(57)【要約】【課題】測定用のためのサンプル溶液の抽出を必要とすることなく、非接触かつ良好な感度でターゲット分子の存在量を測定する。【解決手段】容器に入れられたターゲット分子１２を含む溶液１１に混合されて、ターゲット分子１２の捕捉により立体構造が変化して周囲の水を排斥するセンサ素子１を用い、誘電分光測定センサ２が、ターゲット分子とセンサ素子との混合溶液に対して、容器の外側から高周波を照射し、測定器３が、誘電分光測定センサ２に高周波を印加した際の誘導損失を測定し、誘導損失から得られた、ターゲット分子１２の捕捉量に応じて変化するセンサ素子１による水の排斥量に基づいて、ターゲット分子１２の存在量を導出する。【選択図】  図１
2018009805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象となるターゲット分子の存在量を非接触で測定する非接触分子モニタリングシステムであって、
容器に入れられた前記ターゲット分子を含む溶液に混合されて、前記ターゲット分子の捕捉により立体構造が変化して周囲の水を排斥するセンサ素子と、
前記ターゲット分子と前記センサ素子との混合溶液に対して、前記容器の外側から高周波を照射する誘電分光測定センサと、
前記誘電分光測定センサに前記高周波を印加した際の誘導損失を測定し、前記誘導損失から得られた、前記ターゲット分子の捕捉量に応じて変化する前記センサ素子による水の排斥量に基づいて、前記ターゲット分子の存在量を導出する測定器と
を備えることを特徴とする非接触分子モニタリングシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の非接触分子モニタリングシステムにおいて、
前記ターゲット分子は、生命活動によって生じるターゲット分子からなり、
前記センサ素子は、生命活動によって生じる前記ターゲット分子と結合することにより、構造変化して周囲の水を排斥する核酸アプタマーからなる
ことを特徴とする非接触分子モニタリングシステム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の非接触分子モニタリングシステムにおいて、
前記測定器は、前記溶液に対して前記センサ素子を混合していない場合に測定した誘電損失と、前記溶液に対して前記センサ素子を混合した場合に測定した誘電損失との差分から、前記水の排斥量を求めることを特徴とする非接触分子モニタリングシステム。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の非接触分子モニタリングシステムにおいて、
前記誘電分光測定センサは、カテーテルを介して透析の対象となる人体内の腹膜に導入された、前記センサ素子を含む透析液に対して、前記容器の外側から高周波を照射し、
前記測定器は、前記誘導損失から得られた前記センサ素子による水の排斥量に基づいて、前記腹膜に導入された前記透析液に含まれる老廃物の存在量を導出する
ことを特徴とする非接触分子モニタリングシステム。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の非接触分子モニタリングシステムにおいて、
前記誘電分光測定センサは、細胞を培養するウェルプレートで用いる、前記センサ素子を含む培地に対して、前記ウェルプレートの外側から高周波を照射し、
前記測定器は、前記誘導損失から得られた前記センサ素子による水の排斥量に基づいて、前記培地の成分を示す成分分子の存在量を導出する
ことを特徴とする非接触分子モニタリングシステム。
【請求項６】
測定対象となるターゲット分子の存在量を非接触で測定する非接触分子モニタリング方法であって、
センサ素子が、容器に入れられた前記ターゲット分子を含む溶液に混合されることにより、前記ターゲット分子の捕捉により立体構造が変化して、周囲の水を排斥するステップと、
誘電分光測定センサが、前記ターゲット分子と前記センサ素子との混合溶液に対して、前記容器の外側から高周波を照射するステップと、
測定器が、前記誘電分光測定センサに前記高周波を印加した際の誘導損失を測定し、前記誘導損失から得られた、前記ターゲット分子の捕捉量に応じて変化する前記センサ素子による水の排斥量に基づいて、前記ターゲット分子の存在量を導出するステップと
を備えることを特徴とする非接触分子モニタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種ターゲット分子の存在量を非接触で測定する非接触分子モニタリング技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、皮膚内部に存在する容器やマイクロウェルプレート容器内に存在する溶液内ターゲット分子を、サンプリング用に対象溶液を外部へ取り出すことなく容器外から定量的に感度良く検出する測定方法のニーズが高まっている。
【０００３】
ニーズ例１：人工透析で用いられる腹膜透析および人工透析パックの管理
現在、日本国内の主流となっている人工透析はＨＤ（Hemodialysis）と呼ばれる血液透析であり、血液を体外に取り出してダイアライザーを使い血液を浄化する。この透析方法では1回約4時間、週に3回病院内において安静状態で施術を受ける必要があるため、特に労働者にとって通院負担が大きい。
【０００４】
そこで、通院を必要としない比較的自由度のある腹膜透析が他の選択肢として挙げられる。腹膜透析は腹腔内にカテーテルを設置し、これを通して腹膜内に透析液を満たすことで腹膜に張り巡らされている毛細血管から不要な水分や老廃物を排出する方法である。腹膜透析では透析施術時間（透析液を腹膜内に満たしておく時間）が血液透析と比較して長いものの、透析液の交換を自分で行うことができるため、自分の生活リズムに合わせた施術を行いやすい。そのため、患者自身で腹膜中の透析液の管理が容易となる簡便なモニタリングシステムが求められている。
【０００５】
ニーズ例２：培養細胞の管理、活動のモニタリング
医学創薬分野では、現在マイクロウェルプレートを用いたハイスループットな細胞アッセイが行われている。細胞研究において、細胞をできるだけ良い状態、かつ一定の個体数に保つことが重要とされており、さらに生体内環境に近い条件下で細胞を維持することと、汚染や感染から細胞を守ることも必要となるため、細胞を培養する培地の管理は精密性を求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−２６１９８２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】JACS，(2009)131，13399
【非特許文献２】A. Sengupta et al. ELECTRONICS LETTERS (2006) 42
【非特許文献３】「広帯域で利用可能な生体等価ファントムの開発」、NTT Docomoテクニカル・ジャーナル，Vol.13，No.4
【非特許文献４】「人体等価ファントムと150MHz帯小型アンテナを用いた腹部内局所SARの検討」、電子情報通信学会論文誌(2003)Vol.J86-B No.7
【非特許文献５】「Broadband dielectric spectroscopy of glucose aqueous solution:Analysis of the hydration state and the hydrogen bond network」、THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS 142, 234504 (2015)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、細胞を培養する培地に含まれる、細胞活動に直結するナトリウムやカリウムイオンの濃度を測定する手法として、イオン選択性電極を用いる分析法が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。
しかしながら、このような従来技術では、測定用のためのサンプル溶液の抽出を必要とするため、非接触で簡便にターゲット分子の測定を行うことができないという問題点があった。
【０００９】
一般に、在宅での腹膜透析では透析液交換タイミングを自己管理する必要があり、またカテーテル部分から細菌が入り込み、腹膜で炎症（腹膜炎）を起こすことも報告されている。透析液の交換タイミングは１日あたり３〜４回とされているが、摂取する食事や体調により透析液へ排出される老廃物の量も前後する。したがって、腹膜内の透析液に存在する老廃物モニタリングおよび炎症検出を患者本人が行える簡便なモニタリングシステムが求められている。
【００１０】
また、研究段階では、腹膜透析に代わる、人工腹膜パックの開発が行われているが、この場合においても、交換タイミングを逃すとパックの透析効果がなくなり、結果血中老廃物濃度が上がることで体調不良が起こると考えられ、簡便に透析液のコンディションを測定できるモニタリングシステムは求められる。例えば、検査のために高頻度に透析液を取り出すと、その過程で細菌が混入するリスクが高まってしまうため、測定用の透析液採取を行うことなく腹部外界からスキャンするだけで透析液中のコンディションを把握できるようになることが望まれる。このようなモニタリングシステムを医療現場へ導入することができれば、在宅でも患者自身で透析液交換を安心に行うことができ、生活の自由度が広がる腹膜透析の患者数の増加も期待できる。
【００１１】
また、培養細胞の生育モニタリングにおいても、培地品質管理のために細胞をインキュベーター（培養装置）から取り出すことは、細胞に対する汚染や環境ストレス、物理的ストレスなどのリスクを伴うこととなり、また１つあたりの培養ウェルプレートは１０〜１００μＬ／ウェルと少量であるため通常の電極を刺して測定することは難しい。
マイクロ電極をウェル底面に設置する場合でも、細胞成長に必須である細胞の接着に影響を及ぼす恐れがあり、使い捨てのウェルプレートコストも嵩んでしまうため、マイクロウェルプレートに直接加工せずに、プレート外から培地内のターゲット分子の検出を行うことが望ましい。
【００１２】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、測定用のためのサンプル溶液の抽出を必要とすることなく、非接触かつ良好な感度でターゲット分子の存在量を測定できる非接触分子モニタリング技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために、本発明にかかる非接触分子モニタリングシステムは、測定対象となるターゲット分子の存在量を非接触で測定する非接触分子モニタリングシステムであって、容器に入れられた前記ターゲット分子を含む溶液に混合されて、前記ターゲット分子の捕捉により立体構造が変化して周囲の水を排斥するセンサ素子と、前記ターゲット分子と前記センサ素子との混合溶液に対して、前記容器の外側から高周波を照射する誘電分光測定センサと、前記誘電分光測定センサに前記高周波を印加した際の誘導損失を測定し、前記誘導損失から得られた、前記ターゲット分子の捕捉量に応じて変化する前記センサ素子による水の排斥量に基づいて、前記ターゲット分子の存在量を導出する測定器とを備えている。
【００１４】
また、本発明にかかる上記非接触分子モニタリングシステムの一構成例は、前記ターゲット分子が、生命活動によって生じるターゲット分子からなり、前記センサ素子は、生命活動によって生じる前記ターゲット分子と結合することにより、構造変化して周囲の水を排斥する核酸アプタマーからなるものである。
【００１５】
また、本発明にかかる上記非接触分子モニタリングシステムの一構成例は、前記測定器が、前記溶液に対して前記センサ素子を混合していない場合に測定した誘電損失と、前記溶液に対して前記センサ素子を混合した場合に測定した誘電損失との差分から、前記水の排斥量を求めるようにしたものである。
【００１６】
また、本発明にかかる上記非接触分子モニタリングシステムの一構成例は、前記誘電分光測定センサが、カテーテルを介して透析の対象となる人体内の腹膜に導入された、前記センサ素子を含む透析液に対して、前記容器の外側から高周波を照射し、前記測定器は、前記誘導損失から得られた前記センサ素子による水の排斥量に基づいて、前記腹膜に導入された前記透析液に含まれる老廃物の存在量を導出するようにしたものである。
【００１７】
また、本発明にかかる上記非接触分子モニタリングシステムの一構成例は、前記誘電分光測定センサが、細胞を培養するウェルプレートで用いる、前記センサ素子を含む培地に対して、前記ウェルプレートの外側から高周波を照射し、前記測定器は、前記誘導損失から得られた前記センサ素子による水の排斥量に基づいて、前記培地の成分を示す成分分子の存在量を導出するようにしたものである。
【００１８】
また、本発明にかかる上記非接触分子モニタリング方法は、測定対象となるターゲット分子の存在量を非接触で測定する非接触分子モニタリング方法であって、センサ素子が、容器に入れられた前記ターゲット分子を含む溶液に混合されることにより、前記ターゲット分子の捕捉により立体構造が変化して、周囲の水を排斥するステップと、誘電分光測定センサが、前記ターゲット分子と前記センサ素子との混合溶液に対して、前記容器の外側から高周波を照射するステップと、測定器が、前記誘電分光測定センサに前記高周波を印加した際の誘導損失を測定し、前記誘導損失から得られた、前記ターゲット分子の捕捉量に応じて変化する前記センサ素子による水の排斥量に基づいて、前記ターゲット分子の存在量を導出するステップとを備えている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、誘電分光測定センサに高周波を印加した際の誘導損失から得られたセンサ素子による水の排斥量に基づいて、ターゲット分子の存在量を導出される。したがって、測定用のためのサンプル溶液の抽出を必要とすることなく、溶液を入れた容器の外側から非接触で、かつ、良好な感度でターゲット分子の存在量を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】非接触分子モニタリングシステムを示す説明図である。
【図２】センサ素子の構成例である。
【図３】腹膜透析の透析液管理システムへの応用例である。
【図４】培養細胞管理システムへの応用例である。
【図５】流路一体型ＣＰＷセンサの構成例である。
【図６】誘電分光測定で得られた透過Ｓパラメータの周波数特性を示すグラフである。
【図７】透過Ｓパラメータの差分に関する周波数特性を示すグラフである。
【図８】誘電分光測定（実測時）得られた透過Ｓパラメータの周波数特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
［非接触分子モニタリングシステム］
まず、図１を参照して、本実施の形態にかかる非接触分子モニタリングシステム１００について説明する。図１は、非接触分子モニタリングシステムを示す説明図である。
非接触分子モニタリングシステム１００は、透析パックや細胞シャーレなど、有機物から構成される容器１０に対し、容器１０の外部から押し当てるだけで、容器１０内にある測定対象となる溶液１１中のターゲット分子１２の存在量を、非破壊的にモニタリングするシステムである。
【００２２】
図１に示すように、非接触分子モニタリングシステム１００は、センサ素子１と誘電分光測定センサ２とから構成されている。
センサ素子１は、ターゲット分子１２と特異的結合を持ち、その立体構造がターゲット分子１２との結合により大きく変化して周囲の水を排斥するセンサ素子であり、ターゲット分子１２の存在量をモニタリングする測定対象となる溶液１１中に予め混合される。
【００２３】
誘電分光測定センサ２は、誘電体基板上に形成されたコプレーナ線路（ＣＰＷ：Coplanar waveguide）などからなり、溶液１１に対して高周波を照射するセンサである。
測定器３は、ネットワークアナライザなどの測定装置からなり、誘電分光測定センサ２に高周波を印加して誘導損失を測定し、得られた測定結果に基づいて、センサ素子１による水排斥効果に応じて変化するターゲット分子１２の存在量を導出する機能を有している。
【００２４】
測定器３には、主な機能部として、高周波出力部３１、誘電損失測定部３２、および計算処理部３３が設けられている。
高周波出力部３１は、例えば１〜５０ＧＨｚの高周波を発生させ、プローブを介して誘電分光測定センサ２へ出力する機能を有している。
誘電損失測定部３２は、高周波出力部３１から誘電分光測定センサ２へ高周波を印加した際に、誘電分光測定センサ２で発生する誘電損失を、例えば透過Ｓパラメータなどの指標により測定する機能を有している。
【００２５】
計算処理部３３は、誘電損失測定部３２で測定された誘電損失から得られた、ターゲット分子１２の捕捉量に応じて変化するセンサ素子１による水の排斥量に基づいて、ターゲット分子１２の存在量を導出する機能を有している。この際、溶液１１に対してセンサ素子１を混合していない場合に測定した誘電損失と、溶液１１に対してセンサ素子１を混合した場合に測定した誘電損失との差分から、水の排斥量を求めている。
【００２６】
センサ素子１としては、核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）アプタマーが挙げられる。核酸アプタマーは非結合状態においては１本鎖のひも状構造を取るが、特異的結合を示すターゲット分子１２と接触した場合、ターゲット分子１２との密着性を上げるように立体構造を取る。
例えば、カリウムを結合するＱｕａｄｒｕｐｌｅｘ配列アプタマー（２０−３０ｂｐ）は、カリウム非結合状態の一本鎖状態では長さ約１０ｎｍ、体積約１０ｎｍ３のひも状であるが、カリウムを結合、内包した形態に変化すると長さが１／３以下、体積が１／５以下に折りたたまれた立体構造体となる（非特許文献１）。
【００２７】
核酸アプタマーがターゲット分子１２との結合により立体構造を生じさせると、その水和状態を大きく変化させるため、同時に核酸周囲の水の排斥が起こる。したがって、水排斥効果が現れる周波数帯（０．５〜５０ＧＨｚ帯）を検出波長として用い、容器１０に対して照射したときの誘電損失を測定することによって、水の排斥の原因となるターゲット分子１２の捕捉量が測定できる。
【００２８】
誘電分光の水排斥効果は、観測対象となる分子量の大きさに依存して影響が生じる周波数が変わる。そのため、例えば各ターゲット分子１２に結合する核酸アプタマーの全長を、配列を複数回繰り返して用いる等でそれぞれ変えたものを用意すれば、それぞれのセンサ素子１のターゲット分子１２との結合によって変化が生じる周波数を見分けることが可能となるため、１測定で複数種類の分子を検出できる。
【００２９】
図２は、センサ素子の構成例である。図２のようにポリマー樹脂で作られたマイクロビーズ表面に核酸アプタマーを修飾したセンサ素子１を用意すると、センサエリアの単位表面あたりに存在する核酸アプタマー数が増大し、更なる水の排斥変化量の増幅を図ることができる。
【００３０】
本実施の形態で用いる高周波数帯は、体組織やポリマー高分子などの他組成物の影響を透過できる広帯域の波長であるためことが報告されている（非特許文献２〜４）。誘電分光測定センサ２表面と溶液１１とを、直接、接触させることなく、皮膚の上、もしくは容器１０の上からセンシングすることが可能となる。また、図２のように樹脂製のマイクロビーズを使用する場合も、ビーズの存在は測定値に影響を与えないため、純粋なシグナル増幅効果のみ生じると考えられる。
【００３１】
非接触で溶液１１中の分子測定を行うことができるセンシング技術としてラマン分光があるが、非接触分子モニタリングシステム１００ではセンサ素子１によるシグナル増感特性を有するため、分子量の小さな分子や存在量の少ないターゲット分子１２にも応用可能と考えられる。
【００３２】
以下、非接触分子モニタリングシステム１００を利用して解決可能なモニタリングシステム例を示す。
システム応用例１：腹膜透析もしくは次世代の人工腹膜パックを利用する際の透析液モニタリングシステムに利用できる。図３は、腹膜透析の透析液管理システムへの応用例である。
カテーテルから腹膜へ導入する透析液中にセンサ素子１を予め混合しておき、透析液（溶液１１）中の老廃物（ターゲット分子１２）の量を確認したい際に、カテーテル出口に誘電分光測定用のＣＰＷセンサ（誘電分光測定センサ２）を当てることで、測定用の透析液を体外へ取り出す必要なく蓄積された老廃物の量をリアルタイムにセンシングすることができる。また、センサ素子１に使用するアプタマーを炎症マーカーと結合する配列、例えば血管内皮増殖因子（ＶＥＧＦ：Vascular Endothelial Growth Factor）に特異的に結合する配列にすると（特許文献１）、腹膜内の腹膜炎の発生を初期で感知することができ、早期の治療を行うことができる。
【００３３】
システム応用例２：培養細胞の生育管理モニタリングに利用できる。図４は、培養細胞管理システムへの応用例である。
培養細胞はその条件によりマイクロウェルプレート内で蓋を被せた状態で育成されるが、培地（溶液１１）内に予めセンサ素子１を混合しておき、測定時にはマイクロウェルプレートごと、誘電分光測定用のＣＰＷセンサ（誘電分光測定センサ２）の上、またはマイクロウェルプレートの上からセンシングすることで、培地成分を示す成分分子（ターゲット分子１２）のモニタリングおよび分析を行うことができる。細胞には大きな刺激を与えずに測定ができることから、リアルタイムでの長期的なモニタリングも可能となる。また、使用するマイクロウェルプレートは従来市販されているプラスチックプレートで測定が可能であるため、モニタリングシステム導入による継続的な費用の増大は発生しない。
【００３４】
［流路一体型ＣＰＷセンサ］
次に、図５および図６を参照して、本実施の形態にかかる非接触分子モニタリングシステム１００で用いる誘電分光測定センサ２の一例である、流路一体型ＣＰＷセンサ２Ａについて説明する。図５は、流路一体型ＣＰＷセンサの構成例であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は正面図、図５（ｃ）はコプレーナ線路の拡大図である。
【００３５】
図５に示すように、流路一体型ＣＰＷセンサ２Ａは、ＣＰＷ線路基板２０Ａと、ＣＰＷ線路基板２０Ａ上に設置された流路基板２０Ｂとから構成されている。
実験では、ＣＰＷ線路基板２０Ａの基板幅を８ｍｍ、線路長をＬ（例えば８ｍｍ）とし、その中央位置に高さ２００ｕｍで平面視４ｍｍ角の正方形をなす流路基板２０Ｂを設置置した。
【００３６】
ＣＰＷ線路基板２０Ａは、誘電体基板である厚さ１００ｕｍの石英基板２１と、この石英基板２１上に形成したコプレーナ線路２２とから構成されている。
コプレーナ線路２２は、図５（ｃ）に示すように、中央に配置された幅１３０ｕｍの信号ライン２２Ａと、信号線２２の両脇に間隔８ｕｍを設けて配置された幅２０００ｕｍの接地ライン２２Ｂ，２２Ｃとから構成されている。これら信号ライン２２Ａおよび接地ライン２２Ｂは、ボンディング用パターン（Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕ）で形成した厚さ１ｕｍのメタルパターンからなる。
【００３７】
流路基板２０Ｂは、紫外線硬化タイプの液状シリコーンゴムである矩形柱状のＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）２３に、底側に開口するチャンバー２４を形成した後、天井部２５のうち例えば斜めに対抗する角部に、外側と貫通する導入口２６と排出口２７を生研トレパンによって形成したものである。
実際には、ＣＰＷ線路基板２０Ａおよび流路基板２０Ｂに対してＵＶ光を照射して、互いの表面を活性化させた後，ＣＰＷ線路基板２０Ａのパターン面に流路基板２０Ｂを張り合わせることにより、流路一体型ＣＰＷセンサ２Ａを形成した。
【００３８】
［誘電分光測定］
次に、非接触分子モニタリングシステム１００にかかる誘電分光測定方法について説明する。ここでは、誘電分光測定センサ２として図５の流路一体型ＣＰＷセンサ２Ａを用いた例について説明する。
【００３９】
まず、流路一体型ＣＰＷセンサ２Ａのチャンバー２４内に、測定対象となるターゲット分子１２とセンサ素子１とを混合した溶液１１を導入口２６から充填する。
次に、コプレーナ線路２２が露出している線路両端位置に、ＧＳＧ構造の同軸プローブを介してベクトルネットワークアナライザー（Vector Network Analyzer）を接続し、高周波信号をコプレーナ線路２２に印加することにより誘電分光測定を行う。
【００４０】
今回、実験では、ターゲット分子１２としてカリウムの検出を目的とし、センサ素子１として、カリウム存在下でＡｎｔｉｐａｒａｌｌｅｌ型のＱ−ｑｕａｄｒｕｐｌｅｘ構造を取る１５塩基配列を含むＤＮＡ配列（ＴＴＴＴＴＧＧＴＴＧＧＴＧＴＧＧＴＴＧＧ）を用意した。
溶液１１は、１ｍＭ  緩衝液（Ｔｒｉｓ−ｂｕｆｆｅｒ）をベースとし、塩化カリウムを混合させたカリウム溶液（終濃度０．５ｍＭ）、上記ＤＮＡからなるセンサ素子１を混合させたセンサ素子溶液（終濃度０．１ｍＭ）、センサ素子１と塩化カリウムを混合させたカリウム−センサ素子混合溶液をそれぞれ調製した。
【００４１】
［誘電分光測定結果］
次に、図６および図７を参照して、カリウム結合/非結合下での誘電分光測定結果について説明する。図６は、誘電分光測定で得られた透過Ｓパラメータの周波数特性を示すグラフである。図７は、透過Ｓパラメータの差分に関する周波数特性を示すグラフである。
ここでは、コプレーナ線路２２の線路長Ｌが８ｍｍの流路一体型ＣＰＷセンサ２Ａを用い、検出波長として０．０１〜１００ＧＨｚの周波数帯を用いた。
【００４２】
一般に、透過Ｓパラメータは、２つのポートを持つ測定対象回路に、一方のポートから入力した交流信号と、他方のポートから出力された交流信号とを測定することにより得られる、交流信号の透過特性を示すパラメータである。測定対象回路としてコプレーナ線路２２を用いれば、コプレーナ線路２２の伝送特性に対する溶液１１中のターゲット分子１２の影響を、透過Ｓパラメータの周波数特性の変化により観察することができる。
【００４３】
図６において、特性Ａは緩衝液（Ｔｒｉｓ−ｂｕｆｆｅｒのみ）、特性Ｂはカリウム溶液、特性Ｃはセンサ素子溶液、特性Ｄはカリウム−センサ素子混合溶液に関する、透過Ｓパラメータ周波数特性である。
ここで、特性Ｂと特性Ｃは、カリウム溶液およびセンサ素子溶液をそれぞれ単独で測定したものであり、センサ素子１が立体構造を形成しない場合に相当する。したがって、特性Ｂから特性Ａの影響を除外したカリウムデータ（特性Ｂ−特性Ａ）と、特性Ｃから特性Ａの影響を除外したセンサ素子データ（特性Ｃ−特性Ａ）とを合算したカリウムデータ（特性Ｂ−特性Ａ）＋センサ素子データ（特性Ｃ−特性Ａ）から、カリウムとの結合によりセンサ素子１が構造変化をしていない場合の特性、すなわちカリウム非結合条件下特性Ｅを再現することができる。
【００４４】
図７では、このようにして得られたカリウム非結合条件下特性Ｅと、特性Ｄから特性Ａの影響を除外したカリウム−センサ素子混合データ（特性Ｄ−特性Ａ）からなるカリウム結合条件下特性Ｆとが比較されている。これにより、センサ素子１のカリウム結合による構造変化を起因とする特徴を評価することができる。
【００４５】
実際には、図７に示されているように、イオン伝導性の効果が見られる０．０１〜１ＧＨｚの周波数帯域において、カリウム非結合条件下特性Ｅとカリウム結合条件下特性Ｆとで、ほぼ同一である様子が観測された。これにより、カリウムとの結合によるセンサ素子１の構造変化によるイオン伝導性の効果に対する影響はほとんどないと考えられる。
【００４６】
一方、水排斥効果が見られる１〜５０ＧＨｚの周波数帯域において、カリウム非結合条件下特性Ｅよりカリウム結合条件下特性Ｆが低下しており、透過Ｓパラメータが減少している様子が観測された。特に、ターゲット分子１２の分子量の大きさ、さらには使用するセンサ素子１によって、水排斥効果が表れる周波数は変化するが、この実験では３０ＧＨｚ前後において、透過Ｓパラメータが減少が顕著である。このことは、センサ素子１であるＤＮＡアプタマーがカリウムとの結合により立体構造を変化させて水和状態を変化させる様子、すなわち水排斥効果を捉えていると考えられる。
【００４７】
したがって、ターゲット分子１２を含む溶液１１にセンサ素子１を混合することにより、水の排斥変化量が増幅されたことになる。これにより、透過Ｓパラメータがより大きく変化することになり、結果としてターゲット分子１２の存在量を増感して検出することが可能となる。例えば、図６において、緩衝液である特性Ａを基準として、カリウム溶液である特性Ｂとカリウム−センサ素子混合溶液である特性Ｄを比較した場合、この実験では、１０〜５０ＧＨｚの周波数帯域において、特性Ｂより特性Ｄのほうが特性Ａからの乖離が大きく、センサ素子１を混合したことにより、透過Ｓパラメータが大きく変化していること、すなわちターゲット分子１２の存在量を増感して検出できていることがわかる。
【００４８】
また、実際にターゲット分子１２の存在量を測定する場合、基本的には、センサ素子溶液とカリウム−センサ素子混合溶液とをそれぞれ誘電分光測定することになる。図８は、誘電分光測定（実測時）で得られた透過Ｓパラメータの周波数特性を示すグラフである。
【００４９】
まず、ターゲット分子１２が含まれておらず、センサ素子１のみが含まれているセンサ素子溶液について誘電分光測定し、得られた透過Ｓパラメータの大きさを基準値とする。基準値については、測定対象ごとに計測せず、ターゲット分子１２と結合させるセンサ素子１ごとに予め測定しておいた計測結果を共用してもよい。
次に、ターゲット分子１２とセンサ素子１とを混合した溶液１１について誘電分光測定し、得られた透過Ｓパラメータの大きさを測定値とし、ターゲット分子１２の分子量の大きさに対応する周波数における基準値と測定値の差分から、ターゲット分子１２の存在量を導出する。
【００５０】
図８では、図６に示したセンサ素子溶液である特性Ｃと、図７に示したカリウム非結合条件下での特性Ｆとが示されている。これら特性Ｃと特性Ｆとの差分が、センサ素子１による水の排斥量、すなわちターゲット分子１２の存在量に相当している。したがって、ターゲット分子１２の分子量の大きさに対応する周波数における特性Ｃと特性Ｆとの差分に基づいて、ターゲット分子１２の存在量を導出することができる。なお、誘電分光測定結果に基づきターゲット分子１２の存在量を導出する手法については、公知の手法を用いればよい（例えば、非特許文献５など参照）。
【００５１】
以上で説明した実施例では、流路一体型ＣＰＷセンサ２Ａで測定を行った例について説明したが、波長の透過特性上、流路基板２０Ｂを用いずＣＰＷ線路基板２０Ａに容器１０を接触させる測定方法であっても、上記と同等の測定が可能であることは想定に容易い。
【００５２】
［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、容器１０に入れられたターゲット分子１２を含む溶液１１に混合されて、ターゲット分子１２の捕捉により立体構造が変化して周囲の水を排斥するセンサ素子１を用い、誘電分光測定センサ２が、ターゲット分子１２とセンサ素子１との混合溶液１１に対して、容器１０の外側から高周波を照射し、測定器３が、誘電分光測定センサ２に高周波を印加した際の誘導損失を測定し、誘導損失から得られた、ターゲット分子１２の捕捉量に応じて変化するセンサ素子１による水の排斥量に基づいて、ターゲット分子１２の存在量を導出するようにしたものである。
【００５３】
これにより、ターゲット分子１２を含む溶液１１に混合されたセンサ素子１が、ターゲット分子１２と結合することにより立体構造を生じさせて、その水和状態を大きく変化させるため、同時にセンサ素子１周囲の水を排斥することになる。この際、水の排斥量は、センサ素子１によるターゲット分子１２の捕捉量に応じて変化する。このため、誘電分光測定センサ２に高周波を印加した際の誘導損失から得られたセンサ素子１による水の排斥量に基づいて、ターゲット分子１２の存在量を導出される。
したがって、測定用のためのサンプル溶液の抽出を必要とすることなく、溶液１１を入れた容器１０の外側から非接触で、かつ、良好な感度でターゲット分子１２の存在量を測定することが可能となる。
【００５４】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１００…非接触分子モニタリングシステム、１…センサ素子、１０…容器、１１…溶液、１２…ターゲット分子、２…誘電分光測定センサ、２Ａ…流路一体型ＣＰＷセンサ、２０Ａ…ＣＰＷ線路基板と、２０Ｂ…流路基板、２１…石英基板、２２…コプレーナ線路、２２Ａ…信号ライン、２２Ｂ，２２Ｃ…接地ライン、２３…ＰＤＭＳ、２４…チャンバー、２５…天井部、２６…導入口、２７…排出口、３…測定器、３１…高周波出力部、３２…誘電損失測定部、３３…計算処理部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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