JPH07111433B2 - レーザ磁気免疫測定方法及び測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、抗原抗体反応を利用した免疫測定方法及び装
置に関するものである。更に詳述するならば、本発明は
極めて微量の検体から特定の抗体または抗原を定量的に
検出可能なレーザ磁気免疫測定方法及び装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

後天性免疫不全症候群、成人Ｔ細胞白血病等のような新
型ウイルス性疾病、あるいは各種ガンの早期検査法とし
て、抗原抗体反応を利用した免疫測定法の開発が、現
在、世界的規模で推進されている。

従来から知られる一次反応を利用した微量免疫測定方法
としては、ラジオイムノアッセイ（以下、RIA法と記
す）、酸素イムノアッセイ（EIA）、蛍光イムノアッセ
イ法等が既に実用化されている。これらの方法は、それ
ぞれアイソトープ、酵素、蛍光物質を標識として付加し
た抗原または抗体を用い、これと特異的に反応する抗体
または抗原の有無を検出する方法である。

RIA法は、標識化されたアイソトープの放射線量を測定
することにより抗原抗体反応に寄与した検体量を定量す
るものであり、ピコグラム程度の超微量測定が可能な現
在唯一の方法である。しかしながら、この方法は放射性
物質を利用するので、特殊設備を必要とし、また、半減
期等による標識効果の減衰等を考慮しなければならない
ので、実施には大きな制約がある。更に、放射性廃棄物
処理が社会問題となっている現状を考慮すると、その実
施は自ずと制限される。

一方、酵素、蛍光体を標識として用いる方法は、抗原抗
体反応に寄与した検体量を、発色や発光を観測すること
により検出する方法であり、RIA法の如き実施上の制約
はない。しかしながら、発色あるいは発光を精密に定量
することは困難であり、検出限界はナノグラム程度であ
る。

また、レーザ光を利用して抗原抗体反応の有無を検出す
る方法として、主に肝臓癌の検出を目的として開発され
たAFP（アルファ・フェトプロテイン）を利用した方法
がある。

この方法は、AFPに対する抗体をプラスチック微粒子に
付加し、抗原抗体反応によってプラスチック粒子が凝集
して生じる質量変化から調べる方法であり、10^-10ｇの
検出感度を達成している。これは、従来のレーザー光を
用いた方法の百倍異常の感度であるが、RIA法に比較す
ると百分の一以下に過ぎない。更に、この方法が水溶液
中における抗原抗体複合物のブラウン運動の変化を利用
しているために、抗体を含む水溶液の温度、揺乱の影響
あるいは水溶液に混在する不純物粒子の影響を極めて受
け易く、これ以上に検出感度を高めることは原理的に望
外のものである。

上述のように、従来の免疫測定手段においては、高い検
出感度を有するRIA法は、放射性物質を使用するため
に、その実施については多くの制約があり、一方、実施
の容易な酵素イムノアッセイ法、蛍光イムノアッセイ法
等は感度が低く、精密な定量的測定ができなかった。

そこで、本発明者らは、本発明に先立って、RIAに匹敵
する検出感度並びに精度を有しながら、実施上の制限の
ない新規な免疫測定方法及び装置を提供した。すなわ
ち、本発明者らは、従来の方法とは原理を異にする免疫
測定方法の研究を行ない、先に、特願昭61−224567号、
特願昭61−252427号、特願昭61−254164号、特願昭62−
22062号、特願昭62−22063号、特願昭62−152791号、特
願昭62−152792号、特願昭62−184902号、特願昭62−26
4319号、特願昭62−267481号としてレーザ磁気免疫測定
方法及び測定装置についての発明を特許出願している。
これらの新しい免疫測定方法は標識材料として磁性微粒
子を用いる点に特徴があり、アイソトープを用いないで
ピコグラムの超微量検出が可能である。本発明者らは上
述の特許に基づき、磁性微粒子を抗原あるいは抗体に標
識し、初めてウイルスの検出等を行なった。この新しい
レーザ磁気免疫測定方法は、従来最も検出感度が高いと
されているRIA法よりも検出感度が高いことが確認され
つつある。例えば、本発明者らが日本ウイルス学会第35
回総会（昭和62年11月 講演番号4011「新しく開発した
免疫測定装置を用いたウイルスの検出実験」）で発表し
たように、不活性化したインフルエンザウイルスＡ、Ｂ
型をウイルスのモデルとして用いて、ウイルス検出実験
を行なったところ、1ml中に１個程度のウイルスが存在
する場合でも検出できた。レーザ光を濃縮された検体に
照射して検体からの反射光を検出する方法は、このよう
に検出感度が高い方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、前記の新しい原理のレーザ磁気免疫測定方法
において、定量性の向上と装置の調整を容易にすること
をねらったものである。即ち、本発明に特有の解決すべ
き課題は、抗原あるいは抗体を磁性体微粒子により標識
した磁性体標識体と検体とを抗原抗体反応させてなる磁
性体標識体複合体の溶液中における濃縮位置での磁界が
前記複合体からの反射光の強度に直接関わる特徴に基因
するものである。そのため、磁界を再現よく一定に保持
することが必要になる。前記濃縮位置での磁界は傾斜磁
界発生装置と検体容器の距離に依存する。特に、前記傾
斜磁界発生装置が上方に開口を有する検体容器を挟むよ
うにして設置された２つの磁極と磁界発生器とから構成
されている場合は、該検体容器の水面の真上に配置され
た一方の磁極と水面との距離を一定にしなくてはならな
い。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、
まず、次のような構成を有するレーザ磁気免疫測定方法
である。すなわち、 所定の抗原あるいは抗体に磁性体微粒子を標識として付
加した磁性体標識体と、検体たる抗体あるいは抗原とを
抗原抗体反応させる第１工程と、 前記第１工程後の磁性体標識体と検体との複合体である
磁性体標識検体複合体を含む溶液に磁界を作用させてレ
ーザ光照射領域に前記磁性体標識検体複合体を誘導・濃
縮させる第２工程と、を少なくとも含むレーザ磁気免疫
測定方法において、 レーザ光を傾斜磁界発生装置の磁極およびこれに対向し
た検体容器内の磁性体標識検体複合体を含む溶液水面に
照射し、該水面からの反射光を結像して該磁極の実体陰
影像および投影反射像を得、これらの像の位置を検出す
ることによって、前記磁性体標識検体複合体の濃縮位置
における磁界を調節することを特徴とするレーザ磁気免
疫測定方法である。

ここで、前記磁極の実体陰影像は、傾斜磁界発生装置の
磁極に直接照射された後のレーザ光が前記水面から反射
して形成されるものであり、また投影反射像は、前記水
面に照射されたレーザ光が該水面から反射して形成され
るものである。

さらに、前記構成において、本発明では、前記水面から
の反射光中の前記傾斜磁界発生装置の磁極の実体陰影像
と投影反射像とを対称位置とする中心位置に受光器を設
置することを特徴とする。

また、本発明によれば、前記測定方法を好適に実施でき
る測定装置が提供される。すなわち、 磁性体微粒子によって標識された磁性体標識検体複合体
を含む溶液を収容する検体容器と、レーザ光を前記検体
容器内の磁性体標識検体複合体を含む溶液水面へ導く入
射光学系と、電磁石と前記検体容器上方に設けられた磁
極とを有し、前記検体容器内の溶液水面のレーザ光照射
領域の一点に前記磁性体標識検体複合体を誘導・濃縮す
る傾斜磁界発生装置と、前記検体容器内の溶液水面から
のレーザ光の反射光を受ける受光系と、を少なくとも具
備してなるレーザ磁気免疫測定装置であって、 前記レーザ光を前記傾斜磁界発生装置の磁極および前記
検体容器内の溶液水面に同時にもしくは別々に照射した
時の反射光を受光器に受けて前記磁極の実体陰影像およ
び投影反射像を検出する検出部と、この検出部による像
の位置検出に基いて前記傾斜磁界発生装置により前記磁
性体標識検体複合体の濃縮位置における磁界を調節する
磁界調整機構部と、が設けられていることを特徴とする
レーザ磁気免疫測定装置である。

前記構成において、本発明では、前記検出部の受光器と
して、例えば、スクリーン、受光素子、撮像管を利用で
きる。

〔作用〕

周知のごとく、極微少量物体を検出する極限計測技術に
おいては常に検出感度と共に、測定の定量性、再現性を
どう確保するかが重要課題である。

本発明に従うレーザ磁気免疫測定方法は、測定の定量
性、再現性の向上に寄与するものであって、検体容器と
傾斜磁界発生装置との距離を簡単な方法でモニターする
ことによって、磁界を再現よく一定に保つことが出来
る。特に、前記傾斜磁界発生装置が上方に開口を有する
検体容器を挟むようにして設置された２つの磁極と磁界
発生器とから構成されている場合は、該検体容器の水面
の真上に配置された一方の磁極と水面との距離を一定に
しなくてはならない。その解決策としては、検体容器の
水位を測定する方法が一般的であるが、検体容器中に設
けられた検体収容部の直径は通常10mm程度で小さいた
め、水位計としては特殊なものが必要になる。本発明は
水位計を用いないで、レーザ光を磁極と検体容器の水面
の双方に照射し、その時の反射光を受光して得られる該
磁極の実体陰影像と投影反射像との距離を測定すれば、
この距離は磁極と検体容器の水面との距離と比例関係に
あるから磁極と検体容器の水面との距離を知ることが出
来る。通常、前記距離の絶対値を求める必要はなく、前
記実体陰影像と投影反射像との距離をあらかじめ定めて
おき、検体毎にこの距離を維持するように検体容器の位
置を調節すればよい。一例として、一定距離に離して設
置した２つの受光素子を前記距離の検出に用いることが
できる。かくして、前記濃縮位置の磁界は測定の都度一
定の値に保たれることになるから、測定値の定量性、再
現性を確保することが出来る。

また、本発明の特徴の一つとして、前記実体陰影像と投
影反射像の中心対称点が磁極の真下の水面であり、この
水面は即ち前記濃縮位置に他ならない。従って、この濃
縮位置に濃縮された磁性体標識検体複合体からの反射光
は前記中心対称点を中心として出射されているから、こ
の中心対称点に受光器を設置すれば再現性よく、前記磁
性体標識検体複合体の信号を検出することが出来る。こ
の特徴を利用して、受光器の位置の調整を効果的に実施
することが出来る。受光器としては、前記したように、
スクリーンもしくは受光素子もしくは撮像管が選択でき
る。特に、本発明者らが先に発明した干渉法により検体
を定量する場合は、前記中心対称点がスクリーン上に写
った干渉縞の中心となることから、本発明の場合、干渉
縞中心が常に同じ位置に現れ、干渉縞の計測の際に非常
に役に立つ。

以下に図面を参照して本発明をより具体的に詳述する
が、以下に示すものは本発明の一実施例に過ぎず、本発
明の技術的範囲を何等制限するものではない。

〔実施例〕

第１図は、本発明の第１の実施例を説明するレーザ磁気
免疫測定装置の概略図であって、図中符号１はアクリル
樹脂製の検体容器、1aはこの検体容器中の検体収容部、
２は非磁性体からなる検体容器１を搭載する上下移動
台、３は移動ネジ、４は移動ガイド、５は左右移動台、
６は移動用モータ、７は案内面、８は架台、10は傾斜磁
界発生装置、50はHe−Neレーザ光源、51はビームエクス
パンダ、52は入射光束、53は反射光束、54はスクリーン
（受光器）である。

前記検体容器１には、検体と磁性体標識体との間で抗原
抗体反応を行なった後の磁性体標識検体複合体が収容さ
れている。検体の調整方法は、先に本発明者らが発明し
た特願昭61−224567号、特願昭61−254164号に記載の方
法が適用できる。

前記傾斜磁界発生装置10は、電磁石10aと磁極片10bと該
磁極片10bの高さ調節器10c、及び継鉄10d、10e、10fと
から構成され、電磁石10aから出た磁束は前記検体容器
１を貫通した後、磁極片10b、磁極片10bの高さ調節器10
c、及び継鉄10d、10e、10fを経由した後、再び電磁石10
aに戻るように磁気回路が形成されている。前記電磁石1
0aは、非磁性のステンレス鋼からなる前記左右移動台５
の上に固定された純鉄製の継鉄10fの上に取り付けられ
ている。前記磁極片10bは検体容器１側の先端が鋭利な
形状になっているから磁極片10bの先端部の真下の検体
容器１表面の磁界が最も高い。そのために、磁性体標識
検体複合体はこの位置に濃縮される。前記検体容器１の
高さは、前記移動台２が、前記左右移動台５に取り付け
られた前記モータ６を低速回転し、前記移動ネジ３及び
移動ガイド４によって、上下に移動することによって任
意に調整できる。また、前記左右移動台５は案内面７上
を左右に移動できるから、検体容器１中の任意の検体収
容部1aを前記磁極片10bの真下に設定することが出来
る。前記磁極片10bは、前記高さ調節器10cによって、そ
の高さが任意に調整可能である。このような構成になっ
ているから、前記濃縮位置の磁界は、該検体容器１及び
該磁極片10bの上下移動によって任意に調整できる。勿
論、前記濃縮位置の磁界は電磁石の励磁電流を変化させ
ることでも調整可能である。

波長63.28nmのHe−Neレーザ光源50から出たレーザ光線
はレーザエキスパンダ51によってビーム径が拡張された
入射光束52となって、検体収容部1aと前記磁極片10bの
先端を同時に照射する。前記スクリーン54は図には示し
ていないが、反射光束53をその中央の位置に受光するよ
うに架台８に固定されている。

第２図（ａ）（ｂ）は第１図のスクリーン54の拡大図で
あって、（ａ）図は、前記スクリーン54上の干渉縞56並
びに前記磁極片10bの実体陰影像10b−１、及び投影反射
像10b−２を模式的に描いたものである。前記実体陰影
像10b−１は、前記磁極片10bに直接照射された後のレー
ザ光が前記水面から反射してスクリーン54上に形成され
た像であり、前記投影反射像10b−２は、前記水面に照
射されたレーザ光が水面から反射してスクリーン54上に
形成された像である。これらの像10b−１、10b−２は、
反射光のシルエットとして観察される。スクリーン54に
は直径0.5mmのピンホール55a、55bが80mm離れた位置に
２つ設けられている。第２図（ｂ）は前記スクリーンの
裏側の該略図であって、前記ピンホール55a、55bの位置
にSiフォトダイオードの受光素子（受光器）57a、57bが
固定して取り付けられている。

前記スクリーン54はこのような構造になっているから、
反射光束53がスクリーン54を照らす際に、前記ピンホー
ル55a、55bを通して反射光の一部が受光素子57a、57bで
検出される。前記検体容器１と前記磁極片10bの間隔を
広げれば、磁極片10bの実体陰影像10b−１と投影反射像
10b−２の間隔はそれに対応して広がり、接近させれ
ば、像も接近する。第２図（ａ）はシルエット状の前記
実体陰影像10b−１と投影反射像10b−２とが丁度前記ピ
ンホール55a、55bにかかった状態を示している。前記受
光素子57a、57bでこの位置が精度よく検出できるから、
前記検体容器１と前記磁極片10bの間隔を常に一定にす
ることが出来る。従って、本発明の方法を適用すれば、
再現よく磁界を一定にすることが容易に実施できる。

なお、前記磁極片10bと前記検体容器１のうち、一方の
みの高さが可変の場合、一度前記スクリーン54の位置を
調節し終えれば、スクリーン54上のピンホールは１つあ
れば上記の磁界調節は出来るが、双方の高さが独立して
調整できる本実施例の場合、該ピンホールは２つある方
が好ましい。なぜならば、双方の高さを独立して調整し
た場合、前記干渉縞は通常、前記スクリーン54の中心位
置からはずれることがしばしばである。この場合、ピン
ホールが２つあると、前記磁極片10bの像が何れの方向
に外れたかを検出できるので、調整が容易になる利点が
ある。

本実施例の適用によって、濃縮位置の磁界が常に一定の
値に保つことが出来るので、測定法に起因するデータの
変動は皆無になり、定量性が大幅に改善された。

なお、本実施例の変形例として、前記スクリーン上の干
渉縞をITVカメラ（撮像管）で撮影して、画像処理によ
って干渉縞の直径、本数、輝度等を測定した。この方法
の場合、検体からの干渉縞画像をVTRに記録すれば、多
量のデータの保存に有利である。120検体の記録がVTRテ
ープ１巻に収容できた。

第３図は本実施例の別の変形例であって、第１図の測定
装置のスクリーンの位置に遮光板54−１を設置した。中
央部に開口をもつ該遮光板54−１は、上記実施例と同様
な２つのピンホール55a、55bを有し、その裏面には受光
素子57a、57b及び干渉縞を受光するための１次元イメー
ジセンサ型の受光素子（受光器）58が固定されている。
上述したように、本発明の方法を実施すれば磁界が一定
に調節されるのみならず、干渉縞の中心位置が前記受光
素子58上の特定位置に再現よく現われるから、干渉縞の
計数が非常に簡単になる。なぜならば、干渉縞の中心位
置が変動する場合、干渉縞の直径あるいは本数を計数す
るためには、まず、中心位置をなんらかの方法、例えば
ITVカメラで干渉縞を撮影し、画像処理による方法、で
決定する前処理が必要になる。この前処理は一般には複
雑なアルゴリズムになり、処理コストがかさむ欠点があ
る。

別の変形例として、前記ビームエクスパンダ51の代わり
に、偏向素子を用いて、レーザ入射ビームを上下に操作
させて時系列的に検体容器１と磁極片10bを照射するこ
とによって、検体容器１と磁極片10bの間隔を調節し
た。この変形例は、本発明者らが先に発明した特願昭62
−264319号に技術開示している入射ビームを走引して、
濃縮位置と非濃縮位置からの散乱光の差分を検出する方
法と併用すれば効果が大きい。散乱光を検出する方法の
場合、レーザビーム径はできるだけ細い方がS/N比の高
い測定が出来るので、ビームエキスパンダを用いるより
も有利である。勿論、磁界の調整の時のみにビームエキ
スパンダを用いて、検体の測定時に、ビームエキスパン
ダを入射光学系から退避させる変形例も可能である。

なお、前記構成において、スクリーン54、ピンホール55
a,55b、受光素子57a,57bあるいは遮光板54−１、ピンホ
ール55a,55b、受光素子57a,57b,58は、検出部（受光
系）60を構成している。また、レーザ光源50、ビームエ
キスパンダ51は、入射光学系61を構成している。

また、図示しないが、前記検出部60と前記傾斜磁界発生
装置10との間には、磁界調整機構部が設けられており、
この磁界調整機構部によって、前記検出部60による像の
位置検出に基づいて前記傾斜磁界発生装置10により前記
磁性体標識検体複合体の濃縮位置における磁界を調節す
るようになっている。

〔発明の効果〕

以上詳述のように、本発明に従うレーザ磁気免疫測定方
法及び測定装置は、標識物質として磁性微粒子を用いる
新しい原理のレーザ磁気免疫測定方法の定量性の向上、
測定値の再現性、装置の調整を容易にするのみならず、
干渉法で測定する場合、干渉縞中心が常に同じ位置に現
われることから、干渉縞の計測が非常に容易になり、計
測精度が向上する効果がある。

この発明に従うレーザ磁気免疫測定方法及び測定装置
は、抗原抗体反応のみに止まらず、従来RIA法が適用さ
れていたペプチドホルモン等の種々のホルモンあるいは
種々の酵素、ビタミン、薬剤などの測定にも応用するこ
とが可能である。従って、従来は限定された施設でRIA
法によらなければ実施できなかった精密な測定を、一般
的な環境で広く実施することが可能となる。集団検診等
のような一般的な状況で、各種のウイルス、癌等のスク
リーニング検査等の精密な測定が広く実施できれば、癌
あるいはウイルス性疾患等の早期診断が可能となり、有
効な早期治療を的確に実施することが可能となる。この
ように、本発明が医学・医療の分野で果たす効果は計り
知れない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を説明するレーザ磁気免
疫測定装置の概略図、第２図は第１図のスクリーン54の
拡大図であって、第２図（ａ）は前記スクリーン上の干
渉縞56並びに前記磁極片の実体陰影像10b−１、及び投
影反射像10b−２を模式的に描いたもの、第２図（ｂ）
は前記スクリーンの裏側の概略図、第３図は第１図の測
定装置のスクリーンの位置に遮光板54−１を設置した本
実施例の別の変形例である。 １……検体容器、1a……検体容器中の検体収容部、２…
…上下移動台、３……移動ネジ、４……移動ガイド、５
……左右移動台、６……移動用モータ、７……案内面、
８……架台、10……傾斜磁界発生装置、50……レーザ光
源、51……ビームエクスパンダ、52……入射光束、53…
…反射光束、54……スクリーン（受光器）、55a,55b…
…ピンホール、56……干渉縞、57a,57b……受光素子
（受光器）、58……受光素子（受光器）、60……検出部
（受光系）、61……入射光学系。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の抗原あるいは抗体に磁性体微粒子を
   標識として付加した磁性体標識体と、検体たる抗体ある
   いは抗原とを抗原抗体反応させる第１工程と、 前記第１工程後の磁性体標識体と検体との複合体である
   磁性体標識検体複合体を含む溶液に磁界を作用させてレ
   ーザ光照射領域に前記磁性体標識検体複合体を誘導・濃
   縮させる第２工程と、を少なくとも含むレーザ磁気免疫
   測定方法において、 レーザ光を傾斜磁界発生装置の磁極およびこれに対向し
   た検体容器内の磁性体標識検体複合体を含む溶液水面に
   照射し、該水面からの反射光を結像して該磁極の実体陰
   影像および投影反射像を得、これらの像の位置を検出す
   ることによって、前記磁性体標識検体複合体の濃縮位置
   における磁界を調節することを特徴とするレーザ磁気免
   疫測定方法。
2. 【請求項２】前記水面からの反射光中の前記傾斜磁界発
   生装置の磁極の実体陰影像と投影反射像とを対称位置と
   する中心位置に受光器を設置することを特徴とする請求
   項１記載のレーザ磁気免疫測定方法。
3. 【請求項３】磁性体微粒子によって標識された磁性体標
   識検体複合体を含む溶液を収容する検体容器と、レーザ
   光を前記検体容器内の磁性体標識検体複合体を含む溶液
   水面へ導く入射光学系と、電磁石と前記検体容器上方に
   設けられた磁極とを有し、前記検体容器内の溶液水面の
   レーザ光照射領域の一点に前記磁性体標識検体複合体を
   誘導・濃縮する傾斜磁界発生装置と、前記検体容器内の
   溶液水面からのレーザ光の反射光を受ける受光系と、を
   少なくとも具備してなるレーザ磁気免疫測定装置であっ
   て、 前記レーザ光を前記傾斜磁界発生装置の磁極および前記
   検体容器内の溶液水面に同時にもしくは別々に照射した
   時の反射光を受光器に受けて前記磁極の実体陰影像およ
   び投影反射像を検出する検出部と、この検出部による像
   の位置検出に基いて前記傾斜磁界発生装置により前記磁
   性体標識検体複合体の濃縮位置における磁界を調節する
   磁界調整機構部と、が設けられていることを特徴とする
   レーザ磁気免疫測定装置。
4. 【請求項４】前記検出部の受光器がスクリーンであるこ
   とを特徴とする請求項３記載のレーザ磁気免疫測定装
   置。
5. 【請求項５】前記検出部の受光器が受光素子であること
   を特徴とする請求項３記載のレーザ磁気免疫測定装置。
6. 【請求項６】前記検出部の受光器が撮像管であることを
   特徴とする請求項３記載のレーザ磁気免疫測定装置。