CN116940835A - 检测细菌和/或病毒的检测装置、检测方法以及标记试剂盒 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制作与各种细菌或病毒种类分别对应的标记,并基于该标记的属性来检测检查对象的检查体中的细菌和/或病毒的装置。DPV检测装置(1)包括:电极芯片(20);对电极芯片(20)施加规定范围的电压的电压施加单元(105);测定与施加电压对应而从电极芯片(20)输出的峰值电流值的电流测量单元(106);预先储存有针对多种金属纳米结构体各自的峰值电流值和峰值电流时的施加电压值的数据储存单元(107);将电流测量单元(106)的测定数据和储存数据进行比较,确定与金属纳米结构体结合的目标的目标确定单元(108);以及显示所确定的目标的显示单元(103)。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测细菌、细菌群或病毒的检测装置、检测方法、标记试剂盒以及测定试剂盒。
背景技术
在我国,以细菌、病毒为主要原因的食物中毒多发,为了提高食品安全,需要食品经营者的日常的自主管理的严格化。
作为现有的检查技术,例如有菌落计数法、生物发光法等。菌落计数法由于使用琼脂或片材培养基,因此操作繁杂,判定需要一天,在确保设备或人才方面存在问题。生物发光法虽然能够进行迅速的检查,但由于以生物通用的ATP为指标,因此无法明确细菌的有无,无法满足想要当场迅速定量细菌这样的需求。
另外,上述检查技术不支持病毒。除此之外,在免疫色谱法、PCR法(聚合酶链反应法)等现有技术中,由于原理上的限制,需要培养或扩增等难以进行迅速检查,除此以外,从人工费、设备费等成本方面也不满足需求。
在专利文献1的检测方法中,公开了纳米粒子-生物物质复合体、提取溶液、集电极、以及电流峰值测定部的结构。更具体而言,纳米粒子-生物物质复合体包括:选自包含锌、镉、铅、铜、镓、砷、铊、镍、锰以及铋的金属组的一种以上的纳米粒子;经由结合稳定化物质与纳米粒子结合并与待检测的生物物质特异性结合的一种以上的生物结合物质;以及形成所述纳米粒子与所述生物结合物质的结合的结合稳定化物质。提取溶液从纳米粒子-生物物质复合体中分离提取纳米粒子。集电极从提取溶液中捕集纳米粒子。电流峰值测定部从由集电极捕集的纳米粒子测定对应电流峰值。待检测的生物物质是DNA或RNA那样的核酸、氨基酸、或核酸-氨基酸的复合体或抗体等。
专利文献2公开了一种利用金属纳米粒子集成结构体的被检测物质的检测方法。专利文献2的方法是将金属纳米粒子集成结构体和金属纳米结构体导入到试样中,对试样照射光,测定试样的光谱,基于光谱检测被检测物质。金属纳米粒子集成结构体含有珠粒和经由相互作用部位固定在珠粒的表面的多个金属纳米粒子。多个金属纳米粒子由能够特异性地附着被检测物质的第一主体分子修饰,并且相互设置间隙以金属纳米粒子的直径以下的间隔配置。金属纳米结构体被能够特异性地附着被检测物质的第二主体分子修饰。金属纳米结构体是金属纳米棒。被检测对象物质是抗原。第一以及第二主体分子是与抗原发生抗原抗体反应的抗体。“第一主体分子”以及“第二主体分子”是能够特异性地附着在被检测物质的不同部位的主体分子。珠粒中使用的材料例如是丙烯酸、聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等树脂。
专利文献3公开了一种检测不同细菌性病原体的方法。向金纳米粒子中导入抗体和氧化还原活性的有机分子作为标记使用,通过抗体使金纳米粒子特异性地结合细菌表面的抗原。图2所示的电化学检测系统107是读取有机分子的氧化还原电流的检测机构。在说明书的实施例中,记载了使用抗体固定化多阵列电极来检测金黄色葡萄球菌(SA)以及绿脓杆菌(PA)。
专利文献4是对免疫色谱赋予电化学检测功能的系统。向金纳米粒子中导入抗体和电化学活性种(EAC)作为标记使用。该系统是检测标记经由抗原抗体反应与目标物质结合时的电化学活性种(EAC)即硫堇的电流响应的机构。
专利文献5公开了一种生物传感器,其能够根据基于施加在第一电极和第二电极之间的电压的变化的磁性粒子复合体的氧化还原活性,来检测试样中是否含有第一目标物质或第二目标物质。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特表2008-547016号公报
专利文献2:日本专利第5822239号
专利文献3:美国专利申请公开第20170199188号说明书
专利文献4:国际专利公开第2014/171891号
专利文献5:美国专利第11041854号
但是,在现有的检查法中,由于需要培养,所以不仅在人工费、设备费等成本方面,检查结果也只有在出厂后才能判明,因此,为了向消费者安全且廉价地提供食品,开发简便且迅速的检查法成为课题。通常,试样液中含有多种细菌或病毒,在包含对它们进行选择培养或分离精制的操作的工序之后,分别检测。这些工序成为检测迅速化的障碍。
另外,在专利文献1中,可以改变纳米粒子的种类进行多项目同时检测,但不使用纳米粒子的聚集体,检测对象限定于核酸、氨基酸等。
专利文献2利用金属纳米粒子进行检测,但不是同时检测多个被检物或多项目的结构。
专利文献3的图4A、4B分别表示(A)金黄色葡萄球菌和(B)绿脓杆菌的电流响应。均为(I)标记化的细菌、(II)仅细菌、(III)仅标记的数据。图5是(I)水溶液中的AMT标记绿脓杆菌、(II)血浆中的AMT标记绿脓杆菌、(III)水溶液中的ATP标记金黄色葡萄球菌、(IV)血浆中的ATP标记金黄色葡萄球菌的数据。上述(I)(II)表示恒定电位0.8V下的电流响应,上述(III、IV)监视恒定电位1.0V下的电流值。由此,抗体固定化多阵列电极由多个一对电极(作用极和对极)构成,是用一对电极分别检测单一目标的结构。即,不是用单一的作用极同时检测多个目标的结构。进而,作为专利文献3的标记使用的金纳米粒子是没有电流响应的结构。
如图7B所示,专利文献4有两个作用电极,由此,同时检测两种不同类型的抗原,而不是通过单一的作用极同时检测两种以上的不同类型的抗原。另外,标记中使用的金纳米粒子没有电流响应。
另外,专利文献5是将相同的目标物质中的不同部位作为第1目标和第2目标进行检测,而不是同时检测不同目标物质的结构。
发明内容
本发明目的在于,提供一种检测装置以及检测方法,其中,例如制作与肠内细菌科菌群、肠道出血性大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等各种细菌和/或病毒种分别对应的标记,基于该标记特有的电化学或光学属性,能够对检查对象试样中的两种以上的细菌和/或病毒一并进行检查,并且能够进行定量性以及高选择性的检查。
另外,其目的在于,提供一种在上述检测方法以及检测装置中使用的标记试剂盒、测定试剂盒。
一种细菌·病毒检测装置,具有:
电极芯片,所述电极芯片附着有两种以上能够特异性地结合特定目标的金属纳米结构体;
电压施加部,所述电压施加部对该电极芯片施加规定范围的电压;
电流测量部,所述电流测量部测定与施加电压对应而从所述电极芯片输出的峰值电流值;
数据储存部,所述数据储存部预先储存有针对多种金属纳米结构体各自的峰值电流值和峰值电流时的施加电压值;
目标确定部,所述目标确定部将所述电流测量部的测定数据和所述数据储存部的储存数据进行比较,确定与金属纳米结构体结合的目标;以及
显示部,所述显示部显示所确定的目标。
所述目标确定部也可以确定结合到金属纳米结构体的目标的推定量。
所谓“附着有两种以上金属纳米结构体的电极芯片”是指,两种以上的金属纳米结构体可以预先附着于电极芯片,也可以在测定时使两种以上的金属纳米结构体附着于电极芯片。
细菌·病毒检测装置用电极芯片具备:
一个或两个以上的电极,所述电极用于细菌·病毒检测装置,且为金属或碳、导电性玻璃等的电极、或者使用金属镀敷或导电性墨水印刷而形成的电极。
所述电极优选为由作用极、对极、参照极构成的单个电极。
所述细菌·病毒检测装置的电极芯片以及细菌·病毒检测装置用电极芯片附着有与两种以上的目标分别特异性地结合的两种以上的金属纳米粒子结构体。第一金属纳米结构体与第一目标、第二金属纳米结构体与第二目标、第三金属纳米结构体与第三目标、第n金属纳米结构体与第n目标分别特异性地结合。“n”取决于要检测的目标的种类数。由此,能够检测多个多种目标。
一种电化学检测用标记试剂盒,
所述标记试剂盒包括电流响应和/或电化学特性互不相同的两种以上的金属纳米结构体,所述金属纳米结构体能够特异性地结合特定目标,
通过与含有至少一种以上的目标的试样溶液混合,形成目标与金属纳米结构体的结合体,根据该结合体的电化学特性确定目标。
一种电化学检测用标记试剂盒,
所述标记试剂盒至少包括能够与第一目标特异性地结合的第一金属纳米结构体和能够与第二目标特异性地结合的第二金属纳米结构体,通过与至少含有所述第一目标或所述第二目标的试样溶液混合,形成目标与金属纳米结构体的结合体,根据该结合体的电化学特性确定目标。
所述电化学检测用标记试剂盒还可以包括与第三目标特异性地结合的第三金属纳米结构体、与第n目标特异性地结合的第n金属纳米结构体。“n”取决于要检测的目标的种类数。
细菌和/或病毒的检测试剂盒组也可以具备以下中的两种以上:
上述的不具备或具备电极芯片的细菌·病毒检测装置;
上述的细菌·病毒检测装置用电极芯片;和
上述的电化学检测用标记试剂盒。
其他公开的检测装置,具备:
属性数据检测部,所述属性数据检测部从特异结合性金属纳米结构体与所述目标结合的结合体中,例如通过测定或摄像,对特异结合性金属纳米结构体中的金属纳米结构体的属性数据进行电化学或光学检测,所述特异结合性金属纳米结构体能够与目标特异性地结合,并且所述特异结合性金属纳米结构体与所述目标结合的结合体是通过使含有至少两种以上分别具有不同属性的特异结合性金属纳米结构体的标记与含有一种以上目标的检查体接触而得到的;
数据存储部,所述数据存储部保存对照用数据,所述对照用数据至少包括至少两种以上的金属纳米结构体的属性数据和与该属性数据相关联的目标数据或标记数据;以及
目标判定部,所述目标判定部基于由所述属性数据检测部检测出的所述属性数据和所述对照用数据,判定与检测出的所述属性数据对应的目标的种类。
所述标记判定部也可以判定目标的种类和目标的推定量。
所述标记也可以至少包括:
第一特异结合性金属纳米结构体,所述第一特异结合性金属纳米结构体包括能够与第一目标特异性地结合的第一抗体或第一适体;和
第二特异结合性金属纳米结构体,所述第二特异结合性金属纳米结构体包括能够与不同于第一目标的第二目标特异性地结合的第二抗体或第二适体,并且具有与第一特异结合性金属纳米结构体的属性不同的属性。
所述标记还可以至少包括:
第三特异结合性金属纳米结构体,所述第三特异结合性金属纳米结构体包括能够与不同于第一、第二目标的第三目标特异性地结合的第三抗体或第三适体,并且具有与第一、第二特异结合性金属纳米结构体的属性不同的属性。
所述目标是细菌和/或病毒。
如果在所述检查体中存在两种以上的目标,则能够区别检测这两种以上的目标,如果检查体中存在一种目标,则检测出该一种目标。
所述属性数据检测部也可以具有:
单个电极,所述单个电极由作用极、对极、参照极构成;
电压施加控制部,所述电压施加控制部对所述作用极和所述参照极施加根据微分脉冲伏安法测定的规定的电压;以及
电流响应测定部,所述电流响应测定部求出施加规定的电压而测定的电流响应的电流峰值(峰值高度)以及该电流峰值时的电位(峰值电位)。
在该结构中,通过使用由作用极、对极、参照极构成的单一的电极,求出微分脉冲伏安法测定中的电流峰值时的峰值电位,能够同时检测两种以上的目标。
所述属性数据检测部也可以具有:
图像解析部,所述图像解析部对所述结合体进行拍摄,并根据所拍摄的彩色图像数据来解析特异结合性金属纳米结构体中的金属纳米结构体的颜色和/或所述结合体的形状。
所述属性数据检测部也可以具有:
波长测定单元,所述波长测定单元测定选自所述结合体中的特异结合性金属纳米结构体的吸收、荧光、散射中的一种或两种以上的波长和/或光谱。
所述数据存储部构成为,也可以暂时保存对照用数据,也可以从外部装置取得对照用数据,能够更新对照用数据。
所述数据存储部除了保存对照用数据以外,还可以保存检测装置、图像解析部、波长测定单元等的各种设定值、测定参数。
其他公开的测定试剂盒为用于检测细菌和/或病毒即目标的测定试剂盒,具有:
第一检查体保持部,所述第一检查体保持部以物理上分离的方式附着有属性分别不同的两种以上的特异结合性金属纳米结构体;和/或
第二检查体保持部,在属性分别不同的两种以上的金属纳米结构体具有绝缘性的情况下,两种以上的特异结合性金属纳米结构体附着在同一区域。
附着在所述第一检查体保持部上的所述两种以上的金属纳米结构体,即使在具有绝缘性或不具有绝缘性的情况下,也可以以物理上相互分离的方式附着。
所述第一检查体保持部也可以由以下中的一种或两种以上构成:
电极芯片,所述电极芯片用于测定电流响应,并且所述两种以上的特异结合性金属纳米结构体以相互分离的状态附着在作用极上或作用极的附近;
载玻片,所述载玻片在显微镜中使用,并且所述两种以上的特异结合性金属纳米结构体以相互分离的状态附着在放置检查体的区域或该区域的附近;
盖玻片,所述盖玻片在显微镜中使用,并且所述两种以上的特异结合性金属纳米结构体以相互分离的状态附着;以及
光学单元,所述光学单元供检查体放入,并且所述两种以上的特异结合性金属纳米结构体以相互分离的状态附着在所述光学单元的内表面。
所述第二检查体保持部也可以由以下中的一种或两种以上构成:
电极芯片,所述电极芯片用于测定电流响应,并且在作用极上或作用极的附近,所述两种以上的特异结合性金属纳米结构体附着在同一区域;
载玻片,所述载玻片在显微镜中使用,并且在放置检查体的区域或该区域的附近,所述两种以上的特异结合性金属纳米结构体附着在同一区域;
盖玻片,所述盖玻片在显微镜中使用,并且所述两种以上的特异结合性金属纳米结构体附着在同一区域;以及
光学单元,所述光学单元供检查体放入,并且所述两种以上的特异结合性金属纳米结构体附着在所述光学单元的内表面的同一区域。
所述测定试剂盒还可以具有:
填充有清洗液的清洗液容器和/或填充有测定液的测定液容器。
其他公开的标记试剂盒为用于检测细菌和/或病毒即目标的标记试剂盒,具有:
单一的标记包装物,所述单一的标记包装物填充有含有属性分别不同的两种以上的特异结合性金属纳米结构体的标记溶液;和/或多个标记包装物,所述多个标记包装物为两种以上的标记包装物,在该标记包装物的每个中填充有含有属性互不相同的特异结合性金属纳米结构体的标记溶液。
在上述检测装置、检测方法、测定试剂盒以及标记试剂盒中使用的特异结合性金属纳米结构体具有以下的特征。
所述金属纳米结构或特异结合性金属纳米结构体的属性数据也可以是选自电化学数据、金属纳米结构粒径、颜色、波长、吸收、荧光、散射中的一种或两种以上。
所述两种以上的金属纳米结构或特异结合性金属纳米结构体的属性数据也可以具有各自不同的特性,以便能够识别所述目标的种类。
两种以上的金属纳米结构体或两种以上的特异结合性金属纳米结构体优选为,抑制了局部电池现象的结构。作为抑制了局部电池现象的结构,例如优选为,在形成局部电池的一对中的任一方或双方中具有绝缘性的结构,作为绝缘性,优选对金属纳米粒子或金属纳米结构体的一部分或全部实施绝缘性膜。
即,在使用两种以上的金属纳米结构体的情况下,由于金属间的电位差,金属会溶解,有时会产生无法正确地测定目标的现象,为了抑制该现象,优选使用被绝缘性皮膜覆盖的金属纳米结构体。
作为绝缘性膜,例如可以列举出高分子膜、氧化物膜。
在所述两种以上的金属纳米结构体中,也可以是,
至少一种金属纳米结构体含有选自化学稳定的金纳米粒子、钯纳米粒子、银纳米粒子、以及铂纳米粒子中的一种贵金属或者铜纳米粒子。
在所述两种以上的金属纳米结构体中,也可以是,至少一种金属纳米结构体含有高分子的复合体,所述高分子的复合体含有选自化学稳定的金纳米粒子、钯纳米粒子、银纳米粒子、以及铂纳米粒子中的一种贵金属或者铜纳米粒子。
在所述两种以上的金属纳米结构体中,也可以是,至少一种金属纳米结构体是含有选自化学稳定的金纳米粒子、钯纳米粒子、银纳米粒子、以及铂纳米粒子中的一种贵金属或者铜纳米粒子的高分子的复合体,其他金属纳米结构体含有与所选择的所述贵金属不同的金属纳米粒子、或者与所选择的所述铜纳米粒子不同的金属纳米粒子。
在所述两种以上的金属纳米结构体中,也可以是,
(a)至少一种金属纳米结构体是含有选自化学稳定的金纳米粒子、钯纳米粒子、银纳米粒子、以及铂纳米粒子中的一种贵金属的高分子的复合体;
(b)与所述(a)中选择的金属纳米结构体不同的其他金属纳米结构体,含有选自以下中的一种或两种以上:
(i)含有与所述(a)中选择的所述贵金属不同的金属纳米粒子的高分子的复合体;
(ii)含有从所述贵金属中的与所述(a)中选择的所述贵金属不同的所述贵金属中选择的贵金属的高分子的复合体;
(iii)与所述(a)中选择的所述贵金属不同的金属纳米粒子;
(iv)与所述(a)中选择的所述贵金属不同的所述贵金属纳米粒子;
(v)金属氧化物的纳米粒子;以及
(vi)或者被金属氧化膜覆盖的金属纳米粒子。
例如,可以列举出以下的组合,但不限于以下组合。
也可以是,(a)含有金纳米粒子的高分子的复合体、和作为(b)的(i)的含有选自钯(Pd)、镍(Ni)、铁(Fe)、锌(Zn)、镉、铅、镓、砷、铊、锰以及铋的一种纳米粒子的高分子的复合体。
也可以是,(a)含有银纳米粒子的高分子的复合体、和作为(b)的(iii)的含有铂纳米粒子的高分子的复合体。
也可以是,(a)含有金纳米粒子的高分子的复合体、和作为(b)的(iv)的银纳米粒子。
也可以是,(a)含有金纳米粒子的高分子的复合体、和作为(b)的(v)的选自氧化铜(I)(Cu2O)、氧化铜(II)(CuO)、氧化铁(II)(FeO)、氧化铁(II、III)(Fe3O4)、氧化铁(III)(Fe2O3)、氧化锌(ZnO)的金属氧化物。该金属氧化物也可以是高分子的复合体。
也可以是,(a)含有银纳米粒子的高分子的复合体、和作为(b)的(vi)被金属氧化膜覆盖的选自钯(Pd)、镍(Ni)、铁(Fe)、锌(Zn)、镉、铅、镓、砷、铊、锰以及铋的一种纳米粒子。被金属氧化膜覆盖的金属纳米粒子也可以是高分子的复合体。
作为金属氧化膜的金属,没有特别限定,但例如也可以选自铜(Cu)、镍(Ni)、铁(Fe)、锌(Zn)、镉、铅、镓、砷、铊、锰以及铋。
在所述两种以上的金属纳米结构体中,也可以是,
(c)至少一种金属纳米结构体是含有铜纳米粒子的高分子的复合体;
(d)与所述(c)中选择金属纳米结构体不同的其他金属纳米结构体含有选自以下中的一种或两种以上:
(i)含有与所述(c)中选择的所述铜纳米粒子不同的金属纳米粒子的高分子的复合体;
(ii)含有选自化学稳定的金纳米粒子、钯纳米粒子、银纳米粒子以及铂纳米粒子中的一种贵金属的贵金属的高分子的复合体;
(iii)与所述(c)中选择的所述铜纳米粒子不同的金属纳米粒子;
(iv)与所述(c)中选择的所述铜纳米粒子不同的金属氧化物的纳米粒子;以及
(v)与所述(c)中选择的所述铜纳米粒子不同的被金属氧化膜覆盖的金属纳米粒子。
例如,可以列举出以下的组合,但不限于以下组合。
也可以是,(c)含有铜纳米粒子的高分子的复合体、和作为(d)的(i)的含有选自钯(Pd)、镍(Ni)、铁(Fe)、锌(Zn)、镉、铅、镓、砷、铊、锰以及铋的一种纳米粒子的高分子的复合体。
也可以是,(c)含有铜纳米粒子的高分子的复合体、和作为(d)的(ii)的含有选自金纳米粒子、钯纳米粒子、银纳米粒子以及铂纳米粒子的一种贵金属的贵金属的高分子的复合体。
也可以是,(c)含有铜纳米粒子的高分子的复合体、和作为(d)的(iii)的选自钯(Pd)、镍(Ni)、铁(Fe)、锌(Zn)、镉、铅、镓、砷、铊、锰以及铋的一种纳米粒子。
也可以是,(c)含有铜纳米粒子的高分子的复合体、和作为(d)的(iv)的选自氧化铜(I)(Cu2O)、氧化铜(II)(CuO)、氧化铁(II)(FeO)、氧化铁(II、III)(Fe3O4)、氧化铁(III)(Fe2O3)、氧化锌(ZnO)的金属氧化物。该金属氧化物也可以是高分子的复合体。
也可以是,(c)含有铜纳米粒子的高分子的复合体、和作为(d)的(v)的被金属氧化膜覆盖的选自钯(Pd)、镍(Ni)、铁(Fe)、锌(Zn)、镉、铅、镓、砷、铊、锰以及铋的纳米粒子。被金属氧化膜覆盖的金属纳米粒子也可以是高分子的复合体。
作为金属氧化膜的金属,没有特别限定,但例如也可以选自铜(Cu)、镍(Ni)、铁(Fe)、锌(Zn)、镉、铅、镓、砷、铊、锰以及铋。
所述金属纳米结构体也可以选自以下中的一种或两种以上:
AuNP和PANI的复合体、PdNP和PANI的复合体、AgNP和PANI的复合体、CuNP和PANI的复合体、AuNP和PmPD的复合体、AuNP和PmAP的复合体、AuNP和PoAP的复合体,AuNP和PoAB的复合体、AuNP和PmAB的复合体、AuNP和PmTD的复合体、AuNP小(NP_small)、AuNP中(NP_medium)、AuNP大(NP_large)、AgNP小(NP_small)、AgNP中(NP_medium)、AgNP大(NP_large)、Fe2O3NP、Cu2ONP、SnNP、PdNP、ZnONP、CdSe/ZnSNP、CdSe/ZnSNP。
平均粒子径的大小关系为AuNP小(NP_small)<AuNP中(NP_medium)<AuNP大(NP_large)。
平均粒子径的大小关系为AgNP小(NP_small)<AgNP中(NP_medium)<AgNP大(NP_large)。
“NP”是纳米粒子(Nano Particles)的缩写。
在所述金属纳米结构体中,
关于共同使用的两种以上的金属纳米结构体的峰值电位的关系,
所有组合的峰值电位间的差的绝对值优选为0.08以上,更优选为0.1以上,进一步优选为0.12以上,特别优选为0.16以上。
例如,在三种金属纳米结构体中,优选满足以下的关系。
|第一峰值电位-第二峰值电位|≥0.05、
|第一峰值电位-第三峰值电位|≥0.05、以及
|第二峰值电位-第三峰值电位|≥0.05
金属纳米结构体的峰值电位和特异结合性金属纳米结构体的峰值电位实质上相同,上述关系对于特异结合性金属纳米结构体也成立。“||”表示绝对值。
所述目标优选为,包括选自大肠杆菌、沙门氏菌、肠内细菌科菌群、金黄色葡萄球菌、诺如病毒、流感病毒中的两种以上。
(金属纳米结构体的制造方法)
金属纳米结构体的制造方法包括通过在水溶液中的氧化还原反应,来制备包含金属纳米粒子和高分子的复合体的金属纳米结构体的制备步骤。
制备步骤包括如下步骤:将水溶液中导电性高分子的单体氧化为金属离子,导电性高分子的单体将金属离子还原,在这些氧化和还原反应同时或实质上同时进行的过程中,在生成纳米粒子的同时或实质上同时进行高分子的聚合,在导电性高分子中形成分散有金属纳米粒子的聚集体。形成所述聚集体的步骤也可以是形成树莓型的聚集体的步骤。
上述制备步骤包括:
将单体水溶液混合到含有金属离子或者金属络合物的水溶液中的混合步骤。在混合步骤中,在将单体氧化成金属离子或者金属络合物并进行聚合反应(A)的同时,进行使金属离子或者金属络合物还原成单体而生成金属纳米粒子的反应(B)。
在上述混合步骤中,也可以将单体水溶液和/或含有金属离子或者金属络合物的水溶液在室温下混合或在高于室温的温度下混合。上述反应(A)和(B)也在室温下进行,但能够通过加热来控制反应温度,进一步促进反应,进一步缩短反应时间。
在上述混合步骤中进行混合时,也可以一边搅拌含有金属离子的水溶液一边加入单体水溶液。通过搅拌,反应在水溶液中均匀地进行,因此能够均匀地控制得到的金属纳米结构体的粒径。
在上述混合步骤中,也可以包括通过改变反应时间或反应温度来控制金属纳米结构体的粒径的粒径控制步骤。
在上述制备步骤中,也可以包括通过改变单体水溶液或含有金属离子或者金属络合物的水溶液的浓度来控制金属纳米结构体的粒径的浓度控制步骤。
与混合步骤中制备的金属纳米结构加以区别,上述制备步骤也可以包括去除作为未反应物的单体或金属离子或者金属络合物的未反应物去除步骤。
通过上述粒径控制步骤和上述未反应物去除步骤,能够制作具有更均匀的粒径的金属纳米结构体。
其他公开的目标判定装置具备:
目标种类判定部,所述目标种类判定部通过解析特异结合性金属纳米结构体中的金属纳米结构体的属性数据,来判定与所述属性数据对应的目标的种类,所述属性数据是通过测定特异结合性金属纳米结构体与目标的结合体而得到的,所述特异结合性金属纳米结构体能够与目标特异性地结合,并且所述特异结合性金属纳米结构体与目标的结合体是通过使含有至少两种以上分别具有不同属性的特异结合性金属纳米结构体的标记与含有一种以上目标的检查体接触而得到的。
目标种类判定部也可以,
通过将至少含有与至少两种以上的金属纳米结构体的属性数据相关联的目标数据或标记数据的对照用数据和所述属性数据进行对照,来判定目标或标记的种类。
所述目标判定装置也可以具有保存所述对照用数据的数据存储部。数据存储部也可以是一次保存数据的结构。
所述目标判定装置也可以具有:
数据取得部,所述数据取得部取得测定所述结合体而得到的金属纳米结构体的属性数据。
其他公开的细菌和/或病毒的检测方法包括:
结合体制作步骤,使含有至少两种以上的能够与目标特异性地结合并且分别具有不同的光学属性的特异结合性金属纳米结构体的标记、与含有一种以上目标的检查体接触,得到特异结合性金属纳米结构体与目标的结合体;和
观察步骤,用光学检测单元观察所述结合体中的特异结合性金属纳米结构体的光学属性。
所述目标是两种以上的革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌,
所述标记设定为分别相对于两种以上的革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌具有不同的光学属性、例如颜色和/或形状的特异结合性金属纳米结构体,
在所述观察步骤中,通过观察不同的光学属性,分别区分两种以上的革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌。
根据颜色、形状的不同,能够简单地区分。
其他公开的细菌和/或病毒的检测方法包括:
目标种类判定步骤,通过解析特异结合性金属纳米结构体中的金属纳米结构体的属性数据,来判定与所述属性数据对应的目标的种类,所述属性数据是通过测定特异结合性金属纳米结构体与目标的结合体而得到的,所述特异结合性金属纳米结构体能够与目标特异性地结合,并且所述特异结合性金属纳米结构体与目标的结合体是通过使含有至少两种以上分别具有不同属性的特异结合性金属纳米结构体的标记与含有一种以上目标的检查体接触而得到的。
所述目标种类判定步骤也可以,
通过将至少含有与至少两种以上的金属纳米结构体的属性数据相关联的目标数据或标记数据的对照用数据和所述属性数据进行对照,来判定目标或标记的种类。
在所述目标种类判定步骤中,也可以基于测定对所述结合体施加规定的电压时的电流响应而得到的峰值电位,来判定目标或标记的种类。
在所述目标种类判定步骤中,也可以基于测定对所述结合体施加规定的电压时的电流响应而得到的峰值高度,来判定目标的推定量。
在目标类型确定步骤中,也可以基于解析所述结合体的图像数据获得的颜色和/或形状,来确定目标或标记的种类。
在所述目标种类确定步骤中,也可以基于选自对所述结合体的吸收、荧光、散射中的一种或两种以上的波长和/或光谱,来判定目标或标记的种类。
在所述目标种类判定步骤中,在判定所述目标或所述标记的种类之前,也可以包括:
峰值电位计算步骤,根据对所述结合体施加了规定的电压时的电流响应,求出电流峰值时的电位;
解析步骤,根据所述结合体图像数据,对金属纳米结构体的颜色和/或形状进行解析;和/或
波长测定步骤,对所述结合体的金属纳米结构体的、选自吸收、荧光、散射中的一种或两种以上的波长和/或光谱进行测定。
其他公开的计算机程序为,
当所述计算机程序由至少一个处理器执行时,实施上述的检测方法的各步骤。
存储有其他公开的计算机程序的存储介质为,
当所述计算机程序由至少一个处理器执行时,实施上述的检测方法的各步骤。
其他公开的信息处理装置具备:
至少一个处理器;和
存储有由所述处理器执行的计算机程序的存储器(也可以是上述存储介质),
当所述计算机程序由所述至少一个处理器执行时,实施上述的检测方法的各步骤。
所述信息处理装置没有特别限制,例如可以列举出智能手机、平板电脑、智能手表、可穿戴计算机、个人计算机、服务器、云服务器等,单一或多个组合的信息处理装置也可以构成为能够通过有线和/或无线通信单元连接。
所述目标判定装置、所述细菌·病毒检测装置、所述检测装置例如也可以构成为,具有专用电路、固件、处理器以及存储处理指令的存储器、显示器、总线、输入输出接口、通信装置等。
[作用效果]
根据本发明,具有以下的作用效果。
(1)由于金属纳米结构体具有较高的电流响应性或光散射特性,因此能够高灵敏度地测量目标(细菌、病毒),不需要细胞培养或PCR,能够迅速进行检查。
(2)由于是基于电化学检测或光学检测的简单的方法,因此通过使用与目标选择性地结合的抗体,能够应对各种目标,并且能够在单个细胞和粒子水平或者同时检测多个目标中对目标实现高选择性。
(3)在检查中,也能够进行目标的定量。
(4)不仅可以应对食物中毒原因菌和诺如病毒,还可以应对流感病毒、新型冠状病毒等。
(5)本发明能够用简单的机器快速实施并确认结果,因此能够用于试验室以外的现场(场景)的使用、一次检查(筛选)等。作为现场,例如可以列举出船、飞机、宇宙飞船、饮食店等的烹调场、食品工厂、制药工厂、检疫所、检查体采集场、检查机关、医疗机关、床边诊断等。
附图说明
图1A是表示电极芯片以及DPV检测装置的一例的图。
图1B是表示载玻片的一例的图。
图1C是表示光学单元的一例的图。
图2表示检体液容器、清洗液容器、测定液容器的一例。
图3A是用于说明DPV检测装置的功能的一例的功能框图。
图3B是表示DPV检测装置的显示画面的一例的图。
图3C是表示峰值电位对照用数据的一例的图。
图3D是另一实施方式的具备DPV检测装置以及信息处理装置的DPV检测系统的功能框图。
图4是用于说明图像解析装置的功能的一例的功能框图。
图5是用于说明波长解析装置的功能的一例的功能框图。
图6是表示DPV测定的电流响应数据的一例的图。
图7是表示用暗场显微镜拍摄的细胞的形状(标记-目标的结合体)的光斑的一例的图。
图8是表示由散射光谱测定装置检测出的结果的一例的图。
图9A是表示DPV测定的电流响应数据的一例的图。
图9B是表示DPV测定的电流响应数据的一例的图。
图10A是表示用暗场显微镜拍摄的细胞的形状(标记-目标的结合体)的光斑的一例的图。
图10B是表示用暗场显微镜拍摄的细胞的形状(标记-目标的结合体)的光斑的一例的图。
图11A是表示由散射光谱测定装置检测出的结果的一例的图。
图11B是表示由散射光谱测定装置检测出的结果的一例的图。
图12A是表示用电子显微镜拍摄标记的一例的图。
图12B是表示用电子显微镜拍摄标记的一例的图。
图13A是表示DPV检测装置的测定结果的一例的图。
图13B是表示由DPV检测装置测定的电流响应数据的一例的图。
图14是表示由DPV测定装置测定的电流响应数据的一例的图。
图15是表示对细菌和病毒进行DPV测定的电流响应数据的一例的图。
图16是表示对两种病毒进行DPV测定的电流响应数据的一例的图。
图17是表示用暗场显微镜拍摄的细胞和病毒的形状(标记-目标的结合体)的光斑的一例的图。
图18是表示由散射光谱测定装置检测出的结果的一例的图。
图19A是表示在DPV测定的电流响应数据中能够定量的结果的一例的图。
图19B是表示在DPV测定的电流响应数据中能够定量的结果的一例的图。
图19C是表示在DPV测定的电流响应数据中能够定量的结果的一例的图。
图19D是表示推定量(细胞数)的显示画面的一例的图。
图19E是表示推定量(细胞数)的显示画面的一例的图。
图19F是表示推定量(细胞数)的显示画面的一例的图。
图20A是表示用暗场显微镜拍摄的细胞的形状(标记-目标的结合体)的光斑的一例的图。
图20B是表示由散射光谱测定装置检测出的结果的一例的图。
具体实施方式
[目标(检查体)]
目标例如可以列举出细菌、病毒、细菌群等。
细菌例如可以列举出大肠杆菌、沙门氏菌、O157、O26、金黄色葡萄球菌等。
病毒例如可以列举出诺如病毒、流感病毒、冠状病毒等。
肠内细菌科菌群为大肠杆菌、沙门氏菌等。肠道出血性大肠杆菌为O157、O26等。
在本发明中,作为目标,也能够将含有两种以上细菌的细菌群作为一个目标进行检测。例如,作为两种目标,能够区分并同时检测一种第一细菌和与该第一细菌不同种类的细菌群。作为两种目标,能够区分并同时检测一种第一细菌群和该第一细菌群中的特定的细菌。
[标记:金属纳米结构体]
标记通过混合到含有一种或两种以上的目标的检体液中,得到目标与金属纳米结构体的结合体,用于根据该结合体中的金属纳米结构体的属性数据确定目标。
标记优选含有至少两种以上不同电流响应性或光学响应性的金属纳米结构体。
金属纳米结构体例如是树莓状的聚集体、纳米粒子状、纳米粒子的聚集体。聚集体由于有时与目标的结合性比纳米粒子状更好,因此是优选的。另外,与纳米粒子状相比,聚集体具有能够显示单色的特性,在光学检测中有时更优选聚集体。
在纳米粒子状的情况下,也可以使每个纳米粒子具有被覆有有机物的外层。
构成金属纳米结构体的各个纳米粒子的粒径为1nm~100nm,优选为1nm~60nm,进一步优选为1nm~10nm,优选比表面积较大。
在本发明中,通过采用比表面积较大的金属纳米结构体,能够形成尖锐的电流峰值,能够区分并检测多个电流峰值。
在金属纳米结构体中,与目标特异性地结合的抗体或适体被固定化。固定化的详细情况将在后面叙述。
作为构成金属纳米结构体的金属纳米粒子,可以列举出金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、氧化铜(I)(Cu2O)、氧化铜(II)(CuO)、钯(Pd)、镍(Ni)、铁(Fe)、氧化铁(II)(FeO)、氧化铁(II、III)(Fe3O4)、氧化铁(III)(Fe2O3)、锌(Zn)、氧化锌(ZnO)、镉、铅、镓、砷、铊、锰以及铋等。在同时检测多个的情况下,优选使用两种以上氧化还原电位不同的金属纳米粒子。
在本发明中,能够根据微分脉冲伏安法(DPV)的电流响应的测定数据,检测出多个出现电流峰值的电位(也称为“峰值电位”)。即,通过选择不同的峰值电位的金属纳米结构体作为标记,能够同时检测多种目标。
作为构成金属纳米结构体的树莓状的聚集体的一部分的高分子,例如可以列举出,作为导电性高分子的、聚苯胺(PANI)、聚吡咯、聚3,4-亚乙基二氧噻吩(PEDOT)、聚间苯二胺(PmPD)、聚间氨基苯酚(PmAP)、聚邻氨基苯酚(PoAP)、聚间氨基苯甲酸(PmAB)、聚邻氨基苯甲酸(PoAB)、聚间甲苯胺(PmTD)、以及它们的衍生物。这些导电性高分子在酸性溶液中具有导电性,但从中性到碱性失去导电性,表现出绝缘性。
在测定时同时使用的两种以上的金属纳米结构体以避免由于局部电池现象而导致的各种不可测定的方式进行选择。
在本实施方式中,在两种以上的金属纳米结构体中,也可以是,一种或两种以上的任意的金属纳米结构具有绝缘性。选择具有绝缘性且能够测定电流响应特性的金属纳米结构体。
例如,通过用绝缘性膜覆盖能够形成局部电池的两个金属纳米粒子中的一个,在两种金属纳米粒子之间电子的交换变得困难,能够抑制另一个金属纳米粒子的溶解,因此能够实现抑制局部电池的形成。
导电性高分子在中性至碱性的区域表示出绝缘性,但由于在规定的电位下会产生氧化或者还原反应,因此即使是绝缘性也表现出电流响应。即,覆盖金属纳米粒子的绝缘性膜不限于导电性高分子,只要是通过规定电位下的氧化反应或还原反应显示电流响应的化合物即可,也可以是由DNA或肽、蛋白质那样的产生氧化或还原电流的核酸或氨基酸构成的高分子或者含有金属络合物的高分子,也可以是金属氧化物。
通过适当使用在电化学检测中被绝缘性膜覆盖的金属纳米粒子,能够将多种金属纳米粒子用作标记。为了同时检测多个目标,也可以含有不同的多个导电性高分子。
树莓状的金属纳米结构体(也称为“复合体”)的粒径为10nm~200nm,优选具有在高分子粒子中含有10个以上粒径为1nm~10nm的金属纳米粒子而形成的结构。因此,高分子的被覆层的厚度优选为1nm~100nm。即,由于构成复合体的高分子为低聚物因此优选为低聚合度(聚合度100以下)。复合体中的高分子的聚合度取决于金属离子的氧化力。另外,金属纳米粒子的粒径取决于单体的还原力。利用它们能够控制复合体的粒径。
[树莓状的金属纳米结构体的制作]
在金属纳米结构体的制造方法中,通过在水溶液中的氧化还原反应来进行制备。
例如,水溶液中的导电性高分子的单体被金属离子氧化,导电性高分子的单体将金属离子还原。在这些氧化和还原反应同时进行的过程中,在生成纳米粒子的同时进行高分子的聚合,形成金属纳米粒子分散在导电性高分子中的树莓型的聚集体。
包含目标的检体液的pH从酸性区域被调整到中性区域。在微分脉冲伏安法(DPV)测定中,能够在酸性区域到中性区域进行测定。由于使用抗体和金属纳米粒子,因此优选中性区域。此时,包含在树莓状的金属纳米结构体中的导电性高分子为绝缘性。
[金属纳米结构体的属性]
属性数据选自电流响应、峰值电位等电化学数据、金属纳米结构体粒径、颜色、波长、吸收(波长、强度、光谱)、荧光(波长、强度、光谱)、散射(波长、强度、光谱)。
为了同时检测多个目标,属性数据具有各自不同的特性,以便能够识别不同目标的种类。
在所述两种以上的金属纳米结构体中,也可以是,至少一种金属纳米结构体在中性溶液中具有绝缘性。
在所述两种以上的金属纳米结构体中,也可以是,至少一种金属纳米结构体含有化学稳定的金纳米粒子、钯纳米粒子、银纳米粒子、铂纳米粒子等贵金属。
在所述两种以上的金属纳米结构体中,也可以是,至少一种金属纳米结构体是含有上述贵金属的高分子的复合体。
在所述两种以上的金属纳米结构体中,也可以是,至少一种金属纳米结构体是含有上述贵金属的高分子的复合体,其他金属纳米结构体含有上述贵金属以外的金属纳米粒子。
在所述两种以上的金属纳米结构体中,也可以是,至少一种金属纳米结构体是含有上述贵金属的高分子的复合体,其他的金属纳米结构体是含有上述贵金属以外的金属纳米粒子的高分子的复合体或金属氧化物的纳米粒子,或者被金属氧化膜覆盖的金属纳米粒子。优选在两种以上的金属纳米结构体中,除了一种以外的其他金属纳米结构体全部是具有绝缘性的、形成高分子膜的、或金属氧化物的纳米粒子、或者被氧化物覆盖的金属纳米粒子,从而在两种以上的金属纳米结构体之间,抑制在规定的条件下(例如,与导电性材料接触时等)形成局部电池。由此,可以使两种以上的金属纳米结构体相互长时间接触,也可以在相同的包装容器中流通、保管。
不限于相同的包装容器,也可以是在使用之前物理上隔离的单独包装,向电极芯片或载玻片、光学单元的附着也可以在物理上分离的位置进行。
在两种以上的金属纳米结构体中,在使用规定条件下形成局部电池的金属纳米结构体的组合的情况下,优选在使用之前物理上隔离的单独包装,优选即使在向电极芯片或载玻片、光学单元附着的方式中,也在物理上分离的位置附着。
在金属纳米结构体向电极芯片或载玻片等的附着中,也可以以隔着检体液的滴加区域而成为相向的位置的方式进行附着。
优选的是,在形成局部电池时,使化学稳定的金属纳米结构体的标记先与目标(检查体)接触,然后使在形成局部电池时不稳定或消失的金属纳米结构体的标记与目标(检查体)接触。
[特异结合性金属纳米结构体]
通过将粘合剂固定到金属纳米结构并将抗体或适体结合到粘合剂,将抗体或适体修饰成金属纳米结构体。
抗体是将目标表面的特定化学结构作为抗原而特异性地结合的抗体,也可以是由动物的免疫得到的免疫抗体、由肽或合成高分子形成的人工抗体。
适体可以列举出与目标特异性地结合的核酸分子(RNA、DNA)、肽。
有时将抗体被修饰的特异结合性金属纳米结构体称为抗体修饰金属纳米结构体,将适体被修饰的特异结合性金属纳米结构体称为适体修饰金属纳米结构体。
作为粘合剂,例如可以列举出具有羧基的柠檬酸或抗坏血酸等有机酸、及其盐、或者具有羧基、氨基、酰胺基的至少一个官能团的含硫有机化合物、或含硅有机化合物、以N-乙基-N’-3-二甲基氨基丙基碳二亚胺为代表的碳二亚胺系缩合剂、生物素或亲和素等。
[多种特异结合性金属纳米结构体的组合]
根据各种测定的不同,需要选择针对一种或两种以上的属性而互不相同的特异结合性金属纳米结构体。例如,作为组合的一个例子,可以列举出以下。
(1)电流峰值时的电位互不相同的两种以上的特异结合性金属纳米结构体的组合
(2)颜色互不相同的两种以上的特异结合性金属纳米结构体的组合
在这种情况下,作为金属纳米结构体,优选使用显示单色的聚集体。
(3)形状互不相同的两种以上的特异结合性金属纳米结构体的组合
(4)吸收波长(峰值、光谱)互不相同的两种以上的特异结合性金属纳米结构体的组合
(5)荧光波长(峰值、光谱)互不相同的两种以上的特异结合性金属纳米结构体的组合
(6)散射波长(峰值、光谱)互不相同的两种以上的特异结合性金属纳米结构体的组合
(7)被修饰的抗体或适体互不相同的两种以上的特异结合性金属纳米结构体的组合(金属纳米结构体相同但抗体或适体不同,能够根据目标的形状判定目标的种类)
(8)对于检体液中大量含有的细菌或病毒,选择电流峰值小的标记的组合,对于极少数也能对人体造成危害的细菌或病毒,选择电流峰值大的标记的组合
(9)含有上述(1)至(8)中的两种以上的组合
作为两种特异结合性金属纳米结构体的组合,可以列举出如下。
(1)由含有金纳米粒子的特异结合性金属纳米结构体和含有银纳米粒子的贵金属构成的特异结合性金属纳米结构体
(2)金纳米粒子-高分子复合体的特异结合性金属纳米结构体和含有银纳米粒子的特异结合性金属纳米结构体
(3)银纳米粒子-高分子复合体的特异结合性金属纳米结构体和含有金纳米粒子的特异结合性金属纳米结构体
(4)铜纳米粒子-高分子复合体的特异结合性金属纳米结构体和含有金纳米粒子的特异结合性金属纳米结构体
(5)铜纳米粒子-高分子复合体的特异结合性金属纳米结构体和含有银纳米粒子的特异结合性金属纳米结构体
(6)金纳米粒子-高分子复合体的特异结合性金属纳米结构体和含有铜、锌、钯、锡或铁的纳米粒子的特异结合性金属纳米结构体
(7)银纳米粒子-高分子复合体的特异结合性金属纳米结构体和含有铜、锌、钯、锡或铁的纳米粒子的特异结合性金属纳米结构体
(8)铜纳米粒子-高分子复合体的特异结合性金属纳米结构体和含有金、银、锌、钯、锡或铁的纳米粒子的特异结合性金属纳米结构体
(9)由贵金属以外的金属构成的金属纳米粒子-高分子复合体的特异结合性金属纳米结构体、和金、银、铂或钯等贵金属的特异结合性金属纳米结构体
作为三种以上的特异结合性金属纳米结构体的组合,可以列举出如下。
(1)选自含有金纳米粒子的特异结合性金属纳米结构体、含有银纳米粒子的特异结合性金属纳米结构体、以及含有铜、锌、钯、锡或铁的纳米粒子的特异结合性金属纳米结构体中的一种以上
(2)上述(1)中,贵金属的纳米粒子被高分子覆盖的复合体
(3)上述(1)中,贵金属以外的金属的纳米粒子被高分子覆盖的复合体
(4)上述(1)中,铜、锌或铁为氧化物
(5)选自含有银纳米粒子的特异结合性金属纳米结构体和含有铜、锌、钯、锡或铁的纳米粒子的特异结合性金属纳米结构体中的两种以上
(6)上述(5)中,银的纳米粒子被高分子覆盖的复合体
(7)上述(5)中,铜或钯的纳米粒子被高分子覆盖的复合体
(8)上述(5)中,铜、锌或铁为氧化物
金纳米粒子的峰值电位为1.5V左右,由于水的电解、基于DPV测定法的电压控制和测定时间的缩短,因此也可以在电化学测定时使用金以外的其他金属纳米结构体。
[测定试剂盒]
测定试剂盒也可以包括检查体保持部、清洗液容器、测定液容器、检体液容器、检体液用溶剂或分散剂、标记试剂盒。
检查体保持部也可以是电极芯片、载玻片以及盖玻片、光学单元、结合垫。检测体保持部也可以以物理上分离的方式附着属性分别不同的两种以上的金属纳米结构体。
[电极芯片]
(1)第一电极芯片是用于测定电流响应的电极芯片,在电极上或电极的附近以相互分离的状态附着有两种以上的特异结合性金属纳米结构体即标记。这里的电极可以是作用极、参照极、对极中的一种或两种以上,但优选作用极。
使标记附着在电极芯片的表面的方法没有特别限制,例如可以列举出,使标记分散在溶剂中,并放置在芯片表面使其干燥的方法、印刷并使其干燥的方法、使标记保持在多孔物、滤纸、复合纤维、玻璃纤维等结合垫上将该垫固定在芯片表面的方法等。溶剂例如可以列举出水、离子交换水、纯水、超纯水等水溶剂、含有水溶性聚合物的水溶剂等。
两个以上的标记在测定液的注入下脱离电极芯片的表面并与目标结合。
图1A中示出了第一电极芯片20。电极芯片20示出了绝缘性的基板21、形成于基板21的作用极22、参照极23、对极24、保护各电极的绝缘性的覆盖部26、与检测装置电连接的连接部27、附着于作用极22的附近的基板21的表面的状态的标记11(第一标记111、第二标记112、第一第三标记113)。作用极22的单点划线区域E1表示检体液的滴加点(也称为“检查体滴加区域”),双点划线区域E2表示测定液的滴加点。测定液以与检体液重叠的方式滴加,标记11离开基板21,与作用极22上的目标结合。另外,测定液是承担使标记和检查体(目标)结合的作用的溶剂。
在作用极22的检查体滴加区域E1中,为了补充标记,可以设定规定的表面粗糙度,也可以固定与目标结合的结合性物质。
在图1A的下部示出了DPV检测装置1的外观的一例。DPV检测装置1具备框体、与电极芯片连接的连接器、显示部、输入操作部等。详细情况将在后面叙述。
(2)第二电极芯片是用于测定电流响应的电极芯片,作为一种以上的特异结合性金属纳米结构体的标记没有预先附着在电极上或电极的附近。
电极芯片是没有预先附着标记的结构,在测定时,可以将一种或两种以上标记放置或附着在电极上或电极的附近,也可以将目标和标记的结合体放置在电极上。
第二电极芯片是由作用极、参照极、对极构成的单一的电极。能够连接到DPV检测装置1。
(3)第三电极芯片是配置有多个由作用极和对极构成的一对电极的多阵列电极芯片。
各一对电极彼此不与另一对电极电接触,注入各一对电极的检体液也相互物理上不电接触。
第三电极芯片也可以用于一般的DPV测定装置。
(4)也可以是配置有多个第一电极芯片的多阵列电极芯片。第一电极芯片与其他第一电极相互不电接触,注入各第一电极的检体液也相互物理上不电接触。
本发明的含有两种以上的特异结合性金属纳米结构体的标记试剂盒也可以用于使用配置有多个由作用极和对极构成的一对电极的多阵列电极的一般的DPV测定装置。
上述各电极也可以由金属或碳、导电性玻璃等电极、或者金属电镀、或使用导电性墨水印刷而形成的电极构成。
电极中的至少作用极可以由通过结合性物质的固定或者微细的结构的形成而与作为目标的细菌和病毒(包括组)亲和的表面构成。
本发明的电极芯片可以安装在DPV检测装置1上使用,也可以用于一般的DPV测定装置。电极芯片可以是一次性的,也可以清洗而再利用。
上述电极的表面层优选导入(附着)能够与作为目标的被检测物形成相互作用或结合的官能团或结合部位。上述结合性物质也可以是上述官能团或结合部位。
上述官能团或结合部位根据被检测物而适当选择,例如可以列举出羟基、氨基、亚氨基、羧基、羰基、磷酸基、磺基、磺酰基、硫醇基、环氧基、琥珀酰亚胺、直链状或支链状的脂肪族烃基、脂环式烃基、芳香族烃基等烃基,或者单链DNA、RNA、适体、核酸、免疫抗体、人工抗体、酶、蛋白质等受体。
上述官能团或结合部位能够通过将具有能够与上述电极的表面层形成相互作用或结合的部位、和能够与上述被检测物或与上述被检测物选择性地结合的上述受体形成相互作用或结合的部位的化合物,修饰处理在电极的表面,或者通过与形成电极的导电性墨水混合而构成电极,从而能够导入到上述电极的表面层。
作为相互作用,例如可以列举出亲水-亲水相互作用、静电相互作用、疏水-疏水相互作用。作为结合,例如可以列举出氢键、金属-硫键、共价键和离子键。作为反应,例如可以列举出抗原抗体反应、杂交、酶反应等。上述官能团或结合部位可以仅为一种,也可以为两种以上。
上述电极的表面层优选为具有能够与被检测物形成相互作用或结合的1nm~100μm的凹凸或空孔。
上述凹凸或空孔根据被检测物的尺寸适当选择,优选为1nm~10μm,更优选10nm~10μm。通过上述凹凸或空孔,能够有效地产生被检测物与电极的表面的上述相互作用或结合,增大电极与含有被检测物(细菌或病毒等)的试样液的接触面积,或促进被检测物向电极的吸附,从而能够增大吸附量,缩短吸附时间。
电极的表面粗糙度例如也可以为二条平方根高度(Sq)或算术平均高度(Sa)为1nm~10μm。表面粗糙度由触针式表面粗糙度测定机(依据JIS B0601(ISO4287))或白色干涉仪、激光显微镜、数字显微镜、扫描型探针显微镜等非接触式测定机(依据ISO25178)测量。
所述电极也可以由在基板上通过电镀或丝网印刷形成的金属或导电性墨水的层等导电层构成。
导电层通过表面微细结构化(100nm~30μm)、立体结构化(5μm~100μm)等物理结构或化学处理,增大电极与含有目标的试样液的接触面积,或促进静电吸附,从而增大吸附量,缩短吸附时间。
导电性墨水例如为含有金粒子或金纳米粒子、银粒子或银纳米粒子、铜粒子或铜纳米粒子、导电性碳(100nm~30μm)等导电性的物质的墨水。
作为电极、特别是作用极的化学处理,通过在导电性墨水中添加表面活性剂,或在导电性墨水的层上涂布表面活性剂,从而使导电性墨水层亲水化,并且由于产生与作为目标的细菌或病毒粒子的ζ电位对应的静电的相互作用等,因此能够促进目标的吸附。作为表面活性剂,有非离子、阳离子、阴离子性等,可以列举出氟系表面活性剂、硅酮系表面活性剂等。
关于配合比,导电性墨水和表面活性剂的配合比为,相对于导电性墨水100质量%,表面活性剂为0.1质量%~10.0质量%。通过表面活性剂提高细菌或病毒粒子的吸附性,例如吸附量、吸附时间的缩短。
[载玻片以及盖玻片]
(1)第一载玻片是在显微镜中使用的载玻片,作为两种以上的特异结合性金属纳米结构体的标记以相互分离的状态附着。第一载玻片可以不以两种以上的标记相互分离的状态附着,也可以以两种以上的标记相互分离的状态附着。两种以上的标记以相互分离的状态附着在第一载玻片上,也可以相同的两种以上的标记以相互分离的状态附着在第一盖玻片上,也可以附着一种以上与附着在第一盖玻片上的标记不同种类的标记。
(2)第二载玻片是在显微镜中使用的载玻片,作为两种以上的特异结合性金属纳米结构体的标记不以相互分离的状态附着。第二盖玻片以两种以上的标记相互分离的状态附着。
在载玻片的表面或盖玻片的表面上附着标记的方法没有特别限制,例如可以列举出将标记分散在溶剂中,并放置在玻璃表面上使其干燥的方法、印刷并使其干燥的方法等。溶剂例如可以列举出水、离子交换水、纯水、超纯水等水溶剂、含有水溶性聚合物的水溶剂等。
两种以上的标记通过与检体液接触而离开玻璃表面并与目标结合。
图1B中示出了第一载玻片31、附着在第一载玻片31的表面的状态的标记11(第一标记111、第二标记112、第三标记113)。单点划线区域E1表示检体液的滴加点,双点划线区域E2表示测定液的滴加点。测定液以与检体液重叠的方式滴加,并由盖玻片32覆盖。
(3)作为两种以上的特异结合性金属纳米结构体的标记并未以相互分离的状态预先附着在第三载玻片和第三盖玻片上。当用显微镜观察时,可以将一种或两种以上的标记附着在载玻片和/或盖玻片上,也可以将目标和标记的结合体放置在载玻片上。
[光学单元]
光学单元用于测定吸收、荧光、散射等各波长或光谱。
(1)第一光学单元是放入检查体的光学单元,作为两种以上的特异结合性金属纳米结构体的标记以相互分离的状态附着在其内表面。图1C中示出了第一光学单元41、附着于光学单元的内表面的状态的标记11(第一标记111、第二标记112、第三标记113)。检体液被填充到标记11以上的位置,离开内表面的标记与目标结合。
在第一光学单元的内表面附着标记的方法,没有特别限制,例如可以列举出使标记分散在溶剂中,并附着在内表面上使其干燥的方法、印刷并使其干燥的方法等。溶剂例如可以列举出水、离子交换水、纯水、超纯水等水溶剂、含有水溶性聚合物的水溶剂等。
两种以上的标记通过与检体液接触而远离内表面,并与目标结合。
(2)在第二光学单元中,作为两种以上的特异结合性金属纳米结构体的标记并未以相互分离的状态附着于其内表面。在测定时,可以将一种或两种以上的标记附着在光学单元的内表面上,也可以将含有目标和标记的结合体的检体液填充到光学单元中。
[检测液容器、清洗液容器、测定液容器]
图2中示出了填充有检体液的检体液容器51、填充有清洗液的清洗液容器52、以及填充有测定液的测定液容器53。
检体液(也称为“试样液”)包括一种或两种以上的目标。检体液的溶剂或分散剂例如是水、离子交换水、纯水。含有目标的食品、饮料、蔬菜、肉类等可以溶解或分散在检体液中。
在检测时,检体液按照规定的步骤制作,并填充到检体液容器51中。从入口511插入电极芯片20,使检体液附着于作用极。
清洗液用于去除附着在电极基板或电极上的、例如测定不需要的检查体中的目标、异物等。清洗液例如可以列举出水、离子交换水、纯水、超纯水、缓冲液、生理盐水等。清洗液填充在清洗液容器52中,从入口521插入电极芯片20,从电极芯片20上去除附着在电极芯片20上的检体液中的测定所不需要的物质。
测定液在电化学测定时使用。测定液例如可以列举出磷酸缓冲液、生理盐水等电解质溶液。测定液填充在测定液容器53中,从入口531插入电极芯片20,使附着在电极芯片20上的检查体与标记接触。通过与测定液接触,标记从电极基板分离,与附着在作用极上的目标结合。
对于入口521、531,可以在制造和流通过程中,为了使清洗液或测定液的内容液不会流出或干燥,入口521、531被逆流防止结构或盖等密闭单元密闭,也可以在使用时去除密闭单元而使用。
另外,作为另一实施方式,也可以将检体液的溶剂或分散剂、清洗液、测定液分别单个包装。它们也可以包含在测定试剂盒中。也可以在检测时,将单个包装的清洗液填充到清洗液容器中使用,将单个包装的测定液填充到测定液容器中使用。
[标记试剂盒]
单一的标记包装物用于检测细菌和/或病毒即目标,填充有含有属性分别不同的两种以上的特异结合性金属纳米结构体的标记溶液。
作为另一实施方式,多个标记包装物在每个标记包装物中填充有标记溶液,所述标记溶液含有属性互不相同的特异结合性金属纳米结构体。
包装物优选密闭内容物且不使其物性劣化的容器,例如可以列举出塑料制瓶容器、薄膜制包装容器、玻璃容器等。
标记试剂盒的标记可以单个包装一次测量的量,也可以批量包装多次测量的量。另外,标记也可以以在电极芯片、载玻片、光学单元上附着必要量的量的方式供给。包装的方式没有特别限制,具备在卫生环境上安全搬运、保存的功能。
在测定时,能够将标记溶液和检体液混合,使该混合液附着在电极芯片或载玻片上,进行电化学检测或光学检测。另外,也可以在使检体液附着在电极芯片或载玻片上之后滴加标记溶液,反之也可。
[检测装置:DPV检测装置]
图3A所示的DPV检测装置1具备框体101、电极芯片连接用基板102、显示部103、输入操作部104、电压施加控制部105和电流响应测定部106(相当于电流测量部)、数据存储部107(相当于数据储存部)、目标判定部108(相当于目标确定部或目标(种类)判定部)、数据输入输出部109、以及电源(未图示)等。
电极芯片连接用基板102与电极芯片20的电极的一端电连接。显示部103例如是液晶监视器或者有机EL监视器,用于显示各种设定的显示、基于输入操作部的输入结果,或显示各种目标判定结果。输入操作部104是输入用的用户接口,可以是与显示部103的液晶监视器兼用的触摸面板,也可以是按钮等。数据存储部107也可以是非易失性存储器或易失性存储器。
图1A所示的输入操作部104具有电源接通/断开按钮104a、模式切换按钮104b、确定按钮104c、用于移动光标的左光标按钮104d、以及右光标按钮104e。
通过操作模式切换按钮104b,能够进行各种模式的切换,例如能够选择测定模式、数据模式、维护模式等。例如,能够按下模式切换按钮104b,基于显示在显示部103上的命令或信息,通过左右光标按钮104d、104e使光标移动,通过确定按钮104c指示所希望的模式。
DPV检测装置1能够检测两种以上的峰值电位。为了检测两种以上的峰值电位,作为标记的金属纳米结构体的电流响应特性是重要的因素。与此同时,DPV检测装置1的测定参数的设定变得重要。
测定参数可以列举出测定范围(电流值范围)、开始电位和结束电位、测定时间、脉冲振幅、脉冲宽度、脉冲期间、步进次数、基极电流采样时间、法拉第电流采样时间、与检测数对应的平衡电位和平衡时间、ΔE等。
测定参数的设定也可以编入多个模式的一种之中,在该情况下,也可以通过模式切换按钮104b选择模式,设定测定参数。
可以手动进行测定参数的设定,也可以经由数据输入输出部109或无线通信单元(未图示)接收数据并存储在数据存储部107中。也可以通过信息处理装置(未图示)设定测定参数,并向DPV检测装置1发送其数据。
在预先附着有标记11的电极芯片20或作为测定试剂盒与标记11一起设置的电极芯片20的情况下,也可以在该电极芯片20具有的存储功能(例如IC芯片、RFID芯片)等中保存测定参数或其识别信息,在电极芯片20与电极芯片用连接器102连接时,将测定参数或其识别信息发送到数据存储部107并保存。也可以在数据存储部107中预先存储有识别信息及其测定参数,设定与读入的识别信息对应的测定参数。
对于测定参数,也可以将与多个目标对应的测定参数作为数据库存储在数据存储部107中。
对应于所使用的标记,测定参数(测定范围、开始电位和结束电位、测定时间、脉冲振幅、脉冲宽度、脉冲期间、步进次数、基极电流采样时间、法拉第电流采样时间、与检测数对应的平衡电位和平衡时间、ΔE等)也可以被设定为可变。通过与每个标记的电流峰值的高低差、电流峰值时的电位对应地改变测定参数,能够维持检测精度。这些设定数据可以从输入操作部104输入,也可以从数据输入输出部109输入测定参数的各种数据。
电压施加控制部105在电极芯片20的作用极22和对极24之间施加规定的恒定电压。电流响应测定部106测定与施加到作用极22和对极24上的恒定电压对应的电流值。在得不到电流值的情况下,无法判别目标。
如果在作用极22处获得电流值,则电压施加控制部105根据微分脉冲伏安法在作用极22和参考极23之间施加重复进行平衡和扫描的电压。电流响应测定部106测定作用极22的电流值。
电流响应测定部106检测所测定的电流的峰值。将检测出的电流的峰值处的电位称为峰值电位。电流响应测定部106针对电流的测定数据进行基线拟合,求出基线,检测以基线为基准的峰值高度、BG值。
如果检测到一个电流的峰值,则位于作用极22上的结合体为一种,如果检测到多个电流的峰值,则存在多种位于作用极22上的结合体。
另外,电流响应测定部106也可以算出所测定的电流的峰值的峰值高度、电流的峰值曲线的面积。
数据存储部107保存峰值电位对照用数据,所述峰值电位对照用数据至少包含两种以上的峰值电位、与峰值电位相关联的两种以上的目标的数据。峰值电位对照用数据可以预先保存在数据存储部107中,也可以经由数据输入输出部109或无线通信单元(未图示)接收并保存数据,也可以在适当的时机进行更新。
另外,也可以在电极芯片20具有的存储功能(IC芯片、RFID芯片)等中保存峰值电位对照用数据,在电极芯片20连接到电极芯片用连接器102时,将峰值电位对照用数据保存在数据存储部107中。
在本实施方式中,峰值电位对照用数据也可以包括目标记别信息、目标名、电流峰值、作为电流峰值时的电位的峰值电位、电流峰值面积、标记识别信息、标记名。图3C中示出了峰值电位对照用数据的一例。
峰值电位对照用数据也可以包括电流峰值(峰值高度)、峰值电位、特异结合性金属纳米结构体的种类、与特异结合性金属纳米结构体特异性地结合的目标的种类、目标的推定量(定量值)的各种数据。推定量也可以是与电流峰值相关联的推定量。
目标判定部108将峰值电位对照用数据和由电流响应测定部106检测出的一种或两种以上的峰值电位(以及电流的峰值高度)进行对照,判定一种或两种以上的目标或标记。
另外,目标判定部108也可以根据预先设定的每单个细胞或病毒粒子的电流响应值和电流峰值(例如峰值高度的值、电流响应的面积(积分值)),算出目标的推定量。“每单个细胞或病毒粒子的电流响应值”与每单位面积的电流响应值相同。“目标的推定量”例如是细胞数、病毒粒子数的推定量。
目标判定部108也可以在预先设定的细胞数或病毒粒子数的每个范围的电流响应值范围的数据中,应用峰值电位和电流峰值,以数量级显示目标或标记的种类和推定量。
显示部103显示由目标判定部108判定的目标。另外,显示部103也可以显示目标的推定量。
另外,显示部103也可以显示电流峰值、作为电流峰值时的电位的峰值电位、所判定的标记以及目标、每单个细胞或每个病毒粒子的电流响应值、目标的推定量中的一种以上的数据。
另外,显示部103也可以在多个峰值电位的数值宽度比规定的阈值大的情况下,在图表显示中显示得比实际的数值宽度的差小,将峰值高度显示得较小。对于显示单位的自动显示功能,在显示小的峰值和大的峰值时,即使是小的峰值也比实际大,能够容易地视觉辨认。
(测定模式的说明)
(1)用户使检体液附着在作用极22上,将滴加了测定液的状态的电极芯片20安装在电极芯片连接用基板102上。另外,也可以在安装后,进行向电极芯片20滴加检体液以及测定液的操作。
(2)按下电源接通/断开按钮104a,通过模式切换按钮140b转移到测定模式,并通过确定按钮104c进行指示。
图3B表示显示部103的画面迁移的一例。显示部103显示图3B的“测定开始等待画面”。显示测定编号(识别编号;编号:001)和设定信息(设定:S111)。设定信息表示测定参数(微分脉冲伏安法中使用的测定时间、脉冲振幅、脉冲宽度、脉冲期间、步进次数等)的识别信息(名称S111等)。另外,也可以是使光标移动而在“设定”的位置按下确定按钮104c,能够读出并选择存储在数据存储部107中的多个测定参数的结构,也可以是按各测定参数的项目进行选择的结构。
(3)将光标移动到“确定”,通过确定按钮104c进行指示。
(4)显示测定剩余时间(剩余时间:1000s)(对预先设定的测定时间进行倒计时)。当通过确定按钮104c指示“停止”时,停止测定。
(5)如果在测定时间结束之前没有错误显示(中断),则测定结束,电流响应数据保存在存储器中。存储器可以是数据存储部107,也可以是其他内置的存储器。测定日期、测定时刻也被关联起来保存。
(6)测定结束,在显示部103上显示测定编号、由目标判定部108判定的目标名或标记名(名称:aaaaa)、由电流响应测定部106计算出的电流的峰值的最大值(峰值)、BG值(BG)。
(7)在显示部103中,当移动光标并通过确定按钮104c指示“上一个”时,显示同时检测出的前一个结果(目标名或标记名(名称)、峰值电流值(峰值)、BG值(BG))。在显示部103中,当移动光标并通过确定按钮104c指示“下一个”时,显示同时检测出的后一个结果(目标名或标记名(名称)、峰值电流值(峰值)、BG值(BG))。
当移动光标并通过确定按钮104c指示“结束”时,转移到“测定开始等待画面”。
另外,测定参数以及峰值电位对照用数据也可以是以下结构:DPV检测装置1和信息处理装置(未图示)连接,由信息处理装置输入各种测定参数或峰值电位对照用数据或预先保存在存储器中,这些数据从信息处理装置被发送到DPV检测装置1,保存在数据存储部107或内置存储器中。
(数据模式的说明)
(1)确认过去测定的数据。通过模式切换按钮104b转移到数据模式,并按下确定按钮104c。当从其他模式转移到数据模式时,显示部103成为图3B的“测定编号选择画面”,显示最后测定的数据。作为最后测定的数据,例如是测定编号(编号)、测定日(日期)、测定时刻(时间)等。当在“测定编号选择画面”中移动光标并通过确定按钮104c指示“上一个”时,转移到前一个测定编号,当移动光标并通过确定按钮104c指示“下一个”时,转移到后一个测定编号。
(2)在“测定编号选择画面”中移动光标并通过确定按钮104c指示“进入”时,转移到所选择的测定编号的“设定名和测定错误画面”。
(3)在“设定名和测定错误画面”中移动光标并通过确定按钮104c指示“进入”时,显示所选择的测定的各测定对象的结果。显示的结果例如是目标名、峰值电流值、BG值等。当移动光标并通过确定按钮104c指示“结束”时,返回到“设定名和测定错误显示画面”。当移动该画面的光标并通过确定按钮104c指示“结束”时,返回到“测定编号选择画面”。
(维护模式的说明)
在维护模式的画面中,可以进行日期时间设定、测定数据的删除、装置固有的识别名称的设定等。
(其他实施方式)
所述显示部103也可以构成为显示检测出的峰值电位、峰值电位时的电流值(峰值高度)、确定的标记以及目标、每单个细胞(每单位面积)的电流响应值、目标的推定量(细胞数、病毒粒子数)中的一种以上的数据。
DPV检测装置1也可以具备:通信单元和/或通信接口,其用于将检测出的峰值电位、峰值电位时的电流值、确定的标记以及目标、每单个细胞或病毒粒子(每单位面积)的电流响应值、目标的推定量中的一种以上的数据向外部装置发送;和/或记录单元和/或通信接口,其用于将上述数据保存在记录介质中。数据输入输出部109也可以兼作其功能。外部装置例如是打印机、信息处理装置、服务器、便携终端等。
电压施加控制部105、电流响应测定部106、目标判定部108、对DPV检测装置1的整体进行动作控制的控制部(未图示)、对显示部的显示控制部(未图示)、对数据输入输出部或输入操作部的输入输出控制部(未图示)也可以由专用电路、固件、计算机程序以及硬件(处理器、存储器等)等构成。
图3D示出了具备DPV检测装置1A和信息处理装置1B的DPV检测系统。
DPV检测装置1A具有框体101、电极芯片连接用基板102、显示部103、输入操作部104、电压施加控制部105和电流响应测定部106、数据输入输出部109、无线通信单元(未图示)、以及存储器1071。存储器1071保存测定参数、各种控制程序等。
信息处理装置1B具备数据存储部107、目标判定部108、通信部(未图示)、处理器(未图示)等。相同符号的要素具有相同的功能。
DPV检测装置1A算出电极芯片上的DPV测定以及电流峰值以及峰值电位。向信息处理装置1B发送包含算出的电流峰值以及峰值电位、DPV检测装置的识别信息的测定数据。信息处理装置1B的目标判定部108将接收到的测定数据与存储在数据存储部107中的峰值电位对照用数据进行对照,判定目标或标记。目标判定部108也可以判定目标的推定量。
由目标判定部108判定的目标也可以被发送到DPV检测装置1A,在显示部103上显示。另外,也可以在信息处理装置1B的监视器(未图示)上显示。
信息处理装置1B不仅能够从单个DPV检测装置1A接收测定数据,还能够从其他多个DPV检测装置接收测定数据。根据从多个装置接收到的各测定数据,判定目标。测定数据、判定结果的各种数据存储在数据存储部107中。
[图像解析装置]
图4所示的图像解析装置2是从显微镜3取得图像数据并判定目标的装置。显微镜3例如可以列举出荧光显微镜、明场显微镜、暗场显微镜等各种显微镜。
数据取得部201取得由显微镜3观察到的图像数据。图像数据可以是由显微镜3的图像摄像单元拍摄的数据,数据取得部201也可以具备图像摄像单元的功能。显微镜3和数据取得单元201也可以通过有线或无线的通信单元实现数据的交换。
图像摄像单元例如可以列举出CCD照相机、CMOS照相机、彩色照相机、多光谱照相机等。
图像解析部202根据结合体的图像数据解析一种或两种以上特异结合性金属纳米结构体的颜色和/或形状。
图像解析部202例如根据RGB彩色数据、色彩数据、亮度数据、光谱数据等,使用各种图像处理的方法,确定颜色。图像解析部202计算所确定的颜色的区域的面积,并对相互分离的颜色的区域的数量进行计数。
图像解析部202使用各种图像处理的方法,确定特异结合性金属纳米结构体的形状以及结合体的形状。图像解析部202计算所确定的形状的区域的面积,并对相互分离的形状的区域的数量进行计数。
数据存储部207保存颜色形状对照用数据,该颜色形状对照用数据至少包括两种以上的特异结合性金属纳米结构体所特有的颜色和/或形状、以及与该颜色和/或形状相关联的两种以上的目标的数据。颜色形状对照用数据可以预先保存在数据存储部207中,也可以经由数据取得部201或无线通信单元(未图示)接收并保存数据,也可以在适当的时机进行更新。
在本实施方式中,色形对照用数据也可以包括目标记别信息、目标名、颜色信息、形状信息、标记识别信息、标记名。
目标判定部208将颜色形状对照用数据与由图像解析部202确定的颜色和/或形状进行对照,判定一种或两种以上的目标。
另外,目标判定部208也可以根据确定的颜色和/或形状的区域的面积或数量,算出细胞数或病毒粒子数。
显示部4显示由目标判定部208判定的目标。另外,显示部4也可以显示细胞数或病毒粒子数。
显微镜3以及显示部4可以设置在图像解析装置2上,也可以设置在其他装置上。
显示部4例如是液晶监视器、有机EL监视器等。
图像解析部202也可以由处理器构成,根据彩色图像数据算出色域的RGB值,并将该色域的形状与其他区别地提取。目标判定部208也可以由处理器构成,将对照用数据与算出的色域的RGB值和/或色域的形状进行对照,判定特异结合性金属纳米结构体及其目标的种类。由此,能够一并检测两种以上的目标。
[波长解析装置]
波长解析装置6是从波长测定单元5取得光谱数据并判定目标的装置。波长测定单元5例如可以列举出吸光度测定装置、荧光测定装置、散射光测定装置等各种波长测定装置。
数据取得部601取得由波长测定单元5测定的光谱数据。
解析部602根据光谱数据,确定一种或两种以上的特异结合性金属纳米结构体(标记)与目标结合的状态的结合体。
解析部602由处理器构成,从由两种以上的结合体得到的光谱数据的波形,分离为各自的光谱数据的波形,根据各自的光谱数据的波形,求出峰值波长和峰值强度。
数据存储部607保存波长对照用数据,该波长对照用数据至少包括两种以上的特异结合性金属纳米结构体所特有的峰值波长、峰值强度和/或光谱数据、和与该峰值波长、峰值强度和/或光谱数据相关联的两种以上的目标的数据。波长对照用数据可以预先保存在数据存储部607中,也可以经由数据取得部601或无线通信单元(未图示)接收并保存数据,也可以在适当的时机进行更新。
在本实施方式中,波长对照用数据也可以包括目标识别信息、目标名、波长、强度、光谱数据、标记识别信息、标记名。
目标判定部608将波长对照用数据与解析部602确定的峰值波长、峰值强度和/或光谱进行对照,判定一种或两种以上的目标。
另外,目标判定部608也可以根据确定的波长下的峰值强度的值,算出目标的推定量。
显示部4显示由目标判定部608判定的目标。另外,显示部4也可以显示目标的推定量。
波长测定单元5以及显示部4可以设置在波长解析装置6上,也可以设置在其他装置上。
上述图像解析装置2、波长解析装置6也可以由上述的信息处理装置、或上述的计算机程序以及硬件等构成。硬件例如具有处理器、存储器、数据总线等。
[检测方法:电化学检测]
检测方法包括准备步骤、电化学检测步骤、目标判定步骤、以及判定结果输出步骤。也可以使用上述的DPV检测装置以及电极芯片。
准备步骤可以采用多个不同的操作步骤(1)、(2)、(3)或(4)。
检体液是含有目标的水溶液。
标记液是含有至少两种以上的特异结合性金属纳米结构体的分散液。
电极是由作用极、对极、参照极构成的单个电极。
(1)预先混合检体液和标记液,制作含有标记与目标结合的结合体的混合液。然后,将该混合液至少放置于作用极上。另外,也可以在将混合液放置于电极之后,用清洗液去除多余的混合液。接着,在电极上接触测定液。
(2)预先混合检体液和标记液,制作含有标记与目标结合的结合体的混合液。然后,使结合有标记的目标沉淀、离心分离,使结合有标记的目标分离。舍弃上清,将在分离物中混合有水的水溶液至少放置于作用极上。接着,在电极上接触测定液。
(3)将检体液放置于作用极上。另外,也可以在放置后用清洗液去除多余的混合液。然后,将标记液与检体液中的目标接触,将标记与目标结合。接着,在电极上接触测定液。
(4)使用多种标记预先附着在电极上或电极附近的电极芯片。将检体液放置于作用极上。另外,之后也可以用清洗液去除多余的混合液。然后,在所有电极上注入测定液。由此,通过测定液使标记离开电极芯片表面而与目标结合。另外,也可以通过检体液使标记离开电极芯片表面而与目标结合。
在上述(1)~(4)中,为了补充检查体中的目标,上述作用极可以具有规定的表面粗糙度,也可以固定与目标结合的结合性物质。
在电化学检测步骤中,测定与施加在作用极和对极之间的规定范围的电压对应的电流响应。能够检测电流的峰值,将当时的电位作为峰值电位,根据峰值电位确定目标。
在电化学检测步骤中使用的用于电化学检测的方法例如可以列举出使用测定电流、电压、电阻、阻抗的装置和由安装在装置中的软件控制的微分脉冲伏安法、正常脉冲伏安法、线性扫描伏安法、溶出伏安法、循环伏安法、电位法、安培法等电化学技术的方法。
电化学检测步骤也可以包括以下的步骤。
(1)使用微分脉冲伏安法(DPV)的方法。以脉冲振幅恒定并且在规定数量的步骤中增加基极电位的方式,在作用极和对极之间施加电压,测定电流响应。
(2)根据测定的电流值,检测电流峰值,检测该峰值时的电位。由于两种以上的特异结合性金属纳米结构体的峰值电位分别不同,因此能够检测出与同目标结合的特异结合性金属纳米结构体相关联的一个或两个以上的峰值电位。
在目标判定步骤中,判定与峰值电位或电流峰值对应的目标。在该步骤中,能够判定与一个或两个以上的峰值电位分别对应的目标,通过表示不同的峰值电位的两个以上的标记,能够一并检测多种目标。
在目标判定步骤中,通过将峰值电位对照用数据与测定的特异结合性金属纳米结构体的峰值电位进行对照,识别一种或两种以上的目标。
峰值电位对照用数据至少包括包含特异结合性金属纳米结构体和特异结合性金属纳米结构体的峰值电位的属性数据、和与属性数据相关联的目标数据。
目标判定步骤也可以包括以下的推定量算出步骤。
(1)根据测定的电流峰值(例如峰值高度、峰值形状的面积(积分值))求出各个目标(检查体)的推定量。推定量可以是数量级。
推定量例如可以根据预先设定的每单个细胞或病毒的电流响应值和电流峰值来求出目标的推定量。预先设定电流峰值和推定量的对应数据。
(2)也可以使用预先设定的检量线求出推定量。
在判定结果输出步骤中,输出检测出的结果。
输出例如可以列举出向显示单元显示、向打印机输出并印刷、向外部装置输出、向存储介质保存等。
[检测方法:光学检测]
检测方法包括准备步骤、光学检测步骤、目标判定步骤、以及判定结果输出步骤。也可以使用上述的显微镜、波长测定单元、图像解析装置、光谱解析装置、载玻片、光学单元等。
准备步骤可以采用多种不同的以下步骤。
(1)将检体液和标记液(含有特异结合性金属纳米结构体的分散液)预先混合,将标记与目标结合。然后,将该混合液滴加到载玻片上,放置盖玻片,或者放入光学单元中。
(2)将含有预先附着在载玻片的观察部的附近或光学单元内部的至少两种以上的不同光学特性的特异结合性金属纳米结构体的标记和检体液在载玻片上或光学单元内混合,使标记与目标结合而得到结合体。
在光学检测步骤中,通过用光学检测单元确认结合体,对目标进行光学检测。
作为光学检测单元,例如可以列举出荧光显微镜、明场显微镜、暗场显微镜等各种显微镜、吸光度计、荧光计、分光计等各种光谱测定器等。
光学检测步骤和目标判定步骤也可以包括以下的步骤。
(1)用光学检测单元确认载玻片上的目标的颜色、形状、尺寸。通过在目标(例如细菌)的外周结合与细菌颜色不同的标记,能够作为细胞的形状的光斑进行确认。通过与目标特异性地结合的特异结合性金属纳米结构体的金属纳米粒子的荧光或散射光的颜色不同或波长峰值不同,能够区分多种目标并同时一并检测。
(2)根据颜色的不同能够确认细菌或病毒的种类,根据确认出的细胞(杆菌状、球菌状、螺旋菌状)或病毒粒子的数量、它们的形状或尺寸,求出数量(细胞数、病毒粒子数)。根据每单位面积的数量,能够以数量级算出载玻片上的数量。
上述准备步骤、光学检测步骤以及目标判定步骤也可以包括以下的步骤。
(A-1)将检体液和标记液混合的混合液(悬浮液)静置,使标记结合的目标沉淀。
(A-2)测定含有标记比初始减少的上清的吸光度或荧光强度等各种光学强度。
(A-3)通过与初始的标记液的吸光度或荧光强度等各种光谱进行比较,能够根据波长的不同确认细菌或病毒的种类,能够检测出哪个标记与目标一起沉淀。例如,由于每个标记的吸收峰值或荧光峰值的波长不同而能够进行区分,根据这些峰值时的强度,能够定量地同时一并检测多种目标。即检测未结合的标记。
(A-4)根据吸收峰值或荧光峰值等各种光谱,推定沉淀的标记的量。也能够推定目标的量。
上述准备步骤、光学检测步骤以及目标判定步骤也可以包括以下的步骤。
(B-1)将检体液和标记液混合的混合液(悬浮液)静置,使标记结合的目标沉淀,离心分离,使标记结合的目标分离。
(B-2)舍弃上清,测定在分离物中混入水的水溶液的吸光度或荧光强度等各种光学强度。
(B-3)通过与初始的标记液的吸光度或荧光强度等各种光学强度进行比较,检测基于与目标结合的标记的吸光度或荧光强度等各种光学强度。例如,由于每个标记的吸收峰值或荧光峰值的波长不同而能够进行区分,根据它们的强度能够定量地同时一并检测多种目标。即检测结合的标记。
(B-4)根据吸收峰值或荧光峰值等各种光学强度,推定标记的量。也能够推定目标的量。
上述准备步骤、光学检测步骤以及目标判定步骤也可以包括以下的步骤。
(C-1)通过摄像单元对通过各种显微镜观察到的、载玻片上的目标以及标记的结合体进行拍摄。
(C-2)利用图像处理单元对拍摄到的图像数据进行解析,求出颜色、形状、尺寸。
(C-3)根据解析得到的颜色、形状、尺寸判定目标。也可以通过将颜色形状对照用数据和所解析的颜色、形状进行对照来识别一种或两种以上的目标。颜色形状对照用数据至少包括包含特异结合性金属纳米结构体的颜色、形状的属性数据和与属性数据相关联的目标数据。
(C-4)根据解析得到的颜色、形状、尺寸,求出数量(细胞数、病毒粒子数)。根据每单位面积的数量,以数量级算出载玻片上的数量。
在目标判定步骤中,判定与所测定的各种波长的峰值或光谱对应的目标。在该步骤中,能够判定与一个或两个以上的各种波长的峰值或光谱分别对应的目标,通过表示不同的各种波长的峰值或光谱的两个以上的标记,能够同时一并检测多种目标。
在目标判定步骤中,通过将各种波长的峰值或光谱对照用数据和测定的特异结合性金属纳米结构体的各种波长的峰值或光谱进行对照,来识别一种或两种以上的目标。
各种波长的峰值或光谱对照用数据至少包括包含特异结合性金属纳米结构体和特异结合性金属纳米结构体的各种波长的峰值或光谱的属性数据、和与属性数据相关联的目标数据。
目标判定步骤也可以包括以下的推定量算出步骤。
(1)根据测定的波长峰值、光谱(例如最大值、面积(积分值))求出各个目标(检查体)的推定量。推定量可以是数量级。
推定量例如也可以根据预先设定的每单个细胞(每单位面积)的波长峰值、光谱强度、测定的波长峰值、光谱强度,求出目标的量(细胞数、病毒粒子数)。
(2)也可以使用预先设定的检量线求出推定量。
在判定结果输出步骤中,输出检测出的结果。
输出例如可以列举出向显示单元显示、向打印机输出并印刷、向外部装置输出、向存储介质保存等。
<实施方式1>
实施方式1示出了通过电化学测定同时检测多种菌或病毒的多项目的一例。
作为目标(检查体),制作含有沙门氏菌、大肠杆菌O26、金黄色葡萄球菌的试样液。
试样液的介质例如为纯水。用缓冲液将试样液调整为pH6~7。例如,也可以在食物中毒的检查中,进行用于分离提取附着在食材上的细菌的预处理。
作为标记,制作抗沙门氏菌抗体被修饰的氧化铁粒子(Fe2O3)、抗大肠菌O26抗体被修饰的AuNP/PNI、抗金黄色葡萄球菌抗体被修饰的AgNP(银纳米粒子)。
(AuNP/PANI的制备)
由金纳米粒子(AuNP)和聚苯胺(PANI)构成的树莓状金纳米结构体通过在水溶液中的氧化还原反应来制备。
(1)一边在353K下剧烈搅拌20分钟,一边将苯胺水溶液(0.10M、10mL)加入到金氯酸(HAuCl4)(0.0030重量%、500mL)的水溶液中。
(2)将得到的分散液在8500rpm、278K下离心分离30分钟。去除上清并将沉淀物分散在50mL的超纯水中。重复该步骤3次,去除未反应种。
(3)将最终沉淀物分散在50mL的超纯水中,在室温下保存直至使用。
(4)制备金纳米粒子分散在聚苯胺中的树莓型的聚集体。
(AuNP/PANI的抗体的修饰)
(1)将金纳米结构分散液(0.012重量%、25mL)与2.0mL的25%戊二醛(GA)溶液混合2小时。
(2)将混合物在8500rpm和278K下离心分离30分钟。去除上清并将沉淀物重新悬浮在25mL的超纯水中。重复该步骤3次,去除过量的未反应GA。
(3)一边搅拌一边添加抗大肠杆菌O26抗体(1.0mg)2小时。
(4)将得到的分散液在8500rpm和278K下离心分离30分钟。去除上清并将粒子重新悬浮在15mL的超纯水中,并在278K下暗处保存直至使用。
在戊二醛(GA)的存在下,氨基(聚苯胺)和氨基(抗体)结合。
(与大肠杆菌O26的特异结合性的确认)
将导入了抗体的AuNP/PANI的分散液(50μL)添加到大肠杆菌O26的悬浮液(1.2×108CFU/mL、450μL)中,在298K下搅拌15分钟,向Si晶片滴加2μL后用电子显微镜(SEM)观察。
(银纳米粒子(AgNP)的制备)
在超纯水(0.10L)中加入EDTA(乙二胺四乙酸)的2钠盐(12mg)、硝酸银(0.1M、0.50mL)作为保护剂,加热至373K(100℃)。然后,加入氢氧化钠(1.0M、0.736mL),搅拌3分钟。溶液变黄后,在室温下搅拌2~3小时。银纳米粒子分散液在室温下保存。
EDTA附着在银纳米粒子(AgNP)周围,形成层。
(AgNP的抗体的修饰)
由于AgNP分散液为pH11以上,用盐酸(1.0M、0.5mL左右)调节到pH7.0~7.5之间。在pH调整后的AgNP分散液(9.8mL)中加入硫代苹果酸(20mM、0.20mL),在298K下搅拌2小时。然后,在该分散液中加入三嗪系缩合剂(DMT-MM)(1.0mg),在278K下搅拌3小时。将该分散液离心分离(8500rpm、278K、30分钟)后,废弃上清,新加入10mL超纯水,进行超声波处理(100Hz、3分钟)。将该分散液再次在上述条件下进行离心分离。废弃上清,新加入10mL超纯水作为分散液。然后,加入0.1mg抗体(抗O157抗体或抗金黄色葡萄球菌抗体),在298K下搅拌3小时。该分散液在冷藏室保存。
附着在AgNP的周围的EDTA被去除,并且硫代苹果酸结合在AgNP的周围。硫代苹果酸的羧基和抗体的氨基结合。也可以代替三嗪系缩合剂(DMT-MM),而使用碳二亚胺系的缩合剂(EDC(1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide))。
(与金黄色葡萄球菌的特异结合性的确认)
确认导入了抗金黄色葡萄球菌抗体的AgNP向金黄色葡萄球菌细胞的特异结合性,确认了不存在标记向目标细菌以外的非特异吸附。
(氧化铁纳米粒子(Fe2O3NP)的制备)
在加入了浓盐酸(12M、0.43mL)的纯水(12.5mL)中加入氯化铁(3)六水合物(FeCl3·6H2O)(4.33g)和氯化铁(II)四水合物(FeCl2·4H2O)(1.57g)使其溶解。一边剧烈搅拌一边将溶液滴加到氢氧化钠水溶液(NaOH)(1.5M、125mL)中。用磁铁收集黑色沉淀物,去除上清液。用纯水进行3次清洗后,加入盐酸(0.01M、250mL)。用磁铁分离,用纯水清洗2次后,分散在硝酸水溶液(0.01M)中。通过在368K下搅拌1小时,使其完全氧化成Fe2O3。回到室温后,用纯水清洗2次,在冰箱保存。
(Fe2O3NP的抗体的修饰)
在Fe2O3NP的分散液(0.19重量%、9.8mL)中加入硫代苹果酸(20mM、0.20mL),在298K下搅拌2小时。然后,在该分散液中加入三嗪系缩合剂(DMT-MM)(1.0mg),在298K下搅拌3小时。将该分散液离心分离(8500rpm、278K、30分钟)后,废弃上清,新加入10mL超纯水,进行超声波处理(28Hz、3分钟)。将该分散液再次在上述条件下进行离心分离。废弃上清,新加入10mL超纯水作为分散液。然后,在分散液(1mL)中加入抗沙门氏菌抗体(1mg/mL、10μL),搅拌24小时。该分散液在冷藏室保存。
(与沙门氏菌的特异结合性的确认)
将导入了抗体的Fe2O3NP的分散液(50μL)添加到沙门氏菌的悬浮液(3.9×108CFU/mL、450μL)中,在298K下搅拌15分钟,向Si晶片滴加2μL后用电子显微镜(SEM)观察。
将所制备的三种标记(金属纳米粒子结构体)与纯水混合,制备标记分散液。
<其他标记的实施例>
1.目标:大肠杆菌O157,标记:AgNP
(AgNP的制备)
在超纯水(0.10L)中加入EDTA(乙二胺四乙酸)的2钠盐(12mg)、硝酸银(0.1M、0.50mL)作为保护剂,加热至373K(100℃)。然后,加入氢氧化钠(1.0M、0.736mL),搅拌3分钟。溶液变黄后,在室温下搅拌2~3小时。AgNP分散液在室温下保存。
EDTA附着在AgNP周围,形成层。
(AgNP的抗体的修饰)
在表面修饰了羧基的AgNP的分散液中,与催化剂一起添加抗O157抗体,在278K下搅拌24小时,从而将抗体导入AgNP表面。
(与大肠杆菌O157的特异结合性的确认)
将导入了抗体的AgNP的分散液分别添加到大肠杆菌O157和大肠杆菌O26的悬浮液(107cells/mL)中,在室温下搅拌,30分钟后向Si晶片滴加2μL,用电子显微镜(SEM)观察。在SEM图像中,绝缘性的大肠杆菌被观察为黑色棒状的对比,导电性的AgNP被观察为白色的聚集体。相对于观察到AgNP与所有大肠杆菌O157细胞结合的情况,完全没有观察到AgNP与大肠杆菌O26细胞的结合。由此确认了抗体修饰AgNP与O157细胞的特异结合性。进而,确认了不存在标记向目标细菌以外的非特异吸附。
(PdNP的制备)
(1)在超纯水(0.1L)中加入氯化钯溶液(56mM、3mL),加热至353K。
(2)一边在353K搅拌30分钟,一边加入含有柠檬酸三钠(24mM)和抗坏血酸钠(29mM)的水溶液(5.6mL)。
(PdNP/PANI的制备)
由钯纳米粒子(PdNP)和聚苯胺(PANI)构成的树莓状金属纳米结构体的制备。
(1)在超纯水(0.1L)中加入氯化钯溶液(1重量%、0.131mL),加热至353K。
(2)一边在353K下剧烈搅拌20分钟,一边加入苯胺溶液(0.1M、20mL)。
(3)将得到的分散液在8500rpm、278K下离心分离30分钟。去除上清并将沉淀物分散在40mL的超纯水中。重复该步骤3次,去除未反应种。
(4)将最终沉淀物分散在10mL的超纯水中,在室温下保存直至使用。
(5)制备在聚苯胺中分散有钯纳米粒子的树莓状的PdNP/PANI聚集体。
(氧化铜纳米粒子(Cu2ONP)的制备)
(1)在超纯水(0.1L)中加入硫酸铜溶液(0.1M、1.6mL)和十六烷基三甲基氯化铵溶液(0.32M、5mL),在密封状态下进行30分钟氮气鼓泡。
(2)加入硼氢化钠溶液(1.1M、2.5mL),一边进行氮气鼓泡,一边在298K下搅拌12小时。
(3)将得到的溶液在1300rpm、278K下离心分离30分钟。去除上清并将沉淀物分散在100mL的超纯水中。重复该步骤3次,去除未反应种。
(4)将最终沉淀物分散在100mL的超纯水中,在冰箱中保存直至使用。
(锡纳米粒子(SnNP)的制备)
(1)将二水合氯化锡(0.5g)和聚乙烯吡咯烷酮K30(0.15g)溶解在乙二醇溶液(0.1L)中。
(2)加入硼氢化钠(0.5g),在298K下搅拌30分钟。
(3)加入丙酮(100mL),在13000rpm、298K下离心分离30分钟。去除上清并将沉淀物分散在100mL的超纯水中。重复该步骤3次,去除未反应种。
(4)在343K下真空干燥最终沉淀物。
(5)将得到的粉末分散在50mL的超纯水中。
(AuNP/PmPD的制备)
金纳米结构体通过在水溶液中的氧化还原反应来制备。
(1)在乙醇(5mL)中加入间苯二胺(54.1mg)使其溶解。
(2)一边在353K下剧烈搅拌20分钟,一边将间苯二胺溶液(0.1M、4mL)加入到氯化金酸(HAuCl4)(0.0030重量%,200mL)的水溶液中。
(3)将得到的分散液在8500rpm、278K下离心分离30分钟。去除上清并将沉淀物分散在50mL的超纯水中。重复该步骤3次,去除未反应种。
(4)将最终沉淀物分散在20mL的超纯水中,在室温下保存直至使用。
(5)制备金纳米粒子分散在聚间苯二胺中的树莓型的聚集体。
(AuNP/PmAP或PοAP的制备)
金纳米结构体通过在水溶液中的氧化还原反应来制备。
(1)在乙醇(5mL)中加入间氨基苯酚或邻氨基苯酚(54.6mg)使其溶解。
(2)一边在353K下剧烈搅拌20分钟,一边将间氨基苯酚溶液或邻氨基苯酚溶液(0.1M、4mL)加入到氯化金酸(HAuCl4)(0.0030重量%、200mL)的水溶液中。
(3)将得到的分散液在8500rpm、278K下离心分离30分钟。去除上清并将沉淀物分散在50mL的超纯水中。重复该步骤3次,去除未反应种。
(4)将最终沉淀物分散在20mL的超纯水中,在室温下保存直至使用。
(5)制备金纳米粒子分散在聚间氨基苯酚或聚邻氨基苯酚中的树莓型的聚集体。
(AuNP/PmAB或PοAB的制备)
金纳米结构体通过在水溶液中的氧化还原反应来制备。
(1)在乙醇(5mL)中加入间氨基苯甲酸或邻氨基苯甲酸(68.8mg)使其溶解。
(2)一边在353K下剧烈搅拌20分钟,一边将间氨基苯甲酸或邻氨基苯甲酸(0.1M、4mL)加入到氯化金酸(HAuCl4)(0.0030重量%、200mL)的水溶液中。
(3)将得到的分散液在8500rpm、278K下离心分离30分钟。去除上清并将沉淀物分散在50mL的超纯水中。重复该步骤3次,去除未反应种。
(4)将最终沉淀物分散在20mL的超纯水中,在室温下保存直至使用。
(5)制备金纳米粒子分散在聚间氨基苯甲酸或聚邻氨基苯甲酸中的树莓型的聚集体。
(AuNP/PmTD的制备)
(1)在乙醇(5mL)中加入间甲苯胺(53.6μL)使其溶解。
(2)一边在353K下剧烈搅拌20分钟,一边将间甲苯胺溶液(0.1M、4mL)加入到氯化金酸(HAuCl4)(0.0030重量%,200mL)的水溶液中。
(3)将得到的分散液在8500rpm、278K下离心分离30分钟。去除上清并将沉淀物分散在50mL的超纯水中。重复该步骤3次,去除未反应种。
(4)将最终沉淀物分散在20mL的超纯水中,在室温下保存直至使用。
(5)制备金纳米粒子分散在聚间甲苯胺中的树莓型的聚集体。
用电子显微镜拍摄标记的照片如图12A、12B所示。
<金属纳米结构体>
ζ电位·粒度分布计(大冢电子株式会社ELSZ-2plus)
通过动态光散射法测定粒径和ζ电位。取个数的算术平均直径。
[表1]
通过采用树莓状的聚集体或纳米粒子的聚集体作为标记粒子,由于表面积比单纯的纳米粒子大,因此能够增大电流响应。
另外,在较小的金属纳米粒子被聚合物覆盖的结构的树莓状的聚集体中,能够通过聚合物和金属纳米粒子控制电流响应。例如,在使用电流响应小的AuNP的树莓状聚集体中,能够使用导电性高分子的电流响应。在使用电流响应大的金属纳米粒子的树莓状聚集体中,由于观察到导电性高分子的电流响应较小,因此能够使用金属纳米粒子的电流响应。此时,由于构成树莓状聚集体的多个金属纳米粒子的粒径较小、表面积较大,因此即使在金属含量比单纯纳米粒子小的情况下,电流响应也大,作为高灵敏度的标记发挥作用。
<金属纳米结构体对抗体的修饰>
将针对标记粒子修饰了抗体的结果示于表2中。
[表2]
(每单个细胞的电流响应的设定)
设定各标记的每单个细胞或病毒粒子(每单位面积)的电流响应。将含有标记的分散液滴加到碳盘电极上进行干燥,进行电化学测定,确认电流响应性。
(1)AuNP/PANI(100nm)观测到950nA(-0.13V)的电流响应,制作了单个细胞(几何表面积:3.8×10-7cm2)能够通过1.0nA的电流响应进行检测的标记。
(2)AgNP(30nm)观测到22μA(+0.11V)的电流响应,制作了单个细胞(几何表面积:3.8×10-7cm2)能够通过24nA的电流响应进行检测的标记。AgNP/PANI(100nm)在+0.42V具有峰值电位,观测到5.1μA的电流响应,制作了单个细胞(几何表面积:3.8×10-7cm2)能够通过55nA的电流响应进行检测的标记。
(3)Fe2O3NP观测到1.6μA(-0.25V)的电流响应,制作了单个细胞(几何表面积:3.8×10-7cm 2)能够通过1.7nA的电流响应进行检测的标记。
其他的目标粒子的电流响应(DPV测定时的峰值电位、峰值电流值、电流密度)如表3所示。
[表3]
根据表1以及表3可知以下几点。
在用70ng固定获得的电极比较不同粒径的金属纳米粒子AgNP(2.8nm、30.1nm、91nm)的情况下,各个小粒子与大粒子相比,示出3倍以上的大的电流响应。在用140ng固定得到的电极比较不同粒径的金属纳米粒子AuNP(5.5nm、28.9nm、81.9nm)的情况下,各个小粒子与大粒子相比,示出10倍以上的大的电流响应。为了利用这样的比表面积效应,通过形成由小的金属纳米粒子(AgNP或AuNP)构成的复合体(AgNP/PNI或AuNP/PNI),与相同尺寸的金属纳米粒子相比,能够抑制金属使用量,同时获得高的电流响应。
由表3明确可知,换算成每单个细胞的标记粒子的电流值有很大不同。因此,对于试样液中大量含有细菌及病毒,选择电流响应小的标记粒子,或者对于即使极少数也能对人体造成危害的细菌及病毒,选择电流响应大的标记粒子等,通过适当选择标记粒子,能够调节测定中的灵敏度(电流值)。
<实施例1>
(A1)在含有沙门氏菌、大肠杆菌O26、金黄色葡萄球菌作为目标(检查体)的试样液中,当混合含有抗沙门氏菌抗体被修饰的Fe2O3、抗大肠杆菌O26抗体被修饰的AuNP/PANI、抗金黄色葡萄球菌抗体被修饰的AgNP的标记分散液时,对应的抗原通过抗原抗体反应与抗体结合。
(A2)使用由作用极、参照极、对极构成的单个电极的微分脉冲伏安法(DPV)测定装置(ALS公司制造的电化学解析仪Model 830D),测定目标-标记(结合体)的电流响应,求出不同的峰值电位,将该峰值电位时的电流值显示在监视器上。由此,能够一并同时检测三种目标。另外,由于能够设定每单个细胞的电流响应,因此能够求出细胞数。
细菌如下所示。
沙门氏菌(3.9×109cells/mL)
大肠杆菌O26(1.7×109cells/mL)
金黄色葡萄球菌(4×108cells/mL)
标记如下所示。
Fe2O3-抗沙门氏菌抗体(10μg/mL)
AuNP/PANI-抗O26抗体(10μg/mL)
AgNP-抗金黄色葡萄球菌抗体(10μg/mL)
测定步骤如下所示。
1.用灭菌水将各细菌的分散原液稀释100倍。
2.将50μL稀释的细菌溶液和50μL标记抗体溶液混合,在25℃下搅拌15分钟。
3.将三种细菌和标记抗体的混合溶液各采集50μL并混合,振荡10秒钟。
得到混合溶液。
4.将5μL混合溶液滴加到测定装置的作用极,静置5分钟后,浇上纯水。
5.将30μL磷酸缓冲液(Phosphate buffer:PB)滴加到电极(由作用极、参考极、对极构成的单个电极)上,进行DPV测定。
图6示出了不同峰值电位下的电流值。在图6中,示出有在第一峰值电位检测出沙门氏菌,在第二峰值电位检测出大肠杆菌O26,在第三峰值电位检测出金黄色葡萄球菌。
电流响应的各峰值通过根据电流响应曲线求出基线并求出峰值高度而得到。
<实施例2>
对于在上述实施例1的测定步骤3.中得到的混合溶液(目标以及标记的混合液),使用荧光显微镜、暗场显微镜、光谱等光学检测单元进行测定,一并同时检测三种目标。
图7是用暗场显微镜拍摄的图。通过不同颜色(蓝色、白色、橙色)的标记,能够检测三种细菌。在以往的基于革兰氏染色的光学显微镜的检测中,由于使用了能够区分革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌这两种属的菌的试剂,因此不能简单地区分作为革兰氏阴性菌的沙门氏菌和大肠O26,依赖于观察者的经验。另一方面,根据本实施例,能够用不同的颜色简单地区分作为革兰氏阴性菌的两种。
图8示出了由散射光谱测定装置检测出的结果。图8示出了与菌(一个个体)结合的标记的光谱。通过不同的波长峰,能够检测三种菌。也能够根据各自的强度推定细胞数。在细胞数为多个的情况下,也可以测定多个光谱,根据光谱的总数推定细胞数。
另外,光谱波形也依赖于测定装置,但可以是实测值,也可以是实测值的近似曲线。也可以在近似曲线中求出波长峰值。
在实施例1、2中,分别选择了不重叠的电流响应(峰值电位)、颜色、波长峰值这三种标记(抗体修饰金属纳米结构体),通过电化学检查以及光学检查,能够同时准确地区分多个目标。
<实施例3>
细菌如下所示。
肠内细菌科菌群(沙门氏菌、大肠杆菌、大肠杆菌O26)(各1.2×109cells/mL)
金黄色葡萄球菌(4×108cells/mL)
标记如下所示。
Fe2O3-抗肠内细菌科菌群抗体(10μg/mL)
AgNP-抗金黄色葡萄球菌抗体(10μg/mL)
测定步骤如下所示。
1.用灭菌水将各细菌的分散原液稀释100倍。
2.将50μL稀释的细菌溶液和50μL标记抗体溶液混合,在25℃下搅拌15分钟。
3.将两种细菌分散溶液和标记抗体溶液各采集50μL并混合,振荡10秒钟。得到混合溶液。
4.将5μL混合溶液滴加到测定装置的作用极,静置5分钟后,浇上纯水。
5.将30μL磷酸缓冲液(PB)滴加到电极(由作用极、参考极、对极构成的单个电极)上,进行DPV测定(使用ALS公司制造的电化学解析仪Model 830D)。
图9A示出了不同峰值电位下的电流值。在图9A中,示出有在第一峰值电位检测到肠内细菌科菌群,在第二峰值电位检测到金黄色葡萄球菌。代替Fe2O3-抗肠内细菌科菌群抗体,使用AuNP/PANI-抗肠内细菌科菌群抗体(10μg/mL)进行了同样的实验的结果如图9B所示。在图9B中,示出有在第一峰值电位检测到肠内细菌科菌群,在第二峰值电位检测到金黄色葡萄球菌。
在图9A和图9B中,虽然使用了相同的AgNP-抗金黄色葡萄球菌抗体,但其结果是第二峰的位置稍微偏移,强度也为不同数量级,但其与其他标记的关系、与目标的结合程度、作为测定误差、作为检测精度在允许的范围。
<实施例4>
对于在上述实施例3的测定步骤3.中得到的混合溶液(目标以及标记的混合液),使用荧光显微镜、暗场显微镜、吸光度计等光学检测单元进行测定,一并同时检测两种目标。
图10A是使用Fe2O3-抗肠内细菌科菌群抗体和AgNP-抗金黄色葡萄球菌抗体而利用暗场显微镜拍摄的图。图10B是使用AuNP/PANI-抗肠内细菌科菌群抗体和AgNP-抗金黄色葡萄球菌抗体而利用暗场显微镜拍摄的图。通过不同颜色的标记,能够确认检测到了一种细菌群和一种细菌。
由散射光谱测定装置检测出的结果是图11A和图11B。示出了与菌(一个个体)结合的标记的光谱。通过不同的波长峰值,能够区分金黄色葡萄球菌和肠内细菌科菌群。进而,能够检测出三种肠内细菌科菌群的波长峰值大致相同,强度不同。这是因为菌的大小(抗原的数量)不同,光谱强度稍有不同。
也能够根据各个强度或光谱的峰值位置的面积来推定菌的细胞数。也可以在细胞数为多个的情况下,测定多个光谱,根据光谱的总数推定细胞数。
<实施例5>
在实施例5中,用单个电极同时检测病毒和细菌这两者。
使用由作用极、参照极、对极构成的单个电极的DPV测定装置(ALS公司制造的电化学解析仪Model 830D),测定电流响应。
(1)目标(检查体)
大肠杆菌O26:1.1×107cells/mL
流感病毒:1000ng/mL(6.0×107粒子/mL)
(2)抗体修饰金属纳米结构体(标记-抗体)
AuNP/PmTD-抗O26抗体AgNP-抗流感抗体(3)实验操作
i)将20μL抗流感抗体修饰AgNP和10μL的1000ng/mL(6.0×107粒子/mL)流感病毒(6.0×105粒子)混合,搅拌15分钟。
ii)将20μL抗大肠杆菌O26抗体修饰AuNP/PmTD和10μL的1.1×107cells/mL O26悬浮液(1.1×105cells)混合,搅拌15分钟。
iii)将各溶液各取10μL进行混合,制成样品试样。
iv)滴加3μL试样并滴加到测定装置的作用极,静置5分钟后,浇上纯水。
v)将30μL磷酸缓冲液(PB)滴加到电极(由作用极、参考极、对极构成的单个电极)上,进行DPV测定。
在图15中,在第一峰值电位确认到AuNP/PmTD-抗O26抗体的响应,在第二峰值电位确认到AgNP-抗流感抗体的响应。
<实施例6>
在实施例6中,用单个电极同时检测两种病毒。
使用由作用极、参照极、对极构成的单个电极的DPV测定装置(ALS公司制造的电化学解析仪Model 830D),测定电流响应。
(1)目标(检查体)
诺如病毒:1ng/mL(5.1×107粒子/mL)
流感病毒:1000ng/mL(6.0×107粒子/mL)
(2)抗体修饰金属纳米结构体(标记-抗体)
AgNP-抗诺如病毒抗体(Anti-Cariciviridae(1B1))
AuNP-抗流感抗体
(3)实验操作
i)将20μL抗诺如病毒抗体修饰AgNP和10μL的1ng/mL(5.1×107粒子/mL)诺如病毒(5.1×105粒子)混合,搅拌15分钟。
ii)将20μL抗流感抗体修饰AuNP和10μL的1000ng/mL(6.0×107粒子/mL)流感病毒(6.0×105粒子)混合,搅拌15分钟。
iii)将各溶液各取10μL进行混合,制成样品试样。
iv)滴加3μL试样并滴加到测定装置的作用极,静置5分钟后,浇上纯水。
v)将30μL磷酸缓冲液(PB)滴加到电极(由作用极、参考极、对极构成的单个电极)上,进行DPV测定。
在图16中,在第一峰值电位确认到AgNP-抗诺如病毒抗体的响应,在第二峰值电位确认到AuNP-抗流感抗体的响应。
<实施例7>
进行了流感病毒和大肠杆菌O26的基于光学检查的同时检测。
(1)目标(检查体)
大肠杆菌O26:1.1×107cells/mL
流感病毒:1000ng/mL(6.0×107粒子/mL)
(2)抗体修饰金属纳米结构体(标记-抗体)
AuNP(大)-抗O26抗体
AgNP-抗流感抗体
(3)实验操作
i)将20μL抗流感抗体修饰AgNP和10μL的1000ng/mL(6.0×107粒子/mL)流感病毒(6.0×105粒子)混合,搅拌15分钟。
ii)将20μL抗大肠杆菌O26抗体修饰AuNP(大)和10μL的1.1×107cells/mL O26悬浮液(1.1×105cells)混合,搅拌15分钟。
iii)将各溶液各取10μL进行混合,制成样品试样。
iv)向载玻片滴加10μL并干燥后,用暗场显微镜进行观察。
图17是使用AuNP(大)-抗O26抗体和AgNP-抗流感抗体而利用暗场显微镜拍摄的图。通过不同颜色的标记,能够确认检测出了大肠杆菌O26和流感病毒。
图18示出了由散射光谱测定装置检测出的结果。显示了分别与菌(一个个体)和病毒一个粒子结合的标记的光谱。图18的(a)中,大的波长峰值是大肠杆菌O26和AuNP(大)-抗O26抗体的结合体的波长,小的波长峰值是大肠杆菌O26的波长。图18的(b)中,大的波长峰值是流感病毒和AgNP-抗流感抗体的结合体的波长,小的波长峰值是流感病毒的波长。由于未与标记结合的状态下的大肠杆菌O26和流感病毒在同一波长区域出现峰值,因此难以与其他种类的菌或病毒区别检测。另一方面,根据检测结合了目标和标记的结合体的波长峰值的本发明,由于针对标记预先设定了固有的波长峰值,因此通过测定该峰值,能够可靠地区别检测不同的目标。
<实施例8>
示出了使用图1A、图3A所示的由作用极、参照极、对极构成的单个电极的DPV检测装置(eBacSens)和由作用极、参照极、对极构成的单个电极的DPV测定装置(ALS公司制造的电化学解析仪Model 830D)的实施例。
(1)菌体原液浓度
金黄色葡萄球菌:4.8×108cells/mL
大肠杆菌O26:1.1×109cells/mL
大肠杆菌(NBRC3972):1.1×109cells/mL
沙门氏菌:1.1×109cells/mL
(2)抗体修饰金属纳米结构体(标记-抗体)
Fe2O3-抗肠内细菌科菌群(ECA)抗体
AgNP-抗金黄色葡萄球菌抗体
(3)实验操作
作为测定步骤,按照上述实施例3所述的那样进行。
标记是未预先附着在电极芯片上的状态。
(4)峰值电位和峰值电流值的结果示于表4。
[表4]
(5)图13A示出了在DPV检测装置(eBacSens)上显示的测定结果。在显示部103示出检测出两种标记。所求出的电流响应的峰值的位置(电位)不同,能够检测两种标记。
(1)名称:Fe2O3
峰值:3.15μA
BG:3.37μA
(2)名称:AgNP
峰值:2.41μA
BG:2.58μA
(6)图13B示出了与之连接的计算机画面中的电流响应曲线的数据、两种峰值电位的输出结果。
图14示出了由DPV测定装置测定的电流响应曲线数据、两种峰值电位的输出结果。
无论哪个装置,都检测出两种峰值电位,即,能够正确地确认到两种目标。
<实施例9>
示出了使用图1A、图3A所示的由作用极、参照极、对极构成的单个电极的DPV检测装置(eBacSens)和由作用极、参照极、对极构成的单个电极的DPV测定装置(ALS公司制造的电化学解析仪Model 830D)的实施例。
(1)菌体原液浓度
(条件A)
大肠杆菌O26:3.2×109cells/mL
沙门氏菌:5.0×109cells/mL
(条件B)
大肠杆菌O26:6.5×107cells/mL
金黄色葡萄球菌:5.0×106cells/mL
(条件C)
大肠杆菌O26:6.5×107cells/mL
大肠杆菌O157:5.0×106cells/mL
(2)抗体修饰金属纳米结构体(标记-抗体)
(条件A)
AuNP/PmTD-抗O26抗体(10μg/mL)
CuNP/PANI-抗沙门氏菌抗体(10μg/mL)
(条件B)
AuNP/PmTD-抗O26抗体(4μg/mL)
CuNP/PANI-抗金黄色葡萄球菌抗体(7μg/mL)
(条件C)
AuNP/PmTD-抗O26抗体(4μg/mL)
CuNP/PANI-抗O157抗体(7μg/mL)
(3)实验操作
测定步骤如下所示。
1.将各条件下的各自的50μL细菌溶液和50μL与该细菌对应的标记抗体溶液混合,在25℃下搅拌15分钟,得到含有各细菌和标记抗体的混合溶液。
2.1(条件A大肠杆菌O26和沙门氏菌)
在0μL含有沙门氏菌及其标记抗体的混合溶液中添加1.0μL含有大肠杆菌O26及其标记抗体的混合溶液并混合,将该混合的溶液滴加到测定装置的作用极,静置5分钟后,浇上超纯水。然后进行操作3的DPV测定。
将上述中含有沙门氏菌及其标记抗体的混合溶液的量变更为0.2μL、0.5μL、1.0μL、2.5μL,进行了相同的操作。
2.2(条件B大肠杆菌O26和金黄色葡萄球菌)
在0μL含有金黄色葡萄球菌及其标记抗体的混合溶液中添加1.53μL含有大肠杆菌O26及其标记抗体的混合溶液并混合,将该混合的溶液滴加到测定装置的作用极,静置5分钟后,浇上超纯水。然后进行操作3的DPV测定。
将上述中含有金黄色葡萄球菌及其标记抗体的混合溶液的量变更为0.5μL、1.0μL、1.5μL,进行了相同的操作。
2.3(条件C大肠杆菌O26和大肠杆菌O157)
在0μL含有大肠杆菌O157及其标记抗体的混合溶液中添加1.53μL含有大肠杆菌O26及其标记抗体的混合溶液并混合,将该混合的溶液滴加到测定装置的作用极,静置5分钟后,浇上超纯水。然后进行操作3的DPV测定。
将上述中含有大肠杆菌O157及其标记抗体混合溶液的量变更为0.5μL、1.0μL、1.5μL,进行了相同的操作。
3.将30μL磷酸缓冲液(PB)滴加到电极(由作用极、参考极、对极构成的单个电极)上,进行DPV测定。
标记是未预先附着在电极芯片上的状态。
(4)根据峰值电位和峰值电流值,能够分别识别出大肠杆菌O26和条件A的沙门氏菌、条件B的金黄色葡萄球菌、条件C的大肠杆菌O157,还能够计算推定定量值。目标判定部根据预先设定的每个单一细胞或病毒粒子的电流响应值和电流峰值(峰值高度),算出各目标的个体数的推定量。
图19A示出了大肠杆菌O26和沙门氏菌的峰值电位和电流值(峰值高度)的测定数据。根据峰值高度,能够求出沙门氏菌的推定值(细胞数)。由于大肠杆菌O26为固定量,因此峰值高度大致相同,能够根据该峰值高度求出大肠杆菌O26的推定值(细胞数)。在条件B、C中也同样。
图19B示出了大肠杆菌O26和金黄色葡萄球菌的峰值电位和电流值(峰值高度)的测定数据。根据峰值高度能够确定金黄色葡萄球菌的推定值(细胞数)。
图19C示出了大肠杆菌O26和大肠杆菌O157的峰值电位和电流值(峰值高度)的测定数据。根据峰值高度,能够求出大肠杆菌O157的推定值(细胞数)。
在图19D中,以数量级显示大肠杆菌O26和沙门氏菌的推定量(细胞数)。在图19E中,以数量级显示大肠杆菌O26和金黄色葡萄球菌的推定量(细胞数)。在图19F中,以数量级显示大肠杆菌O26和大肠杆菌O157的推定量(细胞数)。将由DPV测定装置测定的测定数据发送到便携终端。安装在便携终端上的标记判定应用程序(程序),在显示器上显示测定数据(峰值电位、峰值高度、背景电流)以及推定量。推定值由峰值高度判定。推定量将便携终端的存储器或DPV测定装置的存储器中存储的峰值电位对照用数据中包含的峰值高度的数值范围与测定数据的峰值高度的值进行对照,导出推定量。
<实施例10>
示出了能够光学检测出食品中的三种细菌。
(1)使用了鸡肉的肉末作为食品。
(2)实验步骤如下所示。
1将从鸡肉的肉末得到的5mL试样液用20μm过滤器过滤2次。
2将滤液用0.1μm过滤器过滤2次。
3将附着有细菌的0.1μ过滤器浸渍在2.5mL消毒水中,得到细菌分散液。
4用Petrifilm(菌落总数测试片)(37℃、24小时)对菌数进行计数(2.4×106CFU/mL)。
5将1.5mL细菌分散液(2000×g、5min)离心分离,接着,去除上清后,用90μL超纯水使其分散(4.0×107CFU/mL)。
6在大肠杆菌O26、O157、S.aureus(各1×109CFU/mL)各0.5μL混合的溶液中加入62.5μL步骤“5”中制作的溶液。
7进一步加入86μL超纯水进行稀释(总量150μL)。
8将AuNP/PANI-抗O26抗体、AgNP/PANI-抗O157抗体、CuNP/PANI-抗金黄色葡萄球菌抗体、各添加50μL,在室温下搅拌30分钟(总量300μL)。
9向载玻片滴加1μL自然干燥后,用暗场显微镜观察。
另外,在载玻片的滴加点,大肠杆菌O26、O157、S.aureus(1.7×103cells)、鸡肉末:8.3×103cells(不含杂菌、O26、O157、S.aureus)。
图20A示出了用暗场显微镜观察到的图像。数字“1”表示大肠杆菌O26(蓝色),“2”表示大肠杆菌O157(橙色),“3”表示金黄色葡萄球菌(白色),“4”表示杂菌(无显色)。
图20B示出了图20A的图像中的“1”大肠杆菌O26、“2”大肠杆菌O157、“3”金黄色葡萄球菌、“4”杂菌的各波长(Wavelength)和波长强度(Intensity)。根据波长的不同能够区分各细菌。由于其他细菌(杂菌)的波长强度比其它细菌低,因此能够通过设定阈值而高精度地进行识别。
符号说明
1 DPV检测装置
102 数据输入输出部
103 显示部
104 输入操作部
105 电压施加控制部
106 电流响应测定部
107 数据存储部
108 目标判定部
11 标记
20 电极芯片
21 基板
22 作用极
23 参照极
24 对极
31 载玻片
41 光学单元
2 图像解析装置
3 显微镜
4 显示部
5 波长测定单元
6 波长解析装置
Claims (20)
1.一种细菌·病毒检测装置,其特征在于,具有:
电极芯片,所述电极芯片附着有电流响应和/或电化学特性互不相同的两种以上的金属纳米结构体,所述金属纳米结构体能够特异性地结合特定目标;
电压施加单元,所述电压施加单元对所述电极芯片施加规定范围的电压;
电流测量单元,所述电流测量单元测定与施加电压对应而从所述电极芯片输出的峰值电流值;
数据储存单元,所述数据储存单元预先储存有针对多种金属纳米结构体各自的峰值电流值和峰值电流时的施加电压值;
目标确定单元,所述目标确定单元将所述电流测量单元的测定数据和所述数据储存单元的储存数据进行比较,确定与金属纳米结构体结合的目标;以及
显示单元,所述显示单元显示所确定的目标。
2.根据权利要求1所述的细菌·病毒检测装置,其特征在于,
所述两种以上的金属纳米结构体中的一种或者两种以上具有绝缘性。
3.根据权利要求1所述的细菌·病毒检测装置,其特征在于,
在所述两种以上的金属纳米结构体中,
至少一种金属纳米结构体是含有选自化学稳定的金纳米粒子、钯纳米粒子、银纳米粒子、以及铂纳米粒子中的一种贵金属的高分子的复合体或者含有铜纳米粒子的高分子的复合体。
4.根据权利要求1所述的细菌·病毒检测装置,其特征在于,
在所述两种以上的金属纳米结构体中,
(a)至少一种金属纳米结构体是含有选自化学稳定的金纳米粒子、钯纳米粒子、银纳米粒子、以及铂纳米粒子中的一种贵金属的高分子的复合体;
(b)与所述(a)中选择的金属纳米结构体不同的其他金属纳米结构体含有选自以下中的一种或两种以上:
(i)含有与所述(a)中选择的所述贵金属不同的金属纳米粒子的高分子的复合体;
(ii)含有从所述贵金属中的与所述(a)中选择的所述贵金属不同的所述贵金属中选择的贵金属的高分子的复合体;
(iii)与所述(a)中选择的所述贵金属不同的金属纳米粒子;
(iv)与所述(a)中选择的所述贵金属不同的所述贵金属纳米粒子;
(v)金属氧化物的纳米粒子;以及
(vi)被金属氧化膜覆盖的金属纳米粒子。
5.根据权利要求1或2所述的细菌·病毒检测装置,其特征在于,
所述目标包括选自大肠杆菌、沙门氏菌、肠内细菌科菌群、金黄色葡萄球菌、诺如病毒、流感病毒中的一种以上。
6.一种细菌·病毒检测装置用电极芯片,其特征在于,具备:
一个或两个以上的电极,所述电极用于权利要求1所述的细菌·病毒检测装置,且为金属或碳、导电性玻璃等的电极、或者使用金属镀敷或导电性墨水印刷而形成的电极。
7.一种电化学检测用标记试剂盒,其特征在于,
所述标记试剂盒包括电流响应和/或电化学特性互不相同的两种以上的金属纳米结构体,所述金属纳米结构体能够特异性地结合特定目标,
通过与含有至少一种以上的目标的试样溶液混合,形成目标与金属纳米结构体的结合体,根据所述结合体的电化学特性确定目标。
8.根据权利要求7所述的电化学检测用标记试剂盒,其特征在于,
所述两种以上的金属纳米结构体中的一种或者两种以上具有绝缘性。
9.根据权利要求7所述的电化学检测用标记试剂盒,其特征在于,
在所述两种以上的金属纳米结构体中,
至少一种金属纳米结构体含有选自化学稳定的金纳米粒子、钯纳米粒子、银纳米粒子、以及铂纳米粒子中的一种贵金属或者铜纳米粒子。
10.根据权利要求7所述的电化学检测用标记试剂盒,其特征在于,
在所述两种以上的金属纳米结构体中,
至少一种金属纳米结构体含有高分子的复合体,所述高分子的复合体含有选自化学稳定的金纳米粒子、钯纳米粒子、银纳米粒子、以及铂纳米粒子中的一种贵金属或者铜纳米粒子。
11.根据权利要求7所述的电化学检测用标记试剂盒,其特征在于,
在所述两种以上的金属纳米结构体中,
至少一种金属纳米结构体是含有选自化学稳定的金纳米粒子、钯纳米粒子、银纳米粒子、以及铂纳米粒子中的一种贵金属或者铜纳米粒子的高分子的复合体,其他金属纳米结构体含有与所选择的所述贵金属不同的金属纳米粒子,或者与所选择的所述铜纳米粒子不同的金属纳米粒子。
12.根据权利要求7所述的电化学检测用标记试剂盒,其特征在于,
在所述两种以上的金属纳米结构体中,
(a)至少一种金属纳米结构体是含有选自化学稳定的金纳米粒子、钯纳米粒子、银纳米粒子、以及铂纳米粒子中的一种贵金属的高分子的复合体;
(b)与所述(a)中选择的金属纳米结构体不同的其他金属纳米结构体含有选自以下中的一种或两种以上:
(i)含有与所述(a)中选择的所述贵金属不同的金属纳米粒子的高分子的复合体;
(ii)含有从所述贵金属中的与所述(a)中选择的所述贵金属不同的所述贵金属中选择的贵金属的高分子的复合体;
(iii)与所述(a)中选择的所述贵金属不同的金属纳米粒子;
(iv)与所述(a)中选择的所述贵金属不同的所述贵金属纳米粒子;
(v)金属氧化物的纳米粒子;以及
(vi)被金属氧化膜覆盖的金属纳米粒子。
13.一种细菌和/或病毒的检测试剂盒组,其特征在于,具备以下中的两种以上:
权利要求1所述的细菌·病毒检测装置,所述细菌·病毒检测装置不具备或具备电极芯片;
权利要求6所述的细菌·病毒检测装置用电极芯片;以及
权利要求7所述的电化学检测用标记试剂盒。
14.一种细菌和/或病毒的检测装置,其特征在于,具备:
属性数据检测部,所述属性数据检测部从特异结合性金属纳米结构体与目标的结合体中,对金属纳米结构体的属性数据进行电化学或光学检测,所述特异结合性金属纳米结构体能够与目标特异性地结合,并且所述特异结合性金属纳米结构体与目标的结合体是通过使含有至少两种以上分别具有不同属性的特异结合性金属纳米结构体的标记与含有一种以上目标的检查体接触而得到的;
数据存储部,所述数据存储部保存对照用数据,所述对照用数据至少包括至少两种以上的金属纳米结构体的属性数据和与所述属性数据相关联的目标数据或标记数据;以及
目标判定部,所述目标判定部基于由所述属性数据检测部检测出的所述属性数据和所述对照用数据,判定与检测出的所述属性数据对应的目标的种类。
15.根据权利要求14所述的细菌和/或病毒的检测装置,其特征在于,
所述属性数据检测部具有:
图像解析部,所述图像解析部对所述结合体进行拍摄,并根据所拍摄的图像数据来解析金属纳米结构体的颜色和/或形状;和/或
波长测定单元,所述波长测定单元测定选自所述结合体的金属纳米结构体的吸收、荧光、散射中的一种或两种以上的波长和/或光谱。
16.根据权利要求14所述的细菌和/或病毒的检测装置,其特征在于,
所述两种以上的特异结合性金属纳米结构体中的一种或者两种以上具有绝缘性。
17.根据权利要求14所述的细菌和/或病毒的检测装置,其特征在于,
在进行光学检测的情况下,两种以上的特异结合性金属纳米结构体构成为颜色互不相同、和/或两种以上的特异结合性金属纳米结构体由显示互不相同的单色的聚集体构成。
18.一种细菌和/或病毒的检测方法,其特征在于,包括:
目标种类判定步骤,通过解析金属纳米结构体的属性数据,来判定与所述属性数据对应的目标的种类,所述金属纳米结构体的属性数据是通过测定特异结合性金属纳米结构体与目标的结合体而得到的,所述特异结合性金属纳米结构体能够与目标特异性地结合,并且所述特异结合性金属纳米结构体与目标的结合体是通过使含有至少两种以上分别具有不同属性的特异结合性金属纳米结构体的标记与含有一种以上目标的检查体接触而得到的。
19.一种细菌和/或病毒的检测方法,其特征在于,包括:
结合体制作步骤,使含有至少两种以上的、能够与目标特异性地结合并且分别具有不同的光学属性的特异结合性金属纳米结构体的标记与含有一种以上目标的检查体接触,得到特异结合性金属纳米结构体与目标的结合体;和
观察步骤,用光学检测单元观察所述结合体中的特异结合性金属纳米结构体的光学属性。
20.一种金属纳米结构体的制造方法,其特征在于,
所述金属纳米结构体的制造方法为在权利要求1所述的细菌·病毒检测装置中使用的金属纳米结构体、权利要求7所述的电化学检测用标记试剂盒、权利要求13所述的细菌和/或病毒的检测装置、权利要求14所述的细菌和/或病毒的检测装置中使用的金属纳米结构体的制造方法,
所述金属纳米结构体的制造方法包括:
制备步骤,通过水溶液中的导电性高分子的单体被金属离子氧化而导电性高分子的单体对金属离子进行还原的氧化还原反应,制备含有金属纳米粒子和高分子的复合体的金属纳米结构体。
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