JP2017156159A - Sensing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電振動子を用いて感知対象物を感知する技術に関する。 The present invention relates to a technique for sensing a sensing object using a piezoelectric vibrator.
臨床分野において、例えば血糖値の自己モニタリングやインフルエンザウイルス検査等に代表されるPOCT(Point of care testing)と呼ばれる簡便な検査方法が普及しており、この検査において、特許文献1に記載されているようなQCM(Quartz Crystal Microbalance)を利用した手法が知られている。QCMについて簡単に説明すると、感知装置に設けられた水晶振動子の表面に試料液中の感知対象物が吸着され、感知対象物の吸着量に応じた質量付加効果により水晶振動子の発振周波数が変化する。当該発振周波数の変化に基づいて、試料液中の感知対象物の検出又は定量が行われる。 In the clinical field, for example, a simple test method called POCT (Point of care testing) typified by self-monitoring of blood glucose level, influenza virus test, and the like is widespread, and is described in Patent Document 1 in this test. A method using such a QCM (Quartz Crystal Microbalance) is known. Briefly describing the QCM, the sensing object in the sample liquid is adsorbed on the surface of the crystal unit provided in the sensing device, and the oscillation frequency of the crystal unit is increased by the mass addition effect according to the amount of adsorption of the sensing object. Change. Based on the change in the oscillation frequency, detection or quantification of the sensing object in the sample liquid is performed.
感知対象物を水晶振動子に吸着するにあたって、電極表面に例えば抗体で構成される吸着層を設け、感知対象物を含む試料液を電極表面に流すことにより、抗原抗体反応により感知対象物となる抗原を吸着層に吸着させている。しかしながら電極表面に固定された抗体と、電極表面を流れる液体に含まれる抗原とは、接触頻度が低いため、吸着効率が低い問題があった。
また従来は、抗原に対応した抗体を設ける必要があり、感知対象物に対応した感知センサを用意する必要があった。
When adsorbing a sensing object to a crystal resonator, an adsorption layer composed of, for example, an antibody is provided on the electrode surface, and a sample liquid containing the sensing object is flowed to the electrode surface, thereby becoming a sensing object by an antigen-antibody reaction. The antigen is adsorbed on the adsorption layer. However, since the antibody immobilized on the electrode surface and the antigen contained in the liquid flowing on the electrode surface have a low contact frequency, there is a problem that the adsorption efficiency is low.
Conventionally, it is necessary to provide an antibody corresponding to the antigen, and it is necessary to prepare a sensing sensor corresponding to the sensing object.
特許文献2には、圧電材料の表面に設けられたアビジンにビオチン化抗体を結合させ、前記ビオチン化抗体に分析物を捕捉させるバイオセンサーが記載されている。しかしながらビオチン化抗体をアビジンに固定した後、分析物を含む試料液を通流させることで分析物を捕捉させており、本発明の課題を解決するものではない。
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、圧電振動子の周波数変化に基づいて試料液中の感知対象物を感知するにあたって、測定精度を高める技術を提供することにある。 The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for improving measurement accuracy when sensing a sensing object in a sample liquid based on a frequency change of a piezoelectric vibrator. It is in.
本発明の感知方法は、表面にアンカー物質が設けられた吸着層を圧電振動子の電極表面に形成してなる感知センサと、前記圧電振動子を発振させる発振回路と、前記発振回路の発振周波数を測定する測定部と、を用い、
感知対象物の対応する部位に吸着する性質を有する物質に前記アンカー物質と特異的に結合するターゲットを結合させたターゲット結合物質を含む液と、感知対象となる試料液と、を混合して感知対象物とターゲット結合物質とを結合させた測定液を得る工程と、
前記ターゲット結合物質を含む液からなる参照液を前記感知センサに供給してターゲット結合物質を吸着層に結合させて発振周波数の測定を行い、吸着層に吸着したターゲット結合物質の量に相当するブランク周波数を求める工程と、
前記感知センサに測定液を供給して、ターゲット結合物質と感知対象物とを吸着層に吸着させて発振周波数の測定を行い、吸着層に吸着したターゲット結合物質と感知対象物との量に相当する検出周波数を求める工程と、
前記検出周波数と前記ブランク周波数との差分値に基づいて、吸着層に吸着した感知対象物を検出する工程と、を含むことを特徴とする。
The sensing method of the present invention includes a sensing sensor in which an adsorption layer having an anchor material provided on the surface thereof is formed on an electrode surface of a piezoelectric vibrator, an oscillation circuit that oscillates the piezoelectric vibrator, and an oscillation frequency of the oscillation circuit And a measuring unit for measuring
Sensing is performed by mixing a liquid containing a target binding substance obtained by binding a target that specifically binds to the anchor substance with a substance having a property of adsorbing to a corresponding part of the sensing object and a sample liquid to be sensed. Obtaining a measurement liquid in which the target and the target binding substance are combined;
A blank corresponding to the amount of the target binding material adsorbed on the adsorption layer is measured by supplying a reference liquid comprising a liquid containing the target binding material to the sensing sensor to bind the target binding material to the adsorption layer and measuring the oscillation frequency. Determining the frequency;
Measurement liquid is supplied to the sensing sensor, the target binding substance and the sensing object are adsorbed on the adsorption layer, and the oscillation frequency is measured, which corresponds to the amount of the target binding substance and the sensing object adsorbed on the adsorption layer. Obtaining a detection frequency to perform,
And a step of detecting a sensing object adsorbed on the adsorption layer based on a difference value between the detection frequency and the blank frequency.
本発明は、ターゲット結合物質を含む液と、感知対象物を含む試料液と、を混合して感知対象物とターゲット結合物質とを結合させた測定液としている。そして表面にアンカー物質が設けられた吸着層を圧電振動子の電極表面に形成した感知センサに測定液を供給し、ターゲットとアンカー物質と結合させて、ターゲット結合物質と、感知対象物と、を吸着層に吸着させて検出周波数を測定している。また感知対象物と結合していないターゲット結合物質を吸着層に吸着させてブランク周波数を測定している。そして検出周波数とブランク周波数との差分より感知対象物を検出している。予め感知対象物とターゲット結合物質とを液と液との混合により結合させるため結合効率が高いため、感知対象物が吸着層に吸着する効率が高くなり、測定精度が高くなる。
また感知対象物に対応した、ターゲット結合物質を用いることで、感知対象物とターゲット結合物質とを結合させて、感知対象物を吸着層に吸着させることができるため、一種の感知センサで複数種の感知対象物を測定することができる。
The present invention provides a measurement liquid in which a liquid containing a target binding substance and a sample liquid containing a sensing object are mixed to bind the sensing object and the target binding substance. Then, the measurement liquid is supplied to the sensing sensor in which the adsorption layer having the anchor material provided on the surface is formed on the electrode surface of the piezoelectric vibrator, and the target and the anchor material are combined, and the target binding material and the sensing object are obtained. The detection frequency is measured by adsorbing to the adsorption layer. In addition, the blank frequency is measured by adsorbing a target binding substance that is not bound to the sensing object to the adsorption layer. The sensing object is detected from the difference between the detection frequency and the blank frequency. Since the sensing object and the target binding substance are combined in advance by mixing the liquid and the liquid, the coupling efficiency is high, so that the efficiency of the sensing object to be adsorbed on the adsorption layer is increased and the measurement accuracy is increased.
In addition, by using a target binding substance corresponding to the sensing object, the sensing object and the target binding substance can be combined to adsorb the sensing object to the adsorption layer. It is possible to measure an object to be detected.
本発明の実施の形態に係る感知方法に用いる感知装置について説明する。この感知装置は、マイクロ流体チップを利用し、例えば人間の鼻腔の拭い液から得られた試料液中のウイルスなどの抗原の有無を検出し、人間のウイルスの感染の有無を判定することができるように構成されている。図1の外観斜視図に示すように、感知装置は本体部12と、感知センサ2と、を備えている。本体部12は、例えば、感知センサ2を接続するための複数の差込口17を備えており、感知センサ2は、差込口17に着脱自在に接続される。本体部12の上面には、例えば液晶表示画面により構成される表示部16が設けられており、表示部16は例えば本体部12内に設けられた後述する発振回路の出力周波数あるいは、周波数の変化分等の測定結果もしくは、ウイルスの検出の有無等を表示する。
A sensing device used in the sensing method according to the embodiment of the present invention will be described. This sensing device uses a microfluidic chip, and can detect the presence or absence of an antigen such as a virus in a sample liquid obtained from, for example, a wiping liquid of a human nasal cavity, and determine the presence or absence of a human virus infection. It is configured as follows. As shown in the external perspective view of FIG. 1, the sensing device includes a
続いて感知センサ2について説明する。感知センサ2は、図2、図3に示すように上側カバー体21と下側ケース22とで構成される容器20を備えている。図3に示すように下側ケース22の上方には、長さ方向に延伸された形状の配線基板3が設けられ、配線基板3における長さ方向の一端側には前述の本体部12の差込口17に差し込まれる差込部31が形成されている。なお以降明細書中においては、感知センサ2の差込部31側を前方とする。
Next, the
また配線基板3の後方寄りの位置には貫通孔32が形成されており、配線基板3は下側ケース22の上方に、貫通孔32が下側ケース22の底面によって塞がれると共に、差込部31が下側ケース22の外側に突出するように配置される。貫通孔32は、その下方が下側ケース22の底面によって塞がれて凹部となる。更に配線基板3の後方側の端部には、厚さ方向に貫通する孔部33が配線基板3の幅方向に2か所並べて形成されている。
配線基板3の表面側には、長さ方向に伸びる3本の配線25〜27が設けられており、各配線25〜27の一端側は、差込部31において、夫々端子部252、262、272が形成されており、他端側は貫通孔32の外縁にて、夫々端子部251、261及び271が形成されている。
A through
Three
図4(a)、(b)に示すように水晶振動子4は、例えばATカットの円板状の水晶片41を備えており、図4(a)に示すように水晶片41の表面側には、例えばAu(金)により形成される励振電極42A、42Bが互いに平行に伸びるように設けられている。励振電極42A、42Bは、長さ方向一端側が接続され、接続された部分から水晶片41の周縁部に向かって引き出し電極44が伸ばされている。この引き出し電極44は、水晶片41の側面を引き回され、裏面の周縁部にて端子部44aが形成されている。図4(b)に示すように水晶振動子4の裏面側には、例えばAuにより、励振電極42A、42Bに対向するように夫々励振電極43A、43Bが平行に伸びるように設けられている。励振電極43A、43Bからは、夫々水晶片41の周縁に向かって引き出し電極45、46が引き出されており、水晶片41の周縁部にて夫々端子部45a、46aが形成されている。
この水晶振動子4の共通電極42における励振電極42Aと、励振電極43Aと、で挟まれた領域は、振動領域61となる。また励振電極42Bと、励振電極43Bと、で挟まれた領域は、第2の振動領域62となる。これらの第1及び第2の振動領域61、62は、互いに離間して設けられ、各々独立して振動する。
4A and 4B, the
A region sandwiched between the
水晶振動子4の表側における励振電極42Aの表面には、図5に示すように、アンカー物質であるアビジン、例えばストレプトアビジン40が設けられた吸着層47が設けられている。また励振電極42Aに用いた金は、吸着性が強く、表面を流した試料液に含まれる感知対象物や試料液に溶解している分子などを吸着してしまうため、ストレプトアビジン40の粒子の隙間は、BSA(牛血清アルブミン)49により埋められている。このため試料液が水晶振動子4の表面を流れたときに、試料液と、励振電極42Aが触れないようになっている。
さらに水晶振動子4の表面側に形成された励振電極42B及び引き出し電極44は、電極への感知対象物などの粒子の吸着を防ぐために、BSA49が塗布されたブロッキング層48となっている。
図3に戻って、水晶振動子4は、裏面側の励振電極43A、43Bが配線基板3の貫通孔32に臨み、端子部44a、45a、46aが配線基板3上に設けられた夫々対応する端子部261、251、271に重なるように配置され、導電性接着剤により接着される。これにより水晶振動子4は、配線基板3に略水平な状態で固定される。
On the surface of the
Further, the
Returning to FIG. 3, in the
配線基板3の表面側における、後方側には、水晶振動子4の上方を覆うように流路形成部材5が積層される。流路形成部材5は、例えばPDMS(ポリジメチルシロキサン)で構成された板状の部材で構成される。流路形成部材5の後方寄りの位置には、流路形成部材5の位置合わせをするための孔部58が、配線基板3に形成された孔部33と対応する位置に、流路形成部材5を厚さ方向に貫通するように設けられている。
On the rear side of the front surface side of the
図6に示すように流路形成部材5の下面側には、水晶振動子4が収まるように概略円形の窪み54が形成されている。また流路形成部材5の下面側には、配線基板3に形成された各配線25〜27が収まり、窪み54に夫々連通した溝253、263、273が形成されている。窪み54には、流路形成部材5が配線基板3側に押圧されたときに水晶振動子4の表面との間に試料液の供給流路57を区画形成する囲み部51が設けられている。この囲み部51は、感知センサ2の前後方向にその長さ方向が向くように、その外縁が小判型に形成された環状の突出部により構成されている。囲み部51は、窪み54から300μmの厚さに突出するように構成され、囲み部51の内側の領域は、窪み54と同じ高さの平面になっている。流路形成部材5には、供給流路57の前端と後端とに夫々開口し、流路形成部材5を厚さ方向に貫通する貫通孔52、53が穿設されている。
As shown in FIG. 6, a substantially
流路形成部材5は、孔部58が配線基板3に設けられた孔部33と揃うように配置される。この時囲み部51が水晶振動子4の上面に配置され、供給流路57の下面側が水晶振動子4により塞がれる。この時励振電極が42A、42Bが供給流路57の中心に並んで収まる。従って図4(a)に示すように第1及び第2の振動領域61、62が貫通孔52から貫通孔53に向かう方向に対して、左右に並ぶように配置される。またこの囲み部51と水晶振動子4とに囲まれた領域は、底面が水晶振動子4により構成され、天上面と底面が平行に伸びる深さ300μmの供給流路57を形成する。
The flow
また図3に示すように前記貫通孔52、53には、夫々多孔質の部材で構成された入口側毛細管部材55と出口側毛細管部材56が着脱自在に設けられている。
入口側毛細管部材55は、例えば円柱状の部材であり、例えばポリビニルアルコール(PVA)などの化学繊維束により構成されている。入口側毛細管部材55は、貫通孔52を塞ぐように配置され、その上端が後述する上側カバー体21に形成された注入口23に露出し、下端が供給流路57内に進入するように設けられている。出口側毛細管部材56も同様にポリビニルアルコール(PVA)などの化学繊維束により構成され、上方に伸びた後、屈曲して水平に伸びるL字型に形成される。出口側毛細管部材56は、貫通孔53を塞ぎ、その下端が供給流路57内に進入するように配置されている。更に出口側毛細管部材56の下端は、前方側から後方側に向かって傾斜している。
Further, as shown in FIG. 3, the through
The inlet
出口側毛細管部材56の他端側は、ガラス管で構成される廃液流路59の一端側に挿入されている。廃液流路59の他端側には、例えば廃液流路59から流出する液体を吸引する毛細管シート71と、毛細管シート71で吸引された液体を吸収する吸収部材72と、から構成される廃液吸収部7が接続されている。下側ケース22には、廃液吸収部7を収納すると共に、吸収部材72からの液漏れを防ぐためのケース体73が設けられている。なお図3中の75は廃液流路59を支持する支持部材である。
The other end side of the outlet
図6に示すように上側カバー体21の裏面側には、流路形成部材5を配線基板3に押圧するための押圧部90が設けられている。押圧部90は、例えば略箱形に構成され、上側カバー体21を下側ケース22に嵌合して互いに係止した時に、その下面にて流路形成部材5の上面全体を垂直下方に押圧して、囲み部51を水晶振動子4に密着させる。また押圧部90には、貫通孔52に対応する位置に注入口23に貫通する貫通孔91が設けられている。
As shown in FIG. 6, a
また押圧部90には、貫通孔53に対応する位置から後方側に向かって、廃液流路59及び出口側毛細管部材56の設置領域を確保するための切欠き92が形成されている。さらに押圧部90には、流路形成部材5及び配線基板3に夫々設けられた孔部58、33に挿入され、流路形成部材5及び配線基板3のずれを規制するための固定柱93が設けられている。
図2、図3に示すように下側ケース体22には、差込部31を除いた配線基板3、水晶振動子4、入口側毛細管部材55及び出口側毛細管部材56が接続された流路形成部材5、廃液流路59及び廃液吸収部7が収納され、上部カバー体21は、下部ケース体22の周囲を上方側から覆うように設けられる。
この感知センサ2では、図7に示すように注入口23に供給された処理液は、注入口23→入口側毛細管部材55→供給流路57→出口側毛細管部材56→廃液流路59→廃液吸収部7と続く一連の流路を毛細管現象により流れる。
Further, the
As shown in FIGS. 2 and 3, the
In this
続いて感知装置の全体構成について説明する。図8に示すように本体部12は、発振回路部6と、データ処理部66とを備えている。上記の感知センサ2の差込部31が、本体部12に形成された差込口17に差し込まれると、差込部31に形成された端子部252、262、272が本体部12に、これらの端子部252、262、272と対応するように形成された図示しない接続端子部に電気的に接続される。そして差込口17の後段には、スイッチ60が設けられ、発振回路部6と電気的に接続される感知センサ2が切り替えられるように構成されている。
Next, the overall configuration of the sensing device will be described. As shown in FIG. 8, the
ここでは、一の感知センサ2Aを発振回路部6に接続した例で説明する。図9に概略図で示すように、発振回路部6は、例えばコルピッツ回路で構成された第1の発振回路63及び第2の発振回路64を備えており、第1の発振回路63は水晶振動子4における励振電極42Aと励振電極43Aとに挟まれた領域である第1の振動領域61を、第2の発振回路64は励振電極42Bと励振電極43Bとに挟まれた領域である第2の振動領域62を夫々発振させるように構成されている。また励振電極42A及び励振電極43Aは発振時にアース電位となるように接続される。
Here, an example in which one
第1及び第2の発振回路63、64の出力側は、スイッチ部65と接続され、スイッチ部65の後段にはデータ処理部66が設けられる。データ処理部66は、入力信号である周波数信号のディジタル処理を行い、第1の発振回路63により出力される発振周波数「f1」の時系列データと、第2の発振回路64により出力される発振周波数「f2」の時系列データと、を取得する。
The output sides of the first and
本発明の感知装置では、スイッチ部65により、データ処理部66と第1の発振回路63とを接続するチャンネル1と、データ処理部66と第2の発振回路64とを接続するチャンネル2とを交互に切り替えた間欠発振を行うことにより、感知センサ2の2つの振動領域61、62間の干渉を避け、安定した周波数信号を取得できるようにしている。そしてこれらの周波数信号は、例えば時分割されて、データ処理部66に取り込まれる。データ処理部66では、周波数信号を例えばディジタル値として算出し、算出されたディジタル値の時分割データに基づいて、演算処理を行い、例えば、抗原の有無などの演算結果を表示部16に表示する。
In the sensing device of the present invention, channel 1 connecting
続いて本発明の実施の形態の作用について説明する。まず予め図10に示すように抗体111にアビジンのターゲットであるビオチン112を結合させたビオチン化抗体101を含む液と、感知対象物となる抗原100を含む試料液と、増感粒子113と抗体111とを結合させた増感粒子結合抗体102を含む液と、を混合した測定液を準備する。なおこの時ビオチン化抗体101のモル数及び増感粒子結合抗体102のモル数が抗原100のモル数よりも過剰となるように混合する。
Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 10, a solution containing
これにより試料液に含まれる感知対象物、例えば抗原100と、ビオチン化抗体101の抗体111の部位が抗原抗体反応により1:1の割合で結合する。また当該抗原100には、増感粒子結合抗体102における抗体111の部位が抗原抗体反応により1:1の割合で結合する。従って、抗原100と、ビオチン化抗体101と、増感粒子結合抗体102との複合体110となる。この時ビオチン化抗体101のモル数及び増感粒子結合抗体102のモル数を抗原100のモル数よりも多くしているため、抗原100がほぼ全て複合体110を構成したとすると、測定液中においては、複合体110と共に、過剰分のビオチン化抗体101と、増感粒子結合抗体102と、が個別に存在することになる。
As a result, the sensing object contained in the sample solution, for example, the
また測定液から感知対象物となる抗原100を含む試料液を除き、試料液と同量のリファレンス測定用の感知対象物を含まない液、例えば生理食塩水と、を混合して参照液を準備する。図11に示すように参照液においては、抗原100が含まれていないため、ビオチン化抗体101と増感粒子結合抗体102とが各々個別の分子として含まれることになる。
In addition, the sample solution containing the
続いて感知装置により参照液及び測定液の測定を行うが、まず感知センサ2A、及び2Bを差込口17に接続する。以下明細書中では、第1の感知センサ2A、第2の感知センサ2Bと記載する。また第1の感知センサ2A及び第2の感知センサ2Bは同様に構成され、吸着層47における吸着効率の差はないものとする。
Subsequently, the reference liquid and the measurement liquid are measured by the sensing device. First, the
次いでユーザーがスポイトにより第1の感知センサ2A及び第2の感知センサ2Bの注入口23に例えば生理食塩水などの緩衝液など供給する。これにより緩衝液が供給流路57を満たし、水晶振動子4における供給流路57側の面が液相に変わる。
続いて参照液及び測定液を夫々感知センサ2A、2Bに供給して発振周波数の測定を行う。図12は、測定液及び参照液を測定したときの第1の発振回路63から出力される発振周波数f1と第2の発振回路64から出力される発振周波数f2との差分値(f1−f2)の時間変化を示す特性図である。時刻0においては、供給流路57内は、緩衝液により満たされた状態となっている。
Next, the user supplies, for example, a buffer solution such as physiological saline to the
Subsequently, the reference liquid and the measurement liquid are supplied to the
まずスイッチ60を発振回路部6と第1の感知センサ2Aとを接続するように切り替える。そして第1の発振回路63及び第2の発振回路64の発振を開始し、例えばデータ処理部66にて第1の発振回路63の発振周波数f1と第2の発振回路64の発振周波数f2との差分値(f1−f2)を算出する。時刻0においては、供給流路57が緩衝液により満たされており、励振電極42A、42B等しく緩衝液による圧力がかかる。そのため第1の発振回路63の発振周波数f1と第2の発振回路64の発振周波数f2との差はないため、差分値(f1−f2)は0となる。
First, the
次いで図12中の時刻0にて、第1の感知センサ2Aの注入口23に参照液を注入する。これにより第1の感知センサ2Aにおける供給流路57内に参照液が流れ込み、供給流路57内が緩衝液から参照液に徐々に置換される。従って水晶振動子4の表面の励振電極42A、及び42Bが参照液に接することになる。励振電極42Aの表面は、図5に示したようにBSA49中にストレプトアビジン40が露出した構成になっている。また励振電極42Bの表面及び引き出し電極44の表面は、BSA49のブロッキング層48となっている。
Next, at
参照液には、既述のようにビオチン化抗体101及び増感粒子結合抗体102が個別の分子として含まれている。ビオチン112は、ストレプトアビジン40に対して(ビオチン:ストレプトアビジン=1:4)で結合する性質がある。またBSA49で覆われている部分は、ビオチン化抗体101や増感粒子結合抗体102などの分子が吸着しにくい性質がある。そのため図13に示すように参照液に含まれるビオチン化抗体101におけるビオチン112の部位が、吸着層47に露出しているストレプトアビジン40に1:4で結合する。また増感粒子結合抗体102は、ストレプトアビジン40に吸着する部位がないため、参照液中に残ることになる。さらに励振電極42Bの表面は、ブロッキング層48で覆われているためビオチン化抗体101及び増感粒子結合抗体102のいずれも吸着しない。なお記載の煩雑化を避けるため図13、図14では、ストレプトアビジン40とビオチン112とが1:1で結合するように記載しているが、実際は、ストレプトアビジン40には、ビオチン112の結合部位が4か所あり、1つのストレプトアビジン40に対して、4つのビオチン112が結合する。
As described above, the reference solution contains the
そのため緩衝液が参照液に置換されるに従い、励振電極42Aにおいて、ビオチン化抗体101が付着して重量が増加する。これにより第1の発振回路63の発振周波数f1が低下する。これに対して励振電極42Bには、ビオチン化抗体101及び増感粒子結合抗体102のいずれも吸着しないため第2の発振回路64の発振周波数f2は変化しない。従って第1の発振回路63の発振周波数f1と第2の発振回路64の発振周波数f2の差分値(f1−f2)は、ビオチン化抗体101が付着した重量に相当する分、低下することになる。即ち絶対値が増大することになる。この参照液を第1の感知センサ2Aを用いて測定したときの差分値(f1−f2)の絶対値がブランク周波数Frとなる。そして例えばデータ処理部66にて算出されたブランク周波数Frが表示部16に表示される。
Therefore, as the buffer solution is replaced with the reference solution, the
続いてスイッチ60を発振回路部6と第2の感知センサ2Bとを接続するように切り替える。そして第2の感知センサ2Bにおける注入口23に測定液を注入する。
第2の感知センサ2Bも時刻0においては、供給流路57が緩衝液により満たされており、励振電極42A、42B等しく緩衝液による圧力がかかっているため、第1の発振回路63の発振周波数f1と第2の発振回路64の発振周波数f2との差はなく、差分値(f1−f2)は0となっている。
Subsequently, the
At the
そして第2の感知センサ2Bにおける注入口23に測定液を注入すると、供給流路57内が緩衝液から測定液に徐々に置換され、やがて供給流路57内を測定液が満たし、励振電極42A、42Bが測定液に接することになる。既述のようにストレプトアビジン40に対してビオチン112は、(ビオチン:ストレプトアビジン=1:4)で結合する性質がある。測定液中には、ビオチン化抗体101と抗原100と増感粒子結合抗体102とが、結合した複合体と、過剰分のビオチン化抗体101とが存在している。従って図14に示すように励振電極42Aにおいて吸着層47に露出しているストレプトアビジン40には、ビオチン化抗体101と抗原100と増感粒子結合抗体102との複合体110と、過剰分のビオチン化抗体101と、が結合することになる。
When the measurement liquid is injected into the
複合体110は、抗原100のモル数に対応しているため、過剰分のビオチン化抗体101のモル数は、測定液に混合したビオチン化抗体101のモル数と抗原100のモル数との差分値となっている。従って吸着層47に吸着したビオチン化抗体101と複合体との合計数に対する複合体110の割合は(抗原100のモル数)/(測定液に混合したビオチン化抗体101のモル数)となる。また励振電極42Bの表面は、ブロッキング層48で覆われているため、複合体110、ビオチン化抗体101及び増感粒子結合抗体102のいずれも吸着しない。
Since
この結果第2の感知センサ2Bの供給流路57が緩衝液から測定液に置換されるに従い、励振電極42Aにおいて、ビオチン化抗体101及び複合体110が付着して重量が増加する。これにより第1の発振回路63の発振周波数f1が低下する。これに対して励振電極42Bには、ビオチン化抗体101及び増感粒子結合抗体102のいずれも吸着しないため第2の発振回路64の発振周波数f2は変化しない。
従って第1の発振回路63の発振周波数f1と第2の発振回路64の発振周波数f2の差分値(f1−f2)は、ビオチン化抗体101及び複合体110が付着した重量に相当する分、低下することになる。この測定液を第2の感知センサ2Bを用いて測定したときの差分値(f1−f2)の絶対値が検出周波数Faとなる。そして例えばデータ処理部66にて算出された検出周波数Faが表示部16に表示される。
As a result, as the
Therefore, the difference value (f1-f2) between the oscillation frequency f1 of the
続いてデータ処理部66においては、測定液を第2の感知センサ2Bを用いて測定したときの差分値(f1−f2)の絶対値である検出周波数Faと、参照液を第1の感知センサ2Aを用いて測定したときの差分値(f1−f2)の絶対値であるブランク周波数Frと、の差分値である周波数変化量Fが算出される。
周波数変化量Fについて説明する。既述のようにブランク周波数Frは、第1の感知センサ2Aにおいて吸着層47に吸着したビオチン化抗体101の重量に相当する。また検出周波数Faは、第2の感知センサ2Bにおいて吸着層47に吸着したビオチン化抗体101及び複合体110の重量に相当する
Subsequently, in the
The frequency change amount F will be described. As described above, the blank frequency Fr corresponds to the weight of the
第2の感知センサ2Bの励振電極42Aには、ビオチン化抗体101及び複合体110と、が吸着するが、測定液に含まれるビオチン化抗体101の濃度と、参照液に含まれるビオチン化抗体101の濃度とは同じである。そのため第1の感知センサ2Aの吸着層47に吸着した吸着物において、ビオチン化抗体101分の重さは、第2の感知センサ2Bの吸着層47に吸着した吸着物に占めるビオチン化抗体101分の重さと等しくなる。
The
従って検出周波数Faとブランク周波数Frとの差分値(Fa−Fr)は、第2の感知センサ2Bの吸着層47において、吸着物の複合体110を構成している抗原100と増感粒子結合抗体102との重量分に相当することになる。複合体110を構成している抗原100と増感粒子結合抗体102とは、図10にて示したように1:1で結合する。従って差分値(Fa−Fr)は、吸着物の複合体110を構成している抗原100の数に比例することになる。また吸着層47に吸着したビオチン化抗体101と複合体との合計数に対する複合体110の割合は、(抗原100のモル数)/(測定液に混合したビオチン化抗体101のモル数)であるため、吸着物に含まれる抗原100の数は、測定液中の抗原100の濃度によって決定されることになる。従って周波数変化量である差分値(Fa−Fr)は、試料液に含まれる抗原100、即ち感知対象物の量に対応した値を示すことになる。
Therefore, the difference value (Fa−Fr) between the detection frequency Fa and the blank frequency Fr is the sensitized particle-bound antibody and the
上述の実施の形態においては、ビオチン化抗体101を含む液と、試料液と、増感粒子結合抗体102を含む液と、予め混合して測定液としている。吸着層47の表面に固定された抗体111により抗原100を捕捉させようとすると、抗体111は吸着層47の表面付近を通過する抗原100しか捕捉できないため結合率が低く、捕捉率が低くなってしまう。そのため抗原100の濃度が低い試料では、十分に吸着膜に吸着させることができないおそれがある。これに対して、ビオチン化抗体101を含む液と、試料液と、増感粒子結合抗体102を含む液と、を混合することにより、抗原100とビオチン化抗体101の抗体111の部位とが接触しやすくなるため、抗原100をより確実にビオチン化抗体101と結合させることができる。
In the above-described embodiment, a liquid containing the
その後ビオチン化抗体101、抗原100及び増感粒子結合抗体102の複合体110におけるビオチン112の部位と、励振電極42Aに固定されたストレプトアビジン40とを結合することになるが、ストレプトアビジン40とビオチン112とは、親和性が高いため、抗原抗体反応と比べて結合しやすい。そのため固定されたストレプトアビジン40の表面にビオチン112を含む液を通流させたときにも、効率よく結合させることができる。従って抗原100を効率よく吸着層47に吸着させることができる。そのため抗原100の濃度が低い試料液であっても、抗原100を確実に吸着膜47に吸着させることができ測定精度がよくなる。
なお増感粒子結合抗体102は、抗原100に特異的に結合させて、その重量を大きくし、抗原100が吸着層47に吸着したときの水晶振動子4の周波数の変化を大きくして検知しやすくするためのものである。そのため測定液には、増感粒子113を含む液を混合しなくてもよい。
Thereafter, the site of
The sensitized particle-bound
また本発明は感知対象となる感知対象物に応じて、感知対象物と特異的に結合する物質を選択し、当該物質にターゲットとなる物質、例えばビオチン112を結合させてビオチン化物質を構成し、ビオチン化物質を含む液と、感知対象物を含む試料液と混合すればよい。従って、感知センサの吸着層47の種類を変えることなく、複数の種類の感知対象物を測定対象することができる。また感知対象物と特異的に結合する物質は、ビオチン化することができればよいため、例えば核酸や糖などをビオチン化して用いてもよい。
Further, according to the present invention, a substance that specifically binds to the sensing object is selected according to the sensing object to be sensed, and a target substance, for example,
さらに上述の実施の形態では、2つの感知センサ2A,2Bを用い、夫々の感知センサ2A、2Bにて参照液と、測定液とを測定しているが、1つの感知センサ2で参照液と測定液とを測定するようにしてもよい。例えば一の感知センサ2に参照液を通流させてブランク周波数の測定を行った後、リン酸緩衝液を注入口23から注入して、吸着層47の表面を洗い流す。その後測定液を注入口23から注入して、検出周波数の測定を行う例が挙げられる。さらに感知センサ2の供給流路57に試料液を通流させる送液手段を備えたフロータイプの感知装置であってもよい。
Further, in the above-described embodiment, the two
本発明の実施の形態に係る感知方法の効果を確認するために以下の試験を行った。
実施例として実施の形態に示した感知装置を用い、実施の形態に示した手順に従って、測定液及び参照液を第1及び第2の感知センサ2A、2Bに注入して、ブランク周波数Fr、検出周波数Fa及び周波数変化量(Fa−Fr)を算出した。なお試料液としては、20ng/mlの抗原を含む試料液を用いた。
比較例として、励振電極42Aの表面に設けたストレプトアビジン40にビオチン化抗体101を結合させて、吸着層とし、参照液及び測定液からビオチン化抗体101を含む液を除いたこととを除いて実施例を同様にブランク周波数Fr、検出周波数Fa及び周波数変化量(Fa−Fr)の算出を行った。
In order to confirm the effect of the sensing method according to the embodiment of the present invention, the following test was performed.
Using the sensing device described in the embodiment as an example, the measurement liquid and the reference liquid are injected into the first and
As a comparative example, except that the
表1はこの結果を示し、実施例及び比較例の各々の参照液における第1の振動領域61と第2の振動領域62との周波数差(ブランク周波数)、測定液における第1の振動領域61と第2の振動領域62との周波数差(検出周波数)、試料液を測定したときの検出周波数及び参照液を測定したときのブランク周波数、定液を測定したときの周波数との差分値(周波数変化量)とを示す。
Table 1 shows this result. The frequency difference (blank frequency) between the
比較例では、ブランク周波数Frは、−0.8Hz、検出周波数Faは、32.8Hzであり、差分値(Fa−Fr)は、33.6Hzであった。実施例においては、ブランク周波数Frは222.0Hz、検出周波数Faは、300.8Hzであり、差分値(Fa−Fr)は、78.8Hzであった。従って抗原100を含む試料液とビオチン化抗体101を含む液とを混合して、感知センサ2に供給することで、周波数変化量が2.3倍程度大きくなり検出感度がよくなるといえる。従って本発明の実施の形態に係る感知方法を用いることにより大きな効果を得ることができるといえる。
In the comparative example, the blank frequency Fr was −0.8 Hz, the detection frequency Fa was 32.8 Hz, and the difference value (Fa−Fr) was 33.6 Hz. In the example, the blank frequency Fr was 222.0 Hz, the detection frequency Fa was 300.8 Hz, and the difference value (Fa−Fr) was 78.8 Hz. Therefore, it can be said that by mixing the sample solution containing the
2 感知センサ
4 水晶振動子
12 本体部
40 ストレプトアビジン
42A、42B、43A、43B
励振電極
47 吸着層
48 ブロッキング層
57 供給流路
64 第1の発振回路
65 第2の発振回路
100 抗原
101 ビオチン化抗体
102 増感粒子結合抗体
110 複合体
112 ビオチン
2
Claims (4)
感知対象物の対応する部位に吸着する性質を有する物質に前記アンカー物質と特異的に結合するターゲットを結合させたターゲット結合物質を含む液と、感知対象となる試料液と、を混合して感知対象物とターゲット結合物質とを結合させた測定液を得る工程と、
前記ターゲット結合物質を含む液からなる参照液を前記感知センサに供給してターゲット結合物質を吸着層に結合させて発振周波数の測定を行い、吸着層に吸着したターゲット結合物質の量に相当するブランク周波数を求める工程と、
前記感知センサに測定液を供給して、ターゲット結合物質と感知対象物とを吸着層に吸着させて発振周波数の測定を行い、吸着層に吸着したターゲット結合物質と感知対象物との量に相当する検出周波数を求める工程と、
前記検出周波数と前記ブランク周波数との差分値に基づいて、吸着層に吸着した感知対象物を検出する工程と、を含むことを特徴とする感知方法。 A sensing sensor in which an adsorption layer provided with an anchor material on the surface is formed on the electrode surface of the piezoelectric vibrator, an oscillation circuit that oscillates the piezoelectric vibrator, a measurement unit that measures the oscillation frequency of the oscillation circuit, Use
Sensing is performed by mixing a liquid containing a target binding substance obtained by binding a target that specifically binds to the anchor substance with a substance having a property of adsorbing to a corresponding part of the sensing object and a sample liquid to be sensed. Obtaining a measurement liquid in which the target and the target binding substance are combined;
A blank corresponding to the amount of the target binding material adsorbed on the adsorption layer is measured by supplying a reference liquid comprising a liquid containing the target binding material to the sensing sensor to bind the target binding material to the adsorption layer and measuring the oscillation frequency. Determining the frequency;
Measurement liquid is supplied to the sensing sensor, the target binding substance and the sensing object are adsorbed on the adsorption layer, and the oscillation frequency is measured, which corresponds to the amount of the target binding substance and the sensing object adsorbed on the adsorption layer. Obtaining a detection frequency to perform,
Detecting a sensing object adsorbed on the adsorption layer based on a difference value between the detection frequency and the blank frequency.
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