JP3451088B2 - 膜を有さず試薬の移動を制御する診断用装置および器具 - Google Patents

膜を有さず試薬の移動を制御する診断用装置および器具

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JP3451088B2
JP3451088B2 JP50069294A JP50069294A JP3451088B2 JP 3451088 B2 JP3451088 B2 JP 3451088B2 JP 50069294 A JP50069294 A JP 50069294A JP 50069294 A JP50069294 A JP 50069294A JP 3451088 B2 JP3451088 B2 JP 3451088B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は出願中の米国特許出願第07/887526号（1992
年５月21日出願）の一部継続出願であり、ここから優先
権が主張されている。
発明の分野 本発明は１またはそれ以上の測定物の定性的、半定量
的および定量的測定を含むアッセイを１個の試験系で行
うための装置に関する。従来技術のアッセイ装置と異な
り、ここへ開示した本願発明のアッセイ装置は湿気を吸
収しやすい紙類や膜類を用いない。本願発明の装置は、
試薬を移動させるため溝付き表面、毛細管を単独または
様々に組み合わせて含有する規定された表面を使用する
ことによる。本発明の装置は、装置内部における試薬の
制御され、時間の設定された移動方法を提供し、正確な
ピペッティングの必要性がない装置を提供する。本発明
のコンセプトおよび装置は特に環境および産業の液体、
例えば水、および生物学的流体および生成物、例えば
尿、血液、血漿、血清、骨髄液および羊水等のイムノア
ッセイを行うのに有用である。
発明の背景 長年、生物的、環境的および産業的液体中に目的とす
る標的リガンドの存在を迅速に検索するため、多くの簡
略化した試験系がデザインされきた。このようななかで
最も簡単な形態のひとつにいて、アッセイ系および装置
は通常、標的リガンドと反応して視覚的応答を与える試
薬と、この試薬がこれを通って流れる吸収紙または膜と
を含有していた。紙製品、グラスファイバー類およびナ
イロンは通常装置の吸収材として用いられていた。ある
場合には、吸収材の試薬を含有している部分が物理的に
または毛細管現象によって標的リガンドを含有するサン
プルと接触するようにされていた。この接触はさまざま
な方法で達成されていた。最も一般的であったのは、水
性サンプルが多孔性ポリエチレンまたはポリプロピレン
のごとき多孔性もしくは吸収性材料、または膜を毛細管
現象によって通過させ、この多孔性または吸収性材料の
試薬を含有している部分へ移動させるものである。その
他の場合には試薬は試験装置の外でプレミックスしてお
き、最終的に信号を発生させるために吸収性材料に添加
する。
市販されている診断用製品は濃縮ゾーン法（concentr
ating zone methodology）を用いたものである、これら
の製品のうち、アイコンＲ（ICONR）（ハイブリテック
・インコーポレイテッド）、テストパックTM（TESTPACK
TM）（アボット・ラボラトリーズ）またはアクレベルＲ
（ACCULEVELR）（シバ・コーポレイション）のごときも
のは、免疫吸収性（immunosorbing）または捕捉ゾーン
を多孔性材料の内部に有し、ここへは特異的な結合対の
一方が固定化されている。多孔性材料の表面はまた、１
またはそれ以上の信号現像系の素子を有するように処理
してもよい。これらの装置には、液体を免疫吸収性ゾー
ンを通って汲み上げ、液体サンプルと試薬を吸収し、免
疫吸収性ゾーンから汲み上げられる液体の速度を調節す
る働きをする液体吸収ゾーンがある。この液体吸収ゾー
ンは免疫吸収性ゾーンの外側の多孔性材料の付加的部分
であるかまたは免疫吸収性ゾーンと毛細管でつながって
いる吸収性物質である。多くの市販の装置およびアッセ
イ系はまた、免疫吸収性ゾーンへの信号発生材の非特異
的結合をなくし、サンプル中の標的リガンドの存在また
はその量が多孔性材料の適当なゾーンの信号を読み取る
ことにより測定できるようにするために洗浄する操作を
含む。
本明細書に開示する装置は湿気を吸収しやすいまたは
多孔性の材料、すなわち膜やその類似物を試薬固定の基
質としてまたは装置内における試薬の流動を制御するた
めに含有しない。例えば、診断用装置内の膜の不利益
は、微視的および巨視的スケールの両方において膜の生
産が容易に再現できない点である。このため、診断用装
置が非特異的結合性および流動性において異なったもの
となる。本発明のタイムゲートはしかしながら、膜内に
はめ込んで、または装置内で膜とともに用いることがで
きる。膜は非特異的結合を受けやすく、これがアッセイ
の感受性の下限を上げる。米国特許第4879215号、第494
5205号および第4960691号に記載されたごときイムノク
ロマトグラフアッセイ系の場合、診断用エレメントとし
て膜を用いるためには試薬が膜を通って均等に流動する
必要がある。イムノクロマトグラフアッセイにおけるア
ッセイ用試薬の不均一な流動による問題は米国特許第47
56828号、第4757004号及び4883688号（これらは参考と
して本明細書に含まれる）に記載されている。これらの
特許は湿気吸収材料の長方向の端を変化させて進行先端
部分の形状を制御することを教示する。本願発明の装置
はこのような問題の多い膜の使用を、溝付き表面、毛細
管現象、タイムゲート、チャンネルを含む新規な毛細管
部品および新規な流体流動制御材を単独、または様々に
組み合わせて含有し、これらのすべてが非吸収性材料で
形成されている、限定された表面を用いることにより回
避するものである。本発明の好ましい態様において、診
断用エレメントの毛細管チャンネルはアッセイ試薬の流
動に対して垂直な溝で構成される。溝付き表面は射出成
型により製造され、装置内の試薬の流動を制御するのに
十分な再現性がある。
従来技術のアッセイ装置およびアッセイ系の、サンプ
ルと試薬の担体として吸収性材料を使用することの制限
を含む制限に加えて、アッセイ装置は一般に数多くの操
作が必要であり、これには研究室の設備において比較的
熟練した使用者が行う必要がある臨界的なピペッティン
グステップも含有する。このため、ワンステップのアッ
セイ装置および系であって、装置内の試薬の流動の制御
に加えて装置内の特定領域への試薬の流動のタイミング
を制御するものが必要とされている。さらに、臨界的な
ピペッティング操作を必要としないで半定量的および定
量的な測定を行うことができるアッセイ装置が所望され
ている。本発明の装置および方法はこれらの要求および
その他のことを、精密なサンプルのピペッティング操作
が必要のない、吸収性材料を使用しない、新規なタイム
ゲートと呼ぶ部品を装置内の試薬の移動を制御するため
に有しそして定量的アッセイが可能である装置を提供す
ることによって達成するものである。
定義 請求の範囲および明細書の説明において、以下の語は
以下に示すことを意味する。
標的リガンド−１またはそれ以上のレセプターに対す
る結合パートナー。
リガンド−あるリガンドレセプターに対する結合パー
トナー。
リガンドアナログ−標的リガンドの化学的類縁体であ
って共有結合または非共有結合のどちらかによって多の
物、例えば信号現像材に結合するもの。リガンドアナロ
グおよび標的リガンドは同じであってもよく両方がレセ
プターに結合できるものであってもよい。
リガンドアナログ共役物−リガンドアナログと信号現
像エレメントの共役物； 信号現像相−信号を現像する信号現像エレメント例え
ば酵素基質溶液を含む材料を含有する相。
レセプター−化学的または生化学的な物質であって標
的リガンドと反応あるいは結合することができるもの、
代表的には抗体、結合フラグメント、相補的ヌクレオチ
ド配列またはキレートがあるが、アッセイがレセプター
を標的リガンドとして検索するようにデザインされてい
る場合にはリガンドとなる場合もある。レセプターには
また酵素または化学試薬であって特異的に標的リガンド
と反応するものも含む。
リガンドレセプター共役物−リガンドレセプターと信
号現像エレメントとの共役物。
信号現像エレメント−アッセイの結果としての信号
を、直接もしくは間接に可視的または機器分析可能なよ
うにするエレメント。レセプター類とリガンドアナログ
類は、共有結合または非共有結合のいずれかにて信号現
像エレメントに結合して共役物を形成してもよい。リガ
ンドアナログ共役物またはレセプター共役物のエレメン
トは、信号現像相と共に検出可能な信号を現像する、例
えば酵素である。
反応混合物−標的リガンドを含有していることが予測
されるサンプルと、サンプル内の標的リガンドの存在ま
たは量を計測するための試薬の混合物であって、例えば
リガンドアナログ共役物またはレセプター共役物をい
う。本明細書で用いる反応混合物には標的、サンプルも
しくは添加物（例えば血清アルブミン、ゲラチン、乳タ
ンパク質）の成分であるタンパク質性成分を含んでもよ
い。
リガンド補体−リガンドアナログ共役物、レセプタ
ー、リガンドアナログ骨格または信号現像エレメントを
標識するのに用いる特殊なリガンド。
リガンド補体レセプター−リガンド補体に対するレセ
プター。
リガンドアナログ−リガンド補体共役物−リガンドア
ナログ、リガンド補体および信号現像エレメントからな
る共役物。
捕捉効率−反応混合物内の単数または複数の成分、例
えばリガンドアナログ共役物またはレセプター共役物の
診断用エレメントの捕捉ゾーンへの結合効率。
捕捉ゾーン−診断用エレメント上の反応混合物の少な
くとも１成分、例えばリガンドアナログ共役物またはレ
セプター共役物を結合する領域。
毛細管現象−毛細管である状態もしくは毛細管作用を
示す状態。毛細管作用は固体表面または液体表面もしく
はその両方により影響を受ける。
バイオセンサ−電気化学的、光学的、電気光学的また
は音響／機械装置であって標的リガンドの存在もしくは
量を測定するのに用いられるもの。例えば、電気化学的
バイオセンサは電位差および電流の測定を利用し、光学
バイオセンサは吸光、蛍光、ルミネセンスおよび消失波
を利用する。音響／機械バイオセンサはピエゾ電気結晶
共振、表面の音響波およびフィールド効果トランジスタ
ー、化学的フィールド効果トランジスター及び酵素フィ
ールド効果トランジスターを利用する。バイオセンサは
レセプター結合作用が生じた溶液の物理的変化を検出す
ることもできる。例えばバイオセンサは抗原の結合に伴
うラテックス粒子の凝集度の変化を検出でき、またレセ
プター結合作用に応じた溶液の粘性の変化を検出するこ
ともできる。
図面の説明 図１は本発明の装置を上から透視した部分概略図であ
る。
図1aはサンプル添加槽、サンプル反応障壁、反応室、
タイムゲートおよび診断用エレメントのはじまりの領域
を詳しく示し、装置の相互関係を透視的に示す部分概略
図である。
図1bは任意の試薬供給槽、サンプル添加槽、サンプル
反応障壁、反応室、タイムゲートおよび診断用エレメン
トのはじまりの領域を詳しく示し、相互の位置関係を透
視的に示す部分概略図である。
図1cはサンプル添加槽および反応室に流体接触してい
る任意の試薬供給槽の領域を詳しく示し、装置の相互関
係を透視的に示す部分概略図である。
図1dは流動制御部品の断面透視図を示す部分概略図で
ある。
図２は先に混合した反応混合物を添加する場合に用い
られる本発明の第２の装置を示す透視的部分概略図であ
る。
図３は捕捉ゾーンの配置例のいくつかを示す診断用エ
レメントを上からみた部分概略図である。
図４は使用済み試薬槽の透視的部分概略図である。
図５は円柱状または曲がっている対向表面を有する装
置の具体例の部分概略図である。
図６はタイムゲートを上からみた図である。
図７は好ましいタイムゲートの代表的な寸法を示す。
図８は配列したタイムゲートの上からみた図８であ
る。
発明の要旨 本発明のアッセイ用装置、アッセイ系および装置の部
品は少なくとも２面の、向い合った表面であって毛細管
の距離だけ離れて配置されている表面を有し、少なくと
もそのうちの１つは少なくとも１の標的リガンドまたは
共役物を、流体サンプルから得たサンプル内の標的リガ
ンドの存在またはその量に関連した量を、そこへ、その
内部をおよびその外を流体が移動するのを制御されてい
るゾーン内に固定化することができる。本発明の装置の
部品は膜を用いた従来のアッセイ装置に取り込むことが
可能であり、またここへ記載し、また請求の範囲とした
膜のない装置へ使用してもよい。これらの部品には流動
制御部品、計測部品、タイムゲート、ピペッティング操
作を無くす部品、および一般に流動、タイミング、分
配、インキュベーション、分離、洗浄およびアッセイ系
の他の操作を含む。
発明の詳細な説明 本発明は少なくとも１の標的リガンドの存在もしくは
量を測定するための診断用試験装置に関する。図１は本
願発明の装置10の好ましい具体例を示す。概して、本発
明の装置は厚さ約2mmから15mm、長さ約3cmから10cmそし
て幅約1cmから4cmである。寸法はアッセイの目的によっ
て調節すればよい。図１に示したのは本発明の装置の一
つの態様であり、一般的な本発明の装置のいくつかの特
徴およびここに記載し、請求の範囲とした装置の部分を
示す。装置10はさまざまなエレメントからなる、すなわ
ちサンプル添加ゾーン１、サンプル添加槽２、サンプル
反応障壁３、反応室４、タイムゲート５、診断用エレメ
ント６および使用済み試薬槽７である。装置には上部部
材８が底部部材９の上に毛細管の距離だけ離れて置かれ
た場合に形成される毛細管チャネルを含有し、これが試
薬とサンプルを装置中くまなく移動させる。上部および
底部部材は結合させてもよく、これに限られるわけでは
ないがにかわづけ、超音波による溶接、鋲打ちおよび類
似の方法を含む技術により様々な室が密閉されおよび毛
細管が形成される。装置のエレメントは様々な組み合わ
せで診断用エレメント６と共に用いて様々な所望の機能
を発揮させることができる。当業者であれば、これらの
エレメントは一段階または多段階アッセイを行うのに結
合可能であることを認識するであろう。装置10はまた、
アッセイ工程のために反応混合物を作成するのに用いて
もよい。図２に示した装置20は先に混合した反応混合物
を標的リガンドの存在またはその量に関連する信号を発
生させるために添加して用いてもよい。
任意の試薬室17を装置10又は20の内部に図1bおよび1c
に描かれたように取り込んでもよい。装置10および20は
さらに図1dに示すごとき流動制御部18と共に用いてもよ
い。
これらに限定されるものではないが本願発明の主要部
は:1）膜のごとき吸湿性材料を構成要素としない診断用
エレメント、２）サンプルまたは反応混合物の体積を制
御する装置、３）タイムゲート、４）新規な毛細管部
品、ここではフィンガー（fingers）と呼ぶ、５）新規
な流動制御部、ここではしばしば「ギャップ」と呼ばれ
る、そして６）使用済み試薬槽であって試薬の逆流を防
止するもの、を含有する。当業者はこれらのエレメント
類がそれぞれ独立して新規で自明でなく、そしてさまざ
まな組み合わせで診断用装置に取り込まれ、当業者に知
られている他のエレメントと組み合わせ、新規な自明で
ない診断試験装置が得られ従来実現できなかった利益を
得ることを認識するであろう。
装置10および20の各エレメントをそれぞれ別個に説明
し、その後本発明の装置の代表的な説明をする。
サンプル添加ゾーン 図１および２を参照のこと。装置10および20のサンプ
ル添加ゾーン１はサンプルが装置へ導入される領域であ
る。サンプル添加ゾーン１は様々な形状すなわち、円
形、楕円形、矩形および類似の形状の受け口であってよ
く、またはこのゾーンは装置内のトラフであってもよ
い。
サンプル添加槽 図１および２を参照のこと。サンプル添加槽２はサン
プルを受ける働きをする装置の１エレメントである。図
１を参照すると、サンプル添加槽２の体積は少なくとも
反応室の体積もしくはそれより大きくなくてはならな
い。サンプル添加槽２は毛細管空間であってもよく、ま
たは開口トラフであってもよい。さらに、フィルターエ
レメントをサンプル添加槽２の内部または上部に設けて
サンプルから粒子を濾別し、または血漿が装置内を移動
するように血液から血液細胞を濾別してもよい。好まし
い具体例においては、サンプル添加槽２の体積もしくは
容積は反応室４の１から５倍の体積である。概して、こ
の槽２の体積もしくは容積としては、過剰なサンプルが
診断用エレメント６を洗浄するために用いる場合に、ア
ッセイ工程中に発生する非結合試薬を診断用エレメント
６から完全に除くために必要とされる十分なサンプルの
体積を選択する。この槽２はさらにあるアッセイ系に用
いられる乾燥した試薬を有していてもよい。例えばこの
槽２内に界面活性剤を乾燥させ、これがサンプルが添加
されたときに溶解するようにしてもよい。サンプル中の
界面活性剤はサンプルおよび反応混合物の移動におい
て、液体の表面張力を低下させることによって移動を補
助する。サンプル添加槽２は一般にサンプル反応障壁−
３（図１）または診断用エレメント６（図２）と直接流
体接触している。
サンプル反応障壁 図１に画いたように、サンプル反応障壁３はサンプル
添加槽２内のサンプルを反応室４内の反応混合物から隔
てている。サンプル反応障壁は、正確な反応混合物体積
を形成することができるよう、装置内に配置することが
望ましい。反応混合物の正確な体積は一般に半定量的ま
たは定量的な結果が所望されている場合には必要であ
る。このようにサンプル反応障壁がその内部にサンプル
が流動することのできる正確な体積の反応室を形成する
ため、装置に対するサンプルの正確なピペッティング操
作が不要である。サンプル反応障壁３は、反応室４内で
生じる反応はサンプル添加槽２内の過剰のサンプルから
隔てるのが好ましいことから、所望される。サンプル反
応障壁は細い毛細管、概ね約0.01mmから0.2mの範囲のも
のを有し、これらの毛細管の表面は滑らかまたは、１個
の溝または一連の、サンプルの流動に平行な溝もしくは
垂直な溝を有するものであり得る。サンプル反応障壁３
の好ましい具体例において、図1aを参照して、溝12はサ
ンプルの流動に平行であり、毛細管の距離、例えば0.02
mmから0.1mm、他の表面から離れている装置の１つの表
面に取り込まれている。サンプル反応障壁３（図1a）を
満たすサンプルの体積は最小となるように保ち、反応室
４の体積の0.01％から10％にして、反応室４の試薬が実
質的にサンプル供給槽２内のサンプル中に逆拡散しなよ
うにすべきである。すなわち反応混合物の過剰のサンプ
ル内への逆拡散は最小に保って、反応混合物内で生じる
化学的または生化学的反応が実質的にサンプル供給槽２
内の過剰のサンプルに影響されないようにすべきであ
る。溝の深さは約0.01mmから0.5mmの範囲、好ましくは
約0.05mmから0.2mmの範囲とすることができる。１本以
上の溝がこのエレメントに用いられる場合、このエレメ
ントにおける溝の数は代表的には1cmあたり10〜500本、
好ましくは1cmあたり約20〜200本である。サンプル添加
槽２から毛細管作用によって溝12を越えてサンプルが流
動し、そして反応室４内へ達する。さらに好ましい具体
例においては、溝、以下「フィンガー」16が溝12または
サンプル反応障壁３の毛細管空間と流体接触している反
応室４の壁内にある。これらのフィンガー16は代表的に
は0.5mmから2mmの幅、好ましくは1mmから1.5mmの幅であ
り、代表的には0.1mmから1.5mm、好ましくは約0.2から1
mmの深さである。反応室４の壁内のフィンガー16は、反
応室４内へのサンプルの毛細管内の流動を補助する。す
なわち、フィンガーは流体を毛細管作用の比較的高いの
毛細管から毛細管作用の比較的低い毛細管へと移動させ
る。従ってサンプル反応障壁にある毛細管は概してより
細くそして反応室の毛細管または空間より大きな毛細管
作用を示す。この毛細管作用の違いはサンプルもしくは
流体の装置内における流動をサンプル反応障壁毛細管内
で停止させる原因となり得る。おそらく、フィンガーは
流体の表面張力を２本の毛細管もしくは空間の界面にて
撃ち破り、そのために、流体がより低い毛細管作用の毛
細管もしくは空間内へ移動できることになるものである
と考えられる。フィンガーの使用をを装置内の液体を高
い毛細管作用の毛細管から低いものへ移動させる必要が
ある箇所のすべてへあてはめることができることが認識
される。実際に、液体の流れの方向が細い毛細管（高い
毛細管作用）から、より広い毛細管（低い毛細管作用）
である場合にこれは通例のことである。サンプル反応障
壁の頭頂部表面をさらに、アッセイにおいて使用される
試薬を固定化するのに用いて、サンプル反応障壁を越え
て流れるサンプルが、試薬を溶解し、そして反応室に移
動するようにしてもよい。サンプルおよび試薬の反応室
内への移動は混合方法としても作用する。
反応室 図１を参照のこと。サンプルは反応室４内へサンプル
反応障壁３から移動する。装置10の試薬は、好ましくは
反応室４内に、例えば乾燥したまたは親油化粉末として
配置し、サンプルが反応室４内に入ったときにすみやか
に試薬として再構築されるようにする。反応室４の体積
は反応混合物の体積を規定するサンプルの体積である。
反応室は２側面で密閉されていてもよく、例えば上部お
よび底部部材を超音波溶接により密閉されていてもよ
い。こうして、サンプル添加ゾーン１における装置10へ
のサンプルの分配においては正確なピペッティング操作
により反応混合物の体積を決定することが不要となる。
反応混合物を混合する混合装置をまた反応室エレメント
４と共に有していても良く、これには例えば米国特許願
第711621号、1991年６月５日出願（これは参考として本
明細書に含まれる）に記載されたものが挙げられる。毛
細管の力および多分サンプル添加槽２内のサンプルによ
る水圧の力によりサンプルは反応室４を満たす。反応室
４の床は滑らかであってもサンプルが反応室４内に入る
のを補助するための溝をつけたものであってもよい。反
応室４の体積、およびこれにより定まる反応混合物の体
積は、試薬に適応し、所望のアッセイの感受性を与える
体積とすればよい。反応室４の形状は反応室からの反応
混合物の移動が乱れないように、そして反応室４からの
移動の結果として渦巻きが生じるようなことのないよう
に決定すべきである。反応室４の好ましい形状は図１に
示した。反応室４の深さは室の幅に合わせて、所望の反
応混合物の体積を得るようにすべきである。反応室の深
さは約0.05mmから10mm、好ましくは0.1mmから0.6mmの範
囲であってよい。反応室の特定の体積に合わせるため、
反応室の長さおよび幅を調節し、深さは実際に可能な限
り浅く保持すべきである。反応室４はサンプル反応障壁
３および診断用エレメント６またはタイムゲート５と直
接流体接触している。さらに、反応室４は図1bおよびｄ
に示したごとく任意の試薬槽17と直接液体接触していて
もよい。
好ましい反応室の具体例は反応室の底から診断用エレ
メントの表面までのびる傾斜路を用いる。傾斜路は液体
が装置を移動する際の反応混合物のサンプルとの混合お
よび渦巻きの発生が反応室と診断用エレメントの界面で
生じるのを防止する。こうして、傾斜路は反応室を出て
診断用エレメント上へゆく液体のスムーズな転移を可能
にする。傾斜路の長さは反応室の各深さによって最適化
されるべきであるが、概してこの傾斜路は角度が反応室
の床に対して25から45度の間である。
タイムゲート 図1a参照のこと。タイムゲート５は反応混合物を反応
室内に規定された時間の間保持する。タイムゲートのコ
ンセプトは、水性が優勢である溶液は十分疎水性のゾー
ンを、当該ゾーンが十分親水性とされるまで通過できな
いことである。さらに、この疎水性ゾーンは疎水性ゾー
ンへの水溶液の成分の結合によって親水性とされる。十
分に疎水性のゾーンは一般に、毛細管内の空間である。
タイムゲートを越えてまたは通って流体の移動する推進
力は該空間の毛細管作用またはサンプルの水圧もしくは
これらの力の組み合わせである。反応混合物を反応室４
内に保持することが要求されている時間の合計はアッセ
イ工程に関係するものであり、アッセイ工程の結果とし
て反応室４内で発生する反応はサンプル中の標的リガン
ドの存在または量を反映する。よってタイムゲート５は
反応混合物から診断エレメント６上の流動を遅らせる。
タイムゲート５は、親水性液体、例えば水溶液や誘電率
が少なくとも40のものが毛細管チャンネル内の十分疎水
性の障壁を通過できないという原理により反応混合物の
流動を遅らせる。タイムゲートをデザインし、構築する
にあたって、ネイテイブプラスティック類およびエラス
トマー類（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレ
ン、ポリアクリレート、シリコンエラストマー類および
これらの類似物）やシリコンチップ表面または金属表面
に見られるような疎水性表面上の、滑らか、溝ありまた
はテクスチャーのいずれかの表面から介しし、毛細管を
疎水性または親水性であってよく、滑らか、溝ありまた
はテクスチャーであってよい対向する表面により形成す
る。毛細管内の疎水性表面はそのうえに一般に水性の溶
液に可溶な成分（類）を結合することができる微視的表
面領域を有する。親水性の性質およびこの成分（類）の
反応混合物内濃度およびタイムゲートのすべての表面の
面積がタイムゲートの機構に影響を及ぼす。タイムゲー
トが反応混合物を保持する時間の合計は反応混合物から
疎水性障壁へある成分（類）が結合する速度に関連す
る。反応混合物からこの成分（類）が結合すると疎水性
障壁を十分親水性なゾーンに変え、これを越えてまたは
通過して反応混合物が流動できるようになる。充分に親
水性な表面を形成した後はタイムゲートが装置中にまる
で存在しなかったかのように流体は流動できる。こうし
て装置の他の部分の流体流動は一旦タイムゲートが親水
性になれば影響を受けることがない。流動遅延部品取り
込んだ他の装置が、例えば米国特許第4426451号および
第4963498号（これらは本明細書に参考としてのみ含ま
れる）に記載されているが、流体を流動させるために外
部から操作する必要があるかまたは流体流動を遅らせる
ために毛細管構造を利用する。後のほうの場合におい
て、流体流動を遅れさせるために用いる毛細管構造は装
置内のその他の部分を通る流体流動にも影響を及ぼす。
好ましい具体例において、例えば、タイムゲート５は
ラテックス粒子15（図1a、縮尺は不正確である）で構成
されていてもよく、これは例えば直径約0.01μｍと10μ
ｍの間のポリスチレンラテックス、またはポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ポリエステルおよび類似物のような
疎水性高分子のごときものであり、装置上の反応混合物
が通過しなくてはならない適当なゾーン内へ導入され
る。他の好ましい具体例において、タイムゲートはイン
クもしくは長鎖脂肪酸のごとき疎水性化学製品または疎
水性デカル（decal）を所望のゾーンに適応して作成し
てもよい。疎水性化学製品またはデカルは一般に反応混
合物に不溶性であるかほとんど溶解しない。またこの他
の好ましい具体例において、タイムゲートはまた親水性
表面を疎水性表面に変えることによって作成してもよ
い。例えば、プラズマ処理により親水性となった疎水性
表面は溶媒、紫外線光または熱および類似物によって疎
水性に戻すことができる。これらの処理は親水性のプラ
ズマ改変表面の分子構造を変えるように働き、疎水性の
形態に戻す。
疎水性ゾーンに結合する反応混合物中の成分（類）は
様々なタンパク質、ポリペプチド、ポリマーまたは洗浄
剤であってよい。好ましいタンパク質はウシ血清アルブ
ミンである。タイムゲート５によってもたらされる時間
の遅れは、この成分（類）、例えば、ウシ血清アルブミ
ン、これは疎水性ゾーン、例えばラテックス粒子15によ
って作成された表面領域に結合する、の濃度に依存す
る。他の好ましいタイムゲート５の具体例は、疎水性で
あり、反応混合物の緩衝作用液に暴露されると親水性と
なる、多価電解物を用いる。タイムゲート５は例えばプ
ロトン化体である場合には疎水性であるポリアクリル酸
を有していてもよい。反応混合物が、もしポリアクリル
酸のpKa以上で緩衝されている場合には酸基が脱プロト
ン化され、親水性のポリマーの塩が形成される。この場
合、時間の遅れは反応混合物の多価電解物の量およびpH
および緩衝能に依存する。
タイムゲートの形態または形状は液体が越えてもしく
は通って通過するタイムゲートの領域に大きく影響を及
ぼす。すなわち、タイムゲートは流体流動の方向をタイ
ムゲートの特定領域を通るようにデザインすることがで
きる。液体をタイムゲートの規定された領域を通過する
ように導くことにより、時間遅延の再現性が改善され
る。図６は代表的なタイムゲートの形態を示す。例え
ば、図６に示したように、タイムゲートａ〜ｄはデザイ
ン中にＶ字型を有している、より詳しくは、タイムゲー
トの長さ（タイムゲートを通過するために液体が横切る
または通り抜けなくてはならない距離として規定する）
は、Ｖ字の先端におけるほうがタイムゲート本体におい
てより短い。従って、好ましい態様において、流体はそ
の長さが最も短い位置でタイムゲートを横切りもしくは
通り抜け、これによってタイムゲートを通りぬける流体
流動を一定の状態に制御することができる。一般的にタ
イムゲートを越えるもしくは通る液体の流れの方向は、
図６の反対向の矢印にて示されている。好ましい具体例
において、図６のタイムゲートｂ、ｃおよびｄの方向
は、最初に流体がタイムゲートのＶ字型部分よりは平面
部分に接触する向きである。換言すると、図６のタイム
ゲートｂ、ｃおよびｄに対する好ましい流れの方向は上
向き矢印で示される方向である。タイムゲートがただの
線である場合、例えば図６のタイムゲートｅおよびｆの
ような場合に、タイムゲートを越えるもしくは通り抜け
て通過する流体流動はタイムゲート上のいずれの点でも
起こり得る。従って、タイムゲートの一定の領域を越え
るもしくは通るように液体の流れを制御する形態を有す
るタイムゲートが好ましい。例えば、長さが約1.3mmか
ら0.13mmの範囲のタイムゲートは表面の間の距離が約0.
018mmである場合に、得られる時間の遅れがそれぞれお
よそ0.3分から5.5分である。タイムゲートがＶ字型であ
る場合、Ｖ字の先端におけるタイムゲートの距離は、そ
のタイムゲートのＶ字の他の部分の距離より桁違いに小
さい；すなわち、Ｖ字のアーム部分はＶ字の先端部分の
大体２から５倍の長さを有する、この例は図７のタイム
ゲートａに図示している。図７のタイムゲートｂはタイ
ムゲートの残りの領域と比較すると、Ｖ字の先端部のタ
イムゲートのほんの小さな領域のみが横切られもしくは
通過される。タイムゲートは毛細管もしくは空間の幅に
またがって、液体の全先端部がこのタイムゲートと接触
するようにすべきである。もしタイムゲートの幅が例え
ば診断用エレメントほど広くなければ、液体の先端はタ
イムゲートを迂回するであろう。すなわち、タイムゲー
トは遅延時間の間、液体を密封するべきである。
図１を参照、当業者には、各装置10には１またはそれ
以上のタイムゲートを導入して所望の装置機能を達成す
ることが可能であることが理解されるであろう。図８は
図６のタイムゲートのいくつかを配列した例である。例
えば、次ぎの段落、任意の試薬室で述べるように、連続
添加イムノアッセイをこの装置で行うならば、反応混合
物を診断用エレメントへ移動させるのに先立って、２個
のタイムゲートにより２段階のインキュベーション操作
をこの装置で行うことができる。他の実施例において、
１または複数の診断用エレメント６の１または複数の捕
捉ゾーンにある反応混合物のインキュベーションが必要
な場合、１または複数のタイムゲートをこの１または複
数の捕捉ゾーンの直後に配置すればよい。タイムゲート
のこの使用により、反応混合物内の成分の診断用エレメ
ントの捕捉ゾーンへの結合効率が低い場合でも克服でき
る。
タイムゲートの他の用法には毛細管空間の一部でない
表面にタイムゲートを設置することを含む。例えば、タ
イムゲートは単に毛細管空間を有さない親水性表面で液
体の移動が可能な箇所に設置してもよい。実質的な体積
の液体が表面におかれた場合、表面張力および液体がメ
ニスカスを外部へ押し出す水圧により広がることは一般
的なことである。タイムゲートはここにおいて、液体界
面の前進を、タイムゲート表面の流体静力学的性質によ
り液体の移動を止めることにより遅らせる機能を有す
る。前進する液体のメニスカスがタイムゲートに接触す
れば、液体中の１または複数の成分がタイムゲートに結
合し、表面上を液体が前進し続けるのに十分親水性の表
面を形成する。
さらに他のタイムゲートの具体例にはタイムゲートを
共役物またはレセプターを捕捉するために用いられる膜
の前に設置することを含む。またさらに他のタイムゲー
トの具体例においては、タイムゲートは膜内に疎水性表
面で作成される。これらの場合において、疎水性膜は共
役物またはレセプターを捕捉する膜の前に設置され、そ
して反応室または膜のアッセイの試薬が配置されたまた
は埋め込まれており、試薬が設定時間インキュベートさ
れる部分の後ろに設置されていてもよい。膜内のタイム
ゲートは膜内に生のラテックス粒子を、適当な固体濃
度、約0.01％と10％の間の範囲にて適用して作成しても
よい。ラテックス粒子の大きさは膜の孔の大きさより僅
かに小さく、ラテックスが膜内に埋め込まれるようにす
る。タイムゲートにおける膜内のラテックスの密度は均
一として反応混合物がタイムゲートを迂回しないように
すべきである。例えば、孔のサイズが１μｍの膜に対す
るタイムゲート作成に用いるラテックスサイズは0.05か
ら0.2μｍの範囲である。膜内の孔の大きさの分布は幅
広いため、実際に使用するラテックスの大きさは実験に
より決める必要がある。タイムゲートに用いる膜の疎水
性性質は膜のプラズマ処理または膜に疎水性化学製品も
しくはポリマーを吸収させて処理して得ることができ
る。当業者であれば、ここに開示されたタイムゲートに
関する発明の特徴が、膜を利用した様々な診断用装置に
おいてタイムゲートをデザインするのに利用できること
を認識することができる。すなわち、例えば米国特許第
4435504号、第4727019号、第4857453号、第4877586号お
よび第4916056号および‥‥（これらは参考として本明
細書に含まれる）に記載された装置にタイムゲートを導
入することができ、例えば膜の前または共役物またはレ
セプターを捕捉する膜内に導入すればよい。
任意の試薬室 図1bおよび1c参照のこと。任意の試薬室17は試薬をア
ッセイ工程に導入するのに便利である。一般に、任意の
試薬室17はサンプル添加槽２と、サンプル反応障壁３ま
たは反応室４の受け口を介して、または診断用エレメン
ト６とサンプル反応障壁３もしくは受け口を介して直接
流体接触している。例えば図1bは任意の試薬室17が反応
室４と直接流体接触しているのを示す。導入された試薬
の流動がタイムゲート5aで制御され、フィンガー16が試
薬の反応室４内への移動を補助する。図1cを参照する
と、例えば連続添加イムノアッセイをこの装置で行うな
らば、２つのタイムゲート５と5aにより、そしてフィン
ガー16が試薬の反応室内への移動を補助するであろう。
図1cを参照すると、例えば連続添加イムノアッセイをこ
の装置で行うならば、反応混合物の診断用エレメント６
への移動の前に、２つのタイムゲート５および5aが２つ
の続くインキュベーション操作を任意の試薬室17内、そ
の後反応室４内で行わせる。すなわち、サンプルはサン
プル添加槽２にサンプル添加ゾーン１を通して添加さ
れ、サンプルはサンプル反応障壁３を越えてフィンガー
16の助けにより任意の試薬室17内へ流れ、ここで第一段
階の反応が起こる。タイムゲート5aは適当な時間の後、
試薬をサンプル反応障壁3aを越え、反応室４内にフィン
ガー16の働きにより流動させ、そこで次の段階の反応が
生じる。適当な時間の後、タイムゲート５は反応混合物
を診断用エレメント６上へ流動させる。
流体制御エレメント 図1d参照、任意の流体制御エレメント18は反応混合物
の装置内の流れを制御するようにデザインされている。
より詳しくは、任意の流体制御エレメント18は決まった
体積の反応混合物を診断用エレメント６の捕捉ゾーン上
へ、捕捉ゾーン上での最適な試薬の捕捉ができるような
速度で流動させる。決まった体積の反応混合物を捕捉ゾ
ーンの上へ流動させた後、過剰の試薬の流動速度は増加
してもよい。装置内における異なった流速はギャップ18
を診断用エレメント６の毛細管スペース19の表面の間に
設けることによって得られる。このギャップ18のサイズ
は診断用エレメント６の毛細管スペース19より大きい。
ギャップ18は概して捕捉ゾーンまたは流速を減少させる
必要があるゾーンに続けて設ける。診断用エレメント６
内のギャップ18は従って、調整された体積を有する。ギ
ャップ18の体積は、装置内を移動するのに従って毛細管
現象により反応混合物により満たされる。捕捉ゾーンの
後ろのギャップ18は診断用エレメント６の毛細管スペー
ス18より大きいので、ギャップの始まりにおける毛細管
圧力の急降下は反応混合物のギャップ18内への流速の減
少となり、それゆえ、捕捉ゾーン上の反応混合物の流速
の減少となる。ギャップ18の大きさを変えるとギャップ
内の毛管作用が変わり、捕捉ゾーン上の反応混合物の流
れを変えることになる。非結合試薬を診断用エレメント
６から除く洗浄ステップを有するイムノアッセイの場
合、診断用エレメント６上を流れる洗浄液の流速は診断
用エレメント６上を流れる反応混合物の流速より速いこ
とが所望される、というのはこれがアッセイ時間を遅ら
せるからである。ギャップの形状は多くの形を取ること
ができる。図1dに示したように、ギャップは矩形の角を
有するが、ギャップは台形または三角形のような形状で
あってよく、ギャップ内を流れる間反応混合物の流速を
変えるものであればよい。当業者であれば、これは洗浄
操作が必要ないイムノアッセイにおいても有用であると
認識し得る。
装置内の試薬の流速の制御はまた、試薬の反応の強さ
をモニターするまたはさらに反応が生じる装置の他のゾ
ーンへ試薬が移動する前に、装置内のあるゾーンで化学
反応が生じるように制御するのにも用いられる。例え
ば、いくつかの流体制御エレメントを装置内に導入して
試薬の逐次添加およびインキュベーションが必要なイム
ノアッセイに使用してもよい。すなわち、サンプルは最
初の試薬と接触し、サンプルと最初の試薬との反応時間
を第１のギャップで制御する。第１のギャップが流体で
満たされたら、反応混合物は第２の試薬へ続き、その時
にさらなる化学反応が続いて生じる。この第２の反応を
完了するのに必要な時間もまた、反応混合物が診断用エ
レメント内をさらに流動する前に第２のギャップによっ
て制御することができる。化学的および生化学的反応も
また、ギャップの体積中、例えばギャップ内に試薬を固
定化することによって起こりうる。
診断用エレメント 図１及び２参照。診断用エレメント６は毛細管の距離
だけ離れている向かい合った表面からなり、ここを通っ
て反応混合物が流動し、その上に１またはそれ以上の捕
捉ゾーンを有する。捕捉ゾーンはレセプターのごとき試
薬または１またはそれ以上の反応混合物からの成分と結
合または反応するバイオセンサのごとき装置を有する。
反応混合物から診断用エレメント６の捕捉ゾーンの試薬
の結合は標的リガンドの存在またはその量に関連する。
１またはそれ以上のレセプターまたはバイオセンサを診
断用エレメント６の上に１またはそれ以上の標的リガン
ドの存在またはその量を測定するために設置することが
できる。レセプターまたはバイオセンサは診断用エレメ
ント６の不連続なゾーンへ設置することができ、または
同種もしくは異種のものを表面上に分散してもよい。レ
セプターまたは他の化学試薬は、例えば信号発生剤に対
するするレセプターを診断用エレメント６の上に固定化
して、使用者が反応混合物の試薬が効力を有しているこ
と、および反応混合物がレセプターまたはバイオセンサ
のゾーンを通過したことを確認するために用いてもよ
い。単一のレセプターまたはバイオセンサを診断用エレ
メント６の大部分以上に設置して、反応混合物がこの診
断用エレメント６を通過するのに従って、反応混合物か
らの成分が診断用エレメント６の表面にクロマトグラフ
の態様で結合するようにしてもよい。すなわち、反応混
合物の成分が結合する距離は標的リガンドがサンプル中
に含有されている濃度に関連する。レセプターのごとき
試薬は診断用エレメント６の表面上に共有結合もしくは
吸収により結合されている。好ましい具体例はレセプタ
ーをコートしたラテックスであり、例えばその粒径が0.
1μｍから５μｍのものである。さらに、「ナノ粒子」
と呼ばれる粒子もまたレセプターでコートすることがで
き、そして得られたナノ粒子は吸収もしくは共有結合で
診断用エレメントへ固定化することができる。ナノ粒子
は一般にシリカ、ジルコニア、アルミナ、チタン、酸化
セリウム、金属ゾルおよびポリスチレンおよびその類似
物であってよく、粒径は約1nmから100nmである。ナノ粒
子を用いる利点は、ナノ粒子を被覆しているタンパク質
の表面領域が、固体含量に対して、より大きいラテック
ス粒子に比較すると劇的に増強されることにある。
診断用エレメント６の表面上にレセプターで被覆した
ナノ粒子またはラテックス粒子をおき、診断用エレメン
ト６に結合させる。好ましい具体例において、診断用エ
レメントの表面へ静電引力、水素結合および／または疎
水性相互作用によってレセプターが結合する。静電引
力、水素結合および疎水性そうお作用は、例えばバイオ
ケミストリー（Biochemistry）20,3096（1981）および
バイオケミストリー29,7133（1990）にて論じられてい
る。例えば、診断用エレメント６をプラズマ処理し、カ
ルボン酸基を表面に形成させてもよい。レセプターをコ
ートしたラテックス粒子は好ましくはこの診断用エレメ
ント６に低塩溶液、例えば１〜20mMの濃度で、そしてpH
がレセプターの等電点以下の溶液で適用するのが好まし
い。こうして、診断用エレメント６上のカルボン酸基の
負の性質とレセプターラテックスの正荷電性が、診断用
エレメント６上にラテックスを強い静電引力で安定させ
る。他の好ましい具体例において、レセプターで被覆さ
れていてもよく、タイムゲートを構成していてもよいラ
テックス粒子またはナノ粒子は非吸収性表面に捕えられ
る。非吸収性表面の微視的構造は、粒子がその表面上ま
たは微視的構造の相内に捕えられるテクスチャーであ
り、一般に「ナノ複合物」といわれる構造を形成してい
る。磁場もまた、この磁場によって引き寄せられる粒子
を固定化するのに用いてもよい。これらのタイプの表面
は一般に「ナノ構成物質（nanostractred material
s）」とケミカル・アンド・エンジニアリング・ニュー
ス70,18〜24（1992）（本文献は参考として本明細書に
含まれる）で呼ばれているものである。
診断用エレメントのさらなる具体例においては、図５
を参照、診断用エレメント６は溝で形成されている円筒
状表面である。診断用エレメントが溝で形成されている
場合、溝は一般に反応混合物の流れに対して垂直にはし
る。一般に透明な円筒状チューブによって毛細管スペー
スが診断用エレメントの周囲に形成される；すなわち診
断用エレメントの表面及びチューブの向かい合った表面
は毛細管距離だけ離れている。形成された毛細管は、反
応混合物が円筒状診断用エレメント６上を流れさせる。
概して、反応混合物は重力に逆らって上方にまたは重力
に従って下方に、円筒状の毛細管スペースに沿って移動
する。円筒状の診断用エレメント６の捕捉ゾーンは、不
連続なゾーンまたは診断用エレメント６の全長にわたっ
て設置してもよい。捕捉ゾーンもまた診断用エレメント
６の直径の円形であってよく、または診断用エレメント
６の射出部のみに適応されたものであってもよい。反応
混合物は診断用エレメント６へとチューブ８を通って運
搬される。さらに、チューブ８の円筒形の空間を反応室
４として用いてもよく、その周辺部に溝を有するディス
ク型の試料反応障壁３を反応室４とサンプル添加槽２を
形成するために挿入してもよい。この議論から、また図
１及び２を参照のこと、当業者であれば平面の診断用エ
レメント６を、湾曲が円筒の半分となるようにカーブし
ているものであるものであっても好ましいことを認識す
ることができる。
当業者は、診断用エレメントの捕捉ゾーンにおけるシ
グナルの検出に用いることのできる様々な好ましい方法
の真価を認識することができる。バイオセンサ、例えば
ピエゾ電子結晶を用いる場合、ピエゾ電子結晶上にレセ
プターを固定化してこれを捕捉ゾーンとし、標的リガン
ドの結合による応答は一般に電気信号として検出され
る。他のタイプの検出器としては、分光光度法および反
射法のごとき視覚的および機器分析方法が含まれるが、
これらに限定されるものではない。ここに述べた本発明
の診断用エレメントの特徴は、反応混合物の流動が通過
する表面上での捕捉効率を改善させるものであり、当業
者により使用されるかもしれない様々な検出方法を許容
するものである。
装置内の毛細管の表面は一般に親水性であり、サンプ
ルおよび反応混合物が装置内を流れることができる。好
ましい具体例において、診断用エレメントに対向してい
る表面は疎水性であるため、反応混合物はこの表面をは
じく。反応混合物の診断用エレメント６に対向する表面
に対する反発作用は反応混合物、特にタンパク質共役物
を捕捉が生じているゾーンへ強くおしやり、結果として
反応混合物の成分の捕捉ゾーンへの捕捉効率が改善され
る。診断用エレメントに対向する疎水性表面は反応混合
物が診断用エレメントを通って進行するのに従って親水
性になる傾向を有することができる、というのはサンプ
ルまたは反応混合物に内因性もしくは外因性に含有され
ていてよい、例えばタンパク質もしくはポリマーのごと
き様々な成分が疎水性表面に結合するからである。好ま
しい診断用エレメントに対向する疎水性表面はテフロン
製である。当業者にはテフロンの表面にはタンパク質類
がほとんど結合しないことは良く知られている。従っ
て、診断用エレメントに対向するテフロン製表面は、反
応混合物が診断用エレメントを通過した場合に、例えば
ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリカーボネートお
よびその類似物製の表面の場合ほど親水性となることは
ない。
他の好ましい具体例において、診断用エレメント６は
親水性であるが診断用エレメント６に隣接した領域は疎
水性であり、このためアッセイの試薬が診断用エレメン
トの親水性領域のみを通るように方向づけられる。当業
者は親水性診断用エレメントもしくはゾーンを規定する
のに、例えば診断用エレメント以外の表面を処理部分か
らシールするマスクを用いて疎水性表面をプラズマ処理
する、または疎水性接着剤を親水性表面に診断用エレメ
ントを規定するために適用する、または油またはグリー
スのごとき粘着性疎水性成分を用いるといった、様々な
方法を用いてもよいことが理解されるであろう。他の好
ましい具体例において、診断用エレメントの毛細管は超
音波溶接によって形成してもよい。診断用エレメントの
境界線は音波溶接を作成するのに用いられるエネルギー
ディレクターにより描かれる。
診断用エレメント６または装置の他の部品の表面は滑
らかであってもまたは溝付きであっても、もしくは滑ら
かかつ溝付きであってもよい。様々なテクスチャー（te
xtured）表面もまた、単独でまたは滑らかもしくは溝付
き表面と組み合わせて用いられる。例えば柱、溝、ピラ
ミッドおよび類似物で構成される表面は、突起部、また
は孔、溝、ワッフルパターンおよび類似物としてみなさ
れ、また凹部としてみなされ、用いてもよい。テクスチ
ャー部の形態は幾つかの列であっても、じくざく状であ
ってもまたは全くランダムに分散していてもよく、また
異なった形態を所望の表面性質を得るために組み合わせ
てもよい。テクスチャー部の配列の凹部または突起部
は、約1nmから0.5mmの間、好ましくは10nmから0.3mmの
間であってよい。様々な凹部および突起部の間の距離は
約1nmから0.5mm、好ましくは約2nmから0.3mmの間の値を
とることができる。
図１および図２に示した好ましい態様において、診断
用エレメント６の１つの面は溝が付けられ、これらの溝
は反応混合物の流れに対して垂直であり、対向する表面
は滑らかである。他の具体例において診断用エレメント
の１つの表面は捕捉ゾーンが溝付きで捕捉ゾーンの隣接
領域は滑らかである。診断用エレメント６に対向する表
面は滑らかであってもよく、または溝付きであってもよ
く、例えば各表面内部の溝がかみ合っているものが例示
される。診断用エレメントの溝の反応混合物の流動に垂
直である配置は、反応混合物が診断用エレメント６を通
過する流動が、毛細管スペース内に溝によって描かれた
別個の直線先端部に系統立った形態にて生じるという点
で有利である。加えて、１つの表面が溝のピークと、例
えば１μｍから100μｍのごとくきわめて近接している
場合には、反応混合物からの成分の捕捉効率を上昇させ
ることができる。滑らかな表面のエレメントと比較した
溝付き診断用エレメント内の捕捉ゾーンにおける捕捉効
率の上昇は、反応混合物の毛細管空間内の移動に比例で
きる；すなわち、溝付き表面の場合、反応混合物は溝の
ピークを越えて次の溝の凹部へ入るよう押しやられる。
従って、よりこまかい溝の表面、すなわち1cm当たりに
より多くの溝があるものが目のあらい溝の表面より良い
捕捉効率を得ることになる。反応混合物は従って、両表
面が滑らかである場合より、溝付き診断用エレメントの
場合にはその表面により近接して移動される。さらにま
た、非常に近接した表面は、診断用エレメントの溝付き
表面上の反応混合物の全体量を減少させ、それゆえ診断
用エレメントに結合する成分の分散距離も減少される。
診断用エレメントの表面の近接は、エレメントを通過す
る毛細管流動をブロックすることなく捕捉ゾーンにおけ
る診断用エレメント内の反応混合物の量を最小とする。
例えば、標的リガンド複合体の捕捉：リガンドレセプタ
ー共役物の捕捉ゾーンにおける捕捉は100％に近い効率
を、表面の近接が最適化されたならば得ることができ
る。標的リガンドにより結合されたほとんどすべてのリ
ガンドレセプター共役物の捕捉は、サンプルの量に対す
るより大きなアッセイの感受性が得られるため最も望ま
しいことである。改善された捕捉効率の他の有利な点
は、サンプル量が減少するためより少ない試薬量が用い
られることであり、サンプル量が少ないためにアッセイ
装置を小さくでき、アッセイ結果の再現性が、捕捉ゾー
ンを通る反応混合物の流速の変化が標識した共役物の捕
捉に対しての影響をより少なくし、または全く影響を及
ぼさないために改善される点である。
毛細管スペースは例えば、表面を適当な差となるよう
に機械加工するまたは表面の間に楔を用いる等の様々な
方法で規定することができる。好ましい具体例におい
て、表面の超音波溶接が毛細管を規定する。この場合に
は毛細管スペースはエネルギーディレクターにより規定
され、表面の間の距離はエネルギーディレクターの大き
さ、溶接エネルギー、エネルギー負荷時間および溶接の
間にかけた圧力により決まる。診断用エレメントの表面
は平行であっても平行でなくてもよい。平行でない場合
には、試薬が診断用エレメントを流れる流速はエレメン
ト全体にわたって均一にはならない。好ましい具体例は
診断用エレメントの表面をほぼ平行に保つことである。
診断用エレメントの表面はミルまたは射出成形により成
形されたプラスチック、例えばポリスチレン、ポリカー
ボネート、ポリアクリレートおよび類似物のようなもの
またはジェイ・アム・ケム・ソク（J.Am.Chem.Soc.）19
92,144,1990〜1995（本文献は参考として本願明細書に
含まれる）に記載のごとく、銅、銀、金フィルムの表面
に様々な長鎖アルカンチオール類を吸着させた表面であ
ってもよい。後者の例において、外に配向しているチオ
ール基がマレイミドまたはアルキルハライド基を結合さ
れ、標的リガンドの存在またはその量を測定するのに用
いるタンパク質、レセプターまたは様々な分子もしくは
生物分子を共有結合的に固定化するのに用いられる。
図3aおよび3bを参照のこと。診断用エレメント６上の
捕捉ゾーン17にある１またはそれ以上のレセプターの固
定化ゾーンまたはバイオセンサの設置ゾーンは様々な形
状を取ってもよい。例えば、標的リガンドがサンプル中
において非常に低い濃度である場合には、与えられた反
応混合物量から最も大きな信号を得るため、すべての反
応混合物が固定化されたレセプターまたはバイオセンサ
上を通過することが所望される。この場合、診断用エレ
メント６上における試薬またはバイオセンサの配置部、
捕捉ゾーン17は例えば図3aと類似であってよい。もしサ
ンプル中の標的リガンドの濃度が高く、そして分析方法
の感受性が問題でない場合、レセプターまたはバイオセ
ンサの配置部、捕捉ゾーン17は例えば図3bに類似であっ
てもよい。当業者は診断用エレメント上のレセプターま
たはバイオセンサの配置が、分析方法の要求する感受性
に依存するものであることを認識し得る。
１またはそれ以上の診断用エレメントを１つの装置内
に組み込んでもよい。反応混合物は複数の診断用エレメ
ントを有する１個の装置に適用してもよい。さらに、サ
ンプルを装置に適用すればそれぞれ独立した診断用エレ
メントを有する独立した反応室に分離されるものであっ
てもよい。捕捉ゾーンはサンプルが標的リガンドに対し
て正または負の場合のコードを表示するために、様々な
幾何図形的シンボルまたは文字であってもよい。当業者
は本発明のエレメントの有用な組み合わせを認識するで
あろう。
診断用エレメントはさらに半定量的または定量的アッ
セイを行うように形成されたものであってもよく、例え
ばクリニカル・ケミストリー（1993）39,619〜624（本
文献は参考としてのみ本願明細書に含まれる）に記載さ
れたエレメントが例示される。この方法は抗原と抗原ラ
ベルの固相膜における競合的結合を用いる。改善点は、
ここに述べた診断用装置を上記の引用方法に用いること
により、より少ないサンプル量で足るようになり、固相
表面への結合効率を改善することである。
毛細管以外の診断用エレメント タンパク質、特にレセプターのプラスチック製表面へ
の吸着のここへ記載した本発明の開示した技術は、毛細
管の一部分ではない多くのプラスチック製表面へのレセ
プターの吸着に利用することができる。レセプターでコ
ートされたナノ粒子およびラテックス粒子もまた、様々
な種類のイムノアッセイ装置、例えば「ディップスティ
ックス」、の表面へ適用することができる。ディップス
ティックスは一般にその上にアッセイ法の結果として、
例えばリガンドレセプター共役物が結合している固相と
して用いられる。ディップスティックスは一般に膜を取
り込む；しかしながら、ディップスティックス内で膜を
用いる不利益は非結合リガンドレセプターを膜より洗浄
することの困難性にある。従って、ディップスティック
スの使用における改善はレセプターをコートしたラテッ
クスまたはナノ粒子をディップスティックスのプラスチ
ック製表面上に直接固定化することである。そうすれ
ば、非結合リガンド複合体をプラスチック表面から除去
するのが、膜から除去するより効率的である。
使用済み試薬槽 図１及び２参照のこと。使用済み試薬槽７は反応混合
物、他の試薬および過剰のサンプルを診断用エレメント
６から受け取る。この使用済み試薬槽７の容量は、少な
くともサンプルおよび装置へ添加されたまたは装置内に
ある余分の試薬の体積はなくてはならない。使用済み試
薬槽７は湿気を吸収しやすい材料のニトロセルロース、
多孔性ポリエチレンまたはポリプロピレンおよび類似物
のごとき吸収剤を用いて様々な形状をとってもよく、ま
たは、使用済み試薬槽は一連の毛細管溝からなるもので
あってもよい。使用済み試薬槽７内の溝の場合、毛細管
溝は試薬を装置内から吸引し、または試薬が毛細管引力
なしで受け取られそして試薬が装置内に逆流するのを防
止するため異なった毛細管圧を有するようにデザインす
ることもできる。溝付き毛細管の大きさおよび数は、使
用済み試薬槽の体積および毛細管特性を決定する。好ま
しい具体例において、図４に示すように、診断用エレメ
ント６の端にあるフィンガー52は毛細管スペース55と液
体接触しており、毛細管スペース55は溝付きまたはテク
スチャー毛細管スペース56と液体接触している。溝また
はテクスチャーの深さは、例えば約0.1mmから0.6mm、好
ましくは約0.3mmから0.5mmであってよく、その混み具合
は1cmにつき溝約５から75本、好ましくは1cmにつき溝約
10から50本の溝であってよい。図４を参照すると、装置
の試薬は診断用エレメント51の端のフィンガー52へ移動
し、毛細管チャンネル55内へ入る。試薬は毛細管スペー
ス55内を部分的にまたは完全に満たし、その後溝付きま
たはテクスチャー表面56と接触する。毛細管スペース55
の幅は一般に約1mmから3mm、そして深さは一般に約0.1m
mから2mmである。毛細管スペース55の長さは溝付きまた
はテクスチャー表面56と液体接触するのに十分とするべ
きである。溝付きまたはテクスチャー表面56は部分的に
または完全に、試薬が診断用エレメント51から毛細管ス
ペース55内へ分配される速度に応じて、毛細管チャンネ
ル55から試薬を引き寄せる。試薬の流動が装置内を満し
ている場合には、溝付きもしくはテクスチャー表面56
は、毛細管チャンネル55より強い毛細管特性を有してお
り、試薬は毛細管チャンネル55から溝付きまたはテクス
チャー表面56によって除かれる。さらに溝付きまたはテ
クスチャー表面からの試薬の逆流は好ましくないので、
溝付きまたはテクスチャー表面56内の毛細管特性が試薬
を保持し、その逆流を防ぐ。当業者であれば、溝または
使用済み試薬槽を装置内へ配置することにより、様々な
所望する目的に適合させることが可能であるという本発
明の特徴を認識することが可能である。
ワンステップアッセイ装置の説明 これまで説明してきた装置の各部品は、所望の機能へ
到達するよう、様々な方法によって組み立てることがで
きる。「ワンステップ」という語はアッセイの結果を得
るためにひとつの操作が必要であるということを意味
し、例えば装置にサンプルを添加することがワンステッ
プとなる。試薬の時間設定インキュベーションおよび洗
浄操作の両方を含有するワンステップアッセイを行う装
置の場合、洗浄液が過剰のサンプルであり、アッセイ装
置の部品は液体連絡しており、アッサンプル添加槽、サ
ンプル反応障壁、反応室、タイムゲート、診断用エレメ
ントおよび使用済み試薬槽を用いる、図１参照のこと。
装置は一般に約3cmから10cmの長さ、1cmから4cmの幅お
よび約2mmから15mmの厚みを有する。代表的には、滑ら
かな表面の上部を、その上に上述の部品を組み立てる表
面を有する底部の上におく。部品の間の関係は図１に描
いた通りである。アッセイを行うのに必要な試薬は個々
の部品内に固定化あるいは配置する。両表面は毛細管の
距離を離して組み合わせられ、この操作の際にサンプル
添加槽、サンプル反応障壁、反応室、タイムゲート、診
断用エレメント、ギャップおよび使用済み試薬槽がすべ
て形成され、共に機能することが可能になる。また、対
向する表面が接触してサンプル添加槽、反応室および使
用済みサンプル槽を形成し、シールするように組み合わ
せされる。
定性的、非競合アッセイを１またはそれ以上の標的リ
ガンド上で行う場合、例えば標的リガンドに特異的なレ
セプターであって金またはセレニウムゾルのごときコロ
イド状金属に吸着されているもの、を含有してもよい信
号発生試薬を試薬反応障壁の上または反応室内に乾燥ま
たは親油性の形態で配置する。各標的リガンドに対する
他のレセプターは診断用エレメントの捕捉ゾーンに固定
する。タイムゲートは一般に診断用エレメント上、反応
室と捕捉ゾーンの間に、例えば界面活性剤を含有しない
ポリスチレン懸濁液を所望のインキュベーション時間を
指令する量配置することによって設置される。インキュ
ベーション時間は通常、反応が実質的に平衡な結合とな
るまでの合計の時間である。こうして、アッセイはサン
プルを装置のサンプル添加槽へ添加することによって遂
行される。サンプルはサンプル反応障壁を越えて反応室
へとフィンガーに助けられて移動し、反応室の試薬を溶
解して反応混合物を形成する。反応混合物はタイムゲー
トにより指定された時間の間インキュベートする。サン
プル添加槽および反応室内の反応混合物に残存する過剰
のサンプルは流体連絡しているが、サンプル反応障壁の
ため実質的に化学的に連絡してはない。従って、反応室
が反応混合物の体積を規定する。反応混合物はその後タ
イムゲートを通過して診断用エレメント上へ移動し、捕
捉ゾーンを覆う。反応混合物内で形成されたレセプター
共役物と標的リガンドとの複合体が、捕捉ゾーンのそれ
ぞれのレセプターへ、捕捉ゾーン上を反応混合物が流動
するのに従って結合する。反応混合物はまた正対照ゾー
ンの上を流動してもよく、信号現像エレメントに対する
固定化レセプターが例示される。反応混合物がフィンガ
ーの補助により診断用エレメントを通って流れ、使用済
み試薬槽内へ導入されるため、過剰のサンプルは反応混
合物の後ろを流れ、通常は反応混合物と実質的に混合し
ない。過剰のサンプルは診断用エレメントの上を移動
し、捕捉ゾーンに結合しなかったレセプター共役物を除
く。十分過剰なサンプルが診断用エレメントを洗浄する
場合、捕捉ゾーンにおける信号を可視的または機器分析
ににより翻訳できる。図1dを参照のこと、上述の好まし
い態様において、反応混合物は診断用エレメント６の上
へ移動し、１または複数の捕捉ゾーンを覆い、その後反
応混合物は毛細管ギャップ18内部へ進入する。毛細管ギ
ャップ18は一般に診断用エレメント６より低い毛管特性
を有する。診断用エレメント６の毛細管スペース19は一
般にギャップ18の毛細管スペースより小さい。毛細管18
の体積は一般に反応混合物の体積とほぼ同じであり、こ
のため毛細管ギャップ18は反応混合物でゆっくり満たさ
れ、一旦満たされれば診断用エレメントのその他の部分
または使用済み試薬槽の毛細管特性がギャップ18の毛細
管特性より大きいので、その結果診断用エレメント６を
洗浄するための流速が増加される。当業者であれば、ギ
ャップ18が上部８または底部９もしくは８および９の両
方に組み合わせて形成され得ることを認識することがで
きる。
時間設定インキュベーション操作は有さないが洗浄液
が過剰のサンプルである洗浄操作を有するワンステップ
アッセイを行う装置の場合には、アッセイ装置が部品
が、サンプル添加槽、サンプル反応障壁、反応室、診断
用エレメントおよび使用済み試薬槽を用いて液体連絡す
るよう構成されている。アッセイ試薬は非競合定性的ア
ッセイについて上に述べたごとく用いられる。タイムゲ
ートを有さないアッセイ装置は反応混合物を診断用エレ
メント上、インキュベーション時間として延長すること
なしに通過させる。反応混合物および過剰のサンプルの
毛細管流動は上述の通りである。
さらなるアッセイ試薬を反応混合物内に、またはその
後に導入する、または反応混合物の後から装置内を流動
する洗浄溶液を導入したワンステップアッセイを行う装
置である場合、任意の試薬室を装置内に組込んでもよ
い。任意の試薬室は装置内のいずれの部品とも液体連絡
していてもよく、一般に反応室と液体連絡している。例
えば反応室と液体連絡している場合には、任意の試薬室
と反応室をタイムゲートで隔ててもよい。様々な試薬は
任意の試薬室内で乾燥させまたは親油化させてもよく、
洗浄操作のための洗浄剤または反応混合物に続いて診断
用エレメントに供給される試薬のごときものを用いる。
ワンステップ非競合定量的アッセイを行う場合、試薬
は上に非競合的定性的アッセイのための試薬として述べ
たごとく適応すればよい。装置はサンプル添加槽、反応
室、タイムゲート、診断用エレメントおよび使用済み試
薬槽からなる。この場合、診断用エレメントの捕捉ゾー
ンは一般に診断用エレメント全体にわたっている。すな
わち、捕捉ゾーンはレセプター共役物がその上に結合す
る診断用エレメントのある長さである。レセプター共役
物はサンプル中の標的リガンドの量に応じて捕捉ゾーン
全長に結合する。本発明の装置はこの定量的アッセイに
用いるのが好ましいというのは、試薬の捕捉効率、例え
ば標的リガンドとレセプター共役物の複合体の、捕捉ゾ
ーン上へ固定した標的リガンドに対するレセプターへの
結合効率が高いからであり、そして反応混合物の診断用
エレメント上の移動がシャープな前線を描くからであ
る。捕捉ゾーン上のレセプターは逐次、反応混合物が捕
捉ゾーン全長の上を移動するにつれ、標的リガンドとレ
セプター共役物の複合体で飽和させられる。結合した共
役物を含有する診断用エレメントの長さがそれゆえ標的
リガンドの濃度となる。当業者であれば、このタイプの
イムノアッセイは米国特許第4883688号および第4945205
号（これらは参考として本明細書に含まれる）に記載さ
れているごとき定量的イムノクロマトグラフィーアッセ
イであることを認識するであろう。
試薬の時間設定インキュベーションおよび洗浄操作の
両方を含有し、洗浄溶液が過剰のサンプルであるワンス
テップ、定性的競合アッセイを行う装置である場合に
は、アッセイ装置はサンプル添加槽、サンプル反応障
壁、反応室、タイムゲート、診断用エレメントおよび使
用済み試薬槽の部品を使用し、部品が液体連絡するよう
組み立てられている。１またはそれ以上の標的リガンド
を用いた定性的競合アッセイを行う場合、共役物は例え
ば、金またはセレニウムゾルのごとき信号現像用エレメ
ントと結合したリガンドアナログで構成される。各標的
リガンドに対する共役物およびレセプターは反応室内に
乾燥または親油性の態様で、例えば米国特許第5028535
号および5089391号（これらは本明細書に参考として含
まれる）に教示されている量を配置する。他の各標的リ
ガンドに対する他のレセプターは診断用エレメント表面
上の捕捉ゾーンに固定化する。タイムゲートは一般に、
先に記載したごとく診断用エレメントの上、反応室と捕
捉ゾーンの間に配置する。インキュベーション時間は通
常、反応が実質的に平衡な結合となるまでの時間であ
る。従ってアッセイはサンプルを装置へ添加することに
よって遂行される。サンプルはサンプル反応障壁を越え
て移動し、反応室内に入り、試薬を溶解して反応混合物
を作成し、タイムゲートによって定められる時間インキ
ュベートする。過剰のサンプルと反応混合物は液体連絡
しているが、サンプル反応障壁のため実質的に化学的に
連絡してはいない。反応混合物はその後診断用エレメン
ト上に移動し、捕捉ゾーンを覆う。リガンドアナログ共
役物は１または複数の捕捉ゾーンにおいて１または複数
のレセプターそれぞれへ結合する。反応混合物は診断用
エレメント上を流動し、使用済み試薬槽内に入るので、
過剰のサンプルは反応混合物の後ろを流れ、概して反応
混合物と実質的に混合されることはない。過剰のサンプ
ルが診断用エレメント上を移動し、１または複数の捕捉
ゾーンに結合しない共役物を除く。十分過剰のサンプル
が診断用エレメントを洗浄した場合、捕捉ゾーンにおけ
る結果は視覚的にまたは機器分析により翻訳することが
できる。上述の発明の好ましい態様において、反応混合
物は診断用エレメント上の１または複数の捕捉ゾーンを
覆って移動し、その後毛細管ギャップ内に進入する。毛
細管ギャップは診断用エレメントより低い毛細管特性を
有する。毛細管ギャップの容量は概して反応混合物の体
積とほぼ一致し、毛細管ギャップ内がゆっくりと反応混
合物に満たされ、一旦満たされれば診断用エレメントの
他の部分または使用済み試薬槽の毛細管作用より大きい
ため、その結果診断用エレメントを洗浄する過剰のサン
プルの流速が速くなる。
ワンステップ競合アッセイの他の点においては、反応
混合物は各標的リガンドに対するリガンドアナログ−リ
ガンド補体共役物および粒径が例えば0.1μｍから５μ
ｍであるラテックス粒子に各標的リガンドに対するレセ
プターを、米国特許第5028535号および第5089391号の教
示のごとく適当な量吸着させたものから構成される。共
役物上のリガンド補体は標的リガンドに対するレセプタ
ーに結合しないものであればどのような化学品でも生化
学品であってもよい。アッセイはサンプルを装置へ添加
することによって始められる。サンプルは反応室を満た
し、試薬が実質的に平衡な結合を示すまでインキュベー
トされる。反応混合物はタイムゲートを越えてフィルタ
ーエレメント上または内へ流れ、これによりそれぞれの
レセプターラテックスへ結合したリガンドアナログ−リ
ガンド補体共役物が診断用エレメント上へ通過するのを
防ぐ。代表的なフィルターエレメントは、ニトロセルロ
ース、セルロース、ナイロンおよび多孔性ポリプロピレ
ンおよびポリエチレンおよび類似物より製造することが
できる。従って、レセプターラテックスと結合しないリ
ガンドアナログ−リガンド補体共役物のみが診断用エレ
メント上へ通過する。この共役物のリガンド補体に対す
るレセプターを診断用エレメント上、捕捉ゾーンに固定
化してこの共役物を結合する。洗浄操作は、ラテックス
に結合した共役物をフィルターが除くので必要ない；し
かしながら、任意の試薬室からの過剰のサンプルまたは
洗浄溶液を診断用エレメントを洗浄するのに用いてもよ
い。
ワンステップ定量的競合アッセイの場合において、リ
ガンドアナログ共役物または共役物のリガンド補体を、
ワンステップ定量的競合アッセイについて先に記載した
ごとく、診断用エレメントの上に固定化する。すなわ
ち、サンプル内の標的リガンドの濃度は共役物の診断用
エレメント上の移動距離により可視化される。他の態様
において、定量的アッセイは標識した共役物、例えばリ
ガンドアナログ−リガンド補体共役物を、診断用エレメ
ント上のレセプターの不連続捕捉ゾーンへ逐次結合させ
ることにより遂行することができる。定量的結果は、反
応混合物が診断用エレメントの捕捉ゾーンを流れるのに
従って生じる共役物の減少により得られる。
診断用エレメントとしての装置 本発明の装置の診断用エレメントは結合および非結合
共役物の分離操作を行うためにサンプル添加装置と共に
用いることができる。このタイプの装置の例は、サンプ
ル添加装置、診断用エレメントおよび使用済み試薬槽を
有するものであり、図２に描かれている。例えば、非競
合アッセイの場合、少なくとも１のレセプター共役物
を、少なくとも１の標的リガンドを懸濁しているサンプ
ルと共に適当な槽内でインキュベートし、この反応混合
物を装置のサンプル添加ゾーンへ適応する。反応混合物
はその後、診断等エレメント上を流動し、例えば標的リ
ガンドに対するレセプターを固定化した捕捉ゾーンを覆
う。標的リガンドがサンプル内に存在する場合、標的リ
ガンド−レセプター共役複合体が捕捉ゾーンのレセプタ
ー上へ結合する。信号現像用エレメントが酵素である場
合、可視的色を発色する酵素に対する基質または基質の
あとに続く洗浄液のいずれかが次ぎに装置に添加され
る。過剰の試薬は使用済み試薬槽へ流動する。各標的リ
ガンドのサンプル内への存在またはその量は可視的にま
たは機器分析によりに測定される。
競合イムノアッセイ、例えば米国特許第5028535号お
よび5089391号（これらは参考として本明細書に含まれ
る）に教示されるようなものの場合、診断用エレメント
を、非結合リガンドアナログ共役ものが診断用エレメン
トのレセプターにサンプル中の標的リガンドの存在また
は量に応じて結合するよう、結合、非結合リガンドアナ
ログ共役物の分離に用いてもよい。
当業者は遊離および結合共役物を分離する操作また
は、結合試薬の遊離を分離する操作を必要とし、その後
に信号を検出可能となるイムノアッセイまたはジーンプ
ローブアッセイのすべてのフォーマットにおいて本発明
の診断用エレメントが利用可能であることを正しく認識
することができる。当業者はまた、本発明の各部品、す
なわちフィンガー、サンプル反応障壁、反応室、タイム
ゲート、診断用エレメント、流動制御部および使用済み
試薬槽が、独立して、または様々に組み合わせておよび
他のここには記載しなかった装置に組み込んで用いるこ
とが可能であることも正しく理解できる。例えばサンプ
ル反応障壁はフィンガーおよび反応室と、膜のごとき多
孔性部品を組み込んだ装置と組み合わせて性格な量の試
薬を多孔性部品へ送るために用いることができる。タイ
ムゲートもまた、上述の装置内へ組み込むことができ、
またはタイムゲートは単独で多孔性部品を組み込んだ装
置と組み合わせて用いても良い。流動制御部はまた、多
孔性部品を取り込んだ装置内で、試薬が多孔性部品を通
過する流速を制御するのに用いてもよい。
実験手順 実施例 １ 抗−βhCG抗体−金コロイド共役物の調製 平均径45nmの金コロイドをフレンズ（Frens）著「ネ
イチャー、フィジカル・サイエンシズ（Nature,Physica
l Sciences）」、第241巻、第20頁（1973年）の方法に
したがって調製した。金コロイド共役物は、最初0.1モ
ル濃度リン酸カリウム、pH7.58の5.6mlを速やかに撹拌
中の金コロイド50ml中へ滴々と加えて調製した。hCGに
対する抗β−サブユニット モノクローナル抗体〔アプ
ライド・バイオテク（Applied Biotech）社製、サン・
ディエゴ、カリフォルニア；リン酸塩緩衝生理食塩水中
に4.79mg/ml濃度にしたもの1ml、0.02％ナトリウムアジ
ド添加、pH7〕を、速やかに一気に（in a bolus）撹拌
中の金コロイドへ添加した。完全に混合後、撹拌を止
め、溶液を室温で１時間培養した。ポリエチレングリコ
ール（平均分子量＝20,000）を金コロイド溶液に１％溶
液（0.58ml）として加え、溶液を混合した。金コロイド
溶液は27,000Gで５℃で20分間遠心分離にかけた。浮遊
物を取り除き、毎回のペレットを、10ミリモル濃度リン
酸カリウム、２ミリモル濃度ホウ酸カリウム、0.01％濃
度のポリエチレングリコール（平均分子量＝20,000）、
pH7の35mlを用いて２回再懸濁と遠心分離を行って洗浄
した。最後の遠心分離後、ペレットを0.5mlの洗浄用緩
衝液中に再懸濁した。金共役物をhCG評価のために10mg/
mlの牛血清アルブミンを含む緩衝溶液中へpH8に希釈し
た。
実施例 ２ 抗−αhCG抗体ラテックスの調製 界面活性剤を除いたポリスチレン粒子〔インターフェ
イシャル・ダイナミックス・コーポレーション（Interf
acial Dynamics Corp.）製、ポートランド、オレゴン;
9.4％固体濃度の0.106ml、粒径0.4μｍ〕を渦巻き状に
撹拌しながら、抗−αサブユニットhCGモノクローナル
抗体〔アプライド・バイオテク（Applied Biotech）社
製、サン・ディエゴ、カリフォルニア;0.1モル濃度の２
−（Ｎ−モルホリノ）エタンスルホン酸（MES）中6.3mg
/ml濃度のもの0.89ml、pH5.5〕中へ加え、懸濁体を室温
で15分間培養した。懸濁体は遠心分離にかけ、ラテック
ス粒子をペレットにした。ペレットを10ミリモル濃度の
MES、0.1mg/ml濃度のトレハローズ、pH5.5で３回遠心分
離と再懸濁して洗浄した。最後のペレットは洗浄用緩衝
液中で、固体濃度１％として懸濁した。
実施例 ３ 山羊抗−マウスラテックスの調製 界面活性剤を除いたポリスチレン粒子〔インターフェ
イシャル・ダイナミックス・コーポレーション（Interf
acial Dynamics Corp.）製、ポートランド、オレゴン;
9.4％固体濃度の0.11ml、粒径0.6μｍ〕を渦巻き状に撹
拌しながら、マウスIgGに対する山羊IgG抗体〔ジャクソ
ン・イミュノ・リサーチ・ラボラトリーズ・インコーポ
レーテッド（Jackson Immuno Research Laboratories I
nc.）社製、0.1モル濃度MES中0.34mg/ml濃度のもの0.89
ml、pH5〕に加え、その懸濁体を45℃で２時間培養し
た。懸濁体を遠心分離にかけ、ラテックス粒子をペレッ
トにした。ペレットを10ミリモル濃度のMES、0.2mg/ml
濃度のトレハローズ、pH5.5で３回遠心分離と再懸濁し
て洗浄した。最後のペレットは洗浄用緩衝液中で、固体
濃度１％として懸濁した。
実施例 ４ hCGの定性的ワンステップアッセイ用装置の製造 80から100μｌ容のサンプル添加槽、20μｌの反応室
および40μｌの使用済み試薬槽を備えたプラスチック製
のワンステップ装置を組み立てた。この装置は約20μｌ
から100μｌのサンプルに適応するように設計されてい
る、しかし反応室は20μｌに固定してある。評価のため
に反応混合物体積がより多く必要な場合は、反応室はそ
の容積まで増加することになろうし、サンプル添加槽は
反応室容積の約２から４倍となるであろう。表面を親水
性とする官能基をグラフトするために装置をプラズマ処
理した。当業界の熟練者は、プラスチックのプラズマ処
理は高周波場で特定ガスの制御環境で行うことを知って
いよう。ガスはイオン化され、表面と反応するフリーラ
ジカルを発生する。サンプル添加槽は平行側面が14mmと
7mm、他の側面が7mmで深さが0.49mmの大きさの台形にし
た。サンプル添加槽はサンプル反応障壁に隣りあってい
る。サンプル反応障壁は長さ1.5mm、幅7mmでサンプルの
流れに平行して走る溝を備えており、この溝は深さ0.1m
mで、溝の数は1cm当たりに50本とした。サンプル体積が
20〜80μｌより大きい場合には、反応障壁の幅は、した
がって反応室は、必要な流速に対応できるように増加で
きるが、しかし溝の大きさまたは数は同一のままにして
おくことができる。反応室および使用済み試薬槽の壁面
のフィンガーは幅1mm、深さ0.4mmで反応室および使用ず
み試薬槽の各壁面に７個のフィンガーを備えている。反
応室容積は20μｌであった。反応室は平行側面が7mmと
3.5mm、他の側面が7.1mmで、深さは20μｌ反応室用は0.
56mmである台形とした。診断用エレメントは、長さ約2.
5cm、幅2mm、溝を備えた装置の底面からの1mmであり、
この溝は反応混合物の流れに垂直に走っており、溝の数
は1cm当たり100本で、深さは0.05mmであった。診断用エ
レメントの上にタイムゲートがある場合は、タイムゲー
トは反応室にすぐ隣接した診断用エレメントの上に取り
付けられた。診断用エレメントの幅は、混合物流れが捕
捉ゾーンを通過する速度を必要な大きさに増加する場合
には大きくすることができる。抗−αhCG抗体ラテック
ス（１μｌ）と山羊抗−マウスラテックス（１μｌ）を
約1.5cm離して装置の診断用エレメントに入れた。抗−
βhCG抗体金コロイド共役物（10μｌ）を反応室の小さ
い箱にピペットで入れた。試薬を乾燥するために装置を
約15分間真空下に置いた。使用ずみ試薬槽は、平行側面
が7mmと15mm、他の側面が8mmで深さが0.5mmの台形をし
ていた。図４を参照すると、使用ずみ試薬槽の好ましい
（最良モード）実施態様では、反応混合物は、フィンガ
ー52（幅1mm、深さ0.4mmで、７個の突起）の助けによ
り、診断用エレメント６から毛細管空間55（長さ1.25m
m、幅27.5mm、深さ0.48mm）へ移動し、それから溝付き
毛細管構造部（長さ13.6mm、幅25.4mm、深さ0.61mmで、
1cm当たり16本の溝密度である）へ移動した。サンプル
添加槽と反応室の壁の外壁と上部表面はシリコングリー
スを薄く塗布して、試薬が組み立て装置のサンプル添加
槽および反応室から漏れないようにした。装置中の毛細
管空間は装置の上部に透明なプラスチックであるポリカ
ーボネートシートを置いて形成した。プラスチックシー
トは反対側に面に結合クリップで取り付けた。透明プラ
スチックシートはサンプル添加槽の上に、サンプルの導
入用にサンプル口を形成した。
実施例 ５ hCG用の定性的ワンステップアッセイ 実施例４に記載した装置はhCG用の定性的ワンステッ
プアッセイ用に使用した。タイムゲートがない装置の評
価時間は約５から10分間であった。ml当たり０、50、20
0および500mIUのhCGを含む尿溶液（60μｌ）を装置のサ
ンプル槽に加えた。サンプルは反応室へ移動し、金コロ
イド共役物を溶解し、そして反応混合物は抗−hCGラテ
ックスおよび山羊抗−マウスIgGラテックス捕捉ゾーン
を越えて診断用エレメントへ移動した。反応混合物は使
用ずみ試薬槽へ移動し、過剰のサンプルは診断用エレメ
ントを洗浄した。捕捉ゾーンのhCGの色密度をミノルタ
・クロマ・メーター（Minolta Chroma Meter）CR241を
用いて540nmのところで装置的に測定した。hCGを含むサ
ンプルに対しては赤色が観測され、捕捉ゾーンにhCGを
含まないサンプルでは観測されなかった。０、50、200
および500mIU/mlの△Ｅ＊値はそれぞれ０、7.78、12.95
および20.96であり、正のコントロール（山羊抗マウスI
gG）ではゾーンは△Ｅ＊約35をもった明瞭な赤色バーが
観察された。
実施例 ６ タイムゲートを使用するhCGの定性的ワンステップアッ
セイ 実施例４に記載した装置はタイムゲートを取り付けて
製作した。タイムゲートは反応室中の反応混合物と接触
して存在する診断用エレメントのところに形成した。タ
イムゲートは界面活性剤を含まない硫酸化したラテック
ス、粒径1.0μｍ〔インターフェイシャル・ダイナミッ
クス・コーポレション（Interfacial Dynamic Corp.）
社製、ポートランド、オレゴン〕の２％固形分濃度のも
の１μｌを加えて作った。他の試薬ラテックスと金の共
役物もまた装置に加え、実施例５に記載したようにして
乾燥した。透明プラスチックシートを装置の上に載せ、
1ml中に０、５、200および500mIUのhCGを含むサンプル
（約60μｌ）を装置に加えた。サンプルは反応室に移動
し、金コロイド共役物を溶解し、そして反応混合物は反
応室に約８から10分間留まった、一方タイムゲートがな
い場合には反応混合物は反応室に５から15秒間留まっ
た。サンプル中に存在しているかもしれないおよび反応
混合物の１成分として加えられた反応混合物中の蛋白質
成分、即ち牛の血清アルブミンは、タイムゲートのラテ
ックス粒子に結合し、タイムゲートの疎水性表面を親水
性表面に変えた。ゼラチン、血清アルブミン、免疫グロ
ブリン、酵素等のおよび他の蛋白質、およびポリペプチ
ドおよび親水性ポリマーもまた疎水性部分に結合するよ
うに機能するであろう。反応混合物の蛋白質成分がラテ
ックス表面に結合して、疎水性表面は徐々に親水性表面
に変化し、反応混合物がタイムゲートの領域を越えて流
れるのを可能にする。蛋白質、即ち牛血清アルブミン、
が反応混合物に加えられていないコントロール実験で
は、タイムゲートを越えて反応混合物が診断用エレメン
トに流れてくるということは実験時間（５時館）内では
起こらなかった。コントロール実験では、尿サンプルの
みでは十分な蛋白質、即ちタイムゲートのラテックスに
結合してタイムゲートの疎水特性を変えることのできる
成分を含んでいないことがわかった。サンプル中の成分
が疎水性のタイムゲートを、反応混合物が流動するよう
に親水性のものに変換するためにだけ用いられるべき場
合には、ひとつの成分はタイムゲートに用いられたラテ
ックスの量および全表面積を、反応混合物が適当な時間
内にタイムゲートを越えて流れることができる程度にま
で少なくする必要があろう。そらから反応混合物は抗−
hCGラテックスおよび山羊抗マウスIgGラテックス捕捉ゾ
ーンを越えて診断用エレメントへ移動した。反応混合物
は使用ずみ試薬槽へ移動し、過剰のサンプルは診断用エ
レメントを洗浄した。捕捉ゾーンのhCGの色密度をミノ
ルタ・クロマ・メーターCR241を用いて装置的に測定し
た。hCGを含むサンプルに対しては赤色が観測され、捕
捉ゾーンにhCGを含まないサンプルでは観測されなかっ
た。０、50、200および500mIU/mlの△Ｅ＊値はそれぞれ
０、6.51、13.14および18.19であった。各装置の山羊抗
−マウスIgG捕捉ゾーンでは赤色バーが観察された。
実施例 ７ 流動制御手段を使用したhCG用の定性的ワンステップア
ッセイ 実施例４に記載した装置を付属の流動制御手段を付け
加えて製作した。付属の流動制御手段、即ち“ギャッ
プ”を診断用エレメント上のhCG金共役物用捕捉ゾーン
の背後に置いた。ふたつの面の間のギャップは0.38mm、
ギャップの長さは13.2mm、最上部のところのギャップの
幅は9mmであった；しかしギャップの有効幅は診断用エ
レメントの幅（2mm）であった。診断用エレメント上の
このギャップ容積は約10μｌで、この場合には反応室の
容積の半分であった。抗−hCGおよび山羊抗−マウスラ
テックスおよび金共役物を装置に加え、実施例５のよう
に乾燥した。１表面内にギャップを持つポリカーボネー
トの透明プラスチックシートを診断用エレメントに向か
い合ったギャップを持つ装置に載せた。０および200mIU
hCG/mlを含むサンプル（約60μｌ）を装置に加えた。
サンプルは反応室に移動し、金コロイド共役物を溶解
し、それから反応混合物は抗−hCGラテックスを越えて
診断用エレメントのところへ移動した。それから反応混
合物は抗−hCGラテックスの捕捉ゾーンのすぐ次にある
ギャップに入った。捕捉ゾーン上の流動速度は、反応混
合物が捕捉ゾーンを越えて移動しギャップを満たしてい
る間は遅くなった。10μｌの反応混合物がギャップを満
たす時間は約12分から16分であったが、一方付属の流動
制御手段のない装置ではその時間は約１分から３分であ
った。反応混合物がギャップを満たすと、それから反応
混合物は診断用エレメントの狭い毛細管に入って行き、
山羊抗−マウス捕捉ゾーン上に移動した。反応混合物は
使用ずみ試薬槽に入り、過剰のサンプルは診断用エレメ
ントを洗浄した。hCGに対する捕捉ゾーンの色密度をミ
ノルタ・クロマ・メーターCR241を用いて装置的に測定
した。hCGを含むサンプルに対しては赤色が観測され、
捕捉ゾーンにhCGを含まないサンプルでは観測されなか
った。０および200mIU/mlの△Ｅ＊値はそれぞれ０およ
び16.12であった。流動制御手段を持たない装置での捕
捉ゾーンのδＥ値＊は200mIU/mlのサンプルに対して16.
32であった。各装置の山羊抗−マウスIgG捕捉ゾーンで
は赤色バーが観察された。
実施例 ８ 多段アッセイ診断用エレメントの製作 サンプル添加槽および診断用エレメントを含めて装置
を製作した。装置は親水性面を生み出す官能基をグラフ
トするためにプラズマ処理した。サンプル添加槽の大き
さは長さ12mm、幅6mm、深さ0.05mmとした。診断用エレ
メントは長さ約5.5cm、幅1.3mm、装置の底面から1mmと
し、反応混合物の流れに垂直に走る溝を備え、この溝は
1cm当たり100本あり、その深さは0.05mmとした。定性的
評価の場合には、抗体ラテックス（１μｌ）は診断用エ
レメントに入れ、診断用エレメントの幅全体と1cmの長
さ範囲を覆った。免疫クロマトグラフ評価の場合には、
抗体ラテックス（６μｌ）を診断用エレメントの幅およ
び長さ全体にわたって入れた。装置は試薬を乾燥するた
め約１時間真空下においた。それから透明なプラスチッ
クポリスチレンシートを装置の上に載せることにより、
装置中に毛細管空間を形成した。プラスチックシートは
接合クリップによって反対側表面に取り付けた。
実施例 ９ 診断用エレメントを使用するhCGのアッセイ 実施例８に記載した診断用エレメントをhCG評価用に
使用した。1ml中に０、５、200および500mIUのhCGを含
むサンプル（20μｌ）を抗−βhCG抗体金コロイド共役
物（２μｌ）を含む試験管に加えた。試験管を渦を巻く
ように撹拌し、反応混合物を室温で５分間培養した。反
応混合物（20μｌ）を装置のサンプル添加槽へ10μｌず
つ入れた。反応混合物はサンプル槽からそして捕捉ゾー
ンを越えて診断用エレメントへ流れた。捕捉ゾーンの端
にある吸着剤により診断用エレメントから使用ずみ試薬
を除いた。捕捉ゾーンのhCGの色密度をミノルタ・クロ
マ・メーターCR241を用いて装置的に測定した。hCGを含
むサンプルに対しては赤色が観測され、捕捉ゾーンにhC
Gを含まないサンプルでは観測されなかった。０、50、2
00および500mIU/mlの△Ｅ＊値はそれぞれ0.00、1.24、
3.16および5.56であった。
実施例 10 メタ−ニトロフェンシクリジンの合成 濃硫酸（9ml）中のフェンシクリジン塩酸塩（5g,1.8
×10-2モル）の氷冷溶液中へ、発煙硝酸（2ml）を、滴
々とそして撹拌しながら加えた。反応混合物を氷水バス
中で１時間撹拌し、それから砕いた氷／水の中へ注い
だ。混合物を10Nの水酸化ナトリウム（50ml）でpH12の
塩基性にし、ジエチルエーテル（100mlで２回）で抽出
した。取り込まれてきた有機層を水（100mlで２回）で
洗浄し、無水硫酸マグネシウム上で乾燥し、濾過して真
空下で蒸発させた。残留物をメチルアルコール（20ml）
で処理し、溶質が溶けるまで温水浴（80℃）上で加熱し
た。フラスコを（生成物は光りに反応し易いため）アル
ミホイルで蓋をして、溶液を終夜室温で撹拌し、その後
黄色い固体が沈殿した。固体を濾過して集め、真空下で
乾燥して、3.0g（58％）のメタ−ニトロフェンシクリジ
ンを黄色の細かい結晶として得、これを光から保護し
た：融点81−82℃。
実施例 11 メタ−アミノフェンシクリジンの合成 メチルアルコール（150ml）中のメタ−ニトロフェン
シクリジン（3.0g、10.4×10-3モル）溶液を撹拌しなが
ら、これにアルゴンを流しながら、10％のパラジウム−
炭素（0.5g）、次いで蟻酸アンモニウム（4.0g,6.3×10
-2モル）を加えた。反応混合物を室温で２時間撹拌し、
その後濾過して触媒を取り除き、溶媒を真空下で蒸発し
た。残留物を1N水酸化カリウム溶液（30ml）で処理し、
ジエチルエーテル（50mlで２回）で抽出した。取り込ま
れてきた有機抽出物を水（50ml）で洗浄し、無水硫酸マ
グネシウム上で乾燥し、濾過して真空下で蒸発した。残
留物をヘキサン（20ml）に溶解し、溶液は終夜室温で撹
拌して、その後白色の固体が沈殿した。この固体を濾過
して集め、真空下で乾燥して1.4g（52％）のメタ−アミ
ノフェンシクリジンを得た：融点121−122℃。
実施例 12 アセチルチオプロピオン酸の合成 テトラヒドロフラン（THF,700ml）中の３−メルカプ
トプロピオン酸（7ml,0.08モル）およびイミダゾール
（5.4g,0.08モル）の溶液を撹拌しながら、これにアル
ゴンを流しながら、15分間をかけて、THF（100ml）に溶
解した１−アセチルイミダゾール（9.6g,0.087モル）溶
液を滴々と加えた。溶液を室温で更に３時間撹拌し、そ
の後THFを真空下で取り除いた。残留物を氷冷水（18m
l）で処理し、得られた溶液を氷冷した濃塩酸（14.5m
l）でpH1.5−２の酸性にした。混合物を水（50mlで２
回）で抽出し、硫酸マグネシウム上で乾燥して蒸発し
た。粗製の黄色い油っぽい固体の残留生成物（10.5g）
をクロロホルム−ヘキサンから再結晶して4.8gの（収率
41％）アセチルチオプロピオン酸を、融点44−45℃の白
色固体として得た。
実施例 13 メタ−アセチルチオプロピオンアミドフェンシクリジン
の合成 無水テトラヒドロフラン（7ml）中のメタ−アミノフ
ェンシクリジン（1.4g,5.4×10-3モル）とアセチルチオ
プロピオン酸（0.87g,5.8×10-3モル）の溶液を撹拌し
ながら、これにジシクロヘキシルカルボジイミド（1.19
g,5.8×10-3モル）を加えた。フラスコをアルゴンでパ
ージし、溶液を室温で２時間撹拌した。混合物を不溶性
のジシクロヘキシルウレアから濾別し、真空下で蒸発し
た。残留固体をクロロホルム／ヘキサンから再結晶して
1.5g（71％）のメタ−アセチルチオプロピオンアミドフ
ェンシクリジンを、融点152−４℃の白色結晶固体とし
て得た。
実施例 14 メタ−３−メルカプトプロピオンアミドフェンシクリジ
ンの合成 80％メタノール/20％水（体積／体積）に溶解した0.1
2モル濃度の炭酸カリウム溶液1.29ml中へ、メタ−アセ
チルチオプロピオンアミドフェンシクリジン（0.01g,2.
57×10-5モル）を溶解した。溶液を室温で５分間放置
し、それから0.5モル濃度のリン酸カリウムpH7の0.2ml
を一気に加え、溶液を塩酸（1N）でpH7−7.5に調整し
た。溶液中の標題の化合物はBSA−SMCCと反応させるた
めにそのまま用いた。
実施例 15 牛血清アルブミンに付加したフェンシクリジン同族体
（BSA−PCP）の調製 0.3mlのアセトニトリルに6.7mgのSMCCを溶解した溶液
を加え、この溶液を、1Nの水酸化カリウムでpHを７から
7.5に維持しながら、室温で１時間撹拌することによ
り、牛血清アルブミン（BSA,20mg/mlを3.5ml）をサクシ
ニミジル４−（Ｎ−マレイミドメチル）−シクロ−ヘキ
サン−１−カルボキシレート〔SMCC,ピアース・ケミカ
ル・カンパニー（Pierce Chemical Co.）〕と反応させ
た。蛋白質を、0.1モル濃度リン酸カリウム、0.02モル
濃度ホウ酸カリウム、0.15モル濃度塩化ナトリウム、pH
7.0中でゲル濾過クロマトグラフィーによって未反応化
合物から分離した。メタ−３−メルカプトプロピオンア
ミドフェンシクリジン（13ミリモル濃度溶液の0.2ml）
をBSA−マレイミド（8.2mg/ml溶液の2ml）に加え、溶液
を室温で４時間撹拌した。それから溶液を10ミリモル濃
度のMES溶液、pH5.5の1000mlに対して３回透析した。8m
g/ml濃度のBSA−PCP溶液1.8mlを回収した。
実施例 16 フェンシクリジン同族体金コロイド共役体の調製 10ミリモル濃度のMES中にBSA（22mg）とBSA−PCP（5.
6mg）とを含む溶液（4.7ml）、pH5.5を速やかに撹拌し
ながら、10ミリモル濃度のMES中の金コロイド（105m
l）、pH5.5に一気に（in a bolus）加えた。完全に混合
した後、撹拌をやめ、溶液を室温で１時間培養した。金
コロイド共役物を、金コロイドに結合していないBSAお
よびBSA−PCPを除くために、接線流動装置（tangential
flow device）〔ザルトリウス型イージー・フロー（Sa
rtorius Easy Flow）、分子量カットオフは100,000であ
った〕を使用して、50ミリモル濃度のリン酸カリウム、
10ミリモル濃度のホウ酸カリウム、pH7に対して透析濾
過した。金共役物はPCP評価用に10mg/mlの牛血清アルブ
ミンを含む緩衝溶液、pH7.5中に希釈した。
実施例 17 抗フェンシクリジン抗体ラテックスの調製 界面活性剤を除いたポリスチレン粒子〔インターフェ
イシャル・ダイナミックス・コーポレーション製、ポー
トランド、オレゴン;9.4％固体濃度の0.074ml、粒径0.4
μｍ〕を渦巻き状に撹拌しながら、抗−フェンシクリジ
ン モノクローナル抗体（0.1モル濃度のMES中5.86mg/m
l濃度のもの0.926ml、pH5）中へ加え、懸濁体を45℃で
２時間培養した。懸濁体は遠心分離にかけ、ラテックス
粒子をペレットにした。ペレットを10ミリモル濃度のME
S、0.1mg/ml濃度のトレハローズ、pH5.5で３回遠心分離
と再懸濁して洗浄した。最後のペレットは洗浄用緩衝液
中で、固体濃度１％として懸濁した。
実施例 18 マウスIgGのFcフラグメントに対する、ラテックス固定
化した生物学的親和性精製した山羊IgG抗体の調製（山
羊抗−マウスFcラテックス） 生物学的親和性精製した山羊抗−マウスFc〔イミュノ
リサーチ（Immunoresearch）社製〕とポリスチレンラテ
ックス粒子（硫酸化、1.07μｍ）〔インターフェイシャ
ル・ダイナミックス（Interfacial Dynamics）社製〕と
をそれぞれ別々に45℃で１時間培養した。抗体溶液は0.
1モル濃度の２−（Ｎ−モルホリノ）エタンスルホン酸
でpH5.5に緩衝した。抗体溶液を渦巻き状に撹拌しなが
ら、ラテックス粒子の懸濁体を抗体溶液に加え、抗体の
最終濃度を0.3mg/mlとし、溶液はラテックス固体を１％
含むようにした。懸濁体は45℃で２時間培養し、それか
ら遠心分離してラテックス粒子をペレットにした。ラテ
ックスペレットは、牛血清アルブミンを１％の濃度で含
むリン酸塩緩衝生理食塩水（PBS）中に再懸濁し、室温
で１時間培養した。遠心分離でラテックスをペレット化
し、ペレットはPBS中に再懸濁と遠心分離とにより３回
洗浄した。最後のペレットは、0.1％のナトリウムアジ
ドを含むPBS中でpH7.0で、ラテックス固体濃度１％とし
て再懸濁した。
実施例 19 診断用エレメントを使用するフェンシクリジンの評価 実施例８に記載した診断用エレメントをフェンシクリ
ジン（PCP）の評価に使用した。1ml中に０、100、200お
よび300ng/mlのPCPを含む尿サンプル（133μｌ）を凍結
乾燥した緩衝配合物（10ミリモル濃度のリン酸カリウ
ム、150ミリモル濃度の塩化ナトリウムおよび10mg/mlの
BSA、を含むpH8）を含む試験管に加え、フェンシクリジ
ン同族体金コロイド共役物（４μｌ）加え、そして溶液
を渦を巻くように撹拌した。抗PCP抗体（0.1mg/ml濃度
のものを2.8μｌ）を各試験管に加え、溶液を渦を巻く
ようにして混合し室温で５分間培養した。山羊抗マウス
Fcラテックス（１％懸濁液50ml）を試験管に加え、試験
管は渦を巻くようにして混合し、それから室温で10分間
培養した。それから溶液をゲルマン・アクロディスク
（登録商標）・３・シリンジ・フィルター（German Acr
odiscR 3 syringe filter）（0.45μｍ）を用いて濾過
し、反応混合物からPCP同族体金共役物：抗−PCP抗体：
山羊抗マウスラテックスを除いた。反応混合物の濾液
（20μｌ）を実施例８に記載した診断用エレメントに適
用した。反応混合物はサンプル槽から捕捉ゾーンを越え
て診断用エレメントへ流れた。捕捉ゾーンのうしろ1cm
のところに置かれた吸着剤組織は診断用エレメントから
使用ずみの試薬を除いた。捕捉ゾーンのhCGの色密度を
ミノルタ・クロマ・メーターCR241を用いて装置的に測
定した。０、100、200および300ng/mlサンプルの△Ｅ＊
値はそれぞれ0.69、9.28、14.04および21.6であった。
以上の発明は図および実施例によりある程度詳しく記
載されているが、ある範囲の変化や応用は後記のクレー
ムの範囲内で行ってもよいことは明らかであろう。ここ
で使用したように、“好ましい”実施態様に関する参考
例はこの発明を実施するための最良のモードに関するも
のである。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−223674（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−203038（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−113364（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−129759（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−67171（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−213769（ＪＰ，Ａ)

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】反応室； 少なくとも１つの標的リガンドを少なくとも１つのゾー
    ン内へ固定化することのできる診断用エレメント、ここ
    で該診断用エレメントは、毛細管作用により、静水圧作
    用により、または毛細管作用と静水圧作用との組み合わ
    せにより、反応室から来る流体流動を受け入れ；および 反応室から診断用エレメントへの流体流動を遅らせるタ
    イムゲート、ここで、該タイムゲートは該流体中に存在
    する少なくとも１つの水性可溶性成分と結合し得る少な
    くとも１つの疎水性表面を含み、これによって流体移動
    の遅延が、疎水性表面を十分親水性の表面に変えて流体
    が該診断用エレメント内へ流動できるように該疎水性表
    面への水性可溶性成分の結合の速度に関連するようにさ
    せる； を含んでなる、水性流体サンプル中の少なくとも１つの
    標的リガンドを検出するための診断用アッセイ装置。
  2. 【請求項２】ｉ） サンプル添加槽； ii） サンプル添加槽と反応室の間のサンプル反応障
    壁； iii） サンプル反応障壁（ii）内の第１の毛細管から
    反応室の第２の毛細管への流体流動装置、ここで第１の
    毛細管は第２の毛細管より大きな毛細管特性を有してお
    り、第１の毛細管内の流体流動に実質的に垂直である壁
    を有し、該壁は第１の毛細管と第２の毛細管の界面に位
    置しており、該装置は第１の毛細管内の流体流動に対し
    て実質的に垂直な壁内に溝を有し、該溝は0.5mmから2mm
    の幅および0.1mmから1.5mmの深さを有する； iv） 反応室； ｖ） 反応室から診断用エレメントへの流体流動を遅ら
    せるタイムゲート； vi） 少なくとも１つの標的リガンドを検出のために少
    なくとも１つのゾーン内へ固定化することのできる診断
    用エレメント； vii） 使用済み試薬槽 をさらに含む請求項１記載の診断用アッセイ装置。
  3. 【請求項３】ｉ） サンプル添加槽； ii） サンプル添加槽と反応室の間のサンプル反応障
    壁； iii） サンプル反応障壁（ii）内の第１の毛細管から
    反応室の第２の毛細管への流体流動装置、ここで第１の
    毛細管は第２の毛細管より大きな毛細管特性を有してお
    り、第１の毛細管内の流体流動に実質的に垂直である壁
    を有し、該壁は第１の毛細管と第２の毛細管の界面に位
    置しており、該装置は第１の毛細管内の流体流動に対し
    て実質的に垂直な壁内に溝を有し、該溝は0.5mmから2mm
    の幅および0.1mmから1.5mmの深さを有する； iv） 標的リガンド用の少なくとも１つの共役物をさら
    に含む反応室； ｖ） 反応室から診断用エレメントへの流体流動を遅ら
    せるタイムゲート； vi） 流体サンプル中の標的リガンドの量に関連した量
    の少なくとも１つの共役物を検出のために少なくとも１
    つのゾーン内へ固定化し得る診断用エレメント；および vii） 使用済み試薬槽 をさらに含む請求項１記載の診断用アッセイ装置。
  4. 【請求項４】ｉ） サンプル添加槽； ii） サンプル添加槽と反応室の間のサンプル反応障
    壁； iii） サンプル反応障壁（ii）内の第１の毛細管から
    反応室の第２の毛細管への流体流動装置、ここで第１の
    毛細管は第２の毛細管より大きな毛細管特性を有してお
    り、第１の毛細管内の流体流動に実質的に垂直である壁
    を有し、該壁は第１の毛細管と第２の毛細管の界面に位
    置しており、該装置は第１の毛細管内の流体流動に対し
    て実質的に垂直な壁内に溝を有し、該溝は0.5mmから2mm
    の幅および0.1mmから1.5mmの深さを有する； iv） 反応室； ｖ） 反応室から診断用エレメントへの流体流動を遅ら
    せるタイムゲート； vi） 少なくとも１つの標的リガンドを検出のために少
    なくとも１つのゾーン内へ固定化し得る診断用エレメン
    ト； vii） 流動制御装置；および viii） 使用済み試薬槽 をさらに含む請求項１記載の診断用アッセイ装置。
  5. 【請求項５】ｉ） サンプル添加槽； ii） サンプル添加槽と反応室の間のサンプル反応障
    壁； iii） サンプル反応障壁（ii）内の第１の毛細管から
    反応室の第２の毛細管への流体流動装置、ここで第１の
    毛細管は第２の毛細管より大きな毛細管特性を有してお
    り、第１の毛細管内の流体流動に実質的に垂直である壁
    を有し、該壁は第１の毛細管と第２の毛細管の界面に位
    置しており、該装置は第１の毛細管内の流体流動に対し
    て実質的に垂直な壁内に溝を有し、該溝は0.5mmから2mm
    の幅および0.1mmから1.5mmの深さを有する； iv） 該標的リガンド用の少なくとも１つの共役物をさ
    らに含む反応室； ｖ） 反応室から診断用エレメントへの流体流動を遅ら
    せるタイムゲート、ここで、該タイムゲートは、第１の
    親水性ゾーン，疎水性ゾーンおよび第２の親水性ゾーン
    を含む３つの異なるゾーンを含み、該疎水性ゾーンは該
    第１の親水性ゾーンと該第２の親水性ゾーンとの間に位
    置しており、流体中に存在する少なくとも１つの水性可
    溶性成分と、該疎水性ゾーンを診断用エレメントを含む
    該第２の親水性ゾーン内への流体流動を遅らせるのに十
    分に親水性の表面に変化させる速度で結合しうる成分を
    その中に有する； vi） 流体サンプル中の標的リガンドの量に関連した量
    の少なくとも１つの共役物を検出のために少なくとも１
    つのゾーン内へ固定化し得る診断用エレメント； vii） 使用済み試薬槽（viii）への流動を制御する装
    置； viii） 使用済み試薬槽 をさらに含む、請求項１記載の診断用アッセイ装置。
  6. 【請求項６】反応室と流体接触している試薬室をさらに
    含む、請求項１−５のいずれかに記載の診断用アッセイ
    装置。
  7. 【請求項７】反応室およびサンプル添加槽と流体接触し
    ている試薬室をさらに含む、請求項２−５のいずれかに
    記載の診断用アッセイ装置。
  8. 【請求項８】少なくとも１つの信号発生エレメント、お
    よび少なくとも１つの標的リガンドと結合し得る少なく
    とも１つのレセプターが反応室に含まれている、請求項
    １−５のいずれかに記載の診断用アッセイ装置。
  9. 【請求項９】少なくとも１つの信号発生エレメント、お
    よび少なくとも１つの標的リガンドと結合し得る少なく
    とも１つのレセプターがサンプル反応障壁上に含まれて
    いる、請求項２−５のいずれかに記載の診断用アッセイ
    装置。
  10. 【請求項１０】該タイムゲートが膜内に埋め込まれてい
    る、請求項１−５のいずれかに記載の診断用アッセイ装
    置。
  11. 【請求項１１】該診断用エレメントが、ラテックス粒子
    上に固定化された少なくとも１つの標的リガンド用のレ
    セプターを含み、さらに該粒子が疎水的または静電的な
    手段で診断用エレメントに固定化されている、請求項１
    −５のいずれかに記載の診断用アッセイ装置。
  12. 【請求項１２】該診断用エレメントが、ラテックス粒子
    上に固定化された少なくとも１つの標的リガンド用のレ
    セプターを含み、さらに該粒子がトラップにより診断用
    エレメントに固定化されている、請求項１−５のいずれ
    かに記載の診断用アッセイ装置。
  13. 【請求項１３】少なくとも１つのタイムゲート疎水性表
    面により結合された少なくとも１つの水性可溶性成分
    が、タンパク質、ポリマーまたは洗浄剤である、請求項
    １−５のいずれかに記載の診断用アッセイ装置。
  14. 【請求項１４】少なくとも１つのタイムゲート疎水性表
    面により結合された少なくとも１つの水性可溶性成分が
    血清アルブミンである、請求項１−５のいずれかに記載
    の診断用アッセイ装置。
  15. 【請求項１５】タイムゲート疎水性表面がラテックス粒
    子を含む、請求項１−５のいずれかに記載の診断用アッ
    セイ装置。
  16. 【請求項１６】タイムゲート疎水性表面が流体サンプル
    の緩衝作用にさらすことにより親水性になる高分子電解
    質で構成されており、時間調節した流体流動が高分子電
    解質の質量および流体の緩衝能およびpHに依存する、請
    求項１−５のいずれかに記載の診断用アッセイ装置。
  17. 【請求項１７】診断用エレメントが溝付きの表面を含
    む、請求項１−５のいずれかに記載の診断用アッセイ装
    置。
  18. 【請求項１８】少なくとも１つの標的リガンドと結合し
    得る少なくとも１つの信号発生エレメントが反応室内に
    含まれている、請求項１−５のいずれかに記載の診断用
    アッセイ装置。
  19. 【請求項１９】少なくとも１つの標的リガンドと結合し
    得る少なくとも１つの信号発生エレメントがサンプル反
    応障壁上に含まれている、請求項２−５のいずれかに記
    載の診断用アッセイ装置。
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