JP6977705B2 - 生体分子測定装置および方法 - Google Patents

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Description

本発明は、生体分子を測定する生体分子測定装置および方法に関する。
血液や唾液などの生体サンプルに存在する生体マーカー（生化学物質）は、生体で発生した異常に対応して形状や存在量が変化する。生体で異常が発生した初期段階で、発生した異常に対応する生化学物質の変化を検知することができれば、自覚症状のない状態遷移状態での早期治療が望め、治療も短期間で終了することが可能となる。このため、上述した生体マーカーの変化を検出することは、患者自身の心身負担や医療費の削減を図ることを可能とする。
近年これらの背景を受け、生化学物質を精確に検出するための様々な医療用途の測定技術が研究開発されている。サンプル溶液中の特定の生化学物質を検出するには、特定の化学分子に対応した分子選択性を持つ機能性生体分子または化合物を予め基板の表面に固定しておき、ここにサンプル溶液を流すことによってサンプル溶液中の特定の生化学物質を機能性生体分子と結合させ、これを電気化学的または光学的に検出する方法が一般的に用いられる(非特許文献１参照)。
従来の固定化方法によって作製された、機能性生体分子を固定した測定チップは、乾燥状態で保管されるか、乾燥しないよう厳密なパウチにバッファー溶液とともに梱包されて保管される。
一方、バイオセンサの社会背景としては、高齢化や生活スタイルの多様化の社会背景を受け、現在特定の医療機関でのみ行われている病態検査を、診療所や薬局、将来的には個人が気軽に行うことができる検査技術(システム)の研究開発が進められている。手軽に生体検査を行うためには、襲侵を伴わずに得られる微量の検体(＞１０ｕＬ)から、小型の検出機器を用いて、かつオペレータの手技によらずに測定する技術が要求される。
このような小型の検出機器として、電気化学反応を利用して生化学物質を測定する電気化学センサがある。この電気化学センサは、微量な電流を検出可能であることから、酸化還元反応を生じる微量な生化学物質の検出に原理的に適している。発明者らは、フローセルを用いて酵素反応と酸化還元膜を利用して生化学物質を測定するセンサシステムを実現している(特許文献２参照)。電極は、プロセス加工により微細微小化することが可能であることから、オンサイト向けのバイオセンサ技術として期待されている。
また、表面プラズモンを利用した屈折率測定（ＳＰＲ測定）では、蛍光や発光を起こす分子によるラベル化を必要とせず、機能性生体分子とサンプル中の生化学物質との直接的な結合のみで特異的な信号を得ることができる（例えば、特許文献３、特許文献４を参照）。この技術では、基板の上にサンプル溶液を導入する開口部を形成し、この開口部の内部に金属薄膜を形成し、この金属薄膜に細く分子を固定してバイオチップとしている。発明者らは、すでに、使い捨ても可能なチップに適用できる液体サンプルの自動導入機構を実現している(非特許文献２参照)。
ＳＰＲ測定では、抗原抗体反応を例に取れば、抗原（生化学物質）と抗体（機能性生体分子）とが結合する吸着速度の測定が可能であり、分単位の短い時間で抗原を定量し、測定終了となる。よって、短時間測定が可能な使い捨てチップを実現できることから、検査を実施する現場で用いることができるバイオチップ技術として期待されている。
特開２００１−０６１４９７号公報 特開２００５−０２４４５６号公報 特開２０１０−００８３６１号公報
X. D. Hoa et al., "Towards integrated and sensitive surface plasmon resonance biosensors: A review of recent progress", Biosensors and Bioelectronics, vol. 23, pp. 151-160, 2007. T. Horiuchi et al., "Passive Fluidic Chip Composed of Integrated Vertical Capillary Tubes Developed for On-Site SPR Immunoassay Analysis Targeting Real Samples", Sensors, vol. 12, pp. 7095-7108, 2012. M. Ikeda et al., "Installing logic-gate responses to a variety of biological substances in supramolecular hydrogel-enzyme hybrids", Nature Chemistry, vol. 6, pp. 511-518, 2014. S. Takeuchi et al., "An Axisymmetric Flow-Focusing Microfluidic Device", Advanced Materials, vol. 17, no. 8, pp. 1067-1072, 2005.
前述したように、バイオセンサの用途としては、いつでもどこでも測定可能となることが望ましい。しかしながら、現在の技術では、抗体や酵素などの機能性生体分子は、測定チップ作製時に塗布などにより固定されており、これらの活性を維持させるために、暗室で低温条件下での保存が必須とされる。また、測定チップに固定されている生体機能分子の安定が確保されている活性時間には期限があるので、測定チップには使用期限がある。
また、測定チップにおいては、基本的に使い捨て仕様となっているため、測定チップ間で誤差が生じないように使用するために、測定チップに固定する機能性生体分子の量的な精度は均一となることが望ましい。また、測定チップには決まった対象分子が固定されているため、ターゲットに応じて専用の測定チップを用意する必要がある。
また、短時間に効率よく測定するためには、測定対象の生化学物質に対していかなる化学修飾もせずに測定工程数が少なく定量化できることが望ましいが、検出感度を向上させるために検出対象の生化学物質を蛍光により化学修飾することが一般的に行われている。このため、測定対象の供給系、機能性生体分子の供給系に加え、化学修飾のための蛍光体の供給系を備えることになり、装置が複雑になり、装置自体の大きさも小型化は難しく、マイクロ流路を用いて小型化を図る場合も、測定工程数が増えたり流路構造の複雑化したりすることが問題となる。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、使用期限の有る専用の測定チップを用いることなく、高い検出感度で、短時間に効率よく生体分子が測定できるようにすることを目的とする。
本発明に係る生体分子測定装置は、検出用分子を測定する測定領域を備える測定デバイスと、測定対象の生体分子の酵素と複数の検出用分子とを含み、酵素による生体分子の反応で産生した産生物との反応によりゾル化して検出用分子を放出する徐放ゲルの粒子とを備える。
上記生体分子測定装置の一構成例において、検出用分子は、酸化還元分子であり、測定デバイスは、測定領域に配置された第１電極および第２電極を備え、検出用分子を電気化学反応により測定する。
上記生体分子測定装置の一構成例において、検出用分子は、生体分子より低い分子量を有し、測定デバイスは、検出用分子を表面プラズモン共鳴法により測定する。
本発明に係る生体分子測定装置は、測定対象の生体分子の酵素と複数の検出用分子とを含み、酵素による生体分子の反応で産生した産生物との反応によりゾル化して検出用分子を放出する徐放ゲルの膜と、膜の厚さの変化を表面プラズモン共鳴法により測定するための測定デバイスとを備え、検出用分子は、生体分子より高い分子量を有する。
本発明に係る生体分子測定方法は、測定対象の生体分子の酵素と複数の検出用分子とを含み、酵素による生体分子の反応で産生した産生物との反応によりゾル化して検出用分子を放出する徐放ゲルの粒子を用意する第１工程と、粒子に生体分子を接触させる第２工程と、粒子に生体分子を接触させた後、検出用分子を測定する第３工程とを備える。
上記生体分子測定方法の一構成例において、検出用分子は、酸化還元分子であり、第３工程は、検出用分子を電気化学反応により測定する。
上記生体分子測定方法の一構成例において、検出用分子は、生体分子より低い分子量を有し、第３工程は、検出用分子を表面プラズモン共鳴法により測定する。
本発明に係る生体分子測定方法は、測定対象の生体分子の酵素と複数の検出用分子とを含み、酵素による生体分子の反応で産生した産生物との反応によりゾル化して検出用分子を放出する徐放ゲルの膜を用意する第１工程と、膜に、生体分子を接触させる第２工程と、膜に生体分子を接触させた後、膜の厚さの変化を表面プラズモン共鳴法により測定する第３工程とを備え、検出用分子は、生体分子より高い分子量を有する。
以上説明したように、本発明によれば、測定デバイスで測定する検出用分子と、測定対象の生体分子の酵素とを、酵素による生体分子の反応で産生した産生物との反応によりゾル化する徐放ゲルに内包させたので、使用期限の有る専用の測定チップを用いることなく、高い検出感度で、短時間に効率よく生体分子が測定できるという優れた効果が得られる。
図１Ａは、本発明の実施の形態１に係る生体分子測定方法を説明する説明図である。 図１Ｂは、本発明の実施の形態１に係る生体分子測定方法を説明する説明図である。 図１Ｃは、本発明の実施の形態１に係る生体分子測定方法を説明する説明図である。 図２は、酸化還元分子の酸化と還元とが繰り返される状態を説明するための説明図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態２に係る生体分子測定方法を説明する説明図である。 図３Ｂは、本発明の実施の形態２に係る生体分子測定方法を説明する説明図である。 図３Ｃは、本発明の実施の形態２に係る生体分子測定方法を説明する説明図である。 図４は、生体分子１２２が含まれていない水溶液１２１の測定結果（破線）と、生体分子１２２が含まれている水溶液１２１の測定結果（実線）とを示す特性図である。 図５Ａは、本発明の実施の形態３に係る生体分子測定方法を説明する説明図である。 図５Ｂは、本発明の実施の形態３に係る生体分子測定方法を説明する説明図である。 図５Ｃは、本発明の実施の形態３に係る生体分子測定方法を説明する説明図である。 図６は、生体分子１２２が含まれていない水溶液１２１の測定結果（破線）と、生体分子１２２が含まれている水溶液１２１の測定結果（実線）とを示す特性図である。
以下、本発明の実施の形態に係る生体分子測定装置および方法について説明する。
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１における生体分子測定方法について、図１Ａ〜図１Ｃを参照して説明する。
この生体分子測定方法は、まず、図１Ａに示すように、測定対象の生体分子の酵素１０２と複数の検出用分子１０３とを内包しする徐放ゲル１０４の粒子１０１を用意する（第１工程）。
ここで、測定対象の生体分子が、例えば、グルタミン酸で有とすると、グルタミン酸酸化酵素が、この測定対象の生体分子と反応する酵素１０２となり得る。検出用分子１０３は、後述する測定デバイス（測定チップ１０５）を用いて電気化学反応により測定される分子である。例えば、フェロセンやフェリシアン化カリウムなどの酸化還元分子を、検出用分子１０３として用いることができる。
徐放ゲル１０４は、酵素１０２による測定対象の生体分子の反応（酵素反応）で産生（生成）した産生物（生成分子）との反応によりゾル化する、反応性ハイドロゲルなどのゲル状物質から構成することができる。徐放ゲル１０４は、例えば、酸化酵素の産生物である過酸化水素によってゾル化するボロン酸フェニルメトキシカルボニル（ＢＰｍｏｃ−Ｆ3）を用いることができる(非特許文献３参照)。なお、徐放ゲル１０４の粒子１０１の作製については、後述する。
実施の形態１において、粒子１０１は、測定チップ１０５の上に配置される。測定チップ１０５は、例えば、基板の表面に測定対象の生体分子が含まれる水溶液が接触可能とされた測定領域１０６を有し、測定領域１０６に形成された第１電極１０７および第２電極１０８から構成された櫛形電極と、図示しない参照電極、カウンター電極とを用いた、電気化学測定を行う電気化学測定装置である。
実施の形態１において、検出用分子１０３は、酸化還元分子である。測定チップ１０５は、第１電極１０７および第２電極１０８を用い、検出用分子１０３を電気化学反応により測定する。
次に、図１Ｂに示すように、測定チップ１０５の測定領域１０６において、粒子１０１に、測定対象の生体分子１２２を接触させる（第２工程）。実施の形態１では、生体分子１２２が含まれる水溶液１２１を、測定チップ１０５の測定領域１０６に供給することで、粒子１０１に生体分子１２２を接触させる。水溶液１２１は、例えば、血液や血漿である。粒子１０１に生体分子が接触することにより、生体分子１２２が、粒子１０１に内包されている酵素１０２により反応する。例えば、グルタミン酸酸化酵素である酵素１０２により、グルタミン酸である生体分子１２２は、「Ｃ5Ｈ9ＮＯ4＋Ｈ2Ｏ→Ｃ5Ｈ6Ｏ5＋ＮＨ3＋Ｈ2Ｏ2」の反応により、過酸化水素を産生物として産生する。このようにして、酵素１０２による生体分子１２２の反応で産生した産生物との反応により、徐放ゲル１０４がゾル化する。
次に、図１Ｃに示すように、検出用分子１０３を測定する（第３工程）。測定チップ１０５の測定領域１０６においてゾル化した徐放ゲル１０４ａからは、内包されていた複数の検出用分子１０３が放出され、放出された検出用分子１０３が、測定チップ１０５で測定される。例えば、生体分子１２２と粒子１０１とは、水溶液１２１の中で接触し、検出用分子１０３は、徐放ゲル１０４ａから水溶液１２１の中に放出される。水溶液１２１に放出された検出用分子１０３は、電気化学反応を利用して測定することができる。
すなわち、水溶液１２１に放出された検出用分子１０３は、水溶液１２１の中を泳動して測定領域１０６の第１電極１０７または第２電極１０８に接触する。酸化還元分子である検出用分子１０３は、図２に示すように、アノードである第１電極１０７で酸化されて酸化体１０３ａとなる。また酸化体１０３ａは、カソードである第２電極１０８で還元されて還元体１０３ｂとなる。還元体１０３ｂは、第１電極１０７で酸化されて酸化体１０３ａとなる。第１電極１０７と、第２電極１０８とから構成された櫛形電極では、隣り合う第１電極１０７と第２電極１０８との間で、上述した酸化と還元とが繰り返され（レドックスサイクル）、見かけ上、第１電極１０７と第２電極１０８との間を流れる電流値が増大する。したがって、この電流値の増減から、検出用分子１０３を測定することができる。
上述した実施の形態１によれば、例えば、１つの生体分子１２２の酵素１０２による反応により、結果として１つの粒子１０１から複数の検出用分子１０３が放出される。このため、１つの生体分子１２２の存在により、複数の検出用分子１０３が測定されることになり、検出感度を高くすることができる。
また、測定チップ１０５としては、上述した第１電極１０７と第２電極１０８とからなる電極の構造を設けてあればよく、この測定チップの測定領域に、測定時に粒子１０１を配置して用いれば、上述したような生体分子の測定が実施できる。このため、測定チップに予め化学修飾をしておく必要が無く、実施の形態１によれば、使用期限の有る専用の測定チップを用いることなく測定が実施できる。また、徐放ゲル１０４のゾル化は、短時間で起き、また、検出用分子１０３の測定も、短時間で実施できるので、実施の形態１によれば、短時間に効率よく生体分子１２２が測定できる。
また、第１電極１０７，第２電極１０８の幅が狭く、第１電極１０７と第２電極１０８との間隔が狭いほど、上述した酸化と還元との繰り返しの単位時間あたりの頻度が向上し、さらなる感度の向上が見込める。なお、上記の実施の形態１において、生体分子１２２が含まれる水溶液１２１を、粒子１０１に接触させる例を説明したが、本発明は、水溶液を用いるものに限るものではない。例えば、生体分子がガス状である場合、水溶液を用いずに生体分子を直接、粒子１０１に接触させることもできる。
次に、測定対象の生体分子の酵素１０２と複数の検出用分子とを含む徐放ゲル１０４の粒子１０１の作製方法の一例について説明する（非特許文献４参照）。
まず、酵素１０２および徐放ゲル１０４の材料となるＢＰｍｏｃ−Ｆ3を混合した第１水溶液を作製する。一方、検出用分子１０３を混合した第２水溶液を作製する。第２水溶液は、検出用分子１０３の添加量が既知とする。
次に、第１流路、第２流路、および第３流路を備える流路基板を用意する。第１流路に第１水溶液を投入し、第２流路に第２水溶液を投入し、第３流路に油を投入し、各々液送して合流させることで第１水溶液、第２水溶液、油を混合し、混合物を水の中に排出させる。
水の中に排出された混合液は、単位時間あたりの排出量に対応した所定の大きさを有する粒子１０１となる。粒子１０１は水の中を沈殿する一方、油は水の中を浮上するので、粒子１０１と油とは互いに分離される。得られた全ての粒子１０１に含まれる検出用分子１０３の総量は、第２水溶液における検出用分子１０３の既知の添加量となる。
このようにして作製した既知の添加量の検出用分子１０３を用い、異なる濃度の生体分子１２２の水溶液１２１について、前述した測定方法により、生体分子１２２の測定を実施することで、検量線を作成することができる。この検量線と、上述した作製方法により作成した徐放ゲル１０４の粒子１０１を用いることで、生体分子を定量的に測定することができる。
なお、上述した徐放ゲル１０４の粒子１０１の作製方法においては、油を用いて粒子１０１を作製する例を説明したが、油を用いず、第１水溶液と第２水溶液とを混合して排出することで、酵素１０２と複数の検出用分子１０３とを内包する徐放ゲル１０４の膜を形成することができる。
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２における生体分子測定方法について、図３Ａ〜図３Ｃを参照して説明する。
この生体分子測定方法は、まず、図３Ａに示すように、測定対象の生体分子の酵素１０２と複数の検出用分子２０３とを内包する徐放ゲル１０４の粒子２０１を用意する（第１工程）。酵素１０２，徐放ゲル１０４は、前述した実施の形態１と同様である。検出用分子２０３は、測定対象の生体分子より小さい分子量を有する。測定対象の生体分子がグルタミン酸であるとすると、例えば、グルコース、フルクトースなどの糖類を、検出用分子２０３として用いることができる。検出用分子２０３は、後述する測定デバイス２０５を用いて表面プラズモン共鳴法により測定される分子である。
実施の形態２において、粒子２０１は、測定デバイス２０５の上に配置される。測定デバイス２０５は、測定対象の生体分子が含まれる水溶液が接触可能とされた測定領域を有し、測定領域で検出用分子２０３を測定する。測定デバイス２０５は、よく知られたＳＰＲ装置であり、光源２１１、測定プリズム２１２、測定面２１３、Ａｕ層２１４、センサ２１５を備える。Ａｕ層２１４の上が、測定領域となる。Ａｕ層２１４は、厚さ５０ｎｍ程度とされている。センサ２１５は、いわゆるＣＣＤイメージセンサなどの撮像素子より構成されている。ＳＰＲ装置は、例えば、エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株式会社製の「Ｓｍａｒｔ ＳＰＲ ＳＳ−１００」である。例えば、Ｋ７等のガラス基板の上にＡｕ層２１４を形成したセンサチップを形成し、このセンサチップを、測定プリズム２１２の測定面２１３の上に配置する構成とすることもできる。
光源２１１から出射された光を集光して測定プリズム２１２に入射させ、測定プリズム２１２の測定面２１３に照射する。Ａｕ層２１４の裏面に、測定プリズム２１２を透過してきた光が照射される。このようにして照射された光は、Ａｕ層２１４の裏面で反射し、センサ２１５で光電変換されて強度（光強度）が得られる。この光強度（反射率）が、Ａｕ層２１４の上の検出用分子２０３の量に対応して変化し、この変化がＳＰＲ角度の変化としてセンサ２１５により検出される。検出された変化により、検出用分子２０３の測定（定量）が行える。
次に、図３Ｂに示すように、測定デバイス２０５の測定領域となるＡｕ層２１４の上において、粒子２０１に、測定対象の生体分子１２２を接触させる（第２工程）。実施の形態２では、生体分子１２２が含まれる水溶液１２１を、測定デバイス２０５の測定領域となるＡｕ層２１４の上に供給することで、粒子２０１に生体分子１２２を接触させる。水溶液１２１および生体分子１２２は、前述した実施の形態１と同様である。粒子２０１に生体分子１２２が接触することにより、生体分子１２２が粒子２０１に内包される酵素１０２により反応し、過酸化水素を産生物として産生する。このようにして、酵素１０２による生体分子１２２の反応で産生した産生物（過酸化水素）との反応により、徐放ゲル１０４がゾル化する。
次に、図３Ｃに示すように、検出用分子２０３を測定する（第３工程）。測定デバイス２０５の測定領域となるＡｕ層２１４の上においてゾル化した徐放ゲル１０４ａからは、内包されていた複数の検出用分子２０３が放出され、Ａｕ層２１４に接近（接触）し、測定デバイス２０５で測定される。
例えば、生体分子１２２と粒子２０１とは、水溶液１２１の中接触し、検出用分子２０３は、徐放ゲル１０４ａから水溶液１２１の中に放出される。水溶液１２１に放出された検出用分子２０３は、水溶液１２１の中を泳動してＡｕ層２１４の上に近づき、測定デバイス２０５により、公知の表面プラズモン共鳴法を利用して測定することができる。
例えば、図４に示すように、生体分子１２２が含まれていない水溶液１２１に、粒子２０１を接触させて上述した測定を実施し、この測定結果を初期値（破線）として得る。この初期値（破線）を、実際の測定結果（実線）から差し引くことで、生体分子１２２が含まれている状態に対応した測定結果を得ることができる。
上述した実施の形態２によれば、例えば、１つの生体分子１２２の酵素１０２による反応で、結果として１つの粒子２０１から複数の検出用分子２０３が放出される。このため、１つの生体分子１２２の存在により、複数の検出用分子２０３が測定されることになり、検出感度を高くすることができる。
また、例えば、Ａｕ層２１４の上に流路を形成し、この流路に、粒子２０１が分散したバッファー溶液を流しておき、ここに、水溶液１２１を添加することで、上述した測定を実施する。このようにすることで、粒子２０１は送流（送液）条件下において流路内で浮力を受け、Ａｕ層２１４に近づくことが抑制され、粒子２０１が測定されることが抑制できるようになる。
また、測定デバイス２０５を用いた測定では、以下に示す測定チップを用いることができる。測定チップは、バッファー溶液を流す第１流路に水溶液１２１が添加可能な第２流路を備え、第２流路により水溶液１２１が添加される箇所の下流の第１流路に測定領域を有する。測定チップを用いる場合、第１流路の測定領域にＡｕ層を形成する。この測定チップを測定デバイスの測定面の上に載置し、測定時に粒子２０１をバッファー溶液に添加して第１流路に流し、第２流路により生体分子１２２が含まれる水溶液１２１を添加することで、上述した測定が実施できる。このため、測定チップに予め化学修飾をしておく必要が無く、実施の形態２によれば、使用期限の有る専用の測定チップを用いることなく測定が実施できる。また、徐放ゲル１０４のゾル化は、短時間で起き、また、検出用分子２０３の測定も、短時間で実施できるので、実施の形態２によれば、短時間に効率よく生体分子１２２が測定できる。
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３における生体分子測定方法について、図５Ａ〜図５Ｃを参照して説明する。
この生体分子測定方法は、まず、図５Ａに示すように、測定対象の生体分子の酵素１０２と複数の検出用分子３０３とを内包する徐放ゲル１０４の膜３０１を用意する（第１工程）。酵素１０２，徐放ゲル１０４は、前述した実施の形態１，２と同様である。検出用分子３０３は、測定対象の生体分子より大きい分子量を有する。測定対象の生体分子がグルタミン酸であるとすると、例えば、デキストランなどの多糖を、検出用分子３０３として用いることができる。検出用分子３０３は、測定デバイス２０５を用いて表面プラズモン共鳴法により測定される分子である。
実施の形態３において、膜３０１は、測定デバイス２０５の上に配置する。測定デバイス２０５は、前述した実施の形態２と同様である。実施の形態３においては、検出用分子３０３を内包する膜３０１の厚さの変化を、測定デバイス２０５で測定する。例えば、Ｋ７等のガラス基板の上にＡｕ層２１４を形成した測定チップを形成し、この測定チップを、測定プリズム２１２の測定面２１３の上に配置し、測定面２１３の上に、測定チップのガラス基板を介してＡｕ層２１４が配置される状態とする。この測定チップのＡｕ層２１４の上に、膜３０１を配置する。
次に、図５Ｂに示すように、測定領域となるＡｕ層２１４の上において、膜３０１に、測定対象の生体分子１２２を接触させる（第２工程）。実施の形態３では、生体分子１２２が含まれる水溶液１２１を、測定領域となるＡｕ層２１４の上に供給することで、膜３０１に生体分子１２２を接触させる。水溶液１２１および生体分子１２２は、前述した実施の形態１，２と同様である。膜３０１に生体分子が接触することにより、生体分子１２２が膜３０１を内包する酵素１０２により反応し、過酸化水素を産生物として産生する。このようにして、酵素１０２による生体分子１２２の反応で産生した産生物との反応により、徐放ゲル１０４がゾル化する。
次に、図５Ｃに示すように、膜３０１の厚さの変化を測定する（第３工程）。ゾル化した徐放ゲル１０４ａからは、内包されていた複数の検出用分子３０３が放出される。例えば、生体分子１２２と膜３０１とは、水溶液１２１の中で接触し、検出用分子３０３は、徐放ゲル１０４ａから水溶液１２１の中に放出される。膜３０１より検出用分子３０３が放出されると、Ａｕ層２１４に接触している膜３０１内の検出用分子３０３の量が減少し、膜３０１が薄くなる。この膜３０１の厚さの減少（膜３０１内の検出用分子３０３の減少）に対応して屈折率変化（ＳＰＲ角度変化）が減少し、この減少が測定チップ１０５で測定される。
図６に示すように、生体分子１２２が含まれていない水溶液１２１に、膜３０１を接触させて上述した測定を実施すると、ＳＰＲ角度の変化は測定されない（破線）。これに対し、生体分子１２２が含まれている水溶液１２１に、膜３０１を接触させて上述した測定を実施すると、ＳＰＲ角度変化の減少が測定される（実線）。
上述した実施の形態３によれば、例えば、１つの生体分子１２２の酵素１０２による反応で、結果として１つの膜３０１から複数の検出用分子３０３が放出され、膜３０１が薄くなる。このため、１つの生体分子１２２の存在により、膜３０１より複数の検出用分子３０３が減少したことによる膜３０１の厚さの減少が測定されることになり、検出感度を高くすることができる。
また、例えば、１つの流路を備える測定チップを用い、この流路におけるＡｕ層２１４の箇所に膜３０１を形成し、この流路に水溶液１２１を流すことで、上述した測定を実施する。このように、単純な構造の測定チップで測定が実施できるため、装置の大型化が抑制できる。また、検出用分子３０３は、徐放ゲル１０４に内包されているため、保湿性が担保され、検出用分子３０３の機能性が、より長期間保持しやすい。また、徐放ゲル１０４のゾル化は、短時間で起き、また、複数の検出用分子３０３の放出による膜３０１の厚さ減少の測定も、短時間で実施できるので、実施の形態３によれば、短時間に効率よく生体分子１２２が測定できる。
以上に説明したように、本発明によれば、測定デバイスで測定する検出用分子と、測定対象の生体分子の酵素とを、酵素による生体分子の反応で産生した産生物との反応によりゾル化する徐放ゲルに内包させたので、使用期限の有る専用の測定チップを用いることなく、高い検出感度で、短時間に効率よく生体分子が測定できるようになる。本発明は、血液成分検査などの生化学検査、体液の分析、匂い成分の分析などに適用可能である。本発明によれば、これらの分析を、測定対象物の採集機構に特別な濃縮機構を設けることなく、増感して実施できる。
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
１０１…粒子、１０２…酵素、１０３…検出用分子、１０３ａ…酸化体、１０３ｂ…還元体、１０４，１０４ａ…徐放ゲル、１０５…測定チップ（測定デバイス）、１０６…測定領域、１０７…第１電極、１０８…第２電極、１２１…水溶液、１２２…生体分子。

Claims (8)

  1. 検出用分子を測定する測定領域を備える測定デバイスと、
    測定対象の生体分子の酵素と複数の前記検出用分子とを含み、前記酵素による前記生体分子の反応で産生した産生物との反応によりゾル化して前記検出用分子を放出する徐放ゲルの粒子と
    を備える生体分子測定装置。
  2. 請求項１記載の生体分子測定装置において、
    前記検出用分子は、酸化還元分子であり、
    前記測定デバイスは、前記測定領域に配置された第１電極および第２電極を備え、前記検出用分子を電気化学反応により測定することを特徴とする生体分子測定装置。
  3. 請求項１記載の生体分子測定装置において、
    前記検出用分子は、前記生体分子より低い分子量を有し、
    前記測定デバイスは、前記検出用分子を表面プラズモン共鳴法により測定する
    ことを特徴とする生体分子測定装置。
  4. 測定対象の生体分子の酵素と複数の検出用分子とを含み、前記酵素による前記生体分子の反応で産生した産生物との反応によりゾル化して前記検出用分子を放出する徐放ゲルの膜と、
    前記膜の厚さの変化を表面プラズモン共鳴法により測定するための測定デバイスと
    を備え、
    前記検出用分子は、前記生体分子より高い分子量を有することを特徴とする生体分子測定装置。
  5. 測定対象の生体分子の酵素と複数の検出用分子とを含み、前記酵素による前記生体分子の反応で産生した産生物との反応によりゾル化して前記検出用分子を放出する徐放ゲルの粒子を用意する第１工程と、
    前記粒子に前記生体分子を接触させる第２工程と、
    前記粒子に前記生体分子を接触させた後、前記検出用分子を測定する第３工程と
    を備える生体分子測定方法。
  6. 請求項５記載の生体分子測定方法において、
    前記検出用分子は、酸化還元分子であり、
    前記第３工程は、前記検出用分子を電気化学反応により測定する
    ことを特徴とする生体分子測定方法。
  7. 請求項５記載の生体分子測定方法において、
    前記検出用分子は、前記生体分子より低い分子量を有し、
    前記第３工程は、前記検出用分子を表面プラズモン共鳴法により測定する
    ことを特徴とする生体分子測定方法。
  8. 測定対象の生体分子の酵素と複数の検出用分子とを含み、前記酵素による前記生体分子の反応で産生した産生物との反応によりゾル化して前記検出用分子を放出する徐放ゲルの膜を用意する第１工程と、
    前記膜に、前記生体分子を接触させる第２工程と、
    前記膜に前記生体分子を接触させた後、前記膜の厚さの変化を表面プラズモン共鳴法により測定する第３工程と
    を備え、
    前記検出用分子は、前記生体分子より高い分子量を有することを特徴とする生体分子測定方法。
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