JP7041623B2 - 液体試料中の分析物を検出するための電気化学発光方法および装置 - Google Patents

液体試料中の分析物を検出するための電気化学発光方法および装置 Download PDF

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Description

本発明は、液体試料中の分析物を検出する電気化学発光方法、および液体試料中の分析物を検出する装置、ならびにコンピュータプログラム製品に関する。
生化学的および生物学的な物質中の対象とする分析物の検出および定量については、電気化学発光(electrochemiluminescent:ECL)アッセイ技法がよく知られている。一般に、微量の微生物、製薬、ホルモン、ウイルス、抗体、核酸、および他のタンパク質を測定することができる方法およびシステムは、研究者および臨床家にとって大きな価値がある。
ECLアッセイ技法は、対象とする分析物の存在および濃度の高感度かつ正確な測定をもたらす。そのような技法では、発光をトリガするために、培養された試料が、定電位的または定電流的に制御された作用電極に曝される。適切な化学的環境において、そのような電気化学発光は、特定の時間におよび特定のやり方で作用電極に印加された電圧または電流によってトリガされる。ラベルによって生成される光は測定され、分析物の存在または量を指し示す。そのようなECL技法のより完全な説明に関しては、例えば、米国特許第5,238,808号、および国際公開第86/02734号の参照がなされる。
磁性微粒子が底に堆積したり互いに凝集したりするのを防ぐために、タンパク質がコーティングされた磁性微粒子が入れ物内で攪拌される、液体試料中の分析物を検出する電気化学発光方法は、適切な分析システムとともに、国際公開第2014/202298A1号に記載されている。国際公開第90/11511号は、測定の精度および正確度を改善するために、ボルタンメトリー作用電極に加えられた減少する走査速度を有する電圧波形を用いて電気化学発光測定を行う方法および装置を開示する。国際公開第99/39206号には、電気化学発光結合反応テストによって検査試料を分析する方法が記載されており、分析のための特徴である化学発光マーカを含有する複合体が、生化学的結合反応によって形成され、反応順序のあいだに磁性微粒子に結合される。『Tris(2,2’-bipyridyl)ruthenium(II) Electrogenerated Chemiluminescence in Analytical Science』、Microchim.Acta 127、19~39において、W.-Y.Leeは、フローイングストリーム(フローインジェクションおよびHPLCなど)の誘導体化なしでシュウ酸塩および様々なアミン含有分析物を決定するために、トリス(2,2’-ビピリジル)ルテニウム(II)の電気化学発光が、検出方法としてどのように使用できるのかを記載している。米国特許第6,599,473B1号は、電気化学発光結合反応分析(electrochemiluminescence binding reaction analysis:ECL-BBA)を開示する。
ECL-BBAによれば、検出可能な複合体が生成され、複合体の濃度は、求められる分析結果の尺度を構成する。ECL反応を引き起こすことができるマーキング物質(ラベル)は、分析物、例えば抗体に特有の結合試薬に結合される。この種はマーキング物質を含有し、結合試薬は、ラベル配合体と呼ばれる。
そのような物質が、ボルタンメトリー作用電極上の適切な電位を受けるとき、物質は、測光法で測定することができる光を発する。共反応体と呼ばれる第2の電気化学的に活性な物質は、通常この反応をもたらす。実際には、主として、ECLラベルとしてルテニウム複合体(ルテニウム-トリス[ビピリジル])が、共反応体としてのトリプロピルアミン(tripropylamine:TPA)との組み合わせで、使用される。2つの電気化学的に活性な物質は、電極に電圧が加えられるとともに酸化させられる。続く陽子の損失は、TPAを強い還元種に変える。続く酸化還元反応によってECLラベルに励起状態がもたらされ、ECLラベルは励起状態から光子の放出を伴って基底状態に戻る。ECLラベル反応は、電極に電圧を加えた後に単一のラベル分子が複数の光子を放出するように、循環反応であることが好ましい。
ECL標識複合体分子の分析用の特徴は、磁性微粒子(ビーズ)に固定される。実際には、典型的には2から3マイクロメートルの直径を有する磁化ポリスチレンビーズが使用される。固定は、一対の特定の生化学的結合パートナーによって引き起こされる。ストレプトアビジン―ビオチンのペアは、特に有利であることが分かっている。ビーズは、ストレプトアビジンでコートされ、そこにビオチン化抗体が結合される。
結合された標識複合体を有するビーズは、測定用装置の測定用セルに導入される。セルは、ECL反応をトリガするのに必要な電場を発生させるのに必要である電極を装備する。ビーズは、作用電極の下方に配設された磁石の磁場内で作用電極の表面へ引っ張られる。典型的には、これは試料流体が連続的に流れるフロースルーセル内で生じるので、ビーズの磁気堆積は、『捕獲(capturing)』と呼ばれる。次いで、ECL反応をトリガするのに必要な電位が作用電極に加えられ、結果として得られる発光光が、適切な光検出器を用いて測定される。発光光の強度は、作用電極の表面上でビーズに結合された標識抗体の個数の濃度についての尺度であり、これは同様に、試料中の分析物の濃度の尺度である。較正が、測定発光信号から求められる濃度の計算を可能にする。
本発明の各実施形態によれば、測定用セルを用いて液体試料中の分析物を検出する電気化学発光方法が提供される。測定用セルは、電気化学発光測定サイクルを用いて分析物を検出するための作用電極を備える。方法は、
a. 分析物のない液体試料を用いて較正プロセス中に測定サイクルを実行し、第1の電気化学的インピーダンス分光法(electrochemical impedance spectroscopy:EIS)を測定サイクルの所与のポイントで実行し、第1のEISは作用電極を用いて実行される、ステップと、
b. 分析物を含有する液体試料を用いて分析プロセス中に測定サイクルを実行し、第2のEISを測定サイクルの所与のポイントで実行し、第2のEISは作用電極を用いて実行される、ステップと、
c. 第1のEISおよび第2のEISの結果を比較するステップと、
d. 第1のEISと第2のEISとの間の偏差が所定の閾値を超えているという結果に比較がなったかどうかを示す測定状態の指標を与えるステップと、
を含む。
「分析物(analyte)」は、本明細書中で理解されるとき、分析される液体試料の成分、例えば、様々なサイズの分子、タンパク質、代謝産物などである。
「液体試料(liquid sample)」は、本明細書中で理解されるとき、人間または任意の他の生物から抽出された任意の種類の組織または体液などの生物学的試料を包含する。特に、生物学的試料は、血液の、血清の、血漿の、尿の、脳脊髄液の、もしくは唾液の試料、またはそれらの任意の派生物であり得る。
用語「発光(luminescence)」は、本明細書中で理解されるとき、照射誘起発光、化学発光、および電気化学発光、特にECL-BBAなどの任意の種類の発光を包含する。
用語「発光免疫測定法(luminescence immunoassay)」は、本明細書中で理解されるとき、液体試料中の特定の分析物の存在を示す光信号、すなわち発光信号を生成する任意の免疫測定法を包含する。
「測定サイクル(measurement cycle)」は、本明細書中で理解されるとき、液体試料中の分析物の電気化学発光検出を実行するために必要とされる個々のステップを包含する。
「測定サイクルの所与のポイント(given point of the measurement cycle)」は、所与の時間的ポイント、例えば測定サイクルを開始した後の、であり得る。この場合には、所与のポイントは、サイクルの開始ポイントからすぐ測定されるある継続時間期間、または測定サイクルのあるステップの開始後もしくは完了後のある継続時間期間であり得る。測定サイクルのステップは、例えば、液体試料の供給、微粒子の捕獲、測定用セルの洗浄、ECL測定の実行、または測定用セルのクリーニングの実行である。所与のポイントは、例えば前述のステップのうちのひとつの開始のような、測定サイクルのよく定められたある段階でもあり得る。
作用電極のみが述べられているが、当業者は、これは対電極の存在も包含することを理解されよう。さらに、当業者は、これが、4番目の電極が補償の目的で使用される四電極測定も包含することを理解されよう。
電気化学的インピーダンス分光法(EIS)の結果は、互いに転換可能であるアドミタンス、インピーダンス、実数部、虚数部、または位相からなる群から選択することができる。
電気化学的インピーダンス分光法(EIS)は、周波数の関数としてインピーダンスによって表される媒体の誘電特性を測定する方法である。任意の回路のインピーダンスZは、電圧時間関数V(t)=Vsin(ωt)と、結果として得られる電流時間応答関数I(t)=Isin(ωt+φ)との比、
Figure 0007041623000001
である。
ここで、VおよびIは最大電圧信号および最大電流信号であり、ωはラジアル周波数であり、tは時間であり、φ(訳注:フォントの関係上、本翻訳文の本文では「一筆書きの」ファイを用い、数式のイメージ中では「二筆書きの」ファイを用いる。これはあくまでフォントの問題に過ぎず、原文の内容を変更する意図はない。)は位相シフトである。一般に、インピーダンスは、インピーダンススペクトルZ(ω)を与えるように異なる周波数で決定される。関数Zは、絶対値(modulus)|Z|、位相シフトφ、実数部Z’、および虚数部Z’’を用いた複素数によって表すことができる。
Figure 0007041623000002
を用いて、それは、
Figure 0007041623000003
のように記述することができる。
インピーダンスの実数部は、試料の全てのオーミック特性に関連している。虚数部は、主に、電極表面にとても近いヘルムホルツ層に形成される二重層の静電容量の容量性挙動を説明する。セルの幾何学的形状、および電極の幾何学的形状は、インピーダンスにかなり大きい影響を及ぼす。電極表面の何らかの変化は、電極の二重層の静電容量に影響を及ぼす。したがって、電気化学的インピーダンス分光法は、電気化学反応、吸着作用、粗さ、または電極付着物の依存性における電極表面を評価するために強力なツールである。したがって、EISは、プロセス内の品質管理のために強力なツールである。
しばしばアドミタンスは、インピーダンスの代わりに使用される。回路のアドミタンスは、単純な式
Figure 0007041623000004
によってインピーダンスに関連している。それは、以下の式
Figure 0007041623000005
によって表される。
ZまたはYのスペクトルを分析するとき、ボード線図およびナイキスト線図が、表示のために最も一般的に使用される。ボード線図において、log|Z|およびφは、log ω/2πの関数としてプロットされ、ナイキスト線図において、-Z’は、Z’’に対してプロットされる。
本発明の各実施形態は、ECL測定が信頼できるか否かを決定することが、in situで、すなわち測定サイクルを中断することなく測定サイクル中に可能であるという利点を有し得る。例えば、測定状態は、測定サイクルの失敗または測定サイクルの成功を指し示し得る。失敗は、ECL測定結果が信頼できないことを意味するとともに、成功は、ECL測定結果が信頼できることを意味する。したがって、各実施形態は、測定を中断または邪魔することなく、ECL測定の判断のためのツールを提供することができる。例えば、これは、システム試薬内の、または共反応体溶液、クリーニング溶液、および測定用セルなどの構成要素の正規でない状態を特定することを可能にすることができる。
本明細書中、用語「共反応体溶液(co-reactant solution)」(=CoS)は、ECL共反応体として必要とされる試薬についての同義語としてみなされることになる。例えば、「共反応体溶液」は、トリプロピルアミン(TPA)を含有し得る。共反応体溶液(CoS)として適切な組成は、例えば、180mM TPA、300mMリン酸塩、0.1%デタージェント(例えばポリドカノール)、pH6.8を含み得る。
さらに、用語「クリーニング溶液(cleaning solution)」(=ClS)は、ECL測定を実行した後のセルをクリーン化するために使用される測定用セルクリーニング溶液についての同義語とみなされることになる。例えば、「クリーニング溶液」は、水酸化カリウムを含有し得る。クリーニング溶液(ClS)として適切な組成は、例えば、176mM KOH、および1%デタージェント(例えばポリドカノール)を含む。
本発明の一実施形態によれば、測定用セルは制御ユニットを備える測定装置の一部であり、指標は制御ユニットに供給され、第1のEISと第2のEISとの間の偏差が所定の閾値を超えているという結果に比較がなったことを指標が示す場合、方法は、制御ユニットによって、
- 測定失敗に関する対応策を選択し、
- 対応策を開始し、
- ステップb、c、およびdを繰り返す
ように装置を制御するステップをさらに含む。
「対応策(countermeasure)」は、測定サイクルの失敗を訂正するために装置を制御する、または測定失敗またはEIS測定について装置の使用者に情報を与える任意の動作として理解されたい。
例えば、対応策は、測定失敗を訂正する。訂正の完了後、前記ステップb、c、およびdの繰り返しは、自動実行され得る。
さらなる例では、測定装置は、表示ユニットをさらに備え、対応策は、測定状態を表示ユニットに表示することを含む。一実施形態によれば、表示は、第1のEISと第2のEISとの間の偏差が所定の閾値を超えているという結果に比較がなった場合にのみ実行されてもよい。
本発明の一実施形態によれば、測定サイクルは、以下に記載のいずれか1つを含む:
- 液体試料なしで作用電極をコンディショニングするための第1のフェーズ、
- 測定用セルに液体試料を供給し、磁性微粒子を捕獲するための第2のフェーズであって、前記液体試料は、電気化学発光測定で測定される電気化学発光反応を引き起こすことができるマーキング物質を含有し、前記複合体が磁性微粒子にさらに結合されており、液体試料が分析物を含有する場合、分析物は複合体として液体試料内に含有されており、前記複合体はマーキング物質を含み、前記捕獲は磁場によって微粒子を引き付けることを含み、それによって前記作用電極の表面に微粒子を堆積させる、第2のフェーズ、
- 捕獲後および電気化学発光測定前に測定用セルを洗浄するための第3のフェーズであって、前記第3のフェーズは、未結合の複合体と堆積していない微粒子とを測定用セルから取り除くように適合されている、第3のフェーズ、
- 試料に対する電気化学発光測定を実行するための第4のフェーズ、
- クリーニング溶液を用いて作用電極を有する測定用セルをクリーニングするための第5のフェーズ、
そして、所与のポイントは、以下のいずれか1つである:
- 第1のフェーズ中の第1のポイント、
- 第2のフェーズ中の第2のポイント、ここで、第3のフェーズが存在しない場合、この第2のポイントは、第4のフェーズの開始直前、第2のフェーズの最終時点であり得る、
- 第3のフェーズ中の第3のポイント、好ましくは第3のフェーズの最終時点、
- 第4のフェーズ中の第4のポイント、
- 第5のフェーズの後かつ測定サイクルの後続の実行における第1のフェーズの前の第5のポイント。
好ましくは、所与のポイントのいずれか1つにおける任意のEIS測定は、測定用セル内に収容される液体の移動がない状態の段階で実行され得る。これによって、この方法の正確度を増大させることができる。
第3のポイントに関しては、好ましくは、この第3のポイントは、微粒子の引き付けが完了されるように選択され得ることが留意されなければならない。これは、EIS測定が実行される再現可能な状態をもたらすことができる。
上述したポイントのうち1つまたは複数のポイントの適切な選択は、上述した間違ったシステム試薬または成分が高い選択性で特定され得るという利益を有し売る。したがって、エラーは、あるシステム試薬または成分の欠点に直接的にあいまいさなく割り当てられ得る。上述したポイントは、離散的な個々のポイントであってもよく、または上述したポイントは、連続的なEIS測定から得られるポイントの一部を形成し得る。EIS測定は、あるフェーズについて連続的であることもでき、一方、別のフェーズについて、EIS測定は、離散的な所与のポイントについて実行されるのみであり得る。
本発明の一実施形態によれば、コンディショニング、捕獲、任意選択の洗浄、電気化学発光測定、およびクリーニングは、作用電極に電位パルスを加えることを含み、パルスは、測定用セルの参照電極に対して測定されるDC分極電位に対して加えられ、EISを実行するステップは、DC電位に対してAC電位を加えることを含む。
したがって、ECL測定を実行するのに必要とされる標準的なDC電位は、ECL測定結果が高い精度および品質で得られるように基本電位として使用され得る。このDC電位の上に、EISに必要とされるAC電位が、それがECL測定に悪影響を与えないように変調され得る。例えば、ECL測定サイクル中のDC電位は、-1.5Vと+3.0Vの間、好ましくは-1.2Vと+1.2Vの間、より好ましくは0Vであり得る。
例えば、EISを実行するためのAC電位は、周波数応答解析(frequency response analysis:FRA)モジュールを有するポテンショスタットを用いて加えられる。次いで、EISは、ポテンショスタット単極電位測定を用いて実行することができる。
FRAハードウェアは、デジタル信号発生器(digital signal generator:DSG)と、信号処理ユニット(signal conditioning unit:SCU)と、2チャンネルを有する高速アナログ・デジタル変換器(analog to digital converter:ADC)とを備え得る。DSGは、加えられた信号のデジタル表現が搭載されているデジタルメモリと、デジタル・アナログ変換器とを備えることができる。複式デジタル・アナログ変換器は、信号振幅を制御することができる。このアーキテクチャは、正確な信号生成を確実にすることができる。ポテンショスタットからの時間依存性の電位および電流信号は、SCUによってフィルタ処理され、増幅され、ADCによって記録される。取得した信号は、ADC基板上のデジタルメモリに記憶される。このデジタルメモリは、同じ所与の測定点での反復測定の時間領域平均化を可能にする。
例えば、AC電位は、最低で1mVおよび最大で100mVのピークトゥピーク、好ましくは最低で3mVおよび最大で80mVのピークトゥピーク、より好ましくは最低で5mVおよび最大で50mVのピークトゥピークの振幅を有する。さらに、AC電位は、最低で10Hzおよび最大で100kHz、好ましくは最低で20Hzおよび最大で50kHz、より好ましくは最低で30Hzおよび最大で10kHzの周波数を有し得る。
一実施形態において、EIS測定は、所与のポイントについて2回以上実行され得ることに留意されたい。前記所与のポイントについて行われたEIS測定から、平均値が計算され得る。これによって、この方法の正確度をさらに改善することができる。もちろん、ある時点について、たった1つのEIS測定だけが実行され得ることが当業者によって理解される。したがって、『同じ(the same)』所与のポイントについてのさらなるEIS測定は、時間が連続しているかつ所与の時点の直前、所与の時点まさにその点、および所与の時点直後の測定として理解されるはずである。したがって、複数のEIS測定は、所与の時点を含む、限られたおよび所定の時間枠内で実行され得る。
作用電極は、金、白金、ガラス状炭素、イリジウム、およびホウ素ドープダイヤモンドからなる群から選択することができる。参照電極は、銀/塩化銀、飽和カロメル、水銀/酸化第二水銀(第一水銀)、水銀/硫酸水銀、銅/硫酸銅の電極からなる群から選択することができる。EIS測定のための参照電極の代替として、『疑似参照電極(pseudo reference electrode)』が使用されてもよく、好ましくは、これは銀、白金、金、およびステンレス鋼を含む群から選択される。
本発明によるさらなる実施形態では、EIS測定は、4線式センシング法で実施される。4線式センシング法は、EIS測定(iR補償)のための2つの追加電極(検知電線1および検知電線2)により、作用電極および対電極におけるiR降下を補償する。好ましくは、4線式センシング法におけるEIS測定のためのこれらの2つの追加電極は、それぞれ、銀、白金、金、およびステンレス鋼を含む群から選択される。さらなる実施形態では、EISを実行するためのAC電位は、4線式センシング法にて周波数応答解析(FRA)モジュールを有するポテンショスタットを用いて加えられる。
本発明の一実施形態によれば、第1のEISおよび第2のEISの結果は、アドミタンスおよび位相を示すそれぞれの応答信号をそれぞれ含んでおり、所定の閾値はアドミタンスおよび位相についてそれぞれ定められ、第1のEISおよび第2のEISの結果の比較はそれぞれのアドミタンスの比較とそれぞれの位相の比較とを含み、測定状態は、第1のEISと第2のEISとの間の偏差がアドミタンスおよび位相についてそれぞれ予め定められた閾値を超えているという結果に両比較がなったかどうかを示す。
単一の測定内で、EISの結果は、2タイプの情報、すなわち位相およびアドミタンスを常に含むので、測定状態を決定するための基準として組み合わせて両情報を使用すると、方法の信頼性を向上させることができる。
本発明の一実施形態によれば、比較されたEIS間の偏差が所定の閾値を越えていないという結果に比較がなった場合、測定状態の指標はポジティブであり、比較されたEIS間の偏差が所定の閾値外であるという結果に比較がなった場合、測定状態の指標はネガティブであり、それぞれの第1のEISおよび第2のEISは、所与のポイントのうち少なくとも2つの異なるポイントについて少なくとも2回実行され、各測定状態のそれぞれのアッセイ実行表示という結果になり、対応策の選択は、各測定状態のそれぞれのアッセイ実行表示の組み合わせに基づいて実行される。
したがって、アッセイ実行表示は、少なくとも2つの異なるEISの評価に基づいている測定状態に関する指標である。これは、正規でない状態にあるシステム試薬または成分を特定する際の可能性をさらに絞るのを助けることができる。
例えば、少なくとも2つの所与のポイントは第5のポイントを含み、方法は、
- 何ら分析物のない液体試料を用いて準備実行プロセス内で測定サイクルを実行し、測定サイクルの第5のポイントで第3のEISを実行するステップであって、第3のEISが作用電極を用いて実行される、ステップと、
- 第5のポイントについて得られる第1のEISと第3のEISの結果を比較するステップと、
- 第5のポイントで得られる第1のEISと第3のEISとの間の偏差が所定の閾値を超えているという結果に比較がなったかどうかことを示す測定状態の準備実行指標を与えるステップであって、対応策の選択は、各測定状態のそれぞれのアッセイ実行表示と準備実行指標との組み合わせに基づいてさらに実行される、ステップ、をさらに含む。
したがって、第5のポイントおよびさらなるポイントから得られるEISの組み合わせは、失敗の可能性があるECL測定の理由を区別することを可能にし得る。例えば、
- 第1、第2、または第3のポイントについて得られるアッセイ実行表示がポジティブであり、
- 第5のポイントについて得られるアッセイ実行表示がネガティブであり、かつ
- 第5のポイントについて得られる準備実行指標がネガティブである
場合に、
選択される対応策は、現在のクリーニング溶液を異なるロットユニットのクリーニング溶液と取り替える指示を、測定用セルの一部である測定装置の一部である表示ユニットを介して表示することを含むか、または
選択される対応策は、測定用セルおよび作用電極のクリーニングを実行するために使用される装置の構成要素の自動クリーニングを含む。
したがって、本実施形態は、かくして、ECL測定の失敗または問題についての可能性のある原因としてクリーニング溶液内の不正規を特定することを可能にし得る。本開示において、これは、クリーニング溶液の正規でない状態によって引き起こされる問題とも呼ばれる。
さらなる例では、
- 第1、第2、または第3のポイントについて得られるアッセイ実行表示がポジティブであり、
- 第5のポイントについて得られるアッセイ実行表示がネガティブであり、かつ
- 第5のhポイントについて得られる準備実行指標がポジティブである
場合に、
選択される対応策は、分析物を含有する現在の液体試料を、分析物を含有する新しい液体試料と取り替える指示を表示ユニットを介して表示すること、または
分析物を含有するさらなる液体試料の自動供給のリクエストを含む。
したがって、これは、「悪い」培養を有する試料を特定することを可能にすることができる。試料の品質は、例えば、試料または分析物内の汚れにより、悪くなり得る。
本発明の一実施形態によれば、方法は、測定用セルに共反応体溶液を供給するステップをさらに含み、これによって複合体との組み合わせで電気化学発光反応を可能にし、
- 第1または第3のポイントについて得られるアッセイ実行表示がネガティブであるか、または
- 第2のポイントについて得られるアッセイ実行表示がネガティブであるとともに、第1、第3、または第5のポイントについて得られる少なくともさらなるアッセイ実行表示もネガティブである
という点で基準が満たされる場合、第1の決定がなされ、
基準が満たされていることが第1の決定によって決定される場合、選択される対応策は、測定用セルに共反応体溶液を供給するために使用される装置の構成要素をクリーン化する指示を、測定用セルの一部である測定装置の一部である表示ユニットを介して表示することを含むか、あるいは
選択される対応策は、測定用セルに共反応体溶液を供給するために使用される装置の構成要素の自動クリーニングのいずれかを含む。
したがって、汚れたまたは「悪い」共反応体溶液は、このやり方で特定することができる。これは、共反応体溶液の正規でない状態によって引き起こされる問題とも呼ばれる。
一実施形態によれば、対応策の完了後、ステップb、c、およびdの後続の繰り返しがすぐに実行される。次いで、
- 第1または第3のポイントについて得られるアッセイ実行表示がいまだにネガティブであるか、または
- 第2のポイントについて得られるアッセイ実行表示がネガティブであるとともに、第1、第3、または第5のポイントについて得られる少なくともさらなるアッセイ実行表示もネガティブである
という点で基準が満たされる場合、第2の決定がなされ、
基準が満たされることが第2の決定によって決定される場合、選択される対応策は、アルカリ溶液を用いて測定用セルをクリーン化する指示を、測定用セルの一部である測定装置の一部である表示ユニットを介して表示することを含む、または
選択される対応策は、アルカリ溶液を用いた測定用セルの自動液体流クリーニングを含む。
一実施形態によれば、
- 第1、第3、または第5のポイントについて得られるアッセイ実行表示がポジティブであり、
- 第2のポイントについて得られるアッセイ実行表示がネガティブである
場合に、
選択される対応策は、測定用セルへの分析物を含有する液体試料の供給のために使用される装置の構成要素をクリーン化する指示を、表示ユニットを介して表示することを含み、測定装置は測定用セルの一部であり、あるいは
選択される対応策は、測定用セルへの分析物を含有する液体試料の供給のために使用される装置の構成要素の自動クリーニングおよび/または装置の機械的較正を含む。
一実施形態によれば、方法は、n(nは1から1000の間の変数)から直近(last:「最後」とも)までの電気化学発光測定サイクルの連続した実行において、例えば第1または第2の決定に使用される所与のポイントにおける前記第2のEISを同じ所与のポイントについて得られるそれぞれの第2のEISと比較するステップをさらに含み、選択される対応策は、現在の電気化学発光測定サイクルとnから直近までの電気化学発光測定サイクルの連続した実行とについて得られる第2のEISの結果の比較が所定の第1の経年変化閾値を超える偏差という結果になった場合にのみ実行される。
これは、一般に、得られたアッセイ実行表示を異なる理由に割り当てることを可能にし得るものである:その理由の1つは、装置のそれぞれの構成要素の汚れによる、エラーの自然発生であり得る。別の理由は、ネガティブなアッセイ実行表示が測定用セルの経年変化の結果であり得るという場合がある。この経年変化は、較正プロセス中に得られたそれぞれのEISからの実際に得られたEISの連続的な偏差という結果に行き着く。測定用セルが古いほど、偏差は大きくなり得る。
しかしながら、経年変化によるEISの偏差はまだ許容でき得るが、自然偏差は、経年変化とは異なる原因に起因しなければならない問題の指標である。このため、(較正プロセス中の少し前に時間に得られた)前記所与のポイントにおける第1のEISからの所与のポイントにおける第2のEISの絶対偏差は、考慮に入れられなくてもよい。逆に、それらの中の第2のEISの相対偏差は、ここではより高い関連性を有し得る。
それにもかかわらず、可能性のある経年変化の限度も考慮に入れると、選択される対応策は、第1または第2の決定のために使用される所与のポイントにおける前記第2のEISと所与のポイントについて得られるそれぞれの第1のEISとの結果の比較が、所定の第2の経年変化閾値未満の偏差という結果になった場合にのみ実行され得る。したがって、第2の経年変化閾値は、EISの元の較正に対しての閾値であり得る。このようにして、測定用セルがとても古くなった場合には、これは、この方法によって検出することもできる。したがって、それぞれの代替の対応策は、セルの容認できない経年変化を検出すると、開始し得る。対応策は、経年変化に敏感である測定用セルのある構成要素を取り換える(renew:「更新」「回復」とも)指示を、表示ユニットを介して表示することであり得る。そのような構成要素は、まずまっ先には対電極および作用電極を含み得る。
測定用セルの経年変化は、上述した測定サイクルにおける任意の所与のポイントを用いて決定することができる。
別の態様では、本発明は、測定用セルを用いて液体試料中の分析物を検出する電気化学発光方法を実行するための装置であって、装置は測定用セルを備え、測定用セルは電気化学発光測定サイクルを用いて分析物を検出するための作用電極を備え、装置はプロセッサとメモリとを備え、メモリはコンピュータ実行可能命令を含み、プロセッサによる命令の実行が、装置に、 a. 分析物のない液体試料を用いて較正プロセス中に測定サイクルを実行し、第1の電気化学的インピーダンス分光法(EIS)を測定サイクルの所与のポイントで実行し、第1のEISは作用電極を用いて実行される、ということ、
b. 分析物を含有する液体試料を用いて分析プロセス中に測定サイクルを実行し、第2のEISを測定サイクルの所与のポイントで実行し、第2のEISは作用電極を用いて実行される、ということ、
c. 第1のEISおよび第2のEISの結果を比較すること、
d. 第1のEISと第2のEISとの間の偏差が所定の閾値を超えているという結果に比較がなったかどうかを示す測定状態の指標を与えること、
をさせる、装置に関する。
別の態様では、本発明は、上記方法を実行するためのコンピュータ実行可能命令を含むコンピュータプログラム製品に関する。
本発明の各実施形態は、化学発光および電気化学発光を含む様々な種類の発光技法、特にECL-BBAに適用可能であり得る。
したがって、本発明の各実施形態は、化学発光測定サイクルに関連したいくつかの重要な問題をin situで検出することを可能にすることができる:それは、システム試薬の状態の不正規、培養成分の不要な電極結合、培養輸送の異常、および年数を経た測定用セルを検出することを可能にし得る。一般に、10kHzにおける単一周波数測定が、システムを特徴付けるのに十分であり得る。そのような測定は、サブ秒の時間スケールで実行することができる。加えられる交流電圧がとても小さいので、EISはシステムを乱さない。さらに、必要とされる計測装置が単純で安価であり得、低コストのFRAは、既存のECLシステムのポテンショスタットに組み込まれてもよい。
以下の本発明の各実施形態では、例示というのみの手法である以下の図面を参照してより詳細に説明される。
本発明の分析システムの一実施形態のブロック図である。 ECL-BBA技法を示すタイミング図である。 ECL-BBA技法を説明する流れ図である。 図4は、ECL測定を実行するために使用される異なる電極構成を示す。図4a)は2線式構成を示し、図4b)は3線式構成を示し、図4c)は2線式構成(2線式構成)(訳注:原文は「a two wire configuration (2 wire configuration)」である。)および4線式構成(4線式センシング法)を示す。 測定状態(クリーニング溶液(ClS)、共反応体溶液(CoS)、測定セル(MC))の組み合わせに基づいて対応策を与える決定表である。 EIS制御(PC=共反応体溶液(CoS)、CC=クリーニング溶液(ClS))を用いてECL方法を実行する方法を示す流れ図である。 汚れたクリーニング溶液およびきれいなクリーニング溶液の影響を示すためのアドミタンスおよび位相に関するEIS測定結果を示す図である。 汚れた共反応体溶液およびきれいな共反応体溶液の影響を示すためのアドミタンスおよび位相に関するEIS測定結果を示す図である。 分析される試料のピペット操作エラーの影響を示すためのアドミタンスに関するEIS測定結果を示す図である。 図10および図11は、クリーニング溶液(図10)、共反応体溶液(共反応物)(図11)および測定用セル(MC)などの試薬/成分の正規でない状態を特定することが可能であることを証明しているEIS測定結果を示す。 図10および図11は、クリーニング溶液(図10)、共反応体溶液(共反応物)(図11)および測定用セル(MC)などの試薬/成分の正規でない状態を特定することが可能であることを証明しているEIS測定結果を示す。 ビーズを含有する培養とビーズを含有しない培養との間の差を示すEIS測定結果を示す図である。 フェーズiにおける測定用セルの経年変化を例示するEISアドミタンスデータを示す図である。 フェーズivにおける測定用セルの経年変化を例示するEISアドミタンスデータを示す図である。 フェーズvにおける測定用セルの経年変化を例示するEISアドミタンスデータを示す図である。 フェーズiにおける測定用セルの経年変化を例示するEIS位相データを示す図である。 フェーズivにおける測定用セルの経年変化を例示するEIS位相データを示す図である。 フェーズvにおける測定用セルの経年変化を例示するEIS位相データを示す図である。 フェーズivにおける、予洗(PreWash)が適用されていない、培養を含まないシッピングと培養を含むシッピングからもたらされる差を例示するEIS測定結果を示す図である。 フェーズvにおける、予洗が適用されていない、培養を含まないシッピングと培養を含むシッピングからもたらされる差を例示するEIS測定結果を示す図である。 フェーズivにおける、予洗が適用されている、培養を含まないシッピングと培養を含むシッピングからもたらされる差を例示するEIS測定結果を示す図である。 フェーズvにおける、予洗が適用されている、培養を含まないシッピングと培養を含むシッピングからもたらされる差を例示するEIS測定結果を示す図である。 連続的なEIS測定を示す図である。
本発明の各実施形態の以下の説明全体を通じて、同様または同一の要素は、同一の参照数字によって示される。
図1は、液体試料中の分析物を検出するための分析システム100を示す。分析システム(analysis system)は、「測定装置(measurement apparatus)」としても示される。分析システム100は、発光免疫測定法等に係る、液体試料のアリコートと分析物をマークするためのマーカとの混合物である液体104を受け入れるための培養器102を備える。
分析システム100は、発光を引き起こす電気化学反応の共反応体を収容する貯蔵槽106を備える。培養器102および貯蔵槽106は、液体104および共反応体の一部が内部を通じて測定用セル108に流入することができる配管系110によって分析システムの測定用セル108に結合されている。
測定用セル108は、配管系110を介して液体104および共反応体の一部を受け入れるための導管114を有するセル本体112を備える。測定用セル108は、測定用セル内に磁場を与えるために、永久磁石などの磁気コンポーネント116を有する。導管内の磁場をオンまたはオフするために、磁気コンポーネント116は、導管114へおよび導管114から磁気コンポーネント116を回転させるためのアクチュエータ118に結合され得る。
磁気コンポーネント116は、電圧源122に結合されている作用電極120の下方に配置される。励起領域124は、作用電極120の上の磁気コンポーネント116によって引き起こされる磁場内で導管114内に形成される。
作用電極120に対する励起エネルギーの印加、すなわち起電トリガパルスの印加によって励起領域124内で引き起こされる発光は、光電子増倍管126などの光センサによって測定される。光センサは、発光がセンサの周波数範囲内であるならば、測定信号、測定用セル内に存在し得る自家発光分子によって引き起こされる発光信号のような干渉信号が寄与する可能性があるが、を供給するように、ある周波数範囲内で感知可能である。
光電子増倍管126は、作用電極120の対電極128によって形成される窓の上に、励起領域124の向かい側に配置され、この窓を通じて、励起エネルギーによって引き起こされた発光光子および何らかの干渉光子は、光電子増倍管126に衝突する。結果として得られる時間分解測定信号130は、光電子増倍管126から分析システム100の制御ユニット132へ供給される。
測定が実行された後、導管114内に収容された液体は液体廃棄物容器134の中に取り除かれ、測定用セル108は続く測定信号の取得のために再生される。
制御ユニット132は、作用電極120にトリガ信号を加えるように電圧源122を制御するために、電圧源122に結合されている。制御ユニット132は、永久磁石を動かすことによってそれに応じて磁場をオンオフに切り換えるようにアクチュエータ118を制御するために、アクチュエータ118にも結合されている。
さらに、制御ユニット132は、培養器102から液体104の一部および貯蔵槽106から共反応体の一部を抽出するとともに、測定用セル108から液体を取り除き、測定用セルを再生するために、「シッパーユニット(sipper unit)」すなわちポンプ136に結合されてよい。加えて、制御ユニット132は、ピペットステーションなどのさらなるロボット構成要素に結合されてよい。
測定用セル108は、様々な発光免疫測定法を用いてECL-BBAを実行するように適合され得る。
ECL-BBAが以下に説明されるが、これは一例に過ぎず、この例は当業者によって他のECL技法に拡張されてもよい。
例えば、液体104は、いわゆる「サンドウィッチ(sandwich)」を形成するように、液体試料のアリコート、ストレプトアビジンをコートした磁性粒子、ビオチン化抗体、およびルテニル化抗体の混合物を含有することができる、対して貯蔵槽106内に収容された共反応体はトリプロピルアミン(TPA)である。したがって、結合標識を有する磁性粒子138は、導管114に流れ込む。磁性粒子138は、磁場がオンに切り換えられるときに作用電極120上に不動化される。次に、ECL-BBA技法に従って電気化学発光させるように、トリガパルスが作用電極120に加えられる。
制御ユニット132は、重畳干渉信号のない有効な測定信号の発光減衰を説明する参照データを記憶するための電子メモリ140を有する。この参照データは、分析物の検出に利用される発光免疫測定法に特有である。
ここで検討される実施形態では、参照データは、ルックアップテーブルまたはデータベーステーブルに記憶される。参照データは、分析システム100によってサポートされる発光免疫測定法ごとに設定された参照データを含む。例えば、サポートされる免疫測定法ごとに、2つの係数aおよびbならびに時間tは、メモリ内に記憶される。係数aおよびbは、発光信号の最大振幅を減衰時間t後に到達する発光レベルに関係付ける線形則を説明する。参照データの一部として減衰時間tを記憶することは、検討される減衰時間tが常に同じである場合、余分であり得る。
制御ユニット132は、プログラムモジュール146、148、および162を実行するために少なくとも1つの電子プロセッサ144を有する。プログラムモジュール146は、測定信号132の取得のためにプロセッサ144によって実行される一方、プログラムモジュール148は、取得した測定信号132の評価のためにプロセッサ144によって実行される。プログラムモジュール162は、EISデータの取得のためにプロセッサ144によって実行される。
制御ユニット132は、表示ユニット(もしくはディスプレイ)152、またはそれとは別の、人間―機械間インタフェースを制御ユニット132に結合するためのインタフェース150を有する。インタフェース150は、分析システム100によってサポートされる発光免疫測定法のうち1つの使用者の選択のための窓154、ならびに分析の結果を表示するための窓156を表示するためにグラフィカルユーザインタフェースとして実施することができる。
分析システム100によって実行される分析の結果は、ある列が検出される分析物を示すとともに、別の列が検出された分析物の濃度を示す表形式データとして出力され得る。さらなる列が、フラグまたは他の警告信号もしくはシンボル、赤い疑問符または感嘆符など、を表示することなどによって、検出された濃度が間違ったものであり得るかを指し示すように働くことができる。
以下には、ECL-BBA技法が、図1、図2、および図3と組み合わせて説明される。図2はECL-BBAの様々なフェーズを示すタイミング図であり、図3はそれぞれの流れ図である。
この方法は、DC電位がとある電圧パルスで加えられるコンディショニングフェーズであるブロック300(フェーズi)で開始する。図2の実線200は、参照電極(Reference electrode:RE、128)に対して作用電極(Working electrode:WE、120)に加えられる電位プロファイルである。コンディショニングは、続く測定のために作用電極を準備する目的を有している―コンディショニングは、続く測定の開始時に知られている表面状態を電極が有することを保証するために使用される。
動作時、使用者は、それぞれの選択を窓154に入力することによって、分析システム100によってサポートされる発光免疫測定法のうち1つを選択する。液体試料の分析は、ポンプ136が液体104および共反応体の一部を導管114の中に輸送するように制御されるようにプログラムモジュール146の実行によって開始される。図2の線202は、ポンプ136によって測定用セル108に出し入れされるように輸送される任意の液体の移動を示す。実際には、破線202は、セルを通じて液体を移動させるポンプ136のダイリュータピストンの移動である。
次に、アクチュエータ118は、磁性粒子の結合標識が作用電極120上にある状態で不動化、すなわち磁性粒子を捕獲するために、永久磁石の磁場が導管114に加えられるように、永久磁石を所定位置に動かすように制御される。液体の輸送および磁性粒子の捕獲のプロセスは、ブロック302で示され、図2のフェーズiiに対応する。
次に、ブロック306(フェーズiv)において、電圧源122は、測定信号130が生じるように発光を実行するためにトリガパルスを作用電極上に加えるように制御される。
測定信号130は、発光の時間分解測定のために、電圧源122によるトリガパルスの印加後2秒など所与の期間にわたって光電子増倍管126の出力をサンプリングすることによって取得される。
測定信号130を構成するデータサンプルは、制御ユニット132のメモリ140内に記憶され、プログラムモジュール148は、取得した測定信号130の評価のために開始される。プログラムモジュール148の実行によって、測定信号130の振幅が決定される。次に、プログラムモジュール148は、使用者が選択した免疫測定法の係数aおよびb、ならびに時間tを読み込むことによって参照データ142の読み取りアクセスを実行する。
aおよびbによって記載される線形則によって、時間t後の測定信号130が到達する予期される信号レベルが計算され、時間t後の測定信号130の実際の信号レベルと比較される。ミスマッチの場合、すなわち、測定信号130の実際の信号レベルが予期される信号レベルよりも下または上の所定のマージンである場合、ミスマッチ、したがって重畳干渉信号の存在が検出される。
次に、もしあれば、液体内の分析物の濃度が、測定信号130によりプログラムモジュール148によって決定される、ミスマッチが検出された場合には決定された濃度はエラー信号によってフラグが立てられる。
次に、ブロック308(フェーズv)において、ポンプ136は、導管114から液体を取り除き、測定用セル108を再生するために、制御ユニット132によって制御される。
捕獲(ブロック302)と測定(ブロック306)の中間の任意選択の洗浄ステップ(ブロック304およびフェーズiii)は、磁石にまだ結びついていない磁性微粒子に結合されるマーキング物質がブロック306におけるECL測定を実行する前に取り除かれることを確実にするために実行され得る。
in situ、すなわち、上記(ECL)分析物濃度検出の中断または邪魔なしで分析物検出の信頼性を決定する可能性を与えるために、測定装置100は、電気化学的インピーダンス分光法(EIS)を実行するようにさらに適合されている。EISは、電圧源122および対電極120を用いて実行される。したがって、電子プロセッサ144は、EIS信号の取得のためにプログラムモジュール162を実行するようにさらに適合されている。そのため、電圧源122は、上述したようにECL測定を実行するために使用されるDC信号上へAC電流信号を重ね合わせるように制御される。
EISスペクトルは、上述したおよび図2に示した測定サイクルの所与のポイントで取得することができる。そのために、まず、測定サイクルは、分析物のない液体試料を用いる較正プロセス中に実行される。この較正プロセスでは、第1のEISは、作用電極を用いて測定サイクルの所与のポイントで実行される。前記所与のポイントの例は、図2に矢印で示される。次いで、第1のEISは、第1のEISデータ160としてメモリ140内に記憶される。
分析物を含有する液体試料を用いた分析プロセスにおける測定サイクル中に、さらなる第2のEISが、前記所与のポイントで実行される。これは、メモリ内に記憶される第2のEISデータ164という結果になる。次いで、第1のEISおよび第2のEIS結果が比較され、第1のEISと第2のEISとの間の偏差が所定の閾値を超えているという結果に比較がなったかどうかを示す測定状態の指標が与えられる。
例えば、測定状態は、ディスプレイ152上にグラフィカル出力として与えられる。制御ユニット132は、分析システム100の失敗を訂正するように対応策をそれに応じて自動的に選択するようにさらに適合され得る。対応策の開始後、測定サイクルは、分析プロセス中に繰り返され、別の第2のEISが、対応策が成功であったか、およびECL測定結果が信頼できるか否かをチェックするために所与のポイントで実行される。
図4は、ECL測定を実行するために使用される2つの異なる電極構成を示す。作用電極(WE120)は、対象とする電気化学反応およびECL反応が行われる電極についての呼称である。対電極または補助電極(CE128)は、電流経路を終了するセル内の電極である。両電極は、このために有効である金、白金、ガラス状炭素、イリジウム、ホウ素ドープダイヤモンド、または任意の他の材料などの不活性導電性材料によって一般に作製される。
任意の電気化学セルは、動作のために少なくともWE-CEのペアを有さなければならない。この最小の2電極構成、WEおよびCEの端子が電位制御ユニットに接続される。2電極構成(図4cに示される2線式構成)において、セル電圧は、刺激電圧Ustimとはかなり異なり得るものであり、それはセル電流およびケーブル抵抗の少なくとも関数であり、これは必要とされていないことが当業者に知られている。2つの電極構成についての計算が以下の表に示される。
Figure 0007041623000006
高精度測定のために、4線式センシング法が使用される。ここで、電流を流す電極と電圧を感知する電極の別々のペアが図4aに示されるように使用される:S1およびS2は、WEおよびCEの電位の制御および測定にそれぞれ使用される。P1およびP2は、それぞれの電極を通じて流れる電流の制御および測定のために使用される。電流電極と電圧電極の分離によって、測定からリード線および接点の抵抗をなくし、したがってより高い正確度を可能にする。
より一般的には、参照電極(RE)として働く追加の第3の電極が導入される。この3つの電極構成が図4bに示されている:REは、作用電極の印加電圧Vが参照される参照電位を与える。3つの電極構成において、REを通じて流れている電流がとても低い、または理想的には電流が無い。REは、安定な電位を維持する。典型的には、REは、銀/塩化銀、飽和カロメル、水銀/酸化第二水銀(第一水銀)、水銀/硫酸水銀、または銅/硫酸銅電極である。その上、白金、金、ステンレス鋼、または他の材料製の疑似参照電極が使用され得る。しかしながら、これらは、あまり安定しない参照電位をもたらし得る。
上記開示の通り、高精度測定については、4線式センシング法がEIS測定のために使用される。EIS測定(iR補償)のために、4線式センシング法は、2つの追加電極(図4cの検知電線1および検知電線2を有する4線式構成)によって作用電極および対電極でiR降下を補償する。4線式センシング法は、測定用ケーブル内の電位iR降下(=iRcable)を無くす。セル電圧Ucellとして、とても低い正弦振幅約10mVppを加えるとても低いAC応答が、4線式センシング法で予期される。測定用ケーブル内の抵抗Rcableは、かなり大きくセル電圧を減少させ得る。4線式センシング法では、加えられる正弦波電位は、任意の電位降下が検知電線によって無くされるので、セル電位に等しい。
図5は、測定状態の組み合わせに基づいて対応策を与える決定表を示す。図6の流れ図は、図5の決定をもたらす方法を示す。図6の流れ図および図5の決定表は、上述したフェーズi~vのうち少なくとも2つについてEIS測定が実行されたという仮定に基づく。
例えば、測定サイクルを実行するときに、図2の矢印によって指し示される、任意のフェーズにおける任意の所与のポイントについて、第1のEISが較正プロセスにおいて実行された。較正プロセスは、一般に、それぞれの第1のEISの結果が、望むように振る舞っているシステムの代表であると仮定する。その後、分析物を含有する液体試料を用いる分析プロセスにおける続く「実際の(real)」測定サイクルにおいて、第2のEISは、同じ所与のポイントで実行される。次いで、第1の(較正)EISおよび第2の(実際の試料)EISは比較され、第1のEISと第2のEISとの間の偏差が所定の閾値を超えているという結果に比較がなったかどうかを指し示す測定状態が決定される。
そこで、好ましくは、2つ以上の所与のポイントからもたらされる測定状態、したがって3つ以上の第2のEISは、分析プロセスの測定サイクル中に実行されるECL測定の信頼性を決定するために使用される。
例えばフェーズv.(測定用セルのクリーニング)内の所与のポイントについて、方法をさらに微調整するために、準備実行指標とアッセイ実行表示を区別することが可能である。用語を簡単にするために、アッセイ実行表示は、実際の液体試料を用いてEIS測定において上述したように得られる測定状態と同一である。比較されたEIS間の偏差が所定の閾値を越えていないという結果に比較がなった場合にポジティブとして、および比較されたEIS間の偏差が所定の閾値外であるという結果に比較がなった場合にネガティブとして、アッセイ実行表示を定め得る。
逆に、準備実行指標は、EIS測定において上述したように得られる測定状態と同一であるが、何ら分析物のない液体試料を用いる。したがって、所与のポイントについての準備実行指標を得るために、何らの分析物のない液体試料を用いて測定サイクルを実行している間に、第3のEISが実行される。次いで、この第3のEISが、同じ所与のポイントについて得られる第1のEISと比較され、測定状態が決定され、これは、第1のEISと第3のEISとの間の偏差が所定の閾値を超えているという結果に比較がなったかどうかを指し示す。やはり、比較された第1のEISと第3のEISの間の偏差が所定の閾値を越えていないという結果に比較がなった場合にポジティブとして、比較される第1のEISと第3のEISの間の偏差が所定の閾値外であるという結果に比較がなった場合にネガティブとして、準備実行指標を定め得る。
図6の流れ図の変数「Y」は、それによって測定状態である。添え字a、b、およびdは、それぞれフェーズi、ii、vについて図2に矢印によって指し示される所与のポイントを表す。添え字cは、図2のフェーズiiiの矢印によってまたはフェーズivの矢印によって指し示される所与のポイントを表す。
方法は、EISの取得に関するブロック500で開始する。図5および図6において、4つのフェーズにおける第2のEISの取得、およびフェーズvにおける第3のEISの取得が使用されることに留意されるべきである。しかしながら、使用される第2および第3のEISの個数を減少させる、問題となるまたはエラーが発生しやすい傾向にあるECL測定がとある理由に正確に割り当てることができないものであり得るという欠点を有し得るものの、ことも可能である。
ブロック500におけるEISの取得後、第1のポイント(フェーズiの矢印)について得られるアッセイ実行表示Yaがポジティブであるか、ブロック502においてチェックされる。これは、前記ポイントについて得られる第1の較正EISと前記ポイントについて得られる第2のEISとの比較は、所定の閾値を超える値によって互いから逸脱しないことを指し示す。
ポイント1についてのアッセイ実行表示がネガティブである場合、これは、異なる理由に起因し得る。理由の1つは、測定用セルの経年変化あるいは測定用セルまたは共反応体溶液、クリーニング溶液、および測定用セルなどの関係のあるシステム試薬もしくは成分の汚れであり得る。測定用セルの経年変化は、ECLアッセイの性能を継続的に劣化させ、一方、典型的には、汚れは、ECLアッセイの挙動の自然変化という結果になる。
測定用セルの経年変化と汚れを区別するために、この方法は、同じ所与のポイントについて、どの程度、現在の第2のEISが前の測定から得られた第2のEISから逸脱しているかについてブロック522およびその決定を続ける。したがって、所与のポイントにおける第2のEISは、n(nは1から1000の間の変数)から直近までの電気化学発光測定サイクルの後続の実行において同じ所与のポイントについて得られたそれぞれの第2のEISと比較される。現在のEISと前のEISの偏差Δyaが所定の経年変化閾値「x」を超えている場合、これは、システムの汚れに起因し得る。これは、前の測定の実行と比べて現在の測定の実行について得られるEIS曲線の「突然のジャンプ(sudden jump)」として理解され得る。
逆に、偏差Δyaが経年変化閾値未満の場合、これは測定用セルの連続的な経年変化に起因し得る。後者の場合には、ブロック530において、前記ポイントについての第1のEISと第2のEISとの間の差の絶対値yaが経年変化絶対値absを超えているか判定され得る。これがそのケースの場合、ブロック530において、測定用セルが経年変化の理由により交換されなければならないという情報が、例えばディスプレイ152を用いてシステムによって供給され得る。より簡略化されると、メッセージ「サービスを呼ぶ(call service)」が出力され得る。
しかしながら、ブロック530において、前記ポイントについての第1のEISと第2のEISの間の差の絶対値yaが経年変化絶対値absを超えていないことが決定される場合、方法は、以下に説明されるブロック504を続ける。
ブロック522において、前のEISからの現在のEISの偏差Δyaが所定の経年変化閾値「x」を超えていると決定される場合、この方法は、ブロック524、526、または528のいずれかを続ける。前記偏差がはじめて生じた場合、ブロック524が選ばれ、前記偏差が2回目に生じた場合、ブロック526が選ばれ、前記偏差が3回目に生じた場合、ブロック528が選ばれる。このため、フラグの存在がチェックされる:フラグが所与のポイントについての第2のEISに関連付けられていない(またはフラグが1である)場合、ブロック524が選ばれる。フラグが設定されている(またはフラグが2である)場合、ブロック526が選ばれる、等である。
ブロック524、526、および528の選択は、対応策の好ましい自動開始に対応する。例えば、ブロック524において、フラグが設定され(または1から2へ増加し)、共反応体溶液を収容するカップ、およびその貯蔵槽から共反応体溶液を得るために使用されるシッパーノズルが、クリーン化されなければならないというメッセージが、ディスプレイを介して出力され得る。さらに、メッセージは、現在の共反応体溶液ロットを変更するように推奨することができる。さらなる例では、前記クリーニングおよび前記変更は、システムによって自動的に開始され実行され得る。ブロック524は、図5の決定表における第3の線に対応する。ブロック524の完了後、方法は、ブロック500を再開する。
ブロック526において、フラグが1から2へ、または2から3へ増加させられ、システムの液体流クリーニング(liquid flow cleaning:LFC)が実行されなければならないというメッセージがディスプレイを介して出力され得る。液体流クリーニングは、この機能が器具のサービス画面から始められるときに、生じる。LFC中、次亜塩素酸ナトリウム溶液は、測定用セルのクリーニングおよび流れ経路のために吸い込まれる。さらなる例では、前記LFCは、システムによって自動的に開始され実行され得る。さらに、測定用セル(MC)の好ましい自動交換が開始され得る。ブロック524は、図5の決定表における第4の線に対応する。ブロック524の完了後、方法は、ブロック500を再開する。
フラグは、Δya>xが連続して生じている1回目、2回目または3回目を区別することを可能にする任意の知られた方法によって実現され得ることが留意されなければならない。
ブロック528において、システムが未定義の動作不良を有するという情報が提供され得る。より簡単には、メッセージ「サービスを呼ぶ」が出力され得る。ここで、システムは停止し、この方法は終わる。
ブロック502において、Yaがokであることが決定された場合、すなわち、アッセイ実行表示がポジティブであった場合、方法は、ブロック504、およびYbについてのアッセイ実行表示がポジティブであるか否かの決定を続ける。Ybは、測定用セルへの液体試料の供給、および磁性微粒子の捕獲の間またはその終わりに得られるEISの結果である。したがって、任意選択のフェーズiii.が存在するかどうかに応じて、Ybは、フェーズiiまたはフェーズivにおける矢印によって指し示される所与のポイントで得ることができる。アッセイ実行表示がネガティブである場合、この方法は、この問題が初めて生じた場合と2回目に生じた場合を区別した。このために、アッセイ実行表示は、Yaに関して説明されたように、それぞれのフラグを再び用いる。
問題がはじめて生じる場合、ブロック518において、これは、分析物に関する問題に起因し得る。例えば、分析物は気泡を含み得る、または分析物は汚染されている可能性がある。対応策として、試料の品質がチェックされなければならないというメッセージが、ディスプレイによって出力され得る。さらに、フラグが設定される(または数が増加する)。さらなる例では、システムは、同じ分析物を有する新しい液体試料を自動的に得ることができる。ブロック518は、図5の決定表の最後のラインに対応する。ブロック518の完了後、方法は、ブロック500を再開する。
前記問題が2回目に生じる場合、ブロック504の後に直ちにブロック512が続き、ブロック512はブロック528に対応する。
ブロック504において、Ybがokであると分かった場合、方法は、任意選択のブロック506を続ける。ブロック506において、(フェーズiiiの矢印で指し示される所与のポイントで得られる)Ycについてのアッセイ実行表示がポジティブか否か決定される。Ycは、捕獲後かつ電気化学発光測定前の測定用セルの洗浄についてのフェーズ中に得られるEISの結果である。Ycがネガティブである場合、これは、直ちにブロック512の実行という結果になり得る。Ycに関する決断は、フェーズiiiにおけるクリーニングステップが任意選択であるので、図5の決定表に反映されていない。
Ycがポジティブである、またはブロック504(Yb ok)の直後である場合、方法は、ブロック508、およびYdについてのアッセイ実行表示がポジティブであるか否か決定を続ける。Ydは、フェーズv中、すなわちクリーニング溶液を用いて作用電極を有する測定用セルのクリーニング中に得られるEISの結果である。Ydがokである場合、方法はブロック520、およびECL測定が信頼できるという決定で終わる。
しかしながら、Ydがokでない場合、ブロック508の後のブロック510は、現在のYdがアッセイ実行または測定サイクルの準備実行の結果であるのか決定する。それが測定実行の結果である場合、そのメッセージによれば試料の品質がチェックされるべきであるというメッセージが出力される。システムは、準備実行の続くブロック500を、すなわち何らの分析物のない液体試料に関する測定サイクルの実行において、自動的に続けることができる。
方法が再びブロック510に到着する場合、方法は、準備実行がはじめて実行される場合、ブロック514を続け、または準備実行が2回目に実行される場合、ブロック512を続ける。はじめて(1回目)および2回目は、上述したようにそれに応じてフラグによってチェックされ得る。
図5の決定表の第1のラインに対応するブロック514は、そのメッセージによれば、クリーニング溶液カップ、クリーニング溶液が供給される器具の貯蔵槽、およびクリーニング溶液を測定用セルの中に輸送するのに使用されるノズルは、クリーン化されるべきであり、現在使用されているクリーニング溶液ロットを新しいものに交換するというメッセージを出力し得る。代替として、または加えて、クリーニングおよび交換は、自動的に実行することができる。ブロック514の後、方法は、ブロック500を続ける。
図6を参照した説明において、フェーズiに関する経年変化だけが検討されたが、当業者は、したがって、この原理が測定サイクル中の所与のポイントのいずれかに適用されてもよいことを理解する。
図7は、汚れたクリーニング溶液およびきれいなクリーニング溶液の影響を示すためのアドミタンスおよび位相に関するEIS測定結果を示す。正規でない状態におけるクリーニング溶液の影響を研究するために、ストレプトアビジン粒子(Streptavidin particles:SAP)アッセイが、汚れたクリーニング溶液で測定され(n=5)、欠陥のないクリーニング溶液を用いたSAPアッセイの結果と比較された。EIS測定は、フェーズi、iv、およびvについての図2に指し示されるポイントで実行された。本明細書中、フェーズiは「Con I」と呼ばれ、フェーズivは「Con II&C」と呼ばれ、フェーズvは「Clean」と呼ばれる。さらに、(+)は、クリーニング溶液がクリーン化されたことを意味し、一方、(-)は、クリーニング溶液が汚れていたことを意味する。EIS測定は、0Hz、100Hz、300Hz、および1000Hzで実行された。
フェーズvにおいて、汚れたクリーニング溶液を容易に特定することができることがはっきりと理解できる。ここで、較正データとして得られるEIS(直線)と汚れたクリーニング溶液に対する測定について得られるEIS(破線)との間の大きい偏差(>>1SD)は、100Hzでアドミタンスにすでに見られる。さらに、フェーズvにおける測定点について得られる標準偏差は、汚れたクリーニング溶液について得られる較正曲線と測定曲線の間の偏差よりもずっと下である。これは、不適切なクリーニング溶液が容易に検出でき、そのようなものとして特定され得ることを示す。
図8は、汚れた共反応体溶液およびきれいな共反応体溶液の影響を示すためのアドミタンスおよび位相に関するEIS測定結果を示す。正規でない状態における共反応体溶液の影響を研究するために、ストレプトアビジン粒子(SAP)アッセイが、欠陥のある共反応体溶液で測定され(n=5)、欠陥のない共反応体溶液を用いたSAPアッセイの結果と比較された。EIS測定は、フェーズi、iv、およびvについての図2に指し示されるポイントで再び実行された。本明細書中、フェーズiは「Con I」と呼ばれ、フェーズivは「Con II&C」と呼ばれ、フェーズvは「Clean」と呼ばれる。さらに、(+)は、共反応体溶液がクリーン化されたことを意味し、一方、(-)は、共反応体溶液が汚れていたことを意味する。EIS測定は、0Hz、100Hz、300Hz、および1000Hzで実行された。破線は較正データに対応し、直線は汚れた共反応体溶液に関する測定データに対応する。
全ての3つのフェーズにおいて、汚れた共反応体溶液を容易に特定することができることがはっきりと理解できる。全てのステップにおけるアドミタンスおよび位相のかなり大きい変化(>>1SD)が観察され、欠陥のある共反応体溶液と欠陥のない共反応体溶液との間の明確な区別を可能にする。アドミタンスを検討すると、全ての周波数において変化はかなり大きい。位相を検討すると、より良い区別が、約100Hzよりも高い周波数について観察される。一般に偏差は、Con I(フェーズi)において最も強いが、クリーニング(フェーズv)でもまだ見ることができる。
図9は、分析される試料のピペット操作エラーの影響を示すためのアドミタンスに関するEIS測定結果を示す。ピペット操作エラーにより、空気がピペット操作されて測定用セルの中に移送される。フェーズiiにおいて、これは、EIS較正(IncTrans)について得られるアドミタンスとピペット操作エラーを有する試料に関して得られるEIS(IncTransエア)との間にかなり大きい偏差があるという結果になった。この結果は、空気の存在により、アドミタンスの700%の変化、および位相の60%の変化である。したがって、動作不良のピペット操作または培養シッピングが検出され得る。
以下において、EIS測定の詳細な説明が与えられる。全ての実験は、Roche Elecsys(登録商標(訳注:日本国における登録商標であるとは限らない。以下同様。))のブレッドボードを用いて実行された。これは、開発目的用の非常に柔軟な、Elecsys(登録商標)1010または2010に匹敵するElecsysシステムである。この研究のために、このブレッドボードは、Bio-Logic Science Instruments SAS,フランスからのSP-300ポテンショスタットを装備した。SP-300は、内蔵の周波数応答アナライザ(FRA)を有する最新式のモジュール式の研究用グレードのポテンショスタットである。実験は、概して、作用電極、対電極、および参照電極を用いる従来の3電極構成において、標準的なElecsys測定用セルで実行された。全ての電位プロファイルおよび準ずるEIS測定は、ECラボソフトウェアパッケージを用いてプログラムされた。ポテンショスタットとElecsysアナライザとの間の通信は、ポテンショスタットの内蔵式『トリガイン(trigger in)』チャンネルを用いて確立された。次いで、Elecsysアナライザは、所望の時点でTTLパルスを送信することによってポテンショスタットを制御することができた。
測定は、人工的な免疫測定法(SAP)(高い特定のECL信号についてRuBpy標識微粒子を含むアッセイ)を用いて実行された。後述のアッセイのためのプロトコルは、体積についてのわずかな調節とともに、Roche Elecsys(登録商標)2010のための推奨として得られる。ビード懸濁液の体積は35μlであり、自由RuBpy結合体の体積は15μlであり、ビードバッファの体積は150μlであり、試料の体積は0μlであった。
図10および図11は、共反応体溶液、クリーニング溶液、および測定用セルなどの欠陥のあるシステム試薬/成分を特定することが可能であることを証明しているEIS測定結果を示す。これは、汚されていないシステムの測定についてのEIS結果の高い再現性を必要とする。それをするために、アナライザは、無傷の測定用セル、およびクリーニング溶液および共反応体溶液の欠陥のないロットを装備した。
共反応体溶液およびクリーニング溶液の異なるロットから生じ得るかもしれない変動も考慮に入れるために、この実験は、それぞれ3ロットのクリーニング溶液および共反応体溶液で、およびそれぞれストレプトアビジン粒子(SAP)のn=5のアッセイの決定で繰り返された。言い換えれば、所与のポイントについて、EISは、ロットごとに5回取得され、これは異なるロットについて3回繰り返された。精度は、全ての異なる実行および決定にわたってCV(パーセントの単位の標準偏差と平均値の比)を計算することによって決定された。この結果は、図10および図11に報告されている。図10は、クリーニング溶液のロットの変形例を示し、図11は、共反応体溶液のロットの変形例を示す。これらの図から理解できるように、CVは、通常1%を大きく下回り、この方法の高い再現性を証明する。
上述したように、やはり、『Clean』はフェーズvにおいて得られるEISを表し、『Con I』はフェーズiについて得られるEISを表し、『Con II&C』はフェーズivを表す。
磁性ナノ粒子『ビーズ(beads)』の影響を求めるために、ストレプトアビジン粒子(SAP)アッセイが測定され(n=5)、SAP内の全試薬が共反応体溶液(CoS)によって置き換えられたアッセイと比較された。基本的に、2つの状況は、ここで比較される:第1の場合では、培養が、電極上に捕獲および堆積される磁性ビーズを含む。第2の場合では、培養はビーズを含まず、捕獲プロセス後、電極は自由なままである。したがって、アドミタンスの変化だけがCond II&Captステップの後に予期される。
実際のところ、図12に報告されるように、標準偏差のかなり大きい変化(>>1SD)が、周波数>100HzでCon II&Captステップ(フェーズiv)のアドミタンスに見られる。同様の変化は、(より高いエラーによるより低い重要性で)位相でも観察される。それにもかかわらず、したがって、この測定は、ビーズを含有する培養とビーズを含有しない培養との間で見分ける手段を提供する。
測定用セルの経年変化は、Elecsysアッセイの性能損失を引き起こす可能性があり、したがって、アッセイ性能チェックを用いて点検修理技師によって注意深く監視される。しかしながら、セルの寿命も、図13の例に示されるように、EISを用いて監視することができる。より良く見えるように、結果は、(前の図で示される曲線プロットとは対照的に)ここで棒グラフにプロットされる。ここで、2つの新しい測定用セル『new 1』および『new 2』のEISスペクトルは、2つのかなり年数を経た測定用セル『old 1』および『old 2』と比較される。明らかに、新しいセルおよび古いセルは、アドミタンスにおいてはっきりと区別することができる。この変化は、周波数≧300Hzについて最も大きい。図13において、フェーズiについてのEISの結果が示される。図14では、フェーズivについての結果が示され、および図15では、フェーズvについての結果が示される。
また、位相は、古い測定用セルと新しい測定用セルの間で明確な区別を示す。変化は、フェーズiおよびフェーズvの場合≦1000Hz、およびフェーズivの場合10kHzの周波数について最も大きい、図16、図17、および図180を比較すること。セルの経年変化による変化は徐々であり、したがって短時間スケールでの変化を引き起こす非経年変化に関連したプロセスと区別され得ることに留意すべきである。
以下において、試料成分の影響が研究される。測定の邪魔となり得る培養からどのような自由なビオチン化抗体または血清成分をも取り除くために、予洗(prewash)の手続き『PW』が使用される。予洗中、ストレプトアビジンのビーズは、磁性微粒子セパレータを用いバッファから分離される。続いて、ビーズは緩衝液で洗浄され(予備クリーン(PreClean))、その元の体積に再構成される。EISスペクトルに関する(培養の一部を形成する)試料タイプの影響が調査された。これをするために、ストレプトアビジン粒子(SAP)アッセイが使用され、50μlの試料が含まれた。ビード懸濁液の体積は35μlであり、自由RuBpy結合体の体積は15μlであり、ビードバッファの体積は150μlであり、試料の体積は50μlであった。
4つの異なる血清が異なる試料タイプをモデル化するために使用され、EISスペクトルに対するその影響が調査された。e411またはe2010などの一般的な低スループットElecsyアナライザでは、試料成分は、培養輸送中に、電極と接触し得る。これは、通常、電極表面へのタンパク質の血清特有の吸収をもたらす。血清フリーな培養(そこでは試料がバッファに置き換えられる)が、血清を含有する培養と比較される場合、明確な差が、図19および図20で分析されるEISスペクトルに見られる。ここでは予洗が適用されなかった。血清を含有する培養は、血清フリーな培養に対して周波数>130Hzで、Cond II&Captステップ(フェーズiv)においてアドミタンスの減少をもたらす。他方、大きいアドミタンスの増加が、クリーニングステップ(フェーズv)における血清を含有する培養について見られる。
したがって、EISは、試料のピペット操作を監視するために使用することができる。試料がピペット操作された培養でない場合、血清成分は無く、電極における吸着が予期されない。そのような事象は、EIS方法によって『特異な培養(anomalous incubate)』として容易に突き止めることができ、警告が操作者に送られ得、かつ/またはそれぞれの対応策が自動的に開始され得る。
e170、e601、e602、およびe801のような高スループットアナライザは、他方で、いわゆる予洗機能を利用する。予洗中、磁性ビーズは、容器壁に磁気的に捕獲される。続いて、アッセイ試薬および血清を含有する培養が取り除かれ、緩衝液に代えられる。この『予洗された培養(prewashed incubate)』は、血清成分がない。したがって、Cond II&Captステップ(フェーズiv)またはクリーニングステップ(フェーズv)の後にEISスペクトルが検討されるとき、異なる試料タイプの間の差が予期されない。これは、予洗された血清が、a~dが比較されている図21および図22から容易に見ることができる。
図23は、単一周波数1000Hzで図2の測定サイクル全体にわたって連続的な測定の結果として予期されるEISスペクトルである。そのような連続的なEISのアドミタンスの測定結果は、図26に示されている。下の線は、欠陥のない共反応体溶液が使用される測定サイクルに対応するのに対し、上の線は、正規でない状態の共反応体溶液が使用される測定サイクルに対応する。より高い値へのアドミタンスシフト全体は、その場合に容易に観察され得る。
当業者によって理解されるように、本発明の各態様は、装置、方法、またはコンピュータプログラム製品として具体化され得る。したがって、本発明の各態様は、完全なハードウェアの実施形態、(ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む)完全なソフトウェアの実施形態、あるいは本明細書中において『回路』、『モジュール』、または『システム』と一般に全て呼ばれ得るソフトウェアとハードウェアの態様を組み合わせた一実施形態の形態をとることができる。さらに、本発明の各態様は、そこに具体化されたコンピュータ実行可能コードを有する1つまたは複数のコンピュータ可読媒体に具体化されたコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。
1つまたは複数のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせが、利用され得る。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体、またはコンピュータ可読記憶媒体であり得る。本明細書中で使用される「コンピュータ可読記憶媒体」は、命令を記憶することができる任意の有形の記憶媒体を包含し、この命令はコンピューティングデバイスのプロセッサにより実行可能である。コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ可読非一時的記憶媒体と呼ばれ得る。コンピュータ可読記憶媒体は、有形のコンピュータ可読媒体とも呼ばれ得る。
いくつかの実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体は、コンピューティングデバイスのプロセッサによりアクセスできるデータを記憶することもでき得る。コンピュータ可読記憶媒体の例は、限定されるわけではないが、以下を含む:フロッピーディスク、磁気ハードディスクドライブ、ソリッドステートハードディスク、フラッシュメモリ、USBサムドライブ、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリメモリ(ROM)、光ディスク、磁気光ディスク、およびプロセッサのレジスタファイル。光ディスクの例は、コンパクトディスク(CD)およびデジタル多用途ディスク(DVD)を含み、例えば、CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RWまたはDVD-Rディスクを含む。コンピュータ可読記憶媒体という用語は、ネットワークまたは通信リンクを介してコンピュータデバイスによりアクセスできる様々なタイプの記録媒体も指す。例えば、データは、モデム、インターネットまたはローカルエリアネットワークを介して取り出されてもよい。コンピュータ可読媒体に組み込まれるコンピュータ実行可能コードは、適切な任意の媒体を用いて伝送されてよく、その媒体は、例えば、無線、有線回線、光ファイバケーブル、RF等、または、それらの任意の適切な組み合わせを含むが、これらの例に限定されない。
コンピュータ可読信号媒体は、例えば、ベースバンドにおいてまたは搬送波の一部として内部に組み込まれるコンピュータ実行可能コードとともに伝搬されるデータ信号を含むことができる。そのような伝搬される信号は、電磁波、光または任意の適切なそれらの組み合わせを含む任意の様々な形式をとってもよいが、これらに限定されない。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読記憶媒体ではない任意のコンピュータ可読媒体であって、命令実行システム、装置またはデバイスにより又はそれに関連して使用するプログラムを通信、伝搬または転送することができるコンピュータ可読媒体であってもよい。
「コンピュータメモリ」または「メモリ」は、コンピュータ可読記憶媒体の一例である。コンピュータメモリは、プロセッサに直接アクセスできる任意のメモリである。「コンピュータ記憶(computer storage)」、または「記憶(storage)」は、コンピュータ可読記憶媒体のさらなる例である。コンピュータ記憶は、任意の不揮発性のコンピュータ可読記憶媒体である。いくつかの実施形態では、コンピュータ記憶は、コンピュータメモリとすることもでき、またはその逆もできる。
本明細書中で使用される「プロセッサ」は、プログラムまたは機械実行可能命令またはコンピュータ実行可能コードを実行することができる電子部品を包含する。『プロセッサ』を有するコンピューティングデバイスという言及は、2つ以上のプロセッサまたはプロセシングコアを含む可能性があるように解釈されるべきである。プロセッサは、例えば、マルチコアプロセッサであり得る。プロセッサは、単一のコンピュータシステムの中にある、または複数のコンピュータシステムに分散されたプロセッサの集まりを指すこともできる。コンピューティングデバイスという用語は、それぞれがプロセッサまたはプロセッサ群を備えるコンピューティングデバイスの集まりまたはネットワークを指す可能性があるようにも解釈されるべきである。コンピュータ実行可能コードは、同じコンピューティングデバイス内にあり得る複数のプロセッサによって実行されてもよく、または複数のコンピューティングデバイスにわたって分散され得る複数のプロセッサによって実行されてもよい。
コンピュータ実行可能コードは、本発明の一態様をプロセッサに実行させる機械実行可能命令またはプログラムを含むことができる。本発明の各態様についての動作を実行するためのコンピュータ実行可能コードは、1つまたは複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで書かれていてもよく、その言語は、Java(登録商標)、Smalltalk、C++等などのオブジェクト指向プログラミング言語、『C』プログラミング言語、または類似するプログラミング言語などの従来の手続プログラミング言語を含み、機械実行可能命令にコンパイルされる。いくつかの例では、コンピュータ実行可能コードは、ハイレベル言語の形式またはプレコンパイル形式であってもよく、オンザフライ方式で機械実行可能命令を生成するインタープリタに関連して使用されてもよい。
コンピュータ実行可能コードは、独立型のソフトウェアパッケージとして、使用者のコンピュータ上で全部が実行されてもよく、使用者のコンピュータ上で一部が実行されてもよく、使用者のコンピュータ上で一部が実行されてもよく、遠隔のコンピュータで一部が実行されてもよく、あるいは遠隔のコンピュータまたはサーバ上で全部が実行されてもよい。後者の状況では、遠隔のコンピュータは、ローカルエリアネットワーク(LAN)または広域ネットワーク(WAN)などの何らかのタイプのネットワークを介して使用者のコンピュータに接続することができ、あるいは接続は、(例えば、インターネットサービスプロバイダを利用してインターネットを通じて)外部コンピュータに対してなされてもよい。
本発明の各態様は、本発明の各実施形態による方法、装置(システム)、およびコンピュータプログラム製品の流れ図、説明図および/またはブロック図を参照して説明される。流れ図、説明図および/またはブロック図の各ブロックまたはブロックの一部は、適用可能なとき、コンピュータ実行可能コードの形態でコンピュータプログラム命令によって実施することができることが理解されよう。相互に排他的でないとき、異なる流れ図、説明図、および/またはブロック図内のブロックの組み合わせが、組み合わされてよいことがさらに理解される。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに送られて、コンピュータのプロセッサ、または他のプログラム可能データ処理装置を介して実行される命令が、流れ図および/またはブロック図のブロックまたはブロック群において特定される機能/作用を実施する手段を生成するように機械を生成することができる。
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読媒体内に記憶することもでき、このコンピュータプログラム命令は、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、または他のデバイスを特定のやり方で機能するように指図することができ、それによって流れ図および/またはブロック図のブロックまたはブロック群に特有の機能/作用を実現する命令を含む、コンピュータ可読媒体内に記憶された命令が、製品を生産するようになっている。
コンピュータプログラム命令は、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、または他のデバイス上に読み込むこともでき、それによって一連の動作ステップをこのコンピュータ、他のプログラム可能装置、または他のデバイス上で実行させて、コンピュータまたは他のプログラム可能装置上で実行する命令がコンピュータ実施プロセスをもたらし、それによって流れ図および/またはブロック図のブロックまたはブロック群内で特定される機能/作用を実現するためのプロセスを提供する。
100 分析システム
102 培養器
104 液体
106 貯蔵槽
108 測定用セル
110 配管系
112 セル本体
114 導管
116 磁気コンポーネント
118 アクチュエータ
120 作用電極
122 電圧源
124 励起領域
126 光電子増倍管
128 対電極
130 測定信号
132 制御ユニット
134 容器
136 ポンプ
138 粒子
140 メモリ
142 参照データ
144 プロセッサ
146 プログラムモジュール
148 プログラムモジュール
150 インタフェース
152 ディスプレイ
154 窓
156 窓
160 EISデータ
162 プログラムモジュール
164 EISデータ
200 電位プロファイル
202 ダイリュータピストンの移動

Claims (18)

  1. 測定用セル(108)を用いて液体試料中の分析物を検出する電気化学発光方法であって、前記測定用セル(108)は、電気化学発光測定サイクルを用いて前記分析物を検出するための作用電極(120)を備え、前記方法が
    a. 前記分析物のない液体試料を用いて較正プロセス中に前記測定サイクルを実行し、第1の電気化学的インピーダンス分光法(EIS)を前記測定サイクルの所与のポイントで実行し、前記第1のEISは前記作用電極(120)を用いて実行される、ステップと、
    b. 前記分析物を含有する前記液体試料を用いて分析プロセス中に前記測定サイクルを実行し、第2のEISを前記測定サイクルの前記所与のポイントで実行し、前記第2のEISは前記作用電極(120)を用いて実行される、ステップと、
    c. 前記第1のEISおよび前記第2のEISの結果を比較するステップと、
    d. 前記第1のEISと前記第2のEISとの間のが所定の閾値を超えているという結果に前記比較がなったかどうかを示す測定状態の指標を与えるステップと
    を含む方法。
  2. 前記測定用セル(108)は、制御ユニット(132)をさらに備える測定装置(100)の一部であり、前記指標は前記制御ユニット(132)に供給され、前記第1のEISと前記第2のEISとの間のが前記所定の閾値を超えているという結果に前記比較がなったことを前記指標が示す場合、前記制御ユニット(132)によって、
    - 前記測定失敗に関する対応策を選択し、
    - 前記対応策を開始し、
    - ステップb、c、およびdを繰り返す
    ように前記装置を制御するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記測定装置(100)は、表示ユニット(152)をさらに備え、前記対応策は、前記測定状態を前記表示ユニット(152)に表示することを含む、請求項2に記載の方法。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記測定サイクルは、以下に記載のいずれか1つを含む:
    - 前記液体試料なしで前記作用電極(120)をコンディショニングするための第1のフェーズ、
    - 前記測定用セル(108)に前記液体試料を供給し、磁性微粒子を捕獲するための第2のフェーズであって、前記液体試料は、電気化学発光測定で測定される電気化学発光反応を引き起こすことができるマーキング物質を含有し、複合体が前記磁性微粒子にさらに結合されており、前記液体試料が前記分析物を含有する場合、前記分析物は前記複合体として前記液体試料内に含有されており、前記複合体は前記マーキング物質を含み、前記捕獲は磁場によって前記微粒子を引き付けることを含み、それによって前記作用電極(120)の表面に前記微粒子を堆積させる第2のフェーズ、
    - 前記捕獲後および前記電気化学発光測定前に前記測定用セル(108)を洗浄するための第3のフェーズであって、未結合の複合体と堆積していない微粒子とを前記測定用セル(108)から取り除くように適合されている、第3のフェーズ、
    - 前記試料に対する前記電気化学発光測定を実行するための第4のフェーズ、
    - クリーニング溶液を用いて前記作用電極(120)を有する前記測定用セル(108)をクリーニングするための第5のフェーズ、
    そして、前記所与のポイントは、以下のいずれか1つである:
    - 前記第1のフェーズ中の第1のポイント、
    - 第2のフェーズ中の第2のポイント、
    - 前記第3のフェーズ中の第3のポイント、
    - 前記第4のフェーズ中の第4のポイント、
    - 前記第5のフェーズの後かつ前記測定サイクルの後続の実行における前記第1のフェーズの前の第5のポイント。
  5. 前記コンディショニング、前記捕獲、任意選択の前記洗浄、前記電気化学発光測定、および前記クリーニングは、前記作用電極(120)に電位パルスを加えることを含み、前記電位パルスは、前記測定用セル(108)の参照電極に対して測定されるDC分極電位に対して加えられ、前記EISを実行する前記ステップは、前記DC分極電位に対してAC電位を加えることを含む、請求項4に記載の方法。
  6. 前記EISを実行するための前記AC電位は、周波数応答解析(FRA)モジュールを有するポテンショスタットを用いて加えられる、請求項5に記載の方法。
  7. 前記AC電位は、最低で1mVおよび最高で100mVのピークトゥピーク、好ましくは最低で3mVおよび最高で80mVのピークトゥピーク、より好ましくは最低で5mVおよび最高で50mVのピークトゥピークの振幅を有する、請求項5または6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記AC電位は、最低で10Hzおよび最高で100kHz、好ましくは最低で20Hzおよび最高で50kHz、より好ましくは最低で30Hzおよび最高で10kHzの周波数を有する、請求項5から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記第1のEISおよび前記第2のEISの前記結果はアドミタンスおよび位相を示すそれぞれの応答信号を含み、前記所定の閾値は前記アドミタンスおよび前記位相についてそれぞれ定められ、前記第1のEISおよび第2のEISの前記結果の前記比較はそれぞれの前記アドミタンスの比較とそれぞれの前記位相の比較とを含み、前記測定状態は、前記第1のEISと前記第2のEISとの間のが前記アドミタンスおよび前記位相についてそれぞれ予め定められた閾値を超えているという結果に両比較がなったかどうかを示す、請求項1に記載の方法。
  10. 前記比較されたEIS間のが前記所定の閾値を越えていないという結果に前記比較がなった場合、測定状態の前記指標はポジティブであり、比較されたEIS間のが前記所定の閾値外であるという結果に前記比較がなった場合、測定状態の前記指標はネガティブであり、前記それぞれの第1のEISおよび第2のEISは、前記所与のポイントのうち少なくとも2つの異なるポイントについて少なくとも2回実行され、各測定状態のそれぞれのアッセイ実行表示という結果になり、前記対応策の前記選択は、前記各測定状態の前記それぞれのアッセイ実行表示の組み合わせに基づいて実行される、請求項2または3に記載の方法。
  11. 前記少なくとも2つの所与のポイントは第5のポイントを含み、前記方法は、
    - 何ら分析物のない液体試料を用いて準備実行プロセス内で前記測定サイクルを実行し、前記測定サイクルの前記第5のポイントで第3のEISを実行するステップであって、前記第3のEISが前記作用電極(120)を用いて実行される、ステップと、
    - 前記第5のポイントについて得られる前記第1のEISと前記第3のEISの結果を比較するステップと、
    - 前記第5のポイントで得られる前記第1のEISと前記第3のEISとの間のが所定の閾値を超えているという結果に前記比較がなったかどうかを示す前記測定状態の準備実行指標を与えるステップであって、前記対応策の前記選択は、前記各測定状態の前記それぞれのアッセイ実行表示と前記準備実行指標との組み合わせに基づいてさらに実行されるステップ、
    をさらに含む、請求項10に記載の方法。
  12. - 前記第1、第2、または第3のポイントについて得られる前記アッセイ実行表示がポジティブであり、
    - 前記第5のポイントについて得られる前記アッセイ実行表示がネガティブであり、かつ
    - 前記第5のポイントについて得られる前記準備実行指標がネガティブである
    場合に、
    選択される前記対応策は、現在のクリーニング溶液を異なるロットユニットのクリーニング溶液と取り替える指示を、前記測定用セル(108)の一部である測定装置の一部である表示ユニットを介して表示することを含むか、または
    選択される前記対応策は、前記測定用セル(108)および前記作用電極(120)のクリーニングを実行するために使用される前記装置の構成要素の自動クリーニングを含む、請求項11に記載の方法。
  13. 前記測定装置(100)は、表示ユニット(152)をさらに備え、
    - 前記第1、第2、または第3のポイントについて得られる前記アッセイ実行表示がポジティブであり、
    - 前記第5のポイントについて得られる前記アッセイ実行表示がネガティブであり、かつ
    - 前記第5のポイントについて得られる前記準備実行指標がポジティブである
    場合に、
    選択される前記対応策は、前記分析物を含有する現在の前記液体試料を、前記分析物を含有する新しい液体試料と取り替える指示を、前記表示ユニットを介して表示すること、または
    前記分析物を含有するさらなる液体試料の自動供給のリクエストを含む、請求項11に記載の方法。
  14. 前記測定用セル(108)に共反応体溶液を供給するステップをさらに含み、これによって前記複合体との組み合わせで電気化学発光反応を可能にし、
    - 前記第1または第3のポイントについて得られる前記アッセイ実行表示がネガティブであるか、または
    - 前記第2のポイントについて得られる前記アッセイ実行表示がネガティブであるとともに、前記第1、第3、または第5のポイントについて得られる少なくともさらなるアッセイ実行表示もネガティブである
    という点で基準が満たされる場合、第1の決定がなされ、
    前記基準が満たされていることが前記第1の決定によって決定される場合、選択される前記対応策は、前記測定用セル(108)に前記共反応体溶液を供給するために使用される前記装置の構成要素をクリーン化する指示を、前記測定用セル(108)の一部である測定装置の一部である表示ユニットを介して表示することを含むか、あるいは
    選択される前記対応策は、前記測定用セル(108)に前記共反応体溶液を供給するために使用される前記装置の構成要素の自動クリーニングを含み、
    前記対応策の完了後、ステップb、c、およびdの後続の繰り返しがすぐにあり、
    - 前記第1または第3のポイントについて得られる前記アッセイ実行表示がいまだにネガティブであるか、または
    - 前記第2のポイントについて得られる前記アッセイ実行表示がネガティブであるとともに、前記第1、第3、または第5のポイントについて得られる少なくともさらなるアッセイ実行表示もネガティブである
    という点で前記基準が満たされる場合、第2の決定がなされ、
    前記基準が満たされることが前記第2の決定によって決定される場合、選択される前記対応策は、アルカリ溶液を用いて前記測定用セル(108)をクリーン化する指示を、前記測定用セル(108)の一部である前記測定装置の一部である前記表示ユニットを介して表示することを含む、または、選択される前記対応策が、アルカリ溶液を用いた前記測定用セル(108)の自動液体流クリーニングを含む、請求項10に記載の方法。
  15. - 前記第1、第3、または第5のポイントについて得られる前記アッセイ実行表示がポジティブであり、
    - 前記第2のポイントについて得られる前記アッセイ実行表示がネガティブである
    場合に、
    選択される前記対応策は、前記測定用セル(108)への前記分析物を含有する前記液体試料の供給のために使用される前記装置の構成要素をクリーン化する指示を、前記表示ユニットを介して表示することを含み、前記測定装置は前記測定用セル(108)の一部である、あるいは、選択される前記対応策は、前記測定用セル(108)への前記分析物を含有する前記液体試料の前記供給のために使用される前記装置の構成要素の自動クリーニングおよび/または前記装置の機械的較正を含む、請求項10に記載の方法。
  16. n(nは1から1000の間の変数)から直近までの前記電気化学発光測定サイクルの連続した実行において、前記所与のポイントにおける前記第2のEISを同じ所与のポイントについて得られるそれぞれの第2のEISと比較するステップをさらに含み、選択される前記対応策は、現在の前記電気化学発光測定サイクルと前記nから直近までの前記電気化学発光測定サイクルの連続した実行とについて得られる前記第2のEISの結果の比較が所定の経年変化閾値を超えるという結果になった場合にのみ実行される、請求項14に記載の方法。
  17. 測定用セル(108)を用いて液体試料中の分析物を検出する電気化学発光方法を実行するための装置(100)であって、前記装置は前記測定用セル(108)を備え、前記測定用セル(108)は電気化学発光測定サイクルを用いて前記分析物を検出するための作用電極(120)を備え、前記装置はプロセッサ(144)とメモリ(140)とを備え、前記メモリはコンピュータ実行可能命令を含み、前記プロセッサによる前記命令の実行が、前記装置に、
    a. 前記分析物のない液体試料を用いて較正プロセス中に前記測定サイクルを実行し、第1の電気化学的インピーダンス分光法(EIS)を前記測定サイクルの所与のポイントで実行し、前記第1のEISは前記作用電極(120)を用いて実行される、ということ、
    b. 前記分析物を含有する前記液体試料を用いて分析プロセス中に前記測定サイクルを実行し、第2のEISを前記測定サイクルの前記所与のポイントで実行し、前記第2のEISは前記作用電極(120)を用いて実行される、ということ、
    c. 前記第1のEISおよび前記第2のEISの結果を比較すること、
    d. 前記第1のEISと前記第2のEISとの間のが所定の閾値を超えているという結果に前記比較がなったかどうかを示す測定状態の指標を与えること、
    をさせる、
    装置(100)。
  18. 請求項1に記載の方法を実行するためのコンピュータ実行可能命令を含むコンピュータプログラム製品。
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