JPH0820450B2 - レ−ザ磁気免疫測定方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、抗原抗体反応を利用した免疫測定方法及び
装置に関するものである。更に詳述するならば、本発明
は極めて微量の検体から特定の抗体または抗原を定量的
に検出可能なレーザ磁気免疫測定方法及び装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

後天性免疫不全症候群、成人Ｔ細胞白血病等のような
新型ウイルス性疾病、あるいは各種ガンの早期検査法と
して、抗原抗体反応を利用した免疫測定法の開発が、現
在、世界的規模で推進されている。

従来から知られる一次反応を利用した微量免疫測定法
としては、ラジオイムノアッセイ（以下、RIA法と記
す）、酸素イムノアッセイ（EIA）、蛍光イムノアッセ
イ法等が既に実用化されている。これらの方法は、それ
ぞれアイソトープ、酵素、蛍光物質を標識として付加し
た抗原または抗体を用い、これと特異的に反応する抗体
または抗原の有無を検出する方法である。

RIA法は、標識化されたアイソトープの放射線量を測
定することにより抗原抗体反応に寄与した検体量を定量
するものであり、ピコグラム程度の超微量測定が可能な
現在唯一の方法である。しかしながら、この方法は放射
性物質を利用するので、特殊設備を必要とし、また、半
減期等による標識効果の減衰等を考慮しなければならな
いので、実施には大きな制約がある。更に、放射性廃棄
物処理が社会問題となっている現状を考慮すると、その
実施は自ずと制限される。

一方、酵素、蛍光体を標識として用いる方法は、抗原
抗体反応に寄与した検体量を、発色や発光を観測するこ
とにより検出する方法であり、RIA法の如き実施上の制
約はない。しかしながら、発色あるいは発光を精密に定
量することは困難であり、検出限界はナノグラム程度で
ある。

また、レーザ光を利用して抗原抗体反応の有無を検出
する方法として、主に肝臓癌の検出を目的として開発さ
れたAFP（アルファ・フェトプロテイン）を利用した方
法がある。

この方法は、AFPに対する抗体をプラスチック微粒子
に付加し、抗原抗体反応によってプラスチック粒子が凝
集して生じる質量変化から調べる方法であり、10^-10ｇ
の検出感度を達成している。これは、従来のレーザー光
を用いた方法の百倍以上の感度であるが、RIA法に比較
すると百分の一以下に過ぎない。更に、この方法が水溶
液中における抗原抗体複合物のブラウン運動の変化を利
用しているために、抗体を含む水溶液の温度、揺乱の影
響あるいは水溶液に混在する不純物粒子の影響を極めて
受け易く、これ以上に検出感度を高めることは原理的に
望外のものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、従来の免疫測定手段においては、高い
検出感度を有するRIA法は、放射性物質を使用するため
に、その実施については多くの制約があり、一方、実施
の容易な酵素イムノアッセイ法、蛍光イムノアッセイ法
等は感度が低く、精密な定量的測定ができなかった。

そこで、本発明の目的は、RIAに匹敵する検出感度並
びに精度を有しながら、実施上の制限のない新規な測定
方法及び装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち、本発明に従うと、所定の抗原あるいは抗体に磁
性体微粒子を標識として付加した磁性体標識体と検体た
る抗体あるいは抗原とを抗原抗体反応させることにより
前記検体と前記磁性体標識体の複合体である磁性体標識
検体を形成する第１工程と、磁界を利用して前記磁性体
標識検体と未反応の磁性体標識体を分離する第２工程
と、前記磁性体標識検体を含み前記未反応の磁性体標識
体を含まない溶液に対してレーザ光を照射する第３工程
を少なくとも含む、レーザ磁気免疫測定方法において、
前記第３工程は、時間的に変化する磁界を前記溶液に印
加することで前記磁性体標識検体を誘導・濃縮すること
によって溶液面に微小突起を作り、該溶液面に対して斜
めにレーザ光を照射した際の反射光を検出対象として、
該反射光強度のうち磁界変化に同期した成分、もしくは
磁界変化に同期した反射光の干渉縞を検出することを特
徴とするーザ磁気免疫測定方法が提供される。

本発明の好ましい態様に従うと、前記各工程が上方に
開口を有する検査容器を用いて行われ、前記前記第３工
程が、該検査容器の下方に置かれた電磁石と該電磁石の
磁心に対向して該検査容器の溶液面直上に置かれた磁極
片によってなされ、該磁極片直下の該溶液面からの変動
磁界周期に同期した反射光量変化を検出することによっ
て行われる。

また、前記第３工程において、検体の定量が前記溶液
面に作られた微小突起に起因して前記レーザ反射光中に
現れる干渉縞の数を計数することによってなされる。

また、本発明に従うと、磁性体標識検体を収容する上
方に開口を有する検査容器と、レーザ光源を該検査容器
の表面へ導く入射光学系と、該磁性体標識検体を含む溶
液面によるレーザ光の反射光の受光系と、該検査容器の
表面直下の１点に該磁性体標識検体を濃縮する濃縮機構
と、該磁性体標識検体を周期的に駆動する駆動機構とを
少なくとも含むレーザ磁気免疫測定装置において、前記
濃縮機構と、前記駆動機構が、電磁石と該電磁石の磁心
に対向して前記検査容器を挟むように設置された磁極片
と、該電磁石を励磁する電源とから構成され、前記周期
に同期した反射光のみを選択的に検出する電子回路部を
具備することを特徴とするレーザ磁気免疫測定装置が提
供される。

本発明の好ましい態様に従うと、前記検査容器または
前記電磁石と前記磁極片のいずれかが、水平面内で移動
する機構が具備されている。

〔作用〕

本発明に従うレーザ磁気免疫測定方法は、標識物質と
して磁性体微粒子を利用し、該磁性体微粒子の磁界中で
の運動に起因するレーザ反射光変化あるいは干渉縞変化
を検出することをその主な特徴としている。

即ち、磁性体微粒子が放射線あるいは毒性等の問題を
有しないことはいうまでもなく、これを利用することに
格別の制約はない。また、磁性体微粒子には、マグネタ
イトやγ−フェライト等の各種化合物磁性体あるいは
鉄、コバルト等の金属磁性体等種々の材料によるものが
あり、検体に対して安定な標識物質を容易に選択するこ
とができる。

標識物質が磁性体であることを利用して、前記磁性体
標識体、検体あるいは磁性体標識検体を磁力によって選
択的に操作することが出来る。即ち、未反応の磁性体標
識体を検体から分離除去したり、磁性体標識検体を特定
の位置に誘導しあるいは濃縮する操作は、この特徴によ
って実現される。

本発明者らは、先に特開昭63−79070,特開昭63−1065
59,特開昭63−108265,特開昭63−188766としてレーザ磁
気免疫測定及び測定装置についての発明を特許出願して
いるが、これらの特許出願に関わる測定方法及び測定装
置では、磁性体標識検体からの散乱光あるいは透過光を
検出することによってなされていた。本発明者らは磁性
体標識検体からの反射光を検出する方法を研究したとこ
ろ、本発明の構成に特有の効果として、交流磁場に同期
した反射光の強度変化が生じることを見いだした。即
ち、前述のように、前記磁極片直下の溶液面に濃縮され
た磁性体標識検体は、前記電磁石を強励磁すると該磁性
体標識検体が該磁極片に強く吸引されるため該磁極片直
下の溶液面が極僅か隆起する現象（微小突起）が生じ
る。磁力による該磁性体標識検体の吸引を停止すると、
隆起した溶液面は溶液の表面張力のため自動的に水平に
戻る。

この水面の微小隆起部分にレーザ光を照射すると、反
射光中には隆起の度合に応じた干渉縞が生じる。この干
渉縞は溶液面上の浮遊物によっても生じるため、磁界変
動に周期する干渉縞のみ検出すれば外乱物の影響を受け
ない。なお、前記磁性体標識検体の量がピコグラム以下
になると、干渉縞は１本以下になるが磁界変動に同期し
て反射光の強度が変化するので、強度変化を検出すれば
よい。

これらの本発明の特徴的な構成によって、同じレーザ
光を利用しながら、AFPを利用した方法の限界を突破す
ることが出来る。また、このような特徴は、単に検出感
度の向上に寄与するのみならず測定の自動化をも極めて
容易にする。

〔実施例〕

以下に図面を参照して本発明をより具体的に詳述する
が、以下に示すものは本発明の一実施例に過ぎず、本発
明の技術的範囲を何等制限するものではない。

第１図は本発明の一実施例を説明する、レーザ磁気免
疫測定装置の概略図である。

１は検査容器、２は該検査容器中の上方に開口する検
体収容部、３は電磁石、４は該電磁石の磁心、５は磁極
片、６はレーザ光源（入射光学系）、７はレーザ入射光
軸、８は反射光検出軸、９はスリット（受光系）、10は
フォトトランジスタから成る受光素子（受光系）、11は
磁極片保持部品、12は該検査容器の移動用案内溝、13は
電磁石支持台、100は電子回路部である。

前記検査容器１の検体収容部２には、例えば抗原抗体
反応後の磁性体標識検体を含み未反応の磁性体標識体を
含まない溶液が収容されている。この場合の磁性体標識
検体は、所定の抗原あるいは抗体に磁性体微粒子を標識
として付加した磁性体標識体と、検体たる抗体あるいは
抗原とを抗原抗体反応させることによって得たものであ
る。したがって磁性体標識検体は、磁性体標識体と検体
との複合体である。該検査容器並びに検体の調整方法
は、先に本発明者らが発明した特開昭63−188764に記載
の検体容器並びに検体の調整方法が適用できる。該検査
容器は前記案内溝12に沿って水平面内で一方向に移動で
きるから、複数の検体の測定が同一容器で連続して行う
ことが出来る。

前記電磁石３の磁心４及び磁極片５は残留磁化の少な
い高透磁率材料が好ましく、例えば純度の高い純鉄ある
いはパーマロイ合金が推奨される。該電磁石３の磁心４
の径は前記検査容器１の検体収容部２の口径よりも充分
大きく、かつ、該磁極片５の径は検査容器１の検体収容
部２の口径よりも充分小さいことが必須である。例え
ば、検体収容部２の口径が10mmの場合、磁心４及び磁極
片５の直径はそれぞれ50mm,2mmである。さらに、磁極片
５は磁心４に対向する側の先端が鋭利であることが好ま
しい。磁極片５は磁極片保持部品11にネジ止めされ、磁
極片５と検査容器１との間隙が調整可能である。

レーザ入射光軸７と反射光検出軸８は前記検査容器１
の溶液面に対して同じ角度で設定されていることが必要
であり、本実施例ではそれらの角度θは45度であった。
スリット８は磁極片５の直下に濃縮された磁性体標識検
体を含む溶液面からの反射光のみを受光器10に導くため
に使用されている。

第２図は本発明の装置の動作原理を説明する図であっ
て、14は前記電磁石３を励磁するための電源、20は磁性
体標識検体、21は溶液面の隆起部（微小突起）である。
（ａ）は調整済みの検体が前記検体収容部２に入れられ
た直後の状態、（ｂ）は前記電磁石３が電源14に接続さ
れ、直流励磁の状態、（ｃ）は該電磁石３が強励磁の状
態、（ｄ）は弱励磁状態、における前記磁性体標識検体
20の分散状態を模式的に示している。前記電源14は好ま
しくは直流と交流の両方が出力される。本実施例では、
該電源14はファンクションジェネレータと、電流増幅器
とから構成されている。前記強励磁と弱励磁は例えば正
弦波あるいは鋸歯状液あるいは矩形波を該ファンクショ
ンジェネレータで生成することにより達成される。

工程（ａ）では電磁石３は非励磁であるから、磁性体
標識検体20は容器中で一様に分布している。工程（ｂ）
では検査容器１の直上に置かれた磁極片５に電磁石３か
ら発生した磁束が集中するため、磁性体標識検体20は磁
極片５直下の水面に濃縮される。従って、磁極片５の先
端が鋭利であることが望ましい。工程（ｃ）、工程
（ｄ）は磁極片５の直下に濃縮された磁性体標識検体20
を交流励磁し、該検体20を含む溶液面からのレーザ反射
光を検出する工程である。電源14を強励磁状態にする
と、磁性体標識検体20が強く磁極片５に吸引されるた
め、磁性体標識検体20の周りの水面が隆起する。電源14
を弱励磁状態にすると水の表面張力のため、隆起した水
面は平坦になる。従って、電磁石３を水面が隆起するに
充分な電流で交番励磁すれば、磁極片５の直下の溶液面
からの反射光は励磁周期と同期して、該反射光強度が変
化することになる。

第３図は、第１図に於いて、受光器10の位置に白板を
垂直に置いたとき反射光中に現れる干渉縞を示す図であ
って、22は反射光束、23は干渉縞である。溶液面の隆起
の度合は磁性体標識検体20の量に比例するため、隆起の
高さが使用するレーザ光の1/2波長よりも大きい場合、
反射光中に、第３図に示すような、干渉縞が現れる。従
って、該干渉縞の縞の数から磁性体標識検体20の量を知
ることが出来る。

なお、磁性体標識検体20からの反射光の検出は交番周
波数に同期した変動分のみを検出すれば、外乱あるいは
バックグランドの影響を極めて有効に除去できる。該周
波数は0.05Hzから100Hzの範囲が適当である。0.05Hz以
下では測定に長時間を要すること、100Hz以上では検体
が追従しないためである。

しかして、この実施例においては、磁性体標識検体20
を含む溶液面からの反射光は受光素子10によって受光さ
れる。受光素子10の出力は電子回路部100に供給され、
電子回路部100は、上記励磁周期に同期した反射光のみ
を選択的に検出する。これにより、極微量の磁性体標識
検体を検出することができる。

本発明のレーザ磁気免疫測定装置を用いて、磁性超微
粒子を標識したインフルエンザウイルスの検出を試みた
結果、従来の酵素免疫測定法（EIA）の場合、１億個程
度ウイルスが存在しなければ検出できなかったのに対し
て、本発明の方法では10個程度のウイルスでも検出でき
ることが明らかになった。

なお、上記の実施例においては検査容器１を水平面内
で移動できるように構成したが、この構成に代えて検査
容器に対して電磁石と磁極片を水平面内で移動させるよ
うに構成してもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述のように、本発明に従うレーザ磁気免疫測定
方法及び装置は、標識物質として磁性体微粒子を用いた
場合に最も特徴を発揮できる構造になっている。本発明
においては、磁力による磁性体標識検体の吸引に対し
て、表面張力を磁性体標識検体の運動の復元力として作
用させているため、本発明者らが先に発明した、拡散現
象を復元力として利用する方法に比べ、応答速度が10倍
以上改善された。従って、極めて効率的に磁性体標識検
体を含む溶液面からの反射光の制御が出来るから、RIA
法に匹敵する超高感度な抗原抗体反応検査を高速に実現
出来る。更に、標識体として用いる磁性体微粒子は、放
射線あるいは毒性の点では問題なく、検体に対して安定
なものを容易に入手できる。

この発明に従うレーザ磁気免疫測定方法及び装置は、
抗原抗体反応のみに止まらず、従来RIA法が適用されて
いたペプチドホルモン等の種々のホルモンあるいは種々
の酵素、ビタミン、薬剤などの測定にも応用することが
可能である。

従って、従来は限定された施設でRIA法によらなけれ
ば実施できなかった精密な測定を、一般的な環境で広く
実施することが可能となる。集団検診等のような一般的
な状況で、各種のウイルス、癌等のスクリーニング検査
等の精密な測定が広く実施できれば、癌あるいはウイル
ス性疾患等の早期診断が可能となり、有効な早期治療を
的確に実施することが可能となる。このように、本発明
が医学・医療の分野で果たす効果は計り知れない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明する、レーザ磁気免疫
測定装置の概略図、第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明の装
置の動作原理を説明する図であって、同図（ａ）は調整
済みの検体が前記検体収容部２に入れられた直後の状
態、同図（ｂ）は電磁石３が電源14に接続され、直流励
磁された状態、同図（ｃ）は電磁石３が強励磁された状
態、同図（ｄ）は電磁石３が弱励磁された状態、におけ
る磁性体標識検体20の分散状態を示す模式図、第３図は
反射光中に現れる干渉縞を示す図、である。 １……検査容器、３……電磁石、４……該電磁石の磁
心、５……磁極片、６……入射光学系（レーザ光源）、
９……受光系（スリット）、10……受光系（受光素
子）、14……電源、20……磁性体標識検体、100……電
子回路部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の抗原あるいは抗体に磁性体微粒子を
   標識として付加した磁性体標識体と検体たる抗体あるい
   は抗原とを抗原抗体反応させることにより前記検体と前
   記磁性体標識体の複合体である磁性体標識検体を形成す
   る第１工程と、磁界を利用して前記磁性体標識検体と未
   反応の磁性体標識体を分離する第２工程と、前記磁性体
   標識検体を含み前記未反応の磁性体標識体を含まない溶
   液に対してレーザ光を照射する第３工程を少なくとも含
   む、レーザ磁気免疫測定方法において、前記第３工程
   は、時間的に変化する磁界を前記溶液に印加することで
   前記磁性体標識検体を誘導・濃縮することによって溶液
   面に微小突起を作り、該溶液面に対して斜めにレーザ光
   を照射した際の反射光を検出対象として、該反射光強度
   のうち磁界変化に同期した成分、もしくは磁界変化に同
   期した前記反射光の干渉縞を検出することを特徴とする
   レーザ磁気免疫測定方法。
2. 【請求項２】前記各工程が上方に開口を有する検査容器
   を用いて行われ、前記第３工程が、該検査容器の下方に
   置かれた電磁石と該電磁石の磁心に対向して該検査容器
   の溶液面直上に置かれた磁極片によってなされ、該磁極
   片直下の溶液面からの変動磁界周期に同期した反射光量
   変化を検出することによって行われることを特徴とする
   特許請求の範囲の第１項記載のレーザ磁気免疫測定方
   法。
3. 【請求項３】前記第３工程において、検体の定量が前記
   溶液面に作られた微小突起に起因して前記レーザ反射光
   中に現れる干渉縞を計数することによってなされること
   を特徴とする特許請求の範囲の第１項記載のレーザ磁気
   免疫測定方法。
4. 【請求項４】磁性体標識検体を収容する上方に開口を有
   する検査容器と、レーザ光源を該検査容器の表面へ導く
   入射光学系と、該磁性体標識検体を含む溶液面によるレ
   ーザ光の反射光の受光系と、該検査容器の表面直下の１
   点に該磁性体標識検体を濃縮する濃縮機構と、濃縮後の
   該磁性体標識検体を周期的に駆動する駆動機構とを少な
   くとも含むレーザ磁気免疫測定装置であって、前記濃縮
   機構と、前記駆動機構が、電磁石と該電磁石の磁心に対
   向して前記検査容器を挟むように設置された磁極片と、
   該電磁石を励磁する電源とから構成され、前記周期に同
   期した反射光のみを選択的に検出する電子回路部を具備
   することを特徴とするレーザ磁気免疫測定装置。
5. 【請求項５】前記検査容器または前記電磁石と前記磁極
   片のいずれかが、水平面内で移動できるように構成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲の第４項記載の
   レーザ磁気免疫測定装置。