JP2016126003A - Analyte detection method and analyte detection device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method that detects a virus, bacteria and the like with high sensitivity.SOLUTION: An analyte detection device comprises: a measurement cassette 1; a first chamber 3 and second chamber 4 formed by segments the measurement cassette with a diaphragm; a through-hole 7 opened in a diaphragm 2 and communicating between the first and second chambers; and a first electrode 8 and second electrode 9 to be provided respectively in the measurement cassettes positioned on a first chamber side and a second chamber side, and the analyte detection device is used to: introduce an analyte containing a measurement object substance, a plurality of tag particles smaller in a dimension than the measurement object substance, and a reagent containing a capture substance bonded to a surface of each tag particle and to be specifically bonded to the measurement object substance into the first chamber; apply a voltage between the first and second electrodes; observe a change in electric current flowing between the first and second electrodes when the measurement object substance having the plurality of tag particles in the first chamber bonded to the surface via the capture substance and covered on the surface passes through the through-hole; and detect existence of the measurement object substance in the analyte.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

実施形態は、検体中のウイルスや細菌等を検出するための検体検出方法および検体検出装置に関する。   Embodiments relate to a sample detection method and a sample detection apparatus for detecting viruses, bacteria, and the like in a sample.

近年、エボラ出血熱やデング熱等、ウイルスが原因となる感染症が急激に世界に蔓延し、社会問題になっている。発症後の患者の適切な隔離等の対処は、パンデミックを防止するために非常に重要である。さらに踏み込んで、罹患しているが、発症していない患者を適切に見極め、患者からの発症したウイルスの拡散を未然に防ぐことも今後重要になる。   In recent years, infectious diseases caused by viruses such as Ebola hemorrhagic fever and dengue fever have spread rapidly throughout the world and have become a social problem. Coping such as proper isolation of patients after onset is very important to prevent pandemics. Going further, it will be important to properly identify patients who have been affected but have not yet developed, and to prevent the spread of the virus from patients.

現行のイムノクロマトグラフィ法による検出方法は、非常に安価な方法で、比較的短時間に結果が得られる有力な方法である。しかしながら、当該検出方法は例え測定対象物質であるウイルスに対応する抗体が開発されたとしても、十分な検出感度が得られない。また、発症前のウイルス量が少ない状態では、検出できない課題がある。   The current detection method by immunochromatography is a very inexpensive method and is a powerful method that can obtain results in a relatively short time. However, the detection method does not provide sufficient detection sensitivity even if an antibody corresponding to the virus that is the measurement target substance is developed. In addition, there is a problem that cannot be detected when the amount of virus before the onset is small.

一方、遺伝子検査を行えば、最低でも検出感度不足に伴う不検出の課題は解決し得る。しかしながら、遺伝子検査は検出装置および試薬が高価であり、その上、長い検査時間を必要とする。   On the other hand, if genetic testing is performed, the problem of non-detection due to insufficient detection sensitivity can be solved at least. However, genetic testing is expensive for detection devices and reagents, and requires a long test time.

前記問題を解決する方法としてナノポア(微細孔)を用いてウイルスを識別する方法が知られて。この方法は、周りにウイルスを特異的に認識、結合する抗体で修飾した、ウイルスよりも大きな粒子に設定した標識粒子を使用する。ウイルスの量が少ない感染初期でも、標識粒子とウイルスとは標識粒子−ウイルス−標識粒子の順に結合した複合粒子を形成する。複合粒子が微細孔を通過した時にイオン電流波形を観測すると、電流低下信号波形がダブルピーク形状になるため、ウイルスを特異的に認識できる。その結果、ウイルスを1個ずつ検出することが可能になり、高感度検出が実現できる。   As a method for solving the above problem, a method for identifying a virus using nanopores is known. This method uses labeled particles set to particles larger than the virus, modified with an antibody that specifically recognizes and binds the virus around it. Even in the early stage of infection with a small amount of virus, the labeled particles and the virus form composite particles in which labeled particles-viruses-labeled particles are combined in this order. When the ion current waveform is observed when the composite particles pass through the micropores, the current drop signal waveform has a double peak shape, so that the virus can be specifically recognized. As a result, it becomes possible to detect viruses one by one, and high sensitivity detection can be realized.

しかしながら、ダブルピーク波形の観測を可能にするには、複合粒子が微細孔を標識粒子−ウイルス−標識粒子の順に通過することが必要である。すなわち、複合粒子の通過姿勢が制約されるため、検出効率が低下する。従って、短時間で簡便に、しかも高感度で高効率に、ウイルスや細菌を検出できる方法等が要望されている。   However, in order to enable observation of the double peak waveform, it is necessary that the composite particles pass through the micropores in the order of labeled particles-viruses-labeled particles. That is, since the passing posture of the composite particles is restricted, the detection efficiency is lowered. Therefore, there is a demand for a method that can detect viruses and bacteria easily in a short time, with high sensitivity and high efficiency.

特開2014−173936号公報JP 2014-173936 A 特表2011−501806号公報Special table 2011-501806 gazette 特開2014−35229号公報JP 2014-35229 A 米国特許出願公開第2007/0202495号明細書US Patent Application Publication No. 2007/0202495

実施形態は、検体中のウイルスや細菌等の測定対象物質の存在を簡便に、短時間で、かつ高感度に検出することが可能な検体検出方法および検体検出装置を提供する。   Embodiments provide a sample detection method and a sample detection apparatus that can detect the presence of a measurement target substance such as a virus or bacteria in a sample easily, in a short time, and with high sensitivity.

前記課題を解決するために、実施形態によると、
測定カセットと、前記測定カセットを隔壁で区画することにより形成された第1のチャンバおよび第2のチャンバと、前記隔壁に設けられ、前記第1のチャンバおよび前記第2のチャンバを互いに接続する貫通孔と、前記第1のチャンバ側に位置する前記測定カセットに設けられ、少なくとも一部が前記第1のチャンバ内に位置する第1の電極と、前記第2のチャンバ側に位置する前記測定カセットに設けられ、少なくとも一部が前記第2のチャンバ内に位置する第2の電極と、を具備する検体検出装置を準備すること;
測定対象物質を含む検体および試薬を前記第1のチャンバ内に導入すること、前記試薬は前記検体中の前記測定対象物質より寸法が小さい複数のタグ粒子と、前記各タグ粒子の表面に結合され、前記測定対象物質の表面に特異的に結合する捕捉物質とを含む;
通電可能な液体を前記第2のチャンバに導入すること;
前記第1の電極と前記第2の電極の間に電圧を印加すること;
前記第1のチャンバ内の前記測定対象物質を、前記貫通孔に通過させること、前記測定対象物質の表面は前記複数のタグ粒子が前記捕捉物質を介して結合、被覆されている;および
前記第1、第2の電極間に流れる電流の変化を観測し、前記検体中の前記測定対象物質の存在を検出すること;
を含む検体検出方法が提供される。
In order to solve the problem, according to the embodiment,
A measurement cassette, a first chamber and a second chamber formed by partitioning the measurement cassette with a partition, and a through hole provided in the partition and connecting the first chamber and the second chamber to each other A hole, a first electrode provided in the measurement cassette located on the first chamber side, at least a part of which is located in the first chamber, and the measurement cassette located on the second chamber side And a second electrode provided at least in part in the second chamber;
Introducing a sample and a reagent containing a measurement target substance into the first chamber, the reagent is bound to a plurality of tag particles having a size smaller than that of the measurement target substance in the sample, and a surface of each tag particle. A capture substance that specifically binds to the surface of the substance to be measured;
Introducing an energizable liquid into the second chamber;
Applying a voltage between the first electrode and the second electrode;
Passing the substance to be measured in the first chamber through the through-hole, the surface of the substance to be measured being bound and coated with the plurality of tag particles via the capture substance; and 1. observing a change in current flowing between the second electrodes and detecting the presence of the substance to be measured in the specimen;
An analyte detection method is provided.

別の実施形態によると、
本体;
前記本体内を隔壁で区画することにより形成された第1、第2のチャンバであって、前記第1のチャンバは流路を有する;
前記隔壁に設けられ、前記第1のチャンバの前記流路および前記第2のチャンバを互いに接続する貫通孔;
前記流路の一端に位置する前記本体部分に設けられた検体入口:
前記流路の他端に位置する前記本体部分に設けられた出口;
前記流路内に設けられた第1のフィルタであって、当該第1のフィルタは前記貫通孔に対して前記検体入口から前記出口に向かう検体の流れの下流側に配置され、かつ前記検体中の測定対象物質より寸法が小さい複数のタグ粒子と前記各タグ粒子の表面に結合され、前記測定対象物質の表面と特異的に結合する捕捉物質とを含む試薬が予め保持される:
前記第1のチャンバ側に位置する前記本体部分に設けられ、少なくとも一部が前記第1のチャンバ内に位置する第1の電極;
前記第2のチャンバ側に位置する前記本体部分に設けられ、少なくとも一部が前記第2のチャンバ内に位置する第2の電極;および
前記第1のフィルタで前記検体中の前記測定対象物質が前記複数のタグ粒子と前記捕捉物質を介して結合したとき、当該測定対象物質を前記第1のフィルタから前記検体の流れの上流側の前記流路に脱離する脱離部;
を備える検体検出装置が提供される。
According to another embodiment,
Body;
First and second chambers formed by partitioning the inside of the main body with partition walls, wherein the first chamber has a flow path;
A through hole provided in the partition wall for connecting the flow path of the first chamber and the second chamber to each other;
Sample inlet provided in the main body portion located at one end of the flow path:
An outlet provided in the body portion located at the other end of the flow path;
A first filter provided in the flow path, the first filter being disposed downstream of the flow of the sample from the sample inlet to the outlet with respect to the through-hole, and in the sample A reagent including a plurality of tag particles having a size smaller than that of the measurement target substance and a capture substance that is bound to the surface of each tag particle and specifically binds to the surface of the measurement target substance is held in advance:
A first electrode provided on the main body portion located on the first chamber side and at least a part of which is located in the first chamber;
A second electrode provided in the main body portion located on the second chamber side, at least a part of which is located in the second chamber; and the measurement target substance in the specimen is contained in the first filter. A desorption section for desorbing the measurement target substance from the first filter to the flow channel upstream of the specimen flow when the plurality of tag particles and the capture substance are combined;
There is provided an analyte detection device comprising:

第1の実施形態に係る検体検出方法に用いる検体検出装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the sample detection apparatus used for the sample detection method which concerns on 1st Embodiment. 粒子寸法によって電流信号が異なることを示す図である。It is a figure which shows that an electric current signal changes with particle | grain dimensions. 第1の実施形態に用いる試薬の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the reagent used for 1st Embodiment. 第1の実施形態で検出される電流信号を示す図である。It is a figure which shows the electric current signal detected in 1st Embodiment. 第2の実施形態に用いる試薬の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the reagent used for 2nd Embodiment. 第2の実施形態で検出される電流信号を示す図である。It is a figure which shows the electric current signal detected in 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る検体検出装置の概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the sample detection apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 図7のVIII−VIII線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the VIII-VIII line of FIG. 比較例1における信号強度の頻度分布を示す図である。It is a figure which shows frequency distribution of the signal strength in the comparative example 1. 実施例1における信号強度の頻度分布を示す図である。It is a figure which shows frequency distribution of the signal strength in Example 1. FIG.

以下、実施形態に係る検体検出方法を、図1に示す検体検出装置を参照して説明する。   Hereinafter, the specimen detection method according to the embodiment will be described with reference to the specimen detection apparatus shown in FIG.

(第1の実施形態)
(検体検出装置の構成)
図1は、第1の実施形態に係る検体検出方法に用いる検体検出装置の概略構成を示す断面図である。
(First embodiment)
(Configuration of specimen detection device)
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a sample detection apparatus used in the sample detection method according to the first embodiment.

検体検出装置は、液体が充填可能な測定カセット1を備えている。測定カセット1は、絶縁性の隔壁2により上下に区画されている。第1のチャンバ3は、測定カセット1内側の隔壁2上方に形成されている。第2のチャンバ4は、測定カセット1内側の隔壁2の下方に形成されている。支持板6は、隔壁2の下面に設けられ、当該隔壁2を支持している。円錐台形状の穴5は、支持板6の中央部に穿設している。微細な貫通孔7は、支持板6の穴5に対応する隔壁2部分に穿設されている。それ故、第1、第2のチャンバ3,4は当該貫通孔7および穴5で相互の接続されている。微細な貫通孔7の径は、支持板6の穴5に比べて十分に小さい。   The specimen detection apparatus includes a measurement cassette 1 that can be filled with a liquid. The measurement cassette 1 is partitioned vertically by an insulating partition 2. The first chamber 3 is formed above the partition wall 2 inside the measurement cassette 1. The second chamber 4 is formed below the partition wall 2 inside the measurement cassette 1. The support plate 6 is provided on the lower surface of the partition wall 2 and supports the partition wall 2. The frustoconical hole 5 is formed in the center of the support plate 6. The fine through hole 7 is formed in the partition wall 2 corresponding to the hole 5 of the support plate 6. Therefore, the first and second chambers 3 and 4 are connected to each other through the through hole 7 and the hole 5. The diameter of the fine through hole 7 is sufficiently smaller than the hole 5 of the support plate 6.

例えば、第1の電極8は第1のチャンバ3が位置する測定カセット1の上部壁部に設けられ、第1の電極8の少なくとも一部は第1のチャンバ3内に位置する。第1の電極8は、例えば隔壁2の貫通孔7の直上に配置されている。第2の電極9は、第2のチャンバ4が位置する測定カセット1の下部壁部に設けられ、第2の電極9の少なくとも一部は第2のチャンバ4内に位置する。第2の電極9は、例えば隔壁2の貫通孔7の直下に位置している。第1の電極8は、接地されている。計測回路10および電源11は、第2の電極9にこの順序で接続されている。   For example, the first electrode 8 is provided on the upper wall portion of the measurement cassette 1 in which the first chamber 3 is located, and at least a part of the first electrode 8 is located in the first chamber 3. For example, the first electrode 8 is disposed immediately above the through hole 7 of the partition wall 2. The second electrode 9 is provided on the lower wall portion of the measurement cassette 1 in which the second chamber 4 is located, and at least a part of the second electrode 9 is located in the second chamber 4. For example, the second electrode 9 is located immediately below the through hole 7 of the partition wall 2. The first electrode 8 is grounded. The measurement circuit 10 and the power source 11 are connected to the second electrode 9 in this order.

前記測定カセット1は、全体が電気的および化学的に不活性な材質によって構成されている。択一的に、測定カセット1は第1のチャンバ3の内部、第2のチャンバ4の内部、第1の電極8との接触部分、第2の電極9との接触部分を電気的および化学的に不活性な材質によって構成してもよい。測定カセットは、例えばPEEK,ポリカーボネート、アクリル樹脂のような樹脂、ガラス、サファイア、セラミック、ゴム、エラストマーなどにより作られる。   The measuring cassette 1 is entirely made of an electrically and chemically inactive material. Alternatively, the measurement cassette 1 is electrically and chemically connected to the inside of the first chamber 3, the inside of the second chamber 4, the contact portion with the first electrode 8, and the contact portion with the second electrode 9. Alternatively, it may be made of an inert material. The measurement cassette is made of, for example, PEEK, polycarbonate, resin such as acrylic resin, glass, sapphire, ceramic, rubber, elastomer, or the like.

隔壁2は、ガラス、サファイア、セラミック、樹脂、ゴム、エラストマー、SiO2、Si34,Al23などのような電気的および化学的に不活性で、かつ絶縁性の材質により形成することができる。 Partition 2 forms glass, sapphire, ceramic, resin, rubber, elastomer, an electrically and chemically inert, such as SiO 2, Si 3 N 4, Al 2 O 3, and the material of the insulating be able to.

隔壁2の貫通孔7の開口寸法(例えば径)は、後述するように複数のタグ粒子が捕捉物質を介して表面に結合、被覆された測定対象物質の寸法の10倍以下であることが好ましい。貫通孔7の長さ(隔壁の厚さに相当)は、前記複数のタグ粒子で表面が被覆された測定対象物質の寸法(例えば直径)と同等またはその寸法(例えば直径)より僅かに大きい寸法であることが好ましい。   The opening size (for example, the diameter) of the through-hole 7 of the partition wall 2 is preferably 10 times or less the size of the measurement target substance in which a plurality of tag particles are bonded to and coated on the surface via the capture substance as described later. . The length of the through hole 7 (corresponding to the thickness of the partition wall) is equal to or slightly larger than the dimension (for example, diameter) of the measurement target substance whose surface is coated with the plurality of tag particles. It is preferable that

(検体単独の検出方法および検出信号)
図1の検体検出装置を用いて、検体中の測定対象物質の大きさおよび形状を測定する方法を、以下に説明する。
(Detection method and detection signal for specimen alone)
A method for measuring the size and shape of the measurement target substance in the sample using the sample detection apparatus of FIG. 1 will be described below.

まず、第2のチャンバ4内に通電可能な液体32を充填する。このとき、第2の電極9は第2のチャンバ4内に充填される通電可能な液体に部分的に浸漬される。   First, the liquid 32 that can be energized is filled in the second chamber 4. At this time, the second electrode 9 is partially immersed in the energizable liquid filled in the second chamber 4.

次いで、第1のチャンバ3内に通電可能な液体31および測定対象物質を含む検体を導入する。このとき、第1、第2のチャンバ3、4間は、隔壁2の微細な貫通孔7および支持板6の穴5を通して液絡が取れる。また、第1の電極8は第1のチャンバ3内に充填される通電可能な液体に部分的に浸漬される。この状態で、第1の電極8と第2の電極9との間に電圧を印加することにより、電流は隔壁2の微細な貫通孔7に供給される。第1のチャンバ3内の通電可能な液体中の測定対象物質は、電場により微細な貫通孔7を通過し、第2のチャンバ4内の通電可能な液体に移動する。   Next, a specimen containing a liquid 31 that can be energized and a substance to be measured is introduced into the first chamber 3. At this time, a liquid junction can be taken between the first and second chambers 3 and 4 through the fine through hole 7 of the partition wall 2 and the hole 5 of the support plate 6. In addition, the first electrode 8 is partially immersed in an energizable liquid filled in the first chamber 3. In this state, by applying a voltage between the first electrode 8 and the second electrode 9, current is supplied to the fine through hole 7 of the partition wall 2. The measurement target substance in the energizable liquid in the first chamber 3 passes through the fine through hole 7 by the electric field and moves to the energizable liquid in the second chamber 4.

図2は、測定対象物質が微細な貫通孔7を通過するときに計測回路10で計測された電流値を模式的に示す。図2に示すように電流値は、測定対象物質40の大きさに依存して変化する。具体的には、電流変化ピークは測定対象物質40が小さい場合、ピークAに示すように小さくなる。電流変化ピークは、測定対象物質40が大きくなるに伴ってピークB、Cに示すように大きくなる。但し、測定対象物質40は大きさが同等で、性状が異なるが場合、電流値の変化だけから測定対象物質を識別することが大変困難である。   FIG. 2 schematically shows a current value measured by the measurement circuit 10 when the measurement target substance passes through the fine through-hole 7. As shown in FIG. 2, the current value changes depending on the size of the measurement target substance 40. Specifically, the current change peak is small as shown by peak A when the measurement target substance 40 is small. The current change peak increases as shown by peaks B and C as the measurement target substance 40 increases. However, when the measurement target substance 40 has the same size and different properties, it is very difficult to identify the measurement target substance only from the change in the current value.

第1、第2のチャンバ3,4内に充填される通電可能な液体31,32は、例えばKCl水溶液やNaCl水溶液のような電解質溶液、Tris Ethylene diamine tetra acetic acid(TE)緩衝液や、PBS(Phosphate Buffered Saline)緩衝溶液、Tris-Buffered Saline (TBS)緩衝溶液、N-2-hydroxyetylpiperazine-N’-ethanesulphonic acid(HEPES) 緩衝溶液などの緩衝溶液を用いることができる。   The energizable liquids 31 and 32 filled in the first and second chambers 3 and 4 are, for example, electrolyte solutions such as KCl aqueous solution and NaCl aqueous solution, Tris Ethylene diamine tetra acetic acid (TE) buffer solution, PBS Buffer solutions such as (Phosphate Buffered Saline) buffer solution, Tris-Buffered Saline (TBS) buffer solution, and N-2-hydroxyetylpiperazine-N′-ethanesulphonic acid (HEPES) buffer solution can be used.

(検体に試薬を添加したときの検出信号)
第1の実施形態において、検体中に存在する可能性のある測定対象物質(例えばバイオ分子)が1種類である場合を例にして説明する。図3の(a)に示すように、試薬は捕捉物質42とタグ粒子43とを含む。捕捉物質42は、タグ粒子43の表面に結合され、測定対象物質の表面に特異的に結合する。タグ粒子43は、測定対象物質に比べて小さい寸法(例えば直径)を有する。この試薬を検体と混合する。測定対象物質41が検体内に存在する場合、図3の(b)に示すように複数のタグ粒子43が測定対象物質41の表面に捕捉物質42を介して結合し、被覆する。これによって、複合粒子44が得られる。
(Detection signal when a reagent is added to the sample)
In the first embodiment, a case where there is one kind of measurement target substance (for example, biomolecule) that may exist in the specimen will be described as an example. As shown in FIG. 3A, the reagent includes a capture substance 42 and tag particles 43. The capture substance 42 is bound to the surface of the tag particle 43 and specifically binds to the surface of the measurement target substance. The tag particle 43 has a smaller dimension (for example, a diameter) than the measurement target substance. This reagent is mixed with the specimen. When the measurement target substance 41 is present in the specimen, a plurality of tag particles 43 are bonded to the surface of the measurement target substance 41 via the capture substance 42 as shown in FIG. Thereby, composite particles 44 are obtained.

次いで、図1に示すように検体と試薬の混合溶液31を第1のチャンバ3内に導入、充填する。また、第2のチャンバ4内にも通電可能な液体32を充填する。なお、検体は測定対象物質が含まれている通電可能な液体である。検体が通電可能な液体ではない場合、または検体だけでは第1のチャンバ3内に充分に液体が供給されない場合、検体と試薬の混合物を通電可能な液体に溶解して第1のチャンバ3内に導入すればよい。   Next, as shown in FIG. 1, a mixed solution 31 of the specimen and the reagent is introduced and filled in the first chamber 3. The second chamber 4 is also filled with a liquid 32 that can be energized. The specimen is a liquid that can be energized and contains a substance to be measured. If the specimen is not a liquid that can be energized, or if the specimen alone is not sufficient to supply the liquid into the first chamber 3, the mixture of the specimen and the reagent is dissolved in the energizable liquid and the first chamber 3 is dissolved. What is necessary is just to introduce.

このように第1のチャンバ3に検体と試薬の混合溶液31を導入した後、第1の電極8と第2の電極9との間に電圧を印加し、隔壁2の微細な貫通孔7に電流を流す。測定対象物質41の表面にタグ粒子43が捕捉物質42を介して結合、被覆した複合粒子44等の粒子は、第1のチャンバ3から微細な貫通孔7を通過し、第2のチャンバ4内の通電可能な液体32に移動する。このとき、計測回路10で計測された電流値がパルス的に変化する。   Thus, after introducing the mixed solution 31 of the specimen and the reagent into the first chamber 3, a voltage is applied between the first electrode 8 and the second electrode 9, and the minute through hole 7 of the partition wall 2 is applied. Apply current. Particles such as composite particles 44 and the like in which the tag particles 43 are bonded to and coated on the surface of the measurement target substance 41 via the capture substance 42 pass through the fine through-holes 7 from the first chamber 3, and enter the second chamber 4. It moves to the liquid 32 that can be energized. At this time, the current value measured by the measurement circuit 10 changes in a pulse manner.

電流値の検出信号は、図4に示すように通過する粒子の寸法や形状に応じて変化する。具体的に、図4に示すように検出信号Aは測定対象物質41単独の場合に現われる。検出信号Bは、測定対象物質とは別個の粒子41’単独の場合に現われる。測定対象物質41の寸法は、測定対象物質とは別個の粒子41’の寸法と同じである場合、測定対象物質41の電流値の変化量は検出信号A、Bによって示されるように同じである。従って、測定対象物質41は別個の粒子41’から識別することはできない。なお、捕捉物質42が表面に結合されたタグ粒子43は図4に示す検出信号Cとして現われる。検出信号Cの電流値の変化量は、タグ粒子43の寸法が測定対象物質41のそれより小さいので、非常に僅かである。   The detection signal of the current value changes according to the size and shape of the passing particle as shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 4, the detection signal A appears when the measurement target substance 41 is alone. The detection signal B appears when the particle 41 ′ is separate from the measurement target substance. When the dimension of the measurement target substance 41 is the same as the dimension of the particle 41 ′ separate from the measurement target substance, the amount of change in the current value of the measurement target substance 41 is the same as indicated by the detection signals A and B. . Therefore, the measurement target substance 41 cannot be identified from the separate particles 41 '. The tag particle 43 having the capture substance 42 bound to the surface appears as a detection signal C shown in FIG. The amount of change in the current value of the detection signal C is very small because the size of the tag particle 43 is smaller than that of the measurement target substance 41.

図4に示す検出信号Dは、複合粒子44の場合に得られる。複合粒子44は、測定対象物質41の表面に当該測定対象物質41に比べて寸法(例えば直径)の小さい複数のタグ粒子43が捕捉物質42を介して結合、被覆されたものである。図4に示す検出信号Dの電流値の変化量は、測定対象物質41単独の場合(図4に示す検出信号A)に比較して大きくなる。   The detection signal D shown in FIG. 4 is obtained in the case of the composite particle 44. The composite particles 44 are obtained by binding and covering a plurality of tag particles 43 having a size (for example, a diameter) smaller than that of the measurement target substance 41 via the capture substance 42 on the surface of the measurement target substance 41. The amount of change in the current value of the detection signal D shown in FIG. 4 is larger than that in the case of the measurement target substance 41 alone (detection signal A shown in FIG. 4).

従って、測定対象物質41および当該測定対象物質と寸法が同じで、別個の粒子41’が検体中に存在していても、測定対象物質41は捕捉物質42を介して複数のタグ粒子43が結合、被覆されているため、別個の粒子41’に比べて大きな粒子寸法になる。それ故、計測回路10よる検出信号(検出信号D)に基づいて、測定対象物質41のみを判別し、検体中の測定対象物質41の存在を検出することが可能になる。   Therefore, even if the measurement target substance 41 and the measurement target substance have the same size and separate particles 41 ′ are present in the specimen, the measurement target substance 41 is bound to the plurality of tag particles 43 via the capture substance 42. The particle size is large compared to the individual particles 41 ′. Therefore, based on the detection signal (detection signal D) from the measurement circuit 10, it is possible to determine only the measurement target substance 41 and detect the presence of the measurement target substance 41 in the sample.

また、計測回路10で計測された電流値の変化量を一定時間に亘ってモニタし、図4に示す検出信号Dの数をカウントすることによって、検体中の測定対象物質の濃度を測定することも可能になる。   In addition, the amount of change in the current value measured by the measurement circuit 10 is monitored over a certain period of time, and the number of detection signals D shown in FIG. 4 is counted to measure the concentration of the measurement target substance in the sample. Will also be possible.

前記捕捉物質42は、例えば抗体、ペプチド、アプタマーまたは炭化水素鎖を用いることができる。   For example, an antibody, a peptide, an aptamer, or a hydrocarbon chain can be used as the capture substance 42.

タグ粒子43は、形状が球状であることが好ましい。タグ粒子は、例えば負に帯電した球状のポリスチレン微粒子またはナノサイズの金粒子を用いることができる。   The tag particles 43 are preferably spherical in shape. As the tag particles, for example, negatively charged spherical polystyrene fine particles or nano-sized gold particles can be used.

タグ粒子は、測定対象物質の表面に捕捉物質を介して結合し、その表面を被覆するため、タグ粒子の寸法(例えば直径)は測定対象物質のそれよりも小さい。測定対象物質の寸法(例えば直径)を100%と規定すると、タグ粒子の寸法は10%以上70%以下、より好ましくは20%以上70%以下である。このようにタグ粒子の寸法を測定対象物質の寸法の10%以上70%以下することにより、複数のタグ粒子は測定対象物質の表面に結合、被覆する。それ故、寸法が適切に増大された構造物(例えば複合粒子)を得ることができる。特に、各タグ粒子の寸法は前記10%以上70%以下の範囲内で、下限側を選択する、つまり、より微細なタグ粒子を選択することが好ましい。これによって、単独のタグ粒子を検出したときの電流値の検出信号のピーク高さを小さく抑えることが可能になる。その結果、検出時のノイズ発生を抑制できる。   Since the tag particle is bonded to the surface of the measurement target substance via the capture substance and covers the surface, the dimension (for example, diameter) of the tag particle is smaller than that of the measurement target substance. When the dimension (for example, diameter) of the measurement target substance is defined as 100%, the dimension of the tag particle is 10% or more and 70% or less, more preferably 20% or more and 70% or less. Thus, by making the size of the tag particles 10% or more and 70% or less of the size of the measurement target substance, the plurality of tag particles are bonded and coated on the surface of the measurement target substance. Therefore, it is possible to obtain a structure (for example, a composite particle) with appropriately increased dimensions. In particular, it is preferable that the size of each tag particle is selected within the range of 10% to 70%, and the lower limit side is selected, that is, finer tag particles are selected. This makes it possible to reduce the peak height of the detection signal of the current value when a single tag particle is detected. As a result, noise generation during detection can be suppressed.

測定対象物質とタグ粒子の具体的な寸法関係は、測定対象物質の寸法(例えば直径)が100nm程度である場合、タグ粒子は20〜50nmの寸法(例えば直径)であることが好ましい。さらに、測定対象物質の寸法(例えば直径)が50nm程度である場合には、タグ粒子は、10〜30nmの寸法(例えば直径)であることが好ましい。   Regarding the specific dimensional relationship between the measurement target substance and the tag particle, when the dimension (for example, diameter) of the measurement target substance is about 100 nm, the tag particle preferably has a size (for example, diameter) of 20 to 50 nm. Furthermore, when the dimension (for example, diameter) of the substance to be measured is about 50 nm, the tag particle preferably has a dimension (for example, diameter) of 10 to 30 nm.

検体に試薬を混合する場合、試薬中のタグ粒子の量は検体中の測定対象物質の量に比べて過剰であることが好ましい。具体的には、タグ粒子の個数は測定対象物質のそれの10〜106倍であることが好ましい。タグ粒子の個数をこの比にすることによって、測定対象物質とのタグ粒子の衝突、接触の確率が増大する。従って、複数のタグ粒子は測定対象物質表面にそれらの間に捕捉物質を介在して速やかに結合、被覆できる。その結果、隣接する測定対象物質がタグ粒子を挟んで結合する前に、各測定対象物質の表面を複数のタグ粒子で覆うことが可能になる。それ故、2つ以上の測定対象物質がタグ粒子を挟んで相互に結合するのを防ぎ、ダンベル構造等になるのを回避できる。換言すれば、個々の測定対象物質の表面に複数のタグ粒子が結合、被覆した独立した微細粒子を前述した検体測定装置で検出することが可能になる。前述したように第1、第2の電極間に電圧を印加して貫通孔に通電させ、当該貫通孔を通過する粒子による電流値の変化を計測する。当該計測において、タグ粒子の個数を測定対象物質の個数に対して増大すると、捕捉物質が結合したタグ粒子に起因する、単位時間あたりの電流値の検出信号の出現率が増大する。当該電流値の検出信号ピークを低くしてノイズ発生を抑制するために、前述したようにタグ粒子の寸法(直径)を測定対象物質寸法の10%以上70%以下の範囲内で、下限側に選択することが好ましい。 When a reagent is mixed with a specimen, the amount of tag particles in the reagent is preferably excessive as compared with the amount of the substance to be measured in the specimen. Specifically, the number of tag particles is preferably 10 to 10 6 times that of the substance to be measured. By setting the number of tag particles to this ratio, the probability of collision and contact of tag particles with the measurement target substance increases. Therefore, the plurality of tag particles can be quickly bonded and coated on the surface of the substance to be measured with the capture substance interposed therebetween. As a result, the surface of each measurement target substance can be covered with a plurality of tag particles before the adjacent measurement target substances are bonded with the tag particles interposed therebetween. Therefore, it is possible to prevent two or more substances to be measured from being bonded to each other with the tag particle interposed therebetween, and to avoid a dumbbell structure or the like. In other words, it is possible to detect independent fine particles in which a plurality of tag particles are bonded to and coated on the surface of each substance to be measured with the above-described sample measuring apparatus. As described above, a voltage is applied between the first and second electrodes to energize the through hole, and a change in current value due to particles passing through the through hole is measured. In the measurement, when the number of tag particles is increased with respect to the number of substances to be measured, the appearance rate of detection signals of current values per unit time due to the tag particles bound to the capture substance increases. In order to suppress the generation of noise by lowering the detection signal peak of the current value, the tag particle size (diameter) is within the range of 10% or more and 70% or less of the measurement target substance size as described above and on the lower limit side. It is preferable to select.

複数のタグ粒子を測定対象物質の表面に捕捉物質を介して結合し、被覆する形態において、複数のタグ粒子で被覆された測定対象物質は複数のタグ粒子の被覆なしの測定対象物質の形状に対して相似的であることが好ましい。   In a form in which a plurality of tag particles are bonded to the surface of a measurement target substance via a capture substance and coated, the measurement target substance coated with the plurality of tag particles is formed into a shape of the measurement target substance without covering with the plurality of tag particles. It is preferable that they are similar to each other.

捕捉物質は、タグ粒子に局在するように結合ことが好ましい。つまり、捕捉物質はタグ粒子に局所的に結合することが好ましい。このような形態において、タグ粒子は捕捉物質を介して測定対象物質に結合する際、タグ粒子は測定対象物質に対して結合異方性を示す。例えば、球体または略球体の形状を有するタグ粒子を想定したとき、タグ粒子の曲率表面の30〜50%に対応する部位は捕捉物質と結合する材料で形成し、タグ粒子の残り(50〜70%)の曲率表面に対応する部位は捕捉物質と結合しない材料で形成する。これによって、測定対象物質に対して結合異方性を有するタグ粒子を製造することができる。   The capture substance is preferably bound so as to localize to the tag particle. That is, it is preferable that the capture substance is locally bound to the tag particle. In such a form, when the tag particle binds to the measurement target substance via the capture substance, the tag particle exhibits binding anisotropy with respect to the measurement target substance. For example, assuming a tag particle having a spherical or substantially spherical shape, a portion corresponding to 30 to 50% of the curvature surface of the tag particle is formed of a material that binds to a capture substance, and the remainder of the tag particle (50 to 70). %) Is formed of a material that does not bind to the trapping substance. Thereby, tag particles having binding anisotropy with respect to the measurement target substance can be produced.

このような結合異方性を有するタグ粒子を用いれば、測定対象物質に捕捉物質を介して複数のタグ粒子を結合、被覆したとき、タグ粒子が測定対象物質と結合する面を除く表面(全体の50〜70%を示す表面)には捕捉物質が結合していない。このため、タグ粒子は専ら1つの測定対象物質に捕捉物質を介して結合し、別の測定対象物質と捕捉物質を介して結合する表面を持たない。その結果、1つのタグ粒子が2つ以上の測定対象物質に結合して、ダンベル構造等を形成するのを回避できる。換言すれば、個々の測定対象物質の表面に複数のタグ粒子が結合、被覆した構造を持つ独立した複合粒子を得ることが可能になる。それ故、独立した複合粒子を対象にして前述した検体測定装置で検出することが可能になる。   When tag particles having such binding anisotropy are used, when a plurality of tag particles are bonded to and coated on a measurement target substance via a capture substance, the surface excluding the surface where the tag particles bind to the measurement target substance (the entire surface) The surface showing 50% to 70% of the above (captured substance) is not bound. For this reason, the tag particle binds exclusively to one measurement target substance via a capture substance and does not have a surface that binds to another measurement target substance via a capture substance. As a result, it can be avoided that one tag particle is bonded to two or more substances to be measured to form a dumbbell structure or the like. In other words, it is possible to obtain independent composite particles having a structure in which a plurality of tag particles are bonded and coated on the surface of each measurement target substance. Therefore, it becomes possible to detect independent composite particles with the above-described sample measuring apparatus.

以上説明したように第1の実施形態によれば、測定対象物質を含む検体は複数のタグ粒子および各タグ粒子の表面に結合され、測定対象物質に特異的に結合する捕捉物質を含む試薬と共に、第1のチャンバ内に導入される。使用されるタグ粒子寸法(例えば直径)は、測定対象物質のそれよりも小さい。また、通電可能な液体を第2のチャンバに導入する。この状態で、第1のチャンバ内の混合溶液に浸漬される第1の電極と第2のチャンバ内の通電可能な液体に浸漬される第2の電極との間に電圧を印加することによって、電流は隔壁の貫通孔に供給される。特定の粒子が微細な貫通孔7を通過し、計測回路で計測された電流値のパルス的な変化を観測する。これによって、検体中のウイルスや細菌等の測定対象物質の存在を簡便、短時間で、かつ高感度に検出することが可能になる。   As described above, according to the first embodiment, a specimen containing a measurement target substance is bound to a plurality of tag particles and a reagent containing a capture substance that specifically binds to the measurement target substance. , Introduced into the first chamber. The tag particle size (for example, diameter) used is smaller than that of the substance to be measured. In addition, an energizable liquid is introduced into the second chamber. In this state, by applying a voltage between the first electrode immersed in the mixed solution in the first chamber and the second electrode immersed in the energizable liquid in the second chamber, The electric current is supplied to the through hole of the partition wall. A specific particle passes through the fine through-hole 7 and observes a pulse-like change in the current value measured by the measurement circuit. This makes it possible to detect the presence of substances to be measured such as viruses and bacteria in the sample simply, in a short time, and with high sensitivity.

すなわち、もし各タグ粒子を測定対象物質の寸法(例えば直径)以上の大きさにすると、次のような問題を生じる。a)タグ粒子が大きいため、測定対象物質との接触確率が低下して測定対象物質とタグ粒子との必要反応時間が増大する虞がある。b)測定対象物質とタグ粒子との結合状態は、2つの測定対象物質が捕捉物質−タグ粒子−捕捉物質と結合し、それ故、測定対象物質−タグ粒子−測定対象物質のダンベル構造を持つ複合粒子を形成し、検出ピークがダブルピークになる。その結果、検出には電流波形を識別する必要がある。c)電流波形を識別するには、ダンベル構造を持つ複合粒子が貫通孔内をそれらの結合方向に通過させる必要があり、通過姿勢が制約される。d)タグ粒子が大きいため、タグ粒子を測定対象物質に捕捉物質を介して結合する際に、立体障害を起こし、結合効率が低下する虞がある。e)検体中の測定対象物質の濃度が高い場合、理想的なダンベル構造にならず、ブドウ房状になって、測定対象物質が貫通孔を通過する時、電流波形の検出自体が困難になる。   That is, if each tag particle is made larger than the dimension (for example, diameter) of the substance to be measured, the following problem occurs. a) Since the tag particle is large, the probability of contact with the measurement target substance may decrease, and the required reaction time between the measurement target substance and the tag particle may increase. b) The binding state between the measurement target substance and the tag particle is that the two measurement target substances are combined with the capture substance-tag particle-capture substance, and therefore have a dumbbell structure of the measurement target substance-tag particle-measurement target substance. Complex particles are formed, and the detection peak becomes a double peak. As a result, the current waveform needs to be identified for detection. c) In order to identify the current waveform, it is necessary for the composite particles having a dumbbell structure to pass through the through holes in their coupling direction, and the passing posture is restricted. d) Since the tag particles are large, when the tag particles are bound to the measurement target substance via the capture substance, steric hindrance may occur and the binding efficiency may be reduced. e) When the concentration of the substance to be measured in the sample is high, it does not have an ideal dumbbell structure, but has a bunched shape, and when the substance to be measured passes through the through-hole, it becomes difficult to detect the current waveform itself. .

第1の実施形態のように測定対象物質よりも小さい寸法(例えば直径)を有するタグ粒子を用いることによって、次のような有益性を達成できる。   By using tag particles having a size (for example, a diameter) smaller than the measurement target substance as in the first embodiment, the following benefits can be achieved.

1)測定対象物質よりも小さい寸法(例えば直径)を有するタグ粒子は、測定対象物質の寸法以上の大きなタグ粒子に比べて溶液中でのブラウン運動が活発になる。その結果、測定対象物質に対するタグ粒子の衝突、接触確率が上昇してそれらの間の結合効率を増大できる。   1) A tag particle having a size (for example, a diameter) smaller than that of the measurement target substance has a more active Brownian motion in the solution than a tag particle having a size larger than that of the measurement target substance. As a result, the collision probability and contact probability of the tag particles with respect to the measurement target substance increase, and the coupling efficiency between them can be increased.

2)タグ粒子と測定対象物質とが捕捉物質を介して結合する際、立体障害が小さくなるため、それらの間の結合効率を増大できる。   2) Since the steric hindrance is reduced when the tag particle and the substance to be measured are bound via the capture substance, the binding efficiency between them can be increased.

3)検出にあたって、電流波形ではなく、単純な信号強度で判断できる。   3) In detection, it can be judged not by current waveform but by simple signal intensity.

4)測定対象物質よりも小さい寸法を有するタグ粒子が測定対象物質表面に結合することによって、結合したタグ粒子による立体対称性が保持されるため、微細な貫通孔を通過する姿勢に制約がなくなる。それ故、単純な電流信号強度の比較だけで検体中の測定対象物質を判別、検出できるため、検出効率を向上できる。   4) Since tag particles having dimensions smaller than the measurement target substance are bonded to the measurement target substance surface, the steric symmetry by the combined tag particles is maintained, so that the posture passing through the fine through hole is not restricted. . Therefore, since the substance to be measured in the specimen can be discriminated and detected only by simple current signal intensity comparison, the detection efficiency can be improved.

従って、検体中のウイルスや細菌等の測定対象物質の存在を簡便、短時間で、かつ高感度に検出することが可能な検体検出方法を提供できる。   Therefore, it is possible to provide a specimen detection method that can detect the presence of a measurement target substance such as a virus or bacteria in a specimen simply, in a short time, and with high sensitivity.

(第2の実施形態)
第2の実施形態では、検体内に存在している可能性がある測定対象物質(例えばバイオ分子)が2種類である例を説明する。なお、検体検出にあたっては前述した図1に示す検体検出装置を使用する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, an example in which there are two types of measurement target substances (for example, biomolecules) that may exist in the specimen will be described. Note that the specimen detection apparatus shown in FIG. 1 is used for specimen detection.

図5の(a)に示すように、試薬は第1の測定対象物質の表面に特異的に結合する第1の捕捉物質42(例えば第1の抗体)と、当該捕捉物質42が結合され、第1の測定対象物質に比べて小さい寸法(例えば直径)を有する第1のタグ粒子43とを含む。また図5の(b)に示すように、試薬は第2の測定対象物質の表面に特異的に結合する第2の捕捉物質(例えば第2の抗体)52と、当該捕捉物質52が結合している第2のタグ粒子53とを含む。なお、第1、第2のタグ粒子43、53は寸法(例えば直径)が互いに異なる。例えば、第1のタグ粒子43は第2のタグ粒子53に比べて大きな径を有する。この試薬を検体に混合することにより、複数の第1のタグ粒子43は図5の(c)に示すように第1の捕捉物質42を介して第1の測定対象物質41の表面に結合してその表面を被覆する。また、図5の(d)に示すように、複数の第2のタグ粒子53は第2の捕捉物質52を介して第2の測定対象物質51の表面に結合してその表面を被覆する。   As shown in FIG. 5 (a), the reagent binds the first capture substance 42 (for example, the first antibody) that specifically binds to the surface of the first measurement target substance and the capture substance 42, 1st tag particle | grains 43 which have a dimension (for example, diameter) small compared with a 1st measuring object substance. As shown in FIG. 5B, the reagent binds to the second capture substance (for example, the second antibody) 52 that specifically binds to the surface of the second measurement target substance and the capture substance 52. Second tag particles 53. The first and second tag particles 43 and 53 have different dimensions (for example, diameter). For example, the first tag particle 43 has a larger diameter than the second tag particle 53. By mixing this reagent with the specimen, the plurality of first tag particles 43 are bound to the surface of the first measurement target substance 41 via the first capture substance 42 as shown in FIG. 5C. And coat the surface. Further, as shown in FIG. 5D, the plurality of second tag particles 53 are bonded to the surface of the second measurement target substance 51 via the second capture substance 52 to cover the surface.

次いで、検体と試薬の混合溶液を第1のチャンバ3内に導入する。また、第2のチャンバ4内にも通電可能な液体を充填する。このように第1のチャンバ3に検体と試薬の混合溶液を導入した後、第1の電極8と第2の電極9との間に電圧を印加し、隔壁2の微細な貫通孔7に電流を流す。第1のチャンバ3内の第1のタグ粒子が第1の捕捉物質を介して第1の測定対象物質41の表面に結合、被覆した第1の複合粒子は、微細な貫通孔7を通過し、第2のチャンバ4内の通電可能な液体に移動する。また、第1のチャンバ3内の第2のタグ粒子が第2の捕捉物質を介して第2の測定対象物質の表面に結合、被覆した第2の複合粒子は、微細な貫通孔7を通過し、第2のチャンバ4内の通電可能な液体に移動する。これらの複合粒子がそれぞれ微細な貫通孔7を通過するとき、計測回路10で計測された電流値がパルス的に変化する。   Next, a mixed solution of the specimen and the reagent is introduced into the first chamber 3. The second chamber 4 is also filled with a liquid that can be energized. After introducing the mixed solution of the specimen and the reagent into the first chamber 3 in this way, a voltage is applied between the first electrode 8 and the second electrode 9, and a current is passed through the minute through hole 7 of the partition wall 2. Shed. The first composite particles in which the first tag particles in the first chamber 3 are bonded to and coated on the surface of the first measurement target substance 41 via the first capturing substance pass through the fine through-hole 7. The liquid moves to the energizable liquid in the second chamber 4. Further, the second composite particles in which the second tag particles in the first chamber 3 are bound to and coated on the surface of the second substance to be measured via the second capturing substance pass through the fine through-hole 7. Then, the liquid moves to the energizable liquid in the second chamber 4. When these composite particles pass through the fine through-holes 7 respectively, the current value measured by the measurement circuit 10 changes in a pulse manner.

電流値の検出信号は、図6に示すように通過する粒子の寸法に応じて変化する。具体的には、図6に示すように検出信号Aは第1の測定対象物質41単独の場合に現われる。検出信号Bは、第2の測定対象物質51単独の場合に現われる。第1の測定対象物質41と第2の測定対象物質51の寸法が同じである場合には、検出信号A、Bのように電流値の変化量が同じになる。従って、第1および第2の測定対象物質41および51は互いに識別できない。なお、第1の捕捉物質42が結合された第1のタグ粒子43およびは第2の捕捉物質52が結合された第2のタグ粒子53は、それぞれ図6に示す検出信号C、Dとして現われ、電流値の変化量が非常に僅かである。   The detection signal of the current value changes according to the size of the passing particle as shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 6, the detection signal A appears in the case of the first measurement target substance 41 alone. The detection signal B appears when the second measurement target substance 51 is used alone. When the dimensions of the first measurement target substance 41 and the second measurement target substance 51 are the same, the amount of change in the current value is the same as in the detection signals A and B. Accordingly, the first and second measurement target substances 41 and 51 cannot be distinguished from each other. The first tag particles 43 to which the first capture substance 42 is bound and the second tag particles 53 to which the second capture substance 52 is bound appear as detection signals C and D shown in FIG. The amount of change in current value is very slight.

第1の測定対象物質41に比べて寸法(例えば直径)の小さい複数の第1のタグ粒子43が第1の捕捉物質42を介して表面に結合され、複数の第1のタグ粒子43で表面が被覆された第1の測定対象物質41、すなわち前述した第1の複合粒子、の場合、図6に示す検出信号Eが現われる。他方、第2の測定対象物質51に比べて寸法(例えば直径)の小さい複数の第2のタグ粒子53が第2の捕捉物質52を介して表面に結合され、複数の第2のタグ粒子53で表面が被覆された第2の測定対象物質51、すなわち前述した第2の複合粒子、の場合は、図6に示す検出信号Fが現われる。このとき、第1のタグ粒子43の寸法(例えば直径)は第2のタグ粒子53のそれに比べて大きい。それ故、複数の第1のタグ粒子43が第1の測定対象物質41の表面に結合、被覆された第1の複合粒子が貫通孔7に通過するときの電流値の変化量(図6の検出信号E)は、複数の第2のタグ粒子53が第2の測定対象物質51の表面に結合、被覆された第2の複合粒子における同様な電流値の変化量(図6に示す検出信号F)に比較して大きくなる。   A plurality of first tag particles 43 having a size (for example, a diameter) smaller than that of the first measurement target substance 41 are bonded to the surface via the first capture substance 42, and the surface is formed by the plurality of first tag particles 43. 6 is detected, that is, the first composite particle described above, the detection signal E shown in FIG. 6 appears. On the other hand, a plurality of second tag particles 53 having a size (for example, a diameter) smaller than that of the second measurement target substance 51 are bonded to the surface via the second trapping substance 52, and the plurality of second tag particles 53. The detection signal F shown in FIG. 6 appears in the case of the second substance 51 to be measured whose surface is covered with, that is, the second composite particles described above. At this time, the dimension (for example, diameter) of the first tag particle 43 is larger than that of the second tag particle 53. Therefore, the amount of change in the current value when the plurality of first tag particles 43 are bonded to the surface of the first measurement target substance 41 and the first composite particles covered are passed through the through holes 7 (see FIG. 6). The detection signal E) is the same amount of change in the current value in the second composite particle in which the plurality of second tag particles 53 are bonded to and coated on the surface of the second measurement target substance 51 (the detection signal shown in FIG. 6). Larger than F).

第2の実施形態において、第1のタグ粒子43の寸法は第2のタグ粒子53のそれと異ならせる。これによって、第1の測定対象物質41が第1のタグ粒子43で結合された結合粒子の通過は、第2の測定対象物質51が第2のタグ粒子53で結合された結合粒子の通過から識別することができる。   In the second embodiment, the size of the first tag particle 43 is different from that of the second tag particle 53. Thereby, the passage of the binding particles in which the first measurement target substance 41 is bound by the first tag particles 43 is caused by the passage of the binding particles in which the second measurement target substance 51 is bound by the second tag particles 53. Can be identified.

従って、単独の第1の測定対象物質41の寸法が単独の第2の測定対象物質51のそれと本質的に同じで、かつそれらの電流信号が計測回路10で測定された検出信号から互いに本質的に同じであったとしても、第1の測定対象物質41が第1のタグ粒子43と結合した状態の電流信号を第2の測定対象物質51が第2のタグ粒子53とが結合した状態の電流信号から判別することが可能となる。その結果、検体内に存在する測定対象物質が第1の測定対象物質41であるのか、第2の測定対象物質51であるのかを、もしくは両方であるのか、又はいずれも存在しないのかを検出することが可能となる。   Therefore, the dimension of the single first measurement target substance 41 is essentially the same as that of the single second measurement target substance 51, and their current signals are mutually essential from the detection signal measured by the measurement circuit 10. The current signal in a state where the first measurement target substance 41 is bound to the first tag particle 43 is used as the current signal in the state where the second measurement target substance 51 is bound to the second tag particle 53. It becomes possible to discriminate from the current signal. As a result, it is detected whether the measurement target substance present in the sample is the first measurement target substance 41, the second measurement target substance 51, or both, or neither of them exists. It becomes possible.

また、計測回路10で計測された電流値の変化量を一定時間に亘ってモニタし、図6に示す検出信号Eの数をカウントすることによって、検体中の第1の測定対象物質41の濃度を測定することも可能になる。同様に、図6に示す検出信号Fの数をカウントすることによって、検体中の第2の測定対象物質51の濃度を測定することも可能になる。   Further, the amount of change in the current value measured by the measurement circuit 10 is monitored over a certain period of time, and the number of detection signals E shown in FIG. 6 is counted to thereby determine the concentration of the first measurement target substance 41 in the sample. Can also be measured. Similarly, by counting the number of detection signals F shown in FIG. 6, it is possible to measure the concentration of the second measurement target substance 51 in the sample.

(第3の実施形態)
第3の実施形態に係る検体検出装置を図7および図8を参照して詳細に説明する。
(Third embodiment)
A sample detection apparatus according to the third embodiment will be described in detail with reference to FIGS.

図7は、第3の実施形態に係る検体検出装置の平面図である。図8は、図7のVIII−VIII線に沿う断面図である。例えば矩形状の本体61は、矩形ブロック62を備えている。上溝64および下溝65は、矩形ブロック62に中央壁63を境にして設けられている。上蓋66は、ブロック62の上面に上溝64を覆うように設けられている。下蓋67は、ブロック62の下面に下溝65を覆うように設けられている。   FIG. 7 is a plan view of the specimen detection apparatus according to the third embodiment. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. For example, the rectangular main body 61 includes a rectangular block 62. The upper groove 64 and the lower groove 65 are provided in the rectangular block 62 with the central wall 63 as a boundary. The upper lid 66 is provided on the upper surface of the block 62 so as to cover the upper groove 64. The lower lid 67 is provided on the lower surface of the block 62 so as to cover the lower groove 65.

中空状の第1のチャンバ68は、ブロック62の上溝64と上蓋66とで規定された空間に形成されている。中空状の第2のチャンバ69は、ブロック62の下溝65と下蓋67とで規定された空間に形成されている。   The hollow first chamber 68 is formed in a space defined by the upper groove 64 and the upper lid 66 of the block 62. The hollow second chamber 69 is formed in a space defined by the lower groove 65 and the lower lid 67 of the block 62.

第1のチャンバ68は、左端側に位置する注入ポート70と、右端側に位置する流出ポート71と、両端が注入ポート70および流出ポート71に連通された流路72とから構成されている。流路72は、各ポート70,71の幅より狭い幅を有する。検体入口73は、注入ポート70上の前記上蓋66に設けられている。検体出口74は、流出ポート71上の前記上蓋66に設けられている。平面形状が第1のチャンバ68と同形状の隔壁75は、第1のチャンバ68底部の中央壁63上に設けられている。微細な貫通孔76は、流出ポート71側の近くの流路72下の隔壁75部分に設けられている。貫通孔76に対向する中央壁63には、貫通孔76に比べて十分に大きな直径を有する穴77が開口されている。貫通孔76および穴77は、隔壁75および中央壁63にそれぞれ設けられているので、第1のチャンバ68の流路72は、第2のチャンバ69に貫通孔76および穴77を通して連絡される。   The first chamber 68 includes an injection port 70 located on the left end side, an outflow port 71 located on the right end side, and a flow path 72 having both ends communicating with the injection port 70 and the outflow port 71. The flow path 72 has a width narrower than the width of each port 70 and 71. The sample inlet 73 is provided in the upper lid 66 on the injection port 70. The sample outlet 74 is provided in the upper lid 66 on the outflow port 71. The partition wall 75 having the same planar shape as the first chamber 68 is provided on the central wall 63 at the bottom of the first chamber 68. The fine through hole 76 is provided in the partition 75 portion below the flow path 72 near the outflow port 71 side. A hole 77 having a diameter sufficiently larger than that of the through hole 76 is opened in the central wall 63 facing the through hole 76. Since the through hole 76 and the hole 77 are respectively provided in the partition wall 75 and the central wall 63, the flow path 72 of the first chamber 68 is communicated with the second chamber 69 through the through hole 76 and the hole 77.

第1のフィルタ78は、貫通孔76に対して検体の注入口73から出口74に向かう検体の流れの下流側の第1のチャンバ68の流路72内に設けられている。検体の流れは、図7の矢印100で示される。第1のフィルタ78は、流路72内に0〜1mmの距離で貫通孔76と近接して設けることが好ましい。第1のフィルタ78は、例えば複数のナノピラーを備えている。各ナノピラーは、流路72の長さ方向、換言すれば矢印100によって示される検体の流れ方向、に沿って設けられている。乾燥試薬は、複数のタグ粒子と各タグ粒子の表面に結合され、測定対象物質の表面に特異的に結合する捕捉物質とを含み、複数のナノピラー間に予め保持されている。各タグ粒子は、前記第1の実施形態で説明したように測定対象物質よりも小さい寸法(例えば直径)を有する。   The first filter 78 is provided in the flow path 72 of the first chamber 68 on the downstream side of the flow of the specimen from the specimen inlet 73 to the outlet 74 with respect to the through hole 76. The flow of the specimen is indicated by an arrow 100 in FIG. The first filter 78 is preferably provided in the flow path 72 close to the through hole 76 at a distance of 0 to 1 mm. The first filter 78 includes, for example, a plurality of nanopillars. Each nanopillar is provided along the length direction of the flow path 72, in other words, the specimen flow direction indicated by the arrow 100. The dry reagent includes a plurality of tag particles and a capture substance that is bonded to the surface of each tag particle and specifically binds to the surface of the measurement target substance, and is held in advance between the plurality of nanopillars. Each tag particle has a size (for example, a diameter) smaller than that of the measurement target substance as described in the first embodiment.

第2のフィルタ79は、注入ポート70と貫通孔79の間の流路72に配置されている。第2のフィルタ79は、検体が流路72を図7の矢印100に示す方向に流れるときに、検体中の夾雑物を吸着する役目をなす。   The second filter 79 is disposed in the flow path 72 between the injection port 70 and the through hole 79. The second filter 79 serves to adsorb contaminants in the sample when the sample flows through the flow path 72 in the direction indicated by the arrow 100 in FIG.

通電可能な液体の導入口80は、第2のチャンバ69の左端側に位置する下蓋67に設けられている。通電可能な液体の排出口81は、第2のチャンバ69の右端側に位置する下蓋67に設けられている。   An energized liquid inlet 80 is provided in the lower lid 67 located on the left end side of the second chamber 69. The liquid discharge port 81 that can be energized is provided in the lower lid 67 located on the right end side of the second chamber 69.

第1の電極82は、第1のチャンバ68側に位置する上蓋66に設けられている。第1の電極82の少なくとも一部は、矢印100によって示される検体の流れの下流側の第1のフィルタ72の側面に隣接する流路72内に位置されている。第2の電極83は、第2のチャンバ68側に位置する下蓋67に設けられている。第2の電極83の少なくとも一部は、第2のチャンバ68内、例えば貫通孔76直下の第2のチャンバ68内、に位置されている。計測回路84および直流電源85は第2の電極83にこの順序で接続されている。   The first electrode 82 is provided on the upper lid 66 located on the first chamber 68 side. At least a portion of the first electrode 82 is located in the flow path 72 adjacent to the side surface of the first filter 72 downstream of the analyte flow indicated by the arrow 100. The second electrode 83 is provided on the lower lid 67 located on the second chamber 68 side. At least a part of the second electrode 83 is located in the second chamber 68, for example, in the second chamber 68 immediately below the through hole 76. The measurement circuit 84 and the DC power source 85 are connected to the second electrode 83 in this order.

第3の電極86は、上蓋66の入口73を通して第1のチャンバ68の注入ポート70に挿入されている。第4の電極87は、上蓋66の出口74を通して第1のチャンバ68の流出ポート71に挿入されている。   The third electrode 86 is inserted into the injection port 70 of the first chamber 68 through the inlet 73 of the upper lid 66. The fourth electrode 87 is inserted into the outflow port 71 of the first chamber 68 through the outlet 74 of the upper lid 66.

第1、第3、第4の電極82,86および87は、それぞれリード88、89および90を通して、およびオン−オフスイッチ(図示せず)を経由して直流電源(図示せず)に接続されている。直流電源への第1、第3、第4の電極82,86および87の接続は、次の工程で切り替えられる。この工程は、検体中の測定対象物質を第1のフィルタ78内の複数のタグ粒子に捕捉物質を介して特異的に結合し、測定対象物質をトラップする工程;第1のフィルタ78にトラップされ、複数のタグ粒子に捕捉物質を介して特異的に結合した測定対象物質を脱離する工程;および第1のフィルタ78から流路72に放出された、第1のチャンバ68内の複数のタグ粒子に捕捉物質を介して特異的に結合した測定対象物質を貫通孔76を通過して第2のチャンバ69内の通電可能な液体に移動させる工程;である。   The first, third and fourth electrodes 82, 86 and 87 are connected to a DC power source (not shown) through leads 88, 89 and 90, respectively, and via an on-off switch (not shown). ing. The connection of the first, third, and fourth electrodes 82, 86, and 87 to the DC power source is switched in the following process. In this step, the measurement target substance in the specimen is specifically bound to the plurality of tag particles in the first filter 78 via the capture substance, and the measurement target substance is trapped; trapped by the first filter 78 Desorbing a substance to be measured specifically bound to a plurality of tag particles via a capture substance; and a plurality of tags in the first chamber 68 discharged from the first filter 78 to the flow path 72 A step of moving the measurement target substance specifically bound to the particle through the trapping substance through the through-hole 76 to a liquid that can be energized in the second chamber 69.

脱離部は、第1の電極82、第3の電極86および直流電圧を印加する直流電源(図示せず)により構成される。直流電源は、第1のフィルタ78を加熱しながら、第1の電極82と第3の電極86との間に直流電圧を印加するように構成される。脱離部は、測定対象物質を第1のフィルタ78から矢印100に示す検体の流れの上流側の流路72に脱離する。この測定対象物質は、複数のタグ粒子と捕捉物質を介して結合され、かつ後述するように第1のフィルタ78にトラップされている。   The detaching part is constituted by a first electrode 82, a third electrode 86, and a DC power source (not shown) for applying a DC voltage. The DC power source is configured to apply a DC voltage between the first electrode 82 and the third electrode 86 while heating the first filter 78. The desorption unit desorbs the measurement target substance from the first filter 78 to the flow path 72 on the upstream side of the specimen flow indicated by the arrow 100. The substance to be measured is combined with a plurality of tag particles and a trapping substance, and is trapped by the first filter 78 as described later.

次に、第3の実施形態に係る図7および図8に示す検体検出装置を用いて検体の検出方法を説明する。第3の実施形態では、検体中に存在する可能性のある測定対象物質(例えばバイオ分子)が1種類である場合を例にする。   Next, a specimen detection method will be described using the specimen detection apparatus shown in FIGS. 7 and 8 according to the third embodiment. In the third embodiment, a case where there is one kind of measurement target substance (for example, biomolecule) that may exist in the specimen is taken as an example.

最初に、通電可能な液体を第2のチャンバ69内に導入口80を通して導入し、当該液体を第2のチャンバ69内に充填する。   First, a liquid that can be energized is introduced into the second chamber 69 through the inlet 80, and the liquid is filled into the second chamber 69.

次いで、検体は入口70を通して第1のチャンバ68の注入ポート70に注入する。注入ポート70内の検体は、流路72を図7の矢印100に示す方向に流れる。検体は、流路72内に介在した第2のフィルタ79を通過し、ここで夾雑物が除去される。検体は、さらに流路72内に配置された第1のフィルタ78を通過して流出ポート71に流出する。   The analyte is then injected through the inlet 70 into the injection port 70 of the first chamber 68. The specimen in the injection port 70 flows in the direction indicated by the arrow 100 in FIG. The specimen passes through the second filter 79 interposed in the flow path 72, where impurities are removed. The specimen further passes through the first filter 78 disposed in the flow path 72 and flows out to the outflow port 71.

検体が流路72を流れるときに、第1、第2の電極82および83の間に直流電圧を印加し、電流を隔壁75の貫通孔76および中央壁63の穴76を通過して流す。例えば、検体中の測定対象物質は電場により貫通孔76およびその下の穴77を通過し、第2のチャンバ69内の通電可能な液体に移動する。このとき、計測回路84で計測された電流値はパルス的に変化する。   When the specimen flows through the flow path 72, a DC voltage is applied between the first and second electrodes 82 and 83, and current flows through the through hole 76 of the partition wall 75 and the hole 76 of the central wall 63. For example, the substance to be measured in the specimen passes through the through hole 76 and the hole 77 below it by an electric field, and moves to the energizable liquid in the second chamber 69. At this time, the current value measured by the measurement circuit 84 changes in a pulse manner.

電流値の検出信号は、前述した図4に示すように貫通孔76を通過する粒子の寸法や形状に応じて変化する。具体的には、図4に示すように検出信号Aは測定対象物質41単独の場合に現われる。検出信号Bは、測定対象物質とは別個の粒子41’単独の場合に現われる。測定対象物質41が測定対象物質と別個の粒子41’と寸法が同じである場合、電流値の変化量は検出信号A、Bに示されるように測定対象物質と別個の粒子41のそれと同じである。従って、測定対象物質41は別個の粒子41’と識別することはできない。捕捉物質42と結合されたタグ粒子43は、図4に示す検出信号Cとして現われる。検出信号Cの電流値の変化量は、非常に僅かである。   The detection signal of the current value changes according to the size and shape of the particles passing through the through hole 76 as shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 4, the detection signal A appears when the measurement target substance 41 is alone. The detection signal B appears when the particle 41 ′ is separate from the measurement target substance. When the measurement target substance 41 has the same size as the particle 41 ′ separate from the measurement target substance, the amount of change in the current value is the same as that of the particle 41 separate from the measurement target substance as shown in the detection signals A and B. is there. Therefore, the measurement target substance 41 cannot be distinguished from the separate particles 41 '. The tag particle 43 combined with the capture substance 42 appears as a detection signal C shown in FIG. The amount of change in the current value of the detection signal C is very small.

検体中の測定対象物質は、次の操作により識別できる。   The substance to be measured in the sample can be identified by the following operation.

最初に、通電可能な液体を第2のチャンバ69内に導入口80を通して導入し、当該液体を第2のチャンバ69内に充填する。   First, a liquid that can be energized is introduced into the second chamber 69 through the inlet 80, and the liquid is filled into the second chamber 69.

次いで、検体は入口70を通して第1のチャンバ68の注入ポート70に注入する。注入と同時または注入直後に、第3の電極86および第4の電極87はリード89および90を通して図示しない直流電源に接続する。第3、第4の電極86および87は、直流電源に第3の電極86が負電極、第4の電極87が正電極になるように接続する。その後、直流電圧を第3、第4の電極86および87間に印加する。このとき、検体中の測定対象物質は一般的に負電荷に帯電しているため、第3、第4の電極86および87間への直流電圧の印加による電気泳動は、注入ポート70から流路72に向かう矢印100に示す方向への測定対象物質の移動を促進する。注入ポート70内の検体は毛細管現象により流路72を流れ、流路72内に配置した第2のフィルタ79を通過する。これによって、夾雑物が除去される。検体は、さらに流路72から流路72内に配置した第1のフィルタ78を通過し、流出ポート71に流出する。検体が第1のフィルタ78を適切な速度で通過する間に、第1のフィルタ78には複数のタグ粒子と各タグ粒子の表面に結合され、測定対象物質に特異的に結合する捕捉物質とを含む乾燥試薬が保持されている。このため、タグ粒子が検体中の測定対象物質の表面に捕捉物質を介して結合し、被覆された複数の複合粒子は、第1のフィルタ78にトラップされる。このとき、測定対象物質のみがトラップされる。測定対象物質とは別個の粒子は第1のフィルタ78を通過して流出ポート71に移動し、出口74から流出して除去される。   The analyte is then injected through the inlet 70 into the injection port 70 of the first chamber 68. At the same time as or immediately after the injection, the third electrode 86 and the fourth electrode 87 are connected to a DC power source (not shown) through leads 89 and 90. The third and fourth electrodes 86 and 87 are connected to a DC power source so that the third electrode 86 is a negative electrode and the fourth electrode 87 is a positive electrode. Thereafter, a DC voltage is applied between the third and fourth electrodes 86 and 87. At this time, since the substance to be measured in the specimen is generally charged with a negative charge, electrophoresis by applying a DC voltage between the third and fourth electrodes 86 and 87 is performed from the injection port 70 to the flow path. The movement of the measurement target substance in the direction indicated by the arrow 100 toward 72 is promoted. The specimen in the injection port 70 flows through the flow path 72 by capillary action and passes through the second filter 79 arranged in the flow path 72. Thereby, impurities are removed. The specimen further passes from the flow path 72 through the first filter 78 disposed in the flow path 72 and flows out to the outflow port 71. While the specimen passes through the first filter 78 at an appropriate speed, the first filter 78 has a plurality of tag particles and a capture substance that is bound to the surface of each tag particle and specifically binds to the measurement target substance. A dry reagent containing is retained. For this reason, the tag particles are bonded to the surface of the measurement target substance in the specimen via the capture substance, and the plurality of coated composite particles are trapped by the first filter 78. At this time, only the measurement target substance is trapped. Particles separate from the substance to be measured pass through the first filter 78, move to the outflow port 71, and flow out of the outlet 74 and are removed.

複数の複合粒子のトラップ後に、第1の電極82および第3の電極86はリード88,89を通して図示しない直流電源に、第の1電極82が負電極、第3の電極86が正電極になるようにて接続する。その後、直流電圧を第1、第3の電極82および86の間に印加する。このとき、第1のフィルタ78内にトラップされた前記複数の複合粒子は一般的に負電荷である。また、第1のフィルタ78は第1、第3の電極82および86の間に配置されている。それ故、第1のフィルタ78内において、図7の矢印100に示される検体の流れと逆方向の流れが電気泳動(第1、第3の電極82および86の間への直流電圧の印加によってもたらされる)によって発生する。換言すれば、第1のフィルタ78内において、矢印100によって示される前記検体の流れの上流側に向かう流れは前記電気泳動によって発生する。この逆方向の流れにより、熱を第1のフィルタ78に加えたとき、第1のフィルタ78内にトラップされた複数の複合粒子は、矢印100によって示される検体の流れの上流側に向かって脱離、放出される。その結果、複合粒子は貫通孔76に近接した流路72に集められ、高濃度化される。   After trapping a plurality of composite particles, the first electrode 82 and the third electrode 86 become a DC power source (not shown) through leads 88 and 89, the first electrode 82 becomes a negative electrode, and the third electrode 86 becomes a positive electrode. Connect as shown. Thereafter, a DC voltage is applied between the first and third electrodes 82 and 86. At this time, the plurality of composite particles trapped in the first filter 78 are generally negatively charged. The first filter 78 is disposed between the first and third electrodes 82 and 86. Therefore, in the first filter 78, the flow in the direction opposite to the flow of the specimen indicated by the arrow 100 in FIG. 7 is electrophoresed (by applying a DC voltage between the first and third electrodes 82 and 86). Caused by). In other words, in the first filter 78, the flow toward the upstream side of the flow of the analyte indicated by the arrow 100 is generated by the electrophoresis. When heat is applied to the first filter 78 by this reverse flow, the plurality of composite particles trapped in the first filter 78 escape toward the upstream side of the specimen flow indicated by the arrow 100. Released. As a result, the composite particles are collected in the flow path 72 adjacent to the through hole 76 and are highly concentrated.

第3の実施形態において、第1、第3の電極82および86間への直流電圧の印加による電気泳動によって、第1のフィルタ78内にトラップされた、複数の複合粒子を脱離する間に、前述したように前記第1のフィルタ78を加熱して当該複合粒子の脱離を促進してもよい。   In the third embodiment, during the separation of the plurality of composite particles trapped in the first filter 78 by electrophoresis by applying a DC voltage between the first and third electrodes 82 and 86. As described above, the first filter 78 may be heated to promote desorption of the composite particles.

第1のフィルタ78内にトラップされた複数の複合粒子が検体の流れの上流側に向かって脱離、放出された後に、第1の電極82のリード88を図示しない直流電源から接地に接続するように切り替える。この状態で、DC直流電源85から直流電圧を第1、第2の電極82および83の間に印加し、隔壁75の貫通孔76に電流を供給する。直流電圧の印加によって複数の複合粒子は、第1のフィルタ78に対して検体の流れ方向の上流側で、第1のフィルタ78に所定の距離で近接する貫通孔76およびその下の穴77を通過し、第2のチャンバ69内の通電可能な液体に移動する。このとき、計測回路84で計測された電流値がパルス的に変化する。   After the plurality of composite particles trapped in the first filter 78 are desorbed and released toward the upstream side of the specimen flow, the lead 88 of the first electrode 82 is connected to ground from a DC power source (not shown). Switch as follows. In this state, a DC voltage is applied from the DC DC power supply 85 between the first and second electrodes 82 and 83 to supply a current to the through hole 76 of the partition wall 75. By applying a DC voltage, the plurality of composite particles have a through-hole 76 and a hole 77 below the first filter 78 that are close to the first filter 78 at a predetermined distance on the upstream side in the flow direction of the specimen. Pass through and move to the energizable liquid in the second chamber 69. At this time, the current value measured by the measurement circuit 84 changes in a pulse manner.

この電流検出において、主に、前述した図4に示す検出信号Dは複数のタグ粒子が捕捉物質を介して測定対象物質の表面に結合され、被覆された複合粒子の場合に現われる。検出信号Dの電流値の変化量は、測定対象物質41単独の場合(図4に示す検出信号A)に比較して大きくなる。   In this current detection, the detection signal D shown in FIG. 4 described above appears mainly in the case of a composite particle in which a plurality of tag particles are bonded to the surface of the measurement target substance via the capture substance and coated. The amount of change in the current value of the detection signal D is larger than that in the case of the measurement target substance 41 alone (detection signal A shown in FIG. 4).

従って、検体中に測定対象物質と当該測定対象物質と寸法が同じで、別個の粒子が存在していても、複数のタグ粒子43が捕捉物質42を介して測定対象物質41の表面に結合され、被覆された複合粒子は測定対象物質41に比べて大きな粒子寸法を有する。このため、計測回路84からの検出信号に基づいて、測定対象物質41のみを判別し、検体中の測定対象物質41の存在を検出することが可能になる。   Therefore, even if the measurement target substance and the measurement target substance have the same size and separate particles in the specimen, a plurality of tag particles 43 are bound to the surface of the measurement target substance 41 via the capture substance 42. The coated composite particles have a larger particle size than the measurement target substance 41. Therefore, based on the detection signal from the measurement circuit 84, it is possible to determine only the measurement target substance 41 and detect the presence of the measurement target substance 41 in the sample.

また、第3の実施形態に係る検体検出装置において、第1のチャンバ68は注入ポート70と、流出ポート71と、これらポート70,71を繋ぐ狭い幅の流路72とから構成されている。流路72は小さな容積を有する。それ故、少量の検体中の測定対象物質の存在を高い頻度で検出できる。   In the sample detection apparatus according to the third embodiment, the first chamber 68 includes an injection port 70, an outflow port 71, and a narrow-width channel 72 that connects these ports 70 and 71. The flow path 72 has a small volume. Therefore, the presence of the measurement target substance in a small amount of specimen can be detected with high frequency.

さらに、流路72に配置された第1のフィルタ78は試薬を予め保持している。第1のフィルタ78と隔壁75の貫通孔76と第1の電極82との位置関係を特定している。これらの構成によって、検体中の測定対象物質の表面に複数のタグ粒子が捕捉物質を介して効率的に結合、被覆された複合粒子を形成できる。さらに、当該複合粒子を第1のフィルタ78に対して検体の流れの上流側に位置する流路72に集めことができる。その結果、検体中の測定対象物質が低濃度で存在している場合でも、検体中の測定対象物質の存在を高い頻度で検出することが可能になる。   Further, the first filter 78 disposed in the flow path 72 holds the reagent in advance. The positional relationship among the first filter 78, the through hole 76 of the partition wall 75, and the first electrode 82 is specified. With these configurations, it is possible to form composite particles in which a plurality of tag particles are efficiently bound to and coated on the surface of the measurement target substance in the specimen via the capture substance. Further, the composite particles can be collected in the flow path 72 located upstream of the specimen flow with respect to the first filter 78. As a result, even when the measurement target substance in the sample is present at a low concentration, the presence of the measurement target substance in the sample can be detected with high frequency.

なお、第3の実施形態において、第1のフィルタは複数のナノピラーの代わりにナノワイヤを用いて構成してもよい。   In the third embodiment, the first filter may be configured using nanowires instead of a plurality of nanopillars.

脱離部は、第1の電極、第3の電極およびこれらの電極間に直流電圧を印加する直流電源により構成する場合に限定されない。すなわち、第1のフィルタ78にトラップされた、複数のタグ粒子が捕捉物質を介して表面に特異的に結合した測定対象物質(複合粒子)を脱離できれば、いかなる構造でもよい。例えば、脱離部は圧力を第1のフィルタに出口、流出ポートおよび流路を通し加え、前記複合粒子を第1のフィルタから脱離する構成にしてもよい。   The detachment part is not limited to a case where the first electrode, the third electrode, and a DC power source that applies a DC voltage between these electrodes are used. That is, any structure may be used as long as a plurality of tag particles trapped in the first filter 78 can desorb a measurement target substance (composite particle) specifically bound to the surface via a capture substance. For example, the desorption unit may be configured to apply pressure to the first filter through the outlet, the outflow port, and the flow path to desorb the composite particles from the first filter.

以下、実施例を前述した図1の検体検出装置を用いて説明する。   Hereinafter, an embodiment will be described using the specimen detection apparatus of FIG. 1 described above.

(比較例1)
モデル粒子として、測定対象物質であるウイルスを模擬したビオチンで表面修飾された直径1μmのポリスチレン微粒子と、タグ粒子を模擬したストレプトアビジン(捕捉物質)で表面修飾された直径0.22μmのポリスチレン微粒子を用意した。計測に用いた検体検出装置は、ポリカーボネート製の測定カセット1を備える。測定カセット1は、貫通孔7が開口された石英製の隔壁2により上下に区画され、上部側の測定カセット1内に第1のチャンバ3を、隔壁2の下部側の測定カセット1内に第2のチャンバ4を、それぞれ形成した。貫通孔7は、開口直径を2μm、長さ(隔壁2の厚さに相当)を10μmとした。Ag/AgClから作られる第1の電極8は、測定カセット1の上壁部に設け、その一部を第1のチャンバ3内に位置させた。Ag/AgClから作られる第2の電極9は、測定カセット1の下壁部に設け、その一部を第2のチャンバ4内に位置させた。
(Comparative Example 1)
As model particles, polystyrene microparticles with a diameter of 1 μm modified with biotin simulating the virus to be measured, and polystyrene microparticles with a diameter of 0.22 μm surface modified with streptavidin (capturing substance) simulating tag particles. Prepared. The sample detection apparatus used for measurement includes a measurement cassette 1 made of polycarbonate. The measurement cassette 1 is partitioned up and down by a quartz partition wall 2 in which a through-hole 7 is opened. The first chamber 3 is placed in the measurement cassette 1 on the upper side, and the first measurement cassette 1 is placed in the measurement cassette 1 on the lower side of the partition wall 2. Two chambers 4 were formed respectively. The through hole 7 had an opening diameter of 2 μm and a length (corresponding to the thickness of the partition wall 2) of 10 μm. The first electrode 8 made of Ag / AgCl was provided on the upper wall portion of the measurement cassette 1, and a part of the first electrode 8 was positioned in the first chamber 3. The second electrode 9 made of Ag / AgCl was provided on the lower wall portion of the measurement cassette 1, and a part thereof was positioned in the second chamber 4.

まず、検体検出装置の第2のチャンバ4にモデル粒子を含まないPBS緩衝溶液を充填した。測定対象物質であるウイルスを模擬したビオチンで表面修飾された直径1μmのポリスチレン微粒子を懸濁したPBS緩衝溶液を第1のチャンバ3内に充填した。つづいて、第1、第2のチャンバ3,4内のPBS緩衝溶液に浸漬されたAg/AgClの第1、第2の電極8,9間にバイアス電圧を印加し、電流をモニタした。   First, the second chamber 4 of the specimen detection apparatus was filled with a PBS buffer solution not containing model particles. A PBS buffer solution in which polystyrene fine particles having a diameter of 1 μm and surface-modified with biotin simulating a virus to be measured was suspended was filled in the first chamber 3. Subsequently, a bias voltage was applied between the first and second electrodes 8 and 9 of Ag / AgCl soaked in the PBS buffer solution in the first and second chambers 3 and 4, and the current was monitored.

前記モニタにおいて、バイアス100mVの印加時にベース電流38nAが計測された。貫通孔7に粒子が通過することに伴うスパイク状の電流低下信号が現れる時間応答−電流変化の関係が得られた。   In the monitor, a base current of 38 nA was measured when a bias of 100 mV was applied. A relationship of time response-current change in which a spike-like current drop signal accompanying the passage of particles through the through-hole 7 appears was obtained.

時間応答−電流変化の関係に基づいてベース電流値からの電流低下量を信号強度として、その頻度分布を求めた。その結果を図9に示す。   Based on the relationship between time response and current change, the frequency distribution was obtained using the amount of current decrease from the base current value as the signal intensity. The result is shown in FIG.

(実施例1)
測定対象物質であるウイルスを模擬したビオチンで表面修飾された直径1μmのポリスチレン微粒子とタグ粒子を模擬したストレプトアビジン(捕捉物質)で表面修飾された直径0.22μmのポリスチレン微粒子とを個数比で1:70になるように混合した。すなわち、測定対象物質であるウイルスを模擬した直径1μmのポリスチレン微粒子に対してタグ粒子を模擬した直径0.22μmのポリスチレン微粒子を過剰に加えて混合した。混合後、1時間放置し、比較例1と同様な構成の検体検出装置の第2のチャンバ4にモデル粒子を含まないPBS緩衝溶液を充填した後、第1のチャンバ3内に前記混合物を懸濁したPBS緩衝溶液を充填した。第1、第2のチャンバ3,4内のPBS緩衝溶液に浸漬されたAg/AgClの第1、第2の電極8,9間にバイアス電圧を印加し、電流をモニタした。
Example 1
The number ratio of polystyrene microparticles with a diameter of 1 μm modified with biotin that mimics the virus to be measured and polystyrene microparticles with a diameter of 0.22 μm surface-modified with streptavidin (capturing substance) that mimics tag particles is 1 : It mixed so that it might be set to 70. That is, an excess of 0.22 μm diameter polystyrene particles simulating tag particles was added to and mixed with 1 μm diameter polystyrene particles simulating the virus to be measured. After mixing, the sample is allowed to stand for 1 hour. After filling the second chamber 4 of the specimen detection apparatus having the same configuration as that of Comparative Example 1 with a PBS buffer solution not containing model particles, the mixture is suspended in the first chamber 3. Filled with turbid PBS buffer solution. A bias voltage was applied between the first and second electrodes 8 and 9 of Ag / AgCl immersed in the PBS buffer solution in the first and second chambers 3 and 4, and the current was monitored.

前記モニタにおいて、バイアス100mVの印加時にベース電流38nAが計測された。貫通孔7に粒子が通過することに伴うスパイク状の電流低下信号が現れる時間応答−電流変化の関係が得られた。   In the monitor, a base current of 38 nA was measured when a bias of 100 mV was applied. A relationship of time response-current change in which a spike-like current drop signal accompanying the passage of particles through the through-hole 7 appears was obtained.

時間応答−電流変化の関係に基づいてベース電流値からの電流低下量を信号強度として、その頻度分布を求めた。その結果を図10に示す。   Based on the relationship between time response and current change, the frequency distribution was obtained using the amount of current decrease from the base current value as the signal intensity. The result is shown in FIG.

ウイルスを模擬したビオチンで表面修飾された直径1μmのポリスチレン微粒子のみを測定する比較例1では、図9に示すように信号強度ピークが270pAである。これに対し、ウイルスを模擬したビオチンで表面修飾された直径1μmのポリスチレン微粒子とタグ粒子を模擬したストレプトアビジン(捕捉物質)で表面修飾された直径0.22μmのポリスチレン微粒子との混合粒子を測定する実施例1では、図10に示すように信号強度ピークが360pAで、大きな信号強度側にシフトしていることが分かる。これは、ビオチンで表面修飾された直径1μmのポリスチレン微粒子の表面に複数のストレプトアビジンで表面修飾された直径0.22μmのポリスチレン微粒子が結合、被覆することにより、ビオチンで表面修飾された直径1μmのポリスチレン微粒子単体に比べて寸法(直径)が増大するため、信号強度が増加したことを示している。   In Comparative Example 1 in which only polystyrene microparticles having a diameter of 1 μm that are surface-modified with biotin simulating a virus are measured, the signal intensity peak is 270 pA as shown in FIG. On the other hand, mixed particles of polystyrene fine particles having a diameter of 1 μm modified with biotin simulating virus and polystyrene fine particles having a diameter of 0.22 μm modified with streptavidin (capturing substance) simulating tag particles are measured. In Example 1, it can be seen that the signal intensity peak is 360 pA as shown in FIG. This is because the surface-modified polystyrene microparticles with a diameter of 1 μm modified with biotin bind to and coat with a plurality of polystyrene microparticles with a diameter of 0.22 μm surface-modified with streptavidin. Since the size (diameter) is increased as compared with the polystyrene fine particle alone, the signal intensity is increased.

1…測定容器、2、75…隔壁、3、68…第1のチャンバ、4、69…第2のチャンバ、5…穴、6…支持板、7、76…貫通孔、8、82…第1の電極、9、83…第2の電極、10,84…計測回路、11、85…直流電源、31…混合溶液,32…通電可能な液体、41、51…測定対象物質(バイオ分子)、42、52…捕捉物質(抗体)、43、53…タグ粒子、61…装置本体、62…矩形ブロック、63…中央壁、64…上溝、65…下溝、66…上蓋、67…下蓋、70…注入ポート、71…流出ポート、72…流路、73…注入口、74…流出口、77…穴、78…第1のフィルタ、79…第2のフィルタ、80…導入口、81…排出口、86…第3の電極、87…第4の電極、88、89、90…リード。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Measurement container, 2, 75 ... Partition, 3, 68 ... 1st chamber, 4, 69 ... 2nd chamber, 5 ... Hole, 6 ... Support plate, 7, 76 ... Through-hole, 8, 82 ... 1st DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 electrode, 9, 83 ... 2nd electrode, 10, 84 ... Measuring circuit, 11, 85 ... DC power supply, 31 ... Mixed solution, 32 ... Liquid which can be supplied with electricity, 41, 51 ... Measuring substance (biomolecule) 42, 52 ... Capture substance (antibody), 43, 53 ... Tag particles, 61 ... Device main body, 62 ... Rectangular block, 63 ... Central wall, 64 ... Upper groove, 65 ... Lower groove, 66 ... Upper lid, 67 ... Lower lid, 70 ... injection port, 71 ... outlet port, 72 ... flow path, 73 ... inlet, 74 ... outlet, 77 ... hole, 78 ... first filter, 79 ... second filter, 80 ... inlet, 81 ... Ejection port, 86 ... third electrode, 87 ... fourth electrode, 88, 89, 90 ... lead.

Claims (13)

測定カセットと、前記測定カセットを隔壁で区画することにより形成された第1のチャンバおよび第2のチャンバと、前記隔壁に設けられ、前記第1のチャンバおよび前記第2のチャンバを互いに接続する貫通孔と、前記第1のチャンバ側に位置する前記測定カセットに設けられ、少なくとも一部が前記第1のチャンバ内に位置する第1の電極と、前記第2のチャンバ側に位置する前記測定カセットに設けられ、少なくとも一部が前記第2のチャンバ内に位置する第2の電極と、を具備する検体検出装置を準備すること;
測定対象物質を含む検体および試薬を前記第1のチャンバ内に導入すること、前記試薬は前記検体中の前記測定対象物質より寸法が小さい複数のタグ粒子と、前記各タグ粒子の表面に結合され、前記測定対象物質の表面に特異的に結合する捕捉物質とを含む;
通電可能な液体を前記第2のチャンバに導入すること;
前記第1の電極と前記第2の電極の間に電圧を印加すること;
前記第1のチャンバ内の前記測定対象物質を、前記貫通孔に通過させること、前記測定対象物質の表面は前記複数のタグ粒子が前記捕捉物質を介して結合、被覆されている;および
前記第1、第2の電極間に流れる電流の変化を観測し、前記検体中の前記測定対象物質の存在を検出すること;
を含む検体検出方法。
A measurement cassette, a first chamber and a second chamber formed by partitioning the measurement cassette with a partition, and a through hole provided in the partition and connecting the first chamber and the second chamber to each other A hole, a first electrode provided in the measurement cassette located on the first chamber side, at least a part of which is located in the first chamber, and the measurement cassette located on the second chamber side And a second electrode provided at least in part in the second chamber;
Introducing a sample and a reagent containing a measurement target substance into the first chamber, the reagent is bound to a plurality of tag particles having a size smaller than that of the measurement target substance in the sample, and a surface of each tag particle. A capture substance that specifically binds to the surface of the substance to be measured;
Introducing an energizable liquid into the second chamber;
Applying a voltage between the first electrode and the second electrode;
Passing the substance to be measured in the first chamber through the through-hole, the surface of the substance to be measured being bound and coated with the plurality of tag particles via the capture substance; and 1. observing a change in current flowing between the second electrodes and detecting the presence of the substance to be measured in the specimen;
A specimen detection method comprising:
前記タグ粒子は、前記検体にその中の前記測定対象物質に比べて過剰に混合する請求項1記載の検体検出方法。   The specimen detection method according to claim 1, wherein the tag particles are mixed in excess in the specimen as compared with the substance to be measured therein. 前記タグ粒子の個は、前記測定対象物質の数の10〜106倍である請求項2記載の検体検出方法。 The specimen detection method according to claim 2, wherein the number of the tag particles is 10 to 10 6 times the number of the measurement target substances. 前記検体および前記試薬は、通電可能な液体と共に前記第1のチャンバに導入する請求項1記載の検体検出方法。   The specimen detection method according to claim 1, wherein the specimen and the reagent are introduced into the first chamber together with a liquid that can be energized. 前記複数のタグ粒子は、前記測定対象物質の表面に前記捕捉物質を介して結合、被覆され、前記複数のタグ粒子で被覆された前記測定対象物質は前記複数のタグ粒子の被覆なしの前記測定対象物質の形状に対して相似的である請求項1記載の検体検出方法。   The plurality of tag particles are bound to and coated on the surface of the measurement target substance via the capture substance, and the measurement target substance coated with the plurality of tag particles is the measurement without coating the plurality of tag particles. The specimen detection method according to claim 1, which is similar to the shape of the target substance. 前記各タグ粒子の寸法は、前記測定対象物質の寸法の10〜70%である請求項1記載の検体検出方法。   The specimen detection method according to claim 1, wherein a dimension of each tag particle is 10 to 70% of a dimension of the measurement target substance. 前記試薬を構成する前記複数のタグ粒子は、互いに異なる寸法を有する2種類のタグ粒子を含む請求項1記載の検体検出方法。   The specimen detection method according to claim 1, wherein the plurality of tag particles constituting the reagent include two types of tag particles having different dimensions. 前記各タグ粒子は、前記捕捉物質が当該タグ粒子の表面に局所的に結合される請求項1記載の検体検出方法。   The specimen detection method according to claim 1, wherein each of the tag particles has the capture substance locally bound to the surface of the tag particle. 前記タグ粒子は、ポリスチレン粒子またはナノサイズの金粒子である請求項1記載の検体検出方法。   The analyte detection method according to claim 1, wherein the tag particles are polystyrene particles or nano-sized gold particles. 本体;
前記本体内を隔壁で区画することにより形成された第1、第2のチャンバであって、前記第1のチャンバは流路を有する;
前記隔壁に設けられ、前記第1のチャンバの前記流路および前記第2のチャンバを互いに接続する貫通孔;
前記流路の一端に位置する前記本体部分に設けられた検体入口:
前記流路の他端に位置する前記本体部分に設けられた出口;
前記流路内に設けられた第1のフィルタであって、当該第1のフィルタは前記貫通孔に対して前記検体入口から前記出口に向かう検体の流れの下流側に配置され、かつ前記検体中の測定対象物質より寸法が小さい複数のタグ粒子と前記各タグ粒子の表面に結合され、前記測定対象物質の表面と特異的に結合する捕捉物質とを含む試薬が予め保持される:
前記第1のチャンバ側に位置する前記本体部分に設けられ、少なくとも一部が前記第1のチャンバ内に位置する第1の電極;
前記第2のチャンバ側に位置する前記本体部分に設けられ、少なくとも一部が前記第2のチャンバ内に位置する第2の電極;および
前記第1のフィルタで前記検体中の前記測定対象物質が前記複数のタグ粒子と前記捕捉物質を介して結合したとき、当該測定対象物質を前記第1のフィルタから前記検体の流れの上流側の前記流路に脱離する脱離部;
を備える検体検出装置。
Body;
First and second chambers formed by partitioning the inside of the main body with partition walls, wherein the first chamber has a flow path;
A through hole provided in the partition wall for connecting the flow path of the first chamber and the second chamber to each other;
Sample inlet provided in the main body portion located at one end of the flow path:
An outlet provided in the body portion located at the other end of the flow path;
A first filter provided in the flow path, the first filter being disposed downstream of the flow of the sample from the sample inlet to the outlet with respect to the through-hole, and in the sample A reagent including a plurality of tag particles having a size smaller than that of the measurement target substance and a capture substance that is bound to the surface of each tag particle and specifically binds to the surface of the measurement target substance is held in advance:
A first electrode provided on the main body portion located on the first chamber side and at least a part of which is located in the first chamber;
A second electrode provided in the main body portion located on the second chamber side, at least a part of which is located in the second chamber; and the measurement target substance in the specimen is contained in the first filter. A desorption section for desorbing the measurement target substance from the first filter to the flow channel upstream of the specimen flow when the plurality of tag particles and the capture substance are combined;
A specimen detection apparatus comprising:
前記第1のフィルタは、複数のナノピラーを備え、各ナノピラーは前記検体の流れ方向に沿って配置されている請求項10記載の検体検出装置。   The sample detection apparatus according to claim 10, wherein the first filter includes a plurality of nanopillars, and each nanopillar is arranged along a flow direction of the sample. 前記第1のフィルタは、ナノワイヤを備える請求項10記載の検体検出装置。   The specimen detection apparatus according to claim 10, wherein the first filter includes a nanowire. 前記第1のフィルタに対して前記検体の流れの上流側の前記流路に配置され、かつ前記検体中の夾雑物を除去するように構成される第2のフィルタをさらに備える請求項10記載の検体検出装置。   The second filter according to claim 10, further comprising a second filter disposed in the flow path upstream of the flow of the specimen with respect to the first filter and configured to remove impurities in the specimen. Sample detection device.
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