JP2009128169A - Detection method, detection cartridge and detection kit of target material - Google Patents

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Yoshinori Ogawa
美紀 小川
Takashi Ikeda
貴司 池田
Norihiko Utsunomiya
紀彦 宇都宮
Fumiyo Kurusu
史代 来栖
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detection method, a detection cartridge and a detection kit of a target material, having excellent detection efficiency. <P>SOLUTION: This detection method of the target material in a specimen includes processes for: (1) forming a complex wherein a nonmagnetic particle is held by a magnetic particle through a target material by bringing the nonmagnetic particle equipped with a first target material capturing body into contact with the magnetic particle equipped with a second target material capturing body and the target material; (2) extracting each complex into an accumulation domain by applying an electric field; (3) detecting the amount of the magnetic particles extracted into the accumulation domain by a magnetometric sensor; and (4) calculating the amount of the target material from the amount of the magnetic particles. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、検体中の標的物質を検出する標的物質の検出方法、検出カートリッジ、検出キットに関するものである。本発明は、特に、生体由来の物質又はその類似物質の特異的な分子認識能を利用したいわゆるバイオセンサに好適に応用できる標的物質の検出方法、検出カートリッジ、検出キットに関する。   The present invention relates to a target substance detection method, a detection cartridge, and a detection kit for detecting a target substance in a specimen. The present invention particularly relates to a detection method, a detection cartridge, and a detection kit for a target substance that can be suitably applied to a so-called biosensor using a specific molecular recognition ability of a substance derived from a living body or a similar substance.

バイオセンサは生体や生体分子の持つ、優れた分子認識能を活用した計測デバイスである。生体内には、互いに親和性のある物質の組み合わせとして例えば酵素‐基質、抗原‐抗体、DNA‐DNA等があり、バイオセンサはこれらの組み合わせの一方を基体に担持し、用いることによって、もう一方の物質を選択的に計測できるという原理を利用している。近年では、バイオセンサは医療分野のみならず、環境や食料品等への幅広い応用が期待され、その使用領域を広げるためにも、小型、軽量、高感度、高効率なバイオセンサが望まれている。   A biosensor is a measuring device that utilizes the excellent molecular recognition ability of living organisms and biomolecules. In vivo, for example, there are enzyme-substrate, antigen-antibody, DNA-DNA, etc. as a combination of substances having affinity for each other. A biosensor carries one of these combinations on a substrate and uses it for the other. It uses the principle that it can selectively measure any substance. In recent years, biosensors are expected to have a wide range of applications not only in the medical field, but also in the environment and foodstuffs. In order to expand the range of use, biosensors that are small, lightweight, highly sensitive, and highly efficient are desired. Yes.

現在、このような生体分子間相互作用を検出する方法のひとつとして、標識物として磁性粒子を利用した磁気検出法の研究が盛んに進められている。   Currently, as one of the methods for detecting such an interaction between biomolecules, research on a magnetic detection method using magnetic particles as a label is being actively pursued.

図1に、従来の磁性標識を用いた固相分析法の一例を示す。図1に示される方法においては、まずあらかじめ、基体表面に、標的物質の一方の領域(抗原抗体反応の場合はエピトープと呼ばれる)を特異的に認識し捕捉することができる第一の標的物質捕捉体(抗原抗体反応の場合は一次抗体と呼ばれる)を固定する。次に、標的物質を含む検体液を接触せしめる。この操作により、標的物質が第一の標的物質捕捉体に特異的に捕捉される。次に、第一の標的物質捕捉体により特異的に捕捉された標的物質の他方の領域を特異的に認識し、捕捉することができる第二の標的物質捕捉体(抗原抗体反応の場合は二次抗体と呼ばれる)を有する磁性粒子を液中に投入する。この操作により、第二の標的物質捕捉体が、基体表面に固定化された第一の標的物質捕捉体に特異的に捕捉された標的物質に捕捉され、結果的に図1のように、標的物質を介して、磁性粒子が基体表面に固定化される。   FIG. 1 shows an example of a conventional solid-phase analysis method using a magnetic label. In the method shown in FIG. 1, first, a first target substance capture capable of specifically recognizing and capturing one region of a target substance (referred to as an epitope in the case of an antigen-antibody reaction) on the substrate surface in advance. The body (called the primary antibody in the case of an antigen-antibody reaction) is fixed. Next, the sample liquid containing the target substance is brought into contact. By this operation, the target substance is specifically captured by the first target substance capturing body. Next, a second target substance capturing body that can specifically recognize and capture the other region of the target substance specifically captured by the first target substance capturing body (second in the case of an antigen-antibody reaction). Magnetic particles having a secondary antibody) are introduced into the liquid. By this operation, the second target substance capturing body is captured by the target substance specifically captured by the first target substance capturing body immobilized on the substrate surface. As a result, as shown in FIG. The magnetic particles are immobilized on the substrate surface through the substance.

また、異なる方法として、あらかじめ、標的物質を含む検体液中に、第二の標的物質捕捉体を有する磁性粒子を加えて、“標的物質‐第二の標的物質捕捉体”複合体を形成させる。その複合体を基体上に固定化された第一の標的物質捕捉体と接触させることによって、結果的に、図1のように、標的物質を介して、磁性粒子を基体表面に固定化することも可能である。   Also, as a different method, magnetic particles having a second target substance capturing body are added in advance to a sample liquid containing the target substance to form a “target substance-second target substance capturing body” complex. By bringing the complex into contact with the first target substance capturing body immobilized on the substrate, as a result, as shown in FIG. 1, the magnetic particles are immobilized on the substrate surface via the target substance. Is also possible.

そして、基体表面に固定化された磁性粒子の数を何らかの手法で測定する事で、目的とする標的物質の濃度を計算することが可能となる。   Then, the concentration of the target substance can be calculated by measuring the number of magnetic particles immobilized on the substrate surface by some method.

この基体表面に固定化された磁性粒子を検出する方法としては、SQUID(超電導量子干渉計)を用いる方法(特許文献1)、半導体ホール素子を用いる方法(特許文献2)、磁気抵抗効果素子方法(特許文献3)が開示されている。   As a method for detecting the magnetic particles immobilized on the surface of the substrate, a method using a SQUID (superconducting quantum interferometer) (Patent Document 1), a method using a semiconductor Hall element (Patent Document 2), and a magnetoresistive effect element method (Patent Document 3) is disclosed.

また、磁性粒子の特性を、上述のように標識物として利用するのではなく、別の目的で利用する方法として以下の手法が提案されている。   In addition, the following method has been proposed as a method of using the characteristics of magnetic particles not for use as a label as described above but for other purposes.

特許文献4には、生体高分子に磁性体を貼付して、これに磁気吸引力を作用させ、基板に固定化されたプローブ生体高分子側に引っ張る方法が開示されている。かかる方法は、ハイブリダイゼーションの高速化を目的としている。   Patent Document 4 discloses a method of attaching a magnetic substance to a biopolymer, applying a magnetic attraction force thereto, and pulling it toward the probe biopolymer fixed on the substrate. Such a method is aimed at speeding up hybridization.

特許文献5には、プローブを具備した粒子が、捕捉手段によって、反応部に維持される装置が開示されている。この捕捉手段は、電極、電磁石であり、前記粒子は、印加により、前記プローブと標的物質との反応を行う反応部に維持される。かかる構成は、複数種類のプローブを、反応部の所望する位置に、種類別に配置することを可能とし、多種類の物質を一度に検出可能な装置を提供することを目的としている。
特開2001-033455号公報 国際公開第03/067258号パンフレット 米国特許第5981297号明細書 特開2003-159057号公報 特開2002-281967号公報
Patent Document 5 discloses an apparatus in which particles equipped with a probe are maintained in a reaction part by a capturing means. The capturing means is an electrode and an electromagnet, and the particles are maintained in a reaction part that reacts the probe with a target substance by application. Such a configuration is intended to provide an apparatus capable of arranging a plurality of types of probes at a desired position of the reaction unit according to the types and capable of detecting many types of substances at a time.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-033455 International Publication No. 03/067258 Pamphlet U.S. Patent No. 5981297 JP 2003-159057 A JP 2002-281967 A

特許文献1から3に開示される磁性粒子の検出による標的物質検出方法では、固相に予め固定された標的物質捕捉体と標的物質との固相上での結合反応の工程が含まれる。そのため、固相上で充分、反応を進行させるためには時間を要するという問題や、固相面積が限定され小さい場合は検出に対して十分な結合数が得られないという問題がある。   The target substance detection method based on the detection of magnetic particles disclosed in Patent Documents 1 to 3 includes a step of binding reaction between a target substance capturing body and a target substance fixed in advance on a solid phase on the solid phase. Therefore, there is a problem that it takes time to sufficiently advance the reaction on the solid phase, and there is a problem that a sufficient number of bonds for detection cannot be obtained when the solid phase area is limited and small.

よって、本発明の目的は、磁性材料を用いる標的物質の検出方法において、さらなる反応時間短縮や高感度化、つまり検出効率向上を可能とする方法、該方法に用いるカートリッジおよび検出キットを提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method for further reducing reaction time and increasing sensitivity, that is, improving detection efficiency, a cartridge used in the method, and a detection kit in a target substance detection method using a magnetic material. It is in.

本発明の第一の検出方法は、検体中の標的物質を検出する方法であって
(1)第一の標的物質捕捉体を備えた非磁性粒子と第二の標的物質捕捉体を備えた磁性粒子と前記標的物質とを流体中で接触させ、前記標的物質を介して前記磁性粒子に前記非磁性粒子が保持された複合体を形成する工程と、
(2)電場を印加することにより、前記複合体を集積領域に引き寄せる工程と、
(3)前記集積領域に引き寄せられた前記複合体が有する磁性粒子の量を磁気センサにより検出する工程と、
(4)前記複合体が有する磁性粒子の量により、前記標的物質の量を算出する工程と、
を含むことを特徴とする標的物質の検出方法である。
The first detection method of the present invention is a method for detecting a target substance in a specimen, and (1) a non-magnetic particle having a first target substance capturing body and a magnetic having a second target substance capturing body. Contacting the particles with the target substance in a fluid to form a complex in which the nonmagnetic particles are held on the magnetic particles via the target substance;
(2) attracting the composite to the accumulation region by applying an electric field;
(3) a step of detecting the amount of magnetic particles possessed by the complex attracted to the accumulation region by a magnetic sensor;
(4) calculating the amount of the target substance based on the amount of magnetic particles possessed by the complex;
It is a detection method of the target substance characterized by including.

本発明の第二の検出方法は、検体中の標的物質を検出する方法であって、
(1)第一の標的物質捕捉体を備えた非磁性粒子と第二の標的物質捕捉体を備えた磁性粒子と前記標的物質とを流体中で接触させ、前記標的物質を介して前記磁性粒子に前記非磁性粒子が保持された複合体を形成する工程と、
(2)電場を印加することにより、前記複合体を第一の集積領域に引き寄せる工程と、
(3)複合体を形成していない磁性粒子を除去する工程と、
(4)磁場を印加することにより、前記複合体を第二の集積領域に引き寄せる工程と、
(5)前記第二の集積領域に引き寄せられた前記複合体の有する磁性粒子の量を磁気センサにより検出する工程と、
(6)前記複合体の有する磁性粒子の量により、前記標的物質の量を算出する工程と、
を含むことを特徴とする標的物質の検出方法である。
The second detection method of the present invention is a method for detecting a target substance in a specimen,
(1) A non-magnetic particle having a first target substance capturing body, a magnetic particle having a second target substance capturing body, and the target substance are contacted in a fluid, and the magnetic particles are passed through the target substance. Forming a composite with the non-magnetic particles held therein,
(2) drawing the composite to the first integration region by applying an electric field;
(3) removing the magnetic particles not forming the complex;
(4) drawing the composite to the second integration region by applying a magnetic field;
(5) a step of detecting the amount of magnetic particles of the composite attracted to the second accumulation region by a magnetic sensor;
(6) calculating the amount of the target substance based on the amount of magnetic particles of the complex;
It is a detection method of the target substance characterized by including.

本発明の第三の検出方法は、検体中の標的物質を検出する方法であって、
(1)第一の標的物質捕捉体を備えた非磁性粒子と第二の標的物質捕捉体を備えた磁性粒子と前記標的物質とを流体中で接触させ、前記標的物質を介して前記磁性粒子に前記非磁性粒子が保持された複合体を形成する工程と、
(2)磁場を印加することにより、前記複合体を第一の集積領域に引き寄せる工程と、
(3)電場を印加することにより、前記複合体を第二の集積領域に引き寄せる工程と、
(4)前記第二の集積領域に引き寄せられた前記複合体の有する磁性粒子の量を磁気センサにより検出する工程と、
(5)前記複合体の有する磁性粒子の量により、前記標的物質の量を算出する工程と、
を含むことを特徴とする標的物質の検出方法である。
A third detection method of the present invention is a method for detecting a target substance in a specimen,
(1) A non-magnetic particle having a first target substance capturing body, a magnetic particle having a second target substance capturing body, and the target substance are contacted in a fluid, and the magnetic particles are passed through the target substance. Forming a composite with the non-magnetic particles held therein,
(2) drawing the composite to the first integrated region by applying a magnetic field;
(3) drawing the composite to the second integration region by applying an electric field;
(4) detecting the amount of magnetic particles of the composite attracted to the second accumulation region by a magnetic sensor;
(5) calculating the amount of the target substance based on the amount of magnetic particles of the complex;
It is a detection method of the target substance characterized by including.

また、本発明の検出カートリッジは、検体中の標的物質を検出する検出カートリッジであって、
前記標的物質を介して磁性粒子に非磁性粒子が保持された複合体が含まれる液体を保持する液体保持領域と、
前記複合体を集積する集積領域の少なくとも一つ以上とを備え、
少なくとも一つの前記集積領域が、磁気センサ検出素子により検出可能な空間に設けられる
ことを特徴とする検出カートリッジである。
The detection cartridge of the present invention is a detection cartridge for detecting a target substance in a specimen,
A liquid holding region for holding a liquid containing a complex in which nonmagnetic particles are held on magnetic particles via the target substance;
Comprising at least one or more integration regions for integrating the composite,
At least one of the integrated regions is provided in a space that can be detected by a magnetic sensor detection element.

さらに、本発明の検出キットは、検体中の標的物質を検出する検出キットであって、
第一の標的物質捕捉体を備えた非磁性粒子と、
第二の標的物質捕捉体を備えた磁性粒子とを備え、
pHが略前記磁性粒子の等電点である水溶液中において、前記非磁性粒子が電荷を帯びる
ことを特徴とする検出キットである。
Furthermore, the detection kit of the present invention is a detection kit for detecting a target substance in a specimen,
A non-magnetic particle having a first target substance capturing body;
A magnetic particle having a second target substance capturing body,
The detection kit is characterized in that the non-magnetic particles are charged in an aqueous solution whose pH is approximately the isoelectric point of the magnetic particles.

本発明は、検出効率に優れた標的物質の検出方法、検出カートリッジ、検出キットを提供する。   The present invention provides a method for detecting a target substance, a detection cartridge, and a detection kit that are excellent in detection efficiency.

本発明の好ましい実施の形態について、詳細に説明する。   A preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

まず、本発明における検出方法について述べた後に、各構成要素、及び、検出カートリッジ、検出キットの各形態について詳細に述べる。   First, after describing the detection method in the present invention, each component, each form of the detection cartridge and the detection kit will be described in detail.

<検出方法>
(第一の実施形態)
本発明による検出方法の第一の実施形態は、検体中の標的物質を検出する方法であって、
(1)第一の標的物質捕捉体を備えた非磁性粒子と第二の標的物質捕捉体を備えた磁性粒子と標的物質とを流体中で接触させ、標的物質を介して磁性粒子に非磁性粒子が保持された複合体を形成する工程と、
(2)電場を印加することにより、前記複合体を集積領域に引き寄せる工程と、
(3)集積領域に引き寄せられた複合体が有する磁性粒子の量を磁気センサにより検出する工程と、
(4)前記複合体が有する磁性粒子の量により、標的物質の量を算出する工程とを有する。
<Detection method>
(First embodiment)
A first embodiment of the detection method according to the present invention is a method for detecting a target substance in a specimen,
(1) A nonmagnetic particle having a first target substance capturing body, a magnetic particle having a second target substance capturing body and a target substance are brought into contact with each other in a fluid, and the magnetic particles are nonmagnetic via the target substance. Forming a composite with retained particles;
(2) attracting the composite to the accumulation region by applying an electric field;
(3) a step of detecting the amount of magnetic particles of the composite attracted to the accumulation region by a magnetic sensor;
(4) a step of calculating the amount of the target substance based on the amount of the magnetic particles included in the complex.

図2は本発明による検出方法の第一の実施形態を模式的に示した図である。   FIG. 2 is a diagram schematically showing a first embodiment of the detection method according to the present invention.

図2(a)は、第一の標的物質捕捉体を備えた非磁性粒子と第二の標的物質捕捉体を備えた磁性粒子と標的物質とを流体中で接触させ、標的物質を介して磁性粒子に非磁性粒子が保持された複合体を形成する工程(1)を模式的に示した図である。本工程では、第一の標的物質捕捉体を備えた非磁性粒子、第二の標的物質捕捉体を備えた磁性粒子および標的物質を液中で混合し、混合液を調整する。反応時間は粒子や標的物質の濃度、液量、撹拌方法等に応じて適宜決められる。   FIG. 2A shows a case where a nonmagnetic particle having a first target substance capturing body, a magnetic particle having a second target substance capturing body, and a target substance are brought into contact with each other in a fluid, and the magnetic substance is passed through the target substance. It is the figure which showed typically the process (1) which forms the composite_body | complex with which the nonmagnetic particle was hold | maintained to particle | grains. In this step, the nonmagnetic particles provided with the first target substance capturing body, the magnetic particles provided with the second target substance capturing body, and the target substance are mixed in the liquid to prepare a mixed solution. The reaction time is appropriately determined according to the concentration of particles and target substance, the amount of liquid, the stirring method and the like.

本発明は、液相(流体中)で複合体を形成するため、固相で複合体形成反応を行う従来法と比較して、反応時間を短縮することが可能となる。混合液は、後述する検出カートリッジの液体保持領域に導入されることが望ましい。その結果、液体保持領域内に複合体が保持される。尚、前記混合液は検出カートリッジとは異なる容器、つまり、液体保持領域とは異なる領域内で混合調整した後に、液体保持領域に導入してもよいし、液体保持領域内で混合調整してもよい。尚、調整された混合液のpHは、後述する非磁性粒子の等電点とは離れ、磁性粒子の等電点に近い値であることが好ましい。そうすることで混合液中において、非磁性粒子が表面電荷を有し、磁性粒子が表面電荷を極力有さないように調製することができる。   In the present invention, since the complex is formed in the liquid phase (in the fluid), the reaction time can be shortened as compared with the conventional method in which the complex formation reaction is performed in the solid phase. It is desirable that the mixed liquid is introduced into a liquid holding region of the detection cartridge described later. As a result, the complex is held in the liquid holding region. The mixed liquid may be introduced into the liquid holding area after being mixed and adjusted in a container different from the detection cartridge, that is, in an area different from the liquid holding area, or may be mixed and adjusted in the liquid holding area. Good. In addition, it is preferable that pH of the adjusted liquid mixture is a value close | similar to the isoelectric point of a magnetic particle apart from the isoelectric point of the nonmagnetic particle mentioned later. By doing so, in a liquid mixture, it can prepare so that a nonmagnetic particle may have a surface charge and a magnetic particle may have a surface charge as much as possible.

図2(b)は、電場を印加することにより、前記複合体を集積領域に引き寄せる工程(2)を模式的に示した図である。本工程では、複合体を含む前記混合液を集積領域に接触させ、電場を印加することにより、集積領域に複合体を引き寄せる。よって、集積領域は、液体保持領域に接して配置されることが望ましい。後述するように、電場印加とは、集積領域の表面電荷が、混合液中の非磁性粒子の表面電荷の極性と逆の極性になるように、電位、もしくは電流を印加することを意味する。よって、非磁性粒子が選択的に集積領域に引きよせられる。一方、複合体を形成していない磁性粒子のほとんどは、液中に残存することになる。これは、後述するように、集積を行う液中において、本発明による磁性粒子の表面電荷量は、非磁性粒子の表面電荷量に対して少ないことによる。尚、非磁性粒子と磁性粒子の選択性、粒子濃度等により、電場印加時間、電位、電流値等は適宜決められる。本操作後に、電場を印加したままの状態で、液中に残存する、複合体を形成していない磁性粒子を除去する工程を有してもよい。特に、以下で述べるような複合体を液中に分散させた状態で検出を行う場合は、工程(2)の後に、液中に残存する、複合体を形成していない磁性粒子を除去する工程を有することが好ましい。
除去方法は、溶媒による洗浄操作が最も簡便な方法であるが、磁場を使った除去等、複合体を形成していない磁性粒子を選択的に除去することが出来れば、これに限らない。
FIG. 2B is a diagram schematically showing a step (2) of drawing the composite to the accumulation region by applying an electric field. In this step, the mixed solution containing the complex is brought into contact with the accumulation region, and an electric field is applied to draw the complex to the accumulation region. Therefore, it is desirable that the accumulation region is disposed in contact with the liquid holding region. As will be described later, the application of an electric field means applying a potential or a current so that the surface charge of the accumulation region has a polarity opposite to the polarity of the surface charge of the nonmagnetic particles in the mixed solution. Therefore, nonmagnetic particles are selectively attracted to the accumulation region. On the other hand, most of the magnetic particles not forming the composite remain in the liquid. As will be described later, this is because the surface charge amount of the magnetic particles according to the present invention is smaller than the surface charge amount of the non-magnetic particles in the liquid for accumulation. The electric field application time, potential, current value, and the like are appropriately determined depending on the selectivity between the nonmagnetic particles and the magnetic particles, the particle concentration, and the like. You may have the process of removing the magnetic particle which is not forming the composite_body | complex remaining in a liquid in the state which applied the electric field after this operation. In particular, in the case where detection is performed in a state in which a complex as described below is dispersed in a liquid, a step of removing magnetic particles remaining in the liquid and not forming a complex after step (2). It is preferable to have.
The removal method is the simplest method for washing with a solvent, but is not limited to this as long as magnetic particles that do not form a complex can be selectively removed, such as removal using a magnetic field.

図2(c)は、工程(1)、(2)を行うことにより、集積領域に保持される複合体を模式的に示した図である。ここで、集積領域に引き寄せられた磁性粒子の量を、磁気センサにより検出する工程(3)を行う。本検出工程は、磁気センサにより、磁性粒子の量を検出することが出来れば、電場を印加した状態で行ってもよいし、電場を解除した状態で行ってもよい。つまり、複合体を集積領域に保持した状態でも、液中に分散させた状態でもよい。但し、磁気センサが磁気抵抗効果素子のように、検出素子表面近傍における感度が高い場合は、検出素子表面近傍を集積領域とし、複合体を集積領域に保持したまま検出工程を行うことが望ましい。 さらに、前記磁性粒子の量により、標的物質の量を算出する工程(4)を行うことで、検体中の標的物質の検出が可能となる。ここで磁性粒子の量と標的物質の量(濃度)の関係については、あらかじめ、既知の複数濃度の標準検体を用いて、磁性粒子と濃度の関係を取得しておき、この関係をもとに検量線を求め、磁性粒子と濃度の関数を求めておけば、この関数を用いて、実際の計測時の磁性粒子の量から標的物質の量(濃度)を求めることが可能となる。
(第二の実施形態)
本発明による、第二の実施形態は、検体中の標的物質を検出する方法であって、
(1)第一の標的物質捕捉体を備えた非磁性粒子と第二の標的物質捕捉体を備えた磁性粒子と標的物質とを流体中で接触させ、標的物質を介して磁性粒子に非磁性粒子が保持された複合体を形成する工程と、
(2)電場を印加することにより、前記複合体を第一の集積領域に引き寄せる工程と、
(3)複合体を形成していない磁性粒子を除去する工程と、
(4)磁場を印加することにより、前記複合体を第二の集積領域に引き寄せる工程と、
(5)第二の集積領域に引き寄せられた前記複合体の有する磁性粒子の量を磁気センサにより検出する工程と、
(6)前記複合体の有する磁性粒子の量により、標的物質の量を算出する工程と、を有する。
FIG. 2C is a diagram schematically showing the composite held in the accumulation region by performing the steps (1) and (2). Here, the step (3) of detecting the amount of magnetic particles attracted to the accumulation region by a magnetic sensor is performed. This detection step may be performed with an electric field applied or may be performed with the electric field canceled as long as the amount of magnetic particles can be detected by a magnetic sensor. That is, the composite may be held in the accumulation region or may be dispersed in the liquid. However, when the magnetic sensor has a high sensitivity in the vicinity of the detection element surface, such as a magnetoresistive effect element, it is desirable to perform the detection step while keeping the vicinity of the detection element surface as an integration region and holding the complex in the integration region. Furthermore, the target substance in the specimen can be detected by performing the step (4) of calculating the quantity of the target substance based on the quantity of the magnetic particles. Here, with regard to the relationship between the amount of magnetic particles and the amount (concentration) of the target substance, the relationship between the magnetic particles and the concentration is obtained in advance using a standard sample having a plurality of known concentrations. If a calibration curve is obtained and a function of magnetic particles and concentration is obtained, the amount (concentration) of the target substance can be obtained from the amount of magnetic particles at the time of actual measurement using this function.
(Second embodiment)
A second embodiment according to the present invention is a method for detecting a target substance in a specimen,
(1) A nonmagnetic particle having a first target substance capturing body, a magnetic particle having a second target substance capturing body and a target substance are brought into contact with each other in a fluid, and the magnetic particles are nonmagnetic via the target substance. Forming a composite with retained particles;
(2) drawing the composite to the first integration region by applying an electric field;
(3) removing the magnetic particles not forming the complex;
(4) drawing the composite to the second integration region by applying a magnetic field;
(5) a step of detecting the amount of magnetic particles of the composite attracted to the second accumulation region by a magnetic sensor;
(6) calculating the amount of the target substance based on the amount of the magnetic particles of the composite.

図3は本発明による第二の実施形態を模式的に示した図である。   FIG. 3 is a diagram schematically showing a second embodiment according to the present invention.

図3(a)は、第一の標的物質捕捉体を備えた非磁性粒子と第二の標的物質捕捉体を備えた磁性粒子と標的物質とを接触させ、標的物質を介して磁性粒子に非磁性粒子が保持された複合体を形成する工程(1)を模式的に示した図である。本工程は、第一の実施形態における工程(1)と同様に、混合液を調整する工程である。   FIG. 3A illustrates a case where a nonmagnetic particle having a first target substance capturing body, a magnetic particle having a second target substance capturing body, and a target substance are brought into contact with each other, and the magnetic particles are non-contacted via the target substance. It is the figure which showed typically the process (1) which forms the composite_body | complex with which the magnetic particle was hold | maintained. This step is a step of adjusting the mixed liquid as in step (1) in the first embodiment.

図3(b)は、電場を印加することにより、前記複合体を第一の集積領域に引き寄せる工程(2)を模式的に示した図である。本工程では、混合液を第一の集積領域に接触させ、電場を印加することにより、第一の集積領域に複合体を引き寄せる。電場の印加とは、第一の実施形態の工程(2)において説明したとおりである。また、本操作後に、電場を印加したままの状態で、液中に残存する、複合体を形成していない磁性粒子を除去する工程を有する。   FIG. 3B is a diagram schematically showing a step (2) of drawing the composite to the first integration region by applying an electric field. In this step, the mixed solution is brought into contact with the first accumulation region and an electric field is applied to draw the complex to the first accumulation region. The application of the electric field is as described in the step (2) of the first embodiment. Moreover, it has the process of removing the magnetic particle which is not forming the composite_body | complex remaining in a liquid in the state which applied the electric field after this operation.

図3(c)は、工程(1)、(2)、(3)を行うことにより、第一の集積領域に保持される複合体を模式的に示した図である。次に第一の集積領域への電場印加を解除する。図3(d)は電場印加を解除し、第一の集積領域への複合体保持力が弱まった状態を模式的に示した図である。この結果、複合体は液体保持領域内に再分散可能な状態となる。尚、再分散しにくい場合は、撹拌を行ってもよい。また、分散液を導入してもよい。後述するように、検出カートリッジが流路形状の場合は分散液を流し、再分散を促進することが有効となる。尚、分散液は、複合体形成、特には、磁性粒子に備えられた第二の捕捉体と標的物質の結合を好適に維持することが出来れば、前記混合液や洗浄液と同じ組成でも、異なる組成でも構わない。   FIG. 3C is a diagram schematically showing the composite held in the first accumulation region by performing the steps (1), (2), and (3). Next, the electric field application to the first integrated region is released. FIG. 3D is a diagram schematically showing a state in which the electric field application is canceled and the composite holding force in the first accumulation region is weakened. As a result, the complex becomes redispersible in the liquid holding region. If redispersion is difficult, stirring may be performed. Further, a dispersion liquid may be introduced. As will be described later, when the detection cartridge has a flow channel shape, it is effective to flow the dispersion liquid and promote re-dispersion. The dispersion is different in the same composition as the liquid mixture and the washing liquid as long as the complex formation, particularly the binding between the second capturing body provided in the magnetic particles and the target substance can be suitably maintained. The composition may be used.

図3(e)は、磁場を印加することにより、前記複合体を第二の集積領域に引き寄せる工程(4)を模式的に示した図である。本工程では、磁場を印加することにより、第二の集積領域に複合体を引き寄せる。よって、第二の集積領域も、液体保持領域に接して配置されることが望ましい。後述するように、磁場印加とは、集積領域に向かって磁性粒子が移動するような力が働くような分布を持つ磁場を与えることを意味する。よって、磁性粒子が選択的に第二の集積領域に引き寄せられる。一方、複合体を形成していない非磁性粒子のほとんどは、液体保持部に残存することになる。尚、非磁性粒子と磁性粒子の選択性、粒子濃度等により、磁場印加時間、磁場の強度は適宜決められる。本操作後に、磁場を印加したままの状態で、液中に残存する、複合体を形成していない非磁性粒子を除去する工程を有してもよい。除去方法は、溶媒による洗浄操作が最も簡便な方法であるが、電場を使った除去等、複合体を形成していない非磁性粒子を選択的に除去することが出来れば、これに限らない。以上示したように、本工程により、複合体は選択的に第二の集積領域に引き寄せられる。   FIG. 3 (e) is a diagram schematically showing a step (4) of drawing the composite to the second accumulation region by applying a magnetic field. In this step, the composite is attracted to the second accumulation region by applying a magnetic field. Therefore, it is desirable that the second accumulation region is also disposed in contact with the liquid holding region. As will be described later, magnetic field application means that a magnetic field having a distribution in which a force that causes magnetic particles to move toward the accumulation region is applied. Therefore, the magnetic particles are selectively attracted to the second accumulation region. On the other hand, most of the non-magnetic particles that do not form a composite remain in the liquid holding portion. The magnetic field application time and the magnetic field strength are appropriately determined depending on the selectivity between the nonmagnetic particles and the magnetic particles, the particle concentration, and the like. You may have the process of removing the nonmagnetic particle which is not forming the composite_body | complex remaining in a liquid in the state which applied the magnetic field after this operation. The removal method is the simplest method for washing with a solvent, but is not limited to this as long as it can selectively remove non-magnetic particles that do not form a complex, such as removal using an electric field. As described above, the composite is selectively attracted to the second accumulation region by this step.

図3(f)は、工程(1)、(2)、(3)、(4)を行うことにより、第二の集積領域に保持される複合体を模式的に示した図である。ここで、第二の集積領域に引き寄せられた磁性粒子の量を、磁気センサにより検出する工程(5)を行う。本検出工程は、磁気センサにより、磁性粒子の量を検出することが出来れば、磁場を印加した状態で行ってもよいし、磁場を解除した状態で行ってもよい。つまり、複合体を検出領域に保持した状態でも、液中に分散させた状態でもよい。但し、磁気センサが磁気抵抗効果素子のように、検出素子表面近傍における感度が高い場合は、検出素子表面近傍を第二の集積領域とし、複合体を第二の集積領域に保持したまま検出工程を行うことが望ましい。本発明によると、複合体は選択的に第二の集積領域に引き寄せられ、結果として、濃縮効果が得られる。よって、後述するように、検出素子表面を第二の集積領域とすれば、同じ検出素子面積の従来の検出素子を用いたセンサと比較して、感度を向上させることが可能となる。   FIG. 3F is a diagram schematically showing the composite held in the second accumulation region by performing the steps (1), (2), (3), and (4). Here, a step (5) of detecting the amount of magnetic particles attracted to the second accumulation region by a magnetic sensor is performed. This detection step may be performed with the magnetic field applied or may be performed with the magnetic field released as long as the amount of magnetic particles can be detected by the magnetic sensor. That is, the complex may be held in the detection region or may be dispersed in the liquid. However, when the sensitivity of the magnetic sensor is high in the vicinity of the detection element surface, such as a magnetoresistive effect element, the detection step is performed with the vicinity of the detection element surface as the second integration region and the composite held in the second integration region. It is desirable to do. According to the present invention, the complex is selectively attracted to the second accumulation region, resulting in a concentration effect. Therefore, as described later, if the detection element surface is the second integrated region, it is possible to improve sensitivity as compared with a sensor using a conventional detection element having the same detection element area.

さらに、第一の実施形態と同様に、前記磁性粒子の量により、標的物質の量を算出する工程(6)を行うことで、検体中の標的物質の検出が可能となる。
(第三の実施形態)
本発明による、第三の実施形態は、検体中の標的物質を検出する方法であって、
(1)第一の標的物質捕捉体を備えた非磁性粒子と第二の標的物質捕捉体を備えた磁性粒子と標的物質とを流体中で接触させ、標的物質を介して磁性粒子に非磁性粒子が保持された複合体を形成する工程と、
(2)磁場を印加することにより、前記複合体を第一の集積領域に引き寄せる工程と、
(3)電場を印加することにより、前記複合体を第二の集積領域に引き寄せる工程と、
(4)第二の集積領域に引き寄せられた前記複合体の有する磁性粒子の量を磁気センサにより検出する工程と、
(5)前記複合体の有する磁性粒子の量により、標的物質の量を算出する工程と、を有する。
Furthermore, as in the first embodiment, the target substance in the sample can be detected by performing the step (6) of calculating the quantity of the target substance based on the quantity of the magnetic particles.
(Third embodiment)
A third embodiment according to the present invention is a method for detecting a target substance in a specimen,
(1) A nonmagnetic particle having a first target substance capturing body, a magnetic particle having a second target substance capturing body and a target substance are brought into contact with each other in a fluid, and the magnetic particles are nonmagnetic via the target substance. Forming a composite with retained particles;
(2) drawing the composite to the first integrated region by applying a magnetic field;
(3) drawing the composite to the second integration region by applying an electric field;
(4) a step of detecting the amount of magnetic particles of the complex attracted to the second accumulation region by a magnetic sensor;
(5) calculating the amount of the target substance based on the amount of magnetic particles of the composite.

図4は本発明による第三の実施形態を模式的に示した図である。   FIG. 4 is a diagram schematically showing a third embodiment according to the present invention.

図4(a)は、第一の標的物質捕捉体を備えた非磁性粒子と第二の標的物質捕捉体を備えた磁性粒子と標的物質とを接触させ、標的物質を介して磁性粒子に非磁性粒子が保持された複合体を形成する工程(1)を模式的に示した図である。本工程は、第一、第二の実施形態における工程(1)と同様に、混合液を調整する工程である。   FIG. 4 (a) shows a case where a nonmagnetic particle having a first target substance capturing body, a magnetic particle having a second target substance capturing body, and a target substance are brought into contact with each other, and the magnetic particles are non-contacted via the target substance. It is the figure which showed typically the process (1) which forms the composite_body | complex with which the magnetic particle was hold | maintained. This step is a step of adjusting the mixed liquid as in step (1) in the first and second embodiments.

図4(b)は、磁場を印加することにより、前記複合体を第一の集積領域に引き寄せる工程(2)を模式的に示した図である。本工程では、混合液を第一の集積領域に接触させ、磁場を印加することにより、第一の集積領域に複合体を引き寄せる。磁場の印加とは第二の実施形態の工程(4)で説明したとおりである。   FIG. 4B is a diagram schematically showing a step (2) of drawing the composite to the first integration region by applying a magnetic field. In this step, the mixed solution is brought into contact with the first accumulation region and a magnetic field is applied to draw the complex to the first accumulation region. The application of the magnetic field is as described in the step (4) of the second embodiment.

また、本操作後に、磁場を印加したままの状態で、液中に残存する、複合体を形成していない非磁性粒子を除去する工程を有してもよい。   Moreover, you may have the process of removing the nonmagnetic particle which has not formed the composite_body | complex remaining in a liquid in the state which applied the magnetic field after this operation.

図4(c)は、工程(1)、(2)を行うことにより、第一の集積領域に保持される複合体を模式的に示した図である。次に第一の集積領域への磁場印加を解除する。図4(d)は磁場印加を解除し、第一の集積領域への複合体保持力が弱まった状態を模式的に示した図である。この結果、複合体は液体保持領域内に再分散可能な状態となる。尚、再分散しにくい場合は、撹拌を行ってもよい。また、分散液を導入してもよい。後述するように、検出カートリッジが流路形状の場合は分散液を流し、再分散を促進することが有効となる。尚、分散液は、複合体形成、特には、非磁性粒子に備えられた第一の捕捉体と標的物質の結合を好適に維持することが出来れば、前記混合液や洗浄液と同じ組成でも、異なる組成でも構わない。また、この分散液を液体保持領域に保持したまま工程(3)を行う場合は、分散液のpHを磁性粒子の等電点に近く、非磁性粒子が表面電荷を有しやすいpHにすることが望ましい。   FIG. 4C is a diagram schematically showing the composite held in the first accumulation region by performing the steps (1) and (2). Next, the magnetic field application to the first integrated region is released. FIG. 4D is a diagram schematically showing a state where the application of the magnetic field is canceled and the composite holding force in the first accumulation region is weakened. As a result, the complex becomes redispersible in the liquid holding region. If redispersion is difficult, stirring may be performed. Further, a dispersion liquid may be introduced. As will be described later, when the detection cartridge has a flow channel shape, it is effective to flow the dispersion liquid and promote re-dispersion. In addition, the dispersion may have the same composition as the mixed liquid and the cleaning liquid, as long as the complex formation, in particular, the binding between the first capturing body provided in the nonmagnetic particles and the target substance can be suitably maintained. Different compositions may be used. In addition, when the step (3) is performed while the dispersion is held in the liquid holding region, the pH of the dispersion is close to the isoelectric point of the magnetic particles, and the nonmagnetic particles are likely to have a surface charge. Is desirable.

図4(e)は、電場を印加することにより、前記複合体を第二の集積領域に引き寄せる工程(3)を模式的に示した図である。本工程では、電場を印加することにより、第二の集積領域に複合体を引き寄せる。電場の印加とは、第一の実施形態の工程(2)において説明したとおりである。
よって、第二の集積領域も、液体保持領域に接して配置されることが望ましい。また、本操作後に、電場を印加したままの状態で、液中に残存する、複合体を形成していない磁性粒子を除去する工程を有してもよい。除去方法は、溶媒による洗浄操作が最も簡便な方法であるが、磁場を使った除去等、複合体を形成していない磁性粒子を選択的に除去することが出来れば、これに限らない。以上示したように、本工程により、複合体は選択的に第二の集積領域に引き寄せられる。
FIG. 4E is a diagram schematically showing a step (3) of drawing the composite to the second integration region by applying an electric field. In this step, the composite is attracted to the second accumulation region by applying an electric field. The application of the electric field is as described in the step (2) of the first embodiment.
Therefore, it is desirable that the second accumulation region is also disposed in contact with the liquid holding region. Moreover, you may have the process of removing the magnetic particle which is not forming the composite_body | complex remaining in a liquid in the state which applied the electric field after this operation. The removal method is the simplest method for washing with a solvent, but is not limited to this as long as magnetic particles that do not form a complex can be selectively removed, such as removal using a magnetic field. As described above, the composite is selectively attracted to the second accumulation region by this step.

図4(f)は、工程(1)、(2)、(3)を行うことにより、第二の集積領域に保持される複合体を模式的に示した図である。ここで、第二の実施形態と同様に、第二の集積領域に引き寄せられた磁性粒子の量を、磁気センサにより検出する工程(4)を行う。本検出工程は、磁気センサにより、磁性粒子の量を検出することが出来れば、電場を印加した状態で行ってもよいし、電場を解除した状態で行ってもよい。つまり、複合体を第二の検出領域に保持した状態でも、液中に分散させた状態でもよい。但し、磁気センサが磁気抵抗効果素子のように、検出素子表面近傍における感度が高い場合は、検出素子表面近傍を第二の集積領域とし、複合体を第二の集積領域に保持したまま検出工程を行うことが望ましい。本発明によると、複合体は選択的に第二の集積領域に引き寄せられ、結果として、濃縮効果が得られる。よって、後述するように、検出素子表面を第二の集積領域とすれば、同じ検出素子面積の従来の検出素子を用いたセンサと比較して、感度を向上させることが可能となる。   FIG. 4F is a diagram schematically showing the composite held in the second accumulation region by performing the steps (1), (2), and (3). Here, as in the second embodiment, the step (4) of detecting the amount of magnetic particles attracted to the second accumulation region by the magnetic sensor is performed. This detection step may be performed with an electric field applied or may be performed with the electric field canceled as long as the amount of magnetic particles can be detected by a magnetic sensor. That is, the complex may be held in the second detection region or may be dispersed in the liquid. However, when the sensitivity of the magnetic sensor is high in the vicinity of the detection element surface, such as a magnetoresistive effect element, the detection step is performed with the vicinity of the detection element surface as the second integration region and the composite held in the second integration region. It is desirable to do. According to the present invention, the complex is selectively attracted to the second accumulation region, resulting in a concentration effect. Therefore, as described later, if the detection element surface is the second integrated region, it is possible to improve sensitivity as compared with a sensor using a conventional detection element having the same detection element area.

さらに、第一の実施形態と同様に、前記磁性粒子の量により、標的物質の量を算出する工程(5)を行うことで、検体中の標的物質の検出が可能となる。
(濃縮効果)
図5は、従来の固相反応における結合率と標的物質の濃度の関係を模式的に示した図である。本発明において、結合率とは、固相上の結合サイト(例えば固相抗体数)に対して、最終的に標的物質と結合した結合物数の割合である。模式図上、(A)の領域は、結合サイト数が不足し始め、結合率が一定値に収束する領域である。(C)の領域は、測定方法等による感度の下限や、反応系内に存在する標的物質数の下限により、結合率が一定値に収束する領域である。よって、主には、この間の(B)の領域を用いて、標的物質の検出、濃度の算出が行われる。
Further, similarly to the first embodiment, the target substance in the specimen can be detected by performing the step (5) of calculating the quantity of the target substance based on the quantity of the magnetic particles.
(Concentration effect)
FIG. 5 is a diagram schematically showing the relationship between the binding rate and the concentration of the target substance in the conventional solid phase reaction. In the present invention, the binding rate is the ratio of the number of bound substances finally bound to the target substance to the binding site on the solid phase (for example, the number of solid phase antibodies). In the schematic diagram, the region (A) is a region where the number of binding sites starts to be insufficient and the coupling rate converges to a constant value. The region (C) is a region where the binding rate converges to a constant value due to the lower limit of sensitivity due to the measurement method and the like, and the lower limit of the number of target substances present in the reaction system. Therefore, mainly, the target substance is detected and the concentration is calculated using the region (B) in the meantime.

一般的な生体反応を用いる場合、この(B)の領域において、標的物質濃度と結合率は比例関係である。つまり、同じ結合サイト数を有する検出素子であれば、標的物質濃度が低下すると、結合率も比例して低下する。これは、標的物質が結合していない結合サイトが増えることを意味し、絶対的な結合物数も比例して低下することを示す。よって、従来の固相反応を用いた方法で高感度化を達成するためには、検出素子面積を大きくし、結合サイトを増やして、絶対的な結合物数を確保する必要があった。   When a general biological reaction is used, the concentration of the target substance and the binding rate are in a proportional relationship in the region (B). That is, if the detection elements have the same number of binding sites, the binding rate decreases proportionally as the target substance concentration decreases. This means that the number of binding sites to which the target substance is not bound increases, and the absolute number of bound substances also decreases in proportion. Therefore, in order to achieve high sensitivity by a conventional method using a solid phase reaction, it is necessary to increase the detection element area and increase the number of binding sites to ensure the absolute number of bound substances.

本検出方法では、この結合物つまり、複合体をあらかじめ液相で形成し、この複合体を選択的に集積領域に引き寄せる。よって、検出素子表面を集積領域とすれば、検出素子表面に絶対的な結合物数を確保することになる。その結果として、同じ結合サイト数を有する、例えば同じ検出素子面積の従来の検出素子を用いたセンサと比較して、感度を向上させることが可能となる。   In this detection method, this combined substance, that is, a complex is formed in a liquid phase in advance, and this complex is selectively attracted to the accumulation region. Therefore, if the detection element surface is used as an integration region, an absolute number of combined substances is secured on the detection element surface. As a result, the sensitivity can be improved as compared with a sensor having the same number of binding sites, for example, a conventional detection element having the same detection element area.

<標的物質捕捉体>
本発明において使用する標的物質捕捉体は、検体中の標的物質の選択に係わる物質であり、標的物質に応じて選択することができる。
<Target substance capturing body>
The target substance capturing body used in the present invention is a substance related to the selection of the target substance in the specimen, and can be selected according to the target substance.

ここで、本発明の標的物質捕捉体を説明する前に、本発明における標的物質について説明する。標的物質は検体中に含まれており、標的物質捕捉体によって捕捉される領域を有する。尚、本発明は、生体由来の物質又はその類似物質の特異的な分子認識能を利用したいわゆるバイオセンサに好適に応用できる発明である。よって、標的物質は糖、蛋白質、アミノ酸、抗体、抗原や疑似抗原、ビタミン、遺伝子などの生体物質、及び、その関連物質や人工的に合成された擬似生体物質であることが望ましい。   Here, before describing the target substance capturing body of the present invention, the target substance in the present invention will be described. The target substance is contained in the specimen and has a region captured by the target substance capturing body. The present invention is an invention that can be suitably applied to a so-called biosensor utilizing the specific molecular recognition ability of a substance derived from a living body or a similar substance. Therefore, it is desirable that the target substance is a biological substance such as sugar, protein, amino acid, antibody, antigen or pseudoantigen, vitamin, or gene, and related substances or artificially synthesized pseudobiological substances.

本発明では標的物質を用いて検出対象を検出することができれば良い。したがって、検出対象自体が標的物質であり、捕捉体によって直接検出対象を捕捉することで検出しても良い。また、標的物質と検出対象が異なり、捕捉体によって標的物質を検出することで間接的に検出対象の検出を行っても良い。後者の例としては、検出対象が存在することによって、標的物質が生じる場合などである。したがって、検出対象は生体物質に限るものではなく、またそのサイズも、特に限定されるものではない。   In the present invention, it is only necessary that the detection target can be detected using the target substance. Therefore, the detection target itself is the target substance, and detection may be performed by capturing the detection target directly by the capturing body. Further, the target substance and the detection target may be different, and the detection target may be indirectly detected by detecting the target substance with the capturing body. An example of the latter is a case where a target substance is generated due to the presence of a detection target. Therefore, the detection target is not limited to the biological material, and the size is not particularly limited.

更に、検体は、検出対象物質を含む試料そのものであっても良く、試料に対して、標的物質の抽出処理、分離処理、希釈処理及び精製処理等の各種処理を経て調製したものであってもよい。検体は、標的物質の種類に応じた液媒体、例えば水や緩衝液、水と水溶性の有機溶媒との混合物などを用いて調製される。なお、分析対象物質から直接あるいは間接的に得られる分解物や生成物を標的物質として検出することで分析対象物質を間接的に検出する場合にも、本発明は好適に適用可能である。   Furthermore, the specimen may be a sample itself containing the detection target substance, or may be prepared through various processes such as target substance extraction processing, separation processing, dilution processing, and purification processing. Good. The specimen is prepared using a liquid medium corresponding to the type of the target substance, such as water or a buffer solution, or a mixture of water and a water-soluble organic solvent. Note that the present invention can also be suitably applied to the case where the analysis target substance is indirectly detected by detecting a decomposition product or product obtained directly or indirectly from the analysis target substance as the target substance.

本発明に使用される標的物質捕捉体の例としては、前述した標的物質の例を捕捉できるものであり、酵素、抗体および抗原などのタンパク質、DNA、RNA、糖鎖などが挙げられるが、これに限る物ではない。   Examples of the target substance capturing body used in the present invention are those that can capture the above-described examples of the target substance, and include proteins such as enzymes, antibodies and antigens, DNA, RNA, sugar chains, etc. It is not limited to.

本発明における標的物質−標的物質捕捉体の組み合わせの例としては、抗原−抗体、酵素−基質、DNA−DNA、DNA−RNA、DNA−タンパク質、RNA−タンパク質、糖鎖−タンパク質等が挙げられるが、特異的な結合を有する関係のものであれば特に制限されるものではない。   Examples of the target substance-target substance capturing body combination in the present invention include antigen-antibody, enzyme-substrate, DNA-DNA, DNA-RNA, DNA-protein, RNA-protein, sugar chain-protein and the like. There is no particular limitation as long as it has a specific binding relationship.

本発明の検出方法では、非磁性粒子が備える標的物質捕捉体を第一の標的物質捕捉体とし、磁性粒子が備える標的物質捕捉体を第二の標的物質捕捉体とする。また、非磁性粒子や磁性粒子が標的物質捕捉体を備えるとは、検出方法において標的物質捕捉体がこれらの粒子と結合した状態を維持できる程度に固定化されていることをいう。そのような固定化の方法には、例えば、化学結合による固定化や物理的吸着などが挙げられる。   In the detection method of the present invention, the target substance capturing body included in the nonmagnetic particles is used as the first target substance capturing body, and the target substance capturing body included in the magnetic particles is used as the second target substance capturing body. Further, that the non-magnetic particle or the magnetic particle has the target substance capturing body means that the target substance capturing body is immobilized to such an extent that the target substance capturing body can be maintained in a state of being bound to these particles in the detection method. Examples of such immobilization methods include immobilization by chemical bonding and physical adsorption.

本発明による標的物質の検出方法においては、第一の標的物質捕捉体と第二の標的物質捕捉体が、空間的に標的物質の異なる領域を捕捉することを特徴とする。このような系として、標的物質が抗原であり、第一の標的物質捕捉体が一次抗体、第二の標的物質捕捉体が二次抗体である場合が挙げられる。この際、一次抗体、二次抗体はそれぞれ、抗原における別の領域を捕捉する。図6(a)のように、前記一次抗体が捕捉する抗原の領域と、二次抗体が捕捉する抗原の領域が、別の抗原決定基であれば、本発明に適用可能である。また、それぞれが捕捉する抗原の領域が同一の抗原決定基であっても良い。例えば、図6(b)のように、抗原が多量体を形成している場合は、同一の抗原決定基であっても、本発明に適用可能である。即ち、抗原決定基によるものではなく、第一の標的物質捕捉体と第二の標的物質捕捉体が、空間的に標的物質の異なる領域を捕捉すれば、本発明の効果を得ることが可能となる。   The target substance detection method according to the present invention is characterized in that the first target substance capturing body and the second target substance capturing body capture spatially different regions of the target substance. Examples of such a system include a case where the target substance is an antigen, the first target substance capturing body is a primary antibody, and the second target substance capturing body is a secondary antibody. At this time, the primary antibody and the secondary antibody each capture another region in the antigen. As shown in FIG. 6A, if the antigen region captured by the primary antibody and the antigen region captured by the secondary antibody are different antigenic determinants, the present invention is applicable. In addition, the antigen regions that each captures may be the same antigenic determinant. For example, as shown in FIG. 6B, when the antigen forms a multimer, even the same antigenic determinant is applicable to the present invention. In other words, the effect of the present invention can be obtained if the first target substance capturing body and the second target substance capturing body spatially capture different regions of the target substance, not based on antigenic determinants. Become.

<非磁性粒子と磁性粒子>
(非磁性粒子)
本発明は、混合液中において、集積領域へ引き寄せる方法の一つである電場印加により、非磁性粒子を集積領域に引き寄せる。これは、非磁性粒子が有する表面電荷を利用するものであり、非磁性粒子が混合液中で表面電荷を有し、標的物質捕捉体を備え、複合体の形成が可能であれば、如何なるものも用いることが可能である。そのため、非磁性粒子は、帯電性粒子であることが好ましい。
<Nonmagnetic and magnetic particles>
(Non-magnetic particles)
The present invention attracts nonmagnetic particles to the accumulation region by applying an electric field, which is one of the methods for attracting the accumulation region. This utilizes the surface charge of non-magnetic particles, and any non-magnetic particles have surface charge in a mixed solution, have a target substance trapping body, and can form a complex. Can also be used. For this reason, the nonmagnetic particles are preferably charged particles.

金属酸化物は、等電点より低いpHでは正に帯電し、等電点より高いpHでは負に帯電するという性質を有しており、非磁性粒子の材料として本発明にも好適に用いることができるものがある。よって、非磁性の金属酸化物は、本発明の非磁性粒子の材料として好ましく、酸化ケイ素や酸化アルミニウム等は微粒子化も容易であり、好適に用いられる。また、後述するよう任意の粒子の表面に被覆層を形成したものを非磁性粒子として用いてもよい。尚、ここで言う非磁性粒子とは、粒子そのものだけでなく、内含する粒子材料と被覆層合わせた構造体をも含む。   Metal oxide has the property of being positively charged at a pH lower than the isoelectric point and negatively charged at a pH higher than the isoelectric point, and is preferably used in the present invention as a material for nonmagnetic particles. There is something that can be done. Therefore, a nonmagnetic metal oxide is preferable as a material for the nonmagnetic particles of the present invention, and silicon oxide, aluminum oxide, and the like can be easily formed into fine particles and are preferably used. Moreover, you may use as a nonmagnetic particle what formed the coating layer on the surface of arbitrary particle | grains so that it may mention later. In addition, the nonmagnetic particle said here contains not only the particle itself but also a structure in which the particle material contained and the coating layer are combined.

非磁性粒子の大きさは、集積領域の形状、大きさ、或いは用途によって様々に選択する事が可能であるが、一般的に数十ナノメートルから数百マイクロメートルの直径を有するものが好適である。
(磁性粒子)
本発明は磁気センサにより、磁性粒子の量を検出する。つまり、磁性粒子は検出のための標識としての物性や特性を満たすものである。また、集積領域へ引き寄せる方法の一つである磁性の印加により集積領域に引き寄せられることができるものである。したがって、通常用いられる常磁性、超常磁性を示す磁性微粒子から選択して用いることができる。
The size of the non-magnetic particles can be variously selected depending on the shape, size, or application of the accumulation region, but generally a particle having a diameter of several tens of nanometers to several hundreds of micrometers is suitable. is there.
(Magnetic particles)
In the present invention, the amount of magnetic particles is detected by a magnetic sensor. That is, the magnetic particles satisfy physical properties and characteristics as a label for detection. Further, it can be attracted to the integrated region by applying magnetism, which is one of the methods for attracting the integrated region. Therefore, it can be used by selecting from normally used paramagnetic and superparamagnetic magnetic fine particles.

磁性粒子を構成する磁性体材料としては、例えば、金属酸化物を用いることができる。金属酸化物の中でも、磁性標識として一般的に使用されているフェライトやマグネタイトといった鉄酸化物は、生理活性条件下で十分な磁性を有し、溶媒中で酸化等の劣化が起こりにくいことから好ましい。フェライトは、マグネタイト(Fe34)、マグヘマイト(γ−Fe23)、及びこれらのFeの一部を他の原子で置換した複合体から選択される。他の原子としては、Li、Mg、Al、Si、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Sn、Ta、Wの少なくともいずれかが挙げられる。 As the magnetic material constituting the magnetic particles, for example, a metal oxide can be used. Among metal oxides, iron oxides such as ferrite and magnetite, which are generally used as magnetic labels, are preferable because they have sufficient magnetism under physiologically active conditions and are less susceptible to deterioration such as oxidation in a solvent. . The ferrite is selected from magnetite (Fe 3 O 4 ), maghemite (γ-Fe 2 O 3 ), and a composite in which a part of these Fe is replaced with other atoms. Other atoms include Li, Mg, Al, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Cd, In, Sn, At least one of Ta and W can be mentioned.

また、上述の磁性体材料に樹脂が複合化物されているものも、一般的に磁性標識として使われており、本発明における磁性粒子にも使うことができる。複合化物の例としては、磁性体材料から成る基体をコアとして、該基体にシェル層(コーティング層)を形成することで積層構造とした粒子がある。このようなコアシェル形状の磁性粒子としては、例えば前記金属酸化物からなる粒子を基体として、金属酸化物からなる基体の粒子の表面にスチレン系、デキストラン系、アクリルアミド系等の樹脂から選択された樹脂層を被覆したコアシェル粒子が挙げられる。また、スチレン系樹脂、デキストラン系樹脂、アクリルアミド系樹脂を形成するそれぞれのモノマーのうち少なくとも2つを共重合させた樹脂も、スチレン系、デキストラン系、アクリルアミド系等の樹脂に含むものとする。またコアシェルタイプ以外にも、複合化物として、磁性体材料からなる粒子をスチレン系、デキストラン系、アクリルアミド系等の樹脂内に分散させた粒子や、樹脂からなる粒子の表面に磁性体材料からなる微粒子が担持された粒子等も挙げられる。これらの粒子も本発明の磁性粒子として用いることができる。このような磁性粒子として、市販されているものでは、例えば、Dynal社から市販されているダイナビーズ、micromod社から市販されているmicromer−M、nanomag−D、メルク社から市販されているエスタポール等があり、これらを用いることもできる。   In addition, the above-described magnetic material in which a resin is compounded is generally used as a magnetic label, and can also be used for the magnetic particles in the present invention. As an example of the composite, there is a particle having a laminated structure in which a base made of a magnetic material is used as a core and a shell layer (coating layer) is formed on the base. As such core-shell magnetic particles, for example, a resin selected from a resin made of styrene, dextran, acrylamide, or the like on the surface of particles of a substrate made of a metal oxide, using the particles made of the metal oxide as a substrate. Examples include core-shell particles coated with a layer. In addition, a resin obtained by copolymerizing at least two monomers among the respective monomers forming the styrene resin, the dextran resin, and the acrylamide resin is also included in the styrene resin, the dextran resin, the acrylamide resin, and the like. In addition to the core-shell type, as a composite, particles made of a magnetic material are dispersed in a styrene, dextran, acrylamide, or other resin, or fine particles made of a magnetic material on the surface of a resin particle. And particles on which is supported. These particles can also be used as the magnetic particles of the present invention. Examples of such magnetic particles that are commercially available include Dynabeads commercially available from Dynal, micromer-M and nanomag-D commercially available from Micromod, and Estapol commercially available from Merck. These can also be used.

尚、このような磁性粒子の大きさは、集積領域の形状、大きさ、或いは用途によって様々に選択する事が可能であるが、一般的に数十ナノメートルから数百マイクロメートルの直径を有するものが好適である。   The size of such magnetic particles can be variously selected depending on the shape, size, or application of the integrated region, but generally has a diameter of several tens of nanometers to several hundreds of micrometers. Those are preferred.

さらに、本発明は、後述するように、電場印加時の非磁性粒子と磁性粒子の表面電荷の違いにより、選択的な集積を実現するものである。よって、集積を行う液中において、非磁性粒子の表面電荷量に対して、磁性粒子の表面電荷量が少ないことが望ましい。さらには、集積を行う際の液体、特に水溶液のpHが磁性粒子の等電点に近く、このpHにおいて、非磁性粒子が電荷を帯びていることが望ましい。   Furthermore, as will be described later, the present invention realizes selective integration by the difference in surface charge between non-magnetic particles and magnetic particles when an electric field is applied. Therefore, it is desirable that the surface charge amount of the magnetic particles is smaller than the surface charge amount of the non-magnetic particles in the liquid for accumulation. Furthermore, it is desirable that the pH of the liquid used for accumulation, particularly the aqueous solution, is close to the isoelectric point of the magnetic particles, and that the nonmagnetic particles are charged at this pH.

このような水溶液中の磁性粒子の表面電荷の制御は、後述する、被覆層を形成することでも制御可能となる。尚、ここで言う磁性粒子とは、粒子そのものだけでなく、内含する粒子材料と被覆層とを合わせた構造体をも含む。
(被覆層)
本発明による非磁性粒子は表面に被覆層を有し、非磁性粒子の表面電荷はこの被覆層に由来するものであってもよい。よって、被覆層の材質は、電場印加により集積を行う液中で適当な表面電荷を有するものであれば、ガラス等無機材料、樹脂等有機材料、シリコン等半導体材料、金属材料等いかなる材料を用いることも可能である。特に、金属酸化物は、前述のように、等電点より低いpHでは正に帯電し、等電点より高いpHでは負に帯電するという性質を有しており、被覆層に適している。また、イオン性官能基を表面に付与することでも、非磁性粒子に表面電荷を付与することが出来る。例えば、カルボキシル基を多く付与すると、一般に等電点は低くなり、中性領域では負に帯電しやすくなる。一方、アミノ基を多く付与すると、一般に等電点は高くなり、中性領域では正に帯電しやすくなる。これらの官能基は、イオン性界面活性剤による被覆、イオン性官能基を有するポリマーの被覆等により付与することができる。また、粒子が酸化物の場合はイオン性官能基を有するシラン剤による被覆、粒子が金、銀、銅、白金等の場合は、イオン性官能基を有するチオール化合物やアミノ化化合物による被覆が可能となる。粒子表面に重合開始基を導入し、イオン性官能基を有するポリマー膜を重合する方法も有効である。
Such control of the surface charge of the magnetic particles in the aqueous solution can also be controlled by forming a coating layer, which will be described later. The magnetic particles referred to here include not only the particles themselves but also a structure in which the particle material contained and the coating layer are combined.
(Coating layer)
The nonmagnetic particles according to the present invention may have a coating layer on the surface, and the surface charge of the nonmagnetic particles may be derived from this coating layer. Therefore, any material such as an inorganic material such as glass, an organic material such as resin, a semiconductor material such as silicon, or a metal material may be used as the material of the coating layer as long as it has an appropriate surface charge in a liquid that is integrated by applying an electric field. It is also possible. In particular, as described above, the metal oxide has a property of being positively charged at a pH lower than the isoelectric point and negatively charged at a pH higher than the isoelectric point, and is suitable for a coating layer. Also, surface charges can be imparted to the non-magnetic particles by imparting ionic functional groups to the surface. For example, when a large number of carboxyl groups are added, the isoelectric point generally decreases, and the neutral region tends to be negatively charged. On the other hand, when a large number of amino groups are added, the isoelectric point generally increases, and the neutral region is likely to be positively charged. These functional groups can be imparted by coating with an ionic surfactant, coating with a polymer having an ionic functional group, or the like. In addition, if the particles are oxides, they can be coated with a silane agent having an ionic functional group, and if the particles are gold, silver, copper, platinum, etc., they can be coated with a thiol compound having an ionic functional group or an aminated compound. It becomes. It is also effective to introduce a polymerization initiating group on the particle surface and polymerize a polymer film having an ionic functional group.

このように被覆層を形成すれば、表面電荷を有さない、もしくは弱い材料を用いる場合であっても、本発明による効果を得ることが可能となる。   If the coating layer is formed in this way, the effect of the present invention can be obtained even when a weak material having no surface charge is used.

また、本発明による磁性粒子も表面に被覆層を有し、磁性粒子の表面電荷もこの被覆層に由来するものであってもよい。よって、被覆層の材質は、電場印加により、非磁性粒子の集積を行う液中で、表面電荷が小さくなるようなものであれば、ガラス等無機材料、樹脂等有機材料、シリコン等半導体材料、金属材料等いかなる材料を用いることも可能である。前述のように、金属酸化物は等電点を有する。よって、電場印加により集積を行う際の液体のpHと近い等電点を有する金属酸化物を利用することで、磁性粒子の表面電荷を小さくすることが可能となる。また、イオン性官能基を表面に付与することで、磁性粒子の等電点を制御し、表面電荷を小さくすることも可能である。イオン性官能基の量を制御して直接導入する、アニオン性官能基とカチオン性官能基の量比が制御された材料を被覆するといった方法も利用可能である。   The magnetic particles according to the present invention may also have a coating layer on the surface, and the surface charge of the magnetic particles may be derived from this coating layer. Therefore, the material of the coating layer is an inorganic material such as glass, an organic material such as a resin, a semiconductor material such as silicon, as long as the surface charge is reduced in a liquid that accumulates nonmagnetic particles by applying an electric field. Any material such as a metal material can be used. As described above, the metal oxide has an isoelectric point. Therefore, the surface charge of the magnetic particles can be reduced by using a metal oxide having an isoelectric point close to the pH of the liquid at the time of accumulation by applying an electric field. In addition, by adding an ionic functional group to the surface, it is possible to control the isoelectric point of the magnetic particles and reduce the surface charge. It is also possible to use a method in which the amount of ionic functional groups is directly introduced and a material in which the amount ratio of anionic functional group to cationic functional group is controlled is coated.

また、これらの被覆層は親水層であることが望ましい。一般的にタンパク質等の生体物質は、様々な物質に対して、非特異的に吸着する現象が知られている。本発明においても、検出素子表面への非特異吸着、粒子間の生体物質を介した凝集は問題となる可能性がある。例えば、標的物質を介した形成された複合体以外の磁性粒子が、検出素子表面に非特異的に吸着した場合、ノイズとなる。また、標的物質を介さずに、非磁性粒子と磁性粒子が擬似複合体を形成した場合、この複合体によるシグナルもノイズとなり、検出感度や精度を下げる要因となりえる。しかし、被覆層を親水層とすれば、生体物質の非特異的な吸着の原因のひとつである「疎水性相互作用」を低減することができ、この生体物質の非特異吸着を低減することが可能となる。さらには、水溶液中における分散能をあげることになり、凝集を低減することが可能となる。
(複合体)
磁性粒子に非磁性粒子が保持された複合体とは、第一および第二の標的物質捕捉体が標的物質を捕捉することで、これらの捕捉体にそれぞれ結合する磁性粒子および非磁性粒子が一体となった複合体を指す。
These coating layers are preferably hydrophilic layers. In general, biological substances such as proteins are known to non-specifically adsorb to various substances. Also in the present invention, non-specific adsorption on the surface of the detection element and aggregation between the particles via the biological substance may cause problems. For example, when magnetic particles other than the complex formed through the target substance are adsorbed nonspecifically on the detection element surface, noise is generated. Further, when a non-magnetic particle and a magnetic particle form a pseudo complex without using a target substance, the signal from the complex also becomes noise, which can be a factor of lowering detection sensitivity and accuracy. However, if the coating layer is a hydrophilic layer, it is possible to reduce the “hydrophobic interaction” that is one of the causes of non-specific adsorption of biological substances, and to reduce the non-specific adsorption of biological substances. It becomes possible. Furthermore, dispersibility in an aqueous solution is increased, and aggregation can be reduced.
(Complex)
A complex in which non-magnetic particles are held on magnetic particles means that the first and second target substance capturing bodies capture the target substance, and the magnetic particles and non-magnetic particles that bind to these capturing bodies are integrated. Refers to the complex.

<液体保持領域>
本発明において、液体保持領域とは、標的物質を介して磁性粒子に非磁性粒子が保持された複合体が含まれる液体を保持する領域を意味する。本発明における検出方法は、前記複合体を形成する工程を含む。この工程では、非磁性粒子、磁性粒子、標的物質を液中で混合し、混合液を調整する。この混合液が、液体保持領域に導入され、その結果、液体保持領域内に複合体が保持される。尚、前記混合液は検出カートリッジとは異なる容器、つまり、液体保持領域とは異なる領域内で混合調整した後に、液体保持領域に導入してもよいし、液体保持領域内で混合調整してもよい。また、本発明による検出方法においては、集積領域に集積された複合体等を液体保持部内に再分散させることも可能である。よって、液体保持部は、いわゆるウェル形状の容器であっても、流路形状の容器であってもよく、混合液、洗浄液、分散液等の液体を良好に保持することが可能であればよい。特に、分散液を導入することにより、洗浄、再分散等を行う場合は、流路形状であることが望ましい。
<Liquid holding area>
In the present invention, the liquid holding region means a region holding a liquid containing a complex in which nonmagnetic particles are held on magnetic particles via a target substance. The detection method in the present invention includes a step of forming the complex. In this step, nonmagnetic particles, magnetic particles, and a target substance are mixed in a liquid to prepare a mixed liquid. This mixed liquid is introduced into the liquid holding area, and as a result, the complex is held in the liquid holding area. The mixed liquid may be introduced into the liquid holding area after being mixed and adjusted in a container different from the detection cartridge, that is, in an area different from the liquid holding area, or may be mixed and adjusted in the liquid holding area. Good. In the detection method according to the present invention, it is also possible to re-disperse the complex or the like accumulated in the accumulation region in the liquid holding part. Therefore, the liquid holding part may be a so-called well-shaped container or a channel-shaped container as long as it can hold liquid such as a mixed liquid, a cleaning liquid, and a dispersion liquid satisfactorily. . In particular, in the case where cleaning, redispersion, and the like are performed by introducing a dispersion, the shape of the flow path is desirable.

<集積領域>
本発明において、集積領域とは、複合体を集積する領域を意味する。集積領域は液体保持領域内、又は液体保持領域と接触して設けられる。本発明における検出方法は、電場印加や磁場印加により、複合体を集積領域に引き寄せる工程を含む。よって、電場印加により集積する場合は、集積領域は電場発生手段表面からなる、もしくは近傍に電場発生手段が配置される領域である。また、磁場により集積する場合は、集積領域は磁場発生手段からなる、もしくは近傍に磁場発生手段が配置され領域である。これら電場発生手段からの電場印加、磁場発生手段からの磁場印加により、複合体が好適に集積できれば、集積領域は固相表面はもちろん、液/液界面、任意の液相内の空間等でも構わない。また、集積領域の面積を大きく取りたい場合は、多孔質体表面や、表面近傍を集積領域としてもよく、形状は限定されない。
<Integration area>
In the present invention, the accumulation region means a region where the complex is accumulated. The accumulation area is provided in the liquid holding area or in contact with the liquid holding area. The detection method in the present invention includes a step of drawing the complex to the accumulation region by applying an electric field or a magnetic field. Therefore, in the case of integration by applying an electric field, the integration region is a region that is formed by the surface of the electric field generation unit or in which the electric field generation unit is disposed in the vicinity. Further, in the case of accumulation by a magnetic field, the accumulation region is a region where the magnetic field generation means is arranged in the vicinity or composed of the magnetic field generation means. As long as the composite can be suitably integrated by applying an electric field from these electric field generating means and applying a magnetic field from the magnetic field generating means, the accumulation region may be a liquid / liquid interface, a space in an arbitrary liquid phase, as well as a solid surface. Absent. When it is desired to increase the area of the accumulation region, the surface of the porous body or the vicinity of the surface may be the accumulation region, and the shape is not limited.

二つの集積領域を設けることにより、それぞれの集積領域に複合体を引き寄せる各工程を検出方法が有する場合、当該二つの工程の順序において先に複合体を引き寄せる集積領域を第一の集積領域とし、その後に複合体を引き寄せる集積領域を第二の集積領域とする。   When the detection method has each step of attracting the complex to each accumulation region by providing two accumulation regions, the accumulation region that first draws the complex in the order of the two steps is the first accumulation region, Thereafter, the accumulation region where the composite is attracted is defined as a second accumulation region.

<電場印加>
本発明では、複合体を集積領域に引き寄せる方法の一つとして電場の印加を行う。つまり、電場印加とは、集積領域の表面電荷が、混合液中の非磁性粒子の表面電荷の極性と逆の極性になるように、電位、もしくは電流を印加することを意味する。例えば、広い面積をもつ平行平板間に形成される均一な電場E中に、電荷qを持つ非磁性粒子が置かれた場合、この非磁性粒子に働く力FEは電荷量と電場の積q Eで与えられる。距離dで並べられた平行平板に電圧Vを印加すると平行平板間に作られる電場EはV/dで与えられる。したがって、電荷qを持つ非磁性粒子に働く力FEは、q V/dとなる。非磁性粒子の電荷の極性と逆の極性の平板と、非磁性粒子の間に集積領域を形成することで、非磁性粒子を集積領域へ集めることが可能である。もし、集積領域から遠ざける方向に非磁性粒子に磁力や重力等の他の力が印加されているならば、その力よりも大きな力を印加して集積領域へ非磁性粒子を集めなければならない。この場合、上述のように、平行平板間に印加する電圧を適宜調整することで容易に実現可能である。あるいは電荷量の大きな非磁性粒子を使用しても良いし、平行平板の間隔を調整しても良い。以上の説明においては平行平板を例にとって説明したが、電場を形成するための電極の形状は、これに限られるものではなく、例えば、円筒形のものなど非磁性粒子に電場を印加できるものであればどのような物でも使用可能である。
<Electric field application>
In the present invention, an electric field is applied as one method for attracting the composite to the accumulation region. That is, applying an electric field means applying a potential or current so that the surface charge of the accumulation region has a polarity opposite to the polarity of the surface charge of the nonmagnetic particles in the mixed liquid. For example, when a non-magnetic particle having a charge q is placed in a uniform electric field E formed between parallel flat plates having a large area, the force FE acting on the non-magnetic particle is the product of charge amount and electric field q E Given in. When a voltage V is applied to parallel plates arranged at a distance d, the electric field E created between the parallel plates is given by V / d. Therefore, the force FE acting on the nonmagnetic particles having the charge q is q V / d. By forming an accumulation region between a non-magnetic particle and a flat plate having a polarity opposite to the polarity of the non-magnetic particles, the non-magnetic particles can be collected in the accumulation region. If other force such as magnetic force or gravity is applied to the non-magnetic particles in the direction away from the accumulation region, the non-magnetic particles must be collected in the accumulation region by applying a force larger than that force. In this case, as described above, it can be easily realized by appropriately adjusting the voltage applied between the parallel plates. Alternatively, non-magnetic particles having a large charge amount may be used, and the interval between the parallel plates may be adjusted. In the above description, the parallel plate has been described as an example. However, the shape of the electrode for forming the electric field is not limited to this, and for example, an electric field can be applied to nonmagnetic particles such as a cylindrical one. Anything can be used.

電場の印加は、非磁性粒子が十分に集積領域へ集められるまで続けて行われる。したがって、電場を印加する時間は、非磁性粒子に印加される種々の力と溶液の粘性等によって決められる。非磁性粒子を短時間の内に集積領域へ集める場合には、大きな電場を印加することで実現される。   The application of the electric field is continued until the nonmagnetic particles are sufficiently collected in the accumulation region. Therefore, the time for applying the electric field is determined by various forces applied to the nonmagnetic particles, the viscosity of the solution, and the like. When collecting non-magnetic particles to the accumulation region within a short time, it is realized by applying a large electric field.

<磁場印加>
本発明では、複合体を集積領域に引き寄せる方法の一つとして磁場の印加を行う。磁化Mを持つ磁性粒子には磁場の強度の傾きに依存して力が働き、磁場強度の大きな方へ磁性粒子が移動しようとする。磁場をHとすると磁性粒子に印加される力FHは次式で表される。
<Magnetic field application>
In the present invention, a magnetic field is applied as one method for attracting the composite to the accumulation region. A force acts on the magnetic particles having magnetization M depending on the gradient of the magnetic field strength, and the magnetic particles try to move toward the larger magnetic field strength. When the magnetic field is H, the force FH applied to the magnetic particles is expressed by the following equation.

Figure 2009128169
Figure 2009128169

つまり、磁場印加とは、集積領域に向かって磁性粒子が移動するような力が働くような分布を持つ磁場を与えることを意味する。例えば、円形コイルに電流を流し、このコイルから磁場を発生させることで、磁性粒子に磁場を印加することが可能である。この場合、集積領域は、円形コイルと磁性粒子の間に形成し、円形コイルの中心軸近傍に磁性粒子が位置することが好ましい。円形コイルの半径をa、円形コイルの中心点から磁性粒子までの距離をz、コイルに流す電流の大きさをI、コイルの巻き数をNとすると、この円形コイルから発生し、磁性粒子に印加される磁界の大きさは次式で表される。 In other words, magnetic field application means that a magnetic field having a distribution in which a force that moves the magnetic particles toward the accumulation region works is applied. For example, it is possible to apply a magnetic field to magnetic particles by passing a current through a circular coil and generating a magnetic field from the coil. In this case, the accumulation region is preferably formed between the circular coil and the magnetic particles, and the magnetic particles are preferably located in the vicinity of the central axis of the circular coil. If the radius of the circular coil is a, the distance from the center point of the circular coil to the magnetic particle is z, the magnitude of the current flowing through the coil is I, and the number of turns of the coil is N, the magnetic coil generates a magnetic particle The magnitude of the applied magnetic field is expressed by the following equation.

Figure 2009128169
Figure 2009128169

ここで、磁性粒子が超常磁性を示す場合、この磁性粒子の磁化Mの大きさは印加する磁界の大きさに依存する。特に印加磁界が大きくない場合には、磁化Mの大きさは、印加磁界Hに対して比例し、M = χHで表される。ここでχは磁化率と呼ばれ、磁性体の材質等によって異なる値を示す。また、この関係式が成り立つ磁界の大きさも、磁性体の材質等によって異なるが、例えば、80[kA/m]以下であることが多い。 Here, when the magnetic particles exhibit superparamagnetism, the magnitude of the magnetization M of the magnetic particles depends on the magnitude of the applied magnetic field. In particular, when the applied magnetic field is not large, the magnitude of the magnetization M is proportional to the applied magnetic field H and is represented by M = χH. Here, χ is called magnetic susceptibility and shows a different value depending on the material of the magnetic material. Also, the magnitude of the magnetic field that satisfies this relational expression varies depending on the material of the magnetic material, but is often 80 [kA / m] or less, for example.

上記の様に、磁性粒子の磁化の大きさが印加磁界の大きさに比例している範囲においては、上記円形コイルで磁界を印加すると次式のような磁力FHが磁性粒子に働く。   As described above, in the range where the magnitude of the magnetization of the magnetic particles is proportional to the magnitude of the applied magnetic field, when a magnetic field is applied by the circular coil, a magnetic force FH as shown in the following equation acts on the magnetic particles.

Figure 2009128169
Figure 2009128169

ここで、磁性粒子と非磁性物質を有する複合体に、平行平板によって電場が印加され、かつ円形コイルによって磁場が印加され、複合体に働くそれぞれの力は反平行な向きであるとする。このような状態で、磁場による力が働く向きにある集積領域に複合体を集める場合には、FH > FEとすれば良く、逆に、電場による力が働く向きにある集積領域に複合体を集める場合には、FE > FHとなるようにすれば良い。 Here, it is assumed that an electric field is applied to the composite having magnetic particles and a non-magnetic substance by a parallel plate and a magnetic field is applied by a circular coil, and the forces acting on the composite are in antiparallel directions. In such a state, when collecting the complex in the accumulation region where the force due to the magnetic field is applied, it is sufficient to set FH> FE, and conversely, the complex is accumulated in the accumulation region where the force due to the electric field is applied. When collecting, FE> FH should be satisfied.

磁場の印加は、非磁性粒子が十分に集積領域へ集められるまで続けて行われる。したがって、磁場を印加する時間は、磁性粒子に印加される種々の力と溶液の粘性等によって決められる。磁性粒子を短時間の内に集積領域へ集める場合には、大きな磁場を印加することで実現される。   The application of the magnetic field is continued until the nonmagnetic particles are sufficiently collected in the accumulation region. Therefore, the time for applying the magnetic field is determined by various forces applied to the magnetic particles and the viscosity of the solution. When collecting magnetic particles in the accumulation region within a short time, it is realized by applying a large magnetic field.

磁場は磁場発生手段により印加される。よって、磁場発生手段は電磁石であることが好ましい。また、集積領域との距離を変化させる機構を設ければ、永久磁石により磁場印加を制御することも可能である。よって、磁場印加、解除を好適に制御できれば、磁場発生手段にはどちらも使用可能である。   The magnetic field is applied by magnetic field generating means. Therefore, the magnetic field generating means is preferably an electromagnet. Further, if a mechanism for changing the distance from the accumulation region is provided, it is also possible to control the magnetic field application with a permanent magnet. Therefore, both of the magnetic field generating means can be used as long as the application and release of the magnetic field can be suitably controlled.

<磁気センサ>
磁気センサとしては、磁性標識を検出するセンサであれば、如何なるセンサを用いても良い。中でも、検出領域表面に磁性標識が存在する際の磁界効果を利用する方式が好ましく、特に、磁気抵抗効果素子、ホール効果素子、超電導量子干渉計素子が好適に用いることができる。
<Magnetic sensor>
As the magnetic sensor, any sensor may be used as long as it detects a magnetic label. Among them, a method using a magnetic field effect when a magnetic label is present on the detection region surface is preferable, and in particular, a magnetoresistive effect element, a Hall effect element, and a superconducting quantum interferometer element can be suitably used.

磁気抵抗効果素子は、異方性磁気抵抗効果素子、巨大磁気抵抗効果素子、スピントンネル磁気抵抗効果素子の何れを用いても構わないが、大きな検出信号が期待できるスピントンネル磁気抵抗効果素子がより好ましい。中でもトンネル膜にMgO薄膜を用いた物が大きな検出信号を得られるのでより好ましい。そのようなスピントンネル磁気抵抗効果素子は特開2006-80116号公報等に記載されている。   As the magnetoresistive effect element, any of an anisotropic magnetoresistive effect element, a giant magnetoresistive effect element, and a spin tunnel magnetoresistive effect element may be used, but a spin tunnel magnetoresistive effect element that can expect a large detection signal is more suitable. preferable. Among them, the one using an MgO thin film as the tunnel film is more preferable because a large detection signal can be obtained. Such a spin tunnel magnetoresistive element is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-80116.

磁気抵抗効果素子に用いられる磁性体は、遷移金属元素が主として用いられる。また、耐酸化性を向上させるために、あるいは構造をアモルファスとするために、V、W、Cr、B、Ti等の元素を添加した材料も用いられる。特に、トンネル障壁膜をMgO薄膜とした場合には、MgO薄膜に接する磁性膜はCoFeBであることが好ましい。巨大磁気抵抗効果素子やスピントンネル磁気抵抗効果素子の基本的な膜構成は、磁化フリー層、非磁性層、磁化固定層の3層が挙げられる。非磁性層がCuやCr等の伝導体からなる素子を巨大磁気抵抗効果素子と呼び、非磁性層がAl2O3やMgO等の誘電体膜からなる素子をスピントンネル磁気抵抗効果素子と呼ぶ。これらの磁化固定層は、磁化フリー層を構成する磁性膜の保磁力よりも大きな保磁力を持つ磁性体を用いても良いが、磁化固定層の磁化方向を固定するために磁性膜に反強磁性膜を接して形成し、磁気的に交換結合させたスピンバルブ膜としても良い。反強磁性膜には、例えばMnPt、MnIrなどの導電体やNiO等の絶縁体等が使用可能である。 A transition metal element is mainly used for the magnetic material used for the magnetoresistive effect element. In order to improve oxidation resistance or to make the structure amorphous, a material to which an element such as V, W, Cr, B, or Ti is added is also used. In particular, when the tunnel barrier film is an MgO thin film, the magnetic film in contact with the MgO thin film is preferably CoFeB. The basic film configuration of the giant magnetoresistive effect element and the spin tunnel magnetoresistive effect element includes three layers of a magnetization free layer, a nonmagnetic layer, and a magnetization fixed layer. An element whose nonmagnetic layer is made of a conductor such as Cu or Cr is called a giant magnetoresistive element, and an element whose nonmagnetic layer is made of a dielectric film such as Al 2 O 3 or MgO is called a spin tunnel magnetoresistive element. . These magnetization fixed layers may be made of a magnetic material having a coercive force larger than the coercivity of the magnetic film constituting the magnetization free layer. However, in order to fix the magnetization direction of the magnetization fixed layer, the magnetic film is antiferromagnetic. A spin valve film formed by contacting a magnetic film and magnetically exchange-coupled may be used. For the antiferromagnetic film, for example, a conductor such as MnPt or MnIr or an insulator such as NiO can be used.

ホール効果素子には、Si、Bi、GaAsなどの材料が使用可能である。さらにAlGaN/GaNなどのHEMT(高電子移動度トランジスタ:High Electron Mobility Transistor)構造をもつ多層膜を用いても良い。   Materials such as Si, Bi, and GaAs can be used for the Hall effect element. Furthermore, a multilayer film having a HEMT (High Electron Mobility Transistor) structure such as AlGaN / GaN may be used.

<検出カートリッジ>
本発明による、検出カートリッジは、検体中の標的物質を検出する検出カートリッジであって
標的物質を介して磁性粒子に非磁性粒子が保持された複合体が含まれる液体を保持する液体保持領域と、前記複合体を集積する集積領域を少なくとも一つ以上を備え、少なくともひとつの集積領域が、磁気センサ検出素子表面に配置されることを特徴とする。
<Detection cartridge>
The detection cartridge according to the present invention is a detection cartridge for detecting a target substance in a specimen, and a liquid holding region for holding a liquid containing a complex in which nonmagnetic particles are held on magnetic particles via the target substance; At least one integrated region for integrating the composite is provided, and at least one integrated region is disposed on the surface of the magnetic sensor detection element.

前述のように、本発明は液相で複合体を形成するため、反応時間を短縮することが可能となる。本発明による検出カートリッジは、この複合体が含まれる液体を保持する液体保持領域を備える。そして、前記複合体を集積する集積領域を少なくとも一つ以上を備えることで、液体保持領域に保持された複合体を直接集積することが可能となる。本発明では、検出素子表面近傍を集積領域とすることで、複合体を集積領域に保持したまま検出工程を行うことが可能である。特に、磁気抵抗効果素子のように、検出素子表面近傍における感度が高い磁気センサ素子を用いる場合に効果が大きい。よって、本発明による、検出カートリッジも少なくともひとつの集積領域が磁気センサ検出素子表面に配置されることが望ましい。尚、集積領域は検出カートリッジに備えられるが、磁気センサ素子は、カートリッジ内に備えられても、外部に配置されてもよく、検出時に少なくともひとつの集積領域が、磁気センサ検出素子表面に配置されればよい。   As described above, since the present invention forms a complex in the liquid phase, the reaction time can be shortened. The detection cartridge according to the present invention includes a liquid holding region that holds the liquid containing the complex. In addition, by providing at least one accumulation region in which the complex is accumulated, the complex held in the liquid holding region can be directly accumulated. In the present invention, the detection step can be performed while holding the complex in the integration region by setting the vicinity of the surface of the detection element as the integration region. In particular, the effect is great when a magnetic sensor element having high sensitivity in the vicinity of the detection element surface, such as a magnetoresistive effect element, is used. Therefore, it is desirable that at least one integrated region of the detection cartridge according to the present invention is disposed on the surface of the magnetic sensor detection element. Although the integrated region is provided in the detection cartridge, the magnetic sensor element may be provided in the cartridge or disposed outside, and at least one integrated region is disposed on the surface of the magnetic sensor detection element at the time of detection. Just do it.

また、本発明による検出カートリッジは、前記集積領域の近傍に、もしくは接して、電場発生手段、もしくは磁場発生手段が備えられることが好ましい。   The detection cartridge according to the present invention is preferably provided with an electric field generating means or a magnetic field generating means in the vicinity of or in contact with the integrated region.

<検出キット>
本発明による検出キットは、検体中の標的物質を検出する検出キットであって、第一の標的物質捕捉体を備えた非磁性粒子と、第二の標的物質捕捉体を備えた磁性粒子とを備え、pHが略前記磁性粒子の等電点である水溶液中において、前記非磁性粒子が電荷を帯びていることを特徴とする。
<Detection kit>
A detection kit according to the present invention is a detection kit for detecting a target substance in a specimen, comprising: a non-magnetic particle having a first target substance capturing body; and a magnetic particle having a second target substance capturing body. And the non-magnetic particles are charged in an aqueous solution having a pH substantially equal to the isoelectric point of the magnetic particles.

非磁性粒子と、磁性粒子の関係が上記関係であれば、pHが略前記磁性粒子の等電点である水溶液中において、非磁性粒子は電荷を帯びる。よって、電場印加により集積領域に集積することが可能となる。一方、磁性粒子の表面電荷は小さく、液中に残存することになる。つまり、非磁性粒子を含むものを電場印加により選択的に集積領域に集積し、複合体を形成していない磁性粒子を除去することが可能となる。   If the relationship between the non-magnetic particles and the magnetic particles is the above relationship, the non-magnetic particles are charged in an aqueous solution whose pH is approximately the isoelectric point of the magnetic particles. Therefore, it can be integrated in the integrated region by applying an electric field. On the other hand, the surface charge of the magnetic particles is small and remains in the liquid. That is, it is possible to selectively accumulate nonmagnetic particles in the accumulation region by applying an electric field and remove magnetic particles that do not form a composite.

以下、実施例を用いてさらに詳細に本発明を説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、材料、組成条件、反応条件等、同様な機能、効果を有する検出方法、検出カートリッジ、検出キットが得られる範囲で自由に変えることができる。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples, and detection having similar functions and effects such as materials, composition conditions, reaction conditions, and the like. The method, the detection cartridge, and the detection kit can be freely changed within a range that can be obtained.

以下、本発明について実施例を用いて更に詳細に本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

(実施例1)
本実施例では、第一の標的物質捕捉体を備えた非磁性粒子として、PSA (Prostate specific antigen:前立腺特異抗原)を捕捉する一次抗体を備えたシリカ粒子を用い、さらに第二の標的物質捕捉体を備えた磁性粒子として、PSAを捕捉する二次抗体を備えたマグネタイト粒子を組み合わせて、PSAを検出する。
(1)非磁性粒子の作製
まず、第一の標的物質捕捉体として、PSAを捕捉する一次抗体を有する非磁性粒子を作製する。
(Example 1)
In this example, silica particles having a primary antibody that captures PSA (Prostate specific antigen) are used as nonmagnetic particles having a first target substance capturing body, and second target substance capturing is further performed. PSA is detected by combining magnetite particles with a secondary antibody that captures PSA as magnetic particles with a body.
(1) Production of nonmagnetic particles First, nonmagnetic particles having a primary antibody that captures PSA are produced as a first target substance-capturing body.

シリカ粒子を乾燥N2雰囲気下、加熱処理した後、無水トルエンに分散させる。このシリカ粒子/トルエン分散液に、シランカップリング剤であるアミノプロピルトリメトキシメトキシシランを添加し、シリカ粒子表面にアミノ基を導入する。但し、シリカ粒子に対してアミノ基の導入量が多すぎるとシリカとしての等電点が大きく変化してしまうので、アミノ基の導入量はシリカ粒子の前処理(乾燥条件等)や、シランカップリング処理における条件(濃度、混合比等)を適宜制御する。さらにグルタルアルデヒド等の架橋剤を用いて、前記アミノ基とペプチド鎖間を化学結合させ、一次抗体を固定化する。 The silica particles are heat-treated in a dry N 2 atmosphere and then dispersed in anhydrous toluene. To this silica particle / toluene dispersion, aminopropyltrimethoxymethoxysilane, which is a silane coupling agent, is added to introduce amino groups on the surface of the silica particles. However, if the introduction amount of amino groups relative to the silica particles is too large, the isoelectric point as silica changes greatly, so the introduction amount of amino groups depends on the pretreatment of silica particles (drying conditions, etc.) The conditions (concentration, mixing ratio, etc.) in the ring process are appropriately controlled. Furthermore, using a cross-linking agent such as glutaraldehyde, the amino group and the peptide chain are chemically bonded to immobilize the primary antibody.

この結果、第一の標的物質捕捉体として、PSAを捕捉する一次抗体が備えられたシリカ粒子を得ることができる。このシリカ粒子をpH6.5のリン酸緩衝液に分散させて、非磁性粒子分散液を作製する。尚、シリカの等電点は、2.0付近であるため、pHが中性付近の水溶液中では、本実施例による非磁性粒子は、負に帯電する。
(2)磁性粒子の作製
次に、第二の標的物質捕捉体としてPSAを捕捉する二次抗体を有する磁性粒子を作製する。
As a result, silica particles provided with a primary antibody for capturing PSA can be obtained as the first target substance capturing body. The silica particles are dispersed in a pH 6.5 phosphate buffer to prepare a nonmagnetic particle dispersion. In addition, since the isoelectric point of silica is around 2.0, the nonmagnetic particles according to this example are negatively charged in an aqueous solution having a pH near neutral.
(2) Production of magnetic particles Next, magnetic particles having a secondary antibody that captures PSA as a second target substance capturing body are prepared.

マグネタイト粒子を乾燥N2雰囲気下、加熱処理した後、無水トルエンに分散させる。このマグネタイト粒子/トルエン分散液に、シランカップリング剤であるアミノプロピルトリメトキシメトキシシランを添加し、マグネタイト粒子表面にアミノ基を導入する。但し、マグネタイト粒子に対してアミノ基の導入量が多すぎるとマグネタイトとしての等電点が大きく変化してしまうので、アミノ基の導入量はマグネタイト粒子の前処理(乾燥条件等)や、シランカップリング処理における条件(濃度、混合比等)を適宜制御する。さらにグルタルアルデヒド等の架橋剤を用いて、前記アミノ基とペプチド鎖間を化学結合させ、二次抗体を固定化する。 The magnetite particles are heat-treated in a dry N 2 atmosphere and then dispersed in anhydrous toluene. To this magnetite particle / toluene dispersion, aminopropyltrimethoxymethoxysilane, which is a silane coupling agent, is added to introduce amino groups on the surface of the magnetite particles. However, if the introduction amount of amino groups is too large relative to the magnetite particles, the isoelectric point of the magnetite will change greatly, so the introduction amount of amino groups depends on the pretreatment of the magnetite particles (drying conditions, etc.) The conditions (concentration, mixing ratio, etc.) in the ring process are appropriately controlled. Further, using a cross-linking agent such as glutaraldehyde, the amino group and the peptide chain are chemically bonded to immobilize the secondary antibody.

この結果、第二の標的物質捕捉体として、PSAを捕捉する二次抗体が備えられたマグネタイト粒子を得ることができる。このマグネタイト粒子をpH6.5のリン酸緩衝液に分散させて、磁性粒子分散液を作製する。尚、マグネタイトの等電点は、6.5付近であるため、pHが中性付近の水溶液中では、本実施例による磁性粒子の帯電量は小さい。
(3)検出カートリッジの作製
次に、液体保持領域、集積領域を有する検出用カートリッジを作製する。尚、本実施例では、集積領域は磁気センサ検出素子表面に備えられ、さらに電場印加により、集積領域に非磁性粒子を集積することが可能な検出カートリッジを作製する。
As a result, magnetite particles provided with a secondary antibody that captures PSA can be obtained as the second target substance capturing body. The magnetite particles are dispersed in a pH 6.5 phosphate buffer to prepare a magnetic particle dispersion. In addition, since the isoelectric point of magnetite is around 6.5, the charged amount of the magnetic particles according to this example is small in an aqueous solution having a pH near neutral.
(3) Production of Detection Cartridge Next, a detection cartridge having a liquid holding area and an accumulation area is produced. In the present embodiment, the integrated region is provided on the surface of the magnetic sensor detection element, and a detection cartridge capable of accumulating nonmagnetic particles in the integrated region is produced by applying an electric field.

図7はスピントンネル磁気抵抗効果素子を模式的に示した図である。本実施例では、このスピントンネル磁気抵抗効果素子を検出素子として用いる。そして、その素子表面に絶縁層と電極1を設け、その表面を集積領域として用いる(図8)。図9は本実施例による検出カートリッジの断面を模式的に示した図である。電極1、電極2が液体保持領域に接して配置され、さらに電源供給部と接続される。電極1と電極2は混合液に接する。ただし、図示しないが、電極表面には絶縁層が形成されていることが好ましく、この絶縁層を介して電極は混合液に接する。この電極1が電場発生手段に相当する。図示しないが、検出素子に、測定部が接続されていてもよい。また、混合液に対する撹拌機構が備えられていることが望ましい。
(4)PSAの検出
前記(1)、(2)、(3)において作製される非磁性粒子、磁性粒子、検出カートリッジを用い、以下の操作を行うことで、前立腺癌のマーカーとして知られているPSAの検出することが可能となる。
(a)抗原(標的物質)であるPSAを含むpH6.5のリン酸緩衝液に前記非磁性粒子分散液、磁性粒子分散液を混合、反応させて混合液を調整する。前記混合液を検出カートリッジの液体保持領域に導入する。その結果、液体保持領域内に標的物質を介して磁性粒子に非磁性粒子が保持された複合体が保持される。
(b)電極1の表面電位が正電位になるように、電源供給部より、電流、もしくは電圧を印加し、集積領域に複合体を引き寄せる。
(c)未反応のPSA、磁性粒子をリン酸緩衝液で洗浄する。
(d)集積領域に引き寄せられた複合体の磁性粒子の量を磁気センサにより検出する。
(e)前記磁性粒子の量により、標的物質の量を算出する。
FIG. 7 schematically shows a spin tunnel magnetoresistive element. In this embodiment, this spin tunnel magnetoresistance effect element is used as a detection element. Then, an insulating layer and an electrode 1 are provided on the element surface, and the surface is used as an integrated region (FIG. 8). FIG. 9 is a diagram schematically showing a cross section of the detection cartridge according to the present embodiment. The electrode 1 and the electrode 2 are disposed in contact with the liquid holding region, and further connected to the power supply unit. Electrode 1 and electrode 2 are in contact with the mixed solution. However, although not shown, it is preferable that an insulating layer is formed on the surface of the electrode, and the electrode is in contact with the mixed solution through the insulating layer. This electrode 1 corresponds to an electric field generating means. Although not shown, a measurement unit may be connected to the detection element. Moreover, it is desirable that a stirring mechanism for the mixed solution is provided.
(4) Detection of PSA Using the non-magnetic particles, magnetic particles, and detection cartridge prepared in (1), (2), and (3) above, it is known as a prostate cancer marker by performing the following operations. It is possible to detect the PSA.
(A) The non-magnetic particle dispersion and the magnetic particle dispersion are mixed and reacted in a phosphate buffer solution of pH 6.5 containing PSA as an antigen (target substance) to prepare a mixture. The mixed liquid is introduced into the liquid holding area of the detection cartridge. As a result, the complex in which the nonmagnetic particles are held by the magnetic particles via the target substance is held in the liquid holding region.
(B) A current or voltage is applied from the power supply unit so that the surface potential of the electrode 1 becomes a positive potential, and the composite is drawn to the integrated region.
(C) Unreacted PSA and magnetic particles are washed with a phosphate buffer.
(D) The amount of the composite magnetic particles attracted to the accumulation region is detected by a magnetic sensor.
(E) The amount of the target substance is calculated from the amount of the magnetic particles.

本実施例は、操作(a)において、液相反応で複合体形成を行うため、センサ素子表面において固相反応を行う従来の方法と比較して、反応時間の短縮化が可能となる。特に、標的物質濃度が低い場合は、その効果は大きい。本方法を用いれば、標的物質が低濃度である場合でも、十分な複合体形成を行うまでの反応時間を1/10以下にすることが可能である。   In this example, since the complex is formed by a liquid phase reaction in the operation (a), the reaction time can be shortened as compared with the conventional method in which the solid phase reaction is performed on the surface of the sensor element. In particular, when the target substance concentration is low, the effect is large. If this method is used, even when the target substance is at a low concentration, the reaction time until sufficient complex formation can be reduced to 1/10 or less.

(実施例2)
本実施例では、実施例1と同様な非磁性粒子、磁性粒子を組み合わせて、PSAを検出する。また、本実施例は、検出カートリッジが流路形状であり、ふたつの集積領域である第一の集積領域と第二の集積領域が、異なる領域に形成される例である。第一の集積領域には電場印加により複合体を集積し、第二の集積領域には磁場印加により複合体を集積する。
(1)非磁性粒子の作製
まず、実施例1と同様な方法で、第一の標的物質捕捉体として、PSAを捕捉する一次抗体を備えるシリカ粒子を作製し、さらにシリカ粒子分散液を作製する。
(2)磁性粒子の作製
次に、実施例1と同様な方法で、第二の標的物質捕捉体としてPSAを捕捉する二次抗体を備えるマグネタイト粒子を作製し、さらにマグネタイト粒子分散液を作製する。
(3)検出用カートリッジの作製
次に、液体保持領域、第一の集積領域、第二の集積領域を有する検出カートリッジを作製する。尚、本実施例では、第二の集積領域が磁気センサ検出素子により検出可能な空間に設けられる検出カートリッジを作製する。
(Example 2)
In this example, PSA is detected by combining nonmagnetic particles and magnetic particles similar to those in Example 1. Further, the present embodiment is an example in which the detection cartridge has a flow channel shape, and the first integration region and the second integration region, which are two integration regions, are formed in different regions. In the first integration region, the composite is integrated by applying an electric field, and in the second integration region, the composite is integrated by applying a magnetic field.
(1) Production of non-magnetic particles First, silica particles including a primary antibody that captures PSA are produced as a first target substance-capturing body in the same manner as in Example 1, and a silica particle dispersion is further produced. .
(2) Production of magnetic particles Next, magnetite particles comprising a secondary antibody that captures PSA as a second target substance capturing body are prepared in the same manner as in Example 1, and a magnetite particle dispersion is further prepared. .
(3) Production of Detection Cartridge Next, a detection cartridge having a liquid holding area, a first accumulation area, and a second accumulation area is produced. In the present embodiment, a detection cartridge is produced in which the second integrated region is provided in a space that can be detected by the magnetic sensor detection element.

図10は本実施例による検出カートリッジの断面を模式的に示した図である。電極1、電極2が液体保持領域に接して配置され、さらに電源供給部と接続される。電極1と電極2は混合液に接する。ただし、図示しないが、電極表面には絶縁層が形成されていることが好ましく、この絶縁層を介して電極は混合液に接する。この電極1が電場発生手段に相当する。この電極1表面に第一の集積領域が形成される。   FIG. 10 is a diagram schematically showing a cross section of the detection cartridge according to the present embodiment. The electrode 1 and the electrode 2 are disposed in contact with the liquid holding region, and further connected to the power supply unit. Electrode 1 and electrode 2 are in contact with the mixed solution. However, although not shown, it is preferable that an insulating layer is formed on the electrode surface, and the electrode is in contact with the mixed solution through the insulating layer. This electrode 1 corresponds to an electric field generating means. A first integrated region is formed on the surface of the electrode 1.

尚、充分な量の複合体を効率よく集積するために、電極1の面積は大きい方がよい。さらには、非磁性粒子が充分集積される面積であることが望ましい。例えば、直径100nmの非磁性粒子を1×1010粒子/mlの濃度で、200μl導入し、集積領域に集積する場合、その占有面積は20mm2と予想される。よって、電極1の面積は20mm2以上とすることが望ましい。また、集積効率を上げるために、電極1を多孔質形状にしても構わない。 In order to efficiently accumulate a sufficient amount of the composite, the electrode 1 should have a large area. Furthermore, it is desirable that the area has sufficient accumulation of non-magnetic particles. For example, when 200 μl of nonmagnetic particles having a diameter of 100 nm are introduced at a concentration of 1 × 10 10 particles / ml and accumulated in the accumulation region, the occupied area is expected to be 20 mm 2 . Therefore, the area of the electrode 1 is desirably 20 mm 2 or more. In order to increase the integration efficiency, the electrode 1 may have a porous shape.

さらに、検出素子近傍に、磁石が配置される。この磁石が磁場発生手段に相当する。この磁場発生手段の付近に第二の集積領域が形成される。また、図示しないが、検出素子に、測定部が接続されていてもよい。また、混合液に対する撹拌機構が備えられていることが望ましい。
(4)PSAの検出
前記(1)、(2)、(3)において作製される非磁性粒子、磁性粒子、検出カートリッジを用い、以下の操作を行うことで、前立腺癌のマーカーとして知られているPSAを検出することが可能となる。
(a)抗原(標的物質)であるPSAを含むpH6.5のリン酸緩衝液に、前記非磁性粒子分散液、磁性粒子分散液を混合、反応させて混合液を調整する。前記混合液を検出カートリッジの液体保持領域に導入する。その結果、液体保持領域内に標的物質を介して磁性粒子に非磁性粒子が保持された複合体が保持される。
(b)電極1の表面電位が正電位になるように、電源供給部より、電流、もしくは電圧を印加し、複合体を第一の集積領域に引き寄せる。
(c)複合体を形成していないPSA、磁性粒子をリン酸緩衝液で洗浄する。
(d)電極1の電流、もしくは電圧印加を停止する。すると、第一の集積領域に集積されていた複合体の再分散が始まる。尚、再分散しにくい場合は、ここで再び分散液として、リン酸緩衝液を流し、再分散を促進させる。
(e)磁石により磁場を印加し、複合体を検出素子表面(第二の集積領域)に引き寄せる。尚、前記操作(d)と本操作(e)を同時に行うとよい。また、分散液を流しながら、両操作を行ってもよい。本実施例では、液体導入口側に第一の集積領域、液体排出口側に第二の集積領域を配置している。よって、液体導入口から導入された分散液により、第一の集積領域から再分散した複合体を、効率よく第二の集積領域に再集積することが可能である。
(f)複合体を形成していない非磁性粒子をリン酸緩衝液で洗浄する。
(g)第二の集積領域に引き寄せられた複合体の磁性粒子の量を磁気センサにより検出する。
(h)前記磁性粒子の量により、標的物質の量を算出する。
Further, a magnet is disposed in the vicinity of the detection element. This magnet corresponds to the magnetic field generating means. A second integrated region is formed in the vicinity of the magnetic field generating means. Moreover, although not shown in figure, the measurement part may be connected to the detection element. Moreover, it is desirable that a stirring mechanism for the mixed solution is provided.
(4) Detection of PSA Using the non-magnetic particles, magnetic particles, and detection cartridge prepared in (1), (2), and (3) above, it is known as a prostate cancer marker by performing the following operations. It is possible to detect a PSA.
(A) The non-magnetic particle dispersion and the magnetic particle dispersion are mixed and reacted with a phosphate buffer having a pH of 6.5 containing PSA as an antigen (target substance) to prepare a mixture. The mixed liquid is introduced into the liquid holding area of the detection cartridge. As a result, the complex in which the nonmagnetic particles are held by the magnetic particles via the target substance is held in the liquid holding region.
(B) A current or voltage is applied from the power supply unit so that the surface potential of the electrode 1 becomes a positive potential, and the composite is drawn to the first integrated region.
(C) The PSA and magnetic particles not forming the complex are washed with a phosphate buffer.
(D) The current or voltage application of the electrode 1 is stopped. Then, re-dispersion of the complex accumulated in the first accumulation region starts. In the case where redispersion is difficult, a phosphate buffer solution is again flowed as a dispersion to promote redispersion.
(E) A magnetic field is applied by a magnet to draw the composite to the detection element surface (second integrated region). The operation (d) and the operation (e) may be performed simultaneously. Moreover, you may perform both operation, flowing a dispersion liquid. In this embodiment, the first accumulation region is disposed on the liquid inlet side, and the second accumulation region is disposed on the liquid discharge port side. Therefore, the complex redispersed from the first accumulation region can be efficiently reintegrated in the second accumulation region by the dispersion introduced from the liquid inlet.
(F) Washing non-magnetic particles not forming a complex with a phosphate buffer.
(G) A magnetic sensor detects the amount of the magnetic particles of the composite attracted to the second accumulation region.
(H) The amount of the target substance is calculated from the amount of the magnetic particles.

本実施例は、実施例1と同様に、操作(a)において、液相反応で複合体形成を行うため、検出素子表面において固相反応を行う従来の方法と比較して、反応時間の短縮化が可能となる。さらに、操作(b)(c)において、第一の集積領域に複合体をいったん集積し、操作(d)(e)(f)において、第二の集積領域、すなわち、検出素子表面に複合体をさらに選択的に集積する。よって、同じ検出素子面積の従来の検出素子を用いたセンサと比較して、感度を向上させることが可能となる。特に、標的物質濃度が低い場合は、その効果は大きい。本方法を用いれば、標的物質が低濃度である場合でも、検出感度を10倍以上にすることが可能である。   In this example, as in Example 1, since the complex is formed by the liquid phase reaction in the operation (a), the reaction time is shortened compared to the conventional method in which the solid phase reaction is performed on the detection element surface. Can be realized. Further, in the operations (b) and (c), the complex is once accumulated in the first accumulation region, and in the operations (d), (e), and (f), the complex is formed on the second accumulation region, that is, the detection element surface. Are further selectively collected. Therefore, sensitivity can be improved as compared with a sensor using a conventional detection element having the same detection element area. In particular, when the target substance concentration is low, the effect is large. If this method is used, even when the target substance has a low concentration, the detection sensitivity can be increased 10 times or more.

(実施例3)
本実施例では、実施例一と同様な非磁性粒子、磁性粒子を組み合わせて、PSAを検出する。また、本実施例は、検出カートリッジが流路形状であり、ふたつの集積領域である第一の集積領域と第二の集積領域が、異なる領域に形成される例である。第一の集積領域には磁場印加により複合体を集積し、第二の集積領域には電場印加により複合体を集積する。
(1)非磁性粒子の作製
まず、実施例1と同様な方法で、第一の標的物質捕捉体として、PSAを捕捉する一次抗体を備えるシリカ粒子を作製し、さらにシリカ粒子分散液を作製する。
(2)磁性粒子の作製
次に、実施例1と同様な方法で、第二の標的物質捕捉体としてPSAを捕捉する二次抗体を備えるマグネタイト粒子を作製し、さらにマグネタイト粒子分散液を作製する。
(3)検出用カートリッジの作製
次に、液体保持領域、第一の集積領域、第二の集積領域を有する検出カートリッジを作製する。尚、本実施例では、第二の集積領域が磁気センサ検出素子表面に備えられる検出カートリッジを作製する。
(Example 3)
In this example, PSA is detected by combining nonmagnetic particles and magnetic particles similar to those in Example 1. Further, the present embodiment is an example in which the detection cartridge has a flow channel shape, and the first integration region and the second integration region, which are two integration regions, are formed in different regions. In the first integration region, the composite is integrated by applying a magnetic field, and in the second integration region, the composite is integrated by applying an electric field.
(1) Production of non-magnetic particles First, silica particles including a primary antibody that captures PSA are produced as a first target substance-capturing body in the same manner as in Example 1, and a silica particle dispersion is further produced. .
(2) Production of magnetic particles Next, magnetite particles comprising a secondary antibody that captures PSA as a second target substance capturing body are prepared in the same manner as in Example 1, and a magnetite particle dispersion is further prepared. .
(3) Production of Detection Cartridge Next, a detection cartridge having a liquid holding area, a first accumulation area, and a second accumulation area is produced. In this embodiment, a detection cartridge in which the second integrated region is provided on the surface of the magnetic sensor detection element is manufactured.

図11は本実施例による検出カートリッジの断面を模式的に示した図である。第一の集積領域近傍に磁石が配置され。この磁石が磁場発生手段に相当する。尚、実施例2と同様に、充分な量の複合体を効率よく集積するために、磁石の面積は大きい方がよい。また、集積効率を上げるために、磁石を多孔質形状にしても構わない。電極1、電極2は液体保持領域に接して配置され、さらに電源供給部と接続される。電極1と電極2は混合液に接する。ただし、図示しないが、電極表面には絶縁層が形成されていることが好ましく、この絶縁層を介して電極は混合液に接する。さらに、電極1は検出素子表面に配置される。この電極1が電場発生手段に相当する。この電極1表面に第二の集積領域が形成される。また、図示しないが、検出素子に、測定部が接続されていてもよい。また、混合液に対する撹拌機構が備えられていることが望ましい。
(4)PSAの検出
前記(1)、(2)、(3)において作製される非磁性粒子、磁性粒子、検出カートリッジを用い、以下の操作を行うことで、前立腺癌のマーカーとして知られているPSAを検出することが可能となる。
(a)抗原(標的物質)であるPSAを含むリン酸緩衝液に、前記非磁性粒子分散液、磁性粒子分散液を混合、反応させて混合液を調整する。前記混合液を検出カートリッジの液体保持領域に導入する。その結果、液体保持領域内に標的物質を介して磁性粒子に非磁性粒子が保持された複合体が保持される。
(b)磁石により磁場を印加し、複合体を第一の集積領域に引き寄せる。
(c)複合体を形成していないPSA、非磁性粒子をリン酸緩衝液で洗浄する。
(d)磁石からの磁場印加を停止する。すると、第一の集積領域に集積されていた複合体の再分散が始まる。尚、再分散しにくい場合は、ここで再び分散液として、pH6.5のリン酸緩衝液を流し、再分散を促進させる。
(e)電極1の表面電位が正電位になるように、電源供給部より、電流、もしくは電圧を印加し複合体を検出素子表面(第二の集積領域)に引き寄せる。尚、前記操作(d)と本操作(e)を同時に行うとよい。また、分散液を流しながら、両操作を行ってもよい。本実施例では、液体導入口側に第一の集積領域、液体排出口側に第二の集積領域を配置している。よって、液体導入口から導入された分散液により、第一の集積領域から再分散した複合体を、効率よく第二の集積領域に再集積することが可能である。
(f)複合体を形成していない磁性粒子をリン酸緩衝液で洗浄する。
(g)第二の集積領域に引き寄せられた複合体の磁性粒子の量を磁気センサにより検出する。
(h)前記磁性粒子の量により、標的物質の量を算出する。
FIG. 11 is a diagram schematically showing a cross section of the detection cartridge according to the present embodiment. A magnet is disposed in the vicinity of the first integration region. This magnet corresponds to the magnetic field generating means. As in Example 2, the magnet area should be large in order to efficiently accumulate a sufficient amount of the composite. Further, in order to increase the integration efficiency, the magnet may have a porous shape. The electrode 1 and the electrode 2 are disposed in contact with the liquid holding region, and further connected to the power supply unit. Electrode 1 and electrode 2 are in contact with the mixed solution. However, although not shown, it is preferable that an insulating layer is formed on the surface of the electrode, and the electrode is in contact with the mixed solution through the insulating layer. Further, the electrode 1 is disposed on the detection element surface. This electrode 1 corresponds to an electric field generating means. A second integrated region is formed on the surface of the electrode 1. Moreover, although not shown in figure, the measurement part may be connected to the detection element. Moreover, it is desirable that a stirring mechanism for the mixed solution is provided.
(4) Detection of PSA Using the non-magnetic particles, magnetic particles, and detection cartridge prepared in (1), (2), and (3) above, it is known as a marker for prostate cancer by performing the following operations. It is possible to detect a PSA.
(A) The non-magnetic particle dispersion and the magnetic particle dispersion are mixed and reacted with a phosphate buffer containing PSA as an antigen (target substance) to prepare a mixture. The mixed liquid is introduced into the liquid holding area of the detection cartridge. As a result, the complex in which the nonmagnetic particles are held on the magnetic particles via the target substance is held in the liquid holding region.
(B) A magnetic field is applied by a magnet to draw the composite to the first accumulation region.
(C) Wash the PSA and non-magnetic particles not forming a complex with a phosphate buffer.
(D) Stop application of magnetic field from the magnet. Then, re-dispersion of the complex accumulated in the first accumulation region starts. If redispersion is difficult, a phosphate buffer solution of pH 6.5 is poured again as a dispersion to promote redispersion.
(E) A current or voltage is applied from the power supply unit so that the surface potential of the electrode 1 becomes a positive potential, and the complex is drawn to the detection element surface (second integrated region). The operation (d) and the operation (e) may be performed simultaneously. Moreover, you may perform both operation, flowing a dispersion liquid. In this embodiment, the first accumulation region is disposed on the liquid inlet side, and the second accumulation region is disposed on the liquid discharge port side. Therefore, the complex redispersed from the first accumulation region can be efficiently reintegrated in the second accumulation region by the dispersion introduced from the liquid inlet.
(F) Washing the magnetic particles not forming the complex with a phosphate buffer.
(G) A magnetic sensor detects the amount of the magnetic particles of the composite attracted to the second accumulation region.
(H) The amount of the target substance is calculated from the amount of the magnetic particles.

本実施例は、実施例1と同様に、操作(a)において、液相反応で複合体形成を行うため、検出素子表面において固相反応を行う従来の方法と比較して、反応時間の短縮化が可能となる。さらに、操作(b)(c)において、第一の集積領域に複合体をいったん集積し、操作(d)(e)(f)において、第二の集積領域、すなわち、検出素子表面に複合体をさらに選択的に集積する。
よって、同じ検出素子面積の従来の検出素子を用いたセンサと比較して、感度を向上させることが可能となる。特に、標的物質濃度が低い場合は、その効果は大きい。本方法を用いれば、標的物質が低濃度である場合でも、検出感度を10倍以上にすることが可能である。
In this example, as in Example 1, since the complex is formed by the liquid phase reaction in the operation (a), the reaction time is shortened compared to the conventional method in which the solid phase reaction is performed on the detection element surface. Can be realized. Further, in the operations (b) and (c), the complex is once accumulated in the first accumulation region, and in the operations (d), (e), and (f), the complex is formed on the second accumulation region, that is, the detection element surface. Are further selectively collected.
Therefore, sensitivity can be improved as compared with a sensor using a conventional detection element having the same detection element area. In particular, when the target substance concentration is low, the effect is large. If this method is used, even when the target substance has a low concentration, the detection sensitivity can be increased 10 times or more.

(実施例4)
本実施例では、非磁性粒子、磁性粒子表面に被覆層を形成することにより、粒子表面の帯電性を制御し、PSAを検出する。
Example 4
In this embodiment, by forming a coating layer on the surfaces of nonmagnetic particles and magnetic particles, the chargeability of the particle surfaces is controlled and PSA is detected.

(1)非磁性粒子の作製
まず、第一の標的物質捕捉体として、PSAを捕捉する一次抗体を有し、かつ、表面に被覆層を有する非磁性粒子を作製する。
(1) Preparation of non-magnetic particles First, non-magnetic particles having a primary antibody for capturing PSA and having a coating layer on the surface are prepared as a first target substance capturing body.

シリカ粒子を乾燥N2雰囲気下、加熱処理した後、無水トルエンに分散させる。このシリカ粒子/トルエン分散液に、シランカップリング剤である2-(4-クロロメチルフェニル)エチルトリメトキシシランを添加し、シリカ粒子にクロロメチル基を導入する。この反応はXPSによりCl原子を検出して確認することができる。クロロメチル基を導入したシリカ粒子を水で分散し、ジチオカルバミン酸ナトリウムを添加してクロロメチル基と反応させることで、シリカ粒子表面にUVグラフト重合の開始点を導入する。この反応はXPSによりN原子、S原子を検出して確認することができる。次に、シリカ粒子とアセトンを反応容器にはかりとり、超音波処理によりシリカ粒子をアセトン中に分散させる。次に、反応容器にグリシジルメタクリレートを計り取り、反応容器内を窒素置換する。次いで室温にて波長312nm〜577nmのUVランプを2時間照射することによりUVグラフト重合を進行させ、シリカ粒子表面にポリグリシジルメタクリレートをグラフト化する。この反応は動的光散乱法に基づく粒子径増大で確認することができる。 The silica particles are heat-treated in a dry N 2 atmosphere and then dispersed in anhydrous toluene. To this silica particle / toluene dispersion, 2- (4-chloromethylphenyl) ethyltrimethoxysilane as a silane coupling agent is added to introduce a chloromethyl group into the silica particles. This reaction can be confirmed by detecting Cl atoms by XPS. Silica particles introduced with chloromethyl groups are dispersed in water, and sodium dithiocarbamate is added to react with the chloromethyl groups, thereby introducing UV graft polymerization starting points on the silica particle surfaces. This reaction can be confirmed by detecting N and S atoms by XPS. Next, silica particles and acetone are weighed in a reaction vessel, and the silica particles are dispersed in acetone by ultrasonic treatment. Next, glycidyl methacrylate is measured in the reaction vessel, and the inside of the reaction vessel is replaced with nitrogen. Next, UV graft polymerization proceeds by irradiating a UV lamp having a wavelength of 312 nm to 577 nm for 2 hours at room temperature, and polyglycidyl methacrylate is grafted onto the surface of the silica particles. This reaction can be confirmed by an increase in particle diameter based on the dynamic light scattering method.

以上の操作により、被覆層を形成することができる。この被覆層はポリグリシジルメタクリレートのグラフト層からなる親水層であり、多くのタンパク質に対する非特異吸着防止能に優れ、且つアミノ基を有するために水溶液中で正に帯電する。   The coating layer can be formed by the above operation. This coating layer is a hydrophilic layer composed of a graft layer of polyglycidyl methacrylate, is excellent in the ability to prevent nonspecific adsorption to many proteins, and has an amino group, so that it is positively charged in an aqueous solution.

次に、上述の被覆層を備えた非磁性粒子表面にPSAを捕捉する一次抗体を導入する。まず、非磁性粒子を水に分散させ、アミノエタンチオールとジチオトレイトールを加えて、塩酸水溶液あるいは水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH5に調製し、反応させることによって、非磁性粒子表面(被覆層表面)にアミノ基とチオール基を導入する。次に、N-Succinimidyl 3-(2-pyridyldithio)propionateを加え、室温にて5時間反応させることにより非磁性粒子表面に活性エステル基を導入する。前記活性エステル基と抗体のアミノ基を反応させ、第一の標的物質捕捉体として、PSAを捕捉する一次抗体を固定化することができる。尚、未反応の活性エステル基はエタノールアミンの添加により、キャッピング処理を行うとよい。このシリカ粒子をpH6.5のリン酸緩衝液に分散させて、非磁性粒子分散液を作製する。   Next, a primary antibody that captures PSA is introduced onto the surface of the nonmagnetic particles provided with the above-described coating layer. First, disperse nonmagnetic particles in water, add aminoethanethiol and dithiothreitol, adjust the pH to 5 using an aqueous hydrochloric acid solution or an aqueous sodium hydroxide solution, and react. ) Introduce an amino group and a thiol group. Next, N-Succinimidyl 3- (2-pyridyldithio) propionate is added and reacted at room temperature for 5 hours to introduce active ester groups on the surface of the nonmagnetic particles. A primary antibody that captures PSA can be immobilized as a first target substance capturing body by reacting the active ester group with the amino group of the antibody. The unreacted active ester group may be capped by adding ethanolamine. The silica particles are dispersed in a pH 6.5 phosphate buffer to prepare a nonmagnetic particle dispersion.

(2)磁性粒子の作製
次に、第二の標的物質捕捉体として、PSAを捕捉する二次抗体を有し、かつ、表面に被覆層を有する磁性粒子を作製する。
(2) Production of magnetic particles Next, magnetic particles having a secondary antibody that captures PSA and having a coating layer on the surface are produced as a second target substance capturing body.

まず、無水トルエンにマグネタイト粒子を十分に分散させる。その後、窒素雰囲気下で下記の原子移動ラジカル重合開始基の前駆体(n=6)を加え、マグネタイト粒子の水酸基と前駆体のトリクロロシリル基とを反応させて、マグネタイト粒子の表面に原子移動ラジカル重合開始基を導入する。   First, magnetite particles are sufficiently dispersed in anhydrous toluene. Thereafter, a precursor of the following atom transfer radical polymerization initiating group (n = 6) is added under a nitrogen atmosphere, and the hydroxyl group of the magnetite particle and the trichlorosilyl group of the precursor are reacted to form an atom transfer radical on the surface of the magnetite particle. A polymerization initiating group is introduced.

Figure 2009128169
Figure 2009128169

次に、原子移動ラジカル重合開始基を導入したマグネタイト粒子をメタノールに分散させる。その後、フリーな重合開始剤として2−ブロモイソ酪酸エチルを加え、CuBr、2,2’−ビピリジルを加える。凍結真空脱気により反応系内の酸素を除去した後、窒素で置換し、HEMA(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)モノマーを原子移動ラジカル重合により所定時間反応させる。反応系内にメルカプト酢酸:メルカプトエタノール=1:100(モル比)の割合で大量に加えることにより、マグネタイト粒子上にグラフト化された高分子鎖(PHEMA)末端にカルボキシル基とヒドロキシル基が混在した状態とする。   Next, the magnetite particles into which the atom transfer radical polymerization initiating group has been introduced are dispersed in methanol. Thereafter, ethyl 2-bromoisobutyrate is added as a free polymerization initiator, and CuBr, 2,2'-bipyridyl is added. After removing oxygen in the reaction system by freeze vacuum degassing, it is replaced with nitrogen, and HEMA (2-hydroxyethyl methacrylate) monomer is reacted for a predetermined time by atom transfer radical polymerization. By adding a large amount of mercaptoacetic acid: mercaptoethanol = 1: 100 (molar ratio) in the reaction system, carboxyl groups and hydroxyl groups were mixed at the ends of the polymer chains (PHEMA) grafted on the magnetite particles. State.

X線光電子分光法を用いてS原子を検出することで連鎖移動剤が導入されていることを確認できる。飛行時間型二次イオン質量分析計を用いて、ポリマー末端に結合したメルカプト酢酸とメルカプトエタノールに由来するイオンを検出することで2種類のポリマー末端が形成されていることが確認できる。また、フリーな重合開始種として加えておいた2−ブロモイソ酪酸エチルから生成したPHEMAの分子量と分子量分布を測定すると、数平均分子量が5000で、分子量分布が1.05である。マグネタイト粒子の表面にグラフト化された高分子鎖の膜厚と重量を測定すると、高分子鎖のグラフト密度は、0.4分子/nm2であることがわかる。 It can be confirmed that a chain transfer agent has been introduced by detecting S atoms using X-ray photoelectron spectroscopy. By using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer to detect ions derived from mercaptoacetic acid and mercaptoethanol bonded to the polymer terminal, it can be confirmed that two types of polymer terminal are formed. Moreover, when the molecular weight and molecular weight distribution of PHEMA produced from ethyl 2-bromoisobutyrate added as a free polymerization starting species were measured, the number average molecular weight was 5000 and the molecular weight distribution was 1.05. When the film thickness and weight of the polymer chain grafted on the surface of the magnetite particle are measured, it is found that the graft density of the polymer chain is 0.4 molecule / nm 2 .

以上の操作により、被覆層を形成することができる。この被覆層はPHEMA層からなる親水層であり、多くのタンパク質に対する非特異吸着防止能に優れ、且つヒドロキシル基を有するため、中性付近の水溶液中で帯電量は小さい。   The coating layer can be formed by the above operation. This coating layer is a hydrophilic layer made of a PHEMA layer, has excellent non-specific adsorption preventing ability for many proteins, and has a hydroxyl group, so that the charge amount is small in an aqueous solution near neutrality.

前記マグネタイト粒子の表面に水溶性カルボジイミド(WSC)、N−ヒドロキシルスクシンイミド(NHS)を反応させ、PHEMA層の末端のカルボキシル基を活性エステル基に変換する。二次抗体を溶解したリン酸緩衝溶液中に前記マグネタイト粒子を加え、抗体のアミノ基と前記マグネタイト粒子の活性エステル基とを反応させて、PSAを捕捉する二次抗体を固定化する。尚、未反応の活性エステル基はエタノールアミンの添加により、キャッピング処理を行うとよい。
このマグネタイト粒子をpH6.5のリン酸緩衝液に分散させて、磁性粒子分散液を作製する。
The surface of the magnetite particles is reacted with water-soluble carbodiimide (WSC) and N-hydroxyl succinimide (NHS) to convert the carboxyl group at the end of the PHEMA layer into an active ester group. The magnetite particles are added to a phosphate buffer solution in which a secondary antibody is dissolved, and the amino group of the antibody reacts with the active ester group of the magnetite particles to immobilize the secondary antibody that captures PSA. The unreacted active ester group may be capped by adding ethanolamine.
The magnetite particles are dispersed in a phosphate buffer having a pH of 6.5 to produce a magnetic particle dispersion.

(3)検出用カートリッジの作製
次に、液体保持領域、第一の集積領域および第二の集積領域を有する検出カートリッジを作製する。尚、本実施例では、第二の集積領域が磁気センサ検出素子表面に備えられる検出カートリッジを作製する。
(3) Production of Detection Cartridge Next, a detection cartridge having a liquid holding area, a first accumulation area, and a second accumulation area is produced. In this embodiment, a detection cartridge in which the second integrated region is provided on the surface of the magnetic sensor detection element is manufactured.

図12は本実施例による検出カートリッジの断面を模式的に示した図である。電極1、電極2が液体保持領域に接して配置され、さらに電源供給部と接続される。電極1と電極2は混合液に接する。ただし、図示しないが、電極表面には絶縁層が形成されていることが好ましく、この絶縁層を介して電極は混合液に接する。この電極1が電場発生手段に相当する。   FIG. 12 is a view schematically showing a cross section of the detection cartridge according to the present embodiment. The electrode 1 and the electrode 2 are disposed in contact with the liquid holding region, and further connected to the power supply unit. Electrode 1 and electrode 2 are in contact with the mixed solution. However, although not shown, it is preferable that an insulating layer is formed on the electrode surface, and the electrode is in contact with the mixed solution through the insulating layer. This electrode 1 corresponds to an electric field generating means.

尚、実施例2と同様に、充分な量の複合体を効率よく集積するために、電極1の面積は大きい方がよい。また、集積効率を上げるために、電極1を多孔質形状にしても構わない。   As in Example 2, the electrode 1 should have a large area in order to efficiently accumulate a sufficient amount of the composite. In order to increase the integration efficiency, the electrode 1 may have a porous shape.

さらに、検出素子近傍に、コイルが配置される。このコイルに電流を流すことで、磁場を印加することが可能となる。つまり、このコイルが電場発生手段に相当する。
また、図示しないが、検出素子に、測定部が接続されていてもよい。また、混合液に対する撹拌機構が備えられていることが望ましい。
Further, a coil is disposed in the vicinity of the detection element. A magnetic field can be applied by passing a current through this coil. That is, this coil corresponds to the electric field generating means.
Moreover, although not shown in figure, the measurement part may be connected to the detection element. Moreover, it is desirable that a stirring mechanism for the mixed solution is provided.

(4)PSAの検出
前記(1)、(2)、(3)において作製される非磁性粒子、磁性粒子、検出カートリッジを用い、以下の操作を行うことで、前立腺癌のマーカーとして知られているPSAの検出することが可能となる。
(a)抗原(標的物質)であるPSAを含むpH6.5のリン酸緩衝液に前記非磁性粒子分散液、磁性粒子分散液を混合、反応させて混合液を調整する。前記混合液を検出カートリッジの液体保持領域に導入する。その結果、液体保持領域内に標的物質を介して磁性粒子に非磁性粒子が保持された複合体が保持される。
(b)電極1の表面電位が負電位になるように、電源供給部より、電流、もしくは電圧を印加し、第一の集積領域に複合体を引き寄せる。
(c)複合体を形成していないPSA、磁性粒子をリン酸緩衝液で洗浄する。
(d)電極1の電流、もしくは電圧印加を停止する。すると、第一の集積領域に集積されていた複合体の再分散が始まる。尚、再分散しにくい場合は、ここで再び分散液として、リン酸緩衝液を流し、再分散を促進させる。
(e)コイルに電流を流すことにより磁場を印加し、複合体を検出素子表面(第二の集積領域)に引き寄せる。尚、前記操作(d)と本操作(e)を同時に行うとよい。また、分散液を流しながら、両操作を行ってもよい。
(f)複合体を形成していない非磁性粒子をリン酸緩衝液で洗浄する。
(g)第二の集積領域に引き寄せられた複合体の磁性粒子の量を磁気センサにより検出する。
(h)前記磁性粒子の量により、標的物質の量を算出する。
(4) Detection of PSA Using the non-magnetic particles, magnetic particles, and detection cartridge prepared in (1), (2), and (3) above, it is known as a prostate cancer marker by performing the following operations. It is possible to detect the PSA.
(A) The non-magnetic particle dispersion and the magnetic particle dispersion are mixed and reacted with a phosphate buffer having a pH of 6.5 containing PSA as an antigen (target substance) to prepare a mixture. The mixed liquid is introduced into the liquid holding area of the detection cartridge. As a result, the complex in which the nonmagnetic particles are held by the magnetic particles via the target substance is held in the liquid holding region.
(B) A current or voltage is applied from the power supply unit so that the surface potential of the electrode 1 becomes a negative potential, and the composite is drawn to the first integrated region.
(C) The PSA and magnetic particles not forming the complex are washed with a phosphate buffer.
(D) The current or voltage application of the electrode 1 is stopped. Then, re-dispersion of the complex accumulated in the first accumulation region starts. In the case where redispersion is difficult, a phosphate buffer solution is again flowed as a dispersion to promote redispersion.
(E) A magnetic field is applied by passing an electric current through the coil, and the composite is drawn to the detection element surface (second integrated region). The operation (d) and the operation (e) may be performed simultaneously. Moreover, you may perform both operation, flowing a dispersion liquid.
(F) Washing non-magnetic particles not forming a complex with a phosphate buffer.
(G) A magnetic sensor detects the amount of the magnetic particles of the composite attracted to the second accumulation region.
(H) The amount of the target substance is calculated from the amount of the magnetic particles.

本実施例は、実施例1と同様に、操作(a)において、液相反応で複合体形成を行うため、検出素子表面において固相反応を行う従来の方法と比較して、反応時間の短縮化が可能となる。さらに、操作(b)(c)において、第一の集積領域に複合体をいったん集積し、操作(d)(e)(f)において、第二の集積領域、すなわち、検出素子表面に複合体をさらに選択的に集積する。よって、同じ検出素子面積の従来の検出素子を用いたセンサと比較して、感度を向上させることが可能となる。特に、標的物質濃度が低い場合は、その効果は大きい。本方法を用いれば、標的物質が低濃度である場合でも、検出感度を10倍以上にすることが可能である。   In this example, as in Example 1, since the complex is formed by the liquid phase reaction in the operation (a), the reaction time is shortened compared to the conventional method in which the solid phase reaction is performed on the detection element surface. Can be realized. Further, in the operations (b) and (c), the complex is once accumulated in the first accumulation region, and in the operations (d), (e), and (f), the complex is formed on the second accumulation region, that is, the detection element surface. Are further selectively collected. Therefore, sensitivity can be improved as compared with a sensor using a conventional detection element having the same detection element area. In particular, when the target substance concentration is low, the effect is large. If this method is used, even when the target substance has a low concentration, the detection sensitivity can be increased 10 times or more.

従来の磁性標識を用いた固相分析法の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the solid-phase analysis method using the conventional magnetic label | marker. 本発明による検出方法の第一の実施形態を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically 1st embodiment of the detection method by this invention. 本発明による検出方法の第二の実施形態を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically 2nd embodiment of the detection method by this invention. 本発明による検出方法の第三の実施形態を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically 3rd embodiment of the detection method by this invention. 従来の固相反応における結合率を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the coupling | bonding rate in the conventional solid-phase reaction. 標的物質捕捉体が標的物質を捕捉する状態を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the state in which a target substance capture body captures a target substance. 磁気抵抗効果素子の断面を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the cross section of the magnetoresistive effect element. 電極を表面に備えた磁気抵抗効果素子の断面を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the cross section of the magnetoresistive effect element provided with the electrode on the surface. 実施例1における検出カートリッジの断面を模式的に示した図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross section of a detection cartridge in Example 1. 実施例2における検出カートリッジの断面を模式的に示した図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a cross section of a detection cartridge in Example 2. 実施例3における検出カートリッジの断面を模式的に示した図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing a cross section of a detection cartridge in Example 3. 実施例4における検出カートリッジの断面を模式的に示した図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing a cross section of a detection cartridge in Example 4.

Claims (9)

検体中の標的物質を検出する方法であって
(1)第一の標的物質捕捉体を備えた非磁性粒子と第二の標的物質捕捉体を備えた磁性粒子と前記標的物質とを流体中で接触させ、前記標的物質を介して前記磁性粒子に前記非磁性粒子が保持された複合体を形成する工程と、
(2)電場を印加することにより、前記複合体を集積領域に引き寄せる工程と、
(3)前記集積領域に引き寄せられた前記複合体が有する磁性粒子の量を磁気センサにより検出する工程と、
(4)前記複合体が有する磁性粒子の量により、前記標的物質の量を算出する工程と、
を含むことを特徴とする標的物質の検出方法。
A method for detecting a target substance in a specimen, comprising: (1) a non-magnetic particle having a first target substance capturing body, a magnetic particle having a second target substance capturing body, and the target substance in a fluid. Forming a complex in which the non-magnetic particles are held on the magnetic particles via the target substance, and
(2) attracting the composite to the accumulation region by applying an electric field;
(3) a step of detecting the amount of magnetic particles possessed by the complex attracted to the accumulation region by a magnetic sensor;
(4) calculating the amount of the target substance based on the amount of magnetic particles possessed by the complex;
A method for detecting a target substance, comprising:
検体中の標的物質を検出する方法であって、
(1)第一の標的物質捕捉体を備えた非磁性粒子と第二の標的物質捕捉体を備えた磁性粒子と前記標的物質とを流体中で接触させ、前記標的物質を介して前記磁性粒子に前記非磁性粒子が保持された複合体を形成する工程と、
(2)電場を印加することにより、前記複合体を第一の集積領域に引き寄せる工程と、
(3)複合体を形成していない磁性粒子を除去する工程と、
(4)磁場を印加することにより、前記複合体を第二の集積領域に引き寄せる工程と、
(5)前記第二の集積領域に引き寄せられた前記複合体の有する磁性粒子の量を磁気センサにより検出する工程と、
(6)前記複合体の有する磁性粒子の量により、前記標的物質の量を算出する工程と、
を含むことを特徴とする標的物質の検出方法 。
A method for detecting a target substance in a specimen,
(1) A non-magnetic particle having a first target substance capturing body, a magnetic particle having a second target substance capturing body, and the target substance are contacted in a fluid, and the magnetic particles are passed through the target substance. Forming a composite with the non-magnetic particles held therein,
(2) drawing the composite to the first integration region by applying an electric field;
(3) removing the magnetic particles not forming the complex;
(4) drawing the composite to the second integration region by applying a magnetic field;
(5) a step of detecting the amount of magnetic particles of the composite attracted to the second accumulation region by a magnetic sensor;
(6) calculating the amount of the target substance based on the amount of magnetic particles of the complex;
A method for detecting a target substance, comprising:
検体中の標的物質を検出する方法であって、
(1)第一の標的物質捕捉体を備えた非磁性粒子と第二の標的物質捕捉体を備えた磁性粒子と前記標的物質とを流体中で接触させ、前記標的物質を介して前記磁性粒子に前記非磁性粒子が保持された複合体を形成する工程と、
(2)磁場を印加することにより、前記複合体を第一の集積領域に引き寄せる工程と、
(3)電場を印加することにより、前記複合体を第二の集積領域に引き寄せる工程と、
(4)前記第二の集積領域に引き寄せられた前記複合体の有する磁性粒子の量を磁気センサにより検出する工程と、
(5)前記複合体の有する磁性粒子の量により、前記標的物質の量を算出する工程と、
を含むことを特徴とする標的物質の検出方法。
A method for detecting a target substance in a specimen,
(1) A non-magnetic particle having a first target substance capturing body, a magnetic particle having a second target substance capturing body, and the target substance are contacted in a fluid, and the magnetic particles are passed through the target substance. Forming a composite with the non-magnetic particles held therein,
(2) drawing the composite to the first integrated region by applying a magnetic field;
(3) drawing the composite to the second integration region by applying an electric field;
(4) detecting the amount of magnetic particles of the composite attracted to the second accumulation region by a magnetic sensor;
(5) calculating the amount of the target substance based on the amount of magnetic particles of the complex;
A method for detecting a target substance, comprising:
前記第一の標的物質捕捉体と第二の標的物質捕捉体が、空間的に標的物質の異なる領域を捕捉することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の検出方法。   The detection method according to claim 1, wherein the first target substance capturing body and the second target substance capturing body capture spatially different regions of the target substance. 検体中の標的物質を検出する検出カートリッジであって、
前記標的物質を介して磁性粒子に非磁性粒子が保持された複合体が含まれる液体を保持する液体保持領域と、
前記複合体を集積する集積領域の少なくとも一つ以上とを備え、
少なくとも一つの前記集積領域が、磁気センサ検出素子により検出可能な空間に設けられる
ことを特徴とする検出カートリッジ。
A detection cartridge for detecting a target substance in a specimen,
A liquid holding region for holding a liquid containing a complex in which nonmagnetic particles are held on magnetic particles via the target substance;
Comprising at least one or more integration regions for integrating the composite,
A detection cartridge, wherein at least one of the integrated regions is provided in a space that can be detected by a magnetic sensor detection element.
前記集積領域の近傍に、もしくは接して、電場発生手段もしくは磁場発生手段が備えられることを特徴とする請求項5に記載の検出カートリッジ。   The detection cartridge according to claim 5, further comprising an electric field generation unit or a magnetic field generation unit in the vicinity of or in contact with the accumulation region. 検体中の標的物質を検出する検出キットであって、
第一の標的物質捕捉体を備えた非磁性粒子と、
第二の標的物質捕捉体を備えた磁性粒子とを備え、
pHが略前記磁性粒子の等電点である水溶液中において、前記非磁性粒子が電荷を帯びる
ことを特徴とする検出キット。
A detection kit for detecting a target substance in a sample,
A non-magnetic particle having a first target substance capturing body;
A magnetic particle having a second target substance capturing body,
A detection kit, wherein the non-magnetic particles are charged in an aqueous solution whose pH is approximately the isoelectric point of the magnetic particles.
前記磁性粒子および非磁性粒子の少なくとも一方が表面に被覆層を有することを特徴とする請求項7に記載の検出キット。   The detection kit according to claim 7, wherein at least one of the magnetic particles and the nonmagnetic particles has a coating layer on a surface thereof. 前記被覆層がイオン性官能基を有することを特徴とする、請求項8に記載の検出キット。   The detection kit according to claim 8, wherein the coating layer has an ionic functional group.
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