JP7455529B2 - 検体測定装置及び検体測定装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、検体測定装置及び検体測定装置の制御方法に関する。

検体溶液中の測定対象物質を高感度に光学的に測定するための検体測定装置として、光導波路の表面にセンシングエリアを備えて、検体溶液中の測定対象物質を特異的に検出する若しくは測定する検体測定装置がある。このような検体測定装置は、測定対象物質と特異的に結合する第１物質が固定化されたセンシングエリアを有する光導波路と、第２物質が固定化された磁性粒子と、磁場を印加する磁場印加部と、光源と、光を検出する検出部とを備えて構成されている。このような検体測定装置では、磁性粒子は、センシングエリア上に分散された状態で保持されており、例えば、水溶性物質を含むブロッキング層を介して、磁性粒子が分散されて保持されている。

しかし、従来の検体測定装置では、検体溶液を反応空間に導入した後、ブロッキング層の溶解とともに磁性粒子が検体溶液中に分散されるものの、磁性粒子の比重が大きいためにセンシングエリア近傍に留まり、検体溶液中の測定対象物質と磁性粒子との反応効率を高めるのが難しいという問題があった。

特許第５８１４８０６号公報

本実施形態の目的は、検体溶液中の測定対象物質と磁性粒子との反応効率を高めることのできる検体測定装置及び検体測定装置の制御方法を提供することにある。

本実施形態に係る検体測定装置は、透光性を有する基板と、前記基板上に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第１の物質と、磁性粒子と、前記磁性粒子に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第２の物質とを含む測定用カートリッジを用いて測定対象物質の検出を行う検体測定装置であって、磁場を印加する磁場印加手段と、前記基板を透過した光を検出する検出手段と、前記測定対象物質を含む検体溶液を前記測定用カートリッジに導入する際に前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に磁場を印加する第１の磁場印加の後、前記磁性粒子が前記基板に近づく方向に磁場を印加する第２の磁場印加を行い、前記第１の物質と前記第２の物質とが測定対象物質を介して結合させるように前記磁場印加手段を制御する制御手段とを備えている。

また、本実施形態に係る検体測定装置は、透光性を有する基板と、前記基板上に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第１の物質と、磁性粒子と、前記磁性粒子に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第２の物質とを含む測定用カートリッジを用いて測定対象物質の検出を行う検体測定装置であって、磁場を印加する磁場印加手段と、前記基板を透過した光を検出する検出手段と、前記測定対象物質を含む検体溶液を前記測定用カートリッジに導入する際に前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に磁場を印加する第１の磁場印加の後、前記第１の磁場印加を停止し、前記磁性粒子を自重により沈降させて、前記第１の物質と前記第２の物質とが測定対象物質を介して結合させるように前記磁場印加手段を制御する制御手段とを備えている。

また、本実施形態に係る検体測定装置の制御方法は、透光性を有する基板と、前記基板上に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第１の物質と、磁性粒子と、前記磁性粒子に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第２の物質とを含む測定用カートリッジを用いて測定対象物質の検出を行う、磁場を印加する磁場印加手段と、前記基板を透過した光を検出する検出手段と、を備えた検体測定装置の制御方法であって、前記測定対象物質を含む検体溶液を前記測定用カートリッジに導入する際に前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に磁場を印加する第１の磁場印加を行うステップと、前記第１の磁場印加の後、前記磁性粒子が前記基板に近づく方向に磁場を印加する第２の磁場印加を行い、前記第１の物質と前記第２の物質とが測定対象物質を介して結合させるステップと、を備えている。

また、本実施形態に係る検体測定装置の制御方法は、透光性を有する基板と、前記基板上に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第１の物質と、磁性粒子と、前記磁性粒子に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第２の物質とを含む測定用カートリッジを用いて測定対象物質の検出を行う、磁場を印加する磁場印加手段と、前記基板を透過した光を検出する検出手段と、を備えた検体測定装置の制御方法であって、前記測定対象物質を含む検体溶液を前記測定用カートリッジに導入する際に前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に磁場を印加する第１の磁場印加を行うステップと、前記第１の磁場印加の後、前記第１の磁場印加を停止し、前記磁性粒子を自重により沈降させて、前記第１の物質と前記第２の物質とが測定対象物質を介して結合させるステップと、を備えている。

第１実施形態に係る検体測定システムの全体構成の一例を説明するブロック図である。 （ａ）は、磁性粒子の外観を例示する模式図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、磁性粒子の断面を例示する模式図である。 第１実施形態に係る検体測定システムで実行される光学測定制御処理の内容を説明するためのフローチャートを示す図である。 第１実施形態に係る光学測定制御処理により測定される検体溶液の反応空間のステップＳ１２における様子を説明する図である。 第１実施形態に係る光学測定制御処理により測定される検体溶液の反応空間のステップＳ１４における様子を説明する図である。 第１実施形態に係る光学測定制御処理により測定される検体溶液の反応空間のステップＳ１６における様子を説明する図である。 第２実施形態に係る検体測定システムの全体構成の一例を説明するブロック図である。 第２実施形態に係る検体測定システムで実行される光学測定制御処理の内容を説明するためのフローチャートを示す図である。

以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る検体測定装置及び検体測定装置の制御方法を説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行うこととする。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る検体測定システム３０の全体構成の一例を説明する図である。この図１に示す検体測定システム３０は、検体測定装置３２と、測定用カートリッジ１００と、備えて構成されている。換言すれば、ユーザが、検体測定装置３２に、測定用カートリッジ１００を挿入してセットすることにより、本実施形態に係る検体測定システム３０が構成される。

より具体的には、本実施形態に係る検体測定装置３２は、光源７と、検出部８と、磁場印加部１０と、制御部２０と、演算部２２と、カートリッジセンサ２４とを備えて構成されている。また、本実施形態に係る測定用カートリッジ１００は、基部１と、グレーティング２と、光導波路３と、保護膜４と、枠５と、封止膜４０とを備えて構成されている。

測定用カートリッジ１００における光導波路３の表面には、測定対象物質１４と特異的に反応する第１物質６が固定化されている。この第１物質６が固定化された光導波路３の表面が、センシングエリア１０１を形成する。第１物質６は、例えば検体溶液中の測定対象物質１４が抗原の場合、抗体（一次抗体）を用いることができる。

光導波路３は、例えば、平面光導波路を用いることができる。この光導波路３は、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂のような熱硬化性樹脂から形成することができ、又は、光硬化性樹脂若しくは無アルカリガラスから形成することができる。ここで用いる材料とは、所定の光に対する透過性を有する材料であって、例えば、基部１より高い屈折率を有する樹脂等であることが好ましい。検出面であるセンシングエリア１０１における検体溶液中の測定対象物質１４と特異的に反応する第１物質６の固定化は、例えば、光導波路３の表面であるセンシングエリア１０１に対する疎水性相互作用や化学結合により行うことができる。

磁性粒子９の表面には、測定対象物質１４と特異的に反応する第２物質１３が固定化されている。

磁性粒子９は、第１物質６とともに封止膜４０により封止されて、光導波路３の表面であるセンシングエリア１０１に保持されている。封止膜４０は、少なくとも水溶性物質を含んでいる。換言すれば、封止膜４０は、枠５内の反応空間５０に検体溶液が導入された場合、水溶性物質が速やかに溶解して、磁性粒子９が検体溶液中に分散するような材料物質で構成されている。枠５には、検体溶液を反応空間５０に導入するための導入孔５１と、反応空間５０の空気を抜くための空気抜き孔５２とが形成されている。

図２は、磁性粒子９の形態を示す模式図である。具体的には、図２（ａ）は、磁性粒子９の外観を例示する模式図であり、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、磁性粒子９の断面を例示する模式図である。

図２（ａ）に示すように、磁性粒子９は、微粒子１２の表面に、第２物質１３が固定化されたものである。第２物質１３は、例えば検体溶液中の測定対象物質１４が抗原の場合、抗体（二次抗体）を用いることができる。この場合、図２（ｂ）に示すように、磁性ナノ微粒子１２ａを高分子材料でくるんだ微粒子１２ｂとすることができ、或いは、図２（ｃ）に示すように、コア１２ｃと、このコア１２ｃを覆うように設けられたシェル１２ｅを有する微粒子１２ｄとすることができる。

測定対象物質１４と、第１物質６及び第２物質１３との組み合わせは、上述した抗原と抗体の組み合わせに限られるものではない。例えば、糖とレクチンの組み合わせ、ヌクレオチド鎖とそれに相補的なヌクレオチド鎖の組み合わせ、リガンドと受容体との組み合わせなどが考えられる。

再び図１に示すように、基部１の表面の両端部には、入射側グレーティング２ａと出射側グレーティング２ｂとが設けられている。基部１は、例えば無アルカリガラスである。光導波路３は、基部１の表面に形成されている。

保護膜４は、光導波路３上に被覆されている。保護膜４は、例えば低屈折率を有する樹脂膜である。保護膜４には、入射側グレーティング２ａと出射側グレーティング２ｂとの間に位置する光導波路３の表面の一部が露出する開口部４ａが設けられている。開口部４ａは、上方から見て、例えば矩形状とすることができる。この開口部４ａから露出する光導波路３の表面がセンシングエリア１０１となる。枠５は、センシングエリア１０１を囲むように、保護膜４上に形成されている。

一方、検体測定装置３２における光源７は、前述の測定用カートリッジ１００に光を照射する。光源７は、例えば赤色レーザダイオードである。光源７から入射された光は、入射側グレーティング２ａにより回折され、光導波路３内を伝播する。その後、出射側グレーティング２ｂにより回折されて、出射される。出射側グレーティング２ｂから出射された光は、検出部８により受光され、光の強度が測定される。検出部８は、例えばフォトダイオードである。

磁場印加部１０は、測定用カートリッジ１００に対して磁場を印加する。本実施形態においては、磁場印加部１０は、光導波路３の上方に設けられた第１磁場印加部１０ａと、光導波路３の下方に設けられた第２磁場印加部１０ｂとにより、構成されている。第１磁場印加部１０ａ及び第２磁場印加部１０ｂは、それぞれ磁場を生成し、生成した磁場を測定用カートリッジ１００に印加することで、磁場に応じて磁性粒子９を移動させる。

換言すれば、第１磁場印加部１０ａは、上向きの磁場、すなわち、磁性粒子９を基部１や光導波路３から離間する方向に磁場を生成し、第２磁場印加部１０ｂは、下向きの磁場、すなわち、磁性粒子９が基部１や光導波路３に近づく方向に磁場を生成する。このため、第１磁場印加部１０ａは、基部１や光導波路３から見て、磁性粒子９を基部１や光導波路３から離間する方向に設けられており、第２磁場印加部１０ｂは、基部１や光導波路３から見て、磁性粒子９を基部１や光導波路３に近づける方向に設けられているともいえる。

第１磁場印加部１０ａと第２磁場印加部１０ｂは、それぞれ、例えば、磁石或いは電磁石で構成される。磁場強度を動的に調整するために、電磁石を用いて電流を調整する方法が望ましいが、フェライト磁石などを用いて、磁石そのものの強さや測定用カートリッジ１００からの距離によって磁場強度を調整するようにしてもよい。

本実施形態においては、第１磁場印加部１０ａにより磁性粒子９に磁場を印加することで、抗原抗体反応によらずにセンシングエリア１０１に吸着した磁性粒子９を、センシングエリア１０１から引き剥がすことができる。これにより、抗原抗体反応により測定対象物質１４を介してセンシングエリア１０１に結合した磁性粒子９に起因する吸光度をより正確に測定することができる。一方、第２磁場印加部１０ｂにより磁性粒子９に磁場を印加することで、磁性粒子９をセンシングエリア１０１に引き寄せることができる。これにより、磁性粒子９がセンシングエリア１０１に結合させやすくなるので、測定対象物質１４の検出感度を向上させることができるとともに、磁性粒子９の沈降に要する時間を短縮することができる。

このとき、磁性粒子９の微粒子１２として、磁場の印加を停止すると速やかに磁化を失う超常磁性を有するものを用いることが望ましい。これにより、磁場を印加した際に磁性粒子９同士が磁化により凝集しても、磁場の印加を停止することで再分散させることができる。

このような制御を実現するため、本実施形態に係る検体測定装置３２の制御部２０は、第１磁場印加部１０ａと第２磁場印加部１０ｂの制御を行う。すなわち、制御部２０は、第１磁場印加部１０ａと第２磁場印加部１０ｂのそれぞれの磁場を生成するタイミングを制御する。例えば、磁場印加部１０に、第１磁場印加部１０ａと第２磁場印加部１０ｂに対して共通の切り替えスイッチ２０ａを設け、第１磁場印加部１０ａと第２磁場印加部１０ｂのうちのどちらを駆動させるかを制御する。また、制御部２０は、第１磁場印加部１０ａ又は第２磁場印加部１０ｂにより生成される磁場の強度も制御する。

演算部２２は、検出部８から出力された光の強度に基づいて、測定対象物質１４の量や濃度などを演算により算出する。演算部２２において、光の強度を取得して演算を行うタイミングは、制御部２０により制御される。

カートリッジセンサ２４は、検体測定装置３２に測定用カートリッジ１００がセットされているか否かを検出するために設けられている検出機構である。例えば、このカートリッジセンサ２４は、測定用カートリッジ１００がセットされる位置の下方に配置される光センサにより構成される。光センサにより構成されたカートリッジセンサ２４は、カートリッジセンサ２４から光を出射し、反射光の有無を検出する。この反射光の検出結果は、制御部２０に入力される。なお、このカートリッジセンサ２４は、光センサに限られるものではなく、種々のセンサにより実現することができる。例えば、カートリッジセンサ２４を接点式のセンサで構成し、測定用カートリッジ１００が、この接点式のセンサに機械的に接触することにより、測定用カートリッジ１００が検体測定装置３２にセットされたことを検出するようにしてもよい。

制御部２０は、この反射光の有無の検出結果により、測定用カートリッジ１００がセットされているか否かを判定する。すなわち、カートリッジセンサ２４が反射光を検出した場合は、測定用カートリッジ１００がセットされていると判定することができ、カートリッジセンサ２４が反射光を検出していない場合は、測定用カートリッジ１００がセットされていないと判定することができる。

次に、図３乃至図６に基づいて、本実施形態に係る検体測定システム３０の光学測定方法を説明する。図３は、本実施形態に係る検体測定システム３０で実行される光学測定制御処理の内容を説明するためのフローチャートを示す図である。図４乃至図６は、この光学測定制御処理により測定される検体溶液の反応空間５０内の様子を順に説明する図である。本実施形態においては、この光学測定制御処理は、制御部２０にて実行される処理である。

まず、図３に示すように、検体測定システム３０の制御部２０は、測定用カートリッジ１００が検体測定装置３２にセットされたか否かを判断する（ステップＳ１０）。具体的には、制御部２０は、カートリッジセンサ２４から、反射光の検出の有無の結果を取得して、検体測定装置３２に測定用カートリッジ１００がセットされているか否かを判断する。すなわち、制御部２０は、反射光が検出されていない状態から反射光が検出された状態に変化した場合には、測定用カートリッジ１００が新たにセットされたと判断する。一方、反射光が検出されていない場合や反射光が継続して検出されている場合には、新たな測定用カートリッジ１００がセットされたものではないと判断する。

制御部２０は、検体測定装置３２に測定用カートリッジ１００が新たにセットされていないと判断した場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）には、このステップＳ１０を繰り返して、新たな測定用カートリッジ１００がセットされるまで待機する。

一方、制御部２０は、検体測定装置３２に測定用カートリッジ１００が新たにセットされたと判断した場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）には、磁場印加部１０の第１磁場印加部１０ａを駆動して、上向きの磁場を生成する（ステップＳ１２）。この上向きの磁場が生成されている状態で、ユーザは、導入孔５１を介して検体溶液を、測定用カートリッジ１００の反応空間５０に導入する。

図４は、検体溶液を反応空間５０に導入した状態の反応空間５０の様子を説明するための測定用カートリッジ１００の断面図である。この図４に示すように、検体溶液が反応空間５０に導入されると、水溶性物質から構成された封止膜４０が速やかに溶解して、この封止膜４０により封止されていた磁性粒子９が検体溶液中に分散する。このとき、上向きの磁場が形成されていることから、磁性粒子９は沈降することなく、上方へ移動する。また、封止膜４０が溶解することにより、センシングエリア１０１に固定化された第２物質１３も検体溶液中に露出する。

このステップＳ１２で上向きの磁場を生成する時間の設定は任意である。すなわち、検体溶液を反応空間５０に導入した後、磁性粒子９が上方に拡散しながら移動するのに十分な時間であればよい。例えば、制御部２０が、ステップＳ１０で測定用カートリッジ１００がセットされたことを検出してから、１０秒や２０秒といった所定の時間、上向きの磁場を生成するようにしてもよい。或いは、検体溶液を反応空間５０に導入し終えたユーザに、スイッチ等で情報入力を行わせて、この情報入力から５秒や１０秒といった所定の時間、上向きの磁場を生成するようにしてもよい。

また、検体溶液を測定用カートリッジ１００の反応空間５０に導入すると、センシングエリア１０１上における光の屈折率が変化するので、この屈折率の変化を検出部８で検出するようにしてもよい。例えば、検出部８で光の屈折率の変化を検出した時点から、予め設定した所定の時間、上向きの磁場を生成するようにしてもよい。

本実施形態に係る検体測定システム３０においては、このステップＳ１２で上向きの磁場を印加している間に、又は、ステップＳ１２による上向きの磁場の印加を終了した直後に、演算部２２は、検出部８の測定結果を求める。すなわち、演算部２２は、検出部８により検出された光の強度を取得して、初期値を算出する。

次に、図３に示すように、制御部２０は、磁場印加部１０の第１磁場印加部１０ａの駆動を停止して、第２磁場印加部１０ｂを駆動することにより、下向きの磁場を生成する（ステップＳ１４）。これにより、検体溶液中の磁性粒子９は拡散しながら沈降するが、その沈降する過程で、検体溶液中の測定対象物質１４と高い確率で反応する。さらに、センシングエリア１０１まで、測定対象物質１４と反応した磁性粒子９が沈降すると、磁性粒子９は、センシングエリア１０１における光導波路３の表面に固定化された第１物質６と、測定対象物質１４を介して結合する。なお、磁場が生成された状態では、測定対象物質１４と第１物質６とが反応する速度が必ずしも十分でない場合もあることから、このステップＳ１４で下向きの磁場を生成した後に磁場の生成が停止された時間を設けるようにしてもよい。

図５は、磁性粒子９が沈降した状態の反応空間５０の様子を説明するための測定用カートリッジ１００の断面図である。この図５に示すように、検体溶液中の測定対象物質１４と反応した磁性粒子９は、この測定対象物質１４を介して、第１物質６と結合する。一方、測定対象物質１４と反応していない磁性粒子９は、第１物質６と結合しない。

このステップＳ１４で下向きの磁場を生成する時間の設定は任意である。すなわち、上方に移動した磁性粒子９が拡散しながら沈降するのに十分な時間であればよい。例えば、上向きの磁場を停止して下向きの磁場に切り替えてから、１０秒や２０秒といった所定の時間、下向きの磁場を生成するようにしてもよい。

次に、図３に示すように、制御部２０は、磁場印加部１０の第２磁場印加部１０ｂの駆動を停止して、第１磁場印加部１０ａを駆動することにより、上向きの磁場を生成する（ステップＳ１６）。これにより、光導波路３の表面に固定化された第１物質６と結合していない磁性粒子９は、上向きの磁場に従って上方に移動する。一方、光導波路３の表面に固定化された第１物質６と結合している磁性粒子９は、上方には移動しない。このため、光導波路３の表面におけるセンシングエリア１０１には、測定対象物質１４を介して第１物質６と結合した磁性粒子９が残ることとなる。

図６は、光導波路３の表面に固定化された第１物質６と結合していない磁性粒子９が、検体溶液中の上方に移動した状態の反応空間５０の様子を説明するための測定用カートリッジ１００の断面図である。この図６に示すように、光導波路３の表面におけるセンシングエリア１０１には、測定対象物質１４を介して第１物質６と結合した磁性粒子９は残っているが、第１物質６と結合していない磁性粒子９、つまり、測定対象物質１４と反応していない磁性粒子９は残っていない。

ステップＳ１６で上向きの磁場の印加を開始してから所定時間が経過した後、演算部２２は、検出部８の測定結果を求める。すなわち、演算部２２は、検出部８により検出された光の強度を取得して、検査結果値を算出する。本実施形態においては、測定対象物質１４を介して第１物質６と結合した磁性粒子９に起因する光の強度の減衰率を算出することにより、検体溶液中の測定対象物質１４の量を測定することができる。すなわち、光導波路３を伝播する光の強度は、センシングエリア１０１に固定化された第１物質６と結合した磁性粒子９の量に応じて変化する。つまり、センシングエリア１０１に固定化された第１物質６と結合した磁性粒子９の量に応じて、光導波路３を透過する光の吸光度は変化する。この特性を利用して、演算部２２は、例えば、ステップＳ１２で測定した光の強度の初期値と、ステップＳ１６で測定した光の強度の検査結果値との差分を算出し、この差分を信号低下率とし、この信号低下率に基づいて、測定対象物質１４の量を算出する。

なお、本実施形態においては、磁場印加部１０が磁場印加手段を構成し、基部１と光導波路３とが透光性を有する基板を構成し、検出部８が検出手段を構成し、制御部２０が制御手段を構成し、演算部２２が演算手段を構成している。

以上のように、本実施形態に係る検体測定システム３０によれば、上向きの磁場を印加しながら、測定用カートリッジ１００の反応空間５０に検体溶液を導入することとしたので、水溶性物質から構成された封止膜４０が溶解することにより、磁性粒子９を速やかに検体溶液中に分散させることができる。また、上向きの磁場が印加されていることにより、磁性粒子９は検体溶液の上方へ移動させることができる。

その後、下向きの磁場を印加することにより、磁性粒子９は検体溶液中を沈降するが、この沈降する過程で、磁性粒子９は測定対象物質１４と高い確率で反応することができる。このため、測定対象物質１４の測定精度を高めることができる。

しかも、水溶性物質から構成された封止膜４０を用いて、光導波路３の表面であるセンシングエリア１０１に磁性粒子９を保持するようにしたので、このセンシングエリア１０１の表面に第１物質６を固定化する工程の中で、磁性粒子９も保持させることができる。このため、別途、磁性粒子９を測定用カートリッジ１００に保持させる必要がなくなり、測定用カートリッジ１００の製造コストの低減を図ることができる。

〔第２実施形態〕
上述した第１実施形態に係る検体測定システム３０においては、磁場印加部１０は上向きの磁場を生成する第１磁場印加部１０ａと、下向きの磁場を生成する第２磁場印加部１０ｂの双方を備えて構成されていたが、第２実施形態に係る検体測定システム３０においては、下向きの磁場を生成する第２磁場印加部１０ｂを省いて、第１磁場印加部１０ａにより磁場印加部１０を構成するようにしたものである。以下、上述した第１実施形態と異なる部分を説明する。

図７は、第２実施形態に係る検体測定システム３０の全体構成の一例を説明する図であり、上述した第１実施形態の図１に対応する図である。この図７に示すように、本実施形態においては、磁場印加部１０は、下向きの磁場を生成する第２磁場印加部１０ｂを備えておらず、上向きの磁場を生成する第１磁場印加部１０ａを備えて構成されている。

このため、制御部２０には、切り替えスイッチ２０ａは設けられておらず、切り替えスイッチ２０ａを介さずに、第１磁場印加部１０ａに接続されている。したがって、制御部２０は、第１磁場印加部１０ａを駆動させるか停止させるかを制御するとともに、第１磁場印加部１０ａが生成する磁場の強度を制御する。また、制御部２０は、上述した第１実施形態と同様に、演算部２２の動作の制御も行う。

図８は、第２実施形態に係る検体測定システム３０で実行される光学測定制御処理の内容を説明するためのフローチャートを示す図であり、上述した第１実施形態の図３に対応する図である。この図８に示すように、本実施形態に係る光学測定制御処理においては、ステップＳ１０及びステップＳ１２は、上述した第１実施形態と同様の処理である。ただし、このステップＳ１２に続くステップＳ２４の処理が、上述した第１実施形態と異なる。

すなわち、本実施形態に係る検体測定システム３０の制御部２０は、ステップＳ１２で上向きの磁場を生成した後に、この上向きの磁場の生成を停止する（ステップＳ２４）。つまり、本実施形態においては、第２磁場印加部１０ｂが設けられていないことから、下向きの磁場を生成することはできない。このため、制御部２０は、第１磁場印加部１０ａの駆動を停止する制御を行う。このとき、検体溶液中の上方に移動した磁性粒子９は、重力に従って、自然拡散しながら、自重により下方へ沈降する。この沈降の過程で、磁性粒子９は高い確率で測定対象物質１４と反応する。

この磁場の生成を停止する時間は任意であるが、上述した第１実施形態のステップＳ１４において、下向きの磁場を生成した時間よりは長くなる。これは、磁性粒子９が自重により測定対象物質１４と反応しながら沈降するため、磁性粒子９が光導波路３の表面におけるセンシングエリア１０１に到達するまでには、より長い時間を要するからである。例えば、上向きの磁場を停止してから、２０秒や３０秒といった所定の時間、磁場の生成を停止するようにすることができる。

次に、上述した第１実施形態と同様に、ステップＳ１６にて、第１磁場印加部１０ａを駆動することにより、上向きの磁場を生成する（ステップＳ１６）。これにより、光導波路３の表面に固定化された第１物質６と結合していない磁性粒子９は、上向きの磁場に従って上方に移動する。演算部２２が、初期値としての光の強度を測定するタイミングや、測定結果値としての光の強さを測定するタイミングは、上述した第１実施形態と同様である。

以上のように、本実施形態に係る検体測定システム３０によっても、上向きの磁場を印加しながら、測定用カートリッジ１００の反応空間５０に検体溶液を導入することとしたので、水溶性物質が溶解することにより、磁性粒子９を速やかに検体溶液中に分散させることができる。また、上向きの磁場が印加されていることにより、磁性粒子９は検体溶液の上方へ移動させることができる。

その後、磁場の生成を停止することにより、磁性粒子９は検体溶液中を重力に従って自重により沈降するが、この沈降する過程で、磁性粒子９は測定対象物質１４と高い確率で反応することができる。このため、測定対象物質１４の測定精度を高めることができる。

また、磁場印加部１０に下向きの磁場を生成する第２磁場印加部１０ｂを設けないこととしたので、磁場印加部１０の製造コストの低減を図ることができ、ひいては、検体測定装置３２及び検体測定システム３０の製造コストの低減を図ることができる。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

１…基部、２…グレーティング、２ａ…入射側グレーティング、２ｂ…出射側グレーティング、３…光導波路、４…保護膜、４ａ…開口部、５…枠、６…第１物質、７…光源、８…検出部、９…磁性粒子、１０…磁場印加部、１０ａ…第１磁場印加部、１０ｂ…第２磁場印加部、１２…微粒子、１２ａ…磁性ナノ微粒子、１２ｂ…微粒子、１２ｃ…コア、１２ｄ…微粒子、１２ｅ…シェル、１３…第２物質、１４…測定対象物質、２０…制御部、２０ａ…スイッチ、２２…演算部、２４…カートリッジセンサ、３０…検体測定システム、３２…検体測定装置、４０…膜、５０…反応空間、５１…導入孔、５２…空気抜き孔、１００…測定用カートリッジ、１０１…センシングエリア

Claims (11)

1. 透光性を有する基板と、前記基板上に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第１の物質と、磁性粒子と、前記磁性粒子に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第２の物質とを含む測定用カートリッジを用いて測定対象物質の検出を行う検体測定装置であって、
   磁場を印加する磁場印加手段と、
   前記基板を透過した光を検出する検出手段と、
   前記検出手段で光の屈折率の変化を検出した時点から前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に磁場を印加する第１の磁場の印加である第１の磁場印加を開始し、前記測定対象物質を含む検体溶液を前記測定用カートリッジに導入している間において前記第１の磁場印加を行い、前記第１の磁場印加の後、前記磁性粒子が前記基板に近づく方向に磁場を印加する第２の磁場の印加である第２の磁場印加を行い、前記第１の物質と前記第２の物質とが測定対象物質を介して結合させるように前記磁場印加手段を制御する制御手段と、
   を備えた検体測定装置。
2. 前記第１の磁場印加の終了直後に、前記検出手段の検出結果を用いて、測定結果を求める演算手段をさらに備えた、請求項１記載の検体測定装置。
3. 前記磁場印加手段は、
   前記第１の磁場を生成する第１磁場印加部であって、前記基板から見て、前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に設けられた第１磁場印加部と、
   前記第２の磁場を生成する第２磁場印加部であって、前記基板から見て、前記磁性粒子を前記基板に近づける方向に設けられた第２磁場印加部と、
   を備えた、請求項１又は請求項２に記載の検体測定装置。
4. 前記測定用カートリッジにおける前記磁性粒子は水溶性物質により封止されて、前記基板の表面に保持されている、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の検体測定装置。
5. 前記基板を有する測定用カートリッジがセットされたことを検出する、カートリッジセンサをさらに備えた、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の検体測定装置。
6. 前記制御手段は、前記第１の磁場印加を開始してから所定時間経過した後、前記第２の磁場印加を開始する、請求項２に記載の検体測定装置。
7. 前記制御手段は、前記第２の磁場印加を開始してから所定時間経過した後、前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に磁場を印加する第３の磁場印加を開始する、請求項６に記載の検体測定装置。
8. 前記演算手段は、前記第３の磁場印加を開始してから所定時間経過した後に、第２の測定結果を求める、請求項７に記載の検体測定装置。
9. 透光性を有する基板と、前記基板上に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第１の物質と、磁性粒子と、前記磁性粒子に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第２の物質とを含む測定用カートリッジを用いて測定対象物質の検出を行う検体測定装置であって、
   磁場を印加する磁場印加手段と、
   前記基板を透過した光を検出する検出手段と、
   前記検出手段で光の屈折率の変化を検出した時点から前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に磁場を印加する第１の磁場の印加である第１の磁場印加を開始し、前記測定対象物質を含む検体溶液を前記測定用カートリッジに導入している間において前記第１の磁場印加を行い、第１の磁場印加の後、前記第１の磁場印加を停止し、前記磁性粒子を自重により沈降させて、前記第１の物質と前記第２の物質とが測定対象物質を介して結合させるように前記磁場印加手段を制御する制御手段と
   を備えた検体測定装置。
10. 透光性を有する基板と、前記基板上に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第１の物質と、磁性粒子と、前記磁性粒子に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第２の物質とを含む測定用カートリッジを用いて測定対象物質の検出を行う、
    磁場を印加する磁場印加手段と、
    前記基板を透過した光を検出する検出手段と、
    を備えた検体測定装置の制御方法であって、
    前記検出手段で光の屈折率の変化を検出した時点から前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に磁場を印加する第１の磁場の印加である第１の磁場印加を開始し、前記測定対象物質を含む検体溶液を前記測定用カートリッジに導入している間において前記第１の磁場印加を行うステップと、
    前記第１の磁場印加の後、前記磁性粒子が前記基板に近づく方向に磁場を印加する第２の磁場の印加である第２の磁場印加を行い、前記第１の物質と前記第２の物質とが測定対象物質を介して結合させるステップと、
    を備えた検体測定装置の制御方法。
11. 透光性を有する基板と、前記基板上に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第１の物質と、磁性粒子と、前記磁性粒子に固定され、測定対象物質と特異的に反応する第２の物質とを含む測定用カートリッジを用いて測定対象物質の検出を行う、
    磁場を印加する磁場印加手段と、
    前記基板を透過した光を検出する検出手段と、
    を備えた検体測定装置の制御方法であって、
    前記検出手段で光の屈折率の変化を検出した時点から前記磁性粒子を前記基板から離間する方向に磁場を印加する第１の磁場の印加である第１の磁場印加を開始し、前記測定対象物質を含む検体溶液を前記測定用カートリッジに導入している間において前記第１の磁場印加を行うステップと、
    前記第１の磁場印加の後、前記第１の磁場印加を停止し、前記磁性粒子を自重により沈降させて、前記第１の物質と前記第２の物質とが測定対象物質を介して結合させるステップと、
    を備えた検体測定装置の制御方法。

Images