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JP7675194B2 - 溶液供給装置、検出セット及び検出方法 - Google Patents

溶液供給装置、検出セット及び検出方法 Download PDF

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JP7675194B2 JP2023543789A JP2023543789A JP7675194B2 JP 7675194 B2 JP7675194 B2 JP 7675194B2 JP 2023543789 A JP2023543789 A JP 2023543789A JP 2023543789 A JP2023543789 A JP 2023543789A JP 7675194 B2 JP7675194 B2 JP 7675194B2
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Description

本発明は、液体試料中の被検出物質を検出する検出装置に溶液を供給する溶液供給装置、検出セット及び検出方法に関する。
近年、抗原抗体反応などを用いることで、感染症への罹患や妊娠を検査したり、血糖値などを測定したりする、Point of Care Test(POCT)試薬が注目を集めている。POCT試薬を用いた検査・測定では、短時間での結果の判別が可能である。また、POCT試薬の使用方法は簡便であり、POCT試薬は安価である。POCT試薬は、これらの特徴を有するため、症状が軽度である段階での診察や定期診察などに多く使用されている。また今後増加することが予想される在宅医療においてもPOCT試薬は重要な診察ツールとなる。
POCT試薬の一種である検査キットを用いた検査または診断では、血液などの液体試料を検査キットに導入し、液体試料に含まれる特定の被検出物質を検出する。液体試料から特定の被検出物質を検出する方法として、イムノクロマトグラフィー法がよく用いられている。イムノクロマトグラフィー法では、検査キットが備える膜担体上に液体試料を滴下して、液体試料が膜担体上を移動する過程で、液体試料中の被検出物質が標識物質と結合する。さらに被検出物質が、検査キット中に固定された物質(以下、検出物質という)と特異的・選択的に結合する。その結果検査キットに生じた色や重量の変化などを検出する。検出物質は、試薬(reagant)と言い換えてもよい。
液体試料を移動させるための膜担体としては、ニトロセルロース膜がよく用いられている(下記特許文献1参照。)。ニトロセルロース膜は、直径が数μm程度の微細な孔を多数有しており、その孔の中を液体試料が毛細管力によって移動する。
しかしニトロセルロース膜は天然物由来であり、膜における孔径や孔同士のつながり方が一様ではないため、膜における液体試料の流速が膜によって異なる。流速に差異が生じると、被検出物質の検出にかかる時間も変化してしまう。その結果、被検出物質が標識物質または試薬と結合する前に、被検出物質が検出されない、という誤った判断がなされてしまう可能性がある。
上記の課題を解決するため、液体試料の微細流路を人工的に作製する手法が考案されている(下記特許文献2、3参照。)。この手法を用いることで、均一な構造を有する膜担体を作製することができる。その結果、被検出物質が標識物質または試薬と結合する前に、被検出物質が検出されない、という誤った判断がなされる可能性を低減することができる。
特開2014-062820号公報 特許第4597664号 特表2012-524894号公報
ところで、イムノクロマトグラフィー法では、検査キットが備える膜担体上に液体試料を滴下して、液体試料が膜担体上を移動する過程で、液体試料中の被検出物質が標識物質と結合する。さらに被検出物質が、検査キット中に固定された検出物質と特異的・選択的に結合する。その結果検査キットに生じた色や重量の変化などを検出する。被検出物質を検出する手法として、着色ラテックス粒子、蛍光粒子、または金属コロイド粒子などの標識物質と結合した被検出物質が、検知ゾーンに固定された試薬と結合することによって生じる検知ゾーンの色変化を、吸光度測定器などの光学測定機器によって検知する方法(色変化検出手法)がよく知られている。また、バイオマーカーの濃度を電気化学的活性な物質濃度に変換して検出する手法(電気化学イムノクロマトグラフィー法)もある。
電気化学イムノクロマトグラフィー法では、反応液や洗浄液、二次反応液などの複数種類の溶液を展開する必要があり、これは使用時の手間が増大し、検出時間が長くなってしまうという課題があり、電気化学イムノクロマトグラフィー法を用いた検査キットの普及への障害となっていた。すなわち、電気化学イムノクロマトグラフィー法を用いた検査キットにおいて、短時間での結果の判別が可能であり、使用方法が簡便であり、安価である、というPOCT試薬(検査キット)が求められていた。なお、色変化検出手法を用いた場合でも、複数種類の溶液を展開する必要がある手法では、同様の課題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、イムノクロマトグラフィー法を用いた検査技術において、反応液や洗浄液、二次反応液などの複数種類の溶液を展開する場合に、使用時の手間を省き、検出時間を短縮させることが可能な技術を提供することを目的とする。
本発明によれば次の技術が提供される。
[1]
樹脂で形成された基板上に設けられ反応液を輸送する流路と、前記流路に設けられた、抗体または抗原を固相した固相部と、前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する検出部と、前記流路が設けられた領域において前記基板に一体に形成された複数の凸部を有する微細凹凸構造と、を有する検出装置に前記反応液を含む複数の溶液を供給する溶液供給装置であって、
前記複数の溶液それぞれを収容する複数の溶液収容部を有する溶液ユニットと、
前記溶液収容部のそれぞれに対して設けられ、前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する複数の連通部を有する連通ユニットと、
前記連通部を、前記溶液収容部を連通する所定の位置に配置させる位置決め部と、
を有する溶液供給装置。
[2]
前記連通部は、一方の端部が針状に形成された管であって、前記一方の端部が前記溶液収容部に刺さることで、前記溶液収容部に収容された溶液が前記管を通り前記検出装置へ供給される、[1]に記載の溶液供給装置。
[3]
前記連通ユニットは、前記位置決め部として機能するとともに、複数の前記溶液収容部をそれぞれ収容する複数の配置部を有し、
前記連通部がそれぞれの配置部に設けられており、
前記溶液収容部が前記配置部に収容されると、前記連通部が前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する、[1]または[2]に記載の溶液供給装置。
[4]
前記連通部は、前記溶液を前記検出装置へ供給する位置を調整する調整部を有する、[1]から[3]までのいずれか1に記載の溶液供給装置。
[5]
前記複数の溶液収容部のうち少なくとも一つの溶液収容部は溶液を充填可能であって、残りの溶液収容部は予め所定の溶液を充填している、[1]から[4]までのいずれか1に記載の溶液供給装置。
[6]
前記溶液収容部を連通させる所定の位置に前記連通部を配置させる操作が一度行われることにより、前記溶液ユニットに備わる複数の前記溶液収容部がそれらそれぞれに対応する前記連通部によって同時に連通する、[1]から[5]までのいずれか1に記載の溶液供給装置。
[7]
樹脂で形成された基板上に設けられ反応液を輸送する流路と、前記流路に設けられた、抗体または抗原を固相した固相部と、前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する検出部と、前記流路が設けられた領域において前記基板に一体に形成された複数の凸部を有する微細凹凸構造と、を有する検出装置に前記反応液を含む複数の溶液を供給する溶液供給装置であって、
前記複数の溶液それぞれを収容する複数の溶液収容部を有する溶液ユニットと、
前記溶液収容部のそれぞれに対して設けられ、前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する複数の連通部を有する連通ユニットと、
を有し、
前記溶液ユニットと前記連通ユニットは、前記連通部が前記溶液収容部を連通するような操作が一度行われることにより、全ての前記溶液収容部が同時に連通されて前記溶液の供給が開始されるように構成されている、溶液供給装置。
[8]
前記連通部は、一方の端部が針状に形成された管であって、前記一方の端部が前記溶液収容部に刺さることで、前記溶液収容部に収容された溶液が前記管を通り前記検出装置へ供給される、[7]に記載の溶液供給装置。
[9]
前記連通ユニットは、複数の前記溶液収容部をそれぞれ収容する複数の配置部を有し、
前記連通部がそれぞれの配置部に設けられており、
前記溶液収容部が前記配置部に収容されると、前記連通部が前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する、[7]または[8]に記載の溶液供給装置。
[10]
前記連通部は、前記溶液を前記検出装置へ供給する位置を調整する調整部を有する、[7]から[9]までのいずれか1に記載の溶液供給装置。
[11]
前記複数の溶液収容部のうち少なくとも一つの溶液収容部は溶液を充填可能であって、残りの溶液収容部は予め所定の溶液を充填している、[7]から[10]までのいずれか1に記載の溶液供給装置。
[12]
樹脂で形成された基板上に設けられ反応液を輸送する流路と、前記流路に設けられた、抗体または抗原を固相した固相部と、前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する検出部と、前記流路が設けられた領域において前記基板に一体に形成された複数の凸部を有する微細凹凸構造と、を有する検出装置と、
前記検出装置に前記反応液を含む複数の溶液を供給する、[1]から[11]までのいずれか1に記載の溶液供給装置と、
を有する検出セット。
[13]
前記検出部は前記固相部より前記流路の他端側に設けられる、[12]に記載の検出セット。
[14]
前記微細凹凸構造は、
前記複数の凸部が相対的に粗に設けられた第1の凹凸部と、
前記複数の凸部が相対的に密に設けられた第2の凹凸部と、
を有し、
前記第1の凹凸部と前記第2の凹凸部は、前記固相部よりも前記流路の一端側に設けられている、[12]または[13]に記載の検出セット。
[15]
前記第1の凹凸部は、前記第2の凹凸部よりも前記流路の一端側に設けられている、[14]に記載の検出セット。
[16]
前記第1の凹凸部と前記第2の凹凸部との境界に前記凸部が設けられていない緩衝領域を有する、[14]または[15]に記載の検出セット。
[17]
前記第1の凹凸部と前記第2の凹凸部との境界に、段差または傾斜が設けられており、
前記段差または前記傾斜の前記第1の凹凸部側の領域が前記第2の凹凸部側の領域より高い、[14]から[16]までのいずれか1に記載の検出セット。
[18]
前記第1の凹凸部と前記第2の凹凸部との境界に、凹部が設けられた凹部領域を有する、[14]から[17]までのいずれか1に記載の検出セット。
[19]
前記第1の凹凸部と、前記第2の凹凸部とが隣接する場合に、前記第1の凹凸部における前記凸部間のピッチ(P1)と、前記第2の凹凸部における前記凸部間のピッチ(P2)との比(P1/P2)は1.1以上5以下である、[14]から[18]までのいずれか1に記載の検出セット。
[20]
前記凸部が菱形格子状に設けられている領域を有する、[12]から[19]までのいずれか1に記載の検出セット。
[21]
前記凸部が正格子状に設けられている領域を有する、[12]から[20]までのいずれか1に記載の検出セット。
[22]
前記凸部は錐体として設けられている、[12]から[21]までのいずれか1に記載の検出セット。
[23]
前記溶液を前記流路に導入する導入部を更に有し、
前記流路に導入する前記溶液は複数種類の溶液からなり、
前記導入部は、前記複数種類の溶液に応じて複数箇所に設けられている、[12]から[22]までのいずれか1に記載の検出セット。
[24]
前記検出部に電極部が設けられており、
前記検出部は、前記電極部に流れる電流をもとに前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する、[12]から[23]までのいずれか1に記載の検出セット。
[25]
前記電極部は、前記微細凹凸構造の凸部に形成されており、電極部の粗さ曲線の最大山高さRpが0.005μm以上10μm以下であり、かつ、粗さ曲線要素の平均長さRSmが0.01μm以上15μm以下である、[24]に記載の検出セット。
[26]
前記電極部は、前記微細凹凸構造の凸部に導体の物質がスパッタリング、真空蒸着、レーザアブレーション及びCVDの少なくとも1種によって形成された導体膜層を有する、[24]または[25]に記載の検出セット。
[27]
前記電極部は、前記微細凹凸構造の凸部に導体の粒子を含むペーストの印刷層を有する、[24]から[26]までのいずれか1に記載の検出セット。
[28]
前記電極部は、作用極と、前記作用極と離間した対極とを有し、
前記作用極は、流路方向に対して、前記対極と同じ位置または前記対極より上流側に設けられている、[24]から[27]までのいずれか1に記載の検出セット。
[29]
前記対極は、前記流路の幅方向の全体に亘って設けられている、[28]に記載の検出セット。
[30]
前記作用極は、前記流路の幅方向の全体に亘って設けられている、[28]または[29]に記載の検出セット。
[31]
前記作用極は、くし形電極として構成されている、[28]から[30]までのいずれか1に記載の検出セット。
[32]
前記電極部は、更に参照極を有する、[28]から[31]までのいずれか1に記載の検出セット。
[33]
[12]から[32]までのいずれか1に記載の検出セットを用いて液体試料の抗体に対する反応を検出する検出方法。
本発明によれば、イムノクロマトグラフィー法を用いた検査技術において、反応液や洗浄液、二次反応液などの複数種類の溶液を展開する場合に、使用時の手間を省き、検出時間を短縮させることが可能な技術を提供することができる。
第1の実施形態の検査キットの上面図である。 第1の実施形態の膜担体の上面図である。 第1の実施形態の微細構造及び凸部を示す図である。 第1の実施形態の凸部の斜視図である。 第1の実施形態の微細構造の各領域の境界を拡大して示す図である。 第1の実施形態の検査キットを用いた検査手法の例を示すチャート図である。 第2の実施形態の膜担体の上面図である。 第2の実施形態の微細構造の各領域の境界を拡大して示す図である。 第3の実施形態の微細構造における溶液の逆流防止構造の例を示した図である。 実施例1の試験片の写真を示す図である。 実施例1の試験開始から30、140、310秒後画像の試験片を示す図である。 実施例1の経過時間と測定ポイントのRGB成分割合のプロットをしたグラフを示す図である。 実施例1の図12のデータを解析した結果から各溶液の混合割合を計算した結果を示すグラフを示す図である。 比較例2のインプリントシートの代わりにニトロセルロースを用いた条件での各溶液の混合割合を計算した結果を示すグラフを示す図である。 実施例2の試験片の構成を示す図である。 実施例2の試験結果のグラフを示す図である。 実施例2の蛍光強度のグラフを示す図である。 実施例2の蛍光写真の例である。 第1の実施形態の二電極方式の電極部の配置例を示す図である。 第1の実施形態の三電極方式の電極部の配置例を示す図である。 実施例3の試験片の構成を示す図である。 実施例3の試験結果のグラフを示す図である。 実施例4の溶液滴下タイミングを示したチャート図である。 実施例4の試験結果のグラフを示す図である。 第4の実施形態の検査セットの概略構成を模式的に示す断面図である。 第4の実施形態の溶液ユニットの平面図である。 第4の実施形態の連通ユニットの平面図である。 第4の実施形態の検査セットにおける溶液供給装置を用いた溶液供給方法を説明する図である。 第4の実施形態の検査セットにおける溶液供給装置を用いた溶液供給方法を説明する図である。 第4の実施形態の検査セットにおける溶液供給装置を用いた溶液供給方法を説明する図である。 第4の実施形態の変形例1の溶液供給装置の概略構成を模式的に示す断面図である。 第4の実施形態の変形例2の溶液供給装置の概略構成を模式的に示す断面図である。
<<第1の実施形態>>
以下では、本発明の実施形態について説明する。
<検査キットの概要>
図1は、本実施形態に係る検査キット18の平面図である。図2は、膜担体3を模式的に示した平面図を示す。図3は、膜担体3の微細構造(「微細凹凸構造」ともいう)及びそれを構成する凸部8を示す。図4は凸部8の斜視図(SEM像)を示す。
検査キット18は、液体試料中の被検出物質を検出する機能を有する。
詳細は後述するが、検査キット18は、POCT試薬の一種である。血液などの液体試料を検査キット18に導入し、液体試料に含まれる特定の被検出物質を検出する。液体試料から特定の被検出物質を検出する方法として、イムノクロマトグラフィー法が適用される。
本実施形態では、バイオマーカーの濃度を電気化学的活性な物質濃度に変換して検出する電気化学イムノクロマトグラフィー法を用いた構成の検査キット18について説明する。
上述のように、電気化学イムノクロマトグラフィー法では、反応液や洗浄液、二次反応液などの複数種類の溶液(液体試料)を展開する必要があり、一般には、使用時の手間が増大し、検出時間が長くなってしまう。本実施形態では、膜担体3の流路2を複数のエリア(ここでは、第1~第3微細構造領域31~33の3エリア)に分割し、エリア毎に溶液の流速が異なるように制御した。流速を異なるようにするための構造として、膜担体3に形成される微細構造、すなわち溶液を輸送する速度を決める毛細管作用を起こす構造をエリア毎に設定した。
以下詳細に説明する。
<検査キット18の詳細>
図1に示すように、検査キット18は、膜担体3と、膜担体3を収容する筐体18aと、を備える。本図では、図示で左側の上流から右側の下流へ向く方向を溶液の進行方向d(「流路方向」ともいう)として説明する。
膜担体3の表面には、図示で左側から順に、洗浄液が滴下される洗浄液ゾーン3xと、液体試料が滴下される液滴ゾーン3zと、液体試料中の被検出物質を検出するための検知ゾーン3yとを有する。なお、ここでは図示しないが、膜担体3より下流側(図示では右側)に、余分な溶液を吸収する吸収パッドが設けられる。
洗浄液ゾーン3xは、筐体18aの第一開口部18bにおいて露出している。液滴ゾーン3zは、筐体18aの第三開口部18dにおいて露出している。検知ゾーン3yは、筐体18aの第二開口部18cにおいて露出している。なお、洗浄液を液滴ゾーン3zで滴下してもよく、その場合は、第一開口部18bを省いてもよい。溶液が複数種類である場合、それら溶液に応じて導入口(開口)が設けられる。すなわち、どのような溶液を、どのようなタイミングで、どのような速度で移動させるかに応じて、導入口が設けられる。ある導入口において、複数の溶液が滴下されてもよいし、そのタイミングは同じでも異なってもよい。
検知ゾーン3yに、電気化学的検出手法による検出のために、電極部20が設けられる。電極部20は、例えば進行方向dの上流側の作用極25と下流側の対極26からなる二電極(二電極方式)である。なお、電極部20は後述するように、参照極27を有する三電極方式であってもよい。電極部20には、計測装置21が接続される。計測装置21は、一般的な計測装置でもよいし、スマートホン等のモバイル端末に所定のアプリケーションが導入された装置として構成されてもよい。
<膜担体3の詳細>
図2に示すように、膜担体3には、液体試料を輸送する少なくとも一つの流路2が設けられている。図3に示すように、流路2の底面には、微細構造7が設けられている。本実施形態では、膜担体3の表面全体にわたり、微細構造7が設けられており、膜担体3の表面全体が、液体試料の流路2として機能する。
図3(a)は微細構造7の上面図であり、図3(b)は微細構造を構成する凸部8の斜視図である。微細構造7は、凸部8の総体である。つまり、膜担体3は、液体試料の流路2の底面に相当する平坦部9と、平坦部9から突出する複数の凸部8と、を備える。
毛細管作用により、複数の凸部8の間の空間が、液体試料を膜担体3の表面に沿って輸送する流路2として機能する。換言すれば、毛細管作用により、微細構造7における空隙が、液体試料を膜担体3の表面に沿って輸送する流路2として機能する。複数の凸部8は、格子状配置(例えば菱形格子状配置や正格子状配置)のように規則的に、または並進対称的に、膜担体3の表面上に規則的に整列して並んで形成される。
凸部8は、例えば、錐体を呈し、ここでは、図3(b)や図4に示すように、円錐形状である。そのほかに、角錐であってもよいし、錐体の上部が切り取られた形状(截頭錐体)であってもよい。いずれにしても、凸部8によって構成される微細構造7が毛細管作用を発生させ、液体試料を輸送できればよい。
微細構造7は、毛細管作用を生じさせる。微細構造7の毛細管作用により、液体試料は、微細構造7を介して、図示左側の洗浄液ゾーン3xまたは液滴ゾーン3zから検知ゾーン3yへ向かって(図2の進行方向dに沿って)、輸送される。
本実施形態では、図2に示すように、膜担体3は、左側から第1微細構造領域31(第1の凹凸部)と、第2微細構造領域32(第2の凹凸部)と、第3微細構造領域33(第3の凹凸部)との3つのエリアに分かれている。第1微細構造領域31と、第2微細構造領域32と、第3微細構造領域33では、微細構造7が異なっており、その結果、エリア毎に溶液を輸送する速度が異なる。
溶液を輸送する速度は、平行平板間での流れを説明するPoiseuilleの式から理解される。例えば、毛細管現象を生じさせる微細構造7、例えば複数の凸部8が配置された構造における、凸部8間の距離5が狭いほど、溶液の輸送速度が大きくなる。すなわち、微細構造(図3に示す凸部8の配置)の粗密を適当に設定することで、エリア毎の速度を制御できる。
図5に微細構造7を上面からみた図を示す。図5(a)は第1微細構造領域31と第2微細構造領域32の境界(第1境界41)の領域を示す。図5(b)は第2微細構造領域32と第3微細構造領域33との境界(第2境界42)の領域を示す。全ての領域で、凸部8は同じ形状・大きさとして設けられている。図5では、凸部8は円錐であり、底面の径が30μm、高さが30μmである。図示のように、凸部8の配置(粗密の程度)は、図左側の第1微細構造領域31が最も粗に、右側の第3微細構造領域33が最も密になっている。すなわち、第1微細構造領域31の凸部8間の距離5が最も広く、第3微細構造領域33の凸部8間の距離5が最も狭い。図示の例では、第1微細構造領域31の凸部8間の距離5は25μmであり、第2微細構造領域32の凸部8間の距離5は15μmであり、第3微細構造領域33の凸部8間の距離は2μmである。
液体試料中の被検出物質が検知ゾーン3yに達すると、検知ゾーン3yに設けられた電極部20(作用極25、対極26)により計測装置21で電流値として検知される。すなわち、電極部20の作用極25と対極26との間に電位差を与えておき、計測装置21で酸化電流を測定する。なお、色変化検出手法を用いる場合には、検知ゾーン3yの色の変化により、被検出物質を検出する。
<膜担体3の材料>
微細構造7(複数の凸部8)を含む膜担体3は、例えば熱可塑性プラスチックからなる。すなわち、熱可塑性プラスチックからなる膜状の基材を熱インプリントによって加工することにより、微細構造7を有する膜担体3を作製することができる。膜担体3を構成する熱可塑性プラスチックは、例えば、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、フッ素系樹脂、及びアクリル系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。具体的な熱可塑性プラスチックは、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリカーボネート(PC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、及びポリメタクリル酸メチル(PMMA)からなる少なくとも一種であってよい。
上記の熱可塑性プラスチックのガラス転移点Tgまたは融点Tmは、80~180℃であってよい。ガラス転移点Tgより20℃高い温度での熱可塑性プラスチックの貯蔵弾性率は、1.0Pa以上1.0×10Pa以下であってよい。融点Tmより20℃高い温度での熱可塑性プラスチックの貯蔵弾性率は、1.0Pa以上1.0×10Pa以下であってよい。
熱可塑性プラスチックのガラス転移または融解が80℃未満の温度で起こり、さらにガラス転移点または融点よりも20℃高い温度での熱可塑性プラスチックの貯蔵弾性率が1.0×10Pa以下である場合、熱可塑性プラスチックを、室温で固体として使用するのは実用上困難であり、熱インプリントによって膜担体を作製し難くなる。
熱可塑性プラスチックのガラス転移または融解が180℃より高い温度で起こる場合、熱インプリント時の成型温度が高くなり、膜担体の生産性が低下する。つまり、熱インプリント時に熱可塑性プラスチックを柔らかくするために要する温度が180℃より高い場合、膜担体の生産性が低下する。
ガラス転移点または融点よりも20℃高い温度での熱可塑性プラスチックの貯蔵弾性率が1.0×10Pa以下である場合、微細構造を作製する際に必要な成型圧力を小さく抑えることができ、比較的温和な条件で作製できるため生産効率が向上する。
錐体(ここでは円錐)の凸部8は、モールドを用いた熱インプリントによって形成することができる。モールドを用いて錐体を形成する場合、モールドを用いて溝状の流路(ラインandスペース構造)を形成する場合に比べて、モールドの作製時に金属部材の表面から削り出す金属の体積が大幅に低減され、モールドの加工費が低減する。対照的に、ラインandスペース構造を形成するためのモールドの作製では、多量の金属を金属部材から削り取らなくてはならない。
また錐体の上部は、錐体の底面に比べて細い。したがって、モールドを用いて錐体を形成する場合、錐体と同じ底面を有する柱体をモールドで形成する場合に比べて、モールドの作製時に金属部材の表面から削り出す金属の体積が大幅に低減され、モールドの加工費が低減する。
さらに錐体が規則的に整列した微細構造の空隙率は、ラインandスペース構造の空隙率よりも大きい。また、錐体が規則的に整列した微細構造の空隙率は、錐体と同じ底面を有する複数の柱体が規則的に整列した構造よりも空隙率が大きい。そのため、錐体が規則的に整列した微細構造によれば、液体試料の流量を増加させることが可能であり、被検出物質の検出に有利となる。
<膜担体3の形状・寸法>
上述のように錐体(凸部8)の底面10の形状は自由に選択することができ、図3(b)や図4に示すように円錐であってもよいし、角錐(四角錐や六角錐等)であってもよい。モールドの加工の容易さ、及び加工費用の抑制のためには、錐体(凸部8)の底面10は、円形、または多角形(例えば、正方形、ひし形、長方形、三角形、若しくは六角形など)であることが望ましい。
凸部8の底面10の径4は、例えば10~1000μmである。凸部8の底面10の径4が10μmよりも小さい場合、モールドの微細加工費が高くなり、また面積の大きい膜担体3の表面に無数の微細構造7を均一に作製し難い。したがって、小さ過ぎる微細構造7は、実用に向かない。また微細構造7の底面10の径4が10μmよりも小さい場合、液体試料を移動させるのに必要な毛細管力が弱まる傾向がある。微細構造7の底面10の径4が1000μmよりも大きい場合、モールドの作製時に金属部材から削り出す金属の体積が大きくなり、モールド及び膜担体3の作製費用が高くなってしまう。また微細構造7の底面10の径4が1000μmよりも大きい場合、膜担体3における流路2の面積も大きくしなければならず、検査キット18が巨大化して、検査キット18自体の輸送に不利となる。凸部8(微細構造7)が円錐である場合、凸部8の底面10の径4は、円錐の底面10(円)の直径4であってよい。
凸部8の高さ6は、例えば10~500μmである。凸部8の高さ6が10μmよりも低い場合、液体試料を移動させるのに必要な毛細管力が弱まる傾向がある。凸部8の高さ6が500μmよりも高い場合、熱インプリントの際に熱可塑性プラスチックを金型の凹部(微細構造7の凸部8の形状に対応する窪み)へ完全に充填し難い。
膜担体3の全体の形状は、特に限定されないが、例えば、四角形等の多角形、円形、または楕円形であってよい。膜担体3が四角形である場合、膜担体3の縦幅L1は、例えば、2~100mmであってよく、膜担体3の横幅L2は、例えば、3~100mmであってよい。また、第1~第3微細構造領域31~33の横幅L21~L23は、それぞれ例えば1~50mmであってもよい。微細構造7(すなわち凸部8)の高さ6を除く膜担体3の厚みは、例えば、0.1~10mmであってよい。
凸部8のアスペクト比Lv/Lhは、1/10以上2/1以下であってよい。アスペクト比Lv/Lhが1/10よりも小さい場合、液体試料と流路2との接触面積が小さく、毛細管力が減少するため、液体試料を移動させ難い傾向がある。アスペクト比Lv/Lhが2/1よりも大きい場合、熱インプリントによる膜担体3の生産性が低下してしまう。本実施形態のように、凸部8が錐体(より具体的には円錐)である場合、凸部8の水平方向における長さLhは、凸部8の底面10の直径4であってよい。また、凸部8の垂直方向における長さLvは、膜担体3の平坦部9からの凸部8の高さ6であってよい。
凸部8の底面の径4(D1)と、凸部8同士の最近接中心間距離(D2)との比D2/D1は、1より大きく5以下であってよい。比D2/D1は1以下でありえない。比D2/D1が5より大きい場合、液体試料と流路2との接触面積が減少し、毛細管力が減少し、液体試料を移動させ難い傾向がある。本実施形態のように凸部8が円錐である場合、凸部8の底面10の径4(D1)は、円錐の底面の直径であってよく、最近接中心間距離D2は、隣り合う一対の凸部8(円錐)の頂点間の距離であってよい。凸部8の底面10の径4(D1)は、上述した凸部8の水平方向における長さLhと一致してもよい。したがって、アスペクト比Lv/Lhは、Lv/D1と表されてもよい。
また、微細凹凸構造の凸部8間のピッチ(頂点間の距離)は、隣接するゾーン間で比較した場合、相対的に粗に構成された微細凹凸構造のゾーンのピッチP1と、相対的に密に構成された微細凹凸構造のゾーンのピッチP2との比(P1/P2)は1.1以上5以下である。ここでは、第1微細構造領域31の凸部8間のピッチをP11と、第2微細構造領域32の凸部8間のピッチをP21と、第3微細構造領域33の凸部8間のピッチをP23とした場合、比(P11/P21)は1.1以上5以下であり、また、比(P21/P23)は1.1以上5以下である。比(P1/P2)は、溶液をどのような速度で移動させたいかに応じて設定される。なお、比(P1/P2)の下限については、小さい場合、ゾーン間の速度差が無くなってしまい、微細凹凸構造の粗密の程度に差を設ける意義が低下してしまう。このような観点から、比(P1/P2)は、好ましくは1.2以上であり、より好ましくは1.3以上である。上限については、大きくなりすぎると、ゾーン間の溶液の移動速度の差が大きくなりすぎて、検査キット18全体での速度の調整が難しくなる。このような観点から、好ましくは4以下であり、より好ましくは3以下である。
<電極部の配置>
図19及び図20を参照して、電極部20の配置例を説明する。
図19(a)~図19(c)は電極部20が二電極方式である場合の作用極25と対極26の配置例を示している。作用極25と対極26とは離間して設けられている。ここでは、作用極25は、進行方向dに対して、対極26と同じ位置または対極26より上流側に設けられている。作用極25は、例えば、くし形電極として構成されてもよい。
図19(a)に示す配置例では、作用極25は、流路2の幅方向の全体に亘って設けられている。対極26は、作用極25より下流側に所定距離離れた領域において、流路2の幅方向の全体に亘って設けられている。なお、作用極25及び対極26は、上面視で矩形形状であるが、この形状に限らず、楕円や半円など各種の形状とすることができる。また、作用極25、対極26は、流路2の幅方向を塞ぐように設けられているが、これに限らず、図1や図2に示すように、幅方向に対して一部領域のみに設けられてもよい。なお、作用極25や対極26の両方またはいずれか一方の幅を短くしてもよい。
図19(b)に示す配置例では、対極26が上面視で上流側が凹状となった「コ」字状に設けられている。さらに、作用極25が、対極26の凹状となっている領域に矩形に設けられている。作用極25の最も上流側の位置と、対極26の上流側の位置が同じ位置となっている。
図19(c)に示す配置例では、それぞれ矩形形状の作用極25と対極26が幅方向に対称に設けられている。
図20(a)~図20(f)は電極部20が三電極方式である場合の作用極25、対極26及び参照極27の配置例を示している。
図20(a)に示す配置例では、上流側から下流側に向かって、作用極25、参照極27、対極26が並んで、かつ流路2の幅方向の全体に亘って設けられている。図19(a)で示した配置において、作用極25と対極26の間に参照極27を配置した構成ともいえる。
図20(b)に示す配置例では、図20(a)に示した配置において、参照極27の幅を短くして流路2の幅方向の中央に矩形として設けた構成である。
図20(c)に示す配置例では、図示で流路2の左側に上流側から作用極25、対極26が設けられ、流路2の右側に参照極27が設けられている。参照極27は、作用極25の上流側の位置から対極26の下流側の位置まで進行方向dに細長く設けられている。
図20(d)に示す配置例では、作用極25と対極26とが、図19(b)で示した配置と同様となっており、さらに、作用極25より図示左側上流位置に参照極27が設けられている。
図20(e)に示す配置例では、図19(b)で示した配置の対極26の凹状の右側端部が下流側に短くなっており、短くなった領域に参照極27が設けられている。
図20(f)に示す配置例では、対極26が流路2の幅方向の全体に亘って設けられている。さらに、流路2の左側に作用極25が、右側に参照極27が左右対称に設けられている。
<電極部の構成>
電極部20(二電極方式の場合は作用極25と対極26、三極電極の場合はさらに参照極27)は、微細構造7の凸部8に導体の物質が設けられて形成されてもよい。導体の物質としては、特に限定はしないが、例えば、金や銀、白金、パラジウム、カーボン、グラフェン、カーボンナノチューブ(CNT)及びそれらの複合材などが挙げられる。参照極27として、特に限定しないが、例えばAg/AgCl電極が挙げられる。
凸部8の導体の物質は、例えば、スパッタリング、真空蒸着、レーザアブレーション及びCVD(chemical vapor deposition)の少なくとも1種を用いて形成された導体膜や、導体の粒子を含むペースト(インク)をインクジェット印刷やスクリーン印刷等の手法により形成した印刷層とすることができる。作用極25は、抗体固定化のために、チオールなどで表面修飾されてもよい。
この場合、電極部20の粗さ曲線の最大山高さRpが0.005μm以上10μm以下であり、かつ、粗さ曲線要素の平均長さRSmが0.01μm以上15μm以下である。このような表面粗さとすることで、良好な毛細管力を発生させることができ、また電極部20の表面積が増大するため得られるシグナル量を増大させることができる。なお、これら表面粗さは、図4に示したようなSEM画像を解析することで算出することができる。
<検査キット18の製造方法>
検査キット18の製造方法は次の工程によって得られる。
工程1(熱インプリント工程)
複数の凹部が形成された金型(モールド)の表面を、熱可塑性プラスチックからなる膜状の基材に当てて、且つ基材を加熱することにより、凹部の形状に対応する微細構造(複数の凸部8)を有する膜担体3を作製する工程を備える。
検査キット18の製造方法は、試薬または標識物質を、微細構造7がある膜担体3の表面のうち検知ゾーン3yへ、より具体的には第3微細構造領域33の固相部50に固定する工程をさらに備える。
熱インプリント工程で用いるモールドの微細加工法は、例えば、エッチング、フォトリソグラフィー、機械切削、またはレーザー加工等であってよい。加工サイズや加工範囲に適した微細加工法を選択することができる。
熱インプリントを行う前に、モールドの離型処理を行うことが望ましい。離型処理では、例えば、モールド表面に単分子膜を作製し、表面エネルギーを小さくすればよい。その結果、熱インプリント後に、熱可塑性プラスチックからなる膜担体3をモールドの表面から剥離し易くなる。
熱インプリントの方式は、平板プレス式及びロール式のいずれであってもよい。平板プレス式では、平行に対面する上下のステージの間で、モールドを、熱可塑性プラスチックからなる基材と重ねて、これらをステージ間に挟む。そして、ステージを介して、モールド及び基材を加熱し、且つ加圧する。このような平板プレス式は、成型の精度が良い点において優れている。ロール式は、加熱したロール式モールドを用い、ロール同士の挟み圧によって成型を行う方式である。ロール式は、生産性に優れている。
熱インプリントを行う際の成型温度、成型圧力、転写時間等の条件は、微細加工のサイズ、微細構造(凸部8)の形状、加工範囲の大きさなどに応じて、選択すればよい。例えば、平板プレス式の場合、成型温度は、ガラス転移点Tgよりも20~50℃高い温度、または融点Tmよりも20~50℃高い温度であってよい。成型圧力は、1~10MPaであってよい。転写時間(モールド及び基材を加圧しながら保持する時間)は、3~10分であってよい。以上の諸条件下での熱インプリントにより、モールドの微細構造を基材の表面へ正確に転写し易くなる。
膜担体3を構成する熱可塑性プラスチックの種類、及び試薬(検出物質)の種類によっては、試薬(検出物質)を膜担体3の固相部50に固定し難いことがある。この場合、予め検知ゾーン3yのみに適当な表面処理を施すことにより、試薬(検出物質)を膜担体3の検知ゾーン3y(すなわち固相部50)に固定し易くなる。
検知ゾーン3yの表面処理手法は、何ら限定されるものではなく、例えば、各種プラズマ処理、UV処理、UV/オゾン処理、または、3-Aminopropyltriethoxysilane若しくはGlutaraldehydeによる表面修飾など種々の手法であってよい。
検知ゾーン3yに固定される試薬(検出物質)は、例えば、抗体であってよい。例えば図2では、第3微細構造領域33の固相部50に抗体が固定される。固相部50は、電極部20より溶液の進行方向dの上流側に設けられる。
抗体は、被検出物質との抗原抗体反応を起こす物質である。抗体は、ポリクローナル抗体であってもモノクローナル抗体であってもよい。被検出物質は、何ら限定されるものではなく、各種病原体、各種臨床マーカー等、抗体との抗原抗体反応を起こすことが可能な如何なる物質であってもよい。具体例な被検出物質は、例えば、インフルエンザウイルス、ノロウイルス、アデノウイルス、RSウイルス、HAV、HBs、HIV等のウイルス抗原であってよい。被検出物質は、MRSA、A群溶連菌、B群溶連菌、レジオネラ属菌等の細菌抗原、細菌等が産生する毒素であってもよい。被検出物質は、マイコプラズマ、クラミジア・トラコマティス、ヒト絨毛性ゴナドトロピン等のホルモンであってもよい。被検出物質は、C反応性タンパク質、ミオグロビン、心筋トロポニン、各種腫瘍マーカー、農薬、及び環境ホルモン等であってもよい。特に、インフルエンザウイルス、ノロウイルス、C反応性タンパク質、ミオグロビン、及び心筋トロポニンのような被検出物質の検出と、これらに起因する病気の治療措置に急を要する場合、本実施形態に係る検査キット18の有用性が特に大きい。なお、被検出物質は、単独で免疫反応を誘起できる抗原であってもよい。被検出物質は、単独では免疫反応を誘起できないが、抗体と抗原抗体反応により抗体に結合することが可能なハプテンであってもよい。
<検査キット18による検査方法>
図6に示すチャート図及び上述の図1~図5を参照して検査キット18による検査方法を説明する。図6では、微細構造30の第3微細構造領域33に着目して示している。
S1:デバイス準備工程
まず、検査キット18及び使用する溶液(反応液、洗浄液、二次反応液)を準備する。上述のように、第3微細構造領域33の固相部50には抗体51が固定されている。
S2:反応液展開工程
液滴ゾーン3zから第2微細構造領域32に反応液が滴下されると、微細構造7の毛細管作用により第3微細構造領域33に移動する。
反応液中の検出対象91及び検出対象(標識体)92が抗体51と反応して固定される。余分な反応液は吸水パッドに吸収されるが、一部の検出対象91a及び検出対象(標識体)92aは固定されず第3微細構造領域33上に残留する。
S3:洗浄液展開工程
つづいて、洗浄液ゾーン3xから洗浄液93を滴下して、固相部50に固定されず第3微細構造領域33に残留している検出対象91a及び検出対象(標識体)92aを洗浄する。検出対象(標識体)92aは、アルカリホスファターゼ(ALP)標識体を有している。
S4:二次反応液展開工程
洗浄後、第2微細構造領域32に滴下された二次反応液(例えばp-アミノフェニルリン酸94)が、微細構造7の毛細管作用により第3微細構造領域33に移動する。p-アミノフェニルリン酸94は、抗体51に固定された検出対象(標識体)92と反応して電気的に活性な物質(ここではp-アミノフェノール95)を生成する。この物質は、抗体51に固定された検出対象(標識体)92の量(濃度)と相関(比例)する。したがって、電極部20で測定する酸化電流の値で、測定対象の濃度を正確かつ安定的に測定することができる。
以上、本実施形態によると、イムノクロマトグラフィー法を適用した検査キット18において、膜担体3の微細構造7の流路2において溶液を移動させる速度(毛細管作用による速度)が異なる複数の領域に設定することができる。その結果、反応液や洗浄液、二次反応液など複数種類の溶液を展開する必要がある場合でも、それら溶液を展開するタイミングを使用態様に合わせて調整することができる。したがって、本来であれば必要とされたタイミング調整等の手間を省くことができ、安定して適切な検査を実施できる。具体的には、所定の治具(溶液供給装置)等を用いて、各溶液が展開されるタイミングを考慮した異なる複数の場所に同時に滴下できる。すなわち1回の操作のみで各溶液を展開できる。治具(溶液供給装置)を用いる構成については、後述の第4の実施形態で説明する。
<<第2の実施形態>>
図7及び図8を参照して、本実施形態の検査キットについて説明する。第1の実施形態と異なる点は、膜担体103の構造にあり、主に異なる点について説明し、同じ構成・機能については説明を適宜省略する。
図7は膜担体103を模式的に示した平面図である。図8に各隣接領域同士の境界を拡大した画像を示す。図8(a)は第1微細構造領域131と第2微細構造領域132との第1境界141の画像である。図8(b)は第2微細構造領域132と第3微細構造領域133の第2境界142の画像である。図8(c)は第3微細構造領域133と第4微細構造領域134の第3境界143の画像である。
図示のように、膜担体103は、所定の縦幅L10及び横幅L20の長方形形状を呈している。膜担体103は、左側から第1微細構造領域131(横幅L201)と、第2微細構造領域132(横幅L202)と、第3微細構造領域133(横幅L203)と、第4微細構造領域134(横幅L204)とを備える。これら領域は、第1の実施形態と同様に、微細構造における凸部の粗密が異なっており、その結果、毛細管作用による速度が異なる。
具体的には、第1微細構造領域131が最も粗であり(領域A11)、次に第3微細構造領域133が2番目に粗であり(領域A13)、第2微細構造領域132が3番目に粗であり(領域A12)、そして第4微細構造領域134が最も密(領域A14)に設定されている。また、第4微細構造領域134に固相部150が設けられている。
また、第2微細構造領域132と第3微細構造領域133との第2境界142には、所定幅L31の緩衝領域が設けられている。緩衝領域には微細構造(すなわち凸部)が設けられていない。同様に、第3微細構造領域133と第4微細構造領域134との第3境界143にも所定幅L32の緩衝領域が設けられている。このような緩衝領域を設けることで、領域毎の溶液の輸送量の違いを吸収し逆流等が発生することを防止することができる。例えば、第2微細構造領域132と第3微細構造領域133では、下流側の第3微細構造領域133の微細構造が粗である。したがって、第2微細構造領域132のほうが溶液の移動速度が大きい。その結果、第2境界142において緩衝領域が無いと、展開される溶液の量によっては逆流が生じかねない。しかし、本実施形態のように、毛細管力が生じない緩衝領域を設けることで、溶液の移動速度や展開される量による逆流発生を防止できる。
<<第3の実施形態>>
本実施形態では、図9を参照して、溶液の逆流防止構造について6例説明する。なお、ここでは、上述した膜担体3、103に相当する構成の一部領域の断面図を抜き出して説明するが、他の領域についても適用できる。
図9(a)に示す膜担体203では、第1微細構造領域231と第2微細構造領域232との境界に、第2微細構造領域232側が低くなるように段差部241が設けられている。
図9(b)に示す膜担体303では、第1微細構造領域331と第2微細構造領域332との境界に、下流方向に低くなる傾斜部341が設けられている。傾斜部341は、凸部がない緩衝領域でもよいし、凸部を有する微細凹凸構造でもよい。
図9(c)に示す膜担体403では、第1微細構造領域431と第2微細構造領域432との境界に、上流方向に低くなる傾斜部441が設けられている。傾斜部441と第2微細構造領域432との境界は段差部442となっている。
図9(d)に示す膜担体503では、第1微細構造領域531と第2微細構造領域532との境界に、凹部541が設けられている。
図9(e)に示す膜担体603では、第1微細構造領域631と第3微細構造領域633とは水平に形成されるが、第2微細構造領域632が下流側ほど低くなる傾斜を有する。
図9(f)に示す膜担体703では、第1微細構造領域731、第2微細構造領域732及び第3微細構造領域733の全てが、下流側ほど低くなる傾斜を有する。ここでは、全て同じ傾斜角の構成を示しているが、領域毎に異なる傾斜角であってもよい。
上記図9(a)~(f)の構成を適宜組み合わせて所望の膜担体とすることができ、展開する溶液の種類や量に応じた最適な流路、溶液の移動速度を実現できる。
<<第4の実施形態>>
図25~32を参照して、本実施形態の検査セット1を説明する。本実施形態では、溶液供給用の治具として溶液供給装置60を用いて、第1~第3の実施形態で説明した検査装置である検査キット18(抗体51を固定化した膜担体3)による検査方法を実施して、その検査方法の実施における溶液供給の手間を簡素化する。検査キット18(膜担体3)の構成等は第1~第3の実施形態で説明したものと同様であるので、以下では、主に溶液供給装置60について説明する。
<検査セット1>
図25は、検査セット1の概略構成を模式的に示す断面図である。図26は溶液ユニット80の平面図である。図27は連通ユニット70の平面図である。
検査セット1は、上述の検査キット18と、検査キット18に各溶液を供給する溶液供給装置60とを備える。溶液供給装置60には、検査に用いる複数の溶液(ここでは第1~第3の溶液98a~98c)が収容される。溶液として、第1の実施形態の検査手法(図6参照)で示した溶液を用いることができる。具体的には、第1の溶液98aとして反応液、第2の溶液98bとして洗浄液、第3の溶液98cとして二次反応液とすることができる。
<溶液供給装置60>
溶液供給装置60は、溶液ユニット80と連通ユニット70とを備え、検査キット18の上面を覆うように配置され、ユーザ(ここでは検査担当者)の操作により、上記溶液(第1~第3の溶液98a~98c)が検査キット18の膜担体3の所定の領域に供給される。
以下、詳細に説明する。
<溶液ユニット80>
溶液ユニット80は、上面視で矩形形状の板状のプレート82と、プレート82に凹状に設けられた複数の溶液収容部85とを有する。
プレート82と溶液収容部85は、樹脂材料により一体に設けられている。樹脂材料として、例えば、膜担体3の材料として例示したポリプロピレンやポリエチレンなどの熱可塑性プラスチックを用いることができる。プレート82と溶液収容部85の厚みは、溶液ユニット80が一定の剛性を有するように設定されるが、底面86の厚みは、注射針の構造の連通ユニット70が穿孔できるように設定される。
溶液収容部85として、図25や図26に示すように、図示左側から順に第1~第3の溶液収容部85a~85cを有する。ここでは、第1の溶液収容部85aには、第1の溶液98aが収容される。第2の溶液収容部85bには第2の溶液98bが収容される。第3の溶液収容部85cには第3の溶液98cが収容される。連通ユニット70と溶液ユニット80とを重ねたときに、第1~第3の溶液収容部85a~85cは、後述の連通ユニット70の第1~第3の配置部75a~75cに嵌まるように設定される。
溶液収容部85(第1~第3の溶液収容部85a~85c)は、有底の円筒形状を有する。溶液収容部85の大きさは、収容される溶液の量に応じて適宜設定される。また、溶液収容部85の形状は円筒形状に限らず角筒形状であってもよい。溶液収容部85の内径は、配置部75を収容可能な大きさであって、配置部75の外径と略同一に設定される。溶液収容部85の深さは、溶液収容部85(第1~第3の溶液収容部85a~85c)が、後述の配置部75(第1~第3の配置部75a~75c)に嵌まった際に、溶液収容部85の底面86が配置部75の底面76に当接するように設定される。
<連通ユニット70>
連通ユニット70は、上面視で矩形形状の板状のプレート72と、プレート72の周縁から下方に延出する枠状のフレーム71と、プレート72に凹状に設けられた複数の配置部75と、配置部75に設けられた連通部77とを有する。フレーム71とプレート72と配置部75は樹脂材料により一体に設けられている。樹脂材料として、例えば、溶液ユニット80と同様に、ポリプロピレンやポリエチレンなどの熱可塑性プラスチックを用いることができる。フレーム71とプレート72と配置部75の厚みは、連通ユニット70が一定の剛性を有するように設定される。
フレーム71は、プレート72と検査キット18を所定距離だけ離間するように機能するとともに、連通ユニット70を検査キット18に適切に固定する機能を有する。固定する機能として、検査キット18の周縁に設けられた段差部19にフレーム71のフレーム下端部73が嵌合する構成を採用することができる。
配置部75として、ここでは図25や図27に示すように、図示左側から順に第1~第3の配置部75a~75cを有する。連通ユニット70と溶液ユニット80とを重ねたときに、第1~第3の配置部75a~75cは、溶液ユニット80の第1~第3の溶液収容部85a~85cに嵌まるように設定される。
配置部75(第1~第3の配置部75a~75c)は、有底の円筒形状を有する。円筒形状の大きさは、溶液収容部85(第1~第3の溶液収容部85a~85c)を嵌め込み収容可能に設定される。配置部75の形状は、円筒形状に限らず角筒形状であってもよく、溶液収容部85を嵌め込み収容可能であればよい。配置部75の内径は、溶液収容部85の外径と略同一に設定される。配置部75の深さは、溶液収容部85(第1~第3の溶液収容部85a~85c)に嵌まった際に、溶液収容部85の底面86が配置部75の底面76に当接するように設定される。
連通部77(第1~第3の連通部77a~77c)は、図示上側の端部(針先79)が針状に形成された管(直管)、すなわち注射針の構造を有している。ここでは、注射針の針先79が配置部75の内部側になるように、配置部75の底面76を垂直方向に連通している。溶液収容部85に配置部75が嵌まると、連通部77が溶液収容部85の底面86を穿孔する。換言すると、配置部75(第1~第3の配置部75a~75c)と溶液収容部85(第1~第3の溶液収容部85a~85c)とは、連通部77(第1~第3の連通部77a~77c)を、溶液収容部85(第1~第3の溶液収容部85a~85c)を連通させる所定の位置の配置させる位置決め部として機能する。これによって、溶液収容部85に収容された溶液が連通部77を通り、検査キット18に滴下する。
連通部77は、一般的な注射針と同様に、樹脂材料や金属から構成される。樹脂材料としてポリプロピレンやポリエチレンなどの熱可塑性プラスチックを用いることができる。金属としてステンレス鋼を用いることができる。連通部77の大きさは、溶液収容部85の底面86を穿孔して溶液を円滑に滴下できれば特に限定しないが、連通部77の内径を例えば1~2mmとすることができる。
なお、溶液収容部85の位置、すなわち連通部77の位置によって、溶液が滴下される検査キット18上の位置、より具体的には膜担体3上の位置が定まる。したがって、第1の実施形態(図1等参照)で説明した導入口(第一開口部18b~第三開口部18d)は、個別に設けられずに一つの開口として設けられてもよい。また、溶液供給装置60(特に連通ユニット70)が検査キット18の筐体18aとして機能してもよい。
また、連通部77の数は、それぞれの配置部75について一つに限らず複数であてもよいし、配置部75毎に異なってもよい。
<溶液供給方法(検査方法)>
図28~30を参照して、検査セット1における溶液供給装置60を用いた溶液供給方法を説明する。第1~第3の溶液98a~98cは、ユーザの1回の操作で同時に供給開始される。
まず、図28に示すように、連通ユニット70を検査キット18に取り付ける。このとき、連通ユニット70のフレーム下端部73が、検査キット18の段差部19に嵌まることで、連通ユニット70が検査キット18に位置決めされ取り付けられる。溶液ユニット80の第1~第3の溶液収容部85a~85cには、第1~第3の溶液98a~98cが収容される。
つづいて、図29に示すように、溶液ユニット80を連通ユニット70に重ね、第1~第3の溶液収容部85a~85cを第1~第3の配置部75a~75cに嵌め込む。このとき、第1~第3の連通部77a~77cは、第1~第3の溶液収容部85a~85cの底面86に当たった状態であるが穿孔していない。
次に、図30に示すように、ユーザが、溶液ユニット80を連通ユニット70に押し込むように操作する。この一度の操作で、第1~第3の連通部77a~77cは、第1~第3の溶液収容部85a~85cの底面86を同時に穿孔し、第1~第3の溶液収容部85a~85cの内外を連通する。その結果、第1~第3の溶液収容部85a~85cに収容された第1~第3の溶液98a~98cが、検査キット18の膜担体3に同時に供給開始される。
以上、本実施形態によると、複数の溶液(第1~第3の溶液98a~98c)を一度の操作で同時に検査キット18に対して供給開始することができる。すなわち、反応液や洗浄液、二次反応液などの複数種類の溶液を展開する場合に、使用時のユーザの手間を省き、検出時間を短縮させることができる。また、複数種類の溶液を展開するタイミングを一定に保つことができる。
<溶液供給装置60の変形例1>
溶液供給装置60として、上記の構成に限らず各種の構成を採用することができる。図31及び図32を参照して溶液供給装置60の変形例を説明する。
図31に示す変形例1の溶液供給装置60は、連通ユニット70の一部の連通部77の形状が異なる。具体的には、第1の連通部77aが、第1の溶液98aを検査キット18へ供給する位置を調整する構造(調整部)を有する。調整部の構造として、第1の連通部77aは、単に垂直方向に延びるだけでなく、横方向へも延出している。図示では、第1の連通部77aは、一度図示右側の第2の連通部77bの方向に屈曲して延出して、最後に検査キット18側に垂直に屈曲する。これによって、第1の溶液98aの滴下位置(展開位置)を調整する。なお、第1の連通部77aを、配置部75の取り付け位置を軸として枢動可能とする構造を採用することで、一層の位置調整が可能となる。なお、調整部の構造を有する連通部77として、第1の連通部77aに適用した例を示したが、第2の連通部77bや第3の連通部77cに適用してもよく、いずれの連通部77に適用してもよい。
<溶液供給装置60の変形例2>
図32に示す変形例2の溶液供給装置60は、図31の変形例1の溶液供給装置60において、更に溶液ユニット80を異なる構成としている。溶液ユニット80は、複数の溶液収容部85のうち少なくとも一つの溶液収容部85は溶液を充填可能であって、残りの溶液収容部85は予め所定の溶液を充填している。具体的には、第1及び第2の溶液収容部85a、85bでは、第1の溶液98a及び第2の溶液98bを予めそれぞれ充填したうえで上側の開口部分が蓋部87a、87bで覆われている。一方、第3の溶液収容部85cでは、上側の開口部分は覆われておらず、検査時に第3の溶液98cを充填することができる。
以上、図面を参照して本発明の実施形態(第1~第4の実施形態)について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成(変形例)を採用することもできる。例えば、流路2は樹脂で形成された基板上の膜担体3の微細構造(微細凹凸構造)として設けられたが、流路2の領域によって粗密の異なる微細構造(微細凹凸構造)を設けることができれば各種の構成・材料等を採用することができる。
<実施形態のまとめ>
以上、本発明の特徴を簡単にまとめると次の通りである。
(1)本実施形態の溶液供給装置は、樹脂で形成された基板上に設けられ反応液を輸送する流路と、前記流路に設けられた、抗体または抗原を固相した固相部と、前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する検出部と、前記流路が設けられた領域において前記基板に一体に形成された複数の凸部を有する微細凹凸構造と、を有する検出装置に前記反応液を含む複数の溶液を供給する溶液供給装置であって、
前記複数の溶液それぞれを収容する複数の溶液収容部を有する溶液ユニットと、
前記溶液収容部のそれぞれに対して設けられ、前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する複数の連通部を有する連通ユニットと、
前記連通部を、前記溶液収容部を連通する所定の位置に配置させる位置決め部と、
を有する。
(2)前記連通部は、一方の端部が針状に形成された管であって、前記一方の端部が前記溶液収容部に刺さることで、前記溶液収容部に収容された溶液が前記管を通り前記検出装置へ供給される。
(3)前記連通ユニットは、前記位置決め部として機能するとともに、複数の前記溶液収容部をそれぞれ収容する複数の配置部を有し、
前記連通部がそれぞれの配置部に設けられており、
前記溶液収容部が前記配置部に収容されると、前記連通部が前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する。
(4)前記連通部は、前記溶液を前記検出装置へ供給する位置を調整する調整部を有する。
(5)前記複数の溶液収容部のうち少なくとも一つの溶液収容部は溶液を充填可能であって、残りの溶液収容部は予め所定の溶液を充填している。
(6)前記溶液収容部を連通させる所定の位置に前記連通部を配置させる操作が一度行われることにより、前記溶液ユニットに備わる複数の前記溶液収容部がそれらそれぞれに対応する前記連通部によって同時に連通する。
(7)本実施形態の溶液供給装置は、樹脂で形成された基板上に設けられ反応液を輸送する流路と、前記流路に設けられた、抗体または抗原を固相した固相部と、前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する検出部と、前記流路が設けられた領域において前記基板に一体に形成された複数の凸部を有する微細凹凸構造と、を有する検出装置に前記反応液を含む複数の溶液を供給する溶液供給装置であって、
前記複数の溶液それぞれを収容する複数の溶液収容部を有する溶液ユニットと、
前記溶液収容部のそれぞれに対して設けられ、前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する複数の連通部を有する連通ユニットと、
を有し、
前記溶液ユニットと前記連通ユニットは、前記連通部が前記溶液収容部を連通するような操作が一度行われることにより、全ての前記溶液収容部が同時に連通されて前記溶液の供給が開始されるように構成されている。
(8)前記連通部は、一方の端部が針状に形成された管であって、前記一方の端部が前記溶液収容部に刺さることで、前記溶液収容部に収容された溶液が前記管を通り前記検出装置へ供給される。
(9)前記連通ユニットは、複数の前記溶液収容部をそれぞれ収容する複数の配置部を有し、
前記連通部がそれぞれの配置部に設けられており、
前記溶液収容部が前記配置部に収容されると、前記連通部が前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する、請求項7または8に記載の溶液供給装置。
(10)前記連通部は、前記溶液を前記検出装置へ供給する位置を調整する調整部を有する。
(11)前記複数の溶液収容部のうち少なくとも一つの溶液収容部は溶液を充填可能であって、残りの溶液収容部は予め所定の溶液を充填している。
(12)本発明の検出セットは、樹脂で形成された基板上に設けられ反応液を輸送する流路と、前記流路に設けられた、抗体または抗原を固相した固相部と、前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する検出部と、前記流路が設けられた領域において前記基板に一体に形成された複数の凸部を有する微細凹凸構造と、を有する検出装置と、
前記検出装置に前記反応液を含む複数の溶液を供給する、上述の溶液供給装置と、を有する。
(13)前記検出部は前記固相部より前記流路の他端側(すなわち下流側)に設けられる。
(14)前記微細凹凸構造は、
前記複数の凸部が相対的に粗に設けられた第1の凹凸部と、
前記複数の凸部が相対的に密に設けられた第2の凹凸部と、
を有し、
前記第1の凹凸部と前記第2の凹凸部は、前記固相部よりも前記流路の一端側(すなわち上流側)に設けられている。
(15)前記第1の凹凸部は、前記第2の凹凸部よりも前記流路の一端側(すなわち上流側)に設けられている。
(16)前記第1の凹凸部と前記第2の凹凸部との境界に前記凸部が設けられていない緩衝領域を有する。
(17)前記第1の凹凸部と前記第2の凹凸部との境界に、段差または傾斜が設けられており、
前記段差または前記傾斜の前記第1の凹凸部側の領域が前記第2の凹凸部側の領域より高い。
(18)前記第1の凹凸部と前記第2の凹凸部との境界に、凹部が設けられた凹部領域を有する。
(19)前記第1の凹凸部と、前記第2の凹凸部とが隣接する場合に、前記第1の凹凸部における前記凸部間のピッチ(P1)と、前記第2の凹凸部における前記凸部間のピッチ(P2)との比(P1/P2)は1.1以上5以下である。
(20)前記凸部が菱形格子状に設けられている領域を有する。
(21)前記凸部が正格子状に設けられている領域を有する。
(22)前記凸部は錐体として設けられている。
(23)前記溶液を前記流路に導入する導入部を更に有し、
前記流路に導入する前記溶液は複数種類の溶液からなり、
前記導入部は、前記複数種類の溶液に応じて複数箇所に設けられている。
(24)前記検出部に電極部が設けられており、
前記検出部は、前記電極部に流れる電流をもとに前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する。
(25)前記電極部は、前記微細凹凸構造の凸部に形成されており、電極部の粗さ曲線の最大山高さRpが0.005μm以上10μm以下であり、かつ、粗さ曲線要素の平均長さRSmが0.01μm以上15μm以下である。
(26)前記電極部は、前記微細凹凸構造の凸部に導体の物質がスパッタリング、真空蒸着、レーザアブレーション及びCVDの少なくとも1種によって形成された導体膜層を有する。
(27)前記電極部は、前記微細凹凸構造の凸部に導体の粒子を含むペーストの印刷層を有する。
(28)前記電極部は、作用極と、前記作用極と離間した対極とを有し、
前記作用極は、流路方向に対して、前記対極と同じ位置または前記対極より上流側に設けられている。
(29)前記対極は、前記流路の幅方向の全体に亘って設けられている。
(30)前記作用極は、前記流路の幅方向の全体に亘って設けられている。
(31)前記作用極は、くし形電極として構成されている。
(32)前記電極部は、更に参照極を有する。
(33)本実施形態の検出方法は、上述の検出セットを用いて液体試料の抗体に対する反応を検出する。
以下、本発明を実施例(実施例1、2)を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例では、膜担体において、微細構造を粗密の異なる複数の領域を有する構成としたときの溶液の流速制御の評価実験を行った。
[実施例1]
本実施例では、膜担体に三色の水溶液を展開した際に溶液が入れ替わっていく様子の定量評価の実験について説明する。
1. 実験
(1)微細構造の変化により溶液展開をコントロールする技術を確認するため、第1の実施形態の図2に示した構成の膜担体3について、第1微細構造領域31、第2微細構造領域32及び第3微細構造領域33の凸部8間距離がそれぞれ25μm、15μm、2μmの3つの領域を連続させた流路2をポリカーボネート(帝人社製 PC-2151)に作製した。製作条件(熱インプリント工程)は次の通りである。
<熱インプリント工程(微細構造の転写)>
下記の熱インプリント工程によって、モールド表面の微細構造を、熱可塑性プラスチックからなる膜状の基材の表面に転写した。熱インプリント工程では、SCIVAX社製のX-300を用いた。熱インプリント工程では、微細構造(複数の凹部)が形成された上記モールドの表面を、熱可塑性プラスチックからなる膜状の基材に当てて、モールド及び基材を加熱しながら加圧した。成型温度は180℃であった。印加圧力は5.5MPaであった。転写時間は5分であった。微細構造の転写後、モールド及び基材へ圧力を印加した状態で、モールド及び基材を140℃まで冷却した。冷却後に圧力を除いた。以上の熱インプリント工程により、実施例1の膜担体を得た。この膜担体は、複数の円錐(微細構造)と平坦部とを含む表面を有していた。膜担体の表面にある凸部(円錐)の形状及びサイズは、モールドに形成された凹部(逆円錐)の形状及びサイズに一致していた。
凸部8は、径4、高さ6がともに30μmの円錐構造である。
膜担体3の縦幅L1は5mm、第1~第3微細構造領域31~33の各横幅L21~L23はそれぞれ20mmである。
(2)第3微細構造領域33の領域の端部に5mmだけ重ねて、Navi-Fluで用いられている吸水パッドを貼り付けた。さらに、微細構造間距離が変化するポイント(図2の第1境界41、第2境界42に対応する位置)にNavi-Fluで用いられているコンジュゲートパッドを固定し試験片を作製した。図10に作成した試験片の写真を示す。
(3)コンジュゲートパッドは、吸水パッドに近い順に「1」「2」「3」と番号を付け、それぞれのパッドに表1に示した組成の水溶液を滴下した。滴下液量は吸水パッドまでの距離や展開中に途中のコンジュゲートパッドにトラップされる量を考慮して定めた。なお、本実験のオペレーション及び結果検証を簡単にするため10秒ごとに「1」「2」「3」の順にパッドに滴下した。
Figure 0007675194000001
(4)各色の溶液が展開されていく様子を動画撮影し、滴下箇所1と吸水パッドとの中間点の色変化を画像解析した。
2.結果
撮影した動画を10秒ごとに画像化し、画像解析ソフト(ソフト名「Image J」)に取り込んだ。試験開始から30、140、310秒後の画像を図11に示す。図11(a)が30秒後の画像、図11(b)が140秒後の画像、図11(c)が310秒後の画像である。
滴下箇所1と吸水パッドとの中間点に測定点を定め、その点のRGB表示データを記録した。次に式1に従ってRGB各色の成分割合を算出した。例として、赤(R)、緑(G)、青(B)の各水溶液の換算データを表2に示す。
(R or G or Bの成分割合)=(R or G or B数値)/(R数値+G数値+B数値)
…式1
Figure 0007675194000002
図12に、経過時間と測定ポイントのRGB成分割合のプロットをしたグラフを示す。図12に示す結果から、時間経過に従って緑→赤→青と変化していく様子を数値化できることが確認できる。
さらに、検査結果と流れの様子を定量的に評価するために、混合割合を定量評価する方法として、次の式2を検討した。これは、各測定点のRGB成分割合は、表2の単色の成分割合をどの程度ずつ混合すると実現できるかを求めたものである。実測値と計算値の誤差εを最小とするために表計算ソフトExcelのソルバー機能を用いた。
ε=|R_r x+G_r y+B_r z-r|+|R_g x+G_g y+B_g z-g|+|R_b x+G_b y+B_b z-b|
…式2
式2で表されるεを最小化するようなx、y、zを求める。
ここでR_r, R_g, R_bはそれぞれ赤溶液のR、G、B成分割合を示す。G、Bはそれぞれ緑溶液、青溶液について同様の意味である。r、g、bはそれぞれ測定ポイントのR、G、B成分割合実測値である。x、y、zはそれぞれ測定ポイントでの赤、緑、青溶液の混合割合であり、x+y+z=1となるよう制限した。
式2を用いて図12のデータを解析した結果、各溶液の混合割合を図13のようにあらわすことができた。
以上の結果から、画像解析によって溶液の混合割合の時間変化を定量的に評価した。すなわち、膜担体の各領域の微細構造の粗密状態(凸部の間隔)を適切に設定することで、膜担体の流路の溶液の移動速度を調整でき、複数の溶液を展開できることが確認できた。
インプリントシートの代わりにニトロセルロースを用いて同様の試験及び評価を実施した結果(比較例)を図14に示す。インプリントシートの場合は構造(凸部)が円錐状であるため直上から流路内の溶液を観察可能だが、ニトロセルロースは不織布状であり最表面の色変化しか観察できていない点に留意して結果を考察する。
図13(インプリントシートの実施例)と比較すると、試験時間が大きく異なることが分かる。これはインプリントシートとニトロセルロースの展開流速の違いが表れたものであり、迅速に展開溶液を入れ替えるという点については流速の大きなインプリントシートが有利であることが確認できた。ニトロセルロースの全長を調整することで試験時間の短縮を図ることができるが、その場合同時に滴下した溶液同士が混ざり合ってしまうリスクが高まってしまう。実際に全長と滴下液量を半分にした試験では溶液が混合した。構造を工夫することで短時間判定かつ溶液の混ざり合わないデバイスを作製できる可能性はあるが、流速の調整などが行えないため設計自由度が低い。その点、実施例1で示したようなインプリントシートで膜担体を構成した場合、流速の調整等の自由度が高い。
3.まとめ
実施例1によると、インプリントシートの膜担体の場合、微細構造や材質の調整で流速が制御可能であり、市場のニーズに対して柔軟に対応することができる。
[実施例2]
1. 実験
(1)微細構造の変化により溶液展開をコントロールする技術を確認するため、第2の実施形態の図7に示した構成の膜担体103について、第1微細構造領域131、第2微細構造領域132、第3微細構造領域133及び第4微細構造領域134の凸部8の頂点間距離がそれぞれ105μm、60μm、80μm、30μmとした4つの領域を有する流路をポリカーボネート(帝人社製 PC-2151)に作製した。製作条件は実施例1と同じである。図15(a)に流路を側面から見た模式図を、図15(b)に実際に作成した試験片の上面図(写真)を示す。
凸部8は、径4、高さ6がともに32μmの円錐構造である。
膜担体103の縦幅L1は5mm、第1微細構造領域131の横幅L201=15mm、第2微細構造領域132の横幅L202=30mm、第3微細構造領域133の横幅L203=45mm、第4微細構造領域134の横幅L204=40mmである。
側面視で、第2微細構造領域132、第3微細構造領域133及び第4微細構造領域134は、傾斜角度2.2°の傾斜を付けている。
第1境界141は、緩衝領域が無い第1微細構造領域131と第2微細構造領域132とが連続した境界である。
第2境界142は、緩衝領域(未加工領域)の幅L31=0.15mmである。
第3境界143は、緩衝領域(未加工領域)の幅L32=0.20mmである。
(2)実験1(RGB画像解析):
実験1では、実施例1と同様の実験・解析方法により、所定のポイントの色変化をRGB成分から解析して、液体が入れ替わっていく様子を定量的に確認した。
具体的には、最下流(図示の第4微細構造領域134の右側端部)から5mmのポイントの色変化をRGB成分から解析した。すなわち、各溶液のRGB成分割合をもとに、展開中の溶液混合割合を評価した。図16に評価結果のグラフを示す。これは実施例1の図13に対応するものであり、時間の経過とともに、割合が大きい成分が、緑成分(G)、赤成分(R)、青成分(B)と変化していくことが確認できた。
(3)実験2(CRP検出性能評価):
本実験では、図15(a)に示すように、溶液の展開工程として次のような、洗浄液10μLを第4微細構造領域134に滴下し、10秒後にCRP溶液10μLを第3微細構造領域133に滴下し、1分後に蛍光標識液15μLを第2微細構造領域132に滴下し、最後に2分後に洗浄液30μLを第1微細構造領域131に滴下した。最後の溶液(洗浄液)を滴下して10分後に蛍光強度を測定した。
使用した溶液は次の通りである。
洗浄液:2wt% Triton X-100入りPBS
CRP溶液:洗浄液とCRP溶液を所定の濃度で混合した溶液
蛍光標識液:洗浄液と蛍光標識抗CRP抗体溶液を抗体濃度30μg/mLとなるように混合した溶液
図17にCRP濃度ごとの蛍光体強度を示す。また、図18に蛍光強度を観察したときの画像を示す。図18(a)はCRP濃度が0ng/mLのときのもので、図18(b)はCRP濃度が10ng/mLのときのものである。図17及び図18で示す結果から、CRP濃度が1ng/mL以上の濃度で、CRP濃度依存的な蛍光強度が得られた。このことから、上記のような複数の微細構造を有する膜担体を電気化学検出(電気化学イムノクロマト)に適用することで、所望の検出対象物質を電気的に測定することができる。
[実施例3]
1. 実験
(1)試験片(膜担体103)
実施例3では、試験系を実際の使用状態に近づける目的で、実施例2の実験2の試験条件を一部変更し、検体溶液にヒト血清を混合させたCRP検出試験を実施した。
図7に対応する試験片(膜担体103)の構造は、第1微細構造領域131、第2微細構造領域132、第3微細構造領域133及び第4微細構造領域134の凸部8の頂点間距離がそれぞれ100μm、60μm、95μm、30μmとした4つの領域を有する流路をポリカーボネート(帝人社製 PC-2151)に作製した。製作条件は実施例1及び実施例2と同じである。
図21に試験片(流路)を側面から見た模式図を示す。試験片として、36サンプル用意した。凸部8は、径4、高さ6がともに32μmの円錐構造である。
膜担体103の縦幅L1は5mm、第1微細構造領域131の横幅L201=36.95mm、第2微細構造領域132の横幅L202=5mm、第3微細構造領域133の横幅L203=40mm、第4微細構造領域134の横幅L204=40mmである。
側面視で、第2微細構造領域132、第3微細構造領域133及び第4微細構造領域134は、傾斜角度2.1°の傾斜を付けている。
第1境界141は、緩衝領域が無い第1微細構造領域131と第2微細構造領域132とが連続した境界である。
第2境界142は、緩衝領域(未加工領域)の幅L31=0.15mmである。
第3境界143は、緩衝領域(未加工領域)の幅L32=0.15mmである。
(2)抗体固相
試験片の最下流端から17.5mm位置に抗CRP抗体固相溶液を1μL滴下し、45℃雰囲気で1時間乾燥させることで抗CRP抗体を25ng固相した。
図21のように流路に2.1°の傾斜を設け、異なる滴下箇所からCRP溶液、蛍光標識抗CRP抗体溶液(展開溶液中、蛍光標識抗CRP抗体濃度45μg/mL)、展開溶液(2wt% Triton X-100入りPBS)の順に展開した。使用したCRP溶液の組成は表3に示す。展開液量と溶液滴下の間隔は表4に示す。また各試験はn=3で実施した。
すべての溶液を展開してから10分後、吸水パッドとインプリントシート(膜担体103)を切り離して溶液の逆流を防止してから、抗体固相部の蛍光強度を測定した。
2.結果
各試験の蛍光強度測定結果を図22に示す。ここに示した蛍光強度は、抗体固相部の蛍光強度からその周囲のバックグラウンド蛍光強度を差し引いた値である。なお図22(a)では蛍光強度測定時の露光時間を1秒とし、図22(b)では1/6秒とした。
血清の有無にかかわらず、同等の最小検出感度と3ケタ以上の測定レンジ(検出レンジ)を達成できた。
なお、血清の存在により蛍光強度が小さくなる傾向があった。これは、血清中のたんぱく質(~80mg/mL)が、抗体とCRPとの反応を阻害したと推測される。
実施例3では、簡単のため、作業者1名が3種の溶液を連続して滴下した場合に機能する流路を設計したが、本実施例の設計を、冶具などを用いて同時に3種の溶液を滴下した場合に機能する流路設計に修正することは容易である。
具体的には、CRP溶液を滴下してから蛍光標識抗CRP抗体溶液を滴下するまでの6秒の時間差を調整するためには、第3微細構造領域133での流速をV(mm/s)とすれば、第3微細構造領域133の流路長を6×Vmmだけ長くすればよい。CRP溶液を滴下してから展開液を滴下するまでの時間差も、同様の考え方で第1微細構造131の流路長を長くすれば調整可能である。
以上のように、実施例3の流路設計を軽微に修正すれば、冶具などを用いて同時に3種の溶液を滴下した場合にも同等の検出性能が得られることは明確であるといえる。
また実施例2および3では、好ましい実施例として、互いに流速の異なる複数種の微細構造領域を有するものを示した。一方で、単一の微細構造領域を有する膜担体についても、第3の実施形態の溶液の逆流防止構造(図9参照)を適用し、同等の効果を得ることが可能である。言い換えれば、膜担体に第3の実施形態の溶液の逆流防止構造を適用した場合、流速を制御せずとも固相部および検出部に複数種の溶液を順に展開することが可能であり、実施例2および3と同等の検出性能を得ることができる。なおこの場合は、溶液同士の接触とそれに伴う混合が生じるまでの時間を実施例2および3と同等とするために、流路最上流部から第1境界141までの流路長と、第1境界141から第2境界142までの流路長と、第2境界142から第3境界143までの流路長とを、実施例2および3に比して長くする必要がある。
Figure 0007675194000003
Figure 0007675194000004
[実施例4]
実施例4では、実施例1から3の結果を踏まえ、インプリントシート上での電気化学検出試験を実施した。なお、本実施例では、電気化学検出が適切に行えるかいなかを確認する観点から、全ての溶液を第4微細構造領域134の同じ位置に滴下タイミングを変えて滴下した。
1. 実験
(1)試験片(膜担体103)
実施例3で作成した試験片と同じ構造の膜担体103を用意した。膜担体103の縦幅L1は5mm、第1微細構造領域131の横幅L201=36.95mm、第2微細構造領域132の横幅L202=5mm、第3微細構造領域133の横幅L203=40mm、第4微細構造領域134の横幅L204=40mmである。
(2)電極部(作用極、対極)
SUS板にポリイミドテープを貼った基板上にインプリントシートを貼り、電極部20として電極形状に加工したマスク越しに金を真空蒸着した。
電極形状は次の通りである。
作用電極・・・ 1mm×5mm(流路幅)
対極・・・ 3mm×5mm(流路幅)
電極間のギャップ・・・ 0.5mm
電極位置・・・対極の下流端が、流路の最下流端から15.5mm位置
(3)抗体固相
作用電極より5mm上流位置に、実施例3と同様に、抗CRP抗体固相溶液を1μL滴下し、45℃雰囲気で1時間乾燥させることで抗CRP抗体を25ng固相した。
(4)測定装置
銀ペースト(ドータイトD-550)で電極部20(作用極、対極)と基板の導通をとり、基板を電気化学測定装置(Solartron製1252A)のワニ口クリップで挟んで測定した。作用極と対極との間に+50mVの電位をかけて溶液展開し、電流値を時間に対しプロットした(図24参照)。
(5)溶液滴下タイミング及び滴下溶液
図23は実施例4の溶液滴下タイミングを示したチャート図である。
まず、洗浄液10μLを滴下した(第1工程S11)。第1工程S11から2分後、CRP、ALP標識CRP混合溶液10μLを滴下した(第2工程S12)。さらに、第2工程S12から2分後、洗浄液(4%)10μLを滴下した(第3工程S13)。最後に、第3工程S13から3分後、p-アミノフェニルリン酸Na溶液10μLを滴下した(第4工程S14)。
滴下した溶液は以下の通りである。
洗浄液…2wt% Triton X-100入りPBS
ALP標識CRP…市販のCRPを標識キット(同仁化学研究所製LK13)で標識
CRP、ALP標識CRP混合溶液…CRP及びALP標識CRPを所定の濃度になるように洗浄液に懸濁
洗浄液(4%)…4wt% Triton X-100入りPBS
p-アミノフェニルリン酸Na溶液…p-アミノフェニルリン酸Naを5mM濃度となるよう洗浄液に溶解
2.結果
図24に測定結果を示す。図24(a)はCRP、ALP標識CRP混合溶液のCRP濃度を0μg/mL、ALP-CRP濃度を1.25μg/mLとしたときの結果であり、図24(b)は上記混合溶液のCRP濃度を12.5μg/mL、ALP-CRP濃度を1.25μg/mLとしたときの結果である。図示のように、溶液の滴下タイミング及びCRP濃度を反映した電流値が検出された。
この出願は、2021年8月27日に出願された日本出願特願2021-139004号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
1 検査セット
2 流路
3、103、203、303、403、503、603、703 膜担体
3x 洗浄液ゾーン
3y 検知ゾーン
3z 液滴ゾーン
8 凸部
18 検査キット
18a 筐体
18b 第一開口部
18c 第二開口部
18d 第三開口部
20 電極部
21 計測装置
25 作用極
26 対極
27 参照極
31、131、231、331、431、531、631、731 第1微細構造領域
32、132、232、332、432、532、632、732 第2微細構造領域
33、133 第3微細構造領域
134 第4微細構造領域
41、141、241 第1境界
42、142 第2境界
143 第3境界
50、150 固相部
51 抗体
60 溶液供給装置
70 連通ユニット
71 フレーム
72 プレート
73 フレーム下端部
75 配置部
75a~75c 第1~第3の配置部
76、86 底面
77 連通部
77a~77c 第1~第3の連通部
79 針先
80 溶液ユニット
82 プレート
85 溶液収容部
85a~85c 第1~第3の溶液収容部
87a~87b 第1~第2の蓋部
98a~98c 第1~第3の溶液
341、441 傾斜部
541 凹部

Claims (31)

  1. 樹脂で形成された基板上に設けられ反応液を輸送する流路と、前記流路に設けられた、抗体または抗原を固相した固相部と、前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する検出部と、前記流路が設けられた領域において前記基板に一体に形成された複数の凸部を有する微細凹凸構造と、を有する検出装置に前記反応液を含む複数の溶液を供給する溶液供給装置であって、
    前記複数の溶液それぞれを収容する複数の溶液収容部を有する溶液ユニットと、
    前記溶液収容部のそれぞれに対して設けられ、前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する複数の連通部を有する連通ユニットと、
    前記連通部を、前記溶液収容部を連通する所定の位置に配置させる位置決め部と、
    を有し、
    前記連通部は、一方の端部が針状に形成された管であって、前記一方の端部が前記溶液収容部に刺さることで、前記溶液収容部に収容された溶液が前記管を通り前記検出装置へ供給される、溶液供給装置。
  2. 樹脂で形成された基板上に設けられ反応液を輸送する流路と、前記流路に設けられた、抗体または抗原を固相した固相部と、前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する検出部と、前記流路が設けられた領域において前記基板に一体に形成された複数の凸部を有する微細凹凸構造と、を有する検出装置に前記反応液を含む複数の溶液を供給する溶液供給装置であって、
    前記複数の溶液それぞれを収容する複数の溶液収容部を有する溶液ユニットと、
    前記溶液収容部のそれぞれに対して設けられ、前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する複数の連通部を有する連通ユニットと、
    前記連通部を、前記溶液収容部を連通する所定の位置に配置させる位置決め部と、
    を有し、
    前記連通ユニットは、前記位置決め部として機能するとともに、複数の前記溶液収容部をそれぞれ収容する複数の配置部を有し、
    前記連通部がそれぞれの配置部に設けられており、
    前記溶液収容部が前記配置部に収容されると、前記連通部が前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する、溶液供給装置。
  3. 樹脂で形成された基板上に設けられ反応液を輸送する流路と、前記流路に設けられた、抗体または抗原を固相した固相部と、前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する検出部と、前記流路が設けられた領域において前記基板に一体に形成された複数の凸部を有する微細凹凸構造と、を有する検出装置に前記反応液を含む複数の溶液を供給する溶液供給装置であって、
    前記複数の溶液それぞれを収容する複数の溶液収容部を有する溶液ユニットと、
    前記溶液収容部のそれぞれに対して設けられ、前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する複数の連通部を有する連通ユニットと、
    前記連通部を、前記溶液収容部を連通する所定の位置に配置させる位置決め部と、
    を有し、
    前記連通部は、前記溶液を前記検出装置へ供給する位置を調整する調整部を有する、溶液供給装置。
  4. 前記複数の溶液収容部のうち少なくとも一つの溶液収容部は溶液を充填可能であって、残りの溶液収容部は予め所定の溶液を充填している、請求項1から3までのいずれか1項に記載の溶液供給装置。
  5. 前記溶液収容部を連通させる所定の位置に前記連通部を配置させる操作が一度行われることにより、前記溶液ユニットに備わる複数の前記溶液収容部がそれらそれぞれに対応する前記連通部によって同時に連通する、請求項1から3までのいずれか1項に記載の溶液供給装置。
  6. 樹脂で形成された基板上に設けられ反応液を輸送する流路と、前記流路に設けられた、抗体または抗原を固相した固相部と、前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する検出部と、前記流路が設けられた領域において前記基板に一体に形成された複数の凸部を有する微細凹凸構造と、を有する検出装置に前記反応液を含む複数の溶液を供給する溶液供給装置であって、
    前記複数の溶液それぞれを収容する複数の溶液収容部を有する溶液ユニットと、
    前記溶液収容部のそれぞれに対して設けられ、前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する複数の連通部を有する連通ユニットと、
    を有し、
    前記溶液ユニットと前記連通ユニットは、前記連通部が前記溶液収容部を連通するような操作が一度行われることにより、全ての前記溶液収容部が同時に連通されて前記溶液の供給が開始されるように構成されており
    前記連通部は、一方の端部が針状に形成された管であって、前記一方の端部が前記溶液収容部に刺さることで、前記溶液収容部に収容された溶液が前記管を通り前記検出装置へ供給される、溶液供給装置。
  7. 樹脂で形成された基板上に設けられ反応液を輸送する流路と、前記流路に設けられた、抗体または抗原を固相した固相部と、前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する検出部と、前記流路が設けられた領域において前記基板に一体に形成された複数の凸部を有する微細凹凸構造と、を有する検出装置に前記反応液を含む複数の溶液を供給する溶液供給装置であって、
    前記複数の溶液それぞれを収容する複数の溶液収容部を有する溶液ユニットと、
    前記溶液収容部のそれぞれに対して設けられ、前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する複数の連通部を有する連通ユニットと、
    を有し、
    前記溶液ユニットと前記連通ユニットは、前記連通部が前記溶液収容部を連通するような操作が一度行われることにより、全ての前記溶液収容部が同時に連通されて前記溶液の供給が開始されるように構成されており
    前記連通部は、前記溶液を前記検出装置へ供給する位置を調整する調整部を有する、溶液供給装置。
  8. 前記連通ユニットは、複数の前記溶液収容部をそれぞれ収容する複数の配置部を有し、
    前記連通部がそれぞれの配置部に設けられており、
    前記溶液収容部が前記配置部に収容されると、前記連通部が前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する、請求項6または7に記載の溶液供給装置。
  9. 前記複数の溶液収容部のうち少なくとも一つの溶液収容部は溶液を充填可能であって、残りの溶液収容部は予め所定の溶液を充填している、請求項6または7に記載の溶液供給装置。
  10. 樹脂で形成された基板上に設けられ反応液を輸送する流路と、前記流路に設けられた、抗体または抗原を固相した固相部と、前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する検出部と、前記流路が設けられた領域において前記基板に一体に形成された複数の凸部を有する微細凹凸構造と、を有する検出装置と、
    前記検出装置に前記反応液を含む複数の溶液を供給する、請求項1、2、3、6および7のいずれか1項に記載の溶液供給装置と、
    を有する検出セット。
  11. 前記検出部は前記固相部より前記流路の他端側に設けられる、請求項10に記載の検出セット。
  12. 前記微細凹凸構造は、
    前記複数の凸部が相対的に粗に設けられた第1の凹凸部と、
    前記複数の凸部が相対的に密に設けられた第2の凹凸部と、
    を有し、
    前記第1の凹凸部と前記第2の凹凸部は、前記固相部よりも前記流路の一端側に設けられている、
    請求項10に記載の検出セット。
  13. 前記第1の凹凸部は、前記第2の凹凸部よりも前記流路の一端側に設けられている、請求項12に記載の検出セット。
  14. 前記第1の凹凸部と前記第2の凹凸部との境界に前記凸部が設けられていない緩衝領域を有する、請求項12に記載の検出セット。
  15. 前記第1の凹凸部と前記第2の凹凸部との境界に、段差または傾斜が設けられており、
    前記段差または前記傾斜の前記第1の凹凸部側の領域が前記第2の凹凸部側の領域より高い、請求項12に記載の検出セット。
  16. 前記第1の凹凸部と前記第2の凹凸部との境界に、凹部が設けられた凹部領域を有する、請求項12に記載の検出セット。
  17. 前記第1の凹凸部と、前記第2の凹凸部とが隣接する場合に、前記第1の凹凸部における前記凸部間のピッチ(P1)と、前記第2の凹凸部における前記凸部間のピッチ(P2)との比(P1/P2)は1.1以上5以下である、請求項12に記載の検出セット。
  18. 前記溶液を前記流路に導入する導入部を更に有し、
    前記流路に導入する前記溶液は複数種類の溶液からなり、
    前記導入部は、前記複数種類の溶液に応じて複数箇所に設けられている、
    請求項10に記載の検出セット。
  19. 前記検出部に電極部が設けられており、
    前記検出部は、前記電極部に流れる電流をもとに前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する、
    請求項10に記載の検出セット。
  20. 樹脂で形成された基板上に設けられ反応液を輸送する流路と、前記流路に設けられた、抗体または抗原を固相した固相部と、前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する検出部と、前記流路が設けられた領域において前記基板に一体に形成された複数の凸部を有する微細凹凸構造と、を有する検出装置と、
    前記検出装置に前記反応液を含む複数の溶液を供給する溶液供給装置と、
    を有し、
    前記溶液供給装置は、
    前記複数の溶液それぞれを収容する複数の溶液収容部を有する溶液ユニットと、
    前記溶液収容部のそれぞれに対して設けられ、前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する複数の連通部を有する連通ユニットと、
    前記連通部を、前記溶液収容部を連通する所定の位置に配置させる位置決め部と、
    を有し、
    前記微細凹凸構造は、
    前記複数の凸部が相対的に粗に設けられた第1の凹凸部と、
    前記複数の凸部が相対的に密に設けられた第2の凹凸部と、
    を有し、
    前記第1の凹凸部と前記第2の凹凸部は、前記固相部よりも前記流路の一端側に設けられている、検出セット。
  21. 樹脂で形成された基板上に設けられ反応液を輸送する流路と、前記流路に設けられた、抗体または抗原を固相した固相部と、前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する検出部と、前記流路が設けられた領域において前記基板に一体に形成された複数の凸部を有する微細凹凸構造と、を有する検出装置と、
    前記検出装置に前記反応液を含む複数の溶液を供給する溶液供給装置と、
    を有し、
    前記溶液供給装置は、
    前記複数の溶液それぞれを収容する複数の溶液収容部を有する溶液ユニットと、
    前記溶液収容部のそれぞれに対して設けられ、前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する複数の連通部を有する連通ユニットと、
    前記連通部を、前記溶液収容部を連通する所定の位置に配置させる位置決め部と、
    を有し、
    前記凸部が菱形格子状に設けられている領域を有する、検出セット。
  22. 樹脂で形成された基板上に設けられ反応液を輸送する流路と、前記流路に設けられた、抗体または抗原を固相した固相部と、前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する検出部と、前記流路が設けられた領域において前記基板に一体に形成された複数の凸部を有する微細凹凸構造と、を有する検出装置と、
    前記検出装置に前記反応液を含む複数の溶液を供給する溶液供給装置と、
    を有し、
    前記溶液供給装置は、
    前記複数の溶液それぞれを収容する複数の溶液収容部を有する溶液ユニットと、
    前記溶液収容部のそれぞれに対して設けられ、前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する複数の連通部を有する連通ユニットと、
    前記連通部を、前記溶液収容部を連通する所定の位置に配置させる位置決め部と、
    を有し、
    前記凸部が正格子状に設けられている領域を有する、検出セット。
  23. 樹脂で形成された基板上に設けられ反応液を輸送する流路と、前記流路に設けられた、抗体または抗原を固相した固相部と、前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する検出部と、前記流路が設けられた領域において前記基板に一体に形成された複数の凸部を有する微細凹凸構造と、を有する検出装置と、
    前記検出装置に前記反応液を含む複数の溶液を供給する溶液供給装置と、
    を有し、
    前記溶液供給装置は、
    前記複数の溶液それぞれを収容する複数の溶液収容部を有する溶液ユニットと、
    前記溶液収容部のそれぞれに対して設けられ、前記溶液収容部の内外を連通させて前記溶液を前記検出装置へ供給する複数の連通部を有する連通ユニットと、
    前記連通部を、前記溶液収容部を連通する所定の位置に配置させる位置決め部と、
    を有し、
    前記凸部は錐体として設けられている、検出セット。
  24. 前記第1の凹凸部は、前記第2の凹凸部よりも前記流路の一端側に設けられている、請求項20に記載の検出セット。
  25. 前記第1の凹凸部と前記第2の凹凸部との境界に前記凸部が設けられていない緩衝領域を有する、請求項20に記載の検出セット。
  26. 前記第1の凹凸部と前記第2の凹凸部との境界に、段差または傾斜が設けられており、
    前記段差または前記傾斜の前記第1の凹凸部側の領域が前記第2の凹凸部側の領域より高い、請求項20に記載の検出セット。
  27. 前記第1の凹凸部と前記第2の凹凸部との境界に、凹部が設けられた凹部領域を有する、請求項20に記載の検出セット。
  28. 前記第1の凹凸部と、前記第2の凹凸部とが隣接する場合に、前記第1の凹凸部における前記凸部間のピッチ(P1)と、前記第2の凹凸部における前記凸部間のピッチ(P2)との比(P1/P2)は1.1以上5以下である、請求項20に記載の検出セット。
  29. 前記溶液を前記流路に導入する導入部を更に有し、
    前記流路に導入する前記溶液は複数種類の溶液からなり、
    前記導入部は、前記複数種類の溶液に応じて複数箇所に設けられている、
    請求項20に記載の検出セット。
  30. 前記検出部に電極部が設けられており、
    前記検出部は、前記電極部に流れる電流をもとに前記反応液の前記抗体または前記抗原に対する反応を検出する、
    請求項20に記載の検出セット。
  31. 請求項10および20~23のいずれか1項に記載の検出セットを用いて液体試料の抗体に対する反応を検出する検出方法。
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