JPS6190041A - 光強度ゆらぎを用いる免疫反応測定方法 - Google Patents
光強度ゆらぎを用いる免疫反応測定方法Info
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- JPS6190041A JPS6190041A JP21150284A JP21150284A JPS6190041A JP S6190041 A JPS6190041 A JP S6190041A JP 21150284 A JP21150284 A JP 21150284A JP 21150284 A JP21150284 A JP 21150284A JP S6190041 A JPS6190041 A JP S6190041A
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- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; 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】
(技術分野)
本発明は、抗原−抗体反応に基く免疫反応を、微粒子に
よる散乱光の強度ゆらき′を利用してより定量る免疫反
応測定方法に関するものである。
よる散乱光の強度ゆらき′を利用してより定量る免疫反
応測定方法に関するものである。
(従来技術)
免疫物質、ホルモン、医薬品、免疫調節笠生体内微吊成
分の測定法として免疫反応の特異的連携反応を利用した
免疫分析法があり、大別−すると酵素や放射性アイソト
ープを標識物質として用いるi票識免疫分析法と、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連携反応を利用した
免疫分析法があり、大別−すると酵素や放射性アイソト
ープを標識物質として用いるi票識免疫分析法と、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ッセイ(
RIA)、酵素免疫分析(E IA)、螢光免疫分析(
FIA>等がよく知られCいる。しかし、これらの分析
方法は高感度であるが測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
り、また特にRIAにJ3いてはアイソトープの取り扱
い、廃采物処理等の種々の制限がある。
RIA)、酵素免疫分析(E IA)、螢光免疫分析(
FIA>等がよく知られCいる。しかし、これらの分析
方法は高感度であるが測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
り、また特にRIAにJ3いてはアイソトープの取り扱
い、廃采物処理等の種々の制限がある。
また、後者の非標識免疫分析法としては免疫電気泳動法
、免疫拡散法、沈降法等が知られている。
、免疫拡散法、沈降法等が知られている。
しかし、これらの分析法は簡便であるが感度、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、金井正光編著、金属出版)や、「臨床1査J V
Of、 22. No 、 5(1978)、第471
〜481頁に詳しく説明されている。
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、金井正光編著、金属出版)や、「臨床1査J V
Of、 22. No 、 5(1978)、第471
〜481頁に詳しく説明されている。
また、「l mmunochemistryJ 、 V
o 1 、12゜No 、4 (1975)、第349
〜351頁には、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石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警幾械的に駆動する際に誤差が
生じ、精度および再現性が悪くなる欠点がある。
o 1 、12゜No 、4 (1975)、第349
〜351頁には、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石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警幾械的に駆動する際に誤差が
生じ、精度および再現性が悪くなる欠点がある。
上述したように従来の免疫分析方法では、高価な漂識試
薬を用いるため分析のランニングコストが高価となると
共に液体の取扱いおよび処理が面倒となったり、α押時
間が長くなる欠点があったり、高価で人形な分光計を必
要とすると共に精度や再現性も悪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が高価となると
共に液体の取扱いおよび処理が面倒となったり、α押時
間が長くなる欠点があったり、高価で人形な分光計を必
要とすると共に精度や再現性も悪いという欠点があった
。
(発明の目的)
本発明の目的は、微粒子による散乱光の強度ゆらぎが抗
原−抗体反応と密1a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、上述した従来の欠点
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
定の自動化ができる免疫反応測定方法を提供しようとづ
るものである。
原−抗体反応と密1a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、上述した従来の欠点
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
定の自動化ができる免疫反応測定方法を提供しようとづ
るものである。
(発明の概要)
本弁明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へ
テロダイン的に検知し、この検知出力を演算処理して強
度ゆらぎのバ【ノースベクトル密度の緩和周波数を自動
的に求め、このM和周波数に基いて抗原−抗体反応を測
定することを特徴とするものである。
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へ
テロダイン的に検知し、この検知出力を演算処理して強
度ゆらぎのバ【ノースベクトル密度の緩和周波数を自動
的に求め、このM和周波数に基いて抗原−抗体反応を測
定することを特徴とするものである。
(実施例)
第1図は本発明の免疫反応測定り法を実施する装置の一
例の構成を示す図である。本例においでは、光源1とし
て波長632.8nmのコヒーレント光を放出する+1
O−Neガスレーザを用いる。コヒーレント光を放射す
る光源1としては、このようなガ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しできる。光源
1から放射されるレーザ光束2は、半透鏡3により光束
4と光束5とに分離し、一方の光束4を集光レンズ6に
より集光して透明な廿ルアに投射させ、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8に入射さ
せて光源1の出力光強度の変仙を表わすモニタ信号に変
換する。
例の構成を示す図である。本例においでは、光源1とし
て波長632.8nmのコヒーレント光を放出する+1
O−Neガスレーザを用いる。コヒーレント光を放射す
る光源1としては、このようなガ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しできる。光源
1から放射されるレーザ光束2は、半透鏡3により光束
4と光束5とに分離し、一方の光束4を集光レンズ6に
より集光して透明な廿ルアに投射させ、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8に入射さ
せて光源1の出力光強度の変仙を表わすモニタ信号に変
換する。
セルフの中に(31、表面に抗体9したは抗[工:!を
i、11合した微粒子9を分散させた緩衝液と、抗原ま
たは抗体を含む被検液との混合物(−ある抗原−抗体反
応液を収容する。したがってLルア中で抗原−抗体反応
が起こり、微粒子間にイ目互作用が生じ!こり、微粒子
が相互に付着するため、ブラウン運動の状態が変化する
ことになる。セルフ中の微粒子9によって散乱された散
乱光は、一対のピンホールを有するコリメータ10を経
て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8の出力モニタ信号は低雑音増幅器13を経てデ
ータ処理装置14に供給し、また光検出器11の出り信
号は低雑音増幅器15および低域通過フィルタ16を経
てデータ込叩装置14に供給する。データ処理装置14
にはΔ7・′D変換部17.高速フーリエ変換部18お
よびipi Qυ理部19を設け、後述するような信号
処理を行ない、抗原−抗体反応の測定結果を出力する。
i、11合した微粒子9を分散させた緩衝液と、抗原ま
たは抗体を含む被検液との混合物(−ある抗原−抗体反
応液を収容する。したがってLルア中で抗原−抗体反応
が起こり、微粒子間にイ目互作用が生じ!こり、微粒子
が相互に付着するため、ブラウン運動の状態が変化する
ことになる。セルフ中の微粒子9によって散乱された散
乱光は、一対のピンホールを有するコリメータ10を経
て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8の出力モニタ信号は低雑音増幅器13を経てデ
ータ処理装置14に供給し、また光検出器11の出り信
号は低雑音増幅器15および低域通過フィルタ16を経
てデータ込叩装置14に供給する。データ処理装置14
にはΔ7・′D変換部17.高速フーリエ変換部18お
よびipi Qυ理部19を設け、後述するような信号
処理を行ない、抗原−抗体反応の測定結果を出力する。
この測定結果は表示装置20に供給して表示する。
本例では、レル7からの散乱光強度を、光検出器8から
の光源強度モニタ信号の短1侍間T均値出力によ−)て
、光源1から放uJされるレーIF光強度の変動を除去
して規格化したi景、その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を求め、これに基いてセル
フ中での微粒子9の凝集状態、したがって抗原−抗体反
応の測定を行なう。
の光源強度モニタ信号の短1侍間T均値出力によ−)て
、光源1から放uJされるレーIF光強度の変動を除去
して規格化したi景、その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を求め、これに基いてセル
フ中での微粒子9の凝集状態、したがって抗原−抗体反
応の測定を行なう。
第2図は第1図に示したコリメータ10の詳細な)t1
成を示す図である。本例のコリメータ10は空胴構造と
なっており、空胴10aは外光の影響を除くために暗箱
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(まピンホール+obおよび1
0cを形成する。今、これらピンホール+obおよび1
0cの半径をそれぞれaおよびa、ピンホール間の距離
を1.空胴10aの内部媒体の屈折率を0.波長をλと
するとき、次式(1)を満足するように構成する。
成を示す図である。本例のコリメータ10は空胴構造と
なっており、空胴10aは外光の影響を除くために暗箱
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(まピンホール+obおよび1
0cを形成する。今、これらピンホール+obおよび1
0cの半径をそれぞれaおよびa、ピンホール間の距離
を1.空胴10aの内部媒体の屈折率を0.波長をλと
するとき、次式(1)を満足するように構成する。
本発明では、上述したように散乱光の強度ゆらぎのパワ
ースペクトル密度の緩和周波数を求めるが、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1−四成分のゆらぎによる項と、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J、
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iよ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に入射させると、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。そこで上述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。本実施例において上式(1)を満足させるに
は、空1110a内の媒体は屈折率n=4の空気で十分
実用的である。
ースペクトル密度の緩和周波数を求めるが、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1−四成分のゆらぎによる項と、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J、
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iよ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に入射させると、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。そこで上述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。本実施例において上式(1)を満足させるに
は、空1110a内の媒体は屈折率n=4の空気で十分
実用的である。
すなわち、直径0.3m1llのビンボール10b 、
10cを30cm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。
10cを30cm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。
上述した実施例においては、セルフに入用する光束4の
方向と、コリメータ10の光軸方向とを90°とし、入
射光束は直接光検出器11に入射しないホモダイン法を
採用しIこが、入射光束の一部を光検出器11に入射さ
せるヘテロダイン法を採用することもできる。すなわら
、本発明にJ3いては、第3図に示すようにセルフへの
入射光束4とコリメータ10の光軸との成ず角度θは任
意にとることかで・きる。ここでホモダイン的に散乱光
を検出する場合には、光電子増倍管より成る光検出器1
1の出力信号は、散乱光の電界強度をE8とすると、そ
の自乗の平均1直F−S2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4はゆらぎが
ない(もしあったとしてb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2 Ee・[Sに等しい。つまり、散乱光
の電界強度E8にほぼ比例した出力信号が得られること
になる。
方向と、コリメータ10の光軸方向とを90°とし、入
射光束は直接光検出器11に入射しないホモダイン法を
採用しIこが、入射光束の一部を光検出器11に入射さ
せるヘテロダイン法を採用することもできる。すなわら
、本発明にJ3いては、第3図に示すようにセルフへの
入射光束4とコリメータ10の光軸との成ず角度θは任
意にとることかで・きる。ここでホモダイン的に散乱光
を検出する場合には、光電子増倍管より成る光検出器1
1の出力信号は、散乱光の電界強度をE8とすると、そ
の自乗の平均1直F−S2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4はゆらぎが
ない(もしあったとしてb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2 Ee・[Sに等しい。つまり、散乱光
の電界強度E8にほぼ比例した出力信号が得られること
になる。
また、TIリメータ10し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1ルパタ
ーン以下に制限できるものであれば任意の構成とするこ
、とができる。
のではなく、光検出器11の視野を1スペツク1ルパタ
ーン以下に制限できるものであれば任意の構成とするこ
、とができる。
上述した装置を用い、光検出器11の出力信号を低域通
過フィルタ16を経てデータ処理装置14へ供給し、光
検出器8からのモニタ信号とバに処理をして散乱光の強
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。ここで定常確立過程x(t)のパワースペクト
ル密度S([)は、次のように表わすことができる。
過フィルタ16を経てデータ処理装置14へ供給し、光
検出器8からのモニタ信号とバに処理をして散乱光の強
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。ここで定常確立過程x(t)のパワースペクト
ル密度S([)は、次のように表わすことができる。
この(2)式をb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鋒を行なう。ずなわら、光検出器1
1からの出力信号を低雑音増幅器15により、データ処
理装置14におIJるΔ/D変換のω子化レベルを信号
の固成ができるだけ広くおおうように増幅し、この量子
化したデータをマイクロプロセッサによっC演算処理し
てパワースペクトル密度を求めた。このようにして求め
たパワースペクトル密度から免疫反応の進行状況を表示
装買20で数値的に表示した。
スペクトル密度の計鋒を行なう。ずなわら、光検出器1
1からの出力信号を低雑音増幅器15により、データ処
理装置14におIJるΔ/D変換のω子化レベルを信号
の固成ができるだけ広くおおうように増幅し、この量子
化したデータをマイクロプロセッサによっC演算処理し
てパワースペクトル密度を求めた。このようにして求め
たパワースペクトル密度から免疫反応の進行状況を表示
装買20で数値的に表示した。
第4図a3よひ第5図は、粒径がそれぞれ0.188μ
mおよび0.305/fmのラテックス粒子を分散させ
た液をセル7に収容したときに得られるパワースペク1
−ル密度を示すものであり、これはローレンツ型バ1ノ
ースベクトル密疫を表わすものであり、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1−ル密度の緩和周波数
(よ微粒子の直i¥に反比例することがわかる。すなわ
ち、散乱光の強度ゆらぎは上述したように微粒子の運動
に基くコヒーレント尤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
、本実施例では干渉成分が主として検出されており、パ
ワースペクトル音度の緩和周波数は粒子が光の1
波長の距離を移動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。
mおよび0.305/fmのラテックス粒子を分散させ
た液をセル7に収容したときに得られるパワースペク1
−ル密度を示すものであり、これはローレンツ型バ1ノ
ースベクトル密疫を表わすものであり、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1−ル密度の緩和周波数
(よ微粒子の直i¥に反比例することがわかる。すなわ
ち、散乱光の強度ゆらぎは上述したように微粒子の運動
に基くコヒーレント尤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
、本実施例では干渉成分が主として検出されており、パ
ワースペクトル音度の緩和周波数は粒子が光の1
波長の距離を移動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。
第6図は横軸に粒径をμmの単位でとり、縦軸にj−天
和周波教をとってそれぞれ対12目盛りで示したもので
ある。すなわち、粒径0,091!iμm17)粒子の
緩和周波数は約40011z 、 0.188μmで
−(J釣2001+2 、 0.30Jz、m ′cは
約100117.どなる。この第6図のグラフから明ら
かなように、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)こよる凝集の有無や凝集の程度を検出することがで
きる。
和周波教をとってそれぞれ対12目盛りで示したもので
ある。すなわち、粒径0,091!iμm17)粒子の
緩和周波数は約40011z 、 0.188μmで
−(J釣2001+2 、 0.30Jz、m ′cは
約100117.どなる。この第6図のグラフから明ら
かなように、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)こよる凝集の有無や凝集の程度を検出することがで
きる。
7A7図および第8図は、粒径0,3μmnのラテック
ス粒子を緩衝液中に0.1小川%およびo、oq<rt
m%の濃度で分散さけたときのパワースペクトル密度を
示すグラフであり、ともにローレンツ型のパワースペク
トル密度が1qられていることがわかる。上jホしたよ
うに、散乱光の強度ゆらぎは粒?のブラウン運動による
1渉性成分と、散乱体(ζ目)・10粒子数の変化によ
る非干渉性成分との和(こなるが、散乱体積内の粒子数
が少なくイiす、干渉f4成分が少なくなって、非干渉
性成分と同程度となるど、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
反応を精度よく検出することはできなくなる。したがっ
て、粒子の濃度は、散乱体積内での入射光強度が十分前
られる程度に低く、かつ干渉性成分か非干渉性成分より
も大きくなるような範囲に選ぶ必要がある。
ス粒子を緩衝液中に0.1小川%およびo、oq<rt
m%の濃度で分散さけたときのパワースペクトル密度を
示すグラフであり、ともにローレンツ型のパワースペク
トル密度が1qられていることがわかる。上jホしたよ
うに、散乱光の強度ゆらぎは粒?のブラウン運動による
1渉性成分と、散乱体(ζ目)・10粒子数の変化によ
る非干渉性成分との和(こなるが、散乱体積内の粒子数
が少なくイiす、干渉f4成分が少なくなって、非干渉
性成分と同程度となるど、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
反応を精度よく検出することはできなくなる。したがっ
て、粒子の濃度は、散乱体積内での入射光強度が十分前
られる程度に低く、かつ干渉性成分か非干渉性成分より
も大きくなるような範囲に選ぶ必要がある。
が、散乱体の粒径が一定−Cあれば相当広い粒子潤度に
口って相対ゆらぎは一定となる。
口って相対ゆらぎは一定となる。
第10図および第11図は、直杆0.3μmのラテック
ス粒子の表面に免疫グロブリンGの抗体を固定したbの
を、Tris −1−IcJ!でP l−17に調整し
た緩衝液に分散させたものに、抗原として10−4 q
、、、/mflおよび1O−9(+ /m A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(15分後)
のパワースペクトル密度を示すものである。第10図に
示す抗原濃度10′□’(J/mf2の揚台には、反応
前の緩和周波数が約50117.であるのに対し、反応
15分後の緩和周波数が1011zに変化している。こ
れに対し、抗原濃度が10−9g 、、/ m 、Qの
場合には、反応開始前の緩和周波数は約9517.で、
反応後の緩和周波数は約40+11となっている。した
がって、抗原−抗体反応前後の緩和周波数の比Fを、 と定義し、この値を幾つかの抗原濃度についてう1ミめ
ると次表のようになる。
ス粒子の表面に免疫グロブリンGの抗体を固定したbの
を、Tris −1−IcJ!でP l−17に調整し
た緩衝液に分散させたものに、抗原として10−4 q
、、、/mflおよび1O−9(+ /m A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(15分後)
のパワースペクトル密度を示すものである。第10図に
示す抗原濃度10′□’(J/mf2の揚台には、反応
前の緩和周波数が約50117.であるのに対し、反応
15分後の緩和周波数が1011zに変化している。こ
れに対し、抗原濃度が10−9g 、、/ m 、Qの
場合には、反応開始前の緩和周波数は約9517.で、
反応後の緩和周波数は約40+11となっている。した
がって、抗原−抗体反応前後の緩和周波数の比Fを、 と定義し、この値を幾つかの抗原濃度についてう1ミめ
ると次表のようになる。
また、この関係をグラフに示づと第12図に示すJ、う
になる。すなわち、第12図において横軸Li抗原濃度
をとり、縦軸は緩和周波数の比Fの111°1をど−)
で示すものであるが、緩和周波数の比[を求めることに
より抗原濃度を検出することがCさる。
になる。すなわち、第12図において横軸Li抗原濃度
をとり、縦軸は緩和周波数の比Fの111°1をど−)
で示すものであるが、緩和周波数の比[を求めることに
より抗原濃度を検出することがCさる。
一方、第10図および第11図において、抗E −II
L体反不反応1股にa3ける相対ゆらぎの比(「〈)が
抗原濃度と一定の関係を右り゛ることもわかる。次(こ
このことについて説明4る。第1図におい(、尤険吊器
11によって散乱光を変換しL:電気信号を以T・に小
・)ような伝達+y+故を白りる低域通過フィルタに通
4’ ここに[Cは低域通過フィルタのカットオフ周波数であ
り、緩和周波数frよりも十分低い周波数とする。この
どき、低域通過フィルタの出力として得1られるt i
λlのゆらぎのパリアンスは、〈δI> 2=に2 <
N> ←に2 〈N〉2fo′[r・・・(4) となる。ただしKは定数、〈N〉は散乱体積中の平均粒
子数である。したがって、低域通過フィルタの出力電流
の相対ゆらぎとして次式(5)が成人γする。
L体反不反応1股にa3ける相対ゆらぎの比(「〈)が
抗原濃度と一定の関係を右り゛ることもわかる。次(こ
このことについて説明4る。第1図におい(、尤険吊器
11によって散乱光を変換しL:電気信号を以T・に小
・)ような伝達+y+故を白りる低域通過フィルタに通
4’ ここに[Cは低域通過フィルタのカットオフ周波数であ
り、緩和周波数frよりも十分低い周波数とする。この
どき、低域通過フィルタの出力として得1られるt i
λlのゆらぎのパリアンスは、〈δI> 2=に2 <
N> ←に2 〈N〉2fo′[r・・・(4) となる。ただしKは定数、〈N〉は散乱体積中の平均粒
子数である。したがって、低域通過フィルタの出力電流
の相対ゆらぎとして次式(5)が成人γする。
ここて′Yは比例定数である。ここC散乱体(1″l中
の粒子数は十分に大きいとすると、(5)式(,1次の
ように占き直りことができる。
の粒子数は十分に大きいとすると、(5)式(,1次の
ように占き直りことができる。
したがって、パワースペクトル密度の緩和周波数frを
求めることにより相対ゆらぎを9出′?[ることができ
る。このとき相対ゆらぎ比Rは次式て表わりことができ
る。
求めることにより相対ゆらぎを9出′?[ることができ
る。このとき相対ゆらぎ比Rは次式て表わりことができ
る。
この(7)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13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]くを求めて第13図のように検量線を求めておき
、未知の抗原淵[復の被検体にpいて相対ゆらぎ比Rを
求め、先に求めた検量線に阜いて抗原濃度を知ることが
できる。
濃度との関係をグラフにして求めたのが第13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]くを求めて第13図のように検量線を求めておき
、未知の抗原淵[復の被検体にpいて相対ゆらぎ比Rを
求め、先に求めた検量線に阜いて抗原濃度を知ることが
できる。
1ズ[のように、抗原−抗体反応前後の散乱光の強度ゆ
らき′のパワースペクトル密度の緩和周波数[rをそれ
ぞれ求めることにJ、す、それらの比Fあるいは緩和周
波数「1に暴く相対ゆらぎ比Rから抗原;1度を知るこ
とができる。
らき′のパワースペクトル密度の緩和周波数[rをそれ
ぞれ求めることにJ、す、それらの比Fあるいは緩和周
波数「1に暴く相対ゆらぎ比Rから抗原;1度を知るこ
とができる。
以下、緩和周波数「rを自動的に終用する演算鷺埋部1
9の回路(1゛4成を説明する。
9の回路(1゛4成を説明する。
第14図はその一例を示すしので、本例では高速フーリ
1変換部18からのデータのうち緩和周波数rrかfr
在づる中間周波数部分よりも低い低周波部分のデータを
低周波ブ【」ツクメ[す31に、中間周波部分よりも高
い高周波部分のデータを高周波ブ(1ツクメモリ32に
それぞれ格納し、低周波ブ「]ツクメモリ31に格納し
たデータから直線近似回路33’r: 、13い−(−
次の最小自乗d、により曲線のスペクトル密度を求め、
また13周波ブロックメモリ32に格納したデータから
曲線近似回路34においてT次の最小自乗法により曲線
のスペクトル密度を求めて、ぞれらのスペクトル密度の
交点の周波数を交点検出回路35において緩和周波数f
rとして求めて表示装置20に表示させる。
1変換部18からのデータのうち緩和周波数rrかfr
在づる中間周波数部分よりも低い低周波部分のデータを
低周波ブ【」ツクメ[す31に、中間周波部分よりも高
い高周波部分のデータを高周波ブ(1ツクメモリ32に
それぞれ格納し、低周波ブ「]ツクメモリ31に格納し
たデータから直線近似回路33’r: 、13い−(−
次の最小自乗d、により曲線のスペクトル密度を求め、
また13周波ブロックメモリ32に格納したデータから
曲線近似回路34においてT次の最小自乗法により曲線
のスペクトル密度を求めて、ぞれらのスペクトル密度の
交点の周波数を交点検出回路35において緩和周波数f
rとして求めて表示装置20に表示させる。
すなわら、散乱光のパワースペクトル密度は、ト述した
ようにロールンツ型となるから、低周波域(r < f
r )では白色スペクトルつまり直線となる。そこで、
本例ぐはflt周波ブロックメモリ31に格納されたデ
ータを、周波数の低いデータから順に読出して直線近似
回路34にJ3いて、(ただし、Viは測定値を、b+
、tM似埴を示31)の−次の最小自乗法により直線の
スペクトル密度へ51こめる。
ようにロールンツ型となるから、低周波域(r < f
r )では白色スペクトルつまり直線となる。そこで、
本例ぐはflt周波ブロックメモリ31に格納されたデ
ータを、周波数の低いデータから順に読出して直線近似
回路34にJ3いて、(ただし、Viは測定値を、b+
、tM似埴を示31)の−次の最小自乗法により直線の
スペクトル密度へ51こめる。
また、高周波ブロックメモリ32に格納したJ゛−タか
らは、Xlを周波数、ylを測定111’+として曲線
近似回路34において次の二次最小自乗法に」、って曲
線のスベク1ヘル方度を求める。すなわら、最小自乗法
による近似曲線の方程式を、 y =ax’ +bx→−C・・・(9)とし、測定頭
の曲線を yi=ax、: +bx+c ・<10)として
、 を演算し、これによって求めたa、b、cを式(10)
に代入して曲線のスペクトル密度を求める。
らは、Xlを周波数、ylを測定111’+として曲線
近似回路34において次の二次最小自乗法に」、って曲
線のスベク1ヘル方度を求める。すなわら、最小自乗法
による近似曲線の方程式を、 y =ax’ +bx→−C・・・(9)とし、測定頭
の曲線を yi=ax、: +bx+c ・<10)として
、 を演算し、これによって求めたa、b、cを式(10)
に代入して曲線のスペクトル密度を求める。
このようにして、直線近似回路33および曲線近似回路
34において求めた直線のスペクトル密度と曲線のスペ
クトル密度との交点の周波数を交点検出回路35におい
て緩和周波数1rとして求める。
34において求めた直線のスペクトル密度と曲線のスペ
クトル密度との交点の周波数を交点検出回路35におい
て緩和周波数1rとして求める。
第15図は演算処理部19の他の回路構成を示すもので
ある。本例では、以下のローレンツ型スペク1ヘルの理
論式を用いて緩和周波数「rを求める。
ある。本例では、以下のローレンツ型スペク1ヘルの理
論式を用いて緩和周波数「rを求める。
このため、第14図の場合と同様に、高速−ノーリ1変
換部18からのf−タのうち、緩和周波数[r/)VY
+’存する中間周波部分よりし低い低周波部分の1−タ
を(L(周波ブロックメモリ31に、中間周波部分より
も高い高周波部分のデータを高周波ブロックメモリ32
にそれぞれ格納し、低周波ブロックメtす31に格納さ
れたデータから平均δB)回路3Gにおいてパワースペ
クトル密度の平均1+m5(0)を→出する。この低周
波ブロックメtす31に格納する7゛−タは緩和周波数
frよりも確実に小さいものとし、そのデータ数は1個
でもよいが高(ス頼性を得るには複数個とするのがよい
。
換部18からのf−タのうち、緩和周波数[r/)VY
+’存する中間周波部分よりし低い低周波部分の1−タ
を(L(周波ブロックメモリ31に、中間周波部分より
も高い高周波部分のデータを高周波ブロックメモリ32
にそれぞれ格納し、低周波ブロックメtす31に格納さ
れたデータから平均δB)回路3Gにおいてパワースペ
クトル密度の平均1+m5(0)を→出する。この低周
波ブロックメtす31に格納する7゛−タは緩和周波数
frよりも確実に小さいものとし、そのデータ数は1個
でもよいが高(ス頼性を得るには複数個とするのがよい
。
また、高周波ブロックメモリ32に格納したデータは、
スムージング回路37においてスムージング処理した後
その任意の周波数fおよびそのパワースペクトル密度S
([)をメモリ38に格納する。
スムージング回路37においてスムージング処理した後
その任意の周波数fおよびそのパワースペクトル密度S
([)をメモリ38に格納する。
スムージング処理は、順次のデータをal、a2゜a3
+a4.a5+”、、とすると、スムージング処理を1
回行なった後のデータa’1. a’2 、 a’3
。
+a4.a5+”、、とすると、スムージング処理を1
回行なった後のデータa’1. a’2 、 a’3
。
a’4 、 a’5 、a’6として、例えばt−a2
+a3+a4a6− a6 ′ のように順に計締して行なう。なお、好適には再度
同様にスムージング処理する。このようにすれば、更に
データの列のバラツキが少なくなり、よりローレンツ型
の曲線に近づき計算値の信頼性を高めることができる。
+a3+a4a6− a6 ′ のように順に計締して行なう。なお、好適には再度
同様にスムージング処理する。このようにすれば、更に
データの列のバラツキが少なくなり、よりローレンツ型
の曲線に近づき計算値の信頼性を高めることができる。
平均計算回路36で求めた平均値S (0) 、メ七り
38に格納した高周波部分のE[愈の周波数frおよび
そのパワースペクトル密11ffS (f )は[篩土
回路39に供給し、ここで上記(12)式に基いて緩和
周波数rrを締出して表示装置20に表示させる。
38に格納した高周波部分のE[愈の周波数frおよび
そのパワースペクトル密11ffS (f )は[篩土
回路39に供給し、ここで上記(12)式に基いて緩和
周波数rrを締出して表示装置20に表示させる。
なお、第14図および第15図において、低周波部分お
よび高周波部分は予め設定しておくか、あるいは測定値
に基いて自動的に設定するようにする。
よび高周波部分は予め設定しておくか、あるいは測定値
に基いて自動的に設定するようにする。
本発明は上述した例にのみ限定されるものではなく、幾
多の変形または変更が可能である。例えば、第14図に
おいては、−次の最小自乗法による直線近似回路33に
代えて第15図に示したようイτ甲均計算回路によって
直線のスペクトル密度を求めるようにしてもよいし、二
次の最小自乗法による曲線近似回路34に代えて一次の
最小自乗法による直線近似回路によって高周波部分のデ
ータを直線近似してもよい。また、第15図においては
、゛1乙均計締回路36に代えて第14図に示すような
一次の最小自乗法による直線近似回路によって平均値S
−(0)を求めるようにしてもよい。更に、表
示装置20での表示は緩和周波数[rに限らず、パワー
スペクトル密度データをも合わUて表示してもよいし、
演算により求めた緩和周波数rrt二基いて更に所要の
演算を行なって抗原濃度を表示させるようにしてもよい
。また、上述した説明は免疫グロブリンG(TOG>に
ついて例示したが、免疫グ1−11リンA(IgA)、
Ic+M、I(ID、lリド。
多の変形または変更が可能である。例えば、第14図に
おいては、−次の最小自乗法による直線近似回路33に
代えて第15図に示したようイτ甲均計算回路によって
直線のスペクトル密度を求めるようにしてもよいし、二
次の最小自乗法による曲線近似回路34に代えて一次の
最小自乗法による直線近似回路によって高周波部分のデ
ータを直線近似してもよい。また、第15図においては
、゛1乙均計締回路36に代えて第14図に示すような
一次の最小自乗法による直線近似回路によって平均値S
−(0)を求めるようにしてもよい。更に、表
示装置20での表示は緩和周波数[rに限らず、パワー
スペクトル密度データをも合わUて表示してもよいし、
演算により求めた緩和周波数rrt二基いて更に所要の
演算を行なって抗原濃度を表示させるようにしてもよい
。また、上述した説明は免疫グロブリンG(TOG>に
ついて例示したが、免疫グ1−11リンA(IgA)、
Ic+M、I(ID、lリド。
オーストラリア抗原、梅毒抗原、インシー1リンなど抗
原−抗体反応によって凝集を生ずるすべでの物!1の測
定に適用することができる1、更に、」述した実施例で
は、微粒子の表面に抗体を固定しで、被検体中の抗原を
検出4るようにしたが、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も′C−きる。JEだ、
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
ス粒子を用いたが池の有機物粉子や、ガラスなどの無機
物粒子を用いることもできる。更に、上;ホした実施例
(・は抗唄−抗体反応液の中には最初から微粒子を存在
させたか、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物による散乱光を利
用することもできる。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(HC
G>を用い、抗体として抗ヒト絨毛ゴナドトロピン(抗
1−(CG )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。また、抗原そのものを粒子として用いることもで
きる。
原−抗体反応によって凝集を生ずるすべでの物!1の測
定に適用することができる1、更に、」述した実施例で
は、微粒子の表面に抗体を固定しで、被検体中の抗原を
検出4るようにしたが、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も′C−きる。JEだ、
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
ス粒子を用いたが池の有機物粉子や、ガラスなどの無機
物粒子を用いることもできる。更に、上;ホした実施例
(・は抗唄−抗体反応液の中には最初から微粒子を存在
させたか、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物による散乱光を利
用することもできる。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(HC
G>を用い、抗体として抗ヒト絨毛ゴナドトロピン(抗
1−(CG )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。また、抗原そのものを粒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力ンディ
ダ・アルビカンス(酵ff1)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、他に1+球、m
胞、微生物などを粒子として用いることらてきる。更に
、第1図に示す実施例では抗原−抗体反応液をセルに収
容して測定を行なうバッチ方式としたが、抗原−抗体反
応:1々を連続的に流しながら測定を行なうフロ一方式
どすること1−)勿論可能である。
ダ・アルビカンス(酵ff1)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、他に1+球、m
胞、微生物などを粒子として用いることらてきる。更に
、第1図に示す実施例では抗原−抗体反応液をセルに収
容して測定を行なうバッチ方式としたが、抗原−抗体反
応:1々を連続的に流しながら測定を行なうフロ一方式
どすること1−)勿論可能である。
(発明の効果)
以ト述べたように、本発明においては、y/1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、この強度ゆらぎのパワースペクトル
密度の緩和周波数を自動的に求め、この緩和周波数に基
いて抗原−抗体反応を測定するものであるから、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
瓜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が容易
に達成できる。
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、この強度ゆらぎのパワースペクトル
密度の緩和周波数を自動的に求め、この緩和周波数に基
いて抗原−抗体反応を測定するものであるから、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
瓜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が容易
に達成できる。
第1図は本発明の免疫反応測定方法を実施する装置の一
例の構成を示1線図、 第2図は同じくそのコリメータの詳細な構成を示Iノ線
図、 第3図は本発明のQ疫反応測定り法を実施する装置の他
の例の要部の構成を示す線図、7A4図J′iよび第5
図はそれぞれ粒径が0.188μm、15よび0.30
5μmの微粒子に対するパワースペクトル密度を示リグ
ラフ、 第6図は粒径と、パワースペクトル密度の緩和周波数と
の関係を示すグラフ、 第7図および第8図はそれぞれ粒子濃度が0.1重量%
および0.09重け%のときのパワースペクトル密度を
示すグラフ。 第9図は粒子濃度と緩和周波数との関係を示すグラフ、 第10図および第11図はそれぞれ抗原iR度が10−
4g 、’m (lおよび10−3g /m 1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12図は抗原潤度と緩和周波数の比との関係を示ずグ
ラフ、 第13図は抗原)1度と相対ゆらぎ比どの関係を示リグ
ラフ、 第14図は緩和周波数を自動的に求める演粋処理部の一
例の構成を示すブロック図、 第15図は同じく他の例の構成を示すブロック図である
。 1・・・レーザ光源 2. 4. 5・・・光束3
・・・半透鏡 6・・・集光レンズ7・・・セ
ル 8・・・光検出器9・・・微粒子
10・・・コリメータ11・・・光検出器
13.15・・・低雑音増幅器14・・・データ処理装
置 16・・・低域通過フィルタ17・・・A/D変換
部 18・・・高速フーリエ変換部19・・・演算処
理部 20・・・表示装置31・・・低周波ブロッ
クメモリ 32・・・高周波ブロックメ七り 33・・・直線近似回路 34・・・曲線近似回路3
5・・・交点検出回路 36・・・平均計粋回路37
・・・スムージング回路 38・・・メモリ 39・・・[rQ出回路第
1O図 第11図 第12図 抗原1度r*/vri)’ 第13図
例の構成を示1線図、 第2図は同じくそのコリメータの詳細な構成を示Iノ線
図、 第3図は本発明のQ疫反応測定り法を実施する装置の他
の例の要部の構成を示す線図、7A4図J′iよび第5
図はそれぞれ粒径が0.188μm、15よび0.30
5μmの微粒子に対するパワースペクトル密度を示リグ
ラフ、 第6図は粒径と、パワースペクトル密度の緩和周波数と
の関係を示すグラフ、 第7図および第8図はそれぞれ粒子濃度が0.1重量%
および0.09重け%のときのパワースペクトル密度を
示すグラフ。 第9図は粒子濃度と緩和周波数との関係を示すグラフ、 第10図および第11図はそれぞれ抗原iR度が10−
4g 、’m (lおよび10−3g /m 1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12図は抗原潤度と緩和周波数の比との関係を示ずグ
ラフ、 第13図は抗原)1度と相対ゆらぎ比どの関係を示リグ
ラフ、 第14図は緩和周波数を自動的に求める演粋処理部の一
例の構成を示すブロック図、 第15図は同じく他の例の構成を示すブロック図である
。 1・・・レーザ光源 2. 4. 5・・・光束3
・・・半透鏡 6・・・集光レンズ7・・・セ
ル 8・・・光検出器9・・・微粒子
10・・・コリメータ11・・・光検出器
13.15・・・低雑音増幅器14・・・データ処理装
置 16・・・低域通過フィルタ17・・・A/D変換
部 18・・・高速フーリエ変換部19・・・演算処
理部 20・・・表示装置31・・・低周波ブロッ
クメモリ 32・・・高周波ブロックメ七り 33・・・直線近似回路 34・・・曲線近似回路3
5・・・交点検出回路 36・・・平均計粋回路37
・・・スムージング回路 38・・・メモリ 39・・・[rQ出回路第
1O図 第11図 第12図 抗原1度r*/vri)’ 第13図
Claims (1)
- 1、少なくとも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
を演算処理して強度ゆらぎのパワースペクトル密度の緩
和周波数を自動的に求め、この緩和周波数に基いて抗原
−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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21150284A JPS6190041A (ja) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | 光強度ゆらぎを用いる免疫反応測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21150284A JPS6190041A (ja) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | 光強度ゆらぎを用いる免疫反応測定方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6190041A true JPS6190041A (ja) | 1986-05-08 |
Family
ID=16606999
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21150284A Pending JPS6190041A (ja) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | 光強度ゆらぎを用いる免疫反応測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6190041A (ja) |
-
1984
- 1984-10-11 JP JP21150284A patent/JPS6190041A/ja active Pending
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