来测定内毒素浓度的比浊法。而且,还已知有代替凝固过程中的凝固前驱物质(基质)而加入发色合成基质(Boc-Leu-Bly-Arg-p-硝基苯胺),由其加水分解而使p-硝基苯胺游离,利用其黄色发色的比色测定内毒素浓度的发色合成基质法等。
而且,已知光学测定鲎试剂反应的过程,特别是基于测定伴随凝胶化反应的透过光量变化的比浊法进行测定的构成,例如,已知由通过使测定样本与鲎试剂混合的混合液的透过光强度随时间的变化而得到的规定时间内的变化量来测定样本的内毒素浓度的构成(下述的专利文献1)。
此外,利用同样的凝胶化反应的测定技术,不仅是内毒素,也可以被利用于β-D葡聚糖(β-Dglucan)等的测定。
β-D葡聚糖(β-D glucan)为构成真菌特征的细胞膜的多糖(多糖体)。通过测定β-D葡聚糖,不仅是假丝酵母或曲霉菌、隐球菌这样的一般在临床上常见的真菌,而且在还含有稀有真菌的广大范围内对真菌感染症的鉴别有效。
虽然在β-D葡聚糖的测定中利用的是通过β-D葡聚糖凝固(凝胶凝固)鲎的血球提取成分,但也可以与所述相同利用凝胶化法或比浊法、发色合成基质法来测定。
内毒素和β-D葡聚糖的测定方法具有共同点,例如,使用大致相同的测定硬件,通过从鲎的血球提取成分中除去G因子成分,能够对内毒素选择性地测定凝胶化反应或发色反应,而且由于通过前处理使试样中的内毒素不活化(钝化),因此能够对β-D葡聚糖选择性地测定凝胶化反应或发色反应。
专利文献1:日本特开2004-93536号公报
发明内容
(发明要解决的问题)
在现有的鲎试验中存在以下问题。
在所述中,凝胶化法为,将试样加入到鲎试剂液中并以一定温度静置,测定直到生成流动性较低的凝胶为止的时间。而且,比浊法为取得伴随凝胶化反应的浊度变化作为透过光量的变化,测定透过光量从反应开始直到变化一定的比例为止的时间作为凝胶化时间。
所述任一方法中生成凝胶都需要约90分钟的较长时间。即,反应溶液的凝胶化时间虽然与测定对象的物质的浓度成比例,但是由于凝胶化法和比浊法都不能从灵敏度这点检测正确的凝胶化开始时间,因此从凝胶化结束的时间算出反应量,得到凝胶化时间的基准。因此,凝胶化法和比浊法都不是适合于需要急救的情况或者测定多个样本的方法。此外,在比浊法中产生与内毒素无关系的非特异的浑浊,因此欠缺测定精度。而且,凝胶化法的测定界限浓度为3pg/ml,比浊法的测定界限浓度为1pg/ml。
另一方面,虽然发色合成基质法与凝胶化法和比浊法相比,测定时间为30分钟较短的时间,但是存在产生伪阳性反应的情况,难以进行特异度较高的测定,而且,测定准备繁杂,测定界限浓度也为3pg/ml,与比浊法相比更差。
本发明解决了所述问题,能够在短时间内高灵敏度且特异性地测定通过内毒素或β-D葡聚糖等、凝胶化反应测定的物质的浓度。
(解决问题所用的方法)
为了解决所述问题,本发明提供一种凝胶化反应测定装置,用于通过凝胶化反应测定试样中的目的物质,其包括:
试样盒,收容含有测定目的物质的样本和含有产生凝胶化的试剂的溶液;
将来自激光光源的激光光束照射在所述试样盒上的组件;
搅拌所述试样盒中的溶液,使其生成微小且均匀的凝胶粒子,并从所述激光光束中通过的组件;
受光元件,接受由所述试样盒中生成的各个凝胶粒子通过所述激光光束产生的散乱光;
计测组件,基于所述受光元件的散乱光检测输出,以时间序列计测凝胶粒子的直径和数量;以及
显示计测的凝胶粒子的散乱光强度或直径及其数量的组件。
而且,本发明的试样盒,由预先封入搅拌组件并通过密闭部件密闭的容器构成,其中所述搅拌组件用于搅拌产生测定目的物质的凝胶化的试剂、试样投入后的试样、以及所述试剂的溶液。
(发明的效果)
根据所述构成,接受所述试样盒中生成的各个凝胶粒子的通过所述激光光束产生的散乱光,基于该散乱光检测输出,以时间序列计测凝胶粒子的直径和数量。与以现有的使用透过光的比浊法为基准的测定方式相比,能够在短时间高灵敏度且特异性地测定内毒素或β-D葡聚糖等、通过凝胶化反应测定的物质的浓度。
而且,由于试样盒由预先封入搅拌组件并通过密闭部件密闭的容器构成,其中所述搅拌组件用于搅拌产生测定目的物质的凝胶化的试剂、试样投入后的试样、以及所述试剂的溶液,因此能够降低搬运或者操作过程中由于测定目的物质混入试样中而产生测定误差的可能性,并能够进行所述高灵敏度的测定。
附图说明
图1是表示本发明采用的测定装置构成的说明图;
图2A是表示利用图1的测定装置的内毒素的测定例的说明图;
图2B是表示利用图1的测定装置的内毒素的测定例的说明图;
图2C是表示利用图1的测定装置的内毒素的测定例的说明图;
图2D是表示利用图1的测定装置的内毒素的测定例的说明图;
图3A是表示利用图1的测定装置的内毒素的测定例的说明图;
图3B是表示利用图1的测定装置的内毒素的测定例的说明图;
图3C是表示利用图1的测定装置的内毒素的测定例的说明图;
图4是表示图1的测定装置的散乱光测定系统构成的说明图;
图5是表示从图1的测定装置的散乱光测定系统获得的测定信号的波形图;
图6是表示图1的测定装置的散乱光测定系统的电路说明图;图7是表示图1的测定装置的试样盒构成的说明图。
符号说明
11半导体激光器
12聚光透镜
13试样盒
14发光二极管(LED)
15磁力搅拌机
16试样溶液
17受光物镜
18光电二极管阵列
19增幅器
20AD变换器
21计算机
22光电二极管
25搅棒(搅拌棒)
77针孔
85运算增幅器
87绝对值电路
90_1、90_2~90_n窗口比较器
91_1、91_2~91_n计数器
131容器
132密闭部件
133鲎试剂
具体实施方式
以下,作为用于实施本发明的优选实施方式的一个例子,表示了关于通过检测使用鲎试剂的凝胶化反应来检测内毒素的浓度的测定装置的实施例。
实施例1
图1表示了采用本发明的测定装置的构成。在图1中,为了测定从半导体激光器11照射的散乱光的强度,激光通过聚光透镜12被调整为片光(sheet light),并被照射在试样盒13(例如玻璃制)内的内壁附近。而且,为了透过光的测定,将发光二极管(LED)14的光照射在试样盒13上,其透过光被光电二极管22接受。
为了试样盒13内的试样溶液16生成微小并均匀的凝胶粒子,被保持在37℃的既定温度的搅棒(搅拌棒)25以及磁力搅拌机15以1000rpm旋转搅拌。
来自试样溶液16中的凝胶粒子的散乱光通过受光物镜17,被由多个受光元件的光电二极管组成的光电二极管阵列18测定,测定结果作为电信号被输出。
光电二极管阵列18的光电二极管,使用受光面积为能够接受来自在统计学上能够测定仅一个凝胶粒子的观察区域的散乱光。光电二极管阵列18的输出被增幅器19进行电流电压变换之后,由AD变换器20进行AD变换,并被输入至计算机21。而且,光电二极管22检测的透过光也经过未图示的相同的增幅/AD变换,被输入至计算机21。
变换为数字信号的散乱光测定信号由使用例如个人计算机的硬件等构成的计算机21进行信号处理。计算机21包括:未图示的键盘、鼠标等操作装置、测定结果显示用的显示器、或者打印机等输出装置、其他装置、以及输入/输出与测定结果或测定相关信息的网络接口等。
图4详细表示图1的散乱光测定系统的构成。
来自试样溶液的散乱光通过图1的透镜17,被构成光电二极管阵列18的多个受光元件的光电二极管18a~18d测定作为电信号。在各个光电二极管的前部配置有针孔77,用于接受来自能够测定仅一个测定对象凝胶粒子的观察区域的散乱光。光电二极管18a~18d的输出由增幅器19进行电流电压变换、增幅之后,由AD变换器20进行AD变换,并被输入至计算机21。
并且,为了决定各个针孔77的大小,一个测定对象凝胶粒子的必要大小能够通过从预先进行的测定结果进行统计地运算来决定。
在计算机21中,散乱光强度信号的电位被根据凝胶粒子的粒径设置的多个比较器识别,通过利用计数器计算来自比较器的输出信号,测定既定粒径的凝胶粒子是几个。在这种情况下,由于凝胶粒子的一部分通过针孔77的边缘部而被错误计测的凝胶粒子的粒径,通过使用统计的概率论和根据标准粒子测定结果的公式的计算机的测定软件被修正。
图5表示了凝胶化测定过程中用图4的光电二极管18a~18d测定的散乱光强度信号的变化状态。来自凝胶粒子的散乱光被测定作为与粒子的大小相关的峰值信号83a~83d,来自试样溶液的其他部分的散乱光被测定作为背景信号84a~84d。
因此,为了不受背景信号影响,如图6所示,来自两个受光元件的光电二极管18a、18b的输出信号分别被输入至运算增幅器85进行减法运算。这样,背景信号被相抵消,如86所示仅测定仅来自凝胶粒子的散乱光强度变化。除去该背景信号的信号被输入至绝对值电路87。绝对值电路87的输出如标号88所示,成为没有背景信号而只是峰值信号的信号。
来自该绝对值电路的输出信号分别被输入至窗口比较器90_1、90_2~90_n,并识别其电位。由于各个比较器进行与凝胶粒子粒径相对应的电位比较,因此比较器的各个输出成为与凝胶粒子粒径相对应的信号。该信号分别被计数器91_1、91_2~91_n计算,并计算该粒径的凝胶粒子的数量。被计算后的数据被输入至运算电路92(或者直接输入至计算机21),用于后述的凝胶粒子的测定处理。
通过图1的计算机21计测凝胶粒子的散乱光强度或直径和其数量,显示输出至显示器,同时通过公式
X=∑(ωk·Pk)(1)
(ωk为附加到散乱强度Pk的粒子的重系数),运算每个时间的总散乱强度Xt,并通过未表图示的显示器显示结果。
而且,将含有测定目的物质的样本和含有产生凝胶化的试剂的溶液放入试样盒13,测定开始后,根据计测到达到一定以上的总散乱强度Xt的时间TL(延迟时间)、以及与该TL和试样溶液中的测定对象物质的量(浓度)相互关联,通过计算机运算目的物质的浓度,并显示。
此外,根据在凝胶化反应生成的凝胶粒子的生成速度V(V=dXt/dt)的最大值Vmax、以及与该Vmax和试样溶液中的测定对象物质的量(浓度)的相互关联,通过计算机运算目的物质的浓度,并显示。
而且,根据在凝胶化反应生成的凝胶粒子的最大生成量Xmax、以及与试样溶液中的测定对象物质的量(浓度)的相互关联,通过计算机运算目的物质的浓度,并显示。
以下,表示使用了采用本发明的测定装置的内毒素的测定例。
图2A中表示含有内毒素0.00pg/ml的试样的测定结果,图2B中表示含有内毒素0.31pg/ml的试样的测定结果,图2C中表示含有内毒素1.25pg/ml的试样的测定结果,图2D中表示含有内毒素5.00pg/ml的试样的总散乱光强度和透过率的测定结果。
在该测定中,在图1的装置的试样盒13中投入含有内毒素的试样和鲎试剂并开始搅拌,同时,通过光电二极管阵列18~增幅器19~AD变换器20~计算机21进行散乱光测定。而且,对于同一试样,为了验证现有的比浊法中的测定,使用发光二极管(LED)14~光电二极管22进行透过光测定。
在测定期间,计算机21将伴随凝胶化反应的凝胶粒子的总散乱强度Xt的时间序列的变化显示在显示器上。而且,运算达到一定以上的总散乱强度Xt的时间TL、凝胶粒子的生成速度的最大值Vmax、以及在凝胶化反应生成的凝胶粒子的生成量Xmax,并显示在显示器上。此外,还同时测定并运算试样的透过率变化,并显示在显示器上。
如图2A所示,在不含有内毒素的试样中,透过率缓慢减少。因此,在现有的测定透过率的比浊法中,出现检测与内毒素无关系的非特异性的浑浊的问题。在另一方面中,通过本装置从图2A的试样测定的总散乱光强度完全没有变化,在利用总散乱光强度的本发明的激光粒子散乱计测中,判断没有测定非特异性的浑浊。在图2B、图2C、图2D的各试样的测定中,通过比浊法中透过率的减少检测出上述的非特异性的浑浊。
一般来说,在比浊法中采用称作比浊时间分析法的方法,根据透过率到达一定值(凝胶化判定阈值)的时间(凝胶化时间)和内毒素浓度的相互关联,测定试样中的内毒素量。该方法具有以下缺点,当凝胶化判定阈值设定较小时,不能进行低浓度的内毒素的测定,而当凝胶化判定阈值设定较大时,错误测定非特异性的浑浊作为内毒素量,测定精度较差。例如,在图2B中,当凝胶化判定阈值较小设定为透过率70%时,不能求得低浓度的内毒素0.31pg/ml的测定值。或者,延长测定时间,直到透过率到达70%,虽然能够得到内毒素浓度,但是测定需要较长时间。
而且,例如在图2A中,当凝胶化判定阈值较大设定为透过率90%时,虽然能够短时间测定低浓度的内毒素,但是错误测定非特异性的浑浊作为内毒素量。因此,比浊时间分析法为精度和测定时间相反的方法。
与此相对,采用如本发明的测定总散乱光强度的方法,不会受到非特异性浑浊的影响,能够以短时间实现高精度的内毒素测定。
图3A~图3C表示在所述内毒素测定中运算、显示的总散乱强度Xt的延迟时间TL及其倒数1/TL、最大生成速度Vmax和内毒素浓度的测定结果。
在图3A中,延迟时间TL与内毒素浓度0.031pg/ml、0.063pg/ml、0.125pg/ml、0.25pg/ml、0.50pg/ml、1.0pg/ml、以及2.0pg/ml的关系为负的斜率的直线关系。
而且,如图3B所示,延迟时间的倒数1/TL与内毒素浓度为正的斜率的直线关系,在图3C中,最大生成速度Vmax与内毒素浓度0.31pg/ml、0.63pg/ml、1.25pg/ml、2.5pg/ml、5.0pg/ml、10pg/ml的关系为负的斜率的直线关系。
如以上所示,在本发明的测定装置中,能够进行0.031pg/ml和极低浓度的内毒素的测定。而且,利用本发明的测定装置,与现有技术的比浊法的最小测定灵敏度为0.3pg/ml相比,能够进行10倍的高灵敏度测定。而且,在本发明的测定装置中,内毒素0.3pg/ml的测定时间约30分钟,与现有技术的比浊法相比能够以三分之一的短时间测定。即,利用本发明的测定技术,能够在短时间高灵敏度且特异性地测定通过凝胶化反应测定的内毒素的浓度。
并且,在所述实施例中,对鲎试剂和试样分别投入到试样盒13中进行说明。
但是,如上所述,由于本发明与现有技术相比有约10倍程度高的测定灵敏度,因此需要考虑设计试样盒周围的构造来提高无内毒素的程度。
即,内毒素在通常环境中多数也会存在,决不否认在试剂制造工序中或者测定操作中存在少许内毒素混入试样盒内的可能性。
因此,例如在以试样盒13的一端被打开或可开闭以便能够分别投入鲎试剂和试样的现有技术设定的无内毒素程度中,本发明的测定装置对不含有内毒素的样本,也可能由于混入的内毒素影响,而检测出内毒素阳性。
因此,如图7所示,考虑如下构成试样盒13,在树脂或玻璃等制成的容器131中收容搅棒(搅拌棒)25和必要量的鲎试剂133,上部用密闭部件132密闭。
虽然密闭部件132的样式是任意的,但当然要使用在搬运或操作的过程中不会混入内毒素的部件。
考虑测定试样(样本)向试样盒13内的导入为,例如用注射针等穿孔密闭部件132来注入等的方式。或者为了使测定试样(样本)的导入更容易,也可以用在试样盒13内相对于大气压保持一定的负压程度的方式确定密闭部件132的密闭方法。
当然,图7所示的试样盒13在实现一定的无内毒素程度的制造环境下组装。
如图7所示构成的试样盒13可以作为构成图1、图4至图6表示的测定装置的附属品或同族产品的一部分例如测定工具这样的产品提供给使用者,在这种情况下,能够容易地形成满足既定无内毒素程度的测定环境,并能够稳定达成高精度的测定结果。
并且,在图7中,虽然表示仅一个样本(试样)的试样盒的构成,但是将多个同样的构成一体化,构成能够同时测定多个样本(试样)这样的产品也容易。在这种情况下,如图1所示的测定装置侧的构成也需要与多个试样盒对应的数量。
而且,在以上的实施例中,虽然考虑测定对象的物质为内毒素,但也可以将相同的测定硬件应用于使用同样或类似的鲎试剂的β-D葡聚糖测定等、检测凝胶化现象过程的相同的测定处理。
产业利用可能性
本发明能够在各种测定装置中实施,通过检测凝胶化现象过程来测定在使用鲎试剂的内毒素或β-D葡聚糖等测定对象的试样中的浓度。
Claims (7)
1.一种凝胶化反应测定装置,用于通过凝胶化反应测定试样中的内毒素或β-D葡聚糖的浓度,所述凝胶化反应测定装置的特征在于,包括:
试样盒,收容含有内毒素或β-D葡聚糖的样本和含有通过该内毒素或β-D葡聚糖产生凝胶化的试剂的溶液;
将来自激光光源的激光光束照射在所述试样盒上的组件;
搅拌所述试样盒中的溶液,使其生成微小且均匀的凝胶粒子,并从所述激光光束通过的组件;
受光元件,接受由所述试样盒中生成的各个凝胶粒子通过所述激光光束产生的散乱光;
计测组件,基于所述受光元件的散乱光检测输出,以时间序列计测凝胶粒子的直径和数量;以及
显示计测的凝胶粒子的散乱光强度或直径及其数量的组件。
2.根据权利要求1所述的凝胶化反应测定装置,其特征在于,所述受光元件构成为接受来自大致一个测定粒子的散乱光。
3.根据权利要求1或2所述的凝胶化反应测定装置,其特征在于,所述受光元件设置有多个,并且同时测定与多个所述受光元件对应的散乱光。
4.根据权利要求3所述的凝胶化反应测定装置,其特征在于,对来自一对所述受光元件的输出进行减法运算,使有效信号的比例增大。
5.根据权利要求1所述的凝胶化反应测定装置,其特征在于,所述计测组件根据公式
X=∑(ωk·Pk)
ωk为附加到散乱强度Pk的粒子的重系数,求出每个时间t的凝胶粒子数Xt。
6.一种试样盒,使用权利要求1至5中记载的凝胶化反应测定装置,其特征在于,所述试样盒由预先封入搅拌组件并通过密闭部件密闭的容器构成,其中所述搅拌组件用于搅拌通过内毒素或β-D葡聚糖产生凝胶化的试剂、试样投入后的试样、以及所述试剂的溶液。
7.根据权利要求6所述的试样盒,其特征在于,在内毒素或β-D葡聚糖的含有量为既定程度以下的环境中,进行所述试剂和所述搅拌组件的封入。
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