JP5129534B2 - 光学式バイオセンサーキット - Google Patents

Description

本発明は、光を透明基板を通して全反射させながら伝播させ、抗原抗体反応などにより透明基板の表面近傍に拘束された光散乱微粒子によりエバネッセント光を散乱させる光学式バイオセンサーキットに関するものである。

従来、特許文献１に示すように、光散乱標識で散乱された光を検出することにより、基板に固定された第１の物質、例えば抗体と、試料中の光散乱標識が付与された第２の物質、例えば抗原との結合の有無を、光学的に検出する光学式バイオセンサーが知られている。このような光学式バイオセンサーとしては、基板にインフルエンザ抗体を固定し、試料中にインフルエンザウィルス抗原が含まれているか否かを判定するイムノクロマトグラフィー装置などが知られている。
特開２００５−１４０６８３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載した光学式バイオセンサーでは、散乱された光を受光素子を用いて検出しているため、センサーが大型化し、かつ高価になるという問題がある。また、通常の室内などでは、室内灯などの影響により良好な検出感度が得られないという問題もある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、室内で利用可能であり、かつ小型で安価な光学式バイオセンサーキットを提供することを目的とするものである。

本発明による光学式バイオセンサーキットは、表面の一部に、光散乱微粒子により標識された被検体と結合する物質が固定化された透明基板と、
該透明基板を収納する遮光箱とを備える光学式バイオセンサーキットであって、
前記遮光箱には、前記物質が固定化された部分と相対する位置に観測窓が設けられ、また前記透明基板の一端が前記遮光箱の外側に露出し、該露出した前記透明基板の一端から入射する光によりエバネッセント光が発生し、該エバネッセント光が前記光散乱微粒子により散乱されるものである。

なお、ここで、光散乱微粒子により標識された被検体とは、光散乱微粒子により直接標識された被検体であってもよいし、光散乱微粒子により標識された物質と結合している被検体であってもよい。また、被検体は、予め光散乱微粒子により標識されていてもよいし、透明基板に固定化された物質との結
前記透明基板の一端は、前記遮光箱の外側へ突出していてもよい。

前記遮光箱は、前記被検体を供給する被検体供給口を備えていてもよい。

前記透明基板は、前記遮光箱へ着脱可能に収納されていてもよい。

前記透明基板の一端から入射する光は外部光であってもよい。なお、ここで外部光とは、光学式バイオセンサーキットとは別個に設けられた光源から射出された光を意味し、例えば太陽光や、室内の照明光、あるいは卓上に置かれた光源などから射出された光などである。

前記透明基板の一端から入射する光は、光学式バイオセンサーキット内に設けられた専用光源から射出される光であってもよい。

前記光散乱微粒子は、金、銀、アルミまたは銅からなる微粒子であり、その直径が３００ｎｍ以下であってもよい。

本発明の光学式バイオセンサーキットによれば、遮光箱内に、表面の一部に、光散乱微粒子により標識された被検体と結合する物質が固定化された透明基板が収納され、この遮光箱には、被検体と結合する物質が固定化された部分と相対する位置に観測窓が設けられ、また透明基板の一端が遮光箱の外側に露出し、この露出した透明基板の一端から入射した光が、透明基板内を全反射しながら伝播することにより透明基板表面にエバネッセント光が発生し、該エバネッセント光が光散乱微粒子により散乱される。観察者は観察窓から観察することにより、この散乱光を確認することができ、散乱光を検出する受光素子を設ける必要がないので、小型で安価な光学式バイオセンサーキットを提供することができる。また、透明基板が遮光箱内に収容されているため、明るい室内などでも利用することができ、光学式バイオセンサーキットの利便性が向上する。

前記透明基板の一端が、前記遮光箱の外側へ突出していれば、透明基板へ光が入射しやすく、また透明基板と遮光箱との間をより容易に遮光することができる。

前記遮光箱が、前記被検体を供給する被検体供給口を備えている場合には、容易に被検体を透明基板上へ供給することができる。

前記透明基板が、前記遮光箱へ着脱可能に収納されている場合には、透明基板のみを使い捨てとすることができ、遮光箱は繰り返し再利用することができ、より安価な光学式バイオセンサーキットを提供することができる。

前記透明基板の一端から入射する光が、外部光であれば、専用の光源を設ける必要がなく、より小型で安価な光学式バイオセンサーキットを提供することができる。

前記透明基板の一端から入射する光が、光学式バイオセンサーキット内に設けられた専用光源から射出される光であれば、光散乱微粒子により散乱されやすい波長の光を用いることができ、散乱光の光強度を増加させることができる。

前記光散乱微粒子が、金、銀、アルミまたは銅からなる微粒子であり、その直径が３００ｎｍ以下であれば、効率良くエバネッセント光を散乱することができる。

以下、図面を参照して本発明の光学式バイオセンサーキットの実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態である光学式バイオセンサーキット１００の概略構成図である。光学式バイオセンサーキット１００は、透明基板１１０とこの透明基板１１０を収容する遮光箱１２０とを有してしている。透明基板１１０の端部１１１は、遮光箱１２０に設けられた基板口１２４から遮光箱１２０の外部へ突出している。透明基板１１０の表面の一部には試薬パッド１１３が設けられ、この試薬パッド１１３には、直径１００ｎｍの金微粒子により標識された抗インフルエンザＢ抗体からなる金微粒子標識抗インフルエンザＢ抗体１３３が含まれている。また、透明基板１１０の表面の他の一部には判定部１１８が設けられ、この判定部１１８には、抗インフルエンザＢ抗体１１４が固定化されている。また、透明基板１１０の表面の端部は、被検体の液垂れを防止するための吸収体１１５により囲まれている。さらに、抗インフルエンザＢ抗体１１３の上部には透明カバー１１６が設けられ、透明基板１１０と透明カバー１１６との間には、流路１１７が形成されている。

遮光箱１２０には、透明基板１１０の抗インフルエンザＢ抗体１１４が固定化されている部位に相対する位置に、観察窓１２１が設けられている。また、透明基板１１０の試薬パッド１１３が設けられている部位に相対する位置に、被検体供給口１２２が設けられ、被検体供給口１２２の上部には、遮光蓋１２３が開閉自在に取り付けられている。遮光箱１２０の端部には、透明基板１１０の端部１１１が貫通する基板口１２４が設けられている。この基板口１２４は、透明基板１１０の端部１１１が挿入された場合には、基板口１２４と透明基板１１０との間から、光が遮光箱１２０内へ漏洩することがないように形成されている。遮光箱１２０の内部には、透明基板１１０を保持する基板保持部１２５が配置されている。また、遮光箱１２０の側壁１２６は、遮光箱１２０に対し着脱可能に付けられている。この側壁１２６を遮光箱１２０から取り外すことにより、透明基板１１０を交換することができる。

以下簡単に、光学式バイオセンサーキット１００を用いた、インフルエンザ抗原方法について説明する。まず、遮光箱１２０の側壁１２６を外し、抗インフルエンザＢ抗体１１４が固定化された透明基板１１０を挿入し、その後側壁１２６を遮光箱１２０へとりつける。また、透明基板１１０の試薬パッド１１３には、図２Ａに示すような金微粒子１３１により標識された抗インフルエンザＢ抗体１３２からなる金微粒子標識抗インフルエンザＢ抗体１３３が含まれている。

被検体供給口１２２から液状の被検体１３６を供給し、その後遮光蓋１２３を閉じる。この際、被検体１３６は、試薬パッド１１３へ滴下される。被検体１３６の中に、インフルエンザＢウィルス抗原１３４が含まれていると、図２Ｂに示すように、試薬パッド１１３へ含まれている金微粒子標識抗インフルエンザＢ抗体１３３は、インフルエンザＢウィルス抗原１３４を捕捉する。その後、このインフルエンザＢウィルス抗原１３４を捕捉した金微粒子標識抗インフルエンザＢ抗体１３３は、流路１１７を通って図１の右方向へ流れ、判定部１１８へ達する。判定部１１８では、図２Ｃに示すように、この判定部１１８へ固定化されている抗インフルエンザＢ抗体１１４がインフルエンザＢウィルス抗原１３４をサンドイッチにして、金微粒子標識抗インフルエンザＢ抗体１３３のみを特異的に捕捉し、免疫複合体を形成する。すなわち、金微粒子１３１が判定部１１８へ集まる。なお、被検体１３６にインフルエンザＢウィルス抗原１３４が含まれていない場合には、サンドイッチが成立しないため、金微粒子標識抗インフルエンザＢ抗体１３３が捕捉されることはなく、金微粒子１３１が判定部１１８へ集まることはない。

観察者は、透明基板１１０の端部１１１を室内灯あるいは卓上灯の方向へ向け、観察窓１２１から判定部１１８を観察する。透明基板１１０の端部１１１から入射する光が、透明基板１１０内で全反射を繰り返し、エバネッセント光が発生する。被検体１３６の中に、インフルエンザＢウィルス抗原１３４が含まれている場合には、金微粒子１３１が判定部１１８へ集まっているため、判定部１１８では、この金微粒子１３１によりエバネッセント光が散乱される。なお、判定部１１８以外ではエバネッセント光は散乱されることがない。このため、観察者は、判定部１１８において、エバネッセント光の散乱光を観察できる。

また、被検体１３６の中に、インフルエンザＢウィルス抗原１３４が含まれていない場合には、金微粒子１３１が判定部１１８へ集まっていないため、このような散乱光が観察されることはない。被験者は判定部１１８が、散乱光により光っているか否かを観察することにより、非検体１３６中にインフルエンザＢウィルス抗原１３４が含まれているか否かを判定することができる。

以上の説明であきらかなように、光学式バイオセンサーキット１００によれば、観察者は観察窓から観察することにより、判定部１１８の散乱光を確認することができ、従来の光学式バイオセンサーのように、散乱光を検出する受光素子を設ける必要がないので、小型で安価な光学式バイオセンサーキットを提供することができる。また、透明基板１１０が遮光箱１２０内に収容されているため、明るい室内などでも利用することができ、光学式バイオセンサーキット１００の利便性が向上する。

また、透明基板１１０の端部１１１が、基板口１２４に挿入されて、遮光箱１２０の外側へ突出してため、透明基板１１０へ光が入射しやすく、また透明基板と遮光箱との間をより容易に遮光することができる。

透明基板１１０が、遮光箱１２０へ着脱可能に収納されているため、透明基板１１０のみを使い捨てとすることができ、遮光箱１２０は繰り返し再利用することができ、より安価な光学式バイオセンサーキットを提供することができる。

透明基板１１０の一端から入射した外部光を用いているため、専用の光源を設ける必要がなく、より小型で安価な光学式バイオセンサーキットを提供することができる。

光散乱微粒子として、直径１００ｎｍの金微粒子を用いたため、効率良くエバネッセント光を散乱することができる。なお、光散乱微粒子としては、直径が３００ｎｍ以下の金、銀、アルミまたは銅からなる微粒子等を用いることができる。

次に、図３を参照して本発明の光学式バイオセンサーキットの第２の実施形態について説明する。図３は本発明の第２の実施形態である光学式バイオセンサーキット２００の概略構成図である。光学式バイオセンサーキット２００は、光源部２１０を備えていることが、図１に示す光学式バイオセンサーキット１００と異なる点であり、他の部分は光学式バイオセンサーキット１００と同様である。光学式バイオセンサーキット１００と同様な部位については、同一の符号を付し、説明を省略する。

光源部２１０は、遮光箱１２０の透明基板１１０の端部１１１が突出している側に設けられ、光源２１１を備えている。光源２１１から射出される光Ｌ１の波長は、金微粒子１３１のプラズモン共鳴波長と略一致している。このため、判定部１１８においては、金微粒子１３１が捕捉されている場合には、金微粒子１３１の表面に、光Ｌ１によるプラズモン共鳴が発生し、電場が増強され、エバネッセント光の強度が強まり、またその散乱光の強度も強まる。なお、被検体１３６の中に、インフルエンザＢウィルス抗原１３４が含まれていない場合には、金微粒子１３１が判定部１１８へ集まっていないため、このような散乱光が観察されることはない。被験者は判定部１１８が光っているか否かを観察することにより、被検体１３６中にインフルエンザＢウィルス抗原１３４が含まれているか否かを判定することができる。

このように、光学式バイオセンサーキット２００では、散乱光が増強されているため、観察者は、非検体１３６中にインフルエンザＢウィルス抗原１３４が含まれているか否かをより正確に判定することができる。

本発明の第１の実施形態である光学式バイオセンサーキットの概略構成図 金微粒子により標識された抗インフルエンザＢ抗体の模式図 インフルエンザＢウィルス抗原捕捉した金微粒子標識抗インフルエンザＢ抗体の模式図 インフルエンザＢウィルス抗原１３４をサンドイッチにした抗インフルエンザＢ抗体および金微粒子標識抗インフルエンザＢ抗体の模式図 本発明の第２の実施形態である光学式バイオセンサーキットの概略構成図

符号の説明

１００，２００ 光学式バイオセンサーキット
１１０ 透明基板
１１１ 端部
１１３ 試薬パッド
１１４ 抗インフルエンザＢ抗体
１１５ 吸収体
１１６ 透明カバー
１１７ 流路
１１８ 判定部
１２０ 遮光箱
１２１ 観察窓
１２２ 被検体供給口
１２３ 遮光蓋
１２４ 基板口
１２５ 基板保持部
１２６ 側壁
１３１ 金微粒子
１３２ 抗インフルエンザＢ抗体
１３３ 金微粒子標識抗インフルエンザＢ抗体
１３４ インフルエンザＢウィルス抗原
１３６ 被検体
２１０ 光源部
２１１ 光源

Claims (7)

1. 表面の一部に、光散乱微粒子により標識された被検体と結合する物質が固定化された透明基板と、
   該透明基板を収納する遮光箱とを備える光学式バイオセンサーキットであって、
   前記遮光箱には、前記物質が固定化された部分と相対する位置に観測窓が設けられ、また前記透明基板の一端が前記遮光箱の外側に露出し、該露出した前記透明基板の一端から入射する光によりエバネッセント光が発生し、該エバネッセント光が前記光散乱微粒子により散乱されることを特徴とする光学式バイオセンサーキット。
2. 前記透明基板の一端が、前記遮光箱の外側へ突出していることを特徴とする請求項１記載の光学式バイオセンサーキット。
3. 前記遮光箱が、前記被検体を供給する被検体供給口を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の光学式バイオセンサーキット。
4. 前記透明基板は、前記遮光箱へ着脱可能に収納されていることを特徴とする請求項１から３いずれか1項記載の光学式バイオセンサーキット。
5. 前記透明基板の一端から入射する光が、外部光であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の光学式バイオセンサーキット。
6. 前記透明基板の一端から入射する光が、光学式バイオセンサーキット内に設けられた専用光源から射出される光であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の光学式バイオセンサーキット。
7. 前記光散乱微粒子が、金、銀、アルミまたは銅からなる微粒子であり、その直径が３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から６いずれか１項に記載の光学式バイオセンサーキット。

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