JP2010054308A - 検出器具、分析装置および検出方法 - Google Patents

検出器具、分析装置および検出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】同一流路内において多種類の検出対象物質を検出することができる検出器具を提供する。
【解決手段】本発明に係る検出器具１は、被検試料を通すための主流路２６を備えており、主流路２６内に、被検試料中の検出対象物質を検出するための検出領域２７〜２９が形成されており、検出領域２７〜２９は、それぞれ、電極部３８〜４０と、抗体を固定するための固定化部４１〜４３とを備えており、複数の上記検出領域の間がバルブ３４〜３７で隔てられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料中の複数の異なる物質を検出するための検出器具、分析装置および検出方法に関する。
血液等の生体試料に関する様々な項目を同時に測定するための器具として、例えば、酵素反応を利用する検出器具が知られている。このような検出器具としては、検出するための複数の電極系が基板の同一面上に形成されているものがあるが、これでは、検出に用いられる酵素、または酵素反応により生じる電子受容体が、近接する他の電極系へと拡散してしまい、測定結果に影響を与えることが知られている。それを防ぐために流路を複数に分割し、各電極系を隔離する構造にする場合は、必要となる試料の量が多くなるという問題、および構造が複雑になるため大型化するという問題が生じる。
これらの問題への解決策として、１つの流路において複数の層流が形成されるために試料を分ける必要がなく、かつそれぞれの層流中において独立に測定結果を得ることができる検出素子について公開されている（特許文献１参照）。
また、親水性高分子からなる反応層が形成され、物質拡散が抑制されているバイオセンサについて公開されている（特許文献２参照）。
特開２００５−２０７９３８号公報（２００５年８月４日公開） 特開平５−１９６５９６号公報（１９９３年８月６日公開）
しかし、上記特許文献１に記載の検出素子においては、１つの流路に形成できる層流の数には限界があり、多種類の物質を検出する場合には適さない。
また、上記特許文献２に記載のバイオセンサにおいても、検出対象物質の性質および検出方法によって材質を考慮する必要があり汎用性に欠けるため、多種類の物質を検出する目的には適さない。
本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、同一流路内において多種類の検出対象物質を検出することができる検出器具を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る検出器具は、被検試料を通すための流路を備えており、上記流路内に、被検試料中の検出対象物質を検出するための検出領域が複数形成されており、上記検出領域は、検出部と、抗体を固定するための固定化部とを備えており、複数の上記検出領域の間がバルブで隔てられていることを特徴としている。
上記の構成によれば、被検試料を通すための流路内に、バルブで隔てられた複数の検出領域が形成されているため、少量の被検試料で複数の異なる検出対象物質を、抗体を用いて同時に検出することが可能となる。また、それぞれの検出領域の間がバルブで隔てられているため、複数の検出部が基板の同一面上に形成されているにもかかわらず、検出する際に試薬、反応生成物等が他の検出部上へと移動しない。そのため、検出部同士での干渉がなく正確な測定が可能となる。
また、本発明の検出器具において、上記固定化部の各々には、それぞれ異なる抗体が固定されていることがより好ましい。
上記の構成により、それぞれの抗体が捕捉し得る、被検試料中の複数の異なる検出対象物質を同時に検出することができる。
また、本発明の検出器具において、上記流路の下流に固定されている抗体ほど、被検試料中における濃度がより低い検出対象物質を捕捉する抗体であることがより好ましい。
上記の構成によれば、被検試料を流路に導入する工程において、バルブの開閉により下流の検出領域ほど被検試料と抗体との反応時間を長くすることによって、濃度がより低い検出対象物質をも効率よく捕捉することができる。そのため、被検試料中における各検出対象物質の濃度に差がある場合でも、検出部に、例えば同種の電極等を用いることができることにより、多数の検出対象物質のための検出器具であっても、容易に製造できる。
また、本発明の検出器具において、上記抗体の量は、各々の抗体が結合する検出対象物質の被検試料中における濃度が高いものほど、多いことがより好ましい。
上記の構成によれば、被検試料中における各検出対象物質の濃度に差がある場合でも、同一の反応時間を用いることができるため、短時間での測定が可能になる。また、検出部に、例えば同種の電極を用いることができるため、多数の検出対象物質のための検出器具であっても、容易に製造できる。
また、本発明の検出器具において、上記流路の内壁が親水性であることがより好ましい。
上記の構成によれば、被検試料および他の試薬の流れを滑らかにすることができる。そのため、正確な測定がより可能になる。
本発明に係る分析装置は、上記検出器具に接続する接続手段と、上記バルブの開閉条件を入力する入力手段と、上記入力手段に入力された条件に従ってバルブを開閉する開閉手段とを備えていることを特徴としている。
上記の構成によれば、検出器具におけるバルブを自動で開閉することができ、検出器具の操作が容易となる。また、バルブの開閉条件をあらかじめ入力しておくことによって、複雑なプログラムを用いる検出方法にも対応することができる。
また、本発明に係る分析装置は、上記検出部により検出された検出値から、検出対象物質の濃度を表す値に変換する変換手段をさらに備えていることがより好ましい。
上記の構成によれば、検出器具における検出部において検出した値を、被検試料中の検出対象物質の濃度を表す値に変換して、把握することができる。
また、本発明に係る分析装置において、上記入力手段は、温度条件の入力をも受け付けるものであり、上記温度条件に従って検出器具の温度を調整する温度調整手段をさらに備えていることがより好ましい。
上記の構成によれば、検出器具の温度を調整することができるので、各検出工程において最適な温度に調整することにより、より正確かつ迅速な測定ができる。さらに、後述するように、検出時において標識付き抗体と標識認識物質との反応活性を調整することができる。また、分析装置に温度調整手段を備えることにより、検出器具には温度調整手段を備える必要がなく、検出器具をより小型化できる。
また、本発明に係る分析装置において、上記検出器具が平板状であって、上記温度調整手段は、上記検出器具の長さ方向に平行な面に接触することがより好ましい。
上記の構成によれば、検出器具への熱伝導性がよくなるため、検出器具の温度を効率的に調整することが可能になる。
また、本発明に係る分析装置において、上記温度調整手段は、上記検出器具と熱伝導性シートを介して接触することがより好ましい。
上記の構成によれば、検出器具に熱を均一に伝えることができ、検出器具の温度をさらに効率的に短時間において調整することが可能になる。また、検出時間を短くすることが可能になる。
また、本発明に係る分析装置は、上記検出器具の温度を測定するための温度感知手段をさらに備えていることがより好ましい。
上記の構成によれば、検出器具の正確な温度を把握することができる。また、把握される温度に基づいて、即時かつ緻密に温度を調整することができ、その結果精密な測定が可能になる。
本発明に係る検出方法は、被検試料中の複数の異なる検出対象物質を検出するための検出方法であって、上記検出対象物質の各々を捕捉するための複数の異なる抗体が固定された流路に、上記被検試料を導入し、上記検出対象物質の各々を捕捉する第１工程と、上記検出対象物質と複合体を形成させるための標識付き抗体を流路に導入し、上記検出対象物質と結合させる第２工程と、上記標識付き抗体に反応させるための標識認識物質を流路に導入する第３工程と、上記標識付き抗体と上記標識認識物質とを反応させる第４工程とを有する検出方法において、上記標識付き抗体と上記標識認識物質との反応活性は、上記第３工程では抑制されており、上記第４工程において活性化されることを特徴としている。
上記の構成によれば、標識認識物質を流路に導入する第３工程では標識付き抗体と標識認識物質との反応活性が抑制されており、反応生成物の生成が抑制されるので、他の検出領域への反応生成物の拡散を防ぐことができ、正確な測定を行うことが可能になる。なお、標識認識物質とは、検出対象物質を検出するための標識物質（例えば標識付き抗体等）を認識する物質である。
また、本発明に係る検出方法において、上記標識付き抗体と上記標識認識物質との反応活性が目的の活性となるように、温度条件を変化させることによって、当該反応活性を調整することがより好ましい。
上記の構成によれば、標識付き抗体と標識認識物質との反応活性が低い温度条件と、上記反応活性が最適となる温度条件とを利用することで、上記反応活性の抑制および活性化を容易に行うことができる。また、温度条件の変化による調整は、どのような標識付き抗体と標識認識物質との反応活性にも適用することができる。
本発明に係る検出器具は、以上のように、被検試料を通すための流路を備えており、上記流路内に、被検試料中の検出対象物質を検出するための検出領域が複数形成されており、上記検出領域は、検出部と、抗体を固定するための固定化部とを備えており、複数の上記検出領域の間がバルブで隔てられているので、同一流路内において多種類の物質を検出できるという効果を奏する。
＜実施の形態１＞
本発明の一実施形態について、図面を参照して以下に説明する。
〔検出器具の構造〕
本実施の形態における検出器具１の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態における検出器具１の構成を模式的に示す図である。
図１に示すように、検出器具１には、導入部２１、排出部２２、液留め部２３〜２５、主流路（流路）２６、バルブ３１〜３７、および検出領域２７〜２９が形成されている。
導入部２１は、検液（被検試料）を主流路２６に導入するためのものである。
排出部２２は、検出済みの検液を主流路２６から排出するためのものである。また、排出部２２には、吸収体３０が設けられている。吸収体３０は、排出部２２に排出される検出済みの検液等を吸収するためのものである。吸収体３０を設けることにより、検液の導入後における全ての操作を検出器具１内で行うことができる。吸収体３０に用いられる材料としては、例えばコットン等が挙げられる。
液留め部２３〜２５は、検出に用いるための試薬をそれぞれ貯留しておくためのものであり、主流路２６に対して、主流路２６から分岐した分岐流路によってつながれている。なお、本実施の形態では、３つの液留め部を設ける場合について説明するが、本発明に係る検出器具に設けられる液留め部の数は特に限定されない。
主流路２６は、本発明に係る検出器具が備える流路として機能するものである。主流路２６は、導入部２１と排出部２２とを結ぶ１本の流路であり、導入部２１に導入された検液を排出部２２まで導く流路である。本実施の形態では、主流路は直線状に形成されているが、本発明に係る検出器具が備える流路の形状は、導入部から排出部までを結ぶ形状であればよく、例えば湾曲していてもよい。
バルブ３１〜３７は、その開閉によって流路内の検液または試薬等の流れを開始または停止させる構造のバルブであり、検出器具１内の流路中に形成される。上記のバルブのうち、バルブ３１〜３３は、液留め部２３〜２５と主流路２６とを結ぶ分岐流路中に形成されている。また、バルブ３４〜３７は、主流路２６中に設けられており、主流路２６を区切っている。
検出領域２７〜２９は、バルブ３４〜３７によって区切られることにより形成される主流路２６内の空間である。つまり、バルブ３４〜３７によって１本の流路（主流路２６）を隔てることで、検出領域２７〜２９が形成されている。それゆえ、検出する際に試薬、反応生成物等が他の検出領域内へと移動せず、正確な測定が可能となる。ここで「１本の流路」とは、導入部２１のような検液の導入口に入れた検液が分岐することなく排出部２２のような検液の排出口まで到達する流路を意味する。
なお、本実施の形態における検出器具１には３つの検出領域２７〜２９が形成されているが、本発明に係る検出器具には、検出対象物質の数に基づいて検出領域をいくつでも形成することができる。従って、それぞれの検出領域を区切っているバルブに関しても、本発明に係る検出器具に形成される検出領域の数に基づいて適切な数のバルブが形成される。
また、検出領域２７〜２９内には、それぞれ電極部（検出部）３８〜４０が形成されている。電極部３８〜４０では、検出対象物質の濃度を示す電流（検出値）を検出する。電極部３８〜４０の構造については、後述する。
なお、本発明に係る検出器具は、検出部が各検出領域内にそれぞれ形成されるため、形成される検出領域の数に基づいて適切な数の検出部が形成される。本発明に係る検出器具が備える検出部としては、本実施の形態のような電極には限定されず、本発明に用いられる検出の方法に適する部材が選択される。例えば、本発明に用いられる検出の方法としては、特に限定されないが、電気的な方法、光学的な方法などが挙げられ、検出部としては、特に限定されないが、電気的な信号を受信する電極、光の強度を認識するセンサ、発色の強度を認識するセンサなど、選択された検出の方法に適した部材が用いられる。また、検出部により検出される検出値としては、本実施の形態にて検出値として用いられる電流に限らず、例えば、電気的な信号、光の強度、発色の強度などを用いることができる。
本実施の形態における検出器具１は、上層部２および下層部３を張り合わせて形成される。図２は、本実施の形態における上層部２の構成を模式的に示す図であり、図３は、本実施の形態における下層部３の構成を模式的に示す図であり、図３の（ａ）は下層部３の全体の構成を模式的に示し、図３の（ｂ）は下層部３における電極部３８の構成をより詳細に示す図である。
上層部２の構造について、図２を用いて詳細に説明する。図２に示すように、上層部２には、導入部２１、排出部２２、液留め部２３〜２５、および主流路２６が形成されている。
導入部２１および排出部２２は、上層部２に開口して設けられている。従って、検液を導入部２１から主流路２６へと導入し、また排出部２２から検出済みの検液を排出することができる。
また、液留め部２３〜２５、主流路２６、およびこれらを結ぶ分岐流路は、それぞれの側壁が上層部２から下層部３の方向に突出するように設けられることによって凹部が形成されて、凹部を閉じるように下層部３に張り合わせられることにより、空間が形成されている。従って、液留め部２３〜２５に、検出のために用いられる試薬を貯留することができる。また、導入部２１または液留め部２３〜２５から主流路２６に導入される検液または試薬は、主流路２６内を通って排出部２２へと導かれる。
なお、本発明に係る検出器具が備える流路および液留め部の幅および高さは、特に限定されないが、被検試料が濡れと毛細管力とによって浸透していくことが可能な寸法であることが好ましい。高さは１μｍ〜５ｍｍの範囲であることが好ましく、幅は１μｍ〜５ｍｍの範囲であることが好ましい。また、本発明に係る検出器具が備える流路は、バルブによる流れの開始および停止を適切に行うために最適な幅、高さ等の条件を有する形状であることが好ましい。
また、本発明に係る検出器具が備える導入部、排出部、液留め部、流路等を、検出器具に用いるガラス等の基板に形成する方法は、例えば、基板を直接加工する方法、機械加工による方法、レーザー加工による方法、薬品またはガスによるエッチングを用いる方法、金型を用いる射出成型による方法、プレス成型による方法、鋳造による方法等が挙げられる。なかでも、エッチングを用いる方法、および金型を用いる射出成型による方法は、形状寸法の再現性が高いため好ましい。
次に下層部３の構造について、図３を用いて詳細に説明する。図３の（ａ）に示すように、下層部３には、バルブ３１〜３７、電極部３８〜４０、吸収体３０および外部接続端子５１が設けられている。
外部接続端子５１は、後述する分析装置６と電気的に接続するための端子である。
バルブ３１〜３７および電極部３８〜４０は、それぞれ外部接続端子５１と接続される。外部接続端子５１から供給されるバルブの開閉信号によって、バルブ３１〜３７の開閉は制御される。つまり、バルブ３１〜３７が、外部接続端子５１からバルブを開けることを指示する信号を受信するとバルブ３１〜３７は開き、バルブを閉じることを指示する信号を受信するとバルブ３１〜３７は閉じる。外部接続端子５１は、後述する分析装置６の処理部８２からバルブの開閉信号を受信する。
バルブ３１〜３７の構造については後述する。下層部３は上層部２に張り合わされたとき、閉じているバルブ３４〜３７が流路２６を区切る位置に、バルブ３４〜３７は下層部３上に設けられている。このような位置にバルブ３４〜３７が設けられていることによって、上述のように検出領域２７〜２９が形成され、電極部３８〜４０はそれぞれ検出領域２７〜２９内に位置するように下層部３上に設けられている。
電極部３８について、図３の（ｂ）を参照して詳細に説明する。なお、電極部３９および４０は、電極部３８と同様の構成になっている。
図３の（ｂ）に示すように、電極部３８は、作用電極９１、参照電極９２および対向電極９３の３端子で構成されている。作用電極９１、参照電極９２および対向電極９３は、それぞれ外部接続端子５１と接続されている。検出の際、作用電極９１および対向電極９３には、外部接続端子５１を介して後述する分析装置６の処理部８２から電圧が印加される。その結果作用電極９１および対向電極９３の間に流れる電流を、外部接続端子５１が後述の分析装置６に送信する。参照電極９２は、電位の基準点を与える電極である。
なお、本発明に係る検出部に電極を用いる場合には、例えば特開２００４−２９４２３１号公報に記載されるような酵素電極を用いてもよい。また電極は、測定極および対極の２端子を含む構成であってもよいし、測定極と、対極と、参照電極との３端子を含む構成であってもよい。測定極は、櫛型電極であってもよい。
本実施の形態においては、上層部２および下層部３の材料としてガラスを用いた場合について説明するが、本発明に係る検出器具において上層部、下層部等の検出器具本体の材料はこの限りではない。本発明に係る検出器具を構成する材料としては、例えば特開２００３−１４９２５２号公報において提案されているように、透明または半透明の材料を用いることが好ましい。透明または半透明の材料を用いれば、本発明に係る検出器具に形成された流路内を流れる標識認識物質に励起光を照射し、検出領域を通過する標識認識物質からの蛍光やＵＶの検出を行うためのチップシステム等へ応用することができる。透明または半透明の材料として、例えばガラス、石英、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、フィルム等が好ましい。なかでも透明性および成型性の観点から、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂等がより好ましい。
また、本発明に係る検出器具において、検出器具の流路内で電気的な制御または測定を行う場合には、上層部２、下層部３またはその両方に相当する部材は、電極形成可能な材料であることが好ましい。このような材料として、生産性および再現性の観点から、ガラス、石英またはシリコン等の基板材料がより好ましい。
従って、上層部２に用いる材料としては、透明性がありかつ加工性が高いものが好ましく、例えばＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）等を用いて形成することが好ましい。また下層部３に用いる材料としては、電気的制御等を行うための電極を形成し得る材料としてシリコン基板等を用いることが好ましい。
さらに、上層部２および下層部３における、検液と接する面は、検液が通り易いように親水性であることが好ましい。上層部２および下層部３に用いられる材料を親水性に加工するために施す処理としては、酸素プラズマ処理、ＵＶ処理等が挙げられる。また、界面活性剤または親水性の官能基を持つ試薬等を表面に塗布する方法によっても、親水性を高めることができる。
〔固定化部〕
本実施の形態における検出器具１が有する固定化部４１〜４３について、図４および図５を用いて説明する。図４および図５は、本実施の形態における検出器具１の断面図であり、特に図１の線分Ａ−Ａ’を通り、検出器具１の面方向に垂直な面における断面図であって、図１の矢印方向にみた断面図である。図４および図５に示す検出器具１において、上側が上層部２であり、下側が下層部３を示す。また、図４はバルブ３４〜３７が閉じられている状態を示し、図５はバルブ３４〜３７が全て開かれている状態を示す。
図４に示すように、バルブ３４〜３７に区切られることにより形成される検出領域２７〜２９のそれぞれの上部である、上層部２の壁面に、固定化部４１〜４３が設けられている。
固定化部４１〜４３は、抗体を固定するための部位である。固定化部４１〜４３には、それぞれ異なる抗体が固定され、各抗体はそれぞれ検液中の検出対象物質を特異的に捕捉することが可能である。なお、固定化部は各検出領域にそれぞれ設けられるので、本発明に係る検出器具において形成される検出領域の数に基づいて、適切な数の固定化部が設けられる。
本明細書で用いられる用語「抗体」とは、検出対象物質と特異的に結合して捕捉できるものを意味し、例えばモノクローナル抗体、ポリクローナル抗体等に加え、インプリンティングポリマー、アプタマー等の、人工抗体と呼ばれるもの等を含む。固定化方法には、物理的な吸着、光架橋剤を用いる化学結合等、一般的な固定化方法を用いることができる。
〔バルブの構造〕
本実施の形態における検出器具１が有するバルブ３１〜３７は、図４に示されるバルブ３４〜３７のように、主流路２６および分岐流路を遮断して検液、試薬等の流れを停止することができる構造であり、また図５に示されるように、開かれた状態では流れを開始させることができる構造である。
本発明に係る検出器具が有するバルブは、被検試料の浸入を停止または開始させることができるものであればよい。従って、図４にバルブ３４〜３７として示される構造に限定されない。例えば、エレクトロウェッティングバルブを用いてもよい。また、例えばＭＥＭＳ技術を用いて微細に形成されるダイヤフラム型バルブ等であってもよい。
エレクトロウェッティングバルブの一例について、図６を用いて説明する。図６は、エレクトロウェッティングバルブの一例を示す図である。図６の（ａ）は電圧が印加されている場合を示しており、検液の流れる方向を矢印で示している。また、図６の（ｂ）は電圧が印加されていない場合を示している。
図６の（ａ）および（ｂ）に示されるように、エレクトロウェッティングバルブは微小流路７１に備えられ、参照電極７２および作用電極７３を有している。または、対極を含む３端子としてもよい。作用電極７３は疎水性かつ絶縁性の膜により被覆されており、電圧が印加されていない場合には、液体との接触角は６０〜７０度と大きい。また、微小流路７１の幅および高さは５０μｍである。そのため、電圧が印加されていない場合（図６の（ｂ）参照）には、検液が微小流路７１を左から右へと流入し、作用電極７３に達すると、検液が微小流路７１より受ける抵抗、および検液の表面張力によって、検液の液面は図６の（ｂ）に示すような形状となって停止する。
一方、電圧が印加されている場合（図６の（ａ）参照）には、液体は、参照電極７２に接すると負に帯電する。そのため液体は、作用電極７３との間に疎水性かつ絶縁性の膜を介した仮想的なキャパシタを形成し、作用電極７３に引き寄せられるため、作用電極７３との接触角が小さくなる。このため、微小流路７１による抵抗の影響が減り、液体は微小流路７１を通過できる。
〔分析装置の構造〕
本実施の形態における分析装置６の構成について、図７および図８を用いて説明する。
図７は、本実施の形態に係る分析装置６の外観図を示す。図８は、図７に示される分析装置６の、線分Ｂ−Ｂ’を通り、検出器具１の面方向に垂直な面における断面図であって、図７に示す矢印方向にみた断面図を示す。
図７に示すように、分析装置６は、接続口６１、入力部（入力手段）６２、表示部６３を有している。また、図８に示すように、分析装置６の内部には、外部入出力端子（接続手段）８１、処理部８２、温度調整装置（温度調整手段）８３、温度感知装置（温度感知手段）８４、熱伝導性シート８５が設けられている。
接続口６１とは、本実施の形態における検出器具１を挿入する部位である。
入力部６２とは、検出器具１におけるバルブの開閉条件、温度条件等の様々な検出条件を入力するための部位である。
表示部６３とは、検出対象物質の濃度等の測定結果、検出器具１の温度等を表示するための部位である。
外部入出力端子８１とは、本実施の形態の検出器具１における外部接続端子５１と電気的に接続できる端子であり、接続口６１の奥に設けられている。
温度調整装置８３とは、検出器具１の温度を調整する装置であり、検出器具１の下側に接するように設けられている。
温度感知装置８４とは、検出器具１の表面温度を測定する装置であり、検出器具１の近傍に設けられている。
熱伝導性シート８５とは、温度調整装置８３からの熱の伝導が均一かつ迅速に検出器具１に伝わるように設けられる、熱伝導性に優れたシートであり、温度調整装置８３と検出器具１との間に設けられている。具体的には検出器具１の長さ方向に平行な面に接触するように設けられている。この構成のため、温度調整装置８３からの熱は、検出器具１に均一かつ迅速に伝えられる。
処理部８２とは、様々な情報を処理するものであり、入力条件処理部８６、バルブ開閉処理部（開閉手段）８７、電圧印加処理部（電圧印加手段）８８、変換部（変換手段）８９、温度制御部９０を備えている。
入力条件処理部８６は、入力部６２に入力された検出条件からバルブの開閉条件を算出し、バルブ開閉処理部８７に供給する。また、入力条件処理部８６は、入力部６２に入力された条件から電圧の印加条件を算出し電圧印加処理部８８に供給する。また、入力条件処理部８６は、入力部６２に入力された条件から温度条件を算出し温度制御部９０に供給する。
バルブ開閉処理部８７は、入力条件処理部８６から供給されたバルブの開閉条件に基づいてバルブの開閉信号を生成して、外部入出力端子８１を介して、検出器具１の外部接続端子５１に供給する。これにより検出器具１のバルブ３１〜３７は開閉される。
電圧印加処理部８８は、入力条件処理部８６から供給された電圧の印加条件に基づいて電圧の印加信号を生成して、外部入出力端子８１を介して、検出器具１の外部接続端子５１に供給する。これにより検出器具１の電極部３８〜４０に電圧が供給される。
変換部８９は、検出器具１の外部接続端子５１から受信した電極部３８〜４０の電流を、検出対象物質の濃度を表す値に変換する。変換した値は、表示部６３に出力して表示させる。
なお、本発明に係る検出器具が備える変換手段は、検出部により検出された検出値から、検出対象物質の濃度を表す値に変換する手段であり、当該検出値としては、例えば、電気的な信号、光の強度、発色の強度などを用いることができる。
温度制御部９０は、入力条件処理部８６に入力される温度条件に基づいて、温度調整装置８３を介して検出器具１の温度の調整を行う。さらに処理部８２は、温度感知装置８４が測定した検出器具１の表面温度と、入力部６２に入力される温度条件とに基づいて、温度調整装置８３を介して検出器具１の温度を修正する。
なお、本発明に係る分析装置が有する処理部は、入力手段において入力される情報、および検出結果などの出力情報を処理することのできる、ＣＰＵまたはＩ／Ｏ論理回路等の情報処理システムであることが好ましい。
処理部８２は、外部入出力端子８１、温度調整装置８３、温度感知装置８４、入力部６２、および表示部６３に電気的に接続されている。また、接続口６１に本実施の形態に係る検出器具１が挿入されると、分析装置６の外部入出力端子８１と検出器具１の外部接続端子５１とが接続され、その結果、処理部８２は、検出器具１内のバルブ３１〜３７および電極部３８〜４０に電気的に接続される。
本実施の形態における検出器具１および分析装置６を用いる検出工程について、簡単に説明する。検出器具１の導入部２１および液留め部２３〜２５に、あらかじめ検液および試薬をそれぞれ導入し、バルブ３１〜３７を閉じておく。検出器具１を分析装置６に接続させ、バルブの開閉条件、温度条件、電圧印加条件等の、検出工程に必要な情報を入力部６２に入力する。次に入力部６２にある測定開始ボタンを押して測定を開始させると、入力された情報に基づいて、バルブ３１〜３７、電極部３８〜４０および温度調整装置８３が処理部８２により操作され、検出工程が行われる。その結果、検出対象物質の濃度を表す値が表示部６３に表示される。検出工程に用いられる検出方法については後述する。
〔検出方法〕
次に、本実施の形態における検出器具１を用いた検出方法について説明する。
（検液導入ステップ）
検出器具１における導入部２１から検液を導入し、主流路２６内に浸入させる。なお、バルブ３４〜３７は開いておく。主流路２６内の各検出領域２７〜２９における固定化部４１〜４３に固定される抗体が、検液中の検出対象物質とそれぞれ特異的に結合し、複合体を形成する。各固定化部４１〜４３に固定される抗体はそれぞれ異なっており、各抗体はそれぞれ対応する検出対象物質を捕捉するため、それぞれ異なった複合体を形成する。
（第１洗浄ステップ）
その後、緩衝液（洗浄液）を主流路２６内に導入し、排出部２２から排出することで、未反応の検出対象物質を検出領域２７〜２９および主流路２６から洗い流す。
上記の検液導入ステップおよび第１洗浄ステップは、本発明に係る検出方法における第１工程に相当する。
（標識付き抗体導入ステップ）
次に、標識付き抗体を含む緩衝液を主流路２６内に導入し、抗体−検出対象物質の複合体に結合させ、抗体−検出対象物質−標識付き抗体の複合体を生成させる。本実施の形態では、基質（標識認識物質）を電極活性物質に変換する活性を持つ酵素を標識として用いた場合について説明する。標識として用いる酵素、およびその基質には、公知のものを用いることができる。
（第２洗浄ステップ）
その後、緩衝液（洗浄液）を主流路２６内に導入し、排出部２２から排出することで、未反応の標識付き抗体を検出領域２７〜２９および主流路２６から洗い流す。
上記の標識付き抗体導入ステップおよび第２洗浄ステップは、本発明に係る検出方法の第２工程に相当する。
（基質導入ステップ）
次に、標識として用いた酵素と反応する基質を含む緩衝液（キャリア液）を主流路２６内に導入する。本ステップは、本発明に係る検出方法の第３工程に相当する。
（検出ステップ）
電極部３８〜４０における作用電極９１および対向電極９３に所定の電圧を印加し、電極表面において酸化還元反応を起こさせる。その結果として生じる電流を測定することにより、検出対象物質の量を測定できる。本ステップは、本発明に係る検出方法の第４工程に相当する。
本実施の形態では、標識として、基質を電極活性物質に変換する酵素を用いた場合を説明したが、これに限定されるものではない。
本発明に係る検出方法においては、固定された抗体と検出対象物質との反応、標識付き抗体と固定された抗体−検出対象物質の複合体との反応、および標識と標識認識物質との反応を行う際には、被検試料の流れを所定の時間止めてもよい。上記所定の時間は、好ましくは数マイクロ秒から数十分である。反応時に被検試料の流れを止めることにより、反応の再現性がよくなる。
本発明に係る検出方法に用いられる洗浄液およびキャリア液としては、検出対象物質、抗体、標識付き抗体、標識認識物質等を失活させないもの等、検出工程に影響を与えないものであることが好ましく、例えば緩衝液を用いることができる。
〔制御方法〕
次に、本実施の形態に係る検出方法を実施する際の、検出器具１および分析装置６の制御方法について、図９および図１０を用いて説明する。図９および図１０は検出器具１および分析装置６の制御方法のフローを示す図であり、図１０は図９をより模式的に示している。
本制御方法における各ステップについては、あらかじめ入力部６２に入力され、処理部８２により行われる。また、検出器具１において、液留め部２３には洗浄液を、液留め部２４には標識付き抗体を含む緩衝液を、液留め部２５には基質を含む緩衝液をそれぞれ導入しておく。標識としては、基質を電極活性物質に変換する酵素を用いる。また、本実施の形態において、標識および基質の反応における最適な温度は３７℃である。
まず、検液導入を行う。図９のステップＳ１およびＳ２は、図１０に示す検液導入工程（ステップＳ２１）に相当する。
ステップＳ１においてバルブ３４〜３７を開く。
ステップＳ２において、検液を導入部２１から主流路２６に導入する。ここで、検出領域２７〜２９が検液で満たされ、固定されている抗体と検液中の検出対象物質とが特異的に結合し、抗体−検出対象物質の複合体が形成される。
次に、洗浄液の導入を行う。図９のステップＳ３〜Ｓ５は、図１０に示す洗浄液の導入工程（ステップＳ２２）に相当する。
ステップＳ３においてバルブ３１を開く。
ステップＳ４において、液留め部２３に貯留されている洗浄液を主流路２６に導入する。ここで、未反応の検出対象物質は、検出領域２７〜２９および主流路２６から洗い流される。所定の容量の洗浄液を導入した後、次のステップに移る。
ステップＳ５においてバルブ３１を閉じる。
次に、標識付き抗体の導入を行う。図９のステップＳ６〜Ｓ８は、図１０に示す標識付き抗体の導入工程（ステップＳ２３）に相当する。
ステップＳ６においてバルブ３２を開く。
ステップＳ７において、液留め部２４に貯留されている標識付き抗体を含む緩衝液を主流路２６に導入する。ここで、標識付き抗体は抗体−検出対象物質の複合体と特異的に結合し、その結果抗体−検出対象物質−標識付き抗体の複合体が形成される。所定の容量の標識付き抗体を導入した後、次のステップに移る。
ステップＳ８においてバルブ３２を閉じる。
次に、洗浄液の導入を行う。図９のステップＳ９〜Ｓ１１は、図１０に示す洗浄液の導入工程（ステップＳ２４）に相当する。
ステップＳ９においてバルブ３１を開く。
ステップＳ１０において、液留め部２３に貯留されている洗浄液を主流路２６に導入する。ここで、未反応の標識付き抗体は、検出領域２７〜２９および主流路２６から洗い流される。所定の容量の洗浄液が導入された後、次のステップに移る。
ステップ１１においてバルブ３１を閉じる。
次に、基質の導入を行う。図９のステップＳ１２〜Ｓ１６は、図１０に示す基質の導入工程（ステップＳ２５）に相当する。
ステップＳ１２において、温度調整装置８３を用いて検出器具１を冷却する。これは、標識および基質を反応させないためである。温度は低いほどよいが、基質を凍結させないために０℃とする。
ステップＳ１３においてバルブ３３を開く。
ステップＳ１４において、液留め部２５に貯留されている基質を含む緩衝液を主流路２６に導入する。ここでは、検出器具が０℃であるため、標識と基質との反応はほとんど起こらない。主流路２６に基質が満たされた後、次のステップに移る。なお、このように、標識付き抗体と標識認識物質との反応活性が目的の活性となるように、温度条件を変化させることによって、当該反応活性を調整することが好ましい。例えば反応活性を向上させることを目的とする場合、その反応に最適な温度となるように温度を調整すればよいし、反応活性を低下させることを目的とする場合、反応に最適な温度との差が大きくなるように温度を調整すればよい。当業者であればこのような最適な温度を容易に見出すことができる。
ステップＳ１５においてバルブ３７を閉じる。
ステップＳ１６においてバルブ３３を閉じる。
最後に、検出工程を行う。図９のステップＳ１７〜Ｓ１９は、図１０に示す検出工程（ステップＳ２６）に相当する。
ステップＳ１７においてバルブ３４〜３６を閉じる。
ステップＳ１８において検出器具１を標識および基質の反応における最適な温度である３７℃まで加熱する。ここで、標識および基質の酵素基質反応が起こり、基質は電極活性物質に変換される。バルブ３４〜３６が閉じられているため、電極活性物質は隣接する検出領域へ拡散しない。
ステップＳ１９において、電極部３８〜４０の作用電極９１および対向電極９３に電圧を印加し、電流値、電圧の変化等を測定することにより、検出対象物質を定量する。
本実施の形態における制御方法では、標識および基質の反応における最適な温度は３７℃であり、冷却する温度を０℃、加熱する温度を３７℃としたが、この温度に限定されない。用いられる標識、基質または電極活性物質における最適な温度に対応した温度設定を行うことが好ましい。
なお、以上の制御方法により本発明に係る検出方法が好適に実施される。本発明に係る検出方法とは被検試料中の複数の異なる検出対象物質を検出するための検出方法であって、上記検出対象物質の各々を捕捉するための複数の異なる抗体が固定された流路に、上記被検試料を導入し、上記検出対象物質の各々を捕捉する第１工程と、上記検出対象物質と複合体を形成させるための標識付き抗体を流路に導入し、上記検出対象物質と結合させる第２工程と、上記標識付き抗体に反応させるための検出対象物質を流路に導入する第３工程と、上記標識付き抗体と上記検出対象物質とを反応させる第４工程とを有する検出方法において、上記標識付き抗体と上記検出対象物質との反応活性は、上記第３工程では抑制されており、上記第４工程において活性化される方法である。
＜実施の形態２＞
本発明の実施の他の形態について以下に説明する。なお、説明の便宜上、実施の形態１にかかる構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。本実施の形態では、主に、実施の形態１との相違点について説明するものとする。
〔検出器具の構造〕
本実施の形態に係る検出器具１においては、主流路２６の下流に固定されている抗体ほど、検液（被検試料）中における濃度がより低い検出対象物質を捕捉する抗体である。従って、固定化部４１は、図４に示すように主流路２６の最も上流に位置するので、検液中における濃度が最も高い検出対象物質を捕捉する抗体が固定されている。一方、固定化部４３は、主流路２６の最も下流に位置するので、検液中における濃度が最も低い検出対象物質を捕捉する抗体が固定されている。
〔制御方法〕
本実施の形態における検出器具１の制御方法について、図９および図１１を用いて説明する。図１１は、本実施の形態に係る検出器具１および分析装置６の制御方法のフローの一部を示す図である。図１１に示されるステップＳ１０１〜Ｓ１０９は、図９に示されるステップＳ２およびＳ３の間に挿入される。
まず図９に示されるステップＳ１およびＳ２において検出器具１に検液（被検試料）を導入した後、直ちに次のステップに移る。
次に、図１１に示されるステップＳ１０１においてバルブ３７を閉じる。このとき、検出領域２７〜２９は、検液が満たされている状態である。
ステップＳ１０２において、３分間そのまま静置する。このとき、固定されている抗体と検液中の検出対象物質とが特異的に結合し、抗体−検出対象物質の複合体が形成される。３分が経過した後、次のステップに移る。
ステップＳ１０３においてバルブ３７を開ける。検液が所定の量流れた後、直ちに次のステップに移る。
ステップＳ１０４においてバルブ３７を閉じる。検液は、検出領域２８〜２９のみに満たされている。
ステップＳ１０５において、３分間そのまま静置する。３分が経過した後、次のステップに移る。
ステップＳ１０６においてバルブ３７を開ける。検液が所定の量流れた後、直ちに次のステップに移る。
ステップＳ１０７においてバルブ３７を閉じる。検液は、検出領域２９のみに満たされている。
ステップＳ１０８において、３分間そのまま静置する。３分が経過した後、次のステップに移る。
ステップＳ１０９においてバルブ３７を開ける。その後、直ちにステップＳ３に移り、ステップＳ３〜Ｓ１９を行い、検出対象物質を定量する。
本実施の形態においては、静置する時間を３分としたが、本発明に係る制御方法においては、任意の時間を設定することができる。
本実施の形態における制御方法によれば、検液と抗体との反応時間は、主流路２６の下流に位置する検出領域ほど長くなる。一方、本実施の形態における検出器具１は、上述するように、主流路２６の下流に位置する検出領域ほど、検液中における濃度がより低い検出対象物質を捕捉する抗体が固定されている。従って、本実施の形態によれば、検液中における濃度がより低い検出対象物質を捕捉する抗体を固定されている検出領域ほど、検液との反応時間が長くなるため、各検出領域間における抗体−検出対象物質の複合体の量を同程度とすることができる。
同種の電極において検出できる物質の濃度範囲は限られているため、検液中における濃度に差がある複数の物質の量を測定する場合、それぞれの電極部において、検出する物質の濃度に対応した電極を用いる必要がある。しかし、本実施の形態に係る制御方法を用いることによって、各電極部に同種の電極を用いることができる。
＜実施の形態３＞
本発明の実施の他の形態について以下に説明する。なお、説明の便宜上、実施の形態１にかかる構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。本実施の形態では、主に、実施の形態１との相違点について説明するものとする。
〔検出器具の構造〕
本実施の形態に係る検出器具１の構造について、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施の形態に係る検出器具１の断面図であり、特に図１の線分Ａ−Ａ’を通り、検出器具１の面方向に垂直な面における断面図であって、図１の矢印方向にみた断面図である。
図１２に示すように、本実施の形態に係る検出器具１においては、固定化部４１〜４３に固定される抗体の量はそれぞれ異なっており、各々の抗体が結合する検出対象物質の検液中における濃度が高いものほど多くなっている。つまり、固定化部４１に固定される抗体は、その抗体が捕捉する検出対象物質の検液中における濃度が他の検出対象物質と比べて低いため、他の固定化部４２〜４３に固定される抗体に比べて多い。一方、固定化部４３に固定される抗体は、その抗体が捕捉する検出対象物質の検液中における濃度が他の検出対象物質と比べて高いため、他の固定化部４１〜４２に固定される抗体に比べて少ない。
本実施の形態によれば、検液中の濃度の差が大きい複数の検出対象物質を検出する場合にも、それぞれの検出対象物質の濃度に対応した量の抗体が固定されているため、各検出領域において抗体と反応する検出対象物質の量が同程度になるため、各電極部に同種の電極を用いることができる。
本発明は、上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明に係る検出器具、分析装置および検出方法は、血液などの試料中に含まれる複数の物質を同時にかつ正確に検出することができるので、臨床検査などの用途に広く好適に使用できる。
本発明の一実施形態に係る検出器具１の構成を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る上層部２の構成を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る下層部３の構成を模式的に示す図である。 図１の線分Ａ−Ａ’を通り、検出器具１の面方向に垂直な面における断面図であって、図１の矢印方向にみた断面図である。 図１の線分Ａ−Ａ’を通り、検出器具１の面方向に垂直な面における断面図であって、図１の矢印方向にみた断面図である。 エレクトロウェッティングバルブの一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る分析装置６の外観図である。 図７に示される分析装置６の、線分Ｂ−Ｂ’を通り、検出器具１の面方向に垂直な面における断面図であって、図７に示す矢印方向からみた断面図である。 本発明の一実施形態に係る検出器具１および分析装置６の制御方法のフローを示す図である。 本発明の一実施形態に係る検出器具１および分析装置６の制御方法のフローを示す図である。 本発明の一実施形態に係る検出器具１および分析装置６の制御方法のフローの一部を示す図である。 図１の線分Ａ−Ａ’を通り、検出器具１の面方向に垂直な面における断面図であって、図１の矢印方向にみた断面図である。
符号の説明
１ 検出器具
６ 分析装置
２６ 主流路（流路）
２７〜２９ 検出領域
３１〜３７ バルブ
３８〜４０ 電極部（検出部）
４１〜４３ 固定化部
５１ 外部接続端子
６２ 入力部（入力手段）
８１ 外部入出力端子（接続手段）
８２ 処理部
８３ 温度調整装置（温度調整手段）
８４ 温度感知装置（温度感知手段）
８５ 熱伝導性シート
８７ バルブ開閉処理部（開閉手段）
８８ 電圧印加処理部（電圧印加手段）
８９ 変換部（変換手段）

Claims (13)

  1. 被検試料を通すための流路を備えており、
    上記流路内に、被検試料中の検出対象物質を検出するための検出領域が複数形成されており、
    上記検出領域は、検出部と、抗体を固定するための固定化部とを備えており、
    複数の上記検出領域の間がバルブで隔てられていることを特徴とする検出器具。
  2. 上記固定化部の各々には、それぞれ異なる抗体が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の検出器具。
  3. 上記流路の下流に固定されている抗体ほど、被検試料中における濃度がより低い検出対象物質を捕捉する抗体であることを特徴とする請求項２に記載の検出器具。
  4. 上記抗体の量は、各々の抗体が結合する検出対象物質の被検試料中における濃度が高いものほど、多いことを特徴とする請求項２または３に記載の検出器具。
  5. 上記流路の内壁が親水性であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の検出器具。
  6. 上記請求項１から５のいずれか１項に記載の検出器具に接続する接続手段と、
    上記バルブの開閉条件を入力する入力手段と、
    上記入力手段に入力された条件に従ってバルブを開閉する開閉手段とを備えていることを特徴とする分析装置。
  7. 上記検出部により検出された検出値から、検出対象物質の濃度を表す値に変換する変換手段をさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載の分析装置。
  8. 上記入力手段は、温度条件の入力をも受け付けるものであり、
    上記温度条件に従って検出器具の温度を調整する温度調整手段をさらに備えていることを特徴とする請求項６または７に記載の分析装置。
  9. 上記検出器具が平板状であって、
    上記温度調整手段は、上記検出器具の長さ方向に平行な面に接触することを特徴とする請求項８に記載の分析装置。
  10. 上記温度調整手段は、上記検出器具と熱伝導性シートを介して接触することを特徴とする請求項８または９に記載の分析装置。
  11. 上記検出器具の温度を測定するための温度感知手段をさらに備えていることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の分析装置。
  12. 被検試料中の複数の異なる検出対象物質を検出するための検出方法であって、
    上記検出対象物質の各々を捕捉するための複数の異なる抗体が固定された流路に、上記被検試料を導入し、上記検出対象物質の各々を捕捉する第１工程と、
    上記検出対象物質と複合体を形成させるための標識付き抗体を流路に導入し、上記検出対象物質と結合させる第２工程と、
    上記標識付き抗体に反応させるための標識認識物質を流路に導入する第３工程と、
    上記標識付き抗体と上記標識認識物質とを反応させる第４工程とを有する検出方法において、
    上記標識付き抗体と上記標識認識物質との反応活性は、上記第３工程では抑制されており、上記第４工程において活性化されることを特徴とする検出方法。
  13. 上記標識付き抗体と上記標識認識物質との反応活性が目的の活性となるように、温度条件を変化させることによって、当該反応活性を調整することを特徴とする請求項１２に記載の検出方法。
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