CN113490539A - 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)和用具有与靶物质(11)特异性结合的性质的物质(12b)修饰了的介电粒子(12a)结合而形成复合体(13)(S110)；通过介电电泳使复合体(13)与未形成复合物(13)的介电粒子即未结合粒子(14)在液体中分离(S120)；使用摄像元件(140)检测分离出的复合体(13)所含的靶物质(11)(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。
本公开提供一种靶物质的检测技术，其能够减少由非特异吸附引起的假阳性，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，所述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，通过介电电泳使所述复合体和未结合粒子在液体中分离，所述未结合粒子是未形成所述复合体的介电粒子，使用摄像元件检测分离出的所述复合体所含的所述靶物质。
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，也可以通过系统、装置、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。
本公开一方式的检测方法能够减少由非特异吸附引起的假阳性，提高靶物质的检测精度。
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基板的平面图。
图3是表示实施方式的检测方法的流程图。
图4是表示实施方式中的复合体的形成工艺的图。
图5是表示实施方式中的交流电压的设定频率的坐标图的图。
图6是表示实施方式的变形例中的第1基板的平面图。
图7是实施方式的变形例中的第1基板的平面图。
图8是表示实施方式的变形例中的复合体的形成工艺的图。
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，在液体中使复合体和未结合粒子通过介电电泳(DEP：Dielectrophoresis)分离，检测出被分离的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具备分离器110、电源120、光源130和摄像元件(图像传感器)140。
分离器110通过介电电泳使复合物和未结合粒子在液体中分离。在此，分离器110使复合体和未结合粒子在位置上分离。再者，图1示出分离器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，介电粒子不限于含有荧光物质的粒子。例如，作为介电粒子，也可以使用不含荧光物质的聚苯乙烯粒子等。
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。
未结合粒子是指未形成复合体的介电粒子。也就是说，未结合粒子是未与靶物质结合的介电粒子。未结合粒子也称为自由(F)成分。另一方面，复合体所含的介电粒子也称为结合(B)成分。
在此，对分离器110的内部结构进行说明。如图1所示，分离器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施加交流电压的电极组1111。电极组1111可以在第1基板111上产生不均匀电场。再者，关于电极组1111的详情，利用图2稍后叙述。
隔件112配置在第1基板111上。在隔件112上形成有贯穿孔。通过被第1基板111和第2基板113夹住的贯穿孔形成流路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例如是玻璃或树脂制的透明片，配置在隔件112上。例如，作为第2基板113，可以使用聚碳酸酯基板。在第2基板113形成有与流路1121连接的供给孔1131和排出孔1132。样品液10经由供给孔1131向流路1121供给，经由排出孔1132从流路1121排出。
电源120是交流电源，对第1基板111的电极组1111施加交流电压。只要能够供给交流电压，电源120就可以是各种电源，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400nm～2000nm)。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600nm～850nm)。
再者，光源130可以不包含在检测装置100中。例如，在介电粒子大的情况下，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。
摄像元件140对通过分离器110而与未结合粒子分离了的复合体进行拍摄，检测复合体所含的靶物质。在此，摄像元件140拍摄从介电粒子所含的荧光物质中发出的荧光。在此，作为摄像元件，利用CMOS图像传感器、CCD图像传感器等。
再者，检测装置100可以在光源130与分离器110之间和/或分离器110与摄像元件140之间具备光学透镜和/或光学滤波器。例如，可以在分离器110与摄像元件140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的平面图。
如图2所示，电极组1111具有配置在第1基板111上的第1电极1112和第2电极1113。第1电极1112和第2电极1113分别与电源120电连接。
第1电极1112具备：沿第1方向(图2中为横向)延伸的基部1112a、以及在与第1方向交叉的第2方向(图2中为纵向)上从基部1112a突出的2个凸部1112b。在2个凸部1112b之间形成有凹部1112c。2个凸部1112b和凹部1112c各自的第1方向的长度和第2方向的长度例如都约为5微米。再者，2个凸部1112b和凹部1112c的尺寸并不限定于此。
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。也就是说，第2电极1113也具备：沿第1方向(图2中为横向)延伸的基部1113a、以及在与第1方向交叉的第2方向(图2中为纵向)上从基部1113a突出的2个凸部1113b。在2个凸部1113b之间形成有凹部1113c。2个凸部1113b与第1电极1112的2个凸部1112b相对地配置。
通过对这样的第1电极1112和第2电极1113施加交流电压121和122，在第1基板111上生成不均匀电场。施加到第1电极1112上的交流电压121和施加到第2电极1113上的交流电压122可以实质上相同，也可以设置相位差。作为交流电压121和交流电压122的相位差，例如可以使用180度。
再者，电极组1111的位置并不限定于第1基板111上。电极组1111可以配置在样品液10附近。在此，所谓样品液10附近，是指能够通过施加到电极组1111上的交流电压而在样品液10内生成电场的范围。
[第1基板111上的电场强度的分布]
在此，参照图2说明在第1基板111上生成的不均匀电场的电场强度分布。
如图2所示，通过不均匀电场，在第1基板111上形成电场强度相对高的第1电场区域A和电场强度相对低的第2电场区域B。第1电场区域A是电场强度比第2电场区域B高的区域，是相对的凸部1112b与1113b之间的区域。第2电场区域B是电场强度比第1电场区域A低的区域，是位于凹部1112c和1113c的底部的区域。
[使用检测装置100的检测方法]
参照图3～图5，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3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4说明复合体的形成工艺。图4是表示实施方式中的复合体13的形成工艺的图。
图4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，复合体13所含的抗体修饰介电粒子12的数量可以是1个，也可以是3个以上。另外，例如复合体13所含的靶物质11的数量可以是2个以上。
在此，返回图3的流程图的说明。接着，通过介电电泳使复合体13和未结合粒子14在液体中分离(S120)。具体而言，对电极组1111施加交流电压，在第1基板111上的样品液10内生成不均匀电场。由此，使复合体13和未结合粒子14发生介电电泳，复合体13和未结合粒子14各自移动。再者，凝集状态的抗体修饰介电粒子12通过介电电泳而分解为多个单独状态的抗体修饰介电粒子12。
此时，通过将施加于电极组1111的交流电压的频率设定为预定频率，能够使复合体13和未结合粒子14发生不同方向的介电电泳。例如，若设定使复合体13发生负的介电电泳(nDEP)、并使未结合粒子14发生正的介电电泳(pDEP)的预定频率作为交流电压的频率，则复合体13向电场强度相对低的第2电场区域B移动，未结合粒子14向电场强度相对高的第1电场区域A移动。由此，复合体13和未结合粒子14在位置上分离。
在此，参照图5说明交流电压的预定频率。图5是表示实施方式中的交流电压的设定频率的坐标图的图。图5的坐标图中，纵轴表示克劳修斯-莫索提系数的实部(Real-partof Clausius-Mossotti factor)，横轴表示频率。
若克劳修斯-莫索提系数的实部为正，则使粒子发生正的介电电泳，粒子向电场强度更高的区域移动。相反地，若克劳修斯-莫索提系数的实部为负，则使粒子发生负的介电电泳，粒子向电场强度更低的区域移动。
如图5所示，克劳修斯-莫索提系数的实部取决于粒子的尺寸和频率。频率f下，在与复合体13的尺寸对应的700纳米的粒子中，克劳修斯-莫索提系数的实部变为负，在与未结合粒子14对应的300纳米的粒子中，克劳修斯-莫索提系数的实部变为正。因此，通过将频率f设定为交流电压的预定频率，能够使复合体13发生负的介电电泳，并使未结合粒子14发生正的介电电泳。
在此，返回图3的流程图的说明。最后，检测分离出的复合物所含的靶物质(S130)。例如，通过对由摄像元件140拍摄到的第2电场区域B的图像中的荧光进行检测，来检测复合体13所含的靶物质11。
(S110)中，可以包括生成将多个靶物质1～n和介电粒子混合而成的液体的处理，所述介电粒子的表面用能够与各个靶物质1～n特异性结合的抗体进行了修饰。可以将这多个表面被修饰了的介电粒子分别称为表面修饰介电粒子。这多个表面修饰介电粒子包含第1表面修饰介电粒子1～m和第2表面修饰介电粒子1～n。多个表面修饰介电粒子的个数为(m+n)以上。
(S110)中，可以包括使该混合液体在预定温度下静置预定时间，生成复合体1～n的处理。复合物i包含靶物质i和第2表面修饰介电粒子1～n所含的第2表面修饰介电粒子i。第1表面修饰介电粒子1～m不包含在复合物1～n中而是残存在该液体中。复合物i可以具有被多个表面修饰介电粒子所包含，并且不包含在第1表面修饰介电粒子1～m中也不包含在第2表面修饰介电粒子1～n中的1个或多个表面修饰介电粒子。
(S120)中，可以包括分离器110使用具有预定频率的交流电压，在液体中使复合体1～n和第1表面修饰介电粒子1～m分离的处理。
(S130)中，可以包括基于分离出的复合物1～n检测靶物质1～n的处理。
n是自然数，m是自然数，i是自然数，且1≤i≤n。
靶物质1～n表示靶物质1、…、靶物质i、…、靶物质n。
第1表面修饰介电粒子1～m表示第1表面修饰介电粒子1、…、第1表面修饰介电粒子m。
第2表面修饰介电粒子1～n表示第2表面修饰介电粒子1、…、第2表面修饰介电粒子i、…、第2表面修饰介电粒子n。
复合体1～n表示复合体1、…、复合体i、…、复合体n。
[效果等]
如上所述，本实施方式的检测装置100及检测方法，使靶物质11和用抗体12b修饰了的介电粒子12a结合而形成复合体13，通过介电电泳使复合体13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中分离，并使用摄像元件对分离出的复合物13所含的靶物质11进行检测。
由此，能够通过介电电泳使复合体13和未结合粒子14分离。此外，因非特异吸附而凝集了的未结合粒子14可以通过介电电泳零散地分解。因此，能够提高复合物13所含的靶物质11的检测精度，减少由非特异吸附引起的假阳性。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，在复合体13和未结合粒子14的分离中，通过在样品液10内生成不均匀电场，来使复合体13和未结合粒子14各自发生介电电泳。
由此，通过在样品液10内生成不均匀电场，能够容易地实现介电电泳引起的复合体13与未结合粒子14的分离。
另外，在本实施方式的检测装置100及检测方法中，在复合体13和未结合粒子14的分离中，通过对设置在样品液10附近的电极组1111施加预定频率的交流电压，来生成不均匀电场，预定频率被设定为为使复合体13发生负介电电泳，并使未结合粒子14发生正介电电泳。
由此，通过对交流电压设定适当的频率，能够对复合体13和未结合粒子14施加逆向的力，能够更切实地分离复合体13和未结合粒子14。
另外，在本实施方式的检测装置100及检测方法中，在复合体13和未结合粒子14的分离中，通过不均匀电场而在样品液10内形成第1电场区域A和电场强度比第1电场区域低的第2电场区域B，通过介电电泳，使复合体13向第2电场区域B移动，且未结合粒子14向第1电场区域A移动。
由此，可以将复合体13集中在第2电场区域B中，从第2电场区域B中排除未结合粒子14。因此，可以从第2电场区域B检测复合物13，可以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，对分离出的复合体13照射激发光131，并检测复合体13所含的荧光物质发出的荧光132，由此检测复合物13所含的靶物质11。
由此，能够通过检测荧光132来检测复合体13，即使在复合体13小的情况下也能够容易地检测复合体13所含的靶物质11。
(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，在上述实施方式中，图2例示了第1基板111上的电极组1111，但电极组的形状和配置并不限定于此。例如图6所示，可以在第1基板111上设置电极组2111。图6的电极组2111中，第1电极1112的凸部1112b和第2电极1113的凸部1113b在第2方向(图6中为横向)错开。在此，第1电极1112的凸部1112b与第2电极1113的凹部1113c相对，第2电极1113的凸部1113b与第1电极1112的凹部1112c相对。即使是这样的电极组2111，也可以通过施加交流电压来生成不均匀电场。
另外，电极组所含的电极的数量不限于2个，也可以是3个以上。例如图7所示，可以在第1基板111上设置电极组3111。图7的电极组3111包含3个以上的电极，对施加到相邻电极上的交流电压设置相位差。电极组3111有时被称为Castellated电极。
另外，在上述实施方式中，图4例示了复合体13，但复合体的结构不限定于此。例如图4中，介电粒子12a中含有荧光物质，但如图8所示，介电粒子21a和荧光粒子22a也可以是不同的粒子。
图8中，首先，如(a)所示，在包含靶物质11的样品液10中混入抗体修饰介电粒子21和抗体修饰荧光粒子22。抗体修饰介电粒子21中，500～1000纳米的介电粒子21a被约5纳米的抗体21b进行了修饰。另外，抗体修饰荧光粒子22中，约300纳米的荧光粒子22a被约5纳米的抗体22b进行了修饰。再者，各粒子和抗体的尺寸并不限定于上述尺寸。
作为介电粒子21a，可以使用聚苯乙烯粒子，但不限于此。另外，作为抗体21b和22b，可以使用VHH抗体，但不限于此。
如果(a)的样品液10在预定温度下静置预定时间，则如(b)所示，通过抗原抗体反应使靶物质11和抗体修饰的介电粒子21及抗体修饰的荧光粒子22结合而形成复合体23。此时，复合体23的尺寸为900～1400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。
这样，通过使介电粒子21a比荧光粒子22a大，能够增大复合体23的尺寸与未结合粒子24的尺寸的差异，能够更切实地通过介电电泳使复合体23和未结合粒子24分离。
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、21 抗体修饰介电粒子
12a、21a 介电粒子
12b、21b、22b 抗体
13、23 复合体
14、24 未结合粒子
22 抗体修饰荧光粒子
22a 荧光粒子
100 检测装置
110 分离器
111 第1基板
112 隔件
113 第2基板
120 电源
121、122 交流电压
130 光源
131 激发光
132 荧光
140 摄像元件(图像传感器)
1111、2111、3111 电极组
1112 第1电极
1112a、1113a 基部
1112b、1113b 凸部
1112c、1113c 凹部
1113 第2电极
1121 流路
1131 供给孔
1132 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，所述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，
通过介电电泳使所述复合体和未结合粒子在液体中分离，所述未结合粒子是未形成所述复合体的介电粒子，
使用摄像元件检测分离出的所述复合体所含的所述靶物质。
2.根据权利要求1所述的检测方法，
所述复合体和所述未结合粒子的分离中，通过在所述液体内生成不均匀电场，来使所述复合体和所述未结合粒子分别发生介电电泳。
3.根据权利要求2所述的检测方法，
所述复合体和所述未结合粒子的分离中，
通过对设置在所述液体附近的电极施加预定频率的交流电压，来生成所述不均匀电场，
所述预定频率被设定为使所述复合体发生负的介电电泳，且使所述未结合粒子发生正的介电电泳。
4.根据权利要求3所述的检测方法，
所述复合体和所述未结合粒子的分离中，
通过所述不均匀电场在所述液体内形成第1电场区域和电场强度比所述第1电场区域低的第2电场区域，
通过所述介电电泳，所述复合体向所述第2电场区域移动，所述未结合粒子向所述第1电场区域移动。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的检测方法，
所述介电粒子含有荧光物质，
所述靶物质的检测中，通过对分离出的所述复合体照射激发光，并检测所述复合体所含的所述荧光物质发出的荧光，来检测所述复合体所含的靶物质。
6.一种检测装置，具备分离器和摄像元件，
所述分离器通过介电电泳使复合体和未结合粒子在液体中分离，所述复合体是通过靶物质与介电粒子的结合而形成的，所述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，所述未结合粒子是未形成所述复合体的介电粒子，
所述摄像元件对分离出的所述复合体所含的所述靶物质进行检测。
7.一种检测装置，包含分离器和摄像元件，
所述分离器使用具有预定频率的交流电压使复合体1～n和第1表面修饰介电粒子1～m在液体中分离，
所述摄像元件基于分离出的所述复合体1～n检测靶物质1～n，
所述第1表面修饰介电粒子1～m不包含在所述复合体1～n中，
复合体i包含靶物质i和第2表面修饰介电粒子1～n所含的第2表面修饰介电粒子i，
所述第1表面修饰介电粒子1～m和第2表面修饰介电粒子1～n分别用能够与所述靶物质1～n中的每一个都特异性结合的抗体进行修饰，
所述n为自然数，所述m为自然数，所述i为自然数，且1≤i≤n。
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