JPH1172437A

JPH1172437A - 電気化学発光測定用セル

Info

Publication number: JPH1172437A
Application number: JP24934697A
Authority: JP
Inventors: Yuzaburo Nanba; 祐三郎難波; Michinori Usami; 道教宇佐美
Original assignee: Eisai Co Ltd
Current assignee: Eisai Co Ltd
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-03-16
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: JP3366842B2; WO1999012020A1

Abstract

(57)【要約】【課題】作用電極の表面の全体で均一な電気化学発光
を生じさせることができ，生じた光を精度良く測定でき
る電気化学発光測定用セルを提供することにある。【解決手段】測定液を流通させるセル６２と，セル６
２内において表面同士が所定の間隔を持って対向して配
置された作用電極７２及び対向電極７７と，測定液中に
含有される被測定物を作用電極７２の表面上に磁気吸着
させる磁石７５とを備えた電気化学発光測定用セルにお
いて，セル６２内に露出する作用電極７２の表面を円盤
形状とし，セル６２内に露出する対向電極７７の表面を
該円盤形状と同心で，内径が該円盤形状の直径と同じか
該円盤形状の直径よりも大きいリング形状とし，該リン
グ形状の中央に光の透過部を形成したことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，電気化学発光測定
用セルに関する。

【０００２】

【従来の技術】電気化学発光（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ
ｉｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＥＣＬ）とは，金属キレ
ートなどの電気化学発光物質と発光補助剤が電極反応を
生ずることにより，発光物質が励起状態となって発光す
る現象を言う。電気化学発光物質で標識化された反応生
成物や発光補助物質を含んだ電解質からなる測定液をセ
ル内に導入し，該セル内に於いて電極反応させて，その
反応で生じるイオンの消滅反応により励起された電気化
学発光物質からの発光を検出する方法が，例えば特公平
８−２６０５４号,特公平７−３７４６４号，特公平０
７−６９１３号及び特表平６−５０８２０３号等に開示
されている。

【０００３】そして従来より，電気化学発光を利用して
抗原や抗体などの微量物質を検出，定量する方法が執り
行われている。ここで電気化学発光を利用して抗原や抗
体などの微量物質を検出し，定量する方法を具体的に説
明すると，次のようになっている。まず，図１はウイル
ス抗原，癌抗原，あるいは異常代謝物などの抗原１を検
出する方法である。この場合は抗原１に対する抗体結合
磁気ビーズ２と標識抗体３を用いる。抗体結合磁気ビー
ズ２はフェライトを含有せしめたラテックスなどからな
る磁気ビーズ５にモノクローナル抗体などからなる抗体
６を固相化させた構成である。標識抗体３は，次式
（１）で示されるＲｕ（ｂｐｙ）₃ ²⁺などの電気化学発
光物質７にモノクローナル抗体などからなる抗体８を固
相化させた構成である。

【０００４】

【化１】

【０００５】そしてこの抗原１を検出するに当たって
は，抗体結合磁気ビーズ２と標識抗体３を，抗原１を含
む検体と反応させる。これにより，抗原１に抗体結合磁
気ビーズ２と標識抗体３を接合させて，抗原１を磁石に
よって捕捉できかつ標識化された状態（サンドイッチ形
成された状態）９にし，検出及び定量を行う。

【０００６】一方，抗体１０を検出する場合は，図２に
示すように，抗原結合磁気ビーズ１１と，抗体１０を認
識する標識抗体１２を用いる。抗原結合磁気ビーズ１１
は磁気ビーズ１３と抗原１４との固層体で構成される。
標識抗体１２は電気化学発光物質１５に抗体１０を認識
する抗体１６を結合させた構成である。そして，この抗
体１０を含む検体に抗原結合磁気ビーズ１１と標識抗体
１２とを抗体反応させることにより，磁石によって捕捉
できかつ標識化された状態（サンドイッチ形成された状
態）１７にして，検出及び定量が行われる。

【０００７】図３は，検出及び定量の方法の一例とし
て，抗体結合磁気ビーズ２と標識抗体３を用いて抗原１
をサンドイッチ形成させて，電極反応によって生じた電
気化学発光を検出する方法を，時系列に示した物であ
る。即ち，該検出方法は（１）容器２０に反応溶液２１を供給する工程（２）容器２０に抗原１を含む検査検体２２を供給する
工程（３）容器２０に抗原１に対する抗体結合磁気ビーズ２
を供給する工程（４）所定温度（例えば３７℃）で所定時間（例えば１
５分間）撹拌して抗原１と抗体結合ビーズ２を十分に反
応させ，（ビーズ）−（抗体）−（抗原）の複合物を形
成させた後，磁石２３を容器２０の周囲に配置させて抗
原１と反応した抗体結合磁気ビーズ２を容器２０に保持
する。そして，この状態で液部分を排除し，バッファを
供給して洗浄することにより，容器２０内の未反応の検
査検体２２をバッファと供に除去する工程（５）容器２０に抗原１に対する標識抗体３を供給する
工程（６）再び撹拌して抗原１と標識抗体３を反応させるこ
とにより抗原１を磁石により捕集でき，かつ，標識化さ
れた状態（サンドイッチ形成された状態）９にした後，
磁石２５を容器２０の周囲に配置させて標識化された抗
原１を容器２０内に保持する。そして，この状態で洗浄
することにより，容器２０内の未反応標識抗体３をバッ
ファと供に除去する工程（７）燐酸二水素カリウム（ＫＨ₂ＰＯ₄）などの電解液
にＴＰＡ（Ｔｒｉｐｒｏｐｙｌａｍｉｎｅ）などの電気
化学発光補助物質を含ませてなる測定液（電気化学発光
（ＥＣＬ）電解液）２６を，洗浄された（ビーズ）−
（抗体）−（抗原）の複合物の残っている容器２０に供
給して懸濁状態にして計測電極に送る工程（８）測定液２６に電流を通じて電気化学反応を生じさ
せ，電気反応で生じたイオンの消滅反応により励起され
た電気化学発光物質７からの発光を検出する工程を含ん
でいる。

【０００８】ここで，上記工程（８）において行われる
電気化学発光の発生原理を図４について説明すると，次
の様になっている。即ち，抗原１に結合した標識抗体３
に保持されている電気化学発光物質７であるＲｕ（ｂｐ
ｙ）₃ ²⁺は，陽電極（作用電極）３０で上で酸化されて
Ｒｕ（ｂｐｙ）₃ ³⁺となる。また電気化学補助物質３１
として電解液中に含まれているＴＰＡは，陽電極３０で
酸化されて陽イオンラジカルＴＰＡ^+*となり，更にプロ
トン（−Ｈ⁺）を失って，還元状態のラジカルＴＰＡ^*と
なる。そして，このラジカルＴＰＡ^*から電子が与えら
れることにより，前記Ｒｕ（ｂｐｙ）₃ ³⁺は，２価の励
起状態であるＲｕ（ｂｐｙ）₃ ²⁺になって，概略６２０
ｎｍの波長のホトン（光子）３２を放出し，再び基底状
態のＲｕ（ｂｐｙ）₃ ²⁺に戻ることとなる。そして，ホ
トン３２の放出と供にＴＰＡは消費されるが，ＴＰＡは
Ｒｕ（ｂｐｙ）₃ ²⁺に比べて過剰に存在するので速やか
に補給される。基底状態のＲｕ（ｂｐｙ）₃ ²⁺は，再び
図４に示すような反応を循環して行い，こうして電気化
学発光物質７であるＲｕ（ｂｐｙ）₃ ²⁺は繰り返し励起
されてホトン３２を次々に放出するのである。

【０００９】従って，陽電極３０で励起されたＲｕ（ｂ
ｐｙ）₃ ²⁺から放出されたホトン３２を光電子倍増管な
どの光検出器を用いて検出することによって，その光量
から液中に含まれる抗原１を検出し，定量することがで
きる。かかる電気化学発光を利用した検出法は，化学発
光法（ＣＬ）等による測定法に比べて測定液の調整が容
易であるだけでなく，より高度な検出が可能な方法であ
り，微量物質の検出法として臨床医学面などの分野にお
いて大きな期待を寄せている。

【００１０】このように電気化学発光を利用して抗原や
抗体などの微量物質を検出，定量する方法は，例えば次
の文献１〜３に開示されている。「文献１」”電気化学発光法（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ
ｉｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＥＣＬ）による高感度免
疫学的測定法の検討”「日本臨検査自動化学会誌」，第
２１巻，６８０−６８６，１９９６「文献２」”ＥｌｅｃｔｒｏｇｅｎｅｒａｔｅｄＣｈ
ｅｍｉｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ．Ａｎｏｘｉｄａｔ
ｉ−ｖｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｔｙｐｅＥＣＬｒｅａ
ｃｔｉｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｕｓｉｎｇｔｒｉｐ
ｒｏｐｙｌａｍｉｎｅ”，「Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈ
ｅｍ．Ｓｏｃ．」，Ｖｏｌ．１３７，３１２７−３１３
１，１９９０「文献３」”Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｌｕｍｉｎｅｓ
ｃｅｎｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｆｏｒｄｅｖｅｌ
ｏｐｍｅｎｔｏｆｉｍｍｕｎｏａｓｓａｙａｎｄ
ＤＮＡｐｒｏｂｅａｓｓａｙｆｏｒｃｌｉｎｉ
ｃａｌｄｉａｇｎｏ−ｓｔｉｃｓ”「Ｃｌｉｎ．Ｃｈ
ｅｍ．」，Ｖｏｌ３７，１５３４−１５３９，１９９
１

【００１１】以上のような電気化学発光を利用して検出
を行うための装置には，測定液を流通させるセルが設け
てあり，このセル内には，作用電極と対向電極が表面同
士を所定の間隔にして対向配置されている。また，磁石
によって測定液中に含有される被測定物を作用電極の表
面上に磁気吸着させる構成が採られている。セル内に流
通される測定液は，先に図４で説明した工程７において
作られた測定液であり，測定液中には抗体結合磁気ビー
ズと標識抗体を用いてサンドイッチ形成された抗原を含
んでいる。このセルの底面と上面には陽電極である作用
電極と対向電極が設けられている。ここで従来の装置で
は，作用電極には正方形もしくは長方形の金属板が使用
されている。また対向電極は，この作用電極の側方に沿
って上方に配置された一対の細長い金属板や，作用電極
の側方を上方において囲むように配置されたフレーム形
状の金属板で構成されているのが一般である。このよう
に作用電極に正方形や長方形の金属板を使用し，対向電
極に一対の細長い金属板やフレーム形状の金属板を使用
した従来例として，例えば特開平７−２０９１８９号が
公知である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上のような電気化学
発光を実施する場合，精度の高い測定を行うためには作
用電極の表面上で均一な電気化学発光が生じるようにし
なければならない。電気化学発光では，作用電極の表面
において電位を印加された測定液（電解液）が界面でイ
オン乖離を生じ，セル内の測定液と作用電極が電気二重
層となってイオン種により定まる逆起電圧が発生し，こ
の逆起電圧を超えた電位が測定液との間に生じたとき，
その差電圧に基づき流れる電流が実際の電気化学反応を
進行させる。均一で理想的な電解反応を起こすために
は，（１）イオンの乖離が起きてから電気二重層が形成
されるまでの時間の均一化，及び（２）作用電極の表面
全体における酸化還元反応の進行と強さの均一化，とい
った二つの条件を満たす必要がある。これら（１）と
（２）を同時に満たすためには作用電極と対向電極を同
一の形状にし，セル内の上下面に両者を平行に向かい合
わせて配置することが最も望ましい。しかしそうする
と，作用電極の表面で起きる発光現象を観察する際に対
向電極が邪魔となり，測定しづらくなる。

【００１３】また一方，作用電極の表面で電気化学反応
を生じさせるために過剰な電位を与えると，発光ノイズ
を生じ，感度が低下してしまう。特開平７−２０９１８
９号の装置では方形の作用電極の上方に流路に平行に２
つの対向電極を配置することにより，発光が起きる酸化
還元電位を低下させて計測の感度や再現性の向上がはか
れたとし，更にその効果が増大する改良として，流路に
平行な対向電極を両端と中央部で連結したフレーム形状
の対向電極を設けることを開示している。この特開平７
−２０９１８９号の装置によれば，対向電極と作用電極
の位置が接近しており，両電極間に満たされている測定
液の持つ抵抗値が減少し，その結果測定液中を電流が流
れた時起きる電位ドロップが少なくなるので，必然的に
電位が低下することになる。この特開平７−２０９１８
９号の装置によれば，先に示した（１）イオンの乖離が
起きてから電気二重層が形成されるまでの時間の均一化
といった課題は達成される。しかし，先に示した（２）
作用電極の表面全体における酸化還元反応の進行と強さ
の均一化といった課題については，作用電極の真上に対
向電極の存在しない部分の面積が多く，作用電極の表面
において酸化還元反応が強く進行する部分とそうでない
部分とが生じるといった問題を相変わらず残している。
また，作用電極面上での電気化学発光は磁気粒子が磁石
によってどのように補足されるかによってもその発光特
性は変化するので，磁石の形状や磁力線の方向だけでな
くセル内の試料液流速によってもその発光効率が異な
る。

【００１４】本願発明の目的は，作用電極の表面の全体
で均一な電気化学発光を生じさせることができ，生じた
光を精度良く測定できる電気化学発光測定用セルを提供
することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに請求項１の発明は，測定液を流通させるセルと，該
セル内において表面同士が所定の間隔を持って対向して
配置された作用電極及び対向電極と，測定液中に含有さ
れる被測定物を作用電極の表面上に磁気吸着させる磁石
とを備えた電気化学発光測定用セルにおいて，セル内に
露出する作用電極の表面を円盤形状とし，セル内に露出
する対向電極の表面を該円盤形状と同心で，内径が該円
盤形状の直径と同じか該円盤形状の直径よりも大きいリ
ング形状とし，該リング形状の中央に光の透過部を形成
したことを特徴とする。

【００１６】この請求項１の電気化学発光測定用セルに
おいて，被測定物としての抗体結合磁気ビーズと標識抗
体を用いてサンドイッチ形成された抗原を含む測定液を
セル内に流通させる。そして，磁石によって作用電極の
表面上に被測定物を磁気吸着させる。そして，作用電極
と対向電極の間に電位差を印加し，測定液中に電流を通
じて電気化学反応を生じさせる。その際，円盤形状の作
用電極とリング形状の対向電極の間で電圧を印加してい
ることにより，作用電極の表面全体に均一な電気化学発
光を生じさせることができる。こうして生じた電気化学
発光はリング形状に形成された対向電極の中央を透過
し，適宜検出されることとなる。

【００１７】この請求項１の電気化学発光測定用セルに
おいて，請求項２に記載したように，前記磁石を円柱体
形状に形成すると共に，該円柱体の中心軸の方向にＮ極
とＳ極を配置し，これらＮ極もしくはＳ極となる円柱体
の端面を前記作用電極の裏面に近接離隔自在に構成する
ことが好ましい。この場合，請求項３に記載したよう
に，前記磁石の端面周縁部が面取りされた形状になって
いることが好ましい。これら請求項２，３の構成を採用
することにより，作用電極の表面上に被測定物を良好に
磁気吸着させることができるようになる。

【００１８】また，請求項４に記載したように，前記対
向電極を横断面形状が前記リング形状である両端が開口
した円筒形状に形成すると共に，該対向電極の内面を鏡
面に形成することが好ましい。そうすれば，対向電極の
中央を透過する斜めの光を鏡面によって反射させること
により拡散させることなく集光させて効率の良い測光が
可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は，本発明の好ましい実施の
形態にかかるセル６２を備えた電気化学発光検出装置６
０を例示している。該装置６０において，本体６１の内
部にセル６２が設けられている。なお，この本体６１の
分解図を図２に示す。本体６１は，中央に平面視で木の
葉形状をした空間部（セル）６２を有するスペーサ６５
と，このスペーサ６５の上面に密着してセル６２の上方
を塞ぐ上面６６と，スペーサ６５の下面に密着してセル
６２の下方を塞ぐ底面６７とを備えている。底面６７に
は，セル６２内に測定液を流通させる接続口６９ａ，６
９ｂが形成されている。そして，これらスペーサ６５，
上面６６，及び底面６７とを重ねることによりセル６２
が構成される。

【００２０】セル６２には，底面６７に形成された接続
口６７ａ，６７ｂを介して送液管６８と排液管７０が接
続され，排液管７０にはポンプ７１が装着される。ポン
プ７１は例えばチューブポンプで構成され，このポンプ
７１の稼働によって測定液が送液管６８からセル６２内
に導入され，また，セル６２内の測定液が排液管７０か
ら排出される。セル６２内に導入される測定液は，先に
図３で説明した工程（７）において作られた測定液，即
ち，抗体結合磁気ビーズ２と標識抗体３を用いてサンド
イッチ形成させられた抗原１を含む電解質からなる測定
液である。

【００２１】図７に示すように，セル６２の底面６７に
は，作用電極７２を下から挿入するための孔９０が穿設
されており，この孔９０の上端は作用電極７２を上方か
ら押さえるためのストッパ部９１に形成されている。図
８に示すように，この実施の形態では，作用電極７２は
半径ｒの円盤形状をなす上部７２ａの下側に上部７２ａ
よりも半径の大きい円盤形状をなすフランジ部７２ｂを
形成した構成を有している。図９は，この作用電極７２
をセル６２の底面６７に固定する固定具９２を示してお
り，該固定具９２は，孔９０に丁度嵌合する直径を有す
る中空のリング形状をなしている。そして図７に示すよ
うに，孔９０に作用電極７２を下から挿入し，更にその
下方に固定具９２を挿入して押さえることにより，セル
６２の底面６７に直径ｄの円盤形状をなす作用電極７２
の上面が露出する構成になっている。

【００２２】この作用電極７２は，金，白金，ニッケル
等の金属，炭素などの導電材料からなる。またこの作用
電極７２の下面には，図１に示すように，アーム７３の
先端に取り付けられた磁石７５が近接離隔自在になって
いる。アーム７３は軸７６を中心に回動し，アーム７３
が上昇すると磁石７５が作用電極７２の下面に接近した
状態となり，アーム７３が下降すると磁石７５が作用電
極７２下方の凹部７２ｂから退避した状態となる。

【００２３】ここで，図１０は磁石７５の斜視図を示し
ている。図示の形態では，磁石７５はセル６２の底面６
７に形成された９０に入る大きさを有する円柱体形状に
形成されている。この円柱体をなす磁石７５の中心軸７
５’の方向にＮ極とＳ極が配置され，図示の形態では，
円柱体の上半部がＳ極，下半部がＮ極になっている。そ
して，前述のアーム７３の上昇により，磁石７５のＳ極
を作用電極７２の下面に接近させることができるように
なっている。また，このように円柱体形状をなしている
磁石７５の上下の端面周縁部はいずれも面取りされた形
状になっており，図示の例では上下の端面周縁部はいず
れも曲面（ラウンド面）に形成されている。

【００２４】図１１に示すように，セル６２の上面６６
には対抗電極７７が設けられている。図１２に示すよう
に，対抗電極７７は横断面形状がリング形状である両端
が開口した円柱形をなしており，対抗電極７７の内径
は，セル６２の底面６７に露出している円盤形状をなす
作用電極７２の上面の直径ｄと同じか直径ｄよりも大き
くなっている。この対抗電極７７の内径は，作用電極７
２の上面の直径ｄよりも０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度大
きく，好ましくは１．０ｍｍ程度大きいことが好まし
い。なお，セル６２の幅は，対向電極７７の内径よりは
大きく，外径よりは小さい寸法が好適である。また，対
抗電極７７の内部は中空であるため，光が透過できるよ
うになっている。また，このように円柱形状に形成され
た対向電極７７の内面は鏡面７７ａに形成されており，
対抗電極７７の内部に透過させた光をこの鏡面７７ａで
反射させることにより集光できるようになっている。こ
の対抗電極７７も，作用電極７２と同様に導電材料から
なる。

【００２５】以上のような対抗電極７７は，上面６６の
下面に形成された凹部７９に下側から嵌入されて固定さ
れている。そして，図５に示すように，対抗電極７７と
前述の作用電極７２の間に給電装置７８によって電圧が
印加され，セル６２内の測定液に所定の電流値の電流が
流れることにより，電極反応が行われるようになってい
る。そして，この電極反応が行われる際に陽電極となる
作用電極７２の面上で電気化学発光が発生する。また，
給電装置７８には，セル６２内の測定液中に印加する電
圧や測定液中に流す電流の電流値を制御するための制御
信号が入力されるようになっている。

【００２６】また，この図５に示すように，スペーサ６
５の上下を上面６６と底面６７で塞ぐことによりセル６
２を構成した際には，セル６２内に露出している円盤形
状の作用電極７２の表面と，セル６２内に露出している
リング形状の対向電極７７の表面が同心になるように配
置されている。これにより，セル６２内の下面に円盤形
状の作用電極７２の表面が露出し，セル６２の上面にリ
ング形状の対向電極７７の表面が作用電極７２の表面周
縁部上方を囲む状態で配置されるようになっている。

【００２７】セル６２の上面６６は，例えばアクリルや
ガラスなどの光を透過させる部材で構成され，作用電極
７２の面上で発生した電気化学発光は，中空に形成され
た対抗電極７７の内部を通って上方に透過される。そし
て，この上面６６の上方には，測定液が電極反応するこ
とによって作用電極７２の面上に生ずる電気化学発光
を，対抗電極７７の内部及びセル６２の上面６６を介し
て検出し，電気信号に変換する，光検出器としての光電
子倍増管（ＰＭＴ）８０が近接して配置されている。な
お，セル６２を構成する他の部材であるスペーサ６５及
び底面６７などを，上面６６中央と同様にアクリルやガ
ラスなどで構成しても良いが，スペーサ６５及び底面６
７は光透過性は要求されないので，テフロンなどの汚れ
難い材料で構成しても良い。

【００２８】また，図示はしないが，本体６１全体は暗
箱などの遮蔽手段によって覆われており，セル６２内の
電気化学発光で発生した光以外の光は，光電子倍増管８
０には一切入らないように構成してある。

【００２９】さて，以上の如く構成された検出装置６０
においては，先ず測定に先立って，セル６２内にクリー
ニング液（アルカリ液）が導入される。このクリーニン
グ液の導入は，クリーニング液が入った図示しない容器
等に送液管６８の先端を投入した状態でポンプ７１を稼
働することにより行われる。これにより，セル６２の内
面が洗浄されると共に，セル６２の底面６７に設けられ
た作用電極７２の表面と，セル６２の上面６６に設けら
れた対抗電極７７の表面が洗浄され，後の電極反応が良
好に行われるようになる。

【００３０】洗浄終了後，先ずセル６２内のクリーニン
グ液が電解液と入れ替えられて，アーム７３が上昇し，
磁石７５が作用電極７２の下方に嵌入した状態となる。
そして，ポンプ７１が稼働してセル６２内へ一定量の測
定液が電解液と共に導入される。

【００３１】ポンプ７１の稼働によって測定液は電解液
と共に送液管６８からセル６２内に導入され，更に排液
管７０から排出される。こうして，抗原１を含んでいる
測定液が電解液と共にセル６２内を連続的に流動される
と，抗体結合磁気ビーズ２が磁石７５の磁力で吸着され
ることにより，測定液中に含まれている抗原１は作用電
極７２の表面に捕集される。こうして，所定量の測定液
がセル６２内を通過したら，ポンプ７１の稼働を停止さ
せ，電解液の導入を終了させる。次いで，アーム７３が
下降して磁石７５が作用電極７２の下方から退避した状
態となる。

【００３２】こうして，セル６２内は測定液である電解
質によって満たされ，かつ，所定量の測定液中に含まれ
ていた抗原１が作用電極７２の表面に捕集された状態と
なる。この状態において，給電装置７８によって作用電
極７２と対抗電極７７との間に電圧が印加され，セル６
２内の測定液に，制御信号に基づく所定の電流値の電流
が流されて電極反応が開始する。

【００３３】セル６２内の測定液中に印加される電圧や
測定液中を流れる電流の制御は，作用電極７２の表面全
体に電気二重膜が形成されるまでは，イオン消滅反応が
起きない程度の低い電位，或いは低い電流を与えるよう
にする。そして，作用電極７２の表面全体に電気二重膜
が形成された後は，急速にイオン消滅反応を起こさせる
程度の高い電位，或いは高い電流を与えるようにする。
このように電位或いは低い電流を変化させることによっ
て，２段階の電気化学発光を行うように制御する。

【００３４】かくして，測定液中に所定の電位あるいは
電流が印加されることにより制御された電極反応が行わ
れ，セル６２内において，先に図４で説明した反応が生
じて，陽電極である作用電極７２の近傍で電気化学発光
が発生する。こうして発生した光はセル６２の上面６６
に取り付けられた対抗電極７７の内部を透過し，光電子
倍増管８０で検出されて電気信号に変換され，処理され
る。この際，対抗電極７７の内部が鏡面７７ａに形成さ
れているので，対抗電極７７の内部を透過する光は鏡面
７７ａで反射されて集光され，光電子倍増管８０に効率
よく入光することとなる。電気化学発光によって発生す
る光の量は測定液中の抗原１の量に比例することから，
測定液を電極反応させて光らせてその光を検出すれば，
測定液に含まれた抗原１を検出，定量することが可能と
なる。なお，こうして電気化学発光を利用した検出，定
量が終了した後，再び，ポンプ７１の稼働によってセル
６２内にクリーニング液（アルカリ液）が導入され，セ
ル６２内の洗浄が実施される。

【００３５】

【実施例】次に，図５等で説明した電気化学発光検出装
置を実際に作成し，本発明の作用効果を調べる実施例を
行った。その結果を示す。

【００３６】先ず，磁石の方向と形状の違いによる発光
強度の変化を調べた。図１３に示すように，６×６ｍｍ
の角形の単極磁石を測定液の流れ方向に対して平行に磁
極を置いた場合，図１４に示すように，同様の角形の磁
石を測定液の流れ方向に対して垂直に磁極を置いた場
合，図１５に示すように，６φ×６ｍｍの円柱形の磁石
を測定液の流れ方向に対して垂直に磁極を置いた場合，
のそれぞれを磁気粒子捕捉用の磁石として用いて，発光
強度の変化を調べた。磁石はいずれの場合も磁束密度
３，５００ガウスの着磁をしたサマリウムコバルトを用
いた。これら図１３〜１５の条件で磁石を先に説明した
図５の電気化学発光検出装置に装着し，作用電極の表面
にＲｕ錯体標識抗体結合磁気ビーズとして補足された磁
気粒子の量をＥＣＬ発光強度で測定した。そして，磁気
吸着の能力を調べるために，ポンプの稼働量を制御して
セル内における測定液の流速を変化させ，流速とＥＣＬ
発光強度の関係を調べた。

【００３７】その結果，図１６に示す関係を得た。先
ず，図１３のように角形の磁石を測定液の流れ方向に対
して平行に磁極を置いた場合は，図１６中の曲線ａに示
すように，測定液の流速が約２．５ｃｍ／ｓｅｃのとき
に発光強度の最大値が認められ，これより流速が遅くて
も早くてもＥＣＬ発光強度は減少した。図１４のように
角形の磁石を測定液の流れ方向に対して垂直に磁極を置
いた場合は，測定液の流速が約２．６〜３．２ｍｍ／ｓ
ｅｃのときに発光のピーク値が認められ，これより流速
が遅くても早くても発光強度は減少した。これに対し，
図１５のように円柱形の磁石を測定液の流れ方向に対し
て垂直に磁極を置いた場合は，測定液の流速が約２．２
〜４．２ｍｍ／ｓｅｃの広い範囲でＥＣＬ発光強度がほ
ぼ一定で，しかも図１３，１４の場合に比べて１４０〜
１２０％も高い発光強度が測定された。また更に，円柱
形磁石の端面を面取りした磁石を用いると，作用電極の
表面の周縁部分での粒子の沈着がより減少することがわ
かった。このように面取りされた円柱形磁石を用い，そ
の磁力線を垂直方向とすることにより，測定液の流速が
変動した場合でも的確に磁気粒子を作用電極表面に捕捉
できることがわかった。

【００３８】以上のように角形の磁石に比べ円柱形の磁
石はより迅速，均一に磁気粒子の捕捉が行えるが，作用
電極として角形の電極を用いる限り，作用電極の周辺に
無効な電極面が露出することとなる。そこで，セル内に
円盤形状の作用電極とこの作用電極と同心でかつ内径が
作用電極の直径が少しだけ大きいリング状の対向電極を
露出させて配置した。リング状の対向電極の内面は光を
反射できるように鏡面に磨き上げた。以上のように構成
した電気化学発光検出装置を作成して実際に測定を行っ
たところ，発光を検出器に効率よく伝えることができ
た。また，対向電極の内面を黒く塗装して反射を押さえ
た場合と，対向電極の内面を研磨して反射性を良くした
場合とでは，検出される発光強度が１．６倍改善され
た。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば，セル内に露出する作用
電極の表面を円盤形状とし対向電極の表面を所定のリン
グ形状としたことにより，作用電極の表面の全体で均一
な電気化学発光を生じさせることができるようになる。
また，リング形状として対向電極の内部に光を透過させ
ることができるので，作用電極上で生じた光を効率よく
集光させることができ，精度の高い測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電気化学発光を利用して抗原を検出する方法の
基本原理の説明図である。

【図２】電気化学発光を利用して抗体を検出する方法の
基本原理の説明図である。

【図３】電気化学発光を利用した検出方法の工程説明図
である。

【図４】電気化学発光の発生原理の説明図である。

【図５】電気化学発光検出装置の説明図である。

【図６】本体の分解図である。

【図７】本体を構成する底面の断面図である。

【図８】作用電極の斜視図である。

【図９】固定具の斜視図である。

【図１０】磁石の斜視図である。

【図１１】本体を構成する上面の断面図である。

【図１２】対向電極の斜視図である。

【図１３】角形の磁石を測定液の流れ方向に対して平行
に磁極を置いた実施例の説明図である。

【図１４】角形の磁石を測定液の流れ方向に対して垂直
に磁極を置いた実施例の説明図である。

【図１５】円柱形の磁石を測定液の流れ方向に対して垂
直に磁極を置いた実施例の説明図である。

【図１６】流速とＥＣＬ発光強度の関係を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

６２セル７２作用電極７７対向電極７５磁石８０光電子倍増管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定液を流通させるセルと，該セル内に
おいて表面同士が所定の間隔を持って対向して配置され
た作用電極及び対向電極と，測定液中に含有される被測
定物を作用電極の表面上に磁気吸着させる磁石とを備え
た電気化学発光測定用セルにおいて，セル内に露出する
作用電極の表面を円盤形状とし，セル内に露出する対向
電極の表面を該円盤形状と同心で，内径が該円盤形状の
直径と同じか該円盤形状の直径よりも大きいリング形状
とし，該リング形状の中央に光の透過部を形成したこと
を特徴とする電気化学発光測定用セル。
【請求項２】前記磁石を円柱体形状に形成すると共
に，該円柱体の中心軸の方向にＮ極とＳ極を配置し，こ
れらＮ極もしくはＳ極となる円柱体の端面を前記作用電
極の裏面に近接離隔自在に構成したことを特徴とする請
求項１に記載の電気化学発光測定用セル。
【請求項３】前記磁石の端面周縁部が面取りされた形
状になっていることを特徴とする請求項２に記載の電気
化学発光測定用セル。
【請求項４】前記対向電極を横断面形状が前記リング
形状である両端が開口した円筒形状に形成すると共に，
該対向電極の内面を鏡面に形成したことを特徴とする請
求項１，２又は３のいずれかに記載の電気化学発光測定
用セル。