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JP2597073B2 - Biological substance sensor, biological substance detection device, and method of quantifying biological substance - Google Patents

Biological substance sensor, biological substance detection device, and method of quantifying biological substance

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Publication number
JP2597073B2
JP2597073B2 JP5133657A JP13365793A JP2597073B2 JP 2597073 B2 JP2597073 B2 JP 2597073B2 JP 5133657 A JP5133657 A JP 5133657A JP 13365793 A JP13365793 A JP 13365793A JP 2597073 B2 JP2597073 B2 JP 2597073B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
substance
test substance
thin film
biological
Prior art date
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JP5133657A
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Inventor
正行 増子
悦男 国府田
毅 早川
Original Assignee
株式会社バイオセンサー研究所
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Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社バイオセンサー研究所 filed Critical 株式会社バイオセンサー研究所
Priority to JP5133657A priority Critical patent/JP2597073B2/en
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  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、被検物質と生体物質と
の特異的な結合反応(抗原抗体反応)を利用した生体物
質(抗原)の定量分析に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quantitative analysis of a biological substance (antigen) using a specific binding reaction (antigen-antibody reaction) between a test substance and the biological substance.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバーの端面に生体物質を固定化
した物質を設け、生体物質の抗原抗体反応を利用して抗
原の定量分析をおこなう装置において、生体物質を固定
化する方法としては、いくつかの方法があるがいずれも
以下に述べるような利点と欠点とを有する。
2. Description of the Related Art There are several methods for immobilizing a biological substance in an apparatus in which a substance in which a biological substance is immobilized is provided on an end face of an optical fiber and an antigen-antibody reaction of the biological substance is used to perform quantitative analysis of an antigen. There are advantages and disadvantages as described below.

【0003】まず、物理的吸着法と呼ばれるものであ
る。これは、生体物質を水不溶性の担体に物理的に吸着
させて固定化する方法で、固定化条件も比較的緩和なた
め、活性中心の破壊あるいは高次元構造の変化が少ない
という利点を持つものである。しかし、物理的吸着法に
は、結合量が低いことや、生体物質との相互作用が弱い
ため、生体物質が担体から離脱し易いという欠点があ
る。そこで、このような欠点がない固定化方法として考
えられるものに架橋法と呼ばれるものがある。これは、
化学的結合法によって生体物質を固定化する方法である
が、担体は使用されないで固定される。すなわち、複数
の官能基を持つ試薬を用いて生体物質同士を架橋するこ
とによって固定化する方法である。しかし、架橋法にお
いても、結合過程で被固定化物質が失活したり、結合後
の結合活性が減少するという重大な欠点があった。
[0003] First, a physical adsorption method is used. This is a method of immobilizing biological substances by physically adsorbing them on a water-insoluble carrier. The immobilization conditions are relatively relaxed, and have the advantage that the destruction of active centers or changes in high-dimensional structures is small. It is. However, the physical adsorption method has disadvantages in that the amount of binding is low and the interaction with the biological material is weak, so that the biological material is easily detached from the carrier. Therefore, a method called a crosslinking method is considered as an immobilization method that does not have such a defect. this is,
In this method, a biological substance is immobilized by a chemical bonding method, but the immobilization is performed without using a carrier. That is, this is a method of immobilizing biological materials by crosslinking the biological materials with each other using a reagent having a plurality of functional groups. However, the cross-linking method also has serious drawbacks in that the substance to be immobilized is deactivated during the binding process and the binding activity after the binding is reduced.

【0004】そこで、いずれの欠点もない方法として
は、包括法の格子型と呼ばれるものがある(例えば、特
開昭61-272,661)。これは、高分子化合物のゲルの格子
中に生体物質を包み込んで脱離できない状態にして固定
化する方法である。この方法では、比較的緩和に生体物
質を固定化でき、かつ、固定化された物質の安定性や結
合能がよく維持される。
[0004] As a method which does not have any disadvantages, there is a method called the lattice method of the inclusive method (for example, JP-A-61-272,661). This is a method in which a biological substance is wrapped in a lattice of a polymer compound gel and immobilized in a state where it cannot be detached. According to this method, the biological substance can be relatively easily immobilized, and the stability and binding ability of the immobilized substance are well maintained.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、包括法では、
ゲル内への物質の導入に拡散現象を利用するため、物質
の導入が遅く、抗原の定量に時間を要するという課題が
あった。
However, in the comprehensive law,
Since the diffusion phenomenon is used to introduce the substance into the gel, there is a problem that the introduction of the substance is slow and it takes time to quantify the antigen.

【0006】そこで、本発明は、生体物質の固定化に包
括法を利用した光学的検出装置において、高分子化合物
のゲル内への物質の導入が早く、抗原を短時間に定量す
る装置を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention provides an optical detection apparatus utilizing an inclusive method for immobilizing a biological substance, in which a substance is introduced into a gel of a high-molecular compound quickly and an antigen can be quantified in a short time. The purpose is to do.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明の生体物質センサは、透明電極と、透明電極の表
面に形成され、被検物質と特異的に結合する生体物質が
固定化されたゲル状の高分子化合物からなる薄膜と、透
明電極の薄膜が形成された反対面に端面が密着された光
伝送部材とを備えることを特徴とする。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems,
The biological material sensor of the present invention includes a transparent electrode, a thin film formed of a gel-like polymer compound in which a biological material specifically formed on the surface of the transparent electrode and immobilized to a test substance is fixed, and a transparent electrode. An optical transmission member having an end face adhered to the opposite surface on which the thin film is formed.

【0008】さらに、上記課題を解決すべく、本発明の
生体物質検出装置は、被検物質と特異的に結合する生体
物質が固定化されたゲル状の高分子化合物からなる薄膜
が、光伝送部材の端面に形成された第1の電極の表面に
形成されている生体物質センサと、被検物質を含んだ溶
液を蓄える容器と、容器に設けられて溶液中に浸漬され
る第2の電極と、第1、第2の電極間に極性可逆の直流
バイアスを印加する電源手段とを備えていることを特徴
とする。
Further, in order to solve the above-mentioned problems, a biological substance detecting apparatus according to the present invention is characterized in that a thin film made of a gel-like high molecular compound on which a biological substance that specifically binds to a test substance is immobilized has a light transmission property. A biological material sensor formed on a surface of a first electrode formed on an end surface of the member, a container for storing a solution containing a test substance, and a second electrode provided in the container and immersed in the solution And power supply means for applying a polarity reversible DC bias between the first and second electrodes.

【0009】上記課題を解決すべく、本発明の生体物質
定量方法は、生体物質を固定化したゲル状の高分子化合
物からなる薄膜が形成された電極を、濃度が未知である
被検物質と、濃度が知られており、被検物質と同極性の
蛍光標識物質とを含んだ混合液中に浸漬する第1ステッ
プと、電極に被検物質及び蛍光標識物質と逆極性の電圧
を印加し、混合液に電極と逆極性の電圧を印加して所定
の時間放置する第2ステップと、電極に被検物質及び蛍
光標識物質と同極性の電圧を印加させる第3ステップ
と、電極を混合液から取り出し、電極の表面にされた薄
膜に励起光を照射して、蛍光標識物質により生成された
蛍光量を測定する第4のステップとを有することを特徴
とする。
In order to solve the above problems, a method for quantifying a biological substance according to the present invention comprises the steps of: forming an electrode having a thin film made of a gel-like polymer compound on which a biological substance is immobilized; A first step of immersing the sample in a mixed solution containing a known substance and a fluorescent labeling substance having the same polarity as the test substance, and applying a voltage having a polarity opposite to that of the test substance and the fluorescent labeling substance to the electrode. A second step of applying a voltage having a polarity opposite to that of the electrode to the mixed solution and allowing the mixture to stand for a predetermined time; a third step of applying a voltage having the same polarity as the test substance and the fluorescent labeling substance to the electrode; And irradiating the thin film formed on the surface of the electrode with excitation light to measure the amount of fluorescence generated by the fluorescent labeling substance.

【0010】[0010]

【作用】上記の構成によれば、透明電極の表面上には、
生体物質を固定化したゲル状の高分子化合物からなる薄
膜が形成され、薄膜の形成されている面と反対側の面に
光伝送部材が設けられている。従って、薄膜を被検物質
の含まれる溶液に浸漬し、被検物質と逆の電位を電極に
与えれば、被検物質を薄膜内に電気泳動させることがで
きるので、被検物質と生体物質との結合反応を短時間に
行うことができる。さらに、光伝送部材を介して被検物
質に励起光を照射することができ、また、光伝送部材を
介して蛍光を測定することができる。
According to the above arrangement, on the surface of the transparent electrode,
A thin film made of a gel-like polymer compound on which a biological material is immobilized is formed, and an optical transmission member is provided on a surface opposite to the surface on which the thin film is formed. Therefore, if the thin film is immersed in a solution containing the test substance and a potential opposite to that of the test substance is applied to the electrode, the test substance can be electrophoresed in the thin film. Can be performed in a short time. Further, it is possible to irradiate the test substance with the excitation light through the light transmission member, and to measure the fluorescence through the light transmission member.

【0011】[0011]

【0012】さらに、上記の構成によれば、生体物質セ
ンサに第1の電極が設けられ、容器に第2の電極が設け
られており、被検物質を含む溶液中で両電極間に電位差
を生じさせることができる。
Further, according to the above configuration, the biological material sensor is provided with the first electrode, the container is provided with the second electrode, and the potential difference between the two electrodes in the solution containing the test substance. Can be caused.

【0013】上記の方法によれば、まず、電極に被検物
質および蛍光標識物質と逆極性の電圧を印加するので、
生体物質を固定化したゲル状の高分子化合物内に、被検
物質および蛍光標識物質を電気泳動させて取込むことが
できる。次いで、電極に被検物質および蛍光標識物質と
同極性の電圧を印加するので、結合反応をおこさなかっ
た被検物質および蛍光標識物質をゲル状の高分子化合物
の外へ迅速に排出することができる。さらに、薄膜の励
起光を照射すれば、蛍光標識物質により蛍光が生成され
るので、この蛍光量を測定すれば、被検物質と蛍光標識
物質との量比の関係から、被検物質の濃度を計測するこ
とができる。
According to the above method, first, a voltage having a polarity opposite to that of the test substance and the fluorescent label substance is applied to the electrode.
The test substance and the fluorescent labeling substance can be electrophoretically incorporated into the gel-like polymer compound on which the biological substance is immobilized. Next, since a voltage having the same polarity as the test substance and the fluorescent labeling substance is applied to the electrode, the test substance and the fluorescent labeling substance that did not cause a binding reaction can be quickly discharged out of the gel polymer compound. it can. Furthermore, when the thin film is irradiated with excitation light, fluorescence is generated by the fluorescent labeling substance. If the amount of this fluorescence is measured, the concentration of the test substance is determined from the relationship between the quantitative ratio of the test substance and the fluorescent labeling substance. Can be measured.

【0014】また、このように被検物質を電気泳動させ
れば、微量の被検物質をゲル状の高分子化合物内に濃縮
できるので、従来の競合法の検出限界濃度よりもさらに
低い濃度で検出することが可能である。
[0014] Further, when the test substance is electrophoresed in this manner, a trace amount of the test substance can be concentrated in the gel-like polymer compound, so that the concentration is lower than the detection limit concentration of the conventional competitive method. It is possible to detect.

【0015】[0015]

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一
符号を付し、重複する説明を省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.

【0016】図1及び図2に基づいて、本発明の実施例
に係る光学的検出装置について説明する。本実施例に係
る光学的検出装置は、被検物質を含む電解液4を蓄える
電解液槽1と、一方の端面にセンサ部を有する光ファイ
バケーブル2とを備えている。光ファイバケーブル2の
センサ部と反対側はそれぞれ2分割され、分割された一
方の端面には励起光を発生する発光器5が設けられ、分
割されたもう一方の端面には、短波長の励起光をカット
するためのカットフィルタ6を介して蛍光強度測定器7
が設けられている。センサ部は、光ファイバ2の端面に
コーティングされた透明電極(ITO)21と、さら
に、この透明電極21に塗膜されたゲル状担体の薄膜2
2とから構成される。透明電極21と対をなすもう一方
の電極3は、電解液槽1の底部に構成される。
An optical detection device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The optical detection device according to the present embodiment includes an electrolytic solution tank 1 for storing an electrolytic solution 4 containing a test substance, and an optical fiber cable 2 having a sensor section on one end surface. The opposite side of the optical fiber cable 2 from the sensor section is divided into two parts. A light emitter 5 for generating excitation light is provided on one of the divided end faces, and a short wavelength excitation light is provided on the other divided end face. Fluorescence intensity measuring device 7 via cut filter 6 for cutting light
Is provided. The sensor section includes a transparent electrode (ITO) 21 coated on the end face of the optical fiber 2 and a thin film 2 of a gel carrier coated on the transparent electrode 21.
And 2. The other electrode 3 forming a pair with the transparent electrode 21 is formed at the bottom of the electrolytic solution tank 1.

【0017】ゲル状担体の薄膜22は抗インシュリン抗
体βを取込んだポリアクリルアミドで形成されている。
すなわち、ゲル状担体の薄膜22は、ポリアクリルアミ
ドのゲルの格子中に抗インシュリン抗体βを包み込んで
脱離できない状態にしたものである。ポリアクリルアミ
ドのゲルの格子の大きさは、重合反応に用いるモノマー
及び架橋剤の濃度によって異なるが、平均10〜40オ
ングストローム程度である。なお、センサ部に用いられ
るポリマーとしてポリアクリルアミドの替わりに、ポリ
ビニールアルコール、メタクリル酸と2-ヒドロキシメタ
クリル酸の共重合物、光架橋性樹脂、ウレタンポリマ
ー、ペクチン、デンプン、コンニャク粉等を用いてもよ
い。
The gel carrier thin film 22 is formed of polyacrylamide incorporating anti-insulin antibody β.
That is, the thin film 22 of the gel-like carrier is formed by wrapping the anti-insulin antibody β in the lattice of the polyacrylamide gel so that it cannot be detached. The size of the lattice of the polyacrylamide gel varies depending on the concentration of the monomer and the crosslinking agent used in the polymerization reaction, but is about 10 to 40 Å on average. In addition, instead of polyacrylamide as the polymer used for the sensor part, using polyvinyl alcohol, a copolymer of methacrylic acid and 2-hydroxymethacrylic acid, a photocrosslinkable resin, a urethane polymer, pectin, starch, konjac powder, etc. Is also good.

【0018】次に本実施例に係る生体物質検出装置を用
いた抗原の定量方法を図3のフローチャートに従って説
明する。
Next, a method of quantifying an antigen using the biological substance detecting device according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0019】まず、図4に示すように、被検物質である
未知濃度のインシュリンα1(例えば、血清中に含まれ
ているもの等)を含む電解液4と、濃度が知られている
インシュリンに蛍光物質であるフルオレセインイソチオ
シアネート(以下、FITCという)を結合させた蛍光
標識抗原であるインシュリン−FITC複合体α2を含
む電解液4とを所定の割合で混合して、混合液を作り、
この混合液を電解液槽1に注入する(ステップ30
1)。
First, as shown in FIG. 4, an electrolytic solution 4 containing an unknown concentration of insulin α1 (for example, contained in serum), which is a test substance, and an insulin having a known concentration. A predetermined ratio of an electrolyte solution 4 containing an insulin-FITC complex α2, which is a fluorescently labeled antigen to which fluorescein isothiocyanate (hereinafter referred to as FITC) bound to a fluorescent substance, is prepared to form a mixed solution;
This mixed solution is injected into the electrolytic solution tank 1 (step 30).
1).

【0020】次に、図5に示すように、光ファイバ2を
混合液に浸し、光ファイバ2のセンサ部を完全に電解液
4に浸して漬ける(ステップ302)。
Next, as shown in FIG. 5, the optical fiber 2 is immersed in the mixed solution, and the sensor section of the optical fiber 2 is completely immersed in the electrolytic solution 4 (Step 302).

【0021】センサ部の透明電極21にプラスの電圧を
印加し、電解液槽1底部の電極3にマイナスの電圧を印
加する(ステップ303)。この結果、電解液槽1内に
電位差を生じるので、プラスに帯電しているインシュリ
ンα1及びインシュリン−FITC複合体α2(以下、
インシュリン等という)がセンサ部のゲル状担体の薄膜
22内に電気泳動させられる。
A positive voltage is applied to the transparent electrode 21 of the sensor section, and a negative voltage is applied to the electrode 3 at the bottom of the electrolytic solution tank 1 (step 303). As a result, a potential difference occurs in the electrolytic solution tank 1, so that the positively charged insulin α1 and the insulin-FITC complex α2 (hereinafter, referred to as “insulin-FITC complex α2”)
Insulin or the like) is electrophoresed in the thin film 22 of the gel carrier in the sensor section.

【0022】図6に示すように、ゲル状担体の薄膜22
内に取り込まれたインシュリン等は、ゲルの格子中に固
定された抗インシュリン抗体βと競合的に抗原抗体反応
を起こしそれぞれ一定の割合で結合する。ここで、結合
すべき抗インシュリン抗体βの量は限られており、イン
シュリン等の量は、結合すべき抗インシュリン抗体βの
量よりも多いので、インシュリン等の一部は抗インシュ
リン抗体βと結合することなく薄膜22内に残留するこ
とになる。この状態の量比はインシュリンα1とインシ
ュリン−FITC複合体α2との各々の量比及び結合能
の差によって決まる。
As shown in FIG. 6, the gel carrier thin film 22
Insulin and the like incorporated therein cause an antigen-antibody reaction competitively with the anti-insulin antibody β immobilized in the lattice of the gel and bind to each at a fixed ratio. Here, the amount of the anti-insulin antibody β to be bound is limited, and the amount of insulin or the like is larger than the amount of the anti-insulin antibody β to be bound, so that a part of the insulin or the like binds to the anti-insulin antibody β. It remains in the thin film 22 without performing. The quantitative ratio in this state is determined by the quantitative ratio of insulin α1 and insulin-FITC complex α2 and the difference in binding ability.

【0023】ここで、透明電極21及び電極3に印加し
ていた電圧を切る(ステップ304)。次に、図7に示
すように、センサ部の透明電極21にマイナスの電圧を
印加し、電解液槽1底部の電極3にプラスの電圧を印加
する(ステップ305)。この結果、電解液槽1内には
先の場合とは逆方向に電位差を生じるので、抗インシュ
リン抗体βと結合せずに薄膜22内に残留したインシュ
リン等は、センサ部のゲル状担体の薄膜22外へ移動さ
せられる。
Here, the voltage applied to the transparent electrode 21 and the electrode 3 is turned off (step 304). Next, as shown in FIG. 7, a negative voltage is applied to the transparent electrode 21 of the sensor section, and a positive voltage is applied to the electrode 3 at the bottom of the electrolytic solution tank 1 (step 305). As a result, a potential difference is generated in the electrolytic solution tank 1 in a direction opposite to that in the previous case, and the insulin and the like remaining in the thin film 22 without binding to the anti-insulin antibody β are removed by the thin film of the gel carrier in the sensor section. 22 is moved outside.

【0024】透明電極21及び電極3に印加していた電
圧を切った後、図8に示すように、光ファイバ2を電解
液槽1から取り出し、発光器より光ファイバ2を介して
センサ部に励起光を照射する。この励起光によりFIT
Cは励起されて長波長の蛍光を発し、蛍光強度測定器7
によりFITCの蛍光量が定量される(ステップ30
6)。なお、このとき、透明電極21や薄膜22によっ
て励起光の一部が反射されることがあるが、この励起光
はカットフィルタ6によりカットされて蛍光強度測定器
7には侵入しないので、励起光によるノイズが検出され
ることはない。
After the voltage applied to the transparent electrode 21 and the electrode 3 is cut off, as shown in FIG. Irradiate excitation light. This excitation light causes FIT
C is excited to emit long-wavelength fluorescence, and the fluorescence intensity measuring device 7
Quantifies the amount of FITC fluorescence (step 30).
6). At this time, a part of the excitation light may be reflected by the transparent electrode 21 or the thin film 22. Is not detected.

【0025】一般にインシュリン−FITC複合体α2
とインシュリンα1との量比の大きさに比例して、抗イ
ンシュリン抗体βと反応するインシュリンα1の量は決
定される。すなわち、インシュリンα1の量を増加させ
れば、抗インシュリン抗体βと結合するインシュリン−
FITC複合体α2の量は減少し、この結果、蛍光強度
も減少する。従って、インシュリンα1の量を横軸に、
抗インシュリン抗体βと結合したインシュリン−FIT
C複合体α2の生成する蛍光量を縦軸にとると検量線
は、図9に示すようになる。このような関係から、蛍光
量を測定することにより、インシュリンα1の濃度を測
定することが可能となる。
In general, the insulin-FITC complex α2
The amount of insulin α1 that reacts with anti-insulin antibody β is determined in proportion to the magnitude of the amount ratio between insulin and α1. That is, if the amount of insulin α1 is increased, insulin-binding to anti-insulin antibody β
The amount of FITC complex α2 is reduced, and as a result, the fluorescence intensity is also reduced. Therefore, the horizontal axis represents the amount of insulin α1,
Insulin-FIT bound to anti-insulin antibody β
If the amount of fluorescence generated by the C complex α2 is plotted on the vertical axis, the calibration curve becomes as shown in FIG. From such a relationship, by measuring the amount of fluorescence, the concentration of insulin α1 can be measured.

【0026】すなわち、本実施例においては、電解液槽
1に電極3が設けられ、センサ部に透明電極21が設け
られているので、インシュリン等を含む溶液中で両電極
間に電位差を生じさせることができる。従って、インシ
ュリン等を電気泳動させて抗インシュリン抗体βを固定
化したゲル状のポリアクリルアミド内に取込むため、イ
ンシュリン等と抗インシュリン抗体βとの抗原抗体反応
を迅速に行うことが可能になる。一方、同様の理由か
ら、抗原抗体反応をおこさなかったインシュリン等をゲ
ル状のポリアクリルアミドの外へ迅速に排出することが
可能となる。これにより、問題とされたゲル状のポリア
クリルアミド内へのインシュリンの導入を迅速に行うこ
とが可能になるとともに、高度な定量を行うことができ
ることになる。この結果、臨床試験や食品分析、水質分
析等の幅広い分野での応用が可能になる。
That is, in this embodiment, since the electrode 3 is provided in the electrolytic solution tank 1 and the transparent electrode 21 is provided in the sensor section, a potential difference is generated between the two electrodes in a solution containing insulin or the like. be able to. Therefore, since insulin or the like is electrophoresed and taken into the gel-like polyacrylamide on which the anti-insulin antibody β is immobilized, the antigen-antibody reaction between insulin or the like and the anti-insulin antibody β can be performed quickly. On the other hand, for the same reason, it becomes possible to rapidly discharge insulin and the like which have not caused an antigen-antibody reaction out of the gel-like polyacrylamide. This makes it possible to quickly introduce insulin into the gelled polyacrylamide in question and to perform high-level quantification. As a result, application in a wide range of fields such as clinical tests, food analysis, and water quality analysis becomes possible.

【0027】本実施例で行った定量方法は、一般に競合
法と呼ばれるものであるが、このような競合法の欠点と
しては、超微量の定量が行えないことがあげられてい
る。これは、検出する蛍光体の割合は実際のデータのば
らつきを考慮すると5%がせいぜいなものになってしま
うことに起因するものである。その理由は、抗原抗体反
応の親和定数に競合法の感度が左右されるものであり、
この親和定数はせいぜい109 -1くらいだからであ
る。
The quantification method used in the present example is generally called a competitive method. One of the drawbacks of such a competitive method is that it is not possible to perform an extremely small amount of quantification. This is because the ratio of the fluorescent substance to be detected is at most 5% in consideration of the actual data variation. The reason is that the sensitivity of the competition method depends on the affinity constant of the antigen-antibody reaction,
This is because the affinity constant is at most about 10 9 M −1 .

【0028】従って、検出感度としては、抗原濃度はp
M単位のものが限界であった。しかし、本実施例では、
インシュリン等の量は増えるが、微量のインシュリン等
をゲル内に濃縮できるので、従来の競合法の検出限界濃
度よりもさらに低い濃度で検出することが可能となっ
た。
Therefore, as for the detection sensitivity, the antigen concentration is p
M units were the limit. However, in this embodiment,
Although the amount of insulin and the like increases, a trace amount of insulin and the like can be concentrated in the gel, so that it is possible to detect the concentration at a concentration lower than the detection limit concentration of the conventional competitive method.

【0029】また、本実施例ではタンパク質の一種であ
るインシュリンを検出する場合について述べたが、本発
明に係る装置を用いて特定の配列を有するDNAや、特
定構造を有する酵素等の検出を行うことも可能である。
この場合には、生体物質としては抗DNA抗体や、抗酵
素抗体等を用いることになる。
In this embodiment, the case where insulin, which is a kind of protein, is detected has been described. However, the apparatus according to the present invention is used to detect DNA having a specific sequence, enzymes having a specific structure, and the like. It is also possible.
In this case, an anti-DNA antibody, an anti-enzyme antibody, or the like is used as the biological substance.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明は、
電極の表面上には、生体物質を固定化したゲル状の高分
子化合物からなる薄膜が形成されている。従って、この
薄膜を被検物質の含まれる溶液に浸漬し、被検物質と逆
の電位を電極に与えれば、被検物質を薄膜内に電気泳動
させることができので、被検物質と生体物質との結合反
応を短時間に行うことができる。
As described above, the present invention provides:
On the surface of the electrode, a thin film made of a gel-like polymer compound on which a biological substance is immobilized is formed. Therefore, if the thin film is immersed in a solution containing the test substance and a potential opposite to that of the test substance is applied to the electrode, the test substance can be electrophoresed in the thin film. Can be performed in a short time.

【0031】すなわち、生体物質センサに第1の電極が
設けられ、容器に第2の電極が設けられているので、被
検物質を含む溶液で両電極間に電位差を生じさせること
ができる。従って、電極に被検物質と同極性の電圧を加
えれば、生体物質を固定化したゲル状の高分子化合物内
に、被検物質を電気泳動させて取込むことができるの
で、被検物質と生体物質との結合反応を迅速に行うこと
が可能になる。一方、同様の理由から、電極に被検物質
と同極性の電圧を加えれば、結合反応をおこさなかった
被検物質をゲル状の高分子化合物の外へ迅速に排出する
ことが可能となる。
That is, since the biological material sensor is provided with the first electrode and the container is provided with the second electrode, a potential difference can be generated between the two electrodes with the solution containing the test substance. Therefore, if a voltage having the same polarity as the test substance is applied to the electrode, the test substance can be electrophoresed into the gel-like polymer compound on which the biological substance is immobilized. It becomes possible to quickly perform a binding reaction with a biological substance. On the other hand, for the same reason, if a voltage having the same polarity as the test substance is applied to the electrode, the test substance that has not caused a binding reaction can be quickly discharged out of the gel polymer compound.

【0032】また、このように被検物質を電気泳動させ
れば、微量の被検物質をゲル状の高分子化合物内に濃縮
できるので、従来の競合法の検出限界濃度よりもさらに
低い濃度で検出することが可能である。
In addition, when the test substance is electrophoresed as described above, a trace amount of the test substance can be concentrated in the gel-like polymer compound, so that the concentration is lower than the detection limit concentration of the conventional competitive method. It is possible to detect.

【0033】さらに、電極を透明電極にし、薄膜の形成
されている面と反対側の面に光伝送部材を設ければ、光
伝送部材を介して被検物質に励起光を照射することがで
き、また、光伝送部材を介して蛍光量を測定することが
できる。この蛍光量を測定すれば、被検物質と蛍光標識
物質との量比の関係から、被検物質の濃度を計測するこ
とができる。
Furthermore, if the electrode is a transparent electrode and an optical transmission member is provided on the surface opposite to the surface on which the thin film is formed, the test substance can be irradiated with excitation light via the optical transmission member. Also, the amount of fluorescence can be measured via the light transmission member. By measuring the amount of fluorescence, the concentration of the test substance can be measured from the relationship between the quantitative ratio of the test substance and the fluorescent labeling substance.

【0034】これにより、問題とされたゲル状の高分子
化合物内への物質の導入を迅速に行うことが可能になる
とともに、高度な定量を行うことができることになる。
この結果、臨床試験や食品分析、水質分析等の幅広い分
野での応用が可能になる。
As a result, it becomes possible to quickly introduce the substance into the gelled polymer compound in question, and it is possible to perform a high-level quantification.
As a result, application in a wide range of fields such as clinical tests, food analysis, and water quality analysis becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本実施例に係る装置の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an apparatus according to an embodiment.

【図2】本実施例に係る装置の概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of an apparatus according to the present embodiment.

【図3】本実施例に係る装置を用いた抗原の定量方法の
フローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart of a method for quantifying an antigen using the device according to the present embodiment.

【図4】本実施例に係る装置の使用状態の説明図であ
る。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a use state of the device according to the present embodiment.

【図5】本実施例に係る装置の使用状態の説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a use state of the device according to the present embodiment.

【図6】本実施例に係る装置の使用状態の説明図であ
る。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a use state of the device according to the present embodiment.

【図7】本実施例に係る装置の使用状態の説明図であ
る。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a use state of the device according to the present embodiment.

【図8】本実施例に係る装置の使用状態の説明図であ
る。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a use state of the device according to the present embodiment.

【図9】蛍光強度と光源濃度の関係を示した検量線図で
ある。
FIG. 9 is a calibration diagram showing the relationship between the fluorescence intensity and the light source concentration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…電解液槽、2…光ファイバ、3…電極、21…透明
電極、22…ゲル状の薄膜、α1…インシュリン、α2
…インシュリン−FITC複合体、β…抗インシュリン
抗体。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrolyte tank, 2 ... Optical fiber, 3 ... Electrode, 21 ... Transparent electrode, 22 ... Gel thin film, α1 ... Insulin, α2
... insulin-FITC complex, β ... anti-insulin antibody.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01N 33/545 G01N 33/548 Z 33/548 27/26 301Z ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Agency reference number FI Technical display location G01N 33/545 G01N 33/548 Z 33/548 27/26 301Z

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 透明電極と、前記透明電極の表面に形成
され、被検物質と特異的に結合する生体物質が固定化さ
れたゲル状の高分子化合物からなる薄膜と、前記透明電
極の前記薄膜が形成された反対面に端面が密着されてい
る光伝送部材とを備えることを特徴とする生体物質セン
サ。
And 1. A transparent electrode is formed on a surface of the transparent electrode, a thin film biological substance that specifically binds to the test substance consisting of immobilized gel polymer compound, wherein the transparent electrode A biological material sensor, comprising: a light transmission member having an end face in close contact with the opposite surface on which the thin film is formed.
【請求項2】 被検物質と特異的に結合する生体物質が
固定化されたゲル状の高分子化合物からなる薄膜が、光
伝送部材の端面に形成された第1の電極の表面に形成さ
れている生体物質センサと、 前記被検物質を含んだ溶液を蓄える容器と、 前記容器に設けられて前記溶液中に浸漬される第2の電
極と、 前記第1、第2の電極間に極性が切り換えられる直流バ
イアスを印加する電源手段とを備えていることを特徴と
する生体物質検出装置。
2. A thin film made of a gel-like polymer compound on which a biological substance that specifically binds to a test substance is immobilized is formed on a surface of a first electrode formed on an end face of an optical transmission member. A biological material sensor, a container for storing a solution containing the test substance, a second electrode provided in the container and immersed in the solution, and a polarity between the first and second electrodes. And a power supply means for applying a DC bias that can be switched.
【請求項3】 生体物質を固定化したゲル状の高分子化
合物からなる薄膜が形成された電極を、濃度が未知であ
る被検物質と、濃度が知られており、前記被検物質と同
極性の蛍光標識物質とを含んだ混合液中に浸漬する第1
ステップと、前記電極に前記被検物質及び前記蛍光標識
物質と逆極性の電圧を印加し、前記混合液に前記電極と
逆極性の電圧を印加して所定の時間放置する第2ステッ
プと、 前記電極に前記被検物質及び前記蛍光標識物質と同極性
の電圧を印加させる第3ステップと、 前記電極を混合液から取り出し、前記電極の表面に形成
された薄膜に励起光を照射して、前記蛍光標識物質によ
り生成された蛍光量を測定する第4のステップとを有す
ることを特徴とする生体物質の定量方法。
3. An electrode, on which a thin film made of a gel-like polymer compound on which a biological substance is immobilized, is formed, on a test substance having an unknown concentration and a test substance whose concentration is known and the same as the test substance. First immersion in a mixed solution containing a polar fluorescent labeling substance
A step of applying a voltage having a polarity opposite to that of the test substance and the fluorescent labeling substance to the electrode, applying a voltage having a polarity opposite to that of the electrode to the mixture, and allowing the mixture to stand for a predetermined time; A third step of applying a voltage of the same polarity as the test substance and the fluorescent labeling substance to an electrode, removing the electrode from the mixed solution, irradiating a thin film formed on the surface of the electrode with excitation light, And a fourth step of measuring the amount of fluorescence generated by the fluorescent labeling substance.
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