JP7028454B2 - 標的物質検出装置及び標的物質検出方法 - Google Patents

標的物質検出装置及び標的物質検出方法 Download PDF

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Description

特許法第３０条第２項適用 「電気学会研究会資料 センサ・マイクロマシン部門総合研究会」（ＣＤ－ＲＯＭ），ケミカルセンサ研究会 ｐｐ．４９－５２，一般社団法人電気学会
本発明は、液体試料中に存在する標的物質を磁場を利用して変動させたときの光信号の変化を利用して前記標的物質を検出する標的物質検出装置及び標的物質検出方法に関する。
近年、溶液中に存在する微小物質、特にＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、ウイルス、細菌等の生体関連物質を検出・定量する方法が開発されている。例えば、このような方法として、蛍光免疫測定法（ＦＩＡ法）、酵素結合免疫吸着法（ＥＬＩＳＡ法）などを挙げることができる。
前記ＦＩＡ法は、特定の細菌やウイルスなどの標的物質に特異的に結合する抗体を用いて蛍光色素を結合させ、蛍光顕微鏡等で蛍光色素の発光を観測することで標的物質を検出・定量する手法である。
また、前記ＥＬＩＳＡ法は、検出プレート上に抗原－抗体反応を用いて前記標的物質を固定させた後、酵素標識抗体を結合させ、前記酵素により発色する基質を添加しその色の変化から標的物質を検出・定量する。
いずれの方法も確立された生体関連物質検出法として広く用いられているが、これらの方法は、多段の反応工程や繰り返しの洗浄工程を要し、測定結果を得るまでに多くの時間と手間が必要となる問題がある。また、検出感度の一層の向上が求められている。
前記生体関連物質検出法を用いた前記標的物質の検出における検出感度を向上させる方法として、磁性粒子を用いた測定法が提案されている。例えば、前記標的物質と前記磁性粒子とを含む結合体を液体試料容器底面側に集約し、前記容器底面に配された抗体と前記結合体との抗原－抗体反応により容器底面に固定する検出方法が開示されている（特許文献１参照）。
しかしながら、こうした磁性粒子を用いた測定法では、前記結合体を磁場によって検出位置に集める濃縮効果によって、検出感度を向上させることができるものの、濃縮先の前記検出位置で浮遊する夾雑物、前記液体試料容器底面上に吸着する前記夾雑物、前記液体試料容器底面上のキズ、更には、検出に用いる検出光の光源出力の揺らぎなどを原因とするノイズ信号と、前記結合体に基づく光信号とを区別できないことから、検出の精度が低い問題がある。このような問題は、前記微小物質の検出を行う場合に、より一層顕在化する。
また、前記液体試料容器底面上に吸着する前記夾雑物に基づく前記ノイズ信号を排除するためには、検出ごとにいちいち前記夾雑物を取り除く洗浄処理が必要となり、依然として検出の効率性が低い問題がある。
特開平４－１０２０６２号公報
本発明は、従来技術における前記諸問題を解決し、標的物質を高精度かつ効率的に検出可能な標的物質検出装置及び標的物質検出方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 標的物質及び前記標的物質と結合体を形成する磁性粒子を含む液体試料が表面上に導入されるとともに裏面側及び前記表面側のいずれかの側から照射される光の透過光を伝搬光として前記光が照射される側と反対の面側に伝搬可能とされる透光板、前記液体試料が前記表面上に導入されるとともに前記表面側から照射される光の反射光を前記伝搬光として前記表面上方に伝搬可能な反射板、並びに、前記液体試料が前記表面上に導入される導入板のいずれかで形成される液体試料導入板が配され、かつ、前記液体試料が前記液体試料導入板の前記表面上に保持可能とされる液体試料保持部と、前記液体試料導入板が前記透光板で形成されるときに前記液体試料導入板の前記裏面側から前記光を照射可能とされる裏面側光照射部、前記液体試料導入板が前記透光板及び前記反射板のいずれかで形成されるときに前記液体試料導入板の前記表面側から前記光を照射可能とされる表面側光照射部、並びに、前記液体試料導入板が前記導入板で形成されるときに前記液体試料導入板上に保持される前記液体試料に対して前記液体試料導入板の側面側から前記光を照射可能とされる側面側光照射部のいずれかで形成される光照射部と、前記液体試料導入板の前記裏面側に配されるとともに前記液体試料導入板の前記表面上に導入された前記液体試料中の前記結合体を磁場の印加により前記液体試料導入板の前記表面上に引き寄せ可能とされるとともに前記磁場を印加した状態で前記液体試料導入板の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向に移動可能とされる磁場印加部と、前記液体試料導入板の前記表面側、前記裏面側及び前記側面側のいずれかの側に配されるとともに前記磁場印加部の移動前後における前記伝搬光に基づく光信号の信号変化を検出可能とされ、かつ、前記液体試料導入板の前記表面上の検出領域の様子を２次元画像として取得可能とされる光信号検出部と、を有し、前記液体試料導入板の前記表面が前記結合体の吸着を抑制する吸着抑制剤で表面処理され、前記磁場印加部が前記２次元画像の結像可能範囲内に存在する前記結合体を前記磁場印加部の移動に追従させて前記結像可能範囲内及び前記結像可能範囲外のいずれかの位置に移動可能とされることを特徴とする標的物質検出装置。
＜２＞ 第２の磁場印加部に貫通孔が形成されるとともに裏面側光照射部が前記貫通孔を通じて液体試料導入板の裏面側から光を照射可能とされる前記＜１＞に記載の標的物質検出装置。
＜３＞ 液体試料保持部に外部と液体試料導入板の表面上の空間との間で送液可能な流路が形成される前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の標的物質検出装置。
＜４＞ 標的物質及び前記標的物質と結合体を形成する磁性粒子とを含む液体試料が表面上に導入されるとともに裏面側及び前記表面側のいずれかの側から照射される光の透過光を伝搬光として前記光が照射される側と反対側の面側に伝搬可能とされる透光板、前記液体試料が前記表面上に導入されるとともに前記表面側から照射される光の反射光を前記伝搬光として前記表面上方に伝搬可能な反射板、並びに、前記液体試料が前記表面上に導入される導入板のいずれかで形成される液体試料導入板が配され、かつ、前記液体試料が前記液体試料導入板の前記表面上に保持可能とされる液体試料保持部に対し、前記液体試料導入板の表面上に前記液体試料を導入し保持する液体試料導入保持工程と、前記液体試料導入板が前記透光板で形成されるときに前記液体試料導入板の前記裏面側から前記光を照射する裏面側光照射工程、前記液体試料導入板が前記透光板及び前記反射板のいずれかで形成されるときに前記液体試料導入板の前記表面側から前記光を照射する表面側光照射工程、並びに、前記液体試料導入板が前記導入板で形成されるときに前記液体試料導入板上に保持される前記液体試料に対して前記液体試料導入板の側面側から前記光を照射する側面側光照射工程のいずれかの工程である光照射工程と、前記液体試料導入板の前記裏面側に配される磁場印加部からの磁場の印加により前記液体試料導入板の前記表面上に導入された前記液体試料中の前記結合体を前記液体試料導入板の前記表面上に引き寄せるとともに前記磁場を印加した状態で前記磁場印加部を前記液体試料導入板の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向に移動させる結合体移動工程と、前記液体試料導入板の前記表面上の検出領域の様子を２次元画像として取得可能とされる光信号検出部により、前記結合体移動工程による前記磁場印加部の移動前後における前記伝搬光に基づく光信号の信号変化を前記２次元画像に基づき検出する光信号検出工程と、を含み、前記液体試料導入板の前記表面が前記結合体の吸着を抑制する吸着抑制剤で表面処理され、前記結合体移動工程が前記２次元画像の結像可能範囲内に存在する前記結合体を前記磁場印加部の移動に追従させて前記結像可能範囲内及び前記結像可能範囲外のいずれかの位置に移動させる工程であることを特徴とする標的物質検出方法。
＜５＞ 結合体が１つの標的物質に対して２つ以上の磁性粒子を結合させたものである前記＜４＞に記載の標的物質検出方法。
＜６＞ 結合体が伝搬光の照射を受けて前記伝搬光の液体試料に対する透過光の光信号と識別可能な光信号を発生させる標識物質を含む前記＜４＞から＜５＞のいずれかに記載の標的物質検出方法。
本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、標的物質を高精度かつ効率的に検出可能な標的物質検出装置及び標的物質検出方法を提供することができる。
第１の実施形態に係る標的物質検出装置の説明図である。 撮像デバイスで観察される観察視野内の液体試料導入板の表面上の様子を模式的に示した図（１）である。 図２におけるＡ－Ａ線断面図である。 結合体変動工程後、撮像デバイスで観察される観察視野内の液体試料導入板の表面上の様子を模式的に示した図（１）である。 図４におけるＡ－Ａ線断面図である。 第１の実施形態の第１の変形例に係る標的物質検出装置の説明図である。 第１の実施形態の第２の変形例に係る標的物質検出装置の説明図である。 結合体変動工程後、撮像デバイスで観察される観察視野内の液体試料導入板の表面上の様子を模式的に示した図（２）である。 図８におけるＡ－Ａ線断面図である。 第２の実施形態に係る標的物質検出装置の説明図である。 結合体変動工程後、撮像デバイスで観察される観察視野内の液体試料導入板の表面上の様子を模式的に示した図（３）である。 撮像デバイスで観察される観察視野内の液体試料導入板の表面上の様子を模式的に示した図（２）である。 結合体変動工程後、撮像デバイスで観察される観察視野内の液体試料導入板の表面上の様子を模式的に示した図（４）である。 図１１におけるＡ－Ａ線断面図である。 図１３におけるＡ－Ａ線断面図である。 第３の実施形態に係る標的物質検出装置の説明図である。 第３の実施形態に係る標的物質検出装置の変形例に係る標的物質検出装置の説明図である。 第４の実施形態に係る標的物質検出装置の説明図である。 実施例１における、磁場印加前の様子を撮像した２次元画像を示す図である。 実施例１における、磁場印加後の様子を撮像した２次元画像を示す図である。 実施例２における、磁場印加部移動前の様子を撮像した２次元画像を示す図である。 実施例２における、磁場印加部移動後の様子を撮像した２次元画像を示す図である。
（標的物質検出装置）
本発明の標的物質検出装置は、液体試料保持部と、光照射部と、磁場印加部と、光信号検出部とを有し、必要に応じて、その他の部を有する。
＜液体試料保持部＞
前記液体試料保持部は、液体試料導入板が配され、かつ、液体試料が前記液体試料導入板の表面上に保持される部である。
－液体試料－
前記液体試料は、少なくとも標的物質と磁性粒子とを含み、必要に応じて、標識物質、重り物質を含む。
具体的な前記液体試料としては、例えば、血液、唾液、尿、液体薬品、環境水、上下水、飲料、食品のホモジナイズ溶液、ぬぐい液、粉末等の固体試料を水等の溶媒に溶解させた溶液、気相中のガスや微粒子などを捕集した気相濃縮液などが挙げられる。また、具体的な前記標的物質としては、例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、ウイルス、菌、汚染物質などが挙げられる。
前記磁性粒子は、前記標的物質と結合体を形成する粒子であり、このような性質を有する粒子であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、公知の磁気ビーズなどを用いることができる。
前記標的物質と前記磁性粒子とを結合させる方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、物理吸着、抗原－抗体反応、ＤＮＡハイブリダイゼーション、ビオチン－アビジン結合、キレート結合、アミノ結合などの公知の結合方法を用いることができる。なお、前記物理吸着による結合方法としては、例えば、水素結合等の静電的な結合力を利用して、前記標的物質と前記磁性粒子とを結合させる方法が挙げられる。
前記物理吸着による結合方法を用いる場合、前記磁性粒子に対する事前の処理が不要で簡単に実施できる利点がある。しかしながら、前記磁性粒子は、前記標的物質のみと特異的に吸着するものではなく、前記液体試料中に含まれる前記標的物質以外の夾雑物と結合することもある。この場合、前記夾雑物が前記標的物質と同様の光信号を発する場合、これらの区別ができなくなる。そのため、前記標的物質と前記磁性粒子とを結合させる方法としては、前記磁性粒子に事前の処理を実施して、前記抗原－抗体反応、前記ＤＮＡハイブリダイゼーション、前記ビオチン－アビジン結合、前記キレート結合、前記アミノ結合などの結合方法により、前記標的物質と前記磁性粒子とを特異的に結合させることが好ましい。
前記標識物質は、前記標的物質を介して前記結合体と結合し、伝搬光の照射を受けて、前記伝搬光の前記液体試料に対する透過光又は反射光の光信号（バックグラウンド信号）と識別可能な光信号を発する物質であり、前記標的物質による前記光信号が微弱である場合に特に有効に用いることができる。
前記標識物質としては、このような性質を有する物質であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、蛍光色素、量子ドット等の公知の蛍光物質、ポリスチレンビーズ、シリカビーズといったナノ粒子等の光散乱物質、金ナノ粒子等の光吸収物質などを挙げることができる。
前記標的物質と前記標識物質とを結合させる方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、物理吸着、抗原－抗体反応、ＤＮＡハイブリダイゼーション、ビオチン－アビジン結合、キレート結合、アミノ結合などの公知の結合方法を用いることができる。また、前記標識物質に色素を用いる場合、前記標的物質の前記色素による染色も、前記標的物質と前記標識物質との結合方法として有効である。なお、前記物理吸着による結合方法としては、例えば、水素結合等の静電的な結合力を利用して、前記標的物質と前記標識物質とを結合させる方法を挙げることができる。
これらの結合方法の中でも、前記標識物質が前記夾雑物と結合することを避けるため、前記抗原－抗体反応、前記ＤＮＡハイブリダイゼーション、前記ビオチン－アビジン結合、前記キレート結合、前記アミノ結合などの結合方法により、前記標的物質と前記標識物質とを特異的に結合させることが好ましい。
前記磁性粒子及び前記標識物質の両方を前記標的物質に結合して検出に供する場合、これらの少なくともいずれかは、前記標的物質と特異的に結合させる結合方法により結合されることが好ましい。両方の結合がいずれも非特異的に生じるものである場合、前記磁性粒子及び前記標識物質の両方が前記夾雑物と結合し、前記磁性粒子及び前記標識物質の両方が結合した前記標的物質との区別ができなくなることがある。
前記磁性粒子が蛍光、散乱光などの前記バックグラウンド信号と識別可能な光信号を発する場合、前記磁性粒子自身が前記標識物質としての役割を兼ねると、前記標識物質を結合させる手順を省略することができ、特に好適に用いることができる。
このようなタイプの磁性粒子としては、例えば、有機系ポリマーを表面修飾した直径１００ｎｍ以上のフェライト系粒子などを挙げることができる。また、このようなタイプの磁性粒子を用いる場合、前記液体試料に導入する前記磁性粒子の数を調整して、前記結合体が１つの前記標的物質に対して２つ以上の前記磁性粒子を結合させたものとなるようにすることが好ましい。１つの前記標的物質に対して２つ以上の前記磁性粒子を結合させると、１つの前記標的物質に対して１つの前記磁性粒子を結合させた場合よりも前記バックグラウンド信号との識別性の高い強い光信号が得られる。
なお、前記液体試料中に存在する前記標的物質の数は、検出前の段階で未知であるが、経験則から想定される前記標的物質の数からみて、前記磁性粒子を過剰量導入することで、１つの前記標的物質に対して２つ以上の前記磁性粒子を結合させることができる。また、前記液体試料に対して複数回に分けて前記磁性粒子を導入するとともに、その導入ごとに検出を行い、前記強い光信号の発生数が飽和した段階で前記磁性粒子の導入を中止することで、無駄なく、１つの前記標的物質に対して２つ以上の前記磁性粒子を結合させることができる。
前記重り物質は、前記標的物質を介して前記結合体と結合し、前記結合体の重力沈降を促進させる物質であり、前記結合体の比重が小さい場合に特に有効に用いることができる。
前記重り物質としては、このような性質を有する物質であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、公知の金ナノ粒子などを挙げることができる。
前記標的物質と前記重り物質とを結合させる方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、物理吸着、抗原－抗体反応、ＤＮＡハイブリダイゼーション、ビオチン－アビジン結合、キレート結合、アミノ結合などの公知の結合方法を用いることができる。なお、前記物理吸着による結合方法としては、例えば、水素結合等の静電的な結合力を利用して、前記標的物質と前記重り物質とを結合させる方法を挙げることができる。
これらの結合方法の中でも、前記重り物質が前記夾雑物と結合することを避けるため、前記抗原－抗体反応、前記ＤＮＡハイブリダイゼーション、前記ビオチン－アビジン結合、前記キレート結合、前記アミノ結合などの結合方法により、前記標的物質と前記重り物質とを特異的に結合させることが好ましい。
－液体試料導入板－
前記液体試料導入板は、前記液体試料が表面上に導入されるとともに裏面側又は前記表面側から照射される光の透過光を前記伝搬光として前記光が照射される側と反対の面側に伝搬可能とされる透光板、前記液体試料が前記表面上に導入されるとともに前記表面側から照射される光の反射光を前記伝搬光として前記表面上方に伝搬可能な反射板、及び、前記液体試料が前記表面上に導入される導入板のいずれかで形成される。
前記透光板としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、公知の透過型顕微鏡の観察用ステージに用いられるガラス板、プラスチック板などの公知の透光板を用いることができる。
また、前記反射板としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、公知の落射型顕微鏡の観察用ステージに用いられるガラス板、プラスチック板、金属板などの公知の反射板を用いることができる。
また、前記導入板としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記透光板、前記反射板を含み、この他の液体試料を導入するための公知の板状部材を用いることができる。
なお、前記伝搬光とは、一般に発生源から数百ｎｍ～数μｍ以内の距離だけ離れた位置で急激な減衰を示す近接場光を含まない光とされるが、本明細書においても、前記近接場光を含まないことを意味し、前記液体試料導入板の前記表面から数百ｎｍ～数μｍ以内の距離だけ離れた位置で急激な減衰を示すことのない光を意味する。
前記液体試料導入板としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記表面が前記結合体の吸着を抑制する吸着抑制剤で表面処理されていることが好ましい。このような表面処理が施されていると、前記結合体が前記液体試料導入板の前記表面に吸着されることが抑制され、前記磁場印加部による変動を補助することができる。
前記吸着抑制剤としては、特に制限はなく、前記結合体を構成する物質の種類に応じて、公知の吸着抑制剤から適宜選択することができる。
例えば、前記表面処理の手法として、前記標的物質が前記タンパク質である場合には、前記タンパク質の吸着を抑制する公知のブロッキング法を選択することができる。前記ブロッキング法としては、特に制限はなく、例えば、ポリエチレングリコールを用いる方法、エタノールアミンを用いる方法、スキムミルクを用いる方法などが挙げられる。
前記液体試料保持部の構成としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記液体試料導入板そのもので構成されてもよく、また、前記液体試料をカバーガラス等の板状透光部材と前記液体試料導入板とで挟み、前記液体試料の液層を前記液体試料導入板の前記表面上に保持する構成でもよい。
また、前記液体試料保持部の構成としては、底面が前記液体試料導入板で構成される枡状の液体セルで構成することもできる。
なお、前記液体試料保持部としては、１つの前記液体試料導入板の前記表面上の領域を複数に分画してマルチチャンネル化させてもよい。
また、前記液体試料保持部としては、外部と前記液体試料導入板の表面上の空間との間で送液可能な流路が形成されることが好ましい。
即ち、前記標的物質検出装置によれば、前記液体試料導入板に吸着した前記夾雑物の存在を無視した前記標的物質の検出を行うことができることから、前記液体試料導入板の洗浄処理を逐次行うことなく次の検出を行うことができるため、前記液体試料保持部に前記流路が形成される場合、前記流路を介した前記液体試料の導入と排出とを通じて前記液体試料を交換するだけで次の検出を進めることができ、より一層、検出操作を効率化させることができる。
なお、本明細書において「洗浄処理」とは、前記液体試料導入板の前記表面に吸着した前記夾雑物を物理的な磨き処理や化学薬品を用いた剥離処理、溶解処理によって取り除く処理を意味し、前記液体試料の交換時に水で濯ぐ処理を含まない。
＜光照射部＞
前記光照射部は、裏面側光照射部、表面側光照射部及び側面側光照射部のいずれかで形成される。
前記裏面側光照射部は、前記液体試料導入板が前記透光板で形成されるときに前記液体試料導入板の前記裏面から前記光を照射可能とされる。
前記裏面側光照射部の構成としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、公知の透過型顕微鏡に用いられる公知の光照射部と同様に構成することができる。
前記表面側光照射部は、前記液体試料導入板が前記透光板及び前記反射板のいずれかで形成されるときに前記液体試料導入板の前記表面側から前記光を照射可能とされる。
前記表面側光照射部の構成としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記反射板で形成される場合、公知の落射型顕微鏡に用いられる公知の光照射部と同様に構成することができ、また、前記透光板で形成される場合、公知の透過型顕微鏡に用いられる公知の光照射部と同様に構成することができる。
前記側面側光照射部は、前記液体試料導入板が前記導入板で形成されるときに前記液体試料導入板上に保持される前記液体試料に対して前記液体試料導入板の側面側から前記光を照射可能とされる。
前記側面側光照射部の構成としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、公知の光照射部と同様に構成することができる。
なお、前記裏面側光照射部、前記表面側光照射部及び前記側面側光照射部における光源としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知のランプ、ＬＥＤ装置、レーザ光照射装置などの発光装置を用いることができる。例えば、前記光源としては、前記標識物質や前記標識物質の蛍光等の発光を利用した検出を行う場合の励起光源など用途に応じて選択することができる。
また、前記裏面側光照射部、前記表面側光照射部及び前記側面側光照射部としては、前記光源以外の光学要素についても特に制限はなく、公知の光学要素を目的に応じて適宜採用して構成することができる。
＜磁場印加部＞
前記磁場印加部は、第１の磁場印加部及び第２の磁場印加部のいずれかで形成される。前記第１の磁場印加部及び前記第２の磁場印加部のいずれの磁場印加部も、前記液体試料導入部の前記表面上に導入された前記結合体を移動させる役割や前記結合体の姿勢を変化させる役割を有し、前記標的物質検出装置では、前記結合体の変動を前記標的物質の検出に利用する。
なお、「変動」とは、前記結合体の移動及び前記結合体の姿勢変化を意味する。
－第１の磁場印加部－
前記第１の磁場印加部は、前記液体試料導入板の前記表面側又は前記側面側に配されるとともに前記液体試料導入板の前記表面上に導入された前記液体試料中の前記結合体を磁場の印加により前記液体試料導入板の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向及び前記液体試料導入板から遠ざかる方向のいずれかの方向に移動させるか又は前記結合体の姿勢を変化させる部材である。
前記第１の磁場印加部としては、このような部材であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、公知の電磁石及び永久磁石を用いて構成することができる。なお、前記永久磁石を用いる場合、例えば、移動部材に前記永久磁石を保持し、前記永久磁石による前記磁場が前記液体試料導入板の前記表面上に及ぶ近接状態と前記永久磁石による前記磁場が前記液体試料導入板の前記表面上に及ばない離間状態との間で移動制御し、前記液体試料導入板の前記表面上に対する前記磁場の印加状態をオン－オフさせる構成とすることができる。また、例えば、公知の磁気シールド部材を、前記液体試料導入板の前記表面上に前記磁場を印加させる開放状態と前記液体試料導入板の前記表面上に前記磁場を印加させない遮蔽状態とで開閉制御し、前記液体試料導入板の前記表面上に対する前記磁場の印加状態をオン－オフさせる構成とすることができる。また、前記電磁石を用いる場合には、前記電磁石の励磁と消磁とを通じて前記液体試料導入板の前記表面上に対する前記磁場の印加状態のオン－オフ制御を行うことができる。
また、前記第１の磁場印加部としては、特に制限はないが、貫通孔が形成されていることが好ましい。このように前記第１の磁場印加部を形成すると、前記表面側光照射部を用いた場合に前記貫通孔を通じた前記液体試料導入板の前記表面側からの光照射が可能となるとともに、前記表面側光照射部及び前記裏面側光照射部のいずれの場合も前記液体試料導入板の前記表面上方に伝搬される前記伝搬光に基づく光信号を前記貫通孔を通じて前記光信号検出部で検出することが可能となる。前記貫通孔が形成された前記第１の磁場印加部としては、例えば、芯を有しないコイルで形成された電磁石、貫通孔が形成された永久磁石、Ｕ字磁石、複数個の永久磁石を円弧上に並べたものなどが挙げられる。
－第２の磁場印加部－
前記第２の磁場印加部は、前記液体試料導入板の前記裏面側に配されるとともに前記液体試料導入板の前記表面上に導入された前記液体試料中の前記結合体を磁場の印加により前記液体試料導入板の前記表面側に引き寄せ可能とされるとともに前記磁場を印加した状態で前記液体試料導入板の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向に移動可能とされる部材である。
前記第２の磁場印加部としては、このような部材であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、公知の電磁石及び永久磁石を用いて構成することができる。例えば、スライド部材上に前記電磁石又は前記永久磁石を保持し、前記液体試料導入板の前記表面側又は前記裏面側における前記光照射部から前記光を照射する領域（検出領域）の近傍に前記電磁石又は前記永久磁石を位置させる初期状態と、前記液体試料導入板の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向に向けて前記電磁石又は前記永久磁石を移動させた状態との間で移動制御させることで構成することができる。なお、前記電磁石を用いる場合、連続的或いは断続的に前記移動制御中、励磁させた状態とする。また、前記移動制御中に励磁の強度を変化させてもよい。
また、複数の前記電磁石又は永久磁石を配置し、各部材における前記磁場の印可状態を制御することによっても、前記スライド部材上に前記電磁石又は前記永久磁石を保持して前記移動制御を行う構成と同等の効果を得ることができる。
また、前記第２の磁場印加部としては、特に制限はないが、貫通孔が形成されていることが好ましい。このように前記第２の磁場印加部を形成すると、前記裏面側光照射部において前記貫通孔を通じた前記液体試料導入板の裏面側からの光照射が可能となる。前記貫通孔が形成された前記第２の磁場印加部としては、例えば、芯を有しないコイルで形成された電磁石、貫通孔が形成された永久磁石、Ｕ字磁石、複数個の永久磁石を円弧上に並べたものなどが挙げられる。
＜光信号検出部＞
前記光信号検出部は、前記液体試料導入板の前記表面側、前記裏面側又は前記側面側に配されるとともに前記第１の磁場印加部による前記磁場の印加前後及び前記第２の磁場印加部の移動前後のいずれかの前後関係における前記伝搬光に基づく光信号の信号変化を検出可能とされる。
前記光信号検出部で検出される前記伝搬光に基づく前記光信号には、公知の前記透過型顕微鏡や前記落射型顕微鏡で取得される光信号と同様に、前記液体試料導入板の前記表面上方に伝搬される前記伝搬光の前記液体試料に対する透過光や反射光の光信号１と、前記液体試料中の前記結合体に前記伝搬光が照射されたときに発生し、光信号１と識別可能な光信号２と、前記液体試料中の前記夾雑物に前記伝搬光が照射されたときに発生し、光信号１と識別可能な光信号３と、前記液体試料導入板の前記表面に存在するキズや前記表面に吸着した前記夾雑物に前記伝搬光が照射されたときに発生する光信号４などが存在する。また、前記光信号には、光源出力の揺らぎなどを原因とするノイズ信号も含まれる。
バックグラウンド信号として処理される光信号１を除き、光信号２～４や前記ノイズ信号を区別することができない場合、検出精度の低下を招くこととなる。
しかしながら、前記標的物質検出装置では、前記結合体の前記第１の磁場印加部及び前記第２の磁場印加部で形成される前記磁場印加部に基づいて前記結合体を変動させ、その変動を前記伝搬光に基づく前記光信号の信号変化として検出するため、光信号２と光信号３，４及び前記ノイズ信号とを明確に区別することができる。
即ち、光信号３，４や前記ノイズ信号は、前記第１の磁場印加部による磁場の印加前後及び前記第２の磁場印加部の移動前後において磁場印加に起因した変化を生じない光信号であるのに対し、光信号２は、前記磁性粒子を含む前記結合体に起因するため、前記第１の磁場印加部による磁場の印加前後及び前記第２の磁場印加部の移動前後において変化する光信号であることから、前記伝搬光に基づく前記光信号の信号変化を検出することで、前記結合体、延いては前記結合体を構成する前記標的物質の検出を高精度に行うことができる。
ここで、変化する前記光信号として着目される光信号２の態様としては、前記結合体の種類や前記標的物質検出装置の光学系の種類に応じて様々な態様を取り得る。即ち、光信号２としては、前記結合体が前記伝搬光の照射を受けたときに発する、散乱光、反射光、位相差、微分干渉に基づく透過光、前記結合体の蛍光、燐光等の発光、及び前記結合体の光吸収に基づく光信号等が挙げられる。なお、前記位相差、前記微分干渉に基づく透過光を光信号２として検出する場合、前記液体試料保持部、前記光照射部及び前記光信号検出部のそれぞれを、公知の位相差顕微鏡、公知の微分干渉顕微鏡における光学系にしたがって構成する。
また、光信号２の変化の態様としては、強度の増減、位相変化、位置移動、形状の回転、焦点ずれ、及び出現・消失が挙げられる。この点については、後述する。
前記光信号検出部としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、フォトダイオード、光電子増倍管などの公知の光検出器や対物レンズ等の公知の光学要素を用いて構成することができる。
また、前記光信号検出部としては、特に制限はないが、前記液体試料導入板の前記表面上の検出領域の様子を２次元画像として取得可能とされることが好ましい。前記２次元画像を取得できると、光点や暗点として現れる前記２次元画像中の前記光信号の位置情報やサイズ情報を容易に取得することができ、前記結合体の移動前後の前記２次元画像同士を比較して、前記光信号が前記結合体に関与する情報であるのか、或いは、前記液体試料導入板の前記表面上のキズ、前記夾雑物、光源出力の揺らぎ等の前記結合体に関与しない情報であるのかを明確に区別することが可能となる。このような２次元画像の取得を可能とするには、前記光信号検出部として撮像デバイスを選択すればよい。
前記撮像デバイスとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサなどの公知のイメージセンサを用いることができる。
なお、前記光信号検出部により前記光信号を検出する方法としては、前記光信号検出部の結像可能範囲外に存在する前記結合体の検出漏れを防ぐため、一旦、前記液体試料導入板の前記表面上ないし前記表面近傍に前記結合体を配した後、前記液体試料導入板の前記表面を前記光信号検出部の結像可能範囲内に入れて実施する方法が好ましい。ここで、「結像可能範囲」とは、焦点深度及びその近傍における光信号を取得可能な範囲を指す。
また、前記標的物質を検出することとしては、前記標的物質の有無の検出、前記標的物質の存在量の検出（定量測定）、前記標的物質の存在状況のリアルタイム観察等が挙げられる。
＜その他の部＞
前記その他の部としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、第３の磁場印加部、公知の透過型顕微鏡及び落射型顕微鏡等に用いられる任意の部が挙げられる。
－第３の磁場印加部－
前記第３の磁場印加部は、前記磁場印加部が前記第１の磁場印加部で形成されるときに、更に、前記液体試料導入板の前記裏面側に配されるとともに前記液体試料導入板に導入された前記液体試料中の前記結合体を磁場の印加により前記液体試料導入板の前記表面上に引き寄せ可能とされる部である。
前記磁場印加部が前記第２の磁場印加部で形成される場合、前記液体試料中の前記結合体が前記磁場の印加により前記液体試料導入板の前記表面上に引き寄せられる。そのため、前記光信号検出部による前記光信号の検出を前記液体試料導入板の前記表面ないしその近傍に焦点を当てて行うことで、前記表面上に引き寄せられた前記結合体の移動状況を検出することができる。
しかしながら、前記磁場印加部が前記第１の磁場印加部で形成される場合、前記光信号検出部による前記光信号の検出を前記液体試料導入板の前記表面ないしその近傍に焦点を当てて行う際、必ずしも前記結合体が前記液体試料導入板の前記表面上に引き寄せられた状態ではなく、例えば、前記液体試料を前記液体試料導入板に導入させた直後においては、前記結合体が前記液体試料の液層中に浮遊した状態とされる。浮遊状態の前記結合体が前記光信号検出部で前記光信号を検出可能な結像可能範囲外に存在すると、前記結合体が検出されないこととなる。
したがって、前記光信号検出部による前記光信号の検出を前記液体試料導入板の前記表面ないしその近傍に焦点を当てて行う際、前記液体試料を前記液体試料導入板に導入させた後、前記結合体が前記液体試料導入板の前記表面上に重力沈降することを待つ必要があり、検出の準備に時間を要することとなる。特に、前記結合体の比重が小さい場合、より長い時間を要することとなる。
そこで、前記第３の磁場印加部による前記磁場の印加により、前記液体試料の液層中に浮遊する前記結合体を前記液体試料導入板の前記表面側に引き寄せることで、検出の準備時間を短縮化させ、より効率的な検出を行うことができる。
なお、前記第３の磁場印加部によらずに前記結合体が前記液体試料導入板の前記表面上に重力沈降する時間を短縮化する方法として、前記結合体に前記重り物質を含ませることも有効である。
前記第３の磁場印加部としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、公知の電磁石及び永久磁石を用いて構成することができる。
なお、前記第３の磁場印加部は、前記結合体を前記液体試料導入板の前記表面側に引き寄せた後、前記第１の磁場印加部による前記結合体の移動を妨げないよう、前記結合体を引き寄せる前記磁場の印加状態を停止するオン－オフ制御が求められる。この点、前記永久磁石を用いる場合、例えば、前記永久磁石を保持した移動部材を、前記永久磁石による前記磁場が前記液体試料の液層中に及ぶ近接状態と前記永久磁石による前記磁場が前記液体試料導入板の前記液体試料の液層中に及ばない離間状態との間で移動制御し、前記磁場の印加状態をオン－オフさせる構成とすることができる。また、例えば、公知の磁気シールド部材を、前記結合体に対して前記表面上に引き寄せる前記磁場を印加させた開放状態と前記結合体に対して前記表面上に引き寄せる前記磁場を印加させない遮蔽状態とで開閉制御し、前記磁場の印加状態をオン－オフさせる構成とすることができる。また、前記電磁石を用いる場合には、前記電磁石の励磁と消磁とを通じて前記磁場の印加状態のオン－オフ制御を行うことができる。
また、前記第３の磁場印加部としては、特に制限はないが、貫通孔が形成されていることが好ましい。このように前記第３の磁場印加部を形成すると、前記裏面側光照射部において前記貫通孔を通じた前記液体試料導入板の前記裏面側からの光照射が可能となる。前記貫通孔が形成された前記第３の磁場印加部としては、例えば、芯を有しないコイルで形成された電磁石、貫通孔が形成された永久磁石、Ｕ字磁石、複数個の永久磁石を円弧上に並べたものなどが挙げられる。
また、前記第３の磁場印加部を有すると、前記液体試料導入板の前記表面上の検出領域（前記光照射部による光の照射を受け、前記表面上方に前記伝搬光を生じさせる領域）に前記結合体を寄せ集めて濃縮することができ、より高精度に前記標的物質の検出を行うことができる。
（標的物質検出方法）
本発明の標的物質検出方法は、液体試料導入保持工程と、光照射工程と、結合体変動工程と、光信号検出工程とを含み、必要に応じて、その他の工程を含む。
＜液体試料導入保持工程＞
液体試料導入保持工程は、標的物質及び前記標的物質と結合体を形成する磁性粒子とを含む液体試料が表面上に導入されるとともに裏面側又は前記表面側から照射される光の透過光を伝搬光として前記光が照射される側と反対の面側に伝搬可能とされる透光板、前記液体試料が前記表面上に導入されるとともに前記表面側から照射される光の反射光を前記伝搬光として前記表面上方に伝搬可能な反射板及び前記液体試料が前記表面上に導入される導入板のいずれかで形成される液体試料導入板が配され、かつ、前記液体試料が前記液体試料導入板の前記表面上に保持可能とされる液体試料保持部に対し、前記液体試料導入板の表面上に前記液体試料を導入し保持する工程である。
なお、前記液体試料としては、前記標的物質検出装置について説明した前記液体試料を用いることができる。
また、前記液体試料導入板としては、前記標的物質検出装置について説明した前記液体試料導入板を用いることができる。
前記液体試料は、前記液体試料導入保持工程の前工程として、前記磁性粒子、必要に応じて前記標識物質、前記重り物質を混合させて調製される。即ち、一般に、前記磁性粒子、前記標識物質及び前記重り物質は、溶液中に分散されて保管されているか、粉末状で保管されており、使用時に前記液体試料に添加して混合される。
前記液体試料の混合方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、（１）前記磁性粒子、前記標識物質及び前記重り物質が未添加の状態の前記液体試料を前記液体試料保持部に保持させた後に、前記磁性粒子、前記標識物質及び前記重り物質を前記液体試料に添加して混合する方法、（２）前記磁性粒子、前記標識物質及び前記重り物質を前記液体試料保持部に保持させた後に、前記磁性粒子、前記標識物質及び前記重り物質が未添加の状態の前記液体試料を前記液体試料保持部に導入して混合する方法、（３）前記液体試料保持部に対する導入前に、前記磁性粒子、前記標識物質及び前記重り物質が未添加の状態の前記液体試料に前記磁性粒子、前記標識物質及び前記重り物質を前記液体試料に添加して混合する方法（事前混合法）などの方法を挙げることができる。
中でも、前記（３）の事前混合法によれば、混合容器内の前記磁性粒子及び前記磁性粒子を含む前記結合体を前記混合容器越しに磁石で集め、これらが前記磁石により流れ落ちないようにしつつ、混合液の一部を分離することで、前記液体試料保持部に導入される前記液体試料に対して夾雑物等の混入を抑制することができるとともに、前記液体試料保持部に導入される前記液体試料において、前記結合体の濃縮を行うことができる。その結果、前記（１）、（２）の方法を適用する場合よりも、より高精度な検出を実施することができる。
なお、本工程においては、乾燥などにより固体状とされた前記標的物質を、前記磁性粒子、前記標識物質及び前記重り物質が分散された溶液と混合することで、前記液体試料を調製してもよい。
＜光照射工程＞
前記光照射工程は、前記液体試料導入板が前記透光板で形成されるときに前記液体試料導入板の前記裏面側から前記光を照射する裏面側光照射工程、前記液体試料導入板が前記透光板及び前記反射板のいずれかで形成されるときに前記液体試料導入板の前記表面側から前記光を照射する表面側光照射工程、並びに、前記液体試料導入板が前記導入板で形成されるときに前記液体試料導入板上に保持される前記液体試料に対して前記液体試料導入板の側面側から前記光を照射する側面側光照射工程のいずれかの工程である。
なお、前記裏面側光照射工程としては、前記標的物質検出装置において説明した前記裏面側光照射部により実施することができる。
また、前記表面側光照射工程としては、前記標的物質検出装置において説明した前記表面側光照射部により実施することができる。
また、前記側面側光照射工程としては、前記標的物質検出装置において説明した前記側面側光照射部により実施することができる。
＜結合体変動工程＞
前記結合体変動工程は、前記液体試料導入板の前記表面上に導入された前記液体試料中の前記結合体を磁場の印加により前記液体試料導入板の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向及び前記液体試料導入板から遠ざかる方向のいずれかの方向に移動させるか又は前記結合体の姿勢を変化させる第１の結合体変動工程並びに前記液体試料導入板の前記裏面側に配される磁場印加部からの磁場の印加により前記液体試料導入板の前記表面上に導入された前記液体試料中の前記結合体を前記液体試料導入板の前記表面上に引き寄せるとともに前記磁場を印加した状態で前記磁場印加部を前記液体試料導入板の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向に移動させ、前記磁場印加部の移動に追従させて前記結合体を移動させる又は前記結合体の姿勢を変化させる第２の結合体変動工程のいずれかの工程である。
なお、前記第１の結合体変動工程としては、前記標的物質検出装置において説明した前記第１の磁場印加部により実施することができる。
また、前記第２の結合体変動工程としては、前記標的物質検出装置において説明した前記第２の磁場印加部により実施することができる。
また、前記第１の結合体変動工程及び前記第２の結合体変動工程としては、それぞれ前記光信号検出工程を挟みながら繰り返し行うことで、検出精度を高めることができる。このとき、前記第１の磁場印可部と前記第２の磁場印可部双方を有する前記標的物質検出装置においては、前記第１の結合体変動工程と前記第２の結合体変動工程を織り交ぜて実施することができる。
また、前記結合体変動工程において、磁場印加時に前記液体試料導入板を前記液体試料導入板の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向に動かすことによって、同様の効果を得てもよい。
＜光信号検出工程＞
前記光信号検出工程は、前記第１の結合体変動工程による前記磁場の印加前後及び前記第２の結合体変動工程による前記磁場印加部の移動前後のいずれかの前後関係における前記伝搬光に基づく光信号の信号変化を検出する工程である。
なお、前記光信号検出工程としては、前記標的物質検出装置において説明した前記光信号検出部により実施することができる。
＜その他の工程＞
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、結合体引き寄せ工程を挙げることができる。
－結合体引き寄せ工程－
前記結合体引き寄せ工程は、前記結合体変動工程が前記第１の結合体変動工程であるときに、更に、前記液体試料導入保持工程後、前記結合体変動工程前に、引き寄せ磁場の印加により前記液体試料中の前記結合体の全部又は一部を一旦前記液体試料導入板の前記表面上に引き寄せる工程である。
前記結合体変動工程が前記第１の結合体変動工程により実施される場合、前記光信号検出工程で前記光信号の検出を前記液体試料導入板の前記表面ないしその近傍に焦点を当てて行う際、必ずしも前記結合体が前記液体試料導入板の前記表面上に引き寄せられた状態ではなく、例えば、前記液体試料を前記液体試料導入板に導入させた直後においては、前記結合体が前記液体試料の液層中に浮遊した状態とされる。浮遊状態の前記結合体が前記光信号検出工程で前記光信号を検出可能な結像可能範囲外に存在すると、前記結合体が検出されないこととなる。
したがって、前記光信号検出工程による前記光信号の検出を前記液体試料導入板の前記表面ないしその近傍に焦点を当てて行う際、前記液体試料を前記液体試料導入板に導入させた後、前記結合体が前記液体試料導入板の前記表面上に重力沈降することを待つ必要があり、検出の準備に時間を要することとなる。特に、前記結合体の比重が小さい場合、より長い時間を要することとなる。
そのため、前記結合体変動工程が前記第１の結合体変動工程あるときに、更に、前記結合体引き寄せ工程を実施して、検出の準備時間を短縮化させ、より効率的な検出を行うことが好ましい。
なお、前記結合体引き寄せ工程としては、前記標的物質検出装置において説明した前記第３の磁場印加部により実施することができる。
また、前記結合体引き寄せ工程によらずに前記結合体が前記液体試料導入板の前記表面上に重力沈降する時間を短縮化する方法として、前記結合体に前記重り物質を含ませることも有効である。
前記結合体引き寄せ工程を実施する場合で、かつ、前記第１の結合体変動工程を前記結合体を前記液体試料導入板から遠ざかる方向に移動させて実施する場合では、特に制限はないが、前記液体試料導入保持工程後、前記結合体引き寄せ工程、前記結合体変動工程及び前記光信号検出工程をこの順で複数回繰返して実施すること（交互磁場印加）が好ましい。
前記交互磁場印加によって、同一の前記結合体に起因する前記光信号が繰返し検出されることとなるため、検出の精度を向上させることができる。更には、前記交互磁場印加を周期的に実施し、同一の前記結合体に起因する前記光信号の周波数に対して公知のロックイン増幅器を適用することによって、この光信号を増幅することも可能であり、検出の感度を向上させることができる。
以下では、図面を参照しつつ、本発明の実施形態をより具体的に説明する。
〔第１の実施形態〕
先ず、本発明の第１の実施形態に係る標的物質検出装置を図１を参照しつつ説明する。なお、図１は、第１の実施形態に係る標的物質検出装置の説明図である。
図１に示すように標的物質検出装置１は、公知の透過型顕微鏡に準じて構成され、液体試料導入板２と、光照射部３と、第１の磁場印加部４と、撮像デバイス５ａ及び対物レンズ５ｂで構成される光信号検出部５とで構成される。なお、撮像デバイス５ａは、例えば、公知のＣＣＤイメージセンサ等で構成され、２次元画像の取得が可能とされる。
液体試料導入板２は、前記標的物質及び前記標的物質と前記結合体を形成する前記磁性粒子とを含む前記液体試料が前記表面上に導入されるとともに前記裏面側から照射される光Ｌの透過光ＴＬを前記伝搬光として前記表面上方に伝搬可能とされる透光板で形成される。また、液体試料導入板２は、自身で前記液体試料保持部を構成し、前記表面上に前記液体試料が導入された後、前記液体試料を覆うようにカバーガラス等を配することで前記液体試料を保持する。
光照射部３は、液体試料導入板２の前記裏面側から光Ｌを照射可能とされる裏面側光照射部として構成される。
また、第１の磁場印加部４は、液体試料導入板２の前記表面側に配されるとともに液体試料導入板２の前記表面上に導入された前記液体試料中の前記結合体を磁場の印加により液体試料導入板２から遠ざかる方向に移動させるように構成される。ここで、第１の磁場印加部４は、中央に貫通孔が形成された環状の電磁石で形成され、光照射部３から照射される光Ｌの透過光ＴＬに基づく光信号が前記貫通孔を通じて光信号検出部５で検出可能とされる。
光信号検出部５は、液体試料導入板２の前記表面側に配されるとともに第１の磁場印加部４による前記磁場の印加前後における前記伝搬光に基づく光信号の信号変化を検出可能とされる。
なお、液体試料導入板２、光照射部３及び光信号検出部５（撮像デバイス５ａ、対物レンズ５ｂ）は、公知の透過型顕微鏡にしたがって構成することができる。
このように構成される標的物質検出装置１では、先ず、液体試料導入板２の前記表面上に前記液体試料を導入し、保持させる（液体試料導入保持工程）。
次に、前記液体試料の液層中を浮遊する前記結合体が液体試料導入板２の前記表面上に重力沈降した後、液体試料導入板２の裏面側から光Ｌを照射し（光照射工程）、対物レンズ５ｂを調整して前記表面ないしその近傍を結像可能範囲内に入れ、撮像デバイス５ａで前記表面上の光信号を取得する（光信号検出工程）。
このときの撮像デバイス５ａで観察される観察視野内の液体試料導入板２の前記表面上の様子を模式的に図２に示す。
図２に示すように、観察視野内の液体試料導入板２の前記表面上には、例えば、液体試料導入板２の前記表面上方に伝搬される前記伝搬光の前記液体試料に対する透過光の光信号（バックグラウンド信号）とのコントラスト差により前記バックグラウンド信号と識別可能な４つの光信号ａ～ｄが観察される。図２では、光信号ａ，ｄが光点として観察されることを示しており、光信号ｂ，ｃが暗点として観察されることを示している。
また、このときの光信号ａを発生させる物質ａ’と光信号ｂを発生させる物質ｂ’とを液体試料導入板２の側面から見たときの様子を図３に示す。なお、図３は、図２におけるＡ－Ａ線断面図である。また、図３中の矢印Ｂは、光信号を取得可能な結像可能範囲を示している。
図３に示すように、物質ａ’及び物質ｂ’は、液体試料導入板２の前記表面上に重力沈降された状態とされる。
次に、第１の磁場印加部４の前記電磁石を励磁して液体試料導入板２の前記表面上に導入された前記液体試料中の前記結合体を磁場の印加により第１の磁場印加部４に向けて引き寄せ、前記結合体を液体試料導入板２から遠ざかる方向に移動させる（第１の結合体変動工程）。
次に、結像可能範囲及び観察視野を維持したまま前記結合体を液体試料導入板２から遠ざかる方向に移動させた後の液体試料導入板２の前記表面上の光信号を撮像デバイス５ａで取得する（光信号検出工程）。
前記第１の結合体変動工程後、撮像デバイス５ａで観察される観察視野内の液体試料導入板２の前記表面上の様子を模式的に図４に示す。
前記第１の結合体変動工程前の様子を示す図２と、前記第１の結合体変動工程後の様子を示す図４との比較を通じて理解されるように、光信号ａ，ｂは、前記第１の結合体変動工程前後で光信号が変化し、光信号ｃ，ｄは、前記第１の結合体変動工程前後で光信号が変化しない。
このことから、光信号ａ，ｂを発生させる物質ａ’，ｂ’は、第１の磁場印加部４に引き寄せられる前記磁性粒子を含む前記結合体であり、前記標的物質を含むものであることが分かる。
これに対し、前記第１の結合体変動工程前後で変化が確認されない、光信号ｃ，ｄは、液体試料導入板２の前記表面上のキズ、前記表面に吸着ないし前記表面上に存在する夾雑物、光源出力の揺らぎなどのノイズ信号であることが分かる。
前記第１の結合体変動工程後の光信号ａを発生させる物質ａ’と光信号ｂを発生させる物質ｂ’とを液体試料導入板２の側面から見たときの様子を図５に示す。図５は、図４におけるＡ－Ａ線断面図である。また、図５中の矢印Ｂは、光信号を取得可能な結像可能範囲を示している。
図５に示すように、物質ａ’及び物質ｂ’は、第１の磁場印加部４での前記磁場の印加により、液体試料導入板２から遠ざかる方向に移動された状態とされる。
光信号ａは、前記第１の結合体変動工程前後で光点のサイズが大きく観察される（図４参照）。これは、物質ａ’が光信号検出部５の結像可能範囲内に存在するものの、前記第１の結合体変動工程前における液体試料導入板２の前記表面にピントを合せた状態から焦点ずれしたため、光点のサイズが大きく観察されたものである（図５参照）。
これに対し、光信号ｂは、前記第１の結合体変動工程後、消失することが確認される（図４参照）。これは、物質ｂ’が光信号検出部５の結像可能範囲外に移動したためである（図５参照）。
また、光信号ａは、光点として確認される（図２，４参照）。これは、物質ａ’が前記伝搬光の照射を受けて、前記散乱光、前記蛍光などの光を発したためである。
これに対し、光信号ｂは、暗点として確認される（図２，４参照）。これは、物質ｂ’が前記伝搬光の照射を受けたときに前記光吸収又は前記光反射等により伝搬光よりも光強度が弱い透過光等を生じたためである。
以上のように、標的物質検出装置１では、前記標的物質に基づく光信号を、液体試料導入板２の前記表面上のキズ、前記表面に吸着ないし前記表面上に存在する夾雑物、光源出力の揺らぎなどのノイズ信号と明確に区別して検出することができるため、前記標的物質を高精度に検出することができる。また、液体試料導入板２の前記表面上に前記夾雑物が吸着している場合でも、その存在を無視した検出を行うことができるため、必ずしも検出ごとに液体試料導入板２に対する前記洗浄処理を行う必要がなく、効率的な検出を行うことができる。また、前記散乱光、前記反射光、前記蛍光等の発光、前記光吸収等の様々な現象に基づいて発生する光信号を識別信号として取り扱うことができ、幅広い分野での利用を期待することができる。また、光信号の変化の態様として、焦点ずれに加えて消失する現象を利用することもできるため、明確に光信号の変化を捉えることができる。
次に、第１の実施形態に係る標的物質検出装置の第１の変形例に係る標的物質検出装置を図６を用いて説明する。なお、図６は、第１の変形例に係る標的物質検出装置の説明図である。
図６に示すように、第１の変形例に係る標的物質検出装置１Ａでは、第１の実施形態に係る標的物質検出装置１に対し、更に、第３の磁場印加部６を配して構成される。なお、この他は、第１の実施形態に係る標的物質検出装置１と同様であるため、説明を省略する。
第３の磁場印加部６は、液体試料導入板２の裏面側に配されるとともに液体試料導入板２に導入された前記液体試料中の前記結合体を磁場の印加により液体試料導入板２の表面上に引き寄せ可能とされ、ここでは、貫通孔が形成された環状の電磁石で形成され、光照射部３が前記貫通孔を通じて液体試料導入板２の裏面側から光を照射可能とされる。
このように構成される標的物質検出装置１Ａでは、標的物質検出装置１を用いた場合のように、前記液体試料導入保持工程後、前記液体試料の液層中を浮遊する前記結合体が液体試料導入板２の前記表面上に重力沈降することを待つことなく、前記液体試料導入保持工程後、前記結合体変動工程前に、第３の磁場印加部６での引き寄せ磁場の印加により前記液体試料中の前記結合体の全部又は一部を一旦液体試料導入板２の表面上に引き寄せることができる（結合体引き寄せ工程）。
したがって、標的物質検出装置１Ａによれば、標的物質検出装置１が有する利点に加えて、検出に要する時間を短時間化させ、より効率的な前記標的物質の検出を行うことができる。
次に、第１の実施形態に係る標的物質検出装置の第２の変形例に係る標的物質検出装置を図７を用いて説明する。なお、図７は、第２の変形例に係る標的物質検出装置の説明図である。
図７に示すように、第２の変形例に係る標的物質検出装置１Ｂでは、第１の実施形態に係る標的物質検出装置１における第１の磁場印加部４に代えて、第１の磁場印加部７を配して構成される。なお、この他は、第１の実施形態に係る標的物質検出装置１と同様であるため、説明を省略する。
第１の磁場印加部７は、電磁石により構成されるとともに、液体試料導入板２の前記表面上の検出領域（前記裏面側において光照射部３による光の照射を受け、前記表面上方に前記伝搬光を生じさせる領域）に対して斜め上方に配され、液体試料導入板２の前記表面上に導入された前記液体試料中の前記結合体を磁場の印加により液体試料導入板２の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向に移動させる（第１の結合体変動工程）。
第１の磁場印加部７を用いて実施した前記第１の結合体変動工程後に、撮像デバイス５ａで観察される観察視野内の液体試料導入板２の前記表面上の様子を模式的に図８に示す。なお、前記第１の結合体変動工程前における様子は、図２と同様である。
前記第１の結合体変動工程前の様子を示す図２と、前記第１の結合体変動工程後の様子を示す図８との比較を通じて理解されるように、光信号ａ，ｂは、前記第１の結合体変動工程前後で光信号が変化し、光信号ｃ，ｄは、前記第１の結合体変動工程前後で光信号が変化しない。
したがって、標的物質検出装置１Ｂによれば、標的物質検出装置１と同様に、光信号ａ，ｂを発生させる物質ａ’，ｂ’が前記標的物質を含み、光信号ｃ，ｄが液体試料導入板２の前記表面上のキズ、前記表面に吸着ないし前記表面上に存在する夾雑物、光源出力の揺らぎなどのノイズ信号であると判断することができる。
第１の磁場印加部７を用いて実施した前記第１の結合体変動工程後に、光信号ａを発生させる物質ａ’と光信号ｂを発生させる物質ｂ’とを液体試料導入板２の側面から見たときの様子を図９に示す。なお、図９は、図８におけるＡ－Ａ線断面図である。また、図９中の矢印Ｂは、光信号を取得可能な結像可能範囲を示している。
図９に示すように、物質ａ’及び物質ｂ’は、第１の磁場印加部７による斜め上方からの引き寄せ磁場により、それぞれ、液体試料導入板２の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分ｘ１，ｘ２と、液体試料導入板２から遠ざかる方向のベクトル成分ｙ１，ｙ２とを持つ方向に移動する。
したがって、標的物質検出装置１Ｂでは、物質ａ’及び物質ｂ’を液体試料導入板２から遠ざかる方向にのみ移動させる標的物質検出装置１と、前記第１の結合体変動工程後の様子が相違する。
この相違点は、前記標的物質の検出負担を軽減することにつながる。
即ち、図４及び図８を比較しつつ、光信号ａ，ｂに基づく前記標的物質の検出を試みた場合について検討すると、光信号ｂについては、両図とも光信号の消失する結果であり変わりがないが、光信号ａについては、図４で示すケースでサイズ変化に基づく前記標的物質の検出のみとなり、移動に基づく前記標的物質の検出が行えないのに対し、図８で示すケースでサイズ変化に基づく前記標的物質の検出に加え、移動に基づく前記標的物質の検出を行うことができる点で、図８で示すケースの方が前記標的物質の検出を行い易い。
したがって、標的物質検出装置１Ｂでは、より一層、高精度に前記標的物質の検出を行うことができる。
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る標的物質検出装置を図１０を参照しつつ説明する。なお、図１０は、第２の実施形態に係る標的物質検出装置の説明図である。
図１０に示すように、第２の実施形態に係る標的物質検出装置１０は、公知の透過型顕微鏡に準じて構成され、液体試料導入板１２と、光照射部１３と、第２の磁場印加部１８と、撮像デバイス１５ａ及び対物レンズ１５ｂで構成される光信号検出部１５とで構成される。
液体試料導入板１２、光照射部１３及び光信号検出部１５は、第１の実施形態に係る標的物質検出装置１における液体試料導入板２、光照射部３及び光信号検出部５と同様に構成することができ、第２の実施形態に係る標的物質検出装置１０は、第１の磁場印加部４に代えて第２の磁場印加部１８を配する点で第１の実施形態に係る標的物質検出装置１と相違する。以下、相違点について説明する。
第２の磁場印加部１８は、液体試料導入板１２の前記裏面側に配されるとともに液体試料導入板１２の前記表面上に導入された前記液体試料中の前記結合体を磁場の印加により液体試料導入板１２の前記表面上に引き寄せ可能とされるとともに前記磁場を印加した状態で液体試料導入板１２の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向に移動可能とされる。ここで、第２の磁場印加部１８は、貫通孔が形成された環状の永久磁石と前記永久磁石をＸ１又はＸ２の方向にスライド移動させるスライド移動部材（不図示）とで形成され、光照射部１３が前記貫通孔を通じて液体試料導入板１２の裏面側から光を照射可能とされる。
前記結合体の移動は、第２の磁場印加部１８を磁場印加部として、第２の磁場印加部１８からの前記磁場の印加により液体試料導入板１２の前記表面上に導入された前記液体試料中の前記結合体を液体試料導入板１２の前記表面上に引き寄せるとともに前記磁場を印加した状態で第２の磁場印加部１８を液体試料導入板１２の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向に移動させ、第２の磁場印加部１８の移動に追従させて前記結合体を移動させることにより行う（第２の結合体変動工程）。
この第２の磁場印加部１８を用いる場合、前記第２の結合体変動工程において、前記磁場の印加により前記液体試料中の前記結合体の全部又は一部を液体試料導入板１２の表面上に引き寄せるため、前記液体試料導入保持工程後、前記液体試料の液層中を浮遊する前記結合体が液体試料導入板１２の前記表面上に重力沈降することを待つ必要がない。
前記第２の結合体変動工程後に、撮像デバイス１５ａで観察される観察視野内の液体試料導入板１２の前記表面上の様子を模式的に図１１に示す。なお、前記第２の結合体変動工程前における様子は、図２と同様である。また、光信号の形状に異方性が確認できる場合の、前記第２の結合体変動工程前における前記表面上の様子を模式的に図１２に示す。また、この場合の前記第２の結合体変動工程後における前記表面上の様子を模式的に図１３に示す。
前掲図２と、前記第２の結合体変動工程後の様子を示す図１１との比較、或いは、図１２と図１３との比較を通じて理解されるように、光信号ａ，ｂは、前記第２の結合体変動工程前後で光信号が変化し、光信号ｃ，ｄは、前記第２の結合体変動工程前後で光信号が変化しない。
したがって、標的物質検出装置１０によれば、光信号ａ，ｂを発生させる物質ａ’，ｂ’が前記標的物質を含み、光信号ｃ，ｄが液体試料導入板１２の前記表面上のキズ、前記表面に吸着ないし前記表面上に存在する夾雑物、光源出力の揺らぎなどのノイズ信号であると判断することができる。
前記第２の結合体変動工程後に、光信号ａを発生させる物質ａ’と光信号ｂを発生させる物質ｂ’とを液体試料導入板１２の側面から見たときの様子を図１４、図１５に示す。なお、図１４は、図１１におけるＡ－Ａ線断面図、図１５は、図１３におけるＡ－Ａ線断面図である。なお、図１４、図１５中の矢印Ｂは、光信号を取得可能な結像可能範囲を示している。
図１４、図１５に示すように、物質ａ’及び物質ｂ’は、第２の磁場印加部１８からの前記磁場の印加により液体試料導入板１２の前記表面上に引き寄せられた後、第２の磁場印加部１８の液体試料導入板１２の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向への移動（図１０中の方向Ｘ１又はＸ２）に基づき、第２の磁場印加部１８の移動に追従して液体試料導入板１２の前記表面の面内方向と平行な方向に移動するか、或いは回転する。
なお、図１１，１４では、物質ａ’及び物質ｂ’が観察視野内で移動する例を示しているが、第２の磁場印加部１８を液体試料導入板１２の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向で、かつ、矩形状の観察視野を律するいずれかの一辺の方向と平行な方向に、前記一辺の長さよりも長い距離で移動させると、前記観察視野内の物質ａ’及び物質ｂ’を観察視野外まで移動させることができ、光信号ａ，ｂの消失に基づく高精度の検出を行うことができる。
また、第１及び第２の実施形態に係る標的物質検出装置では、光学系を公知の正立顕微鏡の構成にしたがって、液体試料導入板２，１２の前記裏面側から光を照射し、前記表面側に透過する前記伝搬光に基づく前記光信号を光信号検出部５，１５で検出することとしているが、公知の倒立顕微鏡の構成にしたがって、前記液体試料導入板の前記表面側から光を照射し、前記裏面側に透過する前記伝搬光に基づく前記光信号を、前記裏面側に配された前記光信号検出部で検出することとしてもよい。
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係る標的物質検出装置を図１６を参照しつつ説明する。なお、図１６は、第３の実施形態に係る標的物質検出装置の説明図である。
図１６に示すように標的物質検出装置２０は、公知の落射型顕微鏡に準じて構成され、液体試料導入板２２と、光照射部２３と、第１の磁場印加部２４と、撮像デバイス２５ａ、対物レンズ２５ｂ及びハーフミラー（ダイクロイックミラー等）２５ｃで構成される光信号検出部２５とで構成される。なお、撮像デバイス２５ａは、例えば、公知のＣＣＤイメージセンサ等で構成され、２次元画像の取得が可能とされる。また、ハーフミラー２５ｃは、反射によって液体試料導入板２２の前記表面上に照射光を導入するための光照射部２３の光学要素としても用いられる。
液体試料導入板２２は、前記液体試料が前記表面上に導入されるとともに前記表面側から照射される光Ｌの反射光ＲＬを前記伝搬光として前記表面上方に伝搬可能な反射板で形成される。また、液体試料導入板２２は、自身で前記液体試料保持部を構成し、前記表面上に前記液体試料が導入された後、前記液体試料を覆うようにカバーガラス等を配することで前記液体試料を保持する。
光照射部２３は、ハーフミラー２５ｃによる反射光により液体試料導入板２２の前記表面側から光Ｌを照射可能とされる表面側照射部として構成される。
また、第１の磁場印加部２４は、液体試料導入板２２の前記表面側に配されるとともに液体試料導入板２２の前記表面上に導入された前記液体試料中の前記結合体を磁場の印加により液体試料導入板２２から遠ざかる方向に移動させるように構成される。ここで、第１の磁場印加部２４は、中央に貫通孔が形成された環状の電磁石で形成されており、光照射部２３から照射される光Ｌが前記貫通孔を通じて液体試料導入板２２に照射可能とされるとともに光Ｌの反射光ＲＬに基づく光信号が前記貫通孔を通じて光信号検出部２５で検出可能とされる。
光信号検出部２５は、液体試料導入板２２の前記表面側に配されるとともに第１の磁場印加部２４による前記磁場の印加前後における前記伝搬光に基づく光信号の信号変化を検出可能とされる。
なお、液体試料導入板２２、光照射部２３及び光信号検出部２５（撮像デバイス２５ａ、対物レンズ２５ｂ、ハーフミラー２５ｃ）は、公知の落射型顕微鏡にしたがって構成することができる。
このように構成される標的物質検出装置２０では、先ず、液体試料導入板２２の前記表面上に前記液体試料を導入し、保持させる（液体試料導入保持工程）。
次に、前記液体試料の液層中を浮遊する前記結合体が液体試料導入板２２の前記表面上に重力沈降した後、光照射部２３から照射される光Ｌをハーフミラー２５ｃを介して液体試料導入板２２の前記表面側に照射し（光照射工程）、対物レンズ２５ｂを調整して前記表面ないしその近傍を結像可能範囲内に入れ、撮像デバイス２５ａで前記表面上の光Ｌの反射光ＲＬに基づく光信号を取得する（光信号検出工程）。
次に、第１の磁場印加部２４の前記電磁石を励磁して液体試料導入板２２の前記表面上に導入された前記液体試料中の前記結合体を磁場の印加により第１の磁場印加部２４に向けて引き寄せ、前記結合体を液体試料導入板２２から遠ざかる方向に移動させる（第１の結合体変動工程）。
次に、結像可能範囲及び観察視野を維持したまま前記結合体を液体試料導入板２２から遠ざかる方向に移動させた後の液体試料導入板２２の前記表面上の光信号を撮像デバイス２５ａで取得する（光信号検出工程）。
このように構成される標的物質検出装置２０では、前記光信号検出工程における前記第１の結合体変動工程前後における光信号が、前掲図２，４のように得られ、前記標的物質に基づく光信号を、液体試料導入板２２の前記表面上のキズ、前記表面に吸着ないし前記表面上に存在する夾雑物、光源出力の揺らぎなどのノイズ信号と明確に区別して検出することができる。
したがって、標的物質検出装置２０によれば、前記標的物質を高精度に検出することができる。また、液体試料導入板２２の前記表面上に前記夾雑物が吸着している場合でも、その存在を無視した検出を行うことができるため、必ずしも検出ごとに液体試料導入板２２に対する前記洗浄処理を行う必要がなく、効率的な検出を行うことができる。また、前記散乱光、前記反射光、前記発光、前記光吸収等の様々な現象に基づいて発生する光信号を識別信号として取り扱うことができ、幅広い分野での利用を期待することができる。また、光信号の変化の態様として、焦点ずれに加えて消失する現象を利用することもできるため、明確に光信号の変化を捉えることができる。
次に、第３の実施形態に係る標的物質検出装置の変形例に係る標的物質検出装置を図１７を用いて説明する。なお、図１７は、第３の実施形態に係る標的物質検出装置の変形例に係る標的物質検出装置の説明図である。
図１７に示すように、変形例に係る標的物質検出装置２０Ａでは、第３の実施形態に係る標的物質検出装置２０に対し、更に、第３の磁場印加部２６が配されるとともに第１の磁場印加部２４に代えて第１の磁場印加部２７が配された構成とされる。なお、この他は、第３の実施形態に係る標的物質検出装置２０と同様であるため、説明を省略する。
第３の磁場印加部２６は、電磁石で形成され、液体試料導入板２２の裏面側に配されるとともに液体試料導入板２２に導入された前記液体試料中の前記結合体を磁場の印加により液体試料導入板２２の前記表面上に引き寄せ可能とされる。
第３の磁場印加部２６によれば、標的物質検出装置２０を用いた場合のように、前記液体試料導入保持工程後、前記液体試料の液層中を浮遊する前記結合体が液体試料導入板２２の前記表面上に重力沈降することを待つことなく、前記液体試料導入保持工程後、前記結合体変動工程前に、第３の磁場印加部２６での引き寄せ磁場の印加により前記液体試料中の前記結合体の全部又は一部を一旦液体試料導入板２２の表面上に引き寄せることができる（結合体引き寄せ工程）。
したがって、標的物質検出装置２０Ａによれば、標的物質検出装置２０が有する利点に加えて、検出に要する時間を短時間化させ、より効率的な前記標的物質の検出を行うことができる。
また、第１の磁場印加部２７は、電磁石により構成されるとともに、液体試料導入板２２の前記表面上の検出領域（前記表面側において光照射部２３による光の照射を受け、前記表面上方に前記伝搬光を生じさせる領域）に対して斜め上方に配され、液体試料導入板２２の前記表面上に導入された前記液体試料中の前記結合体を磁場の印加により液体試料導入板２２の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向に移動させる（第１の結合体変動工程）。
第１の磁場印加部２４に代えて第１の磁場印加部２７を用いる場合、前記光信号検出工程における前記第１の結合体変動工程前後における光信号が、前掲図２，８のように得られ、図８に示す、光信号ａのサイズ変化に基づく前記標的物質の検出に加え、光信号ａの移動に基づく前記標的物質の検出を行うことができ、より一層、高精度に前記標的物質の検出を行うことができる。
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態に係る標的物質検出装置を図１８を参照しつつ説明する。なお、図１８は、第４の実施形態に係る標的物質検出装置の説明図である。
図１８に示すように、第４の実施形態に係る標的物質検出装置３０は、公知の落射型顕微鏡に準じて構成され、液体試料導入板３２と、光照射部３３と、第２の磁場印加部３８と、撮像デバイス３５ａ、対物レンズ３５ｂ及びハーフミラー３５ｃで構成される光信号検出部３５とで構成される。
液体試料導入板３２、光照射部３３及び光信号検出部３５は、第３の実施形態に係る標的物質検出装置２０における液体試料導入板２２、光照射部２３及び光信号検出部２５と同様に構成することができ、第４の実施形態に係る標的物質検出装置３０は、第１の磁場印加部２４に代えて第２の磁場印加部３８を配する点で第３の実施形態に係る標的物質検出装置２０と相違する。以下、相違点について説明する。
第２の磁場印加部３８は、液体試料導入板３２の前記裏面側に配されるとともに液体試料導入板３２の前記表面上に導入された前記液体試料中の前記結合体を磁場の印加により液体試料導入板３２の前記表面上に引き寄せ可能とされるとともに前記磁場を印加した状態で液体試料導入板３２の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向に移動可能とされる。ここで、第２の磁場印加部３８は、永久磁石と前記永久磁石をＸ１又はＸ２の方向にスライド移動させるスライド移動部材（不図示）とで形成される。
前記結合体の変動は、第２の磁場印加部３８を磁場印加部として、第２の磁場印加部３８からの前記磁場の印加により液体試料導入板３２の前記表面上に導入された前記液体試料中の前記結合体を液体試料導入板３２の前記表面上に引き寄せるとともに前記磁場を印加した状態で第２の磁場印加部３８を液体試料導入板３２の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向に移動させ、第２の磁場印加部３８の移動に追従させて前記結合体を移動させるか又は前記結合体の姿勢を変化させることにより行う（第２の結合体変動工程）。
この第２の磁場印加部３８を用いる場合、前記第２の結合体変動工程において、前記磁場の印加により前記液体試料中の前記結合体の全部又は一部を液体試料導入板３２の表面上に引き寄せるため、前記液体試料導入保持工程後、前記液体試料の液層中を浮遊する前記結合体が液体試料導入板３２の前記表面上に重力沈降することを待つ必要がない。
このように構成される標的物質検出装置３０では、前記光信号検出工程における前記第２の結合体変動工程前後における光信号が、前掲図２，１１，１２，１３のように得られ、前記標的物質に基づく光信号を、液体試料導入板３２の前記表面上のキズ、前記表面に吸着ないし前記表面上に存在する夾雑物、光源出力の揺らぎなどのノイズ信号と明確に区別して検出することができる。
なお、図１１では、物質ａ’及び物質ｂ’が観察視野内で移動する例を示しているが、第２の磁場印加部３８を液体試料導入板３２の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向で、かつ、矩形状の観察視野を律するいずれかの一辺の方向と平行な方向に、前記一辺の長さよりも長い距離で移動させると、前記観察視野の物質ａ’及び物質ｂ’を観察視野外まで移動させることができ、光信号ａ，ｂの消失に基づく高精度の検出を行うことができる。
なお、前記結合体に基づく光信号の態様として、図２，４，８，１１，１２，１３に例を挙げ、前記散乱光、前記反射光、前記発光等に起因する光信号であることの説明をしたが、これは、図面表示の便宜ためであり、前記光信号の態様としては、前記位相差、前記微分干渉などによる前記透過光に起因する光信号であってもよい。
また、前記結合体に基づく光信号の変化の態様として、図４，８，１１，１３に例を挙げ、前記位置移動、前記焦点ずれ、前記消失、前記回転（前記結合体の姿勢変化）として説明をしたが、前記光信号の変化の態様としては、強度の増減（前記焦点ずれに基づく強度低下等）、位相変化（位置移動後の位相変化）、出現（観察視野外からの位置移動）も挙げることができる。
なお、前掲の諸実施形態においては、前記液体試料導入板として、前記透光板、前記反射板を用いた構成とされるが、前記導入板を用いて構成してもよい。この場合、前記光照射部として前記側面側光照射部を採用し、前記液体試料導入板の前記表面側又は前記裏面側に配された前記光信号検出部において、前記結合体からの散乱光、反射光等を検出する構成とすることができる。或いは、前記液体試料導入板の前記側面（前記液体試料導入板の前記側面側光照射部が配される側と反対側の側面）側に配された前記光信号検出部において、前記結合体の光吸収、透過光等を検出する構成とすることができる。
〔実施例１〕
図７に示す標的物質検出装置１Ｂの構成に準じて実施例１に係る標的物質検出装置を作製した。以下では、説明の便宜上、標的物質検出装置１Ｂの説明に用いた符号と同一の符号で実施例１に係る標的物質検出装置の各構成部を説明する。
具体的に、液体試料導入板２としては、厚さ４０ｎｍのＴｉＯ２薄膜を成膜したポリカーボネート製溝付き基板（メモリーテック社製，厚さ０．６ｍｍ，溝周期１.２μｍ）を用いた。光照射部３としは、ハロゲンランプ（オリンパス社製，１２Ｖ１００ＷＨＡＬ）を用い、撮像デバイス５ａとしては、デジタルカメラ（オリンパス社製，ＤＰ２１）を用いた。対物レンズ５ｂとしては、水浸仕様のもの（オリンパス社製，ＷＩＭＳＰｌａｎＡｐｏ１５０×）を用い、液体試料導入板２表面上の前記液体試料に浸した状態で観測を行った。また、第１の磁場印加部７としては、ネオジム磁石（アズワン社製，ＮＲ２１２）を用い、観測途中で液体試料導入板２に近付けるようにして前記結合体変動工程を実施した。
標的物質としては、大腸菌を選択した。また、磁性粒子としては、１μｍ径のカルボキシル基付きの磁性標識ビーズ（ＧＥヘルスケア社製，Ｓｅｒａ－Ｍａｇ Ｓｐｅｅｄｂｅａｄｓ）をＮ－ヒドロキシコハク酸イミド及び１－エチル－３－（３－ジメチルアミノプロピル）カルボジイミドの混合液と反応させ、カルボキシル基を活性エステルに置換した粒子を用いた。この磁性粒子は、前記大腸菌表面のアミノ基と結合可能である。
前記標的物質を含む溶液に、前記磁性粒子を含む溶液を混合して混合溶液（液体試料）を作製した後、前記混合溶液３０μＬを液体試料導入板２と対物レンズ５ｂとの間に導入した。この状態で、光照射部３からの光を液体試料導入板２に照射し、撮像デバイス５ａで透過光信号の測定を行った。なお、透過光信号の測定に際し、前記基板表面の溝を用いて前記基板表面に焦点を合わせた。
磁場印加開始時に観測された画像を図１９に示す。なお、図１９は、実施例１における、磁場印加前の様子を撮像した２次元画像を示す図である。
図１９において、実線の丸で囲んだ部分の中の物体は、前記標的物質と前記磁性粒子とが結合した状態にある。
次に、第１の磁場印加部７により図１９の右側から前記結合体を引き寄せる方向の磁場を印加した後の様子を図２０に示す。なお、図２０は、実施例１における、磁場印加後の様子を撮像した２次元画像を示す図である。また、図２０と図１９とは、同一の観察視野で撮像された２次元画像である。
図２０の実線の丸で囲んだ部分の中の物体は、図１９の実線の丸で囲んだ部分の中の物体と同じである。磁場印加開始からの時間経過に伴い、前記結合体は、磁場を印加した方向に移動したことが明らかである。
〔実施例２〕
次に、図１８に示す標的物質検出装置３０の構成に準じて実施例２に係る標的物質検出装置を作製した。以下では、説明の便宜上、標的物質検出装置３０の説明に用いた符号と同一の符号で実施例２に係る標的物質検出装置の各構成部を説明する。
具体的に、液体試料導入板３２としては、厚さ４０ｎｍのＴｉＯ２薄膜を成膜したポリカーボネート製溝付き基板（メモリーテック社製，厚さ０．６ｍｍ，溝周期１.２μｍ）を用いた。光照射部３３としては、キセノンランプ（オリンパス社製，ＵＸＬ－７５ＸＢ）を用い、撮像デバイス３５ａとしては、デジタルカメラ（オリンパス社製，ＤＰ２１）を用いた。光学フィルタとセットになったハーフミラー３５ｃ（オプトライン社製，ＬＦ４０５／ＬＰ－Ｂ）を用い、波長３７０ｎｍ～４１０ｎｍの光を液体試料導入板３２に照射し、波長４２２ｎｍより長い波長の光を撮像デバイス３５ａで観察した。第２の磁場印加部３８としては、リング状のネオジム磁石（アズワン社製，ＮＲ２１２）を用い、対物レンズ３５ｂ（オリンパス社製，ＬＭＰｌａｎＦｌ５０×）の真下に配置した。
標的物質としては、実施例１と同様に、前記大腸菌を選択した。磁性粒子としては、実施例１と同様に、１μｍ径のカルボキシル基付きの磁性標識ビーズをＮ－ヒドロキシコハク酸イミド及び１－エチル－３－（３－ジメチルアミノプロピル）カルボジイミドの混合液と反応させ、カルボキシル基を活性エステルに置換した粒子を用いた。
前記標的物質を含む溶液に前記磁性粒子を含む溶液を混合した後、更に蛍光色素４’，６－ｄｉａｍｉｄｉｎｏ－２－ｐｈｅｎｙｌｉｎｄｏｌｅ（ＤＡＰＩ）を含む溶液を混合して混合溶液（液体試料）を作製した。
前記混合溶液１０μＬを液体試料導入板３２上に滴下した。この状態で光照射部３３からの光を液体試料導入板３２に照射し、撮像デバイス３５ａで蛍光信号の測定を行った。
前記混合液の滴下から一定時間が経過した後に観測された画像を図２１に示す。なお、図２１は、実施例２における、磁場印加部移動前の様子を撮像した２次元画像を示す図である。
図２１において白く表示されているところは、主として、前記蛍光色素で標識された前記標的物質からの蛍光である。
次に、第２の磁場印加部３８を図２１の下向きに移動した後の画像を図２２に示す。なお、図２２は、実施例２における、磁場印加部移動後の様子を撮像した２次元画像を示す図である。
図２１，２２に示すように、第２の磁場印加部３８の移動に追従して前記磁性粒子の一部が移動したが、前記磁性粒子と結合していた前記標的物質については、蛍光の発光状況が変化した。より具体的に言及すると、この変化は、前記標的物質の平行及び回転移動に伴う発光位置の変化、或いは、前記磁性粒子又は前記標的物質の変動に起因する前記標的物質の発光強度の変化である。
これらの変化は、図２１，２２における、実線の丸で囲んだ部分で顕著に確認することができる。
１，１Ａ，１Ｂ，１０，２０，２０Ａ，３０ 標的物質検出装置
２，１２，２２，３２ 液体試料導入板
３，１３，２３，３３ 光照射部
４，７，２４，２７ 第１の磁場印加部
５ａ，１５ａ，２５ａ，３５ａ 撮像デバイス
５ｂ，１５ｂ，２５ｂ，３５ｂ 対物レンズ
２５ｃ，３５ｃ ハーフミラー
５，１５，２５，３５ 光信号検出部
６，２６ 第３の磁場印加部
１８，３８ 第２の磁場印加部
Ｌ 光
ＴＬ 透過光
ＲＬ 反射光
ａ，ｂ，ｃ，ｄ 光信号
ａ’，ｂ’ 物質
Ｘ１，Ｘ２ 方向
ｘ１，ｘ２，ｙ１，ｙ２ ベクトル成分

Claims (6)

  1. 標的物質及び前記標的物質と結合体を形成する磁性粒子を含む液体試料が表面上に導入されるとともに裏面側及び前記表面側のいずれかの側から照射される光の透過光を伝搬光として前記光が照射される側と反対の面側に伝搬可能とされる透光板、前記液体試料が前記表面上に導入されるとともに前記表面側から照射される光の反射光を前記伝搬光として前記表面上方に伝搬可能な反射板、並びに、前記液体試料が前記表面上に導入される導入板のいずれかで形成される液体試料導入板が配され、かつ、前記液体試料が前記液体試料導入板の前記表面上に保持可能とされる液体試料保持部と、
    前記液体試料導入板が前記透光板で形成されるときに前記液体試料導入板の前記裏面側から前記光を照射可能とされる裏面側光照射部、前記液体試料導入板が前記透光板及び前記反射板のいずれかで形成されるときに前記液体試料導入板の前記表面側から前記光を照射可能とされる表面側光照射部、並びに、前記液体試料導入板が前記導入板で形成されるときに前記液体試料導入板上に保持される前記液体試料に対して前記液体試料導入板の側面側から前記光を照射可能とされる側面側光照射部のいずれかで形成される光照射部と、
    前記液体試料導入板の前記裏面側に配されるとともに前記液体試料導入板の前記表面上に導入された前記液体試料中の前記結合体を磁場の印加により前記液体試料導入板の前記表面上に引き寄せ可能とされるとともに前記磁場を印加した状態で前記液体試料導入板の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向に移動可能とされる磁場印加部と、
    前記液体試料導入板の前記表面側、前記裏面側及び前記側面側のいずれかの側に配されるとともに前記磁場印加部の移動前後における前記伝搬光に基づく光信号の信号変化を検出可能とされ、かつ、前記液体試料導入板の前記表面上の検出領域の様子を２次元画像として取得可能とされる光信号検出部と、
    を有し、
    前記液体試料導入板の前記表面が前記結合体の吸着を抑制する吸着抑制剤で表面処理され、
    前記磁場印加部が前記２次元画像の結像可能範囲内に存在する前記結合体を前記磁場印加部の移動に追従させて前記結像可能範囲内及び前記結像可能範囲外のいずれかの位置に移動可能とされることを特徴とする標的物質検出装置。
  2. 第２の磁場印加部に貫通孔が形成されるとともに裏面側光照射部が前記貫通孔を通じて液体試料導入板の裏面側から光を照射可能とされる請求項１に記載の標的物質検出装置。
  3. 液体試料保持部に外部と液体試料導入板の表面上の空間との間で送液可能な流路が形成される請求項１から２のいずれかに記載の標的物質検出装置。
  4. 標的物質及び前記標的物質と結合体を形成する磁性粒子とを含む液体試料が表面上に導入されるとともに裏面側及び前記表面側のいずれかの側から照射される光の透過光を伝搬光として前記光が照射される側と反対の面側に伝搬可能とされる透光板、前記液体試料が前記表面上に導入されるとともに前記表面側から照射される光の反射光を前記伝搬光として前記表面上方に伝搬可能な反射板、並びに、前記液体試料が前記表面上に導入される導入板のいずれかで形成される液体試料導入板が配され、かつ、前記液体試料が前記液体試料導入板の前記表面上に保持可能とされる液体試料保持部に対し、前記液体試料導入板の表面上に前記液体試料を導入し保持する液体試料導入保持工程と、
    前記液体試料導入板が前記透光板で形成されるときに前記液体試料導入板の前記裏面側から前記光を照射する裏面側光照射工程、前記液体試料導入板が前記透光板及び前記反射板のいずれかで形成されるときに前記液体試料導入板の前記表面側から前記光を照射する表面側光照射工程、並びに、前記液体試料導入板が前記導入板で形成されるときに前記液体試料導入板上に保持される前記液体試料に対して前記液体試料導入板の側面側から前記光を照射する側面側光照射工程のいずれかの工程である光照射工程と、
    前記液体試料導入板の前記裏面側に配される磁場印加部からの磁場の印加により前記液体試料導入板の前記表面上に導入された前記液体試料中の前記結合体を前記液体試料導入板の前記表面上に引き寄せるとともに前記磁場を印加した状態で前記磁場印加部を前記液体試料導入板の前記表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向に移動させる結合体移動工程と、
    前記液体試料導入板の前記表面上の検出領域の様子を２次元画像として取得可能とされる光信号検出部により、前記結合体移動工程による前記磁場印加部の移動前後における前記伝搬光に基づく光信号の信号変化を前記２次元画像に基づき検出する光信号検出工程と、
    を含み、
    前記液体試料導入板の前記表面が前記結合体の吸着を抑制する吸着抑制剤で表面処理され、
    前記結合体移動工程が前記２次元画像の結像可能範囲内に存在する前記結合体を前記磁場印加部の移動に追従させて前記結像可能範囲内及び前記結像可能範囲外のいずれかの位置に移動させる工程であることを特徴とする標的物質検出方法。
  5. 結合体が１つの標的物質に対して２つ以上の磁性粒子を結合させたものである請求項４に記載の標的物質検出方法。
  6. 結合体が伝搬光の照射を受けて前記伝搬光の液体試料に対する透過光の光信号と識別可能な光信号を発生させる標識物質を含む請求項４から５のいずれかに記載の標的物質検出方法。
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