(57)【要約】  ターゲット分子を迅速にかつ低コストで、高感度に定量する検出する化学分析装置を提供する。検体に含まれるターゲット分子と相互作用する分子鋳型ポリマーによりターゲット分子を捕捉する捕捉体６１を収容する前処理部６０と、前処理部６０に検体を供給する検体導入部６２と、捕捉体６１からターゲット分子を脱離させる脱離液を前処理部６０に供給する脱離液供給部６７と、脱離液により捕捉体６１から脱離されたターゲット分子を定量する定量部６５と、を有する化学分析装置６００である。
2017046836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検体に含まれるターゲット分子と相互作用する分子鋳型ポリマーにより前記ターゲット分子を捕捉する捕捉体を収容する前処理部と、
前記前処理部に検体を供給する検体導入部と、
前記捕捉体から前記ターゲット分子を脱離させる脱離液を前記前処理部に供給する脱離液供給部と、
前記脱離液により前記捕捉体から脱離された前記ターゲット分子を定量する定量部と、を有することを特徴とする化学分析装置。
【請求項２】
前記前処理部は、前記捕捉体として、表面に前記分子鋳型ポリマーを有する分子鋳型ポリマー微粒子を収容することを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
【請求項３】
前記前処理部は、前記分子鋳型ポリマー微粒子として、コア層として磁性ビーズを有し、シェル層として前記分子鋳型ポリマーの層を有するコアシェル型の微粒子を収容することを特徴とする請求項２に記載の化学分析装置。
【請求項４】
前記前処理部は、前記分子鋳型ポリマー微粒子として、前記磁性ビーズと前記分子鋳型ポリマーの層との間に、ポリスチレンの層が介設されているコアシェル型の微粒子を収容することを特徴とする請求項３に記載の化学分析装置。
【請求項５】
前記前処理部は、
前記捕捉体を通過した検体を排出する排出流路と、
前記捕捉体を通過した脱離液を前記定量部に送出する送出流路と、
前記排出流路と前記送出流路とを切り替える切り替え部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
【請求項６】
前記前処理部は、
前記検体導入部から供給された検体に含まれる前記ターゲット分子を前記捕捉体により捕捉して該ターゲット分子を濃縮する濃縮部と、
前記脱離液供給部から供給された脱離液により、前記捕捉体から前記ターゲット分子を脱離させて抽出する抽出部と、
前記濃縮部と前記抽出部とを接続する搬送路と、を有することを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
【請求項７】
前記化学分析装置は、前記捕捉体を洗浄する洗浄剤を前記前処理部に供給する洗浄剤供給部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
【請求項８】
前記前処理部は、二枚の板材を重ね合わせて構成され、かつ前記板材の間に前記捕捉体を収容する前処理チップであり、
前記板材の重ね合わせ面には、前記検体供給部と前記脱離剤供給部とを兼ねる液体供給部と、前記液体供給部から供給された液体を排出する排出部と、前記液体供給部から供給された液体を前記定量部に送出する送出部とが、それぞれ溝部として形成され、かつ前記液体供給部と前記排出部とを接続する第１の流路パターンと、前記液体供給部と前記送出部とを接続する第２の流路パターンとが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
【請求項９】
前記前処理部は、前記ターゲット分子としてステロイドホルモンを捕捉する捕捉体を収容することを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学分析装置に関し、特にステロイドホルモンの検出に使用される化学分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
臨床検査、環境、衛生、防災等の分野で管理すべき化学物質は非常に多岐に渡り、その種類も極めて多い。例えば、ホルモン分子や、内分泌攪乱物質、工場跡地の土壌汚染物質、建築資材から発生するアスベスト、食品や容器、若しくはそれらの製造装置から発生する異臭や異味の原因となる化学物質等が挙げられる。そのような化学物質の多くは低分子であり、通常測定物中に極めて微量しか含まれていない。しかしながら、それらの化学物質を迅速に、また高感度に検出することは各分野での安全性等を確保する上で極めて重要な作業である。【０００３】
測定現場では、目的の化学物質をその場で高感度に検出できる測定手法が求められている。さらに測定現場では、測定装置の小型化も求められている。【０００４】
このような要求に対応する技術として、例えば特許文献１には、分子鋳型を含む捕捉体に選択的に捕捉されたステロイドホルモンを捕捉量計測部により定量する化学物質検出装置が開示されている。また、特許文献２には、ステロイドホルモンを捕捉する捕捉体として、分子鋳型ポリマーを有するポリマー微粒子を用いる技術が開示されている。【０００５】
これらの技術は、分子鋳型を用いて特定の化学物質を選択的に捕捉することで、検出対象物（以下、ターゲット分子と示す。）に合わせた分離工程や濃縮工程を行わなくても、目的の化学物質を迅速に検出することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２０１３／０４６８２６号公報
【特許文献２】特開２０１４−２１９３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び特許文献２に記載の技術では、例えばプラズモン共鳴測定法、水晶振動子バランス測定法等の手法により、捕捉体を含む検体に対して入射させたレーザー光の共鳴角の変化量や、検体に接触させた水晶振動子の共振周波数の変化量等を測定することで、捕捉体に捕捉されたステロイドホルモンを間接的に定量している。しかしながら、上記した手法によりステロイドホルモンを定量したときには、ステロイドホルモン以外の、所謂ノイズ成分の影響を受け易い。このため、特許文献１及び特許文献２に記載の技術では、Ｓ／Ｎ（シグナル・ノイズ比）を高めるのは困難である。【０００８】
本発明の目的は、ターゲット分子を迅速にかつ低コストで、高感度に定量する化学分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る化学分析装置の好ましい実施形態としては、検体に含まれるターゲット分子と相互作用する分子鋳型ポリマーにより前記ターゲット分子を捕捉する捕捉体を収容する前処理部と、前記前処理部に検体を供給する検体導入部と、前記捕捉体から前記ターゲット分子を脱離させる脱離液を前記前処理部に供給する脱離液供給部と、前記脱離液により前記捕捉体から脱離された前記ターゲット分子を定量する定量部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ターゲット分子を迅速にかつ低コストで、高感度に定量する化学分析装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１に係る化学分析装置６００の概略構成を示す図である。
【図２】分子鋳型ポリマーの代表的な製造方法を模式的に示す図である。
【図３】分子鋳型ポリマー微粒子を示す図であり、（ａ）は分子鋳型ポリマー微粒子の断面を模式的に示す図、（ｂ）は分子鋳型ポリマー微粒子のＳＥＭ像を示す図である。
【図４】実施例２に係る化学分析装置７００の概略構成を示す図である。
【図５】実施例３に係る化学分析装置５００の概略構成を示す図である。
【図６】前処理部を用いた前処理工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための形態について説明する。なお、本発明はこれらの実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の態様で実施しうる。
【実施例１】
【００１３】
図１に、実施例１に係る化学分析装置６００の概略構成を示す。  
化学分析装置６００は、検体に含まれるターゲット分子と相互作用する分子鋳型ポリマーを備える分子鋳型ポリマー微粒子６１を内部に収容する前処理部６０を有している。前処理部６０は、例えばガラスやＰＤＭＳ、アクリル等の樹脂により構成されている。分子鋳型ポリマー微粒子６１は、分子鋳型ポリマーによりターゲット分子を捕捉する捕捉体としての機能を有しており、詳細は後述する。【００１４】
前処理部６０には、前処理部６０に検体を導入する検体導入部６２と、分子鋳型ポリマー微粒子６１を洗浄する洗浄剤を前処理部６０に供給する洗浄剤供給部６３とが、それぞれ流路６２１、流路６３１により接続されている。また、前処理部６０には、分子鋳型ポリマー微粒子６１からターゲット分子を脱離させる脱離液を前処理部６０に供給する脱離液供給部６７が、流路６７１により接続されている。【００１５】
前処理部６０には、さらにドレイン６６が排出流路６６１により接続されており、定量部６５が送出流路６５１により接続されている。排出流路６６１と送出流路６５１とは、切り替え部６４により切り替え可能に接続されている。【００１６】
定量部６５は、分子鋳型ポリマー微粒子６１から脱離されたターゲット分子を定量するものであり、例えば液体クロマトグラフ、質量分析装置、液体クロマトグラフィ−質量分析装置、分光光度計、生化学・免疫自動分析装置等を用いることができる。【００１７】
検体導入部６２から流路６２１により前処理部６０に検体が注入されると、検体中に含まれるターゲット分子は、分子鋳型ポリマー微粒子６１に捕捉され、前処理部６０内に留まり濃縮される。【００１８】
前処理部６０を通過した検体は、切り替え部６４により、不要な微粒子などの夾雑物と共に排出流路６６１に通液され、ドレイン６６から排出される。前処理部６０への検体の通液が終了した後、前処理部６０には、洗浄液供給部６３から流路６３１により洗浄液が供給される。洗浄液は、前処理部６０を通過する過程で、分子鋳型ポリマー微粒子６１の表面や、前処理部６０の内壁を洗浄する。前処理部６０を通過した後の洗浄液は、排出流路６６１を通ってドレイン６６から排出される。【００１９】
次いで、切り替え部６４を流路６５１側に切り変えた後、脱離液供給部６７から流路６７１により、前処理部６０に脱離液を通液する。これにより、ターゲット分子が分子鋳型ポリマー微粒子６１から脱離し、脱離液に抽出される。前処理部６０を通過した脱離液は、切り替え部６４を経由して、送出流路６５１により定量部６５に送液される。【００２０】
その結果、前処理部６０への通液前よりも、ターゲット分子が高濃度に濃縮され、ノイズ成分が低減された溶液を、定量部６５で定量分析することが可能となる。このため、ターゲット分子の定量分析を迅速にかつ高感度に行うことができ、Ｓ／Ｎ（シグナル・ノイズ比）の高い分析結果を得ることができる。【００２１】
また、実施例１の化学分析装置は、主に低分子量の化学物質をターゲット分子としているが、臨床検査用の質量分析装置の一部では、検査項目において、このような低分子量のターゲット分子と近い分子量を有する成分が、検査ノイズとして扱われている。このような化学分析装置においては、ターゲット分子の効率的な濃縮及びノイズ成分の低減が、検査項目の実施可否を決定する。実施例１に係る化学分析装置では、分子鋳型ポリマー微粒子６１を有する前処理部６０により、検体に含まれるターゲット分子を効率的に濃縮することができるため、得られる検出結果におけるノイズ成分の影響を低減することができる。【００２２】
なお、ターゲット分子の検出には、定量部６５として、上述した質量分析装置に加え、電気計測、インピーダンス測定、表面プラズモン共鳴、水晶振動子などを用いた計測手段や分光光度計等を使用してもよい。【００２３】
捕捉体である分子鋳型ポリマー微粒子６１は、例えば特許文献２、３を利用して、検体中の特定のターゲット分子を、そのターゲット分子が有する特定分子構造に依存して捕捉することができる。なお、捕捉とは、結合や相互作用によって捉えることをいう。【００２４】
図２に、分子鋳型ポリマー微粒子６１に含まれる、分子鋳型ポリマー（ＭＩＰ）１２の代表的な作製原理を示す。まず、捕捉したいターゲット分子のテンプレート分子１０と、このテンプレート分子１０に相互作用するモノマー原料Ａ１０１、モノマー原料Ｂ１０２、及びモノマー原料Ｃ１０３との混合物中で重合反応を行い、テンプレート分子１０の認識部位１１を形成させる。その後、テンプレート分子１０を洗浄等により除去することで、認識部位１１を有する分子鋳型ポリマー（ＭＩＰ）１２を作製することができる。【００２５】
テンプレート分子１０は、認識部位１１を形成するための鋳型分子であり、捕捉したいターゲット分子そのものを使用してもよく、ターゲット分子の誘導体や類似体を用いても良い。【００２６】
分子鋳型ポリマーは、特定のテンプレート分子を利用して形成したものであって、ターゲット分子となる化学物質を、そのターゲット分子が有する特定分子構造に依存して捕捉できるものである。ターゲット分子を捕捉する捕捉体としては、少なくとも分子鋳型ポリマーを備えていればよく、特定分子構造に依存してターゲット分子を捕捉する機能を有する、ポリマー以外の材質のものを備えていてもよい。例えばタンパク質であっても良いし、また金属であっても良い。捕捉体としては、具体的には抗体や分子鋳型ポリマー等が該当する。【００２７】
分子鋳型ポリマーの製造方法は、以下の通りである。  
例えば、まず、ターゲット分子又はターゲット類似の化学物質（以下、単にターゲット類似と示す。）の存在下で、そのターゲット分子又はターゲット類似とイオン結合や水素結合によって相互作用する機能性モノマーを、必要に応じて用いる他のモノマー成分と共に重合させ、ターゲット分子又はターゲット類似をポリマー内に固定する。なお、以下、ターゲット分子又はターゲット類似を、テンプレート分子と示す。その際、機能性モノマーと他のモノマー成分との共重合比は、各モノマー成分の種類等によって異なり、特に限定されるものではないが、例えば機能性モノマー：他のモノマー成分＝１：１６〜１：６４（モル比）とすることができる。特に、機能性モノマー：他のモノマー成分＝１：３２が望ましい。その後、洗浄によってポリマーからテンプレート分子を除去する。ポリマー中に残ったキャビティー（空間）は、ターゲット分子の形状を記憶すると共に、分子鋳型ポリマー１２内に固定されている機能性モノマーによって化学的認識能も備えた認識部位となる。【００２８】
ターゲット分子としては、常温常圧下では固体状態でのみ存在可能な物質であって、気体中若しくは液体中で微粒子として存在できる化学物質も含むものとする。ただし、分子鋳型ポリマーに対して腐蝕効果、溶解効果、変性効果等を有するものは、ターゲット分子として不適である。【００２９】
ターゲット分子の分子量は、捕捉体が捕捉可能な分子量であれば特に限定はされないが、実施例１は、低分子量の化学物質の検出を主たる目的としているため、ターゲット分子の分子量は、概ね数十から数百程度である。この点は、以下の実施例２〜実施例３においても同様である。【００３０】
図３（ａ）に、前処理部６０に収容される分子鋳型ポリマー微粒子６１の断面図を示す。分子鋳型ポリマー微粒子６１は、コア層２０の周りに第１シェル層２１を有し、その周りに第２シェル層２２を有するコア−シェル１−シェル２型の構造を有している。このような構造とすることで、例えば、コア層２０としてＦｅ２Ｏ３（酸化鉄）ビーズを用い、第１シェル層２１としてポリスチレン層を形成し、第２シェル層２２として分子鋳型ポリマーの層を形成することで、磁性を有する分子鋳型ポリマー微粒子を調製することができる。【００３１】
ここでは、分子鋳型ポリマー微粒子６１のコア層２０として、Ｆｅ２Ｏ３（酸化鉄）を用いた例を示したが、コア層２０としては、Ｆｅ２Ｏ３（酸化鉄）以外の磁性体を用いてもよい。即ち、コア層２０としての磁性体の外側に、ターゲット分子を捕捉する分子鋳型ポリマーの層を、表層として有していればよい。換言すれば、ターゲット分子を捕捉する層を表層として有する磁性体を合成できればよい。これにより、分子鋳型ポリマー微粒子６１は磁性体として機能し、表層によりターゲット分子を捕捉した後、例えば磁石などにより分子鋳型ポリマー微粒子６１を移動させることができ、ハンドリングが容易になる。【００３２】
具体的には、例えば血清、尿などのように、ターゲット分子と共に夾雑物を含む検体中に、上記した分子鋳型ポリマーを表層に有する磁性体を浸漬させ、一定時間放置して、分子鋳型ポリマーによりターゲットを捕捉した後、磁石などにより、この磁性体を検体から容易に引き上げることができる。その結果、検体中に含まれる物質のうち、ターゲット分子のみを優先的に分離することができる。【００３３】
分子鋳型ポリマー微粒子６１としては、上記した３層構造のコア−シェル１−シェル２型の微粒子を好適に用いることができる。また、分子鋳型ポリマー微粒子６１としては、コア−シェル１−シェル２型にものに限られず、例えばコア層の周りに一層のシェル層を有する、２層構造のコア−シェル型のものを用いてもよい。【００３４】
これらのコア−シェル構造を有する分子鋳型ポリマー微粒子は、サブミクロンサイズであり、かつ粒径が均一であるため、カラム状や平板状に並べた際に密に詰まり、ターゲット分子に対して高い認識力を得られる。【００３５】
中でも、コア−シェル１−シェル２型の分子鋳型ポリマー微粒子は、第１シェル層２１であるポリスチレン層により、第２シェル層２２である分子鋳型ポリマーの層とコア層２０であるＦｅ２Ｏ３（酸化鉄）ビーズとの密着性が高められており、分子鋳型ポリマーによる安定した分子捕捉機能を得ることができる。【００３６】
コア−シェル型の分子鋳型ポリマー微粒子の合成スキームを、例えば特許文献３に習い、以下に示す。コア層となる成分を含む微粒子（以下、単にコアビーズと示す。）の存在下で重合反応を行い、さらに遠心分離、加水分解、洗浄を行うことで、分子鋳型ポリマーを表面に有するポリマービーズを合成できる。即ち、コアビーズ（微粒子）の存在下で、ターゲットと、重合性のビニルモノマー（機能性モノマー）とを重合反応させることで、分子鋳型ポリマーの微粒子を作製できる点に特徴を有している。その後、遠心分離工程、加水分解工程、洗浄工程を経て、最終的に分子鋳型ポリマーの微粒子を得ることができる。【００３７】
このようにして得られた分子鋳型ポリマー微粒子において、コアビーズ（微粒子）は、分子鋳型ポリマーの原料モノマー及びテンプレート分子（ターゲット分子又はターゲット誘導体）を用いて合成される分子鋳型ポリマーにより被覆される。コアビーズ（微粒子）を被覆する分子鋳型ポリマーは、ターゲットの認識部位を有している。得られた分子鋳型ポリマー微粒子は、核（コア層）を有する２層構造の微粒子であり、コア−シェル型構造を形成する。【００３８】
なお、例えば、コアビースの周りに予めポリスチレン層を形成した後、上記と同様にして重合反応、遠心分離、加水分解、洗浄を行うことで、上記した３層構造のコア−シェル１−シェル２型の分子鋳型ポリマー微粒子を合成することができる。
（ステロイドホルモンの分子鋳型ポリマー微粒子の製造）
上記の手順に従い、ステロイドホルモンの分子鋳型ポリマー微粒子を合成する場合について以下にさらに説明する。【００３９】
コアビーズ及びターゲットとするステロイドホルモンの存在下で、機能性モノマーとしてのビニルモノマーと、必要に応じてスチレンやジビニルベンゼン等の他のモノマー成分とを、重合開始剤ともに共重合させることによって、分子鋳型ポリマー微粒子を得ることができる。共重合する以外に、ステロイドホルモンと相互作用するビニルモノマー（機能性モノマー）を単独重合させても良い。【００４０】
上記した機能性モノマーとしてのビニルモノマーと他のモノマー成分とを共重合させる場合、その共重合比は、各モノマー成分やステロイドホルモンの種類等によって異なり特に限定されるものではないが、例えば、ステロイドホルモンと相互作用するビニルモノマー（機能性モノマー）：他のモノマー成分＝１：１６〜１：６４（モル比）とすることができる。特に、１：３２が望ましい。【００４１】
別の実施形態として、ターゲット分子とするステロイドホルモンを誘導体化し、分子鋳型ポリマーを形成するモノマーと共重合反応する官能基を導入したものをテンプレート分子としても良い。【００４２】
ステロイドホルモンとモノマーとの間に共重合反応による共有結合を形成することによって、両者の相互作用がより強固となり、ステロイドホルモンとモノマーとのフィッティング性が向上する。これにより、分子鋳型ポリマーとしての有利な性質をもたらすことができる。このような誘導体化したステロイドホルモンと共重合させるモノマーとしては、誘導体化していないステロイドホルモンをテンプレート分子として用いる場合の原料モノマーと同様に、官能基を２つ以上有するイタコン酸等のモノマーや、複数種のモノマーの組み合わせを用いることができる。【００４３】
また、ステロイドホルモン分子に導入する、モノマーと共重合反応する官能基としては、例えば、アクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基、エポキシ基など重合性の置換基等が挙げられる。特に、メタクリロイル基が好ましい。
【実施例２】
【００４４】
図４に、実施例２に係る化学分析装置７００の概略構成を示す。  
化学分析装置７００は、分子鋳型ポリマー微粒子７１を収容する濃縮部７２と、搬送路７７により濃縮部７２と接続された抽出部７３と、を備えた前処理部７０を有している。【００４５】
濃縮部７２には、濃縮部７２に検体導入する検体導入部７４と、濃縮部７２に洗浄剤を供給する洗浄剤供給部７５とが、それぞれ流路７４１、流路７５１を介して接続されている。濃縮部７２には、さらにドレイン７８が、排出流路７８１を介して接続されている。【００４６】
抽出部７３には、抽出部７３に脱離液を供給する脱離液供給部７６が、流路７６１を介して接続されている。抽出部７３には、さらに定量部７９が、送出流路７９１を介して接続されている。【００４７】
なお、分子鋳型ポリマー微粒子７１は、分子鋳型ポリマー微粒子６１と同様の構成を有し、実施例１で説明したのと同様の方法により製造することができるため、詳細な説明は省略する。【００４８】
検体が、検体導入部７４から流路７４１により濃縮部７２内に導入されると、検体中のターゲット分子は、分子鋳型ポリマー微粒子７１に捕捉され、濃縮部７２内に留まり濃縮される。濃縮部７２を通過した溶液は、分子鋳型ポリマー微粒子７１に捕捉されなかった不要な物質とともに、排出流路７８１を通ってドレイン７８から排出される。【００４９】
濃縮部７２への検体の供給が終了した後、濃縮部７２には、洗浄液供給部７５から洗浄液が供給される。洗浄液は、濃縮部７２を通過する過程で、分子鋳型ポリマー微粒子７１の表面や濃縮部７２の内壁を洗浄する。濃縮部７２を通過した後の洗浄液は、排出流路７８１を通ってドレイン７８から排出される。【００５０】
ターゲット分子を捕捉した分子鋳型ポリマー微粒子７１は、搬送路７７上を搬送されて、抽出部７３に収容される。【００５１】
分子鋳型ポリマー微粒子７１を搬送する手段としては、分子鋳型ポリマー微粒子７１が磁性を帯びている場合、即ち磁性体である場合には、磁石を用いることができる。なお、分子鋳型ポリマー微粒子７１を搬送する手段としては、磁性を利用する方法に限られず、光ピックアップや、電場、液体流れ、送風などの手段を用いてもよい。【００５２】
その後、脱離液供給部７６により、抽出部７３に脱離液を供給する。抽出部７３内では、分子鋳型ポリマー微粒子７１に捕捉されているターゲット分子が脱離液により脱離され、脱離液に抽出される。抽出部７３を通過した脱離液は、送出流路７９１により、定量部７９に送液される。これにより、ターゲット分子を含む液体は、定量部７９で定量分析される。【００５３】
定量部７９としては、実施例１と同様、液体クロマトグラフ、質量分析装置、液体クロマトグラフィ−質量分析装置、分光光度計、生化学・免疫自動分析装置などの化学分析装置を用いることができる。【００５４】
実施例２の化学分析装置７００によれば、濃縮部７２への通液前よりも、ターゲット分子を高濃度で含み、ノイズ成分の低減された溶液を、定量部７９により定量分析することが可能となる。また、実施例２の化学分析装置では、ターゲット分子を捕捉した分子鋳型ポリマー微粒子７１だけが、抽出部７３に供給される。即ち、夾雑物を含む検体は、抽出部７３には供給されないため、定量部７９に送液される溶液中のノイズ成分が、より低減される。このため、検体中のターゲット分子を迅速に、かつより高感度に定量分析することができ、Ｓ／Ｎ（シグナル・ノイズ比）の高い分析結果を得ることができる。
【実施例３】
【００５５】
図５に、実施例３に係る化学分析装置５００の概略構成を示す。  
化学分析装置５００は、ガラスやＰＤＭＳ（ジメチルポリシロキサン）、アクリル等の樹脂材料からなる板材を２枚重ね合わせて形成された前処理チップ５０を有している。【００５６】
前処理チップ５０には、インレット５１、アウトレット５２、ドレイン５６が、それぞれ板材の隅部に形成されている。なお、図５には示していないが、前処理チップ５０の外部には、定量部がアウトレット５２と接続するように設置されている。【００５７】
インレット５１、アウトレット５２、ドレイン５６は、板材の重ね合わせ面を切削加工した溝部として形成されている。溝部は、一方の板材の重ね合わせ面のみに形成されていてもよく、両方の板材の重ね合わせ面に形成されていてもよい。【００５８】
インレット５１は、検体供給部と剥離液供給部とを兼ねる液体供給部であり、外部からの液体の導入が可能な溝部として形成されている。インレット５１は、具体的には、例えば、溝部を板材の端部まで到達するように形成することで、外部からの液体の導入が可能となる。【００５９】
ドレイン５６は、インレット５１から供給された液体に含まれる不要物質や不要な液体を、前処理チップ５０の外部に排出する排出部であり、外部への液体の排出が可能な溝部として形成されている。ドレイン５６は、第１流路５４によりインレット５１と接続されており、第１流路５４のインレット５１近傍には、狭小流路部５５が形成されている。【００６０】
アウトレット５２は、インレット５１から供給された液体を、前処理チップ５０の外部に設置された不図示の定量部に送出する送出部であり、外部への液体の排出が可能な溝部として形成されている。アウトレット５２は、狭小流路部５５から分岐する第２流路５３により、インレット５１と接続されている。なお、アウトレット５２及びドレイン５６は、インレット５１と同様、例えば溝部を板材の端部まで到達するように形成することで、前処理チップ５０外部への液体の排出が可能となる。【００６１】
第１流路５４、第２流路５３、狭小流路部５５は、それぞれ前処理チップ５０を形成する板材の重ね合わせ面を切削加工した流路パターンにより形成されている。【００６２】
第１流路５４には、狭小流路部５５とドレイン５６との間に開閉コック５４１が設けられており、第２流路５３には、狭小流路部５５からの分岐点とアウトレット５２との間に、開閉コック５３１が設けられている。【００６３】
分子鋳型ポリマー微粒子５１１は、コア層として磁性ビーズを有する磁性体を用いており、インレット５１から導入されて、狭小流路部５５内に封入されている。分子鋳型ポリマー微粒子５１１は、後述するように、前処理チップ５０内を、狭小流路部５５から第２流路５３にかけて移動する。即ち、図５に示す構成では、前処理チップ５０が前処理部として機能する。【００６４】
なお、分子鋳型ポリマー微粒子５１１は、分子鋳型ポリマー微粒子６１と同様の構成を有し、実施例１で説明したのと同様の方法により製造することができるため、詳細な説明は省略する。【００６５】
前処理チップ５０の外側には、磁石５７が設置されている。磁石５７は、第２流路５３に沿って、矢印５２１方向に移動可能に設置されている。【００６６】
図５（ａ）に、ターゲット分子を含む検体をインレット５１から通液するときの前処理チップ５０の状態を示す。  
まず、開閉コック５３１を閉じた状態で、磁石５７を狭小流路５５の近傍の位置に設置する。これにより、分子鋳型ポリマー微粒子５１１は、狭小流路部５５に留まる。この状態で、開閉コック５４１を開けて、インレット５１から検体を導入すると、検体は、狭小流路部５５及び第１流路５４を、ドレイン５６に向けて矢印５４２方向に移動する。このとき、分子鋳型ポリマー微粒子５１１は狭小流路部５５に留まり、検体に含まれるターゲット分子は、分子鋳型ポリマー微粒子５１１に捕捉される。一方、分子鋳型ポリマー微粒子５１１を通過した後の検体溶液は、ターゲット分子以外の夾雑成分と共に、ドレイン５６から排出される。【００６７】
図５（ｂ）に、インレット５１から剥離液を通液するときの前処理チップ５０の状態を示す。  
検体の通液を終えた後、開閉コック５４１を閉じて、磁石５７を図５（ａ）に示す位置から矢印５２１に沿って、アウトレット５２方向へ移動させる。これにより、分子鋳型ポリマー微粒子５１１は、図５（ｂ）に示すように、アウトレット５２の近傍まで移動する。その後、開閉コック５３１を開けた状態で、インレット５１から剥離液を通液することで、分子鋳型ポリマー微粒子５１１に捕捉されたターゲット分子が脱離し、剥離液に抽出される。ターゲット分子を高濃度で含む剥離液は、第２流路５３を流れてアウトレット５２から排出され、不図示の定量部に供給される。これにより、前処理チップ５０に通液する前よりも、ターゲット分子を高濃度で含む液体を、定量部で定量することが可能となる。このため、ターゲット分子を高感度に定量分析することができる。【００６８】
なお、実施例３では、分子鋳型ポリマー微粒子５１１として磁性体を用い、分子鋳型ポリマー微粒子５１１を、磁性を利用して移動させる場合について説明したが、分子鋳型ポリマー微粒子５１１は、必ずしも磁性体でなくてもよい。分子鋳型ポリマー微粒子５１１として磁性体を用いない場合、分子鋳型ポリマー微粒子５１１を移動させる移動手段としては、例えば光ピックアップや、電場、液体流れ、送風などの手段を用いることができる。【００６９】
以上説明した化学分析装置５００の前処理チップ５０では、開閉コック５３１を閉じた状態で、分子鋳型ポリマー微粒子５１１を狭小流路部５５に滞留させた後、開閉コック５４１を開けて、検体溶液を第１流路５４に通液する。その後、開閉コック５３１を開け、開閉コック５４１を閉じた状態で、剥離液を第２流路５３に通液することで、ノイズ成分の少ない高濃度のターゲット溶液を得ることができる。このため、迅速かつ高感度な定量分析を実現できる。【００７０】
また、実施例３の化学分析装置では、前処理部として、二枚の板材を重ね合わせて形成した前処理チップ５０を用いているため、化学分析装置全体を小型化することができる。【００７１】
実施例３に係る化学分析装置５００を用いた化学分析処理の工程をまとめると、以下のようになる。化学分析処理は、以下の（ａ）又は（ｂ）のパターンがある。
（ａ）分子鋳型ポリマー微粒子５１１として磁性体を用いない場合、即ち化学分析処理に磁石を用いない場合には、以下の工程により行うことができる。  
工程ａ１：分子鋳型ポリマー微粒子５１１表面へのターゲット分子の吸着及びこれによるターゲット分子の濃縮
工程ａ２：分子鋳型ポリマー微粒子５１１表面への剥離液の通液、及び通液後の剥離液の定量分析
（ｂ）分子鋳型ポリマー微粒子５１１として磁性体を用いる場合、即ち化学分析処理に磁石を用いる場合には、以下の工程により行うことができる。【００７２】
工程ｂ１：分子鋳型ポリマー微粒子５１１表面へのターゲット分子の吸着及びこれによるターゲット分子の濃縮
工程ｂ２：磁石を用いて分子鋳型ポリマー微粒子５１１を移動
工程ｂ３：分子鋳型ポリマー微粒子５１１表面への剥離液の通液、及び通液後の剥離液の定量分析
なお、上記した実施例１〜３では、分子鋳型ポリマー微粒子を用いた場合を例に説明したが、ターゲット分子の捕捉体としては、分子鋳型ポリマー合成後に得られた紛体を粉砕し分級することで、小粒径でかつ揃った粒径を有する粉砕型の分子鋳型ポリマーを用いてもよい。ただし、ターゲット分子の検出の高感度化のためには、分子鋳型ポリマーの表面積は大きいほど好適である。このため、捕捉体の粒径をより小さくするためには、上記したように、サブミクロンオーダーの粒径を持つコアビーズの表面に、分子鋳型ポリマーを被覆した分子鋳型ポリマー微粒子を用いることが好ましい。【００７３】
また、上記した実施例１〜実施例３に係る化学分析装置によれば、ターゲット分子の捕捉体として分子鋳型ポリマーを有する分子鋳型ポリマー微粒子を用いることで、従来定量分析に必要とされていた、分離装置（ＨＰＬＣ）等の高コストな装置を用いることなくかつ迅速に、ターゲット分子の定量分析を行うことができる。このため、化学分析装置全体としての低コスト化や低サイズ化に貢献することができる。オフライン分離でもよい。【００７４】
実施例１〜実施例３に係る化学分析装置による化学分析処理の工程をまとめると、以下のようになる。
（１）ターゲット分子を捕捉・検出する捕捉体として、比表面積の大きいビーズ状の分子鋳型ポリマー微粒子を準備する。
（２）ターゲット分子を含む検体を、（１）の捕捉体に通液・接触させ、ターゲット分子を捕捉体に捕捉させる。この際、検体中に含まれていた夾雑物は廃棄される。
（３）その後、剥離液によって、（２）の捕捉体に捕捉されたターゲット分子を剥離する。【００７５】
上記した（１）〜（３）の工程では、ターゲット分子濃縮用の分子鋳型ポリマー微粒子によって、検体中に含まれるターゲット分子を定量分析の直前に濃縮する。即ち、検体中のターゲット分子のみを選択的に分子鋳型ポリマー微粒子に捕捉させることで、検体中に含まれる検査ノイズ（侠雑物成分）を除去し、ターゲット分子を濃縮させる。その後、ターゲット分子を選択的に捕捉した分子鋳型ポリマー微粒子表面から、ターゲット分子のみを選択的に剥離させ、定量分析にかける。このように、検体中のターゲット分子を濃縮したものについて定量分析を行うことで、高感度な定量分析を達成することができる。
【実験例１】
【００７６】
次に、分子鋳型ポリマー微粒子の製造方法について、さらに詳細に説明する。  
以下では、上記の手順に従い、ステロイドホルモンの一種であるコルチゾールの捕捉体としての分子鋳型ポリマー微粒子を合成する場合について説明する。また、以下では、ターゲット分子と分子鋳型ポリマーの原料モノマーとの間の共有結合を利用した分子鋳型ポリマー微粒子の合成例について述べる。即ち、特許文献２の方法に習い、コルチゾールを、これを囲む分子鋳型ポリマーの一部と共有結合させ、コルチゾールに対する認識力をより高めた分子鋳型ポリマーを有する分子鋳型ポリマー微粒子の作成法を示す。
【００７７】
なお、分子鋳型ポリマーとしては、コアビーズの存在下で重合反応を行って作成されるものであればよく、コルチゾールとまわりのビニルモノマーとの相互作用は、共有結合に限られず、イオン結合、水素結合、ファンデルワールス力、疎水―疎水結合などの一部又は組み合わせを利用してもよい。
【００７８】
以下に示す実験例では、コルチゾールの分子鋳型ポリマーの原料として、イタコン酸を使用する。すなわち、分子鋳型ポリマーの製造において重要な点は、ターゲットと重合性モノマーとの相互作用力の強さである。コルチゾールの分子鋳型ポリマーの原料にイタコン酸を用いるのは、イタコン酸の分子の両末端にカルボキシル基が存在し、かつその距離が適切であるため、コルチゾールの一部と相互作用しやすいと考えられるためである。このように、コルチゾール等のステロイドホルモンと相互作用する官能基を２つ以上有する重合性モノマーを含むことによって、ステロイドホルモンとモノマーとのフィッティング性が向上し、分子鋳型ポリマーとしての有意な性質をもたらすことができると考えられる。
【００７９】
具体的には、表１に示す原料組成に従い分子鋳型ポリマー微粒子を合成した。
【００８０】
（コルチゾールのメタクリロイル化）
まず、共有結合を利用した分子鋳型ポリマー（ＭＩＰ）合成の一例を述べる。特許文献２の方法に習い、ターゲットであるコルチゾールを変換したものを鋳型として利用した。
【００８１】
窒素雰囲気下、コルチゾール（２．５ｍｍｏｌ、９０７ｍｇ）を乾燥ＴＨＦ（４０ｍＬ）に溶解し、トリエチルアミン（３０ｍｍｏｌ、４．２ｍＬ）を加え氷冷した。その後、塩化メタクリロイル（１５ｍｍｏｌ、１．５ｍＬ）を溶解した乾燥ＴＨＦ（４０ｍＬ）を徐々に滴下し、０℃で１時間、その後、室温で４時間攪拌した。得られた反応液に酢酸エチルを加え、分液ロートに移した後、さらに飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、クエン酸、塩化ナトリウム水溶液を加えて、有機層を洗浄した。その後、有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒をエバポレーターで留去し、抽出物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開層：シリカゲルＣ−２００、展開溶媒：酢酸エチル／ヘキサン＝１：１）で分離精製し、「メタクリロイル基を導入したコルチゾール誘導体」である白色固体を得た（収率６５％）。
【００８２】
（分子鋳型ポリマー微粒子の合成）
上記の方法により予め合成した「メタクリロイル基を導入したコルチゾール誘導体」をテンプレート分子として、以下の表１に示す原料組成に従って分子鋳型ポリマー微粒子を新規に合成した。メタクリロイル基はエチレン性不飽和基を有し、重合反応性であるため、メタクリロイル基を導入したコルチゾールは、表１に示す添加モノマーと共重合可能である。その結果、分子鋳型ポリマーの原料とコルチゾール誘導体は強く結合し、互いに認識できるため、コルチゾールを高い選択性で捕捉可能な分子鋳型ポリマーを作製することができる。
【００８３】
具体的には、表１に示す原料組成に従い分子鋳型ポリマー微粒子の調製を行った。
【００８４】
以下の表１に、分子鋳型ポリマー微粒子の合成原料を示す。
【００８５】
【表１】
2017046836.tif 000003
【００８６】
バイアル瓶に、表１に従い合成したポリスチレンコート磁性ビーズ懸濁液（３重量％、２０ｇ／水）を入れ、そこに、メタクリロイル化コルチゾールを３．９ｍｇ（９μｍｏｌ）、イタコン酸を４．７ｍｇ（３６μｍｏｌ）、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）を５９．５ｍｇ（４５７μｍｏｌ）、スチレン９．５ｍｇ（９１．２μｍｏｌ）を加え、重合開始剤であるＶ−５０（２、２’−Ａｚｏｂｉｓ（２−ｍｅｔｈｙｌｐｒｏｐｉｏｎａｍｉｄｉｎｅ）ｄｉｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ）を３．２ｍｇ（１１．８μｍｏｌ）を溶解させた。セプタムキャップをして窒素置換し、８０℃で２４時間、８００ｒｐｍの条件で重合反応を行った。重合液を回収し、遠心分離機にかけ、上澄み溶液を除去した後、５０ｍｌの２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液／メタノール＝１：１で２４時間加水分解した。その後、５０ｍｌの１Ｍ塩酸／メタノール＝１：１、５０ｍｌの純水／メタノール＝１：１で数時間洗浄した。この加水分解と洗浄工程により、分子鋳型ポリマー内部に取り込まれていたコルチゾール誘導体を分子鋳型ポリマーから除去することができる。
【００８７】
上記の方法により、ステロイドホルモンであるコルチゾールの分子鋳型ポリマー微粒子を作製できた。この分子鋳型ポリマー微粒子は、ステロイドホルモン（コルチゾール）と相互作用するポリマーからなる分子鋳型ポリマーがコアビーズの周りを被覆する構造を有するコアシェル型の分子鋳型ポリマー微粒子である。
【００８８】
図３（ｂ）には、上記と同様の方法により合成した♯１の分子鋳型ポリマー微粒子（表２参照。）のＳＥＭ（電子顕微鏡）像を示す。（イ）は分子鋳型ポリマーによる被覆前のコアビーズの像であり、粒径は２．８μｍである。（ロ）は分子鋳型ポリマーによりコアビーズが被覆された後の像であり、粒径は３．２μｍである。
【００８９】
以下の表２に、♯１の分子鋳型ポリマー微粒子の、分子鋳型ポリマーによる被覆前及び被覆後の粒径を示す。また、コアビーズの種類を代えたこと以外は、♯１と同様にして得られた♯２、♯３の分子鋳型ポリマー微粒子について、分子鋳型ポリマーによる被覆前及び被覆後の粒径を表２に併せて示す。
【００９０】
【表２】
2017046836.tif 000004
【実験例２】
【００９１】
実施例１に係る化学分析装置に設置されるのと同様の形態の前処理部３０を用いて、以下のような濃縮実験を実施した。分子鋳型ポリマー微粒子を用いた前処理部の模式図を図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す。
【００９２】
まず、前処理部３０に分子鋳型ポリマー微粒子３１を充填する。そこに、図６（ａ）に示すように、検体３２を通液する。検体３２には、ターゲット３３とともに、夾雑物であるノイズ成分３４、３５が含まれている。この検体３２を前処理部３０に通液することで、ターゲット３３のみが選択的に分子鋳型ポリマー微粒子３１に捕捉される。その後、図６（ｂ）に示すように、剥離液３６を分子鋳型ポリマー微粒子３１に通液すると、分子鋳型ポリマー微粒子３１に捕捉されたターゲット３３が剥離され、回収される。
【００９３】
（実験）
具体的には、♯１の分子鋳型ポリマー微粒子を、ポリプロピレン製のシリンジに２０ｍｇ充填し、実験を実施した。まず、予めシリンジ内にアセトニトリル１０ｍＬを通液した。
その後、図６（ａ）に示すように、検体３２として、ステロイドホルモン（コルチゾール）溶液２．５μｍｏｌ／Ｌ（１０ｍＬ）をシリンジ内に通液した。ステロイドホルモン（コルチゾール）溶液の溶媒には、アセトニトリルと水とを、アセトニトリル：水＝１：１の割合で混合した混合液を使用した。その結果、溶液に含まれるステロイドホルモンの８５％が、分子鋳型ポリマー微粒子に捕捉された。
【００９４】
その後、図６（ｂ）に示すように、剥離液３６としてアセトニトリル１ｍＬを通液したところ、シリンジ内の分子鋳型ポリマービ微粒子に捕捉されたステロイドホルモンを回収できた。
【００９５】
シリンジ内に通液後回収された剥離液を、高速液体クロマトグラフィ−質量分析（ＬＣ−ＭＳ）分析した結果、１９μｍｏｌ／Ｌ（１ｍＬ）のステロイドホルモン溶液であることを確認した。即ち、前処理部３０により、通液前の検体の濃度の７．６倍の濃縮を達成できた。この前処理方法により、従来はノイズに埋もれていたターゲット分子のシグナルを高感度に定量分析することが可能である。
【００９６】
特に、高感度分析が求められる、高速液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）分析、高速液体クロマトグラフィ−質量分析（ＬＣ−ＭＳ）、ガスクロマトグラフ−質量分析（ＧＣ−ＭＳ）、吸光分析、蛍光分析などの前処理方法として、有効である。
【００９７】
なお、上記した方法は、♯１の「ポリスチレンで被覆した磁性ビーズ」をコア層とした分子鋳型ポリマー微粒子の活用例を示したが、同様に、♯２、♯３の分子鋳型ポリマー微粒子を活用して、上記した前処理方法を実施することも可能である。
【００９８】
以上説明した化学分析装置では、検体中に含まれる、ターゲット分子を濃縮する前処理を前処理部で行うことで、定量部に送られる溶液中のノイズ成分を大幅に低減し、いわゆるＳ／Ｎ（シグナル・ノイズ比）を高めた分析結果を得ることができる。即ち、ターゲット分子である化学物質を選択的に分離・濃縮することにより、目的の化学物質を高感度に検出することができる。
【００９９】
特に、高感度分析が求められる高速液体クロマトグラフ分析（ＨＰＬＣ）、高速液体クロマトグラフィ−質量分析（ＬＣ−ＭＳ）、ガスクロマトグラフ−質量分析（ＧＣ−ＭＳ）、吸光分析、蛍光分析等により、検体中のターゲット分子の定量分析を行う化学分析装置として好適である。
【符号の説明】
【０１００】
１０…テンプレート分子、１０１…モノマー原料Ａ、１０２…モノマー原料Ｂ、１０３…モノマー原料Ｃ、１１…認識部位１１、１２…分子鋳型ポリマー、２０…コア層、２１…第１シェル層、２２…第２シェル層、３０、６０、７０…前処理部、３１、６１、７１、５１１…分子鋳型ポリマー微粒子、３２…検体、３３…ターゲット、３４、３５…ノイズ成分、３６…剥離液、５０…前処理チップ、５１…インレット、５２…アウトレット、５３…第２流路、５４…第１流路、５５…狭小流路部、５６、６６、７８…ドレイン、５７…磁石、５２１、５４２…矢印、５３１、５４１…開閉コック、６２、７４…検体導入部、６３、７５…洗浄剤供給部、６４…切り替え部、６５、７９…定量部、６７、７６…脱離液供給部、６２１、６３１、６７１、７４１、７５１、７６１…流路、６５１、７９１…送出流路、６６１、７８１…排出流路、７２…濃縮部、７３…抽出部、７７…搬送路、５００、６００、７００…化学分析装置
【図１】
2017046836.tif 000005
【図２】
2017046836.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2017046836.tif 000010
【国際調査報告】
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2017046836.tif 000012
2017046836.tif 000013
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