JPH1123468A - Fluorescence analyzer on solid surface using optical waveguide - Google Patents
Fluorescence analyzer on solid surface using optical waveguideInfo
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- JPH1123468A JPH1123468A JP9176230A JP17623097A JPH1123468A JP H1123468 A JPH1123468 A JP H1123468A JP 9176230 A JP9176230 A JP 9176230A JP 17623097 A JP17623097 A JP 17623097A JP H1123468 A JPH1123468 A JP H1123468A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】安価で、高い検出感度を期待でき、しかも検出
限界の良好な蛍光分析装置を提供する。
【解決手段】分析対象である蛍光物質からの蛍光に対し
て透明な物質を材料とする光導波路と、励起光に対して
透明な物質を材料とし、内部に光導波路及び分析対象を
含むと予想される検査溶液を収容する収納容器と、蛍光
物質を蛍光励起し得る波長の光を放射できる光放射源で
あって、収容容器内に収容された光導波路の主側面に対
向する側から該面に向かって励起光を出射するように配
置される光放射源等から構成される蛍光分析装置。
(57) [Problem] To provide a fluorescence analyzer which is inexpensive, can be expected to have high detection sensitivity, and has a good detection limit. An optical waveguide made of a material transparent to fluorescent light from a fluorescent material to be analyzed and a material made of a material transparent to excitation light are expected to include an optical waveguide and an object to be analyzed inside. A container for containing the test solution to be tested, and a light emission source capable of emitting light having a wavelength capable of exciting the fluorescent substance by fluorescence, the surface being a surface facing the main side surface of the optical waveguide contained in the container. Fluorescence analyzer comprising a light radiation source and the like arranged to emit excitation light toward.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固相表面上に直接
又は間接的に拘束された蛍光物質、或いは、固相表面の
近傍に位置する蛍光物質からの蛍光信号を検出する固相
表面上の蛍光分析装置であって、上記の固相として光導
波路を使用した蛍光分析装置に関するものである。また
本発明は、いわゆるサンドイッチ法、競合法を利用して
抗原及び/又は抗体の存在や濃度等を測定する免疫測定
を行うための、光導波路を使用した蛍光分析装置に関す
るものである。The present invention relates to a method for detecting a fluorescent signal from a fluorescent substance directly or indirectly bound on a solid phase surface or a fluorescent substance located near the solid phase surface. And a fluorescence analyzer using an optical waveguide as the solid phase. The present invention also relates to a fluorescence analyzer using an optical waveguide for performing an immunoassay for measuring the presence and concentration of an antigen and / or an antibody using a so-called sandwich method or competition method.
【0002】[0002]
【従来の技術】固相として光導波路を使用し、固相表面
上に直接又は間接的に拘束された蛍光物質を測定するた
めの蛍光分析装置は、既にいくつか提案されている。例
えば、免疫反応や吸着反応を経由して固相表面上に直接
又は間接的に拘束された蛍光物質や、或いは、固相表面
の近傍に位置する蛍光物質からの蛍光信号を検出する装
置が知られている。より具体的には、例えば、光導波路
の側から励起光を入射し、その全反射時に光導波路外に
しみ出す光いわゆるエバネッセント光を使って、光導波
路表面上に直接又は間接的に拘束された蛍光物質や、或
いは、光導波路表面の近傍に位置する蛍光物質からの蛍
光信号を検出することにより、検査溶液中の特定成分の
量を求める装置として、図3に表示したような装置が提
案されている。2. Description of the Related Art Some fluorescent analyzers for measuring a fluorescent substance directly or indirectly bound on the surface of a solid phase using an optical waveguide as a solid phase have already been proposed. For example, there are known devices that detect a fluorescent substance directly or indirectly bound on the solid phase surface via an immune reaction or an adsorption reaction, or a fluorescent signal from a fluorescent substance located near the solid phase surface. Have been. More specifically, for example, the excitation light is incident from the side of the optical waveguide, and using so-called evanescent light, which leaks out of the optical waveguide during its total reflection, is directly or indirectly constrained on the optical waveguide surface. An apparatus as shown in FIG. 3 has been proposed as an apparatus for determining the amount of a specific component in a test solution by detecting a fluorescent signal from a fluorescent substance or a fluorescent substance located near an optical waveguide surface. ing.
【0003】図3に表示した装置では、プリズム(4
8)の一表面をひとつの区画面とする反応槽(47)を
設け、プリズムの上記一表面を特定成分の吸着を促進す
る物質でコーティングしておき、この反応槽内部に蛍光
物質を結合した特定成分を含む検査溶液(49)を注入
する。こうすることによって、検査溶液中の特定成分の
濃度に対応する量の蛍光物質がプリズムのコーティング
表面に吸着する。励起光(43)を、プリズムの上記コ
ーティング表面とは別の面から、そのコーティング表面
と溶液の界面において臨界角以上の角度となるように入
射させると、励起光はプリズムのコーティング表面にお
いて一回だけ全反射し、他の面から出射するが、その全
反射時に一部の光がエバネッセント光として検査溶液中
にしみ出す。 しみ出す距離dp(その電解強度が1/
eとなる距離)は下記式に従っており、一般には100
nm前後であるため、プリズムのコーティング表面に拘
束された蛍光物質を選択的に励起することができる。In the device shown in FIG. 3, a prism (4
8) A reaction tank (47) having one surface as one section screen is provided, and the one surface of the prism is coated with a substance that promotes adsorption of a specific component, and a fluorescent substance is bonded inside the reaction tank. A test solution (49) containing a specific component is injected. By doing so, an amount of the fluorescent substance corresponding to the concentration of the specific component in the test solution is adsorbed on the coating surface of the prism. When the excitation light (43) is incident from a surface different from the above-mentioned coating surface of the prism so as to form an angle equal to or larger than the critical angle at the interface between the coating surface and the solution, the excitation light is once applied to the coating surface of the prism. Is totally reflected and exits from the other surface, but at the time of the total reflection, a part of the light seeps into the test solution as evanescent light. The seeping distance dp (the electrolytic strength is 1 /
e) is in accordance with the following equation, and is generally 100
Since it is around nm, it is possible to selectively excite a fluorescent substance bound to the coating surface of the prism.
【0004】[0004]
【数1】 (Equation 1)
【0005】なお、上記式において、λは光の波長、n
1はプリズムの屈折率、n2は溶液の屈折率、θはプリ
ズムと溶液の界面に入射する光の入射角である。こうし
て誘起された蛍光(44)をプリズムのコーティング表
面に対向する方向から検出し、コーティング表面に拘束
された蛍光物質の物理量、更には検査溶液中の特定成分
の濃度に対応する物理量を算出するのである。In the above equation, λ is the wavelength of light, n
1 is the refractive index of the prism, n2 is the refractive index of the solution, and θ is the incident angle of light incident on the interface between the prism and the solution. The fluorescence (44) induced in this way is detected from the direction facing the coating surface of the prism, and the physical quantity of the fluorescent substance bound to the coating surface and the physical quantity corresponding to the concentration of the specific component in the test solution are calculated. is there.
【0006】また、具体的に例えば、図4に表示したよ
うな装置も提案されている。この装置では、スラブ型の
光導波路(52)の一表面をひとつの区画面とする反応
槽を設け、スラブ型光導波路の上記一表面に拘束用抗体
又は拘束用抗原をあらかじめ固定しておき、この反応槽
の内部に検査溶液と蛍光物質を結合した標識抗体又は標
識抗原を注入して免疫反応を実施する。こうすることに
よって、検査溶液中の抗原又は抗体の濃度に対応する量
の蛍光物質がスラブ型光導波路のコーティング表面に拘
束される。励起光(43)をスラブ型光導波路の一端面
から入射させると光導波路の表面で全反射を繰り返しな
がら伝播していくが、その全反射時に検査溶液中にしみ
出すエバネッセント光を使って、コーティング表面に拘
束された蛍光物質を選択的に励起することができるので
ある。[0006] Further, specifically, for example, an apparatus as shown in FIG. 4 has been proposed. In this apparatus, a reaction tank having one surface of the slab-type optical waveguide (52) as one screen is provided, and a binding antibody or a binding antigen is previously fixed to the one surface of the slab-type optical waveguide, A labeled antibody or labeled antigen in which a test solution and a fluorescent substance are bound is injected into the inside of this reaction tank to carry out an immune reaction. By doing so, an amount of fluorescent substance corresponding to the concentration of the antigen or antibody in the test solution is bound to the coating surface of the slab-type optical waveguide. When the excitation light (43) is incident from one end face of the slab type optical waveguide, it propagates while repeating total reflection on the surface of the optical waveguide. At the time of the total reflection, evanescent light that leaks into the test solution is used for coating. It is possible to selectively excite the fluorescent substance bound to the surface.
【0007】このような装置の場合、コーティング面に
おいて複数回の全反射が起こるため、図3に表示したよ
うなプリズム表面における一回の全反射を利用する場合
と比較して蛍光量が多く、検査溶液中の抗原又は抗体に
対して高感度な測定が可能であるという利点がある。In such an apparatus, since the total reflection occurs a plurality of times on the coating surface, the amount of fluorescence is larger than in the case of using one total reflection on the prism surface as shown in FIG. There is an advantage that highly sensitive measurement can be performed on the antigen or antibody in the test solution.
【0008】更に、具体的に例えば、図5に表示したよ
うな、ファイバー型の光導波路(53)を反応槽(5
1)に浸たした装置も提案されている。ファイバー型光
導波路の表面に拘束用抗体又は拘束用抗原をあらかじめ
固定しておき、このファイバー型光導波路を浸した反応
槽の内部に検査溶液(49)と蛍光物質を結合した標識
抗体又は標識抗原を注入して免疫反応を実施する。こう
することによって、検査溶液中の抗原又は抗体の濃度に
対応する量の蛍光物質がファイバー型光導波路のコーテ
ィング表面に拘束される。励起光(43)をファイバー
型光導波路の一端面から入射させると光導波路の表面で
全反射を繰り返しながら伝播していくが、その全反射時
において溶液中にしみ出すエバネッセント光を使って、
コーティング表面に拘束された蛍光物質を選択的に励起
することができるのである。More specifically, for example, as shown in FIG. 5, a fiber type optical waveguide (53) is provided in a reaction tank (5).
An apparatus immersed in 1) has also been proposed. A labeled antibody or labeled antigen in which a test solution (49) and a fluorescent substance are bound inside a reaction vessel in which the binding antibody or binding antigen is preliminarily fixed on the surface of the fiber type optical waveguide and the fiber type optical waveguide is immersed. To perform an immune response. By doing so, an amount of the fluorescent substance corresponding to the concentration of the antigen or the antibody in the test solution is bound to the coating surface of the fiber type optical waveguide. When the excitation light (43) is incident from one end face of the fiber type optical waveguide, it propagates while repeating total reflection on the surface of the optical waveguide. At the time of the total reflection, evanescent light that permeates into the solution is used.
It is possible to selectively excite the fluorescent substance bound to the coating surface.
【0009】このような装置の場合も、コーティング面
において複数回の全反射が起こるため、図3に表示した
ようなプリズム表面における一回の全反射を利用する場
合と比較して蛍光量が多く、検査溶液中の抗原又は抗体
に対して高感度な測定が可能であるという利点がある。Also in such an apparatus, since the total reflection occurs a plurality of times on the coating surface, the amount of fluorescence is larger than that in the case of using one total reflection on the prism surface as shown in FIG. In addition, there is an advantage that highly sensitive measurement can be performed on an antigen or an antibody in a test solution.
【0010】なお、図4や図5に表示した装置におい
て、標識抗体又は標識抗原の標識物質を酵素とし、その
酵素の作用によって蛍光物質に変換される酵素基質(蛍
光物質前駆物質)を注入すれば、光導波路表面に拘束さ
れた酵素の作用によって生成する蛍光物質は、光導波路
表面近傍に一時的に存在することになるため、光導波路
からしみ出すエバネッセント光を使って光導波路表面の
近傍に存在する蛍光物質を選択的に励起することができ
る。従って、光導波路に拘束された酵素や検査溶液中の
抗原又は抗体の定量が可能となる。In the apparatus shown in FIGS. 4 and 5, a labeling substance of a labeled antibody or labeled antigen is used as an enzyme, and an enzyme substrate (fluorescent substance precursor) which is converted into a fluorescent substance by the action of the enzyme is injected. For example, the fluorescent substance generated by the action of the enzyme constrained on the surface of the optical waveguide is temporarily present near the surface of the optical waveguide, so that the evanescent light seeping out of the optical waveguide is used to produce a fluorescent substance near the surface of the optical waveguide. The existing fluorescent substance can be selectively excited. Therefore, it becomes possible to quantify the enzyme or the antibody in the test solution that is bound by the optical waveguide.
【0011】光導波路の表面から溶液中にしみ出したエ
バネッセント光は、再び光導波路の内部に入射し伝播し
ていくことが知られているが、この現象はエバネッセン
ト光によって誘起された蛍光についても同様である。す
なわち、図6に表示したように、エバネッセント光がし
み出す範囲で発生し光導波路(1)の内部に侵入した蛍
光(105)は、光導波路の側からその表面で反射する
場合に臨界角以上の角度を持つ成分を有しており、この
ような蛍光は全反射を繰り返しながら光導波路を伝播し
ていく。従って、スラブ型かファイバー型かに限らず、
光導波路の端面から励起光を入射してその表面における
多重反射を利用する場合には、その蛍光を検出する方向
において、光導波路のコーティング表面に対向する方向
から検出する方法、励起光が出射する端面の側において
検出する方法、そして励起光が入射する端面の側におい
て検出する方法の3通りの方法が考えられる。最近で
は、図4及び図5に表示したように、励起光を入射する
端面の側において検出する方法が多く採用されている
が、その意図するところは光導波路の表面における選択
性の向上と励起光バックグラウンドの除去にある。It is known that the evanescent light that has permeated into the solution from the surface of the optical waveguide again enters the optical waveguide and propagates. This phenomenon is also caused by the fluorescence induced by the evanescent light. The same is true. That is, as shown in FIG. 6, the fluorescent light (105) generated in the range where the evanescent light seeps and penetrated into the inside of the optical waveguide (1) is more than the critical angle when reflected from the surface of the optical waveguide on its surface. Fluorescent light propagates through the optical waveguide while repeating total reflection. Therefore, not only slab type or fiber type,
When the excitation light is incident from the end face of the optical waveguide and the multiple reflection on the surface is used, the method of detecting the fluorescence from the direction facing the coating surface of the optical waveguide in the direction of detecting the fluorescence, the excitation light is emitted There are three methods, that is, a detection method on the end face side and a detection method on the end face side on which the excitation light is incident. Recently, as shown in FIGS. 4 and 5, a method of detecting the excitation light on the side of the end face on which the excitation light is incident has been often adopted. The intention is to improve the selectivity on the surface of the optical waveguide and to increase the excitation. In removing light background.
【0012】なお、図4及び図5から明らかなように、
スラブ型光導波路における光の封じ込めは一次元である
のに対し、ファイバー型光導波路の場合は二次元である
ため、光導波路における蛍光の伝播は、ファイバー型光
導波路の方がより効率的である。As is apparent from FIGS. 4 and 5,
Since the optical confinement in a slab optical waveguide is one-dimensional, while the optical confinement in a fiber optical waveguide is two-dimensional, the propagation of fluorescence in the optical waveguide is more efficient in the fiber optical waveguide. .
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】光導波路の表面上に直
接又は間接的に拘束された蛍光物質、或いは、光導波路
表面の近傍に位置する蛍光物質からの蛍光信号を検出す
る、従来の固相表面上の蛍光分析装置であって、光導波
路の側面から入射した励起光が全反射する際にしみ出す
エバネッセント光を使って蛍光を誘起する図4に表示し
たような蛍光分析装置には以下のような課題がある。A conventional solid phase detecting a fluorescent signal from a fluorescent substance directly or indirectly constrained on the surface of the optical waveguide or a fluorescent substance located near the optical waveguide surface. The fluorescence analyzer on the surface, which induces fluorescence using evanescent light that exudes when the excitation light incident from the side of the optical waveguide is totally reflected, as shown in FIG. There is such a problem.
【0014】第1に、光導波路を伝播する光のほとんど
は光導波路の内部に閉じ込められ、光導波路から溶液中
にエバネッセント光としてしみ出す光量はわずかであ
り、光放射源からの励起光の一部分しか有効に利用でき
ない。蛍光分析における蛍光強度は励起光の強度に比例
するため、励起光の一部しか利用できない場合、大きな
蛍光信号を期待することはできず、検査溶液中の特定成
分を定量する目的では、高い検出感度を期待することが
できない。First, most of the light propagating through the optical waveguide is confined inside the optical waveguide, the amount of light that leaks out from the optical waveguide into the solution as evanescent light is small, and a part of the excitation light from the light radiation source is emitted. Only can be used effectively. Since the fluorescence intensity in fluorescence analysis is proportional to the intensity of the excitation light, a large fluorescence signal cannot be expected if only a part of the excitation light is available, and high detection is required for the purpose of quantifying specific components in the test solution. I can't expect sensitivity.
【0015】第2に、光導波路自体が蛍光を発してしま
うという課題がある。安価なガラスや、ポリスチレン、
ポリメチルメタクリレート等の安価なプラスチック材料
の場合は、強い蛍光を発する物質や不純物を含んでいる
ため、光導波路自体からの自己蛍光が伝播し、蛍光分析
におけるバックグラウンド要因となる。従来法では、光
導波路を進行する距離が長いだけにその影響は大きく、
結果として検査溶液中の特定成分を定量する目的に使用
する場合、その検出限界を悪化させる。合成石英のよう
に、不純物が極端に少なく、通常の波長領域でその蛍光
がほとんど無視できる材料を光導波路として使用すれば
光導波路自体の蛍光の影響は無視できるが、合成石英等
は高価で高度な加工技術を要求されるため、コスト的な
課題を生じ、ディスポーザブルな使用には向かない。Second, there is a problem that the optical waveguide itself emits fluorescence. Cheap glass, polystyrene,
In the case of an inexpensive plastic material such as polymethyl methacrylate, since a substance or an impurity that emits strong fluorescence is contained, autofluorescence from the optical waveguide itself propagates and becomes a background factor in fluorescence analysis. In the conventional method, the influence is large just because the distance traveled in the optical waveguide is long,
As a result, when used for the purpose of quantifying a specific component in a test solution, the detection limit is deteriorated. If a material such as synthetic quartz, which has extremely few impurities and whose fluorescence is almost negligible in the normal wavelength region, is used as the optical waveguide, the effect of the fluorescence of the optical waveguide itself can be neglected. This requires costly processing technology, which raises cost issues and is not suitable for disposable use.
【0016】第3に、光導波路の端面から励起光を入射
させる場合、励起光が散乱や反射を起こしてしまい、バ
ックグラウンドが上昇して信号のS/N比を悪化させる
という課題がある。従来法で多用されているような、励
起光が入射する端面の側において蛍光を検出する方法で
は、蛍光の測定方向が励起光の入射方向とほぼ同一の軸
上にあるため、光導波路の入射端面や出射端面での散乱
光・反射光を充分に除去することが困難であり、結果と
して検査溶液中の特定成分の定量を行う場合、その検出
限界を悪化させるのである。Third, when pumping light is incident from the end face of the optical waveguide, there is a problem that the pumping light is scattered or reflected, so that the background rises and the S / N ratio of the signal deteriorates. In the method of detecting fluorescence at the end face side where excitation light is incident, which is often used in the conventional method, since the measurement direction of the fluorescence is substantially on the same axis as the direction of incidence of the excitation light, the incidence of the optical waveguide is It is difficult to sufficiently remove scattered light and reflected light from the end face and the output end face, and as a result, when quantifying a specific component in the test solution, the detection limit is deteriorated.
【0017】第4に、光導波路の入射端面の形状が複雑
化するという課題がある。光導波路への励起光の入射効
率を高めたり、端面での反射を減少させるため、従来法
では入射端面をプリズム形状やレンズ形状に成形してい
るが、これが結果として製造コストを押し上げているの
である。Fourth, there is a problem that the shape of the incident end face of the optical waveguide becomes complicated. In the conventional method, the incident end face is shaped into a prism shape or a lens shape in order to increase the incidence efficiency of the excitation light into the optical waveguide or reduce the reflection at the end face, but this increases the manufacturing cost as a result. is there.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに成された本願請求項1項の装置は、固相表面上に直
接又は間接的に拘束された蛍光物質、或いは、固相表面
の近傍に位置する蛍光物質からの蛍光信号を検出する固
相表面上の蛍光分析装置において、分析対象である蛍光
物質からの蛍光に対して透明な物質を材料とし、上記固
相表面を提供する光導波路と、分析対象である蛍光物質
を励起する励起光に対して透明な物質を材料とし、内部
に上記光導波路及び分析対象を含むと予想される検査溶
液を収容する収納容器と、上記蛍光物質を蛍光励起し得
る波長の光を放射できる光放射源であって、収容容器内
に収容された光導波路の主側面に対向する側から該面に
向かって励起光を出射するように配置される光放射源
と、光導波路の端面から出射する光信号を、上記蛍光物
質から放射される蛍光波長を選別する光学手段を介して
検出するように配置され、光導波路に侵入して光導波路
を伝播する蛍光を受光し得るように配置される受光セン
サーから構成されていることを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a fluorescent substance which is directly or indirectly constrained on a solid phase surface. In a fluorescence analyzer on a solid phase surface for detecting a fluorescence signal from a fluorescent substance located in the vicinity of, a substance transparent to fluorescence from a fluorescent substance to be analyzed is provided as a material, and the solid phase surface is provided. An optical waveguide, a storage container containing a test solution expected to include the optical waveguide and the analysis object therein, made of a material transparent to excitation light for exciting the fluorescent substance to be analyzed; and A light radiation source capable of emitting light having a wavelength capable of fluorescence-exciting a substance, which is arranged so as to emit excitation light from a side facing a main side surface of an optical waveguide housed in a housing container toward the surface. Light source and the end face of the optical waveguide An optical signal emitted from the fluorescent substance is disposed so as to be detected through optical means for selecting a fluorescent wavelength radiated from the fluorescent substance, and is disposed so as to enter the optical waveguide and receive fluorescent light propagating through the optical waveguide. And a light receiving sensor.
【0019】また、上記課題を解決するために成され
た、本願請求項2項の免疫分析装置は、あらかじめ固相
表面上に拘束用抗体又は拘束用抗原を固定しておき、該
固相を検査溶液中の抗原性物質及びあらかじめ蛍光物質
又は酵素を結合した標識抗体又は標識抗原と反応させて
上記標識抗体又は標識抗原を固相表面上に間接的に拘束
した後、拘束された標識抗体又は標識抗原に結合された
蛍光物質或いは酵素作用によって生成した蛍光物質の蛍
光信号を検出することにより、検査溶液中の上記抗原性
物質の存在又は濃度に関する物理量を分析する免疫分析
装置において、上記蛍光物質からの蛍光に対して透明な
物質を材料とし、上記固相表面を提供する光導波路と、
分析対象である蛍光物質を励起する励起光に対して透明
な物質を材料とし、内部に上記光導波路及び検査溶液を
収容する収納容器と、上記蛍光物質を蛍光励起し得る波
長の光を放射できる光放射源であって、収容容器内に収
容された光導波路の主側面に対向する側から該面に向か
って励起光を出射するように配置される光放射源と、光
導波路の端面から出射する光信号を、上記蛍光物質から
放射される蛍光波長を選別する光学手段を介して検出す
るように配置され、光導波路に侵入して光導波路を伝播
する蛍光を受光し得るように配置される受光センサーか
ら構成されていることを特徴とする。The immunoassay apparatus according to claim 2 of the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problem, and a binding antibody or a binding antigen is immobilized on the surface of a solid phase in advance, and the solid phase is immobilized. After indirectly binding the labeled antibody or labeled antigen on the solid phase surface by reacting with an antigenic substance in the test solution and a labeled antibody or labeled antigen to which a fluorescent substance or an enzyme has been previously bound, the bound labeled antibody or An immunoanalyzer for analyzing a physical quantity related to the presence or concentration of the antigenic substance in a test solution by detecting a fluorescent signal of a fluorescent substance bound to a labeled antigen or a fluorescent substance generated by an enzymatic action, comprising: An optical waveguide that provides a solid phase surface with a material transparent to fluorescence from the material,
A material transparent to excitation light that excites the fluorescent substance to be analyzed is a material, and a storage container containing the optical waveguide and the test solution therein, and light having a wavelength capable of exciting the fluorescent substance by fluorescence can be emitted. A light radiation source, wherein the light radiation source is arranged to emit the excitation light from the side facing the main side surface of the optical waveguide housed in the housing toward the surface, and the light emission source is emitted from an end face of the optical waveguide. The optical signal to be transmitted is arranged to be detected through optical means for selecting the fluorescence wavelength emitted from the fluorescent substance, and is arranged so as to be able to enter the optical waveguide and receive the fluorescent light propagating through the optical waveguide. It is characterized by comprising a light receiving sensor.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明を詳細
に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0021】図1は本願請求項1の蛍光分析装置の一実
施形態を示す図であり、図2は本願請求項2の免疫分析
のうちの一実施形態を示す図である。FIG. 1 is a view showing one embodiment of the fluorescence analyzer of the present invention, and FIG. 2 is a view showing one embodiment of the immunoassay of the present invention.
【0022】いずれの装置も、分析対象である蛍光物質
からの蛍光に対して透明な物質を材料とする光導波路
(1)と、分析対象である蛍光物質を励起する励起光に
対して透明な物質を材料とし、内部に上記光導波路及び
分析対象を含むと予想される検査溶液を収容するように
した収納容器(3)と、上記蛍光物質を蛍光励起し得る
波長の光(7)を放射できる光放射源であって、収容容
器内に収容された光導波路の主側面に対向する側から該
面に向かって出射されるように配置される光放射源
(4)と、光導波路の端面から出射する光信号を、上記
蛍光物質から放射される蛍光波長を選別する光学手段
(5)を介して検出するように配置され、光導波路に侵
入して光導波路を伝播する蛍光(8)を受光するように
した受光センサー(6)から構成されている。なお、光
導波路の材料は、分析対象である蛍光物質からの蛍光に
対して透明であること以外に、分析対象を含むと予想さ
れる検査溶液よりも大きな屈折率を有することが必要で
あるが、通常、検査溶液は血液や血清等の生体試料に代
表される水溶液であることが多いことから、実質的には
特に制限されない。Each device has an optical waveguide (1) made of a material transparent to the fluorescent light from the fluorescent substance to be analyzed, and an optical waveguide (1) transparent to the excitation light for exciting the fluorescent substance to be analyzed. A storage container (3) made of a substance and containing therein the optical waveguide and a test solution expected to contain the analysis object; and light (7) having a wavelength capable of exciting the fluorescent substance by fluorescence. A light radiation source capable of being disposed so as to be emitted toward the main waveguide from the side facing the main side surface of the light waveguide housed in the housing, and an end face of the light waveguide. An optical signal emitted from the fluorescent material is arranged to be detected through an optical means (5) for selecting a fluorescent wavelength emitted from the fluorescent substance, and fluorescence (8) penetrating into the optical waveguide and propagating through the optical waveguide is detected. Is the light receiving sensor (6) adapted to receive light? It is configured. The material of the optical waveguide is required to have a refractive index higher than that of the test solution expected to contain the analysis target, in addition to being transparent to the fluorescence from the fluorescent substance to be analyzed. Usually, the test solution is not particularly limited since it is often an aqueous solution represented by a biological sample such as blood or serum.
【0023】これら装置では、光導波路(1)として蛍
光信号が出射する側を除く3つの端面に光吸収用の黒色
ゴムを塗布した光学顕微鏡用スライドグラス(サイズ;
26×76×0.9mm、屈折率=1.52)を、収納容
器(3)として内径φ28×外径φ30×高さ60mmの
ガラス製ビーカーを、光放射源(4)としてキセノンフ
ラッシュランプを、受光センサー(6)として光電子増
倍管を使用している。図1の装置においては、光導波路
(1)上に分析対象である蛍光物質を拘束するためのコ
ーティングを施し、図2の装置においては、その一部分
(2)に分析対象に対する抗体を固定してある。ここ
で、例えば、1個の光導波路を複数の画分に区切り、各
画分にそれぞれ異なる物質を拘束するためのコーティン
グを施し、或いはそれぞれ異なる分析対象に対する抗体
を固定しておけば、1個の光導波路を用いるのみで複数
の分析対象の蛍光分析が可能となる。即ち、複数の光照
射源を、上記各画分のそれぞれを照射し得るように配置
しておき、光照射源の切り換えて異なる分析対象を測定
するのである。むろん、1個の光照射源を、上記各画分
を照射するために移動可能に配置しておいても良い。更
には、複数の光導路を収容容器内に併設可能としてお
き、各光導波路上に1又は複数の上記画分を設けること
も可能である。In these apparatuses, as an optical waveguide (1), a glass slide for optical microscope (size;
26 × 76 × 0.9 mm, refractive index = 1.52), a glass beaker having an inner diameter of φ28 × an outer diameter of φ30 × a height of 60 mm as a storage container (3), and a xenon flash lamp as a light radiation source (4). A photomultiplier tube is used as the light receiving sensor (6). In the apparatus shown in FIG. 1, a coating for binding a fluorescent substance to be analyzed is provided on the optical waveguide (1), and in the apparatus shown in FIG. is there. Here, for example, if one optical waveguide is divided into a plurality of fractions, and a coating is applied to each fraction to constrain different substances, or antibodies for different analytes are fixed, one Fluorescence analysis of a plurality of objects to be analyzed is possible only by using the optical waveguide of (1). That is, a plurality of light irradiation sources are arranged so as to be able to irradiate each of the above fractions, and a different analysis target is measured by switching the light irradiation sources. Of course, one light irradiation source may be movably arranged to irradiate each of the above fractions. Furthermore, it is also possible that a plurality of light guides can be provided in the housing container and one or a plurality of the above-mentioned fractions are provided on each light guide.
【0024】図7は、上記装置を更に詳細に示した図で
ある。光導波路(1)は、四弗化エチレンを材料とし、
表面に黒色のゴムコート処理を施した上部に2箇所のデ
ーパ部を有する組立部品(21)を介して収納容器
(3)内に設置される。収納容器(3)は、Z軸ステー
ジのテーブル上に設置されており、Z軸ステージの操作
により組立部品(21)のテーパ部とテーブル(23
b)の上面を接続部品(24)に接するように移動する
ことで、光導波路(1)と光放射源(4)及び光導波路
(1)と受光センサー(6)の位置関係を決定できる。
なお、光放射源(4)から出射される励起光は、光放射
源側に設置した光学フィルター(4b)によって波長選
択され,光学レンズ(4c)によって光束調製されたう
えで光導波路(1)上の特定の領域を照射する。光導波
路(1)の上端面から出射した蛍光信号は、光学レンズ
(5a、5c)、ダイクロイックミラー(5b)、光学
フィルター (5d)を介して光導波路を伝搬する蛍光
物質からの蛍光のみが選択された後、受光センサー
(6)で検出される。FIG. 7 is a diagram showing the above device in more detail. The optical waveguide (1) is made of ethylene tetrafluoride,
It is installed in a storage container (3) via an assembly part (21) having a black rubber coating treatment on its surface and having two upper portions on a taper portion. The storage container (3) is set on a table of the Z-axis stage, and the tapered portion of the assembly part (21) and the table (23) are operated by operating the Z-axis stage.
By moving the upper surface of b) so as to be in contact with the connection part (24), the positional relationship between the optical waveguide (1) and the light radiation source (4) and between the optical waveguide (1) and the light receiving sensor (6) can be determined.
Excitation light emitted from the light radiation source (4) is selected in wavelength by an optical filter (4b) installed on the light radiation source side, is adjusted in light flux by an optical lens (4c), and then has an optical waveguide (1). Illuminate a specific area above. The fluorescent signal emitted from the upper end surface of the optical waveguide (1) is selected only from the fluorescent material that propagates through the optical waveguide through the optical lens (5a, 5c), the dichroic mirror (5b), and the optical filter (5d). After that, it is detected by the light receiving sensor (6).
【0025】上記例では、固相表面を提供する光導波路
(1)として光学顕微鏡用のスライドグラスを使用した
が、これ以外にも、スラブ型形状の光導波路、ファイバ
ー型形状の光導波路、これらに準じた形状の導波路のい
ずれでも、蛍光物質からの蛍光に対して透明で、かつ、
検査溶液よりも大きな屈折率を有するものであれば特に
制限なく使用できる。ここで、光導波路が励起光に対し
ても透明であれば、励起光が照射された側(主側面)を
通過して反対側にぬけ、該反対面においても蛍光物質を
励起可能となり、特に好ましい。In the above example, a slide glass for an optical microscope was used as the optical waveguide (1) for providing the solid phase surface. In addition, a slab-shaped optical waveguide, a fiber-shaped optical waveguide, Any of the waveguides according to the above, transparent to the fluorescence from the fluorescent substance, and,
Any material having a refractive index larger than that of the test solution can be used without particular limitation. Here, if the optical waveguide is also transparent to the excitation light, it passes through the side (principal side surface) irradiated with the excitation light and goes to the opposite side, so that it is possible to excite the fluorescent substance also on the opposite surface. preferable.
【0026】なお、光導波路は、その全体が励起光に対
して透明である必要はなく、少なくとも、分析対象であ
る蛍光物質を拘束するためのコーティング領域、或い
は、免疫反応により抗原性物質を拘束するための抗原又
は抗体を固定した領域であって、励起光が照射される領
域が透明であれば良い。ここで、上記コーティング領域
又は抗体等を固定した領域は、光導波路の主側面に設け
られる。本願発明においては、蛍光物質や抗原性物質を
拘束するためのコーティング領域又は抗体等を固定した
領域が存在する光導波路の一面が主側面であり、そして
光導波路に進入してその内部を伝搬する蛍光物質からの
蛍光を受光センサーに導くための面が端面である。The optical waveguide does not need to be entirely transparent to the excitation light, and at least a coating region for binding a fluorescent substance to be analyzed or an antigenic substance due to an immune reaction. It is sufficient that the region to be irradiated with the excitation light, which is the region where the antigen or antibody to be immobilized is immobilized, is transparent. Here, the coating region or the region where the antibody or the like is fixed is provided on the main side surface of the optical waveguide. In the present invention, one surface of the optical waveguide in which a coating region for binding a fluorescent substance or an antigenic substance or a region where an antibody or the like is immobilized is a main side surface, and enters the optical waveguide and propagates therein. The surface for guiding the fluorescence from the fluorescent substance to the light receiving sensor is the end surface.
【0027】収容容器(3)に関しては、図1及び図2
の例ではガラス製ビーカー等を使用したが、収容容器は
励起光に対して透明なもので作られ、内部に検査溶液を
収容可能で、光導波路(1)の上記コーティング領域又
は抗体等を固定した領域が検査溶液と接触でき、そして
光導波路に進入してその内部を伝搬する蛍光物質からの
蛍光を受光センサーに導くために少なくとも光導波路の
一端面が検査溶液に浸らないような大きさ、形状であれ
ば特に制限はない。なお、収容容器は、その全体が励起
光に対して透明である必要はなく、少なくとも、光導波
路における上記コーティング領域又は抗体等を固定した
領域に励起光が照射されるようにその一部分が透明であ
れば良い。収容容器(3)は、前記例の他に例えば図7
に示したように、ガラス製ビーカーに代えてスライドグ
ラス(1)上の上記コーティング領域又は抗体等を固定
した領域を覆うように配置した透明なカバーグラス
(3)であっても良い。この場合、スライドグラスとカ
バーグラスの間に適当な厚みを有するパッキング等を配
置して検査溶液を収容する空間とすることができる。With respect to the container (3), FIGS.
In the above example, a glass beaker or the like was used, but the container is made of a material transparent to the excitation light, and can accommodate the test solution inside, and fixes the above-mentioned coating region of the optical waveguide (1) or the antibody. The area that can be contacted with the test solution, and at least one end of the optical waveguide is not immersed in the test solution in order to enter the optical waveguide and guide the fluorescence from the fluorescent substance propagating therein to the light receiving sensor, There is no particular limitation as long as it has a shape. Note that the entire container does not need to be entirely transparent to the excitation light, and at least a part of the container is transparent so that the excitation light is applied to the coating region or the region where the antibody or the like is fixed in the optical waveguide. I just want it. The storage container (3) is, for example, as shown in FIG.
As shown in the above, instead of the glass beaker, a transparent cover glass (3) arranged so as to cover the above-mentioned coating area on the slide glass (1) or the area where the antibody or the like is fixed may be used. In this case, a space having an appropriate thickness can be arranged between the slide glass and the cover glass to provide a space for accommodating the test solution.
【0028】また上記例では、紫外域から可視域に至る
幅広い波長の光を四方に発するキセノンフラッシュラン
プ(4a)を使用したため、光学フィルター(4b)及
び光学レンズ(4c)を介して波長選択と光束の調製を
行っているが、例えばレーザー等、限定された波長及び
光束の光を発する光放射源等を用いる場合はこの限りで
はなく、使用する光放射源の特性に適した光学系を採用
することができる。光放射源は、上記した収容容器の透
明部分を通して、少なくとも光導波路主側面上の上記コ
ーティング領域又は抗体等を固定した領域を照射できれ
ば良い。特に、励起光が主側面から入射し、光導波路の
主側面の反対面を通過して光導波路内を伝搬しないよう
な角度で励起光を照射できるように光放射源を配置する
ことが好ましい。また、蛍光物質を蛍光励起するための
励起光の光放射源は、光導波路の周囲に少なくとも1つ
配置すれば良いが、その数を増強することにより、光導
波路の表面又は表面近傍に位置する標識抗体の蛍光物質
に対する励起効率を向上することができ、好ましい。Further, in the above example, since the xenon flash lamp (4a) which emits light of a wide wavelength from the ultraviolet region to the visible region in all directions is used, the wavelength can be selected through the optical filter (4b) and the optical lens (4c). The luminous flux is being prepared, but this is not the case when using a light radiation source that emits light of a limited wavelength and luminous flux, such as a laser, for example, and an optical system suitable for the characteristics of the light radiation source to be used is adopted. can do. The light radiation source only needs to be able to irradiate at least the coating region or the region where the antibody or the like is fixed on the main side surface of the optical waveguide through the transparent portion of the container. In particular, it is preferable to arrange the light radiation source such that the excitation light can be irradiated at an angle such that the excitation light enters from the main side surface, passes through the opposite surface of the optical waveguide, and does not propagate through the optical waveguide. In addition, at least one light emission source of excitation light for fluorescently exciting the fluorescent substance may be arranged at least around the optical waveguide, but by increasing the number thereof, it is located at or near the surface of the optical waveguide. It is preferable because the excitation efficiency of the labeled antibody with respect to the fluorescent substance can be improved.
【0029】更に上記例では、光導波路の上端面から出
射した蛍光信号を光学フィルターを介して波長選別した
後に受光センサーで検出したが、光学レンズ(5a、5
c)やダイクロイックミラー(5b)等については、従
来公知の種々の光学部品を用いることが可能で、上記例
に限定されない。光導波路と光放射源、及び、光導波路
と受光センサーの位置関係の決定手段等も、コネクタを
利用するなどの他の手段も考えられる。Further, in the above example, the fluorescence signal emitted from the upper end face of the optical waveguide is wavelength-selected through the optical filter and then detected by the light receiving sensor.
For c) and the dichroic mirror (5b), various conventionally known optical components can be used, and are not limited to the above examples. Means for determining the positional relationship between the optical waveguide and the light radiation source, and the positional relationship between the optical waveguide and the light receiving sensor, and other means such as using a connector are also conceivable.
【0030】図2(図7)に示した本願請求項2項の免
疫分析装置を使用する種々の免疫分析について説明す
る。Various immunoassays using the immunoassay apparatus according to claim 2 of the present invention shown in FIG. 2 (FIG. 7) will be described.
【0031】第1の方法は、まず、分析に供されるべき
血清や尿等の試料溶液に、適当な緩衝溶液、標識抗体又
は標識抗原を含む溶液を順次又は一度に注入して反応溶
液を調製し、試料溶液中の特定の抗原又は抗体(抗原性
物質)と標識抗体又は標識抗原との間で免疫反応を生じ
させる。次に、あらかじめ上記抗原性物質を拘束するた
めの抗体又は抗原を固定した領域を有する光導波路と反
応溶液を接触させ、標識抗体又は標識抗原と結合した試
料溶液中の特定の抗原性物質と光導波路主側面に固定さ
れた拘束用抗体又は拘束用抗原との間で免疫反応を生じ
させる。これにより、光導波路主側面上には、試料溶液
中の特定の抗原性物質の濃度に対応した量の標識抗体又
は標識抗原の拘束が実現する。ここで、前記標識が蛍光
標識である場合には、反応溶液を検査溶液として、前記
標識が酵素等である場合には、酵素の作用によって蛍光
物質に変換される前駆物質を入れて検査溶液を形成した
うえで、光放射源から励起光を光導波路に照射し、誘起
された蛍光物質からの蛍光のうち光導波路に侵入して全
反射を繰り返しながら伝播していく蛍光を光導波路の上
端面から受光すれば良い。In the first method, first, an appropriate buffer solution, a solution containing a labeled antibody or a labeled antigen is sequentially or once injected into a sample solution such as serum or urine to be subjected to analysis, and the reaction solution is injected. Prepared and cause an immune reaction between a specific antigen or antibody (antigenic substance) in the sample solution and the labeled antibody or labeled antigen. Next, the reaction solution is brought into contact with an optical waveguide having a region in which the antibody or antigen for immobilizing the antigenic substance has been immobilized in advance, and the specific antigenic substance in the sample solution bound to the labeled antibody or labeled antigen is photoconductive. An immune reaction is generated between the restraining antibody or the restraining antigen fixed on the main side surface of the waveguide. As a result, an amount of the labeled antibody or labeled antigen corresponding to the concentration of the specific antigenic substance in the sample solution is restricted on the main side surface of the optical waveguide. Here, when the label is a fluorescent label, the reaction solution is used as a test solution, and when the label is an enzyme or the like, a precursor that is converted into a fluorescent substance by the action of the enzyme is put into the test solution. After being formed, the light guide irradiates the light guide with excitation light from the light emission source, and the fluorescent light from the induced fluorescent substance that penetrates the light guide and propagates while repeating total reflection is generated at the upper end face of the light guide. The light may be received from
【0032】なお、標識が酵素等である場合には、光導
波路上の拘束用抗体等と反応溶液との反応を、上記前駆
物質の共存下で実施することもできる。また、最終的に
は検査溶液について収容容器内で蛍光励起できれば、上
記各反応の一部又は全ては別途用意した容器内で生じさ
せるようにしても良い。更に、特定の抗原性物質の濃度
に対応しない蛍光を除去するためには、光導波路上に間
接的に拘束された標識抗体等以外の標識物を、蛍光測定
に先だって除去しておくことが好ましい。この目的のた
めには、例えば反応溶液と光導波路の接触を収容容器外
で実施し、光導波路を洗浄した後、収容容器に入れて蛍
光測定を行うことが例示できる。When the label is an enzyme or the like, the reaction between the binding antibody or the like on the optical waveguide and the reaction solution can be carried out in the presence of the above-mentioned precursor. Further, if the test solution can be finally excited by fluorescence in the container, a part or all of the above-described reactions may be generated in a separately prepared container. Furthermore, in order to remove fluorescence that does not correspond to the concentration of the specific antigenic substance, it is preferable to remove a label other than the labeled antibody or the like indirectly constrained on the optical waveguide before removing the fluorescence. . For this purpose, for example, the contact between the reaction solution and the optical waveguide may be performed outside the container, the optical waveguide may be washed, and then placed in the container to perform fluorescence measurement.
【0033】光導波路に侵入して全反射を繰り返しなが
ら伝播していく蛍光は、光導波路に光を伝播させた場合
にエバネッセント光がしみ出す範囲で発生した蛍光であ
るため、光導波路上に拘束された標識抗体又は標識抗原
に結合した蛍光物質か、或いは、光導波路上に拘束され
た標識抗体又は標識抗原に結合した酵素等の近傍に存在
する蛍光物質からの蛍光を選択的に含んでおり、標識抗
体又は標識抗原が光導波路へ拘束された量又は拘束速度
に対応する。これらの物理量は上記から明らかなように
試料溶液中の特定の抗原又は抗体の濃度に関係してお
り、特定の抗原又は抗体の濃度が既知の標準溶液につい
て同様の操作を実施して作成した検量線と照合すること
により、試料溶液中の特定の抗原又は抗体の濃度を算出
することができる。The fluorescent light that penetrates the optical waveguide and propagates while repeating total reflection is generated in a range where the evanescent light exudes when the light propagates through the optical waveguide. Fluorescent substance bound to the labeled antibody or labeled antigen, or the fluorescent substance present in the vicinity of the enzyme bound to the labeled antibody or labeled antigen bound on the optical waveguide selectively contains fluorescence from Corresponds to the amount or rate at which the labeled antibody or labeled antigen is bound to the optical waveguide. These physical quantities are related to the concentration of the specific antigen or antibody in the sample solution as is clear from the above, and the calibration is performed by performing the same operation on a standard solution having a known specific antigen or antibody concentration. By collating with the line, the concentration of the specific antigen or antibody in the sample solution can be calculated.
【0034】第2の方法は、試料溶液中の特定の抗原性
物質と光導波路上に固定された拘束用抗体又は拘束用抗
原との間でまず免疫反応を生じさせ、その後、標識抗体
又は標識抗原の溶液を注入して試料溶液中の特定の抗原
性物質と標識抗体又は標識抗原との間の免疫反応を生じ
させるのである。この他の点については、上記第1の方
法と同様の操作を行えば良い。In the second method, first, an immune reaction is caused between a specific antigenic substance in a sample solution and a binding antibody or a binding antigen immobilized on an optical waveguide, and then, a labeled antibody or a labeled antibody is generated. The solution of the antigen is injected to generate an immune reaction between the specific antigenic substance in the sample solution and the labeled antibody or labeled antigen. For other points, the same operation as in the first method may be performed.
【0035】第3の方法は、試料溶液中の特定の抗原性
物質、標識抗体又は標識抗原、そして光導波路上に固定
された拘束用抗体又は拘束用抗原との間の免疫反応を同
時に生じさせるのである。この他の点については、上記
第1の方法と同様の操作を行えば良い。In the third method, an immune reaction is simultaneously generated between a specific antigenic substance, a labeled antibody or a labeled antigen in a sample solution, and a binding antibody or a binding antigen immobilized on an optical waveguide. It is. For other points, the same operation as in the first method may be performed.
【0036】そして第4の方法は、上記各方法におい
て、試料溶液中の特定の抗原と標識抗原を光導波路上に
固定された拘束用抗体と競合反応させるか、試料溶液中
の特定の抗体と標識抗体を光導波路上に固定された拘束
用抗原と競合反応させるのである。この他の点について
は、上記第1の方法と同様の操作を行えば良い。A fourth method is that, in each of the above methods, the specific antigen in the sample solution and the labeled antigen are allowed to compete with the binding antibody fixed on the optical waveguide, or the specific antigen in the sample solution is reacted with the specific antibody in the sample solution. The labeled antibody is allowed to compete with the binding antigen immobilized on the optical waveguide. For other points, the same operation as in the first method may be performed.
【0037】実施例1 図7に示した蛍光分析装置を用いて、以下の方法によ
り、光導波路表面に存在する蛍光物質の蛍光分析を実施
した。Example 1 Using the fluorescence analyzer shown in FIG. 7, fluorescence analysis of a fluorescent substance present on the surface of the optical waveguide was performed by the following method.
【0038】まず、光導波路として使用した、励起光を
も透過するスライドグラス(1)と収容容器として使用
したカバーグラス(3)を厚さ160μmの四弗化エチ
レンテープを挟んで接着し、その空隙に濃度5μMのE
u3+キレート溶液40μl又はEu3+を含まないブ
ランク溶液40μlを注入した。このあと、光放射源
(4)から励起光を収容容器(3)中の各溶液に照射
し、誘起されたEu3+キレートからの蛍光のうち、光
導波路に侵入して全反射を繰り返しながら伝播していく
蛍光を光導波路の上端面から受光した。First, a slide glass (1) used as an optical waveguide, which also transmits excitation light, and a cover glass (3) used as a storage container are bonded with a 160 μm-thick ethylene tetrafluoride tape therebetween. 5 μM E
40 μl of u3 + chelate solution or 40 μl of blank solution without Eu3 + were injected. Thereafter, excitation light is irradiated from the light radiation source (4) to each solution in the container (3), and among the induced fluorescence from the Eu3 + chelate, the fluorescence enters the optical waveguide and propagates while repeating total reflection. Increasing fluorescence was received from the upper end surface of the optical waveguide.
【0039】光導波路に侵入して全反射を繰り返しなが
ら伝播していく蛍光は、光導波路に光を伝播させた場合
にエバネッセント光がしみ出す範囲で発生した蛍光であ
るため、光導波路の表面近傍に存在するEu3+キレー
トからの信号を選択的に含んでいるが、光導波路に光を
伝播させた場合にエバネッセント光がしみ出す範囲は、
本実施例で使用したスライドグラスや溶液の屈折率から
計算すると、約100nmである。もちろん、100n
m以上表面から離れたところに存在するEu3+からの
蛍光も一端は光導波路内に侵入するが、光導波路表面で
の入射角が全反射の臨界角より小さいため、その多くは
光導波路外へ出射し、反射を繰り返すうちに減衰してい
くため、光導波路の端面で蛍光を検出することにより、
エバネッセント光のしみ出し深さ( 本実施例の場合は約
100nm) の範囲に存在するEu3+キレートからの
蛍光を選択的に検出することができる。The fluorescent light that enters the optical waveguide and propagates while repeating total reflection is generated in a range where the evanescent light exudes when the light is propagated through the optical waveguide. The signal from the Eu3 + chelate present in the optical waveguide selectively contains, but when light is propagated through the optical waveguide, the range where the evanescent light seeps out is as follows.
Calculated from the refractive index of the slide glass or solution used in this example, it is about 100 nm. Of course, 100n
One end of the fluorescence from Eu3 + existing at a distance of m or more from the surface also enters the optical waveguide, but most of the fluorescence exits the optical waveguide because the angle of incidence on the surface of the optical waveguide is smaller than the critical angle of total reflection. Then, since it attenuates as the reflection repeats, by detecting the fluorescence at the end face of the optical waveguide,
It is possible to selectively detect fluorescence from the Eu3 + chelate present in the range of the exudation depth of the evanescent light (about 100 nm in this embodiment).
【0040】比較のため、第8図に図示した従来の蛍光
分析装置を使用して、励起光を光導波路の端面から入射
してエバネッセント励起光により蛍光物質を励起する従
来の方法で同一のサンプルを測定した。For comparison, the same sample was used in the conventional method in which excitation light was incident from the end face of the optical waveguide and the fluorescent substance was excited by evanescent excitation light, using the conventional fluorescence analyzer shown in FIG. Was measured.
【0041】第7図の装置で測定した蛍光信号の時間分
解データと従来法の図8の装置で測定した蛍光信号の時
間分解データを図9に図示する。FIG. 9 shows the time-resolved data of the fluorescence signal measured by the apparatus of FIG. 7 and the time-resolved data of the fluorescence signal measured by the conventional apparatus of FIG.
【0042】5μMのEu3+キレート溶液とブランク
溶液の信号差を比較すると、従来装置よりも明らかに大
きく、表面から100nmの範囲の励起に関与した励起
光強度で補正すると約200倍となる。すなわち、従来
装置よりも多くの信号量を得ることができることが明ら
かである。Comparing the signal difference between the 5 μM Eu3 + chelate solution and the blank solution, the signal difference is clearly larger than that of the conventional apparatus, and becomes about 200 times when corrected by the excitation light intensity involved in the excitation within a range of 100 nm from the surface. That is, it is clear that a larger signal amount can be obtained than in the conventional device.
【0043】図7の装置又は図8の装置で光導波路とし
て使用したスライドグラスのみを測定したときの蛍光信
号を図10に図示する。蛍光信号量及びその時間変化は
図9のブランク溶液の信号とほとんど同じであることか
ら、ブランク溶液を測定したときに観察される蛍光信号
は、光導波路として使用したスライドグラス自体からの
蛍光により支配されていることがわかる。従って、図9
において、ブランク溶液の信号量を比較することによ
り、妨害信号となる光導波路からの自己蛍光の影響を見
積ることができるが、約1/40と、従来装置よりも明
らかに妨害信号が小さいことがわかる。FIG. 10 shows a fluorescence signal obtained by measuring only the slide glass used as the optical waveguide in the apparatus shown in FIG. 7 or the apparatus shown in FIG. Since the fluorescence signal amount and its time change are almost the same as those of the blank solution in FIG. 9, the fluorescence signal observed when measuring the blank solution is controlled by the fluorescence from the slide glass itself used as the optical waveguide. You can see that it is done. Therefore, FIG.
By comparing the signal amount of the blank solution, it is possible to estimate the effect of autofluorescence from the optical waveguide serving as a disturbing signal. However, it is apparent that the disturbing signal is about 1/40, which is clearly smaller than the conventional device. Recognize.
【0044】[0044]
【発明の効果】光導波路の表面上に直接又は間接的に拘
束された蛍光物質、或いは、光導波路表面の近傍に位置
する蛍光物質の蛍光分析を実施するに際し、本願発明の
蛍光分析装置を用いた場合、従来装置を用いる場合と比
較して以下のような利点がある。 第1に、励起光の全
てを有効に利用できるため、光導波路から溶液中にしみ
出すエバネッセント光を利用した従来法に比較して高効
率の蛍光誘起が行え、その結果、大きな蛍光信号を得る
ことが可能になる。従って、免疫分析装置等に代表され
る、検査溶液中の特定成分の定量等を行う装置において
は、その検出限界を向上させることが可能である。加え
て、光導波路の周囲に複数の光放射源を配置することに
より、更に蛍光強度を増加したり、種々の抗原性物質の
分析を連続的に行う等、付随的な効果も生じる。According to the present invention, the fluorescent analyzer of the present invention is used for performing a fluorescent analysis of a fluorescent substance directly or indirectly constrained on the surface of an optical waveguide or a fluorescent substance located near the optical waveguide surface. In this case, there are the following advantages as compared with the case where the conventional apparatus is used. First, since all of the excitation light can be used effectively, fluorescence can be induced with higher efficiency as compared with the conventional method using evanescent light that seeps into the solution from the optical waveguide, and as a result, a large fluorescence signal is obtained. It becomes possible. Therefore, in an apparatus such as an immunoanalyzer for quantifying a specific component in a test solution, the detection limit can be improved. In addition, by arranging a plurality of light emission sources around the optical waveguide, additional effects such as further increasing the fluorescence intensity and performing analysis of various antigenic substances continuously are produced.
【0045】第2に、光導波路の材料に石英以外のガラ
ス材料およびポリスチレンやポリメチルメタクリレート
などの安価なプラスチック材料を使用した場合でも、励
起光は光導波路を進行する距離が短いために、光導波路
自体からの妨害蛍光の影響が小さく、蛍光信号に含まれ
るバックグラウンドを減少することが可能である。その
結果、蛍光信号のS/N比が増加し、免疫分析など検査
溶液中の特定成分の定量に応用した場合にも、その検出
限界を向上させることができる。例えば実施例に示した
ように、一般に広く繁用されている光学顕微鏡用のスラ
イドグラスを使用することにより、石英などの高価な材
料を使用する必要がない。Second, even when a glass material other than quartz and an inexpensive plastic material such as polystyrene or polymethyl methacrylate are used as the material of the optical waveguide, the excitation light travels a short distance in the optical waveguide, so that the optical waveguide is not used. The influence of interfering fluorescence from the waveguide itself is small, and the background included in the fluorescence signal can be reduced. As a result, the S / N ratio of the fluorescence signal increases, and the detection limit can be improved even when applied to quantitative determination of a specific component in a test solution such as immunoassay. For example, as shown in the embodiment, by using a slide glass for an optical microscope which is generally widely used, it is not necessary to use an expensive material such as quartz.
【0046】第3に、光導波路の端面から励起光を入射
するわけではないので、光導波路の端面における励起光
の散乱・反射が皆無であり、蛍光信号に含まれるバック
グラウンドを減少することが可能である。その結果、蛍
光信号のS/N比が増加し、免疫分析など検査溶液中の
特定成分の定量に応用した場合にも、その検出限界を向
上させることができる。Third, since the excitation light is not incident from the end face of the optical waveguide, there is no scattering or reflection of the excitation light on the end face of the optical waveguide, and the background contained in the fluorescence signal can be reduced. It is possible. As a result, the S / N ratio of the fluorescence signal increases, and the detection limit can be improved even when applied to quantitative determination of a specific component in a test solution such as immunoassay.
【0047】第4に、光導波路の端面から励起光を入射
するわけではないので、その端面をプリズム形状やレン
ズ形状に成形する必要がなく、従って、製造コストを抑
制することができる。Fourth, since the excitation light is not incident from the end face of the optical waveguide, it is not necessary to form the end face into a prism shape or a lens shape, so that the manufacturing cost can be suppressed.
【0048】第5に、光導波路に侵入して全反射を繰り
返しながら伝播していく蛍光を検出するため、光導波路
に励起光を入射した場合にエバネッセント光がしみ出す
範囲で発生した蛍光を選択することができ、光導波路の
表面選択性を確保することができる。Fifth, in order to detect the fluorescent light that enters the optical waveguide and propagates while repeating total reflection, the fluorescent light generated within the range where the evanescent light exudes when the excitation light enters the optical waveguide is selected. And the surface selectivity of the optical waveguide can be ensured.
【図1】本発明の蛍光分析装置の一実施例を示す概念図
である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing one embodiment of a fluorescence analyzer of the present invention.
【図2】本発明の蛍光分析装置を免疫分析に応用したと
きの一実施例を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing one embodiment when the fluorescence analyzer of the present invention is applied to immunoassay.
【図3】従来の蛍光分析装置の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a conventional fluorescence analyzer.
【図4】従来の蛍光分析装置の概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a conventional fluorescence analyzer.
【図5】従来の蛍光分析装置の概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a conventional fluorescence analyzer.
【図6】蛍光のエバネッセントコレクションを説明する
概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating evanescent collection of fluorescence.
【図7】本発明の蛍光分析装置の一実施例を示す組立詳
細図である。FIG. 7 is a detailed assembly view showing one embodiment of the fluorescence analyzer of the present invention.
【図8】従来の蛍光分析装置を示す組立詳細図である。FIG. 8 is a detailed assembly view showing a conventional fluorescence analyzer.
【図9】実施例の結果を示す図である。FIG. 9 is a view showing a result of an example.
【図10】実施例の結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the results of an example.
1;光導波路 2;拘束用抗体又は拘束用抗原を固定化した領域 3;収納容器 4;光放射源 4a;キセノンフラッシュランプ 4b;光学フィルター 4c;光学レンズ 5;光学手段 5a,5c;光学レンズ 5b;ダイクロイックミラー 5d;光学フィルター 6;受光センサー 7;励起光 8;蛍光 21;組立部品 22;Z軸ステージ 23a,23b;Z軸ステージ上のテーブル 24;接続部品 101;拘束用抗体 102;検査対象の抗原 103;拘束された標識抗体 104;拘束されなかった標識抗体 105;拘束された標識抗体からの光信号 106;拘束されなかった標識抗体からの光信号 Reference Signs List 1; optical waveguide 2; region on which binding antibody or binding antigen is immobilized 3; storage container 4; light emitting source 4a; xenon flash lamp 4b; optical filter 4c; optical lens 5; 5b; dichroic mirror 5d; optical filter 6; light receiving sensor 7; excitation light 8; fluorescence 21; assembly part 22; Z-axis stage 23a, 23b; table 24 on Z-axis stage; Antigen of interest 103; Restricted labeled antibody 104; Unrestricted labeled antibody 105; Light signal from constrained labeled antibody 106; Light signal from unrestricted labeled antibody
Claims (2)
蛍光物質、或いは、固相表面の近傍に位置する蛍光物質
からの蛍光信号を検出する固相表面上の蛍光分析装置に
おいて、分析対象である蛍光物質からの蛍光に対して透
明な物質を材料とし、上記固相表面を提供する光導波路
と、分析対象である蛍光物質を励起する励起光に対して
透明な物質を材料とし、内部に上記光導波路及び分析対
象を含むと予想される検査溶液を収容する収納容器と、
上記蛍光物質を蛍光励起し得る波長の光を放射できる光
放射源であって、収容容器内に収容された光導波路の主
側面に対向する側から該面に向かって励起光を出射する
ように配置される光放射源と、光導波路の端面から出射
する光信号を、上記蛍光物質から放射される蛍光波長を
選別する光学手段を介して検出するように配置され、光
導波路に侵入して光導波路を伝播する蛍光を受光し得る
ように配置される受光センサーから構成されていること
を特徴とする上記装置。1. A fluorescence analyzer on a solid phase surface for detecting a fluorescence signal from a fluorescent substance directly or indirectly bound on a solid phase surface or a fluorescent substance located near the solid phase surface, A material that is transparent to the fluorescence from the fluorescent substance to be analyzed is made of a material, and the optical waveguide that provides the solid phase surface and a substance that is transparent to excitation light that excites the fluorescent substance to be analyzed is made of a material. A storage container for containing a test solution expected to contain the optical waveguide and the analysis object therein,
A light radiation source capable of emitting light having a wavelength capable of exciting the fluorescent substance by fluorescence, such that the excitation light is emitted from a side facing the main side surface of the optical waveguide housed in the housing container toward the surface. The light emission source is arranged, and an optical signal emitted from the end face of the optical waveguide is arranged to be detected through optical means for selecting a fluorescent wavelength emitted from the fluorescent substance. The above device comprising a light receiving sensor arranged so as to be able to receive fluorescent light propagating in the wave path.
束用抗原を固定しておき、該固相を検査溶液中の抗原性
物質及びあらかじめ蛍光物質又は酵素を結合した標識抗
体又は標識抗原と反応させて上記標識抗体又は標識抗原
を固相表面上に間接的に拘束した後、拘束された標識抗
体又は標識抗原に結合された蛍光物質或いは酵素作用に
よって生成した蛍光物質の蛍光信号を検出することによ
り、検査溶液中の上記抗原性物質の存在又は濃度に関す
る物理量を分析する免疫分析装置において、上記蛍光物
質からの蛍光に対して透明な物質を材料とし、上記固相
表面を提供する光導波路と、分析対象である蛍光物質を
励起する励起光に対して透明な物質を材料とし、内部に
上記光導波路及び検査溶液を収容する収納容器と、上記
蛍光物質を蛍光励起し得る波長の光を放射できる光放射
源であって、収容容器内に収容された光導波路の主側面
に対向する側から該面に向かって励起光を出射するよう
に配置される光放射源と、光導波路の端面から出射する
光信号を、上記蛍光物質から放射される蛍光波長を選別
する光学手段を介して検出するように配置され、光導波
路に侵入して光導波路を伝播する蛍光を受光し得るよう
に配置される受光センサーから構成されていることを特
徴とする上記装置。2. A binding antibody or binding antigen is fixed on the surface of a solid phase in advance, and the solid phase is combined with an antigenic substance in a test solution and a labeled antibody or labeled antigen to which a fluorescent substance or an enzyme has been bound in advance. After reacting and indirectly binding the labeled antibody or labeled antigen on the solid phase surface, the fluorescent signal of the fluorescent substance bound to the bound labeled antibody or labeled antigen or the fluorescent substance generated by enzymatic action is detected. By doing so, in an immunoanalyzer for analyzing a physical quantity relating to the presence or concentration of the antigenic substance in a test solution, an optical waveguide that provides a material that is transparent to fluorescence from the fluorescent substance and provides the solid phase surface A storage container containing the optical waveguide and the test solution therein, which is made of a material transparent to excitation light for exciting the fluorescent substance to be analyzed, and a fluorescent excitation of the fluorescent substance. A light radiation source capable of emitting light of a possible wavelength, the light radiation source being arranged to emit excitation light from a side facing the main side surface of the optical waveguide housed in the housing container toward the surface. And an optical signal emitted from the end face of the optical waveguide is arranged to be detected through optical means for selecting a fluorescent wavelength radiated from the fluorescent substance, and the fluorescence that penetrates the optical waveguide and propagates through the optical waveguide is detected. The above device comprising a light receiving sensor arranged to receive light.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9176230A JPH1123468A (en) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | Fluorescence analyzer on solid surface using optical waveguide |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9176230A JPH1123468A (en) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | Fluorescence analyzer on solid surface using optical waveguide |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1123468A true JPH1123468A (en) | 1999-01-29 |
Family
ID=16009919
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9176230A Pending JPH1123468A (en) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | Fluorescence analyzer on solid surface using optical waveguide |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1123468A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008032420A (en) * | 2006-07-26 | 2008-02-14 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Method and member for reducing background fluorescence in evanescent excitation fluorescence observation |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61502418A (en) * | 1984-06-13 | 1986-10-23 | エリーズ―シローノ・リサーチ・アンド・デイベロツプメント・リミテツド・パートナーシツプ | Optical analysis method and device |
JPH0372237A (en) * | 1989-08-11 | 1991-03-27 | Daikin Ind Ltd | Slab type optical waveguide for optical measurements |
JPH07120397A (en) * | 1993-08-31 | 1995-05-12 | Daikin Ind Ltd | Optical measuring device and method thereof |
-
1997
- 1997-07-01 JP JP9176230A patent/JPH1123468A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS61502418A (en) * | 1984-06-13 | 1986-10-23 | エリーズ―シローノ・リサーチ・アンド・デイベロツプメント・リミテツド・パートナーシツプ | Optical analysis method and device |
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