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WO2019138865A1 - 検出装置および検出方法 - Google Patents

検出装置および検出方法 Download PDF

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Publication number
WO2019138865A1
WO2019138865A1 PCT/JP2018/047599 JP2018047599W WO2019138865A1 WO 2019138865 A1 WO2019138865 A1 WO 2019138865A1 JP 2018047599 W JP2018047599 W JP 2018047599W WO 2019138865 A1 WO2019138865 A1 WO 2019138865A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cell
magnetic field
magnetic
detection
subject
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2018/047599
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健一 森脇
宇佐美 由久
西川 尚之
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.)
Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
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 Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
Publication of WO2019138865A1 publication Critical patent/WO2019138865A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence

Definitions

  • the present invention relates to a detection apparatus and detection method for detecting bacteria or the like as a target substance.
  • the polymerase chain reaction is known as a highly sensitive detection method capable of detecting a small amount of virus or the like.
  • PCR polymerase chain reaction
  • the polymerase chain reaction method by amplifying only the nucleotide sequence to be tested by polymerase chain reaction, a virus to be tested can be amplified about one million times in 20 cycles. Therefore, highly sensitive detection of virus etc. is possible.
  • the polymerase chain reaction method has problems such as large influence of impurities, complicated pretreatment, and need of freezing storage.
  • a near field is formed on the detection plate described in Patent Document 1 and a conjugate containing the target substance (target substance) on the surface of the detection plate.
  • an optical detection method of detecting an object as an object and an optical signal.
  • the optical detection method described in Patent Document 1 generates, as an analyte, a conjugate in which a fluorescent particle (phosphor) and a magnetic particle are bound to a target substance using, for example, an antigen-antibody reaction.
  • the near field is generated on the front surface of the detection plate by the light irradiated from the back surface side under the total reflection condition.
  • the generated object is brought close to or separated from the near field (detection plate) by magnetic force, or the generated object is moved in parallel to the detection plate.
  • the target substance is detected by measuring the light amount fluctuation and the movement of light (bright spot) caused by the movement of the subject.
  • Patent Document 1 utilizes a near field.
  • the near field is formed near the pole of the detection surface.
  • Many foreign substances such as proteins are attached to the wall surface such as the detection surface, and further, fluorescent particles, magnetic particles and the like are nonspecifically adsorbed. These deposits inhibit smooth movement of the subject. Therefore, the movement of the subject due to the magnetic force becomes insufficient, and the detection sensitivity of the subject due to the movement decreases.
  • the subject also adheres to the near field or detection surface. Since the object attached to the detection surface can not move due to the magnetic force, the number of objects detected by the movement decreases with respect to the object actually present on the detection surface. As a result, the number of detection signals for noise decreases, and the signal-to-noise ratio decreases.
  • the object of the present invention is to solve such problems of the prior art, and in detection of a target substance using fluorescence and magnetic force, detection of the target substance with high S / N ratio and high sensitivity is enabled. Detection apparatus and detection method.
  • a detection device for detecting a combination of magnetic particles, a target substance and a fluorescent particle, or a target substance and a particle that is magnetic and emits fluorescence as an object
  • a cell containing a liquid containing a subject, an excitation light irradiating part for applying excitation light to the subject to cause fluorescence in the subject, an imaging part having a focal point in the cell for imaging the inside of the cell,
  • a magnetic field generating unit for moving the sample in a direction having an angle with respect to the optical axis of the imaging unit;
  • a detection apparatus characterized in that an intersection point of an optical axis of an excitation light irradiation unit and an optical axis of an imaging unit is located other than an inner wall surface of a cell.
  • [6] The detection device according to any one of [1] to [5], wherein the imaging unit is disposed at a position deviated from the optical path of the excitation light emitted by the excitation light irradiation unit.
  • [7] The detection according to any one of [1] to [6], wherein the optical axis of the imaging unit intersects a plane parallel to the vertical direction of the cell or a plane having an angle of 45 ° or less with respect to the vertical direction. apparatus.
  • the strength of the magnetic field generated by the magnetic field generation unit is 1 to 400 mT.
  • the present invention it is possible to detect a target substance with high sensitivity at a high S / N ratio by removing noise due to fluorescent particles etc. which are nonspecifically adsorbed to a cell or the like for detecting a target substance. is there.
  • FIG. 1 is a perspective view conceptually showing an example of a detection apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the operation of the detection device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the detection device shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram conceptually showing an example of a system constituting the detection device of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram conceptually showing another example of the detection device of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram conceptually showing another example of the detection device of the present invention.
  • a numerical range represented using “to” means a range including the numerical values described before and after “to” as the lower limit value and the upper limit value.
  • FIG. 1 is a perspective view conceptually showing an example of a detection apparatus of the present invention which implements an example of the detection method of the present invention.
  • the detection device 10 includes a cell 12, an excitation light irradiation unit 14, an imaging unit 16, a first magnetic field generation unit 18, a second magnetic field generation unit 20, a third magnetic field generation unit 24 and a third And a fourth magnetic field generation unit 26.
  • the cell 12 is a container for containing a liquid containing a subject and is a cubic container having an opening (not shown) for introducing the liquid containing the subject.
  • the detection apparatus 10 uses as a subject a conjugate in which magnetic particles and fluorescent particles are bound or a conjugate in which magnetic and fluorescent particles are bound to a target substance such as a virus. It is something to detect.
  • a liquid containing a subject is contained in the cell 12. Then, the application of the magnetic field by the first magnetic field generation unit 18 to the fourth magnetic field generation unit 26 moves the subject inside the cell 12 and the excitation light irradiation unit 14 irradiates the inside of the cell 12 with excitation light. Then, the inside of the cell 12 is imaged by the imaging unit 16.
  • the target (target substance) in the liquid is detected depending on whether the moving bright spot is present in the image (moving image) captured by the imaging unit 16 of the detection device 10.
  • the presence or absence is detected, or the presence or absence and the amount of the subject in the liquid are measured.
  • a conjugate in which magnetic particles and fluorescent particles are bound to a target substance is used as an analyte.
  • the target substance (target substance) to be detected is not limited. Examples include viruses, bacteria, DNA, RNA, proteins, and contaminants.
  • the sample from which the target substance is collected there is no limitation on the sample from which the target substance is collected, and various types of substances considered to contain the target substance can be used.
  • body fluids such as blood and lymph, saliva, sweat, runny nose, tears, vomit, urine, feces, medicine, environmental water, clean water, sewage, wiping liquid, etc. are exemplified. These samples may be collected by known methods according to the samples.
  • a method of taking a sample by wiping the doorknob and the table or the like on the spot where food poisoning or the like has occurred with a swab or the like is exemplified.
  • Another example is a method of taking a sample by contacting a swab with vomit and urine and the like.
  • the saturation magnetization of the magnetic particles is not limited. Saturation magnetization of the magnetic particles is preferably 0.01 ⁇ 200A ⁇ m 2 / kg , more preferably in the range of 0.1 ⁇ 100A ⁇ m 2 / kg , 0.3 ⁇ 50A ⁇ m 2 / More preferably, it is kg. By setting the saturation magnetization amount of the magnetic particles to 0.01 A ⁇ m 2 / kg or more, the subject can be suitably moved by application of a magnetic field described later.
  • the subject is a combination of magnetic particles, a target substance and fluorescent particles. Further, by setting the saturation magnetization amount of the magnetic particles to 100 A ⁇ m 2 / kg or less, the subject is prevented from reaching the inner wall of the cell 12 due to the movement of the subject due to application of a magnetic field described later. The subject can be suitably moved in the liquid containing the subject.
  • the fluorescent particles are not limited, and various known substances used for detection of the target substance utilizing fluorescence can be used.
  • fluorescent dyes, quantum dots, rare earths, fluorescent pigments, biological fluorescent molecules and the like are exemplified.
  • Commercially available products are also available.
  • the fluorescent particles may be luminous particles. In this case, in a state in which the excitation light is temporarily blocked or extinguished, imaging in the cell 12 is continuously performed by the imaging unit 16 (imaging element 34) described later.
  • a luminous particle can also use a commercial item.
  • the target substance may emit fluorescence upon irradiation with excitation light. At this time, the target substance doubles as a fluorescent particle.
  • Physisorption is a method of binding a target substance to magnetic particles by using electrostatic bonding force such as hydrogen bonding. Physical adsorption is easy to carry out because processing of magnetic particles is unnecessary. On the other hand, in physical adsorption, the selectivity is low because magnetic particles and fluorescent particles do not specifically adsorb to the target substance. That is, in physical adsorption, magnetic particles and / or fluorescent particles may also bind to substances other than the target substance contained in the sample.
  • the antigen-antibody reaction utilizes specific binding with a target substance, and therefore has the advantage that magnetic particles and fluorescent particles can be selectively bound to the target substance. When using the antigen-antibody reaction, if the target substance is an antigen such as a virus, it is necessary to bind in advance an antibody against the virus as the target substance to the magnetic particle and / or the fluorescent particle. There is.
  • both the magnetic particle and the fluorescent particle are bound to the target substance
  • at least one of the bindings is preferably a specific binding to the target substance, as in an antigen-antibody reaction.
  • both magnetic and fluorescent particles are bound to the target substance, if both bindings are nonspecific, then both the magnetic and fluorescent particles bind to foreign substances other than the target substance. In this case, there arises a disadvantage that the target substance and the foreign matter can not be distinguished.
  • magnetic particles that emit fluorescence upon irradiation with excitation light and fluorescent particles that are magnetized can also be used.
  • the binding between the target substance and the particle is a specific binding with the target substance, such as an antigen-antibody reaction, of the magnetic particle that emits fluorescence upon irradiation with excitation light.
  • the magnetic particle that emits fluorescence upon irradiation of excitation light and the target substance is nonselective, the magnetic particle that emits fluorescence upon irradiation of excitation light is bound to a foreign substance other than the target substance. In this case, there arises a disadvantage that the target substance and the foreign matter can not be distinguished.
  • the cell 12 is a light transmitting container made of glass, resin, etc., and contains a liquid containing a subject.
  • a liquid containing a subject is also referred to as a “test liquid”.
  • a combination of magnetic particles, a target substance, and fluorescent particles is used as an object. Therefore, in the test liquid contained in the cell 12, in addition to the combined body of the magnetic particle which is the subject, the target substance and the fluorescent particle, the combined body of the magnetic particle and the target substance, the target substance and the fluorescent particle There may be a conjugate thereof, a target substance, magnetic particles, fluorescent particles and the like.
  • the test liquid contained in the cell 12 contains the target substance in addition to the combination of the magnetic particle as the test object and the target substance. And magnetic particles may be present.
  • the test liquid contained in the cell 12 includes magnetic particles that emit fluorescence upon irradiation with excitation light, which is an analyte, and a target substance.
  • the cell 12 is a container for containing the test fluid.
  • the test liquid liquid containing an analyte specifically refers to a magnetic substance which is an analyte in a liquid containing a sample in which a target substance may be present, and magnetic particles and fluorescent particles. It is a liquid in which a combination of particles, a target substance and fluorescent particles is formed. That is, in the present invention, the test liquid is, in other words, a liquid in which a subject (target substance) may exist.
  • the sample is taken, for example, with a swab and supplied to the liquid contained in the cell 12.
  • the cell 12 is not limited, and various light transmitting containers that can be used for detection of a target substance by light can be used in medicine, biology and the like.
  • the cell 12 preferably has a transmittance of 50% or more of excitation light.
  • the inner wall of the cell 12 is preferably designed to be resistant to adhesion of the target substance, magnetic particles, fluorescent particles and various other particles.
  • treatment of a known commercially available blocking material is exemplified.
  • the cell 12 is, by way of example, a transparent cubic container having an opening (not shown) for introducing the test liquid, and the opening is directed upward Be done.
  • the excitation light irradiator 14 is for irradiating excitation light to the inside of the cell 12, that is, the test liquid contained in the cell 12 to cause the fluorescent particles to generate fluorescence.
  • the excitation light irradiation unit 14 has a light source 30 and a condensing optical system 32.
  • the light source 30 is for emitting excitation light for causing fluorescent particles to generate fluorescence.
  • the light source 30 is not limited, and various light sources capable of irradiating light including a component that excites fluorescent particles to generate fluorescence can be used.
  • Examples of the light source 30 include a light bulb such as a mercury lamp, a fluorescent lamp, a light emitting diode (LED), and a laser such as a semiconductor laser. Among them, LEDs and semiconductor lasers are suitably used.
  • the light source 30 preferably emits light of a wavelength range different from that of the fluorescence generated by the fluorescent particles as excitation light. As a result, it is possible to prevent the excitation light from becoming noise and lowering the detection sensitivity and accuracy of the object.
  • the condensing optical system 32 is provided as a preferable embodiment, and is for condensing the excitation light irradiated by the light source 30 and irradiating the inside of the cell 12.
  • the focusing optics 32 preferably have a focal point inside the cell 12. More preferably, the focusing optical system 32 has a focal point at a distance of 100 nm or more from the inner wall of the cell 12 and more preferably a focal point at a distance of 300 nm or more from the inner wall of the cell 12.
  • the spot diameter of the focal point can be appropriately selected according to the imaging unit 16, but 10 ⁇ m ⁇ to 10 mm ⁇ is preferable, and 100 ⁇ m ⁇ to 5 mm ⁇ is more preferable. As a result, noise due to the fluorescent particles nonspecifically adsorbed on the inner wall of the cell 12 is reduced, and detection of a highly sensitive subject with a higher S / N ratio becomes possible.
  • the condensing optical system 32 is not limited, and various known condensing optical systems such as a condensing optical system using one or more lenses can be used.
  • a condensing optical system 32 for example, a single-focus lens of fixed magnification in the range of 4 to 600 times is exemplified.
  • the condensing optical system 32 is not limited to the condensing optical system that condenses the light of the light source 30 so as to focus the light.
  • the condensing optical system 32 may be a collimating optical system that shapes the light from the light source 30 into parallel light. In this case, in FIG. 1, the excitation light emitted from the light collection optical system 32 becomes parallel light (substantially parallel light) without being collected.
  • the excitation light irradiator 14 preferably has a wavelength limiting filter between the light source 30 and the cell 12 for removing light other than the wavelength region of the excitation light from the light emitted by the light source 30.
  • a wavelength limiting filter known optical filters can be used depending on the wavelength region of the excitation light. By providing such a wavelength limiting filter, it is possible to suppress the incidence of light in an extra wavelength region that may become noise into the cell 12, and to obtain a high sensitivity S / N ratio high sensitivity object. Detection becomes possible.
  • the imaging unit 16 images the inside of the cell 12.
  • the imaging unit 16 includes an imaging element 34 and a focusing optical system 36.
  • the imaging device 34 is a known imaging device. Therefore, the imaging device 34 is not limited, and various imaging devices having sensitivity to light in this wavelength region can be used according to the wavelength region of the fluorescence generated by the fluorescent particles.
  • CMOS complementary metal oxide semiconductor
  • CCD charge-coupled device
  • the imaging device 34 a CMOS image sensor and a CCD image sensor are suitably used.
  • the condensing optical system 36 is an optical system which condenses the light path of the photometry by the imaging device 34 inside the cell 12 when viewed from the imaging device 34 side. That is, the focusing optical system 36 is a focusing optical system having a focal point inside the cell 12.
  • the focusing optical system 36 that is, the imaging unit 16 has a focal point inside the cell 12. More preferably, the focusing optical system 36 has a focal point at a distance of 100 nm or more from the inner wall of the cell 12 and more preferably a focal point at a distance of 300 nm or more from the inner wall of the cell 12.
  • the spot size of the focal point of the imaging unit 16 can be appropriately selected according to the imaging unit, but 10 ⁇ m square ( ⁇ m square) to 10 mm square (mm square) is preferable, and 100 ⁇ m square to 5 mm square is more preferable. As a result, noise due to the fluorescent particles nonspecifically adsorbed on the inner wall of the cell 12 is reduced, and detection of a highly sensitive subject with a higher S / N ratio becomes possible.
  • the condensing optical system 36 is not limited, and various known condensing optical systems such as a condensing optical system using one or more lenses can be used.
  • a condensing optical system 36 for example, a single-focus lens of fixed magnification in the range of 4 to 600 times is exemplified.
  • the focal point of the excitation light irradiator 14 (the condensing optical system 32) and the focal point of the imaging unit 16 (the condensing optical system 36) may or may not coincide.
  • the imaging unit 16 images a two-dimensional plane (focal plane) of a certain size at the focal position.
  • the focal point of the excitation light irradiation unit 14 and the focal point of the imaging unit 16 are slightly misaligned without being coincident with each other in order to suitably irradiate the excitation light to the two-dimensional plane. preferable.
  • the imaging unit 16 preferably includes an excitation light cut filter between the imaging element 34 and the cell 12 for removing light in the wavelength region of the excitation light.
  • the excitation light cut filter known optical filters can be used. By providing such an excitation light cut filter, it is possible to suppress the excitation light from being incident on the imaging element 34 and to become noise, and it is possible to detect an object with higher sensitivity.
  • the imaging part 16 (imaging element 34) is arrange
  • the detection apparatus 10 of this invention you may utilize various apparatuses which have an imaging function, such as a digital camera, a smart phone, a mobile telephone, etc. as the imaging part 16.
  • the detection device 10 may have a plurality of imaging units 16.
  • the intersection of the optical axis (optical path) of the excitation light irradiation unit 14 and the optical axis (optical path of the light to be measured) of the imaging unit 16 is other than the inner wall surface of the cell 12 Located (see FIG. 3). That is, in the present invention, the intersection of the optical axis of the excitation light irradiation unit 14 and the optical axis of the imaging unit 16 is located inside the cell 12.
  • the detection device 10 of the present invention removes noise caused by fluorescent particles and the like nonspecifically adsorbed on the inner wall surface of the cell 12 and has high sensitivity and high S / N ratio. It enables the subject (target substance). This point will be described in detail later.
  • the intersection point between the optical axis of the excitation light irradiation unit 14 and the optical axis of the imaging unit 16 is preferably located at a distance of 100 nm or more from the inner wall surface of the cell 12 inside the cell 12. It is more preferable to be located at a distance of 200 nm or more from the wall surface, and more preferable to be located at a distance of 300 nm or more from the inner wall surface of the cell 12. As a result, noise due to the fluorescent particles nonspecifically adsorbed on the inner wall of the cell 12 is reduced, and detection of a highly sensitive subject with a higher S / N ratio becomes possible.
  • the optical axis of the excitation light irradiator 14 is the optical axis of the light source 30 when the light collection optical system 32 is not provided, and when the light collection optical system 32 is provided, the light collection is performed. It is an optical axis of the optical system 32. Note that the optical axis of the light source 30 and the optical axis of the focusing optical system 32 generally coincide with each other. Further, in the present invention, the optical axis of the imaging unit 16 is the optical axis of the imaging device 34 when the condensing optical system 32 is not provided, and the condensing optical system is provided when the condensing optical system 32 is provided. It is an optical axis of the system 32. Note that the optical axis of the imaging device 34 and the optical axis of the focusing optical system 32 generally coincide with each other.
  • the imaging unit 16 perform imaging not from the bottom of the cell 12 but from the side surface of the cell 12 as shown in FIG. Specifically, the imaging unit 16 preferably performs imaging by causing the optical axis to intersect a plane parallel to the vertical direction of the cell 12. Alternatively, the imaging unit 16 preferably performs imaging by causing the optical axis to intersect a plane of the cell 12 having an angle of 45 ° or less, particularly 30 ° or less with respect to the vertical direction.
  • the first magnetic field generation unit 18, the second magnetic field generation unit 20, the third magnetic field generation unit 24, and the fourth magnetic field generation unit 26 apply (generate) a magnetic field in the cell 12 to move magnetic particles by magnetic force. It is a thing.
  • the first to fourth magnetic field generation units 18 to 26 are arranged such that one corresponds to one surface of the cubic cell 12 and surrounds the cell 12.
  • the first to fourth magnetic field generation units 18 to 26 are known magnetic field generation units using electromagnets, and include, as an example, an electromagnet, a power supply, and a switch. Ru.
  • the first magnetic field generation unit 18 to the fourth magnetic field generation unit 26 are arranged to move the subject in a direction having an angle with respect to the optical axis of the imaging unit 16. Specifically, it is preferable that the first magnetic field generation unit 18 to the fourth magnetic field generation unit 26 move the object so as to have an angle of less than 90 ° with respect to the detection surface of the imaging unit 16. Further, it is more preferable that the first to fourth magnetic field generation units 18 to 26 move the object in parallel with the detection surface of the imaging unit 16. In other words, the first magnetic field generation unit 18 to the fourth magnetic field generation unit 26 are configured such that the surface (and the extended surface) formed by the moving object is orthogonal to the optical axis of the imaging device 34 It is more preferable to move. Note that the surface formed by the moving subject is, in other words, an image drawn by the moving subject.
  • the first magnetic field generation unit 18 to the fourth magnetic field generation unit 26 have a plane formed by connecting the centers of the first magnetic field generation unit 18 to the fourth magnetic field generation unit 26 It is preferable to arrange so as to intersect the optical axis.
  • the plane formed by connecting the centers of the first to fourth magnetic field generating units 18 to 26 is orthogonal to the optical axis of the imaging unit 16. More preferably, they are arranged as In other words, the first magnetic field generation unit 18 to the fourth magnetic field generation unit 26 connect the centers of the first magnetic field generation unit 18 to the fourth magnetic field generation unit 26 with the detection surface of the imaging element 34. More preferably, they are arranged in parallel.
  • the centers of the first to fourth magnetic field generation units 18 to 26 refer to the optical axis direction of the imaging unit 16 and the imaging unit of the surface of the magnet (electromagnet or permanent magnet) of the magnetic field generation unit on the cell 12 side. 16 is the center in the direction orthogonal to the optical axis direction.
  • the magnetic field generating unit so that the moving object (magnetic particles) draws a two-dimensional image when viewed from the imaging unit.
  • the first magnetic field generation unit 18 to the fourth magnetic field generation unit 26 are configured such that the angle formed by the surface formed by the moving object and the detection surface of the imaging unit 16 is 45.degree. Or less. It is preferable to move the sample, more preferably to move the sample to 30 ° or less, and even more preferably to move the sample to 0 ° (that is, parallel). That is, in the first magnetic field generation unit 18 to the fourth magnetic field generation unit 26, the plane formed by connecting the centers of the first magnetic field generation unit 18 to the fourth magnetic field generation unit 26 and the optical axis of the imaging unit 16 It is preferable that the angle formed be 135 ° or less, more preferably 120 ° or less, and still more preferably 90 ° (that is, orthogonal) .
  • the imaging unit 16 can two-dimensionally image the movement of the subject moving by the application of the magnetic field, and detect the subject (target substance) with higher sensitivity. It will be possible to
  • the magnetic field generator is not limited to one using an electromagnet.
  • the magnetic field generation unit may be configured by a permanent magnet, and a shielding means for the magnetic force that shields / passes the magnetic force from the permanent magnet to the cell 12.
  • the magnetic field strengths of the magnetic fields applied by the first to fourth magnetic field generation units 18 to 26 are not limited.
  • the magnetic field strengths of the magnetic fields applied by the first to fourth magnetic field generators 18 to 26 are preferably 1 to 400 mT, respectively.
  • the first to fourth magnetic field generators 18 to 26 The magnetic field strength of the applied magnetic field is more preferably 10 to 300 mT, and the magnetic field strength of the magnetic field applied by the first to fourth magnetic field generating units 18 to 26 is more preferably 20 to 200 mT.
  • the subject is a conjugate of magnetic particles, a target substance and fluorescent particles.
  • the magnetic field strength of the magnetic field applied by the first to fourth magnetic field generation units 18 to 26 is set to 400 mT or less, an object moving by application of the magnetic field may reach the inner wall of the cell 12. Therefore, the subject can be suitably moved in the test fluid.
  • the first magnetic field generation unit 18 to the fourth magnetic field generation unit 26 sequentially apply a magnetic field to combine a magnetic particle as an object, a target substance and a fluorescent particle.
  • the object (target substance) in the liquid to be tested is moved by moving the inside of the cell 12 by the excitation light irradiation unit 14 and imaging the inside of the cell 12 by the imaging unit 16. To detect.
  • FIG. 2 is a view of the detection device 10 as seen from the excitation light irradiation unit 14 and the imaging unit 16 side.
  • the present invention detects the subject T from the test liquid (a liquid containing the subject).
  • a liquid containing a sample that may contain the target substance, and magnetic particles and fluorescent particles is accommodated in the cell 12, and a combination of the target substance, which is the subject T, and the magnetic particles and the fluorescent particles.
  • the combined body of the magnetic particle and the target substance, and the target substance and the fluorescence Conjugates with particles, target substances, magnetic particles, fluorescent particles and the like may be present.
  • the excitation light irradiation unit 14 and the imaging unit 16 are omitted, and only the subject T is inside the cell 12. Is shown.
  • the test liquid When the test liquid is contained in the cell 12 and all of the first to fourth magnetic field generation units 18 to 26 are off, that is, the electromagnet is not driven, the object T, the magnetic particles, and the target substance In the cell 12 (liquid), a conjugate of the above, a conjugate of a target substance and a fluorescent substance, and the like are in a state of being randomly suspended.
  • the test object T, a combination of magnetic particles and a target substance, and magnetic particles move toward the first magnetic field generation unit 18 by magnetic force.
  • the subject T is a combination of magnetic particles, a target substance and fluorescent particles.
  • the conjugate of the target substance and the fluorescent particle, the target substance, and the fluorescent substance move due to Brownian movement or the like, since they do not have magnetic particles, they do not move due to magnetic force.
  • turning on the first magnetic field generation unit 18 means driving the electromagnet of the first magnetic field generation unit 18.
  • the other magnetic field generation units are also the same.
  • the first magnetic field generation unit 18 is turned off, and the second magnetic field generation unit 20 is turned on.
  • the analyte T, the combination of the magnetic particle and the target substance, and the magnetic particle move toward the second magnetic field generation unit 20 by the magnetic force, and the combination of the target substance and the fluorescent particle The target substance and the fluorescent substance do not move.
  • the second magnetic field generation unit 20 is turned off, and the third magnetic field generation unit 24 is turned on.
  • the analyte T, the combination of the magnetic particle and the target substance, and the magnetic particle move toward the third magnetic field generation unit 24 by the magnetic force, and the combination of the target substance and the fluorescent particle The target substance and the fluorescent substance do not move.
  • the third magnetic field generation unit 24 is turned off, and the fourth magnetic field generation unit 26 is turned on.
  • the analyte T, the combination of the magnetic particle and the target substance, and the magnetic particle move toward the fourth magnetic field generation unit 26 by the magnetic force, and the combination of the target substance and the fluorescent particle
  • the target substance and the fluorescent substance do not move.
  • the first magnetic field generation unit 18, the second magnetic field generation unit 20, the third magnetic field generation unit 24, and the fourth magnetic field generation unit 26 are sequentially turned on / off.
  • the object T, the conjugate of the magnetic particle and the target substance, and the magnetic particle move in a substantially square shape.
  • the subject T or the like moves so as to draw a substantially square.
  • the subject T is a combination of magnetic particles, a target substance, and fluorescent particles.
  • the excitation light irradiation unit 14 when the inside of the cell 12 is irradiated with excitation light by the excitation light irradiation unit 14, the analyte T, the combination of the target substance and the fluorescent particle, and the fluorescent particle emit fluorescence.
  • the combination of the magnetic particle and the target substance, the magnetic particle, and the target substance do not undergo any change upon irradiation with the excitation light.
  • the subject T moves in a substantially rectangular shape by sequentially turning on / off the first magnetic field generation unit 18 to the fourth magnetic field generation unit 26, but binding of the target substance to the fluorescent particle is performed.
  • the body and fluorescent particles do not move by magnetic force because they do not have magnetic particles.
  • the excitation light is irradiated, the subject T emits fluorescence, but in the same manner as the subject T, a combination of a magnetic particle and a target substance which moves in a substantially square shape, and the magnetic particle has fluorescent particles. It does not emit light because it is not. That is, in the state in which the first to fourth magnetic field generation units 18 to 26 are sequentially turned on / off and the excitation light is irradiated, it moves in a substantially square shape while emitting fluorescence. T only.
  • the excitation light is irradiated to the inside of the cell 12 while the first magnetic field generation unit 18 to the fourth magnetic field generation unit 26 are sequentially turned on / off, and the inside of the cell 12 is imaged by the imaging unit 16. If there is light (bright spot) that moves in a substantially rectangular shape in response to on / off of the first to fourth magnetic field generation units 18 to 26 in the captured image (during moving images), The presence of the subject T in the test solution, that is, the presence of the target substance in the sample can be detected.
  • the first magnetic field generation unit 18 to the first The light repeats a constant movement according to the on / off of the four magnetic field generation unit 26. Therefore, according to the present invention, even if the amount of the target substance in the sample is small, the target substance can be detected, and the presence or absence of the target substance in the sample can be detected.
  • the intersection of the optical axis of the excitation light irradiator 14 and the optical axis of the imaging unit 16 is located other than the inner wall surface of the cell 12. That is, in the present invention, the intersection of the optical axis of the excitation light irradiation unit 14 and the optical axis of the imaging unit 16 is located inside the cell 12. Further, in the present invention, the focal point of the imaging unit 16 is located inside the cell 12. Furthermore, in the present invention, by applying a magnetic field to the inside of the cell 12, the subject T is moved by the magnetic force inside the cell 12. According to the present invention, by having such a configuration, the subject is properly moved by the magnetic force in the test liquid, and the subject is detected inside the cell 12. By removing noise and the like due to the specifically adsorbed fluorescent particles, it is possible to detect an object with high sensitivity and high S / N ratio.
  • the detection surface of the cell 12 such as the detection surface
  • fluorescent particles, magnetic particles and the like are nonspecifically adsorbed.
  • These deposits inhibit smooth movement of the subject. Therefore, as in the near field, on the inner wall surface of the cell (in the vicinity of the inner wall surface), the movement of the subject due to the magnetic force becomes insufficient, and detection of the moving subject becomes difficult. That is, the detection sensitivity of the subject is reduced.
  • the object also adheres to the inner wall surface of the cell such as near field. Since the object attached to the detection surface can not move due to the magnetic force, the number of objects detected by the movement decreases with respect to the object actually present on the detection surface. Also in this point, the detection sensitivity of the subject is lowered. That is, the number of detection signals for noise is reduced, the S / N ratio is low, and the detection sensitivity is reduced.
  • the fluorescent substance is not always adsorbed specifically to the target substance, and many fluorescent particles adhere to the inner wall surface of the cell 12 by nonspecific adsorption. Therefore, when the inner wall surface of the cell 12 is irradiated with excitation light, the fluorescent particles nonspecifically adsorbed to this portion generate fluorescence.
  • the nonspecifically adsorbed fluorescent particles do not move even when magnetic force is applied.
  • an object is moved by a magnetic field using this, and nonspecifically adsorbed to the near field non-specifically due to the change of the light amount and the detection of the moved light (bright point). Differentiation between fluorescent particles and an object is performed, and noise due to fluorescent particles nonspecifically adsorbed in the near field is removed.
  • the unnecessary fluorescence due to the fluorescent particles that are nonspecifically adsorbed in the near field is detected by the imaging device, which again becomes noise and the S / N ratio decreases.
  • the intersection of the optical axis of the excitation light irradiator 14 and the optical axis of the imaging unit 16 is located other than the inner wall surface of the cell 12.
  • the focal point of the imaging unit 16 is located inside the cell 12. Therefore, in the detection device 10 of the present invention, the main detection area is not the inner wall surface of the cell 12, so there are few obstacles in the detection area that impede the movement of the subject, and the subject responds to the applied magnetic force. Move properly. Further, since the subject is not attached to any part, all the subjects present in the area can be moved by the magnetic force.
  • the subject is moved so as to draw a two-dimensional image, so that the subject can be prevented from contacting the inner wall of the cell 12. Therefore, according to the present invention, all the analytes present in the detection area move properly in accordance with the applied magnetic force, and therefore all the analytes present can be detected, so that the inside of the cell 12 can be detected like a near field.
  • the number of detections of the object is improved, that is, the S / N ratio is improved, and the object of high sensitivity (purpose Object) can be detected.
  • the imaging unit 16 is nonspecific to the inner wall surface of the cell 12. It is possible to prevent the measurement of the fluorescence of the fluorescent particles adsorbed in a similar manner. That is, according to the present invention, noise due to the fluorescence generated by the fluorescent particles nonspecifically adsorbed on the inner wall surface of the cell 12 is removed, and a highly sensitive target substance having a high S / N ratio can be detected. become.
  • FIG. 4 conceptually shows an example of a detection system constituting the detection apparatus of the present invention which implements the detection method of the present invention.
  • the detection system shown in FIG. 4 uses a detection tube 40 comprising a cell 12.
  • the detection tube 40 has a filtration chamber 42 in communication with the cell 12, and further has a mixing chamber 46 in communication with the filtration chamber 42.
  • the filtration chamber 42 and the mixing chamber 46 are separated by the partition wall 48, and the filter 50 is provided between the filtration chamber 42 and the cell 12.
  • the partition wall 48 separating the filtration chamber 42 and the mixing chamber 46 is formed of a material such as aluminum foil that can be broken by the swab 52 or the like.
  • a sample that may contain the target substance is collected by the swab 52.
  • the mixing chamber 46 of the detection tube 40 contains a solvent capable of dissolving or dispersing the sample.
  • the solvent include phosphate buffer, tris buffer, acetate buffer, citrate buffer, tartrate buffer, water, water-based solvent, alcohol-based solvent and the like.
  • water it is preferable to use any of pure water, ion exchange water and distilled water.
  • the solution which contained the trace amount blocking agent in these solutions is also used.
  • the swab 52 from which the sample is collected is immersed in the solvent of the mixing chamber 46 and stirred to mix the sample with the solvent.
  • the partition wall 48 is broken by the swab 52, and the solvent mixed with the sample is supplied to the filtration chamber 42.
  • the filtration chamber 42 contains magnetic particles and fluorescent particles.
  • the magnetic particles and the fluorescent particles are mixed in the solvent containing the sample in the filtration chamber 42, an analyte in which the magnetic material, the target substance and the fluorescent material are combined is generated, and is stored in the cell 12.
  • the magnetic and fluorescent particles are not limited to the filtration chamber 42 and may be the mixing chamber 46 or the cell 12. Also, the magnetic particles and the fluorescent particles may be accommodated in different chambers (cells).
  • the liquid to be inspected falls from the filtration chamber 42 and is filtered by the filter 50 to remove large foreign matter and stored in the cell 12.
  • the first to fourth magnetic field generators 18 to 26 and The detection tube 40 is loaded in a detection unit having the excitation light irradiation unit 14 and the imaging unit 16 (not shown), and the object (target substance) is detected as described above.
  • the detection unit which comprises the detection system shown in FIG. 4, the excitation light irradiation part 14 and the imaging part 16 are arrange
  • the detection device 10 shown in FIG. 1 has four magnetic field generation units using electromagnets, the present invention is not limited thereto. That is, three magnetic field generators using electromagnets may be provided. At this time, the movement of the object or the like due to the magnetic force is substantially triangular. Or you may have five or more magnetic field generation parts. As described above, in the present invention, it is preferable to arrange the magnetic field generation unit so that the moving object (magnetic particles) draws a two-dimensional image when viewed from the imaging unit 16.
  • the movement of the subject moving by magnetic force that is, the figure drawn by the subject is not limited to a quadrilateral and a triangle, and is circular (substantially circular), elliptical (substantially elliptical), pentagon or more Various shapes are available, such as polygons (generally polygons) and irregular shapes.
  • the four first magnetic field generation units 18 to the fourth magnetic field generation unit 26 are fixed, but the present invention is not limited thereto.
  • the two magnetic field generation units of the first magnetic field generation unit 18 and the second magnetic field generation unit 20 are disposed so as to sandwich the cell 12 to form the first magnetic field generation unit 18.
  • the subject present in the test fluid may be moved. In this case, the subject moves in a circle.
  • only one first magnetic field generation unit 18 is provided, and the cell is rotated to move around the cell 12 with the first magnetic field generation unit turned on.
  • the subject present in the test fluid in 12 may be moved.
  • the magnetic field generation unit may use an electromagnet as in the first magnetic field generation unit 18, or may use a permanent magnet. Also in this case, the subject moves in a circular manner.
  • the movement mechanism of the magnetic field generation unit is not limited, and all known methods for moving various members can be used.
  • the preferable movement or the like of the magnetic field generation unit conforms to the configuration in which the above-mentioned magnetic field generation unit is sequentially turned on / off. That is, it is preferable that the magnetic field generation unit move the object so that the surface formed by the moving object intersects the optical axis of the imaging unit 16, and the object is perpendicular to the optical axis of the imaging unit 16 It is more preferable to move the
  • the moving mechanism of the magnetic field generation unit preferably moves the magnetic field generation unit so that the surface formed by the center of the moving magnet intersects the optical axis of the imaging unit 16 and is orthogonal to the optical axis of the imaging unit 16 It is more preferable to move the magnetic field generator so that
  • the number of movements of the object or the like by application of a magnetic field is not limited.
  • the first magnetic field generation unit 18 to the fourth magnetic field generation unit 26 shown in FIGS. 1 and 2 the first magnetic field generation unit 18 to the fourth magnetic field generation unit 26 are sequentially turned on / off.
  • the detection of the subject may be performed by repeating the process a plurality of times and drawing the substantially quadrilateral with the subject a plurality of times (a plurality of rounds).
  • the first magnetic field generation unit 18 to the fourth magnetic field generation unit 26 are sequentially turned on / off only once, and the detection of the object is performed by drawing a substantially rectangular shape by the object once. You may go.

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Abstract

磁気粒子と蛍光粒子と目的物質との組み合わせ等の被検体の検出において、ウイルス等の目的物質を高感度に検出できる、検出装置および検出方法の提供を課題とする。被検体を含む液体を収容するセルと、被検体に蛍光を発生させる励起光を照射する励起光照射部と、セル内に焦点を有する撮像部と、被検体を撮像部の光軸に対して角度を有する方向に移動させる磁場発生部と、を有し、励起光照射部の光軸と撮像部の光軸との交点が、セルの内壁面以外に位置することにより、課題を解決する。

Description

検出装置および検出方法
 本発明は、細菌等を目的物質として検出する検出装置および検出方法に関する。
 蛋白質、ウイルスおよび細菌等の微小生物の検出では、目的物質が少量であっても、高い感度で検出ができるのが好ましい。特に、インフルエンザウイルスおよびノロウイルスなど感染症の拡大が懸念されるウイルスは、検体中の量が微量であっても、確実に検出できることが重要である。
 少量のウイルス等の検出が可能である高感度な検出方法として、ポリメラーゼ連鎖反応法(PCR(Polymerase Chain Reaction))が知られている。
 ポリメラーゼ連鎖反応法では、ポリメラーゼ連鎖反応によって、検査対象となる塩基配列だけを増幅することにより、検査対象となるウイルス等を20サイクルで約100万倍に増幅できる。そのため、高感度なウイルス等の検出が可能である。
 その反面、ポリメラーゼ連鎖反応法は、夾雑物の影響が大きい、前処理が複雑である、冷凍保存が必要である等の問題がある。
 これに対して、少量のウイルス等を簡便に検出できる方法として、特許文献1に記載される、検出板に近接場を形成して、検出板表面上の目的物質(標的物質)を含む結合体を被検体として、光信号として検出する光学的検出方法が知られている。
 特許文献1に記載される光学的検出方法は、具体的には、例えば抗原-抗体反応を用いて目的物質に蛍光粒子(蛍光体)および磁気粒子を結合させた結合体を、被検体として生成する。一方で、検出板の表面に、裏面側から全反射条件で照射される光によって近接場を生成する。この状態で、磁力によって、生成した被検体を近接場(検出板)に近接および離間させ、あるいは、生成した被検体を検出板に平行に移動させる。特許文献1に記載される光学的検出方法では、この被検体の移動によって生じる光量変動および光(輝点)の移動等を測定することにより、目的物質を検出する。
国際公開第2017/187744号
 蛍光粒子を目的物質に結合させる光学的な検出方法では、非特異的な吸着によって目的物質以外に吸着した蛍光粒子がノイズになって、検出感度が低下し、高感度な目的物質の検出ができない、という問題がある。
 これに対して、特許文献1に記載される方法では、目的物質以外に非特異的に吸着した蛍光粒子は磁力によって移動せず、被検体すなわち磁気粒子と目的物質と蛍光粒子との結合体のみが、蛍光を発生しつつ磁力によって移動する。そのため、特許文献1に記載される方法によれば、光(輝点)の移動を検出することで、非特異的に吸着した蛍光粒子によるノイズを除去して、目的物質を高い感度で検出できる。
 しかしながら、特許文献1に記載される方法は、近接場を利用する。近接場は、検出面の極近傍に形成される。
 検出面のような壁面には、タンパク質などの異物が多く付着しており、さらには、蛍光粒子および磁気粒子等も非特異的に吸着する。これらの付着物は、被検体の円滑な移動を阻害する。そのため、磁力による被検体の移動が不十分になってしまい、移動による被検体の検出感度が低下する。
 加えて、近接場すなわち検出面には、被検体も付着する。検出面に付着した被検体は、磁力によって移動できなくなるので、検出面に実際に存在する被検体に対して、移動によって検出される被検体の数が減少する。その結果、ノイズに対する検出信号の数が低下してしまい、S/N比(signal-to-noise ratio)が低くなってしまう。
 また、検出面には、非特異的に吸着した蛍光粒子が、非常に多く存在する。
 そのため、被検体が発する蛍光の移動を検出することで、検出面等に非特異的に吸着した蛍光粒子の蛍光によるノイズを除去できるとはいえ、近接場を利用する特許文献1に記載される方法では、やはり、検出面等に非特異的に吸着した蛍光粒子の蛍光も測定してしまい、この蛍光がノイズになって、検出感度を低下させてしまう。
 本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、蛍光および磁力を利用する目的物質の検出において、S/N比の高い、高感度な目的物質の検出を可能にする検出装置および検出方法を提供することにある。
 この課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
 [1] 磁気粒子と目的物質と蛍光粒子との組み合わせ、または、目的物質と磁性を帯びて蛍光を発する粒子とを被検体として検出する検出装置であって、
 被検体を含む液体を収容するセルと、被検体に蛍光を発生させる励起光をセルの内部に照射する励起光照射部と、セルの内部を撮像するセル内に焦点を有する撮像部と、被検体を撮像部の光軸に対して角度を有する方向に移動させる磁場発生部と、を有し、
 励起光照射部の光軸と撮像部の光軸との交点が、セルの内壁面以外に位置することを特徴とする検出装置。
 [2] 磁場発生部は、被検体を、撮像部の検出面と平行または撮像部の検出面に対して90°未満の角度を有するように移動させる[1]に記載の検出装置。
 [3] 磁場発生部は、セルの内壁面に接触させることなく、被検体を移動させる、[1]または[2]に記載の検出装置。
 [4] 電磁石を有する磁場発生部を3以上有する、[1]~[3]のいずれかに記載の検出装置。
 [5] 磁場発生部が、磁石と磁石の移動機構とを有する、[1]~[3]のいずれかに記載の検出装置。
 [6] 撮像部が、励起光照射部が照射する励起光の光路から外れた位置に配置される、[1]~[5]のいずれかに記載の検出装置。
 [7] 撮像部の光軸が、セルの鉛直方向に平行な面または鉛直方向に対して45°以下の角度を有する面に交差する、[1]~[6]のいずれかに記載の検出装置。
 [8] 磁場発生部が発生する磁場の強度が、1~400mTである、[1]~[7]のいずれかに記載の検出装置。
 [9] セルおよびセルに連通する空間の少なくとも一方に、磁気粒子および蛍光粒子、または、磁性を帯びて蛍光を発する粒子を有する、[1]~[8]のいずれか1項に記載の検出装置。
 [10] 磁気粒子および磁性を帯びて蛍光を発する粒子の飽和磁化量が、0.01~200A・m2/kgである、[9]に記載の検出装置。
 [11] 磁気粒子と蛍光粒子との組み合わせ、または、磁性を帯びて蛍光を発する粒子を被検体として検出するに際し、
 被検体を含む液体をセルに収容した状態で、セルの内部に被検体に蛍光を発生させる励起光を照射すると共に、セルの内部に焦点を合わせて、かつ、セルの内壁面以外で励起光の光軸と光軸が交差するようにして、セルの内部を撮像し、さらに、
 セル内において、撮像の光軸に対して角度を有する方向に、被検体を、磁力によって移動させることを特徴とする検出方法。
 本発明によれば、目的物質の検出を行うためのセル等に非特異的に吸着した蛍光粒子等によるノイズを除去して、高いS/N比で、高感度な目的物質の検出が可能である。
図1は、本発明の検出装置の一例を概念的に示す斜視図である。 図2は、図1に示す検出装置の作用を説明するための概念図である。 図3は、図1に示す検出装置を説明するための概念図である。 図4は、本発明の検出装置を構成するシステムの一例を概念的に示す図である。 図5は、本発明の検出装置の別の例を概念的に示す図である。 図6は、本発明の検出装置の別の例を概念的に示す図である。
 以下、本発明の検出装置および検出方法について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
 本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
 図1は、本発明の検出方法の一例を実施する、本発明の検出装置の一例を概念的に示す斜視図である。
 図1に示すように、検出装置10は、セル12と、励起光照射部14と、撮像部16と、第1磁場発生部18、第2磁場発生部20、第3磁場発生部24および第4磁場発生部26と、を有する。
 図示例において、セル12は、被検体を含む液体を収容する容器で、被検体を含む液体の導入するための開口(図示省略)を有する立方体状の容器である。
 本発明の検出装置10(検出方法)は、ウイルス等の目的物質に、磁気粒子および蛍光粒子を結合した結合体、または、磁性を帯びて蛍光を発する粒子を結合した結合体を、被検体として検出するものである。
 本発明の検出装置10では、被検体を含む液体をセル12に収容する。その上で、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26による磁場の印加によって、セル12の内部で被検体を移動させると共に、励起光照射部14によってセル12の内部に励起光を照射して、撮像部16によってセル12の内部を撮像する。検出装置10を用いる目的物質の検出では、検出装置10の撮像部16が撮像した画像(動画)中に、移動する輝点が存在するか否かによって、液体中における被検体(目的物質)の有無を検出し、または、液体中における被検体の有無および量を測定する。
 以下の説明では、一例として、目的物質に、磁気粒子および蛍光粒子を結合した結合体を被検体とする。
 本発明において、検出対象となる目的物質(標的物質)には制限はない。一例として、ウイルス、細菌、DNA、RNA、蛋白質、および、汚染物質等が例示される。
 また、目的物質を採取する試料にも制限はなく、目的物質を含むと考えられる各種のものが利用可能である。一例として、血液およびリンパ等の体液、唾液、汗、鼻水、涙、嘔吐物、尿、糞、薬品、環境水、上水、下水、および、拭き取り液等が例示される。
 これらの試料は、試料に応じた公知の方法で採取すればよい。例えば、食中毒等が発生した現場のドアノブおよびテーブル等を、スワブ(綿棒)等によって拭き取って試料を採取する方法が例示される。別の方法として、嘔吐物および尿等にスワブを接触させて、試料を採取する方法が例示される。
 磁気粒子(磁性体、磁性物質)には、制限はなく、磁気を利用する目的物質の検出に用いられる公知のものが、各種、利用可能である。一例として、磁気ビーズ、および、磁性粉体等が例示される。これらは、市販品も利用可能である。
 なお、磁気粒子の飽和磁化量には、制限はない。磁気粒子の飽和磁化量は、0.01~200A・m2/kgであるのが好ましく、0.1~100A・m2/kgであるのがより好ましく、0.3~50A・m2/kgであるのがさらに好ましい。
 磁気粒子の飽和磁化量を0.01A・m2/kg以上とすることにより、後述する磁場の印加によって、被検体を好適に移動させることができる。本例において、被検体とは、磁気粒子と目的物質と蛍光粒子との結合体である。
 また、磁気粒子の飽和磁化量を100A・m2/kg以下とすることにより、後述する磁場の印加による被検体の移動で、被検体がセル12の内壁に到達してしまうことを防止し、被検体を含む液体の中で、好適に被検体を動かすことができる。
 また、蛍光粒子(蛍光体、蛍光物質)にも制限はなく、蛍光を利用する目的物質の検出に用いられる公知のものが、各種、利用可能である。一例として、蛍光色素、量子ドット、希土類、蛍光顔料、および、生物学的蛍光分子等が例示される。これらは、市販品も利用可能である。また、蛍光粒子は、蓄光粒子であってもよい。この場合には、励起光を一時的に遮断または消灯した状態で、後述する撮像部16(撮像素子34)によって、連続的にセル12内の撮像を行う。蓄光粒子は、市販品も利用可能である。
 なお、目的物質の種類によっては、励起光の照射によって、目的物質が蛍光を発生する場合も有る。この際には、目的物質が蛍光粒子を兼ねる。
 目的物質と磁気粒子との結合方法、および、目的物質と蛍光粒子との結合方法にも、制限はなく、目的物質および磁気粒子の種類に応じた公知の方法が利用可能である。一例として、物理吸着、抗原-抗体反応、DNAハイブリダイゼーション、ビオチン-アビジン結合、キレート結合、および、アミノ結合等が例示される。
 物理吸着は、水素結合などの静電的な結合力を利用して、目的物質と磁気粒子とを結合する方法である。物理吸着は、磁気粒子の処理等が不要であることから、実施が容易である。その反面、物理吸着では、磁気粒子および蛍光粒子が目的物質と特異的に吸着するわけでは無いので、選択性が低い。すなわち、物理吸着では、磁気粒子および/または蛍光粒子が、試料に含まれる目的物質以外の物質と結合する可能性も有る。
 これに対して、抗原-抗体反応は、目的物質との特異的な結合を利用するので、磁気粒子および蛍光粒子と、目的物質とを、選択的に結合できるという利点がある。なお、抗原-抗体反応を利用する際に、目的物質がウイルス等の抗原である場合には、事前に、目的物質となるウイルスに対する抗体を、磁気粒子および/または蛍光粒子に結合させておく必要がある。
 目的物質に、磁気粒子および蛍光粒子の両方を結合させる場合には、少なくとも一方の結合は、抗原-抗体反応のように、目的物質との特異的な結合であるのが好ましい。
 目的物質に、磁気粒子および蛍光粒子の両方を結合させる場合に、結合が、いずれも非特異的な結合である場合には、目的物質以外の異物に、磁気粒子および蛍光粒子の両方が結合してしまう場合があり、この際には、目的物質と異物との区別ができなくなるという不都合が生じる。
 なお、本発明においては、励起光の照射によって蛍光を発する磁気粒子、および、磁気を帯びている蛍光粒子も利用可能である。
 この場合には、励起光の照射によって蛍光を発する磁気粒子と、目的物質と粒子との結合は、抗原-抗体反応のように、目的物質との特異的な結合であるのが好ましい。励起光の照射によって蛍光を発する磁気粒子と、目的物質との結合が非選択的な結合である場合には、目的物質以外の異物に、励起光の照射によって蛍光を発する磁気粒子が結合してしまう場合があり、この際には、目的物質と異物との区別ができなくなるという不都合が生じる。
 セル12は、ガラスおよび樹脂等で形成される光透過性の容器で、被検体を含む液体を収容する。以下の説明では、被検体を含む液体を『被検査液』ともいう。
 前述のように、本例では、一例として、磁気粒子と目的物質と蛍光粒子との結合体を、被検体とする。従って、セル12に収容される被検査液の中には、被検体である磁気粒子と目的物質と蛍光粒子との結合体に加え、磁気粒子と目的物質との結合体、目的物質と蛍光粒子との結合体、目的物質、磁気粒子、および、蛍光粒子等が存在する可能性がある。
 なお、以下の説明は、磁気粒子と目的物質と蛍光粒子との結合体を被検体とする場合を代表例として行うが、本発明は、これに制限されないのは、前述のとおりである。
 例えば、目的物質が励起光の照射で蛍光を発生する場合には、セル12に収容される被検査液の中には、被検体である磁気粒子と目的物質との結合体に加え、目的物質、および、磁気粒子が存在する可能性がある。
 また、励起光の照射によって蛍光を発する磁気粒子を利用する場合には、セル12に収容される被検査液の中には、被検体である励起光の照射によって蛍光を発する磁気粒子と目的物質との結合体に加え、目的物質、および、励起光の照射によって蛍光を発する磁気粒子が存在する可能性がある。
 前述のように、検出装置10において、セル12は、被検査液を収容する容器である。
 本発明において、被検査液(被検体を含む液体)とは、具体的には、目的物質が存在する可能性がある試料と、磁気粒子および蛍光粒子とを含む液体において、被検体である磁気粒子と目的物質と蛍光粒子との結合体が形成された液体である。すなわち、本発明において、被検査液とは、言い換えれば、被検体(目的物質)が存在する可能性がある液体、である。
 前述のように、試料は、例えばスワブで採取されて、セル12に収納される液体に供給される。
 本発明において、セル12には制限はなく、医療および生物学等において、光による目的物質の検出に利用可能される光透過性の容器が、各種、利用可能である。なお、セル12は、励起光の透過率が50%以上であるのが好ましい。さらに、セル12の内壁は、目的物質、磁気粒子、蛍光粒子、および、その他の各種粒子が付着しにくい設計であるのが好ましい。例えば、公知の市販ブロッキング材などを処理することが例示される。
 前述のように、図示例の検出装置10において、セル12は、一例として、被検査液を導入するための開口(図示省略)を有する透明な立方体状の容器で、開口を上方に向けて配置される。
 励起光照射部14は、セル12の内部、すなわち、セル12に収容された被検査液に励起光を照射して、蛍光粒子に蛍光を発生させるためのものである。
 図示例の検出装置10において、励起光照射部14は、光源30と、集光光学系32とを有する。
 光源30は、蛍光粒子に蛍光を発生させるための励起光を照射するものである。光源30には、制限はなく、蛍光粒子を励起させて蛍光を発生させる成分を含む光を照射可能な光源が、各種、利用可能である。
 光源30としては、一例として、水銀灯などの電球、蛍光灯、LED(Light Emitting Diode)、および、半導体レーザなどのレーザ等が例示される。中でも、LEDおよび半導体レーザが好適に利用される。
 なお、光源30は、励起光として、蛍光粒子が発生する蛍光とは異なる波長域の光を出射するのが好ましい。これにより、励起光がノイズとなって、被検体の検出感度および精度が低下することを防止できる。
 集光光学系32は、好ましい態様として設けられるもので、光源30が照射した励起光を集光してセル12の内部に照射するためのものである。
 集光光学系32は、セル12の内部に焦点を有するのが好ましい。集光光学系32は、セル12の内壁から100nm以上、離れた位置に焦点を有するのがより好ましく、セル12の内壁から300nm以上、離れた位置に焦点を有するのがさらに好ましい。また、焦点のスポット径は撮像部16に応じて適宜選択できるが、10μmΦ~10mmΦが好ましく、100μmΦ~5mmΦがより好ましい。これにより、セル12の内壁に非特異的に吸着した蛍光粒子に起因するノイズを低減して、よりS/N比の高い高感度な被検体の検出が可能になる。
 集光光学系32には、制限はなく、1枚あるいは複数のレンズを用いる集光光学系等、公知の集光光学系が、各種、利用可能である。
 集光光学系32としては、例えば、4倍から600倍までの範囲で固定倍率の単焦点レンズが例示される。
 なお、本発明においては、集光光学系32は、光源30の光を焦点を結ぶように集光する集光光学系に制限はされない。
 例えば、集光光学系32は、光源30からの光を平行光に成形する、コリメート光学系でもよい。この場合には、図1において、集光光学系32から出射される励起光が、集光されずに平行光(略平行光)となる。
 励起光照射部14は、光源30とセル12との間に、光源30が照射する光から、励起光の波長領域以外の光を除去する、波長制限フィルタを有するのが好ましい。波長制限フィルタは、励起光の波長領域に応じて、公知の光学フィルタが利用可能である。
 このような波長制限フィルタを設けることにより、ノイズとなる可能性がある余分な波長領域の光がセル12内に入射することを抑制して、よりS/N比の高い高感度な被検体の検出が可能になる。
 撮像部16は、セル12内を撮像するものである。
 図示例の検出装置10において、撮像部16は、撮像素子34と、集光光学系36とを有する。
 撮像素子34は、公知の撮像素子である。従って、撮像素子34には、制限はなく、蛍光粒子が発生する蛍光の波長領域に応じて、この波長領域の光に感度を有する撮像素子が、各種、利用可能である。
 撮像素子34としては、一例として、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ(CMOSカメラ)、および、CCD(Charge-Coupled Device)イメージセンサ(CCDカメラ)等が例示される。中でも、CMOSイメージセンサおよびCCDイメージセンサは、好適に利用される。
 集光光学系36は、撮像素子34側から見た際に、撮像素子34による測光の光路をセル12の内部に集光する光学系である。すなわち、集光光学系36は、セル12の内部に焦点を有する集光光学系である。
 集光光学系36すなわち撮像部16は、セル12の内部に焦点を有する。集光光学系36は、セル12の内壁から100nm以上、離れた位置に焦点を有するのがより好ましく、セル12の内壁から300nm以上、離れた位置に焦点を有するのがさらに好ましい。また、撮像部16の焦点のスポットサイズは撮像部に応じて適宜選択できるが、10μm角(μm square)~10mm角(mm square)が好ましく、100μm角~5mm角がさらに好ましい。これにより、セル12の内壁に非特異的に吸着した蛍光粒子に起因するノイズを低減して、よりS/N比の高い高感度な被検体の検出が可能になる。
 集光光学系36には、制限はなく、1枚あるいは複数のレンズを用いる集光光学系等、公知の集光光学系が、各種、利用可能である。
 集光光学系36としては、例えば、4倍から600倍までの範囲で固定倍率の単焦点レンズが例示される。
 なお、励起光照射部14(集光光学系32)の焦点と、撮像部16(集光光学系36)の焦点とは、一致しても、一致していなくてもよい。
 ここで、撮像部16は、一例として、焦点位置において、ある程度の大きさの二次元平面(焦点面)を撮像する。この場合には、この二次元平面に励起光を好適に照射するために、励起光照射部14の焦点と、撮像部16との焦点とは、一致せずに、若干、ズレているのが好ましい。
 撮像部16は、撮像素子34とセル12との間に、励起光の波長領域の光を除去する、励起光カットフィルタを有するのが好ましい。励起光カットフィルタは、公知の光学フィルタが利用可能である。このような励起光カットフィルタを設けることにより、励起光が撮像素子34に入射してノイズになることを抑制して、より高感度な被検体の検出が可能になる。
 また、撮像部16(撮像素子34)は、励起光照射部14が照射する励起光の光路から外れた位置に配置されるのが好ましい。この構成を有することにより、同様に、励起光が撮像素子34に入射してノイズになることを抑制して、よりS/N比が高い高感度な被検体の検出が可能になる。
 なお、本発明の検出装置10においては、撮像部16として、デジタルカメラ、スマートフォンおよび携帯電話等など、撮像機能を有する各種の装置を利用してもよい。
 また、検出装置10は、撮像部16を、複数、有してもよい。
 ここで、本発明の検出装置10においては、励起光照射部14の光軸(光路)と、撮像部16の光軸(測定する光の光路)との交点が、セル12の内壁面以外に位置する(図3参照)。すなわち、本発明においては、励起光照射部14の光軸と、撮像部16の光軸との交点が、セル12の内部に位置する。
 本発明の検出装置10は、このような構成を有することにより、セル12の内壁面に非特異的に吸着した蛍光粒子等に起因するノイズを除去して、S/N比の高い高感度な被検体(目的物質)を可能にしている。この点に関しては、後に詳述する。
 励起光照射部14の光軸と、撮像部16の光軸との交点は、セル12の内部で、セル12の内壁面から100nm以上、離れた場所に位置するのが好ましく、セル12の内壁面から200nm以上、離れた場所に位置するのがより好ましく、セル12の内壁面から300nm以上、離れた場所に位置するのがさらに好ましい。これにより、セル12の内壁に非特異的に吸着した蛍光粒子に起因するノイズを低減して、よりS/N比の高い高感度な被検体の検出が可能になる。
 なお、本発明において、励起光照射部14の光軸とは、集光光学系32を有さない場合には光源30の光軸であり、集光光学系32を有する場合には、集光光学系32の光軸である。なお、光源30の光軸と、集光光学系32の光軸とは、通常、一致させる。
 また、本発明において、撮像部16の光軸とは、集光光学系32を有さない場合には撮像素子34の光軸であり、集光光学系32を有する場合には、集光光学系32の光軸である。なお、撮像素子34の光軸と、集光光学系32の光軸とは、通常、一致させる。
 粒子が大きい場合などは、セル12の底面(鉛直方向の下面)に、磁気粒子、目的物質、蛍光粒子および異物等が沈んで、堆積している場合が有る。そのため、セル12の底面から撮像を行うと、これらの粒子を検出してしまい、誤検出となる場合がある。
 これを防止するために、撮像部16は、セル12の底面からではなく、図1に示すように、セル12の側面から、撮像を行うのが好ましい。具体的には、撮像部16は、光軸を、セル12の鉛直方向に平行な面に交差させて、撮像を行うのが好ましい。または、撮像部16は、光軸を、セル12の、鉛直方向に対して45°以下、特に30°以下の角度を有する面に交差させて、撮像を行うのが好ましい。
 第1磁場発生部18、第2磁場発生部20、第3磁場発生部24および第4磁場発生部26は、セル12内に磁場を印加(発生)することによって、磁力で磁気粒子を移動させるものである。図示例において、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26は、立方体状であるセル12の1面に1個が対応して、セル12を囲むように配置される。
 検出装置10において、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26は、電磁石を用いる公知の磁場発生部であって、一例として、電磁石と、電源と、スイッチと、を有して構成される。
 第1磁場発生部18~第4磁場発生部26は、撮像部16の光軸に対して、角度を有する方向に、被検体を移動させるように配置される。
 具体的には、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26は、被検体を、撮像部16の検出面に対して90°未満の角度を有するように移動させるのが好ましい。
 また、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26は、被検体を、撮像部16の検出面と平行に移動させるのが、より好ましい。言い換えれば、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26は、移動する被検体が形成する面(および、その延長面)が、撮像素子34の光軸と直交するように、被検体を移動させるのが、より好ましい。なお、移動する被検体が形成する面とは、言い換えれば、移動する被検体が描く画像である。
 これに対応して、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26は、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26の中心をつなぐことで形成される面が、撮像部16の光軸と交差するように配置されるのが好ましい。
 また、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26は、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26の中心をつなぐことで形成される面が、撮像部16の光軸と直交するように配置されるのが、より好ましい。言い換えれば、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26は、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26の中心をつなぐことで形成される面が、撮像素子34の検出面と平行になるように配置されるのが、より好ましい。
 なお、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26の中心とは、磁場発生部が有する磁石(電磁石または永久磁石)のセル12側の表面の、撮像部16の光軸方向および撮像部16の光軸方向と直交する方向の中心である。
 すなわち、本発明においては、撮像部から見た際に、移動する被検体(磁気粒子)が二次元的な画像を描くように、磁場発生部を配置するのが好ましい。
 具体的には、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26は、移動する被検体が形成する面と、撮像部16の検出面とが成す角度が、45°以下となるように被検体を移動するのが好ましく、30°以下となるように被検体を移動するのがより好ましく、0°(すなわち平行)となるように被検体を移動するのがさらに好ましい。
 すなわち、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26は、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26の中心をつなぐことで形成される面と、撮像部16の光軸とが成す角度が、135°以下となるように配置されるのが好ましく、120°以下となるように配置されるのがより好ましく、90°(すなわち直交)となるように配置されるのがさらに好ましい。
 このような構成を有することにより、撮像部16が、磁場の印加によって移動する被検体の動きを、二次元的に撮像することが可能になり、被検体(目的物質)をより高感度に検出することが可能になる。
 なお、本発明において、磁場発生部は、電磁石を用いるものに制限はされない。
 例えば、磁場発生部は、永久磁石と、永久磁石からセル12に到る磁力を遮蔽/通過する磁力の遮蔽手段とで構成してもよい。
 本発明の検出装置10において、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26が印加する磁場の磁場強度には、制限はない。
 第1磁場発生部18~第4磁場発生部26が印加する磁場の磁場強度は、ぞれぞれ、1~400mTであるのが好ましく、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26が印加する磁場の磁場強度は、10~300mTであるのがより好ましく、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26が印加する磁場の磁場強度は20~200mTであるのがさらに好ましい。
 第1磁場発生部18~第4磁場発生部26が印加する磁場の磁場強度を1mT以上とすることにより、磁場の印加によって、被検体を好適に移動することができる。本例においては、被検体は、磁気粒子と目的物質と蛍光粒子との結合体である。また、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26が印加する磁場の磁場強度を400mT以下とすることにより、磁場の印加によって移動する被検体がセル12の内壁に到達してしまうことを防止し、被検査液の中で、好適に被検体を動かすことができる。
 検出装置10においては、一例として、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26によって、順次、磁場を印加することによって、被検体である磁気粒子と目的物質と蛍光粒子との結合体を移動させると共に、励起光照射部14によってセル12の内部に励起光を照射して、かつ、セル12の内部を撮像部16で撮像することにより、被検査液中の被検体(目的物質)を検出する。
 以下、図2の概念図を参照して、検出装置10の作用を説明する。図2は、検出装置10を、励起光照射部14および撮像部16側から見た図である。
 前述のように、本発明は、被検査液(被検体を含む液体)から、被検体Tを検出する。
 本例では、目的物質を含む可能性がある試料と、磁気粒子および蛍光粒子とを含む液体をセル12に収容して、被検体Tである目的物質と磁気粒子と蛍光粒子との結合体が形成された液体を被検査液とし、被検体Tを検出することで、試料の中に目的物質が存在するか否か、あるいはさらに、目的物質の量を検出する。
 従って、セル12に収容される被検査液には、被検体Tである磁気粒子と目的物質と蛍光粒子との結合体に加え、磁気粒子と目的物質との結合体、および、目的物質と蛍光粒子との結合体、目的物質、磁気粒子、および、蛍光粒子等が存在する可能性がある。
 なお、図面を簡略化して、被検体Tの動きを分かりやすくするために、図2では、励起光照射部14および撮像部16は省略し、かつ、セル12の内部には、被検体Tのみを示している。
 セル12の中に被検査液を収容し、かつ、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26が全てoffすなわち電磁石が駆動していない状態では、被検体T、磁気粒子と目的物質との結合体、および、目的物質と蛍光体の結合体等が、セル12(液体)の中で、不規則に浮遊した状態になっている。
 この状態で、例えば、第1磁場発生部18をonにすると、被検体T、磁気粒子と目的物質との結合体、および、磁気粒子が、磁力によって第1磁場発生部18に向かって移動する。本例において、被検体Tは、磁気粒子と目的物質と蛍光粒子との結合体である。
 また、目的物質と蛍光粒子との結合体、目的物質、および、蛍光物質は、ブラウン運動等によって移動するが、磁気粒子を有さないので、磁力によって移動することはない。
 なお、第1磁場発生部18をonにするとは、第1磁場発生部18の電磁石を駆動する、という意味である。この点に関しては、他の磁場発生部も、同様である。
 次いで、例えば、第1磁場発生部18をoffにして、第2磁場発生部20をonにする。これにより、同様に、被検体T、磁気粒子と目的物質との結合体、および、磁気粒子が、磁力によって第2磁場発生部20に向かって移動し、目的物質と蛍光粒子との結合体、目的物質、および、蛍光物質は、移動しない。
 次いで、例えば、第2磁場発生部20をoffにして、第3磁場発生部24をonにする。これにより、同様に、被検体T、磁気粒子と目的物質との結合体、および、磁気粒子が、磁力によって第3磁場発生部24に向かって移動し、目的物質と蛍光粒子との結合体、目的物質、および、蛍光物質は、移動しない。
 さらに、例えば、第3磁場発生部24をoffにして、第4磁場発生部26をonにする。これにより、同様に、被検体T、磁気粒子と目的物質との結合体、および、磁気粒子が、磁力によって第4磁場発生部26に向かって移動し、目的物質と蛍光粒子との結合体、目的物質、および、蛍光物質は、移動しない。
 このように、第1磁場発生部18、第2磁場発生部20、第3磁場発生部24および第4磁場発生部26を、順次、on/offすることで、図2に概念的に示すように、被検体T、磁気粒子と目的物質との結合体、および、磁気粒子が略四角形状に移動する。言い換えれば、被検体T等が、略四角形を描くように移動する。上述のように、本例において、被検体Tは、磁気粒子と目的物質と蛍光粒子との結合体である。
 このような磁場発生部のon/offを行っている状態で、励起光照射部14によってセル12の内部に励起光を照射すると、蛍光粒子が発光する。すなわち、励起光照射部14によってセル12の内部に励起光を照射すると、被検体T、目的物質と蛍光粒子との結合体、および、蛍光粒子が、蛍光を発光する。磁気粒子と目的物質との結合体、磁気粒子、および、目的物質は、励起光の照射では、何の変化も生じない。
 前述のように、被検体Tは、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26を、順次、on/offすることで、略四角形状に移動するが、目的物質と蛍光粒子との結合体、および、蛍光粒子は、磁気粒子を有さないので、磁力による移動はしない。
 他方、励起光の照射によって、被検体Tは蛍光を発光するが、被検体Tと同様に略四角形状に移動する磁気粒子と目的物質との結合体、および、磁気粒子は、蛍光粒子を有さないので、発光しない。
 すなわち、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26を、順次、on/offし、かつ、励起光を照射した状態で、蛍光を発光しつつ略四角形状に移動するのは、被検体Tのみである。
 従って、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26を、順次、on/offしつつ、励起光をセル12の内部に照射して、セル12の内部を撮像部16によって撮像することにより、撮像した画像中(動画中)に第1磁場発生部18~第4磁場発生部26のon/offに応じて略四角形状の一定の動きをする光(輝点)が有れば、被検査液の中に被検体Tが存在すること、すなわち、試料の中に目的物質が存在することが検出できる。
 また、本発明によれば、セル12内の被検査液に含まれる被検体(目的物質)が微量であっても、被検体Tが1つでも存在すれば、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26のon/offに応じて、光が一定の動きを繰り返す。従って、本発明によれば、試料中の目的物質が微量であっても、目的物質の検出が可能で、試料中の目的物質の有無を検出できる。
 ここで、本発明においては、図3に概念的に示すように、励起光照射部14の光軸と、撮像部16の光軸との交点が、セル12の内壁面以外に位置する。すなわち、本発明においては、励起光照射部14の光軸と、撮像部16の光軸との交点が、セル12の内部に位置する。
 また、本発明においては、撮像部16の焦点がセル12の内部に位置する。
 さらに、本発明においては、セル12の内部に磁場を印加することにより、セル12の内部において、磁力によって被検体Tを移動させる。
 本発明は、このような構成を有することにより、被検査液中で、被検体を磁力によって適正に移動させると共に、セル12の内部で被検体を検出することで、セル12の内壁面に非特異的に吸着した蛍光粒子によるノイズ等を除去して、S/N比の高い高感度な被検体の検出ができる。
 前述のように、セル12の内壁面には、検出面のような壁面には、タンパク質などの異物が多く付着しており、さらには、蛍光粒子および磁気粒子等も非特異的に吸着する。これらの付着物は、被検体の円滑な移動を阻害する。そのため、近接場のように、セルの内壁面(内壁面の近傍)では、磁力による被検体の移動が不十分になってしまい、移動する被検体の検出が難しくなる。すなわち、被検体の検出感度が低下する。
 加えて、近接場のようなセルの内壁面には、被検体も付着してしまう。検出面に付着した被検体は、磁力によって移動できなくなるので、検出面に実際に存在する被検体に対して、移動によって検出される被検体の数が減少する。この点でも、被検体の検出感度が低下してしまう。すなわち、ノイズに対する検出信号の数が低下してしまい、S/N比が低く、検出感度が低下してしまう。
 また、蛍光物質は、常に特異的に目的物質に吸着するわけではなく、多くの蛍光粒子が、非特異的な吸着によってセル12の内壁面に付着する。従って、セル12の内壁面に励起光が照射されると、この部分に非特異的に吸着した蛍光粒子が蛍光を発生する。
 非特異的に吸着した蛍光粒子は、磁力が掛けられても移動することはない。特許文献1に記載される検出方法では、これを利用して、磁場によって被検体を移動し、光量の変化および移動した光(輝点)の検出等で、非特異的に近接場に吸着した蛍光粒子と被検体との差別化を行い、非特異的に近接場に吸着した蛍光粒子によるノイズを除去している。
 しかしながら、この方法でも、非特異的に近接場に吸着した蛍光粒子による不要な蛍光は、撮像素子によって検出され、やはり、ノイズになってしまい、S/N比は低下する。
 これに対し、本発明では、励起光照射部14の光軸と、撮像部16の光軸との交点が、セル12の内壁面以外に位置する。また、本発明では、撮像部16の焦点がセル12の内部に位置する。
 従って、本発明の検出装置10において、主たる検出エリアは、セル12の内壁面ではないので、検出エリアにおいて、被検体の移動を妨害する障害物は少なく、被検体は印加された磁力に応じて適正に移動する。また、被検体は、何らかの部位に付着しているわけではないので、件須臾エリアに存在する被検体が、全て、磁力によって移動できる。さらに、複数の磁石による磁場を、順次、印加することで、二次元的な画像を描くように被検体を移動させるので、被検体がセル12の内壁に接触することも防止できる。
 そのため、本発明によれば、検出エリアに存在する全ての被検体が、印加した磁力に応じて適正に移動するので、存在する被検体を全て検出できるので、近接場のようにセル12の内壁面で検出する場合に比して被検体が存在する場合には確実に検出できると共に、被検体の検出数を向上して、すなわちS/N比を向上して、高感度な被検体(目的物)の検出を行うことができる。
 さらに、励起光照射部14の光軸と撮像部16の光軸との交点が、セル12の内壁面以外に位置する本発明によれば、撮像部16が、セル12の内壁面に非特異的に吸着した蛍光粒子の蛍光を測定することを防止できる。すなわち、本発明によれば、セル12の内壁面に非特異的に吸着した蛍光粒子が発生する蛍光に起因するノイズを除去して、S/N比の高い高感度な目的物質の検出が可能になる。
 図4に、本発明の検出方法を実施する、本発明の検出装置を構成する検出システムの一例を概念的に示す。
 図4に示す検出システムは、セル12を含む検出管40を用いる。検出管40は、セル12に連通した濾過室42を有し、さらに、濾過室42に連通した混合室46を有する。検出管40において、濾過室42と混合室46とは隔壁48によって隔離され、濾過室42とセル12との間には、フィルタ50が設けられている。濾過室42と混合室46とを隔離する隔壁48は、スワブ52等によって破断可能なアルミ箔等の材料で形成される。
 図4に示す検出システムにおいて、目的物質を含む可能性が有る試料は、スワブ52によって採取される。
 検出管40の混合室46には、試料を溶解または分散可能な溶剤が収容されている。この溶剤としては、リン酸緩衝液、トリス緩衝液、酢酸緩衝液、クエン酸緩衝液、酒石酸緩衝液、水、水系の溶剤、および、アルコール系の溶剤等が例示される。水は、純水、イオン交換水、および、蒸留水のいずれかを用いるのが好ましい。また、これらの溶液に微量のブロッキング材を含んだ溶液も用いられる。
 この検出システムにおいては、図4の左側に示すように、試料を採取したスワブ52を混合室46の溶剤に浸漬して、攪拌することにより、試料を溶剤に混合する。
 次いで、図4の左から2番目に示すように、スワブ52によって隔壁48を破断して、試料を混合した溶剤を濾過室42に供給する。
 濾過室42には、磁気粒子および蛍光粒子が収容されている。図示例の検出管40では、濾過室42で、試料を含む溶剤に、磁気粒子および蛍光粒子が混合され、磁性材料と目的物質と蛍光材料とが結合した被検体が生成され、セル12に収容する被検査液となる。なお、磁気粒子および蛍光粒子が収容されるのは、濾過室42に制限はされず、混合室46でもセル12でもよい。また、磁気粒子と蛍光粒子とは、互いに異なる室(セル)に収容されてもよい。
 被検査液は、濾過室42から落下してフィルタ50によって濾過されて、大きな異物を除かれて、セル12に収容される。
 図4の左から3番目に示すように、全ての液体が濾過されてセル12に収容されたら、図4の右側に示すように、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26、ならびに、図示を省略する励起光照射部14および撮像部16を有する検出ユニットに検出管40を装填して、前述のように、被検体(目的物質)の検出を行う。
 なお、図4に示す検出システムを構成する検出ユニットにおいては、励起光照射部14および撮像部16は、例えば、図中、検出管40の下方に配置される。
 図1に示す検出装置10は、電磁石を用いる磁場発生部を4個有するが、本発明は、これに制限はされない。
 すなわち、電磁石を用いる磁場発生部は、3個でもよい。この際には、磁力による被検体等の動きは、略三角形状になる。あるいは、5個以上の磁場発生部を有してもよい。
 前述のように、本発明においては、撮像部16から見た際に、移動する被検体(磁気粒子)が二次元的な画像を描くように、磁場発生部を配置するのが好ましい。なお、本発明において、磁力で移動する被検体の動き、すなわち、被検体が描く図形は、四角形および三角形に制限はされず、円形(略円形)、楕円形(略楕円形)、五角形以上の多角形(略多角形)および不定形等、各種の形状が利用可能である。
 また、図1に示す検出装置10は、4つの第1磁場発生部18~第4磁場発生部26が固定されていたが、本発明は、これには制限されない。
 例えば、図5に概念的に示すように、第1磁場発生部18と第2磁場発生部20との2つの磁場発生部を、セル12を挟むように配置して、第1磁場発生部18および第2磁場発生部20をセル12の回りを回転するように移動すると共に、第1磁場発生部18と第2磁場発生部20とを、交互にon/offすることで、セル12内の被検査液に存在する被検体を移動させてもよい。
 この場合には、被検体は、円を描くように移動する。
 あるいは、図6に概念的に示すように、第1磁場発生部18を1個のみ設け、第1磁場発生部をonした状態で、セル12の回りを回転するように移動させることにより、セル12内の被検査液に存在する被検体を移動させてもよい。この際においては、磁場発生部は、第1磁場発生部18のように電磁石を用いるものであってもよく、あるいは、永久磁石を用いるものでもよい。
 この場合にも、同様に、被検体は、円を描くように移動する。
 なお、磁場発生部を移動させる構成において、磁場発生部の移動機構には、制限はなく、各種の部材を移動させる公知の方法が、全て、利用可能である。
 磁場発生部を移動する場合には、磁場発生部の好ましい動き等は、前述の磁場発生部を順次、on/offする構成に準ずる。
 すなわち、磁場発生部は、移動する被検体が形成する面が、撮像部16の光軸と交差するように被検体を移動させるのが好ましく、撮像部16の光軸と直交するように被検体を移動させるのがより好ましい。
 また、磁場発生部の移動機構は、移動する磁石の中心が形成する面が、撮像部16の光軸と交差するように磁場発生部を移動するのが好ましく、撮像部16の光軸と直交するように磁場発生部を移動するのが、より好ましい。
 本発明において、1回の被検体の検出において、磁場の印加による被検体等の移動の回数には、制限はない。
 例えば、図1および図2に示す、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26を有する場合であれば、第1磁場発生部18~第4磁場発生部26を、順次、on/offすることを、複数回、繰り返し行って、被検体によって略四角形を描くことを複数回(複数周)行って、被検体の検出を行ってもよい。あるいは第1磁場発生部18~第4磁場発生部26を、順次、on/offすることを、1回のみ行って、被検体による略四角形を、1回、描くことで、被検体の検出を行ってもよい。
 以上、本発明の検出装置および検出方法について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
 医療および研究等におけるウイルス等の検出に好適に利用可能である。
 10 検出装置
 12 セル
 12a 領域
 14 励起光照射部
 16 撮像部
 18 第1磁場発生部
 20 第2磁場発生部
 24 第3磁場発生部
 26 第4磁場発生部
 30 光源
 32,36 集光光学系
 34 撮像素子
 40 検出管
 42 濾過室
 46 混合室
 48 隔壁
 50 フィルタ
 52 スワブ
 56 コイル
 58 交流電源
 T 被検体

Claims (11)

  1.  磁気粒子と目的物質と蛍光粒子との組み合わせ、または、目的物質と磁性を帯びて蛍光を発する粒子とを被検体として検出する検出装置であって、
     前記被検体を含む液体を収容するセルと、前記被検体に蛍光を発生させる励起光を前記セルの内部に照射する励起光照射部と、前記セルの内部を撮像する前記セル内に焦点を有する撮像部と、前記被検体を前記撮像部の光軸に対して角度を有する方向に移動させる磁場発生部と、を有し、
     前記励起光照射部の光軸と前記撮像部の光軸との交点が、前記セルの内壁面以外に位置することを特徴とする検出装置。
  2.  前記磁場発生部は、前記被検体を、前記撮像部の検出面と平行または前記撮像部の検出面に対して90°未満の角度を有するように移動させる請求項1に記載の検出装置。
  3.  前記磁場発生部は、前記セルの内壁面に接触させることなく、前記被検体を移動させる、請求項1または2に記載の検出装置。
  4.  電磁石を有する前記磁場発生部を3以上有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の検出装置。
  5.  前記磁場発生部が、磁石と前記磁石の移動機構とを有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の検出装置。
  6.  前記撮像部が、前記励起光照射部が照射する励起光の光路から外れた位置に配置される、請求項1~5のいずれか1項に記載の検出装置。
  7.  前記撮像部の光軸が、前記セルの鉛直方向に平行な面または鉛直方向に対して45°以下の角度を有する面に交差する、請求項1~6のいずれか1項に記載の検出装置。
  8.  前記磁場発生部が発生する磁場の強度が、1~400mTである、請求項1~7のいずれか1項に記載の検出装置。
  9.  前記セルおよび前記セルに連通する空間の少なくとも一方に、前記磁気粒子および前記蛍光粒子、または、前記磁性を帯びて蛍光を発する粒子を有する、請求項1~8のいずれか1項に記載の検出装置。
  10.  前記磁気粒子および前記磁性を帯びて蛍光を発する粒子の飽和磁化量が、0.01~200A・m2/kgである、請求項9に記載の検出装置。
  11.  磁気粒子と蛍光粒子との組み合わせ、または、磁性を帯びて蛍光を発する粒子を被検体として検出するに際し、
     前記被検体を含む液体をセルに収容した状態で、前記セルの内部に前記被検体に蛍光を発生させる励起光を照射すると共に、前記セルの内部に焦点を合わせて、かつ、前記セルの内壁面以外で前記励起光の光軸と光軸が交差するようにして、前記セルの内部を撮像し、さらに、
     前記セル内において、前記撮像の光軸に対して角度を有する方向に、前記被検体を、磁力によって移動させることを特徴とする検出方法。
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