JP6387091B2 - 磁性粒子のクラスタリング動態の測定に基づくバイオセンサ - Google Patents
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Description
US4725140は、光放射レーザと、放射光を直線偏光するための偏光子と、細胞中の磁性ナノ粒子の懸濁液と、光路に対して垂直に印加される所定の周波数の軸方向に変化する或いは回転する磁場と、好ましくは最初の偏光方向に対して90°を成して方向付けられる分析器、すなわち、第2の偏光子と、磁場励起に対する透過光の第2高調波変化のスペクトル密度を検出するための光検出器とを備えるセットアップを開示する。
US4725140のセットアップは、磁性粒子懸濁液の光学異方性を監視する。結合事象が行なわれずに粒子が凝集されない場合、略球状の粒子は、単離されて、光学的に異方性の散乱を示さず、すなわち、入射光の偏光方向の変化を示さず、また、名目上は、光が分析器を通過しない。しかしながら、標的の存在下で粒子が凝集すると、粒子は長尺な光学的に異方性の構造体を形成する。そのような構造体から散乱される光は、入射光のそれとは異なる偏光を伴う成分を有する場合があり、これがゼロ以外の光検出器信号をもたらす。US4725140では、信号対雑音を改善して不規則な変動を排除するために、磁場励起に対する第2高調波信号の強度が検出される。この強度は、凝集された粒子の数に比例する。US4725140では、粒子鎖が初期偏光に対してゼロ以外の平均的な(非対称な)配向を有するときにだけ信号が得られる。これは、さもなければゼロ平均偏光変化が90°配向分析器の後にゼロ信号を与えるからである。これは、回転磁場が印加されること、或いは、軸方向に変化する磁場が偏光方向に対して角度を成して印加されることを必要とする。
US2003003465は、光源を備えるセットアップと、二重ビーズ複合体が形成される小チャンバを備えるCDとを開示し、ビーズ複合体はその後に捕捉される。二重ビーズ複合体は、磁気捕捉ビーズをレポータービーズに連結する生物学的標的の存在下で形成され、この場合、レポータービーズが蛍光を発し得る。捕捉磁場に拘束されるレポータービーズの存在は、ディスクドライブ光ピックアップユニットを使用して捕捉磁場を走査することによって透過、反射のいずれかで、又は、蛍光分光法を使用して光学的に読み出される。
この方法は、
− 分析されるべきサンプル流体と磁性粒子の懸濁液とを光学リザーバ内で混合させるステップと、
− 強度Iを有する波長λの光源放射光を、光学リザーバを通り抜けるように方向付けるステップと、
− 周波数fxで振動する一軸磁場を与えるステップと、
− 一軸磁場を光学リザーバに印加し、それにより、磁性粒子の懸濁液を透過した光の強度Itransが光学リザーバに入る光の強度Iinと比べて変調されるように磁性粒子の懸濁液が変調される、ステップと、
− 一軸磁場を始点周波数fx,startから終点周波数fx,endまで掃引するステップと、
− 一軸磁場が始点周波数fx,startから終点周波数fx,endまで掃引されるにつれて始点周波数fy,startと終点周波数fy,endとの間で変化する周波数fyで光学リザーバ内の磁性粒子の懸濁液を透過する光の強度Itransを測定するステップであって、周波数fyが第1高調波成分fxとは異なるステップと
を備える。
− 分析されるべきサンプル流体と磁性粒子の懸濁液とを光学リザーバ内で混合させるステップと、
− 強度Iを有する波長λの光源放射光を、光学リザーバを通り抜けるように方向付けるステップと、
− 周波数fxで振動する一軸磁場を与えるステップと、
− 一軸磁場を光学リザーバに印加し、それにより、磁性粒子の懸濁液を透過した光の強度Itransが光学リザーバに入る光の強度Iinと比べて変調されるように磁性粒子の懸濁液が変調される、ステップと、
− 一軸磁場を始点周波数fx,startから終点周波数fx,endまで掃引するステップと、
− 一軸磁場が始点周波数fx,startから終点周波数fx,endまで掃引されるにつれて始点周波数fy,startと終点周波数fy,endとの間で変化する周波数fyで光学リザーバ内の磁性粒子の懸濁液を透過する光の強度Itransを測定するステップであって、周波数fyが第1高調波成分fxとは異なるステップと、
を備える。
102 磁性粒子の溶液
104 光学リザーバ
106 磁場発生ユニット
108 振動一軸磁場
110 光源
112 光源からの光
113 透過光
114 検出ユニット
116 フォトダイオード
118 ロックイン増幅器
120 ガウスメーター
122 偏光子
124 反射物体、例えばミラー
132 反射された透過光
133 光学リザーバを少なくとも2回通過した透過光
200 透過光の時間的変化
202 振動外部磁場波形
204 振動磁場下で測定された光検出器信号のAC成分
206 振動磁場が存在しない状態で測定された光検出器信号のAC成分
300 高速フーリエ変換(FFT)信号
400 第2高調波信号
402 第2高調波信号の同相成分
404 第2高調波信号の逆相成分
412 曲線402のフィット
414 曲線404のフィット
500 第2高調波信号の同相成分
502 B||k
504 B⊥k及びθ=0°
506 B⊥k及びθ=90°
508 B⊥k及び円偏光
510 第2高調波信号の逆相成分
512 B||k
514 B⊥k及びθ=0°
516 B⊥k及びθ=90°
518 B⊥k及び円偏光
520 B||k及びθ=90°
522 B||k及び円偏光
600 第2高調波信号の同相成分
602 1μg/mLの濃度
604 2μg/mLの濃度
606 5μg/mLの濃度
608 10μg/mLの濃度
700 第2高調波信号の同相成分
702 1mTの印加磁場振幅
704 1.5mTの印加磁場振幅
706 2mTの印加磁場振幅
708 2.5mTの印加磁場振幅
710 3mTの印加磁場振幅
800 第2高調波信号の同相成分
802 50nmのサイズを有する粒子
804 130nmのサイズを有する粒子
806 250nmのサイズを有する粒子
900 第2高調波信号の同相成分
902 0pMのビオチン化BSA濃度
904 100pMのビオチン化BSA濃度
906 250pMのビオチン化BSA濃度
908 500pMのビオチン化BSA濃度
910 900pMのビオチン化BSA濃度
912 2000pMのビオチン化BSA濃度
1000 改変されたバイオセンサ
1002 ディスク
1004 マイクロチャネル
1006 マイクロニードル
1008 デジタルトラック領域
1010 光学式ドライブ
Claims (20)
- − 磁性粒子の懸濁液(102)と、
− 磁性粒子の前記懸濁液(102)を収容する光学リザーバ(104)と、
− 強度Iを有する波長λの光(112)を放射する光源(110)であって、前記光(112)は、前記光学リザーバ(104)に方向付けられるとともに、磁性粒子の前記懸濁液(102)と相互に作用するようになっており、前記光学リザーバに入る光(112)が強度Iinを有し、前記光学リザーバを透過した光(113)が強度Itransを有する、光源(110)と、
− 始点周波数fx,startと終点周波数fx,endとの間で変化可能な周波数fxで振動する一軸振動磁場(108)を発生させる磁場発生ユニット(106)であって、磁性粒子の前記懸濁液(102)を収容する前記光学リザーバ(104)に前記一軸振動磁場が印加され、それにより、磁性粒子の前記懸濁液を透過した光の強度Itransが前記光学リザーバに入る光の強度Iinと比べて変調されるように磁性粒子の前記懸濁液が変調される、磁場発生ユニット(106)と、
− 検出ユニット(114)であって、該検出ユニットは、
・前記光学リザーバ内の磁性粒子の前記懸濁液を透過した光の強度Itransと、
・前記透過光(113)の同相(V’)成分及び逆相(V”)成分と、
を測定し、
前記透過光(113)の同相(V’)成分及び逆相(V”)成分並びに前記透過光(113)の強度Itransの変調は、前記一軸振動磁場が始点周波数fx,startから終点周波数fx,endまで掃引されるにつれて始点周波数fy,startと終点周波数fy,endとの間で変化する周波数fyで検出され、検出される周波数fyは、前記透過光の強度Itransの第2高調波(fy=2fx)成分又はそれよりも高い高調波成分である、検出ユニット(114)と、
を備えるバイオセンサ(100)。 - 前記振動一軸磁場(108)は、B||kで示される形態で光源(110)伝播方向からの光(112)と平行に印加される請求項1に記載のバイオセンサ。
- 前記磁性粒子は、生物活性リガンドを用いて機能化される請求項1又は請求項2に記載のバイオセンサ。
- 前記生物活性リガンドは、抗体、DNA、RNA、ペプチド、タンパク質、又は、タンパク質複合体である、請求項3に記載のバイオセンサ。
- 前記磁性粒子がゼロ以外の残留磁気モーメントを有する請求項1から4のいずれか一項に記載のバイオセンサ。
- 前記磁性粒子は、0.1μg/mL〜2000μg/mLの範囲内の懸濁液濃度で存在する請求項1から5のいずれか一項に記載のバイオセンサ。
- 前記磁性粒子は、磁性ビーズである請求項1から6のいずれか一項に記載のバイオセンサ。
- 前記磁性ビーズは、磁性高分子ビーズである、請求項7に記載のバイオセンサ。
- 前記磁性粒子は、個々の粒子が無視できる光学異方性を有するという意味で、略球状である請求項1から8のいずれか一項に記載のバイオセンサ。
- 前記略球状の磁性粒子が10〜3000nmの直径を有する請求項9に記載のバイオセンサ。
- 前記磁場発生ユニットは、fx,start=0.1Hzとfx,end=10kHzとの間で時間変動する磁場を発生させる電磁石であり、前記磁場が0.1mT〜5mTの磁場強度を有する請求項1から10のいずれか一項に記載のバイオセンサ。
- 前記光源は、UVランプ、発光ダイオード(LED)、例えば紫外線(UV)、可視、又は、赤外線(IR)スペクトル域の光を放射するレーザである請求項1から11のいずれか一項に記載のバイオセンサ。
- 前記光源から放射される光が直線偏光される請求項1から12のいずれか一項に記載のバイオセンサ。
- 前記光源と前記光学リザーバとの間に位置される偏光子を更に備える請求項1から13のいずれか一項に記載のバイオセンサ。
- 少なくとも1つの反射物体(124)を更に備え、該反射物体は、
− 前記光学リザーバ内の磁性粒子の前記懸濁液を透過して該懸濁液により変調される光、及び/又は、
− 前記光学リザーバを透過して磁性粒子の前記懸濁液により変調されない光、
が前記反射物体により反射されて前記光学リザーバを通って戻るように位置される請求項1から14のいずれか一項に記載のバイオセンサ。 - 前記光源及び前記検出ユニットは、光ピックアップヘッドに組み込まれる請求項1から15のいずれか一項に記載のバイオセンサ。
- 前記光ピックアップヘッドは、CDプレーヤ/レコーダ、DVDプレーヤ/レコーダ、又は、ブルーレイプレーヤ/レコーダからの或いはこれらのプレーヤ/レコーダの光ピックアップヘッドである、請求項16記載のバイオセンサ。
- 診断目的での請求項1から17のいずれか一項に記載のバイオセンサの使用。
- 請求項1から17のいずれか一項に記載のバイオセンサ(100)を使用して光透過により磁性粒子動態を検出するための方法であって、
− 分析されるべきサンプル流体と磁性粒子の懸濁液(102)とを光学リザーバ(104)内で混合させるステップと、
− 強度Iを有する波長λの光源(110)の放射光(112)を、前記光学リザーバ(104)を通り抜けるように方向付けるステップと、
− 周波数fxで振動する一軸磁場(108)を与えるステップと、
− 前記一軸磁場を前記光学リザーバに印加し、それにより、磁性粒子の前記懸濁液を透過した光(113)の強度Itransが前記光学リザーバに入る光(112)の強度Iinと比べて変調されるように磁性粒子の前記懸濁液が変調される、ステップと、
− 前記一軸磁場を始点周波数fx,startから終点周波数fx,endまで掃引するステップと、
− 前記一軸磁場が始点周波数fx,startから終点周波数fx,endまで掃引されるにつれて始点周波数fy,startと終点周波数fy,endとの間で変化する周波数fyで、
・前記光学リザーバ内の磁性粒子の前記懸濁液を透過した光の強度Itransと、
・前記透過光(113)の同相(V’)成分及び逆相(V”)成分と、
を測定するステップであって、周波数fyは、前記透過光の強度Itransの第2高調波(fy=2fx)成分又はそれよりも高い高調波成分である、ステップと、
を備える方法。 - 前記一軸磁場がfx,start=0.1Hzの始点周波数からfx,end=10kHzの終点周波数まで掃引される請求項19に記載の方法。
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