JP7130223B2 - Antigen-antibody reaction detector using charge transition difference - Google Patents
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Description
本発明は、被験試料中の目的物質(目的抗原)の存在を電気的に検出または測定するための装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for electrically detecting or measuring the presence of a target substance (target antigen) in a test sample.
生体分子の検出に向け様々な手法がこれまで開発されているが、そのほとんどは検出対象に対して特異的反応を示す物質を何らかの手段(例えば、蛍光、酵素、放射性同位体)で標識するものである。また近年では、水晶振動子(QCM)、表面プラズモン(SPR)等を用いて、標識という手段を取らず検出しようという方法も開発されている。 Various methods have been developed for the detection of biomolecules, but most of them label substances that show specific reactions to the target of detection by some means (e.g. fluorescence, enzymes, radioisotopes). is. In recent years, methods have also been developed for detection without using labeling means, using quartz crystal oscillators (QCM), surface plasmons (SPR), and the like.
しかしながら、蛍光やSPRを用いる方法は光学系の装置が必要となるため装置の小型化が難しく、コスト面で問題がある。また、酵素や放射性同位体を用いる方法については専用の試薬・測定装置が必要な上、取り扱いに注意が必要となる。さらにQCMを用いる方法は、センサー表面への物質の付着を質量変化として検出するため標識試薬が不要ではあるが、その検出感度が低いことが課題となっている。 However, the method using fluorescence or SPR requires an optical device, which makes it difficult to reduce the size of the device, resulting in cost problems. In addition, methods using enzymes or radioactive isotopes require dedicated reagents and measurement equipment, and must be handled with care. Furthermore, the method using QCM detects the attachment of a substance to the sensor surface as a change in mass, and therefore does not require a labeling reagent, but has the problem of low detection sensitivity.
これらの課題に対し、電解効果トランジスタ(FET)を用いて、生体分子の存在を電気的に検出する方法が提案されている(例えば、特許文献1)。FETを用いる方法は、対象が持つ電荷を電気的に検出するため光学的な装置が不要であり、装置面のコストダウンや小型化が見込める。しかし、FETを用いる方法においては、センシング部表面に存在する検出領域(デバイ長)の制約という、特有の問題点がある。検出対象である生体分子がこのデバイ長を超えて位置している場合、溶液中のカウンターイオンが対象の電荷を打ち消してしまい検出ができなくなる。特に、抗原抗体反応を検出しようとする場合には、この問題が顕著に生じる。抗体の典型的な大きさは約10nmであるのに対し、生理学的塩溶液中でのゲート絶縁膜表面におけるデバイ長は約1nmであるため、抗原と抗体を構成するタンパク質の立体構造により、抗原が抗体と結合する部分(抗原結合部位)がセンシング部表面のデバイ長を超えてしまう場合があり、安定した検出が困難であった。 In order to solve these problems, a method of electrically detecting the presence of biomolecules using a field effect transistor (FET) has been proposed (eg, Patent Document 1). The method using the FET does not require an optical device because it electrically detects the charge of the object, and is expected to reduce the cost and size of the device. However, the method using the FET has a specific problem of limitation of the detection area (Debye length) existing on the surface of the sensing portion. When the biomolecules to be detected are located beyond this Debye length, the counter ions in the solution cancel the charge of the target, making detection impossible. In particular, this problem occurs remarkably when trying to detect an antigen-antibody reaction. While the typical size of an antibody is about 10 nm, the Debye length on the surface of the gate insulating film in a physiological salt solution is about 1 nm. The portion (antigen-binding site) that binds to the antibody sometimes exceeds the Debye length of the surface of the sensing portion, making stable detection difficult.
上記の問題に対し、本発明者らは、抗原抗体反応を電気的に検出するためのFETセンサにおいて、測定溶媒として純水を用いることにより、センシング部表面のデバイ長を広げ、検出感度を飛躍的に上昇させることを提案している(特許文献2)。 In response to the above problems, the present inventors expanded the Debye length of the sensing part surface by using pure water as a measurement solvent in an FET sensor for electrically detecting an antigen-antibody reaction, thereby dramatically improving detection sensitivity. It is proposed to raise it exponentially (Patent Document 2).
特許文献2に記載の発明は、目的物質の検出限界濃度が極めて低く、また、検出感度も従来技術と比較して極めて高い点において、有用な技術である。しかし、本発明者らは、特許文献2に記載の方法をさらに検討したところ、特許文献2に記載の方法は、測定溶媒として純水(あるいは低イオン溶液)を用いるため、測定溶媒として一般的な緩衝液を用いる場合と比較して、測定対象である抗原抗体複合体が不安定化するというさらなる問題が存在することを見出した。 The invention described in Patent Document 2 is a useful technique in that the detection limit concentration of the target substance is extremely low and the detection sensitivity is extremely high as compared with the prior art. However, when the present inventors further studied the method described in Patent Document 2, the method described in Patent Document 2 uses pure water (or low ionic solution) as a measurement solvent, so it is generally used as a measurement solvent. The present inventors have found that there is a further problem that the antigen-antibody complex to be measured is destabilized, compared to the case of using a buffer solution that is less complex.
一般的に、デバイ長は測定溶液中のイオン強度(濃度)に反比例することが知られており、デバイ長を広げて感度を上げるには、測定溶液のイオン強度(濃度)を下げることになる。しかし、タンパク質の立体構造は溶液のイオン電荷により保たれているため、イオン強度(濃度)の低下はタンパク質の立体構造を崩すことになる。特に、抗原抗体反応に関わる結合は周囲のイオン強度(濃度)の影響を強く受ける非共有性結合のため、デバイ長を広げようとイオン強度(濃度)を低下させると抗体の立体構造が変化し、結果として抗原‐抗体間の結合が崩れ、検出対象である抗原が抗体から外れてしまう。 Generally, it is known that the Debye length is inversely proportional to the ionic strength (concentration) in the measurement solution. To increase the sensitivity by increasing the Debye length, the ionic strength (concentration) of the measurement solution should be lowered. . However, since the three-dimensional structure of the protein is maintained by the ionic charge of the solution, a decrease in ionic strength (concentration) will destroy the three-dimensional structure of the protein. In particular, the bonds involved in the antigen-antibody reaction are non-covalent bonds that are strongly influenced by the ionic strength (concentration) of the surroundings, so lowering the ionic strength (concentration) to increase the Debye length changes the three-dimensional structure of the antibody. As a result, the binding between the antigen and the antibody is broken, and the antigen to be detected is separated from the antibody.
すなわち、特許文献2に記載の発明は、測定溶媒として純水(低イオン溶液)を用いることにより、低い検出限界濃度と高い検出感度を達成するが、一方で測定溶媒として純水を用いることに起因して、測定対象である抗原抗体複合体が不安定化するという技術上のジレンマを有していた。 That is, the invention described in Patent Document 2 achieves a low detection limit concentration and high detection sensitivity by using pure water (low ion solution) as a measurement solvent, but on the other hand, using pure water as a measurement solvent As a result, there was a technical dilemma that the antigen-antibody complex to be measured was destabilized.
本発明者らは、低い検出限界濃度と高い検出感度を達成しながら、上記の技術上のジレンマを解消する方法について鋭意検討を重ねた。その結果、本発明者らは、低イオン溶液中における抗原抗体複合体の不安定化自体に着目し、低イオン溶液中における抗原抗体複合体の表面電荷を継時的に測定することにより、対象における抗原‐抗体反応の有無を判別できることを見出し、本発明を完成させるに到った。 The present inventors have extensively studied methods for solving the above technical dilemma while achieving a low detection limit concentration and high detection sensitivity. As a result, the present inventors focused on the destabilization of the antigen-antibody complex itself in a low-ion solution, and by sequentially measuring the surface charge of the antigen-antibody complex in a low-ion solution, the subject The inventors have found that it is possible to determine the presence or absence of antigen-antibody reaction in , and have completed the present invention.
すなわち本発明は、一実施形態において、被験試料中の特定の抗原を電気的に測定するための装置であって、
前記装置は、電極、測定液提供手段、測定手段を備え、
前記電極は、前記測定手段と電気的に接続されており、
前記電極は、その表面に、被験試料を含む試料液を載置させることができ、ここで、前記被験試料が抗原を含む場合には、当該抗原の少なくとも一部は当該抗原を特異的に認識する抗体または抗体断片と結合されており、
前記測定液提供手段は、測定液を含んでおり、
前記測定液提供手段は、前記電極に載置された前記試料液を少なくとも部分的に前記測定液によって置換することができるように、前記測定液を前記電極の表面に提供することができ、
前記測定手段は前記置換における前記電極の電位または電流の変化を経時的に測定する
ことを特徴とする。
That is, in one embodiment, the present invention is an apparatus for electrically measuring a specific antigen in a test sample,
The device comprises an electrode, a measuring solution providing means, and a measuring means,
The electrodes are electrically connected to the measuring means,
A sample liquid containing a test sample can be placed on the surface of the electrode, and when the test sample contains an antigen, at least part of the antigen specifically recognizes the antigen. conjugated to an antibody or antibody fragment that
The measurement liquid providing means includes a measurement liquid,
The measurement liquid providing means can provide the measurement liquid to the surface of the electrode so that the sample liquid placed on the electrode can be at least partially replaced by the measurement liquid,
The measuring means is characterized in that it measures changes in the potential or current of the electrodes during the replacement over time.
また、本発明の一実施形態においては、前記抗体が、前記試料液中において、磁性粒子と結合していることを特徴とする。 Further, in one embodiment of the present invention, the antibody is bound to magnetic particles in the sample liquid.
また、本発明の一実施形態においては、前記装置はさらに磁力源を備え、前記磁力源は、前記試料液中の磁性粒子を前記電極表面に、磁力によって引き寄せることができるように設けられることを特徴とする。 Moreover, in one embodiment of the present invention, the apparatus further comprises a magnetic force source, and the magnetic force source is provided so as to attract magnetic particles in the sample liquid to the electrode surface by magnetic force. Characterized by
また、本発明の一実施形態においては、前記磁力源は、常磁性磁石または電磁石であることを特徴とする。 Further, in one embodiment of the present invention, the magnetic force source is a paramagnetic magnet or an electromagnet.
また、本発明の一実施形態においては、前記抗体は、前記電極の表面に直接に結合していることを特徴とする。 Moreover, in one embodiment of the present invention, the antibody is directly bound to the surface of the electrode.
また、本発明の一実施形態においては、前記測定液提供手段による前記測定液の提供は、継続的または一時的に行われることを特徴とする。 Further, in one embodiment of the present invention, the provision of the measurement liquid by the measurement liquid providing means is performed continuously or temporarily.
また、本発明の一実施形態においては、前記測定液提供手段はさらにポンプを備え、前記測定液提供手段による前記測定液の提供は前記ポンプによって行われることを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, the measurement liquid providing means further includes a pump, and the measurement liquid is provided by the measurement liquid providing means by the pump.
また、本発明の一実施形態においては、前記装置は、さらに流路を備え、前記電極は、前記流路に存在し、前記測定液提供手段によって提供される前記測定液は前記流路を介して、前記電極の表面を経由することを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, the device further comprises a flow path, the electrodes are present in the flow path, and the measurement liquid provided by the measurement liquid providing means passes through the flow path. and passes through the surface of the electrode.
また、本発明の一実施形態においては、前記測定液は、比抵抗が50kΩcm以上の溶液であることを特徴とする。 Further, in one embodiment of the present invention, the measurement liquid is a solution having a specific resistance of 50 kΩcm or more.
また、本発明の一実施形態においては、前記測定液は、濃度が少なくとも100倍以上希釈された、前記試料液の溶媒と同じ溶液であることを特徴とする。 Further, in one embodiment of the present invention, the measurement liquid is the same solution as the solvent of the sample liquid, the concentration of which is diluted by at least 100 times.
また、本発明の一実施形態においては、前記測定液が1μM~100μMのリン酸緩衝液またはグッド緩衝液であり、前記試料液の溶媒が10mM~500mMのリン酸緩衝液またはグッド緩衝液であることを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, the measurement solution is 1 μM to 100 μM phosphate buffer or Good's buffer, and the solvent of the sample solution is 10 mM to 500 mM phosphate buffer or Good's buffer. It is characterized by
また、本発明の一実施形態においては、前記装置は、さらに、試料液提供装置を備え、
前記試料液提供装置は、前記試料液を前記電極の表面上に載置させることができる
ことを特徴とする。
Also, in one embodiment of the present invention, the device further comprises a sample liquid providing device,
The sample liquid providing device is characterized in that the sample liquid can be placed on the surface of the electrode.
また、本発明の一実施形態においては、前記試料液を用いた場合の測定結果を、前記試料液の代わりにあらかじめ前記抗原の濃度が既知の1または複数の対照液を用いた場合の測定結果と比較することにより、前記試料液中の前記抗原の濃度を測定し、または、前記試料液中の前記抗原の存在を検出することを特徴とする。 Further, in one embodiment of the present invention, the measurement results obtained when the sample solution is used are replaced with the measurement results obtained when one or a plurality of control solutions having a known concentration of the antigen are used in place of the sample solution. and measuring the concentration of the antigen in the sample liquid, or detecting the presence of the antigen in the sample liquid.
また、本発明の一実施形態においては、前記1または複数の対照液には、前記抗原の濃度が0のものが含まれることを特徴とする。 Further, in one embodiment of the present invention, the one or more control solutions include those with a concentration of 0 for the antigen.
また、本発明の一実施形態においては、前記比較される測定結果は、所定の時間における電位または電流、所定の電位または電流に至る時間、または、所定の時間範囲における電位または電流×時間の積分値であることを特徴とする。 Further, in one embodiment of the present invention, the measurement result to be compared is the potential or current at a predetermined time, the time to reach the predetermined potential or current, or the potential or current in a predetermined time range times the integral of time. value.
また、本発明の一実施形態においては、前記電極が並列化または集積化されていることを特徴とする。 Moreover, in one embodiment of the present invention, the electrodes are arranged in parallel or integrated.
また、本発明の一実施形態においては、前記抗原が、生体内に存在し得る分子であることを特徴とする。 Moreover, one embodiment of the present invention is characterized in that the antigen is a molecule that can exist in vivo.
また、本発明の一実施形態においては、前記電極表面は、前記磁性粒子の配置を制御するための立体構造をさらに備える、および/または、前記磁性粒子の配置を制御するための表面修飾がなされていることを特徴とする。 Further, in one embodiment of the present invention, the electrode surface further comprises a three-dimensional structure for controlling the arrangement of the magnetic particles, and/or the surface is modified for controlling the arrangement of the magnetic particles. It is characterized by
また、本発明の一実施形態においては、前記立体構造は、穴、溝、柱、または壁構造であり、前記表面修飾は、親水性処理または疎水性処理であることを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, the three-dimensional structure is a hole, groove, pillar, or wall structure, and the surface modification is hydrophilic treatment or hydrophobic treatment.
また、本発明の一実施形態においては、前記測定手段は、電界効果トランジスタまたは信号増幅器を含むことを特徴とする。 Also, in one embodiment of the present invention, the measuring means includes a field effect transistor or a signal amplifier.
なお、上記に挙げた本発明の一または複数の特徴を任意に組み合わせた発明も本発明の範囲に含まれる。 It should be noted that inventions in which one or more of the above-described features of the present invention are arbitrarily combined are also included in the scope of the present invention.
特許文献2に記載の発明と比較すると、本発明は、測定溶媒として低イオン溶液を用いることによる高感度の測定を実現しながらも、安定的な測定が可能である点で有利である。
また、本発明による目的物質の測定には、目的物質の標識(放射性同位体、酵素、蛍光・発光試薬、等)が不要である。放射性同位体(RI)を用いた対象物質の検出方法と比較すると、本発明は、取り扱いが簡便であり、使用後の処理も容易である。また、酵素・蛍光・発光試薬等を用いた測定方法と比較すると、測定に大型の光学系装置が不要である点で有利である。
さらに、水晶振動子(QCM)や表面プラズモン(SPR)を用いた方法と比較しても、本発明は、大型の光学系装置が不要であり、また、電極表面への特別な事前処理が不要である点で有利である。
Compared with the invention described in Patent Document 2, the present invention is advantageous in that stable measurement is possible while realizing highly sensitive measurement by using a low ion solution as a measurement solvent.
In addition, the measurement of the target substance according to the present invention does not require labeling of the target substance (radioisotope, enzyme, fluorescent/luminescent reagent, etc.). Compared to methods of detecting target substances using radioactive isotopes (RI), the present invention is easy to handle and easy to treat after use. In addition, compared with measurement methods using enzymes, fluorescence, luminescence reagents, etc., this method is advantageous in that it does not require a large-sized optical device for measurement.
Furthermore, compared to methods using quartz crystal oscillators (QCM) and surface plasmons (SPR), the present invention does not require a large optical system device and does not require special pretreatment of the electrode surface. is advantageous in that
本発明は、抗原抗体複合体が高イオン環境下において安定であり、低イオン環境下において不安定であるという物理化学的な状態の違いを利用して、被験試料中の特定の抗原を測定することを基本的な原理とする発明である。
そのため、本発明における「測定液」は低イオン溶液であることが好ましい。本発明の測定液として用いる低イオン溶液は、抗原抗体複合体を不安定化させるイオン濃度を有する溶液であれば限定されないが、例えば比抵抗が50kΩcm以上、100kΩcm以上、200kΩcm以上、300kΩcm以上、400kΩcm以上、500kΩcm以上、600kΩcm以上、700kΩcm以上、800kΩcm以上、900kΩcm以上、1MΩcm以上の溶液を用いてよい。
The present invention utilizes the difference in physicochemical states that antigen-antibody complexes are stable in a high ion environment and unstable in a low ion environment to measure a specific antigen in a test sample. It is an invention based on the principle of
Therefore, the "measurement liquid" in the present invention is preferably a low ion solution. The low-ion solution used as the measurement solution of the present invention is not limited as long as it has an ion concentration that destabilizes the antigen-antibody complex. As described above, a solution having a resistance of 500 kΩcm or more, 600 kΩcm or more, 700 kΩcm or more, 800 kΩcm or more, 900 kΩcm or more, or 1 MΩcm or more may be used.
また、例えば、本発明を用いた測定前に被験試料が保存される試料液の溶媒(通常、緩衝液)を少なくとも100倍以上希釈したものを、本発明における「測定液」として使用してもよい。具体的には、本発明における「被験試料を含む試料液」の溶媒は、10mM~500mMの緩衝液(例えば、10mM、20mM、30mM、40mM、50mM、60mM、70mM、80mM、90mM、100mM、150mM、200mM、250mM、300mM、350mM、400mM、450mM、500mMの緩衝液)であってよく、本発明における「測定液」は、1μM~100μMの緩衝液(例えば、1μM、2μM、3μM、4μM、5μM、6μM、7μM、8μM、9μM、10μM、20μM、30μM、40μM、50μM、60μM、70μM、80μM、90μM、100μMの緩衝液)であってよい。また、本発明における「被験試料を含む試料液」の溶媒と、本発明における「測定液」は、好ましくはリン酸緩衝液またはグッド緩衝液であってよく、両者は異なる種類の溶液(あるいは異なる種類の緩衝液)であってもよい。なお、一般的に、「比抵抗」という用語は、「電気抵抗率」という用語で用いられることもある。 In addition, for example, the solvent (usually buffer solution) of the sample solution in which the test sample is stored before the measurement using the present invention is diluted at least 100 times or more. good. Specifically, the solvent of the "sample solution containing the test sample" in the present invention is a 10 mM to 500 mM buffer solution (e.g. , 200 mM, 250 mM, 300 mM, 350 mM, 400 mM, 450 mM, 500 mM buffer), and the "measurement solution" in the present invention is a buffer solution of 1 μM to 100 μM (e.g., 1 μM, 2 μM, 3 μM, 4 μM, 5 μM , 6 μM, 7 μM, 8 μM, 9 μM, 10 μM, 20 μM, 30 μM, 40 μM, 50 μM, 60 μM, 70 μM, 80 μM, 90 μM, 100 μM buffer). In addition, the solvent of the "sample solution containing the test sample" in the present invention and the "measurement solution" in the present invention may preferably be phosphate buffer or Good's buffer, and both are different types of solutions (or different type of buffer). In general, the term "specific resistance" may also be used as the term "electrical resistivity."
本発明においては、測定対象である特定の抗原に対する抗体または抗体断片を用いて、当該抗原を検出する。当該抗体または抗体断片は、本発明の装置を用いた方法に用い得る限り、どのような態様で用いてもよい。例えば、本願の実施例において示されるように、特定の抗原に対する抗体を表面に結合させた磁性粒子を、磁力によってゲート電極表面に密着させることにより、磁性粒子の表面における抗原抗体複合体の変化に起因する電位の変化(または電流の変化)を測定することができる。このような手法は、例えばWO2017/033922を参照することができる。また、例えば、特定の抗原に対する抗体を本発明のゲート電極表面に直接結合させることによっても、同様の測定を行い得る。 In the present invention, an antibody or antibody fragment against a specific antigen to be measured is used to detect the antigen. The antibody or antibody fragment may be used in any manner as long as it can be used in a method using the device of the present invention. For example, as shown in the examples of the present application, magnetic particles having antibodies against specific antigens bound to their surfaces are brought into close contact with the surface of the gate electrode by magnetic force, so that changes in the antigen-antibody complexes on the surfaces of the magnetic particles are observed. The resulting change in potential (or change in current) can be measured. For such techniques, see WO2017/033922, for example. A similar measurement can also be performed, for example, by directly binding an antibody against a specific antigen to the surface of the gate electrode of the present invention.
本発明において磁性粒子を用いる場合、磁性粒子の素材は、様々な種類のものを使用可能である。例えば、マグネタイト(Fe3O4)、各種フェライト(XFe2O4、X=Mn、Co、Ni、Mg、Cu、Li0.5、Fe0.5など)、三酸化二鉄(Fe2O3)などから選択することができる。また、磁性粒子を引き寄せるための磁力源の種類も限定されないが、例えば常磁性磁石または電磁石であってよい。 When magnetic particles are used in the present invention, various types of materials can be used for the magnetic particles. For example, magnetite (Fe 3 O 4 ), various ferrites (XFe 2 O 4 , X=Mn, Co, Ni, Mg, Cu, Li 0.5 , Fe 0.5 etc.), diiron trioxide (Fe 2 O 3 ) and so on. Also, the type of magnetic force source for attracting magnetic particles is not limited, but may be, for example, a paramagnetic magnet or an electromagnet.
本発明の装置を用いることにより、抗体によって検出可能な様々な微量物質の検出を行うことができる。例えば、本発明の装置を用いて、生体由来の物質、環境中の物質、または、食品中の物質を検出することができる。特に、本発明は、被験試料中の検出対象物質の濃度が極めて薄くても検出可能であるため、例えば体液(血液、リンパ液、組織液、体腔液、消化液、汗、涙、鼻汁、唾液、尿、精液、膣液、羊水、乳汁など)中の物質の検出に好適に利用することができる。体液中の物質の例示としては、例えば、体液成分(例えば、アルカリフォスファターゼ、AST、ALT、乳酸脱水素酵素、ロイシンアミノペプチダーゼ、γ-GTP、クレアチンキナーゼ、コリンエステラーゼ、ビリルビン、胆汁酸、アルブミン、尿素窒素、クレアチニン、尿酸、HDLコレステロール、LDLコレステロール、中性脂肪、グルコース、アミラーゼ、リパーゼ、ナトリウム、カリウム、クロール、カルシウム、無機リン、マグネシウム、亜鉛、鉄、フェリチン、C反応性蛋白、β2-マイクログロブリン、ヘモグロビンA1C、グリコアルブミン、アンモニア、各種ホルモン、各種神経伝達物質(例えば、カテコールアミン、セロトニン、メラトニン、ヒスタミン等のモノアミン類;アスパラギン酸、グルタミン酸、γ―アミノ酪酸、グリシン、タウリン等のアミノ酸;アセチルコリン、各種ホルモン等の神経ペプチド類)等の一般的な血液生化学検査の検査項目となる成分)、疾患関連バイオマーカー(例えば、腫瘍マーカー、自己免疫疾患マーカー、中枢神経疾患マーカー、心疾患バイオマーカー、等)、病原体(例えば、ウイルス、細菌、真菌、寄生虫、等)およびその関連因子、事前に投与された薬剤の薬剤分子、が挙げられる。 By using the device of the present invention, various trace substances detectable by antibodies can be detected. For example, the device of the present invention can be used to detect substances of biological origin, substances in the environment, or substances in food. In particular, the present invention enables detection even when the concentration of a substance to be detected in a test sample is extremely low. , semen, vaginal fluid, amniotic fluid, milk, etc.). Examples of substances in body fluids include body fluid components (eg, alkaline phosphatase, AST, ALT, lactate dehydrogenase, leucine aminopeptidase, γ-GTP, creatine kinase, cholinesterase, bilirubin, bile acid, albumin, urea nitrogen, , creatinine, uric acid, HDL cholesterol, LDL cholesterol, triglyceride, glucose, amylase, lipase, sodium, potassium, chloride, calcium, inorganic phosphorus, magnesium, zinc, iron, ferritin, C-reactive protein, β2-microglobulin, Hemoglobin A1C, glycoalbumin, ammonia, various hormones, various neurotransmitters (e.g., monoamines such as catecholamine, serotonin, melatonin, histamine; amino acids such as aspartic acid, glutamic acid, γ-aminobutyric acid, glycine, taurine; acetylcholine, various Neuropeptides such as hormones), components that are test items for general blood biochemical tests), disease-related biomarkers (e.g., tumor markers, autoimmune disease markers, central nervous system disease markers, heart disease biomarkers, etc.) ), pathogens (eg, viruses, bacteria, fungi, parasites, etc.) and their associated agents, drug molecules of previously administered drugs.
なお、本発明において用いられる抗体または抗体断片は、市販の抗体または抗体断片を用いてもよく、自作の抗体または抗体断片を用いてもよいが、抗体作製のコストおよび結果の信頼性の観点から、測定対象の抗原に結合することが知られている市販の抗体または抗体断片を使用することが好ましい。 As the antibody or antibody fragment used in the present invention, a commercially available antibody or antibody fragment may be used, or a self-made antibody or antibody fragment may be used. Preferably, a commercially available antibody or antibody fragment known to bind to the antigen to be measured is used.
本発明の装置における測定手段は、測定対象の電気的な変化を電位の変化または電流の変化として測定可能なものであれば限定されないが、例えば、電界効果トランジスタ(FET)を含むものであってよい。電界効果トランジスタは、p型半導体上にn型半導体でドレインとソースを形成し、p型半導体のチャネル上をケイ素酸化物で絶縁してゲートを形成したもので、金属酸化半導体(Metal Oxide Semiconductor, MOS)構造を持ったトランジスタの一種である。FETは、ゲートに与える電位によってチャネルに電子空乏層を生じ、ドレインとソースの間に流れる電流を変化させることができる。本発明において用いる電解効果トランジスタは、例えばIon Sensitive Field Effect Transistor (ISFET)であってよい。 The measuring means in the apparatus of the present invention is not limited as long as it can measure the electrical change of the object to be measured as a change in potential or a change in current. For example, it includes a field effect transistor (FET). good. A field effect transistor is formed by forming a drain and a source with an n-type semiconductor on a p-type semiconductor, and forming a gate by insulating a silicon oxide on the channel of the p-type semiconductor. It is a type of transistor with a MOS) structure. An FET can change the current flowing between the drain and the source by generating an electron depletion layer in the channel by applying a potential to the gate. A field effect transistor for use in the present invention may be, for example, an Ion Sensitive Field Effect Transistor (ISFET).
本発明の一実施態様においては、測定手段の一部としてIon Sensitive FETを用いることができる。Ion Sensitive FETでは、その測定原理の前提として、ゲート電極表面にイオンの層が形成される必要がある。そして、ゲート電極表面に形成されたイオンの層に対して(荷電粒子を有する)物質が接触することにより、ゲート電極表面において電気的な変化が生じる。ゲート電極表面において生じる電気的な変化は、接触する物質の電気的な状態(例えば、他の物質との結合の有無)によって異なるため、測定対象物において測定された値と、その測定対象物について電気的な状態の変化が起こる前のもの(すなわち、コントロール)において測定された値とを比較することにより、その物質の電気的な状態の変化の有無を検出することができる。 In one embodiment of the invention, an Ion Sensitive FET can be used as part of the measurement means. In the Ion Sensitive FET, as a premise of its measurement principle, it is necessary to form an ion layer on the surface of the gate electrode. When a substance (having charged particles) comes into contact with the layer of ions formed on the surface of the gate electrode, an electrical change occurs on the surface of the gate electrode. The electrical change that occurs on the surface of the gate electrode varies depending on the electrical state of the contacting substance (for example, the presence or absence of bonding with other substances). By comparing the values measured before the change in electrical state occurred (ie, the control), the presence or absence of a change in the electrical state of the substance can be detected.
本発明の測定手段の一部として電界効果トランジスタを用いる場合、ゲート電極表面は、本発明の方法に使用可能なものである限りどのように加工されたものであってもよいが、例えば、電極表面が溶液中(例えば、水中、緩衝液中)において表面官能基を生じるように表面処理されているものを好適に用いることができる。そのような表面処理の例としては、酸化物または窒化物(より具体的には、金属酸化物または金属窒化物)による表面コーティングを挙げることができ、より好ましくは、酸化タンタル、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化チタン、または、酸化ケイ素による表面コーティングを用いることができる。 When a field effect transistor is used as part of the measuring means of the present invention, the surface of the gate electrode may be processed in any way as long as it can be used in the method of the present invention. Those surface-treated so as to generate surface functional groups in a solution (for example, in water or in a buffer solution) can be preferably used. Examples of such surface treatments include surface coating with oxides or nitrides (more particularly metal oxides or metal nitrides), more preferably tantalum oxide, aluminum oxide, nitride A surface coating of silicon, titanium oxide, or silicon oxide can be used.
また、一般的に電解効果トランジスタのゲート表面として用いられる金属のうち、溶液中で表面官能基を実質的に生じないもの(例えば、金、白金等)を用いる場合であっても、水酸基、カルボキシル基等の官能基によって表面をさらに修飾することによって、あるいは、溶液中で表面官能基を生じる物質(例えば、酸化物、窒化物、ポリマー等の有機物)をさらにコーティングすることによって、本発明に用いることができる。金属表面への官能基の修飾方法は特に限定されず、当業者が公知の方法を用いて適宜行うことができる。 In addition, among metals generally used as the gate surface of field effect transistors, even when using metals that do not substantially generate surface functional groups in solution (for example, gold, platinum, etc.), hydroxyl groups, carboxyl It is used in the present invention by further modifying the surface with functional groups such as groups, or by further coating with substances that generate surface functional groups in solution (e.g., organic substances such as oxides, nitrides, polymers, etc.). be able to. The method for modifying the metal surface with functional groups is not particularly limited, and can be appropriately carried out using methods known to those skilled in the art.
また、例えば、測定対象の電気的な変化するための電極を、信号増幅器(例えば、真空管、トランジスタ、オペアンプ、等)に接続することによっても本発明の目的とする測定を行うことができる。 Also, for example, the measurement aimed at by the present invention can be performed by connecting an electrode for electrically changing the object to be measured to a signal amplifier (eg, a vacuum tube, a transistor, an operational amplifier, etc.).
より高精度の測定を行うため、本発明の装置に用いられる電極は、並列化または集積化されていてよい。また、特定の抗原の検出のために、当該抗原に対する抗体を表面に結合させた磁性粒子を用いる場合には、本発明の装置に用いられる電極表面において、当該磁性粒子の配置を制御するための立体構造が設けられていてよく、また、当該磁性粒子の配置を制御するための表面修飾がなされていてもよい。電極表面において磁性粒子の配置を制御するための立体構造の例としては、穴、溝、柱、または壁構造が挙げられる。また、電極表面において磁性粒子の配置を制御するための表面修飾の例としては、親水性処理や疎水性処理が挙げられる。 The electrodes used in the device of the present invention may be paralleled or integrated for more accurate measurements. Further, when magnetic particles having surfaces bound to antibodies against the antigen are used for the detection of a specific antigen, on the electrode surface used in the device of the present invention, there is a method for controlling the arrangement of the magnetic particles. A three-dimensional structure may be provided, and surface modification may be performed to control the arrangement of the magnetic particles. Examples of conformations for controlling the placement of magnetic particles on the electrode surface include holes, grooves, pillars, or wall structures. Examples of surface modification for controlling the arrangement of magnetic particles on the electrode surface include hydrophilic treatment and hydrophobic treatment.
本明細書において用いられる用語は、特に定義されたものを除き、特定の実施態様を説明するために用いられるのであり、発明を限定する意図ではない。 Terms used herein are used to describe particular embodiments and are not intended to be limiting of the invention, unless otherwise defined.
また、本明細書において用いられる「含む」との用語は、文脈上明らかに異なる理解をすべき場合を除き、記述された事項(部材、ステップ、要素、数字など)が存在することを意図するものであり、それ以外の事項(部材、ステップ、要素、数字など)が存在することを排除しない。 In addition, the term "comprising" used in this specification means that the stated items (members, steps, elements, numbers, etc.) are present, unless the context clearly requires a different understanding. It does not exclude the existence of other matters (members, steps, elements, numbers, etc.).
異なる定義が無い限り、ここに用いられるすべての用語(技術用語及び科学用語を含む。)は、本発明が属する技術の当業者によって広く理解されるのと同じ意味を有する。ここに用いられる用語は、異なる定義が明示されていない限り、本明細書及び関連技術分野における意味と整合的な意味を有するものとして解釈されるべきであり、理想化され、又は、過度に形式的な意味において解釈されるべきではない。 Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms used herein are to be construed as having a meaning consistent with that in this specification and related art, unless a different definition is expressly provided, and are idealized or overly formal. should not be interpreted in any meaningful sense.
以下において、本発明を、実施例を参照してより詳細に説明する。しかしながら、本発明はいろいろな態様により具現化することができ、ここに記載される実施例に限定されるものとして解釈されてはならない。 In the following, the invention will be explained in more detail with reference to examples. This invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
BNP(脳性ナトリウム利尿ペプチド)抗原抗体反応の電気的検出 Electrical detection of BNP (brain natriuretic peptide) antigen-antibody reaction
(1)本発明の測定装置
本実施例で行った測定の概念図を図1に示し、本発明の一実施態様である測定装置の測定デバイス部分の模式図を図2に示す。なお、図1および図2には、測定手段の一部としてイオン感応性電解効果トランジスタ(ISFET)を用いた装置の例を示している。
(1) Measuring Apparatus of the Present Invention FIG. 1 shows a conceptual diagram of the measurement performed in this example, and FIG. 2 shows a schematic diagram of the measuring device portion of the measuring apparatus that is one embodiment of the present invention. 1 and 2 show an example of a device using an ion sensitive field effect transistor (ISFET) as part of the measuring means.
図1、図2に示した装置は、測定対象の電荷を測定するためのゲート電極(114)、測定液提供手段(測定液槽(102)、送液チューブ(106)、ポンプ(101))、および、測定手段を構成するISFET(113)と電位測定器(111)を備え、ゲート電極(114)は、ISFET(113)および電位測定器(111)と電気的に接続されている。ゲート電極(114)の表面は、サンプル投入口(120)から投入される被験試料を含む試料液を載置させることができるように構成される。 The apparatus shown in FIGS. 1 and 2 includes a gate electrode (114) for measuring the charge of the object to be measured, measurement liquid providing means (measurement liquid tank (102), liquid feeding tube (106), pump (101)). , and an ISFET (113) and a potential measuring device (111) that constitute measuring means, and the gate electrode (114) is electrically connected to the ISFET (113) and the potential measuring device (111). The surface of the gate electrode (114) is configured so that the sample liquid containing the test sample introduced from the sample inlet (120) can be placed thereon.
後述するとおり、本実施例において検出対象とした抗原はBNP(脳性ナトリウム利尿ペプチド)であり、磁性粒子表面に抗BNP抗体をコートした「抗BNP抗体コート磁性粒子」とBNPとを反応させ、これを磁性粒子サンプル(108)として試験に用いた。装置における電極(114)の下方には磁石(115)が設置されており、電極(114)上に磁性粒子サンプル(108)が載置されると、磁力によって電極表面にサンプル(108)が引きつけられる。 As will be described later, the antigen to be detected in this example is BNP (brain natriuretic peptide), and "anti-BNP antibody-coated magnetic particles" in which the surface of the magnetic particles is coated with an anti-BNP antibody are reacted with BNP. was used for the test as the magnetic particle sample (108). A magnet (115) is installed below the electrode (114) in the apparatus, and when a magnetic particle sample (108) is placed on the electrode (114), the sample (108) is attracted to the electrode surface by magnetic force. be done.
測定液槽(102)は低イオン溶液である測定液(103)を含んでおり、測定液(103)はポンプ(101)によって装置の測定溶液Inlet(121)に適用される。測定溶液Inlet(121)に適用された測定液(103)は、装置の測定用流路治具(118)上に形成された流路を通って、測定溶液Outlet(122)から排出される。なお、前記流路は、電極(114)上を通過するように構成される。 The measurement liquid reservoir (102) contains a measurement liquid (103), which is a low ionic solution, and the measurement liquid (103) is applied by the pump (101) to the measurement solution inlet (121) of the device. The measurement solution (103) applied to the measurement solution inlet (121) is discharged from the measurement solution outlet (122) through the channel formed on the measurement channel jig (118) of the apparatus. Note that the channel is configured to pass over the electrode (114).
装置を上記のように構成することにより、電極(114)上に載置された被験試料を含む試料液の溶媒(通常、高イオン溶液である緩衝液)を、低イオン溶液である測定液(103)に置換しながら、測定対象の電荷を継時的に測定することができる。 By configuring the device as described above, the solvent (usually a buffer solution that is a high ionic solution) of the sample solution containing the test sample placed on the electrode (114) is replaced with the measurement solution that is a low ionic solution ( 103), the charge of the object to be measured can be measured over time.
(2)抗BNP抗体コート磁性粒子の調製
本実施例で使用した磁性粒子はDynabeads MyOne Tosylactivated(Φ1μm、100mg beads/mL、株式会社ベリタス)を用い、以下の方法によりその表面に抗BNP抗体を修飾させた。
1.製品プロトコールに従い、元のバイアル瓶から分注した75μLに対し洗浄作業を行った。
2.洗浄した磁性粒子に対し、透析処理済の抗BNP抗体(ab20984,abcam)100μgを加え、37℃で24時間、ゆっくり回転撹拌させることで反応させた。
3.反応後は磁石を使って上澄み液のみを破棄し、ブロッキング緩衝液(PBS pH7.4 with 0.5% BSA and 0.05% Tween20)を加え、さらに37℃で一晩、回転撹拌させることでブロッキング反応を行った。
4.上澄み液を破棄して、洗浄緩衝液(PBS pH7.4 with 0.1% BSA and 0.05% Tween20)で3回洗浄した。
5.洗浄した磁性粒子は150μLの保管緩衝液(PBS pH7.4 with 0.1% BSA, 0.05% Tween20 and 0.02% アジ化ナトリウム)中で分散させ、ストック用の抗BNP抗体コート磁性粒子(50mg beads/mL)として4℃で保管した。
(2) Preparation of anti-BNP antibody-coated magnetic particles Dynabeads MyOne Tosylated (Φ1 μm, 100 mg beads/mL, Veritas Co., Ltd.) was used as the magnetic particles used in this example, and the surface was modified with an anti-BNP antibody by the following method. let me
1. A 75 μL aliquot from the original vial was washed according to the product protocol.
2. To the washed magnetic particles, 100 μg of dialyzed anti-BNP antibody (ab20984, abcam) was added and reacted by slowly rotating and stirring at 37° C. for 24 hours.
3. After the reaction, discard only the supernatant using a magnet, add blocking buffer (PBS pH 7.4 with 0.5% BSA and 0.05% Tween 20), and further rotate and stir at 37°C overnight. A blocking reaction was performed.
4. The supernatant was discarded and washed three times with wash buffer (PBS pH 7.4 with 0.1% BSA and 0.05% Tween20).
5. The washed magnetic particles were dispersed in 150 μL of storage buffer (PBS pH 7.4 with 0.1% BSA, 0.05
(3)BNP抗原抗体反応を行った磁性粒子の調製
本実施例で使用した抗原はBrain natriuretic peptide((1-32)、human、3522,TOCRIS)を用い、抗原抗体反応は以下の手順で行った。
1.ストック用の抗BNPコート磁性粒子から、抗原検出用/Control用にそれぞれ1μLずつ別々のエッペンチューブに取り分けた後、PBS(-)を使い3回良く洗浄した。
2.上澄み液を破棄した後、下記の表に従い、それぞれの磁性粒子に対して反応溶液を加えた。
4.反応後、上澄み液のみを破棄しPBS(-)で3回良く洗浄した。
5.洗浄されたそれぞれの磁性粒子を5μLのPBS(-)でよく分散した後、1μLずつ小分けにして測定まで4℃で保管した。
(3) Preparation of magnetic particles subjected to BNP antigen-antibody reaction The antigen used in this example was a brain natural peptide ((1-32), human, 3522, TOCRIS), and the antigen-antibody reaction was carried out by the following procedure. rice field.
1. From the anti-BNP-coated magnetic particles for stock, 1 μL each for antigen detection/control was separated into separate Eppendorf tubes, and then thoroughly washed three times with PBS(−).
2. After discarding the supernatant, a reaction solution was added to each magnetic particle according to the table below.
4. After the reaction, only the supernatant was discarded and well washed with PBS(-) three times.
5. Each washed magnetic particle was well dispersed in 5 μL of PBS(−), divided into 1 μL aliquots, and stored at 4° C. until measurement.
高イオン環境であるPBS(-)中において、磁性粒子表面における抗原‐抗体複合体は安定である。 Antigen-antibody complexes on the surface of magnetic particles are stable in PBS(-), which is a highly ionic environment.
(4)検出電極の洗浄
測定に使用した検出電極はISFET(アイスフエトコム株式会社)を用い、測定毎に下記の洗浄を行うことでセンサー表面の均一化を図った。
1.センサー部分に70%エタノールを勢い良く吹き掛けた後、超純水の流水で濯いだ。
2.アセトン、メタノール、超純水でそれぞれ10秒間、40kHzの超音波洗浄を行った。この際、センサーを各液に抜き差しすることで効率よく洗浄できる。
3.ブロアーで水気を取り除いた後、UV/O3洗浄改質装置(SKB2001N-01、サンエナジー株式会社)にて2分間のUV照射を行った。
4.超純水中に浸し、測定までこの状態を保持した。
(4) Washing of Detection Electrode The detection electrode used in the measurement was an ISFET (Ice Fetocom Co., Ltd.), and the sensor surface was made uniform by washing the sensor as follows after each measurement.
1. After vigorously spraying 70% ethanol on the sensor portion, it was rinsed with running ultrapure water.
2. Ultrasonic cleaning at 40 kHz was performed for 10 seconds each with acetone, methanol, and ultrapure water. At this time, the sensor can be efficiently washed by inserting and withdrawing it from each liquid.
3. After removing moisture with a blower, UV irradiation was performed for 2 minutes with a UV/O3 cleaning and modifying device (SKB2001N-01, Sun Energy Co., Ltd.).
4. It was immersed in ultrapure water and kept in this state until measurement.
(5)BNP抗原抗体反応の電気的検出
BNP抗原抗体反応の電気的検出は、ISFETのゲート表面電位を測定できる電位測定器(Direct Ion Voltage Detection;DIVolD)(111)を組み込んだ測定系(図1に示す)を使い、リアルタイム測定で行った。測定条件は、Vref:2.5V、Is:100μAとし、測定用流路治具(118)中を流れる測定液(103)は10μMリン酸緩衝液(低イオン溶液)、流速は約275μL/分に設定した。
1.電位測定器(111)から得られる測定電位のドリフトが収まったことを確認した後、ポンプ(101)を停止させ、流路中を流れる測定液の動きを止めた。
2.上記(3)で調製し4℃で保管していた磁性粒子を良く分散させ、オートピペットマンを使って磁性粒子サンプル投入口(120)からISFETのゲート部分(114)へ添加した。
3.10~15秒後にポンプ(101)を再起動させ、流路内に測定液の流れを生じさせることで添加した磁性粒子を取り巻くPBS(-)を洗い流しつつ電位測定を行った。
(5) Electrical detection of BNP antigen-antibody reaction Electrical detection of the BNP antigen-antibody reaction is performed by a measurement system (Fig. 1) was used to perform real-time measurements. The measurement conditions are Vref: 2.5 V, Is: 100 μA, the measurement liquid (103) flowing in the measurement flow path jig (118) is 10 μM phosphate buffer (low ionic solution), and the flow rate is about 275 μL/min. set to
1. After confirming that the drift of the measured potential obtained from the potential measuring device (111) had subsided, the pump (101) was stopped to stop the movement of the liquid to be measured flowing through the channel.
2. The magnetic particles prepared in (3) above and stored at 4° C. were well dispersed and added to the gate portion (114) of the ISFET from the magnetic particle sample inlet (120) using an automatic pipetman.
3. After 10 to 15 seconds, the pump (101) was restarted to generate a flow of the measurement solution in the channel, thereby washing away the PBS (-) surrounding the added magnetic particles and measuring the potential.
以上の測定を、用意した磁性粒子サンプルおよびControlサンプル全てに対して行い、得られた電位測定結果を比較することで、BNP抗原抗体反応の有無をゲート表面電位の推移の違いとして電気的に見分けた。 By performing the above measurements on all the prepared magnetic particle samples and control samples and comparing the obtained potential measurement results, the presence or absence of BNP antigen-antibody reaction can be electrically distinguished as a difference in the transition of the gate surface potential. rice field.
測定実験の結果を図3に示す。縦軸は、添加した磁性粒子によるISFETのゲート表面の電位変化量(mV)を示し、横軸は測定時間(sec)を示している。また、BNP抗原抗体反応を行った磁性粒子による結果は「BNP」、Controlサンプルの結果は「No-BNP」で示されている。 FIG. 3 shows the results of the measurement experiment. The vertical axis indicates the amount of potential change (mV) on the gate surface of the ISFET due to the added magnetic particles, and the horizontal axis indicates the measurement time (sec). Also, the results of the magnetic particles subjected to the BNP antigen-antibody reaction are indicated by "BNP", and the results of the control sample are indicated by "No-BNP".
図3に示すように、BNP抗原抗体反応を行った磁性粒子の結果と、抗原抗体反応を行わなかった磁性粒子の結果との間で、ゲート表面電位の推移に明確な差異が確認された。 As shown in FIG. 3, a clear difference in transition of the gate surface potential was confirmed between the results of the magnetic particles subjected to the BNP antigen-antibody reaction and the results of the magnetic particles not subjected to the antigen-antibody reaction.
また、上記グラフ250秒(上記の評価時間)におけるゲート表面電位の変化量をN=5で平均したものを図4に示す。縦軸は添加した磁性粒子によるISFETのゲート表面の電位変化量(mV)を示し、横軸は測定に使用した磁性粒子の内、BNP抗原抗体反応を行ったものは「BNP」、Controlは「No-BNP」で示している。 FIG. 4 shows the average amount of change in the gate surface potential at N=5 in 250 seconds (the above evaluation time) in the above graph. The vertical axis indicates the amount of potential change (mV) on the gate surface of the ISFET due to the added magnetic particles, and the horizontal axis indicates "BNP" for the magnetic particles used in the measurement that were subjected to the BNP antigen-antibody reaction, and "Control" for " No-BNP”.
図4に示すように、1μg/mLのBNP抗原を使った抗原抗体反応の有無を、約80mVという電気的差異として明確に確認することができた。 As shown in FIG. 4, the presence or absence of antigen-antibody reaction using 1 μg/mL BNP antigen could be clearly confirmed as an electrical difference of about 80 mV.
以上のとおり、本発明の装置を用いることにより、測定液として低イオン溶液を用いながら、抗原抗体反応を安定的かつ高感度に測定できることが示された。 As described above, by using the apparatus of the present invention, it was demonstrated that the antigen-antibody reaction can be stably and highly sensitively measured while using a low-ion solution as the measurement liquid.
100:測定デバイス部分
101:ポンプ
102:測定液槽
103:測定液
104:廃液槽
105:廃液
106:送液チューブ
107:導線
108:磁性粒子サンプル
109:ノイズカットシールドケース
110:配線
111:電位測定器
112:測定ソフト入りPC
113:ISFET
114:ISFETのゲート部分
115:磁石
116:ISFET固定用治具
117:シリコンゴム
118:測定用流路治具
119:参照電極
120:磁性粒子サンプル投入口
121:測定溶液Inlet
122:測定溶液Outlet
123:治具固定用ネジ
100: Measuring device part 101: Pump 102: Measuring liquid tank 103: Measuring liquid 104: Waste liquid tank 105: Waste liquid 106: Liquid sending tube 107: Lead wire 108: Magnetic particle sample 109: Noise cut shield case 110: Wiring 111: Potential measurement Instrument 112: PC with measurement software
113: ISFET
114: Gate portion of ISFET 115: Magnet 116: ISFET fixing jig 117: Silicon rubber 118: Measurement channel jig 119: Reference electrode 120: Magnetic particle sample inlet 121: Measurement solution Inlet
122: Measurement solution Outlet
123: jig fixing screw
Claims (18)
前記装置は、
電極、
測定液提供手段、
試料液提供装置、および、
前記電極に電気的に接続された測定手段を備え、
前記試料液提供装置は、
磁性粒子と、
前記磁性粒子に結合した、前記特定の当該抗原を特異的に認識する抗体と、
前記抗体に特異的に認識され、前記抗体と抗原抗体複合体を形成した、被験試料中の前記抗原とを含む試料液を、前記電極の表面に載置させ、
前記測定液提供手段は、前記試料液より低いイオン濃度を有する測定液を、前記電極の表面に提供し、前記試料液を少なくとも部分的に前記測定液によって置換し、前記抗原抗体複合体を不安定化させ、
前記測定手段は、前記抗原抗体複合体の不安定化による前記電極の電位の変化を経時的に測定する、
装置。 A device for electrically measuring a specific antigen in a test sample,
The device comprises:
electrode,
measurement liquid providing means,
a sample liquid providing device, and
comprising measuring means electrically connected to the electrodes;
The sample liquid providing device is
magnetic particles;
an antibody that specifically recognizes the specific antigen, bound to the magnetic particles;
placing a sample solution containing the antigen in the test sample specifically recognized by the antibody and forming an antigen-antibody complex with the antibody on the surface of the electrode;
The measurement liquid providing means provides a measurement liquid having an ion concentration lower than that of the sample liquid on the surface of the electrode, at least partially replaces the sample liquid with the measurement liquid, and displaces the antigen-antibody complex. stabilize,
The measurement means measures changes in potential of the electrode over time due to destabilization of the antigen-antibody complex.
Device.
前記装置はさらに磁力源を備え、
前記磁力源は、前記試料液中の磁性粒子を前記電極表面に、磁力によって引き寄せることができるように設けられる
ことを特徴とする、
装置。 2. The device of claim 1, wherein
The device further comprises a magnetic force source,
The magnetic force source is provided so that the magnetic particles in the sample liquid can be attracted to the electrode surface by magnetic force,
Device.
前記磁力源は、常磁性磁石または電磁石であることを特徴とする、
装置。 3. The apparatus of claim 2, wherein
The magnetic force source is a paramagnetic magnet or an electromagnet,
Device.
前記測定液提供手段による前記測定液の提供は、継続的または一時的に行われる
ことを特徴とする、
装置。 A device according to any one of claims 1 to 3,
The provision of the measurement liquid by the measurement liquid providing means is performed continuously or temporarily,
Device.
前記測定液提供手段はポンプを備え、
前記測定液提供手段による前記測定液の提供は前記ポンプによって行われる
ことを特徴とする、
装置。 5. A device according to any one of claims 1 to 4,
The measurement liquid providing means comprises a pump,
The provision of the measurement liquid by the measurement liquid providing means is performed by the pump,
Device.
前記装置は、さらに流路を備え、
前記電極は、前記流路に存在し、
前記測定液提供手段によって提供される前記測定液は前記流路を介して、前記電極の表面を経由することを特徴とする、
装置。 6. A device according to claim 5, wherein
The device further comprises a channel,
the electrode is present in the channel,
The measurement liquid provided by the measurement liquid providing means passes through the surface of the electrode via the channel,
Device.
前記測定液は、比抵抗が50kΩcm以上の溶液である
ことを特徴とする、
装置。 7. A device according to any one of claims 1 to 6,
The measurement solution is a solution having a specific resistance of 50 kΩ cm or more,
Device.
前記測定液は、濃度が少なくとも100倍以上希釈された、前記試料液の溶媒と同じ溶液である
ことを特徴とする、
装置。 A device according to any one of claims 1 to 7,
The measurement solution is the same solution as the solvent of the sample solution, the concentration of which is diluted at least 100 times or more,
Device.
前記測定液が1μM~100μMのリン酸緩衝液またはグッド緩衝液であり、
前記試料液の溶媒が10mM~500mMのリン酸緩衝液またはグッド緩衝液である
ことを特徴とする、
装置。 A device according to any one of claims 1 to 7,
The measurement solution is 1 μM to 100 μM phosphate buffer or Good's buffer,
The solvent of the sample solution is 10 mM to 500 mM phosphate buffer or Good's buffer,
Device.
前記測定手段は、電界効果トランジスタまたは信号増幅器を含むことを特徴とする、
装置。 10. A device according to any one of claims 1 to 9,
said measuring means comprises a field effect transistor or a signal amplifier,
Device.
前記電極の電位の変化は、前記電界効果トランジスタのゲート電極の電位の変化、またはドレインとソースの間に流れる電流の変化として測定される、
装置。 11. A device according to claim 10, wherein
the change in potential of the electrode is measured as a change in potential of the gate electrode of the field effect transistor or a change in current flowing between the drain and source ;
Device.
前記試料液を用いた場合の測定結果を、前記試料液の代わりにあらかじめ前記抗原の濃度が既知の1または複数の対照液を用いた場合の測定結果と比較することにより、
前記試料液中の前記抗原の濃度を測定し、または、前記試料液中の前記抗原の存在を検出する
ことを特徴とする、
装置。 12. A device according to any one of claims 1 to 11,
By comparing the measurement results when using the sample solution with the measurement results when using one or more control solutions whose concentration of the antigen is known in advance instead of the sample solution,
measuring the concentration of the antigen in the sample liquid, or detecting the presence of the antigen in the sample liquid,
Device.
前記1または複数の対照液には、前記抗原の濃度が0のものが含まれる
ことを特徴とする、
装置。 13. A device according to claim 12, wherein
characterized in that the one or more control solutions include those with a concentration of 0 for the antigen,
Device.
前記比較される測定結果は、所定の時間における電位または電流、所定の電位または電流に至る時間、または、所定の時間範囲における電位または電流×時間の積分値である
ことを特徴とする、
装置。 14. The device of claim 13, wherein
The measurement result to be compared is the potential or current at a predetermined time, the time to reach the predetermined potential or current, or the potential or current in a predetermined time range x time.
Device.
前記電極が並列化または集積化されている
ことを特徴とする、
装置。 15. A device according to any one of claims 1 to 14,
characterized in that the electrodes are parallelized or integrated,
Device.
前記抗原が、生体内に存在し得る分子である
ことを特徴とする、
装置。 16. A device according to any one of claims 1 to 15,
characterized in that the antigen is a molecule that can exist in vivo,
Device.
前記電極表面は、前記磁性粒子の配置を制御するための立体構造をさらに備える、および/または、前記磁性粒子の配置を制御するための表面修飾がなされていることを特徴とする、
装置。 4. A device according to claim 3, wherein
The electrode surface further comprises a three-dimensional structure for controlling the arrangement of the magnetic particles, and/or the surface is modified for controlling the arrangement of the magnetic particles,
Device.
前記立体構造は、穴、溝、柱、または壁構造であり、
前記表面修飾は、親水性処理または疎水性処理であることを特徴とする、
装置。
18. A device according to claim 17, comprising:
the three-dimensional structure is a hole, groove, pillar, or wall structure;
The surface modification is hydrophilic treatment or hydrophobic treatment,
Device.
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