JPS6165143A - 免疫反応の測定方法および装置 - Google Patents
免疫反応の測定方法および装置Info
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- JPS6165143A JPS6165143A JP18628484A JP18628484A JPS6165143A JP S6165143 A JPS6165143 A JP S6165143A JP 18628484 A JP18628484 A JP 18628484A JP 18628484 A JP18628484 A JP 18628484A JP S6165143 A JPS6165143 A JP S6165143A
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- G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(従来技術)
本jを明は、抗原−抗体反応に基く免疫反応を、(散粒
子による散乱光の強度ゆらぎを利用して測定する方ン去
および装置に関するものである。
子による散乱光の強度ゆらぎを利用して測定する方ン去
および装置に関するものである。
免疫物質、ホルモン、医薬品、免疫調節等生体内微量成
分の測定法として免疫反応の特異的選択反応を利用した
免疫分析法があり、大別すると酵素や敢Q’J性アイソ
トープを標識物質として用いる標識免疫分析法と、抗原
・抗体複合体を直接測定する非標識免疫分析法の2方法
がよく知られている。
分の測定法として免疫反応の特異的選択反応を利用した
免疫分析法があり、大別すると酵素や敢Q’J性アイソ
トープを標識物質として用いる標識免疫分析法と、抗原
・抗体複合体を直接測定する非標識免疫分析法の2方法
がよく知られている。
前者の標識免疫分析法としてはラジオイムノアラレイ(
RIA>、酵素免疫分析(EIA)、螢光免疫分析(F
IA)等がよく知られており、高感度であるがアイソト
ープの取り扱い、廃棄物処理等の種々の制限があり、又
IQ定に長時間を要するうえに標識試薬が高価であるた
め検査コストが高い等の欠点がある。
RIA>、酵素免疫分析(EIA)、螢光免疫分析(F
IA)等がよく知られており、高感度であるがアイソト
ープの取り扱い、廃棄物処理等の種々の制限があり、又
IQ定に長時間を要するうえに標識試薬が高価であるた
め検査コストが高い等の欠点がある。
後者の非標識免疫分析法には免疫電気泳動法、免疫拡散
法、沈降法等があり、簡便な分If′r法であるか感度
、定量性、再現性の点で精密測定としては不充分である
。このような免疫分析法に関しては「臨床検査法提要」
(金井泉原著、金井正光編茗、金属出版)や、「臨床
検査JVoλ、22゜No 、5 (1978) 、第
471〜481頁に詳しく説明されている。
法、沈降法等があり、簡便な分If′r法であるか感度
、定量性、再現性の点で精密測定としては不充分である
。このような免疫分析法に関しては「臨床検査法提要」
(金井泉原著、金井正光編茗、金属出版)や、「臨床
検査JVoλ、22゜No 、5 (1978) 、第
471〜481頁に詳しく説明されている。
ま Iこ 、 r I mmunochemi
stryJ 、 Vo j2 、 1
2゜No 、4 (1975)、第349〜351@に
は、抗体または抗原を表面に担持させた粒子を抗原また
は抗体と反応させ、凝集粒子の大きさに比例して減少す
るブラウン運動の指標となる平均拡散定数を、レーザ光
の散乱光のスペクトル幅の変化から求めることにより抗
原または抗体を定量分析する方法が開示されている。こ
の分析方法では標識試薬を用いない利点はあるが、粒子
のブラウン運動によるドツプラ効果によって入射光のス
ペクトルが広がるのを分光計を用いて検出しているため
、装置が大形で高価となる欠点があると共に分光計を機
械的に駆動する際に誤差が生じ、箱度および再現性が悪
くなる欠点がある。また、この方法では光のスペクトル
幅から平均拡散定数を求めているだけであり、情報量が
少ないという欠点もある。
stryJ 、 Vo j2 、 1
2゜No 、4 (1975)、第349〜351@に
は、抗体または抗原を表面に担持させた粒子を抗原また
は抗体と反応させ、凝集粒子の大きさに比例して減少す
るブラウン運動の指標となる平均拡散定数を、レーザ光
の散乱光のスペクトル幅の変化から求めることにより抗
原または抗体を定量分析する方法が開示されている。こ
の分析方法では標識試薬を用いない利点はあるが、粒子
のブラウン運動によるドツプラ効果によって入射光のス
ペクトルが広がるのを分光計を用いて検出しているため
、装置が大形で高価となる欠点があると共に分光計を機
械的に駆動する際に誤差が生じ、箱度および再現性が悪
くなる欠点がある。また、この方法では光のスペクトル
幅から平均拡散定数を求めているだけであり、情報量が
少ないという欠点もある。
上述したように従来の免疫分析方法では、高価な標識試
薬を用いるため分析のランニングコストか高価となると
共に液体の取扱いおよび処理が面削となったり、処理時
間が長くなる欠点があったり、高価で大形な分光計を必
要とすると共に精度や再現性も悪く、冑られる情報量も
少ないという欠点があった。
薬を用いるため分析のランニングコストか高価となると
共に液体の取扱いおよび処理が面削となったり、処理時
間が長くなる欠点があったり、高価で大形な分光計を必
要とすると共に精度や再現性も悪く、冑られる情報量も
少ないという欠点があった。
このような欠点を除去するために、微粒子による散乱光
の強度ゆらぎが抗原−抗体反応と密接な関係にあること
を利用して抗原−抗体反応を測定することにより、上)
ホした従来の欠点を除去し、高価な標識試薬や高価でか
つ大形な分光計を用いずに、高い精度および再現性を以
って測定を行なうことができ、しかも測定時間の短縮、
抗原−抗体反応測定の自動化か可能であると共に抗原−
抗体反応について多くの有用な情報を得ることができる
免疫反応測定方法およびこのような方法を実施する装置
が特願昭59−148878号において提案されている
。
の強度ゆらぎが抗原−抗体反応と密接な関係にあること
を利用して抗原−抗体反応を測定することにより、上)
ホした従来の欠点を除去し、高価な標識試薬や高価でか
つ大形な分光計を用いずに、高い精度および再現性を以
って測定を行なうことができ、しかも測定時間の短縮、
抗原−抗体反応測定の自動化か可能であると共に抗原−
抗体反応について多くの有用な情報を得ることができる
免疫反応測定方法およびこのような方法を実施する装置
が特願昭59−148878号において提案されている
。
この免疫反応測定方法は、少なくとも抗原および抗体を
含む抗原−抗体反応液に輻射線を投射し、抗原−抗体反
応により生成される微粒子による散乱光または反応液に
加えた抗体または抗原を固定した微粒子の抗原−抗体反
応によって生ずる散乱光をホモダイン的にまたはヘテロ
ダイン的に検知し、この検知出力の強度ゆらぎのパワー
スペクトル密度に暴いて抗原−抗体反応を測定するもの
である。
含む抗原−抗体反応液に輻射線を投射し、抗原−抗体反
応により生成される微粒子による散乱光または反応液に
加えた抗体または抗原を固定した微粒子の抗原−抗体反
応によって生ずる散乱光をホモダイン的にまたはヘテロ
ダイン的に検知し、この検知出力の強度ゆらぎのパワー
スペクトル密度に暴いて抗原−抗体反応を測定するもの
である。
このような免疫反応測定方法においては、抗原−抗体反
応の結果として生成される微粒子による散乱光または抗
体または抗原を表面に固定した微粒子の抗原−抗体反応
によって生ずる散乱光の強度が、光の干渉によりゆらぐ
ため、この強度ゆらぎのパワースペクトル密度に粒子の
形状や大きさの依存性があることに着目し、強度ゆらぎ
のパワースペクトル密度を検知することにより抗原−抗
体反応の有無、抗原または抗体の定量、抗原−抗(A反
応に、よる微杓子の凝集状態(粒径かイ1i )などの
多くの有用な情報を1qることかできる。このような方
法では散乱光を光検出器で受光し、その出力信号強度の
ゆらぎを検知するものであるから、標識試薬を用いる必
要はないと共に散乱光のスペクトル分析を行なうもので
はないので分光計を用゛いる必要もない。また、散乱光
の強度ゆらぎのパワースペクトル密度の緩和周波数が粒
子の大きさに依存することを利用して、抗原−抗体反応
の+iij後における緩和周波数の比を求め、この比の
値から抗原−抗体反応を測定したり、散乱光の強度ゆら
ぎのパワースペクトル密度の低周波数側の周波数に関す
る積分値が粒子の大きさに依存することを利用して、抗
原−抗体反応の前後における積分値の比を求め、この比
の値から抗原−抗体反応を測定したりすることができる
。
応の結果として生成される微粒子による散乱光または抗
体または抗原を表面に固定した微粒子の抗原−抗体反応
によって生ずる散乱光の強度が、光の干渉によりゆらぐ
ため、この強度ゆらぎのパワースペクトル密度に粒子の
形状や大きさの依存性があることに着目し、強度ゆらぎ
のパワースペクトル密度を検知することにより抗原−抗
体反応の有無、抗原または抗体の定量、抗原−抗(A反
応に、よる微杓子の凝集状態(粒径かイ1i )などの
多くの有用な情報を1qることかできる。このような方
法では散乱光を光検出器で受光し、その出力信号強度の
ゆらぎを検知するものであるから、標識試薬を用いる必
要はないと共に散乱光のスペクトル分析を行なうもので
はないので分光計を用゛いる必要もない。また、散乱光
の強度ゆらぎのパワースペクトル密度の緩和周波数が粒
子の大きさに依存することを利用して、抗原−抗体反応
の+iij後における緩和周波数の比を求め、この比の
値から抗原−抗体反応を測定したり、散乱光の強度ゆら
ぎのパワースペクトル密度の低周波数側の周波数に関す
る積分値が粒子の大きさに依存することを利用して、抗
原−抗体反応の前後における積分値の比を求め、この比
の値から抗原−抗体反応を測定したりすることができる
。
しかし、このように散乱光の強度ゆらぎのパワースペク
トル密度に基いて抗原−抗体反応を測定する場合、散乱
光のエネルギーは小さいのでパワースペクトル密度を表
わす信号はノイズの影響を受は易くそのS ’Nは小さ
く、例え(ば?)i f[1周波数を正確に求めること
か困難となり、測定精度か低くなる欠点がある。
トル密度に基いて抗原−抗体反応を測定する場合、散乱
光のエネルギーは小さいのでパワースペクトル密度を表
わす信号はノイズの影響を受は易くそのS ’Nは小さ
く、例え(ば?)i f[1周波数を正確に求めること
か困難となり、測定精度か低くなる欠点がある。
(発明の目的)
本発明の目的は、上述した散乱光の強度ゆらぎを利用し
た免疫反応測定方法の利点はそのまま帷持し、その欠点
を有効に除去し、信号のS 、/ Nを向上することに
より測定精度を高くすることができるml定方法および
測定装置を提供しようとするものである。
た免疫反応測定方法の利点はそのまま帷持し、その欠点
を有効に除去し、信号のS 、/ Nを向上することに
より測定精度を高くすることができるml定方法および
測定装置を提供しようとするものである。
(発明の概要)
本発明の測定方法は、抗原および抗体を含む反応液に輻
射線を投射し、抗原−抗体反応により生成される微粒子
による散乱光または反応液に加えた抗体または抗原を固
定した微粒子による散乱光を時間的に間隔を置いて複数
回検出し、各回の光電変換出力信号を処理して散乱光の
強度ゆらき゛のパワースペクトル密度を求め、これらパ
ワースペクトル密度を平均化して得られるパワースペク
トル密度に基いて抗原−抗体反応を測定することを特徴
とするものである。
射線を投射し、抗原−抗体反応により生成される微粒子
による散乱光または反応液に加えた抗体または抗原を固
定した微粒子による散乱光を時間的に間隔を置いて複数
回検出し、各回の光電変換出力信号を処理して散乱光の
強度ゆらき゛のパワースペクトル密度を求め、これらパ
ワースペクトル密度を平均化して得られるパワースペク
トル密度に基いて抗原−抗体反応を測定することを特徴
とするものである。
また、本発明の測定装置は、抗原および抗体を含む反応
液に光を投射し、抗原−抗体反応により生成される微粒
子による散乱光または反応液に加えた抗体または抗原を
固定した微粒子による散乱光を検知し、この検知出力の
強度ゆらぎのパワースペクトル密度に基いて抗原−抗体
反応を測定する装置において、 前記抗原−抗体反応を行なう反応液を収容するセルと、 コヒーレントな光を放射し、これを前記セルに入射させ
る光源装置と、 前記セルからの散乱光を単独または入射光と共に受光す
る光検出装置と、 この光検出装置からの出力信号をR間を置いて複数回に
亘って受け、その強度ゆらぎのパワースペクトル密度を
求める手段と、 これらのパワースペクトル密度を記憶する記憶手段と、 この記憶手段からパワースペクトル密度を続出して平均
化したパワースペクトル密度を求める手段と、 この平均化したパワースペクトル密度に基いて抗原−抗
体反応を測定する手段とを具えることを特徴とするもの
である。
液に光を投射し、抗原−抗体反応により生成される微粒
子による散乱光または反応液に加えた抗体または抗原を
固定した微粒子による散乱光を検知し、この検知出力の
強度ゆらぎのパワースペクトル密度に基いて抗原−抗体
反応を測定する装置において、 前記抗原−抗体反応を行なう反応液を収容するセルと、 コヒーレントな光を放射し、これを前記セルに入射させ
る光源装置と、 前記セルからの散乱光を単独または入射光と共に受光す
る光検出装置と、 この光検出装置からの出力信号をR間を置いて複数回に
亘って受け、その強度ゆらぎのパワースペクトル密度を
求める手段と、 これらのパワースペクトル密度を記憶する記憶手段と、 この記憶手段からパワースペクトル密度を続出して平均
化したパワースペクトル密度を求める手段と、 この平均化したパワースペクトル密度に基いて抗原−抗
体反応を測定する手段とを具えることを特徴とするもの
である。
(実施例)
第1図は本発明による免疫反応mll表装置一実施例の
構成を示す図である。本例においては、コヒーレント光
を放出する光源として波長632.8nllのHe−4
4e刀スレーザ1を設ける。コヒーレント光を放射する
光源としては、このようなカスレーザの他に半導体レー
ザのような固体レーザを用いることもできる。光源1か
ら放射されるレーザ光束2を半透鏡3により光束4と光
束5とに分画する。一方の光束4を集光レンズ6により
集光して透明なセル8に投射する。他方の光束5をシリ
コンフォトダイオードより成る光検出器9に入射させ、
光源1の出力光強度の変動を表わすモニタ信号に変換す
る。
構成を示す図である。本例においては、コヒーレント光
を放出する光源として波長632.8nllのHe−4
4e刀スレーザ1を設ける。コヒーレント光を放射する
光源としては、このようなカスレーザの他に半導体レー
ザのような固体レーザを用いることもできる。光源1か
ら放射されるレーザ光束2を半透鏡3により光束4と光
束5とに分画する。一方の光束4を集光レンズ6により
集光して透明なセル8に投射する。他方の光束5をシリ
コンフォトダイオードより成る光検出器9に入射させ、
光源1の出力光強度の変動を表わすモニタ信号に変換す
る。
セル8の中には、表面に抗体または抗原を結合した微粒
子7を分散ざぜた援′PfJ液と、抗原または抗体を含
む被検:(夕との混合物である抗原−抗体反応((夕を
収容する。したがってセル8中で抗原−抗体反応か起こ
り、微粒子間に相互作用が生じたり、微粒子が相互に付
着するため、ブラ・クン運動の状態が変化することにな
る。セル8中の微粒子7によって散乱されlζ散乱光を
、一対のピンホールを有するコリメータ10を経て例え
ば光電子増倍管より成る光検出器11に入射させる。光
検出器11の出力信号は低雑音増幅器12を経てA/D
変換器13に供給Jる。このA/D変換部13では各測
定サイクルタイム中P個のデジタル信号をサンプリング
して〜1ビットのデジタル信号に変換し、これらを第1
の記憶手段を構成する第1のメモリ14に記憶する。し
たがってメモリ14の容ffl 4.t P X Mビ
ット以」二必紗で必る。
子7を分散ざぜた援′PfJ液と、抗原または抗体を含
む被検:(夕との混合物である抗原−抗体反応((夕を
収容する。したがってセル8中で抗原−抗体反応か起こ
り、微粒子間に相互作用が生じたり、微粒子が相互に付
着するため、ブラ・クン運動の状態が変化することにな
る。セル8中の微粒子7によって散乱されlζ散乱光を
、一対のピンホールを有するコリメータ10を経て例え
ば光電子増倍管より成る光検出器11に入射させる。光
検出器11の出力信号は低雑音増幅器12を経てA/D
変換器13に供給Jる。このA/D変換部13では各測
定サイクルタイム中P個のデジタル信号をサンプリング
して〜1ビットのデジタル信号に変換し、これらを第1
の記憶手段を構成する第1のメモリ14に記憶する。し
たがってメモリ14の容ffl 4.t P X Mビ
ット以」二必紗で必る。
次に第1のメモリ14に記憶された2個のデジタル信号
をデバイダ15に供給する。このデバイダ15には光検
出器9の出力を、低雑音増幅器16.A/D変換器11
およびメモリ18を介して供給する。これら△/′D変
換器17およびメモリ18の)幾能は、上述したA/D
変換器13およびメモリ14とまったく同様であり、A
/D変換器17において各々が1′v1ビツトのデジタ
ル信号を2個作り、これらをメモリ18に記憶する。デ
バイダ15からは光源1の出力変動分が補正された信号
が得られる。次にこの信号を高速フーリエ変換器19に
供給し、高速フーリエ変換を行なって散乱光強度ゆらぎ
のパワースペクトル密度を求める。本発明ではこのよう
な処理を複数回繰返して複数のパワースペクトル密度を
求め、これらをデマルチプレクサ20を経て第2の記憶
手段を構成する第2のメモリ21−1〜21−Nに次々
と記憶する。これらの第2のメモリの各々の容量もPX
Mビット以上あればよい。このようにして全てのパワー
スペクトル密度を求めた後、これらをメモリ21−1〜
21−Nから読出してノーマライザ22に供給して平均
化し、平均化したパワースペクトル密度を演算処理部2
3に供給する。、演算処理部23では平均化されたパワ
ースペクトル密度に基いて演算処理を行ない、凝集反応
の有無、試料中の抗原または抗体の濃度などの測定結果
を求め、これをプリンタ24に供給して測定結果を表示
する。また、平均化したパワースペクトル密度の波形は
陰極線管25によりモニタすることができる。
をデバイダ15に供給する。このデバイダ15には光検
出器9の出力を、低雑音増幅器16.A/D変換器11
およびメモリ18を介して供給する。これら△/′D変
換器17およびメモリ18の)幾能は、上述したA/D
変換器13およびメモリ14とまったく同様であり、A
/D変換器17において各々が1′v1ビツトのデジタ
ル信号を2個作り、これらをメモリ18に記憶する。デ
バイダ15からは光源1の出力変動分が補正された信号
が得られる。次にこの信号を高速フーリエ変換器19に
供給し、高速フーリエ変換を行なって散乱光強度ゆらぎ
のパワースペクトル密度を求める。本発明ではこのよう
な処理を複数回繰返して複数のパワースペクトル密度を
求め、これらをデマルチプレクサ20を経て第2の記憶
手段を構成する第2のメモリ21−1〜21−Nに次々
と記憶する。これらの第2のメモリの各々の容量もPX
Mビット以上あればよい。このようにして全てのパワー
スペクトル密度を求めた後、これらをメモリ21−1〜
21−Nから読出してノーマライザ22に供給して平均
化し、平均化したパワースペクトル密度を演算処理部2
3に供給する。、演算処理部23では平均化されたパワ
ースペクトル密度に基いて演算処理を行ない、凝集反応
の有無、試料中の抗原または抗体の濃度などの測定結果
を求め、これをプリンタ24に供給して測定結果を表示
する。また、平均化したパワースペクトル密度の波形は
陰極線管25によりモニタすることができる。
第2図は第1図に示したコリメーター0の詳細な構成を
示す図である。本例のコリメーター0は空胴構造となっ
ており、空に10aは外光の影ν2を除くために暗箱構
造となっており、その内面は反射防止構造となっている
。空胴10aの前後にはピンホール10b6よび10c
を形成する。今、これらピンホール10bおよびiQc
の半径をそれぞれaおよびa、ピンホール間の距離をり
、空胴10aの内部媒体の回折率をn、波長をλとする
とき、次式(1)を満足するように構成する。
示す図である。本例のコリメーター0は空胴構造となっ
ており、空に10aは外光の影ν2を除くために暗箱構
造となっており、その内面は反射防止構造となっている
。空胴10aの前後にはピンホール10b6よび10c
を形成する。今、これらピンホール10bおよびiQc
の半径をそれぞれaおよびa、ピンホール間の距離をり
、空胴10aの内部媒体の回折率をn、波長をλとする
とき、次式(1)を満足するように構成する。
L ≧41 a1a2. 、 、 、 (1゜λ
本発明では、上述したように散乱光の強度ゆらぎのパワ
ースペクトル密度を検出するか、このパワースペクトル
密度は、微粒子が波長程度の距離を拡散してゆくことに
よる干渉成分のゆらき′による項と、散乱体積への微粒
子の出入りによって生ずる粒子数のゆらぎによる項とか
ら成っている。
ースペクトル密度を検出するか、このパワースペクトル
密度は、微粒子が波長程度の距離を拡散してゆくことに
よる干渉成分のゆらき′による項と、散乱体積への微粒
子の出入りによって生ずる粒子数のゆらぎによる項とか
ら成っている。
この内、干渉による散乱光のゆらぎはスペックルパター
ンの空間的なゆらぎとして観測されるが、これをそのま
ま広い受光面を持った光検出器11に入射ざぜると、受
光面の面積に亘って空間的な平滑化が行なわれるので、
検出されるゆらぎは小さくなってしまう。そこで上Jし
たようなピンホールを有するコリメータ10を用いて光
検出器11の視野を限定することにより、ゆらぎを高感
度で検出することができるようになる。本実施例では上
式(1)を満足させるには、空yA10a内の媒体は屈
折率1)=1の空気で十分実用的である。すなわち、M
径0.3mmのピンホール10b 、 10cを30c
m離したコリメータ10を用いれば上式(1)は満足さ
れることになる。
ンの空間的なゆらぎとして観測されるが、これをそのま
ま広い受光面を持った光検出器11に入射ざぜると、受
光面の面積に亘って空間的な平滑化が行なわれるので、
検出されるゆらぎは小さくなってしまう。そこで上Jし
たようなピンホールを有するコリメータ10を用いて光
検出器11の視野を限定することにより、ゆらぎを高感
度で検出することができるようになる。本実施例では上
式(1)を満足させるには、空yA10a内の媒体は屈
折率1)=1の空気で十分実用的である。すなわち、M
径0.3mmのピンホール10b 、 10cを30c
m離したコリメータ10を用いれば上式(1)は満足さ
れることになる。
本発明においては上述したように、複数回に亘ってデー
タの取込みを行なって複数個のパワースペクトル密度を
求め、これらを平均化するので、S/Nは箸しく向上す
ることになる、 QQにN回に亘ってデータの取込みを
行なうとS7・、\は爪(8となる。したがって例えば
100回行なえばS/\は10倍高くなる。
タの取込みを行なって複数個のパワースペクトル密度を
求め、これらを平均化するので、S/Nは箸しく向上す
ることになる、 QQにN回に亘ってデータの取込みを
行なうとS7・、\は爪(8となる。したがって例えば
100回行なえばS/\は10倍高くなる。
上述した実施例においては、セル8に入射する光束4の
方向と、コリメーター0の光軸方向とを90°とし、入
射光束は直接光検出器11に入QJ I、ないホモダイ
ン法を採用したが、入射光束の一部を光検出器11に入
射させる・\テロダイン法を採用することもてきる。こ
こてホモタイン的に散乱光を検出する場合には、光電子
増倍管より成る光検出器11の出力信号は、散乱光の電
界強度をEとすると、その自乗の平均1直戸 に比例し
たものとなり、散乱光と入射光とを併わせで検出するヘ
テロダイン的検出の場合には、直接の入射光の電界強度
をEeとすると、光検出器11の出力信号は、となる。
方向と、コリメーター0の光軸方向とを90°とし、入
射光束は直接光検出器11に入QJ I、ないホモダイ
ン法を採用したが、入射光束の一部を光検出器11に入
射させる・\テロダイン法を採用することもてきる。こ
こてホモタイン的に散乱光を検出する場合には、光電子
増倍管より成る光検出器11の出力信号は、散乱光の電
界強度をEとすると、その自乗の平均1直戸 に比例し
たものとなり、散乱光と入射光とを併わせで検出するヘ
テロダイン的検出の場合には、直接の入射光の電界強度
をEeとすると、光検出器11の出力信号は、となる。
ここで妬はゆらぎがない(もしあったとしても散乱光の
ゆらぎに比べて緩つくりしている)ので、光検出器11
の出力の変動成分は殆んど第2項2Eo−Esに等しい
。つまり、散乱光の電界強度百、に(Jぼ比例した出力
信号か得られること【こ/ヱる。
ゆらぎに比べて緩つくりしている)ので、光検出器11
の出力の変動成分は殆んど第2項2Eo−Esに等しい
。つまり、散乱光の電界強度百、に(Jぼ比例した出力
信号か得られること【こ/ヱる。
また、コリメータ10も上述した構成に限定されるもの
ではなく、光検出器11の視野を1スペツクルパターン
以下に制限できるものであれば任意の構成どすることが
できる。
ではなく、光検出器11の視野を1スペツクルパターン
以下に制限できるものであれば任意の構成どすることが
できる。
上述した装置を用い、光検出器11の出力信号を高速フ
ーリエ変換して散乱光の強度ゆらぎのパワースペクトル
密度を求めた結果を次に説明するっここで定常1ifr
立過程X(t)のバワースベク1〜ル密度S([)は、
次のように表わすことができる。
ーリエ変換して散乱光の強度ゆらぎのパワースペクトル
密度を求めた結果を次に説明するっここで定常1ifr
立過程X(t)のバワースベク1〜ル密度S([)は、
次のように表わすことができる。
この(3)式をもとに高速フーリエ変換を用いてパワー
スペクトル密度の計停を行なう。しかし、1回のデータ
取込みにより得られるパワースペクト・層密度はS/N
が低く、第3図Aに示すようなものとなり、曲線の肩の
部分の周波数である緩和周波数を正確に求めることは困
難となるが、本発明のようにN回に亘って取込んだデー
タから得られるパワースペクトル密度を平均化すると第
3図Bに示すようにノイズが著しく低減したパワースペ
クトル密度が得られ、これから緩和周波数「を正確に求
めること、ができる。
スペクトル密度の計停を行なう。しかし、1回のデータ
取込みにより得られるパワースペクト・層密度はS/N
が低く、第3図Aに示すようなものとなり、曲線の肩の
部分の周波数である緩和周波数を正確に求めることは困
難となるが、本発明のようにN回に亘って取込んだデー
タから得られるパワースペクトル密度を平均化すると第
3図Bに示すようにノイズが著しく低減したパワースペ
クトル密度が得られ、これから緩和周波数「を正確に求
めること、ができる。
第4図および第5図は、粒径がそれぞれ0188μn1
および0.305μmのラテックス粒子を分散さけた液
をセル8に収容したときに(qられる平均化したパワー
スペクトル密度を示すものであり、これ(五ローレンツ
型パワースペクトル密度を表わすものCあり、散乱光の
強度ゆらぎのパワースペクトル密度の内、干渉効果によ
るものである。これらのパワースペク片ル密度の緩和周
波数は微粒子の直(¥に反比例することがわかる。すな
わち、散乱光の強1腿ゆらぎは上jホしたように微粒子
の)■動に暴くコヒーレント光の干渉による成分と、散
乱体積内の粒子数の変動による成分との合成されたもの
となるが、本実施〃1では干渉成分が主として検出され
ており、パワースペクトル密度の緩和周波数は粒子が光
の波長の距離を移すjする時間の逆数となるので、粒径
が大きくなると移動時間は長くなり、緩和周波数が減少
することになる。このように、パワースペクトル密度の
緩和周波数は粒径に反比例するので、この緩和周波数の
変化から抗原−抗体による凝集の有無や凝集の程度を検
出することができる。
および0.305μmのラテックス粒子を分散さけた液
をセル8に収容したときに(qられる平均化したパワー
スペクトル密度を示すものであり、これ(五ローレンツ
型パワースペクトル密度を表わすものCあり、散乱光の
強度ゆらぎのパワースペクトル密度の内、干渉効果によ
るものである。これらのパワースペク片ル密度の緩和周
波数は微粒子の直(¥に反比例することがわかる。すな
わち、散乱光の強1腿ゆらぎは上jホしたように微粒子
の)■動に暴くコヒーレント光の干渉による成分と、散
乱体積内の粒子数の変動による成分との合成されたもの
となるが、本実施〃1では干渉成分が主として検出され
ており、パワースペクトル密度の緩和周波数は粒子が光
の波長の距離を移すjする時間の逆数となるので、粒径
が大きくなると移動時間は長くなり、緩和周波数が減少
することになる。このように、パワースペクトル密度の
緩和周波数は粒径に反比例するので、この緩和周波数の
変化から抗原−抗体による凝集の有無や凝集の程度を検
出することができる。
上述したように、散乱光の強度ゆらきは粒子のブラウン
運動による干渉性成分と、散乱体積内の粒子数の変化に
よる非干渉性成分との和になるが、散乱体積内の粒子数
が少なくなり、干渉性成分が少なくなって、非干渉性成
分と同程麿となると、粒子のブラウン運動による散乱光
強度変化以外の成分も検出してしまい、抗原−抗体反応
を゛積度よく検出することはできなくなる。したがって
、粒子の1農度は、散乱体積内での入射光強度が十分1
qられる程度に低く、かつ干渉性成分か鉗子、歩性成分
よりも大ぎくなるような範囲に選ぶ必要があるが、散乱
体の粒i¥が一定であれば相当広い粒子濃度に亘って相
対ゆらぎは一定となる。
運動による干渉性成分と、散乱体積内の粒子数の変化に
よる非干渉性成分との和になるが、散乱体積内の粒子数
が少なくなり、干渉性成分が少なくなって、非干渉性成
分と同程麿となると、粒子のブラウン運動による散乱光
強度変化以外の成分も検出してしまい、抗原−抗体反応
を゛積度よく検出することはできなくなる。したがって
、粒子の1農度は、散乱体積内での入射光強度が十分1
qられる程度に低く、かつ干渉性成分か鉗子、歩性成分
よりも大ぎくなるような範囲に選ぶ必要があるが、散乱
体の粒i¥が一定であれば相当広い粒子濃度に亘って相
対ゆらぎは一定となる。
第6図J5よび第7図は、直径0.3μmのラテツクス
粒子の表面に免疫グロブリンGの抗イホを固定したもの
を、Tris−HCρでP H7に調整したN t(+
+液に分[i(させたものに、抗原として10−g7m
りおよび10−gg/m℃の濃度の免疫グロブリンGを
加えた抗原−抗体反応液をセルに収容し、抗原−抗体反
応の開始前と開始後のパワースペクトル密度を示すもの
である。第6図に示す抗原1度10−’ !、l、’m
、+2の場合には、反応前の緩和周波数が杓!101
12であるのに対し、反応後の緩和周波数が10Hzに
変化している。これに対し、抗原濃度が10−9υ、/
1IIf!、の場合には、反応開始前の緩和周波数は杓
95 H2て、反応後の緩和周波数は約4014zとな
っている。したかって、抗原−抗体反応前後の緩和周波
数の比[を、 と定透し、この伽を幾つかの抗原濃度について求めてグ
ラフに示すと第8図に示すようになる。す4jわら、第
8図において横軸は抗原濃度をとり、縦軸は緩和周波数
の比Fの直をとって示ずものであるか、in T’O周
波周波比Fを求めることにより抗原濃度を検出すること
ができる。
粒子の表面に免疫グロブリンGの抗イホを固定したもの
を、Tris−HCρでP H7に調整したN t(+
+液に分[i(させたものに、抗原として10−g7m
りおよび10−gg/m℃の濃度の免疫グロブリンGを
加えた抗原−抗体反応液をセルに収容し、抗原−抗体反
応の開始前と開始後のパワースペクトル密度を示すもの
である。第6図に示す抗原1度10−’ !、l、’m
、+2の場合には、反応前の緩和周波数が杓!101
12であるのに対し、反応後の緩和周波数が10Hzに
変化している。これに対し、抗原濃度が10−9υ、/
1IIf!、の場合には、反応開始前の緩和周波数は杓
95 H2て、反応後の緩和周波数は約4014zとな
っている。したかって、抗原−抗体反応前後の緩和周波
数の比[を、 と定透し、この伽を幾つかの抗原濃度について求めてグ
ラフに示すと第8図に示すようになる。す4jわら、第
8図において横軸は抗原濃度をとり、縦軸は緩和周波数
の比Fの直をとって示ずものであるか、in T’O周
波周波比Fを求めることにより抗原濃度を検出すること
ができる。
一方、第6図および第7図において、抗原−抗体反応の
前後における相対ゆらぎの比(R)か抗原濃度と一定の
関係を有することもわかる。ツなわら、パワースペクト
ル密度のグラフから緩和周波数[を求めることにより相
対ゆらぎを弾出することがてぎる。このとき相対ゆらぎ
比Rば次式で表わ−4ことができる。
前後における相対ゆらぎの比(R)か抗原濃度と一定の
関係を有することもわかる。ツなわら、パワースペクト
ル密度のグラフから緩和周波数[を求めることにより相
対ゆらぎを弾出することがてぎる。このとき相対ゆらぎ
比Rば次式で表わ−4ことができる。
この(4)式により相対ゆらぎ比Rを求め、これと抗原
濃度との関係をグラフにして求めたのが第9図である。
濃度との関係をグラフにして求めたのが第9図である。
このグラフより明らかなように、抗原−抗体反応前後に
おける相対ゆらぎの比Rを求めることにより未知の抗原
濃度を知ることができる。すなわら、測定に先立って既
知の異なる抗原濃度の標準サンプルについて相対ゆらぎ
比Rを求めて第9図のように検量線を求めてJ5き、未
知の抗原濃度の被検体について相対ゆらぎ比Rを求め、
先に求めた検量線に基いて抗原濃度を知ることができる
。通常の測定においては10−8〜10’g/(l1℃
の抗原濃度付近で正確な測定を行なうことが必要である
が本発明によればこのような要求を十分に満足している
。
おける相対ゆらぎの比Rを求めることにより未知の抗原
濃度を知ることができる。すなわら、測定に先立って既
知の異なる抗原濃度の標準サンプルについて相対ゆらぎ
比Rを求めて第9図のように検量線を求めてJ5き、未
知の抗原濃度の被検体について相対ゆらぎ比Rを求め、
先に求めた検量線に基いて抗原濃度を知ることができる
。通常の測定においては10−8〜10’g/(l1℃
の抗原濃度付近で正確な測定を行なうことが必要である
が本発明によればこのような要求を十分に満足している
。
一方、(4)式による相対ゆらき′比Rは第6図および
第7図に示すパワースペクトル密度の低周波帯域におけ
る積分値の変化の比としても求めることができる。づな
わら、 に棋いC(門灯ゆらぎ比Rを求めることができる。
第7図に示すパワースペクトル密度の低周波帯域におけ
る積分値の変化の比としても求めることができる。づな
わら、 に棋いC(門灯ゆらぎ比Rを求めることができる。
ここて抗原−抗体反応t)ηのパワースペクトル密度の
積分賄Aおよび反応後の積分1直13は、10−1−1
0’l!zの低周波帯域にあける積分値である。したが
って低域通過フィルタは10’llz以下の周波数を通
過づるものとする。
積分賄Aおよび反応後の積分1直13は、10−1−1
0’l!zの低周波帯域にあける積分値である。したが
って低域通過フィルタは10’llz以下の周波数を通
過づるものとする。
粒径が一定の場合にはパワースペクトル密度はローレン
ツ型であり、緩和周波数より大ぎい周波数においては周
波数の自乗に反比ゆ1して減少する。
ツ型であり、緩和周波数より大ぎい周波数においては周
波数の自乗に反比ゆ1して減少する。
ところが、粒径が分布している場合には、それぞれの粒
径に対応した緩和周波数を持ったローレンツ型スペクト
ルを重ね合わせたものが観測されるので高周波部分にお
けるパワースペクトル密度は最早や周波数の自乗に反比
例しなくなる。したがってこの部分の形状から逆に反応
によって凝集した粒子の粒径分布を知ることができる。
径に対応した緩和周波数を持ったローレンツ型スペクト
ルを重ね合わせたものが観測されるので高周波部分にお
けるパワースペクトル密度は最早や周波数の自乗に反比
例しなくなる。したがってこの部分の形状から逆に反応
によって凝集した粒子の粒径分布を知ることができる。
このようなデータは従来は得られなかったものであり、
抗原−抗体反応の状態を解析する上で有用な情報である
。
抗原−抗体反応の状態を解析する上で有用な情報である
。
本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく
、幾多の変形や変更が可能である。上述した31明は免
疫グロブリンG (1+l G>について例示したが、
免疫グロブリン△(tgA)。
、幾多の変形や変更が可能である。上述した31明は免
疫グロブリンG (1+l G>について例示したが、
免疫グロブリン△(tgA)。
1(l M、[q D、rgE、オーストラリア抗原、
梅毒抗原、インシュリンなど抗原−抗体反応によって凝
集を生ずるすべての物質の測定に適用づることかできる
。また、上述した実施例で(ユ、徹fQYの人1mに’
A fホを固定して、彼:■(イー中の抗原を検出する
ようにしたか、微粒子の表面に抗原を固定し、被検体中
の抗体を検出することしてぎる。さらに、上述した実施
例では微粒子としてポリスチレンラテックス粒子を用い
たが他の有機物粒子や、ガラスなどの無機物粒子を用い
ることもてきる。
梅毒抗原、インシュリンなど抗原−抗体反応によって凝
集を生ずるすべての物質の測定に適用づることかできる
。また、上述した実施例で(ユ、徹fQYの人1mに’
A fホを固定して、彼:■(イー中の抗原を検出する
ようにしたか、微粒子の表面に抗原を固定し、被検体中
の抗体を検出することしてぎる。さらに、上述した実施
例では微粒子としてポリスチレンラテックス粒子を用い
たが他の有機物粒子や、ガラスなどの無機物粒子を用い
ることもてきる。
さらに上Jした実施例では抗原−抗体反応液の中には最
初から微粒子を存在させたが、このような微粒子を用い
ずに、抗原−抗体反応の結果として生ずる微粒子状生成
1力による散乱光を利用することもてきる。このような
抗原−抗体反応の実施例としては、抗原としてヒト絨毛
ゴナドトロピン(HCG)を用い、抗体として抗ヒト絨
毛ゴナドトロピン(抗HCG)を用いる反応があり、こ
の反応により生成される抗原−抗体複合体は微粒子とし
て扱うことができる。さらに抗原そのものを楊子として
用いることもできる。このような抗原−抗体反応として
は抗原としてカンディダ・アルビカンス(酵母)を用い
、抗体として抗カンディダ・アルビカンスを用いる例や
、池に血球、細胞、ia i’c 1i 4Cとを1立
子として用いることしてきる。また第1図に示す実施例
では抗原−抗1本反応液をセルに収容して測定を11な
うバッチ方式どしたが、抗原−抗体反応液を連続的に流
しながら測定を行なうフロ一方式とすることも勿論可能
であるっ(発明の効果) 上述した本発明の効果を要約すると以上の通りである。
初から微粒子を存在させたが、このような微粒子を用い
ずに、抗原−抗体反応の結果として生ずる微粒子状生成
1力による散乱光を利用することもてきる。このような
抗原−抗体反応の実施例としては、抗原としてヒト絨毛
ゴナドトロピン(HCG)を用い、抗体として抗ヒト絨
毛ゴナドトロピン(抗HCG)を用いる反応があり、こ
の反応により生成される抗原−抗体複合体は微粒子とし
て扱うことができる。さらに抗原そのものを楊子として
用いることもできる。このような抗原−抗体反応として
は抗原としてカンディダ・アルビカンス(酵母)を用い
、抗体として抗カンディダ・アルビカンスを用いる例や
、池に血球、細胞、ia i’c 1i 4Cとを1立
子として用いることしてきる。また第1図に示す実施例
では抗原−抗1本反応液をセルに収容して測定を11な
うバッチ方式どしたが、抗原−抗体反応液を連続的に流
しながら測定を行なうフロ一方式とすることも勿論可能
であるっ(発明の効果) 上述した本発明の効果を要約すると以上の通りである。
(1)酵素やラジオアイソi〜−プのような瞭識試薬の
ような高1曲で、取扱いの面倒な試薬を用いる必要がな
いので、安価かつ容易に実施ηることかできる。
ような高1曲で、取扱いの面倒な試薬を用いる必要がな
いので、安価かつ容易に実施ηることかできる。
(2)免疫電気泳動法、免疫拡散法、沈降法なとの非標
識免疫分析法に比べ精度か高く、再現性が高いので(i
頼性の高い測定結果を高苗摩で得ることかできる。
識免疫分析法に比べ精度か高く、再現性が高いので(i
頼性の高い測定結果を高苗摩で得ることかできる。
(3〉微粒子のブラ「クン運動に塞く散乱光の強度ゆら
ぎを検出するものであるから、超1fflの被検体で高
精度の測定ができると共に測定時間も短時間となる。
ぎを検出するものであるから、超1fflの被検体で高
精度の測定ができると共に測定時間も短時間となる。
(4)平均拡散定数を散乱光のスペクトル幅の変化から
求めることにより抗原または抗体を定量する方法に比べ
分光計が不要であるので装置は小形かつ安価となると共
に精度および信頼性の高い測、定結果がiqられる。
求めることにより抗原または抗体を定量する方法に比べ
分光計が不要であるので装置は小形かつ安価となると共
に精度および信頼性の高い測、定結果がiqられる。
(5)光ゆらぎのパワースペクトル密度に基いて測定を
行なうため、抗原−抗体反応についての多くの有用な情
報を得ることができる。
行なうため、抗原−抗体反応についての多くの有用な情
報を得ることができる。
(6)腹教回に亘って散乱光を受光し、各回の光重変換
出力信号から散乱光の強度ゆらぎのパワースペクトル密
度をそれぞれ求めた蛋、これらの平均化したちのを求め
、これに颯いて抗原−抗体反応の測定を行なうので、S
/Nを「11くすることができ、測定精度を向上するこ
とができる。
出力信号から散乱光の強度ゆらぎのパワースペクトル密
度をそれぞれ求めた蛋、これらの平均化したちのを求め
、これに颯いて抗原−抗体反応の測定を行なうので、S
/Nを「11くすることができ、測定精度を向上するこ
とができる。
第1flLt本発明による免疫反応測定装置の一実施例
の構成を示す線区、 第2図i;i]Iノメータの慴造を示ず線図、第3図△
およびB(よ同じくその効果を示す線図、第4図および
第5図はそれぞれ粒i¥が0.188μmおよび0.3
05μmの微粒子に対するパワースペクトル密度を示す
グラフ、 第6図および第7図はそれぞれ抗原濃度が10−4g/
m℃および10’g 7m J2に対する抗原−抗体反
応前および後のパワースペクトル密度を示すグラフ、 第8図1よ抗原1度と緩和周波数の比との関係を示ずグ
ラフ、 第9図は抗原濃度と相対ゆらき比との関係を示すグラフ
である。 1・・・レーザ光源 2. 4. 5・・・光束3
・・・半透鏡 6・・・集光レンズ7・・・
微粒子 8・・・セル9・・・光検出器
10・・・コリメータ11・・・光検出器 4
2.16・・・低雑&増幅器13・・・A 、、−’
D変換器 14・・・メモリ15・・・デバイタ
19・・・高速フーリエ変換器21−1〜21−N
・・・メモリ 22・・・ノーマライザ 23・・演仁)思理部?4
・・・プリンタ 25・・・陰極線管。 同 弁理t 杉 村 興
作第2図 第3図 A B 周波数 −周波数 7− 第4図 1i1濱数(H2) 第5図 。 /!?ミビ欽(Hアン 第6図 、17 ニーr獣(H,ン 第7図 周句灯H,) 第8図 第9図 抗原1lK(籠l)
の構成を示す線区、 第2図i;i]Iノメータの慴造を示ず線図、第3図△
およびB(よ同じくその効果を示す線図、第4図および
第5図はそれぞれ粒i¥が0.188μmおよび0.3
05μmの微粒子に対するパワースペクトル密度を示す
グラフ、 第6図および第7図はそれぞれ抗原濃度が10−4g/
m℃および10’g 7m J2に対する抗原−抗体反
応前および後のパワースペクトル密度を示すグラフ、 第8図1よ抗原1度と緩和周波数の比との関係を示ずグ
ラフ、 第9図は抗原濃度と相対ゆらき比との関係を示すグラフ
である。 1・・・レーザ光源 2. 4. 5・・・光束3
・・・半透鏡 6・・・集光レンズ7・・・
微粒子 8・・・セル9・・・光検出器
10・・・コリメータ11・・・光検出器 4
2.16・・・低雑&増幅器13・・・A 、、−’
D変換器 14・・・メモリ15・・・デバイタ
19・・・高速フーリエ変換器21−1〜21−N
・・・メモリ 22・・・ノーマライザ 23・・演仁)思理部?4
・・・プリンタ 25・・・陰極線管。 同 弁理t 杉 村 興
作第2図 第3図 A B 周波数 −周波数 7− 第4図 1i1濱数(H2) 第5図 。 /!?ミビ欽(Hアン 第6図 、17 ニーr獣(H,ン 第7図 周句灯H,) 第8図 第9図 抗原1lK(籠l)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、抗原および抗体を含む反応液に輻射線を投射し、抗
原−抗体反応により生成される微粒子による散乱光また
は反応液に加えた抗体または抗原を固定した微粒子によ
る散乱光を時間的に間隔を置いて複数回検出し、各回の
光電変換出力信号を処理して散乱光の強度ゆらぎのパワ
ースペクトル密度を求め、これらパワースペクトル密度
を平均化して得られるパワースペクトル密度に基いて抗
原−抗体反応を測定することを特徴とする免疫反応測定
方法。 2、抗原および抗体を含む反応液に光を投射し、抗原−
抗体反応により生成される微粒子による散乱光または反
応液に加えた抗体または抗原を固定した微粒子による散
乱光を検知し、この検知出力の強度ゆらぎのパワースペ
クトル密度に基いて抗原−抗体反応を測定する装置にお
いて、 前記抗原−抗体反応を行なう反応液を収容 するセルと、 コヒーレントな光を放射し、これを前記セ ルに入射させる光源装置と、 前記セルからの散乱光を単独または入射光 と共に受光する光検出装置と、 この光検出装置からの出力信号を時間を置 いて複数回に亘って受け、その強度ゆらぎのパワースペ
クトル密度を求める手段と、 これらのパワースペクトル密度を記憶する 記憶手段と、 この記憶手段からパワースペクトル密度を 読出して平均化したパワースペクトル密度を求める手段
と、 この平均化したパワースペクトル密度に基 いて抗原−抗体反応を測定する手段とを具えることを特
徴とする免疫反応測定装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18628484A JPS6165143A (ja) | 1984-09-07 | 1984-09-07 | 免疫反応の測定方法および装置 |
US06/769,965 US4762413A (en) | 1984-09-07 | 1985-08-27 | Method and apparatus for measuring immunological reaction with the aid of fluctuation in intensity of scattered light |
DE19853531891 DE3531891A1 (de) | 1984-09-07 | 1985-09-06 | Verfahren und vorrichtung zur messung immunologischer reaktionen |
DE3546566A DE3546566C2 (ja) | 1984-09-07 | 1985-09-06 | |
US07/197,336 US4826319A (en) | 1984-09-07 | 1988-05-23 | Method and apparatus for measuring immunological reaction with the aid of fluctuation in intensity of scattered light |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18628484A JPS6165143A (ja) | 1984-09-07 | 1984-09-07 | 免疫反応の測定方法および装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6165143A true JPS6165143A (ja) | 1986-04-03 |
Family
ID=16185608
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18628484A Pending JPS6165143A (ja) | 1984-09-07 | 1984-09-07 | 免疫反応の測定方法および装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6165143A (ja) |
-
1984
- 1984-09-07 JP JP18628484A patent/JPS6165143A/ja active Pending
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