JPH10253633A - Immunity analyzing device - Google Patents

Immunity analyzing device

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JPH10253633A
JPH10253633A JP5587497A JP5587497A JPH10253633A JP H10253633 A JPH10253633 A JP H10253633A JP 5587497 A JP5587497 A JP 5587497A JP 5587497 A JP5587497 A JP 5587497A JP H10253633 A JPH10253633 A JP H10253633A
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bpy
metal complex
light
concentration
complex
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Hiroyuki Tomita
裕之 富田
Yuji Miyahara
裕二 宮原
Tomoharu Kajiyama
智晴 梶山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve measurement sensitivity and to prolong the life of a measurement cell by irradiating a mixed body of a metallic complex, an oxidizing agent which oxidizes the metallic complex, and a reducing agent which reduces the metallic complex with light and determining the oxidation-reduction reaction between the optically pumped metallic complex and the oxidizing agent. SOLUTION: A sample liquid of a mixed body of e.g. a metallic complex such as a tris 2 and 2'-bipyridyl-ruthenium(II) complex [Ru(bpy)3 <2+> ] which is optically pumped, an oxidizing agent such as Fe<3+> which oxidizes the metallic complex, and a reducing agent such as triethanolamine [(NOCH3 )3 N] which reduces the metallic complex is injected into a measurement cell and irradiated with light. Ru(bpy)3 <2+> is optically pumped to be Ru(bpy)3 <2+> * and then irreversibly reacts with Fe<3+> at a diffusion-controlled rate of reaction to be Ru(bpy)3 <3+> . Here, this Ru(bpy)3 <3+> is returned to Ru(bpy)3 <2+> by reduction to repeat optical pumping reaction. As the concentration of Fe<2+> is increased by this repetition, it is determined by absorptiometry.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光励起を生じる金属
錯イオンを標識物質に用いて測定対象物質を定量する装
置に係り、特に金属錯イオンで標識した測定対象物質濃
度を測定する免疫分析装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for quantifying a substance to be measured using a metal complex ion which generates photoexcitation as a labeling substance, and more particularly to an immunoassay apparatus for measuring the concentration of a substance to be measured labeled with a metal complex ion. Things.

【0002】[0002]

【従来の技術】免疫分析(immunoassay)の分野では、測
定対象分析物の存在及び濃度を同定するための技術とし
て、吸光光度法,蛍光法,化学発光法及び電気化学発光
法が用いられてきた。蛍光法は発熱以外の機構による光
放射を取扱い、電気化学発光法は化学発光法に電気化学
を融合した方法である。原理的には吸光光度法,蛍光
法,(電気)化学発光法の順に高感度と言われている。
辻 章夫,菅野 剛史編著の化学発光イムノアッセイ、
ライフ・サイエンス(1992)参照。
2. Description of the Related Art In the field of immunoassay, absorptiometry, fluorescence, chemiluminescence and electrochemiluminescence have been used as techniques for identifying the presence and concentration of an analyte to be measured. . The fluorescence method deals with light emission by a mechanism other than heat generation, and the electrochemiluminescence method is a method in which electrochemistry is integrated with the chemiluminescence method. In principle, it is said that the sensitivity is high in the order of absorption method, fluorescence method, and (electro) chemiluminescence method.
Chemiluminescence immunoassay, edited by Akio Tsuji and Takeshi Kanno,
See Life Sciences (1992).

【0003】化学発光法では、ルミノール,イソルミノ
ール等に過酸化水素(H22)を作用させて生じる発光
を計測する方法が古くから採用されている。化学発光法
は高感度かつダイナミックレンジが長いなどの利点を有
しているが、発光の減衰が急速であり、精度が悪く、試
薬が不安定であり、バックグランドが高いなどの欠点が
あった。この欠点は試薬の高純度化、装置の改良による
精度の向上などで解消されつつあるが、原理的には解決
されていない。この主要因はルミノール,イソルミノー
ル等の従来利用されてきた標識物質が一端励起してから
発光して基底状態に戻るまでの寿命が平均数10ナノ秒
と短い点である。
[0003] In the chemiluminescence method, a method of measuring luminescence generated by causing hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) to act on luminol, isoluminol, or the like has long been adopted. The chemiluminescence method has advantages such as high sensitivity and a long dynamic range, but has disadvantages such as rapid decay of luminescence, poor accuracy, unstable reagent, and high background. . This drawback is being solved by increasing the purity of the reagent and improving the accuracy by improving the apparatus, but has not been solved in principle. The main factor is that the lifetime from the excitation of a conventionally used labeling substance such as luminol or isoluminol to the return to the ground state after being excited once is as short as several tens nanoseconds on average.

【0004】電気化学発光法では、電極反応を用いるこ
とで発光の同期をとることができ、精度の向上を図れ
る。この電気化学発光法を結合分析法(binding assay
methodology)に適用することで低濃度のホルモン,薬
物、その他の生物学的に有用な物質の定量が行われてい
る。例えば結合分析法では、未知量の決定すべき対象分
析物と、電気化学発光用標識分子を結合させた既知量の
作用物質を含むサンプル混合物が形成される。この混合
物は、標識分子を対象分析物に結合させるためにインキ
ュベート(incubate)される。インキュベートの後、こ
の混合サンプル混合物は結合成分(B成分;binding com
ponent)と非結合成分(F成分;freecomponent)とに分
離される。この結合成分は標識化された作用物質が分析
物に結合したものであり、非結合成分は分析物に結合し
ていない標識化された作用物質である。
In the electrochemiluminescence method, light emission can be synchronized by using an electrode reaction, and the accuracy can be improved. This electrochemiluminescence method is used as a binding assay.
By applying the method, low concentrations of hormones, drugs, and other biologically useful substances have been quantified. For example, in binding assays, a sample mixture is formed that contains an unknown amount of the analyte of interest to be determined and a known amount of the agent to which the labeled molecule for electrochemiluminescence is bound. This mixture is incubated to bind the labeled molecule to the analyte of interest. After the incubation, this mixed sample mixture contains the binding components (component B; binding com.
ponent) and an unbound component (F component; free component). The binding component is the labeled agent bound to the analyte and the unbound component is the labeled agent not bound to the analyte.

【0005】近年、ルテニウム二価イオンを錯体中心に
持つ、ルテニウム(II)トリスビピリジル錯体Ru(b
py)3 2+を標識物質に用いた電気化学発光法が開発され
ている。Ru(bpy)3 2+は、電気化学発光法で現在唯
一実用化されている標識分子である。電気化学的方法
で、Ru(bpy)3 2+を励起させ、Ru(bpy)3 2+*
得る。このRu(bpy)3 2+*は、早い系間交差を経てリ
ン光を発する(Ru(bpy)3 2+*→Ru(bpy)3 2+h
ν)。この発光量を光電子増倍管等で計測している。
In recent years, a ruthenium (II) trisbipyridyl complex Ru (b) having a ruthenium divalent ion as a complex center has been developed.
py) 3 2+ electrochemiluminescence method using the labeling substance have been developed. Ru (bpy) 3 2+ is, in electrochemiluminescence is a labeled molecule which is currently the only practical use. In electrochemical methods, Ru (bpy) 3 2+ to excite, Ru (bpy) 3 to obtain a 2 + *. The Ru (bpy) 3 2 + * emits a phosphorescent through the fast intersystem crossing (Ru (bpy) 3 2 + * → Ru (bpy) 3 2 + h
v). This light emission amount is measured by a photomultiplier tube or the like.

【0006】また光化学の分野でも、上記電気化学発光
法で用いられるようになった、Ru(bpy)3 2+を光励
起物質に用いた研究が多く行われている。ケミストリー
・レビュー93(1993)光化学特集参照。Ru(b
py)3 2+は、(1)励起効率及び発光効率が高く、かつ
(2)励起状態の平均寿命が0.6 マイクロ秒と長いと
いう利点がある(インオーガニック・アンド・オーガノ
メタリック・フォトケミストリ168,1(1978)
参照)。
Further in the field of photochemical, came to be used in the above electrochemiluminescence, Ru (bpy) 3 2+ to have been made many studies with the photosensitive substance. See Chemistry Review 93 (1993) Special Issue on Photochemistry. Ru (b
py) 3 2+ has the advantages of (1) high excitation efficiency and luminous efficiency, and (2) long average life of the excited state of 0.6 microsecond (inorganic and organometallic photo). Chemistry 168 , 1 (1978)
reference).

【0007】この0.6 マイクロ秒は、溶液中の化学反
応のタイムスケール(数ナノセカンド以上)と比較して
十分に長いため、溶液中に含まれる他の化学物質と反応
させることができる。そこでRu(bpy)3 2+をRu
(bpy)3 2+*に光励起して、Ru(bpy)3 2+*を液相ま
たは固相中でメチルビオロゲン(methylviologen,MV
2+)と反応させる(Ru(bpy)3 2+*+MV2+→Ru
(bpy)3 3++MV+)ことで、光エネルギーを化学エネ
ルギー(電子伝達)に変換させる研究がなされている
(ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサエテ
ィー102,5119(1980),ジャーナル・オブ・フィ
ジカル・ケミストリ94,874(1990),ジャーナル
・オブ・フィジカル・ケミストリ96,2879(19
92)参照)。
[0007] This 0.6 microsecond is sufficiently long compared to the time scale (more than several nanoseconds) of the chemical reaction in the solution, so that it can react with other chemical substances contained in the solution. So Ru (bpy) 3 2+ and Ru
(bpy) 3 2 + * to photoexcitation to, Ru (bpy) 3 methyl viologen 2 + * to a liquid phase or solid phase (methylviologen, MV
2+) is reacted with (Ru (bpy) 3 2 + * + MV 2+ → Ru
(bpy) 3 3+ + MV + ) has been studied to convert light energy into chemical energy (electron transfer) (Journal of American Chemical Society 102 , 5119 (1980)). ), Journal of Physical Chemistry 94 , 874 (1990), Journal of Physical Chemistry 96 , 2879 (19)
92)).

【0008】更に上記反応の結果生じたRu(bpy)3
3+にEDTA(エチレンジアミン四酢酸)を還元剤とし
て作用させてRu(bpy)3 2+に戻すと、光照射を続け
ることでRu(bpy)3 2+*+MV2+の反応を繰り返し行
うことができる(フォトインデュースト・エレクトロン
・トランスファー・パートA・コンセプシャル・ベーシ
ス,アムステルダム エルセビア(Elsevier)社発行
(1988)の409ページ参照)。
Further, Ru (bpy) 3 produced as a result of the above reaction is obtained.
When 3+ EDTA and (ethylenediaminetetraacetic acid) to act as a reducing agent to return to the Ru (bpy) 3 2+ are, by continuing the irradiation Ru (bpy) 3 2 + * + repeating to perform the reaction of MV 2+ (Photoinduced Electron Transfer Part A Conceptual Basis, Amsterdam, published by Elsevier (1988), page 409).

【0009】また、磁性ビーズを用いて、標識物質と測
定対象物質との結合部分と非結合部分とを分離する方法
が、免疫分析法として広く用いられている。この磁性ビ
ーズ法により低濃度の標識物質と測定対象物質との結合
部分を効率良く、非結合部分から分離することができ
る。
Also, a method of separating a bound portion and a non-bound portion between a labeling substance and a substance to be measured by using magnetic beads has been widely used as an immunoassay. By the magnetic bead method, the binding portion between the low-concentration labeling substance and the substance to be measured can be efficiently separated from the non-binding portion.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】蛍光法で測定可能な試
料濃度C1(mol/dm3)は、検出可能な蛍光強度をF、蛍
光量子収率をφ、入射光の強さをI0 、モル吸光度を
ε、セル長さをl、四方に放出される蛍光の総量に対し
て実際に検出器の受光部に入る割合をKとすると、化1
で表すことができる。
The sample concentration C 1 (mol / dm 3 ) that can be measured by the fluorescence method is as follows: F is the detectable fluorescence intensity, φ is the fluorescence quantum yield, and I 0 is the intensity of the incident light. , The molar absorbance is ε, the cell length is 1 and the ratio of the total amount of fluorescence emitted in all directions to the light receiving portion of the detector is K,
Can be represented by

【0011】[0011]

【化1】 C1=F/(φ・I0・ε・l・K) (1) 一般的なC1 は、光電子増倍管の検出光量を100フォ
トン/秒としてFに代入し、φ=0.5,I0=1mW
(=2×1015フォトン/秒),ε=103 ,l=1c
m,K=0.01とするとC1=10-14mol/dm3となる。
化1よりI0やKを増大させることで検出感度を向上す
ることができる。
[Image Omitted] C 1 = F / (φ · I 0 · ε · l · K) (1) In general, C 1 is obtained by substituting the detected light amount of the photomultiplier tube into F as 100 photons / second, and φ = 0.5, I 0 = 1 mW
(= 2 × 10 15 photons / sec), ε = 10 3 , l = 1c
If m and K = 0.01, C 1 = 10 −14 mol / dm 3 .
The detection sensitivity can be improved by increasing I 0 and K from Chemical formula 1.

【0012】一方、化学発光法で測定可能な試料濃度C
2(mol/dm3)は、検出可能な化学発光強度をE、蛍光量
子収率をφ、分子1個から1個のフォトンを生じると仮
定してN0 をアボガドロ数とし、化学発光の総量に対し
て検出器の受光部に入る割合をKとして化2で表すこと
ができる。
On the other hand, the sample concentration C, which can be measured by the chemiluminescence method,
2 (mol / dm 3 ) is the total amount of chemiluminescence, assuming that the detectable chemiluminescence intensity is E, the fluorescence quantum yield is φ, and N 0 is the Avogadro number, assuming that one photon is generated from one molecule. The ratio of the light entering the light receiving portion of the detector can be represented by K as K.

【0013】[0013]

【化2】 C2=E/(φ・N0・K) (2) 一般的なC2 は、光電子増倍管の検出光量を100フォ
トン/秒としてEに代入し、φ=0.01,K=0.01
とするとC2=10-18mol/dm3となる。化2より化学発
光法の利点は溶液中に化学発光を誘導する物質を多数加
えておくことで、アボガドロ数を化2中のN0 として使
用できる点にあることが分かる。しかし、蛍光法と比較
して一般にφの値が小さい。
Embedded image C 2 = E / (φ · N 0 · K) (2) For general C 2 , the detected light amount of the photomultiplier tube is substituted for E as 100 photons / second, and φ = 0.01 , K = 0.01
Then, C 2 = 10 −18 mol / dm 3 . It can be seen from the chemical formula 2 that the advantage of the chemiluminescent method is that the Avogadro number can be used as N 0 in the chemical formula 2 by adding a large number of substances that induce chemiluminescence to the solution. However, the value of φ is generally smaller than that of the fluorescence method.

【0014】電気化学発光法も基本的には上記化2と同
一の式で定義できる。但し、電気化学発光法では発光の
同期をとることで精度の向上を図れる。しかし従来の電
気化学発光法による測定では、電極を有するという原理
上の制約、並びに電極表面の電位分布を均一に保つとい
う要請により、平板構造の電極が多用されている。その
ため発光量を測定する際の立体角を大きくするために最
適な円筒形状、あるいは球形状の測定セル形状を得るこ
とが難しかった。
The electrochemiluminescence method can be basically defined by the same formula as in the above formula (2). However, in the electrochemiluminescence method, the accuracy can be improved by synchronizing the light emission. However, in the measurement by the conventional electrochemiluminescence method, an electrode having a flat plate structure is frequently used due to a principle limitation of having an electrode and a demand to keep the potential distribution on the electrode surface uniform. Therefore, it has been difficult to obtain a cylindrical or spherical measurement cell shape that is optimal for increasing the solid angle when measuring the light emission amount.

【0015】またRu(bpy)3 2+及びトリプロピルア
ミン等のアミン誘導還元剤を利用した電気化学発光法で
は、トリプロピルアミン濃度を過剰にしておくことで、
バックグランド発光を一定に保つようにしているが、こ
のトリプロピルアミンそのものが発光してしまう。この
トリプロピルアミンは、電気化学発光法では、発光を生
じるための引き金となる物質であり不可欠であるが、バ
ックグランド発光の元となっていた。そして電場を印加
するために溶液サンプルでの熱の発生や、電極表面での
化学反応による構造材の劣化により、測定セルの寿命を
長くすることが困難であった。
[0015] In the electrochemiluminescence using Ru (bpy) 3 2+ and amine derived reducing agent such as tripropylamine, by leaving the excess tripropylamine concentration,
Although the background light emission is kept constant, this tripropylamine itself emits light. This tripropylamine is a substance that triggers light emission in the electrochemiluminescence method and is indispensable, but has been a source of background light emission. In addition, it is difficult to extend the life of the measurement cell due to generation of heat in the solution sample due to application of an electric field and deterioration of the structural material due to a chemical reaction on the electrode surface.

【0016】本発明では、蛍光法,化学発光法及び電気
化学発光と同等或いはそれ以上の測定感度を有する測定
法を開発し、かつ電気化学発光法の持つ上記3つの課題
を解決することで、(1)測定感度の向上、および
(2)測定セルの寿命の延長を行う。また、装置構成を
簡単にすることで、装置の小型化を可能とする。
In the present invention, a measurement method having a measurement sensitivity equivalent to or higher than that of the fluorescence method, the chemiluminescence method and the electrochemiluminescence method is developed, and the above three problems of the electrochemiluminescence method are solved. (1) Improve the measurement sensitivity and (2) extend the life of the measurement cell. Further, by simplifying the device configuration, the device can be downsized.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本測定方法で測定可能な
試料濃度C3(mol/dm3)は、吸光光度法等で検出可能な
Fe2+濃度をG、蛍光量子収率をφ、入射光の強さをI
0 、入射光の照射時間をτ、モル吸光度をε、セル長さ
をl、Fe3+の中で実際にRu(bpy)3 2+と反応する
モル数をN(=aN0 ,但しαは係数、N0 はアボガド
ロ数)、光励起したRu(bpy)3 2+が光放出をしない
でFe3+と反応する確率をβとすると化3で表すことが
できる。
The sample concentration C 3 (mol / dm 3 ) that can be measured by the present measurement method is as follows: G is the Fe 2+ concentration that can be detected by an absorptiometry, φ is the fluorescence quantum yield, The intensity of the incident light is I
0 , irradiation time of incident light is τ, molar absorbance is ε, cell length is 1, and the number of moles of Fe 3+ that actually reacts with Ru (bpy) 3 2+ is N (= aN 0 , where α Is a coefficient, N 0 is Avogadro's number), and if the probability that photo-excited Ru (bpy) 3 2+ reacts with Fe 3+ without emitting light is represented by β, it can be expressed by Formula 3.

【0018】[0018]

【化3】 C3=G/(φ・I0 ・τ・ε・l・N・β) (3) 吸光光度法を用いた場合のGは、1nmol/l(10-9m
ol/l)程度である。本手法では、(1)入射光の強さ
0 や照射時間τを大きくでき、(2)溶液中のFe3+
の濃度を大きくすることでNやβを大きくできるので原
理的にC3 を小さくすることができる。
Embedded image C 3 = G / (φ · I 0 · τ · ε · l · N · β) (3) G in the case of using an absorptiometry is 1 nmol / l (10 −9 m)
ol / l). In this method, (1) the intensity I 0 of the incident light and the irradiation time τ can be increased, and (2) the Fe 3+
By increasing the concentration of N, N and β can be increased, so that C 3 can be reduced in principle.

【0019】前記のRu(bpy)3 2+は自然光領域(4
52nm)に光吸収極大をもち、光励起によってRu
(bpy)3 2+*となる。このRu(bpy)3 2+*は化学的
に酸化及び還元の両方とも受けやすい。特に、Fe3+
Ru(bpy)3 2+*は以下に示すように拡散律速(反応速
度=2.7×109-1-1)で反応し、Fe2+となる。
以下に反応の化学式を化4ないし化8に示す。
[0019] said Ru (bpy) 3 2+ is natural light region (4
52 nm), and has a light absorption maximum at a wavelength of Ru.
(Bpy) 3 2 + * to become. The Ru (bpy) 3 2 + * is susceptible also to both chemical oxidation and reduction. In particular, Fe 3+ reacts with Ru (bpy) 3 2+ * at a diffusion-determined rate (reaction rate = 2.7 × 10 9 M −1 s −1 ) as shown below to become Fe 2+ .
The chemical formulas of the reactions are shown below.

【0020】[0020]

【化4】 Ru(bpy)3 2++hν→Ru(bpy)3 2+* (4)## STR00004 ## Ru (bpy) 3 2+ + hν → Ru (bpy) 3 2 + * (4)

【0021】[0021]

【化5】 Ru(bpy)3 2+*+Fe3+→Ru(bpy)3 3++Fe2+ (5) (k=2.7×109-1-1[Of 5] Ru (bpy) 3 2 + * + Fe 3+ → Ru (bpy) 3 3+ + Fe 2+ (5) (k = 2.7 × 10 9 M -1 s -1)

【0022】[0022]

【化6】 Ru(bpy)3 3++Fe2+→Ru(bpy)3 2++Fe3+ (6) (k〜5×106-1-1)(化5と比較してほとんど
生じない)
Embedded image Ru (bpy) 3 3+ + Fe 2+ → Ru (bpy) 3 2+ + Fe 3+ (6) (k〜5 × 10 6 M −1 s −1 ) Does not occur)

【0023】[0023]

【化7】 Ru(bpy)3 2+*+Fe2+→Ru(bpy)3 ++Fe3+ (7) (k2/k4〜105)(化5と比較してほとんど生じな
い)
## STR00008 ## Ru (bpy) 3 2 + * + Fe 2+ → Ru (bpy) 3 + + Fe 3+ (7) (k 2 / k 4 ~10 5) ( of 5 hardly occurs as compared to)

【0024】[0024]

【化8】 Ru(bpy)3 3++Red→Red++Ru(bpy)3 2+ (8) 上記の反応化8のRedはトリエタノールアミン,トリ
フェニルアミン,ジメチルアニリン,テトラメチルフェ
ニレンジアミン,ジメトキシベンゼン,トリメトキシベ
ンゼン,ジメトキシナフタレン等の還元剤物質を指す。
なお上記の反応化5と化6の反応速度定数は、ジャーナ
ル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサエティー
,6536(1976)を参照することができる。ま
た化7の反応についてはインオーガニック・アンド・オ
ーガノメタリック・フォトケミストリ168,1(19
78)を参照することができる。上記の一連の反応化
4,化5,化8を繰り返すことにより、ほぼ不可逆的に
Fe3+がFe2+へと変化していく。この変化量は、Fe
2+濃度を1、10フェナントロリン法,ビピリジル法,
ニトロソR塩法等の吸光光度法で求めることにより定量
することができる。またキレート滴定法,ポーラログラ
フィー等を用いて求めることも可能である(日本化学会
編,第4版実験化学講座15「分析」,丸善(199
1)参照)。
Embedded image Ru (bpy) 3 3+ + Red → Red + + Ru (bpy) 3 2+ (8) Red of the above reaction 8 is triethanolamine, triphenylamine, dimethylaniline, tetramethylphenylenediamine, dimethoxy. Refers to reducing agents such as benzene, trimethoxybenzene, and dimethoxynaphthalene.
The reaction rate constants of the above reaction formulas 5 and 6 are based on the journal of the American Chemical Society 9
8 , 6536 (1976). The reaction of Chemical formula 7 is described in Inorganic and Organometallic Photochemistry 168 , 1 (19)
78). By repeating the above-mentioned series of reactions 4, 4, and 8, Fe 3+ changes almost irreversibly to Fe 2+ . The amount of change is Fe
2+ concentration of 1, 10 phenanthroline method, bipyridyl method,
It can be quantified by determining by an absorption spectrophotometry such as the nitroso R salt method. It can also be determined using chelate titration, polarography, etc. (edited by The Chemical Society of Japan, 4th edition Experimental Chemistry Lecture 15 “Analysis”, Maruzen (199)
1)).

【0025】一方、前記のFe3+とRu(bpy)3 2+*
反応は、溶液の酸素含有量に大きく影響される。これは
化9によりRu(bpy)3 2+*が酸化されてしまうためで
ある。
On the other hand, the reaction between Fe 3+ and Ru (bpy) 3 2 + * is greatly affected by the oxygen content of the solution. This is because Ru (bpy) 3 2 + * is oxidized by Chemical formula 9.

【0026】[0026]

【化9】 Ru(bpy)3 2+*+O2→Ru(bpy)3 3++O2 -(k=3.3×109-1-1) (9) この反応速度定数については、C−T.リン(Lin)
他のジャーナル・オブ・ザ・アメリカン・ケミカル・ソ
サエティー98,6536(1976)を参照。しか
し、Fe3+濃度を予め過剰とすることで酸素の影響を十
分小さくすることが可能である。
Embedded image Ru (bpy) 3 2 + * + O 2 → Ru (bpy) 3 3+ + O 2 (k = 3.3 × 10 9 M −1 s −1 ) (9) , CT. Lin
See other Journals of the American Chemical Society 98 , 6536 (1976). However, it is possible to sufficiently reduce the influence of oxygen by making the Fe 3+ concentration excessive in advance.

【0027】なおペルオキソ二硫化イオン(S28 2-)に
よる酸化反応に対してRu(bpy)3 2+を光触媒として用いた
場合、前記反応化4にしたRu(bpy)3 2+の光励起反
応により生じたRu(bpy)3 2+*が、以下の化10の
ようにS28 2- に作用する。
When Ru (bpy) 3 2+ is used as a photocatalyst for the oxidation reaction by peroxodisulphide ion (S 2 O 8 2− ), the conversion of Ru (bpy) 3 2+ Ru generated by photoexcitation reaction (bpy) 3 2 + * acts on S 2 O 8 2-, as shown in the following formula 10.

【0028】[0028]

【化10】 Ru(bpy)3 2+*+S28 2-→SO2 -+SO4 2- (10) この反応の反応速度は吸収光強度および照射光強度に比
例して早くなることが知られている(ジャーナル・オブ
・ザ・ケミカル・ソサエティー・ダルトン・トランザク
ション355(1985)参照)。従って、本測定装置に
用いるFe3+との反応化5も照射光強度に比例すると期
待される。
Embedded image Ru (bpy) 3 2 + * + S 2 O 8 2− → SO 2 + SO 4 2− (10) The reaction rate of this reaction may increase in proportion to the absorption light intensity and the irradiation light intensity. Known (see Journal of the Chemical Society Dalton Transaction 355 (1985)). Therefore, it is expected that the reaction 5 with Fe 3+ used in the present measurement device is also proportional to the irradiation light intensity.

【0029】本発明では前記課題を解決するために、R
u(bpy)3 2+等の光励起する金属錯体を標識物質とし
て測定対象物質と結合させ、その結合成分と非結合成分
を磁性ビーズ法により分離した後、光照射により測定対
象物質を含むサンプル液中に添加されたFe3+をFe2+
へと変化させる。その結果不可逆的に生じたFe2+を吸
光光度法により定量することでサンプル液中の測定対象
物質の定量を行う。
In the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, R
u a (bpy) 3 2+ photoexcitation metal complexes such as by binding with the target substance as a labeling substance, after the coupling component and non-binding components were isolated by magnetic bead method, the sample liquid containing the analyte by light irradiation the Fe 3+ added during Fe 2+
Change to As a result, the irreversibly generated Fe 2+ is quantified by a spectrophotometric method, thereby quantifying the substance to be measured in the sample liquid.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】図1に本測定で用いる化学反応サ
イクル図を示す。Ru(bpy)3 2+が光励起によりRu
(bpy)3 2+*となった後、拡散律速の反応速度でFe3+
と不可逆的に反応しRu(bpy)3 3+となる。このRu
(bpy)3 3+を還元剤物質で還元することによりRu
(bpy)3 2+に戻すことで、上記光励起反応を繰り返し
行う。この化学反応サイクルを反復することによりFe
2+濃度が増大するが、このFe2+濃度を吸光光度法によ
り定量する。
FIG. 1 shows a chemical reaction cycle diagram used in the present measurement. Ru (bpy) 3 2+ is Ru by photoexcitation
(bpy) 3 2 + *, and then Fe 3+ at a diffusion-controlled rate
Irreversibly react with a Ru (bpy) 3 3+. This Ru
By reducing (bpy) 3 3+ with a reducing agent substance, Ru
(Bpy) by returning to 32+, repeats the above photoexcitation reaction. By repeating this chemical reaction cycle, Fe
Although the 2+ concentration increases, this Fe 2+ concentration is quantified by an absorption spectrophotometric method.

【0031】図2に本測定装置の基本構造図を示す。図
2の1は吸光光度分析用光源、2はレンズ、3はフィル
タ、4はシャッタである。この1から4により、測定セ
ル8に光照射する。図2の5と6は磁気ビーズ捕捉用電
磁石であり、磁気ビーズ法により、B/F分離を行う。
また7は光励起用光源であり、金属錯イオンにより標識
したサンプル液が入る測定セル8内で、図1に示したF
3+→Fe2+の反応を進行させる。1,10フェナント
ロリン法であれば510ナノメートルの波長を光源1と
する。また図2の9はモノクロメータ、10は光電子増
倍管、11はコントローラ・A/Dコンバータ、12は
パーソナルコンピュータであり、これらは分析のための
測定回路を構成する。
FIG. 2 shows a basic structural diagram of the present measuring apparatus. 2 is a light source for absorbance analysis, 2 is a lens, 3 is a filter, and 4 is a shutter. The measurement cell 8 is irradiated with light according to these steps 1 to 4. Electromagnets for capturing magnetic beads 5 and 6 in FIG. 2 perform B / F separation by the magnetic bead method.
Reference numeral 7 denotes a light source for photoexcitation, which is provided in a measuring cell 8 in which a sample solution labeled with a metal complex ion enters, as shown in FIG.
The reaction of e 3+ → Fe 2+ is advanced. In the case of the 1,10 phenanthroline method, the light source 1 has a wavelength of 510 nm. In FIG. 2, reference numeral 9 denotes a monochromator, 10 denotes a photomultiplier tube, 11 denotes a controller / A / D converter, and 12 denotes a personal computer, which constitute a measurement circuit for analysis.

【0032】図3に連続測定する場合の測定手順例を示
す。測定対象物質は本図の垂直手前方向から測定セル8
内に注入され、本図の垂直奥方向から測定セル8外へ排
出される。図3(a)では磁気ビーズ捕捉用電磁石と光
励起用光源15がスイッチオンになっており、測定セル
8内では、Fe3+→Fe2+の反応が進行する。この光照
射時間を長くすることで、Fe2+が蓄積され、測定感度
が向上する。磁気ビーズ13は壁面に沿って分布するた
め、光励起用光源15が磁気ビーズ13を一様に照射す
ることができる。
FIG. 3 shows an example of a measurement procedure for continuous measurement. The substance to be measured is measured cell 8
And discharged out of the measuring cell 8 from the vertical depth direction in the figure. In FIG. 3A, the electromagnet for capturing magnetic beads and the light source 15 for light excitation are switched on, and the reaction of Fe 3+ → Fe 2+ proceeds in the measurement cell 8. By extending the light irradiation time, Fe 2+ is accumulated, and the measurement sensitivity is improved. Since the magnetic beads 13 are distributed along the wall surface, the light source 15 for light excitation can irradiate the magnetic beads 13 uniformly.

【0033】図3(a)では、吸光分析を行わないので
吸光分析用光源14はスイッチオフされ、かつモノクロ
メータ9,光電子増倍管10に至るまでのシャッター1
6も閉じている。
In FIG. 3A, since the light absorption analysis is not performed, the light source 14 for the light absorption analysis is switched off, and the shutter 1 extending to the monochromator 9 and the photomultiplier tube 10 is turned off.
6 is also closed.

【0034】図3(b)では、同図(a)により生じた
Fe2+イオンを吸光光度法により計測する様子を示して
いる。生じたFe2+イオンは磁性ビーズ13と結合して
いる標識分子近傍に多く存在するので、磁性ビーズ捕捉
用電磁石18のスイッチを切り、測定セル8を90度回
転することにより、吸光光度法用光源17の光路上にF
2+が分布するようにし、吸光光度法用試薬を加えて、
撹拌等の操作を行った後、吸光光度法用光源14のスイ
ッチを入れ、Fe2+の分光を9から10の検出回路によ
り信号として出力させる。
FIG. 3 (b) shows how the Fe 2+ ions generated in FIG. 3 (a) are measured by the absorption spectroscopy. Since a large amount of the generated Fe 2+ ions are present in the vicinity of the labeling molecule bound to the magnetic beads 13, the electromagnet 18 for capturing magnetic beads is turned off, and the measuring cell 8 is rotated by 90 ° to obtain the light for the absorption spectrophotometry. F on the optical path of the light source 17
e 2+ is distributed, and a spectrophotometric reagent is added,
After performing operations such as agitation, the light source 14 for absorptiometry is turned on, and the spectrum of Fe 2+ is output as a signal by the 9 to 10 detection circuits.

【0035】図4に連続測定する場合の本測定装置の立
体構造図を示す。本図の手前に吸光光度法用の測定回路
を配置する(本図では省略)。測定セル8の上方向よ
り、金属錯イオンにより標識したサンプル液21が注入
され、下方向より排出される。なおDNA等の生体高分
子ではFe2+,Fe3+イオンによる損傷が生じる可能性
があるので、Fe3+イオンのサンプル液への添加は光照
射直前に行う等の配慮を行うことが望ましい。
FIG. 4 shows a three-dimensional structure diagram of the present measuring apparatus when performing continuous measurement. A measurement circuit for the absorptiometry is arranged before this figure (not shown in this figure). A sample solution 21 labeled with metal complex ions is injected from above the measurement cell 8 and discharged from below. Since biomolecules such as DNA may be damaged by Fe 2+ and Fe 3+ ions, it is desirable to consider adding Fe 3+ ions to the sample solution immediately before light irradiation. .

【0036】本発明の実施の形態の一つは、低濃度のホ
ルモン,薬物、その他の生物学的に有用な物質を正確に
かつ再現性良く測定することである。
One embodiment of the present invention is to accurately and reproducibly measure low concentrations of hormones, drugs and other biologically useful substances.

【0037】更に、光吸収により励起した金属錯イオン
等の標識物質が基底状態に戻る際の発光を速やかに酸化
消光することにより、電気エネルギーを化学エネルギー
に変換し、溶液中に予め含まれていた金属イオン等を変
化させ、その金属イオン濃度変化を吸光光度法、或いは
キレート滴定法,ポーラログラフィー等により測定する
ことで金属錯イオンで標識した測定対象物質濃度を測定
する方法は、その対象を問わず本発明に含まれる。この
標識物が本発明に従ういずれかの実施例中で使用された
場合には、他の分子、例えば、分析対象物及びその類似
物、上に述べた結合相手と結合することのできる反応性
成分、にリンクされることも本発明の範囲に含まれる。
Further, by rapidly oxidizing and quenching the light emitted when the labeling substance such as a metal complex ion excited by the light absorption returns to the ground state, the electric energy is converted into chemical energy and is contained in the solution in advance. The method of measuring the concentration of a target substance labeled with a metal complex ion by changing the concentration of a metal ion, etc., and measuring the change in the concentration of the metal ion by absorptiometry, chelation titration, polarography, etc. Irrespective of the invention. If this label is used in any of the embodiments according to the present invention, other molecules, such as analytes and the like, reactive components capable of binding to the binding partners mentioned above. Are included in the scope of the present invention.

【0038】本発明の実施例としては光励起用光源が可
視光であることは有利な特長となるが、これが赤外光や
紫外光,X線,マイクロ波等の可視光以外の電磁波であ
っても本発明に含まれる。
As an embodiment of the present invention, it is an advantageous feature that the light source for photoexcitation is visible light, but this is an electromagnetic wave other than visible light such as infrared light, ultraviolet light, X-ray, and microwave. Are also included in the present invention.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明の効果は、図1に示した反応サイ
クルを複数回反復させることにより、微量の標識物質を
高感度かつ再現性良く定量することが可能となる点であ
る。本発明では酵素・免疫分析に取り入れられている磁
気ビーズ法によるB/F分離と、分光光度法とを組み合
わせることで、生体試料中のホルモン,腫瘍マーカー,
血中薬物,血中酵素,サイトカイン等の微量生体物質を
再現性良く測定することができる。
The effect of the present invention is that by repeating the reaction cycle shown in FIG. 1 a plurality of times, a trace amount of a labeled substance can be quantified with high sensitivity and high reproducibility. In the present invention, by combining B / F separation by the magnetic bead method incorporated in enzyme / immunoassay with spectrophotometry, hormones, tumor markers,
Trace amounts of biological substances such as blood drugs, blood enzymes, and cytokines can be measured with good reproducibility.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の測定で用いる化学反応サイクルの説明
図。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a chemical reaction cycle used in the measurement of the present invention.

【図2】本発明の一実施例の測定装置の基本構造を示す
ブロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing a basic structure of a measuring apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例の連続測定方式の場合の測定
手順の説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a measurement procedure in the case of a continuous measurement method according to one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例の連続測定の場合の測定装置
の要部斜視図。
FIG. 4 is a perspective view of a main part of a measuring device in the case of continuous measurement according to one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…吸光光度分析用光源、2…レンズ、3…シャッタ
ー、4…フィルタ、5…磁性ビーズ捕捉用電磁石(縦方
向から図示)、6…磁性ビーズ捕捉用電磁石(横方向か
ら図示)、7…光励起用光源、8…測定セル、9…モノ
クロメータ、10…光電子増倍管、11…コントローラ
・A/Dコンバータ、12…パーソナルコンピュータ、
13…磁性ビーズ、14…吸光光度分析用光源、15…
光励起用光源及び、磁性ビーズ捕捉用電磁石、16…シ
ャッター、20…Fe2+の呈色光、21…測定対象サン
プル液。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source for absorption spectroscopy, 2 ... Lens, 3 ... Shutter, 4 ... Filter, 5 ... Electromagnet for capturing magnetic beads (shown from the vertical direction), 6 ... Electromagnet for capturing magnetic beads (shown from the horizontal direction), 7 ... Light source for photoexcitation, 8 ... measurement cell, 9 ... monochromator, 10 ... photomultiplier tube, 11 ... controller / A / D converter, 12 ... personal computer,
13 ... magnetic beads, 14 ... light source for absorption spectroscopy, 15 ...
Light excitation light source and electromagnet for capturing magnetic beads, 16 shutter, 20 colored Fe 2+ light, 21 sample liquid to be measured.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも1個の光源,光励起する金属錯
体,前記金属錯体を酸化する酸化剤、及び前記金属錯体
を還元する還元剤を備え、金属錯体,金属錯体を酸化す
る酸化剤及び金属錯体を還元する還元剤の混合体に上記
光源から光を照射し、光励起した金属錯体と酸化剤と
の、酸化還元反応を定量する手段を設けたことを特徴と
する免疫分析装置。
A metal complex, an oxidizing agent for oxidizing a metal complex, and a metal complex comprising at least one light source, a metal complex for photoexcitation, an oxidizing agent for oxidizing the metal complex, and a reducing agent for reducing the metal complex. A mixture of a reducing agent that reduces the amount of light from the light source and a means for quantifying an oxidation-reduction reaction between the photoexcited metal complex and the oxidizing agent.
【請求項2】請求項1の光励起する金属錯体には、トリ
ス2,2′−ビピリジル−ルテニウム(II)錯体(Ru
(bpy)3 2+)またはRu,Os,Eu等の錯体を用
い、前記金属錯体を酸化する酸化剤にはFe3+等の金属
イオンを、前記金属錯体を還元する還元剤にはトリエタ
ノールアミン,トリフェニルアミン,ジメチルアニリ
ン,テトラメチルフェニレンジアミン,ジメトキシベン
ゼン,トリメトキシベンゼン,ジメトキシナフタレン等
の還元剤を用いる免疫分析装置。
2. The photo-excited metal complex according to claim 1 is a tris 2,2'-bipyridyl-ruthenium (II) complex (Ru
(Bpy) 3 2+ ) or a complex such as Ru, Os, Eu, etc., and a metal ion such as Fe 3+ is used as an oxidizing agent for oxidizing the metal complex, and triethanol is used as a reducing agent for reducing the metal complex. An immunoanalyzer using a reducing agent such as amine, triphenylamine, dimethylaniline, tetramethylphenylenediamine, dimethoxybenzene, trimethoxybenzene, dimethoxynaphthalene and the like.
【請求項3】請求項1の光励起する金属錯体に抗原認識
能力を有する分子を結合し、請求項2の酸化剤の濃度変
化を測定することにより、抗原物質の濃度測定を行う免
疫分析装置。
3. An immunoassay apparatus for measuring the concentration of an antigenic substance by binding a molecule having an antigen recognizing ability to the metal complex to be photoexcited according to claim 1 and measuring a change in the concentration of the oxidizing agent according to claim 2.
【請求項4】免疫分析におけるサンドイッチ法と磁気ビ
ーズ法等の固相法を用いて、抗原物質の濃度測定を行う
請求項3の免疫分析装置。
4. The immunoassay apparatus according to claim 3, wherein the concentration of the antigen substance is measured using a solid phase method such as a sandwich method and a magnetic bead method in the immunoassay.
【請求項5】請求項1に記載の酸化還元反応を定量する
手段は、溶液中に予め含まれていたFe3+等のn価イオ
ンをFe2+等の(n−1)価イオンに還元させる結果生
じるFe2+等の(n−1)価イオン濃度を吸光光度法ま
たは原子吸光法により測定する手段であることを特徴と
する免疫分析装置。
5. The means for quantifying an oxidation-reduction reaction according to claim 1, wherein the n-valent ions such as Fe 3+ previously contained in the solution are converted into (n-1) -valent ions such as Fe 2+. An immunoassay device characterized in that it is means for measuring the concentration of (n-1) -valent ions such as Fe2 + resulting from the reduction by an absorption spectrophotometric method or an atomic absorption method.
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