JP7455431B2 - Virus nucleic acid measurement method, virus nucleic acid measurement device, program, sensor, laminated electrode, and substrate with electrode - Google Patents

Virus nucleic acid measurement method, virus nucleic acid measurement device, program, sensor, laminated electrode, and substrate with electrode Download PDF

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Description

本発明は、ウィルス核酸の測定方法、ウィルス核酸測定装置、プログラム、センサ、積層電極、及び、電極付き基板に関する。 The present invention relates to a method for measuring viral nucleic acid, a device for measuring viral nucleic acid, a program, a sensor, a laminated electrode, and a substrate with an electrode.

新型コロナウィルス(SARS-CoV-2)感染の急速拡大を受け、手術室におけるエアロゾル、及び、サージカルスモーク等を介した医療従事者へのウィルス感染の可能性が指摘されている。
例えば、日本手術医学会の「新型コロナウイルス感染流行下での手術室管理・運営に関する提言」(http://jaom.kenkyuukai.jp/information/information_detail.asp?id=102978、2020年7月22日インターネット検索)では、「新型コロナウイルスの感染拡大においてエアロゾル発生がひとつの因子となっており、手術操作や挿管においてその発生リスクが高まることは、一定の合意が得られている。」等とし、エアロゾルによるウィルス感染の可能性について指摘している。
Due to the rapid spread of the novel coronavirus (SARS-CoV-2), it has been pointed out that there is a possibility of the virus being transmitted to medical workers through aerosols and surgical smoke in operating rooms.
For example, the Japanese Society of Surgical Medicine's "Recommendations for operating room management and operation under the new coronavirus infection epidemic" (http://jaom.kenkyuukai.jp/information/information_detail.asp?id=102978, July 22, 2020) ``There is a certain level of agreement that aerosol generation is a factor in the spread of the new coronavirus, and that the risk of aerosol generation increases during surgical operations and intubation.'' , points out the possibility of virus transmission through aerosols.

「新型コロナウイルス感染流行下での手術室管理・運営に関する提言」、2020年4月24日,日本手術医学会、2020年7月22日検索、インターネット、<URL:http://jaom.kenkyuukai.jp/information/information_detail.asp?id=102978>“Recommendations for operating room management and operation under the new coronavirus infection epidemic”, April 24, 2020, Japanese Society of Surgical Medicine, retrieved July 22, 2020, Internet, <URL: http://jaom. kenkyuukai. jp/information/information_detail. asp? id=102978>

エアロゾル中のウィルスを検知する方法としては、エアロゾル中のウィルスをフィルター等で補足し、定量PCR(Polymerase Chain Reaction)により検知する方法が知られているが、検出に時間が掛ること、及び、操作が煩雑で専門知識を必要とする点に課題があった。 A known method for detecting viruses in aerosol is to capture the virus in the aerosol with a filter or the like and detect it using quantitative PCR (Polymerase Chain Reaction), but this method takes time to detect and is difficult to operate. The problem was that it was complicated and required specialized knowledge.

そこで、本発明は、エアロゾル等から捕集した検体中のウィルス核酸を迅速に測定できる、ウィルス核酸の測定方法の提供を課題とする。
また、本発明は、プログラム、ウィルス核酸測定装置、センサ、積層電極、及び、電極付き基板の提供も課題とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for measuring viral nucleic acid that can rapidly measure viral nucleic acid in a specimen collected from an aerosol or the like.
Another object of the present invention is to provide a program, a virus nucleic acid measuring device, a sensor, a laminated electrode, and a substrate with an electrode.

本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、以下の構成により上記課題を達成することができることを見出した。 As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned problems, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be achieved by the following configuration.

[1] ホウ素ドープダイヤモンド電極、及び、上記ホウ素ドープダイヤモンド電極上に配置された銅被覆層を有する積層電極と、対電極と、を少なくとも含む、組合せ電極にウィルスを含む検体を接触させることと、上記積層電極に定電位を印加して、上記銅被覆層を溶出させ、銅イオンを発生させて、上記ウィルスから、ウィルス核酸を放出させるとともに、上記ホウ素ドープダイヤモンド電極を上記検体に晒すことと、上記ホウ素ドープダイヤモンド電極の電位を掃引し、上記ウィルス核酸に由来する電気化学的応答を測定することと、を含む、ウィルス核酸の測定方法。
[2] 上記定電位を印加した際の応答電流を予め定めた閾値と比較し、上記応答電流が上記閾値以下となるまで、上記定電位の印加を継続することを含む、[1]に記載のウィルス核酸の測定方法。
[3] 上記ウィルス核酸に由来する電気化学的応答は、ピーク電流の大きさ、及び、電流ピーク面積からなる群より選択される少なくとも1種の値である、[1]又は[2]に記載のウィルス核酸の測定方法。
[4] ピーク電位が上記定電位よりも正である、[3]に記載のウィルス核酸の測定方法。
[5] 上記電位の掃引は、リニアスイープボルタンメトリー法、微分パルスボルタンメトリー法、及び、サイクリックボルタンメトリー法からなる群より選択される少なくとも1種の方法により行われる、[1]~[4]のいずれかに記載のウィルス核酸の測定方法。
[6] 更に、エアロゾルを捕集して上記検体を準備することを含む、[1]~[5]のいずれかに記載のウィルス核酸の測定方法。
[7] 固体電解質の表面にウィルスを含むエアロゾルを収着させ、上記表面上に検体を準備して、上記表面を上記組合せ電極と接触させることにより、上記検体と上記組合せ電極とを接触させることを含む、[1]~[6]のいずれかに記載のウィルス核酸の測定方法。
[8] ホウ素ドープダイヤモンド電極、及び、上記ホウ素ドープダイヤモンド電極上に配置された銅被覆層を有する積層電極と、対電極と、を少なくとも含む、組合せ電極にウィルスを含む検体を接触させるためのセンサ部と、上記積層電極に定電位を印加し、上記銅被覆層を溶出させ、銅イオンを発生させるとともに、上記ホウ素ドープダイヤモンド電極を上記検体に対して晒す定電位印加部と、上記ホウ素ドープダイヤモンド電極に掃引電位を印加し、上記ウィルスに由来する電気化学的応答を測定する掃引電位印加部とを有する、ウィルス核酸測定装置。
[9] 上記定電位の印加による応答電流を予め定められた閾値と比較する比較部を有し、上記比較の結果、上記応答電流が、上記閾値以下となるまで、上記定電位印加部が上記定電位の印加を継続する、[8]に記載のウィルス核酸測定装置。
[10] 上記センサ部は、基板と、上記基板上に配置された上記組合せ電極と、上記検体を表面に付着させ、上記検体が付着した上記表面を上記組合せ電極と接触させるための固体電解質と、を含むセンサの上記組合せ電極を、上記定電位印加部、及び、上記掃引電位印加部と電気的に接続させるための接続具を含む、[8]又は[9]に記載のウィルス核酸測定装置。
[11] 上記センサ部は、上記検体を収容するためのセルと、上記検体と接触するように上記セル内に配置された上記組合せ電極と、を含む、[8]~[10]のいずれかに記載のウィルス核酸測定装置。
[12]
コンピュータにより、ホウ素ドープダイヤモンド電極、及び、上記ホウ素ドープダイヤモンド電極上に配置された銅被覆層を有する積層電極と、対電極と、を少なくとも含む、組合せ電極にウィルスを含む検体を接触させるためのセンサ部、上記積層電極に定電位を印加し、上記銅被覆層を溶出させ、銅イオンを発生させるとともに、上記ホウ素ドープダイヤモンド電極を上記検体に対して晒す定電位印加部と、上記ホウ素ドープダイヤモンド電極に掃引電位を印加し、上記ウィルスに由来する電気化学的応答を測定する掃引電位印加部とを有するウィルス核酸測定装置に、上記組合せ電極に対してウィルスを含む検体が接触した状態で、上記積層電極に定電位を印加する手順と、上記定電位の印加によって上記銅被覆層が溶出し、上記検体に晒された上記ホウ素ドープダイヤモンド電極の電位を掃引し、上記ウィルスのウィルス核酸に由来する電気化学的応答を測定する手順と、を実行させるプログラム。
[13] 更に、上記定電位の印加による応答電流を予め定められた閾値と比較する手順と、上記比較の結果、上記応答電流が上記閾値以下となるまで、上記定電位の印加を継続する手順と、を実行させる、[12]に記載のプログラム。
[14] 基板と、上記基板上に配置された組合せ電極と、ウィルスを含む検体を表面に付着させ、上記検体が付着した上記表面を上記組合せ電極と接触させるための固体電解質と、を含むセンサであって、上記組合せ電極は、ホウ素ドープダイヤモンド電極、及び、上記ホウ素ドープダイヤモンド電極の表面に配置された銅被覆層を有する積層電極と、対電極と、を少なくとも含む、センサ。
[15] 上記組合せ電極が参照電極を更に有する、[14]に記載のセンサ。
[16] ホウ素ドープダイヤモンド電極と、上記ホウ素ドープダイヤモンド電極の表面の全体に配置された銅被覆層と、を有する積層電極。
[17] 基板と、上記基板上に配置された[16]に記載の積層電極とを有する電極付き基板。
[1] Bringing a sample containing a virus into contact with a combination electrode that includes at least a boron-doped diamond electrode, a laminated electrode having a copper coating layer disposed on the boron-doped diamond electrode, and a counter electrode; Applying a constant potential to the laminated electrode to elute the copper coating layer and generate copper ions to release viral nucleic acid from the virus, and exposing the boron-doped diamond electrode to the specimen; A method for measuring viral nucleic acid, comprising sweeping the potential of the boron-doped diamond electrode and measuring an electrochemical response derived from the viral nucleic acid.
[2] The method described in [1], comprising comparing a response current when applying the constant potential with a predetermined threshold value, and continuing to apply the constant potential until the response current becomes equal to or less than the threshold value. A method for measuring viral nucleic acids.
[3] The electrochemical response derived from the viral nucleic acid described in [1] or [2] is at least one value selected from the group consisting of peak current magnitude and current peak area. A method for measuring viral nucleic acids.
[4] The method for measuring viral nucleic acid according to [3], wherein the peak potential is more positive than the constant potential.
[5] Any one of [1] to [4], wherein the potential sweep is performed by at least one method selected from the group consisting of linear sweep voltammetry, differential pulse voltammetry, and cyclic voltammetry. A method for measuring viral nucleic acid described in .
[6] The method for measuring viral nucleic acid according to any one of [1] to [5], further comprising collecting aerosol and preparing the specimen.
[7] Adsorbing an aerosol containing a virus on the surface of a solid electrolyte, preparing a specimen on the surface, and bringing the surface into contact with the combination electrode, thereby bringing the specimen into contact with the combination electrode. The method for measuring viral nucleic acid according to any one of [1] to [6], comprising:
[8] A sensor for bringing a sample containing a virus into contact with a combination electrode, which includes at least a boron-doped diamond electrode, a laminated electrode having a copper coating layer disposed on the boron-doped diamond electrode, and a counter electrode. a constant potential application section that applies a constant potential to the laminated electrode to elute the copper coating layer and generate copper ions, and expose the boron-doped diamond electrode to the specimen; A viral nucleic acid measuring device, comprising a sweep potential application section that applies a sweep potential to an electrode and measures an electrochemical response derived from the virus.
[9] A comparison unit that compares a response current resulting from application of the constant potential with a predetermined threshold value, and the constant potential application unit operates as described above until the response current becomes equal to or less than the threshold value as a result of the comparison. The virus nucleic acid measuring device according to [8], which continues to apply a constant potential.
[10] The sensor section includes a substrate, the combination electrode disposed on the substrate, and a solid electrolyte for attaching the analyte to the surface and bringing the surface to which the analyte has adhered into contact with the combination electrode. The virus nucleic acid measuring device according to [8] or [9], comprising a connecting tool for electrically connecting the combined electrode of the sensor including the constant potential application section and the sweep potential application section. .
[11] Any one of [8] to [10], wherein the sensor section includes a cell for accommodating the specimen, and the combination electrode arranged in the cell so as to be in contact with the specimen. Viral nucleic acid measuring device described in.
[12]
A sensor for bringing a virus-containing specimen into contact with a combination electrode, which comprises at least a boron-doped diamond electrode, a laminated electrode having a copper coating layer disposed on the boron-doped diamond electrode, and a counter electrode. a constant potential application section that applies a constant potential to the laminated electrode to elute the copper coating layer and generate copper ions, and exposes the boron-doped diamond electrode to the specimen; and the boron-doped diamond electrode. A virus nucleic acid measuring device having a sweep potential application unit that applies a sweep potential to the sample and measures an electrochemical response derived from the virus is placed in a state in which the sample containing the virus is in contact with the combination electrode. The procedure includes applying a constant potential to the electrode, eluating the copper coating layer by applying the constant potential, sweeping the potential of the boron-doped diamond electrode exposed to the sample, and detecting the electricity derived from the viral nucleic acid of the virus. A procedure to measure a chemical response and a program to run it.
[13] Furthermore, a procedure for comparing a response current resulting from the application of the constant potential with a predetermined threshold value, and a procedure for continuing the application of the constant potential until the response current becomes equal to or less than the threshold value as a result of the comparison. The program according to [12], which causes the program to execute the following.
[14] A sensor comprising a substrate, a combination electrode disposed on the substrate, and a solid electrolyte for attaching a sample containing a virus to the surface and bringing the surface to which the sample has adhered into contact with the combination electrode. The combination electrode includes at least a boron-doped diamond electrode, a laminated electrode having a copper coating layer disposed on a surface of the boron-doped diamond electrode, and a counter electrode.
[15] The sensor according to [14], wherein the combined electrode further includes a reference electrode.
[16] A laminated electrode comprising a boron-doped diamond electrode and a copper coating layer disposed over the entire surface of the boron-doped diamond electrode.
[17] A substrate with electrodes, comprising a substrate and the laminated electrode according to [16] arranged on the substrate.

本発明によれば、エアロゾル等から捕集した検体中のウィルス核酸を迅速に測定できる。
また、本発明によれば、プログラム、ウィルス核酸測定装置、センサ、積層電極、及び、電極付き基板も提供できる。
According to the present invention, viral nucleic acid in a specimen collected from an aerosol or the like can be rapidly measured.
Further, according to the present invention, a program, a virus nucleic acid measuring device, a sensor, a laminated electrode, and a substrate with an electrode can also be provided.

本発明の実施例1によるウィルス核酸の測定方法を示すフローチャートである。1 is a flowchart showing a method for measuring viral nucleic acid according to Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1によるウィルス核酸の測定に用いるセンサの分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view of a sensor used for measuring viral nucleic acids according to Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1によるウィルス核酸の測定に用いるセンサの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a sensor used for measuring viral nucleic acid according to Example 1 of the present invention. 図2Aの電極付き基板201におけるX-Y断面図である。2A is an XY cross-sectional view of the electrode-equipped substrate 201 in FIG. 2A. FIG. 本発明の実施例1によるウィルス核酸の測定方法の原理を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the principle of a method for measuring viral nucleic acid according to Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1によるウィルス核酸の測定方法の原理を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the principle of a method for measuring viral nucleic acid according to Example 1 of the present invention. 本発明の実施例2によるウィルス核酸の測定装置のハードウェア構成図である。FIG. 2 is a hardware configuration diagram of a virus nucleic acid measuring device according to Example 2 of the present invention. 本発明の実施例2によるウィルス核酸測定装置の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a virus nucleic acid measuring device according to Example 2 of the present invention. 本発明の実施例2によるウィルス核酸測定装置の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a virus nucleic acid measuring device according to Example 2 of the present invention. 図6BのV-W断面図である。6B is a sectional view taken along the line VW in FIG. 6B. 本発明の実施例2によるウィルス核酸測定装置の機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of a virus nucleic acid measuring device according to Example 2 of the present invention. 本発明の実施例2によるウィルス核酸測定装置の制御部の動作を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing the operation of the control section of the virus nucleic acid measuring device according to Example 2 of the present invention. 本発明の実施例3によるウィルス核酸測定装置のハードウェア構成図である。FIG. 3 is a hardware configuration diagram of a virus nucleic acid measuring device according to Example 3 of the present invention. 本発明の実施例3によるウィルス核酸測定装置の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a virus nucleic acid measuring device according to Example 3 of the present invention. 本発明の実施例4によるセンサの分解斜視図である。FIG. 4 is an exploded perspective view of a sensor according to Example 4 of the present invention. 本発明の実施例4によるセンサの斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a sensor according to Example 4 of the present invention.

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In this specification, a numerical range expressed using "~" means a range that includes the numerical values written before and after "~" as the lower limit and upper limit.

(用語の説明)
本明細書において「エアロゾル」とは、微粒子と気体との混合物を意味し、微粒子の直径としては、一般に、特に制限されないが、1nm~100μmが好ましく、1~100nmがより好ましい。この微粒子には、微粒子を含み、その周囲を水分が覆い、全体として粒子径が5μm以上である「飛沫」(droplets)と呼ばれるものと、典型的には上記水分が乾燥等によって除去された粒子径が5μm未満である「飛沫核」(droplet nuclei)と呼ばれる微粒子そのものとのいずれをも含む。なかでも、空気中における沈降速度がより小さい飛沫核は、エアロゾルによるウィルス感染の原因の一つと考えられており、飛沫核を含むエアロゾルから検体を捕集することが好ましい。
(Explanation of terms)
The term "aerosol" as used herein means a mixture of fine particles and gas, and the diameter of the fine particles is generally not particularly limited, but is preferably 1 nm to 100 μm, more preferably 1 to 100 nm. These fine particles include those called "droplets," which contain fine particles, are surrounded by moisture, and have an overall particle size of 5 μm or more, and particles, which are typically particles from which the moisture has been removed by drying, etc. It includes both microparticles themselves called "droplet nuclei" with a diameter of less than 5 μm. Among them, droplet nuclei, which have a lower sedimentation speed in the air, are considered to be one of the causes of virus infection by aerosol, and it is preferable to collect the specimen from aerosol containing droplet nuclei.

図1は本発明の実施例1によるウィルス核酸の測定方法を示すフローチャートである。 FIG. 1 is a flowchart showing a method for measuring viral nucleic acid according to Example 1 of the present invention.

ステップS11において、固体電解質の表面にウィルスを含むエアロゾルを収着させ、上記固体電解質の表面上にウィルスを集積させ、これを検体とする。本明細書では、上記を「固体電解質の表面上に検体を準備する」という。
固体電解質は、典型的には電解質を含む水で膨潤した高分子化合物を含むことが好ましい。高分子化合物としては、例えば、アガロース等であってよい。また、固体電解質は、寒天、アガー、及び、ゼラチン等と、電解質と、水とを含むヒドロゲルであってもよい。
固体電解質にエアロゾルが接触すると、固体電解質の表面上でエアロゾルの固形分が濃縮され、ウィルス核酸の検出がより容易になる。
In step S11, an aerosol containing a virus is adsorbed on the surface of the solid electrolyte, and the virus is accumulated on the surface of the solid electrolyte, and this is used as a sample. In this specification, the above is referred to as "preparing a specimen on the surface of a solid electrolyte."
The solid electrolyte preferably includes a water-swollen polymer compound that typically contains an electrolyte. The polymer compound may be, for example, agarose. Further, the solid electrolyte may be a hydrogel containing agar, agar, gelatin, etc., an electrolyte, and water.
When the aerosol comes into contact with the solid electrolyte, the solid content of the aerosol is concentrated on the surface of the solid electrolyte, making it easier to detect viral nucleic acids.

固体電解質としてはヒドロゲルが好ましい。ヒドロゲルとしては、例えば、寒天ゲル、及び、ゼラチンゲル等が挙げられる。固体電解質としては、高いイオン電導性を有するものが好ましく、より具体的には、その内部をイオン(例えば、水素イオン、及び、硫酸イオン等)が移動できるものが好ましい。固体電解質はより優れたイオン電導性を有する点で、硫酸塩等を含有していてもよい。 Hydrogel is preferred as the solid electrolyte. Examples of the hydrogel include agar gel and gelatin gel. As the solid electrolyte, one having high ionic conductivity is preferable, and more specifically, one in which ions (eg, hydrogen ions, sulfate ions, etc.) can move is preferable. The solid electrolyte may contain sulfate or the like since it has better ionic conductivity.

なお、実施例1では、エアロゾルを固体電解質に収着させて、固体電解質の表面上でウィルスを濃縮して検体とするが、エアロゾルに含まれるウィルスに由来するウィルス核酸を検出対象とする場合であっても、固体電解質を用いずに検体を準備してもよい。そのような方法としては、例えば、エアロゾル中のウィルスをフィルター等で補足して、それを検体とする方法等がある。
また、本発明のウィルス核酸の測定方法は、エアロゾル以外に含まれるウィルスに由来するウィルス核酸を検出対象としてもよい。例えば、ウィルスを含む液体を検体としてもよい。
また、固体電解質上に固体表面からウィルスを移し取って(固体電解質を固体表面と接触させて)検体としてもよい。
In Example 1, the aerosol is adsorbed on a solid electrolyte and the virus is concentrated on the surface of the solid electrolyte to be used as a sample. However, the specimen may be prepared without using a solid electrolyte. Such a method includes, for example, a method in which a virus in an aerosol is captured with a filter or the like and used as a sample.
Furthermore, the method for measuring viral nucleic acids of the present invention may detect viral nucleic acids derived from viruses contained other than aerosols. For example, a liquid containing a virus may be used as the sample.
Alternatively, the virus may be transferred onto a solid electrolyte from the solid surface (by bringing the solid electrolyte into contact with the solid surface) and used as a sample.

ステップS12において、ウィルスを含む検体を組合せ電極と接触させる。組合せ電極は、積層電極と対電極とを含む。積層電極は、ホウ素ドープダイヤモンド(Boron-doped Diamond;BDD電極)とBDD電極上に配置された銅被覆層とを有している。このため、本ステップにおいて、銅被覆層と検体とが接触することになる。
検体と組合せ電極とを接触させるには、その表面上に検体が準備された固体電解質を組合せ電極に押し付ければよい。
In step S12, a sample containing a virus is brought into contact with the combination electrode. The combination electrode includes a stacked electrode and a counter electrode. The laminated electrode includes a boron-doped diamond (BDD electrode) and a copper coating layer disposed on the BDD electrode. Therefore, in this step, the copper coating layer and the specimen come into contact.
In order to bring the specimen into contact with the combination electrode, a solid electrolyte with the specimen prepared on its surface may be pressed against the combination electrode.

図2Aは、実施例1における検体の採取、及び、ウィルス核酸の測定に用いるセンサの分解斜視図であり、図2Bは同センサの斜視図である。このセンサを使ってステップS11とステップS12を実施する方法を説明する。 FIG. 2A is an exploded perspective view of a sensor used for sample collection and viral nucleic acid measurement in Example 1, and FIG. 2B is a perspective view of the sensor. A method of implementing step S11 and step S12 using this sensor will be explained.

まず、図2Aに示されるように、センサ20は、大別して3つの部品から構成されている。3つの部品は、電極付き基板201、スペーサー26、及び、固体電解質付きカバー202である。 First, as shown in FIG. 2A, the sensor 20 is roughly divided into three parts. The three parts are a substrate 201 with electrodes, a spacer 26, and a cover 202 with solid electrolyte.

ステップS11における検体の準備は、固体電解質付きカバー202を用いて行う。固体電解質付きカバー202は、カバー27と、カバー27の一方側の表面に配置された固体電解質25とを有しており、センサ20から取り外せる。
センサ20から固体電解質付きカバー202を取り外し、固体電解質25上にエアロゾルを収着させることで、検体が準備できる。
固体電解質付きカバー202はカバー27を有しているため、固体電解質25に触らずにエアロゾル中のウィルスを捕集できるので、意図しない汚染物質が検体中に混入するのを抑制できる。
Preparation of the sample in step S11 is performed using the cover 202 with solid electrolyte. The cover 202 with solid electrolyte includes a cover 27 and a solid electrolyte 25 disposed on one surface of the cover 27, and can be removed from the sensor 20.
A sample can be prepared by removing the solid electrolyte cover 202 from the sensor 20 and adsorbing the aerosol onto the solid electrolyte 25.
Since the solid electrolyte-equipped cover 202 includes the cover 27, it is possible to collect viruses in the aerosol without touching the solid electrolyte 25, thereby suppressing unintended contaminants from being mixed into the sample.

ステップS12における、検体と組合せ電極との接触は、固体電解質25を電極付き基板201の組合せ電極に押し付けることで実現できる。
電極付き基板201は、基板21と、上記基板21上に配置された作用電極(working electrode)である積層電極22と、対電極23(counter electrode)と、参照電極24(reference electrode)とを有している。
固体電解質25を、スペーサー26の切欠き部を介して積層電極22、対電極23、及び、参照電極24(組合せ電極;combination electrode)と接触させればよい。
Contact between the specimen and the combined electrode in step S12 can be achieved by pressing the solid electrolyte 25 against the combined electrode of the electrode-attached substrate 201.
The electrode-equipped substrate 201 includes a substrate 21, a laminated electrode 22 which is a working electrode disposed on the substrate 21, a counter electrode 23, and a reference electrode 24. are doing.
The solid electrolyte 25 may be brought into contact with the laminated electrode 22, the counter electrode 23, and the reference electrode 24 (combination electrode) through the notch of the spacer 26.

スペーサー26は、固体電解質25を組合せ電極との位置合わせのためのガイドの機能を有しており、これにより、一旦取り外した固体電解質付きカバー202を再度取り付けるのが容易になるという利点がある。しかし、センサはスペーサー26を含まなくてもよい。 The spacer 26 has a guide function for aligning the solid electrolyte 25 with the combined electrode, and has the advantage that it becomes easy to reattach the solid electrolyte cover 202 once removed. However, the sensor may not include spacer 26.

図2Cはセンサ20におけるX-Y断面図である。基板21上には、積層電極22、対電極23、及び、参照電極24が配置されている。これらの電極の間には、図中「SL」で表される封止部材(例えば、エポキシ樹脂)が配置されている。積層電極22は、BDD電極28と、BDD電極28上に配置された銅被覆層29とを有している。
なお、センサ20において、積層電極22は、対電極23、及び、参照電極24よりも厚み方向に沿って高くなっているが、各電極の高さは上記に制限されない。積層電極22は、対電極23、及び、参照電極24の表面に段差がない状態、及び、対電極23、及び、参照電極24のいずれか一方又は両方が、積層電極22よりも高くなった状態でもよい。
より優れた本発明の効果が得られる点では、積層電極22を構成するBDD電極28と、対電極23と、参照電極24との表面にそれぞれ略段差がないことが好ましい。
FIG. 2C is an XY cross-sectional view of the sensor 20. A laminated electrode 22, a counter electrode 23, and a reference electrode 24 are arranged on the substrate 21. A sealing member (for example, epoxy resin) indicated by "SL" in the figure is arranged between these electrodes. The laminated electrode 22 includes a BDD electrode 28 and a copper coating layer 29 disposed on the BDD electrode 28.
Note that in the sensor 20, the laminated electrode 22 is higher than the counter electrode 23 and the reference electrode 24 in the thickness direction, but the height of each electrode is not limited to the above. The laminated electrode 22 has a state in which there is no step on the surfaces of the counter electrode 23 and the reference electrode 24, and a state in which one or both of the counter electrode 23 and the reference electrode 24 is higher than the laminated electrode 22. But that's fine.
In order to obtain better effects of the present invention, it is preferable that the surfaces of the BDD electrode 28, the counter electrode 23, and the reference electrode 24 constituting the laminated electrode 22 have substantially no level difference.

BDD電極28の製造方法としては特に制限されず、公知の方法が使用できる。なかでも、化学気相(CVD:Chemical Vapor Deposition)法で製造することが好ましい。CVD法の励起源としては、熱フィラメント、マイクロ波、高周波、直流グロー放電、直流アーク放電、及び、燃焼炎等が使用できる。また、これらを複数組み合わせて核生成密度を調整したり、大面積化したり、均一化したりすることもできる。
原料は、炭素が含まれている多くの種類の化合物が使用できる。例えば、気体としてCH、C、C、C1016、CO、及び、CF等;液体としてCHOH、COH、及び、(CHCO等;固体として黒鉛、及び、フラーレン等が挙げられる。
The method for manufacturing the BDD electrode 28 is not particularly limited, and any known method can be used. Among these, it is preferable to manufacture by chemical vapor deposition (CVD) method. As the excitation source for the CVD method, a hot filament, microwave, high frequency, direct current glow discharge, direct current arc discharge, combustion flame, etc. can be used. Furthermore, by combining a plurality of these, the nucleation density can be adjusted, the area can be increased, and the nucleation density can be made uniform.
Many types of compounds containing carbon can be used as raw materials. For example, gases include CH 4 , C 2 H 2 , C 2 H 4 , C 10 H 16 , CO, and CF 4 ; liquids include CH 3 OH, C 2 H 5 OH, and (CH 3 ) 2 CO. etc.; Examples of the solid include graphite and fullerene.

ホウ素の添加は、例えば、ホウ素を含む物質を系内に導入して炭素気相にホウ素を導入する方法等が挙げられる。このようなホウ素を含む物質としては、ジボラン、トリメチルボラン、及び、トリメトキシボラン等が挙げられるが、取り扱いがより容易である点で、トリメトキシボランが好ましい。
ホウ素源としてトリメトキシボラン、これを溶解する溶媒としてアセトンを用いると、アセトンが炭素源も兼ねるため、更に取り扱いが容易となる。
Examples of the addition of boron include a method of introducing a substance containing boron into the system and introducing boron into the carbon gas phase. Examples of such boron-containing substances include diborane, trimethylborane, and trimethoxyborane, and trimethoxyborane is preferred because it is easier to handle.
When trimethoxyborane is used as a boron source and acetone is used as a solvent for dissolving it, handling becomes easier because acetone also serves as a carbon source.

ダイヤモンドの成長速度がより速く、得られるダイヤモンド膜がより均一である点で、BDD電極はマイクロ波によるプラズマCVD法により形成されることがより好ましい。マイクロ波によって水素プラズマを発生させ、ここに原料ガスを導入すればダイヤモンド膜が形成できる。 It is more preferable that the BDD electrode be formed by plasma CVD using microwaves, since the growth rate of diamond is faster and the obtained diamond film is more uniform. A diamond film can be formed by generating hydrogen plasma using microwaves and introducing raw material gas into it.

炭素源にホウ素を添加する場合、ホウ素の添加量としては、特に制限されないが、得られるBDD電極がより優れた導電性を有する点で、10~12,000ppmが好ましく、1,000~10,000ppmがより好ましい。 When boron is added to the carbon source, the amount of boron added is not particularly limited, but is preferably 10 to 12,000 ppm, and 1,000 to 10,000 ppm, since the resulting BDD electrode has better conductivity. 000 ppm is more preferable.

基板21上に積層電極22、対電極23、及び、参照電極24を積層する方法としては特に制限されず、公知の方法が使用できる。このような方法としては、例えば、特開2006-10357号公報の0037~0050段落に記載の方法、及び、特開2020-33199号公報の0034~0057段落に記載の方法等が挙げられる。 The method of laminating the laminated electrode 22, counter electrode 23, and reference electrode 24 on the substrate 21 is not particularly limited, and any known method can be used. Examples of such a method include the method described in paragraphs 0037 to 0050 of JP-A No. 2006-10357, and the method described in paragraphs 0034 to 0057 of JP-A No. 2020-33199.

なお、センサ20は、積層電極22と、対電極23と、参照電極24とを有しているが、実施例1のウィルス核酸の測定方法に使用可能なセンサは上記に制限されず、積層電極と、対電極とを有していればよい。
また、センサ20における積層電極22、対電極23、及び、参照電極24の配置は、交換されてもよい。
Note that although the sensor 20 has a laminated electrode 22, a counter electrode 23, and a reference electrode 24, the sensors that can be used in the method for measuring viral nucleic acid of Example 1 are not limited to the above, and include a laminated electrode 22, a counter electrode 23, and a reference electrode 24. and a counter electrode.
Furthermore, the arrangement of the laminated electrode 22, counter electrode 23, and reference electrode 24 in the sensor 20 may be exchanged.

基板21は導電性基板でも絶縁性基板でもよいが、絶縁性基板が好ましい。基板としては、例えば、タングステン、ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、及び、ニオブ等が挙げられる。また、基板21は石英ガラス等であってもよい。基板の厚み及び大きさは、取り扱い性等の観点から適宜選択されればよく、典型的には、1μm~5mmが好ましい。 Although the substrate 21 may be a conductive substrate or an insulating substrate, an insulating substrate is preferable. Examples of the substrate include tungsten, silicon, silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, and niobium. Furthermore, the substrate 21 may be made of quartz glass or the like. The thickness and size of the substrate may be appropriately selected from the viewpoint of handleability, etc., and are typically preferably 1 μm to 5 mm.

BDD電極28の厚みは、成膜時間により調整できる。BDD電極28の厚みとしては、典型的には、0.1μm以上が好ましく、1μm以上がより好ましく、5μm以上が更に好ましく、10μm以上が特に好ましい。なお、上限としては特に制限されないが、一般に、1mm以下が好ましい。
上記の厚みの範囲は、対電極23、及び、参照電極24についても同様である。
The thickness of the BDD electrode 28 can be adjusted by changing the film formation time. Typically, the thickness of the BDD electrode 28 is preferably 0.1 μm or more, more preferably 1 μm or more, even more preferably 5 μm or more, and particularly preferably 10 μm or more. The upper limit is not particularly limited, but is generally preferably 1 mm or less.
The above thickness range also applies to the counter electrode 23 and the reference electrode 24.

対電極23の材料としては特に制限されず、対電極用として公知の材料が使用できる。このような材料としては、例えば、白金、炭素材料、ステンレス、及び、SnO等が挙げられる。参照電極24は、例えば、カロメル電極、及び、銀/塩化銀電極等であってよい。 The material for the counter electrode 23 is not particularly limited, and known materials for counter electrodes can be used. Examples of such materials include platinum, carbon materials, stainless steel, and SnO 2 . The reference electrode 24 may be, for example, a calomel electrode, a silver/silver chloride electrode, or the like.

図1のフローチャートに戻り、ステップ13以降の手順を説明する。
ステップS13において、積層電極22に対して定電位が印加され、これにより銅被覆層29が固体電解質25側に溶出し(電気分解され)、銅イオンが発生する。このとき印加される電位は、特に制限されないが、一般に+0.4~0.5Vが好ましい。
銅イオンは、直接的関与、及び/又は、活性酸素種(Reactive Oxygen Species:ROS)の発生を触媒する等の間接的関与により、ウィルスのエンベロープ、及び、カプシドの少なくとも一部を破壊する。そのため、ウィルスの内部からウィルス核酸が放出される。
Returning to the flowchart of FIG. 1, the procedure from step 13 onwards will be explained.
In step S13, a constant potential is applied to the laminated electrode 22, whereby the copper coating layer 29 is eluted (electrolyzed) to the solid electrolyte 25 side, and copper ions are generated. The potential applied at this time is not particularly limited, but is generally preferably +0.4 to 0.5V.
Copper ions destroy at least a portion of the viral envelope and capsid through direct involvement and/or indirect involvement, such as by catalyzing the generation of reactive oxygen species (ROS). Therefore, viral nucleic acid is released from inside the virus.

図3は、実施例1のウィルス核酸の測定方法の原理を表す模式図である。検出系30は、BDD電極28と、BDD電極28上に形成された銅被覆層29と、固体電解質25からなり、固体電解質25の表面には、検出対象であるコロナウィルス31が配置されている。 FIG. 3 is a schematic diagram showing the principle of the method for measuring viral nucleic acids of Example 1. The detection system 30 consists of a BDD electrode 28, a copper coating layer 29 formed on the BDD electrode 28, and a solid electrolyte 25, and a coronavirus 31 to be detected is placed on the surface of the solid electrolyte 25. .

なお、図3においては、コロナウィルス31の構造が模式的に示されており、その直径(図3中、L1に対応する長さ)と、BDD電極28、銅被覆層29(合わせて、積層電極22)及び、固体電解質25の厚みとの関係は、実際に即していない。各部の大きさ、及び、厚み等はすでに説明したとおりであるため、ここでは説明を省略する。なお、上記は、後述する図4のL2についても同様である。 In addition, in FIG. 3, the structure of the coronavirus 31 is schematically shown, and its diameter (the length corresponding to L1 in FIG. 3), the BDD electrode 28, the copper coating layer 29 (together with the laminated The relationship between the thickness of the electrode 22) and the solid electrolyte 25 does not correspond to reality. The size, thickness, etc. of each part are as already explained, so the explanation will be omitted here. Note that the above also applies to L2 in FIG. 4, which will be described later.

コロナウィルス31の表面は、脂質膜32で覆われており、その中に、Nucleocapsid(N)蛋白に巻き付いたプラス鎖の一本鎖RNAゲノム33が配置されている。コロナウィルス31の表面には、Spike(S)蛋白、Envelope(E)蛋白、Membrane(M)蛋白が配置され、形状が王冠に類似している。
一般に、ウィルス核酸は膜(エンベロープ)、及び/又は、殻(カプシド)に包まれているため、ウィルス核酸を直接的に電気化学測定することは難しい。
The surface of the coronavirus 31 is covered with a lipid membrane 32, within which a positive-strand single-stranded RNA genome 33 wrapped around a nucleocapsid (N) protein is arranged. Spike (S) protein, Envelope (E) protein, and Membrane (M) protein are arranged on the surface of coronavirus 31, and its shape resembles a crown.
Generally, viral nucleic acids are enclosed in a membrane (envelope) and/or a shell (capsid), so it is difficult to directly electrochemically measure viral nucleic acids.

このとき、積層電極22に対して定電位が印加されると、銅被覆層29が固体電解質25側に溶出し、銅イオンが発生する。
銅イオンは、直接的関与、及び/又は、間接的関与によって、ウィルスのエンベロープ、及び、カプシドの少なくとも一部を破壊するため、これによってウィルスの内部からウィルス核酸(コロナウィルス31については、一本鎖RNAゲノム33)が放出される。
At this time, when a constant potential is applied to the laminated electrode 22, the copper coating layer 29 is eluted toward the solid electrolyte 25 side, and copper ions are generated.
Copper ions destroy at least a portion of the viral envelope and capsid through direct and/or indirect involvement, thereby destroying viral nucleic acids (for coronavirus 31, one molecule) from the inside of the virus. The stranded RNA genome 33) is released.

次に、ステップS14において、積層電極22に定電位を印加した際の応答として得られた電流(以下「応答電流」ともいう。)を予め定めた閾値と比較する。この応答電流は銅被覆層29の溶出経過を反映する。実施例1のウィルス核酸の測定方法は、検体に対してBDD電極28の少なくとも一部(好ましくは全部)を晒す必要があるため、この応答電流をモニターして銅被覆層29が所望の程度溶出したこと(分解されたこと)を確認することが好ましい。
なお、応答電流のモニター以外の方法、例えば、定電位の印加時間によって、銅被覆層29の溶出量(分解量)を管理してもよい。その場合は、ステップS14及びステップS15を省略してもよい。
Next, in step S14, a current obtained as a response when a constant potential is applied to the laminated electrode 22 (hereinafter also referred to as "response current") is compared with a predetermined threshold value. This response current reflects the elution progress of the copper coating layer 29. In the method for measuring viral nucleic acid in Example 1, it is necessary to expose at least a portion (preferably all) of the BDD electrode 28 to the sample, so this response current is monitored to ensure that the copper coating layer 29 is eluted to a desired extent. It is preferable to confirm that it has been done (decomposed).
Note that the amount of elution (decomposition amount) of the copper coating layer 29 may be managed by a method other than monitoring the response current, for example, by the application time of a constant potential. In that case, step S14 and step S15 may be omitted.

閾値は、例えば、銅被覆層29がすべて溶出した際の応答電流に所定の裕度を考慮した値とすればよい。積層電極22に電位を印加している際に、その応答電流が上記閾値以下(閾値を超えない状態)となれば、銅被覆層29が所望の程度(例えば、すべて)溶出したと判断できる(ステップS15:False)。一方で、応答電流が閾値を超える場合(ステップS15:True)、銅被覆層29が所望の程度より多く残存しているため、定電位の印加、及び、応答電流のモニターを継続すればよい(ステップS13~S15)。 The threshold value may be, for example, a value that takes into account a predetermined margin for the response current when all of the copper coating layer 29 is eluted. When a potential is applied to the laminated electrode 22, if the response current is below the threshold (does not exceed the threshold), it can be determined that the copper coating layer 29 has been eluted to a desired extent (for example, all) ( Step S15: False). On the other hand, if the response current exceeds the threshold (step S15: True), the copper coating layer 29 remains to a greater extent than desired, so it is only necessary to continue applying the constant potential and monitoring the response current ( Steps S13 to S15).

図4は、積層電極に定電位を印加し、銅被覆層が溶出した後の検出系を表す模式図である。銅被覆層29が全て溶出した(分解された)ため、検出系40は、BDD電極28と、固体電解質25とからなり、固体電解質25の表面のコロナウィルス41は、エンベロープ、及び、カプシドが銅イオンの直接的関与、及び、間接的関与により破壊され、その内部からウィルス核酸が放出された状態となっている。 FIG. 4 is a schematic diagram showing the detection system after the copper coating layer is eluted by applying a constant potential to the laminated electrode. Since the copper coating layer 29 has completely eluted (decomposed), the detection system 40 consists of the BDD electrode 28 and the solid electrolyte 25, and the coronavirus 41 on the surface of the solid electrolyte 25 has an envelope and a capsid made of copper. It is destroyed by direct and indirect involvement of ions, and the virus nucleic acid is released from inside.

検出系40においては、コロナウィルス41に対してBDD電極28が晒されている(暴露している)ため、このBDD電極28の電位を掃引することで、ウィルス核酸由来の電気化学的応答を取得することができる(ステップS16)。
このウィルス核酸由来の電気化学的応答は、ウィルス核酸の酸化電流であることが好ましく、ピーク形状の応答であること(電位対電流の測定結果に1つ以上の極大値が存在すること)がより好ましい。なお、本明細書では、このピークの最大電流値を「ピーク電流」といい、この「ピーク電流」を与える電位を「ピーク電位」といい、このピークの面積を「電流ピーク面積」という。
In the detection system 40, since the BDD electrode 28 is exposed to the coronavirus 41, by sweeping the potential of this BDD electrode 28, an electrochemical response derived from the virus nucleic acid is obtained. (Step S16).
The electrochemical response derived from the viral nucleic acid is preferably an oxidation current of the viral nucleic acid, and more preferably a peak-shaped response (the presence of one or more local maximum values in the measurement results of potential versus current). preferable. In this specification, the maximum current value of this peak is referred to as a "peak current," the potential that provides this "peak current" is referred to as a "peak potential," and the area of this peak is referred to as a "current peak area."

BDD電極の電位を掃引する方法が、リニアスイープボルタンメトリー法、微分パルスボルタンメトリー法、及び、サイクリックボルタンメトリー法からなる群より選択される少なくとも1種の方法であると、上記のようなピーク形状の応答が得られやすい。 When the method of sweeping the potential of the BDD electrode is at least one method selected from the group consisting of linear sweep voltammetry, differential pulse voltammetry, and cyclic voltammetry, the peak-shaped response as described above can be obtained. is easy to obtain.

ウィルス核酸の酸化電流のピーク電位は+1.0~1.5V(vs Ag/AgCl)の範囲に検出されることが多い。実施例1のウィルス核酸測定方法においては、銅被覆層29を溶出させて、BDD電極28を検体に対して晒したのちに、BDD電極28の電位を掃引するため、このウィルス核酸の酸化電流の測定が可能になる。 The peak potential of the oxidation current of viral nucleic acids is often detected in the range of +1.0 to 1.5 V (vs Ag/AgCl). In the viral nucleic acid measuring method of Example 1, the potential of the BDD electrode 28 is swept after the copper coating layer 29 is eluted and the BDD electrode 28 is exposed to the sample, so that the oxidation current of the viral nucleic acid is Measurement becomes possible.

一般的な電極部材、例えばグラッシーカーボン、金、及び、白金等を用いると、+1.3V(vs Ag/AgCl)程度で水分子の酸化による酸素の発生に伴い、電流値の増大が検出されてしまい、ウィルス核酸の酸化電流を正確に検出することは難しい。一方、BDD電極28は、表面がsp炭素からなり、分子が吸着できるサイトが少ないため、上記一般的な電極部材と比較して電位窓が広く、ウィルス核酸の酸化電流を検出することができる。 When using general electrode materials such as glassy carbon, gold, and platinum, an increase in current value is detected at around +1.3V (vs Ag/AgCl) due to the generation of oxygen due to oxidation of water molecules. Therefore, it is difficult to accurately detect the oxidation current of viral nucleic acids. On the other hand, the BDD electrode 28 has a surface made of sp3 carbon and has fewer sites where molecules can be adsorbed, so it has a wider potential window than the above-mentioned general electrode members and can detect the oxidation current of viral nucleic acids. .

ウィルス核酸の酸化電流は、ウィルス核酸を構成する核酸塩基の種類に起因して複数のピークが検出されることがある。その場合、各ピーク電流、又は、各ピーク面積を合計して測定値としてもよいし、単一のピーク電流、又は、ピーク面積を測定値としてもよい。
総量として評価する場合には、各ピーク電流、又は、各ピーク面積を合計した値を測定値とするのが好ましい。
実施例1の方法によれば、エアロゾルから捕集した検体中のウィルス核酸を迅速に測定できる。
Multiple peaks may be detected in the oxidation current of viral nucleic acids depending on the type of nucleobases that constitute the viral nucleic acids. In that case, each peak current or each peak area may be summed up as a measurement value, or a single peak current or peak area may be used as a measurement value.
When evaluating the total amount, it is preferable to use the sum of each peak current or each peak area as the measured value.
According to the method of Example 1, viral nucleic acids in specimens collected from aerosols can be rapidly measured.

図5は本発明の実施例2によるウィルス核酸測定装置のハードウェア構成図である。 FIG. 5 is a hardware configuration diagram of a virus nucleic acid measuring device according to Example 2 of the present invention.

ウィルス核酸測定装置50は、プロセッサ51、記憶デバイス52、表示デバイス53、入力デバイス54、電気化学測定デバイス55、及び、接続具56を有している。プロセッサ51、記憶デバイス52、表示デバイス53、入力デバイス54、及び、電気化学測定デバイス55はバス(図中「BUS」と表記している)を介して相互にデータを交換できる。The viral nucleic acid measurement device 50 has a processor 51, a memory device 52, a display device 53, an input device 54, an electrochemical measurement device 55, and a connector 56. The processor 51, the memory device 52, the display device 53, the input device 54, and the electrochemical measurement device 55 can exchange data with each other via a bus (denoted as "BUS" in the figure).

ウィルス核酸測定装置50には、接続具56を介してセンサ20が接続されている。構造は後述するが、センサ20はウィルス核酸測定装置50に対して取り外し可能であり、例えば、検体毎にセンサ20を交換できる。
なお、センサ20は図2A、図2B、及び、図2Cで説明したとおりであるので、ここでは説明を省略する。
The sensor 20 is connected to the virus nucleic acid measuring device 50 via a connector 56 . Although the structure will be described later, the sensor 20 is removable from the virus nucleic acid measuring device 50, and for example, the sensor 20 can be replaced for each sample.
Note that the sensor 20 is as described in FIGS. 2A, 2B, and 2C, so the description thereof will be omitted here.

プロセッサ51は、ウィルス核酸測定装置50の各部を制御して、ウィルス核酸測定装置の機能を実現する。
プロセッサ51は、例えば、マイクロプロセッサ、プロセッサコア、マルチプロセッサ、ASIC(application-specific integrated circuit)、FPGA(field programmable gate array)、及び、GPGPU(General-purpose computing on graphics processing units)等でよい。
The processor 51 controls each part of the virus nucleic acid measuring device 50 to realize the functions of the virus nucleic acid measuring device.
The processor 51 includes, for example, a microprocessor, a processor core, a multiprocessor, an application-specific integrated circuit (ASIC), a field programmable gate array (FPGA), and a general-purpose CPU (GPGPU). computing on graphics processing units), etc.

記憶デバイス52は、プログラム、及び、データを一時的に、及び/又は、非一時的に記憶する機能を有し、プロセッサ51の作業エリアを提供する。
記憶デバイス52は、例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、フラッシュメモリ、及び、SSD(Solid State Drive)等でよい。
The storage device 52 has a function of temporarily and/or non-temporarily storing programs and data, and provides a work area for the processor 51.
The storage device 52 may be, for example, a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an HDD (Hard Disk Drive), a flash memory, or an SSD (Solid State Drive).

表示デバイス53は、測定結果、積層電極(又はBBD電極)への電圧印加状況、検体名、及び、操作手順等を表示できる。表示デバイス53は、液晶ディスプレイ、及び、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等でよい。
また、表示デバイス53は、入力デバイス54と一体として構成されていてもよい。この場合、表示デバイス53がタッチパネルディスプレイであって、GUI(Graphical User Interface)を提供する形態が挙げられる。
The display device 53 can display measurement results, voltage application status to the laminated electrode (or BBD electrode), sample name, operating procedure, and the like. The display device 53 may be a liquid crystal display, an organic EL (Electro Luminescence) display, or the like.
Further, the display device 53 may be configured integrally with the input device 54. In this case, the display device 53 may be a touch panel display that provides a GUI (Graphical User Interface).

入力デバイス54は、組合せ電極への電圧印加条件、測定条件、及び、検体名等を入力できる。入力デバイス54は、キーボード、マウス、スキャナ、及び、タッチパネル等でよい。 The input device 54 can input voltage application conditions to the combined electrodes, measurement conditions, sample name, etc. The input device 54 may be a keyboard, mouse, scanner, touch panel, or the like.

電気化学測定デバイス55により、接続具56を介して接続されたセンサ20の積層電極22に定電位を印加して、応答電流を測定できる。また、電気化学測定デバイス55により、銅被覆層29が溶出した後のBDD電極28に掃引電位を印加して、ウィルス核酸に由来する電気化学的応答を測定できる。電気化学測定デバイス55は、例えば、ポテンシオスタット等であってよい。 The electrochemical measurement device 55 can apply a constant potential to the laminated electrode 22 of the sensor 20 connected via the connector 56 and measure the response current. Further, by applying a sweep potential to the BDD electrode 28 after the copper coating layer 29 has been eluted, the electrochemical measurement device 55 can measure the electrochemical response derived from the viral nucleic acid. The electrochemical measurement device 55 may be, for example, a potentiostat.

接続具56は、電気化学測定デバイス55と、センサ20の組合せ電極(積層電極22、対電極23、及び、参照電極24)とを電気的に接続する。接続具56としては、例えば、端子と導線の組合せ等であってよい。 The connector 56 electrically connects the electrochemical measurement device 55 and the combined electrodes (stacked electrode 22, counter electrode 23, and reference electrode 24) of the sensor 20. The connector 56 may be, for example, a combination of a terminal and a conducting wire.

図6Aは、実施例2のウィルス核酸測定装置の斜視図である。ウィルス核酸測定装置60は、本体61と、本体61の中央部に配置されたタッチパネルディスプレイ62とを有し、本体61内には、すでに説明した各ハードウェア(プロセッサ51、及び、電気化学測定デバイス55等)が搭載された回路基板が配置されている。 FIG. 6A is a perspective view of the virus nucleic acid measuring device of Example 2. The virus nucleic acid measuring device 60 has a main body 61 and a touch panel display 62 disposed in the center of the main body 61, and inside the main body 61 are each of the previously described hardware (the processor 51 and the electrochemical measuring device). 55 etc.) is mounted on the circuit board.

ウィルス核酸測定装置60は、センサ20を挿入するための挿入口63を有している。図6Bは、センサ20を挿入した状態のウィルス核酸測定装置60の斜視図である。 The virus nucleic acid measuring device 60 has an insertion port 63 into which the sensor 20 is inserted. FIG. 6B is a perspective view of the viral nucleic acid measuring device 60 with the sensor 20 inserted.

図6Cは、図6BのV-W断面図である。挿入口63に基板21を上側にして挿入されたセンサ20は、充填部材69で支持された本体61と、挿入口63の内部に配置されたバネ部材64によって挟持される。
基板21の表面に配置された組合せ電極(V-W断面では、参照電極24)は、基板21の反対側表面からバネ部材64に押し付けられて、端子65と密着する。端子65は導線66を介して、回路基板68の端子67と接続されている。端子67は、回路基板68上に配置された電気化学測定デバイス55と接続されている。これによって、電気化学測定デバイス55が、組合せ電極と接続される。
FIG. 6C is a sectional view taken along the line VW in FIG. 6B. The sensor 20 inserted into the insertion opening 63 with the substrate 21 facing upward is held between the main body 61 supported by the filling member 69 and the spring member 64 arranged inside the insertion opening 63.
The combination electrode (reference electrode 24 in the VW cross section) arranged on the surface of the substrate 21 is pressed against the spring member 64 from the opposite surface of the substrate 21 and comes into close contact with the terminal 65. The terminal 65 is connected to a terminal 67 of a circuit board 68 via a conductive wire 66. Terminal 67 is connected to electrochemical measurement device 55 placed on circuit board 68 . This connects the electrochemical measurement device 55 to the combination electrode.

図7は、実施例2のウィルス核酸測定装置の機能ブロック図である。ウィルス核酸測定装置70は、制御部71と、記憶部72と、表示部73と、入力部74と、比較部75と、定電位印加部76と、掃引電位印加部77と、センサ部78とを有する。 FIG. 7 is a functional block diagram of the virus nucleic acid measuring device of Example 2. The virus nucleic acid measuring device 70 includes a control section 71, a storage section 72, a display section 73, an input section 74, a comparison section 75, a constant potential application section 76, a sweep potential application section 77, and a sensor section 78. has.

制御部71は、プロセッサ51を含んで構成される。制御部71は、記憶部72、表示部73、入力部74、比較部75、定電位印加部76、及び、掃引電位印加部77のそれぞれを制御して、ウィルス核酸測定装置70の機能を実現する。 The control unit 71 is configured to include the processor 51. The control unit 71 controls each of the storage unit 72, the display unit 73, the input unit 74, the comparison unit 75, the constant potential application unit 76, and the sweep potential application unit 77 to realize the functions of the virus nucleic acid measuring device 70. do.

記憶部72は、記憶デバイス52を含んで構成される。記憶部72により、プログラム、及び、閾値等が記憶され、測定データ等が記憶される。 The storage unit 72 is configured to include the storage device 52. The storage unit 72 stores programs, threshold values, and the like, and stores measurement data and the like.

表示部73は、表示デバイス53を含んで構成される。また、入力部74は入力デバイス54を含んで構成される。制御部71が、これらを制御することで、ウィルス核酸測定装置70の使用者からの入力を受け付けてそれを記憶部72に記憶させたり、記憶部72に記憶された定電位印加部76、及び、掃引電位印加部77によって得られた測定データ(応答電流、及び、電気化学的応答)を装置の使用者に対して表示したりできる。 The display section 73 includes the display device 53. Further, the input section 74 is configured to include the input device 54. By controlling these, the control unit 71 receives input from the user of the viral nucleic acid measuring device 70 and stores it in the storage unit 72, and controls the constant potential application unit 76 and the constant potential application unit 76 stored in the storage unit 72. The measurement data (response current and electrochemical response) obtained by the sweep potential application section 77 can be displayed to the user of the device.

比較部75は、記憶部72に記憶されたプログラムを制御部71が実行することによって実現される機能である。比較部75は、積層電極22への定電位の印加による応答電流と予め定められた閾値とを比較する。
なお、閾値は記憶部72に記憶されている。応答電流は、後述する定電位印加部76によって得られる。
The comparison unit 75 is a function realized by the control unit 71 executing a program stored in the storage unit 72. The comparison unit 75 compares a response current generated by applying a constant potential to the laminated electrode 22 and a predetermined threshold value.
Note that the threshold value is stored in the storage unit 72. The response current is obtained by a constant potential applying section 76, which will be described later.

定電位印加部76は、電気化学測定デバイス55を含んで構成され、記憶部72に記憶されたプログラムを制御部71が実行し、電気化学測定デバイス55が制御されて実現される機能である。
定電位印加部76は、センサ部78に接続されたセンサの積層電極22に定電圧を印加し、その応答電流を測定する。
The constant potential application section 76 is configured to include the electrochemical measurement device 55, and is a function realized by the control section 71 executing a program stored in the storage section 72 and controlling the electrochemical measurement device 55.
The constant potential applying section 76 applies a constant voltage to the laminated electrode 22 of the sensor connected to the sensor section 78 and measures the response current.

掃引電位印加部77は、電気化学測定デバイス55を含んで構成され、記憶部72に記憶されたプログラムを制御部71が実行し、電気化学測定デバイス55が制御されて実現される機能である。
掃引電位印加部77は、センサ部78に接続され、検体に晒されたBDD電極28に掃引電圧を印加し、ウィルス核酸に由来する電気化学的応答を測定する。
The sweep potential application section 77 is configured to include the electrochemical measurement device 55, and is a function realized by the control section 71 executing a program stored in the storage section 72 and controlling the electrochemical measurement device 55.
The sweep potential application section 77 is connected to the sensor section 78 and applies a sweep voltage to the BDD electrode 28 exposed to the sample, thereby measuring the electrochemical response derived from the viral nucleic acid.

センサ部78は接続具56を含んで構成され、センサ20の各電極と、電気化学測定デバイス55とを電気的に接続する機能である。 The sensor section 78 includes a connector 56, and has the function of electrically connecting each electrode of the sensor 20 and the electrochemical measurement device 55.

図8は、実施例2によるウィルス核酸測定装置の制御部71の動作を示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the control unit 71 of the virus nucleic acid measuring device according to the second embodiment.

ステップS81において、制御部71は定電位印加部76を制御して、ウィルスを含む検体と接触させた積層電極22に定電圧を印加させ、応答電流を測定させる。なお、積層電極22は、センサ20に含まれており、センサ20は、センサ部78を介して接続された定電位印加部76により制御される。 In step S81, the control section 71 controls the constant potential application section 76 to apply a constant voltage to the laminated electrode 22 that has been brought into contact with the sample containing the virus, and to measure the response current. Note that the laminated electrode 22 is included in the sensor 20, and the sensor 20 is controlled by a constant potential application section 76 connected via a sensor section 78.

ステップS82において、制御部71は、比較部75を制御して、積層電極22から得られる応答電流と、記憶部72に予め記憶されている閾値とを比較する。
この閾値は、銅被覆層29の好ましい溶出状態に対応するものとして予め定められ、記憶されている。実施例1のウィルス核酸の測定方法で説明したが、銅イオンによりウィルスのカプシド、及び、エンベロープを破壊した後は、ウィルス核酸の酸化電流をBDD電極で測定する必要がある。そのため、銅被覆層29が溶出し、検体に対してBDD電極が十分に露出していることが好ましく、銅被覆層29がすべて溶出していることがより好ましい。
In step S82, the control unit 71 controls the comparison unit 75 to compare the response current obtained from the laminated electrode 22 with a threshold value stored in advance in the storage unit 72.
This threshold value is predetermined and stored as a value corresponding to a preferable elution state of the copper coating layer 29. As explained in the method for measuring viral nucleic acid in Example 1, after the capsid and envelope of the virus are destroyed by copper ions, it is necessary to measure the oxidation current of the viral nucleic acid using a BDD electrode. Therefore, it is preferable that the copper coating layer 29 is eluted and the BDD electrode is sufficiently exposed to the sample, and it is more preferable that the copper coating layer 29 is completely eluted.

このような観点で定められた閾値について、応答電流がそれを超える場合(ステップS83:True)、BDD電極28上に配置された銅被覆層29は所望の程度溶出しきれていないことになる。 If the response current exceeds the threshold determined from such a viewpoint (step S83: True), it means that the copper coating layer 29 disposed on the BDD electrode 28 has not been completely eluted to the desired extent.

この場合、ステップS84として、制御部71は定電位印加部76を制御して、積層電極22に定電位の印加を継続させる。
その後、再度、比較部75によって閾値の判定(ステップS82~ステップS83)が実行され、応答電流が閾値以下となるまで繰り返される。
In this case, in step S84, the control section 71 controls the constant potential application section 76 to continue applying the constant potential to the laminated electrode 22.
Thereafter, the comparator 75 executes the threshold value determination (steps S82 to S83) again, and repeats this until the response current becomes equal to or less than the threshold value.

一方、比較部75による応答電流と閾値との比較の結果、応答電流が閾値以下であった場合(ステップS83:False)、制御部71は掃引電位印加部77を制御して、検体に晒されたBDD電極28に掃引電圧を印加させ、得られる電気化学的応答を測定させる(ステップS85)。
この電気化学的応答は、典型的には、積層電極22への定電位の印加によって生じた銅イオンの働きにより、ウィルスのカプシド、及び/又は、エンベロープの少なくとも一部が消滅し、放出されたウィルス核酸の酸化電流である。
On the other hand, as a result of the comparison between the response current and the threshold value by the comparison unit 75, if the response current is less than or equal to the threshold value (step S83: False), the control unit 71 controls the sweep potential application unit 77 so that the response current is not exposed to the specimen. A sweep voltage is applied to the BDD electrode 28, and the resulting electrochemical response is measured (step S85).
This electrochemical response typically occurs when at least a portion of the virus capsid and/or envelope is annihilated and released due to the action of copper ions generated by applying a constant potential to the laminated electrode 22. This is the oxidation current of viral nucleic acids.

ウィルス核酸の酸化電流は、典型的には、電位対電流の曲線において、ピークを有する曲線として得られることが好ましい。このピーク電流、及び、電流ピーク面積は検体中のウィルス核酸の量に比例する。ピーク電流、及び、電流ピーク面積は、掃引電位印加部77によって記憶部72に格納され、入力部74に表示される。 It is preferable that the oxidation current of the viral nucleic acid is typically obtained as a curve having a peak in a potential versus current curve. This peak current and current peak area are proportional to the amount of viral nucleic acid in the sample. The peak current and current peak area are stored in the storage unit 72 by the sweep potential application unit 77 and displayed on the input unit 74.

実施例2のウィルス核酸の測定装置によれば、エアロゾルから捕集した検体に含まれるウィルスに由来するウィルス核酸を迅速に測定できる。 According to the viral nucleic acid measuring device of Example 2, viral nucleic acid derived from a virus contained in a sample collected from an aerosol can be rapidly measured.

図9は、本発明の実施例3によるウィルス核酸測定装置のハードウェア構成図である。
ウィルス核酸測定装置90は、プロセッサ51、記憶デバイス52、表示デバイス53、入力デバイス54、電気化学測定デバイス55、及び、電気化学測定デバイス55に接続されたセル91を有している。
FIG. 9 is a hardware configuration diagram of a virus nucleic acid measuring device according to Example 3 of the present invention.
The virus nucleic acid measurement device 90 includes a processor 51 , a storage device 52 , a display device 53 , an input device 54 , an electrochemical measurement device 55 , and a cell 91 connected to the electrochemical measurement device 55 .

ウィルス核酸測定装置90は、電気化学測定デバイス55と接続されたセル91を有し、接続具を有しないことを除いては、ハードウェア構成として実施例2のウィルス核酸測定装置と類似の点が多く、以下、相違点を中心に説明する。 The virus nucleic acid measuring device 90 has a cell 91 connected to the electrochemical measuring device 55, and has a similar hardware configuration to the viral nucleic acid measuring device of Example 2, except that it does not have a connector. There are many, and the following will focus on the differences.

セル91は、検体を収容できる容器であり、内部に積層電極22、対電極23、及び、参照電極24を有している。典型的には液状の検体をセル91に収容すると、収容された検体が、組合せ電極を構成する上記各電極と接触する。
積層電極22、対電極23、及び、参照電極24は、それぞれ電気化学測定デバイス55と電気的に接続され、電位、及び、電流を制御、及び、測定できる。
The cell 91 is a container that can contain a specimen, and has a stacked electrode 22, a counter electrode 23, and a reference electrode 24 inside. Typically, when a liquid specimen is contained in the cell 91, the contained specimen comes into contact with each of the above-mentioned electrodes forming the combination electrode.
The laminated electrode 22, counter electrode 23, and reference electrode 24 are each electrically connected to an electrochemical measurement device 55, and can control and measure potential and current.

図10は、実施例3によるウィルス核酸測定装置の模式図である。
ウィルス核酸測定装置100は、コンピュータ101と、コンピュータ101に接続されたポテンシオスタット102と、ポテンシオスタット102にそれぞれ接続された積層電極22、対電極23、及び、参照電極24を有している。積層電極22、対電極23、及び、参照電極24は、セル91内に収容され、セル91に同じく収容される検体と接触できる。なお、コンピュータ101はプロセッサ51、記憶デバイス52、表示デバイス53、及び、入力デバイス54を含み、ポテンシオスタット102は電気化学測定デバイス55を含む。
FIG. 10 is a schematic diagram of a virus nucleic acid measuring device according to Example 3.
The virus nucleic acid measuring device 100 includes a computer 101, a potentiostat 102 connected to the computer 101, and a laminated electrode 22, a counter electrode 23, and a reference electrode 24 connected to the potentiostat 102, respectively. . The laminated electrode 22 , counter electrode 23 , and reference electrode 24 are housed within the cell 91 and can come into contact with the analyte also housed in the cell 91 . Note that the computer 101 includes a processor 51, a storage device 52, a display device 53, and an input device 54, and the potentiostat 102 includes an electrochemical measurement device 55.

実施例3のウィルス核酸測定装置は、実施例2のウィルス核酸測定装置において、センサが着脱式であるのに対して、組合せ電極を含むセルを内蔵しており、構成がより単純である点で優れている。なお、実施例3のウィルス核酸測定装置の機能、及び、動作は、実施例2のウィルス核酸測定装置と同様なので、説明を省略する。 The viral nucleic acid measuring device of Example 3 has the advantage that, unlike the viral nucleic acid measuring device of Example 2, in which the sensor is removable, it has a built-in cell containing a combination electrode, and has a simpler configuration. Are better. Note that the functions and operations of the virus nucleic acid measuring device of Example 3 are the same as those of the virus nucleic acid measuring device of Example 2, so a description thereof will be omitted.

実施例3のウィルス核酸測定装置によれば、典型的には液体状の検体に含まれるウィルスに由来するウィルス核酸を迅速に測定できる。 According to the viral nucleic acid measuring device of Example 3, viral nucleic acid derived from a virus typically contained in a liquid sample can be rapidly measured.

図11Aは実施例4によるセンサ110の分解斜視図であり、図11Bは同センサの斜視図である。センサ110は、基板21と、上記基板21上に配置された積層電極22と、対電極23と、参照電極24とを有している。
また、スペーサー26と、スペーサー26を覆うカバー27とを有している。
なお、カバー27は凹欠部111を有している。
FIG. 11A is an exploded perspective view of a sensor 110 according to Example 4, and FIG. 11B is a perspective view of the same sensor. The sensor 110 includes a substrate 21, a laminated electrode 22 disposed on the substrate 21, a counter electrode 23, and a reference electrode 24.
It also includes a spacer 26 and a cover 27 that covers the spacer 26.
Note that the cover 27 has a recessed notch 111.

典型的には液状の検体が、凹欠部111から導入され、基板21の上面、カバー27の下面、及び、スペーサー26の切欠き部の側面で隠される空間を濡らす。これにより、検体と組合せ電極とが接触し、測定ができる。 Typically, a liquid sample is introduced through the recess 111 and wets the space hidden by the upper surface of the substrate 21, the lower surface of the cover 27, and the side surfaces of the notch of the spacer 26. Thereby, the specimen and the combination electrode come into contact and measurement can be performed.

なお、本センサ110は、すでに説明したセンサ20に代えて実施例2のウィルス核酸測定装置に挿入して使用することができる。使用方法は、センサ20と同様であるので、説明を省略する。 Note that this sensor 110 can be used by being inserted into the virus nucleic acid measuring device of Example 2 in place of the sensor 20 already described. The method of use is the same as that of the sensor 20, so the explanation will be omitted.

実施例4のセンサは、ウィルス核酸測定装置に対して着脱可能なので、検体毎に取り替えることで、検体が互いに混入して測定結果に誤差の生ずるのを防ぐことができる。 Since the sensor of Example 4 is detachable from the virus nucleic acid measuring device, by replacing it for each sample, it is possible to prevent samples from mixing with each other and causing errors in measurement results.

20:センサ、21:基板、22:積層電極、23:対電極、24:参照電極、25:固体電解質、26:スペーサー、27:カバー、28:BDD電極、29:銅被覆層、31、41:コロナウィルス、32:脂質膜、33:一本鎖RNAゲノム、50:ウィルス核酸測定装置、51:プロセッサ、52:記憶デバイス、53:表示デバイス、54:入力デバイス、55:電気化学測定デバイス、56:接続具、60:ウィルス核酸測定装置、61:本体、62:タッチパネルディスプレイ、63:挿入口、64:バネ部材、65:端子、66:導線、67:端子、68:回路基板、69:充填部材、70:ウィルス核酸測定装置、71:制御部、72:記憶部、73:表示部、74:入力部、75:比較部、76:定電位印加部、77:掃引電位印加部、78:センサ部、90:ウィルス核酸測定装置、91:セル、100:ウィルス核酸測定装置、101:コンピュータ、102:ポテンシオスタット、110:センサ、111:凹欠部、201:電極付き基板、202:固体電解質付きカバー 20: Sensor, 21: Substrate, 22: Laminated electrode, 23: Counter electrode, 24: Reference electrode, 25: Solid electrolyte, 26: Spacer, 27: Cover, 28: BDD electrode, 29: Copper coating layer, 31, 41 : coronavirus, 32: lipid membrane, 33: single-stranded RNA genome, 50: virus nucleic acid measuring device, 51: processor, 52: storage device, 53: display device, 54: input device, 55: electrochemical measurement device, 56: Connector, 60: Viral nucleic acid measuring device, 61: Main body, 62: Touch panel display, 63: Insertion port, 64: Spring member, 65: Terminal, 66: Conductor, 67: Terminal, 68: Circuit board, 69: Filling member, 70: Viral nucleic acid measuring device, 71: Control section, 72: Storage section, 73: Display section, 74: Input section, 75: Comparison section, 76: Constant potential application section, 77: Sweep potential application section, 78 : Sensor part, 90: Viral nucleic acid measuring device, 91: Cell, 100: Viral nucleic acid measuring device, 101: Computer, 102: Potentiostat, 110: Sensor, 111: Recessed part, 201: Substrate with electrode, 202: Cover with solid electrolyte

Claims (17)

ホウ素ドープダイヤモンド電極、及び、前記ホウ素ドープダイヤモンド電極上に配置された銅被覆層を有する積層電極と、対電極と、を少なくとも含む、組合せ電極にウィルスを含む検体を接触させることと、
前記積層電極に定電位を印加して、前記銅被覆層を溶出させ、銅イオンを発生させて、前記ウィルスから、ウィルス核酸を放出させるとともに、前記ホウ素ドープダイヤモンド電極を前記検体に晒すことと、
前記ホウ素ドープダイヤモンド電極の電位を掃引し、前記ウィルス核酸に由来する電気化学的応答を測定することと、を含む、ウィルス核酸の測定方法。
Contacting a sample containing a virus with a combination electrode comprising at least a boron-doped diamond electrode, a laminated electrode having a copper coating layer disposed on the boron-doped diamond electrode, and a counter electrode;
Applying a constant potential to the laminated electrode to elute the copper coating layer and generate copper ions to release viral nucleic acid from the virus, and exposing the boron-doped diamond electrode to the specimen;
A method for measuring viral nucleic acid, comprising sweeping the potential of the boron-doped diamond electrode and measuring an electrochemical response derived from the viral nucleic acid.
前記定電位を印加した際の応答電流を予め定めた閾値と比較し、前記応答電流が前記閾値以下となるまで、前記定電位の印加を継続することを含む、請求項1に記載のウィルス核酸の測定方法。 The viral nucleic acid according to claim 1, comprising comparing a response current when applying the constant potential with a predetermined threshold value, and continuing to apply the constant potential until the response current becomes equal to or less than the threshold value. How to measure. 前記ウィルス核酸に由来する電気化学的応答は、ピーク電流の大きさ、及び、電流ピーク面積からなる群より選択される少なくとも1種の値である、請求項1又は2に記載のウィルス核酸の測定方法。 Measurement of viral nucleic acid according to claim 1 or 2, wherein the electrochemical response derived from the viral nucleic acid is at least one value selected from the group consisting of peak current magnitude and current peak area. Method. ピーク電位が前記定電位よりも正である、請求項3に記載のウィルス核酸の測定方法。 The method for measuring viral nucleic acid according to claim 3, wherein the peak potential is more positive than the constant potential. 前記電位の掃引は、リニアスイープボルタンメトリー法、微分パルスボルタンメトリー法、及び、サイクリックボルタンメトリー法からなる群より選択される少なくとも1種の方法により行われる、請求項1~4のいずれか1項に記載のウィルス核酸の測定方法。 5. The sweeping of the potential is performed by at least one method selected from the group consisting of linear sweep voltammetry, differential pulse voltammetry, and cyclic voltammetry. A method for measuring viral nucleic acids. 更に、エアロゾルを捕集して前記検体を準備することを含む、請求項1~5のいずれか1項に記載のウィルス核酸の測定方法。 The method for measuring viral nucleic acid according to any one of claims 1 to 5, further comprising collecting an aerosol and preparing the specimen. 固体電解質の表面にウィルスを含むエアロゾルを収着させ、前記表面上に検体を準備して、前記表面を前記組合せ電極と接触させることにより、前記検体と前記組合せ電極とを接触させることを含む、請求項1~6のいずれか1項に記載のウィルス核酸の測定方法。 contacting the analyte with the combination electrode by adsorbing an aerosol containing a virus on the surface of a solid electrolyte, providing an analyte on the surface, and contacting the surface with the combination electrode; The method for measuring viral nucleic acid according to any one of claims 1 to 6. ホウ素ドープダイヤモンド電極、及び、前記ホウ素ドープダイヤモンド電極上に配置された銅被覆層を有する積層電極と、対電極と、を少なくとも含む、組合せ電極にウィルスを含む検体を接触させるためのセンサ部と、
前記積層電極に定電位を印加し、前記銅被覆層を溶出させ、銅イオンを発生させるとともに、前記ホウ素ドープダイヤモンド電極を前記検体に対して晒す定電位印加部と、
前記ホウ素ドープダイヤモンド電極に掃引電位を印加し、前記ウィルスに由来する電気化学的応答を測定する掃引電位印加部と、を有する、ウィルス核酸測定装置。
A sensor unit for contacting a sample containing a virus with a combination electrode, the sensor unit including at least a boron-doped diamond electrode, a laminated electrode having a copper coating layer disposed on the boron-doped diamond electrode, and a counter electrode;
a constant potential application unit that applies a constant potential to the laminated electrode to elute the copper coating layer and generate copper ions, and exposes the boron-doped diamond electrode to the specimen;
A virus nucleic acid measuring device, comprising: a sweep potential application section that applies a sweep potential to the boron-doped diamond electrode and measures an electrochemical response derived from the virus.
前記定電位の印加による応答電流を予め定められた閾値と比較する比較部を有し、
前記比較の結果、前記応答電流が、前記閾値以下となるまで、前記定電位印加部が前記定電位の印加を継続する、請求項8に記載のウィルス核酸測定装置。
a comparison unit that compares a response current due to the application of the constant potential with a predetermined threshold;
The viral nucleic acid measuring device according to claim 8, wherein the constant potential applying section continues applying the constant potential until the response current becomes equal to or less than the threshold as a result of the comparison.
前記センサ部は、
基板と、前記基板上に配置された前記組合せ電極と、
前記検体を表面に付着させ、前記検体が付着した前記表面を前記組合せ電極と接触させるための固体電解質と、
を含むセンサの前記組合せ電極を、前記定電位印加部、及び、前記掃引電位印加部と電気的に接続させるための接続具を含む、請求項8又は9に記載のウィルス核酸測定装置。
The sensor section is
a substrate; and the combination electrode disposed on the substrate;
a solid electrolyte for attaching the analyte to a surface and contacting the surface to which the analyte is attached with the combination electrode;
The viral nucleic acid measuring device according to claim 8 or 9, further comprising a connector for electrically connecting the combined electrode of the sensor including the constant potential applying section and the sweep potential applying section.
前記センサ部は、
前記検体を収容するためのセルと、
前記検体と接触するように前記セル内に配置された前記組合せ電極と、を含む、請求項8~10のいずれか1項に記載のウィルス核酸測定装置。
The sensor section is
a cell for accommodating the specimen;
The viral nucleic acid measuring device according to any one of claims 8 to 10, comprising the combination electrode arranged in the cell so as to be in contact with the specimen.
コンピュータにより、
ホウ素ドープダイヤモンド電極、及び、前記ホウ素ドープダイヤモンド電極上に配置された銅被覆層を有する積層電極と、対電極と、を少なくとも含む、組合せ電極にウィルスを含む検体を接触させるためのセンサ部と、前記積層電極に定電位を印加し、前記銅被覆層を溶出させ、銅イオンを発生させるとともに、前記ホウ素ドープダイヤモンド電極を前記検体に対して晒す定電位印加部と、前記ホウ素ドープダイヤモンド電極に掃引電位を印加し、前記ウィルスに由来する電気化学的応答を測定する掃引電位印加部とを有するウィルス核酸測定装置に、
前記組合せ電極に対してウィルスを含む検体が接触した状態で、前記積層電極に定電位を印加する手順と、
前記定電位の印加によって前記銅被覆層が溶出し、前記検体に晒された前記ホウ素ドープダイヤモンド電極の電位を掃引し、前記ウィルスのウィルス核酸に由来する電気化学的応答を測定する手順と、を実行させるプログラム。
By computer,
A sensor unit for contacting a sample containing a virus with a combination electrode, the sensor unit including at least a boron-doped diamond electrode, a laminated electrode having a copper coating layer disposed on the boron-doped diamond electrode, and a counter electrode; A constant potential applying section applies a constant potential to the laminated electrode to elute the copper coating layer and generate copper ions, and exposes the boron-doped diamond electrode to the specimen, and sweeps the boron-doped diamond electrode. A viral nucleic acid measuring device having a sweep potential applying section that applies a potential and measures an electrochemical response derived from the virus,
a step of applying a constant potential to the laminated electrode while a sample containing a virus is in contact with the combined electrode;
The copper coating layer is eluted by the application of the constant potential, the potential of the boron-doped diamond electrode exposed to the specimen is swept, and an electrochemical response derived from the viral nucleic acid of the virus is measured. Program to be executed.
更に、前記定電位の印加による応答電流を予め定められた閾値と比較する手順と、
前記比較の結果、前記応答電流が前記閾値以下となるまで、前記定電位の印加を継続する手順と、を実行させる、請求項12に記載のプログラム。
Further, a step of comparing a response current due to the application of the constant potential with a predetermined threshold;
13. The program according to claim 12, further comprising: continuing to apply the constant potential until the response current becomes equal to or less than the threshold as a result of the comparison.
基板と、
前記基板上に配置された組合せ電極と、
ウィルスを含む検体を表面に付着させ、前記検体が付着した前記表面を前記組合せ電極と接触させるための固体電解質と、
を含むセンサであって、
前記組合せ電極は、ホウ素ドープダイヤモンド電極、及び、前記ホウ素ドープダイヤモンド電極の表面に配置された銅被覆層を有する積層電極と、対電極と、を少なくとも含む、センサ。
A substrate and
a combination electrode disposed on the substrate;
a solid electrolyte for attaching a sample containing a virus to a surface and contacting the surface to which the sample is attached with the combination electrode;
A sensor comprising:
The combination electrode includes at least a boron-doped diamond electrode, a laminated electrode having a copper coating layer disposed on a surface of the boron-doped diamond electrode, and a counter electrode.
前記組合せ電極が参照電極を更に有する、請求項14に記載のセンサ。 15. The sensor of claim 14, wherein the combination electrode further comprises a reference electrode. 請求項1~7のいずれか1項に記載のウィルス核酸の測定方法に使用するための積層電極であって、
ホウ素ドープダイヤモンド電極と、
前記ホウ素ドープダイヤモンド電極の表面の全体に配置された銅被覆層と、を有する積層電極。
A laminated electrode for use in the method for measuring viral nucleic acid according to any one of claims 1 to 7,
boron-doped diamond electrode,
a copper coating layer disposed over the entire surface of the boron-doped diamond electrode.
基板と、前記基板上に配置された請求項16に記載の積層電極とを有する電極付き基板。 A substrate with an electrode, comprising a substrate and the laminated electrode according to claim 16 disposed on the substrate.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2007163224A (en) 2005-12-12 2007-06-28 Keio Gijuku Electrochemical measuring method
JP2014517281A (en) 2011-05-18 2014-07-17 エレメント シックス リミテッド Electrochemical sensor with diamond electrode

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002310977A (en) 2000-09-21 2002-10-23 Sentan Kagaku Gijutsu Incubation Center:Kk Diamond electrode for measuring concentration of glucose and measuring method and instrument using the same
JP2007163224A (en) 2005-12-12 2007-06-28 Keio Gijuku Electrochemical measuring method
JP2014517281A (en) 2011-05-18 2014-07-17 エレメント シックス リミテッド Electrochemical sensor with diamond electrode

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WARNES, Sarah L. ほか,Inactivation of Murine Norovirus on a Range of Copper Alloy Surfaces Is Accompanied by Loss of Capsid Integrity,Applied and Environmental Microbiology,2015年,Vol.81, No.3,pp.1085-1091,

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