JP2020034424A - Sensor cartridge - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサカートリッジに関し、特に、バイオマーカーなどの特定物質の物理量を測定するためのセンサカートリッジに関する。 The present invention relates to a sensor cartridge, and more particularly, to a sensor cartridge for measuring a physical quantity of a specific substance such as a biomarker.
従来、図6に示すように、例えば、磁性粒子を分散させたニトロセルロース膜を収容する平面視略U字型の試薬室101と、試薬室101と接続された平面視略U字型のマイクロチャネル102と、マイクロチャネル102の一端側に接続され、被測定サンプルを収容するサンプル室103と、マイクロチャネル102の他端側に接続された反応室104とを備えるセンサカートリッジ100が提案されている。
Conventionally, as shown in FIG. 6, for example, a substantially
このセンサカートリッジ100では、被測定サンプルがサンプル室103からマイクロチャネル102を介して反応室104に供給される。また、不図示の他の試薬室から試薬室101にリン酸塩緩衝液が供給されると、リン酸塩緩衝液が試薬室101内のニトロセルロース膜を流れ、磁性粒子が均一分散したリン酸塩緩衝液(以下、「磁性粒子分散液」とも称する)が得られる。そして、磁性粒子分散液が試薬室101からマイクロチャネル102を介して反応室104に供給されると、反応室104内の被測定サンプルに含まれる特定物質が磁性粒子と生化学的に反応し、これにより、反応室104に配置された不図示の磁気センサで特定物質を測定することが可能となっている。
In this sensor cartridge 100, a sample to be measured is supplied from a
しかしながら、上記従来技術では、平面視略U字型の試薬室101とマイクロチャネル102との接続箇所105がT字形状を有しているため、マイクロチャネル102を流れる被測定サンプルが試薬室101に流入し、被測定サンプルに含まれるバイオマーカー等の特定物質が試薬室101に残留する虞がある。特定物質が試薬室101に残留した状態で試薬室101にリン酸塩緩衝液が供給されると、試薬室101内で磁性粒子と生化学的に反応する特定物質が現れ、既に特定物質と反応した磁性粒子と未反応の磁気分子とが混在した磁性粒子分散液が形成される。このような磁性粒子分散液が反応室104に供給されると、特定物質と反応した磁性粒子を含まない磁気分子分散液が反応室104に供給される場合と比較して、磁気センサ上で捕捉される磁性粒子の数が変化し、特定物質の物理量を磁気センサで正確に測定できない場合がある。
However, in the above-described conventional technique, since the
本発明の目的は、流路内での液体同士の混入を防止して、バイオマーカーなどの特定物質の測定精度を向上することができるセンサカートリッジを提供する。 An object of the present invention is to provide a sensor cartridge capable of preventing mixing of liquids in a flow channel and improving measurement accuracy of a specific substance such as a biomarker.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
[1]第1液体プール、第2液体プールおよび第3液体プールと、
反応場と、
前記第1液体プールに接続され、前記第1液体プールからの液体を前記反応場上に輸送可能に構成された第1流路と、
一方の端部が前記第2液体プールに接続され、他方の端部が第1接続箇所において前記第1流路に接続された第2流路と、
一方の端部が前記第3液体プールに接続され、他方の端部が第2接続箇所において前記第1流路に接続された第3流路と、を有し、
前記第2接続箇所において、前記第3流路の前記一方の端部から前記他方の端部への方向が、前記第1流路の前記第1液体プールから前記反応場への方向成分を有し、
前記第2接続箇所の下流部位における前記第1流路の幅が、前記第2接続箇所の上流部位における前記第1流路の幅よりも大きいセンサカートリッジ。
[2]前記第2接続箇所の下流部位における前記第1流路の幅が、前記第2接続箇所の上流部位における前記第1流路の幅と前記第3流路の幅の合計と同じかまたは該合計よりも大きい、上記[1]に記載のセンサカートリッジ。
[3]前記第1接続箇所において、前記第2流路の前記一方の端部から前記他方の端部への方向が、前記第1流路の前記第1液体プールから前記反応場への方向成分を有し、
前記第1接続箇所の下流部位における前記第1流路の幅が、前記第1接続箇所の上流部位における前記第1流路の幅よりも大きい、上記[1]または[2]に記載のセンサカートリッジ。
[4]前記第1接続箇所の下流部位における前記第1流路の幅が、前記第1接続箇所の上流部位における前記第1流路の幅と前記第2流路の幅の合計と同じかまたは該合計よりも大きい、上記[3]に記載のセンサカートリッジ。
[5]前記第2接続箇所は、前記第1流路において前記第1接続箇所よりも前記反応場に近い位置に設けられ、
前記第1流路は、前記第2接続箇所よりも上流側に湾曲部を有し、前記第2接続箇所において前記第3流路の非湾曲部に接続されている、上記[1]〜[4]のいずれかに記載のセンサカートリッジ。
[6]前記第2流路は、第1接続箇所よりも上流側に湾曲部を有し、前記第1接続箇所において前記第1流路の非湾曲部に接続されている、上記[5]に記載のセンサカートリッジ。
[7]前記第1流路は、前記第2接続箇所において、前記第3流路と平行である、上記[1]〜[6]のいずれかに記載のセンサカートリッジ。
[8]前記第2流路は、前記第1接続箇所において、前記第1流路と平行である、上記[1]〜[7]のいずれかに記載のセンサカートリッジ。
[9]前記第3液体プールには、磁気ビーズまたは検出基質が格納されている、上記[1]〜[8]のいずれかに記載のセンサカートリッジ。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
[1] a first liquid pool, a second liquid pool, and a third liquid pool;
A reaction field,
A first flow path connected to the first liquid pool and configured to be able to transport liquid from the first liquid pool onto the reaction field;
A second flow path having one end connected to the second liquid pool and the other end connected to the first flow path at a first connection point;
A third flow path having one end connected to the third liquid pool and the other end connected to the first flow path at a second connection point;
At the second connection point, the direction from the one end of the third flow path to the other end has a directional component from the first liquid pool of the first flow path to the reaction field. And
A sensor cartridge in which a width of the first flow path at a downstream part of the second connection point is larger than a width of the first flow path at an upstream part of the second connection point.
[2] Whether the width of the first flow path at the downstream part of the second connection point is equal to the sum of the width of the first flow path and the width of the third flow path at the upstream part of the second connection point Or the sensor cartridge according to the above [1], which is larger than the total.
[3] At the first connection point, a direction from the one end of the second flow path to the other end is a direction from the first liquid pool of the first flow path to the reaction field. Having components,
The sensor according to [1] or [2], wherein a width of the first flow path at a downstream portion of the first connection point is larger than a width of the first flow path at an upstream portion of the first connection point. cartridge.
[4] Whether the width of the first flow path at the downstream part of the first connection point is the same as the sum of the width of the first flow path and the width of the second flow path at the upstream part of the first connection point Or the sensor cartridge according to the above [3], which is larger than the total.
[5] The second connection point is provided at a position closer to the reaction field than the first connection point in the first flow path,
The above [1] to [1], wherein the first flow path has a curved portion upstream of the second connection point and is connected to the non-curved portion of the third flow path at the second connection point. 4] The sensor cartridge according to any one of [1] to [4].
[6] The above [5], wherein the second flow path has a curved portion on the upstream side of the first connection point, and is connected to the non-curved portion of the first flow path at the first connection point. 4. The sensor cartridge according to 1.
[7] The sensor cartridge according to any of [1] to [6], wherein the first flow path is parallel to the third flow path at the second connection point.
[8] The sensor cartridge according to any one of [1] to [7], wherein the second flow path is parallel to the first flow path at the first connection point.
[9] The sensor cartridge according to any one of [1] to [8], wherein the third liquid pool stores magnetic beads or a detection substrate.
本発明によれば、流路内での液体同士の混入を防止して、バイオマーカーなどの特定物質の測定精度を向上することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, mixing of liquids in a flow path can be prevented, and the measurement precision of specific substances, such as a biomarker, can be improved.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
[センサカートリッジの全体構成]
図1は、本実施形態に係るセンサカートリッジの構成を概略的に示す斜視図である。本実施形態では、反応場が磁気センサの表面で構成される場合を例に挙げて説明する。なお、以下の説明で用いる図面では、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は図示するものに限らないものとする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[Overall configuration of sensor cartridge]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of the sensor cartridge according to the present embodiment. In the present embodiment, a case where the reaction field is constituted by the surface of the magnetic sensor will be described as an example. In the drawings used in the following description, a characteristic portion may be enlarged for convenience, and the dimensional ratios and the like of the respective components are not limited to those illustrated.
図1に示すように、本実施形態のセンサカートリッジ1は、ベースプレート1Aと、ベースプレート1A上に積層される基板1Bと、基板1Bを挟み込んだ状態でベースプレート1A上に載置されるカバープレート1Cとを備えている。
As shown in FIG. 1, the
具体的には、このセンサカートリッジ1は、第1液体プール11、第2液体プール12および第3液体プール13と、反応場20と、第1液体プール11に接続され、第1液体プール11からの液体を反応場20上に輸送可能に構成された第1流路31と、一方の端部32−1が第2液体プール12に接続され、他方の端部32−2が第1接続箇所41において第1流路31に接続された第2流路32と、一方の端部33−1が第3液体プール13に接続され、他方の端部33−2が第2接続箇所42において第1流路31に接続された第3流路33とを有する。
Specifically, the
本実施形態では、第1液体プール11,第2液体プール12,第3液体プール13および第1流路31,第2流路32,第3流路33がカバープレート1Cに設けられており、反応場20が基板1Bの後述する磁気センサに設けられている。但し、第1液体プール11,第2液体プール12,第3液体プール13および第1流路31,第2流路32,第3流路33は、これに限らず、ベースプレート1Aに設けられてもよい。
In the present embodiment, the first
第1液体プール11、第2液体プール12および第3液体プール13は、カバープレート1Cの上面1C−1に設けられており、第1流路31,第2流路32,第3流路33は、カバープレート1Cの下面1C−2に設けられている。そして、第1液体プール11、第2液体プール12および第3液体プール13は、それぞれ不図示の連通孔を介して第1流路31,第2流路32および第3流路33に連通している。センサカートリッジ1は、例えば透明性の樹脂で形成されており、第1流路31、第2流路32および第3流路33が、カバープレート1Cの上面1C−1側から視認可能に構成されている。
The first
第1液体プール11、第2液体プール12および第3液体プール13には、それぞれ弾性部材で形成されたキャップ部材51,52,53が着脱可能に取り付けられている。例えば、第1液体プール11にキャップ部材51を取り付けた状態で注射器などの器具を用いて第1液体プール11に所定の液体を注入して格納し、その後キャップ部材51を押圧することで、第1液体プール11内の液体が第1流路31に供給される。第2液体プール12および第3液体プール13に液体を格納する場合も、上記と同様であるので、その説明を省略する。
基板1Bの上面1B−1には反応場20が設けられており、反応場20は、基板1Bに上面が露出するように埋め込まれた磁気センサの表面で構成されている。但し、反応場20は、磁気センサの表面に限られず、測定対象となるバイオマーカー(例えば、生体分子)と生化学的に反応可能な領域であれば、他の部材で構成されてもよい。
A
また、センサカートリッジ1は、反応場20の下流側に設けられた第4流路34と、基板1Bに設けられた孔21を介して第4流路34に接続された排液プール14とを備える。本実施形態では、第4流路34は、カバープレート1Cの下面1C−2に設けられており、排液プール14は、ベースプレート1Aの上面1A−1に設けられている。第4流路34は、第1液体プール11に直接接続されておらず、排液プール14のみに直接接続されている(図2参照)。
Further, the
本実施形態では、第1液体プール11は、測定対象であるバイオマーカーを含む液体、好ましくはバイオマーカーが分散されたバイオマーカー分散液を格納可能に設けられている。但し、第1液体プール11は、バイオマーカーに限らず、分析等に使用可能な特定物質を含む液体を格納可能に設けられてもよい。第2液体プール12は、所定の液体、例えば洗浄液を格納可能に設けられている。第3液体プール13は、磁気ビーズまたは検出基質を格納可能に設けられている。使用時には、第3液体プール13には、磁気ビーズまたは検出基質が格納されている。この第3プール13は、磁気ビーズを含む液体、好ましくは磁気ビーズが分散された磁気ビーズ分散液を格納可能に設けられる。この場合の使用方法としては、例えば、第3液体プール13に磁気ビーズを格納しておき、使用時に液体を注入して磁気ビーズを含む液体(好ましくは磁気ビーズ分散液)とする方法が挙げられる。バイオマーカーおよび磁気ビーズの詳細については、後述する。
In the present embodiment, the first
[流路の具体的構成]
図2は、図1のセンサカートリッジ1における流路の具体的構成の一例を示す平面図であり、図3は、図2の流路に設けられた第1接続箇所41および第2接続箇所42の詳細を示す部分拡大図である。
[Specific configuration of channel]
FIG. 2 is a plan view showing an example of a specific configuration of the flow path in the
図2に示すように、第1流路31は、第1液体プール11から反応場20に向かって、直線部31a、湾曲部31b、直線部31c、湾曲部31d、直線部31e、湾曲部31fおよび直線部31gをこの順に有している。但し、第1流路31は、これに限らず、センサカートリッジ1の小型化やレイアウトの観点から上記と異なる形状を有していてもよい。
As shown in FIG. 2, the
第2流路32は、第2液体プール12から第1接続箇所41に向かって、直線部32a、湾曲部32bをこの順に有している。但し、第2流路32は、これに限らず、センサカートリッジ1の小型化やレイアウトの観点から上記と異なる形状を有していてもよい。
The
第3流路33は、直線部33aを有している。但し、第3流路33は、これに限らず、センサカートリッジ1の小型化やレイアウトの観点から上記と異なる形状を有していてもよい。
The
本実施形態では、第2接続箇所42において、第3流路33の一方の端部33−1から他方の端部33−2への方向が、第1流路31の第1液体プール11から反応場20への方向成分を有する。また、第2接続箇所42の下流部位42Aにおける第1流路31の幅L1d2が、第2接続箇所42の上流部位42Bにおける第1流路31の幅L1u2よりも大きい。「上流部位」とは、液体の流れ方向に関して、対象となっている接続箇所の直前の部位を意味し、「下流部位」とは、液体の流れ方向に関して、当該接続箇所の直後の部位を意味する。第3流路33は、第2接続箇所42において、第1流路31の直線部31eの延在方向と同等の方向で第1流路31に接続されていることが好ましい。
In the present embodiment, at the
このように、第2接続箇所42において、第3流路33の一方の端部33−1から他方の端部33−2への方向が、第1流路31の第1液体プール11から反応場20への方向成分を有して第1流路31に接続されており、さらに、下流部位42Aにおける第1流路31の幅L1d2が上流部位42Bにおける第1流路31の幅L1u2よりも大きいことにより、第1流路31内で液体が上流部位42Bから下流部位42Aに向かって流れる際、液体が第3流路33に浸入し難くなる。
As described above, at the
また、第2接続箇所42の下流部位42Aにおける第1流路31の幅L1d2が、第2接続箇所42の上流部位42Bにおける第1流路31の幅L1u2と第3流路33の幅L3の合計と同じかまたは該合計よりも大きいことが好ましい。これにより、第1流路31内で液体が上流部位42Bから下流部位42Aに向かって流れる際、当該液体が第3流路33により浸入し難くなる。
The width L1 d2 of the
また、第2接続箇所42における第1流路31の軸線方向と第3流路33の軸線方向とのなす角度は、45°以下が好ましく、30°以下がより好ましく、0°である(すなわち、第2接続箇所42において第1流路31が第3流路33と平行である)のが更に好ましい。特に、図3(b)に示すように、第2接続箇所42の上流部位42Bにおいて、第1流路31の軸線方向が、第3流路33の直線部33aの軸線方向と平行であるのが好ましい。このように、第2接続箇所42において第1流路31が第3流路33と平行に接続されることにより、第1液体プール11内の液体あるいは第3液体プール13内の液体を反応場20に向かって流した際に、一方の流路を流れる液体が他方の流路により浸入し難くなる。
Further, the angle between the axial direction of the
また、第1接続箇所41において、第2流路32の一方の端部32−1から他方の端部32−2への方向が、第1流路31の第1液体プール11から反応場20への方向成分を有するのが好ましい。このとき、第1接続箇所41の下流部位41Aにおける第1流路31の幅L1d1が、第1接続箇所41の上流部位41Bにおける第1流路31の幅L1u1と第2流路32の幅L2よりも大きいことが好ましい。第2流路32は、第1接続箇所41において、第1流路31の直線部31cの延在方向と同等の方向で第1流路31に接続されていることがより好ましい。
At the
このように、第1接続箇所41においても、第2流路32の一方の端部32−1から他方の端部32−2への方向が、第1流路31の第1液体プール11から反応場20への方向成分を有して第1流路31に接続されており、さらに、下流部位41Aにおける第1流路31の幅L1d1が上流部位41Bにおける第1流路31の幅L1u1よりも大きいことにより、第1流路31内で液体が上流部位41Bから下流部位41Aに向かって流れる際、当該液体が第2流路32に浸入し難くなる。
Thus, also at the
また、第1接続箇所41の下流部位41Aにおける第1流路31の幅L1d1が、第1接続箇所41の上流部位41Bにおける第1流路31の幅L1u1と第2流路32の幅L2の合計と同じかまたは該合計よりも大きいことが好ましい。これにより、第1流路31内で液体が上流部位41Bから下流部位41Aに向かって流れる際、当該液体が第2流路32により浸入し難くなる。
Further, the width L1 d1 of the
また、第1接続箇所41における第1流路31の軸線方向と第2流路32の軸線方向とのなす角度は、45°以下が好ましく、30°以下がより好ましく、0°である(すなわち、第1接続箇所41において第2流路32が第1流路31と平行である)のが更に好ましい。特に、図3(b)に示すように、第1接続箇所41の上流部位41Bにおいて、第2流路32の軸線方向が、第1流路31の直線部31cの軸線方向と平行であるのが好ましい。このように、第1接続箇所41において第2流路32が第1流路31と平行に接続されることにより、第1液体プール11内の液体あるいは第2液体プール12内の液体を反応場20に向かって流した際に、一方の流路を流れる液体が他方の流路により浸入し難くなる。
In addition, the angle between the axial direction of the
第2接続箇所42は、第1流路31において第1接続箇所41よりも反応場20に近い位置に設けられるのが好ましい(図2)。また、第1流路31は、第2接続箇所42よりも上流側に湾曲部31dを有し、第2接続箇所42において第3流路33の非湾曲部に接続されているのが好ましい。本実施形態では、湾曲部31dは第1接続箇所41と第2接続箇所42との間に設けられており、第3流路33の上記非湾曲部は、直線部33aに相当する。これにより、例えば磁気ビーズあるいは検出基質を含む液体を第3液体プール13に格納して、第3流路33を介して当該液体を反応場20に流す場合に、第3流路33内の液体が湾曲部を通る回数をなくすかあるいはその回数を少なくすることができ、磁気ビーズあるいは検出基質を反応場20にスムーズに供給することが可能となる。
The
第2流路32は、第1接続箇所41よりも上流側に湾曲部32bを有し、第1接続箇所41において第1流路31の非湾曲部に接続されているのが好ましい。本実施形態では、第1流路31の上記非湾曲部は、直線部31cに相当する。これにより、バイオマーカー分散液を第1液体プールに格納して、第1流路31を介してバイオマーカー分散液を反応場20に流す場合に、バイオマーカーを反応場20にスムーズに供給することが可能となる。
The
[磁気センサの具体的構成]
磁気センサは、例えば、基板と、該基板上に配置された磁気抵抗効果素子と、該磁気抵抗効果素子及び基板を覆って形成された保護膜とを備える。
[Specific configuration of magnetic sensor]
The magnetic sensor includes, for example, a substrate, a magnetoresistive element disposed on the substrate, and a protective film formed to cover the magnetoresistive element and the substrate.
磁気抵抗効果素子は、入力される磁界に応じて検出される抵抗値が変化するように構成されている。 The magnetoresistive element is configured such that a detected resistance value changes according to an input magnetic field.
保護膜は、外表面にバイオマーカーを認識する親和性物質(以下、「第1親和性物質」とも称する)を有する。
保護膜の外表面は、試料中のバイオマーカーと接触する表面である。この外表面は、測定対象のバイオマーカーと特異的に結合する第1親和性物質を備えている。第1親和性物質は、例えば、一本鎖DNAやRNAである。例えば、バイオマーカーが一本鎖DNAやRNAを有する場合、一本鎖DNA間、RNA間または一本鎖DNAとRNAとの間のハイブリダイゼーションにより、第1親和性物質とバイオマーカーとが特異的に結合する。また、磁気ビーズも、バイオマーカーと特異的に結合する第2親和性物質を備えている。
The protective film has an affinity substance that recognizes the biomarker on the outer surface (hereinafter, also referred to as “first affinity substance”).
The outer surface of the protective film is a surface that comes into contact with the biomarker in the sample. This outer surface is provided with a first affinity substance that specifically binds to the biomarker to be measured. The first affinity substance is, for example, single-stranded DNA or RNA. For example, when the biomarker has single-stranded DNA or RNA, the first affinity substance and the biomarker are specifically bound by hybridization between single-stranded DNA, between RNA, or between single-stranded DNA and RNA. To join. Further, the magnetic beads also include a second affinity substance that specifically binds to the biomarker.
保護膜の構成は、上記磁気抵抗効果素子を保護可能であれば特に限定されない。保護膜の材料は、例えばアルミナ、シリカ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化タルタル、酸化亜鉛、酸化ガリウム、酸化スズ等の酸化物;金、銀、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム等の貴金属;窒化アルミ、窒化シリコン等の無機物や、ポリイミド等の有機物、が挙げられる。 The configuration of the protective film is not particularly limited as long as it can protect the magnetoresistive element. Materials for the protective film include, for example, oxides such as alumina, silica, titanium oxide, zirconium oxide, indium oxide, tartar oxide, zinc oxide, gallium oxide, and tin oxide; and noble metals such as gold, silver, platinum, rhodium, ruthenium, and palladium. Inorganic materials such as aluminum nitride and silicon nitride, and organic materials such as polyimide.
保護膜が上記第1親和性物質を備えることにより、測定対象のバイオマーカーが試料中に存在する場合にのみ、バイオマーカーが保護膜の外表面に第1親和性物質を介して固定される。また、磁気ビーズが第2親和性物質を介してバイオマーカーと結合することにより、磁気ビーズが保護膜表面に固定される。 When the protective film includes the first affinity substance, the biomarker is immobilized on the outer surface of the protective film via the first affinity substance only when the biomarker to be measured is present in the sample. Further, the magnetic beads bind to the biomarker via the second affinity substance, so that the magnetic beads are fixed on the surface of the protective film.
また、センサカートリッジ1には、電極端子1Dが設けられており(図1)、電極端子1Dが磁気抵抗効果素子と電気的に接続されている。
Further, the
[磁気ビーズの具体的構成]
磁気ビーズは、第1親和性物質のバイオマーカー認識部位とは異なる部位を認識する第2親和性物質を備える。第2親和性物質は、例えばストレプトアビジンである。例えば、バイオマーカーが一本鎖DNAまたはRNAと異なる部位にビオチンを有する場合、第2親和性物質であるストレプトアビジンとビオチンとが特異的に結合する。磁気ビーズは、上記保護膜上に、第1親和性物質−バイオマーカー−第2親和性物質複合体を介して集積する。
[Specific configuration of magnetic beads]
The magnetic beads include a second affinity substance that recognizes a site different from the biomarker recognition site of the first affinity substance. The second affinity substance is, for example, streptavidin. For example, when the biomarker has biotin at a site different from single-stranded DNA or RNA, the second affinity substance, streptavidin, specifically binds to biotin. Magnetic beads accumulate on the protective film via a first affinity substance-biomarker-second affinity substance complex.
磁気ビーズは、換言すれば、バイオマーカーと特異的に結合する第2親和性物質を備えており、第2親和性物質を介してバイオマーカーと結合する。磁気ビーズは、第2親和性物質がコーティング処理等により付加されたものであってもよく、また、第2親和性物質自体からなるものであってもよい。 In other words, the magnetic beads include a second affinity substance that specifically binds to the biomarker, and binds to the biomarker via the second affinity substance. The magnetic beads may be those to which a second affinity substance has been added by a coating process or the like, or may be composed of the second affinity substance itself.
磁気ビーズは、磁性を帯びている粒子であれば特に限定されず、例えば酸化鉄粒子が挙げられる。磁気ビーズの直径としては、保護膜の面積との兼ね合いによるが、例えば、0.01μm以上100μm以下が好ましく、0.05μm以上50μm以下がより好ましく、0.1μm以上5μm以下が特に好ましい。 The magnetic beads are not particularly limited as long as they are magnetic particles, and include, for example, iron oxide particles. The diameter of the magnetic beads depends on the area of the protective film, but is, for example, preferably from 0.01 μm to 100 μm, more preferably from 0.05 μm to 50 μm, and particularly preferably from 0.1 μm to 5 μm.
[バイオマーカーの具体的構成]
測定対象のバイオマーカーまたは検出対象の生体分子としては、例えば、DNA、mRNA、miRNA、siRNA、人工核酸(例えば、LNA(Locked Nucleic Acid)、BNA(Bridged Nucleic Acid))等の核酸(天然由来であってもよく、化学合成したものであってもよい。);リガンド、サイトカイン、ホルモン等のペプチド;受容体、酵素、抗原、抗体等のタンパク質;細胞、ウイルス、細菌、真菌等が挙げられる。
[Specific composition of biomarkers]
Examples of the biomarker to be measured or the biomolecule to be detected include, for example, nucleic acids (naturally occurring) such as DNA, mRNA, miRNA, siRNA, and artificial nucleic acids (eg, LNA (Locked Nucleic Acid), BNA (Bridged Nucleic Acid)). And peptides such as ligands, cytokines and hormones; proteins such as receptors, enzymes, antigens and antibodies; cells, viruses, bacteria, fungi and the like.
検出対象の生体分子を含む試料(液体)としては、血液、血清、血漿、尿、パフィーコート、唾液、精液、胸部滲出液、脳脊髄液、涙液、痰、粘液、リンパ液、腹水、胸水、羊水、膀胱洗浄液、気管支肺胞洗浄液、細胞抽出液、細胞培養上清等が挙げられる。 Samples (liquids) containing biomolecules to be detected include blood, serum, plasma, urine, puffy coat, saliva, semen, chest exudate, cerebrospinal fluid, tears, sputum, mucus, lymph, ascites, pleural effusion, Amniotic fluid, bladder lavage fluid, bronchoalveolar lavage fluid, cell extract, cell culture supernatant and the like.
また、測定対象のバイオマーカーとしては、検出対象となる生体分子に別の生体分子を複合体化させたもの、または、検出対象となる生体分子を別の生体分子に変換したものであってもよい。例えば、RNAに対して、ビオチンを末端に有するDNAをハイブリダイゼーションにより複合体化させたもの(以下、「RNA−DNA−ビオチン複合体」と称する場合がある。)等が挙げられる。複合体化によりRNAにビオチンが付加されたことにより、ストレプトアビジンと特異的に結合することが可能となる。 In addition, the biomarker to be measured may be a biomolecule obtained by complexing another biomolecule with a biomolecule to be detected, or a biomolecule obtained by converting a biomolecule to be detected into another biomolecule. Good. For example, a complex of RNA with biotin-terminated DNA by hybridization (hereinafter, may be referred to as “RNA-DNA-biotin complex”) may be used. The addition of biotin to the RNA by complexation allows specific binding to streptavidin.
上記のように構成されるセンサカートリッジ1では、センサカートリッジ1に設けられた3つの液体プールに、それぞれ別種の液体を格納する。例えば第1液体プール11にはバイオマーカー分散液(例えば、ターゲットDNA分散液)、第2液体プール12には洗浄液、第3液体プール13には磁気ビーズ分散液が、それぞれ格納される。バイオマーカー分散液は、上述のように、第1液体プール11に注射器などの器具を用いて注入されることで、当該第1液体プール11に格納される。
In the
そして、不図示の磁気特性測定装置にセンサカートリッジ1をセットした状態で、状浮きの液体を、バイオマーカー分散液、洗浄液、磁気ビーズ分散液の順で、反応場20としての磁気センサの表面へ送液し、磁気ビーズ数に基づいてバイオマーカーの濃度を測定する。
Then, with the
[センサカートリッジの使用方法]
図4(a)〜(f)は、図1のセンサカートリッジ1の使用方法の一例を説明するための模式図である。
[How to use the sensor cartridge]
FIGS. 4A to 4F are schematic diagrams for explaining an example of a method of using the
図4(a)に示すように、反応場20である磁気センサの表面、すなわち保護膜の外表面に、DNAあるいは抗体等の第1親和性物質61が固定されている。
As shown in FIG. 4A, a
先ず、第1液体プール11から第1流路31を介して反応場20にバイオマーカー分散液を供給し(図4(b))、第1親和性物質61に、バイオマーカー62を付着させ、固定する(図4(c))。
First, a biomarker dispersion is supplied from the first
ここで、上記従来技術で示すように、バイオマーカー分散液が流れる第1流路と磁気ビーズ分散液が流れる第3流路との接続箇所がT字形状を有する場合、すなわち第3流路が第1流路に対して垂直に接続されている場合、バイオマーカー分散液を第1流路に流した際にバイオマーカーが第3流路に流れ込んで第3流路に残留し、バイオマーカーが磁性ビーズと反応してしまう可能性がある。また、第1流路の幅が一定であるため、バイオマーカーが第1流路から第3流路に流れ込んで第3流路に残留する可能性が高い。 Here, as shown in the above-mentioned prior art, when the connection point between the first flow path in which the biomarker dispersion flows and the third flow path in which the magnetic beads dispersion flows has a T-shape, that is, the third flow path When the biomarker is connected vertically to the first channel, the biomarker flows into the third channel and remains in the third channel when the biomarker dispersion liquid flows through the first channel, and the biomarker is removed. It may react with magnetic beads. Further, since the width of the first channel is constant, there is a high possibility that the biomarker flows from the first channel into the third channel and remains in the third channel.
一方、本実施形態では、第2接続箇所42において、第3流路33の一方の端部33−1から他方の端部33−2への方向が、第1流路31の第1液体プール11から反応場20への方向成分を有しており、また、第2接続箇所42の下流部位42Aにおける第1流路31の幅L1d2が、第2接続箇所42の上流部位42Bにおける第1流路31の幅L1u2よりも大きいので、バイオマーカー分散液を第1流路31に流した際にバイオマーカーが第3流路33に流れ込み難くなる。
On the other hand, in the present embodiment, at the
次いで、第2液体プール12から第2流路32及び第1流路31を介して反応場20に洗浄液を供給し、第1流路31に残留するバイオマーカーを除去するとともに、第1親和性物質61に捕捉されていない余分なバイオマーカー62を磁気センサ上あるいはその近傍から除去する(図4(d))。
Next, the washing liquid is supplied from the
本工程においても、第1接続箇所41において、第2流路32の一方の端部32−1から他方の端部32−2への方向が、第1流路31の第1液体プール11から反応場20への方向成分を有し、第1接続箇所41の下流部位41Aにおける第1流路31の幅L1d1が、第1接続箇所41の上流部位41Bにおける第1流路31の幅L1u1よりも大きいので、バイオマーカー分散液を第1流路31に流した際にバイオマーカー62が第2流路32に流れ込み難くなり、バイオマーカー62の洗浄液への混入が抑制される。よって、バイオマーカー62が混入していない本来の洗浄液で、第1流路31と反応場20である磁気センサの表面を十分に洗浄することができる。
Also in this step, the direction from one end 32-1 of the
その後、第3液体プール13から第3流路33及び第1流路31を介して反応場20に磁気ビーズ分散液を供給し(図4(e))、バイオマーカー62に、磁気ビーズ63を付着させ、固定する(図4(f))。第1流路31は洗浄されているので、磁気ビーズ分散液とバイオマーカー分散液との混合は反応場の上流側において抑制される。本実施形態で使用される磁気ビーズ63は、この特定のたんぱく質で覆われており、バイオマーカー62が固定された磁気センサ上に磁気ビーズ63を供給すると、磁気ビーズ63がバイオマーカー62と結合し、バイオマーカー62と共に磁気センサ上にとどまる。
Thereafter, a magnetic bead dispersion is supplied from the third
この状態で、磁気センサ近傍に外部磁場を印加する。磁気センサ上の磁気ビーズ63の数に応じて磁気センサの抵抗値が変化するため、この抵抗変化量により、磁気センサ上にある磁気ビーズ数を測定し、測定された磁気ビーズ数の値からバイオマーカー62の濃度を測定する。
In this state, an external magnetic field is applied near the magnetic sensor. Since the resistance value of the magnetic sensor changes in accordance with the number of
上述したように、本実施形態によれば、第2接続箇所42において、第3流路33の一方の端部33−1から他方の端部33−2への方向が、第1流路31の第1液体プール11から反応場20への方向成分を有しており、さらに、第2接続箇所42の下流部位42Aにおける第1流路31の幅L1d2が、第2接続箇所42の上流部位42Bにおける第1流路31の幅L1u2よりも大きいので、第1流路31内でバイオマーカー分散液が上流部位42Bから下流部位42Aに向かって流れる際、バイオマーカー分散液が第3流路33に浸入し難い。これにより、バイオマーカー62と反応した磁気ビーズ63が反応場20である磁気センサの表面に供給されるのを防止することができ、バイオマーカー62の測定精度を向上することができる。これにより、例えば、血液、血しょう、唾や汗などの生体由来の検体に含まれる、病気の状態によって濃度が変化するバイオマーカーの濃度を、簡便、迅速かつ高精度で測定し、その測定結果をヒトなどの診断に用いることが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the direction from one end 33-1 to the other end 33-2 of the
[センサカートリッジの変形例およびその使用方法]
図5(a)〜(d)は、図1のセンサカートリッジ1の変形例およびその使用方法を説明するための模式図である。本変形例では、磁気センサの代わりに基板を設け、また、酵素を有するバイオマーカーを含む液体を用い、磁気ビーズ分散液の代わりに検出基質を含む液体を用いる点で、上記実施形態と異なる。磁気センサの代わりに設けられた基板は、その表面に第1親和性物質を有し、基板表面が反応場となる。
[Modification of Sensor Cartridge and How to Use It]
FIGS. 5A to 5D are schematic diagrams for explaining a modified example of the
センサカートリッジ1の変形例では、例えば第1液体プール11には、酵素を有するバイオマーカーが分散されたバイオマーカー分散液が、第2液体プール12には洗浄液がそれぞれ格納される。第3液体プール13には、検出基質を含む液体、好ましくは上記特定の酵素に反応する検出基質が分散された検出基質分散液が格納される。
In a modified example of the
上記の特定の酵素としては、例えば、アルカリホスファターゼや西洋ワサビペルオキシターゼが挙げられる。酵素を有するバイオマーカーとしては、例えば、バイオマーカーに酵素を直接結合させたものでも良く、上記酵素に付加されたストレプトアビジンとバイオマーカーに付加されたビオチンとが結合したバイオマーカーでも良い。 Examples of the above specific enzyme include alkaline phosphatase and horseradish peroxidase. The biomarker having an enzyme may be, for example, a biomarker in which an enzyme is directly bound to a biomarker, or a biomarker in which streptavidin added to the enzyme and biotin added to the biomarker are bound.
上記の検出基質としては、例えば、発色性基質、化学蛍光性基質、化学発光性基質が挙げられるが、安定的な発色の観点からは発色性基質が好ましい。発色性基質としては、例えば、酵素としてアルカリホスファターゼを用いる場合には、パラニトロフェニルリン酸が挙げられ、酵素として西洋ワサビペルオキシターゼを用いる場合には、3,3’,5,5’-テトラメチルベンジジンが挙げられる。 Examples of the detection substrate include a chromogenic substrate, a chemiluminescent substrate, and a chemiluminescent substrate. From the viewpoint of stable color development, a chromogenic substrate is preferable. Examples of the chromogenic substrate include, for example, when using alkaline phosphatase as the enzyme, paranitrophenyl phosphate, and when using horseradish peroxidase as the enzyme, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl Benzidine.
センサカートリッジの変形例の使用方法の一例を説明する。図5(a)に示すように、反応場20である基板の表面に、DNAあるいは抗体等の第1親和性物質61が固定されている。
An example of how to use the modified example of the sensor cartridge will be described. As shown in FIG. 5A, a
先ず、第1液体プール11から、第1流路31を介して反応場20に、酵素71を有するバイオマーカー62を含む分散液を供給し(図5(b))、第1親和性物質61に、酵素71を有するバイオマーカー62を付着させ、固定する(図5(c))。次いで、第2液体プール12から第2流路32及び第1流路31を介して反応場20に洗浄液を供給し、第1流路31に残留する、酵素71を有するバイオマーカー62を除去するとともに、第1親和性物質61に捕捉されていない余分なバイオマーカー62を基板上あるいはその近傍から除去する(図5(d))。
First, a dispersion containing a
その後、第3液体プール13から第3流路33を介して反応場20に検出基質分散液を供給し(図5(e))、検出基質72を酵素71と反応させる(図5(f))。例えば検出基質分散液が発色性基質分散液である場合、酵素71の量に応じて検出基質72の着色量(着色の濃淡)が決定される。この検出基質72の着色量(色の濃さ)から特定波長での光吸収の値が測定される。すなわち吸光度検出(比色分析)を行い、基板上の特定波長での光吸収の値からバイオマーカー62の濃度を測定する。
Thereafter, the detection substrate dispersion is supplied from the third
本変形例においても、第2接続箇所42において、第3流路33の一方の端部33−1から他方の端部33−2への方向が、第1流路31の第1液体プール11から反応場20への方向成分を有しており、さらに、第2接続箇所42の下流部位42Aにおける第1流路31の幅L1d2が、第2接続箇所42の上流部位42Bにおける第1流路31の幅L1u2よりも大きいので、第1流路31内でバイオマーカー分散液が上流部位42Bから下流部位42Aに向かって流れる際、バイオマーカー分散液が第3流路33に浸入し難い。仮に、反応場20よりも上流で酵素71と検出基質72とが混合して反応した場合、第1の親和性物質61に結合しない「酵素71を有するバイオマーカー62」と反応した検出基質72を検出することになり、検出基質72による光量が変わり、精度が大きく低下する。一方、本変形例によれば、酵素71を有するバイオマーカー62と反応した検出基質72が反応場20である基板の表面に供給されるのを防止することができ、酵素71を有するバイオマーカー62の測定精度を向上することができる。
Also in the present modified example, the direction from one end 33-1 of the
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes may be made within the scope of the present invention described in the appended claims. Is possible.
例えば、上記実施形態では、センサカートリッジ1は3個の液体プールと該液体プールに対応する3つの流路を有するが、これに限らず、必要に応じて4個以上の液体プールと4個以上の流路を有していてもよい。この場合にも、各流路内での液体同士の混入を防止することができる。
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、第1液体プール11がバイオマーカー62を含む液体を格納し、第2液体プール12が洗浄液を格納しているが、これに限らず、第1液体プール11が洗浄液を格納し、第2液体プール12がバイオマーカー62を含む液体を格納してもよい。
Further, in the above embodiment, the first
本発明のセンサカートリッジは、例えば、がん診断、がんの種類別診断、がんの進行度診断、インフルエンザウイルスの検出、インフルエンザウイルスの種類の特定、インフルエンザの病状観察等に適用することができる。 The sensor cartridge of the present invention can be applied to, for example, cancer diagnosis, diagnosis by cancer type, diagnosis of cancer progression, detection of influenza virus, identification of influenza virus type, observation of influenza pathology, and the like. .
1 センサカートリッジ
1A ベースプレート
1A−1 上面
1B 基板
1B−1 上面
1C カバープレート
1C−1 上面
1C−2 下面
1D 電極端子
11 第1液体プール
12 第2液体プール
13 第3液体プール
14 排液プール
20 反応場
21 孔
31 第1流路
31a 直線部
31b 湾曲部
31c 直線部
31d 湾曲部
31e 直線部
31f 湾曲部
31g 直線部
32 第2流路
32a 直線部
32b 湾曲部
32−1 一方の端部
32−2 他方の端部
33 第3流路
33−1 一方の端部
33−2 他方の端部
34 第4流路
41 第1接続箇所
41A 下流部位
41B 上流部位
42 第2接続箇所
42A 下流部位
42B 上流部位
51 キャップ部材
52 キャップ部材
53 キャップ部材
61 第1親和性物質
62 バイオマーカー
63 磁気ビーズ
71 酵素
72 検出基質
DESCRIPTION OF
Claims (9)
反応場と、
前記第1液体プールに接続され、前記第1液体プールからの液体を前記反応場上に輸送可能に構成された第1流路と、
一方の端部が前記第2液体プールに接続され、他方の端部が第1接続箇所において前記第1流路に接続された第2流路と、
一方の端部が前記第3液体プールに接続され、他方の端部が第2接続箇所において前記第1流路に接続された第3流路と、を有し、
前記第2接続箇所において、前記第3流路の前記一方の端部から前記他方の端部への方向が、前記第1流路の前記第1液体プールから前記反応場への方向成分を有し、
前記第2接続箇所の下流部位における前記第1流路の幅が、前記第2接続箇所の上流部位における前記第1流路の幅よりも大きいセンサカートリッジ。 A first liquid pool, a second liquid pool, and a third liquid pool;
A reaction field,
A first flow path connected to the first liquid pool and configured to be able to transport liquid from the first liquid pool onto the reaction field;
A second flow path having one end connected to the second liquid pool and the other end connected to the first flow path at a first connection point;
A third flow path having one end connected to the third liquid pool and the other end connected to the first flow path at a second connection point;
At the second connection point, the direction from the one end of the third flow path to the other end has a directional component from the first liquid pool of the first flow path to the reaction field. And
A sensor cartridge in which a width of the first flow path at a downstream part of the second connection point is larger than a width of the first flow path at an upstream part of the second connection point.
前記第1接続箇所の下流部位における前記第1流路の幅が、前記第1接続箇所の上流部位における前記第1流路の幅よりも大きい、請求項1または2に記載のセンサカートリッジ。 At the first connection point, the direction from the one end of the second flow path to the other end has a directional component from the first liquid pool of the first flow path to the reaction field. And
3. The sensor cartridge according to claim 1, wherein a width of the first flow path at a downstream part of the first connection point is larger than a width of the first flow path at an upstream part of the first connection point. 4.
前記第1流路は、前記第2接続箇所よりも上流側に湾曲部を有し、前記第2接続箇所において前記第3流路の非湾曲部に接続されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のセンサカートリッジ。 The second connection point is provided at a position closer to the reaction field than the first connection point in the first flow path,
5. The first flow path according to claim 1, wherein the first flow path has a curved portion on an upstream side of the second connection point, and is connected to a non-curved portion of the third flow path at the second connection point. 6. The sensor cartridge according to claim 1.
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