JP2011080999A - Antigen detection method, antigen detector using the same, and microfluid chip - Google Patents
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Description
本発明は、抗原検出方法、これを利用した抗原検出装置及びマイクロ流体チップに関し、より詳細には、空間的に不均一で時間的に変化する電磁場を形成して効率的に検出することができる抗原検出方法、これを利用した抗原検出装置及びマイクロ流体チップに関するものである。 The present invention relates to an antigen detection method, an antigen detection apparatus using the same, and a microfluidic chip. More specifically, the present invention can efficiently detect by forming an electromagnetic field that is spatially nonuniform and temporally changes. The present invention relates to an antigen detection method, an antigen detection apparatus using the same, and a microfluidic chip.
試料から特定の抗原(antigen)の存在有無を検出するための一般的な方法では、先ず、特定の抗原と選択的に結合する抗体(antibody)を、蛍光成分を含むナノビーズ(nano bead)に付着させて形成された抗体蛍光ナノビーズを準備する。特定の抗原の存在の有無をテストする対象としての試料と、抗体蛍光ナノビーズとを一定の比率で混合した後、特定の抗原抗体反応が起こると、抗体と抗原が結合した抗原抗体蛍光ナノビーズが形成される。結局、抗原抗体蛍光ナノビーズが検出されると、試料に特定の抗原が存在するということが分かる。 In a general method for detecting the presence or absence of a specific antigen from a sample, first, an antibody that selectively binds to the specific antigen is attached to a nanobead containing a fluorescent component. The antibody fluorescent nanobeads thus formed are prepared. When a sample to be tested for the presence of a specific antigen is mixed with antibody fluorescent nanobeads at a certain ratio, when a specific antigen-antibody reaction occurs, antigen-antibody fluorescent nanobeads are formed by combining the antibody and antigen. Is done. Eventually, when antigen-antibody fluorescent nanobeads are detected, it can be seen that a specific antigen is present in the sample.
一般的に、マイクロ流体(microfluidics)を利用するバイオセンサ(biosensor)では、少量の試料を蛍光抗体ナノビーズが含有された部分を通して混合領域(Mixing Chamber)に通過させる。 In general, in a biosensor using microfluidics, a small amount of sample is passed through a mixing chamber through a portion containing fluorescent antibody nanobeads.
混合領域を通過した抗原抗体蛍光ナノビーズは、流体の流れ経路上の検出領域(detection chamber)を通過する。検出領域は、流路(fluid channel)の壁面に抗体を付着させた領域を含む。 The antigen-antibody fluorescent nanobeads that have passed through the mixed region pass through a detection chamber on the fluid flow path. The detection region includes a region in which an antibody is attached to the wall surface of the fluid channel.
蛍光ナノビーズの表面上に付着している抗体に抗原が結合された抗原抗体蛍光ナノビーズが検出領域を通過する途中、流体の経路壁に固定された抗体と抗原抗体蛍光ナノビーズの表面の抗原とが結合して、抗原抗体蛍光ナノビーズが検出領域の表面に付着する。 The antigen-antibody fluorescent nanobeads, in which the antigen is bound to the antibody attached on the surface of the fluorescent nanobeads, pass through the detection region, and the antibody immobilized on the fluid path wall binds to the antigen on the surface of the antigen-antibody fluorescent nanobeads Then, antigen-antibody fluorescent nanobeads adhere to the surface of the detection region.
検出領域では、十分な反応時間が経過した後、反応していない(経路の表面に固定されている抗体に付着していない)抗体ナノビーズを洗い流す。外部から検出領域に光を照射する(illuminate)と、選択的な抗原抗体反応により、固定された抗体蛍光ナノビーズから蛍光が発生する。 In the detection region, after a sufficient reaction time has elapsed, antibody nanobeads that have not reacted (not attached to the antibody immobilized on the surface of the pathway) are washed away. When the detection region is irradiated with light from the outside (illuminate), fluorescence is generated from the immobilized antibody fluorescent nanobeads by a selective antigen-antibody reaction.
すなわち、バイオセンサは、このような蛍光を検出することで少量の試料を利用して抗原を検出し、試料内の抗原の濃度を測定することも可能である。 That is, the biosensor can detect an antigen using a small amount of sample by detecting such fluorescence, and can measure the concentration of the antigen in the sample.
一方、抗原抗体蛍光ナノビーズは、コロイド(colloid)状であり、流体内でブラウン運動(Brownian Movement)をしながら流れるため、自然な結合が行われることができる。しかし、抗原と抗体間を結合させるためには、抗原抗体蛍光ナノビーズと抗体を十分に近い距離に位置させる必要がある。すなわち、抗原が結合している抗原抗体蛍光ナノビーズが壁表面に固定されている抗体と反応できるように、十分な時間を必要とする。 On the other hand, the antigen-antibody fluorescent nanobeads are colloidal and flow while performing Brownian movement in the fluid, so that natural binding can be performed. However, in order to bind the antigen and the antibody, it is necessary to locate the antigen-antibody fluorescent nanobead and the antibody at a sufficiently close distance. That is, sufficient time is required so that the antigen-antibody fluorescent nanobeads to which the antigen is bound can react with the antibody immobilized on the wall surface.
また、流体がチャンネル内を流れるとき、流体の流速はチャンネル壁面では零(Zero)になりチャンネルの中心では最大速度を有する層流(laminar flow)現象によって、大きなコロイド粒子は主にチャンネルの中心部に集まって流体とともに移動するようになる。すなわち、チャンネル中心部に集中して流れる抗原抗体蛍光ナノビーズを固定抗体(capture antibody)の存在するチャンネル壁に近づけるようにして、抗原と抗体間の結合が行われるようにしなければならない。 Also, when the fluid flows in the channel, the flow velocity of the fluid becomes zero on the channel wall surface, and a large colloidal particle is mainly in the center of the channel due to a laminar flow phenomenon having a maximum velocity at the center of the channel. Gather together and move with the fluid. That is, the antigen-antibody fluorescent nanobeads that flow in a concentrated manner in the center of the channel must be brought close to the channel wall where the immobilized antibody is present so that the binding between the antigen and the antibody is performed.
結局、流体を停止させた状態でブラウン運動だけに依存してチャンネル壁の抗体と抗原抗体蛍光ナノビーズを結合させる場合には、長い時間を必要とする。さらに、流体が流れる場合には、流体の流れの特性から層流が形成されて、抗原抗体蛍光ナノビーズがチャンネルの中心部に集中して流れやすい。すなわち、抗原抗体蛍光ナノビーズと固定抗体とが反応する確率が低下するため、長い時間を必要とし、さらに多量の試料が必要になる。 Eventually, it takes a long time to bind the antibody on the channel wall and the antigen-antibody fluorescent nanobeads depending only on the Brownian motion with the fluid stopped. Furthermore, when a fluid flows, a laminar flow is formed from the characteristics of the fluid flow, and the antigen-antibody fluorescent nanobeads tend to flow in a concentrated manner at the center of the channel. That is, since the probability that the antigen-antibody fluorescent nanobeads and the immobilized antibody react with each other decreases, a long time is required and a larger amount of sample is required.
すなわち、従来技術には、試料内の抗原と抗体蛍光ナノビーズの間に必要な結合反応が行われるためには、十分な時間及び十分な量の試料を提供しなければならないという不都合があり、固定された抗体と抗原抗体ナノビーズの間に必要な結合反応が行われるように十分な時間及び十分な量の試料を提供しなければならないという不都合がある。 That is, the conventional technique has the disadvantage that a sufficient amount of sample and a sufficient amount of sample must be provided in order for the necessary binding reaction between the antigen in the sample and the antibody fluorescent nanobead to be performed. There is the disadvantage that a sufficient amount of time and a sufficient amount of sample must be provided so that the necessary binding reaction takes place between the prepared antibody and the antigen-antibody nanobeads.
本発明の目的は、空間的に不均一で時間的に変化する電磁場を形成して、効率的に抗原を検出できる抗原検出方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an antigen detection method capable of efficiently detecting an antigen by forming a spatially nonuniform and temporally changing electromagnetic field.
本発明の別の目的は、空間的に不均一で時間的に変化する電磁場を形成して、効率的に抗原を検出できる抗原検出方法を利用した抗原検出装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an antigen detection apparatus that uses an antigen detection method that can efficiently detect an antigen by forming an electromagnetic field that is spatially inhomogeneous and changes with time.
本発明のさらに別の目的は、空間的に不均一で時間的に変化する電磁場を形成して、効率的に抗原を検出できる抗原検出方法を利用したマイクロ流体チップを提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a microfluidic chip using an antigen detection method capable of efficiently detecting an antigen by forming a spatially nonuniform and temporally changing electromagnetic field.
上述した本発明の目的を達成するための抗原検出方法は、第1の抗体とナノビーズ(nanobead)を結合させて抗体ナノビーズを生成する段階と、生成された抗体ナノビーズと抗原を結合させて抗原抗体ナノビーズを生成する段階と、生成された抗原抗体ナノビーズに電場及び磁場のうち少なくとも一つを印加して、生成された抗原抗体ナノビーズと第2の抗体を結合させる段階と、第2の抗体に結合された抗原抗体ナノビーズを検出する段階と、を含む。 An antigen detection method for achieving the above-described object of the present invention includes a step of binding a first antibody and nanobeads to generate antibody nanobeads, and binding the generated antibody nanobeads to an antigen to generate an antigen antibody. Generating a nanobead; applying at least one of an electric field and a magnetic field to the generated antigen-antibody nanobead to bind the generated antigen-antibody nanobead and the second antibody; and binding to the second antibody Detecting the produced antigen-antibody nanobeads.
ここで、ナノビーズは、誘電体(dielectric)及び金属(metal)のうち少なくとも一つを含んでもよい。 Here, the nanobead may include at least one of a dielectric and a metal.
ここで、誘電体は双極子モーメント(dipole moment)を有してもよい。 Here, the dielectric may have a dipole moment.
ここで、ナノビーズは蛍光(fluorescence)成分を含んでもよい。 Here, the nanobead may include a fluorescence component.
ここで、抗原抗体ナノビーズを生成する段階では、抗体ナノビーズに電場及び磁場のうち少なくとも一つを印加してもよい。 Here, in the step of generating antigen-antibody nanobeads, at least one of an electric field and a magnetic field may be applied to the antibody nanobeads.
ここで、生成された抗原抗体ナノビーズと第2の抗体を結合させる段階で、印加する電場及び磁場のうち少なくとも一つは不均一であってもよい。 Here, in the step of binding the generated antigen-antibody nanobead and the second antibody, at least one of the applied electric field and magnetic field may be inhomogeneous.
ここで、生成された抗原抗体ナノビーズと第2の抗体を結合させる段階で、第2の抗体は固定された位置に付着していてもよい。 Here, the second antibody may be attached to a fixed position in the step of binding the generated antigen-antibody nanobead and the second antibody.
上述した本発明の目的を達成するための抗原検出方法を利用した抗原検出装置は、第1の抗体とナノビーズで形成された抗体ナノビーズを抗原と結合させて抗原抗体ナノビーズを生成するための混合領域と、抗原抗体ナノビーズと第2の抗体を結合させるための検出領域と、混合領域及び検出領域のうち少なくとも一つに電場及び磁場のうち少なくとも一つを形成するための電磁場発生部と、を含む。 An antigen detection apparatus using an antigen detection method for achieving the object of the present invention described above is a mixed region for generating an antibody-antibody nanobead by binding an antibody nanobead formed of a first antibody and a nanobead to an antigen. And a detection region for binding the antigen-antibody nanobead and the second antibody, and an electromagnetic field generation unit for forming at least one of an electric field and a magnetic field in at least one of the mixed region and the detection region .
ここで、ナノビーズは、誘電体及び金属のうち少なくとも一つを含んでもよい。 Here, the nanobead may include at least one of a dielectric and a metal.
ここで、誘電体は双極子モーメントを有してもよい。 Here, the dielectric may have a dipole moment.
ここで、ナノビーズは蛍光成分を含んでもよい。 Here, the nanobead may include a fluorescent component.
ここで、電磁場発生部の電場及び磁場のうち少なくとも一つは不均一であってもよい。 Here, at least one of the electric field and the magnetic field of the electromagnetic field generator may be non-uniform.
ここで、第2の抗体は検出領域に付着していてもよい。 Here, the second antibody may be attached to the detection region.
上述した本発明の目的を達成するための抗原検出方法を利用したマイクロ流体チップは、第1の抗体とナノビーズで形成された抗体ナノビーズを抗原と結合させて抗原抗体ナノビーズを生成するための混合領域と、抗原抗体ナノビーズと第2の抗体を結合させるための検出領域と、混合領域及び検出領域のうち少なくとも一つに電場及び磁場のうち少なくとも一つを形成するための電磁場発生部と、を含む。 The microfluidic chip using the antigen detection method for achieving the above-described object of the present invention is a mixed region for producing an antigen-antibody nanobead by binding an antibody nanobead formed of a first antibody and a nanobead to an antigen. And a detection region for binding the antigen-antibody nanobead and the second antibody, and an electromagnetic field generation unit for forming at least one of an electric field and a magnetic field in at least one of the mixed region and the detection region .
ここで、ナノビーズは、誘電体及び金属のうち少なくとも一つを含んでもよい。 Here, the nanobead may include at least one of a dielectric and a metal.
ここで、誘電体は双極子モーメントを有してもよい。 Here, the dielectric may have a dipole moment.
ここで、ナノビーズは蛍光成分を含んでもよい。 Here, the nanobead may include a fluorescent component.
ここで、第2の抗体は検出領域に付着していてもよい。 Here, the second antibody may be attached to the detection region.
ここで、電磁場発生部の電場及び磁場のうち少なくとも一つは不均一であってもよい。 Here, at least one of the electric field and the magnetic field of the electromagnetic field generator may be non-uniform.
ここで、電磁場発生部は、電極アレイ(array)及びマイクロコイルアレイ(micro coil array)のうち少なくとも一つで形成されてもよい。 Here, the electromagnetic field generator may be formed of at least one of an electrode array and a micro coil array.
上記のような抗原検出方法、これを利用した抗原検出装置及びマイクロ流体チップによると、電磁場の影響を受けるナノビーズが時間的、空間的に変化する電磁場の内部に存在すると、電磁場の不均一性によって運動するようになる。特に、空間的に不均一で時間的に変化する電磁場を利用して活発な混合(active mixing)をすることができるため、反応時間を減少させることができ、ナノビーズが固定抗体のある部分に移動するよう流れを制御して、短時間に少量の血液から抗原を検出することができる。 According to the antigen detection method as described above, the antigen detection apparatus using the same, and the microfluidic chip, if nanobeads affected by the electromagnetic field exist inside the electromagnetic field that changes temporally and spatially, the nonuniformity of the electromagnetic field Come to exercise. In particular, active mixing can be performed using a spatially inhomogeneous and time-varying electromagnetic field, reducing reaction time and moving the nanobeads to a portion of the immobilized antibody. The flow can be controlled so that the antigen can be detected from a small amount of blood in a short time.
本発明は、様々な変更を加え、様々な実施形態として具現することができるが、以下では、特定の実施形態を図面に例示し、詳細に説明する。 The present invention can be embodied as various embodiments with various modifications. Hereinafter, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail.
しかし、これは本発明を特定の実施形態により限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲内の全ての変更、均等物並びに代替物を含むと理解すべきである。 However, this should not be construed as limiting the invention to the particular embodiments, but should be understood to include all modifications, equivalents and alternatives within the spirit and scope of the invention.
「第1、第2」などの用語は様々な構成要素を説明するのに使用することができるが、上記の構成要素は上記の用語により限定されてはならない。上記の用語は、ある構成要素を他の構成要素と区別する目的のみで使用される。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない範囲で、第1の構成要素を第2の構成要素と称することもでき、同様に第2の構成要素を第1の構成要素と称することもできる。「及び/または」という用語は、記載した複数の関連項目の組合または記載した複数の関連項目のうち何れかの項目を含む。 Terms such as “first, second” can be used to describe various components, but the above components should not be limited by the above terms. The above terms are only used to distinguish one component from another. For example, the first component can also be referred to as the second component, and similarly, the second component can be referred to as the first component without departing from the scope of rights of the present invention. The term “and / or” includes any item of a combination of a plurality of related items described or a plurality of related items described.
ある構成要素が他の構成要素に「連結されている」または「接続されている」と言及された場合には、その他の構成要素に直接的に連結または接続されていることもできるが、中間にまた他の構成要素が存在することもできると理解されるべきである。一方、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されている」または「直接接続されている」と言及された場合には、中間にまた他の構成要素が存在しないと理解されるべきである。 When a component is referred to as being “coupled” or “connected” to another component, it can also be directly coupled or connected to the other component, It should be understood that other components may also be present. On the other hand, when a component is referred to as being “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between. is there.
本出願で使用した用語は、特定の実施形態を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現は、文脈上明らかな別の記載がない限り、複数の表現を含む。本出願で、「含む」または「有する」などの用語は、明細書に記載の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせが存在することを意味するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせなどの存在または付加可能性を予め排除しないと理解されるべきである。 The terminology used in the present application is used to describe particular embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular form includes the plural form unless the context clearly dictates otherwise. In this application, a term such as “comprising” or “having” means that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification is present, and It should be understood that it does not exclude the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof.
別の定義がない限り、技術的または科学的な用語を含めてここで使用される全ての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解される意味と同じ意味を有している。一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上で内包する意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本出願で明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味に解釈されない。 Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Has meaning. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed as having a meaning consistent with the meaning contained within the context of the related art, and are ideal unless explicitly defined in this application. Or overly formal meaning.
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態をより詳細に説明する。本発明を説明するにあたって全体的な理解を容易にするために、図面上の同じ構成要素には同じ参照符号を使用し、同じ構成要素に対して重複した説明は省略する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate overall understanding in describing the present invention, the same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions for the same components are omitted.
図1は、本発明の一実施形態による抗原検出方法を説明するためのフローチャートである。 FIG. 1 is a flowchart for explaining an antigen detection method according to an embodiment of the present invention.
図1を参照すると、本発明の一実施形態による抗原検出方法は、第1の抗体とナノビーズ(nano bead)を結合させて抗体ナノビーズを生成する段階S110と、生成された抗体ナノビーズと抗原を結合させて抗原抗体ナノビーズを生成する段階S120と、生成された抗原抗体ナノビーズに電場及び磁場のうち少なくとも一つを印加して、生成された抗原抗体ナノビーズと第2の抗体を結合させる段階S130と、第2の抗体と結合した抗原抗体ナノビーズを検出する段階S140とを含んで構成されてもよい。 Referring to FIG. 1, the method for detecting an antigen according to an embodiment of the present invention includes a step S110 of combining a first antibody and a nanobead to generate an antibody nanobead, and binding the generated antibody nanobead and the antigen. Generating antigen antibody nanobeads S120, applying at least one of an electric field and a magnetic field to the generated antigen antibody nanobeads to bind the generated antigen antibody nanobeads to the second antibody S130, And S140 for detecting antigen-antibody nanobeads bound to the second antibody.
先ず、ナノビーズは、誘電体(dielectric)及び金属(metal)のうち少なくとも一つを含んでもよく、誘電体は双極子モーメント(dipole moment)を有してもよい。 First, the nanobead may include at least one of a dielectric and a metal, and the dielectric may have a dipole moment.
ナノビーズが誘電体または金属を含んで構成されると、電場及び磁場下で力を受けるため、不均一な電場及び磁場内部では、受ける力によって移動をするようになる。すなわち、電場及び磁場を不均一に維持しながら、ナノビーズが所望の運動をするように制御することができる。 When the nanobead is configured to include a dielectric or a metal, the nanobead receives a force under an electric field and a magnetic field. That is, the nanobeads can be controlled to perform a desired motion while maintaining the electric field and the magnetic field inhomogeneous.
例えば、ナノビーズに誘電体または金属成分を表面コーティング処理することで、不均一な電場及び磁場の内部で力を受け、不均一な電場及び磁場を制御することにより、ナノビーズを所望の位置に移動させることができる。 For example, by applying a surface coating treatment with a dielectric or metal component to the nanobead, the nanobead is moved to a desired position by receiving a force inside the nonuniform electric field and magnetic field and controlling the nonuniform electric field and magnetic field. be able to.
また、ナノビーズは、蛍光(fluorescence)成分を含んでもよい。ナノビーズが蛍光成分を含んで構成される場合には、最終的に抗原の存在有無を判断するとき、比較的簡単に処理することができる。 The nanobeads may also include a fluorescence component. When the nanobead is configured to include a fluorescent component, it can be processed relatively easily when finally determining the presence or absence of an antigen.
すなわち、蛍光成分が反応する波長帯域の光を照射することで、試料内の抗原の存在有無を簡単に確認できる。すなわち、蛍光成分が照射された光に反応すると、特定抗原が試料内に存在すると判断することができる。 That is, the presence or absence of an antigen in a sample can be easily confirmed by irradiating light in a wavelength band in which a fluorescent component reacts. That is, when the fluorescent component reacts with the irradiated light, it can be determined that the specific antigen is present in the sample.
第1の抗体とナノビーズを結合させて抗体ナノビーズを生成する段階S110では、試料内の抗原の存在有無を判断するための準備作業が行われる。すなわち、抗原の存在有無を判断するために、抗原に結合可能な抗体を準備する。 In step S110 of generating antibody nanobeads by combining the first antibody and nanobeads, a preparatory work for determining the presence or absence of an antigen in the sample is performed. That is, in order to determine the presence or absence of an antigen, an antibody capable of binding to the antigen is prepared.
さらに、最終段階で抗原の存在有無を容易に判断するために、予め抗体にナノビーズを結合させて準備する。このように抗体に結合されたナノビーズを利用して、ナノビーズの運動を強制し、かつ抗原の検出時にナノビーズが蛍光性質を有するようにすることができる。 Furthermore, in order to easily determine the presence or absence of an antigen at the final stage, the antibody is prepared by binding nanobeads in advance. The nanobeads thus bound to the antibody can be used to force the movement of the nanobeads and have the nanobeads have fluorescent properties when detecting an antigen.
次に、生成された抗体ナノビーズと抗原を結合させて抗原抗体ナノビーズを生成する段階S120では、試料内に抗原が存在するか否かを判断するために、試料内に存在する抗原と抗体ナノビーズを結合させる。このような結合により、抗原抗体ナノビーズが生成される。 Next, in step S120 of generating the antigen-antibody nanobead by combining the generated antibody nanobead and the antigen, in order to determine whether the antigen is present in the sample, the antigen present in the sample and the antibody nanobead are used. Combine. Such binding produces antigen-antibody nanobeads.
すなわち、試料内に抗原が存在しないと、抗原抗体ナノビーズが生成されないため、以後の段階で抗原を検出することができないはずである。一方、試料内に抗原が存在すると、このような結合により抗原抗体ナノビーズが生成されて、以後の段階で抗原を検出することができる。 That is, if no antigen is present in the sample, antigen-antibody nanobeads will not be produced, so that it should not be possible to detect the antigen at a later stage. On the other hand, when an antigen is present in the sample, antigen-antibody nanobeads are generated by such binding, and the antigen can be detected at a later stage.
さらに、抗原抗体ナノビーズを生成する段階S120では、抗体ナノビーズに電場及び磁場のうち少なくとも一つを印加してもよい。原則として、抗原抗体ナノビーズを生成するためには、抗原と抗体ナノビーズのブラウン運動(Brownian Movement)に依存する必要がある。しかし、ブラウン運動だけに依存して抗原抗体ナノビーズを生成するのは、長い時間と多量の試料を必要とするため不都合である。 Further, in step S120 of generating antigen-antibody nanobeads, at least one of an electric field and a magnetic field may be applied to the antibody nanobeads. In principle, in order to generate antigen-antibody nanobeads, it is necessary to depend on the Brownian movement of antigen and antibody nanobeads. However, it is inconvenient to produce antigen-antibody nanobeads depending only on Brownian motion because it requires a long time and a large amount of sample.
したがって、抗原と抗体ナノビーズに電場及び磁場を印加することにより、誘電体及び金属成分を有する抗体ナノビーズをより活発に運動させ、これによって、抗原抗体ナノビーズの生成回数を増加させることができる。つまり、より積極的且つ効率的に抗原抗体ナノビーズが生成される。 Therefore, by applying an electric field and a magnetic field to the antigen and the antibody nanobeads, the antibody nanobeads having a dielectric material and a metal component can be moved more actively, thereby increasing the number of generations of the antigen-antibody nanobeads. That is, antigen-antibody nanobeads are generated more actively and efficiently.
次に、生成された抗原抗体ナノビーズに電場及び磁場のうち少なくとも一つを印加して、生成された抗原抗体ナノビーズと第2の抗体を結合させる段階S130は、試料内に抗原が存在するか否かを判断するために、判断の根拠となるナノビーズを検出するために行われる。 Next, in step S130, at least one of an electric field and a magnetic field is applied to the generated antigen-antibody nanobeads to bind the generated antigen-antibody nanobeads and the second antibody, whether or not the antigen is present in the sample. This is done to detect the nanobeads that are the basis for the determination.
一般的な方法によると、抗原抗体ナノビーズがブラウン運動をしながら第2の抗体に結合し、これを検出して、試料内に抗原が存在するか否かを判断する。しかし、ブラウン運動だけに依存する場合、上述したように多数の不都合がある。 According to a general method, antigen-antibody nanobeads bind to the second antibody while performing Brownian motion, and this is detected to determine whether the antigen is present in the sample. However, relying solely on Brownian motion has a number of disadvantages as described above.
したがって、抗原抗体ナノビーズに電場及び磁場のうち少なくとも一つを印加して、抗原抗体ナノビーズを第2の抗体により近い位置に移動させるために力を加えることで、より多数の抗原抗体ナノビーズが第2の抗体と反応する機会を提供する。 Therefore, by applying at least one of an electric field and a magnetic field to the antigen antibody nanobeads and applying a force to move the antigen antibody nanobeads closer to the second antibody, a larger number of antigen antibody nanobeads can be obtained. Provides an opportunity to react with other antibodies.
ここで、生成された抗原抗体ナノビーズと第2の抗体を結合させる段階S130において、印加される電場及び磁場のうち少なくとも一つは、不均一なものであってもよい。 Here, in the step S130 of binding the generated antigen-antibody nanobead and the second antibody, at least one of the applied electric field and magnetic field may be non-uniform.
電場及び磁場が均一に形成されると、抗原抗体ナノビーズは整列状態を維持するため、電場及び磁場を不均一に形成して、抗原抗体ナノビーズが移動するように力を加える。 When the electric field and the magnetic field are uniformly formed, the antigen-antibody nanobeads maintain an aligned state. Therefore, the electric field and the magnetic field are formed unevenly, and a force is applied to move the antigen-antibody nanobeads.
抗原抗体ナノビーズに移動できるような力を加えて、第2の抗体の近くに位置させてもよい。これにより、反応回数が増加して、抗原の検出をより容易にすることができる。 A force capable of moving to the antigen-antibody nanobeads may be applied to locate the second antibody. Thereby, the frequency | count of reaction increases and the detection of an antigen can be made easier.
ここで、生成された抗原抗体ナノビーズと第2の抗体を結合させる段階S130で、第2の抗体は固定された位置に付着していてもよい。第2の抗体に結合した抗原抗体ナノビーズを容易に検出するためには抗原抗体ナノビーズの位置を知る必要があるため、第2の抗体を固定された位置に付着させることで、より容易に抗原を検出することができる。 Here, the second antibody may be attached to a fixed position in the step S130 of binding the generated antigen-antibody nanobead and the second antibody. In order to easily detect the antigen-antibody nanobeads bound to the second antibody, it is necessary to know the position of the antigen-antibody nanobeads, so that the antigen can be more easily attached by attaching the second antibody to the fixed position. Can be detected.
さらに、抗原抗体ナノビーズに電場及び磁場のうち少なくとも一つを印加して加える力は、既に第2の抗体に付着した抗原抗体ナノビーズが取れない範囲内で制御可能であってもよい。 Furthermore, the force applied by applying at least one of an electric field and a magnetic field to the antigen-antibody nanobeads may be controllable within a range where the antigen-antibody nanobeads already attached to the second antibody cannot be removed.
次に、第2の抗体に結合した抗原抗体ナノビーズを検出する段階S140では、抗原抗体ナノビーズを検出することで、試料内の抗原の存在有無を確認することができる。 Next, in step S140 of detecting the antigen antibody nanobeads bound to the second antibody, the presence or absence of the antigen in the sample can be confirmed by detecting the antigen antibody nanobeads.
抗原抗体ナノビーズを検出するために様々な方法を使用してもよいが、一般的にナノビーズとして蛍光ナノビーズを利用し、抗原抗体ナノビーズを検出するために、蛍光ナノビーズが反応する波長帯域の光を照射して蛍光反応を起こしてもよい。 Various methods may be used to detect antigen-antibody nanobeads. Generally, fluorescent nanobeads are used as nanobeads, and in order to detect antigen-antibody nanobeads, light in the wavelength band where fluorescent nanobeads react is irradiated. Then, a fluorescent reaction may be caused.
さらに、ナノビーズの特徴を利用して検出する様々な方法があり、ナノビーズの特徴を利用して検出できる方法であれば制限されることなく本発明に適用できる。 Furthermore, there are various methods for detecting using the characteristics of the nanobeads, and any method capable of detecting using the characteristics of the nanobeads can be applied to the present invention without limitation.
図2は、本発明の一実施形態による抗原検出方法を利用した抗原検出装置を説明するためのブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram for explaining an antigen detection apparatus using an antigen detection method according to an embodiment of the present invention.
図2を参照すると、本発明の一実施形態による抗原検出方法を利用した抗原検出装置200は、第1の抗体とナノビーズで形成された抗体ナノビーズを抗原と結合させて抗原抗体ナノビーズを生成するための混合領域210と、抗原抗体ナノビーズと第2の抗体を結合させるための検出領域220と、混合領域及び検出領域のうちの少なくとも一つに、電場及び磁場のうち少なくとも一つを形成するための電磁場発生部230とを含んでもよい。
Referring to FIG. 2, an
抗原検出装置200に利用されるナノビーズは、誘電体及び金属のうち少なくとも一つを含んでもよい。すなわち、ナノビーズの表面に誘電体及び金属のうち少なくとも一つをコーティング処理してもよい。
The nanobeads used in the
ナノビーズの表面に誘電体及び金属のうち少なくとも一つをコーティング処理することにより、ナノビーズは、誘電体の双極子モーメント(dipole moment)を利用して電場及び磁場内で力を受けることができ、金属成分の特徴によって電場及び磁場内で力を受けることができる。 By coating at least one of a dielectric and a metal on the surface of the nanobead, the nanobead can receive a force in an electric field and a magnetic field by using a dipole moment of the dielectric. Depending on the characteristics of the components, forces can be applied in electric and magnetic fields.
さらに、抗原検出装置200に利用されるナノビーズは蛍光成分を含んでもよい。すなわち、蛍光成分を含むことにより、蛍光成分が反応する光を照射して試料内の抗原を検出することができる。
Furthermore, the nanobeads used in the
第1の抗体とナノビーズで形成された抗体ナノビーズを抗原と結合させて抗原抗体ナノビーズを生成するための混合領域210は、抗原が存在するか否かを判断するための試料と抗体ナノビーズを含む溶液とが互いに混合される領域であってもよい。
The
溶液内で抗原と抗体ナノビーズは原則としてブラウン運動により結合することができる。さらに、電磁場発生部230で印加する電場及び磁場のうち少なくとも一つにより、抗原と抗体ナノビーズは一般的なブラウン運動だけに依存する場合より多くの反応の機会を有するようになる。
In solution, antigen and antibody nanobeads can be bound by Brownian motion in principle. Furthermore, due to at least one of the electric field and magnetic field applied by the
次に、抗原抗体ナノビーズと第2の抗体を結合させるための検出領域220では、上記の抗原抗体ナノビーズを含む溶液が投入されて、第2の抗体と結合する。
Next, in the
ここで、第2の抗体は、検出領域220に付着していてもよい。すなわち、抗原抗体ナノビーズは、ブラウン運動により、検出領域に付着している第2の抗体と結合する。
Here, the second antibody may be attached to the
さらに、電磁場発生部230で印加する電場及び磁場のうち少なくとも一つにより、抗原抗体ナノビーズは第2の抗体により近い位置に移動することができるため、より多くの結合の機会を有するようになる。
Furthermore, at least one of the electric field and magnetic field applied by the
次に、混合領域210及び検出領域220のうち少なくとも一つに電場及び磁場のうち少なくとも一つを形成するための電磁場発生部230は、混合領域210で抗体ナノビーズに力を加えることで、抗原と活発に混合されるようにして、結合の促進を誘導することができる。また、検出領域220で、抗原抗体ナノビーズに力を加えることで、第2の抗体との活発な結合を誘導することができる。
Next, the
ここで、電磁場発生部230からの電場及び磁場のうち少なくとも一つは、不均一なものであってもよい。すなわち、不均一な電場及び磁場により、抗体ナノビーズ及び抗原抗体ナノビーズが力を受け、これによる抗体ナノビーズ及び抗原抗体ナノビーズの移動は、より多くの結合の機会を提供することができる。
Here, at least one of the electric field and the magnetic field from the
図3は、本発明の一実施形態による抗原検出方法を利用したマイクロ流体チップを説明するための概念図である。 FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a microfluidic chip using an antigen detection method according to an embodiment of the present invention.
図3を参照すると、本発明の一実施形態による抗原検出方法を利用したマイクロ流体チップ300は、第1の抗体とナノビーズで形成された抗体ナノビーズを抗原と結合させて抗原抗体ナノビーズを生成するための混合領域310と、抗原抗体ナノビーズと第2の抗体を結合させるための検出領域320と、混合領域310及び検出領域320のうち少なくとも一つに、電場及び磁場のうち少なくとも一つを形成するための電磁場発生部330とを含んでもよい。
Referring to FIG. 3, a
混合領域310、検出領域320及び電磁場発生部330は既に説明されたため、詳しい説明は省略する。
Since the mixing
電磁場発生部330は、電極アレイ(array)及びマイクロコイルアレイ(micro coil array)のうち少なくとも一つで形成されてもよい。これは、電場及び磁場のうち少なくとも一つを不均一に発生させるだけでなく、電場及び磁場を制御して抗原検出の効率を高めるためのものである。
The
また、第2の抗体付着領域321は、第2の抗体が付着している領域であって、抗原抗体ナノビーズに力を加えて第2の抗体が付着している領域に移動させる。これにより、第2の抗体と抗原抗体ナノビーズとの結合の機会が増加する。すなわち、抗原検出の効率を向上させることができる。
The second
以上、実施形態を参照して説明したが、当該技術分野の当業者は下記の特許請求の範囲に記載した本発明の思想及び領域を逸脱しない範囲内で本発明を様々に修正及び変更可能であることを理解できるはずであろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You should understand that there is.
200 抗原検出装置
210 混合領域
220 検出領域
230 電磁場生成部
300 マイクロ流体チップ
310 混合領域
320 検出領域
321 第2の抗体付着領域
330 電磁場生成部
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記生成された抗体ナノビーズと抗原を結合させて抗原抗体ナノビーズを生成する段階と、
前記生成された抗原抗体ナノビーズに電場及び磁場のうちの少なくとも一つを印加して、前記生成された抗原抗体ナノビーズと第2の抗体を結合させる段階と、
前記第2の抗体に結合した前記抗原抗体ナノビーズを検出する段階と、
を含むことを特徴とする、抗原検出方法。 Binding the first antibody and nanobeads to produce antibody nanobeads;
Combining the produced antibody nanobeads with an antigen to produce antigen-antibody nanobeads;
Applying at least one of an electric field and a magnetic field to the generated antigen-antibody nanobeads to bind the generated antigen-antibody nanobeads to a second antibody;
Detecting the antigen-antibody nanobeads bound to the second antibody;
An antigen detection method comprising the steps of:
前記抗原抗体ナノビーズと第2の抗体とを結合させるための検出領域と、
前記混合領域及び前記検出領域のうちの少なくとも一つに、電場及び磁場のうちの少なくとも一つを形成するための電磁場発生部と、
を含むことを特徴とする抗原検出装置。 A mixing region for binding an antibody nanobead formed of a first antibody and a nanobead to an antigen to produce an antigen-antibody nanobead;
A detection region for binding the antigen-antibody nanobead and the second antibody;
An electromagnetic field generator for forming at least one of an electric field and a magnetic field in at least one of the mixing region and the detection region;
An antigen detection apparatus comprising:
前記抗原抗体ナノビーズと第2の抗体を結合させるための検出領域と、
前記混合領域及び前記検出領域のうちの少なくとも一つに、電場及び磁場のうちの少なくとも一つを形成するための電磁場発生部と、
を含むことを特徴とするマイクロ流体チップ。 A mixing region for binding an antibody nanobead formed of a first antibody and a nanobead to an antigen to produce an antigen-antibody nanobead;
A detection region for binding the antigen-antibody nanobead and the second antibody;
An electromagnetic field generator for forming at least one of an electric field and a magnetic field in at least one of the mixing region and the detection region;
A microfluidic chip comprising:
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