JP6159791B2 - アッセイ標識 - Google Patents

Description

本発明は、アッセイ標識、特に、イムノアッセイにおいて使用するための、炭素粒子をベースにしたアッセイ標識に関する。

数多くのアッセイシステムにおいて、検出複合体（あるいは、標識）として炭素粒子が使用される。このような例の１つは、視認される炭素粒子を使用する側方流動性ストリップである。別の例は、アッセイ中に標識の発光により生成される熱を検出するための焦電／圧電変換器を有する装置を使用する、国際公開第２００４／０９０５１２号に記載されるアッセイシステムである。炭素粒子は、スペクトルのＵＶ、可視及び赤外線領域を含む波長範囲の電磁放射線の強力な吸収体であることから、このシステムに適する。また、炭素粒子は、とりわけ質量が密であるものでもないことから、サンプル中に良好に懸濁され、焦電／圧電変換器を使用するアッセイシステムにおいて干渉をもたらし得る程過度に沈殿することもない。

粒子状の炭素は、一般的に、疎水性物質を吸着し得る「活性表面」を有すると考えられている。例えば、炊飯器用のフィルターには活性炭が使用され、化学的な反応混合物の精製には炭素粒子が使用される。通常、後者では、不純物を吸着する活性炭を加えることにより、ポリマー性及び／又は疎水性不純物が反応チャンバーから除去される。次に、この炭は濾過により除去される。

したがって、炭素粒子は、標識としてではなく、過剰な不要な試薬を除去する手段として、数回にわたってアッセイに使用される。具体的には、これらは放射性標識された過剰な試薬を競合的イムノアッセイから除去する際にも使用されてきた（例えば、インスリン、葉酸塩、遊離Ｔ３、遊離Ｔ４）。このような炭素粒子の使用は、米国特許第３，４４２，８１９号、米国特許第４，０２８，４６５号、並びにＮ．Ｐｏｚｎａｎｓｋｉ ａｎｄ Ｗ．Ｊ．Ｐｏｚｎａｎｓｋｉ，Ｃｌｉｎ．Ｃｈｅｍ．，１９６９，１５，９０８−９１ Ｂに記載されている。この技術利用では、溶液中で、放射性標識した小分子及び内在性の小分子間で競合する反応が生じ、これらの分子は、この反応において一定量の抗体との結合に関し競合する。次に、デキストラン（又はその他の巨大分子）で前処理した炭素粒子を加えることにより、抗体に結合しない小分子画分を除去する。デキストランは、小分子には炭素を通過させかつ結合させるが、大きな分子にはさせず、したがって、炭素−デキストランにより、未結合の小分子は除去されて、抗体に結合した小分子画分は除去されない。次に炭素−デキストランを濾過し、濾液の放射活性を測定することにより、結合した試薬を定量する。

これらの文献は、読者に、炭素粒子はデキストランよりも疎水性の小分子に対し親和性を有する傾向があることを教示する。小分子をコロイド標識する一般的な方法では、最初に小分子を大きな担体（巨大分子など）へ共有結合により固定化（カップリング）し、次にこの複合体を標識する（すなわち、受動的吸着による）。しかしながら、疎水性の小分子とデキストランを共有結合させて複合体を作製する場合には、小分子を炭素へ付着させることにより、複合体を炭素へ結合させるものと予想される。つまり、この手法は、小分子に接近不能であることから、小分子の炭素複合体を作製する方法としては良好ではないと考えられる。

抗体でコートした炭素粒子のアッセイ標識としての使用を記載する文献中に、いくつかの例が存在する。例えば、米国特許第４，７６０，０３０号は、炭素粒子上への抗体の受動的吸着を記載する。しかしながら、米国特許第４，７６０，０３０号では、粒子上を抗体でコートするためには、粒子をアミノ酸で安定化する必要がある。この特許文献では、炭素粒子及び抗体を同時に混合し、分析物の存在下で凝集を起こさせる凝集アッセイである墨汁アッセイ（ギークアッセイ（Geek assay）としても既知）も参照されている。この場合も、炭素コロイドを形成するのに安定化剤が必要とされる。

米国特許第５，２５２，４９６号、米国特許第５，５５９，０４１号及び米国特許第６，５０６，６１２号も、炭素粒子への抗体の結合を記載する。これらの特許文献は、水中でコロイドを形成させるためには安定化させる必要があるＶｕｌｃａｎ ＸＣ７２を使用する。これらの特許文献は、安定化剤としての２％デキストラン９，４００の使用を記載している。米国特許第５，２５２，４９６号、第１３段の実施例７は、炭素へのモノクローナル抗体の固定化を記載する。要約すると、２％デキストランを含む緩衝液に炭素粒子を懸濁する（このデキストランは「懸濁助剤」として記載されている）。２時間後にフルオレセインイソチオシアネート（ＦＩＴＣ）を加え、懸濁液を１２時間インキュベートした後、数回洗浄を行ってから抗体を加え、更に数回洗浄し、適切な保存緩衝液中でコロイドを保存する。

抗体が粒子に付着する機序については完全には明らかになっていない。第１に、ＦＩＴＣが有する化学反応性官能基は１つしかないため、ＦＩＴＣは架橋剤にならず、したがってＦＩＴＣが抗体をデキストランに共有結合させるという機序は考えられない。第２に、通常、イソチオシアネートは、アミンと反応させるために使用されるが（チオ尿素を生成するため）、アルコールと反応させることもでき（チオカルバメートを得るため）、あるいはアミン類へと加水分解することもできる。１２時間のインキュベーション時間により、ＦＩＴＣはデキストラン上のヒドロキシ基と反応するか、あるいは加水分解されることになる。提案されている結合機序では、ＦＩＴＣが何らかの形でデキストランの炭素表面に結合するものと考えられている。フルオレセインがデキストランと結合することは見込まれないため、ＦＩＴＣは炭素そのものの表面上に結合（受動的吸着）するものと考えられる。このイソチオシアネート基は、次に抗体上のリシン基（アミン）に結合する際には利用することができない。

米国特許第６，５０６，６１２号も、架橋剤により炭素粒子表面上の第１の受動的吸着層へ結合剤を共有結合させることによる方法を記載する。第８段の第３５〜６０行には、受動的吸着層が常にタンパク質である、このような共有結合が記載される。したがって、米国特許第６，５０６，６１２号は、炭素コロイドを安定化するために最初に使用することのできるデキストランを教示するものの、それらのデキストランは、最終的には、炭素へデキストランよりも強力に結合し得るいずれかの小分子（ＦＩＴＣなど）又はタンパク質分子（ＢＳＡ、アビジン又は抗体など）により代替されるであろう。米国特許第６，５０６，６１２号も、炭素上をコートする前に抗体をＦＩＴＣで前処理する方法を記載しており、該方法において期待される効果は、ＦＩＴＣ基を抗体に加えることにより抗体がより疎水性になり、ひいては、炭素へより強力に結合するというものである。

米国特許第５，５２９，９０１号及び米国特許第５，６４１，６８９号は、デキストラン、ＰＥＧ、グリシンなどの安定化剤を加えずとも、水中でコロイドを形成し得る種類の炭素粒子（ＤｅｇｕｓｓａのＳＢ４）を選別するための方法を記載する。分析物へ結合する結合成分（例えば、抗体）に直接的に固定化するためのＳＢ４（及び類似する粒子）の選別についても記載する。したがって、これらの特許文献は、安定剤としてのデキストランの使用には関係のない教示をするものである。実際に、これらの文献には粒子を安定化するためにデキストランを使用する必要はないと記載されており、この工程は、具体的には、これらの粒子を使用することにより排除することができる。

アッセイに一般的に使用されてきた炭素粒子は、受動的吸着法により固定化される（米国特許第５，５２９，９０１号及び米国特許第５，６４１，６８９号を参照されたい）。この方法は、ある種の炭素、特に安定剤の非存在下で水中で安定なコロイドを形成するＤｅｇｕｓｓａ／ＥｖｏｎｉｋのＳｐｅｚｉａｌ Ｓｃｈｗａｒｔｚ ４（ＳＢ４）（平均径１００〜２００ｎｍを有する非晶質炭素粒子）に特異的なものである。あるいは、その他のほとんどの炭素粒子は、界面活性剤又は巨大分子（例えば、デキストラン、ＰＥＧ、グリシンなど）などの安定剤を必要とする。受動的吸着法は、抗体を利用するほとんどのアッセイに好適であるが、抗体は表面に結合することにより変性するため、大部分は受動的吸着中に失活してしまうことに留意すべきである（抗体をマイクロタイタープレートの表面に受動的に吸着させた場合に生じることと類似する）。有用な経験則として、受動的に吸着した抗体のうち、約１０％には活性があり、残りの９０％はほとんどが抗体の変性に起因して失活している。

超高感度が要求されるアッセイに関しては、受動的吸着のための代替ルートを必要とする、炭素粒子上へ、より多量の抗体をロードすることは有益である。ロードする抗体量が多量になるほど、抗体抗原相互作用の熱力学的な平衡が推進される。単純により多量の粒子を加えるよりも、粒子毎の抗体ロード量を多くする方が好ましいことから、システムには粒子を過剰（非特的な結合につながる）には組み込まない。加えて、受動的に吸着した抗体は、炭素表面にごく近接するため、抗体には完全な立体障害が生じ得る。立体障害を減少させるという観点から、炭素表面から抗体までの距離があることが有益となり得る。最後に、炭素への抗体の受動的吸着により、抗体の変性が生じ、この変性により非特異的な結合が促進される恐れがある。

国際公開第２００４／０９０５１２号に記載のとおり、免疫定量法（サンドイッチ法又は試薬過剰法としても既知）によるイムノアッセイでは、抗体（又は類似の試薬）がセンサー上に配置され、別の抗体が炭素粒子上に存在する。次に、検出される分析物の存在下で炭素粒子をセンサーに結合させる。いずれの抗体も大過剰量で存在する。

競合アッセイでは、（ａ）炭素粒子上に抗体があり及びセンサー上に分析物の類似体（すなわち、小分子）がある、あるいは（ｂ）炭素粒子上に類似体（すなわち、小分子）があり及びセンサー上に抗体がある、のいずれかである。結合は分析物の非存在下でなされ、かつ分析物の存在下では干渉される（減少する）。

用語「小分子」は、イムノアッセイの技術分野の用語であり、サンドイッチアッセイにおいて測定され得る分子と測定され得ない分子とを区別するために使用される。サンドイッチアッセイにおいて測定する際、分子は、２つの抗体が分子に同時に結合し得るよう、分子が捕捉抗体及びレポーター（又は被標識）抗体間に挟持され得るよう、識別可能な２つ以上のエピトープ（抗体結合部位）を有する十分な大きさである必要がある。分子がサンドイッチを形成することができない場合には、「小」分子類に該当することになる。カットオフ分子量は約２，０００〜５，０００である。

競合アッセイを実施する場合には、更に、システム中の各成分の濃度がより制御されている必要がある。受動的吸着法の場合には、炭素へ結合する抗体において、活性をもつ抗体の量を調節することは更に難しい。競合アッセイのための代替的な形式においては、小分子類似体を、炭素粒子の表面に結合させなければならない。これは一般的には小分子では不可能であり、あまりにも小さすぎるために表面に吸着されないか、あるいは、表面に吸着されるとしても抗体により認識されないかのいずれかとなる。したがって、小分子は、一般的にはタンパク質などのより大きな担体に固定化し、次に、この担体を対象、例えば炭素粒子の表面に結合させる。

しかしながら、現在では、従来のルートにより、すなわちこれらの分子をタンパク質分子（例えば、α２−マクログロブリン、アポフェリチン、β−ガラクトシダーゼ、β−アミラーゼ、コラーゲン（ヒツジ）、コンカナバリンＡ、キーホールリンペットヘモシアニン（ＫＬＨ）、ミオシン、ウレアーゼ、ヒトサイログロブリン、ブタサイログロブリン及びウシサイログロブリン）と共有結合させ、続いてこれらのタンパク質を炭素粒子表面に結合させることにより小分子−炭素複合体を作製することは難しいことが判明している。これは小分子が非常に疎水性であることに起因する可能性がある（例えば、ステロイド、フルオレセイン、免疫抑制剤）。つまり、タンパク質−小分子複合体は、炭素粒子上をコートするには過度に疎水性となり得る。この物質は、「粘着性」（非特異的な結合を過剰にもたらす）であるか、あるいは時間経過とともに溶液中で不安定となるかのいずれかである。

したがって、アッセイ感度の抑制かつ正確性の向上からアッセイ性能の向上をはかれるように、ロード量を増やし、ロードを制御し、立体障害を減らし、及び安定性を高めるための、抗体及び小分子、並びに例えば核酸などのその他の選択され得る結合剤を炭素粒子表面に固定化するための改良法が必要とされている。

したがって、本発明は、非晶質炭素粒子、炭素粒子の表面に付着させる機能化されたデキストランポリマー、及び機能化されたデキストランポリマーに共有結合させる補完的結合対の第１要素を含む、アッセイ標識を提供する。

したがって、本発明は、炭素粒子へ対象とする分子を付着させるためにデキストランを使用する、固定化した炭素粒子を提供する。

ここで図面を参照して本発明を説明する。

本発明と共に使用される国際公開第２００４／０９０５１２号の化学検出装置の概略図を示す。 本発明に従うカートリッジを示す。 炭素複合体１及び２を使用する炭素結合能アッセイのプロットを示す。 炭素複合体１及び２を使用するトロポニンＩのアッセイのグラフを示す。 ２９日間にわたるＢＳＡ−ジゴキシゲニン−ＦＩＴＣ炭素のアッセイのグラフを示す。 ＢＳＡ−ジゴキシゲニン−ＦＩＴＣ炭素複合体のチャンバー３の結合度における低下のグラフを示す。 ＢＳＡ−ジゴキシゲニン−ＦＩＴＣ炭素複合体の洗浄後のチャンバー３の結合度のグラフを示す。 ２９日間にわたるデキストラン−ＦＩＴＣ−ジゴキシンのアッセイのグラフを示す。 ２９日間にわたるデキストラン−ジゴキシゲニン−ＦＩＴＣ複合体のチャンバー３の結合度のグラフを示す。

本発明のアッセイ標識は、非晶質炭素粒子をベースにしたものである。このような粒子は当該技術分野において周知であり、カーボンブラック、ランプブラック、ファーネスブラック、又はサーマルブラックとしても呼ばれる。これらは気体又は液体炭化水素の不完全燃焼により生成される非晶質粒子である。カーボンブラックのＣＡＳ番号は１３３３−８６−４である。

炭素粒子の大きさはアッセイの性質に応じて異なるが、典型的には２５〜２５０ｎｍの粒径を有する。本発明の炭素粒子の粒径は、粒子の最大直径を表し、動的光散乱により測定され得る。

非晶質炭素粒子は、一般的に多孔質構造を有する。本発明で使用される炭素粒子は、好ましくは０．８〜３ｇ／ｍＬの密度を有する。

本発明の炭素粒子は、水性媒質への懸濁で、安定なコロイドを形成する。炭素粒子（一部のものは、他のものと比べてより多量に表面ヒドロキシ基を有する）の疎水性に応じ、一部の炭素粒子は水中で安定なコロイドを形成し、その他の炭素粒子には安定剤を存在させる必要がある。本発明は、好ましくは、安定剤を存在させずとも（実際には、何らかの他の物質を存在させずとも）水中で安定なコロイドを形成する炭素粒子を使用する。安定的なコロイドの形成がなされたかを判定するためには簡単な試験を実施することができ、すなわち、１％（Ｗ／Ｖ）の非晶質炭素粒子を１ｍＬの脱塩水に溶解し、３０秒にわたって超音波処理してコロイドを形成させ、可視分光計を使用してコロイドの吸光度を測定することができる。安定的なコロイドでは、１時間後にも吸光度に変化は見られない（±１％）。

アッセイ標識は、炭素粒子の表面に付着させる機能化されたデキストランポリマーも組み込む。

デキストランはグルコースのポリマーであり、α−Ｄ−グルコース結合型グルカン（典型的には９５％）及び分岐として１，３−グルコース残基（典型的には５％）、の繰り返し単位から構成される。デキストランは他のほとんどの多糖類とは異なり酵素による分解を受けない。

本発明で使用されるポリマーは機能化されたデキストランであり、すなわち、本来であればデキストラン中に存在し、共有結合の形成に使用され得る追加の官能基を含有する。官能基の例としては、アミノ基、硫酸基、ケトン、アルデヒド、カルボン酸、スルホン酸、活性型カルボン酸／スルホン酸（酸塩化物又は活性型エステルなど）、及びチオール基が挙げられる。市販の機能化されたデキストランの一部の具体例は、アミノデキストラン、硫酸デキストラン、ジエチルアミノエチルデキストラン、及びカルボキシメチルデキストランである。アミノデキストランの合成は、米国特許第５，７７６，７０６号においてより詳細に記載される。機能化されたデキストランは、好ましくはアミノデキストランである。

本発明の機能化されたデキストランポリマーは、典型的には３〜２，０００ＫＤａ、好ましくは５〜１００ＫＤａ、及び最も好ましくは７〜１５ＫＤａの数平均分子量を有する。分子量は、分子量既知の市販のデキストラン標準品（例えば、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈのもの）を使用し、ゲル透過クロマトグラフィーにより測定することができる。

機能化されたデキストランは、非共有結合的な相互作用により炭素粒子に付着する。好ましくは、機能化されたデキストランは、炭素粒子の表面上に受動的に吸着する。理論に束縛されるものではないが、デキストランは、炭素粒子の表面上に存在する孔に、孔内の水分子と入れ替わることにより吸着するものと考えられる。反応の推進力は、恐らく、結合している水分子の放出に由来するエントロピーに基づくものである。

アッセイ標識は、機能化されたデキストランに共有結合する補完的結合対の第１要素も包含する。

アッセイにおいて機能させるため、標識には補完的結合対の一部を含有させなければならない。これまでに例示したとおり、免疫定量法（サンドイッチ法又は試薬過剰法としても既知）によるイムノアッセイでは、分析物に対して産生された第１の抗体をセンサー上に配置し、かつ分析物に対する別の抗体を炭素粒子上に配置する。次に、検出される分析物の存在下で炭素粒子をセンサーに結合させる。タンパク質又は核酸などのその他の巨大分子を用い、類似するアッセイを行うこともできる。この場合、補完的結合対の第１要素は、抗体、タンパク質、又は核酸から選択された巨大分子であり、補完的結合対の第２の要素は分析物である。

競合アッセイは、（ａ）炭素粒子上に抗体があり及びセンサー上に分析物の類似体（すなわち、小分子）がある、あるいは（ｂ）炭素粒子上に類似体（すなわち、小分子）があり及びセンサー上に抗体がある、のいずれかである。結合は分析物の非存在下でなされ、かつ分析物の存在下では干渉される（減少する）。この場合、補完的結合対の第１要素は小分子であってよく、かつ補完的結合対の第２の要素は小分子に対して産生された抗体である。小分子の例は、治療薬（例えば、カルバマゼピン、シクロスポリン、ジゴキシン、テオフィリン、及びゲンタマイシン）、依存性薬物（例えば、オピエート、コカイン、及びアンフェタミン）、ビタミン（例えば、ビタミンＤ、ビタミンＢ１２、及び葉酸）、及びホルモン（Ｔ３、Ｔ４、コルチゾール、プロゲステロン、エストラジオール、及びテストステロン）である。

本発明のアッセイ標識は、デキストランポリマーを前処理してデキストラン−小分子複合体を形成させることでも作製できる。この複合体を、次に炭素粒子に付着させて、安定的な複合体を生成することができる。対照を用いるアッセイ、又は多重アッセイにおいて粒子を使用できるよう、デキストランに１つ以上の小分子を固定化してもよい。

本発明のアッセイ標識は、デキストランポリマーを炭素粒子に付着させて、デキストラン被覆粒子上の官能基に共有結合し得る試薬により、抗体、タンパク質、又は核酸を別個に前処理することによっても作製することができる。反応させることでデキストラン表面上にマレイミド基を付加するアミノデキストランの使用が一例である。次に、マレイミドデキストランで炭素粒子上をコートする。デキストラン上のマレイミド基と反応させるために脱保護することのできる保護されたチオールを介し抗体を導入する。保護されたチオールは、Ｓ−アセチルチオグリコール酸Ｎ−スクシンイミド（ＳＡＴＡ）と反応させることにより導入することができる。好ましい実施形態では、アッセイ標識は、機能化されたデキストランと補完的結合パートナーとの間のリンカーを更に含む。例えば、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）などのヘテロ二官能性試薬を加えることにより、又はＳＭＣＣ類似体により、デキストラン上にマレイミド基を導入することができ、ＳＭＣＣ類似体では、シクロヘキサンスペーサーをポリアルキレングリコールスペーサーなどのより長鎖の代替的なスペーサーにより置き換えることができる。ＳＡＴＡ活性化抗体をマレイミドデキストランの炭素に固定化後、未反応のマレイミド及びチオール基を失活させるためにクエンチ工程（通常、最初にマレイミドクエンチャー（例えば、メルカプトエタノール）を加えた後、チオールクエンチャー（例えば、Ｎ−エチルマレイミド、又はポリアルキレンマレイミド）を加えることによる）を導入することは有益である。次に、これらのクエンチ試薬を遠心分離により除去し、炭素コロイドを洗浄することができる。

補完的結合対の第１要素の大きさに関し有用な指針は、小分子が好ましくは５，０００以下の分子量を有し、かつ巨大分子（例えば、抗体、タンパク質又は核酸）が５，００００超、例えば、５，００１〜１，０００，０００の分子量を有するというものである。

リンカーを提供することで、炭素粒子との立体的な相互作用が回避され、及び抗体、タンパク質又は核酸の完全な溶解が可能になり、巨大分子、例えば、抗体、タンパク質又は核酸が適切な立体構造をとることができるという利点がある。これにより本アッセイにおいて非特異的な結合が低減され、シグナル：ノイズ比が改良されることが判明している。好ましいリンカーはポリエチレングリコール、例えば、ＰＥＧ１２である。

したがって、本発明は、次の工程：
（ｉ）非晶質炭素粒子、機能化されたデキストランポリマー、及び補完的結合対の第１要素を準備する工程、
（ｉｉ）機能化されたデキストランポリマーを非晶質炭素粒子に付着させる工程、
（ｉｉｉ）機能化されたデキストランポリマーを補完的結合対の第１要素と反応させて、機能化されたデキストランポリマー上の官能基と、補完的結合対の第１要素との間に共有結合を形成させる工程、
を包含する、アッセイ標識をする方法も提供し、工程（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）は、どちらを先に実施してもよいが、いずれも工程（ｉ）の後に実施されなければならない。

好ましくは、方法は更に、機能化されたデキストランポリマーを、補完的結合対の第１要素と反応させる前に二官能性分子と反応させて、機能化されたデキストランと補完的結合対の第１要素との間にリンカーを形成させることを含む。本明細書に記載のアッセイ標識に関する、他の好ましい特徴が本方法にも同様にもたらされる。

本発明のアッセイ標識は、アッセイ分野における汎用性が見いだされる。しかしながら、標識は、好ましくは国際公開第２００４／０９０５１２号を参照することにより記載される装置において使用される。したがって、本発明は、
本明細書に記載されるとおりのアッセイ標識、
標識による放射線の吸収が無放射減衰によりエネルギーを生成するような波長にて電磁放射線の一連のパルスを生成するよう構成されている放射線源、
無放射減衰により生成されたエネルギーを電気シグナルに変換することができる焦電又は圧電素子及び複数の電極とを有する変換器を含むサンプル、並びに
変換器により生成された電気シグナルを検出することのできる検出器、を含む、アッセイを実施するための装置も提供する。

図１は、電磁放射線での粒子２の照射時の粒子２（本明細書では、アッセイ標識の炭素粒子）における熱発生を拠り所とする、本発明により使用される装置１を示す（粒子は、変換器面より上方に示されている）。簡潔さを期すために、粒子のみが、図１に示されている（装置の残りの構成部材は、本明細書で以下で更に詳細に説明する）。図１は、粒子２が存在する場合の装置１を示す。装置１は、焦電又は電極コーティング４、５を有する圧電変換器３を含んでなる。この変換器３は、好ましくは分極させたポリフッ化ビニリデン被フィルム又はＶＤＦ−トリフルオロエチレンコポリマーフィルムである。電極コーティング４、５は、好ましくは透明であり、及び最も好ましくは酸化インジウムスズから形成されるものの、任意の透明又は半透明の電極材料で十分にことが足りる（例えば、ＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）））。電極は、好ましくは、約３５ｎｍの厚さを有するが、ほとんど任意の厚さが、下回ると導電率が低すぎる１ｎｍの下限値、及び、上回ると光の透過が低すぎる（８０％Ｔ未満であるべきではない）１００ｎｍの上限値から可能である。特に好適な実施形態において、変換器は、酸化インジウムスズ被覆ポリフッ化ビニリデン膜である。センサーに対し試薬を受動的に吸着させるために、変換器３にパリレンポリマー層などの追加の層を適用することもできる。好ましい実施形態では、パリレン層を、続いて重合させたストレプトアビジン層でコートする。

粒子２は、変換器３の近位にあると示されている。本発明で使用される炭素粒子の固有の特徴は、電磁放射線（通常、「光」と呼ばれる）６、好ましくは可視光線の供給源により照射されるときに粒子２が熱を生成するというものである。光源は、例えば、ＬＥＤとすることができる。光源６は、適切な波長の光で粒子２を照射する。理論に束縛されるものではないが、粒子２は光を吸収して励起状態をもたらし、次に無放射減衰を経て、図１中の曲線により示されるエネルギーを生成するものと考えられている。このエネルギーは主に熱（すなわち、環境中での熱運動）の形態を取るものの、その他の形態のエネルギー、すなわち主に衝撃波も生成され得る。しかしながら、エネルギーは変換器により検出されて、電気シグナルに変換される。装置は、測定される特定の粒子に向けて較正され、したがって、無放射減衰により生成されたエネルギーの正確な形態を判断する必要はない。特記がない限り、「熱」という用語は、無放射減衰により生成されたエネルギーを意味するために本明細書で使用される。光源６は、粒子２を照射するように位置付けられる。好ましくは、光源６は変換器３及び電極４、５の反対側に位置付けられ、粒子２は、変換器３及び電極４、５を介して照射される。光源は、光源が導波システムである変換器内の内部光源とすることができる。導波路は、変換器自体でもよいか、又は、導波路は、変換器に取り付けれた追加的な層でもよい。発光の波長は、使用される粒子の正確な性質に依存する。

粒子２により生成されたエネルギーは、変換器３により検出されて、電気シグナルに変換される。電気シグナルは、検出器７により検出される。光源６及び検出器７は、両方は、制御器８の制御下にある。光源６は、「断続光（chopped light）」と呼ばれる光の一連のパルスを発生する。原則的に、単一の閃光、すなわち、電磁放射線の１つのパルスであれば、変換器３からシグナルを発生するのに十分であろう。しかしながら、再現性のあるシグナルを取得するためには、複数の閃光が使用され、実際には、これには断続光が必要である。電磁放射線のパルスが適用される周波数は、変えることができる。下限値では、パルスの間の時間遅延は、各々のパルスと電気シグナルの発生との間の時間遅延を判断するのに十分でなければならない。上限値では、それぞれのパルスの間の時間遅延は、データを記録するために掛かる期間が不当に延長されるほど大きくてはならない。好ましくは、パルスの周波数は、１〜５０Ｈｚから、更に好ましくは、１〜１０Ｈｚ、最も好ましくは２Ｈｚである。これは、それぞれ、２０〜１，０００ｍｓ、１００〜１，０００ｍｓ、及び５００ｍｓのパルス間の時間遅延に相当する。更に、いわゆる「マーク対スペース」比、すなわち、オンシグナル対オフシグナルの比は、好ましくは１であるが、他の比率は、悪影響なしで使用することができる。次のパルスがシステムを摂動させる前に、システムが熱平衡に近づくことを可能にするために、より短いオンパルスと、より長いオフシグナルとを用いるのにはいくつかの利点がある。異なるチョッピングの頻度又は異なるマーク対スペース比で断続光を発生する電磁放射線源が、当技術分野で公知である。検出器７は、光源６からの光の各々のパルスと変換器３から検出器７により検出される対応する電気シグナルとの間の時間遅延を判断する。この時間遅延は、距離ｄの関数である。粒子が表面に直接に結合されたとき、シグナルは、好ましくは、２〜７ｍｓから測定される。チャンバーの深さを通る粒子の測定については、より長い時間遅延、例えば、１０〜５０ｍｓが使用される。システムは、時間遅延が測定プロセスを通して変わる可能性があるシグナルにおけるピーク最大値を測定するように構成することもできる。

光の各々のパルスと再現性のある結果をもたらす対応する電気シグナルとの間の時間遅延を判断する任意の方法を使用することができる。

粒子２は変換器の表面から分離される場合があり、シグナルはそれでも検出することができることに注意するべきである。更に、シグナルが、介在する媒質を介して検出可能であるばかりでなく、異なる距離ｄを区別することができ（これは、「深さプロファイリング」と呼ばれる）、受信されるシグナルの強度は、変換器３の表面からの特定の距離ｄでの粒子２の濃度に比例する。

更に、媒質自体の性質が時間遅延及び所与の時間遅延でのシグナルの大きさに影響を与えることがわかった。

粒子の目的は、無放射減衰によりエネルギーを生成するために放射線源により発生された電磁放射線を吸収することである。その後、放射減衰は、変換器により電気シグナルに変換される。電磁放射線の波長は、粒子による放射線の吸収が無放射減衰によりエネルギーを生成するようなものである。放射線の波長は、好ましくは３００〜１，０００ｎｍである。

赤血球は、血液、すなわち、（分離されてない）全血のサンプル内に存在する。これらの血球は、血球が分散している周囲の血漿より比重が重いことから、試験チューブ又は容器などの静的システムにおいて時間と共に沈降する傾向がある。国際公開第２００４／０９０５１２号公報で説明されているシステムは、通常、赤血球からのシグナルが最小限となる光の波長（約６９０ｎｍ）を使用することにより、及びまた、光パルスの２、３ミリ秒後にシグナルを測定することにより赤血球からのシグナルを最小限に抑えるように設定され、よって出力が変換器の付近で発生される熱に制限される。

サンプルは、通常、マイクロリットルの規模である（例えば、１〜１００μＬ、好ましくは１〜３０μＬ）。流体サンプルを保持するために、変換器は、好ましくは、１つ又はそれ以上の側壁と、上面と、下面とを有するチャンバー内に配置される。したがって、変換器は、好ましくは、サンプルを変換器と接触している状態に保持するチャンバー内にl配置される。好ましくは、変換器は、チャンバーと一体型である、すなわち、チャンバーを画定する側壁又は上面もしくは下面の１つを形成する。好適な実施形態において、チャンバーは、上面と下面とを有し、変換器は、上面を形成する。サンプルは、単に、例えば、毛管路の内側の表面張力により保持される場合がある。チャンバーの深さは、通常は５０μｍ〜１ｃｍ、好ましくは、１５０〜２５０μｍである。

本発明の装置は、好ましくは流体連通している複数のチャンバーを含むことができる。装置は、好ましくは更に、装置の外側と接触しているサンプル回収端部と、図２のコア部２１に示すように、サンプルチャンバーと流体連通しているサンプル送出端部とを有する細長いサンプル回収通路を含んでなる。更なる詳細については、国際公開第２０１１／０２７１４７号公報を参照のこと。

好ましい実施形態では、装置は、開放端を有し、かつ毛細管現象により前記流体を引き込むように配設された細長いサンプル回収通路を更に含み、通路は回収端部と送出端部とを有し、送出端部は、サンプルチャンバーと流体連通している。通路には、長さの第１の部分に沿って、抗凝固剤をコートした領域が設けられてもよい。この構成によって、回収通路内での凝固を防止するために、サンプルを抗凝固剤と接触させることができる。

装置は、別々のリーダー及びカートリッジ又は一体型装置の形を取ることができる。前者において、装置は、リーダー及びカートリッジで形成され、カートリッジは、リーダーと解放可能に係合可能であり、リーダーは、放射線源及び検出器を組み込み、カートリッジは、変換器及びチャンバーを組み込む。リーダーは、好ましくは携帯型リーダーである。カートリッジは、好ましくは使い捨てのカートリッジである。

制限的でないことを意図する以下の実施例を参照して本発明をここで説明する。

実施例１
ＰＶＤＦフィルムセンサー
酸化インジウムスズで被覆した分極圧電／焦電ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）バイモルフ膜を以下の実施例において検出装置として使用した。酸化インジウムスズ面を気相ガス蒸着法により（およその厚さ１ミクロンの）パリレンの層で被覆した。この方法は、パラシクロファン前駆体の昇華及びその後の熱分解、次に、表面上のフリーラジカル重合を伴った。更なる詳細については国際公開第２００９／１４１６３７号公報を参照のこと。その後、結果的に得られた膜を、ポリストレプトアビジン溶液（２．７ｍｍｏｌ／Ｌ ＫＣＩ、１３７ｍｍｏｌ／Ｌ ＮａＣｌ 及び０．０５％のＴｗｅｅｎを含有する１０ｍｍｏｌ／Ｌリン酸緩衝液 −ＰＢＳ 中２００μｇ／ｍＬ）で一晩、室温にてインキュベートしてコートした。ポリストレプトアピジンをＴｉｓｃｈｅｒらにより説明されているように（米国特許第５，０６１，６４０号公報）調製した。ポリストレプトアビジンは、高親和性ビオチン−ストレプトアビジン反応を通じて結合できる他の分子に対する、汎用的な結合センサーを提供する。

実施例２
カートリッジの作製
図２に示すように、測定を行うためにカートリッジ１４を作製した。カートリッジ１４は、補強材１６上で支持されたピアゾ／ピロ膜１５から作製した。３つのサンプルチャンバー１８を形成するために型抜きされた感圧接着剤被覆ポリエステルフィルム１７を表面に適用した。発生された電荷を検出するためにピアゾ／ピロ膜１５の上面及び下面との電気的接続を可能にするように施した。その後、先の構成部材を標識２０が適用された上蓋１９と、コア部２１、シール２２及び底蓋２３との間に挟持することによりカートリッジ１４を形成した。

サンプルでサンプルチャンバーを帯電させることにより測定を行った。ピアゾ／ピロ膜１５にＬＥＤで連続して断続ＬＥＤ光を上蓋１９の穴を介して照射した。ＬＥＤパルス毎に、増幅器及びアナログ／デジタル（ＡＤＣ）変換器を使用してピアゾ／ピロ膜１５全体にわたって電圧を測定する。時間分解ＡＤＣシグナルを経時的にプロットする。

実施例３〜１３
以降の実施例では、測定の精度及び精密さを向上させるため、陽性及び陰性対照を使用してアッセイが実施される。２つの対照のうち、１つの対照は、拡散支配下で期待される最大結合速度を規定し、１つの対照は、シグナルの非存在下で期待される最小シグナルを規定する（粒子の沈殿に起因し、通常はわずかに陰性となる）。シグナルの出力は、これらの２つの対照によりレシオメトリックに規定される。

実施例３
受動的吸着による抗ｃＴｎｌ炭素コロイドの作製（炭素複合体１）
２ｍＬの１０ｍＭ リン酸カリウム緩衝液（ｐＨ７．２）を用い、４００μｇの抗心筋トロポニンＩマウスモノクローナル抗体５６０（Ｈｙｔｅｓｔ，Ｆｉｎｌａｎｄ）を調製した。この抗体に、０．２％（Ｖ／Ｗ）のＳＢ４炭素粒子（Ｄｅｇｕｓｓａ）の水懸濁液１ｍＬを加えた。混合物を室温で２時間撹拌し、次に４．５％スクロース、０．１５％ＢＳＡ及び０．０７５％ＰＥＧ ２０ｋを含有している１０ｍＭ リン酸カリウム緩衝液（洗浄及び保存緩衝液）６ｍＬを加えて希釈した。次に、この溶液を、遠心分離、ペレット化、洗浄、超音波処理、及び保存緩衝液への再懸濁からなるサイクルにより３回精製した。最終的に、４．５μＬのＰｒｏｃｌｉｎ９５０防腐剤を加え、溶液を４℃で保存した。

実施例４
最初にデキストラン試薬と反応させた後、抗ｃＴｎｌ抗体を共有結合させる、抗ｃＴｎｌ炭素デキストランコロイドの作製（炭素複合体２）
１０ＫＤａアミノデキストラン（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ）を５ｍｇ／ｍＬで０．１Ｍ リン酸緩衝液（ｐＨ７．５）に溶解し、この溶液１１．６ｍＬに、アミノデキストランに対し２０：１モル過剰に相当するようＮ−ヒドロキシスクシンイミドＰＥＧ１２−マレイミド（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ）の３０ｍｇ／ｍＬ ＤＭＳＯ溶液３３００μＬを加え、２０℃にて６０分間インキュベートした。６０分後にグリシン（８６．７３ｍｇ）によりクエンチし、次にＳｅｐｈａｄｅｘ Ｇ５０カラムで精製し、０．１Ｍ リン酸緩衝液（ｐＨ７．５）で溶出した。生成物のピークをフェノール硫酸アッセイにより分析し、濃度は１．７７６ｍｇ／ｍＬと測定された。アミノデキストランマレイミドは必要になるまで−８０℃で保存した。

ＳＢ４炭素粒子（Ｄｅｇｕｓｓａ）１００ｍｇを水（５０ｍＬ）中で０．５時間超音波処理した。得られた炭素コロイドの懸濁液１．６６７ｍＬを、アミノデキストラン−マレイミド溶液（２．２５２ｍＬ）及び０．１Ｍ リン酸緩衝液（ｐＨ７．５）（８．８５９ｍＬ）と混合した。混合物を３０秒間超音波処理した後、９０分間ローラー式攪拌した。次に混合物を１５分間にわたって遠心分離及びペレット化し、上清を廃棄した。超音波処理により、混合物を３０秒間にわたって０．０１Ｍ リン酸緩衝液（ｐＨ７．２）（１０ｍＬ）に再溶解し、懸濁液を再度スピンダウンした。合計３回の洗浄サイクルを実施した。

同時に、ＰＤ−１０ Ｓｅｐｈａｄｅｘ Ｇ２５Ｍの単一のディスポーザブルカラムを使用して１１．６６ｍｇの抗トロポニン抗体、ｃｌｏｎｅ５６０（ＨｙＴｅｓｔ）をリン酸緩衝液中で脱塩し、次に５当量のＮ−サクシニミジル−Ｓ−アセチルチオアセタート（ＳＡＴＡ）（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｆｉｓｈｅｒ）（１ｍｇ／ｍＬ ＤＭＳＯ溶液９０μＬ）により２０℃にて１時間活性化した後、ヒドロキシルアミン緩衝液（３１５μＬ）を使用して１５分間脱保護した。チオラート化抗体を、２ ＰＤ−１０ Ｓｅｐｈａｄｅｘ Ｇ２５Ｍディスポーザブルカラムで０．１Ｍ リン酸緩衝液（ｐＨ７．５）中へ精製し、抗体１．７６ｍｇ／ｍＬを含有する溶液を得た。エルマン法で、抗体当たりのチオール取り込み度は１．９チオール基と測定された。

アミノデキストランマレイミドでコートした炭素の最終的な洗浄サイクル後、上清を廃棄して、チオール化抗体（１０ｍｇ，５．６８２ｍＬ）と４．３１８ｍＬの０．１Ｍ リン酸緩衝液（ｐＨ７．５）とを加えた。３０秒間超音波処理して混合物を再溶解し、次に反応液を１時間４５分間ローラー式攪拌した後、２−メルカプトエタノール（２００μＬ，水中１ｍｇ／ｍＬ）で１５分間クエンチし、次にＰＥＧ１２−マレイミド（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ）（１８０μＬ，１０ｍｇ／ｍＬ）で更に１５分間クエンチした。次に前述同様に混合物をスピンダウンし、更に３回洗浄サイクルを行った後、６０秒間超音波処理を行い、０．０１Ｍ リン酸＋０．１％ＢＳＡ＋３％スクロース＋０．０５％ＰＥＧ ２０Ｋ（ｐＨ７．２）緩衝液（３７５μＬ）に最後の再可溶化を行った。

同様にして、抗体をＳＡＴＡにより活性化させなかったこと以外は上記と正確に同一の条件下で炭素複合体を作製した。すべての調製及び洗浄工程は同様の方法で実施した。

実施例５
２つの異なる抗ｃＴｎｌ炭素コロイドの結合能の比較
実施例３及び４の抗ｃＴｎｌ炭素複合体を、０．５％ウシ血清アルブミンを添加した心筋トロポニンＩのリン酸緩衝生理食塩水溶液に希釈した。トロポニンの最終濃度は５０ｎｇ／ｍＬであり、かつ炭素固体の最終濃度の範囲は０．００００３９％（Ｗ／Ｖ）〜０．００３５％（Ｗ／Ｖ）であった。炭素複合体は加えずに、同様に対照を測定した。反応当たりの合計容量は５００μＬとした。４５０ｎｍで溶液の吸光度を測定することにより炭素固体濃度を確認し、ＳＢ４炭素の水懸濁液を用い作製した検量線に対し比較した。３０分間のインキュベート後、遠心分離により各反応混合物から炭素固体を除去した。次に各混合物５０μＬをトロポニン不含血清４５０μＬに希釈し、各サンプル中の未結合のトロポニン濃度をＡｂｂｏｔｔ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔ Ｃｌｉｎｉｃａｌ イムノアッセイアナライザーで測定した。減算を行い、各濃度の炭素固体に結合したトロポニン量を算出し、プロットし、２つの複合体のそれぞれに対し５０％のトロポニンを結合させるのに必要とされた総炭素複合体の値をデータから内挿した（図３に示す）。

結合したトロポニンの濃度は、平衡方程式に基づく。

式中、［Ａｂ＊Ａｇ］はトロポニン−抗体複合体の濃度であり、［Ａｇ］は遊離トロポニンの濃度であり、かつ［Ａｂ］は利用可能な結合部位を有する抗体の反応混合物中濃度に相当する。５０％結合下では、遊離トロポニン及び複合体を形成したトロポニンの濃度は等しく、平衡（質量作用の法則）に関する等式はＫ_ａ＝１／［Ａｂ］に簡略化できる。各複合体には同一の抗体を使用したことから、５０％の結合を達成するのに必要とされる炭素固体の割合から、２つの複合体に対し活性な抗体の相対量を直接測定する。５０％のトロポニンを結合させるためには、受動的に吸着させた複合体（０．０００２５％固体）が、デキストラン複合体（０．００００５％固体）と比較して約５倍以上必要とされることが観察され、これにより、デキストラン複合体上には活性な抗体が約５倍以上存在することが示され得る。

実施例６
抗体で受動的にコートした炭素コロイドを使用するｃＴｎｌのイムノアッセイ
実施例３で調製した炭素複合体を使用して、トロポニンＩのイムノアッセイを実施した。本明細書において上記した通りの対照を使用して、国際公開第２００４／０９０５１２号に記載の焦電性検出システムを使用しアッセイを実施した。要約すると、ＰＶＤＦセンサーの３つの別個の領域を３つの異なる抗体、すなわち第１に非特異的陰性対照抗体、第２にトロポニンに対するモノクローナル抗体（Ｈｙｔｅｓｔ ｃｌｏｎｅ １９Ｃ７）、及び第３にヤギ抗マウスポリクローナル抗体でコートした。予めビオチン化した抗体で、予めＰＶＤＦセンサー上にコートした一般的な手法により重合させたストレプトアビジン表面上をコートした。図２に示されるとおり、３つの別個の測定のために組み込まれた３つの別個のチャンバーを形成する射出成形された部品及び複数のダイカット感圧接着剤から作製された流体用装置でセンサーを囲った。トロポニン濃度が検出不能であるか、又はヒトトロポニンＩＴＣ複合体を加えて約１ｎｇ／ｍＬとした、炭素複合体１及び緩衝液（３５ｍＭ ＨＥＰＥＳ，４２ｍＭ ＥＧＴＡ，２８０ｍＭ ＮａＣｌ，１．２２％Ｔｗｅｅｎ）を混合したヒト血漿サンプルを調製した。この炭素複合体を１：１２希釈して、最終的な炭素濃度を約０．００４％（Ｗ／Ｖ）とした。センサー表面の３領域を反応混合物に曝露し、高出力ＬＥＤ（６９０ｎｍ）を使用して連続して照射した。各領域で生成された焦電性シグナルを増幅させ、１０分間にわたってモニターした。次に、各チャンバーにおける１０分間のシグナル変化率を算出し、及び領域２における抗トロポニン抗体に対する炭素粒子の結合率を他の２領域に対し算出した。したがって、チャンバー３における動態シグナルは１．００として定義され、チャンバー１における動態シグナルは０．００として定義され、アッセイの結果は、他の２チャンバー間に配置されるチャンバー２において動的なシグナルとして示される。抗体が十分に炭素粒子上に存在する場合、すべての粒子はチャンバー３においてヤギ抗マウス表面に結合し、結合速度は単に拡散速度により支配されることになる。各濃度にて１０回繰り返し、平均シグナル及び測定の標準偏差（ＳＤ）を出した。

１ＳＤのエラーバーを付し、データを図４に示す。トロポニンＩ１ｎｇ／ｍＬの存在下でのシグナルは約０．１１であり、すなわち最大拡散率１１％で結合が生じた。シグナル強度及び観察された不正確さによると、分析感度は約１２０ｐｇ／ｍＬだった。

実施例７
活性を有するよう抗体でコートした炭素コロイドを使用するｃＴｎｌのイムノアッセイ
実施例４で作製した炭素複合体を使用して、トロポニンＩのイムノアッセイを実施した。本実施例と、実施例６に記載の実施例との間の違いは、炭素複合体が異なることのみであり、それ以外のアッセイ条件はすべて同一とした。本例では、観察されたシグナル（図４を参照されたい）はほぼ４倍近く高かったものの、分析物を加えない場合の不正確さは比較的変わらなかった。ノイズ対シグナルにおけるこの改良により、分析感度は３５ｐｇ／ｍＬにまで向上した。チャンバー１及び３におけるシグナルは、実施例６及び７の両方におけるものと類似し、主な変化はチャンバー２におけるものであったことに留意されたい。複合体２上の活性抗体の濃度が高くなるほど、トロポニンがより粒子へ結合するようになり、したがってチャンバー２におけるセンサー表面へ結合する粒子の割合は増加するものと結論づけられた。抗体をＳＡＴＡにより活性化せずに調製した実施例４の複合体を使用して、対照実験も実施した。この対照実験では、チャンバー２又は３において識別可能なシグナルは得られなかったことから、抗体は、共有結合の形成に利用可能な未結合のチオール基を有さない場合には、マレイミドデキストランに結合しないことが示された。

実施例８
ウシ血清アルブミンをフルオレセインとジゴキシゲニンで二重標識する方法
ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ，Ｓｉｇｍａ）を、１５ｍｇ／ｍＬで０．１Ｍ 炭酸水素ナトリウム溶液に溶解させ、この溶液２．２６７ｍＬ（３４ｍｇ ＢＳＡ）に、ジゴキシゲニンＮ−ヒドロキシスクシンイミドエステル（Ｒｏｃｈｅ）の２０ｍｇ／ｍＬ ＤＭＳＯ溶液２５１μＬを加え、２０℃にて６０分間インキュベートした。６０分後、この溶液から５１８μＬ（７ｍｇ）を分取し、フルオレセインＮ−ヒドロキシスクシンイミドエステル（Ｐｅｒｂｉｏ）の１５ｍｇ／ｍＬ ＤＭＳＯ溶液６１μＬをこの分取液に加えた。この溶液を更に２０℃で６０分間インキュベートした。ジゴキシゲニン：ＢＳＡ及びフルオレセイン：ＢＳＡに関し算出されたモル比は、それぞれ２０．１及び１５：１であった。

ＰＤ−１０ Ｓｅｐｈａｄｅｘ Ｇ２５Ｍの単一カラム（ＧＥ）で、ＢＳＡ−ジゴキシゲニン−フルオレセインの粗生成物を、０．１％ヨウ化ナトリウム含有のＰＢＳ緩衝液（ｐＨ７．１）中へ精製し、ＢＳＡ約４．３０ｍｇ／ｍＬを含有する溶液１．６ｍＬを得て、０．２μｍ（Ｍｉｎｉｓａｒｔ ｆｉｌｔｅｒ，Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ）で濾過した。

実施例９
アミノデキストランをフルオレセインとジゴキシゲニンで二重標識する方法
７０ＫＤａアミノデキストラン（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ）を５．０ｍｇ／ｍＬで０．１Ｍ 炭酸水素ナトリウム溶液に溶解し、この溶液１．０ｍＬ（５ｍｇアミノデキストラン）に、いずれもアミノデキストランに対し２：１モル過剰に相当するよう、ジゴキシゲニンＮ−ヒドロキシスクシンイミドエステル（Ｒｏｃｈｅ）の５．０ｍｇ／ｍＬのＤＭＳＯ溶液１９μＬ及びフルオレセインＮ−ヒドロキシスクシンイミドエステル（Ｐｅｒｂｉｏ）の５．０ｍｇ／ｍＬのＤＭＳＯ溶液１４μＬを加え、２０℃で６０分間インキュベートした。

ＰＤ−１０ Ｓｅｐｈａｄｅｘ Ｇ２５Ｍの単一カラム（ＧＥ）で、アミノデキストラン−ジゴキシゲニン−フルオレセインの粗生成物を、０．１％ ヨウ化ナトリウム含有のＰＢＳ緩衝液（ｐＨ７．１）中へ精製し、アミノデキストラン約１．６７ｍｇ／ｍＬを含有する２．７ｍＬの溶液を得た。Ｐｒｏｃｌｉｎ ９５０（２７μＬ）を加え、溶液を０．２μｍ（Ｍｉｎｉｓａｒｔ ｆｉｌｔｅｒ，Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ）で濾過した。

実施例１０
炭素とウシ血清アルブミン−ジゴキシゲニン／フルオレセイン二重標識の複合体の作製
実施例８のウシ血清アルブミン複合体を１０ｍＭ リン酸緩衝液により１５０μｇ／ｍＬに希釈し、次にこの溶液１ｍＬに、脱イオン水に混合した０．２％ ＳＢ４炭素０．５ｍＬを加えた。２時間後、実施例３の３ｍＬの洗浄／保存緩衝液を加え、次に混合物を遠心分離し、ペレット化し、洗浄し、再懸濁（同一の緩衝液に）し、最終的には保存緩衝液２．５ｍＬに再溶解し、４℃で維持した。

実施例１１
炭素とデキストラン−ジゴキシゲニン／フルオレセイン二重標識の複合体の作製
実施例９のデキストラン複合体を、１０ｍＭ リン酸緩衝液により２５μｇ／ｍＬに希釈し、次にこの溶液１ｍＬに、脱イオン水に混合した０．２％ ＳＢ４炭素０．５ｍＬを加えた。２時間後、実施例３の３ｍＬの洗浄／保存緩衝液を加え、次に混合物を遠心分離し、ペレット化し、洗浄し、再懸濁（同一の緩衝液に）し、最終的には保存緩衝液２．５ｍＬに再溶解し、４℃で維持した。

実施例１２
ジゴキシゲニン／フルオレセインＢＳＡ炭素の性能及び安定性アッセイ
実施例１０で作製した炭素複合体を使用し、ジゴキシンの競合アッセイを実施した。本明細書において上記した通りの対照を使用して、国際公開第２００４／０９０５１２号に記載の焦電性検出システムを使用しアッセイを実施した。要約すると、ＰＶＤＦセンサーの３つの別個の領域を３つの異なる抗体、すなわち第１に非特異的陰性対照抗体、第２にジゴキシンに対するモノクローナル抗体（Ｊａｃｋｓｏｎ Ｉｍｍｕｎｏｒｅｓｅａｒｃｈ ｃｌｏｎｅ ＨＹ−Ａ．１）、及び第３に抗ＦＩＴＣモノクローナル抗体でコートした。予めビオチン化した抗体で、予めＰＶＤＦセンサー上にコートした、一般的な手法により重合させたストレプトアビジン表面上をコートした。図２に示されるとおり、３つの別個の測定のために組み込まれた３つの別個のチャンバーを形成する射出成形された部品及び複数のダイカット感圧接着剤から作製された流体用装置でセンサーを囲った。ジゴキシン濃度が検出不能であるか、又は精製ジゴキシンを加えて約５ｎｇ／ｍＬとした、炭素複合体８及び緩衝液（６６ｍＭ Ｔｒｉｓ，１４ｍＭ ＭｇＣＩ_２及び０．０５％ Ｔｗｅｅｎ ２０）を混合したヒト血漿サンプルを調製した。この炭素複合体をサンプルに１：１４希釈して、最終的な炭素濃度を約０．００３５％（Ｗ／Ｖ）とした。センサー表面の３領域を反応混合物に曝露し、高出力ＬＥＤ（６９０ｎｍ）を使用して３領域を連続して照射した。各領域で生成された焦電性シグナルを増幅させ、１０分間にわたってモニターした。次に、各チャンバーにおける１０分間のシグナル変化率を算出し、及びチャンバー２における抗ジゴキシン抗体に対する炭素粒子の結合率を他の２チャンバーに対し算出した。各濃度にて１０回繰り返し、平均シグナル及び測定の標準偏差を求めた。この実施例では、表面上の抗体が、炭素粒子表面上のジゴキシゲニンを認識することから、ジゴキシン非存在下のチャンバー２において高いシグナルが予想される。ジゴキシンがサンプル中に存在する場合、センサー表面上の抗体結合部位がブロッキングされ、チャンバー２における結合が干渉される。４℃で液体形態で保存した炭素複合体８を使用して、各回サンプルを新しく調製して、数日間にわたってアッセイを繰り返した。

１ＳＤのエラーバーを付し、データを図５に示す。アッセイの０日目には、予想されたとおり、ジゴキシンの非存在下では高シグナルが得られ、かつジゴキシンの存在下では低シグナルが得られた。しかしながら、ジゴキシンの非存在下のシグナルが炭素複合体の保存に応じ減少し、時間の経過とともにアッセイ性能が変化することを見てとることができる。これらのアッセイのチャンバー１（結合が最小の対照）におけるシグナルは、時間経過後も大部分が未変化のままであり、チャンバー２（抗ジゴキシン）及び３（抗ＦＩＴＣ）のシグナルは、いずれのチャンバーにおいても、経時的に低下するという変化を示す。図６は、チャンバー３における経時的な結合率を示す。炭素粒子上のフルオレセイン基に結合することから、チャンバー３におけるシグナルはジゴキシン濃度には影響を受けない。シグナルの低下は、保存時の時間経過とともに、炭素粒子の表面からＢＳＡ−ジゴキシゲニン−ＦＩＴＣ複合体が脱着していることを示唆する。溶液中の未結合のＢＳＡ−ジゴキシゲニン−ＦＩＴＣが、表面上の結合部に関して競合し、結合率が低下し得る。この結合率の低下は、遠心分離、ペレット化、洗浄、及び炭素複合体の再懸濁により確認した。これにより、図７に示されるとおり、チャンバー３における結合が向上する。

実施例１３
ジゴキシゲニン／フルオレセインデキストラン炭素の性能及び安定性アッセイ
実施例１１で作製した炭素複合体を使用し、ジゴキシンの競合アッセイを実施した。反応条件は、炭素複合体以外は実施例１２で使用したものと同一とした。レシオメトリックなアッセイによるカウントを図８に示す。最終的なアッセイシグナル（レシオメトリック出力）により、４℃にて２９日間炭素を保存した場合に変化がないことが観察された。チャンバー３の値を図９に示す。この期間では複合体の脱着はなかったことが確認される。

Claims (12)

1. 非晶質炭素粒子、非共有結合的な相互作用により前記炭素粒子の表面上へ受動的に吸着される、デキストランポリマー、及び前記デキストランポリマーに共有結合する補完的結合対の第１要素を含み、前記デキストランポリマーがアミノ基、硫酸基、ケトン、アルデヒド、カルボン酸、スルホン酸、活性化カルボン酸／スルホン酸及びチオール基からなる群から選択される少なくとも１つの官能基を含有する、アッセイ標識。
2. 前記炭素粒子が２５〜２５０ｎｍの粒径を有する、請求項１に記載のアッセイ標識。
3. 前記デキストランが３〜２，０００ＫＤａの数平均分子量を有する、請求項１又は２に記載のアッセイ標識。
4. 前記デキストランがアミノ基を有するデキストランである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアッセイ標識。
5. 前記補完的結合対の第１要素が小分子である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアッセイ標識。
6. 前記補完的結合対の第１要素が、抗体、タンパク質、及び核酸から選択される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアッセイ標識。
7. 前記アッセイ標識が、デキストランと、補完的結合対の第１要素との間にリンカーを更に含む、請求項６に記載のアッセイ標識。
8. アッセイ標識の作製方法であって、
   （ｉ）非晶質炭素粒子、デキストランポリマー、及び補完的結合対の第１要素を準備する工程、
   （ｉｉ）前記デキストランポリマーを前記非晶質炭素粒子の表面上へ受動的に吸着させる工程、
   （ｉｉｉ）前記デキストランポリマーを前記補完的結合対の第１要素と反応させて、前記デキストランポリマー上の官能基と、前記補完的結合対の第１要素との間に共有結合を形成させる工程、
   を包含し、工程（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）は、どちらを先に実施してもよいが、いずれも工程（ｉ）の後に実施されなければならない、方法であって、
   前記デキストランポリマーがアミノ基、硫酸基、ケトン、アルデヒド、カルボン酸、スルホン酸、活性化カルボン酸／スルホン酸及びチオール基からなる群から選択される少なくとも１つの官能基を含有する、方法。
9. 前記デキストランポリマーを、前記補完的結合対の第１要素と反応させる前に二官能性分子と反応させて、前記デキストランと前記補完的結合対の第１要素との間にリンカーを形成させることを含む、請求項９に記載の方法。
10. アッセイを実施するための装置であって、
    請求項１〜７のいずれか一項に記載のアッセイ標識、
    標識による放射線の吸収が無放射減衰によりエネルギーを生成するような波長にて電磁放射線の一連のパルスを生成するよう構成されている放射線源、
    無放射減衰により生成されたエネルギーを電気シグナルに変換することができる焦電又は圧電素子及び複数の電極とを有する変換器を含むサンプルチャンバー、並びに
    変換器により生成された電気シグナルを検出することのできる検出器、を含む、装置。
11. 前記チャンバーが、上面と下面とを有し、前記変換器が、前記上面を形成する、請求項１０に記載の装置。
12. 前記装置が、リーダー及びカートリッジから形成され、前記カートリッジが、前記リーダーと解放可能に係合可能であり、前記リーダーが、前記放射線源及び前記検出器を組み込み、前記カートリッジが、前記標識、前記変換器及び前記チャンバーを組み込む、請求項１０又は１１に記載の装置。