CN113474645A - 检测方法和检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种靶物质(11)的检测方法，使靶物质(11)与介电粒子(12a)结合而形成复合体(13)(S110)，介电粒子(12a)是用具有与靶物质(11)特异性结合的性质的物质(例如抗体(12b))修饰了的粒子，使结合粒子(15)和未结合粒子(14)在液体中发生介电电泳(S120)，结合粒子(15)是形成了复合体(13)的介电粒子，未结合粒子(14)是未形成复合体(13)的介电粒子，基于介电电泳引起的结合粒子(15)和未结合粒子(14)的运动的差异，检测复合体(13)所含的靶物质(S130)。

Description

检测方法和检测装置
技术领域
本公开涉及用于检测病毒等靶物质的检测方法和检测装置。
背景技术
以往，提供了使用近场来高灵敏度地检测微小靶物质的光学检测方法等。例如，专利文献1中，通过靶物质与磁性粒子及荧光粒子的结合而形成结合体，施加第1磁场而使该结合体沿着远离形成有近场的检测板表面的方向移动，通过测量由施加第1磁场而产生的光信号的降低等来检测靶物质。
现有技术文献
专利文献1：国际公开第2017/187744号
发明内容
但是，专利文献1中，通过磁性粒子和荧光粒子不经由靶物质结合的非特异吸附而形成的结合体也在发出荧光的状态下移动，因此其难以与包含靶物质的结合体相区别。结果，由于不含靶物质的结合体而发生错误地检测出靶物质的假阳性，使检测精度降低。
因此，本公开提供一种靶物质的检测技术，其能够减少由非特异性吸附引起的假阳性，提高靶物质的检测精度。
本公开一方式的检测方法，使靶物质与介电粒子结合而形成复合体，该介电粒子是用具有与所述靶物质特异性结合的性质的物质修饰了的粒子，使结合粒子和未结合粒子在液体中发生介电电泳，该结合粒子是形成了所述复合体的介电粒子，该未结合粒子是未形成所述复合体的介电粒子，基于所述介电电泳引起的所述结合粒子和所述未结合粒子的运动的差异，检测所述复合体所含的靶物质。
再者，该概括的或具体的方式可以通过系统、装置、集成电路、计算机程序或计算机可读记录介质来实现，也可以通过装置、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。计算机可读记录介质包括例如CD-ROM(Compact Disc-Read OnlyMemory、光盘只读存储器)等非易失性记录介质。
根据本公开，能够降低由非特异性吸附引起的假阳性，提高靶物质的检测精度。本公开一方式的进一步的优点和效果可根据说明书和附图变清楚。这些优点和/或效果分别通过一些实施方式以及说明书和附图中记载的特征来提供，但不一定需要为了获得1个或更多的相同特征而提供全部。
附图说明
图1是实施方式的检测装置的结构图
图2是实施方式中的第1基板上的第1电极组的结构图。
图3是实施方式中的第2基板上的第2电极组的结构图。
图4是实施方式中对第1基板和第2基板俯视时的第1电极组和第2电极组的投影图。
图5是表示实施方式的检测方法的流程图。
图6是表示实施方式中的复合体的形成工艺的图。
图7是表示实施方式中的旋转电场的图。
图8是表示实施方式中的复合体的运动的图。
图9是表示实施方式中的未结合粒子的运动的图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式具体说明。
再者，以下说明的实施方式均表示概括例或具体例。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及连接方式、步骤、步骤的顺序等只是一例，没有限定请求保护的范围的意思。另外，各图未必严格地图示。在各图中，对于实质上相同的结构赋予相同的标记，有时省略或简化重复的说明。
另外，以下，平行和垂直等表示要素间的关系性的用语和矩形等表示要素形状的用语、以及数值范围，并不表示严格的意思，意味着也包括实质上同等的范围，例如数％左右的差异。
另外，以下，所谓检测靶物质，除了找出靶物质而确认靶物质的存在之外，还包括测定靶物质的量(例如数量或浓度等)或其范围。
(实施方式)
本实施方式中，在液体内生成了引起介电电泳(DEP：Dielectrophoresis)的电场，基于该液体内的结合粒子和未结合粒子的运动差异，检测复合体所含的靶物质。
所谓介电电泳，是指力作用于暴露在不均匀电场的介电粒子上的现象。该力不要求粒子带电。
靶物质是成为检测对象的物质，例如病原性蛋白质等分子、病毒(外壳蛋白质等)或者细菌(多糖等)等。靶物质有时也被称为被检测物或检测对象。
以下，参照附图具体地说明用于实现使用了介电电泳的靶物质检测的检测装置及检测方法的实施方式。
[检测装置100的结构]
首先，参照图1说明检测装置100的结构。图1是实施方式的检测装置100的结构图。如图1所示，检测装置100具备介电电泳器110、电源120、光源130和检测器140。
介电电泳器110使结合粒子和未结合粒子在液体中发生介电电泳，该结合粒子是形成有复合体的介电粒子，该未结合粒子是未形成复合体的介电粒子。在此，介电电泳器110通过介电电泳在结合粒子与未结合粒子产生不同的运动。再者，图1示出介电电泳器110的截面。
复合物是靶物质和用具有与靶物质特异性结合的性质的物质修饰了的介电粒子的结合体。也就是说，复合体中，靶物质和介电粒子经由具有与靶物质特异性结合的性质的物质而结合。
所谓介电粒子，是能够通过施加的电场发生极化的粒子。本实施方式中，介电粒子含有荧光物质。再者，介电粒子可以是含有荧光物质的粒子，也可以是不含荧光物质的粒子。例如，作为介电粒子，可使用聚苯乙烯等树脂粒子、玻璃粒子等。介电粒子的粒径例如为100～1000纳米左右。
具有与靶物质特异性结合的性质的物质(以下称为特异性结合物质)，是能够与靶物质特异性结合的物质。作为针对靶物质的特异性结合物质的组合的例子，可举出针对抗原的抗体、针对底物或辅酶的酶、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、针对钙的钙调蛋白、针对糖的凝集素等。
结合粒子是形成有复合体的介电粒子，是经由特异性结合物质与靶物质结合的介电粒子。结合粒子或复合体也被称为结合成分。
未结合粒子是指未形成复合体的介电粒子，是未与靶物质结合的介电粒子。未结合粒子也被称为自由成分或游离成分。
在此，对介电电泳器110的内部结构进行说明。如图1所示，介电电泳器110具备第1基板111、隔件112和第2基板113。
第1基板111具有从电源120施加交流电压的第1电极组1111。作为第1基板111，例如可以使用ITO(Indium Tin Oxide、氧化铟锡)玻璃基板。再者，关于第1电极组1111的详情，利用图2稍后叙述。
隔件112是形成有贯穿孔的片状构件，配置在第1基板111与第2基板113之间。作为隔件112，例如可以使用聚酯膜。隔件112的厚度例如约为10微米。通过隔件112的贯穿孔在第1基板111和第2基板113之间形成流路1121。在流路1121中导入可含有复合体和未结合粒子的样品液10。
第2基板113具有从电源120施加交流电压的第2电极组1131。作为第2基板113，例如可以使用ITO玻璃基板。再者，关于第2电极组1131的详情，利用图3稍后叙述。
另外，在第2基板113形成有与流路1121连接的供给孔1134和排出孔1135。样品液10经由供给孔1134供给流路1121，经由排出孔1135从流路1121排出。
电源120是交流电源，对第1基板111的第1电极组1111和第2基板113的第2电极组1131施加交流电压。只要能够提供交流电压，电源120可以是各种电源，不限于特定的电源。另外，交流电压也可以从外部电源供给，该情况下，电源120可以不包含在检测装置100中。
光源130将激发光131照向流路1121内的样品液10。激发光131照向样品液10中的介电粒子。本实施方式中，由于介电粒子中含有荧光物质，所以通过激发光131激发荧光物质，从荧光物质发出荧光132。
光源130可以没有特别限定地利用公知的技术。例如，可以使用半导体激光、气体激光等激光作为光源130。作为从光源130照射的激发光131的波长，可以使用与病毒所含的物质相互作用小的波长(例如400纳米～2000纳米)。进而，作为激发光131的波长，可以使用半导体激光器可利用的波长(例如600纳米～850纳米)。
再者，光源130可以不包含在检测装置100中。例如，在二维图像中大到能够识别介电粒子的情况下，也可以在介电粒子中不含有荧光物质，该情况下，也可以不对介电粒子照射激发光。
检测器140基于介电电泳引起的结合粒子和未结合粒子的运动差异来检测复合物所含的靶物质。具体而言，检测器140具备摄像元件(图像传感器)141和图像处理电路142。
摄像元件(图像传感器)141例如是CCD(Charge-coupled device、电荷耦合装置)图像传感器和CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor、互补型金属-氧化物-半导体)图像传感器等。图像传感器141随时间推移地拍摄样品液10的内部。具体而言，图像传感器141在通过介电电泳器110使结合粒子和未结合粒子发生介电电泳时，拍摄样品液10内的结合粒子和未结合粒子的动态图像。在此，图像传感器141拍摄从介电粒子所含的荧光物质发出的荧光。
图像处理电路142通过处理从图像传感器141获得的动态图像来识别结合粒子的运动和未结合粒子的运动。然后，图像处理电路142基于识别出的结合粒子的运动来检测复合物所含的靶物质。
再者，图像处理电路142可以通过专用的电子电路来实现，也可以通过存储了处理器和指令的存储器来实现。当执行指令时，处理器从动态图像中检测靶物质。
再者，检测装置100可以在光源130与介电电泳器110之间和/或介电电泳器110与图像传感器141之间具备光学透镜和/或光学滤波器。例如，可以在介电电泳器110与图像传感器141之间设置能够遮断来自光源130的激发光131、并且使荧光物质发出的荧光132透过的长通滤波器。
[第1基板111上的第1电极组111的形状和配置]
接着，参照图2说明第1基板111上的第1电极组1111的形状和配置。图2是实施方式中的第1基板111上的第1电极组1111的结构图。具体而言，图2是图1的第1基板111的放大平面图。
如图2所示，第1电极组1111是形成于第1基板111的梳状电极(Interdigitatedarray electrodes)，具有第1电极1112和第2电极1113。第1电极1112和第2电极1113各自与电源120电连接。
第1电极1112具有沿第1方向(图2中向右)延伸的3个第1指部1112a。第1指部1112a各自的宽度，例如约为10微米。另外，相邻的第1指部1112a之间的间隙例如约为20微米。
第2电极1113的形状和尺寸基本上与第1电极1112的形状和尺寸相同。第2电极1113具有沿与第1方向相反的第2方向(图2中向左)延伸的3个第2指部1113a。第1电极1112的第1指部1112a在相邻的第2指部1113a之间延伸。
在这样的第1电极1112和第2电极1113上分别施加第1交流电压121和第2交流电压122。作为第1交流电压121和第2交流电压122的相位差，例如可以使用180度。
[第2基板113上的第2电极组1131的形状和配置]
接着，参照图3说明第2基板113上的第2电极组1131的形状和配置。图3是实施方式中的第2基板113上的第2电极组1131的结构图。
如图3所示，第2电极组1131是形成于第2基板113的梳状电极，具有第3电极1132和第4电极1133。第3电极1132和第4电极1133各自与电源120电连接。
第3电极1132的形状和尺寸基本上与第1电极1112的形状和尺寸相同。第3电极1132具有沿与第1方向或第2方向垂直的第3方向(图2中向上)延伸的3个第3指部1132a。
第4电极1133的形状和尺寸基本上与第1电极1112的形状和尺寸相同。第4电极1133具有沿与第3方向相反的第4方向(图2中向下)延伸的3个第4指部1133a。第3电极1132的3个第3指部1132a中的1个在相邻的第4指部1133a之间延伸。
在这样的第3电极1132和第4电极1133上分别施加第3交流电压123和第4交流电压124。作为第3交流电压123和第4交流电压124的相位差，例如可以使用180度。另外，作为第1交流电压121和第3交流电压123的相位差、第3交流电压123和第2交流电压122的相位差、第2交流电压122和第4交流电压124的相位差以及第4交流电压124和第1交流电压121的相位差，例如可以使用90度。如果用0度表示第1交流电压121的相位，则第3交流电压123的相位用90度表示，第2交流电压122的相位用180度表示，第4交流电压124的相位用270度表示。施加的第1～第4交流电压的频率例如为100～2000kHz左右。
[第1电极组1111和第2电极组1131的位置关系]
接着，对第1电极组1111和第2电极组1131的位置关系进行说明。图4是在实施方式中俯视第1基板111和第2基板113时的第1电极组1111和第2电极组1131的投影图。
第1基板111和第2基板113隔着隔件112相对配置，第1电极组1111和第2电极组1131在俯视时其一部分重叠。具体而言，如图4所示，第1指部1112a和第2指部1113a、以及第3指部1132a和第4指部1133a，俯视时在多个位置正交。结果，在流路1121中，俯视时形成由第1指部1112a、第2指部1113a、第3指部1132a和第4指部1133a包围的多个电场区域1122。图4中，多个电场区域1122各自的形状为矩形，但不限定于此。另外，关于第1指部1112a、第2指部1113a、第3指部1132a、第4指部1133a，分别在3个情况下进行了说明，但并不限定于此，只要分别为2个以上即可。
[使用检测装置100的检测方法]
参照图5～图9，对使用如上构成的检测装置100的靶物质的检测方法进行说明。图5是表示实施方式的检测方法的流程图。
首先，使靶物质和用与靶物质特异性结合的物质修饰了的介电粒子结合，形成复合体(S110)。在此，参照图6说明复合体的形成工艺。图6是表示实施方式中的复合体13的形成工艺的图。
图6中，首先，如(a)所示，在含有靶物质11的样品液10中混入抗体修饰介电粒子12。抗体修饰介电粒子12中，含有荧光物质的介电粒子12a被抗体12b修饰。
抗体12b是具有与靶物质11特异性结合的性质的物质的一例。在此，作为抗体12b，采用了VHH抗体，但不限定于此。靶物质11、介电粒子12a和抗体12b的尺寸分别为约100纳米，约300纳米和约5纳米。
(a)的样品液10在预定温度下静置预定时间，然后如(b)所示，通过抗原抗体反应使靶物质11和抗体修饰介电粒子12(以下称为结合粒子15)结合而形成复合体13。此时，复合体13的尺寸约为700纳米。未与靶物质11结合的抗体修饰介电粒子12以单独或凝集的状态作为未结合粒子14残存。
再者，(b)所示复合体13的结构只是一例，并不限定于此。例如，结合粒子15的数量可以是3个以上。另外，例如复合体13所含的靶物质11的数量也可以是2个以上。
在此，返回图5的流程图的说明。接着，介电电泳器110使结合粒子15和未结合粒子14在液体中发生介电电泳(S120)。具体而言，交流电压被施加于第1电极组1111和第2电极组1131。更具体而言，在第1电极1112、第2电极1113、第3电极1132和第4电极1133上分别施加第1交流电压121、第2交流电压122、第3交流电压123和第4交流电压124。此时，通过对第1交流电压121、第2交流电压122、第3交流电压123和第4交流电压124设定相位差，在样品液10内生成旋转电场。
在此，参照图7～图9对旋转电场和介电电泳进行说明。图7是表示实施方式中的旋转电场1123的图。图8是表示实施方式中的复合体13的运动的图。图9是表示实施方式中的未结合粒子14的运动的图。
如图7所示，在由第1指部1112a、第2指部1113a、第3指部1132a和第4指部1133a包围的多个电场区域1122的每一个中，俯视时生成顺时针方向或逆时针方向的旋转电场1123。通过该旋转电场1123，电场区域1122内的结合粒子15及未结合粒子14发生介电电泳，复合体13和未结合粒子14在电场区域1122内移动和旋转。此时，凝集状态的未结合粒子14通过电泳分解为多个单独状态的未结合粒子14。
在靶物质11上结合2个抗体修饰介电粒子12而形成复合体13的情况下，电场区域1122内的复合体13如图8所示，向电场区域1122的中心移动，绕穿过该中心的轴旋转。此时，由于形成复合体13的2个抗体修饰介电粒子12(即2个结合粒子15)之间的中间位置13c位于电场区域1122的中心附近，所以结合粒子15分别描绘圆轨道而移动。也就是说，结合粒子15各自绕离开该结合粒子15的轴公转。
在靶物质11上结合1个抗体修饰介电粒子12而形成复合体13的情况下，从形成复合体13的1个抗体修饰介电粒子12(即1个结合粒子15)的中心位置向靶物质11的中心位置位移的点位于电场区域1122的中心附近，1个结合粒子15绕穿过该点的轴线旋转。这1个结合粒子的情况和后述的未结合粒子的情况，可以根据基于旋转轴的位置差异的旋转行为的不同来区别。
如图9所示，电场区域1122内的未结合粒子14向电场区域1122的中心移动，绕穿过该中心的轴旋转。此时，由于未结合粒子14的中心位置14c位于电场区域1122的中心附近，所以未结合粒子14自转。也就是说，未结合粒子14绕穿过未结合粒子14的中心位置的轴旋转。为了确认未结合粒子14的自转，可以预先在介电粒子表面的一部分上使荧光物质不均匀分布，在介电粒子表面的一部分上设置成为标记的部分。
在此，返回图5的流程图的说明。最后，检测器140基于介电电泳引起的结合粒子15和未结合粒子14的运动差异，检测复合体13所含的靶物质11(S130)。具体而言，图像传感器141随时间推移地对样品液10内进行拍摄。然后，图像处理电路142通过处理由拍摄获得的动态图像来识别样品液10内的结合粒子15的运动和未结合粒子14的运动。
更具体而言，图像处理电路142例如在动态图像中光点的圆轨道的半径为阈值以上的情况下，将与该光点对应的抗体修饰介电粒子12识别为结合粒子15。另一方面，在光点的圆轨迹的半径小于阈值、或者光点不描绘圆轨迹的情况下，图像处理电路142将与该光点对应的抗体修饰介电粒子12识别为未结合粒子14。
[效果等]
如上所述，本实施方式的检测装置100及检测方法，使1个靶物质11与用抗体12b修饰了的介电粒子12a结合而形成复合体13，使形成了复合体13的抗体修饰介电粒子12即结合粒子15和未形成复合体13的抗体修饰介电粒子12即未结合粒子14在样品液10中发生介电电泳，基于介电电泳引起的结合粒子15和未结合粒子14的运动的差异，检测复合体13所含的靶物质11。
由此，因非特异性吸附而聚集了的未结合粒子14可以通过介电电泳零散地分解，能够减少由非特异性吸附造成的假阳性。另外，介电电泳中，可以比磁力更快地使复合体移动，与利用磁力的靶物质11的检测相比可以缩短靶物质11的检测时间。
另外，在本实施方式的检测装置100及检测方法中，通过在样品液10中生成旋转电场1123，使结合粒子15和未结合粒子14发生介电电泳。
由此，通过在样品液10内生成旋转电场，能够在结合粒子15和未结合粒子14之间产生运动的差异。
另外，在本实施方式的检测装置100及检测方法中，结合粒子15通过电泳描绘圆轨道而移动，未结合粒子14通过介电电泳绕穿过未结合粒子14的中心的轴而旋转。
由此，通过识别结合粒子15的圆轨道，能够检测复合体13所含的靶物质11，能够提高靶物质的检测精度。
另外，在本实施方式的检测装置100及检测方法中，介电粒子12a含有荧光物质，靶物质11的检测中，向样品液10内照射激发光131，检测结合粒子15和未结合粒子14各自所含的荧光物质发出的荧光。
由此，即使在介电粒子12a小的情况下，也能够通过检测荧光132容易地识别结合粒子15和未结合粒子14的移动，能够提高靶物质的检测精度。
另外，在本实施方式的检测装置100及检测方法中，靶物质11的检测中，对样品液10内随时间推移地拍摄，对由拍摄获得的动态图像进行处理，由此识别样品液10内的结合粒子15的运动和未结合粒子14的运动。
由此，能够容易地识别动态图像中结合粒子15的移动和未结合粒子14的移动，能够提高靶物质的检测精度。
另外，在本实施方式的检测装置100及检测方法中，基于使用摄像元件得到的动态图像，识别结合粒子15和未结合粒子14的运动的差异。
(变形例)
以上，基于实施方式对本公开的1个或多个方式的检测装置及检测方法进行了说明，但本公开并不限定于本实施方式。只要不脱离本公开的主旨，对本实施方式实施了本领域技术人员能想到的各种变形后的方式也可以包含在本公开的1个或多个方式的范围内。
例如，上述实施方式中，为了使结合粒子15和未结合粒子14发生介电电泳，使用了旋转电场1123，但并不限定于旋转电场1123。只要能够产生可造成结合粒子15的运动与未结合粒子14的运动的差异的介电电泳，可以使用各种电场。
另外，上述实施方式中，为了生成旋转电场1123而使用了梳状电极，但用于旋转电场1123的电极并不限定于此。例如，各电极的指部的数量和各电极的配置等并不限定于图2～图4的结构。
另外，上述实施方式中，在第1基板111形成第1电极组1111，在第2基板113形成第2电极组1131，但不限定于此。例如，也可以在第1基板111和第2基板113的一方形成第1电极组1111和第2电极组1131这两者。
产业上的可利用性
能够用作检测流感病毒等的检测装置。
附图标记说明
10 样品液
11 靶物质
12 抗体修饰介电粒子
12a 介电粒子
12b 抗体
13 复合体
14 未结合粒子
100 检测装置
110 介电电泳器
111 第1基板
112 隔件
113 第2基板
120 电源
121 第1交流电压
122 第2交流电压
123 第3交流电压
124 第4交流电压
130 光源
131 激发光
132 荧光
140 检测器
141 图像传感器
142 图像处理电路
1111 第1电极组
1112 第1电极
1112a 第1指部
1113 第2电极
1113a 第2指部
1121 流路
1122 电场区域
1123 旋转电场
1131 第2电极组
1132 第3电极
1132a 第3指部
1133 第4电极
1133a 第4指部
1134 供给孔
1135 排出孔

Claims (7)

1.一种检测方法，
使靶物质与介电粒子结合而形成复合体，该介电粒子是用具有与所述靶物质特异性结合的性质的物质修饰了的粒子，
使结合粒子和未结合粒子在液体中发生介电电泳，该结合粒子是形成了所述复合体的介电粒子，该未结合粒子是未形成所述复合体的介电粒子，
基于所述介电电泳引起的所述结合粒子和所述未结合粒子的运动的差异，检测所述复合体所含的靶物质。
2.根据权利要求1所述的检测方法，
通过在所述液体中生成旋转电场，使所述结合粒子和所述未结合粒子发生所述介电电泳。
3.根据权利要求2所述的检测方法，
通过所述介电电泳使所述结合粒子描绘圆轨道而移动，
通过所述介电电泳使所述未结合粒子绕穿过所述未结合粒子的中心位置的轴而旋转。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的检测方法，
所述介电粒子包含荧光物质，
所述靶物质的检测中，向所述液体内照射激发光，检测所述结合粒子和所述未结合粒子各自所含的荧光物质发出的荧光。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的检测方法，
所述靶物质的检测中，
随时间推移地拍摄所述液体内，
通过对拍摄得到的动态图像进行处理，来识别所述液体内的所述结合粒子的运动和所述未结合粒子的运动。
6.根据权利要求1所述的检测方法，
基于使用摄像元件得到的动态图像来识别所述运动的差异。
7.一种检测装置，具备介电电泳器和检测器，
所述介电电泳器使结合粒子和未结合粒子在液体中发生介电电泳，该结合粒子是形成了使1个靶物质与介电粒子结合而形成的复合体的介电粒子，该未结合粒子是未形成所述复合体的介电粒子，该介电粒子是用具有与所述靶物质特异性结合的性质的物质修饰了的粒子，
所述检测器基于所述介电电泳引起的所述结合粒子和所述未结合粒子的运动的差异，检测所述复合体所含的靶物质。
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