WO2024034315A1 - 標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法 - Google Patents

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capture molecule
base material
immobilized
enzyme
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成人 宮川
翔太 牛場
歩 品川
友美 中野
晋輔 谷
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株式会社村田製作所
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    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals

Definitions

  • the present invention relates to a target substance detection device and a target substance detection method.
  • a highly sensitive detection device and detection method that can quickly detect target substances such as viruses and proteins are desired.
  • Patent Document 1 describes a method of measuring electrical changes for detection or quantification of a target substance in a sample, which includes: 1) a compound A that selectively binds to the target substance and can generate a charged substance; , a step of binding to a target substance, 2) a step of generating a charged substance in compound A, and 3) a step of measuring an electrical change due to the charged substance in a required volume using a field effect transistor. Disclosed.
  • a target substance is first immobilized on a field effect transistor (FET).
  • FET field effect transistor
  • Compound A is urease whose selective binding site has been modified, and compound A generates ammonia in an aqueous reaction field into which a predetermined urea is introduced.
  • This ammonia turns into ammonium ions, which are charged substances, in water, and the generation of these ammonium ions is detected by an FET.
  • the amount of ammonium ion can then be quantified based on the amount of current detected.
  • the amount of ammonium ions generated is controlled by urease and the amount of urea introduced, so by measuring the reaction rate of urease and urea in advance and tracking the change in the detected amount of electricity over a predetermined time, The amount of selectively bound urease is determined. Since the amount of this selectively bound urease is proportional to the amount of the target substance, the target substance can be quantified as a result.
  • Patent Document 2 discloses a container containing an antibody against a substance to be measured, a sample solution supply means for supplying a sample solution containing the substance to be measured into the container, an enzyme that generates a thiol compound and an antibody against the substance to be measured in the container.
  • an enzyme-labeled antibody supply means for supplying an enzyme-labeled antibody bound to the enzyme-labeled antibody; a substrate supply means for supplying a substrate for the enzyme; a field-effect transistor; an electrode that contacts the solution in the container, a reference electrode that contacts the solution in the container, a power source that applies a voltage between the electrode and the reference electrode, and a detection unit that detects the output of the field effect transistor.
  • a measuring device characterized by comprising:
  • a sample solution is injected into a reaction solution in a measurement cell using a sample solution injector, and the antigen and antibody in the sample solution are combined.
  • an enzyme-labeled antibody solution is injected into the reaction solution using an enzyme-labeled antibody solution injector to cause an antigen-antibody reaction and form an antibody-antigen-enzyme-labeled antibody.
  • the bound enzyme-labeled antibody and the free enzyme-labeled antibody are separated by washing the measurement cell and exchanging the reaction solution in the measurement cell.
  • a substrate for the labeled enzyme is injected using a substrate solution injector, and the substrate is decomposed by the enzyme to produce a thiol compound.
  • the generated thiol compound is adsorbed to a gold electrode formed on an insulated gate field effect transistor (FET) to form a self-assembled film.
  • FET insulated gate field effect transistor
  • the measurement is performed by monitoring in real time the source-drain current in the insulated gate field effect transistor, which changes before and after the substrate is injected with the substrate solution injector, and recording it with a signal processing circuit and a data processing device.
  • the adsorption rate of the thiol compound onto the gold electrode is proportional to the production rate of the thiol compound, that is, the amount of antibody-antigen-enzyme-labeled antibody. Therefore, by measuring the rate of adsorption of the thiol compound to the gold electrode, it is possible to obtain the amount of bound labeled enzyme, that is, the amount of antigen in the sample solution. At this time, in order to reduce the influence of measurement external fluctuations, a high-frequency voltage is applied to the reference electrode by a power source during the measurement.
  • Patent Document 1 does not detect the target substance itself, but uses a compound A that selectively binds to the target substance and generates a charged substance through a predetermined reaction. It is characterized by detecting charged substances generated from Patent Document 1 describes, as a preferable example of Compound A, a substance having a part that functions as an enzyme and a part that selectively binds to a target substance (for example, an antibody modified with urease). In that case, ammonium ions produced by the reaction between urease and urea are detected.
  • a target substance for example, an antibody modified with urease
  • Patent Document 1 requires an operation to introduce a substrate such as urea in order to react with an enzyme such as urease. Therefore, there is a risk that noise signals other than ammonium ions may be detected due to solution manipulation when introducing the substrate. Furthermore, in order to remove enzymes that are not bound to the target substance, it is necessary to perform operations such as washing the inside of the container and adding a new solution to the container before introducing the substrate. As a result, the entire process may become complicated.
  • Patent Document 2 Although the types of enzyme and substrate are different, the method described in Patent Document 1 does not detect the target substance itself but detects the reaction product produced by the enzymatic reaction. ing.
  • the present invention was made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a target substance detection device that can suppress noise signals.
  • a further object of the present invention is to provide a method for detecting a target substance that can suppress noise signals.
  • the target substance detection device of the present invention includes a target substance-attached base material and a sensor body.
  • the target substance-attached base material includes a base material on which a first capture molecule is immobilized on at least a portion of the surface, a target substance bound to the first capture molecule, a second capture molecule and an enzyme, and
  • the second capture molecule includes an enzyme-labeled second capture molecule bound to the target substance.
  • the sensor body includes an evaluation liquid containing a substrate to be modified by the enzyme, a container containing the evaluation liquid, and a container provided to be in contact with the evaluation liquid in order to sense components in the evaluation liquid. an electrical sensor.
  • the target substance-attached base material is independently separated from the sensor body. A portion of the target substance-attached substrate where the first capture molecule is immobilized on the surface of the substrate is immersed in the evaluation liquid.
  • the target substance detection method of the present invention includes a base material having a first capture molecule immobilized on at least a portion of its surface, a target substance bound to the first capture molecule, and a second capture molecule bound to an enzyme. and an enzyme-labeled second capture molecule in which the second capture molecule is bound to the target substance, and an evaluation solution containing a substrate to be modified by the enzyme. using a step of immersing a portion of the target substance-attached substrate where the first capture molecule is immobilized on the surface of the substrate, and an electric sensor provided in contact with the evaluation liquid; and a step of sensing components in the evaluation liquid.
  • the present invention it is possible to provide a target substance detection device that can suppress noise signals. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a method for detecting a target substance that can suppress noise signals.
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing an example of a target substance detection apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the target substance-attached base material and the sensor body, which constitute the target substance detection apparatus shown in FIG. 1, in a separated state.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the gate-source voltage V gs and the source-drain current I ds .
  • FIG. 4 is a graph showing an example of a change in charge neutral point CNP over time.
  • FIG. 5 is a schematic diagram schematically showing a target substance detection apparatus and a target substance detection method according to Example 1.
  • FIG. 6 is a schematic diagram schematically showing a target substance detection apparatus and a target substance detection method according to Example 2.
  • FIG. 5 is a schematic diagram schematically showing a target substance detection apparatus and a target substance detection method according to Example 1.
  • FIG. 7 is a schematic diagram schematically showing a target substance detection apparatus and a target substance detection method according to Example 3.
  • FIG. 8 is a schematic diagram schematically showing a target substance detection apparatus and a target substance detection method according to Example 4.
  • FIG. 9 is a schematic diagram schematically showing a target substance detection apparatus and a target substance detection method according to Example 5.
  • FIG. 10 is a schematic diagram schematically showing a target substance detection apparatus and a target substance detection method according to Example 6.
  • FIG. 11 is a schematic diagram schematically showing another example of a target substance-attached base material.
  • the target substance detection device and target substance detection method of the present invention will be explained.
  • the present invention is not limited to the following configuration, and may be modified as appropriate without changing the gist of the present invention.
  • the present invention also includes a combination of a plurality of individual preferred configurations described below.
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing an example of the target substance detection device of the present invention.
  • the target substance detection device 1 shown in FIG. 1 includes a target substance-attached base material 10 and a sensor body 20.
  • the target substance-attached base material 10 is independently separated from the sensor body 20.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the target substance-attached base material and the sensor main body, which constitute the target substance detection apparatus shown in FIG. 1, in a separated state.
  • the target substance-attached base material 10 includes a base material 12 on which a first capture molecule 11A is immobilized on at least a part of the surface, and a target substance 13 bound to the first capture molecule 11A. and an enzyme-labeled second capture molecule 15 in which the second capture molecule 11B and the enzyme 14 are bound, and the second capture molecule 11B is bound to the target substance 13.
  • the target substance-attached substrate 10 has a structure in which a target substance 13 is sandwiched between a first capture molecule 11A and an enzyme-labeled second capture molecule 15.
  • the first capture molecule 11A is a molecule capable of capturing the target substance 13.
  • Examples of the first capture molecule 11A include antibodies, aptamers, peptides, sugar chains, receptors, molecular templates, antigens for antibodies, and secondary antibodies for antibodies. As long as the first capture molecules 11A remain on the surface of the base material 12, they may be fixed or adhered to the surface of the base material 12, or they may be movable with a certain degree of freedom.
  • the material of the base material 12 is not particularly limited, and examples thereof include glass, resin, ceramic, metal, and the like. Although the size, thickness, shape, etc. of the base material 12 are not particularly limited, it is preferable that the surface includes an uneven structure so as to increase the surface area.
  • Examples of the target substance 13 include viruses, proteins, nucleic acids, and low-molecular biological substances.
  • the enzyme-labeled second capture molecule 15 is configured by binding the second capture molecule 11B and the enzyme 14.
  • the second capture molecule 11B is a molecule capable of capturing the target substance 13. Examples of the second capture molecule 11B include antibodies, aptamers, peptides, sugar chains, receptors, molecular templates, and secondary antibodies against antibodies.
  • the second capture molecule 11B may be of the same type as the first capture molecule 11A, or may be of a different type.
  • Examples of the enzyme 14 include urease and L-amino acid oxidase, but the enzyme is not limited thereto as long as it generates a charged substance.
  • the sensor body 20 includes an evaluation liquid 21 containing a substrate 24 to be modified by an enzyme 14, a container 22 containing the evaluation liquid 21, and a sensor body 20 for sensing components in the evaluation liquid 21. and an electrical sensor 23 provided in contact with the evaluation liquid 21 in order to perform the evaluation.
  • the electrical sensor 23 is different from an optical sensor and also different from a chemical sensor.
  • the electrical sensor 23 is a field effect transistor (FET) sensor whose semiconductor channel layer is graphene.
  • FET field effect transistor
  • the sensor main body 20 may be provided with a plurality of electrical sensors 23.
  • the electrical sensor 23 includes, for example, a semiconductor layer 25, and a source electrode 26 and a drain electrode 27 that are electrically connected to the semiconductor layer 25, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the semiconductor layer 25 between the source electrode 26 and the drain electrode 27 constitutes a channel of the electrical sensor 23.
  • the electrical sensor 23 may further include a gate electrode for applying an electric field to the semiconductor layer 25 from the outside.
  • the gate electrode is immersed in the evaluation liquid 21.
  • the number of semiconductor layers 25 is not limited to one layer, and may be two layers or three or more layers.
  • the number of semiconductor layers 25 is preferably 10 or less, more preferably 5 or less. Further, the number of layers does not need to be uniform throughout the semiconductor layer 25, and for example, a portion of one layer and a portion of two or more layers may coexist.
  • the number of semiconductor layers 25 can be measured by, for example, Raman spectroscopy or cross-sectional observation using a transmission electron microscope (TEM).
  • the source electrode 26 and the drain electrode 27 are placed on an insulating substrate 28 apart from each other, and the insulating substrate 28 is exposed between the source electrode 26 and the drain electrode 27.
  • the semiconductor layer 25 is arranged on the insulating substrate 28 so as to cover the exposed portion of the insulating substrate 28. Note that the semiconductor layer 25 may be placed so as to cover the end of the source electrode 26 or may be placed so as to cover the end of the drain electrode 27.
  • the source electrode 26 and the drain electrode 27 are, for example, electrodes with a multilayer structure in which a titanium (Ti) layer and a gold (Au) layer are laminated.
  • a titanium (Ti) layer and a gold (Au) layer are laminated.
  • Au gold
  • metals such as gold, platinum, titanium, and palladium may be used in a single layer, or two or more metals may be combined to form a multilayer structure.
  • the gate electrode applies a potential to the source electrode 26 and the drain electrode 27, and generally a reference electrode such as a silver-silver chloride electrode or a noble metal is used. .
  • the gate electrode is provided at a location other than where the source electrode 26 and drain electrode 27 are formed. Although it is usually provided on the insulating substrate 28 or at a location other than the insulating substrate 28, it is preferably provided above the source electrode 26 or the drain electrode 27.
  • the evaluation liquid 21 contains a substrate 24 that is modified by the enzyme 14.
  • the evaluation liquid 21 is, for example, an electrolytic solution containing an electrolyte.
  • Examples of the substrate 24 include urea, L-amino acids, and the like.
  • the container 22 includes, for example, an insulating substrate 28 and a partition wall 29 provided on the insulating substrate 28.
  • examples of the insulating substrate 28 include a thermally oxidized silicon substrate in which a silicon oxide (SiO 2 ) layer is formed by oxidizing the surface of a silicon (Si) substrate, a boron nitride (BN) substrate, and the like. It will be done.
  • the material of the insulating substrate 28 is not particularly limited, and for example, inorganic compounds such as silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, titanium oxide, and calcium fluoride, or organic compounds such as acrylic resin, polyimide, and fluororesin are used.
  • the shape of the insulating substrate 28 is not particularly limited, and may be flat or curved.
  • the insulating substrate 28 may have flexibility.
  • partition wall 29 examples include, but are not limited to, silicone plates, also called rubber pools, epoxy resins, acrylic resins, and the like.
  • the target substance-attached base material 10 is immersed in the evaluation liquid 21 of the sensor body 20. As a result, in the target substance detection device 1 shown in FIG. There is.
  • a target substance-attached base material 10 is produced.
  • the target substance-attached base material 10 includes the base material 12 on which the first capture molecule 11A is immobilized on at least a portion of the surface, the target substance 13 bound to the first capture molecule 11A, and the second capture molecule. 11B is bound to the enzyme 14, and the second capture molecule 11B is bound to the target substance 13.
  • the portion of the target substance-attached substrate 10 where the first capture molecule 11A is immobilized on the surface of the substrate 12 is immersed in the evaluation liquid 21 containing the substrate 24.
  • the substrate 24 is modified by the enzyme 14.
  • the enzyme 14 is urease
  • ammonia and carbon dioxide are generated by the reaction of urea and water.
  • Ammonia and carbon dioxide exist in water as ammonium ions and carbonate ions. Therefore, the total amount of ions in the evaluation liquid 21 changes before and after the target substance-attached base material 10 is immersed in the evaluation liquid 21.
  • the components in the evaluation liquid 21 are sensed using the electric sensor 23 provided in contact with the evaluation liquid 21.
  • the presence or absence or concentration of reaction products generated by an enzymatic reaction can be sensed. Can be done. Since the amount of the reaction product is proportional to the amount of target substance 13, the presence or absence or concentration of target substance 13 can be sensed as a result.
  • the electrical sensor 23 is an FET sensor
  • gate-source voltage V gs the voltage applied between the gate electrode (not shown) and the source electrode 26 (hereinafter referred to as gate-source voltage V gs ) is repeatedly swept to obtain the value of the gate-source voltage V gs when the source-drain current I ds is minimum.
  • the value of the gate-source voltage V gs when the source-drain current I ds is the minimum is referred to as a charge neutrality point (CNP).
  • CNP charge neutrality point
  • FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the gate-source voltage V gs and the source-drain current I ds .
  • FIG. 4 is a graph showing an example of changes over time in the charge neutral point CNP.
  • the change over time of the charge neutral point CNP when the target substance-attached substrate 10 is immersed in the evaluation liquid 21 containing the substrate 24 is indicated by a circle (Positive Control), and the first capture molecule 11A
  • the change over time in the charge neutral point CNP when a base material on which CNP is not immobilized is shown by a ⁇ mark (Negative Control).
  • the charge neutral point CNP changes before and after immersing the target substance-attached base material 10 in the evaluation liquid 21. Changes in the charge neutral point CNP correspond to the amount of reaction products produced by the enzymatic reaction. Therefore, by evaluating the change in the charge neutral point CNP, the target substance 13 can be detected as a result.
  • the target substance itself is not detected, but a reaction product generated by an enzymatic reaction is detected. ing. Therefore, any target substance can be detected regardless of the presence or absence of electric charge on the target substance, the size of the target substance, etc.
  • the substrate to be modified by an enzyme is not introduced into the evaluation solution containing the substrate in advance.
  • the target substance-coated base material is immersed in the water.
  • the solute component contained in the evaluation liquid does not change before and after the start of sensing, so that noise signals caused by the change can be suppressed. Further, operations such as exchanging solutions, washing, and adding solutions for introducing the substrate are not necessary.
  • the target substance detection device of the present invention it is preferable that a part of the target substance-attached substrate protrudes from the evaluation liquid.
  • the target substance-attached substrate is immersed in the evaluation liquid such that a portion of the target substance-attached substrate protrudes from the evaluation liquid.
  • a portion of the base material where the first capture molecule is not immobilized protrudes from the evaluation liquid it is preferable that a portion of the base material where the first capture molecule is not immobilized protrudes from the evaluation liquid. Since the area of the portion where the first capture molecule is immobilized on the surface of the base material can be controlled, the dynamic range of the sensor can be improved.
  • the location where the target substance-attached substrate is immersed in the evaluation solution can be controlled, for example, the portion where the first capture molecule is immobilized on the surface of the substrate is placed near the sensing section, can be placed near the semiconductor layer section.
  • the substrate is urea and the enzyme is urease.
  • nonionic urea When nonionic urea is hydrolyzed, it is decomposed into ionic ammonia and carbon dioxide, so the target substance can be detected by evaluating the ionic components in the evaluation solution.
  • the electrical sensor is preferably one of an FET sensor, a conductivity sensor, an ion electrode, and an impedance sensor. By using these electrical sensors, components in the evaluation liquid can be evaluated with high sensitivity.
  • the electrical sensor is preferably an FET sensor, and particularly preferably an FET sensor using graphene as a semiconductor channel.
  • Graphene is a two-dimensional material consisting of carbon atoms bonded in a hexagonal network. Graphene has a very large specific surface area (surface area per volume) and has very high electrical mobility.
  • the electrical sensor when it is an FET sensor, it may be an FET sensor whose semiconductor channel is made of a material other than graphene.
  • materials other than graphene include carbon nanotubes, molybdenum disulfide, boron nitride, silicon, oxide semiconductors, and organic semiconductors.
  • an ion-sensitive membrane may be provided on the surface of the FET sensor.
  • the ion-sensitive membrane allows for highly sensitive sensing of ionic components.
  • Examples of the material for the ion-sensitive membrane include vinyl chloride containing ammonium ionophore.
  • Nonactin is a typical example of an ammonia ionophore.
  • the conductivity of the evaluation liquid before the target substance-attached substrate is immersed is 1 mS/cm or less. In this case, since the rate of change before and after the target substance-attached substrate is immersed in the evaluation liquid is large, sensing can be performed with high sensitivity.
  • the conductivity of the evaluation liquid before the target substance-attached substrate is immersed is, for example, 1 ⁇ S/cm or more.
  • the conductivity of the evaluation liquid before the target substance-attached substrate is immersed is 1 mS/cm or less
  • the conductivity of the evaluation liquid during sensing may be 1 mS/cm or less; /cm may be exceeded.
  • the electrical conductivity of the evaluation liquid means the electrical conductivity measured by the AC two-electrode method.
  • FIG. 5 is a schematic diagram schematically showing a target substance detection apparatus and a target substance detection method according to Example 1.
  • Example 1 in the target substance-attached substrate 10, at least a portion of the first capture molecule 11A is contained in the preparation liquid 30 containing the enzyme-labeled second capture molecule 15 and the target substance 13. It is produced by dipping the immobilized base material 12 on the surface of the substrate.
  • the preparation solution 30 can be prepared by supplying a sample containing the target substance 13 to an electrolytic solution containing the enzyme-labeled second capture molecule 15.
  • the sample containing the target substance 13 is a liquid
  • the sample may be dropped using a dropper or the like, or the sample may be introduced using a channel.
  • Samples containing the target substance 13 include, for example, the subject's saliva, nasal swabs, throat swabs, tears, body fluids such as blood, biological samples such as urine and feces, suspensions of cells or viruses themselves, and drinking water. , sewage, exhaled breath, etc.
  • the sample containing the target substance 13 does not have to be a liquid.
  • the portion of the target substance-attached base material 10 where the first capture molecule 11A is immobilized on the surface of the base material 12 is immersed in the evaluation liquid 21 containing the substrate 24. be done.
  • FIG. 6 is a schematic diagram schematically showing a target substance detection apparatus and a target substance detection method according to Example 2.
  • Example 2 in the target substance-attached substrate 10, the first capture molecules 11A are immobilized on at least a portion of the surface of the preparation liquid 30 containing the enzyme-labeled second capture molecules 15.
  • the target substance 13 is bonded to the first capture molecule 11A by immersing the base material 12.
  • the first capture molecules immobilized on the surface of the base material 12 Target substance 13 can be bound to 11A.
  • the portion of the target substance-attached base material 10 where the first capture molecule 11A is immobilized on the surface of the base material 12 is immersed in the evaluation liquid 21 containing the substrate 24. be done.
  • FIG. 7 is a schematic diagram schematically showing a target substance detection apparatus and a target substance detection method according to Example 3.
  • the base material on which the first capture molecules are immobilized includes magnetic particles 31 on which the first capture molecules 11A are immobilized, and magnetic particles 31 that are held magnetically.
  • the magnetic base material 32 is made up of a magnetic base material 32.
  • the method of binding the target substance 13 to the first capture molecule 11A may be the same as in Example 1, or may be the same as in Example 2.
  • Examples of the material for the magnetic particles 31 include ferrite, iron oxide, iron, nickel, and cobalt.
  • the average particle diameter of the magnetic particles 31 is, for example, 50 nm or more and 5 ⁇ m or less.
  • Examples of the material for the magnetic base material 32 include ferrite, iron oxide, iron, nickel, and cobalt.
  • the material of the magnetic base material 32 may be the same as or different from the material of the magnetic particles 31.
  • FIG. 8 is a schematic diagram schematically showing a target substance detection apparatus and a target substance detection method according to Example 4.
  • Example 4 the container 22 is divided into a plurality of wells 33 each containing the evaluation liquid 21 in a capacity of 1 pL or less, as shown in FIG.
  • the signal can be digitized and sensed with high sensitivity. Can be done.
  • the container 22 is preferably divided into 100 or more wells 33, more preferably 1000 or more wells 33, even more preferably 10000 or more wells 33. . On the other hand, the container 22 is preferably divided into 1,000,000 or less wells 33, and more preferably divided into 500,000 or less wells 33.
  • Each well 33 preferably accommodates the evaluation liquid 21 in a capacity of 1 pL or less, more preferably in a capacity of 100 fL or less. On the other hand, each well 33 preferably accommodates the evaluation liquid 21 in a capacity of 1 fL or more.
  • the form of the base material 12 is, for example, particles or beads. In that case, the average particle diameter of the base material 12 is, for example, 50 nm or more and 5 ⁇ m or less.
  • the base material 12 may have magnetism.
  • FIG. 9 is a schematic diagram schematically showing a target substance detection apparatus and a target substance detection method according to Example 5.
  • Example 5 as shown in FIG. 9, the end portion of the base material 12 is divided into two or more parts. In the example shown in FIG. 9, the end portion of the base material 12 is divided into two.
  • the first capture molecule 11A is immobilized on one end of the base material 12, and the first capture molecule 11A is not immobilized on the other end of the base material 12.
  • the ends of the base material 12 are immersed in different evaluation liquids 21, respectively.
  • Example 5 the possibility of false positives can be reduced by using the side on which the first capture molecule 11A is not immobilized as a negative control.
  • the number of ends on which the first capture molecules 11A are immobilized may be two or more. Similarly, the number of ends on which the first capture molecules 11A are not immobilized may be two or more. The number of ends on which the first capture molecules 11A are not immobilized may be the same as or different from the number of ends on which the first capture molecules 11A are immobilized.
  • the method of binding the target substance 13 to the first capture molecule 11A may be the same as in Example 1, or may be the same as in Example 2.
  • FIG. 10 is a schematic diagram schematically showing a target substance detection apparatus and a target substance detection method according to Example 6.
  • the target substance 13 includes a first target substance 13A and a second target substance 13B. Furthermore, the end portion of the base material 12 is divided into two or more parts. In the example shown in FIG. 10, the end portion of the base material 12 is divided into two.
  • a first capture molecule 11A is immobilized on one end of the base material 12, and a third capture molecule that binds to a different target from the first capture molecule 11A is fixed on the other end of the base material 12.
  • 11C is immobilized.
  • the first target substance 13A binds to the first capture molecule 11A
  • the second target substance 13B binds to the third capture molecule 11C.
  • the target substance-attached substrate 10 further includes an enzyme-labeled fourth capture molecule 16 in which a fourth capture molecule 11D is bound to an enzyme 14, and the fourth capture molecule 11D is bound to a second target substance 13B.
  • the ends of the base material 12 are immersed in different evaluation liquids 21, respectively.
  • Example 6 multiple types of target substances 13 can be detected simultaneously.
  • the number of ends on which the first capture molecules 11A are immobilized may be two or more.
  • the number of ends on which the third capture molecules 11C are immobilized may be two or more.
  • the number of ends on which the third capture molecules 11C are immobilized may be the same as or different from the number of ends on which the first capture molecules 11A are immobilized.
  • the enzyme 14 bound to the fourth capture molecule 11D may be the same as or different from the enzyme 14 bound to the second capture molecule 11B.
  • the substrates 24 contained in the respective evaluation solutions 21 are also different.
  • the fourth capture molecule 11D may be of the same type as the third capture molecule 11C, or may be of a different type.
  • the method of binding the first target substance 13A to the first capture molecule 11A may be the same as in Example 1 or the same as in Example 2. Further, the method of binding the second target substance 13B to the third capture molecule 11C may be the same as in Example 1 or the method in Example 2.
  • two types of target substances 13 are detected, but three or more types of target substances 13 may be detected.
  • the base material 12 may have an end portion where the first capture molecule 11A, the third capture molecule 11C, etc. are not immobilized.
  • the target substance detection device and target substance detection method of the present invention are not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications may be made within the scope of the present invention regarding the configuration of the detection device, manufacturing conditions, etc. Applications and modifications can be made.
  • an enzyme-labeled second capture molecule is formed by bonding the second capture molecule and an enzyme, but the second capture molecule and the enzyme may be bonded directly or indirectly. It's okay.
  • the enzyme-labeled fourth capture molecule is formed by bonding the fourth capture molecule and the enzyme, but the fourth capture molecule and the enzyme may be bonded directly or indirectly. may be done.
  • FIG. 11 is a schematic diagram schematically showing another example of a target substance-attached base material.
  • the target substance attached base material 10A shown in FIG. 11 includes a base material 12 on which a first capture molecule 11A is immobilized on at least a part of the surface, a target substance 13 bound to the first capture molecule 11A, and a second capture molecule. 11B is bound to the enzyme 14, and the second capture molecule 11B is bound to the target substance 13.
  • the second capture molecule 11B and the enzyme 14 are indirectly bound. Specifically, the secondary capture molecule 11b and the enzyme 14 are bonded, and the secondary capture molecule 11b is bonded to the second capture molecule 11B, thereby forming the enzyme-labeled secondary capture molecule 17.
  • An enzyme-labeled second capture molecule 15A is configured by combining the enzyme-labeled secondary capture molecule 17 and the second capture molecule 11B.
  • the structure in which the enzyme is immobilized onto the substrate via the target substance is (1) first capture molecule immobilized on the substrate/(2 ) Target substance/(3) Enzyme-labeled second capture molecule sandwich structure as well as (1) First capture molecule immobilized on the substrate/(2) Target substance/(3) Second capture molecule/( 4) It may be the structure of an enzyme-labeled secondary capture molecule. By adopting the latter structure, there is no need to create a new enzyme-labeled secondary capture molecule even when the target substance changes, and enzyme-labeled secondary capture molecules can be commonly used for various target substances. be able to.
  • this enzyme-labeled secondary capture molecule as a molecule that recognizes multiple sites on the second capture molecule, a plurality of enzyme-labeled capture molecules can be immobilized on the substrate. As a result, the amount of enzyme immobilized on the substrate increases, making it possible to operate the sensor with high sensitivity.
  • a typical example of such a secondary capture molecule is a polyclonal antibody.
  • the target substance-attached base material includes a base material on which a first capture molecule is immobilized on at least a portion of the surface, a target substance bound to the first capture molecule, a second capture molecule and an enzyme, and
  • the second capture molecule includes an enzyme-labeled second capture molecule bound to the target substance
  • the sensor body includes an evaluation liquid containing a substrate to be modified by the enzyme, a container containing the evaluation liquid, and a container provided to be in contact with the evaluation liquid in order to sense components in the evaluation liquid.
  • the target substance-attached base material is independently separated from the sensor body, A detection device for a target substance, wherein a portion of the target substance-attached substrate where the first capture molecule is immobilized on the surface of the substrate is immersed in the evaluation liquid.
  • ⁇ 2> The target substance detection device according to ⁇ 1>, wherein a part of the target substance-attached base material protrudes from the evaluation liquid.
  • ⁇ 3> The target substance detection device according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the substrate is urea and the enzyme is urease.
  • ⁇ 4> The target substance detection device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the electrical sensor is any one of an FET sensor, a conductivity sensor, an ion electrode, and an impedance sensor.
  • ⁇ 5> The target substance detection device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, wherein the electrical sensor is an FET sensor using graphene as a semiconductor channel.
  • the electrical sensor is an FET sensor
  • the target substance detection device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein an ion-sensitive membrane is provided on the surface of the FET sensor.
  • ⁇ 7> The target substance detection device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, wherein the evaluation liquid has a conductivity of 1 mS/cm or less before the target substance-attached substrate is immersed.
  • the base material on which the first capture molecules are immobilized is composed of magnetic particles on which the first capture molecules are immobilized, and a magnetic base material holding the magnetic particles by magnetism.
  • the target substance detection device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>.
  • ⁇ 9> The target substance detection device according to any one of ⁇ 1> and ⁇ 3> to ⁇ 7>, wherein the container is divided into a plurality of wells each containing the evaluation liquid in a volume of 1 pL or less.
  • the end of the base material is divided into two or more parts, The first capture molecule is immobilized on at least one end of the base material, The first capture molecule is not immobilized on at least one end of the base material,
  • the target substance detection device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>, wherein the ends of the base material are respectively immersed in different evaluation liquids.
  • the target substance includes a first target substance and a second target substance, The end of the base material is divided into two or more parts, The first capture molecule is immobilized on at least one end of the base material, A third capture molecule that binds to a different target from the first capture molecule is immobilized on at least one end of the base material, The first target substance binds to the first capture molecule, The second target substance binds to the third capture molecule,
  • the target substance-attached substrate further includes an enzyme-labeled fourth capture molecule in which a fourth capture molecule and an enzyme are bound, and the fourth capture molecule is bound to the second target substance,
  • the target substance detection device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8> and ⁇ 10>, wherein the end portions of the base material are respectively immersed in different evaluation liquids.
  • a base material having a first capture molecule immobilized on at least a portion of its surface, a target substance bound to the first capture molecule, a second capture molecule and an enzyme are bound, and the second capture molecule is attached to the target.
  • a step of producing a target substance-attached substrate containing an enzyme-labeled second capture molecule bound to the substance immersing a portion of the target substance-attached substrate where the first capture molecule is immobilized on the surface of the substrate into an evaluation solution containing a substrate modified by the enzyme;
  • a method for detecting a target substance comprising: sensing a component in the evaluation liquid using an electric sensor provided in contact with the evaluation liquid.
  • ⁇ 13> The method for detecting a target substance according to ⁇ 12>, wherein the target substance-attached substrate is immersed in the evaluation liquid such that a part of the target substance-attached substrate protrudes from the evaluation liquid.
  • the target substance-attached substrate is obtained by immersing the base material, on which the first capture molecule is immobilized on at least a portion of the surface, in a preparation solution containing the enzyme-labeled second capture molecule and the target substance.
  • the first capture molecule is immobilized on at least a portion of the surface of the preparation solution containing the enzyme-labeled second capture molecule, and the target substance is attached to the first capture molecule.
  • the base material on which the first capture molecules are immobilized is composed of magnetic particles on which the first capture molecules are immobilized, and a magnetic base material holding the magnetic particles by magnetism.
  • ⁇ 17> The method for detecting a target substance according to ⁇ 12>, ⁇ 14>, or ⁇ 15>, wherein the container is divided into a plurality of wells each containing the evaluation liquid in a volume of 1 pL or less.
  • the end of the base material is divided into two or more parts, The first capture molecule is immobilized on at least one end of the base material, The first capture molecule is not immobilized on at least one end of the base material, The method for detecting a target substance according to any one of ⁇ 12> to ⁇ 16>, wherein the ends of the base material are respectively immersed in different evaluation liquids.
  • the target substance includes a first target substance and a second target substance, The end of the base material is divided into two or more parts, The first capture molecule is immobilized on at least one end of the base material, A third capture molecule that binds to a different target from the first capture molecule is immobilized on at least one end of the base material, The first target substance binds to the first capture molecule, The second target substance binds to the third capture molecule,
  • the target substance-attached substrate further includes an enzyme-labeled fourth capture molecule in which a fourth capture molecule and an enzyme are bound, and the fourth capture molecule is bound to the second target substance,
  • the method for detecting a target substance according to any one of ⁇ 12> to ⁇ 16> and ⁇ 18>, wherein the ends of the base material are immersed in different evaluation liquids.
  • ⁇ 20> The method for detecting a target substance according to any one of ⁇ 12> to ⁇ 19>, wherein the electrical sensor is any one of an FET sensor, a conductivity sensor, an ion electrode, and an impedance sensor.
  • Target substance detection device 10 10A Base material with target substance 11A First capture molecule 11B Second capture molecule 11C Third capture molecule 11D Fourth capture molecule 11b Secondary capture molecule 12 Base material 13 Target substance 13A First target substance 13B Second target substance 14 Enzyme 15, 15A Enzyme-labeled second capture molecule 16 Enzyme-labeled fourth capture molecule 17 Enzyme-labeled secondary capture molecule 20 Sensor body 21 Evaluation liquid 22 Container 23 Electrical sensor 24 Substrate 25 Semiconductor layer 26 Source electrode 27 Drain electrode 28 Insulating substrate 29 Partition 30 Preparation liquid 31 Magnetic particles 32 Magnetic base material 33 Well

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Abstract

標的物質の検出装置１は、標的物質付き基材１０及びセンサ本体２０を備える。標的物質付き基材１０は、第１捕捉分子１１Ａが少なくとも一部の表面に固定化された基材１２と、第１捕捉分子１１Ａに結合した標的物質１３と、第２捕捉分子１１Ｂと酵素１４とが結合され、第２捕捉分子１１Ｂが標的物質１３に結合した酵素標識第２捕捉分子１５と、を含む。センサ本体２０は、酵素１４によって改質される基質２４を含有する評価液２１と、評価液２１を収容する容器２２と、評価液２１中の成分をセンシングするために評価液２１と接するように設けられた電気的センサ２３と、を含む。標的物質付き基材１０はセンサ本体２０から独立して分離している。標的物質付き基材１０の第１捕捉分子１１Ａが基材１２の表面に固定化されている箇所が評価液２１の中に浸漬されている。

Description

標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法
　本発明は、標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法に関する。
　ウイルス、タンパク質等の標的物質を迅速に検出できる高感度な検出装置及び検出方法が望まれている。
　特許文献１には、試料中の標的物質の検出又は定量のために電気的変化を測定する方法であって、１）標的物質に選択的に結合しかつ有電荷物質を発生可能な化合物Ａを、標的物質に結合させる工程、２）化合物Ａに有電荷物質を発生させる工程、及び、３）所要容積中の有電荷物質による電気的変化を電界効果型トランジスタで測定する工程、を有する方法が開示されている。
　特許文献１の図１に記載の方法では、標的物質は、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）にまず固定される。選択的に結合する部位を修飾したウレアーゼを化合物Ａとし、その化合物Ａは、所定の尿素を導入した水系の反応場でアンモニアを発生させる。このアンモニアは、水中で有電荷物質であるアンモニウムイオンとなり、このアンモニウムイオンの発生がＦＥＴによって検出される。そして検出された電流量によって、アンモニウムイオンの定量が可能となる。アンモニウムイオンの発生量は、ウレアーゼと導入された尿素量によって支配されるため、あらかじめウレアーゼと尿素の反応速度を測定しておき、検出された電気量の所定時間での変化を追跡することで、選択的に結合したウレアーゼの量が求められる。この選択的に結合したウレアーゼの量は、標的物質の量と比例するため、結果として標的物質の定量が可能となる。
　特許文献２には、測定物質に対する抗体を有する容器と、上記容器に上記測定物質を含有する試料溶液を供給する試料溶液供給手段と、上記容器にチオール化合物を生成する酵素と上記測定物質に対する抗体とが結合された酵素標識抗体を供給する酵素標識抗体供給手段と、上記酵素の基質を供給するための基質供給手段と、電界効果トランジスタと、上記電界効果トランジスタのゲートと配線で接続され、上記容器中の溶液と接触する電極と、上記容器中の溶液と接触する参照電極と、上記電極と上記参照電極との間に電圧を印加する電源と、上記電界効果トランジスタの出力を検出する検出部とを備えることを特徴とする測定装置が開示されている。
　特許文献２の図１に記載の方法では、最初、測定セル内の反応溶液中に試料溶液注入器を用いて試料溶液を注入し、試料溶液中の抗原と抗体を結合させる。一定時間後、反応溶液中に酵素標識抗体溶液注入器を用いて酵素標識抗体溶液を注入し、抗原・抗体反応を起こし、抗体－抗原－酵素標識抗体を形成させる。その後、結合した酵素標識抗体と遊離の酵素標識抗体を測定セルの洗浄及び測定セル内の反応溶液の交換により分離する。測定セル内の洗浄・溶液交換後、基質溶液注入器を用いて標識酵素の基質を注入すると、基質は酵素により分解され、チオール化合物が生成する。生成したチオール化合物は、絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）上に形成された金電極に吸着し、自己組織化膜を形成する。その結果、金電極上の電位が変化する。測定は、基質溶液注入器による基質注入前後で変化する絶縁ゲート電界効果トランジスタ内のソース－ドレイン間の電流をリアルタイムでモニターし、信号処理回路及びデータ処理装置で記録することで行う。チオール化合物の金電極への吸着速度は、チオール化合物の生成速度、すなわち、抗体－抗原－酵素標識抗体の量に比例する。そのため、チオール化合物の金電極への吸着速度を測定することにより、結合した標識酵素の量、すなわち試料溶液中の抗原量を得ることができる。その際、測定外部変動による影響を低減するために、測定中は参照電極に電源により高周波電圧を印加している。
特開２０１８－３６１５４号公報 特開２００７－２６３９１４号公報
　特許文献１に記載の方法では、標的物質そのものを検出するのではなく、標的物質と選択的に結合し、かつ所定の反応により有電荷物質を発生するような化合物Ａを利用して、化合物Ａから発生した有電荷物質を検出することを特徴としている。特許文献１には、化合物Ａの好ましい例として、酵素として機能する部分と標的物質と選択的に結合する部分とを有する物質（例えば、ウレアーゼを修飾した抗体等）が記載されている。その場合、ウレアーゼと尿素との反応によって生成されるアンモニウムイオンを検出している。
　しかしながら、特許文献１に記載の方法においては、ウレアーゼ等の酵素と反応させるために尿素等の基質を導入する操作が必要となる。そのため、基質を導入する際の溶液操作によって、アンモニウムイオン以外のノイズ信号を検知してしまうおそれがある。また、標的物質と結合していない酵素を取り除くため、基質を導入する前に、容器内を洗浄する、容器内に新たな溶液を追加する等の操作を行う必要がある。その結果、全体の工程が煩雑になるおそれがある。
　特許文献２に記載の方法では、酵素及び基質の種類が異なるものの、特許文献１に記載の方法と同様、標的物質そのものを検出するのではなく、酵素反応によって生成される反応生成物を検出している。
　しかしながら、特許文献２に記載の方法においても、酵素の基質を注入する際の溶液操作によって、ノイズ信号を検知してしまうおそれがある。また、基質を注入する前に測定セル内を洗浄する、セル内の溶液を交換する等の操作を行う必要があるため、全体の工程が煩雑になるおそれがある。
　本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、ノイズ信号を抑制することが可能な標的物質の検出装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、ノイズ信号を抑制することが可能な標的物質の検出方法を提供することを目的とする。
　本発明の標的物質の検出装置は、標的物質付き基材及びセンサ本体を備える。上記標的物質付き基材は、第１捕捉分子が少なくとも一部の表面に固定化された基材と、上記第１捕捉分子に結合した標的物質と、第２捕捉分子と酵素とが結合され、上記第２捕捉分子が上記標的物質に結合した酵素標識第２捕捉分子と、を含む。上記センサ本体は、上記酵素によって改質される基質を含有する評価液と、上記評価液を収容する容器と、上記評価液中の成分をセンシングするために上記評価液と接するように設けられた電気的センサと、を含む。上記標的物質付き基材は上記センサ本体から独立して分離している。上記標的物質付き基材の上記第１捕捉分子が上記基材の表面に固定化されている箇所が上記評価液の中に浸漬されている。
　本発明の標的物質の検出方法は、第１捕捉分子が少なくとも一部の表面に固定化された基材と、上記第１捕捉分子に結合した標的物質と、第２捕捉分子と酵素とが結合され、上記第２捕捉分子が上記標的物質に結合した酵素標識第２捕捉分子と、を含む標的物質付き基材を作製する工程と、上記酵素によって改質される基質を含有する評価液の中に、上記標的物質付き基材の上記第１捕捉分子が上記基材の表面に固定化されている箇所を浸漬する工程と、上記評価液と接するように設けられた電気的センサを用いて、上記評価液中の成分をセンシングする工程と、を備える。
　本発明によれば、ノイズ信号を抑制することが可能な標的物質の検出装置を提供することができる。さらに、本発明によれば、ノイズ信号を抑制することが可能な標的物質の検出方法を提供することができる。
図１は、本発明の標的物質の検出装置の一例を模式的に示す概略図である。 図２は、図１に示す標的物質の検出装置を構成する標的物質付き基材及びセンサ本体が分離された状態の概略図である。 図３は、ゲート－ソース間電圧Ｖｇｓとソース－ドレイン間電流Ｉｄｓとの関係の一例を示すグラフである。 図４は、電荷中性点ＣＮＰの経時変化の一例を示すグラフである。 図５は、実施例１に係る標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法を模式的に示す概略図である。 図６は、実施例２に係る標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法を模式的に示す概略図である。 図７は、実施例３に係る標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法を模式的に示す概略図である。 図８は、実施例４に係る標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法を模式的に示す概略図である。 図９は、実施例５に係る標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法を模式的に示す概略図である。 図１０は、実施例６に係る標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法を模式的に示す概略図である。 図１１は、標的物質付き基材の別の一例を模式的に示す概略図である。
　以下、本発明の標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法について説明する。なお、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更されてもよい。また、以下において記載する個々の好ましい構成を複数組み合わせたものもまた本発明である。
　以下に示す図面は模式図であり、その寸法、縦横比の縮尺等は実際の製品と異なる場合がある。
　図１は、本発明の標的物質の検出装置の一例を模式的に示す概略図である。
　図１に示す標的物質の検出装置１は、標的物質付き基材１０及びセンサ本体２０を備える。標的物質付き基材１０はセンサ本体２０から独立して分離している。
　図２は、図１に示す標的物質の検出装置を構成する標的物質付き基材及びセンサ本体が分離された状態の概略図である。
　図１及び図２に示すように、標的物質付き基材１０は、第１捕捉分子１１Ａが少なくとも一部の表面に固定化された基材１２と、第１捕捉分子１１Ａに結合した標的物質１３と、第２捕捉分子１１Ｂと酵素１４とが結合され、第２捕捉分子１１Ｂが標的物質１３に結合した酵素標識第２捕捉分子１５と、を含む。標的物質付き基材１０は、標的物質１３が第１捕捉分子１１Ａ及び酵素標識第２捕捉分子１５でサンドイッチされた構造を有する。
　第１捕捉分子１１Ａは、標的物質１３を捕捉することが可能な分子である。第１捕捉分子１１Ａとしては、例えば、抗体、アプタマー、ペプチド、糖鎖、レセプター、分子鋳型、抗体に対する抗原、抗体に対する２次抗体等が挙げられる。第１捕捉分子１１Ａは、基材１２の表面に留まっている限り、基材１２の表面に固定又は密着されていてもよく、あるいは、ある程度の自由度を持って移動可能であってもよい。
　基材１２の材料は特に限定されず、例えば、ガラス、樹脂、セラミック、金属等が挙げられる。基材１２の大きさ、厚さ、形状等についても特に限定されないが、表面積が大きくなるよう表面が凹凸構造を含んでいる方が好ましい。
　標的物質１３としては、例えば、ウイルス、タンパク質、核酸、低分子生体物質等が挙げられる。
　第２捕捉分子１１Ｂと酵素１４とが結合されることで、酵素標識第２捕捉分子１５が構成されている。第２捕捉分子１１Ｂは、標的物質１３を捕捉することが可能な分子である。第２捕捉分子１１Ｂとしては、例えば、抗体、アプタマー、ペプチド、糖鎖、レセプター、分子鋳型、抗体に対する２次抗体等が挙げられる。第２捕捉分子１１Ｂは、第１捕捉分子１１Ａと同じ種類でもよく、異なる種類でもよい。
　酵素１４としては、例えば、ウレアーゼ、Ｌ－アミノ酸オキシダーゼ等が挙げられるが、有電荷物質を生成する酵素であればこれに限定されない。
　図１及び図２に示すように、センサ本体２０は、酵素１４によって改質される基質２４を含有する評価液２１と、評価液２１を収容する容器２２と、評価液２１中の成分をセンシングするために評価液２１と接するように設けられた電気的センサ２３と、を含む。
　電気的センサ２３は、光学的センサとは異なり、化学的センサとも異なる。図１及び図２に示す例では、電気的センサ２３は、半導体チャネル層をグラフェンとする電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）センサである。
　図１及び図２には示されていないが、センサ本体２０には、複数の電気的センサ２３が設けられていてもよい。
　電気的センサ２３は、例えば、図１及び図２に示すように、半導体層２５と、半導体層２５と電気的に接続されているソース電極２６及びドレイン電極２７と、を含む。ソース電極２６とドレイン電極２７との間の半導体層２５が電気的センサ２３のチャネルを構成している。
　図１及び図２には示されていないが、電気的センサ２３は、半導体層２５に外部から電界を印加するためのゲート電極をさらに含んでもよい。その場合、ゲート電極は評価液２１に浸漬される。
　半導体層２５の層数は１層に限定されず、２層又は３層以上であってもよい。半導体層２５の層数は、１０層以下であることが好ましく、５層以下であることがより好ましい。また、層数は半導体層２５全体で均一である必要は無く、例えば１層の部分と２層以上の部分とが混在していてもよい。半導体層２５の層数は、例えばラマン分光法や、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による断面観察を行うことで測定できる。
　図１及び図２においては、ソース電極２６及びドレイン電極２７は互いに離れて絶縁基板２８上に配置されており、ソース電極２６とドレイン電極２７との間から絶縁基板２８が露出している。半導体層２５は、絶縁基板２８の露出部を覆うように絶縁基板２８上に配置されている。なお、半導体層２５は、ソース電極２６の端部を覆うように配置されていてもよく、ドレイン電極２７の端部を覆うように配置されていてもよい。
　ソース電極２６及びドレイン電極２７は、例えば、チタン（Ｔｉ）層と金（Ａｕ）層とを積層した多層構造の電極である。電極材料としては、チタン及び金の他に、例えば金、白金、チタン、パラジウム等の金属を単層で用いてもよく、２種以上の金属を組み合わせて多層構造として用いてもよい。
　電気的センサ２３がゲート電極を含む場合、ゲート電極は、ソース電極２６及びドレイン電極２７に対して電位を印加させるものであり、一般的には銀塩化銀電極などの参照電極や貴金属が用いられる。ゲート電極は、ソース電極２６及びドレイン電極２７を形成した位置以外のところに設けられる。通常は絶縁基板２８上あるいは絶縁基板２８以外の場所に設けられるが、ソース電極２６又はドレイン電極２７の上方に設けられることが好ましい。
　評価液２１は、酵素１４によって改質される基質２４を含有する。評価液２１は、例えば、電解質を含有する電解液である。
　基質２４としては、例えば、尿素、Ｌ－アミノ酸等が挙げられる。
　容器２２は、例えば、絶縁基板２８と、絶縁基板２８上に設けられた隔壁２９と、を含む。
　図１及び図２において、絶縁基板２８としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板の表面を酸化して酸化シリコン（ＳｉＯ２）層を形成した熱酸化シリコン基板、窒化ホウ素（ＢＮ）基板等が挙げられる。絶縁基板２８の材料は特に限定されず、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、フッ化カルシウム等の無機化合物、あるいはアクリル樹脂、ポリイミド、フッ素樹脂等の有機化合物等が用いられる。絶縁基板２８の形状は特に限定されず、平板状でもよく、曲板状でもよい。絶縁基板２８は、可撓性を有してもよい。
　隔壁２９としては、例えば、ゴムプールとも呼ばれるシリコーン板やエポキシ樹脂、アクリル樹脂等が挙げられるが、これらに限定されない。
　図２に示すように、標的物質付き基材１０は、センサ本体２０の評価液２１の中に浸漬される。その結果、図１に示す標的物質の検出装置１では、標的物質付き基材１０の第１捕捉分子１１Ａが基材１２の表面に固定化されている箇所が評価液２１の中に浸漬されている。
　以下、図１及び図２を参照しながら、本発明の標的物質の検出方法の一例について説明する。
　まず、標的物質付き基材１０を作製する。上述のとおり、標的物質付き基材１０は、第１捕捉分子１１Ａが少なくとも一部の表面に固定化された基材１２と、第１捕捉分子１１Ａに結合した標的物質１３と、第２捕捉分子１１Ｂと酵素１４とが結合され、第２捕捉分子１１Ｂが標的物質１３に結合した酵素標識第２捕捉分子１５と、を含む。
　次に、基質２４を含有する評価液２１の中に、標的物質付き基材１０の第１捕捉分子１１Ａが基材１２の表面に固定化されている箇所を浸漬する。
　基質２４は酵素１４によって改質される。例えば、基質２４が尿素であり、酵素１４がウレアーゼである場合、尿素及び水が反応することによって、アンモニア及び二酸化炭素が発生する。アンモニア及び二酸化炭素は、水中でアンモニウムイオン及び炭酸イオンとして存在する。したがって、標的物質付き基材１０を評価液２１の中に浸漬する前後で、評価液２１中のイオンの総量が変化する。
　そこで、評価液２１と接するように設けられた電気的センサ２３を用いて、評価液２１中の成分をセンシングする。例えば、標的物質付き基材１０を評価液２１の中に浸漬する前後における評価液２１中の成分の変化を観測することで、酵素反応によって生成される反応生成物の有無又は濃度をセンシングすることができる。反応生成物の量は標的物質１３の量と比例するため、結果として標的物質１３の有無又は濃度をセンシングすることができる。
　一例として、電気的センサ２３がＦＥＴセンサである場合、まず、ソース電極２６とドレイン電極２７との間に電圧を印加することにより、ソース電極２６とドレイン電極２７との間に流れる電流（以下、ソース－ドレイン間電流Ｉｄｓと呼ぶ）の値を測定する。
　ソース電極２６とドレイン電極２７との間に印加する電圧を一定に保った状態において、ゲート電極（図示せず）とソース電極２６との間に印加される電圧（以下、ゲート－ソース間電圧Ｖｇｓと呼ぶ）を繰り返し掃引して、ソース－ドレイン間電流Ｉｄｓが最小となるときのゲート－ソース間電圧Ｖｇｓの値を取得する。以下の説明において、ソース－ドレイン間電流Ｉｄｓが最小となるときのゲート－ソース間電圧Ｖｇｓの値を電荷中性点（ＣＮＰ；Ｃｈａｒｇｅ　Ｎｅｕｔｒａｌｉｔｙ　Ｐｏｉｎｔ）と呼ぶ。
　図３は、ゲート－ソース間電圧Ｖｇｓとソース－ドレイン間電流Ｉｄｓとの関係の一例を示すグラフである。
　例えば、標的物質付き基材１０を評価液２１の中に浸漬する前後で、評価液２１中のイオンの総量が変化する場合、図３に示すように、ソース－ドレイン間電流Ｉｄｓが最小となるときのゲート－ソース間電圧Ｖｇｓの値、すなわち、電荷中性点ＣＮＰが変化する。
　図４は、電荷中性点ＣＮＰの経時変化の一例を示すグラフである。
　図４では、基質２４を含有する評価液２１の中に、標的物質付き基材１０を浸漬した場合における電荷中性点ＣＮＰの経時変化を○印（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）で示し、第１捕捉分子１１Ａが固定化されていない基材を浸漬した場合における電荷中性点ＣＮＰの経時変化を□印（Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）で示している。図４中の矢印に示すように、標的物質付き基材１０を評価液２１の中に浸漬する前後において、電荷中性点ＣＮＰが変化する。電荷中性点ＣＮＰの変化は、酵素反応によって生成される反応生成物の量に対応している。そのため、電荷中性点ＣＮＰの変化を評価することで、結果として標的物質１３を検出することができる。
　上記のとおり、本発明の標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法では、特許文献１及び２と同様、標的物質そのものを検出するのではなく、酵素反応によって生成される反応生成物を検出している。そのため、標的物質の電荷の有無や大きさ、標的物質の大きさ等によらず、どのような標的物質でも検出することができる。
　一方、本発明の標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法では、特許文献１及び２と異なり、酵素によって改質される基質が導入されるのではなく、予め基質を含有する評価液の中に標的物質付き基材が浸漬される。これにより、センシング開始前後で評価液に含有される溶質成分が変化しないため、その変化によるノイズ信号を抑制することができる。また、基質を導入するための溶液の交換や洗浄、溶液の追加等の操作が不要となる。
　本発明の標的物質の検出装置では、標的物質付き基材の一部が評価液から突出していることが好ましい。同様に、本発明の標的物質の検出方法では、標的物質付き基材の一部が評価液から突出するように、標的物質付き基材が評価液の中に浸漬されることが好ましい。具体的には、第１捕捉分子が固定化されていない部分の基材の一部が評価液から突出していることが好ましい。基材の表面に第１捕捉分子が固定化される部分の面積を制御することができるため、センサのダイナミックレンジを向上させることができる。また、評価液の中に標的物質付き基材を浸漬する箇所を制御することができるため、例えば、基材の表面に第１捕捉分子が固定化される部分をセンシング部の近傍、図１においては半導体層部の近傍に配置することができる。
　本発明の標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法では、例えば、基質が尿素であり、酵素がウレアーゼである。非イオン性の尿素が加水分解されると、イオン性のアンモニアと二酸化炭素に分解されるため、評価液中のイオン成分を評価することで、標的物質を検出することができる。
　本発明の標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法では、電気的センサが、ＦＥＴセンサ、導電率センサ、イオン電極及びインピーダンスセンサのいずれかであることが好ましい。これらの電気的センサを用いることで、高感度に評価液中の成分を評価することができる。
　本発明の標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法では、電気的センサが、ＦＥＴセンサであることが好ましく、グラフェンを半導体チャネルとするＦＥＴセンサであることが特に好ましい。
　グラフェンは、六角形の網目状に結合した炭素原子からなる二次元材料である。グラフェンは、比表面積（体積当たりの表面積）が非常に大きく、また、電気的に非常に高い移動度を有する。
　本発明の標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法において、電気的センサがＦＥＴセンサである場合、グラフェン以外の材料を半導体チャネルとするＦＥＴセンサであってもよい。グラフェン以外の材料としては、例えば、カーボンナノチューブ、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、シリコン、酸化物半導体、有機半導体等が挙げられる。
　本発明の標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法において、電気的センサがＦＥＴセンサである場合、ＦＥＴセンサの表面にイオン感応膜が設けられていてもよい。イオン感応膜によって、イオン成分を高感度にセンシングすることができる。
　イオン感応膜の材料としては、例えば、アンモニウムイオノフォアを含んだ塩化ビニル等が挙げられる。アンモニアイオノフォアの代表例としてはノナクチンが挙げられる。
　本発明の標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法では、標的物質付き基材が浸漬される前の状態の評価液の導電率が１ｍＳ／ｃｍ以下であることが好ましい。この場合、標的物質付き基材が評価液の中に浸漬される前後における変化率が大きくなるため、高感度にセンシングすることができる。
　標的物質付き基材が浸漬される前の状態の評価液の導電率は、例えば１μＳ／ｃｍ以上である。
　なお、標的物質付き基材が浸漬される前の状態の評価液の導電率が１ｍＳ／ｃｍ以下であれば、センシング中の評価液の導電率は、１ｍＳ／ｃｍ以下であってもよく、１ｍＳ／ｃｍを超えてもよい。
　本明細書において、評価液の導電率とは、交流二電極法によって測定される導電率を意味する。
　以下、本発明の標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
［実施例１］
　図５は、実施例１に係る標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法を模式的に示す概略図である。
　実施例１では、標的物質付き基材１０は、図５に示すように、酵素標識第２捕捉分子１５及び標的物質１３を含有する準備液３０の中に、第１捕捉分子１１Ａが少なくとも一部の表面に固定化された基材１２を浸漬することにより作製される。
　例えば、酵素標識第２捕捉分子１５を含有する電解液に、標的物質１３を含む試料を供給することにより、準備液３０を作製することができる。標的物質１３を含む試料が液体である場合、スポイト等を用いて試料を滴下してもよく、流路を用いて試料を導入してもよい。
　標的物質１３を含む試料としては、例えば、被験者の唾液、鼻拭い液、咽頭拭い液、涙液、血液等の体液、尿、便等の生体試料、細胞又はウイルス自体の懸濁液、飲用水、下水、呼気等が挙げられる。標的物質１３を含む試料は液体でなくてもよい。
　標的物質付き基材１０を作製した後、基質２４を含有する評価液２１の中に、標的物質付き基材１０の第１捕捉分子１１Ａが基材１２の表面に固定化されている箇所が浸漬される。
［実施例２］
　図６は、実施例２に係る標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法を模式的に示す概略図である。
　実施例２では、標的物質付き基材１０は、図６に示すように、酵素標識第２捕捉分子１５を含有する準備液３０の中に、第１捕捉分子１１Ａが少なくとも一部の表面に固定化され、第１捕捉分子１１Ａに標的物質１３が結合した基材１２を浸漬することにより作製される。
　例えば、第１捕捉分子１１Ａが少なくとも一部の表面に固定化された基材１２に、標的物質１３を含む試料を供給することにより、基材１２の表面に固定化されている第１捕捉分子１１Ａに標的物質１３を結合させることができる。
　標的物質付き基材１０を作製した後、基質２４を含有する評価液２１の中に、標的物質付き基材１０の第１捕捉分子１１Ａが基材１２の表面に固定化されている箇所が浸漬される。
［実施例３］
　図７は、実施例３に係る標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法を模式的に示す概略図である。
　実施例３では、第１捕捉分子が固定化された基材は、図７に示すように、第１捕捉分子１１Ａが固定化された磁性体粒子３１と、磁性体粒子３１を磁性によって保持している磁性基材３２とにより構成されている。
　磁性基材３２及び磁性体粒子３１を用いることで、より多くの標的物質１３を捕捉することができる。その結果、感度を高くすることができる。
　第１捕捉分子１１Ａに標的物質１３を結合させる方法は、実施例１と同様でもよく、実施例２と同様でもよい。
　磁性体粒子３１の材料としては、例えば、フェライト、酸化鉄、鉄、ニッケル、コバルト等が挙げられる。磁性体粒子３１の平均粒子径は、例えば、５０ｎｍ以上、５μｍ以下である。
　磁性基材３２の材料としては、例えば、フェライト、酸化鉄、鉄、ニッケル、コバルト等が挙げられる。磁性基材３２の材料は、磁性体粒子３１の材料と同じでもよく、異なってもよい。
［実施例４］
　図８は、実施例４に係る標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法を模式的に示す概略図である。
　実施例４では、容器２２は、図８に示すように、評価液２１をそれぞれ１ｐＬ以下の容量で収容する複数のウェル３３に分割されている。
　微小な空間のウェル３３に標的物質１３を閉じ込めて検出するため、標的物質１３が検出されるウェル３３を１、検出されないウェル３３を０とすれば、信号をデジタル化して高感度にセンシングすることができる。
　容器２２は、１００個以上のウェル３３に分割されていることが好ましく、１０００個以上のウェル３３に分割されていることがより好ましく、１００００個以上のウェル３３に分割されていることがさらに好ましい。一方、容器２２は、１００００００個以下のウェル３３に分割されていることが好ましく、５０００００個以下のウェル３３に分割されていることがさらに好ましい。
　各々のウェル３３は、評価液２１を１ｐＬ以下の容量で収容することが好ましく、１００ｆＬ以下の容量で収容することがより好ましい。一方、各々のウェル３３は、評価液２１を１ｆＬ以上の容量で収容することが好ましい。
　基材１２の形態は、例えば、粒子又はビーズである。その場合、基材１２の平均粒子径は、例えば、５０ｎｍ以上、５μｍ以下である。基材１２は、磁性を有してもよい。
［実施例５］
　図９は、実施例５に係る標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法を模式的に示す概略図である。
　実施例５では、図９に示すように、基材１２の端部が２つ以上に分割されている。図９に示す例では、基材１２の端部が２つに分割されている。
　図９において、基材１２の一方の端部には第１捕捉分子１１Ａが固定化されており、基材１２の他方の端部には第１捕捉分子１１Ａが固定化されていない。そして、基材１２の端部がそれぞれ別の評価液２１に浸漬されている。
　実施例５では、第１捕捉分子１１Ａが固定化されていない側をネガティブコントロールとすることで、偽陽性の可能性を低減させることができる。
　第１捕捉分子１１Ａが固定化されている端部の数は２つ以上でもよい。同様に、第１捕捉分子１１Ａが固定化されていない端部の数は２つ以上でもよい。第１捕捉分子１１Ａが固定化されていない端部の数は、第１捕捉分子１１Ａが固定化されている端部の数と同じでもよく、異なってもよい。
　第１捕捉分子１１Ａに標的物質１３を結合させる方法は、実施例１と同様でもよく、実施例２と同様でもよい。
［実施例６］
　図１０は、実施例６に係る標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法を模式的に示す概略図である。
　実施例６では、図１０に示すように、標的物質１３は、第１標的物質１３Ａと第２標的物質１３Ｂとを含む。さらに、基材１２の端部が２つ以上に分割されている。図１０に示す例では、基材１２の端部が２つに分割されている。
　図１０において、基材１２の一方の端部には第１捕捉分子１１Ａが固定化されており、基材１２の他方の端部には第１捕捉分子１１Ａと結合対象が異なる第３捕捉分子１１Ｃが固定化されている。第１捕捉分子１１Ａには第１標的物質１３Ａが結合し、第３捕捉分子１１Ｃには第２標的物質１３Ｂが結合する。
　標的物質付き基材１０は、第４捕捉分子１１Ｄと酵素１４とが結合され、第４捕捉分子１１Ｄが第２標的物質１３Ｂに結合した酵素標識第４捕捉分子１６をさらに含む。そして、基材１２の端部がそれぞれ別の評価液２１に浸漬されている。
　実施例６では、複数種類の標的物質１３を同時に検出することができる。
　第１捕捉分子１１Ａが固定化されている端部の数は２つ以上でもよい。同様に、第３捕捉分子１１Ｃが固定化されている端部の数は２つ以上でもよい。第３捕捉分子１１Ｃが固定化されている端部の数は、第１捕捉分子１１Ａが固定化されている端部の数と同じでもよく、異なってもよい。
　第４捕捉分子１１Ｄと結合される酵素１４は、第２捕捉分子１１Ｂと結合される酵素１４と同じでもよく、異なってもよい。第４捕捉分子１１Ｄと結合される酵素１４が第２捕捉分子１１Ｂと結合される酵素１４と異なる場合、それぞれの評価液２１に含有される基質２４も異なる。第４捕捉分子１１Ｄは、第３捕捉分子１１Ｃと同じ種類でもよく、異なる種類でもよい。
　第１捕捉分子１１Ａに第１標的物質１３Ａを結合させる方法は、実施例１と同様でもよく、実施例２と同様でもよい。また、第３捕捉分子１１Ｃに第２標的物質１３Ｂを結合させる方法は、実施例１と同様でもよく、実施例２と同様でもよい。
　図１０に示す例では、２種類の標的物質１３を検出しているが、３種類以上の標的物質１３を検出してもよい。
　実施例５と同様に、基材１２には、第１捕捉分子１１Ａ、第３捕捉分子１１Ｃ等が固定化されていない端部が存在してもよい。
　本発明の標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法は、上記の実施形態及び実施例に限定されるものではなく、検出装置の構成、製造条件等に関し、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
　例えば、酵素標識第２捕捉分子は、第２捕捉分子と酵素とが結合されることで構成されるが、第２捕捉分子と酵素とは直接的に結合されてもよく、間接的に結合されてもよい。同様に、酵素標識第４捕捉分子は、第４捕捉分子と酵素とが結合されることで構成されるが、第４捕捉分子と酵素とは直接的に結合されてもよく、間接的に結合されてもよい。
　図１１は、標的物質付き基材の別の一例を模式的に示す概略図である。
　図１１に示す標的物質付き基材１０Ａは、第１捕捉分子１１Ａが少なくとも一部の表面に固定化された基材１２と、第１捕捉分子１１Ａに結合した標的物質１３と、第２捕捉分子１１Ｂと酵素１４とが結合され、第２捕捉分子１１Ｂが標的物質１３に結合した酵素標識第２捕捉分子１５Ａと、を含む。
　酵素標識第２捕捉分子１５Ａでは、第２捕捉分子１１Ｂと酵素１４とが間接的に結合されている。具体的には、２次捕捉分子１１ｂと酵素１４とが結合され、２次捕捉分子１１ｂが第２捕捉分子１１Ｂに結合されることで、酵素標識２次捕捉分子１７が構成されているとともに、酵素標識２次捕捉分子１７と第２捕捉分子１１Ｂとが結合されることで、酵素標識第２捕捉分子１５Ａが構成されている。
　本発明の標的物質の検出装置及び標的物質の検出方法において、標的物質を介して基材へ酵素が固定化される構造は、（１）基材に固定化された第１捕捉分子／（２）標的物質／（３）酵素標識第２捕捉分子のサンドイッチ構造だけでなく、（１）基材に固定化された第１捕捉分子／（２）標的物質／（３）第２捕捉分子／（４）酵素標識２次捕捉分子の構造でもよい。後者の構造を取ることで、標的物質が変わった際にも新たに酵素標識２次捕捉分子を作製する必要がなく、様々な標的物質に対して酵素標識２次捕捉分子を共通して利用することができる。また、この酵素標識２次捕捉分子を第２捕捉分子の複数の部位を認識する分子にすることで、複数の酵素標識捕捉分子を基材に固定化することができる。結果として、基材に固定化される酵素量が増加するため、センサを高感度に動作させることが可能になる。このような２次捕捉分子の代表例として、ポリクローナル抗体が挙げられる。
　本明細書には、以下の内容が開示されている。
＜１＞
　標的物質付き基材及びセンサ本体を備え、
　上記標的物質付き基材は、第１捕捉分子が少なくとも一部の表面に固定化された基材と、上記第１捕捉分子に結合した標的物質と、第２捕捉分子と酵素とが結合され、上記第２捕捉分子が上記標的物質に結合した酵素標識第２捕捉分子と、を含み、
　上記センサ本体は、上記酵素によって改質される基質を含有する評価液と、上記評価液を収容する容器と、上記評価液中の成分をセンシングするために上記評価液と接するように設けられた電気的センサと、を含み、
　上記標的物質付き基材は上記センサ本体から独立して分離しており、
　上記標的物質付き基材の上記第１捕捉分子が上記基材の表面に固定化されている箇所が上記評価液の中に浸漬されている、標的物質の検出装置。
＜２＞
　上記標的物質付き基材の一部が上記評価液から突出している、＜１＞に記載の標的物質の検出装置。
＜３＞
　上記基質が尿素であり、上記酵素がウレアーゼである、＜１＞又は＜２＞に記載の標的物質の検出装置。
＜４＞
　上記電気的センサが、ＦＥＴセンサ、導電率センサ、イオン電極及びインピーダンスセンサのいずれかである、＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載の標的物質の検出装置。
＜５＞
　上記電気的センサが、グラフェンを半導体チャネルとするＦＥＴセンサである、＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載の標的物質の検出装置。
＜６＞
　上記電気的センサがＦＥＴセンサであり、
　上記ＦＥＴセンサの表面にイオン感応膜が設けられている、＜１＞～＜５＞のいずれか１つに記載の標的物質の検出装置。
＜７＞
　上記標的物質付き基材が浸漬される前の状態の上記評価液の導電率が１ｍＳ／ｃｍ以下である、＜１＞～＜６＞のいずれか１つに記載の標的物質の検出装置。
＜８＞
　上記第１捕捉分子が固定化された上記基材は、上記第１捕捉分子が固定化された磁性体粒子と、上記磁性体粒子を磁性によって保持している磁性基材とにより構成されている、＜１＞～＜７＞のいずれか１つに記載の標的物質の検出装置。
＜９＞
　上記容器は、上記評価液をそれぞれ１ｐＬ以下の容量で収容する複数のウェルに分割されている、＜１＞及び＜３＞～＜７＞のいずれか１つに記載の標的物質の検出装置。
＜１０＞
　上記基材の端部が２つ以上に分割されており、
　上記基材の少なくとも１つの端部には上記第１捕捉分子が固定化されており、
　上記基材の少なくとも１つの端部には上記第１捕捉分子が固定化されておらず、
　上記基材の端部がそれぞれ別の上記評価液に浸漬されている、＜１＞～＜８＞のいずれか１つに記載の標的物質の検出装置。
＜１１＞
　上記標的物質は、第１標的物質と第２標的物質とを含み、
　上記基材の端部が２つ以上に分割されており、
　上記基材の少なくとも１つの端部には上記第１捕捉分子が固定化されており、
　上記基材の少なくとも１つの端部には上記第１捕捉分子と結合対象が異なる第３捕捉分子が固定化されており、
　上記第１捕捉分子には上記第１標的物質が結合し、
　上記第３捕捉分子には上記第２標的物質が結合し、
　上記標的物質付き基材は、第４捕捉分子と酵素とが結合され、上記第４捕捉分子が上記第２標的物質に結合した酵素標識第４捕捉分子をさらに含み、
　上記基材の端部がそれぞれ別の上記評価液に浸漬されている、＜１＞～＜８＞及び＜１０＞のいずれか１つに記載の標的物質の検出装置。
＜１２＞
　第１捕捉分子が少なくとも一部の表面に固定化された基材と、上記第１捕捉分子に結合した標的物質と、第２捕捉分子と酵素とが結合され、上記第２捕捉分子が上記標的物質に結合した酵素標識第２捕捉分子と、を含む標的物質付き基材を作製する工程と、
　上記酵素によって改質される基質を含有する評価液の中に、上記標的物質付き基材の上記第１捕捉分子が上記基材の表面に固定化されている箇所を浸漬する工程と、
　上記評価液と接するように設けられた電気的センサを用いて、上記評価液中の成分をセンシングする工程と、を備える、標的物質の検出方法。
＜１３＞
　上記標的物質付き基材の一部が上記評価液から突出するように、上記標的物質付き基材が上記評価液の中に浸漬される、＜１２＞に記載の標的物質の検出方法。
＜１４＞
　上記標的物質付き基材は、上記酵素標識第２捕捉分子及び上記標的物質を含有する準備液の中に、上記第１捕捉分子が少なくとも一部の表面に固定化された上記基材を浸漬することにより作製される、＜１２＞又は＜１３＞に記載の標的物質の検出方法。
＜１５＞
　上記標的物質付き基材は、上記酵素標識第２捕捉分子を含有する準備液の中に、上記第１捕捉分子が少なくとも一部の表面に固定化され、上記第１捕捉分子に上記標的物質が結合した上記基材を浸漬することにより作製される、＜１２＞又は＜１３＞に記載の標的物質の検出方法。
＜１６＞
　上記第１捕捉分子が固定化された上記基材は、上記第１捕捉分子が固定化された磁性体粒子と、上記磁性体粒子を磁性によって保持している磁性基材とにより構成されている、＜１２＞～＜１５＞のいずれか１つに記載の標的物質の検出方法。
＜１７＞
　上記容器は、上記評価液をそれぞれ１ｐＬ以下の容量で収容する複数のウェルに分割されている、＜１２＞、＜１４＞又は＜１５＞に記載の標的物質の検出方法。
＜１８＞
　上記基材の端部が２つ以上に分割されており、
　上記基材の少なくとも１つの端部には上記第１捕捉分子が固定化されており、
　上記基材の少なくとも１つの端部には上記第１捕捉分子が固定化されておらず、
　上記基材の端部がそれぞれ別の上記評価液に浸漬される、＜１２＞～＜１６＞のいずれか１つに記載の標的物質の検出方法。
＜１９＞
　上記標的物質は、第１標的物質と第２標的物質とを含み、
　上記基材の端部が２つ以上に分割されており、
　上記基材の少なくとも１つの端部には上記第１捕捉分子が固定化されており、
　上記基材の少なくとも１つの端部には上記第１捕捉分子と結合対象が異なる第３捕捉分子が固定化されており、
　上記第１捕捉分子には上記第１標的物質が結合し、
　上記第３捕捉分子には上記第２標的物質が結合し、
　上記標的物質付き基材は、第４捕捉分子と酵素とが結合され、上記第４捕捉分子が上記第２標的物質に結合した酵素標識第４捕捉分子をさらに含み、
　上記基材の端部がそれぞれ別の上記評価液に浸漬される、＜１２＞～＜１６＞及び＜１８＞のいずれか１つに記載の標的物質の検出方法。
＜２０＞
　上記電気的センサが、ＦＥＴセンサ、導電率センサ、イオン電極及びインピーダンスセンサのいずれかである、＜１２＞～＜１９＞のいずれか１つに記載の標的物質の検出方法。
　１　標的物質の検出装置
　１０、１０Ａ　標的物質付き基材
　１１Ａ　第１捕捉分子
　１１Ｂ　第２捕捉分子
　１１Ｃ　第３捕捉分子
　１１Ｄ　第４捕捉分子
　１１ｂ　２次捕捉分子
　１２　基材
　１３　標的物質
　１３Ａ　第１標的物質
　１３Ｂ　第２標的物質
　１４　酵素
　１５、１５Ａ　酵素標識第２捕捉分子
　１６　酵素標識第４捕捉分子
　１７　酵素標識２次捕捉分子
　２０　センサ本体
　２１　評価液
　２２　容器
　２３　電気的センサ
　２４　基質
　２５　半導体層
　２６　ソース電極
　２７　ドレイン電極
　２８　絶縁基板
　２９　隔壁
　３０　準備液
　３１　磁性体粒子
　３２　磁性基材
　３３　ウェル

Claims (20)

  1. 　標的物質付き基材及びセンサ本体を備え、
    　前記標的物質付き基材は、第１捕捉分子が少なくとも一部の表面に固定化された基材と、前記第１捕捉分子に結合した標的物質と、第２捕捉分子と酵素とが結合され、前記第２捕捉分子が前記標的物質に結合した酵素標識第２捕捉分子と、を含み、
    　前記センサ本体は、前記酵素によって改質される基質を含有する評価液と、前記評価液を収容する容器と、前記評価液中の成分をセンシングするために前記評価液と接するように設けられた電気的センサと、を含み、
    　前記標的物質付き基材は前記センサ本体から独立して分離しており、
    　前記標的物質付き基材の前記第１捕捉分子が前記基材の表面に固定化されている箇所が前記評価液の中に浸漬されている、標的物質の検出装置。
  2. 　前記標的物質付き基材の一部が前記評価液から突出している、請求項１に記載の標的物質の検出装置。
  3. 　前記基質が尿素であり、前記酵素がウレアーゼである、請求項１又は２に記載の標的物質の検出装置。
  4. 　前記電気的センサが、ＦＥＴセンサ、導電率センサ、イオン電極及びインピーダンスセンサのいずれかである、請求項１～３のいずれか１項に記載の標的物質の検出装置。
  5. 　前記電気的センサが、グラフェンを半導体チャネルとするＦＥＴセンサである、請求項１～４のいずれか１項に記載の標的物質の検出装置。
  6. 　前記電気的センサがＦＥＴセンサであり、
    　前記ＦＥＴセンサの表面にイオン感応膜が設けられている、請求項１～５のいずれか１項に記載の標的物質の検出装置。
  7. 　前記標的物質付き基材が浸漬される前の状態の前記評価液の導電率が１ｍＳ／ｃｍ以下である、請求項１～６のいずれか１項に記載の標的物質の検出装置。
  8. 　前記第１捕捉分子が固定化された前記基材は、前記第１捕捉分子が固定化された磁性体粒子と、前記磁性体粒子を磁性によって保持している磁性基材とにより構成されている、請求項１～７のいずれか１項に記載の標的物質の検出装置。
  9. 　前記容器は、前記評価液をそれぞれ１ｐＬ以下の容量で収容する複数のウェルに分割されている、請求項１及び３～７のいずれか１項に記載の標的物質の検出装置。
  10. 　前記基材の端部が２つ以上に分割されており、
    　前記基材の少なくとも１つの端部には前記第１捕捉分子が固定化されており、
    　前記基材の少なくとも１つの端部には前記第１捕捉分子が固定化されておらず、
    　前記基材の端部がそれぞれ別の前記評価液に浸漬されている、請求項１～８のいずれか１項に記載の標的物質の検出装置。
  11. 　前記標的物質は、第１標的物質と第２標的物質とを含み、
    　前記基材の端部が２つ以上に分割されており、
    　前記基材の少なくとも１つの端部には前記第１捕捉分子が固定化されており、
    　前記基材の少なくとも１つの端部には前記第１捕捉分子と結合対象が異なる第３捕捉分子が固定化されており、
    　前記第１捕捉分子には前記第１標的物質が結合し、
    　前記第３捕捉分子には前記第２標的物質が結合し、
    　前記標的物質付き基材は、第４捕捉分子と酵素とが結合され、前記第４捕捉分子が前記第２標的物質に結合した酵素標識第４捕捉分子をさらに含み、
    　前記基材の端部がそれぞれ別の前記評価液に浸漬されている、請求項１～８及び１０のいずれか１項に記載の標的物質の検出装置。
  12. 　第１捕捉分子が少なくとも一部の表面に固定化された基材と、前記第１捕捉分子に結合した標的物質と、第２捕捉分子と酵素とが結合され、前記第２捕捉分子が前記標的物質に結合した酵素標識第２捕捉分子と、を含む標的物質付き基材を作製する工程と、
    　前記酵素によって改質される基質を含有する評価液の中に、前記標的物質付き基材の前記第１捕捉分子が前記基材の表面に固定化されている箇所を浸漬する工程と、
    　前記評価液と接するように設けられた電気的センサを用いて、前記評価液中の成分をセンシングする工程と、を備える、標的物質の検出方法。
  13. 　前記標的物質付き基材の一部が前記評価液から突出するように、前記標的物質付き基材が前記評価液の中に浸漬される、請求項１２に記載の標的物質の検出方法。
  14. 　前記標的物質付き基材は、前記酵素標識第２捕捉分子及び前記標的物質を含有する準備液の中に、前記第１捕捉分子が少なくとも一部の表面に固定化された前記基材を浸漬することにより作製される、請求項１２又は１３に記載の標的物質の検出方法。
  15. 　前記標的物質付き基材は、前記酵素標識第２捕捉分子を含有する準備液の中に、前記第１捕捉分子が少なくとも一部の表面に固定化され、前記第１捕捉分子に前記標的物質が結合した前記基材を浸漬することにより作製される、請求項１２又は１３に記載の標的物質の検出方法。
  16. 　前記第１捕捉分子が固定化された前記基材は、前記第１捕捉分子が固定化された磁性体粒子と、前記磁性体粒子を磁性によって保持している磁性基材とにより構成されている、請求項１２～１５のいずれか１項に記載の標的物質の検出方法。
  17. 　前記容器は、前記評価液をそれぞれ１ｐＬ以下の容量で収容する複数のウェルに分割されている、請求項１２、１４又は１５に記載の標的物質の検出方法。
  18. 　前記基材の端部が２つ以上に分割されており、
    　前記基材の少なくとも１つの端部には前記第１捕捉分子が固定化されており、
    　前記基材の少なくとも１つの端部には前記第１捕捉分子が固定化されておらず、
    　前記基材の端部がそれぞれ別の前記評価液に浸漬される、請求項１２～１６のいずれか１項に記載の標的物質の検出方法。
  19. 　前記標的物質は、第１標的物質と第２標的物質とを含み、
    　前記基材の端部が２つ以上に分割されており、
    　前記基材の少なくとも１つの端部には前記第１捕捉分子が固定化されており、
    　前記基材の少なくとも１つの端部には前記第１捕捉分子と結合対象が異なる第３捕捉分子が固定化されており、
    　前記第１捕捉分子には前記第１標的物質が結合し、
    　前記第３捕捉分子には前記第２標的物質が結合し、
    　前記標的物質付き基材は、第４捕捉分子と酵素とが結合され、前記第４捕捉分子が前記第２標的物質に結合した酵素標識第４捕捉分子をさらに含み、
    　前記基材の端部がそれぞれ別の前記評価液に浸漬される、請求項１２～１６及び１８のいずれか１項に記載の標的物質の検出方法。
  20. 　前記電気的センサが、ＦＥＴセンサ、導電率センサ、イオン電極及びインピーダンスセンサのいずれかである、請求項１２～１９のいずれか１項に記載の標的物質の検出方法。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63265163A (ja) * 1987-04-23 1988-11-01 Toa Denpa Kogyo Kk 酵素免疫測定法における酵素活性の測定方法
JPH0572205A (ja) * 1991-09-14 1993-03-23 Kanebo Ltd 免疫測定方法及び装置
JP2010539515A (ja) * 2007-09-17 2010-12-16 レッド・アイボリー・エルエルシー 自己作動性信号発生検出装置及び方法
JP2012021972A (ja) * 2010-06-15 2012-02-02 Daiichikosho Co Ltd 電荷測定による発電酵素を用いた迅速高感度分子検出定量法、および該方法に用いるための検出部並びに装置
JP2013170887A (ja) * 2012-02-20 2013-09-02 Micro Blood Science Co Ltd 発電酵素を用いた電荷測定による高感度分子検出装置のための測定用カートリッジ、及び該測定用カートリッジを用いて標的分子を検出する方法
JP2018036154A (ja) * 2016-08-31 2018-03-08 国立大学法人大阪大学 標的物質の電気的検出方法、定量方法、検出システム、定量システム及び試薬
WO2020153461A1 (ja) * 2019-01-25 2020-07-30 株式会社Ｐｒｏｖｉｇａｔｅ 抗原の測定方法及び測定装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63265163A (ja) * 1987-04-23 1988-11-01 Toa Denpa Kogyo Kk 酵素免疫測定法における酵素活性の測定方法
JPH0572205A (ja) * 1991-09-14 1993-03-23 Kanebo Ltd 免疫測定方法及び装置
JP2010539515A (ja) * 2007-09-17 2010-12-16 レッド・アイボリー・エルエルシー 自己作動性信号発生検出装置及び方法
JP2012021972A (ja) * 2010-06-15 2012-02-02 Daiichikosho Co Ltd 電荷測定による発電酵素を用いた迅速高感度分子検出定量法、および該方法に用いるための検出部並びに装置
JP2013170887A (ja) * 2012-02-20 2013-09-02 Micro Blood Science Co Ltd 発電酵素を用いた電荷測定による高感度分子検出装置のための測定用カートリッジ、及び該測定用カートリッジを用いて標的分子を検出する方法
JP2018036154A (ja) * 2016-08-31 2018-03-08 国立大学法人大阪大学 標的物質の電気的検出方法、定量方法、検出システム、定量システム及び試薬
WO2020153461A1 (ja) * 2019-01-25 2020-07-30 株式会社Ｐｒｏｖｉｇａｔｅ 抗原の測定方法及び測定装置

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