CN112189138A - 复合体及检测装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供具有良好的分散性和稳定的发光特性的复合体。本公开涉及的复合体(2032)包含：具有能够与靶物质特异性结合的性质的第1物质(20322)；包含硅作为主成分，并且表面带负电荷的量子点(20321a)；以及包含下述通式(1)所示的化合物，且覆盖量子点(20321a)的表面的连接物质(20321b)，第1物质(20322)经由连接物质(20321b)而固定化在量子点(20321a)的表面。X‑L‑Si‑(R1)(R2)(OR3)···(1)(其中，式中，X为碱性的官能团，R1、R2和R3各自独立地为烷基，L为亚烷基。)。

Description

复合体及检测装置
技术领域
本公开涉及与靶物质特异性结合的复合体以及使用了该复合体的检测装置。
背景技术
作为高灵敏度地检测微量靶物质的检测方法之一，例如，已知表面等离子共振荧光分析法(表面等离子激发增强荧光分析法：Surface Plasmon-field enhancedFluorescence Spectroscopy)等荧光法。在荧光法中，为了标记靶物质，使用了有机荧光色素，但由于有机荧光色素具有化学结构上弱的π键，因此易于褪色。因此，要求不褪色，具有稳定的发光特性的荧光物质。
作为具有稳定的发光特性的荧光物质，例如，可以考虑由无机物质构成的发光材料。例如，专利文献1公开了在常温下以Si的带隙以下的能量发光的硅(Si)纳米结晶发光材料。
此外，例如，专利文献2公开了利用了荧光性无机微粒作为荧光物质的荧光检测方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-83712号公报
专利文献2：日本特开2009-128136号公报
专利文献3：日本特开2011-158422号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，专利文献1所记载的Si纳米结晶发光材料如果将表面用硅烷偶联剂覆盖，则发生凝集。因此，难以代替有机荧光色素而使用Si纳米结晶发光材料。
此外，在专利文献2所记载的荧光检测方法中，使用了含有Cd(镉)、Se(硒)、或Te(碲)等具有毒性的物质的荧光性无机微粒。因此，如果考虑对人体和环境的不良影响，则难以使用该荧光性无机微粒作为荧光物质。
因此，本公开提供具有良好的分散性和稳定的发光特性，包含可以减少对人体和环境的不良影响的荧光物质的复合体。此外，本公开提供可以通过使用该复合体来精度良好地检测低浓度的靶物质的检测装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本公开的一方案涉及的复合体包含：具有能够与靶物质特异性结合的性质的第1物质；包含硅作为主成分，并且表面带负电荷的量子点；以及包含下述通式(1)所示的化合物，且覆盖上述量子点的表面的连接(linker)物质，上述第1物质经由上述连接物质而固定化在上述量子点的表面。
X-L-Si-(R1)(R2)(OR3)···(1)
(其中，式中，X为碱性的官能团，R1、R2和R3各自独立地为烷基，L为亚烷基。)
此外，本公开的一方案涉及的检测装置通过使用上述复合体来标记上述靶物质，从而检测上述靶物质。
发明的效果
根据本公开的一方案涉及的复合体，可以实现良好的分散性和稳定的发光特性，此外，根据本公开的一方案涉及的检测装置，通过使用该复合体，可以高灵敏度地检测低浓度的靶物质。
附图说明
图1为显示实施方案1涉及的复合体的一例的概略构成图。
图2为显示实施方案1中的量子点的一例的概略构成图。
图3为显示实施方案1中的表面修饰量子点的一例的概略构成图。
图4为用于对实施方案1中的表面修饰量子点的制造方法的一例进行说明的图。
图5为用于对实施方案1涉及的复合体的制造方法的一例进行说明的图。
图6为显示实施例1～3涉及的表面修饰量子点的水分散液的光透射率的测定结果的图。
图7为显示比较例1～3涉及的表面修饰量子点的水分散液的光透射率的测定结果的图。
图8为显示实施例4涉及的复合体的分散液的光透射率的测定结果的图。
图9为显示实施方案1中的检测系统的一例的概略构成图。
图10为显示实施方案1涉及的检测装置的一例的概略构成图。
图11A为显示实施方案1中的基材的一例的立体图。
图11B为图11A的XIB-XIB切割线中的、金属微细结构体的放大截面图。
图12为用于对实施方案1中的SAM进行说明的图。
图13为显示实施方案1涉及的检测装置的动作的一例的流程图。
图14为显示实施方案2涉及的检测装置的一例的概略构成图。
图15为显示实施方案2涉及的检测装置的动作的一例的流程图。
具体实施方式
(成为本公开的基础的认识)
如上述那样，以往，在荧光法中，作为荧光物质，使用了有机荧光色素。例如，在生物领域中，使用将与靶物质特异性结合的抗体用荧光物质标记了的标记化抗体，进行蛋白质和DNA等生物体物质的检测或细胞成像。
然而，由于有机荧光色素具有化学结构上弱的π键，因此具有光稳定性差这样的问题。因此，在使用有机荧光色素的情况下，进行照射的光的强度和照射时间等有限制。此外，由于有机荧光色素发出的总荧光量经时减少，因此难以将经时的荧光量累计而检测。进一步，对于有机荧光色素而言，激发波长与发光波长的波长差(所谓的斯托克斯位移)小，因此在检测荧光时，难以将激发光用光学滤波器完全阻断。因此，传感器的高灵敏度化困难。
另一方面，作为没有光褪色的发光物质，已知量子点。量子点由于由无机材料构成，因此与有机荧光色素相比光稳定性高。此外，量子点与有机荧光色素相比，斯托克斯位移大。因此，通过代替有机荧光色素而使用量子点作为荧光物质，可以期待传感器的高灵敏度化。然而，以往的量子点几乎都包含镉，因此担心对人体和环境的不良影响。因此，量子点限于作为研究用途的使用，实用化未进展。
以那样的状况作为背景，近年来，硅量子点受到关注。硅为在地壳中大量包含的丰富元素，除此以外对人体和环境的亲和性高。因此，硅量子点作为有希望的材料而受到关注，期待在现实社会中的实用化。
例如，在专利文献1中，公开了通过在Si纳米结晶发光材料的表面掺杂硼(B)和磷(P)，从而表面带负电荷的Si纳米结晶发光材料(以下，硅量子点)。该硅量子点由于表面带负电荷，因此在多个硅量子点之间发生静电排斥。由此，该硅量子点即使不用有机分子覆盖表面，即，没有采用有机分子的表面修饰，在水系溶剂中也显示良好的分散性。进一步，该硅量子点与表面状态无关地具有稳定的近红外区域的发光，因此如果可以将该性质应用于生物传感器，则可以期待生物传感器的高灵敏度化。
为了应用于生物传感器，要求硅量子点具有下述3个特征。
第1个特征是，在水系溶剂中良好地分散。生物材料在非水系溶剂中，例如，发生蛋白质的变性等不可逆的结构变化，因此在对生物材料进行处理时，使用了例如，磷酸缓冲生理盐水(PBS)等水系溶剂。因此，硅量子点在水系溶剂中具有良好的分散性为好。
第2个特征是，从与生物材料的结合的自由度的观点考虑，即使不用有机分子等覆盖硅量子点的表面，在水系溶剂中也良好地分散。如果将硅量子点的表面用有机分子等覆盖，则与生物材料的结合的自由度被限制。因此，硅量子点即使不用有机分子等覆盖表面，在水系溶剂中也具有良好的分散性为好。
第3个特征是，从生物材料中的透过性的观点考虑，与表面状态无关地具有稳定的近红外区域的发光。
然而，以往的多数硅量子点为了确保良好的分散性，用有机分子进行表面修饰，因此硅量子点与生物材料的结合的自由度被限制。换言之，由于硅量子点的表面被有机分子覆盖，因而用用于将生物材料(例如，抗体)与硅量子点的表面连接的连接物质将硅量子点进行表面修饰被限制。因此，以往的硅量子点难以使良好的分散性和与生物材料的良好的结合性兼有。此外，以往的硅量子点由于起因于表面的氧缺损的发光，因此根据表面状态，即，根据吸附于硅量子点的表面的物质的状态，发光特性易于大幅变化，发光特性不稳定。此外，该发光波长为短波长。进一步，多孔状的硅量子点除了上述硅量子点的问题以外，在应用于生物传感器时，具有发生由粒径大引起的缺陷的可能性。多孔状的硅量子点与上述的硅量子点相比粒子尺寸大。因此，例如，在使用了多孔状的硅量子点作为用于对标记化抗体进行标记的标记物质的情况下，有时与标记化抗体结合了的多孔状的硅量子点阻碍标记化抗体与抗原的结合。
因此，在将硅量子点应用于生物传感器时，需要解决上述问题。例如，为了实现硅量子点与生物材料(例如，抗体)的良好的结合性，在专利文献2中，提出了使80nm以下的包含选自ZnSe(硒化锌)、ZnTe(碲化锌)、CdS(硫化镉)、CdSe(硒化镉)、CdTe(碲化镉)、GaAs(砷化镓)、Si(硅)、Ag(银)、Au(金)、Fe(铁)、Pt(铂)和Co(钴)中的无机材料的荧光性量子点、与抗体经由末端具有官能团的硅烷偶联剂而结合。
然而，专利文献2所记载的荧光检测方法由于使用了含有Cd、Se或Te等具有毒性的物质的荧光性量子点，因此如果考虑对人体和环境的不良影响，则难以使用该量子点作为荧光物质。
与此相对，专利文献1记载的硅量子点以硅作为主成分而构成，可以减少对人体和环境的不良影响。进一步，该硅量子点由于在表面带负电荷，因此不用有机分子进行表面修饰，在水系溶剂中也显示良好的分散性。然而，如果将该硅量子点用连接物质(例如，硅烷偶联剂)进行表面修饰，则硅量子点彼此立即凝集，形成凝集体。这样，如果硅量子点彼此凝集，则能够作为荧光物质利用的硅量子点减少，因此生物传感器的检测灵敏度降低。为了发挥作为没有光褪色的发光物质的特性而将生物传感器高灵敏度化，需要即使用连接物质进行表面修饰，硅量子点也不凝集，即，维持良好的分散性。
然而，上述现有技术难以获得在维持分散性和发光特性的同时，用硅烷偶联剂进行了表面修饰的硅量子点。本申请发明的发明人鉴于上述课题而进行了深入研究，结果发现了包含具有良好的分散性和稳定的发光特性的硅量子点作为荧光物质的复合体。以下描述本发明人的认识。
专利文献1所记载的硅量子点如果用硅烷偶联剂进行表面修饰，则有时硅量子点的表面的电荷的状态(以下，带电状态)变化。即，根据硅烷偶联剂的分子结构和量，该硅量子点的表面的负电荷减弱，因此硅量子点间的静电排斥减弱，用硅烷偶联剂进行了表面修饰的硅量子点彼此凝集。例如，在硅烷偶联剂具有碱性的官能团的情况下，用硅烷偶联剂进行了表面修饰的硅量子点如果在水系溶剂中硅量子点表面的负电荷减弱到规定值以下，则硅量子点间的静电排斥减弱，因此凝集。此外，硅烷偶联剂所包含的硅烷醇基与硅量子点结合。因此，在硅烷偶联剂在其分子中包含多个硅烷醇基的情况下，与仅包含1个硅烷醇基的硅烷偶联剂相比，期待更多硅烷偶联剂在硅量子点的表面进行修饰，即，被固定化这样的优点。另一方面，也有通过包含多个硅烷醇基而可能产生的缺点。例如，具有在多个硅烷醇基各自分别结合不同的硅量子点的可能性，在该情况下，经由硅烷偶联剂而多个硅量子点结合，硅量子点凝集。此外，例如，具有下述可能性：硅烷偶联剂所包含的多个硅烷醇基之中，未与硅量子点结合的硅烷醇基与其它硅烷偶联剂所包含的硅烷醇基结合，硅烷偶联剂彼此发生交联。在该情况下，如果对不同硅量子点的表面进行修饰的硅烷偶联剂彼此发生交联，则硅量子点凝集。
因此，本发明人发现通过控制硅量子点的表面修饰所使用的硅烷偶联剂所具有的官能团的种类(即，水系溶剂中的官能团的带电的种类)、硅烷醇基数、和硅量子点与硅烷偶联剂的混合分子数比，从而即使用硅烷偶联剂进行表面修饰，也可以维持硅量子点的良好的分散性和稳定的发光特性。进一步，本发明人发现通过在荧光法中，代替以往的有机荧光物质而使用用硅烷偶联剂进行了表面修饰的硅量子点，从而与以往的生物传感器相比能够高灵敏度并且高精度地检测低浓度的被检测物质(以下，靶物质)。由此，能够实现可以进行可靠性高的检测的生物传感器。
(本公开的概要)
本公开的一方案的概要如下所述。
本公开的一方案涉及的复合体是下述复合体，其包含：具有能够与靶物质特异性结合的性质的第1物质；包含硅作为主成分，并且表面带负电荷的量子点；包含下述通式(1)所示的化合物，且覆盖上述量子点的表面的连接物质，上述第1物质经由上述连接物质而固定化在上述量子点的表面。
X-L-Si-(R1)(R2)(OR3)···(1)
(其中，式中，X为碱性的官能团，R1、R2和R3各自独立地为烷基，L为亚烷基。)
这样，由于连接物质包含具有碱性的官能团的化合物，且分子中具有1个硅烷醇基，因此即使用包含上述通式(1)所示的化合物的连接物质覆盖量子点的表面，量子点彼此也不经由连接物质而结合。即，上述通式(1)所示的连接物质由于分子中仅具有1个硅烷醇基，因此如果与1个量子点结合，则不能与其它量子点结合。因此，即使用包含上述通式(1)所示的化合物的连接物质覆盖量子点的表面，量子点也不易凝集。由此，本公开的一方案涉及的复合体具有良好的分散性。另外，所谓碱性的官能团，例如为具有质子接受性的官能团，为具有给电子性的官能团。换言之，碱性的官能团在进行了离子化的情况下为带正电荷的官能团。此外，量子点由于由无机材料构成，因此与有机荧光物质相比具有高的耐光性。因此，量子点不易发生光褪色。因此，本公开的一方案涉及的复合体具有稳定的发光特性。此外，由于作为量子点的主成分的硅对人体和环境的不良影响极其小，因此本公开的一方案涉及的复合体可以减少对人体和环境的不良影响。进一步，硅在地壳中包含约28％，是次于氧的含量第2多的元素。因此，通过量子点包含硅作为主成分，从而本公开的一方案涉及的复合体不仅将来对环境保护有贡献(可持续性)，而且能够实现低成本化。
例如，对于本公开的一方案涉及的复合体，上述通式(1)中的上述X可以为氨基。
通过具有上述结构，从而例如，在第1物质在端部具有羧基的情况下，连接物质对第1物质具有高结合性。因此，量子点能够经由连接物质而与第1物质良好地结合。由此，本公开的一方案涉及的复合体的稳定性提高。
例如，本公开的一方案涉及的复合体可以上述R1和上述R2为甲基，上述R3为乙基，上述L为亚丙基。
这样，由于连接物质在分子内仅具有1个硅烷醇基，因此即使连接物质具有碱性的官能团，即，即使具有进行阳离子化的官能团，量子点彼此也不易凝集。因此，本公开的一方案涉及的复合体维持良好的分散性。
例如，对于本公开的一方案涉及的复合体，上述量子点可以在表面包含硼和磷。
通过具有上述构成，从而量子点带负电荷。因此，在量子点间产生静电排斥，量子点不易凝集。本公开的一方案涉及的复合体具有良好的分散性。
此外，本公开的一方案涉及的检测装置通过使用上述任一复合体来标记上述靶物质，从而检测上述靶物质。
如上述那样，量子点不易发生光褪色。因此，构成的一部分包含量子点的复合体即使在照射高强度的光的情况下，也维持稳定的发光特性。因此，通过使用该复合体来标记靶物质，从而本公开的一方案涉及的检测装置可以高灵敏度地检测低浓度的靶物质。此外，该复合体即使在连续地照射光的情况下，也维持稳定的发光特性，因此本公开的一方案涉及的检测装置可以将经时的靶物质的变化算出或累计而检测靶物质。因此，本公开的一方案涉及的检测装置通过使用上述任一复合体，可以进行可靠性高的检测。进一步，量子点与以往的有机荧光色素相比，斯托克斯位移大，因此如果使用量子点作为荧光物质，则可以用光学滤波器阻断激发光而仅使荧光通过。因此，本公开的一方案涉及的检测装置通过使用上述任一复合体，可以高精度地检测低浓度的靶物质。
例如，本公开的一方案涉及的检测装置可以具备：容纳固定化了具有能够与上述靶物质特异性结合的性质的第2物质的基材的容纳部；将可能包含上述靶物质的试样、和上述复合体导入到上述容纳部的导入部；向上述容纳部照射激发光的照射部；以及基于通过照射到上述容纳部的激发光而从上述复合体发出的光，来检测上述靶物质的检测部。
通过具有上述构成，从而在容纳部，形成被固定于基材的第2物质、靶物质、和复合体中的第1物质依次结合了的夹层结构体。因此，本公开的一方案涉及的检测装置通过检测从夹层结构体中的复合体发出的光，可以高灵敏度地检测低浓度的靶物质。
例如，对于本公开的一方案涉及的检测装置，上述基材可以通过在上述基材的表面发生的等离子共振来使从上述复合体发出的上述光增强。
由此，本公开的一方案涉及的检测装置可以高灵敏度地检测低浓度的靶物质。
例如，对于本公开的一方案涉及的检测装置，上述基材可以为在上述基材的表面具有金属微细结构体的基板。
由此，由于在基板的表面产生局域等离子，因此从复合体发出的光通过等离子共振被增强。因此，本公开的一方案涉及的检测装置可以高灵敏度地检测低浓度的靶物质。
例如，本公开的一方案涉及的检测装置进一步具备使上述容纳部产生磁场的施加部，上述基材为具有磁性的微粒，上述基材可以通过上述施加部产生的上述磁场而向规定方向移动。
通过具有上述构成，从而复合体中的第1物质、标记物质、和被固定化在基材的表面的第2物质依次结合而成的夹层结构体在容纳部内通过施加部产生的磁场而向规定方向移动。此时，如果激发光照射到容纳部，则夹层结构体中的复合体发出荧光。因此，根据本公开的一方案涉及的检测装置，可以将向规定方向移动的夹层结构体作为光点的活动而检测。此外，复合体中的量子点由于由无机材料构成，因此不易发生光褪色。因此，量子点即使在夹层结构体通过磁场而向规定方向移动期间，被连续地照射激发光，也维持稳定的发光特性。因此，根据本公开的一方案涉及的检测装置，可以高精度地检测低浓度的靶物质。
另外，它们的包括的或具体的方案可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序或计算机可读取的CD-ROM等记录介质来实现，也可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序和记录介质的任意组合来实现。
以下，参照附图对实施方案具体地说明。
另外，在以下中说明的实施方案都显示包括的或具体的例子。以下实施方案中显示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置和连接形态、步骤、步骤的顺序等为一例，不是限定权利要求的意图。此外，关于以下实施方案中的构成要素之中，表示最上位概念的独立权利要求中未记载的构成要素，作为任选的构成要素进行说明。
此外，各图不一定是严格地图示。在各图中，对实质上相同的构成附上相同的符号，重复的说明省略或简化。
(实施方案1)
以下，对实施方案1涉及的复合体和使用了该复合体的检测装置进行说明。
[复合体]
首先，参照图1～图3对实施方案1涉及的复合体具体地说明。图1为显示实施方案1涉及的复合体2032的构成的一例的概略构成图。
如图1所示那样，复合体2032包含第1物质20322、量子点20321a、和连接物质20321b。第1物质20322具有能够与作为检测对象的靶物质特异性结合的性质。靶物质可举出例如，蛋白质、脂质、糖、和核酸等。具有能够与靶物质特异性结合的性质的物质可举出例如，针对抗原的抗体、针对基质或辅酶的酶、针对激素的受体、针对抗体的蛋白A或蛋白G、针对生物素的抗生物素蛋白类、针对钙的钙调蛋白、和针对糖的凝集素等。例如，在靶物质为病毒的构成成分等蛋白质的情况下，第1物质20322例如为以该蛋白质作为抗原的抗体。第1物质20322经由连接物质20321b而固定化在量子点20321a的表面。由于在后面对连接物质20321b进行描述，因此省略这里的说明。
[量子点]
图2为显示实施方案1中的量子点20321a的构成的一例的概略构成图。量子点20321a包含硅(Si)作为主成分，并且表面带负电荷。量子点20321a在表面包含硼(B)和磷(P)。这里，硼为n型杂质，磷为p型杂质。
关于量子点20321a的制造方法，例如，通过溅射法在基板表面形成由Si、SiO2、B2O3、P2O5形成的复合体(以下，BPSG：Boro-Phospho Silicate Glass(硼磷硅玻璃))的薄膜，接着，将BPSG膜在非活性气体气氛中在1100℃～1300℃的温度范围热处理规定时间。由此，在BPSG膜中形成硅纳米结晶。另外，通过将BPSG膜进行热处理，从而在硅纳米结晶中同时掺杂n型杂质(这里，硼)和p型杂质(这里，磷)。量子点20321a的粒径以长径计为10nm以下，可以为5nm以下，并且为0.5nm以上，可以为3nm以上。
另外，掺杂在硅纳米结晶中的硼和磷的量可以根据目的来适当调整。通过硼和磷的掺杂量来调整量子点的表面的负电荷的大小。
图3为显示将实施方案1中的量子点20321a用连接物质20321b进行了表面修饰的、表面修饰量子点20321的构成的一例的概略构成图。连接物质20321b包含下述通式(1)所示的化合物，且覆盖量子点20321a的表面。
X-L-Si-(R1)(R2)(OR3)···(1)
(其中，式中，X为碱性的官能团，R1、R2和R3各自独立地为烷基，L为亚烷基。)
这里，所谓碱性的官能团，是显示布朗斯台德碱性的官能团。显示布朗斯台德碱性的官能团作为质子受体起作用。换言之，碱性的官能团为质子接受性的官能团，为给电子性的官能团，在进行了离子化的情况下为带正电荷的官能团。碱性的官能团可举出例如，伯氨基、仲氨基、叔氨基、和季铵基等，可以为伯氨基(以下，氨基)或仲氨基。其中，上述通式(1)中的X可以为氨基。在上述通式(1)中的X为氨基的情况下，连接物质20321b与第1物质20322中的羧基形成肽键(-CONH-)。
此外，上述通式(1)中的R1、R2和R3各自独立地为烷基。因此，连接物质20321b在分子中具有1个硅烷醇基。R1、R2和R3为取代或未取代的烷基，包含碳原子数为5以下的直链或支链状的烷基。其中，碳原子数为1以上，并且，可以为3以下。碳原子数为3以下的未取代的烷基可举出例如，甲基、乙基、丙基、和异丙基等。其中，R1和R2可以为碳原子数为1的甲基，R3可以为碳原子数为2的乙基。
上述烷基可以进一步具有取代基。作为这样的取代基，可举出例如，烷基、烷氧基、羟基、和酯基等。作为经羟基取代了的烷基，可举出例如，羟甲基、和羟丁基等。作为经酯基取代了的烷基，可举出例如，甲氧基羰基、乙氧基羰基、丙氧基羰基、和异丙氧基羰基等。
上述通式(1)中的L为取代或未取代的亚烷基，碳原子数可以为10以下。其中，碳原子数为1以上，并且，可以为5以下。L中的亚烷基中的-CH2-可以经选自亚氨基(-NH-)、酯基(-COO-)、醚基(-O-)、亚苯基中的1个以上基团置换。其中，可以为碳原子数为3的亚丙基。未取代的亚烷基例如为亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基等。取代亚烷基例如为经至少1个取代基取代了的亚烷基。取代基可举出例如，烷基、烷氧基、羟基、酯基等。
[复合体的制造方法]
接着，参照图4和图5对复合体2032的制造方法具体地说明。图4为用于对实施方案1中的表面修饰量子点20321的制造方法的一例进行说明的图。
表面修饰量子点20321包含：含有下述结构式(2)所示的化合物，且覆盖量子点20321a的表面的连接物质20321b。下述结构式(2)所示的化合物为APDMES(3-Aminopropyldimethylethoxysilane(3-氨基丙基二甲基乙氧基硅烷))。
[化1]
Figure BDA0002795027580000131
如图4所示那样，首先，将量子点20321a和连接物质20321b进行混合，[1]在其中加入离子交换水，[2]进行15分钟超声波处理。接着，[3]进行了1小时×2次渗析后，渗析一晚，[4]在95℃下进行10分钟脱水处理。由此，获得用连接物质20321b对量子点20321a的表面进行了修饰的表面修饰量子点20321。
图5为用于对实施方案1涉及的复合体2032的制造方法的一例进行说明的图。如图5所示那样，复合体2032通过将能够与靶物质特异性结合的第1物质20322(例如，IgG抗体)、和通过图4所示的制造方法而获得的表面修饰量子点20321在室温下孵育一晚来制作。此时，为了使第1物质20322与表面修饰量子点20321效率更好地结合，可以使用能够促进第1物质20322与表面修饰量子点20321的结合反应的物质(以下，反应促进物质)而进行活化处理。该反应促进物质例如为DMT-MM(4-(4,6-Dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl)-4-methylmorpholinium Chloride n-Hydrate(4-(4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪-2-基)-4-甲基吗啉
Figure BDA0002795027580000132
氯化物n水合物))、或EDC(1-Ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimidehydrochloride(1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳二亚胺盐酸盐))-NHS(N-hydroxysulfosuccinimide(N-羟基硫代琥珀酰亚胺))。在图5所示的例子中，复合体2032是表面修饰量子点20321与第1物质20322经由肽键结合而成的。另外，在图4和图5中，举出上述通式(1)中的X为氨基的连接物质20321b为例对复合体2032的制造方法进行了说明，但X只要是碱性的取代基即可，不限定于氨基。此外，在上述制造方法中，举出连接物质20321b在分子中具有1个硅烷醇基的例子，但不限于此。另外，使表面修饰量子点20321与第1物质20322结合的方法只要是第1物质20322不失活的方法，就可以使用其它公知的方法。
[表面修饰量子点的分散性评价]
接着，评价了表面修饰量子点的分散性。
[实施例1～3]
在以下实施例中，作为连接物质，使用了上述结构式(2)所示的化合物(APDMES)。如上述结构式(2)所示那样，APDMES具有作为碱性的官能团的氨基(-NH2基)、和1个硅烷醇基。此外，作为量子点，使用了对粒径3.9nm的硅微粒掺杂了磷和硼的量子点。此外，作为促进量子点与连接物质反应的物质，使用了DMT-MM。
实施例1～3涉及的表面修饰量子点分别以量子点与连接物质的混合比率成为1：125、1：250、1：1250(量子点的个数：连接物质的分子数)的方式混合，按照图4所示的制造方法制作。接着，使实施例1～3涉及的表面修饰量子点分别分散于水，调制出分散液(以下，实施例1～3涉及的表面修饰量子点的水分散液)。使用分光光度计(UV-1600，岛津制作所)测定了这些分散液的光透射率。具体而言，在微小比色杯中加入分散液100μL，在200nm～800nm的波长区域中测定了分散液的光透过性。将结果示于图6中。图6为显示实施例1～3涉及的表面修饰量子点的水分散液的光透射率的测定结果的图。另外，作为参照例1，也测定了无表面修饰的量子点的水分散液的光透射率。
如图6所示那样，实施例1～3涉及的表面修饰量子点的水分散液分别在全部测定波长区域中显示与参照例1几乎同等的光透射率。
在本实施例中使用的量子点由于不吸收波长600nm以上的波长区域的光，因此在水分散液中的量子点的分散性良好的情况下，该水分散液在波长600nm以上的波长区域显示高的光透射率。由于实施例1～3涉及的表面修饰量子点的水分散液在波长600nm以上的波长区域显示高的光透射率，因此可以确认在这些水分散液中未形成宏观的散射体(即，凝集体)。因此，可知实施例1～3涉及的表面修饰量子点在水系溶剂中具有良好的分散性。
[比较例1～3]
接着，在以下比较例中，作为连接物质，使用了下述结构式(3)所示的化合物(APTMS：3-Aminopropyltrimethoxysilane(3-氨基丙基三甲氧基硅烷))。
[化2]
Figure BDA0002795027580000151
如上述结构式(3)所示那样，APTMS具有作为碱性的官能团的氨基(-NH2基)和3个硅烷醇基(即，3个Si-O键)。
比较例1～3涉及的表面修饰点除了使用了APTMS作为连接物质以外，与实施例1～3同样地制作。接着，使比较例1～3涉及的表面修饰量子点分别分散于水，调制出分散液(以下，比较例1～3涉及的表面修饰量子点的水分散液)。通过与实施例1～3同样的方法测定了这些分散液的光透射率。将结果示于图7中。图7为显示比较例1～3涉及的表面修饰量子点的水分散液的光透射率的测定结果的图。另外，作为参照例1，也测定了无表面修饰的量子点的水分散液的光透射率。
如图7所示那样，比较例1～3涉及的表面修饰量子点的水分散液分别在全部测定波长区域中与参照例1相比光透射率低。比较例1～3涉及的表面修饰量子点的水分散液与参照例1相比在波长600nm以上的波长区域光透射率大幅降低，因此可以确认在这些水分散液中形成了宏观的散射体(即，凝集体)。因此，可知比较例1～3涉及的表面修饰量子点在水系溶剂中凝集。
[复合体的分散性评价]
接着，对复合体的分散性进行了评价。
[实施例4]
按照图5所示的制造方法，制作出实施例2涉及的表面修饰量子点与IgG抗体结合而成的复合体。使所得的复合体分散于磷酸缓冲生理盐水(PBS：Phosphate BufferedSalts)，调制出分散液。通过与实施例1～3同样的方法测定了该分散液的光透射率。将结果示于图8中。图8为显示实施例4涉及的复合体的分散液的光透射率的测定结果的图。另外，参照例2为使实施例2涉及的表面修饰量子点分散于PBS的分散液，参照例3为使IgG分散于PBS的分散液。
如图8所示那样，实施例4涉及的复合体的分散液的光透射率在全部波长区域与参照例2涉及的表面修饰量子点的分散液的光透射率几乎同等。因此可知，实施例4涉及的复合体在水系溶剂中与实施例2涉及的表面修饰量子点显示几乎同等的分散性。此外，由于实施例4涉及的复合体的分散液在600nm以上的波长区域中光透射率也不降低，因此可以确认在分散液中未形成宏观的凝集体。因此，可知实施例4涉及的复合体在水系溶剂中具有良好的分散性。
[总结]
在实施例1～3中使用的连接物质在分子中具有1个硅烷醇基。另一方面，在比较例1～3中使用的连接物质在分子中具有3个硅烷醇基。如在成为本公开的基础的认识中说明过地那样，随着连接物质的分子中所包含的硅烷醇基的数变多，易于形成连接物质彼此的交联以及连接物质与多个量子点的结合，因此经由连接物质而多个量子点易于结合。因此，连接物质的分子中所包含的硅烷醇基的数越多，则形成凝集体的可能性越高。在实施例1～3中使用的连接物质(APDMES)由于在分子中具有作为碱性的官能团的氨基，因此在水系溶剂中带正电荷。APDMES由于带有与量子点的表面的电荷相反的电荷，因此具有减弱量子点的表面的负带电的可能性。然而，APDMES由于在分子中仅具有1个硅烷醇基，因此如果与量子点的表面结合，则不易与其它量子点或其它连接物质结合。
即，不易在1个连接物质分子结合多个量子点，连接物质彼此的交联也不易发生。因此，即使用APDMES将量子点进行表面修饰，量子点也不易经由APDMES而与其它量子点结合。由此推测，对于实施例1～3涉及的表面修饰量子点，由于量子点彼此的静电排斥不被降低，因此确保了良好的分散性。
另一方面，比较例中使用的连接物质(APTMS)与APDMES同样地在分子中具有作为碱性的官能团的氨基，但由于具有3个硅烷醇基，因此即使与量子点的表面结合，也能够与其它量子点或其它连接物质结合。更具体而言，如果用APTMS将量子点进行表面修饰，则通过APTMS的正电荷而减弱量子点的表面的负电荷，因此量子点间的静电排斥力降低。如果该静电排斥力降低到某程度，则不能抑制未与量子点的表面结合的硅烷醇基与其它量子点或结合于其它量子点表面的连接物质结合。由此，可以认为比较例1～3涉及的表面修饰量子点不能确保量子点所具有的良好的分散性。
关于复合体的分散性，由实施例4的结果可以确认，只要表面修饰量子点的分散性良好，则即使使第1物质(例如，抗体等)与表面修饰量子点结合也维持表面修饰量子点的分散性。
综上，可知用具有碱性的官能团，且分子内具有1个硅烷醇基的连接物质进行了表面修饰的量子点在硅烷醇基的数为1个的情况下，与量子点与连接物质的混合比率无关，都可以维持量子点所具有的良好的分散性。此外，可知使第1物质(IgG抗体等)与该表面修饰量子点结合而成的复合体也与该表面修饰量子点同样地，可以维持良好的分散性。由此，可知通过使用具有碱性的官能团，且分子内具有1个硅烷醇基的连接物质，从而可获得维持量子点所具有的良好的分散性，同时也具有与第1物质的结合性的复合体。
[检测系统的概要]
接着，对具备实施方案1涉及的检测装置作为构成的一部分的检测系统进行说明。检测装置为通过使用实施方案1涉及的复合体2032来标记靶物质，从而检测靶物质的装置。靶物质例如为蛋白质、脂质、糖、核酸等。
图8为显示实施方案1中的检测系统10的构成的一例的概略构成图。检测系统10例如设置在人出入的房间。检测系统10例如捕集可能包含空气中的悬浮的病毒等靶物质的微粒，检测微粒所包含的靶物质的浓度。以下，对靶物质为病毒或病毒的构成成分(以下，简称为病毒)的情况进行说明。病毒的构成成分例如为构成病毒的蛋白质或核酸等。病毒的种类没有特别限定，只要是一般被分类为病毒的物质即可。这里，作为在空气中悬浮的靶物质的一例，可举出病毒，但不限于此。在空气中悬浮的靶物质可以为例如细菌，也可以为花粉等过敏原。
如图8所示那样，检测系统10具备捕集装置100、检测装置200、和控制器300。以下，对捕集装置100、检测装置200和控制器300的详细情况进行说明。
[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而混合到捕集液。更具体而言，捕集装置100通过从空气吸入口105吸入周边的气氛空气，捕集可能包含空气中的病毒等的微粒而混合到捕集液，从而捕集空气中的病毒。如图8所示那样，捕集装置100具备抽吸器101、捕集液罐102、泵103、旋风分离器104、空气吸入口105、洗涤液罐106、泵107、洗涤液罐108、泵109、废液罐110、和液体流路111。以下，对捕集装置100的各构成要素进行说明。
抽吸器101从空气吸入口105吸入周边的气氛空气。由此，可能包含在周边的气氛空气中悬浮的病毒的微粒与空气一起从空气吸入口105被吸入到旋风分离器104。抽吸器101与旋风分离器104连接，为了使旋风分离器104动作而被驱动。
捕集液罐102为用于保持用于捕集空气中的病毒的捕集液的容器。
泵103将捕集液罐102内的捕集液供给到旋风分离器104。
旋风分离器104与空气吸入口105和捕集液罐102连接，将通过抽吸器101从空气吸入口105吸入的可能包含空气中的病毒的微粒、与通过泵103从捕集液罐102供给的捕集液进行混合。旋风分离器104经由液体流路111而与检测装置200连接。混合了微粒的捕集液(以下，称为试样)从旋风分离器104经由液体流路111而供给到检测装置200。
洗涤液罐106为用于保持用于洗涤旋风分离器104和液体流路111的洗涤液的容器。洗涤液罐106与旋风分离器104连接，洗涤液罐106内的洗涤液通过泵107而供给到旋风分离器104。
洗涤液罐108为用于保持用于洗涤液体流路111的洗涤液的容器。洗涤液罐108与液体流路111连接，洗涤液罐108内的洗涤液通过泵109而供给到液体流路111。
废液罐110为用于储存不要的液体的容器。废液罐110例如储存对旋风分离器104和液体流路111进行了洗涤后的洗涤液等。
液体流路111为用于将从旋风分离器104排出的试样导到检测装置200的通路。液体流路111与检测装置200的导入部203连接。
[检测装置的构成]
接下来，参照图9和图10对检测装置200进行具体地说明。图10为显示实施方案1涉及的检测装置200的构成的一例的概略构成图。
实施方案1涉及的检测装置200具备：容纳固定化了具有能够与病毒特异性结合的性质的第2物质(这里，抗体)的基材2022的容纳部202；将可能包含病毒的试样、和复合体2032(参照图3)导入到容纳部202的导入部203；向容纳部202照射激发光的照射部204；以及基于通过照射到容纳部的激发光而从复合体2032发出的光，来检测病毒的检测部207。第2物质可以为与复合体2032中的第1物质相同种类的分子，也可以为不同种类的分子。第1物质和第2物质具有能够与靶物质的不同部位结合的性质。在第1物质与第2物质为相同种类的分子的情况下，第1物质和第2物质例如为以病毒作为抗原的抗体。此时，第1物质和第2物质分别与病毒中的不同部位结合。此外，在第1物质与第2物质为不同种类的分子的情况下，第1物质例如为辅酶，第2物质例如为基质。此时，靶物质例如为酶。
检测装置200通过捕集装置100而从混合了微粒的捕集液检测病毒。如图9和图10所示那样，检测装置200具备传感器器件201、导入部203、照射部204、光束分离器205、透镜206、和检测部207。以下，对检测装置200的各构成要素进行说明。
传感器器件201具备容纳部202。另外，在图8中，传感器器件201具备单一的容纳部202，但也可以具备多个容纳部。
在本实施方案中，传感器器件201可以计测规定体积(例如1ml)的样品液体2031中的病毒的个数(例如103～106个)的范围。此外，在本实施方案中，为了光学检测病毒量，利用表面增强荧光法。另外，在靶物质为酶、激素、和免疫抗体等生物体物质的情况下，传感器器件201可以测定规定体积的样品液体2031中的生物体物质的浓度。
如图10所示那样，容纳部202具备流路2021、和基材2022。
流路2021为用于将从导入部203滴加的样品液体2031导到检测区域2023的通路。流路2021具有用于向流路2021内供给样品液体2031的供给孔、和将流路2021内的样品液体2031排出到容纳部202之外的排出孔。
图11A为显示实施方案1中的基材2022的一例的立体图。基材2022通过在基材2022的表面发生的等离子共振而使从复合体2032(参照图1)发出的光增强。基材2022为在基材2022的表面具有金属微细结构体2024的基板。金属微细结构体2024可以在基材2022的主面整体形成，也可以在基材2022的主面的一部分形成。如图10和图11A所示那样，基材2022具有检测区域2023。检测区域2023为用于利用表面等离子而光学地检测病毒的区域。在检测区域2023配置有金属微细结构体2024。如果从照射部204向检测区域2023照射激发光，则构成金属微细结构体2024的金属粒子被激发，在金属微细结构体2024的金属膜的表面产生表面等离子。
另外，在图10中，基材2022虽然配置在容纳部202的流路2021的底面，但也可以与流路2021一体地形成。
基材2022例如由烯烃等树脂构成，在检测区域2023具有多个突起部。多个突起部的一部分被金属膜被覆，从而构成金属微细结构体2024。在金属微细结构体2024固定有第2物质。第2物质例如为具有能够与病毒特异性结合的性质的抗体，为所谓的固定化抗体。后面使用图11B对金属微细结构体2024的详细进行描述。
导入部203将试样和复合体2032导入到容纳部202。具体而言，导入部203将包含试样和复合体2032的样品液体2031滴加到容纳部202。这里，复合体2032(参照图1)为被量子点20321a(参照图1)标记了的抗体，为所谓的标记化抗体。试样为可能包含病毒的液体，在本实施方案中为从旋风分离器104排出的捕集液。
如果在试样中包含病毒，则该病毒经由固定化抗体而与金属微细结构体2024结合。此时，病毒也与被复合体2032标记了的标记化抗体结合。即，在金属微细结构体2024结合有固定化抗体、病毒、和标记化抗体的复合体。在该状态下，如果从照射部204向金属微细结构体2024照射激发光，则从与病毒间接结合的复合体2032发出荧光，该荧光通过表面等离子被增强。以下，将通过表面等离子被增强了的荧光称为表面增强荧光。
照射部204向容纳部202照射激发光。作为照射部204，可以不特别限定地利用公知的技术。照射部204例如可以利用半导体激光、气体激光等激光。
光束分离器205将在检测区域2023产生的表面增强荧光从从照射部204照射的激发光中分离。具体而言，光束分离器205使来自照射部204的激发光通过，分离出在检测区域2023产生的表面增强荧光而导到检测部207。
透镜206将通过了光束分离器205的来自照射部204的激发光聚光到检测区域2023。透镜206可以不特别限定地利用公知的技术。
检测部207通过将通过光束分离器205而传导的表面增强荧光分光，检测特定的波长区域的光，从而输出相当于试样中的病毒的量的电信号。检测部207只要能够将特定的波长区域的光分光并进行检测，就可以不特别限定地利用公知的技术。例如，作为检测部207，为了将光分光，可以利用使特定的波长区域的光透过的干涉滤波器、使用衍射光栅进行分光的切尔尼型分光器、和中阶梯光栅型分光器等。进一步，检测部207可以包含用于在向检测部207导入光之前将来自照射部204的激发光除去的陷波滤波器、或可以阻断来自照射部204的激发光并且使在检测区域2023产生的表面增强荧光透过的长通滤波器。另外，在检测部207中，为了简单，省略用于将光分光的装置的图示。
[控制器的构成]
控制器300(参照图9)控制检测系统10整体的动作。具体而言，控制器300控制捕集装置100和检测装置200。
更具体而言，控制器300控制测定的开始，使抽吸器101开始抽吸周边的气氛空气，并且，使泵103从捕集液罐102向旋风分离器104供给捕集液。由此，在旋风分离器104中捕集液与微粒被混合而调制试样。接着，试样从旋风分离器104被供给到检测装置200。进一步，控制器300使照射部204照射光，使检测部207检测表面增强荧光。另外，控制器300可以将混合了试样和复合体2032(参照图1)的样品液体2031供给到检测装置200。
此外，控制器300例如基于输入参数，在预先设定的条件下，控制各泵而将规定体积的样品液体2031供给到检测装置200。进一步，控制器300具有计时功能，可以生成各动作所需要的时间的信息并存储。此外，控制器300可以从检测装置200接收计测值，基于计测值和时间信息，算出在空气中悬浮的病毒的浓度的经时变化。
另外，控制器300例如通过1个以上专用电子电路来实现。1个以上专用电子电路可以集成在1个芯片上，也可以在多个芯片上单独形成。此外，控制器300可以代替1个以上专用电子电路而通过通用处理器(未图示)、和存储了软件程序或指令的存储器(未图示)来实现。在该情况下，在执行了软件程序或指令时，处理器作为控制器300起作用。
[金属微细结构体的构成]
这里，参照图11A和图11B对金属微细结构体2024的详细的构成具体地说明。图11B为图11A的XIB-XIB切割线中的、金属微细结构体2024的放大截面图。
如图11A所示那样，在基材2022的检测区域2023设置有用于产生表面等离子的纳米级的金属微细结构体2024。在本实施方案中，金属微细结构体2024为检测区域2023上的被金属膜被覆了的区域，具备树脂基板2025和金属膜2026。
树脂基板2025具有通过纳米压印或注射成型而形成了一个主面(Z轴正侧的面)的纳米结构体。如图11B所示那样，纳米结构体包含多个柱2025a。在该多个柱2025a中，期望柱2025a的高度与柱2025a间的间距的尺寸的比率为1：1～1：3。在本实施方案中，激发光的波长和荧光的波长为750nm～850nm。因此，在本实施方案中，期望例如柱2025a的高度为约200nm，柱2025a的直径为约230nm，柱2025a间的间距为约460nm。另外，树脂基板2025的纳米结构体不限定于此，可以代替多个柱2025a而包含多个半球体。
金属膜2026通过在树脂基板2025成膜金属来制作。在金属膜2026形成有与树脂基板2025的多个柱2025a对应的多个突起部2026a。在激发光的波长和荧光的波长为750nm～850nm的情况下，期望金属膜2026的膜厚为约400nm。此外，期望在多个突起部2026a中相邻的突起部之间的间隙的长度为固定化抗体的长度与靶物质的长度与标记化抗体的长度的总和的100％～200％。
金属膜2026的材料不需要特别限定，可以为金、银、铜、或铝、或包含这些任一金属作为主成分的合金。此外，作为金属膜2026的成膜方法，可以使用例如，电子束(EB)蒸镀法。另外，金属膜2026的成膜方法不需要特别限定，可以为例如溅射法、或真空蒸镀法。
在金属膜2026上形成有自组装化单分子膜(以下，称为SAM)，固定化抗体经由该SAM而固定于金属微细结构体2024。图12为用于对实施方案1中的SAM2027进行说明的图。
如图12所示那样，在金属微细结构体2024上形成有SAM2027。SAM2027包含连接分子2027a和非连接分子2027b。固定化抗体2028经由SAM2027的连接分子2027a而固定于金属微细结构体2024。
连接分子2027a在一个末端具有硫醇基，在另一个末端具有羧基。硫醇基与金属微细结构体2024的表面结合。羧基与固定化抗体2028进行肽结合。
进一步，连接分子2027a在硫醇基与羧基之间包含碳原子数为10以上的烷基链2027c、和聚乙二醇(PEG)链。具体而言，烷基链2027c与硫醇基和聚乙二醇链2027d连接，聚乙二醇链2027d与烷基链2027c和羧基连接。
非连接分子2027b在一个末端具有硫醇基，在另一个末端具有羟基。硫醇基与金属微细结构体2024的表面结合。由于羟基为亲水性，因此抑制标记化抗体20322和表面修饰量子点20321的非特异吸附。
进一步，非连接分子2027b在硫醇基与羟基之间包含碳原子数为10以上的烷基链2027c、和聚乙二醇链2027d。具体而言，烷基链2027c与硫醇基和聚乙二醇链2027d连接，聚乙二醇链2027d与烷基链2027c和羟基连接。
在样品液体2031中包含病毒(靶物质)20311的情况下，该病毒20311与被固定于金属微细结构体2024的固定化抗体2028结合。病毒20311还结合有被表面修饰量子点20321标记了的标记化抗体20322。
如果向这样的金属微细结构体2024照射激发光，则从复合体2032发出荧光，通过在金属微细结构体2024产生的表面等离子来增强该荧光。即，发出与病毒的量对应的表面增强荧光。
另外，固定化抗体2028和标记化抗体20322都为具有能够与靶物质特异性结合的性质的抗体，可以为例如VHH抗体，也可以为IgG抗体。
[检测装置的动作]
参照图10和图13对如以上那样构成的检测装置200的动作进行说明。图13为显示实施方案1涉及的检测装置200的动作的一例的流程图。
首先，导入部203将包含可能包含病毒的试样和复合体的样品液体2031导入到容纳部202(S102)。接着，照射部204向导入了样品液体2031的容纳部202照射激发光(S104)。接着，检测部207计测通过激发光的照射而从复合体发出并且通过表面等离子被增强了的荧光即表面增强荧光，从而检测样品液体2031中的病毒(S106)。
[效果等]
如以上那样，实施方案1涉及的复合体2032是下述复合体，其包含：具有能够与靶物质特异性结合的性质的第1物质；包含硅作为主成分，并且表面带负电荷的量子点；以及包含下述通式(1)所示的化合物，且覆盖量子点的表面的连接物质，第1物质经由连接物质而固定化在量子点的表面。
X-L-Si-(R1)(R2)(OR3)···(1)
(其中，式中，X为碱性的官能团，R1、R2和R3各自独立地为烷基，L为亚烷基。)
这样，由于连接物质包含具有碱性的官能团的化合物，且分子中具有1个硅烷醇基，因此即使用包含上述通式(1)所示的化合物的连接物质覆盖量子点的表面，量子点彼此也不经由连接物质而结合。即，上述通式(1)所示的连接物质由于在分子中仅具有1个硅烷醇基，因此如果与1个量子点结合，则不能与其它量子点结合。因此，即使用包含上述通式(1)所示的化合物的连接物质覆盖量子点的表面，量子点也不易凝集。由此，实施方案1涉及的复合体具有良好的分散性。另外，所谓碱性的官能团，例如为具有质子接受性的官能团，为具有给电子性的官能团。换言之，碱性的官能团在离子化了的情况下为带正电荷的官能团。此外，量子点由于由无机材料构成，因此与有机荧光物质相比具有高的耐光性。因此，量子点不易发生光褪色。因此，实施方案1涉及的复合体具有稳定的发光特性。此外，作为量子点的主成分的硅由于对人体和环境的不良影响极其小，因此实施方案1涉及的复合体可以减少对人体和环境的不良影响。进一步，硅在地壳中包含约28％，为次于氧的含量第2多的元素。因此，通过量子点包含硅作为主成分，从而本公开的一方案涉及的复合体不仅将来对环境保护有贡献(可持续性)，而且能够实现低成本化。
例如，对于实施方案1涉及的复合体2032，上述通式(1)中的X为氨基。
通过具有上述结构，从而例如在第1物质在端部具有羧基的情况下，连接物质对第1物质具有高结合性。因此，量子点能够经由连接物质而与第1物质良好地结合。由此，实施方案1涉及的复合体的稳定性提高。
例如，对于实施方案1涉及的复合体2032，上述通式(1)中的R1和R2为甲基，R3为乙基，L为亚丙基。
这样，由于连接物质在分子内仅具有1个硅烷醇基，因此即使连接物质具有碱性的官能团，即，即使具有进行阳离子化的官能团，量子点彼此也不易凝集。因此，实施方案1涉及的复合体维持良好的分散性。
例如，对于实施方案1涉及的复合体2032，量子点在表面包含硼和磷。
通过具有上述构成，从而量子点带负电荷。因此，实施方案1涉及的复合体具有良好的分散性。
此外，实施方案1涉及的检测装置200通过使用上述任一复合体来标记靶物质，从而检测靶物质。
如上述那样，量子点不易发生光褪色。因此，在构成的一部分包含量子点的复合体即使在被照射高强度的光的情况下，也维持稳定的发光特性。因此，通过使用该复合体来标记靶物质，从而实施方案1涉及的检测装置可以高灵敏度地检测低浓度的靶物质。此外，该复合体即使在被连续地照射光的情况下，也维持稳定的发光特性，因此实施方案1涉及的检测装置可以将经时的靶物质的变化算出或累计而检测靶物质。因此，实施方案1涉及的检测装置通过使用上述任一复合体，可以进行可靠性高的检测。进一步，量子点与以往的有机荧光色素相比，斯托克斯位移大，因此如果使用量子点作为荧光物质，则可以用光学滤波器阻断激发光而仅使荧光通过。因此，实施方案1涉及的检测装置通过使用上述任一复合体，可以高精度地检测低浓度的靶物质。
例如，实施方案1涉及的检测装置200具备：容纳固定化了具有能够与靶物质特异性结合的性质的第2物质的基材的容纳部；将可能包含靶物质的试样、和复合体导入到容纳部的导入部；向容纳部照射激发光的照射部；以及基于通过照射到容纳部的激发光而从复合体发出的光，来检测靶物质的检测部。
通过具有上述构成，从而在容纳部形成被固定于基材的第2物质、靶物质、和复合体中的第1物质依次结合了的夹层结构体。因此，实施方案1涉及的检测装置通过检测从夹层结构体中的复合体发出的光，可以高灵敏度地检测低浓度的靶物质。
例如，对于实施方案1涉及的检测装置200，基材通过在基材的表面发生的等离子共振，从而使从复合体发出的光增强。
由此，实施方案1涉及的检测装置可以高灵敏度地检测低浓度的靶物质。
例如，对于实施方案1涉及的检测装置200，基材为在基材的表面具有金属微细结构体的基板。
由此，由于在基板的表面产生局域等离子，因此从复合体发出的光通过等离子共振而被增强。因此，实施方案1涉及的检测装置可以高灵敏度地检测低浓度的靶物质。
(实施方案2)
接着，参照附图对实施方案2涉及的检测装置进行说明。
[检测装置]
图14为显示实施方案2涉及的检测装置200a的一例的概略构成图。另外，在图14中，对与图10相同的构成要素使用相同符号，省略重复的说明。
对于实施方案1涉及的检测装置200，说明了基材2022为在表面具有金属微细结构体2024的基板的例子，但对于实施方案2涉及的检测装置200a，基材(未图示)为具有磁性的微粒(以下，也称为磁微粒)。磁微粒为强磁性体。
此外，在实施方案1中，对通过在金属微细结构体2024的表面发生的等离子共振使从复合体2032发出的光增强的例子进行了说明，但在实施方案2中，检测装置200a进一步具备施加部209，磁微粒通过施加部2029产生的磁场而向规定方向移动。以下，以与实施方案1不同的点为中心进行说明。
如图14所示那样，实施方案2涉及的检测装置200a具备容纳部202a、导入部203、照射部204、长通滤波器2051、检测部207a、和施加部209。
容纳部202a具备流路2021a、折射率调整层2029、和玻璃基板208。容纳部202a容纳固定化了具有能够与病毒特异性结合的性质的抗体的磁微粒(以下，带抗体的磁微粒)。
流路2021a具有用于向流路2021a内供给样品液体2031的供给孔、和将流路2021a内的样品液体2031排出到容纳部202a外的排出孔。流路2021a通过配置在折射率调整层2029的Z轴正侧的主面(以下，上表面)上的壁部被区分。壁部例如由硅橡胶形成。通过壁部由硅橡胶形成，从而流路2021a内的液体不易漏到流路2021a的外侧。
折射率调整层2029只要使入射到折射率调整层2029的光之中的特定波长的光在层内干涉(以下，共振)而使其放大即可，可以为单层，也可以由折射率不同的2个以上层构成。例如，在折射率调整层2029由多层构成的情况下，在入射到折射率调整层2029的光在折射率调整层2029与流路2021a的界面进行全反射时，一部分光一边在折射率调整层2029内发生多层反射一边传播。由此，在折射率调整层2029内，特定波长的光共振而被放大。因此，在折射率调整层2029的流路2021a侧的表面(以下，折射率调整层2029的上表面)产生的近场光的强度被放大。另外，近场光为在入射光进行全反射的反射面的背面(这里，折射率调整层2029的上表面)产生的非传播性的光，例如为隐失光。由于近场光为非传播性，因此仅存在于折射率调整层2029的上表面附近，随着与该上表面远离而衰减。另外，将近场光存在的区域称为近场。
玻璃基板208与折射率调整层2029相接配置。玻璃基板208使入射光以规定的折射率折射。玻璃基板208例如为棱镜。玻璃基板208与折射率调整层2029构成光波导。如图14所示那样，从照射部204出射的光从光波导的入射面(玻璃基板208的Y轴负侧的面)入射到玻璃基板208，在折射率调整层2029内传播，从光波导的出射面(玻璃基板208的Y轴正侧的面)向玻璃基板208的外侧出射。
导入部203将样品液体2031导入到容纳部202a。样品液体2031中的试样和复合体2032与带抗体的磁微粒结合，形成病毒被复合体2032和带抗体的磁微粒夹持了的夹层结构体。另外，导入部203可以将混合了样品液体2031和带抗体的磁微粒的混合液导入到容纳部202a。
施加部209具备第1施加部2091、和第2施加部2092。第1施加部2091例如为磁石，配置在波导的Z轴负侧(以下，称为下方)。第1施加部2091产生将磁微粒吸拉到折射率调整层2029侧(即，下方)的第1磁场。第1施加部2091通过产生第1磁场，从而将磁微粒和夹层结构体吸拉到折射率调整层2029的上表面。例如，第1施加部2091以磁微粒和夹层结构体落入近场内(以下，也称为近场照明区域内)的方式调整第1磁场的强度。由此，夹层结构体中的复合体2032在近场内被激发而发出光。第2施加部2092例如为磁石，配置在流路2021a的Y轴负侧(以下，称为侧方)。第2施加部2092产生将磁微粒沿规定方向(这里，Y轴负侧)扫描的第2磁场。由此，磁微粒和夹层结构体沿规定方向扫描。另外，第1磁场和第2磁场的强度可以分别通过调节第1施加部2091与流路2021a的距离、和第2施加部2092与流路2021a的距离来调整，也可以通过控制施加于第1施加部2091和第2施加部2092的电压来调整。
照射部204向容纳部202a照射激发光。在本实施方案中，照射部204向玻璃基板208照射激发光。由于照射部204与实施方案1中的照射部同样，因此省略这里的说明。
另外，在实施方案2中，说明了通过在波导内使激发光全反射从而在波导的上表面(即，折射率调整层2029的上表面)形成近场，在该近场内使复合体2032中的量子点20321a激发的例子，但不限于此。例如，从照射部204出射的激发光可以转变为片光，使用该片光而使量子点激发。此外，例如，可以通过等离子共振而使量子点激发。
长通滤波器2051阻断来自照射部204的激发光，并且，使复合体发出的光(这里，荧光)通过。
检测部207a接受通过了长通滤波器2051的荧光而生成二维图像。在本实施方案中，检测部207a接受从在近场内扫描的夹层结构体中的复合体发出的荧光而生成二维图像。在该二维图像中，各个复合体发出的荧光由光点表示。检测部207a仅将沿规定方向扫描的夹层结构体作为沿规定方向移动的光点而检测。因此，实施方案2涉及的检测装置200a通过将病毒作为活动的点(活动的光点)而检测，计数活动的点，从而可以测定试样中的病毒的浓度。
[检测装置的动作]
参照图15对如以上那样构成的检测装置200a的动作进行说明。图15为显示实施方案2涉及的检测装置200a的动作的一例的流程图。
如图10所示那样，在实施方案1中，对基材2022为在表面具有金属微细结构体2024(参照图11B)的基板，并容纳在容纳部202的例子进行了说明，但在实施方案2中，基材(未图示)为磁微粒。因此，与实施方案1不同，检测装置200a在将可能包含病毒的试样与复合体混合而调制样品液体2031时，可以进一步添加带抗体的磁微粒。以下，对导入部203将混合了样品液体2031和带抗体的磁微粒的混合液导入到容纳部202a的情况下的检测装置200a的动作例进行说明。
首先对混合液的调制进行说明。检测装置200a在混合部(未图示)中，将可能包含病毒的试样、与预先混合了带抗体的磁微粒和复合体的溶液进行混合。由此，调制试样与复合体与带抗体的磁微粒的混合液。在混合液中，通过抗原抗体反应，从而形成被固定化于磁微粒的抗体、病毒(抗原)、和被固定化于量子点的表面的抗体依次结合了的夹层结构体。
如图15所示那样，导入部203将上述混合液导入到容纳部202a(S112)。
接着，施加部209使容纳部202a产生磁场(S113)。施加部209具备使容纳部202a内产生第1磁场的第1施加部2091、和使第2磁场产生的第2施加部2092。第1施加部2091使容纳部202a内产生第1磁场，将导入到容纳部202a的混合液中的夹层结构体和磁微粒吸拉到流路2021a与折射率调整层2029的界面附近。接着，第2施加部2092使容纳部202a内产生第2磁场，使夹层结构体和磁微粒沿规定方向(例如，图14所示的Y轴负侧)扫描。如以上那样，在步骤S113中，通过使容纳部202a产生磁场，从而使夹层结构体和磁微粒沿着上述界面向规定方向移动。
接着，照射部204通过向容纳部202a的玻璃基板208照射激发光，从而向导入了混合液的容纳部202a照射激发光(S114)。玻璃基板208例如为棱镜，在玻璃基板208内使光以规定的折射率折射。在本实施方案中，折射率调整层2029配置在玻璃基板208的流路2021a侧的主面。入射到玻璃基板208的光在折射率调整层2029与流路2021a的界面仅特定波长的光共振而被放大。
接着，检测部207a通过计测通过激发光的照射而从复合体发出的荧光，从而检测混合液中的病毒(S116)。检测部207a接受从夹层结构体中的复合体发出的荧光而生成二维图像。如上述那样，在步骤S114中，夹层结构体和磁微粒通过第1施加部2091产生的第1磁场而被吸拉到流路2021a与折射率调整层2029的界面附近。此时，夹层结构体中的复合体在该界面附近接受激发光，而发出荧光。检测部207a接受该荧光而生成二维图像。此时，从各个夹层结构体发出的荧光在二维图像上作为光点而显影。接着，在步骤S114中，吸拉到上述界面附近的夹层结构体和磁微粒通过第2磁场沿着该界面向规定方向(例如，图14的Y轴负方向)扫描。此时，检测部207a仅将沿规定方向扫描的夹层结构体作为向规定方向移动的光点而检测。如以上那样，检测部207a通过将从夹层结构体中的复合体发出的光作为活动的点(光点)而检测，并计数活动的点，从而可以测定在空气中悬浮的病毒的浓度。
[效果等]
如以上那样，实施方案2涉及的检测装置进一步具备使容纳部产生磁场的施加部，基材为具有磁性的微粒，基材通过施加部产生的磁场而向规定方向移动。
通过具有上述构成，从而复合体中的第1物质、标记物质、和被固定化于基材的表面的第2物质依次结合了的夹层结构体在容纳部内通过施加部产生的磁场而向规定方向移动。此时，如果激发光照射到容纳部，则夹层结构体中的复合体发出荧光。因此，根据实施方案2涉及的检测装置，可以将向规定方向移动的夹层结构体作为光点的活动而检测。此外，复合体中的量子点由于由无机材料构成，因此不易发生光褪色。因此，量子点在夹层结构体通过磁场而向规定方向移动期间，即使连续地照射激发光，也维持稳定的发光特性。因此，根据实施方案2涉及的检测装置，可以高精度地检测低浓度的靶物质。
(其它实施方案)
以上，基于实施方案对本公开的1个或多个方案涉及的预测装置和预测方法进行了说明，但本公开不限定于这些实施方案。只要不超出本公开的主旨，则在实施方案中实施了本领域技术人员想到的各种变形的方案、将不同实施方案中的构成要素组合而构成的方案也可以包含在本公开的1个或多个方案的范围内。
另外，在实施方案2中，对检测装置200a(参照图14)具有由玻璃基板208和折射率调整层2029构成的波导，在折射率调整层2029的上表面附近形成近场的例子进行了说明，但检测装置也可以在折射率调整层2029的上表面具有金或银等金属薄膜。由此，由于在金属薄膜上产生局域化表面等离子，因此从夹层结构体中的复合体发出的荧光通过等离子共振被进一步增强。
此外，在实施方案2中，对通过第1施加部2091产生的第1磁场而夹层结构体被吸拉到折射率调整层2029侧，在近场内从夹层结构体中的复合体发出的光被增强的例子进行了说明，但进一步磁微粒也可以在表面产生局域化表面等离子。由此，从夹层结构体中的复合体发出的荧光通过等离子共振被进一步增强。
此外，在实施方案2中，对通过在容纳部202a的下方设置波导，在流路2021a的底面(即，折射率调整层2029的上表面)形成近场，从而使从复合体发出的光增强的例子进行了说明，但检测装置可以不具有波导。例如，检测装置可以从流路2021a的侧方(图14的Y轴方向)相对于流路2021a大致水平地照射激发光。通过这样地照射激发光，从而可以向流路2021a整体照射光，并且，可以防止激发光直接入射到检测部207a。另外，在该情况下，磁微粒在表面产生局域化表面等离子。由此，从夹层结构体中的复合体发出的荧光通过等离子共振被增强。
此外，在实施方案2中，对基材为磁微粒，将通过由施加部209产生的磁场而向规定方向移动的夹层结构体作为光点的活动而检测的例子进行了说明，但也可以不具有施加部209。检测装置可以为例如流式细胞器。在该情况下，磁微粒在表面产生局域化表面等离子。由此，从夹层结构体中的复合体发出的荧光通过等离子共振被增强。另一方面，从游离的复合体发出的荧光由于从磁微粒分离，因此不受等离子共振的作用而不能被增强。
如以上那样，从夹层结构体中的复合体发出的荧光由于通过等离子共振被增强，因此检测装置可以高灵敏度地并且高精度地检测低浓度的靶物质。
进一步，本公开涉及的复合体即使连续地照射激发光，光劣化例如光褪色也不易发生，因此通过使用本公开涉及的复合体，从而不仅可以实现检测装置的高灵敏度化和高精度化，而且可以实现检测的高速化。由此，可以减少检测花费的时间和成本而使效率提高。
产业可利用性
本公开涉及的复合体和使用了该复合体的检测装置可以利用于为了减少病毒对停留在房间的人的感染风险而高灵敏度地检测房间入口处的守门、房间的空气中的悬浮的病毒浓度的检测系统。
符号的说明
10 检测系统
100 捕集装置
101 抽吸器
102 捕集液罐
103、107、109 泵
104 旋风分离器
105 空气吸入口
106、108 洗涤液罐
110 废液罐
111 液体流路
200、200a 检测装置
201 传感器器件
202、202a 容纳部
2021、2021a 流路
2022 基材
2023 检测区域
2024 金属微细结构体
2025 树脂基板
2025a 柱
2026 金属膜
2026a 突起部
2027 SAM
2027a 连接分子
2027b 非连接分子
2027c 烷基链
2027d 聚乙二醇链
2028 第2物质(固定化抗体)
2029 折射率调整层
203 导入部
2031 样品液体
20311 靶物质(病毒)
2032 复合体
20321 表面修饰量子点
20321a 量子点
20321b 连接物质
20322 第1物质(标记化抗体)
204 照射部
205 光束分离器
2051 长通滤波器
206 透镜
207、207a 检测部
209 玻璃基板
209 施加部
2091 第1施加部
2092 第2施加部
300 控制器。

Claims (9)

1.一种复合体，其包含：
具有能够与靶物质特异性结合的性质的第1物质；
包含硅作为主成分，并且表面带负电荷的量子点；以及
包含下述通式(1)所示的化合物，且覆盖所述量子点的表面的连接物质，
所述第1物质经由所述连接物质而固定化在所述量子点的表面，
X-L-Si-(R1)(R2)(OR3)···(1)
其中，式中，X为碱性的官能团，R1、R2和R3各自独立地为烷基，L为亚烷基。
2.根据权利要求1所述的复合体，所述X为氨基。
3.根据权利要求2所述的复合体，所述R1和所述R2为甲基，所述R3为乙基，所述L为亚丙基。
4.根据权利要求1所述的复合体，所述量子点在所述表面包含硼和磷。
5.一种检测装置，其通过使用权利要求1～4中任一项所述的复合体来标记所述靶物质，从而检测所述靶物质。
6.根据权利要求5所述的检测装置，所述检测装置具有：
容纳部，所述容纳部容纳固定化了第2物质的基材，所述第2物质具有能够与所述靶物质特异性结合的性质；
导入部，所述导入部将可能包含所述靶物质的试样、和所述复合体导入到所述容纳部；
光照射部，所述光照射部向所述容纳部照射激发光；以及
检测部，所述检测部基于通过照射到所述容纳部的激发光而从所述复合体发出的光，来检测所述靶物质。
7.根据权利要求6所述的检测装置，所述基材通过在所述基材的表面发生的等离子共振而增强从所述复合体发出的所述光。
8.根据权利要求7所述的检测装置，所述基材为在所述基材的表面具有金属微细结构体的基板。
9.根据权利要求6所述的检测装置，其进一步具有使所述容纳部产生磁场的施加部，
所述基材为具有磁性的微粒，
所述基材通过所述施加部产生的所述磁场而向规定方向移动。
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