JPS62254039A - 免疫検査装置 - 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】 くＨ業上の刊用分！予〉 この発明は免疫検査装置に関し、さらに詳細にいえば、
光導波路を用いて抗原、抗体の６無を検出することによ
り免疫検査を行なう免疫検査装置に関りる。

〈従来の技術〉 従来から免疫検査を７１なう目的で、先導波路の表面に
、抗原または抗体を固定しｌに金属層を形成し、この金
属層に血液雪を接触させた状態で１１；ｄ光導波路に九
を導入し、光導波路から出射される光強度を検出するこ
とにより、抗体、まＩＪは抗原のｆｊ無を検知し、免疫
検査をｆ−Ｊな′）ようにした装’ａ　ｈ＜１２　Ｘさ
れている（　Ｂｏ　Ｌｉｅｄｂｃｒｇ、　５ｅｎｓｏｒ
ｓ　ａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓ、　４（１９８３）　２
９９　＝ｇ照）ａさらに詳細に説明すると、光が光導波
路を伝播する場合にｔよ、金属層の光導波路側表面に電
ｊ′が局在した状態が発生すると、表面に平行な方向に
は、電子が光エネルギーを受けて波動としてｊす」作し
、人血と重直な方向には、光エネルギーの１°１］徨請
合が指数関数的に減少；Ｊ−るのぐ、指数関数的に強肛
が減少ケる、ｋ面プンズしン波が升生し、この表（ｎ１
プラズモン現象が発生すると、先導波路から出力する光
強度が減少−することになり、減少７ｊ１合は、表面に
１３　Ｌ）る電子密度に依？７　Ｍる。

Ｉｌｌ　ｔう、上記金属層の表面に抗原、または抗体へ
予め固定しておいＣ１この部分に血′ａ等を接触させた
状態で光を入射さければ、面液秀が全く抗原、抗体を右
していない場合には、上記抗原、または抗体のみで電荷
をイｊｂ−ｃいても、金属層に固定された状態でバラン
スしているのであるから、金属層の光導波路側表面に電
ａが局在する状態は全く生成されず、表面ブラノ［ン波
が発生し４にいのＣ１ＴネルＶ−吸収が行なわれヂ、人
中光強ｊαとほぼ秀しい強度の光が出射される。

しかし、血液等が抗原、抗体を有している場合には、抗
原抗体反応により形成される生体細胞が、抗原または抗
体のみの場合と異なる表面電位へ有する状態になるので
、金属層の光導波路側表面に電荷が誘起され、局在覆る
状態が生成される。

Ｌ、　ｊｃ：が）−（、光導波路と金属層４１′の界面
にｄ３い″Ｃ１入射光が表面／ラズｌン波を励ｂ：する
角度で光を５９人するこ之：　４．ｍ　、Ｊ、す、−，
１，−、：’ｒｕ電ｆの密度に依６′しＣ人％１光の吸
収崩、即メ）、８１＋　りＪ光強度が変化で１６゜また
、■−記電ｒの密度は抗原抗体反応の吊に依（’ｒ　ｊ
）で変化するのＣ１」配出０＝１光強麻の変化（ｄを検
出・）るごとにＪｌ、す、抗原、抗体の０右ｉｆａ、即
ら、免疫の程度６．測定することができる（勿論、変化
の有無を検出１にとにより、免疫の右無６検査りること
が“（゛きろ）。

また、金属層の光導波路側表面における電子１竹１σ〔
Ｊ依０口）（表面ゾシズしン波を励起りる雇人ｖ）起角
度が奏化す゛るので、この角度庖ａｌｌ定ザることにＪ
ニー＞”Ｃち免疫の程度を測定することができる。

〈発明が解決し・ようとする問題点〉 、上記の構成の免疫検査装置におい−（は、当初抗原、
また（、１抗体を固定した金属層に血液等を接触さけた
場合に、電界二Φ層が！ｔ１ｆｊ、されることに伴なっ
て金Ｒ層自体の電位が変化しく電昇二重層の幅が広狭変
化するので、この幅の変化に対応して金属層の電位が変
化し〉、金属層の電位が安定ず把までにかなりの時間（
数分以上の時間）がかかるので、抗原抗体反応に起因す
る電位変化のみならず、上記金属層自体の電位変化が重
畳された状態の電位変化に基く減衰が生じさせられた光
が外部に取出されることになるのであるから、正確な免
疫の（ｊ照、免疫の程度を検出することができないとい
う問題がある。

さらに詳細に説明すると、抗１京、または抗体を固定し
た金属層に接触させられる血液等が同一であっても、叩
も、同一の血液等に基いて免疫の有無、免疫の程度を検
出しようとする場合にも、金属層の電位が安定するまで
の間は金属層中の電荷が分極した状態であるから、この
分極１伺と、抗原抗体反応７７４に起因する分極電信と
が、金属層の表面に生成され、特に１．Ｆ記安定するま
での間の分極Ｔｉ仙は、血液等を投入した当初において
著しい変化を伴なった状態になるとともに、分極型荷吊
を予測することが全く不可能であるから、実際には補正
を行なうことは不可能であり、抗原抗体反応にＪ４　＜
電位変化のみを検出層ること（表面プラズモン波の影響
による、減衰された導出光強度を検出りること）はでき
ないのである（第５図１３参照）。

また、血液等の中に抗体以外の蛋白質等がＹ？イｆする
場合には、抗体以外の蛋白質等が金属層の表面に、ある
確率で吸着し、しかｔ）抗体以外の蛋白質等ら所定の電
位をイイしているのであるから、この電位によっても、
金属層の表面に生成され、やはり抗原抗体反応に基く電
位変化のみを検出りろことができないという問題がある
。

〈発明の目的〉 この発明は上記の問題点に鑑みてなされたしのであり、
抗原抗体反応以外の原因に基く分極主部の影響を完全に
除去して、正確な免疫検査をｒｉなうことができる免疫
検査装置を提供することを目的としている。

く問題点を解決するだめの手段〉 １−記の目的を達成するための、この発明の免疫検査装
置ｔ、太、光導波路の表向に、抗原または抗体を固定し
た＞９体層を光の進行方向と平ｔｉに形成しであるとと
もに１．Ｆ２導体層と甲りに、かつ１フに絶縁された状
態で、上記導体層と同一材料からなる導体のみで構成さ
れた導体層を形成してあり、ざらに上記両導体層により
それぞれ反射されられた光を人力として、両光の差を検
出する検出手段を有しているしのぐある。

但し、上記両力体層に向かって同時に光を照射するらの
であってしよく、または上−２両領域に向かって交Ｔ７
に光を照射りるものであつ−ＣもＪ：い。

〈作用〉 以上の構成の免疫検査装置であれば、抗原＋ｌたは抗体
を固定した導体層には、抗原抗体反応に起因する分極電
荷、おにび血液等を没入したことに起因する分極電荷、
伯の物質の右する電）かに起因する分Ｉ４ｉ電向等が重
畳された上位の分極電荷が導体層の表面にノ土成される
。したがって、上記導体層により反射されるように光を
先導波路に入射さＵれば、分極電荷の苗に対応して減資
させられた光が出射される。

Ｊ、た、導体層とψｔＪに、かつｒ７に絶縁された状態
て゛、１記導体層と同−材料かうなる導体のみ′（゛構
成された導体層には、抗原抗体反応に起因りる分極雷（
Ｊｌ以外の分＋４電６ｂが導体層の表面ににＦ成される
１、シたがって、上記導（４１層により艮国されろＪ、
うに光を光導波路に人＊＝３２きｔｑ　ｔｑば、抗１１
；臼八体反応に無関係な分極°市（１行の字にス・１応
して減貞さＩＪられた光が出射される。

したがって、上に両力体層に、」、って・れぞれ縦用さ
れた光を検出手段に人力することにより、両光の差を検
出し、差の有無により免疫の有無を、差の程度により免
疫の程度をそれぞれ検出ＪるこＪ′ができる。

また、上記両力体層に向かつ”Ｔ：　Ｆ４１ｔ；’ｊに
光をＩＨＨ％１りるｂのである場合には、直接検出手段
により差の検出をｆｊなうことができ、または上記両々
！４層に向かって交Ｈに光を照射するもので・ある場合
には、周期的に変化する出力を（ｑることができ、に記
と同様に周期的な変化の有無により免疫の有無を、周Ｉ
Ｉ！１的な変化の程度により免疫の程度をそれぞれ検出
することができる。

〈実施例〉 以下、実施例を示１′添付図面によって詳細に説明する
。

第１図はこの発明の免疫検査装置の一実施例を示す概略
図であり、全体が三角柱状であり、互に隣合う側面を、
それぞれ光導入部（４）、光導出部（５）としてなる光
導波路（３）の上面に、光の伝播方向と平行な２つの導
体層［１）　（２）を、互に絶縁さけた状態で併設して
いる。そして、上記光導出部（５）から導出される光を
、九電変換蒸、差動増幅器等を有する検出部（（３）に
轡いている。

上記轡体Ｆ４ｆｉｌは、第２図に詳細を概略的に丞すよ
うに、金、銀等に代表される金属、或は半導体のように
等々電性のある材質で構成された層であり、導体層（１
）の上面には抗体（刀を固定してなる。

したがって、抗原（８）を含む溶１が接触しＩこ曳倉に
は、抗原抗体反応を行ない、抗原抗体反応により生成さ
れた生体細胞がｈしている電位に対応する分極電荷を表
面に生成する。

Ｊ、た、上記導４ｈ層（２）は、上記導体層（１）と同
一の材質からなるものぐある。

そして、上記両力体層＋１）　＋２）の間には、ギャッ
プ、或は絶縁材料からなる絶縁層（９）を介在させてい
る。

上記の構成の免疫検査装置の動作は次のとおりである。

光導入部（４）から、同一強度の光を導入し、ぞれぞれ
導体層（１）（２１により１回反中させて光導出部（５
）から検出部（６）に導くことにより、免疫検査をｂ　
！にうことが−できる。

さらに詳細に説明すると、血液客の溶液を上記領域（１
）　（２１に全く接触さＵていない状態、或は血液等の
溶液中の抗原、抗体が全く在合しない（免疫がく１い）
状態であれば、血液等を没入したｊ３３合等における影
響は両力体層ｍ　ｆ２＋に対して等しく出現し、両力体
層＜１）　（２１の表面における分ｉ　ｉｉｆ簡吊（ま
１１１１−どなる。したがって、両光の、導体層＋１）
　１２）にＪ３ＬＪる表面プラズモン波に起因する減貞
吊）ま同一であり、両力出光の強１ａは同一となるので
、免疫がないと判定することができる。

また、血液等の溶液中に抗原、抗体が存ｎ？ｌる場合に
は、」−記脣体層（１）において抗原抗体反応が行なわ
れ、抗原抗体反応により所定の電位を有りる抗原（Ｅ３
）が抗体（７）に捕捉されるので、導体層（１）の表面
にＪノける分極電荷部が、抗１京抗体反応を全く？７な
わない轡体朽（２）の表向における分極電荷部よりも多
くなる。

したがって、導体層（１）にＪ３Ｇノる表面／ラズｔン
波に起因づ゛る１■１の７’Ｊが、導体層（２）にＪ３
ける表面１１）ズ［ン波に起因する減Ｑｈ１より６多く
なり、導体層（１）により反射さけられた光の強度のｈ
が、導体Ｖｉ（２＋により反射させられた光の強Ｉｆｆ
よりし弱くなる。即ら、［記脣体層（１）により反）１
さ１まられた光の強１σＩｌｂは、 １ヨｂ・ト０（１（Ｋ−＋−Ｗ＞　）　　（第５図１３
参照）であり、 十記脣体層（２）により反射させられた光の強度ｆＥ　
ａは、 Ｅ　ａ＝ｆ：Ｅ　ｏ（ｉ−Ｗ　＞　　（第５図Ｃ参照）
であるから（但し、ＦＥ　Ｏは導入光強瓜であり、Ｋは
抗原抗体反応に起因１）゛る減Ｑ割合であり、Ｗは血液
舌を投入したこと、Ｊ３Ｊ、び抗原以外の蛋白質等に起
因ザる減Ｑ割合である。）、両者の差を求めると、［ａ
　−［ｂ・ＥＯＫと４にす、抗原抗体反応に起因σる光
強度変化分のみを検出することがでさる。

したがって、上記光強度変化分のイｊ無により免疫の４
１無を検出・Ｊることができ、光強度変化分の程度にＪ
、り免疫の程度を検出することがでさることになる。

第３図は検出部（６）の一実施例を示す電気回路図て゛
あり、上記両力出光を受光して゛市気仏ニジに変換づ゛
るフＡ！・ダイオード＜１１）（１２）と、十記各フ、
ｉ　ｌ−ダイオード（１１）Ｎ２）からの出力信）−Ｊ
を増幅りる増幅器（１３Ｈ１４）と、［２両増幅器（１
３）（１４）からの出力４ｍ号を入力として差信号を出
力する差動増幅器（１５）とから構成されている。

したがって、上記導体層（１１により反射させられた光
（抗原抗体反応に起因する減資が生じさせられる光）を
−ノオ［−ダイオード（１１）により受光しく電気（ｉ
’；号に変換し、増幅器（１３）により所定レベルにま
ｒ増幅することがでさ゛るとともに、上記導体層（２）
により反射させられた光（抗原抗体反応に起因する減衰
が全く生じさせられない光）をフォトダイオード（１２
）により受光して電気信号に変換し、増幅器（１４）に
より所定レベルにまで増幅することができる。そして、
を記両増幅信２１を差動増幅器（１５）に供給するごと
により、抗原抗体反応に起因する減１ｆｆｌに相当する
信号のみを得ることができる。

尚、この実施例を使用する場合には、例えば、第４図に
承りように、１１１１−の光源（１６）からの出力光を
ハーフミラ−（１７）により２分し、　７ｊの光を他方
の光と平行になるようにミラー（１Ｂ）により反射させ
、この状態で両光を、ぞれぞれ導体層（１１［２）によ
り反射されるよう光導波路（３）に導入することが、両
力入光の強ｍを同一にすることかぐさ−Ｃ好ましい。

上記の実施例により得られた導出光強度差は、血液等が
役人されたことに起因与る導体層表面における分極主部
ｈ１の変動、抗原以外の蛋白質等の電位に起因する分極
電荷ｈ１に拘わらず抗原ｈ１．抗原抗体反応吊に対応し
て一義的に定まる（第５図Ｃ参照、但し、同図中におけ
る各曲線は、抗原ｒ１１に対応するものて゛ある）ので
あるから、例えば、血液等を投入した後における条件が
変化しくも（特に血液等を没入した後において導体層の
電イひが安定化するまでの間においても）　、Ｉｒ１ｌ
−の狛竹線に括いて抗原抗体反応量、すなわち、免疫の
程度を筒中に検出することができる。

第６図は他の実施例を示す電気回路図工・あり、第７図
は照射光光路を１ｉ７Ｊ替える切８装置を丞づ概略図で
ある。。

この実施例においては、光源（２１）からの出力光を、
平面ミラー、或は多面体ミラー等からなるミラー（２２
）を回転させることにより、順次！ｉに逆方向に反射さ
せ（第７図中実線、および破線参照）、］−記実線で示
す光、Ｊ３よび破線で示Ｊ光をそれぞれミラー（２３ａ
）（２３ｂ）により反射させて、それぞれ導体層（１）
（２）で反１３されるように先導波路に３）に導入する
ことができる。

そして、光導波路（３）から導出された８光は、それぞ
れミラー＜２４ａＨ２４ｂ）により反射させられた後、
ト記ミラー（２２）と同期して回転するミラー（２５）
によりフォトダイオード（２６）に照射される。

、ト記フォＩ−ダイオード（２Ｇ）により変換された電
気信号は増幅器（２７）により増幅された後、］ンデン
リ（２８）により直流成分が除去されて、増幅器（２９
）による増幅が行なわれ、イの後、ダイオード（３０）
により整流され、コンデンサ（３１）により平滑化され
て、外部に検出信号として取出される。。

即ら、図示しない駆動源により上記ミラー（２２）（２
５）を回転部ｖＪ′Ｔｊれば、導体層（１）により反射
された光、および導体層（２）により反り１された光が
交りにフォトダイオード（２６）に照射されるのぐ、増
幅器（２７）により増幅されることにより、第８図へに
示１ように、所定の直流信号成分が重畳された正弦波信
号を得ることができる。その後、」ンデン（Ｊ（２８）
により直流成分が除去され、増幅器（２９）により増幅
されることにより、第８図Ｂに示すように、直流信号成
分が除去された正弦波信号を得、次いで、ダイオード（
３０）にＪ、る整流、Ｊ３よび“−ｊンｆンリ（３１）
ににる平滑がミラなねれることにより、抗原抗体反応に
起因する、両々出光の強度差に相当する直流信号を得る
ことができる。

したがっ（、この直流信号が零か否かにより抗原抗体反
応の有無、叩も、免疫の有無を検出Ｊることがぐき、さ
らに直流信号のレベルに基いて抗原抗体反応の間、即ら
、免疫の程度含検出することができる。

尚、この実施例の場合には、光源（２１）、フＪ　ｔ−
ダイオード（２６）、増幅器ｆ２７）（２９）、］ンｆ
ンリ（２８Ｈ３１）、おにびダイオード（３０）が両光
に対して共通に使用されるのであるから、各素子等の温
度条１／ＦＭに起因する変動をも完全に除去した状態Ｃ
の直流（３号を得ることができること（なり、検出精酊
を向上させることができる。

第９図は照射光光路をＶＪＲえるｌ／ｌ　Ｂ　１首の他
の実施例を示す概略図であり、上記第７図の実施例と責
なる点は、図示しない駆！ｌｌＩ源により回転駆動され
るミラー（３１）の所定位置に、複数個の聞「１（３２
）を形成し、開口（３２）のサイズを、ｂ’ｉ　ｏ同１
の間のミラ一部分のサイズと同一とした点、および、開
口（３２）を通った光が直接導体層（１）により反射さ
れるように先導波路（３）に導入するとともに、ミラー
　（３１）により反射された光が、ミラー（３３）（３
４）ににり反（ト）されて、導体層（ａにより反射され
るように光導波路（３）に導入するようにした点のみで
ある。

したがって、この実施例の場合には、正弦波信号が得ら
れる代わりに、第１０図△に承すように、矩形波信号が
得られることになるが、上記実施例と同様に直流成分の
除去動作（第１ｃｊ図Ｂ参照）、おにび整流、平滑動作
を行なうことにより、抗原抗体反応に起因１６両導出光
の強度差に相当する直流信号を得ることができる。

したがって、この直流信号が零が否かにより抗原抗体反
応の有無、即ち、免疫の有無を検出することができ、さ
らに直流信号のレベルに基いて抗原抗体反応の吊、即ち
、免疫の程匪を検出することができる。

第１２図はさらに他の実施例を示す概略図であり、レー
リ゛光源から出射されるレー（ｆ光をハーフミラ−（４
１）に導くことにより、１対のレーザ光を形成し、各レ
ーデ光をミラー＜４２）（４３）により反射させること
により、それぞれ領域（１１（２１で反射されるように
先々波路（３）に導入し、光導波路（３）からの出（Ｊ
３レー１Ｆ光を、ミラー（４４）（４５）によりハーフ
ミラ−（４６）に導いてＨに一トルさせ、干渉光をフォ
トダイオード（４１）に照射することにより、干渉光に
対応する光信号を得、増幅器（４８）により増幅するこ
とにより、検出信号を取出すようにしている。

この実施例の場合には、領域（１）で反射されＩこレー
ザ光は、抗原抗体反応けに依存して位相が変化すること
になるのであるから、−Ｆ渉光強度も位相差に応じて変
化し←←４、ノ第１−ダイオード（４７）からの光信号
も位相差に応じて変化しく第１３図参照）、この光信号
を増幅することにより、抗原抗体反応聞を検出すること
ができる。叩ら、両光の位相差に基いて抗原抗体反応量
を検出り゛ることがでさる。

尚、この発明は上記の実施例に限定されるものでｌ；Ｌ
　’、ｒ　＜　、例えば、第１１図に示づように、上記
導体層（１１（２１により、導入光が２回収１−反射さ
せられるようにすることがＩｉＪ能′Ｃある（この場合
にｔま、表面ブラズＬン波に起因する減穴を複数回受け
ることになるので、検出感度を向上さけることがでさる
）他、出ツノ信号の微分値をとることにより、検出感度
の向」、検出所要り間の短縮を達成りることができ、さ
らには、導（＋！１層（１）の表面に抗体（７）庖固定
寸代わりに抗原（Ｅ３１を固定４ることが司能ぐあり（
この場合には、血液中において存在する抗体の７ｆｌが
坑口；ミのＮｉｌの約１００イｆｉ程度であるから、感
度を向上させることがでキ）、その他、この発明の要旨
を変更しない範囲内にＪ３いて種々の設置１１変史を施
すことが可能である。

〈発明の効果〉 以↓のようにこの発明は抗原抗体反応を行なう導体層と
、抗原抗体反応を行なわない他は上記導体層と同一の性
質を右プる導体層とにより反射さヒらるように光導波路
に光を導入し、両力出光に基いて差を得ることにより免
疫検査をｆｊなうようにしているので、血液等を投入し
た（す、安定１）るまＣの電）ひ変化の影響、抗原また
は抗体以外の蛋白質の彰菅等を受けることなく、正確Ｃ
’ｚ免疫検査を行な゛）ことができるとい・）特有の効
果を奈する。。

また、両導体層に向かってｉｊｌ　Ｂ、’ｊに光を照射
するｂのＣ゛ある場合には、甲に差を得ることににり免
疫検査を（１なうことができ、検出手段を簡素化するこ
とがでさるという利点を右し、ざらに、両力体層に向か
って交ｎに光を照射するものζ゛あろ場合に番３１、光
源、および検出１段を共用することがでさ、抗原、およ
び検出手段の、潟爪等に起因する変勃の影響を完全に排
除しＣ正確な免疫検査をｆｊなうことがでさるという利
点をイＪする。

【図面の簡単な説明】

第１図μこの発明の免疫検査装置の一実施例を示す概略
図、 第２図は２２部概略縦断面図、 第３図は検出部の一実施例を示す電気回路図、第４図は
光導入部を示σ５ｔ１８図、 第５図へは導出光強度差の時間的変化を示す図、第５図
Ｂ、Ｃはそれぞれ両力出光強度の変化ωの時間的変化を
承り図、 第６図は他の実施例を示す電気回路図、第７図は照射光
光路を切替える切Ｖｊ装置を承り概略図、 第８図は電気回路図の各部の信号波形を示′Ｔｊ図、第
９図は照射光光路をり呂える１、ｙＪ替装置の他の実施
例を示ず概略図、 第１０図は各部の信号波形を承り一図、第１１図はさら
に他の実施例を丞す概略図、第１２図はさらに他の実施
例を示す概略図、第１３図は）４１〜ダイＡ−ドの光信
号と抗原抗体反応量との関係を承り図。 （１）　ｆ２）・・・導体層、（３）・・・光々波路、
（６）・・・検出部、（力・・・抗体 特許出願人　　ダイ４−ン工業株式会社、　　−代　　
理　　人　　　弁理ｔ　　亀　　ｊｔ　　　弘　　勝（
ほか２名）″−−−− 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光導波路の表面に、抗原または抗体を 固定した導体層を光の進行方向と平行に 形成してあるとともに、上記導体層と平 行に、かつ互に絶縁された状態で、上記 導体層と同一材料からなる導体のみで構 成された導体層を形成してあり、さらに 上記両導体層によりぞれぞれ反射された 光を入力として、両光の差を検出する検 出手段を有していることを特徴とする免 疫検査装置。 ２、両導体層に向かって同時に光を照射す るものである上記特許請求の範囲１項 記載の免疫検査装置。 ３、両導体層に向かって交互に光を照射す るものである上記特許請求の範囲第１項 記載の免疫検査装置。