(57)【要約】【課題】大気中における抗原濃度を測定または推測する際に、使用する測定装置全体を小型化する。【解決手段】捕集した抗原をカタラーゼにより標識された抗体と反応させて抗原抗体複合体を生成する生成手段と、前記生成手段により生成された抗原抗体複合体に対し過酸化水素を反応させて当該抗原抗体複合体の濃度に応じた酸素を発生させる酸素発生手段と、前記酸素発生手段により発生した酸素を測定する測定手段とを具備する測定装置として測定用チップ８を挿入した測定器３を用いる。酸素の測定には例えば酸素電極を用いる。【選択図】図２
2011059096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
捕集した抗原をカタラーゼにより標識された抗体と反応させて抗原抗体複合体を生成する生成手段と、
前記生成手段により生成された抗原抗体複合体に対し過酸化水素を反応させて当該抗原抗体複合体の濃度に応じた酸素を発生させる酸素発生手段と、
前記酸素発生手段により発生した酸素を測定する測定手段と
を具備することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記酸素発生手段は、酸素の発生に際して磁場を作用させる
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレルギー原因物質の濃度に関係した測定を行う測定装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
花粉症をはじめとするアレルギー症の患者数は毎年、増加の一途をたどっている。アレルギー発症を適切に予防するためには、アレルギーの原因物質である抗原が大気中にどの程度含まれているかを測定することが有効である。例えば、大気中に高濃度の抗原が測定された場合に、マスクなどを装着して抗原に接触しないようにすることで、アレルギー患者等はアレルギー発症を予防する。ところで、一般に花粉予報は、特定の測定地点のデータに基づいて、きわめて広い範囲に対する警告を行うことが多い。しかし、大気中の気流の状況など、局所的な要因が影響するので、患者周辺の実際の花粉量は、花粉予報と乖離する場合がある。アレルギー発症を予防するには、患者周辺における抗原の濃度を正確に測定しなければならないため、周囲の抗原濃度を測定する測定装置が必要である。このような測定装置の技術として、特許文献１には、外部環境から取り込まれた粒子からアレルゲンタンパク質をキャリア液中に抽出して、アレルゲンタンパク質を検出する検出用チップを用いた測定装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−６９９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の技術において、反応部に形成された抗原抗体複合体の検出を、装置本体内に設けた検出手段で行っているが、標識として蛍光材料を用いているため、検出手段に設けた紫外線光源から紫外線を、反応部の抗原抗体複合体に照射し、標識である蛍光材料から発光される蛍光を検出手段に設けたディテクターにより検出することで、抗原の有無、抗原の量を測定している。このように光学系を検出に用いると、抗体−抗原反応はマイクロチップで行っても検出は従来の大型機械で行うこととなり、測定装置の可搬性はなくなる。
そこで、本発明は、大気中における抗原濃度を測定または推測する際に、使用する測定装置全体を小型化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するため、本願の請求項１に係る測定装置は、捕集した抗原をカタラーゼにより標識された抗体と反応させて抗原抗体複合体を生成する生成手段と、前記生成手段により生成された抗原抗体複合体に対し過酸化水素を反応させて当該抗原抗体複合体の濃度に応じた酸素を発生させる酸素発生手段と、前記酸素発生手段により発生した酸素を測定する測定手段とを具備することを特徴とする。
また、本願の請求項２に係る測定装置は、請求項１に記載の態様において、前記酸素発生手段は、酸素の発生に際して磁場を作用させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、大気中における抗原濃度を測定または推測する際に、光学系の検出装置を使用する場合に比較して、測定装置全体を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る抗原測定システムを表す外観図である。
【図２】抗原測定システムの全体構成を表すブロック図である。
【図３】測定用チップを表す外観図である。
【図４】図３のIV−IV線矢視断面図である。
【図５】検出部の構成の概略を示す断面図である。
【図６】図３のVI−VI線矢視断面図である。
【図７】図４のVII−VII線矢視断面図である。
【図８】図４のVIII−VIII線矢視断面図である。
【図９】検出部における溶存酸素濃度と磁場発生の有無の関係を示す図である。
【図１０】毛細管現象を用いて内部の液を搬送することを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
１．構成
（１）全体構成
図１は、本発明に係る抗原測定システム９を表す外観図である。抗原測定システム９は、測定器３と測定用チップ８を含む。ユーザは、測定用チップ８を測定器３の開口部３０に挿入してアレルギーの原因物質である抗原（以下、単に抗原という）の測定を行う。この開口部３０は、測定用チップ８を挿入すると、この測定用チップ８に設けられた吸引口２０（図３参照）が外部空間に接し、かつ、検出部１６（図４参照）が測定器３の筐体で覆われた状態で測定用チップ８を固定するように構成されている。測定器３は、測定結果を表示する表示部３２と、ユーザによる測定器３への操作を受け付ける操作部３３とを備えている。表示部３２は、７セグメントディスプレイやドットマトリックスディスプレイなどにより測定値を表示する表示手段である。操作部３３は各種の指示を入力するための操作ボタンを備えており、ユーザによる操作を受け付けてその操作内容に応じた信号を供給する。なお、本実施形態において測定器３の筐体は、１１０ｍｍ×５０ｍｍ×２０ｍｍの直方体であり、測定用チップ８は、２０ｍｍ×５ｍｍ×０．５ｍｍの板状体であるが、これらのサイズは様々に設計し得る。
【０００９】
図２は、抗原測定システム９の全体構成を表すブロック図である。同図は、抗原測定システム９による測定が、測定用チップ８を測定器３に挿入した状態で行われることを示している。測定器３には、上述した表示部３２と操作部３３に加えて、制御部３１、駆動部３４、測定部３５および磁場発生部３６が備えられている。制御部３１は、制御回路であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）などの記憶装置とを備えている。制御部３１のＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているブートローダやＥＥＰＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムを読み出して実行することにより測定器３の各部を制御する。
【００１０】
駆動部３４は制御部３１によって制御され、測定器３の開口部３０に挿入された測定用チップ８を機械的に押圧する装置である。この押圧力を発生させる駆動源は種々のものを用いることができる。例えば、押圧する部材はゴムなどの弾性体でできた袋状をしており、この部材の内部空洞に注入する空気の量により、この部材の形状を変化させて押圧力を発生させる。また、ソレノイドなどの電磁的機構により押圧力を発生させてもよい。
【００１１】
測定部３５は、制御部３１により制御され、測定用チップ８により捕集された抗原の量を測定する。測定用チップ８には樹脂膜型酸素濃度計が供えられており、この樹脂膜型酸素濃度計により示される電流値が抗原の量に対応しているため、測定部３５は、この電流値を測定する。磁場発生部３６は、コイル等を含み、制御部３１により制御されて検出部１６に予め定めた強度の磁場を発生させる。
【００１２】
（２）測定用チップの構成
図３は、測定用チップ８を表す外観図である。測定用チップ８は、透明な樹脂等を成型した２枚の板を重ね合わせた構造である。図３（ａ）に示すように、下方側にはチップ基板層１があり、このチップ基板層１の上方にチップ吸引層２が重ねて張り合わされている。チップ吸引層２の上方側の面には、吸引口２０が設けられている。そして、チップ吸引層２の側面側には、排出口２３が設けられている。測定用チップ８は、吸引口２０から大気を吸引して、排出口２３から排出する。大気と同伴して搬送される粒子は、測定用チップ８の内部に捕集される。この粒子には抗原が付着している。図３（ｂ）には、この測定用チップ８を排出口２３のある側面側から見た様子が示されており、同図に示したIV−IV線とVI−VI線は、後述する図４および図６の断面図の観察方向を表す。
【００１３】
（３）チップ基板層の構成
図４は、図３のIV−IV線矢視断面図である。すなわち、図４にはチップ基板層１の断面が示されている。同図に示す溶媒タンク１１は、２ｍｍ×２ｍｍ×０．２５ｍｍの空洞であり、１μＬの容量を有している。この溶媒タンク１１には、粒子や抗原および未反応の抗体等を搬送する溶媒として蒸留水が封入されている。溶媒供給路１８１は、ゴムなどの弾性体で構成された管であり、測定器３の駆動部３４が駆動させる押圧部（図示せず）により押圧されると閉塞するようになっている。そして、この押圧部が押圧をやめると、溶媒供給路１８１は、ゴム自体の弾性力により復元し、開通するようになっている。すなわち、溶媒供給路１８１は、測定器３の駆動部３４による押圧されたときに閉塞する開閉弁として機能する。
【００１４】
抗体タンク１１ａは、１ｍｍ×１ｍｍ×０．２５ｍｍの空洞であり、０．２５μＬの容量を有している。この抗体タンク１１ａには、カタラーゼで標識された抗体（以下、カタラーゼ標識抗体という）を含んだ蒸留水が封入されている。
【００１５】
なお、カタラーゼ標識抗体は以下のようにして生成する。まず、アミン基にチオール反応性を持つマレイミド基を結合させて転換反応を行い、抗体にチオール基を生じさせて抗体に対してＤＴＴ（dithiothreitol）処理を行う。そして、抗体が最初の状態から持つジスルフィド結合を還元させる。その後、チオール基とマレイミド基によるカップリング反応を行って標識が結合される。
【００１６】
抗体供給路１８１ａは、ゴムなどの弾性体で構成された管であり、測定器３の駆動部３４が駆動させる押圧部（図示せず）により押圧されると閉塞するようになっている。そして、この押圧部が押圧をやめると、抗体供給路１８１ａは、ゴム自体の弾性力により復元し、開通するようになっている。すなわち、抗体供給路１８１ａは、測定器３の駆動部３４により押圧されたときに閉塞する開閉弁として機能する。
【００１７】
過酸化水素水タンク１１ｂは、１ｍｍ×１ｍｍ×０．２５ｍｍの空洞であり、０．２５μＬの容量を有している。この過酸化水素水タンク１１ｂには、過酸化水素水が封入されている。過酸化水素水供給路１８１ｂは、ゴムなどの弾性体で構成された管であり、測定器３の駆動部３４が駆動させる押圧部（図示せず）により押圧されると閉塞するようになっている。そして、この押圧部が押圧をやめると、過酸化水素水供給路１８１ｂは、ゴム自体の弾性力により復元し、開通するようになっている。すなわち、過酸化水素水供給路１８１ｂは、測定器３の駆動部３４による押圧されたときに閉塞する開閉弁として機能する。
【００１８】
溶媒供給ポンプ１２は、円筒状の空間を有し、互いに対向する天井面と底面が、いずれもゴムなどの弾性体で構成されている。天井面の周辺と底面の周辺とは固定されている。そして、溶媒供給路１８１が開になっているときにこの天井面または底面を、測定器３の駆動部３４が駆動させる押圧部（図示せず）が押圧することにより、天井面の中央部と底面の中央部とが、近づいたり遠ざかったりし、その結果、溶媒供給ポンプ１２の内部空間の容量が変化する。これにより溶媒供給ポンプ１２の内部空間の圧力が溶媒タンク１１よりも負圧になり、溶媒供給ポンプ１２は、溶媒タンク１１に封入された溶媒を反応室１３へ搬送する。すなわち、溶媒供給ポンプ１２は、測定器３の駆動部３４により押圧されて、ダイヤフラムポンプとして機能する。なお、このときの溶媒の供給速度は様々な値に設定することができるが、本実施形態においては約０．００５μＬ／ｓである。
【００１９】
抗体供給ポンプ１２ａは、円筒状の空間を有し、互いに対向する天井面と底面が、いずれもゴムなどの弾性体で構成されている。天井面の周辺と底面の周辺とは固定されている。そして、抗体供給路１８１ａが開になっているときにこの天井面または底面を、測定器３の駆動部３４が駆動させる押圧部（図示せず）が押圧することにより、天井面の中央部と底面の中央部とが、近づいたり遠ざかったりし、その結果、抗体供給ポンプ１２ａの内部空間の容量が変化する。これにより抗体供給ポンプ１２ａの内部空間の圧力が抗体タンク１１ａよりも負圧になり、抗体供給ポンプ１２ａは、抗体タンク１１ａに封入されたカタラーゼ標識抗体を含んだ溶媒（ここでは蒸留水）を反応室１３へ搬送する。すなわち、抗体供給ポンプ１２ａは、測定器３の駆動部３４により押圧されて、ダイヤフラムポンプとして機能する。なお、このときのカタラーゼ標識抗体を含んだ蒸留水の供給速度は様々な値に設定することができるが、本実施形態においては約０．００５μＬ／ｓである。
【００２０】
過酸化水素水供給ポンプ１２ｂは、円筒状の空間を有し、互いに対向する天井面と底面が、いずれもゴムなどの弾性体で構成されている。天井面の周辺と底面の周辺とは固定されている。そして、過酸化水素水供給路１８１ｂが開になっているときにこの天井面または底面を、測定器３の駆動部３４が駆動させる押圧部（図示せず）が押圧することにより、天井面の中央部と底面の中央部とが、近づいたり遠ざかったりし、その結果、過酸化水素水供給ポンプ１２ｂの内部空間の容量が変化する。これにより過酸化水素水供給ポンプ１２ｂの内部空間の圧力が過酸化水素水タンク１１ｂよりも負圧になり、過酸化水素水供給ポンプ１２ｂは、過酸化水素水タンク１１ｂに封入された過酸化水素水を反応室１３へ搬送する。すなわち、過酸化水素水供給ポンプ１２ｂは、測定器３の駆動部３４により押圧されて、ダイヤフラムポンプとして機能する。なお、このときの過酸化水素水の供給速度は様々な値に設定することができるが、本実施形態においては約０．００５μＬ／ｓである。
【００２１】
反応室１３は、上述したチップ吸引層２に設けられた吸引口２０の直下に設けられた円筒状の空間である。反応室１３の大きさは直径１ｍｍで深さ５０μｍであるから、反応室１３の容量は、約０．０３９μＬである。この反応室１３において、いわゆるＥＬＩＳＡ（Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay）法が行われる。具体的には、この反応室１３は、大気に含まれる粒子に付着した抗原と反応する抗体（以下、固相化抗体という）が予め固定されている固相の面（以下、固相面という）を底に備えている。この固相面に固定された固相化抗体は蒸留水等を反応室１３に流してもほとんどが固相面から剥がれず移動しない。また、この固相化抗体はカタラーゼで標識されていないから、過酸化水素と接触しても過酸化水素から酸素を発生させない。溶液排出路１８２，１８２ａ，１８２ｂは、溶媒供給路１８１と同様、開閉弁として機能する。溶液排出路１８２および溶液排出路１８２ａが開となったときに、反応室１３に満たされた溶液は送液ポンプ１５０へ供給される。溶液排出路１８２および溶液排出路１８２ｂが開となったときに、反応室１３に満たされた溶液は第２廃液ポンプ１５２へ供給される。
【００２２】
送液ポンプ１５０は、溶媒供給ポンプ１２と同様、ダイヤフラムポンプとして機能し、溶液排出路１８２および溶液排出路１８２ａを通過した溶液を、送液路１８３を介して検出部１６に搬送する。図５は、検出部１６の構成の概略を示す断面図である。同図に示すように、検出部１６は、３つのマイクロチャネル１６ａ，１６ｂ，１６ｃで構成されている。中央のマイクロチャネル１６ｂは、溶媒の通路として機能するマイクロチャネル１６ａ，１６ｃに挟まれており、その外縁は樹脂膜で形成され、その両端は閉じられている。マイクロチャネル１６ａ，１６ｃのそれぞれの一端は送液路１８３と接続されており、送液ポンプ１５０から送液された溶媒は、この送液路１８３を通ってマイクロチャネル１６ｂの閉じられた一端により、矢線Ｄ５１方向と矢線Ｄ５２方向に分けられる。矢線Ｄ５１方向に流れた溶媒はマイクロチャネル１６ａを通過し、この溶媒に溶存している酸素は矢線Ｄ５３方向にマイクロチャネル１６ｂの樹脂膜を透過する。同様に、矢線Ｄ５２方向に流れた溶媒はマイクロチャネル１６ｃを通過し、この溶媒に溶存している酸素は矢線Ｄ５４方向にマイクロチャネル１６ｂの樹脂膜を透過する。マイクロチャネル１６ｂの内部には水酸化カリウムや塩化カリウム等の電解液が封入されているほか、金または白金等で構成される作用電極と、銀−塩化銀等で構成される対極（電極）が挿入されている。両方の電極により電圧が印加されると、樹脂膜を透過した酸素が作用電極上で還元反応を起こし、酸素濃度に比例した電流が作用電極と対極をつなぐ外部回路に流れる。作用電極と対極はそれぞれ測定用チップ８の表面に設けられた端子（図示せず）に接続されており、測定器３の測定部３５と接続する。そして、測定部３５は、上述した酸素濃度に比例した電流を自身の回路に流し、これを測定することで、酸素濃度を特定する。すなわち、マイクロチャネル１６ｂとこれに挿入された電極は、樹脂膜型酸素濃度計を構成する。
【００２３】
第１廃液ポンプ１５１も、溶媒供給ポンプ１２と同様、ダイヤフラムポンプとして機能し、第１廃液路１８４も、溶媒供給路１８１と同様、開閉弁として機能する。第１廃液路１８４が開けられ、第１廃液ポンプ１５１が駆動することにより、検出部１６に満たされた溶液は廃液タンク１７に送液される。また、第２廃液ポンプ１５２も、溶媒供給ポンプ１２と同様、ダイヤフラムポンプとして機能し、第２廃液路１８５も、溶媒供給路１８１と同様、開閉弁として機能する。第２廃液路１８５が開けられ、第２廃液ポンプ１５２が駆動することにより、溶液排出路１８２および溶液排出路１８２ｂを通過した溶液は廃液タンク１７に送液される。
【００２４】
（４）チップ吸引層の構成
図６は、図３のVI−VI線矢視断面図である。すなわち、図６にはチップ吸引層２の断面図が示されている。上述したように、チップ基板層１のうち、チップ吸引層２の吸引口２０の直下には旋回翼２１が設けられており、この旋回翼２１の下方のチップ基板層１には、反応室１３が設けられている。反応室１３からは、排出口２３へ繋がる流路が設けられている。
【００２５】
吸引ポンプ２２は、反応室１３から排出口２３までの流路の間に設けられている。この吸引ポンプ２２は、溶媒供給ポンプ１２と同様、ダイヤフラムポンプとして機能する。吸引ポンプ２２が反応室１３の内部の気体を排出口２３に向けて排出することにより、反応室１３の内部は吸引口２０近傍の周辺大気よりも負圧になり、吸引口２０から反応室１３へ流れる気流が発生する。なお、この気流の流速は、様々な値に設計することができるが、本実施形態においては、１〜１０Ｌ／分である。
【００２６】
上述したとおり、チップ吸引層２には、吸引口２０から反応室１３までの間に旋回翼２１が設けられている。旋回翼２１は、チップ吸引層２またはチップ基板層１の少なくともいずれか一方によって固定された軸と、この軸を中心として回転可能に取り付けられたファンを備えている。このファンは複数の翼を有しており、各翼は軸方向に対して垂直でも平行でもなく、所定の角度で傾斜している。これにより、吸引口２０から反応室１３へ向かう気流が発生すると、旋回翼２１は、これに伴って回転するため、発生した気流を旋回させる。吸引ポンプ２２により発生した気流の流路において、旋回翼２１は反応室１３の固相面よりも上流に設けられているので、反応室１３の固相面には、旋回翼２１で旋回させられた気流があたる。
【００２７】
２．動作
本発明に係る抗原測定システム９の動作を説明する。抗原測定システム９の動作は主に「吸引工程」「第１洗浄工程」「反応工程」「第２洗浄工程」「酸素発生工程」「搬送工程」「測定工程」「排出工程」の８つの工程で構成されている。以下に、各工程について図を用いて説明する。なお、図７は、図４のVII−VII線矢視断面図である。また、図８は、図４のVIII−VIII線矢視断面図である。
【００２８】
（１）吸引工程の動作
まず、測定器３の開口部３０に測定用チップ８を挿入すると、測定器３の制御部３１は、溶媒供給路１８１、抗体供給路１８１ａ、過酸化水素水供給路１８１ｂ、および溶液排出路１８２が全て閉塞するように、駆動部３４を駆動させる。そして、これら全てが閉塞すると、制御部３１は、駆動部３４により吸引ポンプ２２に対向する押圧部（図示せず）を駆動する。これにより、吸引ポンプ２２の容量が変動し、吸引口２０から反応室１３へ向かう気流が発生する。この発生した気流に伴って、旋回翼２１が回転するので、反応室１３の内部の気体は旋回する。そして、旋回した気体は反応室１３の固相面にあたった後、排出口２３から排出される。制御部３１は、吸引ポンプ２２にこの動作を行わせ、所定時間が経過すると吸引ポンプ２２を停止させる。これにより、反応室１３の底の固相面に固定された固相化抗体には、吸引した大気に含まれる粒子に付着した抗原が反応し、抗原抗体複合体を形成する。以上が吸引工程の動作である。
【００２９】
（２）第１洗浄工程の動作
次に、制御部３１は、溶媒供給路１８１が開通し、かつ、溶液排出路１８２ａが閉塞状態に保たれるように、駆動部３４を駆動させる。溶媒供給路１８１が開通すると、制御部３１は、駆動部３４を駆動させて溶媒供給ポンプ１２に対向する位置に配置された押圧部３４１（図７に図示）を動かすことにより溶媒供給ポンプ１２を作動させる。溶媒供給ポンプ１２により、溶媒タンク１１に封入されている溶媒が溶媒供給路１８１を通って反応室１３に流れ込む。そして、流れ込んだ溶媒は、反応室１３内部の未反応の抗原と粒子を分散する。そして、その後、制御部３１は、溶媒供給路１８１を閉塞させ、かつ、溶液排出路１８２，１８２ｂ、および第２廃液路１８５を開通させるように、駆動部３４を駆動させる。溶液排出路１８２，１８２ｂ、および第２廃液路１８５が開通すると、制御部３１は、駆動部３４により第２廃液ポンプ１５２を駆動させ、反応室１３内部のきょう雑物（粒子等）を含んだ溶媒を廃液タンク１７に搬送する。これにより、反応室１３の内部のきょう雑物は減少し、固相面に固定された固相化抗体と反応した抗原抗体複合体が残る。以上が第１洗浄工程の動作である。
なお、第１洗浄工程で洗い流されるきょう雑物には未反応の抗原が含まれている場合があるが、反応室１３の内部に残留する抗原抗体複合体に含まれる抗原に比べて洗い流される未反応の抗原が多いと、空気中に含まれる抗原の濃度を正確に測定することが困難になる。そこで、収集されると予想される最大の抗原量に対する当量よりも多量の固相化抗体を、反応室１３の固相面に固定化しておくことが望ましい。具体的には、反応室１３の固相面に或る量の固相化抗体を固定化し、これと反応し得る抗原の当量を算出する。そして、空気中に含まれ得る最大の抗原濃度を予測し、この抗原濃度と吸引する空気量の積から吸引する抗原量を算出する。この吸引する抗原量が、固相化抗体と反応し得る抗原の当量を十分に下回るように、空気の吸引量を決定すればよい。ここで、「十分に下回る抗原量」とは、例えば、抗原−抗体反応が、過剰な固相化抗体の存在下における擬一次反応と見做せる程度の量であり、例えば、固相化抗体と反応し得る抗原の当量に対して１０％以下などである。なお、空気の吸引量は、例えば吸引時間で調節すればよい。また、吸引時間と空気中の抗原濃度との相関を示す校正曲線を作成し、例えば、校正曲線の外挿などにより大気中の抗原の総存在量を算出してもよい。
【００３０】
（３）反応工程の動作
次に、制御部３１は、溶媒供給路１８１、過酸化水素水供給路１８１ｂ、および溶液排出路１８２が閉塞し、抗体供給路１８１ａが開通するように、駆動部３４を駆動させる。抗体供給路１８１ａが開通すると、制御部３１は、駆動部３４を駆動させて抗体供給ポンプ１２ａに対向する位置に配置された押圧部３４１（図示せず）を動かすことにより抗体供給ポンプ１２ａを作動させる。抗体供給ポンプ１２ａにより、抗体タンク１１ａに封入されているカタラーゼ標識抗体を含んだ溶媒が抗体供給路１８１ａを通って反応室１３に流れ込む。そして、流れ込んだ溶媒に含まれたカタラーゼ標識抗体は、反応室１３内部に残留している抗原抗体複合体と反応する。ここで、カタラーゼ標識抗体は反応室１３内部に残留している抗原抗体複合体に比較して過剰に供給されるため、この反応は抗原抗体複合体の濃度に比例する擬一次反応となる。そして、十分な反応時間を経た後、抗原抗体複合体に含まれる抗原のほぼ全ては、カタラーゼ標識抗体とも反応してカタラーゼにより標識される。以上が反応工程の動作である。
【００３１】
（４）第２洗浄工程の動作
次に、制御部３１は、溶媒供給路１８１が開通し、かつ、溶液排出路１８２ａが閉塞状態に保たれるように、駆動部３４を駆動させる。そして、反応室１３を溶媒タンク１１に封入されている溶媒で洗浄する第２洗浄工程を行う。第２洗浄工程は第１洗浄工程と動作が同じであるため、説明を省略する。これにより、反応室１３は洗浄され、残留していた未反応のカタラーゼ標識抗体はほとんどが廃液タンク１７へ搬送される。
【００３２】
（５）酸素発生工程の動作
次に、制御部３１は、溶媒供給路１８１、抗体供給路１８１ａ、および溶液排出路１８２が閉塞し、過酸化水素水供給路１８１ｂが開通するように、駆動部３４を駆動させる。過酸化水素水供給路１８１ｂが開通すると、制御部３１は、駆動部３４を駆動させて過酸化水素水供給ポンプ１２ｂに対向する位置に配置された押圧部３４１（図示せず）を動かすことにより過酸化水素水供給ポンプ１２ｂを作動させる。過酸化水素水供給ポンプ１２ｂにより、過酸化水素水タンク１１ｂに封入されている過酸化水素水が過酸化水素水供給路１８１ｂを通って反応室１３に流れ込む。そして、流れ込んだ過酸化水素水は、反応室１３内部に残留している抗原抗体複合体を標識するカタラーゼと反応する。ここで、過酸化水素水は反応室１３内部に残留している抗原抗体複合体に比較して過剰に供給されており、第２洗浄工程で未反応のカタラーゼ標識抗体は反応室１３に残留していないため、この反応は反応室１３に残留しているカタラーゼの濃度に比例する擬一次反応となる。そして、十分な反応時間を経た後、抗原抗体複合体を標識するカタラーゼの濃度に比例した酸素が発生し、溶媒に溶解する。また、このとき制御部３１は、磁場発生部３６を制御し、磁場発生部３６に備えられたコイルに電流を流す。
【００３３】
図９は、検出部１６における溶存酸素濃度と磁場発生の有無の関係を示す図である。同図に示すように、時間が経過すると磁場を作用させない場合（図中において、「磁場なし」と表記）には溶存酸素濃度（ｍｇ／ｌ）が低下するのに対し、磁場を作用させた場合（図中において、「磁場あり」と表記）には溶存酸素濃度に上昇傾向が認められ、濃度低下は少ない。このため、磁場を作用させた場合には、磁場を作用させない場合に比較して検出限界が向上する。以上が酸素発生工程の動作である。
【００３４】
（６）搬送工程の動作
次に、制御部３１は、溶媒供給路１８１、抗体供給路１８１ａ、過酸化水素水供給路１８１ｂ、溶液排出路１８２ｂおよび第１廃液路１８４を閉塞し、かつ、溶液排出路１８２、１８２ａおよび送液路１８３とが開通するように、駆動部３４を駆動させる。続いて、制御部３１は、駆動部３４を駆動させて送液ポンプ１５０に対向する位置に配置された押圧部３４３（図８に図示）を動かすことにより、送液ポンプ１５０を作動させる。これにより送液ポンプ１５０は、反応室１３の内部に満たされている溶液を検出部１６へと搬送する。以上が搬送工程の動作である。
【００３５】
（７）測定工程の動作
次に、制御部３１は、第１廃液路１８４と送液路１８３が閉塞するように、駆動部３４を駆動させる。続いて、制御部３１は、測定部３５により樹脂膜型酸素濃度計により示される電流値を測定する。具体的には、制御部３１は、測定部３５により検出部１６のマイクロチャネル１６ｂに挿入された２つの電極に流れる電流の電流値を測定する。制御部３１は、測定した電流値に応じて予め定められた値に基づいて、溶媒中の溶存酸素濃度を測定する。この溶存酸素濃度は、抗原抗体複合体のほぼ全てを標識したカタラーゼの濃度に対応しており、カタラーゼの濃度は、抗原の濃度と対応しているため、これらの対応関係に基づいて制御部３１は、測定した溶存酸素濃度から抗原濃度を算出する。そして算出した抗原濃度を表示部３２に表示させる。以上が測定工程の動作である。
【００３６】
（８）排出工程の動作
次に制御部３１は、第１廃液路１８４が開通するように、駆動部３４を駆動させる。続いて、制御部３１は、駆動部３４を駆動させて第１廃液ポンプ１５１に対向する位置に配置された押圧部３４４（図８に図示）を動かすことにより、第１廃液ポンプ１５１を作動させる。これにより第１廃液ポンプ１５１は、検出部１６の内部に満たされている溶液を廃液タンク１７へと搬送する。そして、制御部３１は、所定時間に亘り、第１廃液ポンプ１５１を作動させ続けた後、これらを停止する。これにより、検出部１６に残っていた溶液が廃液タンク１７に移される。以上が排出工程の動作である。
【００３７】
以上により、樹脂膜型酸素濃度計により示される電流値を測定し、溶媒中の溶存酸素から抗原の量が測定されるため、使用する装置全体は小型化される。また、磁場を作用させることにより溶存酸素濃度を上昇させるので、抗原濃度測定の検出限界が向上する。
【００３８】
３．変形例
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。
３−１．変形例１
上述の実施形態においては、抗原抗体複合体を生成して固相に固定し、カタラーゼ標識抗体を用いて抗原を標識し、過酸化水素を反応させることで抗原濃度に応じた酸素を発生させ、発生させた酸素濃度を測定することで抗原濃度を特定したが、抗原そのものではなく、抗原を付着させている抗原担体である粒子の濃度を測定し、その結果から抗原濃度を推測してもよい。ここで、抗原担体である粒子には様々なものが考えられるが、植物の花粉が一般的である。そして、発明者は抗原の濃度と抗原担体である粒子の種類との関係を調査した結果、花粉のように粒子中にデンプンを多く含むもの程、抗原が付着しやすいという知見を得た。そこで、捕集した粒子のデンプン濃度を測定することで、抗原の濃度を推測してもよい。
【００３９】
また、この場合、デンプン濃度は、粒子とヨウ素溶液とを混合させて、ヨウ素デンプン反応を生じさせてこの混合液に比色を行うことで、定量化すればよい。この混合液は、得られたヨウ素デンプン複合体に応じた色を呈するからである。
また、ヨウ素あるいはデンプンにイオン物質を結合させてもよい。例えば、測定用チップ８は、イオン物質を蓄積するタンクと、このイオン物質を反応室１３に供給するポンプと、反応室１３から検出部１６までの溶液排出路１８２に対して、溶液排出路１８２ｂから溶液排出路１８２ａに向けての電位を生じさせる電位発生装置とを具備する。そして、測定用チップ８は、粒子に含まれるデンプンにイオン物質を供給して結合させた後、粒子とヨウ素溶液とを混合させてヨウ素デンプン反応を生じさせる。その後、イオン化されたヨウ素デンプン複合体を溶液排出路１８２に流し、これに対し電位発生装置により電位をかける。ヨウ素デンプン複合体はイオン化されているため電位の方向に濃縮される。したがって、ヨウ素デンプン複合体は、検出部１６側へ濃縮される。
また、ヨウ素デンプン複合体の色の変化を測定する場合、蛍光を検出する方法と比較してより強い強度の光情報が得られる。したがって、一般のＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子を用いてデンプン濃度を定量することで、抗原濃度を推測してもよい。
また、捕集の際に反応室１３を加湿してもよい。例えば、反応室１３に捕集した粒子に水蒸気等を接触させることで粒子が加湿されると、この粒子に含まれるデンプンが糊状になる。したがって、糊状になったデンプンを含む粒子は、反応室１３の底面等に吸着され、吸引ポンプ２２により発生した気流により外部に排出されにくくなる。これにより測定対象の捕集効率が向上する。
【００４０】
３−２．変形例２
上述の変形例１のように粒子を捕集する場合には、反応室１３の底面等に粒子を吸着させることで捕集効率が向上するが、粒子を吸着させるために反応室１３の内部に電荷を与えてもよい。例えば、反応室１３の底面に粒子の電荷と反対の電荷を与えると、電荷を与えない場合と比較して、粒子は反応室１３の底面に吸着されやすくなる。そして、粒子の洗浄工程において、電荷をオフにすることにより、粒子は反応室の底面から離れやすくなる。これにより、捕集された粒子のハンドリングが容易になる。
なお、この底面は導電性のシールにより構成されていてもよい。この場合には、捕集後にシールをはがすことにより、シールに吸着された粒子が測定される。そして、反応室１３に残留する粒子を洗い流す洗浄工程が不要となる。この場合、シールをはがした後、新たなシールを貼ることで、測定用チップ８は繰り返し使用される。
【００４１】
３−３．変形例３
また、粒子を捕集する場合には、反応室１３の底面に微細な突起を設けてもよい。例えば、反応室１３の底面に１μｍ以下の突起を設け、大気とともに粒子を捕集すると、１μｍ以下の粒子が反応室１３の底面に吸着され、１μｍを超える粒子は外部に排出されやすくなる。これにより、捕集したい大きさの粒子を捕集する選択効率が向上する。このような微細突起の製造方法は種々の方法が考えられるが、以下に説明するような自己組織化メカニズムを用いることが好ましい。高分子膜の上に金属薄膜をスポット状に塗布する。そして、これに電荷をかけると溶液中の金属イオンは針状に析出する。このように析出した金属イオンは結晶化した微小なウイスカーとなって反応室１３の底面において突起となる。
【００４２】
３−４．変形例４
上述の実施形態においては、溶媒タンク１１に封入された溶媒を反応室１３へ搬送する溶媒供給ポンプ１２等には、押圧されることにより変形し、その変化する容量に応じて内部の液を搬送する、いわゆるダイヤフラムポンプが用いられていたが、内部の液を搬送するには種々のものを用いることができる。例えば、毛細管現象を利用して液を搬送してもよい。図１０は、毛細管現象を用いて内部の液を搬送することを説明するための図である。図１０（ａ）に示すように、反応室１３に溶媒を流入させる入口には、開閉弁１３ｉが、反応室１３の内部の溶液を溶液排出路１８２に排出させる出口には、開閉弁１３ｏがそれぞれ設けられている。ここで、溶液排出路１８２の直径は溶媒が毛細管現象を起こすのに十分なほど細く形成されているので、開閉弁１３ｉを閉とし、開閉弁１３ｏを開とするだけで、外力なしで反応室１３に満たされた溶液は、溶液排出路１８２に生じる毛細管現象により溶液排出路１８２に流れ出す。
【００４３】
ここで、開閉弁１３ｉまたは開閉弁１３ｏの構成を、開閉弁１３ｏの例を挙げて説明する。図１０（ｂ）に示す加熱ヒーター１３ｏ１は、制御部３１によって制御され、予め定めた熱量を発生させ周囲を加熱する。形状記憶樹脂１３ｏ２は、加熱ヒーター１３ｏ１により加熱されて所定の温度を超えると、図１０（ｃ）に示すように、予め記憶された形状に変形する。この変形により、形状記憶樹脂１３ｏ２は図に示す縦の方向に延びるが、加熱ヒーター１３ｏ１が剛体であるため、加熱ヒーター１３ｏ１と反対側にある溶液排出路１８２を押圧する。これにより、溶液排出路１８２は変形して液が流れない状態となる。すなわち、開閉弁１３ｏは閉となる。
【００４４】
３−５．変形例５
上述の実施形態においては、測定用チップ８と測定器３は別々の構成であったが、測定用チップ８に測定部３５等を設けて、これらを一体としてもよい。特に、上述の実施形態のように、酸素電極によって酸素濃度を測定し抗原濃度を特定する場合には、光学系により測定された光の強度によって抗原濃度を特定する場合に比べて、使用する構成は小さいため、測定部を測定用チップ８に含ませることが容易である。
【００４５】
３−６．変形例６
上述の実施形態においては、測定器３に磁場発生部３６が備えられていたが、測定器３は磁場発生部を有していなくてもよい。この場合、測定器３は、図９に示す「磁場なし」の溶存酸素濃度を測定する。
【００４６】
３−７．変形例７
上述の実施形態においては、反応室１３の固相面に固相化抗体を固定化し、これに抗原を反応させていたが、吸引された抗原を固相化抗体に反応させることなく、カタラーゼ標識抗体に反応させてもよい。具体的には、例えば、反応室１３の変わりに抗原捕集室１３ａ（図示せず）を設け、溶液排出路１８２と溶液排出路１８２ａとの間に、きょう雑物を取り除くために開口０．５μｍのフィルター（図示せず）を設ける。これにより、０．５μｍよりも大きいきょう雑物は、溶液排出路１８２ｂを通って廃液タンク１７に導かれ、０．５μｍよりも小さい抗原は溶液排出路１８２ａに導かれる。そして、溶液排出路１８２ａと送液ポンプ１５０との間に反応室１３ｂ（図示せず）を設け、この反応室１３ｂに、抗体タンク１１ａからカタラーゼ標識抗体が流れ込むように抗体供給路１８１ａを接続する。これにより、反応室１３ｂに集められた抗原に対して流し込まれたカタラーゼ標識抗体が反応し、抗原抗体複合体が生成する。生成した抗原抗体複合体は、送液ポンプ１５０、送液路１８３を通って検出部１６に蓄積される。この検出部１６には、過酸化水素水タンク１１ｂから過酸化水素水が流れ込むように過酸化水素水供給路１８１ｂを接続する。そして、検出部１６において、過酸化水素と抗原抗体複合体とを接触させることにより、抗原抗体複合体に含まれるカタラーゼ標識抗体と過酸化水素とを反応させ、これによって発生する酸素の量を測定部３５により測定すればよい。
【００４７】
ここで、検出部１６における酸素濃度の検出感度を上昇させるために、反応室１３ｂで生成した抗原抗体複合体を濃縮することが望ましい。これは例えば、以下のようにして行えばよい。反応室１３ｂから排出される液を通す送液路１８３の出口を、この送液方向と垂直な方向に広げ、一方の端に検出部１６を接続し、他方の端に廃液タンク１７を接続する。そして、抗原抗体複合体が検出部１６に濃縮されるように送液方向と垂直な方向に電場をかければよい。例えば、抗原抗体複合体は、一般にマイナスに帯電するので、上述した電場のプラス側に検出部１６を接続すれば、検出部１６に抗原抗体複合体が濃縮され易い。なお、捕集した抗原の量は、廃液タンク１７に導かれた液の量と検出部１６に導かれた液の量とをそれぞれ測定することで算出した濃縮率と、測定された酸素濃度とから算出すればよい。
【符号の説明】
【００４８】
１…チップ基板層、１１…溶媒タンク、１１ａ…抗体タンク、１１ｂ…過酸化水素水タンク、１２…溶媒供給ポンプ、１２ａ…抗体供給ポンプ、１２ｂ…過酸化水素水供給ポンプ、１３…反応室、１３ｉ…開閉弁、１３ｏ…開閉弁、１３ｏ１…加熱ヒーター、１３ｏ２…形状記憶樹脂、１５０…送液ポンプ、１５１…第１廃液ポンプ、１５２…第２廃液ポンプ、１６…検出部、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…マイクロチャネル、１７…廃液タンク、１８１…溶媒供給路、１８１ａ…抗体供給路、１８１ｂ…過酸化水素水供給路、１８２，１８２ａ，１８２ｂ…溶液排出路、１８３…送液路、１８４…第１廃液路、１８５…第２廃液路、２…チップ吸引層、２０…吸引口、２１…旋回翼、２２…吸引ポンプ、２３…排出口、３…測定器、３０…開口部、３１…制御部、３２…表示部、３３…操作部、３４…駆動部、３５…測定部、３６…磁場発生部、８…測定用チップ、９…抗原測定システム。
【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】
2011059096.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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