JP2015042958A - Method for detecting microorganism to be detected - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel method for quickly and easily detecting a microorganism with high sensitivity.SOLUTION: A method for detecting a microorganism to be detected contained in a sample includes: an adhesion step for making a metal nano particle adhere to a microorganism to be detected contained in a sample; an evaluation step for irradiating the sample with light and evaluating a scattering characteristic of light corresponding to an adhesion condition of the metal nano particle to the microorganism to be detected; and a detection step for detecting the microorganism to be detected based on an evaluation result of the evaluation step.

Description

本発明は、被検出微生物を検出する検出方法に関する。   The present invention relates to a detection method for detecting a microorganism to be detected.

近年、医療産業、食品産業、農業、畜産、養殖、水処理施設などにおいて、微生物検出への関心が高まっている。食品,医薬品,農薬などに存在する汚染微生物は、微量であるにもかかわらず、人の健康に大きく影響しうる。また、病院、老人介護施設における微生物汚染が社会問題化している。さらに、多様な抗菌商品の流通、需要の高まりに見られるように、一般家庭における衛生管理にも関心が高まっている。たとえば、食品加工工場の場合、出荷される食品の抜き取りでの細菌検査や工場内の環境中の細菌検査を実施しているが、培養法による測定の場合、結果が得られるまでに24〜48時間程度要し、出荷するまでの保管コストが高くなる要因となるため、迅速な検出方法が求められている。また、農業分野においても、たとえば水耕栽培の培養液中の細菌数が増加すると発病のリスクが高まる。細菌数を早く把握することで素早く殺菌などの措置が取れるため、迅速な検出方法は有効である。   In recent years, interest in microbial detection has increased in the medical industry, food industry, agriculture, livestock, aquaculture, water treatment facilities, and the like. Contaminating microorganisms present in foods, pharmaceuticals, agricultural chemicals, and the like can greatly affect human health even though the amount is very small. Microbial contamination in hospitals and elderly care facilities is becoming a social problem. Furthermore, as seen in the increasing distribution and demand for various antibacterial products, there is an increasing interest in hygiene management in ordinary households. For example, in the case of a food processing factory, a bacteria test is performed by sampling a food to be shipped and a bacteria test in the environment in the factory. In the case of measurement by a culture method, 24 to 48 until a result is obtained. Since it takes about time and becomes a factor that increases the storage cost until shipping, a rapid detection method is required. In the agricultural field, for example, when the number of bacteria in a culture medium of hydroponics increases, the risk of disease increases. Since measures such as sterilization can be taken quickly by grasping the number of bacteria quickly, a rapid detection method is effective.

このような状況から、微生物汚染を簡単に検出できる技術の必要性が近年急速に高まっている。また、医療現場においては、感染症の原因の病原菌を速やかに特定する必要があることから、病原菌を迅速かつ高感度で検出できる技術が求められている。微生物の検出・特定方法としては、たとえば、ELISA法、ウェスタンブロッティング法などの方法が存在する。これらは、たとえば、抗体(一次抗体)と、微生物固有のタンパク質とを抗原−抗体反応させた後、さらに標識した二次抗体を抗体(一次抗体)と反応させ二次抗体の化学発光やATPの加水分解反応のモニターにより検出を行なう方法である。   Under these circumstances, the need for a technology that can easily detect microbial contamination has increased rapidly in recent years. Moreover, in the medical field, since it is necessary to quickly identify the pathogenic bacteria causing the infectious disease, a technique capable of detecting the pathogenic bacteria quickly and with high sensitivity is required. Examples of methods for detecting and identifying microorganisms include ELISA methods and Western blotting methods. These include, for example, an antigen-antibody reaction between an antibody (primary antibody) and a protein specific to a microorganism, and then a labeled secondary antibody is reacted with an antibody (primary antibody) to cause chemiluminescence of the secondary antibody or ATP. This is a method of detecting by monitoring the hydrolysis reaction.

国際公開第2012/121229号公報(特許文献1)には、検出対象の微生物の鋳型を備えた微生物検出センサーが記載されており、微生物の補足状態に応じた重量変化を検出することが記載されている。   International Publication No. 2012/121229 (Patent Document 1) describes a microorganism detection sensor including a template of a microorganism to be detected, and describes that a change in weight according to a supplemented state of the microorganism is detected. ing.

Hayden, S.C. et al., J. Amer. Chem. Soc. 2012, 134, 6920-6923(非特許文献1)には、大腸菌および枯草菌の表面に金ナノ粒子が凝集する様子を電子顕微鏡像および紫外可視スペクトルで確認していることが報告されている。   Hayden, SC et al., J. Amer. Chem. Soc. 2012, 134, 6920-6923 (Non-Patent Document 1) shows the state of aggregation of gold nanoparticles on the surface of Escherichia coli and Bacillus subtilis. It has been reported that it is confirmed by UV-visible spectrum.

国際公開第2012/121229号公報International Publication No. 2012/121229

Hayden, S.C. et al., J. Amer. Chem. Soc. 2012, 134, 6920-6923Hayden, S.C. et al., J. Amer. Chem. Soc. 2012, 134, 6920-6923

しかしながら、ELISA法、ウェスタンブロッティング法などの方法はいずれも微生物そのものを検出する方法ではなく、また、ELISA法などでは、微生物固有のタンパク質等に対する抗体を作製する必要があり容易ではない。   However, none of the methods such as the ELISA method and the Western blotting method are methods for detecting the microorganism itself, and the ELISA method is not easy because it is necessary to prepare an antibody against a protein unique to the microorganism.

本発明は、迅速かつ簡便で、高感度に微生物を検出できる新規な微生物の検出方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a novel microorganism detection method that can detect microorganisms quickly, simply, and with high sensitivity.

本発明は、試料に含まれる被検出微生物を検出する検出方法であって、試料に含まれる被検出微生物に金属ナノ粒子を付着させる付着工程と、試料に光を照射して、被検出微生物への金属ナノ粒子の付着状態に対応する光の散乱特性を評価する評価工程と、評価工程における評価結果に基づいて、被検出微生物を検出する検出工程と、を備える。   The present invention relates to a detection method for detecting a microorganism to be detected contained in a sample, comprising an attachment step of attaching metal nanoparticles to the microorganism to be detected contained in the sample, and irradiating the sample with light to produce the microorganism to be detected. The evaluation process which evaluates the light scattering characteristic corresponding to the adhesion state of the metal nanoparticle, and the detection process which detects a to-be-detected microorganism based on the evaluation result in an evaluation process are provided.

上記評価工程において、光の散乱特性は、好ましくは、暗視野顕微鏡像の観察、透過光の測定、および散乱光の測定の少なくともいずれか一つにより評価する。たとえば、透過光の強度に基づく消失スペクトルを測定する、または散乱光の強度に基づく散乱スペクトルを測定することにより光の散乱特性を評価することができる。   In the evaluation step, the light scattering property is preferably evaluated by at least one of observation of a dark field microscope image, measurement of transmitted light, and measurement of scattered light. For example, the scattering characteristics of light can be evaluated by measuring the disappearance spectrum based on the intensity of transmitted light or measuring the scattering spectrum based on the intensity of scattered light.

上記付着工程において、金属ナノ粒子は、複合体の形態で付着する形態であってもよい。上記金属ナノ粒子は、金ナノ粒子が例示される。上記付着工程において、金属ナノ粒子にプローブ分子が結合されており、金属ナノ粒子はプローブ分子を介して被検出微生物に付着する形態とすることができる。上記プローブ分子は、被検出微生物の表面部位と化学的相互作用あるいは化学結合することにより前記被検出微生物に付着するものを用いることが好ましい。たとえば、i)被検出微生物の表面部位と静電的相互作用または疎水的相互作用により前記被検出微生物に付着するプローブ分子、ii)タンパク質からなり被検出微生物の表面の糖鎖と結合することにより前記被検出微生物に付着する分子、あるいはiii)抗体からなり被検出微生物の表面の抗原と抗原抗体反応することにより被検出微生物に付着するプローブ分子を用いることができる。   In the attachment step, the metal nanoparticles may be attached in the form of a composite. Examples of the metal nanoparticles include gold nanoparticles. In the attachment step, probe molecules are bound to the metal nanoparticles, and the metal nanoparticles can be attached to the microorganism to be detected via the probe molecules. As the probe molecule, it is preferable to use a probe molecule that adheres to the microorganism to be detected by chemical interaction or chemical bonding with the surface portion of the microorganism to be detected. For example, i) a probe molecule that adheres to the surface of the microorganism to be detected by electrostatic interaction or hydrophobic interaction with the surface of the microorganism to be detected; and ii) is composed of a protein and binds to a sugar chain on the surface of the microorganism to be detected. A molecule that adheres to the microorganism to be detected, or iii) a probe molecule that consists of an antibody and adheres to the microorganism to be detected by reacting with an antigen on the surface of the microorganism to be detected can be used.

上記付着工程において、金属ナノ粒子は被検出微生物の立体構造に相補的な三次元構造の鋳型を備えた高分子層に固定されており、金属ナノ粒子は鋳型を介して被検出微生物に付着する形態であってもよい。   In the attachment step, the metal nanoparticles are fixed to a polymer layer having a three-dimensional template complementary to the three-dimensional structure of the microorganism to be detected, and the metal nanoparticles adhere to the microorganism to be detected through the template. Form may be sufficient.

また、本発明は、試料に含まれる被検出微生物を検出する検出方法であって、試料に含まれる被検出微生物に金属ナノ粒子を付着させる付着工程と、試料に蛍光色素を添加する添加工程と、試料に励起光を照射して、被検出微生物への金属ナノ粒子の付着状態に対応する蛍光特性を評価する評価工程と、評価工程における評価結果に基づいて、被検出微生物を検出する検出工程と、を備える。上記付着工程において、金属ナノ粒子は、複合体の形態で付着する形態であってもよい。   The present invention also provides a detection method for detecting a microorganism to be detected contained in a sample, an attaching step for attaching metal nanoparticles to the microorganism to be detected contained in the sample, and an adding step for adding a fluorescent dye to the sample. , An evaluation process for irradiating the sample with excitation light and evaluating the fluorescence characteristics corresponding to the adhesion state of the metal nanoparticles to the detected microorganism, and a detection process for detecting the detected microorganism based on the evaluation result in the evaluation process And comprising. In the attachment step, the metal nanoparticles may be attached in the form of a composite.

本発明の方法によると、迅速かつ簡便で、高感度に微生物を検出することが可能である。   According to the method of the present invention, it is possible to detect microorganisms quickly and easily with high sensitivity.

第1の実施形態の付着工程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the adhesion process of 1st Embodiment. 金属ナノ粒子複合体の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows an example of a metal nanoparticle composite_body | complex typically. 第1の実施形態の付着工程のプローブ分子による付着方法の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the adhesion method by the probe molecule | numerator of the adhesion process of 1st Embodiment. 第1の実施形態の付着工程の鋳型による付着方法の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the adhesion method by the casting_mold | template of the adhesion process of 1st Embodiment. 第1の実施形態の評価工程において用いられるシステムの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the system used in the evaluation process of 1st Embodiment. 金ナノ粒子(a)、酸化銅ナノ粒子(b)、金ナノラズベリー(c)のTEM像を示す図である。It is a figure which shows the TEM image of a gold nanoparticle (a), a copper oxide nanoparticle (b), and a gold nano raspberry (c). 実験例1において、第1の金属ナノ粒子(negative Au NPs)を用いた場合の電子顕微鏡像(a)と暗視野顕微鏡像(b)を示す図である。In Experimental example 1, it is a figure which shows the electron microscope image (a) at the time of using a 1st metal nanoparticle (negative Au NPs) and a dark field microscope image (b). 実験例1において、第2の金属ナノ粒子(positive Au NPs)を用いた場合の電子顕微鏡像(a)と暗視野顕微鏡像(b)を示す図である。In Experimental example 1, it is a figure which shows the electron microscope image (a) at the time of using a 2nd metal nanoparticle (positive Au NPs), and a dark field microscope image (b). 実験例1において、第3の金属ナノ粒子(positive Cu2O NPs)を用いた場合の電子顕微鏡像(a)と暗視野顕微鏡像(b)を示す図である。In Experimental Example 1, a diagram illustrating an electron microscope image in the case of using the third metal nanoparticles (positive Cu 2 O NPs) and (a) a dark-field microscopic image (b). 実験例1において、第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)を用いた場合の電子顕微鏡像(a)と暗視野顕微鏡像(b)を示す図である。In Experimental example 1, it is a figure which shows the electron microscope image (a) at the time of using a 1st metal nanoparticle composite_body | complex (positive Au nanoraspberry), and a dark field microscope image (b). 実験例1において、緑膿菌のみを含み、金属ナノ粒子または金属ナノ粒子複合体を添加しない場合の暗視野顕微鏡像を示す図である。In Experimental example 1, it is a figure which shows only a Pseudomonas aeruginosa, and shows a dark-field microscope image when not adding a metal nanoparticle or a metal nanoparticle composite_body | complex. 実験例1において、第2の金属ナノ粒子(positive Au NPs)または第3の金属ナノ粒子(positive Cu2O NPs)を用いた場合の散乱スペクトルを示す図である。In Experiment 1, showing the scattering spectrum in the case of using the second metal nanoparticles (positive Au NPs) or third metal nanoparticles (positive Cu 2 O NPs). 実験例1において、第2の金属ナノ粒子(positive Au NPs)または第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)を用いた試料と、緑膿菌のみを含む試料の散乱スペクトルを示す図である。In Experimental example 1, it is a figure which shows the scattering spectrum of the sample using the 2nd metal nanoparticle (positive Au NPs) or the 1st metal nanoparticle complex (positive Au nanoraspberry), and the sample containing only Pseudomonas aeruginosa. is there. 実験例2において、試料2〜4の電子顕微鏡像(a)と、暗視野顕微鏡像(b)を示す図である。In Experimental example 2, it is a figure which shows the electron microscope image (a) of the samples 2-4, and the dark field microscope image (b). 実験例2において、試料1〜6の消失スペクトルを示す図である。In Experimental Example 2, it is a figure which shows the disappearance spectrum of samples 1-6. 緑膿菌の濃度と金属ナノ粒子の付着数との関係を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the relationship between the density | concentration of Pseudomonas aeruginosa and the adhesion number of a metal nanoparticle. 実験例3において、試料8〜13の暗視野顕微鏡像を示す図である。In Experimental example 3, it is a figure which shows the dark-field microscope image of the samples 8-13. 実験例3において、試料7〜13の散乱スペクトルを示す図である。In Experimental Example 3, it is a figure which shows the scattering spectrum of the samples 7-13. 実験例3において、金属ナノ粒子複合体の比率に対する波長600nmの散乱強度の関係を示す図である。In Experimental example 3, it is a figure which shows the relationship of the scattering intensity of wavelength 600nm with respect to the ratio of a metal nanoparticle composite_body | complex. 実験例4において、試料A,B,Cの蛍光スペクトルを示す図である。In Experimental example 4, it is a figure which shows the fluorescence spectrum of sample A, B, and C. FIG. 実験例4において、試料A,14〜21の蛍光スペクトルを示す図である。In Experimental Example 4, it is a figure which shows the fluorescence spectrum of sample A and 14-21. 実験例4において、金ナノ粒子の含有量に対する波長512nmでの蛍光強度の関係を示す図である。In Experimental example 4, it is a figure which shows the relationship of the fluorescence intensity in wavelength 512nm with respect to content of a gold nanoparticle. 実験例4において、試料A2,22〜29の蛍光スペクトルを示す図である。In Experimental Example 4, it is a figure which shows the fluorescence spectrum of sample A2, 22-29. 実験例4において、金ナノラズベリーの含有量に対する波長512nmでの蛍光強度の関係を示す図である。In Experimental example 4, it is a figure which shows the relationship of the fluorescence intensity in wavelength 512nm with respect to content of gold nano raspberry.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。
<第1の実施形態>
第1の実施形態は、試料に含まれる被検出微生物を検出する検出方法であって、試料に含まれる被検出微生物に金属ナノ粒子を付着させる付着工程(St1)と、試料に光を照射して、被検出微生物への金属ナノ粒子の付着状態に対応する光の散乱特性を評価する評価工程(St2)と、評価工程における評価結果に基づいて、被検出微生物を検出する検出工程(St3)と、を備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<First Embodiment>
The first embodiment is a detection method for detecting a microorganism to be detected contained in a sample, an attaching step (St1) for attaching metal nanoparticles to the microorganism to be detected contained in the sample, and irradiating the sample with light. Then, an evaluation step (St2) for evaluating the light scattering characteristics corresponding to the adhesion state of the metal nanoparticles to the detection microorganism, and a detection step (St3) for detecting the detection microorganism based on the evaluation result in the evaluation step And comprising.

評価工程(St2)において、光の散乱特性は、好ましくは、暗視野顕微鏡像の観察、透過光の測定および散乱光の測定の少なくともいずれか一つにより評価する。   In the evaluation step (St2), the light scattering property is preferably evaluated by at least one of observation of a dark field microscope image, measurement of transmitted light, and measurement of scattered light.

[付着工程]
図1は、第1の実施形態の付着工程を模式的に示す図である。金属ナノ粒子1を含む溶液と、被検出微生物2を含む溶液を混合させることにより、被検出微生物2に金属ナノ粒子1を付着させる工程である。
[Adhesion process]
FIG. 1 is a diagram schematically showing an adhesion process according to the first embodiment. This is a step of adhering the metal nanoparticles 1 to the microorganism 2 to be detected by mixing a solution containing the metal nanoparticles 1 and a solution containing the microorganism 2 to be detected.

(被検出微生物)
被検出微生物2は、特に限定されない。たとえば、大腸菌のEscherichia属、緑膿菌などのPseudomonas属、Acinetobacter calcoaceticusなどのAcinetobacter属を始め、Serratia属、Klebsiella属、Enterobacter属、Citrobacter属、Burkholderia属、Sphingomonadase属、Chromobacterium属、Salmonella属、Vibrio属、Legionella属、Campylobacter属、Yersinia属、Proteus属、Neisseria属、Staphylococcus属、Streptococcus属、Enterococcus属、Clostridium属、Corynebacterium属、Listeria属、Bacillus属、Mycobacterium属、Chlamydia属、Rickettsia属、Haemophilus属の細菌が例示される。また、ウィルスとしては、A型肝炎ウィルス、アデノウィルス、ロタウィルス、ノロウィルスが、真菌としてはカンジダが、原虫としてはクリプトスポリジウムが例示される。
(Detected microorganism)
The microorganism 2 to be detected is not particularly limited. For example, Escherichia genus of Escherichia coli, Pseudomonas genus such as Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter genus such as Acinetobacter calcoaceticus, Serratia genus, Klebsiella genus, Enterobacter genus, Citrobacter genus, Burkholderia genus, Sphingomonadase genus, Chromobacterium genus, Salmonella genus, Salmonella genus, Salmonella genus Bacteria, Legionella, Campylobacter, Yersinia, Proteus, Neisseria, Staphylococcus, Streptococcus, Enterococcus, Clostridium, Corynebacterium, Listeria, Bacillus, Mycobacterium, Chlamydia, Rickettsia, Haemophilus Is exemplified. Examples of viruses include hepatitis A virus, adenovirus, rotavirus, and norovirus, candidia as fungi, and cryptosporidium as protozoa.

(金属ナノ粒子)
金属ナノ粒子1は、ナノメートルのオーダーのサイズを有する金属粒子である。ナノメートルのオーダーとは1から数百ナノメートルの範囲を含み、典型的には粒径が1nm〜100nmの範囲である。金属ナノ粒子は、表面プラズモンが観測されるものであれば、特に限定されない。表面プラズモンが観測される金属ナノ粒子1は、被検出微生物2への付着状態に対応して、光の散乱特性が変化する。したがって、散乱特性を評価し(評価工程)、かかる評価結果に基づいて、被検出微生物2への付着状態を検出することができ、被検出微生物2を検出することができる(検出工程)。
(Metal nanoparticles)
The metal nanoparticle 1 is a metal particle having a size on the order of nanometers. The nanometer order includes the range of 1 to several hundred nanometers, and the particle size is typically in the range of 1 nm to 100 nm. The metal nanoparticles are not particularly limited as long as surface plasmons are observed. The metal nanoparticle 1 in which surface plasmon is observed changes in light scattering characteristics in accordance with the state of attachment to the microorganism 2 to be detected. Therefore, the scattering characteristics can be evaluated (evaluation process), the adhesion state to the detected microorganism 2 can be detected based on the evaluation result, and the detected microorganism 2 can be detected (detection process).

金属ナノ粒子1は、単体金属からなるナノ粒子であっても、金属化合物からなるナノ粒子であってもよく、たとえば、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、銅ナノ粒子、酸化銅ナノ粒子が例示される。また、金属ナノ粒子1の被検出微生物2への付着形態としては、図1に示すように、各金属ナノ粒子1がそれぞれ被検出微生物2に付着する形態以外に、複数の金属ナノ粒子が集合して複合体(以下、「金属ナノ粒子複合体」ともいう)を形成し、かかる金属ナノ粒子複合体が被検出微生物に付着する形態が挙げられる。金属ナノ粒子複合体は、複数の金属ナノ粒子が集合している形態であれば特に限定されないが、例えば、複数の金属ナノ粒子が高分子層の表面に保持されている形態を挙げることができる。   The metal nanoparticle 1 may be a nanoparticle made of a single metal or a nanoparticle made of a metal compound, and examples thereof include gold nanoparticles, silver nanoparticles, copper nanoparticles, and copper oxide nanoparticles. The In addition, as shown in FIG. 1, the metal nanoparticles 1 are attached to the microorganism 2 to be detected. In addition to the form in which each metal nanoparticle 1 is attached to the microorganism 2 to be detected, a plurality of metal nanoparticles are gathered. Thus, a complex (hereinafter also referred to as “metal nanoparticle complex”) is formed, and the metal nanoparticle complex adheres to the microorganism to be detected. The metal nanoparticle composite is not particularly limited as long as it is a form in which a plurality of metal nanoparticles are aggregated, and examples thereof include a form in which a plurality of metal nanoparticles are held on the surface of the polymer layer. .

図2は、金属ナノ粒子複合体の一例を模式的に示す図である。金属ナノ粒子複合体5は、複数の金属ナノ粒子1と、金属ナノ粒子1を保持する高分子層4とを備える。たとえば、金イオンと、金イオンの還元剤であるアニリンとを混合することにより、金イオンは還元され金ナノ粒子が生成され、同時にアニリンは酸化されてアニリンオリゴマーが生成されて高分子層4となり、金ナノ粒子複合体(以下、「金ナノラズベリー」ともいう)5が形成される。金ナノラズベリーの直径は通常50〜150nmである。   FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an example of a metal nanoparticle composite. The metal nanoparticle composite 5 includes a plurality of metal nanoparticles 1 and a polymer layer 4 that holds the metal nanoparticles 1. For example, by mixing gold ions and aniline which is a reducing agent for gold ions, the gold ions are reduced to produce gold nanoparticles, and at the same time, the aniline is oxidized to produce aniline oligomers to form the polymer layer 4. A gold nanoparticle composite (hereinafter also referred to as “gold nanoraspberry”) 5 is formed. The diameter of the gold nanoraspberry is usually 50 to 150 nm.

(付着方法)
図3は、第1の実施形態における、金属ナノ粒子1を被検出微生物2に付着させる方法の一例を説明する模式図である。まず、金属ナノ粒子1にプローブ分子3を結合させて、プローブ分子3を介して、被検出微生物2の表面に金属ナノ粒子を付着させる。プローブ分子3は、被検出微生物2の表面部位と化学的相互作用あるいは化学結合により、被検出微生物2に付着する。化学的相互作用あるいは化学結合による付着としては、たとえば、静電的相互作用による付着、疎水的相互作用による付着、被検出微生物2の表面の糖鎖とタンパク質(レクチン等)からなるプローブ分子との結合による付着、被検出微生物2の表面の抗原と抗体からなるプローブ分子との抗原抗体反応による付着等が挙げられる。
(Adhesion method)
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an example of a method of attaching the metal nanoparticles 1 to the microorganism 2 to be detected in the first embodiment. First, the probe molecules 3 are bonded to the metal nanoparticles 1, and the metal nanoparticles are attached to the surface of the microorganism 2 to be detected via the probe molecules 3. The probe molecule 3 is attached to the detected microorganism 2 by chemical interaction or chemical bond with the surface portion of the detected microorganism 2. Examples of attachment by chemical interaction or chemical bond include attachment by electrostatic interaction, attachment by hydrophobic interaction, and a probe molecule consisting of a sugar chain on the surface of the microorganism 2 to be detected and a protein (lectin or the like). Examples include adhesion by binding, adhesion by antigen-antibody reaction between the antigen on the surface of the microorganism 2 to be detected and a probe molecule composed of an antibody.

図3において被検出微生物2の表面に存在する糖鎖や抗原と、特異的に結合するレクチンや抗体などのタンパク質を、金属ナノ粒子1に結合するプローブ分子3とする、プローブ分子3を介して金属ナノ粒子1を被検出微生物2に付着させる方法によると、試料中に複数種類の微生物が含まれる場合でも被検出微生物2を特異的に検出することができるので好ましい。   In FIG. 3, a sugar chain or an antigen present on the surface of the microorganism 2 to be detected and a protein such as a lectin or an antibody that specifically binds are used as the probe molecule 3 that binds to the metal nanoparticle 1 via the probe molecule 3. According to the method of attaching the metal nanoparticles 1 to the microorganism 2 to be detected, the microorganism 2 to be detected can be specifically detected even when a plurality of types of microorganisms are contained in the sample.

図4は、図3に示す方法とは異なる、金属ナノ粒子1を被検出微生物2に付着させる方法を説明する模式図である。図4に示す方法においては、金属ナノ粒子1が高分子層4に保持された金属ナノ粒子複合体5aを用いる。金属ナノ粒子複合体5aの高分子層4の表面に被検出微生物2の立体構造に相補的な三次元構造の鋳型7を形成し、鋳型7を介して金属ナノ粒子複合体5aを被検出微生物2に付着させる方法である。被検出微生物2の立体構造とは、被検出微生物2の全体の立体構造に限定されることはなく、被検出微生物2の特異的部位の立体構造であってもよい。図4においては、被検出微生物2の細胞壁外壁9の構成成分であるリポ多糖(LPS)8の立体構造に相補的な三次元構造の鋳型7が形成されている。被検出微生物2に付着した金属ナノ粒子複合体5aに光を照射すると、散乱光12が観察されるので、散乱特性を測定することにより被検出微生物を検出することができる。   FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a method for attaching the metal nanoparticles 1 to the microorganism 2 to be detected, which is different from the method shown in FIG. In the method shown in FIG. 4, the metal nanoparticle composite 5 a in which the metal nanoparticles 1 are held by the polymer layer 4 is used. A template 7 having a three-dimensional structure complementary to the three-dimensional structure of the microorganism 2 to be detected is formed on the surface of the polymer layer 4 of the metal nanoparticle complex 5a, and the metal nanoparticle complex 5a is detected via the template 7 This is a method of attaching to 2. The three-dimensional structure of the microorganism 2 to be detected is not limited to the entire three-dimensional structure of the microorganism 2 to be detected, and may be a three-dimensional structure of a specific part of the microorganism 2 to be detected. In FIG. 4, a template 7 having a three-dimensional structure complementary to the three-dimensional structure of lipopolysaccharide (LPS) 8 which is a constituent component of the cell wall outer wall 9 of the microorganism 2 to be detected is formed. When the metal nanoparticle composite 5a attached to the microorganism 2 to be detected is irradiated with light, the scattered light 12 is observed. Therefore, the microorganism to be detected can be detected by measuring the scattering characteristics.

被検出微生物2の立体構造に相補的な三次元構造の鋳型7は、国際公開WO2012/121229号公報に記載されている方法にしたがって形成することができる。図4に示すような、被検出微生物2の立体構造に相補的な三次元構造の鋳型7を介して金属ナノ粒子1を被検出微生物2に付着させる方法によると、試料中に複数種類の微生物が含まれる場合でも被検出微生物2を特異的に検出することができるので好ましい。   The template 7 having a three-dimensional structure complementary to the three-dimensional structure of the microorganism 2 to be detected can be formed according to the method described in International Publication WO2012 / 121229. According to the method of attaching the metal nanoparticles 1 to the microorganism 2 to be detected through the template 7 having a three-dimensional structure complementary to the three-dimensional structure of the microorganism 2 to be detected as shown in FIG. Even if it is contained, the microorganism 2 to be detected can be specifically detected, which is preferable.

本発明の実施の形態においては、被検出微生物2に応じて、金属ナノ粒子1を被検出微生物2に付着させる方法を選択する。たとえば、被検出微生物2が全体または表面の電荷が負電荷過剰の状態にある微生物であれば、プローブ分子3と被検出微生物2との静電相互作用による付着方法を選択することができる。このような、金属ナノ粒子1とプローブ分子3の組み合わせとして金ナノ粒子とアミノエタンチオールとの組み合わせが例示される。金ナノ粒子と組み合わせて用いられるプローブ分子3としては、アミノエタンチオール以外にも、アミノ基とチオール基を有する分子が好ましく用いられる。このような分子は、チオール基が金ナノ粒子に配位結合し、またアミノ基が正電荷を有することにより全体または表面の電荷が負電荷過剰の状態にある微生物に静電相互作用により付着するからである。   In the embodiment of the present invention, a method for attaching the metal nanoparticles 1 to the detected microorganism 2 is selected according to the detected microorganism 2. For example, if the microorganism 2 to be detected is a microorganism having a negative or excessive charge on the entire surface or the surface, an attachment method by electrostatic interaction between the probe molecule 3 and the microorganism 2 to be detected can be selected. Examples of such a combination of metal nanoparticles 1 and probe molecules 3 include a combination of gold nanoparticles and aminoethanethiol. As probe molecules 3 used in combination with gold nanoparticles, molecules having an amino group and a thiol group are preferably used in addition to aminoethanethiol. Such molecules are attached by electrostatic interaction to microorganisms in which the thiol group is coordinated to the gold nanoparticle and the amino group has a positive charge, so that the whole or surface charge is in a negatively charged excess state. Because.

[評価工程]
評価工程においては、被検出微生物への金属ナノ粒子の付着状態に対応する光の散乱特性を評価する。表面プラズモンが観測される金属ナノ粒子が被検出微生物に付着した場合に、表面プラズモン共鳴が生じ、光を照射した場合に散乱光が生じて光の散乱特性が変化する。したがって、被検出微生物の有無、または被検出微生物の濃度に応じて金属ナノ粒子の被検出微生物への付着状態が変化し、表面プラズモン共鳴の程度が変化して、散乱光の強度が変化したり、または散乱光のピークがシフトしたりするなど、光の散乱特性が変化する。評価工程では、かかる光の散乱特性を評価する。光の散乱特性は、好ましくは、暗視野顕微鏡像の観察、透過光の強度に基づく消失スペクトルの測定および散乱光の強度に基づく散乱スペクトルの測定の少なくともいずれか一つにより評価する。消失スペクトルは、吸収スペクトルと散乱スペクトルの和であり、消失スペクトルを解析することにより散乱特性を評価することができる。
[Evaluation process]
In the evaluation step, light scattering characteristics corresponding to the state of adhesion of the metal nanoparticles to the microorganism to be detected are evaluated. When metal nanoparticles in which surface plasmons are observed adhere to the microorganism to be detected, surface plasmon resonance occurs, and when light is irradiated, scattered light is generated and light scattering characteristics change. Therefore, depending on the presence or absence of the microorganism to be detected or the concentration of the microorganism to be detected, the adhesion state of the metal nanoparticles to the microorganism to be detected changes, the degree of surface plasmon resonance changes, and the intensity of scattered light changes. Or the scattering characteristics of the light change, such as the peak of the scattered light shifting. In the evaluation step, the light scattering characteristics are evaluated. The light scattering property is preferably evaluated by at least one of observation of a dark field microscope image, measurement of an extinction spectrum based on the intensity of transmitted light, and measurement of a scattering spectrum based on the intensity of scattered light. The disappearance spectrum is the sum of the absorption spectrum and the scattering spectrum, and the scattering characteristics can be evaluated by analyzing the disappearance spectrum.

図5は、評価工程において、消失スペクトルの測定または散乱スペクトルの測定を行うために用いられるシステムの一例を示す模式図である。システム20において、光源13から所望の光を検出対象の試料16に照射し、試料16からの散乱光9を、光の照射方向に対して90°の方向に配置された検出器18により検出し、散乱スペクトルを測定する。光の照射方向に配置された検出器19では、透過光を検出することにより消失スペクトルを測定することができる。システム20は、散乱光を測定する検出器18、または透過光を測定する検出器19の少なくともいずれかが配置されているものであればよい。検出器18、19としては、たとえばフォトダイオード、光電子増倍管(PMT)などを用いることができる。システム20において、光源13としては好ましくは発光ダイオード(LED)が用いられ、光源13から照射される光は、好ましくは波長が400〜800nmの可視光である。光の散乱特性は、図5に示すようなシステムを用いて迅速かつ簡便に評価することができる。   FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a system used for measuring the disappearance spectrum or the scattering spectrum in the evaluation process. In the system 20, the sample 16 to be detected is irradiated with desired light from the light source 13, and the scattered light 9 from the sample 16 is detected by a detector 18 disposed in a direction of 90 ° with respect to the light irradiation direction. Measure the scattering spectrum. In the detector 19 arranged in the light irradiation direction, the disappearance spectrum can be measured by detecting the transmitted light. The system 20 may be any system in which at least one of the detector 18 that measures scattered light and the detector 19 that measures transmitted light is arranged. As the detectors 18 and 19, for example, a photodiode, a photomultiplier tube (PMT) or the like can be used. In the system 20, a light emitting diode (LED) is preferably used as the light source 13, and light emitted from the light source 13 is preferably visible light having a wavelength of 400 to 800 nm. The light scattering characteristics can be evaluated quickly and easily using a system as shown in FIG.

暗視野顕微鏡像は、散乱光により形成される像であり、かかる像の観察より被検出微生物への金属ナノ粒子の付着状態を直接的に明確に確認することができる。暗視野顕微鏡による観察は、電子顕微鏡による観察と比較して、迅速かつ簡便に観察することができるという利点がある。なお、散乱強度は、試料における各被検出微生物への金属ナノ粒子の付着量に応じて一定の付着量までは大きくなるので、観察される暗視野顕微鏡像も鮮明となる。   The dark-field microscopic image is an image formed by scattered light, and the adhesion state of the metal nanoparticles to the microorganism to be detected can be directly and clearly confirmed from the observation of the image. The observation with the dark field microscope has an advantage that it can be observed quickly and easily as compared with the observation with the electron microscope. In addition, since the scattering intensity increases up to a certain adhesion amount according to the adhesion amount of the metal nanoparticles to each microorganism to be detected in the sample, the observed dark field microscopic image is also clear.

[検出工程]
検出工程においては、評価工程の評価結果に基づいて、被検出微生物を検出する。被検出微生物の有無、被検出微生物の濃度に応じて散乱特性がどのように変化するかを予め確認しておくことにより、評価工程の評価結果に基づいて、被検出微生物の有無を検出したり、被検出微生物の濃度を検出したりすることができる。なお、暗視野顕微鏡像の観察によると、被検出微生物の有無および濃度を直接計測することができる。
[Detection process]
In the detection step, the microorganism to be detected is detected based on the evaluation result of the evaluation step. Based on the evaluation result of the evaluation process, the presence or absence of the detected microorganism can be detected by checking in advance how the scattering characteristics change depending on the presence or absence of the detected microorganism and the concentration of the detected microorganism. The concentration of the microorganism to be detected can be detected. In addition, according to the observation of the dark field microscopic image, the presence and concentration of the microorganism to be detected can be directly measured.

<第2の実施形態>
第2の実施形態は、試料に含まれる被検出微生物を検出する検出方法であって、試料に含まれる前記被検出微生物に金属ナノ粒子を付着させる付着工程(St11)と、試料に蛍光色素を添加する添加工程(St12)と、試料に励起光を照射して、被検出微生物への金属ナノ粒子の付着状態に対応する蛍光特性を評価する評価工程(St13)と、評価工程における評価結果に基づいて、前記被検出微生物を検出する検出工程(St14)と、を備える。
<Second Embodiment>
The second embodiment is a detection method for detecting a microorganism to be detected contained in a sample, an attaching step (St11) for attaching metal nanoparticles to the microorganism to be detected contained in the sample, and a fluorescent dye on the sample. An addition step (St12) to be added, an evaluation step (St13) in which the sample is irradiated with excitation light and the fluorescence characteristics corresponding to the adhesion state of the metal nanoparticles to the microorganism to be detected are evaluated, and the evaluation results in the evaluation step And a detection step (St14) for detecting the detected microorganism.

本実施形態の付着工程(St11)は、第1の実施形態の付着工程(St1)と同様であるので説明を省略する。添加工程(St12)においては、蛍光を発する蛍光色素を添加する。試料内に存在する金属ナノ粒子に現れる表面プラズモンにより、蛍光色素の蛍光強度は増強される。金属ナノ粒子が存在する場合と存在しない場合、および金属ナノ粒子の量に応じて蛍光強度に違いが生じる。したがって、評価工程(St13)において、被検出微生物に付着した金属ナノ粒子に由来する蛍光特性のみを評価するために、被検出微生物に付着していない金属ナノ粒子は事前に除去しておくことが好ましい。評価工程(St13)においては、試料に励起光を照射して、蛍光特性を評価する。蛍光特性の評価としては、たとえば、蛍光スペクトルの測定、蛍光顕微鏡像の観察が例示される。検出工程(St14)では、かかる蛍光特性の評価に基づいて被検出微生物を検出する。   Since the adhesion process (St11) of this embodiment is the same as the adhesion process (St1) of the first embodiment, the description thereof is omitted. In the adding step (St12), a fluorescent dye that emits fluorescence is added. The fluorescence intensity of the fluorescent dye is enhanced by surface plasmons appearing on the metal nanoparticles present in the sample. Differences in fluorescence intensity occur depending on the presence and absence of metal nanoparticles and the amount of metal nanoparticles. Therefore, in the evaluation step (St13), in order to evaluate only the fluorescence characteristics derived from the metal nanoparticles attached to the detected microorganism, the metal nanoparticles not attached to the detected microorganism may be removed in advance. preferable. In the evaluation step (St13), the sample is irradiated with excitation light to evaluate the fluorescence characteristics. Examples of the evaluation of the fluorescence characteristics include measurement of a fluorescence spectrum and observation of a fluorescence microscope image. In the detection step (St14), the microorganism to be detected is detected based on the evaluation of the fluorescence characteristics.

本実施形態で使用し得る蛍光色素としては、フルオレセイン、ローダミン、ヨウ化プロピジウム、カルセイン、アクリジンオレンジ等が例示される。使用する蛍光色素に応じて励起光の波長を選択する。蛍光色素として、フルオレセインを用いる場合、励起光としてはたとえば波長490nmの光を選択することができる。本実施形態において、蛍光特性は、迅速かつ簡便に評価することができる。   Examples of fluorescent dyes that can be used in this embodiment include fluorescein, rhodamine, propidium iodide, calcein, acridine orange, and the like. The wavelength of the excitation light is selected according to the fluorescent dye to be used. When fluorescein is used as the fluorescent dye, for example, light having a wavelength of 490 nm can be selected as the excitation light. In the present embodiment, the fluorescence characteristics can be evaluated quickly and easily.

[実験例1:金属ナノ粒子の選択]
実験例1においては、被検出微生物として緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)を用いた場合に、本発明の検出方法に用いることができる、または用いるのに適した金属ナノ粒子または金属ナノ粒子複合体を、電子顕微鏡像の観察、暗視野顕微鏡像の観察、散乱スペクトルの測定により確認した。
[Experimental Example 1: Selection of metal nanoparticles]
In Experimental Example 1, when Pseudomonas aeruginosa is used as a microorganism to be detected, a metal nanoparticle or a metal nanoparticle complex that can be used for the detection method of the present invention or is suitable for use is used. This was confirmed by observation of an electron microscope image, observation of a dark field microscope image, and measurement of a scattering spectrum.

プローブ分子を結合させた、以下(1)〜(4)に示す金属ナノ粒子または金属ナノ粒子複合体を準備した。
(1)第1の金属ナノ粒子:クエン酸ナトリウムをプローブ分子として結合させた金ナノ粒子(negative Au NPs)、
(2)第2の金属ナノ粒子:アミノエタンチオールをプローブ分子として結合させた金ナノ粒子(positive Au NPs)、
(3)第3の金属ナノ粒子:臭化セチルトリメチルアンモニウムをプローブ分子として結合させた酸化銅ナノ粒子(positive Cu2O NPs)、
(4)第1の金属ナノ粒子複合体:アニリンをプローブ分子として結合させた金ナノラズベリー(positive Au nanoraspberry)。
The metal nanoparticles or metal nanoparticle composites shown below in (1) to (4), to which probe molecules were bound, were prepared.
(1) First metal nanoparticles: gold nanoparticles (sodium citrate bonded as a probe molecule) (negative Au NPs),
(2) Second metal nanoparticle: gold nanoparticle (positive Au NPs) in which aminoethanethiol is bound as a probe molecule,
(3) Third metal nanoparticles: copper oxide nanoparticles (positive Cu 2 O NPs) bonded with cetyltrimethylammonium bromide as a probe molecule,
(4) First metal nanoparticle complex: gold nanoraspberry (positive Au nanoraspberry) in which aniline is bound as a probe molecule.

図6(a)は金ナノ粒子の透過電子顕微鏡像(TEM像)を示し、図6(b)は酸化銅ナノ粒子のTEM像を示し、図6(c)は金ナノラズベリーのTEM像を示す。なお、本実験例において、金ナノ粒子および金ナノラズベリーは以下のようにして調製した金ナノ分散液、金ナノラズベリー分散液として準備した。   FIG. 6A shows a transmission electron microscope image (TEM image) of gold nanoparticles, FIG. 6B shows a TEM image of copper oxide nanoparticles, and FIG. 6C shows a TEM image of gold nano raspberries. Show. In this experimental example, gold nanoparticles and gold nanoraspberries were prepared as gold nanodispersion and gold nanoraspberry dispersion prepared as follows.

(第1の金属ナノ粒子分散液の調製)
超純水25mLに1%テトラクロロ金(III)酸四水和物水溶液を750μLおよび2%クエン酸ナトリウム水溶液を563μL加えて、80℃のまま30分間撹拌して第1の金属ナノ粒子分散液を調製した。得られた分散液における第1の金属ナノ粒子の平均粒径は30nm、ゼータ電位は−30mVであった。
(Preparation of first metal nanoparticle dispersion)
750 μL of 1% tetrachloroauric acid (III) acid tetrahydrate aqueous solution and 563 μL of 2% sodium citrate aqueous solution were added to 25 mL of ultrapure water, and the mixture was stirred for 30 minutes at 80 ° C. Was prepared. The average particle diameter of the first metal nanoparticles in the obtained dispersion was 30 nm, and the zeta potential was −30 mV.

(第2の金属ナノ粒子分散液の調製)
2%クエン酸ナトリウム水溶液に代えてアミノエタンチオール溶液を用いた点以外は、上述の第1の金属ナノ粒子分散液の調製方法にしたがって第2の金属ナノ粒子分散液を調製した。得られた分散液における第2の金属ナノ粒子の平均粒径は30nm、ゼータ電位は+40mVであった。
(Preparation of second metal nanoparticle dispersion)
A second metal nanoparticle dispersion was prepared according to the method for preparing the first metal nanoparticle dispersion described above, except that an aminoethanethiol solution was used instead of the 2% aqueous sodium citrate solution. The average particle diameter of the second metal nanoparticles in the obtained dispersion was 30 nm, and the zeta potential was +40 mV.

(第3の金属ナノ粒子分散液の調製)
超純水18mLに1.6%硫酸銅水溶液320μL加えて30分間窒素バブリングした。この溶液に10%臭化セチルトリメチルアンモニウムを1mLおよび4.2%水素化ホウ素ナトリウムを500μL加え10時間攪拌した。さらに空気中で10時間攪拌することで第3の金属ナノ粒子分散液を調製した。得られた分散液における第3の金属ナノ粒子の平均粒径は45nm、ゼータ電位は+30mVであった。
(Preparation of third metal nanoparticle dispersion)
320 μL of 1.6% aqueous copper sulfate solution was added to 18 mL of ultrapure water, and nitrogen bubbling was performed for 30 minutes. To this solution, 1 mL of 10% cetyltrimethylammonium bromide and 500 μL of 4.2% sodium borohydride were added and stirred for 10 hours. Furthermore, the 3rd metal nanoparticle dispersion liquid was prepared by stirring in air for 10 hours. The average particle diameter of the third metal nanoparticles in the obtained dispersion was 45 nm, and the zeta potential was +30 mV.

(金ナノラズベリー分散液の調製)
超純水50mLに1%テトラクロロ金(III)酸四水和物水溶液を152μL加えて、80℃で撹拌し、0.1Mアニリン水溶液を1mL加えて、80℃のまま30分間撹拌した。反応溶液50mLを8500rpm、5℃にて30分間遠心分離し、沈殿をpH7のリン酸バッファー3mLに展開し、10分間超音波処理することで均一に分散させた。この洗浄作業を3回繰り返して、金ナノラズベリー分散液を調製した。得られた金ナノラズベリー分散液における金ナノラズベリーの平均粒径は80nm、ゼータ電位は+20mVであった。
(Preparation of gold nano raspberry dispersion)
To 50 mL of ultrapure water, 152 μL of 1% tetrachloroauric (III) acid tetrahydrate aqueous solution was added and stirred at 80 ° C., 1 mL of 0.1 M aniline aqueous solution was added, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 30 minutes. 50 mL of the reaction solution was centrifuged at 8500 rpm, 5 ° C. for 30 minutes, and the precipitate was developed in 3 mL of pH 7 phosphate buffer and sonicated for 10 minutes to be uniformly dispersed. This washing operation was repeated three times to prepare a gold nanoraspberry dispersion. The average particle diameter of the gold nanoraspberry in the obtained gold nanoraspberry dispersion was 80 nm, and the zeta potential was +20 mV.

図3に示すように、プローブ分子を結合させた金属ナノ粒子または金属ナノ粒子複合体を含む溶液と、緑膿菌を含む溶液とを混合して攪拌し、その後、室温で遠心分離(6200rpm)することで微生物に付着していない金属ナノ粒子を除去した。金属ナノ粒子または金属ナノ粒子複合体の緑膿菌への付着状態を電子顕微鏡像、暗視野顕微鏡像により確認した。   As shown in FIG. 3, the solution containing the metal nanoparticle or metal nanoparticle complex bound with the probe molecule and the solution containing Pseudomonas aeruginosa are mixed and stirred, and then centrifuged at room temperature (6200 rpm). As a result, the metal nanoparticles not attached to the microorganisms were removed. The adhesion state of metal nanoparticles or metal nanoparticle composites to Pseudomonas aeruginosa was confirmed by an electron microscope image and a dark field microscope image.

図7は、粒径30nmの第1の金属ナノ粒子(negative Au NPs)を用いた場合の電子顕微鏡像(a)と暗視野顕微鏡像(b)を示す図である。図8は、粒径30nmの第2の金属ナノ粒子(positive Au NPs)を用いた場合の電子顕微鏡像(a)と暗視野顕微鏡像(b)を示す図である。図9は、粒径45nmの第3の金属ナノ粒子(positive Cu2O NPs)を用いた場合の電子顕微鏡像(a)と暗視野顕微鏡像(b)を示す図である。図10は、第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)を用いた場合の電子顕微鏡像(a)と暗視野顕微鏡像(b)を示す図である。図11は、緑膿菌のみを含み、金属ナノ粒子または金属ナノ粒子複合体を添加しない場合の暗視野顕微鏡像を示す図である。図7〜図11に示す暗視野顕微鏡像は、露光時間(400ms)等、全て同一の条件で撮像したものである。 FIG. 7 is a diagram showing an electron microscope image (a) and a dark field microscope image (b) when the first metal nanoparticles (negative Au NPs) having a particle size of 30 nm are used. FIG. 8 is a diagram showing an electron microscope image (a) and a dark field microscope image (b) when second metal nanoparticles (positive Au NPs) having a particle size of 30 nm are used. FIG. 9 is a diagram showing an electron microscope image (a) and a dark field microscope image (b) in the case of using third metal nanoparticles (positive Cu 2 O NPs) having a particle diameter of 45 nm. FIG. 10 is a diagram showing an electron microscope image (a) and a dark field microscope image (b) when the first metal nanoparticle composite (positive Au nanoraspberry) is used. FIG. 11 is a diagram showing a dark field microscopic image in the case of containing only Pseudomonas aeruginosa and not adding metal nanoparticles or metal nanoparticle composites. The dark-field microscope images shown in FIGS. 7 to 11 are all taken under the same conditions such as the exposure time (400 ms).

図8〜10より、第2の金属ナノ粒子(positive Au NPs)、第3の金属ナノ粒子(positive Cu2O NPs)および第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)は緑膿菌に付着することが確認され、緑膿菌の検出に用いることができることが確認された。これは、緑膿菌の表面がリン酸基により負電荷に帯電しており、一方これらのプローブ分子は正電荷に帯電している官能基(アミノエタンチオールのアミノ基、アニリンオリゴマーのアミノ基、イミノ基等)を有し、これが緑膿菌と静電的相互作用することにより付着していることによる。なお、これらのプローブ分子は金属ナノ粒子に配位結合する官能基(アミノエタンチオールのチオール基、臭化セチルトリメチルアンモニウムのアミノ基、アニリンオリゴマーのアミノ基、イミノ基等)を有し、これを介して金属ナノ粒子に配位結合している。 8-10, the second metal nanoparticles (positive Au NPs), the third metal nanoparticles (positive Cu 2 O NPs), and the first metal nanoparticle complex (positive Au nanoraspberry) are found in Pseudomonas aeruginosa. It was confirmed that it adheres and can be used for detection of Pseudomonas aeruginosa. This is because the surface of Pseudomonas aeruginosa is negatively charged by phosphate groups, while these probe molecules are positively charged functional groups (amino group of aminoethanethiol, amino group of aniline oligomer, This is because it has an imino group and the like and adheres by electrostatic interaction with Pseudomonas aeruginosa. These probe molecules have functional groups that coordinate and bond to the metal nanoparticles (thiol group of aminoethanethiol, amino group of cetyltrimethylammonium bromide, amino group of aniline oligomer, imino group, etc.). It is coordinate-bonded to the metal nanoparticles via.

図12は、第2の金属ナノ粒子(positive Au NPs)を用いた場合と、第3の金属ナノ粒子(positive Cu2O NPs)を用いた場合の散乱スペクトルを示す。図12からわかるように、第2の金属ナノ粒子(positive Au NPs)を用いた場合と第3の金属ナノ粒子(positive Cu2O NPs)を用いた場合の散乱スペクトルのピーク波長は異なり、それぞれ650nm付近と、550nm付近である。したがって、第2の金属ナノ粒子(positive Au NPs)を用いた場合の暗視野顕微鏡像は赤色であり、第3の金属ナノ粒子(positive Cu2O NPs)を用いた場合の暗視野顕微鏡像は青色である。したがって、散乱スペクトルのピーク波長が異なる複数の金属ナノ粒子または金属ナノ粒子複合体を用いて、それぞれが異なる種類の被検出微生物に付着するように設計して散乱特性を評価することにより、試料に含まれる複数種類の被検出微生物を特定することもできる。 FIG. 12 shows a scattering spectrum when the second metal nanoparticles (positive Au NPs) are used and when the third metal nanoparticles (positive Cu 2 O NPs) are used. As can be seen from FIG. 12, the peak wavelength of the scattering spectrum when the second metal nanoparticles (positive Au NPs) are used is different from that when the third metal nanoparticles (positive Cu 2 O NPs) are used. It is around 650 nm and around 550 nm. Therefore, the dark field microscope image when the second metal nanoparticles (positive Au NPs) are used is red, and the dark field microscope image when the third metal nanoparticles (positive Cu 2 O NPs) are used is It is blue. Therefore, by using multiple metal nanoparticles or metal nanoparticle composites with different peak wavelengths in the scattering spectrum, each is designed to adhere to a different type of microorganism to be detected, and the scattering characteristics are evaluated. A plurality of types of microorganisms to be detected can also be specified.

図13は、第2の金属ナノ粒子(positive Au NPs)を用いた場合と、第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)を用いた場合と、金属ナノ粒子または金属ナノ粒子複合体を混合せずに緑膿菌のみを含む試料の散乱スペクトルを示す。図13に示す結果から、第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)を用いた場合は、第2の金属ナノ粒子(positive Au NPs)を用いた場合と比較して散乱光の強度が格段に大きいことがわかる。なお、このことは、図8(b)と図10(b)に示す暗視野顕微鏡像を比較しても明らかである。したがって、本発明の実施の形態において、第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)を用いるのが、散乱光の強度が大きく検出が容易であるという点から好ましいことがわかる。   FIG. 13 shows the case where the second metal nanoparticles (positive Au NPs) are used, the case where the first metal nanoparticle composite (positive Au nanoraspberry) is used, and the metal nanoparticle or metal nanoparticle composite. The scattering spectrum of the sample containing only Pseudomonas aeruginosa without mixing is shown. From the result shown in FIG. 13, when the first metal nanoparticle composite (positive Au nanoraspberry) is used, the intensity of the scattered light is higher than that when the second metal nanoparticle (positive Au NPs) is used. It can be seen that it is much larger. This is clear even when the dark-field microscope images shown in FIGS. 8B and 10B are compared. Therefore, it can be seen that in the embodiment of the present invention, it is preferable to use the first metal nanoparticle composite (positive Au nanoraspberry) from the viewpoint that the intensity of scattered light is large and detection is easy.

また、図13に示す結果より、緑膿菌のみを含む試料からは散乱光はほとんど観察されないことがわかる。したがって、緑膿菌を含む試料に緑膿菌に付着しうる金属ナノ粒子または金属ナノ粒子複合体を混合し(付着工程)、特定の波長にピークを有する散乱スペクトルが測定された場合は(評価工程)、試料中に被検出対象微生物が存在することを確認することができる(検出工程)。また、散乱スペクトルのピークの強度に基づいて、被検出対象微生物の濃度を検出することも可能である。   Moreover, it can be seen from the results shown in FIG. 13 that almost no scattered light is observed from a sample containing only Pseudomonas aeruginosa. Therefore, when a sample containing Pseudomonas aeruginosa is mixed with metal nanoparticles or metal nanoparticle complexes that can adhere to Pseudomonas aeruginosa (attachment process), and a scattering spectrum having a peak at a specific wavelength is measured (evaluation Step), it can be confirmed that the target microorganism is present in the sample (detection step). It is also possible to detect the concentration of the microorganism to be detected based on the intensity of the peak of the scattering spectrum.

[実験例2:被検出微生物と金属ナノ粒子の混合比変化、金属ナノ粒子の濃度一定]
実験例2においては、被検出微生物として緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)を用い、金属ナノ粒子として実験例1で用いた第2の金属ナノ粒子(positive Au NPs)を用いて、緑膿菌の濃度を変化させて電子顕微鏡像の観察、暗視野顕微鏡像の観察、および消失スペクトルの測定を行なった。
以下の試料1〜6を準備した。試料2〜6における第2金属ナノ粒子(positive Au NPs)の含有量は0.1mgとした。
(1)試料1:緑膿菌を3.1×10CFUmL-1の濃度で含み、金属ナノ粒子を添加しない試料、
(2)試料2:緑膿菌を4.6×10CFUmL-1の濃度で含む溶液に、第2の金属ナノ粒子(positive Au NPs)を添加した試料、
(3)試料3:緑膿菌を9.2×10CFUmL-1の濃度で含む溶液に、第2の金属ナノ粒子(positive Au NPs)を添加した試料、
(4)試料4:緑膿菌を1.5×10CFUmL-1の濃度で含む溶液に、第2の金属ナノ粒子(positive Au NPs)を添加した試料、
(5)試料5:緑膿菌を3.1×10CFUmL-1の濃度で含む溶液に、第2の金属ナノ粒子(positive Au NPs)を添加した試料、
(6)試料6:第2の金属ナノ粒子(positive Au NPs)のみを含み被検出微生物を含まない試料。
[Experimental example 2: Change in mixing ratio of microorganism to be detected and metal nanoparticles, constant concentration of metal nanoparticles]
In Experimental Example 2, Pseudomonas aeruginosa was used as the microorganism to be detected, and the second metal nanoparticles (positive Au NPs) used in Experimental Example 1 were used as the metal nanoparticles. Were changed to observe an electron microscope image, a dark field microscope image, and a disappearance spectrum.
The following samples 1 to 6 were prepared. The content of the second metal nanoparticles (positive Au NPs) in Samples 2 to 6 was 0.1 mg.
(1) Sample 1: a sample containing Pseudomonas aeruginosa at a concentration of 3.1 × 10 8 CFUmL −1 and without adding metal nanoparticles,
(2) Sample 2: a sample in which second metal nanoparticles (positive Au NPs) are added to a solution containing Pseudomonas aeruginosa at a concentration of 4.6 × 10 7 CFUmL −1 ,
(3) Sample 3: Sample obtained by adding second metal nanoparticles (positive Au NPs) to a solution containing Pseudomonas aeruginosa at a concentration of 9.2 × 10 7 CFUmL −1 ,
(4) Sample 4: a sample in which second metal nanoparticles (positive Au NPs) are added to a solution containing Pseudomonas aeruginosa at a concentration of 1.5 × 10 8 CFUmL −1 ,
(5) Sample 5: a sample obtained by adding second metal nanoparticles (positive Au NPs) to a solution containing Pseudomonas aeruginosa at a concentration of 3.1 × 10 8 CFUmL −1 ,
(6) Sample 6: A sample that contains only the second metal nanoparticles (positive Au NPs) and does not contain the microorganism to be detected.

図14(a)は試料2〜4の電子顕微鏡像を示し、図14(b)は試料2〜4の暗視野顕微鏡像を示す。また、図15は、試料1〜6の消失スペクトルを示す。図14(b)に示す暗視野顕微鏡像から、緑膿菌の濃度が薄いほど、明るい暗視野顕微鏡像が観察されることがわかる。試料5では,試料1(緑膿菌のみ)の暗視野顕微鏡像(図11)との比較にほとんど相違が見られなかった。これは、金属ナノ粒子の濃度を一定としているため、図16に示すように、緑膿菌2の濃度が薄いほど、一つ当たりの緑膿菌2に付着する金属ナノ粒子1の個数が増加することによるものと解される。
図15に示す消失スペクトルから、試料1(緑膿菌のみ)および試料6(金属ナノ粒子のみ)では波長600〜700nm付近での消失光がほとんど観察されないにもかかわらず、試料2〜5においては、消失光の強度が緑膿菌の濃度が高くなるほど大きくなることが観察された。これは、緑膿菌の表面に金属ナノ粒子が付着することにより、波長600〜700nm付近での散乱光が生じることに起因しているものと解される。以上より、消失スペクトルを測定することにより、被検出微生物の有無を検出することができ、また消失スペクトルの特定波長の強度に基づいて被検出微生物の濃度を検出することも可能であることがわかる。
14A shows electron microscope images of Samples 2 to 4, and FIG. 14B shows dark field microscope images of Samples 2 to 4. FIG. 15 shows the disappearance spectra of Samples 1-6. From the dark field microscopic image shown in FIG. 14 (b), it can be seen that the brighter the dark field microscopic image is observed, the lower the concentration of Pseudomonas aeruginosa. In sample 5, there was almost no difference in comparison with the dark field microscopic image (FIG. 11) of sample 1 (only Pseudomonas aeruginosa). Since the concentration of the metal nanoparticles is constant, as shown in FIG. 16, the number of metal nanoparticles 1 attached to Pseudomonas aeruginosa 2 increases as the concentration of Pseudomonas aeruginosa 2 decreases. It is understood that it is due to.
From the disappearance spectrum shown in FIG. 15, samples 1 (Pseudomonas aeruginosa only) and sample 6 (metal nanoparticles only) have almost no disappearance light in the vicinity of a wavelength of 600 to 700 nm. It was observed that the intensity of the lost light increased with increasing concentration of Pseudomonas aeruginosa. This is considered to be caused by the fact that scattered light is generated in the vicinity of a wavelength of 600 to 700 nm due to adhesion of metal nanoparticles to the surface of Pseudomonas aeruginosa. From the above, it can be seen that the presence or absence of the microorganism to be detected can be detected by measuring the disappearance spectrum, and the concentration of the microorganism to be detected can be detected based on the intensity of the specific wavelength of the disappearance spectrum. .

[実験例3:被検出微生物と金属ナノ粒子複合体の混合比変化]
実験例3においては、被検出微生物として緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)を、金属ナノ粒子として実験例1で用いた第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)を用いて、第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)の濃度を変化させて暗視野顕微鏡像の観察および散乱スペクトルの測定を行なった。
[Experimental Example 3: Change in mixing ratio of microorganism to be detected and metal nanoparticle composite]
In Experimental Example 3, Pseudomonas aeruginosa was used as the microorganism to be detected, and the first metal nanoparticle complex (positive Au nanoraspberry) used in Experimental Example 1 was used as the metal nanoparticle. The density of the nanoparticle complex (positive Au nanoraspberry) was varied to observe a dark field microscope image and to measure the scattering spectrum.

図3に示すように、金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)を含む溶液と、緑膿菌を含む溶液とを混合して攪拌し、その後、室温で遠心分離(6200rpm)することで微生物に付着していない金属ナノ粒子を除去した。金属ナノ粒子または金属ナノ粒子複合体の緑膿菌への付着状態を電子顕微鏡像、暗視野顕微鏡像により確認した。   As shown in FIG. 3, a solution containing a metal nanoparticle complex (positive Au nanoraspberry) and a solution containing Pseudomonas aeruginosa are mixed and stirred, and then centrifuged at room temperature (6200 rpm) to give microorganisms. Unattached metal nanoparticles were removed. The adhesion state of metal nanoparticles or metal nanoparticle composites to Pseudomonas aeruginosa was confirmed by an electron microscope image and a dark field microscope image.

以下の試料7〜試料13を準備した。試料7〜13においては、緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)を1.5×10CFUmL-1の濃度で含み、第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)の濃度が76μgである場合を緑膿菌に対して1.0の比率で含まれるとして、かかる比率に換算して記載する。
(1)試料7:緑膿菌を7.5×10CFUmL-1の濃度で含み、第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)が0.2の比率で含まれる試料、
(2)試料8:緑膿菌を3.8×10CFUmL-1の濃度で含み、第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)が0.4の比率で含まれる試料、
(3)試料9:緑膿菌を1.5×10CFUmL-1の濃度で含み、第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)が1.0の比率で含まれる試料、
(4)試料10:緑膿菌を6.0×10CFUmL-1の濃度で含み、第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)が1.25の比率で含まれる試料、
(5)試料11:緑膿菌を3.8×10CFUmL-1の濃度で含み、第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)が2.0の比率で含まれる試料、
(6)試料12:緑膿菌を3.0×10CFUmL-1の濃度で含み、第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)が2.5の比率で含まれる試料、
(7)試料13:緑膿菌を1.5×10CFUmL-1の濃度で含み、第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)が5.0の比率で含まれる試料。
The following samples 7 to 13 were prepared. Samples 7 to 13 contain Pseudomonas aeruginosa at a concentration of 1.5 × 10 8 CFUmL −1 and the concentration of the first metal nanoparticle complex (positive Au nanoraspberry) is 76 μg. It is described in terms of this ratio assuming that it is contained at a ratio of 1.0 to Pseudomonas aeruginosa.
(1) Sample 7: a sample containing Pseudomonas aeruginosa at a concentration of 7.5 × 10 8 CFUmL −1 and containing a first metal nanoparticle complex (positive Au nanoraspberry) at a ratio of 0.2,
(2) Sample 8: a sample containing Pseudomonas aeruginosa at a concentration of 3.8 × 10 8 CFUmL −1 and containing a first metal nanoparticle complex (positive Au nanoraspberry) at a ratio of 0.4,
(3) Sample 9: a sample containing Pseudomonas aeruginosa at a concentration of 1.5 × 10 8 CFUmL −1 and containing a first metal nanoparticle complex (positive Au nanoraspberry) at a ratio of 1.0,
(4) Sample 10: a sample containing Pseudomonas aeruginosa at a concentration of 6.0 × 10 8 CFUmL −1 and containing a first metal nanoparticle complex (positive Au nanoraspberry) at a ratio of 1.25,
(5) Sample 11: a sample containing Pseudomonas aeruginosa at a concentration of 3.8 × 10 8 CFUmL −1 and containing a first metal nanoparticle complex (positive Au nanoraspberry) at a ratio of 2.0,
(6) Sample 12: a sample containing Pseudomonas aeruginosa at a concentration of 3.0 × 10 8 CFUmL −1 and containing a first metal nanoparticle complex (positive Au nanoraspberry) at a ratio of 2.5,
(7) Sample 13: A sample containing Pseudomonas aeruginosa at a concentration of 1.5 × 10 8 CFUmL −1 and containing a first metal nanoparticle complex (positive Au nanoraspberry) at a ratio of 5.0.

図17は試料8〜13の暗視野顕微鏡像を示し、図18は試料7〜13の散乱スペクトルを示し、図19は図18の散乱スペクトルに基づいて作成した、金属ナノ粒子複合体の比率に対する波長600nmの散乱強度の関係を示す図である。図17に示す暗視野顕微鏡像は、露光時間を100msとし、他の撮像条件についても全て同一とした。図17に示す暗視野顕微鏡像から、金属ナノ粒子複合体の比率が2.0までの試料(試料8〜11)においては、金属ナノ粒子複合体濃度が濃いほど、明るい暗視野顕微鏡像が観察されることがわかった。これは、緑膿菌に対して、金属ナノ粒子複合体の濃度が濃いほど、一つ当たりの緑膿菌に付着する金属ナノ粒子複合体の個数が増加することによるものと解される。   FIG. 17 shows dark field microscopic images of Samples 8 to 13, FIG. 18 shows scattering spectra of Samples 7 to 13, and FIG. 19 shows the ratio of the metal nanoparticle composite prepared based on the scattering spectrum of FIG. It is a figure which shows the relationship of the scattering intensity of wavelength 600nm. In the dark field microscope image shown in FIG. 17, the exposure time was 100 ms, and all other imaging conditions were the same. From the dark field microscopic image shown in FIG. 17, in the samples (samples 8 to 11) in which the ratio of the metal nanoparticle composite is 2.0, the darker dark field microscopic image is observed as the metal nanoparticle composite concentration is higher. I found out that It is understood that this is because the number of metal nanoparticle complexes attached to Pseudomonas aeruginosa increases as the concentration of the metal nanoparticle complex increases with respect to Pseudomonas aeruginosa.

図18に示す散乱スペクトルから、試料7(緑膿菌のみ)の場合は散乱光が測定されず、また試料8〜13においては、金属ナノ粒子複合体の濃度が大きいほど、散乱スペクトルのピーク強度が大きくなることが観察されたが、試料12,13については、ピーク強度はほぼ同じであった。また、図19に示す結果から、金属ナノ粒子複合体の比率を3.0以上としても散乱光の強度は大きくならないことがわかった。したがって、第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)を用いて検出を行う場合、予測される被検出微生物の濃度に対して、第1の金属ナノ粒子複合体(positive Au nanoraspberry)を、その比率が1.25〜2.5となるような範囲で添加して散乱特性を評価することが好ましいことがわかった。   From the scattering spectrum shown in FIG. 18, in the case of sample 7 (only Pseudomonas aeruginosa), the scattered light is not measured, and in samples 8 to 13, the higher the concentration of the metal nanoparticle complex, the higher the peak intensity of the scattering spectrum. Was observed, but the peak intensities of Samples 12 and 13 were almost the same. Further, from the results shown in FIG. 19, it was found that the intensity of the scattered light does not increase even when the ratio of the metal nanoparticle composite is 3.0 or more. Therefore, when the detection is performed using the first metal nanoparticle composite (positive Au nanoraspberry), the first metal nanoparticle composite (positive Au nanoraspberry) is compared to the predicted concentration of the microorganism to be detected. It has been found that it is preferable to add in the range where the ratio is 1.25 to 2.5 and to evaluate the scattering characteristics.

[実験例4]
実験例4においては、金ナノ粒子および金ナノラズベリーによる蛍光増強効果を確認する測定を行った。まず、1μMのフルオレセイン水溶液について、励起波長490nmで蛍光測定を行なった。次に、1μMのフルオレセイン水溶液に、以下のように調製した金ナノ粒子分散液を滴下して、励起波長490nmで蛍光測定を行なった。さらに、1μMのフルオレセイン水溶液に、実験例1で調製した金ナノラズベリー分散液を滴下して、励起波長490nmで蛍光測定を行なった。
[Experimental Example 4]
In Experimental Example 4, measurement was performed to confirm the fluorescence enhancement effect of gold nanoparticles and gold nanoraspberries. First, fluorescence measurement was performed at an excitation wavelength of 490 nm for a 1 μM fluorescein aqueous solution. Next, a gold nanoparticle dispersion prepared as follows was dropped into a 1 μM fluorescein aqueous solution, and fluorescence was measured at an excitation wavelength of 490 nm. Further, the gold nanoraspberry dispersion prepared in Experimental Example 1 was dropped into a 1 μM fluorescein aqueous solution, and fluorescence measurement was performed at an excitation wavelength of 490 nm.

(金ナノ粒子分散液の調製)
超純水25mLに1%テトラクロロ金(III)酸四水和物水溶液を750μLおよび0.1M炭酸カリウム水溶液(0.5mL)を加え、4℃で撹拌した。その後、13mMの水素化ホウ素ナトリウム水溶液0.5mLを5回(全量2.5mL)加えて20分攪拌して金ナノ粒子分散液を調製した。得られた金ナノ粒子分散液における金ナノ粒子の平均粒径は5nm、ゼータ電位は−15mVであった。
(Preparation of gold nanoparticle dispersion)
750 μL of 1% tetrachloroauric (III) acid tetrahydrate aqueous solution and 0.1 M aqueous potassium carbonate solution (0.5 mL) were added to 25 mL of ultrapure water, and the mixture was stirred at 4 ° C. Thereafter, 0.5 mL of 13 mM sodium borohydride aqueous solution was added 5 times (total amount 2.5 mL) and stirred for 20 minutes to prepare a gold nanoparticle dispersion. The average particle diameter of the gold nanoparticles in the obtained gold nanoparticle dispersion was 5 nm, and the zeta potential was −15 mV.

図20は、1μMのフルオレセイン水溶液(試料A)の蛍光スペクトルと、1μMのフルオレセイン水溶液に金ナノ粒子分散液が滴下されて金ナノ粒子を0.970μg含む水溶液(試料B)の蛍光スペクトルと、1μMのフルオレセイン水溶液に金ナノラズベリー水溶液が滴下されて金ナノラズベリーを0.727μg含む水溶液(試料C)の蛍光スペクトルとを示す。   FIG. 20 shows the fluorescence spectrum of a 1 μM fluorescein aqueous solution (sample A), the fluorescence spectrum of an aqueous solution (sample B) containing 0.970 μg of gold nanoparticles by dropping a gold nanoparticle dispersion into a 1 μM fluorescein aqueous solution, and 1 μM. Shows a fluorescence spectrum of an aqueous solution (sample C) containing 0.727 μg of gold nanoraspberry by dropping an aqueous solution of gold nanoraspberry into an aqueous solution of fluorescein.

図20に示されるように、1μMのフルオレセイン水溶液(試料A)は、512nmに極大値を持つスペクトルを示した。この蛍光ピークの強度は95であった。金ナノ粒子を0.970μg含む水溶液(試料B)のピーク強度は154であり、試料Aのピーク強度と比較して1.5倍増強された。金ナノラズベリーを0.727μg含む水溶液(試料C)のピーク強度は1000以上であり、試料Aのピーク強度と比較して10倍以上増強された。   As shown in FIG. 20, the 1 μM fluorescein aqueous solution (sample A) exhibited a spectrum having a maximum value at 512 nm. The intensity of this fluorescent peak was 95. The peak intensity of the aqueous solution (sample B) containing 0.970 μg of gold nanoparticles was 154, which was 1.5 times higher than the peak intensity of sample A. The peak intensity of the aqueous solution (sample C) containing 0.727 μg of gold nanoraspberry was 1000 or more, which was enhanced by 10 times or more compared to the peak intensity of sample A.

図21は、1μMのフルオレセイン水溶液(試料A)の蛍光スペクトルと、1μMのフルオレセイン水溶液に金ナノ粒子分散液が滴下されて金ナノ粒子を以下の量含む試料14〜21の蛍光スペクトルを示す。
(1)試料14:金ナノ粒子の含有量0.194μg、
(2)試料15:金ナノ粒子の含有量0.582μg、
(3)試料16:金ナノ粒子の含有量0.970μg、
(4)試料17:金ナノ粒子の含有量1.94μg、
(5)試料18:金ナノ粒子の含有量5.82μg、
(6)試料19:金ナノ粒子の含有量9.70μg、
(7)試料20:金ナノ粒子の含有量19.4μg、
(8)試料21:金ナノ粒子の含有量32.2μg。
FIG. 21 shows a fluorescence spectrum of a 1 μM fluorescein aqueous solution (sample A) and a fluorescence spectrum of samples 14 to 21 in which a gold nanoparticle dispersion is dropped into a 1 μM fluorescein aqueous solution and contains gold nanoparticles in the following amounts.
(1) Sample 14: content of gold nanoparticles 0.194 μg,
(2) Sample 15: Gold nanoparticle content of 0.582 μg,
(3) Sample 16: content of gold nanoparticles 0.970 μg,
(4) Sample 17: Gold nanoparticle content 1.94 μg,
(5) Sample 18: Gold nanoparticle content 5.82 μg,
(6) Sample 19: Content of gold nanoparticles 9.70 μg,
(7) Sample 20: Gold nanoparticle content 19.4 μg,
(8) Sample 21: Gold nanoparticle content 32.2 μg.

図22は、図21の蛍光スペクトルに基づいて作成した、金ナノ粒子の含有量に対する波長512nmでの蛍光強度の関係を示す図である。図21、22によると、金ナノ粒子の含有量が9.70μg(試料19)となるまでは金ナノ粒子の含有量の増大に対応して波長512nmの蛍光強度が増大したが、さらに含有量を増大(9.70〜32.2μg)させると、ピーク強度は急激に減少し、試料21においては、フルオレセインのみと比べて小さくなった。これは、金ナノ粒子表面の増強電場による蛍光増強の一方、金ナノ粒子に近接した蛍光色素の電子移動がクエンチされることによるものと解される。したがって、本実験例にしたがって被検出微生物の検出を行なう場合には、予想される被検出微生物の濃度に応じて、金ナノ粒子の濃度および蛍光色素の濃度を選択することが好ましい。   FIG. 22 is a diagram showing the relationship of the fluorescence intensity at a wavelength of 512 nm with respect to the content of gold nanoparticles, created based on the fluorescence spectrum of FIG. 21 and 22, the fluorescence intensity at a wavelength of 512 nm increased corresponding to the increase in the gold nanoparticle content until the gold nanoparticle content reached 9.70 μg (sample 19). The peak intensity decreased abruptly when the value was increased (9.70 to 32.2 μg), and the sample 21 was smaller than the fluorescein alone. This is understood to be due to quenching of the electron transfer of the fluorescent dye adjacent to the gold nanoparticle while the fluorescence enhancement by the enhanced electric field on the gold nanoparticle surface. Therefore, when detecting the microorganism to be detected according to this experimental example, it is preferable to select the concentration of the gold nanoparticle and the concentration of the fluorescent dye according to the expected concentration of the microorganism to be detected.

次に、図20において金ナノラズベリーを添加した場合に蛍光強度が装置の限界を超えたため(強度1000以上)、試料Aよりフルオレセインの濃度を10倍希釈した0.1μMのフルオレセイン水溶液(試料A2)を準備し、これに実験例1で調製した金ナノラズベリー分散液を滴下して、励起波長490nmで蛍光測定を行なった。図23は、試料A2の蛍光スペクトルと、0.1μMのフルオレセイン水溶液に金ナノラズベリー分散液が滴下されて金ナノラズベリーを以下の量含む試料22〜29の蛍光スペクトルを示す。
(1)試料22:金ナノラズベリーの含有量0.0727μg、
(2)試料23:金ナノラズベリーの含有量0.218μg、
(3)試料24:金ナノラズベリーの含有量0.364μg、
(4)試料25:金ナノラズベリーの含有量0.727μg、
(5)試料26:金ナノラズベリーの含有量2.18μg、
(6)試料27:金ナノラズベリーの含有量3.64μg、
(7)試料28:金ナノラズベリーの含有量7.27μg、
(8)試料29:金ナノラズベリーの含有量12.1μg。
Next, since the fluorescence intensity exceeded the limit of the apparatus when gold nano raspberry was added in FIG. 20 (intensity 1000 or more), a 0.1 μM fluorescein aqueous solution (sample A2) in which the concentration of fluorescein was diluted 10-fold from sample A Was prepared, and the gold nanoraspberry dispersion prepared in Experimental Example 1 was added dropwise thereto, and fluorescence was measured at an excitation wavelength of 490 nm. FIG. 23 shows the fluorescence spectrum of sample A2 and the fluorescence spectra of samples 22 to 29 in which a gold nanoraspberry dispersion was dropped into a 0.1 μM fluorescein aqueous solution and the following amount of gold nanoraspberry was contained.
(1) Sample 22: Gold nano raspberry content 0.0727 μg,
(2) Sample 23: content of gold nano raspberry 0.218 μg,
(3) Sample 24: Gold nano raspberry content 0.364 μg,
(4) Sample 25: content of gold nano raspberry 0.727 μg,
(5) Sample 26: Gold nano raspberry content 2.18 μg,
(6) Sample 27: Gold nano raspberry content 3.64 μg,
(7) Sample 28: Gold nano raspberry content 7.27 μg,
(8) Sample 29: Gold nano raspberry content 12.1 μg.

図24は、図23の蛍光スペクトルに基づいて作成した、金ナノラズベリーの含有量に対する波長512nmでの蛍光強度の関係を示す図である。図23、24によると、金ナノラズベリーの含有量が3.64μg(試料27)となるまでは金ナノラズベリーの含有量の増大に対応して波長512nmの蛍光強度が増大したが、さらに含有量を増大(3.64〜12.1μg)させても、ピーク強度はほぼ一定の強度を示した。これは、金ナノラズベリー中において金ナノ粒子がアニリンオリゴマーをリンカーとして集合化された構造を持つことに基づくものと解される。すなわち、アニリンオリゴマーにフルオレセインが補足され、金ナノ粒子に直接接することがないため、クエンチが抑制するものと解される。本実験例にしたがって被検出微生物の検出を行なう場合には、予想される被検出微生物の濃度に応じて、金ナノラズベリーの濃度および蛍光色素の濃度を選択することが好ましい。   FIG. 24 is a diagram showing the relationship of the fluorescence intensity at a wavelength of 512 nm with respect to the content of gold nanoraspberry created based on the fluorescence spectrum of FIG. According to FIGS. 23 and 24, the fluorescence intensity at a wavelength of 512 nm increased corresponding to the increase in the content of gold nanoraspberry until the content of gold nanoraspberry reached 3.64 μg (sample 27). The peak intensity showed a substantially constant intensity even when the value was increased (3.64 to 12.1 μg). This is understood to be based on the fact that gold nanoparticles in gold nano raspberry have a structure assembled with aniline oligomers as linkers. That is, it is understood that quenching is suppressed because fluorescein is captured by the aniline oligomer and does not directly contact the gold nanoparticles. When detecting the microorganism to be detected according to this experimental example, it is preferable to select the concentration of the gold nanoraspberry and the concentration of the fluorescent dye according to the expected concentration of the microorganism to be detected.

以上の結果を考察すると、試料Bにおいてピーク強度が増強されたのは、金ナノ粒子が表面に持つ増強電場(表面プラズモン)が、近傍の蛍光色素の蛍光を増強することによるものと解される。また、試料Cにおいてピーク強度が増強されたのは、金ナノ粒子が集合した構造を持つ金ナノラズベリーでは、隣接する金ナノ粒子において表面の増強電場がカップリングすることでホットスポットを形成し、このホットスポットではさらに増強効果が向上することによるものと解される。   Considering the above results, it can be understood that the peak intensity in sample B was enhanced because the enhanced electric field (surface plasmon) on the surface of the gold nanoparticles enhanced the fluorescence of the nearby fluorescent dye. . In Sample C, the peak intensity was enhanced in the gold nanoraspberry having a structure in which gold nanoparticles are aggregated to form a hot spot by coupling the surface-enhanced electric field in adjacent gold nanoparticles, This hot spot is understood to be due to the further enhancement effect.

実験例4の結果から、まず付着工程で試料に含まれる被検出微生物に金属ナノ粒子または金属ナノ粒子複合体を付着させて、その後被検出微生物に付着していない金属ナノ粒子または金属ナノ粒子複合体を除去し、ここで蛍光色素を添加して、かかる試料について評価工程において蛍光特性を評価することにより、評価結果に基づいて被検出微生物を検出することができることがわかった。あるいは、あらかじめ蛍光色素を保持させた金属ナノ粒子複合体を、試料に含まれる被検出微生物に付着させて、かかる試料について評価工程において蛍光特性を評価することにより、評価結果に基づいて被検出微生物を検出することができることがわかった。被検出微生物に付着した金属ナノ粒子複合体が存在する場合には、蛍光スペクトルのピーク強度が増強することになるからである。   From the result of Experimental Example 4, first, metal nanoparticles or metal nanoparticle composites are attached to the microorganisms to be detected included in the sample in the attachment step, and then metal nanoparticles or metal nanoparticle composites that are not attached to the microorganisms to be detected. It was found that the microorganism to be detected can be detected based on the evaluation result by removing the body, adding a fluorescent dye, and evaluating the fluorescence characteristics of the sample in the evaluation step. Alternatively, the metal nanoparticle complex holding the fluorescent dye in advance is attached to the microorganism to be detected contained in the sample, and the fluorescence characteristics of the sample are evaluated in the evaluation process, so that the microorganism to be detected is based on the evaluation result. It was found that can be detected. This is because the peak intensity of the fluorescence spectrum is enhanced when the metal nanoparticle complex attached to the microorganism to be detected exists.

1 金属ナノ粒子、2 被検出微生物、3 プローブ分子、4 高分子層、5 金属ナノ粒子複合体(金ナノラズベリー)、7 鋳型、8 リポ多糖、9,12 散乱光、13 光源、16 試料、18,19 検出器。   1 metal nanoparticle, 2 microorganism to be detected, 3 probe molecule, 4 polymer layer, 5 metal nanoparticle complex (gold nanoraspberry), 7 template, 8 lipopolysaccharide, 9,12 scattered light, 13 light source, 16 sample, 18, 19 Detector.

Claims (12)

試料に含まれる被検出微生物を検出する検出方法であって、
前記試料に含まれる前記被検出微生物に金属ナノ粒子を付着させる付着工程と、
前記試料に光を照射して、前記被検出微生物への前記金属ナノ粒子の付着状態に対応する前記光の散乱特性を評価する評価工程と、
前記評価工程における評価結果に基づいて、前記被検出微生物を検出する検出工程と、を備える、検出方法。
A detection method for detecting a microorganism to be detected contained in a sample,
An attachment step of attaching metal nanoparticles to the microorganism to be detected contained in the sample;
An evaluation step of irradiating the sample with light to evaluate the light scattering characteristics corresponding to the state of attachment of the metal nanoparticles to the microorganism to be detected;
A detection step of detecting the microorganism to be detected based on an evaluation result in the evaluation step.
前記評価工程において、前記光の散乱特性は、暗視野顕微鏡像の観察、透過光の測定、および散乱光の測定の少なくともいずれか一つにより評価する、請求項1に記載の検出方法。   2. The detection method according to claim 1, wherein in the evaluation step, the light scattering characteristic is evaluated by at least one of observation of a dark field microscope image, measurement of transmitted light, and measurement of scattered light. 前記評価工程において、前記光の散乱特性は、前記透過光の強度に基づく消失スペクトルを測定することにより評価する、請求項2に記載の検出方法。   The detection method according to claim 2, wherein in the evaluation step, the light scattering characteristic is evaluated by measuring a disappearance spectrum based on an intensity of the transmitted light. 前記評価工程において、前記光の散乱特性は、前記散乱光の強度に基づく散乱スペクトルを測定することにより評価する、請求項2に記載の検出方法。   The detection method according to claim 2, wherein in the evaluation step, the light scattering characteristic is evaluated by measuring a scattering spectrum based on an intensity of the scattered light. 前記付着工程において、前記金属ナノ粒子は、複合体の形態で付着する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の検出方法。   5. The detection method according to claim 1, wherein in the attaching step, the metal nanoparticles are attached in the form of a complex. 前記金属ナノ粒子は、金ナノ粒子である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の検出方法。   The detection method according to claim 1, wherein the metal nanoparticles are gold nanoparticles. 前記付着工程において、前記金属ナノ粒子にプローブ分子が結合されており、前記金属ナノ粒子は前記プローブ分子を介して前記被検出微生物に付着する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の検出方法。   The said adhesion | attachment process WHEREIN: The probe molecule is couple | bonded with the said metal nanoparticle, and the said metal nanoparticle adheres to the said to-be-detected microorganisms via the said probe molecule | numerator. Detection method. 前記プローブ分子は、前記被検出微生物の表面部位と化学的相互作用あるいは化学結合することにより前記被検出微生物に付着する、請求項7に記載の検出方法。   The detection method according to claim 7, wherein the probe molecule is attached to the detected microorganism by chemical interaction or chemical bonding with a surface site of the detected microorganism. 前記プローブ分子は、前記被検出微生物の表面部位と静電的相互作用または疎水的相互作用により前記被検出微生物に付着する、タンパク質からなり前記被検出微生物の表面の糖鎖と結合することにより前記被検出微生物に付着する、あるいは抗体からなり前記被検出微生物の表面の抗原と抗原抗体反応することにより前記被検出微生物に付着する、請求項8に記載の検出方法。   The probe molecule is made of a protein that adheres to the detected microorganism by electrostatic interaction or hydrophobic interaction with a surface site of the detected microorganism, and binds to a sugar chain on the surface of the detected microorganism. The detection method according to claim 8, wherein the detection method adheres to the microorganism to be detected, or consists of an antibody and adheres to the microorganism to be detected by an antigen-antibody reaction with an antigen on the surface of the microorganism to be detected. 前記付着工程において、前記金属ナノ粒子は前記被検出微生物の立体構造に相補的な三次元構造の鋳型を備えた高分子層に固定されており、前記金属ナノ粒子は前記鋳型を介して前記被検出微生物に付着する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の検出方法。   In the attaching step, the metal nanoparticles are fixed to a polymer layer having a template having a three-dimensional structure complementary to the three-dimensional structure of the microorganism to be detected. The detection method according to claim 1, which adheres to a detection microorganism. 試料に含まれる被検出微生物を検出する検出方法であって、
前記試料に含まれる前記被検出微生物に金属ナノ粒子を付着させる付着工程と、
前記試料に蛍光色素を添加する添加工程と、
前記試料に励起光を照射して、前記被検出微生物への前記金属ナノ粒子の付着状態に対応する蛍光特性を評価する評価工程と、
前記評価工程における評価結果に基づいて、前記被検出微生物を検出する検出工程と、を備える、検出方法。
A detection method for detecting a microorganism to be detected contained in a sample,
An attachment step of attaching metal nanoparticles to the microorganism to be detected contained in the sample;
An addition step of adding a fluorescent dye to the sample;
An evaluation step of irradiating the sample with excitation light and evaluating fluorescence characteristics corresponding to the state of attachment of the metal nanoparticles to the microorganism to be detected;
A detection step of detecting the microorganism to be detected based on an evaluation result in the evaluation step.
前記付着工程において、前記金属ナノ粒子は、複合体の形態で付着する、請求項11に記載の検出方法。   The detection method according to claim 11, wherein in the attaching step, the metal nanoparticles are attached in the form of a complex.
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