JP4975686B2

JP4975686B2 - 検出チップ

Info

Publication number: JP4975686B2
Application number: JP2008168581A
Authority: JP
Inventors: 弦岩崎; 倫子瀬山; 剛林; 恒之芳賀; 達三浦; 淳一高橋; 勉堀内
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2028-06-27
Also published as: JP2010008256A

Description

本発明は検出チップに係り、より詳しくは、微量な試料溶液で測定することが可能で、簡便な構造からなる検出チップに関する。

牛乳房炎は、搾乳牛の乳房内に細菌などの微生物が侵入、増殖して発症する。この牛乳房炎の原因菌に感染した搾乳牛においては、乳量および乳質の低下が観察され、重篤になるとまったく牛乳が出なくなってしまうばかりでなく、乳牛自体が死亡することもある。搾乳牛の乳房炎は，一度罹ってしまうと完治が非常に難しいため，発症のごく初期の段階での対処が特に重要になる。そのため，効率的な早期診断法の確立が強く望まれている。
従来牛乳房炎の原因となる微生物（原因菌）の探索試験として行われている培養検査は、少なくとも数日の時間を要する。また、原因菌の種類によって最適な治療薬、対処法が異なるため、複数種類の菌種の中から特定の菌を迅速かつ定量的に検出可能な手法の開発が待たれていた。

原因菌の同定に関しては、従来から行われてきた培養を利用した同定法や染色による同定法、ＡＴＰなど細菌の代謝に係る物質を計測する方法に加え、表面プラズモン共鳴法を用いたＳＰＲ（Surface plasmon resonance）イムノ測定による細菌同定法が開発されている。特に、ＳＰＲイムノ測定は、少量の測定サンプルで感度よく、かつ迅速に測定が行えることから、現在様々な形で応用が進められている。

ＳＰＲイムノ測定では、抗体が固定化された薄膜の表面に試料溶液を移送し、抗原抗体反応による薄膜表面の屈折率の変化を利用して測定対象物を検出している。この際、試料溶液を抗体が固定化された領域に移送するためには、基板の表面に形成された微小な溝や配管からなる流路が利用されている。この際、試料溶液を移送するためにはポンプなどの動力が必要となり、また、該配管等を配するため、より多くの試料溶液が必要とされていた。

しかしながら、原因菌の特定などに抗原抗体反応を用いる場合では複数回の測定が必要となることがあり、より微量な試料溶液で検出することが可能な検出チップの開発が望まれていた。例えば特許文献１では、半導体加工技術を用いて微小な流路を形成した検出チップが開発されている。この方法では微小な流路を基板上に形成できるため、微量の試料溶液で被測定物を検出できる。
特開２００５−２４４８３号公報

しかしながら、半導体加工技術を用いて基板に流路を形成する場合では、操作が煩雑であると共に特殊な装置が必要となり、製造コストの増加が生じてしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、試料溶液が少ない場合であっても、被測定物を検出することが可能で、簡便な構造でコストの削減を図ることができる検出チップを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の検出チップは、第一基板と、分子認識機能を有する分子が固定された複数の液浸透性スペーサとを備え、前記液浸透性スペーサは、液体試料が表面張力により液浸透性スペーサ間を伝わって、前記液体試料用の流路となるように前記第一基板上にパターニングされており、前記複数の液浸透性スペーサが前記第一基板と前記第一基板と対向する第二基板とで挟まれていることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の検出チップは、請求項１において、前記スペーサがビーズであることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の検出チップは、請求項１において、前記スペーサが繊維であることを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の検出チップは、請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記基板が可撓性を有していることを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の検出チップは、請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記基板は透明であることを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の検出チップは、請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記基板の被測定部には、金薄膜が配されていることを特徴とする。
本発明の請求項７に記載の検出チップは、請求項６において、前記スペーサが直線状に配されていることを特徴とする。

本発明の検出チップによれば、液体試料は、分子認識機能を有する分子が配された液浸透性スペーサ上に浸透するので、測定に必要なサンプル量を大幅に減らすことができ、液体試料が少なかった場合においても、十分にＳＰＲなどによって測定をすることが可能となる。また、基板上に分子認識機能を有する分子が配された液浸透性スペーサを所望のパターンに配するだけなので、簡便な構造とすることができ、コストの削減を図ることができる。

以下、本発明を、図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に関わる検出チップを模式的に示した図である。図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＬ−Ｌ断面図である。本発明の検出チップ１０Ａ（１０）は、分子認識機能を有する分子１が固定された液浸透性スペーサ２が、基板３上にパターニングされて配されている。以下、それぞれについて詳細に説明する。

分子認識機能を有する分子１とは、ある特定の分子を認識して特異的に結合する分子であり、例えば抗体、酵素、核酸、膜タンパク質、生体分子結合性分子（例えば、薬剤等の化合物、糖鎖、アプタマー、分子インプリント化合物など）、レクチンなどが挙げられる。これらは、生体試料や、生体試料から得られた培養物、及びこれらの試料から抽出したものであってもよいし、公知の方法で合成したものであってもよい。また、これらの抽出方法としては、特に限定されるものではなく、従来公知の方法で行うことができる。

液浸透性スペーサ２は、分子認識機能を有する分子１が結合されており、検出チップ１０Ａに添加された試料溶液を移送することができるものである。本実施形態では、液浸透性スペーサ２としてビーズ２ａを用いた場合を例示している。

ビーズ２ａは、基板３上に所定の間隔で配されており、その表面には分子認識機能を有する分子１が配されている。ビーズ２ａは、例えばアガロースゲル、ポリスチレン、金属微粒子などの単独及び混合体からなり、その直径は、例えば１μｍ以上１００μｍ以下である。１μｍ未満では流速が著しく遅くなり、１００μｍを超えると内部体積が大きくなり微小体積の液送に適さなくなる。しかし、金属微粒子とポリスチレンの混合体の場合では、金属微粒子は、２０ｎｍ以上ポリスチレンの直径以下でもよい。ビーズ２ａが基板３上に所定の間隔で配されることで、検出チップ１０Ａに添加された試料溶液は表面張力によりビーズ２ａ間を伝わって浸透することができ、流路６として作用する。ビーズ２ａを配する間隔としては、試料溶液の粘度や流速、ビーズ２ａの大きさ等に応じて適宜調節して設けることができるが、例えばビーズの直径以上ビーズの直径の１０倍以下の間隔で基板３上に設けることができる。また、分子認識機能を有する分子１が直接ビーズ２ａに結合されていてもよいし、ビーズ２ａの表面を、例えばアガロースなどのゲル、側鎖にアミノ基を導入したポリエチレングリコール等でコーティングし、該コーティング層を介して分子認識機能を有する分子１がビーズ２ａに結合されていてもよい。

ビーズ２ａに異なる種類の分子認識機能を有する分子１を結合させ、基板３上にパターニングすることで、簡便にアレイ化することができる。例えば、図１、図２及び図３（ａ）において、Ａの列のビーズ２ａＡには、牛乳房炎の原因となる原因菌の一種に対する抗体を配し、Ｂの列のビーズ２ａＢには、牛乳房炎の原因となる原因菌の他の一種に対する抗体を配し、Ｃの列のビーズ２ａＣには、牛乳房炎の原因となる原因菌の他の一種に対する抗体を配し、例えばＳＰＲにて抗原抗体反応の検出を行うことで、複数種の原因菌の同定を簡便に一度に行うことができる。

基板３は、その一面３ａ上に分子１が配された液浸透性スペーサ２（ビーズ２ａ）が所定の間隔で配され、流路６が形成されている。基板３としては、分子認識機能を有する分子１に変性や失活させることなく、かつ分子認識機能を有する分子１が標的分子と相互作用する際に、該相互作用を阻害しないようなものであれば、特に限定されることなく用いることができ、例えばガラス基板、プラスティック基板、プラスティックフィルム、プラスティックシートなどが挙げられる。

基板３は、可撓性を有していることが好ましい。特にフィルム状であれば、基板３にビーズ２ａを配した状態で巻き取って保管できる。ゆえに、省スペースで保管できると共に、ビーズ２ａが配された基板３を巻き取りながら製造できるので、量産性の向上が図れる。このような基板３としては、例えばＰＥＴフィルムやＰＶＤＦフィルム、ポリエステルなどが挙げられる。

本実施形態の検出チップ１０Ａによれば、検出チップ１０Ａ上に添加された試料溶液はビーズ２ａまたは基板３の表面張力によって流路６に移送される。したがって、試料溶液の移送に動力源が不要になると共に、該試料溶液はビーズ２ａ近傍にしか配されないため、試料溶液は微量で測定が可能となる。なお、流路６は、液体試料を吸収する材料に接続してもよい。

基板３は、透明であることが好ましい。また、図２に示すように、基板３の少なくとも被測定部には、金薄膜４が配されていることが好ましい。これにより、本発明の検出チップ１０ＡをＳＰＲ測定に用いることができる。なお、図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＬ−Ｌ断面図である。
ＳＰＲ測定は、基板３の金薄膜４が配された面３ａとは逆の面３ｂから臨界角以上で光を入射し、金薄膜４表面４ａへ染み出たエバネッセント波と表面プラズモンとが共鳴する角度を測定する。そのため、エバネッセント波が観測できるよう、金薄膜４の厚さは４０ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましい。

また、ＳＰＲ測定に本発明の検出チップ１０Ａを用いる際には、金薄膜４上の被測定部における液浸透性スペーサ２（ビーズ２ａ）は、直線状に配されていることが好ましい。ＳＰＲで測定するには、上述したようにエバネッセント波を用いるため、液浸透性スペーサ２が直線状に配されていないと、ＳＰＲによる測定が困難となる。

なお、本実施形態において、図３（ａ）に示すように、ビーズ２ａを第一基板３（基板３）と第二基板５とで挟むように配してもよい。検出チップ１０Ａに添加された試料溶液は、ビーズ２ａと基板３，５との表面張力によってビーズ２ａからなる流路６をより効率的に移送させることができる。この際、図３（ｂ）に示すように、ビーズ２ａを２列に配することで、試料溶液の流路６を形成することも可能である。

本実施形態の検出チップ１０Ａを用いて、試料溶液の測定を行う際は、まず、試料溶液を例えば基板３の末端部分に配されたビーズ２ａ近傍に添加する。添加された試料溶液は、ビーズ２ａの表面張力により、ビーズ２ａ間を浸透していき、流路６全体に移送される。その後、所定の温度で所定の時間反応させる。所定の温度及び時間は、分子認識機能を有する分子１と、該分子認識機能を有する分子１と相互作用する分子との反応に応じて適宜調節して行えばよいが、例えば、分子認識機能を有する分子１が抗体であり、該相互作用する分子が抗原であった場合、３７℃で１５分行えば十分である。その後、ＥＬＩＡＳ測定などを行う場合には適宜洗浄を行い、２次抗体を液送する。ＳＰＲ測定の場合にはそのまま測定を行うことで、分子認識機能を有する分子１との反応の有無及び反応の強度を測定することができる。

＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態に関る検出チップ１０Ｂを模式的に示した図である。図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＬ−Ｌ断面図である。本実施形態の検出チップ１０Ｂが第１実施形態の検出チップ１０Ａと異なる点は、液浸透性スペーサ２として繊維２ｂを用いている点である。

繊維２ｂとしては、親水性であり、分子認識機能を有する分子１を配することができるものであれば特に限定されるものではなく、例えばセルロースやヘミセルロースなどからなる植物性のセルロース繊維や、キチンなどからなる繊維、カーボン繊維、ガラス繊維、レーヨン繊維、天然ポリアミノ酸からなる繊維、ポリアミド結合からなる繊維などが挙げられる。また、分子認識機能を有する分子１が直接繊維２ｂに結合されていてもよいし、繊維２ｂの表面を、例えばアガロースなどのゲル、側鎖にアミノ基を導入したポリエチレングリコール等でコーティングし、該コーティング層を介して分子認識機能を有する分子１が繊維２ｂに結合されてもよい。

繊維２ｂに異なる種類の分子認識機能を有する分子１を結合させ、基板３上にパターニングすることで、簡便にアレイ化することができる。例えば、図４〜図５において、Ｄの領域にある繊維２ｂＤには、牛乳房炎の原因となる原因菌の一種に対する抗体を配し、Ｅの領域にある繊維２ｂＥには、牛乳房炎の原因となる原因菌の他の一種に対する抗体を配し、Ｆの領域にある繊維２ｂＦには、牛乳房炎の原因となる原因菌の他の一種に対する抗体を配し、例えばＳＰＲにて抗原抗体反応の検出を行うことで、複数種の原因菌の同定を簡便に一度に行うことができる。また、それぞれの原因菌に対する抗体が配された繊維をそれぞれ用意し、同一基板上に配してもよい。

本実施形態で示したように、スペーサ２として繊維２ｂを用いることで、繊維２ｂを介して分子認識機能を有する分子１を基板３上に簡便に自由度高く配することが可能となる。また、試料溶液は繊維２ｂを伝わっていくので、従来のように動力源及び溝や配管からなる試料溶液の流路が必要なく、最小限の試料溶液量で被測定物の検出が可能となる。さらに、繊維２ｂを液浸透性スペーサ２として用いることで、分子認識機能を有する分子１を結合した繊維２ｂは巻き取って保管できることから、省スペースで保管できると共に、量産性の向上が図れる。

本実施形態においても、検出チップ１０ＢをＳＰＲによる測定に用いる際には、第１実施形態と同様に、基板３は透明であり、かつ基板３の少なくとも被測定部には、図５に示すように金薄膜４が配されていることが好ましい。また、金薄膜４上の被測定部において、繊維２ｂは直線状に配されていることが好ましい。なお、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＬ−Ｌ断面図である。

また、図６に示すように、繊維２ｂを第一基板３（基板３）と第二基板５とで挟むように配してもよい。繊維２ｂと基板３，５との表面張力により、試料溶液はより効率的に繊維２ｂを伝わって拡散していくことができる。

本実施形態の検出チップ１０Ｂを用いて、試料溶液の測定を行う際は、まず、試料溶液を例えば基板３の末端部分に配された繊維２ｂ近傍に添加する。添加された試料溶液は、繊維２ｂを浸透していき、流路６全体に移送される。その後、第１実施形態の検出チップ１０Ａと同様に、所定の温度で所定の時間反応させる。その後、適宜洗浄を行い、例えばＳＰＲやＥＬＩＡＳなどを行うことで、分子認識機能を有する分子１との反応の有無及び反応の強度を測定することができる。

「検出チップの作製方法」
＜第１実施形態＞
次に、本発明の第１実施形態に関る検出チップ１０Ａの作製方法を説明する。
まず、ビーズ２ａに抗体等の分子認識機能を有した分子１を固定する。固定方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、物理吸着法、化学吸着法、カルボジイミドまたはグルタルアルデヒドを用いた共有結合法など従来公知の方法で行える。
次に、分子認識機能を有した分子１が固定されたビーズ２ａを、スパッタやスクリーンプリントにより基板３上にパターニングする。なお、検出チップ１０ＡをＳＰＲ測定に用いる際には、基板３の被測定部となる領域を含む面３ａに金薄膜４を予めスパッタなどにより形成しておく。
以上で、本発明の第１実施形態に関る検出チップ１０Ａを作製することができる。本発明の検出チップ１０Ａは、作製の際に特殊な製造装置、材料等を必要としないため、コストを削減することができる。

基板３として可撓性の基板、特にフィルム状の基板を用いた場合では、検出チップ１０Ａを作製している際に、該基板３を巻き取りながら製造することが可能となる。そのため、量産性が向上すると共に、保管に際して省スペース化を図ることが可能となる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に関る検出チップ１０Ｂの作製方法を説明する。
まず、繊維２ｂに抗体等の分子認識機能を有した分子１を固定する。固定方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、物理吸着法、化学吸着法、カルボジイミドまたはグルタルアルデヒドを用いた共有結合法など従来公知の方法で行える。
なお、繊維２ｂに分子認識機能を有した分子１を固定した状態で保存することも可能である。この際、繊維２ｂを巻き取った状態で保存しておくことができるため、省スペース化が図れる。

次に、分子認識機能を有した分子１が固定された繊維２ｂを、基板３の所望の位置に配置する。
以上で、本発明の第２実施形態に関る検出チップ１０Ｂを作製することができる。なお、検出チップ１０ＢをＳＰＲ測定に用いる際には、上述した第１実施形態の際と同様に、基板３の被測定部となる領域を含む面３ａに金薄膜４を予めスパッタなどにより形成しておく。
本発明の検出チップ１０Ｂは、作製の際に特殊な製造装置、材料等を必要としないため、コストを削減することができる。

基板３として可撓性の基板、特にフィルム状の基板を用いた場合では、検出チップ１０Ｂを作製している際に、完成した検出チップ１０Ｂを巻き取りながら製造することが可能となる。そのため、量産性が向上すると共に、保管に際して省スペース化を図ることが可能となる。

本発明は、ＳＰＲに用いる検出チップに適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る検出チップの一例を模式的に示した図である。本発明の第１実施形態に係る検出チップの他の一例を模式的に示した図である。本発明の第１実施形態に係る検出チップの他の一例を模式的に示した図である。本発明の第２実施形態に係る検出チップの一例を模式的に示した図である。本発明の第２実施形態に係る検出チップの他の一例を模式的に示した図である。本発明の第２実施形態に係る検出チップの他の一例を模式的に示した図である。

符号の説明

１分子認識機能を有する分子、２液浸透性スペーサ、２ａビーズ、２ｂ繊維、３基板、４金薄膜、５第二基板、６流路、１０（１０Ａ，１０Ｂ）検出チップ。

Claims

第一基板と、
分子認識機能を有する分子が固定された複数の液浸透性スペーサとを備え、
前記液浸透性スペーサは、液体試料が表面張力により液浸透性スペーサ間を伝わって、前記液体試料用の流路となるように前記第一基板上にパターニングされており、
前記複数の液浸透性スペーサが前記第一基板と前記第一基板と対向する第二基板とで挟まれていることを特徴とする検出チップ。
前記スペーサがビーズであることを特徴とする請求項１に記載の検出チップ。
前記スペーサが繊維であることを特徴とする請求項１に記載の検出チップ。
前記基板が可撓性を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の検出チップ。
前記基板は透明であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の検出チップ。
前記基板の被測定部には、金薄膜が配されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の検出チップ。
前記スペーサが直線状に配されていることを特徴とする請求項６に記載の検出チップ。