JP7217516B2 - Target substance detection device and charge processing particles - Google Patents
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Description
本発明は、液体試料中に存在する標的物質を電場を利用して移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前記標的物質の検出に用いられる荷電処理粒子に関する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is a target substance detection device that detects a target substance by utilizing changes in optical signals when the target substance present in a liquid sample is moved using an electric field, and is used for detecting the target substance. It relates to charge processing particles.
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。該方法として、例えば、表面プラズモン共鳴(SPR)イムノアッセイ法、全反射照明蛍光顕微鏡(TIRFM)、表面プラズモン共鳴励起増強蛍光分光法(SPFS)などが挙げられる。 In recent years, methods have been developed for detecting and quantifying minute substances present in a solution, particularly bio-related substances such as DNA, RNA, proteins, viruses, and bacteria. Such methods include, for example, surface plasmon resonance (SPR) immunoassay, total internal reflection illumination fluorescence microscopy (TIRFM), surface plasmon resonance excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS) and the like.
前記表面プラズモン共鳴イムノアッセイ法は、抗原抗体反応の特異的選択性と高感度な屈折率計である表面プラズモン共鳴センサを組み合わせた手法であり、全反射面の金薄膜表面に生じる増強電場内の抗原・抗体結合をリアルタイムに高精度で検出・定量することができる(非特許文献1参照)。 The surface plasmon resonance immunoassay method is a technique that combines the specific selectivity of the antigen-antibody reaction with a surface plasmon resonance sensor, which is a highly sensitive refractometer. - Antibody binding can be detected and quantified in real time with high accuracy (see Non-Patent Document 1).
前記全反射照明蛍光顕微鏡は、試料とカバーガラス或いはスライドガラスとの界面で入射光を全反射させ、これによって生じるエバネッセント場を励起光として利用し、ノイズとなるバックグラウンド光が少ない蛍光観察を行う技術である(特許文献1参照)。該技術は、超解像を実現可能な技術であり、単分子観察を可能とする。 In the total internal reflection fluorescence microscope, the incident light is totally reflected at the interface between the sample and the cover glass or slide glass, and the resulting evanescent field is used as excitation light to perform fluorescence observation with little background light that causes noise. technology (see Patent Document 1). This technique is a technique capable of realizing super-resolution and enables single-molecule observation.
前記表面プラズモン共鳴励起増強蛍光分光法は、クレッチマン配置と呼ばれる光学配置を用いて、プリズムに接したガラス表面の金薄膜層と液体試料との界面での入射光の全反射によって、金薄膜上に表面プラズモン共鳴を励起し、金薄膜表面に増強電場を形成することを特徴とする。表面プラズモン共鳴によって金薄膜表面近傍において増強された光を励起光として、増強電場内に存在する蛍光分子を励起し、強い蛍光を生じさせ、バックグラウンド光が少ない蛍光観察を行う技術である(特許文献2参照)。 The surface plasmon resonance excitation-enhanced fluorescence spectroscopy uses an optical arrangement called the Kretschmann arrangement, and the total reflection of incident light at the interface between the gold thin film layer on the glass surface in contact with the prism and the liquid sample causes It is characterized by exciting surface plasmon resonance and forming an enhanced electric field on the gold thin film surface. This is a technique for observing fluorescence with little background light by exciting fluorescent molecules existing in the enhanced electric field by using the light enhanced near the surface of the gold thin film by surface plasmon resonance as excitation light to generate strong fluorescence (patented Reference 2).
また、こうした光の全反射によって電場増強を生じさせ、増強電場を得る方法としては、例えば、非特許文献2乃至8に記載されているような公知のものがある。本発明者は、シリカガラス基板上にシリコン層とSiO2層をこの順で積層した検出板をシリカガラス製の台形プリズム上に設置して、プリズムを介して検出板表面における全反射条件で光を照射し、増強電場を得る方法を非特許文献2で報告した。
In addition, as a method of obtaining an enhanced electric field by generating an electric field enhancement by such total reflection of light, there are known methods such as those described in Non-Patent
非特許文献3では、クレッチマン配置を用いて表面プラズモン共鳴を発生させ、増強電場を得る方法が開示されている。非特許文献4では、クレッチマン配置におけるプリズムにドーブプリズムを用いて光を入射して表面プラズモン共鳴を発生させ、増強電場を得る方法が開示されている。非特許文献5及び非特許文献6では、レゾナントミラーを用いた増強電場を得る方法が開示されている。非特許文献7では、プリズム上に金属層と透明な誘電体層をこの順で積層して、リーキーモードセンサと呼ばれる構造を形成し、プリズムを介して光を照射して、前記誘電体層表面で増強電場を得る方法が開示されている。非特許文献8では、プリズム上に金属層を形成し、その上に屈折率の異なる2種類の透明な誘電体層をそれぞれ1層ずつ積層して、リーキーモードセンサ構造よりもさらに強い増強電場を得る方法が開示されている。
Non-Patent
更に、特許文献3、4では、流路に表面プラズモン共鳴を発生させるプリズム形状が付与され、流路の底面または側面に表面プラズモン共鳴を発生させ、増強電場を得る方法が開示されている。
Furthermore,
また、標的物質の検出面への吸着または近接を促進し、短時間での測定を実現するために、磁性粒子を標識に用いた方法が知られている(特許文献5、6)。これらの方法では、磁性標識と光応答性標識物質と標的物質との結合体を、磁場を印加することにより局所領域に引き寄せ、この局所領域を含む所定領域にのみ励起光を照射することにより、標的物質と磁性標識との結合体を形成していない光応答性標識の信号を排除した検出を行う。
Also known is a method using magnetic particles as a label in order to facilitate the adsorption or proximity of a target substance to a detection surface and to realize measurement in a short period of time (
また、前記生体関連物質を検出・定量する方法として、伝搬光を検出光とする方法も提案されている。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。
Further, as a method for detecting and quantifying the bio-related substance, a method using propagating light as detection light has also been proposed. For example, such methods include fluorescence immunoassay (FIA method), enzyme-linked immunosorbent method (ELISA method), and the like.
In the FIA method, an antibody that specifically binds to a target substance such as a specific bacterium or virus is used to bind a fluorescent dye, and the target substance is detected and quantified by observing the emission of the fluorescent dye with a fluorescence microscope or the like. method.
In the ELISA method, the target substance is immobilized on a detection plate using an antigen-antibody reaction, then an enzyme-labeled antibody is bound, a substrate that develops color with the enzyme is added, and the target substance is detected from the color change. is detected and quantified.
All of these methods are widely used as well-established methods for detecting bio-related substances, but these methods require multiple reaction steps and repeated washing steps, and it takes a lot of time and effort to obtain measurement results. I have a problem that I need. In addition, there is a demand for further improvement in detection sensitivity.
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7参照)。
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。
A measurement method using magnetic particles has been proposed as a method for improving the detection sensitivity of the target substance detection using the bio-related substance detection method. For example, a detection method in which a conjugate containing the target substance and the magnetic particles is collected on the bottom side of a liquid sample container and immobilized on the bottom surface of the container by an antigen-antibody reaction between an antibody placed on the bottom surface of the container and the conjugate. is disclosed (see Patent Document 7).
However, in the measurement method using such magnetic particles, although the detection sensitivity can be improved by the concentration effect of collecting the binder at the detection position by the magnetic field, contaminants floating at the detection position of the concentration destination, the liquid A noise signal caused by the contaminants adsorbed on the bottom surface of the sample container, scratches on the bottom surface of the liquid sample container, fluctuations in the light source output of the detection light used for detection, etc., and an optical signal based on the conjugate. can not be distinguished, there is a problem of low detection accuracy. Such a problem becomes even more conspicuous when detecting the minute substances.
In addition, in order to eliminate the noise signal based on the contaminants adsorbed on the bottom surface of the liquid sample container, it is necessary to perform a cleaning process to remove the contaminants for each detection, and the detection efficiency is still low. be.
こうした問題を解決するため、本発明者は、磁場印加部を配した標的物質検出装置である外力支援型センサを提案している(特許文献8~10参照)。この提案では、前記磁場印加部からの磁場の印加に伴って移動する前記磁性粒子と前記標的物質との前記結合体に基づく光信号を光検出器で観察することで、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する。
つまり、磁場の印加により前記結合体が移動する一方で、前記ノイズ信号等は移動しないことから、検出される光信号の移動の様子を観察することで、この光信号が前記結合体に起因するものであるか、前記ノイズ信号等に起因するものかを区別することができ、延いては、検出の精度、効率性を向上させる。
In order to solve these problems, the present inventor has proposed an external force-assisted sensor, which is a target substance detection device provided with a magnetic field applying section (see
That is, since the noise signal or the like does not move while the conjugate moves due to the application of the magnetic field, it can be determined that the optical signal is caused by the conjugate by observing the movement of the detected optical signal. It is possible to distinguish whether the noise is caused by the noise signal or the like, and by extension, the accuracy and efficiency of detection are improved.
しかしながら、前記外力支援型センサにおける前記磁場印加部では、永久磁石で構成する場合及び電磁石で構成する場合のいずれの場合であっても、前記結合体を移動させるだけの磁場を発生させるためには、一定の大きさが必要となる。また、前記光検出器を構成する電子部品は、前記磁場印加部からの強力な磁場により悪影響を受ける可能性があるため、前記磁場印加部と前記光検出器との間の距離を一定以上狭めることができない。
したがって、前記磁場印加部を配する前記外力支援型センサでは、装置の小型化が困難であり、延いては、可搬性に乏しいため、室外の検出現場に赴いて検出を行う用途など持ち運びを要する用途に適さない問題がある。
However, in the magnetic field applying section of the external force assisted sensor, whether it is configured with a permanent magnet or an electromagnet, in order to generate a magnetic field sufficient to move the combined body, , requires a certain size. In addition, since the electronic parts constituting the photodetector may be adversely affected by the strong magnetic field from the magnetic field applying unit, the distance between the magnetic field applying unit and the photodetector is narrowed by a certain amount or more. I can't.
Therefore, it is difficult to reduce the size of the device in the external force assisted sensor in which the magnetic field applying unit is arranged, and furthermore, the portability is poor, so it is necessary to carry it around for purposes such as performing detection at an outdoor detection site. There is a problem that it is not suitable for use.
本発明は、従来技術における前記諸問題を解決し、検出の精度、効率性に優れ、かつ、小型で可搬性に優れた標的物質検出装置及び前記標的物質検出装置に用いられる荷電処理粒子を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems in the conventional technology, and provides a target substance detection device that is excellent in detection accuracy and efficiency, is small and has excellent portability, and charged processing particles used in the target substance detection device. intended to
前記課題を解決するための手段としては、次の通りである。即ち、
<1> 標的物質と前記標的物質と結合体を形成する荷電粒子を含む液体試料が表面上に導入されるとともに光の照射を受けて伝搬光及び近接場光のいずれかの検出光を生じさせ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に前記光を照射して前記検出光を生じさせる光照射部と、前記液体試料導入板の前記表面側に配され、電圧の印加により前記液体試料中の前記結合体を電極間で移動させる一対の電極を備える移動電場印加部と、前記検出光に基づく光信号の信号変化から前記結合体の移動を検出可能とされる光信号検出部と、を有し、前記移動電場印加部が、前記液体試料導入板の前記表面に離間させて形成される一対の表面電極で構成されることを特徴とする標的物質検出装置。
<2> 更に、液体試料導入板の表面側に配され、電圧の印加により液体試料中の結合体を電極間で移動させ、かつ、前記表面に引き寄せる一対の電極を備える引き寄せ電場印加部を有する前記<1>に記載の標的物質検出装置。
<3> 引き寄せ電場印加部が、移動電場印加部を構成する液体試料導入板の表面に離間させて形成される一対の表面電極の間の位置で前記液体試料導入板の前記表面に形成される表面電極と、透明電極材料で形成され前記表面電極と鉛直方向で対向して前記液体試料導入板上に導入された液体試料を覆うように配されるカバー電極とを備える前記<2>に記載の標的物質検出装置。
Means for solving the above problems are as follows. Namely
<1> A liquid sample containing a target substance and charged particles that form a bond with the target substance is introduced onto the surface and irradiated with light to generate detection light of either propagating light or near-field light. a liquid sample holding part having a liquid sample introduction plate arranged thereon and capable of holding the liquid sample on the surface of the liquid sample introduction plate; a moving electric field applying unit provided with a pair of electrodes disposed on the surface side of the liquid sample introduction plate and configured to move the combined body in the liquid sample between the electrodes by applying a voltage; an optical signal detection unit capable of detecting the movement of the conjugate from a signal change of the optical signal based on the detection light , wherein the moving electric field applying unit is separated from the surface of the liquid sample introduction plate. A target substance detection device comprising a pair of surface electrodes formed by
< 2 > Further, it has an attracting electric field application unit provided on the surface side of the liquid sample introduction plate, and having a pair of electrodes for moving the binding bodies in the liquid sample between the electrodes by applying a voltage and attracting them to the surface. The target substance detection device according to <1 > .
< 3 > An attracting electric field applying section is formed on the surface of the liquid sample introducing plate at a position between a pair of surface electrodes spaced apart from each other and formed on the surface of the liquid sample introducing plate constituting the moving electric field applying section. The above-described < 2 >, comprising a surface electrode, and a cover electrode formed of a transparent electrode material and arranged to face the surface electrode in the vertical direction so as to cover the liquid sample introduced onto the liquid sample introduction plate. target substance detection device .
本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決でき、検出の精度、効率性に優れ、かつ、小型で可搬性に優れた標的物質検出装置及び前記標的物質検出装置に用いられる荷電処理粒子を提供することができる。 According to the present invention, a target substance detection device that can solve the above-mentioned problems in the conventional technology, is excellent in detection accuracy and efficiency, is small and has excellent portability, and charged processing particles used in the target substance detection device can be provided.
(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、移動電場印加部と、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。
(Target substance detection device)
The target substance detection device of the present invention has a liquid sample holding section, a light irradiation section, a moving electric field application section, and an optical signal detection section, and optionally other sections.
<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。
<Liquid sample holder>
The liquid sample holding section is a section in which a liquid sample introduction plate is arranged and a liquid sample is held on the surface of the liquid sample introduction plate.
-液体試料-
前記液体試料は、標的物質と、前記標的物質と結合体を形成する荷電粒子とを含む。
- liquid sample -
The liquid sample contains a target substance and charged particles that form a conjugate with the target substance.
--標的物質--
前記標的物質としては、特に制限はなく、目的に応じて選択することができ、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。
前記標的物質の検出対象となる具体的な被検体液としては、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。
したがって、具体的な前記液体試料としては、前記被検体液に前記荷電粒子などを加えたものが挙げられる。
--Target substance--
The target substance is not particularly limited and can be selected according to the purpose. Examples thereof include DNA, RNA, protein, viruses, bacteria, contaminants and the like.
Specific sample liquids to be detected for the target substance include, for example, solid samples such as blood, saliva, urine, liquid chemicals, environmental water, sewage, beverages, homogenized food solutions, wipes, and powders. Examples thereof include a solution dissolved in a solvent such as water, and a gas phase concentrated liquid in which gases, fine particles, etc. in the gas phase are captured.
Therefore, as a specific example of the liquid sample, one obtained by adding the charged particles and the like to the subject liquid can be mentioned.
--荷電粒子--
前記荷電粒子は、前記標的物質と結合して前記結合体を形成するとともに、前記移動電場印加部から印加される電場に基づき、前記標的物質を引き連れて移動する作用を持つ。
前記荷電粒子としては、このような作用を有するものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、前記標的物質と安定的に結合させる観点及び電場の印加に伴う移動を生じ易くさせる観点から、次の荷電処理粒子が好ましい。
加えて、前記荷電処理粒子は、液中に分散させて保管することが可能であり、前記荷電処理粒子を調製、保管しておけば、前記標的物質の検出を行う際の前記液体試料の調製を効率的に行うことができる。
--charged particles--
The charged particles combine with the target substance to form the conjugate, and have the effect of moving the target substance along with it based on the electric field applied from the moving electric field applying unit.
The charged particles are not particularly limited as long as they have such an action, and can be appropriately selected according to the purpose. From the viewpoint of ease of use, the following charged particles are preferred.
In addition, the charged particles can be dispersed in a liquid and stored. By preparing and storing the charged particles, the liquid sample can be prepared when the target substance is detected. can be done efficiently.
---荷電処理粒子---
前記荷電処理粒子は、複数の第1の官能基で表面修飾された粒子本体の一部の前記第1の官能基又はその誘導基に前記標的物質と結合可能な結合物質が結合され、かつ、前記結合物質と未結合の前記第1の官能基又はその誘導基に液中で陽イオン又は陰イオンにイオン化する第2の官能基を1分子中に複数有する荷電分子が結合される粒子である。
--- Charged particles ---
In the charged particles, a binding substance capable of binding to the target substance is bound to the first functional group of a part of the particle body surface-modified with a plurality of first functional groups or a derivative group thereof, and A particle in which a charged molecule having a plurality of second functional groups that ionize into cations or anions in a liquid is bound to the first functional group that is not bound to the binding substance or a derived group thereof. .
前記粒子本体としては、特に制限はなく、公知の粒子を挙げることができるが、電場印加に伴う移動性の観点から、ポリスチレン、シリカ、デキストラン、ポリビニルアルコール及びポリエステルのいずれかを主材として形成される球状粒子であることが好ましい。
前記球状粒子の直径としては、特に制限はないが、伝搬光による検出を行う場合、50nm~10μmが好ましく、近接場光による検出を行う場合、50nm~2μmが好ましい。
また、複数の前記第1の官能基で表面修飾された前記粒子本体としては、種々の用途で用いられており、公知のものから適宜選択して用いることができる。
The particle body is not particularly limited, and known particles can be mentioned. However, from the viewpoint of mobility accompanying the application of an electric field, it is formed mainly of any one of polystyrene, silica, dextran, polyvinyl alcohol and polyester. It is preferable that the particles are spherical particles.
The diameter of the spherical particles is not particularly limited, but is preferably 50 nm to 10 μm when detecting by propagating light, and preferably 50 nm to 2 μm when detecting by near-field light.
Further, the particle main body surface-modified with a plurality of the first functional groups is used in various applications, and can be appropriately selected from known ones and used.
前記第1の官能基としては、特に制限はないが、前記結合物質及び前記荷電分子と安定的に結合させる観点から、カルボキシ基(COOH)、アミノ基(NH2)、スルフヒドリル基(SH)が好ましい。
前記第1の官能基の誘導基としては、前記第1の官能基に対し前記結合物質及び前記荷電分子を結合させるために誘導される基が挙げられる。
例えば、前記第1の官能基がカルボキシ基(COOH)であるときに、前記カルボキシ基にカルボン酸活性試薬としてのN-ヒドロキシスクシンイミド(NHS)を結合させた後、形成された活性エステル(NHSエステル体)にアミノ基を有する前記結合物質及び前記荷電分子を脱水縮合させて形成されたアミド結合(CONH)中の前記カルボキシ基残基(CO)や、カルボキシ基(COOH)に前記結合物質及び前記荷電分子をエステル結合(COOR)させたときの前記カルボキシ基残基(COO)などが前記誘導基に該当する。
The first functional group is not particularly limited, but a carboxy group (COOH), an amino group (NH 2 ), and a sulfhydryl group (SH) are used from the viewpoint of stably binding the binding substance and the charged molecule. preferable.
The derivatizing group of the first functional group includes a group derivatized to bind the binding substance and the charged molecule to the first functional group.
For example, when the first functional group is a carboxy group (COOH), the formed active ester (NHS ester The carboxy group residue (CO) in the amide bond (CONH) formed by dehydration condensation of the binding substance having an amino group in the body) and the charged molecule, or the binding substance and the The above-mentioned carboxy group residue (COO) when a charged molecule is ester-bonded (COOR) corresponds to the above-mentioned derivative group.
前記結合物質としては、一の部で前記第1の官能基又はその誘導基と結合し、かつ、他の部で前記標的物質と結合する物質であれば、特に制限はなく、例えば、前記標的物質との間で、公知の抗原-抗体反応、アプタマーによる結合、DNAハイブリダイゼーション、ビオチン-アビジン結合、キレート結合などによる結合を与える諸物質を用いることができる。具体的には、抗体、アプタマー、DNAプローブ、RNAプローブ、ペプチド、糖鎖、プロテインA、プロテインG、アビジン及びその誘導体(ニュートラアビジン等)、ストレプトアビジン、ビオチン及びその誘導体などが挙げられる。 The binding substance is not particularly limited as long as it binds to the first functional group or its derivative group at one part and binds to the target substance at the other part. Substances that give known antigen-antibody reaction, binding by aptamer, DNA hybridization, biotin-avidin binding, chelate binding, etc. can be used. Specific examples include antibodies, aptamers, DNA probes, RNA probes, peptides, sugar chains, protein A, protein G, avidin and its derivatives (such as neutravidin), streptavidin, biotin and its derivatives.
前記荷電分子としては、前記第1の官能基又はその誘導基と結合し、かつ、液中で陽イオン又は陰イオンにイオン化する第2の官能基を1分子中に複数有する分子であることが必要である。前記第2の官能基を1分子中に複数有することで、電荷が大きくなり、電場印加に伴う移動性が向上する。
今、前記第1の官能基としてカルボキシ基を選択した場合の前記カルボキシ基で表面修飾されたポリスチレンビーズを例に挙げて説明をすると、このポリスチレンビーズは、中性の液中に分散させた状態で、前記カルボキシ基の陰イオン化によって負に帯電するが、アミンカップリング反応などにより前記カルボキシ基の一部を前記結合物質と結合させると、前記ポリスチレンビーズの表面における前記結合物質と未結合の陰イオン化された前記カルボキシ基の数が減少し、電荷が小さくなる。その結果、電場印加に伴って移動を行うのに必要な電荷が得られにくい。
実際、前記カルボキシ基で表面修飾された前記ポリスチレンビーズを用いた実験では、前記結合体としてIgG抗体分子だけを結合させると、前記ポリスチレンビーズの電場中での移動を確認できないケースがある一方で、前記IgG抗体分子に加えて前記荷電分子としてのグルタミン酸を結合させたこと以外は、同一条件下で行ったケースでは、前記ポリスチレンビーズの電場中での移動が確認されている。
The charged molecule is preferably a molecule having, in one molecule, a plurality of second functional groups that bind to the first functional group or its derivative group and ionize into cations or anions in a liquid. is necessary. Having a plurality of the second functional groups in one molecule increases the electric charge and improves the mobility associated with the application of an electric field.
Now, taking as an example the polystyrene beads surface-modified with the carboxy group when the carboxy group is selected as the first functional group, the polystyrene beads are dispersed in a neutral liquid. , the carboxyl group is negatively charged by anionization, but when a part of the carboxyl group is bound to the binding substance by an amine coupling reaction or the like, the binding substance and the unbound negative charge on the surface of the polystyrene bead become negative. The number of ionized carboxyl groups is reduced and the charge is reduced. As a result, it is difficult to obtain the electric charge necessary for movement upon application of an electric field.
In fact, in experiments using the polystyrene beads surface-modified with the carboxy group, when only IgG antibody molecules are bound as the conjugate, there are cases where the movement of the polystyrene beads in the electric field cannot be confirmed, In the case performed under the same conditions except that glutamic acid as the charged molecule was bound in addition to the IgG antibody molecule, movement of the polystyrene beads in the electric field was confirmed.
前記第2の官能基としては、特に制限はなく、液中で陽イオンにイオン化させる場合には、例えば、アミノ基、イミノ基、イミダゾール基などが挙げられ、液中で陰イオンにイオン化させる場合には、例えば、カルボキシ基、スルホ基、リン酸基、チオール基、ヒドロキシ基などが挙げられる。 The second functional group is not particularly limited, and when it is ionized into cations in a liquid, examples thereof include an amino group, an imino group, and an imidazole group, and when it is ionized into anions in a liquid. includes, for example, a carboxy group, a sulfo group, a phosphate group, a thiol group, a hydroxy group, and the like.
前記荷電分子の条件を満たす好適な化合物としては、1分子中にカルボキシ基を2つ有するグルタミン酸及びアスパラギン酸、並びに、1分子中にアミノ基を2つ有するアルギニンなどが挙げられる。 Suitable compounds satisfying the above charged molecule requirements include glutamic acid and aspartic acid having two carboxy groups in one molecule, and arginine having two amino groups in one molecule.
また、前記第1の官能基又はその誘導基に対する前記結合物質及び前記荷電分子の結合は、直接結合であっても間接的な結合であってもよく、前記間接的な結合とする場合、前記第1の官能基又はその誘導基と、前記結合物質及び前記荷電分子との間にこれらの結合を仲介する接合分子を挟むことができる。
前記接合分子としては、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、プロテインA、プロテインG、アビジン及びその誘導体(ニュートラアビジン等)、ストレプトアビジン、ビオチン及びその誘導体などが挙げられる。
Further, the binding of the binding substance and the charged molecule to the first functional group or derivative thereof may be a direct binding or an indirect binding. Interposed between the first functional group or a derivative thereof and the binding substance and the charged molecule can be a conjugate molecule that mediates these bonds.
The conjugating molecule is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples include protein A, protein G, avidin and its derivatives (neutravidin etc.), streptavidin, biotin and its derivatives. be done.
前記荷電処理粒子を含む前記荷電粒子としては、電場印加に応じて移動したことが前記光信号検出部による信号検出において判別可能な液中移動速度を持つことが必要である。
前記液中移動速度としては、前記光信号検出部による前記液体試料導入板表面の観察において、実用的な観察時間内で前記荷電粒子を含む前記結合体の光点の1ピクセル以上の移動が連続して確認できる速度、あるいは、ブラウン運動によるランダム移動の平均移動量を上回る速度のいずれか大きい方が好適に該当する。
ここで、前記実用的な観察時間とは、オンサイト測定で20分以内であり、好適には5分以内である。
また、電場印加前と電場印加後とにおける2枚の観察画像だけでは、電場印加による光点移動とブラウン運動によるランダムな光点移動とが判別できない場合があることから、電場印加前後の観察画像は、少なくとも3枚以上連続して取得する必要がある。したがって、1枚の画像取得にかけられる時間としては、400秒以内、好適には100秒以内である。
観察画像の1ピクセルの大きさは、イメージセンサの素子によって様々であるが、一般に1μm~10μmの範囲の大きさを持つ。そのため、前記結合体の液中移動量としては、10μm以上であることが好適である。
したがって、前記実用的な観察時間内で、前記結合体の光点の1ピクセル以上の移動が連続して確認できる速度は、0.025μm/s以上、好適には0.1μm/s以上である。
一方、ブラウン運動によるランダム移動の平均移動量Δxは、球形粒子について下記式(1)で求められる。
The charged particles, including the charged particles, need to have a moving speed in the liquid at which movement in response to application of an electric field can be determined by signal detection by the optical signal detection unit.
The moving speed in the liquid is such that when the surface of the liquid sample introduction plate is observed by the optical signal detection unit, the light spot of the conjugate containing the charged particles continuously moves by one pixel or more within a practical observation time. or a speed exceeding the average amount of random movement due to Brownian motion, whichever is greater.
Here, the practical observation time is 20 minutes or less in on-site measurement, preferably 5 minutes or less.
In addition, it may not be possible to distinguish between the light spot movement due to the electric field application and the light spot movement due to the Brownian motion with only the two observation images before and after the electric field application. should be obtained at least three times in succession. Therefore, the time taken to acquire one image is 400 seconds or less, preferably 100 seconds or less.
The size of one pixel of the observed image varies depending on the element of the image sensor, but generally ranges from 1 μm to 10 μm. Therefore, it is preferable that the moving amount of the combined body in the liquid is 10 μm or more.
Therefore, the speed at which the movement of the light spot of the conjugate by one pixel or more can be continuously confirmed within the practical observation time is 0.025 μm/s or more, preferably 0.1 μm/s or more. .
On the other hand, the average amount of movement Δx of random movement due to Brownian motion is obtained by the following formula (1) for spherical particles.
前記式(1)に示されるように平均移動量Δxは、前記荷電粒子の粒子径が小さくなるほど大きくなる。ここでは、直径100nmの前記荷電粒子を基準粒子として考え、温度を20℃、溶媒を水として計算を行うと、観察時間100秒において、平均移動量Δxが29μmとなり、観察時間400秒において平均移動量Δxが58μmとなる。
したがって、ブラウン運動によるランダム移動の平均移動量を上回る速度は、0.3μm/s以上となる。
よって、前記実用的な観察時間内で前記荷電粒子を含む前記結合体の光点の1ピクセル以上の移動が連続して確認できる速度、あるいは、ブラウン運動によるランダム移動の平均移動量を上回る速度のいずれか大きい方とする前記移動速度は、0.3μm/s以上である。
As shown in the formula (1), the average moving amount Δx increases as the particle diameter of the charged particles decreases. Here, when the charged particles with a diameter of 100 nm are considered as the reference particles, the temperature is 20° C., and the solvent is water, the average movement amount Δx is 29 μm at the observation time of 100 seconds, and the average movement amount is 29 μm at the observation time of 400 seconds. The amount Δx becomes 58 μm.
Therefore, the speed exceeding the average amount of random movement due to Brownian motion is 0.3 μm/s or more.
Therefore, the speed at which the movement of one or more pixels of the light spot of the conjugate containing the charged particles can be continuously confirmed within the practical observation time, or the speed exceeding the average amount of random movement due to Brownian motion. The moving speed, whichever is greater, is 0.3 μm/s or more.
ところで、前記荷電粒子の前記液中移動速度は、電場の強さを大きくするほど大きくなる。一方、前記移動電場印加部の構成電極に印加する電圧を大きくしすぎると、前記液体試料中の液体の電気分解が進み、気泡が発生して前記結合体の移動観察の妨げとなることがある。また、高い印加電圧は、電源部を大きくする必要が生じることから不適であり、小型で可搬性に優れた前記標的物質検出装置を提供する観点からは、電池で駆動可能であることが好ましい。
携帯電話やノートパソコン等で広く用いられるリチウムイオンポリマー二次電池の電圧は、3.7Vであり、小型機器で広く用いられるコイン型リチウム電池の電圧は、3.0Vである。
よって、前記移動電場印加部の駆動源から選択される、前記移動電場印加部に対する好適な印加電圧としては、3.0V以下である。
一方、前記印加電圧の下限としては、電気泳動を生じるためには電極で電解反応が生じる必要があることから、電解反応を起こすために必要な電圧を超える電圧を印加する必要がある。生じる電解反応の種類は、前記液体試料の構成成分に応じて様々であるが、代表的な被電解反応物質として水を考えると、電解反応を起こすためには1.23Vを超える電圧を印加する必要がある(下記参考文献1参照)。したがって、前記印加電圧の下限は1.3V程度である。
以上から、前記荷電粒子としては、前記移動電場印加部を構成する一対の電極に対し、1.3V~3.0Vの範囲内の電圧を印加したときに、いずれかの電圧値で0.3μm/s以上の液中移動速度を有することが好ましい。
なお、前記粒子本体の表面に前記荷電分子を結合させた前記荷電処理粒子として、後述の実施例で用いたポリスチレンビーズは、前記結合体の移動光点観察の結果より、2.8Vの電圧印加によって、180秒間に280μmの距離を移動することが確認され、その液中移動速度は、0.3μm/sを大幅に超える1.6μm/sである。
なお、本明細書において、「液中移動速度」とは、水を90体積%以上含む溶液を液体としたときに前記液体中で一対の電極間を電気泳動により移動する速度を示す。
参考文献1:渡辺他、基礎科学コース 電気化学、丸善(2001)
By the way, the movement speed of the charged particles in the liquid increases as the strength of the electric field increases. On the other hand, if the voltage applied to the constituent electrodes of the moving electric field applying section is too high, the electrolysis of the liquid in the liquid sample proceeds and bubbles are generated, which may hinder observation of the movement of the combined body. . In addition, a high applied voltage is not suitable because it requires a large power supply unit, and from the viewpoint of providing the target substance detection device that is compact and excellent in portability, it is preferable that it can be driven by a battery.
The voltage of lithium ion polymer secondary batteries, which are widely used in mobile phones, laptop computers, etc., is 3.7V, and the voltage of coin-type lithium batteries, which are widely used in small devices, is 3.0V.
Therefore, a suitable voltage to be applied to the moving electric field applying section selected from the driving sources of the moving electric field applying section is 3.0 V or less.
On the other hand, as the lower limit of the applied voltage, it is necessary to apply a voltage exceeding the voltage required to cause the electrolytic reaction, since the electrode must cause an electrolytic reaction in order to cause electrophoresis. The type of electrolytic reaction that occurs varies depending on the constituents of the liquid sample. Considering water as a representative electrolyzed reactant, a voltage exceeding 1.23 V is applied to cause the electrolytic reaction. (See
From the above, when a voltage within the range of 1.3 V to 3.0 V is applied to the pair of electrodes constituting the moving electric field applying unit, the charged particles have a thickness of 0.3 μm at any voltage value. /s or more is preferable.
As the charged particles having the charged molecules bonded to the surface of the particle body, the polystyrene beads used in the examples described later were found to have a voltage of 2.8 V from the results of observation of the moving light point of the conjugate. confirmed that it moves a distance of 280 μm in 180 seconds, and the moving speed in the liquid is 1.6 μm/s, which greatly exceeds 0.3 μm/s.
In this specification, the term "moving speed in liquid" indicates the speed at which a substance moves between a pair of electrodes by electrophoresis when a solution containing 90% by volume or more of water is used as the liquid.
Reference 1: Watanabe et al., Basic Science Course Electrochemistry, Maruzen (2001)
--標識物質--
前記標的物質は、前記結合体から発せられる光信号の移動を通じて前記光信号検出部により検出される。
前記標的物質が蛍光等の光信号を発しない場合には、前記光信号検出部による光信号検出のため、前記標的物質に光応答性の標識物質を結合させて前記結合体の移動に基づく前記光信号の信号変化を検出する。
--labeling substance--
The target substance is detected by the optical signal detector through the movement of the optical signal emitted from the conjugate.
When the target substance does not emit an optical signal such as fluorescence, the target substance is bound to a photoresponsive labeling substance for optical signal detection by the optical signal detection unit, and the target substance is bound to the target substance based on the movement of the binding substance. Detect signal changes in the optical signal.
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、前記光照射部からの光照射に起因する光を受けて光信号を発する物質である。
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を挙げることができる。
The labeling substance is a substance that binds to the conjugate via the target substance and emits an optical signal upon receiving light resulting from light irradiation from the light irradiation unit.
The labeling substance is not particularly limited as long as it has such properties, and can be appropriately selected according to the purpose. Examples include known fluorescent substances such as fluorescent dyes and quantum dots. .
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、アプタマーによる結合、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、アミド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、前記アプタマーによる結合、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。
The method for binding the target substance and the labeling substance is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. - Known binding methods such as avidin binding, chelate binding, and amide binding can be used.
When a dye is used as the labeling substance, staining the target substance with the dye is also effective as a method of binding the target substance and the labeling substance.
Examples of the method of binding by physical adsorption include a method of binding the target substance and the labeling substance using electrostatic binding force such as hydrogen bonding.
Among these binding methods, the antigen-antibody reaction, the aptamer binding, the DNA hybridization, the biotin-avidin binding, the chelate binding, and the like are binding methods in order to prevent the labeling substance from binding to the contaminants. Preferably, the method specifically binds the target substance and the labeling substance.
-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光の照射を受けて前記伝搬光及び前記近接場光のいずれかの検出光を生じさせる部材である。
前記液体試料導入板としては、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、前記液体試料が前記表面上に導入される導入板、及び、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に対して全反射条件で照射される光により前記表面上に前記近接場光を発生可能な検出板のいずれかで形成される。
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。また、前記近接場光とは、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光を意味する。
-Liquid sample introduction plate-
The liquid sample introduction plate is a member on which the liquid sample is introduced onto the surface and which is irradiated with light to generate detection light of either the propagating light or the near-field light.
As the liquid sample introduction plate, the liquid sample is introduced onto the front side, and the transmitted light of the light irradiated from the back side or the front side is used as the propagating light, and the side opposite to the side irradiated with the light is used. a light-transmitting plate capable of propagating to the surface, a reflecting plate capable of propagating above the surface as the propagating light, the reflected light of the light irradiated from the surface side while the liquid sample is introduced onto the surface, and the liquid An introduction plate through which the sample is introduced onto the surface, and the near-field light is generated on the surface by light irradiated onto the surface under conditions of total internal reflection while the liquid sample is introduced onto the surface. It is formed by any of the possible sensing plates.
The propagating light is generally defined as light that does not include near-field light that exhibits abrupt attenuation at a distance of several hundred nm to several μm from the source. It means that it does not contain near-field light, and means light that does not exhibit rapid attenuation at a distance of several hundred nm to several μm from the surface of the liquid sample introduction plate. Further, the near-field light means light that exhibits abrupt attenuation at a position separated from the surface of the liquid sample introduction plate by a distance of several hundred nm to several μm.
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。
また、前記検出板としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知の表面プラズモン共鳴センサや公知の光導波モードセンサに用いられる検出板などの公知の検出板を用いることができる。
The light-transmitting plate is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. can be used.
The reflecting plate is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. A reflector can be used.
The introduction plate is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. A shaped member can be used.
Further, the detection plate is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose, and a known detection plate such as a detection plate used for a known surface plasmon resonance sensor or a known optical waveguide mode sensor is used. be able to.
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、前記結合体の電場による移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手法、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。
The liquid sample introduction plate is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose, but the surface is preferably treated with an adsorption inhibitor that suppresses adsorption of the conjugate. When such a surface treatment is applied, the conjugate is suppressed from being adsorbed to the surface of the liquid sample introduction plate, and the movement of the conjugate due to the electric field can be assisted.
The adsorption inhibitor is not particularly limited, and can be appropriately selected from known adsorption inhibitors according to the type of substance constituting the conjugate.
For example, as the surface treatment method, when the target substance is the protein, a known blocking method for suppressing adsorption of the protein can be selected. The blocking method is not particularly limited, and examples thereof include a method using polyethylene glycol, a method using ethanolamine, and a method using skim milk.
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。
The structure of the liquid sample holding part is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose. may be sandwiched between the plate-like translucent member and the liquid sample introduction plate, and the liquid layer of the liquid sample may be held on the surface of the liquid sample introduction plate.
Further, the liquid sample holding portion may be configured by a square-shaped liquid cell whose bottom surface is formed by the liquid sample introduction plate.
In addition, as the liquid sample holding portion, the region on the surface of one liquid sample introduction plate may be divided into a plurality of channels to form a multi-channel.
<光照射部>
前記光照射部は、前記液体試料導入板に前記光を照射して前記検出光を生じさせる部である。
前記光照射部としては、裏面側光照射部、表面側光照射部、側面側光照射部及び全反射光照射部のいずれかで形成される。
<Light irradiation part>
The light irradiation section is a section that irradiates the liquid sample introduction plate with the light to generate the detection light.
The light irradiation section is formed by any one of a rear surface side light irradiation section, a front side light irradiation section, a side surface side light irradiation section, and a total reflection light irradiation section.
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。
The rear surface side light irradiation section can irradiate the light from the rear surface of the liquid sample introduction plate when the liquid sample introduction plate is formed of the transparent plate.
The configuration of the backside light irradiation section is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, it can be configured in the same manner as a known light irradiation section used in a known transmission microscope. .
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。
The surface-side light irradiation section can irradiate the light from the surface side of the liquid sample introduction plate when the liquid sample introduction plate is formed of either the light-transmitting plate or the reflection plate.
The configuration of the surface-side light irradiation unit is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. In addition, when it is formed of the light-transmitting plate, it can be configured in the same manner as a known light irradiation section used in a known transmission microscope.
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液体試料導入板の前記表面の面内方向と平行な方向で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。
The side-side light irradiator is configured to apply light to the liquid sample held on the liquid sample introduction plate from the side surface of the liquid sample introduction plate when the liquid sample introduction plate is formed by the introduction plate. The light can be applied in a direction parallel to the in-plane direction of the surface of the sample introduction plate.
The configuration of the side light irradiation section is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, it can be configured in the same manner as a known light irradiation section.
前記全反射光照射部は、前記液体試料導入板が前記検出板で形成されるときに前記表面に対して全反射条件で前記光を照射可能とされる。前記表面における全反射は、前記検出板の前記表面において全反射条件を満たすことが可能であれば、前記光の入射方向に特に制限はない。例えば、前記検出板表面を導波路構造にすることで、前記検出板の前記表面側又は前記裏面側又は前記側面側に形成したグレーティング、若しくは、前記表面側又は前記裏面側又は前記側面側に配したプリズムを介して前記導波路構造に前記光を前記表面側から導入し、前記導波路構造内での全反射を利用して前記検出板表面での全反射条件を満たすことができる。また、前記プリズムは前記検出板の一部構造として形成されてもよい。
前記全反射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、公知の表面プラズモン共鳴センサや公知の光導波モードセンサ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。
The total reflection light irradiation section can irradiate the surface with the light under total reflection conditions when the liquid sample introduction plate is formed of the detection plate. Regarding the total reflection on the surface, there is no particular limitation on the incident direction of the light as long as the conditions for total reflection on the surface of the detection plate can be satisfied. For example, by forming the surface of the detection plate into a waveguide structure, a grating formed on the front surface side, the back surface side, or the side surface side of the detection plate, or arranged on the front surface side, the back surface side, or the side surface side of the detection plate. The light can be introduced into the waveguide structure from the surface side through the prism, and the total reflection condition on the detection plate surface can be satisfied by utilizing the total reflection within the waveguide structure. Also, the prism may be formed as a partial structure of the detection plate.
The configuration of the total reflection light irradiation unit is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose. can be configured to
なお、前記裏面側光照射部、前記表面側光照射部、前記側面側光照射部及び前記全反射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。
また、前記裏面側光照射部、前記表面側光照射部及び前記全反射光照射部としては、前記光源以外の光学要素についても特に制限はなく、公知の光学顕微鏡、公知の表面プラズモン共鳴センサや公知の光導波モードセンサに用いられる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。
The light sources in the back side light irradiation section, the front side light irradiation section, the side side light irradiation section, and the total reflection light irradiation section are not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose. Light-emitting devices such as known lamps, LED devices, and laser light irradiation devices can be used.
Further, as the back side light irradiation section, the front side light irradiation section and the total reflection light irradiation section, optical elements other than the light source are not particularly limited, and known optical microscopes, known surface plasmon resonance sensors, A known optical element used in a known optical waveguide mode sensor can be appropriately adopted and constructed according to the purpose.
<移動電場印加部>
移動電場印加部は、前記液体試料導入板の表面側に配され、電圧の印加により前記液体試料中の前記結合体を電極間で移動させる一対の電極を備える。つまり、前記移動電場印加部は、電圧印加に伴って発生する電場により前記一対の電極間で前記結合体を電気泳動させる作用を有する。
このような移動電場印加部を配することで、前記結合体を移動させる外力として磁場を利用する従来例と比較して、装置の小型化及び可搬性を向上させることができる。
<Moving electric field applying unit>
The moving electric field application unit is provided on the surface side of the liquid sample introduction plate, and includes a pair of electrodes for moving the combined body in the liquid sample between the electrodes by application of a voltage. That is, the moving electric field applying section has an effect of electrophoresis of the conjugate between the pair of electrodes by an electric field generated by voltage application.
By arranging such a moving electric field application unit, it is possible to reduce the size and improve the portability of the device as compared with the conventional example in which a magnetic field is used as an external force for moving the combined body.
前記移動電場印加部としては、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、公知の電極及び前記電極に電圧を印加する電源が挙げられる。
具体的には、前記荷電粒子における正又は負の帯電状況に応じて、前記一対の電極に電圧を印加して前記荷電粒子と結合する前記標的物質を電気泳動により負極方向又は正極方向に移動させる。
前記結合体を移動させる方向としては、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ベクトル成分を持つ方向のいずれかの方向が挙げられる。
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に前記結合体を移動させると、例えば、前記結合体の移動前後の過程における2次元画像における光点の経時的なズレや光点の消失(観察視野外まで移動)として、前記標的物質を検出することができる。また、前記液体試料導入板から遠ざかる方向に前記結合体を移動させると、例えば、前記結合体の移動前後の過程における2次元画像における光点の経時的な大きさの変化や光点の消失(観察視野外まで移動)として、前記標的物質を検出することができる。
The moving electric field application unit is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include known electrodes and a power source for applying voltage to the electrodes.
Specifically, depending on whether the charged particles are positively or negatively charged, a voltage is applied to the pair of electrodes to move the target substance bound to the charged particles in the negative or positive direction by electrophoresis. .
The direction in which the combined body is moved is either a direction having a vector component in a direction parallel to the in-plane direction of the surface of the liquid sample introduction plate or a direction having a vector component in a direction away from the liquid sample introduction plate. direction.
When the conjugate is moved in a direction parallel to the in-plane direction of the surface of the liquid sample introduction plate, for example, the shift of light points over time and the light spot in the two-dimensional image in the process before and after the movement of the conjugate. The target substance can be detected as the disappearance of (move out of the observation field of view). Further, when the conjugate is moved in a direction away from the liquid sample introduction plate, for example, changes in the size of the light spots over time and disappearance of the light spots ( The target substance can be detected by moving out of the observation field of view).
また、前記移動電場印加部としては、特に制限はないが、装置の小型化及び可搬性を向上させる観点から、前記液体試料導入板の表面に離間させて形成される一対の表面電極、及び、前記液体試料導入板の表面に形成される表面電極と透明電極材料で形成され前記表面と対向して前記液体試料導入板上に導入された前記液体試料を覆うように配されるカバー電極とで構成される一対の電極の少なくともいずれかで構成されることが好ましい。
前記表面電極として構成すると、前記液体試料導入板と前記移動電場印加部とを一体化させることができ、装置の大型化を抑制することができる。また、前記カバー電極として構成すると、前記カバーガラスに置き換えて配することができ、装置の大型化を抑制することができる。
前記各表面電極の形成材料としては、特に制限はなく、公知の電極材料を用いることができる。また、前記各表面電極の前記液体試料導入板への形成方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、化学気相成長法、ゾルゲル法、塗布法などが挙げられる。
前記透明電極材料としては、特に制限はなく、公知の酸化インジウムスズ(ITO)、二酸化スズ、IGZO等を挙げることができる。
なお、前記カバー電極としては、前記透明電極材料自身で形成されるものに加え、前記カバーガラスの一の面に前記透明電極材料による電極層を形成したものも含まれる。
The moving electric field application unit is not particularly limited, but from the viewpoint of miniaturization and improvement of portability of the device, a pair of surface electrodes formed on the surface of the liquid sample introduction plate with a space therebetween; a surface electrode formed on the surface of the liquid sample introduction plate; and a cover electrode formed of a transparent electrode material and arranged to face the surface and cover the liquid sample introduced onto the liquid sample introduction plate. It is preferable that at least one of the pair of configured electrodes is used.
When configured as the surface electrode, the liquid sample introduction plate and the moving electric field applying section can be integrated, and an increase in the size of the apparatus can be suppressed. Further, when configured as the cover electrode, it can be arranged in place of the cover glass, and an increase in the size of the device can be suppressed.
Materials for forming the respective surface electrodes are not particularly limited, and known electrode materials can be used. Examples of methods for forming the surface electrodes on the liquid sample introduction plate include a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, a chemical vapor deposition method, a sol-gel method, and a coating method.
The transparent electrode material is not particularly limited, and known materials such as indium tin oxide (ITO), tin dioxide, and IGZO can be used.
The cover electrode may be formed of the transparent electrode material itself, or may be formed by forming an electrode layer of the transparent electrode material on one surface of the cover glass.
<光信号検出部>
前記光信号検出部は、前記検出光に基づく光信号の信号変化から前記結合体の移動を検出可能とされる。
<Optical signal detector>
The optical signal detection section can detect movement of the conjugate from a signal change of an optical signal based on the detection light.
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及び前記近接場光の発生領域(前記液体試料導入板の前記表面から数百nm~数μm上方の領域)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に検出を実施する方法が好ましい。
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。
The optical signal detection unit is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Can be configured.
Further, the optical signal detection section is not particularly limited, but is preferably capable of acquiring a two-dimensional image of the state of the detection area on the surface of the liquid sample introduction plate. If the two-dimensional image can be obtained, positional information and size information of the optical signal in the two-dimensional image appearing as a light spot or a dark spot can be easily obtained, and the two-dimensional image before and after the movement of the conjugate can be easily obtained. By comparing the images, it is possible to determine whether the optical signal is information related to the conjugate, or whether the conjugate is affected by a scratch on the surface of the liquid sample introduction plate, the contaminants, fluctuations in light source output, or the like. It is possible to clearly distinguish whether the information is irrelevant or not. In order to enable acquisition of such a two-dimensional image, an imaging device may be selected as the optical signal detection section.
The imaging device is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, a known image sensor such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor can be used.
As a method for detecting the optical signal by the optical signal detection section, the area outside the imaging range of the optical signal detection section and the generation area of the near-field light (several hundred nm from the surface of the liquid sample introduction plate) In order to prevent detection failure of the conjugate existing outside (area up to several μm above), there is a method in which the conjugate is once placed on or near the surface of the liquid sample introduction plate and then detected. preferable.
Detecting the target substance includes detection of the presence or absence of the target substance, detection of the abundance of the target substance (quantitative measurement), real-time observation of the presence of the target substance, and the like.
また、前記光信号検出部としては、特に制限はないが、前記液体試料中に帯電した夾雑物が含まれる場合に、前記夾雑物由来の光信号と前記結合体由来の光信号を区別するため、前記夾雑物由来の光信号を除去する光学フィルタを好適に採用することができる。 Further, the optical signal detection unit is not particularly limited, but when the liquid sample contains charged contaminants, it is used to distinguish between the contaminant-derived optical signal and the conjugate-derived optical signal. , an optical filter that removes the optical signal originating from the contaminants can be preferably employed.
<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、引き寄せ電場印加部、公知の透過型顕微鏡、公知の落射型顕微鏡、公知の表面プラズモン共鳴センサ、公知の光導波モードセンサ等に用いられる任意の部が挙げられる。
<Other Sections>
The other parts are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Any part used for an optical waveguide mode sensor or the like can be mentioned.
-引き寄せ電場印加部-
前記引き寄せ電場印加部は、前記液体試料導入板の表面側に配され、電圧の印加により前記液体試料中の前記結合体を電極間で移動させ、かつ、前記表面に引き寄せる一対の電極を備える。つまり、前記引き寄せ電場印加部は、電圧印加に伴って発生する電場により前記一対の電極間で前記結合体を電気泳動させて前記表面に引き寄せる作用を有する。
前記光信号検出部では、前記液体試料導入板の前記表面近傍を検出領域とすることから、前記引き寄せ電場印加部を持たない場合、前記液体試料中の前記結合体が前記液体試料導入板の前記表面近傍まで重力沈降するまで検出操作の実行を待つ必要があるが、前記引き寄せ電場印加部を配する場合、前記重力沈降を待つ必要がなく、効率的に検出操作を実行することができる。
-Attracting electric field application part-
The attracting electric field application unit is provided on the surface side of the liquid sample introduction plate, and includes a pair of electrodes for moving the combined body in the liquid sample between the electrodes and attracting it to the surface by applying a voltage. In other words, the attracting electric field applying section has a function of causing electrophoresis of the conjugate between the pair of electrodes by an electric field generated by applying a voltage and attracting the conjugate to the surface.
In the optical signal detection section, the vicinity of the surface of the liquid sample introduction plate is used as a detection area. Therefore, in the case where the attracting electric field application section is not provided, the combined body in the liquid sample is detected by the liquid sample introduction plate. Although it is necessary to wait until the gravitational sedimentation to the vicinity of the surface before executing the detection operation, when the attracting electric field applying unit is arranged, it is not necessary to wait for the gravitational sedimentation, and the detection operation can be executed efficiently.
前記引き寄せ電場印加部としては、特に制限はなく、前記移動電場印加部と同様に構成することができ、装置の小型化及び可搬性を向上させる観点から、前記移動電場印加部を構成する前記液体試料導入板の前記表面に離間させて形成される前記一対の表面電極の間の位置で前記液体試料導入板の前記表面に形成される表面電極と、透明電極材料で形成され前記表面電極と鉛直方向で対向して前記液体試料導入板上に導入された液体試料を覆うように配されるカバー電極とを備えることが好ましい。
なお、前記カバー電極としては、前記一対の電極間で電位の高低をスイッチさせることにより、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作用と前記表面側から遠ざける作用との2つの作用を持たせることができ、延いては、前記移動電場印加部及び前記引き寄せ電場印加部を構成する前記一対の電極における対極として、これらの部が持つ双方の機能を与えることができる。
The attracting electric field applying unit is not particularly limited, and can be configured in the same manner as the moving electric field applying unit. a surface electrode formed on the surface of the liquid sample introduction plate at a position between the pair of surface electrodes spaced apart from each other on the surface of the sample introduction plate; and a surface electrode formed of a transparent electrode material and perpendicular to the surface electrode. It is preferable to provide a cover electrode arranged so as to cover the liquid sample introduced onto the liquid sample introduction plate so as to face each other in the direction.
The cover electrode has two functions of attracting the combined body to the surface side of the liquid sample introduction plate and moving it away from the surface side by switching the level of potential between the pair of electrodes. In addition, as a counter electrode in the pair of electrodes constituting the moving electric field applying section and the attracting electric field applying section, both functions of these sections can be provided.
なお、前記標的物質検出装置における前記液体試料保持部、前記光照射部、前記光信号検出部等の各部の構成としては、外力(磁場)を利用した外力支援型センサに関する国際公開第2017/187744号公報、国際公開第2018/100779号公報、国際公開第2018/100780号公報に記載の事項を参酌して構成することができる。 The configuration of each part such as the liquid sample holding part, the light irradiation part, the optical signal detection part, etc. in the target substance detection device is described in International Publication No. 2017/187744 concerning an external force assisted sensor using an external force (magnetic field). No. 2018/100779, International Publication No. 2018/100780.
(荷電処理粒子)
本発明の荷電処理粒子は、複数の第1の官能基で表面修飾された粒子本体の一部の前記第1の官能基又はその誘導基に前記標的物質と結合可能な結合物質が結合され、かつ、前記結合物質と未結合の前記第1の官能基又はその誘導基に液中で陽イオン又は陰イオンにイオン化する第2の官能基を1分子中に複数有する荷電分子が結合されることを特徴とする。
前記荷電処理粒子は、本発明の前記標的物質検出装置に対し前記荷電粒子として用いられ、前記標的物質検出装置についての説明文中で前記荷電処理粒子として説明した事項を適用することができ、ここでは、重複した説明を省略する。
(Electrically charged particles)
In the charge-treated particles of the present invention, a binding substance capable of binding to the target substance is bound to the first functional group of a part of the particle body surface-modified with a plurality of first functional groups or a derivative group thereof, In addition, a charged molecule having a plurality of second functional groups in one molecule that ionize into cations or anions in a liquid is bound to the first functional group that is not bound to the binding substance or a derived group thereof. characterized by
The charged particles are used as the charged particles for the target substance detection device of the present invention, and the items described as the charged particles in the description of the target substance detection device can be applied. , redundant explanations are omitted.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings.
図1に、本発明の実施形態に係る標的物質検出装置の概要を示す。なお、図1は、本発明の実施形態に係る標的物質検出装置の概要を示す説明図である。
図1に示すように標的物質検出装置1は、液体試料導入板2と、光源6及び光学プリズム8で構成される光照射部と、前記移動電場印加部の構成電極としての一対の表面電極3A,3Bと、光信号検出部7(撮像デバイス)とで構成される。なお、前記撮像デバイスは、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。
FIG. 1 shows an outline of a target substance detection device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is an explanatory diagram showing the outline of the target substance detection device according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the target
液体試料導入板2は、液体試料4が前記表面上に導入されるとともに前記表面に対して全反射条件で照射される光Lの照射を受け、前記表面上方に近接場光を発生可能な検出板で形成される。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、前記表面上に液体試料4が導入された後、液体試料4を覆うようにカバーガラス5を配することで液体試料4を保持する。
前記光照射部は、光源6から照射される光Lを光学プリズム8を介して液体試料導入板2の前記表面に対して全反射条件で照射可能とされる全反射光照射部として構成される。
表面電極3A,3Bは、液体試料導入板2表面の側面側の位置に離間させて形成され、光信号検出部7では、これら表面電極3A,3B間の光照射領域を含んで検出領域が設定される。
The liquid
The light irradiation section is configured as a total reflection light irradiation section that can irradiate the surface of the liquid
The
標的物質検出装置1を用いた標的物質検出方法について説明する。
先ず、標的物質検出装置1に用いられる前記荷電粒子として前記荷電処理粒子を含む液体試料4の調製方法について、図2(a)~(e)を参照しつつ説明する。なお、図2(a)は、液体試料4の調製方法の概要を示す説明図(1)~(5)である。
A target substance detection method using the target
First, a method for preparing a
先ず、図2(a)に示すように、ポリスチレンビーズ等の粒子本体Pの表面が複数の第1の官能基R1で表面修飾された表面修飾粒子を用意する。本例で第1の官能基R1は、液中でイオン化(陰イオン化)されるものを想定する。
次に、図2(b)に示すように、前記表面修飾粒子に対し、前記結合物質として抗原(前記標的物質)と特異的に結合する抗体Igとを液中で反応させ、前記表面修飾粒子の一方の第1の官能基R1の前記誘導基に抗体Igを結合させる。
次に、図2(c)に示すように、液中でイオン化(陰イオン化)する第2の官能基R2を1分子中に2つ有する前記荷電分子を加え、前記表面修飾粒子の他方の第1の官能基R1の前記誘導基に前記荷電分子を結合させ、前記荷電処理粒子を得る。この時、前記荷電処理粒子では、図2(b)に示す前記表面修飾粒子に比べてイオン化する官能基が増え、電荷が大きくなることで電場印加に伴う移動が生じ易くなる。
次に、図2(d)に示すように、抗原Ag(前記標的物質)を含む前記被検体液を加え、抗体Igと抗原Agとの抗原抗体反応により、抗原Ag(前記標的物質)と前記荷電処理粒子とを結合させた前記結合体を得る。
ここで、抗原Ag(前記標的物質)が前記近接場光を受けて蛍光等の光信号を発しない場合には、図2(e)に示すように、更に抗体Ig付きの標識物質Oを加えて、前記荷電処理粒子と抗原Ag(前記標的物質)と標識物質Oとを結合させた前記結合体を得る。
以上により、液体試料4が調製される。
First, as shown in FIG. 2(a), surface-modified particles are prepared in which the surface of a particle body P such as polystyrene beads is modified with a plurality of first functional groups R1. In this example, the first functional group R1 is assumed to be ionized (anionized) in liquid.
Next, as shown in FIG. 2(b), the surface-modified particles are reacted with an antibody Ig that specifically binds to an antigen (the target substance) as the binding substance in a liquid, and the surface-modified particles are Antibody Ig is bound to said derivative group of one first functional group R 1 of .
Next, as shown in FIG. 2(c), the charged molecule having two second functional groups R2 in one molecule that are ionized (anionized) in the liquid is added, and the other of the surface-modified particles is added. The charged molecule is bound to the derivative group of the first functional group R1 to obtain the charged particles. At this time, the charge-treated particles have more ionized functional groups than the surface-modified particles shown in FIG.
Next, as shown in FIG. 2(d), the specimen solution containing the antigen Ag (the target substance) is added, and the antigen-antibody reaction between the antibody Ig and the antigen Ag causes the antigen Ag (the target substance) and the The conjugate is obtained by binding the charged particles.
Here, when the antigen Ag (the target substance) receives the near-field light and does not emit an optical signal such as fluorescence, as shown in FIG. to obtain the conjugate in which the charged particles, the antigen Ag (the target substance) and the labeling substance O are bound.
As described above, the
再び図1を参照しつつ、標的物質検出装置1による前記標的物質の検出方法を説明する。
先ず、調製した液体試料4を液体試料導入板2の前記表面上に導入し、保持させる。
液体試料4の液層中を浮遊する前記結合体が液体試料導入板2の前記表面近傍に重力沈降するのを待ち、光源6から照射される光Lを光学プリズム8を介して液体試料導入板2の前記表面に対して全反射条件で照射し、光信号検出部7で前記表面上の前記近接場光に基づく光信号Sを取得する。
A method of detecting the target substance by the target
First, the prepared
After waiting for the combined body floating in the liquid layer of the
次に、表面電極3A,3Bに電圧を印加し、前記結合体を移動させる。本例では、表面電極3Aを負極、表面電極3Bを正極として、負に帯電する前記帯電処理粒子を表面電極3A側から表面電極3B側に電気泳動させて移動させる。
次に、検出領域(観察視野)を維持したまま前記結合体を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光信号検出部7で取得する。なお、前記結合体の移動状態は、一連の移動を経時的に区切り、複数の状態として把握することが好ましい。つまり、移動開始から移動完了までの前記結合体の一連の移動を複数に分けて捉え、各時点での光信号として複数取得することが好ましい。このような光信号の取得方法により、ブラウン運動によるランダムな移動と、電場による移動とを区別し易くすることができる。
Next, a voltage is applied to the
Next, the
このように構成される標的物質検出装置1では、前記結合体の移動に基づく光信号を、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移動が生じない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に対する洗浄を行う必要がなく、効率的な検出を行うことができる。
更に、外力として磁場を利用する目的で磁場印加部が配される従来の外力支援型センサに比べ、外力として電場を利用する表面電極3A,3Bが配される標的物質検出装置1の方が、装置の大型化を抑制することができ、小型で可搬性に優れた装置を提供することができる。
In the target
Furthermore, compared to the conventional external force assisted sensor in which the magnetic field application unit is arranged for the purpose of using the magnetic field as the external force, the target
次に、標的物質検出装置1の変形例について図3を参照しつつ説明する。なお、図3は、標的物質検出装置1の変形例の要部を示す説明図である。
図3に示すように、この変形例では、液体試料導入板2の表面上に表面電極3A,3Bに代えて、表面電極13A,13B,13Cが配されるとともに、カバーガラス5に代えてカバー電極19が配されて構成される。
この変形例では、表面電極13Aと表面電極13Cとの間の領域又は表面電極13Cと表面電極13Bとの間の領域を光信号検出部7による光信号の検出領域として、表面電極13A,13Bが表面電極3A,3Bと同様に前記移動電場印加部として作用する。
また、表面電極13Cとカバー電極19とは、電圧の印加により液体試料4の液層中を浮遊する前記結合体を液体試料導入板2の前記表面側に引き寄せる前記引き寄せ電場印加部として作用する。
なお、カバー電極19は、印加する電圧の極性をスイッチさせることにより、前記移動電場印加部及び前記引き寄せ電場印加部を構成する前記一対の電極における対極として、これらの部が持つ双方の機能を発揮させることができる。即ち、カバー電極19と表面電極A(又は表面電極B)とで前記移動電場印加部における前記一対の電極を構成することができ、また、カバー電極19と表面電極13Cとで前記引き寄せ電場印加部における一対の電極を構成することができる。
このような前記引き寄せ電場印加部を有する変形例によれば、液体試料4の液層中を浮遊する前記結合体が液体試料導入板2の前記表面近傍に重力沈降するのを待つ必要がなく、効率的に前記標的物質の検出を行うことができる。
Next, a modification of the target
As shown in FIG. 3, in this modification,
In this modification, the area between the
The
By switching the polarity of the applied voltage, the
According to the modified example having such an attracting electric field applying section, it is not necessary to wait for the combined bodies floating in the liquid layer of the
図1に示す標的物質検出装置1の構成に準じて実施例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1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0.75mmのSiO2基板を用いた。光源6としては、中心波長635nmの半導体レーザ(Thorlabs社、型番CPS635)を用いた。液体試料導入板の裏面には、SiO2ガラス製の光学プリズム8を光学的に密着させて配し、液体試料導入板2の表面に対して入射角67°で光源6からの光を入射させる構成とした。
また、前記移動電場印加部としては、表面電極3A,3Bとして厚さ300nmの酸化インジウムスズ電極を5mmの距離を置いて形成し、各電極上に固定した銅細線を介して表面電極3A,3Bをファンクションジェネレーター(エヌエフ回路設計ブロック社、型番WF1974)に接続し、直流電圧を印加する構成とした。
また、液体試料導入板2及び表面電極3A,3Bに対する前記結合体の吸着を防止するため、吸着防止層として、これら部材の表面にメトキシトリエチレングリコール-トリエトキシシランの単分子膜を形成した。
また、光信号検出部7としては、5倍の対物レンズを備えた光学顕微鏡に冷却CCDカメラ(ビットラン社、型番BU-59LIR)を組み込んだものを用い、前記光信号を光点とする2次元画像を取得する構成とした。また、前記荷電処理粒子や液体試料導入板2の表面に付着した夾雑物等が前記近接場による光を散乱することで生じる散乱光の光信号を除外し、前記標識物質中の蛍光色素からの光信号だけを取得するため、前記対物レンズと前記CCDカメラとの間の光路中に透過波長680nmのバンドパスフィルタ(Thorlabs社、型番FB680-10)を配する構成とした。つまり、光信号検出部7としては、5倍の前記対物レンズ及び透過波長680nmの前記バンドパスフィルタを備えたCCDカメラを用いたこととなる。
A target substance detection device according to an example was produced according to the configuration of the target
Specifically, a 0.75 mm thick SiO 2 substrate was used as the liquid
Further, as the moving electric field application unit, indium tin oxide electrodes with a thickness of 300 nm are formed as the
Further, in order to prevent adsorption of the conjugate to the liquid
As the
前記標的物質としては、正常マウスIgGを選択した。
また、前記荷電処理粒子(前記荷電粒子)としては、前記第1の官能基としてのカルボキシ基で表面修飾された直径100nmのポリスチレンビーズに対し、前記結合物質としての抗マウスIgG-ロバ抗体と、前記荷電分子として1分子中にカルボキシ基を2つ有するグルタミン酸とを結合させたものを用いた。
この荷電処理粒子は、次のように調製した。
調製試薬として、Polylink Protein Coupling Kit(Polyscience社製、バッファー液としてのPolylink Coupling Bufferと、活性化剤としての1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDAC)とを含む)を用いる。
先ず、前記ポリスチレンビーズ12.5mgを前記バッファー液170μLに分散させた分散液を、前記バッファー液に前記EDACを加えて調製した濃度が200mg/mLのEDAC溶液10μLと混合して混合液を調製し、前記混合液を15分間反応させ、前記ポリスチレンビーズ表面の前記カルボキシ基を活性誘導基に変換した。
次に、遠心分離で上清を除去して行うビーズ洗浄により、前記混合液から得られた前記ポリスチレンビーズの濃縮液を別の前記バッファー液170μLに再分散させて再分散液を調製した。
次に、前記再分散液に対し、前記バッファー液に前記抗マウスIgG分散液(Jackson ImmunoResearch Laboratories社製)を加えて調製した濃度が5μg/mLの前記抗マウスIgG溶液10μLを混合し、30分間室温で反応させて前記活性誘導基に前記抗マウスIgGを結合させ、前記ポリスチレンビーズの1次処理液を調製した。
次に、前記ポリスチレンビーズの1次処理液に対し、リン酸緩衝生理食塩水(富士フィルム和光純薬社製)にグルタミン酸(富士フィルム和光純薬社製)を加えて調製した濃度が500ng/mLのグルタミン酸溶液10μLを混合し、24時間室温で反応させ、前記抗マウスIgGと未結合の前記活性誘導基に前記グルタミン酸を結合させ、前記ポリスチレンビーズの2次処理液を調製した。
その後、前記ポリスチレンビーズの2次処理液に対し、前記ビーズ洗浄を3回行い、前記ポリスチレンビーズ表面の前記カルボキシ基のグループのうち、一のグループが前記抗マウスIgGと結合し、他の一のグループが前記グルタミン酸と結合した状態の前記ポリスチレンビーズの表面処理粒子として、前記荷電処理粒子を調製した。
また、前記標識物質としては、直径400nmの蛍光色素Cyanine5を含有したポリマービーズ(多摩川精機社製)に抗マウスIgG-ウサギ抗体(Jackson ImmunoResearch Laboratories社製)を結合させた粒子を用いた。
前記標的物質、前記荷電処理粒子及び前記標識物質としては、いずれもリン酸緩衝生理食塩水に分散させ、分散液のpHは6.7とした。
液体試料4としては、前記標的物質の分散液に前記荷電処理粒子の分散液及び前記標識物質の分散液を混合させて調製した。
Normal mouse IgG was selected as the target substance.
Further, as the charged particles (the charged particles), an anti-mouse IgG-donkey antibody as the binding substance for polystyrene beads with a diameter of 100 nm surface-modified with a carboxyl group as the first functional group, As the charged molecule, a molecule bound with glutamic acid having two carboxy groups in one molecule was used.
The charged particles were prepared as follows.
A Polylink Protein Coupling Kit (manufactured by Polyscience, containing Polylink Coupling Buffer as a buffer solution and 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDAC) as an activating agent) is used as a preparation reagent. .
First, a dispersion liquid obtained by dispersing 12.5 mg of the polystyrene beads in 170 μL of the buffer solution was mixed with 10 μL of an EDAC solution having a concentration of 200 mg/mL prepared by adding the EDAC to the buffer solution to prepare a mixed solution. , the mixture was allowed to react for 15 minutes to convert the carboxy groups on the surface of the polystyrene beads to activity-inducing groups.
Next, the concentrate of the polystyrene beads obtained from the mixed solution was redispersed in another 170 μL of the buffer solution by washing the beads after removing the supernatant by centrifugation to prepare a redispersed solution.
Next, 10 μL of the anti-mouse IgG solution having a concentration of 5 μg/mL prepared by adding the anti-mouse IgG dispersion (manufactured by Jackson ImmunoResearch Laboratories) to the buffer solution is mixed with the redispersion solution for 30 minutes. The anti-mouse IgG was bound to the activity-inducing group by reacting at room temperature to prepare a primary treatment solution for the polystyrene beads.
Next, the concentration of 500 ng/mL prepared by adding glutamic acid (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Co., Ltd.) to phosphate buffered saline (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Co., Ltd.) is added to the primary treatment solution of the polystyrene beads. and allowed to react at room temperature for 24 hours to bind the glutamic acid to the activity-inducing groups that have not bound to the anti-mouse IgG, thereby preparing a secondary treatment solution for the polystyrene beads.
After that, the beads are washed three times with respect to the secondary treatment solution of the polystyrene beads, and one group out of the groups of the carboxy groups on the surface of the polystyrene beads binds to the anti-mouse IgG, and the other group binds to the anti-mouse IgG. The charge-treated particles were prepared as surface-treated particles of the polystyrene beads in which the groups were bound to the glutamic acid.
As the labeling substance, particles obtained by binding an anti-mouse IgG-rabbit antibody (manufactured by Jackson ImmunoResearch Laboratories) to polymer beads (manufactured by Tamagawa Seiki Co., Ltd.) containing a
The target substance, the charged particles, and the labeling substance were all dispersed in a phosphate buffered saline, and the pH of the dispersion was adjusted to 6.7.
The
前記標的物質の検出としては、次のように行った。
先ず、100μLの液体試料4を液体試料導入板2上に導入後、カバーガラス5を配して液体試料4を液体試料導入板2上に保持させた。
次に、光源6から光Lを照射し、液体試料導入板2の表面に近接場を形成させた。
次に、表面電極3A,3Bに対して電圧を印加し、前記結合体の移動の様子を光信号検出部7で検出した。
Detection of the target substance was carried out as follows.
First, after introducing 100 μL of the
Next, light L was irradiated from the
Next, a voltage was applied to the
検出結果を図4に示す。なお、図4は、表面電極3A、3Bへの電圧印加前、並びに、表面電極3A,3Bに2.8Vの直流電圧を印加してから30秒後、60秒後、90秒後、120秒後、150秒後及び180秒後に、それぞれ露光時間10秒で取得された画像を重ね合わせて表示した画像である。
また、図4の視野は、0.9mm×0.9mmであり、図中の「1」は、電圧印加前の光点、「2」は、直流電圧を印加してから30秒後の光点、「3」は、直流電圧を印加してから60秒後の光点、「4」は、直流電圧を印加してから90秒後の光点、「5」は、直流電圧を印加してから120秒後の光点、「6」は、直流電圧を印加してから150秒後の光点、「7」は、直流電圧を印加してから180秒後の光点を示している。
また、図4に示す画像の検出領域は、液体試料導入板2の表面近傍における表面電極3Aと表面電極3Bとの間の領域であり、図中、左方向に負極として表面電極3Aが配され、右方向に正極として表面電極3Bが配されている。
FIG. 4 shows the detection results. In addition, FIG. 4 shows the results before voltage application to the
In addition, the field of view in FIG. 4 is 0.9 mm × 0.9 mm, "1" in the figure is the light spot before voltage application, Point, "3" is the light spot 60 seconds after applying the DC voltage, "4" is the light spot 90 seconds after applying the DC voltage, "5" is the light spot after applying the DC voltage. 120 seconds after applying the DC voltage, "6" indicates the light spot after 150 seconds, and "7" indicates the light spot after 180 seconds after applying the DC voltage. .
The detection area of the image shown in FIG. 4 is the area between the
図4中の光点「1」~「7」に示すように、視野中の光点が時間の経過と共に表面電極3B(正極)に向けて移動していることが確認される。
ここで、移動する光点は、前記標的物質、前記荷電処理粒子及び前記標識物質からなる前記結合体が、表面電極3A,3Bに印加した電圧によって液体試料導入板2の表面上を移動したことにより検出されたものである。
このように、表面電極3A,3Bへの電圧印加による光信号の移動を観測することで、前記結合体の移動に基づく光信号を、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(図4中の移動しない光点)と明確に区別して検出することができる。
As indicated by light spots "1" to "7" in FIG. 4, it is confirmed that the light spots in the field of view move toward the
Here, the moving light spot is the movement of the combined body composed of the target substance, the charged particles and the labeling substance on the surface of the liquid
In this way, by observing the movement of the optical signal due to voltage application to the
1 標的物質検出装置
2 液体試料導入板
3A,3B,13A,13B,13C 表面電極
4 液体試料
5 カバーガラス
6 光源
7 光信号検出部
8 光学プリズム
19 カバー電極
P 粒子本体
R1 第1の官能基
R2 第2の官能基
Ig 抗体
Ag 抗原
1 target
Claims (3)
前記液体試料導入板に前記光を照射して前記検出光を生じさせる光照射部と、
前記液体試料導入板の前記表面側に配され、電圧の印加により前記液体試料中の前記結合体を電極間で移動させる一対の電極を備える移動電場印加部と、
前記検出光に基づく光信号の信号変化から前記結合体の移動を検出可能とされる光信号検出部と、
を有し、
前記移動電場印加部が、前記液体試料導入板の前記表面に離間させて形成される一対の表面電極で構成されることを特徴とする標的物質検出装置。 A liquid sample introduction in which a liquid sample containing a target substance and charged particles that form a bond with the target substance is introduced onto the surface and irradiated with light to generate detection light of either propagating light or near-field light. a liquid sample holding part provided with a plate and capable of holding the liquid sample on the surface of the liquid sample introduction plate;
a light irradiation unit that irradiates the liquid sample introduction plate with the light to generate the detection light;
a moving electric field applying unit including a pair of electrodes disposed on the surface side of the liquid sample introduction plate and configured to move the combined body in the liquid sample between the electrodes by applying a voltage;
an optical signal detection unit capable of detecting movement of the conjugate from a signal change of an optical signal based on the detection light;
has
The target substance detection device , wherein the moving electric field applying section is composed of a pair of surface electrodes spaced apart from each other on the surface of the liquid sample introduction plate .
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