JP2021025829A - 検体測定装置及び検体測定装置の制御方法 - Google Patents

検体測定装置及び検体測定装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】検体溶液中の測定対象物質と磁性粒子との反応効率を高めることのできる検体測定装置及び検体測定装置の制御方法を提供する。【解決手段】検体測定装置は、透光性を有する基板と、基板上に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第1の物質6と、磁性粒子9と、磁性粒子9に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第2の物質とを含む測定用カートリッジ100を用いて測定対象物質の検出を行う検体測定装置32であって、磁場印加手段と、基板を透過した光を検出する検出手段と、測定対象物質を含む検体溶液を測定用カートリッジ100に導入する際に磁性粒子9を基板から離間する方向に磁場を印加する第1の磁場印加の後、磁性粒子9が基板に近づく方向に磁場を印加する第2の磁場印加を行い、第1の物質6と第2の物質とが測定対象物質を介して結合させるように磁場印加手段を制御する制御手段とを備えている。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、検体測定装置及び検体測定装置の制御方法に関する。
検体溶液中の測定対象物質を高感度に光学的に測定するための検体測定装置として、光導波路の表面にセンシングエリアを備えて、検体溶液中の測定対象物質を特異的に検出する若しくは測定する検体測定装置がある。このような検体測定装置は、測定対象物質と特異的に結合する第1物質が固定化されたセンシングエリアを有する光導波路と、第2物質が固定化された磁性粒子と、磁場を印加する磁場印加部と、光源と、光を検出する検出部とを備えて構成されている。このような検体測定装置では、磁性粒子は、センシングエリア上に分散された状態で保持されており、例えば、水溶性物質を含むブロッキング層を介して、磁性粒子が分散されて保持されている。
しかし、従来の検体測定装置では、検体溶液を反応空間に導入した後、ブロッキング層の溶解とともに磁性粒子が検体溶液中に分散されるものの、磁性粒子の比重が大きいためにセンシングエリア近傍に留まり、検体溶液中の測定対象物質と磁性粒子との反応効率を高めるのが難しいという問題があった。
特許第5814806号公報
本実施形態の目的は、検体溶液中の測定対象物質と磁性粒子との反応効率を高めることのできる検体測定装置及び検体測定装置の制御方法を提供することにある。
本実施形態に係る検体測定装置は、透光性を有する基板と、前記基板上に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第1の物質と、磁性粒子と、前記磁性粒子に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第2の物質とを含む測定用カートリッジを用いて測定対象物質の検出を行う検体測定装置であって、磁場を印加する磁場印加手段と、前記基板を透過した光を検出する検出手段と、前記測定対象物質を含む検体溶液を前記測定用カートリッジに導入する際に前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に磁場を印加する第1の磁場印加の後、前記磁性粒子が前記基板に近づく方向に磁場を印加する第2の磁場印加を行い、前記第1の物質と前記第2の物質とが測定対象物質を介して結合させるように前記磁場印加手段を制御する制御手段とを備えている。
また、本実施形態に係る検体測定装置は、透光性を有する基板と、前記基板上に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第1の物質と、磁性粒子と、前記磁性粒子に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第2の物質とを含む測定用カートリッジを用いて測定対象物質の検出を行う検体測定装置であって、磁場を印加する磁場印加手段と、前記基板を透過した光を検出する検出手段と、前記測定対象物質を含む検体溶液を前記測定用カートリッジに導入する際に前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に磁場を印加する第1の磁場印加の後、前記第1の磁場印加を停止し、前記磁性粒子を自重により沈降させて、前記第1の物質と前記第2の物質とが測定対象物質を介して結合させるように前記磁場印加手段を制御する制御手段とを備えている。
また、本実施形態に係る検体測定装置の制御方法は、透光性を有する基板と、前記基板上に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第1の物質と、磁性粒子と、前記磁性粒子に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第2の物質とを含む測定用カートリッジを用いて測定対象物質の検出を行う、磁場を印加する磁場印加手段と、前記基板を透過した光を検出する検出手段と、を備えた検体測定装置の制御方法であって、前記測定対象物質を含む検体溶液を前記測定用カートリッジに導入する際に前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に磁場を印加する第1の磁場印加を行うステップと、前記第1の磁場印加の後、前記磁性粒子が前記基板に近づく方向に磁場を印加する第2の磁場印加を行い、前記第1の物質と前記第2の物質とが測定対象物質を介して結合させるステップと、を備えている。
また、本実施形態に係る検体測定装置の制御方法は、透光性を有する基板と、前記基板上に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第1の物質と、磁性粒子と、前記磁性粒子に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第2の物質とを含む測定用カートリッジを用いて測定対象物質の検出を行う、磁場を印加する磁場印加手段と、前記基板を透過した光を検出する検出手段と、を備えた検体測定装置の制御方法であって、前記測定対象物質を含む検体溶液を前記測定用カートリッジに導入する際に前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に磁場を印加する第1の磁場印加を行うステップと、前記第1の磁場印加の後、前記第1の磁場印加を停止し、前記磁性粒子を自重により沈降させて、前記第1の物質と前記第2の物質とが測定対象物質を介して結合させるステップと、を備えている。
第1実施形態に係る検体測定システムの全体構成の一例を説明するブロック図である。 (a)は、磁性粒子の外観を例示する模式図であり、(b)及び(c)は、磁性粒子の断面を例示する模式図である。 第1実施形態に係る検体測定システムで実行される光学測定制御処理の内容を説明するためのフローチャートを示す図である。 第1実施形態に係る光学測定制御処理により測定される検体溶液の反応空間のステップS12における様子を説明する図である。 第1実施形態に係る光学測定制御処理により測定される検体溶液の反応空間のステップS14における様子を説明する図である。 第1実施形態に係る光学測定制御処理により測定される検体溶液の反応空間のステップS16における様子を説明する図である。 第2実施形態に係る検体測定システムの全体構成の一例を説明するブロック図である。 第2実施形態に係る検体測定システムで実行される光学測定制御処理の内容を説明するためのフローチャートを示す図である。
以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る検体測定装置及び検体測定装置の制御方法を説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行うこととする。
〔第1実施形態〕
図1は、第1実施形態に係る検体測定システム30の全体構成の一例を説明する図である。この図1に示す検体測定システム30は、検体測定装置32と、測定用カートリッジ100と、備えて構成されている。換言すれば、ユーザが、検体測定装置32に、測定用カートリッジ100を挿入してセットすることにより、本実施形態に係る検体測定システム30が構成される。
より具体的には、本実施形態に係る検体測定装置32は、光源7と、検出部8と、磁場印加部10と、制御部20と、演算部22と、カートリッジセンサ24とを備えて構成されている。また、本実施形態に係る測定用カートリッジ100は、基部1と、グレーティング2と、光導波路3と、保護膜4と、枠5と、封止膜40とを備えて構成されている。
測定用カートリッジ100における光導波路3の表面には、測定対象物質14と特異的に反応する第1物質6が固定化されている。この第1物質6が固定化された光導波路3の表面が、センシングエリア101を形成する。第1物質6は、例えば検体溶液中の測定対象物質14が抗原の場合、抗体(一次抗体)を用いることができる。
光導波路3は、例えば、平面光導波路を用いることができる。この光導波路3は、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂のような熱硬化性樹脂から形成することができ、又は、光硬化性樹脂若しくは無アルカリガラスから形成することができる。ここで用いる材料とは、所定の光に対する透過性を有する材料であって、例えば、基部1より高い屈折率を有する樹脂等であることが好ましい。検出面であるセンシングエリア101における検体溶液中の測定対象物質14と特異的に反応する第1物質6の固定化は、例えば、光導波路3の表面であるセンシングエリア101に対する疎水性相互作用や化学結合により行うことができる。
磁性粒子9の表面には、測定対象物質14と特異的に反応する第2物質13が固定化されている。
磁性粒子9は、第1物質6とともに封止膜40により封止されて、光導波路3の表面であるセンシングエリア101に保持されている。封止膜40は、少なくとも水溶性物質を含んでいる。換言すれば、封止膜40は、枠5内の反応空間50に検体溶液が導入された場合、水溶性物質が速やかに溶解して、磁性粒子9が検体溶液中に分散するような材料物質で構成されている。枠5には、検体溶液を反応空間50に導入するための導入孔51と、反応空間50の空気を抜くための空気抜き孔52とが形成されている。
図2は、磁性粒子9の形態を示す模式図である。具体的には、図2(a)は、磁性粒子9の外観を例示する模式図であり、図2(b)及び図2(c)は、磁性粒子9の断面を例示する模式図である。
図2(a)に示すように、磁性粒子9は、微粒子12の表面に、第2物質13が固定化されたものである。第2物質13は、例えば検体溶液中の測定対象物質14が抗原の場合、抗体(二次抗体)を用いることができる。この場合、図2(b)に示すように、磁性ナノ微粒子12aを高分子材料でくるんだ微粒子12bとすることができ、或いは、図2(c)に示すように、コア12cと、このコア12cを覆うように設けられたシェル12eを有する微粒子12dとすることができる。
測定対象物質14と、第1物質6及び第2物質13との組み合わせは、上述した抗原と抗体の組み合わせに限られるものではない。例えば、糖とレクチンの組み合わせ、ヌクレオチド鎖とそれに相補的なヌクレオチド鎖の組み合わせ、リガンドと受容体との組み合わせなどが考えられる。
再び図1に示すように、基部1の表面の両端部には、入射側グレーティング2aと出射側グレーティング2bとが設けられている。基部1は、例えば無アルカリガラスである。光導波路3は、基部1の表面に形成されている。
保護膜4は、光導波路3上に被覆されている。保護膜4は、例えば低屈折率を有する樹脂膜である。保護膜4には、入射側グレーティング2aと出射側グレーティング2bとの間に位置する光導波路3の表面の一部が露出する開口部4aが設けられている。開口部4aは、上方から見て、例えば矩形状とすることができる。この開口部4aから露出する光導波路3の表面がセンシングエリア101となる。枠5は、センシングエリア101を囲むように、保護膜4上に形成されている。
一方、検体測定装置32における光源7は、前述の測定用カートリッジ100に光を照射する。光源7は、例えば赤色レーザダイオードである。光源7から入射された光は、入射側グレーティング2aにより回折され、光導波路3内を伝播する。その後、出射側グレーティング2bにより回折されて、出射される。出射側グレーティング2bから出射された光は、検出部8により受光され、光の強度が測定される。検出部8は、例えばフォトダイオードである。
磁場印加部10は、測定用カートリッジ100に対して磁場を印加する。本実施形態においては、磁場印加部10は、光導波路3の上方に設けられた第1磁場印加部10aと、光導波路3の下方に設けられた第2磁場印加部10bとにより、構成されている。第1磁場印加部10a及び第2磁場印加部10bは、それぞれ磁場を生成し、生成した磁場を測定用カートリッジ100に印加することで、磁場に応じて磁性粒子9を移動させる。
換言すれば、第1磁場印加部10aは、上向きの磁場、すなわち、磁性粒子9を基部1や光導波路3から離間する方向に磁場を生成し、第2磁場印加部10bは、下向きの磁場、すなわち、磁性粒子9が基部1や光導波路3に近づく方向に磁場を生成する。このため、第1磁場印加部10aは、基部1や光導波路3から見て、磁性粒子9を基部1や光導波路3から離間する方向に設けられており、第2磁場印加部10bは、基部1や光導波路3から見て、磁性粒子9を基部1や光導波路3に近づける方向に設けられているともいえる。
第1磁場印加部10aと第2磁場印加部10bは、それぞれ、例えば、磁石或いは電磁石で構成される。磁場強度を動的に調整するために、電磁石を用いて電流を調整する方法が望ましいが、フェライト磁石などを用いて、磁石そのものの強さや測定用カートリッジ100からの距離によって磁場強度を調整するようにしてもよい。
本実施形態においては、第1磁場印加部10aにより磁性粒子9に磁場を印加することで、抗原抗体反応によらずにセンシングエリア101に吸着した磁性粒子9を、センシングエリア101から引き剥がすことができる。これにより、抗原抗体反応により測定対象物質14を介してセンシングエリア101に結合した磁性粒子9に起因する吸光度をより正確に測定することができる。一方、第2磁場印加部10bにより磁性粒子9に磁場を印加することで、磁性粒子9をセンシングエリア101に引き寄せることができる。これにより、磁性粒子9がセンシングエリア101に結合させやすくなるので、測定対象物質14の検出感度を向上させることができるとともに、磁性粒子9の沈降に要する時間を短縮することができる。
このとき、磁性粒子9の微粒子12として、磁場の印加を停止すると速やかに磁化を失う超常磁性を有するものを用いることが望ましい。これにより、磁場を印加した際に磁性粒子9同士が磁化により凝集しても、磁場の印加を停止することで再分散させることができる。
このような制御を実現するため、本実施形態に係る検体測定装置32の制御部20は、第1磁場印加部10aと第2磁場印加部10bの制御を行う。すなわち、制御部20は、第1磁場印加部10aと第2磁場印加部10bのそれぞれの磁場を生成するタイミングを制御する。例えば、磁場印加部10に、第1磁場印加部10aと第2磁場印加部10bに対して共通の切り替えスイッチ20aを設け、第1磁場印加部10aと第2磁場印加部10bのうちのどちらを駆動させるかを制御する。また、制御部20は、第1磁場印加部10a又は第2磁場印加部10bにより生成される磁場の強度も制御する。
演算部22は、検出部8から出力された光の強度に基づいて、測定対象物質14の量や濃度などを演算により算出する。演算部22において、光の強度を取得して演算を行うタイミングは、制御部20により制御される。
カートリッジセンサ24は、検体測定装置32に測定用カートリッジ100がセットされているか否かを検出するために設けられている検出機構である。例えば、このカートリッジセンサ24は、測定用カートリッジ100がセットされる位置の下方に配置される光センサにより構成される。光センサにより構成されたカートリッジセンサ24は、カートリッジセンサ24から光を出射し、反射光の有無を検出する。この反射光の検出結果は、制御部20に入力される。なお、このカートリッジセンサ24は、光センサに限られるものではなく、種々のセンサにより実現することができる。例えば、カートリッジセンサ24を接点式のセンサで構成し、測定用カートリッジ100が、この接点式のセンサに機械的に接触することにより、測定用カートリッジ100が検体測定装置32にセットされたことを検出するようにしてもよい。
制御部20は、この反射光の有無の検出結果により、測定用カートリッジ100がセットされているか否かを判定する。すなわち、カートリッジセンサ24が反射光を検出した場合は、測定用カートリッジ100がセットされていると判定することができ、カートリッジセンサ24が反射光を検出していない場合は、測定用カートリッジ100がセットされていないと判定することができる。
次に、図3乃至図6に基づいて、本実施形態に係る検体測定システム30の光学測定方法を説明する。図3は、本実施形態に係る検体測定システム30で実行される光学測定制御処理の内容を説明するためのフローチャートを示す図である。図4乃至図6は、この光学測定制御処理により測定される検体溶液の反応空間50内の様子を順に説明する図である。本実施形態においては、この光学測定制御処理は、制御部20にて実行される処理である。
まず、図3に示すように、検体測定システム30の制御部20は、測定用カートリッジ100が検体測定装置32にセットされたか否かを判断する(ステップS10)。具体的には、制御部20は、カートリッジセンサ24から、反射光の検出の有無の結果を取得して、検体測定装置32に測定用カートリッジ100がセットされているか否かを判断する。すなわち、制御部20は、反射光が検出されていない状態から反射光が検出された状態に変化した場合には、測定用カートリッジ100が新たにセットされたと判断する。一方、反射光が検出されていない場合や反射光が継続して検出されている場合には、新たな測定用カートリッジ100がセットされたものではないと判断する。
制御部20は、検体測定装置32に測定用カートリッジ100が新たにセットされていないと判断した場合(ステップS10:No)には、このステップS10を繰り返して、新たな測定用カートリッジ100がセットされるまで待機する。
一方、制御部20は、検体測定装置32に測定用カートリッジ100が新たにセットされたと判断した場合(ステップS10:Yes)には、磁場印加部10の第1磁場印加部10aを駆動して、上向きの磁場を生成する(ステップS12)。この上向きの磁場が生成されている状態で、ユーザは、導入孔51を介して検体溶液を、測定用カートリッジ100の反応空間50に導入する。
図4は、検体溶液を反応空間50に導入した状態の反応空間50の様子を説明するための測定用カートリッジ100の断面図である。この図4に示すように、検体溶液が反応空間50に導入されると、水溶性物質から構成された封止膜40が速やかに溶解して、この封止膜40により封止されていた磁性粒子9が検体溶液中に分散する。このとき、上向きの磁場が形成されていることから、磁性粒子9は沈降することなく、上方へ移動する。また、封止膜40が溶解することにより、センシングエリア101に固定化された第2物質13も検体溶液中に露出する。
このステップS12で上向きの磁場を生成する時間の設定は任意である。すなわち、検体溶液を反応空間50に導入した後、磁性粒子9が上方に拡散しながら移動するのに十分な時間であればよい。例えば、制御部20が、ステップS10で測定用カートリッジ100がセットされたことを検出してから、10秒や20秒といった所定の時間、上向きの磁場を生成するようにしてもよい。或いは、検体溶液を反応空間50に導入し終えたユーザに、スイッチ等で情報入力を行わせて、この情報入力から5秒や10秒といった所定の時間、上向きの磁場を生成するようにしてもよい。
また、検体溶液を測定用カートリッジ100の反応空間50に導入すると、センシングエリア101上における光の屈折率が変化するので、この屈折率の変化を検出部8で検出するようにしてもよい。例えば、検出部8で光の屈折率の変化を検出した時点から、予め設定した所定の時間、上向きの磁場を生成するようにしてもよい。
本実施形態に係る検体測定システム30においては、このステップS12で上向きの磁場を印加している間に、又は、ステップS12による上向きの磁場の印加を終了した直後に、演算部22は、検出部8の測定結果を求める。すなわち、演算部22は、検出部8により検出された光の強度を取得して、初期値を算出する。
次に、図3に示すように、制御部20は、磁場印加部10の第1磁場印加部10aの駆動を停止して、第2磁場印加部10bを駆動することにより、下向きの磁場を生成する(ステップS14)。これにより、検体溶液中の磁性粒子9は拡散しながら沈降するが、その沈降する過程で、検体溶液中の測定対象物質14と高い確率で反応する。さらに、センシングエリア101まで、測定対象物質14と反応した磁性粒子9が沈降すると、磁性粒子9は、センシングエリア101における光導波路3の表面に固定化された第1物質6と、測定対象物質14を介して結合する。なお、磁場が生成された状態では、測定対象物質14と第1物質6とが反応する速度が必ずしも十分でない場合もあることから、このステップS14で下向きの磁場を生成した後に磁場の生成が停止された時間を設けるようにしてもよい。
図5は、磁性粒子9が沈降した状態の反応空間50の様子を説明するための測定用カートリッジ100の断面図である。この図5に示すように、検体溶液中の測定対象物質14と反応した磁性粒子9は、この測定対象物質14を介して、第1物質6と結合する。一方、測定対象物質14と反応していない磁性粒子9は、第1物質6と結合しない。
このステップS14で下向きの磁場を生成する時間の設定は任意である。すなわち、上方に移動した磁性粒子9が拡散しながら沈降するのに十分な時間であればよい。例えば、上向きの磁場を停止して下向きの磁場に切り替えてから、10秒や20秒といった所定の時間、下向きの磁場を生成するようにしてもよい。
次に、図3に示すように、制御部20は、磁場印加部10の第2磁場印加部10bの駆動を停止して、第1磁場印加部10aを駆動することにより、上向きの磁場を生成する(ステップS16)。これにより、光導波路3の表面に固定化された第1物質6と結合していない磁性粒子9は、上向きの磁場に従って上方に移動する。一方、光導波路3の表面に固定化された第1物質6と結合している磁性粒子9は、上方には移動しない。このため、光導波路3の表面におけるセンシングエリア101には、測定対象物質14を介して第1物質6と結合した磁性粒子9が残ることとなる。
図6は、光導波路3の表面に固定化された第1物質6と結合していない磁性粒子9が、検体溶液中の上方に移動した状態の反応空間50の様子を説明するための測定用カートリッジ100の断面図である。この図6に示すように、光導波路3の表面におけるセンシングエリア101には、測定対象物質14を介して第1物質6と結合した磁性粒子9は残っているが、第1物質6と結合していない磁性粒子9、つまり、測定対象物質14と反応していない磁性粒子9は残っていない。
ステップS16で上向きの磁場の印加を開始してから所定時間が経過した後、演算部22は、検出部8の測定結果を求める。すなわち、演算部22は、検出部8により検出された光の強度を取得して、検査結果値を算出する。本実施形態においては、測定対象物質14を介して第1物質6と結合した磁性粒子9に起因する光の強度の減衰率を算出することにより、検体溶液中の測定対象物質14の量を測定することができる。すなわち、光導波路3を伝播する光の強度は、センシングエリア101に固定化された第1物質6と結合した磁性粒子9の量に応じて変化する。つまり、センシングエリア101に固定化された第1物質6と結合した磁性粒子9の量に応じて、光導波路3を透過する光の吸光度は変化する。この特性を利用して、演算部22は、例えば、ステップS12で測定した光の強度の初期値と、ステップS16で測定した光の強度の検査結果値との差分を算出し、この差分を信号低下率とし、この信号低下率に基づいて、測定対象物質14の量を算出する。
なお、本実施形態においては、磁場印加部10が磁場印加手段を構成し、基部1と光導波路3とが透光性を有する基板を構成し、検出部8が検出手段を構成し、制御部20が制御手段を構成し、演算部22が演算手段を構成している。
以上のように、本実施形態に係る検体測定システム30によれば、上向きの磁場を印加しながら、測定用カートリッジ100の反応空間50に検体溶液を導入することとしたので、水溶性物質から構成された封止膜40が溶解することにより、磁性粒子9を速やかに検体溶液中に分散させることができる。また、上向きの磁場が印加されていることにより、磁性粒子9は検体溶液の上方へ移動させることができる。
その後、下向きの磁場を印加することにより、磁性粒子9は検体溶液中を沈降するが、この沈降する過程で、磁性粒子9は測定対象物質14と高い確率で反応することができる。このため、測定対象物質14の測定精度を高めることができる。
しかも、水溶性物質から構成された封止膜40を用いて、光導波路3の表面であるセンシングエリア101に磁性粒子9を保持するようにしたので、このセンシングエリア101の表面に第1物質6を固定化する工程の中で、磁性粒子9も保持させることができる。このため、別途、磁性粒子9を測定用カートリッジ100に保持させる必要がなくなり、測定用カートリッジ100の製造コストの低減を図ることができる。
〔第2実施形態〕
上述した第1実施形態に係る検体測定システム30においては、磁場印加部10は上向きの磁場を生成する第1磁場印加部10aと、下向きの磁場を生成する第2磁場印加部10bの双方を備えて構成されていたが、第2実施形態に係る検体測定システム30においては、下向きの磁場を生成する第2磁場印加部10bを省いて、第1磁場印加部10aにより磁場印加部10を構成するようにしたものである。以下、上述した第1実施形態と異なる部分を説明する。
図7は、第2実施形態に係る検体測定システム30の全体構成の一例を説明する図であり、上述した第1実施形態の図1に対応する図である。この図7に示すように、本実施形態においては、磁場印加部10は、下向きの磁場を生成する第2磁場印加部10bを備えておらず、上向きの磁場を生成する第1磁場印加部10aを備えて構成されている。
このため、制御部20には、切り替えスイッチ20aは設けられておらず、切り替えスイッチ20aを介さずに、第1磁場印加部10aに接続されている。したがって、制御部20は、第1磁場印加部10aを駆動させるか停止させるかを制御するとともに、第1磁場印加部10aが生成する磁場の強度を制御する。また、制御部20は、上述した第1実施形態と同様に、演算部22の動作の制御も行う。
図8は、第2実施形態に係る検体測定システム30で実行される光学測定制御処理の内容を説明するためのフローチャートを示す図であり、上述した第1実施形態の図3に対応する図である。この図8に示すように、本実施形態に係る光学測定制御処理においては、ステップS10及びステップS12は、上述した第1実施形態と同様の処理である。ただし、このステップS12に続くステップS24の処理が、上述した第1実施形態と異なる。
すなわち、本実施形態に係る検体測定システム30の制御部20は、ステップS12で上向きの磁場を生成した後に、この上向きの磁場の生成を停止する(ステップS24)。つまり、本実施形態においては、第2磁場印加部10bが設けられていないことから、下向きの磁場を生成することはできない。このため、制御部20は、第1磁場印加部10aの駆動を停止する制御を行う。このとき、検体溶液中の上方に移動した磁性粒子9は、重力に従って、自然拡散しながら、自重により下方へ沈降する。この沈降の過程で、磁性粒子9は高い確率で測定対象物質14と反応する。
この磁場の生成を停止する時間は任意であるが、上述した第1実施形態のステップS14において、下向きの磁場を生成した時間よりは長くなる。これは、磁性粒子9が自重により測定対象物質14と反応しながら沈降するため、磁性粒子9が光導波路3の表面におけるセンシングエリア101に到達するまでには、より長い時間を要するからである。例えば、上向きの磁場を停止してから、20秒や30秒といった所定の時間、磁場の生成を停止するようにすることができる。
次に、上述した第1実施形態と同様に、ステップS16にて、第1磁場印加部10aを駆動することにより、上向きの磁場を生成する(ステップS16)。これにより、光導波路3の表面に固定化された第1物質6と結合していない磁性粒子9は、上向きの磁場に従って上方に移動する。演算部22が、初期値としての光の強度を測定するタイミングや、測定結果値としての光の強さを測定するタイミングは、上述した第1実施形態と同様である。
以上のように、本実施形態に係る検体測定システム30によっても、上向きの磁場を印加しながら、測定用カートリッジ100の反応空間50に検体溶液を導入することとしたので、水溶性物質が溶解することにより、磁性粒子9を速やかに検体溶液中に分散させることができる。また、上向きの磁場が印加されていることにより、磁性粒子9は検体溶液の上方へ移動させることができる。
その後、磁場の生成を停止することにより、磁性粒子9は検体溶液中を重力に従って自重により沈降するが、この沈降する過程で、磁性粒子9は測定対象物質14と高い確率で反応することができる。このため、測定対象物質14の測定精度を高めることができる。
また、磁場印加部10に下向きの磁場を生成する第2磁場印加部10bを設けないこととしたので、磁場印加部10の製造コストの低減を図ることができ、ひいては、検体測定装置32及び検体測定システム30の製造コストの低減を図ることができる。
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
1…基部、2…グレーティング、2a…入射側グレーティング、2b…出射側グレーティング、3…光導波路、4…保護膜、4a…開口部、5…枠、6…第1物質、7…光源、8…検出部、9…磁性粒子、10…磁場印加部、10a…第1磁場印加部、10b…第2磁場印加部、12…微粒子、12a…磁性ナノ微粒子、12b…微粒子、12c…コア、12d…微粒子、12e…シェル、13…第2物質、14…測定対象物質、20…制御部、20a…スイッチ、22…演算部、24…カートリッジセンサ、30…検体測定システム、32…検体測定装置、40…膜、50…反応空間、51…導入孔、52…空気抜き孔、100…測定用カートリッジ、101…センシングエリア

Claims (12)

  1. 透光性を有する基板と、前記基板上に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第1の物質と、磁性粒子と、前記磁性粒子に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第2の物質とを含む測定用カートリッジを用いて測定対象物質の検出を行う検体測定装置であって、
    磁場を印加する磁場印加手段と、
    前記基板を透過した光を検出する検出手段と、
    前記測定対象物質を含む検体溶液を前記測定用カートリッジに導入する際に前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に磁場を印加する第1の磁場印加の後、前記磁性粒子が前記基板に近づく方向に磁場を印加する第2の磁場印加を行い、前記第1の物質と前記第2の物質とが測定対象物質を介して結合させるように前記磁場印加手段を制御する制御手段と
    を備えた検体測定装置。
  2. 前記第1の磁場印加中、又は、前記第1の磁場印加の終了直後に、前記検出手段の検出結果を用いて、測定結果を求める演算手段をさらに備えた、請求項1記載の検体測定装置。
  3. 前記磁場印加手段は、
    前記第1の磁場を生成する第1磁場印加部であって、前記基板から見て、前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に設けられた第1磁場印加部と、
    前記第2の磁場を生成する第2磁場印加部であって、前記基板から見て、前記磁性粒子を前記基板に近づける方向に設けられた第2磁場印加部と、
    を備えた、請求項1又は請求項2に記載の検体測定装置。
  4. 前記測定用カートリッジにおける前記磁性粒子は水溶性物質により封止されて、前記基板の表面に保持されている、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の検体測定装置。
  5. 前記基板を有する測定用カートリッジがセットされたことを検出する、カートリッジセンサをさらに備えた、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の検体測定装置。
  6. 前記カートリッジセンサにより前記測定用カートリッジがセットされたことを検出した場合、前記制御手段は、前記第1の磁場印加を開始する、請求項5に記載の検体測定装置。
  7. 前記制御手段は、前記第1の磁場印加を開始してから所定時間経過した後、前記第2の磁場印加を開始する、請求項6に記載の検体測定装置。
  8. 前記制御手段は、前記第2の磁場印加を開始してから所定時間経過した後、前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に磁場を印加する第3の磁場印加を開始する、請求項7に記載の検体測定装置。
  9. 前記演算手段は、前記第3の磁場印加を開始してから所定時間経過した後に、第2の測定結果を求める、請求項8に記載の検体測定装置。
  10. 透光性を有する基板と、前記基板上に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第1の物質と、磁性粒子と、前記磁性粒子に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第2の物質とを含む測定用カートリッジを用いて測定対象物質の検出を行う検体測定装置であって、
    磁場を印加する磁場印加手段と、
    前記基板を透過した光を検出する検出手段と、
    前記測定対象物質を含む検体溶液を前記測定用カートリッジに導入する際に前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に磁場を印加する第1の磁場印加の後、前記第1の磁場印加を停止し、前記磁性粒子を自重により沈降させて、前記第1の物質と前記第2の物質とが測定対象物質を介して結合させるように前記磁場印加手段を制御する制御手段と
    を備えた検体測定装置。
  11. 透光性を有する基板と、前記基板上に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第1の物質と、磁性粒子と、前記磁性粒子に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第2の物質とを含む測定用カートリッジを用いて測定対象物質の検出を行う、
    磁場を印加する磁場印加手段と、
    前記基板を透過した光を検出する検出手段と、
    を備えた検体測定装置の制御方法であって、
    前記測定対象物質を含む検体溶液を前記測定用カートリッジに導入する際に前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に磁場を印加する第1の磁場印加を行うステップと、
    前記第1の磁場印加の後、前記磁性粒子が前記基板に近づく方向に磁場を印加する第2の磁場印加を行い、前記第1の物質と前記第2の物質とが測定対象物質を介して結合させるステップと、
    を備えた検体測定装置の制御方法。
  12. 透光性を有する基板と、前記基板上に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第1の物質と、磁性粒子と、前記磁性粒子に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第2の物質とを含む測定用カートリッジを用いて測定対象物質の検出を行う、
    磁場を印加する磁場印加手段と、
    前記基板を透過した光を検出する検出手段と、
    を備えた検体測定装置の制御方法であって、
    前記測定対象物質を含む検体溶液を前記測定用カートリッジに導入する際に前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に磁場を印加する第1の磁場印加を行うステップと、
    前記第1の磁場印加の後、前記第1の磁場印加を停止し、前記磁性粒子を自重により沈降させて、前記第1の物質と前記第2の物質とが測定対象物質を介して結合させるステップと、
    を備えた検体測定装置の制御方法。
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