FI90695B - Biospecific classification method - Google Patents

Biospecific classification method Download PDF

Info

Publication number
FI90695B
FI90695B FI924537A FI924537A FI90695B FI 90695 B FI90695 B FI 90695B FI 924537 A FI924537 A FI 924537A FI 924537 A FI924537 A FI 924537A FI 90695 B FI90695 B FI 90695B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
microparticles
biospecific
reagents
different
labeled
Prior art date
Application number
FI924537A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI924537A0 (en
FI90695C (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 FI924537A priority Critical patent/FI90695C/en
Publication of FI924537A0 publication Critical patent/FI924537A0/en
Priority to US08/193,106 priority patent/US5518883A/en
Priority to JP50299394A priority patent/JP3311752B2/en
Priority to AU43290/93A priority patent/AU4329093A/en
Priority to EP93913046A priority patent/EP0606422B1/en
Priority to PCT/FI1993/000261 priority patent/WO1994001774A1/en
Priority to DE69313611T priority patent/DE69313611T2/en
Publication of FI90695B publication Critical patent/FI90695B/en
Application granted granted Critical
Publication of FI90695C publication Critical patent/FI90695C/en

Links

Abstract

The invention concerns a biospecific multi-parameter classification method where a combination is used of pre-manufactured microparticles, divided into different categories and representing different analytes. Microparticles in different categories contain different amounts of fluorescent dyes and they are coated with biospecific reagents which bind different analytes. The sample which is to be analysed is added and a mixture of biospecific secondary reagents which are marked with a phosphorescent molecule is added to the mixture. The fluorescent or phosphorescent dye is activated by light radiation. The strength of the fluorescence emission shows the category of the microparticles and the phosphorescence emission shows the amount of analyte which is attached to the microparticles. <IMAGE>

Description

9069590695

BIOSPESIFINEN MÄÄRITYSMENETELMÄ - BIOSPESIFIK BESTÄMNINGSMETODBIOSPECIFIC METHOD OF DETERMINATION - BIOSPESIFIK BESTÄMNINGSMETOD

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 determinant-10 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 to form a complex of three molecules (a layered structure) and a normal structure. reagents are labeled. 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 fluo-20 resoivien 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 resolving labels significantly overlap 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 mene-25 telmässä käytettävä reagenssipakkaus.It is an object of the present invention to provide an improved method for multiparametric biospecific assays as well as a reagent kit for use in the method.

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

Keksinnön mukaiselle menetelmälle ovat luonteenomaista seuraavat vaiheet: - Valmistetaan etukäteen mikropartikkeleita, jotka on 30 jaettu eri luokkiin vastaten kysymykseen tulevia eri ana- 2 90695 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.

- Nämä eri luokkiin kuuluvat mikropartikkelit päällystetään kysymykseen tulevia analyyttejä sitovilla biospesifisillä 5 primäärireagensseilla ja sen jälkeen mikropartikkelit sekoitetaan keskenään suspensioksi.- These microparticles belonging to different classes are coated with biospecific primary reagents which bind the analytes in question and then the microparticles are mixed together into a suspension.

- Eri analyyttejä sitovat biospesifiset sekundäärireagens-sit leimataan molekyylillä, joka lähettää fosforesenssiva-loa ja nämä reagenssit sekoitetaan keskenään.- Biospecific secondary reagents that bind different analytes are labeled with a molecule that emits phosphorescent light and these reagents are mixed together.

10 - Mikropartikkelisuspensioon lisätään määritettävä näyte ja biospesifisten sekundäärireagenssien sekoitus, jonka jälkeen alkaa bioaffiniteetin vaikutuksesta mikropartikke-lien pinnalla oleviin reagenssimolekyyleihin sitoutua eri analyyttimolekyylien ja leimattujen biospesifisten reagens-15 sien muodostamia komplekseja.10 - A sample to be determined and a mixture of biospecific secondary reagents are added to the microparticle suspension, after which complexes of various analyte molecules and labeled biospecific reagents begin to bind to the reagent molecules on the surface of the microparticles due to bioaffinity.

- Sitoutumisreaktio lopetetaan lisäämällä laimenninta ja 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 20 viritetään valonsäteellä ja sitten mitataan fluoresenssi- emission voimakkuus, jonka perusteella voidaan määrittää ko. mikropartikkelin luokka.- The fluorescent dye 20 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 the microparticle class.

- Mikropartikkeleiden pinnalla olevaa fosforoivaa väriainetta viritetään valonsäteellä ja sitten mitataan fosfo- 25 resenssiemission voimakkuus fotoni-ilmaisimella, jonka antama sähköinen signaali on verrannollinen ko. analyytin pitoisuuteen.- The phosphorescent dye on the surface of the microparticles is excited by a light beam and then the intensity of the phosphorescence emission is measured with a photon detector whose electrical signal is proportional to that. analyte concentration.

Moniparametrinen määritys suoritetaan keinotekoisesti valmistettujen mikropartikkeleiden suspensiossa, joka on eri 30 luokkiin kuuluvien ja eri analyyttejä sitovien mikropartikkeleiden sekoitus. Jokaiseen eri luokkaan kuuluvat mikro-The multiparameter assay is performed on a suspension of artificially prepared microparticles, which is a mixture of different classes of microparticles that bind different analytes. Each of the different categories

IIII

3 90695 partikkelit päällystetään ensin spesifisellä primäärirea-genssillä (vasta-aine, DNA, RNA) eli mikropartikkelit toimivat näiden reagenssien ja biospesifisen reaktion kiinteänä alustana. Tälle keksinnölle on luonteenomaista erityi-5 sesti se, että siinä käytetään mikrofotometristä tekniikkaa mikropartikkeleiden luokan ja samalla analyytin tunnistamiseksi fluoresoivan väriaineen avulla sekä fosforesenssiin perustuvaa mittausta analyytin pitoisuuden määrittämiseksi mikropartikkeleiden pinnalta biospesifisen reaktion avulla.3,90695 particles are first coated with a specific primary reagent (antibody, DNA, RNA), i.e., the microparticles serve as a solid support for these reagents and the biospecific reaction. This invention is characterized in particular by the use of a microphotometric technique to identify a class of microparticles and at the same time an analyte by means of a fluorescent dye, and a phosphorescence-based measurement to determine the concentration of an analyte on the surface of microparticles by a biospecific reaction.

10 Tämän keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmä monipa-rametrisen biospesifisen määrityksen toteuttamiseksi ja esitetty menetelmä perustuu fluoresoivien mikropartikkeleiden ja fosforoivan leiman käyttöön ja erityisesti siihen, että fluoresenssisignaali ja fosforesenssisignaali voidaan 15 mitata laajalla dynamiikka-alueella ilman, että ne häiritsevät toisiaan, koska emissiot tapahtuvat oleellisesti eri aikoina. Käytännössä tämä tarkoitaa sitä, että mittaus suoritetaan aikaerotteisella mittausmenetelmällä, joka erottaa tehokkaasti lyhytikäisen fluoresenssiemission pitkäikäises-20 tä fosforesenssiemissiosta. Fosforoivien leimojen viritys tapahtuu valopulsseilla. Mikropartikkeleissa olevien fluoresoivien väriaineiden ja taustan emissiolla on lyhyt, yleensä vain nanosekuntien pituinen puoliintumisaika ja tässä käytetyn fosforesenssileiman puoliintumisaika on ' 25 yleensä esim. 1 ms pituinen. Fosforesenssiemissiota mittaa- va ilmaisin aktivoidaan esim. 0.5 ms viiveen jälkeen viri-tyspulssista, jolloin se mittaa vain pitkän puoliintumisajan omaavaa emissiota. Tällöin ei mikropartikkeliluokan ilmaisemiseen käytetyn fluoresoivan väriaineen emissio eikä 30 taustafluoresenssi häiritse biospesifisen leiman mittausta, mikä on tämän keksinnön mukaisen menetelmän oleellisin ominaisuus.It is an object of the present invention to provide a method for performing a multiparameter biospecific assay, the method being based on the use of fluorescent microparticles and a phosphorescent label, and in particular that the fluorescence signal and the phosphorescence signal can be measured over a wide dynamic range without interfering with substantially different emissions. times. In practice, this means that the measurement is performed by a time-resolved measurement method that effectively separates short-lived fluorescence emission from long-lived phosphorescence emission. The phosphorescent labels are excited by light pulses. The emission of fluorescent dyes and background in the microparticles has a short half-life, usually only nanoseconds, and the half-life of the phosphorescence label used herein is generally, e.g., 1 ms. The phosphorescence emission detector is activated, e.g., after a 0.5 ms delay from the excitation pulse, in which case it only measures an emission with a long half-life. In this case, neither the emission of the fluorescent dye used to detect the class of microparticles nor the background fluorescence interferes with the measurement of the biospecific label, which is an essential feature of the method of the present invention.

Tasakokoisia mikropartikkeleita läpimitaltaan 1-200 μπι (rajoittumatta kuitenkaan näihin kokoihin) voidaan valmistaa 35 sopivasta polymeeristä, joka on siinä määrin hydrofiilistä, että ne sopivat hyvin vesisuspensioon. Mikropartikkeleiden 4 90695 pintaominaisuudet sallivat makromolekyylien sitomisen niihin fysikaalisen adsorption tai kovalentin sidoksen avulla aktivoimalla pinnan OH-ryhmiä (L. Johansen et ai., J. Immunol. Methods 59, 255 - 264, 1983). Tämän keksinnön mu-5 kaisessa menetelmässä näytettä, jossa ovat siis kaikki kyseeseen tulevat analyytit, inkuboidaan sekundäärireagens-sien seoksen kanssa mikropartikkelisuspensiossa mahdollisimman pienessä (esim. 10 - 100 μΐ) tilavuudessa, jotta saavutettaisiin mahdollisimman täydellinen reaktio lyhyessä 10 ajassa. Koska mikropartikkelisuspensiossa tapahtuvassa reaktiossa analyyttimolekyylien ja leimattujen reagenssien keskimääräinen etäisyys on hyvin pieni, voidaan reaktiotasapaino saavuttaa nopeasti ja sen seurauksena syntyy mikro-partikkeleiden pinnalla olevien reagenssien yhteyteen lei-15 matusta reagenssistä ja analyytistä muodostuvia komplekseja. Tällaista rakennetta kutsutaan kirjallisuudessa yleisesti kerrosrakenteeksi. Jos inkubaatioajät voidaan säätää tarkasti, ei ole tarvetta ajaa reaktiota päätepisteeseen. Inkubaation jälkeen suspensio laimennetaan riittävästi va-20 paan leimatun sekundäärireagenssin pitoisuuden alentamiseksi ja yksittäisten mikropartikkeleiden pinnalla olevien leimattujen kompleksien määrä mitataan fosforometrisesti. Useimmiten riittää yhden kertaluvun suuruinen laimennus riittävän tehokkaaseen sitoutuneen ja vapaan leimatun rea-25 genssifraktion antamien signaalien erottamiseksi toisistaan, koska tässä menetelmässä käytetty mikrofosforometri-nen ilmaisin pystyy optisesti erottamaan mittauskammion fokuspisteessä olevan mikropartikkelin lähettämän fosfo-resenssin sen ympäristössä olevan vapaan leimatun reagens-30 sin antamasta signaalista. Mikropartikkeleita analysoidaan tilastollisesti riittävä määrä ja kunkin partikkelin fosfo-resenssisignaalin voimakkuus rekisteröidään tietokoneelle.Uniform sized microparticles with a diameter of 1-200 μπι (but not limited to these sizes) can be prepared from 35 suitable polymers that are hydrophilic to such an extent that they are well suited for aqueous suspension. The surface properties of microparticles 4,90695 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 the 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 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 the formation of complexes of reagent and analyte on the surface of the microparticles. Such a structure is commonly referred to in the literature as a layered structure. If the incubation times can be precisely adjusted, there is no need to drive the reaction to the endpoint. After incubation, the 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 phosphorometrically. In most cases, a one-fold dilution is sufficient to distinguish the signals from the bound and free-labeled reagent fraction sufficiently efficient, because the microphosphorometric detector used in this method is able to optically distinguish the phosphorescence of signal. A statistically sufficient number of microparticles are analyzed and the strength of the phosphorescence signal of each particle is recorded on a computer.

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

35 Useimmissa tapauksissa moniparametrinen menetelmä on kuitenkin perustunut sellaisten kiinteiden reaktioalustojen käyttöön, joissa biospesifiset reagenssit voidaan kiinnit-35 In most cases, however, the multiparametric method has been based on the use of solid reaction media in which biospecific reagents can be attached.

IIII

5 90695 tää toisistaan erillään oleviksi ja optisesti erotettaviksi alueiksi (esim. PCT WO 84/01031). Myös on julkaistu keinotekoisesti valmistettujen mikropartikkeleiden käyttöön perustuva moniparametrinen biospesifinen määritysmenetelmä, 5 jossa analyyttiluokan tunnistus perustuu erikokoisten 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 mik-10 ropartikkeleiden tunnistamiseen ja pitkäikäistä fluoresenssia lähettävää väriainetta analyyttien pitoisuuksien mittaamiseen. Lyhytikäisen ja pitkäikäisen fluoresenssin erottamiseksi toisistaan käytetään yllä mainitussa menetelmässä aikaerotteista fluorometriä. Lisäksi on kehitetty menetel-15 mä, jossa käytetään lyhytikäistä fluoresenssia lähettävää väriainetta mikropartikkeleiden tunnistamiseen ja kemi- tai bioluminesenssia synnyttävää molekyyliä analyyttien pitoisuuksien mittaamiseen. Näissä kummassakin edellisessä menetelmässä mikropartikkeleiden luokan määritys ja biospesi-20 fisten reagenssien sitoutumisen mittaus tapahtuvat rekisteröimällä niiden oleellisesti eri aikahetkinä lähettämät va-loemissiot eikä luokan tunnistamiseen käytetyn fluoresoivan leiman emissio tai taustafluoresenssi häiritse biospesifi-sen reagenssin leiman mittaamista.5,90695 into distinct 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 identification 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. To distinguish between short-lived and long-lived fluorescence, a time-resolved fluorometer is used in the above method. In addition, a method has been developed that uses a short-lived fluorescent dye to identify microparticles and a chemiluminescent or bioluminescent molecule to measure analyte concentrations. In both of the above methods, the determination of the class of microparticles and the measurement of the binding of biospecific reagents are accomplished by recording the light emissions they emit at substantially different times, and the emission or background fluorescence of the fluorescent label used to identify the class does not interfere with biospecific reagent labeling.

25 Tässä keksinnössä esitetyn mittausmenetelmän herkkyys perustuu siinä käytettävän fosforoivan molekyylin antamaan signaaliin, joka mitataan fosforometrisesti, jolloin mittausmenetelmä ja mittauslaite ovat periaatteellisesti täysin samanlaiset kuin pitkäikäisen fluoresenssin mittaami-30 sessa käytettävä aikaerotteinen menetelmä ja laite. Fosfo-resenssi on ilmiö, jossa fotoniemissio on peräisin molekyylien elektroniorbitaalien viritystiloista, kuten fluoresenssikin, mutta fosforesenssiemissio syntyy tripletti-tilojen purkauksen seurauksena, kun taas fluoresenssi syn-35 tyy singletti-tilojen purkautumisesta. Kirjallisuudessa nämä ilmiöt ja nimitykset erotetaan selvästi toisistaan. Fosforoivia aineita tunnetaan suuri määrä, mutta yleensä 6 90695 fosforoivat aineet ovat kiinteitä aineita tai sellaisia aineita, jotka fosforoivat matalissa lämpötiloissa eikä niitä ole yleisesti käytetty biomolekyylien leimaamiseen. Joidenkin metalloporfyriinien on kuitenkin havaittu fosfo-5 roivan huoneen lämpötilassa orgaanisissa liuottimissa (M.The sensitivity of the measurement method of the present invention is based on a signal from a phosphorescent molecule used therein, which is measured phosphorometrically, wherein the measurement method and the measuring device are in principle completely identical to the time-resolved method and device used for measuring long-term fluorescence. Phospho-resinance is a phenomenon in which photon emission originates from the excitation states of the electron orbitals of molecules, as does fluorescence, but phosphorescence emission arises from the discharge of triplet states, whereas fluorescence is generated from the discharge of singlet states. In the literature, these phenomena and designations are clearly distinguished from each other. A large number of phosphorescent substances are known, but in general 6,90695 phosphorescent substances are solids or substances that phosphorize at low temperatures and are not commonly used to label biomolecules. However, some metalloporphyrins have been found to phosphorylate at room temperature in organic solvents (M.

P. Tsvirko & ai., Optica i Spectroskopia 34, 1094 - 1100, 1973). Platinakoproporfyriinin ja palladiumkoproporfyriinin on myöhemmin havaittu fosforoivan myös veden ollessa liuottimena, kun fosforoivat yhdisteet suojataan detergentillä 10 veden ja hapen sammuttavalta vaikutukselta. On myös esitetty ajatus ja menetelmä niiden käyttämiseksi biomolekyylien leimaamiseen (A. P. Savitsky & ai, Dokl. Acad. Nauk. USSR, 304, 1005, 1989). Happi, joka on voimakas tripletti-tilojen sammuttaja voidaan poistaa mittausliuoksesta monilla tunne-15 tuilla happea sitovilla aineilla, joita lisätään mittaus-liuokseen. Yksinkertaisin tällainen aine on esim. natrium-sulfiitti (Savitsy & ai. USSR patentti 4201377). Porfyrii-nien etuna verrattuna esim. lantanidikelaatteihin on niiden voimakas valon absorptio ja virittyminen 380 - 400 nm 20 aallonpituudella, kun lantanidikelaateilla absorptio- ja viritysaallonpituus on UV-alueella 280 - 360 nm, mikä on laiterakentamisen kannalta hankalampi aallonpituusalue, koska se useimmissa tapauksissa edellyttää erikoisoptiik-kaa. Platinakoproporfyriinin ja palladiumkoproporfyriinin : 25 emissioaallonpituudet ovat alueella 640 - 670 nm.P. Tsvirko & et al., Optica i Spectroscopy 34, 1094-1100, 1973). Platinopropoproporphyrin and palladium coproporphyrin have subsequently been found to phosphorize even with water as a solvent when the phosphorescent compounds are protected by the detergent 10 from the quenching effect of water and oxygen. The idea and method for using them to label biomolecules has also been proposed (A. P. Savitsky et al., Dokl. Acad. Nauk. USSR, 304, 1005, 1989). Oxygen, a potent quencher of triplet states, can be removed from the measurement solution by a variety of known oxygen scavengers added to the measurement solution. The simplest such substance is, for example, sodium sulfite (Savitsy & al. USSR patent 4201377). The advantage of porphyrins compared to e.g. lanthanide chelates is their strong light absorption and excitation at 380 to 400 nm, while lanthanide chelates have an absorption and excitation wavelength in the UV range of 280 to 360 nm, which requires a more difficult wavelength range in special construction, because -kaa. The emission wavelengths of platinumoproporphyrin and palladium coproporphyrin: 25 range from 640 to 670 nm.

Tämän keksinnön mukainen menetelmä on kuvattu yksityiskohtaisemmin kuvassa 1 olevan esimerkkiluonteisen kaavion avulla, joka esittää laitteistoa, jolla tämän keksinnön mukainen määritysmenetelmä on mahdollista suorittaa käytän-30 nössä. 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-tejä, päällystetään eri analyyttejä sitovilla vasta-aineil-35 la ja ne sekoitetaan yhteen samaksi puskuroiduksi suspensioksi säiliöön 1. 10 μΐ osuus seeruminäytteestä 2 ja 10 μΐ osuus fosforoivalla molekyylillä leimattujen sekundäärivas-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, but not shown in Figure 1, are required for fluid handling. Fluorescent microparticles representing different analytes are coated with antibodies binding the different analytes and mixed into a single buffered suspension in a container 1. 10 μΐ portion of the serum sample 2 and 10 μΐ of the phosphorescent molecule-labeled secondary

IIII

7 90695 ta-aineiden seoksesta 3 ja 10 μΐ osuus mikropartikkelisus-pensiosta 1 ruiskutetaan reaktiokyvettiin 4 ja inkuboidaan esim. 37°C lämpötilassa tarkasti säädetyn ajan kestäen useita minuutteja tai kauemmin. Mikropartikkelisuspensio 5 laimennetaan tai pestään säiliössä 5 olevalla fosfaatti-puskuroidulla suolaliuoksella. Pesun aikana mikropartikke-lit ovat liikkumattomassa tilassa reaktiokyvetissä joko suodattimen, magneettisten voimien tai muun vastaavan menetelmän avulla kiinnitettyinä. Pesun viimeinen vaihe 10 tapahtuu mittausliuoksella 6, joka suojaa fosforoivat molekyylit sammutukselta (esim. puskuroitu vesiliuos pH 7,2 - 7,4 sisältäen 4 mg/ml natriumsulfiittia ja 1% Triton X-100). Mittauslioksessa olevat mikropartikkelit siirretään sitten suspensiona yksi kerrallaan kapillaariseen fluore-15 senssi-ilmaisimen kyvettiin 7, jota valaistaan monokromaattisella 380 - 400 nm valolähteellä 8 mikropartikkeleiden luokan määrittämistä varten, joka tapahtuu fluoresenssi-ilmaisimen 9 antaman signaalin voimakkuuden perusteella.7 90695 of the mixture of substances 3 and 10 μΐ of the microparticle suspension 1 are injected into the reaction cuvette 4 and incubated, for example, at 37 ° C for a precisely controlled time of several minutes or longer. The microparticle suspension 5 is diluted or washed with phosphate-buffered saline in tank 5. During the washing, the microparticles are immobilized in the reaction cuvette either by a filter, magnetic forces or the like. The final step 10 of the wash is performed with measuring solution 6, which protects the phosphorescent molecules from quenching (e.g., a buffered aqueous solution pH 7.2 to 7.4 containing 4 mg / ml sodium sulfite and 1% Triton X-100). The microparticles in the measurement solution are then transferred as a suspension one at a time to a capillary fluorine-15 sensing detector cuvette 7, which is illuminated with a monochromatic 380-400 nm light source 8 to determine the class of microparticles based on the signal strength of the fluorescence detector 9.

Sen jälkeen mikropartikkelit siirretään yksi kerrallaan 20 kapillaariseen fosforesenssi-ilmaisimen kyvettiin 10. Foto-niemissio mitataan 640 - 670 nm alueella toimivalla fotoni-ilmaisimella 11, joka on optisesti yhdistetty ilmaisinky-vettiin. Eri mikropartikkeleille saadut fotonilaskimen 12 lukemat ovat verrannollisia seeruminäytteessä olevien eri ; : 25 analyyttien pitoisuuksiin.The microparticles are then transferred one at a time to 20 capillary phosphorescence detector cuvettes 10. The photon emission is measured by a photon detector 11 operating in the range of 640 to 670 nm, which is optically connected to the detector cuvette. The photon counter 12 readings obtained for the different microparticles are proportional to the different readings in the serum sample; : 25 for analyte concentrations.

Tämän keksinnön mukainen menetelmä ja siihen tarvittava laitteisto voidaan toteuttaa käytännössä monella eri tavalla. Keksinnössä on kuitenkin oleellista se, että jokainen erillinen mikropartikkeli, joka edustaa eri analyyttiluok-30 kaa, tunnistetaan ja mitataan erikseen ja näin voidaan suorittaa moniparametrinen biospesifinen määritys samasta näytteestä. Tunnistaminen perustuu fluoresenssimittaukseen ja biospesifisen reagenssin leiman mittaus fosforesenssiin, kuten yllä on esitetty. Aikaerotteisuuteen perustuvalla 35 mittausjärjestelyllä voidaan suhteellisen lyhytikäinen tunnistusväriaineesta ja taustasta syntyvä fluoresenssi-emissio erottaa fosforesenssiemissiosta, koska niiden valo- 8 90695 emissiot tapahtuvat eri aikoina ja fluoresenssiemissio on täydellisesti loppunut, ennen kuin fosforesenssiemissiota aletaan rekisteröidä eikä fluoresenssi aiheuta merkittävää häiriötä analyytin pitoisuuden määrittämiseen fosforesens-5 sin 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 analyte is identified and measured separately and thus a multi-parameter biospecific assay can be performed on the same sample. Identification is based on fluorescence measurement and measurement of the biospecific reagent label on phosphorescence, as described above. With a time-resolved measurement system, the relatively short-lived fluorescence emission from the detection dye and the background can be distinguished from the phosphorescence emission because their light emissions occur at different times and the fluorescence emission is completely stopped before the phosphorescence emission through. The essential content of the invention is here.

Fluoresoivia mikropartikkeleita voidaan valmistaa yhdistämällä sopiva fluoresoiva yhdiste polymeerimateriaaliin. Orgaanisia fluoresoivia yhdisteitä, esim. POPOP, bisMSB, fluoreskeiini, rhodamiini jne. voidaan lisätä monomeereihin 10 mikropartikkeleiden valmistuksen yhteydessä ("Theory and Practice of Scintillation Counting", Ed. J. B. Birks, Pergamon Press, 1967, pp. 321 - 353) ja näin polymerisaa-tiossa muodostuu kiinteää fluoresoivaa materiaalia. Materiaali prosessoidaan mikropartikkeleiksi samassa prosessissa. 15 Mikropartikkeleiden tunnistamiseen käytettävää yhdistettä lisätään eri valmistuseriin eri suuruisia määriä siten, että muodostuu mikropartikkeleita, joiden fluoresenssivoi-makkuus eroaa toisistaan oleellisesti 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, fluorescein, rhodamine, etc., can be added to the monomers in the preparation of microparticles ("Theory and Practice of Scintillation Counting", Ed. JB Birks, Pergamon Press, 1967, pp. 321-353) and thus the polymerization forms a solid fluorescent material. 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 whose fluorescence intensity differs substantially and by a factor of two.

20 Mikropartikkeleiden analysointi voidaan suorittaa kapillaa-risessa mittauskammiossa joko pysäyttämällä virtaus tai virtauksen ollessa käynnissä. Mittausinstrumentissa tapahtuu mikropartikkeleiden mikrofotometrinen havainnointi ohuessa mittauskyvetissä, johon laimennettu mikropartikke-25 lisuspensio johdetaan. Mikropartikkelisuspensiota mitataan ensin fluoresenssi-ilmaisimella ja kunkin mikropartikkelin analyyttiluokan määritys tapahtuu fluoresenssin voimakkuuden perusteella. Seuraavaksi analyytin pitoisuuden määritys tapahtuu fosforesenssivoimakkuuden mittauksen avulla. Mit-30 tauskyvetin apertuuri valitaan optimaalisesti käytetyn mikropartikkelin suuruuden mukaan ja fosforesenssiemissio mitataan valomonistinputkella tai muulla herkällä fotoni-ilmaisimella tai sopivalla kuvailmaisimellä. Ilmaisimena voidaan käyttää myös mikrokanavakuvavahvistinta ja puoli-35 johdekuvailmaisinta (CCD). Riittävä lukumäärä mikropartikkeleita tunnistetaan ja analysoidaan tilastollisesti riitit 9 90695 tävän tarkan tuloksen saamiseksi jokaiselle analyytille. 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, microphotometric observation 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 concentration of the analyte is determined by measuring the phosphorescence intensity. The aperture of the Mit-30 probe cuvette is optimally selected according to the size of the microparticle used, and the phosphorescence emission is measured with a photomultiplier tube or other sensitive photon detector or a suitable image detector. A microchannel image amplifier and a half-wire wired image detector (CCD) can also be used as a detector. A sufficient number of microparticles are identified and analyzed statistically to obtain an 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.

5 Tälle keksinnölle on myös luonteenomaista, että tässä esitetty mikrofotometrinen mittausjärjestelmä pystyy optisesti erottamaan mikropartikkeleiden pinnasta lähtevän valoemis-sion mikropartikkelien ympäristössä olevasta liuoksesta lähtevästä valoemissiosta. Tämä erottelukyky perustuu siilo hen, että kun suspensiota laimennetaan huomattavasti, sopii mikrofosforometrin fokusalueeseen kerrallaan vain yksi mik-ropartikkeli ja liuoksessa olevien vapaiden leimattujen reagenssien aiheuttama taustasignaali on vähäinen. Tällä menetelmällä saavutetaan riittävä vapaan ja sidotun frak-15 tion erottelukyky, mutta mikäli on välttämätöntä, erottelua voidaan tehostaa millä tahansa tunnetulla erotusmenetelmällä kuten pesulla, suodatuksella tai sentrifugoinnilla.It is also characteristic of the present invention that the microphotometric measurement system disclosed herein is capable of optically distinguishing light emission from the surface of microparticles from light emission from a solution in the vicinity of the microparticles. This resolution is based on the fact that when the suspension is diluted considerably, only one microparticle fits into the focus area of the microphosphorometer at a time and the background signal caused by the free labeled reagents in the solution is negligible. 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.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön erilaiset sovellutusmuodot voivat vaihdella jäljempänä esitettävien 20 patenttivaatimusten puitteissa.It will be apparent to those skilled in the art that various embodiments of the invention may vary within the scope of the following claims.

Claims (5)

1. Biospecifik multiparametrisk bestämningsmetod, där man använder pä förhand tillverkade, i olika kategorier indelade och olika analyter representerande mikropartiklar, där mikropartiklarna av olika kategorier innehäller olika 5 mängder fluorescerande färgämne och där de tili olika kategorier hörande mikropartiklarna är belagda med biospecifika reagens, som binder olika analyter, där - de tili olika kategorier hörande mikropartiklarna sammanblandas tili en suspension och provet, som skall 10 analyseras, tillsätts tili denna suspension, - tili suspensionen tillsätts en blandning av biospecifika sekundärreagens, varvid en pä bioaffinitet baserad bindningsreaktion startar mellan analytmolekylerna, de märkta sekundär-reagensen och de tili mikropartiklarna 15 bundna reagensen, - suspensionen utspäds för att sanka koncentrationen av fria märkta reagens, - det fluorescerande färgämnet aktiveras med 1jussträlning och fluorescensemissionens styrka mäts för varje partikel 20 skilt för sig, - fluorescenssignalen omvandlas tili en elektrisk signal för identifiering av kategorin hos mikropartikeln pä basen av styrkan hos den frän fluorescenssignalen härledda elektriska signalen, 25 kännetecknad därav, att blandningen av sekundärreagensen är märkt med en fosforiscerande molekyl och att fosforescensen hos varje mikropartikel mäts med en tidsupplösande fotondetektor och pä basis av styrkan hos den frän detektorn erhällna II i3 90695 elektriska signalen analyseras mängden av analyt, som fästs pä varje mikropartikel.1. Biospecific multiparametric assay method, using pre-made, divided into different categories and different analytes representing microparticles, where the microparticles of different categories contain different amounts of fluorescent dye and where the various categories of the microparticles are coated with biospecific reagents, such as biospecific reagents. various analytes, wherein - the various microparticles belonging to different categories are mixed into a suspension and the sample to be analyzed is added to this suspension, - to the suspension is added a mixture of biospecific secondary reagents, whereby a bioaffinity-based binding reaction starts between the analyte molecules, the labeled - the suspension is diluted to decrease the concentration of free labeled reagents, - the fluorescent dye is activated by light irradiation and the intensity of the fluorescence emission is measured for each The fluorescence signal is converted into an electrical signal to identify the category of the microparticle on the basis of the strength of the electrical signal derived from the fluorescence signal, characterized in that the mixture of the secondary reagents is labeled with a phosphorescent molecule and that phosphorus each microparticle is measured with a time-resolving photon detector and on the basis of the strength of the electrical signal received from the detector, the amount of analyte attached to each microparticle is analyzed. 2. Metod enligt patentkravet 1 kännetecknad därav, att det fluorescerande ämnet pä mikropartikiarna är 5 en förening, som ästadkommer speciellt kortvarig fluorescensemission.Method according to Claim 1, characterized in that the fluorescent substance on the microparticles is a compound which achieves especially short-term fluorescence emission. 3. Metod enligt patentkravet 1 eller 2 kännetecknad därav, att som märkning för sekundärreagenset används ett derivat av 10 platinakoproporfyrin eller palladiumkoproporfyrin.3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that a derivative of platinum acoproporphyrin or palladium coproporphyrin is used as a label for the secondary reagent. 4. Reagensförpackning för biospecifik multiparametrisk bestämning som innehäller pä förhand tillverkade, i olika kategorier indelade och olika analyter representerande mikropartiklar, där mikropartiklarna av olika kategorier 15 innehäller olika mängder fluorescerande färgämne och där de tili olika kategorier hörande mikropartiklarna är belagda med biospecifika reagens, som binder olika analyter, och biospecifika sekundärreagens, som representerar olika analyter kännetecknad därav, att de 20 biospecifika sekundärreagensen är märkta med en fosforiscerande molekyl.4. Reagent packaging for biospecific multiparametric assay containing pre-made, divided into different categories and different analytes representing microparticles, where the microparticles of different categories contain different amounts of fluorescent dyes and where the various categories of microparticles belonging to them are coated with biospecific reagents, different analytes, and biospecific secondary reagents, representing different analytes characterized in that the biospecific secondary reagents are labeled with a phosphorescent molecule. 5. Reagensförpackning enligt patentkravet 4 kännetecknad därav, att de biospecifika sekundärreagensen är märkta med ett platinakoproporfyrin- 25 eller palladiumkoproporfyrinderivat.5. Reagent packaging according to claim 4, characterized in that the biospecific secondary reagents are labeled with a platinum acoproporphyrin or palladium coproporphyrin derivative.
FI924537A 1992-07-02 1992-10-08 Biospecific assay method FI90695C (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI924537A FI90695C (en) 1992-10-08 1992-10-08 Biospecific 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
AU43290/93A AU4329093A (en) 1992-07-02 1993-06-15 Biospecific multiparameter assay method
EP93913046A EP0606422B1 (en) 1992-07-02 1993-06-15 Biospecific multiparameter assay method
PCT/FI1993/000261 WO1994001774A1 (en) 1992-07-02 1993-06-15 Biospecific multiparameter assay method
DE69313611T DE69313611T2 (en) 1992-07-02 1993-06-15 BIOS-SPECIFIC MULTIPARAMETER ANALYSIS PROCEDURE

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI924537A FI90695C (en) 1992-10-08 1992-10-08 Biospecific assay method
FI924537 1992-10-08

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI924537A0 FI924537A0 (en) 1992-10-08
FI90695B true FI90695B (en) 1993-11-30
FI90695C FI90695C (en) 1994-03-10

Family

ID=8536005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI924537A FI90695C (en) 1992-07-02 1992-10-08 Biospecific assay method

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI90695C (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FI924537A0 (en) 1992-10-08
FI90695C (en) 1994-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5518883A (en) Biospecific multiparameter assay method
EP0804732B1 (en) A biospecific multiparameter assay method
US5028545A (en) Biospecific multianalyte assay method
US5747349A (en) Fluorescent reporter beads for fluid analysis
US4146604A (en) Differential counting of leukocytes and other cells
JPH0754324B2 (en) Test agent for measuring antigen and / or antibody in liquid sample
JPH0565822B2 (en)
US20120316077A1 (en) System And Method For Detection And Analysis Of A Molecule In A Sample
EP0222341B1 (en) A method for immunoassay and reagents therefor
Hoffmann et al. Nanoparticle-encapsulated vis-and NIR-emissive fluorophores with different fluorescence decay kinetics for lifetime multiplexing
JP2005510706A5 (en)
KR101327542B1 (en) Method for detecting contaminants from samples using quantum dot based competitive immunoassay and multiplexed flow cytometric readout
CN106383110A (en) OTA chemiluminiscence detecting method based on nano-gold label aptasensor
US20210208075A1 (en) Autofluorescence quenching assay and device
RU2379691C1 (en) Method of multianalytic immune assay with using microparticles
EP1239284A1 (en) Non-separation assay method and system using opaque particles
US6468763B1 (en) Optical detection of transmembrane potential changes
FI90695B (en) Biospecific classification method
CN105929181A (en) Nano-material-based detection method for heroin in biological samples
WO2013013214A1 (en) Method for detecting microorganisms
RU2339953C1 (en) Method of multyanalite immunoassay with use of microparticles
JP2021145666A (en) Norovirus lateral flow analyzer using time-resolved fluorescence analysis and measurement method using the same
FI89837C (en) Biospecific assay method
FI91920C (en) Method for improving the accuracy of a biospecific multiparametric assay method
CN220271169U (en) Fluorescence analyzer

Legal Events

Date Code Title Description
BB Publication of examined application