CN102028450A - 用于检测体内物质的探针和用该探针检测体内物质的系统 - Google Patents
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Abstract
本申请披露了一种用于检测体内物质的探针和用该探针检测体内物质的系统,所述探针适于检测齿龈沟液中的体内物质。该探针包括齿龈沟插入部和感应部。齿龈沟插入部能够插入齿龈沟内。感应部设置在所述齿龈沟插入部上,并且包含允许对体内物质进行光学检测的检测物质。本申请还披露了一种用于检测所述体内物质的系统。用于检测体内物质的系统包括:探针,用于检测体内物质;光照射器,用于将光照射在探针的感应部上;以及光检测器,用于当通过光照射器进行光照射时检测来自感应部内部的光学信息。
Description
相关申请的参考
本发明包含于2009年10月1日向日本专利局提交的日本专利申请第2009-229567号的主题、2009年12月9日向日本专利局提交的日本专利申请第2009-279758号的主题、2010年4月5日向日本专利局提交的日本专利申请第2010-087060号的主题以及2010年7月5日向日本专利局提交的日本专利申请第2010-153058号的主题,其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种用于检测体内物质的探针,该探针可用作检测齿龈沟液中体内物质的器具。更具体地,本发明涉及一种用于检测体内物质的探针,并且还涉及一种利用检测体内物质的探针来检测体内物质的系统,该探针允许对齿龈沟液中体内物质进行光学检测。
背景技术
为了检测体内物质,通常,采集血液,然后对血液中的体内物质进行光学或电子分析是一般惯例。然而,血液的采集是一种侵入性的方法,需要抽血医师的医疗资格等,而且费用较高。此外,在实际的检测或测定中需要血液净化,从而涉及需要人力和时间来获 取检测或测定结果的问题。另外,连续的测定需要增加采样次数,使得对被验者施加了很大的负担。因此,存在的另一个问题是不可能实时测定。
因此,近年来,已经开发了多种方法来减小对生物体的侵入性。以血糖水平的测定作为实例,下文中,将描述非侵入性和低侵入性的测定方法。
非侵入性测定方法包括:应用于真皮、手臂、指尖等并通过用红外光测定散射透射光谱来确定血液中的葡萄糖水平的方法;应用于唇粘膜并通过用红外光测定散射光谱来确定血液中的葡萄糖水平的方法;应用于指尖并通过测定拉曼散射光谱来确定血液中的葡萄糖水平的方法;以及应用于皮肤并通过执行光声测定来确定血液中的葡萄糖水平的方法。
然而,这些非侵入性测定方法伴随的问题在于,尽管这些方法能实时测定血糖水平,但是它们与依赖于血液采集的测定方法相比精度较差。
另一方面,低侵入性测定方法包括:通过根据电离子透入疗法的相同原理从手臂采集体液来测定体液(细胞间液)中的葡萄糖水平的方法;通过在超声波下从皮肤采集体液来测定体液中葡萄糖水平的方法;通过用补片或套管从手臂采集体液来测定体液中葡萄糖水平的方法;通过从眼睛采集泪液并进行荧光测定来测定泪液中葡萄糖水平的方法;通过从眼睛采集泪液并进行全息衍射来测定泪液中葡萄糖水平的方法;通过从口中采集唾液来测定唾液中葡萄糖水平的方法;以及通过采集尿液来测定尿液中葡萄糖水平的方法。
然而,这些低侵入性测定方法伴随着很多问题,即,因为体液中的葡萄糖水平与血液中相应的葡萄糖水平相比被延迟大约30分 钟,所以这些方法不能执行实时测定;因为体液、泪液、唾液或尿液中葡萄糖的浓度低至血液中葡萄糖浓度的1/10以下,所以这些方法难以精确地执行葡萄糖浓度的测定;而且因为对于从口中采集唾液来说难以进行稳定采样,所以这些方法几乎不能对葡萄糖水平执行精确的测定。
同时,作为非侵入性测定方法,正在开发一种检测齿龈沟液中体内物质的方法。众所周知,例如齿龈沟液中的葡萄糖水平与血液中葡萄糖水平基本一致,随着时间而改变。因此,能够通过测定齿龈沟液中的葡萄糖水平来执行糖尿病的诊断、治疗及控制。
另一方面,关于作为肝功能参数的天门冬氨酸转氨酶(AST)的活性及丙氨酸转氨酶(ALT)的活性,众所周知,它们在齿龈沟液中的值与血液中的相应值相关。因此,能够通过测定齿龈沟液中的AST活性和ALT活性来确定肝功能低下的程度。
就如上所述用于测定齿龈沟液中体内物质的技术而言,日本专利公开第2001-201437号披露了一种基于从齿龈沟液中所包含的化学物质的浓度来非侵入性地推定诸如葡萄糖水平的生物信息的概念的、与可在毛细作用下吸入齿龈沟液的毛细管装置有关的技术。
此外,日本专利公开第2005-283366号披露了一种采集器具,从横截面来看,其由外壳部和从外壳部在向心方向上延伸的多个肋部构成。在这些肋部之间,从其一端至其相对端贯通采集器具形成多个毛细通道,以吸入液体。因此,采集器具能够以极微量方式从采集部位定量采集如几微升以下小的微量体液。
然而,因为这些技术依赖于使用上述毛细装置或采集器具采集诸如齿龈沟液的体液并随后测定所采集体液中体内物质水平的方 法,所以它们需要繁琐的样品处理,耗时耗力,并且要求熟练操作。另外,对于连续的测定,频繁地执行采样是必要的。事实上,上述技术不能实时测定体内物质的水平。
发明内容
如上所述,近年来,已经开发了通过测定齿龈沟液中体内物质来执行各种疾病的诊断、治疗及控制的技术。然而,目前的现状是如日本专利公开第2001-201437号中所披露的技术,还没有一种技术达到允许对齿龈沟液中体内物质的进行实时测定的程度。另一个问题在于,因为从齿龈沟(即,非常狭窄的部位)中采集样本,所以仅能采集少量的齿龈沟液,并且不能维持测定精度的稳定性。
因此,本发明期望提供一种能够实时、高精度、非侵入性地测定齿龈沟液中体内物质的技术。
为了实现上述期望,本发明者已经锐意地进行了研究。结果,本发明者根本地改变了齿龈沟液的采集理念,提出了测定齿龈沟液中体内物质的理念,从而完成了本发明。
因此,在本发明的一个方式中,提供一种用于检测体内物质的探针,以检测齿龈沟液中的体内物质,该探针包括:齿龈沟插入部,可插入齿龈沟中;以及感应部,设置在齿龈沟插入部上,并包含允许对体内物质进行光学检测的检测物质。优选地,探针可以进一步包括光波导管,用于至少执行对感应部的光照射和感应部中的光检测中的一种。光波导管可以由例如光纤形成。
齿龈沟插入部优选具有不大于0.2mm的短边或短轴。
优选地,齿龈沟插入部可配置有在毛细作用下采集齿龈沟液的毛细管部,并且可以通过毛细管部将齿龈沟液引入至感应部。感应部优选设置在毛细管部的内壁上,并且检测物质被固定在感应部中。光波导管优选连接至毛细管部的圆柱形侧壁。固定可以通过例如光反应来实现。
优选地,当检测物质特异性结合体内物质时,检测物质会引起荧光强度的改变。检测物质可以是例如硼酸化合物。作为优选的替代物,检测物质可以包括:(1)至少一种酶;以及(2)能够变为光学测定对象的物质。
优选地,能够变为光学测定对象的物质可以是通过与作为酶反应产物的过氧化氢反应而转换成荧光源的物质。荧光源物质可以是例如试卤灵。作为优选的替代物,能够变为光学测定对象的主体的物质可以是通过与作为酶反应产物的过氧化氢反应其吸光度改变的物质。吸光度改变的物质可以是例如邻联茴香胺。
检测物质可以包括:(1)用于催化齿龈沟液中体内物质参与的第一反应的第一酶和用于催化由第一反应形成的产物参与的第二反应的第二酶;以及(2)能够变为光学测定对象的物质。第一酶可以选自于例如包括葡萄糖氧化酶、醇氧化酶、尿酸酶(尿酸氧化酶)、乳酸氧化酶、果糖基(fructosyl)氨基酸氧化酶、肌氨酸氧化酶及胆固醇氧化酶的组。第二酶可以为例如过氧化物酶。
在本发明的另一个方式中,还提供了一种用于检测体内物质的系统,以检测齿龈沟液中体内物质,该系统包括:用于检测体内物质的探针,其配置有可插入齿龈沟中的齿龈沟插入部,以及设置在齿龈沟插入部上并包含允许对体内物质进行光学检 测的检测物质的感应部;光照射器,用于将光照射在用于检测体内物质的探针中的感应部上;以及光检测器,用于在通过光照射器进行光照射时,检测来自感应部内部的光学信息。优选地,系统可以进一步包括二色元件,用于在通过光照射器进行光照射时从感应部内部提取光学信息。
根据本发明,能够测定齿龈沟中的齿龈沟液中体内物质,使得能够实时、高精度地、非侵入性地测定齿龈沟液中体内物质。
附图说明
图1是根据本发明的用于检测体内物质的探针的第一实施方式的示意性概念图;
图2A至图2F是以实例的方式示出了根据本发明的用于检测体内物质的探针的齿龈沟插入部的截面形状的示意性截面图;
图3是示出了将根据本发明的用于检测体内物质的探针的第二实施方式连接至用于检测体内物质的测量仪的方式的示意性概念图;
图4是从侧面观察根据本发明的用于检测体内物质的探针的第三实施方式中的齿龈沟插入部的示意性截面图;
图5是从侧面观察根据本发明的用于检测体内物质的探针的第四实施方式中的齿龈沟插入部的示意性截面图;
图6是从侧面观察根据本发明的用于检测体内物质的探针的第五实施方式中的齿龈沟插入部的示意性截面图;
图7是从侧面观察根据本发明用于检测体内物质的探针的第六实施方式中的齿龈沟插入部的示意性截面图;
图8是从侧面观察根据本发明的用于检测体内物质的探针的第七实施方式中的齿龈沟插入部的示意性截面图;
图9是根据本发明的用于检测体内物质的探针的第八实施方式的示意性概念图;
图10是根据本发明的用于检测生物内物质的探针的第九实施方式中的毛细管部的放大的局部示意性概念图;
图11是根据本发明的用于检测体内物质的探针的第十实施方式的示意性概念图;
图12是根据本发明的用于检测体内物质的探针的第十一实施方式的示意性概念图;
图13是示出了光波导管连接至构成根据本发明的用于检测体内物质的探针的毛细管部的圆柱形侧壁的实施方式的基本结构的示意性概念图;
图14是根据本发明的用于检测体内物质的系统的第一实施方式的示意性概念图;
图15是根据本发明的用于检测体内物质的系统的第二实施方式的示意性概念图;
图16是实施例1中在载玻片上所制作的感应部的8倍放大图片;
图17是通过将实施例3中的10μL的100mg/dL的D-葡萄糖/PBS溶液滴在感应部上所测定的荧光强度的曲线;
图18是示出了当实施例3中的10μL的磷酸盐缓冲液(PBS)被单独地滴在感应部上时与当实施例3中的10μL的100mg/dL的D-葡萄糖/PBS溶液被滴在感应部上时二者之间的荧光强度的差异的曲线;
图19是示出了在实施例5中使用不具有感应部的用于检测体内物质的探针检测试卤灵水溶液中所发射的荧光的测定结果的曲线;
图20是示出了在实施例5中使用不具有感应部的用于检测体内物质的探针检测载玻片上的感应部中所发射的荧光的测定结果的曲线;
图21是示出了在实施例6中使用根据本发明的用于检测体内物质的探针检测D-葡萄糖的检测结果的曲线;
图22是示出了在实施例8中当根据本发明的用于检测体内物质的每个探针被浸入单独的磷酸盐缓冲液(PBS)的等分试样(1mL)中时与当它们被浸入D-葡萄糖溶液的等分试样(1mL)中时二者之间的荧光强度的差异的曲线;
图23是示出了实施例9中通过使用根据本发明的用于检测体内物质的探针测定的D-葡萄糖的定量结果的曲线;
图24是示出了实施例10中利用感应部的结构形成在光纤的一个端面上的用于检测体内物质的探针的荧光测定的结果的 曲线,该感应部通过使用其中包含有光反应二叠氮化合物的光固定水溶液而形成在光纤的一个端面上;
图25A和图25B是实施例11中的荧光观察图像。具体地,图25A和图25B是分别从侧面及截面观察的感应部的荧光观察图像,该感应部通过使用与实施例10相同的光固定水溶液而形成在毛细管的内壁上;
图26是示出了实施例12中的荧光测定结果的曲线。具体地,图26是示出了利用具有形成在毛细管内壁上的感应部的探针和连接至探针的萤光光度计的不同D-葡萄糖浓度下的荧光测定结果的曲线。
图27是示出了实施例13中的荧光测定结果的曲线。具体地,图27是示出了利用具有形成在毛细管内壁上的感应部的探针和连接至探针的萤光光度计的乙醇的荧光检测和测定结果的曲线;
图28是示出了实施例14中的荧光测定结果的曲线。具体地,图28示出了通过使用与实施例13中所采用的检测探针相同的探针对D-葡萄糖进行检测的荧光测定结果的曲线。
图29是示出了实施例15中的荧光测定结果的曲线。具体地,图29示出了利用具有形成在毛细管内壁上的感应部的探针及连接至探针的萤光光度计的尿酸的荧光检测和测定结果的曲线;
图30是示出了实施例16中的荧光测定结果的曲线。具体地,图30是示出了利用具有形成在毛细管内壁上的感应部的探 针及连接至探针的萤光光度计的乳酸的荧光检测和测定结果的曲线;
图31是示出了实施例17中的荧光测定结果的曲线。具体地,图31是示出了利用具有形成在毛细管内壁上的感应部的探针及连接至探针的萤光光度计的糖化白蛋白及白蛋白的荧光检测和测定结果的曲线;
图32A和图32B是示出了实施例18中的荧光测定结果的曲线。具体地,图32A和图32B是示出了利用具有形成在毛细管内壁上的感应部的探针及连接至探针的萤光光度计的肌酸酐及肌酸的荧光检测和测定结果的曲线。应当注意,肌酸酐酶包含在图32A中所示的荧光检测和测定结果中,而不包含在图32B中所示的荧光检测和测定结果中;
图33A和图33B是示出了实施例19中的荧光测定结果的曲线。具体地,图33A和图33B是示出了利用具有形成在毛细管内壁上的感应部的探针及连接至探针的萤光光度计的胆固醇及混合样品溶液的荧光检测和测定结果的曲线。应当注意,肌胆固醇酯酶包含在图33A中所示的荧光检测和测定结果中,而不包含在图33B中所示的荧光检测和测定结果中;以及
图34A示出了当构成根据本发明的用于检测体内物质的探针的毛细管部未配置有通气孔时的明视场图像和荧光图像,图34B示出了当构成根据本发明的用于检测体内物质的探针的毛细管部配置有通气孔时的明视场图像和荧光图像。
具体实施方式
下文中,将参照附图对用于执行本发明的一些优选实施方式进行描述。应当注意,下文中所描述的实施方式仅表示本发明的典型实施方式的一些实例,本发明的范围不应当由下面的实施方式狭义地说明。将以下面的顺序进行描述。
1.用于检测体内物质的探针1
(1)齿龈沟插入部11
(2)感应部12
(2-1)在体内物质为糖类的情况下
(2-1-1)体内物质:糖类/检测物质:硼酸化合物
(2-1-2)体内物质:葡萄糖/检测物质:葡萄糖氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
(2-2)在体内物质为醇的情况下
(2-2-1)体内物质:醇/检测物质:醇氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
(2-3)在体内物质为嘌呤衍生物的情况下
(2-3-1)体内物质:尿酸/检测物质:尿酸酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
(2-4)在体内物质为糖酵解产物的情况下
(2-4-1)体内物质:乳酸/检测物质:乳酸氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
(2-5)在体内物质为糖化蛋白的情况下
(2-5-1)体内物质:糖化白蛋白或白蛋白/检测物质:蛋白酶、果糖基-氨基酸氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
(2-5-2)体内物质:糖化白蛋白或白蛋白/检测物质:成分(a):蛋白酶,以及成分(b):果糖基-氨基酸氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
(2-6)在体内物质为氨基酸的情况下
(2-6-1)体内物质:肌酸酐或肌酸/检测物质:肌酸酐酶、肌酸脱水酶、肌氨酸氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
(2-6-2)体内物质:肌酸酐或肌酸/检测物质:肌酸脱水酶、肌氨酸氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
(2-7)在体内物质为脂类的情况下
(2-7-1)体内物质:胆固醇或胆固醇酯/检测物质:胆固醇酯酶、胆固醇氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
(2-7-2)体内物质:胆固醇或胆固醇酯/检测物质:胆固醇氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
(2-8)体内物质的其它候选实例
(3)光波导管13
(4)毛细管部14
2.用于检测体内物质的系统10
(1)光照射器15
(2)光检测器16
(3)二色元件17
(4)聚光透镜18
(5)滤光器19
<1.用于检测体内物质的探针>
参照图1,将描述根据本发明的用于检测体内物质的探针1的第一实施方式。根据本发明的用于检测体内物质的探针1为用于检测齿龈沟液中体内物质的器具,大致划分,至少配置有齿龈沟插入部11和感应部12。另外,如需要,探针1还可以配置有光波导管13和毛细管部14。下文中,将详细描述这些元件的每一个。
本文中所使用的术语“齿龈沟液”指的是存在于齿龈沟中并包含来自牙齿组织的体内物质的液体。具体地,可涉及齿龈沟渗出液(GCF:包含从齿龈渗出的血浆成分和组织液成分的液体)、从齿龈出血的血液(包含白血球成分、红血球成分、血浆等)等。应当注意,术语“齿龈沟”通常指的是作为牙齿组织中牙齿与齿龈之间的边界的沟槽。
(1)齿龈沟插入部11
根据本发明的用于检测体内物质的探针1首先具有可插入齿龈沟内的齿龈沟插入部11。在齿龈沟插入部11可插入齿龈沟内的范围内,不对其形状或尺寸作具体的限定,从而可自由设计齿龈沟插入部11以满足其目的。例如,其截面形状不局限于关于第一实施方式所示的这种圆形形状,而是如图2B至图2F所示,其截面形状还可以设计为诸如椭圆形、正方形、矩形、月牙形等形状。
尽管没有在任何图中具体地示出,但是齿龈沟插入部11可被设计为其直径或截面积从其顶部向其主体逐渐增大的锥形形状。设计成这样的锥形形状可使其向齿龈沟内的插入工作容易,而且可避免对被验者的齿龈的损伤。
在齿龈沟插入部11能够被插入齿龈沟内的范围内,可根据需要设计齿龈沟插入部11的尺寸。因为正常人的齿龈沟宽度约为0.2mm,深度约为2mm,所以优选将齿龈沟插入部11的短边或短轴(参见图2A至图2F中的符号L)设定为0.2mm以下。齿龈沟插入部11的短边或短轴的0.2mm以下的设定使其能够避免当将齿龈沟插入部11插入齿龈沟内时引起对齿龈的刺激或损伤。
只要齿龈沟插入部11能够插入齿龈沟,对于用于齿龈沟插入部11的材料没有具体的限制。然而,优选使用具有挠性的材料。用具有挠性的材料形成齿龈沟插入部11能够避免对被验者齿龈的损伤。具有挠性的材料的实例包括树脂、金属、陶瓷、纸、诸如毛毡材料的织物等。
只要根据本发明的用于检测体内物质的探针1可连接至用于检测体内物质的测量仪,对于检测体内物质的探针1的部分的形状、尺寸等没有特别限制,所述部分不是齿龈沟插入部11,因此,可根 据目的将用于检测体内物质的探针1的这样的部分的形状、尺寸等设计成期望的。当如下所述使用光纤时,例如,可如图3的第二实施方式中所示来实现光学检测,具体地,通过形成具有金属箍(光学连接构件)F1和套管S的主体并通过套管S将金属箍F1与测量仪侧的另一个金属箍F2连接来实现光学检测。应当注意,符号OF1和OF2分别表示光纤。
在第二实施方式中,套管S设置在根据本发明的用于检测体内物质的探针1的一侧上。然而,应当注意,本发明不局限于该实施方式,而可以自由设计为在测量仪侧的金属箍F2配置有套管S,或者可以仅在将金属箍F1和F2连接至一起时使用套管S。
(2)感应部12
齿龈沟插入部11配置有感应部12。在该感应部12中包括了允许根据与体内物质的相互反应对体内物质进行光学检测的一种或多种检测物质。
只要上述一种或多种检测物质可结合在感应部12中,对于感应部12的形成方式没有具体的限制,因此,能够以期望的方式形成感应部12。例如,可以将包含一种或多种上述检测物质(还可组合一种或多种其它物质)的溶液涂布在齿龈沟插入部11的期望位置上并随后使涂布后的溶液进行一个或多个固定反应、干燥等,从而将一种或多种上述检测物质直接固定在齿龈沟插入部11上而形成感应部12。
或者,还可以通过将一种或多种上述检测物质固定在用对生物体没有副作用的材料形成的膜中来形成感应部12。更具体地讲,例如,固定有一种或多种上述检测物质的膜状感应部(下文中称为“感应膜”)可如下形成在齿龈沟插入部11上:将包含一种或多种上述 检测物质的溶液与包含能够形成膜的材料的另一种溶液彼此混合,将所得混合物涂布在齿龈沟插入部11的期望位置上,随后进行干燥、光照射等。
在这种情况下,对于形成感应膜的材料没有具体限制,可根据需要选择并使用已知的材料,只要它是能够固定一种或多种上述检测物质并对生物体没有副作用的材料即可。可用实例包括UV固化树脂、热固性树脂、琼脂糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶、戊二醛、其它多孔固定材料、常用的酶固定剂等。
可根据要被固定的一种或多种检测物质的种类、性质等来选择这些材料中的所需要的一种。例如,如本文随后将描述的,当期望将一种或多种酶结合在感应部12中时,优选选择UV固化树脂等,使它的或它们的酶活性不被削弱。
根据本发明的用于检测体内物质的探针1能够通过使用可对体内物质执行光学检测的测量仪等来实时地检测体内物质。
理论上,还能够通过使用电化学传感器等并将其电极直接插入齿龈沟内来实时地执行体内物质的电化学测定。然而,当使用这种电化学传感器等时,齿龈沟液内的盐成分沉积在测定时所使用的传感器的电极上,导致测定值变化。因此,难以获取用于医疗诊断的足够高精度的检查值。此外,传感器由于齿龈沟液中的盐成分而易于损坏,因此,电化学测定费用高,并且很难用于连续测定。
然而,在根据本发明的用于检测体内物质的探针1中,允许对体内物质进行光学检测的一种或多种物质被结合在感应部12中。因此,生物体内的目标物质的光学检测是切实可行的,从而能够获取高精度的测定值。
对于要被结合在感应部12中的一种或多种检测物质没有具体的限制,只要它或它们允许通过与体内物质的相互作用、化学反应、酶反应等来对体内物质进行光学检测即可。根据作为检测对象的体内物质,可根据需要选择并使用一种或多种检测物质。
作为检测对象的体内物质是能够用于多个领域中的分析或诊断的物质。尤其在医学领域中,诸如下文中将要描述的那些,糖类、嘌呤衍生物、糖酵解产物、氨基酸、脂类等能够用作诸如糖尿病、血脂异常症及高尿酸血症的生活习惯相关疾病及其它代谢障碍的重要指标。它们还可用作与上述疾病相关联的疾病(例如,诸如动脉硬化、脑梗塞、蛛网膜下出血、诸如心力衰竭的心脏疾病、以及脑血管疾病的许多疾病)的预防、缓解及治疗的指标。从健康控制或检查症状的任何变化的角度来看,期望以恒定间隔或者在某些情况下每隔预定时间对生物体内的这种物质进行长期监控。然而,在诸如血液采集的侵入性测定方法中,由于被验者的负担等,很难进行这种长期监控。与之相比,本发明允许非侵入性测定,因此,使以恒定间隔或必要时每隔预定时间进行长期监控变得容易。此外,本发明能够非侵入性且便利地执行测定,因此,不但可以用在医学领域,而且可以用在诸如犯罪实验室工作的广泛范围内。
下文中,将给出作为检测对象的体内物质的示例并给出适用于体内物质的检测物质的实例来进行描述。
(2-1)在体内物质为糖类的情况下
糖类的实例可以包括诸如核糖、葡萄糖、半乳糖及果糖的单糖以及诸如乳糖和蔗糖的二糖。
如上所述,例如,众所周知,齿龈沟液中的葡萄糖水平以基本上与血液中的葡萄糖一致的方式随着时间而改变。因此,能够通过 测定齿龈沟液中的葡萄糖水平来执行糖尿病或高血糖症的诊断、治疗或控制。
(2-1-1)硼酸化合物
硼酸化合物与糖类特异性结合而形成糖硼酸络合物。通过将这种硼酸化合物结合在感应部12中并将根据本发明的用于检测体内物质的探针1的齿龈沟插入部11插入齿龈沟内,齿龈沟液中的糖类(例如,D-葡萄糖)与结合在感应部12中的硼酸化合物彼此结合。
当硼酸化合物(例如,苯硼酸化合物)与糖类特异性结合而形成糖硼酸络合物(见下述化学反应式(1))时,硼酸化合物中的荧光强度改变。因此,可通过测定根据本发明的用于检测体内物质的探针1的感应部12中的荧光强度的变化来确定齿龈沟液中的葡萄糖水平。
糖类+硼酸化合物→糖硼酸络合物(1)
(2-1-2)体内物质:葡萄糖/检测物质:葡萄糖氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
葡萄糖氧化酶催化从D-葡萄糖形成D-葡萄糖酸-1,5-内酯和过氧化氢的反应(见下述化学反应式(2))。
在存在过氧化物酶时,过氧化氢将10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)转换成试卤灵。ADHP不发射荧光,但是通过其向试卤灵的转换,发射荧光(见下述化学反应式(3))。因此,该试卤灵用作用于光学检测的荧光源。
当使用该反应原理时,感应部12中葡萄糖氧化酶、过氧化物酶及ADHP的结合允许在将根据本发明的用于检测体内物质的探针1的齿龈沟插入部11插入齿龈内时通过齿龈沟液中的葡萄糖进行上述系列反应。随后,通过测定根据本发明的用于检测体内物质的探针1的感应部12中可得到的荧光强度来确定齿龈沟液中的葡萄糖水平。
通过在感应部12中结合用于催化齿龈沟液中体内物质参与的反应的一种或多种第一酶(例如,氧化酶和/或其它酶),用于催化由体内物质通过借助于一种或多种第一酶的催化反应所形成的产物(例如,过氧化氢)参与的反应的一种或多种第二酶(例如,过氧化物酶),并且作为借助于一种或多种第二酶的催化反应的结果而发射荧光的一种或多种物质(例如,ADHP),根据本发明的用于检测体内物质的探针1的使用使得能够对齿龈沟液中的体内物质执行光学检测。
氧化酶的实例可以包括葡萄糖氧化酶、醇氧化酶、尿酸酶(尿酸氧化酶)、乳酸氧化酶、果糖基氨基酸氧化酶、肌氨酸氧化酶、胆固醇氧化酶等。可以根据体内物质来单独使用或组合使用这些氧化酶。
在用一种或多种第一酶对体内物质进行处理之前,可以用预处理酶对体内物质进行处理,以使促进借助于一种或多种第一酶的反应。预处理酶可以为水解酶等。水解酶的实例可以包括蛋白酶、肌酸脱水酶、肌酸酐酶、胆固醇酯酶等。它们可以被单独使用或组合使用。
应当注意,代替ADHP,可以结合邻联茴香胺。当邻联茴香胺替代ADHP结合在感应部12中时,该邻联茴香胺被过氧化氢氧化(见下述化学反应(4))。作为氧化的结果,吸光度改变。根据通过可见光谱法的吸收光谱变化的测定,使得能够对齿龈沟液中体内物质进行检测。
(2-2)在体内物质为醇(alcohol)的情况下
如果能够检测齿龈沟液中的醇水平,则不但能够在医学领域中更精确地测定醇浓度,而且在诸如例如醉驾检查和在职场的醇相关测定的领域中也能够更精确地测定醇浓度,尽管迄今为止的习惯是从呼出的气体来检测这种醇浓度。
(2-2-1)体内物质:醇/检测物质:醇氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
醇氧化酶是催化醇转换成醛的反应的氧化还原酶。在该反应中,生成过氧化氢和醛(见下述化学反应式(5))。
在存在过氧化物酶时,过氧化氢将10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)转换成试卤灵。ADHP不发射荧光,但是通过其向试卤灵的转换,发射荧光(见上述化学反应式(3))。因此,该试卤灵用作用于光学检测的荧光源。
当使用该反应原理时,感应部12中的醇氧化酶、过氧化物酶及ADHP的结合允许在将根据本发明的用于检测体内物质的探针1的齿龈沟插入部11插入齿龈内时通过齿龈沟液中的醇进行上述系列反应。随后,通过测定从根据本发明的用于检测体内物质的探针1的感应部12发射的荧光强度来确定齿龈沟液中的醇水平。
在这个反应系统的情况下,也可以代替ADHP而结合邻联茴香胺。当邻联茴香胺替代ADHP结合在感应部12中时,该邻联茴香胺被过氧化氢氧化(见上述化学反应(4))。作为氧化的结果,吸光度改变。根据通过可见光谱法的吸收光谱的这种改变的测定,使得能够对齿龈沟液中的醇进行检测。
(2-3)体内物质为嘌呤衍生物的情况下
嘌呤衍生物的实例可以包括嘌呤、腺嘌呤、鸟嘌呤、次黄嘌呤、黄嘌呤、可可碱、咖啡因、尿酸、异鸟嘌呤等。
如果能够更精确地测定例如齿龈沟液中的尿酸水平,则测定值能够用于表现出高尿酸血症、低尿酸血症(hypouricemia)、莱-萘二氏综合症(Lesch-Nyhan syndrome)等的痛风的诊断等。(2-3-1)体内物质:尿酸/检测物质:尿酸酶(尿酸氧化酶)、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
尿酸酶是催化由下面化学反应式(6)所表示的反应的酶,并且在反应中也生成过氧化氢。
在存在过氧化物酶时,过氧化氢将10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)转换成试卤灵。ADHP不发射荧光,但是通过其向试 卤灵的转换,发射荧光(见上述化学反应式(3))。因此,该试卤灵用作用于光学检测的荧光源。
当使用该反应原理时,感应部12中的尿酸酶、过氧化物酶及ADHP的结合允许在将根据本发明的用于检测体内物质的探针1的齿龈沟插入部11插入齿龈内时通过齿龈沟液中的尿酸进行上述系列反应。随后,通过测定从根据本发明的用于检测体内物质的探针1的感应部12发射的荧光强度来确定齿龈沟液中的尿酸水平。
应当注意,代替ADHP,可以结合邻联茴香胺。当邻联茴香胺替代ADHP结合在感应部12中时,该邻联茴香胺被过氧化氢氧化(见上述化学反应(4))。作为氧化的结果,吸光度改变。根据通过可见光谱法的吸收光谱的这种改变的测定,使得能够对齿龈沟液中的尿酸水平进行检测。
(2-4)在体内物质为糖酵解产物的情况下
糖酵解产物的实例可以包括诸如丙酮酸和乳酸的有机酸。
如果能够更精确地测定例如齿龈沟液中的乳酸,则测定值能够被用于乳酸酸中毒、线粒体功能异常、肝功能衰竭、乳酸脱氢酶缺乏、组织缺氧状态、糖尿病等的诊断、预防等。
(2-4-1)体内物质:乳酸/检测物质:乳酸氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
乳酸氧化酶是催化由下面化学反应式(7)所表示的反应的酶,并且在反应中也生成过氧化氢。
在存在过氧化物酶时,过氧化氢将10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)转换成试卤灵。ADHP不发射荧光,但是通过其向试卤灵的转换,发射荧光(见上述化学反应式(3))。因此,该试卤灵用作用于光学检测的荧光源。
当使用该反应原理时,感应部12中的乳酸氧化酶、过氧化物酶及ADHP的结合允许在将根据本发明的用于检测体内物质的探针1的齿龈沟插入部11插入齿龈内时通过齿龈沟液中的乳酸进行上述系列反应。随后,通过测定从根据本发明的用于检测体内物质的探针1的感应部12发射的荧光强度来确定齿龈沟液中的乳酸水平。
应当注意,代替ADHP,可以结合邻联茴香胺。当邻联茴香胺替代ADHP结合在感应部12中时,该邻联茴香胺被过氧化氢氧化(见上述化学反应(4))。作为氧化的结果,吸光度改变。根据通过可见光谱法的吸收光谱的这种改变的测定,使得能够对齿龈沟液中的乳酸水平进行检测。
(2-5)在体内物质为糖化蛋白的情况下
糖化蛋白的实例可以包括果糖胺、糖化血红蛋白、糖化白蛋白等。
如果能够更精确地测定例如齿龈沟液中的果糖胺、糖化血红蛋白或糖化白蛋白,则测定值能够被用于糖尿病、高血糖症等的诊断、预防等。
(2-5-1)体内物质:糖化白蛋白或白蛋白/检测物质:蛋白酶、果糖基-氨基酸氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
(2-5-2)体内物质:糖化白蛋白或白蛋白/检测物质:成分(a):蛋白酶,以及成分(b):果糖基-氨基酸氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
蛋白酶是催化由下面的反应式(8)所表示的反应的蛋白质降解酶,并且在蛋白质降解成氨基酸时,游离出糖基化氨基酸。
果糖基-氨基酸氧化酶是催化由下面化学反应式(9)所表示的反应的酶,并且在反应中也生成过氧化氢。
过氧化物将10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)转换成试卤灵。ADHP不发射荧光,但是通过其向试卤灵的转换,发射荧光(见上述化学反应式(3))。因此,该试卤灵用作用于光学检测的荧光源。
当使用该反应原理时,感应部12中的蛋白酶、果糖基-氨基酸氧化酶、过氧化物酶及ADHP的结合允许在将根据本发明的用于检测体内物质的探针1的齿龈沟插入部11插入齿龈内时通过齿龈沟液中的糖化蛋白质进行上述系列反应。随后,通过测定从根据本发明的用于检测体内物质的探针1的感应部12发射的荧光强度,可从结合至糖化蛋白质的葡萄糖的量来确定齿龈沟液中的葡萄糖水平。应当注意,因为蛋白酶为蛋白质降解酶,并易于影响其它酶,所以蛋白酶可以被适当地结合在不同于其中结合有果糖基-氨基酸氧化酶、过氧化物酶及ADHP的感应部12的感应部中。
应当注意,代替ADHP,可以结合邻联茴香胺。当邻联茴香胺替代ADHP结合在感应部12中时,该邻联茴香胺被过氧化氢氧化(见上述化学反应(4))。作为氧化的结果,吸光度改变。根据通过可见光谱法的吸收光谱的这种改变的测定。使得能够从结合至糖化蛋白质的葡萄糖的量来对齿龈沟液中的葡萄糖水平进行检测。
(2-6)在体内物质为氨基酸的情况下
氨基酸的实例可以包括肌酸酐、肌酸、谷氨酸等。
如果能够更精确地测定例如齿龈沟液中的肌酸酐或肌酸,则测定值能够被用于肾功能异常等的诊断、预防等。因为在肾功能低下发生时,肌酸酐浓度升高,所以肌酸酐浓度可用作肾功能的指标。
(2-6-1)体内物质:肌酸酐或肌酸/检测物质:肌酸酐酶、肌酸脱水酶、肌氨酸氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
(2-6-2)体内物质:肌酸酐或肌酸/检测物质:肌酸脱水酶、肌氨酸氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
肌酸酐酶催化由下面化学反应式(10)所表示的反应。
肌酸脱水酶催化由下面化学反应式(11)所表示的反应。
肌氨酸氧化酶是催化由下面化学反应式(12)所表示的反应的酶,并且反应中也生成过氧化氢。
在存在过氧化物酶时,过氧化氢将10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)转换成试卤灵。ADHP不发射荧光,但是通过其向试卤灵的转换,发射荧光(见上述化学反应式(3))。因此,该试卤灵用作用于光学检测的荧光源。
当使用该反应原理时,感应部12中的肌酸酶、肌氨酸氧化酶、过氧化物酶及ADHP和可选的肌酸酐酶的结合允许在将根据本发明的用于检测体内物质的探针1的齿龈沟插入部11插入齿龈内时通过齿龈沟液中的肌酸和肌酸酐进行上述系列反应。随后,通过测定从根据本发明的用于检测体内物质的探针1的感应部12发射的荧光强度能够确定齿龈沟液中的肌酸浓度和肌酸酐浓度。应当注意,当要检测肌酸时,可省略肌酸酐酶。另一方面,当要检测肌酸酐时,期望感应部12中还结合肌酸酐酶,以提高肌酸酐的检测精度。
应当注意,代替ADHP,可以结合邻联茴香胺。当邻联茴香胺替代ADHP结合在感应部12中时,该邻联茴香胺被过氧化氢氧化(见上述化学反应(4))。作为氧化的结果,吸光度改变。根据通过可见光谱法的吸收光谱的这种改变的测定,使得能够对齿龈沟液中的肌酸浓度或肌酸酐浓度进行测定。
当D-或L-氨基酸氧化酶、过氧化物酶及ADHP被结合在感应部12中时,还能够测定齿龈沟液中D-或L-氨基酸的浓度。应当注意,(D-或L-)氨基酸氧化酶从D-或L-氨基酸生成过氧化氢和氨。
(2-7)在体内物质为脂类的情况下
脂类的实例可以包括胆固醇、胆固醇酯、甘油三酸酯(中性脂肪)、磷脂、游离脂肪酸等。
如果能够更精确地测定例如齿龈沟液中的胆固醇或胆固醇酯,则测定值能够被用于脂类代谢异常等的诊断、预防等。总的胆固醇值能够用作高胆固醇血或高脂血的指标。
(2-7-1)体内物质:胆固醇或胆固醇酯/检测物质:胆固醇酯酶、胆固醇氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
(2-7-2)体内物质:胆固醇或胆固醇酯/检测物质:胆固醇氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)
胆固醇酯酶(胆固醇酯酶、固醇酯)催化由下面的化学反应式(13)所表示的反应。
胆固醇氧化酶是催化由下面的化学反应式(14)所表示的反应的酶,并且在反应中也生成过氧化氢。
在存在过氧化物酶时,过氧化氢将10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)转换成试卤灵。ADHP不发射荧光,但是通过其向试卤灵的转换,发射荧光(见上述化学反应式(3))。因此,该试卤灵用作用于光学检测的荧光源。
当使用该反应原理时,感应部12中的胆固醇氧化酶、过氧化物酶及ADHP和可选的胆固醇酯酶的结合允许在将根据本发明的用于检测体内物质的探针1的齿龈沟插入部11插入齿龈内时通过齿龈沟液中的胆固醇和胆固醇酯进行上述系列反应。随后,通过测定从根据本发明的用于检测体内物质的探针1的感应部12发射的荧光强度能够确定齿龈沟液中的胆固醇水平或总的胆固醇水平。应当注意,在测定总的胆固醇水平时,胆固醇酯酶也被结合在感应部12中。额外结合胆固醇酯酶提高了总的胆固醇水平的检测精度,因此是被期望的。
应当注意,代替ADHP,可以结合邻联茴香胺。当邻联茴香胺替代ADHP结合在感应部12中时,该邻联茴香胺被过氧化氢氧化(见上述化学反应(4))。作为氧化的结果,吸光度改变。根据通过可见光谱法的吸收光谱的这种改变的测定,使得能够对齿龈沟液中的胆固醇水平或总的胆固醇水平进行测定。
(2-8)体内物质的其它候选实例
应当注意,在本发明中,作为检测对象的体内物质不局限于上述物质,并且通过改变待被结合在感应部12中的一种或多种酶能够检测生物体内的多种物质。
例如,可以为天门冬氨酸转氨酶(AST)的活性及丙氨酸转氨酶(ALT)的活性。它们是肝功能的参数。
只要上述感应部12设置在齿龈沟插入部11上,对于其形状没有具体的限制,从而其形状可根据需要进行设计。将使用光纤的情况作为实例,下文中,将描述感应部12的一个实施方式。
图4是从侧面观察根据本发明的用于检测体内物质的探针1的齿龈沟插入部11的示意性截面图。如图4所示,感应部12可以布置在光纤的切断端面上,使得感应部12在核心21、包层22及涂层23的整个上方延伸。
可以以如图5所描述的仅核心21从周围伸出的方式或如图6所描述的核心21和包层22都从周围伸出的方式预先切断光纤。随后,设置感应部21,使其在核心21、包层22及涂层23的整个上方延伸。如图7所示,作为另一替代,能够预先以阶梯方式(台阶式地)切断核心21、包层22及涂层23,随后将感应部12设置成在核心21、包层22及涂层23的整个上方延伸。通过以如上所述的这种方式设置感应部12,感应部12能够以更牢固的状态被设置在光纤的切端端面上。
作为又一替代,例如,如图8所示,涂覆层C可以设置在感应部12的表面上。如上所述的涂覆层C的设置使得能够以更加牢固的状态设置感应部12并且还能够减小对齿龈的损伤。还可以保护结合在感应部12中的一种或多种物质。例如,即使在影响生物体的物质被结合在感应部12中时,也仍然能够安全使用根据本发明的用于检测体内物质的探针1。
作为用于涂覆层C的材料,可以使用对生物体无副作用的材料。可根据需要选择并使用这样的材料。例如,诸如琼脂凝胶(琼脂糖)的自然产生的材料的使用允许根据本发明的用于检测体内物质的探针1的更安全的使用。
应当注意,除了涂布感应部12之外,图8示出了与图4示出的实施方式类似的实例。被涂布的感应部不局限于图8的实例,在图5至图7的每个实施方式中,都可以涂布感应部12。
只要感应部12可插入齿龈沟内,对于其形状没有具体的限定,并且可根据需要来设计感应部12的形状。例如,可以将感应部12设计为倾斜切割形状或锥形形状,以有利于其向齿龈沟内的插入。(3)光波导管13
在根据本发明的用于检测体内物质的探针1的感应部12中,可对体内物质进行光学检测的一种或多种检测物质被固定。因此,通过使用于检测体内物质的探针1在其从齿龈沟拔出后立即对其进行光学检测,能够基本上实时地检测齿龈沟液中体内物质。
设计成根据本发明的用于检测体内物质的探针1配置有对感应部12执行光照射和/或对来自感应部12的光进行检测的光波导管13也是合适的。这种光波导管的配置使得能够通过将用于检测体内物质的探针1保持插入在齿龈沟内来检测齿龈沟液中体内物质。因为可通过将用于检测体内物质的探针保持插入在齿龈沟内来检测齿龈沟液中体内物质,所以能够很容易地执行时间过程检测或测定。
只要对感应部12的光照射和/或在感应部12内部所生成的光学信息的传送是切实可行的,对于光波导管13的形成方式没有具体的限制,并且可根据需要设计光波导管。例如,光波导管13可由杆(rod)、光纤或导光板形成。
如图3所示的第二实施方式,作为在根据本发明的用于检测体内物质的探针1中的齿龈沟插入部11,采用光纤的光波导管13的使用,使得可以将齿龈沟插入部11兼用作光波导管13。
(4)毛细管部14
参照图9,接下来将描述根据本发明的用于检测体内物质的探针1的第八实施方式。在这个实施方式中,毛细管部14被设置为齿龈沟插入部11的尖端部。该毛细管部14的设置使得能够在将齿龈沟插入部11插入齿龈沟内时在毛细作用下采集齿龈沟液。这样所采集的齿龈沟液可以通过毛细管部14平滑地导入感应部12。
因为能够以与毛细管部14的内部容量相当的预定的恒定量来采集齿龈沟液,所以毛细管部14的设置还能够提高测定精度。
只要毛细管部14可插入齿龈沟中并且能够在毛细作用下采集齿龈沟液,可根据需要设计毛细管部14的尺寸。然而,优选地,其外径可以被设定在500μm以下。其外径在500μm以下的设定使确实能够从齿龈沟中采集齿龈沟液并且还能够避免在毛细管部14插入齿龈沟中时对齿龈的刺激或损伤。
如图10所示的第九实施方式,毛细管部14可以被设计为其直径或横截面面积从毛细管部14的尖端向感应部12逐渐增大的锥形结构(见图10)。设计成这样的锥形结构使得能够更容易地执行毛细管部14向齿龈沟内的插入并且还能够更能确保避免对被验者齿龈的损伤。在这种情况下,因为这样的外径能够避免在毛细管部14插入齿龈沟内时对齿龈的刺激或损伤,所以锥形结构的尖端的外径可以优选被设定为150μm以下。
只要毛细管部14可插入齿龈沟内,对于毛细管部14的材料没有具体的限制。因为为具有挠性的材料的齿龈沟插入部11的形成能够有效地避免对被验者齿龈的损伤,所以优选使用具有挠性的材料。具有挠性的材料的实例可以包括树脂、纸、诸如毛毡材料的织物等。
只要所采集的齿龈沟液通过毛细管部14可被导入至感应部12,对于作为齿龈沟插入部11中的尖端部的毛细管部14的设置方式没有具体限制。例如,齿龈沟插入部11和毛细管部14可以被简单地保持为彼此接触,或者可以用固化树脂等被相互粘结。
如图9的第八实施方式所示,齿龈沟插入部11和用作光波导管13的光纤OF可通过使用诸如套管S的套子连接至毛细管部14。这种套子的使用能够为用于检测体内物质的探针1的内部额外带来防水效果和防尘效果。对于上述情况下的套管S与光纤OF之间的粘结和套管S与毛细管部14之间的粘结,优选使用诸如UV固化树脂、热固性树脂、硅酮树脂或环氧基固化树脂的填充剂。
如上所述,当光纤OF和毛细管部14通过诸如套管S的套子彼此连接时,套管S优选地配置有通气孔H,这是因为当在毛细作用下采集齿龈沟液时该通气孔H用作空气排出孔。
当设置有毛细管部14时,对于感应部12的形成位置没有特别限制。例如,如图9的第八实施方式,感应部12可设置在齿龈沟插入部11中用作光波导管13的光纤OF与毛细管部14之间的连接位置处。
如图11的第十实施方式,感应部12可设置在毛细管部14的内壁上。
对于感应部12形成在毛细管部14的内壁上的方式没有限制,因此,毛细管部14可以期望的方式形成。例如,可通过将包含上述检测物质的溶液在毛细作用下引入毛细管部14中并随后将如此引入的溶液干燥,而将上述检测物质直接固定在毛细管部14的内壁上来形成感应部12。
作为替换,感应部12还可将上述检测物质固定在利用对生物体没有副作用的材料的膜中来形成。具体而言,例如,通过将包含上述检测物质的溶液与包含上述固定材料的另一种溶液混合在一起,将所得混合物在毛细作用下引入毛细管部14,并随后执行干燥、光照射等,将上述检测物质固定在毛细管部14的内壁上来形成感应膜。
例如,可通过将检测物质混合在包含具有一种或多种光反应性基团的水溶性化合物(例如,具有一种或多种叠氮基团(-N3)的化合物,具体地,具有两种叠氮基团的叠氮化合物(例如,两个苯基叠氮基团结合在一起的结构的化合物))和水溶性高分子树脂、凝胶或化合物的水溶液(固化水溶液)中,在毛细作用下将所得的水溶液混合物引入并附着在毛细管部14的内壁上,干燥水分,并随后照射光线(紫外线),来将检测物质固定。以这种方式,检测物质可被可靠地固定在毛细管部14的内壁上,而不会在控制感应部12的容量时引起毛细管的堵塞。
当叠氮基团被光照射时,氮分子被释放而形成氮自由基。这些氮自由基不仅能够结合诸如氨基和羧基的官能团,而且能够结合构成有机化合物的碳原子。因此,叠氮基团具有能够与大部分有机化合物形成共价键的性质。
如上所述,利用可从毛细管部14获得的毛细作用,使得能够将预定恒定量的包含检测物质的溶液引入至毛细管部14。因此,在毛细管部14的内壁上,感应部12设置有以预定恒定量结合其中的检测物质。
因为固相便于将感应部12设置在毛细管部14的内壁上,所以优选以具有诸如醇式羟基的亲水基团的这种固相的形式来形成毛细管部14的内壁。这种固相的实例可包括玻璃、二氧化硅、多元 醇树脂、表面改性树脂、通过硅烷偶联剂等而使其上施加有亲水基团的固相等。
毛细管部14的内壁可以为无孔或多孔,具体地,优选形成为表面积增大的结构。增大的表面积使得能够在要被配置在表面上的感应部12中结合更多的检测物质。
接下来,参照图12,将描述根据本发明的用于检测体内物质的探针1的第十一实施方式。在该实施方式中,感应部12设置在毛细管部14的内壁上的距离毛细管部14的尖端预定距离的位置处。例如,毛细管部14配置有毛细管部142和毛细管部141。毛细管部142不具有感应部并且被设置在毛细管部14的尖端侧,而毛细管部141具有感应部12并且被连接至毛细管部142。
如上所述,当感应部12的位置距离毛细管部14的尖端预定距离时,一旦齿龈沟液已经被吸入到预定量,就立刻允许与检测物质发生各种反应。因此,能够稳定齿龈沟液中所包含的体内物质与检测物质之间的反应。结果,能够执行更高精度的检测和测定。
对于图12中所描述的第十一实施方式中的毛细管部14的形成方式没有特别限制。例如,类似于图11中所示的上述第十实施方式,可通过以感应部12设置在其整个内壁的方式制备毛细管部141并随后将毛细管部141连接至不具有感应部的毛细管部142,很容易形成毛细管部14。
作为上述第十实施方式或第十一实施方式的变形,具有固定其中的检测物质的不同组合的多个感应部12可以形成在毛细管部14的内壁上。
例如,利用可从毛细管部14获得的毛细作用,将包含上述检测物质的组合之一的溶液从毛细管部14尖端的相应一侧引入至毛细管部14内壁的一侧。包含检测物质的其它组合(例如,包括不同酶)的溶液从毛细管部14的尖端的相对侧被引入至内壁的相应的相对侧。通过将这些检测物质固定在毛细管部14的内壁上,多个感应部(感应膜)12能够都沿着纵向方向上延伸来形成。
作为替换,包含检测物质的一种组合的溶液被从毛细管部14的一端引入至该一端侧的内壁上。另一方面,包含检测物质的其它组合(例如,包括不同酶)的溶液被从毛细管部14的相对端引入至该相对端侧的内壁上。通过将检测物质的这些不同组合分别固定在毛细管部14的内壁上,可以以圆柱形式形成多个感应部(感应膜)12。
通过上述方式,多种检测物质可被配置用于体内物质的检测,并且可分别适当地固定在内壁的不同位置处。因此,能够抑制检测物质本身之间的抑制或竞争。结果,能够执行更高精度的检测等。
参照图13,接下来将描述根据本发明的用于检测体内物质的探针1的变形实施方式的一个实例。具体地,图13示出了光波导管连接至毛细管部的侧圆柱部的实施方式的基本结构。
关于与毛细管部14相关的光波导管(例如,光纤131)的设置,代替光波导管13设置为与毛细管部14的上端面143串联的结构,可以设计为如图13中所示的实施方式,将光波导管13连接至毛细管部14的侧圆柱部144。在侧圆柱部144的内壁上,优选在位于其连接部分附近的内壁上,优选通过结合其中的荧光检测物质或可见光发射检测物质形成感应部(感应膜)12。这样的设计能够利于获取由感应部12所生成的光学信息。
具体而言,在PFA管一端附近的位置处通过PFA管(氟化树脂管)T形成孔T1,并且毛细管部14的上部被合适地插入孔T1中,并用粘合剂等被固定在那里。PFA管T的内径和外径可以被分别设计为例如0.5mm和1.0mm。在PFA管T的内部,设置有光波导管13,例如,光纤131(例如,直径:0.25mm)。光纤131被设置为其一端保持与毛细管部14的侧圆柱部144的外圆柱壁接触(见图13),并且光的传输通过光纤131来执行。
详细地描述,光纤131将测定光P1(例如,激发荧光)传送至形成为毛细管部14的内壁145上的膜的感应部(感应膜)12,而且,还将诸如由存在于感应部12中的荧光源所生成的荧光或发光的光P2传送至未示出的光学测定单元。
图13中的符号“F”表示光学连接构件,换句话说,表示金属箍,并且符号“18”指示用于将金属箍F固定在适当位置的支撑器。PFA管T和支撑器18通过粘合剂等被彼此固定。
符号“146”指示形成为毛细管部14的尖端部的锥形截面(其直径在朝着上端面143的方向上逐渐增大的锥形截面)。
如果关于图13中所描述的毛细管部14与光波导管13之间的结构关系来进行一些设计,则能够避免连接至毛细管部14的光波导管13堵塞毛细管部14而妨碍吸入齿龈沟液所利用的毛细作用的情况并且还能够避免光波导管13的端面会被弄脏的另一种情况(与线性配置或构造相比)。图13中所示的构造关系具有的优点在于,毛细管部14与光波导管13之间的距离可被控制为恒定的,并且可以有利于下述“牙刷型”实施方式(见图15)的形成。
对于图13所示的变形实施方式中的毛细管部14的内壁上的感应部12的形成方式没有特别限制。例如,感应部12可以以与上述第十一实施方式相同的这种方式设置在毛细管部14的内壁上。
如图13所示,也优选在与毛细管部14的尖端间隔预定距离的一个位置或多个位置处为毛细管部14配置一个或多个孔14B。如随后将在实例20中所描述的,在没有为毛细管部配置孔的情况下,包含检测物质的溶液被从毛细管部的尖端引入至上端。另一方面,在为毛细管部14配置孔的情况下,当从毛细管部14的尖端引入溶液时,包含检测物质的溶液的引入在孔周围停止。
因此,能够在一个或多个期望位置处将一个或多个感应部(感应膜)12容易地形成在毛细管部14的内壁上。此外,可根据需要改变在每个感应部12处的用于检测体内物质的检测物质。换句话说,检测物质的不同组合能够被分别独立适当地固定在内壁上的多个期望位置处。因此,虽然如果检测物质在相同感应部12中被结合到一起,则会出现它们自身之间的抑制、竞争等,但是上述设置能够减小检测物质自身之间的这种抑制、竞争等。
另外,一个或多个孔14B的每一个在毛细作用下采集齿龈沟液时还用作空气排出孔。
当期望如图13所示的设置单个孔14B时,孔14B优选被设置在毛细管部14的尖端14A与毛细管部14的上端14C之间从尖端14A向上路程的近似二分之一至四分之三的位置处。
另一方面,当期望设置多个孔14B时,对于它们的位置没有特别限制。多个孔14B可以在毛细管部14的纵向方向或圆周方向上以一定间隔进行设置。这些多个孔14B使得能够有效确定地固定感应膜。
多个孔14B的设置使得能够在毛细管部14的内壁上并且也在期望的位置处形成多个感应部12。例如,当在毛细管部14的纵向方向上以一定间隔设置两个孔14B时,感应部(感应膜)12可形成在毛细管部14的内壁上其尖端14A与下部孔14B之间的位置处,并且具有结合其中的检测物质的不同组合的另一个感应部(感应膜)12可被形成在毛细管部14的内壁上的下部孔14B与朝着毛细管部14的上端14C的方向位于下部孔14B上面的上部孔(未示出)之间的位置处。在一系列的多步酶反应或多个酶被使用的情况下,或者甚至在具有抑制另一种酶反应的潜在问题的酶(例如,诸如蛋白酶的蛋白质降解酶)被使用的情况下,多个感应部12的设置使得能够恰当地检测和/或测定生物体内的对象物质。
可通过已知的孔形成技术来在毛细管部14中形成每个孔14B。在形成每个孔14B时,期望将孔14B的孔尺寸(直径)设定为等于或小于毛细管部14的尺寸,尤其是毛细管部14的尖端的外径。每个孔14B的孔尺寸优选为0.01mm至0.2mm,更优选为0.05mm至0.1mm。
作为用于在具有孔14B的毛细管部14的内壁上形成感应部12的方法,可以如上述第十实施方式或第十一实施方式形成感应部12。该孔14B的使用使得能够容易地形成多个感应部12。
例如,当仅有一个孔时,可以以下面的方式具体地形成感应部12。毛细管部14的尖端14A被密封,并通过毛细管部14的上端14C(所述上端14C位于尖端14A的相对侧并且没有被密封),上述包含检测物质的溶液在毛细作用下在毛细管部14内从上端14C引入至孔14B附近。随后,溶液被干燥,从而在毛细管部14的位于上端14C与孔14B之间的内壁上直接形成具有固定其中的检测物质的感应部12。
另一方面,如上所述,当存在两个孔时,包含检测物质的溶液从上端14C引入至毛细管部14内最近的孔14B附近。随后,溶液被干燥,从而形成具有固定其中的检测物质的感应部12。随后,倒置地握持毛细管部14,包含与上面所引入的检测物质不同的检测物质的组合(例如,包括酶)的另一种溶液被引入至从其尖端14A至最近的孔14B之间的毛细管部14的内壁上。随后,溶液被干燥,从而形成具有固定其中的不同检测物质的感应部12。通过这种方式,能够形成彼此不同的两个感应部12。应当注意,可以根据需要改变固定各个感应部的时序。例如,在其中包含有它们相应的检测物质的溶液被分别从其尖端和上端引入毛细管部14之后,可以同时固定溶液。
如上述第十实施方式,优选在包含其相应检测物质的每个溶液中结合(组合)在照射光线(紫外线)下时允许固定的叠氮化合物和固定剂的溶液。
如上所述,可通过传统技术很容易地形成一个或多个孔14B,而且,一个或多个孔14B的使用可以在一个或多个期望位置处容易地形成一个或多个高功能性的感应部12。
<2.用于检测体内物质的系统10>
参照图14,下文中,将描述根据本发明的用于检测体内物质的系统10的第一实施方式。根据本发明的用于检测体内物质的系统10是用于检测齿龈沟液中体内物质的系统,粗略划分,至少配置有用于检测体内物质的探针1、光照射器15及光检测器16。用于检测体内物质的系统10根据需要还可以配置二色元件17、聚光透镜18及滤光器19。下文中,将详细地描述这些元件中的每一个。应当注意,用于检测体内物质的探针1与根据本发明的用于检测体内物质的上述探针类似,因此,本文将省略其描述。
(1)光照射器15
光照射器15被设置为将光(例如,激发荧光)照射到设置在用于检测体内物质的探针1中的感应部12上。
对于由光照射器15所照射的光的种类没有特别限制。为了确保从感应部12内部产生荧光或散射光,期望光方向、波长及光强度恒定。实例可以是激光、LED、水银灯等。当使用激光时,对其种类没有特别限制。根据需要,氩离子(Ar)激光、氦-氖(He-Ne)激光、染料激光、氪(Kr)激光等可单独使用或组合使用。
(2)光检测器16
光检测器16被设置为检测在通过光照射器15进行光照射时从感应部12内部所产生的光学信息。
只要能够检测光学信息,对于在根据本发明的用于检测体内物质的系统10中使用的光检测器16的类型没有特别限制,并且根据需要可选择和采用已知的光检测器。例如,根据需要,荧光光度计、散射光光度计、透射光光度计、反射光光度计、衍射光光度计、紫外分光光度计、红外分光光度计、拉曼分光光度计、FRET光度计、FISH光度计、各种其它光谱光度计、每个都包括以阵列形式设置的多个光检测器的所谓多通道光检测器等可被单独采用或组合采用。
(3)二色元件17
根据本发明的用于检测体内物质的系统10可配置有二色元件17(见图15)。该二色元件17的设置使得能够仅选择和输出需要的光学信息。
对于在根据本发明的用于检测体内物质的系统10中所使用的二色元件17没有特别限制,根据目的,可根据需要选择和使用已知的二色元件。例如,可使用分色镜、分路滤波器等。
(4)聚光透镜
尽管没有在任何图中示出,但是根据本发明的用于检测体内物质的系统10可在光照射器15与感应部12之间配置有激发聚光透镜,从而将来自光照射器15的激发光聚集至感应部12上。尽管该聚光透镜对于根据本发明的用于检测体内物质的系统10不是必需的,但是激发聚光透镜的设置使得能够对感应部12执行精确的激发光照射。
尽管没有在任何图中示出,但是根据本发明的用于检测体内物质的系统10可在感应部12与光检测器16之间配置有接收光聚光透镜,从而将从感应部12内部所生成的光学信息聚集在光检测器16上。尽管该接收光聚光透镜对于根据本发明的用于检测体内物质的系统10不是必需的,但是接收光聚光透镜18的设置使得能够进一步加强诸如荧光的光学信息的信号。因此,能够改进SN比。
(5)滤光器
尽管没有在任何图中示出,但是根据本发明的用于检测体内物质的系统10可在光照射器15与感应部12之间配置有激发滤光器。尽管该激发滤光器对于根据本发明的用于检测体内物质的系统10不是必需的,但是激发滤光器的设置使得能够对感应部12选择性地照射期望波长的光。
尽管没有在任何图中示出,但是根据本发明的用于检测体内物质的系统10可在感应部12与光检测器16之间配置有光接收滤光 器。尽管该光接收滤光器对于根据本发明的用于检测体内物质的系统10不是必需的,但是光接收滤光器的设置使得能够从诸如从感应部12内部所生成的荧光的光学信息中选择性地接收期望波长的光。
例如,如图15中第二实施方式所示,根据本发明的用于检测体内物质的系统10可形成为“牙刷型”形式。更具体地进行描述,通过将诸如激发LED的光照射器15、诸如接收光光电二极管的光检测器16、及诸如用于提取诸如荧光的光学信息的分路滤波器的二色元件17配置在手持部内,可实现整个系统的小型化。通过将用于检测体内物质的系统10配置为如上所述的可手持形式,能够实时并且任意时间地点没有差别地检测和/或测定齿龈沟液中体内物质。
实施例1
实际执行可用于根据本发明的用于检测体内物质的探针中的感应部的制备。作为要被结合在感应部中的物质的实例,在本实施例中使用葡萄糖氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)。本实施例的感应部采用检测物质被固定在感应膜中的形式。如下文将要描述地进行本实施例中感应部的制备过程。
1.制备溶解在二甲亚砜(DMSO)中的10mM ADHP。
2.制备溶解在纯水中的10U/mL辣根过氧化物酶(POD)。
3.分别提供在步骤1中所制备的10mM ADHP的等分试样(100μL)和在步骤2中所制备的10U/mL POD的等分试样(200μL),并且在被混合在一起后,用纯水(4.7mL)稀释所得的混合液。
4.制备溶解在纯水中的10U/mL的葡萄糖氧化酶(GOD)。
5.提供在步骤3中所制备的ADHL-POD溶液的等分试样(每个50μL)、在步骤4中所制备的10U/mL GOD、及UV固化树脂(“BIOSURFINE AWP”,商品名,Toyo Gosei Co.,Ltd.的产品)并将它们混合。
6.将在步骤5中所制备的混合液的等分试样(20μL)滴在载玻片上。
7.将在步骤6中所获得的载玻片转移到恒温箱中,然后在60℃下干燥10分钟。
8.将在步骤7中干燥后的载玻片暴露在UV光下5分钟,以将UV固化树脂固化,因此,在载玻片上制备了感应部。
图16中示出了上面所制备的感应部的8×放大图片。
如图16所示,证实了感应部是多孔的,并且因此具有良好的物质渗透性。
实施例2
在本实施例中,对在实施例1中所制备的感应部进行物理强度测试。随后的实验处理过程如下。
1.提供在实施例1中制备的并在其上承载有所形成的感应部的载玻片。
2.在立体显微镜下观察载玻片的表面。
3.提供齿根膜探针(“PDT Sensor Probe Type U.S.”,商品名,Williame的产品)。
4.当在立体显微镜下观察所述表面时,摩擦载玻片上的感应部的表面以施加20g的负荷。
5.通过肉眼和在立体显微镜下观察感应部表面的任何剥落。
作为观察结果,发现载玻片上的感应部的表面无剥落,证明即使当其被用在用于检测体内物质的探针中时,也能表现出足够的强度。
实施例3
进行本实施例,以确认在实施例1中所制备的载玻片上的感应部对于进行光学测定是切实可行的。
对于感应部的光学测定,使用下面的荧光计系统。具体地,下面两种类型的系统用于对从ADHP所生成的试卤灵进行荧光测定。
作为系统之一采用的是结合光纤的激发光源(“LE-1xxx”,商品名,WT&T Co.,Ltd.的产品)、立体显微镜(“MCPD-7700”,商品名,Otsuka Electronics Co.,Ltd.的产品)、内置有激发光滤波器的盒、内置有荧光滤波器的盒、以及由被绑定在一起的激发光光纤和荧光光纤及被设置在尖端的聚光透镜所构成的光纤探针组合。光源、内置有激发光滤波器的盒、立体显微镜以及内置有荧光滤波器的盒通过光纤连接在一起,内置有激发光滤波器的盒连接至光纤探针组合中的激发光光纤,并且内置有荧光滤波器的盒连接至光纤探针组合中的荧光光纤。就其它系统而言,采用“FLE-1000”(商品名,Nippon Sheet Glass Co.,Ltd.的产品)。这个系统内部配置 有激发LED、接收光光电二极管以及用于提取荧光的分路滤波器,并且通过使用系统安装至的光纤探针组合,该系统能够将激发光照射在测定对象上,并且能够检测所得到的荧光。
1.通过以下的过程来制备D-葡萄糖溶液
(1)用纯水制备磷酸盐缓冲液(PBS)。
(2)制备4g/L的D-葡萄糖溶液。
(3)使用在步骤(1)中所制备的磷酸盐缓冲液及在步骤(2)中所制备的4g/L的D-葡萄糖溶液,制备期望浓度的D-葡萄糖溶液。
2.接下来,将上述荧光计系统的光纤探针组合设置在实施例1中所制备的载玻片上的感应部上。
3.通过荧光计系统测定在感应部上滴有或未滴有已经在步骤1中所制备的反应溶液的荧光强度。
图17和图18示出了测定结果。图17示出了通过将10μL的100mg/dL D-葡萄糖/PBS溶液滴在感应部上所测定的荧光强度的曲线。图17的曲线以向上递升的次序示出了在滴入后的第0秒、第60秒、第120秒、第180秒、第240秒、第300秒、第360秒、第420秒、第480秒及第540秒时的荧光强度。
如图17所示,可以确认的是,通过将D-葡萄糖溶液滴在感应部上,测定了来自感应部内部的荧光。
图18示出了当10μL的磷酸盐缓冲液(PBS)单独滴在感应部上时与当10μL的100mg/dL D-葡萄糖/PBS溶液被滴在感 应部上时的荧光强度的差异。在图18中,实曲线(D-葡萄糖溶液)和虚曲线(PBS单独)以向上递升的次序表示在滴入时、两分钟之后及五分钟之后的荧光强度。
如图18所示,可以发现,当D-葡萄糖溶液被滴入时,与PBS被单独滴入的对照标准组相比,两分钟后和五分钟后的荧光强度明显更高。
实施例4
在本实施例中,实际制作根据本发明的用于检测体内物质的探针。作为要被结合在根据本发明的用于检测体内物质的探针的感应部中的物质的实例,在本实施例中使用葡萄糖氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)。
1.制备溶解在二甲亚砜(DMSO)中的10mM ADHP。
2.制备溶解在纯水中的10U/mL辣根过氧化物酶(POD)。
3.分别提供在步骤1中所制备的10mM ADHP的等分试样(100μL)和在步骤2中所制备的10U/mL POD的等分试样(200μL),并且在被混合在一起后,用纯水(4.7mL)稀释所得混合液。
4.制备溶解在纯水中的10U/mL的葡萄糖氧化酶(GOD)。
5.提供在步骤3中所制备的ADHL-POD溶液的等分试样(每个50μL)、在步骤4中所制备的10U/mL GOD、及UV固化树脂(“BIOSURFINE AWP”,商品名,Toyo Gosei Co.,Ltd.的产品)并将它们混合。
6.提供塑料制或玻璃制光纤(外径:0.25mm)。
7.将步骤6中所提供的光纤切割成近似3cm的长度,并且将所述长度的光纤插入用于FC连接器的金属箍。
8.在位于金属箍相对一侧的光纤的尖端上,滴入在步骤5中所制备的混合液。
9.将其上滴有混合液的光纤转移到恒温箱中,随后在60℃下干燥10分钟。
10.然后,将光纤暴露在UV光下5分钟,以将UV固化树脂固化,从而,实际制作成根据本发明的用于检测体内物质的探针。
实施例5
在本实施例中,通过使用不具有感应部的用于检测体内物质的探针来测定由试卤灵水溶液和感应部各自产生的荧光。本实施例是确定光纤是否能用作根据本发明的用于测定体内物质的探针中的光波导管的实验。
1.荧光计系统的组装
(1)将配置有FC连接器的光纤连接至“FLE-1000”。
(2)将用于将多个FC连接器彼此连接的接合器安装至步骤(1)中所述的FC连接器。
(3)不具有感应部的用于检测体内物质的探针被安装在步骤
(2)所述的接合器中。
2.试卤灵水溶液的制备
(1)提供纯水(10mL)。
(2)在步骤(1)中所提供的纯水中,混合试卤灵(0.004g),以制备饱和水溶液。在这个步骤中,未溶解的试卤灵沉淀。
(3)当需要稀释时,提供在步骤(2)中所制备的饱和水溶液的上层清液,随后添加纯水以达到稀释效果。
3.试卤灵水溶液的荧光计测定
(1)在步骤2中所制备的试卤灵水溶液(饱和浓度)和其1/3倍稀释水溶液的每一个中,将用于荧光计系统的、步骤1中所制作的并且不具有感应部的用于检测体内物质的探针的尖端浸入,从而进行试卤灵的测定。
4.感应部中的荧光计测定
(1)将实施例3中所制备的D-葡萄糖溶液滴在实施例1中所形成的感应部上(载玻片上)。
(2)使用于荧光计测定的、在步骤1中所制作的并且不具有感应部的用于检测体内物质的探针的尖端达到与在步骤(1)中所描述的载玻片上的感应部接触,并且执行荧光计测定。
图19和图20示出了测定结果。图19示出了通过不具有感应部的用于检测体内物质的探针对从试卤灵水溶液内部产生的荧光进行测定的结果的曲线。图20示出了通过不具有感应部的用于检测体内物质的探针对从载玻片上的感应部内部产生的荧光进行测定的结果的曲线。
如图19和图20所示,已经确认的是,通过使用不具有感应部的用于检测体内物质的探针能够测定从试卤灵水溶液内部和载玻片上的感应部内部的每一个中所产生的荧光。通过这个结果,还已经确认的是,光纤能够用作根据本发明的用于检测体内物质的探针中的光波导管。
实施例6
在此实施例中,进行实验,以确认通过使用在实施例4中所制作的根据本发明的用于检测体内物质的探针,D-葡萄糖实际上是可检测的。
1.荧光计系统的组装
(1)将配置有FC连接器的光纤连接至“FLE-1000”。
(2)将用于将多个FC连接器彼此连接的接合器安装至步骤(1)中所述的FC连接器。
(3)将实施例4中所制作的用于检测体内物质的探针安装在步骤(2)所述的接合器中。
2.D-葡萄糖的检测
(1)提供1cm立方体(cube)的塑料制分光盒(spectroscopiccell)。
(2)将在实施例3中所制备的D-葡萄糖溶液(100mg/dL(正常对象的血糖水平))的等分试样(2mL)注入步骤(1)中所提供的盒中。
(3)将在步骤1中组装的荧光计系统中用于检测体内物质的探针浸入盒中的D-葡萄糖溶液中,并且执行荧光计测定。
图21中示出了荧光计测定的结果。
图21示出了通过使用根据本发明的用于检测体内物质的探针所执行的D-葡萄糖的检测的结果的曲线。如图21所示,已经发现,当使用根据本发明的用于检测体内物质的探针时,固定在用于检测体内物质的探针的感应部中的各酶和染料引起一系列反应,从而形成试卤灵,并且来自试卤灵的荧光强度的测定使得能够对D-葡萄糖进行检测。
实施例7
在这个实例中,实际制作了配置有毛细管部的根据本发明的用于检测体内物质的探针。作为要被结合在用于检测体内物质的探针的感应部中的物质的实例,在本实施例中使用葡萄糖氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)。
1.实施例7-1具有毛细管部与光纤之间的感应膜形式的感应部的形成:
(1)制备溶解在二甲亚砜(DMSO)中的10mM ADHP。
(2)制备溶解在纯水中的10U/mL辣根过氧化物酶(POD)。
(3)分别提供在步骤(1)中所制备的10mM ADHP的等分试样(100μL)和在步骤(2)中所制备的10U/mL POD的等分试样(200μL),并且在被混合在一起后,用纯水(4.7mL)稀释所得混合液。
(4)制备溶解在纯水中的10U/mL的葡萄糖氧化酶(GOD)。
(5)提供在步骤(3)中所制备的ADHL-POD溶液的等分试样(每个50μL)、在步骤(4)中所制备的10U/mL GOD、及UV固化树脂(“BIOSURFINE AWP”,商品名,Toyo Gosei Co.,Ltd.的产品)并将它们混合。
(6)提供塑料制或玻璃制光纤(外径:0.25mm)。
(7)将步骤(6)中所提供的光纤切割成近似3cm的长度,并将所述长度的光纤插入用于FC连接器的金属箍。
(8)在位于金属箍相对一侧的光纤的尖端上,涂布步骤(5)中所制备的混合液,然后安装毛细管部。
(9)将具有安装在其上的毛细管部的光纤转移到恒温箱中,随后在60℃下干燥10分钟。
(10)随后,将光纤暴露至UV光下5分钟,以将UV固化树脂固化,从而,毛细管部粘结至光纤,并且以毛细管部与光纤之间的感应膜的形式形成了感应部。
2.实施例7-2具有在毛细管部内壁上的感应膜形式的感应部的形成:
(1)制备溶解在二甲亚砜(DMSO)中的10mM ADHP。
(2)制备溶解在纯水中的10U/mL辣根过氧化物酶(POD)。
(3)分别提供在步骤(1)中所制备的10mM ADHP的等分试样(100μL)和在步骤(2)中所制备的10U/mL POD的等分 试样(200μL),并且在被混合在一起后,用纯水(4.7mL)稀释所得混合液。
(4)制备溶解在纯水中的10U/mL的葡萄糖氧化酶(GOD)。
(5)提供在步骤(3)中所制备的ADHL-POD溶液的等分试样(每个50μL)、在步骤(4)中所制备的10U/mL GOD、及UV固化树脂(“BIOSURFINE AWP”,商品名,Toyo Gosei Co.,Ltd.的产品)并将它们混合。
(6)提供塑料制或玻璃制光纤(外径:0.25mm)。
(7)将在步骤(6)中所提供的光纤切割成近似3cm的长度,并将所述长度的光纤插入用于FC连接器的金属箍。
(8)在位于金属箍相对一侧的光纤的尖端上,安装毛细管部。
(9)将步骤(5)中所制备的混合液吸入至毛细管部。将具有引入其中的混合液的毛细管部转移到恒温箱中,随后,在60℃下干燥10分钟。
(10)随后,将毛细管部暴露至UV光下5分钟,以将UV固化树脂固化,从而,以毛细管部中的感应膜的形式形成了感应部。
3.实施例7-3具有通过将检测物质直接固定在毛细管部的内壁上的感应膜的形式的感应部的形成:
(1)制备溶解在二甲亚砜(DMSO)中的10mM ADHP。
(2)制备溶解在纯水中的10U/mL辣根过氧化物酶(POD)。
(3)分别提供在步骤(1)中所制备的10mM ADHP的等分试样(100μL)和在步骤(2)中所制备的10U/mL POD的等分试样(200μL),并且在被混合在一起后,用纯水(4.7mL)稀释所得混合液。
(4)制备溶解在纯水中的10U/mL的葡萄糖氧化酶(GOD)。
(5)提供在步骤(3)中所制备的ADHL-POD溶液的等分试样(每个50μL)和在步骤(4)中所制备的10U/mL GOD,并将它们混合。
(6)提供塑料制或玻璃制光纤(外径:0.25mm)。
(7)将步骤(6)中所提供的光纤切割成近似3cm的长度,并将所述长度的光纤插入用于FC连接器的金属箍。
(8)在位于金属箍相对一侧的光纤的尖端上,安装毛细管部。
(9)将步骤(5)中所制备的混合液吸入至毛细管部。将具有被引入其中的混合液的毛细管部转移到恒温箱中,随后,在60℃下干燥10分钟。结果,检测物质被直接固定在毛细管部的内壁上,从而形成感应部。
实施例8
进行本实施例以确认在实施例7中所制作的实施例7-1和实施例7-3中的用于检测体内物质的每个探针都能够检测D-葡萄糖。
1.荧光计系统的组装
(1)将配置有FC连接器的光纤连接至“FLE-1000”。
(2)将用于将多个FC连接器彼此连接的接合器分别安装至步骤(1)中所述的FC连接器。
(3)在实施例7中所制作的实施例7-1和实施例7-3的用于检测体内物质的每个探针被分别安装在步骤(2)所述的接合器中。
2.D-葡萄糖的检测
(1)提供1cm立方体的塑料制分光盒。
(2)将实施例3中所制备的D-葡萄糖溶液的等分试样(1mL)注入到步骤(1)中所提供的各个盒中。作为对照标准,将磷酸盐缓冲液注入剩余的盒中。
(3)将步骤1中所组装的每个荧光计系统中用于检测体内物质的探针浸入盒中的D-葡萄糖溶液或盒中的磷酸盐缓冲液中,并且执行荧光计测定。此外,不具有感应部的用于检测体内物质的探针被另外地提供,并且还对其对于磷酸盐缓冲液的响应进行测试(见图22中的“裸样(bare)”)。
图22示出了荧光测定的结果。图22是示出了当根据本发明的用于检测体内物质的每个探针被分别浸入单独的磷酸盐缓冲液(PBS)的等分试样(1mL)中时与当它们分别被浸入D-葡萄糖溶液的等分试样(1mL)中时之间的荧光强度的差异的曲线。如图22所示,发现探针浸入D-葡萄糖溶液中时所获取的荧光强度(实曲线)明显高于探针浸入单独的PBS中时所获取的对照标准的荧光强度(虚曲线)。
实施例9
进行本实施例,以确认通过使用在实施例7中所制作的实施例7-3的用于检测体内物质的探针进行D-葡萄糖的量化是切实可行的。
1.荧光计系统的组装
(1)将配置有FC连接器的光纤连接至“FLE-1000”。
(2)将用于将多个FC连接器彼此连接的接合器安装至步骤(1)中所述的FC连接器。
(3)将在实施例7中所制作的实施例7-3的用于检测体内物质的探针安装在步骤(2)所述的接合器中。
2.D-葡萄糖的检测
(1)提供1cm立方体的塑料制分光盒。
(2)将以类似于实施例3的方式被调整为0g/L、0.5g/L及1g/L的D-葡萄糖溶液的等分试样(每个1mL)注入在步骤(1)中所提供的各个盒中。
(3)将步骤1中所组装的荧光计系统中用于检测体内物质的探针浸入盒中的D-葡萄糖溶液中,以执行荧光计测定。
图23示出了荧光计测定的结果。如图23所示,发现荧光强度与D-葡萄糖溶液的浓度成正比地增大。通过这个结果,已经证明,根据本发明的用于检测体内物质的探针的使用不仅能够对体内物质执行检测,而且甚至能够执行体内物质的量化。
实施例10
对使用作为示意性的光反应化合物的二叠氮化合物的感应部的形成进行实验。作为检测物质所采用的是葡萄糖氧化酶(GOD)、过氧化物酶(POD)及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)。提供GOD(Sigma-Aldrich Corporation的产品)、POD(Sigma-Aldrich Corporation的产品)、ADHP(AnaSpec Inc.的产品)、及包含叠氮化合物和高分子树脂、凝胶或化合物(Girasol BioInc.的产品)的光固定溶液,并制备水溶液(下文中,被称作“光固定水溶液A”)。就光波导管而言,提供塑料制光纤(直径:0.25mm,长度:2cm)。光纤的一端安装在用于FC连接器的金属圈中。将位于相对端的光纤的尖端浸入在形成感应部的光固定水溶液A中大约10秒钟,随后将其从光固定水溶液A中拉出。在室温下被干燥30分钟以上后,将光纤暴露至紫外线下,以在与FC连接器相对的端面上形成包含GOD、POD及ADHP的感应部。随后,提供内置有激发光源的光纤型荧光光度计(Nippon Sheet Glass Co.,Ltd.的产品)。用于FC连接器的金属箍以光学方式连接至荧光光度计的光纤部,具有设置在其上的感应部的光纤安装在金属箍中。将磷酸盐缓冲液(PBS)中的1g/L的D-葡萄糖溶液制备为样品溶液。将其上设置有感应部的光纤的端面浸入样品溶液中,并测定得到的荧光。
图24中示出了测定结果。从图24中所示的曲线可看出,能够在将光纤的感应部浸入样品部中之后立刻测定荧光,并且结果良好。
实施例11
使用与实施例10中所采用的相同的光固定水溶液A,接下来进行实验,以执行检测物质在构成用于检测体内物质的探针 的毛细管部的内壁上的固定。首先,提供0.4mm外径和2cm长度的塑料制毛细管部。提供与实施例10中所采用的相同的光固定水溶液A的等分试样(0.2μL),并且将其吸入毛细管部中。毛细管部包含吸入其中的光固定水溶液A。能够视觉上确认溶液吸入的进行。在室温下干燥30分钟以上之后,将毛细管部暴露至紫外线下,以在毛细管部内壁上形成感应部。与迄今被通常采用的水溶性、UV固化树脂不同,首先确认所述溶液在毛细力的作用下被平滑地吸入毛细管部。随后,提供与实施例10中所采用的相同的样品溶液,并且毛细管部被双面胶带固定在载玻片上的适当位置处,并且在荧光显微镜下被观察。将样品溶液的等分试样(5μL)滴入在毛细管部的尖端上,并且样品溶液被吸入毛细管部中。毛细管部被绿色光激发,并且视觉上观察到荧光图像。样品溶液被吸入毛细管部内部。能够观察到来自毛细管部内部的荧光。还能够确认,尽管感应部形成在毛细管部内壁上,但是毛细力根本没有损失,也没有发生堵塞,并且样品溶液被平滑地载入。
应当注意,在用已知的水溶性、UV固化树脂所进行的类似的对比实验中,在大多数实验中会发生堵塞,并且难以载入。为了进行详细的荧光观察,毛细管部被切割成近似2mm的长度,并且其对样品溶液的响应也被以荧光方式观察。
图25A和图25B中示出了荧光观察图像。根据从侧面所获取的图像(见图25A的图像),能够确认在整个毛细管部中产生荧光。换句话说,能够确认反应发生在形成于毛细管部的内壁上的整个感应部中。根据截面的图像(见图25B的图像),能够确认在毛细管部的内部产生荧光。
通过这些观察结果已经确认,样品溶液能够被平滑地吸入至毛细管部的内壁侧,所述内壁配置有形成在其上的感应部, 允许在固定在内壁上的感应部中进行预期的酶反应等,因此,能够产生荧光。
实施例12
将安装在用于FC连接器的金属圈中的塑料制光纤(直径:0.25mm,长度:2cm)接下来安装在PFA管(内径:0.5mm)中,并且将PFA管与金属箍相互粘结。将实施例11的毛细管部安装在PFA管中,使得毛细管部的端面达到与光纤的端面相接触。随后,将PFA管和毛细管部相互粘结,从而制成探针。
将实施例10中所采用的荧光光度计和探针如实施例10中以光学方式连接在一起。就样品溶液而言,制备PBS中的0g/L、0.5g/L、1g/L、2g/L及4g/L的D-葡萄糖溶液。将探针的毛细管部的尖端浸入样品溶液中2秒钟,以执行荧光计测定。图26中示出在时间为20秒时各个D-葡萄糖浓度下的荧光强度的测定结果。如图26的曲线所示,已经确认能够通过吸入毛细管部中的样品溶液来测定荧光。
实施例13
在本实施例中,对醇(乙醇)检测系统进行实验。就检测物质而言,使用醇氧化酶、过氧化物酶及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP)。首先,以以下方式形成感应部。提供醇氧化酶(Sigma-Aldrich Corporation的产品)、过氧化物酶(POD,Sigma-Aldrich Corporation的产品)、及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP,AnaSpec Co.,Ltd.的产品),并且制备9U/mL的醇氧化酶水溶液、1.5U/mL的过氧化物酶水溶液、及二甲亚砜(DMSO)中的50μg/mL的ADHP溶液。将上述已经制备的全部的醇氧化酶水溶液的等分试样(1.3μL)、过氧化物酶水溶液的等分试样(1.5μL) 及ADHP溶液的等分试样(2.5μL)混合在一起,随后,添加纯水(310μL),以稀释所得的混合液。添加具有包含其中的叠氮化合物的光固定溶液(Hirasol Bio Inc.的产品),并将其与如此所稀释的混合液混合,使得叠氮化合物含量为0.0625w/v%。结果,制备成“光固定水溶液B”。接下来,提供外径为0.4mm并且长度为2cm的毛细管部,并且光固定水溶液B的等分试样(0.2μL)被吸入毛细管部。在被干燥后,将毛细管部暴露在紫外线下,以固定检测物质。结果,具有结合其中的酶和基质的感应部形成(固定)在毛细管部内壁上。
接下来,提供磷酸盐缓冲液(PBS)中的乙醇溶液作为样品溶液。其乙醇浓度被设定为0.03w/v%。如果在血液中检测到该浓度,则认为是人的醉酒浓度。将具有形成其上的感应部的毛细管部固定在荧光显微镜的镜台上的适当位置处。样品溶液的等分试样(5μL)滴到毛细管部的尖端上,并且被吸入毛细管部中。
结果,对应于样品溶液穿过毛细管部的流动,观察到荧光,因此,确认在毛细管部内壁上所形成的感应部具有预期的功能。
随后,通过下文中所述的过程进行类似于图13的实例的用于检测体内物质的探针的制作。提供直径为0.25mm并且长度为2cm的塑料制光纤,并将其安装在FC型金属圈中。提供长度为2cm并且内径为0.5mm的PFA管,并且在PFA管的中间部的周围,形成横向孔。将PFA管安装在毛细管部的侧圆柱部上,使得PFA管与侧圆柱部以直角相交。将PFA管安装在光纤上,以使光纤与毛细管部的侧圆柱部接触。将金属圈和PFA管粘结在一起,并且将PFA管和毛细管部粘结在一起。结果,激发光通过金属圈中的光纤的传输导致激发光进入毛细管部的侧圆柱部,从而激发形成在传输光的毛细管部的内壁上的感应部中的试卤灵。因此,能够实现可通过经由光纤接收由试卤灵所产生的荧光来执行荧光计测定的结构。
接下来,提供光纤系统的荧光光度计(Nippon Sheet Glass Co.,Ltd.制造)。通过FC型接合器,将本实施例中所提供的上述检测探针安装至荧光光度计。此外,将本实施例中所提供的含乙醇的样品溶液保温在37℃,并且在称量盘中提供样品溶液的等分试样(5μL)。在将检测探针浸入样品溶液5秒钟后,将探针从样品溶液中拉出,并执行荧光计测定。作为对照标准,提供PBS溶液,执行类似的荧光计测定。
作为荧光计测定的结果,观察到含乙醇的样品溶液的荧光显著增大,而没有观察到PBS的荧光的增大。图27是示出了在本实施例中的荧光计测定的结果的曲线。从该曲线中所示的结果已经确认,通过感应部设置在毛细管部内壁上并且具有光波导管功能的光纤被连接至毛细管部的侧圆柱部的结构的检测探针进行乙醇检测是切实可行的。
因为酶反应随着基质浓度的增大而加速,所以能够根据最终产物的浓度来估计基质的浓度。因此,能够根据荧光强度来得出乙醇的浓度。
此外,众所周知,齿龈沟液类似于血液的血浆组织。通过测定齿龈沟液,能够相应地量化血液中乙醇的浓度。因此,根据本发明的用于检测体内物质的探针和系统能够提供可以不同于侵入性的非侵入性方式测定血液中乙醇浓度的技术。
实施例14
通过将实施例13中所采用的结构的检测探针中的感应部的检测物质改变为葡萄糖氧化酶(GOD)、过氧化物酶(POD)及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP),而使D-葡萄糖的检测切实可行。
图28示出了使用实施例13中所采用的结构的检测探针所进行的D-葡萄糖检测的荧光计测定的结果的曲线。从该曲线中可以看出,通过将包含100mg/dL浓度的D-葡萄糖的PBS与作为对照标准的PBS进行对比,明确地测定了荧光。
实施例15
在本实施例中,对尿酸检测系统进行实验。
首先,形成用于尿酸检测的感应部。提供尿酸酶(Sigma-Aldrich Corporation的产品)、过氧化物酶(POD,Sigma-Aldrich Corporation的产品)、及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP,AnaSpec Co.,Ltd.的产品),并且制备9U/mL的尿酸酶水溶液、1.5U/mL的过氧化物酶水溶液、及在二甲亚砜(DMSO)中的50μg/mL的ADHP溶液。将上述已经制备的全部的尿酸酶水溶液的等分试样(1.3μL)、过氧化物酶水溶液的等分试样(1.5μL)、及ADHP溶液的等分试样(2.5μL)混合在一起,随后,添加纯水(310μL),以稀释所得的混合液。添加具有包含其中的叠氮化合物的光固定溶液(Hirasol Bio Inc.的产品),并将其与如此所稀释的混合液混合,使得叠氮化合物含量为0.0625w/v%。结果,制备成用于感应部形成的“光固定水溶液C”。
接下来,提供外径为0.4mm并且长度为2cm的毛细管部,并且光固定水溶液C的等分试样(0.2μL)在毛细作用下被吸入毛细管部中。在被干燥后,将毛细管部暴露在紫外线下,以形成(固定)感应部。
接下来,提供磷酸盐缓冲液(PBS)中的尿酸钠溶液作为样品溶液。因为7mg/dL(0.007w/v%)对应于高尿酸水平的标准值,而血液中0.01w/v%为疑是高尿酸水平的浓度,所以其浓度 被设定为0.01w/v%。将能够用作检测探针的毛细管部固定在荧光显微镜的镜台上。样品溶液的等分试样(5μL)被滴到毛细管部的尖端上,并且被吸入毛细管部中。对应于样品溶液穿过毛细管部的流动,观察到荧光。结果,确认在毛细管部内壁上所形成的感应部具有尿酸检测系统的功能。
随后,通过类似于实施例13或实施例14的过程来制作类似于图13的实例的用于检测体内物质的探针。通过FC型接合器,将探针安装至光纤系统的荧光光度计(Nippon Sheet Glass Co.,Ltd.制造)。
接下来,将本实施例中所提供的样品溶液保温在37℃,并且在称量盘中提供样品溶液的等分试样(5μL)。在将探针浸入样品溶液5秒钟后,将探针从样品溶液中拉出,并且执行荧光计测定。作为对照标准,还提供PBS并对其进行测定。
作为测定结果,观察到包含尿酸的样品溶液的荧光显著增大,而作为参照标准的PBS增大很小。图29中所示的曲线示出,与作为参照标准的无尿酸PBS相比,具有包含其中的尿酸的样品溶液(尿酸溶液)测定到更高的荧光强度。
通过上述结果已经发现,通过感应部设置在毛细管部内壁上并且光波导管被连接至毛细管部的侧圆柱部的结构的检测探针进行尿酸检测是实际可行的。因为酶反应随着基质浓度的增大而加速,所以能够根据最终产物的浓度来估计基质的浓度。因此,能够根据荧光强度得出尿酸的浓度。
此外,众所周知,齿龈沟液类似于血液的血浆组织。通过测定齿龈沟液,能够相应地量化血液中尿酸的浓度。因此,根 据本发明的用于检测体内物质的探针和系统作为能够以不同于侵入性的非侵入性方式测定血液中尿酸浓度的技术是有效的。
应当注意,作为在上述实例中所采用的检测物质的硼酸化合物在感应部中的结合,使得能够根据由上述化学反应式(1)所表示的反应原理来执行齿龈沟液中所包含的糖的荧光检测。
实施例16
在本实施例中,对乳酸检测系统进行实验。
首先,形成用于乳酸检测的感应部。提供乳酸氧化酶(Sigma-Aldrich Corporation的产品)、过氧化物酶(POD,Sigma-Aldrich Corporation的产品)及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP,AnaSpec Co.,Ltd.的产品)。制备乳酸氧化酶的1U/mL水溶液、过氧化物酶的1.5U/mL水溶液、及二甲亚砜(DMSO)中的ADHP的50μg/mL溶液。将上述已经制备的全部的乳酸氧化酶水溶液的等分试样(10μL)、过氧化物酶水溶液的等分试样(15μL)、及ADHP溶液的等分试样(9μL)混合在一起,随后,添加纯水(280μL),以稀释所得的混合液。添加光固定溶液(Hirasol Bio Inc.的产品),并将其与如此所稀释的混合液混合,使得叠氮化合物含量为0.0625w/v%。结果,制备成用于感应部形成的“光固定水溶液D”。
接下来,提供外径为0.4mm并且长度为3cm的毛细管部,并提供光固定水溶液D的等分试样(5μL)。将毛细管部的一端浸入光固定水溶液D中,并且光固定水溶液D在毛细作用下被吸入毛细管部中。在被干燥后,将毛细管部暴露在紫外线下,以形成(固定)感应部。结果,多种酶和基质的感应膜被固定在毛细管部的内壁上。
接下来,除了采用用于乳酸检测的上述感应部之外,以与实施例15的用于检测体内物质的上述探针的制作方式类似的方式来制作本实施例的用于检测体内物质的探针。将探针以光学方式连接至被安装至具有内置的激发光源和光检测器(“FLE-1000”,商品名,由Nippon Sheet Glass Co.,Ltd.制造)的荧光光度计的光纤。因此,能够照射来自毛细管部的内壁的激发光,并测定由通过毛细管部中的酶反应所形成的试卤灵所产生的荧光。
就样品溶液而言,提供磷酸盐缓冲液(PBS)中的乳酸溶液(L-(+)-乳酸,Sigma-Aldrich Corporation的产品)。其浓度被设定为2.0mM。该2.0mM为血液乳酸水平的正常值,而任何高于该值的值被怀疑是乳酸酸中毒。在将检测探针的尖端浸入称量盘中被保温在37℃的含乳酸的样品溶液的等分试样(5μL)中5秒钟后,将探针从样品溶液中拉出,并执行荧光测定。作为参照标准,提供PBS,并且也执行荧光测定。
作为荧光测定的结果,观察到含乳酸的样品溶液的荧光显著增大,而对于PBS则增大很小(见图30)。从结果中可以发现,具有形成在毛细管部内壁上的感应膜的探针的使用使得能够进行乳酸检测。
因为酶反应随着基质浓度的增大而加速,所以能够根据最终产物的浓度来估计基质的浓度。在正常值(即,2.0mM)下测定是可行的。在大于正常值的高浓度的异常值下,测定因此也是可行的。根据荧光强度能够得到乳酸的浓度。此外,众所周知,齿龈沟液类似于血液的血浆组织。通过测定齿龈沟液,能够相应地量化血液中乳酸的浓度。因此,已经确认,用于检测体内物质的探针提供能够以不同于侵入性的非侵入性方式测定血液中乳酸浓度的技术。
实施例17
在本实施例中,对糖化蛋白检测系统进行实验。
首先,形成用于糖化蛋白检测的感应部。提供蛋白酶(Sigma-Aldrich Corporation的产品)、果糖基-氨基酸氧化酶(Sigma-Aldrich Corporation的产品)、过氧化物酶(POD,Sigma-Aldrich Corporation的产品)、及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP,AnaSpec Co.,Ltd.的产品)。制备0.7U/μL的蛋白酶水溶液、0.7U/μL的果糖基-氨基酸氧化酶水溶液、1.5U/mL过氧化物酶的水溶液、及二甲亚砜(DMSO)中的50μg/mL的ADHP溶液。
将上述已经制备的全部的果糖基-氨基酸氧化酶水溶液的等分试样(10μL)、过氧化物酶水溶液的等分试样(15μL)及ADHP溶液的等分试样(9μL)混合在一起,随后,添加纯水(280μL),以稀释所得的混合液,从而制备无蛋白酶溶液。还将水蛋白酶溶液添加至溶液中,从而制备所有检测物质的混合溶液。混合溶液显示出白色浑浊。因此,能够推断已经发生了借助于蛋白酶的非蛋白酶的酶类的降解。
因此,决定分开制备无蛋白酶溶液和单独的蛋白酶溶液。
添加光固定溶液(Hirasol Bio Inc.的产品),并将其与无蛋白酶的溶液混合,使得叠氮化合物含量为0.0625w/v%。结果,制备成用于感应部形成的无蛋白酶的“光固定水溶液E1”。
通过将纯水(305μL)添加至水蛋白酶溶液的等分试样(10μL)从而稀释水蛋白酶溶液来制备单独的蛋白酶溶液。添加光固定溶液(Hirasol Bio Inc.的产品),并将其与单独的蛋白酶溶液混合,使得 叠氮化合物含量为0.0625w/v%。结果,制备成用于感应部形成的含蛋白酶的“光固定水溶液E2”。
接下来,提供外径为0.4mm并且长度为3cm的毛细管部。含蛋白酶的光固定水溶液E2的等分试样(0.2μL)从毛细管部左半边的一侧在毛细作用下被吸入,无蛋白酶的光固定水溶液E1的等分试样(0.2μL)从与左半边相对的毛细管部的右半边侧在毛细作用下被吸入。在被干燥后,将毛细管部暴露在紫外线下。结果,在毛细管部的内壁上形成(固定)两种类型的感应部,具体地,在毛细管部左半边侧上为蛋白酶感应膜,而在毛细管部的右半边侧上为不同于蛋白酶(果糖基-氨基酸氧化酶和过氧化物酶)和基质(ADHP)的酶的感应膜。
随后,除了采用用于糖化蛋白检测的上述感应部之外,以与实施例15的用于检测体内物质的上述探针的制作方式类似的方式来制作本实施例的用于检测体内物质的探针。当将探针以光学方式连接至被安装至具有内置的激发光源和光检测器(“FLE-1000”,商品名,由Nippon Sheet Glass Co.,Ltd.制造)的荧光光度计的光纤时,光纤从不同于蛋白酶(果糖基-氨基酸氧化酶和过氧化物酶)及基质(ADHP)的酶的感应膜的一侧插入探针中。插入端被用作内部端,而蛋白酶的感应膜侧的相对端被用作外部端。因此,插入金属箍中的光纤在不同于蛋白酶(果糖基-氨基酸氧化酶和过氧化物酶)及基质(ADHP)的酶的感应膜被固定在内侧的部分处达到与毛细管部的内壁接触。
提供磷酸盐缓冲液(PBS)中的糖化白蛋白(Sigma-AldrichCorporation的产品)及白蛋白(Sigma-Aldrich Corporation的产品)的溶液。它们的浓度被设定为5g/dL。如上所述,该5g/dL为血清中白蛋白的正常值。将两种溶液混合在一起,使得糖化白蛋白含量为总白蛋白含量(糖化白蛋白和白蛋白的和)的20w/v%。提供所 得混合液作为样品溶液。如上所述,该值20w/v%为超过正常值一点的值。如果能够测定到该值,则该值可用于血糖水平的诊断。
将样品溶液保温在37℃下,并且在被加热到37℃的称量盘中提供样品溶液的等分试样(5μL)。在将检测探针的外部端浸入样品溶液5秒钟后,将检测探针从样品溶液中拉出,并且测定荧光。作为参照标准,提供PBS中5g/dL的白蛋白溶液和PBS,并且也执行荧光测定。
作为荧光测定的结果,图31中示出了含糖化白蛋白的样品溶液、单独的白蛋白的样品溶液及PBS的结果。通过白蛋白与PBS之间的对比,由于白蛋白的荧光强度的增强很大,并且由于白蛋白的存在而观察到荧光。已经确认,与白蛋白的样品溶液相比,含糖化白蛋白的样品溶液荧光强度的增强很大而忽略了白蛋白自身的影响,并且糖化白蛋白的检测是可行的。
由于酶反应随着作为基质的糖化白蛋白浓度的增大而加速,所以根据最终产物的浓度能够估计出基质的浓度。在浓度超过正常值一点时,测定是可行的,使得在高于上述浓度的异常浓度值时,测试也是可行的。根据荧光强度能够得出糖化白蛋白的浓度。此外,众所周知,齿龈沟液类似于血液的血浆组织。通过测定齿龈沟液,能够相应地量化血液中糖化白蛋白的浓度。因此,可以认为,根据本发明的用于检测体内物质的探针和系统能够提供可以不同于侵入性的非侵入性方式测定血液中糖化白蛋白浓度的技术。
根据蛋白质降解酶的种类,基质特异性不同。当低基质特异性的蛋白酶被用于本实施例中时,血清中的糖化蛋白都被降解,使得所得的探针能够用于果糖胺的测定。当使用对于糖化白蛋白具有高特异性的蛋白质降解酶时,单独的糖化白蛋白的 测定是可行的。对于糖化白蛋白具有高特异性的蛋白质降解酶是已知的,并且被用在商业用实验剂“LUCICA GA”(商品名,Asahi Kasei Pharma Co.,Ltd.的产品)中。通过使用具有不同基质特异性的这样的蛋白质降解酶,不仅能够测定诸如果糖胺而且能够测定诸如糖化白蛋白及糖化血红蛋白的特定的糖化蛋白。
实施例18
在本实施例中,对肌酸检测系统和肌酸酐检测系统进行实验。
首先,分别形成用于肌酸酐和肌酸检测的感应部。应当注意,肌酸酐在肌酸酐酶的作用下被转换成肌酸。
提供肌酸酐酶(Sigma-Aldrich Corporation的产品)、肌酸脱水酶(Sigma-Aldrich Corporation的产品)、肌氨酸氧化酶(Sigma-Aldrich Corporation的产品)、过氧化物酶(POD,Sigma-Aldrich Corporation的产品)及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP,AnaSpec Co.,Ltd.的产品)。制备1U/μL的肌酸酐酶水溶液、1U/μL的肌酸脱水酶水溶液、0.5U/μL的肌氨酸氧化酶水溶液、1.5U/μL的过氧化物酶水溶液、及在二甲亚砜(DMSO)中的50μg/mL的ADHP溶液。
根据上述所制备的溶液,制备含肌酸酐酶的水溶液和无肌酸酐酶的水溶液。
通过将肌酸酐酶水溶液的等分试样(10μL)、肌酸脱水酶水溶液的等分试样(10μL)、肌氨酸氧化酶水溶液的等分试样(10μL)、过氧化物酶水溶液的等分试样(15μL)、及ADHP溶液的等分试样(9μL)混合,并随后向所得混合液加入纯水(260μL)进行稀释,从而制备包含肌酸酐酶的水溶液。另一方面,除了添加纯水(10μL) 来代替肌酸酐酶水溶液之外,通过使用类似浓度的各种酶和基质来制备无肌酸酐酶水溶液。添加光固定溶液(Girasol Bio Inc.的产品),并将其与每种水溶液混合达到0.0625w/v%。结果,制备成用于感应部形成的含肌酸酐酶的“光固定水溶液F”和无肌酸酐酶的“光固定水溶液FN”。
随后,提供外径为0.4mm并且长度为3cm的两个毛细管部。各个固定溶液(即,光固定水溶液F和光固定水溶液FN)的等分试样(0.2μL)被吸入各自的毛细管部。在被干燥后,将毛细管部暴露在紫外线下。结果,所有酶和基质的感应膜和不同于肌酸酐酶和所述基质的酶的另一种感应膜被分别固定在毛细管部的内壁上,从而形成感应部。通过这种方式,制备成具有含肌酸酐酶感应膜的检测探针和具有无肌酸酐酶感应膜的检测探针。
接下来,除了采用用于肌酸等检测的上述感应部之外,以与实施例15的用于检测体内物质的上述探针的制作方式类似的方式来制作本实施例的均用于检测体内物质的两个探针。将每个探针以光学方式连接至被安装至具有内置的激发光源和光检测器(“FLE-1000”,商品名,由Nippon Sheet Glass Co.,Ltd.制造)的荧光光度计的光纤。因此,能够从每个毛细管部的内壁照射激发光,并且测定由通过毛细管部中的酶反应所形成的试卤灵产生的荧光。
提供两种溶液作为样品溶液,具体地,磷酸盐缓冲液(PBS)中的肌酸酐(Sigma-Aldrich Corporation的产品)水溶液和磷酸盐缓冲液(PBS)中的肌酸(Sigma-Aldrich Corporation的产品)水溶液。它们的浓度分别设定为1.5mg/dL和1.0mg/dL。这些浓度值为超过它们的正常值一点的值。如果在这些浓度下测定可行,则上述所制备的探针能够用于肌酸酐和肌酸的测定。在将具有含肌酸酐酶感应膜的检测探针的尖端浸入称量盘中被保温在37℃的含肌酸 酐样品溶液的等分试样(5μL)中5秒钟之后,将尖端从样品溶液中拉出,并执行荧光计测定。提供PBS作为参考标准,同样执行荧光测定。通过具有无肌酸酐酶感应膜的检测探针,同样也执行荧光测定。
图32A示出了通过使用具有含肌酸酐酶的感应膜的检测探针所获取的结果,而图32B示出了通过使用具有无肌酸酐酶的感应膜的检测探针所获取的结果。
当感应膜中不包含肌酸酐酶时,肌酸溶液的荧光强度与肌酸酐溶液的荧光强度相比,预计变得更强。通过图32B的结果已经确认,肌酸溶液的荧光强度很强。
当感应膜中包含肌酸酐酶时,该肌酸酐酶作用于肌酸,从而预计荧光强度增强。通过图32A的结果已经确认,含肌酸酐酶的感应膜的使用导致肌酸酐溶液的荧光强度增强,并能够检测肌酸酐。
通过上述情况可知,酶反应随着作为基质的肌酸酐或肌酸浓度的增大而加速,因此能够根据最终产物的浓度来估计基质的浓度。在浓度超过正常值一点时,测定是可行的,从而在高于上述浓度的异常浓度值时,测定是可行的。能够根据荧光强度得出肌酸酐或肌酸的浓度。此外,众所周知,齿龈沟液类似于血液的血浆组织。通过测定齿龈沟液,能够相应地量化血液中肌酸酐或肌酸的浓度。因此,已经确认的是,本实施例的每一个用于检测体内物质的探针都能够提供可以不同于侵入性的非侵入性方式测定血液中肌酸酐和肌酸浓度的技术。
实施例19
在本实施例中,对胆固醇检测系统和胆固醇酯检测系统进行实验。
首先,分别形成用于胆固醇和胆固醇酯检测的感应部。应当注意,血液中四分之三的胆固醇是以酯的形式存在的。提供胆固醇酯酶(Sigma-Aldrich Corporation的产品)、胆固醇氧化酶(Sigma-Aldrich Corporation的产品)、过氧化物酶(POD,Sigma-Aldrich Corporation的产品)及10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪(ADHP,AnaSpec Co.,Ltd.的产品)。制备1U/mL的胆固醇酯酶水溶液、0.5U/mL的胆固醇氧化酶水溶液、1.5U/mL的过氧化物酶水溶液、及二甲亚砜(DMSO)中的50μg/mL的ADHP溶液。
根据上述所制备的溶液,通过将胆固醇酯酶水溶液的等分试样(10μL)、胆固醇氧化酶水溶液的等分试样(10μL)、过氧化物酶水溶液的等分试样(15μL)及ADHP溶液的等分试样(9μL)混合,并随后向所得混合液加入纯水(270μL)进行稀释,从而制备包含胆固醇酯酶的水溶液。另一方面,通过添加纯水(10μL)来代替胆固醇酯酶水溶液来制备无胆固醇酯酶的水溶液。
添加光固定溶液(Girasol Bio Inc.的产品),并将其与每种水溶液混合,使得叠氮化合物含量为0.0625w/v%。结果,制备成用于感应部形成的含胆固醇酯酶的“光固定水溶液G”和无胆固醇酯酶的“光固定水溶液GN”。
随后,提供外径为0.4mm并且长度为3cm的两个毛细管部。各个固定溶液(即,光固定水溶液G和光固定水溶液GN)的等分试样(0.2μL)被吸入各自的毛细管部。在被干燥后,将毛细管部暴露在紫外线下。结果,所有酶和基质的感应膜和不同于胆固醇酯 酶和所述基质的酶的另一种感应膜被分别固定在毛细管部的内壁上,从而形成感应部。通过这种方式,制备成具有含胆固醇酯酶的感应膜的检测探针和具有无胆固醇酯酶的感应膜的检测探针。
接下来,除了采用用于胆固醇和胆固醇酯检测的上述感应部之外,以与实施例15的用于检测体内物质的上述探针的制作方式类似的方式来制作本实施例的每一个用于检测体内物质的两个探针。将每个探针以光学方式连接至被安装至具有内置的激发光源和光检测器(“FLE-1000”,商品名,由Nippon Sheet GlassCo.,Ltd.制造)的荧光光度计的光纤。因此,能够从每个毛细管部的内壁照射激发光,并且测定由通过毛细管部中的酶反应所形成的试卤灵所产生的荧光。
胆固醇硬脂酸酯(Sigma-Aldrich Corporation的产品)和胆固醇(Sigma-Aldrich Corporation的产品)分别悬浮在乙醇中。这些悬浮液被组合在一起,使得胆固醇硬脂酸酯与胆固醇的含量比变为如血液中一样的4∶1。用磷酸盐缓冲液(PBS)来稀释所得混合液,从而制备在胆固醇方面浓度为220mg/dL的混合样品溶液。另外,还提供仅包含220mg/dL胆固醇的胆固醇样品溶液。220mg/dL以下为正常值。如果在该浓度下测定是可行的,则上述的探针能够用于总的胆固醇的测定。在将具有含胆固醇酯酶的感应膜的检测探针的尖端浸入称量盘中被保温在37℃的混合样品溶液的等分试样(5μL)中10秒钟之后,将尖端从样品溶液中拉出,并执行荧光测定。同样也测定胆固醇样品溶液。提供PBS作为参考标准,同样执行荧光测定。此外,除了探针被具有无胆固醇酯酶的感应膜的检测探针代替之外,以与如上所述类似的方式分别测定混合样品溶液、胆固醇样品溶液及PBS。
图33A中示出了通过使用具有含胆固醇酯酶的感应膜的检测探针所得到的结果,而图33B中示出了通过使用具有无胆固醇酯酶的感应膜的检测探针所得到的结果。
当使用具有含胆固醇酯酶的感应膜的检测探针时,在胆固醇硬脂酸酯和胆固醇的混合样品溶液的情况下,荧光强度很高。因此,确认反应在混合样品溶液中比在胆固醇样品溶液中被加速更大(见图33A)。推测其原因应是作为胆固醇硬脂酸酯被胆固醇酯酶降解的结果所产生的胆固醇的增多。
因为胆固醇氧化酶被结合在感应膜中,所以在胆固醇样品溶液中对于胆固醇的响应低于混合样品溶液。可以推定,通过胆固醇酯酶,在感应膜中的胆固醇氧化酶的附近生成了高浓度的胆固醇。
另一方面,当使用具有无胆固醇酯酶的感应膜的检测探针时,在混合样品溶液情况下的荧光强度低于在仅包含胆固醇的样品溶液的情况。认为这归因于混合样品溶液中胆固醇的浓度更低。图33B中所示的结果与预计的一样。与单独的胆固醇样品溶液相比,对于混合样品溶液的响应很低。但是,对于混合样品溶液的响应高于对于PBS的响应,因此确信反应已经发生。
因为酶反应随着作为基质的胆固醇浓度的增大而加速,所以能够根据最终产物的浓度来估计基质的浓度。在220mg/dL正常值时,测定是可行的,使得在高于上述浓度的异常浓度值时,测定也是可行的。因为能够根据荧光强度来得出胆固醇酯和胆固醇的总浓度,所以能够确定胆固醇的总量。此外,众所周知,齿龈沟液类似于血液的血浆组织。通过测定齿龈沟液,能够相应地量化血液中胆固醇的总浓度。因此,已经确认的是,每一个用于检测体内物质的探针都能够提供可以不同于侵入性的非侵入性方式测定血液中胆固醇总浓度的技术。
实施例20
在本实施例中所采用的是每一个都类似于图13所示的用于检测体内物质的两个探针,具体地,具有连接至毛细管部的侧圆柱部的光波导管的用于检测体内物质的一个探针以及类似于上述用于检测体内物质的探针并且配置有通过毛细管部壁所形成的孔的用于检测体内物质的另一个探针。
1.毛细管部的配置
提供外径为0.4mm并且长度为20mm的三个毛细管部。在其中一个毛细管部的中间(在距离尖端10mm的位置处),形成直径为0.05mm并且深度为0.2mm的孔。在另一个毛细管部的中间,形成直径为0.1mm并且深度为0.2mm的孔。结果,形成使毛细管部的内部通道与外部彼此连通的通气孔。
2.酶固定溶液的制备
提供葡萄糖氧化酶(GOD,Sigma-Aldrich Corporation的产品)、过氧化物酶(POD,Sigma-Aldrich Corporation的产品)、ADHP(AnaSpec Co.,Ltd.的产品)及光固定溶液(Hirasol Bio Inc.),并制备酶固定溶液。
3.感应膜的形成
用密封剂将配置有通气孔的每个毛细管部在其尖端处密封。在称量盘中提供上述制备的酶固定溶液的等分试样(5μL)。将每个毛细管部的相对尖端(在未被密封侧)浸入酶固定溶液,并且酶固定溶液被吸入毛细管部。在被干燥后,将毛细管部暴露在紫外线下。结果,酶被固定在毛细管部的内壁上,从而形成感应膜。
制备未配置有通气孔的毛细管部,并且将毛细管部的尖端浸入酶固定溶液中,从而在毛细管部的内壁上形成感应膜。
4.样品溶液的制备
提供在PBS中的1g/dL的D-葡萄糖溶液。
5.感应膜响应的观察
在称量盘中提供上面所制备的样品溶液(D-葡萄糖溶液)的等分试样(5μL)。将具有设置在其上的感应膜的毛细管的一侧(所述侧不是酶固定溶液被吸入所通过的一侧)浸入酶固定溶液5秒钟,并且进行荧光观察。提供荧光立体显微镜以进行荧光观察。如果所形成的感应膜响应D-葡萄糖溶液,则ADHP改变为试卤灵,并且当被绿色光激发时,产生橙色荧光。激发光和荧光立体显微镜接收的荧光被分别设定为绿色和橙色。
结果,对于未配置有通气孔的毛细管部,从毛细管部内壁的整个区域观察到荧光(见图34A)。另一方面,对于配置有通气孔(直径:0.05mm和0.1mm)的每个毛细管部,从酶固定溶液被吸入所通过的端部至通气孔的周围观察到荧光。图34B示出了从配置有0.05mm通气孔的毛细管部所获得的结果。在观察到荧光的每个内壁上,认为存在相应的感应膜。已经确认的是,当配置有通气孔时,感应膜从固定溶液被吸入所通过的尖端延伸至通气孔。另一方面,当未配置通气孔时,感应膜在毛细管部的整个区域上延伸。因此,已经确认的是,通过为其一侧被封闭的毛细管部配置通气孔,酶固定溶液被吸入至内部通道中的空气被释放所通过的通气孔周围,而很难被进一步吸入。
鉴于上述情况,可通过为毛细管部配置多个通气孔来选择性确定在毛细管部内壁上固定感应膜的位置。显而易见,在酶固定溶液的吸入时利用通气孔,使得可以将感应膜固定期望的位置处,例如在尖端与最近通气孔之间或在通气孔与另一个通气孔之间。
根据本实施方式,能够在齿龈沟中测定齿龈沟液中体内物质。因此,能够实时地、高精度地、非侵入性地测定齿龈沟液中体内物质。这项技术的使用使得能够有助于诸如医学领域(病理学、肿瘤免疫学、移植学、遗传学、再生医学、化学疗法等)、药物开发领域、临床测试领域、食品领域、农业领域、工学领域、法医学领域、犯罪鉴别领域等各种各样的领域中的分析和/或诊断技术的提高。
虽然已经使用特定的术语描述了本发明的优选实施方式,但是这样的描述仅为示意性目的,应当理解,在不背离所附权利要求的精神和范围的前提下,可以进行各种修改和变化。
Claims (20)
1.一种用于检测体内物质的探针,所述探针适于检测齿龈沟液中的体内物质,包括:
齿龈沟插入部,能够插入齿龈沟内;以及
感应部,设置在所述齿龈沟插入部上并且包含可对所述体内物质进行光学检测的检测物质。
2.根据权利要求1所述的探针,还包括:
光波导管,用于至少执行对所述感应部进行光照射和检测来自所述感应部的光中的一个。
3.根据权利要求2所述的探针,其中,所述光波导管由光纤形成。
4.根据权利要求1所述的探针,其中,所述齿龈沟插入部具有不大于0.2mm的短边或短轴。
5.根据权利要求1所述的探针,其中,所述齿龈沟插入部设置有在毛细作用下采集所述齿龈沟液的毛细管部,并且所述齿龈沟液通过所述毛细管部被引入至所述感应部。
6.根据权利要求5所述的探针,其中,所述感应部设置在所述毛细管部的内壁上,并且所述检测物质被固定在所述感应部中。
7.根据权利要求6所述的探针,其中,所述光波导管连接至所述毛细管部的圆柱形侧壁。
8.根据权利要求6所述的探针,其中,所述固定通过光反应来实现。
9.根据权利要求1所述的探针,其中,当所述检测物质与所述体内物质特异性结合时,所述检测物质使荧光强度改变。
10.根据权利要求9所述的探针,其中,所述检测物质为硼酸化合物。
11.根据权利要求1所述的探针,其中,所述检测物质包括:
(1)至少一种酶;以及
(2)能够变成光学测定对象的物质。
12.根据权利要求11所述的探针,其中,能够变成所述光学检测对象的所述物质是通过与作为酶反应产物的过氧化氢的反应转换成荧光源的物质。
13.根据权利要求12所述的探针,其中,所述荧光源为试卤灵。
14.根据权利要求11所述的探针,其中,能够变成所述光学测定对象的所述物质是通过与作为酶反应产物的过氧化氢的反应而其吸光度改变的物质。
15.根据权利要求14所述的探针,其中,其吸光度改变的所述物质为邻联茴香胺。
16.根据权利要求11所述的探针,其中,所述酶包括:
(1)第一酶,用于催化所述齿龈沟液中的所述体内物质参与的第一反应;以及第二酶,用于催化由所述第一反应所形成的产物参与的第二反应;以及
(2)能够变成光学测定对象的物质。
17.根据权利要求16所述的探针,其中,所述第一酶选自于包括葡萄糖氧化酶、醇氧化酶、尿酸酶(尿酸氧化酶)、乳酸氧化酶、果糖基氨基酸氧化酶、肌氨酸氧化酶及胆固醇氧化酶的组。
18.根据权利要求16所述的探针,其中,所述第二酶为过氧化物酶。
19.一种用于检测体内物质的系统,所述系统用于检测齿龈沟液中的体内物质,包括:
用于检测所述体内物质的探针,其设置有:
齿龈沟插入部,能够插入齿龈沟内;以及
感应部,设置在所述齿龈沟插入部上并且包含可对所述体内物质进行光学检测的检测物质,
光照射器,用于将光照射在用于检测所述体内物质的所述探针的所述感应部上;以及
光检测器,用于在通过所述光照射器进行光照射时检测来自所述感应部内部的光学信息。
20.根据权利要求19所述的系统,还包括
二色元件,用于在通过所述光照射器进行光照射时从所述感应部内部提取光学信息。
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