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JP2009128234A - Material detecting device and material detecting method - Google Patents

Material detecting device and material detecting method Download PDF

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JP2009128234A
JP2009128234A JP2007304672A JP2007304672A JP2009128234A JP 2009128234 A JP2009128234 A JP 2009128234A JP 2007304672 A JP2007304672 A JP 2007304672A JP 2007304672 A JP2007304672 A JP 2007304672A JP 2009128234 A JP2009128234 A JP 2009128234A
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JP
Japan
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substance
complex
detection
region
container
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007304672A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Ikeda
貴司 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive and sensitive device for detecting a material to be measured. <P>SOLUTION: This material detecting device has a vessel 1001 for holding an analyte 1002. The shape of the vessel 1001 is substantially cylinder shape, and a columnar recessed part is disposed in the upper part of the vessel 1001 while it matches with the center axis of the vessel 1001. A binding object material capable of being specifically bound to the material to be measured is solidified on a side surface of the columnar recessed part. In other words, the side surface of the recessed part is a binding region 1003, the bottom part of the vessel 1001 is a detecting region 1009, and a detecting device 1004 is disposed as a detecting means under the vessel 1001. The detecting region 1009 is made narrower than the binding region 1003. The periphery of the vessel 1001 is provided with a releasing means 1007 for releasing, from the binding region 1003, a complex of a label material and the material to be measured specifically bound to the binding region 1003. The detecting region 1009 has a collecting means 1008 for collecting label material. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、検体中に含まれる測定対象物質を検出する物質検出装置に関する。さらに本発明は、検体中の測定対象物質を検出する物質検出方法に関する。   The present invention relates to a substance detection apparatus for detecting a measurement target substance contained in a specimen. Furthermore, the present invention relates to a substance detection method for detecting a measurement target substance in a specimen.

近年、予防医療が注目されていることから高感度な免疫検査の必要性が高まっている。免疫検査としては、種々の方法が提案されている。その方法の一つとして、以下のような方法が挙げられる。まず免疫検査において、測定の対象である測定対象物質と特異的に結合する被結合物質を、支持体上で固相化させておく。そして、測定対象物質を被結合物質に特異的に結合させた後、測定対象物質を検出する(特許文献1参照)。ここで、測定対象物質は、例えば抗原のような物質である。このとき被結合物質としては、抗原と特異的に結合する抗体が利用される。   In recent years, the need for highly sensitive immunological tests has increased due to the focus on preventive medicine. Various methods have been proposed for immunological tests. One of the methods is as follows. First, in an immunological test, a bound substance that specifically binds to a measurement target substance that is a measurement target is immobilized on a support. Then, after the measurement target substance is specifically bound to the bound substance, the measurement target substance is detected (see Patent Document 1). Here, the measurement target substance is a substance such as an antigen. At this time, an antibody that specifically binds to an antigen is used as the substance to be bound.

上記のような物質検出方法において、測定対象物質と標識物質とを反応させて、複合体を形成する方法も提案されている。この場合、複合体を、測定対象物質によって特異的に被結合物質に結合させる。そして、複合体中の標識物質を検出することによって、間接的に測定対象物質を検出する。このとき、標識物質として検出が容易な物質を利用することによって、測定対象物質が少量であっても、検出が可能となる。したがって、このような方法は、感度の高い免疫検査方法として期待される。   In the substance detection method as described above, a method of forming a complex by reacting a measurement target substance with a labeling substance has also been proposed. In this case, the complex is specifically bound to the bound substance by the measurement target substance. Then, the substance to be measured is indirectly detected by detecting the labeling substance in the complex. At this time, by using a substance that can be easily detected as the labeling substance, detection is possible even if the amount of the substance to be measured is small. Therefore, such a method is expected as a highly sensitive immunoassay method.

しかし標識物質は、必ずしも測定対象物質によって被結合物質に特異的に結合されるとは限らない。例えば、測定対象物質との複合体を形成していない標識物質(以下、不要な標識物質という。)が、支持体や被結合物質に非特異的に結合される場合がある。このような不要な標識物質が存在する場合、測定対象物質を正しく検出することが出来なくなってしまう。特に検体中に含まれる測定対象物質が少ない場合、不要な標識物質による影響が大きくなり、測定対象物質の検出の感度は大幅に低下してしまう。   However, the labeling substance is not necessarily specifically bound to the bound substance by the substance to be measured. For example, a labeling substance that does not form a complex with the substance to be measured (hereinafter referred to as an unnecessary labeling substance) may be non-specifically bound to the support or the bound substance. When such an unnecessary labeling substance exists, it becomes impossible to correctly detect the measurement target substance. In particular, when the measurement target substance contained in the sample is small, the influence of the unnecessary labeling substance is increased, and the sensitivity of detection of the measurement target substance is greatly reduced.

この問題を解決する物質検出方法が、特許文献2および特許文献3に記載されている。これらの物質検出方法は以下の通りである。まず、検体中の測定対象物質を標識物質と反応させて、複合体を形成する。そして結合工程として、複合体を結合領域(被結合物質が固相化されている領域。)に特異的に結合させる。次に、洗浄工程によって、検体中の不要な標識物質を除去する。そして、複合体を結合領域から解離させて、再び別の結合領域に結合させる。その後、さらに洗浄工程を行う。このように、結合工程と洗浄工程とを複数回繰り返すことによって、結合領域に非特異的に結合した不要な標識物質を検体中から除去する。その後、結合領域に特異的に結合している複合体中の標識物質を検出する。この方法によると、結合工程を繰り返すことによって、非特異的結合される不要な標識物質の量を減らすことが出来る。そして、測定対象物質の検出の感度を上げることが出来る。
米国特許第5981297号明細書 特許2606722号公報 特許2657672号公報
A substance detection method for solving this problem is described in Patent Document 2 and Patent Document 3. These substance detection methods are as follows. First, a measurement target substance in a specimen is reacted with a labeling substance to form a complex. In the binding step, the complex is specifically bound to a binding region (a region where a substance to be bound is immobilized). Next, unnecessary labeling substances in the specimen are removed by a washing process. Then, the complex is dissociated from the binding region and again bound to another binding region. Thereafter, a further cleaning step is performed. Thus, by repeating the binding step and the washing step a plurality of times, unnecessary labeling substances that are non-specifically bound to the binding region are removed from the specimen. Thereafter, the labeling substance in the complex specifically bound to the binding region is detected. According to this method, by repeating the binding step, the amount of unnecessary labeling substance that is non-specifically bound can be reduced. And the sensitivity of detection of a measurement object substance can be raised.
U.S. Patent No. 5981297 Japanese Patent No. 2606722 Japanese Patent No.2657672

特許文献2または3に記載された方法では、測定対象物質と被結合物質との特異的結合の効率が高くなくてはならない。なぜなら、特異的結合の効率が低い場合、結合工程を繰り返すたびに、結合領域に特異的に結合する複合体の量が少なくなっていくからである。このように複合体の量が少なくなると、検出の感度が低下してしまう。特異的結合の効率を高くするためには、結合領域を広くしなくてはならない。特異的に結合される測定対象物質の数は、被結合物質の数に依存するためである。さらに、結合領域に固相化させる被結合物質の密度を高くすることにも限界があるためである。   In the method described in Patent Document 2 or 3, the efficiency of specific binding between the substance to be measured and the substance to be bound must be high. This is because, when the efficiency of specific binding is low, the amount of the complex that specifically binds to the binding region decreases each time the binding step is repeated. Thus, when the amount of the complex decreases, the detection sensitivity decreases. In order to increase the efficiency of specific binding, the binding region must be widened. This is because the number of substances to be specifically bound is dependent on the number of substances to be bound. Furthermore, there is a limit to increasing the density of the substance to be bound to the binding region.

結合領域に結合されている複合体中の標識物質を検出するためには、検出手段としての検出デバイスを、結合領域全体にわたって設置する必要がある。したがって、上記のように結合領域を広くした場合、検出デバイスは広い領域にわたって設置される。このように構成された物質検出装置は高価なものとなる。特に、検出デバイスが半導体プロセスを用いて製造される場合、結合領域の広さは、物質検出装置の価格に大きく影響を与える。   In order to detect the labeling substance in the complex bound to the binding region, it is necessary to install a detection device as a detection means over the entire binding region. Therefore, when the coupling region is widened as described above, the detection device is installed over a wide region. The substance detection device configured as described above is expensive. In particular, when the detection device is manufactured using a semiconductor process, the size of the coupling region greatly affects the price of the substance detection apparatus.

本発明の目的は上記背景技術の課題に鑑み、従前より安価であり、かつ測定対象物質の検出感度の高い物質検出装置および物質検出方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a substance detection apparatus and a substance detection method that are cheaper than before and have a high detection sensitivity for a substance to be measured in view of the problems of the background art.

上記目的を達成するため本発明は、検体中に含まれる測定対象物質と標識物質との複合体を形成し、前記標識物質を検出することによって間接的に前記検体中の前記測定対象物質を検出する物質検出装置において、前記複合体が前記測定対象物質によって特異的に結合される結合領域と、前記複合体または前記標識物質を、前記結合領域から解離させるための解離手段と、前記標識物質を検出する検出領域とを有し、前記検出領域が前記結合領域よりも狭いことを特徴とする。   To achieve the above object, the present invention forms a complex of a measurement target substance and a labeling substance contained in a specimen, and indirectly detects the measurement target substance in the specimen by detecting the labeling substance. In the substance detection apparatus, a binding region in which the complex is specifically bound by the measurement target substance, a dissociation means for dissociating the complex or the labeling substance from the binding area, and a labeling substance A detection region for detection, wherein the detection region is narrower than the combined region.

また本発明は、検体中に含まれる測定対象物質と標識物質との複合体を形成する複合体形成工程と、前記複合体が前記測定対象物質によって特異的に結合される結合領域に、前記複合体を特異的に結合させる結合工程と、前記結合領域から、非特異的に結合した前記標識物質を除去する洗浄工程と、特異的に結合された前記複合体または前記複合体が有する前記標識物質を、前記結合領域から解離させる解離工程と、前記結合領域から解離させた前記複合体または前記標識物質を、検出領域へ集める収集工程と、前記検出領域にある前記標識物質を検出する検出工程とを有することを特徴とする。   The present invention also provides a complex forming step of forming a complex of a measurement target substance and a labeling substance contained in a specimen, and a binding region in which the complex is specifically bound by the measurement target substance. A binding step for specifically binding a body; a washing step for removing the non-specifically bound labeling substance from the binding region; and the specifically bound complex or the labeling substance possessed by the complex Dissociating from the binding region, collecting the complex dissociated from the binding region or the labeling substance into the detection region, and detecting the labeling substance in the detection region It is characterized by having.

本発明によれば、安価で、高感度な測定対象物質の検出を実施することが可能である。   According to the present invention, it is possible to detect a measurement target substance at low cost and with high sensitivity.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の物質検出装置の一実施形態の概念図を説明する図である。本例の物質検出装置は、測定対象物質を含んだ検体1002を保持する容器1001を有する。容器1001の形状は略円筒形であり、容器1001上部には、容器1001の中心軸と一致させて円柱形状の凹部が設けられている。つまり容器1001上面の形状は、リング形状となっている。円柱形状の凹部は、容器1001上面から下方に向かって伸びている。また、容器1001の底部は、深くなるほど幅(筒径)が狭くなっている。そして、容器1001の底面の面積は、円柱形状の凹部の側面積よりも小さくする。   FIG. 1 is a diagram illustrating a conceptual diagram of an embodiment of a substance detection device of the present invention. The substance detection apparatus of this example includes a container 1001 that holds a specimen 1002 containing a measurement target substance. The shape of the container 1001 is a substantially cylindrical shape, and a cylindrical recess is provided on the top of the container 1001 so as to coincide with the central axis of the container 1001. That is, the shape of the upper surface of the container 1001 is a ring shape. The cylindrical recess extends from the upper surface of the container 1001 downward. Further, the width (cylinder diameter) of the bottom portion of the container 1001 becomes narrower as it gets deeper. The area of the bottom surface of the container 1001 is made smaller than the side area of the cylindrical recess.

容器1001内部における円柱形状の凹部の側面には、測定対象物質と特異的に結合可能な被結合物質が固相化されている。つまり凹部の側面は、結合領域1003となっている。   A bound substance that can specifically bind to the measurement target substance is solid-phased on the side surface of the cylindrical recess in the container 1001. That is, the side surface of the recess is a coupling region 1003.

また容器1001の底部は検出領域1009であり、容器1001の下方には検出手段として検出デバイス1004が設けられている。検出領域1009は、結合領域1003よりも狭くなっている。その結果、検出デバイス1004を小さくすることが出来る。このように、検出デバイス1004を小さくすることで、安価な物質検出装置とすることが出来る。   Further, the bottom of the container 1001 is a detection region 1009, and a detection device 1004 is provided below the container 1001 as detection means. The detection area 1009 is narrower than the binding area 1003. As a result, the detection device 1004 can be made small. Thus, by making the detection device 1004 small, an inexpensive substance detection apparatus can be obtained.

検出デバイス1004は検出信号処理デバイス1005と接続されている。検出信号処理デバイス1005は、検出デバイス1004から送られてきた検出信号を処理する。そうすることによって、測定対象物質の有無や量を測定する。   The detection device 1004 is connected to the detection signal processing device 1005. The detection signal processing device 1005 processes the detection signal sent from the detection device 1004. By doing so, the presence and amount of the substance to be measured are measured.

容器1001周囲には、解離手段1007が設置されている。解離手段1007とは、結合領域1003に特異的に結合された測定対象物質と標識物質との複合体を、結合領域1003から解離させるための手段である。また容器1001下方には、測定対象物質と標識物質との複合体、または標識物質を検出領域1009に集めるための収集手段1008が設置されている。さらに容器1001上方には、不要な標識物質を除去するための除去手段1006が設置されている。不要な標識物質とは、測定対象物質との複合体を形成しなかった標識物質のことをいう。また、不要な標識物質には、測定対象物質以外の物質と結合した標識物質が含まれる。測定対象物質の検出の際、標識物質を検出することによって、間接的に測定対象物質の検出を実施する。したがって、上記のような不要な標識物質が存在する場合、測定対象物質を正しく検出することができない。除去手段1006は、このような不要な標識物質を除去する手段である。   Dissociation means 1007 is installed around the container 1001. The dissociation means 1007 is a means for dissociating the complex of the substance to be measured and the labeling substance specifically bound to the binding region 1003 from the binding region 1003. Also, below the container 1001, a collection unit 1008 for collecting a complex of the measurement target substance and the labeling substance or the labeling substance in the detection region 1009 is installed. Further, a removing means 1006 for removing unnecessary labeling substances is installed above the container 1001. The unnecessary labeling substance means a labeling substance that has not formed a complex with the substance to be measured. Further, unnecessary labeling substances include labeling substances bound to substances other than the measurement target substance. When detecting the measurement target substance, the detection target substance is indirectly detected by detecting the labeling substance. Therefore, when there is an unnecessary labeling substance as described above, the measurement target substance cannot be detected correctly. The removing means 1006 is a means for removing such an unnecessary labeling substance.

除去手段1006、解離手段1007、収集手段1008としては、測定対象物質および標識物質および複合体を移動させるような外力印加手段を用いることが出来る。標識物質が磁性物質の場合、外力印加手段としては、磁界を発生させるコイルを利用することができる。また、標識物質が電荷を帯びた物質の場合、外力印加手段としては、電界を発生させる電極を利用することができる。除去手段1006、解離手段1007、収集手段1008として用いられる外力印加手段は、同一のものであっても異なるものであっても構わない。   As the removing unit 1006, the dissociating unit 1007, and the collecting unit 1008, an external force applying unit that moves the measurement target substance, the labeling substance, and the complex can be used. When the labeling substance is a magnetic substance, a coil that generates a magnetic field can be used as the external force applying means. When the labeling substance is a charged substance, an electrode that generates an electric field can be used as the external force applying means. The external force applying means used as the removing means 1006, the dissociating means 1007, and the collecting means 1008 may be the same or different.

容器1001は上記の実施形態で説明した形状、構成である必要はない。例えば、容器1001の形状を直方体として、その側面に結合領域1003を設け、底面に検出領域1009を設けても良い。容器1001の形状は、検出領域1009を結合領域1003より狭くすることが出来れば、どのような形状でも構わない。もちろん、結合領域1003は容器側面に構成される必要はない。   The container 1001 need not have the shape and configuration described in the above embodiment. For example, the shape of the container 1001 may be a rectangular parallelepiped, the coupling region 1003 may be provided on the side surface, and the detection region 1009 may be provided on the bottom surface. The shape of the container 1001 may be any shape as long as the detection region 1009 can be narrower than the coupling region 1003. Of course, the coupling region 1003 need not be configured on the side of the container.

検出デバイス1004は、検出領域1009に集められた標識物質(複合体中の標識物質を含む。)を検出することが出来れば、どこに設置されても構わない。除去手段1006は、不要な標識物質を除去することができれば、どこに設置されても構わない。また解離手段1007は、結合領域1003に特異的に結合した複合体を解離させることができれば、どこに設置されても構わない。さらに収集手段1008は、標識物質または複合体を検出領域1009に集めることが出来ればどこに設置されていても構わない。検出デバイス1004、除去手段1006、解離手段1007、収集手段1008などの配置は、容器1001の形状および、測定対象物質や標識物質の物性などによって好適に変更されることが望ましい。   The detection device 1004 may be installed anywhere as long as it can detect the labeling substance (including the labeling substance in the complex) collected in the detection region 1009. The removing means 1006 may be installed anywhere as long as unnecessary labeling substances can be removed. The dissociation means 1007 may be installed anywhere as long as the complex specifically bound to the binding region 1003 can be dissociated. Further, the collecting means 1008 may be installed anywhere as long as the labeling substance or the complex can be collected in the detection region 1009. The arrangement of the detection device 1004, the removing unit 1006, the dissociating unit 1007, the collecting unit 1008, and the like is preferably changed appropriately depending on the shape of the container 1001, the physical properties of the measurement target substance and the labeling substance, and the like.

測定対象物質としては、結合領域1003に特異的に結合し、かつ標識物質と結合可能であれば、どのようなものでも良い。そのような物質として、DNAや抗原などが挙げられる。測定対象物質がDNAである場合、結合領域1003上で固相化される被結合物質としては、測定対象物質と相補的なDNAが用いられる。また測定対象物質が抗原である場合、被結合物質としては、その抗原に特異的に結合される抗体が用いられる。また標識物質は、測定対象物質と特異的に結合する被結合物質を有することが望ましい。そうすることで、測定対象物質と標識物質は、特異的に結合される。そのため、複合体を容易に形成することができる。   The substance to be measured may be any substance as long as it specifically binds to the binding region 1003 and can bind to the labeling substance. Examples of such substances include DNA and antigens. When the substance to be measured is DNA, DNA complementary to the substance to be measured is used as the substance to be immobilized on the binding region 1003. When the substance to be measured is an antigen, an antibody that specifically binds to the antigen is used as the substance to be bound. The labeling substance preferably has a bound substance that specifically binds to the substance to be measured. By doing so, the substance to be measured and the labeling substance are specifically bound. Therefore, a complex can be easily formed.

標識物質としては、測定対象物質を直接検出するよりも大きな検出信号が得られる物質を利用することが望ましい。そのような物質として、蛍光を生じる物質、放射性核種、磁性物質、ルテニウム錯体のような電気化学発光を生じる物質、あるいは電荷を帯びた物質などが用いられる。これらのうち、磁性物質や電荷を帯びた物質は、磁力や静電気力によって容易に移動させることが出来るため、より好ましく利用される。   As the labeling substance, it is desirable to use a substance capable of obtaining a larger detection signal than directly detecting the measurement target substance. As such a substance, a substance that generates fluorescence, a radionuclide, a magnetic substance, a substance that generates electrochemiluminescence such as a ruthenium complex, or a charged substance is used. Among these, a magnetic substance or a charged substance is more preferably used because it can be easily moved by magnetic force or electrostatic force.

検出デバイス1004としては、標識物質を検出することができれば、どのようなものでも使用可能である。標識物質が磁気を帯びている場合、検出デバイス1004としては、磁気抵抗効果膜、ホール素子、コイル、磁気インピーダンス素子、フラックスゲート素子などの磁気センサが用いられる。また、標識物質が電荷を帯びた物質である場合、例えば電界効果トランジスタ(FET)が用いられる。FETは、ゲート電極表面の電荷が変化することによって、ソース-ドレイン間に流れる電流の大きさが変化する。したがって、ゲート電極表面に電荷を帯びた標識物質を集めることによって、標識物質を検出することが可能である。このように、標識物質を検出することによって、間接的に測定対象物質を検出する。   Any device can be used as the detection device 1004 as long as it can detect the labeling substance. When the labeling substance is magnetized, as the detection device 1004, a magnetic sensor such as a magnetoresistive film, a Hall element, a coil, a magnetic impedance element, or a fluxgate element is used. Further, when the labeling substance is a charged substance, for example, a field effect transistor (FET) is used. In the FET, the magnitude of the current flowing between the source and the drain changes as the charge on the surface of the gate electrode changes. Therefore, it is possible to detect the labeling substance by collecting the charged labeling substance on the surface of the gate electrode. In this way, the substance to be measured is indirectly detected by detecting the labeling substance.

検出デバイス1004は検出領域1009から離れた場所に設けられても構わない。例えば、標識物質が光や放射線などを放射する物質である場合、検出デバイス1004を検出領域1009から離れた場所に設けることができる。標識物質が光を放射する場合、検出デバイス1004としては光学的検出デバイスが用いられる。そして検出領域1009に存在する標識物質の光学的特性を測定する。また標識物質が放射性核種である場合、放射線を検出する検出デバイスが用いられる。そして、標識物質から放射される放射線を測定することで、標識物質を検出することが出来る。   The detection device 1004 may be provided at a location away from the detection region 1009. For example, when the labeling substance is a substance that emits light, radiation, or the like, the detection device 1004 can be provided at a location away from the detection region 1009. When the labeling substance emits light, an optical detection device is used as the detection device 1004. Then, the optical characteristics of the labeling substance present in the detection region 1009 are measured. When the labeling substance is a radionuclide, a detection device that detects radiation is used. The labeling substance can be detected by measuring the radiation emitted from the labeling substance.

結合領域1003を除く容器1001の内壁は、測定対象物質や標識物体が吸着しないように構成されることが好ましい。そうすることによって、不要な標識物質を効果的に除去することができる。また、測定対象物質や標識物質や複合体が、結合領域1003以外の領域に吸着することを防ぐことが出来る。このことにより、測定対象物質の検出の感度を高くすることができる。   The inner wall of the container 1001 excluding the binding region 1003 is preferably configured so that the measurement target substance and the labeled object do not adsorb. By doing so, an unnecessary labeling substance can be effectively removed. In addition, the measurement target substance, the labeling substance, and the complex can be prevented from being adsorbed to a region other than the binding region 1003. This can increase the sensitivity of detection of the measurement target substance.

被結合物質としてチオール基を有する抗体を利用する場合、結合領域1003に金膜を構成することで、抗体はチオール基を介して金膜表面に固相化される。このとき、測定対象物質は抗原であり、標識物質は抗原と結合するような抗体を有する。したがって、結合領域1003を除く容器1001の内壁は、窒化シリコンや酸化シリコン等で覆うことが望ましい。窒化シリコンや酸化シリコンはチオール基、抗原、抗体が吸着しにくい材質である。   In the case of using an antibody having a thiol group as a substance to be bound, by forming a gold film in the binding region 1003, the antibody is immobilized on the gold film surface via the thiol group. At this time, the substance to be measured is an antigen, and the labeling substance has an antibody that binds to the antigen. Therefore, it is desirable to cover the inner wall of the container 1001 excluding the bonding region 1003 with silicon nitride, silicon oxide, or the like. Silicon nitride and silicon oxide are materials that are difficult to adsorb thiol groups, antigens, and antibodies.

また標識物質が帯電している場合、結合領域1003以外の容器1001の内壁を、標識物質が有する電荷と同じ極性に帯電させてもよい。そうすることで、標識物質が結合領域1003以外の場所へ吸着することを避けることが出来る。あるいは、ブロッキング材料で容器1001を覆うことによって、標識物質が結合領域1003以外の場所へ吸着することを避けることが可能である。   When the labeling substance is charged, the inner wall of the container 1001 other than the binding region 1003 may be charged with the same polarity as the charge of the labeling substance. By doing so, the labeling substance can be prevented from adsorbing to a place other than the binding region 1003. Alternatively, by covering the container 1001 with a blocking material, it is possible to prevent the labeling substance from adsorbing to a place other than the binding region 1003.

以下、本発明における物質検出方法について説明する。物質検出方法は、複合体形成工程と、結合工程と、洗浄工程と、解離工程と、収集工程と、検出工程とからなる。   Hereinafter, the substance detection method in the present invention will be described. The substance detection method includes a complex formation step, a binding step, a washing step, a dissociation step, a collection step, and a detection step.

複合体形成工程では、標識物質と検体1002中の測定対象物質とを結合させて複合体を形成する。これは、検体1002中に標識物質を注入することによって実施される。複合体形成工程は、予め容器1001内で実施しても良いし、上記容器1001とは異なる容器内で実施してもよい。複合体形成工程を異なる容器で実施した場合、複合体を形成した後、容器1001に複合体を含む検体1002を注入する。また、複合体形成工程は、結合工程後または結合工程中に実施しても構わない。   In the complex formation step, the labeling substance and the measurement target substance in the specimen 1002 are combined to form a complex. This is performed by injecting a labeling substance into the specimen 1002. The complex formation step may be performed in advance in the container 1001 or in a container different from the container 1001. When the complex formation step is performed in different containers, the sample 1002 containing the complex is injected into the container 1001 after the complex is formed. Moreover, you may implement a composite_body | complex formation process after a joining process or during a joining process.

結合工程では、測定対象物質を結合領域1003に特異的に結合させる。ここで、測定対象物質とは、標識物質との複合体を形成している測定対象物質を含む。この場合、複合体は測定対象物質によって結合領域1003に特異的に結合する。   In the binding step, the measurement target substance is specifically bound to the binding region 1003. Here, the measurement target substance includes a measurement target substance forming a complex with the labeling substance. In this case, the complex specifically binds to the binding region 1003 by the measurement target substance.

複合体形成工程と結合工程とを実施した後、検体1002中には測定対象物質との複合体を形成していない標識物質や、特異的結合の結合力(以下、特異的結合力と略す。)とは異なる力で結合領域1003に非特異的に結合している標識物質などが存在する。洗浄工程では、除去手段1006によって、このような不要な標識物質の除去を行う。   After the complex formation step and the binding step are performed, a labeling substance that does not form a complex with the measurement target substance in the specimen 1002 or a binding force of specific binding (hereinafter abbreviated as a specific binding force). There is a labeling substance or the like that is non-specifically bound to the binding region 1003 with a force different from (). In the washing process, such an unnecessary labeling substance is removed by the removing means 1006.

除去手段1006としては、例えばバッファー溶液を利用して検体1002を置換する手段がある。そうすることで、検体1002中の不要な標識物質を除去することが出来る。このとき、バッファー溶液の流れとともに、特異的結合力より弱い力で非特異的に結合している不要な標識物質を排出することが可能である。   As the removing means 1006, for example, there is means for replacing the specimen 1002 using a buffer solution. By doing so, unnecessary labeling substances in the specimen 1002 can be removed. At this time, together with the flow of the buffer solution, it is possible to discharge the unnecessary labeling substance that is non-specifically bound with a force weaker than the specific binding force.

また不要な標識物質が電荷や磁気を帯びている場合、除去手段1006として、静電気力や磁力などの外力印加手段を用いることが出来る。そして、不要な標識物質に外力を作用させることで、不要な標識ビーズの除去を実施する。不要な標識物質に外力が作用しにくい場合、標識物質に外力が十分に作用する粒子を結合させても良い。そのような粒子として、例えば磁性物質や電荷を帯びた物質が挙げられる。   When the unnecessary labeling substance is charged or magnetized, an external force applying means such as electrostatic force or magnetic force can be used as the removing means 1006. Then, unnecessary labeled beads are removed by applying an external force to the unnecessary labeling substance. When it is difficult for an external force to act on an unnecessary labeling substance, particles having a sufficient external force may be bound to the labeling substance. Examples of such particles include magnetic substances and charged substances.

標識物質が磁性体である場合、除去手段1006によって磁力を発生させ、不要な標識物質を容器1001上部に集めることが可能である。そのようにして集めた不要な標識物質は、スポイトなどにより検体1002中から除去することができる。あるいは、バッファー溶液などを容器1001に流し、浮遊している不要な標識物質や結合領域1003から外れた不要な標識物質を洗い流すことも可能である。   When the labeling substance is a magnetic substance, it is possible to generate a magnetic force by the removing means 1006 and collect unnecessary labeling substances in the upper part of the container 1001. Unnecessary labeling substances collected in this way can be removed from the specimen 1002 by using a dropper or the like. Alternatively, a buffer solution or the like can be poured into the container 1001 to wash away unnecessary floating labeling substances or unnecessary labeling substances that have come off the binding region 1003.

不要な標識物質は、検出工程の際に検出信号に影響を与えないように、検出領域1009から除去する。このとき不要な標識物質は、検体1002中から除去されることが好ましい。そうすることで、標識物質を検出する際、不要な標識物質からのノイズ信号を低減することができる。すなわち、測定対象物質の検出の感度を高めることができる。ただし、検体1002中から除去することが困難である場合、検出工程の際に影響を与えない領域に保持しておいても構わない。   Unnecessary labeling substances are removed from the detection region 1009 so as not to affect the detection signal during the detection process. At this time, an unnecessary labeling substance is preferably removed from the specimen 1002. By doing so, it is possible to reduce noise signals from unnecessary labeling substances when detecting the labeling substances. That is, the sensitivity of detection of the measurement target substance can be increased. However, if it is difficult to remove from the specimen 1002, it may be held in a region that does not affect the detection process.

除去工程後、解離工程を実施する。解離工程では、測定対象物質によって結合領域1003に特異的に結合されている複合体を結合領域1003から解離させる。このとき、測定対象物質と標識物質との特異的結合を解離させることで、解離工程を実施しても構わない。つまり複合体中の標識物質を結合領域1003から解離させても良い。   After the removal step, a dissociation step is performed. In the dissociation step, the complex specifically bound to the binding region 1003 by the measurement target substance is dissociated from the binding region 1003. At this time, the dissociation step may be performed by dissociating specific binding between the measurement target substance and the labeling substance. That is, the labeling substance in the complex may be dissociated from the binding region 1003.

複合体または標識物質を解離させるための解離手段1007は、標識物質に外力を印加する外力印加手段によって実施される。印加する外力の大きさは、特異的結合力とほぼ同等な大きさであることが好ましい。特異的結合力にばらつきが有る場合、外力の大きさは特異的結合力の中で最も大きな力とほぼ同等な大きさとする。そのようにすることで、結合領域1003に特異的に結合した複合体および標識物質を解離させることができる。   The dissociation means 1007 for dissociating the complex or the labeling substance is performed by an external force applying means for applying an external force to the labeling substance. It is preferable that the magnitude of the external force to be applied is approximately equal to the specific binding force. When the specific binding force varies, the magnitude of the external force is set to be approximately equal to the largest of the specific binding forces. By doing so, the complex specifically bound to the binding region 1003 and the labeling substance can be dissociated.

上記のように外力の大きさを制御することで、特異的結合力よりも大きい力で非特異的に結合している不要な標識物質は、結合領域1003に結合された状態となる。したがって、結合領域1003と検出領域1009とを、異なる領域とすることが望ましい。そうすることで、特異的結合力よりも大きい力で結合領域1003に非特異的に結合している不要な標識物質は、検出工程の際にノイズ信号として影響を与えない。   By controlling the magnitude of the external force as described above, unnecessary labeling substances that are non-specifically bound with a force larger than the specific binding force are bound to the binding region 1003. Therefore, it is desirable that the binding region 1003 and the detection region 1009 be different regions. By doing so, an unnecessary labeling substance non-specifically bound to the binding region 1003 with a force larger than the specific binding force does not affect the noise signal during the detection process.

このように、特異的結合力と異なる力で結合領域1003に非特異的に結合した標識物質は、除去工程と解離工程によって、除去することが可能である。したがって標識物質の検出の感度を上げることが可能である。   As described above, the labeling substance non-specifically bound to the binding region 1003 with a force different from the specific binding force can be removed by the removal step and the dissociation step. Therefore, it is possible to increase the sensitivity of detection of the labeling substance.

収集工程では、解離工程によって解離させた複合体および標識物質を、収集手段1008によって検出領域1009へ集める。収集手段1008は、解離した複合体および標識物質を検出領域1009へ集めることが出来ればどのようなものでも構わない。   In the collection step, the complex and the labeling substance dissociated in the dissociation step are collected in the detection region 1009 by the collection means 1008. The collecting means 1008 may be anything as long as the dissociated complex and the labeling substance can be collected in the detection region 1009.

検出工程では、検出領域1009に集められた標識物質(複合体中の標識物質を含む。)を検出デバイス1004によって検出する。そして標識物質の有無や量を検出することによって、間接的に測定対象物質の有無や量を検出する。標識物質を検出する検出デバイス1004としては、上述のように様々なものを使用することができる。   In the detection step, the labeling substance (including the labeling substance in the complex) collected in the detection region 1009 is detected by the detection device 1004. Then, the presence / absence or amount of the target substance is indirectly detected by detecting the presence / absence or amount of the labeling substance. As the detection device 1004 for detecting the labeling substance, various devices can be used as described above.

(標識物質が磁性物質の一例)
以下、標識物質として磁気ビーズを用いる場合の一例について説明する。複合体形成工程において、磁気ビーズが磁化されていると、検体1002中において磁気ビーズは、静磁結合により凝集してしまう。そのため、複合体形成の形成効率が低下してしまう。そこで磁気ビーズとしては、スーパーパラ磁性を示す物質であることが好ましい。スーパーパラ磁性とは、磁界が印加されたときに磁化され、磁界が印加されていないときには非磁性体のように振舞う性質である。つまり複合体形成工程の際に、静磁結合により磁気ビーズが凝集することを避けることが出来る。また磁気ビーズを移動させる場合には、磁気ビーズに磁界を印加して、磁気ビーズを磁化させれば良い。さらに検出工程において、磁気ビーズを検出する場合に、磁気ビーズを磁化させても良い。そうすることにより、容易に磁気ビーズを検出することが出来る。
(The labeling substance is an example of a magnetic substance)
Hereinafter, an example in the case of using magnetic beads as the labeling substance will be described. If the magnetic beads are magnetized in the complex formation step, the magnetic beads in the specimen 1002 are aggregated due to magnetostatic coupling. Therefore, the formation efficiency of complex formation will fall. Therefore, it is preferable that the magnetic beads be a substance exhibiting superparamagnetism. Superparamagnetism is a property that magnetizes when a magnetic field is applied and behaves like a non-magnetic material when no magnetic field is applied. That is, the magnetic beads can be prevented from aggregating due to magnetostatic coupling during the complex forming process. When moving the magnetic beads, a magnetic field may be applied to the magnetic beads to magnetize the magnetic beads. Further, in the detection step, when detecting the magnetic beads, the magnetic beads may be magnetized. By doing so, magnetic beads can be easily detected.

磁気ビーズを用いる場合、磁気ビーズを移動させるための外力印加手段としては、磁界を印加する手段であることが好ましい。磁気ビーズに磁界Hを印加した場合、磁気ビーズに働く力FHは下式(1)によって表される。 When using magnetic beads, the external force applying means for moving the magnetic beads is preferably means for applying a magnetic field. When the magnetic field H is applied to the magnetic beads, the force F H acting on the magnetic beads is expressed by the following equation (1).

Figure 2009128234
ここで、Mは磁気ビーズの磁化である。
Figure 2009128234
Here, M is the magnetization of the magnetic beads.

スーパーパラ磁性を示す物質の磁化Mは、磁界Hの関数として表される。また、比較的小さな磁界において、磁化Mと磁界Hの関係はほぼ線形となる。つまりスーパーパラ磁性を示す磁気ビーズの磁化Mは、小さな磁界において、M = χHと表される。ここでχは磁気ビーズの磁化率である。したがって磁気ビーズに印加される力は、磁化率、磁界の大きさ、磁界の勾配などに依存する。そして磁気ビーズには、磁界が小さい場所から大きい場所に向かう方向の力FHが働く。したがって除去手段1006、解離手段1007、収集手段1008として磁力を用いる場合、磁気ビーズの磁気特性に応じて適当な分布の磁界を印加する。 The magnetization M of a material exhibiting superparamagnetism is expressed as a function of the magnetic field H. Further, in a relatively small magnetic field, the relationship between the magnetization M and the magnetic field H is almost linear. That is, the magnetization M of the magnetic beads exhibiting superparamagnetism is expressed as M = χH in a small magnetic field. Here, χ is the magnetic susceptibility of the magnetic beads. Accordingly, the force applied to the magnetic beads depends on the magnetic susceptibility, the magnitude of the magnetic field, the gradient of the magnetic field, and the like. A force F H is applied to the magnetic beads in a direction from a small magnetic field to a large magnetic field. Therefore, when magnetic force is used as the removing means 1006, the dissociating means 1007, and the collecting means 1008, a magnetic field having an appropriate distribution is applied according to the magnetic characteristics of the magnetic beads.

例えば、除去工程において、不要な磁気ビーズを容器1001の側面に集める必要があったとする。このとき結合領域1003から離れるに従って大きくなるような磁界を、容器1001内部に印加すればよい。これは、容器1001外側の側面に、永久磁石や電磁石を設けることによって容易に達成することができる。このとき印加する磁力の大きさは、結合領域1003に特異的に結合した複合体が解離しない大きさとする。その後、容器1001側面に集めた不要な磁気ビーズを、別の除去手段1006によって容器1001外部へ除去しても良い。   For example, it is assumed that unnecessary magnetic beads need to be collected on the side surface of the container 1001 in the removal step. At this time, a magnetic field that increases with distance from the coupling region 1003 may be applied to the inside of the container 1001. This can be easily achieved by providing a permanent magnet or an electromagnet on the outer side surface of the container 1001. The magnitude of the magnetic force applied at this time is set such that the complex specifically bound to the binding region 1003 does not dissociate. Thereafter, unnecessary magnetic beads collected on the side surface of the container 1001 may be removed to the outside of the container 1001 by another removing means 1006.

また解離手段1007として、容器1001外側の側面に設置された永久磁石または電磁石を利用することも出来る。この場合には、印加する磁力の大きさを、特異的結合力と同じくらいの大きさとする。そうすることで、結合領域1003に特異的に結合した複合体を解離させることができる。   As the dissociation means 1007, a permanent magnet or an electromagnet installed on the outer side surface of the container 1001 can be used. In this case, the magnitude of the applied magnetic force is set to be as large as the specific binding force. By doing so, the complex specifically bound to the binding region 1003 can be dissociated.

(標識物質が電荷を帯びた物質の一例)
以下、標識物質として電荷を帯びた物質を用いる場合の一例について説明する。このときの物質検出装置を、図2(a)を参照して説明する。物質検出装置は、検体1002を保持する容器1001を有する。容器1001の形状は、図1で説明したものと同様の形状とする。
(An example of a charged substance in the labeling substance)
Hereinafter, an example in the case of using a charged substance as the labeling substance will be described. The substance detection apparatus at this time will be described with reference to FIG. The substance detection apparatus includes a container 1001 that holds a specimen 1002. The shape of the container 1001 is the same as that described with reference to FIG.

容器1001の外周側の側面には、測定対象物質と特異的に結合可能な被結合物質が固相化されている。つまり容器1001の外周側の側面は、結合領域1003となっている。そして結合領域1003に電荷を付与することが出来るように、容器1001側面に沿って円筒形状の外電極2007が設けられている。また容器1001が有する円柱形状の凹部には、円柱形状の中心電極2008が設けられている。外電極2007と中心電極2008は、スイッチを介して電源2009と電気的に接続されている。そして電圧を印加した際、両電極2007,2008の極性は、正負が逆になるようにする。   A bound substance that can specifically bind to the measurement target substance is solid-phased on the outer peripheral side surface of the container 1001. That is, the side surface on the outer peripheral side of the container 1001 is a coupling region 1003. A cylindrical outer electrode 2007 is provided along the side surface of the container 1001 so that electric charges can be applied to the coupling region 1003. A cylindrical central electrode 2008 is provided in a cylindrical concave portion of the container 1001. The outer electrode 2007 and the center electrode 2008 are electrically connected to the power supply 2009 through a switch. When a voltage is applied, the polarity of both electrodes 2007 and 2008 is set so that the polarity is reversed.

容器1001の底部は検出領域1009であり、容器1001の下方には検出手段として検出デバイス1004が設けられている。検出領域1009は結合領域1003よりも狭くなるように構成されている。検出デバイス1004が検出した検出信号を処理するために、検出デバイス1004は検出信号処理デバイス1005と接続されている。   The bottom of the container 1001 is a detection region 1009, and a detection device 1004 is provided below the container 1001 as detection means. The detection area 1009 is configured to be narrower than the binding area 1003. In order to process the detection signal detected by the detection device 1004, the detection device 1004 is connected to the detection signal processing device 1005.

中心電極2008と外電極2007の材質は、電極の表面に電荷を均一に誘起させるものであれば、どのようなものでも使用可能である。ただし、標識物質や複合体が非特異的に結合するような材質である場合、検出感度の低下を引き起こす原因となる。その場合には、両電極2007,2008を保護膜で覆うことが望ましい。そうすることで、検出感度の低下を阻止することが出来る。   Any material can be used as the material of the center electrode 2008 and the outer electrode 2007 as long as the charge is uniformly induced on the surface of the electrode. However, if the labeling substance or the complex is a material that binds nonspecifically, it may cause a decrease in detection sensitivity. In that case, it is desirable to cover both electrodes 2007 and 2008 with a protective film. By doing so, a decrease in detection sensitivity can be prevented.

図2(b)は、図2(a)に示される破線A-A'において物質検出装置を切断した場合の断面図である。容器1001の断面の形状はリング形状であり、その中心部には中心電極2008が設置されている。また、容器1001の外周部には、外電極2007が設置されている。ここで、中心電極2008の半径をaとし、外電極2007の内壁の半径をbとする。また、両電極2007,2008の高さは、各半径a,bよりも十分に大きくする。   FIG. 2B is a cross-sectional view when the substance detection device is cut along the broken line AA ′ shown in FIG. The cross-sectional shape of the container 1001 is a ring shape, and a central electrode 2008 is installed at the center thereof. An outer electrode 2007 is installed on the outer periphery of the container 1001. Here, the radius of the center electrode 2008 is a, and the radius of the inner wall of the outer electrode 2007 is b. The heights of both electrodes 2007 and 2008 are sufficiently larger than the radii a and b.

上記のように構成された両電極2007,2008に電圧Vを印加した場合、容器1001の内部に発生する電界の大きさは、下式(2)によって表される。   When the voltage V is applied to both electrodes 2007 and 2008 configured as described above, the magnitude of the electric field generated inside the container 1001 is expressed by the following equation (2).

Figure 2009128234
ただし、rは容器1001の中心軸からの距離を表す。電界の向きは、容器1001の中心軸から容器1001側面に向かって、放射状に広がる方向となる。もちろん両電極2007,2008間の極性を反転させることによって、電界の向きは反転させることが出来る。
Figure 2009128234
Here, r represents the distance from the central axis of the container 1001. The direction of the electric field is a direction that spreads radially from the central axis of the container 1001 toward the side surface of the container 1001. Of course, by reversing the polarity between the electrodes 2007 and 2008, the direction of the electric field can be reversed.

ここで、標識物質2011は電荷q2を帯びているとする。標識物質2011の電荷q2は、検体1002のpHや塩濃度などにより変化させることが可能である。抗体や抗原等の生体物質も、上記のように電荷量を変化させることができる。 Here, the labeling substance 2011 is that the charged q 2. The charge q 2 of the labeling substance 2011 can be changed by the pH, salt concentration, etc. of the specimen 1002. Biological substances such as antibodies and antigens can also change the charge amount as described above.

また、標識物質2011の大きさは、外電極2007と中心電極2008との距離、すなわち( b - a )と比較して十分に小さいとする。そして外電極2007に、標識物質2011が有する電荷q2と同じ極性の電荷が誘起するように、電圧Vを印加する。このとき、結合領域1003に結合されている標識物質2011には、中心電極2008に向かう方向の力が印加される。その力Fの大きさは、下式(3)で示される大きさとなる。 Further, the size of the labeling substance 2011 is assumed to be sufficiently smaller than the distance between the outer electrode 2007 and the center electrode 2008, that is, (b−a). A voltage V is applied to the outer electrode 2007 so that a charge having the same polarity as the charge q 2 of the labeling substance 2011 is induced. At this time, a force in the direction toward the center electrode 2008 is applied to the labeling substance 2011 bonded to the binding region 1003. The magnitude of the force F is the magnitude indicated by the following expression (3).

Figure 2009128234
上記のように、両電極2007,2008を構成したことにより、結合領域1003に結合されている標識物質2011には、ほぼ等しい力を印加することが出来る。また、印加する力の大きさは電圧によって簡単に制御可能である。したがって解離手段として磁力を用いる場合、両電極2007,2008間に与える電圧Vを適当な大きさに制御すれば良い。このとき、標識物質2011に印加する力の大きさは、特異的結合力とほぼ同等な大きさとする。そうすることで、結合領域1003と特異的に結合している標識物質2011を解離させることができる。
Figure 2009128234
As described above, since both electrodes 2007 and 2008 are configured, substantially equal force can be applied to the labeling substance 2011 bonded to the binding region 1003. Further, the magnitude of the applied force can be easily controlled by the voltage. Therefore, when magnetic force is used as the dissociation means, the voltage V applied between the electrodes 2007 and 2008 may be controlled to an appropriate level. At this time, the magnitude of the force applied to the labeling substance 2011 is approximately equal to the specific binding force. By doing so, the labeling substance 2011 specifically bound to the binding region 1003 can be dissociated.

また除去工程において、不要な標識物質2011を容器1001の中心へ集める必要がある場合、上式(3)で示される力Fを利用することができる。このとき、力Fの大きさは特異的結合力よりも小さな力となるように制御する。そうすることによって、検体1002中を浮遊している標識物質2011や、特異的結合力よりも小さな力で非特異的に結合している標識物質2011を中心電極2008表面に集めることができる。この後、必要であるならば、中心電極2008表面に集められた不要な標識物質2011を容器1001から除去すれば良い。   Further, when it is necessary to collect unnecessary labeling substances 2011 in the center of the container 1001 in the removal step, the force F represented by the above formula (3) can be used. At this time, the magnitude of the force F is controlled to be smaller than the specific binding force. By doing so, the labeling substance 2011 floating in the specimen 1002 and the labeling substance 2011 bound nonspecifically with a force smaller than the specific binding force can be collected on the surface of the central electrode 2008. Thereafter, if necessary, unnecessary labeling substances 2011 collected on the surface of the center electrode 2008 may be removed from the container 1001.

(実施例1)
次に、本発明における物質検出装置および物質検出方法の実施例について説明する。本実施例では、測定対象物質として前立腺特異抗原(PSA)を用い、標識物質として磁気ビーズを用いる。
(Example 1)
Next, examples of the substance detection apparatus and substance detection method in the present invention will be described. In this embodiment, prostate specific antigen (PSA) is used as the measurement target substance, and magnetic beads are used as the labeling substance.

図3は、本実施例における物質検出装置を説明する図である。物質検出装置は、検体3002を保持する容器3001を有する。容器3001の形状は円筒形状であり、容器3001の中心軸と一致させて円柱形状の凹部が設けられている。つまり容器3001上面の形状は、リング状となっている。円柱形状の凹部は、容器3001上面から下方に向かって伸びている。この凹部の直径は0.6mmである。円柱形状の凹部の内部には、コイル3006が設置されている。また、容器3001の底面は直径1.6mmの円形であり、容器3001の高さは14mmである。   FIG. 3 is a diagram for explaining the substance detection apparatus in the present embodiment. The substance detection apparatus includes a container 3001 that holds a specimen 3002. The shape of the container 3001 is a cylindrical shape, and a cylindrical recess is provided so as to coincide with the central axis of the container 3001. That is, the shape of the upper surface of the container 3001 is a ring shape. The cylindrical recess extends downward from the upper surface of the container 3001. The diameter of this recess is 0.6 mm. A coil 3006 is installed inside the cylindrical recess. The bottom surface of the container 3001 is a circle having a diameter of 1.6 mm, and the height of the container 3001 is 14 mm.

円柱形状の凹部の容器3001内部側の側面には、金膜が形成されている。金膜表面には、PSAと特異的に結合する一次抗体が固相化されている。つまり、凹部の容器3001内部側の側面は結合領域3003となっている。この結合領域3003の面積は約20mm2である。 A gold film is formed on the side surface of the cylindrical concave portion inside the container 3001. A primary antibody that specifically binds to PSA is immobilized on the gold film surface. That is, the side surface of the concave portion inside the container 3001 is a coupling region 3003. The area of the coupling region 3003 is about 20 mm 2 .

容器3001の外側の側面にはコイル3011が備えられている。コイル3011は、磁界を発生することが出来るように、電源3012と接続されている。またコイル3011は、鉄心3013に巻かれている。鉄心3013の形状は、コイル3011が巻かれている部分が円柱形状である。そして、容器3001の側面に近づくに従って細くなるような形状をしている。   A coil 3011 is provided on the outer side surface of the container 3001. The coil 3011 is connected to a power source 3012 so that a magnetic field can be generated. The coil 3011 is wound around the iron core 3013. As for the shape of the iron core 3013, a portion around which the coil 3011 is wound is a cylindrical shape. Then, the shape is such that it becomes thinner as it approaches the side surface of the container 3001.

また、コイル3011は容器3001側面に沿って上下移動をすることが出来るように構成されている。さらにコイル3011は、容器3001の側面に沿って、容器3001の中心軸に対して回転することが可能とする。このコイル3011は、除去手段、解離手段、収集手段として利用される。   Further, the coil 3011 is configured to be able to move up and down along the side surface of the container 3001. Further, the coil 3011 can rotate with respect to the central axis of the container 3001 along the side surface of the container 3001. The coil 3011 is used as a removing unit, a dissociating unit, and a collecting unit.

収集手段として、容器3001下方にはコイル3014が設置されている。コイル3014は電源に接続されている。さらに容器3001上方には、除去手段として鉄心3009に巻きつけられたコイル3008が設置されている。このコイル3008は、電源3010に接続されている。   As a collecting means, a coil 3014 is installed below the container 3001. The coil 3014 is connected to a power source. Further, a coil 3008 wound around an iron core 3009 is installed above the container 3001 as a removing means. The coil 3008 is connected to a power supply 3010.

本実施例においてはコイル3011を一つとしたが、同様のコイルを複数設けても構わない。そうすることにより、容器3001内部の広い領域に磁界を印加することができる。   In this embodiment, one coil 3011 is used, but a plurality of similar coils may be provided. By doing so, a magnetic field can be applied to a wide area inside the container 3001.

また容器3001の底部は検出領域3026であり、容器3001の底面には検出手段として検出デバイス3004が設けられている。検出デバイス3004の形状は、一辺の長さが0.7mmの正方形である。図4は、検出デバイス3004の詳細な構成を示す図である。検出デバイス3004は複数の磁気抵抗効果素子3021から構成されている。磁気抵抗効果素子3021は、同一平面上に512列×512行、隙間をあけて並べられている。また、磁気抵抗効果素子3021の下部には、選択トランジスタ3020が形成されている。一つの選択トランジスタ3020に対して一つの磁気抵抗効果素子3021が接続されている。また、磁気抵抗効果素子3021の上部には上部電極3022が形成されている。この上部電極3022は、容器3001の下面として構成されている。また上部電極3022は、検出信号処理デバイス3005と電気的に接続されている。   The bottom of the container 3001 is a detection region 3026, and a detection device 3004 is provided on the bottom surface of the container 3001 as detection means. The shape of the detection device 3004 is a square with a side length of 0.7 mm. FIG. 4 is a diagram showing a detailed configuration of the detection device 3004. The detection device 3004 is composed of a plurality of magnetoresistance effect elements 3021. The magnetoresistive elements 3021 are arranged on the same plane with 512 columns × 512 rows with a gap. A selection transistor 3020 is formed below the magnetoresistive effect element 3021. One magnetoresistive element 3021 is connected to one select transistor 3020. An upper electrode 3022 is formed on the magnetoresistive element 3021. The upper electrode 3022 is configured as the lower surface of the container 3001. The upper electrode 3022 is electrically connected to the detection signal processing device 3005.

磁気抵抗効果素子3021はTa / MnPt / CoFe / Ru / CoFeB / MgO / CoFeB / Au の多層膜からなる。また、磁気抵抗効果素子3021は、その膜面内の方向に磁気異方性を有する。このため、膜面内の方向の磁界の大きさに依存して、磁気抵抗効果素子3021の電気抵抗が変化する。したがって、膜面内の方向の浮遊磁界の大きさを検出することによって、磁気ビーズ3019の検出が可能である。   The magnetoresistive effect element 3021 is formed of a multilayer film of Ta / MnPt / CoFe / Ru / CoFeB / MgO / CoFeB / Au. The magnetoresistive element 3021 has magnetic anisotropy in the direction in the film plane. For this reason, the electric resistance of the magnetoresistive effect element 3021 changes depending on the magnitude of the magnetic field in the direction in the film plane. Therefore, the magnetic beads 3019 can be detected by detecting the magnitude of the stray magnetic field in the direction in the film plane.

磁気抵抗効果素子3021の表面の面積は一素子あたり0.4μm×1.3μmの大きさとする。したがって、全ての磁気抵抗効果素子3021の表面積は0.13mm2となる。これは、結合領域3003の面積(約20mm2)と比べて著しく狭い。もし、結合領域3003の面積と同等の表面積を、磁気抵抗効果素子3021によって埋め尽くす場合、本実施例の場合と比較して100倍以上の磁気抵抗効果素子3021が必要となる。これは物質検出装置のコストを著しく高くする要因となる。 The area of the surface of the magnetoresistive effect element 3021 is 0.4 μm × 1.3 μm per element. Therefore, the surface area of all magnetoresistive elements 3021 is 0.13 mm 2 . This is significantly smaller than the area of the coupling region 3003 (about 20 mm 2 ). If the surface area equivalent to the area of the coupling region 3003 is filled with the magnetoresistive effect element 3021, the magnetoresistive effect element 3021 is required to be 100 times or more that in the present embodiment. This is a factor that significantly increases the cost of the substance detection apparatus.

また上部電極3022の容器3001内部側には、窒化シリコン3023からなる突起物が形成されている。窒化シリコン3023は、磁気抵抗効果素子3021間の隙間を有する領域に対応して形成されている。窒化シリコン3023は抗原あるいは抗体が吸着しにくい材料である。これによって、収集工程の際に、磁気ビーズ3019を磁気抵抗効果素子3021の直上に集めることが出来る。   A protrusion made of silicon nitride 3023 is formed on the inner side of the container 3001 of the upper electrode 3022. The silicon nitride 3023 is formed corresponding to a region having a gap between the magnetoresistive effect elements 3021. Silicon nitride 3023 is a material that hardly adsorbs antigens or antibodies. Thus, the magnetic beads 3019 can be collected immediately above the magnetoresistive effect element 3021 during the collecting process.

磁気ビーズ3019としては、スーパーパラ磁性を示すものを用いる。また、磁気ビーズ3019の直径は100nmであり、磁気ビーズ3019の表面にはPSA 3017と特異的に結合する二次抗体が形成されている。   As the magnetic beads 3019, those showing superparamagnetism are used. The diameter of the magnetic bead 3019 is 100 nm, and a secondary antibody that specifically binds to PSA 3017 is formed on the surface of the magnetic bead 3019.

以下、本実施例における物質検出方法について説明する。まず複合体形成工程として、容器3001内に検体3002と磁気ビーズ3019を注入して、約20分間攪拌する。このとき、検体3002中のPSA 3017と磁気ビーズ3019は、二次抗体を介して複合体を形成する。   Hereinafter, the substance detection method in a present Example is demonstrated. First, as a complex formation step, a specimen 3002 and magnetic beads 3019 are injected into a container 3001 and stirred for about 20 minutes. At this time, PSA 3017 and magnetic beads 3019 in the specimen 3002 form a complex via the secondary antibody.

次に結合工程として、電源3007によってコイル3006に電流を流す。すると容器3001内部には、結合領域3003から遠ざかるほど弱くなるような磁界が形成される。したがって磁気ビーズ3019は、より磁界の強い結合領域3003表面に引き寄せられる。このとき図5で示されるように、PSA 3017と磁気ビーズ3019との複合体は、PSA 3017によって一次抗体3016と特異的に結合する。つまり磁気ビーズ3019は、一次抗体3016、PSA 3017、二次抗体3018を介して結合領域3003に特異的に結合される。   Next, as a coupling step, a current is passed through the coil 3006 by the power source 3007. Then, a magnetic field is formed in the container 3001 so as to become weaker as the distance from the coupling region 3003 increases. Therefore, the magnetic beads 3019 are attracted to the surface of the coupling region 3003 having a stronger magnetic field. At this time, as shown in FIG. 5, the complex of PSA 3017 and magnetic beads 3019 is specifically bound to the primary antibody 3016 by PSA 3017. That is, the magnetic beads 3019 are specifically bound to the binding region 3003 via the primary antibody 3016, the PSA 3017, and the secondary antibody 3018.

また、複合体形成工程において複合体を形成しなかった磁気ビーズ3019は、結合領域3003に結合しないか、もしくは結合領域3003に非特異的に結合される。このような磁気ビーズ3019は、検出の感度を低下させる原因となる不要な磁気ビーズである。   In addition, the magnetic beads 3019 that have not formed a complex in the complex formation step do not bind to the binding region 3003 or are non-specifically bound to the binding region 3003. Such magnetic beads 3019 are unnecessary magnetic beads that cause a reduction in detection sensitivity.

次に除去工程として、コイル3006による磁界の印加を止める。すると、結合領域3003に結合していない不要な磁気ビーズは、ブラウン運動によって検体3002中に拡散する。そして結合領域3003表面には、PSA 3017によって特異的に結合された磁気ビーズ3019と、非特異的に結合された不要な磁気ビーズが残る。   Next, as a removing step, application of the magnetic field by the coil 3006 is stopped. Then, unnecessary magnetic beads not bound to the binding region 3003 are diffused into the specimen 3002 by Brownian motion. Then, on the surface of the binding region 3003, magnetic beads 3019 that are specifically bound by the PSA 3017 and unnecessary magnetic beads that are non-specifically bound remain.

次に電源3012からコイル3011に電流を供給する。そして、結合領域3003から遠ざかるにしたがって強くなるような磁界を印加する。鉄心3013がない場合、コイル3011に電流Iを流すことで発生する磁界Hの強度は、下式(4)によって表される。   Next, a current is supplied from the power source 3012 to the coil 3011. Then, a magnetic field that becomes stronger as the distance from the coupling region 3003 increases. When there is no iron core 3013, the strength of the magnetic field H generated by passing the current I through the coil 3011 is expressed by the following equation (4).

Figure 2009128234
ここで、コイル3011の半径をαとした。またコイル3011の中心軸上において、コイル3011からの距離をzとした(図6参照)。ただし、Nはコイルの巻き数である。
Figure 2009128234
Here, the radius of the coil 3011 is α. In addition, the distance from the coil 3011 on the central axis of the coil 3011 is z (see FIG. 6). Here, N is the number of turns of the coil.

スーパーパラ磁性を示す磁気ビーズ3019の磁化Mは、小さな磁界において、M = χHと表される。したがってコイル3011に電流Iを流すことによって、コイル3011からの距離zの位置にある磁気ビーズ3019に印加される力FHは、式(1)と式(4)から、下式(5)のように見積もられる。 The magnetization M of the magnetic bead 3019 exhibiting superparamagnetism is expressed as M = χH in a small magnetic field. Accordingly, the force F H applied to the magnetic bead 3019 at a distance z from the coil 3011 by passing the current I through the coil 3011 is expressed by the following equation (5) from the equations (1) and (4). It is estimated as follows.

Figure 2009128234
またコイル3011内部に鉄心3013を設けた場合、鉄心3013の先端部を小さくすることによって、より大きな磁力を得ることが可能である。本実施例においては、コイル3011が巻かれている部分の鉄心3013の断面の直径を1cmとした。また、鉄心3013の先端部の直径を1mmとし、コイルの巻き数Nを100とした。さらに、鉄心3013の先端部から結合領域3003に結合している磁気ビーズ3019までの距離zが1 [mm]となるように構成されている。本実施例で用いた磁気ビーズ3019の磁化率χは2×10-22である。このとき、コイル3011に流す電流Iを80 [mA]とした。
Figure 2009128234
When the iron core 3013 is provided inside the coil 3011, it is possible to obtain a larger magnetic force by reducing the tip of the iron core 3013. In this embodiment, the diameter of the cross section of the iron core 3013 where the coil 3011 is wound is 1 cm. The diameter of the tip of the iron core 3013 was 1 mm, and the number of turns N of the coil was 100. Furthermore, the distance z from the tip of the iron core 3013 to the magnetic beads 3019 bonded to the binding region 3003 is set to 1 [mm]. The magnetic bead 3019 used in this example has a magnetic susceptibility χ of 2 × 10 −22 . At this time, the current I flowing through the coil 3011 was set to 80 [mA].

このように電流を制御して、PSA 3017によって特異的に結合された磁気ビーズ3019を解離させないようにする。そして、コイル3011を上下移動および回転移動させることで、検体3002中に浮遊している不要な磁気ビーズと特異的結合力よりも弱い力で非特異的に結合している不要な磁気ビーズを、コイルに3011に引き寄せる。そして、コイル3011を容器3001上部に移動させることで、不要な磁気ビーズを容器3001上部へ集める。その後、電源3010を用いてコイル3008に電流を流し、コイル3008から磁界を発生させる。すると不要な磁気ビーズは、コイル3008に備えられている鉄心3009に引き寄せられる。このとき、鉄心3009を検体3002に接触させることによって、不要な磁気ビーズは、鉄心3009に結合される。そしてコイル3008による磁界を発生させたまま、鉄心3009を容器3001から遠ざける。そうすることで、不要な磁気ビーズを、容器3001から除去することができる。   In this way, the current is controlled so that the magnetic beads 3019 specifically bound by the PSA 3017 are not dissociated. And by moving the coil 3011 up and down and rotating, unnecessary magnetic beads that are non-specifically bound to the unnecessary magnetic beads floating in the specimen 3002 with a force weaker than the specific binding force, Pull to coil to 3011. Then, unnecessary magnetic beads are collected on the top of the container 3001 by moving the coil 3011 to the top of the container 3001. Thereafter, a current is passed through the coil 3008 using the power supply 3010 to generate a magnetic field from the coil 3008. Then, unnecessary magnetic beads are attracted to the iron core 3009 provided in the coil 3008. At this time, unnecessary magnetic beads are bound to the iron core 3009 by bringing the iron core 3009 into contact with the specimen 3002. Then, the iron core 3009 is moved away from the container 3001 while the magnetic field generated by the coil 3008 is generated. By doing so, unnecessary magnetic beads can be removed from the container 3001.

検体3002中から不要な磁気ビーズを除去した後、解離工程を実施する。解離工程では、再びコイル3011から磁界を発生させる。このとき発生させる磁界の大きさは、PSA3017と一次抗体3016との特異的結合力とほぼ同等な大きさとする。これは、コイル3011に流す電流を制御することで実施される。本実施例においては、コイル3011に流す電流は700[mA]とした。このようにすることで、特異的に結合しているPSA 3017と磁気ビーズ3019との複合体を結合領域3003から解離させる。このとき、磁気ビーズ3019に印加した磁力より大きな結合力で非特異的に結合領域3003に結合している不要な磁気ビーズは解離されない。このように、除去工程と解離工程によって、不要な磁気ビーズを効率的に除去することが出来る。   After removing unnecessary magnetic beads from the specimen 3002, a dissociation step is performed. In the dissociation step, a magnetic field is generated again from the coil 3011. The magnitude of the magnetic field generated at this time is set to be approximately equal to the specific binding force between the PSA 3017 and the primary antibody 3016. This is implemented by controlling the current flowing through the coil 3011. In this embodiment, the current flowing through the coil 3011 is 700 [mA]. By doing so, the complex of PSA 3017 and magnetic beads 3019 that are specifically bound is dissociated from the binding region 3003. At this time, unnecessary magnetic beads that are non-specifically bound to the binding region 3003 with a binding force larger than the magnetic force applied to the magnetic beads 3019 are not dissociated. Thus, unnecessary magnetic beads can be efficiently removed by the removal step and the dissociation step.

次に収集工程として、解離工程において解離した複合体を検出領域3026に集める。そのために、コイル3011から磁界を発生させた状態で、コイル3011を容器3001下方に移動させる。そうすることにより、解離した複合体は容器3001下方に集められる。その後、コイル3011から磁界を止めるとともに、コイル3014によって磁界を発生させることによって、複合体は検出領域3026に集められる。図4で説明したように、容器3001下部には、窒化シリコン3023からなる突起物が形成されている。したがって収集工程において、複合体は磁気抵抗効果素子3021の表面に集められる。   Next, as a collection step, the complexes dissociated in the dissociation step are collected in the detection region 3026. For this purpose, the coil 3011 is moved below the container 3001 while a magnetic field is generated from the coil 3011. By doing so, the dissociated complex is collected below the container 3001. Thereafter, the magnetic field is stopped from the coil 3011 and the magnetic field is generated by the coil 3014, whereby the complex is collected in the detection region 3026. As described with reference to FIG. 4, a protrusion made of silicon nitride 3023 is formed at the bottom of the container 3001. Therefore, in the collecting step, the composite is collected on the surface of the magnetoresistive effect element 3021.

最後に検出工程として、検出領域3026に集めた複合体中の磁気ビーズ3019を検出する。磁気ビーズ3019はスーパーパラ磁性を示すため、無磁場中においては磁化を生じない。したがって磁気ビーズ3019を検出するために、磁気ビーズ3019を磁化させる必要が有る。そのためには、磁気ビーズ3019にバイアス磁界を印加すれば良い。図7は、磁気ビーズ3019にバイアス磁界3024を印加したときの様子を示す図である。上述したように、磁気ビーズ3019には、磁気抵抗効果素子3021の膜面に垂直な方向のバイアス磁界3024を印加する。バイアス磁界3024の大きさは、使用する磁気ビーズ3019の磁化が飽和しない程度の大きさであることが好ましい。そのような磁界の大きさは、500 [Oe]から2000[Oe]程度である。このようなバイアス磁界3024は、コイル3014によって発生させることができる。   Finally, as a detection step, the magnetic beads 3019 in the complex collected in the detection region 3026 are detected. Since the magnetic bead 3019 exhibits super paramagnetism, no magnetization occurs in the absence of a magnetic field. Therefore, in order to detect the magnetic bead 3019, it is necessary to magnetize the magnetic bead 3019. For this purpose, a bias magnetic field may be applied to the magnetic beads 3019. FIG. 7 is a view showing a state when a bias magnetic field 3024 is applied to the magnetic beads 3019. As described above, a bias magnetic field 3024 in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive effect element 3021 is applied to the magnetic beads 3019. The magnitude of the bias magnetic field 3024 is preferably such a magnitude that the magnetization of the magnetic beads 3019 to be used is not saturated. The magnitude of such a magnetic field is about 500 [Oe] to 2000 [Oe]. Such a bias magnetic field 3024 can be generated by the coil 3014.

バイアス磁界3024によって磁化された磁気ビーズ3019は、浮遊磁界3025を発生させる。この浮遊磁界3025は、磁気抵抗効果素子3021の膜面に平行な方向の成分を有する。したがって、磁気抵抗効果素子3021の抵抗は、この浮遊磁界3025によって変化する。この抵抗の変化量を測定することによって、磁気ビーズ3019の量を検出することができる。そして、磁気ビーズ3019の量から、PSA 3017の量を測定することが出来る。   Magnetic beads 3019 magnetized by the bias magnetic field 3024 generate a stray magnetic field 3025. The stray magnetic field 3025 has a component in a direction parallel to the film surface of the magnetoresistive element 3021. Therefore, the resistance of the magnetoresistive effect element 3021 changes due to the stray magnetic field 3025. By measuring the amount of change in resistance, the amount of magnetic beads 3019 can be detected. The amount of PSA 3017 can be measured from the amount of magnetic beads 3019.

(実施例2)
本発明の物質検出装置および物質検出方法の別の実施例について、以下に説明する。本実施例では、標識物質として電荷を帯びる標識ビーズを用いて、測定対象物質としてPSAを用いる。
(Example 2)
Another embodiment of the substance detection apparatus and substance detection method of the present invention will be described below. In this example, charged beads are used as the labeling substance, and PSA is used as the measurement target substance.

図8は本実施例における物質検出装置の概念図である。物質検出装置は、測定対象物質を含んだ検体4002を保持する容器4001を有する。容器4001の形状は略円筒形である。容器4001の底面は直径1.6mmの円形であり、容器4001の高さは14mmである。   FIG. 8 is a conceptual diagram of the substance detection apparatus in the present embodiment. The substance detection apparatus includes a container 4001 that holds a specimen 4002 containing a measurement target substance. The shape of the container 4001 is a substantially cylindrical shape. The bottom surface of the container 4001 is a circle having a diameter of 1.6 mm, and the height of the container 4001 is 14 mm.

容器4001上部には容器4001内の流体を排出する排出口4010が形成されている。排出口4010には、排出口4010を開閉するためのバルブ4009が取り付けられている。また、容器4001下部には、検体4002やバッファー溶液などを注入する為の注入口4012が形成されている。そして注入口4012には、注入口4012を開閉するためのバルブ4011が取り付けられる。   A discharge port 4010 for discharging the fluid in the container 4001 is formed in the upper part of the container 4001. A valve 4009 for opening and closing the discharge port 4010 is attached to the discharge port 4010. In addition, an injection port 4012 for injecting a specimen 4002, a buffer solution, or the like is formed in the lower part of the container 4001. A valve 4011 for opening and closing the injection port 4012 is attached to the injection port 4012.

容器4001側面には金膜が形成されている。金膜には、PSAと特異的に結合可能な一次抗体が形成されている。このようにして、容器4001の側面には、結合領域4003が構成されている。この結合領域4003の面積は100mm2である。 A gold film is formed on the side surface of the container 4001. A primary antibody capable of specifically binding to PSA is formed on the gold film. In this way, the coupling region 4003 is configured on the side surface of the container 4001. The area of the coupling region 4003 is 100 mm 2 .

結合領域4003を取り巻くように、容器4001の側面には、円筒形の外電極4006が取り付けられている。また、容器4001の中心軸に沿って、円柱形状の中心電極4008が設けられている。中心電極4008は、容器4001上面から容器4001底面付近までの高さを有する。また、中心電極4008の直径は0.3mmである。中心電極4008は、電源4007を介して外電極4006と電気的に接続される。   A cylindrical outer electrode 4006 is attached to the side surface of the container 4001 so as to surround the coupling region 4003. A cylindrical center electrode 4008 is provided along the center axis of the container 4001. The center electrode 4008 has a height from the top surface of the container 4001 to the vicinity of the bottom surface of the container 4001. The diameter of the center electrode 4008 is 0.3 mm. The center electrode 4008 is electrically connected to the outer electrode 4006 via the power supply 4007.

中心電極4008には、リング形状の移動電極が中心軸を一致させて設置されている。このリング形状の移動電極は中心軸を含む面において2つに切断されおり、それぞれ半リング形状となっている。この2つの移動電極4021,4022は、それぞれ中心電極4008に沿って上下に移動することができる。   In the center electrode 4008, a ring-shaped moving electrode is installed with its center axis aligned. This ring-shaped moving electrode is cut into two on the plane including the central axis, and each has a semi-ring shape. The two moving electrodes 4021 and 4022 can move up and down along the center electrode 4008, respectively.

容器4001底面の一部には、検出手段として検出デバイス4004が設けられている。したがって、容器4001底面の一部が検出領域4018となる。このように結合領域4003と検出領域4018とは、異なる領域となっている。検出デバイス4004は検出信号処理デバイス4005と接続されている。検出デバイス4004としては、FET(Field Effect Transistor)が用いられる。FETは1万個設けられており、それぞれ選択トランジスタと接続されている。またFETは、検出信号処理デバイス4005と電気的に接続されている。   A detection device 4004 is provided as a detection means on a part of the bottom surface of the container 4001. Therefore, a part of the bottom surface of the container 4001 becomes the detection region 4018. As described above, the binding region 4003 and the detection region 4018 are different regions. The detection device 4004 is connected to the detection signal processing device 4005. As the detection device 4004, an FET (Field Effect Transistor) is used. Ten thousand FETs are provided, each connected to a selection transistor. The FET is electrically connected to the detection signal processing device 4005.

図9は、FETの詳細な構成を説明する図である。FETはソース4013と、ドレイン4014と、ゲート電極4015を有する。ソース4013とドレイン4014はシリコン基板4016表面に離間して配置されている。ソース4013とドレイン4014の上部には、ゲート酸化膜4020が構成されている。ゲート酸化膜4020の上部にはゲート電極4015が形成されている。ゲート電極4015の面積は5000nm2とする。したがって、ゲート電極4015の総面積は50μm2である。このように、検出領域4018は結合領域4003と比較して著しく狭い。したがって、FETの数を多くする必要が無く、安価に物質検出装置を製作することができる。 FIG. 9 is a diagram illustrating a detailed configuration of the FET. The FET has a source 4013, a drain 4014, and a gate electrode 4015. The source 4013 and the drain 4014 are spaced apart from the surface of the silicon substrate 4016. A gate oxide film 4020 is formed above the source 4013 and the drain 4014. A gate electrode 4015 is formed on the gate oxide film 4020. The area of the gate electrode 4015 is 5000 nm 2 . Therefore, the total area of the gate electrode 4015 is 50 μm 2 . Thus, the detection region 4018 is significantly narrower than the binding region 4003. Therefore, it is not necessary to increase the number of FETs, and the substance detection device can be manufactured at a low cost.

ゲート電極4015上の電荷が変化したとき、ソース4013とドレイン4014の間を流れる電流は変化する。つまり、ゲート電極4015上に電荷を帯びた標識ビーズ4019がある場合、電流の大きさの変化を測定することで、標識ビーズ4019の数量を検出することができる。このようにして、間接的にPSA 4017の濃度を測定することが可能である。   When the charge on the gate electrode 4015 changes, the current flowing between the source 4013 and the drain 4014 changes. That is, when there is a charged bead 4019 on the gate electrode 4015, the quantity of the labeled bead 4019 can be detected by measuring the change in the magnitude of the current. In this way, it is possible to indirectly measure the concentration of PSA 4017.

以下、本実施例における物質検出方法について説明する。標識ビーズ4019としては、負に帯電した物質を用いる。まず複合体形成工程として、検体4002と標識ビーズ4019を、注入口4012から容器4001内に注入する。このとき標識ビーズ4019の表面には、PSA 4017と特異的に結合する二次抗体が固定されている。そして、約20分間攪拌を行い、PSA 4017と標識ビーズ4019を十分に反応させることで、複合体を形成する。   Hereinafter, the substance detection method in a present Example is demonstrated. A negatively charged substance is used as the labeling bead 4019. First, as a complex formation step, the specimen 4002 and the labeled beads 4019 are injected into the container 4001 from the injection port 4012. At this time, a secondary antibody that specifically binds to PSA 4017 is immobilized on the surface of the labeled bead 4019. Then, stirring is performed for about 20 minutes, and PSA 4017 and labeled beads 4019 are sufficiently reacted to form a complex.

次に、結合工程として、電源4007によって中心電極4008に負の極性を与える。そうすることで、標識ビーズ4019を結合領域4003に集めることができる。このとき、PSA 4017との複合体を形成した標識ビーズ4019は、PSA 4017によって一次抗体と特異的に結合する。このようにして、複合体はPSA 4017によって結合領域4003に特異的に結合される。   Next, a negative polarity is given to the center electrode 4008 by the power source 4007 as a coupling step. By doing so, the labeled beads 4019 can be collected in the binding region 4003. At this time, the labeled beads 4019 that have formed a complex with PSA 4017 are specifically bound to the primary antibody by PSA 4017. In this way, the complex is specifically bound to the binding region 4003 by PSA 4017.

次いで除去工程として、中心電極4008の電荷を除去し、標識ビーズ4019に印加している静電気力を取り除く。すると、結合領域4003に結合されていない不要な標識ビーズは、ブラウン運動によって容器4001内を分散していく。そして、注入口4012に取り付けられたバルブ4011を開け、注入口4012よりリン酸バッファー溶液を注入する。それに伴い、排出口4010に取り付けられたバルブ4009を開け、排出口4010より検体4002とリン酸バッファー溶液との混合液を排出させる。このようにすることで、検体4002中に浮遊していた不要な標識ビーズは、容器4001外へ排出される。また、容器4001内部の混合液の流れによって、結合領域4003に弱い力で非特異的に結合している不要な標識ビーズは、結合領域4003から解離されて、容器4001外へ排出される。このように容器4001内を十分に洗浄して、不要な磁気ビーズを容器4001内から除去する。その後、バルブ4009およびバルブ4011を閉じる。   Next, as a removing step, the electric charge of the center electrode 4008 is removed, and the electrostatic force applied to the labeled beads 4019 is removed. Then, unnecessary labeled beads that are not bound to the binding region 4003 are dispersed in the container 4001 by Brownian motion. Then, the valve 4011 attached to the injection port 4012 is opened, and the phosphate buffer solution is injected from the injection port 4012. Accordingly, the valve 4009 attached to the discharge port 4010 is opened, and the mixed solution of the specimen 4002 and the phosphate buffer solution is discharged from the discharge port 4010. In this way, unnecessary labeled beads floating in the specimen 4002 are discharged out of the container 4001. Further, unnecessary labeled beads non-specifically bound to the binding region 4003 with a weak force due to the flow of the mixed solution inside the container 4001 are dissociated from the binding region 4003 and discharged out of the container 4001. As described above, the inside of the container 4001 is sufficiently washed to remove unnecessary magnetic beads from the inside of the container 4001. Thereafter, the valve 4009 and the valve 4011 are closed.

不要な磁気ビーズを除去した後、解離工程を実施する。解離工程では、電源4007によって中心電極4008に、正の極性を与える。このようにして、複合体中の標識ビーズ4019に、中心電極4008に向かう方向の力を印加する。このとき印加する力の大きさは、PSA 4017と一次抗体との特異的結合力とほぼ同等な大きさとする。そして、複合体を結合領域4003から解離させる。このとき、標識ビーズ4019に印加した磁力より大きな結合力で非特異的に結合している不要な標識ビーズは解離されない。このように、除去工程と解離工程によって、不要な標識ビーズを除去することが出来る。このとき、解離された複合体は中心電極4008付近に引き寄せられている。   After removing unnecessary magnetic beads, a dissociation step is performed. In the dissociation process, a positive polarity is given to the center electrode 4008 by the power source 4007. In this way, a force in the direction toward the center electrode 4008 is applied to the labeled bead 4019 in the complex. The magnitude of the force applied at this time is approximately the same as the specific binding force between PSA 4017 and the primary antibody. Then, the complex is dissociated from the binding region 4003. At this time, unnecessary labeled beads that are non-specifically bound with a binding force larger than the magnetic force applied to the labeled beads 4019 are not dissociated. Thus, unnecessary labeled beads can be removed by the removal step and the dissociation step. At this time, the dissociated complex is attracted to the vicinity of the center electrode 4008.

次に、収集工程を実施する。予め、移動電極4021,4022は容器4001の上部で静止させておく。収集工程では、まず中心電極4008への電圧の印加を止める。そして、移動電極4021を正に帯電させる。それとともに、移動電極4021を中心電極4008に沿って、容器4001上部から下部に向かって移動させる。このとき、中心電極4008に引き寄せられた複合体は、中心電極4008とともに、容器4001下部へ集められる。また同様に、移動電極4022を正に帯電させるとともに、移動電極4022を容器4001上部から下部に向かって移動させる。そうすることによって、中心電極4008付近に集められていた複合体は、容器4001下部に集められる。その後、移動電極4021,4022の電荷を除去し、FETが有するゲート電極4015を正に帯電させる。このようにして、複合体をゲート電極4015表面、つまり検出領域4018に集めることができる。   Next, a collecting process is performed. In advance, the moving electrodes 4021 and 4022 are stationary at the top of the container 4001. In the collection process, first, application of voltage to the center electrode 4008 is stopped. Then, the moving electrode 4021 is positively charged. At the same time, the moving electrode 4021 is moved from the upper part of the container 4001 toward the lower part along the center electrode 4008. At this time, the composite drawn to the center electrode 4008 is collected together with the center electrode 4008 in the lower part of the container 4001. Similarly, the moving electrode 4022 is positively charged, and the moving electrode 4022 is moved from the upper part of the container 4001 toward the lower part. By doing so, the composites collected near the center electrode 4008 are collected at the bottom of the container 4001. Thereafter, the charges of the moving electrodes 4021 and 4022 are removed, and the gate electrode 4015 of the FET is positively charged. In this way, the composite can be collected on the surface of the gate electrode 4015, that is, the detection region 4018.

収集工程の後、検出工程を実施する。検出工程では、まず、FETが有するゲート電極4015に誘起された電荷を除去する。そして、ソース4013からドレイン4014に向かって電流を流す。このときの電流の大きさを検出信号処理デバイス4005によって読み取る。このとき流れる電流の大きさは、ゲート電極4015表面の電荷の総量によって変化する。したがって、電流の大きさを測定することによって、複合体中の標識ビーズ4019の量を検出することができる。これにより、間接的にPSA 4017の量を検出することが可能である。   After the collection process, a detection process is performed. In the detection step, first, charges induced in the gate electrode 4015 of the FET are removed. Then, current flows from the source 4013 toward the drain 4014. The magnitude of the current at this time is read by the detection signal processing device 4005. The magnitude of the current flowing at this time varies depending on the total amount of charges on the surface of the gate electrode 4015. Therefore, the amount of labeled beads 4019 in the complex can be detected by measuring the magnitude of the current. Thereby, the amount of PSA 4017 can be detected indirectly.

以上説明した各実施例の物質検出方法によれば、高い検出感度を維持したまま、検出デバイスを設置する領域を小さくすることができる。そして、検出デバイスを設置する領域を小さくすることで、安価に物質検出装置を製造することが可能である。   According to the substance detection method of each Example demonstrated above, the area | region which installs a detection device can be made small, maintaining high detection sensitivity. And it is possible to manufacture a substance detection apparatus cheaply by reducing the area | region which installs a detection device.

本発明の物質検出装置の一例を示す概念図。The conceptual diagram which shows an example of the substance detection apparatus of this invention. (a)は本発明の物質検出装置の一例を示す概念図。(b)は、(a)に図示された破線A-A'において物質検出装置を切断したときの断面図。(A) is a conceptual diagram which shows an example of the substance detection apparatus of this invention. (B) is sectional drawing when a substance detection apparatus is cut | disconnected in broken line AA 'illustrated by (a). 本発明の一実施例である物質検出装置の模式図。The schematic diagram of the substance detection apparatus which is one Example of this invention. 図3で示した物質検出装置において用いられる検出デバイスの模式図。The schematic diagram of the detection device used in the substance detection apparatus shown in FIG. 標識物質が測定対象物質によって検出領域に特異的に結合する様子を説明する図。The figure explaining a mode that a labeling substance couple | bonds with a detection area | region specifically with a measuring object substance. コイルによって生じる磁界を説明する概念図。The conceptual diagram explaining the magnetic field produced by a coil. 磁気ビーズを検出する際に印加するバイアス磁界と、磁気ビーズから生じる浮遊磁界を説明する概念図。The conceptual diagram explaining the bias magnetic field applied when detecting a magnetic bead, and the stray magnetic field which arises from a magnetic bead. 本発明の一実施例である物質検出装置の模式図。The schematic diagram of the substance detection apparatus which is one Example of this invention. 標識物質の検出手段であるFETを用いた検出デバイスの断面図。Sectional drawing of the detection device using FET which is a detection means of a labeled substance.

符号の説明Explanation of symbols

1002,3002,4002 検体
1003,3003,4003 結合領域
1004,3004,4004 検出デバイス
1006 除去手段
1007 解離手段
1008 収集手段
1009,3026,4018 検出領域
2011 標識物質
3017,4017 PSA
3019 磁気ビーズ
3021 磁気抵抗効果素子
4019 標識ビーズ
1002,3002,4002 specimens
1003,3003,4003 Bonding region
1004,3004,4004 Detection device
1006 Removal methods
1007 Dissociation means
1008 Collection means
1009,3026,4018 Detection area
2011 Labeling substance
3017,4017 PSA
3019 magnetic beads
3021 magnetoresistive element
4019 labeled beads

Claims (7)

検体中に含まれる測定対象物質と標識物質との複合体を形成し、前記標識物質を検出することによって間接的に前記検体中の前記測定対象物質を検出する物質検出装置において、
前記複合体が前記測定対象物質によって特異的に結合される結合領域と、
前記複合体または前記標識物質を、前記結合領域から解離させるための解離手段と、
前記標識物質を検出する検出領域とを有し、
前記検出領域が前記結合領域よりも狭いことを特徴とする物質検出装置。
In the substance detection apparatus for detecting the measurement target substance in the sample indirectly by forming a complex of the measurement target substance and the labeling substance contained in the sample, and detecting the labeling substance,
A binding region in which the complex is specifically bound by the substance to be measured;
Dissociation means for dissociating the complex or the labeling substance from the binding region;
A detection region for detecting the labeling substance,
The substance detection apparatus, wherein the detection area is narrower than the binding area.
前記解離手段が磁力を使って前記複合体または前記標識物質を解離させることを特徴とする請求項1に記載の物質検出装置。   The substance detection apparatus according to claim 1, wherein the dissociation unit dissociates the complex or the labeling substance using magnetic force. 前記解離手段が静電気力を使って前記複合体または前記標識物質を解離させることを特徴とする請求項1に記載の物質検出装置。   The substance detection apparatus according to claim 1, wherein the dissociation unit dissociates the complex or the labeling substance using electrostatic force. 前記結合領域と前記検出領域とが異なる領域にあることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の物質検出装置。   The substance detection apparatus according to claim 1, wherein the binding region and the detection region are in different regions. 前記検出領域に前記複合体および前記標識物質を集めるための収集手段をさらに有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の物質検出装置。   The substance detection apparatus according to claim 1, further comprising a collection unit configured to collect the complex and the labeling substance in the detection region. 検体中に含まれる測定対象物質と標識物質との複合体を形成する複合体形成工程と、
前記複合体が前記測定対象物質によって特異的に結合される結合領域に、前記複合体を特異的に結合させる結合工程と、
前記結合領域から、非特異的に結合した前記標識物質を除去する洗浄工程と、
特異的に結合された前記複合体または前記複合体が有する前記標識物質を、前記結合領域から解離させる解離工程と、
前記結合領域から解離させた前記複合体または前記標識物質を、検出領域へ集める収集工程と、
前記検出領域にある前記標識物質を検出する検出工程とを有する物質検出方法。
A complex forming step for forming a complex of the measurement target substance and the labeling substance contained in the specimen;
A binding step of specifically binding the complex to a binding region where the complex is specifically bound by the substance to be measured;
A washing step of removing the non-specifically bound labeling substance from the binding region;
A dissociation step of dissociating the complex bound specifically or the labeling substance of the complex from the binding region;
Collecting the complex or the labeling substance dissociated from the binding region into a detection region;
A substance detection method comprising: a detection step of detecting the label substance in the detection region.
前記洗浄工程において、前記標識物質を前記検体中から除去することを特徴とする請求項6に記載の物質検出方法。   The substance detection method according to claim 6, wherein the labeling substance is removed from the sample in the washing step.
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