JP2007033159A - Measuring object material labeled by fluorescent molecule - Google Patents

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Hideyuki Suzuki
英之 鈴木
Nobutaka Hanakata
信孝 花方
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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means capable of detecting, quantifying and identifying many measuring object materials simultaneously at low cost in a short time. <P>SOLUTION: The means is characterized by using the measuring object materials labeled by using a plurality of kinds of fluorescent molecules having different fluorescence life times, a test sample including them, and a reagent, a kit or the like using it. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数種類の蛍光分子で標識された測定対象物質、これを含む被験試料、及びこれを用いた物質検出用試薬、物質検出用キット等に関する。   The present invention relates to a measurement target substance labeled with a plurality of types of fluorescent molecules, a test sample containing the same, a substance detection reagent using the same, a substance detection kit, and the like.

被験試料中に存在する蛍光を標識した物質の濃度や混合比の測定は、近年主に蛍光分子の蛍光強度を計測することによって行われてきている。すなわち、濃度既知の蛍光分子(以下「参照蛍光分子」という)を被験試料中に入れ、検出の対象となる蛍光分子と参照蛍光分子との蛍光強度を比較することにより、濃度や混合比が未知の蛍光分子を定量することができる。こうした蛍光強度を利用する方法を適用すると、蛍光分子をプローブやターゲットとなる分子に標識し、その強度を比較することにより、ターゲットとなる遺伝子の発現量や一塩基多型(SNP: Single Nucleotide Polymorphism)のタイプを判別することが可能であるため、DNAマイクロアレイ、タックマン(TaqMan)法、インベーダー法として工業的に応用され、現在広く使われている。例えば、2種類の蛍光分子を用い、その蛍光強度を比較することによって、PCRにより増幅された核酸の量をモニターする検出方法が開示されている(特許文献1)。   In recent years, measurement of the concentration and mixing ratio of a fluorescently labeled substance present in a test sample has been performed mainly by measuring the fluorescence intensity of fluorescent molecules. That is, a fluorescent molecule with a known concentration (hereinafter referred to as “reference fluorescent molecule”) is placed in a test sample, and the concentration and mixing ratio are unknown by comparing the fluorescence intensity of the fluorescent molecule to be detected with the reference fluorescent molecule. The fluorescent molecules can be quantified. Applying such a method using fluorescence intensity, the fluorescent molecule is labeled on the probe or target molecule, and the intensity is compared, so that the target gene expression level or single nucleotide polymorphism (SNP: Single Nucleotide Polymorphism) ), It is industrially applied as a DNA microarray, TaqMan method, and invader method, and is now widely used. For example, a detection method for monitoring the amount of nucleic acid amplified by PCR by using two types of fluorescent molecules and comparing their fluorescence intensities is disclosed (Patent Document 1).

一方、蛍光分子に固有の蛍光寿命は、蛍光分子の周囲の環境や化学反応の度合いにあまり影響を受けないと考えられていたことから、これまで利用されることが少なかったが、近年可視光領域において高出力のレーザーやレーザーダイオードが開発され、また電子回路の処理速度が高速化し測定精度が向上したことから、バイオ分野にも積極的に使われるようになってきた。例えば、光ルミネセンスエネルギーの移転がみかけの蛍光寿命に現れることを利用した、免疫反応の反応生成物の存在量の定量法が知られている(特許文献2)。また、「生物学的系についての蛍光分析法」として、供与体と受容体との間に起こる蛍光共鳴エネルギー転移によって蛍光の調節寿命及び相寿命が変化することにより、受容体の内部成長度をモニターすることができる測定方法が開示されている(特許文献3)。
特表平8−510562号公報 特開平6−66802号公報 特表2002−542453号公報
On the other hand, the fluorescence lifetime inherent to fluorescent molecules was thought to be less affected by the environment surrounding the fluorescent molecules and the degree of chemical reaction, and so has been used rarely. High-power lasers and laser diodes have been developed in the field, and the processing speed of electronic circuits has been increased and the measurement accuracy has been improved. Therefore, they have been actively used in the bio field. For example, a method for quantifying the abundance of a reaction product of an immune reaction using the fact that the transfer of photoluminescence energy appears in the apparent fluorescence lifetime is known (Patent Document 2). In addition, as a “fluorescence analysis method for biological systems”, the internal growth of the acceptor is determined by changing the fluorescence regulation lifetime and phase lifetime due to fluorescence resonance energy transfer between the donor and acceptor. A measurement method that can be monitored is disclosed (Patent Document 3).
Japanese National Patent Publication No. 8-510562 JP-A-6-66802 Japanese translation of PCT publication No. 2002-542453

現在普及している被験試料、特に核酸の定量あるいは同定は、PCR法、LAMP法、ICAN法などによって増幅された試料を、蛍光分子で標識し、その蛍光強度を検出することによって実施されている。しかしながら、同定できる被験試料の種類はこれまで蛍光波長が分離可能な蛍光分子の数に制限されていたため、3種類程度の蛍光分子を用いて標識された数種類の測定対象物質の同時検出、及び定量・同定が限界であった。   Currently quantified or identified test samples, especially nucleic acids, are performed by labeling samples amplified by PCR, LAMP, ICAN, etc. with fluorescent molecules and detecting their fluorescence intensity. . However, the types of test samples that can be identified have so far been limited to the number of fluorescent molecules whose fluorescence wavelengths can be separated, so simultaneous detection and quantification of several types of analytes labeled with about three types of fluorescent molecules・ Identification was the limit.

そこで本発明は、同時に多数の測定対象物質を低コスト且つ短時間で検出し定量及び同定できるようにする手段を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide means for simultaneously detecting and quantifying and identifying a large number of substances to be measured at low cost and in a short time.

本発明者は、上記課題を解決するべく鋭意検討を行った。その結果、異なる蛍光寿命を有する蛍光分子を複数種類用いて標識した測定対象物質、これを含む被験試料、及びこれを用いた試薬、キット等を用いれば、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。   The present inventor has intensively studied to solve the above problems. As a result, it has been found that the above-mentioned problems can be solved by using a measurement target substance labeled with a plurality of types of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes, a test sample containing the same, and a reagent, kit, or the like using the same. Was completed.

すなわち、本発明は以下のとおりである。   That is, the present invention is as follows.

(1) 蛍光寿命の異なる複数種類の蛍光分子で標識されてなることを特徴とする、測定対象物質。  (1) A substance to be measured, characterized by being labeled with a plurality of types of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes.

本発明の測定対象物質においては、例えば、前記蛍光分子のうちのいずれか1種が2箇所以上に標識されるようにすることができる。また、前記蛍光分子のうちの少なくとも2種がそれぞれ2箇所以上に標識されるようにすることができる。   In the measurement target substance of the present invention, for example, any one of the fluorescent molecules can be labeled at two or more locations. Further, at least two of the fluorescent molecules can be labeled at two or more locations.

前記蛍光分子の蛍光寿命は、例えば、100ns以下とすることができる。   The fluorescence lifetime of the fluorescent molecule can be, for example, 100 ns or less.

前記複数種類の蛍光分子は、例えば、固有の蛍光寿命として0.01ns以上、1.0ns未満を持つグループ、1.0ns以上、2.0ns未満を持つグループ、2.0ns以上、3.0ns未満を持つグループ、3.0ns以上、4.0ns未満を持つグループ、4.0ns以上、5.0ns未満を持つグループ、5.0ns以上、6.0ns未満を持つグループ、6.0ns以上、7.0ns未満を持つグループ、7.0ns以上、10.0ns未満を持つグループ、10.0ns以上、15.0ns未満を持つグループ、15.0ns以上、20.0ns未満を持つグループ、20.0ns以上、25.0ns未満を持つグループ、25.0ns以上、30.0ns未満を持つグループ、30.0ns以上、40.0ns未満を持つグループ、及び40.0ns以上を持つグループからなる群より選ばれる2種以上のグループの各グループに属する蛍光分子を含むことができる。   The plurality of types of fluorescent molecules include, for example, a group having an intrinsic fluorescence lifetime of 0.01 ns or more and less than 1.0 ns, a group having 1.0 ns or more and less than 2.0 ns, a group having 2.0 ns or more and less than 3.0 ns, 3.0 ns Groups with less than 4.0ns, groups with 4.0ns or more and less than 5.0ns, groups with 5.0ns or more and less than 6.0ns, groups with 6.0ns or more and less than 7.0ns, groups with 7.0ns or more and less than 10.0ns Groups with more than 10.0ns and less than 15.0ns, Groups with more than 15.0ns and less than 20.0ns, Groups with more than 20.0ns and less than 25.0ns, Groups with more than 25.0ns and less than 30.0ns, More than 30.0ns , Fluorescent molecules belonging to each group of two or more groups selected from the group consisting of a group having less than 40.0 ns and a group having 40.0 ns or more.

前記蛍光分子のうちの2種以上が、例えば、互いに0.1ns以上異なる蛍光寿命を有することができ、また、互いに1.1倍以上異なる蛍光寿命を有することができる。ここで、当該異なる蛍光寿命を有する蛍光分子の種類は、例えば、3種以上とすることができる。   Two or more of the fluorescent molecules may have a fluorescence lifetime that is different from each other by 0.1 ns or more, and may have a fluorescence lifetime that is 1.1 times or more different from each other. Here, the types of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes can be, for example, three or more.

前記蛍光分子のうちの少なくとも2種は、例えば、発光ピーク波長の差が互いに50nm以下とすることができる。   For example, at least two of the fluorescent molecules may have a difference in emission peak wavelength of 50 nm or less.

また本発明の測定対象物質においては、例えば、前記蛍光分子の組合せが互いに異なる複数種類の測定対象物質から構成されるものとすることができる。ここで、当該複数種類の測定対象物質は、例えば、前記蛍光分子の種類は同じであるが当該種類ごとの標識量が互いに異なる測定対象物質を含むものとすることができる。   In addition, the measurement target substance of the present invention can be composed of, for example, a plurality of types of measurement target substances having different combinations of fluorescent molecules. Here, the plurality of types of measurement target substances may include, for example, measurement target substances that have the same type of fluorescent molecule but have different labeling amounts for each type.

また本発明の測定対象物質においては、例えば、前記蛍光分子の種類を3種以上とすることができる。   In the measurement target substance of the present invention, for example, the fluorescent molecules can be three or more kinds.

また本発明の測定対象物質においては、例えば、蛍光寿命の異なる3個以上の蛍光分子から選ばれる2個で標識されてなる物質から構成されるものとすることができる。   In addition, the measurement target substance of the present invention can be composed of, for example, a substance labeled with two selected from three or more fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes.

また本発明の測定対象物質においては、例えば、さらに、1種の蛍光分子で標識されてなる物質を含むことができる。ここで、標識される物質1単体当たり、1個の蛍光分子で標識されてなる物質のグループ、蛍光寿命の異なる2個の蛍光分子で標識されてなる物質のグループ、蛍光寿命の異なる3個の蛍光分子で標識されてなる物質のグループ、蛍光寿命の異なる4個の蛍光分子で標識されてなる物質のグループ、及び蛍光寿命の異なる5個の蛍光分子で標識されてなる物質のグループからなる群より選ばれる2種以上のグループの各グループに属する物質を含むものとすることができる。また、1種の蛍光分子で標識されてなる物質と、蛍光寿命の異なる2種の蛍光分子で標識されてなる物質とから構成されるものとすることができる。あるいは、1種の蛍光分子で標識されてなる物質と、蛍光寿命の異なる2種の蛍光分子で標識されてなる物質と、蛍光寿命の異なる3種の蛍光分子で標識されてなる物質とから構成されるものとすることができる。   In addition, the measurement target substance of the present invention can further include, for example, a substance labeled with one kind of fluorescent molecule. Here, per substance to be labeled, a group of substances labeled with one fluorescent molecule, a group of substances labeled with two fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes, and three groups with different fluorescence lifetimes A group consisting of a group of substances labeled with fluorescent molecules, a group of substances labeled with four fluorescent molecules with different fluorescence lifetimes, and a group of substances labeled with five fluorescent molecules with different fluorescence lifetimes Substances belonging to each group of two or more types of groups selected from the above can be included. Further, it can be composed of a substance labeled with one kind of fluorescent molecule and a substance labeled with two kinds of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes. Alternatively, it consists of a substance labeled with one kind of fluorescent molecule, a substance labeled with two kinds of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes, and a substance labeled with three kinds of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes. Can be.

また本発明の測定対象物質においては、例えば、前記蛍光分子による標識部位の数が、標識される物質1単体当たり3〜100箇所とすることができる。また、例えば、前記蛍光分子のうちの少なくとも1種が既知の蛍光寿命を有するものとすることができる。   In the measurement target substance of the present invention, for example, the number of labeling sites by the fluorescent molecule can be 3 to 100 per substance to be labeled. Further, for example, at least one of the fluorescent molecules may have a known fluorescence lifetime.

前記蛍光分子で標識される物質として、例えば、核酸、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、リガンド、レセプター、ドナー、ホルモン、糖鎖、細胞及び胚からなる群より選ばれる少なくとも1種を挙げることができる。   Examples of the substance labeled with the fluorescent molecule include at least one selected from the group consisting of nucleic acids, amino acids, peptides, proteins, ligands, receptors, donors, hormones, sugar chains, cells, and embryos.

(2) 上記本発明の測定対象物質を含むことを特徴とする、被験試料。  (2) A test sample comprising the substance to be measured of the present invention.

本発明の被験試料においては、例えば、前記測定対象物質の少なくとも1種が既知の濃度を有するものとすることができる。   In the test sample of the present invention, for example, at least one of the measurement target substances may have a known concentration.

また本発明の被験試料においては、例えば、さらに既知の濃度を有する蛍光物質を少なくとも1種含むことができる。ここで、当該蛍光物質のうちの少なくとも1種は、例えば、既知の蛍光寿命を有するものとすることができる。   In addition, the test sample of the present invention can further contain, for example, at least one fluorescent substance having a known concentration. Here, at least one of the fluorescent substances may have a known fluorescence lifetime, for example.

(3) 上記本発明の測定対象物質、又は上記本発明の被験試料を含むことを特徴とする、物質検出用試薬。  (3) A substance detection reagent comprising the substance to be measured of the present invention or the test sample of the present invention.

(4) 上記本発明の測定対象物質、又は上記本発明の被験試料を含むことを特徴とする、物質検出用キット。  (4) A substance detection kit comprising the substance to be measured of the present invention or the test sample of the present invention.

(5) 上記本発明の測定対象物質に標識された蛍光分子の蛍光寿命に基づいて、当該測定対象物質の構造及び/又は存在比を解析する方法。  (5) A method for analyzing the structure and / or abundance ratio of the measurement target substance based on the fluorescence lifetime of the fluorescent molecule labeled on the measurement target substance of the present invention.

(6) 上記本発明の測定対象物質に標識された蛍光分子の蛍光寿命に基づいて、当該測定対象物質の種類及び/又は存在量を特定する方法。  (6) A method for identifying the type and / or abundance of the measurement target substance based on the fluorescence lifetime of the fluorescent molecule labeled on the measurement target substance of the present invention.

本発明によれば、異なる蛍光寿命を有する複数種類の蛍光分子で標識された測定対象物質、これを含む被験試料、これを用いた物質検出用試薬、物質検出用キット、測定対象物質の構造及び/又は存在比の解析方法、並びに測定対象物質の種類及び/又は存在量の特定方法を提供することができる。本発明は、低濃度の測定対象物質であっても高感度に検出等を行うことができる点で、極めて有用であると言える。   According to the present invention, a measurement target substance labeled with a plurality of types of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes, a test sample containing the same, a substance detection reagent using the same, a substance detection kit, a structure of the measurement target substance, and It is possible to provide a method for analyzing the abundance ratio and a method for specifying the type and / or amount of the substance to be measured. The present invention can be said to be extremely useful in that detection or the like can be performed with high sensitivity even for a low-concentration measurement target substance.

以下、本発明について詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更し実施し得る。
1.概要
本発明者は、蛍光分子から発せられる蛍光強度が時間の経過により減衰する点に着目し、当該蛍光強度の減衰を時間依存的に測定することを考えた。そして、異なる蛍光寿命を有する蛍光分子を含有する被験試料の蛍光強度の蛍光減衰曲線(試料から発せられる蛍光強度の時間依存性)を単一光子計数法(「蛍光測定」木下一彦・御橋廣眞編、学会出版センター)により測定した。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. However, the scope of the present invention is not limited to these descriptions, and modifications other than the following exemplifications can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
1. Outline The present inventor has focused on the fact that the fluorescence intensity emitted from a fluorescent molecule is attenuated over time, and has considered to measure the decay of the fluorescence intensity in a time-dependent manner. The fluorescence decay curve of the fluorescence intensity of the test sample containing fluorescent molecules with different fluorescence lifetimes (time dependence of the fluorescence intensity emitted from the sample) is calculated using the single photon counting method ("Fluorescence measurement" Kazuhiko Kinoshita and Satoshi Mihashi). Ed., Society Publishing Center).

なお、本発明の説明において例示されている蛍光寿命の測定は、単一光子計数法を用いることに限定される必要はなく、蛍光寿命を測定できる方法であれば、位相変調法、パルスサンプリング法、励起プローブ法など、他の公知のいずれの方法を用いても構わない。これら他の方法を用いて蛍光寿命の値や強度比を求めた場合でも、以下に説明する単一光子計数法を用いる場合と同様に、測定対象物質の識別と定量が可能である。   Note that the fluorescence lifetime measurement exemplified in the description of the present invention is not necessarily limited to using the single photon counting method, and any phase modulation method or pulse sampling method can be used as long as the fluorescence lifetime can be measured. Any other known method such as an excitation probe method may be used. Even when the fluorescence lifetime value and the intensity ratio are obtained using these other methods, the substance to be measured can be identified and quantified as in the case of using the single photon counting method described below.

本発明において、蛍光寿命とは、パルス励起光による蛍光強度I0が1/e(eは自然対数の底を表す。)となるまでの時間を意味し、蛍光分子が固有に有する値である。例えば、FAM(米国インビトロジェン社製)は4.0ナノ秒 (nsec)、PyMPO(米国インビトロジェン社製)は1.8nsec、5-カルボキシナフトフルオレセインは0.65nsec、フルオレセインは4.04 nsecである。 In the present invention, the fluorescence lifetime means the time until the fluorescence intensity I 0 by pulse excitation light reaches 1 / e (e represents the base of natural logarithm), and is a value inherent to the fluorescent molecule. . For example, FAM (made by Invitrogen, USA) is 4.0 nanoseconds (nsec), PyMPO (made by Invitrogen, USA) is 1.8 nsec, 5-carboxynaphthofluorescein is 0.65 nsec, and fluorescein is 4.04 nsec.

単一光子計数法は、光の最低単位である光子を1個1個検出する方法であるため、あらゆる光検出法の中で最も感度が高く、一般的に用いられる蛍光強度や吸光度に比較し、極微量の試料の蛍光寿命を、濃度に依存することなく安定的に測定するのに適している。例えば、本発明者が出願した国際出願(WO2004/090517 (以下「特許文献4」と称する))での開示と同様に、図1に、単一光子計数法を用いた蛍光寿命の測定方法や微小な蛍光寿命の差を持つ物質の定量法・同定法を示す。詳しくは、セル、チューブ、マイクロプレート等に入れた被験試料1(被験試料1中に測定対象物質が含まれている)にパルス光源2からパルス光3を照射し、被験試料1から発せられる蛍光4を光電子増倍管(PMT: photomultiplier tube)5で検出する。光源2の波長及び光電子増倍管5で検出する光の波長は、フィルターまたは分光器により選択する。パルス光源2からの信号をスタート信号とし、光電子増倍管5からの信号をストップ信号としてアンプ6、定フラクションデスクリミネータ(CFD: constant fraction discriminator)7を経由して時間-電圧変換器(TAC: Time to Amplitude Converter)8に入力すると、光電子増倍管5で検出されるタイミングによって、TAC8の出力信号に差が出るため、これをマルチチャンネルアナライザ(MCA: Multi Channel Analyzer)9に取り込むことにより、蛍光寿命を測定することが可能である。出力信号は、パーソナルコンピュータ(PC)10のハードディスク等に保存される。   The single-photon counting method is a method that detects each photon, which is the lowest unit of light, one by one, so it has the highest sensitivity among all photodetection methods, and is compared with the fluorescence intensity and absorbance that are generally used. It is suitable for stably measuring the fluorescence lifetime of a very small amount of sample without depending on the concentration. For example, as disclosed in the international application filed by the present inventor (WO2004 / 090517 (hereinafter referred to as “Patent Document 4”)), FIG. 1 shows a fluorescence lifetime measurement method using a single photon counting method, A method for quantification and identification of substances with minute differences in fluorescence lifetime is shown. Specifically, the fluorescence emitted from the test sample 1 by irradiating the pulsed light 3 from the pulsed light source 2 to the test sample 1 (the test sample 1 contains the substance to be measured) placed in a cell, tube, microplate or the like. 4 is detected by a photomultiplier tube (PMT) 5. The wavelength of the light source 2 and the wavelength of the light detected by the photomultiplier tube 5 are selected by a filter or a spectroscope. A signal from the pulse light source 2 is used as a start signal, and a signal from the photomultiplier tube 5 is used as a stop signal, via an amplifier 6 and a constant fraction discriminator (CFD) 7, a time-voltage converter (TAC). : When input to Time to Amplitude Converter (8), there is a difference in the output signal of TAC8 depending on the timing detected by photomultiplier tube 5. By taking this into Multichannel Analyzer (MCA) 9, It is possible to measure the fluorescence lifetime. The output signal is stored in a hard disk of a personal computer (PC) 10 or the like.

本発明においては、異なる蛍光寿命を有するi種類の蛍光分子「F1(蛍光寿命τ1)、F2(蛍光寿命τ2)、F3(蛍光寿命τ3)、F4(蛍光寿命τ4)、・・・、Fi(蛍光寿命τi)」により標識されたDNAプローブ(測定対象物質)の濃度を測定する場合を例に挙げて説明するが、測定対象物質はこれには限定されない。 In the present invention, i types of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes “F 1 (fluorescence lifetime τ 1 ), F 2 (fluorescence lifetime τ 2 ), F 3 (fluorescence lifetime τ 3 ), F 4 (fluorescence lifetime τ 4). ),..., F i (fluorescence lifetime τ i ) ”will be described as an example of measuring the concentration of a DNA probe (substance to be measured), but the measurement target substance is not limited to this. .

まず、測定対象物質を、蛍光寿命の異なる蛍光分子「F1、F2、F3、F4、・・・」を用いて図2A、Bの(1)〜(8)のDNAプローブのように標識化する。具体的には、任意の塩基配列からなるDNAプローブの5'末端、3'末端及び非末端部分の塩基のうちの、任意の1箇所又は2箇所以上に、1種又は2種以上の蛍光分子を結合させて標識化する。例えば、(1)のDNAプローブでは3'末端の塩基に蛍光分子F1が結合され、(2)のDNAプローブでは非末端部分の塩基に蛍光分子F2が結合されている。また、(6)のDNAプローブでは非末端部分の2箇所の塩基に蛍光分子F2及びF3がそれぞれ結合され、(7)のDNAプローブでは5'末端、3'末端及び非末端部分の塩基にそれぞれ順にF1、F3及びF2が結合されている。他のDNAプローブでも、これらと同様に蛍光分子が結合されている。 First, the measurement target substance is a fluorescent molecule “F 1 , F 2 , F 3 , F 4 ,...” Having different fluorescence lifetimes, like the DNA probes of (1) to (8) in FIGS. Be labeled. Specifically, one or two or more fluorescent molecules are present at any one or two or more of the bases of the 5 ′ end, 3 ′ end and non-terminal portion of a DNA probe comprising an arbitrary base sequence. To label. For example, in the DNA probe (1), the fluorescent molecule F 1 is bonded to the base at the 3 ′ end, and in the DNA probe (2), the fluorescent molecule F 2 is bonded to the base at the non-terminal portion. In the DNA probe (6), fluorescent molecules F 2 and F 3 are bonded to two bases of the non-terminal part, respectively. In the DNA probe (7), the bases of the 5 ′ end, 3 ′ end and non-terminal part F 1 , F 3, and F 2 are bonded to each in turn. Similarly to these, fluorescent molecules are bound to other DNA probes.

なお、測定対象物質としてのDNAプローブは、図2A、Bに示す塩基配列を有するものに限定されるわけではない。   The DNA probe as the measurement target substance is not limited to those having the base sequences shown in FIGS. 2A and 2B.

次に、標識化した上記(1)〜(8)のDNAプローブの蛍光強度を測定すると、図3A、Bに示す減衰曲線(1)〜(3)を得ることができる。   Next, when the fluorescence intensity of the labeled DNA probes (1) to (8) is measured, attenuation curves (1) to (3) shown in FIGS. 3A and 3B can be obtained.

詳しくは、測定対象物質に対し、1種の蛍光分子のみで標識した場合は、図3Aに示す態様の減衰曲線(1)が得られる。この場合は、各々の蛍光分子が有する固有の蛍光寿命のみ基づく減衰曲線が得られる。   Specifically, when the substance to be measured is labeled with only one type of fluorescent molecule, an attenuation curve (1) having the form shown in FIG. 3A is obtained. In this case, an attenuation curve based only on the intrinsic fluorescence lifetime of each fluorescent molecule is obtained.

同様に、2種の蛍光分子で標識した場合は、図3Aに示す態様の減衰曲線(2)が得られる。この場合は、まず、ある時点までは、2種の蛍光分子のうち蛍光寿命の短い方の固有の蛍光寿命に基づく減衰曲線が得られ、その後は、もう一方(蛍光寿命が長い方)の固有の蛍光寿命に基づく減衰曲線が得られることになる。つまり、全体としては、2種の蛍光分子の固有の減衰曲線をそれぞれ一部ずつ組合せたような減衰曲線が得られ、2種の蛍光分子の組合せが同一でない限り、得られる減衰曲線は当該組合せに固有の互いに異なるものとなる。   Similarly, when labeled with two kinds of fluorescent molecules, an attenuation curve (2) having the embodiment shown in FIG. 3A is obtained. In this case, first, up to a certain point, an attenuation curve based on the intrinsic fluorescence lifetime of the two fluorescent molecules having the shorter fluorescence lifetime is obtained, and thereafter, the intrinsic curve of the other (the longer fluorescence lifetime) is obtained. Thus, an attenuation curve based on the fluorescence lifetime is obtained. That is, as a whole, an attenuation curve is obtained by combining a part of the intrinsic attenuation curves of two kinds of fluorescent molecules, and unless the combination of the two kinds of fluorescent molecules is the same, They are different from each other.

同様に、3種の蛍光分子で標識した場合は、図3Bに示す態様の減衰曲線(3)が得られる。この場合も、2種の蛍光分子で標識した場合と同様に考えることができる。まず、ある時点までは、3種の蛍光分子のうち蛍光寿命が最も短いものの固有の蛍光寿命に基づく減衰曲線が得られ、その後、さらにある時点までは、蛍光寿命が次に短いものの固有の蛍光寿命に基づく減衰曲線が得られ、その後は、蛍光寿命が最も長いものの固有の蛍光寿命に基づく減衰曲線が得られることになる。つまり、全体としては、3種の蛍光分子の固有の減衰曲線をそれぞれ一部ずつ組合せたような減衰曲線が得られ、3種の蛍光分子の組合せが同一でない限り、得られる減衰曲線は当該組合せに固有の互いに異なるものとなる。   Similarly, when labeled with three kinds of fluorescent molecules, an attenuation curve (3) of the embodiment shown in FIG. 3B is obtained. In this case, it can be considered in the same manner as in the case of labeling with two kinds of fluorescent molecules. First, an attenuation curve based on the intrinsic fluorescence lifetime of the three fluorescent molecules having the shortest fluorescence lifetime is obtained until a certain point in time, and then the intrinsic fluorescence of the next shortest fluorescence lifetime is obtained until a certain point in time. An attenuation curve based on the lifetime is obtained, and thereafter an attenuation curve based on the intrinsic fluorescence lifetime of the longest fluorescence lifetime is obtained. That is, as a whole, an attenuation curve is obtained by combining a part of the intrinsic attenuation curves of the three types of fluorescent molecules, and unless the combination of the three types of fluorescent molecules is the same, the obtained attenuation curve is the relevant combination. They are different from each other.

なお、以上のことは、4種、5種、・・・、i種の蛍光分子で標識した場合も、同様に考えることができる。   In addition, the above can be considered similarly also when it labels with 4 types, 5 types, ..., i type fluorescent molecules.

すなわち、i種類の蛍光分子により標識した場合、各種蛍光分子が重複して標識される場合を除いて考えると、(2i−1)種の異なる減衰曲線が得られることになる。この蛍光減衰曲線は、励起波長と蛍光波長が決まれば蛍光分子の組合せと種類に固有のものであるため、その減衰曲線の形状パターンから、蛍光分子が標識された測定対象物質が同定できる。 That is, when labeled with i types of fluorescent molecules, (2 i −1) types of different attenuation curves can be obtained except when the various fluorescent molecules are labeled in duplicate. Since this fluorescence decay curve is specific to the combination and type of fluorescent molecules once the excitation wavelength and fluorescence wavelength are determined, the substance to be measured labeled with the fluorescent molecule can be identified from the shape pattern of the decay curve.

また、被験試料に含まれる蛍光分子(標識には関与せずに含まれている蛍光分子)のうちの一つを参照蛍光分子(内部標準)として、濃度が常に一定になるように被験試料に加えることにすれば、蛍光強度を比較することによって、濃度が未知の他の蛍光分子の濃度(すなわち、それら蛍光分子で標識された測定対象物質の濃度)を求めることができる。   In addition, one of the fluorescent molecules contained in the test sample (fluorescent molecules contained without being involved in labeling) is used as a reference fluorescent molecule (internal standard) so that the concentration is always constant. In addition, by comparing the fluorescence intensities, the concentration of other fluorescent molecules whose concentration is unknown (that is, the concentration of the measurement target substance labeled with these fluorescent molecules) can be obtained.

このことは、言い換えれば、蛍光減衰曲線を測定すれば、蛍光分子で標識された(2i−1)種類の測定対象物質の識別が可能になることを意味する。また、その定量は、前記「特許文献4」に開示されているように、蛍光減衰曲線をデコンボリューションして求めた蛍光寿命と係数Aを、参照蛍光分子と比較することによって求めることができ、具体的には以下の通りである。 In other words, this means that if a fluorescence decay curve is measured, (2 i −1) types of measurement target substances labeled with fluorescent molecules can be identified. Further, as disclosed in the above-mentioned “Patent Document 4”, the quantification can be obtained by comparing the fluorescence lifetime and coefficient A obtained by deconvolution of the fluorescence decay curve with a reference fluorescent molecule, Specifically, it is as follows.

すなわち、一般に、異なる固有の蛍光寿命を有するi種類の蛍光分子を用いたときの蛍光減衰曲線を求める場合は、蛍光寿命関数f(t)は下記式(I)のように表される。   That is, generally, when obtaining a fluorescence decay curve when i types of fluorescent molecules having different intrinsic fluorescence lifetimes are used, the fluorescence lifetime function f (t) is expressed by the following equation (I).

〔式(I)中、Aiは係数、tは時刻、τiは蛍光寿命を表す。〕
上記蛍光寿命関数f(t)は、必要に応じて、測定時のバックグラウンド(background)を加えた下記式(II)で表すことができる。
[In formula (I), A i represents a coefficient, t represents time, and τ i represents fluorescence lifetime. ]
The fluorescence lifetime function f (t) can be expressed by the following formula (II) to which a background at the time of measurement is added as necessary.

〔式(II)中、Aiは係数、tは時刻、τiは蛍光寿命を表す。〕
被験試料に含まれる蛍光分子の蛍光寿命とその強度は、測定された蛍光減衰曲線をデコンボリューションすることによって求められる。なお、デコンボリューションは、当業者において明らかである。その結果得られる係数Aと蛍光寿命τの値から、各蛍光分子の蛍光強度の割合が (Ai×τi)(ここで i = 1, 2, 3,・・・)に比例するため、その混合比を、(A1×τ1):(A2×τ2):(A3×τ3): ・・・・・という方法で見積ることが可能である。そして被験試料に含まれる蛍光分子のうちの一つを参照蛍光分子とすれば、蛍光強度を比較することによって、前述したように、濃度が未知の他の蛍光分子の濃度を求めることができる。
[In formula (II), A i is a coefficient, t is time, and τ i is fluorescence lifetime. ]
The fluorescence lifetime and the intensity of the fluorescent molecule contained in the test sample are obtained by deconvolution of the measured fluorescence decay curve. Note that deconvolution is obvious to those skilled in the art. From the resulting coefficient A and fluorescence lifetime τ, the ratio of the fluorescence intensity of each fluorescent molecule is proportional to (A i × τ i ) (where i = 1, 2, 3, ...). The mixing ratio can be estimated by a method of (A 1 × τ 1 ) :( A 2 × τ 2 ) :( A 3 × τ 3 ):. If one of the fluorescent molecules contained in the test sample is used as a reference fluorescent molecule, the concentration of another fluorescent molecule whose concentration is unknown can be obtained by comparing the fluorescent intensities as described above.

例えば、異なる蛍光寿命τ1と蛍光寿命τ2を有する2種の蛍光分子を用いた場合は、被験試料の蛍光減衰曲線を測定すると、後述の実施例において示す図6のようなデータが観察される。そして、装置の応答関数g(t)と蛍光分子の持つ本質的な蛍光寿命関数 f(t)との畳み込み積分である蛍光強度の減衰をデコンボリューションすることにより、係数Aと被験試料に含まれる蛍光分子の蛍光寿命とを求める。その結果得られる係数Aと蛍光寿命τの値から、その混合比は(A1×τ1):(A2×τ2)により算出される。そして被験試料に含まれる蛍光分子のうちの一つを参照蛍光分子とすれば、蛍光強度を比較することによって、濃度が未知の他の蛍光分子の濃度を求めることができる。 For example, when two kinds of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes τ 1 and τ 2 are used, when the fluorescence decay curve of the test sample is measured, data as shown in FIG. The Then, deconvolution of the fluorescence intensity decay, which is the convolution integral of the response function g (t) of the device and the intrinsic fluorescence lifetime function f (t) of the fluorescent molecule, is included in the test sample. The fluorescence lifetime of the fluorescent molecule is obtained. From the coefficient A and the fluorescence lifetime τ obtained as a result, the mixing ratio is calculated by (A 1 × τ 1 ) :( A 2 × τ 2 ). If one of the fluorescent molecules contained in the test sample is used as a reference fluorescent molecule, the concentration of another fluorescent molecule whose concentration is unknown can be determined by comparing the fluorescence intensities.

以上の例では、i種類の蛍光分子をそれぞれ測定物質単体あたり1個ずつしか同時に標識しない場合(すなわち、各種蛍光分子が重複して標識されない場合)を示したが、同じ測定対象物質に対して同一種類の蛍光分子を重複可能なように(すなわち2個以上)標識させることも考慮すれば、例えば図2Bの(9)〜(11)に示すDNAプローブように、さらに多くの標識パターンができる。なお、(9)〜(11)に示すDNAプローブも、前述した(1)〜(8)のDNAプローブと同様に、任意の塩基配列からなるDNAプローブの5'末端、3'末端及び非末端部分の塩基のうちの、任意の1箇所又は2箇所以上に、1種又は2種以上の蛍光分子を結合させて標識化することができ、また、測定対象物質としてのDNAプローブは、図2Bに示す塩基配列を有するものに限定されるわけではない。   In the above example, the case where only one i-type fluorescent molecule is simultaneously labeled per measurement substance (that is, when various fluorescent molecules are not labeled in duplicate) is shown. In consideration of labeling the same type of fluorescent molecules so that they can be overlapped (ie, two or more), for example, more labeling patterns can be formed as in the DNA probes shown in (9) to (11) of FIG. 2B. . In addition, the DNA probes shown in (9) to (11) are also the 5 ′ end, 3 ′ end and non-end of a DNA probe consisting of an arbitrary base sequence, like the DNA probes of (1) to (8) described above. One or two or more fluorescent molecules can be bound and labeled at any one or two or more of the partial bases, and a DNA probe as a measurement target substance is shown in FIG. 2B. However, the present invention is not limited to those having the base sequence shown below.

詳しくは、図2Bの(9)〜(11)に示すDNAプローブは、いずれも、標識として用いる蛍光分子の種類がF1及びF2の2種である点で同じであるが、これら蛍光分子のいずれか一方又は両方の標識量に違いを設けて標識化し(例えば図2Bの(9)と(10)に示すDNAプローブではF1の個数が1つ異なる。)、その蛍光強度を測定すると、図3Bに示すような減衰曲線(4)が得られる。上記いずれのDNAプローブも、2種の蛍光分子で標識したものであるので、前述したように、得られる減衰曲線は、全体としては、2種の蛍光分子の固有の減衰曲線をそれぞれ一部ずつ組合せた形となる。しかしながら、一方の蛍光分子に固有の減衰曲線から他方のそれに切り変わるまでの時間が、当該2種それぞれの標識量(存在量)及び標識割合(存在比)に依存して変化するため、得られる減衰曲線のパターンは、減衰曲線(4)にみるように、上記標識量及び標識割合に固有の互いに異なるものとなる。本発明におけるこのような態様は、少ない種類の標識で多くの物質を個別に標識化することができ測定が容易となるほか、測定装置等も含めたコスト面においても、極めて有効である。なお、以上のことは、3種、4種、5種、・・・、i種の蛍光分子で標識した場合も、同様に考えることができる。 Specifically, the DNA probes shown in (9) to (11) of FIG. 2B are the same in that there are two types of fluorescent molecules used as labels, F 1 and F 2. When labeling is performed with a difference in one or both of the labeling amounts (for example, the number of F 1 is different in the DNA probe shown in (9) and (10) of FIG. 2B), and the fluorescence intensity is measured. The attenuation curve (4) as shown in FIG. 3B is obtained. Since any of the above DNA probes are labeled with two types of fluorescent molecules, as described above, the obtained attenuation curves are partly each of the intrinsic attenuation curves of the two types of fluorescent molecules. It becomes a combined form. However, the time required for switching from the decay curve inherent to one fluorescent molecule to that of the other varies depending on the label amount (abundance) and the labeling ratio (abundance ratio) of the two types. As shown in the attenuation curve (4), the attenuation curve patterns are different from each other inherent in the labeling amount and the labeling ratio. Such an aspect of the present invention is very effective in terms of cost including a measuring apparatus and the like because many substances can be individually labeled with a few kinds of labels and measurement becomes easy. In addition, the above can be considered similarly when labeled with three, four, five,..., I types of fluorescent molecules.


2.測定対象物質
本発明の測定対象物質は、前述したように、蛍光寿命の異なる複数種類の蛍光分子で標識されてなることを特徴とするものである。上記「複数種類(2種類以上)の蛍光分子で標識された」とは、例えば図2A、Bの(4)〜(11)のDNAプローブのように、蛍光寿命の異なる複数種類の蛍光分子「F1、F2、F3、F4、・・・」のうちの2種以上を用いて標識化されている場合を意味するが、本発明はこれらに限定はされるものではない。

2. Substance to be measured The substance to be measured of the present invention is characterized in that it is labeled with a plurality of types of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes as described above. The above-mentioned “labeled with a plurality of types (two or more types) of fluorescent molecules” means a plurality of types of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes, such as the DNA probes of (4) to (11) in FIGS. The labeling is performed using two or more of F 1 , F 2 , F 3 , F 4 ,..., But the present invention is not limited to these.

ここで、上記測定対象物質は、「この蛍光分子の種類が3種以上である」ことが好ましく、例えば図2Bの(7)〜(8)のような場合を意味する。また、「この蛍光分子のうちのいずれか1種の蛍光分子が2箇所以上に標識されている」ことや「標識された複数種類の蛍光分子のうちの少なくとも2種の蛍光分子がそれぞれ2箇所以上に標識されている」ことも好ましい態様であり、それぞれ順に、例えば図2Bの(9)〜(11)のような場合、及び図2Bの(11)のような場合を意味する。   Here, it is preferable that the substance to be measured is “there are three or more kinds of fluorescent molecules”, and means, for example, cases (7) to (8) in FIG. 2B. In addition, “any one of the fluorescent molecules is labeled at two or more locations” or “at least two of the labeled fluorescent molecules are each at two locations. “Labeled above” is also a preferred embodiment, which means, for example, the cases (9) to (11) in FIG. 2B and the case (11) in FIG. 2B, respectively.

本発明の測定対象物質は、標識となる複数種類の蛍光分子の組合せが互いに異なる複数種類の測定対象物質から構成される、いわゆる測定対象物質の一群(測定対象物質群)であることも好ましい態様として挙げられる。そして、上記「蛍光分子の組合せが互いに異なる複数種類の測定対象物質から構成される」とは、例えば図2A、Bの(4)〜(11)の標識化DNAプローブのうちの2種以上から構成されるような場合を意味する。   It is also preferable that the measurement target substance of the present invention is a group of so-called measurement target substances (measurement target substance group) composed of a plurality of types of measurement target substances having different combinations of a plurality of types of fluorescent molecules as labels. As mentioned. The above “consisting of a plurality of types of substances to be measured with different combinations of fluorescent molecules” means, for example, from two or more of the labeled DNA probes (4) to (11) in FIGS. 2A and 2B. It means the case where it is configured.

ここで、上記測定対象物質(測定対象物質群)における「複数種類の測定対象物質」とは、標識として用いる蛍光分子の種類は同じであるが当該種類ごとの標識量が異なる測定対象物質を含むもの」であってもよいことを意味し、好ましい態様の一つである。例えば図2A、Bの(4)、(9)〜(11)のうちの2種以上を含む場合は、この態様の一例となる。これにおいては、さらに「蛍光分子の種類が3種以上である」ことも好ましい態様であるが、例えば図2Bの(7)〜(8)を含むような場合を意味する。   Here, “a plurality of types of measurement target substances” in the measurement target substance (measurement target substance group) includes the measurement target substances having the same type of fluorescent molecule used as a label but different label amounts for each type. This means that it may be “thing”, which is one of the preferred embodiments. For example, when two or more of (4) and (9) to (11) in FIGS. 2A and 2B are included, this is an example of this aspect. In this case, it is further preferable that “the number of types of fluorescent molecules is 3 or more”, which means a case including, for example, (7) to (8) in FIG. 2B.

また上記測定対象物質(測定対象物質群)は、「蛍光寿命の異なる3個以上の蛍光分子から選ばれる2個で標識されてなる物質から構成される」ものであることも好ましい態様であるが、例えば図2Aの(4)〜(6)のうちの2種以上を含むような場合を意味する。   In addition, the above-mentioned measurement target substance (measurement target substance group) is also a preferable embodiment in which the measurement target substance (measurement target substance group) is composed of a substance labeled with two selected from three or more fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes. For example, it means a case including two or more of (4) to (6) in FIG. 2A.

また上記測定対象物質(測定対象物質群)は、「1種の蛍光分子で標識されてなる物質をさらに含む」ものであることも好ましい態様であるが、例えば図2A、Bの(4)〜(11)のうちの少なくとも1種の他に、さらに図2Aの(1)〜(3)のうちの少なくとも1種を測定対象物質として含むような場合を意味する。これにおいては、さらに「1種の蛍光分子で標識されてなる物質と、蛍光寿命の異なる2種の蛍光分子で標識されてなる物質とから構成される」ことも好ましい態様であるが、例えば図2Aの(1)〜(3)のうちの少なくとも1種と、図2Aの(4)〜(6)及び図2Bの(9)〜(11)のうちの少なくとも1種とを共に含むような場合を意味する。同様に、「1種の蛍光分子で標識されてなる物質と、蛍光寿命の異なる2種の蛍光分子で標識されてなる物質と、蛍光寿命の異なる3種の蛍光分子で標識されてなる物質とから構成される」ことも好ましい態様であるが、例えば図2Aの(1)〜(3)のうちの少なくとも1種と、図2Aの(4)〜(6)及び図2Bの(9)〜(11)のうちの少なくとも1種と、図2Bの(7)〜(8)のうちの少なくとも1種とを共に含むような場合を意味する。   In addition, the above-described measurement target substance (measurement target substance group) is also preferably a "further containing substance labeled with one type of fluorescent molecule". For example, (4) to (4) in FIGS. In addition to at least one of (11), it means that at least one of (1) to (3) in FIG. In this case, it is also a preferable aspect that “comprising a substance labeled with one kind of fluorescent molecule and a substance labeled with two kinds of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes” is also a preferable embodiment. 2A including at least one of (1) to (3) and at least one of (4) to (6) of FIG. 2A and (9) to (11) of FIG. 2B Means the case. Similarly, “a substance labeled with one fluorescent molecule, a substance labeled with two fluorescent molecules with different fluorescence lifetimes, and a substance labeled with three fluorescent molecules with different fluorescence lifetimes” It is also a preferred embodiment, but for example, at least one of (1) to (3) in FIG. 2A and (4) to (6) in FIG. 2A and (9) to (9) in FIG. It means a case in which at least one of (11) and at least one of (7) to (8) in FIG. 2B are included.

さらに上記測定対象物質(測定対象物質群)としては、好ましい態様として以下のものを挙げることもできる。すなわち、標識される物質1単体当たり、1個の蛍光分子のみで標識されてなる物質のグループ(例えば図2Aの(1)〜(3))、蛍光寿命の異なる2個の蛍光分子のみで標識されてなる物質のグループ(例えば図2Aの(4)〜(6))、蛍光寿命の異なる3個の蛍光分子のみで標識されてなる物質のグループ(例えば図2Bの(7)〜(9))、蛍光寿命の異なる4個の蛍光分子のみで標識されてなる物質のグループ、及び蛍光寿命の異な5個の蛍光分子のみで標識されてなる物質のグループからなる群より選ばれる2種以上のグループの各グループに属する物質を含むものを好ましく挙げることができる。   Furthermore, as the measurement target substance (measurement target substance group), the following can be exemplified as a preferred embodiment. That is, a group of substances that are labeled with only one fluorescent molecule per substance to be labeled (for example, (1) to (3) in FIG. 2A), labeled with only two fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes. Group of substances (for example, (4) to (6) in FIG. 2A), group of substances labeled with only three fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes (for example, (7) to (9) in FIG. 2B) ), Two or more kinds selected from the group consisting of a group of substances labeled only with four fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes and a group of substances labeled only with five fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes Preferred examples include those containing substances belonging to each group.

なお、上記説明における図2A、Bの(1)〜(11)のDNAプローブは、それぞれ順に、配列番号1〜11に示される。   In addition, the DNA probes of (1) to (11) in FIGS. 2A and 2B in the above description are shown in SEQ ID NOs: 1 to 11, respectively.

本発明の測定対象物質においては、複数種類の蛍光分子による標識部位の数は、少なすぎると、識別可能な測定対象物質の数が制限されるが、多すぎると、蛍光分子のコストが大きくなる。従って、上記標識部位数は、標識される物質1単体当たり、例えば3〜100箇所であることが好ましく、より好ましくは4〜50箇所、さらに好ましくは5〜30箇所である。   In the measurement target substance of the present invention, if the number of labeling sites by a plurality of types of fluorescent molecules is too small, the number of identifiable measurement target substances is limited, but if it is too large, the cost of the fluorescent molecules increases. . Therefore, the number of labeling sites is preferably, for example, 3 to 100 sites, more preferably 4 to 50 sites, and further preferably 5 to 30 sites per single substance to be labeled.

本発明の測定対象物質であれば、これまで蛍光スペクトルの重なりが大きいために同じ溶液中で同時に使用できなかった標識用の複数の蛍光分子でも、それぞれの蛍光寿命が互いに1.1倍以上異なれば、その蛍光スペクトルに関係なく有効に利用できることになり、より一層、検出・測定を多重化(マルチプレックス)し且つハイスループットで行うことができるという、これまでにないメリットがある。すなわち、これまで蛍光強度を比較することによって解析していた多くのアプリケーションに対し、本発明で示されているような蛍光分子の組合せを適用し、生産性を向上することが可能である。このことは具体的には、蛍光側波長フィルターとしてバンドパスフィルターを使用すると、蛍光強度の時間依存性だけでなく、波長依存性も利用することができ、検出しようとする対象物質の数を飛躍的に増大させることが可能になり、アッセイの高効率化とコスト削減を実現することができることを意味する。   If the measurement target substance of the present invention, even if a plurality of fluorescent molecules for labeling that could not be used at the same time in the same solution due to the large overlap of the fluorescence spectrum, if the respective fluorescence lifetimes differ from each other by 1.1 times or more, There is an unprecedented advantage that detection and measurement can be multiplexed (multiplexed) and performed at a high throughput, regardless of the fluorescence spectrum. That is, it is possible to improve productivity by applying a combination of fluorescent molecules as shown in the present invention to many applications that have been analyzed by comparing fluorescence intensities so far. Specifically, when a band-pass filter is used as the fluorescence-side wavelength filter, not only the time dependency of the fluorescence intensity but also the wavelength dependency can be used, and the number of target substances to be detected has jumped. This means that the efficiency of the assay can be increased and the cost can be reduced.

ここで、標識となる複数種類の蛍光分子の有する蛍光寿命は、そのうちの2種以上(さらには3種以上)が、上述のごとく、互いに1.1倍以上異なることが、定量・定性分析を安定的に行うことができる点で好ましいが、より好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上、特に好ましくは5倍以上互いに異なることである。   Here, the fluorescence lifetime of multiple types of fluorescent molecules to be labeled is stable for quantitative and qualitative analysis that two or more of them (and more than three of them) differ 1.1 times or more from each other as described above. However, it is more preferably 2 times or more, further preferably 3 times or more, and particularly preferably 5 times or more.

また、標識となる複数種類の蛍光分子の有する蛍光寿命は、その種類ごとに(全ての種類間で)、又はそのうちの2種以上(さらには3種以上)が、互いに0.1ns以上異なることが、定量・定性分析を安定的に行うことができる点で好ましいが、より好ましくは0.3ns以上、さらに好ましくは0.5ns以上、特に好ましくは1.0ns以上互いに異なることである。なお、標識となる蛍光分子の蛍光寿命は、すべて100ns以下であることが好ましい。   In addition, the fluorescence lifetime of the multiple types of fluorescent molecules to be labeled may differ by 0.1 ns or more for each type (between all types), or for two or more of them (and more than three types). Although it is preferable in that the quantitative and qualitative analysis can be performed stably, it is more preferably 0.3 ns or more, further preferably 0.5 ns or more, and particularly preferably 1.0 ns or more. In addition, it is preferable that the fluorescence lifetimes of the fluorescent molecules to be labels are all 100 ns or less.

さらに、標識となる複数種類の蛍光分子のうちの少なくとも2種が、蛍光ピーク波長及び/又は吸収ピーク波長の差が、50nm以下であることが、定量・定性を工業的に実現することができる点で好ましく、より好ましくは30nm以下、さらに好ましくは10nm以下の差である。使用する複数種類の蛍光分子は、互いに吸収や蛍光のピーク波長が離れていてももちろん使用できるが、吸収や波長のピークが近ければ、同じ光源を使ったり、同じ蛍光波長フィルターを利用したりすることができるため、ハイスループットや低コスト化等の効果の点で好適となる。ここで、標識となる複数種類の蛍光分子は、その種類ごとに互いに0.1ns以上異なる蛍光寿命を有し、かつ、そのうちの少なくとも2種が発光ピーク波長の差が互いに50nm以下であることが、上記効果の点で、特に好ましい態様として挙げることができる。   Furthermore, it is possible to industrially realize quantification and qualification that the difference between the fluorescence peak wavelength and / or the absorption peak wavelength of at least two of the plurality of types of fluorescent molecules to be labeled is 50 nm or less. The difference is preferably 30 nm or less, more preferably 10 nm or less. Of course, you can use multiple types of fluorescent molecules even if the absorption and fluorescence peak wavelengths are far from each other, but if absorption and wavelength peaks are close, use the same light source or use the same fluorescence wavelength filter. Therefore, it is preferable in terms of effects such as high throughput and cost reduction. Here, the plurality of types of fluorescent molecules to be labeled have fluorescence lifetimes different from each other by 0.1 ns or more for each type, and at least two of them have a difference in emission peak wavelength of 50 nm or less, It can mention as a particularly preferable aspect at the point of the said effect.

また本発明の測定対象物質の好ましい態様としては、以下のものを挙げることができる。すなわち、標識となる複数種類の蛍光分子が、固有の蛍光寿命として0.01ns以上、1.0ns未満を持つグループ、1.0ns以上、2.0ns未満を持つグループ、2.0ns以上、3.0ns未満を持つグループ、3.0ns以上、4.0ns未満を持つグループ、4.0ns以上、5.0ns未満を持つグループ、5.0ns以上、6.0ns未満を持つグループ、6.0ns以上、7.0ns未満を持つグループ、7.0ns以上、10.0ns未満を持つグループ、10.0ns以上、15.0ns未満を持つグループ、15.0ns以上、20.0ns未満を持つグループ、20.0ns以上、25.0ns未満を持つグループ、25.0ns以上、30.0ns未満を持つグループ、30.0ns以上、40.0ns未満を持つグループ、及び40.0ns以上を持つグループからなる群より選ばれる2種以上のグループの各グループに属する蛍光分子を(測定対象物質1単体中に)含むものを好ましく挙げることができる。   Moreover, the following can be mentioned as a preferable aspect of the measuring object substance of this invention. In other words, a plurality of types of fluorescent molecules to be labeled are groups having an intrinsic fluorescence lifetime of 0.01 ns or more and less than 1.0 ns, a group having 1.0 ns or more and less than 2.0 ns, a group having 2.0 ns or more and less than 3.0 ns, Groups with 3.0ns or more and less than 4.0ns, groups with 4.0ns or more and less than 5.0ns, groups with 5.0ns or more and less than 6.0ns, groups with 6.0ns or more and less than 7.0ns, groups with 7.0ns or more, 10.0ns Group with less than, 10.0ns or more, group with less than 15.0ns, Group with more than 15.0ns, less than 20.0ns, Group with more than 20.0ns, less than 25.0ns, Group with more than 25.0ns, less than 30.0ns, 30.0 Preferred examples include those containing fluorescent molecules belonging to each group of two or more groups selected from the group consisting of a group having ns or more and less than 40.0 ns, and a group having 40.0 ns or more (in a single substance to be measured). be able to.

本発明の測定対象物質においては、標識として使用する蛍光分子のうちの少なくとも1種は蛍光寿命が既知であることが好ましく、全てが既知であることが当然により好ましい。   In the measurement target substance of the present invention, it is preferable that at least one of the fluorescent molecules used as a label has a known fluorescence lifetime, and it is naturally more preferable that all are known.

本発明の測定対象物質において、標識として使用可能な蛍光分子としては、限定はされないが、例えば以下の色素等が挙げられる:Cascade Yellow, Dapoxyl carboxylic acid, Pacific Blue, 7-Hydroxycourmarin-3-carboxylic acid, FAM(米国インビトロジェン社製), 5-carboxynaphthofluorescein, Dabcyl LysoSensor, Lucifer Yellow, Alexa Flour, PyMPO(米国インビトロジェン社製), NBD-X, DCCH, HEX, JOE, ROX, Texas Red, TET, TAMRA, AMC, Ant, Mant, DAN(米国インビトロジェン社製), Cy2, Cy3, Cy3B, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, Cy7(アマシャムバイオサイエンス社製), Qdot(米国Quantum Dot社製), FITC, GFP。   The fluorescent molecule that can be used as a label in the measurement target substance of the present invention is not limited, and examples thereof include the following dyes: Cascade Yellow, Dapoxyl carboxylic acid, Pacific Blue, 7-Hydroxycourmarin-3-carboxylic acid , FAM (Invitrogen, USA), 5-carboxynaphthofluorescein, Dabcyl LysoSensor, Lucifer Yellow, Alexa Flour, PyMPO (Invitrogen, USA), NBD-X, DCCH, HEX, JOE, ROX, Texas Red, TET, TAMRA, AMC , Ant, Mant, DAN (Invitrogen), Cy2, Cy3, Cy3B, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, Cy7 (Amersham Bioscience), Qdot (Quantum Dot, USA), FITC, GFP .

本発明の測定対象物質に関しては、蛍光分子によって標識される物質が、プローブ又はターゲットであることが好ましい。当該プローブ又はターゲットとしては、例えば、核酸、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、リガンド、レセプター、ドナー、ホルモン、糖鎖、細胞及び胚などからなる群より選ばれる少なくとも1種を好ましく使用することができ、濃度同定や蛍光を発する微量物質の同定・検出を目的とする場合に好適である。また、種類の異なる測定物質(例えば遺伝子)の判別をすることも可能である。その手段・方法の例としては、DNAマイクロアレイ、タックマン(TaqMan)法、インベーダー法、in situハイブリダイゼーション、フローサイトメトリー、各種シーケンサー、蛍光顕微鏡などが挙げられ、これらの使用又は実施の際に使用される測定対象物質を、本発明のごとく、蛍光寿命の異なる複数の蛍光分子で標識したものに置き換えることによって、より一層マルチプレックス化し且つハイスループットで遺伝子等の測定対象物質を解析することを可能にし得る。   Regarding the measurement target substance of the present invention, the substance labeled with a fluorescent molecule is preferably a probe or a target. As the probe or target, for example, at least one selected from the group consisting of nucleic acids, amino acids, peptides, proteins, ligands, receptors, donors, hormones, sugar chains, cells, embryos and the like can be preferably used. It is suitable for the purpose of identification and identification / detection of trace substances that emit fluorescence. It is also possible to discriminate between different types of measurement substances (for example, genes). Examples of means / methods include DNA microarray, TaqMan method, invader method, in situ hybridization, flow cytometry, various sequencers, fluorescence microscope, etc. By replacing the measurement target substance with one labeled with a plurality of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes as in the present invention, it becomes possible to further multiplex and analyze the measurement target substance such as a gene with high throughput. obtain.


3.被験試料
本発明の被験試料は、上述した本発明の測定対象物質を含むことを特徴とする。

3. Test Sample The test sample of the present invention is characterized by containing the above-described measurement target substance of the present invention.

上記被験試料においては、含有する測定対象物質の少なくとも1種が既知の濃度を有するものであることが好ましい。   In the test sample, it is preferable that at least one of the substances to be measured contained has a known concentration.

また上記被験試料は、測定対象物質のほかに、さらに既知の濃度を有する蛍光物質を少なくとも1種含むものであることが好ましい。ここで、当該蛍光物質のうちの少なくとも1種が既知の蛍光寿命を有するものであることが好ましい。   In addition to the measurement target substance, the test sample preferably further contains at least one fluorescent substance having a known concentration. Here, it is preferable that at least one of the fluorescent materials has a known fluorescence lifetime.

上記被験試料は、本発明の効果を損なわない範囲で、適宜その他の成分を含むことができる。その他の成分としては、例えば、緩衝液及びBSA等のブロッキング液、並びにRNaseやDNaseフリーの水などが挙げられる。   The said test sample can contain suitably other components in the range which does not impair the effect of this invention. Examples of other components include buffer solutions and blocking solutions such as BSA, and RNase and DNase-free water.


4.物質検出用試薬、物質検出用キット
(1) 本発明の物質検出用試薬は、上記本発明の測定対象物質、又は上記本発明の被験試料を含むことを特徴とする。上記試薬は、本発明の効果を損なわない範囲で、適宜その他の成分を含むことができる。その他の成分としては、例えば、緩衝液及びBSA等のブロッキング液、並びにRNaseやDNaseフリーの水などが挙げられる。

4). Substance detection reagent, substance detection kit
(1) The reagent for detecting a substance of the present invention is characterized by containing the above-mentioned substance to be measured of the present invention or the test sample of the present invention. The above reagent can appropriately contain other components as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of other components include buffer solutions and blocking solutions such as BSA, and RNase and DNase-free water.

(2) 本発明の物質検出用キットは、上記本発明の測定対象物質、又は上記本発明の被験試料を含むことを特徴とする。キットには、上記測定対象物質又は被験試料のほか、緩衝液、使用説明書、及び各種部品などを含むことができ、好ましくは、上記本発明の物質検出用試薬を含むものである。また、本発明の効果を損なわない範囲で、適宜その他の構成要素を含むことができる。その他の構成要素としては、例えば、プラスチック製及びガラス製等の検出用チップ、検出用マイクロチューブ、検出用マイクロタイタープレート並びにカラムなどが挙げられる。  (2) The substance detection kit of the present invention is characterized by including the above-described measurement target substance of the present invention or the above-described test sample of the present invention. In addition to the above-mentioned measurement target substance or test sample, the kit can contain a buffer solution, instructions for use, various parts, and the like, and preferably contains the above-described substance detection reagent of the present invention. In addition, other components can be appropriately included as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of other components include a detection chip made of plastic and glass, a detection microtube, a detection microtiter plate, a column, and the like.


5.物質検出方法など各種方法
(1) 本発明においては、上記本発明の測定対象物質に標識された蛍光分子の蛍光寿命に基づいて、当該測定対象物質における各蛍光分子の標識量の割合及び/又は蛍光強度比を解析する方法を含むことができる。

5. Various methods such as substance detection methods
(1) In the present invention, based on the fluorescence lifetime of the fluorescent molecule labeled on the measurement target substance of the present invention, the ratio of the amount of each fluorescent molecule in the measurement target substance and / or the fluorescence intensity ratio is analyzed. Methods can be included.

(2) 測定対象物質の構造等の解析方法
本発明の解析方法は、上記本発明の測定対象物質に標識された蛍光分子の蛍光寿命に基づいて、当該測定対象物質の構造及び/又は存在比を解析する方法である。
(2) Method for Analyzing Structure of Substance to be Measured The analysis method of the present invention is based on the fluorescence lifetime of the fluorescent molecule labeled on the substance to be measured of the present invention, and the structure and / or abundance ratio of the substance to be measured. Is a method of analyzing

具体的には、例えば、アミノ酸配列の異なるペプチドに、異なる蛍光寿命を持つ複数の蛍光分子を標識し、それぞれのペプチドが蛍光寿命によって明確に区別されるように標識した上で、特定のタンパク質に結合させ、BF(Binding/Free)分離の操作の後、どのペプチドがその特定のタンパク質と結合しているのかを、蛍光寿命を測定することにより、定量的に見積もることができる。特定のタンパク質に結合しているペプチドのアミノ酸配列が分かれば、タンパク質の活性部位を構成しているアミノ酸の種類や3次元的な構造等を知ることができる。また、別の例として、DNAやRNAの複数の部位に、異なる蛍光寿命を持つ複数の蛍光分子と、1個のダーククエンチャー(消光分子)を標識する。DNAやRNAが3次元構造を構成した後、蛍光寿命の蛍光強度が低下する蛍光分子を、蛍光寿命のデータから特定することにより、クエンチャーが標識された部位と、その蛍光強度が低下した蛍光分子が標識された部位とが、3次元構造を形成した場合に近接していることを確認することができる。   Specifically, for example, a plurality of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes are labeled on peptides having different amino acid sequences, and each peptide is labeled so as to be clearly distinguished by the fluorescence lifetime, and then a specific protein is labeled. After the binding and BF (Binding / Free) separation, which peptide is bound to the specific protein can be quantitatively estimated by measuring the fluorescence lifetime. If the amino acid sequence of a peptide bound to a specific protein is known, the types of amino acids constituting the active site of the protein, the three-dimensional structure, and the like can be known. As another example, a plurality of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes and one dark quencher (quenching molecule) are labeled at a plurality of sites of DNA or RNA. After the DNA or RNA forms a three-dimensional structure, the fluorescent molecules whose fluorescence intensity decreases with the fluorescence lifetime are identified from the fluorescence lifetime data, and the portion where the quencher is labeled and the fluorescence whose fluorescence intensity decreases It can be confirmed that the site where the molecule is labeled is close when a three-dimensional structure is formed.

(3) 測定対象物質の種類等の特定方法
本発明の特定方法は、上記本発明の測定対象物質に標識された蛍光分子の蛍光寿命に基づいて、当該測定対象物質の種類及び/又は存在量を特定する方法である。なお、ここでいう測定対象物質の種類及び/又は存在量とは、測定対象物質と反応した官能基の種類及び/又は存在量や、測定対象物質と結合又は会合した物質の種類及び/又は存在量なども含むものとする。
(3) Identification method of the type of the measurement target substance The identification method of the present invention is based on the fluorescence lifetime of the fluorescent molecule labeled on the measurement target substance of the present invention, and the type and / or abundance of the measurement target substance. It is a method to specify. The type and / or abundance of the substance to be measured here refers to the type and / or abundance of a functional group that has reacted with the substance to be measured, and the type and / or presence of a substance that binds or associates with the substance to be measured. Including quantity.

本発明の特定方法に関しては、具体的には、例えば、タンパク質はアミノ基やチオール基等の官能基を持っていることが知られているが、それら官能基と反応し得るサクシニミジルエステルやマレイミド等の状態の蛍光分子をタンパク質と反応させることで標識し、その蛍光寿命から得られる蛍光分子の存在比を分析すれば、タンパク質にアミノ基とチオール基がそれぞれどのくらいの割合で含まれているかを同定することが可能となる。また、DNAマイクロアレイを用いた解析においては、異なる蛍光寿命を持つ複数の蛍光分子を標識したDNAプローブを複数種類用意し、これらを基板上に固定されたターゲットDNAとハイブリダイゼーションさせ、BF(Binding/Free)分離した後、基板上に残されたプローブの蛍光寿命を測定すれば、どのプローブがどの特定のターゲットと結合又は会合しているかを定量的に確認することが可能となる。   Regarding the specific method of the present invention, specifically, for example, proteins are known to have functional groups such as amino groups and thiol groups, but succinimidyl esters that can react with these functional groups, By labeling a fluorescent molecule in a state such as maleimide with a protein and analyzing the abundance ratio of the fluorescent molecule obtained from the fluorescence lifetime, what percentage of the amino group and thiol group are contained in the protein? Can be identified. In the analysis using a DNA microarray, a plurality of types of DNA probes labeled with a plurality of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes are prepared, and these are hybridized with a target DNA immobilized on a substrate, and BF (Binding / Free) After the separation, if the fluorescence lifetime of the probe left on the substrate is measured, it becomes possible to quantitatively confirm which probe is bound to or associated with which specific target.

(4) 本発明においては、上記本発明の測定対象物質に標識された蛍光分子の蛍光寿命を、単一光子計数法、位相変調法、パルスサンプリング法、又は励起プローブ法などの公知の蛍光測定方法により測定することを特徴とする、物質の検出方法を含むことができる。  (4) In the present invention, the fluorescence lifetime of the fluorescent molecule labeled on the measurement target substance of the present invention is measured using a known fluorescence measurement method such as a single photon counting method, a phase modulation method, a pulse sampling method, or an excitation probe method. It can include a method for detecting a substance, characterized by measuring by a method.

上記検出方法においては、蛍光寿命を複数の励起波長及び/又は複数の蛍光波長で測定することができる。詳しくは、複数種類の光源を用いて2種以上の波長で励起することや、複数種類のバンドパスフィルターなど各種フィルターを使用して2種以上の蛍光波長を検出することができる。   In the detection method, the fluorescence lifetime can be measured at a plurality of excitation wavelengths and / or a plurality of fluorescence wavelengths. Specifically, two or more types of fluorescence wavelengths can be detected by exciting at two or more types of wavelengths using a plurality of types of light sources or using various types of filters such as a plurality of types of bandpass filters.

(5) 本発明においては、被験試料中の検出物質として上記本発明の測定対象物質を用いることを特徴とする、フローサイトメトリーによる物質の検出方法を含むことができる。フローサイトメトリーでは、通常、測定対象とする細胞・染色体等をその種類ごとに1種類の蛍光分子で標識した上で、水流とともに流す際にレーザー光を当て、放出される蛍光のスペクトルとその強度に応じて、細胞等の種類が判別される。すなわち、判別する測定対象の種類が増えればその分蛍光分子の種類も必要となる。これに対し、本発明を適用して、蛍光寿命の異なる複数の蛍光分子を標識するようにすれば、判別する測定対象の種類が増えた場合であっても、その種類ごとに、標識する蛍光分子の組合わせや標識量に違いを設けることで、より少ない種類の蛍光分子の使用で多くの種類の測定対象を判別し分離することが可能となる。  (5) The present invention can include a method for detecting a substance by flow cytometry, wherein the substance to be measured of the present invention is used as a detection substance in a test sample. In flow cytometry, cells and chromosomes to be measured are usually labeled with one type of fluorescent molecule for each type, and laser light is applied when flowing with water flow, and the spectrum and intensity of the emitted fluorescence. Depending on the type, the type of cell or the like is discriminated. That is, as the types of measurement objects to be discriminated increase, the types of fluorescent molecules are also required. On the other hand, if a plurality of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes are labeled by applying the present invention, the fluorescence to be labeled for each type is increased even when the types of measurement objects to be identified increase. By providing a difference in the combination of molecules and the amount of labeling, it is possible to discriminate and separate many types of measurement objects by using fewer types of fluorescent molecules.

(6) 本発明においては、被験試料中の検出物質として上記本発明の測定対象物質を用いることを特徴とする、シークエンス方法を含むことができる。また、本発明においては、被験試料中の検出物質として上記本発明の測定対象物質を用いることを特徴とする、遺伝子のタイプを判別する方法を含むこともできる。  (6) The present invention can include a sequencing method characterized in that the measurement target substance of the present invention is used as a detection substance in a test sample. The present invention can also include a method for discriminating the type of gene, characterized in that the above-mentioned measurement target substance of the present invention is used as a detection substance in a test sample.

シーケンサーでは、1種類の蛍光分子で標識されたDNAがゲルに乗って流れる際にレーザー光を当て、放出される蛍光のスペクトルとその強度に応じて、標識されたDNAの種類が判別される。従来の技術では1000塩基程度しか配列を読み取れないシークエンサーにおいても、本発明を適用し、FAMやVIC等の蛍光強度の強い複数種類の蛍光分子をそれらの標識量の割合を変えて標識するようにすれば、高感度に、かつ長い配列を判別することが可能となる。シークエンサーを使った遺伝子のタイプの判別(一塩基多型の検出など)に関しても、同様の方法を適用することができる。   In the sequencer, laser light is applied when DNA labeled with one type of fluorescent molecule flows on the gel, and the type of labeled DNA is determined according to the spectrum of emitted fluorescence and its intensity. Even in a sequencer that can read a sequence of only about 1000 bases with the conventional technology, the present invention is applied to label multiple types of fluorescent molecules with strong fluorescence intensity such as FAM and VIC by changing the ratio of their labeling amounts. Then, it becomes possible to distinguish a long array with high sensitivity. The same method can be applied to discrimination of gene type (detection of single nucleotide polymorphism, etc.) using a sequencer.

(7) 本発明においては、被験試料中の検出物質として上記本発明の測定対象物質を用いることを特徴とする、in situ ハイブリダイゼーション法を含むことができる。また、本発明においては、被験試料中の検出物質として上記本発明の測定対象物質を用いることを特徴とする、蛍光顕微鏡を用いた物質の検出方法を含むことができる。  (7) The present invention can include an in situ hybridization method characterized in that the above-mentioned measurement target substance of the present invention is used as a detection substance in a test sample. Further, the present invention can include a method for detecting a substance using a fluorescence microscope, wherein the substance to be measured of the present invention is used as a detection substance in a test sample.

蛍光を使ったin situ ハイブリダイゼーション法(FISH法)では、DNAやRNA等に蛍光分子を標識し、蛍光顕微鏡で標識した測定対象物質を観察するのが一般的である。これにおいても、本発明を適用し、蛍光寿命の異なる複数の蛍光分子をDNAやRNAに標識するようにすれば、より多くの遺伝子やRNAを、蛍光寿命に基づきin situで同時に判別し、定量化することが可能となる。   In the in situ hybridization method (FISH method) using fluorescence, generally, fluorescent molecules are labeled on DNA, RNA, etc., and the measurement target substance labeled with a fluorescence microscope is observed. Even in this case, if the present invention is applied and a plurality of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes are labeled on DNA or RNA, more genes and RNAs can be simultaneously discriminated in situ based on the fluorescence lifetime and quantified. Can be realized.

なお、上記(1)〜(7)の各種方法においては、光源としてレーザーダイオード(LD)やレーザーを使用してもよいが、それ以外にフラッシュランプや発光ダイオード(LED)を使ってももちろん構わない。また、本発明においては、パルス周波数、パルス強度、パルス径は、測定対象によって適宜選択することができる。例えば、パルス周波数は1kHz〜1GHzであり、パルス強度は数μW〜数百Wである。また、パルス径は数十μm〜数十mmである。   In the above methods (1) to (7), a laser diode (LD) or a laser may be used as a light source, but a flash lamp or a light emitting diode (LED) may also be used. Absent. In the present invention, the pulse frequency, pulse intensity, and pulse diameter can be appropriately selected depending on the measurement object. For example, the pulse frequency is 1 kHz to 1 GHz, and the pulse intensity is several μW to several hundred W. The pulse diameter is several tens of μm to several tens of mm.

以下に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

<異なる蛍光寿命を有する蛍光分子を標識したDNAの同定及び定量測定>
本実施例では、4.0ns(τ1)の蛍光寿命を持つFAMをF1とし、1.8ns(τ2)の蛍光寿命を持つPyMPO をF2とし、両蛍光分子が標識された測定対象物質を含む被験試料の蛍光減衰曲線を図2Aの(1)、(2)、(4)のDNAプローブ(順に、配列番号1、2、4)を使って測定し、観察した。FAMの吸収スペクトルと蛍光スペクトルのピーク波長は、それぞれ415 nmと570nmである。また、PyMPOの吸収スペクトルと蛍光スペクトルのピーク波長は、それぞれ495nmと516nmである。
<Identification and quantitative measurement of DNA labeled with fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes>
In this example, FAM having a fluorescence lifetime of 4.0 ns (τ 1 ) is defined as F 1 , PyMPO having a fluorescence lifetime of 1.8 ns (τ 2 ) is defined as F 2, and a measurement target substance labeled with both fluorescent molecules is defined as The fluorescence decay curves of the test samples contained were measured and observed using the DNA probes (1), (2), and (4) of FIG. The peak wavelengths of the absorption spectrum and fluorescence spectrum of FAM are 415 nm and 570 nm, respectively. The peak wavelengths of the absorption spectrum and the fluorescence spectrum of PyMPO are 495 nm and 516 nm, respectively.

操作として蛍光分子であるFAM及びPyMPOが標識された図4(1)〜(3)記載のDNAプローブ(順に、配列番号12、13、14)が含まれる溶液を調製し、その蛍光減衰曲線を測定した。被験試料を波長408nmのLD光源で励起し、蛍光波長570nmで測定したところ、図5のような結果が得られた。図5は、図4の(1)と(2)のDNAプローブが入っている別々の溶液(pH=8.5、濃度1.0μM)を測定したデータである。図5から得られる図4(1)と(2)のDNAプローブの入った溶液の蛍光寿命は、DNAに標識していないFAM単体あるいはPyMPO単体の蛍光寿命と同じで、それぞれ4.0nsと1.8nsであった。次に、図4(3)に記載されたFAMとPyMPOが同時に標識されたDNAプローブを同じく408nmで励起し、515nmと570nmで蛍光の減衰曲線を測定したところ、図6のような結果が得られた。図6から明らかなように、FAMとPyMPOを同時に標識したDNAプローブの蛍光減衰曲線は、PyMPOの蛍光寿命とFAMの蛍光寿命が足し合わさった形状になっており、515nmで得られた減衰曲線は、570nmでの減衰曲線に比較しPyMPOの割合が高くなっている。これは、515nmという波長が、PyMPOの蛍光ピーク波長に近いためと考えられる。515nmと570nmにおけるFAMとPyMPOの蛍光強度比(A1×τ1:A2×τ2)は、それぞれ42:58と21:79であった。ここでは、「特許文献4」に記載の指数関数(前述)の係数Ai(ここで i = 1, 2)を、蛍光減衰曲線に適用して計算した。この図6のように、減衰曲線をモニターする波長を変えると、FAMとPyMPOから得られる蛍光の成分比が変化することから、いくつかの波長で減衰曲線を測定することにより、各蛍光分子の存在比を高精度で測定することが可能になる。 As a procedure, a solution containing the DNA probes (FIGS. 4 (1) to (3)) labeled with fluorescent molecules FAM and PyMPO (in order, SEQ ID NOs: 12, 13, and 14) was prepared, and the fluorescence decay curve was obtained. It was measured. When the test sample was excited with an LD light source having a wavelength of 408 nm and measured at a fluorescence wavelength of 570 nm, a result as shown in FIG. 5 was obtained. FIG. 5 shows data obtained by measuring different solutions (pH = 8.5, concentration 1.0 μM) containing the DNA probes (1) and (2) of FIG. The fluorescence lifetime of the solution containing the DNA probe shown in FIGS. 4 (1) and (2) obtained from FIG. 5 is the same as that of FAM alone or PyMPO alone not labeled with DNA, 4.0ns and 1.8ns respectively. Met. Next, the FAM and PyMPO-labeled DNA probe described in FIG. 4 (3) was excited at 408 nm, and fluorescence decay curves were measured at 515 nm and 570 nm. The result shown in FIG. 6 was obtained. It was. As is clear from FIG. 6, the fluorescence decay curve of the DNA probe labeled with FAM and PyMPO simultaneously is a combination of the fluorescence lifetime of PyMPO and the fluorescence lifetime of FAM. The decay curve obtained at 515 nm is The ratio of PyMPO is higher than the attenuation curve at 570 nm. This is probably because the wavelength of 515 nm is close to the fluorescence peak wavelength of PyMPO. The fluorescence intensity ratios (A 1 × τ 1 : A 2 × τ 2 ) of FAM and PyMPO at 515 nm and 570 nm were 42:58 and 21:79, respectively. Here, the coefficient Ai (where i = 1, 2) of the exponential function (described above) described in “Patent Document 4” was calculated by applying it to the fluorescence decay curve. As shown in FIG. 6, when the wavelength at which the attenuation curve is monitored is changed, the component ratio of the fluorescence obtained from FAM and PyMPO changes, so by measuring the attenuation curve at several wavelengths, It becomes possible to measure the abundance ratio with high accuracy.

図7には、FAMとPyMPOが同時に標識されたDNAを、測定時間を一定にして、異なる濃度(0.33μMと1.00μM)で測定した際の結果を示す。ここで、濃度以外のパラメーター(励起波長、蛍光波長、スリット幅、光源強度など)は全く同じである。この図7から明らかなように、濃度が3分の1になると、カウント(蛍光強度)も約3分の1になるが、FAMの蛍光寿命の成分と、PyMPOの成分の比は濃度に依存せずに一定である。すなわち、FAMとPyMPOの蛍光強度比(A1×τ1:A2×τ2)は、いずれの濃度でも21:79であった。このことから、2つの異なる蛍光分子に同時に標識されたDNAは、蛍光寿命を測定することによって、容易に識別が可能であること、また蛍光寿命の強度を比較することによって、簡単に定量することが可能であることを示している。 FIG. 7 shows the results when DNAs labeled with FAM and PyMPO at the same time were measured at different concentrations (0.33 μM and 1.00 μM) with a constant measurement time. Here, parameters other than concentration (excitation wavelength, fluorescence wavelength, slit width, light source intensity, etc.) are exactly the same. As is clear from FIG. 7, when the concentration is reduced to 1/3, the count (fluorescence intensity) is also reduced to about 1/3, but the ratio of the FAM fluorescence lifetime component to the PyMPO component depends on the concentration. Is constant without. That is, the fluorescence intensity ratio (A 1 × τ 1 : A 2 × τ 2 ) of FAM and PyMPO was 21:79 at any concentration. From this, DNA labeled with two different fluorescent molecules at the same time can be easily distinguished by measuring the fluorescence lifetime, and easily quantified by comparing the fluorescence lifetime intensities. Indicates that it is possible.

本実施例から明らかなように、FAMとPyMPOの蛍光寿命の比が2倍以上あるため、FAMとPyMPOに由来する蛍光寿命の成分を分離することは容易であり、FAMとPyMPOが同時に標識されたDNAの濃度を変えると、それに応じて、FAMとPyMPOの割合は変化しないが、蛍光減衰曲線の強度(カウント)が変化することが認められる。このとき、FAMが標識されたDNAを濃度既知の参照分子として利用すると、濃度未知のPyMPOが標識されたDNA、及び、FAMとPyMPOが同時に標識されたDNAの蛍光減衰曲線から、参照蛍光分子に対するそれぞれのDNAの濃度を求めることが可能である。また、濃度既知の2種類以上の参照蛍光分子を溶液中に混合することによって、濃度検出範囲(ダイナミックレンジ)をさらに広げることも可能である。   As is clear from this example, since the ratio of the fluorescence lifetime of FAM and PyMPO is more than twice, it is easy to separate the components of fluorescence lifetime derived from FAM and PyMPO, and FAM and PyMPO are labeled simultaneously. When the concentration of DNA is changed, the ratio of FAM and PyMPO does not change, but the intensity (count) of the fluorescence decay curve changes accordingly. At this time, if DNA labeled with FAM is used as a reference molecule with known concentration, the fluorescence decay curve of DNA labeled with PyMPO with unknown concentration and DNA labeled with FAM and PyMPO at the same time can be compared with the reference fluorescent molecule. It is possible to determine the concentration of each DNA. It is also possible to further expand the concentration detection range (dynamic range) by mixing two or more types of reference fluorescent molecules with known concentrations in the solution.

本発明で利用し得る単一光子計数法の測定原理及び測定装置を表す。1 represents a measurement principle and measurement apparatus of a single photon counting method that can be used in the present invention. 本発明の例として、蛍光分子が標識されたDNAの配列を示す図である。As an example of the present invention, it is a diagram showing a DNA sequence labeled with a fluorescent molecule. 本発明の例として、蛍光分子が標識されたDNAの配列を示す図である。As an example of the present invention, it is a diagram showing a DNA sequence labeled with a fluorescent molecule. 本発明の蛍光分子を標識したDNAの減衰曲線が、組合せに固有のものであることを示す蛍光減衰曲線の模式図を示す。The schematic diagram of the fluorescence decay curve which shows that the decay curve of DNA which labeled the fluorescent molecule of this invention is intrinsic | native to a combination is shown. 本発明の蛍光分子を標識したDNAの減衰曲線が、組合せに固有のものであることを示す蛍光減衰曲線の模式図を示す。The schematic diagram of the fluorescence decay curve which shows that the decay curve of DNA which labeled the fluorescent molecule of this invention is intrinsic | native to a combination is shown. 本実施例で用いられた蛍光分子が標識されたDNAの配列を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | sequence of DNA labeled with the fluorescent molecule used in the present Example. 本実施例の蛍光分子を標識したDNAの減衰曲線が、蛍光分子に固有のものであることを示すプロット。The plot which shows that the decay curve of DNA which labeled the fluorescent molecule of a present Example is intrinsic | native to a fluorescent molecule. 本実施例の蛍光分子を同時に標識したDNAの減衰曲線が、モニターする蛍光波長によって形状を変化させることを示すプロット。The plot which shows that the decay curve of DNA which labeled the fluorescent molecule of a present Example simultaneously changes shape with the fluorescence wavelength monitored. 本実施例の蛍光分子を同時に標識したDNAの減衰曲線が、濃度に比例して、その蛍光強度を変化させるが、蛍光分子の成分割合は変化しないことを示すプロット。The plot which shows that the attenuation | damping curve of DNA which labeled the fluorescent molecule of a present Example simultaneously, changes the fluorescence intensity in proportion to a density | concentration, but the component ratio of a fluorescent molecule does not change.

符号の説明Explanation of symbols

1 被験試料
2 パルス光源
3 パルス光
4 蛍光
5 光電子増倍管
6 アンプ
7 定フラクションデスクリミネータ
8 時間-電圧変換器
9 マルチチャンネルアナライザ
10 パーソナルコンピュータ
11 励起側波長フィルター
12 蛍光側波長フィルター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Test sample 2 Pulse light source 3 Pulse light 4 Fluorescence 5 Photomultiplier tube 6 Amplifier 7 Constant fraction discriminator 8 Time-voltage converter 9 Multichannel analyzer 10 Personal computer 11 Excitation side wavelength filter 12 Fluorescence side wavelength filter

配列番号1:DNAプローブ
配列番号2:DNAプローブ
配列番号3:DNAプローブ
配列番号4:DNAプローブ
配列番号5:DNAプローブ
配列番号6:DNAプローブ
配列番号7:DNAプローブ
配列番号8:DNAプローブ
配列番号9:DNAプローブ
配列番号10:DNAプローブ
配列番号11:DNAプローブ
配列番号12:DNAプローブ
配列番号13:DNAプローブ
配列番号14:DNAプローブ
Sequence number 1: DNA probe sequence number 2: DNA probe sequence number 3: DNA probe sequence number 4: DNA probe sequence number 5: DNA probe sequence number 6: DNA probe sequence number 7: DNA probe sequence number 8: DNA probe sequence number 9: DNA probe sequence number 10: DNA probe sequence number 11: DNA probe sequence number 12: DNA probe sequence number 13: DNA probe sequence number 14: DNA probe

Claims (28)

蛍光寿命の異なる複数種類の蛍光分子で標識されてなることを特徴とする、測定対象物質。   A substance to be measured, which is labeled with a plurality of types of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes. 前記蛍光分子のうちのいずれか1種が2箇所以上に標識されている、請求項1記載の測定対象物質。   The measurement target substance according to claim 1, wherein any one of the fluorescent molecules is labeled at two or more locations. 前記蛍光分子のうちの少なくとも2種がそれぞれ2箇所以上に標識されている、請求項1記載の測定対象物質。   The measurement target substance according to claim 1, wherein at least two of the fluorescent molecules are labeled at two or more locations. 前記蛍光分子の蛍光寿命が100ns以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の測定対象物質。   The measurement target substance according to any one of claims 1 to 3, wherein a fluorescence lifetime of the fluorescent molecule is 100 ns or less. 前記複数種類の蛍光分子が、固有の蛍光寿命として0.01ns以上、1.0ns未満を持つグループ、1.0ns以上、2.0ns未満を持つグループ、2.0ns以上、3.0ns未満を持つグループ、3.0ns以上、4.0ns未満を持つグループ、4.0ns以上、5.0ns未満を持つグループ、5.0ns以上、6.0ns未満を持つグループ、6.0ns以上、7.0ns未満を持つグループ、7.0ns以上、10.0ns未満を持つグループ、10.0ns以上、15.0ns未満を持つグループ、15.0ns以上、20.0ns未満を持つグループ、20.0ns以上、25.0ns未満を持つグループ、25.0ns以上、30.0ns未満を持つグループ、30.0ns以上、40.0ns未満を持つグループ、及び40.0ns以上を持つグループからなる群より選ばれる2種以上のグループの各グループに属する蛍光分子を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の測定対象物質。   The plurality of types of fluorescent molecules have a specific fluorescence lifetime of 0.01 ns or more, a group having less than 1.0 ns, a group having 1.0 ns or more, less than 2.0 ns, a group having 2.0 ns or more, less than 3.0 ns, a group having 3.0 ns or more, Groups with less than 4.0ns, groups with more than 4.0ns, less than 5.0ns, groups with more than 5.0ns, less than 6.0ns, groups with more than 6.0ns, less than 7.0ns, groups with more than 7.0ns, less than 10.0ns , 10.0 ns or more, group with less than 15.0 ns, 15.0 ns or more, group with less than 20.0 ns, 20.0 ns or more, group with less than 25.0 ns, 25.0 ns or more, group with less than 30.0 ns, 30.0 ns or more, 40.0 The measurement target substance according to any one of claims 1 to 4, comprising a fluorescent molecule belonging to each of two or more kinds of groups selected from the group consisting of a group having less than ns and a group having 40.0ns or more. . 前記蛍光分子のうちの2種以上が互いに0.1ns以上異なる蛍光寿命を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の測定対象物質。   The measurement target substance according to any one of claims 1 to 5, wherein two or more of the fluorescent molecules have fluorescence lifetimes different from each other by 0.1 ns or more. 前記蛍光分子のうちの2種以上が互いに1.1倍以上異なる蛍光寿命を有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の測定対象物質。   The measurement target substance according to any one of claims 1 to 6, wherein two or more of the fluorescent molecules have fluorescence lifetimes different from each other by 1.1 times or more. 前記異なる蛍光寿命を有する蛍光分子の種類が3種以上である、請求項6又は7に記載の測定対象物質。   The measurement target substance according to claim 6 or 7, wherein there are three or more types of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes. 前記蛍光分子のうちの少なくとも2種は、発光ピーク波長の差が互いに50nm以下である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の測定対象物質。   The substance to be measured according to any one of claims 1 to 8, wherein at least two of the fluorescent molecules have a difference in emission peak wavelength of 50 nm or less. 前記蛍光分子の組合せが互いに異なる複数種類の測定対象物質から構成される、請求項1〜9のいずれか1項に記載の測定対象物質。   The measurement target substance according to claim 1, which is composed of a plurality of types of measurement target substances having different combinations of fluorescent molecules. 前記複数種類の測定対象物質は、前記蛍光分子の種類は同じであるが当該種類ごとの標識量が互いに異なる測定対象物質を含むものである、請求項10に記載の測定対象物質。   The measurement target substance according to claim 10, wherein the plurality of types of measurement target substances include measurement target substances having the same type of fluorescent molecule but having different labeling amounts for the respective types. 前記蛍光分子の種類が3種以上である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の測定対象物質。   The measurement target substance according to any one of claims 1 to 11, wherein the fluorescent molecule has three or more kinds. 蛍光寿命の異なる3個以上の蛍光分子から選ばれる2個で標識されてなる物質から構成される、請求項1〜12のいずれか1項に記載の測定対象物質。   The measurement object substance according to any one of claims 1 to 12, comprising a substance labeled with two selected from three or more fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes. さらに、1種の蛍光分子で標識されてなる物質を含む、請求項1〜13のいずれか1項に記載の測定対象物質。   Furthermore, the measuring object substance of any one of Claims 1-13 containing the substance labeled with 1 type of fluorescent molecule. 標識される物質1単体当たり、1個の蛍光分子で標識されてなる物質のグループ、蛍光寿命の異なる2個の蛍光分子で標識されてなる物質のグループ、蛍光寿命の異なる3個の蛍光分子で標識されてなる物質のグループ、蛍光寿命の異なる4個の蛍光分子で標識されてなる物質のグループ、及び蛍光寿命の異なる5個の蛍光分子で標識されてなる物質のグループからなる群より選ばれる2種以上のグループの各グループに属する物質を含む、請求項14に記載の測定対象物質。   For each substance to be labeled, a group of substances labeled with one fluorescent molecule, a group of substances labeled with two fluorescent molecules with different fluorescence lifetimes, and three fluorescent molecules with different fluorescence lifetimes Selected from the group consisting of a group of substances labeled, a group of substances labeled with four fluorescent molecules with different fluorescence lifetimes, and a group of substances labeled with five fluorescent molecules with different fluorescence lifetimes The measurement target substance according to claim 14, comprising a substance belonging to each group of two or more types of groups. 1種の蛍光分子で標識されてなる物質と、蛍光寿命の異なる2種の蛍光分子で標識されてなる物質とから構成される、請求項14又は15に記載の測定対象物質。   The measurement target substance according to claim 14 or 15, comprising a substance labeled with one kind of fluorescent molecule and a substance labeled with two kinds of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes. 1種の蛍光分子で標識されてなる物質と、蛍光寿命の異なる2種の蛍光分子で標識されてなる物質と、蛍光寿命の異なる3種の蛍光分子で標識されてなる物質とから構成される、請求項14又は15に記載の測定対象物質。   It is composed of a substance labeled with one kind of fluorescent molecule, a substance labeled with two kinds of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes, and a substance labeled with three kinds of fluorescent molecules having different fluorescence lifetimes. The measurement target substance according to claim 14 or 15. 前記蛍光分子による標識部位の数が、標識される物質1単体当たり3〜100箇所である、請求項1〜17のいずれか1項に記載の測定対象物質。   The substance to be measured according to any one of claims 1 to 17, wherein the number of labeling sites by the fluorescent molecules is 3 to 100 per one substance to be labeled. 前記蛍光分子のうちの少なくとも1種が既知の蛍光寿命を有するものである、請求項1〜18のいずれか1項に記載の測定対象物質。   The measurement target substance according to claim 1, wherein at least one of the fluorescent molecules has a known fluorescence lifetime. 前記蛍光分子で標識される物質が、核酸、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、リガンド、レセプター、ドナー、ホルモン、糖鎖、細胞及び胚からなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜19のいずれか1項に記載の測定対象物質。   The substance labeled with the fluorescent molecule is at least one selected from the group consisting of nucleic acids, amino acids, peptides, proteins, ligands, receptors, donors, hormones, sugar chains, cells and embryos. The measurement target substance according to any one of the above. 請求項1〜20のいずれか1項に記載の測定対象物質を含むことを特徴とする、被験試料。   A test sample comprising the substance to be measured according to any one of claims 1 to 20. 前記測定対象物質の少なくとも1種が既知の濃度を有するものである、請求項21に記載の被験試料。   The test sample according to claim 21, wherein at least one of the measurement target substances has a known concentration. さらに既知の濃度を有する蛍光物質を少なくとも1種含む、請求項21又は22に記載の被験試料。   The test sample according to claim 21 or 22, further comprising at least one fluorescent substance having a known concentration. 前記蛍光物質のうちの少なくとも1種が既知の蛍光寿命を有するものである、請求項23に記載の被験試料。   The test sample according to claim 23, wherein at least one of the fluorescent substances has a known fluorescence lifetime. 請求項1〜20のいずれか1項に記載の測定対象物質、又は請求項21〜24のいずれか1項に記載の被験試料を含むことを特徴とする、物質検出用試薬。   A substance detection reagent comprising the measurement target substance according to any one of claims 1 to 20 or the test sample according to any one of claims 21 to 24. 請求項1〜20のいずれか1項に記載の測定対象物質、又は請求項21〜24のいずれか1項に記載の被験試料を含むことを特徴とする、物質検出用キット。   A substance detection kit comprising the measurement target substance according to any one of claims 1 to 20, or the test sample according to any one of claims 21 to 24. 請求項1〜20のいずれか1項に記載の測定対象物質に標識された蛍光分子の蛍光寿命に基づいて、当該測定対象物質の構造及び/又は存在比を解析する方法。   A method for analyzing the structure and / or abundance ratio of a measurement target substance based on the fluorescence lifetime of a fluorescent molecule labeled on the measurement target substance according to any one of claims 1 to 20. 請求項1〜20のいずれか1項に記載の測定対象物質に標識された蛍光分子の蛍光寿命に基づいて、当該測定対象物質の種類及び/又は存在量を特定する方法。   A method for identifying the type and / or abundance of the measurement target substance based on the fluorescence lifetime of the fluorescent molecule labeled on the measurement target substance according to any one of claims 1 to 20.
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