JPS61217745A - イメージ免疫検定検知装置および方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はイメージ免疫検定検知装置（システム）および
方法に関する。

〔技術的背景と先行技術〕

免疫検定法のための高感度装置が開発されて、極めて少
量の生物学的および化学的物質の反応を測定することが
可能になっている。たとえば、感度が良く、正確でかつ
精密な放射線免疫検定のための装置が使用されているが
、これは高価なγ線計数装置を必要とする。このような
装置の他の不利点は、放射線アイソトープの半減期が短
かいこと、ならびにそのような検定に使用される放射線
活性化合物の使用および、処理が危険であることである
。

別の普及方法には、標識として酵素を利用する比色定量
酵素免疫検定法がある。酵素を結合した免疫反応物質は
、抗体または抗原の定量的測定を可能にする反応を起こ
し、抗体または抗原のどちらかと結合する（これを色の
変化で検知することができる）そのような検定は、自動
検定を伴うその他の従来方法に比べ、一般に速度が遅い
。

使用することができる第３の方法は、螢光プローブでの
抗原または抗体の標識化に基づく螢光免疫検定法である
。米国特許第４３２０９７０号には、そのような検定に
使用することができる、光子計数螢光計が開示されてい
る。そのような装置の不利点として、１回に１個の試料
しか処理されない点が挙げられる。他の装置としては米
国特許第３９８４５３３号に開示のように、溶液を励起
するための外部光源としてレーザー光線を使用する試み
がある。この装置もまた、１回に１個の試料だけを処理
できるものである。

発光検定用装置は、外部光源を利用する螢光計とは異な
り、自己励起発光システムを含むため有利である。一般
に、現在ある発光計は操作が複雑で、かつかなりの量の
試料の使用を必要とする。

さらに、１を越える試料を同時に分析（定量）する努力
は成功していない。この目的のための努力にライてシュ
ミレーダー等（Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ　ｅｔａｌ。

「Ｂ型肝炎表面抗原のための免疫化学発光検定法」クリ
ニカル・ケミストリー（Ｃ１１ｎｉｃａｌ　Ｃｈａｎｉ
ｓｔｒｙ）、２７　（Ａｓ　）１９８１）が開示するシ
ステムによって説明する。このシステムでは、光子計数
によって反応中の発光を測定するものである発光計によ
って分析するため、多数の試薬を含有するようにキャリ
アーが調製されているδしかし、この方法および装置は
、１回に１個づつ順次測定されるように反応を行なわせ
ることが必要であるという不利点を有している。各ウェ
ルに所望の化学物質を加えるために液体バルブおよびエ
アーバルブを閉部するのにマイクロプロセッサ−を用い
、また、反応により放出される光子を計数できるように
、キャリアーがｘ−ｙ平面を移動し、個々のウェルが順
次光電管上に位置するようにしている。その結果はプリ
ンターに表示される。そのシステムではｌＯ秒間隔で２
秒間光子を計数するものではあったが、数百または数千
の被験試料を１回に１個づつ順次分析するには、明らか
に多大な時間を必要とする。

さらに、英国特許第２１３２３４７号には多数の試料を
同時に処理するための化学光測定計が開示されている。

しかし、得られる結果は半定量的なものである。

これまでは、短時間、すなわち秒の単位で、多数かつ少
量の試料について同時に、発光検定を行なうことは不可
能であった。現在の技術では、１度に唯１つの検定が可
能であり、たいてい大量、すなわち２００μｊまたはそ
れ以上の試料を必要とする。

本明細書中で使用する”発光の（ルミネセンスの）”お
よび“発光（ルミネセンス）”という語句は、白熱光を
除くすべての種類の光放出を意味し、化学発光、生物発
光、速い螢光、遅い螢光およびリン光等を含有する。

リーズ等（ＦＬｅｅｓ　ｅｔ　ａｌ、ジャーナル・オブ
・フイジカルーエデュケーション（Ｊ、　Ｐｈｙ、　Ｅ
、）　：科学器機、１４，２２９−２３３頁（１９８１
））が、透明な光電陰極を有する小型のイメージ光子検
知器を開示している。これは、天文学および地球物理学
において使用するためのものである。

〔発明の目的〕

本発明は既知の欠点を克服し、少量の試料由来および方
法を提供するものである。

本発明は、すべての試料を同時に分析するため極めて高
速であり、成分を機械的ζこ動かす必要がなく、連続解
析の場合のような再配置の間違いがないため極めて正確
であり、相対的な情報を得るために既知の試料等の内部
標準を使用することができ、特定の波長の光すべてを処
理するためのフィルタを接続することができ、しかも外
部光を必要としない検定のみならず外部光を必要とする
検定をも検知することができるため極めて有利なもので
あり、こうして発光および螢光等を利用する免疫検定で
作動させることができるものである。

要するに、反応が起こったときに光子を発することがで
きる個々の化学反応物質試料を、それぞれ含有する多数
の領域を有する試料キャリア、すなわち互いに間隔をと
って配列される多数の反応物質含有領域、反応が起こっ
ている領域の試料それぞれから発する個々の光子を同時
に受信するための、該キャリアと結合されるイメージ手
段、および光子を発する領域の試料それぞれのｘ　−ｙ
位置を表示する信号を発生するための、光子受信イメー
ジ手段に接続される手段を含有する、化学反応によって
発生する光子を検知するためのイメージ装置を、本発明
は含有するものであり、それによって反応をする各領域
の試料中の反応物質、および所定時間内の放出光子数を
同時に同定することができるものである。

本発明はまた、反応が起こったときにそれぞれ光子を発
することができる多数の化学反応物質試料を互いに間隔
をおいて配置させる工程、および反応試料のすべてから
発せられた光子それぞれのｘ−ｙ位置およびその存在を
同時に検知する工程からなる、多数の化学反応によって
発生する光子を同時に検知する方法も含有するものであ
り、それによって所定時間内に各反応試料から発せられ
た光子の合計数を測定することができるものである。

従って本発明は、極めて速く、そして多数の検定を同時
に処理しうるだけではなく、必要な試料がごく少量であ
るため、高価な試薬の使用をかなり節約することができ
る。

〔発明の構成〕

本発明の装置（システム）は、前記の各種検定法のすべ
てに利用することができるが、抗原−抗体反応の検知に
おける発光免疫検定への使用について以下に詳細に説明
する。本発明によれば、と（に、標識化したモノクロー
ナルおよびポリクローナル抗体と、尿、糞、血液、乳汁
および水等の試料中に見い出される抗原との特有の反応
を検知することができる。

ポリクローナル抗体はよく知られている。モノクローナ
ル抗体は、コーラ−およびミルスティン（Ｋｏｈｌｅｒ
　ａｎｄ　Ｍｉｌｓｔｅｉｎ　、　ニーｏビア７−シヤ
ーナルーオブ・イム１０ジー（Ｅｕｒ、　Ｊ、　Ｉｍｍ
ｕｎｏｌ、）、互２９２頁（１９７５））が始めて開示
した方法によって調製することができる。特定の抗原の
存在を検知するために、発光および螢光化合物等、多種
多様の標識でモノクローナル抗体を標識化することがで
きる。さらに、本発明に使用する特定の標識は、抗原−
抗体反応が起こったときに光を発することができるもの
でなければならず、従ってこの反応は°光放出反応”と
称される。後記のように螢光標識をも使用することがで
きるが、概して本発明は発光標識化したモノクローナル
抗体について説明する。本明細書で使用する°反応物質
”という語句は、（１）発光または螢光化合物で標識化
されたモノクローナル抗体と（２）抗原との組合せを意
味する。

発光というのは、電子が高エネルギー状態から基底状態
へ遷移するときの、原子または分子による光放出のこと
である。化学発光および生物発光反応の両方において、
化学反応の自由エネルギーは、電子的に励起状態にある
中間反応または生成物を生じるのに必要なエネルギーを
与える。続いて光を放出することによって基底状態に落
ちる。

生物発光というのは、ホタルのような生物学系統に見い
出される特別な形式の化学発光に付された名前であり、
ルシフェラーゼのような触媒タンパクまたは酵素が発光
反応を効率的にしている。このルシフェラーゼ酵素が、
ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）、マグネシウムおよび酵
素の存在下、基質すなわちルシフェリンと結合したとき
、閃光を発するものであり、その強さは試料中に存在す
るＡＴＰ量に比例する。ホタルルシフェラーゼ／ルシフ
ェリン／ＡＴＰ系は次式で示される。

〔式中、ｈνは光子のエネルギー、ｈはブランク定数お
よびνは光子の振動数である〕。

本発明の検定は、生存細胞を示す被験試料中のＡＴＰの
存在のため、または発光を検知することができる酵素（
ペルオキシダーゼまたはルシフェラーゼのような）で標
識化した免疫グロブリンの存在のため、試料中の生存生
物数を直接測定することができる。

ルミノールのような化学発光物質も、山葵ペルオキシダ
ーゼ触媒の酸化に使用することができる。

これは次式で示される。

本発明において、°光放出反応”は光子を発し、それは
イメージ光子検知器、電荷を結合する装置、またはビジ
コン管（光伝導性ターゲットを有する種々の撮像管のい
ずれか）のようなイメージ装置に接続される。好ましい
態様では、イメージ光子検知器を使用する。

特に、本反応は、試料キャリア上に縦または横一列に間
隔をおいて配列された各領域に加えられた反応物質によ
って、またはたとえば縦横に間隔元 を置いて配列された２次配列の反応物質によって行なう
ことができる。たとえば、キャリアは、標識化したモノ
クローナル抗体を含有する、−列の（たとえば横一列）
の１ｍ外径ナイロン管を有することができ、ここに抗原
の存在を調べようとするｌまたはそれ以上の試料を加え
る。必要とする液体は自給式であり、極めて少量である
。従って本発明の利点は、イメージ光子検知器が、３ｍ
／以下、すなわち既知の装置で使用可能な量より少量で
、多数の”光放出反応”から放出される光を定量するこ
とができる（１０秒以下で）という点にある。

イメージ光子検知器と共に使用するのに適する他のキャ
リアには、縦および横に多数の試料を有する微量滴定プ
レートがある。各プレートは、９６の独立したウェルを
含有していてもよい。各ウェルは、プレートの表面に吸
着させた、異種の標識モノクローナル抗体を含有する。

試料の一部を各ウェルに加える。個々のウェル中の特定
の抗原の存在およびその量を、抗原−抗体反応によって
発生する光子数によって　測定する。

第３のキャリアは、多数のフィラメント上に固定化した
抗体を使用するものであり、標識化したモノクローナル
抗体を、多数のフィラメントの各領域に固定化するもの
である。各フィラメントは、抗原の検知において光を発
することができる異種の標識モノクローナル抗体を有す
る。個々のフィラメント上での反応は光を発生するので
、イメージ光子検知装置は特定の抗原の存在を定量的に
測定することができる。

本発明装置は、イメージ光子検知器で結像化することが
できる、多種多様の、化学的に生成した、光放出反応の
すべてに使用しようとするものである。試料が光を発し
たとき、本発明装置は、イメージ光子検知器の光感応性
の光電陰極に当った個々の光子を計数するものである。

多数の反応物質を含有するための上記方法のそれぞれは
、下記の装置系に使用することができ、そこでは容器は
試料キャリアと同じものとして扱う。

本装置系を第１図および第２図に則して説明する。

第１図は、イメージ光子検知器を使用して、多数の生物
化学的像を定量的に検定分析するための装置（システム
〕である。この装置は、反応する間、ある種の条件下で
光子を発する、液体試料に存在する極めて低濃度の物質
を検知することができるものである。特に、この装置は
１０　１６およびそれ以下の桁の感度を示した。

第１図に示すように、多数の液体試料（そのすべては同
時に反応することができる〕を含有することができる試
料キャリア１０を有する。第３図および第４図に例示さ
れるように、縦および横の２次元配列、または縦あるい
は横の個々の領域に試料を配置することができる。光を
発する反応は光子１２を発生し、これを光学システム１
４によって焦点を合わせ、イメージ光子検知器（ＩＰＤ
〕１６の一部を構成する光伝導性ターゲット上に、各試
料の発光イメージを形成させる。このイメージ光子検知
器を以下に詳しく説明するが、この検知器は当分野では
既知のものである。該検知器は入射光を、マイクロプロ
セッサ−２４等の通常のコンヒユーターのいずれかの記
憶装置内で貯わえ、そして処理することができる、量的
な情報へと直ちに変換する。

本発明のイメージ検知器１６は、試料領域の全体（試料
を取り囲むキャリア部分を含む〕の読み取り値を平均化
するのではなく、第３図において密に斜線を引いた領域
のような不連続な試料領域を同時に読み取るものである
。第３図において粗い斜線で示されるバックグラウンド
ノイズは、キャリアの調製時に洗い落とされていない、
キャリアの密に斜線を引いた表面に抗原または抗体が非
特異的に結合することによって起こる。通常の検知器は
この望ましくない結合によって発生する信号を読み取る
ものであり、そして該検知器では試料領域全体にわたっ
て信号を平均化するため、このような望ましくない誤信
号を正の反応として分析する。バックグラウンドノイズ
は、比較的低濃度での検定の感度を実質上減少させる。

この場合、正の反応信号はほとんどバックグラウンドノ
イズと同じ強さである。

不発明は、パックグツワンド周囲からの信号および濃度
の高い反応領域からの信号を同時に読み取り、そして２
つの読み取り値を比較することによって、バックグラウ
ンドノイズの問題を排除するものである。本発明のイメ
ージ免疫検定検知装置は、多数の個々の反応領域由来の
信号を同時に読み取ることができるので、２次元配列の
離れた反応領域由来の信号を真の測定時間で測定が可能
で、平均化することができ、そして非特異的な結合によ
って生じるバックグラウンドノイズを表わす信号と比較
することができる。コンピューター２４は、第６図に示
すように、離れた領域の反応を示す信号からバックグラ
ウンドを示す信号を差し引いた（それによって真の反応
信号を残すン結果を分析および表示する。

さらに、本発明装置は、連続検知法を使用する装置のよ
うにキャリアまたはトレイを再配置することなく、９６
−ウェル微量滴定トレイの如きキャリアを同時に評価す
ることができるので、これまでの技術では必要とされた
ような、測定中の試料の機械的再配置の不正確さによっ
て起こる解読間違いはなくなる。

本発明のイメージ免疫検定検知装置は１度に１以上の別
の反応を観察することができるので、反応の対比を相互
に分析することができる。説明のために第４図に挙げた
、微量滴定トレイのような２次元配列の試料においては
、反応を並べて同時に比較することができる。各反応が
発する光子量をコンピューター２４によって読み取り、
分析し。

反応の相対量を比較する。この方法で、特定の試料間の
より正確な比較を行なうことができ、これによってより
良好な試験結果を得ることができる。

たとえば、負の反応を第４図の独立した領域Ａに配置し
て、独立した領域Ｂの正の反応と比較するための対照と
して働かせてもよい。独立領域Ａの負の反応は、それで
もなお前記のように、非特異的結合起因の偽信号を発す
ることがある。このバックグラウンドノイズのレベルは
、微量滴定トレイのような当該キャリア全体にわたって
一定であり、信号発生のベースレベルを決定するのに有
用である。そのベースレベルとより正の側の反応とを比
較することができる。

このように、本発明のイメージディバイスは試料の高速
定置分析を可能にするものである。多数の試料を同時に
読み取り、分析する、その唯一の能力により、結果を得
るために必要を時間が劇的に減少するものである。

さらに、本発明のイメージ装置の感度は、試料濃度が極
めて低いときであっても、極めて正確な測定を可能にす
る。たとえば、イメージ光子検知器は、光の個々の光子
を測定することができる。

増幅器を使用することによって、極めて低濃度の物質に
ついて測定することができ、従って、感染生物の存在の
検出ならびに薬物のモニターおよび疾病の診断等の分野
で有用である。

その感度のゆえに、本イメージディバイスは、微少量の
反応試料を検出することができるだけではなく、極めて
小さい領域の反応を読み取ることもできる。従って、検
定を行なうために必要な試薬および領域はこれまでに比
べ少なくなり、それによって試薬およびキャリア物質の
コストを小さくできる。

線１８のイメージ光子検出器の出力は、検出された光子
それぞれに対応するｘ−ｙ位置を表わすアナログ信号を
含有し、従って光を発した試料のｘ　−ｙ位置を電気的
に識別するものである。これらのアナログ信号は、アナ
ログからデジタル（Ａ／Ｄ　）へのコンバーター２０に
接続され、該コンバーターが、線２２のデジタル出力信
号を（イメージ光子検知器１６が受信する光子の発信試
料源の空間配位を表わす〕発し、こうして光子を発する
特定の試料を識別するものである。デジタル信号２２は
マイクロプロセッサ−２４１こ接続され、このプロセッ
サーはイメージ情報を貯わえ、分析し、そしてそれをど
んな所望の形式であっても表示するようにプログラム化
することができる。反応は、予め決めた任意の時間の始
めから終りまで、たとえば１０秒間またはそれ以下の開
光を発し続け、そして各反応試料が発する光子数をマイ
クロプロセッサ−２４のメモリーに蓄積する。このよう
にして、マイクロプロセッサ−２４は、試料１０から受
信し、蓄積した光を視覚的に表示し、分析するために、
ビデオディスプレー２８およびプリンター３０に、線２
６の信号を送る。

各試料を同定し、そして各試料が発する相対的な光量ま
たは光子数を示す、棒グラフがビデオターミナル２８に
表示されてもよい。そのような棒グラフをプリンター３
０によって永久記録用に得ることもできる。

また、各試料が発する光の強さを色または数字のどちら
かで表示して、試料の物理的位置を示す配列（すなわち
そのｘ−ｙアドレス〕の２沃元像を得ることができ、こ
うして最大量の光を発する試料がどれであるかを同定す
ることができる。明うカニ、このマイクロプロセッサ−
２４は、前記のような、系に固有のノイズすべての相殺
（ノイツクグラウンドノイズを差し引くなどによって行
なわれる）、および像の訂正および修正に望ましい、試
料操作のすべてを行なうことができる。ノイズはまた、
冷却ユニット１５（冷却液の循環によるｔどのいずれか
のよく知られた方法によるもの〕で、またはイメージ光
子検知器１６に関する冷却剤で、該検知器を冷却するこ
とによって減少させることもできる。検知器１６の冷却
は、検知器１６の構成要素から発生し、そしてバックグ
ラウンドノイズの発生を助ける、自由電子発生の傾向を
減少させる。

第２図は、本明細書中の好ましい態様に使用されるイメ
ージ光子検知器の構成を詳細に示す図であり、当分野で
既知のものである。この検知器は、インスツルメント・
テクノロジー社（ＩｎｓｔｒｕｒｒｅｎむＴｅｃｈｎｏ
ｌｏｇｙ　Ｌｉｍ１ｔｅｄ、　　イースト・サセックス
（Ｅａｓｔ　５ｕｓｓｅｘ）、英国〕製造の型式ＩＰＤ
Ｇ１またはＰＩＤＦｌであってもよい。このイメージ光
子検知器１６は、極めて弱い放射、たとえば１（１０）
６モル／試料以下の試料中のＡＴＰ量、を検知すること
ができる２次元イメージセンサ−である。前記したよう
に、このイメージはアナログ形で得られ、このアナログ
形はアナログからデジタルへのコンバーター２０を通っ
て、マイクロプロセッサ−２４で使用するためのデジタ
ル形に変換される。

光は個々の光子で構成されている。個々の光子それぞれ
は、極めて少量のエネルギーを有している。最も一般的
な姿では、光は平方センチメートルあたり、および秒あ
たり数１００万〜数１０億の光子の流れを含有している
。イメージ光子検知器１６を使用することにより、入射
光子のそれぞれは光電陰極３２による検知の可能性が高
くなる。

このように、光伝導性ターゲット３２は、その感度が１
００倍以上である点を除いて、写真フィルムと同じであ
ると考えることができる。光が光感受性の光電陰極３２
にあたったとき、光電陰極３２から光電子が放出され、
直ちに一連のマイクロチャンネルプレート増倍器または
増幅器３４に加速される。マイクロチャンネルプレート
３４による増幅の結果、各入射光電子に対して、３Ｘｌ
Ｏ’〜３Ｘ１０’の範囲の増幅電子が各マイクロチャン
ネルプレートの後ろから放出され、こうして最初に検知
した光子それぞれと一致するものである。従って、マイ
クロチャンネルプレート３４の接続は、−１、′　　　
極めて少 量の光の検知を可能にするものである。

マイクロチャンネルプレート３４のすぐうしろに位置す
る抵抗性の陽極エンコーダー３６は、検知した光子の、
すなわら試料の２次元Ｘ−γアドレスに容易に処理する
ことができる信号へ、電子流を変換する。従って、第１
図の線１８の抵抗性陽極３６のアナログ出力を使用して
光電子発生そレソレノー次元ｘ−ｙ表示を与えるもので
ある。

４直交電極を通過した出力３８は、第１図に示すアナロ
グからデジタルへのコンバーター２０およびマイクロプ
ロセッサ−２４によって、適宜処理されて入射光電子の
（つまり試料の）ｘ−ｙ位置のデジタル表示を与える。

従って、イメージ光子検知器１６の使用によって、試料
１ｏすべてについての２次元の完全な像が、光電陰極３
２上に焦点を合わされた像の積分により作られる。従っ
て、本発明の装置は、多数のイメージ情報を検知して与
え、放出光発生の情報を直ちに与え、単一の光子にまで
至るような極めて少量の光を検知し、そのような情報を
各試料の特異的なｘ−ｙアドレス用に定量するものであ
る。

イメージ光子検知器〔好ましいものである〕のかわりに
、イメージディバイス１６として電荷結合ディバイス（
ＣＯＤ）を使用してもよい。ＣＯＤは当分針でよく知ら
れている。ＣＯＤは、調べようとする対象（第１図の試
料配列１０）からの光をＣＣＤ上に集める、光学レンズ
系（第１図の光学システム１４のような〕と接続して使
用される。

個々の試料からの種々の量の光は、ＣＣＤ内の個々の画
素（ピクセル）に入射し、入射光に比例して種々のレベ
ルに画素を荷電する。従って、試料配列１０からの光ま
たは光学情報は、ＣＣＤ配列】６の画素を通過したアナ
ログ形で利用できる。

次いでこのアナログ情報をＣＣＤ外へ出力し、アナログ
からデジタルへのコンバーター２０によるよく知られた
方法でデジタル形に変換し、次いで、デジタル情報の適
宜操作により種々の測定値の均一化および比較を行なう
ことができるコンピューター２４中のメモリーに接続す
る。′イメージング［：　’　Ｉｍａｇｉｎｇ　’　、
ジ・オプチカル・インダストリー・アンド・システム・
パーチャジング・ディレクトリ−（Ｔｈｅ　０ｐｔｉｃ
ａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ａｎｄＳｙｓｔｅｍ　Ｐｕｒ
ｃｈａｓ　ｉｎｇ　Ｄｉｒｅｃｔｏｒｙ）　、　Ｅ、７
２−Ｅ。

７４頁（１ｃ＋８３）ｌを参照。

先行技術においてよく知られているように、ＣＣＤ配列
中の個々の画素は、所与のＣＯＤイメージディバイス１
６が多数の固定化情報画素を与えるように、縦および横
に密に配置および配列されている。たとえば、あるＣＯ
Ｄは縦に３２０および横に５１２の画素を有している。

ＣＯＤは、イメージディバイスとして、本発明中でＣＯ
Ｄを有利ならしめる、特性をいくつか有している。ＣＯ
Ｄは小さく、簡素で、がっ密に配置された画素を有して
おり、それゆえ本発明のように正確な測定が必要である
ところでは有用である。また、ＣＣＤは、スキャンされ
ることのない、光エネルギーの直接受信による像を受信
し、データが別の貯蔵ディバイスに移されるまで受信し
たデータを貯ねえる。さらに、ＣＯＤから受信したデー
タは簡単な比較および検知法で処理することができるの
で、そのようなデータを処理するため通常使用される、
複雑かつ多大な時間を消費するサンプリング法を避ける
ことができる。

イメージ光子検知器またはＣＣＤのかわりに使用するこ
とができる他のイメージディバイスはビジコン管である
。ビジコンという名称は、一般的には光伝導性ターゲッ
トを有する種々の管すべてに付されている。ビジコンは
、よく知られた方法で作動し、電子線を利用して光感受
性の光伝導性ターゲットを走査する。光伝導体の前面に
使用される透明な伝導層は信号またはターゲット電極と
して働く。ターゲット電極は、陰極（０付近）電圧で作
動する光伝導体の裏側に対して、正の電圧で作動させら
れる。作動において、走査線は始めにターゲット電極の
裏側を荷電して陰極電位にする。光のパターン（光の光
子〕が光伝導体上に焦点を合わせたとき、その伝導性は
照射された領域で増加し、ターゲ、ットの裏側はより正
の方向に荷電する。次いで電子線は、正に荷電した部分
に電子を与えることによって信号を読み、それによって
シグナル出力電極に、容量的に接続されたシグナルを与
える。′イメージング・ディバイシーズ１Ｃ’　Ｉｍａ
ｇｉｎｇ　Ｄｅｖｉｃｅｓ’　％ＲＣＡ　ソリ゛ンドー
ステート・ディバイシーズ（ＲＣＡ　　５ｏｌｉｄ　５
ｔａｔｅＤｅｖｉｃｅす、１９．３−９頁〕を８照。

従って、第１図で使用されるように、ビジコン１６は、
それぞれの反応からの光子または光出力を光学システム
１４を通して受信し、前記のように線１８に類似の出力
を発信する。この線１８の類似出力を、アナログからデ
ジタルへのコンバーター”２０に接続し、このコンバー
ターからのデジタル信号を、イメージ光子検知器と同様
の方法で処理する。

本発明のイメージ免疫検定検知装置ｊこ複数の抗体標識
を使用することもできる。異種の抗体を異種の標識で標
識化し、キャリア媒体上の別々の離れた場所に対応させ
る。従って、第４図において、独立領域Ａはルシフェラ
ーゼ等の標識で標識化された抗体を有していてよく、ま
た独立領域Ｂは細菌性レダクターゼ等の標識で標識化さ
れた抗体を有していてもよい。各標識は異なる波長の光
を発生するので、各抗体に対応する各独立領域は、イメ
ージディバイス１６で検知可能な、抗体固有の波長の光
を有する。第５図で示されるように、特定の標識で標識
化された抗体に対応する、特定の波長の光子だけがイメ
ージ検知器１６へと通過するように、試料１０と光学シ
ステム１４の間に、所望の性質を有する波長を干渉する
フィルタが配置されている。このようにして、本新規イ
メージ免疫検定検知装置は波長の選択をすることができ
、適応性および感度をより大きくすることができるので
ある。

標識としてフルオレセインのような螢光物質を使用する
ときｌこは、目に見えない紫外光または不可視光を使用
しなければならないということは、もちろん理解される
であろう。第７図はこのような装置を説明するものであ
り、紫外光源５４は適当な動力源５６によって動力を供
給されるものである。紫外光線５８は、反応が起こった
ときに螢光を発する、キャリア１０中の試料に当たる。

この巡路の続きは、第１図について上記で説明したよう
にして作動させる。

第６図に示すように、バックグラウンドノイズと試料信
号の複合信号を表わす、イメージディバイス１６検知の
信号は、マイクロプロセッサ−２４のメモリー４２中に
貯わえられる。バックグラウンドノイズ単独を表わす検
知信号はマイクロプロセッサー、６のメモリー４４中に
貯わえられる。

線４６および４８のこれら２つの貯蔵信号を演算ユニッ
ト５０に接続して、そして−万から他方を差し引いて、
実質的に、選択したいずれかの反応物質試料由来の純粋
な光子放出だけを表わす、線５２の出力信号が得られる
。こうして、バックグラウンドノイズを実質的に排除し
、最少にする。

本発明の装置は、診断法としての抗体のかわりに標識Ｄ
ＮＡまたはＲＮＡプローブについて使用することができ
る。ＤＮＡプローブまたＲＮＡプローブは、ＤＮＡまた
はＲＮＡ試料片の特定の配列に相補的な、特異的なアミ
ノ酸配列である。これらのＤＮＡまたはＲｆ”ＪＡのプ
ローブ片を、免疫検定に類似する、シグナルを発生する
ような標識で、標識化することができ、第１図で示され
るようなキャリア１０中に入れることができる。使用に
あたっては、まずＤＮＡまたはＲＮＡを、ＤＮＡまたは
ＲＮＡ配列を含有する、試料中の細胞または他の組織か
ら取り出す。このＤＮＡまたはλＮＡをニトロセルロー
ス等の表面に結合させ、次いでその相補鎖を分離するよ
うに変性する。次いで標識で標識化したＤＮＡまたはＲ
ＮＡプローブを試料に加え、そしてもし、特異的な該プ
ローブの相補配列が試料中に存在すれば、該試料とプロ
ーブは結合することになる。未結合の標識を洗い落とし
、結合した標識プローブを含有する試料を、第１図につ
いて上記で説明した方法で読み取る。

アイソトープで標識化した検定も本発明の範囲内に含ま
れる。この検定においては、標識成分を、３２ｐまたは
１２５Ｉのようなγ線を放出するアイソトープで標識化
する。放射性同位体による検定を行なうには、アイソト
ープで標識化された成分、すなわち通常は抗体を、関心
のある分析物質に結合させ、反応領域から未結合の標識
を洗い落とし、反応領域を読み取る。反応領域の中心部
の読み取りは、リンスクリーンを導入した本発明装置で
行なう。リンスクリーンは当分野でよく知られており、
該スクリーンを使用して電子エネルギーを光エネルギー
に変換する。このスクリーンは、発光クリスタル、リン
、の薄い層で構成されており、電子が当たったときに光
を発する。本発明の場合、リンスクリーンは標識化され
た分析物質からγ線を受け、検知装置で受信される光を
次々に発する。

従って第１図中のキャリア１０は、いずれかの反応由来
の電子を受信し、光！２を発するリンスクリーンであり
、該先は光学システム１４によって焦点を合わせられ、
前記の方法で処理される。このよう？こして、γ粒子は
検知可能な光子に変換され、前記記載のようにして受信
され、処理される。

この他の種類のγ線から光子への変換方法も使用可能で
あり、本発明の範囲内に含まれる。

ＩＰＤ配列検知器システムの高感度を説明するために、
よく確立されているホタルルシフェラーゼ／ルシフェリ
ン（こ基づ＜ＡＴＰの検定を比較対照として挙げること
ができる。すなわち、ルーマック・バイオカウンター蛍
光計による生物発光ＡＴＰ検定のための標準“ルーマッ
ク（Ｌ　ｕ田ａｃ）”ホタルルシフェラーゼ／ルシフェ
リン試薬を使用して、経験上、熟知されている光子の“
バックグラウンド”の計数（約１０個／秒）によって、
検定（製造元推奨の通りに行なう）の下限が定められる
。　これによれば、該測定下限は試料あたり約５ＸＩＱ
−１ｓモルＡＴＰである。これに対し、前記のＩＤＰシ
ステムを使用した場合、同様の標準を使用すれば、測定
下限は約５ＸＩＯ−＋ｔモルＡＴＰとなる。

次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、
これは本発明の説明のためのみに挙げたものであって、
本発明を限定しようとするものではない。

寒敷敗 前記コーラ−およびミルスティンの方法に従って、モノ
クローナル抗体を調製する。特に、赤痢菌（シゲラ）に
対する抗体を、ＰＣＴ国際公開第８６１００２９６号に
記載の方法で調製し、ホタルルシフェラーゼ／ルシフェ
リン／ＡＴＰ系のような発光化合物で標識化する。次い
で、この発光標識した抗体を、微量滴定トレイの表面に
吸着させる。さらに、トレイの各ウェルは、異種抗原に
対する標識モノクローナル抗体を含有していてもよく、
このようにして多種多様の異種抗原を同時（二分析する
ことが可能になる。従って、この微１ｉ’ｌｉ定トレイ
は、多数の既知抗体をトレイ上の既知Ｘ−ｙアドレスま
たは領域に含有する。次いで、このトレイを、未知の抗
原を含有する試料で洗い、抗原−抗体反応を起こさせる
。次いで、このトレイをすすぎ、未結合の抗体を除去し
、そしてこのトレイを前記イメージ光子検知装置の試料
キャリアホルダー中に置く。そして、試料中の未知抗原
の存在およびその量を、特異的な抗原−抗体反応が発生
する光子、およびその微量滴定トレイ上のｘ−ｙ位置に
よって測定する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の新規光子検知装置の概略図であり、
第２図は、第１図で示す装置に使用するイメージ光子検
知器の概略図である。第３図は、バックグラウンドノイ
ズ信号および独立した反応領域からの信号の両者（それ
によって、バックグラウンドノイズ信号を相殺し、反応
信号だけを残すことができる）を示す概略図であり、第
４図は、多数の標識抗体を同時に使用することができる
か、または標準反応を他の反応と比較することができる
キャリアを示す概略図である。第５図は、波長干渉フィ
ルターを第４図で示すキャリアと共に使用して特定の波
長光だけを通過させ、それによって標識抗体に対応する
特定の波長の光子だけをイメージ検知器に通過させるこ
とができる様子を示す概略図である。第６図は、試料信
号からバックグラウンドノイズを差口引いて、実質的に
、反応試料由来の純粋な放出光子のみを表わす出力信号
を得るための、マイクロプロセッサ−中の回路を示す概
略図であり、第７図は、外部光源として目に見えない紫
外線を使用するときの概略図である。 ｌＯ・・・試料キャリア、１２・・・光子、１４・・・
光学システム、１５・・冷却ユニット、１６・・・イメ
ージ光子検知器、１８・・・イメージ光子検知器のアナ
ログ出力信号、２０・・・アナログからデジタルへのコ
ンバーター、２２・・・デジタル出力信号、２４・・・
マイクロプロセッサー、２６・・・出力信号、２８・・
ビデオディスプレー、３０・・・プリンター、３２・・
・光電陰極、３４・・・増幅器、３６・・・抵抗性陽極
、３８・・・４直交電極通過の出力、４０・・・波長干
渉フィルター、４２．４４・・・信号を佇えるメモリー
、４６゜４８・・・メモリーからの出力信号、５０・・
・演算ユニット、５２・・・演算ユニットからの出力信
号、５４・・・紫外光源、５６・・・動力源、５８・・
・紫外線特許出願人　ディー・エックス・カンパニ、−
・リミテッド

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. （１）化学反応によつて発生する光子を検知するための
   装置であつて、 間隔をおいて設けられた分離した領域を有する試料キャ
   リア（各領域は、反応が起つたときに光子を放出するこ
   とができる反応物質を含有する）、各反応で放出される
   光子を同時に受信するための光子レシーバー、および 各反応のＸ−Ｙ位置を表わす信号を発生させるための、
   光子レシーバーに接続した信号発生器、からなり、所定
   時間内の各反応およびその光子放出数を同時に同定する
   ことができる装置。
2. （２）各反応によつて放出される光子数または光の強度
   を表わす、ｘ−ｙ位置出力信号を発生するために、該信
   号発生器が、光伝導性ターゲット、電荷結合ディバイス
   またはビジコン管を有する光電子増倍管である第（１）
   項記載の装置。
3. （３）各信号を受信し蓄積するための、信号発生器に接
   続したコンピューター（これによつて、所定時間内の各
   反応により発生した光子数およびｘ−ｙ位置を測定し得
   る）、および、 各反応領域およびその光子放出数を表示するための、コ
   ンピューターに接続した表示手段、をさらに含有する第
   （１）項または第（２）項記載の装置。
4. （４）反応を表わす信号からバックグラウンドノイズ信
   号を消去するための手段を含有し、それによつて得られ
   た信号が実質的に反応由来の放出光子のみを表示するも
   のである第（１）項〜第（３）項のいずれかに記載の装
   置。
5. （５）他のまたは標準の対照と試験条件下の潜在的反応
   とを比較するために、異なる反応によつて放出される信
   号を比較するための手段をさらに含有する第（１）項〜
   第（４）項のいずれかに記載の装置。
6. （６）信号発生器がアナログ信号を発生し、かつ該装置
   が、 アナログ信号をデジタル信号に変換するための、信号発
   生器に接続したアナログからデジタルへの変換器、およ
   び、 デジタル信号を蓄積するために、領域または反応の配列
   または配置に対応する複数の場所を有する貯蔵手段を含
   む、アナログからデジタルへの変換器に接続したマイク
   ロプロセッサー、 をさらに含有する第（１）項〜第（５）項のいずれかに
   記載の装置。
7. （７）信号発生器が光伝導性ターゲットを含み、かつ該
   装置が、各反応により放出する光子数または光の強度を
   表わすｘ−ｙ位置出力信号を発生させるように、反応に
   より発生する光子の焦点を光伝導性ターゲット上に合わ
   させるための光学システムをさらに含有する第（１）項
   〜第（６）項のいずれかに記載の装置。
8. （８）特有の波長の光を放出する反応だけが、放出光子
   のための装置によつてモニターされるように、試料キャ
   リアと光学システムの間に設けた、特定波長の光を干渉
   するフィルタをさらに含有する第（７）項記載の装置。
9. （９）個々の領域が縦あるいは横一列、または縦および
   横の２次元配列である第（１）項〜第（８）項のいずれ
   かに記載の装置。
10. （１０）反応物質の少なくとも１つが、反応において、
    他の反応から放出される波長とは異なる波長の光を放出
    する標識を含有する第（１）項〜第（９）項のいずれか
    に記載の装置。
11. （１１）各反応物体が抗原に対する標識モノクローナル
    抗体であり、該標識が抗原−抗体反応において光を発す
    るものである第（１）項〜第（１０）項のいずれかに記
    載の装置。
12. （１２）各反応物質が、ＤＮＡまたはＲＮＡ中の相補配
    列にそれぞれ特異的である標識ＤＮＡまたはＲＮＡプロ
    ーブであり、該プローブと相補配列含有の試料との反応
    において、該標識が光を発するものである第（１）項〜
    第（１０）項のいずれかに記載の装置。
13. （１３）各反応物質がアイソトープ標識抗体であり、抗
    原−抗体反応においてγ線を発するものであり、所望に
    より、発せられたγ線を光の光子に変換するために、装
    置がリンスクリーンをさらに含有する第（１）項〜第（
    ９）項のいずれかに記載の装置。
14. （１４）反応が起こつたとき光子を発することができる
    反応物質をそれぞれ含有する、間隔をおいて設けた個々
    の領域から、反応時に発せられる光子を検知し、そして
    同時に、発せられた光子のｘ−ｙ位置を測定することか
    らなる化学反応の検知方法。
15. （１５）所定時間内の反応試料の合計光子放出量をさら
    に測定する第（１４）項記載の方法。
16. （１６）第（３）項〜第（６）項のいずれかに記載の装
    置に対して定義した機能に対応する、１またはそれ以上
    の段階を含有する第（１２）項または第（１３）項記載
    の方法。
17. （１７）第（１）項〜第（１３）項のいずれかに記載の
    装置を使用する化学反応の検知方法であつて、試料キャ
    リアの領域に分析物質を入れ、この分析物質および試料
    キャリアの１つが該反応物質を含有し、そして他を反応
    物質と反応する成分を含有するか否かを測定する試験に
    供する方法。