JPS6017360A - Inspecting method using special binder - Google Patents
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- JPS6017360A JPS6017360A JP59090831A JP9083184A JPS6017360A JP S6017360 A JPS6017360 A JP S6017360A JP 59090831 A JP59090831 A JP 59090831A JP 9083184 A JP9083184 A JP 9083184A JP S6017360 A JPS6017360 A JP S6017360A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
本発明は検定方法、特に生物学的に生ずるのが普通であ
って、他の類似分子との複雑な混合物であることが多い
複雑な分子または部分−分子構造(part −mol
ecular 5tructures ) (7)検出
、測定および監視に関するものである。本発明方法は特
異結合剤、すなわち普通静電作用または疎水性作用に基
づいて所定のタイプの分子のみの1個以上の活性位置と
特異反応を行う・複雑な分子種を使用する。
本発明の一つの而は生体内または生体外で行われる免疫
検定方法、すなわち天然に存在しているかあるいは血漿
、血清、全血、尿、間質液、脳を髄液または滑液のよう
な体液中に人工的に生じさせた(またはモノクロナール
抗体として作られた大きな抗体または抗原の分子と、普
通特異的に反応する小さいリガンド分子とを反応させる
免疫検定、方法に関するものである0これらのリガンド
はそれ自体抗原性ではないが、適当なキャリヤに交差結
合させることにより抗原性にすることができ・る種であ
る。
本発明の他の面は、第]に、DNAまたはRNAの配列
を調査する方法、すなわち分子鎖(strand)の部
分とその特定の対応する相補部分とを反応させる方法に
関するものであって、第2に、酵素と抑制因子または補
因子との反応;受容体とホルモン、ビタミン、トキシン
または成長因子との反応;複合糖質とレクチンとの反応
;核酸とタンパク質との反応;芳香族基を有するマクロ
分子と染料との反応;および金属と相互に作用するマク
四分子と金属イオンとの反応のような、特異的な非免疫
結合が生ずる他のタイプの反応に関するものである。
説明の都合上本発明の上述の二つの面をリガンドとアン
チリガンドとの間の特異的な結合反応ニついて一緒に説
明する。
さらに本発明はそのままであるいは使用するのに便利な
調整された部品キットとして上述の方法に有用である装
置および材料に関するものである。
既知の免疫検定方法は、これらの方法が抗体襞、合体の
標識リガンドを検定試料中の標識の付l/Aでない物質
で置換する競走反応に基ツX/)でおす、標識リガンド
の置換は検定試料中の標識の付し)でないリガンド最に
比例Tる点で密接に関連してし)る。
例えば、薬剤を検定する場合には、かかる方法としては
下記のものがある:
a)放射線免疫検定法(RIA):この方法では検定し
ようとする薬剤または他のものを、これらに8T(、1
4(3、1811、75So、853 オよび126エ
(7)ような放射性同位元累で標識を付け、シンチレー
ション計数器によって定量する。RIAはl、Nわゆる
不均一免疫検定法であって、その理由は抗体に結合して
いる薬剤から置換された標識薬剤を定置前しこ除去する
ために分離工程が必要であるからである。RIAは10
〜10−10Mオーダーの感度を有する有力な方法であ
る。この方法が適用されティる薬剤としては、アスピリ
ンのような鎮痛剤、アドリアマイシンおよびゲンタマイ
シンのような抗生物質、フェニトインのような鎮痛剤、
メトトレキセートのような抗腫瘍剤等がある。
、b)スピン免疫検定方法:この方法では標識は安定型
の遊離基で、その不対電子はその特性であるスピン共鳴
によって検出可能である。この場合には遊離のスピン−
標識リカンドのESRスペクトルを幅狭の高いビークツ
は結合しているスピン−標識リガンドのESRスペクト
ル(幅広の低いビークツとは異なる。従って結合してい
るリカンドと遊離リガンドとを分離する必要がなく、こ
のタイプの免疫検定方法は均一な免疫検定方法であると
いえる。この方法の感度は最高で10−4〜10−゛モ
ルの範囲内にある。この方法の重要な限界は計測の費用
が高いこと、計測の特殊性および要員の訓練が必要なこ
とである。この方法の一例では、モルフインにニトロキ
シトスピンラベルを付ける。
この化合物は溶液状態では8本の幅狭のESRラインを
与えるが、結合している場合には幅広の1本のピーク(
これによって上述のノイズを検出するのは困畔なことが
ある〕が観察されるっC)均一な酵素免疫検定方法(ま
た酵素結合免疫検出方法−EL ISAとして知られて
いる):こ、の方法では酵素と検定しようとする薬剤と
を酵素活性が変化しないように結合させる、酵素の大き
さは比較的大きいため、これを達成するのが困難である
ことがある。しかし、薬剤−酵素コンジュゲー) (c
onjugate )を薬剤に時素的な抗体に結合させ
た場合には、構造上(形態上)の変化が起り、次いでこ
れにより酵素活性が低下するか、あるいは酵素の活性位
置が立体障害によって妨害きれる。従って試料中にフリ
ーな薬剤が存在している場合には、この薬剤は抗体と結
合し、かくして酵禦−薬剤コンジュゲートを釈放する。
従って酵素の活性は試料中に存在するフリーな薬剤の公
社に比例する。免疫検定方法は酵素活性の検定方法にな
るので、フリーな薬剤と結合している薬剤との分離は不
必要になる。さらに、この検定方法で用いられる標識は
ある程度の増幅(amplification Jを与
える。この理由は、標識の付いてない薬剤の1個の分子
は]伊の酵素分子を放出させることができ、この酵素分
子は酵素基質の多くの分子が検出できるものに転化する
際に触媒作用をするから・である。これらの検定方法は
不幸にも酵素活性の比色測定を必要とすることが多い。
均一な酵素検定方法はヘロイン、メタトン、コカイン、
THClLSD、S’[’PおよびPOPのような麻薬
用、テオフィリンのような抗ぜん息薬用、リドカインの
ような抗不整脈剤t CardiOaCtiVe ar
ug )用、サイロキシンのような甲状腺ホルモン用お
よびエトサクシミドのような治療制御に用いる薬剤用に
開発されてきた。
d)螢光励起移動免疫検定方法:この方法は2種の標識
を使用するもので、螢光励起移動現象に基づいており、
この方法により低濃度の薬剤を使用して迅速な検出を行
うことができる。この方法の一つの変形例では、薬剤に
・はフルオレセイン1のような螢光物質で標識を付け、
抗体にはD−ダミン■のような受容体(消光物質)で標
識を付ける。
(薬剤)(s識抗体)複合体中の消光物質と螢光物質と
の間の平均距離か双極子−双極子カツブリングおよびエ
ネルギー移動を可能にするのに充分な程度に接近してい
る場合には、複合体が形成す・ると螢光の消光が起る。
標識の付いてない薬剤をこの検定混合物に添加すると消
光程度が減少する。
不幸にもこの方法も高価な装置および高度に訓練された
要員を必要とする。
既知のDNA(RNA)プローブ(probe )技術
は、DNA(RNA)重合体をその固有の生化学的活性
によって検出することが容易でない点で類似性を持って
いる。従って、DNA(RNA )重合体にある信号を
発生する化学種または生化学種の印を付けることが必要
で、かかる方法としては下記のものがある:
a)アビジン−ビオチン反応:この技術は卵白中ノ糖タ
ンパク質であるアビジンのビオチンに対スる親和力に基
づくものである。ビオチン(ビタミンW)はDNA重合
体の単鑑体サブユニットであるヌクレオチドGこ共有結
合Tることができる。変性されたサブユニットはなお二
重鎖DNAの相補鎖間で古典的結合反応を行うことがで
きるので、かかるザブユニットを合成りNAプローブ中
に組込むことができる。相補DNA試料に′曝した後に
、形成した短い二重鎖領域蝉有するかかるプローブの存
在を検出するには、先ず結合していないプローブをDN
A試料/結合プローブ複合体から分離する必要がある。
これはDNA試料が基質上に固定される条件下に結合反
応させ、次いで洗浄することによって行うのが普通であ
るが、遠心分離が同様な作用を行うことがある。結合プ
ローブは螢光マーカー標識抗体または酵素が結合してい
るアビジンを加えることによって検出される。上述の方
法における一つの問題は、オリゴヌクレオ千ドブローブ
(20個のヌクレオチドンがビオチンの結合している位
置(oiotinylated sj、te )を小数
しか持っていないので、結合可能なアビジン足が限定さ
れることである。70−ブDNAに数十個以下の塩基か
らなる長い「尾部」を加けることが試みられ、ある程度
の成功を収めた。この場合にはS識を付ける必要がある
のは尾部のみである。
この方法はlo 18 gのDNAの分解能(r6so
lution)まで、あるいは1個の遺伝子の約1OL
1個のコピーマチ検出可能である。当初アビジンにおけ
るマ・−カーは西洋ワサビ・ペルオキシダーゼ(寿命の
可成り短い酵素)であったが、この方法は今日ではアル
カリ性ホスファターゼをStrように拡大されている。
不幸にもこの方法は、ビオチン−結合プローブDNAが
製造困難であるかあるいはS識尾部が感度を妨害するた
めに、新しい診断体系として確立するのが一般的に困難
である。
b〕放射性同位元票法:この方法は特定のDNA配列を
検出する最初の方法である。、DNAプローブ8H、1
40または8Qpを有するヌクレオチドから構成され、
ターゲット配列に対するプローブの結合はバイブリド部
分(hybridisection )で形成されたD
NAデユーブレックス(duplex )のエミッショ
ン(emission )をオートラジオグラフィーに
よって測定することにより検出される。この方法ではタ
ーゲットDNAを制限エンドヌクレアーゼでダイジエス
) (digest )し、次し)で、アカロースゲル
上のフラグメントを電気泳動により分離し、しかる後に
ニトロセルリース・フィルタで「吸取らせる( blo
tting ) Jのが普通であツテ、ニトロセルロー
ス・フィルタはターゲットDNAと結合し、放射性プロ
ーブに曝されている間ターゲソ)DNATi:所定位置
に保持する。不幸にモ、特定のニトロセルリース区域の
オートラジオグラフを得るのに数週間を要することかあ
り、またこの方法で使用する試薬が崩壊を起し、潜在的
に危険である。
C)他の方法:他の方法は「制限酵素フラグメント長さ
多形現象J(HELP)を使用することにより興味ある
特定のDNA配列を間接的に検出す1・・ることを含む
。この種の方法は、胎児の栄養芽層から取り出したほぼ
100μgという少量の胎児のDNAを調べることによ
って胎児期における病気の検出に用いることができる。
化学発光m識が用いられたが成功度は色々であった。
これまで開発されてきたDNAプローブ技術および酵素
検出/検定技術の一つの目的は神々の「遺伝病」および
遺伝性病気の原因になる物質代部に組み込まれたエラー
を検出することであった。
この種の病気にはありふれた甲状腺腫(ヨードチ、ロシ
ンデハロゲナーゼ欠損〕、かえで糖蜜尿病(α−ケトデ
カルボキシラーゼ欠損)、キサチン尿症(キサンチンオ
キシダーゼ欠損]およびメトヘモグロビン血症(メトヘ
モグロビンレダクターゼ欠損)がある。欠損遺伝子によ
る85000条件の完全なリストはマンククシンク(M
ckusick)の「男におけるメンデルの遺伝(Me
ndellanInheritance in Man
) Jに示されている。
しかし、上述の説明から分るように、現在使用るいは光
の作用を受け易いもの)高度に訓練された要員または(
オートラジオグラフィー、ESR測定または低水準光検
出のための)高価な装置を若干あるいは全部必要とする
ので確実に不利であ15る。
抗原/抗体およびDNA/相補DNA以外の結合反応用
の既知の検定方法は、一般に上述の方法に類似しており
、同じような問題がある。
本発明は簡単な電気化学的測定技術を使用する・ことに
より上述の欠点を克服するためのもので、欧州特許出願
第82805597号に記載されている発明に関連して
いる。
本発明の目的は上述の欠点を有していない特異結合剤を
検出、測定または監視する方法を促供することにある。
本発明の他の目的はかかる本発明方法を実施するのに使
用する装置および試薬を提供することにある。
上述のすべてに関する従来の出願は、メディエータ化合
物を使用して電極に電荷を移111J ’gせて、酵素
の特異基質における酵素の触媒反応の進行を適当な電極
によって直接測定することに関するものである。
本発明は、他の点は同一であるが、(a)メディエータ
の有効レベルが変化する場合、(b)酵素の有効レベル
が変化する場合、(C)両者が変化する場合、(C1)
t!極の有効表面が変化する場合に測定可能な差異が
達成されることを見い出したことに基づいており、さら
にリガンドとアンチリガンドとの間の特異結合反応によ
って、測定可能な作用をリガンド/アンチリガンド結合
の生起またはその程度に関連させることができるように
、前記変化を引き起すことができることを見い出したこ
とに基づいている。
従って、本発明は、その−面において、(a)リガンド
およびアンチリガンドを含む反応性種の間の少くとも1
個の特異結合反応段@を、酵素が触媒的に活性であるレ
ベルの基質に電気化学的に結合している酵素/メディエ
ータ系と関連させて、前記結合反応が前記酵素/メディ
エータ系の少くとも1個の成分の電気化学的アベイラビ
リティ(electrochemical avail
ability )に影響を与えるように行い、次いで
(El前記電気化学的アベイラビリティに及ぼ丁作用を
検出または測定シテ信号を得、この信号から前記反応性
種の存在または分散をめることを特徴とする検定方法で
ある。
本発明方法はリガンドおよびアンチリガンド、例えば抗
原/抗体またはDNAターゲット配列/DNAプローブ
配列;基質;基質に特異的な酵素、およびメディエータ
化合物の使用を含む。本発明方法において特異結合反応
は溶液全体中で行うことができ、すなわち均一反応であ
ることができ、あるいは1固体表面で行うことができ、
例えば不均一反応であることができる。かかる方法で使
用される固体表面は収容する容器の壁または電極表面と
することができ、またかかる電極自体は簡単な炭素電極
とすることができ、あるいは金または他の責金属の電極
とすることができ、あるいは種々の成分、特にメディエ
ータ、抗体またはアンチリガンドおよび基質さらに場合
によっては基質のうちの1種または2種以上のコーティ
ングを行った多少偵雑なものとすることができるので、
上述の本発明を実施する方法には多くの別法がある。こ
れらの方法並びにその有用性および利点を以下に例につ
いて詳述する。
本発明では、そのすべての面において、方法および物質
のある特徴、特に一方では酵素/基質の性質、他方では
メディエータの性質を利用Tることができる。
酵素/基質対は単に特異結合反応の存在または程度を示
すインディケータとして存在している。
従って、理論上酵素/基質対は反応雰囲気に無関係であ
る対、すなわちその電気化学的またはその他の作用が全
試験混合物中に天然に存在している成分の前部作用と混
同されることがない対とすることができる。勿論、選定
される方法が酵素レベルすなわち酵素の電気化学的アベ
イラビリティを低下することに全面的または部分的に依
存している場合には、選定される酵素は特異結合反応が
上述のアイラビリテイに影響を及ぼすようなものとする
必要がある。
メディエータ化合物と関連した電気化学的特性が研究さ
れている酵素/基質対は次のものである:ピルビン酸オ
キシダーゼ ピルベート
L−アミノ酸オキシダーゼ L−アミノ酸アルデヒドオ
キシダーゼ アルデヒド類キサン千ンオギシダーゼ キ
サンチン類グルコースオキシダーゼ グルコース
グリコース酸オキシダーゼ グリコレートサルコシンオ
キシダーゼ サルコシン
ラクテートオキシダーゼ ラクテート
グルタチオンレダクターゼ NA D (P) Hリボ
アミドデヒドロゲナーゼ NA DHPQQ#累
グルコースデヒドロゲナーゼ グルコースメタノールデ
ヒドロゲナーゼ メタノールおよび他のアルカノールメ
チルアミンデヒドロゲナーゼ メチルアミンヘム含有酵
素
ラクテートデヒドロゲナーゼ ラクテート(イーストシ
トクロムb2)
ホースラディツシュペルオキシダーゼ 過酸化水素イー
ストシトクロムC過酸化水素
これらのもののうち、特性が極めて詳細に明らかになっ
ていて、良好で好ましくは線形の応考を予想される測定
範囲にわたって与える酵素/基質対を使用するのが明ら
かに有利である。グルコース酵素はクルコースの生体内
感知(例えば糖尿病叡者の場合)に関する試験のために
注意して研究されている。N ADP H−非依存性グ
ルコースデヒドロゲナーゼ、例えば、アシネトバクチル
、カルコア七−F−り7. (aci、netobac
ter caicoaceticus )から得られる
もののような酵素がこの目的に有用であり、本発明にお
いて使用できることが分った。
グルコースオキシダーゼは周知の反応を行い、本発明に
おける特異結合反応の生起または程度に対する有用なマ
ーカーを形成する。またこの酵素は貯藏の際に安定であ
り、工業的に使用することができ、かつ安価である。グ
ルコースオキシダーゼがある程度好ましい場合があるが
、上述のリストに示した他の酵素も本発明のある変形例
で有利に使用できる。特に、グルコースオキシダーゼの
反応速度が有用であることがある。
上述の特許出願明細書において使用できることが示され
ているメディエータはポリピロゲン、り四うニル、プロ
マニル等を含んでいるが、普通「メタロセン」として知
られている化合物、特に少くとも2個の有機環と1個の
金属原子とからなり、かつ前記有機環は電荷共役系であ
り、前記金属原子は前記環のそれぞれと原子共有接触し
ている化合物である。
フェロセン類(ビス−シクロペンタジェニル鉄およびそ
の誘導体)は上述の最後に挙げた群に属し、電荷移動を
目的とする酸素/基質反応と併用される他のメディエー
タよりも優れている。
フェロセン(ビス75シクロペンタジェニル鉄:F8C
p、 )およびその誘導体の独特な構造および性質は多
くの理論的および実験的研究を生んだ。フェロセンは最
初1951年に合成され、今日では良く知られているメ
タロセン化合物の最初の試料である。
フェロセン類は水溶液中での溶解性が小さくまた吸光係
数が小さいので分光光度検定法において限られた価値を
有することが知られていたが、フェロセン類は生物電気
化学系に’km−J¥1適合していることが分った、フ
ェロセン類は: (a) all能化し得るシクロペン
タジェニル環の置換により変化し得る広範8な酸化還元
電位;(b)電気化学的に可逆、性である→−電子レド
ックス特性;および(Ql 1)Hに無関係な酸化還元
電位および還元・された状態のものの緩徐な自動酸化特
性を有する。
かかる一般的な種類の7エロセン類、すなわち一方また
は両方の環において置換されている単量体および重合体
の誘導体としては、下記のような個々の7エロセン類が
有利であることが分った=1.1Lジメチルフエロセン
+00 I、D −フェロセン酢酸 124 8 8
70
ヒ)−ロキシエチルフエロセン 161 S −フェロ
セン 165 1.D 885
フエロセンモノカルボン酸 275 S 420フェロ
セン1.1′−ジカルボンel 885 S −クロロ
フェロセン 845 1.D −メチルトリメチルアミ
ノフェルセン 400 8 −(上表中、Sは水溶性で
あること、1.Dはそれぞれ水に不溶性で8%洗剤(T
ween −2g )溶液20に可溶性であることを示
し EOは標準カロメル亀1極(以下SOEと略記する
)に対するmvで示す値であり、Eは礪 M−で示す測
定値である。)上表に示す種々の7エロセン類のpH=
7における燐@壌緩衝液中でのSOEに対するE 値
は100〜400 mVの電位範囲内にある。このE0
値の傾向は置換作用に基づいて予想されるものと一致す
る。一般に、電子供与基は正の電荷を安定化し、従って
電子求引基より酸化を促進する。
以下に詳述するように、ある特定例ではリガンドまたは
酵素のいずれかとメディエータとの間の化学的結合が存
在することがある。これは、フェロセンまたは他のメデ
ィエータをリガンドに化学的に結合させることができる
ことが予想ざnる場合Gこ、治療薬を監視するのに特に
有用である。例1えは、次の薬都:
フエノバルビタール
フェニトイン
プロ力インアミド
テオフィリン
、がメディエータと結合して、薬剤濃度が好適な治療範
囲内にあるか否かを測定することができる検定系を形成
することができる場合が考えられる。
上述のもの以外の薬剤も使用できる0、フェロセン変性
電極はいくつかの異なる方法で製造することができる。
最も簡単な方法は疎水性tF[K、例エバ、フェロセン
、ビニルフェロセンおよび1.1′−ジメチルフェロセ
ンを、有機溶媒溶液から蒸発させることにより白金また
は黒鉛の表面上に被着させることである。あるいはまた
、置換誘導体は炭素または白金上の水酸基に、次式で示
すように、共有結合させることができる:かかる特定の
変形例の場合は、以下に詳述するように、1個または2
個以上のチオール基を組入れて、これによりフェロセン
が全電極に直接結合できるようThe present invention relates to assay methods, particularly for complex molecules or part-mol structures that are commonly biologically occurring and often in complex mixtures with other similar molecules.
(7) Concerning detection, measurement and monitoring. The method of the invention uses specific binding agents, ie complex molecular species that react specifically with one or more active sites of only a given type of molecule, usually based on electrostatic or hydrophobic effects. One feature of the present invention is the use of immunoassay methods that can be performed in vivo or ex vivo, i.e., using naturally occurring or non-naturally occurring plasma, serum, whole blood, urine, interstitial fluid, brain, etc., such as cerebrospinal fluid or synovial fluid. These are immunoassays and methods that involve reacting large antibody or antigen molecules that have been artificially produced in body fluids (or produced as monoclonal antibodies) with small ligand molecules that normally react specifically. A ligand is a species that is not itself antigenic, but can be made antigenic by cross-linking to a suitable carrier. Another aspect of the invention is to Second, the reaction of enzymes with inhibitors or cofactors; receptors and hormones. , reactions with vitamins, toxins or growth factors; reactions with complex carbohydrates and lectins; reactions with nucleic acids and proteins; reactions with macromolecules with aromatic groups and dyes; and macrotetratiles that interact with metals. and other types of reactions in which specific non-immune binding occurs, such as the reaction between a ligand and an antiligand. The present invention also relates to devices and materials useful in the above-described methods, either neat or as a conveniently prepared kit of parts for use. Known immunoassay methods These methods are based on antibody folds, a competitive reaction in which the combined labeled ligand is replaced by a labeled substance in the assay sample; Ligands that are not labeled with T) are most closely related in that they are proportional to T). For example, when testing drugs, such methods include: a) Radioimmunoassay (RIA): In this method, the drug or other substance to be tested is exposed to 8T (, 1
4 (3, 1811, 75So, 853O, and 126E (7)) and quantified using a scintillation counter. RIA is a so-called heterogeneous immunoassay, and The reason for this is that a separation step is necessary to remove the labeled drug that has been displaced from the drug bound to the antibody before immobilization.
It is a powerful method with a sensitivity on the order of ~10-10M. Medications to which this method may be applied include painkillers such as aspirin, antibiotics such as adriamycin and gentamicin, painkillers such as phenytoin,
These include anti-tumor drugs such as methotrexate. , b) Spin immunoassay method: In this method the label is a stable free radical whose unpaired electron can be detected by its characteristic spin resonance. In this case, the free spin −
The ESR spectrum of the labeled ligand is different from the ESR spectrum of the bound spin-labeled ligand (the narrower and higher beats).Therefore, there is no need to separate the bound ligand from the free ligand, and This type of immunoassay method can be described as a homogeneous immunoassay method.The sensitivity of this method is at most in the range of 10-4 to 10-molar.An important limitation of this method is the high cost of measurement. One example of this method is to label morphine with a nitroxytospin. This compound gives eight narrow ESR lines in solution, but , one wide peak (
C) Homogeneous enzyme immunoassay method (also known as enzyme-linked immunodetection method - EL ISA): The method involves binding the enzyme and the drug to be assayed in such a way that the enzyme activity remains unchanged, which can be difficult to achieve due to the relatively large size of the enzyme. However, drug-enzyme conjugate) (c
When a drug is conjugated to a conjugated antibody, a structural (morphological) change occurs, which in turn reduces the enzyme activity, or the active position of the enzyme is blocked by steric hindrance. . Therefore, if free drug is present in the sample, this drug will bind to the antibody, thus releasing the fermentation-drug conjugate. The activity of the enzyme is therefore proportional to the amount of free drug present in the sample. Since the immunoassay method is a method for assaying enzyme activity, separation of free drug from bound drug is unnecessary. Additionally, the label used in this assay provides some degree of amplification, since one molecule of unlabeled drug can release an enzyme molecule, and this enzyme molecule These assays unfortunately often require colorimetric measurements of enzyme activity. The assay method is heroin, methatone, cocaine,
For narcotics like THClLSD, S'['P and POP, for antiasthmatics like theophylline, for antiarrhythmics like lidocaine, CardiOaCtiVe ar
ug), thyroid hormones such as thyroxine, and drugs used for therapeutic control such as ethosuximide. d) Fluorescence-induced transfer immunoassay method: This method uses two types of labels and is based on the fluorescence-induced transfer phenomenon;
This method allows rapid detection using low drug concentrations. In one variation of this method, the drug is labeled with a fluorophore, such as fluorescein-1;
The antibody is labeled with a receptor (quencher) such as D-damine. (drug) (s-identifying antibody) when the average distance between the quencher and fluorophore in the complex is close enough to allow dipole-dipole coupling and energy transfer. When a complex is formed, quenching of the fluorescence occurs. Addition of unlabeled drug to this assay mixture reduces the extent of quenching. Unfortunately, this method also requires expensive equipment and highly trained personnel. Known DNA (RNA) probe technologies have similarities in that DNA (RNA) polymers are not easily detected by their inherent biochemical activity. It is therefore necessary to mark DNA (RNA) polymers with certain signal-generating chemical or biochemical species; such methods include: a) Avidin-biotin reaction: This technique This is based on the affinity of avidin, a middle glycoprotein, for biotin. Biotin (vitamin W) is a single biological subunit of DNA polymers and can be covalently bound to the nucleotide G. Since denatured subunits are still capable of performing classical binding reactions between complementary strands of duplex DNA, such subunits can be synthesized and incorporated into NA probes. To detect the presence of such probes with short double-stranded regions formed after exposure to a complementary DNA sample, first remove the unbound probe from the DNA.
Must be separated from the A sample/bound probe complex. This is usually accomplished by carrying out a binding reaction under conditions in which the DNA sample is immobilized on a substrate, followed by washing, although centrifugation may also perform a similar effect. Bound probe is detected by adding a fluorescent marker-labeled antibody or enzyme-conjugated avidin. One problem with the above-mentioned method is that the oligonucleotide probes (20 nucleotides) have only a small number of biotin-bound positions (oiotinylated sj, te), which limits the number of avidin legs that can be bound. Attempts have been made to add long "tails" of up to a few dozen bases to 70-nucleotide DNA, with some success.In this case, it is the tail that needs to be identified. This method has a DNA resolution of lo 18 g (r6so
up to 1 OL of one gene
One copy gusset can be detected. Initially the marker for avidin was horseradish peroxidase, a fairly short-lived enzyme, but this method has now been expanded to include alkaline phosphatase. Unfortunately, this method is generally difficult to establish as a new diagnostic system because the biotin-bound probe DNA is difficult to produce or the S tail interferes with sensitivity. b] Radioisotope Vote Method: This method is the first method to detect specific DNA sequences. , DNA probe 8H, 1
composed of nucleotides with 40 or 8 Qp;
The binding of the probe to the target sequence is caused by the D
It is detected by measuring the NA duplex emission by autoradiography. In this method, the target DNA is digested with a restriction endonuclease, the fragments are separated electrophoretically on an agarose gel, and then "blotted" on a nitrocellulose filter.
Typically, a nitrocellulose filter binds the target DNA and holds it in place during exposure to the radioactive probe. Unfortunately, it can take several weeks to obtain an autoradiograph of a particular nitrocellulose area, and the reagents used in this method are destructive and potentially dangerous. C) Other methods: Other methods involve indirectly detecting specific DNA sequences of interest by using restriction enzyme fragment length polymorphism J (HELP). This method can be used to detect fetal disease by examining small amounts of fetal DNA, approximately 100 μg, removed from the fetal trophoblast. Chemiluminescence detection has been used with varying degrees of success. One purpose of the DNA probe technology and enzyme detection/assay technology that has been developed so far is to detect the "genetic diseases" of the gods and errors built into the substances that cause them. there were. These diseases include common goiter (iodothi, rosine dehalogenase deficiency), maple molasses (α-ketodecarboxylase deficiency), xatinuria (xanthine oxidase deficiency), and methemoglobinemia (methemoglobin reductase deficiency). A complete list of the 85,000 conditions caused by defective genes can be found in MangukkuThink (M
Mendelian inheritance in men (Me
Inheritance in Man
) shown in J. However, as can be seen from the above description, highly trained personnel (currently used or susceptible to the action of light) or (
A definite disadvantage is that it requires some or all expensive equipment (for autoradiography, ESR measurements or low-level light detection)15. Known assay methods for binding reactions other than antigen/antibody and DNA/complementary DNA are generally similar to those described above and suffer from similar problems. The present invention aims to overcome the above-mentioned drawbacks by using a simple electrochemical measurement technique and is related to the invention described in European Patent Application No. 82805597. It is an object of the present invention to provide a method for detecting, measuring or monitoring specific binding agents that does not have the above-mentioned drawbacks. Another object of the present invention is to provide apparatus and reagents for use in carrying out the method of the present invention. Prior applications relating to all of the above relate to the use of mediator compounds to transfer a charge to the electrode and to directly measure the progress of an enzyme's catalytic reaction on its specific substrate by means of a suitable electrode. . The present invention provides the following benefits: (a) the effective level of the mediator is changed; (b) the effective level of the enzyme is changed; (C) both are changed;
T! It is based on the finding that a measurable difference is achieved when the effective surface of the poles is varied, and furthermore, a measurable effect on the ligand/antiligand is achieved by a specific binding reaction between the ligand and antiligand. It is based on the finding that said changes can be brought about in such a way that they can be related to the occurrence or extent of binding. Accordingly, in one aspect, the present invention provides that (a) at least 100% of the reactive species, including a ligand and an antiligand,
a specific binding reaction stage @ associated with an enzyme/mediator system electrochemically coupled to a substrate at a level at which the enzyme is catalytically active, such that said binding reaction electrochemical availability of one component
the electrochemical availability), and then detecting or measuring the catalytic effect on the electrochemical availability to obtain a signal, and deducing the presence or dispersion of the reactive species from this signal. The method of the present invention involves the use of a ligand and an antiligand, such as an antigen/antibody or a DNA target sequence/DNA probe sequence; a substrate; an enzyme specific for the substrate; and a mediator compound. The reaction can be carried out in the entire solution, i.e. it can be a homogeneous reaction, or it can be carried out at one solid surface,
For example, it can be a heterogeneous reaction. The solid surface used in such a method can be the wall of the containing container or the electrode surface, and the electrode itself can be a simple carbon electrode, or it can be a gold or other metal electrode. or can be more or less sophisticated, coated with various components, in particular mediator, antibody or antiligand and substrate, and possibly one or more of the substrates.
There are many alternatives to implementing the invention described above. These methods and their utility and advantages are detailed below by way of example. The invention, in all its aspects, can take advantage of certain features of the method and materials, in particular the properties of the enzyme/substrate on the one hand and of the mediator on the other hand. The enzyme/substrate pair exists solely as an indicator of the presence or extent of a specific binding reaction. Theoretically, the enzyme/substrate pair is therefore a pair that is independent of the reaction atmosphere, i.e. its electrochemical or other effects cannot be confused with the front effects of components naturally present in the total test mixture. Can be paired. Of course, if the method chosen relies in whole or in part on reducing the enzyme level, i.e. the electrochemical availability of the enzyme, then the enzyme chosen will not be affected by specific binding reactions that affect the above-mentioned availability. It is necessary to make it such that it has a positive impact. Enzyme/substrate pairs whose electrochemical properties have been studied in conjunction with mediator compounds are: pyruvate oxidase, pyruvate L-amino acid oxidase, L-amino acid aldehyde oxidase, aldehyde xanthyl oxidase, xanthine glucose oxidase, glucose glycose acid. Oxidase Glycolate Sarcosine Oxidase Sarcosine Lactate Oxidase Lactate Glutathione Reductase NA D (P) H Riboamide Dehydrogenase NA DHPQQ# Cumulative Glucose Dehydrogenase Glucose Methanol Dehydrogenase Methanol and Other Alkanols Methylamine Dehydrogenase Methylamine Heme Containing Enzyme Lactate Dehydrogenase Lactate (Yeast Cytochrome B 2) Horseradish Peroxidase Hydrogen Peroxide Yeast Cytochrome C Hydrogen Peroxide Among these are enzyme/substrate pairs that have been characterized in great detail and which give a good and preferably linear response over the expected measurement range. It is clearly advantageous to use Glucose enzymes have been carefully studied for testing in vivo sensing of glucose (eg in diabetics). N ADP H-independent glucose dehydrogenases, such as Acinetobactyl, Calcoa 7-F-ri7. (aci, netobac
It has been found that enzymes such as those obtained from P. ter caicoaceticus are useful for this purpose and can be used in the present invention. Glucose oxidase undergoes a well-known reaction and forms a useful marker for the occurrence or extent of specific binding reactions in the present invention. Furthermore, this enzyme is stable during storage, can be used industrially, and is inexpensive. Although glucose oxidase may be preferred to some extent, other enzymes from the list above may also be used to advantage in certain variations of the invention. In particular, the kinetics of glucose oxidase may be useful. Mediators indicated for use in the above-mentioned patent applications include polypyrogens, polyunyls, promanyls, etc., but also compounds commonly known as "metallocenes", especially those containing at least two organic rings. and one metal atom, and the organic ring is a charge conjugated system, and the metal atom is a compound that is in covalent atomic contact with each of the rings. Ferrocenes (bis-cyclopentagenyl iron and its derivatives) belong to the last group mentioned above and are superior to other mediators used in conjunction with oxygen/substrate reactions aimed at charge transfer. Ferrocene (bis75cyclopentadienyl iron: F8C
The unique structure and properties of p, ) and its derivatives have generated much theoretical and experimental research. Ferrocene was first synthesized in 1951 and was the first example of the metallocene compounds that are well known today. Although ferrocenes were known to have limited value in spectrophotometric assays due to their low solubility in aqueous solutions and low extinction coefficients, ferrocenes are useful in bioelectrochemical systems. The ferrocenes found to be compatible include: (a) a wide range of redox potentials that can be varied by substitution of the all-enabled cyclopentadienyl ring; (b) electrochemically reversible, sexually active has →-electron redox properties; and (Ql 1)H-independent redox potential and slow autooxidation properties of the reduced state. As derivatives of such general classes of 7-erocenes, i.e. monomers and polymers substituted in one or both rings, the following individual 7-erocenes have been found to be advantageous: =1.1L dimethylferrocene +00 I,D-ferroceneacetic acid 124 8 8
70 H)-Roxyethylferrocene 161 S-Ferrocene 165 1. D 885 Ferrocene monocarboxylic acid 275 S 420 Ferrocene 1.1'-dicarbonel 885 S-chloroferrocene 845 1. D -Methyltrimethylaminofersen 400 8 - (In the above table, S is water-soluble, 1.D is insoluble in water, and 8% detergent (T
EO is a value expressed in mv with respect to standard calomel monopole (hereinafter abbreviated as SOE), and E is a measured value expressed in mv. ) pH of various 7 erocenes shown in the table above =
The E values for SOE in phosphorus@soil buffer in 7 are in the potential range of 100-400 mV. This E0
The trend in values is consistent with what would be expected based on substitution effects. Generally, electron donating groups stabilize the positive charge and therefore promote oxidation more than electron withdrawing groups. As detailed below, in certain instances there may be a chemical bond between either the ligand or the enzyme and the mediator. This is particularly useful for monitoring therapeutic agents where it is not anticipated that ferrocene or other mediators can be chemically coupled to the ligand. Example 1: Phenobarbital phenytoinproamide theophylline is combined with a mediator to form an assay system that can determine whether the drug concentration is within a suitable therapeutic range. There may be cases where it is possible to do so. Agents other than those mentioned above can also be used. Ferrocene-modified electrodes can be manufactured in several different ways. The simplest method is to deposit hydrophobic tF[K, such as Eva, ferrocene, vinylferrocene and 1,1'-dimethylferrocene, onto the platinum or graphite surface by evaporation from an organic solvent solution. Alternatively, the substituted derivative can be covalently attached to the hydroxyl group on carbon or platinum, as shown in the following formula: In the case of such specific variations, one or two
Incorporating more than one thiol group allows ferrocene to bind directly to all electrodes.
【こすることである。
また電極表面は次式で示すように、置換フェロ1センが
共有結合している機能化重合体、例えは、ポリチラミン
で被覆することができる:あるいは、ビニルフェロセン
を重合させてホ゛す(ビニルフェロセン) : (OH
2−OHO6H,Fecp)nを得、これを溶媒蒸発ま
たは電着のいずれかによって車11・極に被着させるこ
とができる。
フェロセン−カルボン酸は本発明に広く使用するのに最
適な実際的な性質を併せ有していて、後述のように、カ
ルボキシル基を介してリガンド、アンチリガンドおよび
/または酵素に化学的に結1′′合する機会を与えるこ
とが分った。
本発明の範囲内のいくつかの方法は実際的な検定方法と
して特に有用であることが明らかになった。これらの方
法としては次のものがある:■、 混合物中の所望のリ
ガンド、例えは、抗原ま2“。
たは抗体の分層を検出または測定するための均・−免疫
検定方法。
■、酵素に化学的に結合することができ、またリガンド
に対して特異結合反応することができる被検体(ana
l:yte )の分量を検出または測定す・るための均
一免疫定量方法。
In、相補配列に対する特異結合が混合物中の1種また
は2種以上の種の電気化学的ア宮うビリテ慣こ影響を及
ぼす均一核酸プローブ技術。
■、既知のELISA方法と関連しているがこれ・・よ
り優れている不均一免疫検定方法。
■1電極への電荷の移動に影響を及ぼ丁ように、適当な
電極の表面が特異結合反応によって被覆または変性され
ている免疫検定方法。
上述の方法のそれぞれについて以下に説明する。
■、リガンドに対する均−免疫検定方法一つの観点にお
いて、この方法は:
a)−緒に特異的に結合することのできるリガンド−ア
ンチリガンド対と、
b)メディエータ、酵素および対応する基質のドーリプ
レットとからなっていて、前記基質が酵素によって生成
物に転化する際に電荷が発生し、この電荷がメゾエータ
を経て電極に移動し、この際、前記対の内の1種の少く
ともある部分と、前記トリブレンドの内の1種の少くと
もある部分とが化学的に交さ結合して、前記リガンドお
よびアンチリガンドの対が一緒に結合した場合に、上述
の電荷移動の少くとも一部が阻止されるようにした検定
系である。
この形態の第1の例では、本発明は、測定子べきリガン
ド種の未知量と、前記リガンド種に対するアンチリガン
ド種であって、それ自体が前記メディエータ化合物と化
学的に結合しており、その結合状態においてのみ酵素/
基質反応からの電荷移動に利用できる前記アンチリガン
ド押の過剰であることが分っている既知量とを特異結合
反応させて、これによって生ずる過剰量の未結合メディ
エータ/アンチツガ21種の電気化学的活性によって前
記リガンド種の分量を測定する上述の方法である。
この形態の第2の例では、本発明は、測定すべきリガン
ド種の未知量と、前記リガンド種に対するアンチリガン
ド種であって、それ自体が前記酵素と化学的に結合して
おり、その結合状態においてのみ酵素/基質反応に利用
できる前記アンチリガンド種の過剰であることが分って
いる既知量とを特異結合反応させて、これによって生ず
る未納合酵素/アンチリガンド種からの電荷移動の際の
メゾエータの電気化学的活性によって前記リガンド種の
分量を測定する上述の方法である。
ここに「リガンド種」という用語を使用したのは、(a
)当初の抗原または抗体、すなわちヒトまたは動物であ
る被検体において天然に存在しているか人工的に生成さ
れていて、検定用または完全に精製されている形態また
は部分精製されている形態の血清、全血、尿、間質液、
脳を髄液または滑液としであるいはモノクロナール°抗
体として存在している抗原または抗体、および(bl抗
原/抗体、例えば、過剰であることが分っている既知量
のそれ自身のアンチリガンドによって生成するような、
抗原/抗体からの部分反応形態のものまたは相補1誘導
体物質の形態のものを包合させるためである。
従って、例えば、この形能の本発明は、(a)(1)検
定すべきリガンドを含有する試料と、過剰であることが
分っている既知量のアンチリカ(11)生成した混合物
と、メディエータ化合物と化学的に結合しているリガン
ドの過剰であることが分っている既知量とを混合して、
前記フ10リーなリガンド結合性位置の丁べてを占有さ
せ、若干のリガンド結合メディエータを電気化学的に利
用できる状態のままとし;
(1)l酵素とこれに対する基質とを液体混合物中で混
合し;
(C)前記酵素/基質混合物と工程(a)からのロリ記
混合物とを接触させ、次いで
(dl生成した混合物とセンサ電極とを接触させ、かく
して前記センサ電極に移動する電荷が利用可能な未結合
のりガント結合メディエータB(によって変動し、従っ
て最初のリガンドlの偏差が許容される
ことを特徴とする均−酵素免疫検定方法である。
特徴である工程(11および(11)は逐次行うのは勿
論であるが、他の工程の順序は若干変えることができる
。特に、酵素、基質および電極は組合せることができ、
工程(a)の添加生成した混合物すなわち工程(aJの
混合物は予め存在する酵素基質混合物の液体系等のなか
で生成させることができる。
他の段階的方法も、これによって未知量をメディエータ
結合物質に結合できる最後の測定用形態にすることがで
きる場合には、考えることができる。また、当業者は、
リガンド/アンチリガンドがいくつかの結合用の位置を
持〃)る場合、結合の分布および/または異なる種の平
衡結合がある程度予測できる場合には、数学的誘導が簡
単な引算であるとは必ずしも予想されない。これらの特
徴は測定し、説明Tることができる。本発明のこの面に
おいて、有用な酵素−基質系はグルコース/グルコース
オキシダーゼである。
、LIJガント被検体に対する均一酵素免疫検定方法こ
の形態の第1の例では、本発明は、上述の方法において
、
(,1) (al未知量の検定すべきリガンド種Xと(
blある分量の種X−E(ただし、Xは酵素活性を破懐
することなく酵素Eと化学的に結合している)とを溶液
中で混合し、
(11)この混合物をセンサ電極の存在下に前記酵素に
対する基質Sおよびメディエータ化合物Mと接触させて
、酵素的に触媒作用が行われる反応に依存して測定電荷
を前記センサ電極に移動し、(liDアンチリガンドA
を前記溶液と接触させて次の反応式■およびn:
で表わされる競、走平衝結合反応を生起させて、前記酵
素的に活性な種X−Eの部分を酵素的に不活性な種A−
X−Eに転化させ、これにより反応程度および電極にお
ける測定電荷を変え、次いでGV) [荷の減少または
減少速度から被検体Xの濃、度を測定値恕することを特
徴とする上述の方法である。
上述の方法の変形例どして、工程(11]でメディエー
タMをリガンド被検体Xに化学的に結合きせることかで
き、かつメディエータダMを酵素Eおよび基質Sと接触
させて、工程(Ill)における直接的に類似している
競走反応、すなわち全体にわたってEをMで置換する反
応を生起させることができる。
例えば、被検体Xのレベルを測定するための「ドライス
トリップ」試験が開発される場合には、好ましい程度は
小さいが、複合体A’−X=E(またはA−X=M )
から出発し、次の反応式:%式%
で表わされる緩徐な置換反応のみによって操作すること
ができる。
本発明は、その一つの形態において、
(a) W検体Xと酵素Eとを共有結合させて酸素的に
活性な種X−Eを生成し;
佃) この酵素的活性種X−Eと適当な反応性リガンド
Aとを反応させて特異結合位置が完全に占有されている
酵素的に不活性な種A−X−Eを生成し;
(0) この酵素的不活性種A−X−Eを検定すべき種
Xと接触させて種Xとの競走特異結合反応を生起させ、
次式;
%式%
で表わぎれる平衝を達成させて、前記種X−Eの全量か
ら前゛記検定すべきMXの分量を測定できるようにし;
次いで
+(1) この混合物をX−Eに対する基質と接触させ
、この結果生ずる酵素的に触媒作用が行われる反応から
センサ電極にメディエータ化合物によって電荷を移動さ
せて存在する酵素的活性種X−Eの全量を測定し、この
洞窟結果から種Xの分、 量をめる
ことを特徴とする種Xに対する免疫検定方法である。
酵素と被検体とを酵素の活性位置に接近させて結合させ
て(X−E)、リガンドAが効果的に前記活性位置を封
鎖するか前記活性位置において形態上の変化を生ずるよ
うにするのが好ましいことが分る。あるいはまた、リガ
ンド被検体Xを酵素の補欠分子族に結合させることがで
きる。
この場合にも、使用する工程の正確な順序およ!び追加
工程の存在は当業者によって変更することができる。ま
た、電極自体に配HされているA−X−E複合体を使用
して操作し、かくして被検体Xと接触させることにより
若干のリガンドが電極から離れ、電極表面において基質
および種X−Eの存在下に酵素活性が生ずるようにする
ことができることがある。
本発明のこの一般的な形態では、酵素的活性種の分量が
測定される。これは酵素とメディエータとが化学的に結
合している前述しかつ後で詳述する追加の任意の特徴に
とって有用である。
この形態では、本発明はメディエータおよび酵素の少く
とも一方を核酸プローブ配列に化学的に結合させて、調
査すべき一重鎖核酸物質中のターゲット配列に対する前
記核酸プロ−1配列の特異結合が、酵素基質の存在下に
センサ電極によって検出されるように前記化学的に結合
している種の電気化学的アベイラビリティに影響を及ぼ
し、このようにして前記ターゲット配列の存在を検出可
能にする上述の方法である。
核酸配列はRNA例えばメツセンジャーRNAとするこ
とができるが、普通DNAである。
表現を変えれば、この形態の本発明は:(a) 調査す
べき一重鎖核酸物質を所定のターゲット配列に対して供
給し;
(b) 前記ターゲット配列に相補的な核酸配列を有す
るプローブ物質を選定し;
(c) 次の8種の処理;
中 前記プ四−プと酵素とを結合させ、この酵素結合プ
ローブを、前記酵素に対する基質お、よびメディエータ
の両者を含有する溶液に添加する処理、
(+l) 前記プローブとメディエータとを化学的に結
合させ、このメディエータ結合プローブを、基質および
前記基質に対する酵素の両者を含有する溶液に添加する
処理、および
11ii) 前記プロー1をメディエータ/酵素の組合
せと化学的に結合させ、このようにして変性したプロー
ブを、前記酵素に対する基質を含有する溶液に添加する
処理、からなる群から選定した1種の処理を選択して行
ない;(d) 前記化学的に結合したプロ−1配列を含
有する溶液をセンサ電極と接触させて、前記酵素が触媒
作用を行うN%基質反応から前記電極に前記メディエー
タによって電荷を移動させ、次いで
(e) 前記溶液を前記−重鎖物質と接触させて、酵素
、メディエータまたはこれらの組合せのアベイラビリテ
ィに影響を及ぼす前記プローブと前記ターゲットとの特
異結合反応を電荷移動いの変化によって表示することを
特徴とTる核酸物質中のターゲット配列の検出方法であ
る。
プローブ物質は天然に存在するDNAフラグメントまた
は合成した物質とすることができる。
工程順序の変更は容易に行うことができる。
またセンサ電極自体がメディエータまたは酵素を含むこ
とができるが、普通プローブ配列およびターゲット配列
が共に溶液中に存在しているのが好ましい。
メディエータはリンカ−グループGこよってプローブ配
列に間接的に結合させることができ、リンカ−グループ
に反応性である物質を電極上に存在させることができる
。この場合には全複合体が電極上に存在しており、ター
ゲット配列が存在し、プローブ配列と結合している場合
には、電流に変化が生じる。
IV、ELISA方法から誘導した不均一酵素免疫検定
方法
この形態では、本発明は、検定すべきリガンドを適当な
表面上に固定し、次いで酵素に化学的に結合している適
当なアンチリガンドの過剰量と特異結合反応させ、しか
る後にこの過剰量を除去し、前記固定化酵素に対する基
質を添加し、次いでメディエータおよびセンサ電極と接
触させて、前記?jl極に移動する電荷が存在する酵素
量に比例するようにすることを特徴とする上述の方法で
ある。
好適例では、本発明は:
(a) 検定すべきリガンドを適当な表面において、例
えば、前記表面に予め結合しているアンチリガンド種に
前記リガンドを結合させることにより固定し、
(b) 前記リガンドを、酵素と化学的に結合している
アンチリガンドからなる酵素活性種の過剰量と接触させ
て固定化リガンドとの特異結合反応を行わせ、前記検定
すべきリガンドの分量に相当する分量の固定化酵素的活
性種を生成し;U 過剰の非固定化化学的結合酵素/ア
ンチリガンドを除去し、次いで
(d) 前記固定化酵素をこの酵素に対する基質および
電荷移動性メディエータと接触させて、前記メディエー
タと接触している1!極が前記固定化酵素の分量に相当
する電荷を信号として出し、これから検定すべきリガン
ドの最初の分量をめることを特徴とする不均一酵素結合
検出方法)である。
上述の諸工程はその順序を変えることができ、メディエ
ータを溶液中または電極上に存在させることができる。
■、電極表面における酵素免疫検定方法この形態におい
て、本発明は、特異結合反応をセンサ電極の表面で行わ
せて少くとも部分的に前記表面を封鎖するかあるいは前
記表面の特性を変えて、前記特異結合反応の存在または
程度を検出電荷における減少の存在または減少量によっ
て測定することを特徴とする上述の方法である。
−好適例では、本発明は:
(〜 検定すべきリガンドを含有する液体媒質を選定し
;
■) 前記液体媒質に、酵素と酵素が触媒作用をする反
応を行うことができる既知量の基質を添加しくC) 前
記液体媒質を、(1)前記検定すべきリガンドと特異結
合反応することができるアンチリガンドと、(II )
前記酵素と、< +++ >メディエータ化合物との組
合せを表面に有するセンサ電極と接触だせ、このように
して前記酵素が触媒的に活性である場合に前記酵素から
前記電極に電荷を移動させて信号を出し、次いで
(d) 前記信号と前記リガンドの存在しない場合に受
けた信号とを比較し、存在する前記リガンドの分量を、
前記特異結合反応によって生ずる前記電極表面における
封鎖状態または形態上の変化の関数としてめることを特
徴とする免疫検定方法である。
リガンドはアンチリガンドと免疫学的に反応性であって
、先に例示したような生化学的または医学的な試験にお
いて生ずる抗原であってもよい。
その一般的性質は、大きなタンパク質様分子のように、
リガンドが電極表面上のアンチリガンドと反応した際に
電極表面の部分を封鎖する作用を有していることである
。このため電流の低下が起り11これを観察Tるかその
程度をめることによってリガンドの存在を示ずかそのレ
ベルを測定することができる。比較的小ざな分子、1−
なわちハブソテン、例えばニトログリセリンと、ウシ拍
Iン「7アルプミンのような比較的大きい分子とを結合
させ、この組合せを動物被検体に注射し、ニトログリセ
リンに感じ易いアンチリガンドを生成し、次いでこのア
ンチリガンドを電極に結合させることもできる。かかる
場合には、小ぎい結合ニトログリセリン分子はおそら〈
電極表面を封鎖しなかが、(特に抗体および/またはニ
トログリセリンの濃度が比較的高い場合には)アンチリ
ガンドに形態上の変化を生じさせ、従って信号を変化す
る。
基質物質は理論的には上述の基質のいずれでもよい。こ
の理由はかかる電極を使用する場合には基礎1となる酵
素/基質反応が広い適応性を持っているからである。し
かし、簡単で、入手が容易で、実証済みの基質を使用す
るのが好都合であり、このためへ樽グルコースを使用す
るのが好ましい。
、 電極上に存在している酵素は同様にいずれの酵素で
もよいが、特に先に示した7ラビンタンパク質およびキ
ノンタンパク質が好ましい。しかし、好ましい基質はグ
ルコースであるから、好ましい酵素はグルコースオキシ
ダーゼまたはグルコースヒドロゲナーゼ、例えばアシネ
トバクチルカルコアセチフスから得られるようなもので
ある0後者は前者よりターンオーバー数が100倍大き
いので好ましい。
上述の説明では本発明を酵素/メディエータ結合化合物
の若干のものを使用した場合について説明した。
曹通、本発明を実施するかかる形態では、1個より多数
の険ンドイツチ型」ユニット例えばフェロセンを酵素中
に、分子の変形および酵素活性の損失が観察される濃度
まで存在だせる。例えば、グルコースオキシダーゼと約
8〜12個の7エロセンとのユニットは酵素的になお活
性であって、既知方法、例えば、カルボジイミド結合を
使用することにより炭素電極に結合させることかできる
。
・変性された酵素は酵素的に活性であるだけでなく、電
気化学的にも活性である。
上述の説明は検定方法に関してであるが、変性された電
極およびかかる電極を含む部品を適当に配置してなるキ
ットも本発明の部分を構成することは当業者にとって明
らかである。特に、本発明における必要な成分をすべて
含んでいて、ただ試験液中に浸漬すればよいように形成
したストリップテスト電極を使用することができる。
以下、本発明を実施例および図面に基づき説明する。
例1
グルコースオキシダーゼおよび7エロセンを用いる検定
第1図において、検定すべき抗原(1)を含む患者の匍
清を緩衝液中既知の濃度の抗体(2)溶液と混合する。
この抗原は例えば薬剤である。血清中の抗原(1)は特
定の抗原結合位置(8)Oこて溶媒和した抗体に結合し
、抗原/抗体伽÷4ル複合体(4)を生成する。抗体上
の可能な抗原結合位置は全部が占有されてはおらず、多
数のフリーな結合位W(5)が残っている。フリーな位
置の数は血清中の抗原(1)数の函数である。
メディエータ結合抗原(6)を過剰に第1工程“から得
られる混、金物に添加する。この実施例では、メディエ
ータ(7)は抗原(8)に化学的に結合した7工ロ七ン
誘導体であるが、他のメタロセンを置換することができ
る。フェロセン結合抗原は抗原/抗体結合反応によって
抗体(2)の7リー・な位置(5)を占める。しかし、
7工ロ七ン結合抗原(6)はフリーな位置σ)数よりも
過剰にあり、従って7工ロセン結合抗原(9)の若干は
溶液中に残存Tる。
グルコースおよびグルコースオキシダーゼ(G′ODと
いう)を、得られた混合物に過剰に加え、グルコース上
のCODの酸化還元作用によって生じる電流を電極(E
)を用いて測定する。抗体(2)に結合していない7工
ロセン結合抗原(9ンコンプレツクスのみが、電極(K
)に11L気化学的“にGODをカップリングすること
ができる。抗体に結合するフェロセン結合抗原複合体−
φ巻必は、著しく大きい抗体(2)からの立体障害のた
めに電極にCODをカップリングさせない。
酵素(COD)およびその基質の添加後に存在゛するメ
ディエータの電気化学的効果を測定することによって、
どの位のメディエータ(6)の既知量が、抗体(2)に
結合しているかを計算し、どの位のフリーの抗原(1)
が元の試料に存在しなければならなかったかを決定する
ことができる。
電極(E)は金、炭素、白金または任意適当な。
材料から製造できる。
CODおよびグルコースの添加は、特定の選ばれたメデ
ィエータが酵素/基質反応を電極にカップリングするこ
とができるように用意する任意の・。
他の酵素/基質ベアを添加することによって置換するこ
とができる。酵素も基質も(共に過剰に存在する)、す
なわちこの実施例ではCODもグルコースも、因子を制
限しない。制限因子は、フリーの位置が占有された場合
、フリーに拡散するメIOディエータの量である。
例2
この検定を示す図が第2図である。検定全部を室温(l
s−25°C)にて過剰の基質(10omM’)を用い
てP H7,5の50 mM )リス/HOl緩衝液中
で行った。特定でない結合には補正をしなかった。溶液
はすべて脱気し、フェロセンモノカルボン酸をメディエ
ータとして用いた。電極にはH20中0.3アルミナの
スラリーを用いてランとランとの間に研摩した熱分解グ
ラファイトを用いた。成分は固定せず、
中 熱分解グラファイト電極、
(11) 白金 対 i極、
flull カロメル参照電極
から成る8個の1!lsセルを用いた。
全試料容量は1−であった。
グルコースオキシダーゼ標識T4チロキシンおよびT、
チロキシンへの抗体をコーニング・グラス・インコーホ
レーテッドによって調達した(メトフィールド、マス、
U、S、A )。
トリス/ HOl 1)I(7,5緩衝液から吸る試料
溶液に7エ四センモノカルボン酸ヲ添加シタ。1.66
μAの電流を示した。100 mMグルコースを過剰に
加えると、この電流は1.468μAまで落ちた。
50μlのGOD橡mT4を添加すると、有効なグルコ
ースによってグルコースオキシダーゼの触媒活性のため
、電流が2.10μAまで上昇した。グルコースオキシ
ダーゼから除いた電子はメゾイエ、−夕を介して電極に
移った。
COD標識T4に抗体を添加するとこの電流は1.59
μAに減少した。
これらの結果から、抗体の添加はGOD標識T4の活性
を阻害し、分析の定置および/または定量。
測定を与えるために用いられる1Rit流における探知
でき測定できる変化を生じぎせる。これを第 (2図に
示すが、抗体の結合位置に対し酵素結合分析とフリーな
分析との間の競合反応を示す。
COD標識T4が抗体に結合しない場合にのみ酵素はグ
ルコースを酸化することができる。得られた電子をメデ
ィエータ化合物によって電極に対し動かし、メディエー
タを電極表面で再生する。
例8
(1)第3a図において、グルコースオキシダーゼ(G
OD )はグルコースをグルコン酸に転化fる触媒作用
を示し、酸化状態から還元状態に7エロセンメデイエー
タFを還元する電子を放出する。還元したフェロジニウ
ムを電極で酸化し4通過電流を測定するとグルコースの
存在員に比例する。
任意適当な方法によって、天然産DNA配列から誘導す
るかまたは合成したDNAフラグメントDをGODに結
合する。
(It)過剰のグルコースの存在で定常状態の電流が得
られる。DNA7ラグメン)Dの配列に補足する特定の
ターゲット配列に対し検定されるDNA試料は任意適当
な方法によって一重鎖に転化し、次いで反応混合物に添
加される。DNAフラグメン)Dに補足するターゲット
配列が混合し、グルコースと酵素の酵素反応を阻害する
。
従って、グルコース酸へのグルコースSの生産量が減り
、フェロセンのカップリング反応が減少する。7エロセ
ンの減少速度の変化は電極での電流の減少に反映される
。電流の変化は、ターゲットDNAに結合するDNAフ
ラグメントDの量に比例し、従って存在するターゲット
DNAの量に比例する。
、 例3b DNAプローグに結合したメディエータ
1(I)例8bでは、酸化還元活性1M換7エロセンF
を直接、プローグとして用いられる切断されたDNAに
結合させる。メディエータ結合DNAプローブの生成は
メディエータFの′は流滴短応答、または検定されるD
NA中に含まれた相補ターゲット配列とのメディエータ
DNAプローブの結合相互作用を妨げない。
(旧メディエータDNAプローブを検定混合物に添加し
て生ずる電流滴定応答を測定する。プ01・・−ブを補
足する一重鎖遺伝物質が存在する場合、プローブは試料
DNAにおけるプローブは試料D’ N Aにおける相
補配列に結合する。これは電流滴定応答を著しく減らす
かまたは完全に阻害する。すなわち、メディエータDN
AブローブトトターケットDNAのコンプレックスは電
流滴定に活性ではない。初期の電流滴定応答の減少は、
生成したメディエータDNAプローブ/ターケラ)DN
A複合体伝挙李5の量に比例し、従ってメディエータD
NAプローブの既知の配列に対し相補配列を含む遺伝物
質の量に比例すする0
この実施例では、酵素活性は変わらないが、電極に移送
される範囲は変化する。
(I)この例では(第8C図参照)7エロセンDNAプ
ローブが1種または2種以上のリンカ−グループLを含
む(例えばビオチンを用いることができる)。電極表面
にはリンカ−グループLを1.。
認識する電気化学的に活性な物質R(例えば7(II)
メディエータリンカ−DNAプローブを一重鎖遺伝物質
の混合物で処理すると、メディエータリンカ−DNAプ
ローブは存在する任意の相補配列に結合する。初期の電
流はメディエータリンカ−DNAプローブ/ターゲット
DNA複合体ヤ−iに対する電気化学的活性物質Rの結
合で減少する。電流の減少は再び既知のDNA!・・プ
ローブ配列に相補するターゲット配列と共に、付加した
一重鎖配列の量に比例する。
この実施例ではDNA !デオキシリボ核酸)の語で記
載したが、メツセンジャRNAのようなRNAの形でも
応用できる。
例4
第4図に示すように、抗体をポリエステルまたはポリス
チレン容器(11)に入れると、若干の抗体(12)は
容器の壁に結合する。以下に記載するように、抗体の結
合を促し、および/または次の抗体(12)の非特異結
合を妨げるように、容器を処理する。非特異結合を避け
るかまたは減らずためのこの処理には、牛血清アルブメ
ンを用いた容器(11)のコーティングを含むことがで
きる。
抗原試料は12aにて添加され容器の壁に結合した抗体
自体に結合する。
抗体\結合ン酸素、この実施例ではさらに抗体(12)
に結合したグルコースオキシダーゼ(15)を添加する
と、抗原/抗体結合反応が進む。結合、を確実にするた
め、抗体を異ならせて、異なる割合の抗原12aに結合
することができる。
容器を洗浄して過剰の抗原酵素複合体←÷φ葉を除去し
、可溶なフェロセン(16)を含む溶液をグルコース基
質のアリコツトと共に添加する。
参照電極(17)、例えばカロメル、銀−塩化銀、金、
白金または任意の他の適当な貴金属電極を、フェロセン
の外皮を有するか有しない電子移動電極(18)と共に
溶液内に置く。
電極(18)で生成する電流をライン(19)を介して
読取る。
電流はグルコースオキシダーゼ(15)の活量に比例し
、従って抗体グルコース結合に対し、従ってこれが結合
する試料抗原12aに対して化学量論的関係を持つ。所
望により、メディエータを抗体に結合し、酵素を基質と
共に添加することができる。他の変更も可能である。
例5
・ この例を図式で第5表に示す。
(I)この例ではリガンドを検定する。リガンドに特異
的に結合できるアンチリガンド2oを電極表面Eに固定
する。リガンド21がないと、溶液中のメディエータ2
2はフリーで、酵素が基板S上で触媒的に活性である場
合、酵素ENZから電極表面に電荷を移す。
(■)シかし、リガンド21が溶液中にある場合、リガ
ンドはアンチリガンドと結合した場合に電極表面の一部
をふさぐらしく、従って電流を引下げるので、その結果
はリガンドの存在を示し、その範囲でリガンドのレベル
を測定する。この検定系はりガントが大きい、例えばI
gEのような免疫グロブリンである場合に価値がある。
且↓
改質酵素の調製
フェロセンモルカルボン酸をイソブチルクロロホルメー
トを用いてグルコースオキシダーゼにカップルした。タ
ンパク質の末端アミンを7エロセン無水炭酸と反応させ
るために含ませた。
反応を次のように行った。フェロセンモノカルボン酸(
乾燥テトラヒト四フラン8ml中に1 mM285■)
溶液をがきまぜ冷却(−8°c)し、この溶液にイソブ
チルクロロホルメート(0,13m1)およびトリエチ
ルアミン(0゜14罰)を絶えずかきまぜながら添加し
た。この段階では反応水を含まないように、無水物の加
水分解を妨げるように注意しなければならない。乾燥管
を装置に装着するか密閉し、あらかじめアルゴンで掃気
した。
混合物を80分間−8“Cでかきまぜ、次いで室温まで
暖めてさらにかきまぜた。得られたフェロセンの無水炭
酸を一滴ずつグルコースオキシダーゼの冷却(2°C)
溶液(o、t M NaHOO8溶液50m1中150
1v)に加えた。フェロセンを加えなから1)Hを0.
I M NaHOO8を用いて8に維持した。反応混合
物を4°Cにて24時間がきまぜ、次いで遠心分離した
。これにより大量の未反応フェロセンおよび若干の沈澱
した酵素を除失した。次いでタンパク質をI)H8,5
のホウ酸塩緩衝液(0,2Mホウ酸、0.05Mホウホ
ウ砂gをホウ砂で′#M整)に残・らず透析した。
改質酵素の特性
グルコースオキシダーゼの約10%アミノ酸残留物な改
質に利用できるので、各酵素分子にカップルすることが
多くの7エpセンに期待できる。5数置を測るため次の
方法を行った。
改質酵素の鉄含量を原子吸光によって決定した。
タンパク質含量を決定するために分光分析技術を用いた
。この分光分析は、酸性pHでタンパク質に結合する際
の有機染料クマシーブルーの465nm、・・〜595
nmの吸光度のシフトに基づくものである。
20%の染料水溶液を濾過した。改質グルコースオキシ
ダーゼの標準溶液(1,4〜/mJ)を調製し、この濃
度のグルコースオキシダーゼをクマシープルー溶液と混
合した。次いで5 fl 5 nmでの光学濃度を各濃
度の酵素にて測定し、改質していない酵素に対して標準
曲線を得た(第4.2図)。
改質酵素のタンパク質濃度をこのように、試料の光学濃
度を見つけ、標準曲線と比較して評価することができる
。調製した試料において、タンパ!【−り質濃度は11
.04μMであった。鉄濃度は87.51μMであった
。
従って、平均8個の7エロセンがグルコースオキシダー
ゼの各分子にカップルしたと推論できる。
改質酵素の電気化学
上述の酵素の調製から、ホウ酸塩緩衝液中11μMの酵
素溶液が得られる。改質酵素の電気化学を調べるため、
通常の8電極セルを用いてサイクリックボルタモダラム
を得た。次のように実験を行ッた。セルを800 PL
の改質酵素(]]μM)で充填した。前もって参照アー
ムをpH8のホウ酸塩緩衝液で充填した。
代表的な拡散制御動力学は(アミドを介して酵素に結合
した)フェロセン分子が可逆的な1電子メデイエータと
して頬くことを示し、タイプ■の動力学を示す。
グルコースがないと、酵素はその酸化形態、酵素−FA
Dとして存在し、触媒反応は認められない。しかし、β
−D−グルコースが1個付加すると酵素は酵素−F A
D H2として存在し、触媒反応・・・はこの還元形
態と酸化ポテンシャルでの7エリシニウムイオンとの間
で行われる。
フェロセンとグルツースオキシダーゼの8元形態との間
の反応に対する二次速度定数Kを8.6×105m−1
8−1として計算した。この値を同じ系の溶液動力学に
対して得られるものと比較する場合、(1,15X 1
0’ m−1B−” )、改質は反応速度を増加させる
ことが認められる。
また、上記表の酵素を7エロセンモノカルボン岐全介し
て電気化学的にカップルした。
これらの各酵素はシグマ・ケミカル・カンパニー(セン
ト・ルイス)製を精製しないで使用した。
一般に、例示した技術を若干のリガンドに応用すること
ができ、このリガンドに特異的に結合する「特異結合パ
ートナ−」が存在する。
この相互作用の例を次に示す。
IJ カント 特異結合アンチリガンド抗 原 抗 体
ハブテン ハプテンコンジュゲートまで高められた抗体
DNAプローブまたは ポリペプチド鎖への抗体フラグ
メント
タンパク質またはタン タンパク質フラグメントへのバ
ク質の7ラグメント 抗体
このリガンドは(a)免疫的に活性なタンパク質または
ポリペプチド鎖(b)分子量100〜2000のハブテ
ンである。後者の場合、ハブテンをタンパク質(例えば
牛血清アルブミン)にコンジュゲートさせて抗体をハプ
テンまで高めて免疫させることができ(0)炭水化物ま
たは他の有機分子を免疫させることができる。
リガンドの例
ホルモン例ツマトロピン 胎盤ラクトゲン甲状腺刺激ホ
ルモン 組織ホルモン
インシュリン 卵胞刺激ホルモン
グルカゴン
ゴナドトロピン
leutinizingホA/モン
ビールス レトロビールス
ヘルペスビールス
肝炎ビールス
酵 素 血清酵素(アマリアーゼ、コリンエステラーゼ
その他)
シトクロム
プロスタチック酸フォスファターゼ
モノアミンオキシダーゼ
バクテリアおよびそのフラグメント、セル表面標識およ
びセル表面ポリサッカライドを含むDNAフラグメント
免疫グロブリン IgG 、 IgM 、 IgA 、
IgE 、 IgDおよびこれら各7ラグメントFa
bおよびF。
血液凝固因子
ハブテンリガンドの例
ビタミン A、B、O,D、E、に、葉酸薬 剤 (a
)アミノグリコシド例アミカシン、ゲンタマイシン、ネ
チルマイシン、
トブラマイシン、シソマイシン、カ
ナマイシン
(b)ヌクレオチド例FAD、NAD。
ADP
(0)ステロイド例コーチゾール、テトステロン
(e)その他フェノバルビタール
リドカイン、アンフェタミン、カテ
クロアミン、カフェイン、ジゴキシ
ン、キニジン、シソピラミド、
テオフィリン、カンナピノイド、ア
ヘン剤、パルピッレート、ベンゾジ
アゼピン、メタトン
(f)抗てんかん剤、フェニトイン、
ブリミドン、フエメバルビタール、
カルバマゼピン
(g)抗腫瘍剤
メトトレキセート、ミドマイシンC
ブレオマイシン、イフォスファミド、
シクロフォイスファミド、シスプラ
チナ剤
ビンブラスチン
ビンクリスチン
上述のように、この技術に対して、不均一または均一と
もに、多くの検定図を展開することができる。
これらには次のものがあげられる。
(1) フェロセンに結合したりガント。全成分は自由
に拡散する。
(11) フェロセンに結合したリガンド。m極表面に
共有結合で結合し作用する7エロセン。フェロセンを作
用させるために用いられる基の例とし”’C−(OH)
NHtりけ−(0H2)nOOOHソノ他2 n 2
がある。
(Ill) 上記(11)と同じであるがm極表面に吸
着、架橋l結合または固定されたグルコースオキシダー
ゼを有する。
0v)CODに結合し作用してC0D−フェロ七ンーリ
ガンド複合体−−スを生成するフェロセンO
・(V)CODに結合し作用するフェロセン。単独にG
’ODに結合し作用するリガンド。7エロセンは順番に
所望により電極表面に結合することができる。
(Vl) フェロセンフリー、GoDに結合したリガン
ド。
〜ゆ FADまたは酵素の配合団に結合しリガンドにモ
結合したフェロセン。FAD−フェ四センー+7ガンド
複合体←+−)=Xを生成。FAD−7エ田セン−リガ
ンド複合体←≠今鴫は、リガンドが特異結合パートナ−
を含まない場合、アポ酵素に結合するだけである。これ
を示す競合検定を示す。
(COD(7ボ酵素))−X−Ab−AggAbA9+
(GODアポ醇素−X)
各S合のXはFAD−7工胃七ンーリガンド複合体−呻
唾である。
種々の電気化学手法を用いて例えば差動パルスポルタム
メトリー、サイクリックポルタムメトリー、または方形
波ポルタムメトリーにおける電気・化学変化を決定する
ために用いることができる。
応答時間を最小にするために、最終点測定よりはむしろ
反応速度電流測定の方が好ましい。
さらに、本発明によれば、メディエータの中でチオール
または類似の7エロセンの硫黄誘導体を表わす必要があ
り、これによってメディエータは直接会または類似の貴
金属電極に結合する。
チオール基は直接または間接に、例えば1〜6個の炭素
原子を含有する低級アルキル基によって、フェロセン構
造の1個の環に結合することができる。J、Ohem、
SOo、 69 g (1,958) /ックスおよび
ボーソンによる簡単なチオ−/I/(フェロセン)−8
Hを用いることができる。また、アルキルチオ−/L/
7エロセニルチオブタン、すなわち(フェロセン) −
0,H8−SHが有効である。さらに他の倍合体−発券
4チオール様化合物は、例えば、1.28、トリチア−
(8)−y工四セノファンであり、2個の環が硫黄原子
鎖によって結合している(異なる数の鎖硫黄原子を有す
る物質の混合物である)。
金電極を用意して、例えばこの種の化合物の浴−・・・
液に浸し、メディエータフェロセン構造を導電性1金属
に結合するようにする。
この種の物質の製造例を次に示す。
例7
この方法は次に示す通りであるが、粗混合物の昇華から
は生成物は明らかでなかった。最も明らかな(すなわち
最も臭いがある)ポテンシャルを1・・有する昇華物質
をシリカクロマトグラフィ(30Cm X 2 cmの
カラム)にかけてヘキサンで流し出し8種類の生成物を
得た。
1 分析で硫黄を含まない。
2、O:48.72、H:2.88、S+88.05、
CIoH8FeS8はO: 42.9B、S : 84
.42を必要とする。収量0.45g。
1個の複合体ヤ十≠蛎分子8.011g、質量分析の他
は試験しなかった。この分析では】個の硫黄原子をもつ
$7エロ七ノファンは示されながった。
上玉
フェロセンチオベンクン(7エロセニルチオブタン)1
、 7xaセ/イ1酪酸(J、Am、Gh8m、800
.1957゜79.8420 )
Fo−Co −OH,−OH,−0H2−000H前記
刊行物の方法によって調製
2.7エロセニル酪酸
Fo−OH,−OH,−0H2−0H2−C00Hタレ
メンゼン還元によって調製
(皿鉛/水銀および塩酸)
3、 フェロセニルブタノール
Fo−0H2−OH,−0H2−0H2−OH,−OH
酸(2)(tzり)を(ナトリウム/カリウム力)ら蒸
留した)エーテルに溶解し、窒素雰Ij5気中、水素化
アルミニウムリチウムを用いて処理した。
反応完了時に過剰の水素化アルミニウムリチウムを酢酸
エチル、次いで水を用いて分解した。有機相を分離し、
水相をエーテルで洗浄した( 2X20+!Lt)。有
機相を合わせて乾燥(Mg5O,) L、た。−過後、
溶媒をロータリーエバポレーターで除去シた。2成分か
ら成る赤色油が得られた。シリカクルマドグラフィーC
C80C’12
1のエーテルとヘキサジを用いて流出し、アルコールと
エステル、Fo−OH2−OH2−OH2−OH,−0
000H8が得られた。
4、7エロセニルチオブタン
(3) (’4 0 0mg’)をピリジン中に溶解し
く10ゴ、水酸化す) IJウムで乾燥)水浴で冷却し
た。
塩化トシル(1り)を添加し溶液を透明になるまでかき
まぜ、次いで4°Cにて24時間放置した。
固体のピリジン塩酸塩を含有する混合物を氷/水に入れ
、トシレートを沈澱させる。これを水で一過し黄色固体
を得た。この乾燥した部分は1.R.スペクトルでトシ
レートの特性を与えた。残部(0.65り、まだ湿気を
含む)をエーテ/I/:メタノール( 1 : 1.
)に溶解し、かきまぜながら硫化水素ナトリウムXH,
0 (1.6り)を加え、混合物を5°Cに維持した。
30分後、水浴を除き、混合物を室温まで暖めた。8時
間後薄層クロマトグラフィ(シリカ、1 : I Et
,O nヘキサン)は反応が完了したことを示した。混
合物をロータリーエノ<dζレータ−で乾燥させ、次い
で最小量のEt20/ヘキサン(1:11)に溶解し、
シリカクロマトグラフィ(60 〜120メツシュ、2
5 X 2cmカラム) 6コかけてIt O /ヘ
キサン( 1. : 1 1 )で流し出した。
チオールが極めて早く流れ出したので、約150m1を
集めた。Fo−OH,−0)(2−OH2−OH,−(
3H2−3H 2 0 0 gの収量。
氾
電気化学酵素免疫学的検定の原理
ユ1.−一一一一一一一一16−10 −この酵素結合
した免疫学的検定の原理を以下しこ図式で示す。
2 FeD + 2 Ab − 2 AbFeD2 F
eD + 2D+ 2Ab − AbFeD + Ab
D + D+FeDFeD + D+ Al1 − A
bFaD+D式中のD−薬剤
Ab−抗体
FeD−フェロセン−薬剤 コンジュゲートフェロセン
を問題の治療剤にフンシュゲートすする。この抗体がな
いと、フェロセン−薬剤コンジュゲートはグルコースオ
キシダーゼと電極との間の仲介がフリーである。過剰グ
ルコースを使用するので酵素は基質を制限しない。
この抗体があると、フェロセン−X 剤コンジュゲート
を抗体に結合するので、フェロセンは酵素と電極との間
の仲介がフリーではなくなる。しかし、そのままの薬剤
が試料中に存在すると、その抗体に対してフェロセン−
薬剤フンシュゲートと1・・競合することができ、薬剤
−7エロセンコンジユゲートの結合を妨げて、グルコー
スとm4dAとの間の仲介がフリーのままとなる。
問題の理想の7エロセン標識治療薬はその抗体に対して
自然薬から観察される結合特性を変える1・必要がない
。すなわち抗体は標識薬剤ならびに未標識薬剤を結合す
る必要がある。
フェルセン標識薬剤の存在は直接電気化学技術を用いて
検出できるが、酵素結合系を用いると極めて低濃度で容
易に測定できる増幅「ビルトイン」・手段を与える。
(a) フェロセンアセトニトリルの調tJ!(化合物
I)ジメチルアミンメチル7エロセンメチオダイド(9
り)とシアン化カリウム(109)を100m1の水に
溶解して2時間還流した。次いで混合物を冷却しエーテ
ルで抽出しく 3 X 150 TR1) 、合わせた
抽出物を水で洗浄した( 6 X 100 rnl )
。
硫酸ナトリウムでエーテル相を乾燥した後、溶液を濾過
し、溶媒を真空で除去し、黄色結晶粉末を生成した(
J、Org、Ohem、28 (1958) 658参
照〕′。
生成物はI、R,スペクトルが2240 Cm−’ (
−ON伸縮)、1.002cm−’7xロセン(0−H
)べ> )’および1.108 Cm’−”非対称項パ
ルスの特徴を有する。その融点は77〜78゛Cである
。
(b)7エロセン酢酸の調製(化合物n)ニトリ・ル(
6,209)をエタノール(100ゴ)に溶解し、水酸
化カリウム(18g)の水(150M)溶液に添加して
、溶液を18時間還流した後、冷却した。溶媒のバルク
をロータリーエバポレーターで除去し、最終容量を10
0mとした。この1・・溶液をエーテル(a x 1.
50 at )および水相で抽出し、次いで濾過し、酸
性にした(正リン酸85チを用いてpHa、oにする)
。黄色沈澱物を漣過し、乾燥しくリン酸、デシケータ〜
)、黄色粉末を与えた、4.54g10
分析=tm値 0:59.05% H;4.96%実測
値 C: 58,76% H: 4.99%融点158
〜155℃(lit、152〜156°)(C)1t2
tBtθ、7−ベンタヒドロー1.8−ジメチル−2,
6−ジオキソプリン−8−メチルフェロセンの調製(化
合物■)
フェロセン酢酸(5,1g)と5,6−ジアミノ−1,
8−ジメチルウラシル水和物(3,5777)をディー
ジ・スタルク装置を用いてジメチルアニリン(3Q m
l )中で窒素下に還流した。18時間後、溶液を冷却
し、水酸化ナトリウム水溶液(8%、36プ)を添加し
て、溶液を蒸気蒸留した。終了時に容器−内容物を濾過
し、次いで酢酸を用いてp)14.5に酸化した。生成
した沈澱物を吸ijI濾過し、真空デシケータ−中、五
酸化リンで乾燥した。収量1,679、褐色粉末。
触点:う80℃。
質量分析 分子展−378
微量分析 C□8H□8N、O,Feに対して計算値0
: 57,14チ、H:4゜76%、 N ! 14
,81チ実測値0 : 58.00%、)I : 5.
15%、 N : 18.80fr工、R,700〜8
QQem−” 、160(1〜1750cm−17−オ
フイリン。
1000cm”” 、1100cm−11個の猿に7工
ロセン誘導体置換。
質量分析データーから、この物質は試料を揮発させるた
め10″″8am Hgの圧力で0.6アンペアの電流
を必要としたので非揮発性である。
(d) フェロセンエチルアミンの調製(化合ay>0
.859のLiAlH4を4 Q rnl (7) :
c −f ル中、1時間静かに還流させた。gQmJの
エーテル中で溶解したフェロセニルアセトニトリル(z
、1り)をN2圧を維持する間に還流させるような割合
で添加した。2時間還流を続けた後、混合物を冷却し2
+n1(7)水を添加し、次いで1ゴの10%Na、O
H%最後に5 mlの水を添加した。エーテル層を固体
からデカントし、固体を8 X 10 mlのエーテル
で洗浄した。合わせた有機相をHOIガスで処理し、N
2下にデカントして分離する7エロセンエチルアミン塩
酸塩の黄色塩を与えた。固体(なおエーテルで浸した)
を2 N NaOHに添加し、混合物をエーテルで抽出
した。次いでエーテル相をMg5O,で乾燥し、溶媒を
真空中で蒸発させて暗褐色の油を1゜29生成した。
(e) 1 、2 、8 、6 、7−ベンタヒドロー
1,3−ジメチA/−2,6−シオキソプリンー8−酪
酸(化合物V)4.5−ジアミノ−1,8−ジメチルピ
リミジン−2,5−ジオン(19、5,9ミリモル)お
よび無水グルタル酸11,849 、11.8ミリモル
)をN2下に2.5時間デイーン・スタ〃クトラップを
用いて10IIItのN、N−ジメチンンアニリン中で
還流した。
5I++/の溶媒を添加し、さらに0.5時間還流を続
けた。反応混合物を冷却し濾過した。固体物質をベンゼ
ンで洗浄し、水から再結晶して、600n夕の白色結晶
を生成した。融点288〜240’C。
質量分析からの分子量、266゜
C11H14”404分子ff1266mff1分析
実測値0 : 50.04%、 H: 5.14’%、
N : 21.12%計算値0:49.62%、 H
: 5.26俤、N:21,05条(f) 1,2,8
,6.7−ベンタヒドロー1.8−ジメチル−2,6−
シオキソプリンー8−(N(2−エチルフェロセニルコ
ブタンアミド)(化合#!l’)化合物V(181m!
;1,0.5ミリモル)および化合物N (1,15m
9 、0.05ミリ%/l/)を5 mlのN、N−ジ
メチルホルムアミドに溶解した。ジシクロへキシルカル
ボジイミド(120■、0.6ミリモル)を、かきまぜ
た溶液に室温で添加した。4時間続けてかきまぜた。反
応は薄層クロマトグラフィをみて完了した。プレートを
、シクロヘキサン−酢酸エチル−メタノール4:2:1
の溶媒系を用いて実験した。反応混合物を50m/のエ
ーテルに注入した。沈澱した物質を濾過し、エーテルを
用いてよく洗浄し、褐色粉末220mgを生成した融点
216〜220℃
質量分析からの分子量477
0.8H,71J、08Fe分子量477微量分析実測
値0 : 56.80チ、 H: 5.42%、N :
14゜28%計算値C: 57.86%、H:5.66
%、N:14゜67チ1、R,スペクトルは700〜8
00cm 、1600〜175Qcm にテオフィリン
、1.000〜1 ] OnCm″″1に1個の環に置
換したフェロセン成分による信号の特徴的なピークを示
す。
(ね コンジュゲートの抗原性
フェロセンテオフィリンコンジュゲートIllおよび■
を検定するため、免疫技術−二抗体酵素免疫学的検定キ
ットを用いて、抗原特性を決定した。
これは不均一酵素免疫学的検定法であり、競合結合の原
則に基づき、試料中のテオフィリンフェロセンコンジュ
ゲートまたは標準物が特異抗体に対してテオフィリン酵
素フンシュゲートと競合する。
分離工程は二抗体免疫沈澱を用いて行った。酵素活性を
小球内で決定すると、テオフィリンに対して0〜4op
g/ゴの問題の治療上の範囲で得られ・た。
通常、標準曲線は濃度の対数に対するプランクチとして
示した試料の吸収または4001mでの吸収のいずれか
のプロットとして示す。しかし、一層有益な方法はデー
ターのロジ) (logit ) 変換を行うことであ
る。
ロジト%A/Aoを濃度の自然対数に対してプロットし
て直線を得る。化合物の架橋反応性を試験するために、
これらのロジト変換は平行な直線を得る必要がある。
データを第7A表および第7B表に示す。第6図にはテ
オフィリン、および化合物■に対する標準曲線を示す。
化合物■はテオフィリン自身よりもテオフィリン抗体に
対して一層抗原性があった。
% A/Ao−50(すなわちロジト%A/Ao−0)
に対する結果の比較は、化合物■がテオフィリンよりも
7.6倍も抗原性があることを示している。
同様に化合物■の実験では、テオフィリンより・も約4
00倍も抗原性があることがわかった(データは示さな
かった)。
第7A表
(μ9mり
0 − −
2.5 88 1.99
5.0 81 i、、45
10.0 67 0.71
20.0 49 −0.04
40.00 85.5 −0.60
ロジ) b−In (b/100−b ) b−’AA
/A。
r−−0,998こう配−−0,96
第7B表
(テオフィリン)
0.25 84 1.66
0.50 78 1.22
1.00 69,6 (1,88
2,5050,10,004
6,0038゜2 −0.70
7.50 25.6 −1.07
10.00 18.0 −1.52
15.00 1.5.9 −1.66
20.00 12,4 −1.96
r −−0,997こう配−−0,95グルコースオキ
シダーゼ(FC1,1,8,4>はべ一リンガー・マン
ハイム製であった。D−グルコース(AnalaR)は
BDH製であった。全浴液を高純・・、度の水(ミリボ
ー/I/)中でアリスター等級試薬か1ら調製した。支
持電解質はHai6.を用いて必要な1)Hに調整され
た0゜1. M K2HPO,であった。
装 置
り、O,サイクリックポルタムメトリー実験ヲ、9.5
m/の作業容社を有する2個の区1σ11セルを用いて
行った。4闘の金ディスク作業電極の他に、セルには]
cm”の白金ガーゼ逆電極およびm 14C4として
飽和カロメル電極を含ませた。全′屯位は飽和カロメル
電極(S、0.E、 )を参照する。
サイクリックポルタムメトリーに対し、て、オックスフ
オート電極ポテンシオスタットにブリャンX −Y 2
600OA+3チャートレコーダを用いた。
手順
化合物mおよび■は水溶液に不溶だったので、必要量を
少量のジメチルホルムアミド(DMF)に溶解し、この
溶液を緩衝溶液に添加t7て最終DMF濃度10%(V
:V)を与えた。この方法では、電気化学実験に対して
化合物用とMを水溶液に保持することができた。
、結 果
この研究に用いた実験条件では、S、O,Eに対する走
査した電位の全範囲(−too N5oomv)および
電子走査速度(−2〜50mVs)に関して、化合物■
および■は金電極での可逆1電子レドツクス剤と一貫し
たボルタモダラムを示した。
化合物m e E H−105mv
化合物M 、 Ey、−15omv
化合化合物子オフィリン抗体に対して極めて抗。
原性であることがわかったので(テオフィリンの約40
0倍)、化合物■をさらに研究したこの化合物はテオフ
ィリンの7.6倍だけの抗原性があり、従って、電気化
学反応を阻止するため、化合物■によって必要とされる
程の抗体の量を必要としない。しかし、化合物■と化合
物■はグルコースオキシダーゼ反応に対してメディエー
タとして作用した。
化合物■の濃度が増加するとピーク電流が変化する研究
では、グルコースオキシダーゼ結合反応・を行った。そ
の結果を第70表にまとめた。
第70表
化合物■の濃度(μM) ip結合 ip非結合(μA
) (μA)
20 0.8 9.1
40 0.62 25.1
(100,8908
80、1,13148
1001,86177
5mys の走査速度を結合、非結合実験に対して用い
た。
表から明らかなように、ピーク電流と濃度との間の直線
関係は結合反応に対して存在する。しかし、このような
関係は非結合反応には明らかでない。これは多分、この
反応によって生成した極めて小さいピーク電流の評価に
エラーがあったためであろう(図面参照)。
・(j)化合物■の電気化学的に結合したグルコース見
手 順
10%(v:v)のDMFを含むホスフェート緩衝液p
H7,1に調製した化合物団の100Itλ(貯蔵溶液
の200μ!試料に、50μ)のホスフェート緩衝液ま
たは50μlの稀釈していないウサギ抗血清(免疫学的
技術)を添加して、稀釈した。この溶液から150μノ
を250μノの緩衝液および50μlの1Mグルコース
溶液を含む0.5mlの電気化学セルに置いた。
非結合反応のり、O,サイクリックボルタムダラムを、
5 mVs−’の走査速度を用いて記録した。その後、
3m91m/のグルコースオキシダーゼ溶液50μノを
添加し、溶液をアルゴンで脱気し、フェリジニウムイオ
ンからの7エロセンの酵素接触再生のポルタムグラムを
記録した。最終の化合物mの濃度は24μMであった。
さらに、等濃度のテオフィリンと化合物用、お−・・・
よび化合物■の10倍の濃度のテオフィリンを含有する
試料を調製した。両者の場合、結合および非結合ポルタ
モグラムを記録した。
最後に、テオフィリン(240/jM)および化合物■
(24μM)を室温で15分間稀釈していないウサギ抗
血清50plを用いて装置した後、試料を除去し、ボル
タモダラムをグルコースオキシダーゼの存在または不在
で記録した。
結 果
化合物遊の24μM溶液の非結合サイクリックボルタモ
ダラムは】電子レドックス剤の期待された挙動を示した
( Ey、−195mV 、Ep−60mV 。
1p−25μA)。溶液にグルコースオキシダーゼを添
加すると、先に略述したポルタモ7グラムの変化を生じ
た。ピークは見られず、大鷲の触媒電流(0,3μA)
が酸化電位で流れた。
化合物■をウサギ抗血清で前装置した場合、ボルタモダ
ラムは可逆挙動を示さず、わずかに240myに陽極ピ
ークを示し、低減電位ではピークを示さなかった。この
ピークは抗血清自身に既知の、成分を含むために示され
たものである。グルコースオキシダーゼを添加すると、
触媒電流はJ、8められず、実際に、ポルタモグラムは
非結合反応のものと同一であった。化合物■は完全に抗
体に結合していたので、金電極での電子移動反応に加わ
ることができずグルコースオキシダーゼに対してメディ
エータとして作用することができなかった。
前記濃度で化合物■の溶液にフリーのテオフィリンを添
加しても、グルコースオキシダーゼの存在および不在で
は、フェロセン−薬剤コンジュゲートの電気化学挙動に
はいかなる効果も示さなかった。テオフィリン(240
μM)および化合物■(24μM)をウサギ抗血清を用
いて前装置すると、これを記録したポルタモグラムは、
化合物■が電極で電子移動反応にフリーに加わり、グル
コースオキシダーゼに対してメディエータとして働くこ
とができることを明らかにした。実際に、生成した触媒
電流(0,8μA)はテオフィリンと抗血清の不在で得
られたものと同一であった。これは、完全に抗体に結合
し従って酵素結合反応に・加わることができるフリーの
化合物■を溶液中に生成するテオフィリンを示しており
、従って、血清中のテオフィリンの検定に対し基礎を置
く。
この検定のひとつの形態として代りに、(空間位置また
は物理的状態によって)少なくともコンジュゲートを抗
体から分離し、グルコースオキシダーゼをグルコースか
ら分離するように、テオフィリン/フェロセンフンシュ
ゲート、テオフィリン抗体、グルコースオキシダーゼ、
グルコースを活性電極に置く乾燥ス) IJツブを含む
。上記構成要素は本発明の1例である。未知のテオフィ
リンレベルを含む生物液を添加すると、競合結合反応が
上述のように起り、電流が下がり、上述のように測定の
ための検定が進行する。
好ましい構造は、抗体の結合位置に対して、一方では7
エロセン/テオフイリンコンジユゲートと他方では検定
すべきテオフィリンとの間の競合結合反応を生じる。こ
のために次の手順を行った。
(A) 未知量のテオフィリンを用いる。
(B) コンジュゲートをこれと混合する。
、(0) cA)および(B)の混合物を過剰のグルコ
ースに添加する(センサ電極、例えば2〜8個の電極系
における金電極の存在するグルコースオキシダーゼ系)
。
の)触媒電流を測定する。
(ト)) 既知量の抗体を添加し、テオフィリンとコン
ジュゲートとの間で競合結合反応を生じる。
(F)[流における低下、または低下率を測定する。[It means rubbing. The electrode surface can also be coated with a functionalized polymer to which substituted ferrocene is covalently bonded, such as polytyramine, as shown in the following formula: Alternatively, vinylferrocene can be polymerized (vinylferrocene ) : (OH
2-OHO6H,Fecp)n can be obtained and deposited on the wheel 11 by either solvent evaporation or electrodeposition. Ferrocene-carboxylic acids have a combination of practical properties that make them suitable for widespread use in the present invention, and they can be chemically linked to ligands, antiligands, and/or enzymes via their carboxyl groups, as described below. ``I found that it gave me an opportunity to meet.'' Several methods within the scope of the present invention have been found to be particularly useful as practical assay methods. These methods include: ■, immunoassay methods for detecting or measuring the presence of a desired ligand, such as an antigen or antibody, in a mixture; ■; An analyte (analyte) that can be chemically bonded to an enzyme and that can undergo a specific binding reaction to a ligand.
A homogeneous immunoassay method for detecting or measuring the amount of l:yte). In, a homogeneous nucleic acid probe technology in which specific binding to complementary sequences affects the electrochemical binding of one or more species in a mixture. ■ A heterogeneous immunoassay method that is related to, but superior to, the known ELISA method. (1) An immunoassay method in which the surface of an appropriate electrode is coated or modified by a specific binding reaction so as to affect the transfer of charge to one electrode. Each of the above methods will be described below. ■ Homogeneous immunoassay method for ligands In one aspect, the method comprises: a) a ligand-antiligand pair capable of specifically binding together; and b) a doliplet of a mediator, an enzyme, and a corresponding substrate. and when the substrate is converted to the product by the enzyme, a charge is generated and this charge is transferred to the electrode via the mesoator, with at least a portion of one of the pair , at least a portion of one of said triblends is chemically cross-linked so that at least a portion of said charge transfer occurs when said ligand and antiligand pair are bound together. This is a test system designed to prevent this. In a first example of this form, the invention provides an unknown quantity of a ligand species to be measured, and an antiligand species for said ligand species, which is itself chemically bound to said mediator compound; Enzyme only in bound state/
A known excess of the antiligand available for charge transfer from the substrate reaction is subjected to a specific binding reaction, resulting in an electrochemical reaction of the excess unbound mediator/anti-tsuga 21 species. A method as described above for determining the amount of said ligand species by activity. In a second example of this form, the invention provides an unknown amount of a ligand species to be measured, and an antiligand species for said ligand species, which is itself chemically bound to said enzyme, and whose binding A specific binding reaction with a known excess of said antiligand species available for enzyme/substrate reactions only in the state of A method as described above for determining the amount of said ligand species by the electrochemical activity of the mesoator. The term “ligand species” is used here because (a
) the original antigen or antibody, i.e. serum naturally occurring or artificially produced in the human or animal subject, for assay or in fully purified or partially purified form; whole blood, urine, interstitial fluid,
antigens or antibodies present in the brain as cerebrospinal fluid or synovial fluid or as monoclonal antibodies, and (bl antigens/antibodies, e.g. by known amounts of its own antiligand known to be in excess). like generating,
This is to encapsulate a partially reacted form of an antigen/antibody or a complementary 1 derivative substance. Thus, for example, the present invention in this form may include: (a) (1) a mixture containing a sample containing the ligand to be assayed, a known amount of antilica (11) produced in a known excess, and a mediator; By mixing the compound with a known excess of the chemically bound ligand,
leaving all of the free ligand binding sites occupied and some ligand binding mediator electrochemically available; (1) mixing the enzyme and its substrate in a liquid mixture; (C) contacting said enzyme/substrate mixture with the mixture from step (a), and then (dl) contacting the resulting mixture with a sensor electrode, such that the charge transferred to said sensor electrode is available. This homogeneous enzyme immunoassay method is characterized in that the unbound amount varies by the Gantt binding mediator B (and therefore the deviation of the initial ligand I is allowed. The characteristic steps (11 and (11) are sequential steps). Of course, the order of other steps can be slightly changed.In particular, enzymes, substrates and electrodes can be combined;
The mixture produced by addition of step (a), i.e., the mixture of step (a), can be formed in a pre-existing liquid system of the enzyme substrate mixture, etc. Other stepwise methods are also used to add unknown amounts of mediator-bound substances. It is conceivable if it can be made into a final measuring form that can be coupled to the
If the ligand/antiligand has several binding positions, the distribution of binding and/or the equilibrium binding of different species can be predicted to some extent, then the mathematical derivation is a simple subtraction. Not necessarily expected. These characteristics can be measured and described. In this aspect of the invention, a useful enzyme-substrate system is glucose/glucose oxidase. , Homogeneous Enzyme Immunoassay Method for LIJ Gantt Subjects In a first example of this form, the present invention provides the method described above, in which (,1) (al unknown amount of ligand species X and (
(11) A certain amount of species X-E (where X is chemically bonded to enzyme E without destroying the enzyme activity) is mixed in a solution, and (11) this mixture is mixed in the presence of the sensor electrode. is brought into contact with the substrate S for the enzyme and the mediator compound M to transfer the measured charge to the sensor electrode depending on an enzymatically catalyzed reaction, (liD antiligand A
is brought into contact with the solution to cause a competitive, competitive coupling reaction represented by the following reaction formulas (1) and (n): to convert the enzymatically active species X-E into an enzymatically inactive species. A-
X-E, thereby changing the degree of reaction and the measured charge at the electrode, and then GV) It is. In a variation of the method described above, the mediator M can be chemically bound to the ligand analyte X in step (11), and the mediator M can be contacted with the enzyme E and the substrate S, ) can occur, i.e., a reaction that replaces E with M throughout. For example, a "dry strip" test is developed to measure levels of analyte X. In some cases, and to a lesser extent, the complex A'-X=E (or A-X=M)
Starting from , it is possible to operate only by a slow displacement reaction expressed in the following reaction formula: % formula % . In one form, the present invention comprises: (a) covalently bonding W analyte X and enzyme E to produce an oxygenically active species X-E; reacting with a reactive ligand A to produce an enzymatically inactive species A-X-E in which the specific binding site is completely occupied; (0) the enzymatically inactive species A-X-E; is brought into contact with the species X to be assayed to cause a competitive specific binding reaction with the species X,
Achieve equilibrium expressed by the following formula;
This mixture is then contacted with a substrate for X-E, and the enzymatically active species X-E present is transferred by a mediator compound from the resulting enzymatically catalyzed reaction to the sensor electrode. This is an immunoassay method for species binding the enzyme and analyte in close proximity to the active site of the enzyme (X-E) such that Ligand A effectively blocks or causes a morphological change in the active site; It turns out that is preferable. Alternatively, the ligand analyte X can be attached to a prosthetic group of the enzyme. Again, the exact order of steps used and! and the presence of additional steps can be modified by those skilled in the art. It is also possible to operate using the A-X-E complex arranged on the electrode itself, and thus by contacting the analyte It may be possible to cause enzymatic activity to occur in the presence of . In this general form of the invention, the amount of enzymatically active species is determined. This is useful for any additional features mentioned above and detailed below in which the enzyme and mediator are chemically linked. In this form, the invention provides for chemically linking at least one of a mediator and an enzyme to a nucleic acid probe sequence such that the specific binding of said nucleic acid Pro-1 sequence to a target sequence in the single-stranded nucleic acid material to be investigated is achieved by the enzyme. In a method as described above, affecting the electrochemical availability of said chemically bound species to be detected by a sensor electrode in the presence of a substrate, thus making the presence of said target sequence detectable. be. The nucleic acid sequence can be RNA, such as Metsenger RNA, but is usually DNA. In other words, this form of the present invention: (a) supplies a single-stranded nucleic acid substance to be investigated with respect to a predetermined target sequence; (b) supplies a probe substance having a nucleic acid sequence complementary to the target sequence; (c) The following eight types of treatments; Middle: A treatment in which the probe is bound to the enzyme and the enzyme-bound probe is added to a solution containing both a substrate and a mediator for the enzyme. , (+l) chemically bonding said probe and mediator and adding said mediator-bound probe to a solution containing both a substrate and an enzyme for said substrate; and 11ii) combining said probe 1 with a mediator/enzyme. (d) performing one treatment selected from the group consisting of: chemically bonding the probe to the combination and adding the thus denatured probe to a solution containing a substrate for the enzyme; contacting a solution containing a chemically bound Pro-1 sequence with a sensor electrode to transfer charge by the mediator from the N% substrate reaction catalyzed by the enzyme to the electrode, and then (e) said solution A nucleic acid characterized in that the specific binding reaction between the probe and the target that affects the availability of an enzyme, a mediator, or a combination thereof is indicated by a change in charge transfer by contacting the nucleic acid with the heavy chain substance. This is a method for detecting target sequences in substances. Probe materials can be naturally occurring DNA fragments or synthetic materials. Changes in the process order can be easily made. Although the sensor electrode itself can also contain a mediator or enzyme, it is usually preferred that both the probe and target sequences are present in solution. The mediator can be indirectly bound to the probe sequence by the linker group G, and a substance reactive with the linker group can be present on the electrode. In this case, the entire complex is present on the electrode, and if the target sequence is present and bound to the probe sequence, a change in current occurs. IV, a heterogeneous enzyme immunoassay method derived from the ELISA method In this form, the present invention involves immobilizing the ligand to be assayed on a suitable surface and then adding an excess of a suitable antiligand which is chemically bound to the enzyme. specific binding reaction with the amount, then removing this excess amount, adding a substrate for said immobilized enzyme, and then contacting said ? This method is characterized in that the charge transferred to the jl pole is proportional to the amount of enzyme present. In a preferred embodiment, the invention provides: (a) immobilizing the ligand to be assayed on a suitable surface, for example by binding said ligand to an antiligand species previously bound to said surface; (b) said ligand is brought into contact with an excess amount of enzymatic active species consisting of an antiligand chemically bonded to the enzyme to cause a specific binding reaction with the immobilized ligand, thereby immobilizing an amount corresponding to the amount of the ligand to be assayed. (d) contacting said immobilized enzyme with a substrate for said enzyme and a charge transferable mediator to generate said immobilized enzyme and a charge transferable mediator; 1 in contact with the mediator! A method for detecting heterogeneous enzyme binding, characterized in that the pole emits a charge corresponding to the amount of the immobilized enzyme as a signal, and from this, the initial amount of the ligand to be assayed is determined. The above steps can be rearranged and the mediator can be present in solution or on the electrode. (2) Enzyme immunoassay method on the electrode surface In this form, the present invention provides a method for conducting a specific binding reaction on the surface of the sensor electrode to at least partially block the surface or changing the characteristics of the surface. The above method is characterized in that the presence or extent of a specific binding reaction is determined by the presence or amount of a decrease in detected charge. - In a preferred embodiment, the invention provides: (~ selecting a liquid medium containing the ligand to be assayed; Additionally, C) the liquid medium contains (1) an antiligand capable of a specific binding reaction with the ligand to be assayed, and (II)
contacting a sensor electrode having on its surface a combination of said enzyme and <+++> mediator compound, thus transferring a charge from said enzyme to said electrode when said enzyme is catalytically active to generate a signal; (d) comparing said signal with the signal received in the absence of said ligand to determine the amount of said ligand present;
This immunoassay method is characterized in that it is determined as a function of the blocking state or morphological change on the electrode surface caused by the specific binding reaction. The ligand may be an antigen that is immunologically reactive with the antiligand and that occurs in biochemical or medical tests such as those exemplified above. Its general properties are that, like large protein-like molecules,
It has the effect of sealing off a portion of the electrode surface when the ligand reacts with the antiligand on the electrode surface. This causes a decrease in the current (11), and by observing this and measuring its magnitude, the presence of the ligand can be determined or its level can be determined. Relatively small molecules, 1-
that is, combining nitroglycerin with a relatively large molecule such as bovine albumin, injecting this combination into an animal subject to produce a nitroglycerin-sensitive antiligand, and then This antiligand can also be bound to an electrode. In such a case, the small bound nitroglycerin molecule would probably be
Sequestering the electrode surface causes a morphological change in the antiligand (especially when the concentration of antibody and/or nitroglycerin is relatively high) and thus changes the signal. The substrate material could theoretically be any of the substrates mentioned above. The reason for this is that the basic enzyme/substrate reaction has wide flexibility when using such electrodes. However, it is advantageous to use a simple, readily available and proven substrate, and for this purpose barrel glucose is preferably used. The enzyme present on the electrode may be any enzyme, but the 7-Rabin protein and quinone protein shown above are particularly preferred. However, since the preferred substrate is glucose, the preferred enzymes are glucose oxidase or glucose hydrogenase, such as those obtained from Acinetobactyl Calcoacetyphus, the latter being preferred since its turnover number is 100 times greater than the former. The foregoing discussion has described the invention using several enzyme/mediator binding compounds. In such a form of carrying out the invention, more than one ``Ndeutsch-type'' unit, such as ferrocene, can be present in the enzyme up to a concentration at which molecular deformation and loss of enzyme activity are observed. For example, glucose oxidase and about 8 to 12 7-erocene units are still enzymatically active and can be attached to a carbon electrode using known methods, such as carbodiimide linkages. - The denatured enzyme is not only enzymatically active but also electrochemically active. Although the above description relates to assay methods, it will be clear to those skilled in the art that kits comprising modified electrodes and suitably arranged components containing such electrodes also form part of the invention. In particular, it is possible to use strip test electrodes that contain all the necessary components of the present invention and are formed so that they simply need to be immersed in the test liquid. Hereinafter, the present invention will be explained based on examples and drawings. Example 1 Assay using glucose oxidase and 7-erocene In Figure 1, a patient's swab containing the antigen to be assayed (1) is mixed with a solution of antibody (2) of known concentration in buffer. This antigen is, for example, a drug. Antigen (1) in the serum binds to the solvated antibody at a specific antigen binding site (8), producing an antigen/antibody complex (4). Not all possible antigen binding sites on the antibody are occupied, leaving a large number of free binding sites W(5). The number of free positions is a function of the number of antigens (1) in the serum. The mediator-bound antigen (6) is added in excess to the mixture obtained from the first step. In this example, the mediator (7) is a heptadro7ine derivative chemically bound to the antigen (8). However, other metallocenes can be substituted. The ferrocene-conjugated antigen occupies the 7-lead position (5) of the antibody (2) through the antigen/antibody binding reaction.
The heptadrocene-binding antigen (6) is present in excess of the number of free positions σ), and therefore some of the heptadrocene-binding antigen (9) remains in the solution. Glucose and glucose oxidase (referred to as G'OD) are added in excess to the resulting mixture, and the current generated by the redox action of COD on glucose is transferred to an electrode (E
). Only the 7-rocene-conjugated antigen (9 complexes) that is not bound to the antibody (2) is present at the electrode (K
) can be coupled with GOD to 11L vapor chemically.
The φ winding does not allow coupling of the COD to the electrode due to steric hindrance from the significantly larger antibody (2). By measuring the electrochemical effect of the mediator present after addition of the enzyme (COD) and its substrate,
Calculate how much known amount of mediator (6) is bound to antibody (2), and how much free antigen (1) is bound to antibody (2).
must have been present in the original sample. Electrode (E) may be gold, carbon, platinum or any suitable material. Can be manufactured from materials. The addition of COD and glucose is optional to provide for the specific chosen mediator to couple the enzyme/substrate reaction to the electrode. Substitutions can be made by adding other enzyme/substrate bears. Neither the enzyme nor the substrate (both present in excess), ie neither COD nor glucose in this example, are limiting factors. The limiting factor is the amount of mediators that are free to spread if free locations are occupied. Example 2 A diagram showing this test is shown in Figure 2. All assays were carried out at room temperature (l
The assay was carried out in 50 mM Lys/HOI buffer at pH 7,5 with an excess of substrate (10 omM') at -25°C. No correction was made for unspecific binding. All solutions were degassed and ferrocene monocarboxylic acid was used as a mediator. The electrodes used were pyrolytic graphite ground between runs using a slurry of 0.3 alumina in H20. The components are not fixed, and the eight 1! A ls cell was used. The total sample volume was 1-. glucose oxidase labeled T4 thyroxine and T,
Antibodies to thyroxine were procured by Corning Glass, Inc. (Metfield, Mass,
U, S, A). Tris/HOl 1) I(7,5) Add 7ethene monocarboxylic acid to the sample solution drawn from the buffer. 1.66
It showed a current of μA. Adding an excess of 100 mM glucose reduced this current to 1.468 μA. Upon addition of 50 μl of GOD mT4, the current increased to 2.10 μA due to the catalytic activity of glucose oxidase due to the available glucose. The electrons removed from glucose oxidase were transferred to the electrode via the mesoie. When antibody was added to COD-labeled T4, this current was 1.59
decreased to μA. These results indicate that the addition of antibody inhibits the activity of GOD-labeled T4, making it difficult for assay emplacement and/or quantification. This produces detectable and measurable changes in the 1Rit stream used to provide the measurements. This is shown in Figure 2, which shows the competitive reaction between the enzyme-bound assay and the free assay for the binding position of the antibody. The obtained electrons are transferred to the electrode by the mediator compound, and the mediator is regenerated on the electrode surface. Example 8 (1) In Figure 3a, glucose oxidase (G
OD ) exhibits a catalytic action to convert glucose to gluconic acid and releases electrons that reduce the erocene mediator F from the oxidized state to the reduced state. When the reduced ferrodinium is oxidized with an electrode and the 4-pass current is measured, it is proportional to the amount of glucose present. DNA fragment D, derived from a naturally occurring DNA sequence or synthesized, is attached to GOD by any suitable method. (It) Steady state current is obtained in the presence of excess glucose. The DNA sample to be assayed for a specific target sequence complementary to that of DNA7ragmen)D is converted to single strands by any suitable method and then added to the reaction mixture. DNA fragment) D is mixed with the target sequence that complements it, inhibiting the enzyme reaction between glucose and the enzyme. Therefore, the production amount of glucose S to glucose acid is reduced, and the coupling reaction of ferrocene is reduced. The change in the rate of decrease of 7erocene is reflected in the decrease in current at the electrode. The change in current is proportional to the amount of DNA fragment D binding to the target DNA, and thus proportional to the amount of target DNA present. , Example 3b Mediator bound to DNA prologue
1(I) In Example 8b, the redox active 1M 7erocene F
directly to the cleaved DNA used as a probe. The generation of mediator-bound DNA probes is based on the droplet short response of mediator F, or the assayed D
It does not interfere with the binding interaction of the Mediator DNA probe with the complementary target sequence contained in the NA. (Add the old Mediator DNA probe to the assay mixture and measure the resulting amperometric response. If single-stranded genetic material is present that complements the probe, the probe in the sample DNA is binds to the complementary sequence in the mediator DN, which significantly reduces or completely inhibits the amperometric response.
The A-blob target DNA complex is not amperometrically active. The decrease in the initial amperometric response is
Generated mediator DNA probe/Tarkera) DN
is proportional to the amount of the A complex, and therefore the amount of mediator D
In this example, the enzyme activity does not change, but the extent transferred to the electrode changes. (I) In this example (see Figure 8C), the 7erocene DNA probe contains one or more linker groups L (for example, biotin can be used). 1. Linker group L is placed on the electrode surface. . Recognizing electrochemically active substances R (e.g. 7(II)
When the Mediator Linker-DNA probe is treated with a mixture of single-stranded genetic material, the Mediator Linker-DNA probe binds to any complementary sequence present. The initial current decreases upon binding of the electrochemically active substance R to the mediator linker-DNA probe/target DNA complex Y-i. The decrease in current is again a known DNA! ...proportional to the amount of single-stranded sequence added, along with the target sequence complementary to the probe sequence. In this example, DNA! Although it has been described in terms of deoxyribonucleic acid (deoxyribonucleic acid), it can also be applied in the form of RNA such as Metsusenja RNA. Example 4 As shown in Figure 4, when antibodies are placed in a polyester or polystyrene container (11), some of the antibodies (12) bind to the walls of the container. The container is treated as described below to promote antibody binding and/or to prevent non-specific binding of subsequent antibody (12). This treatment to avoid or reduce non-specific binding may include coating the container (11) with bovine serum albumen. The antigen sample binds to the antibody itself, which is added at 12a and bound to the wall of the container. Antibody\bound oxygen, in this example also antibody (12)
Addition of glucose oxidase (15) bound to the antigen/antibody binding reaction proceeds. To ensure binding, different antibodies can bind different proportions of antigen 12a. The vessel is washed to remove excess antigen-enzyme complex ←÷φ, and a solution containing soluble ferrocene (16) is added along with an aliquot of glucose substrate. Reference electrode (17), e.g. calomel, silver-silver chloride, gold,
A platinum or any other suitable noble metal electrode is placed in the solution along with an electron transfer electrode (18) with or without a ferrocene shell. The current generated at the electrode (18) is read via line (19). The current is proportional to the activity of glucose oxidase (15) and thus has a stoichiometric relationship to antibody glucose binding and therefore to the sample antigen 12a to which it binds. If desired, the mediator can be coupled to the antibody and the enzyme added along with the substrate. Other changes are also possible. Example 5 - This example is shown diagrammatically in Table 5. (I) In this example, a ligand is assayed. An antiligand 2o that can specifically bind to a ligand is immobilized on the electrode surface E. In the absence of ligand 21, mediator 2 in solution
2 is free and transfers charge from the enzyme ENZ to the electrode surface when the enzyme is catalytically active on the substrate S. (■) However, if the ligand 21 is in solution, the result indicates the presence of the ligand, since the ligand will likely occlude part of the electrode surface when bound to the antiligand, thus lowering the current; Measure the level of ligand in that range. This test system has a large beam Gantt, for example, I
Of value if it is an immunoglobulin such as gE.且↓ Preparation of Modifying Enzyme Ferrocene mole carboxylic acid was coupled to glucose oxidase using isobutyl chloroformate. The terminal amine of the protein was included for reaction with the 7-erocene carbonic anhydride. The reaction was carried out as follows. Ferrocene monocarboxylic acid (
1 mM in 8 ml of dry tetrahydrofuran (285 ■)
The solution was stirred and cooled (-8°C) and to this solution was added isobutyl chloroformate (0.13ml) and triethylamine (0°14ml) with constant stirring. Care must be taken to avoid containing water of reaction at this stage to prevent hydrolysis of the anhydride. The drying tube was attached to the apparatus or sealed and was previously purged with argon. The mixture was stirred for 80 min at -8"C, then warmed to room temperature and further stirred. The resulting ferrocene carbonic anhydride was added drop by drop to the glucose oxidase cooling (2 °C)
solution (o,t M NaHOO8 solution in 50 ml of 150
1v). Since ferrocene is not added, 1) H is 0.
8 using I M NaHOO8. The reaction mixture was stirred for 24 hours at 4°C and then centrifuged. This removed a large amount of unreacted ferrocene and some precipitated enzyme. Then protein I) H8,5
The mixture was dialyzed into a borate buffer solution (0.2M boric acid, 0.05M borax, 0.2M boric acid, 0.05M borax). Characteristics of the Modifying Enzyme Since about 10% of glucose oxidase can be used for modification with amino acid residues, it is expected that many 7epsens will be coupled to each enzyme molecule. The following method was used to measure the number five. The iron content of the modifying enzyme was determined by atomic absorption. Spectroscopic techniques were used to determine protein content. This spectroscopic analysis shows that the organic dye Coomassie Blue, at 465 nm, ... ~595 nm, when bound to proteins at acidic pH.
It is based on the shift in absorbance in nm. The 20% aqueous dye solution was filtered. A standard solution of modified glucose oxidase (1,4~/mJ) was prepared and this concentration of glucose oxidase was mixed with Coomassie blue solution. The optical density at 5 fl 5 nm was then measured for each concentration of enzyme, and a standard curve was obtained for the unmodified enzyme (Figure 4.2). The protein concentration of the modifying enzyme can thus be assessed by finding the optical density of the sample and comparing it to a standard curve. In the prepared samples, tampa! [-The concentration of phosphorus is 11
.. It was 04 μM. The iron concentration was 87.51 μM. Therefore, it can be inferred that an average of eight 7-erocenes are coupled to each molecule of glucose oxidase. Electrochemistry of Modified Enzymes From the preparation of the enzymes described above, an 11 μM enzyme solution in borate buffer is obtained. To investigate the electrochemistry of modifying enzymes,
A cyclic voltamodrum was obtained using a conventional 8-electrode cell. The experiment was conducted as follows. 800 PL cells
of modified enzyme (]]μM). The reference arm was previously filled with pH 8 borate buffer. Representative diffusion-controlled kinetics show that the ferrocene molecule (linked to the enzyme via the amide) behaves as a reversible one-electron mediator, exhibiting type II kinetics. In the absence of glucose, the enzyme converts to its oxidized form, enzyme-FA
D exists, and no catalytic reaction is observed. However, β
-D-When one glucose is added, the enzyme becomes -F A
It exists as D H2 and the catalytic reaction... takes place between this reduced form and the 7-erysinium ion at an oxidizing potential. The second-order rate constant K for the reaction between ferrocene and the octamate form of glutenose oxidase is 8.6 x 105 m-1.
It was calculated as 8-1. If we compare this value with that obtained for the solution kinetics of the same system, (1,15X 1
0'm-1B-''), modification is observed to increase the reaction rate.Also, the enzymes in the above table were electrochemically coupled via the 7 erocene monocarboxylic chain.Each of these enzymes was Sigma Chemical Company (St. Louis) was used without purification. In general, the techniques exemplified can be applied to a number of ligands, and there exists a "specific binding partner" that binds specifically to the ligand. do. An example of this interaction is shown below. IJ Cant Specific Binding Antiligand Antibody Hapten Antibody Raised to Hapten Conjugate Antibody DNA Probe or Antibody Fragment to Polypeptide Chain Protein or Protein Fragment 7 Bacterial Fragment Antibody This ligand is (a) immunological Protein or polypeptide chain (b) is a habuten with a molecular weight of 100 to 2,000. In the latter case, the hapten can be conjugated to a protein (eg, bovine serum albumin) to raise antibodies to the hapten (0) for immunization with carbohydrates or other organic molecules. Ligand Examples Hormone Examples Tumatropin Placental Lactogen Thyroid Stimulating Hormone Tissue Hormone Insulin Follicle Stimulating Hormone Glucagon Gonadotropin Leutinizing Virus Retrovirus Herpes Virus Hepatitis Virus Enzymes Serum Enzymes (Amaliase, Cholinesterase, etc.) Cytochrome Prostatic Acid Phosphatase Monoamine Oxidase Bacteria and their DNA fragments containing fragments, cell surface labels and cell surface polysaccharides immunoglobulin IgG, IgM, IgA,
IgE, IgD and each of these 7 fragments Fa
b and F. Examples of blood coagulation factor habten ligands Vitamins A, B, O, D, E, folic acid drugs (a
) Aminoglycoside examples amikacin, gentamicin, netilmicin, tobramycin, sisomicin, kanamycin (b) Nucleotide examples FAD, NAD. ADP (0) Steroid examples Cortisol, tetosterone (e) Other phenobarbital lidocaine, amphetamines, catechloamines, caffeine, digoxin, quinidine, shisopyramide, theophylline, cannapinoids, opiates, palpyrate, benzodiazepines, methatone (f) Antiepileptic drugs, phenytoin, brimidone, fuemebarbital, carbamazepine (g) antineoplastic agents methotrexate, midomycin C bleomycin, ifosfamide, cyclofoisfamide, cisplatinum agents vinblastine vincristine As mentioned above, both heterogeneous and homogeneous , many test charts can be developed. These include: (1) Binding to ferrocene or Gantt. All components diffuse freely. (11) Ligand bound to ferrocene. 7 erocene acts by covalently bonding to the m-polar surface. An example of a group used to act on ferrocene is "'C-(OH)"
There are NHt Rike-(0H2) nOOOH Sono and others 2 n 2. (Ill) Same as (11) above, but has glucose oxidase adsorbed, cross-linked, or immobilized on the m-pole surface. 0v) Ferrocene O that binds to and acts on COD to produce a COD-ferro7ine-ligand complex. (V) Ferrocene that binds to and acts on COD. G alone
'Ligand that binds and acts on OD. 7 erocene can in turn be attached to the electrode surface if desired. (Vl) Ferrocene-free, GoD-bound ligand. -Yu Ferrocene bound to a complex of FAD or an enzyme and bound to a ligand. FAD-Fe4sen+7Gand complex←+-)=X is generated. FAD-7Edasen-ligand complex
If it does not contain , it only binds to the apoenzyme. A competitive test demonstrating this is shown. (COD (7 enzyme))-X-Ab-AggAbA9+
(GOD Apo-X) The X in each S combination is FAD-7-Ligand complex-GOD. A variety of electrochemical techniques can be used to determine electrochemical changes, such as differential pulse portammetry, cyclic portammetry, or square wave portammetry. To minimize response time, kinetic amperometric measurements are preferred rather than end point measurements. Furthermore, according to the invention it is necessary to represent a thiol or a similar sulfur derivative of 7-erocene in the mediator, whereby the mediator is bonded directly to a noble metal electrode or similar. The thiol group can be attached directly or indirectly to one ring of the ferrocene structure, for example by a lower alkyl group containing 1 to 6 carbon atoms. J, Ohem,
SOo, 69 g (1,958) Simple thio-/I/(ferrocene)-8 by /x and boson
H can be used. Also, alkylthio-/L/
7 Erocenylthiobutane, i.e. (ferrocene) −
0,H8-SH is valid. Still other double-linked 4-thiol-like compounds include, for example, 1.28, trithia-
(8)-y is a tetracenophane in which the two rings are connected by a chain of sulfur atoms (it is a mixture of substances with different numbers of chain sulfur atoms). Prepare a gold electrode, for example, in a bath of this type of compound...
The mediator ferrocene structure is immersed in a liquid to bond the mediator ferrocene structure to the conductive metal. An example of the production of this type of material is shown below. Example 7 The method is shown below, but no product was evident from sublimation of the crude mixture. The sublimated material with the most obvious (ie most odoriferous) potential of 1... was subjected to silica chromatography (30 cm x 2 cm column) flushed with hexane to yield 8 products. 1 Contains no sulfur by analysis. 2, O: 48.72, H: 2.88, S+88.05,
CIoH8FeS8 is O: 42.9B, S: 84
.. 42 is required. Yield 0.45g. One complex, 8.011 g of oyster molecule, was not tested other than mass spectrometry. This analysis did not show a $7 eronanophane with ] sulfur atoms. Upper ball ferrocentiobencune (7 erocenylthiobutane) 1
, 7xaSe/Ilbutyric acid (J, Am, Gh8m, 800
.. 1957゜79.8420) Fo-Co -OH, -OH, -0H2-000H Prepared by the method of the above publication 2.7 Erocenylbutyric acid Fo-OH, -OH, -0H2-0H2-C00H Prepared by Talemensen reduction (dish 3. Ferrocenylbutanol Fo-0H2-OH, -0H2-0H2-OH, -OH
The acid (2) was dissolved in ether (distilled from sodium/potassium) and treated with lithium aluminum hydride in a nitrogen atmosphere. Upon completion of the reaction, excess lithium aluminum hydride was destroyed using ethyl acetate and then water. Separate the organic phase;
The aqueous phase was washed with ether (2X20+!Lt). The organic phases were combined and dried (Mg5O, ). -After the
The solvent was removed on a rotary evaporator. A two-component red oil was obtained. Silica chromatography C
C80C'12 Effluent with 1 ether and hexadiene, alcohol and ester, Fo-OH2-OH2-OH2-OH, -0
000H8 was obtained. 4,7 Erocenylthiobutane (3) ('400 mg') was dissolved in pyridine, hydroxylated, dried over IJ and cooled in a water bath. Tosyl chloride (1 L) was added and the solution was stirred until clear and then left at 4°C for 24 hours. The mixture containing solid pyridine hydrochloride is placed in ice/water to precipitate the tosylate. This was passed through water to obtain a yellow solid. This dry part is 1. R. The spectrum gave the characteristics of tosylate. The remainder (0.65%, still containing moisture) was diluted with ether/I/:methanol (1:1.
) and while stirring, add sodium hydrogen sulfide XH,
0 (1.6 liters) was added and the mixture was maintained at 5°C. After 30 minutes, the water bath was removed and the mixture was allowed to warm to room temperature. After 8 hours, thin layer chromatography (silica, 1: I Et
, On hexane) indicated that the reaction was complete. The mixture was dried on a rotary eno<dζ rotor, then dissolved in a minimum amount of Et20/hexane (1:11),
Silica chromatography (60-120 mesh, 2
It was flushed through 6 columns (5 x 2 cm columns) with It2O2/hexanes (1.:11). Approximately 150 ml was collected as the thiol ran off very quickly. Fo-OH,-0)(2-OH2-OH,-(
Yield of 3H2-3H200 g. Principles of flood electrochemical enzyme immunoassay 1. -111111116-10 -The principle of this enzyme-linked immunoassay is illustrated schematically below. 2 FeD + 2 Ab − 2 AbFeD2 F
eD + 2D+ 2Ab - AbFeD + Ab
D+D+FeDFFeD+D+Al1-A
D-drug Ab-antibody FeD-ferrocene-drug in the bFaD+D formula Conjugate ferrocene to the therapeutic agent in question. Without this antibody, the ferrocene-drug conjugate is free to mediate between glucose oxidase and the electrode. Since excess glucose is used, the enzyme is not substrate limited. The presence of this antibody binds the ferrocene-X agent conjugate to the antibody so that the ferrocene is no longer free to mediate between the enzyme and the electrode. However, when the intact drug is present in the sample, ferrocene
1. can compete with the drug Funshugate and prevent the binding of the drug-7 erosene conjugate, leaving the intermediary between glucose and m4dA free. The ideal 7erocene-labeled therapeutic in question would not need to alter the binding properties observed from natural drugs for its antibodies. That is, the antibody needs to bind labeled as well as unlabeled drug. Although the presence of Fersen-labeled drugs can be detected using direct electrochemical techniques, the use of enzyme-linked systems provides a "built-in" means of amplification that can be easily measured at very low concentrations. (a) Preparation of ferroceneacetonitrile tJ! (Compound I) Dimethylamine methyl 7 erocene methiodide (9
) and potassium cyanide (109) were dissolved in 100 ml of water and refluxed for 2 hours. The mixture was then cooled and extracted with ether (3 X 150 TR1) and the combined extracts were washed with water (6 X 100 rnl).
. After drying the ether phase with sodium sulfate, the solution was filtered and the solvent was removed in vacuo, yielding a yellow crystalline powder (
J, Org, Ohem, 28 (1958) 658]'. The product has an I, R, spectrum of 2240 Cm-' (
-ON expansion/contraction), 1.002cm-'7x Losene (0-H
)be >)' and 1.108 Cm'-'' has the characteristics of an asymmetric term pulse. Its melting point is 77-78°C. (b) Preparation of 7-eroceneacetic acid (compound n) Nitrile (
6,209) was dissolved in ethanol (100g) and added to a solution of potassium hydroxide (18g) in water (150M) and the solution was refluxed for 18 hours and then cooled. The bulk of the solvent was removed on a rotary evaporator to a final volume of 10
It was set to 0m. This 1.. solution is dissolved in ether (a x 1.
50 at) and the aqueous phase, then filtered and acidified (with orthophosphoric acid 85 to pH, o)
. Filter the yellow precipitate, dry it with phosphoric acid, and use a desiccator.
), gave a yellow powder, 4.54g10 Analysis = tm value 0:59.05% H; 4.96% actual value C: 58,76% H: 4.99% Melting point 158
~155℃ (lit, 152~156°) (C) 1t2
tBtθ, 7-bentahydro 1,8-dimethyl-2,
Preparation of 6-dioxopurine-8-methylferrocene (compound ■) Ferrocene acetic acid (5.1 g) and 5,6-diamino-1,
8-Dimethyluracil hydrate (3,5777) was dissolved in dimethylaniline (3Q m
1) under nitrogen. After 18 hours, the solution was cooled, aqueous sodium hydroxide (8%, 36 ml) was added, and the solution was steam distilled. At the end, the vessel contents were filtered and then oxidized to p) 14.5 using acetic acid. The precipitate formed was filtered under vacuum and dried over phosphorus pentoxide in a vacuum desiccator. Yield 1,679, brown powder. Touch point: 80℃. Mass spectrometry molecular exhibition-378 Trace analysis Calculated value 0 for C□8H□8N, O, Fe
: 57.14chi, H: 4°76%, N! 14
, 81chi actual measurement value 0: 58.00%,) I: 5.
15%, N: 18.80fr, R, 700~8
QQem-", 160 (1-1750 cm-17-ofyline. 1000 cm"", 1100 cm-11 monkeys were substituted with a 7-functional locene derivative. From the mass spectrometry data, this substance was 10""8 am Hg to volatilize the sample. It is non-volatile as it required a current of 0.6 amperes at pressure. (d) Preparation of ferrocene ethylamine (compound ay>0
.. 859 LiAlH4 as 4 Q rnl (7):
The mixture was gently refluxed in a c-f solution for 1 hour. Ferrocenylacetonitrile (z
, 1) were added at a rate to achieve reflux while maintaining N2 pressure. After continuing to reflux for 2 hours, the mixture was cooled and
+n1 (7) water added, then 1 g of 10% Na, O
H% Finally 5 ml of water was added. The ether layer was decanted from the solids and the solids were washed with 8 x 10 ml of ether. The combined organic phases were treated with HOI gas and N
The yellow salt of 7-erocene ethylamine hydrochloride was separated by decantation under 2. solid (still soaked in ether)
was added to 2N NaOH and the mixture was extracted with ether. The ether phase was then dried over Mg5O, and the solvent was evaporated in vacuo to yield a dark brown oil. (e) 1,2,8,6,7-bentahydro1,3-dimethyA/-2,6-thioxoprine-8-butyric acid (compound V) 4,5-diamino-1,8-dimethylpyrimidine-2,5 -dione (19,5.9 mmol) and glutaric anhydride (11,849, 11.8 mmol) in 10IIIt of N,N-dimethineaniline using a Dean static trap for 2.5 hours under N2. It refluxed. 5I++/ of solvent was added and reflux continued for an additional 0.5 hour. The reaction mixture was cooled and filtered. The solid material was washed with benzene and recrystallized from water to yield 600 nm of white crystals. Melting point 288-240'C. Molecular weight from mass spectrometry, 266°C11H14”404 moleculesff1266mff1 analysis
Actual value 0: 50.04%, H: 5.14'%,
N: 21.12% calculated value 0:49.62%, H
: 5.26 yen, N: 21.05 Article (f) 1, 2, 8
,6,7-bentahydro1,8-dimethyl-2,6-
Thioxopurine-8-(N(2-ethylferrocenylcobutanamide) (Compound #!l') Compound V (181m!
; 1,0.5 mmol) and compound N (1,15 m
9, 0.05 mm%/l/) was dissolved in 5 ml of N,N-dimethylformamide. Dicyclohexylcarbodiimide (120 μ, 0.6 mmol) was added to the stirred solution at room temperature. I stirred it continuously for 4 hours. The reaction was complete as determined by thin layer chromatography. The plate was washed with cyclohexane-ethyl acetate-methanol 4:2:1.
Experiments were conducted using the following solvent systems. The reaction mixture was poured into 50 m/ml of ether. The precipitated material was filtered and washed thoroughly with ether, yielding 220 mg of a brown powder. Melting point: 216-220°C. Molecular weight from mass spectrometry: 477. 0.8H, 71J, 08 Fe molecular weight: 477. Observed trace analysis value: 0: 56.80. H: 5.42%, N:
14°28% Calculated value C: 57.86%, H: 5.66
%, N: 14゜67chi1, R, spectrum is 700-8
00cm, theophylline at 1600-175Qcm, and characteristic peaks of the signal due to the ferrocene component substituted with one ring at OnCm''''1. (Antigenic ferrocenteophylline conjugate Ill and ■ of the conjugate
The immunotechniques-two-antibody enzyme immunoassay kit was used to determine the antigenic properties. This is a heterogeneous enzyme immunoassay, based on the principle of competitive binding, in which a theophylline ferrocene conjugate or standard in the sample competes with the theophylline enzyme Funshugate for specific antibodies. The separation step was performed using dual antibody immunoprecipitation. Enzyme activity determined in globules shows 0-4op for theophylline.
Obtained in the therapeutic range of g/go problems. Typically, the standard curve is shown as a plot of either the absorbance of the sample expressed as plank or the absorbance at 4001 m versus the logarithm of the concentration. However, a more useful method is to perform a logit transformation of the data. Plot %A/Ao against the natural logarithm of concentration to obtain a straight line. To test the crosslinking reactivity of compounds,
These logito transformations require obtaining parallel straight lines. The data are shown in Tables 7A and 7B. FIG. 6 shows standard curves for theophylline and Compound 2. Compound ■ was more antigenic to theophylline antibodies than theophylline itself. %A/Ao-50 (i.e. logito%A/Ao-0)
A comparison of the results to shows that compound ■ is 7.6 times more antigenic than theophylline. Similarly, in experiments with compound ■, approximately 4
It was found to be 00 times more antigenic (data not shown). Table 7A (μ9m 0 - - 2.5 88 1.99 5.0 81 i, 45 10.0 67 0.71 20.0 49 -0.04 40.00 85.5 -0.60 Logi ) b-In (b/100-b) b-'AA
/A. r--0,998 gradient--0,96 Table 7B (Theophylline) 0.25 84 1.66 0.50 78 1.22 1.00 69,6 (1,88 2,5050,10,004 6 ,0038゜2 -0.70 7.50 25.6 -1.07 10.00 18.0 -1.52 15.00 1.5.9 -1.66 20.00 12,4 -1.96 r - 0,997 gradient - 0,95 glucose oxidase (FC1, 1, 8, 4> was from Beichringer Mannheim. D-glucose (AnalaR) was from BDH. All bath solutions was prepared from Alistair grade reagents in high purity water (millibo/I/).The supporting electrolyte was 0°1.M K2HPO, adjusted to the required 1)H using Hai6. Equipment, O, cyclic portammetry experiment, 9.5
The experiment was carried out using two 1σ11 cells with a working capacity of m/. In addition to the 4 gold disc working electrodes, the cell also has]
cm" platinum gauze counter electrode and a saturated calomel electrode as m 14C4 were included. Total positions refer to the saturated calomel electrode (S, 0.E, ). For cyclic portammetry, Brian X-Y 2 for auto-electrode potentiostat
A 600OA+3 chart recorder was used. Procedure Compounds m and ■ were insoluble in aqueous solution, so the required amount was dissolved in a small amount of dimethylformamide (DMF) and this solution was added to the buffer solution t7 to give a final DMF concentration of 10% (V
:V) was given. In this method, it was possible to keep the compound and M in aqueous solution for electrochemical experiments. , Results Under the experimental conditions used in this study, the compound ■
and ■ showed a voltamodrum consistent with a reversible one-electron redox agent at a gold electrode. Compound me E H-105mv Compound M, Ey, -15omv Compound Highly anti-ophyllin antibody. Because it was found that theophylline is a
This compound is only 7.6 times more antigenic than theophylline and therefore requires as much antibody as is required by compound ■ to block the electrochemical reaction. I don't. However, compound (1) and compound (2) acted as mediators for the glucose oxidase reaction. In a study where the peak current changes as the concentration of compound ■ increases, a glucose oxidase coupling reaction was performed. The results are summarized in Table 70. Table 70 Concentration of compound ■ (μM) IP binding IP non-binding (μA
) (μA) 20 0.8 9.1 40 0.62 25.1 (100,8908 80, 1,13148 1001,86177 5 mys) was used for the binding and non-binding experiments. As such, a linear relationship between peak current and concentration exists for bound reactions. However, such a relationship is not evident for unbound reactions. This is probably due to the very small peak current generated by this reaction. This may be due to an error in the evaluation of (see drawing). ・(j) Electrochemically bound glucose observation procedure for compound ■ Phosphate buffer p containing 10% (v:v) DMF
The compound group prepared in H7,1 was diluted by adding 100 Itλ (200μ of stock solution! 50μ to the sample) of phosphate buffer or 50μl of undiluted rabbit antiserum (Immunological Techniques). From this solution 150 μl was placed into a 0.5 ml electrochemical cell containing 250 μl of buffer and 50 μl of 1M glucose solution. Non-bonded reaction glue, O, cyclic voltam duram,
Recordings were made using a scan rate of 5 mVs-'. after that,
50μ of 3m91m/glucose oxidase solution was added, the solution was degassed with argon, and the portumgram of the enzymatic catalytic regeneration of 7erocene from the ferridinium ion was recorded. The final compound m concentration was 24 μM. Additionally, for compounds with equal concentrations of theophylline,...
Samples were prepared containing theophylline at a concentration 10 times that of Compound (2) and Compound (2). In both cases, bound and unbound portamograms were recorded. Finally, theophylline (240/jM) and the compound ■
After incubation with 50 pl of undiluted rabbit antiserum (24 μM) for 15 minutes at room temperature, the samples were removed and voltamodalum was scored in the presence or absence of glucose oxidase. Results The unbound cyclic voltammodalum of a 24 μM solution of the compound showed the expected behavior of an electron redox agent (Ey, −195 mV, Ep −60 mV, 1p −25 μA). Addition of glucose oxidase to the solution produced the portamo7g change outlined above. No peak was observed, and Owashi's catalytic current (0.3μA)
flowed at the oxidation potential. When compound ① was pre-challenged with rabbit antiserum, voltamodalum showed no reversible behavior, showing only an anodic peak at 240 my and no peak at reduced potentials. This peak was shown because the antiserum itself contains a known component. When glucose oxidase is added,
The catalytic current was not observed, and in fact the portamogram was identical to that of the unbound reaction. Since Compound (1) was completely bound to the antibody, it could not participate in the electron transfer reaction at the gold electrode and could not act as a mediator for glucose oxidase. Addition of free theophylline to a solution of Compound 1 at the above concentration did not have any effect on the electrochemical behavior of the ferrocene-drug conjugate in the presence and absence of glucose oxidase. Theophylline (240
μM) and compound ■ (24 μM) using rabbit antiserum, the recorded portamogram was
It was revealed that compound ■ freely participates in electron transfer reactions at the electrode and can act as a mediator for glucose oxidase. Indeed, the catalytic current generated (0.8 μA) was identical to that obtained in the absence of theophylline and antiserum. This indicates that theophylline completely binds to the antibody and thus generates a free compound in solution that can participate in the enzyme-linked reaction, thus providing a basis for assaying theophylline in serum. In one form of this assay, the theophylline/ferrocene funshugate, theophylline antibody, glucose oxidase, etc. can alternatively be used to separate (by spatial location or physical state) at least the conjugate from the antibody and the glucose oxidase from the glucose. ,
A drying process in which glucose is placed on the active electrode) contains the IJ tube. The above components are an example of the present invention. Upon addition of a biological fluid containing an unknown theophylline level, a competitive binding reaction occurs as described above, the current decreases, and the assay proceeds for measurement as described above. A preferred structure is one with 7 points relative to the antibody binding site.
A competitive binding reaction occurs between the erocene/theophylline conjugate and the theophylline to be assayed on the other hand. For this purpose, the following steps were performed. (A) An unknown amount of theophylline is used. (B) Mixing the conjugate therewith. , (0) adding the mixture of cA) and (B) to excess glucose (glucose oxidase system in the presence of a sensor electrode, e.g. a gold electrode in a 2-8 electrode system)
. ) to measure the catalytic current. (g)) A known amount of antibody is added to cause a competitive binding reaction between theophylline and the conjugate. (F) [Measuring the drop in flow, or rate of decline.
第1+2+8a〜30,4および5図は本発明による検
定法を図式的に示した図であり、第4゜2図は未改質酵
素に対する標準曲線を示すグラフであり、第6図は薬剤
および薬剤/メ、ディエータコンジュゲートの抗原性を
比較したグラフである。
1・・・抗原 2・・・抗体
3・・・抗原結合位置 4・・・抗原/抗体複合体5・
・・7リーな結合位置
6・・・メディエータ結合抗原
7・・・メディエータ 8・・・抗原
9・・・フェロセン結合抗原
・11・・・容器 12・・・抗体
12a・・・抗原 15・・・グルコースオキシダーゼ
16・・・フェロセン 17・・・参照電極18・・・
電子移動電極 19・・・電流ライン20川アンチリガ
ンド E・・・電極
22・・・メディエータ
GOD・・・グルコースオキシダーゼ
F・・・フェロセンメディエータ
D・・・DNAフラグメント
L・・・リンカ−グループ
R・・・電気化学的に活性な物質
S・・・基質
ENZ・・・酵素。
図面の浄書(内容に変更なし)
FIG、1
FIG、2
+jヲI=t F、、 3c。
FIG、4゜
(GB)■8333651
■1984年1月19日■イギリス
(GB)■8401399
@ 1984年2月29日Φイギリス
(GB)[有]8405262
■1984年2月29日■イギリス
(G B )@8405263
414−
手 続 補 正 書(方式)
昭和59年8月3日
特許庁長官 志 賀 半数
1、事件の表示
昭和59年特許願 第 90831号
2、発明の名称 、
特異結合剤を使用する検定方法
4、代理人
手 続 補 正 書
昭和59年8月3日
特許庁長官 志 賀 半数
1、事件の表示
昭和59年特許願第 90831号
2、発明の名称
特異結合剤を使用する検定方法
4、代理人
5、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄1
、明細書第67頁第1行の「第5表」を「第5図」に訂
正する。
2、同第81頁第14行のr 2 FeD + 2 A
t) −2AbF8DJを「Fep + Ab * A
bFeD Jに訂正する。
8、同第81頁第15行のr 2FeD+2D+2Ab
−AbFeD+ 71bD −1−D + FeD J
を削除する。
4、同第81頁第16行(7) rFeD+D+Ab−
AbFeD+DJをr FeD+D+Ab d AbF
eD+D Jに訂正する。
5、同第90頁第11〜13行の「フェロセン・・・決
定した。」を「免疫技術−二抗体酵素免疫学10的検定
キツトを用いてフエロセンテオフイリンコンジュゲー)
+11および■を検定して抗原特性をめた。」に訂正す
る。Figures 1+2+8a-30, 4 and 5 are diagrams showing the assay method according to the present invention, Figure 4.2 is a graph showing the standard curve for unmodified enzyme, and Figure 6 is a graph showing the standard curve for the unmodified enzyme. 1 is a graph comparing the antigenicity of drug/medicine conjugates. 1... Antigen 2... Antibody 3... Antigen binding site 4... Antigen/antibody complex 5.
...7-like binding position 6...mediator-binding antigen 7...mediator 8...antigen 9...ferrocene-binding antigen 11...container 12...antibody 12a...antigen 15...・Glucose oxidase 16... Ferrocene 17... Reference electrode 18...
Electron transfer electrode 19... Current line 20 Antiligand E... Electrode 22... Mediator GOD... Glucose oxidase F... Ferrocene mediator D... DNA fragment L... Linker group R. ...Electrochemically active substance S...substrate ENZ...enzyme. Engraving of drawings (no changes in content) FIG, 1 FIG, 2 +jwoI=t F,, 3c. FIG, 4゜(GB) ■8333651 ■January 19, 1984 ■United Kingdom (GB) ■8401399 @ February 29, 1984 Φ United Kingdom (GB) [Yes] 8405262 ■ February 29, 1984 ■ United Kingdom (G B) @8405263 414- Procedural amendment (method) August 3, 1980 Director General of the Patent Office Shiga Half 1, Indication of the case 1982 Patent Application No. 90831 2, Title of the invention, Specific binding agent Testing method used 4, Agent procedure amendment Written on August 3, 1980, Commissioner of the Patent Office Shiga Half 1, Indication of case Patent application No. 90831 of 1983 2, Name of the invention Test using a specific binding agent Method 4, Agent 5, Subject of amendment “Detailed description of the invention” column 1 of the specification
, "Table 5" in the first line of page 67 of the specification is corrected to "Figure 5." 2. r 2 FeD + 2 A on page 81, line 14
t) −2AbF8DJ as “Fep + Ab * A
Corrected to bFeD J. 8, r 2FeD+2D+2Ab on page 81, line 15
-AbFeD+ 71bD -1-D + FeD J
Delete. 4, page 81, line 16 (7) rFeD+D+Ab-
AbFeD+DJ r FeD+D+Ab d AbF
eD+D Correct to J. 5. On page 90, lines 11 to 13 of the same page, "Ferrocene...determined."
+11 and ■ were assayed to determine antigenic characteristics. ” is corrected.
Claims (1)
性種の間の少くとも1個の特異結合反応段階を、酵素が
触媒的に活性であるレベルの基質に電気化学的に結合し
ている酵素/メディエータ系と関連させて、前記結合反
応が前記酵素/メディエータ糸の少くとも1個の成分の
電気化学的アベイラビリティに影響を与えるように行い
、次いで (bJ M配電気化学的アベイラビリティに及ぼす作用
を検出または測定して信号を得、この信号から前記反応
性種の存在または分量をめることを特徴とする検定方法
。 2 前記特異結合反応を溶液中で行わせる特許請求の範
囲第1項記載の方法。 & 前記特異結合反応を固体表面で行わせる特許請求の
範囲第1項記載の方法。 表 測定すべきリガンド種の未知量と、前記リガンド種
に対するアンチリガンド種であって1、それ自体が前記
メディエータ化合物と化学的に結合しており、その結合
状態においてのみ酵素/基質反応からの電荷移動に利用
できる前記アンチリガンド種の過剰であることが分・・
つている既知量とを特異結合反応させて、これによって
生ずる過剰量の未結合メディエータ/アンチリガンド種
の電気化学的活性によって前記リガンド種の分量を測定
する特許請求の範囲第1項記載の方法。 a(a)(1) 検定すべきリガンドを含有する試料と
、過剰であることが分っている既知量のアンチリガンド
とを混合し、この際11記アンチリガンド上のリガンド
結合性位置のある部分を7リーなままとし、 (+++ 生成した混合物と、メディエータ化合物と化
学的に結合しているリガンドの過剰であることが分って
いる既知量とを混合して、前記フリーなリガンド結合性
位置のすべてを占有させ、若干のりガンド結合メディエ
ータを電気化学的に利用できる状態のままとじ4 (b) 酵素とこれに対する基質とを液体混合物中で混
合し; (C) 前記酵素/基質混合物と工程1a)からの前記
混合物とを接触させ、次いで (d〕 生成した混合物とセンサ電極とを接触させ、か
くして前記センサ電極に移動する電荷が利用可能な未結
合のリガンド結合メディエータ量によって変動し、従っ
て最初のりガント量の偏差が許容される ことを特徴とする均一酵素免疫検定方法。 氏 前記メディエータが7エロセンである特許請求の範
囲第5項記載の方法。 7、 前記フェロセンがカルボキシルフェロセンである
特許請求の範囲第6項記載の方法。 & 前記基質/酵素系をグルコース/グルコースオキシ
ダーゼおよびグルコース/グルコースデヒドロゲナーゼ
から選定する特許請求の範囲第4〜6項のいずれか一つ
の項に記載の方法。 (1)(a)未知量の検定ずべきリガンド棟Xと(b)
ある分量の種X−E (ただし、Xは酵素活性を破壊す
ることなく酵素Eと化学的に結合している)とを溶液中
で混合し、(11) この混合物をセンサ電極の存在下
に前記酵素に対する基質S Igよびメディエータ化合
物Mと接触させて、酵素的に触媒作用が行われる反応に
依存して測定電荷を前記センサ1!極に移動し、 q1リ アンチリガンドAを前記溶液と接触ぎせて次の
反応式1および■: で表わざ、れる競走平衝結合反応を生起させて、前記酵
素的に活性な種X−Eの部分を酵素的に不活性な種A−
X−Eに転化させ、これにより反応程度および電極にお
ける測定電荷を変え、次いで (φ 電荷の減少または減少速度から被検体Xの濃度を
測定することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
方法。 No、(1) (a )未知量の検定すべきリガンド種
Xと(b)ある分量の種X−M (ただし、Xはメディ
エータ活性を破壊することなくメディエータMと化学的
に結合している)とを溶液中で混合し、 (11) この混合物をセンサ1!極の存在下に基質S
およびこれに対して触媒的に活性な酵素Eと接触させて
、酵素的に触媒作用が行われる反応に依存して電荷を測
定のために前記センサ電極に移動し、 (nil アンチリガンドAを前記溶液と接触させて次
の反応式1および■: で表わされる競走平衝結合反応を生起させて、前記種X
−Mの部分を不活性棹A−X−Mに転化させ、これによ
り反応程度および電極における測定電荷を変え、次いで (1v)′aL荷の減少または減少速度からリガンド僚
検体Xの濃度を測定する ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法。 IL(a) 被検体Xと酵素Eとを共有結合させて酵素
的に活性な種X−Eを生成し; (b) この酵素的活性種X−Eと適当な反応性1.・
リガンドAとを反応させて特異結合位置が完全に占有さ
れている酵素的に不活性な釉A−X−Eを生成し; (C) この酵素的不活性種A−X−Eを検定すべき種
Xと接触させて種Xとの競走特異結合反応を生起させ、
次式: %式% で表わされる平衝を達成させて、前記種X−Eの全量か
ら前記検定すべきN(Xの分量を測定できるようにし;
次いで (I:i] この混合物をX−Eに対する基質と接触さ
せ、この結果生ずる酵素的に触媒作用が行われる反応か
らセンサ電極にメディエータ化合物によって電荷を移動
させて存在する酵素的活性種X、−Bの全景を測定し、
この測定結果から種Xの分量をめる ことを特徴とする種Xに対する免疫検定方法。 1λ 前記メディエータがフェロセンである特許請求の
範囲第9項記載の方法。 1&前記7エロセンがカルボキシル7エロセンである特
許請求の範囲第12項記載の方法。 14 前記基質/酵素系をグルコース/グルコースオキ
シダーゼおよびグルコース/グルコースデヒドロゲナー
ゼから選定する特許請求の範囲第9〜11項のいずれか
一つの項に記載の方法。 15、前記メディエータおよび前記酵素の少くとも一方
を核酸プローブ配列に化学的に結合させて、調査すべき
一重鎖核酸物質中のターゲット配列に対する前記核酸プ
ローブ配列の特異結合が、酵素基質の存在下にセンサ電
極によって検出されるように前記化学的に結合している
種の電気化学的アベイラビリティイ0こ影響を及ぼし、
これにより前記ターゲット配列の存在を検出可能にする
特許請求の範囲第1項記載の方法。 1a(al 調査すべき一重鎖核酸物質を所定のターゲ
ット配列に対して供給し; (b) 前記ターゲット配列に相補的な核酸配列を有す
るプローブ物質を選定し; (0)次の8種の処理: 中 前記プp−1と酵素とを結合させ、この酵素結合プ
ローブを、前記酵素に対する基質およびメディエータの
両者を含有する清液に添加する処理、 (11] 前記プローブとメディエータとを化学的に結
合させ、このメディエータ結合プローブを、基質および
前記基質に対する酵素の両者を含有する溶液に添加する
処理、および (i!iJ ntJ記プローブをメディエータ/酵素の
組合せと化学的に結合させ、このようにして変性したプ
ロー1を、前記酵素に対する基質を含有する溶液に添加
する処理か・′らなる群から選定した1種の処理を選択
゛じ2て行ない; (山 前記化学的に結合したプローブ配列を含有する溶
液をセンサ電極と接触させて、前記酵素が触媒作用を行
う基質反応から前記。 ′4号極に前記メディエータによって電荷を移動させ、
次いで、 (e) 前記溶液を前記−重鎖物質と接触させて酵素、
メディエータま゛たはこれらの組合せのアベイラビリテ
ィに影響を及ぼす前記プ・彎−プと前記ターゲットとの
特異結合反応を電荷移動量の変化によって表示する ことを特徴とする核酸物質中のターゲット配列の検出方
法。 17 前記メディエータをリンカ−グループにょつてプ
ローブ配列に間接的に結合させ、前記リンカ−グループ
に反応性である物質を電極上に存在だせかつ前記プロー
ブ配列に結合させて’mm雷電流変化を生じさせる特許
請求の@回漕15項記載の方法。 18、前記メディエータが7エロセンである特許請求の
範囲第15〜17項のいずれが一つの項に記載の方法。 19、前記フェロセンがカルボキシル7エロセンである
特&f’l−請求の範囲第15〜17項のいずれか一つ
の項に記載の方法。 20、前記基質/酵素糸をグルコース/グルコースオキ
シダーゼおよびグルコース/グルコースデヒドロゲナー
ゼから選定する特許請求の範囲第15〜17項のいずれ
力)一つの項。こ記載の方法。 2L 検定すべきリガンドを適当な表面上に固定し、次
いで酵素に化学的に結合している適当なアンチリガンド
の過剰量と特異結合反応させ、しかる後にこの過剰量を
除去し、前記固走化酵素に対する基質を添加し、次いで
メディエータおよびセンサII極と接触させて、前記電
極に移動する電荷が存在する酵素量に比例するようにす
る特許請求の範囲第1項記載の方法。 5ta(a) 検定すべきリガンドを適当な表面におい
て固定し、 (b) 前記リガンドを、酵素と化学的に結合している
アンチリガンドからなる酵素活性種の過剰量と接触させ
て固定化リガンドとの特異結合反応を行わせ、前記検定
すべきリガンドの分量に相当する分量の固定化酵素的活
性種を生成し; (0) 過剰量の非固定化化学的結合酵素/アンチリガ
ンドを除去し、次いで ((1) 前記固定化酵素をこの酵素に対する基質およ
び電荷移動性メディエータと接触させて、前記メディエ
ータと接触している電極が前記固定化u紫の分量に相当
する電荷を信号として検出し、これから検定すべきリガ
ンドの最初の分量をめることを特徴とす・る不均一酵素
結合検出方法。 ε& 前記メディエータが7エロセンである特許請求の
範囲第22項記載の方法。 24前記7エロセンがカルボキシルフェロセンである特
許請求の範囲第23項記載の方法。 2& 前記基質/酵素系をグルコース/グルコースオキ
シダーゼおよびグルコース/グルコースデヒドロゲナー
ゼから選定する特許請求の範囲第21〜28項のいずれ
か−っの項Gこ記載の方法。 2a 前記特異結合反応をセンサ電極の表面で行わせて
少くとも部分的に前記表面を封鎖するかあるいは前記表
面の特性を変えて、前記特異結合反応の存在または程度
を検出電荷における減少の存在または減少量によって測
定する特許請求の範囲第1項記載の方法。 27、(a) 検定すべきリガンドを含有する液体媒質
を選定し; (b) 前記液体媒質に、酵素と酵素が触媒作用をする
反応を行うことができる既知量の基質1を添加し; (0)前記液体媒質を、(1)前記検定すべきリガンド
と特異結合反応することができるアンチリガンドと、(
11)前記酵素と、(m )メディエータ化合物との組
合せを表面に有するセンサ電極と接触させ、このように
して前記酵素が触媒的に活性である場合に前記酵素から
前記電極に電荷を移動させて信号を出し、次いで (d) 前記信号と前記リガンドの存在しない場合に受
けた信号とを比較し、存在する前記リガンドの分量を、
前記特異結合反応によって生ずる前記電極表面における
封鎖状態または形態上の変化の関数として存在す4前応
覧翼λへQ外仄斂※求めることを特徴とする免疫検定方
法。 21L 前記メディエータが7エロセンである特許請求
の範囲第26項記載の方法。 go、前記フェロセンがカルボキシルフェロセンである
特許請求の範囲第27項記載の方法。 Bo、前記基質/酵素系をグルコース/グルコースオキ
シダーゼおよびグルコース/グルコースデヒドロゲナー
ゼから選定する特許請求の範囲第26〜28項のいずれ
か一つの項に記載の方法。 81 前記酵素と前記メディエータとを一緒に化学的に
結合させる特許請求の範囲第1〜8項のいずれか←ブの
項に記載の方法。 B& 化合物の混合物中に存在する選定したリガンド種
の存在を測定するに当り、 1)前記リガンド種とアンチリガンドとを反応させてリ
ガンド/アンチリガンド複合体を生成し、 11)酵素が触媒作用を行う反応を行わせ、この際この
反応の速度は前記複合体の生成量に相当し、次いで 111)前記酵素と電子移動メディエータとからなる混
合物を、導電性表面を有する電極に曝して、前記電子移
動メディエータが前記電極表面と前記酵素との間に前記
酵素が触媒作用を行う反応の速度に相当する速度で電子
を移動できるようにすることにより前記酵素が触媒作用
を行う反応の速度を電気化学的に検出する ことを特徴とする選定したリガンド種の存在の測定方法
。 8& 化学的に結合しているメディエータ被検体コンジ
ュゲートがFOOH,−テオフィリンである特許請求の
範FI!I第1O項記載の方法。 84 電極表面において(a)リガンド種とメディエー
タとのフンジュゲー)、(b)これに対するアンチリガ
ンド、(0)酵素基質および(d)前記基質に対して触
媒的に活性である酵素が支持されていて、空間的配置ま
たは物理的状態によって少くとも前記コンジュゲートが
前記アンチリガンドから分離されかつ前記酵素がその基
質から分離されている構造を有することを特徴とする電
極。 8乙 特許請求の範囲第84項記載の電極と未知量の検
定すべきリガンド種を含有する媒質とを接触ぎせ、前記
電極から受けた信号または信号の変化を測定して前記未
知量をめる検定方法。[Claims] L (a) At least one specific binding reaction step between a reactive species, including a ligand and an antiligand, electrochemically coupled to a substrate at a level at which the enzyme is catalytically active. the binding reaction is carried out to affect the electrochemical availability of at least one component of the enzyme/mediator thread, and then (bJ M distribution electrochemical availability An assay method characterized by obtaining a signal by detecting or measuring the effect on the reactive species, and determining the presence or amount of the reactive species from this signal.2 Claims: The specific binding reaction is carried out in a solution. The method according to claim 1. & The method according to claim 1, wherein the specific binding reaction is carried out on a solid surface. 1. It has been found that there is an excess of the antiligand species that is itself chemically bound to the mediator compound and is available for charge transfer from the enzyme/substrate reaction only in that bound state.
2. The method according to claim 1, wherein the amount of the ligand species is measured by the electrochemical activity of the resulting excess amount of unbound mediator/antiligand species by causing a specific binding reaction with a known amount of the ligand species. a(a)(1) Mix a sample containing the ligand to be assayed with a known amount of antiligand known to be in excess; The resulting mixture is mixed with a known excess of the ligand chemically bound to the mediator compound to determine the free ligand binding capacity. (b) mixing an enzyme and a substrate therefor in a liquid mixture; (C) mixing said enzyme/substrate mixture with contacting said mixture from step 1a) and then (d) contacting the resulting mixture with a sensor electrode, such that the charge transferred to said sensor electrode varies with the amount of unbound ligand binding mediator available; A homogeneous enzyme immunoassay method characterized in that a deviation in the initial Gantt amount is therefore allowed. The method according to claim 5, wherein the mediator is 7-erocene. 7. The ferrocene is carboxylferrocene. A method according to claim 6. & A method according to any one of claims 4 to 6, wherein the substrate/enzyme system is selected from glucose/glucose oxidase and glucose/glucose dehydrogenase. (1) (a) Ligand building X to be tested for unknown quantity and (b)
A quantity of species X-E (where X is chemically bonded to enzyme E without destroying enzyme activity) is mixed in a solution (11) and this mixture is placed in the presence of a sensor electrode. In contact with the substrate S Ig for the enzyme and the mediator compound M, the sensor 1! measures a charge depending on the enzymatically catalyzed reaction. the enzymatically active species The enzymatically inactive species A-
Claim 1, characterized in that the concentration of the analyte X is measured from the decrease or rate of decrease of the charge (φ) by converting it into No. (1) (a) An unknown amount of the ligand species X to be assayed and (b) a certain amount of the species (11) This mixture is applied to the substrate S in the presence of the sensor 1! pole.
and a catalytically active enzyme E thereto to transfer a charge to the sensor electrode for measurement in dependence on an enzymatically catalyzed reaction, The species X
Converting the -M moiety to an inert rod A-X-M, thereby changing the extent of the reaction and the measured charge at the electrode, and then determining the concentration of the ligand analyte X from the decrease or rate of decrease in (1v)'aL charge. A method according to claim 1, characterized in that: IL (a) covalently bonding analyte X and enzyme E to produce an enzymatically active species X-E; (b) forming an appropriate reactivity with the enzymatically active species X-E;・
reacting with ligand A to produce an enzymatically inactive glaze A-X-E in which the specific binding sites are completely occupied; (C) assaying this enzymatically inactive species A-X-E; Bringing it into contact with the target species X to cause a competitive specific binding reaction with the species X,
Achieve equilibrium expressed by the following formula: % to be able to measure the amount of N(X to be tested) from the total amount of the species X-E;
(I:i) this mixture is then contacted with a substrate for X-E, and the enzymatically active species X present is transferred by a mediator compound from the resulting enzymatically catalyzed reaction to the sensor electrode; -Measure the entire view of B,
An immunoassay method for species X, characterized in that the amount of species X is determined from the measurement results. 1λ. The method of claim 9, wherein the mediator is ferrocene. 13. The method of claim 12, wherein the 1 & 7 erocene is carboxyl 7 erocene. 14. The method according to any one of claims 9 to 11, wherein the substrate/enzyme system is selected from glucose/glucose oxidase and glucose/glucose dehydrogenase. 15. At least one of the mediator and the enzyme is chemically bound to the nucleic acid probe sequence, so that specific binding of the nucleic acid probe sequence to the target sequence in the single-stranded nucleic acid material to be investigated is achieved in the presence of the enzyme substrate. influencing the electrochemical availability of the chemically bound species as detected by the sensor electrode;
2. A method according to claim 1, whereby the presence of the target sequence can be detected. 1a(al) Supplying a single-stranded nucleic acid substance to be investigated to a predetermined target sequence; (b) Selecting a probe substance having a nucleic acid sequence complementary to the target sequence; (0) The following eight types of treatments (11) Chemically combining the probe p-1 with an enzyme and adding the enzyme-bound probe to a clear liquid containing both a substrate and a mediator for the enzyme. and adding this mediator-bound probe to a solution containing both a substrate and an enzyme for said substrate, and chemically coupling the probe to the mediator/enzyme combination and thus 2. Perform one treatment selected from the group consisting of: adding the denatured probe 1 to a solution containing a substrate for the enzyme; contacting a solution containing the sensor electrode with the substrate reaction catalyzed by the enzyme;
(e) contacting said solution with said -heavy chain substance to produce an enzyme;
Detection of a target sequence in a nucleic acid substance, characterized in that a specific binding reaction between the dip and the target, which affects the availability of a mediator or a combination thereof, is indicated by a change in the amount of charge transfer. Method. 17. Binding the mediator indirectly to the probe array through a linker group, causing a substance reactive with the linker group to be present on the electrode and binding to the probe array to produce a 'mm lightning current change. The method according to claim 15 of the patent claim. 18. The method according to any one of claims 15 to 17, wherein the mediator is 7-erocene. 19. The method according to any one of claims 15 to 17, wherein the ferrocene is carboxyl-7 erocene. 20. Any one of claims 15 to 17, wherein the substrate/enzyme thread is selected from glucose/glucose oxidase and glucose/glucose dehydrogenase. The method described here. 2L The ligand to be assayed is immobilized on a suitable surface, then subjected to a specific binding reaction with an excess amount of an appropriate antiligand chemically bonded to the enzyme, after which this excess amount is removed and the immobilization is carried out. 2. The method of claim 1, wherein a substrate for the enzyme is added and then brought into contact with the mediator and sensor II electrodes such that the charge transferred to said electrodes is proportional to the amount of enzyme present. (a) Immobilizing the ligand to be assayed on a suitable surface; (b) contacting said ligand with an excess amount of an enzyme-active species consisting of an antiligand chemically bound to the enzyme to combine with the immobilized ligand; (0) removing an excess amount of unimmobilized chemically bound enzyme/antiligand; Then ((1) the immobilized enzyme is brought into contact with a substrate for the enzyme and a charge mobility mediator, and an electrode in contact with the mediator detects a charge corresponding to the amount of the immobilized U violet as a signal, 23. A method for detecting heterogeneous enzyme binding, characterized in that the initial amount of the ligand to be assayed is determined. ε & The method according to claim 22, wherein the mediator is 7-erocene. 24. The method according to claim 22, wherein the 7-erocene is 24. The method of claim 23, wherein the substrate/enzyme system is selected from glucose/glucose oxidase and glucose/glucose dehydrogenase. G. The method according to this invention. 2a. Detecting the presence or extent of the specific binding reaction by causing the specific binding reaction to occur on the surface of a sensor electrode and at least partially blocking or altering the properties of the surface. 27. The method of claim 1, wherein the method is determined by the presence or amount of a decrease in charge. 27. (a) selecting a liquid medium containing the ligand to be assayed; (b) adding an enzyme to said liquid medium. (0) adding a known amount of substrate 1 capable of carrying out the reaction catalyzed by the enzyme;
11) contacting a sensor electrode having a combination of said enzyme and (m ) a mediator compound on its surface, thus transferring a charge from said enzyme to said electrode when said enzyme is catalytically active; emitting a signal, and then (d) comparing said signal with the signal received in the absence of said ligand to determine the amount of said ligand present;
An immunoassay method, characterized in that the difference in Q to the front viewing wing λ that exists as a function of the blocking state or morphological change on the electrode surface caused by the specific binding reaction is determined. 21L. The method of claim 26, wherein the mediator is 7erocene. 28. The method of claim 27, wherein the ferrocene is carboxylferrocene. 29. A method according to any one of claims 26 to 28, wherein Bo, the substrate/enzyme system is selected from glucose/glucose oxidase and glucose/glucose dehydrogenase. 81. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the enzyme and the mediator are chemically bonded together. B& In determining the presence of a selected ligand species present in a mixture of compounds, 1) reacting said ligand species with an antiligand to form a ligand/antiligand complex; 11) allowing the enzyme to catalyze the reaction; 111) exposing the mixture of the enzyme and the electron transfer mediator to an electrode having a conductive surface to transfer the electrons; Electrochemical control of the rate of the reaction catalyzed by the enzyme by allowing a transfer mediator to transfer electrons between the electrode surface and the enzyme at a rate corresponding to the rate of the reaction catalyzed by the enzyme. A method for measuring the presence of a selected ligand species, characterized by detecting the presence of a selected ligand species. 8 & Claims FI in which the chemically linked mediator analyte conjugate is FOOH,-theophylline! I. Method according to paragraph 1O. 84 On the electrode surface, (a) a combination of a ligand species and a mediator), (b) an antiligand for this, (0) an enzyme substrate, and (d) an enzyme that is catalytically active for the substrate are supported. , an electrode having a structure in which, by spatial arrangement or physical state, at least the conjugate is separated from the antiligand and the enzyme is separated from its substrate. 8B: Bringing the electrode according to claim 84 into contact with a medium containing an unknown amount of the ligand species to be assayed, and measuring the signal or change in the signal received from the electrode to determine the unknown amount. Test method.
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