JP7249554B2 - 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、病原体あるいはその一部と結合もしくは反応し、病原体の存在の有無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。
特許文献１には、低濃度の空気中のウイルスを、サイクロンを使って捕集し、分析することでリアルタイムに検出するウイルス捕集装置が開示されている。
特開２０１２－５２８６６号公報
しかしながら、特許文献１の技術では、ウイルスが少ないにもかかわらず、検出に係る消耗品、消費エネルギーを一様に使うため、消耗品または消費エネルギーを無駄に消費してしまうという課題があった。
そこで、本開示は、検出の頻度を低減することで消耗品または消費エネルギーを無駄に消費することを低減できる病原体検出装置および病原体検出方法を提供する。
本開示における病原体検出装置は、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病原体と標識物質とを反応させる反応部と、前記反応部での反応の開始からの時間を計測する計時部と、前記病原体と反応した標識物質量を検出する検出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記計時部で計測された反応の開始からの所定時間と、前記検出部で検出された前記標識物質量とに基づいて勾配値を算出し、前記勾配値に基づいて、次に前記捕集部が捕集を行うまでの時間的間隔を決定する。
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、検出の頻度を低減することで消耗品または消費エネルギーを無駄に消費することを低減することができる。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、実施の形態に係る病原体検出装置の概略構成図 図２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３は、実施の形態に係る検出装置の構成図 図４は、抗原抗体反応の詳細を説明するための図 図５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６は、観測値、蛍光失活、および補正値の時間的変化を示すグラフを示す図 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、測定開始からの蛍光強度の時間的変化と所定の閾値との関係を示す図 図９は、所定の閾値を１５０ｃｏｕｎｔ／秒としたとき、補正値の時間的変化の勾配値が所定の閾値より小さい場合の一例を示すグラフを示す図 図１０は、補正値の時間的変化の勾配値が所定の閾値以上である場合の一例を示すグラフを示す図 図１１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 図１２は、時間的間隔の決定処理の一例を示すフローチャート 図１３は、検出動作の切り替えの例を示す図
（本開示の基礎となった知見）
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した、ウイルス捕集装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。
従来、病原体による感染症の拡大を防ぐために、感染を疑われる患者から鼻汁、血液、さらには尿などの試料を採取し、その試料を使った分析を行うことで感染症の有無を確認することが行われている。例えば毎年のように流行するインフルエンザは、インフルエンザウイルスによるウイルス感染が疑われる患者の鼻に綿棒を挿入し、試料となる鼻腔内の鼻汁を採取した後、免疫クロマトグラフィ法によりそれら試料内の病原体、例えば、ウイルス及び／または細菌を検出する。このような検出方法は、ある程度感染が疑われる患者に対して行われるため、感染している場合には非常に多くのウイルスが存在していると推定される患者の部位から試料を採取する必要がある。
一方で、感染症の拡大を防ぐには空気中に浮遊するウイルスを捕集することが望まれており、特許文献１のように、空気中のウイルスを捕集する装置が知られている。
しかしながら、空気中のウイルスを捕集する場合、患者から直接資料を採取する場合とは異なり、その空間中においてウイルスの量を検出することで、当該空間においてウイルスに感染するリスクを算出することを目的とすることとなる。したがって、ウイルスが多い場合にも少ない場合にも、定期的にウイルスの検出を行う必要がある。
ところで、インフルエンザウイルスは、インフルエンザウイルスが流行する季節においても、毎日、常時検出されるわけではない。このため、インフルエンザウイルスなどのウイルスが検出されない場合に、一定の間隔でまた高い頻度で測定を続けると、検出に使用する消耗品、あるいは装置の動作に要するエネルギーを無駄に使うことになる。つまり、一定の頻度で検出を続けると、ウイルスが少ないにもかかわらず、検出に係る消耗品、消費エネルギーを一様に使うため、消耗品または消費エネルギーを無駄に消費してしまう。
しかしながら、特許文献１の技術は、病原体の有無にかかわらず、連続的に検出を行うため、病原体が存在しない状況が続いていても必要な部材や電力を無駄に使用することになる。
上記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、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病原体と標識物質とを反応させる反応部と、前記反応部での反応の開始からの時間を計測する計時部と、前記病原体と反応した標識物質量を検出する検出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記計時部で計測された反応の開始からの所定時間と、前記検出部で検出された前記標識物質量とに基づいて勾配値を算出し、前記勾配値に基づいて、次に前記捕集部が捕集を行うまでの時間的間隔を決定する。
これによれば、勾配値に応じて次に捕集部が捕集を行うまでの時間的間隔を決定するため、１回の検出が終わってから次の検出が行われるまでの時間が適切に決定されることとなる。このため、病原体の検出の頻度を低減することで消耗品または消費エネルギーを無駄に消費することを低減することができる。
また、前記検出部は、前記反応部に励起光を照射する光照射部を有し、前記励起光の照射により前記標識物質から生じる蛍光に基づき、前記標識物質量を検出してもよい。
これによれば、蛍光を検出することで標識物質量を検出するため、効果的に標識物質量を検出することができる。
また、前記検出部は、前記励起光の照射により前記標識物質から生じる蛍光の強度を検出し、検出した前記蛍光の強度と、予め記憶されている前記標識物質への前記励起光の照射により検出された蛍光の強度の減衰の時間的変化とに基づいて、前記標識物質量を検出してもよい。
これによれば、蛍光の強度と蛍光の減衰の時間的変化とに基づいて、標識物質量を検出するため、反応の開始から初期の段階で勾配値を算出することができる。
また、前記光照射部は、所定の周期で前記励起光を照射し、前記検出部は、前記標識物質量の時間的変化を検出し、前記制御部は、前記時間的変化のうち、反応の開始時である第１のタイミングよりも所定時間後の第２のタイミングにおいて励起光が照射されることで検出される第２の標識物質量から、前記第１のタイミングにおいて励起光が照射されることで検出される第１の標識物質量を減算した結果を、前記所定時間で除算することにより、前記勾配値を算出してもよい。
このため、第２の標識物質量を適切に検出することができ、反応の開始から初期の段階での勾配値を精度よく算出することができる。
また、前記捕集部は、前記病原体たる第１病原体を第１時刻に捕集し、前記捕集部は、第２時刻に第２病原体を捕集し、第３時刻に第３病原体を捕集し、前記第２時刻は前記第１時刻より早く、前記第３時刻は前記第１時刻より遅く、前記捕集部は前記第２時刻と前記３時刻の間には前記第１時刻以外には病原体の捕集を行わず、前記時間的間隔は前記第１時刻と前記第３時刻の間隔であり、前記制御部は、前記第１病原体に関する前記勾配値が所定の閾値未満の場合、前記時間的間隔を、前記第２時刻と前記第１時刻の間隔より長く決定してもよい。
これによれば、勾配値が所定の閾値未満の場合、病原体の量が少ないと判断し、次に病原体の検出を行うまでの時間的間隔を長く決定する。このため、病原体の量が少ない場合に、病原体の検出頻度を低減することができる。
また、前記捕集部は、前記病原体たる第１病原体を第１時刻に捕集し、前記捕集部は、第２時刻に第２病原体を捕集し、第３時刻に第３病原体を捕集し、前記第２時刻は前記第１時刻より早く、前記３第時刻は前記第１時刻より遅く、前記捕集部は前記第２時刻と前記３時刻の間には前記第１時刻以外には病原体の捕集を行わず、前記時間的間隔は前記第１時刻と前記第３時刻の間隔であり、前記制御部は、前記第１病原体に関する前記勾配値が所定の閾値以上の場合、前記時間的間隔を、前記第２時刻と前記第１時刻の間隔より短く決定してもよい。
これによれば、勾配値が所定の閾値以上の場合、病原体の量が多いと判断し、次に病原体の検出を行うまでの時間的間隔を短く決定する。このため、病原体の量が多い場合に、病原体の検出頻度を増加することができ、病原体がいるのにもかかわらず検出を行わない期間が長くなることを低減することができる。
また、前記制御部は、前記勾配値が前記所定の閾値以上の場合、前記検出部による前記標識物質量の検出を継続させ、前記勾配値が前記所定の閾値未満の場合、前記検出部による前記標識物質量の検出を中断させてもよい。
これによれば、勾配値が所定の閾値以上の場合、病原体の量が多いと判断し、標識物質量の検出を継続させることで得られた結果を用いて病原体の量を推定することができる。また、勾配値が所定の閾値未満の場合、病原体の量が少なく、病原体の量を推定するまでもないと判断し、標識物質量の検出を中断させることができる。この中断により、病原体検出装置の消費エネルギーを低減することができる。
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意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概略構成図である。病原体検出装置１０は、例えば人が出入りする部屋に設置されている。図１に示すように、病原体検出装置１０は、捕集装置１００と、検出装置２００と、コントローラ３００と、を備える。以下に、捕集装置１００、検出装置２００及びコントローラ３００の詳細について説明する。
［捕集装置の構成］
捕集装置１００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１に示すように、捕集装置１００は、吸引器１０２と、捕集液タンク１０４と、ポンプ１０６と、サイクロン１０８と、空気吸入口１１０と、洗浄液タンク１１２と、ポンプ１１４と、廃液タンク１２０と、液体流路１２２と、を備える。以下に、捕集装置１００の各構成要素について説明する。
吸引器１０２は、空気吸入口１１０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１１０よりサイクロン１０８に吸入される。
捕集液タンク１０４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１０６は、捕集液タンク１０４内の捕集液をサイクロン１０８に供給する。
サイクロン１０８は、空気吸入口１１０及び捕集液タンク１０４に接続されており、吸引器１０２により空気吸入口１１０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１０６により捕集液タンク１０４から供給された捕集液とを混合する。サイクロン１０８は、液体流路１２２を介して検出装置２００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１０８から液体流路１２２を介して検出装置２００に排出される。
洗浄液タンク１１２は、サイクロン１０８及び液体流路１２２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１１２は、サイクロン１０８に接続されており、洗浄液タンク１１２内の洗浄液は、ポンプ１１４によってサイクロン１０８に供給される。
廃液タンク１２０は、不要な液体を貯蔵するための容器である。
液体流路１２２は、サイクロン１０８から出力された試料を、検出装置２００に導くための経路である。
図２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は、サイクロン１０８であってもよい。サイクロン１０８では、図２の（ａ）に示すように、吸引器１０２に接続されている吸引口１８１から空気が吸い込まれることで、空気吸入口１１０からサイクロン１０８内に空気が取り込まれ、取り込まれた空気は、サイクロン１０８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１０８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１０８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１０８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１０８の吸引を稼動することで、空気吸入口１１０からサイクロン１０８内に入り、遠心力によってサイクロン１０８の内壁面に向けて飛ばされる。そのサイクロン１０８の下部に所定の量の捕集液１８３を吸引開始前に満たしておくと、図２の（ｂ）に示すようにサイクロン１０８内の気流によって液が渦巻状の回転を行い、サイクロン１０８の内壁面を捕集液１８３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１８３は、例えば、ポンプ１０６に接続されているサイクロン１０８の捕集液流入口１８２からサイクロン１０８内に供給される。
［検出装置の構成］
次に、検出装置２００について、図１及び図３を参照しながら具体的に説明する。図３は、実施の形態に係る検出装置の構成図である。
検出装置２００は、捕集装置１００によって微粒子が混合された捕集液からウイルスを検出する。図１及び図３に示すように、検出装置２００は、センサデバイス２０２と、導入部２０６と、光源２０８と、ビームスプリッタ２１０と、レンズ２１２と、検出部２１４と、を備える。以下に、検出装置２００の各構成要素について説明する。
センサデバイス２０２は、センサセル２０４を備える。なお、図１では、センサデバイス２０２は、単一のセンサセル２０４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２０２は、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。
センサセル２０４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３に示すように、センサセル２０４は、流路２０４ａ及び検出領域２０４ｂを備える。
流路２０４ａは、導入部２０６から滴下されたサンプル液体２０６１を検出領域２０４ｂに導くための経路である。
検出領域２０４ｂ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２０４ｂには、金属微細構造体が配置されており、光源２０８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２０４ｂの詳細については、図３及び図４を用いて後述する。
導入部２０６は、第２のＶＨＨ抗体及び試料をセンサセル２０４に導入する。具体的には、導入部２０６は、第２のＶＨＨ抗体と試料とを含むサンプル液体２０６１をセンサセル２０４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１０８から排出された捕集液である。
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、蛍光物質で標識された標識抗体たる第２のＶＨＨ抗体は、ウイルス及び第１のＶＨＨ抗体を介して金属微細構造体に結合する。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。
光源２０８は、センサセル２０４に励起光を照射する光照射部の一例である。光源２０８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２０８として利用することができる。なお、光源２０８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２１０は、光源２０８から照射された励起光から検出領域２０４ｂ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２１０は、光源２０８からの励起光を通過させ、センサセル２０４で発生した表面増強蛍光を分離して検出部２１４に導く。
レンズ２１２は、ビームスプリッタ２１０を通過した光源２０８からの励起光を検出領域２０４ｂに集光する。
検出部２１４は、ビームスプリッタ２１０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２１４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２１４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、または、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２１４は、光源２０８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２０８からの励起光を遮断し、かつ、センサセル２０４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。
［コントローラの構成］
コントローラ３００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３００は、捕集装置１００及び検出装置２００を制御する。
より具体的には、コントローラ３００は、測定の開始を制御して、吸引器１０２に周辺の空気の吸引を開始させ、かつ、ポンプ１０６に、捕集液タンク１０４からサイクロン１０８に捕集液を供給させる。これにより、サイクロン１０８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１０８から検出装置２００に供給される。さらには、コントローラ３００は、光源２０８に光を照射させ、検出部２１４に表面増強蛍光を検出させる。
例えば、コントローラ３００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２００に供給することができる。さらに、コントローラ３００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３００は、検出装置２００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３００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３００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３００として機能する。
次に、検出装置２００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を抽出してもよい。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。
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４を用いて説明する。図４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２０４内に配置された基材３０４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３０６を形成する。第１の抗体３０６は、ＮＰ３０７等を基材３０４の表面に捕捉する役割を果たす。第１の抗体３０６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３０６は、捕捉抗体とも言う。基材３０４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３０５（自己組織化単分子膜）が修飾されている。第１の抗体３０６は、ＳＡＭ膜３０５を介して基材３０４の表面に固定される。
ＳＡＭ膜３０５は、基材３０４の表面に形成された金の単結晶薄膜３１１の表面に形成される。これにより、ＳＡＭ膜３０５は、単結晶薄膜３１１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３０６を基材３０４の表面に形成されたＳＡＭ膜３０５と結合させる。
次に、ＳＡＭ膜３０５を介して基材３０４の表面に固定された第１の抗体３０６に、抗原であるＮＰ３０７を含む溶液が注入される。つまり、センサセル２０４の検出領域２０４ｂにＮＰ３０７を含む溶液が注入される。この時、第１の抗体３０６は、抗原であるＮＰ３０７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３０６とＮＰ３０７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２０４の検出領域２０４ｂに、第２の抗体３０８を含む溶液が注入される。第２の抗体３０８は、第１の抗体３０６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ＮＰ３０７と結合することが可能なＩｇＧ抗体である。第２の抗体３０８には、検出を行うための信号を発する標識物質３０９があらかじめ結合されている。標識物質３０９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３０９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３０９が結合された第２の抗体３０８は、標識抗体３１０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１０８を稼動した時にサイクロン１０８内の捕集液１８３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ＮＰ３０７が抽出される。これにより得られたＮＰ３０７を含む溶液がセンサセル２０４の検出領域２０４ｂに注入される、つまり、ＮＰ３０７を含む溶液が基材３０４のＳＡＭ膜３０５上に注入されると、ＮＰ３０７は、ＳＡＭ膜を介して基材３０４の表面に形成された捕捉抗体としての第１の抗体３０６と結合する。さらに蛍光を発する標識物質３０９が結合された標識抗体としての第２の抗体３０８を含む溶液が注入されると、第２の抗体３０８は、第１の抗体３０６と結合した抗原であるＮＰ３０７と結合する。第１の抗体３０６と抗原であるＮＰ３０７と第２の抗体３０８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２０４ｂ中の溶液に、第２の抗体３０８に結合させた標識物質３０９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２００では、光源２０８は所定の周期でレーザ光を検出領域２０４ｂに繰り返し照射し、検出部２１４はレーザ光が照射されることにより標識物質３０９から励起される蛍光を所定の周期で繰り返し検出する。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３０６、ＮＰ３０７、および、標識抗体３１０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３１０を含む溶液が注入された場合、ＮＰ３０７と結合しない標識抗体３１０は、液層に浮遊することとなる。なお、ＮＰ３０７および標識抗体３１０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２０４にて液層が保持される厚みに応じて変化する。
また、標識抗体３１０の溶液を注入した初期の段階では、ＮＰ３０７と標識抗体３１０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３１０の標識物質３０９に蛍光を励起させるレーザ光の強度を強くすると、ＮＰ３０７と結合していない浮遊した標識抗体３１０の標識物質３０９も発光することとなる。この場合の蛍光を検出しても、ＮＰ３０７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ＮＰ３０７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３０４の表面近傍のＮＰ３０７と結合した標識抗体３１０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５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５に示すように、基材３４１の表面にナノサイズの突起３４２を形成し、その表面にＡｕ等の単結晶薄膜３１１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３４１の極表面近傍に形成されるため、ＮＰ３０７と結合した第２の抗体３０８の信号を発する標識物質３０９を、ＮＰ３０７と結合せず浮遊し基材３４１の表面近傍から離れた標識抗体３１０の標識物質３０９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３０８とＮＰ３０７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。
ところが、標識抗体３１０の標識物質３０９としては、有機系の蛍光物質が利用されることが多く、有機系の蛍光物質は、励起光を連続的に照射し続けると、励起される蛍光の強度が徐々に弱まる性質がある。この性質は、蛍光失活と称される。
第１の抗体３０６とＮＰ３０７とを結合させた後、第２の抗体３０８を含む溶液を注入した時から第２の抗体３０８に励起光を照射し、励起された蛍光を検出すると、本来ＮＰ３０７と標識抗体３１０とが徐々に結合するため、検出される蛍光の強度が上昇していくと考えられる。しかしながら、図６の「観測値」のグラフに示すように、実際には、同じ場所に励起光を連続して照射し続けるために標識物質３０９からの蛍光の強度が弱まる蛍光失活が起こる。このため、検出される蛍光の強度は、結合によって増加する量よりも、蛍光失活で減少する量の方がある時点から上回り、時間の経過と共に徐々に弱まることとなる。
そこで、この蛍光の強度が弱まる割合をあらかじめ把握し、検出された蛍光の強度の蛍光失活成分を補正することで、本来反応の増加分として得られる信号を算出することができる。図６の「蛍光失活」のグラフは、実際に、サンドイッチアッセイに用いる標識物質３０９を、検出装置２００の基材３０４の表面に形成された単結晶薄膜３１１の表面に直接固定し、光源２０８を用いて励起光を周期的に照射しながら、一体の時間間隔をおきながら蛍光強度を測定した場合の測定値を初期値で除した値の時間的変化を示すグラフである。なお、初期値は、例えば、センサセル２０４に、ＮＰ３０７と標識物質３０９とを導入した時点の測定した蛍光強度であってもよい。
このグラフで示されるように、同じ場所に励起光を照射し続けることで、蛍光強度が失活することがわかる。このように測定された、標識物質３０９にレーザ光を照射し続けて検出した、蛍光の強度の失活（または減衰）の時間的変化は、メモリなどに記憶されている。
次に、図６の「観測値」のグラフは、基材３０４の表面に形成された単結晶薄膜３１１の表面に、ＳＡＭ膜３０５を介して固定された第１の抗体３０６に、ＮＰ３０７を結合させ、標識抗体３１０を注入すると同時に、励起光を周期的に照射しながら、一定の時間間隔をおきながら蛍光強度を測定した場合の測定値の時間的変化を示す。このグラフで示されるように、時間の経過とともに検出される蛍光強度が小さくなっていくことがわかる。
図６の「補正後の観測値」のグラフは、「観測値」のグラフによる蛍光強度の時間的変化を、「蛍光失活」のグラフによる蛍光強度の時間的変化に基づいて、補正することで得られる補正後の値の時間的変化を示す。概算的には、「補正後の観測値」のグラフは、計測開始からの時刻のそれぞれについて、当該時刻における「蛍光失活」のグラフによる係数で、当該時刻における「観測値」のグラフによる蛍光強度を、除することで得られる。このように、「補正後の観測値」のグラフでは、蛍光失活成分が補正されているため、本来、抗原抗体反応の進行にしたがって、標識抗体３１０と結合するＮＰ３０７が徐々に増えることにしたがって増加する標識抗体３１０の標識物質３０９が発光した蛍光の強度に相当する。なお、「蛍光失活」のグラフによる係数は、「蛍光失活」のグラフから取得した値に所定の実数を乗じた値であってもよい。
なお、空気中にウイルスが存在しない場合は、補正後の観測値は、時間の経過と共に増加しない。
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、捕集部１１と、反応部１２と、計時部１３と、検出部１４と、制御部１５とを備える。病原体検出装置１０は、表示部１６と接続されてもよく、検出結果または検出結果に基づく通知を表示部１６に表示させてもよい。
捕集部１１は、空気中の病原体を捕集する。また、捕集部１１は、所定の時間的間隔で空気中の病原体を捕集してもよい。今回病原体の捕集を開始する時刻をＴ１、今回の次に病原体の捕集を開始する時刻をＴ２とすると、（時間的間隔）＝Ｔ２－Ｔ１である。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１１は、例えば、捕集装置１００により実現される。
反応部１２は、捕集部１１で捕集された病原体と標識物質とを反応させる。反応部１２は、病原体のＮＰ３０７と標識物質３０９とを反応させる。反応部１２は、例えば、第１の抗体３０６と、ＮＰ３０７と、標識物質３０９が結合された第２の抗体３０８とを反応させることで、互いに結合させる。なお、反応部１２における反応とは、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３０９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１２は、例えば、検出装置２００のセンサセル２０４により実現される。
計時部１３は、反応部１２での反応の開始からの時間を計測する。計時部１３は、例えば、コントローラ３００により実現される。反応の開始時点は、例えば、センサセル２０４に、病原体のＮＰ３０７と標識物質３０９とを導入した時点とすることができる。
検出部１４は、病原体と反応した標識物質３０９の標識物質量を検出する。検出部１４は、反応部１２に励起光を照射する光照射部１４ａを有し、励起光の照射により標識物質３０９から生じる蛍光に基づき、標識物質量を検出する。検出部１４は、励起光の照射により標識物質３０９から生じる蛍光の強度を検出し、検出した蛍光の強度と、予め記憶されている標識物質３０９への励起光の照射により検出された蛍光の強度の減衰の時間的変化とに基づいて、標識物質量を検出する。つまり、検出部１４は、検出された蛍光の強度に、図６を用いて説明した補正を行うことで、標識物質量を検出する。光照射部１４ａは、所定の周期で励起光を照射する。検出部１４は、標識物質量の時間的変化を検出する。
検出部１４は、例えば、検出装置２００、コントローラ３００、光源２０８などにより実現される。なお、検出部１４における蛍光の強度の補正は、例えば、検出装置２００により行われてもよいし、コントローラ３００により行われてもよい。また、光照射部１４ａは、光源２０８により実現される。
制御部１５は、計時部１３で計測された反応の開始からの所定時間と、検出部１４で検出された標識物質量とに基づいて勾配値（以下、濃度勾配ともいう）を算出し、勾配値に基づいて、次に捕集部１１で捕集を行うまでの時間的間隔を決定する。
制御部１５は、例えば、検出部１４により検出された標識物質量の時間的変化の勾配値が所定の閾値以上の場合、ウイルスが存在すると判断でき、逆に所定の閾値未満の場合はウイルスが存在しないと判断できる。例えば、およそ１０ｎｍｏｌ／ＬのＮＰ溶液を捕捉抗体としての第１の抗体３０６に結合させた後に、さらに、Ｄｙｌｉｇｈｔ８００を標識物質とした標識抗体３１０に結合させたサンプルに、７８５ｎｍの波長を持つレーザ光を照射し、標識物質３０９を励起させた。この場合に計測された蛍光の強度において、初期の２０秒程度の時間変化の勾配値は、毎秒４００ｃｏｕｎｔであった。ｃｏｕｎｔは光子の数を意味してもよい。このようにウイルスの有無の判断は、測定開始から例えば２０～３０秒の間の初期の短い時間で、検出される蛍光強度の時間的変化に対する傾きの大きさ、つまり勾配値で判断することが可能である。
制御部１５は、例えば、コントローラ３００により実現される。
ここで、インフルエンザウイルスの有無を、蛍光強度の初期の時間変化の勾配値が所定の閾値未満であるか否かに応じて判断する方法について図８を用いて詳しく説明する。図８は、測定開始からの蛍光強度の時間的変化と所定の閾値との関係を示す図である。図８の横軸は、蛍光強度を検出し始めてからの経過時間を示す。図８の縦軸は、検出された蛍光強度の時間的変化を補正した後の補正値を示す。なお、図８に示すタイムスケールでは、反応の開始時間、照射開始時間、検出開始時間は、同一と考えてもよい。
この時、ウイルスが空間中に存在しない場合、蛍光強度の補正値の時間的変化の傾きは、理想的には０となるが、ノイズ及び／または測定の誤差等の影響によりでわずかに＋の傾きを示したり、わずかに－の傾きを示したり、測定開始の非常に短い時間において－の傾きを示した後＋の傾きに転じたり、その逆を示したり、あるいはそれら＋の傾きと－の傾きを繰り返した後＋の傾きを継続的に示したりなど様々な傾きの形態を示す場合がある。
そこで、制御部１５は、勾配値を、蛍光強度の補正値の初期値と、検出開始から所定時間後の補正値との間の傾きとしてもよい。制御部１５は、例えば、検出された蛍光強度の補正値の時間的変化のうち、初期値と、２０秒後の補正値との差を、２０秒で除算をすることで、勾配値を算出する。つまり、制御部１５は、時間的変化のうち、検出開始（つまり反応の開始）時である第１のタイミングよりも所定時間後の第２のタイミングにおいて励起光が照射されることで検出される第２の標識物質量から、第１のタイミングにおいて励起光が照射されることで検出される第１の標識物質量を減算した結果を、所定時間で除算することにより、勾配値を算出する。
図９は、所定の閾値を１５０ｃｏｕｎｔ／秒としたとき、補正値の時間的変化の勾配値が所定の閾値より小さい場合の一例を示すグラフを示す図である。
このように、勾配値が所定の閾値より小さい場合、制御部１５は、ウイルスが対象の空間に存在しないと判断し、即座に測定を中断してもよい。また、制御部１５は、この場合、次回以降検出を繰り返す時間間隔を現行の時間より長い値に設定してもよい。また、制御部１５は、ウイルスが継続して検出されない場合は測定間隔の最長を２時間もしくは半日ごとにしてもかまわない。
図１０は、補正値の時間的変化の勾配値が所定の閾値以上である場合の一例を示すグラフを示す図である。このように、勾配値が所定の閾値以上である場合、空気中にウイルスが存在するとし、ウイルスの濃度を算出し、算出したウイルスの濃度に基づいて感染のしやすさ等の指標を発令してもよい。
つまり、制御部１５は、例えば、勾配値が所定の閾値未満であるか否かを判定し、勾配値が所定の閾値未満の場合、次に捕集部１１で捕集を行うまでの時間的間隔を、捕集部が今回捕集した時刻と捕集部が前回捕集した時刻の期間より長くしてもよい。一方で、制御部１５は、勾配値が所定の閾値以上の場合、時間的間隔を、捕集部が今回捕集した時刻と捕集部が前回捕集した時刻の期間より短くしてもよい。また、制御部１５は、勾配値が所定の閾値以上の場合、検出部１４による標識物質量の検出を継続させ、勾配値が所定の閾値未満の場合、検出部１４による標識物質量の検出を中断させてもよい。
［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１１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に示すように、病原体検出装置１０は、捕集部１１が空気中の病原体を捕集する（Ｓ１）。
反応部１２は、捕集部１１で捕集された病原体と標識物質とを反応させる（Ｓ２）。
計時部１３は、反応部１２での反応の開始からの時間を計測する（Ｓ３）。
検出部１４は、病原体と反応した標識物質３０９の標識物質量を検出する（Ｓ４）。
制御部１５は、計時部１３で計測された反応の開始からの所定時間と、検出部１４で検出された標識物質量とに基づいて勾配値を算出する（Ｓ５）。
そして、制御部１５は、勾配値に基づいて、次に捕集部１１で捕集を行うまでの時間的間隔を決定する（Ｓ６）。ステップＳ６の時間的間隔の決定処理の詳細は、図１２を用いて以下に説明する。
図１２は、時間的間隔の決定処理の一例を示すフローチャートである。
時間的間隔の決定処理が開始されると、制御部１５は、勾配値が所定の閾値未満であるか否かを判定する（Ｓ１１）。
制御部１５は、勾配値が所定の閾値未満であると判定した場合（Ｓ１１でＹｅｓ）、検出部１４による標識物質量の検出を中断させる（Ｓ１２）。これにより、検出部１４は、光源２０８によるレーザ光の照射を停止し、検出部２１４により蛍光強度の計測を停止する。
その後、制御部１５は、次の検出、つまり次に捕集部１１で捕集を行うまでの時間的間隔が最長の時間的間隔であるか否かを判定する（Ｓ１４）。例えば、制御部１５は、時間的間隔を複数段階毎に保持しており、現在設定されている時間的間隔が複数段階の時間的間隔のうち最長の時間的間隔である可否かを判定する。制御部１５が保持している複数段階の時間的間隔とは、例えば、３０分、１時間、および２時間の３段階である。この場合、制御部１５は、現在設定されている時間的間隔が２時間であるか否かを判定する。
制御部１５は、次に捕集部１１で捕集を行うまでの時間的間隔が最長の時間的間隔でないと判定した場合（Ｓ１３でＮｏ）、時間的間隔を一段階長く変更する（Ｓ１４）。制御部１５は、例えば、現在の時間的間隔が３０分であれば１時間に変更し、１時間であれば２時間に変更する。
一方、制御部１５は、次に捕集部１１で捕集を行うまでの時間的間隔が最長の時間的間隔であると判定した場合（Ｓ１３でＹｅｓ）、時間的間隔をそのまま維持して決定処理を終了する。
ステップＳ１１に戻り、制御部１５は、勾配値が所定の閾値以上であると判定した場合（Ｓ１１でＮｏ）、所定期間継続して一定間隔で蛍光強度を検出部１４に検出させる（Ｓ１５）。つまり、この場合、制御部１５は、検出部１４による検出を継続させる。ここで、所定期間は、例えば、１０分間である。
その後、制御部１５は、次の検出、つまり次に捕集部１１で捕集を行うまでの時間的間隔が最短の時間的間隔であるか否かを判定する（Ｓ１６）。つまり、制御部１５は、現在設定されている時間的間隔が３０分であるか否かを判定する。
制御部１５は、次に捕集部１１で捕集を行うまでの時間的間隔が最短の時間的間隔でないと判定した場合（Ｓ１６でＮｏ）、時間的間隔を一段階短く変更する（Ｓ１７）。制御部１５は、例えば、現在の時間的間隔が２時間であれば１時間に変更し、１時間であれば３０分に変更する。
一方、制御部１５は、次に捕集部１１で捕集を行うまでの時間的間隔が最短の時間的間隔であると判定した場合（Ｓ１６でＹｅｓ）、時間的間隔をそのまま維持して決定処理を終了する。
このように、時間的間隔の決定処理を実行することで図１３に示すように検出動作の時間的間隔が切り替えられる。
図１３は、検出動作の切り替えの例を示す図である。
ここでは、はじめにウイルスが少なく勾配値が所定の閾値未満となる「勾配小」の時間が４時間続き、その後ウイルスが存在し勾配値が所定の閾値以上となる「勾配大」の時間が１時間３０分続き、さらにその後再びウイルスが少ない「勾配小」の時間が続くものと仮定する。
まず、最初の測定において始めの２分間の測定で、制御部１５は、ステップＳ１１において、勾配小と判定したため、ステップＳ１２を実行し、検出部１４による検出を中断する。なお、制御部１５は、検出開始から所定時間（例えば２０秒）経過後に勾配小と判定すれば、その時点で検出を中断させてもよい。このとき、次の捕集までの時間的間隔は、最長の２時間に設定されているものとする。このため、制御部１５は、ステップＳ１３において最長の時間的間隔に設定されていると判定し、時間的間隔を維持したまま決定処理を終了する。
よって、次の２回目の検出は、最初の検出開始から２時間後に実行されることとなる。２回目の検出においても、制御部１５は、ステップＳ１１において、勾配小と判定したため、上記と同様の処理を実行することになる。
このため、次の３回目の検出は、２回目の検出開始から２時間後に実行されることとなる。３回目の検出においては、制御部１５は、ステップＳ１１において、勾配大と判定したため、ステップＳ１５を実行し、検出部１４による検出を所定期間（例えば１０分間）継続する。ここでは１０分間でほぼ反応が平衡に達することを想定している。さらに平衡に達する時間が長い場合は時間を延長して計測を継続してもかまわない。制御部１５は、ステップＳ１６において時間的間隔は最短ではないと判定し、時間的間隔を一段階短く、つまり、２時間から１時間に変更する。
これにより、次の４回目の検出は、３回目の検出開始から１時間後に実行されることとなる。４回目の検出においては、制御部１５は、３回目と同様の処理を実行することとなり、時間的間隔をさらに一段階短く、つまり、１時間から３０分に変更する。
これにより、次の５回目の検出は、４回目の検出開始から３０分後に実行されることとなる。５回目の検出においては、制御部１５は、ステップＳ１１において、勾配小と判定したため、ステップＳ１２を実行し、検出部１４による検出を中断する。そして、制御部１５は、ステップＳ１３において時間的間隔は最長ではないと判定し、時間的間隔を一段階長く、つまり、３０分から１時間に変更する。
これにより、次の６回目の検出は、５回目の検出開始から１時間後に実行されることとなる。６回目の検出においては、制御部１５は、５回目と同様の処理を実行することとなり、時間的間隔をさらに一段階ながく、つまり、１時間から２時間に変更する。
なお、２時間を最長の時間間隔にしたが、ウイルスが長らく感出されない場合は６時間あるいは半日を最長の測定間隔としてもかまわない。また、最短の時間は、病原体検出装置１０の検出能力に応じて一回の検出に必要な時間を最短時間すればよく、３０分に限るものではない。
［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、勾配値に応じて次に捕集部１１で捕集を行うまでの時間的間隔を決定するため、１回の検出が終わってから次の検出が行われるまでの時間が適切に決定されることとなる。このため、病原体の検出の頻度を低減することで消耗品または消費エネルギーを無駄に消費することを低減することができる。
また、病原体検出装置１０において、検出部１４は、反応部１２に励起光を照射する光照射部１４ａを有し、励起光の照射により標識物質３０９から生じる蛍光に基づき、標識物質量を検出する。このように、蛍光を検出することで標識物質量を検出するため、効果的に標識物質量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１４は、励起光の照射により標識物質３０９から生じる蛍光の強度を検出し、検出した蛍光の強度と、予め記憶されている標識物質への励起光の照射により検出された蛍光の強度の減衰の時間的変化とに基づいて、標識物質量を検出する。このように、蛍光の強度と蛍光の減衰の時間的変化とに基づいて、標識物質量を検出するため、反応の開始から初期の段階で勾配値を算出することができる。
また、病原体検出装置１０において、光照射部１４ａは、所定の周期で励起光を照射する。検出部１４は、標識物質量の時間的変化を検出する。制御部１５は、時間的変化のうち、反応の開始時である第１のタイミングよりも所定時間後の第２のタイミングにおいて励起光が照射されることで検出される第２の標識物質量から、第１のタイミングにおいて励起光が照射されることで検出される第１の標識物質量を減算した結果を、所定時間で除算することにより、勾配値を算出する。このため、第２の標識物質量を適切に検出することができ、反応の開始から初期の段階での勾配値を精度よく算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１５は、勾配値が所定の閾値未満の場合、時間的間隔を長く変更する。つまり、制御部１５は、勾配値が所定の閾値未満の場合、病原体の量が少ないと判断し、次に病原体の検出を行うまでの時間的間隔を長く変更する。このため、病原体の量が少ない場合に、病原体の検出頻度を低減することができる。
また、病原体検出装置１０において、制御部１５は、勾配値が所定の閾値以上の場合、時間的間隔を短く変更する。つまり、制御部１５は、勾配値が所定の閾値以上の場合、病原体の量が多いと判断し、次に病原体の検出を行うまでの時間的間隔を短く変更する。このため、病原体の量が多い場合に、病原体の検出頻度を増加することができ、病原体がいるのにもかかわらず検出を行わない期間が長くなることを低減することができる。
また、病原体検出装置１０において、制御部１５は、勾配値が所定の閾値以上の場合、検出部１４による標識物質量の検出を継続させ、勾配値が所定の閾値未満の場合、検出部１４による標識物質量の検出を中断させる。つまり、制御部１５は、勾配値が所定の閾値以上の場合、病原体の量が多いと判断し、標識物質量の検出を継続させることで得られた結果を用いて病原体の量を推定することができる。また、制御部１５は、勾配値が所定の閾値未満の場合、病原体の量が少なく、病原体の量を推定するまでもないと判断し、標識物質量の検出を中断させることができる。この中断により、病原体検出装置の消費エネルギーを低減することができる。
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、空気中の病原体を捕集する捕集ステップと、前記捕集ステップで捕集された病原体と標識物質とを反応させる反応ステップと、前記反応ステップでの反応の開始からの時間を計測する計時ステップと、前記病原体と反応した標識物質量を検出する検出ステップと、前記計時ステップで計測された反応の開始からの所定時間と、前記検出ステップで検出された前記標識物質量とに基づいて勾配値を算出し、前記勾配値に基づいて、次に前記捕集部が捕集を行うまでの時間的間隔を決定する決定ステップと、を含む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、検出の頻度を低減することで消耗品または消費エネルギーを無駄に消費することを低減することが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 捕集部
１２ 反応部
１３ 計時部
１４ 検出部
１４ａ 光照射部
１５ 制御部
１６ 表示部
１００ 捕集装置
１０２ 吸引器
１０４ 捕集液タンク
１０６ ポンプ
１０８ サイクロン
１１０ 空気吸入口
１１２ 洗浄液タンク
１１４ ポンプ
１２０ 廃液タンク
１２２ 液体流路
１８１ 吸引口
１８２ 捕集液流入口
１８３ 捕集液
２００ 検出装置
２０２ センサデバイス
２０４ センサセル
２０４ａ 流路
２０４ｂ 検出領域
２０６ 導入部
２０８ 光源
２１０ ビームスプリッタ
２１２ レンズ
２１４ 検出部
３００ コントローラ
３０４ 基材
３０５ ＳＡＭ膜
３０６ 第１の抗体
３０７ ＮＰ
３０８ 第２の抗体
３０９ 標識物質３１０ 標識抗体
３１１ 単結晶薄膜
３４１ 基材
３４２ 突起
２０６１ サンプル液体

Claims (7)

  1. 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病原体と標識物質とを反応させる反応部と、
    前記反応部での反応の開始からの時間を計測する計時部と、
    前記病原体と反応した標識物質量を検出する検出部と、
    制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記計時部で計測された反応の開始からの所定時間と、前記検出部で検出された前記標識物質量とに基づいて勾配値を算出し、前記勾配値に基づいて、次に前記捕集部が捕集を行うまでの時間的間隔を決定し、
    前記検出部は、前記反応部に励起光を照射する光照射部を有し、前記励起光の照射により前記標識物質から生じる蛍光に基づき、前記標識物質量を検出し、
    前記検出部は、前記励起光の照射により前記標識物質から生じる蛍光の強度を検出し、検出した前記蛍光の強度と、予め記憶されている前記標識物質への前記励起光の照射により検出された蛍光の強度の減衰の時間的変化とに基づいて、前記標識物質量を検出する
    病原体検出装置。
  2. 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病原体と標識物質とを反応させる反応部と、
    前記反応部での反応の開始からの時間を計測する計時部と、
    前記病原体と反応した標識物質量を検出する検出部と、
    制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記計時部で計測された反応の開始からの所定時間と、前記検出部で検出された前記標識物質量とに基づいて勾配値を算出し、前記勾配値に基づいて、次に前記捕集部が捕集を行うまでの時間的間隔を決定し、
    前記検出部は、前記反応部に励起光を照射する光照射部を有し、前記励起光の照射により前記標識物質から生じる蛍光に基づき、前記標識物質量を検出し、
    前記光照射部は、所定の周期で前記励起光を照射し、
    前記検出部は、前記標識物質量の時間的変化を検出し、
    前記制御部は、前記時間的変化のうち、反応の開始時である第１のタイミングよりも所定時間後の第２のタイミングにおいて励起光が照射されることで検出される第２の標識物質量から、前記第１のタイミングにおいて励起光が照射されることで検出される第１の標識物質量を減算した結果を、前記所定時間で除算することにより、前記勾配値を算出する
    病原体検出装置。
  3. 前記捕集部は、前記病原体たる第１病原体を第１時刻に捕集し、
    前記捕集部は、第２時刻に第２病原体を捕集し、第３時刻に第３病原体を捕集し、前記第２時刻は前記第１時刻より早く、前記第３時刻は前記第１時刻より遅く、前記捕集部は前記第２時刻と前記第３時刻の間には前記第１時刻以外には病原体の捕集を行わず、
    前記時間的間隔は前記第１時刻と前記第３時刻の間隔であり、
    前記制御部は、前記第１病原体に関する前記勾配値が所定の閾値未満の場合、前記時間的間隔を、前記第２時刻と前記第１時刻の間隔より長く決定する
    請求項１または２に記載の病原体検出装置。
  4. 前記捕集部は、前記病原体たる第１病原体を第１時刻に捕集し、
    前記捕集部は、第２時刻に第２病原体を捕集し、第３時刻に第３病原体を捕集し、前記第２時刻は前記第１時刻より早く、前記第３時刻は前記第１時刻より遅く、前記捕集部は前記第２時刻と前記第３時刻の間には前記第１時刻以外には病原体の捕集を行わず、
    前記時間的間隔は前記第１時刻と前記第３時刻の間隔であり、
    前記制御部は、前記第１病原体に関する前記勾配値が所定の閾値以上の場合、前記時間的間隔を、前記第２時刻と前記第１時刻の間隔より短く決定する
    請求項１または２に記載の病原体検出装置。
  5. 前記制御部は、前記勾配値が所定の閾値以上の場合、前記検出部による前記標識物質量の検出を継続させ、前記勾配値が前記所定の閾値未満の場合、前記検出部による前記標識物質量の検出を中断させる
    請求項１から４のいずれか１項に記載の病原体検出装置。
  6. 空気中の病原体を捕集する捕集ステップと、
    前記捕集ステップで捕集された病原体と標識物質とを反応させる反応ステップと、
    前記反応ステップでの反応の開始からの時間を計測する計時ステップと、
    前記病原体と反応した標識物質量を検出する検出ステップと、
    前記計時ステップで計測された反応の開始からの所定時間と、前記検出ステップで検出された前記標識物質量とに基づいて勾配値を算出し、前記勾配値に基づいて、次に前記捕集ステップで捕集を行うまでの時間的間隔を決定する決定ステップと、を含み、
    前記検出ステップでは、前記標識物質へ励起光を照射することで前記標識物質から生じる蛍光に基づき、前記標識物質量を検出し、
    前記検出ステップでは、前記標識物質へ前記励起光を照射することで前記標識物質から生じる蛍光の強度を検出し、検出した前記蛍光の強度と、予め記憶されている前記標識物質への前記励起光の照射により検出された蛍光の強度の減衰の時間的変化とに基づいて、前記標識物質量を検出する
    病原体検出方法。
  7. 空気中の病原体を捕集する捕集ステップと、
    前記捕集ステップで捕集された病原体と標識物質とを反応させる反応ステップと、
    前記反応ステップでの反応の開始からの時間を計測する計時ステップと、
    前記病原体と反応した標識物質量を検出する検出ステップと、
    前記計時ステップで計測された反応の開始からの所定時間と、前記検出ステップで検出された前記標識物質量とに基づいて勾配値を算出し、前記勾配値に基づいて、次に前記捕集ステップで捕集を行うまでの時間的間隔を決定する決定ステップと、を含み
    前記検出ステップでは、所定の周期で前記標識物質へ励起光を照射することで前記標識物質から生じる蛍光に基づき、前記標識物質量の時間的変化を検出し、
    前記決定ステップは、前記時間的変化のうち、反応の開始時である第１のタイミングよりも所定時間後の第２のタイミングにおいて励起光が照射されることで検出される第２の標識物質量から、前記第１のタイミングにおいて励起光が照射されることで検出される第１の標識物質量を減算した結果を、前記所定時間で除算することにより、前記勾配値を算出する
    病原体検出方法。
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