JP2015192957A - Agitator and agitation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、抗体、抗原等の生体物質の分析に用いる攪拌装置及び攪拌方法に関する。 The present invention relates to a stirring device and a stirring method used for analysis of biological materials such as antibodies and antigens.
疾病に関連付けられた特定の抗原または抗体をバイオマーカーとして検出することで、疾病の発見や治療の効果等を定量的に分析する免疫検定法(immunoassay)が知られている。免疫検定法の一つとして、容器の内壁面に固定された第1抗体と試料液中の抗原とを反応させ、反応しなかった物質を除去した後、反応した抗原と磁性材料を内包するビーズで標識された第2抗体との反応量を定量する方法が提案されている。反応量は、ビーズに含有させた蛍光物質が発する光を検出することやビーズの個数を計数することにより定量される。このようなビーズを用いた方法として、目的の反応後の溶液中のビーズを磁石により吸引して収集する方法、磁石を回転させて溶液中のビーズを攪拌する方法等が知られている(特許文献1参照)。 An immunoassay is known in which a specific antigen or antibody associated with a disease is detected as a biomarker to quantitatively analyze the effect of disease discovery or treatment. As one of the immunoassays, the first antibody fixed on the inner wall surface of the container is reacted with the antigen in the sample solution, the unreacted substance is removed, and then the beads encapsulating the reacted antigen and the magnetic material There has been proposed a method for quantifying the amount of reaction with the second antibody labeled with. The reaction amount is quantified by detecting the light emitted from the fluorescent substance contained in the beads or counting the number of beads. As a method using such beads, there are known a method of collecting beads by attracting beads in a solution after a target reaction with a magnet, a method of rotating beads and stirring the beads in the solution, etc. (Patent) Reference 1).
一方、光ディスクに固定された抗体と試料中の抗原を結合させ、抗体を有するビーズにより抗原を標識し、光ヘッドで走査することにより、ディスク上に固定されたビーズを計数する技術が提案されている(特許文献2参照)。一般にこのような技術は、表面に抗体が固定されたビーズの一部が、バイオマーカーと反応しないまま基板に非特異吸着してしまう。 On the other hand, a technique has been proposed in which the antibody fixed on the optical disk is bound to the antigen in the sample, the antigen is labeled with the beads having the antibody, and the beads fixed on the disk are counted by scanning with an optical head. (See Patent Document 2). In general, in such a technique, a part of a bead having an antibody immobilized on its surface is non-specifically adsorbed on a substrate without reacting with a biomarker.
ビーズとバイオマーカーとの衝突及びバイオマーカーと基板の抗体との衝突は起こりにくく、一般に、投入したバイオマーカーが基板上に捕捉される確立は、0.1〜1%程度となる。すると、バイオマーカーの濃度によっては、検出信号に含まれる非特異吸着によるノイズも影響し、バイオマーカーの検出が困難になる。 The collision between the bead and the biomarker and the collision between the biomarker and the antibody on the substrate are unlikely to occur, and generally, the probability that the input biomarker is captured on the substrate is about 0.1 to 1%. Then, depending on the concentration of the biomarker, noise due to non-specific adsorption contained in the detection signal is also affected, making it difficult to detect the biomarker.
磁石を回転させることによりビーズを含む溶液を攪拌したとしても、基板上に特異的に結合するビーズの顕著な増加は見込めない。また、特許文献1の技術を用いてビーズを基板表面に収集する場合、磁力によりビーズの基板への非特異吸着が増加し、検出精度が悪化するおそれがある。
Even if the solution containing the beads is stirred by rotating the magnet, a significant increase in the number of beads that specifically bind on the substrate cannot be expected. In addition, when beads are collected on the substrate surface using the technique of
上記問題点を鑑み、本発明は、検出対象を標識するビーズの検出精度を向上できる撹拌装置及び攪拌方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a stirring device and a stirring method that can improve the detection accuracy of beads that label a detection target.
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様は、検出対象(52)と特異的に結合する第1物質(51)が内底面に固定され、磁性材料(55)を内包して検出対象(52)と特異的に結合する第2物質(54)が表面に固定された粒子(53)を含む溶液を保持する容器(17)の上方及び下方に位置するように配置される磁石(31,33)と、粒子(53)に対して上方向に作用する磁力の力積が、粒子(53)に対して下方向に作用する磁力の力積より大きくなるように、磁石(31,33)により粒子(53)に対して上方向及び下方向に交互に優先的に磁力を作用させる制御部(4)とを備える撹拌装置であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, a first substance (51) that specifically binds to a detection target (52) is fixed to an inner bottom surface and includes a magnetic material (55). Magnets arranged so that the second substance (54) that specifically binds to the detection target (52) is positioned above and below the container (17) holding the solution containing the particles (53) immobilized on the surface. (31, 33) and the magnet (31) so that the impulse of the magnetic force acting upward on the particle (53) is larger than the impulse of the magnetic force acting downward on the particle (53). , 33) and a control unit (4) for preferentially applying a magnetic force in an upward direction and a downward direction to the particles (53).
本発明の第2の態様は、検出対象と特異的に結合する第1物質が内底面に固定され、磁性材料を内包して検出対象と特異的に結合する第2物質が表面に固定された粒子を含む溶液を保持する容器の上方及び下方に位置するように磁石の磁力を、粒子に対して上方向に作用する磁力の力積が、粒子に対して下方向に作用する磁力の力積より大きくなるように、磁石により前記粒子に対して上方向及び下方向に交互に優先的に作用させるステップを含む攪拌方法であることを特徴とする。 In the second aspect of the present invention, the first substance that specifically binds to the detection target is fixed to the inner bottom surface, and the second substance that contains the magnetic material and specifically binds to the detection target is fixed to the surface. The product of the magnetic force acting on the particles upward and the magnetic force acting on the particles downward is applied to the particles so as to be positioned above and below the container holding the solution containing the particles. The stirring method includes a step of preferentially acting on the particles in an upward direction and a downward direction with a magnet so as to be larger.
本発明によれば、検出対象を標識するビーズの検出精度を向上できる撹拌装置及び攪拌方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the stirring apparatus and stirring method which can improve the detection precision of the bead which labels a detection target can be provided.
次に、図面を参照して、本発明の第1及び第2実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略している。 Next, first and second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に撹拌装置は、図1に示すように、基板10と、基板10を回転させるモータ2と、基板10の上方及び下方に位置するように配置された磁石3と、モータ2及び磁石3を制御する制御部4とを備える。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the stirring device according to the first embodiment of the present invention includes a
基板10は、例えば、コンパクトディスク(CD)、デジタルバーサタイルディスク(DVD)、ブルーレイディスク(BD)等の光ディスクと同等の寸法を有する円盤状である。基板10は、例えば、一般の光ディスクに用いられるポリカーボネート樹脂やシクロオレフィンポリマー等の疎水性を有する樹脂材料からなる。また、基板10表面には必要に応じて、薄膜形成やシランカップリング剤などによる表面処理を施すこともできる。
The
基板10は、例えば図2に示すように、それぞれ上面から下面に貫通する複数の貫通孔16を有するウェル15が上面に配置される。ウェル15は、例えばシリコーンゴム等からなる。貫通孔16は、基板10と同心円状に配列される。
For example, as shown in FIG. 2, the
基板10は、図3に示すように、例えば、上面において内周側から外周側にスパイラル状に形成されることにより、半径方向に交互に形成された凹状のグルーブ13及び凸状のランド14を有する。基板10及びウェル15は、複数の貫通孔16のそれぞれ下端が基板10の上面に塞がれることにより、試料等を含む溶液Tを保持する容器17を構成する。基板10の上面及びウェル15の内側面は、それぞれ容器17の内底面及び内側面に相当する。なお、本発明の実施例では基板10及びウェル15により容器17を構成しているが、容器はこのような形状に限らず、例えばウェル15により一体的に構成されてもよい。
As shown in FIG. 3, the
基板10は、図4に示すように、検出対象の生体物質の表面に発現する抗原52と特異的に結合する抗体(第1物質)51が表面に固定される。抗原52が、表面に抗原52と特異的に結合する抗体(第2物質)54が固定されたビーズ(粒子)53に標識されることにより、抗原52及びビーズ53は、基板10の表面に対して相対的に固定される。抗原52は、抗体51及び抗体54と特異的に結合する。これにより標識のビーズ(粒子)53を検出することで、疾病等の指標となるバイオマーカーの濃度を定量することが出来る。
As shown in FIG. 4, the
ビーズ53は、例えば、フェライト等の磁性材料55を内包するポリスチレン等の合成樹脂により略球形に形成される。ビーズ53の直径は、数十nm〜数百nm程度であり、例えば直径200nmである。
The
図4(a)に示すように、基板10は、予め、表面に抗体51が固定される。抗体51は、疎水結合や共有結合により基板10の上面に結合される。抗体51は、アビジン等の物質を介して基板10の上面に固定されてもよい。また、抗体51は、グルーブ13のみに固定されてもよく、ランド14のみに固定されるようにしてもよい。
As shown in FIG. 4 (a), the
次に、図4(b)に示すように、抗原52を含む試料液が容器17に注入される。抗原52は、ブラウン運動により試料液中を移動することにより抗体51と接触し、抗原抗体反応により、抗体51と特異的に結合する。
Next, as shown in FIG. 4B, a sample solution containing the
次に、図4(c)に示すように、ビーズ53を含む緩衝液が容器17に注入される。ビーズ53の表面に固定された抗体54は、試料液及び緩衝液を含む溶液T中において、抗原抗体反応により、抗原52と特異的に結合する。ビーズ53は、抗原52と結合することにより、抗原52を標識する。
Next, as shown in FIG. 4C, a buffer
ビーズ53は、緩衝液が注入される際に容器17の下方に磁石が配置されることにより、迅速に基板10の上面に集合され、抗原52との反応を促進することができるが、非特異吸着の発生が増加し、後の検出結果に悪影響を及ぼしてしまう。第1実施形態に係る撹拌装置は、磁石3が容器17の上方及び下方に位置するように配置され、変位することにより、非特異吸着の発生を低減する。
The
なお、抗体51及び抗体54とは、抗原52と特異的に結合する特異性生体物質であればよく、それぞれが別の部位と結合する組み合わせを選択する。また、複数種類の抗原52が表面に発現しているエキソソーム等の膜小胞を検出対象とする場合は、抗体51及び抗体54は異なる種類とすることにより、2種類の抗原52を有する生体試料を検出することができる。これに限らず、エキソソーム等は通常の抗原とは異なり、表面に同種のたんぱく質である抗原が複数存在していることから、抗体51及び抗体54は、同じ種類とされてもよい。
The
図4(d)に示すように、容器17に注入された溶液Tを、洗浄バッファー及び純水等を用いて洗浄することにより、抗体51と結合しない余剰の抗原52と、抗原52と結合しない余剰のビーズ53とを含む溶液が除去される。そして、ウェル15を基板10から分離した後、光ピックアップにより基板10が光学的に走査され、ビーズ53が検出されることにより、ビーズ53に標識された抗原52を分析することができる。
As shown in FIG. 4D, the solution T injected into the
磁石3は、互いの間の距離を固定され、容器17の上方及び下方に配置された一対の永久磁石31a,31bと、永久磁石31a,31bを保持する磁石保持部32とを備える。永久磁石31a,31bは、容器17に向く側の極性が互いに異なるように配置される。
The
磁石保持部32は、基板10の外周側から容器17を挟み込むように、概略としてC字型に形成され、両端側において永久磁石31a,31bをそれぞれ保持する。永久磁石31a,31bは、制御部4の制御に応じて磁石保持部32が駆動部43により駆動されることにより、設定された範囲で垂直方向に移動する。
The
制御部4は、駆動部43を制御することにより磁石3の駆動を制御する駆動制御部41と、モータ2を制御することにより基板10を回転させる回転制御部42とを有する。
The
駆動制御部41は、溶液T中のビーズ53に対して上方向に作用する磁力の力積が、下方向に作用する磁力の力積より大きくなるように、永久磁石31a,31bによりビーズ53に対して上方向及び下方向に交互に優先的に磁力を作用させる。
The
回転制御部42は、1つの容器17において永久磁石31a,31bの磁力による攪拌が終了した後、隣接する容器17において永久磁石31a,31bの磁力による攪拌を行うように、モータ2に基板10を回転させる。
The
図5を用いて、駆動制御部41が駆動部43に磁石3を移動させることにより、容器17に注入された溶液Tを攪拌する第1実施形態に係る撹拌装置の動作の一例を説明する。図5において、横軸は時間、縦軸は磁石3の上方への移動距離を示している。
An example of the operation of the agitation apparatus according to the first embodiment in which the
時刻t1において、図6に示すように、磁石3は、設定された移動範囲で容器17に対して最低点に位置する。このとき、溶液T中のビーズ53は、上方の永久磁石31aの磁力が優先的に作用し、上方に移動する。時刻t1から時刻t2までの間、駆動制御部41は、駆動部43により磁石3を上方に移動させる。
At time t 1, as shown in FIG. 6, the
時刻t2において、図7に示すように、磁石3は、設定された移動範囲で容器17に対して最高点に位置する。時刻t2において、溶液T中のビーズ53は、下方の永久磁石31bの磁力が最も優先的に作用することにより、下方に移動する。
In time t 2, the as shown in FIG. 7, the
ここで、ビーズ53の移動終端速度Uは、式(1)のように表される。
U=F/(3πμdp) …(1)
式(1)において、Fはビーズ53に掛かる力、dpはビーズ53の直径、μは磁性材料55の透磁率を示す。力Fは、式(2)のように表される。
F=(1−Nd)μ0μrVp(H・∇H) …(2)
式(2)において、Hは永久磁石31a,31bによる磁界、Ndは反磁界係数、Vpは内包される磁性材料55の体積、dpはビーズ53の直径、μは磁性体の透磁率である。
Here, the movement termination speed U of the
U = F / (3πμdp) (1)
In the formula (1), F represents the force applied to the
F = (1-Nd) μ 0 μr Vp (H · ∇H) (2)
In Equation (2), H is the magnetic field generated by the
力Fは、磁界によりビーズ53に掛かる引力と、溶液T中を移動する間に受ける溶液Tの粘性抵抗及びビーズ53の速度の積に比例した反力との和となる。ビーズ53は、力Fの引力と反力とが釣り合った時点で等速運動する。但し、上述のようにビーズ53はナノサイズであり、低レイノルズ数条件を十分に満たす。また、ビーズ53の密度が1に近いと考えると、ビーズ53は、磁界印加と同時に溶液T中を等速運動すると考えることができる。
The force F is the sum of the attractive force applied to the
しかしながら、ビーズ53と永久磁石31a,31bとの距離が短くなる程、それぞれ永久磁石31a,31bによる引力が大きくなるため、ビーズ53は加速される。下方の永久磁石31bの引力によってビーズ53が加速され、基板10とビーズ53との衝突が増加すると、ビーズ53の基板10における非特異吸着が増加してしまう。
However, as the distance between the
ビーズ53の非特異吸着を低減するために、磁石3は、駆動制御部41の制御により、時刻t2において上方の永久磁石31aに最も近接した直後、時刻t3までの間、下方に移動する。時刻t2から時刻t3までの磁石3の移動に関するプロファイルは、式(1)、式(2)、磁石の移動距離、容器17のサイズ等により決定することができる。時刻t2から時刻t3までの間、ビーズ53には、上方の永久磁石31aによる引力が優先的に作用する。
To reduce non-specific adsorption of the
時刻t3において、磁石3は、容器17と上方の永久磁石31a及び下方の永久磁石31bとまでの距離がそれぞれ等しくなる中間位置に位置する。このとき、溶液T中のビーズ53は、永久磁石31aによる引力と永久磁石31bによる引力とが釣り合うことにより、磁力による移動をしない。
At time t 3, the
時刻t3から時刻t4までの間、磁石3は、駆動部43により中間位置に保持される。時刻t3から時刻t4までの間、溶液T中のビーズ53は、式(3)に従ってブラウン運動による拡散が生じる。
D=KT/(3πηdp) …(3)
From time t 3 to time t 4 , the
D = KT / (3πηdp) (3)
式(3)において、Dはビーズ53の移動距離、Tは温度、Kはボルツマン定数、ηは溶液Tの粘性定数、dpはビーズ53の直径である。時刻t3から時刻t4までの間、ビーズ53の拡散により、抗原52と、抗体51及び抗体54との抗原抗体反応が促進される。溶液T中の抗原抗体反応は、例えば、容器17が37℃の状態で2分以上維持されることにより飽和する。時刻t4から時刻t5までの間、駆動制御部41は、駆動部43により磁石3を下降させる。磁石3は、時刻t5において、設定された移動範囲で容器17に対して最低点に位置する。
In Expression (3), D is the moving distance of the
ここで、ビーズ53は、溶液T中において分布して存在する。よって、一部のビーズ53が基板10に到達し、永久磁石31bによる引力が作用し続けることが考えられる。すると、一部のビーズ53は、バイオマーカーである抗原52を有する生体物質を介さずに、ファンデルワース力等により基板10の抗体51と直接結合してしまう。
Here, the
そこで、駆動制御部41は、時刻t5〜t6において、上方の永久磁石31aを容器17と最も近接させた状態で磁石3を保持する。永久磁石31aと溶液Tの液面との距離は、ビーズ53の非特異吸着力より大きく、特異吸着力より小さな力Fが永久磁石31aにより印加される距離であることが望ましい。
Therefore, the
−非特異吸着と磁界との関係−
発明者らは、図8に示すように、溶液Tが注入された容器17の下方に、容器17の底面をなす基板10と磁石31との間の距離Dとなるように磁石31を配置し、磁石31により溶液Tに磁界を印加した時間を変更し、抗体51が固定された基板10に非特異吸着したビーズ53を検出した。図9に示すように、距離Dが1mmの場合の検出量は、5mmの場合の検出量よりも大きくなる。また、距離Dが1mm、5mmの場合のビーズ53の検出量は、共に、磁界の印加時間が長くなる程増加している。
-Relationship between non-specific adsorption and magnetic field-
As shown in FIG. 8, the inventors arrange the
また、図10に示すように、磁石31の種類に関係なく、磁石31からの距離が短いほど磁束密度は大きくなる。図9の検出結果は、磁石31が図10のN45t6である場合の結果である。N45t6は、材料がN45、厚さが6mmのネオジウム磁石であることを意味する。図10に示す例おいて用いたネオジウム磁石は、円柱形であり、直径が6mmである。磁石31がN45t6である場合、距離Dが1mmのときの磁束密度は4000G、距離Dが5mmのときの磁束密度は720G程度であり、その差は5.5倍程度である。
As shown in FIG. 10, the magnetic flux density increases as the distance from the
以上から、強い磁力を掛ける程、短時間で、非特異吸着したビーズ53の数が増加することが分かる。また、ビーズ53の非特異吸着は、ビーズ53に作用する磁力と、その作用時間との積算で増加することが分かる。基板10に非特異吸着したビーズ53は、バイオマーカーの検出においてノイズとして検出され、検出精度を悪化させる要因となる。
From the above, it can be seen that the more the magnetic force is applied, the more the number of non-specifically adsorbed
図5の時刻t1から時刻t6までの間、駆動部43は、駆動制御部41の制御に応じて、永久磁石31a,31bにより、ビーズ53に対して上方向に作用する磁力の力積が、下方向に作用する磁力の力積より大きくなるように、磁石3を移動させる。駆動部43は、時刻t1から時刻t6までを1周期として磁石3の移動を繰り返し、ビーズ53に対して上方向及び下方向に交互に優先的に磁力を作用させることにより、溶液Tを攪拌する。
During the period from time t 1 to time t 6 in FIG. 5, the
本発明の第1実施形態に係る撹拌装置は、以上のようにビーズ53に磁力を作用させることにより、ビーズ53の非特異吸着が低減する他、ビーズ53の行程距離が長くなることによりバイオマーカーとの衝突確率を高くすることができる。よって、基板10が光学的に走査さる際、検出信号において、基板10上に非特異吸着されたビーズ53によるノイズNが低減され、バイオマーカーを標識したビーズ53による信号Sが増加される。このように、第1実施形態に係る撹拌装置によれば、SN比を向上し、検出対象を標識するビーズ53の検出精度を向上することができる。
The stirrer according to the first embodiment of the present invention reduces the nonspecific adsorption of the
−比較例−
図11を用いて、第1実施形態に係る撹拌装置によりバイオマーカーを標識してビーズ53を計数した結果P1と、従来方法によりバイオマーカーを標識してビーズ53を計数した結果P2との比較例を説明する。横軸は、検出対象となるバイオマーカー(抗原52)の濃度であり、縦軸はビーズ53を検出の計数結果である。
-Comparative example-
FIG. 11 is a comparative example of the result P1 obtained by labeling the biomarker with the stirrer according to the first embodiment and counting the
結果P1,P2について、理想的にはバイオマーカー含有量が0であれば計数結果も0となるべきである。しかしながら、非特異吸着のため、バイオマーカーの濃度が0であっても、非特異吸着により基板10の表面に固定されたビーズ53がノイズとして計数されてしまう。
For results P1 and P2, ideally, if the biomarker content is 0, the counting result should also be 0. However, due to non-specific adsorption, even if the biomarker concentration is 0,
結果P1のノイズレベルQ1は、結果P2のノイズレベルQ2に対して減少していることが分かる。更に結果P1は、結果P2よりも同濃度のバイオマーカーの検出量が増加している。よって、第1実施形態に係る撹拌装置によれば、バイオマーカーを標識したビーズ53の検出信号のSN比を向上できることが分かる。
It can be seen that the noise level Q1 of the result P1 is reduced with respect to the noise level Q2 of the result P2. Furthermore, in the result P1, the detected amount of the biomarker at the same concentration is increased as compared with the result P2. Therefore, according to the stirring apparatus which concerns on 1st Embodiment, it turns out that the SN ratio of the detection signal of the
曲線P1,P2において、誤差下限と曲線P1,P2の各バックグラウンドノイズレベルQ1,Q2との接点(交点)をそれぞれ最小検出感度R1,R2という。最小検出感度R1は、最小検出感度R2に比べて向上しており、バイオマーカー検出の感度が向上していることが分かる。よって、第1実施形態に係る撹拌装置によれば、生体物質等の分析において疾病等の検出感度を向上できることが分かる。 In the curves P1 and P2, the contact points (intersections) between the lower limit of error and the background noise levels Q1 and Q2 of the curves P1 and P2 are referred to as minimum detection sensitivities R1 and R2, respectively. The minimum detection sensitivity R1 is improved compared to the minimum detection sensitivity R2, and it can be seen that the sensitivity of biomarker detection is improved. Therefore, it can be seen that according to the stirring device according to the first embodiment, the detection sensitivity of diseases and the like can be improved in the analysis of biological substances and the like.
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態に撹拌装置は、図12に示すように、永久磁石31a,31bの代わりに、容器17の上方及び下方に配置された一対の電磁石33a,33bを備える点等で第1実施形態と異なる。第2実施形態において説明しない他の構成、作用及び効果は、第1実施形態と実質的に同様であり、重複するため省略する。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 12, the stirring device according to the second embodiment of the present invention includes a pair of
電磁石33a,33bは、磁石保持部32(図1参照)等によりそれぞれ保持され、容器17に注入された溶液Tまでの距離が互いに等しくなるように空間的に固定される。電磁石33a,33bは、それぞれ、コア及びコアに巻回されたコイルから構成される。電磁石33a,33bは、互いに異なる駆動信号を各コイルの両端に入力されて各コアが磁化することにより、それぞれ磁力を発生する。
The
第2実施形態に係る撹拌装置は、駆動制御部41の制御により、電磁石33a,33bを駆動する駆動部45を備える。駆動部45は、駆動制御部41の制御に応じて、電磁石33a,33bの各コイルの両端に駆動信号I1,I2をそれぞれ入力する。
The stirrer according to the second embodiment includes a
駆動信号I1,I2は、例えば図13に示すように、互いに等しい周期を有する正弦波となる交流電流である。この場合、駆動信号I1,I2は、互いに位相が90°または270°ずれている。このため、下方の電磁石33bの磁力が最大となる時刻t11において、上方の電磁石33aの磁力は0となる。すなわち、時刻t11において溶液T中のビーズ53は下方に移動する。また、上方の電磁石33aの磁力が最大となる時刻t12において、下方の電磁石33bの磁力は0となる。すなわち、時刻t12において溶液T中のビーズ53は上方に移動する。
The drive signals I 1 and I 2 are alternating currents that are sinusoidal waves having the same period as shown in FIG. 13, for example. In this case, the driving signals I 1 and I 2 are out of phase with each other by 90 ° or 270 °. Thus, at time t 11 the force is maximized below the
このように、駆動信号I1,I2は、ビーズ53が上下に振動に移動するよう設定される。よって、ビーズ53は、行程距離が長くなり、バイオマーカーと衝突する確率を増加させることができる。
Thus, the drive signals I 1 and I 2 are set so that the
更に、電磁石33a,33bに入力される駆動信号I1,I2には、例えば図14に示すように、駆動制御部41の制御に応じて駆動部45により、直流のバイアス電圧vB1,vB2がそれぞれ付加される。時刻t21から時刻t22までの間、駆動信号I2は、図15に示すように、バイアス電圧vB2が付加されることにより正方向にシフトする。よって、時刻t21から時刻t22までの間、溶液T中のビーズ53は、図16に示すように、上下に振動しながら下方に移動していく。
Further, as shown in FIG. 14, for example, the drive signals I 1 and I 2 input to the
図14の時刻t22から時刻t23までの間、バイアス電圧vB1,vB2が0になり、溶液T中のビーズ53は、定位置において上下に振動する。時刻t23から時刻t24までの間、駆動信号I1は、バイアス電圧vB2が付加されることにより正方向にシフトする。よって、時刻t23から時刻t24までの間、溶液T中のビーズ53は、上下に振動しながら上方に移動していく。
Between the time t 22 in FIG. 14 to time t 23, the bias voltage v B1, v B2 becomes 0, the
このように、駆動信号I1,I2にバイアス電圧vB1,vB2が交互に繰り返し付加されることにより、上下に振動するビーズ53に対して、上方向及び下方向に交互に優先的に磁力を作用させることができる。
As described above, the bias voltages v B1 and v B2 are alternately and repeatedly added to the drive signals I 1 and I 2 , so that the
なお、バイアス電圧vB1が付加される時刻t23から時刻t24までの時間は、バイアス電圧vB2が付加される時刻t21から時刻t22までの時間よりも長い。すなわち、駆動制御部41は、電磁石33a,33bにより、ビーズ53に対して上方向に作用する磁力の力積が、下方向に作用する磁力の力積より大きくなるように、電磁石33a,33bを駆動させている。
The time from the time t 23 to the bias voltage v B1 is added to the time t 24, longer than the time from time t 21 to the bias voltage v B2 is added to the time t 22. That is, the
第2実施形態に係る撹拌装置は、以上のようにビーズ53に磁力を作用させることにより、基板10におけるビーズ53の非特異吸着が低減する他、ビーズ53の行程距離が長くなることによりバイオマーカーとの衝突確率を高くすることができる。よって、基板10が光学的に走査さる際、検出信号において、基板10上に非特異吸着されたビーズ53によるノイズNが低減され、バイオマーカーを標識したビーズ53による信号Sが増加される。第1実施形態に係る撹拌装置によれば、SN比を向上し、検出対象を標識するビーズ53の検出精度を向上することができる。
The stirrer according to the second embodiment reduces the nonspecific adsorption of the
なお、例えば容器17の下方にのみ配置された電磁石によりビーズ53を吸引し、基板10において非特異吸着を生じさせたとする。その後、電磁石の極性を反転すれば、非特異吸着したビーズ53の磁性材料55の磁化の向きに対して逆向きの磁界が加わることにより、電磁石に対してビーズ53に斥力が生ずるかに思われる。ところが、免疫反応標識として使用されるビーズ53は、上述のように、直径が数十〜200nm程度であり、内包される磁性材料55のサイズは数十nmとなる。数十nmサイズの磁性材料55の室温における振る舞いは、一般的な強磁性体と異なり、スピン軌道相互作用に起因する、分子内での磁気モーメントの異方性を保つ交換エネルギーよりも熱擾乱による影響が上回る「超常磁性」状態となっている。そのため、ビーズ53に異方性は無く、容易に磁化が回転してしまう。すなわち、非特異吸着しているビーズ53に内包される磁性材料55は磁界が反転された瞬間に内部で磁化反転が生じてしまい、結果的に斥力は働かず、引力のみが加わり続ける。
For example, it is assumed that the
(その他の実施形態)
上記のように、本発明を第1及び第2実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the first and second embodiments. However, it should not be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
例えば、既に述べた第1実施形態において、磁石3は、永久磁石31a,31bが磁石保持部32に保持される構成に限るものでない。磁石3は、両端が互いに異極性となるC字型の永久磁石であってもよい。
For example, in the first embodiment already described, the
また、既に述べた第1及び第2実施形態において、検出対象である生体物質と、検出対象と特異的に結合する特異性生体物質との組み合わせは、抗原52と、抗体51及び抗体54との組み合わせに限るものでない。特異的に結合する組み合わせは、例えば、リガンドと受容体(酵素タンパク質、レクチン、ホルモン等)との組み合わせ、互いに相補的な塩基配列を有する核酸の組み合わせ等であってもよい。
In the first and second embodiments already described, the combination of the biological material that is the detection target and the specific biological material that specifically binds to the detection target is the combination of the
また、既に述べた第2実施形態において、電磁石33a,33bに入力する駆動信号I1,I2は、正弦波の交流電流に限るものでなく、例えば矩形波等の電流であってもよい。
In the second embodiment already described, the drive signals I 1 and I 2 input to the
その他、第1及び第2実施形態を相互に応用した構成等、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 In addition, of course, the present invention includes various embodiments that are not described here, such as a configuration in which the first and second embodiments are applied to each other. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
2 モータ
3 磁石
4 制御部
10 基板
13 グルーブ
14 ランド
15 ウェル
17 容器
31a,31b 永久磁石
32 磁石保持部
33a,33b 電磁石
41 駆動制御部
42 回転制御部
43,45 駆動部
51,54 抗体(第1物質)
52 抗原(第2物質)
53 ビーズ
2
52 Antigen (second substance)
53 beads
Claims (5)
前記粒子に対して上方向に作用する磁力の力積が、前記粒子に対して下方向に作用する磁力の力積より大きくなるように、前記磁石により前記粒子に対して上方向及び下方向に交互に優先的に磁力を作用させる制御部と
を備えることを特徴とする撹拌装置。 A container that holds a solution containing particles in which a first substance that specifically binds to a detection target is fixed to the inner bottom surface, encloses a magnetic material, and contains a second substance that specifically binds to the detection target. Magnets arranged to be above and below
The magnet causes the particle to move upward and downward with respect to the particle so that the impulse of the magnetic force acting upward on the particle is greater than the impulse of the magnetic force acting downward on the particle. A stirring device comprising: a control unit that alternately and preferentially applies a magnetic force.
前記制御部は、前記一対の永久磁石の垂直方向の位置を移動させることにより、前記粒子に磁力を作用させることを特徴とする請求項1に記載の撹拌装置。 The magnets are a pair of permanent magnets fixed at a distance between each other and disposed above and below the container,
The stirring device according to claim 1, wherein the control unit causes a magnetic force to act on the particles by moving a position in a vertical direction of the pair of permanent magnets.
前記制御部は、互いに異なる2つの信号により前記一対の電磁石をそれぞれ駆動させることにより、前記粒子に磁力を作用させることを特徴とする請求項1に記載の撹拌装置。 The magnet is a pair of electromagnets disposed above and below the container,
2. The stirring device according to claim 1, wherein the control unit causes the particles to exert a magnetic force by driving the pair of electromagnets with two different signals.
を含むことを特徴とする攪拌方法。 A container that holds a solution containing particles in which a first substance that specifically binds to a detection target is fixed to the inner bottom surface, encloses a magnetic material, and contains a second substance that specifically binds to the detection target. So that the magnetic force of the magnetic force acting on the particles in the upward direction is larger than the impulse of magnetic force acting on the particles in the downward direction. A step of causing the magnetic force to preferentially act on the particles alternately and upwardly by the magnet.
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