JP2005189237A - Optical measuring method - Google Patents

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JP2005189237A JP2004344549A JP2004344549A JP2005189237A JP 2005189237 A JP2005189237 A JP 2005189237A JP 2004344549 A JP2004344549 A JP 2004344549A JP 2004344549 A JP2004344549 A JP 2004344549A JP 2005189237 A JP2005189237 A JP 2005189237A
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Kenji Yamamoto
健二 山本
Michiya Nakagawa
道也 中川
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical measuring method which enables the sensitive and precise measurement of materials being objects to be measured contained in samples, which are protein, peptide, nucleic acid, nucleic-acid base, its derivatives, nucleotide, hormone, organic compounds such as sugars etc., and the like. <P>SOLUTION: In the optical measuring method, a fluorescent material immobilized on a surface of a substrate is excited by evanescent waves produced by bringing exciting light to enter the inside of the substrate and to perform internal reflections, and intensity of emitted fluorescence is measured directly. The fluorescent material for the optical measuring method is composed of a semiconductor nanoparticle. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、試料中に含まれる測定対象物質となるタンパク質、ペプチド、核酸、核酸塩基及びその誘導体、ヌクレオチド、ホルモン、糖類等の有機化合物等を高感度かつ高精度で測定することができる光学的測定方法に関する。 The present invention is an optical that can measure with high sensitivity and high accuracy organic substances such as proteins, peptides, nucleic acids, nucleobases and their derivatives, nucleotides, hormones, saccharides, etc., which are substances to be measured contained in a sample. It relates to a measurement method.

近年、生体内に含まれるタンパク質、核酸等の生体関連物質を高感度に測定する方法として、マーカー物質として蛍光物質を結合させ、該蛍光物質に励起光を照射することにより発せられる蛍光の強度を測定する方法が多用されている。 In recent years, as a method for measuring biologically related substances such as proteins and nucleic acids contained in living bodies with high sensitivity, the intensity of fluorescence emitted by binding a fluorescent substance as a marker substance and irradiating the fluorescent substance with excitation light is increased. Many methods are used for measurement.

このような蛍光物質を利用した光学的測定方法としては、例えば、特許文献1に、光導波路に励起光を入射し、励起光を全反射させながら光導波路中を伝播させることにより生じるエバネッセント波を用いて、抗原抗体反応等により光導波路表面に固定された蛍光物質を励起し、生じた蛍光を光導波路中を伝播させて出射させ、出射した蛍光の強度を測定する方法が開示されている。この方法によれば、発生した微弱な蛍光を光導波路で増幅することにより比較的高感度な測定が可能となる。しかしながら、特許文献1では650nm近傍に吸収のピークがある蛍光物質を用い、635nm付近の励起光を用いているものの、励起光と蛍光との波長差(ストークスシフト)が充分とはいえず、充分な測定感度や測定精度を得ることはできなかった。また、測定毎に光導波路を洗浄する必要があり複数の物質を連続的に測定することができないという問題もあった。 As an optical measurement method using such a fluorescent material, for example, Patent Document 1 discloses an evanescent wave generated by causing excitation light to enter the optical waveguide and propagating through the optical waveguide while totally reflecting the excitation light. A method is disclosed in which a fluorescent substance fixed on the surface of an optical waveguide is excited by an antigen-antibody reaction or the like, the generated fluorescence is propagated through the optical waveguide and emitted, and the intensity of the emitted fluorescence is measured. According to this method, it is possible to perform relatively high-sensitivity measurement by amplifying the weak fluorescence generated by the optical waveguide. However, Patent Document 1 uses a fluorescent substance having an absorption peak near 650 nm and uses excitation light near 635 nm, but the wavelength difference (Stokes shift) between the excitation light and fluorescence is not sufficient, and is sufficient. Measurement sensitivity and measurement accuracy could not be obtained. In addition, there is a problem in that it is necessary to clean the optical waveguide for each measurement and a plurality of substances cannot be continuously measured.

これに対して特許文献2には、光導波路に励起光を入射し、励起光を全反射させながら光導波路中を伝播させることにより生じるエバネッセント波を用いて試料中の蛍光染料を励起し、生じた蛍光の強度を直接測定する方法が開示されている。即ち、この方法では、特許文献1に記載の方法のように蛍光を光導波路中を伝播させて出射させて測定するのではなく、光導波路の表面において生じた蛍光を直接測定する。この方法によれば、光導波路の表面を種々のサブセクションに分けて、それぞれのサブセクションにおいて蛍光染料を励起させることにより、複数の試料を連続的に測定することが可能となる。しかしながら、この方法では光導波路による増幅がないことから充分な蛍光強度が得られないことに加え、励起光と蛍光との波長差(ストークスシフト)の問題も解決されておらず、高い測定感度と測定精度とを得ることはできなかった。また、蛍光染料を用いることから、試料中の共存物質によっては蛍光強度が低くなったり、短時間で減衰したりするという問題もあった。 On the other hand, Patent Document 2 excites a fluorescent dye in a sample by using an evanescent wave generated by making excitation light enter the optical waveguide and propagating through the optical waveguide while totally reflecting the excitation light. A method for directly measuring the intensity of the fluorescent light is disclosed. That is, in this method, the fluorescence generated on the surface of the optical waveguide is directly measured instead of measuring the fluorescence by propagating it through the optical waveguide as in the method described in Patent Document 1. According to this method, it is possible to continuously measure a plurality of samples by dividing the surface of the optical waveguide into various subsections and exciting the fluorescent dye in each subsection. However, this method does not provide sufficient fluorescence intensity because there is no amplification by the optical waveguide. In addition, the problem of wavelength difference (Stokes shift) between the excitation light and fluorescence is not solved. Measurement accuracy could not be obtained. In addition, since a fluorescent dye is used, there is a problem in that the fluorescence intensity decreases or decays in a short time depending on the coexisting substances in the sample.

特許第3362206号公報Japanese Patent No. 3362206 特許第3187386号公報Japanese Patent No. 3187386

本発明は、上記現状に鑑み、試料中に含まれる測定対象物質となるタンパク質、ペプチド、核酸、核酸塩基及びその誘導体、ヌクレオチド、ホルモン、糖類等の有機化合物等を高感度かつ高精度で測定することができる光学的測定方法を提供することを目的とする。 In view of the above situation, the present invention measures highly sensitive and highly accurate organic compounds such as proteins, peptides, nucleic acids, nucleobases and their derivatives, nucleotides, hormones, saccharides, etc., which are substances to be measured contained in a sample. It is an object of the present invention to provide an optical measurement method that can be used.

本発明は、基板内に励起光を入射し内部反射させることにより生じるエバネッセント波により、前記基板の表面に固定された蛍光物質を励起し、発生した蛍光の強度を直接測定する光学的測定方法であって、蛍光物質が半導体ナノ粒子からなる光学的測定方法である。
以下に本発明を詳述する。
The present invention relates to an optical measurement method in which a fluorescent substance fixed on the surface of the substrate is excited by an evanescent wave generated by injecting and internally reflecting excitation light into the substrate, and the intensity of the generated fluorescence is directly measured. In this optical measurement method, the fluorescent material is made of semiconductor nanoparticles.
The present invention is described in detail below.

本発明者らは、鋭意検討の結果、蛍光物質として半導体ナノ粒子を用いれば、極めて高い強度の蛍光が発せられ、かつ、励起光と蛍光との波長差(ストークスシフト)を充分にとることができることから、エバネッセント波により励起されて基板表面に発せられた蛍光の強度を直接測定する場合であっても、高い測定感度と測定精度とが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
なお、本明細書において蛍光の強度を直接測定するとは、蛍光を基板中を伝播させて出射させて測定するのではなく、生じた蛍光の強度自体をそのまま測定することを意味する。
As a result of intensive studies, the present inventors have been able to emit extremely high-intensity fluorescence and sufficiently take the wavelength difference (Stokes shift) between excitation light and fluorescence if semiconductor nanoparticles are used as the fluorescent substance. Therefore, even when directly measuring the intensity of the fluorescence emitted by the evanescent wave and emitted from the substrate surface, it was found that high measurement sensitivity and measurement accuracy can be obtained, and the present invention has been completed. .
In this specification, the direct measurement of the intensity of the fluorescence means that the intensity of the generated fluorescence itself is measured as it is, instead of measuring the fluorescence by propagating it through the substrate and emitting it.

本発明の光学的測定方法では、基板内に励起光を入射し内部反射させることにより生じるエバネッセント波により基板の表面近傍に固定された蛍光物質を励起し、生じる蛍光の強度を直接測定する。このように基板の表面において生じた蛍光を直接測定する方法であれば、基板の表面を種々のサブセクションに分けて、それぞれのサブセクションにおいて蛍光物質を励起させることにより、複数の試料を連続的に測定することが可能となる。 In the optical measurement method of the present invention, a fluorescent substance fixed in the vicinity of the surface of the substrate is excited by an evanescent wave generated by the excitation light entering the substrate and internally reflected, and the intensity of the generated fluorescence is directly measured. In this method of directly measuring the fluorescence generated on the surface of the substrate, the surface of the substrate is divided into various subsections, and a plurality of samples are continuously obtained by exciting the fluorescent substance in each subsection. It becomes possible to measure.

上記基板としては、レーザ光を全反射できるものであれば特に限定されないが、例えば、樹脂プレート又はガラスプレート等が好適である。なかでも、光導波路は、レーザ光の反射に極めて優れ、レーザ光が光導波路中を伝播することから、1つの光導波路上で種々の測定をすることができ好ましい。
上記ガラスプレートを構成するガラスとしては特に限定されないが、例えば、石英ガラス等が好適である。
上記樹脂プレートを構成する樹脂としては特に限定されないが、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂等が好適である。なかでも、励起光の吸収がないものを選択することが好ましい。
The substrate is not particularly limited as long as the laser beam can be totally reflected. For example, a resin plate or a glass plate is preferable. Among these, the optical waveguide is preferable because it is excellent in reflection of laser light and the laser light propagates through the optical waveguide, so that various measurements can be performed on one optical waveguide.
Although it does not specifically limit as glass which comprises the said glass plate, For example, quartz glass etc. are suitable.
Although it does not specifically limit as resin which comprises the said resin plate, For example, an acrylic resin, a polyester resin, a polystyrene resin, a polycarbonate resin, an epoxy resin, a fluororesin etc. are suitable. Among them, it is preferable to select one that does not absorb excitation light.

上記基板の厚さとしては特に限定されないが、好ましい下限は5μm、好ましい上限は1000μmであり、より好ましい下限は10μm、より好ましい上限は150μmである。 Although it does not specifically limit as thickness of the said board | substrate, A preferable minimum is 5 micrometers and a preferable upper limit is 1000 micrometers, A more preferable minimum is 10 micrometers and a more preferable upper limit is 150 micrometers.

上記励起光の光源としては、例えば、単色のレーザや発光ダイオード等を用いることができる。
このような励起光を上記基板の端部から一定の角度で入射すれば、入射した励起光は全反射し、上記基板が光導波路である場合には光導波路中を伝播する。この基板中で励起光が全反射する際に、反射部においてエバネッセント波が生じ、基板の表面に染み出す。そして、基板の表面に蛍光物質が固定されている場合には、該蛍光物質がエバネッセント波により励起され、蛍光を発する。
As the light source of the excitation light, for example, a monochromatic laser or a light emitting diode can be used.
When such excitation light is incident at a certain angle from the end of the substrate, the incident excitation light is totally reflected and propagates through the optical waveguide when the substrate is an optical waveguide. When the excitation light is totally reflected in the substrate, an evanescent wave is generated in the reflecting portion and oozes out to the surface of the substrate. When a fluorescent material is fixed on the surface of the substrate, the fluorescent material is excited by an evanescent wave and emits fluorescence.

本発明の光学的測定方法においては、蛍光物質として半導体ナノ粒子を用いる。
本明細書において半導体ナノ粒子とは、CdS、ZnS、CdSc等の半導体材料を粒子径がナノメートルオーダーの微粒子にしたものを意味する。
半導体ナノ粒子は、粒子径が約10nm以下になると、光励起によって蛍光を発する性質を有する。半導体ナノ粒子を励起するために必要な波長は紫外側にブロードに存在し、その粒子径が大きいほど、励起スペクトルの長波長端は長波長側にシフトする。また、蛍光波長も半導体ナノ粒子の粒子径が大きくなるに従って長波長側にシフトする。このように、半導体ナノ粒子は、粒子径により蛍光波長や励起光波長が変わるという特徴を有する。従って、粒子径の異なる半導体ナノ粒子に異なる反応物を結合することにより、同時に複数の対象物を測定することが可能になる。
In the optical measurement method of the present invention, semiconductor nanoparticles are used as the fluorescent material.
In this specification, the semiconductor nanoparticle means a semiconductor material such as CdS, ZnS, CdSc or the like made into fine particles having a particle diameter of nanometer order.
The semiconductor nanoparticles have a property of emitting fluorescence by photoexcitation when the particle diameter is about 10 nm or less. The wavelength necessary for exciting the semiconductor nanoparticles is broad on the ultraviolet side, and the longer wavelength end of the excitation spectrum shifts to the longer wavelength side as the particle diameter increases. The fluorescence wavelength also shifts to the longer wavelength side as the particle size of the semiconductor nanoparticles increases. As described above, the semiconductor nanoparticles have a feature that the fluorescence wavelength and the excitation light wavelength vary depending on the particle diameter. Therefore, it is possible to measure a plurality of objects simultaneously by binding different reactants to semiconductor nanoparticles having different particle diameters.

上記半導体ナノ粒子は、励起光を照射することによって極めて高輝度の蛍光を発することから、微量成分の高感度測定に好適に用いることができる。また、粒子径により励起光波長と蛍光波長とを調整できることから、励起光と蛍光との波長差(ストークスシフト)を充分にとることも可能である。 The semiconductor nanoparticles emit extremely high-intensity fluorescence when irradiated with excitation light, and thus can be suitably used for highly sensitive measurement of trace components. In addition, since the excitation light wavelength and the fluorescence wavelength can be adjusted by the particle diameter, it is possible to sufficiently take the wavelength difference (Stokes shift) between the excitation light and the fluorescence.

本発明において用いる半導体ナノ粒子としては、例えば、CuCl等のI−VII 族化合物半導体、CdS、CdSe等のII−VI族、InAs等のIII−V族化合物半導体、IV族半導体等の半導体結晶、TiO等の金属酸化物、フタロシアニン、アゾ化合物等の有機化合物からなるもの、またはそれらの複合材料等が挙げられる。このような複合材料としては、例えば、CdSをコア−CdSeをシェル、CdSeをコア−CdSをシェル、CdSをコア−ZnSをシェル、CdSeをコア−ZnSをシェル、CdSeのナノ結晶をコア−ZnSをシェル、CdSeのナノ結晶をコア−ZnSeをシェル、Siをコア−SiOをシェルとするコア−シェル構造を有するもの等が挙げられる。 The semiconductor nanoparticles used in the present invention include, for example, semiconductor crystals such as a group I-VII compound semiconductor such as CuCl, a group II-VI such as CdS and CdSe, a group III-V compound semiconductor such as InAs, and a group IV semiconductor, metal oxides such as TiO 2, phthalocyanine, made of an organic compound such as azo compounds, or composite materials thereof. As such a composite material, for example, CdS is core-CdSe shell, CdSe is core-CdS shell, CdS is core-ZnS shell, CdSe is core-ZnS shell, CdSe nanocrystal is core-ZnS. a shell, the core -ZnSe shell nanocrystals CdSe, core the core -SiO 2 shell and Si - such as those having a shell structure.

また、上記半導体ナノ粒子を水溶液中に分散安定化させるために、半導体ナノ粒子の表面をコートする種々の分散剤を使用することができる。
このような分散剤としては、例えば、半導体ナノ粒子への結合基として、チオール、アミン、ホスフィン又はホスフィンオキシド等を有し、水溶液中への分散と抗体又は抗原等の標識のため、最外層にカルボキシレート類、アミン類、水酸化物、ポリエチレングリコール及び他のポリオール類、スルホネート、ホスフェート及びホスホネート等を形成するもの等が挙げられる。
Moreover, in order to disperse and stabilize the semiconductor nanoparticles in an aqueous solution, various dispersants that coat the surface of the semiconductor nanoparticles can be used.
Examples of such a dispersant include a thiol, an amine, a phosphine, or a phosphine oxide as a bonding group to the semiconductor nanoparticles, and in the outermost layer for dispersion in an aqueous solution and labeling of an antibody or an antigen. Examples include those that form carboxylates, amines, hydroxides, polyethylene glycol and other polyols, sulfonates, phosphates, phosphonates, and the like.

上記半導体ナノ粒子の粒子径の好ましい下限は3nm、上限は10nmである。
上記半導体ナノ粒子の形状としては特に限定されず、例えば、球状、棒状、板状、薄膜状、繊維状、チューブ状等が挙げられる。なかでも、球状が好ましい。
The preferable lower limit of the particle diameter of the semiconductor nanoparticles is 3 nm, and the upper limit is 10 nm.
The shape of the semiconductor nanoparticles is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape, a rod shape, a plate shape, a thin film shape, a fiber shape, and a tube shape. Of these, spherical is preferable.

本発明の光学的測定方法では、上記半導体ナノ粒子からなる蛍光物質を励起し、生じる蛍光の強度を直接測定する。
蛍光強度を測定する方法としては特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。なかでも、1分子蛍光画像アナライザー法は、上記半導体ナノ粒子の粒子径がナノメートルオーダーであり発光強度も高いことから、1分子レベルで高感度に測定することが可能となり特に好適である。
In the optical measurement method of the present invention, the fluorescent substance composed of the semiconductor nanoparticles is excited and the intensity of the generated fluorescence is directly measured.
The method for measuring the fluorescence intensity is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. Among these, the single-molecule fluorescence image analyzer method is particularly suitable because the particle diameter of the semiconductor nanoparticles is on the order of nanometers and the emission intensity is high, so that it can be measured with high sensitivity at the single-molecule level.

本発明の光学的測定方法では、2種類以上の測定対象物質を同時に測定することが可能である。2種類以上の試料の同時測定としては、試料中に2種以上の測定対象物質が混合している試料を測定する場合や、基板上の複数箇所に分けられたそれぞれ単独で存在する測定対象物質を1回の測定で実施する場合等が挙げられる。上記2種以上の測定対象物を検出する方法としては特に限定されず、例えば、上述したように、本発明の光学的測定方法では、基板として用いる光導波路の表面を種々のサブセクションに分けたり、粒子径の異なる複数の半導体ナノ粒子を併用したりすることにより、複数の試料を連続的に測定することが可能となる。
また、上記測定において検出光から各試料中に含まれる測定対象物質の濃度を測定する方法としては特に限定されず、例えば、プリズム分光等を利用して検出光を単一光に分光することにより測定可能となる。
In the optical measurement method of the present invention, two or more kinds of substances to be measured can be measured simultaneously. Simultaneous measurement of two or more types of samples includes measurement of a sample in which two or more types of measurement target substances are mixed in the sample, or measurement target substances that are separately present at a plurality of locations on a substrate. Is carried out in one measurement. The method for detecting the two or more types of measurement objects is not particularly limited. For example, as described above, in the optical measurement method of the present invention, the surface of the optical waveguide used as the substrate is divided into various subsections. By using a plurality of semiconductor nanoparticles having different particle diameters in combination, a plurality of samples can be continuously measured.
In the above measurement, the method for measuring the concentration of the measurement target substance contained in each sample from the detection light is not particularly limited. For example, the detection light is split into single light using prism spectroscopy or the like. It becomes possible to measure.

次に、本発明の光学的測定方法を用いて、試料中に含まれる有機化合物等を測定する具体的な方法の一実施態様を詳しく説明する。本実施態様では、分子認識物質として抗体を用い、抗原抗体反応を利用して試料中に含まれる特定のタンパク質の濃度を測定する。 Next, an embodiment of a specific method for measuring an organic compound or the like contained in a sample using the optical measurement method of the present invention will be described in detail. In this embodiment, an antibody is used as a molecular recognition substance, and the concentration of a specific protein contained in a sample is measured using an antigen-antibody reaction.

本実施態様では、まず、測定対象とするタンパク質に対応する抗体を調製し、これを分子認識物質として用いる。上記抗体としては、例えば、ポリクローナル抗体、又は、モノクローナル抗体が挙げられ、これらはいずれも好適に用いることができる。
上記抗体は、例えば、測定対象とするタンパク質で免役した免疫マウスの脾臓から得られた脾細胞を抗体産生細胞と細胞融合し、この融合細胞を培養することにより調製することができる。
In this embodiment, first, an antibody corresponding to a protein to be measured is prepared and used as a molecular recognition substance. As said antibody, a polyclonal antibody or a monoclonal antibody is mentioned, for example, Any of these can be used conveniently.
The antibody can be prepared, for example, by fusing spleen cells obtained from the spleen of an immunized mouse immunized with the protein to be measured with antibody-producing cells and culturing the fused cells.

このようにして調製した抗体を、基板の表面に被覆する。被覆の方法としては特に限定されないが、例えば、基板の表面に抗体溶液を滴下し、所定時間一定の温度で静置し、緩衝液で洗浄後、血清アルブミン(BSA)等を加えて固定する方法等が挙げられる。 The antibody thus prepared is coated on the surface of the substrate. The method of coating is not particularly limited. For example, the antibody solution is dropped on the surface of the substrate, allowed to stand at a constant temperature for a predetermined time, washed with a buffer solution, and then fixed by adding serum albumin (BSA) or the like. Etc.

一方、別に分子認識物質である抗体と蛍光物質である半導体ナノ粒子とを結合させて、分子認識蛍光物質を作製する。なお、基板上に被覆する抗体と分子認識物質として用いる抗体とは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
抗体と半導体ナノ粒子とを結合させる方法としては特に限定されないが、例えば、半導体ナノ粒子の表面をコートした分散剤の官能基を介し、アビジンを更にコートすることで半導体ナノ粒子−アビジンの複合体を調製し、一方、抗体とビオチンとを結合した抗体−ビオチン複合体を調製する。得られた半導体ナノ粒子−アビジン複合体と抗体−ビオチン複合体とは、アルブミンを介して容易に結合することができる。
このようにアビジン−アルブミン−ビオチンを介して半導体ナノ粒子と分子認識物質とを複合化する方法は、抗体等のタンパク質のみならずDNA等の核酸をはじめ多くの有機化合物と半導体ナノ粒子との複合化に用いることができる。
On the other hand, a molecule recognizing fluorescent material is prepared by binding an antibody as a molecular recognizing material and semiconductor nanoparticles as a fluorescent material. The antibody coated on the substrate and the antibody used as the molecular recognition substance may be the same or different.
The method for binding the antibody and the semiconductor nanoparticles is not particularly limited. For example, the semiconductor nanoparticle-avidin complex may be formed by further coating avidin via the functional group of the dispersant coated on the surface of the semiconductor nanoparticle. On the other hand, an antibody-biotin complex in which an antibody and biotin are bound is prepared. The obtained semiconductor nanoparticle-avidin complex and antibody-biotin complex can be easily bound via albumin.
In this way, the method of conjugating semiconductor nanoparticles and molecular recognition substances via avidin-albumin-biotin is a composite of not only proteins such as antibodies but also nucleic acids such as DNA and many organic compounds and semiconductor nanoparticles. It can be used for conversion.

試料中の測定対象物質であるタンパク質を測定するには、まず、試料と上記分子認識蛍光物質とを混合する。これにより、抗原抗体反応によって試料中のタンパク質が特異的に分子認識蛍光物質中の抗体と結合する。
次いで、抗体で被覆した基板の表面に上記混合液を滴下すれば、抗原抗体反応によりタンパク質と基板表面の抗体とが結合する。このようにして、基板の表面に試料中のタンパク質の量に応じた半導体ナノ粒子が固定される。あるいは、基板の表面に抗原を固定した後、抗体を標識した半導体ナノ粒子を滴下することで、基板の表面に固定した抗原量に応じて半導体ナノ粒子が固定される。
この状態で基板の端部から全反射する角度で励起光を入射し、エバネッセント波を生じさせれば、このエバネッセント波により基板の表面の半導体ナノ粒子から蛍光が発せられる。
予め既知のタンパク質濃度の試料を測定して検量線を作製しておけば、未知の試料中に含まれるタンパク質の量を測定することができる。
なお、試料を抗体で被覆した基板の表面に滴下して抗原抗体反応により試料中のタンパク質と基板表面の抗体とを結合しておき、この基板表面に上記分子認識蛍光物質を滴下することで、抗原抗体反応によって基板表面に結合した試料中のタンパク質と特異的に分子認識蛍光物質中の抗体とを結合させ、基板表面に試料中のタンパク質の量に応じた半導体ナノ粒子を固定してもよい。
In order to measure a protein that is a measurement target substance in a sample, first, the sample and the molecule-recognized fluorescent substance are mixed. Thereby, the protein in the sample specifically binds to the antibody in the molecule-recognizing fluorescent substance by the antigen-antibody reaction.
Next, when the mixed solution is dropped onto the surface of the substrate coated with the antibody, the protein and the antibody on the surface of the substrate are bound by the antigen-antibody reaction. In this way, semiconductor nanoparticles corresponding to the amount of protein in the sample are fixed on the surface of the substrate. Alternatively, after the antigen is immobilized on the surface of the substrate, semiconductor nanoparticles labeled with an antibody are dropped, so that the semiconductor nanoparticles are immobilized according to the amount of antigen immobilized on the surface of the substrate.
In this state, when excitation light is incident at an angle that totally reflects from the edge of the substrate to generate an evanescent wave, fluorescence is emitted from the semiconductor nanoparticles on the surface of the substrate by the evanescent wave.
If a calibration curve is prepared by measuring a sample having a known protein concentration in advance, the amount of protein contained in the unknown sample can be measured.
In addition, by dropping the sample on the surface of the substrate coated with the antibody and binding the protein in the sample to the antibody on the substrate surface by antigen-antibody reaction, dropping the above-mentioned molecular recognition fluorescent substance on this substrate surface, The protein in the sample bound to the substrate surface by the antigen-antibody reaction may be specifically bound to the antibody in the molecule-recognized fluorescent substance, and the semiconductor nanoparticles may be immobilized on the substrate surface according to the amount of the protein in the sample. .

本実施態様において、上記基板表面及び/又は半導体ナノ粒子に固定する抗体は、Fc部分を切除した抗体フラグメントであることが好ましい。エバネッセント波による基板表面の半導体ナノ粒子から発せられる蛍光の強度は、基板表面と半導体ナノ粒子との距離が大きくなると減衰するため、上記基板表面及び/又は半導体ナノ粒子に固定する抗体を上記抗体フラグメントとすることで、基板表面と半導体ナノ粒子との距離が縮まり、エバネッセント波による半導体ナノ粒子から発せられる蛍光がより高強度となる。
このような抗体フラグメントとしては、F(ab’)又はFabであることが好適である。
In this embodiment, the antibody immobilized on the substrate surface and / or the semiconductor nanoparticles is preferably an antibody fragment obtained by excising the Fc portion. Since the intensity of the fluorescence emitted from the semiconductor nanoparticles on the substrate surface by the evanescent wave is attenuated as the distance between the substrate surface and the semiconductor nanoparticles increases, the antibody immobilized on the substrate surface and / or the semiconductor nanoparticles is the antibody fragment. By doing so, the distance between the substrate surface and the semiconductor nanoparticles is shortened, and the fluorescence emitted from the semiconductor nanoparticles by the evanescent wave becomes higher in intensity.
Such an antibody fragment is preferably F (ab ′) 2 or Fab.

上記F(ab’)抗体フラグメントを作製する方法としては、例えば、試料がヒトアルファフェトプロテイン(AFP)である場合、試料を溶解させた溶液とペプシン固定化ゲル溶液とを混合し、インキュベートした後、プロテインA固定化ゲル等を用いてF(ab’)を分離する方法等が挙げられる。
また、上記AFPのFab抗体フラグメントを作製する方法としては、例えば、試料を溶解させた溶液とシステイン・HCl溶液とを混合して調製した混合液に、システイン・HCl溶液中にパパイン固定化ゲル(架橋アガロース)を平衡化したパパイン固定化ゲル溶液を加えてインキュベートした後、プロテインA固定化ゲル等を用いてFabを分離する方法等が挙げられる。
As a method for producing the F (ab ′) 2 antibody fragment, for example, when the sample is human alphafetoprotein (AFP), the solution in which the sample is dissolved and the pepsin-immobilized gel solution are mixed and incubated. And a method of separating F (ab ′) 2 using a protein A-immobilized gel or the like.
The AFP Fab antibody fragment can be prepared, for example, by mixing a solution prepared by dissolving a sample and a cysteine / HCl solution into a papain-immobilized gel ( For example, a method may be used in which a papain-immobilized gel solution in which cross-linked agarose is equilibrated is added and incubated, and then Fab is separated using a protein A-immobilized gel or the like.

本実施態様においては、基板の表面に半導体ナノ粒子を固定する方法として抗原抗体反応を利用したが、その他にも核酸間のハイブリッド形成反応等、特異的な結合反応であれば利用することができる。本発明の光学的測定方法により、タンパク質、ペプチド、核酸、核酸塩基及びその凝滞体、ヌクレオチド、ホルモン、糖類及びその他の有機化合物等を分析することができる。 In this embodiment, the antigen-antibody reaction is used as a method for immobilizing the semiconductor nanoparticles on the surface of the substrate, but any other specific binding reaction such as a hybridization reaction between nucleic acids can be used. . By the optical measurement method of the present invention, proteins, peptides, nucleic acids, nucleobases and their aggregates, nucleotides, hormones, saccharides, and other organic compounds can be analyzed.

本実施態様により試料中に含まれるタンパク質等を測定する場合、基板は測定対象物質であるタンパク質等により被覆されており、そのタンパク質に分子認識蛍光物質が結合することによって、基板の表面に蛍光物質が固定される。従って、基板と蛍光物質の間には測定対象であるタンパク質からなる被覆層が存在し、場合によってはその被覆層の厚さが数十nm程度になることもある。得られる蛍光強度は、基板と蛍光物質との間の距離に影響されることから、被覆層によりその距離が数十nm程度になる場合には、充分な蛍光強度が得られないことがある。
このような場合には、基板の表面に固定された蛍光物質上に、蛍光物質に接するように別の基板を置き、該別の基板内に励起光を入射し内部反射させる。該別の基板と蛍光物質とは極めて距離が近いことから、該別の基板内に励起光を入射し内部反射させることにより生じるエバネッセント波により蛍光物質が励起して高強度の蛍光が発生し、これを直接測定することにより極めて感度の高い測定が可能になる。
第1の基板の表面に固定された蛍光物質上に第2の基板を置き、上記第2の基板内に励起光を入射し内部反射させることにより生じるエバネッセント波により、上記第1の基板の表面に固定された蛍光物質を励起し、発生した蛍光の強度を直接測定する光学的測定方法であって、蛍光物質が半導体ナノ粒子からなる光学的測定方法もまた、本発明の1つである。
When measuring proteins contained in a sample according to this embodiment, the substrate is coated with a protein or the like as a measurement target substance, and a fluorescent substance is bound to the surface of the substrate by binding a molecular recognition fluorescent substance to the protein. Is fixed. Accordingly, there is a coating layer made of the protein to be measured between the substrate and the fluorescent substance, and in some cases, the thickness of the coating layer may be about several tens of nm. Since the obtained fluorescence intensity is affected by the distance between the substrate and the fluorescent material, if the distance is about several tens of nanometers due to the coating layer, sufficient fluorescence intensity may not be obtained.
In such a case, another substrate is placed on the fluorescent material fixed on the surface of the substrate so as to be in contact with the fluorescent material, and excitation light is incident on the other substrate and internally reflected. Since the other substrate and the fluorescent substance are extremely close to each other, the fluorescent substance is excited by an evanescent wave generated by incident and internally reflecting excitation light into the other substrate, and high intensity fluorescence is generated. By directly measuring this, measurement with extremely high sensitivity becomes possible.
A surface of the first substrate is formed by an evanescent wave generated by placing the second substrate on a fluorescent material fixed on the surface of the first substrate, and entering excitation light into the second substrate and internally reflecting the light. An optical measurement method for directly measuring the intensity of the generated fluorescence by exciting the fluorescent material fixed to the substrate and the fluorescent material is made of semiconductor nanoparticles is also one aspect of the present invention.

本発明によれば、試料中に含まれる測定対象物質となるタンパク質、ペプチド、核酸、核酸塩基及びその誘導体、ヌクレオチド、ホルモン、糖類等の有機化合物等を高感度かつ高精度で測定することができる光学的測定方法を提供できる。 According to the present invention, proteins, peptides, nucleic acids, nucleobases and their derivatives, organic compounds such as nucleotides, hormones, and saccharides that are substances to be measured contained in a sample can be measured with high sensitivity and high accuracy. An optical measurement method can be provided.

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
(1)ヒトアルファフェトプロテイン(AFP)に対するモノクローナル抗体の作製
AFPをフロイントコンプリートアジュバントに充分に分散した分散液を調製し、この分散液100μLを用いて、Balb/cマウスに2週間おきに4回免疫した。
得られた免疫マウスの脾臓を摘出し、消化して10個の脾細胞を得た。得られた脾細胞をマウスミエローマ細胞とポリエチレングリコールの存在下で融合させた融合細胞を作製し、培養した。増殖した各融合細胞の上清を採取しELISA法により抗AFP抗体の有無を調べた。AFP陽性の細胞を限界稀釈法により試験し、抗AFP抗体を産生している細胞を確認した。抗AFP抗体産生細胞を大量に培養し、マウス腹腔中に注射した。2週間後より3日おきに腹水を採取し、AFPの認識部位の異なる2種類のモノクローナル抗体(IgG)である、抗AFP−1抗体と抗AFP−2抗体とを得た。
(Example 1)
(1) Preparation of monoclonal antibody against human alphafetoprotein (AFP) A dispersion in which AFP is sufficiently dispersed in Freund's complete adjuvant is prepared, and 100 μL of this dispersion is used to immunize Balb / c mice 4 times every 2 weeks. did.
The spleen was removed the resulting immunized mice to obtain 10 6 splenocytes were digested. A fused cell was prepared by culturing the obtained spleen cell and mouse myeloma cell in the presence of polyethylene glycol, and cultured. The supernatant of each proliferated fusion cell was collected and examined for the presence of anti-AFP antibody by ELISA. AFP positive cells were tested by the limiting dilution method, and cells producing anti-AFP antibodies were confirmed. Anti-AFP antibody-producing cells were cultured in large quantities and injected into the peritoneal cavity of mice. Ascites was collected every 3 days from 2 weeks later, and two types of monoclonal antibodies (IgG) having different AFP recognition sites, anti-AFP-1 antibody and anti-AFP-2 antibody, were obtained.

(2)ビオチン化抗AFP抗体−1の調製
10mMのHEPES緩衝液(pH8.5)に抗AFP抗体−1を溶解して0.3mg/mLの溶液を500μL調製した。
得られた抗AFP抗体−1溶液にビオチン化試薬(20mM Biotinamidocapate−NHS、ナカライテクタスク社製)を10μL添加して混合後、25℃にて2時間インキュベーションした。次いで、これをリン酸食塩緩衝液(pH7.2)で平衡化したPD−10カラム(アマシャムファルマシア社製)を用いて、未反応のビオチン化試薬を除去し、精製して、ビオチン化抗AFP抗体−1を得た。
(2) Preparation of biotinylated anti-AFP antibody-1 Anti-AFP antibody-1 was dissolved in 10 mM HEPES buffer (pH 8.5) to prepare a 0.3 mg / mL solution of 500 μL.
To the obtained anti-AFP antibody-1 solution, 10 μL of a biotinylation reagent (20 mM Biotinamidocapate-NHS, manufactured by Nakarai Tech Task Co., Ltd.) was added and mixed, and then incubated at 25 ° C. for 2 hours. Then, using a PD-10 column (manufactured by Amersham Pharmacia) equilibrated with a phosphate buffer solution (pH 7.2), the unreacted biotinylation reagent was removed and purified to obtain a biotinylated anti-AFP. Antibody-1 was obtained.

(3)抗AFP抗体−1固定半導体ナノ粒子の調製
半導体ナノ粒子(Qdbt605ストレプトアビジンコンジュゲート、コア部:CdSc、シェル部:ZnS、粒子径10〜15nm、Qdot社製)を、2%牛血清アルブミン(BSA)−50mMホウ酸緩衝液(pH8.3)で10倍に稀釈した。
得られた半導体ナノ粒子分散液500μLと、ビオチン化抗AFP抗体−1溶液1mLとを混合し、室温で3時間静置した。次に、この混合液を2%牛血清アルブミン(BSA)−リン酸食塩緩衝液(pH7.2)で平衡化したPD−10カラム(アマシャムファルマシア社製)を用いて、未固定のビオチン化抗AFP抗体−1を除去し、精製して抗AFP抗体−1固定半導体ナノ粒子分散液を得た。
(3) Preparation of anti-AFP antibody-1 immobilized semiconductor nanoparticles Semiconductor nanoparticles (Qdbt605 streptavidin conjugate, core part: CdSc, shell part: ZnS, particle size 10-15 nm, manufactured by Qdot) 2% bovine serum Dilute 10-fold with albumin (BSA) -50 mM borate buffer (pH 8.3).
500 μL of the obtained semiconductor nanoparticle dispersion and 1 mL of biotinylated anti-AFP antibody-1 solution were mixed and allowed to stand at room temperature for 3 hours. Next, this mixture solution was equilibrated with 2% bovine serum albumin (BSA) -phosphate buffer solution (pH 7.2) using a PD-10 column (manufactured by Amersham Pharmacia), and an unfixed biotinylated anti-antibody. AFP antibody-1 was removed and purified to obtain an anti-AFP antibody-1-fixed semiconductor nanoparticle dispersion.

(4)基板の被覆
基板として厚さ100μmのアクリル樹脂からなる光導波路を用いた。光導波路を30%エタノールに3分間浸漬後、蒸留水で洗浄した。
抗AFP−2抗体を1mg/mLの濃度になるように0.1Mトリス塩酸緩衝液(pH9.0)に溶解し抗AFP−2抗体溶液を調製した。得られた抗AFP−2抗体溶液中に光導波路を浸漬し、30℃、1時間攪拌した。光導波路を0.1Mトリス塩酸緩衝液(pH9.0)に浸して洗浄した後、1%牛血清アルブミン(BSA)−リン酸食塩緩衝液(pH7.2)中に浸漬し、30℃、1時間静置した後、リン酸食塩緩衝液(pH7.2)で表面を洗浄して、抗AFP−2抗体被覆光導波路を作製した。
得られた抗AFP−2抗体被覆光導波路は、使用するまで、リン酸食塩緩衝液(pH7.2)中に4℃で保存した。
(4) An optical waveguide made of an acrylic resin having a thickness of 100 μm was used as a covering substrate of the substrate. The optical waveguide was immersed in 30% ethanol for 3 minutes and then washed with distilled water.
The anti-AFP-2 antibody solution was prepared by dissolving the anti-AFP-2 antibody in 0.1 M Tris-HCl buffer (pH 9.0) to a concentration of 1 mg / mL. The optical waveguide was immersed in the obtained anti-AFP-2 antibody solution and stirred at 30 ° C. for 1 hour. The optical waveguide was washed by immersing it in 0.1 M Tris-HCl buffer (pH 9.0), and then immersed in 1% bovine serum albumin (BSA) -phosphate buffer (pH 7.2). After standing for a period of time, the surface was washed with a phosphate buffer solution (pH 7.2) to prepare an anti-AFP-2 antibody-coated optical waveguide.
The obtained anti-AFP-2 antibody-coated optical waveguide was stored at 4 ° C. in a phosphate buffer solution (pH 7.2) until use.

(5)検量線の作製
AFPをリン酸食塩緩衝液(pH7.2)に溶解して、0.5、2、5及び10ng/mL溶液を調製した。
各々の濃度のAFP溶液10μLと、抗AFP抗体−1固定半導体ナノ粒子分散液100μLを混合した後、この混合液を抗AFP−1抗体被覆光導波路の表面に滴下した。
この抗AFP−1抗体被覆光導波路に、波長530nmのレーザ光を全反射する角度で側面からレンズを介して入射し、混合液を滴下した部分にエバネッセンス波を発生させた。この結果発生した波長610nm近傍の蛍光をCCDカメラで検出し、その蛍光強度を測定した。
結果を表1に示した。
また、表1に示した結果をもとに検量線を作製した。これを図1に示した。
(5) Preparation of calibration curve AFP was dissolved in a phosphate buffer solution (pH 7.2) to prepare 0.5, 2, 5 and 10 ng / mL solutions.
After mixing 10 μL of each concentration of AFP solution and 100 μL of anti-AFP antibody-1 immobilized semiconductor nanoparticle dispersion, this mixture was dropped onto the surface of the anti-AFP-1 antibody-coated optical waveguide.
The anti-AFP-1 antibody-coated optical waveguide was incident from the side through a lens at an angle that totally reflected laser light having a wavelength of 530 nm, and an evanescence wave was generated at a portion where the mixed solution was dropped. The resulting fluorescence near the wavelength of 610 nm was detected with a CCD camera, and the fluorescence intensity was measured.
The results are shown in Table 1.
A calibration curve was prepared based on the results shown in Table 1. This is shown in FIG.

(実施例2)
ヒトアルファフェトプロテイン(AFP)のサンプルIgG溶液を、20mM酢酸緩衝液(pH4.5)に透析し、IgG濃度を10mg/mLに調整してサンプル溶液を調製した。
0.5mLの緩衝液(20mM酢酸緩衝液、pH4.5)中に0.125mLのペプシン固定化ゲル(架橋アガロース)を平衡化してペプシン固定化ゲル溶液を調製した。
調製したサンプル溶液1mLをペプシン固定化ゲル溶液中に入れ、37℃、4時間、振倒機でインキュベートした。
その後、遠心分離により、ペプシン固定化ゲルとIgG及びその分解物(Fc、F(ab’))を分離し、更に、プロテインA固定化ゲルを用いてAFPに対するF(ab’)抗体フラグメントのみを分離した。
(Example 2)
A sample IgG solution of human alphafetoprotein (AFP) was dialyzed against 20 mM acetate buffer (pH 4.5), and the IgG concentration was adjusted to 10 mg / mL to prepare a sample solution.
A pepsin-immobilized gel solution was prepared by equilibrating 0.125 mL of pepsin-immobilized gel (crosslinked agarose) in 0.5 mL of buffer (20 mM acetate buffer, pH 4.5).
1 mL of the prepared sample solution was put into a pepsin-immobilized gel solution and incubated on a shaker at 37 ° C. for 4 hours.
Thereafter, the pepsin-immobilized gel is separated from IgG and its degradation product (Fc, F (ab ′) 2 ) by centrifugation, and further, the F (ab ′) 2 antibody fragment against AFP using the protein A-immobilized gel. Only separated.

抗AFP抗体−1及び抗AFP抗体−2に代えて、得られたAFPに対するF(ab’)抗体フラグメントを用いた以外は、実施例1と同様にしてビオチン化抗AFP(F(ab’))抗体、抗AFP(F(ab’))抗体固定半導体ナノ粒子を調製し、更に、抗AFP(F(ab’))素抗体被覆光導波路を作製した。
得られた抗AFP(F(ab’))抗体被覆光導波路は、使用するまで、リン酸食塩緩衝液(pH7.2)中に4℃で保存した。
Instead of anti-AFP antibody-1 and anti-AFP antibody-2, biotinylated anti-AFP (F (ab ') was used in the same manner as in Example 1 except that the F (ab') 2 antibody fragment against AFP thus obtained was used. 2 ) Antibody and anti-AFP (F (ab ′) 2 ) antibody-immobilized semiconductor nanoparticles were prepared, and an anti-AFP (F (ab ′) 2 ) elementary antibody-coated optical waveguide was prepared.
The obtained anti-AFP (F (ab ′) 2 ) antibody-coated optical waveguide was stored at 4 ° C. in a phosphate buffer solution (pH 7.2) until use.

(蛍光強度の測定)
AFPをリン酸食塩緩衝液(pH7.2)に溶解して、0.5、2、5及び10ng/mL溶液を調製した。
各々の濃度のAFP溶液10μLと、抗AFP(F(ab’))抗体固定半導体ナノ粒子分散液100μLを混合した後、この混合液を抗AFP(F(ab’))抗体被覆光導波路の表面に滴下した。
この抗AFP(F(ab’))抗体被覆光導波路に、波長530nmのレーザ光を全反射する角度で側面からレンズを介して入射し、混合液を滴下した部分にエバネッセンス波を発生させた。この結果発生した波長610nm近傍の蛍光をCCDカメラで検出し、その蛍光強度を測定した。
その結果、蛍光強度は、実施例1に比べて約50%増加した。
(Measurement of fluorescence intensity)
AFP was dissolved in phosphate buffer (pH 7.2) to prepare 0.5, 2, 5 and 10 ng / mL solutions.
After mixing 10 μL of each concentration of AFP solution and 100 μL of anti-AFP (F (ab ′) 2 ) antibody-immobilized semiconductor nanoparticle dispersion, this mixture was mixed with anti-AFP (F (ab ′) 2 ) antibody-coated optical waveguide. It was dripped on the surface.
The anti-AFP (F (ab ′) 2 ) antibody-coated optical waveguide is incident through a lens from the side at an angle that totally reflects a laser beam having a wavelength of 530 nm, and an evanescence wave is generated at a portion where the mixed solution is dropped. . The resulting fluorescence near the wavelength of 610 nm was detected with a CCD camera, and the fluorescence intensity was measured.
As a result, the fluorescence intensity increased by about 50% compared to Example 1.

(実施例3)
ヒトアルファフェトプロテイン(AFP)のサンプルIgG溶液を、10mMEDTA含有20mMリン酸ナトリウム溶液(pH7.0)に透析し、IgG濃度を20mg/mLに調整し、更に、システイン・HCl溶液を20mMとなるように添加してサンプル溶液を調製した。
20mMのシステイン・HCl溶液中にパパイン固定化ゲル(架橋アガロース)を平衡化してパパイン固定化ゲル溶液を調製した。
調製したパパイン固定化ゲル溶液にサンプル溶液を加え、37℃、5時間から一晩振倒機でインキュベートした。
その後、遠心分離により、パパイン固定化ゲルとIgG及びその分解物(Fc、Fab)を分離し、上澄みに10mMトリスHCl(pH7.5)溶液を添加し、更に、プロテインA固定化ゲルを用いてAFPに対するFab抗体フラグメントのみを分離した。
(Example 3)
A sample IgG solution of human alphafetoprotein (AFP) is dialyzed against 20 mM sodium phosphate solution (pH 7.0) containing 10 mM EDTA, the IgG concentration is adjusted to 20 mg / mL, and the cysteine / HCl solution is adjusted to 20 mM. A sample solution was prepared by addition.
A papain-immobilized gel solution (crosslinked agarose) was equilibrated in a 20 mM cysteine / HCl solution to prepare a papain-immobilized gel solution.
The sample solution was added to the prepared papain-immobilized gel solution and incubated on a shaker at 37 ° C. for 5 hours to overnight.
Thereafter, the papain-immobilized gel and IgG and their degradation products (Fc, Fab) are separated by centrifugation, a 10 mM Tris-HCl (pH 7.5) solution is added to the supernatant, and a protein A-immobilized gel is used. Only Fab antibody fragments against AFP were isolated.

抗AFP抗体−1及び抗AFP抗体−2に代えて、得られたAFPに対するFab抗体フラグメントを用いた以外は、実施例1と同様にしてビオチン化抗AFP(Fab)抗体、抗AFP(Fab)固定半導体ナノ粒子を調製し、更に、抗AFP(Fab)抗体被覆光導波路を作製した。
得られた抗AFP(Fab)抗体被覆光導波路は、使用するまで、リン酸食塩緩衝液(pH7.2)中に4℃で保存した。
Instead of anti-AFP antibody-1 and anti-AFP antibody-2, a biotinylated anti-AFP (Fab) antibody and anti-AFP (Fab) were used in the same manner as in Example 1 except that the Fab antibody fragment against the obtained AFP was used. Fixed semiconductor nanoparticles were prepared, and an anti-AFP (Fab) antibody-coated optical waveguide was further produced.
The obtained anti-AFP (Fab) antibody-coated optical waveguide was stored at 4 ° C. in a phosphate buffer solution (pH 7.2) until use.

(蛍光強度の測定)
AFPをリン酸食塩緩衝液(pH7.2)に溶解して、0.5、2、5及び10ng/mL溶液を調製した。
各々の濃度のAFP溶液10μLと、抗AFP(Fab)抗体固定半導体ナノ粒子分散液100μLを混合した後、この混合液を抗AFP(Fab)抗体被覆光導波路の表面に滴下した。
この抗AFP(Fab)抗体被覆光導波路に、波長530nmのレーザ光を全反射する角度で側面からレンズを介して入射し、混合液を滴下した部分にエバネッセンス波を発生させた。この結果発生した波長610nm近傍の蛍光をCCDカメラで検出し、その蛍光強度を測定した。
その結果、蛍光強度は、実施例1に比べて約50%増加した。
(Measurement of fluorescence intensity)
AFP was dissolved in phosphate buffer (pH 7.2) to prepare 0.5, 2, 5 and 10 ng / mL solutions.
After mixing 10 μL of the AFP solution of each concentration and 100 μL of the anti-AFP (Fab) antibody-immobilized semiconductor nanoparticle dispersion, this mixture was dropped onto the surface of the anti-AFP (Fab) antibody-coated optical waveguide.
The anti-AFP (Fab) antibody-coated optical waveguide was incident from the side through a lens at an angle that totally reflected a laser beam having a wavelength of 530 nm, and an evanescence wave was generated at a portion where the mixed solution was dropped. The resulting fluorescence near the wavelength of 610 nm was detected with a CCD camera, and the fluorescence intensity was measured.
As a result, the fluorescence intensity increased by about 50% compared to Example 1.

(実施例4)
(1)抗体固定半導体ナノ粒子分散溶液の調製
CdSをコア、ZnSをシェルとした粒径の異なる2種類の半導体ナノ粒子を、粒子分散剤としてメルカプトウンデカン酸を用いてリン酸緩衝液(pH7.2)に分散させ、1−エチル−3(3−ジエチルアミノプロピル)−カルボジイミド架橋試薬(1−ethyl−3−(3−dimethylaminopropyl)−carbodiimide cross−linking reagents(EDC,Pierce))用いてシステインを結合させた。更に、スクシイミジル4−(N−マレイミドメチル)シクロヘキサン−1−カルボキシレイト(succinimidyl 4−(N−maleimidomethyl)cyclohexane−1−carboxylate(SMCC,Pierce Biotech)用いて、520nmに発光波長のピークを有する半導体ナノ粒子(QD520)には、人由来の抗ジフテリア毒素抗体、640nmに発光波長のピークを有する半導体ナノ粒子(QD640)には、ウサギ由来の抗破傷風毒素抗体をそれぞれの抗体量がリン酸緩衝液に対し1μg/100μLとなるように結合させた。
Example 4
(1) Preparation of antibody-immobilized semiconductor nanoparticle dispersion solution Two types of semiconductor nanoparticles having different particle diameters with CdS as a core and ZnS as a shell are mixed with a phosphate buffer (pH 7) using mercaptoundecanoic acid as a particle dispersant. 2) dispersed in 1) and coupled with cysteine using 1-ethyl-3 (3-diethylaminopropyl) -carbodiimide crosslinking reagent (1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide cross-linking reagents (EDC, Pierce)) I let you. Further, semiconductor nano-crystals having a light emission wavelength peak at 520 nm using succinimidyl 4- (N-maleimidomethyl) cyclohexane-1-carboxylate (cyclohexane-1-carboxylate (SMCC, Pierce Biotech)). The particles (QD520) include human-derived anti-diphtheria toxin antibodies, and the semiconductor nanoparticles (QD640) having an emission wavelength peak at 640 nm include rabbit-derived anti-tetanus toxin antibodies in the amount of phosphate buffer. It was made to bind to 1 μg / 100 μL.

(2)1分子蛍光画像アナライザーによる蛍光強度の2項目同時測定
カバーグラス上に所定濃度のジフテリア毒素と破傷風毒素との混合溶液を100μL滴下し、その上に調製した抗体固定半導体ナノ粒子溶液100μLを滴下した。
これをコンデンサ型全反射蛍光顕微鏡システムBX2W1−TIRFM(オリンパス社製)を用いてジフテリア毒素と破傷風毒素との2項目同時測定を行った。
なお、カバーガラス上に滴下するジフテリア毒素と破傷風毒素との混合溶液の濃度比(ジフテリア毒素(ng/mL):破傷風毒素(ng/mL))は、それぞれ(100:100)、(100:10)、(10:100)、(10:10)、(1:10)、(10:1)、(1:1)、(0:0)となるように調整し、それぞれについて、5μm×5μmの視野で蛍光数をカウントし、蛍光強度の平均値と標準偏差とを測定した。
その結果を図2及び表2に示した。なお、図2中、上段の写真は、ジフテリア毒素の1分子蛍光同時検出の様子を示し、下段の写真は、破傷風毒素の1分子蛍光同時検出の様子を示し、各写真の下の数値は、蛍光強度の平均値と標準偏差とを示す。
(2) Two-item simultaneous measurement of fluorescence intensity using a single-molecule fluorescence image analyzer 100 μL of a mixed solution of diphtheria toxin and tetanus toxin at a predetermined concentration is dropped on a cover glass, and 100 μL of the antibody-immobilized semiconductor nanoparticle solution prepared thereon is added thereto. It was dripped.
Two items of diphtheria toxin and tetanus toxin were simultaneously measured using a condenser-type total reflection fluorescence microscope system BX2W1-TIRFM (manufactured by Olympus).
In addition, the concentration ratio (diphtheria toxin (ng / mL): tetanus toxin (ng / mL)) of the mixed solution of diphtheria toxin and tetanus toxin dropped on the cover glass is (100: 100) and (100: 10), respectively. ), (10: 100), (10:10), (1:10), (10: 1), (1: 1), (0: 0), and adjusted to 5 μm × 5 μm for each. The number of fluorescence was counted in the visual field, and the average value and standard deviation of the fluorescence intensity were measured.
The results are shown in FIG. In FIG. 2, the upper photo shows the state of simultaneous detection of single-molecule fluorescence of diphtheria toxin, the lower photo shows the state of simultaneous detection of single-molecule fluorescence of tetanus toxin, and the numbers below each photo are The average value and standard deviation of fluorescence intensity are shown.

本発明によれば、試料中に含まれる測定対象物質となるタンパク質、ペプチド、核酸、核酸塩基及びその誘導体、ヌクレオチド、ホルモン、糖類等の有機化合物等を高感度かつ高精度で測定することができる光学的測定方法を提供できる。 According to the present invention, proteins, peptides, nucleic acids, nucleobases and their derivatives, organic compounds such as nucleotides, hormones, and saccharides that are substances to be measured contained in a sample can be measured with high sensitivity and high accuracy. An optical measurement method can be provided.

実施例1で作製したAFP濃度の検量線である。2 is a calibration curve of AFP concentration prepared in Example 1. FIG. 実施例4で測定した1分子蛍光画像アナライザーによる蛍光強度の測定結果である。4 is a measurement result of fluorescence intensity by a single molecule fluorescence image analyzer measured in Example 4. FIG. 実施例4で測定した1分子蛍光画像アナライザーによる蛍光強度の測定結果である。4 is a measurement result of fluorescence intensity by a single molecule fluorescence image analyzer measured in Example 4. FIG.

Claims (8)

基板内に励起光を入射し内部反射させることにより生じるエバネッセント波により、前記基板の表面に固定された蛍光物質を励起し、発生した蛍光の強度を直接測定する光学的測定方法であって、蛍光物質が半導体ナノ粒子からなることを特徴とする光学的測定方法。 An optical measurement method for directly measuring the intensity of generated fluorescence by exciting a fluorescent substance fixed on the surface of the substrate by evanescent waves generated by entering and internally reflecting excitation light into the substrate. An optical measurement method, wherein the substance comprises semiconductor nanoparticles. 第1の基板の表面に固定された蛍光物質上に第2の基板を置き、前記第2の基板内に励起光を入射し内部反射させることにより生じるエバネッセント波により、前記第1の基板の表面に固定された蛍光物質を励起し、発生した蛍光の強度を直接測定する光学的測定方法であって、蛍光物質が半導体ナノ粒子からなることを特徴とする光学的測定方法。 A surface of the first substrate is formed by an evanescent wave generated by placing a second substrate on a fluorescent material fixed on the surface of the first substrate, and entering excitation light into the second substrate and internally reflecting the excitation light. An optical measurement method for exciting a fluorescent substance fixed on a substrate and directly measuring the intensity of the generated fluorescence, wherein the fluorescent substance is made of semiconductor nanoparticles. 2種類以上の測定対象物質を同時に測定することを特徴とする請求項1又は2記載の光学的測定方法。 The optical measurement method according to claim 1 or 2, wherein two or more kinds of substances to be measured are measured simultaneously. 基板は、光導波路であることを特徴とする請求項1、2又は3記載の光学的測定方法。 The optical measurement method according to claim 1, wherein the substrate is an optical waveguide. 半導体ナノ粒子の粒子径は、3〜10nmであることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の光学的測定方法。 The optical measurement method according to claim 1, wherein the semiconductor nanoparticles have a particle diameter of 3 to 10 nm. 1分子蛍光画像アナライザー法により蛍光の強度を測定することを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載の光学的測定方法。 6. The optical measurement method according to claim 1, wherein the fluorescence intensity is measured by a single molecule fluorescence image analyzer method. 基板表面及び/又は半導体ナノ粒子にFc部分を切断した抗体フラグメントを固定することを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6記載の光学的測定方法。 7. The optical measurement method according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, wherein an antibody fragment obtained by cleaving the Fc portion is immobilized on the substrate surface and / or the semiconductor nanoparticles. 抗体フラグメントは、F(ab’)又はFabであることを特徴とする請求項7記載の光学的測定方法。
The optical measurement method according to claim 7, wherein the antibody fragment is F (ab ') 2 or Fab.
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