JP2022168681A - Detection substrate, detection unit, and detection device - Google Patents
Detection substrate, detection unit, and detection device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022168681A JP2022168681A JP2021074310A JP2021074310A JP2022168681A JP 2022168681 A JP2022168681 A JP 2022168681A JP 2021074310 A JP2021074310 A JP 2021074310A JP 2021074310 A JP2021074310 A JP 2021074310A JP 2022168681 A JP2022168681 A JP 2022168681A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- detection
- substrate
- dielectric substrate
- diamond crystal
- immobilized
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 176
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 162
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims abstract description 73
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims abstract description 73
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 72
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 48
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 27
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 23
- 239000012491 analyte Substances 0.000 claims description 4
- 239000000427 antigen Substances 0.000 description 19
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 description 19
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 description 19
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 18
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 7
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 238000004435 EPR spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229920001477 hydrophilic polymer Polymers 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 1
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
本開示は、検出基板、検出ユニットおよび検出装置に関する。 The present disclosure relates to detection substrates, detection units, and detection devices.
特許文献1には、検体と二次抗体とを含む水溶液を一次抗体が固定化された基板へ滴下し、一次抗体と二次抗体とにサンドイッチされた検体を、二次抗体と結合した色素や蛍光物質によって検出する技術が開示されている。 In Patent Document 1, an aqueous solution containing a specimen and a secondary antibody is dropped onto a substrate on which the primary antibody is immobilized, and the specimen sandwiched between the primary antibody and the secondary antibody is treated with a dye or dye bound to the secondary antibody. Techniques for detection by fluorescent substances have been disclosed.
特許文献1に記載の技術では、検体の量が不十分である場合、色素の変化を確認することが難しく、正しく検出されないおそれがある。このように、検出精度には改善の余地がある。 With the technique described in Patent Document 1, when the amount of the sample is insufficient, it is difficult to confirm the change in the dye, and there is a risk that the dye will not be detected correctly. Thus, there is room for improvement in detection accuracy.
1つの態様に係る検出基板は、誘電体基板と、前記誘電体基板の表面の一部を覆い、マイクロ波を照射する導波体と、前記誘電体基板の前記導波体が位置する表面側に位置し、前記導波体と接触する面と反対側の表面にNVセンタが形成されるダイヤモンド結晶と、前記ダイヤモンド結晶の前記NVセンタが形成される表面を覆い、前記表面に一次抗体が固定化された薄膜とを備え、前記ダイヤモンド結晶の前記NVセンタが形成される表面で、前記一次抗体を結合した検体に対して結合する、二次抗体が固定化された磁気ビーズを検出する。 A detection substrate according to one aspect includes a dielectric substrate, a waveguide that covers a part of the surface of the dielectric substrate and irradiates microwaves, and a surface side of the dielectric substrate where the waveguide is located. a diamond crystal having NV centers formed on the surface opposite to the surface in contact with the waveguide; and covering the surface of the diamond crystal having the NV centers formed thereon, a primary antibody being immobilized on the surface. magnetic beads on which a secondary antibody is immobilized that binds to the analyte bound to the primary antibody is detected on the surface of the diamond crystal where the NV center is formed.
1つの態様に係る検出ユニットは、上記の検出基板と、第2誘電体基板と、前記二次抗体が固定化された磁気ビーズとを有する検出ユニットであって、前記第2誘電体基板は、前記検出基板が嵌るように位置する凹部を有し、前記第2誘電体基板の上面は、前記検出基板の上面と平坦になるように接続され、前記二次抗体が固定化された磁気ビーズは、前記第2誘電体基板の上面に配置され、検体液の滴下によって移動する。 A detection unit according to one aspect is a detection unit having the above-described detection substrate, a second dielectric substrate, and magnetic beads to which the secondary antibody is immobilized, wherein the second dielectric substrate is The magnetic beads have recesses in which the detection substrate is fitted, the upper surface of the second dielectric substrate is connected so as to be flat with the upper surface of the detection substrate, and the secondary antibody is immobilized on the magnetic beads. , is placed on the upper surface of the second dielectric substrate, and is moved by dropping the sample liquid.
1つの態様に係る検出装置は、上記の検出ユニットと、光ピックアップとを有する検出装置であって、前記光ピックアップは、前記検出ユニットが備える前記検出基板へ光を照射する光源と、前記検出基板の蛍光を検出する検出器とを備える。 A detection device according to one aspect is a detection device including the detection unit described above and an optical pickup, wherein the optical pickup includes a light source for irradiating light onto the detection substrate included in the detection unit, and the detection substrate. and a detector that detects the fluorescence of
1つの態様に係る検出基板は、誘電体基板と、前記誘電体基板の表面の一部を覆い、表面に一次抗体が固定化された薄膜とを備え、前記誘電体基板の薄膜が位置する表面で、前記一次抗体と結合した検体に対して結合する、二次抗体が固定化された磁気ビーズを、NVセンタを形成するダイヤモンド結晶を対向させて検出する。 A detection substrate according to one aspect includes a dielectric substrate and a thin film that covers a portion of the surface of the dielectric substrate and has a primary antibody immobilized on the surface, and the surface of the dielectric substrate on which the thin film is located Then, the magnetic beads on which the secondary antibody is immobilized, which binds to the specimen bound to the primary antibody, are detected by facing the diamond crystal forming the NV center.
1つの態様に係る検出ユニットは、上記の検出基板と、前記二次抗体が固定化された磁気ビーズとを有する検出ユニットであって、前記二次抗体が固定化された磁気ビーズは、前記誘電体基板の前記薄膜が位置する表面の一端に位置し、検体液の滴下によって移動する。 A detection unit according to one aspect is a detection unit including the detection substrate described above and magnetic beads to which the secondary antibody is immobilized, wherein the magnetic beads to which the secondary antibody is immobilized are the dielectric It is located at one end of the surface on which the thin film of the body substrate is located and is displaced by the drop of sample liquid.
1つの態様に係る検出装置は、上記の検出ユニットと、前記ダイヤモンド結晶と、導波体と、光ピックアップとを有する検出装置であって、前記ダイヤモンド結晶は、ある一面にNVセンタを形成し、前記導波体は、前記ダイヤモンド結晶の表面のうち、前記NVセンタが形成される表面と反対側の面に位置し、前記光ピックアップは、前記検出ユニットが備える前記検出基板へ光を照射する光源と、前記検出基板の蛍光を検出する検出器を備える。 A detection device according to one aspect is a detection device comprising the detection unit described above, the diamond crystal, a waveguide, and an optical pickup, wherein the diamond crystal forms an NV center on one surface, The waveguide is positioned on the surface of the diamond crystal opposite to the surface on which the NV center is formed, and the optical pickup is a light source for irradiating the detection substrate included in the detection unit with light. and a detector for detecting the fluorescence of the detection substrate.
本開示の1つの態様に係る検出基板、検出ユニットおよび検出装置によれば、検体の量によらず、高精度に検出できる。 According to the detection substrate, the detection unit, and the detection device according to one aspect of the present disclosure, detection can be performed with high accuracy regardless of the amount of specimen.
以下に第1実施形態に係る検出基板、検出ユニットおよび検出装置について説明する。検出基板、検出ユニットおよび検出装置は、検体を検出するためのものである。 A detection substrate, a detection unit, and a detection device according to the first embodiment will be described below. The detection substrate, detection unit and detection device are for detecting analytes.
[第1実施形態]
(検出基板)
図1は、第1実施形態に係る検出基板10の断面図である。図1に示すように、検出基板10は、検体である検体液Xに含まれる抗原Yの一次抗体17が配置された基板である。検出基板10は、テストラインを構成する。検出基板10は、誘電体基板11と、アンテナ導体12と、導波体13と、ダイヤモンド結晶14と、薄膜16とを備える。
[First embodiment]
(Detection board)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
誘電体基板11は、表面11aにアンテナ導体12と導波体13とが形成される。誘電体基板11は、例えばSiO2、ガラス材料、セラミックス材料、ガラスエポキシなどの樹脂系材料で形成される。誘電体基板11は、板状に形成される。
An
アンテナ導体12は、ダイヤモンド結晶14のNVセンタ15に照射するマイクロ波を伝送する。アンテナ導体12は、誘電体基板11の表面11aと、ダイヤモンド結晶14の面14bとの間に介在する。アンテナ導体12は、誘電体基板11の表面11aの法線方向視(以下、「平面視」という。)において、例えばリング状である。
導波体13は、高周波線路導体である。導波体13は、誘電体基板11の表面11aの一部を覆い、ダイヤモンド結晶14のNVセンタ15にマイクロ波を照射する。導波体13は、誘電体基板11の表面11aとダイヤモンド結晶14の面14bとの間に介在する。導波体13は、アンテナ導体12によって伝送されるマイクロ波が伝送される。導波体13は、例えばSiO2、ガラス材料、セラミックス材料、ガラスエポキシなどの樹脂系材料で形成される。
The
ダイヤモンド結晶14は、いわゆるダイヤモンドセンサである。ダイヤモンド結晶14は、誘電体基板11の導波体13が位置する表面11a側に位置する。ダイヤモンド結晶14は、導波体13と接触する面14bと反対側の表面14a側にNVセンタ15が形成される。表面14aには、一次抗体17が固定化される。
Diamond crystal 14 is a so-called diamond sensor. The
ダイヤモンド結晶14は、1辺の長さd11が例えば200μmである。ダイヤモンド結晶14は、厚さd12が例えば100μmである。
The
NVセンタ15は、ダイヤモンド結晶14の表面14a側に単一で配置されていても、複数を配列してもよい。本実施形態では、図1等においては、NVセンタ15が複数を配列される状態を図示している。
A
NVセンタ15は、ダイヤモンド結晶14において、本来は炭素が存在するべきところが窒素で置換され、隣接する位置に空孔がある複合欠陥である。NVセンタ15は、縮退する共有電子対の一部が欠損する。NVセンタ15は、ゼロ磁場においてm=0とm=±1の2つの準位の軌道角運動量を持った電子を有する。m=±1の電子は磁気モーメントを持つため外部磁場の影響を受け、m=±1の縮退も解け、さらに2つのエネルギー準位を有する。これらに起因する電子スピン共鳴を光波およびマイクロ波を用いて検知することにより外部磁場の強度を検出可能である。
The
NVセンタ15の電子は、532nmの波長の光で励起され、緩和の過程で638nmの波長の蛍光を放出する。この蛍光過程は電子スピン共鳴周波数においては起こりにくい。そのため、この性質を用いることにより、m=±1の電子の状態を観測することができる。ダイヤモンド結晶14のNVセンタ15では、ゼロ磁場における電子スピン共鳴周波数が約2.87GHzと知られている。この共鳴点の周波数(共鳴周波数)のマイクロ波が照射されたときに638nmの波長の蛍光が消光する。また、外部磁場の大きさ等に応じたm=±1の電子の状態の変化により、マイクロ波の共鳴周波数が変化する。そして、この変化を蛍光強度の周波数変化により捉えることで、磁場を検出可能である。
Electrons in the
薄膜16は、ダイヤモンド結晶14のNVセンタ15が形成される表面14aを覆う。薄膜16は、周縁部の少なくとも一部がダイヤモンド結晶14の表面14aに隣接する。薄膜16は、例えば矩形状、円形状及び多角形状など様々な形状にすることが可能である。薄膜16は、例えばAu、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、酢酸ビニルとビニルアミンコポリマー、セルロースとその誘導体、多糖類、コラーゲン、ポリアミノ酸等の親水性ポリマーで形成される。
図2は、第1実施形態に係る検出基板10における薄膜16の配置の一例を説明する概略図である。図2は、検出基板10を平面視した図である。図2に示すように、薄膜16は、ダイヤモンド結晶14の表面14a上に1つ以上が配置される。薄膜16は、表面14a上に周期的に配置されていてもよい。本実施形態では、薄膜16は、表面14a上に格子状に配置される。検出基板10の各辺の方向において、ダイヤモンド結晶14の表面14aと薄膜16とが交互に露出している。本実施形態では、表面14a上に10×10個の薄膜16が配置される。薄膜16は、1辺の長さd21が例えば1μmである。検出基板10の各辺の方向において隣接する薄膜16の間隔は、例えば1μmである。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of arrangement of the
一次抗体17は、抗原Yの一次抗体である。一次抗体17は、1つの薄膜16上に1個以上1000個以下が配置される。一次抗体17は、薄膜16上の全面を覆ってもよい。一次抗体17は、後述する磁気ビーズ23及び二次抗体22とは離れて配置される。
このように形成された検出基板10は、ダイヤモンド結晶14のNVセンタ15が形成される表面14aにおいて、一次抗体17を結合した検体(図3に示す、検体液X中の抗原Y)に対して結合する、二次抗体22が固定化された磁気ビーズ23を検出する。
The
(検出ユニット)
図3は、第1実施形態に係る検出ユニット20の断面図である。検出ユニット20は、後述する検出装置40のプレパラートとして機能する。検出ユニット20は、検出基板10と、第2誘電体基板21と、二次抗体22が固定化された磁気ビーズ23とを有する。第2誘電体基板21は、検出基板10が嵌るように位置する凹部24を有する。第2誘電体基板21の上面である表面21aは、検出基板10の上面と平坦になるように接続される。
(detection unit)
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
第2誘電体基板21は、検出基板10を支持する支持基板である。第2誘電体基板21は、検出基板10にマイクロ波信号を伝送する導波体と導波体に接続されるアンテナ導体とが含まれる。第2誘電体基板21は、板状に形成される。第2誘電体基板21の表面21aの中央部に検出基板10が配置される。第2誘電体基板21は、例えばSiO2、ガラス材料、セラミックス材料、ガラスエポキシなどの樹脂系材料で形成される。第2誘電体基板21は、板状に形成される。第2誘電体基板21は、誘電体基板11と一体に形成されていてもよい。
The second
第2誘電体基板21の表面21aの一端側には、二次抗体22が位置する。二次抗体22は、抗原Yの二次抗体である。二次抗体22は、第2誘電体基板21の表面21a上に配置された磁気ビーズ23に固定される。
A
磁気ビーズ23は、第2誘電体基板21の表面21aの一端に配置される。磁気ビーズ23は、検体液Xの滴下によって他端方向に移動する、二次抗体22が固定化される。1つの磁気ビーズ23の表面には、二次抗体22が1個以上固定化される。磁気ビーズ23は、粒径が例えば30nm以上60nm以下である。磁気ビーズ23は、表面が親水性ポリマーによりコーティングされたFe2O3、Fe3O4などの酸化鉄である。
A
凹部24は、第2誘電体基板21の表面21aに凹状に形成される。凹部24には、検出基板10が嵌る。凹部24は、第2誘電体基板21の表面21aの中間部に配置される。凹部24は、二次抗体22及び磁気ビーズ23が配置された位置から離れている。
The
吸収パッド25は、第2誘電体基板21の表面21aの他端に配置される。吸収パッド25は、第2誘電体基板21の表面21a上を流れ着いた、検体液X及び磁気ビーズ23に固定化された二次抗体22を吸収する。吸収パッド25は、検出基板10の一次抗体17と結合しなかった、検体液X及び磁気ビーズ23に固定化された二次抗体22を吸収する。吸収パッド25は、凹部24から離れて配置される。
第2誘電体基板21の表面21aにおいて、凹部24を挟んで、磁気ビーズ23に固定化された二次抗体22と、吸収パッド25とが配置される。二次抗体22が固定化された磁気ビーズ23は、第2誘電体基板21の表面21aに配置され、検体液Xの滴下によって移動する。
On the
(検出装置)
検出装置40は、検体液Xに含まれる抗原Yを検出する。図3に示すように、検出装置40は、検出ユニット20と、光ピックアップ30とを有する。
(detection device)
The
光ピックアップ30は、検出基板10に向かい合って配置される。光ピックアップ30は、ダイヤモンド結晶14のNVセンタ15に光を入出力する。光ピックアップ30は、検出基板10の磁気を検出する。本実施形態では、光ピックアップ30は、検出基板10上を走査しながら検出する。光ピックアップ30は、光源である発光素子31と、検出器である受光素子32とを有する。光ピックアップ30は、図示しない制御回路によって制御される。制御回路は、発光素子31における発光を制御する。制御回路は、受光素子32における受光を制御する。制御回路は、受光素子32が受光した赤色蛍光の信号を処理する。制御回路は、結果として磁場の強度を出力する。
The
発光素子31は、検出ユニット20が備える検出基板10へ光を照射する。発光素子31は、レーザダイオードである。発光素子31は、制御回路の制御に基づいて、例えば波長527nmのレーザ光を発光する。発光素子31は、緑色の励起光を発光する。発光素子31は、ダイヤモンド結晶14を照射する励起光を発光する。
The
受光素子32は、検出基板10の蛍光を検出する。受光素子32は、フォトダイオードである。受光素子32は、制御回路の制御に基づいて、ダイヤモンド結晶14のNVセンタ15の蛍光を受光する。受光素子32は、蛍光を受光する。受光素子32は、励起光により発する蛍光を、ダイヤモンド結晶14から受光する。
The
(検出方法)
図4ないし図6を参照して、検出ユニット20を使用した、ウィルス等の抗原Yの検出方法について説明する。図4は、第1実施形態に係る検出装置40を使用した検出工程を説明する図である。図5は、第1実施形態に係る検出装置40を使用した検出工程を説明する図である。図6は、第1実施形態に係る検出装置40を使用した検出工程を説明する図である。まず、図4に示すように、第2誘電体基板21上の磁気ビーズ23及び二次抗体22に、ウィルス等の抗原Yの検体液Xを滴下する。
(Detection method)
A method of detecting an antigen Y such as a virus using the
図5に示すように、検体液Xは、抗原Yの一部が二次抗体22と結合する。滴下された検体液Xは、抗原Yの一部が二次抗体22と結合した状態で、第2誘電体基板21上で拡散する。これにより、検出基板10の複数の薄膜16上に磁気ビーズ23が付着する。検体液Xは、検出基板10を経由して、吸収パッド25側へと流れる。
As shown in FIG. 5 , in sample liquid X, part of antigen Y binds to
図6に示すように、二次抗体22と結合した抗原Yは、一次抗体17とサンドイッチ状に結合して、結合部Qが形成される。結合部Qは、抗原Yが一次抗体17と二次抗体22とによって挟まれる。結合部Qは、第2誘電体基板21に近い順に、一次抗体17、抗原Y、二次抗体22、磁気ビーズ23の順番で配置される。結合部Qは、第2誘電体基板21から最も離れた位置に磁気ビーズ23が位置する。結合部Qでは、検体液Xにおける抗原Yの濃度に応じた数の磁気ビーズ23が結合する。
As shown in FIG. 6, the antigen Y bound to the
抗原Yと結合しなかった磁気ビーズ23は、第2誘電体基板21において、薄膜16上に留まらず、検体液Xを滴下した位置とは反対側の端部に位置する吸収パッド25へ向かって移動する。
The
一次抗体17が固定されていた位置に、検出用プローブである光ピックアップ30を近接または当接させる。それ以前に、磁気ビーズ23に磁場が印加される。磁気ビーズ23は、磁気を帯びている。磁気ビーズ23の磁界が、NVセンタ15に作用する。より詳しくは、磁気ビーズ23の磁界は、薄膜16に隣接して配置された、ダイヤモンド結晶14の表面14aが露出した部分のNVセンタ15に作用する。光ピックアップ30は、ダイヤモンド結晶14の表面14aが露出した部分のNVセンタ15の電子スピン共鳴信号を蛍光で受光する。これにより、光ピックアップ30は、被測定物である結合部Qの磁気ビーズ23の磁荷を検出する。光ピックアップ30によって、磁気ビーズ23の数に応じて濃度が検出される。制御装置は、光ピックアップ30の検出結果である信号から、磁場の強度を算出し結果として出力する。
An
(効果)
以上により、本実施形態では、ダイヤモンド結晶14の表面14a上に配置された薄膜16には、一次抗体17が配置される。本実施形態では、ダイヤモンド結晶14の表面14aで、一次抗体17を結合した検体に対して結合する、二次抗体22が固定化された磁気ビーズ23を検出する。本実施形態によれば、NVセンタ15を用いることにより、微弱な磁界を検出できる。このように、本実施形態は、検体の量が少なくても高精度に検出できる。
(effect)
As described above, in this embodiment, the
本実施形態では、ダイヤモンド結晶14が検出基板10に一体化される。本実施形態は、検出装置40の構成を簡素化できる。
In this embodiment, a
本実施形態では、検出基板10は、第2誘電体基板21の凹部24に嵌っている。本実施形態では、第2誘電体基板21上に磁気ビーズ23及び二次抗体22が固定化される。本実施形態によれば、ダイヤモンド結晶14を用いる領域を低減できる。
In this embodiment, the
本実施形態は、光ピックアップ30によって、検出基板10へ光を照射し、検出基板10の蛍光を検出する。本実施形態は、検体の量が少なくても高精度に検出できる。
In this embodiment, the
本実施形態では、薄膜16は、ダイヤモンド結晶14の表面14a上に複数配置される。本実施形態では、薄膜16は、ダイヤモンド結晶14の表面14a上に例えば周期的に配置される。本実施形態によれば、検体の量が少ない場合でも、いずれかの薄膜16上で、抗原Yが一次抗体17と二次抗体22とにサンドイッチ状に結合する可能性を高めることができる。これにより、本実施形態は、検体の量が少なくても高精度に検出できる。また、本実施形態では、複数の薄膜16において結合部Qに付着する抗原Yの量の検出結果を平均化することにより、再現性よく安定して定量できる。本実施形態は、結合部Qに付着した検体液Xに含まれる抗原Yの数を容易かつ正確に定量できる。
In this embodiment, a plurality of
本実施形態では、薄膜16は、ダイヤモンド結晶14の表面14a上に格子状に配置される。本実施形態は、薄膜16に隣接して、ダイヤモンド結晶14の表面14aが露出している。言い換えると、本実施形態は、結合部Qに隣接して、ダイヤモンド結晶14の表面14aが露出している。本実施形態は、結合部QとNVセンタ15との距離を小さくできる。本実施形態は、NVセンタ15へ、結合部Qに含まれる磁気ビーズ23の磁界を効率的に作用させることができる。本実施形態は、露出しているダイヤモンド結晶14の表面14aから、NVセンタ15へ光を入出力できる。本実施形態では、結合部QがNVセンタ15に隣接しているので、1つの磁気ビーズ23による磁界のような微弱な磁界でも検出できる。本実施形態によれば、高精度に検出できる。
In this embodiment, the
[第2実施形態]
図7は、第2実施形態に係る検出装置40の断面図である。図7は、誘電体基板11の中間部を図示する。本実施形態では、第2誘電体基板21を有していない点と、ダイヤモンド結晶14の配置とが、第一実施形態と異なる。
[Second embodiment]
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
(検出基板)
検出基板10は、誘電体基板11と、薄膜16とを備える。検出基板10には、ダイヤモンド結晶14を含まない。
(Detection board)
The
誘電体基板11は、下側誘電体基板11Aと上側誘電体基板11Bとを備える。本実施形態では、誘電体基板11は、第一実施形態の誘電体基板11及び第2誘電体基板21として機能する。より詳しくは、誘電体基板11の中間部に薄膜16が配置され、一端に二次抗体22が固定化された磁気ビーズ23が配置され、他端に吸収パッド25が配置される。
The
下側誘電体基板11Aは、第一実施形態の誘電体基板11と同様に構成される。
The lower
上側誘電体基板11Bは、アンテナ導体12を挟んで下側誘電体基板11Aと対向する。上側誘電体基板11Bは、第一実施形態のダイヤモンド結晶14に替えて配置される。上側誘電体基板11Bは、例えばSiO2、ガラス材料、セラミックス材料、ガラスエポキシなどの樹脂系材料で形成される。上側誘電体基板11Bは、板状に形成される。
The upper
アンテナ導体12は、下側誘電体基板11Aと上側誘電体基板11Bとの間に位置する。
導波体13は、下側誘電体基板11Aと上側誘電体基板11Bとの間に位置する。
薄膜16は、上側誘電体基板11Bの表面11Baの中間部の一部を覆っている。薄膜16は、表面11Baに一次抗体17が固定化される。薄膜16は、上側誘電体基板11Bの表面11Ba上に1つ以上が配置される。薄膜16は、上側誘電体基板11Bの表面11Ba上に周期的に配置される。
The
(検出ユニット)
検出ユニット20は、検出基板10と、二次抗体22が固定化された磁気ビーズ23とを有する。
(detection unit)
The
上側誘電体基板11Bの表面11Baの一端側には、二次抗体22が位置する。二次抗体22は、上側誘電体基板11Bの表面11Ba上に配置された磁気ビーズ23に固定される。
A
磁気ビーズ23は、上側誘電体基板11Bの表面11Baの一端に配置される。
A
吸収パッド25は、上側誘電体基板11Bの表面11Baの他端に配置される。吸収パッド25は、上側誘電体基板11Bの表面11Ba上を流れ着いた、検体液X及び磁気ビーズ23に固定化された二次抗体22を吸収する。
Absorbing
(検出装置)
検出装置40は、検出ユニット20と、ダイヤモンド結晶14と、光ピックアップ30とを有する。
(detection device)
The
ダイヤモンド結晶14は、薄膜16と対向する。ダイヤモンド結晶14は、薄膜16に近接または密着させる。本実施形態では、ダイヤモンド結晶14と薄膜16との間に、結合部Qが形成される。ダイヤモンド結晶14は、薄膜16と対向する面14b側にNVセンタ15が配置される。
光ピックアップ30は、ダイヤモンド結晶14のNVセンタ15の真上から光を入力する。光ピックアップ30は、検出ユニット20が備える検出基板10へ光を照射する光源である発光素子31と、検出基板10の蛍光を検出する検出器である受光素子33とを備える。
The
(検出方法)
上記のように構成された検出ユニット20が備える検出基板10の上側誘電体基板11Bの表面11Ba上の磁気ビーズ23及び二次抗体22に、ウィルス等の抗原Yの検体液Xを滴下する。そして、上側誘電体基板11Bの薄膜16が位置する表面11Baで、一次抗体17と結合した検体に対して結合する、二次抗体22が固定化された磁気ビーズ23を、NVセンタ15を形成するダイヤモンド結晶14を対向させて検出する。
(Detection method)
A specimen liquid X containing an antigen Y such as a virus is dropped onto the
(効果)
以上により、本実施形態は、ダイヤモンド結晶14は、薄膜16に近接または密着する。これにより、本実施形態は、結合部Qの磁気ビーズ23は、第一実施圭太に比べてNVセンタ15のより近くに位置する。本実施形態は、強度の弱い磁界も検出しやすくできる。本実施形態によれば、より高精度な検出ができる。
(effect)
As described above, in this embodiment, the
本実施形態では、検体液Xは、検出基板10の上側誘電体基板11Bの表面11Ba上に滴下される。本実施形態では、ダイヤモンド結晶14には検体液Xが付着しない。本実施形態によれば、磁界検出においてダイヤモンド結晶14を再度使用できる。
In this embodiment, the sample liquid X is dropped onto the surface 11Ba of the upper
[変形例]
図8は、第2実施形態の変形例に係る検出装置40の変形例の断面図である。検出装置40は、基本的な構成は第二実施形態と同様である。本実施形態は、誘電体基板11の構成と、アンテナ導体12がダイヤモンド結晶14に配置される点とで、第二実施形態と異なる。
[Modification]
FIG. 8 is a cross-sectional view of a modification of the
誘電体基板11は、1枚の板状である。
アンテナ導体12は、ダイヤモンド結晶14の表面のうち、NVセンタ15が形成される表面14bと反対側の表面14aに位置する。本実施形態では、アンテナ導体12は、リング状に形成される。
The
導波体13は、ダイヤモンド結晶14の表面のうち、NVセンタ15が形成される表面14bと反対側の表面14aに位置する。
The
以上により、変形例では、第一実施形態と同様に、ダイヤモンド結晶14のNVセンタ15の近くに位置する導波体13から、NVセンタ15にマイクロ波を照射できる。変形例によれば、検出基板10および検出ユニット20を簡素化できる。
As described above, in the modified example, the
本出願の開示する実施形態は、発明の要旨及び範囲を逸脱しない範囲で変更できる。さらに、本出願の開示する実施形態及びその変形例は、適宜組み合わせることができる。 The disclosed embodiments of the present application can be modified without departing from the spirit and scope of the invention. Furthermore, the embodiments disclosed in the present application and their modifications can be combined as appropriate.
添付の請求項に係る技術を完全かつ明瞭に開示するために特徴的な実施形態に関し記載してきた。しかし、添付の請求項は、上記実施形態に限定されるべきものでなく、本明細書に示した基礎的事項の範囲内で当該技術分野の当業者が創作しうるすべての変形例及び代替可能な構成を具現化するように構成されるべきである。 Specific embodiments have been described for the purpose of fully and clearly disclosing the claimed technology. However, the appended claims should not be limited to the above embodiments, but all variations and alternatives that can be created by those skilled in the art within the scope of the basics shown in this specification. should be configured to embody a
10 検出基板
11 誘電体基板
11a 表面
12 アンテナ導体
13 導波体
14 ダイヤモンド結晶
14a 表面
14b 面
15 NVセンタ
16 薄膜
17 一次抗体
20 検出ユニット
21 第2誘電体基板
21a 表面
22 二次抗体
23 磁気ビーズ
24 凹部
25 吸収パッド
30 光ピックアップ
31 発光素子
32 受光素子
40 検出装置
X 検体液
Y 抗原
Claims (9)
前記誘電体基板の表面の一部を覆い、マイクロ波を照射する導波体と、
前記誘電体基板の前記導波体が位置する表面側に位置し、前記導波体と接触する面と反対側の表面にNVセンタが形成されるダイヤモンド結晶と、
前記ダイヤモンド結晶の前記NVセンタが形成される表面を覆い、前記表面に一次抗体が固定化された薄膜と
を備え、
前記ダイヤモンド結晶の前記NVセンタが形成される表面で、前記一次抗体を結合した検体に対して結合する、二次抗体が固定化された磁気ビーズを検出する
検出基板。 a dielectric substrate;
a waveguide that covers a portion of the surface of the dielectric substrate and irradiates microwaves;
a diamond crystal located on the surface side of the dielectric substrate where the waveguide is located and having an NV center formed on the surface opposite to the surface in contact with the waveguide;
a thin film covering the surface of the diamond crystal on which the NV center is formed and having a primary antibody immobilized on the surface;
A detection substrate for detecting magnetic beads on which a secondary antibody is immobilized, which binds to the analyte to which the primary antibody is bound, on the surface of the diamond crystal where the NV center is formed.
請求項1に記載の検出基板。 2. The detection substrate according to claim 1, wherein a plurality of said thin films are arranged on said surface where said NV centers of said diamond crystal are formed.
前記第2誘電体基板は、前記検出基板が嵌るように位置する凹部を有し、
前記第2誘電体基板の上面は、前記検出基板の上面と平坦になるように接続され、
前記二次抗体が固定化された磁気ビーズは、前記第2誘電体基板の上面に配置され、検体液の滴下によって移動する
検出ユニット。 A detection unit comprising the detection substrate according to claim 1 or 2, a second dielectric substrate, and magnetic beads on which the secondary antibody is immobilized,
the second dielectric substrate has a recess positioned to fit the detection substrate;
the upper surface of the second dielectric substrate is connected to the upper surface of the detection substrate so as to be flat;
A detection unit in which the magnetic beads to which the secondary antibody is immobilized are arranged on the upper surface of the second dielectric substrate and are moved by dropping the specimen liquid.
前記光ピックアップは、
前記検出ユニットが備える前記検出基板へ光を照射する光源と、
前記検出基板の蛍光を検出する検出器と
を備える検出装置。 A detection device comprising the detection unit according to claim 3 and an optical pickup,
The optical pickup is
a light source that irradiates the detection substrate included in the detection unit with light;
and a detector that detects the fluorescence of the detection substrate.
前記誘電体基板の表面の一部を覆い、表面に一次抗体が固定化された薄膜と
を備え、
前記誘電体基板の薄膜が位置する表面で、前記一次抗体と結合した検体に対して結合する、二次抗体が固定化された磁気ビーズを、NVセンタを形成するダイヤモンド結晶を対向させて検出する
検出基板。 a dielectric substrate;
a thin film covering a portion of the surface of the dielectric substrate and having a primary antibody immobilized on the surface;
On the surface where the thin film of the dielectric substrate is located, the magnetic beads on which the secondary antibody is immobilized, which binds to the analyte bound to the primary antibody, are detected by facing the diamond crystal forming the NV center. detection board.
請求項5に記載の検出基板。 The detection substrate according to claim 5, wherein a plurality of said thin films are arranged on said surface of said dielectric substrate.
前記二次抗体が固定化された磁気ビーズは、前記誘電体基板の前記薄膜が位置する表面の一端に位置し、検体液の滴下によって移動する
検出ユニット。 A detection unit comprising the detection substrate according to claim 5 or 6 and magnetic beads on which the secondary antibody is immobilized,
The magnetic bead on which the secondary antibody is immobilized is located at one end of the surface of the dielectric substrate where the thin film is located, and is moved by dropping the sample liquid.
前記検出ユニットが備える前記検出基板の前記誘電体基板は、下側誘電体基板と上側誘電体基板とを有し、
前記検出ユニットが備える前記検出基板は、前記下側誘電体基板と前記上側誘電体基板との間に位置する導波体を有し、
前記ダイヤモンド結晶は、ある一面にNVセンタを形成し、
前記光ピックアップは、前記検出基板へ光を照射する光源と、前記検出基板の蛍光を検出する検出器とを備える
検出装置。 A detection device comprising the detection unit according to claim 7, the diamond crystal, and an optical pickup,
the dielectric substrate of the detection substrate included in the detection unit has a lower dielectric substrate and an upper dielectric substrate;
the detection substrate included in the detection unit has a waveguide positioned between the lower dielectric substrate and the upper dielectric substrate;
The diamond crystal forms an NV center on one side,
The detection device, wherein the optical pickup includes a light source that irradiates the detection substrate with light, and a detector that detects fluorescence of the detection substrate.
前記ダイヤモンド結晶は、ある一面にNVセンタを形成し、
前記導波体は、前記ダイヤモンド結晶の表面のうち、前記NVセンタが形成される表面と反対側の面に位置し、
前記光ピックアップは、前記検出ユニットが備える前記検出基板へ光を照射する光源と、前記検出基板の蛍光を検出する検出器を備える
検出装置。 A detection device comprising the detection unit according to claim 7, the diamond crystal, a waveguide, and an optical pickup,
The diamond crystal forms an NV center on one side,
The waveguide is located on the surface of the diamond crystal opposite to the surface on which the NV center is formed,
A detection device, wherein the optical pickup includes a light source that irradiates light onto the detection substrate included in the detection unit, and a detector that detects fluorescence of the detection substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021074310A JP2022168681A (en) | 2021-04-26 | 2021-04-26 | Detection substrate, detection unit, and detection device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021074310A JP2022168681A (en) | 2021-04-26 | 2021-04-26 | Detection substrate, detection unit, and detection device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022168681A true JP2022168681A (en) | 2022-11-08 |
Family
ID=83933654
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021074310A Pending JP2022168681A (en) | 2021-04-26 | 2021-04-26 | Detection substrate, detection unit, and detection device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022168681A (en) |
-
2021
- 2021-04-26 JP JP2021074310A patent/JP2022168681A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2506014B1 (en) | Measuring system using optical waveguide, measuring device, measuring method, optical waveguide type sensor chip, and magnetic fine particle | |
JP2010071693A (en) | Sensing method, sensing device, inspection chip, and inspection kit | |
JP4861739B2 (en) | Magnetic sensor, method for producing the sensor, target substance detection apparatus and biosensor kit using the sensor | |
JP4381752B2 (en) | Optical quantification method and optical quantification apparatus | |
US20130309779A1 (en) | Optical waveguide measurement system and method for measuring glycated hemoglobin | |
KR20140114364A (en) | Device for use in the detection of binding affinities | |
US9322824B2 (en) | Immunochromatography detection sensor comprising optical waveguide and a detection method using the same | |
JP4695025B2 (en) | Biological and chemical reaction analysis kit | |
US20120258553A1 (en) | Analyte measurement apparatus and method | |
US20230258754A1 (en) | Magnetic sensor, detection unit, detection system, substrate for magnetic sensor, waveguide body for magnetic sensor, opto-electric hybrid substrate for magnetic sensor, and detection substrate for detection unit | |
JP2022168681A (en) | Detection substrate, detection unit, and detection device | |
JP2009250960A (en) | Detection method of biomolecule, biomolecule trapping substance, and biomolecule detection device | |
US7829349B2 (en) | Base carrier for detecting target substance, element for detecting target substance, method for detecting target substance using the element, and kit for detecting target substance | |
JP2009115665A (en) | Material measuring method and material measuring kit | |
CN110389110A (en) | It is a kind of based on stick-ring structure medium nanometer optical wave antenna sensor and application | |
JPWO2011049044A1 (en) | Biosensor using magnetic fine particles | |
JP2019158770A (en) | Detection device and detection system | |
CN111398875A (en) | Weak magnetic field detector based on magnetic particles and diamond nitrogen-vacancy color centers | |
JP5766642B2 (en) | Measuring method, sensor chip, and measuring apparatus | |
KR102103077B1 (en) | High-sensitivity ellipsometry-based biosensing technique by using a tracer having high absorption coefficient and a dielectric substrate | |
JPS61288139A (en) | Fine particle detecting device | |
JP2013061298A (en) | Optical waveguide type measuring system, measuring method and optical waveguide type sensor chip | |
JP2020193868A (en) | Detection method and detection device | |
JP2015025820A (en) | Optical waveguide type measurement system and measurement method for glycosylated hemoglobin | |
KR101519872B1 (en) | Immunoassay Device and Method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231017 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240410 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240416 |