JP6193956B2 - 検体センサおよび検体センシング方法 - Google Patents
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Description
気信号を測定することによって、検体である液体の性質あるいは成分を検出するものである(例えば、特許文献1)。
と、前記第1位相変化値と前記第2位相変化値とのうち信号の出力値が基準値に近い方を位相変化値として選択する選択部と、を備える。
(第1実施形態)
(検体センサ100)
図1は、検体センサ100の原理を説明するための概略図である。
検出素子110は、検体中に存在する標的が吸着する、またはこの標的との反応に応じて質量が変化する検出部111を有する。この検出部111は、例えば、検体の導電率などの電気的性質の影響を受けない金(Au)の膜に、標的を特異的に吸着させるような反応性を有する反応基を固定化することで実現できる。なお、標的自体を吸着させなくてもよい。例えば、Auの膜に、標的に対して反応し、検体中に存在する標的以外の物質と反応しないような特性を有する反応基を固定化してもよい。なお、このAu膜は電気的に接地されていることが望ましい。このような構成により、標的の量に応じて検出部111の質量が変化するものとなる。
リファレンス素子120は、標的を吸着しない、または標的と反応しないリファレンス部121を有する。このリファレンス部121は、例えば、検体中に存在する標的に対して特異的に吸着させたり、構造変化を生じて検体中の物質と置換反応を起こしたりするような反応性を有さないものである。具体的には、上述の反応基を固定化していないAuの膜や、上述の反応基と同程度の物質量を有し、ランダムな塩基配列を有するDNA,RNA等をAu膜上に固定化したものを用いることができる。このような構成により、リファレンス部121が標的の量に依存して質量変化を生じることを抑制できる。
分岐部130は、第1分岐部131と第2分岐部132とを含む。第1分岐部131は、検出素子110に接続されて、検出素子110の検出部111の質量変化に応じた検出信号を第1信号と第2信号とに分岐する。ここで、第1信号と第2信号とは位相の同じ信号である。すなわち、検出信号を2つの同一信号Aに分岐するものである。
を他方の線路長に対して異ならせることで実現してもよい。
計算部140は、第1計算部141と第2計算部142とを有する。
計測部150は、第1計測信号から2つの第1位相変化候補値を算出し、そのうちの一方を第1位相変化値と判断する。同様に、第2計測信号から2つの第2位相変化候補値を算出し、そのうち一方を第2位相変化値と判断する。
選択部160は、第1計測信号と第2計測信号との2つから、一方をその後の検出量算出部170で用いる計測信号として選択する。同様に、計測信号として選択されたものが第1計測信号の場合には第1位相変化値を、第2計測信号の場合には第2位相変化値をそれぞれ位相変化値として選択する。
V1<V2,かつV2>Vmax・・・計測信号としてV1を採用
V1<V2,かつV1<Vmin・・・計測信号としてV2を採用
V1>V2,かつV2<Vmin・・・計測信号としてV1を採用
仮にV1=V2の場合は、どちらを計測信号として採用してもよい。このようにして選択した計測信号の軌跡を図3(b)に示す。
次に、検出量算出部170において、上述の過程を経て選択した位相変化値を用いて検体の検出量を算出する。検出量算出部170は、選択部160に接続されている。
次に、図4を用いて、検体センサ100の原理を具体化した、本発明の第1実施形態に係る検体センサ100Aの構成について説明する。
同図に示すように、カバー3の内部には検体(溶液)の検体用流路となる空間20が形成されている。第1貫通孔18はこの空間20に繋がっている。すなわち、第1貫通孔18から入った検体は空間20に流れ込むようになっている。
。検体センサ100Aでは、保護膜4として二酸化珪素(SiO2)を使用している。
金属膜7bは、例えば、クロムおよびクロム上に成膜された金の2層構造となっている。金属膜7aの表面には、検体に対して反応性を示さないように金属膜7aに固定化したようなアプタマーを付けないものとする。さらに、検体溶液に対して反応性を低めて安定化させるような表面処理を行なってもよい。
次に、本発明の第2実施形態に係る検体センサ100Bについて、図8を参照しつつ説明する。
本発明の実施形態に係る検体センシング方法について説明する。
まず標的を含む検体を、標的の吸着または標的との反応に応じて質量が変化する検出素子の検出部と、標的を吸着しないまたは反応しないリファレンス素子のリファレンス部とに供給する検体溶液供給工程を行なう。
次に、検出部の質量変化に応じた交流信号である検出信号およびリファレンス部から、交流信号である上述のリファレンス信号のうち一方の信号を、2つの同じ位相の第1信号と第2信号とに分岐し、他方の信号を、第1信号と同じ位相の第3信号と、位相を180
°を除く値だけずらした第4信号とに分岐する。
次に、第1信号と第3信号とからヘテロダイン方式によって第1計測信号を得る。
同様に、第2信号と第4信号とからヘテロダイン方式によって第2計測信号を得る。
次に、第1計測信号から2つの第1位相変化候補値を算出し、第2計測信号から2つの第2位相変化候補値を算出し、2つの第1位相変化候補値と2つの第2位相変化候補値とのうち最も値が小さい組合せを成すものを第1位相変化値および第2位相変化値とする。
さらに、第1計測信号と第2計測信号との軌跡の2つの交点の強度を予め求め、第1計測信号と第2計測信号とのうち、上述の2つの交点強度の間に位置するものを計測信号として選択する。同様に、第1位相変化値と第2位相変化値とのうち、この計測信号に対応するものを位相変化値として選択する。
選択工程にて選択した位相変化値から検体の検出量を算出する。
2・・・板状体
3・・・カバー
4・・・保護膜
5a・・・検出第1IDT電極
5b・・・リファレンス第1IDT電極
6a・・・検出第2IDT電極
6b・・・リファレンス第2IDT電極
7a,7b・・・金属膜
8・・・配線
9・・・パッド
11a,11b・・・第1振動空間
12a,12b・・・第2振動空間
20・・・空間
31・・・基準電位線
100,100A,B,C,D,E・・・検体センサ
110・・・検出素子
111・・・検出部
120・・・リファレンス素子
121・・・リファレンス部
130・・・分岐部
131・・・第1分岐部
132・・・第2分岐部
133・・・ローノイズアンプ
135a,b,c,d・・・素子側スイッチ
136a,b・・・分岐部側スイッチ
140・・・計算部
141・・・第1計算部
142・・・第2計算部
150・・・計測部
160・・・選択部
170・・・検出量算出部
Claims (23)
- 検体に含まれる標的の吸着または前記標的との反応に応じて変化する検出信号を出力する検出信号出力部と、
前記検出信号に対する基準信号であるリファレンス信号を出力するリファレンス信号出力部と、
前記検出信号および前記リファレンス信号のうち一方の信号を、第1信号と第2信号とに分岐し、他方の信号を第3信号と第4信号とに分岐する分岐部と、
前記第1信号と前記第3信号とからヘテロダイン方式によって第1計測信号を得る第1計算部、および、前記第2信号と前記第4信号とからヘテロダイン方式によって、前記第1計測信号と位相差が異なる(±180°を除く)第2計測信号を得る第2計算部、を含む計算部と、
前記第1計測信号から2つの第1位相変化候補値を算出し、前記第2計測信号から2つの第2位相変化候補値を算出し、前記2つの第1位相変化候補値と前記2つの第2位相変化候補値とのうち最も位相差の値が近い組合せを成すものを第1位相変化値および第2位相変化値として判断する計測部と、
前記第1位相変化値と前記第2位相変化値とのうちいずれか一方を位相変化値として選択する選択部と、を備える検体センサ。 - 前記選択部は、前記第1位相変化値および前記第2位相変化値のうち対応する前記計測信号の出力値が基準値に近い方を前記位相変化値として選択する、請求項1に記載の検体センサ。
- 前記選択部は、前記第1位相変化値と前記第2位相変化値とのうち、前記第1計測信号の軌跡と前記第2計測信号の軌跡との2つの交点の強度の間に位置するものを前記位相変化値として選択する、請求項1または2に記載の検体センサ。
- 前記分岐部は、前記第1〜前記第4信号のうち少なくとも1つの位相を異なる(±180°を除く)ようにする、請求項1〜3のいずれかに記載の検体センサ。
- 前記検出信号出力部は、
圧電性を有する第1基板と、
前記第1基板上に配置され、前記標的の吸着または前記標的との反応に応じて変化する検出部と、
前記第1基板上にそれぞれ配置された、前記検出部に向かって第1弾性波を発生させる検出第1IDT電極、および、前記検出部を通過した前記第1弾性波を受ける検出第2IDT電極と、を有する、請求項1〜4のいずれかに記載の検体センサ。 - 前記検出信号は、前記検出部を通過した前記第1弾性波を前記検出第2IDT電極で受けて得られた交流信号である、請求項5に記載の検体センサ。
- 前記リファレンス信号出力部は、
圧電性を有する第2基板と、
前記第2基板上に配置され、前記標的の吸着しないまたは前記標的と反応しないリファレンス部と、
前記第2基板上にそれぞれ配置された、前記リファレンス部に向かって第2弾性波を発生させるリファレンス第1IDT電極、および、前記リファレンス部を通過した前記第2弾性波を受けるリファレンス第2IDT電極と、を有する、請求項1〜6のいずれかに記載の検体センサ。 - 前記リファレンス信号は、前記リファレンス部を通過した前記第2弾性波を前記リファレンス第2IDT電極で受けて得られた交流信号である、請求項7に記載の検体センサ。
- 前記第1基板と前記第2基板とが一体に形成されており、
前記検出部、前記検出第1IDT電極、および前記検出第2IDT電極が配置された検出素子領域と、前記リファレンス部、前記リファレンス第1IDT電極、および前記リファレンス第2IDT電極が配置されたリファレンス素子領域との間に、基準電位線をさらに備える、請求項7または8に記載の検体センサ。 - 前記検出第1IDT電極、前記検出第2IDT電極、前記リファレンス第1IDT電極、および前記リファレンス第2IDT電極は、それぞれ一対の櫛歯状電極からなり、前記一対の櫛歯状電極の一方がそれぞれ前記基準電位線に接続されている、請求項9に記載の検体センサ。
- 前記検出信号出力部と前記分岐部との間に位置し、前記検出信号出力部からの前記検出信号を増幅する第1ローノイズアンプと、
前記リファレンス信号出力部と前記分岐部との間に位置し、前記リファレンス信号出力部からの前記リファレンス信号を増幅する第2ローノイズアンプと、をさらに備える、請求項1〜10のいずれかに記載の検体センサ。 - 前記計算部は、前記第1計測信号および前記第2計測信号を連続的に測定する、請求項1〜11のいずれかに記載の検体センサ。
- 前記検出信号出力部および前記リファレンス信号出力部の少なくとも一方は複数存在する、請求項1〜12のいずれかに記載の検体センサ。
- 前記分岐部は複数存在する、請求項1〜13のいずれかに記載の検体センサ。
- 前記検出信号出力部および前記リファレンス信号出力部と前記分岐部とを選択的に接続可能なスイッチ、をさらに備える請求項13または14に記載の検体センサ。
- 前記分岐部は、前記検出信号および前記リファレンス信号のそれぞれを3つ以上の信号に分岐する、請求項1〜15のいずれかに記載の検体センサ。
- 前記計算部は、前記3つ以上の信号のうち2つずつを用いてヘテロダイン方式によって3つ以上の計測信号を得る、請求項16に記載の検体センサ。
- 標的を備えた検体を、前記標的の吸着または前記標的との反応に応じて変化する検出信号を出力する検出信号出力部、および前記検出信号に対する基準信号であるリファレンス信号を出力するリファレンス信号出力部に供給する検体供給工程と、
前記検出信号および前記リファレンス信号のうち一方の信号を、第1信号と第2信号とに分岐し、他方の信号を第3信号と第4信号とに分岐する分岐工程と、
前記第1信号と前記第3信号とからヘテロダイン方式によって第1計測信号を得る第1計算工程と、
前記第2信号と前記第4信号とからヘテロダイン方式によって、前記第1計測信号と位相差が異なる(±180°を除く)第2計測信号を得る第2計算工程と、
前記第1計測信号から2つの第1位相変化候補値を算出し、前記第2計測信号から2つの第2位相変化候補値を算出し、前記2つの第1位相変化候補値と前記2つの第2位相変化候補値とのうち最も位相差の値が近い組合せを成すものを第1位相変化値および第2位相変化値として判断する計測工程と、
前記第1位相変化値と前記第2位相変化値とのうちいずれか一方を位相変化値として選択する選択工程と、を備える検体センシング方法。 - 前記選択工程は、前記第1位相変化値と前記第2位相変化値とのうち前記計測信号の値が基準値に近い方を前記位相変化値として選択する、請求項18に記載の検体センシング方法。
- 前記選択工程は、前記第1位相変化値と前記第2位相変化値とのうち、前記第1計測信号の軌跡と前記第2計測信号の軌跡との2つの交点の強度の間に位置するものを前記位相変化値として選択する、請求項18または19に記載の検体センシング方法。
- 前記第1計算工程および前記第2計算工程は、前記第1計測信号および前記第2計測信号を連続的に測定する、請求項18〜20のいずれかに記載の検体センシング方法。
- 前記分岐工程は、前記検出信号および前記リファレンス信号のそれぞれを3つ以上の信号に分岐する、請求項18〜21のいずれかに記載の検体センシング方法。
- 前記第1計算工程および前記第2計算工程を含む計算工程は、前記3つ以上の信号のうち2つずつを用いてヘテロダイン方式によって3つ以上の計測信号を得る、請求項22に記載の検体センシング方法。
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