JP2021096174A - 電気化学法ラテラルフロー式免疫検査方法とそのセンサーおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
イムノクロマトグラフィー式テストストリップの構成としては、特許文献1に記載されている通り、サンプルを供給するサンプルパッド、移動相であるコンジュゲートを配置させるコンジュゲーションパッド、サンプルとコンジュゲートの複合体を展開するとともに、検出のため検出部を有する不溶性メンブレン担体、及び不溶性メンブレン担体を展開してきたサンプルを吸収するための吸収パッドが配置されているのが一般的である。
なお、特許文献2には、「・・・印刷電極の作用電極が判定部に接触するように、ストリップと印刷電極とを重ね合わせた。」と記載され、また「吸収パッド25と、メンブレン22の裏面側に配されたバッキングシート26とを備えている。図4(a)に示すように、メンブレン22表面の所定領域には一次抗体2が固定化され、判定部(固定化領域)23を形成している。判定部23の下流のメンブレン22の表面には、金属微粒子5で標識した二次抗体4に特異的に結合する抗体が固定化され、コントロール部24を形成している。」と記載され、さらに「メンブレン22のうち少なくとも判定部23と作用電極1とを重ね合わせる。」、「メンブレン22のうち少なくとも判定部23と作用電極1とを重ね合わせた後」、「図6に示すような印刷電極の作用電極が判定部に接触するように、ストリップと印刷電極とを重ね合わせた。」という記載がある。しかし、この特許文献2に従って検証した結果、前記電極部の位置においては、試料溶液中の被験物質が抗原抗体を示さない割合が高く、試料溶液中の被検物質を正しく定量することがでるとは言えなかった。
また、上述の検証から、特許文献2については、電極部の位置で速度や流れ方と流れ量を制御しなければ、正確な測定ができないばかりか、測定器に対して簡易に接続して即座に計測ができるような構造にはなっていなかった。そして、そのような測定器(センサー)の製造方法については考えられていないものである。
また、本発明は、樹脂製シートの支持体に、電極部と、電極部からの電流を伝える導電部と、この電流値を測定する電気測定器に接続する接続部とを配するとともに、前記支持体上にパッド類を複数配して、試料溶液を複数のパッド類に渡って流れさせて行き、前記電極部の位置で流れを制御して電気化学的検出を行うに必要最小限の反応時間確保することを特徴とする電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーである。
本発明によれば、樹脂製シートの支持体の電極部の位置に対応して前記流速制御パッドを設けることにより、電極部の位置での試料溶液の流れを必要最小限の反応時間を確保するための制御ができるようになり、電極部での感度が良くなり、迅速簡易に精度が高い定量測定ができる。すなわち、前記流速制御パッドを設けることにより、電極部の位置での試料溶液の流れを制御ができるようになり、パッド類に渡って流れる試料溶液の電極表面の近傍で抗原抗体反応に必要な最小限の反応時間と速度に試料溶液の流れを制御ができるので、この流速制御のためのマイクロ流路やポンプなどの必要がなくなり、携帯型の小型電流計測メーターで感度が良く、迅速簡易に精度の高い定量測定ができるようになる。このように、上記電極表面の近傍において、電極表面に資料溶液の量と速度を一定に保ちつつ電極部に密着するような流れ方を制御する。
また、本発明は、樹脂製シートの支持体に、導電性カーボンを印刷してなる作用極と、対向するように配される導電性カーボンを印刷してなる対極と銀/塩化銀を印刷してなる参照極と、導電性カーボンを印刷してなるこれらの電極部から発生する各電流を伝える導電部と、これらの電極部で発生する電流を電気測定器に伝えるための接続部とを配するとともに、前記支持体の電極上にパッド類を複数配して、試料溶液を複数のパッド類に渡って流れさせて行き、前記電極部の位置で流れを制御して電気化学的検出を行うことを特徴とする電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーである。
本発明によれば、前記3種類の電極部の位置で試料溶液の流れを制御して充分な抗原抗体反応時間を確保できるようにするため、正確な電気的測定が可能である。
本電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーにおけるサンプルパッドとコンジュゲーションパッドと吸収パッドと支持体は、特許文献1に示された様な、一般に用いられているイムノクロトグラフィー用テストストリップに用いられているサンプルパッドとコンジュゲーションパッドおよび吸収パッドと同様な材料を用いて製造することができる。
しかし、本発明では、既成のイムノクロマトクロマトグラフィー用テストストリップとは異なり、下記する電極が印刷された支持体に、サンプルパッド、コンジュゲーションパッド、流路部ファイバーパッド、流速制御パッド、吸収パッドを部分積層して配置し、製造する。パッド類では、流路部ファイバーパッドの上流側上面には、コンジュゲーションパッドが一部積層して配され、流路部ファイバーパッドの下流側下面では、流速制御パッドが一部積層して配されるか、又は流路部ファイバーパッドを電極部上面まで配置し、その電極部上面に積層して配置され、流路部ファイバーパッドと流速制御パッドは一般のイムノクロマトグラフィーとは異なる材質のもので構成されている。
本発明によれば、前記流速制御パッドにより試料溶液の速度の流れを抗原抗体反応に最小必要限の反応時間に制御することにより、作用極での電気的検出が迅速かつ正確に行われるようになる。
なお、流路部ファイバーパッド上に電解/洗浄液を供給するため、上ケース22に電解/洗浄液孔を設けることもでき、電解/洗浄液の供給は流路ファイバーパッド上からの方が効率的な未反応物の洗浄が可能である。
なお、本電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーにおいては、電解/洗浄液をサンプル孔から供給しても、未反応物の洗浄が可能であり、大差のない測定結果が得られる。
本発明によれば、カセットケースに設けられた前記流速制御用突起部が、前記電極部上に設置されている前記流速制御パッドを上方と下方の2カ所から堰き止め、抗原抗体反応に必要かつ最低限な流速と時間を確保して確実に試料溶液を電極部の表面に流すことができる。
また、本発明としては、前記電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーを収納するカセットケースを備え、そのカセットケースから前記接続部を外部に突出させて、その接続部を前記電極部の電流を検出する電気測定器に差し込んで、その電気回路に接続して、前記電極で発生した電流を測定することが好ましい。
本発明によれば、前記ラテラルフロー免疫センサーをカセットケースに内装したまま、その外部に出ている前記接続部を前記電極部の電流を検出する電気測定器に差し込んで、これにより電気回路を構成して、前記電極で発生した電流を即座に測定することができる。
本発明によれば、従来のスクリーン印刷などの印刷技術を用いて、樹脂製シートの支持体に電気的配線構造と導電性カーボン上に銀/塩化銀を印刷する工程と、作用極表面に抗体または抗原を固定化する工程と、前記支持体上に複数のパッド類を従来装置で積層する工程により効率よく製造することができる。
また、本発明としては、上流側から、サンプルパッドはコンジュゲーションパッドを積層する距離を残した部分の下面を前記支持体上の接着剤で固定し、コンジュゲーションパッドは、流路部ファイバーパッドの上流側上面の一部と積層し、残る下面を前記支持体上の接着剤子固定し、流路部ファイバーパッドは、流速制御パッドの上流側上面の一部と積層する部分を残した部分を前記電極と積層し、残る下面を支持体上の接着剤で固定し、前記流速制御パッドは作用極および対極と参照極部分に接触し(ただし、支持体上の接着剤で固定しない。)、電気絶縁部を上から印刷した導電部の最上流部の一部まで位置し、その下面を電絶縁体が上から印刷されている導電部上の接着剤で固定するか又は流路部ファイバーパッドを電極部表面まで配置し、その下面は、電極部以外は接着剤で固定し、電極部は積層し(接着剤で固定しない。)、その電極部の上面部に流速制限パッドを積層し、それを越えた下流部の下面を支持体上の接着剤で固定し、吸収パッドは流速制御パッドの下流側上面の一部に積層し、その下流部末端まで位置し、その下面を導電部に絶縁体を印刷した前記支持体上の接着剤で固定することを特徴とする。
本発明の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーの製造法を用いれば、既存の製造設備を用いて自動的製造が可能であり、かつ均一な性能を有する製品が得られる。
従来の印刷技術と積層技術を用いて、樹脂製シートの支持体に導電性カーボンによる電気的配線構造と導電性カーボン上に銀/塩化銀を印刷する工程と、作用極表面に抗体または抗原を固定化する工程と、前記支持体上に複数のパッド類を積層する工程により効率よく製造することができる。
本発明の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー2は、図1に示すような樹脂製シートである担体3に電極が印刷された支持体2上に図2(a)(b)に示すように、支持体上に被験物質を含有する可能性があるサンプルを横方向に展開(ラテラルフロー)させることにより被験物質を定量するセンサー2である。
樹脂製シートの担体3に、電極部5と、電極部5からの電流を伝える導電部7と、この電流値を測定する電気測定器(メーター)4に接続する接続部12とを配するとともに、前記支持体上にパッド類8、10,11,15、16を互いに部分積層して配置して、試料溶液を複数のパッド類に渡って含浸させて行く流れを前記電極部5の位置で制御して電気化学的検出を行うセンサーであり、図2中符号2−1と2−2に示された2通りの配置がある。図2(a)は電極部5の上に流速制限パッド15を配置した例であり、図2(b)は電極部5の上に流路部ファイバーパッド11を介して流速制限パッド10を配置した例である。
しかし、本発明の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー2−1又は2−2では、既成のイムノクロマトクロマトグラフィー用テストストリップとは異なり、下記する担体3に電極部5が印刷等で被覆された支持体2上に、サンプルパッド8、コンジュゲーションパッド11、流路部ファイバーパッド10、流速制御パッド15、吸収パッド16を部分積層して配置して、製造する。なお、カーボン、銀/塩化銀を印刷或いは被覆していない前記支持体2の上にサンプルパッド8、コンジュゲーションパッド11が配置される。
そして、対極5b上の導電性カーボン上に銀/塩化銀を印刷する工程と、作用極5の表面に抗体または抗原を固定化する工程を備え、前記電極部5の作用極5aは、樹脂製シートの支持体2の全幅に渡って形成されており、参照極5cと対極5bは、作用極5aの後方側(下流側)において、支持体2の左右端側に各々配されており、各電極部5a,5b,5cは、各々導電部7で引き出されて、後方下流側の接続部12と連結されている。接続部12は、電気測定器4に差し込まれて(カセットケース31−1、31−2からも接続部12は露出する)、電気測定器4により電気的測定が行われる(図5)。
図1と図2に示すように、合成樹脂シートの支持体2に導電性カーボンを黒色塗で示された形状で印刷し、作用極5aと参照極5cと対極5bの下地および電流を伝える導電部7と電気測定器(メーター)4に接続するための接続部12を形成し、さらに対極部5bでは導電性カーボン上に銀/塩化銀を印刷等で被覆する工程によって製造する。作用極5aは、樹脂製シートの担体3の全幅に渡って形成されており、参照極5cと対極5bは、作用極5aの後方側(下流側)において、電気的内部構造の担体3の左右端側に各々配されており、各電極部5a〜5cは、各々導電部7で引き出されて、後方下流側の接続部12と連結されている。そして、電流を伝える導電部7と電気測定器4に接続するための接続部12を形成し、さらに対極5bでは導電性カーボン上に銀/塩化銀を印刷等で被覆する工程によって支持体2を製造する。図1において、合成樹脂などを材料とする担体3に電極部5と電気測定器4への接続部12が印刷され、また導電性カーボンを印刷することにより、電極(作用極5aと対極5b)5と導電部7とメーターへの接続部12が形成されている。参照極5cは、銀/塩化銀が印刷により塗布されている。
本発明で用いられる電気回路が印刷された支持体2は、担体3に電極部5や配線が構成されたものであり、3種類の電極部5(5a,5b,5c)とこれらからの電流を伝える導電部7とそれら電流値を測定する電気測定器4に接続する接続部12に導電性カーボンを印刷し、その後、参照極上に銀/塩化銀を印刷し、さらに電極部5(5a,5b,5c)から引き出される3本の導電部7上に電気的絶縁物9(ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエルテル樹脂、フェノール樹脂等)を印刷等で被覆してなることで、電極や配線を構成する担体3を製造することができる。
本発明で用いられる標識体は、電気分解可能な金属粒子(金、白金、銀、銅、ロジウム、パラジウム等の微粒子やコロイド粒子、量子ドット等)であれば何でもよく、その粒径は20nm〜100nmでよいが、特に、40nm〜60nmの金コロイド粒子が好ましい。この金コロイド粒子は、一般に用いられている方法、例えば、加熱したテトラクロロ金(III)酸水水溶液にクエン酸三ナトリウム水溶液を滴下して撹拌することによって製造することができる。
本発明で用いられる流路部ファイバーパッド10は、繊維状の細いファイバーで形成された不織布であり、その材料としては、ガラス繊維、樹脂繊維、カーボン繊維、天然繊維などで形成された強い毛細管力を有する薄い不織布であればよく、特に厚さが0.3〜1.0mmのガラス繊維が好適である。流路部ファイバーパッド10は、サンプル液中の抗原または抗体がコンジュゲーションパッド中の標識体の結合した抗体または抗原と反応させながら横流しして、反応領域(作用極上)5aに導く。
本発明で用いられる流速制御パッド15は、繊維状の細いファイバーで形成された不織布であり、その材料としては、ガラス繊維、樹脂繊維、カーボン繊維、天然繊維など弱い毛細管力を有する様に形成された薄い不織布である。厚さが0.3〜1.0mmのガラス繊維の流路部ファイバーパッド10に比べ、流速制御パッド15は0.1〜0.7mmの緻密な天然繊維の不織布がより好適である。
本実施の形態の流速制御パッド15は、電極部(作用極と対極および銀/塩化銀を印刷してなる参照極)5の位置の上に位置して設けられている。そして、流速制御パッド15の上方からカセットケース31−1、31−2の上ケース裏面22bに位置する流速制御用突起部27により2カ所またはそれ以上または全面に渡る1カ所で押圧されて、被検物質の流れを制御する。
本実施の一形態では、上流側の流速制御用突起部27aが作用極5aの位置に対応して配され、下流側の流速制御用突起部27bが参照極5cと対極5bの位置に対向するように配される。すなわち、電極部5の位置において、前記流速制御パッド15の前方側(上流側)と後方側(下流側)の2か所に押圧することにより、作用極側5aと、参照極5c及び対極5bとがその二か所の間(H1−H2)で前記流速制御パッド15を介して流速制御用突起部27により押圧される(図5)。なお、カセットケース31−1、31−2に収納されない限り、本願の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー2−1、2−2の流速制御パッド15には、上記流速制御用突起部27により押圧されることはない。
本発明の免疫センサー2−1の製造法は、支持体2の3種電極部分5を除いて接着剤を着け、先ず流速制御パッド15の位置に対応する3種電極部5を除く最下流部下面を支持体2に固定し、次に流路部ファイバーパッド10の下流側下面を流速制御パッド上面に積層し、残る下面部を支持体上の接着剤で固定し、次にコンジュゲーションパッド11の下流側下面の一部を流路ファイバーパッド10の上流側上面に積層し、サンプルパッド8はその下流側下面をコンジュゲーションパッド11の上流側上面に積層し、残る下面を支持体上の接着剤で固定する。
本発明の免疫センサー2−2の製造法は、支持体2に3種電極部分除く部分に接着剤を着け、先ず、流路部ファイバーパッド10の電極部を除く下面を支持体上の接着剤で固定し、次に流速制限パッド15の下面を流路部ファイバーパッド10の電極部上面に積層し、その最下流部下面を支持体2上の接着材で固定し、コンジュゲーションパッド11の下流側下面の一部を流路ファイバーパッド10の上流側上面に積層し、サンプルパッド8はその下流側下面をコンジュゲーションパッド11の上流側上面に積層し、残る下面を支持体上の接着剤で固定する。
なお、支持体上の上記各電極部5の印刷は各種な方法で印刷することができる。例えばスクリーン印刷において、一度に多数(例えば50個以上)の1測定分の電極部5が連続した形状に導電性カーボンや銀/塩化銀を印刷できる刷版を作製し、例えば50個以上の電極が連続印刷された支持体として作製し、本電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーに必要な各材料の一部分を互いに積層してなる連続体の当該センサーを製造することができる。
その量産法の一例として、例えばBioDot社から市販されているイムノクロマトクロマトグラフィーテストストリップ用自動製造装置で、長尺の各材料の貼付を行い、次にこの材料の1つであるコンジュゲーションパッド11に標識体を塗布して乾燥した後、当該免疫センサーの1個ごとの幅に切断するにより、本特許の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー1を量産し、より安価に当該製品を供給することができる。
本願発明のセンサー2−1、2−2を使用した測定方法(抗原測定の一例の検査方法)を説明する。
図7に示すように、検体(測定対象の抗原を含有する)を、金コロイドに結合された抗体を含侵したサンプルパッド13上に滴下し(図7の1)、金コロイド結合抗体と抗原(測定対象物)が流路部上を流れながら抗原+抗体反応し(図7の2)、その先にある電極部(支持体表面)5上に固定化されたキャプチャー抗体と結合し、サンドイッチを形成し、未反応物(過剰の金コロイド結合抗体)は、吸収パッド16に捕獲される(図7の3)。その後、電解液孔29から流路部ファイバーパッド10上に電解液(食塩水等)を滴下し、図7の3における「金粒子結合抗体+抗原+キャプチャー抗体(電極部5に固定化)」部分に到達させ、検体中の抗原量に対し、過剰に供給された未反応の金コロイドに結合された抗体を洗浄除去した後、支持体2に印刷された電極部における接続部12部分を電気測定器(メータ)4に接続して、一定の電圧を印加し、発生する金粒子の還元電流を測定して、血液中の測定対象物の濃度を定量する。
第1の実施の形態によれば、検体中の抗原と金コロイド結合抗体が抗原抗体反応しながら流れ、電極部(作用極)上に固定化されたキャプチャー抗体に近接し、そして電極上を流れ去る間に検体中の抗原のほぼ全てがキャプチャー抗体に結合するようになる。
そして、試料溶液中の被検物質(抗原または抗体)に対応した量の金属微粒子の量を電極部5の位置の上面に配置した前記流速制御パッド15により、作用極5a上に集め、金属微粒子を電気化学的に酸化した後、酸化した金属を電気化学的に還元する際に生じる電流値を電極部5で検出し、その電流値に基づいて被検物質の有無又は濃度を測定する。
すなわち、例えば抗原抗体反応による検体中の抗原または抗体を金属微粒子量に結合された抗体又抗原と特異的に反応させ、作用電極の表面近傍に被検物質量に対応した金属微粒子を集め、金属微粒子を構成する金属を電気化学的に酸化させた後、酸化した金属を還元する際の還元電流値を測定する。ここで得られる還元電流強度は、作用電極の近傍に集められた金属量を表すことから、これに基づいて被検物質中の抗原又抗体の定量又は検出が実現される。ここで、金属微粒子の電気化学的酸化は、作用電極の表面近傍に金属微粒子を集めた状態で行うことが重要である。そのため、接着剤を使用しないで配される流速制限パッドまたは流路ファイバーパッドの電極部の下面を支持体に直接密着させるようにする。これにより、被検物質との反応に関与した金属微粒子の全てを作用電極表面との電子授受に関与させることができるため、結果として被検物質の高感度で精密な測定が実現される。
(抗CRPモノクロナル抗体溶液の調製)
以下の試験に用いたCRP抗体は、イムノ・プローブ社の2種の抗ヒトCRPモノクロナル抗体(No.8とNo.5)である。各抗体を濃度5mg/mlの濃度になるよう10mM-トリス緩衝液で希釈した溶液を作製した。
1)担体3の作製には、支持体(Lohmann Precision社透明ポリスチレン)2に、導電性カーボン(ライオン・スペシャリティー・ケミカル社製ケッチンブラック)を図1と図2の様な形状の作用極5a、対極5b、参照極5c及び導電部7、接続部12をスクリーン印刷した後、参照極5cに銀/塩化銀(ビー・エー・エス社製)を印刷し、更に導電部7に電気敵絶縁部(ウレタン樹脂)をスクリーン印刷した。
上記金コロイド溶液1mlに抗ヒトモノクロナル抗体(イムノ・プローブ社製No.8)を10mMのトリス緩衝液で希釈し、0.5mg/mlに調製したCRP抗体溶液を1ml添加して混合撹拌した後、室温で60分間静置し、更に10%ウシ血清アルブミン溶液を加えて超音波で分散させ、5分間室温で静置し、次に冷却した遠心分離機で遠心し、上清を除いて沈殿物を得た。これに10mlの10%ウシ血清アルブミン溶液を再度加えて超音波で分散させて、この溶液を波長520nmで吸光度(OD)を測定し、吸光度(OD)が約9になる濃度に調製し、CRPモノクロナル抗体標識金コロイド溶液を作製した。
上記3)で調整したCRPモノクロナル抗体標識金コロイド粒子(コンジュゲート)溶液を、EMDMILIPORE社製GLASSFIBER DIAGNOSTICS PADに飽和するまで含侵させ、凍結乾燥機にて一晩乾燥させて、コンジュゲーションパッド11を作製した。コンジュゲーションパッド11は、保管期間中、コンジュゲートを保持し、検出能を維持させ、サンプルがパッド中を移動するときにこれらのコンジュゲートを効率的に放出する。
抗ヒトモノクロナルCRP抗体(イムノ・プローブ社製No.5)を10mMのトリス緩衝液で希釈し、その4μlを作用極5aの上に載せ、一晩冷蔵庫中で静置した後、残存した当該抗体溶液をエアガンで吹き飛ばし、作用極上に抗ヒトモノクロナルCRP抗体の固定化した。
試料溶液(サンプル)中の測定対象外の蛋白質などが3種類の電極部5に吸着しないようにブロッキングするため、2.5%カゼインホウ酸水溶液(pH8.5)を前記3種類の電極部(作用極5a、対極5b、参照極5c)に各10μlを載せ、常湿にて室温で1時間静置した後、残存する当該溶液をエアガンで吹き飛ばした。
プラスチックに製粘剤が付着した支持体2に、先ず、流路部ファイバーパッド(AHLSTROM社グラスフィアイバーパッド:品番8964)10を配置装着し、次いで、上記4)で作製したコンジュゲーションパッド11を配置装着し、更にサンプルパッド(AHLSTROM社グラスフィアイバーパッド:品番0238)8を配置装着し、一方、流路部ファイバーパッド10の下流側の3種の電極部5の上端に流速制御パッド(旭化成社セルロース長繊維不織布:品番SA28G)15を配置装着し、更に吸収パッド(AHLSTROM社製セルロースファイバーパッド:品番0270)16を配置装着した。このように各構成要素を重ね合わせた構造物を印刷された電極部単位の幅で切断して電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー1を作製した。この本願発明のラテラルフロー式免疫センサー1は、測定の際、プラスチック製の専用ハウジングで構成されるテストデバイス形態にした。すなわち、図3(a)(b)に示すように、上流側に試料溶液及び洗浄液を供給する供給孔29を有するカセットケース30に差し込まれて使用される電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー1として構成されている。
図4(a)(b)は、カセットケース30に内装された状態の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー1として構成されている。図4(a)は、電極部5に流速制御パッド15を密着させるものであり、その上流側には流路部ファイバーパッド10の下流端部の下層を流速制御パッド15の上流端部の上層に積層し、その下流側では、吸収パッド16の上流端部の下層を積層し、吸収パッド16に導いている。したがって、電極部15に流速制御パッド15を密着させて前後(上流と下流)のパッド11,16で押さえつけるとともに、流速制御パッド15での試料溶液の速度を遅くすることができる。
図4(b)は、電極部5表面まで流路部ファイバーパッドを敷き、流速制御パッド15を流路部ファイバーパッド10における電極部の上に積層して密着させるものであり、その下流側の電極部を過ぎた上面を、吸収パッド16の上流端部の下層を積層し、吸収パッド16に導いている。したがって、流路部ファイバーパッド10の電極部に位置する上層に流速制御パッド15を積層することで試料溶液の速度を遅くすることができるとともに、流速制御パッド15の下流側の一部を吸収パッド16の上流部端部に積層させることで試料溶液を移動させることができる。
このように、流速制御パッド15の上流側や下流側の一部を他のパッドと積層することで、試料溶液を上記電極5の表面に移動させ、電極部5の表面近傍において試料溶液の量と速度を一定に保ちつつ、電極部に密着するような流れ方を制御することができる。
本願発明のラテラルフロー式免疫センサー1を収納するカセットケース30は、上ケース22と下ケース23からなり、その材料としてはポリプロピレン、ポリエステル、ポリススチレン、アクリルなどの樹脂で成型されたもので、本願発明の免疫センサー1は下ケース23の所定の位置において、上ケース22を被せ、両ケースを押さえて嵌合し、かつその上ケース裏面22bには、流速制御用突起部27が内壁に成型されている。流速制御用突起部27は、流速制御パッド15を上方から押圧して流速を制御するものであり、2個設けられる本実施の形態に限らず、一つでも複数設けても良い。また、カセットケース31−1、31−2には、サンプル孔28と洗浄/電解液孔29が形成され(図3(a))、上ケース裏面22bには、流速制御パッド15の機能を制御するための流速制御用突起部27を流速制御パッド15の上に位置する様に流速制御用突起部27を配置した(図3(b))。サンプル孔28に洗浄液/電解液を供給して洗浄できるが、電極部5に近い洗浄液兼電解液の孔/電解液孔29からの供給の方が洗浄効率に優れ、また、電解液の供給にも電極部5に近い方が効率的な測定が可能である。
図5(a)(b)は、カセット上ケース裏面22bの流速制御用突起部27と電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー2−1、2−2の電極部5との位置関係を示す図である。図5(a)は、上流側の流速制御用突起部27aを電極部5の作用極5a上に配置し、下流側の流速制御用突起部27bを電極部5の対極5b(又は参照極5c)上に配置した例を示し、流速制御パッド15を押さえつける上流側の流速制御用突起部27aと下流側の流速制御用突起部27bとの間の領域を反応領域H1〜H2として、試料溶液の速度及び/又は流れ量を含む流れ方を制御する。
図5(b)は、電極部5の作用極5aに上流側の流速制御用突起部27aと下流側の流速制御用突起部27bとの間の領域を反応領域H1〜H2として、試料溶液の速度及び/又は流れ量を含む流れ方を制御する。なお、更に、電極部5の対極5b(又は参照極5c)上に流速制御用突起部27bを配置しても良い。
このように、流速制御パッド15の上流側や下流側を流速制御用突起部27a,27bにより押さえつけることで、流速制御パッド15の所定範囲H1〜H2において、範囲電極部5の表面に試料溶液の量と速度を一定に流れるように制御することができる。
上記作製法で作製した電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー1を用いて、CRPの定量試験を行った。
(1)試料
CRP標準血清(関東化学製)を、生理食塩水(1%ウシ血清アルブミンを含む)希釈し、CRP濃度15ng/ml、90ng/ml、210ng/mlの試料を調製し、また希釈液をCRP濃度0mg/dlとしたものを試料とした。
(2)手順
上記(1)で調整した各試料55μlを電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー1のサンプル供給孔29に滴下して3分後に、洗浄液兼電解液(0.05%の界面活性剤Tween20を含む2M-NaCl)を洗浄液を供給する穴(電解液供給孔と兼用)29に滴下して3分後にCRP濃度に対応して発生する電解電流(μA)の測定を、表1に示す4種の濃度の試料溶液を各12回多重測定した。ただし、ゼロ濃度の試料溶液は10回多重測定した。
試験結果を表1に示す。CRP濃度15ng/mlにおける平均値が1.154μAであり、1μA当たりのCRP濃度は13.00ng/mlとなり、その標準偏差0.282μAに相当する濃度は3.666ng/mlであり、またCRP濃度90ng/mlにおける平均値が3.230μAであり、1μA当たりのCRP濃度は27.86ng/mlとなり、その標準偏差0.420μAに相当する濃度は11.70ng/mlとなる定量結果であった。さらにCRP濃度210ng/mlにおける平均値が3.993μAであり、1μA当たりのCRP濃度は52.59ng/ml となり、その標準偏差0.707μAに相当する濃度は37.18ng/mlである精密度を有する定量結果であった。
2 支持体(担体3上に電極を印刷した支持体)、
2−1、2−2 電気化学式ラテラルフロー式免疫センサー、
3 担体(電極や配線などの電気的内部構成を有する担体)、
4 電気測定器(メーター)、
5 電極部、 5a 作用極、 5b 対極、 5c 参照極、
6 電気回路、
7 導電部、
8 サンプルパッド、
9 電気的絶縁物、
10 流路部ファイバーパッド(流路メンブレン)、
11 コンジュゲーションパッド、
12 接続部、
13 サンプル孔(試料溶液の供給孔)、
14 制御部、
15 流速制御パッド、
16 吸収パッド、
17 還元電流曲線及び還元電流と濃度の関係図、
22 上ケース、22a 上ケース上面、22b 上ケース裏面、
23 下ケース、23a 下ケース裏面、
27 流速制御用突起部、
28 サンプル孔、
29 洗浄液/電解液孔、
30 カセットケース、
31―1、31−2 ラテラルフロー式免疫センサーを収納するカセットケース
イムノクロマトグラフィー式テストストリップの構成としては、特許文献1に記載されている通り、サンプルを供給するサンプルパッド、移動相であるコンジュゲートを配置させるコンジュゲーションパッド、サンプルとコンジュゲートの複合体を展開するとともに、検出のため検出部を有する不溶性メンブレン担体、及び不溶性メンブレン担体を展開してきたサンプルを吸収するための吸収パッドが配置されているのが一般的である。
なお、特許文献2には、「・・・印刷電極の作用電極が判定部に接触するように、ストリップと印刷電極とを重ね合わせた。」と記載され、また「吸収パッド25と、メンブレン22の裏面側に配されたバッキングシート26とを備えている。図4(a)に示すように、メンブレン22表面の所定領域には一次抗体2が固定化され、判定部(固定化領域)23を形成している。判定部23の下流のメンブレン22の表面には、金属微粒子5で標識した二次抗体4に特異的に結合する抗体が固定化され、コントロール部24を形成している。」と記載され、さらに「メンブレン22のうち少なくとも判定部23と作用電極1とを重ね合わせる。」、「メンブレン22のうち少なくとも判定部23と作用電極1とを重ね合わせた後」、「図6に示すような印刷電極の作用電極が判定部に接触するように、ストリップと印刷電極とを重ね合わせた。」という記載がある。しかし、この特許文献2に従って検証した結果、前記電極部の位置においては、試料溶液中の被験物質が抗原抗体を示さない割合が高く、試料溶液中の被検物質を正しく定量することがでるとは言えなかった。
また、上述の検証から、特許文献2については、電極部の位置で速度や流れ方と流れ量を制御しなければ、正確な測定ができないばかりか、測定器に対して簡易に接続して即座に計測ができるような構造にはなっていなかった。そして、そのような測定器(センサー)の製造方法については考えられていないものである。
また、本発明は、樹脂製シートの支持体に、導電性カーボンを印刷してなる作用極と対向するように配される導電性カーボンを印刷してなる対極と銀/塩化銀を印刷してなる参照極からなる電極部と、前記電極部からの電流を伝える導電性カーボンを印刷してなる導電部と、この電流値を測定する電気測定器に接続する接続部とを配するとともに、前記支持体上に試料溶液中の抗原または抗体と金属微粒子である標識体に結合した抗体又は抗原を反応させながら作用極側に移動させる流路部ファイバーパッドを配するとともに、前記流路部ファイバーパッドと連結するようにして、試料溶液の反応物が作用極上に固定化されたキャプチャー抗体又は抗原と抗原/抗体反応するようにする試料溶液の試料溶液の速度及び/又は流れ量を含む流れ方を制御する流速制御パッドを電極部上に配置し、試料溶液中の被検物質に対応した量の金属微粒子を前記流速制御パッドでは、これによって前記電極部の位置で試料溶液の速度及び/又は流れ量を含む流れ方を制御して被検物中の抗原または抗体の対応した量の金属微粒子量を電気化学的に検出することを特徴とする電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーである。
本発明によれば、樹脂製シートの支持体の電極部の位置に対応して前記流速制御パッドを設けることにより、電極部の位置での試料溶液の流れを必要最小限の反応時間を確保するための制御ができるようになり、電極部での感度が良くなり、迅速簡易に精度が高い定量測定ができる。すなわち、前記流速制御パッドを設けることにより、電極部の位置での試料溶液の流れを制御ができるようになり、パッド類に渡って流れる試料溶液の電極表面の近傍で抗原抗体反応に必要な最小限の反応時間と速度に試料溶液の流れを制御ができるので、この流速制御のためのマイクロ流路やポンプなどの必要がなくなり、携帯型の小型電流計測メーターで感度が良く、迅速簡易に精度の高い定量測定ができるようになる。このように、上記電極表面の近傍において、電極表面に資料溶液の量と速度を一定に保ちつつ電極部に密着するような流れ方を制御する。
また、本発明は、樹脂製シートの支持体に、導電性カーボンを印刷してなる作用極と対向するように配される導電性カーボンを印刷してなる対極と銀/塩化銀を印刷してなる参照極と、導電性カーボンを印刷してなるこれらの電極部から発生する各電流を伝える導電部と、これらの電極部で発生する電流を電気測定器に伝えるための接続部とを配するとともに、前記支持体の電極上にパッド類を複数配して、試料溶液を複数のパッド類に渡って流れさせて行き、前記電極部の位置で流れを制御して電気化学的検出を行うことを特徴とする電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーである。
本発明によれば、前記3種類の電極部の位置で試料溶液の流れを制御して充分な抗原抗体反応時間を確保できるようにするため、正確な電気的測定が可能である。
本電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーにおけるサンプルパッドとコンジュゲーションパッドと吸収パッドと支持体は、特許文献1に示された様な、一般に用いられているイムノクロトグラフィー用テストストリップに用いられているサンプルパッドとコンジュゲーションパッドおよび吸収パッドと同様な材料を用いて製造することができる。
しかし、本発明では、既成のイムノクロマトクロマトグラフィー用テストストリップとは異なり、下記する電極が印刷された支持体に、サンプルパッド、コンジュゲーションパッド、流路部ファイバーパッド、流速制御パッド、吸収パッドを部分積層して配置し、製造する。パッド類では、流路部ファイバーパッドの上流側上面には、コンジュゲーションパッドが一部積層して配され、流路部ファイバーパッドの下流側下面では、流速制御パッドが一部積層して配されるか、又は流路部ファイバーパッドを電極部上面まで配置し、その電極部上面に積層して配置され、流路部ファイバーパッドと流速制御パッドは一般のイムノクロマトグラフィーとは異なる材質のもので構成されている。
本発明によれば、前記流速制御パッドにより試料溶液の速度の流れを抗原抗体反応に最小必要限の反応時間に制御することにより、作用極での電気的検出が迅速かつ正確に行われるようになる。
なお、流路部ファイバーパッド上に電解/洗浄液を供給するため、上ケース22に電解/洗浄液孔を設けることもでき、電解/洗浄液の供給は流路ファイバーパッド上からの方が効率的な未反応物の洗浄が可能である。
なお、本電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーにおいては、電解/洗浄液をサンプル孔から供給しても、未反応物の洗浄が可能であり、大差のない測定結果が得られる。
本発明によれば、カセットケースに設けられた前記流速制御用突起部が、前記電極部上に設置されている前記流速制御パッドを上方と下方の2カ所から堰き止め、抗原抗体反応に必要かつ最低限な流速と時間を確保して確実に試料溶液を電極部の表面に流すことができる。
また、本発明としては、前記電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーを収納するカセットケースを備え、そのカセットケースから前記接続部を外部に突出させて、その接続部を前記電極部の電流を検出する電気測定器に差し込んで、その電気回路に接続して、前記電極で発生した電流を測定することが好ましい。
本発明によれば、前記ラテラルフロー免疫センサーをカセットケースに内装したまま、その外部に出ている前記接続部を前記電極部の電流を検出する電気測定器に差し込んで、これにより電気回路を構成して、前記電極で発生した電流を即座に測定することができる。
本発明によれば、従来のスクリーン印刷などの印刷技術を用いて、樹脂製シートの支持体に電気的配線構造と導電性カーボン上に銀/塩化銀を印刷する工程と、作用極表面に抗体または抗原を固定化する工程と、前記支持体上に複数のパッド類を従来装置で積層する工程により効率よく製造することができる。
また、本発明としては、上流側から、サンプルパッドはコンジュゲーションパッドを積層する距離を残した部分の下面を前記支持体上の接着剤で固定し、コンジュゲーションパッドは、流路部ファイバーパッドの上流側上面の一部と積層し、残る下面を前記支持体上の接着剤で固定し、流路部ファイバーパッドは、流速制御パッドの上流側上面の一部と積層する部分を残した部分を前記電極と積層し、残る下面を支持体上の接着剤で固定し、前記流速制御パッドは作用極および対極と参照極部分に接触し(ただし、支持体上の接着剤で固定しない。)、電気絶縁部を上から印刷した導電部の最上流部の一部まで位置し、その下面を電絶縁体が上から印刷されている導電部上の接着剤で固定するか又は流路部ファイバーパッドを電極部表面まで配置し、その下面は、電極部以外は接着剤で固定し、電極部は積層し(接着剤で固定しない。)、その電極部の上面部に流速制御パッドを積層し、それを越えた下流部の下面を支持体上の接着剤で固定し、吸収パッドは流速制御パッドの下流側上面の一部に積層し、その下流部末端まで位置し、その下面を導電部に絶縁体を印刷した前記支持体上の接着剤で固定することを特徴とする。
本発明の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーの製造方法を用いれば、既存の製造設備を用いて自動的製造が可能であり、かつ均一な性能を有する製品が得られる。
従来の印刷技術と積層技術を用いて、樹脂製シートの支持体に導電性カーボンによる電気的配線構造と導電性カーボン上に銀/塩化銀を印刷する工程と、作用極表面に抗体または抗原を固定化する工程と、前記支持体上に複数のパッド類を積層する工程により効率よく製造することができる。
本発明の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーは、図1に示すような樹脂製シートである担体3に電極が印刷された支持体2上に図2(a)(b)に示すように、支持体上に被験物質を含有する可能性があるサンプルを横方向に展開(ラテラルフロー)させることにより被験物質を定量するセンサー2である。
樹脂製シートの担体3に、電極部5と、電極部5からの電流を伝える導電部7と、この電流値を測定する電気測定器(メーター)4に接続する接続部12とを配するとともに、前記支持体上にパッド類8、10,11,15、16を互いに部分積層して配置して、試料溶液を複数のパッド類に渡って含浸させて行く流れを前記電極部5の位置で制御して電気化学的検出を行うセンサーであり、図2中符号2−1と2−2に示された2通りの配置がある。図2(a)は電極部5の上に流速制御パッド15を配置した例であり、図2(b)は電極部5の上に流路部ファイバーパッド10を介して流速制御パッド15を配置した例である。
しかし、本発明の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー2−1又は2−2では、既成のイムノクロマトクロマトグラフィー用テストストリップとは異なり、下記する担体3に電極部5が印刷等で被覆された支持体2上に、サンプルパッド8、コンジュゲーションパッド11、流路部ファイバーパッド10、流速制御パッド15、吸収パッド16を部分積層して配置して、製造する。なお、カーボン、銀/塩化銀を印刷或いは被覆していない前記支持体2の上にサンプルパッド8、コンジュゲーションパッド11が配置される。
そして、対極5b上の導電性カーボン上に銀/塩化銀を印刷する工程と、作用極5の表面に抗体または抗原を固定化する工程を備え、前記電極部5の作用極5aは、樹脂製シートの支持体2の全幅に渡って形成されており、参照極5cと対極5bは、作用極5aの後方側(下流側)において、支持体2の左右端側に各々配されており、各電極部5a,5b,5cは、各々導電部7で引き出されて、後方下流側の接続部12と連結されている。接続部12は、電気測定器4に差し込まれて(カセットケース31−1、31−2からも接続部12は露出する)、電気測定器4により電気的測定が行われる(図5)。
図1と図2に示すように、合成樹脂シートの支持体2に導電性カーボンを黒色塗で示された形状で印刷し、作用極5aと参照極5cと対極5bの下地および電流を伝える導電部7と電気測定器(メーター)4に接続するための接続部12を形成し、さらに対極部5bでは導電性カーボン上に銀/塩化銀を印刷等で被覆する工程によって製造する。作用極5aは、樹脂製シートの担体3の全幅に渡って形成されており、参照極5cと対極5bは、作用極5aの後方側(下流側)において、電気的内部構造の担体3の左右端側に各々配されており、各電極部5a〜5cは、各々導電部7で引き出されて、後方下流側の接続部12と連結されている。そして、電流を伝える導電部7と電気測定器4に接続するための接続部12を形成し、さらに対極5bでは導電性カーボン上に銀/塩化銀を印刷等で被覆する工程によって支持体2を製造する。図1において、合成樹脂などを材料とする担体3に電極部5と電気測定器4への接続部12が印刷され、また導電性カーボンを印刷することにより、電極(作用極5aと対極5b)5と導電部7とメーターへの接続部12が形成されている。参照極5cは、銀/塩化銀が印刷により塗布されている。
本発明で用いられる電気回路が印刷された支持体2は、担体3に電極部5や配線が構成されたものであり、3種類の電極部5(5a,5b,5c)とこれらからの電流を伝える導電部7とそれら電流値を測定する電気測定器4に接続する接続部12に導電性カーボンを印刷し、その後、参照極上に銀/塩化銀を印刷し、さらに電極部5(5a,5b,5c)から引き出される3本の導電部7上に電気的絶縁物9(ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエルテル樹脂、フェノール樹脂等)を印刷等で被覆してなることで、電極や配線を構成する担体3を製造することができる。
本発明で用いられる金属微粒子である標識体は、電気分解可能な金属微粒子(金、白金、銀、銅、ロジウム、パラジウム等の微粒子やコロイド粒子、量子ドット等)であれば何でもよく、その粒径は20nm〜100nmでよいが、特に、40nm〜60nmの金コロイド粒子が好ましい。この金コロイド粒子は、一般に用いられている方法、例えば、加熱したテトラクロロ金(III)酸水水溶液にクエン酸三ナトリウム水溶液を滴下して撹拌することによって製造することができる。
本発明で用いられる流路部ファイバーパッド10は、繊維状の細いファイバーで形成された不織布であり、その材料としては、ガラス繊維、樹脂繊維、カーボン繊維、天然繊維などで形成された強い毛細管力を有する薄い不織布であればよく、特に厚さが0.3〜1.0mmのガラス繊維が好適である。流路部ファイバーパッド10は、サンプル液中の抗原または抗体がコンジュゲーションパッド中の金属微粒子である標識体の結合した抗体または抗原と反応させながら横流しして、反応領域(作用極上)5aに導く。
本発明で用いられる流速制御パッド15は、繊維状の細いファイバーで形成された不織布であり、その材料としては、ガラス繊維、樹脂繊維、カーボン繊維、天然繊維など弱い毛細管力を有する様に形成された薄い不織布である。厚さが0.3〜1.0mmのガラス繊維の流路部ファイバーパッド10に比べ、流速制御パッド15は0.1〜0.7mmの緻密な天然繊維やガラス繊維の不織布がより好適である。
本実施の形態の流速制御パッド15は、電極部(作用極と対極および銀/塩化銀を印刷してなる参照極)5の位置の上に位置して設けられている。そして、流速制御パッド15の上方からカセットケース31−1、31−2の上ケース裏面22bに位置する流速制御用突起部27により2カ所またはそれ以上または全面に渡る1カ所で押圧されて、被検物質の流れを制御する。
本実施の一形態では、上流側の流速制御用突起部27aが作用極5aの位置に対応して配され、下流側の流速制御用突起部27bが参照極5cと対極5bの位置に対向するように配される。すなわち、電極部5の位置において、前記流速制御パッド15の前方側(上流側)と後方側(下流側)の2か所に押圧することにより、作用極側5aと、参照極5c及び対極5bとがその二か所の間(H1−H2)で前記流速制御パッド15を介して流速制御用突起部27により押圧される(図5)。なお、カセットケース31−1、31−2に収納されない限り、本願の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー2−1、2−2の流速制御パッド15には、上記流速制御用突起部27により押圧されることはない。
本発明の免疫センサー2−1の製造方法は、支持体2の3種電極部分5を除いて接着剤を着け、先ず流速制御パッド15の位置に対応する3種電極部5を除く最下流部下面を支持体2に固定し、次に流路部ファイバーパッド10の下流側下面を流速制御パッド上面に積層し、残る下面部を支持体上の接着剤で固定し、次にコンジュゲーションパッド11の下流側下面の一部を流路ファイバーパッド10の上流側上面に積層し、サンプルパッド8はその下流側下面をコンジュゲーションパッド11の上流側上面に積層し、残る下面を支持体上の接着剤で固定する。
本発明の免疫センサー2−2の製造方法は、支持体2に3種電極部分除く部分に接着剤を着け、先ず、流路部ファイバーパッド10の電極部を除く下面を支持体上の接着剤で固定し、次に流速制御パッド15の下面を流路部ファイバーパッド10の電極部上面に積層し、その最下流部下面を支持体2上の接着材で固定し、コンジュゲーションパッド11の下流側下面の一部を流路部ファイバーパッド10の上流側上面に積層し、サンプルパッド8はその下流側下面をコンジュゲーションパッド11の上流側上面に積層し、残る下面を支持体上の接着剤で固定する。
なお、支持体上の上記各電極部5の印刷は各種な方法で印刷することができる。例えばスクリーン印刷において、一度に多数(例えば50個以上)の1測定分の電極部5が連続した形状に導電性カーボンや銀/塩化銀を印刷できる刷版を作製し、例えば50個以上の電極が連続印刷された支持体として作製し、本電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーに必要な各材料の一部分を互いに積層してなる連続体の当該センサーを製造することができる。
その量産法の一例として、例えばBioDot社から市販されているイムノクロマトクロマトグラフィーテストストリップ用自動製造装置で、長尺の各材料の貼付を行い、次にこの材料の1つであるコンジュゲーションパッド11に金属微粒子である標識体を塗布して乾燥した後、当該免疫センサーの1個ごとの幅に切断するにより、本特許の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー1を量産し、より安価に当該製品を供給することができる。
本願発明のセンサー2−1、2−2を使用した測定方法(抗原測定の一例の検査方法)を説明する。
図7に示すように、検体(測定対象の抗原を含有する)を、サンプルパッド13上に滴下し(図7の1)、検体が金コロイドに結合された抗体が含侵乾燥されたコンジュゲーションパッドに移行し、金コロイド結合抗体と抗原(測定対象物)が流路部上を流れながら抗原+抗体反応した後(図7の2)、その先にある電極部(支持体表面)5上に移行し、電極部に固定化されたキャプチャー抗体と結合し、サンドイッチを形成し、未反応物(過剰の金コロイド結合抗体)は、吸収パッド16に捕獲される(図7の3)。その後、洗浄液/電解液孔29から流路部ファイバーパッド10上に電解液(食塩水等)を滴下し、図7の3における「金粒子結合抗体+抗原+キャプチャー抗体(電極部5に固定化)」部分に到達させ、検体中の抗原量に対し、過剰に供給された未反応の金コロイドに結合された抗体を洗浄除去した後、支持体2に印刷された電極部における接続部12部分を電気測定器(メータ)4に接続して、一定の電圧を印加し、発生する金粒子の還元電流を測定して、血液中の測定対象物の濃度を定量する。
第1の実施の形態によれば、検体中の抗原と金コロイド結合抗体が抗原抗体反応しながら流れ、電極部(作用極)上に固定化されたキャプチャー抗体に近接し、そして電極上を流れ去る間に検体中の抗原のほぼ全てがキャプチャー抗体に結合するようになる。
そして、試料溶液中の被検物質(抗原または抗体)に対応した量の金属微粒子の量を電極部5の位置の上面に配置した前記流速制御パッド15により、作用極5a上に集め、金属微粒子を電気化学的に酸化した後、酸化した金属を電気化学的に還元する際に生じる電流値を電極部5で検出し、その電流値に基づいて被検物質の有無又は濃度を測定する。
すなわち、例えば抗原抗体反応による検体中の抗原または抗体を金属微粒子量に結合された抗体又抗原と特異的に反応させ、作用電極の表面近傍に被検物質量に対応した金属微粒子を集め、金属微粒子を構成する金属を電気化学的に酸化させた後、酸化した金属を還元する際の還元電流値を測定する。ここで得られる還元電流強度は、作用電極の近傍に集められた金属量を表すことから、これに基づいて被検物質中の抗原又抗体の定量又は検出が実現される。ここで、金属微粒子の電気化学的酸化は、作用電極の表面近傍に金属微粒子を集めた状態で行うことが重要である。そのため、接着剤を使用しないで配される流速制御パッドまたは流路ファイバーパッドの電極部の下面を支持体に直接密着させるようにする。これにより、被検物質との反応に関与した金属微粒子の全てを作用電極表面との電子授受に関与させることができるため、結果として被検物質の高感度で精密な測定が実現される。
(抗CRPモノクロナル抗体溶液の調製)
以下の試験に用いたCRP抗体は、イムノ・プローブ社の2種の抗ヒトCRPモノクロナル抗体(No.8とNo.5)である。各抗体を濃度5mg/mlの濃度になるよう10mM-トリス緩衝液で希釈した溶液を作製した。
1)担体3の作製には、支持体(Lohmann Precision社透明ポリスチレン)2に、導電性カーボン(ライオン・スペシャリティー・ケミカル社製ケッチンブラック)を図1と図2の様な形状の作用極5a、対極5b、参照極5c及び導電部7、接続部12をスクリーン印刷した後、参照極5cに銀/塩化銀(ビー・エー・エス社製)を印刷し、更に導電部7に電気敵絶縁部(ウレタン樹脂)をスクリーン印刷した。
上記金コロイド溶液1mlに抗ヒトモノクロナル抗体(イムノ・プローブ社製No.8)を10mMのトリス緩衝液で希釈し、0.5mg/mlに調製したCRP抗体溶液を1ml添加して混合撹拌した後、室温で60分間静置し、更に10%ウシ血清アルブミン溶液を加えて超音波で分散させ、5分間室温で静置し、次に冷却した遠心分離機で遠心し、上清を除いて沈殿物を得た。これに10mlの10%ウシ血清アルブミン溶液を再度加えて超音波で分散させて、この溶液を波長520nmで吸光度(OD)を測定し、吸光度(OD)が約9になる濃度に調製し、CRPモノクロナル抗体標識金コロイド溶液を作製した。
上記3)で調整したCRPモノクロナル抗体標識金コロイド粒子(コンジュゲート)溶液を、EMDMILIPORE社製GLASSFIBER DIAGNOSTICS PADに飽和するまで含侵させ、凍結乾燥機にて一晩乾燥させて、コンジュゲーションパッド11を作製した。コンジュゲーションパッド11は、保管期間中、コンジュゲートを保持し、検出能を維持させ、サンプルがパッド中を移動するときにこれらのコンジュゲートを効率的に放出する。
抗ヒトモノクロナルCRP抗体(イムノ・プローブ社製No.5)を10mMのトリス緩衝液で希釈し、その4μlを作用極5aの上に載せ、一晩冷蔵庫中で静置した後、残存した当該抗体溶液をエアガンで吹き飛ばし、作用極上に抗ヒトモノクロナルCRP抗体の固定化した。
試料溶液(サンプル)中の測定対象外の蛋白質などが3種類の電極部5に吸着しないようにブロッキングするため、2.5%カゼインホウ酸水溶液(pH8.5)を前記3種類の電極部(作用極5a、対極5b、参照極5c)に各10μlを載せ、常湿にて室温で1時間静置した後、残存する当該溶液をエアガンで吹き飛ばした。
プラスチックに製粘剤が付着した支持体2に、先ず、流路部ファイバーパッド(AHLSTROM社グラスフィアイバーパッド:品番8964)10を配置装着し、次いで、上記4)で作製したコンジュゲーションパッド11を配置装着し、更にサンプルパッド(AHLSTROM社グラスフィアイバーパッド:品番0238)8を配置装着し、一方、流路部ファイバーパッド10の下流側の3種の電極部5の上端に流速制御パッド(旭化成社セルロース長繊維不織布:品番SA28G)15を配置装着し、更に吸収パッド(AHLSTROM社製セルロースファイバーパッド:品番0270)16を配置装着した。このように各構成要素を重ね合わせた構造物を印刷された電極部単位の幅で切断して電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー1を作製した。この本願発明のラテラルフロー式免疫センサー1は、測定の際、プラスチック製の専用ハウジングで構成されるテストデバイス形態にした。すなわち、図3(a)(b)に示すように、上流側に試料溶液及び洗浄液を供給する供給孔29を有するカセットケース30に差し込まれて使用される電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー1として構成されている。
図4(a)(b)は、カセットケース30に内装された状態の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー1として構成されている。図4(a)は、電極部5に流速制御パッド15を密着させるものであり、その上流側には流路部ファイバーパッド10の下流端部の下層を流速制御パッド15の上流端部の上層に積層し、その下流側では、吸収パッド16の上流端部の下層を積層し、吸収パッド16に導いている。したがって、電極部5に流速制御パッド15を密着させて前後(上流と下流)のパッド11,16で押さえつけるとともに、流速制御パッド15での試料溶液の速度を遅くすることができる。
図4(b)は、電極部5表面まで流路部ファイバーパッドを敷き、流速制御パッド15を流路部ファイバーパッド10における電極部の上に積層して密着させるものであり、その下流側の電極部を過ぎた上面を、吸収パッド16の上流端部の下層を積層し、吸収パッド16に導いている。したがって、流路部ファイバーパッド10の電極部に位置する上層に流速制御パッド15を積層することで試料溶液の速度を遅くすることができるとともに、流速制御パッド15の下流側の一部を吸収パッド16の上流部端部に積層させることで試料溶液を移動させることができる。
このように、流速制御パッド15の上流側や下流側の一部を他のパッドと積層することで、試料溶液を上記電極5の表面に移動させ、電極部5の表面近傍において試料溶液の量と速度を一定に保ちつつ、電極部に密着するような流れ方を制御することができる。
本願発明のラテラルフロー式免疫センサー1を収納するカセットケース30は、上ケース22と下ケース23からなり、その材料としてはポリプロピレン、ポリエステル、ポリススチレン、アクリルなどの樹脂で成型されたもので、本願発明の免疫センサー1は下ケース23の所定の位置において、上ケース22を被せ、両ケースを押さえて嵌合し、かつその上ケース裏面22bには、流速制御用突起部27が内壁に成型されている。流速制御用突起部27は、流速制御パッド15を上方から押圧して流速を制御するものであり、2個設けられる本実施の形態に限らず、一つでも複数設けても良い。また、カセットケース31−1、31−2には、サンプル孔28と洗浄/電解液孔29が形成され(図3(a))、上ケース裏面22bには、流速制御パッド15の機能を制御するための流速制御用突起部27を流速制御パッド15の上に位置する様に流速制御用突起部27を配置した(図3(b))。サンプル孔28に洗浄液/電解液を供給して洗浄できるが、電極部5に近い洗浄液兼電解液の孔/電解液孔29からの供給の方が洗浄効率に優れ、また、電解液の供給にも電極部5に近い方が効率的な測定が可能である。
図5(a)(b)は、カセット上ケース裏面22bの流速制御用突起部27と電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー2−1、2−2の電極部5との位置関係を示す図である。図5(a)は、上流側の流速制御用突起部27aを電極部5の作用極5a上に配置し、下流側の流速制御用突起部27bを電極部5の対極5b(又は参照極5c)上に配置した例を示し、流速制御パッド15を押さえつける上流側の流速制御用突起部27aと下流側の流速制御用突起部27bとの間の領域を反応領域H1〜H2として、試料溶液の速度及び/又は流れ量を含む流れ方を制御する。
図5(b)は、電極部5の作用極5aに上流側の流速制御用突起部27aと下流側の流速制御用突起部27bとの間の領域を反応領域H1〜H2として、試料溶液の速度及び/又は流れ量を含む流れ方を制御する。なお、更に、電極部5の対極5b(又は参照極5c)上に流速制御用突起部27bを配置しても良い。
このように、流速制御パッド15の上流側や下流側を流速制御用突起部27a,27bにより押さえつけることで、流速制御パッド15の所定範囲H1〜H2において、範囲電極部5の表面に試料溶液の量と速度を一定に流れるように制御することができる。
上記作製法で作製した電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー1を用いて、CRPの定量試験を行った。
(1)試料
CRP標準血清(関東化学製)を、生理食塩水(1%ウシ血清アルブミンを含む)希釈し、CRP濃度15ng/ml、90ng/ml、210ng/mlの試料を調製し、また希釈液をCRP濃度0mg/dlとしたものを試料とした。
(2)手順
上記(1)で調整した各試料55μlを電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー1のサンプル供給孔29に滴下して3分後に、洗浄液兼電解液(0.05%の界面活性剤Tween20を含む2M-NaCl)を洗浄液を供給する穴(電解液供給孔と兼用)29に滴下して3分後にCRP濃度に対応して発生する電解電流(μA)の測定を、表1に示す4種の濃度の試料溶液を各12回多重測定した。ただし、ゼロ濃度の試料溶液は10回多重測定した。
試験結果を表1に示す。CRP濃度15ng/mlにおける平均値が1.154μAであり、1μA当たりのCRP濃度は13.00ng/mlとなり、その標準偏差0.282μAに相当する濃度は3.666ng/mlであり、またCRP濃度90ng/mlにおける平均値が3.230μAであり、1μA当たりのCRP濃度は27.86ng/mlとなり、その標準偏差0.420μAに相当する濃度は11.70ng/mlとなる定量結果であった。さらにCRP濃度210ng/mlにおける平均値が3.993μAであり、1μA当たりのCRP濃度は52.59ng/ml となり、その標準偏差0.707μAに相当する濃度は37.18ng/mlである精密度を有する定量結果であった。
2 支持体(担体3上に電極を印刷した支持体)、
2−1、2−2 電気化学式ラテラルフロー式免疫センサー、
3 担体(電極や配線などの電気的内部構成を有する担体)、
4 電気測定器(メーター)、
5 電極部、 5a 作用極、 5b 対極、 5c 参照極、
6 電気回路、
7 導電部、
8 サンプルパッド、
9 電気的絶縁物、
10 流路部ファイバーパッド(流路メンブレン)、
11 コンジュゲーションパッド、
12 接続部、
13 サンプル孔(試料溶液の供給孔)、
14 制御部、
15 流速制御パッド、
16 吸収パッド、
17 還元電流曲線及び還元電流と濃度の関係図、
22 上ケース、22a 上ケース上面、22b 上ケース裏面、
23 下ケース、23a 下ケース裏面、
27 流速制御用突起部、
28 サンプル孔、
29 洗浄液/電解液孔、
30 カセットケース、
31―1、31−2 ラテラルフロー式免疫センサーを収納するカセットケース
Claims (13)
- 樹脂製シートの支持体に、導電性カーボンを印刷してなる電極部と、電極部からの電流を伝える導電性カーボンを印刷してなる導電部とこの電流値を測定する電気測定器に接続する接続部とを配するとともに、前記支持体上に各種パッド類を配し、被検物である抗原又は抗体を含む試料溶液とこれらに対する抗体または抗原が結合された金属微粒子が抗原抗体反応しつつ、パッド類に渡って流れさせて行き、電極部の表面に配置された流速制御パッドにより、試料溶液の速度及び/又は流れ量を含む流れ方を制御して被検物中の抗原または抗体の対応した量に金属微粒子の量を電気化学的に検出することを特徴とする電気化学法ラテラルフロー式免疫検査方法。
- 前記流速制御パッドは、前記支持体の電極部の表面に渡って設けられるとともに、流速制御パッドの上流側及び/又は下流側を流速制御用突起部により上方から適度の圧力で押さえつけることで、流速制御パッドの所定範囲において、試料溶液の速度及び/又は流れ量を含む流れ方を制御することを特徴とする請求項1記載の電気化学法ラテラルフロー式免疫検査方法。
- 樹脂製シートの支持体に、導電性カーボンを印刷してなる作用極と対向するように配される導電性カーボンを印刷してなる対極と銀/塩化銀を印刷してなる参照極からなる電極部と、電極部からの電流を伝える導電性カーボンを印刷してなる導電部と、この電流値を測定する電気測定器に接続する接続部とを配するとともに、前記支持体上にパッド類を複数配置し、試料溶液中の被検物質に対応した量の金属微粒子を複数のパッド類に渡って流れさせて行き、前記流速制御パッドでは、これによって前記電極部の位置で試料溶液の速度及び/又は流れ量を含む流れ方を制御して、より正確かつ精密に電気化学的検出を行うことを特徴とする電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー。
- 前記複数のパッド類としてサンプルパッドとコンジュゲーションパッドを備えるとともに、コンジュゲーションパッドと連続するように流路部ファイバーパッドが配置され、流路部ファイバーパッドと積層して配置されて作用極上で抗原抗体反応(サンドイッチ法)を完結させるための流速制御パッドを前記電極部上に備えることを特徴とする請求項3記載の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー。
- 前記複数のパッド類としてサンプルパッドとコンジュゲーションパッドを備えるとともに、コンジュゲーションパッドと連続するように流路部ファイバーパッドが配置され、作用極上で抗原抗体反応(サンドイッチ法)を完結させるための流速制御パッドを前記電極部上に備え、流路部ファイバーパッド下流側下面の一部と積層し、吸水パッドの上流側下面の一部と接触して配置されていることを特徴とする請求項3記載の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー。
- 前記流路部ファイバーパッドは、試料溶液中の抗原または抗体と免疫学的に反応する抗体または抗原が金などのコロイド状金属粒子に結合されたものが含侵乾燥されたコンジュゲーションパッド中で免疫学的に反応しつつ試料溶液を電極部に移動させる機能を有することを特徴とする請求項3ないし5のいずれか1項記載の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー。
- 標識体に結合された被験物質に対して免疫学的に反応する抗体または抗原と、作用極上に固定化された被験物質に対して免疫学的に反応する抗体または抗原とは、各々被検物質の別の部位を認識する抗体または抗原であることを特徴とする請求項3ないし6のいずれか1項記載の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー。
- 前記電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーを収納するカセットケースを備え、そのカセットケースに前記流速制御パッドを上方から押さえて堰き止めるように制御する流速制御用突起部を設けることを特徴とする請求項3ないし7のいずれか1項記載の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー。
- 前記電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーを収納するカセットケースを備え、そのカセットケースから前記接続部を外部に突出させて、前記電極部の電流を検出する電気測定器の電流感知部に差し込んで接続し、これにより電気回路を構成して、前記電極で発生した電流を測定することを特徴とする請求項3ないし8のいずれか1項記載の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサー。
- 樹脂製シートの支持体に、導電性カーボンを印刷してなる作用極と参照極と対極とこれらの電流を伝える導電部と電気測定器との接続するための接続部を形成し、さらに対極上の導電性カーボン上に銀/塩化銀を印刷する工程と、作用極表面に抗体または抗原を固定化する工程と、前記支持体上に試料溶液中の抗原または抗体と標識体に結合した抗体又は抗原を反応させながら作用極側に移動させる流路部ファイバーパッドと、試料溶液の反応物が作用極上に固定化されたキャプチャー抗体又は抗原と抗原/抗体反応するようにする試料溶液の試料溶液の速度及び/又は流れ量を含む流れ方を制御する速制御パッドを電極部上に配置する工程を備えることを特徴とする電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーの製造方法。
- 前記支持体上に、滴下された試料溶液を吸収するサンプルパッドと、サンプルパッドからのサンプルを吸収しつつ含侵乾燥されている金コロイドに結合された抗体又は抗原を溶解して繋ぐコンジュゲーションパッドと、サンプル中の抗原又は抗体と金コロイド結合抗体又は抗原を反応させながら作用極側に移動させる流路部ファイバーパッドと、移動してきた反応物が作用極上に固定化されたキャプチャー抗体又は抗原と抗原/抗体反応してサンドイッチの形成を完了するようにする流速制御パッドと、試料溶液の反応残差物の液体を吸収する吸収パッドを配置する工程を備えることを特徴とする請求項10記載の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーの製造方法。
- サンプルパッド下流側の一部をコンジュゲーションパッドの上流側上面の一部に積層させ、その下面を支持体上の接着剤で固定し、コンジュゲーションパッドをその下流側の一部を流路部ファイバーパッド上面の一部に積層させ、その下面を支持体上の接着剤で固定し、流路部ファイバーパッドをその下流側の一部(作用極部分まで)を流速制御パッドの上流側の上面の一部に積層させ、その下面を支持体上の接着剤で固定し、流速制御パッドはその上流側の一部を流路部ファイバーパッドの下流側上面の一部と積層させ、その下面が作用極と対象極と参照極である3種の電極と密着した状態とし(ただし、接着剤で固定しない。)、吸水パッドはその上流側下面の一部と積層させ、その下面を支持体上の接着剤で固定することを特徴とする請求項10の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーの製造法。
- 前記流速制御パッドは、その上流側の一部を流路部ファイバーパッドの下面の一部と積層させ、その下面が作用極と対象極と参照極である3種の電極と密着した状態とし(ただし、接着剤で固定しない。)、吸水パッドはその上流側下面の一部を流速制御パッドの下流側の上面に積層させることを特徴とする請求項12の電気化学法ラテラルフロー式免疫センサーの製造法。
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