JP2020094970A - 感知装置及び感知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な方法で、検体中の夾雑物による感知精度への影響を抑制可能な感知装置及び感知方法を提供すること。【解決手段】感知装置に、検体と、既知量の前記添加成分とを含む試料液が供給されたときの第１の発振領域の発振周波数と、参照用の発振領域の発振周波数との差分である第１の差分と、前記試料液が供給されたときの第２の発振領域の発振周波数と、参照用の発振領域の発振周波数との差分である第２の差分と、前記検体を含まず、既知量の添加成分を添加した基準液が供給されたときの第２の発振領域の発振周波数と、参照用の発振領域の発振周波数との差分である基準の差分を求める。基準の差分と第２の差分との相違に基づき、前記試料液に検体が含まれることに起因する発振周波数の差分への影響度を求め、この影響度に基づいて第１の差分を補正し、この補正値に基づいて感知対象物の感知結果を得る。【選択図】図４

Description

本発明は、圧電振動子の発振周波数に基づいて、試料液に含まれる感知対象物を感知するための感知装置及び感知方法に関する。

試料流体中の感知対象物、例えば血液中あるいは血清中の微量なタンパク質を感知する方法として、ＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）を利用した感知センサが知られている。ＱＣＭは励振電極の表面に、例えば感知対象物と結合する膜が設けられた水晶振動子を用い、試料溶液中の感知対象物の吸着による質量負荷を、水晶振動子の周波数の変化として捉えて、感知対象物の有無や定量を行うものである。

この基本原理を利用し、医療現場での診断に用いられている簡易計測への応用も可能である。医療現場では、ヒト由来の生体サンプルを試料溶液として用い、計測対象である目的物質（感知対象物）の検出を行うが、生体サンプルには目的物質以外に、タンパク質や脂質等の多種多様な夾雑物が含まれている。このため、目的物質以外の夾雑物が励振電極に影響を与え、これにより水晶振動子の周波数が変化し、目的物質の検出を精度よく行うことができない場合がある。

目的物質以外の成分が付着しないように、励振電極の表面にブロッキング剤を塗布することも考えられるが、検体によっては、夾雑物の影響度が高く、ブロッキング剤を塗布しても夾雑物の影響を抑制できない場合もある。また、生体サンプルよりなる試料溶液を励振電極に供給して、励振電極に目的物質を吸着させた後、励振電極に付着している目的物質以外の成分を洗浄して夾雑物を除去することも考えられる。しかしながら、洗浄処理には煩雑な工程が必要であり、手間と時間がかかるので、この手法は得策ではない。

特許文献１には、水晶振動子を用いた検出装置において、水晶振動子にプラズマ重合膜を被覆して、その質量を検出し、水晶振動子の質量負荷と検出質量を比較することにより、校正を行う技術が記載されている。また、特許文献２には、ワンチップアッセイにおける内部補正方法において、１つのチップ上で被検物質の測定を行うアッセイ系と、ビオチン等の内部標準物質を測定するアッセイ系を実行して補正係数を算出し、被検物質の測定値の補正を行う技術が記載されている。しかしながら、これらの文献には、生体サンプル中に目的物質と共に含まれる夾雑物による、目的物質の測定精度への影響を抑制する手法については、記載されていない。

特開２００１−３０４９４５号公報 特開２０１５−１２７６９４号公報

本発明はこのような事情の下になされたものであり、生体由来の検体を含む試料液中の感知対象物を感知するにあたり、前記試料液中に含まれる夾雑物による感知精度への影響を抑制する技術を提供する。

本発明の感知装置は、
両面に励振電極が形成された圧電振動子の、生体由来の検体を含む試料液が供給される一面側の励振電極に設けられ、前記試料液中の感知対象物を感知するために、当該試料液中の吸着対象成分と特異的に結合する第１の吸着層が形成された領域の励振電極と、他面側の励振電極との間に構成された第１の発振領域と、前記一面側の励振電極に設けられ、前記検体には含まれていない成分であって、前記試料液に対して添加された添加成分と特異的に結合する第２の吸着層が形成された領域の励振電極と、他面側の励振電極との間に構成され、前記第１の発振領域から弾性的に分離された第２の発振領域と、前記一面側の励振電極に設けられ、前記第１の吸着層及び第２の吸着層のいずれも形成されていない励振電極と、他面側の励振電極との間に構成され、前記第１の発振領域及び第２の発振領域から弾性的に分離された参照用の発振領域と、を有する感知センサと、
前記感知センサに対して電気的に接続され、前記第１、第２、及び参照用の発振領域を発振させるための発振回路と、
前記発振回路の発振周波数を測定するための周波数測定部と、
前記検体と、既知量の前記添加成分とを含む試料液が供給されたときの第１の発振領域の発振周波数と、前記参照用の発振領域の発振周波数との差分である第１の差分を求めるステップと、前記試料液が供給されたときの前記第２の発振領域の発振周波数と、前記参照用の発振領域の発振周波数との差分である第２の差分を求めるステップと、予め求めておいた、前記生体由来の検体を含まず、前記既知量の添加成分を添加した基準液が供給されたときの前記第２の発振領域の発振周波数と、前記参照用の発振領域の発振周波数との差分である基準の差分と、前記基準の差分と前記第２の差分との相違に基づき、前記試料液に検体が含まれることに起因する発振周波数の差分への影響度を求めるステップと、前記影響度に基づいて前記第１の差分を補正した値に基づいて前記感知対象物の感知結果を得るステップと、を実行する演算部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の感知方法は、
両面に励振電極が形成された圧電振動子の、生体由来の検体を含む試料液が供給される一面側の励振電極に設けられ、前記試料液中の感知対象物を感知するために、当該試料液中の吸着対象成分と特異的に結合する第１の吸着層が形成された領域の励振電極と、他面側の励振電極との間に構成された第１の発振領域と、前記一面側の励振電極に設けられ、前記検体には含まれていない成分であって、前記試料液に対して添加された添加成分と特異的に結合する第２の吸着層が形成された領域の励振電極と、他面側の励振電極との間に構成され、前記第１の発振領域から弾性的に分離された第２の発振領域と、前記一面側の励振電極に設けられ、前記第１の吸着層及び第２の吸着層のいずれも形成されていない励振電極と、他面側の励振電極との間に構成され、前記第１の発振領域及び第２の発振領域から弾性的に分離された参照用の発振領域と、を有する感知センサを用い、
前記生体由来の検体を含まず、前記既知量の添加成分を添加した基準液が供給されたときの前記第２の発振領域の発振周波数と、前記参照用の発振領域の発振周波数との差分である基準の差分を求める工程と、
前記検体と、既知量の前記添加成分とを含む試料液が供給されたときの第１の発振領域の発振周波数と、前記参照用の発振領域の発振周波数との差分である第１の差分を求める工程と、
前記試料液が供給されたときの前記第２の発振領域の発振周波数と、前記参照用の発振領域の発振周波数との差分である第２の差分を求める工程と、
前記基準の差分と前記第２の差分との相違に基づき、前記試料液に検体が含まれることに起因する発振周波数の差分への影響度を求める工程と、
前記影響度に基づいて前記第１の差分を補正した値に基づいて前記感知対象物の感知結果を得る工程と、を含むことを特徴とする。

本発明は、生体由来の検体を含む試料液に対し、前記検体には含まれていない既知量の添加成分を添加して、当該添加成分の励振電極への吸着に伴う発振周波数の変化量への検体中の夾雑物の影響度を特定する。そして、この添加成分を用いて特定した夾雑物による発振周波数の変化量への影響度を利用して、感知対象物の励振電極への吸着に伴う発振周波数の変化量に対する夾雑物の影響をキャンセルするので、感知精度への影響を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る感知装置及び感知センサの斜視図である。 前記感知センサの分解斜視図である。 前記感知センサの縦断側面図である。 水晶振動子の一面側及び他面側を示す平面図である。 前記感知装置の概略構成図である。 前記感知センサの作用を説明する説明図である。 前記感知センサの作用を説明する説明図である。 前記感知センサを用いた評価試験の結果を示す特性図である。

以下、本発明の感知装置の一実施形態について説明する。この感知装置は、生体由来の検体を含む試料液、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抗体やウイルスなどの感知対象物を感知し、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１は、測定器である本体部１２と、本体部１２に形成された差込口１７に着脱自在に接続される感知センサ２と、を備えている。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、例えば後述する発振回路の出力周波数、或いは周波数の変化分等の測定結果、若しくは感知対象物の検出の有無等を表示する。

続いて、感知センサ２について説明する。図２は図１に示した感知センサ２における上側カバー体２１を外した状態を示す斜視図、図３は感知センサ２の縦断側面図である。感知センサ２は、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。下側ケース２２の上方には、長さ方向（図２、図３中Ｘ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、差込口１７に差し込まれる差込部３１が形成されている。以下明細書中では、感知センサ２の差込部３１側を前方、他端側を後方とする。

配線基板３の後方側の位置には貫通孔３２が形成されており、配線基板３は貫通孔３２が下側ケース２２の底面によって塞がれると共に、下側ケース２２の外側に差込部３１が突出するように配置される。配線基板３の表面側には、長さ方向に伸びる５本の配線２５１〜２５５が設けられている。各配線２５１〜２５５の一端側には、差込部３１において、夫々端子部２６１〜２６５が形成され、各配線２５１〜２５５の他端側には貫通孔３２の外縁にて、夫々図示しない５つの端子部が形成されている。なお、図１では、図示の便宜上、差込部３１表面の配線２５１〜２５５及び端子部２６１〜２６５の図示を省略している。

続いて、圧電振動子をなす水晶振動子４について、その一面側（表面側）、他面側（裏面側）を夫々示した図４（ａ）、図４（ｂ）も参照しながら説明する。水晶振動子４は、例えばＡＴカットの円板状の水晶片４１を備えている。図４（ｂ）に示すように水晶片４１の他面側には、４つの励振電極４５、４６、４７及び４８が、互いに隙間を介して離間するように設けられている。これら励振電極４５〜４８は、例えば金（Ａｕ）により、前後方向に伸びる帯状に形成され、励振電極４５、４８を左右に並べた電極対と、励振電極４６、４７を左右に並べた電極対とが前後に並べて配置される。

図４（ａ）に示すように、水晶片４１の一面側には、共通電極４４が他面側の４つの励振電極４５〜４８と、水晶片４１を介して対向する領域に跨るように設けられている。この共通電極４４は、例えばＡｕにより、前後方向に伸びる略楕円形状に形成される。本例では、試料液中の吸着対象成分と特異的に結合する吸着層を第１の吸着層４２としており、試料液中に吸着対象成分が複数種類存在する場合には、第１の吸着層４２が複数種類設けられる。この実施形態では、吸着対象成分が２種類である場合を例にして説明する。なお、感知対象物と吸着対象成分との関係については後述する。

共通電極４４において、励振電極４５、４６、４７、４８に対向する４つの対向領域４４１、４４２、４４３、４４４の内、励振電極４６に対向する領域４４２と、励振電極４８に対向する領域４４４には、互いに異なる種類の第１の吸着層４２（４２１、４２２）が形成されている。この例では、人間の鼻腔の拭い液から得られた試料液中の２種類の吸着対象成分の一方は、ウイルスＡ抗体（以下「Ａ型抗体」という）であり、この吸着対象成分と特異的に結合する第１の吸着層４２１はウイルスＡ核タンパク質（以下「Ａ型ＮＰ」という）である。

また、前記試料液中の吸着対象成分の他方は、ウイルスＢ抗体（以下「Ｂ型抗体」という）であり、この吸着対象成分と特異的に結合する第１の吸着層４２２はウイルスＢ核タンパク質（以下「Ｂ型ＮＰ」という）である。吸着対象成分であるＡ型抗体は、試料液中の感知対象物であるウイルスＡに競合阻害される成分であり、吸着対象成分であるＢ型抗体は、試料液中の感知対象物であるウイルスＢに競合阻害される成分である。従って、既知量のＡ型抗体、Ｂ型抗体を添加した試料液中のこれらの抗体の吸着量の変化を特定することにより、試料液中に含まれる各ウイルス量を検出することができる。

共通電極４４における励振電極４５と対向する領域４４１には、第２の吸着層４３が形成されている。第２の吸着層４３は、前記検体には含まれていない成分であって、試料液に対して添加された添加成分と特異的に結合するものである。この例では、添加成分は増感剤であるＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）にビオチンを結合させたビオチン結合ＢＳＡ（以下「ビオチン」ともいう）であり、第２の吸着層４３はストレプトアビジンである。また、共通電極４４における励振電極４７と対向する領域４４１には、第１の吸着層４２及び第２の吸着層４３はいずれも形成されていない。

図５にも示すように、共通電極４４における第２の吸着層４３が設けられた領域４４１と励振電極４５との間には、第２の発振領域１０１が形成され、共通電極４４における第１の吸着層４２１が設けられた領域４４２と励振電極４６との間には、発振領域１０２が形成される。また、共通電極４４における第１の吸着層４２２が設けられた領域４４４と励振電極４８との間には、発振領域１０３が形成され、共通電極４４における吸着層が設けられていない領域４４３と、励振電極４７との間には、参照用の発振領域１０４が形成される。これら発振領域１０１〜１０４は、互いに弾性的に分離されており、発振領域１０２、１０３は本例の第１の発振領域に相当する。

図４に示すように、共通電極４４には水晶片４１の前方側周縁に向けて伸びる配線４０１の一端が接続されており、配線４０１の他端側は、水晶片４１の側面を介して他面側に引き回され、前記他面の前方側周縁にて電極４０２に接続される。水晶振動子４の他面側の励振電極４５〜４８には、夫々配線４５１、４６１、４７１、４８１の一端が接続され、各配線４５１、４６１、４７１、４８１の他端側は水晶片４１の他面側周縁に向けて伸び、当該他面側周縁にて電極４５２ 、４６２、４７２、４８２と接続されている。なお、水晶片４１の他面側に形成されている電極４９２は、水晶振動子４を配線基板３に固定したときに水晶片４１の前後の高さを揃えるためのダミー電極である。水晶振動子４は、図４（ｂ）に示すように他面側の励振電極４５〜４８が配線基板３の貫通孔３２（同図中に破線で示してある）に臨むように配置され、 電極４０２、４５２、４６２、４７２、４８２が夫々配線基板３の貫通孔３２の外縁に形成された図示しない５つの端子部の夫々と導電性接着剤により接続される。

図３に示すように配線基板３の上面側には、例えばＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）で構成された板状の流路形成部材５が設けられている。流路形成部材５の下面側には、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５２を区画形成するための囲み部５１が設けられている。流路形成部材５は、配線基板３に設置されると、囲み部５１が水晶振動子４の上面に配置され、供給流路５２の下面側が水晶振動子４により塞がれる。この時、他面側の４つの励振電極４５〜４８が供給流路５２の中心に並んで収まる。なお、図３では、他面側の励振電極を符号４５にて示している。また、図４（ａ）には、囲み部５１の内周縁からなる供給流路５２を破線で示してある。

流路形成部材５には、供給流路５２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５３１、５３２が穿設され、これら貫通孔５３１、５３２には、夫々多孔質の部材で構成された入口側毛細管部材５４と出口側毛細管部材５５が着脱自在に設けられている。入口側毛細管部材５４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５４は、その上端が後述する上側カバー体２１に形成された液受け部２３に露出し、下端が供給流路５２内に進入するように設けられている。出口側毛細管部材５５も同様に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５５は、その下端が供給流路５２内に進入するように配置されている。

出口側毛細管部材５５の他端側は、例えば親水性のガラス管で構成される廃液流路５６の一端側に挿入されている。廃液流路５６の他端側には、例えば廃液流路５６から流出する液体を吸引する毛細管シート５７１と、毛細管シート５７１で吸引された液体を吸収する吸収体５７２から構成される廃液吸収部５７が接続されている。図３に示すように下側ケース２２には、廃液吸収部５７を収納すると共に、吸収体５７２からの液漏れを防ぐためのケース体５８が設けられている。なお、図中符号５８１は廃液流路５６を支持する支持部材である。

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。上側カバー体２１の上面側にはすり鉢状に傾斜した、処理液を注入するための液受け部２３が形成されている。図３に示すように上側カバー体２１の他面側には、流路形成部材５を配線基板３に押圧するために下方側へ突出した押圧部５９が設けられている。

続いて、感知センサ２を用いた感知装置１の全体構成について説明する。前記感知センサ２の差込部３１が本体部１２に差し込まれると、差込部３１に形成された端子部２５１〜２５４が、これらの端子部２５１〜２５４と対応するように形成された本体部１２側の図示しない端子部に夫々電気的に接続されて、図５に概略図で示す感知装置１を構成する。本体部１２内には、例えばコルピッツ回路で構成された発振回路６２が設けられており、この発振回路６２はスイッチ部６１により、前記４つの発振領域１０１〜１０４に切り替えて接続されるように構成されている。

各発振領域１０１〜１０４（詳しくは各発振領域１０１〜１０４の間における水晶片４１）は、発振回路６２に接続されて発振し、発振出力（周波数信号）を出力するように構成されている。
具体的には、スイッチ部６１は、図５に示すように、３つのスイッチ６１１、６１２、６１３により構成されている。発振領域１０１、１０２と発振回路６２との間には、第１のスイッチ６１１と第２のスイッチ６１２とが水晶振動子４側からこの順番で配置されており、第１のスイッチ６１１は、発振回路６２と、発振領域１０１、１０２のいずれか一方とを接続するように構成されている。

また、発振領域１０３ 、１０４と第２のスイッチ６１２との間には、発振回路６２に対して発振領域１０３、１０４のいずれか一方を接続できるように構成された第３のスイッチ６１３が配置されている。第２のスイッチ６１２は、これら発振領域１０１、１０２側の接続点と、発振領域領１０３、１０４側の接続点との間で切り替え自在に配置されている。

発振回路６２の後段側には、当該発振回路６２における発振周波数を測定するための周波数測定部６３が設けられており、この周波数測定部６３には、制御部７が接続されている。制御部７は、ＣＰＵ、例えば作業者が感知対象物の測定を開始するためのボタンなどからなる入力部、測定結果を表示する表示部及び感知対象物の測定を行うための演算部７１等を備えている。

演算部７１は、前記検体と、既知量の添加成分とを含む試料液が供給されたときの第１の発振領域の発振周波数と、参照用の発振領域の発振周波数との差分である第１の差分を求めるステップを実行するように構成されている。この例では、発振領域１０２、１０３が第１の発振領域に相当するので、発振領域１０２の発振周波数ｆ１１と参照用の発振領域１０４の発振周波数ｆ０との差分Δ（ｆ１１−ｆ０）と、発振領域１０３の発振周波数ｆ１２と前記発振周波数ｆ０との差分Δ（ｆ１２―ｆ０）を求める。これら差分は、いずれも第１の差分に相当するものである。

また、演算部７１は、前記試料液が供給されたときの第２の発振領域１０１の発振周波数ｆ２と、参照用の発振領域の発振周波数ｆ０との差分である第２の差分Δ（ｆ２−ｆ０）を求めるステップを実行するように構成されている。
さらに、演算部７１は、予め求めておいた、基準の差分と、この基準の差分と前記第２の差分Δ（ｆ２−ｆ０）との相違に基づき、前記試料液に検体が含まれることに起因する発振周波数の差分への影響度を求めるステップを実行するように構成されている。前記基準の差分とは、基準液が供給されたときの第２の発振領域１０１の発振周波数ｆ２０と、参照用の発振領域１０４の発振周波数ｆ０との差分Δ（ｆ２０−ｆ０）であり、基準液とは、生体由来の検体を含まず、既知量の添加成分を添加した生理食塩水などの液体である。

さらにまた、演算部７１は、前記影響度に基づいて第１の差分を補正した値に基づいて、前記感知対象物の感知結果を得るステップを実行するように構成されている。また、演算部７１は、前記第１の差分を補正した値を用いて特定した前記吸着対象成分の吸着量から、前記試料液中の感知対象物の含有量を特定するステップを実行するように構成してもよい。前記影響度を求める手法、影響度に基づく第１の差分の補正方法、第１の差分を補正した値を用いて、試料液中の感知対象物の含有量を特定する手法については後述する。

続いて、感知装置１を用いた、生体由来の検体を含む試料液中の感知対象物の感知方法について説明する。先ず、基準液として、生理食塩水に既知量の添加成分であるビオチンを添加した液体を用い、前記基準の差分Δ（ｆ２０−ｆ０）を求める工程を実施する。添加成分としては、試料液中の感知対象物や吸着対象成分、第１の吸着層を構成する成分に対して、結合しないか、結合量が微量で発振周波数の変化の検出限界以下となるものが好ましい。

始めに、感知センサ２の差込部３１を本体部１２に挿入し、差込部３１の各端子部を、本体部１２側の端子部に接続して、図５に示す発振回路を構成する。その後、図示しないインジェクタを用いて、液受け部２３に、前記基準液を注入する。基準液は、毛細管現象により入口側毛細管部材５４に吸収されて通流し、供給流路５２に流れ込む。

水晶振動子４を構成する水晶片４１の表面は親水性であるため、基準液は、供給流路５２内を濡れ拡がって供給流路５２を満たし、出口側毛細管部材５５に到達すると、毛細管現象により出口側毛細管部材５５に吸収され、当該出口側毛細管部材５５内を流れて廃液流路５６へ滲み出る。ここで、毛細管現象に加えてサイホンの原理が働き、引き続き液受け部２３に供給された基準液が水晶振動子４の表面を通過して廃液流路５６へと排出される。

第２の発振領域１０１、参照用の発振領域１０４は、供給流路５２内の基準液の通流による圧力変化をほぼ均等に受け、当該圧力変化によって発振周波数が互いに揃って変化する。そして、スイッチ部６１を第２の発振領域１０１と参照用の発振領域１０４に対して切り替えて接続し、第２の発振領域１０１の発振周波数ｆ２０、及び参照用の発振領域１０４の発振周波数ｆ０を時分割処理により夫々取得する。

第２の発振領域１０１では、ストレプトアビジンよりなる第２の吸着層４３に基準液中のビオチンが特異的に結合するが、参照用の発振領域１０４には結合しない。このため、第２の吸着層４３へのビオチンの結合量に応じて、第２の発振領域１０１の発振周波数ｆ２０が低下する。なお、参照用の発振周波数ｆ０との差分（基準の差分）を取得することにより、基準液の粘性や、温度変化、振動等による発振周波数への影響がキャンセルされる。こうして予め取得した基準の差分は、第２の吸着層４３であるストレプトアビジンと、添加成分であるビオチンとを利用した、検体中の夾雑物の影響をキャンセルする計算に利用することができる。なお、当該基準の差分を求める工程は、感知装置１、感知センサ２のメーカーにて予め実施しておき、制御部７内の不図示のメモリに当該基準の差分を記憶させておいてもよい。

続いて、試料液中の感知対象物の感知を行う感知センサ２を用意し、感知装置１の本体部１２に装着する。そして、前記第１の差分Δ（ｆ１１−ｆ０）、Δ（ｆ１２−ｆ０）を求める工程と、前記第２の差分Δ（ｆ２−ｆ０）を求める工程を実施する。即ち、図示しないインジェクタを用いて、液受け部２３に試料液を注入する。例えば試料液は、生体由来の検体である既述の人間の鼻腔の拭い液と、既知量のＡ型抗体及びＢ型抗体と、既知量の添加成分であるビオチンと、を所定量の生理食塩水に添加したものである。この試料液は、入口側毛細管部材５４を介して供給流路５２に流れ込む。既述の基準液の供給の場合と同様に、第１の発振領域１０２、１０３、第２の発振領域１０１及び参照用の発振領域振１０４は流路５２内への試料液の通流による圧力変化を均等に受け、当該圧力変化により、発振領域１０１〜１０４の発振周波数が互いにほぼ揃った状態で変化する。

そして、スイッチ部６１を第１の発振領域１０２、１０３と、第２の発振領域１０１と参照用の発振領域１０４とに対して切り替えて接続し、夫々の発振周波数ｆ１１、ｆ１２、ｆ２、ｆ０を時分割処理により取得する。第１の発振領域１０２では、Ａ型ＮＰよりなる第１の吸着層４２１に試料液中の吸着対象成分であるＡ型抗体が特異的に結合する。また、第１の発振領域１０３においても、Ｂ型ＮＰよりなる第１の吸着層４２２に試料液中の吸着対象成分であるＢ型抗体が特異的に結合する。これら吸着対象成分であるＡ型抗体、Ｂ型抗体は、既述のようにいずれも試料液中の感知対象物であるウイルスＡまたはウイルスＢに競合阻害される成分である。この競合阻害を利用した感知対象物の感知、及び、当該感知に対する検体中の他の成分（夾雑物）の影響について、第１の吸着層４２１を例にして、図６を参照して説明する。

図６に示すように、共通電極４４の領域４４２には、ウイルスＡ核タンパク質（Ａ型ＮＰ）９１からなる第１の吸着層４２１が形成されている。ここでは、試料液に、感知対象物であるウイルスＡ９２と、感知対象物に競合阻害される吸着対象成分であるウイルスＡ抗体（Ａ型抗体）９３と、例えばタンパク質や脂質等の他の成分である夾雑物９４と、添加成分であるビオチン結合ＢＳＡ（ビオチン）９５が含まれているものとする。Ａ型抗体９３は、ウイルスＡ中の核タンパク質に特異的に結合するので、ウイルスＡ９２又は第１の吸着層４２１のいずれにも結合することができる。また、溶液中には、これらウイルスＡ９２、第１の吸着層４２１のいずれとも結合していないＡ型抗体９３が遊離していることもある。なお、図６では、ウイルスＢ及びウイルスＢ抗体（Ｂ型抗体）は図示を省略している。

Ａ型抗体９３は第１の吸着層４２１と結合するので、試料液中にウイルスＡ９２が存在しない場合には、最大量のＡ型抗体９３が第１の吸着層４２１に結合する。一方、試料液中にウイルスＡ９２が存在すると、第１の吸着層４２１へのＡ型抗体９３の結合と、ウイルスＡ９２へのＡ型抗体９３の結合が競合する。この結果、第１の吸着層４２１へのＡ型抗体９３の結合量（吸着量）が低下する。

このように、吸着対象成分であるＡ型抗体９３は、感知対象物であるウイルスＡ９２に競合阻害され、試料液中のウイルスＡ９２の量が多いほど、第１の吸着層４２１に結合するＡ型抗体の量は少なくなるため、発振領域１０２の発振周波数ｆ１１の変化量は小さくなる。そして、第１の差分Δ（ｆ１１−ｆ０）を取得することにより、試料液の粘性や、温度変化、振動等による発振周波数への影響がキャンセルされた、Ａ型抗体９３の結合量及び夾雑物９４の付着量に基づく、発振周波数ｆ１１の変化量が求められる。

上述の手法に基づくウイルスＡ９２の感知に対し、試料液中の夾雑物９４が影響を及ぼす理由について推定する。例えば夾雑物９４が、ウイルスＡ９２やＡ型抗体９３、吸着層４２１には結合しない場合であっても、沈着などにより吸着層４２１に付着する場合がある。この場合には、夾雑物９４の質量負荷効果によっても、発振周波数ｆ１１が変化してしまうおそれがある。

さらに、共通電極４４の領域４４４には、ウイルスＢ核タンパク質（Ｂ型ＮＰ）からなる第１の吸着層４２２が形成されている。この場合においても、吸着対象成分であるＢ型抗体は、感知対象物であるウイルスＢに競合阻害され、試料液中のウイルスＢの量が多いほど、第１の吸着層４２２に結合するＢ型抗体の量は少なくなるため、発振領域１０３の発振周波数ｆ１２の変化量は小さくなる。こうして、第１の差分Δ（ｆ１２−ｆ０）を取得することにより、試料液の粘性や、温度変化、振動等による発振周波数への影響がキャンセルされた、Ｂ型抗体の結合量及び夾雑物の付着量に基づく、発振周波数ｆ１２の変化量が求められる。そして、試料液中の夾雑物９４がウイルスＢやＢ型抗体、吸着層４２２と結合しない場合であっても、吸着層４２２への沈着などにより発振周波数ｆ１２が変化するおそれがある点については、図６を用いて説明した領域４４２の例と同様である。

さらにまた、共通電極４４には、以上に説明した夾雑物９４の影響を抑制するため、領域４４１には、第２の吸着層４３が設けられている。本例において、第２の吸着層４３はストレプトアビジン９６により構成され、図７に示すように、試料液中の添加成分であるビオチン９５が特異的に結合する。一方で、ストレプトアビジン９６は、ウイルスＡ９２、ウイルスＢ、Ａ型抗体９３、Ｂ型抗体に対しては結合しないか、結合量が微量で発振周波数の変化は検出限界以下である。

またこのとき、試料液中の夾雑物９４は、ストレプトアビジン９６や第２の吸着層４３と結合しない場合であっても、沈着などにより当該吸着層４３に付着し、発振周波数ｆ２が変化するおそれがある。既述のように第２の吸着層４３に対しては、ウイルスＡ９２、ウイルスＢ、Ａ型抗体９３、Ｂ型抗体が殆ど結合しない。従って、既知量のビオチン９５が添加された試料液中を測定した際の参照用の発振領域１０４の発振周波数ｆ０との差分である第２の差分Δ（ｆ２０−ｆ０）と、既述の基準液を用いて得た基準の差分との相違は、夾雑物９４の影響によるものと推定することができる。そこで、第２の差分Δ（ｆ２−ｆ０）を取得することにより、試料液の粘性や、温度変化、振動等による発振周波数への影響をキャンセルしつつ、ビオチン９５の結合量の検出に対する夾雑物９４の影響度を求めることができる。なお、図７においても、ウイルスＢ及びＢ型抗体は図示を省略している。

上記の考え方に基づいて、基準の差分と第２の差分との相違に基づき、試料液に検体が含まれることに起因する発振周波数の差分への影響度を求める工程を実施する。基準の差分は、生理食塩水中に含まれるビオチンに起因する発振周波数の変化量である。一方、既述のように、第２の差分は試料液（検体）に含まれるビオチンの量に加え、試料液中に夾雑物９４が含まれていることに起因する影響を受けた発振周波数の変化量に相当すると推定できる。このときビオチンの添加量は既知量であるため、基準の差分と第２の差分との相違は、試料液中の夾雑物９４に由来するものと捉えることができる。このため、本例では前記影響度を、第２の差分に対する基準の差分の比率{（基準の差分）／（第２の差分）}により求めている。

この後、前記影響度に基づいて、第１の差分を補正した値に基づいて感知対象物の感知結果を得る工程を実施する。第１の差分の補正は、例えば前記影響度に基づき補正係数を算出し、この補正係数を第１の差分に乗じることにより行う。この例では、Ａ型抗体の第１の差分Δ（ｆ１１−ｆ０）に対し、前記影響度を補正係数として乗じて、感知対象物の感知結果を得る。また、Ｂ型抗体については、第１の差分Δ（ｆ１２−ｆ０）にに０．８を乗じた値を補正係数として、感知対象物の感知結果を得る。前記補正係数による補正を行うことにより、後述する評価試験の結果からも明らかなように、試料液中の夾雑物の影響がキャンセルされる。

ここで例えば、感知装置１によっては、ウイルスＡ、ウイルスＢの各抗体と第１の吸着層４２１、４２２との結合のしやすさなどに応じて、検出感度を変化させている場合もある。このため、一律に共通の補正係数を用いることが好ましくない場合もある。このような場合を考慮して、例えば補正係数を乗じた後の差分の周波数が、所定の規格範囲内の値となるように、影響度に一定の定数を乗じて補正係数を算出してもよい。

この工程では、こうして得られた感知対象物の感知結果に基づいて、例えばウイルスＡやウイルスＢの有無を判定してもよい。例えば第１の差分Δ（ｆ１１−ｆ０）の補正値、Δ（ｆ１２−ｆ０）の補正値毎に予めしきい値Ａ１、Ｂ１を設定しておく。そして、第１の差分Δ（ｆ１１−ｆ０）の補正値がしきい値Ａ１よりも低い場合にウイルスＡが存在し、第１の差分Δ（ｆ１２−ｆ０）の補正値がしきい値Ｂ１よりも低い場合にウイルスＢが存在すると判定する。

さらに、第１の差分を補正した値を用いて特定した吸着対象成分の吸着量から、前記試料液中の感知対象物の含有量を特定する工程を実施してもよい。この工程は、例えば予め第１の差分を補正した値と、吸着対象成分の吸着量（濃度）とを対応付けた関数式や検量線を取得しておき、第１の差分を補正した値に基づいて吸着対象成分の吸着量を特定する。吸着対象成分が感知対象物である場合には、吸着対象成分の吸着量が試料液中の感知対象物の含有量（濃度）に相当する。また、吸着対象成分が感知対象物に競合阻害される成分である場合には、予め吸着対象成分の吸着量と感知対象物の含有量とを対応付けた関数式や検量線を取得しておき、これに基づいて感知対象物の含有量を特定する。

上述の実施形態によれば、試料液に検体が含まれることに起因する発振周波数の差分への影響度を求め、この影響度に基づいて、試料液が供給されたときの第１の発振領域の発振周波数と、参照用の発振領域の発振周波数との差分である第１の差分を補正し、この補正した値に基づいて感知対象物の感知結果を得ている。前記影響度は、検体に含まれるたんぱく質や脂質などの夾雑物の存在に起因する発振周波数の変化量に基づいて求められており、この影響度に基づく補正により、夾雑物に起因する発振周波数の変化量がキャンセルされる。また、参照用の発振領域の発振周波数との差分を求めることで、試料液の粘性、温度変化及び振動等に起因する発振周波数の変化分がキャンセルされる。このため、感知対象物の感知精度を高めることができる。

生体由来の検体を含む試料液では、検体によって夾雑物の濃度は様々であるが、検体毎に前記影響度を求め、これにより前記第１の差分を補正しているので、夾雑物の濃度によらず、夾雑物の影響を最小限に抑制することができる。これにより、試料液中の感知対象物の感知を高い精度で行うことができ、誤判定を防ぐことができる。また、試料液を感知装置１に供給するだけでよく、洗浄処理等の煩雑な工程が不要であるため、簡易な手法で精度よく感知対象物の感知を行うことができる。

以上において、吸着対象成分が感知対象物に競合阻害する成分である場合を例にして説明したが、吸着対象成分は感知対象物であってもよい。例えば吸着対象成分がウイルスＡ、ウイルスＢの場合には、第１の吸着層４２１にはウイルスＡ抗体、第１の吸着層４２２にはウイルスＢ抗体が用いられる。

ここで感知対象物は、ウイルス等の各種の生体由来の検体に含まれる成分としてよい。この場合は、感知対象物である吸着対象成分と結合する物質、または当該感知対象物との競合阻害の関係にある吸着対象成分と結合する物質により第１の吸着層４２を構成する。そして、これら感知対象物、吸着対象成分、第１の吸着層４２に対して結合しないか、結合量が微量である添加成分と、この添加成分に対して特異的に結合する物質からなる第２の吸着層４３とが選択される。

また、上述の例では、発振領域が４つである場合を例にして説明したが、発振領域は３つ以上であればよい。例えば、試料液中の感知対象物が１つである場合、例えばウイルスＡ及びウイルスＢのいずれか一方を感知する場合には、発振領域を３つとし、第１の吸着層４２を備えた第１の発振領域と、第２の吸着層４３を備えた第２の発振領域と、参照用の発振領域のみを含む構成であってもよい。さらに、試料液中の感知対象物が３つ以上である場合には、発振領域を５つ以上備える構成としてもよい。この場合には、異なる吸着対象成分と特異的に結合する複数種類の第１の吸着層がされた複数の第１の発振領域と、第２の吸着層を備えた第２の発振領域と、参照用の発振領域を含む構成となる。

添加成分と第２の吸着層４３との組み合わせは、ビオチン結合ＢＳＡ９５とストレプトアビジン９６とに限定されない。例えば、ビオチン結合ＢＳＡ９５とアビジンとの組み合わせや、ＣＲＰ（Ｃ-reactive ｐｒｏｔｅｉｎ）と抗ウサギＩｇＧ抗体との組み合わせ、マウスＩｇＧと抗マウスＩｇＧ抗体との組み合わせ等を用いることができる。

さらに、本例の感知装置は、３つ以上の発振領域を備えた感知センサを用いる場合に限定されず、２つ以上の発振領域を備えた感知センサを２種類用いるものであってもよい。つまり、第１の発振領域と参照用の発振領域とを含む水晶振動子（圧電振動子）を有する第１の感知センサと、第２の発振領域と参照用の発振領域とを含み、第１の感知センサの圧電振動子とは異なる圧電振動子を有する第２の感知センサとを用いて、本例の感知方法を実施するものであってもよい。

本例実施の形態の効果を検証するために以下の試験を行った。上述の感知装置１にて、既述の手法で基準液を供給し、基準の差分Δ（ｆ０２−ｆ０）を求めた。基準液は、生理食塩水に既知量のビオチン結合ＢＳＡを添加成分として添加したものを用いた。このときの基準の差分は６００Ｈｚであった。
次いで、既知量の鼻腔の拭い液よりなる検体１と、既知量のＡ型抗体及びＢ型抗体と、既知量のビオチンよりなる添加成分と、所定量の生理食塩水に添加して得た試料液に感知装置１に供給し、Ａ型抗体に起因する第１の差分Δ（ｆ１１−ｆ０）、Ｂ型抗体に起因する第１の差分Δ（ｆ１２−ｆ０）を求めた。同様に、鼻腔の拭い液よりなり、検体１とは異なる検体２について同様に調製した試料液を感知装置１に供給し、第１の差分Δ（ｆ１１−ｆ０）、Δ（ｆ１２−ｆ０）を求めた。検体１は夾雑物の影響が標準的なもの、検体２は夾雑物の影響が標準よりも高いものである。

この結果を、次に示す。
検体１の第１の差分Δ（ｆ１１−ｆ０）：１２４７．９１Ｈｚ
検体１の第１の差分Δ（ｆ１２−ｆ０）：１０６８．７８Ｈｚ
検体２の第１の差分Δ（ｆ１１−ｆ０）：２１３１．１８Ｈｚ
検体２の第１の差分Δ（ｆ１２−ｆ０）：１７５０．０５Ｈｚ

また、前記検体１を含む試料液を感知装置１に供給した結果に基づき、前記第２の差分（ｆ２−ｆ０）を求めた。さらに、前記検体２を含む試料液を感知装置１に供給した結果に基づき、前記第２の差分（ｆ２−ｆ０）を求めた。
この結果を、次に示す。
検体１の第２の差分Δ（ｆ２−ｆ０） ：５２８．０５Ｈｚ
検体２の第２の差分Δ（ｆ２−ｆ０） ：８６６．３６Ｈｚ

続いて、基準の差分と第２の差分との相違に基づき、基準の差分／第２の差分より、前記影響度を求めた。
この結果、検体１の影響度は、６００／５２８．０５＝１．１４
検体２の影響度は、６００／８６６．３６＝０．６９であった。

この後、影響度に基づいて、第１の差分を補正した値に基づいて、感知対象物の感知結果を求めた。Ａ型抗体の第１の差分の補正は、第１の差分に影響度を補正係数として、当該補正係数を乗じることにより行った。
この結果を次に示す。
検体１の補正：１２４７．９１×１．１４＝１４１７．９５Ｈｚ
検体２の補正：２１３１．１８×０．６９＝１４７５．９５Ｈｚ

また、Ｂ型抗体の第１の差分の補正は、第１の差分に影響度に０．８を乗じた値を補正係数とした。なお、０．８の値は、当該第１の差分が既述の規格範囲内の値となるように事前検証を行い、求めたものである。
この結果を次に示す。
検体１の補正：１２４７．９１×１．１４×０．８＝９４１．５３
検体２の補正：２１３１．１８×０．６９×０．８＝９６９．６０Ｈｚ

検体２のＡ型抗体、Ｂ型抗体の補正前の周波数変化量と、補正後の周波数変化量を図８に示す。図８中、Ａ型抗体、Ｂ型抗体共に、補正前のデータは斜線がない棒グラフにて示し、補正後のデータは斜線がある棒グラフにて示している。また、点線にて囲んだ周波数変化量の領域は、各差分の規格範囲である。

Ａ型抗体の周波数の変化量について、夾雑物の影響が標準的な検体１、夾雑物の影響が高い検体２共に、各試料液における夾雑物の影響度を個別に把握することができた。これにより、周波数の変化量を規格範囲内には収めつつ、夾雑物の影響度に応じて前記周波数の変化量を補正し、Ａ型抗体の吸着量に起因する周波数変化を推定することができた。この結果、精度の高い感知を行うことができることが確認された。
また、Ｂ型抗体の周波数の変化量についても、検体１、検体２共に、各試料液における夾雑物の影響度を個別に把握し、前記周波数の変化量を補正して、精度の高い感知を行うことができることが確認された。

これらの結果により、夾雑物の影響度が異なる検体１、検体２においても、本例の感知方法によりこれらの影響度を個別に把握することができることが分かった。従って、本例の感知装置１、感知センサ２は、夾雑物の量が一定ではない、生体由来の検体を含む試料液中の感知対象物の感知を高感度に実施可能であることを理解できる。

１ 感知装置
２ 感知センサ
３ 配線基板
４ 水晶振動子
４２、４２１、４２２ 第１の吸着層
４３ 第２の吸着層
４４ 共通電極
４５、４６、４７、４８ 励振電極
６２ 発振回路
６３ 周波数測定部
演算部
１０１ 第２の発振領域
１０２、１０３ 第１の発振領域
１０４ 参照用の発振領域

Claims (10)

1. 両面に励振電極が形成された圧電振動子の、生体由来の検体を含む試料液が供給される一面側の励振電極に設けられ、前記試料液中の感知対象物を感知するために、当該試料液中の吸着対象成分と特異的に結合する第１の吸着層が形成された領域の励振電極と、他面側の励振電極との間に構成された第１の発振領域と、前記一面側の励振電極に設けられ、前記検体には含まれていない成分であって、前記試料液に対して添加された添加成分と特異的に結合する第２の吸着層が形成された領域の励振電極と、他面側の励振電極との間に構成され、前記第１の発振領域から弾性的に分離された第２の発振領域と、前記一面側の励振電極に設けられ、前記第１の吸着層及び第２の吸着層のいずれも形成されていない励振電極と、他面側の励振電極との間に構成され、前記第１の発振領域及び第２の発振領域から弾性的に分離された参照用の発振領域と、を有する感知センサと、
   前記感知センサに対して電気的に接続され、前記第１、第２、及び参照用の発振領域を発振させるための発振回路と、
   前記発振回路の発振周波数を測定するための周波数測定部と、
   前記検体と、既知量の前記添加成分とを含む試料液が供給されたときの第１の発振領域の発振周波数と、前記参照用の発振領域の発振周波数との差分である第１の差分を求めるステップと、前記試料液が供給されたときの前記第２の発振領域の発振周波数と、前記参照用の発振領域の発振周波数との差分である第２の差分を求めるステップと、予め求めておいた、前記生体由来の検体を含まず、前記既知量の添加成分を添加した基準液が供給されたときの前記第２の発振領域の発振周波数と、前記参照用の発振領域の発振周波数との差分である基準の差分と、前記基準の差分と前記第２の差分との相違に基づき、前記試料液に検体が含まれることに起因する発振周波数の差分への影響度を求めるステップと、前記影響度に基づいて前記第１の差分を補正した値に基づいて前記感知対象物の感知結果を得るステップと、を実行する演算部と、を備えたことを特徴とする感知装置。
2. 前記演算部は、前記第１の差分を補正した値を用いて特定した前記吸着対象成分の吸着量から、前記試料液中の感知対象物の含有量を特定するステップを実行することを特徴とする請求項１に記載の感知装置。
3. 前記吸着対象成分は、前記感知対象物であることを特徴とする請求項１または２に記載の感知装置。
4. 前記吸着対象成分は、前記感知対象物に競合阻害される成分であることを特徴とする請求項１または２に記載の感知装置。
5. 前記一面側の励振電極には、異なる吸着対象成分と特異的に結合する複数種類の第１の吸着層が形成され、互いに弾性的に分離された複数の第１の発振領域を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の感知装置。
6. 両面に励振電極が形成された圧電振動子の、生体由来の検体を含む試料液が供給される一面側の励振電極に設けられ、前記試料液中の感知対象物を感知するために、当該試料液中の吸着対象成分と特異的に結合する第１の吸着層が形成された領域の励振電極と、他面側の励振電極との間に構成された第１の発振領域と、前記一面側の励振電極に設けられ、前記検体には含まれていない成分であって、前記試料液に対して添加された添加成分と特異的に結合する第２の吸着層が形成された領域の励振電極と、他面側の励振電極との間に構成され、前記第１の発振領域から弾性的に分離された第２の発振領域と、前記一面側の励振電極に設けられ、前記第１の吸着層及び第２の吸着層のいずれも形成されていない励振電極と、他面側の励振電極との間に構成され、前記第１の発振領域及び第２の発振領域から弾性的に分離された参照用の発振領域と、を有する感知センサを用い、
   前記生体由来の検体を含まず、前記既知量の添加成分を添加した基準液が供給されたときの前記第２の発振領域の発振周波数と、前記参照用の発振領域の発振周波数との差分である基準の差分を求める工程と、
   前記検体と、既知量の前記添加成分とを含む試料液が供給されたときの第１の発振領域の発振周波数と、前記参照用の発振領域の発振周波数との差分である第１の差分を求める工程と、
   前記試料液が供給されたときの前記第２の発振領域の発振周波数と、前記参照用の発振領域の発振周波数との差分である第２の差分を求める工程と、
   前記基準の差分と前記第２の差分との相違に基づき、前記試料液に検体が含まれることに起因する発振周波数の差分への影響度を求める工程と、
   前記影響度に基づいて前記第１の差分を補正した値に基づいて前記感知対象物の感知結果を得る工程と、を含むことを特徴とする感知方法。
7. 前記第１の差分を補正した値を用いて特定した前記吸着対象成分の吸着量から、前記試料液中の感知対象物の含有量を特定する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の感知方法。
8. 前記吸着対象成分は、前記感知対象物であることを特徴とする請求項６または７に記載の感知方法。
9. 前記吸着対象成分は、前記感知対象物に競合阻害される成分であることを特徴とする請求項６または７に記載の感知方法。
10. 前記第１の発振領域と前記参照用の発振領域とを含む圧電振動子を有する第１の感知センサと、前記第２の発振領域と前記参照用の発振領域とを含み、前記第１の感知センサの圧電振動子とは異なる圧電振動子を有する第２の感知センサとを用いて、前記各工程を実施することを特徴とする請求項６ないし９のいずれか一つに記載の感知方法。

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