CN111356923A - 病原体检测装置以及病原体检测方法 - Google Patents

病原体检测装置以及病原体检测方法 Download PDF

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Abstract

病原体检测装置(10)具备：捕集部(11)，其捕集空气中的病原体；反应部(12)，其使由捕集部(11)捕集到的病原体和标识物质进行反应；计时部(13)，其对从反应部(12)中的反应开始起的时间进行计测；检测部(14)，其对与病原体进行了反应的标识物质量进行检测；以及控制部(15)，控制部(15)基于通过计时部(13)计测出的从反应开始起的预定时间、和通过检测部(14)检测出的标识物质量来算出梯度值，基于梯度值来决定到下一次捕集部(11)进行捕集为止的时间间隔。

Description

病原体检测装置以及病原体检测方法
技术领域
本公开涉及与病原体或者其一部分结合或反应而检测是否存在病原体的病原体检测装置以及病原体检测方法。
背景技术
专利文献1公开了一种病毒捕集装置，其通过使用旋风分离器(cyclone)捕集低浓度的空气中的病毒并进行分析来实时地进行检测。
现有技术文献
专利文献1:日本特开2012-52866号公报
发明内容
然而，在专利文献1的技术中存在如下问题：尽管病毒少，但还一样地使用检测涉及的消耗品、消耗能量，因此，会将消耗品或者消耗能量浪费地消耗掉。
于是，本公开提供能够通过减少检测的频度来减少将消耗品或者消耗能量浪费地消耗掉的状况的病原体检测装置以及病原体检测方法。
本公开中的病原体检测装置具备：捕集部，其捕集空气中的病原体；反应部，其使由所述捕集部捕集到的病原体与标识物质进行反应；计时部，其对从所述反应部中的反应开始起的时间进行计测；检测部，其对与所述病原体进行了反应的标识物质量进行检测；以及控制部，所述控制部基于由所述计时部计测出的从反应开始起的预定时间、和由所述检测部检测出的所述标识物质量来算出梯度值，基于所述梯度值来决定到下一次所述捕集部进行捕集为止的时间间隔。
此外，该总括性或者具体的技术方案既可以由方法、系统、集成电路、计算机程序或者计算机能够读取的记录介质来实现，也可以由装置、系统、方法、集成电路、计算机程序以及计算机能够读取的记录介质的任意组合来实现。计算机能够读取的记录介质例如包括CD-ROM(Compact Disc－Read Only Memory)等非易失性的记录介质。
根据本公开，能够通过减少检测的频度来减少将消耗品或者消耗能量浪费地消耗掉的状况。本公开的一个技术方案中的进一步的优点以及效果根据说明书以及附图来明确。该优点和/或效果由几个实施方式以及说明书和附图中记载的特征来分别提供，但不必为了获得一个或者一个以上的相同特征而提供全部。
附图说明
图1是实施方式涉及的病原体检测装置的概略构成图。
图2是用于说明实施方式涉及的旋风分离器的功能的图。
图3是实施方式涉及的检测装置的构成图。
图4是用于对抗原抗体反应的详细进行说明的图。
图5是表示利用表面等离激元共振(Surface Plasmon Resonance)的情况下的基材的构造的一个例子的图。
图6是表示对观测值、荧光失活以及修正值的时间性变化进行表示的曲线图的图。
图7是表示实施方式涉及的病原体检测装置的功能构成的一个例子的框图。
图8是表示从测定开始起的荧光强度的时间性变化和预定的阈值之间的关系的图。
图9是表示对使预定的阈值为150count/秒时、修正值的时间性变化的梯度值比预定的阈值小的情况下的一个例子进行表示的曲线图的图。
图10是表示对修正值的时间性变化的梯度值为预定的阈值以上的情况下的一个例子进行表示的曲线图的图。
图11是表示本实施方式涉及的病原体检测装置的病原体检测方法的一个例子的流程图。
图12是表示时间间隔的决定处理的一个例子的流程图。
图13是表示检测动作的切换的例子的图。
具体实施方式
(成为本公开的基础的见解)
本发明人发现了，关于在“背景技术”一栏中记载的病毒捕集装置会产生以下问题。
以往，为了防止由病原体导致的感染症的扩大，进行如下操作：从怀疑感染的患者采集鼻涕、血液、以及尿等试样，通过进行使用了该试样的分析来确认有无感染症。例如对于如每年会流行的流感，将棉棒插入被怀疑由流感病毒导致的病毒感染的患者的鼻中，在采集了成为试样的鼻腔内的鼻涕之后，通过免疫层析法(Immunochromatography method)对那些试样内的病原体、例如病毒和/或细菌进行检测。这样的检测方法是对被怀疑某种程度感染的患者进行的，因此，需要从推定为在感染了的情况下会存在非常多的病毒的患者的部位采集试样。
另一方面，为了防止感染症的扩大，希望捕集在空气中浮游的病毒，已知如专利文献1那样的捕集空气中的病毒的装置。
然而，在捕集空气中的病毒的情况下，与从患者直接采集资料的情况不同，是以通过在其空间中对病毒的量进行检测来算出在该空间中感染病毒的风险为目的的。因此，需要在病毒多的情况下和病毒少的情况下都定期地进行病毒的检测。
然而，对于流感病毒，即使是在流感病毒流行的季节，也并不是每天经常进行检测的。因此，如果在没有检测到流感病毒等病毒的情况下以一定的间隔、以高频度持续进行测定时，则会将检测所使用的消耗品、或者装置的动作所需要的能量浪费地使用掉。也即是，当以一定的频度持续进行检测时，尽管病毒少，也会一样地使用检测涉及的消耗品、消耗能量，因此，会将消耗品或者消耗能量浪费地消耗掉。
然而，专利文献1的技术与病原体的有无无关地连续进行检测，因此，即使不存在病原体的状况持续，也会将所需要的部件、电力浪费地使用掉。
为了解决上述问题，本公开的一个技术方案涉及的病原体检测装置具备：捕集部，其捕集空气中的病原体；反应部，其使由所述捕集部捕集到的病原体与标识物质进行反应；计时部，其对从所述反应部中的反应开始起的时间进行计测；检测部，其对与所述病原体进行了反应的标识物质量进行检测；以及控制部，所述控制部基于由所述计时部计测出的从反应开始起的预定时间和由所述检测部检测出的所述标识物质量来算出梯度值，基于所述梯度值来决定到下一次所述捕集部进行捕集为止的时间间隔。
由此，根据梯度值来决定到下一次捕集部进行捕集为止的时间间隔，因此，能适当地决定从一次的检测结束到进行下一次的检测为止的时间。因此，能够通过减少病原体的检测的频度，来减少将消耗品或者消耗能量浪费地消耗掉的状况。
另外，所述检测部也可以具有向所述反应部照射激发光的光照射部，基于通过照射所述激发光而从所述标识物质产生的荧光，检测所述标识物质量。
由此，通过检测荧光来检测标识物质量，因此，能够有效地检测标识物质量。
另外，所述检测部也可以对通过照射所述激发光而从所述标识物质产生的荧光的强度进行检测，基于所检测出的所述荧光的强度和预先存储的通过所述激发光向所述标识物质的照射而检测出的荧光的强度的衰减的时间性变化，检测所述标识物质量。
由此，基于荧光的强度和荧光的衰减的时间性变化来检测标识物质量，因此，能够算出从反应开始起的初始阶段的梯度值。
另外，也可以为，所述光照射部以预定的周期照射所述激发光，所述检测部对所述标识物质量的时间性变化进行检测，所述控制部通过将从所述时间性变化中的、第2标识物质量减去第1标识物质量而得到的结果除以所述预定时间，算出所述梯度值，所述第2标识物质量通过在比作为反应开始时的第1定时靠后预定时间的第2定时照射激发光而检测，所述第1标识物质量通过在所述第1定时照射激发光而检测。
因此，能够适当地检测第2标识物质量，能够高精度地算出从反应开始起的初始阶段的梯度值。
另外，也可以为，所述捕集部在第1时刻捕集作为所述病原体的第1病原体，所述捕集部在第2时刻捕集第2病原体，在第3时刻捕集第3病原体，所述第2时刻比所述第1时刻早，所述第3时刻比所述第1时刻晚，所述捕集部在所述第2时刻与所述第3时刻之间除了所述第1时刻以外不进行病原体的捕集，所述时间间隔是所述第1时刻与所述第3时刻的间隔，所述控制部在与所述第1病原体有关的所述梯度值小于预定的阈值的情况下，将所述时间间隔决定为比所述第2时刻与所述第1时刻的间隔长。
由此，在梯度值小于预定的阈值的情况下，判断为病原体的量少，将到下一次进行病原体的检测为止的时间间隔决定为长。因此，能够在病原体的量少的情况下减少病原体的检测频度。
另外，也可以为，所述捕集部在第1时刻捕集作为所述病原体的第1病原体，所述捕集部在第2时刻捕集第2病原体，在第3时刻捕集第3病原体，所述第2时刻比所述第1时刻早，所述第3时刻比所述第1时刻晚，所述捕集部在所述第2时刻与所述第3时刻之间除了所述第1时刻以外不进行病原体的捕集，所述时间间隔是所述第1时刻与所述第3时刻的间隔，所述控制部在与所述第1病原体有关的所述梯度值为预定的阈值以上的情况下，将所述时间间隔决定为比所述第2时刻与所述第1时刻的间隔短。
由此，在梯度值为预定的阈值以上的情况下，判断为病原体的量多，将到下一次进行病原体的检测为止的时间间隔决定为短。因此，能够在病原体的量多的情况下增加病原体的检测频度，能够减少尽管存在病原体、但不进行检测的期间却长的状况。
另外，所述控制部也可以在所述梯度值为所述预定的阈值以上的情况下，使所述检测部对所述标识物质量的检测持续，在所述梯度值小于所述预定的阈值的情况下，使所述检测部对所述标识物质量的检测中断。
由此，能够在梯度值为预定的阈值以上的情况下，判断为病原体的量多，使用通过使得持续进行标识物质量的检测而得到的结果来推定病原体的量。另外，能够在梯度值小于预定的阈值的情况下，判断为病原体的量少、不需要推定病原体的量，使标识物质量的检测中断。通过该中断，能够减少病原体检测装置的消耗能量。
此外，这样总体性或者具体的技术方案既可以由系统、方法、集成电路、计算机程序或者计算机能够读取的CD-ROM等记录介质来实现，也可以由系统、方法、集成电路、计算机程序或者记录介质的任意组合来实现。
以下，参照附图对本公开的一个技术方案涉及的病原体检测装置以及病原体检测方法进行具体的说明。
此外，以下说明的实施方式均表示本公开的一个具体例。以下的实施方式中所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接形态、步骤、步骤的顺序等为一个例子，并不是意在限定本公开。另外，关于以下的实施方式的构成要素中的、未记载于表示最上位概念的独立权利要求的构成要素，作为任意的构成要素来进行说明。
(实施方式)
[病原体检测装置的概要]
病原体检测装置是具有能够捕集特别是在空气中浮游的、例如如流感病毒那样的病毒的捕集功能、和通过对含有所捕集到的病毒的提取液进行检查来检测病毒的功能的装置。特别是在检测中，利用抗体会特别突出地与抗原进行结合的作用，使用会与含有病毒的提取液中所包含的病毒构成物特别突出地进行结合的抗体。
图1是实施方式涉及的病原体检测装置的概略构成图。病原体检测装置10例如设置在人出入的房间。如图1所示，病原体检测装置10具备捕集装置100、检测装置200以及控制器300。以下，对捕集装置100、检测装置200以及控制器300的详细进行说明。
[捕集装置的构成]
捕集装置100捕集可能包含空气中的病毒的微粒子并将其混合于捕集液。如图1所示，捕集装置100具备吸引器102、捕集液罐104、泵106、旋风分离器108、空气吸入口110、清洗液罐112、泵114、废液罐120以及液体流路122。以下，对捕集装置100的各构成要素进行说明。
吸引器102从空气吸入口110吸入周边的气氛空气。可能包含在周边的气氛空气中浮游的病毒的微粒子与空气一起通过空气吸入口110被吸入到旋风分离器108。
捕集液罐104是用于保持用于对空气中的病毒进行捕集的捕集液的容器。
泵106将捕集液罐104内的捕集液供给到旋风分离器108。
旋风分离器108连接于空气吸入口110以及捕集液罐104，对通过吸引器102从空气吸入口110吸入的可能包含空气中的病毒的微粒子、和通过泵106从捕集液罐104供给的捕集液进行混合。旋风分离器108经由液体流路122连接于检测装置200。混合有微粒子的捕集液(以下称为试样)被从旋风分离器108经由液体流路122而排出到检测装置200。
清洗液罐112是用于保持用于对旋风分离器108以及液体流路122进行清洗的清洗液的容器。清洗液罐112连接于旋风分离器108，清洗液罐112内的清洗液通过泵114被供给到旋风分离器108。
废液罐120是用于储存不需要的液体的容器。
液体流路122是用于将从旋风分离器108输出的试样引导至检测装置200的路径。
图2是用于说明实施方式涉及的旋风分离器的功能的图。
要捕集如在空气中浮游的流感病毒那样的病毒，由于预计原本在空气中只浮游有极微量的病毒，因此，需要取入大量的空气、并在液体中捕集所取入的空气中的病毒。在此，在液体中进行捕集是由于一般使前述的抗体与病毒构成物的结合在溶液体中进行。液体也可以为如不会使病毒构成物变性那样的除去了杂质的纯水、或者在纯水中溶解了一般被用作生物材料的溶剂的磷酸缓冲剂的溶液。例如，已知PBS(Phosphate buffered saline，磷酸盐缓冲液)以及tris等。
取入大量的空气的装置也可以为旋风分离器108。在旋风分离器108中，如图2的(a)所示，通过从连接于吸引器102的吸引口181吸入空气，从空气吸入口110向旋风分离器108内取入空气，所取入的空气在旋风分离器108内高速地进行旋转。那时，所取入的空气中包含的一定大小以上的微粒子无法追随旋风分离器108内的空气的流动，会因离心力而飞到旋风分离器108的内壁面，被从空气中分离。并且，从空气分离的微粒子集中于旋风分离器108的下部。
这样，通过使旋风分离器108的吸引进行工作，在空气中浮游的流感病毒会从空气吸入口110进入旋风分离器108内，因离心力而飞向旋风分离器108的内壁面。当在吸引开始前在该旋风分离器108的下部充满预定量的捕集液183时，如图2的(b)所示，液体因旋风分离器108内的气流而进行漩涡状的旋转，捕集液183沿着旋风分离器108的内壁面逐渐上升，能够将飞向了内壁面的流感病毒捕捉到溶液中。捕集液183例如被从连接于泵106的旋风分离器108的捕集液流入口182供给至旋风分离器108内。
[检测装置的构成]
接着，参照图1以及图3对检测装置200进行具体的说明。图3是实施方式涉及的检测装置的构成图。
检测装置200从通过捕集装置100混合了微粒子的捕集液检测病毒。如图1以及图3所示，检测装置200具备传感器设备202、导入部206、光源208、分束器210、透镜212以及检测部214。以下，对检测装置200的各构成要素进行说明。
传感器设备202具备传感器单元204。此外，在图1中，传感器设备202具备单一的传感器单元204，但也可以具备多个传感器单元。
在本实施方式中，传感器设备202能够检测0.1pM～100nM的浓度范围的病毒。另外，在本实施方式中，为了以光学的方式检测病毒量，利用表面增强荧光法。
传感器单元204通过在被照射了激发光时产生表面等离激元(plasmon)，对来自与病毒结合的荧光物质的荧光进行增强。如图3所示，传感器单元204具备流路204a以及检测区域204b。
流路204a是用于将从导入部206滴下的样品液体2061引导至检测区域204b的路径。
检测区域204b是用于利用表面等离激元来以光学的方式检测病毒的区域。在检测区域204b配置有金属微细构造体，通过被从光源208照射激发光，产生表面等离激元。另外，在金属微细构造体固定有第1VHH抗体。第1VHH抗体是特别突出地与病毒进行结合的固定化抗体。关于检测区域204b的详细，将使用图3以及图4，在后面进行描述。
导入部206将第2VHH抗体以及试样导入到传感器单元204。具体而言，导入部206向传感器单元204滴下包含第2VHH抗体和试样的样品液体2061。第2VHH抗体是由荧光物质进行了标识的标识化抗体。试样是可能包含病毒的液体，在本实施方式中是从旋风分离器108排出的捕集液。
若在试样中包含病毒，则该病毒经由第1VHH抗体而与金属微细构造体结合。此时，病毒也与由荧光物质进行了标识的第2VHH抗体结合。也即是，作为由荧光物质进行了标识的标识抗体的第2VHH抗体经由病毒以及第1VHH抗体而与金属微细构造体结合。当在该状态下向金属微细构造体照射光时，会从与病毒间接地结合的荧光物质发出荧光，该荧光通过表面等离激元而被增强。以后，将通过表面等离激元增强了的荧光称为表面增强荧光。
光源208是向传感器单元204照射激发光的光照射部的一个例子。作为光源208，没有特别限定，可以利用公知的技术。例如可以利用半导体激光器、气体激光器等激光器，作为光源208。此外，光源208也可以照射与病毒所包含的物质相互作用小的波长(例如400nm～2000nm)的激发光。进一步，激发光的波长也可以是半导体激光器能够利用的波长600nm～850nm。
分束器210从由光源208照射的激发光中分离出在检测区域204b产生的表面增强荧光。具体而言，分束器210使来自光源208的激发光通过，对在传感器单元204产生的表面增强荧光进行分离并将其引导至检测部214。
透镜212将通过了分束器210的来自光源208的激发光聚光到检测区域204b。
检测部214通过对由分束器210引导来的表面增强荧光进行分光，检测特定的波长范围的光，从而输出与试样中的病毒的量相当的电信号。检测部214只要是能够检测特定的波长范围的光，则没有特别限定，可以利用公知的技术。例如，作为检测部214，可以利用：为了对光进行分光而使特定的波长范围透过的干涉滤光片、使用衍射光栅来进行分光的Czerny型分光器、或者阶梯型(echelle)分光器等。进一步，检测部214也可以包括用于除去来自光源208的激发光的陷波滤光片(notch filter)、或者能够切断来自光源208的激发光且使在传感器单元204产生的表面增强荧光透过的长通滤光片(long-pass filter)。
[控制器的构成]
控制器300对病原体检测装置10整体的动作进行控制。具体而言，控制器300对捕集装置100以及检测装置200进行控制。
更具体而言，控制器300对测定的开始进行控制，使吸引器102开始吸引周边的空气，并且，使泵106从捕集液罐104向旋风分离器108供给捕集液。由此，在旋风分离器108中捕集液和微粒子被混合，试样被从旋风分离器108供给至检测装置200。进一步，控制器300使光源208照射光，使检测部214检测表面增强荧光。
例如，控制器300能够基于输入参数，在预先设定的条件下，对各泵进行控制，向检测装置200供给预定体积的样品液体。进一步，控制器300也可以具有计时功能，生成并存储各动作所需要的时间信息。另外，控制器300也可以从检测装置200接收计测值，基于计测值和时间信息，算出在空气中浮游的病毒的浓度的历时变化。
此外，控制器300例如由一个以上的专用电子电路来实现。一个以上的专用电子电路既可以集成在一个芯片上，也可以个别地形成在多个芯片上。另外，控制器300也可以通过通用的处理器(未图示)和保存有软件程序或者指令的存储器(未图示)来代替一个以上的专用电子电路而实现。在该情况下，在执行了软件程序或者指令时，处理器作为控制器300发挥功能。
接着，对检测装置200中的检测方法进行详细的说明。
在1个流感病毒中大约含有1000个作为NP(nucleoprotein，核蛋白)的病毒构成物。因此，为了通过检测数量更多的NP来使检测变得更容易，也可以将流感病毒破碎，提取流感病毒中所包含的NP。要破碎流感病毒，可使用如下方法：通过注入界面活性剂，破坏覆盖流感病毒的表面的膜物质，提取内部的NP。作为在破碎中所使用的界面活性剂，已知Tween20、TritonX、sarkosyl(十二烷基肌氨酸钠)等。此外，也可以不破碎所捕捉的病毒，使之直接与用于检测的抗体进行反应。
一般要检测生物材料，已知利用使抗原和抗体进行反应的抗原抗体反应来进行检测。在此，抗原是流感病毒或者NP，该NP是在破碎了流感病毒时包含于内部的构成物。抗体特别突出地与抗原进行反应并结合。以下，对抗原抗体反应的检测方法的详细进行说明。
使用图4进行说明。图4是用于对抗原抗体反应的详细进行说明的图。
首先，在配置于上述的传感器单元204内的基材304的表面形成与成为抗原的病毒或者作为病毒构成物的NP结合的第1抗体306。第1抗体306发挥将NP307等捕捉到基材304的表面的作用。第1抗体306例如是IgG抗体，在IgG抗体中也可以使用具有特别突出地与流感病毒或者作为流感病毒的构成物的NP进行结合的能力的抗体。第1抗体306也称为捕捉抗体。在基材304的表面，为了使无机的基材和有机的抗体进行结合，修饰有SAM膜305(自组装单分子膜)。第1抗体306经由SAM膜305而固定于基材304的表面。
SAM膜305形成在金的单晶薄膜311的表面，该金的单晶薄膜311形成于基材304的表面。由此，SAM膜305通过在其与单晶薄膜311之间结合烷基硫醇(R－SH)而以Au－S－R进行结合，因此，成为致密且有规律的单分子膜。这样，在抗原抗体反应中，使第1抗体306与形成在基材304的表面的SAM膜305进行结合。
接着，包含作为抗原的NP307的溶液被注入到经由SAM膜305而固定在基材304的表面的第1抗体306。也即是，包含NP307的溶液被注入到传感器单元204的检测区域204b。此时，第1抗体306与作为抗原的NP307开始结合，然后，随着时间经过，结合为整体的数量增加。另外，进行结合的数量增加，另一方面，结合后的会解离。因此，第1抗体306和NP307反复进行结合以及解离，达到平衡状态。
接着，包含第2抗体308的溶液被注入到传感器单元204的检测区域204b。第2抗体308与第1抗体306同样地例如是能够与流感病毒或者作为流感病毒的构成物的NP307进行结合的IgG抗体。在第2抗体308预先结合有发出用于进行检测的信号的标识物质309。标识物质309例如也可以是当被照射预定波长的激光时会发出荧光的物质。标识物质309例如是当被照射具有785nm的波长的激光时会发出800nm的荧光的Dylight800等。结合有标识物质309的第2抗体308也称为标识抗体310。
在空气中存在病毒的情况下，使旋风分离器108进行了工作时，病毒被捕捉到旋风分离器108内的捕集液183中。所捕捉的病毒通过被破碎而被提取出病毒内部所包含的NP307。当包含由此得到的NP307的溶液被注入到传感器单元204的检测区域204b、也即是当包含NP307的溶液被注入到基材304的SAM膜305上时，NP307与经由SAM膜而形成在基材304的表面的作为捕捉抗体的第1抗体306进行结合。进一步，当包含结合了发出荧光的标识物质309的作为标识抗体的第2抗体308的溶液被注入时，第2抗体308与作为与第1抗体306结合了的抗原的NP307相结合。使第1抗体306、作为抗原的NP307以及第2抗体308进行结合的情况被称为夹心式测定法(Sandwich assay)。通过向进行了夹心式测定法的检测区域204b中的溶液照射作为使结合于第2抗体308的标识物质309激发荧光的激发光的激光，并对所激发的荧光进行计测，能够得到要检测的信号。
在检测装置200中，光源208以预定的周期向检测区域204b反复照射激光，检测部214通过被照射激光，以预定的周期反复检测从标识物质309激发的荧光。这样，当反复被照射激光时，随着第1抗体306、NP307以及标识抗体310的结合发展，发光的荧光的强度不断增加。在被注入了包含标识抗体310的溶液的情况下，不与NP307结合的标识抗体310会在液层浮游。此外，NP307以及标识抗体310的结合数量根据所注入的溶液的液量和/或由传感器单元204保持液层的厚度而变化。
另外，在注入了标识抗体310的溶液的初始阶段，产生NP307和标识抗体310逐渐地增加结合数量的过程。另外，当增强使标识抗体310的标识物质309激发荧光的激光的强度时，没有与NP307结合的浮游的标识抗体310的标识物质309也会发光。即使检测该情况下的荧光，也无法高精度地进行NP307的检测，因此，不能莽撞地增强激光。另一方面，从非常微量的空气中的病毒得到的NP307的量少，因此，在该情况下，也可以增强激发光。
于是，为了增强来自与基材304的表面附近的NP307结合的标识抗体310的信号，要利用表面等离激元共振。图5是表示利用表面等离激元共振的情况下的基材的构造的一个例子的图。
表面等离激元共振是以前已知的，例如如图5所示，通过在基材341的表面形成纳米尺寸的突起342，在其表面形成Au等的单晶薄膜311，由此在表面附近形成电磁场强的区域。电磁场强的区域形成于基材341的极表面附近，因此，能够使发出与NP307结合的第2抗体308的信号的标识物质309发出比没有与NP307结合地浮游而远离基材341的表面附近的标识抗体310的标识物质309所发出的光强的光。通过使表面等离激元共振和夹心式测定法相组合，能够有效地检测空气中的微量的病毒，进一步，也能够有效地检测第2抗体308和NP307开始了结合的初始阶段的、信号强度逐渐上升的过渡的状态。
然而，作为标识抗体310的标识物质309，多利用有机类的荧光物质，有机类的荧光物质具有如下性质：当连续地持续照射激发光时，所激发的荧光的强度逐渐减弱。该性质被称为荧光失活。
认为：当使第1抗体306和NP307结合之后，从注入了包含第2抗体308的溶液时开始向第2抗体308照射激发光，对所激发的荧光进行检测时，由于NP307和标识抗体310本来是逐渐结合的，因此，被检测的荧光的强度会上升上去。然而，如图6的“观测值”的曲线图所示，实际上由于向相同的部位连续地持续照射激发光，因此会发生来自标识物质309的荧光的强度减弱的荧光失活。因此，对于所检测出的荧光的强度，因荧光失活而减少的量会从某时间点开始超出因结合而增加的量，该所检测出的荧光的强度会随着时间的经过而逐渐减弱。
于是，通过预先对该荧光的强度减弱的比例进行把握，对所检测出的荧光的强度的荧光失活成分进行修正，能够算出作为本来反应的增加量而得到的信号。图6的“荧光失活”的曲线图实际上是表示对如下情况下的测定值除以初始值而得到的值的时间性变化的曲线图，该情况为：将用于夹心式测定法的标识物质309直接固定于形成在检测装置200的基材304的表面的单晶薄膜311的表面，一边使用光源208周期性地照射激发光，一边隔着一定的时间间隔测定了荧光强度。此外，初始值例如也可以是对传感器单元204导入了NP307和标识物质309的时间点所测定的荧光强度。
如由该曲线图所示那样可知：由于向相同的部位持续照射激发光，荧光强度会失活。这样测定的、向标识物质309持续照射激光而检测出的荧光强度的失活(或者衰减)的时间性变化被存储于存储器等。
接着，图6的“观测值”的曲线图表示如下情况下的测定值的时间性变化，该情况为：使NP307与经由SAM膜305而固定于在基材304的表面所形成的单晶薄膜311的表面的第1抗体306结合，与注入标识抗体310同时地，一边周期性地照射激发光，一边隔着一定的时间间隔测定了荧光强度。如由该曲线图所示那样可知：随着时间的经过，所检测出的荧光强度会变小下去。
图6的“修正后的观测值”的曲线图表示通过基于“荧光失活”的曲线图的荧光强度的时间性变化对“观测值”的曲线图的荧光强度的时间性变化进行修正而得到的修正后的值的时间性变化。大概地计算，“修正后的观测值”的曲线图是关于从计测开始起的各个时刻对该时刻的“观测值”的曲线图上的荧光强度除以该时刻的“荧光失活”的曲线图上的系数而得到的。这样，在“修正后的观测值”的曲线图中，荧光失活成分被进行修正，因此，相当于随着与标识抗体310结合的NP307按照本来的抗原抗体反应的发展逐渐增加而增加的标识抗体310的标识物质309所发出的荧光的强度。此外，“荧光失活”的曲线图上的系数也可以是对从“荧光失活”的曲线图取得的值乘以预定的实数而得到的值。
此外，在空气中不存在病毒的情况下，修正后的观测值不随着时间的经过而增加。
接着，对病原体检测装置10的功能构成进行说明。
图7是表示实施方式涉及的病原体检测装置的功能构成的一个例子的框图。
如图7所示，病原体检测装置10具备捕集部11、反应部12、计时部13、检测部14以及控制部15。病原体检测装置10既可以与显示部16连接，也可以使显示部16显示检测结果或者基于检测结果的通知。
捕集部11对空气中的病原体进行捕集。另外，捕集部11也可以以预定的时间间隔捕集空气中的病原体。当将本次开始病原体的捕集的时刻设为T1、将本次的下一次开始病原体的捕集的时刻设为T2时，(时间间隔)＝T2－T1。病原体为病毒，例如为流感病毒。捕集部11例如由捕集装置100来实现。
反应部12使由捕集部11捕集到的病原体和标识物质进行反应。反应部12使病原体的NP307和标识物质309进行反应。反应部12例如通过使第1抗体306、NP307以及结合了标识物质309的第2抗体308进行反应，使之相互结合。此外，反应部12中的反应不限于利用表面等离激元共振，只要是使标识物质309与病原体结合的反应，也可以是任何的反应。反应部12例如由检测装置200的传感器单元204来实现。
计时部13对从反应部12中的反应开始起的时间进行计测。计时部13例如由控制器300来实现。反应的开始时间点例如可以设为向传感器单元204导入了病原体的NP307和标识物质309的时间点。
检测部14对与病原体进行了反应的标识物质309的标识物质量进行检测。检测部14具有向反应部12照射激发光的光照射部14a，基于通过激发光的照射而从标识物质309产生的荧光，来检测标识物质量。检测部14对通过激发光的照射而从标识物质309产生的荧光的强度进行检测，基于所检测出的荧光的强度、和预先存储的通过向标识物质309照射激发光而检测出的荧光的强度的衰减的时间性变化，来检测标识物质量。也即是，检测部14通过对所检测出的荧光的强度进行使用图6说明过的修正，来检测标识物质量。光照射部14a以预定的周期照射激发光。检测部14检测标识物质量的时间性变化。
检测部14例如由检测装置200、控制器300、光源208等来实现。此外，检测部14中的荧光强度的修正例如既可以由检测装置200来进行，也可以由控制器300来进行。另外，光照射部14a由光源208来实现。
控制部15基于由计时部13计测出的从反应开始起的预定时间、和由检测部14检测出的标识物质量，算出梯度值(以下也称为浓度梯度)，基于梯度值，决定到下一次用捕集部11进行捕集为止的时间间隔。
控制部15例如能够在由检测部14检测出的标识物质量的时间性变化的梯度值为预定的阈值以上的情况下判断为存在病毒，相反地能够在小于预定的阈值的情况下判断为不存在病毒。例如，向在使大约10nmol/L的NP溶液与作为捕捉抗体的第1抗体306结合之后、进一步使之与将Dylight800作为标识物质的标识抗体310进行了结合的样品照射具有785nm的波长的激光，使标识物质309进行了激发。在该情况下所计测出的荧光的强度中，初始的20秒左右的时间变化的梯度值为每秒400count。count也可以意味着光子的数量。这样，对于有无病毒的判断，能够以从测定开始起例如20～30秒的期间的初始的短时间，用相对于所检测出的荧光强度的时间性变化的斜率的大小、也即是梯度值进行判断。
控制部15例如由控制器300来实现。
在此，使用图8对根据荧光强度的初始的时间变化的梯度值是否小于预定的阈值来判断有无流感病毒的方法进行详细的说明。图8是表示从测定开始起的荧光强度的时间性变化和预定的阈值之间的关系的图。图8的横轴表示从开始检测荧光强度起的经过时间。图8的纵轴表示对所检测出的荧光强度的时间性变化进行修正后的修正值。此外，在图8所示的时标(timescale)中，反应的开始时间、照射开始时间、检测开始时间也可以认为相同。
此时，在空间中不存在病毒的情况下，荧光强度的修正值的时间性变化的斜率在理想上为0，但有时会由于噪声和/或测定的误差等的影响，如稍稍示出+的斜率、稍稍示出－的斜率、在测定开始的非常短的时间中示出了－的斜率之后转变为+的斜率、示出其相反的状况、或者在反复出现那些+的斜率和－的斜率之后持续示出+的斜率等那样示出各种各样的斜率的形态。
于是，控制部15也可以将梯度值设为荧光强度的修正值的初始值和从检测开始起预定时间后的修正值之间的斜率。控制部15例如通过对所检测出的荧光强度的修正值的时间性变化中的、初始值和20秒后的修正值之差除以20秒，来算出梯度值。也即是，控制部15通过对从时间性变化中的、在比第1定时靠后预定时间的第2定时通过照射激发光而检测出的第2标识物质量减去在第1定时通过照射激发光而检测出的第1标识物质量而得到的结果除以预定时间，从而算出梯度值，该第1定时是检测开始(也即是反应开始)时。
图9是表示对将预定的阈值设为了150count/秒时、修正值的时间性变化的梯度值比预定的阈值小的情况下的一个例子进行表示的曲线图的图。
这样，在梯度值比预定的阈值小的情况下，控制部15判断为在对象的空间不存在病毒，也可以立刻中断测定。另外，控制部15也可以在该情况下将下一次以后反复进行检测的时间间隔设定为比当前的时间长的值。另外，控制部15也可以在持续未检测出病毒的情况下使测定间隔的最长为每2小时或每半天。
图10是表示对修正值的时间性变化的梯度值为预定的阈值以上的情况下的一个例子进行表示的曲线图的图。这样，也可以在梯度值为预定的阈值以上的情况下，作为在空气中存在病毒，算出病毒的浓度，基于所算出的病毒的浓度，发布感染的容易度等的指标。
也即是，控制部15例如也可以判定梯度值是否小于预定的阈值，在梯度值小于预定的阈值的情况下，使到下一次用捕集部11进行捕集为止的时间间隔比捕集部本次进行了捕集的时刻和捕集部前一次进行了捕集的时刻的期间长。另一方面，控制部15也可以在梯度值为预定的阈值以上的情况下，使时间间隔比捕集部本次进行了捕集的时刻和捕集部前一次进行了捕集的时刻的期间短。另外，控制部15也可以在梯度值为预定的阈值以上的情况下，使得持续进行检测部14对标识物质量的检测，在梯度值小于预定的阈值的情况下，使检测部14的标识物质量的检测中断。
[病原体检测装置的动作]
接着，对病原体检测装置10的病原体检测方法进行说明。
图11是表示本实施方式涉及的病原体检测装置的病原体检测方法的一个例子的流程图。
如图11所示，病原体检测装置10中，捕集部11对空气中的病原体进行捕集(S1)。
反应部12使由捕集部11捕集到的病原体和标识物质进行反应(S2)。
计时部13对从反应部12中的反应开始起的时间进行计测(S3)。
检测部14检测与病原体进行了反应的标识物质309的标识物质量(S4)。
控制部15基于由计时部13计测出的从反应开始起的预定时间、和由检测部14检测出的标识物质量，算出梯度值(S5)。
并且，控制部15基于梯度值，决定到下一次用捕集部11进行捕集为止的时间间隔(S6)。以下使用图12对步骤S6的时间间隔的决定处理的详细进行说明。
图12是表示时间间隔的决定处理的一个例子的流程图。
当开始时间间隔的决定处理时，控制部15判定梯度值是否小于预定的阈值(S11)。
控制部15在判定为梯度值小于预定的阈值的情况下(S11：是)，使检测部14对标识物质量的检测中断(S12)。由此，检测部14停止光源208的激光的照射，停止通过检测部214计测荧光强度。
然后，控制部15判定到下一次的检测、也即是下一次用捕集部11进行捕集为止的时间间隔是否为最长的时间间隔(S14)。例如，控制部15按多个等级保持时间间隔，判定当前设定的时间间隔是否为多个等级的时间间隔中的最长的时间间隔。控制部15所保持的多个等级的时间间隔例如是指30分钟、1小时以及2小时这三个等级。在该情况下，控制部15判定当前设定的时间间隔是否为2小时。
控制部15在判定为到下一次用捕集部11进行捕集为止的时间间隔不是最长的时间间隔的情况下(S13：否)，使时间间隔变长一个等级(S14)。控制部15例如若当前的时间间隔为30分钟，则变更为1小时，若为1小时，则变更为2小时。
另一方面，控制部15在判定为到下一次用捕集部11进行捕集为止的时间间隔为最长的时间间隔的情况下(S13：是)，将时间间隔维持不变而结束决定处理。
返回步骤S11，控制部15在判定为梯度值为预定的阈值以上的情况下(S11：否)，持续预定期间而以一定间隔使检测部14检测荧光强度(S15)。也即是，在该情况下，控制部15使得持续进行检测部14的检测。在此，预定期间例如为10分钟期间。
然后，控制部15判定到下一次的检测、也即是下一次用捕集部11进行捕集为止的时间间隔是否为最短的时间间隔(S16)。也即是，控制部15判定当前设定的时间间隔是否为30分钟。
控制部15在判定为到下一次用捕集部11进行捕集为止的时间间隔不是最短的时间间隔的情况下(S16：否)，使时间间隔变短一个等级(S17)。控制部15例如若当前的时间间隔为2小时，则变更为1小时，若为1小时，则变更为30分钟。
另一方面，控制部15在判定为到下一次用捕集部11进行捕集为止的时间间隔为最短的时间间隔的情况下(S16：是)，将时间间隔维持不变而结束决定处理。
这样，通过执行时间间隔的决定处理，如图13所示，检测动作的时间间隔被进行切换。
图13是表示检测动作的切换的例子的图。
在此假定为：最开始，病毒少且梯度值小于预定的阈值的“梯度小”的时间持续4个小时，然后，存在病毒且梯度值为预定的阈值以上的“梯度大”的时间持续1小时30分钟，再然后，再次持续病毒少的“梯度小”的时间。
首先，在最初的测定中，在开始的2分钟期间的测定中，控制部15在步骤S11中判定为梯度小，因此，执行步骤S12，中断通过检测部14进行的检测。此外，控制部15也可以若从检测开始起经过预定时间(例如20秒)后判定为梯度小，则在该时间点使检测中断。此时，设为到下一次的捕集为止的时间间隔被设定为最长的2小时。因此，控制部15在步骤S13中判定为被设定为最长的时间间隔，维持时间间隔不变而结束决定处理。
由此，接下来的第2次的检测成为从最初的检测开始后2小时被执行。在第2次的检测中，控制部15也在步骤S11中判定为梯度小，因此，成为执行与上述同样的处理。
因此，接下来的第3次的检测成为在从第2次的检测开始起2小时后被执行。在第3次的检测中，控制部15在步骤S11中判定为梯度大，因此，执行骤S15，持续进行预定期间(例如10分钟期间)的检测部14的检测。在此，设想在10分钟期间大致反应达到平衡。进一步，在达到平衡的时间长的情况下，也可以延长时间而持续进行计测。控制部15在步骤S16中判定为时间间隔不是最短，使时间间隔变短一个等级，也即是，从2小时变更为1小时。
由此，接下来的第4次的检测成为在从第3次的检测开始起1小时后被执行。在第4次的检测中，控制部15成为执行与第3次同样的处理，使时间间隔进一步变短一个等级，也即是，从1小时变更为30分钟。
由此，接下来的第5次的检测成为从第4次的检测开始起30分钟后被执行。在第5次的检测中，控制部15在步骤S11中判定为梯度小，因此，执行步骤S12，中断通过检测部14进行的检测。并且，控制部15在步骤S13中判定为时间间隔不是最长，使时间间隔变长一个等级，也即是，从30分钟变更为1小时。
由此，接下来的第6次的检测成为在从第5次的检测开始起1小时后被执行。在第6次的检测中，控制部15成为执行与第5次同样的处理，使时间间隔进一步变长一个等级，也即是，从1小时变更为2小时。
此外，将2小时设为了最长的时间间隔，但也可以在长时间未检测出病毒的情况下，将6小时或者半天设为最长的测定间隔。另外，对于最短的时间，根据病原体检测装置10的检测能力来使一次检测所需要的时间为最短时间即可，并不是限于30分钟。
[效果等]
根据上述实施方式涉及的病原体检测装置10，根据梯度值来决定到下一次用捕集部11进行捕集为止的时间间隔，因此，能适当地决定从一次的检测结束到进行下一次的检测为止的时间。因此，能够通过减少病原体的检测的频度，减少将消耗消耗品或者消耗能量浪费地消耗掉的状况。
另外，在病原体检测装置10中，检测部14具有向反应部12照射激发光的光照射部14a，基于通过激发光的照射而从标识物质309产生的荧光，检测标识物质量。这样，通过检测荧光来检测标识物质量，因此，能够有效地检测标识物质量。
另外，在病原体检测装置10中，检测部14检测通过激发光的照射而从标识物质309产生的荧光的强度，基于所检测出的荧光的强度、和预先存储的通过向标识物质照射激发光而检测出的荧光强度的衰减的时间性变化，检测标识物质量。这样，基于荧光的强度和荧光的衰减的时间性变化，检测标识物质量，因此，能够在从反应开始起的初始的阶段算出梯度值。
另外，在病原体检测装置10中，光照射部14a以预定的周期照射激发光。检测部14检测标识物质量的时间性变化。控制部15通过对从时间性变化中的、在比第1定时靠后预定时间的第2定时通过照射激发光而检测出的第2标识物质量减去在第1定时通过照射激发光而检测出的第1标识物质量而得到的结果除以预定时间，从而算出梯度值，该第1定时是反应开始时。因此，能够适当地检测第2标识物质量，能够高精度地算出从反应开始起的初始阶段的梯度值。
另外，在病原体检测装置10中，控制部15在梯度值小于预定的阈值的情况下，将时间间隔变长。也即是，控制部15在梯度值小于预定的阈值的情况下，判断为病原体的量少，将到下一次进行病原体的检测为止的时间间隔变长。因此，能够在病原体的量少的情况下减少病原体的检测频度。
另外，在病原体检测装置10中，控制部15在梯度值为预定的阈值以上的情况下将时间间隔变短。也即是，控制部15在梯度值为预定的阈值以上的情况下，判断为病原体的量多，将到下一次进行病原体的检测为止的时间间隔变短。因此，能够在病原体的量多的情况下增加病原体的检测频度，能够减少尽管存在病原体、但不进行检测的期间却长这一状况。
另外，在病原体检测装置10中，控制部15在梯度值为预定的阈值以上的情况下，使得持续进行检测部14的标识物质量的检测，在梯度值小于预定的阈值的情况下，使通过检测部14进行的标识物质量的检测中断。也即是，控制部15能够在梯度值为预定的阈值以上的情况下，判断为病原体的量多，使用通过使得持续进行标识物质量的检测而得到的结果，推定病原体的量。另外，控制部15能够在梯度值小于预定的阈值的情况下，判断为病原体的量少、无需推定病原体的量，使标识物质量的检测中断。通过该中断，能够减少病原体检测装置的消耗能量。
此外，在上述各实施方式中，各构成要素也可以通过由专用的硬件构成、或者通过执行适于各构成要素的软件程序来实现。各构成要素也可以通过CPU或者处理器等的程序执行部读出并执行记录于硬盘或者半导体存储器等的记录介质的软件程序来实现。在此，实现上述各实施方式的病原体检测方法等的软件为如下那样的程序。
即，该程序使计算机执行如下的病原体检测方法，该病原体检测方法包括：捕集步骤，捕集空气中的病原体；反应步骤，使通过所述捕集步骤捕集到的病原体和标识物质进行反应；计时步骤，对从所述反应步骤中的反应开始起的时间进行计测；检测步骤，对与所述病原体进行了反应的标识物质量进行检测；决定步骤，基于通过所述计时步骤计测出的从反应开始起的预定时间、和通过所述检测步骤检测出的所述标识物质量来算出梯度值，基于所述梯度值，决定到下一次所述捕集部进行捕集为止的时间间隔。
以上，基于实施方式对本公开的一个或者多个技术方案涉及的病原体检测装置以及病原体检测方法进行了说明，但本公开并不限定于该实施方式。只要不脱离本公开的宗旨，对本实施方式实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的方式、组合不同的实施方式中的构成要素而构建的方式也可以包含在本公开的一个或者多个技术方案的范围内。
产业上的可利用性
本公开作为能够通过减少检测的频度来减少将消耗品或者消耗能量浪费地消耗掉这一状况的病原体检测装置以及病原体检测方法等是有用的。
标号说明
10 病原体检测装置
11 捕集部
12 反应部
13 计时部
14 检测部
14a 光照射部
15 控制部
16 显示部
100 捕集装置
102 吸引器
104 捕集液罐
106 泵
108 旋风分离器
110 空气吸入口
112 清洗液罐
114 泵
120 废液罐
122 液体流路
181 吸引口
182 捕集液流入口
183 捕集液
200 检测装置
202 传感器设备
204 传感器单元
204a 流路
204b 检测区域
206 导入部
208 光源
210 分束器
212 透镜
214 检测部
300 控制器
304 基材
305 SAM膜
306 第1抗体
307 NP
308 第2抗体
309 标识物质
310 标识抗体
311 单晶薄膜
341 基材
342 突起
2061 样品液体

Claims (8)

1.一种病原体检测装置，具备：
捕集部，其捕集空气中的病原体；
反应部，其使由所述捕集部捕集到的病原体与标识物质进行反应；
计时部，其对从所述反应部中的反应开始起的时间进行计测；
检测部，其对与所述病原体进行了反应的标识物质量进行检测；以及
控制部，
所述控制部基于由所述计时部计测出的从反应开始起的预定时间和由所述检测部检测出的所述标识物质量来算出梯度值，基于所述梯度值来决定到下一次所述捕集部进行捕集为止的时间间隔。
2.根据权利要求1所述的病原体检测装置，
所述检测部具有向所述反应部照射激发光的光照射部，基于通过照射所述激发光而从所述标识物质产生的荧光，检测所述标识物质量。
3.根据权利要求2所述的病原体检测装置，
所述检测部对通过照射所述激发光而从所述标识物质产生的荧光的强度进行检测，基于所检测出的所述荧光的强度和预先存储的通过所述激发光向所述标识物质的照射而检测出的荧光的强度的衰减的时间性变化，检测所述标识物质量。
4.根据权利要求2或3所述的病原体检测装置，
所述光照射部以预定的周期照射所述激发光，
所述检测部对所述标识物质量的时间性变化进行检测，
所述控制部通过将从所述时间性变化中的、第2标识物质量减去第1标识物质量而得到的结果除以所述预定时间，算出所述梯度值，所述第2标识物质量通过在比作为反应开始时的第1定时靠后预定时间的第2定时照射激发光而检测，所述第1标识物质量通过在所述第1定时照射激发光而检测。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的病原体检测装置，
所述捕集部在第1时刻捕集作为所述病原体的第1病原体，
所述捕集部在第2时刻捕集第2病原体，在第3时刻捕集第3病原体，所述第2时刻比所述第1时刻早，所述第3时刻比所述第1时刻晚，所述捕集部在所述第2时刻与所述第3时刻之间除了所述第1时刻以外不进行病原体的捕集，
所述时间间隔是所述第1时刻与所述第3时刻的间隔，
所述控制部在与所述第1病原体有关的所述梯度值小于预定的阈值的情况下，将所述时间间隔决定为比所述第2时刻与所述第1时刻的间隔长。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的病原体检测装置，
所述捕集部在第1时刻捕集作为所述病原体的第1病原体，
所述捕集部在第2时刻捕集第2病原体，在第3时刻捕集第3病原体，所述第2时刻比所述第1时刻早，所述第3时刻比所述第1时刻晚，所述捕集部在所述第2时刻与所述第3时刻之间除了所述第1时刻以外不进行病原体的捕集，
所述时间间隔是所述第1时刻与所述第3时刻的间隔，
所述控制部在与所述第1病原体有关的所述梯度值为预定的阈值以上的情况下，将所述时间间隔决定为比所述第2时刻与所述第1时刻的间隔短。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的病原体检测装置，
所述控制部在所述梯度值为所述预定的阈值以上的情况下，使所述检测部对所述标识物质量的检测持续，在所述梯度值小于所述预定的阈值的情况下，使所述检测部对所述标识物质量的检测中断。
8.一种病原体检测方法，包括：
捕集步骤，捕集空气中的病原体；
反应步骤，使通过所述捕集步骤捕集到的病原体和标识物质进行反应；
计时步骤，对从所述反应步骤中的反应开始起的时间进行计测；
检测步骤，对与所述病原体进行了反应的标识物质量进行检测；
决定步骤，基于通过所述计时步骤计测出的从反应开始起的预定时间和通过所述检测步骤检测出的所述标识物质量来算出梯度值，基于所述梯度值来决定到下一次通过所述捕集步骤进行捕集为止的时间间隔。
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