JP2017142225A

JP2017142225A - 誘電泳動による被検物質の検出

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Publication number: JP2017142225A
Application number: JP2016225639A
Authority: JP
Inventors: 泰章奥村; Yasuaki Okumura; 河村　達朗; Tatsuro Kawamura; 達朗河村; 榛葉　教子; Kyoko Shinba; 教子榛葉
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-02-08
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2017-08-17
Anticipated expiration: 2036-11-21
Also published as: JP6273467B2; US10684254B2; US20170227492A1

Abstract

【課題】高い感度で被検物質を検出する方法を提供する。
【解決手段】本発明による被検物質を検出する方法では、第１電極および第２電極を具備する基板上に、溶液を供給する。次いで、第１電極及び第２電極の間に交流電圧を印加し、溶液に含有される生体粒子および誘電体粒子を誘電泳動により第１電極および第２電極の間の基板の表面上に凝集させる。凝集された生体粒子を破砕し、生体粒子に含有されている前記被検物質を放出する。放出された被検物質は第１抗体および第２抗体と結合し、第１抗体、被検物質、および第２抗体から構成されるサンドウィッチ構造の形成を介して、誘電体粒子を基板に固定する。固定された誘電体粒子に含有される蛍光体を介して前記被検物質を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、被検物質を検出する方法に関する。

特許文献１は、免疫測定法及びその装置を開示している。図８は、特許文献１に含まれる第１図の一部の写しである。図８に含まれる左側の図は、試料に含有される測定対象物７０１が、標識物質７０３および特異反応性物質７０４を有する抗体（または抗原）７０２と反応生成物を形成している状態を示している。図８に含まれる右側の図は、連結仲介物質７０７を添加し、固相７０６へ抗原７０５を介して反応生成物を固定した状態を示す。

特許文献２は、微生物数測定装置及び微生物数測定方法を開示している。図９は、特許文献２に含まれる図１の写しである。特許文献２のフロントページによれば、この微生物数測定装置は、微生物含有の液体を導入することができ、内部に複数の電極８０３を備えたセル８０１と、前記電極間に誘電泳動を発生させるための交流電流と微生物を破壊するための高電圧パルスを印加することができる電源回路８０８と、前記電源回路８０８を制御するための制御手段８１１と、前記微生物が破壊されたとき前記液体の物性を測定することができる測定手段８１０とを備え、前記制御手段８１１が前記交流電流を流して微生物を誘電泳動によって所定位置に移動させ、これに前記高電圧パルスを印加して微生物を破壊し、前記測定手段８１０が破壊後の前記液体の物性を測定して微生物の数を算出することを特徴とする。参照符号８０２、８１２、および８１４は、それぞれ、弁、試料、およびメモリを指し示す。

特許文献３は、癌関連抗原検出法を開示している。図１０および図１１は、それぞれ、特許文献３に含まれる第２図および第４図の写しである。図１０の部分（ｂ）および部分（ｃ）に示されるように、細胞９０７はブレンダーを用いて破砕され、ＣＥＡ抗原９０８ｂが放出される。図１１の左側に示されるように、固相９１２に固定されたＣＥＡ抗体９１３に、ＣＥＡ抗原９０８ｂが固定される。細胞９０７は、表面にもＣＥＡ抗原９０８ａを有している。ＣＥＡ抗原９０８ａには、標識物質９１０を有する抗ＣＥＡ抗体９０９が結合する。

特開平０４−０８０６５７号公報特開平１１−１２７８４６号公報特開昭６１−２７２６６３号公報

本発明の目的は、高い感度で被検物質を検出する方法および装置を提供することである。

本発明は、被検物質を検出する方法であって、以下の工程を具備する方法を提供する。

第１電極および第２電極を具備する基板上に、溶液を供給する工程（ａ）、
ここで、
前記基板は、前記第１電極および第２電極の間の表面上に第１抗体を有しており、
前記溶液は、ウィルスおよび細胞からなる群から選択される少なくとも１種の生体粒子および誘電体粒子を含有し、
前記誘電体粒子は、第２抗体を表面に有し、
前記誘電体粒子は、蛍光体を含み、
前記生体粒子は、前記被検物質を含有し、
前記第１抗体は、前記被検物質に結合可能であり、および
前記第２抗体は、前記被検物質に結合可能であり、

前記第１電極及び前記第２電極の間に交流電圧を印加し、前記生体粒子および前記誘電体粒子を誘電泳動により前記第１電極および前記第２電極の間の前記基板の表面上に凝集させる工程（ｂ）、

前記工程（ｂ）において凝集された生体粒子を破砕し、前記生体粒子に含有されている前記被検物質を放出する工程（ｃ）、
ここで、放出された被検物質は前記第１抗体および第２抗体と結合し、前記第１抗体、前記被検物質、および前記第２抗体から構成されるサンドウィッチ構造の形成を介して、前記誘電体粒子を前記基板に固定し、および

前記固定された誘電体粒子に含有される蛍光体を介して前記被検物質を検出する工程（ｄ）。

本発明はまた、被検物質を検出する方法であって、以下の工程を具備する方法を提供する。

第１電極を具備する基板および第２電極を具備する蓋の間に形成される流路に溶液を供給する工程（ａ）、
ここで、
前記基板は、前記第１電極の近傍の表面上に第１抗体を有しており、
前記溶液は、ウィルスおよび細胞からなる群から選択される少なくとも１種の生体粒子および誘電体粒子を含有し、
前記誘電体粒子は、第２抗体を表面に有し、
前記誘電体粒子は、蛍光体を含有し、
前記生体粒子は、前記被検物質を含有し、
前記第１抗体は、前記被検物質に結合可能であり、および
前記第２抗体は、前記被検物質に結合可能であり、

前記第１電極及び前記第２電極の間に交流電圧を印加し、前記生体粒子および前記誘電体粒子を誘電泳動により前記第１電極の近傍の表面上に凝集させる工程（ｂ）、

前記工程（ｂ）において凝集された生体粒子を破砕し、前記被検物質を放出する工程（ｃ）、
ここで、放出された被検物質は前記第１抗体および第２抗体と結合し、前記第１抗体、前記被検物質、および前記第２抗体から構成されるサンドウィッチ構造の形成を介して、前記誘電体粒子を前記基板に固定し、および

前記固定された誘電体粒子に含有される蛍光体を介して前記被検物質を検出する工程（ｄ）。

本発明は、上記の方法のために用いられる装置も提供する。

本発明は、高い感度で被検物質を検出する方法および装置を提供する。

図１は、本発明の第１実施形態による方法に含まれる工程（ａ）の概略図を示す。図２は、図１に続き、第１実施形態による方法に含まれる工程（ｂ）の概略図を示す。図３は、工程（ｂ）の終了後の概略図を示す。図４は、図３に続き、第１実施形態による方法に含まれる工程（ｃ）の概略図を示す。図５は、工程（ｃ）の終了後の概略図を示す。図６は、図５に続き、第１実施形態による方法に含まれる工程（ｄ）の概略図を示す。図７は、本発明の第２実施形態による方法に含まれる工程（ａ）の概略図を示す。図８は、特許文献１に含まれる第１図の一部の写しである。図９は、特許文献２に含まれる図１の写しである。図１０は、特許文献３に含まれる第２図の写しである。図１１は、特許文献３に含まれる第４図の写しである。図１２は、化学的に生体粒子が破砕される場合における、被検物質を検出する装置の概略図を示す。図１３は、物理的に生体粒子が破砕される場合における、被検物質を検出する装置の概略図を示す。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態が説明される。

（第１実施形態）
（工程（ａ））
まず、図１に示されるように、第１電極２２ａおよび第２電極２２ｂを表面に具備する基板１６上に、溶液２３が供給される。流路１２が基板１６および蓋１５の間に形成されている。溶液２３は、流路１２を通る。蓋１５は設けられなくても良い。

基板１６は、第１電極２２ａおよび第２電極２２ｂの間の表面上に第１抗体２１を有している。溶液２３は、ウィルスおよび細胞からなる群から選択される少なくとも１種の生体粒子２６および誘電体粒子２４を含有している。望ましくは、溶液２３は水溶液である。

誘電体粒子２４は、第２抗体２５を表面に有している。誘電体粒子２４は、蛍光体（図示せず）を含んでいる。具体的には、誘電体粒子２４は、蛍光体をその表面に有していても良いが、望ましくは、誘電体粒子２４は、蛍光体を含有する。生体粒子２６は、被検物質３３を含有している。被検物質の例は、タンパク質、核酸、または糖鎖である。

第１抗体２１は、被検物質３３に結合可能である。第２抗体２５もまた、被検物質３３に結合可能である。第１抗体２１に結合される被検物質３３の部分は、第２抗体２５に結合される被検物質３３の部分とは異なることが望ましい。言い換えれば、被検物質３３は、第１抗体２１に結合されることになる第１エピトープ（図示せず）および第２抗体２５に結合されることになる第２エピトープ（図示せず）を具備することが望ましい。

（工程（ｂ））
工程（ｂ）は、工程（ａ）の後に行われる。
図２に示されるように、流路１２が溶液２３により満たされた後、第１電極２２ａ及び第２電極２２ｂの間に交流電源４０から交流電圧が印加される。印加される交流電圧およびその周波数の例は、それぞれ、１Ｖｐｐ〜２０Ｖｐｐおよび０．１ＭＨｚ〜１ＭＨｚである。

このようにして、生体粒子２６および誘電体粒子２４が誘電泳動により第１電極２２ａおよび第２電極２２ｂの間の基板１６の表面上に凝集する。その結果、溶液２３に分散されていた生体粒子２６および誘電体粒子２４は、第１電極２２ａおよび第２電極２２ｂの間で基板１６の表面上に高密度に配置される。このように、図３に示されるように、誘電泳動により生体粒子２６および誘電体粒子２４が高密度に配置される。

（工程（ｃ））
工程（ｃ）は、工程（ｂ）の後に行われる。
図４に示されるように、工程（ｃ）では、工程（ｂ）において凝集された生体粒子２６が破砕される。その結果、被検物質３３は、溶液２３中に放出される。生体粒子２６は被検物質３３以外の物質３４も含有するので、破砕した後には、そのような物質３４もまた、溶液２３中に放出される。

生体粒子２６を破砕する方法は、物理的方法および化学的方法に大別される。物理的方法の例は、溶液２３の加熱、生体粒子２６への超音波の印加、または生体粒子２６への高電圧パルスの印加である。化学的方法の例は、溶液２３への溶菌剤の添加、溶液２３の塩濃度の変更、または溶液２３のｐＨの変更である。生体粒子への高電圧パルスの印加が望ましい。化学的方法が用いられる場合、図１２に示されるように、本実施形態による被検物質を検出する装置は、基板１６、交流電源４０、および後述される検出器４１だけでなく、溶液供給部６６および溶剤供給部６７をも具備し得る。溶液供給部６６からは、溶液２３が基板１６上に供給される。溶剤供給部６７からは、溶菌剤、塩、酸、またはアルカリのような溶剤が基板１０上に供給される。溶液供給部６６の例は、シリンジである。溶剤供給部６７の例もまた、シリンジである。溶液供給部６６は、バルブを具備し得る。溶剤供給部６７もまた、バルブを具備し得る。物理的手法が用いられる場合、図１３に示されるように、実施形態による被検物質を検出する装置は、基板１０、交流電源４０、および後述される検出器４１だけでなく、溶液供給部６６および破砕部６９をも具備し得る。破砕部６９の例は、加熱器、超音波発生器、または高電圧パルス発生器である。交流電源４０が加熱器または高電圧パルス発生器を兼ね得る。本実施形態による被検物質を検出する装置は、制御部（図示せず）を具備し得る。制御部は、交流電源４０、検出器４１、後述される光源４２、溶液供給部６６、および溶剤供給部６７（または破砕部６９）に、本実施形態による被検物質を検出する方法に従って、制御信号を送信する。溶液供給部６６および溶剤供給部６７に含まれるバルブは、制御部によって制御される。

図５に示されるように、放出された被検物質３３は、第１抗体２１および第２抗体２５の両者と結合する。このようにして、第１抗体２１、被検物質３３、および第２抗体２５から構成されるサンドウィッチ構造３６が形成される。第２抗体２５を有する誘電体粒子２４は、第１電極２２ａおよび第２電極２２ｂの間で基板１６の表面上に高密度に配置されているので、サンドウィッチ構造３６もまた、高密度に形成される。言うまでもないが、被検物質３３は、第１抗体２１および第２抗体２５の間に位置する。サンドウィッチ構造３６を介して、誘電体粒子２４は基板１６に固定される。

工程（ｂ）の終了時から工程（ｃ）の終了時までの間では、溶液２３は、流路１２に留まったままであり、溶液２３は流路１２を流れないことが望ましい。言い換えれば、溶液２３はおおよそ０ｃｍ／分の流速を有することが望ましい。溶液２３が流路１２を流れている場合、生体粒子２６から放出された被検物質３３が、第１抗体２１と結合せずに、溶液２３と共に流路１２を流れてしまう。

（工程（ｄ））
工程（ｄ）は、工程（ｃ）の後に行われる。
図６に示されるように、光源４２から放出された励起光４３はサンドウィッチ構造３６を通り、誘電体粒子２４に含有される蛍光体が励起される。これにより、蛍光４４が誘電体粒子２４から放出される。この蛍光４４が、検出器４１により受光される。このようにして、被検物質３３が検出される。サンドウィッチ構造３６が高密度に形成されているので、被検物質３３は高感度で検出される。被検物質３３以外の物質３４は、工程（ｃ）の後かつ工程（ｄ）の前に除去されることが望ましい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態が説明される。
第２実施形態および第１実施形態の間の相違点は、以下の通りである。
（Ｉ）基板１６が第１電極２２ａを有しているが、蓋１５が第２電極２２ｂを有している。
（ＩＩ）基板１６は、第１電極２２ａの近傍の表面上に第１抗体２１を有している。

図７を参照されたい。望ましくは、基板１６は、第１電極２２ａの周囲の少なくとも一部の表面上に第１抗体２１を有している。より望ましくは、第１抗体２１は第１電極２２ａに隣接している。第２実施形態では、溶液２３に分散されていた生体粒子２６および誘電体粒子２４は、第１電極２２ａの近傍で基板１６の表面上に高密度に配置される。

本発明は、ウィルスの捕集、または検出のための装置に利用され得る。

１２流路
１５蓋
１６基板
２１第１抗体
２２ａ第１電極
２２ｂ第２電極
２３溶液
２４誘電体粒子
２５第２抗体
２６生体粒子
３３被検物質
３４被検物質３３以外の物質
３６サンドウィッチ構造
４０交流電源
４１検出器
４２光源
４３励起光
４４蛍光
６６溶液供給部
６７溶剤供給部
６９破砕部

Claims

被検物質を検出する方法であって、

第１電極および第２電極を具備する基板上に、溶液を供給する工程（ａ）、
ここで、
前記基板は、前記第１電極および第２電極の間の表面上に第１抗体を有しており、
前記溶液は、ウィルスおよび細胞からなる群から選択される少なくとも１種の生体粒子および誘電体粒子を含有し、
前記誘電体粒子は、第２抗体を表面に有し、
前記誘電体粒子は、蛍光体を含み、
前記生体粒子は、前記被検物質を含有し、
前記第１抗体は、前記被検物質に結合可能であり、および
前記第２抗体は、前記被検物質に結合可能であり、

前記第１電極及び前記第２電極の間に交流電圧を印加し、前記生体粒子および前記誘電体粒子を誘電泳動により前記第１電極および前記第２電極の間の前記基板の表面上に凝集させる工程（ｂ）、

前記工程（ｂ）において凝集された生体粒子を破砕し、前記生体粒子に含有されている前記被検物質を放出する工程（ｃ）、
ここで、放出された被検物質は前記第１抗体および第２抗体と結合し、前記第１抗体、前記被検物質、および前記第２抗体から構成されるサンドウィッチ構造の形成を介して、前記誘電体粒子を前記基板に固定し、および

前記固定された誘電体粒子に含有される蛍光体を介して前記被検物質を検出する工程（ｄ）。
被検物質を検出する方法であって、

第１電極を具備する基板および第２電極を具備する蓋の間に形成される流路に溶液を供給する工程（ａ）、
ここで、
前記基板は、前記第１電極の近傍の表面上に第１抗体を有しており、
前記溶液は、ウィルスおよび細胞からなる群から選択される少なくとも１種の生体粒子および誘電体粒子を含有し、
前記誘電体粒子は、第２抗体を表面に有し、
前記誘電体粒子は、蛍光体を含有し、
前記生体粒子は、前記被検物質を含有し、
前記第１抗体は、前記被検物質に結合可能であり、および
前記第２抗体は、前記被検物質に結合可能であり、

前記第１電極及び前記第２電極の間に交流電圧を印加し、前記生体粒子および前記誘電体粒子を誘電泳動により前記第１電極の近傍の表面上に凝集させる工程（ｂ）、

前記工程（ｂ）において凝集された生体粒子を破砕し、前記被検物質を放出する工程（ｃ）、
ここで、放出された被検物質は前記第１抗体および第２抗体と結合し、前記第１抗体、前記被検物質、および前記第２抗体から構成されるサンドウィッチ構造の形成を介して、前記誘電体粒子を前記基板に固定し、および

前記固定された誘電体粒子に含有される蛍光体を介して前記被検物質を検出する工程（ｄ）。
被検物質を検出するための装置であって、以下を具備する：
第１電極および第２電極を具備する基板、
ウィルスおよび細胞からなる群から選択される少なくとも１種の生体粒子および蛍光体を具備する誘電体粒子を含有する溶液を前記基板上に供給する溶液供給部、
前記第１電極及び第２電極の間に交流電圧を印加し、前記生体粒子および前記誘電体粒子を誘電泳動により前記第１電極および第２電極の間の前記基板の表面上に凝集させる交流電源、
凝集された前記生体粒子を破砕し、前記生体粒子に含有されている前記被検物質を放出させる溶剤を基板上に供給するための溶剤供給部、および
前記誘電体粒子に具備される蛍光体を介して前記被検物質を検出する検出器、
ここで、
前記基板は、前記第１電極および第２電極の間の表面上に第１抗体を有しており、
前記誘電体粒子は、第２抗体を表面に有し、
前記生体粒子は、前記被検物質を含有し、
前記第１抗体は、前記被検物質に結合可能であり、
前記第２抗体は、前記被検物質に結合可能であり、かつ
前記放出された被検物質は前記第１抗体および第２抗体と結合し、前記第１抗体、前記被検物質、および前記第２抗体から構成されるサンドウィッチ構造の形成を介して、前記誘電体粒子は前記基板に固定される。
被検物質を検出するための装置であって、以下を具備する：
第１電極を具備する基板、
第２電極を具備する蓋、
ウィルスおよび細胞からなる群から選択される少なくとも１種の生体粒子および蛍光体を具備する誘電体粒子を含有する溶液を前記基板上に供給する溶液供給部、
前記第１電極及び前記第２電極の間に交流電圧を印加し、前記生体粒子および前記誘電体粒子を誘電泳動により前記第１電極の近傍の表面上に凝集させる交流電源、
凝集された生体粒子を破砕し、前記生体粒子に含有されている前記被検物質を放出させる溶剤を基板上に供給するための溶剤供給部、および
前記誘電体粒子に含有される蛍光体を介して前記被検物質を検出する検出器、
ここで、
前記基板および前記蓋の間には、流路が形成されており、
前記基板は、前記第１電極の近傍の表面上に第１抗体を有しており、
前記誘電体粒子は、第２抗体を表面に有し、
前記生体粒子は、前記被検物質を含有し、
前記第１抗体は、前記被検物質に結合可能であり、
前記第２抗体は、前記被検物質に結合可能であり、かつ
前記放出された被検物質は前記第１抗体および第２抗体と結合し、前記第１抗体、前記被検物質、および前記第２抗体から構成されるサンドウィッチ構造の形成を介して、前記誘電体粒子が前記基板に固定される。
被検物質を検出するための装置であって、以下を具備する：
第１電極および第２電極を具備する基板、
ウィルスおよび細胞からなる群から選択される少なくとも１種の生体粒子および蛍光体を具備する誘電体粒子を含有する溶液を前記基板上に供給する溶液供給部、
前記第１電極及び第２電極の間に交流電圧を印加し、前記生体粒子および前記誘電体粒子を誘電泳動により前記第１電極および第２電極の間の前記基板の表面上に凝集させる交流電源、
凝集された前記生体粒子を破砕し、前記生体粒子に含有されている前記被検物質を放出させる破砕部、および
前記誘電体粒子に具備される蛍光体を介して前記被検物質を検出する検出器、
ここで、
前記基板は、前記第１電極および第２電極の間の表面上に第１抗体を有しており、
前記誘電体粒子は、第２抗体を表面に有し、
前記生体粒子は、前記被検物質を含有し、
前記第１抗体は、前記被検物質に結合可能であり、
前記第２抗体は、前記被検物質に結合可能であり、かつ
前記放出された被検物質は前記第１抗体および第２抗体と結合し、前記第１抗体、前記被検物質、および前記第２抗体から構成されるサンドウィッチ構造の形成を介して、前記誘電体粒子は前記基板に固定される。
被検物質を検出するための装置であって、以下を具備する：
第１電極を具備する基板、
第２電極を具備する蓋、
ウィルスおよび細胞からなる群から選択される少なくとも１種の生体粒子および蛍光体を具備する誘電体粒子を含有する溶液を前記基板上に供給する溶液供給部、
前記第１電極及び前記第２電極の間に交流電圧を印加し、前記生体粒子および前記誘電体粒子を誘電泳動により前記第１電極の近傍の表面上に凝集させる交流電源、
凝集された前記生体粒子を破砕し、前記生体粒子に含有されている前記被検物質を放出させる破砕部、および
前記固定された誘電体粒子に含有される蛍光体を介して前記被検物質を検出する検出器、
ここで、
前記基板および前記蓋の間には、流路が形成されており、
前記基板は、前記第１電極の近傍の表面上に第１抗体を有しており、
前記誘電体粒子は、第２抗体を表面に有し、
前記生体粒子は、前記被検物質を含有し、
前記第１抗体は、前記被検物質に結合可能であり、
前記第２抗体は、前記被検物質に結合可能であり、かつ
前記放出された被検物質は前記第１抗体および第２抗体と結合し、前記第１抗体、前記被検物質、および前記第２抗体から構成されるサンドウィッチ構造の形成を介して、前記誘電体粒子が前記基板に固定される。