JP7249543B2 - 病原体検出装置および病原体検出方法 - Google Patents

病原体検出装置および病原体検出方法 Download PDF

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Description

本開示は、被験者に応じて効率的にウイルスを検出する病原体検出装置および病原体検出方法に関する。
近年、介護施設や病院、学校等でインフルエンザ等の感染症の感染拡大が社会問題になっており、医療目的以外にもウイルスを検出可能な技術の普及が期待されている。例えば、特許文献１には、ウイルスを検出可能な技術として、空気中を浮遊するウイルス等の病原体を捕集し、当該空気中に含まれるウイルス等の病原体の濃度を、蛍光分光法、表面増強ラマン散乱分光法、抗原抗体反応を利用した免疫クロマトデバイス等により計測することで、空気中を浮遊するウイルスの濃度を計測する技術が提案されている。
また、非特許文献１には、感染者の保持ウイルス量は感染者の体温と相関があり、体温と保持ウイルス量とが比例することが開示されている。
特開２０１５－１７８９９３号公報
Lincoln L. H. Lau, Benjamin J. Cowling, Vicky J. Fang, Kwok-Hung Chan, Eric H. Y. Lau, Marc Lipsitch, Calvin K. Y. Cheng, Peter M. Houck, Timothy M. Uyeki, J. S. Malik Peiris, and Gabriel M. Leung, "Viral Shedding and Clinical Illness in Naturally Acquired Influenza Virus Infections", The Journal of Infectious Diseases, 201 1509－1516 (2010)
しかしながら、従来のウイルス検出技術では、対象者の容態によらず常に同様の測定方法を実行するため、対象者を感染者または非感染者であると判別するまでに同様の時間を要してしまうという課題を有していた。
本開示は、前記従来の課題を解決するもので、被験者または被験者の周囲の空間から効率的に病原体を検出できる病原体検出装置および病原体検出方法の提供を目的とする。
本開示の一態様に係る病原体検出装置は、被験者の体温を取得する取得部と、前記被験者が保有する病原体または前記被験者の周囲の空気中の病原体を捕集する捕集部と、前記捕集部で捕集された前記病原体を検出する検出部と、前記検出部での検出結果を通知する通知部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記取得部で取得された前記被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、前記捕集部での捕集開始から、前記通知部による検出結果の通知までの時間を短縮させるように、前記捕集部および前記検出部のうちの少なくとも１つを制御する。
尚、この包括的又は具体的な態様は、方法、システム、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能な記録媒体で実現されてもよく、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ－Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性の記録媒体を含む。
本開示によれば、被験者または被験者の周囲の空間から効率的にウイルスを検出することができる。本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および／または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。
図１は、実施の形態における病原体検出装置の外観の一例を示す図 図２は、実施の形態に係る病原体検出装置の概略構成図 図３は、実施の形態に係るサイクロンの機能を説明するための図 図４は、実施の形態に係る検出装置の構成図 図５は、抗原抗体反応の詳細を説明するための図 図６は、表面プラズモン共鳴を利用する場合の基材の構造の一例を示す図 図７は、実施の形態に係る病原体検出装置の機能構成の一例を示すブロック図 図８は、異なるウイルス濃度における反応時間と検出シグナルとの関係を示すグラフを含む図 図９は、被験者の保持ウイルス量と被験者の体温との関係を示すグラフを含む図 図１０は、実施の形態に係る病原体検出装置による病原体検出方法の一例を示すフローチャート 図１１は、実施の形態に係る病原体検出装置における第１制御モードと第２制御モードとを説明するための図 図１２は、実施の形態に係る病原体検出装置における第１検出モードと第２検出モードとを説明するための図 図１３は、変形例１に係る病原体検出装置における第１制御モードと第２制御モードとを説明するための図 図１４は、変形例１に係る病原体検出装置における第１捕集モードと第２捕集モードとを説明するための図 図１５は、変形例１に係る病原体検出装置における第１検出モードと第２検出モードとを説明するための図 図１６は、変形例３に係る病原体検出装置による病原体検出方法の一例を示すフローチャート 図１７は、変形例４に係る病原体検出装置による病原体検出方法の一例を示すフローチャート 図１８は、変形例４に係る病原体検出装置における第１～第３制御モードを説明するための図
上記の課題を解決するために本開示の一態様に係る病原体検出装置は、被験者の体温を取得する取得部と、前記被験者が保有する病原体または前記被験者の周囲の空気中の病原体を捕集する捕集部と、前記捕集部で捕集された前記病原体を検出する検出部と、前記検出部での検出結果を通知する通知部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記取得部で取得された前記被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、前記捕集部での捕集開始から、前記通知部による検出結果の通知までの時間を短縮させるように、前記捕集部および前記検出部のうちの少なくとも１つを制御する。
これによれば、被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、被験者が所定の濃度を超える病原体に感染している可能性が高いと判断し、被験者または被験者の周囲の空間から病原体を検出しやすい状態であると判断する。このため、被験者が病原体に感染している可能性が高い場合には、被験者が病原体に感染している可能性が低い場合より、検出結果を得るまでの時間を短縮しても病原体を検出し得る。よって、被験者または被験者の周囲の空間から効率的に病原体を検出することができる。
また、前記制御部は、前記取得部で取得された前記被験者の体温が前記所定の閾値以下の場合に、第１時間かけて前記病原体を検出する第１検出モードで前記検出部を制御し、前記被験者の体温が前記所定の閾値を超えた場合に、前記第１時間よりも短い第２時間かけて前記病原体を検出する第２検出モードで前記検出部を制御してもよい。
これによれば、被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、被験者が所定の濃度を超える病原体に感染している可能性が高いと判断し、被験者の体温が所定の閾値を超えていない場合よりも、検出にかける時間を短縮している。つまり、この場合には、被験者の体温が所定の閾値を超えていない場合より、検出にかける時間を短縮しても病原体を検出する可能性が高い。よって、被験者または被験者の周囲の空間から効率的に病原体を検出することができる。
また、前記検出部は、前記捕集部で捕集された病原体と標識物質とを反応させる反応部と、前記反応部において反応させることで得られた反応物に励起光を照射する光照射部と、を有し、前記第１検出モードの場合に、前記第１時間かけた前記反応により得られた前記反応物に前記励起光の照射することで前記標識物質から生じる蛍光に基づき、前記病原体を検出し、前記第２検出モードの場合に、前記第１時間よりも短い第２時間かけた前記反応により得られた前記反応物に励起光を照射することで前記標識物質から生じる前記蛍光に基づき、前記病原体を検出してもよい。
これによれば、被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、被験者が所定の濃度を超える病原体に感染している可能性が高いと判断し、被験者の体温が所定の閾値を超えていない場合よりも、検出における反応にかける時間を短縮している。つまり、この場合には、被験者の体温が所定の閾値を超えていない場合より、検出における反応にかける時間を短縮しても病原体を検出する可能性が高い。よって、被験者または被験者の周囲の空間から効率的に病原体を検出することができる。
また、前記検出部は、前記捕集部で捕集された前記病原体に対して前記検出を促進するための前処理を行うことが可能であり、前記制御部は、前記取得部で取得された前記被験者の体温が前記所定の閾値以下の場合に、前記検出において前記前処理を前記検出部に行わせ、前記被験者の体温が前記所定の閾値を超える場合に、前記検出において前記前処理を前記検出部に行わせなくてもよい。
これによれば、被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、被験者が所定の濃度を超える病原体に感染している可能性が高いと判断し、検出における前処理を省くこと検出にかける時間を短縮している。つまり、この場合には、被験者の体温が所定の閾値を超えていない場合より、前処理を省いても病原体を検出する可能性が高い。よって、被験者または被験者の周囲の空間から効率的に病原体を検出することができる。
また、前記制御部は、前記取得部で取得された前記被験者の体温が前記所定の閾値以下の場合に、第３時間かけて前記病原体を捕集する第１捕集モードで前記捕集部を制御し、前記被験者の体温が前記所定の閾値を超えた場合に、前記第３時間よりも短い第４時間かけて前記病原体を捕集する第２捕集モードで前記捕集部を制御してもよい。
これによれば、被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、被験者が所定の濃度を超える病原体に感染している可能性が高いと判断し、被験者の体温が所定の閾値を超えていない場合よりも、捕集にかける時間を短縮している。つまり、この場合には、被験者の体温が所定の閾値を超えていない場合より、捕集にかける時間を短縮しても病原体を検出する可能性が高い。よって、被験者または被験者の周囲の空間から効率的に病原体を検出することができる。
なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
以下、本開示の一態様に係る病原体検出装置および病原体検出方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
（実施の形態）
［病原体検出装置の概要］
病原体検出装置は、特に空気中に浮遊する、例えばインフルエンザウイルスのようなウイルスを捕集可能な捕集機能と、捕集したウイルスを含む抽出液を検査することでウイルスを検出する機能を有する装置である。特に検出においては、抗体が特異的に抗原と結合する作用を利用し、ウイルスを含む抽出液に含まれるウイルス構成物に特異的に結合する抗体を用いる。
図１は、実施の形態に係る病原体検出装置の外観の一例を示す図である。
病原体検出装置１０は、例えば被験者が吐き出す息を被験者から直接採取する構成である。病原体検出装置１０は、図１に示すように、例えば、筐体の外側に人の体温を計測する体温計測装置１００と、検出対象となる空気を採取するための空気吸入口２１０と、検出結果を表示する表示装置５００とが露出されている。なお、図１で示した病原体検出装置１０の外観は一例であり、この構成に限定されるものではない。
図２は、実施の形態に係る病原体検出装置の概略構成図である。
図２に示すように、病原体検出装置１０は、体温計測装置１００と、捕集装置２００と、検出装置３００と、コントローラ４００と、表示装置５００とを備える。以下に、体温計測装置１００、捕集装置２００、検出装置３００、コントローラ４００及び表示装置５００の詳細について説明する。
［体温計測装置］
体温計測装置１００は、被験者の体温を計測する温度センサである。体温計測装置１００は、例えば、被験者の身体に接触することで被験者の体温を計測する接触型の温度センサ、または、被験者の身体に接触せずに被験者の体温を計測する非接触型の温度センサである。接触型の温度センサは、例えば熱電対などを利用した温度センサである。非接触型の温度センサは、例えば赤外線センサを利用して被験者の身体から放出される赤外線量を計測することで体温を計測する温度センサである。体温計測装置１００は、上記の例に限定されるものではなく、被験者の体温を計測できるものであれば他の公知のものを用いてもよい。体温計測装置１００は、体温の計測結果を記憶するメモリを有していてもよい。また、体温計測装置１００は、体温の計測結果として、計測した体温に対応付けて、当該体温を計測した計測日時、または、当該体温の被験者を識別する識別情報をメモリに記憶してもよい。体温計測装置１００は、体温の計測結果をコントローラ４００に出力する。
［捕集装置の構成］
捕集装置２００は、空気中のウイルスを含み得る微粒子を捕集して捕集液に混合する。図２に示すように、捕集装置２００は、吸引器２０２と、捕集液タンク２０４と、ポンプ２０６と、サイクロン２０８と、空気吸入口２１０と、洗浄液タンク２１２と、ポンプ２１４と、廃液タンク２２０と、液体流路２２２と、を備える。以下に、捕集装置２００の各構成要素について説明する。
吸引器２０２は、空気吸入口２１０から周辺の雰囲気空気を吸入する。周辺の雰囲気空気中を浮遊するウイルスを含み得る微粒子は、空気とともに空気吸入口２１０よりサイクロン２０８に吸入される。
捕集液タンク２０４は、空気中のウイルスを捕集するための捕集液を保持するための容器である。
ポンプ２０６は、捕集液タンク２０４内の捕集液をサイクロン２０８に供給する。
サイクロン２０８は、空気吸入口２１０及び捕集液タンク２０４に接続されており、吸引器２０２により空気吸入口２１０から吸入された空気中のウイルスを含み得る微粒子と、ポンプ２０６により捕集液タンク２０４から供給された捕集液とを混合する。サイクロン２０８は、液体流路２２２を介して検出装置３００に接続されている。微粒子が混合された捕集液（以下、試料という）は、サイクロン２０８から液体流路２２２を介して検出装置３００に排出される。
洗浄液タンク２１２は、サイクロン２０８及び液体流路２２２を洗浄するための洗浄液を保持するための容器である。洗浄液タンク２１２は、サイクロン２０８に接続されており、洗浄液タンク２１２内の洗浄液は、ポンプ２１４によってサイクロン２０８に供給される。
廃液タンク２２０は、不要な液体を貯蔵するための容器である。
液体流路２２２は、サイクロン２０８から出力された試料を、検出装置３００に導くための経路である。
図３は、実施の形態に係るサイクロンの機能を説明するための図である。
空気中に浮遊するインフルエンザウイルスのようなウイルスを捕集するには、もともと空気中に極微量しか浮遊していないことが予想されるため、大量の空気を取り込み、取り込んだ空気中のウイルスを液中に捕集することが必要となる。ここで液中に捕集するのは、前述した抗体とウイルス構成物との結合を、一般に溶液中で行わせるためである。液体はウイルス構成物を変性することが無いよう不純物を除去した純水、あるいは純水に一般的にバイオ材料の溶媒として用いられるリン酸バッファを溶解した溶液であってもよい。例えば、ＰＢＳ（Phosphate buffered saline）およびトリス等が知られている。
大量の空気を取り込む手段としては、サイクロン２０８であってもよい。サイクロン２０８では、図３の（ａ）に示すように、吸引器２０２に接続されている吸引口２８１から空気が吸い込まれることで、空気吸入口２１０からサイクロン２０８内に空気が取り込まれ、取り込まれた空気は、サイクロン２０８内で高速に回転する。その際、取り込まれた空気に含まれる一定の大きさ以上の微粒子は、サイクロン２０８内における空気の流れに追従できず、遠心力でサイクロン２０８の内壁面に飛ばされ、空気から分離される。そして、空気から分離された微粒子は、サイクロン２０８の下部に集められる。
このように、空気中に浮遊するインフルエンザウイルスは、サイクロン２０８の吸引を稼動することで、空気吸入口２１０からサイクロン２０８内に入り、遠心力によってサイクロン２０８の内壁面に向けて飛ばされる。そのサイクロン２０８の下部に所定の量の捕集液２８３を吸引開始前に満たしておくと、図３の（ｂ）に示すようにサイクロン２０８内の気流によって液が渦巻状の回転を行い、サイクロン２０８の内壁面を捕集液２８３がせり上がり、内壁面に向けて飛ばされたインフルエンザウイルスを溶液に捕捉することができる。捕集液２８３は、例えば、ポンプ２０６に接続されているサイクロン２０８の捕集液流入口２８２からサイクロン２０８内に供給される。
なお、捕集装置２００は、空気中からのウイルスを捕集することに限らずに、被験者の咽頭、鼻腔等から滅菌綿棒等の検体採取器具を使用して採取された被験者の粘膜または粘液、鼻腔吸引により採取された粘液等からウイルスを捕集してもよい。捕集装置２００によるウイルスの捕集は、上記の例に限定されるものではなく、被験者からのウイルスを捕集できるものであれば他の公知の方法を用いてもよい。
［検出装置の構成］
次に、検出装置３００について、図２及び図４を参照しながら具体的に説明する。図４は、実施の形態に係る検出装置の構成図である。
検出装置３００は、捕集装置２００によって微粒子が混合された捕集液からウイルスの量を検出する。図２及び図４に示すように、検出装置３００は、センサデバイス３０２と、導入部３０６と、光源３０８と、ビームスプリッタ３１０と、レンズ３１２と、検出部３１４と、を備える。以下に、検出装置３００の各構成要素について説明する。
センサデバイス３０２は、センサセル３０４を備える。なお、図２では、センサデバイス３０２は、単一のセンサセル３０４を備えているが、複数のセンサセルを備えてもよい。
本実施の形態では、センサデバイス３０２を用いて、０．１ｐＭ～１００ｎＭの濃度範囲のウイルスを検出できる。また、本実施の形態では、ウイルス量を光学的に検出するために、表面増強蛍光法が利用される。なお、ウイルスの濃度は、ウイルス濃度が既知のサンプルについて蛍光強度を測定して作成した検量線を用いて算出することができる。
センサセル３０４は、励起光が照射されたときに、表面プラズモンを生じさせることにより、ウイルスに結合した蛍光物質からの蛍光を増強する。図４に示すように、センサセル３０４は、流路３０４ａ及び検出領域３０４ｂを備える。
流路３０４ａは、導入部３０６から滴下されたサンプル液体３０６１を検出領域３０４ｂに導くための経路である。
検出領域３０４ｂは、表面プラズモンを利用してウイルスを光学的に検出するための領域である。検出領域３０４ｂには、金属微細構造体が配置されており、光源３０８から励起光が照射されることにより表面プラズモンが生じる。また、金属微細構造体には、第１のＶＨＨ抗体が固定されている。第１のＶＨＨ抗体は、ウイルスに特異的に結合する固定化抗体である。検出領域３０４ｂの詳細については、図４及び図５を用いて後述する。
導入部３０６は、第２のＶＨＨ抗体及び試料をセンサセル３０４に導入する。具体的には、導入部３０６は、第２のＶＨＨ抗体と試料とを含むサンプル液体３０６１をセンサセル３０４に滴下する。第２のＶＨＨ抗体は、蛍光物質で標識された標識化抗体である。試料は、ウイルスを含み得る液体であり、本実施の形態ではサイクロン２０８から排出された捕集液である。なお、導入部３０６は、センサセル３０４に、第２のＶＨＨ抗体と試料とを含むサンプル液体３０６１を滴下するのに代え、先に試料を滴下してその後に第２のＶＨＨ抗体を滴下してもよい。
試料にウイルスが含まれれば、当該ウイルスは、第１のＶＨＨ抗体を介して金属微細構造体に結合する。このとき、ウイルスは、蛍光物質で標識された第２のＶＨＨ抗体とも結合している。つまり、金属微細構造体に、第１のＶＨＨ抗体、ウイルス、第２のＶＨＨ抗体及び蛍光物質の複合体が結合される。この状態で金属微細構造体に光が照射されると、ウイルスと間接的に結合している蛍光物質から蛍光が発せられ、当該蛍光が表面プラズモンによって増強される。以降において、表面プラズモンによって増強された蛍光を表面増強蛍光と呼ぶ。なお、第１のＶＨＨ抗体として、ウイルスに対する結合能が十分に高いものを用いることにより、ウイルスと結合した標識化抗体が第１のＶＨＨ抗体と結合している状態のほうが、ウイルスと結合した標識化抗体が第１のＶＨＨ抗体と結合していない状態よりも熱的に安定な状態とすることができる。これにより、ウイルスと結合した標識化抗体のうちのより多くを、第１のＶＨＨ抗体と結合させて、金属微細構造体の表面に集めることができる。
光源３０８は、センサセル３０４に励起光を照射する光照射部の一例である。光源３０８としては、公知の技術を特に限定することなく利用することができる。例えば半導体レーザ、ガスレーザ等のレーザを光源３０８として利用することができる。なお、光源３０８は、ウイルスに含まれる物質と相互作用が小さい波長（例えば４００ｎｍ～２０００ｎｍ）の励起光を照射してもよい。さらには、励起光の波長は、半導体レーザが利用できる波長６００ｎｍ～８５０ｎｍであってもよい。
ビームスプリッタ３１０は、光源３０８から照射された励起光から検出領域３０４ｂで発生した表面増強蛍光を分離する。具体的には、ビームスプリッタ３１０は、光源３０８からの励起光を通過させ、センサセル３０４で発生した表面増強蛍光を分離して検出部３１４に導く。
レンズ３１２は、ビームスプリッタ３１０を通過した光源３０８からの励起光を検出領域３０４ｂに集光する。
検出部３１４は、ビームスプリッタ３１０により導かれた表面増強蛍光を分光し、特定の波長帯の光を検出することにより、試料中のウイルスの量に相当する電気信号を出力する。検出部３１４は、特定の波長帯の光を検出できるものであれば公知の技術を特に限定無く利用することができる。例えば、検出部３１４として、光を分光するために特定の波長帯を透過させる干渉フィルター、回折格子を用いて分光するツェルニー型分光器、及び、エシェル型分光器等を利用することができる。さらには、検出部３１４は、光源３０８からの励起光を除去するためのノッチフィルター、あるいは、光源３０８からの励起光を遮断し、かつ、センサセル３０４で発生した表面増強蛍光を透過させることができるロングパスフィルターを含んでもよい。
ウイルスの濃度が未知である場合、ウイルスが所定の濃度よりも低い低濃度であるほど、精度の高い測定を行うためには、検出部３１４における検出に要する時間が長くなる傾向にある。このため、検出装置３００は、検出値とウイルス濃度との相関データを記憶しているメモリを有し、検出部３１４は、メモリが記憶している相関データにおいて検出値に対応付けられたウイルス濃度を出力してもよい。なお、相関データにおいて対応付けられている検出値は、検出開始から所定時間経過時の検出値である。このため、検出部３１４は、検出開始から所定時間経過時に検出した検出値に相関データにおいて対応付けられたウイルス濃度を出力する。これにより、検出部３１４は、ウイルス濃度を精度よく得ることができる計測時間よりも短い所定時間が経過した時に、ウイルス濃度を出力することができる。なお、検出装置３００は、検出部３１４による検出値と、相関データとを用いて、ウイルス濃度を算出するとしたが、ウイルス濃度の算出は、コントローラ４００などの他の機器により行われてもよい。この場合、他の機器が相関データを記憶しているメモリを有する。
なお、検出装置３００は、上記の例に限定されるものではなく、ウイルスを検出できるものであれば他の公知の方法を用いてもよい。
［コントローラの構成］
コントローラ４００は、病原体検出装置１０全体の動作を制御する。具体的には、コントローラ４００は、捕集装置２００、検出装置３００及び表示装置５００を制御する。また、コントローラ４００は、体温計測装置１００において計測された体温の計測結果を取得する。
より具体的には、コントローラ４００は、測定の開始を制御して、吸引器２０２に周辺の空気の吸引を開始させ、かつ、ポンプ２０６に、捕集液タンク２０４からサイクロン２０８に捕集液を供給させる。これにより、サイクロン２０８において捕集液と微粒子とが混合され、試料がサイクロン２０８から検出装置３００に供給される。さらには、コントローラ４００は、光源３０８に光を照射させ、検出部３１４に表面増強蛍光を検出させる。
例えば、コントローラ４００は、体温計測装置１００が出力した体温の計測結果に応じて、捕集装置２００及び検出装置３００を制御する。また、コントローラ４００は、検出装置３００により得られた検出結果を表示装置５００に表示させる。また、コントローラ４００は、入力パラメータに基づいて、予め設定された条件で、各ポンプを制御して所定体積のサンプル液体を検出装置３００に供給することができる。さらに、コントローラ４００は、計時機能を有しており、各動作に要した時間の情報を生成し記憶してもよい。また、コントローラ４００は、検出装置３００から計測値を受信して、計測値と時間情報とに基づいて、空気中を浮遊するウイルスの濃度の経時的変化を算出してもよい。
なお、コントローラ４００は、例えば１以上の専用の電子回路によって実現される。１以上の専用の電子回路は、１個のチップ上に集積されてもよいし、複数のチップ上に個別に形成されてもよい。また、コントローラ４００は、１以上の専用の電子回路の代わりに、汎用のプロセッサ（図示せず）と、ソフトウェアプログラム又はインストラクションが格納されたメモリ（図示せず）とによって実現されてもよい。この場合、ソフトウェアプログラム又はインストラクションが実行されたときに、プロセッサは、コントローラ４００として機能する。
［表示装置の構成］
表示装置５００は、体温の計測結果、または、ウイルスの検出結果等の情報を表示する。表示装置５００は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、電子ペーパーなどである。表示装置５００は、上記の例に限定されるものではなく、情報を表示できる装置であれば他の公知の表示装置を用いてもよい。
次に、検出装置３００における検出方法を詳細に説明する。
１個のインフルエンザウイルスの中にはおよそ１０００個のＮＰ（nucleoprotein）なるウイルス構成物が含まれている。このため、より数が多いＮＰを検出することでより検出を容易にするために、インフルエンザウイルスを破砕し、インフルエンザウイルスの中に含まれるＮＰを抽出する前処理を事前に、例えば、病原体と抗体とを反応させる前に行っておいてもよい。インフルエンザウイルスの破砕には、界面活性剤を注入することで、インフルエンザウイルスの表面を覆う膜物質を破り、内部のＮＰを抽出する方法が用いられる。破砕に用いられる界面活性剤としては、Ｔｗｅｅｎ２０、ＴｒｉｔｏｎＸ、サルコシルなどが知られている。なお、補足したウイルスを破砕せずに、そのまま検出のための抗体と反応させてもよい。
なお、前処理は、上記の破砕の他に、夾雑物を取り除く処理、ウイルスまたはウイルス構成物を濃縮する処理、ウイルスまたはウイルス構成物を検出に用いる蛍光物質または磁気物質などの標識物質で標識する処理のいずれかを含んでいてもよい。前処理は、病原体の検出を促進するための処理であれば上記の例に限定されるものではない。なお、病原体の検出を促進するための処理とは、病原体の量を効率よく検出するための処理であってもよいし、病原体の量を精度よく検出するための処理であってもよい。
一般にバイオ材料の検出には、抗原と抗体とを反応させる抗原抗体反応を利用して行うことが知られている。ここで抗原は、インフルエンザウイルス、あるいはインフルエンザウイルスを破砕した際に内部に含まれる構成部材であるＮＰである。抗体は、抗原に特異的に反応し結合する。以下に、抗原抗体反応での検出方法の詳細について説明する。
図５を用いて説明する。図５は、抗原抗体反応の詳細を説明するための図である。
まず、上述したセンサセル３０４内に配置された基材４０４の表面に、抗原となるウイルスあるいはウイルス構成物であるＮＰと結合する第１の抗体４０６を形成する。第１の抗体４０６は、ＮＰ４０７等を基材４０４表面に捕捉する役割を果たす。第１の抗体４０６は、例えば、ＩｇＧ抗体であり、ＩｇＧ抗体の中でもインフルエンザウイルス、あるいはインフルエンザウイルスの構成物であるＮＰに特異的に結合する能力を有するものを用いてもよい。第１の抗体４０６は、捕捉抗体とも言う。基材４０４の表面には、無機の基材と有機の抗体とを結合させるためにＳＡＭ膜４０５（自己組織化単分子膜）が修飾されている。第１の抗体４０６は、ＳＡＭ膜４０５を介して基材４０４の表面に固定される。
ＳＡＭ膜４０５は、基材４０４の表面に形成された金の単結晶薄膜４１１の表面に形成される。これにより、ＳＡＭ膜４０５は、単結晶薄膜４１１との間で、アルカンチオール（Ｒ－ＳＨ）が結合されることでＡｕ－Ｓ－Ｒで結合されるため、密で規則正しい単分子膜となる。このように、抗原抗体反応では、第１の抗体４０６を基材４０４の表面に形成されたＳＡＭ膜４０５と結合させる。
次に、基材４０４の表面に固定された第１の抗体４０６に、抗原であるＮＰ４０７を含む溶液が注入される。つまり、センサセル３０４の検出領域３０４ｂにＮＰ４０７を含む溶液が注入される。この時、第１の抗体４０６は、抗原であるＮＰ４０７と結合を開始し、その後時間経過とともに全体として結合する数が増加する。また、結合する数が増加する一方で、結合したものは、解離する。このため、第１の抗体４０６とＮＰ４０７とは、結合および解離を繰り返し、平衡状態に達する。
次に、センサセル３０４の検出領域３０４ｂに、第２の抗体４０８を含む溶液が注入される。第２の抗体４０８は、第１の抗体４０６と同様に、例えば、インフルエンザウイルスあるいはインフルエンザウイルスの構成物であるＮＰ４０７と結合することが可能なＩｇＧ抗体である。第２の抗体４０８には、検出を行うための信号を発する標識物質４０９があらかじめ結合されている。標識物質４０９は、例えば、所定の波長のレーザ光が照射されると蛍光を発する物質であってもよい。標識物質４０９は、例えば、７８５ｎｍの波長を持つレーザ光が照射されると、８００ｎｍの蛍光を発するＤｙｌｉｇｈｔ８００などである。標識物質４０９が結合された第２の抗体４０８は、標識抗体４１０ともいう。
空気中にウイルスが存在する場合には、サイクロン２０８を稼動した時にサイクロン２０８内の捕集液２８３中にウイルスが捕捉される。補足されたウイルスは、破砕されることでウイルス内部に含まれるＮＰ４０７が抽出される。これにより得られたＮＰ４０７を含む溶液がセンサセル３０４の検出領域３０４ｂに注入されることで基材４０４の表面に注入されると、ＮＰ４０７は、基材４０４の表面に形成された捕捉抗体としての第１の抗体４０６と結合する。さらに蛍光を発する標識物質４０９が結合された標識抗体としての第２の抗体４０８を含む溶液が注入されると、第２の抗体４０８は、第１の抗体４０６と結合した抗原であるＮＰ４０７と結合する。第１の抗体４０６と抗原であるＮＰ４０７と第２の抗体４０８とを結合させることは、サンドイッチアッセイと称される。サンドイッチアッセイが行われた検出領域３０４ｂ中の溶液に、第２の抗体４０８に結合させた標識物質４０９に蛍光を励起させる励起光であるレーザ光を照射し、励起された蛍光を計測することで検出すべき信号を得ることができる。
検出装置３００では、光源３０８により所定の周期で繰り返し照射され、検出部３１４によりレーザ光が照射されることにより標識物質４０９から励起される蛍光が所定の周期で繰り返し検出される。このように、繰り返しレーザ光が照射されると、第１の抗体４０６、ＮＰ４０７、および、標識抗体４１０の結合が進むにつれて、発光する蛍光の強度が増してくる。標識抗体４１０を含む溶液が注入された場合、ＮＰ４０７と結合しない標識抗体４１０は、液層に浮遊することとなる。なお、ＮＰ４０７および標識抗体４１０の結合数は、注入された溶液の液量及び/またはセンサセル３０４の液層を保持する厚みに応じて変化する。
また、標識抗体４１０の溶液を注入した初期の段階では、ＮＰ４０７と標識抗体４１０とが徐々に結合数を増やしていく過程が生じる。また、標識抗体４１０の標識物質４０９に蛍光を励起させるレーザ光の強度を強くすると、ＮＰ４０７と結合していない浮遊した標識抗体４１０の標識物質４０９も発光することとなる。この場合の蛍光を検出しても、ＮＰ４０７の検出を精度よく行うことができないため、レーザ光を闇雲に強くすることはできない。一方で、非常に微量の空気中のウイルスから得たＮＰ４０７の量は少ないため、この場合には、励起光を強くしてもよい。
そこで、基材４０４の表面近傍のＮＰ４０７と結合した標識抗体４１０からの信号を強くするために、表面プラズモン共鳴を利用する。図６は、表面プラズモン共鳴を利用する場合の基材の構造の一例を示す図である。
表面プラズモン共鳴は、古くから知られており、例えば、図６に示すように、基材４４１の表面にナノサイズの突起４４２を形成し、その表面にＡｕ等の単結晶薄膜４１１を形成することで、表面近傍に電磁場の強い領域が形成される。電磁場の強い領域は基材４４１の極表面近傍に形成されるため、ＮＰ４０７と結合した第２の抗体４０８の信号を発する標識物質４０９を、ＮＰ４０７と結合せず浮遊し基材４４１の表面近傍から離れた標識抗体４１０の標識物質４０９が発する光より強く発光させることができる。表面プラズモン共鳴とサンドイッチアッセイとを組み合わせることで、空気中の微量のウイルスを効果的に検出することが可能となり、さらに第２の抗体４０８とＮＰ４０７とが結合を開始した初期の段階の、徐々に信号強度が上昇する過渡的な状態も効果的に検出できる。
次に、病原体検出装置１０の機能構成について説明する。
図７は、実施の形態に係る病原体検出装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
図７に示すように、病原体検出装置１０は、取得部１１と、捕集部１２と、検出部１３と、制御部１４と、通知部１５とを備える。
取得部１１は、被験者の体温を取得する。取得部１１は、被験者の体温を計測することで被験者の体温を取得する。取得部１１は、例えば、体温計測装置１００により実現される。
捕集部１２は、被験者が保有する病原体または被験者の周囲の空気中の病原体を捕集する。病原体は、ウイルスであり、例えば、インフルエンザウイルスである。捕集部１２は、捕集液に病原体を混合することで得られた試料を検出部１３に排出する。捕集部１２は、例えば、捕集装置２００により実現される。被験者が保有する病原体を捕集するには、例えば、被験者の口に挿入して呼気を収集するサンプリングチューブが用いられ、被験者の周囲の空気中の病原体を捕集するには、例えば、サイクロンが用いられる。
検出部１３は、捕集部１２で捕集された病原体を検出する。検出部１３は、具体的には、反応部１３ａと光照射部１３ｂとを有する。
反応部１３ａは、捕集部１２で捕集された病原体と標識物質４０９とを反応させる。反応部１３ａは、例えば、第１の抗体４０６と、ＮＰ４０７と、標識物質４０９が結合された第２の抗体４０８とを反応させることで、互いに結合させる。このように、「病原体と標識物質との反応」には、病原体と標識物質との間接的な反応、つまり、病原体と標識物質に結合された物体（抗体）との反応が含まれる。なお、反応部１３ａにおける反応は、表面プラズモン共鳴を利用することに限らずに、標識物質４０９を病原体と結合させる反応であればどのような反応であってもよい。反応部１３ａは、例えば、検出装置３００のセンサセル３０４により実現される。
光照射部１３ｂは、反応部１３ａにおいて反応させることで得られた反応物（つまり、試料）に励起光を照射する。光照射部１３ｂは、例えば、光源３０８により実現される。
これにより、検出部１３は、励起光の照射により標識物質４０９から生じる蛍光に基づき、病原体を検出する。検出部１３は、励起光の照射により標識物質４０９から生じる蛍光の強度を検出し、検出した蛍光の強度が所定の閾値を超えているか否かに応じて、被験者が病原体に感染していることを検出してもよい。つまり、検出部１３は、検出した蛍光の強度が所定の閾値を超えている場合、被験者が病原体に感染していると検出し、検出した蛍光の強度が所定の閾値を超えていない場合、被験者が病原体に感染していないと検出してもよい。
また、検出部１３は、検出した蛍光の強度と、予め記憶されている蛍光の強度、および、標識物質量の相関データとに基づいて、標識物質量を検出してもよい。検出部１３は、反応部１３ａにおける反応開始、つまり、検出開始から所定時間経過時において検出した蛍光の強度と、相関データとに基づいて、検出した蛍光の強度に相関データにおいて対応付けられている標識物質量を特定し、特定した標識物質量を出力してもよい。標識物質量は、病原体の数または病原体の濃度である。なお、相関データは、異なる２以上の時間経過時の蛍光の強度と標識物質量との相関関係が含まれていてもよい。
なお、検出部１３は、捕集部１２で捕集された病原体に対して検出を促進するための前処理を行ってもよい。
検出部１３は、例えば、検出装置３００、コントローラ４００などにより実現される。
制御部１４は、取得部１１で取得された被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、捕集部１２での捕集開始から、通知部１５による検出結果の通知までの時間を短縮させるように、捕集部１２および検出部１３のうちの少なくとも１つを制御する。つまり、制御部１４は、取得部１１で取得された被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、第１制御モードで捕集部１２および検出部１３のうちの少なくとも１つを制御し、当該体温が所定の閾値以下である場合に、病原体の捕集開始から検出結果の通知までの時間が第1制御モードよりも短縮された第２制御モードで捕集部１２および検出部１３のうちの少なくとも１つを制御する。
制御部１４は、例えば、検出部１３を制御することで、病原体の捕集開始から検出結果の通知までに要する時間を、第１制御モードよりも第２制御モードにおいて短縮してもよい。つまり、制御部１４は、取得部１１で取得された被験者の体温が所定の閾値以下の場合に、第１時間かけて病原体を検出する第１検出モードで検出部１３を制御する。制御部１４は、被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、第１時間よりも短い第２時間かけて病原体を検出する第２検出モードで検出部１３を制御する。
この場合、検出部１３は、第１検出モードの場合に、第１時間かけた反応により得られた反応物に励起光の照射することで標識物質から生じる蛍光に基づき、病原体、例えば、ウイルスを検出する。また、検出部１３は、第２検出モードの場合に、第１時間よりも短い第２時間かけた反応により得られた反応物に励起光を照射することで標識物質から生じる蛍光に基づき、病原体、例えば、ウイルスを検出する。
検出部１３は、第１検出モードの場合に、第１時間の間に検出領域３０４ｂに励起光の照射することで標識物質から生じる蛍光の強度に基づき、病原体の濃度、例えば、ウイルス濃度を検出してもよい。
また、検出部１３は、第２検出モードの場合に、第１時間よりも短い第２時間の間に検出領域３０４ｂに励起光の照射することで標識物質から生じる蛍光の強度に基づき、病原体の濃度、例えば、ウイルス濃度を検出してもよい。
制御部１４は、例えば、コントローラ４００により実現される。
通知部１５は、検出部１３での検出結果を通知する。通知部１５は、例えば、被験者が病原体に感染しているか否かを示す検出結果を表示してもよいし、検出された病原体の標識物質量を示す検出結果を表示してもよい。通知部１５は、例えば、表示装置５００により実現される。
なお、通知部１５は、検出結果を表示することで通知することに限らずに、音声で通知してもよいし、印刷物を印刷することで通知してもよいし、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）などの光源を点灯させることで通知してもよい。
ここで、図８を用いて、異なるウイルス濃度における反応時間と検出シグナルとの関係について説明する。図８において、横軸の反応時間とは、反応部１３ａにおける反応開始からの時間を示し、縦軸の検出シグナルとは、検出部１３において検出された蛍光の強度を示す。なお、反応開始時刻は、例えば、センサセル３０４に、病原体と標識物質４０９とが導入された時刻とすることができる。
図８に示すように、ウイルス濃度が高い場合、反応時間が例えば１分程度のように短くても検出シグナルが大きく検出される。ウイルス濃度が高い場合、例えば、反応開始から１分未満において、被験者がウイルスに感染していると判定する基準となる検出シグナルの閾値Ｔｈを超えていることが分かる。なお、検出シグナルの閾値Ｔｈは、例えば、例えば真っ暗な状態において検出部１３において検出されるノイズレベルよりも高い値に設定されている。
一方で、ウイルス濃度が低い場合、反応時間が例えば５分を超えるような長い時間を経過しないと検出シグナルの閾値Ｔｈを超えないため、例えば１０分などのような長い反応時間を待ってから検出する必要がある。
このことから、ウイルス濃度が高いことが期待される場合、反応時間が短いタイミングであっても、被験者がウイルスに感染しているか否かを判定することができる。つまり、ウイルス濃度が高い可能性がある場合には、ウイルス濃度が低い可能性がある場合よりも検出にかける時間を短くしても、被験者がウイルスに感染しているか否かを判定することができる。
次に、図９を用いて、被験者の保持ウイルス量と被験者の体温との関係について説明する。図９の左側の縦軸は、被験者の鼻または喉から採取したウイルス量を示し、右側の縦軸は、当該被験者の体温を示す。図９の横軸は、ウイルスの感染による咳あるいは鼻水などの症状が出てからの日数を示し、当該症状が出た日を０で示している。
図９から、ウイルス量と体温との間には正の相関があることがわかる。これにより、被験者の体温が所定の閾値より高い場合に、当該被験者は、高濃度のウイルスを保持している可能性が高いと推測できる。所定の閾値は、被験者の平熱よりも高い体温であり、例えば、３７℃としてもよい。所定の閾値は、被験者に応じて異なる値が設定されていてもよく、例えば、平熱に１度加えた値としてもよい。つまり、被験者の平熱が３６℃であれば、３７℃が所定の閾値として設定され、被験者の平熱が３６．５℃であれば、３７．５℃が所定の閾値として設定されてもよい。
ここで図８に戻り、反応部１３ａにおける反応は、ウイルス濃度の高低にかかわらず、反応時間が経過すると共に平行に達する。このため、反応物に励起光を照射することで得られる検出シグナルは、一定となる傾向にある。ウイルス濃度の算出には、一定となった検出シグナルを用いてもよいが、検出シグナルが一定になるのを待つのに時間を要してしまう。このため、検出部１３は、ウイルス濃度が高い可能性がある場合には、第２時間経過時における検出シグナル、つまり、蛍光の強度と、相関データとを用いて、ウイルス濃度を算出する。つまり、相関データは、ウイルス濃度が高い場合の、第２時間経過時における蛍光の強度と、標識物質量とが対応付けられたデータを有する。また、検出部１３は、ウイルス濃度が低い可能性がある場合にも、第１時間経過時における検出シグナル、つまり、蛍光の強度と、相関データとを用いて、ウイルス濃度を算出してもよい。つまり、相関データは、ウイルス濃度が低い場合の、第１時間経過時における蛍光の強度と、標識物質量とが対応付けられたデータを有していてもよい。
［病原体検出装置の動作］
次に、病原体検出装置１０による病原体検出方法について説明する。
図１０は、本実施の形態に係る病原体検出装置による病原体検出方法の一例を示すフローチャートである。図１１は、本実施の形態に係る病原体検出装置における第１制御モードと第２制御モードとを説明するための図である。図１２は、本実施の形態に係る病原体検出装置における第１検出モードと第２検出モードとを説明するための図である。
図１０に示すように、病原体検出装置１０は、取得部１１が被験者の体温を取得する（Ｓ１）。
制御部１４は、取得部１１において取得された被験者の体温が第１の閾値を超えたか否かを判定する（Ｓ２）。ここで、第１の閾値は、上述した所定の閾値である。
制御部１４は、取得部１１において取得された被験者の体温が第１の閾値以下の場合（Ｓ２でＮｏ）、第１制御モードに決定する（Ｓ３）。これにより、制御部１４は、図１１に示すように、検出部１３を第１検出モードで制御する。
次に、捕集部１２は、第１制御モードにおいて、被験者が保有する病原体または被験者の周囲の空気中の病原体を捕集する（Ｓ４）。
そして、検出部１３は、第１制御モードにおいて、捕集において捕集された病原体を検出する（Ｓ５）。具体的には、図１２に示すように、第１検出モードにおいては、光照射部１３ｂは、第１時間の間、反応部１３ａに励起光の照射し、検出部１３は、検出開始（つまりに励起光の照射開始）から第１時間経過時における蛍光の強度に基づいて、病原体の濃度を検出する。この時、検出部１３は、病原体と反応した標識物質量を検出してもよい。
なお、第１検出モードにおいては、光照射部１３ｂは、第１時間の間、反応部１３ａに励起光の照射し、検出部１３は、検出開始（つまりに励起光の照射開始）から第１時間経過時における蛍光の強度に基づいて、病原体の濃度を検出してもよい。
一方で、制御部１４は、取得部１１において取得された被験者の体温が第１の閾値を超えた場合（Ｓ２でＹｅｓ）、第２制御モードに決定する（Ｓ７）。これにより、制御部１４は、図１１に示すように、検出部１３を第２検出モードで制御する。
次に、捕集部１２は、第２制御モードにおいて、被験者が保有する病原体または被験者の周囲の空気中の病原体を捕集する（Ｓ８）。なお、捕集部１２の動作は、第１制御モードおよび第２制御モードに関わらず同じであるものとする。
そして、検出部１３は、第２制御モードにおいて、捕集において捕集された病原体を検出する（Ｓ９）。具体的には、検出部１３は、図１２に示すように、第２検出モードにおいて、反応部１３ａにおける反応に第１時間よりも短い第２時間をかけ、検出開始（つまり反応開始）から第２時間経過時における蛍光の強度に基づいて、病原体を検出する。この時、検出部１３は、病原体と反応した標識物質量を検出してもよい。
通知部１５は、ステップＳ５またはステップＳ９での検出部１３における検出結果を通知する（Ｓ６）。
［効果など］
上記実施の形態に係る病原体検出装置１０によれば、制御部１４は、被験者の体温が第１の閾値を超えた場合に、被験者が所定の濃度を超える病原体に感染している可能性が高いと判断し、被験者または被験者の周囲の空間から病原体を検出しやすい状態であると判断する。このため、検出部１３は、被験者が病原体に感染している可能性が高い場合には、被験者が病原体に感染している可能性が低い場合より、検出結果を得るまでの時間を短縮しても病原体を検出し得る。よって、本実施の形態に係る病原体検出装置１０は、被験者または被験者の周囲の空間から効率的に病原体を検出することができる。
また、病原体検出装置１０において、制御部１４は、取得部１１で取得された被験者の体温が所定の閾値以下の場合に、第１時間かけて病原体を検出する第１検出モードで検出部１３を制御する。制御部１４は、被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、第１時間よりも短い第２時間かけて病原体を検出する第２検出モードで検出部１３を制御する。
これによれば、制御部１４は、被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、被験者が所定の濃度を超える病原体に感染している可能性が高いと判断し、被験者の体温が所定の閾値を超えていない場合よりも、検出にかける時間を短縮している。つまり、この場合には、検出部１３は、被験者の体温が所定の閾値を超えていない場合より、検出にかける時間を短縮しても病原体を検出する可能性が高い。よって、本実施の形態に係る病原体検出装置１０は、被験者または被験者の周囲の空間から効率的に病原体を検出することができる。
また、病原体検出装置１０において、検出部１３は、第１検出モードの場合に、第１時間かけた反応により得られた反応物に励起光の照射することで標識物質から生じる蛍光に基づき、病原体を検出する。また、検出部１３は、第２検出モードの場合に、第１時間よりも短い第２時間かけた反応により得られた反応物に励起光を照射することで標識物質から生じる蛍光に基づき、病原体を検出する。
これによれば、制御部１４は、被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、被験者が所定の濃度を超える病原体に感染している可能性が高いと判断し、被験者の体温が所定の閾値を超えていない場合よりも、検出における反応にかける時間を短縮している。つまり、この場合には、検出部１３は、被験者の体温が所定の閾値を超えていない場合より、検出における反応にかける時間を短縮しても病原体を検出する可能性が高い。よって、本実施の形態に係る病原体検出装置１０は、被験者または被験者の周囲の空間から効率的に病原体を検出することができる。
［変形例１］
上記実施の形態では、制御部１４は、検出部１３を制御することで、病原体の捕集開始から検出結果の通知までに要する時間を、第１制御モードよりも第２制御モードにおいて短縮するとしたが、これに限らない。制御部１４は、例えば、捕集部１２を制御することで、病原体の捕集開始から検出結果の通知までに要する時間を、第１制御モードよりも第２制御モードにおいて短縮してもよい。これは、被験者の体温が高く、被験者が病原体に感染している可能性が高い場合、被験者の吐く息または被験者の周囲の空気中から得られる空気の病原体の濃度は高いと予測されるためである。つまり、この場合、捕集にかける時間が短くても、病原体の検出を行うのに十分な空気を採取できると考えられるからである。
この場合、上記実施の形態とは異なり、制御部１４は、図１３に示すように、第１制御モードにおいて捕集部１２を第１捕集モードで制御し、第２制御モードにおいて捕集部１２を第２捕集モードで制御する。また、検出部１３の動作は、第１制御モードおよび第２制御モードにかかわらず同じものであるとする。
変形例１の場合、図１４に示すように、制御部１４は、取得部１１で取得された被験者の体温が所定の閾値以下の場合に、第３時間かけて病原体を捕集する第１捕集モードで捕集部１２を制御する。また、制御部１４は、被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、第３時間よりも短い第４時間かけて病原体を捕集する第２捕集モードで捕集部１２を制御する。
なお、図１３は、変形例１に係る病原体検出装置における第１制御モードと第２制御モードとを説明するための図である。図１４は、変形例１に係る病原体検出装置における第１捕集モードと第２捕集モードとを説明するための図である。
これによれば、制御部１４は、被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、被験者が所定の濃度を超える病原体に感染している可能性が高いと判断し、被験者の体温が所定の閾値を超えていない場合よりも、捕集にかける時間を短縮している。つまり、この場合には、検出部１３は、被験者の体温が所定の閾値を超えていない場合より、捕集部１２による捕集にかける時間を短縮しても病原体を検出する可能性が高い。よって、変形例１に係る病原体検出装置１０は、被験者または被験者の周囲の空間から効率的に病原体を検出することができる。
なお、変形例１は、実施の形態と組み合わせた形態としてもよい。つまり、制御部１４は、第１制御モードにおいて、捕集部１２を第１捕集モードで動作させ、かつ、検出部１３を第１検出モードで動作させてもよい。そして、制御部１４は、第２制御モードにおいて、捕集部１２を第２捕集モードで動作させ、かつ、検出部１３を第２検出モードで動作させてもよい。
［変形例２］
上記実施の形態では、制御部１４は、検出部１３における反応開始から検出までのタイミングを調整することで、病原体の捕集開始から検出結果の通知までに要する時間を、第１制御モードよりも第２制御モードにおいて短縮するとしたが、これに限らない。制御部１４は、例えば、第１制御モードにおいて反応前の前処理を行わせ、第２制御モードにおいて前処理を行わせないことで、病原体の捕集開始から検出結果の通知までに要する時間を、第１制御モードよりも第２制御モードにおいて短縮してもよい。これは、被験者の体温が高く、被験者が病原体に感染している可能性が高い場合、高い濃度の病原体を取得できるため、前処理を行わなくても病原体の検出を行うことが可能であると考えられるからである。なお、前述したように、前処理とは病原体の検出を促進するための処理である。前処理の具体例は前述した。
この場合、検出部１３は、図１５に示すように、第１制御モードでの第１検出モードにおいて、反応部１３ａにおける反応を行う前に前処理を実行し、第２制御モードでの第２検出モードにおいて、反応部１３ａにおける反応を行う前に前処理を実行しない。また、変形例２において、検出部１３は、第１検出モードおよび第２検出モードに関わらず、反応開始から第１時間経過時における蛍光の強度に基づいて、病原体を検出する。
つまり、変形例２の場合、制御部１４は、取得部１１で取得された被験者の体温が第１の閾値以下の場合に、検出において前処理を検出部１３に行わせる。また、制御部１４は、被験者の体温が第１の閾値を超える場合に、検出において前処理を検出部１３に行わせない。
なお、図１５は、変形例１に係る病原体検出装置における第１検出モードと第２検出モードとを説明するための図である。
これによれば、制御部１４は、被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、被験者が所定の濃度を超える病原体に感染している可能性が高いと判断し、検出における前処理を省くこと検出にかける時間を短縮している。つまり、この場合には、検出部１３は、被験者の体温が所定の閾値を超えていない場合より、前処理を省いても病原体を検出する可能性が高い。よって、変形例２に係る病原体検出装置１０は、被験者または被験者の周囲の空間から効率的に病原体を検出することができる。
なお、変形例２は、実施の形態と組み合わせた形態としてもよい。つまり、制御部１４は、第１制御モードにおいて、前処理を実行させた上で第１時間経過時における蛍光の強度に基づいて病原体を検出させるように検出部１３を第１検出モードで動作させてもよい。そして、制御部１４は、第２制御モードにおいて、前処理を実行させずに第２時間経過時における蛍光の強度に基づいて病原体を検出させるように検出部１３を第２検出モードで動作させてもよい。
［変形例３］
上記実施の形態では、制御部１４は、被験者の体温を１つの閾値を用いて制御モードを変更するとしたが、これに限らずに、２つの閾値を用いて制御モードを変更してもよい。
図１６は、変形例３に係る病原体検出装置による病原体検出方法の一例を示すフローチャートである。
変形例３に係る病原体検出方法では、実施の形態に係る病原体検出方法と比較して、さらに、制御部１４が被験者の体温が第２の閾値を超えるか否かを判定するステップＳ１０が行われることが異なる。第２の閾値は、第１の閾値よりも低い温度であり、例えば、被験者の平熱である。
制御部１４は、被験者の体温が第２の閾値以下である場合（Ｓ１０でＮｏ）、ステップＳ６に進む。そして、通知部１５は、検出結果として病原体が検出されなかったことを通知する（Ｓ６）。
一方で、制御部１４は、被験者の体温が第２の閾値を超える場合（Ｓ１０でＹｅｓ）、実施の形態における病原体検出方法のステップＳ２以降の処理を実行する。このため、詳細な説明は省略する。
［変形例４］
変形例３では、被験者の体温が第２の閾値以下である場合、通知部１５において検出結果として病原体が検出されなかったことが通知されるとしたが、これに限らない。制御部１４は、被験者の体温が第２の閾値以下である場合、第３制御モードで捕集部１２および検出部１３を制御してもよい。
図１７は、変形例４に係る病原体検出装置による病原体検出方法の一例を示すフローチャートである。図１８は、変形例４に係る病原体検出装置における第１～第３制御モードを説明するための図である。
図１７に示すように、病原体検出装置１０は、取得部１１が被験者の体温を取得する（Ｓ１）。
制御部１４は、取得部１１において取得された被験者の体温が第２の閾値を超えたか否かを判定する（Ｓ１０）。ここで、第２の閾値は、変形例３での第２の閾値と同じである。
制御部１４は、取得部１１において取得された被験者の体温が第２の閾値以下の場合（Ｓ１０でＮｏ）、第３制御モードに決定する（Ｓ１１）。これにより、制御部１４は、図１８に示すように、捕集部１２を第１捕集モードで制御し、検出部１３を前処理あり、かつ、第２検出モードで制御する。
次に、捕集部１２は、第３制御モードにおいて、被験者が保有する病原体または被験者の周囲の空気中の病原体を捕集する（Ｓ１２）。具体的には、捕集部１２は、図１４を用いて説明したように、第１捕集モードにおいて、第３時間かけて病原体を捕集する。
そして、検出部１３は、第３制御モードにおいて、捕集において捕集された病原体を検出する（Ｓ１３）。具体的には、検出部１３は、前処理を行った上で、図１２に示すように、第１検出モードにおいて、反応部１３ａにおける反応に第１時間をかけ、検出開始（つまり反応開始）から第１時間経過時における蛍光の強度に基づいて、病原体を検出する。この時、検出部１３は、病原体と反応した標識物質量を検出してもよい。
ステップＳ１０に戻り、制御部１４は、取得部１１において取得された被験者の体温が第２の閾値を超えた場合（Ｓ１０でＮｏ）、当該被験者の体温が第１の閾値を超えたか否かを判定する（Ｓ２）。ここで、第１の閾値は、変形例３での第１の閾値と同じである。
制御部１４は、取得部１１において取得された被験者の体温が第１の閾値以下の場合（Ｓ２でＮｏ）、第１制御モードに決定する（Ｓ３ａ）。これにより、制御部１４は、図１８に示すように、捕集部１２を第１捕集モードで制御し、検出部１３を前処理あり、かつ、第２検出モードで制御する。
次に、捕集部１２は、第１制御モードにおいて、被験者が保有する病原体または被験者の周囲の空気中の病原体を捕集する（Ｓ４ａ）。具体的には、捕集部１２は、ステップＳ１２と同様に、第１捕集モードにおいて、第３時間かけて病原体を捕集する。
そして、検出部１３は、第１制御モードにおいて、捕集において捕集された病原体を検出する（Ｓ５ａ）。具体的には、検出部１３は、前処理を行った上で、図１２に示すように、第２検出モードにおいて、反応部１３ａにおける反応に第１時間よりも短い第２時間をかけ、検出開始（つまり反応開始）から第２時間経過時における蛍光の強度に基づいて、病原体を検出する。この時、検出部１３は、病原体と反応した標識物質量を検出してもよい。
制御部１４は、取得部１１において取得された被験者の体温が第１の閾値を超えた場合（Ｓ２でＹｅｓ）、第２制御モードに決定する（Ｓ７ａ）。これにより、制御部１４は、図１８に示すように、捕集部１２を第２捕集モードで制御し、検出部１３を前処理なし、かつ、第２検出モードで制御する。
次に、捕集部１２は、第２制御モードにおいて、被験者が保有する病原体または被験者の周囲の空気中の病原体を捕集する（Ｓ８ａ）。具体的には、捕集部１２は、図１４を用いて説明したように、第２捕集モードにおいて、第３時間よりも短い第４時間かけて病原体を捕集する。
そして、検出部１３は、第２制御モードにおいて、捕集において捕集された病原体を検出する（Ｓ９ａ）。具体的には、検出部１３は、前処理を行わずに、図１２に示すように、第２検出モードにおいて、反応部１３ａにおける反応に第１時間よりも短い第２時間をかけ、検出開始（つまり反応開始）から第２時間経過時における蛍光の強度に基づいて、病原体を検出する。この時、検出部１３は、病原体と反応した標識物質量を検出してもよい。
通知部１５は、ステップＳ５ａ、ステップＳ９ａまたはステップＳ１３での検出部１３における検出結果を通知する（Ｓ６ａ）。
［変形例５］
上記実施の形態では、取得部１１は、被験者の体温を計測することで被験者の体温を取得するとしたが、これに限らずに、体温計などで被験者の体温を計測した結果の入力を受け付けることで被験者の体温を取得してもよい。
［変形例６］
上記実施の形態では、病原体検出装置１０は、被験者が吐き出す息を被験者から直接採取する構成であるとしたが、これに限らずに、人が出入りする部屋に設置されており部屋の空間内の空気を採取する構成であってもよい。
この場合の病原体検出装置１０では、取得部１１は、部屋の空間内に存在する１以上の被験者の体温を取得する。制御部１４は、１以上の被験者の体温のうちのいずれかの体温が所定の閾値を超えた場合に、捕集部１２での捕集開始から、通知部１５による検出結果の通知までの時間を短縮させるように、捕集部１２および検出部１３のうちの少なくとも１つを制御する。
なお、上記各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記各実施の形態の病原体検出装置および病原体検出方法などを実現するソフトウェアは、次のようなプログラムである。
すなわち、このプログラムは、コンピュータに、被験者の体温を取得し、取得した被験者の体温に応じた制御モードを決定し、決定された前記制御モードにおいて、前記被験者が保有する病原体または前記被験者の周囲の空気中の病原体を捕集し、決定された前記制御モードにおいて、前記捕集において捕集された前記病原体を検出し、前記検出における検出結果を通知し、前記制御モードの決定では、（１）取得された前記被験者の体温が所定の閾値以下の場合に第１制御モードに決定し、（２）取得された前記被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、前記病原体の捕集開始から前記検出結果の通知までの時間が第１制御モードよりも短縮された第２制御モードに決定する病原体検出方法を実行させる。
以上、本開示の一つまたは複数の態様に係る病原体検出装置および病原体検出方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
本開示は、被験者または被験者の周囲の空間から効率的に病原体を検出できる病原体検出装置および病原体検出方法などとして有用である。
１０ 病原体検出装置
１１ 取得部
１２ 捕集部
１３ 検出部
１３ａ 反応部
１３ｂ 光照射部
１４ 制御部
１５ 通知部
１００ 体温計測装置
２００ 捕集装置
２０２ 吸引器
２０４ 捕集液タンク
２０６ ポンプ
２０８ サイクロン
２１０ 空気吸入口
２１２ 洗浄液タンク
２１４ ポンプ
２２０ 廃液タンク
２２２ 液体流路
２８１ 吸引口
２８２ 捕集液流入口
２８３ 捕集液
３００ 検出装置
３０２ センサデバイス
３０４ センサセル
３０４ａ 流路
３０４ｂ 検出領域
３０６ 導入部
３０８ 光源
３１０ ビームスプリッタ
３１２ レンズ
３１４ 検出部
４００ コントローラ
４０４ 基材
４０５ ＳＡＭ膜
４０６ 第１の抗体
４０７ ＮＰ
４０８ 第２の抗体
４０９ 標識物質
４１０ 標識抗体
４４１ 基材
４４２ 突起
３０６１ サンプル液体

Claims (6)

  1. 被験者の体温を取得する取得部と、
    前記被験者が保有する病原体または前記被験者の周囲の空気中の病原体を捕集する捕集部と、
    前記捕集部で捕集された前記病原体を検出する検出部と、
    前記検出部での検出結果を通知する通知部と、
    制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記取得部で取得された前記被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、前記捕集部での捕集開始から、前記通知部による検出結果の通知までの時間を短縮させるように、前記捕集部および前記検出部のうちの少なくとも１つを制御し、
    前記制御部は、
    前記取得部で取得された前記被験者の体温が前記所定の閾値以下の場合に、第１時間かけて前記病原体を検出する第１検出モードで前記検出部を制御し、
    前記被験者の体温が前記所定の閾値を超えた場合に、前記第１時間よりも短い第２時間かけて前記病原体を検出する第２検出モードで前記検出部を制御する
    病原体検出装置。
  2. 前記検出部は、
    前記捕集部で捕集された病原体と標識物質とを反応させる反応部と、前記反応部において反応させることで得られた反応物に励起光を照射する光照射部と、を有し、
    前記第１検出モードの場合に、前記第１時間かけた前記反応により得られた前記反応物に前記励起光の照射することで前記標識物質から生じる蛍光に基づき、前記病原体を検出し、
    前記第２検出モードの場合に、前記第１時間よりも短い第２時間かけた前記反応により得られた前記反応物に励起光を照射することで前記標識物質から生じる前記蛍光に基づき、前記病原体を検出する
    請求項１に記載の病原体検出装置。
  3. 前記検出部は、前記捕集部で捕集された前記病原体に対して前記検出を促進するための前処理を行うことが可能であり、
    前記制御部は、
    前記取得部で取得された前記被験者の体温が前記所定の閾値以下の場合に、前記検出において前記前処理を前記検出部に行わせ、
    前記被験者の体温が前記所定の閾値を超える場合に、前記検出において前記前処理を前記検出部に行わせない
    請求項１または２に記載の病原体検出装置。
  4. 前記制御部は、
    前記取得部で取得された前記被験者の体温が前記所定の閾値以下の場合に、第３時間かけて前記病原体を捕集する第１捕集モードで前記捕集部を制御し、
    前記被験者の体温が前記所定の閾値を超えた場合に、前記第３時間よりも短い第４時間かけて前記病原体を捕集する第２捕集モードで前記捕集部を制御する
    請求項１から３のいずれか１項に記載の病原体検出装置。
  5. 被験者の体温を取得し、
    取得した被験者の体温に応じた制御モードを決定し、
    決定された前記制御モードにおいて、前記被験者が保有する病原体または前記被験者の周囲の空気中の病原体を捕集し、
    決定された前記制御モードにおいて、前記捕集において捕集された前記病原体を検出し、
    前記検出における検出結果を通知し、
    前記制御モードの決定では、（１）取得された前記被験者の体温が所定の閾値以下の場合に第１制御モードに決定し、（２）取得された前記被験者の体温が所定の閾値を超えた場合に、前記病原体の捕集開始から前記検出結果の通知までの時間が第１制御モードよりも短縮された第２制御モードに決定し、
    前記第１制御モードでは、第１時間かけて前記病原体を検出し、
    前記第２制御モードでは、前記第１時間よりも短い第２時間かけて前記病原体を検出する
    病原体検出方法。
  6. 被験者の体温を取得し、
    前記被験者の周囲の空気を捕集し、
    金属膜上に設けられた単分子膜上に設けられた複数の第１の抗体を有する被照射部に、前記空気から生成された液体を導入し、前記液体は前記空気に含まれる複数の病原体、前記複数の病原体と結合する複数の第２の抗体を含み、前記複数の第２の抗体と結合する複数の標識物質を含み、
    所定の期間、前記生成された液体が導入された被照射部に励起光を照射して生じた蛍光を強度に基づく情報を出力し、前記蛍光は前記複数の標識物質からの反射光であり、
    前記出力された情報に基づいて前記病原体の濃度を決定し、
    前記体温が所定の値より大きい場合、前記所定の期間は第１期間であり
    前記体温が所定の値以下の場合、前記所定の期間は前記第１期間より短い第２期間であり、
    前記励起光が照射された場合、前記金属膜は、前記複数の標識物質のうち前記複数の第１の抗体に含まれる抗体に結合する標識物質が発する蛍光の強度を、前記複数の標識物質のうち前記複数の第１の抗体に含まれる抗体と結合しない標識物質が発する蛍光の強度よりも大きくさせ、
    前記被験者の体温が所定の閾値以下の場合に、第１時間かけて前記病原体を検出し、
    前記被験者の体温が前記所定の閾値を超えた場合に、前記第１時間よりも短い第２時間かけて前記病原体を検出する
    病原体検出方法。
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