FI89837C - Biospecific assay method - Google Patents

Biospecific assay method Download PDF

Info

Publication number
FI89837C
FI89837C FI923065A FI923065A FI89837C FI 89837 C FI89837 C FI 89837C FI 923065 A FI923065 A FI 923065A FI 923065 A FI923065 A FI 923065A FI 89837 C FI89837 C FI 89837C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
microparticles
luminescence
biospecific
different
fluorescent
Prior art date
Application number
FI923065A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI923065A0 (en
FI89837B (en
Inventor
Erkki Juhani Soini
Original Assignee
Erkki Juhani 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 Juhani Soini filed Critical Erkki Juhani Soini
Priority to FI923065A priority Critical patent/FI89837C/en
Publication of FI923065A0 publication Critical patent/FI923065A0/en
Priority to DE69313611T priority patent/DE69313611T2/en
Priority to EP93913046A priority patent/EP0606422B1/en
Priority to US08/193,106 priority patent/US5518883A/en
Priority to JP50299394A priority patent/JP3311752B2/en
Priority to PCT/FI1993/000261 priority patent/WO1994001774A1/en
Priority to AU43290/93A priority patent/AU4329093A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI89837B publication Critical patent/FI89837B/en
Publication of FI89837C publication Critical patent/FI89837C/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Description

8 9 8 3 7 BIOSPESIFINEN MÄÄRITYSMENETELMÄ - BIOSPECIFIK BESTÄMNINGS-8 9 8 3 7 BIOSPECIFIC METHOD OF DETERMINATION - BIOSPECIFIK BESTÄMNINGS-

METODMetod

Immunomääritys on vakiintunut biospesifinen määritysmenetelmä ja sen eri sovellutuksia käytetään laajalti rutiini-diagnostiikassa ja tutkimuslaboratorioissa. Toinen biospesif isten määritysten ryhmä, joskin vielä kehityksen alaise-5 na oleva, on DNA- ja RNA-hybridisaatiomääritys. Biospesifi-sissä määrityksissä käytetään yleensä kahta biospesifistä reagenssia, primäärireagenssia ja sekundäärireagenssia (esim. vasta-ainetta, DNA- tai RNA-koetinta), jotka kumpikin sitoutuvat analyyttimolekyylin spesifisiin determinantit) teihin muodostaen kolmen molekyylin kompleksin (kerrosra-kenteen) ja normaalisti toinen näistä reagensseista on leimattu. Nykyisin käytettyjä leimoja ovat radioisotoopit, entsyymit, luminoivat leimat ja fluoresoivat leimat.Immunoassay is an established biospecific assay method and its various applications are widely used in routine diagnostics and research laboratories. 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, forming a complex of three molecules (a layered structure of one) and a normal reagent. is stamped. Currently used labels include radioisotopes, enzymes, luminescent labels, and fluorescent labels.

Rutiinidiagnostiikassa on jatkuvasti kasvava moniparametri-15 sen analytiikan tarve. Valitettavasti 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 fluore-20 soivien leimojen emissiospektrit peittävät huomattavasti toisiaan ja sen seurauksena eri analyyttien erottelu samasta näytteestä on huonoa vaaditulla pitoisuusalueella.In routine diagnostics, there is a growing need for multiparameter-15 analytics. Unfortunately, current methods do not allow the use of more than two or three labels to be measured simultaneously, as spectrometric separation of the signals from these different labels is not possible with sufficient accuracy. The emission spectra of different radioisotopes or fluoro-20 labeling labels are significantly overlapping and, as a result, the separation of different analytes from the same sample is poor over the required concentration range.

Tämän keksinnön tarkoituksena on esittää parempi menetelmä moniparametrisiin biospesifisiin määrityksiin sekä menetel-25 mässä käytettävä reagenssipakkaus.It is an object of the present invention to provide an improved method for multiparameter biospecific assays as well as a reagent kit for use in the method.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on luonteenomaista seu-raavat vaiheet: - Valmistetaan etukäteen mikropartikkeleita, jotka on jaettu eri luokkiin vastaten kysymykseen tulevia eri ana-30 lyyttejä siten, että nämä eri luokkien mikropartikkelit sisältävät eri määriä fluoresoivaa väriainetta.The process according to the invention is characterized by the following steps: - Pre-preparation of microparticles divided into different classes according to the different analytes in question, so that these different classes of microparticles contain different amounts of fluorescent dye.

2 Ö9S37 - Nämä eri luokkiin kuuluvat mikropartikkelit päällystetään kysymykseen tulevia analyyttejä sitovilla biospesifisillä primäärireagensseilla ja sen jälkeen mikropartikkelit sekoitetaan keskenään suspensioksi.2 Ö9S37 - These microparticles of different classes are coated with biospecific primary reagents that bind the analytes in question and then the microparticles are mixed together into a suspension.

5 - Eri analyyttejä sitovat biospesifiset sekundäärireagens- sit leimataan molekyylillä, joka synnyttää tai katalysoi kemi- tai bioluminisenssia ja nämä reagenssit sekoitetaan keskenään.5 - Biospecific secondary reagents that bind different analytes are labeled with a molecule that generates or catalyzes chemical or bioluminescence, and these reagents are mixed together.

- Mikropartikkelisuspensioon lisätään määritettävä näyte ja 10 biospesifisten sekundäärireagenssien sekoitus, jonka jälkeen alkaa eri analyyttimolekyylien, mikropartikkeleihin sitoutuneiden reagenssien ja leimattujen biospesifisten reagenssien välillä sitoutumisreaktio.- A sample to be determined and a mixture of 10 biospecific secondary reagents are added to the microparticle suspension, followed by a binding reaction between the different analyte molecules, the microparticle-bound reagents and the labeled biospecific reagents.

- 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 sisältämää fluoresoivaa väriainetta viritetään valonsäteellä ja sitten mitataan fluoresenssi-emission voimakkuus, jonka perusteella voidaan määrittää 20 ko. mikropartikkelin luokka.- The fluorescent dye contained in the microparticles is excited by a light beam and then the intensity of the fluorescence emission is measured, on the basis of which it is possible to determine 20. microparticle class.

- Fluoresenssiemission sammuttua täydellisesti mikropartikkeleihin sitoutunut luminoiva leima aktivoidaan lisäämällä suspensioon aktivaattori.- When the fluorescence emission is completely extinguished, the luminescent label bound to the microparticles is activated by adding an activator to the suspension.

- Aktivaattorin lisäyksen seurauksena syntynyt luminesenssi 25 mitataan fotoni-ilmaisimella, jonka antama sähköinen signaali on verrannollinen ko. analyytin pitoisuuteen.- The luminescence 25 generated as a result of the addition of the activator is measured by a photon detector, the electrical signal of which is proportional to the analyte concentration.

Keksinnön kohde ilmenee tarkemmin patenttivaatimuksista.The object of the invention appears in more detail from the claims.

Tämän keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmä monipa-rametrisen biospesifisen määrityksen toteuttamiseksi ja li 3 «9^37 esitetty menetelmä perustuu fluoresoivien mikropartikkelei-den ja luminoivan leiman käyttöön ja erityisesti siihen, että fluoresenssisignaali ja luminesenssisignaali voidaan mitata laajalla dynamiikka-alueella ilman, että ne häirit-5 sevät toisiaan, koska emissiot tapahtuvat oleellisesti eri aikoina. Tämä moniparametrinen määritys suoritetaan keinotekoisesti valmistettujen mikropartikkeleiden suspensiossa, joka on eri luokkiin kuuluvien ja eri analyyttejä sitovien mikropartikkeleiden sekoitus. Jokaiseen eri luokkaan kuulu-10 vat mikropartikkelit päällystetään ensin spesifisellä pri-määrireagenssillä (vasta-aine, DNA, RNA) eli mikropartikkelit toimivat näiden reagenssien ja biospesifisen reaktion kiinteänä kantajana. Tälle keksinnölle on luonteenomaista erityisesti se, että siinä käytetään mikrofotometristä 15 tekniikkaa mikropartikkeleiden luokan ja samalla analyytin tunnistamiseksi fluoresoivan väriaineen avulla sekä lu-mini-senssiin perustuvaa mittausta varten analyytin pitoisuuden määrittämiseksi mikropartikkeleiden pinnalta biospesif isen reaktion avulla.It is an object of the present invention to provide a method for performing a multiparameter biospecific assay, the method of which is based on the use of fluorescent microparticles and a luminescent label, and in particular that the fluorescence signal and the luminescence signal can be measured over a wide dynamic range without interference. 5 because the emissions take place at substantially different times. This multiparameter assay is performed on a suspension of artificially prepared microparticles, which is a mixture of different classes of microparticles that bind different analytes. Microparticles belonging to each of the different classes are first coated with a specific primary reagent (antibody, DNA, RNA), i.e. the microparticles act as a solid carrier for these reagents and the biospecific reaction. This invention is characterized in particular by the use of a microphotometric technique to identify a class of microparticles and at the same time an analyte by a fluorescent dye and a measurement based on lu-mini-sensitivity to determine the concentration of an analyte on the surface of the microparticles by a biospecific reaction.

20 Tasakokoisia mikropartikkeleita läpimitaltaan 1-200 μιη (rajoittumatta kuitenkaan näihin kokoihin) voidaan valmistaa sopivasta polymeeristä, joka on siinä määrin hydrofii-listä, että ne sopivat hyvin vesisuspensioon. Mikropartikkeleiden pintaominaisuudet sallivat makromolekyylien sito-25 misen niihin fysikaalisen adsorption tai kovalentin sidoksen avulla aktivoimalla pinnan OH-ryhmiä (L. Johansen et ai., J. Immunol. Methods 59, 255-264, 1983). Tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä näytettä, jossa ovat siis kaikki kyseeseen tulevat analyytit, inkuboidaan sekundääri-30 reagenssien seoksen kanssa mikropartikkelisuspensiossa mahdollisimman pienessä (esim. 10-100 μΐ) tilavuudessa, jotta saavutettaisiin mahdollisimman täydellinen reaktio lyhyessä ajassa. Koska mikropartikkelisuspensiossa tapahtuvassa reaktiossa analyyttimolekyylien ja leimattujen rea-35 genssien keskimääräinen etäisyys on hyvin pieni, voidaan reaktiotasapaino saavuttaa nopeasti ja sen seurauksena syntyy mikropartikkeleiden pinnalla olevien reagenssien H 9 n / 7 4 yhteyteen leimatusta reagenssistä ja analyytistä muodostuvia komplekseja. Tällaista rakennetta kutsutaan kirjallisuudessa yleisesti kerrosrakenteeksi. Jos inkubaatioajät voidaan säätää tarkasti, ei ole tarvetta ajaa reaktiota 5 päätepisteeseen. Inkubaation jälkeen suspensio laimennetaan riittävästi vapaan leimatun sekundäärireagenssin pitoisuuden alentamiseksi ja yksittäisten mikropartikkelei-den pinnalla olevien leimattujen kompeksien määrä mitataan luminometrisesti. Useimmiten riittää yhden kertaluvun 10 suuruinen laimennus riittävän tehokkaaseen sitoutuneen ja vapaan leimatun reagenssifraktion antamien signaalien erottamiseksi toisistaan, koska tässä menetelmässä käytetty mikroluminometrinen ilmaisin pystyy optisesti erottamaan mittauskammion fokuspisteessä olevan mikropartikkelin 15 luminesenssiemission sen ympäristössä olevan vapaan leimatun reagenssin antamasta signaalista. Mikropartikkeleita analysoidaan tilastollisesti riittävä määrä ja kunkin partikkelin luminesenssisignaalin voimakkuus rekisteröidään tietokoneelle.Uniform sized microparticles with a diameter of 1-200 μιη (but not limited to these sizes) can be made from a suitable polymer that is hydrophilic to the extent that they are well suited for aqueous suspension. The surface properties of microparticles allow macromolecules to be bound to them by physical adsorption or covalent bonding by activating surface OH groups (L. Johansen et al., J. Immunol. Methods 59, 255-264, 1983). In the method of the present invention, a sample containing all of the analytes in question is incubated with a mixture of secondary reagents in a microparticle suspension in the smallest possible volume (e.g. 10-100 μΐ) 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 microparticle suspension reaction is very small, the reaction equilibrium can be achieved quickly and resulted in complexes of reagent and analyte labeled with reagents H 9 n / 7 4 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 run the reaction to 5 endpoints. After incubation, the suspension is diluted sufficiently to reduce the concentration of free labeled secondary reagent and the amount of labeled complexes on the surface of the individual microparticles is measured luminometrically. In most cases, a one-order dilution of 10 is sufficient to distinguish the signals from the bound and free labeled reagent fractions sufficiently efficient, because the microluminometric detector used in this method can optically distinguish the luminescence emission of the microparticle 15 at the focal point of the measurement chamber from the surrounding free labeled reagent. A sufficiently sufficient number of microparticles are analyzed and the intensity of the luminescence signal for each particle is recorded on a computer.

20 Raportteja, jotka kuvaavat moniparametrisien biospesifisien määrityksien periaatteita on esitetty aikaisemminkin.20 Reports describing the principles of multiparameter biospecific assays have been presented previously.

Useimmissa tapauksissa moniparametrinen menetelmä on kuitenkin perustunut sellaisten kiinteiden reaktioalustojen käyttöön, joissa biospesifiset reagenssit voidaan kiinnit-25 tää toisistaan erillään oleviksi, ja optisesti erotettaviksi alueiksi (esim. PCT WO 84/01031). Myös on julkaistu keinotekoisesti valmistettujen mikropartikkelien käyttöön perustuva moniparametrinen biospesifinen määritysmenetelmä, jossa analyyttiluokan tunnistus perustuu erikokoisten 30 mikropartikkeleiden käyttöön ja tunnistus tapahtuu mittaamalla optisesti analysoitavana olevan partikkelin halkaisija. US-patentissa no 5,028,545 on esitetty menetelmä, jossa käytetään lyhytikäistä fluoresenssia lähettävää väriainetta mikropartikkeleiden tunnistamiseen ja pitkäikäistä fluo-35 resenssia lähettävää väriainetta analyyttien pitoisuuksien mittaamiseen.In most cases, however, the multiparametric method has been based on the use of solid reaction media in which biospecific reagents can be attached as separate and optically separable regions (e.g. PCT WO 84/01031). A multiparametric biospecific assay method based on the use of artificially prepared microparticles has also been published, in which the identification of the analyte class is based on the use of microparticles of different sizes and the measurement is performed by measuring the diameter of the optically analyzed particle. U.S. Patent No. 5,028,545 discloses a method of using a short-lived fluorescent dye to identify microparticles and a long-lived fluorescent dye to measure analyte concentrations.

I; 89837 5 Tässä keksinnössä esitetyn mittausmenetelmän herkkyys perustuu siinä käytettävien luminesenssireagenssien ja niiden yhteydessä tarvittavien kofaktorien ja entsyymien pitoisuuksien optimointiin. Tässä menetelmässä voidaan 5 käyttää joko kerniluminesenssiä (esim. peroksidaasi - lu-minoli) tai bioluminesenssia (esim. lusiferaasi - lusife-riini) (kumpaakin nimitetään tässä tekstissä "luminesens-siksi"). Sekä prokaryoottien lusiferaasit (esim. Vibrio, Photobacterium, Xenorhabdus jne.) sekä eukaryoottien lusi-10 feraasit (esim. Photinus pyralis, Pyrophorus plagiothala-mus, Lampyris noctiluca, Pholas dactylus, Vargula hilgen-dorfii, jne.) voidaan titrata yhteen niiden substraattien (lusiferiinien), tarpeellisten koentsyymien ja lisäentsyy-mien kanssa siten, että näytteestä saatava valoemissio on 15 lyhytaikainen voimakas valopulssi jatkuvan valon tuoton sijasta. Lisäksi voidaan käyttää fotoproteiinien kuten aequoriinin, obeliinin, folasiinin tai ofiofilisiinin optimaalisia pitoisuuksia. Jos luminesenssireaktio tapahtuu entsyymin pinnalla tai läheisyydessä, voidaan myös käyttää 20 peroksidaaseja tai oksidaaseja yhdessä luminolin tai akri-diinien (esim. lusigeniinin) kanssa riittävän voimakkaan luminesenssisignaalin kehittämiseksi tässä patentissa kuvattua mittausmenetelmää varten. Nämä luminoivat leimaus-menetelmät yhdessä valoemission vahvistimien ja modulaatto-25 reiden kanssa, jotka määräävät emission aallonpituuden ja kinetiikan jne., on kuvattu yksityiskohtaisesti kirjassa: Campbell, A. "Chemiluminescence; principles and applications in biology and medicine", Weinheim; Deerfield Beach, FI.; VCH; Chichester: Horwood, 1988. On myös korostettava, 30 että edellä mainitut lusiferaasit ja fotoproteiinit voidaan yhdistää myös yhdistelmä-DNA -tekniikalla IgG:tä sitovaan proteiiniin A tai G (Nilsson, B. & Abrahamsen, L., in Methods Enzymol., voi. 185, pp. 144-161, 1990) tai suoraan spesifiseen yhdistelmä-DNA -tekniikalla valmistettuun 35 vasta-aineeseen kuten yksiketjuisiin vasta-aineisiin (Chis-well & McCafferty, TibTech, Voi 10, pp 80-84, 1992). Edellä mainitulla tavalla voidaan edelleen lisätä yllä mainittujen leimausmenetelmien soveltuvuutta tämän keksinnön mukaiseen 89837 6 määritysmenetelmään.I; 89837 The sensitivity of the measurement method presented in this invention is based on the optimization of the luminescence reagents used therein and the concentrations of cofactors and enzymes required in connection therewith. Either core luminescence (e.g., peroxidase-luminol) or bioluminescence (e.g., luciferase-luciferin) (both referred to herein as "luminescence") can be used in this method. Both prokaryotic luciferases (e.g., Vibrio, Photobacterium, Xenorhabdus, etc.) and eukaryotic luciferases (e.g., Photinus pyralis, Pyrophorus plagiothalamus, Lampyris noctiluca, Pholas dactylus, Vargula hilgen-dorfrata together, etc.) can be combined. (luciferins), the necessary coenzymes and additional enzymes so that the light emission from the sample is a short-term strong pulse of light instead of a continuous light output. In addition, optimal concentrations of photoproteins such as aequorin, obelin, folasin or ofiophilisin can be used. If the luminescence reaction occurs on or in the vicinity of the enzyme, peroxidases or oxidases may also be used in combination with luminol or acridines (e.g., lucigenin) to generate a sufficiently strong luminescence signal for the measurement method described in this patent. These luminescent labeling methods, together with light emission amplifiers and modulators, which determine emission wavelength and kinetics, etc., are described in detail in Campbell, A. "Chemiluminescence; principles and applications in Biology and medicine", Weinheim; Deerfield Beach, FI .; VCH; Chichester: Horwood, 1988. It should also be emphasized that the above-mentioned luciferases and photoproteins can also be combined by recombinant DNA technology into IgG-binding protein A or G (Nilsson, B. & Abrahamsen, L., in Methods Enzymol., Can). 185, pp. 144-161, 1990) or directly to 35 specific recombinant antibodies such as single chain antibodies (Chiswell & McCafferty, TibTech, Vol. 10, pp. 80-84, 1992). As mentioned above, the applicability of the above-mentioned labeling methods to the 89837 6 assay method of the present invention can be further increased.

Tämän keksinnön mukainen menetelmä on kuvattu yksityiskohtaisemmin kuvassa 1 olevan esimerkkiluonteisen kaavion avulla, joka esittää laitteistoa, jolla tämän keksinnön 5 mukainen määritysmenetelmä on mahdollista suorittaa käytännössä. Alla olevat numerot viittaavat kuvan 1 komponentteihin. Nesteen käsittelyyn tarvitaan sopivia pumppuja ja venttiileitä, joita ei kuitenkaan ole merkitty kuvaan 1. Fluoresoivat mikropartikkelit, jotka edustavat eri analyyt-10 tejä, päällystetään eri analyyttejä sitovilla vasta-aineilla ja ne sekoitetaan yhteen samaksi puskuroiduksi suspensioksi säiliöön (1). 10 μΐ osuus seeruminäytteestä (2) ja 10 μΐ osuus biotiinilla leimattujen sekundäärivasta-ainei-den seoksesta (3) ja 10 μΐ osuus mikropartikkelisuspen-15 sios-ta (1) ruiskutetaan reaktiokyvettiin (4) ja inkuboi-daan 37°C lämpötilassa tarkasti säädetyn ajan kestäen useita minuutteja tai kauemmin. Mikropartikkelisuspensio laimennetaan tai pestään säiliössä 5 olevalla fosfaatti-puskuroidulla suolaliuoksella, jossa on lisäksi naudan seeru-20 min albumiinia (100 mM Na-K-phosphate, pH 7.4, 0.9% NaCl, BSA 1 mg/ml). Pesun aikana mikropartikkelit ovat liikkumattomassa tilassa reaktiokyvetissä joko suodattimen, magneettisten voimien tai muun vastaavan menetelmän avulla kiinnitettyinä. Tulikärpäsen lusiferaasilla kovalenttisesti 25 leimatun streptavidinin puskuroitu liuos (6) ruiskutetaan reaktiokyvettiin (4) biotiinin saamiseksi luminesenssimää-ritykselle sopivaan muotoon. Mikropartikkeleiden suspensio johdetaan sitten kapillaariseen fluoresenssi-ilmaisimen kyvettiin (7), jota valaistaan monokromaattisella valoläh-30 teellä (8) mikropartikkeleiden luokan määrittämistä varten fluoresenssi-ilmaisimen (9) antaman signaalin voimakkuuden perusteella. Sen jälkeen sama suspensio johdetaan kapillaariseen luminesenssi-ilmaisimen kyvettiin (10) yhdessä Siihen ruiskutetun aktivointiliuoksen (11) kanssa, joka 35 sisältää 0.1 M TRIS-C1, pH 7.75, 0.1 mM D-Luciferiiniä, 0.1 mM ATP, 1 μΜ pyrofosfaattia, 1 mM MgCl2 ja 1 μΜ koentsyymi A. Tämä liuos aktivoi luminesenssireaktion ja emittoituvat fotonit lasketaan fotoni-ilmaisimella (12), joka on opti-The method according to the present invention is described in more detail by means of an exemplary diagram in Figure 1, which shows the apparatus with which the assay method according to the present invention can be carried out in practice. The numbers below refer to the components in Figure 1. Suitable pumps and valves are required for fluid handling, but are not shown in Figure 1. Fluorescent microparticles representing different analytes are coated with antibodies that bind different analytes and mixed together into a single buffered suspension in a container (1). 10 μΐ of the serum sample (2) and 10 μ 10 of the mixture of biotin-labeled secondary antibodies (3) and 10 μ ja of the microparticle suspension (1) are injected into the reaction cuvette (4) and incubated at 37 ° C lasting several minutes or longer. The microparticle suspension is diluted or washed with phosphate-buffered saline in tank 5 additionally containing bovine serum albumin (100 mM Na-K-phosphate, pH 7.4, 0.9% NaCl, BSA 1 mg / ml) for 20 min. During the washing, the microparticles are immobilized in the reaction cuvette either by a filter, magnetic forces or the like. A buffered solution (6) of streptavidin covalently labeled with firefly luciferase is injected into the reaction cuvette (4) to obtain biotin in a form suitable for the luminescence assay. The microparticle suspension is then introduced into a capillary fluorescence detector cuvette (7), which is illuminated with a monochromatic light source (8) to determine the class of microparticles based on the signal strength provided by the fluorescence detector (9). The same suspension is then introduced into a capillary luminescence detector cuvette (10) together with an activated activating solution (11) containing 0.1 M TRIS-C1, pH 7.75, 0.1 mM D-Luciferin, 0.1 mM ATP, 1 μΜ pyrophosphate, 1 mM MgCl2 and 1 μΜ coenzyme A. This solution activates the luminescence reaction and the emitted photons are counted with a photon detector (12)

IIII

% 9 8 3 7 7 sesti yhdistetty ilmaisinkyvettiin. Eri mikropartikkeleille saadut fotonilaskimen lukemat ovat verrannollisia seeruminäytteessä olevien eri analyyttien pitoisuuksiin.% 9 8 3 7 7 connected to the detector cuvette. The photon counter readings obtained for the different microparticles are proportional to the concentrations of the different analytes in the serum sample.

Tämän keksinnön mukainen menetelmä ja siihen tarvittava 5 laitteisto voidaan toteuttaa käytännössä monella eri tavalla. Keksinnössä on kuitenkin oleellista se, että jokainen erillinen mikropartikkeli, joka edustaa eri analyyttiluok-kaa, tunnistetaan ja mitataan erikseen ja näin voidaan suorittaa moniparametrinen biospesifinen määritys samasta 10 näytteestä. Tunnistaminen perustuu fluoresenssimittauk- seen, kuten yllä on esitetty. Sopivalla mittausjärjestelyllä voidaan suhteellisen lyhytikäinen fluoresenssiemissio ja luminesenssi erottaa toisistaan, koska niiden valoemissiot tapahtuvat eri aikoina ja fluoresenssiemissio on täydelli-15 sesti loppunut, ennen kuin luminesenssireaktio aktivoidaan eikä se aiheuta merkittävää häiriötä analyytin pitoisuuden määrittämiseen luminesenssin avulla. Keksinnön oleellinen sisältö on juuri tässä.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 a different class of analytes is identified and measured separately and thus a multi-parameter biospecific assay can be performed on the same 10 samples. Identification is based on fluorescence measurement as described above. With a suitable measurement arrangement, relatively short-lived fluorescence emission and luminescence can be distinguished because their light emissions occur at different times and the fluorescence emission is completely stopped before the luminescence reaction is activated and does not significantly interfere with the luminescence determination of the analyte concentration. The essential content of the invention is here.

Fluoresoivia mikropartikkeleita voidaan valmistaa yhdistä-20 mällä sopiva fluoresoiva yhdiste polymeerimateriaaliin. Orgaanisia fluoresoivia yhdisteitä, esim. POPOP, bisMSB jne., fluoresoivia lantanidikelaatteja ja fluoresoiviaa epäorgaanisia mikrokiteitä voidaan lisätä monomeereihin mikropartikkeleiden valmistuksen yhteydessä ("Theory and 25 Practice of Scintillation Counting", Ed. J.B. Birks, Perga-mon Press, 1967, pp. 321-353) ja näin polymerisaatiossa muodostuu kiinteää fluoresoivaa materiaalia. Tärkeä näkökohta fluoresoivan yhdisteen valinnassa on, ettei sen valon absorptioalue satu samalle alueelle kuin luminesenssin 30 emissio. Materiaali prosessoidaan mikropartikkeleiksi samassa prosessissa. Mikropartikkelien tunnistamiseen käytettävää yhdistettä lisätään eri valmistuseriin eri suuruisia määriä siten, että muodostuu mikropartikkeleita, joiden fluoresenssivoimakkuus eroaa toisistaan oleellisesti 35 ja esim. kertoimella kaksi.Fluorescent microparticles can be prepared by combining a suitable fluorescent compound with a polymeric material. Organic fluorescent compounds, e.g., POPOP, bisMSB, etc., fluorescent lanthanide chelates, and fluorescent inorganic microcrystals can be added to monomers in the preparation of microparticles ("Theory and Practice of Scintillation Counting", Ed. JB Birks, Perga-Mon Press, 1967, p. Press). -353) and thus a solid fluorescent material is formed in the polymerization. An important aspect in the selection of a fluorescent compound is that its light absorption region does not fall in the same region as the luminescence emission. The material is processed into microparticles in the same process. The compound used to identify the microparticles is added to the different batches in different amounts so as to form microparticles with a fluorescence intensity that differs substantially by a factor of 35 and e.g. by a factor of two.

8983? 88983? 8

Mikropartikkeleiden analysointi voidaan suorittaa kapillaa-risessa mittauskammiossa joko pysäyttämällä virtaus tai virtauksen ollessa käynnissä. Mittausinstrumentissa tapahtuu mikropartikkeleiden mikrofotometrinen havannointi 5 ohuessa mittauskyvetissä, johon laimennettu mikropartikke-lisuspensio johdetaan. Mikropartikkelisuspensiota mitataan ensin fluoresenssi-ilmaisimella ja kunkin mikropartikkelin analyyttiluokan määritys tapahtuu fluoresenssin voimakkuuden perusteella. Seuraavaksi suspensio aktivoidaan ruiskut-10 tamalla sisään luminesenssiaktivaattori. Analyytin pitoisuuden määritys tapahtuu luminesenssivoimakkuuden mittauksen avulla. Mittauskyvetin apertuuri valitaan optimaalisesti käytetyn mikropartikkelin suuruuden mukaan ja lumine-senssiemissio mitataan valomonistinputkella tai muulla 15 herkällä fotoni-ilmaisime11a tai sopivalla kuvailmaisimellä. Ilmaisimena voidaan käyttää myös mikrokanavakuvavahvistinta ja puolijohdekuvailmaisinta (CCD). Riittävä lukumäärä mikropartikkeleita tunnistetaan ja analysoidaan tilastollisesti riittävän tarkan tuloksen saamiseksi jokaiselle ana-20 lyytille. Mittaustulokset suhteutetaan standardinäytteillä suoritettuihin mittauksiin, joiden perusteella lopputulokset lasketaan.The analysis of the microparticles can be performed in a capillary measuring chamber either by stopping the flow or while the flow is running. In the measuring instrument, micropropometric detection of the microparticles takes place in a thin measuring cuvette into which the diluted microparticle suspension is introduced. The microparticle suspension is first measured with a fluorescence detector and the analyte class of each microparticle is determined by the intensity of the fluorescence. Next, the suspension is activated by syringes-10 by introducing a luminescence activator. The analyte concentration is determined by measuring the luminescence intensity. The aperture of the measuring cuvette is optimally selected according to the size of the microparticle used and the luminescence emission is measured with a photomultiplier tube or other sensitive photon detector or a suitable image detector. A microchannel image amplifier and a semiconductor image detector (CCD) can also be used as a detector. 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 measurements performed on standard samples, on the basis of which the final results are calculated.

Tälle keksinnölle on myös luonteenomaista, että tässä esitetty mikroluminometrinen mittausjärjestelmä pystyy 25 optisesti erottamaan mikropartikkeleiden pinnasta lähtevän valoemission liuoksesta lähtevästä valoemissiosta. Tämä erottelukyky perustuu siihen, että kun suspensiota laimennetaan huomattavasti, sopii mikroluminometrin fokusaluee-seen kerrallaan vain yksi mikropartikkeli ja liuoksessa 30 olevien vapaiden leimattujen reagenssien aiheuttama taus-tasignaali on vähäinen. Tällä menetelmällä saavutetaan riittävä vapaan ja sidotun fraktion erottelukyky, mutta mikäli on välttämätöntä, erottelua voidaan tehostaa millä tahansa tunnetulla erotusmenetelmällä kuten pesulla, suoda-35 tuksella tai sentrifugoinnilla.It is also characteristic of the present invention that the microluminometric measurement system disclosed herein is capable of optically distinguishing light emission from the surface of microparticles from light emission from a solution. This resolution is based on the fact that when the suspension is diluted considerably, only one microparticle fits into the focus area of the microluminometer at a time and the background level signal from the free labeled reagents in solution 30 is low. This method achieves sufficient resolution of the free and bound fraction, but if necessary, the separation can be enhanced by any known separation method such as washing, filtration or centrifugation.

lili

Claims (4)

9 H 9 o X 79 H 9 o X 7 1. Biospesifinen moniparametrinen määritysmenetelmä, jossa käytetään ennakolta valmistettuja, eri luokkiin jaettuja ja eri analyyttejä edustavia mikropartikkeleita, jossa eri luokkiin kuuluvat mikropartikkelit sisältävät eri määriä 5 fluoresoivaa väriainetta ja jossa eri luokkiin kuuluvat mikropartikkelit on päällystetty eri analyyttejä sitovilla biospesifisillä reagensseillä, jossa - eri luokkiin kuuluvat mikropartikkelit sekoitetaan yhteen suspensioksi ja analysoitava näyte lisätään tähän suspen- 10 sioon, - suspensioon lisätään biospesifisten, leimattujen sekun-däärireagenssien seos, jolloin alkaa biospesifinen sitoutu-misreaktio analyyttimolekyylien, leimattujen sekundääri-reagenssien ja mikropartikkeleihin liittyneiden reagenssi- 15 en välillä, - suspensio laimennetaan vapaiden leimattujen reagenssien pitoisuuden alentamiseksi, - fluoresoiva väriaine viritetään valonsäteilyllä ja fluo-resenssiemissiovoimakkuus mitataan jokaisesta partikkelis- 20 ta erikseen, - fluoresenssisignaali muunnetaan sähköiseksi signaaliksi mikropartikkeliluokan tunnistamista varten fluoresenssi-signaalista saadun sähköisen signaalin voimakkuuden perusteella, 25 tunnettu siitä, että - sekundäärireagenssien seos on leimattu luminesenssia synnyttävällä tai katalysoivalla molekyylillä, ja - fluoresenssiemission mittauksen jälkeen suspensioon 10 89837 lisätään aktivaattori, joka synnyttää tai katalysoi lu-minesenssia mikropartikkeleiden pinnalla ja saa aikaan lu-minesenssiemission ja - luminesenssiemissio mitataan optisesti erottelevan foto-- 5 ni-ilmaisimen avulla ja ilmaisimelta saadun sähköisen signaalin voimakkuuden perusteella analysoidaan jokaiseen mikropartikkeliin liittyneen analyyttimolekyylin määrä.1. A biospecific multiparameter assay method using prefabricated microparticles of different classes and representative of different analytes, in which different classes of microparticles contain different amounts of 5 fluorescent dyes and in which different classes of microparticles are coated with different analytes-binding biospecifiers the microparticles are mixed together into a suspension and the sample to be analyzed is added to this suspension, to reduce the concentration of labeled reagents, - the fluorescent dye is excited by light radiation and the fluorescence emission intensity is measured for each particle - the fluorescence signal is converted into an electrical signal for the identification of a class of microparticles on the basis of the strength of the electrical signal obtained from the fluorescence signal, characterized in that - the mixture of secondary reagents is labeled with a luminescence which generates or catalyzes luminescence on the surface of the microparticles and produces luminescence emission and luminescence emission is measured by an optically resolving photodetector and the amount of analyte molecule associated with each microparticle is analyzed based on the strength of the electrical signal obtained from the detector. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mikropartikkeleiden fluore- 10 soiva aine on erittäin lyhytikäistä fluoresenssiemissiota aiheuttava yhdiste kuten POPOP tai bisMSB.Process according to Claim 1, characterized in that the fluorescent agent for the microparticles is a compound which causes very short-lived fluorescence emission, such as POPOP or bisMSB. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mikropartikkeleiden fluoresoiva aine on pitempi-ikäistä fluoresenssiemissiota aiheut- 15 tava yhdiste kuten lantanidikelaatti tai fluoresoiva epäorgaaninen mikrokide.Process according to Claim 1, characterized in that the microparticle fluorescent substance is a compound which causes prolonged fluorescence emission, such as lanthanide dicelate or a fluorescent inorganic microcrystal. 4. Reagenssipaketti biospesifistä moniparametristä määritystä varten tunnettu siitä, että se käsittää erillisinä pakkauksina 20. ennakolta valmistettuja, eri luokkiin jaettuja ja eri analyyttejä edustavia mikropartikkeleita, jossa eri luokkiin kuuluvat mikropartikkelit sisältävät eri määriä fluoresoivaa väriainetta ja jossa eri luokkiin kuuluvat mikro-partikkelit on päällystetty eri analyyttejä sitovilla 25 biospesifisillä reagensseillä, - biospesifisten luminesenssia synnyttävällä tai katalysoivalla molekyylillä leimattujen sekundäärireagenssien seoksen ja - aktivaattorin, joka synnyttää tai katalysoi luminesens- 30 siä mikropartikkeleiden pinnalla ja saa aikaan luminesens- siemission. I: 1X 8 98374. A reagent kit for a biospecific multiparameter assay, characterized in that it comprises, in separate packages, 20. prefabricated microparticles of different classes and representative of different analytes, wherein the microparticles of different classes contain different amounts of fluorescent dye and the microparticles of different classes are analyte-binding biospecific reagents, - a mixture of secondary reagents labeled with a biospecific luminescence-generating or catalyzing molecule, and - an activator that generates or catalyzes luminescence on the surface of microparticles and provides luminescence emission. I: 1X 8 9837
FI923065A 1992-07-02 1992-07-02 Biospecific assay method FI89837C (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI923065A FI89837C (en) 1992-07-02 1992-07-02 Biospecific assay method
DE69313611T DE69313611T2 (en) 1992-07-02 1993-06-15 BIOS-SPECIFIC MULTIPARAMETER ANALYSIS PROCEDURE
EP93913046A EP0606422B1 (en) 1992-07-02 1993-06-15 Biospecific multiparameter assay method
US08/193,106 US5518883A (en) 1992-07-02 1993-06-15 Biospecific multiparameter assay method
JP50299394A JP3311752B2 (en) 1992-07-02 1993-06-15 Biospecific multivariable test method
PCT/FI1993/000261 WO1994001774A1 (en) 1992-07-02 1993-06-15 Biospecific multiparameter assay method
AU43290/93A AU4329093A (en) 1992-07-02 1993-06-15 Biospecific multiparameter assay method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI923065 1992-07-02
FI923065A FI89837C (en) 1992-07-02 1992-07-02 Biospecific assay method

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI923065A0 FI923065A0 (en) 1992-07-02
FI89837B FI89837B (en) 1993-08-13
FI89837C true FI89837C (en) 1993-11-25

Family

ID=8535564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI923065A FI89837C (en) 1992-07-02 1992-07-02 Biospecific assay method

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI89837C (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FI923065A0 (en) 1992-07-02
FI89837B (en) 1993-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5518883A (en) Biospecific multiparameter assay method
FI81680B (en) HOMOGEN FLUORECENS IMMUNOANALYS BASERAD PAO ETT LJUSABSORBERANDE AEMNE.
CN110763834B (en) Method, reagent and kit for detecting content of immune marker
EP0247796A1 (en) Solid phase immunoassay method
US20210072237A1 (en) Method and device for determining biological analytes
JP4274944B2 (en) Particle-based ligand assay with extended dynamic range
JP2005510706A5 (en)
CN114341621A (en) Method for detecting an analyte
KR101327542B1 (en) Method for detecting contaminants from samples using quantum dot based competitive immunoassay and multiplexed flow cytometric readout
US20240060891A1 (en) A method for detecting an analyte
RU2379691C1 (en) Method of multianalytic immune assay with using microparticles
EP2224241B1 (en) Carrier for use in measurement of analyte, and method for production thereof
EP1239284A1 (en) Non-separation assay method and system using opaque particles
FI89837C (en) Biospecific assay method
WO1989003533A1 (en) Process for detecting biochemical species and apparatus useful therein
Soini et al. Two-photon fluorescence excitation in detection of biomolecules
US4847194A (en) Colorimetric detection of delta-5-3-ketosteroid isomerase and immunoassay based thereon
Liao et al. Application of upconversion luminescent-magnetic microbeads with weak background noise and facile separation in ochratoxin A detection
RU2339953C1 (en) Method of multyanalite immunoassay with use of microparticles
FI90695B (en) Biospecific classification method
WO1999063344A1 (en) Homogeneous biospecific assay using a solid phase, two-photon excitation and confocal fluorescence detection
CN113758886B (en) Multi-target object simultaneous detection method based on concentration change of latex microspheres
JPH02254364A (en) Plate for measuring immunity of biological/chemical luminescent enzyme
FI91920B (en) Process for improving the accuracy of a biospecific multi- parametric determination method
Mastichiadis et al. Bulk fluorescence light blockers to improve homogeneous detection in capillary-waveguide fluoroimmunosensors

Legal Events

Date Code Title Description
BB Publication of examined application