JP2012078183A - Sensor system - Google Patents

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Ikuo Uematsu
育生 植松
Ichiro Tono
一郎 東野
Shingo Kasai
晋吾 葛西
Tomohiro Takase
智裕 高瀬
Isao Nawata
功 縄田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system for uniformly agitating antibody label particles and a specimen in the same mechanism and then transferring liquid onto a chip and performing detection.SOLUTION: A sensor system includes a specimen liquid mixing device and an optical waveguide sensor. The specimen liquid mixing device includes: a device body; a specimen liquid storage chamber formed in the body; a mixing chamber formed in the body, connected to the specimen liquid storage chamber through a first flow channel, and containing antibody label particles to which a second substance specifically reacting to a substance to be measured in the specimen is fixed; a minute pump inserted into the body at an lower end thereof so as to communicate with the mixing chamber and capable of performing suction and discharge; and a mixed liquid transfer space formed above the mixing chamber in the body, connected to the mixing chamber at one end thereof through a second flow channel having a cross section larger than that of the first flow channel, and having an opening to the outside at the other end thereof. The optical waveguide sensor includes a sensing unit placed in the mixed liquid transfer space and having a first substance specifically reacting to the substance to be measured fixed on a surface thereof.

Description

本発明の実施形態は、センサシステムに関し、特に血液や血清等の検体液中の酵素活性を定量するセンサシステムに係わる。   Embodiments described herein relate generally to a sensor system, and more particularly to a sensor system that quantifies enzyme activity in a sample liquid such as blood or serum.

血液などの生物体液中の成分は医療診断に関して有用な情報を提供するものである。その分析方法は、溶液中で測定対象物質の反応に必要な試薬類と血液や血清等の検体液とを混合し、吸光度等の変化を計測することで定量する方法(湿式法)が一般的である。これに対し、操作の簡便性に優れる方法、すなわちシート上やセル内等の反応部に予め必要試薬類が乾燥状態で配置し、検体液を導入するだけで検出可能な方法(乾式法)が近年盛んに開発されている。   Components in biological fluids such as blood provide useful information regarding medical diagnosis. The analysis method is generally a method (wet method) in which a reagent necessary for the reaction of the substance to be measured is mixed with a sample liquid such as blood or serum in a solution, and the change is measured by measuring changes in absorbance, etc. It is. On the other hand, there is a method that is easy to operate, that is, a method (dry method) that can be detected by simply placing the necessary reagents in a dry state in the reaction part on the sheet or in the cell in advance and introducing the sample liquid. It has been actively developed in recent years.

抗体を標識した微粒子と光導波路型センサを用いて、より少量の被測定検体量で、より短時間において、被測定検体の測定対象物質を定量測定することが可能な測定システム、及び物質の測定方法および物質測定用キットが提案されている。(例えば、特許文献1参照)   Measurement system capable of quantitatively measuring the measurement target substance in a shorter amount of sample to be measured in a shorter amount of time using a microparticle labeled with an antibody and an optical waveguide sensor, and measurement of the substance Methods and substance measurement kits have been proposed. (For example, see Patent Document 1)

特開2009−133842号公報JP 2009-133842 A

しかしながら、上述したような従来の抗体標識微粒子と光導波路センサを組み合わせた測定システムでは、センサ上に抗体標識微粒子を配した状態に検体を導入し、自然撹拌により抗体標識微粒子と検体を混合させ、混合と同時に検出させる形をとっていた。しかし、自然撹拌による抗体標識微粒子と検体の混合では、混合が不十分となり、感度ばらつきが懸念されている。   However, in the measurement system that combines the conventional antibody-labeled fine particles and the optical waveguide sensor as described above, the sample is introduced in a state where the antibody-labeled fine particles are arranged on the sensor, and the antibody-labeled fine particles and the sample are mixed by natural stirring, It was in the form of being detected simultaneously with mixing. However, mixing of antibody-labeled microparticles and a sample by natural agitation is insufficient, and there is concern about sensitivity variations.

そこで、本発明は上記の事情に基づきなされたもので、その目的とするところは、抗体標識微粒子と検体を同一機構内で均一に撹拌した後、チップ上へ送液、検出するシステム、を提供しようとするものである。   Accordingly, the present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a system for feeding and detecting the antibody-labeled fine particles and the sample on the chip after they are uniformly stirred in the same mechanism. It is something to try.

実施形態に係るセンサシステムは、検体液混合装置と、この混合装置に取り付けられた平面型光導波路センサとを具備し、前記検体混合装置は、装置本体と、この本体に形成された検体液収納室と、前記本体に形成され、前記検体液収納室と第1流路を通して接続されると共に前記検体中の被測定対象物質と特異的に反応する第2物質が固定化された抗体標識微粒子が収納された混合室と、前記本体に下端が前記混合室と連通するように挿着された吸引・吐出動作が可能な微小ポンプと、前記本体に前記混合室より上方に位置して形成され、一端が前記混合室と前記第1流路より大きい断面積を持つ第2流路を通して接続され、他端に外部への開口部を有する混合液流通空間と、を備え、前記光導波路センサは、前記混合液流通空間に位置し、被測定対象物質と特異的に反応する第1物質が表面に固定化されたセンシング部を備えることを特徴とする。   The sensor system according to the embodiment includes a sample liquid mixing device and a planar optical waveguide sensor attached to the mixing device. The sample mixing device includes a device main body and a sample liquid storage formed in the main body. And antibody labeled microparticles formed in the chamber and connected to the sample fluid storage chamber through the first flow path and to which the second substance that specifically reacts with the substance to be measured in the sample is immobilized. A housed mixing chamber, a micro pump capable of suction / discharge operation inserted into the main body so that a lower end thereof communicates with the mixing chamber, and formed above the mixing chamber in the main body; One end of which is connected to the mixing chamber through a second flow path having a larger cross-sectional area than the first flow path, and the other end has a liquid mixture circulation space having an opening to the outside, and the optical waveguide sensor includes: Located in the mixed liquid circulation space Characterized in that it comprises a sensing portion in which the first substance which specifically reacts with the target substance is immobilized on the surface.

本発明の実施形態に係るセンサシステムを示す平面図。The top view which shows the sensor system which concerns on embodiment of this invention. 図1のII−II線に沿う断面図。Sectional drawing which follows the II-II line | wire of FIG. 図1のセンサシステムに組み込まれる平面型光導波路センサを示す断面図。Sectional drawing which shows the planar optical waveguide sensor integrated in the sensor system of FIG.

以下に、実施例1に係わるセンサシステムを図面を参照して説明する。   Hereinafter, a sensor system according to Example 1 will be described with reference to the drawings.

図1に実施例1に係るセンサシステムを示す平面図、図2は図1のII−II線に沿う断面図、図3は図1に組み込まれる平面型光導波路センサを示す概略断面図である。   FIG. 1 is a plan view showing a sensor system according to a first embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a planar optical waveguide sensor incorporated in FIG. .

センサシステムは、検体液混合装置1と、この検体液混合装置1に取り付けられた平面型光導波路センサ21とを具備する。   The sensor system includes a sample liquid mixing apparatus 1 and a planar optical waveguide sensor 21 attached to the sample liquid mixing apparatus 1.

検体液混合装置1は、例えば黒色アクリル樹脂から作られる装置本体である矩形状のブロック2を備えている。矩形状のブロック2は矩形状の下部ブロック片2aと矩形状の上部ブロック片2bをそれらの間に薄膜スペーサ3を介して固定した構造を有する。例えば円柱状の混合室4は、ブロック2の中央の内部に形成されている。すなわち、混合室4はスペーサ3を貫通して下部ブロック片2aを円柱状に穿設して加工することにより形成されている。混合室4内には、検体液中に含まれる測定対象物質と特異的に反応する第2物質が固定化された抗体標識微粒子5が、乾燥状態であらかじめ配置されている。抗体標識微粒子5は、例えばポリスチレン製のラテックスビーズ(商品名)のような樹脂ビーズもしくは金コロイドのような金属コロイド、または酸化チタン粒子のような無機酸化物粒子を用いることができる。微粒子は、アルブミンのようなタンパク質、アガロースのような多糖類、シリカ粒子、カーボン粒子のような非金属粒子も用いることができる。特にラテックスビーズ、金属コロイドが好ましい。ラテックスビーズの中で、後述する光導波路を伝播させる光が赤色レーザの場合、青色ラテックスビーズが好ましい。また、抗体標識微粒子5は50nm〜10μmの径を有することが好ましい。第2物質は、例えば被測定検体の測定対象物質が抗原の場合、抗体を用いることができる。なお、混合室4上方のブロック2(上部ブロック片2a)には後述する微小ポンプの吸引・吐出の繰り返しによって混合室4内の混合液が揺動したときに混合液流通空間に混合液の一部が流出するのを防ぐバッファ空間6が形成されている。   The sample liquid mixing apparatus 1 includes a rectangular block 2 that is an apparatus main body made of, for example, black acrylic resin. The rectangular block 2 has a structure in which a rectangular lower block piece 2a and a rectangular upper block piece 2b are fixed via a thin film spacer 3 therebetween. For example, the cylindrical mixing chamber 4 is formed inside the center of the block 2. That is, the mixing chamber 4 is formed by penetrating the spacer 3 and drilling the lower block piece 2a into a columnar shape. In the mixing chamber 4, antibody-labeled fine particles 5 on which a second substance that specifically reacts with the measurement target substance contained in the sample liquid is immobilized are disposed in advance in a dry state. As the antibody-labeled fine particles 5, for example, resin beads such as polystyrene latex beads (trade name), metal colloids such as gold colloid, or inorganic oxide particles such as titanium oxide particles can be used. As the fine particles, proteins such as albumin, polysaccharides such as agarose, non-metallic particles such as silica particles and carbon particles can also be used. Latex beads and metal colloids are particularly preferable. Of the latex beads, when the light propagating through the optical waveguide described later is a red laser, blue latex beads are preferable. The antibody-labeled fine particles 5 preferably have a diameter of 50 nm to 10 μm. As the second substance, for example, when the substance to be measured of the sample to be measured is an antigen, an antibody can be used. The block 2 (the upper block piece 2a) above the mixing chamber 4 has a liquid mixture in the liquid mixture circulation space when the liquid mixture in the mixing chamber 4 is swung by repeated suction and discharge of a micro pump described later. A buffer space 6 is formed to prevent the portion from flowing out.

円柱状穴の検体液収納室7は、例えば左側のブロック2部分に形成されている。すなわち、検体液収納室7は水平方向に延びる第1流路8を通して混合室4と流体接続されている。第1流路8は混合室4と検体液収納室7の間に位置するスペーサ3を部分的かつ線状に切欠することにより形成される。検体液中に含まれる測定対象物質は、例えば血液、血清、血漿、生体試料、食品等の中に含まれるタンパク質、ペプチド、遺伝子等が挙げられる。具体的には、インスリン、ガゼイン、β−ラクトグロブリン、オボアルブミン、カルシトニン、C−ペプチド、レプチン、β−2−ミクログロブリン、レチノール結合タンパク、α−1−ミクログロブリン、α−フェトプロテイン、癌胎児性抗原、トロポニン−I、クルカゴン様ペプチド、インスリン様ペプチド、腫瘍増殖因子、繊維芽細胞増殖因子、血小板成長因子、上皮増殖因子、コルチゾール、トリヨードサイロニン、サイロキシン等のハプテンホルモン、ジゴキシン、テオフィリン等の薬物、細菌、ウイルス等の感染性物質、肝炎抗体、IgEの他、そばの主要タンパク質複合体、落花生のArah2を含む可溶性タンパク質等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   The sample liquid storage chamber 7 having a cylindrical hole is formed in, for example, the left block 2 portion. That is, the sample liquid storage chamber 7 is fluidly connected to the mixing chamber 4 through the first flow path 8 extending in the horizontal direction. The first flow path 8 is formed by partially and linearly notching the spacer 3 positioned between the mixing chamber 4 and the sample liquid storage chamber 7. Examples of the measurement target substance contained in the sample liquid include proteins, peptides, genes and the like contained in blood, serum, plasma, biological samples, foods and the like. Specifically, insulin, gazein, β-lactoglobulin, ovalbumin, calcitonin, C-peptide, leptin, β-2-microglobulin, retinol binding protein, α-1-microglobulin, α-fetoprotein, carcinoembryonicity Antigen, troponin-I, curcagon-like peptide, insulin-like peptide, tumor growth factor, fibroblast growth factor, platelet growth factor, epidermal growth factor, cortisol, triiodothyronine, hapten hormones such as thyroxine, digoxin, theophylline, etc. Examples include, but are not limited to, infectious substances such as drugs, bacteria, viruses, hepatitis antibodies, IgE, major protein complexes of buckwheat, and soluble proteins including peanut Arah2.

例えば、上部に拡口部を有する円柱状の貫通穴9は、ブロック2の中央部に下端がバッファ空間6に連通し、上端がブロック2上面に開口するように穿設されている。中央逆台錐形状をなす吸引・吐出動作が可能な微小ポンプ10は、貫通穴9内にその貫通穴9内周面と密着して挿入されている。   For example, the columnar through hole 9 having an opening at the top is drilled so that the lower end communicates with the buffer space 6 at the center of the block 2 and the upper end opens on the upper surface of the block 2. A micro pump 10 having a central inverted trapezoidal shape capable of suction and discharge is inserted into the through hole 9 in close contact with the inner peripheral surface of the through hole 9.

前記平面型光導波路センサ21と同形状の第1矩形穴11は、ブロック2の右側部分に形成されている。第1矩形穴11は、その右端がブロック2の右側面から僅かな距離を空けて形成されている。第1矩形穴11より小さい面積をもつ第2矩形穴12は、第1矩形穴11の底面に第1矩形穴11と略相似的に形成されている。第2矩形穴12の形成により第1矩形穴11の底面は平面型光導波路センサが載置される矩形枠状面13になる。第2矩形穴12は、後述する第2流路14および第3流路15の形成により混合液流通空間として機能する。第2矩形穴12の底面は混合室4の上面のブロック2に位置されることが好ましい。なお、第1、第2矩形穴11,12はブロック2の上部ブロック片2bを穿設する加工を施すことにより形成される。   A first rectangular hole 11 having the same shape as the planar optical waveguide sensor 21 is formed in the right side portion of the block 2. The right end of the first rectangular hole 11 is formed with a slight distance from the right side surface of the block 2. The second rectangular hole 12 having an area smaller than the first rectangular hole 11 is formed on the bottom surface of the first rectangular hole 11 substantially similar to the first rectangular hole 11. By forming the second rectangular hole 12, the bottom surface of the first rectangular hole 11 becomes a rectangular frame surface 13 on which the planar optical waveguide sensor is placed. The second rectangular hole 12 functions as a mixed liquid circulation space by forming a second flow path 14 and a third flow path 15 described later. The bottom surface of the second rectangular hole 12 is preferably positioned on the block 2 on the top surface of the mixing chamber 4. The first and second rectangular holes 11 and 12 are formed by performing a process of drilling the upper block piece 2b of the block 2.

第2流路14は、ブロック2に第2矩形穴12底面の左端部分から混合室4上面の右端に向けて下方に傾斜するように形成されている。第2矩形穴12は第2流路14を通して混合室4に流体接続される。第2流路14は、その最も小さい断面部分が第1流路8の断面より例えば2倍以上の面積を有する。第1流路8と第2流路14の関係は、例えば第1流路8の断面が1mm(幅)×0.1mm(高さ)とした場合、第2流路14の断面が2mm(幅)×1mm(高さ)とすることによって、第1流路8と第2流路14の間で充分なコンダクタンス差を生じさせることが可能になる。このため、微小ポンプ10の吸引・吐出による混合室4内の液の混合・攪拌時にその液が検体液収納室7に逆流するのを防止することが可能となる。   The second flow path 14 is formed in the block 2 so as to be inclined downward from the left end portion of the bottom surface of the second rectangular hole 12 toward the right end of the upper surface of the mixing chamber 4. The second rectangular hole 12 is fluidly connected to the mixing chamber 4 through the second flow path 14. The second flow path 14 has an area whose smallest cross-sectional portion is, for example, twice or more that of the cross section of the first flow path 8. The relationship between the first flow path 8 and the second flow path 14 is, for example, when the cross section of the first flow path 8 is 1 mm (width) × 0.1 mm (height), the cross section of the second flow path 14 is 2 mm ( By setting the width to 1 mm (height), a sufficient conductance difference can be generated between the first flow path 8 and the second flow path 14. For this reason, it is possible to prevent the liquid from flowing back into the sample liquid storage chamber 7 when the liquid in the mixing chamber 4 is mixed and stirred by the suction / discharge of the micro pump 10.

第3流路15は、ブロック2に第2矩形穴12底面の右端部分からブロック2の右側面に向けて下方に傾斜するように形成されている。すなわち、第3流路15はその他端がブロック2の右側面に開口されて開口部16を形成している。第3流路15は混合液が混合室4から混合液流通空間へ移送される際の圧抜きの役目を果たす他、必要に応じて第2矩形穴12を流通した混合液を排出する役目をなす。逆止弁17は、ブロック2の右側面に第3流路15の開口部16を開閉するように取り付けられている。逆止弁17は、内部から外部へ圧力が加わる時に第3流路15の開口部16を開き、逆に内部へ吸引圧力が加わる時に第3流路15の開口部16を閉じるように機能する。ただし、検体液収納室7に導入される検体液が、毛細管現象および混合室4に予め乾燥状態で配置されている微粒子5等による吸収効果によって混合室4内に速やかに移動するのに充分程度その粘性が低い場合においては、逆支弁17は後述するように必ずしも必要ではない。   The third flow path 15 is formed in the block 2 so as to incline downward from the right end portion of the bottom surface of the second rectangular hole 12 toward the right side surface of the block 2. That is, the other end of the third flow path 15 is opened on the right side surface of the block 2 to form the opening 16. The third flow path 15 serves not only for depressurization when the mixed liquid is transferred from the mixing chamber 4 to the mixed liquid circulation space, but also for discharging the mixed liquid that has circulated through the second rectangular hole 12 as necessary. Eggplant. The check valve 17 is attached to the right side surface of the block 2 so as to open and close the opening 16 of the third flow path 15. The check valve 17 functions to open the opening 16 of the third flow path 15 when pressure is applied from the inside to the outside, and to close the opening 16 of the third flow path 15 when suction pressure is applied to the inside. . However, the sample liquid introduced into the sample liquid storage chamber 7 is sufficiently high to quickly move into the mixing chamber 4 due to capillarity and the absorption effect by the fine particles 5 or the like previously placed in the mixing chamber 4 in a dry state. When the viscosity is low, the reverse support valve 17 is not always necessary as will be described later.

平面型光導波路センサ21は第2矩形穴12周囲の矩形枠状面13に、そのセンシング膜が第2矩形穴12の方向に向くように載置されている。平面型光導波路センサ21は遮光性を有する両面テープ(図示せず)でブロック2に密着され、混合液流通空間として機能する第2矩形穴12から液漏れがないように密封している。   The planar optical waveguide sensor 21 is placed on the rectangular frame surface 13 around the second rectangular hole 12 so that the sensing film faces the direction of the second rectangular hole 12. The planar optical waveguide sensor 21 is in close contact with the block 2 with a light-shielding double-sided tape (not shown), and is sealed so as not to leak liquid from the second rectangular hole 12 that functions as a mixed liquid circulation space.

平面型光導波路センサ21は、図3に示すようにガラス基板22を備える。ガラス基板22の主面の両端部付近には、光学要素である一対のグレーティングである入射側グレーティング23aと出射側グレーティング23bが形成されている。これらのグレーティング23a,23bは、ガラス基板22より高い屈折率を有する例えば酸化チタンから作られている。また、ガラス基板22の主面には、膜厚3〜300μmの光導波路層24が形成されている。この光導波路層24は、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂または無アルカリガラスから形成することができる。詳細には、ここで用いる材料とは、ガラス基板22より高屈折率であり所定の光の透過性を有する材料であって、特に、ポリスチレンを主たる構造とするエポキシ樹脂等であることが好ましい。この光導波路センサは、グレーティング23a,23b間に位置する光導波路層24上に、被測定検体の測定対象物質と特異的に反応する第1物質が固定化されているセンシング部25が形成されている。第1物質の固定化は、例えばシランカップリング剤等により疎水化処理した表面上に前記物質の疎水性相互作用により固定化する。第1物質は、例えば被測定検体の測定対象物質が抗原の場合、抗体を用いることができる。   The planar optical waveguide sensor 21 includes a glass substrate 22 as shown in FIG. Near both end portions of the main surface of the glass substrate 22, an incident side grating 23a and an output side grating 23b, which are a pair of gratings as optical elements, are formed. These gratings 23 a and 23 b are made of, for example, titanium oxide having a higher refractive index than the glass substrate 22. An optical waveguide layer 24 having a thickness of 3 to 300 μm is formed on the main surface of the glass substrate 22. The optical waveguide layer 24 can be formed of, for example, a thermosetting resin such as a phenol resin or an epoxy resin, or alkali-free glass. Specifically, the material used here is a material having a higher refractive index than the glass substrate 22 and a predetermined light transmittance, and is particularly preferably an epoxy resin or the like having a main structure of polystyrene. In this optical waveguide sensor, a sensing unit 25 in which a first substance that specifically reacts with a measurement target substance of a sample to be measured is fixed on an optical waveguide layer 24 located between the gratings 23a and 23b. Yes. For example, the first substance is immobilized on the surface hydrophobized by a silane coupling agent or the like by the hydrophobic interaction of the substance. As the first substance, for example, when the substance to be measured of the specimen to be measured is an antigen, an antibody can be used.

ガラス基板22の裏面側には、レーザ光を図示しない偏光フィルタを通して入射する光源26(例えばレーザダイオード)と、光導波路層24を伝播してガラス基板22から放出された光を受け取る受光素子27(例えばフォトダイオード)がそれぞれ配置されている。   On the rear surface side of the glass substrate 22, a light source 26 (for example, a laser diode) that makes laser light incident through a polarization filter (not shown), and a light receiving element 27 that receives light emitted from the glass substrate 22 through the optical waveguide layer 24. For example, photodiodes are arranged.

次に、図1〜図3に示すセンサシステムの動作を説明する。   Next, the operation of the sensor system shown in FIGS. 1 to 3 will be described.

(a)検体液収納室7内に検体液を収容する。   (A) The sample liquid is stored in the sample liquid storage chamber 7.

(b)微小ポンプ10を駆動してその下端から貫通穴9およびこれと連通するバッファ空間6および混合室4内へ検体液を吸引する。このとき、混合室4、第2流路14、第2矩形穴12である混合液流通空間、および第3流路15を通して連通する開口部16が逆支弁17で遮断される。このため、混合室4、第2流路14、混合液流通空間12、および第3流路15の内部が負圧になり、検体液収納室7内の検体液の一部が第1流路8を通して混合室4内に導入される。   (B) The micro pump 10 is driven to suck the sample liquid from the lower end thereof into the through hole 9, the buffer space 6 communicating with the through hole 9, and the mixing chamber 4. At this time, the mixing chamber 4, the second flow path 14, the mixed liquid circulation space which is the second rectangular hole 12, and the opening 16 communicating through the third flow path 15 are blocked by the reverse support valve 17. For this reason, the inside of the mixing chamber 4, the second flow path 14, the mixed liquid circulation space 12, and the third flow path 15 becomes negative pressure, and a part of the sample liquid in the sample liquid storage chamber 7 is the first flow path. 8 is introduced into the mixing chamber 4.

もしくは、検体液の粘性が充分に低いがゆえに、毛細管現象および混合室4に予め乾燥状態で配置されている微粒子5等による吸収効果によって混合室4内に速やかに移動する場合においては、微小ポンプ10による吸引動作は必ずしも必要とは限らず、その場合逆支弁17は必要ではない。 Alternatively, since the viscosity of the sample liquid is sufficiently low, the micropump is used when the sample liquid moves quickly into the mixing chamber 4 due to capillarity and the absorption effect by the fine particles 5 or the like previously placed in the mixing chamber 4 in a dry state. The suction operation by 10 is not always necessary, and in this case, the reverse valve 17 is not necessary.

(c)微小ポンプ10による吸引・吐出動作を繰り返し、検体液収納室7内の検体液をその吸引・吐出動作サイクル毎に一定量を混合室4に導入していく。このような検体液の混合室4への導入により、混合室4内に予め納入された乾燥した抗体標識微粒子5と検体液とが混合、攪拌される。なお、第2流路14は、その最も小さい断面部分が第1流路8の断面より例えば2倍以上の面積を有する。このため、第1流路8と第2流路14の間で充分なコンダクタンス差を生じさせることが可能になる。その結果、微小ポンプ10による吐出時に混合室4の液が検体液収納室7に逆流するのを防止することが可能になる。   (C) The suction / discharge operation by the micro pump 10 is repeated, and a constant amount of the sample liquid in the sample liquid storage chamber 7 is introduced into the mixing chamber 4 for each suction / discharge operation cycle. By introducing such sample liquid into the mixing chamber 4, the dried antibody-labeled fine particles 5 delivered in advance into the mixing chamber 4 and the sample liquid are mixed and stirred. The second flow path 14 has an area whose smallest cross-sectional portion is, for example, twice or more that of the cross section of the first flow path 8. For this reason, a sufficient conductance difference can be generated between the first flow path 8 and the second flow path 14. As a result, it is possible to prevent the liquid in the mixing chamber 4 from flowing back into the sample liquid storage chamber 7 during discharge by the micro pump 10.

(d)混合、攪拌した後、微小ポンプ10の吐出動作を行う。このとき、微小ポンプ10による吐出力を高めることによって、混合液が混合室4から第2流路14を通して混合液流通空間12へ移送される。   (D) After mixing and stirring, the discharge operation of the micro pump 10 is performed. At this time, the liquid mixture is transferred from the mixing chamber 4 to the liquid mixture circulation space 12 through the second flow path 14 by increasing the discharge force of the micro pump 10.

(e)混合液が混合液流通空間12に移送された後、濃度測定を行う。濃度測定は、光源26からのレーザ光を入射側グレーティング23aを介して光導波路層24に入射させ、その光導波路層24を伝播させた後、出射側グレーティング23bから出射されるレーザ光を受光素子27で受光して、そのレーザ光強度の変化を検出することで行われる。   (E) After the mixed solution is transferred to the mixed solution circulation space 12, the concentration is measured. In the concentration measurement, the laser light from the light source 26 is incident on the optical waveguide layer 24 through the incident side grating 23a, propagates through the optical waveguide layer 24, and then the laser light emitted from the emission side grating 23b is received by the light receiving element. This is performed by receiving light at 27 and detecting a change in the intensity of the laser beam.

ここで、移送された混合液に、センシング部25に固定化された第1物質および抗体標識微粒子に固定化された第2物質と特異的に反応する抗原が存在しないと、第2物質は第1物質と結合することなく混合液中に分散する。この状態でレーザ光を光導波路層24で伝播させて表面付近にエバネッセント光を発生させる。このとき、センシング部25上に混合液中の抗体標識微粒子5が分散しているため、抗体標識微粒子5がエバネッセント光領域に殆ど存在しない。そのため、抗体標識微粒子5がエバネッセント光の吸収や散乱に殆ど関与せず、エバネッセント光の強度の減衰が殆ど起きない。その結果、出射側グレーティング23bから出射されるレーザ光を受光素子27で受光した際、そのレーザ光強度が殆ど変化しない。   Here, if the transferred liquid does not contain an antigen that specifically reacts with the first substance immobilized on the sensing unit 25 and the second substance immobilized on the antibody-labeled microparticles, the second substance is the first substance. Disperse in the mixture without binding to one substance. In this state, laser light is propagated through the optical waveguide layer 24 to generate evanescent light near the surface. At this time, since the antibody-labeled fine particles 5 in the mixed solution are dispersed on the sensing unit 25, the antibody-labeled fine particles 5 are hardly present in the evanescent light region. Therefore, the antibody-labeled fine particles 5 hardly participate in the absorption and scattering of the evanescent light, and the intensity of the evanescent light is hardly attenuated. As a result, when the laser beam emitted from the emission side grating 23b is received by the light receiving element 27, the intensity of the laser beam hardly changes.

一方、混合液流通空間12へ移送された混合液に、センシング部25に固定化された第1物質および抗体標識微粒子5に固定化された第2物質と特異的に反応する抗原が存在すると、抗原はセンシング部25の第1物質と抗原抗体反応を生じて結合し、さらに抗体標識微粒子5の第2物質と抗原抗体反応を生じて結合する。つまり、第1物質と第2物質の間で抗原を介して抗原抗体反応を生じるため、抗体標識微粒子5がセンシング部25表面に対して固定化される。この状態でレーザ光を光導波路層24で伝播させて表面付近にエバネッセント光を発生させる。このとき、センシング部25に対して抗体標識微粒子5が固定化されているため、抗体標識微粒子5がエバネッセント光領域に存在することになる。すなわち、抗体標識微粒子5がエバネッセント光の吸収や散乱に関与するため、エバネッセント光の強度の減衰が起きる。その結果、出射側グレーティング23bから出射されるレーザ光を受光素子27で受光した際、そのレーザ光強度が固定化された抗体標識微粒子5の影響によって時間の経過に伴って低下する。   On the other hand, if there is an antigen that specifically reacts with the first substance immobilized on the sensing unit 25 and the second substance immobilized on the antibody-labeled microparticle 5 in the mixed liquid transferred to the mixed liquid circulation space 12, The antigen causes an antigen-antibody reaction and binds to the first substance of the sensing unit 25 and further binds to the second substance of the antibody-labeled microparticle 5 by causing an antigen-antibody reaction. That is, since an antigen-antibody reaction occurs between the first substance and the second substance via the antigen, the antibody-labeled fine particles 5 are immobilized on the surface of the sensing unit 25. In this state, laser light is propagated through the optical waveguide layer 24 to generate evanescent light near the surface. At this time, since the antibody-labeled fine particles 5 are fixed to the sensing unit 25, the antibody-labeled fine particles 5 are present in the evanescent light region. That is, since the antibody-labeled fine particles 5 are involved in the absorption and scattering of the evanescent light, the intensity of the evanescent light is attenuated. As a result, when the laser beam emitted from the emission side grating 23b is received by the light receiving element 27, the intensity of the laser beam decreases with the passage of time due to the influence of the immobilized antibody-labeled fine particles 5.

受光素子27で受光したレーザ光強度の低下率は、センシング部25に対して固定化される抗体標識微粒子5の量、つまり抗原抗体反応に関与する検体中の抗原濃度に比例する。したがって、抗原濃度が既知の被測定検体溶液において時間の経過に伴うレーザ光強度の低下曲線を作成し、この曲線の所定の時間でのレーザ光強度の低下率を求め、抗原濃度とレーザ光強度の低下率との関係を示す検量線を予め作成する。前記方法で測定した時間とレーザ光強度の低下曲線から所定の時間でのレーザ光強度の低下率を求め、このレーザ光強度の低下率を前記検量線と照合させることにより、検体中の抗原濃度を測定することができる。   The rate of decrease in the intensity of the laser beam received by the light receiving element 27 is proportional to the amount of antibody-labeled fine particles 5 immobilized on the sensing unit 25, that is, the antigen concentration in the specimen involved in the antigen-antibody reaction. Therefore, a laser light intensity decrease curve with the passage of time is created in a sample solution whose antigen concentration is known, and the rate of decrease of the laser light intensity over a predetermined time of this curve is obtained. A calibration curve showing the relationship with the decrease rate is prepared in advance. By determining the laser light intensity decrease rate at a predetermined time from the time measured by the above method and the laser light intensity decrease curve, and comparing the laser light intensity decrease rate with the calibration curve, the antigen concentration in the specimen Can be measured.

(f)濃度測定終了後、必要に応じて微小ポンプ10の吐出動作を行う。微小ポンプ10の吐出動作によって、混合液は第3流路15を経由して開口部16から外部へ排出される。   (F) After the concentration measurement, the discharge operation of the micro pump 10 is performed as necessary. By the discharge operation of the micro pump 10, the liquid mixture is discharged from the opening 16 to the outside via the third flow path 15.

このような実施形態によれば、微小ポンプ10の吸引・吐出による検体液収納室7内の検体液の混合室4への導入によって、混合室4内で検体液と抗体標識微粒子5の混合・攪拌がなされ、それらの混合を迅速に進行させることができる。   According to such an embodiment, the sample liquid and the antibody-labeled fine particles 5 are mixed and mixed in the mixing chamber 4 by introducing the sample liquid in the sample liquid storage chamber 7 into the mixing chamber 4 by suction / discharge of the micro pump 10. Agitation is performed and mixing of them can proceed rapidly.

また、自然撹拌による抗体標識微粒子と検体の混合では、混合が不十分となり、感度ばらつきが懸念されているところ、本実施形態によれば、混合を十分に進行させることができ、感度ばらつきを低減することができる。 In addition, mixing of antibody-labeled microparticles and a sample by natural agitation is insufficient, and there is concern about variations in sensitivity. According to this embodiment, mixing can be sufficiently advanced and sensitivity variations can be reduced. can do.

さらに、平面型光導波路センサ21の使用により、検体液中の微量の測定対象物を高感度に検出することができる。   Furthermore, by using the planar optical waveguide sensor 21, a very small amount of measurement object in the sample liquid can be detected with high sensitivity.

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…検体液混合装置、2…ブロック、4…混合室、5…抗体標識微粒子、7…検体液収納室、8…第1流路、10…微小ポンプ、12…第2矩形穴(反応液流通空間)、14…第2流路、15…第3流路、17…逆止弁、21…平面型光導波路センサ、24…光導波路層、25…センシング部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sample liquid mixing apparatus, 2 ... Block, 4 ... Mixing chamber, 5 ... Antibody labeled fine particle, 7 ... Sample liquid storage chamber, 8 ... 1st flow path, 10 ... Micro pump, 12 ... 2nd rectangular hole (reaction liquid (Circulation space), 14 ... second flow path, 15 ... third flow path, 17 ... check valve, 21 ... planar optical waveguide sensor, 24 ... optical waveguide layer, 25 ... sensing section

Claims (4)

検体液混合装置と、この混合装置に取り付けられた平面型光導波路センサとを具備し、
前記検体混合装置は、装置本体と、この本体に形成された検体液収納室と、前記本体に形成され、前記検体液収納室と第1流路を通して接続されると共に前記検体中の被測定対象物質と特異的に反応する第2物質が固定化された抗体標識微粒子が収納された混合室と、前記本体に下端が前記混合室と連通するように挿着された吸引・吐出動作が可能な微小ポンプと、前記本体に前記混合室より上方に位置して形成され、一端が前記混合室と前記第1流路より大きい断面積を持つ第2流路を通して接続され、他端に外部への開口部を有する混合液流通空間と、を備え、
前記光導波路センサは、前記混合液流通空間に位置し、被測定対象物質と特異的に反応する第1物質が表面に固定化されたセンシング部を備えることを特徴とするセンサシステム。
A sample liquid mixing device, and a planar optical waveguide sensor attached to the mixing device,
The sample mixing apparatus includes an apparatus main body, a sample liquid storage chamber formed in the main body, and formed in the main body, connected to the sample liquid storage chamber through the first flow path, and an object to be measured in the sample A mixing chamber containing antibody-labeled microparticles in which a second substance that specifically reacts with the substance is immobilized, and a suction / discharge operation inserted into the main body so that the lower end communicates with the mixing chamber are possible. The micro pump is formed in the main body above the mixing chamber, and one end is connected to the mixing chamber through a second channel having a larger cross-sectional area than the first channel, and the other end is connected to the outside. A mixed liquid circulation space having an opening,
The optical waveguide sensor includes a sensing unit that is located in the mixed solution circulation space and has a first substance that specifically reacts with a substance to be measured fixed on a surface thereof.
前記検体混合装置は、前記本体に取り付けられ、前記開口部を開閉するための逆支弁をさらに備えることを特徴とする請求項1記載のセンサシステム。   The sensor system according to claim 1, wherein the sample mixing device further includes a reverse support valve attached to the main body for opening and closing the opening. 前記抗体標識微粒子は、乾燥状態で前記混合室に配置されることを特徴とする請求項1または2記載のセンサシステム。   The sensor system according to claim 1 or 2, wherein the antibody-labeled fine particles are disposed in the mixing chamber in a dry state. 前記測定対象物質は抗原で、前記測定対象物質と特異的に反応する第1物質および第2物質がそれぞれ抗体であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のセンサシステム。   The sensor system according to any one of claims 1 to 3, wherein the measurement target substance is an antigen, and the first substance and the second substance that specifically react with the measurement target substance are each an antibody.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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