JP2826725B2 - 光化学測定装置および測定方法 - Google Patents
光化学測定装置および測定方法Info
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- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
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- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
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- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は試料中に存在する少
なくとも１種類の検体の濃度を測定するための発光セン
サーを備えた光化学測定装置および測定方法に関する。
なくとも１種類の検体の濃度を測定するための発光セン
サーを備えた光化学測定装置および測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光化学測定装置または光化学測定方法
は、光指示薬と検体との間の化学反応がセンサーの光特
性を変化させることを基礎としている。光特性の変化と
は、たとえば、吸収特性または発光特性の変化であり、
この特性変化により、検体濃度を分光分析法によって検
出することが可能となる。化学物質濃度測定用の光セン
サーは、従来の測定装置に比較して感応時間が遙かに短
く、機械的堅牢性にすぐれ且つ電磁障害に対して不感性
を有していることから、ますます関心を集めている。試
料中の検体と接触し得るバイオ識別層を光ファイバーの
末端に備えた光化学センサーは、ＧＢ−Ａ ２ ２４３
６８３号公報により知られている。このバイオ識別層
は、抗体と結合した、蛍光マーキングされた抗原を有し
ていて、この抗原が試料接触時に検体によって置換さ
れ、蛍光の減少が検体濃度の定量値として検出される。
は、光指示薬と検体との間の化学反応がセンサーの光特
性を変化させることを基礎としている。光特性の変化と
は、たとえば、吸収特性または発光特性の変化であり、
この特性変化により、検体濃度を分光分析法によって検
出することが可能となる。化学物質濃度測定用の光セン
サーは、従来の測定装置に比較して感応時間が遙かに短
く、機械的堅牢性にすぐれ且つ電磁障害に対して不感性
を有していることから、ますます関心を集めている。試
料中の検体と接触し得るバイオ識別層を光ファイバーの
末端に備えた光化学センサーは、ＧＢ−Ａ ２ ２４３
６８３号公報により知られている。このバイオ識別層
は、抗体と結合した、蛍光マーキングされた抗原を有し
ていて、この抗原が試料接触時に検体によって置換さ
れ、蛍光の減少が検体濃度の定量値として検出される。
【０００３】一方、ＵＳ−Ａ ５ ４４９ ９１８号公
報には、化学種の連続的測定用の光化学センサーが記載
されている。このセンサーは、化学的選択膜の蛍光放射
を増強する表面プラズモン共鳴を基礎としており、この
選択膜はラングミュア−ブロジェット膜として島膜の上
につくられている。この島層自体は、固体上、たとえば
ガラス上に形成されている。
報には、化学種の連続的測定用の光化学センサーが記載
されている。このセンサーは、化学的選択膜の蛍光放射
を増強する表面プラズモン共鳴を基礎としており、この
選択膜はラングミュア−ブロジェット膜として島膜の上
につくられている。この島層自体は、固体上、たとえば
ガラス上に形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これら従来の測定装置
または測定方法の問題点は、バックグラウンド放射の高
まり、または光励起条件／測定条件の変化による測定信
号の不安定化、あるいはセンサー部品の老化によって問
題がしばしば生ずることである。
または測定方法の問題点は、バックグラウンド放射の高
まり、または光励起条件／測定条件の変化による測定信
号の不安定化、あるいはセンサー部品の老化によって問
題がしばしば生ずることである。
【０００５】本発明の課題は、冒記した光化学測定装置
または測定方法を、たとえば抗体または酵素などの極く
わずかな物質濃度でも、簡単かつ再現性ある方法で検出
できるように改良することである。さらに、光化学測定
装置の好ましいわずかな感応時間を、以下に記載する新
しい測定装置または測定方法により実現することであ
る。
または測定方法を、たとえば抗体または酵素などの極く
わずかな物質濃度でも、簡単かつ再現性ある方法で検出
できるように改良することである。さらに、光化学測定
装置の好ましいわずかな感応時間を、以下に記載する新
しい測定装置または測定方法により実現することであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は請求項に記載
の発明により達成される。まず、本発明の光化学測定装
置の特徴構成は、センサーが少なくとも１つの島層を有
し、この島層の島が導電性材料で構成されていて、バイ
オ識別層が島層に配置されるか、もしくは中間層を介し
て島層近傍に配置され、試料に添加されるかまたはセン
サー中に存在する第１の発光系が使用され、この発光系
が被測定検体と選択的に結合し、前記バイオ識別層が、
被測定検体と試料に添加されるか又はセンサー中に存在
する第２の発光系とのいずれとも少なくとも間接的に結
合でき、その際、両発光系の少なくともいずれか一方の
発光系の発光スペクトルが島層近傍において有意な変化
を呈すると共に、両発光系の発光放射強度を検出する装
置が設けられている点にある。本発明のこの測定装置
は、とりわけ、２種の発光系を使用する点に特徴があ
り、島層近傍において両発光系の少なくとも一方の発光
系の光特性が有意な変化を呈するようになっている。本
発明の発光体は、前述したＵＳ−Ａ ５ ４４９ ９１
８号公報に記載の発明と異なり、化学的選択膜に結合さ
れて存在しているのではなく、発光系が選択的に被測定
検体と結合し、この検体がバイオ識別層と結合して発光
系を島層の近傍にもたらし、これによってその発光スペ
クトルの変化が測定可能となるのである。
の発明により達成される。まず、本発明の光化学測定装
置の特徴構成は、センサーが少なくとも１つの島層を有
し、この島層の島が導電性材料で構成されていて、バイ
オ識別層が島層に配置されるか、もしくは中間層を介し
て島層近傍に配置され、試料に添加されるかまたはセン
サー中に存在する第１の発光系が使用され、この発光系
が被測定検体と選択的に結合し、前記バイオ識別層が、
被測定検体と試料に添加されるか又はセンサー中に存在
する第２の発光系とのいずれとも少なくとも間接的に結
合でき、その際、両発光系の少なくともいずれか一方の
発光系の発光スペクトルが島層近傍において有意な変化
を呈すると共に、両発光系の発光放射強度を検出する装
置が設けられている点にある。本発明のこの測定装置
は、とりわけ、２種の発光系を使用する点に特徴があ
り、島層近傍において両発光系の少なくとも一方の発光
系の光特性が有意な変化を呈するようになっている。本
発明の発光体は、前述したＵＳ−Ａ ５ ４４９ ９１
８号公報に記載の発明と異なり、化学的選択膜に結合さ
れて存在しているのではなく、発光系が選択的に被測定
検体と結合し、この検体がバイオ識別層と結合して発光
系を島層の近傍にもたらし、これによってその発光スペ
クトルの変化が測定可能となるのである。
【０００７】従来の発光センサーにおいては、必要とさ
れるセンサーの感度を保証するため、量子収率の高い発
光体が使用されなければならない。ただし、この場合、
溶解した発光分子はセンサーの周囲に強いバックグラウ
ンド信号を形成する。したがって、従来のシステムの多
くは、有用な信号を得るため、測定前に過剰な溶解発光
体を本来のセンサーから分離しなければならないという
問題があった。これに対し、本発明に係る測定装置にお
いては、両発光系の一方の量子収率は低く、好ましくは
７０％以下であり、この収率は島層の近傍において顕著
に増加する。溶解した分子の固有発光は極めてわずかで
あり、その発光はバイオ識別層との結合後に初めて顕著
に増加することから、従来の発光センサーとは異なり、
検体溶液を分離することなく直ちにセンサー表面のバイ
オ識別結合を測定することができる。
れるセンサーの感度を保証するため、量子収率の高い発
光体が使用されなければならない。ただし、この場合、
溶解した発光分子はセンサーの周囲に強いバックグラウ
ンド信号を形成する。したがって、従来のシステムの多
くは、有用な信号を得るため、測定前に過剰な溶解発光
体を本来のセンサーから分離しなければならないという
問題があった。これに対し、本発明に係る測定装置にお
いては、両発光系の一方の量子収率は低く、好ましくは
７０％以下であり、この収率は島層の近傍において顕著
に増加する。溶解した分子の固有発光は極めてわずかで
あり、その発光はバイオ識別層との結合後に初めて顕著
に増加することから、従来の発光センサーとは異なり、
検体溶液を分離することなく直ちにセンサー表面のバイ
オ識別結合を測定することができる。
【０００８】一方、本発明に係る、試料中に存在する少
なくとも１種類の検体濃度の光化学測定方法は以下の特
徴を有する。即ち、 ａ）試料をセンサーのバイオ識別層と接触させ、このバ
イオ識別層が導電性材料で構成される島を有する少なく
とも１つの島層上に配置されているか、またはその島層
の直接の周囲に配置されていること。 ｂ）試料が第１の発光系および第２の発光系と接触させ
ること。 ｃ）第１の発光系と検体との結合ならびに同検体とバイ
オ識別層との結合を可能とすること。 ｄ）第２の発光系とバイオ識別層との結合を可能にする
と共に、両発光系の少なくとも一方の発光系の発光スペ
クトルを、島層近傍において有意な変化を呈させるこ
と。 ｅ）第１および第２の発光系の励起に適した励起光線を
少なくとも１つの島層中に照射すること。 ｆ）第１および第２の発光系によって放射された発光放
射を検出し、得られた測定値から検体濃度を推定するこ
と。 したがって、両発光系により２種の信号を検知し、その
うち一方は検体によって占められたバイオ識別層の接触
箇所を表し、他方は空き箇所を表わしている。両信号の
比は、光励起および検出条件から広範に独立して検体濃
度を推定させる測定値に一致する。ただし、少なくとも
一方の発光系の放射発光放射のスペクトル分析を実施
し、スペクトルの変化から検体濃度を推定することも可
能である。
なくとも１種類の検体濃度の光化学測定方法は以下の特
徴を有する。即ち、 ａ）試料をセンサーのバイオ識別層と接触させ、このバ
イオ識別層が導電性材料で構成される島を有する少なく
とも１つの島層上に配置されているか、またはその島層
の直接の周囲に配置されていること。 ｂ）試料が第１の発光系および第２の発光系と接触させ
ること。 ｃ）第１の発光系と検体との結合ならびに同検体とバイ
オ識別層との結合を可能とすること。 ｄ）第２の発光系とバイオ識別層との結合を可能にする
と共に、両発光系の少なくとも一方の発光系の発光スペ
クトルを、島層近傍において有意な変化を呈させるこ
と。 ｅ）第１および第２の発光系の励起に適した励起光線を
少なくとも１つの島層中に照射すること。 ｆ）第１および第２の発光系によって放射された発光放
射を検出し、得られた測定値から検体濃度を推定するこ
と。 したがって、両発光系により２種の信号を検知し、その
うち一方は検体によって占められたバイオ識別層の接触
箇所を表し、他方は空き箇所を表わしている。両信号の
比は、光励起および検出条件から広範に独立して検体濃
度を推定させる測定値に一致する。ただし、少なくとも
一方の発光系の放射発光放射のスペクトル分析を実施
し、スペクトルの変化から検体濃度を推定することも可
能である。
【０００９】本発明に基づく光化学測定装置において、
特有な測定効果は光活性発光体と島層とのエネルギー結
合の領域（距離２０ｎｍ以下）でのみ生ずることが明ら
かとなった。非常に薄いセンサー層による本発明の構成
により、対応する拡散路を短いものとし、これによって
センサーの感応時間を短縮することができる。他方、従
来の干渉測定法または表面プラズモン共鳴法では、多大
な測定コストをかけて薄層のわずかな化学変化を検知し
得るにすぎない。
特有な測定効果は光活性発光体と島層とのエネルギー結
合の領域（距離２０ｎｍ以下）でのみ生ずることが明ら
かとなった。非常に薄いセンサー層による本発明の構成
により、対応する拡散路を短いものとし、これによって
センサーの感応時間を短縮することができる。他方、従
来の干渉測定法または表面プラズモン共鳴法では、多大
な測定コストをかけて薄層のわずかな化学変化を検知し
得るにすぎない。
【００１０】さらに、たとえば第１および第２の発光系
の励起のため、島層を透明な表面上に設け、この表面を
励起光線（たとえばレーザー光またはＬＥＤ）の伝達に
利用することができる。この場合、励起には励起光のエ
バネッセント成分（ｅｖａｎｅｓｚｅｎｔｅ Ａｎｔｅ
ｉｌ）を使用することができる。発光スペクトルの特に
強い変化は、島が励起光線の波長よりも顕著に小さな直
径を有し、吸収極小が発光体の放射極大と重なり合って
いる場合に現われる。この点で、可視光線を利用する場
合、島が１００ｎｍ以下、好ましくは６０ｎｍ以下の直
径を有するように構成するのが好ましい。
の励起のため、島層を透明な表面上に設け、この表面を
励起光線（たとえばレーザー光またはＬＥＤ）の伝達に
利用することができる。この場合、励起には励起光のエ
バネッセント成分（ｅｖａｎｅｓｚｅｎｔｅ Ａｎｔｅ
ｉｌ）を使用することができる。発光スペクトルの特に
強い変化は、島が励起光線の波長よりも顕著に小さな直
径を有し、吸収極小が発光体の放射極大と重なり合って
いる場合に現われる。この点で、可視光線を利用する場
合、島が１００ｎｍ以下、好ましくは６０ｎｍ以下の直
径を有するように構成するのが好ましい。
【００１１】島層の形成には原理的に多くの金属が適す
る（たとえば、アルミニウム、ニッケル、銅、金、銀、
白金族金属、およびこれら金属の合金など）が、使用に
最も好適なのは測定溶媒の化学腐食にも耐えることので
きる金属である。このような金属は、とりわけ金および
銀であり、これらは、その他に、特に好ましい吸収特性
およびそれと結びついた測定効果が高い点で優れてい
る。この光化学測定装置の好ましい測定配置において、
励起光の照射は試料とは反対側の、センサーの透明側か
ら行なわれ、測定光線の検知も同じ側で行なわれる。
る（たとえば、アルミニウム、ニッケル、銅、金、銀、
白金族金属、およびこれら金属の合金など）が、使用に
最も好適なのは測定溶媒の化学腐食にも耐えることので
きる金属である。このような金属は、とりわけ金および
銀であり、これらは、その他に、特に好ましい吸収特性
およびそれと結びついた測定効果が高い点で優れてい
る。この光化学測定装置の好ましい測定配置において、
励起光の照射は試料とは反対側の、センサーの透明側か
ら行なわれ、測定光線の検知も同じ側で行なわれる。
【００１２】本発明に係る、島層近傍または島層上のバ
イオ識別層は、蛋白質、脂質、レクチン、核酸または人
工リガンドのいずれかで構成されることが好ましく、そ
の際、蛋白質、たとえば抗体、抗原およびレクチンなら
びにホルモン、ＤＮＡおよびＲＮＡを使用するのが特に
好ましい。この種のバイオ識別層は、検体の選択的結合
の点ですぐれている。両発光系も発光体でマーキングさ
れた蛋白質、たとえば抗体、抗原およびレクチン及びホ
ルモン、脂質、ＤＮＡおよびＲＮＡを有していることが
好ましい。
イオ識別層は、蛋白質、脂質、レクチン、核酸または人
工リガンドのいずれかで構成されることが好ましく、そ
の際、蛋白質、たとえば抗体、抗原およびレクチンなら
びにホルモン、ＤＮＡおよびＲＮＡを使用するのが特に
好ましい。この種のバイオ識別層は、検体の選択的結合
の点ですぐれている。両発光系も発光体でマーキングさ
れた蛋白質、たとえば抗体、抗原およびレクチン及びホ
ルモン、脂質、ＤＮＡおよびＲＮＡを有していることが
好ましい。
【００１３】本発明の発光系は、本来の検体と結合する
検知抗体と結合することのできる少なくとも１個の発光
マーキングされた抗体を有していることが好ましい。下
記の表１には、バイオ識別層の一定の抗体と連携作用す
る発光系の若干の例が示されている。
検知抗体と結合することのできる少なくとも１個の発光
マーキングされた抗体を有していることが好ましい。下
記の表１には、バイオ識別層の一定の抗体と連携作用す
る発光系の若干の例が示されている。
【００１４】
【表１】 ここに、ＣＫはクレアチンキナーゼ、Ｍは筋肉、Ｂは脳を表す。
【００１５】十分に迅速な感応時間と共に発光強度の顕
著な高まりを保証するため、固定化されたバイオ識別層
の厚さは２０ｎｍ以下、特に１５ｎｍ以下に選択して構
成するのが好適である。ただし、発光収率を高めるため
厚さは３〜５ｎｍを下回るべきではなく、原理的に５〜
１５ｎｍの層の厚さが最適である。本発明に係る両発光
系は、トリフェニルメタン染料群ならびに同素環式、複
素環式の芳香族炭化水素群で構成される少なくとも１個
の蛍光体、好ましくは以下で構成される少なくとも１個
の蛍光体を有している。即ち、 − アミノ−トリフェニルメタン染料：マラカイトグリ
ーン、フクシン、クリスタルバイオレット、 − フタレイン：フルオレセイン、エオシン、 − 同素環式芳香族炭化水素：ピレン、ペリレン、ベン
ゾ（ズ）ペリレン（Ｂｅｎｚｏ（ｇｈｉ）ｐｅｒｙｌｅ
ｎｅ）、コロネン、アントラセン、フェナントレン、 − 複素環式芳香族炭化水素：クマリン、アクリジン、
カルバゾール、キノリン、トリフェニルアミン、イミダ
ゾール、ポルフィリンおよびポルフィリンケトン、ジイ
ミン・リガンドを有した遷移金属錯体。
著な高まりを保証するため、固定化されたバイオ識別層
の厚さは２０ｎｍ以下、特に１５ｎｍ以下に選択して構
成するのが好適である。ただし、発光収率を高めるため
厚さは３〜５ｎｍを下回るべきではなく、原理的に５〜
１５ｎｍの層の厚さが最適である。本発明に係る両発光
系は、トリフェニルメタン染料群ならびに同素環式、複
素環式の芳香族炭化水素群で構成される少なくとも１個
の蛍光体、好ましくは以下で構成される少なくとも１個
の蛍光体を有している。即ち、 − アミノ−トリフェニルメタン染料：マラカイトグリ
ーン、フクシン、クリスタルバイオレット、 − フタレイン：フルオレセイン、エオシン、 − 同素環式芳香族炭化水素：ピレン、ペリレン、ベン
ゾ（ズ）ペリレン（Ｂｅｎｚｏ（ｇｈｉ）ｐｅｒｙｌｅ
ｎｅ）、コロネン、アントラセン、フェナントレン、 − 複素環式芳香族炭化水素：クマリン、アクリジン、
カルバゾール、キノリン、トリフェニルアミン、イミダ
ゾール、ポルフィリンおよびポルフィリンケトン、ジイ
ミン・リガンドを有した遷移金属錯体。
【００１６】これらの化合物は、置換された形または置
換されない形で存在することができる。遷移金属錯体に
ついては、中心原子としてルテニウム、白金、パラジウ
ムを使用することが好ましい。使用される島層は２０ｎ
ｍ以下の質量厚さ、好ましくは１５ｎｍ以下の質量厚さ
を有しているのが好適であり、これにより、島層の感度
を特に高めるため、それぞれの使用励起光の波長の４０
〜６０％の吸収の実現が達成される。
換されない形で存在することができる。遷移金属錯体に
ついては、中心原子としてルテニウム、白金、パラジウ
ムを使用することが好ましい。使用される島層は２０ｎ
ｍ以下の質量厚さ、好ましくは１５ｎｍ以下の質量厚さ
を有しているのが好適であり、これにより、島層の感度
を特に高めるため、それぞれの使用励起光の波長の４０
〜６０％の吸収の実現が達成される。
【００１７】両発光系は多様な方法で発光マーキングす
ることができる。したがって、たとえば両発光系の少な
くとも一方が２個の結合した分子を有し、これら分子の
少なくとも一方が発光体で、他方が前記発光体の発光を
消滅する分子であって、発光消滅が島層近傍では中止さ
れるようにすることができる。さらに、両発光系の少な
くとも一方が発光体を有し、同発光体分子が強度の自己
消光を結果する高い空間密度を有しており、島層近傍で
は自己消光が中止されるようにすることができる。本発
明の特に好適な構成は、両発光系の少なくとも一方が空
間的に密接した２個の分子を有し、同分子が共通の励起
スペクトル／発光スペクトルを有し、放射光線のスペク
トル分布が島層近傍において有意な変化を呈するように
することである。共通の励起スペクトル／発光スペクト
ルを有した空間的に密接した分子は、励起錯体と称され
る。発光スペクトルはスペクトル分析に付され、その
際、スペクトルの変化を介して検体濃度を推定すること
ができる。
ることができる。したがって、たとえば両発光系の少な
くとも一方が２個の結合した分子を有し、これら分子の
少なくとも一方が発光体で、他方が前記発光体の発光を
消滅する分子であって、発光消滅が島層近傍では中止さ
れるようにすることができる。さらに、両発光系の少な
くとも一方が発光体を有し、同発光体分子が強度の自己
消光を結果する高い空間密度を有しており、島層近傍で
は自己消光が中止されるようにすることができる。本発
明の特に好適な構成は、両発光系の少なくとも一方が空
間的に密接した２個の分子を有し、同分子が共通の励起
スペクトル／発光スペクトルを有し、放射光線のスペク
トル分布が島層近傍において有意な変化を呈するように
することである。共通の励起スペクトル／発光スペクト
ルを有した空間的に密接した分子は、励起錯体と称され
る。発光スペクトルはスペクトル分析に付され、その
際、スペクトルの変化を介して検体濃度を推定すること
ができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に、本発明を図面に基づいて
詳細に説明する。図１に示す例において、本発明に基づ
く光化学測定装置は発光センサー１を有していて、この
発光センサーは励起（測定）光線を透過させる透明な支
持体１ａ上に島層２を備え、この島層２は導電性を有す
る材料、好ましくは金または銀で形成された多数の島３
で構成されている。島３の直径は３００ｎｍ以下であ
り、これらの島はたとえば支持体１ａへの蒸着、スパッ
タリングによるかまたは電子線リトグラフ法で形成する
ことができる。バイオ識別層４は直接に、または図１に
示されているようにスペーサー層または中間層５を介し
て島層２と結合されているか、またはその直接の周囲に
配置されている。バイオ識別層４は、直接にまたは検体
透過膜を介して試料７と結合されている。この測定装置
には、検体８と選択的に結合することのできる第１の発
光系９が使用されると共に、検体に対して非特異的な第
２の発光系９*が使用される。発光センサーのバイオ識
別層４は、検体８とも第２の発光系９*とも結合するこ
とができる。距離Ｄ（励起光１２のエバネッセント成分
の侵入深度）の内部で両発光系９と９*とが励起され、
光を放射する。両発光系９、９*の少なくとも一方の量
子収率は、約１５ｎｍの距離ｄ（発光体／島−結合の範
囲である）の外部では低く（矢印１０および１１によっ
て表示）、距離ｄの内部では激しく増加する（矢印１０
'および１１'、参照）。ただし、両発光系９、９*の少
なくとも一方が励起錯体を形成すること、つまり、共通
の励起スペクトル／発光スペクトルを有する空間的に密
接した２個の分子を有することも可能である。励起錯体
の電子スペクトルは島層近傍において変化し、これによ
り発光スペクトルも有意な変化を示す。両発光系９、９
*の発光放射強度は検出装置１３によって検出され、そ
の際、検出装置の一部を構成するスペクトル分析装置１
４において、発光スペクトルのスペクトル分析が実施さ
れるか、または両発光放射強度の比が求められる。こう
して得られた比の値またはスペクトルの変化は、試料７
中に存在する検体８の濃度を表わす尺度となる。
詳細に説明する。図１に示す例において、本発明に基づ
く光化学測定装置は発光センサー１を有していて、この
発光センサーは励起（測定）光線を透過させる透明な支
持体１ａ上に島層２を備え、この島層２は導電性を有す
る材料、好ましくは金または銀で形成された多数の島３
で構成されている。島３の直径は３００ｎｍ以下であ
り、これらの島はたとえば支持体１ａへの蒸着、スパッ
タリングによるかまたは電子線リトグラフ法で形成する
ことができる。バイオ識別層４は直接に、または図１に
示されているようにスペーサー層または中間層５を介し
て島層２と結合されているか、またはその直接の周囲に
配置されている。バイオ識別層４は、直接にまたは検体
透過膜を介して試料７と結合されている。この測定装置
には、検体８と選択的に結合することのできる第１の発
光系９が使用されると共に、検体に対して非特異的な第
２の発光系９*が使用される。発光センサーのバイオ識
別層４は、検体８とも第２の発光系９*とも結合するこ
とができる。距離Ｄ（励起光１２のエバネッセント成分
の侵入深度）の内部で両発光系９と９*とが励起され、
光を放射する。両発光系９、９*の少なくとも一方の量
子収率は、約１５ｎｍの距離ｄ（発光体／島−結合の範
囲である）の外部では低く（矢印１０および１１によっ
て表示）、距離ｄの内部では激しく増加する（矢印１０
'および１１'、参照）。ただし、両発光系９、９*の少
なくとも一方が励起錯体を形成すること、つまり、共通
の励起スペクトル／発光スペクトルを有する空間的に密
接した２個の分子を有することも可能である。励起錯体
の電子スペクトルは島層近傍において変化し、これによ
り発光スペクトルも有意な変化を示す。両発光系９、９
*の発光放射強度は検出装置１３によって検出され、そ
の際、検出装置の一部を構成するスペクトル分析装置１
４において、発光スペクトルのスペクトル分析が実施さ
れるか、または両発光放射強度の比が求められる。こう
して得られた比の値またはスペクトルの変化は、試料７
中に存在する検体８の濃度を表わす尺度となる。
【００１９】図１に示す例において、第１の発光系９は
発光体、好ましくは蛍光体Ｆ1でマーキングされた１個
のバイオ識別分子を有しており、この分子は検体８と結
合することができる。第２の発光系９*は結合した２個
の発光体または蛍光体ＡとＢを有し、これらも同じくバ
イオ識別分子をマーキングしているが、この分子はバイ
オ識別層４と直接に結合する。この蛍光体ＡとＢの結合
系に代えて第２の発光系９*も、シンプルに１個の発光
体でマーキングすることもできるが、その場合には、両
発光体が検出装置と分析装置１３、１４に よって識別
可能であって、両発光系９、９*の少なくとも一方が島
層近傍において測定可能な変化を呈することが確実とさ
れていなければならないであろう。たとえば、図１に示
す実施形態において、２個の蛍光体ＡとＢとの間の結合
が島層の近傍では停止され、このような発光消滅が中止
されて発光放射強度が著しく高まるようにすることがで
きる（矢印１１参照）。第１の発光系９についても、島
層４の近傍において同様に発光増強が生じ得るが、島層
近傍において発光強度に変化を呈さない発光体Ｆ1を使
用することも可能である。この場合には、発光系９は単
に対照標準として使用されるにすぎないことになる。
発光体、好ましくは蛍光体Ｆ1でマーキングされた１個
のバイオ識別分子を有しており、この分子は検体８と結
合することができる。第２の発光系９*は結合した２個
の発光体または蛍光体ＡとＢを有し、これらも同じくバ
イオ識別分子をマーキングしているが、この分子はバイ
オ識別層４と直接に結合する。この蛍光体ＡとＢの結合
系に代えて第２の発光系９*も、シンプルに１個の発光
体でマーキングすることもできるが、その場合には、両
発光体が検出装置と分析装置１３、１４に よって識別
可能であって、両発光系９、９*の少なくとも一方が島
層近傍において測定可能な変化を呈することが確実とさ
れていなければならないであろう。たとえば、図１に示
す実施形態において、２個の蛍光体ＡとＢとの間の結合
が島層の近傍では停止され、このような発光消滅が中止
されて発光放射強度が著しく高まるようにすることがで
きる（矢印１１参照）。第１の発光系９についても、島
層４の近傍において同様に発光増強が生じ得るが、島層
近傍において発光強度に変化を呈さない発光体Ｆ1を使
用することも可能である。この場合には、発光系９は単
に対照標準として使用されるにすぎないことになる。
【００２０】図２と図３は、図１に示す光化学測定装置
と本質的に同一の基本構造をなすが、この場合は、第１
の発光系９は結合した２個の発光体Ｆ2とＦ3で構成さ
れ、第２の発光系９*は１個の発光体Ｃでマーキングさ
れている。図３において、発光系９は多数の発光体Ｆ4
で構成されており、これらの発光体は激しい自己消光を
結果する空間密度を有している。この自己消光は距離ｄ
（発光体と島−結合の範囲）の内部では停止され、その
結果、発光放射強度が増加する。対照標準としては、図
２の場合と同様に、１個の発光体Ｄでシンプルに発光マ
ーキングされたバイオ識別分子を使用することができ
る。
と本質的に同一の基本構造をなすが、この場合は、第１
の発光系９は結合した２個の発光体Ｆ2とＦ3で構成さ
れ、第２の発光系９*は１個の発光体Ｃでマーキングさ
れている。図３において、発光系９は多数の発光体Ｆ4
で構成されており、これらの発光体は激しい自己消光を
結果する空間密度を有している。この自己消光は距離ｄ
（発光体と島−結合の範囲）の内部では停止され、その
結果、発光放射強度が増加する。対照標準としては、図
２の場合と同様に、１個の発光体Ｄでシンプルに発光マ
ーキングされたバイオ識別分子を使用することができ
る。
【００２１】図４はセンサー１の部分的断面を示してい
る。この場合、検体８は島層４の反応箇所に選択的に結
合される。第１の発光系９はマーキングされた抗体１５
で構成されていて、この抗体１５は検知抗体１６を介し
て検体８と結合する。類似の構造は第２の発光系９*に
ついても可能であり、その場合、検知抗体または対照抗
体は少なくとも１個の発光マーキングされた抗体を有
し、バイオ識別層４と直接に結合する。
る。この場合、検体８は島層４の反応箇所に選択的に結
合される。第１の発光系９はマーキングされた抗体１５
で構成されていて、この抗体１５は検知抗体１６を介し
て検体８と結合する。類似の構造は第２の発光系９*に
ついても可能であり、その場合、検知抗体または対照抗
体は少なくとも１個の発光マーキングされた抗体を有
し、バイオ識別層４と直接に結合する。
【００２２】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構造に限定されるものではない。
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構造に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく光化学測定装置を示す説明図
【図２】本発明に基づく光化学測定装置の実施例を示す
図
図
【図３】本発明に基づく光化学測定装置の実施例を示す
図
図
【図４】光化学測定装置のセンサー表面の説明図
１ 発光センサー ２ 島層 ３ 島 ４ バイオ識別層 ５ 中間層 ７ 試料 ８ 検体 ９ 第１の発光系 ９* 第２の発光系 １３，１４ 検出装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 595078219 ＳＴＥＴＴＥＭＥＲＳＴＲＡＳＳＥ 28， 8207 ＳＣＨＡＦＦＨＡＵＳＥ Ｎ， ＳＷＩＴＺＥＲＬＡＮＤ (72)発明者 ゲオルク・ムンテアン オーストリア アー‐8045 グラーツ アルパッシー‐パスティルク‐ガッセ ５ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 33/543 595
Claims (13)
- 【請求項１】 試料（７）中に存在する少なくとも１種
類の検体（８）を測定するための、バイオ識別層（４）
を有する発光センサー（１）を備えた光化学測定装置で
あって、前記発光センサー（１）が少なくとも１つの島
層（２）を備えると共に、この島層の島（３）が導電性
材料で構成されていて、前記バイオ識別層（４）が前記
島層（２）に配置されるか又は中間層（５）を介して前
記島層（２）の近傍に配置されており、前記試料（７）
に添加されるかまたは前記発光センサー（１）中に存在
する第１の発光系（９）が使用され、この第１の発光系
（９）が被測定検体（８）と選択的に結合するようにな
っていると共に、前記バイオ識別層（４）が前記被測定
検体（８）と前記試料（７）に添加されるかまたは前記
発光センサー（１）中に存在する第２の発光系（９*）
とのいずれにも少なくとも間接的に結合できるようにな
っていて、前記両発光系（９、９*）の少なくともいず
れか一方の発光スペクトルが前記島層（２）の近傍にお
いて有意な変化を呈すると共に前記両発光系（９、
９*）の発光放射強度の検出装置（１３、１４）が設け
られていることを特徴とする光化学測定装置。 - 【請求項２】 前記両発光系（９、９*）の少なくとも
一方が、量子収率７０％以下の１個の発光体を有し、こ
の収率が前記島層（２）の近傍において顕著に増加する
請求項１に記載の光化学測定装置。 - 【請求項３】 前記両発光系（９、９*）の少なくとも
一方が結合した２個の分子を有していて、これら分子の
少なくとも一方が発光体で、他方が前記発光体の発光を
消滅する分子であって、発光消滅が前記島層（２）の近
傍では中止される請求項１に記載の光化学測定装置。 - 【請求項４】 前記両発光系（９、９*）の少なくとも
一方が発光体を有していて、これら発光分子が強い自己
消光をもたらす高い空間密度を有しており、この自己消
光が前記島層（２）の近傍では中止されるようになって
いる請求項１に記載の光化学測定装置。 - 【請求項５】 前記両発光系（９、９*）の少なくとも
一方が空間的に密接した２個の分子を有していて、これ
ら分子が共通の励起および発光スペクトルを有し、放射
光線のスペクトル分布が前記島層（２）の近傍において
有意な変化を呈するようになっている請求項１に記載の
光化学測定装置。 - 【請求項６】 前記島層（２）の近傍またはこの島層
（２）上の前記バイオ識別層（４）が、蛋白質、脂質、
レクチン、核酸または人工リガンドのいずれかで構成さ
れている請求項１〜５のいずれか１項に記載の光化学測
定装置。 - 【請求項７】 前記両発光系（９、９*）が少なくとも
１個の発光マーキングされた抗体（１５）を有してい
て、この抗体（１５）が本来の検体（８）と結合する検
知抗体（１６）と結合可能である請求項１〜６のいずれ
か１項に記載の光化学測定装置。 - 【請求項８】 前記両発光系（９、９*）が、トリフェ
ニルメタン染料群ならびに同素環式、複素環式の芳香族
炭化水素群から構成される少なくとも１個の蛍光体であ
って、 − アミノ−トリフェニルメタン染料：マラカイトグリ
ーン、フクシン、クリスタルバイオレット、 − フタレイン：フルオレセイン、エオシン、 − 同素環式芳香族炭化水素：ピレン、ペリレン、ベン
ゾ（ジ）ペリレン、コロネン、アントラセン、フェナン
トレン、 − 複素環式芳香族炭化水素：クマリン、アクリジン、
カルバゾール、キノリン、トリフェニルアミン、イミダ
ゾール、ポルフィリンおよびポルフィリンケトン、ジイ
ミン・リガンドを有する遷移金属錯体、 から選択される少なくとも１個の蛍光体を有する請求項
１〜７のいずれか１項に記載の光化学測定装置。 - 【請求項９】 前記島層（２）の島（３）が、金または
銀で構成されると共に１００ｎｍ以下の直径を有する請
求項１〜８のいずれか１項に記載の光化学測定装置。 - 【請求項１０】 試料中に存在する少なくとも１種類の
検体の濃度の光化学測定方法であって、 ａ）前記試料をセンサーのバイオ識別層と接触させ、こ
のバイオ識別層が導電性材料により構成される島を有す
る少なくとも１つの島層上に配置されているか又はその
島層の直接の周囲に配置されていて、 ｂ）前記試料を第１の発光系および第２の発光系に接触
させ、 ｃ）前記第１の発光系と前記検体との結合およびこの検
体と前記バイオ識別層との結合を可能とし、 ｄ）前記第２の発光系と前記バイオ識別層との結合を可
能にすると共に、前記両発光系の少なくとも一方の発光
系の発光スペクトルを、前記島層近傍において有意な変
化を呈させ、 ｅ）前記第１および第２の発光系の励起に適した励起光
線を、少なくとも１つの島層中に照射し、 ｆ）前記第１および第２の発光系から放射された発光放
射を検出すると共に、得られた測定値から検体濃度を推
定する、 ことを特徴とする光化学測定方法。 - 【請求項１１】 前記ｅ）において、第１および第２の
発光系の励起が励起光線のエバネッセント成分で行なわ
れる請求項１０に記載の光化学測定方法。 - 【請求項１２】 前記ｆ）において、前記両発光系の発
光強度を検出し、これらの発光強度の比から検体濃度を
決定する請求項１０又は１１に記載の光化学測定方法。 - 【請求項１３】 前記ｆ）において、少なくとも一方の
発光系の放射発光のスペクトル分析を行うと共に、この
スペクトルの変化から検体濃度を推定する請求項１０又
は１１に記載の光化学測定方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP96890047A EP0795752B1 (de) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | Optochemisches Verfahren und Messanordnung zur Messung der Konzentration eines Analyten |
| DE96890047:2 | 1996-03-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09329603A JPH09329603A (ja) | 1997-12-22 |
| JP2826725B2 true JP2826725B2 (ja) | 1998-11-18 |
Family
ID=8226195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9058211A Expired - Lifetime JP2826725B2 (ja) | 1996-03-13 | 1997-03-13 | 光化学測定装置および測定方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0795752B1 (ja) |
| JP (1) | JP2826725B2 (ja) |
| DE (1) | DE59607877D1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004027957A1 (de) * | 2004-06-08 | 2005-12-29 | Carl Zeiss Jena Gmbh | Verfahren und Anordnung zur Untersuchung der Wechselwirkung von Biomolekülen |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4174384A (en) * | 1975-06-30 | 1979-11-13 | Syva Company | Fluorescence quenching with immunological pairs in immunoassays |
| WO1980002076A1 (en) * | 1979-03-19 | 1980-10-02 | Diagnostic Techn Int Inc | Double tagged immunoassay |
| GB8423204D0 (en) * | 1984-09-14 | 1984-10-17 | Comtech Res Unit | Assay technique and equipment |
| US5171695A (en) * | 1986-08-06 | 1992-12-15 | Multilyte Limited | Determination of analyte concentration using two labelling markers |
| GB8827853D0 (en) * | 1988-11-29 | 1988-12-29 | Ares Serono Res & Dev Ltd | Sensor for optical assay |
| EP0598003B1 (en) * | 1991-07-22 | 1999-02-10 | Kloehn Instruments, Ltd. | Substrate for surface-enhanced analytical procedures, and substrates prepared for specific procedures |
| AU662169B2 (en) * | 1991-10-31 | 1995-08-24 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Exciplex-based sensors and methods for sensing |
| GB9326451D0 (en) * | 1993-12-24 | 1994-02-23 | Multilyte Ltd | Binding assay |
| AT403746B (de) * | 1994-04-12 | 1998-05-25 | Avl Verbrennungskraft Messtech | Optochemischer sensor sowie verfahren zu seiner herstellung |
-
1996
- 1996-03-13 DE DE59607877T patent/DE59607877D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-03-13 EP EP96890047A patent/EP0795752B1/de not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-03-13 JP JP9058211A patent/JP2826725B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0795752A1 (de) | 1997-09-17 |
| DE59607877D1 (de) | 2001-11-15 |
| EP0795752B1 (de) | 2001-10-10 |
| JPH09329603A (ja) | 1997-12-22 |
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