JPH0145021B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の背景］ 本発明は光透過率を測定するための方法及び装
置に関する。更に詳しくは、本発明はランプの発
光表面に塗布された試薬のようなコーテイングを
通して送られた光を測定することによる体液の定
性又は定量分析に関する。本発明は液体試験試料
の１以上の成分の存在の検知に有用である。 検体から反射されて伝送される光のスペクトル
特性は、検体の化学的及び物理的特性と関連があ
る。機器分析の出現により、試験すべき検体によ
る光吸収は生化学分析方法の基礎として広く用い
られるようになつた。例えば、定性及び定量分析
に用いられる試薬試験片は、血液又は尿のような
体液と所定時間接触させる。光を上記試験片上に
当て、試験片から反射された光を光電分光光度計
により測定する。試験片の反射スペクトルは、試
験される体液中の目的物質の濃度に依存して変化
する。したがつて、反射された光を測定し、得ら
れた反射率を計算することによつて、反射率と濃
度の相関関係に基く、標準との比較による所望の
分析を行うことができる。 試薬試験片は通常、種々の化学薬剤で処理され
た試験紙である。試験片の表面は均一でないた
め、結果は試験片のどの部位で測定を行つたか又
は測定状態に依存するので正確かつ再現可能な反
射率測定を行うことは困難である。更に、光源か
らの照明光の一部は散逸又は消失してしまう。し
たがつて、所望の大きさの反射エネルギーを得る
ためには、照明光の強度は、装置中で散逸した光
に相応してこれを補償すべく増大させねばならな
い。これにより大きな光源が必要とされ、大量の
発熱が生じ、エネルギー消費量が増大することに
なる。 また、試薬試験片に関して、反射率の測定が試
験片ホルダー中の試験片の配向によつても影響さ
れることがわかつている。例えば、検体の僅かな
よじれや傾きが反射率測定値の大きさに影響を及
ぼす。更に、反射率測定値は試験片と光源との間
の距離によつても影響されることも知られてい
る。 したがつて、試験される検体に対して迅速、正
確かつ再現可能な光学的測定を行うための方法及
び装置が当該技術において必要とされている。上
記装置においては検体に対する直接照明を用いる
べきである。上記装置においては光源と検体との
間で散逸又は消失する照明光の量を最小にしてエ
ネルギー消費量を最小にすべきである。装置は、
検体ホルダー中の検体の配向における微妙な違い
によつて影響を及ぼされず、かつ光源と検体との
間の距離における変化にも影響されない光学測定
値を与えるべきである。 ［発明の概要］ したがつて、本発明は、媒体中のある物質の存
在又は濃度を光測定によつて得るための装置を提
供することにより、当該技術における要望を達成
するための助力となるものである。上記装置は、
照明光を与えるための光源手段及び光に応答して
電気信号を発生するための光応答手段から成る。
上記光応答手段からの電気信号を測定するための
手段が具備されている。光源は光を透過又はそこ
から伝送し得る面を有する。上記面はコーテイン
グで被覆され、上記コーテイングは測定すべき物
質に対して化学的反応性を有する。光源からの光
は上記面を透過し上記コーテイングを透過するか
又は上記コーテイングから伝送されて光応答手段
に至る。測定すべき物質との反応後コーテイング
を透過した光の量はコーテイング中の物質の濃度
の測度である。発光ダイオード（LED）が上記
光源として好適に用いられる。 本発明はまた、発光面を有し、その面上に光透
過性の液体浸透性コーテイングを有する発光ダイ
オードを提供する。上記コーテイングは体液中に
含まれるリガンドに対する試薬組成物を含んでい
る。ダイオードからの光はコーテイングを照明
し、コーテイングから透過された光は、リガンド
と試薬組成物とが化学反応した後には変化する。 更に、本発明は、検体を照明するための光源手
段及び検体からの光を測定するための手段から成
る装置で光の透過率を測定することにより検体中
のリガンドの存在又は濃度を測定するための方法
を提供する。上記方法は、光源からの光が透過す
る透明又は半透明のコーテイングを光源の表面に
具備せしめることを特徴とする。上記コーテイン
グはリガンドと化学的に反応し得る試薬を含む。
コーテイングから、測定手段に伝送される光源か
らの光が側定される。次に、リガンドを含む液を
コーテイング上に施す。リガンドと試薬とを十分
時間をかけて反応させて反応生成物を形成させ
る。反応生成物を含んでいるコーテイングから測
定手段の送られた、光源からの光を測定する。得
られた測定値は標準値と比較することができる。 この装置及び上記の操作を用いることにより極
めて正確で再現可能な光学的測定が検体に対して
行われ得ることが判明した。光源上に検体が塗布
されているため、透過光の測定は、検体ホルダー
中の検体の配向における僅かな変化に影響される
ことはない。更に、測定値は、従来技術の装置に
おけるような、検体と光源との間の距離の変化に
よつて影響されることもない。 ［発明の具体的な説明］ 本発明は、コーテイング中のリガンド試料中の
リガンドの存在又はリガンド試料のリガンド結合
能を測定するための試験法に関するものである。
したがつてコーテイングは試験すべき検体として
機能する。コーテイングは１以上の試薬層（ここ
で試薬は試料中のリガンドと反応するか又は試料
のリガンド結合能に応答して検出可能な応答を与
え得る）を有していてもよい。逆に、上記コーテ
イングはリガンドを含んでいて、これにリガンド
応答性の試薬を加えてもよい。コーテイング中に
は支持体マトリツクスが含まれていてもよい。そ
の他の層、例えば展開層、幅射線拡散又は遮断層
等が存在していてもよい。 本発明の装置及び方法においては、コーテイン
グから伝送されるか又はコーテイングを透過した
光が測定される。上記装置は、コーテイングを一
定位置に保持しておき、光源を点灯して十分時間
をかけてコーテイングを照明することによつて操
作される。コーテイングから伝送されるか又はそ
れを透過した光の形態のエネルギーが光検出器で
測定される。次いで、上記エネルギーは電気信号
に変換され、電子回路により処理されて上記信号
と参照水準との比較が行なわれ、得られた結果を
所望のパラメーター、例えば試験される血液試料
中の蛋白質の濃度に変換する。 図面を参照しながら本発明をより詳細に説明す
る。 本発明の光学測定器の一実施態様を第１図及び
第２図に簡素化した形で示す。上記装置は、光源
１から成り、これはその発光表面３上のコーテイ
ング２を実質的に均一に照明する。光源１はその
光学軸と一致する縦軸を有する光線４を放射す
る。光源１は、ランプホルダー５中の一定位置に
保持されている。 透過光線６は試験されるコーテイング２の組成
の関数としての強度を有する。透過光線６は光検
出器８の感知ヘツド７に入る。光検出器８は、通
常、透過光線６の縦軸と一致する光学軸（図示せ
ず）を有する光検出器である。本発明の好ましい
実施態様において、上記コーテイング２の少くと
も一部は平らであつて光線と光検出器の、一致す
る軸はコーテイングに対して垂直である。 光源からの光線はコーテイングと相互作用して
光の吸収もしくは拡散、又はこれらの現象が組合
わされて起る。通常、光検出器は拡散透過光を測
定する。一般に用いられる方法ではないが、光と
コーテイングが相互作用して螢光を発し、得られ
た発光が光検出器によつて感知され得ることが理
解される。透明又は半透明のコーテイングによる
光の、分光選択吸収及び拡散は色彩効果を与え、
色の強度は本発明における光検出器によつて容易
に測定することができる。コーテイングから拡散
的に伝送されるか又はそれを透過した光は参照と
して用いられる同様の非吸収性で非拡散性のコー
テイングと比較することができるが、コーテイン
グとの化学反応の前と後に透過光を測定するのが
通常実用的である。更に、化学反応の前と後に透
過率を測定することにより異つた光源やコーテイ
ング間のばらつきを補償する（それを行なわない
場合には、そのようなばらつきは目視観察を行う
際に現われる）較正値が得られる。 下記の、本発明のより具体的な説明中には特殊
な用語が用いられているが、それらは実例として
選ばれた本発明の特定の実施態様についてのみ適
用するものであつて本発明の範囲を制限するもの
ではない。 １ リガンド リガンドという用語は、体液成分及びかかる
体液中に存在する薬物又はその他の物質を指す
場合に用いられる。下記に、そのようなリガン
ドとなり得るものを巾広く例示する。 本発明の分析素子は、特異的結合相手が有る
リガンドの検出及び、逆に、液状媒体のリガン
ド結合能の検出（通常、媒体中にリガンドの結
合相手が存在することによる）に用いられる。
上記リガンドは、通常、ペプチド、ポリペプチ
ド、蛋白質、炭水化物、糖蛋白質、ステロイド
又は生物系中に特異的結合相手が存在するかも
しくは合成され得るその他の有機分子である。
上記リガンドは、機能的には、通常、抗原とそ
の抗体；ハプテンとその抗体；並びにホルモン
類、ビタミン類、代謝物及び薬剤とそれらのレ
セプター及び結合性物質からなる群より選ばれ
る。通常、リガンドは免疫学的に活性の、分子
量1000〜10000000のポリペプチド又は蛋白質、
例えば抗体もしくは抗原性のポリペプチドもし
くは蛋白質、又は分子量100〜1500のハプテン
である。 代表的ポリペプチドリガンドは、アンギオテ
ンシン及び、Ｃ−ペプチド、オキシトシ
ン、バソプレシン、ニユーロフイシン、ガスト
リン、セクレチン、ブラジキニン及びグルカゴ
ンである。 代表的蛋白質リガンドとしては、種々のプロ
タミン、ムコ蛋白質、糖蛋白質、グロブリン、
アルブミン、硬蛋白質、ホスホプロテイン、ヒ
ストン、リポ蛋白質、色素蛋白質及び核蛋白質
類が挙げられる。特異蛋白質の例としては、プ
レアルブミン、α₁−リポ蛋白質、ヒト血清アル
ブミン、α₁−糖蛋白質、トランスコルチン、チ
ロキシン結合性グロブリン、ハプトグロビン、
ヘモグロビン、ミオグロビン、セルロプラスミ
ン、α₂−リポ蛋白質、α₂−マクログロブリン、
β−リポ蛋白質、エリトロポエチン、トランス
フエリン、ホモペキシン、フイブリノーゲン、
免疫グロブリン類（例えばIgG、IgM、IgA、
IgD及びIgE）及びそれらのフラグメント（例
えばFc及びFab）、補体因子類、プロラクチン、
血液凝固因子類（例えばフイブリノーゲン、ト
ロンビン等）、インシユリン、メラノトロピン、
ソマトトロピン、チロトロピン、卵胞刺激ホル
モン、黄体化ホルモン、性腺刺激ホルモン、甲
状腺刺激ホルモン、胎盤性ラクトゲン、内性因
子、トランスコバラミン、血清酵素（例えばア
ルカリホスフアターゼ、コリンエステラーゼ、
グルタミン酸オキサロ酢酸トランスアミナー
ゼ、グルタミン酸−ピルビン酸トランスアミナ
ーゼ及びウロペプシン）、エンドルフイン類、
エンケフアリン類、プロタミン、組織抗原、バ
クテリア性抗原、及びビールス性抗原（例えば
肝炎関連抗原：HBs、Ag、HB₂Ag及び
HBeAg）である。 代表的ハプテンリガンドとしては、一般の薬
物、代謝物、ホルモン、ビタミン類や同様の有
機化合物が挙げられる。ハプテン系ホルモンと
してはチロキシン、及びトリヨードチロニンが
挙げられる。ビタミンとしては、ビタミンＡ、
Ｂ（例えばB₁₂）、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＸ、葉酸及び
チアミンが挙げられる。薬物としては、アミノ
グリコシド（例えばゲンタマイシン、トブラマ
イシン、アミカシン、シソマイシン、カナマイ
シン及びネチルマイシン）、ペニシリン、テト
ラサイクリン、テラマイシン、クロロマイセチ
ン及びアクチノマイセチンのような抗生物質；
アデノシン−二リン酸（ADP）、アデノシン−
三リン酸（ATP）、フラビンモノヌクレオチド
（EMN）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオ
チド（NAD）及びそのリン酸誘導体
（NADP）、チミジン、グアノシン、アデノシ
ンのようなヌクレオシド類及びヌクレオチド
類；プロスタグランジン類、ステロイド類、例
えばエストロゲン類（例えばエストリリオール
及びエストラジオール）、ステロゲン類、アン
ドロゲン類、ジゴキシン、ジギトキシン及び副
腎皮質ステロイド；その他フエノバルビター
ル、フエニトイン、プリミドン、エトスクシミ
ド、カルバマゼピン、バルプロエート、セオフ
イリン、カフエイン、プロプラノロール、プロ
カインアミド、キニジン、アミトリプチラン、
コルチゾール、デシプラミン、ジソピラミド、
ドキセピン、ドキソルビシン、ノルトリプチリ
ン、メトトレキサート、イミプラミン、リドカ
イン、Ｎ−アセチル−プロカインアミド、アン
フエタミン類、カテコールアミン類及び抗ヒス
タミン類などが挙げられる。 試験すべき液状媒体は、自然発生的又は人工
的に形成された、リガンドを含有すると思われ
る液体であり、通常、生物学的流体又はその希
釈物である。試験し得る生物学的流体として
は、血清、血漿、尿、唾液並びに羊膜液及び脳
脊髄液が挙げられる。 ２ コーテイング コーテイングは、光原の発光表面上に、固
体、液体又は気体層が介在することなく、直接
施される。これは、光源からの光が、コーテイ
ングを照明する前に拡散しないことを確実にす
るものである。 コーテイングは透明又は半透明であつて、光
源からの光を拡散的に光検出器へ伝送すること
ができる。コーテイングはそれ自体で形を成す
（selfsupporting）ものであつても、そうでは
ないもの（つまり、光源から取り除いた際に寸
法安定性を維持し得ないもの）であつてもよ
い。 コーテイングは吸水性、つまり、リガンド又
はリガンドの試薬系含有液状試験試料によつて
湿潤せしめられかつこれを吸収し得るものであ
る。好ましくは、コーテイングは親水性、もし
くは試験されるリガンドを含有する液体に対し
て浸透性を有する。最も好ましくは、コーテイ
ングは透水性である。 光源上のコーテイングは、リガンド又はリガ
ンドと化学的に反応し得る試薬系を含む液状コ
ーテイング組成物から得られる。コーテイング
組成物は従来の方法、例えば浸漬、はけ塗、ス
プレー、ローラーコーテイングを用いるか、又
はコーテイング材を光源の発光表面に押出すこ
とによつて光源に施される。光源上のコーテイ
ングは、約20℃の雰囲気温度で風乾することが
できる。必要により、やや高い温度を用いてコ
ーテイングの乾燥又は硬化を促進してもよい。 液状コーテイング組成物は溶液、分散液又は
懸濁液の形態であつてよい。水又は有機化合物
のような溶媒を上記組成物中に包含せしめて、
組成物による光源の被覆を容易に行うことがで
きる。上記組成物はその他のコーテイング助
剤、例えば１以上の下記の物質、すなわち消泡
剤、分散剤、結合剤（バインダー）、ゴム、ワ
ツクス、乾燥剤、滑剤、不透明化剤、可塑剤、
疎水性剤、離型剤、沈澱防止剤、シツクナー、
又は表面湿潤剤を含んでいてもよい。特定の被
覆方法に必要とされる各成分の量は実験により
最小値を決定することができる。 結合剤をコーテイング組成物中に包含せしめ
て光源への接着をより良好にすることができ
る。天然又は合成の結合剤をこの目的に用いる
ことができる。好適な結合剤の例としては、ゼ
ラチン；セルロース誘導体、例えば硝酸セルロ
ース、エチルセルロース及びメチルセルロー
ス；ヒドロキシアルキルセルロース類、例えば
ヒドロキシエチルセルロース及びヒドロキシプ
ロピルセルロース；セルロースエステル類、例
えば酢酸セルロースや他の脂肪酸とのエステル
又は混合エステル；又はセルロースエーテルが
挙げられる。ビニル化合物もコーテイング組成
物中の結合剤として用いることができる。好適
なビニル化合物はポリエチレン、ポリプロピレ
ン、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、ポリ塩
化ビニル、ポリフツ化ビニル、ポリ（エチレン
オキシド）、ポリ（プロピレンオキシド）、ポリ
ビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル及び塩化ビ
ニル−酢酸ビニルコポリマー類である。 コーテイングの厚さ及び透過度は広範に変化
することができ実際の用途によつて決定され
る。乾燥厚約10〜約750ミクロン、好ましくは
約50〜約600ミクロンが好都合であつたが、情
況により厚さをより広範に変化させるのが好ま
しい。特に好ましいコーテイング乾燥厚は約
150〜約500ミクロンである。 １以上の界面活性剤物質、例えばアニオン性
及びノニオン性の界面活性剤物質をコーテイン
グ中に包含せしめるのが有利であろう。界面活
性剤は、配合物の被覆性（coatability）を高
め、補助剤の不存在下では液体試料による湿潤
が容易ではない層の湿潤の程度及び範囲をより
大にすることができる。 試薬系はリガンドに対して化学反応性を有
し、試薬がリガンドと反応した後に光透過率の
変化が生じる。試薬系は適当な指示薬を含むこ
とができる。したがつて、コーテイングがグル
コースに対して応答すべきものである場合は、
グルコース酸化酵素、過酸化酵素及びｏ−トル
イジンを含むことができる。かかる試薬系は、
グルコースを含有する液体試料と接触せしめら
れると青色に変わる。 血液、血漿又は血清リガンド類、例えばアス
コルビン酸、胆汁酸、ビリルビン、コレステロ
ール、クレアチニン、乳酸、リン脂質類、トリ
グリセリド類、尿素窒素（BUN）及び尿酸に
対する試薬組成物も公知であり、これらをコー
テイング中に包含せしめることもできる。血液
化学酵素リガンド類、例えばアミラーゼ、コリ
ンエステラーゼ、クレアチンホスホキナーゼ
（CPK）、デヒドロゲナーゼ類（ヒドロキシ酪
酸、イソクエン酸、乳酸及びリンゴ酸）、リパ
ーゼ、フエニルアラニン、トランスアミナーゼ
類（グルタミン酸−オキサロ酢酸及びグルタミ
ン酸−ピルビン酸）、酸及びアルカリホスフア
ターゼ類、γ−グルタミルトランスペプチター
ゼ、ロイシンアミノペプチダーゼ及び赤血球酵
素（グルコース−６−リン酸デヒドロゲナー
ゼ、６−ホスホグルコン酸デヒドロゲナーゼ、
グルタチオンレダクターゼ及びピルビン酸キナ
ーゼ）の測定もまた重要である。 同様に、尿化学組成物の試薬組成物をコーテ
イング中に用いることができる。尿化学の分野
におけるかかるリガンドとしては、通常、アス
コルビン酸、アルブミン、クレアチン、クレア
ニチン、グルコース、胆汁酸、ビリルビン、蛋
白質、ケトン、潜血、ニトリツト、アミラーゼ
及びフエニルピルビン酸などが挙げられる。 適切な試薬組成物及び指示薬の選択は当該技
術の範囲に優に含まれ、公知の分析化学技術に
従つて容易に決定される。 コーテイングは種々の試薬系域から構成され
ていてもよい。したがつて、コーテイングは、
特定の液体試料中の２以上の成分の試験を行う
に好適となり得る。 ３ 支持体マトリツクス コーテイングは、特性及び取扱い性を改良す
るための固体支持体マトリツクスを包含するこ
とができる。支持体マトリツクスは光源からの
光を透過し得る、固体の、連続又は不連続の物
質であつてよい。したがつて、支持体マトリツ
クスは透明又は半透明である。支持体マトリツ
クスはまた剛性であても可撓性であつてもよ
い。ウエブ、不織ウエブ及びメツシユ構造が支
持体マトリツクスとしての使用に好適である。
上記ウエブ類は天然又は合成の繊維又は糸で構
成することができる。通常、支持体マトリツク
スは不活性である。つまり、マトリツクスはリ
ガンドともリガンドのための試薬系とも反応し
ない。そうではあるが、反応性の支持体マトリ
ツクスをコーテイング中に使用し得ることは理
解されるであろう。 支持体マトリツクスは主にコーテイングに寸
法安定性を付与するための骨格として機能す
る。したがつて、コーテイングは露出したマト
リツクスの表面上にあつても、コーテイングに
よつてマトリツクスが完全に被覆されていても
よい。本発明の好ましい実施態様において、コ
ーテイングはマトリツクスを均一に被覆し、マ
トリツクス中にある間隙の大部分を満してい
る。コーテイングはリガンドに応答し得る試薬
を含んでいるため、好ましい実施態様において
は、試薬系は実質的に均一に、マトリツクス全
体に分配される。 支持体マトリツクスがコーテイング中に包含
せしめられた場合、上記支持体マトリツクスは
試験試料によつて湿潤せしめられ得るものであ
ることが好ましい。マトリツクスは液体浸透性
であつて、リガンドがマトリツクス全域で試薬
と反応し得ることが特に好ましい。また、支持
体マトリツクスは親水性材料又は適切な処理に
よつて親水性になり得る物質で構成されること
が好ましい。液体試験試料が水性の場合、合成
及び天然の紙様材料のどちらも用いることがで
きる。支持体マトリツクスは、紙、布、フエ
ルト、多孔性セラミツク、織加工された又はマ
ツト状のグラスフアイバー、ポリアミド繊維及
び同様の材料で構成されることができる。 支持体マトリツクスは多数の層、例えば第１
の試薬層及び第２の試薬層のような複数の試薬
層、検出層、輻射線遮断層、試料拡散層等で構
成することができる。 支持体マトリツクスは、通常、発色剤をはじ
めとする１以上の試薬が含浸せしめられた吸収
性繊維を含む多層素子であつてもよい。試験液
と接触せしめると、分析対象物は繊維状支持体
に浸透して分析対象物の濃度と関連した量の色
を発する。膜を用いて色の正確な測定の妨げと
なり得る特定の妨害成分、例えば赤血球が透過
吸収されるのを防ぐことができる。支持体マト
リツクスに拡散層を包含させて分析対象物、そ
の他の適切な試料成分又は分析対象生成物の均
一な見掛け濃度を得ることができる。 支持体マトリツクスが多層から成る場合、上
記層は、層間の流体の流通が可能な接着剤によ
つて積層関係に維持することができる。試薬層
を他の層と接着するために必ずしも接着剤を用
いる必要はない。皮膜形成剤を用いて、層を予
め別々に形成し、積層して素子全体を形成する
ことにより、一体の支持体マトリツクスを製造
することができる。 固体支持体マトリツクスは、いわゆる「浸漬
読取」（dip−and−read）式試薬片由来のもの
であつてもよい。この種の試験片は、種々の試
料、特に生物学的液体の分析において一般的に
なつている。生物学的液体中の臨床的に重要な
物質、例えば血清及び尿を対象とする試験片は
特に有用である。 試薬片を用いて、単にこれを尿のような体液
試料に浸漬して色変化又は試薬片によつて吸収
される光の量の変化のような検出し得る応答を
観察することにより多くの生理学的機能を監視
することができる。かかる試験片中に見られる
試薬組成物は、直接化学反応によつて、測定さ
れる成分（１以上）と反応し、液体試料中にご
く少量存在するかもしれない物質の検出に用い
られる。試薬試験片及びそれらの反応体系のあ
るものは米国特許第3392158号、第3802842号、
第3123443号、第3212855号、第3814688号、第
3164534号、第2981606号、第3298789号、第
3092465号及び第2981606号に記載されており、
そこに開示されたものは全て信頼性があり、こ
こで参照として取り入れた。 公知の試薬試験片の多くは２以上の試薬含有
キヤリヤーマトリツクス又は層を有し、この種
の試験片を本発明における固体支持体マトリツ
クスとして用いることができる。したがつて、
試薬片は、特定の液体試料中の２以上の成分に
対する試験手段を有することができる。例え
ば、１つの試薬片は尿中のグルコースに応答す
る試薬含有キヤリヤーマトリツクスと離れては
いるが近接する、ケトン、例えばアセトン−ア
セテートに応答する別のキヤリヤー層とで構成
することができる。他の試薬片は８個の近接す
る試薬含有マトリツクスを有し、PH、蛋白質、
グルコース、ケトン類、ビリルビン、潜血、ニ
トリツト及びウロビリノーゲンの分析的測定を
行うことができる。 試薬試験片は種々の方法、例えば紙の層への
含浸、試薬組成物のキヤリヤー材料の層上への
印刷もしくは噴霧、又は凝固によるフイルムの
形成によつて作ることができる。 ４ 光源 本発明の実施に用いられる光源は、コーテイ
ング及び検出器が応答する電磁スペクトルの域
における光線を発し得るものでなければならな
い。したがつて、光源はコーテイングによつて
容易に吸収される波長を有する光を発するよう
に選ばねばならない。スペクトルの可視領域の
光が通常用いられる。光源は、広域の波長域を
有する光を発することができるように選ばれる
か、又は狭い波長域内の光を発することができ
る。通常、光源は波長約400〜約700ナノメータ
ー（ｎｍ）、好ましくは約500nｍ以上を有する
光を発し得るものである。波長は検出される種
の最大吸収波長又はその付近であるべきであ
る。本発明の好ましい実施態様において、光源
は実質的に、これらの波長域内の１つの波長の
光、すなわち単色光を与える。 発光ダイオード（LED）のような発光半導
体器具を使用することが本発明において特に有
利であることが判明した。上記の波長域の、単
色の拡散光を発し得る発光ダイオードは市販さ
れている。発光ダイオードは安価であり、エネ
ルギー消費量が小さく発光率が高い。LEDの
例としては、GaAlAs、GaP、GaAsP／GaP及
び同等のチツプ材をベースとするものが挙げら
れる。 光源からの出力の変化は、コーテイングを透
過した光の変化と識別不可能なため、光源から
の出力は安定であつて、正確で信頼し得る光学
的測定を与えるものでなければならない。光
は、光源に安定で再現し得る出力を得るに十分
な時間だけ電流を供給することによつて発せら
れる。上記の時間は光源の性質及び操作特性並
びに装置の他の部材の応答速度によつて決定さ
れる。電流の制御はスイツチ切換、及び、光源
を所定時間付勢し、消勢する調時手段によつて
達成し得る。例えば、LEDを約100〜約300ミ
リ秒間、約20〜約25ミリアンペアの入力電流に
よつて付勢することにより安定な出力が通常得
られる。 光源では発熱が起り、この熱は光源からの出
力の安定性及び再現性に悪影響を及ぼす。更
に、熱はコーテイングやコーテイング中の成分
にも悪影響を及ぼす。熱による悪影響を極小化
するために、光源の点灯時間はより高い入力電
流においては通常、減少せしめられる。 光源からの光線の強度は広範に変化させるこ
とができる。通常、コーテイングから伝送され
るエネルギーの望ましい大きさは、検出器の感
度及び検出器からの信号を処理するための回路
の性質を基準に決定される。光線は、透過光線
を、コーテイングの濃度変化を識別し得るよう
な試験条件下に置くのに適切な強度を有するべ
きである。光線の強度は光源への入力電流を調
節することにより制御することができ、入力電
流は更に光源の性質及びその操作特性によつて
変化する。 ５ 光検出器 光検出器は、コーテイングを透過したか又は
それから伝送された光を受容し、試験条件下の
コーテイングを透過したか又はそれから伝送さ
れた光の波長域に応答するように選ばれる。光
検出器は光に対して感度が高く、応答時間が速
くなければならない。本発明の好ましい実施態
様において、光検出器は約25℃において約400
〜約700nｍの範囲の波長の光に応答する。光
検出器は好ましくは光電方式で作動するシリコ
ン光ダイオードである。 光検出器は、その光学軸が透過光線の縦軸と
実質的に一致するように配置する。そうするこ
とにより、検出器による透過光線の捕集が確実
に行なわれるようになる。検出器は通常、試験
されるコーテイングの表面に実際に可能な限り
接近して配置して、透過光線がコーテイングと
検出器の間を移動する際の伝達損失を最少にす
る。しかしながら、場合によりより大きい視界
域を有する検出器を選ぶか又は光誘導手段、例
えば光学繊維をコーテイングと検出器との間に
用いることにより検知器をコーテイングからよ
り遠く離して配置することもできる。コーテイ
ング又は光源を移動させて表面の走査、すなわ
ちコーテイングの異つた領域からの透過率の測
定を行うことができる。光検出器を移動させて
コーテイング表面の走査を行うことができる。
同様に、検出器の動きとコーテイングの動きと
を組合わせることもできる。 本発明はまた、多色光を発し得る光源及び透
過光線からの、ある限られた波長の光のみを殆
ど分離して上記の特徴を有する拡散光が検出器
を活性化するような手段を用いることにより実
施し得ることが理解されるであろう。これは、
例えば単色光検出器を用いることによつて行う
ことができる。また、コーテイングと検出器と
の間の透過光線通路中に好適な光学フイルター
を介在させることもできる。これは、通常タン
グステン灯及び透過光線の通路中の検出器の前
面に置かれた適切なフイルターによつて行うこ
とができる。 当該技術において周知のこの種の光学フイル
ターを本発明の装置中に用いてスペクトル輻射
エネルギーを変更したり、変調したり、あるい
はより精密に調節することができる。中性フイ
ルター、偏光フイルター又はカラーフイルター
を、必要に応じて装置中に用いることができ
る。吸光フイルター及び干渉フイルターを市販
のフイルターから選んで特異的効果を得ること
ができる。 通常そのようにすることについての理由はな
いが、コーテイングを励起させた後、かつ、光
が光検出器に入る前に、コーテイングを透過し
た光を反射又は屈折させ得ることは理解される
であろう。鏡、レンズ又は鏡とレンズから成る
機構をこの目的に用いることができる。 ６ 信号処理 光検出器によつて与えられる電気信号は従来
の技術を用いて処理することができる。信号処
理及びデータ表示のための電子回路装置をこの
目的に用いることができる。例えば、電流を与
える光ダイオードを用いて高ゲイン電流又は電
圧コンバーターとして用いられる演算増幅器に
給電することができる。より高レベルの透過光
がより低い電圧レベルを与えるように光ダイオ
ードと演算増幅器とを接続することができる。
演算増幅器からの電圧出力のアナログからデイ
ジタルへの変換はＡ−Ｄ変換器によつて行うこ
とができる。次に、得られた信号は従来の表示
器を用いて表示することができる。 本発明の試験装置は装置中に被覆ランプを挿
入することにより有利に用いられる。ランプを
点灯し、コーテイングから伝送された光を測定
する。この測定値が「ブランク値」、すなわち
参照値（T_ref）である。次に、コーテイングを
リガンド又はリガンドを含むと思われる媒体と
接触せしめる。リガンドがコーテイング中にあ
る場合は、コーテイングをリガンド応答性の試
薬と接触させる。リガンドと試薬とが化学反応
を起すに十分な反応時間をとる。再びランプを
点灯し、コーテイングを透過したか又はそれか
ら伝送された光を測定する。この測定値が試料
値（T_san）である。次に、測光値を標準値と
比較して、リガンドの存在又は、リガンドが存
在する場合にはその濃度を測定する。T_refが
T_sanより大であるか又はT_sanがT_refより大であ
り得ることは理解されるであろう。後者が起る
のはコーテイングを試験すべき流体と接触させ
た後にコーテイングの光透過率が増大する場合
である。グルコース試薬コーテイングの場合、
コーテイングは通常、T_san約600％に対して
T_ref約50％となるように選択配合される。 ある特定のコーテイングについてのT_ref及び
T_sanは比率、すなわちT_ref／T_sanに変換され、
この比率を、公知のコーテイング組成物から計
算された標準比と比較し得ることが判明した。
この計算比により種々の濃度のリガンドを含む
コーテイング間の値の良好な分離が示される。
更に、計算比は、反復測定を行う際の光源や、
同様のコーテイング組成物で作られたコーテイ
ングの質のばらつきによつてもたらされる測定
値差を最小にすると考えられる。計算された
T_ref／T_san比の自然対数lnと、対応する、公知
のコーテイング組成物に対する標準比のlnとを
比較することにより、より良好に分離した測定
値を得ることができる。ln値は更に光源及びコ
ーテイングの質のばらつきによつてもたらされ
る測定値の差異を最小にすると考えられる。 本発明は下記の実施例を参照することによつ
て、より十分に理解されるであろう。部、割合、
比率及びパーセンテージは全て特に明記しない限
り重量によるものである。 ［実施例］ 本実施例に使用する装置 半透明のコーテイングを透過した光の透過率を
測定することにより試料の濃度を測定するための
装置を下記の部材から組立てた。 Hewlett Packard社からHLMP−0301型矩形
発光ダイオード（LED）を入手した。該LEDは、
ピーク波長635nｍを有する光を発する平坦な面
を有するものであつた。該LEDを、ランプの除
去及び変換を容易にするように構成された固定ラ
ンプホルダーに取り付けた。 500〜700nｍの光に対して感受性を有する光検
出器を、LEDからの光を受容するようにしつか
りと固定した。光検出器は光のレベルを示す内蔵
メーターを有しているものであつた。フイルター
をLEDと光検出器との間に介在させて検出器に
到達する光の波長を約635nｍに制限した。 加減抵抗器が具備されたAC／DCコンバータを
LEDに接続した。上記コンバータを用いてLED
にDC電流を与えた。加減抵抗器により、実験の
目的でランプへの電流を変化させることが可能に
なつた。Beckman3020Bマルチメーター（電圧
抵抗メリアンペア計）をLEDに接続して電流の
流れを監視した。 実施例 １ 試薬被覆光源……半透明フイルム担持LED グルコース試薬紙の形態の半透明フイルムを本
実施例において用いた。半透明フイルムはMiles
Laboratories社のAmes Divisionによつて製造さ
れた、化学薬品を含浸したグルコース感受性紙で
あつた。試薬紙はグルコースオキシダーゼ、ペル
オキシダーゼ及び指示薬のテトラメチルベンジジ
ンを含んでいた。不活性染料及び緩衝剤も存在し
ていた。上記紙の片面には感圧接着剤が付着して
いた。 LEDをホルダーの後部から挿入することによ
りホルダーに取付けた。LEDの平坦な前面はホ
ルダー前面の小さな開口とちようど適合するもの
であつた。LEDの前面はホルダーの前面と同一
平面上となるように配置されており、LEDはホ
ルダーの開口を通して視認された。この開口をお
よそ0.5cm×0.5cmの大きさの試薬紙で覆つた。 直流の通電によりLEDは発光した。一部の光
は前方散乱により半透明フイルムを透過した。こ
の透過光を光検出器によつて測定した。かわりに
乾燥フイルムを用い、LED電流約20ｍＡにより、
光検出器のゲインを、検出器の直線域に対応する
値を与えるように調節した。一度測定を行つた後
は、電流及びゲインの設定を変える必要はなかつ
た。 乾燥試薬紙によつて透過された光の量を測定し
た。この測定値が参照信号T_refである。LEDの平
坦面上のフイルムコーテイングに１滴のグルコー
ス含有試料を置いた。30秒の反応時間後、半透明
フイルムによつて透過された光を読取つた。これ
が試料信号T_sanである。反応した紙を除去して、
新たな試薬紙と交換した。グルコース０〜500
mg／dlを含む溶液を反応性フイルムの検体上に置
くことにより、上記の操作を繰り返した。各々の
溶液につき２回測定を行つた。 各参照及び各試料についての、光検出器による
実測値を表にまとめた。表には参照値の、各
試験溶液についての試料の光検出器測定値に対す
る計算比も含まれている。

【表】 表は、反復試験材料に関して参照値及び試料
値が非常に異る場合でも、上記比率によりこれら
の差異が補償されることを示している。例えばグ
ルコース濃度25mg／dlにおいては、第２の試験で
用いたLEDの発光面の一部分を意図的に遮断し
てT_refを減少させた。T_refの168から100への実質
的減少は見られたが、T_ref／T_san比には著しい影
響はなかつた（すなわち0.98対0.92であつた。）。 グルコース濃度500mg／dlにおいては、同じ型
のLEDを第２及び第３の測定に用いたが、第１
と第４の測定では異つたLEDを用いた。表は、
異つた種類のLEDに対してT_ref値は大きく変化す
るが、T_ref／T_san比には大した変化がなかつたこ
とを示している。したがつて、LED間の出力の
ばらつきはT_ref／T_san比を計算し比較することに
よつて補償することができる。 コーテイングの均一性又は厚さのばらつきは、
コーテイングから伝達されたか又はそれを透過し
た光が実質的に減少するような大きさであつては
ならない。LED上のコーテイングは、厚さ及び
組成物が実質的に均一であることが好ましい。し
かしながら、コーテイングの均一性におけるある
程度のばらつきは、コーテイング毎の差異を、
T_ref／T_san値を計算し比較することによつて補償
することができるので許容される。 参照の、各溶液に対する試料の光検出器による
測定値に対する比率を計算することに加えて、各
比率の対数を求めた。対数関数は経験的に選択さ
れるが、対数関数とフイルム上に吸収された物質
の濃度との理論的関係はKubelka−Munkの等式
から割出すことができる。結果を表に示す。

【表】

【表】 表は良好に一致した反復試験の測定値を示
し、上記データは本発明の良好な再現性を示すも
のである。濃度12.5mg／dlにおける分離が極めて
良好な感度を示している。 各比率値の自然対数を第３図にグルコース濃度
の関数としてプロツトした。上記プロツトは特に
近い濃度における数値の良好な分離を示す。 第４図には１本の垂直線上に示した種々のグル
コース濃度によつて上記の関数を再び示すことに
よつてグルコース濃度の分離状況を示した。図か
らグルコース濃度の分離が良好であることは明白
である。 表の比率値を第５図にグルコース濃度の関数
としてプロツトし、第６図には再び１本の垂直線
上に全ての濃度をプロツトした。濃度レベル間の
分離に関しては、第５図及び第６図の比率のプロ
ツトは第３図及び第４図の比率のプロツトの自然
対数ほど良好ではない。つまり、２つのアルゴリ
ズムのうちln関数の方がグルコース試薬紙にとつ
て好適であるということである。 実施例 ２ 試薬被覆光源……グルコースコーテイング担持
LED 本実施例では、ランプの発光面にグルコースコ
ーテイングを有するLEDを用いた。 コーテイング組成物を、下記の成分を混合して
調製し、粘稠で薄茶色の物質を得た： 0.5ml 水溶性ポリマー；Borchigel DP 40、
Bayer A.G.社製、（レベルクーゼン、西ドイ
ツ）；40％原液； 0.1ml グルコースオキシダーゼ Ｌ 5000、
Miles Laboratories社製、（エルクハート、イ
ンデイアナ）；5000IU／ml； 0.1ml ペルオキシダーゼ；60mg／ml溶液；
68IU／mg； 0.5ml テトラメチルベンジジン；0.5ｇ／ml溶液 LEDの平坦な発光面上に約10μのコーテイン
グ組成物を施すことによりランプを被覆した。被
覆面を１時間風乾した。更に、LEDを50℃のオ
ーブンに25分間入れておくことにより、加温下で
コーテイングを乾燥させた。 前面がすでに被覆されたLEDを、ランプホル
ダーの後部から慎重に挿入した。LEDがホルダ
ーの前面と同一面上にあることにより、LEDの
被覆面はホルダー前面の小さい開口から視認され
た。 LEDの電流設定及び光検出器のゲイン設定を
調整して光検出器の直線域内の光検出器の数値を
与えた。一度設定を行つた後は、電流及びゲイン
の設定値は変えなかつた。 乾燥コーテイングの光のレベルを測定した。こ
れが参照信号T_refである。グルコース水溶液を１
滴コーテイング上に置いた。30秒の反応時間の
後、新たに光のレベルを読み取つた。これが試料
信号T_sanである。反応したLEDを、次に新たな
被覆LEDと交換した。グルコース０〜1000mg／
dlを含む溶液を用いて上記の操作を繰り返した。
コーテイング溶液のあるもについて反復測定を行
つた。試料信号に対する参照信号の比率を試験溶
液それぞれについて計算した。光検出器による実
測値及び計算比を表にまとめた。

【表】 被膜は反応性を有していた。しかしながら、被
膜は試料中で溶解したりLED表面から剥離して
浮き上る傾向があつた。これらの欠点は結果の正
確性に影響を与えた。表における光検出器の実
測値を考察すれば、被覆LEDによる測定は半透
明フイルムを用いて得たデータほど正確でないこ
とがわかる。主な理由は視認されるコーテイング
の不安定性である。しかしながら、比率を用いる
ことにより、ランプ出力のばらつきは十分に補償
される。例えば、グルコース濃度25、250及び
1000mg／dlにおける反復試験の透過率値は異つて
いるが、比率は比較的安定している。 表の比率の自然対数を求め、その結果を表
にまとめた。半透明フイルムを担持したLEDと
同様にグルコースコーテイングの比率値及びlnは
グルコース濃度の上昇に伴つて増加する。

【表】 第７図に、グルコース濃度の関数としての比率
値の自然対数をプロツトして示す。上記プロツト
はグルコース濃度の上昇と共に対数−比率値が増
加することを示している。 実施例 ３ 試薬被覆光源…螢光試薬紙 螢光団を含有する溶液中に紙を浸漬して螢光
試薬紙を作成した。螢光団は、波長316nｍの紫
外線照射によつて励起したときに、400nｍを越
え、最大約420nｍの波長の光を発するピレンで
あつてよい。ピレンの濃度が高い場合は、２番目
に高い螢光ピークが最大約480nｍの長波域に発
生する。 紙上のピレンの量は下記に示すように種々の
ピレン濃度を用いて変化させることができる。 １×10^-2M ピレン［（M.W.202）］0.202ｇ／シ
クロヘキサン100ml １×0^-3M 上記のものをシクロヘキサンで逐次
希釈したもの １×10^-4M上記のものをシクロヘキサンで逐次希
釈したもの １×10^-6M上記のものをシクロヘキサンで逐次希
釈したもの UV線を発光し得る光源と光学繊維束のような
光伝送パイプにより上記紙に光を当てた。光学
繊維束の一端がUV光を受容して、これをホルダ
ー中に位置する他端まで導く。光誘導手段の端部
はホルダーの開口から見ることができる。 乾燥試薬紙片を、光誘導手段からのUV光によ
つて照明されるようにホルダーの開口上に置い
た。 光検出器により螢光発光を測定した。遮断フイ
ルター又は帯域フイルター（420nｍ又は480nｍ）
を試薬紙と検出器との間の光通路中に置いてUV
励起光（316nｍ）を除去した。 UV線を発光させ、乾燥パツドから放出された
光を測定した。これが参照信号T_refである。ピレ
ン溶液を１滴パツド上に置いた。約15秒以内に、
新たに光のレベルを読み取つた。これが試料信号
T_sanである。上記の紙を除去し、新しい乾燥パ
ツドと交換した。 螢光の強度はピレン濃度の上昇に伴つて増加す
る。乾燥パツド参照値T_refを試料信号値T_sanで割
つて得られた比率は測定された螢光とピレン濃度
との定量的関係を示す。 本実施例中では螢光団を、種々の濃度の溶液と
して系中に導入して、螢光団の濃度測定に上記系
をどのようにして用いるかを示した。ある系で
は、螢光団をその場で生成させた（例えば酵素分
解前には非螢光性であるか、又は異つた波長で螢
光を発する螢光化合物を酵素分解によつて生成さ
せた）。かかる系においては、被覆光源方法によ
り生成螢光団の定量が可能となり、更に、その場
で螢光団を生成する反応の定量も可能となる。 要約すれば、本発明は、試験すべき検体を直接
照明することにより該検体の光学的測定を迅速、
正確にかつ再現性をもつて行う方法及び装置を提
供する。上記装置は光源と検体との間で散逸又は
消失する照明量を極小化するものである。上記装
置により、従来の装置において見られるように、
検体ホルダー中の検体の配向の変化に影響される
ことなく、光源と検体間の距離のばらつきにも影
響されない光学測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の被覆されたLEDの斜視図で
あり；第２図は本発明装置の斜視図であり；第３
図はLED上に塗布された半透明フイルムを用い
た、実施例１に記載の実験に関する、光検出器に
よる測定値のグルコース濃度に対する比率のプロ
ツトであり；第４図は、実施例１において計算し
た比率を全て縦軸にプロツトして異つたグルコー
ス濃度において行われた測定の分離性を強調した
以外は第３図と同様のプロツトであり；第５図は
実施例１で計算された各比率についてのグルコー
ス濃度の関数としての自然対数のグラフであり；
第６図は上記自然対数を全て縦軸上にプロツトし
て、異つたグルコース濃度において行われた測定
の分離性を強調した以外は第５図と同様のプロツ
トであり；第７図は、グルコースコーテイング担
持LEDを用いた実施例２に記載の実験に関する
グルコース濃度の関数としての、光検知器による
測定値の比率の自然対数のプロツトである。 １……光源、２……コーテイング、３……発光
面、４……光線、５……ランプホルダー、６……
透過光線、７……感知ヘツド、８……光検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 検体中のリガンドの存在又は濃度を光測定に
   より測定する装置であつて、 照明を与えるための光源手段； 光に応答して電気信号を発生する光応答手段； 及び 光応答手段からの電気信号を測定するための手
   段 から成り、上記光源が、それを通して、もしくは
   それから光を透過する面を有し；該面が該リガン
   ドと化学反応し得る試薬を包含しており；かつ、
   光源からの光が上記表面を透過し、コーテイング
   を通して又はコーテイングから透過されて光応答
   手段に到達することを特徴とする装置。 ２ コーテイングがリガンドを含む特許請求の範
   囲第１項記載の装置。 ３ コーテイングがリガンドと試薬との反応生成
   物を含む特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４ コーテイングが固体の透明又は半透明支持体
   マトリツクスを含む特許請求の範囲第１項記載の
   装置。 ５ 支持体マトリツクスが紙製の不織ウエブであ
   る特許請求の範囲第４項記載の装置。 ６ 光源が、光を透過する透明又は半透明の実質
   的に平坦な面を有する発光ダイオードであり、コ
   ーテイングが上記の平坦な面上にある特許請求の
   範囲第４項記載の装置。 ７ 発光ダイオードが実質的に単色光を発する特
   許請求の範囲第６項記載の装置。 ８ コーテイングからの透過光が縦軸を有し、光
   応答手段が透過光の縦軸と実質的に一致する光学
   軸を有する光検出器である特許請求の範囲第６項
   記載の装置。 ９ ダイオードからの光を透過し得る発光面； ダイオードの面上の液浸透性で光透過性のコー
   テイング； 体液中のリガンドのための試薬組成物（コーテ
   イング中に含まれ、リガンドと化学的に反応して
   コーテイングによる光の透過率を変化させること
   ができる） から成ることを特徴とする発光ダイオード。 １０ 該面が実質的に平坦である特許請求の範囲
   第９項記載の発光ダイオード。 １１ コーテイングがリガンドをも含む特許請求
   の範囲第９項記載の発光ダイオード。 １２ コーテイングがリガンドと試薬組成物との
   反応生成物を含む特許請求の範囲第９項記載の発
   光ダイオード。 １３ コーテイング中の試薬がグルコースオキシ
   ダーゼ、ペルオキシダーゼ及び呈色指示薬から成
   る特許請求の範囲第９項記載の発光ダイオード。 １４ 指示薬がテトラメチルベンジジンである特
   許請求の範囲第１３項記載の発光ダイオード。 １５ コーテイングが固体の、透明又は半透明の
   液浸透性支持体マトリツクスを含む特許請求の範
   囲第１４項記載の発光ダイオード。 １６ 検体を照明するための光源手段及び検体か
   らの光を測定する手段から成る装置中で、検体中
   のリガンドの存在又は濃度を、光の透過度を測定
   することによつて測定する方法であつて、 光源からの光を透過する光源面上に透明又は半
   透明コーテイング（リガンドと化学反応し得る試
   薬を含む）を設け； コーテイングから該測定手段へ送られた光源か
   らの光を測定し； リガンドを含む液体をコーテイング上に施し； リガンドと試薬とを、実質的に全てのリガンド
   が反応するに十分な時間をかけて反応させて反応
   生成物を形成し；更に 反応生成物を含むコーテイングから該測定手段
   へ送られる光源からの光を測定することを特徴と
   する方法。 １７ コーテイングが固体の透明又は半透明の液
   浸透性支持体マトリツクスを含む特許請求の範囲
   第１６項記載の方法。 １８ 支持体マトリツクスが紙製の不織ウエブで
   ある特許請求の範囲第１７項記載の方法。 １９ コーテイング中の試薬がグルコースオキシ
   ダーゼ、ペルオキシダーゼ及び呈色指示薬からな
   る特許請求の範囲第１８項記載の方法。 ２０ 指示薬がテトラメチルベンジジンである特
   許請求の範囲第１９項記載の方法。