(57)【要約】【課題】簡便で迅速な試料調製を行える濾材を提供する。【解決手段】濾材は、ビーズよりも大きな対象物と、対象物が結合していないビーズとを含む試料から対象物を濾別するための濾材である。濾材は、孔が設けられた基材を備える。孔は、単体のビーズは通過し、対象物が結合したビーズ又は単体の対象物は通過しない大きさを有する。試料が加えられる側を一次側とし、濾液が出ていく側を二次側としたときに、孔は、枝分かれなく一次側から二次側へと貫通している。【選択図】図２Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーズよりも大きな対象物と前記対象物が結合していない前記ビーズとを含む試料から前記対象物を濾別するための濾材であって、
孔が設けられた基材を備え、
前記孔は、単体の前記ビーズは通過し、前記対象物が結合した前記ビーズ又は単体の前記対象物は通過しない大きさを有し、
前記試料が加えられる側を一次側とし、濾液が出ていく側を二次側としたときに、前記孔は、枝分かれなく前記一次側から前記二次側へと貫通している、
濾材。
【請求項２】
前記孔の前記二次側の大きさは、前記孔の前記一次側の大きさよりも大きい、請求項１に記載の濾材。
【請求項３】
前記孔の前記二次側の大きさは、前記孔の前記一次側の大きさと同じである、請求項１に記載の濾材。
【請求項４】
前記孔は、前記一次側から前記二次側へと貫通する途中で折れ曲がっている、請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の濾材。
【請求項５】
対象物に特異的に結合する物質で修飾されたビーズと前記対象物とを含む試料を所定の反応時間にわたって撹拌することと、
前記対象物が結合したビーズと前記対象物が結合していないビーズとを含む試料を洗浄することと、
洗浄後の前記対象物が結合したビーズと前記対象物が結合していないビーズとを含む試料を濾材に加えて前記対象物が結合したビーズを濾別によって取得することと
を制御する制御回路と、
孔が設けられた基材を含む前記濾材と
を備え、
前記孔は、単体の前記ビーズは通過し、前記対象物が結合した前記ビーズ又は単体の前記対象物は通過しない大きさを有し、
前記試料が加えられる側を一次側とし、濾液が出ていく側を二次側としたときに、前記孔は、枝分かれなく前記一次側から前記二次側へと貫通している、
試料調製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、濾材及び試料調製装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
検出対象物としての微小物質が付加された金属に電磁波が照射され、当該電磁波の反射特性又は透過特性に応じて付加された微小物質の有無又は量を特定する手法が知られている。このような測定において、検出対象物をビーズで標識することがある。測定の試料準備において、例えば次のように抗体が利用されることがある。すなわち、検出対象物に特異的に結合する抗体がビーズに固定される。このビーズと検出対象物とを含む試料とが混合され、適当な反応時間が経過した後にビーズが洗浄される。また、検出対象物又はビーズに特異的に結合する抗体が金属表面に固定される。検出対象物が結合したビーズを含む試料が当該金属表面に添加され、適当な反応時間が経過した後に洗浄される。このようにして、ビーズで標識された検出対象物が金属表面に固定された試料が調製される。試料調製については、簡便に短時間で行われることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５７９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
簡便で迅速な試料調製を行える濾材及び試料調製装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態によれば、濾材は、ビーズよりも大きな対象物と前記対象物が結合していない前記ビーズとを含む試料から前記対象物を濾別するための濾材であって、孔が設けられた基材を備え、前記孔は、単体の前記ビーズは通過し、前記対象物が結合した前記ビーズ又は単体の前記対象物は通過しない大きさを有し、前記試料が加えられる側を一次側とし、濾液が出ていく側を二次側としたときに、前記孔は、枝分かれなく前記一次側から前記二次側へと貫通している。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、一実施形態に係る試料調製装置の構成例の概略を示すブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、一実施形態に係る試料調製装置における濾材について説明するための模式図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、一実施形態に係る試料調製装置における濾材について説明するための模式図である。
【図３】図３は、一実施形態に係る試料調製装置による試料調製の手順の一例の概略を示すフローチャートである。
【図４Ａ】図４Ａは、一実施形態に係る検出センサの構成の一例の概略を示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、一実施形態に係る検出センサの構成の一例の概略を示す平面図である。
【図５】図５は、検出装置で取得される電磁波を検出センサに照射したときの周波数に対する反射率の一例の概略を示す図である。
【図６】図６は、一実施形態に係る検出装置の構成の一例の概略を示す図である。
【図７】図７は、一実施形態に係る試料調製装置における濾材の他の例について説明するための模式図である。
【図８Ａ】図８Ａは、一実施形態に係る試料調製装置における濾材の他の例について説明するための模式図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、一実施形態に係る試料調製装置における濾材の他の例について説明するための模式図である。
【図９Ａ】図９Ａは、一実施形態に係る試料調製装置における濾材の他の例について説明するための模式図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、一実施形態に係る試料調製装置における濾材の他の例について説明するための模式図である。
【図１０】図１０は、一実施形態に係る試料調製装置における濾材の他の例について説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、試料を調製するための装置に係る。調製された試料は、例えば、空隙が配置された構造体に固定され、当該構造体に電磁波が照射されることで試料中に含まれる検出対象物の有無又は量等が検出される検出系に用いられる。一般に、空隙が配置された構造体に電磁波が照射されたときの当該電磁波の反射率又は透過率は、空隙の特性に由来する周波数特性を有する。この構造体に検出対象物が付着したとき、この電磁波の反射率又は透過率の周波数特性は変化する。上述の検出系では、照射した電磁波の反射率又は透過率の周波数特性の変化を利用して検出対象物を検出する。
【０００８】
本実施形態に係る試料調製装置は、例えば検出対象物である微小物質に特異的に結合する抗体で修飾されたビーズを用いた試料調製を行う。すなわち、試料調製装置は、微小物質を含む試料と微小物質に特異的に結合する抗体が固定されたビーズとを混合して撹拌し、微小物質をビーズに結合させる。その後、試料調製装置は、微小物質が結合したビーズと結合していないビーズとの混合物を回収し、微小物質が結合したビーズのみを濾別処理によって回収する。
【０００９】
［試料調製装置の構成］
試料調製装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、試料調製装置１の構成例の概略を示すブロック図である。図１において、実線矢印は信号の流れを示し、破線矢印は、溶液、試料等の移動を示す。
【００１０】
図１に示すように、試料調製装置１は、Central Processing Unit（ＣＰＵ）１１と、メモリ１２と、ストレージ１３と、時計１５とを備える。ＣＰＵ１１は、試料調製装置１の各部の動作を制御するための制御回路として各種演算を行う。メモリ１２は、ＣＰＵ１１の主記憶装置として機能する。ストレージ１３は、補助記憶装置として機能する。ストレージ１３は、例えばハードディスクドライブ、フラッシュメモリ等の記録媒体を含む。ストレージ１３は、ＣＰＵ１１の演算で用いられる各種プログラム、パラメータ等を記憶している。時計１５は、ＣＰＵ１１が時刻又は経過時間を取得するための時計である。時計１５はタイマとして機能してもよい。時計１５は、例えばビーズと試料とを反応させる時間を計測するために用いられ得る。ＣＰＵ１１、メモリ１２、ストレージ１３、及び時計１５は、例えば、互いにバスライン１９を介して接続されている。なお、ＣＰＵ１１に代えて又はＣＰＵ１１に加えて、Application Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）、又はField Programmable Gate Array（ＦＰＧＡ）等が用いられてもよい。
【００１１】
試料調製装置１は、反応容器２１と、ビーズ容器３１と、試料容器４１と、緩衝液容器５１と、濾材６０と、試料回収容器８３とを備える。反応容器２１は、例えばビーズに対して検出対象物を結合させる反応などを行うための反応容器である。ビーズ容器３１は、反応容器２１に投入するビーズが貯蔵される容器である。試料容器４１は、検出対象物の有無又は量を調べたい試料が投入されて貯蔵される容器である。緩衝液容器５１は、ビーズの洗浄又は保存等に用いられる緩衝液が貯蔵される容器である。濾材６０は、検出対象物が結合したビーズと、検出対象物が結合していないビーズとを濾別するための濾材である。濾材６０は、後に詳述するとおり、多数の孔が形成された基材を含む。試料回収容器８３は、試料調製装置１で最終的に得られる試料が入れられる容器である。
【００１２】
ビーズ容器３１に入れられるビーズは、例えば適当な緩衝液に分散した状態にある。このビーズは、例えば磁性ビーズに検出対象物に特異的に結合する抗体を固定したものである。ビーズには、例えば、検出対象物である細菌を抗原とする抗体が固定されている。磁性ビーズは、例えば可磁化物質を含む。このため、試料調製装置１は、磁場を用いることで、磁性ビーズを移動させたり、その位置を保持したりすることができる。すなわち、試料調製装置１は、磁石等を利用して、磁性ビーズを回収することができる。本実施形態で検出対象物として想定されるのは、例えば細菌である。
【００１３】
試料調製装置１は、ビーズ添加装置３３と、試料添加装置４３と、液体添加装置５３とを備える。ビーズ添加装置３３は、第１のインターフェース（Ｉ／Ｆ）３３Ｉを介してバスライン１９に接続されている。ビーズ添加装置３３は、ＣＰＵ１１の制御下で、ビーズ容器３１内にあるビーズを所定量だけ反応容器２１に添加する。すなわち、ビーズ添加装置３３は、ビーズ容器３１内にあるビーズを反応容器２１内に移動させる。試料添加装置４３は、第２のＩ／Ｆ４３Ｉを介してバスライン１９に接続されている。試料添加装置４３は、ＣＰＵ１１の制御下で、試料容器４１内にある試料を所定量だけ反応容器２１に添加する。すなわち、試料添加装置４３は、試料容器４１内にある試料を反応容器２１内に移動させる。液体添加装置５３は、第３のＩ／Ｆ５３Ｉを介してバスライン１９に接続されている。液体添加装置５３は、ＣＰＵ１１の制御下で、緩衝液容器５１内にある緩衝液を所定量だけ反応容器２１に添加する。すなわち、液体添加装置５３は、緩衝液容器５１内にある緩衝液を反応容器２１内に移動させる。
【００１４】
試料調製装置１は、反応容器２１と関連して、撹拌装置２３と、ビーズ回収装置２５と、液体除去装置２７と、試料移動装置２９とを備える。
【００１５】
撹拌装置２３は、第４のＩ／Ｆ２３Ｉを介してバスライン１９に接続されている。撹拌装置２３は、ＣＰＵ１１の制御下で、反応容器２１内の液体を撹拌するための装置である。撹拌装置２３は、例えば、定期的な頻度で反応容器２１の角度を変えることで反応容器２１内の液体を撹拌する。また、撹拌装置２３は、例えば、反応容器２１を回転させることで反応容器２１内の液体を撹拌する。また、撹拌装置２３は、例えば、反応容器２１内に設けられた羽根を所定速度で回転させることで反応容器２１内の液体を撹拌する。
【００１６】
ビーズ回収装置２５は、第５のＩ／Ｆ２５Ｉを介してバスライン１９に接続されている。ビーズ回収装置２５は、反応容器２１内のビーズを回収するための装置である。ビーズ回収装置２５は、例えば磁石を含む。ビーズ回収装置２５は、ＣＰＵ１１の制御下で、反応容器２１の壁面に磁石を位置させる。その結果、反応容器２１内に磁性ビーズは、反応容器２１の内壁のうち、磁石が位置する部分に寄せ集められる。磁性ビーズを反応容器２１内で分散させるときには、ビーズ回収装置２５は、磁石を反応容器２１から遠ざける。
【００１７】
液体除去装置２７は、第６のＩ／Ｆ２７Ｉを介してバスライン１９に接続されている。液体除去装置２７は、ＣＰＵ１１の制御下で、反応容器２１内の液体を除去する装置である。液体除去装置２７は、例えばアスピーレータを含む。液体除去装置２７は、例えば、ビーズ回収装置２５によって反応容器２１の内壁の一部に集められたビーズを避けるように反応容器２１内の緩衝液を除去することができる。
【００１８】
試料調製装置１は、液体除去装置２７等を用いることで、例えば反応容器２１内のビーズを洗浄することができる。すなわち、試料調製装置１は、反応容器２１内のビーズ回収装置２５と液体除去装置２７とを用いて緩衝液を除去する。その後、試料調製装置１は、液体添加装置５３を用いて緩衝液容器５１内の緩衝液を反応容器２１に添加する。試料調製装置１は、撹拌装置２３を用いて反応容器２１内のビーズを緩衝液中で撹拌する。試料調製装置１は、これらの動作を繰り返すことでビーズを緩衝液で洗浄し、夾雑物を取り除くことができる。
【００１９】
試料移動装置２９は、第７のＩ／Ｆ２９Ｉを介してバスライン１９に接続されている。試料移動装置２９は、ＣＰＵ１１の制御下で、反応容器２１内の試料を濾材６０に移動させる。
【００２０】
試料調製装置１は、濾材６０と関連して、試料回収装置８１を備える。試料回収装置８１は、第８のＩ／Ｆ８１Ｉを介してバスライン１９に接続されている。試料回収装置８１は、ＣＰＵ１１の制御下で、濾材６０によって分離された試料を試料回収容器８３に移動させる。
【００２１】
［濾材の構成］
濾材６０について、図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明する。図２Ａは、濾材６０の孔の形状を模式的に示す斜視図である。図２Ｂは、濾材６０の孔の形状と、濾材６０の孔のサイズと試料に含まれる物質のサイズとを模式的に示す図である。図２Ｂでは、検出対象物が例えば大腸菌といった細菌９２であり、ビーズ９１には、細菌９２に特異的に結合する抗体が固定されているものとする。
【００２２】
濾材６０は、板状の基材６１に多数の孔６２が設けられることで形成されている。本実施形態では、孔６２の形状は、円錐台形状である。濾材６０において、試料が加えられる側を一次側７１と称し、濾液が出ていく側を二次側７２と称することにする。基材６１に設けられた孔６２は、枝分かれなく一次側７１から二次側７２へと抜ける孔となっている。
【００２３】
孔６２の一次側７１の入口６５の直径を第１の幅Ｐ１とし、二次側７２の出口６６の直径を第２の幅Ｐ２とする。本実施形態では、Ｐ１＜Ｐ２となっている。
【００２４】
ビーズ９１の直径は、ビーズ径ＤＢであるものとする。細菌９２は、細長い形状をしているものとする。細菌９２の短径は細菌の短径Ｌ１であり、細菌９２の長径は細菌の長径Ｌ２であるものとする。濾材６０に注がれる試料は、細菌９２が結合したビーズ９５と、細菌９２が結合していない単体のビーズ９６とを含む。濾材６０は、このような試料を濾別する。濾材６０の孔６２の第１の幅Ｐ１と、細菌の短径Ｌ１と、ビーズ径ＤＢとの大きさの関係は、次式の関係を有するように決定される。
細菌の短径Ｌ１＞濾材の孔の第１の幅Ｐ１＞ビーズ径ＤＢ
【００２５】
このような大きさの関係によって、ビーズ９１と細菌９２とがどのような位置関係で結合しても、また、試料内の物質と濾材の孔との位置関係がどのようになっても、単体のビーズ９６は、濾材６０を通過し、細菌９２が結合したビーズ９５は、濾材６０上に残渣として残る。濾材の孔の第１の幅Ｐ１は、例えば１μｍ程度に設定される。
【００２６】
なお、ここでは回収したい物質を細菌９２が結合したビーズ９５とし、これが濾材６０上に残渣として残る場合を説明している。しかしながら、これに限らない。回収したい物質を単体の細菌９２としてもよい。この場合、細菌９２とビーズ９１とを解離させる処理が行われ得る。処理後の試料は単体の細菌９２と単体のビーズ９６との混合物である。「細菌の短径Ｌ１＞濾材の孔の第１の幅Ｐ１＞ビーズ径ＤＢ」の大きさの関係が成り立つとき、濾材６０を用いて、単体の細菌９２を残渣として濾別できる。
【００２７】
また、例えば、ビーズ９１と細菌９２とが結合するときの位置関係が決まっている場合等は、細菌９２とビーズ９５とが結合した物の最短寸法を考慮してもよい。例えば最短寸法が細菌の短径Ｌ１とビーズ径ＤＢとの和であるとき、濾材の孔の第１の幅Ｐ１と、細菌の短径Ｌ１と、ビーズ径ＤＢとの大きさの関係は、例えば次式の関係を有するように決定されてもよい。
細菌の短径Ｌ１＋ビーズ径ＤＢ＞濾材の孔の第１の幅Ｐ１＞ビーズ径ＤＢ
【００２８】
孔６２の一次側７１の第１の幅Ｐ１よりも二次側７２の第２の幅Ｐ２が大きいことで、単体のビーズ９６が濾材６０の内部に留まることなく通り抜けやすい。このため、効率よく短時間で濾別が行われ得る。
【００２９】
例えば濾紙のような繊維を絡ませて作製されたような一般的な濾材では、濾材の内部に孔径が異なる様々な経路が存在する。言い換えると、このような濾材では、経路が枝分かれしている。このような濾材を用いると、ビーズ単体が、途中の経路で停滞しやすい。その結果、孔に目詰まりが生じ、濾別処理を滞らせてしまい、濾別に時間を要する。また、単体のビーズが、濾材の表面又は濾材の中に残ってしまう。このことは、濾液を回収する濾過処理においてはそれほど問題とならない。しかしながら本実施形態では、濾材６０の上に残渣として残る試料が回収したい試料となっている。濾材に不要な単体のビーズ９６が存在することは好ましくない。本実施形態の濾材６０では、図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明したような形状を有するため、単体のビーズ９６が孔６２の途中で停滞することが生じにくい。その結果、回収する試料に不要な単体のビーズ９６が混入することが生じにくい。さらに、目詰まり等により濾別処理を滞らせてしまう事態が発生しにくい。したがって、濾別処理が短時間で完了しやすい。
【００３０】
基材６１の材料は、どういった材料でもよい。基材６１の材料は、例えばポリカーボネートである。基材６１の厚さは、適宜に調整され得る。基材６１の厚さは、濾材６０に残したいものよりもやや厚くてよい。基材６１の厚さは、例えば１０μｍであってもよい。
【００３１】
濾材６０は、例えば基材６１に高エネルギーのレーザー光を照射して孔６２を形成することで作製され得る。また、孔６２の形状に合わせて作製された針を、基材６１に刺すことで、孔６２が機械的に形成されてもよい。濾材６０は、針形状の突起が多数設けられた型を用いて形成されてもよい。
【００３２】
［試料調製装置の動作］
試料調製装置１で行われる処理について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。この処理は、ユーザによって、試料容器４１に検出対象物を含む可能性がある試料が投入され、ビーズ容器３１にビーズが投入された状態で行われる。なお、ビーズには、検出対象物に特異的に結合する抗体が固定されている。
【００３３】
ＡＣＴ１０１において、ＣＰＵ１１は、ビーズ添加装置３３に、ビーズ容器３１内の緩衝液に懸濁されたビーズを反応容器２１に所定量投入させる。ＡＣＴ１０２において、ＣＰＵ１１は、試料添加装置４３に、試料容器４１内にある試料を反応容器２１に所定量投入させる。ここで、反応容器２１に投入されるビーズは、反応容器２１に投入される試料に対して十分に多い量に設定される。すなわち、試料内に含まれる検出対象物は全てビーズに結合し、検出対象物が結合していないビーズが余るように、これらの量は調整される。
【００３４】
ＡＣＴ１０３において、ＣＰＵ１１は、撹拌装置２３に反応容器２１を撹拌させる。ＡＣＴ１０４において、ＣＰＵ１１は、撹拌してから所定の反応時間が経過したか否かを判定する。所定時間が経過していないとき、処理はＡＣＴ１０３に戻り、撹拌を継続する。この継続した撹拌によって、反応容器２１内で、試料に含まれていた検出対象物は、抗原抗体反応を用いてビーズに固定される。ＡＣＴ１０４において、所定時間が経過したと判定されたとき、処理はＡＣＴ１０５に進む。
【００３５】
ここで、所定時間とは、例えば抗原抗体反応に要する時間である。この時間は、例えばストレージ１３に記録されている。ＣＰＵ１１は、ストレージ１３に記録された必要時間を読み出す。例えば、時計１５がタイマとして機能するとき、ＣＰＵ１１は、必要時間を時計１５に設定する。この場合、ＣＰＵ１１は、時計１５に測定開始信号を送信し、時計１５は時間測定を開始する。タイマとして機能する時計１５は、先に設定された時間が経過すると、測定終了信号をＣＰＵ１１に対して送信する。ＣＰＵ１１は、測定終了信号を受信すると、所定時間経過したと判定する。時計１５は、所定時間を計測するタイマとしての機能を有しておらず、時刻情報を出力するものであってもよい。その場合、ＣＰＵ１１は、時計１５から出力された時刻情報に基づいて、時間の計測を行う。
【００３６】
ＡＣＴ１０５において、ＣＰＵ１１は、ビーズ回収装置２５に、反応容器２１内にあるビーズを回収させる。例えば、ビーズ回収装置２５は、反応容器２１の外周に磁石を近づける。その結果、反応容器２１内で緩衝液中に懸濁されたビーズは、反応容器２１の磁石が近づけられた壁に集まる。この状態で、ＣＰＵ１１は、液体除去装置２７に、反応容器２１内の緩衝液を除去させる。
【００３７】
ＡＣＴ１０６において、ＣＰＵ１１は、試料調製装置１に、ビーズの洗浄を行わせる。すなわち、ＣＰＵ１１は、液体添加装置５３に、緩衝液容器５１内の緩衝液を反応容器２１に添加させる。ＣＰＵ１１は、撹拌装置２３に、反応容器２１内の緩衝液に懸濁されたビーズを撹拌させる。ＣＰＵ１１は、ビーズ回収装置２５にビーズを回収させ、液体除去装置にビーズを除く緩衝液を除去させる。
【００３８】
ＡＣＴ１０７において、ＣＰＵ１１は、ＡＣＴ１０６で行われる洗浄動作を所定回数繰り返したか否かを判定する。所定回数繰り返していないとき、処理はＡＣＴ１０６に戻る。すなわち、ＡＣＴ１０６の洗浄動作が所定回数繰り返される。一方、洗浄が所定回数繰り返されたと判定されたとき、処理はＡＣＴ１０８に進む。洗浄動作が所定回数行われることによって、反応容器２１内の夾雑物が取り除かれる。その結果、反応容器２１内には検出対象物が結合したビーズ９５及び検出対象物が結合していない単体のビーズ９６が残される。
【００３９】
ＡＣＴ１０８において、ＣＰＵ１１は、濾別処理を行う。すなわち、ＣＰＵ１１は、試料移動装置２９に、反応容器２１内のビーズを濾材６０に移動させる。この際、ビーズは、液体添加装置５３によって添加された緩衝液に懸濁された状態であってよい。濾材６０に移動させられる試料は、例えば緩衝液に懸濁された細菌９２が結合したビーズ９５と細菌９２が結合していない単体のビーズ９６とを含む。
【００４０】
図２を参照して説明したとおり、濾材６０の孔のサイズは適切に設定されている。したがって、例えば細菌といった検出対象物が結合したビーズ９５と検出対象物が固定されていない単体のビーズ９６とが分離される。すなわち、検出対象物が結合したビーズ９５が、残渣として濾材６０の上に残る。検出対象物が固定されていない単体のビーズ９６は、濾材６０を通過して濾材６０の上には残らない。ＣＰＵ１１は、必要に応じて液体添加装置５３に、濾材６０に緩衝液を添加させる。この緩衝液の添加によって、単体のビーズ９６は確実に濾材６０を通過し、濾材６０の上は洗浄される。緩衝液に代えて、純水等が用いられてもよい。
【００４１】
ＡＣＴ１０９において、ＣＰＵ１１は、試料回収装置８１に、濾材６０に残った試料である検出対象物が結合したビーズ９５を回収させ、試料回収容器８３に移動させる。以上によって、試料調製処理は終了する。
【００４２】
［検出対象物の検出］
上述のようにして調製したサンプルに含まれる検出対象物の検出について説明する。
【００４３】
検出対象物の検出には、検出センサ１２０が用いられる。検出センサ１２０の構造について、図面を参照して説明する。図４Ａは、検出センサ１２０の一例の断面図を示し、図４Ｂは、検出センサ１２０の一例の平面図を示す。図４Ａは、図４Ｂに示したIVＡ−IVＡ線における断面を示す。
【００４４】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、検出センサ１２０において、基板１２１の上に金属膜１２２が設けられている。基板１２１は、例えばシリコンで形成されている。金属膜１２２は、例えば金で形成されている。図４Ｂに示すように、金属膜１２２には、例えばＣ型の空隙が多数並べて形成されている。多数のＣ型の空隙を有する図４Ｂに示す例は、メタマテリアル共振器の代表例で、相補型分割リング共振器と呼ばれている。相補型分割リング共振器は、所定の周波数帯の電磁波が照射されたときに、特徴的な反射特性を示す。すなわち、電磁波が照射されたとき、金属膜１２２のＣ型の空隙が形成されている部分の周辺は、電気的にＬＣ回路のように振る舞う。このため、このＬＣ回路の共振周波数の近傍の周波数において、照射された電磁波は、相補型分割リング共振器と強く相互作用し、吸収される。その結果、相補型分割リング共振器は、ＬＣ回路の共振周波数の近傍で反射率が低下する反射特性を示す。例えば、Ｃ型の空隙部の大きさが数μｍ程度であるとき、共振周波数は、テラヘルツ帯域に表れる。
【００４５】
相補型分割リング共振器に物質が付着したとき、当該物質がＬＣ回路の主に容量成分を変化させる。その結果、当該ＬＣ回路の共振周波数が変化する。図５は、相補型分割リング共振器に電磁波を照射したときの反射率の周波数特性を示す。横軸は照射する電磁波の周波数を示し、縦軸は反射率を示す。破線１３１は、相補型分割リング共振器に被測定物がないときの周波数特性を示し、実線１３２は、相補型分割リング共振器に被測定物があるときの周波数特性を示す。図５に示すように、相補型分割リング共振器に被測定物があるか否かに応じて、反射率の周波数特性が変化する。
【００４６】
本実施形態に係る試料調製装置１で調製された試料は、検出センサ１２０上に添加され、乾燥処理が行われる。その結果、試料中に含まれる検出対象物が結合したビーズ９５は、検出センサ１２０上に固定される。もちろん、試料中に検出対象物が結合したビーズ９５がないときには、検出センサ１２０上に検出対象物が結合したビーズ９５は固定されない。本実施形態では、検出センサ１２０に固定される試料において、検出対象物にビーズが付着している。このビーズの存在のため、試料が付着することによる周波数特性の変化は、ビーズがなく検出対象物のみの場合と比較して大きくなる。したがって、本実施形態に係る試料調製によれば、高い検出感度が得られる。
【００４７】
試料調製装置１で調製された試料を固定した検出センサ１２０は、検出装置１１０に設置され、検出対象物の有無の検査又は検出対象物の量の測定等が行われる。検出装置１１０による検出について、図６を参照して説明する。図６は、検出装置１１０の概略を示す。
【００４８】
プロセッサ１１６の制御下で、駆動回路１１１は、電磁波照射部１１２に電磁波を放射させる。電磁波照射部１１２から放射された電磁波１１３ａは、例えば図示しない各種光学素子を用いて、検出センサ１２０に照射される。この電磁波の少なくとも一部は、検出センサ１２０で反射する。
【００４９】
反射した電磁波１１３ｂは、例えば図示しない各種光学素子を用いて、電磁波検出部１１４へと導かれる。電磁波検出部１１４は、電磁波１１３ｂを検出し、検出結果を示すアナログ電気信号を生成する。電磁波検出部１１４は、例えば電磁波１１３ｂの強度を検出し、電磁波１１３ｂの強度に応じた電気信号を出力する。電磁波検出部１１４から出力された検出結果を示す電気信号は、ＡＤ変換回路１１５でデジタル電気信号に変換され、プロセッサ１１６へと伝達される。
【００５０】
プロセッサ１１６は、電磁波検出部１１４の検出結果に基づいて、検出センサ１２０に固定された検出対象物の有無、量又は特性等を特定する。例えば、検出センサ１２０に検出対象物が固定されていないときと固定されているときとで、検出センサ１２０における電磁波の反射に係る周波数特性が変化する。このため、電磁波照射部１１２から所定の周波数を有する電磁波が放射され、検出センサ１２０で当該電磁波が反射するとき、検出対象物の有無に応じて検出センサ１２０で反射する電磁波の強度が変化する。プロセッサ１１６は、例えば予め取得しておいた検出対象物が固定されていないときに検出される電磁波の強度と、試料で処理した検出センサ１２０を用いて検出された電磁波の強度とを比較して、検出対象物の有無又は量等を特定する。
【００５１】
例えば、図５に示す例において、電磁波照射部１１２が放射する電磁波の周波数を、一点鎖線で示した周波数Ｆ１とする。このとき、破線１３１で示した検出対象物が存在しない検出センサ１２０の反射率は、第１の反射率Ｒ１として検出される。一方、実線１３２で示した検出対象物が存在する検出センサ１２０の反射率は、第２の反射率Ｒ２として検出される。このような反射率の変化の有無に基づいて、検出対象物の有無が特定され得る。また、反射率の変化量に基づいて、検出対象物の量又は特性が特定され得る。
【００５２】
本実施形態に係る試料調製装置１によれば、簡易な方法で迅速に、上述の検出装置１１０を用いた検査に適用される微小物質を含む試料の調製が行われ得る。特に、試料調製手順に含まれる抗原抗体反応は１回であるので、複数回の抗原抗体反応が含まれる調製手順が用いられる場合と比較して、調製時間が短い。
【００５３】
［濾材のバリエーション］
図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明した濾材６０の構成は、一例である。濾材は、他の構成を有していてもよい。例えば、孔の形状は、他の形状であってもよい。
【００５４】
図７に示す濾材６０ａのように、基材６１ａに設けられた孔６２ａは、四角錐台形状であってもよい。孔６２ａの大きさは、単体のビーズ９６は孔６２ａを通過し、例えば細菌９２といった検出対象物が結合したビーズ９５は孔６２ａを通過しないように設計される。孔６２ａの一次側７１ａの入口６５ａの最も幅の狭い部分の当該幅を第１の幅Ｐ１ａとする。図７に示す例でも、例えば、孔６２ａの大きさについて、次式の関係が成り立つ。
細菌の短径Ｌ１＞濾材の孔の第１の幅Ｐ１ａ＞ビーズ径ＤＢ
【００５５】
また、孔６２ａの二次側７２ａの出口６６ａの最も幅の狭い部分の当該幅を第２の幅Ｐ２ａとする。このとき、Ｐ１ａ＜Ｐ２ａとなっている。入口６５ａよりも出口６６ａが大きいことで、単体のビーズ９６が濾材６０の内部に留まることなく通り抜けやすい。その結果、濾別が効率よく行われ得る。
【００５６】
孔の形状は、円錐台又は四角錐台に限らず、他の錐台形状であってもよい。一次側の入口の大きさよりも二次側の出口の大きさの方が大きいことで、入口から孔に入った単体のビーズ９６が、濾材内に留まることなく通過しやすい。その結果、単体のビーズ９６が取り除かれ、細菌９２が結合したビーズ９５のみが濾材上の残渣として回収されやすい。
【００５７】
さらに、濾材の孔の入口、出口、及び他の断面の形状は、種々に変更され得る。どのような形状であっても、孔は、単体のビーズ９６は通過し、細菌９２が結合したビーズ９５は通過しない大きさ、形状を有していればよい。断面等の形状は、狭いところと広いところとがある形状でもよいが、複雑な形状は、単体のビーズ９６の詰まりを誘発するおそれがある。このため、孔の入口、出口、及び他の断面の形状は、円などであることが好ましい。
【００５８】
また、孔の形状は、錐台形状に限らない。柱形状であってもよい。すなわち、孔の二次側の大きさは、孔の一次側の大きさと同じであってもよい。図８Ａ及び図８Ｂに示す濾材６０ｂの例は、基材６１ｂに設けられた孔６２ｂが円柱形状である場合である。このとき、一次側７１ｂの入口６５ｂの直径を第１の幅Ｐ１ｂとし、二次側７２ｂの出口６６ｂの直径を第２の幅Ｐ２ｂとする。孔６２ｂは円柱形状であるので、Ｐ１ｂ＝Ｐ２ｂである。
【００５９】
孔６２ｂの大きさは、単体のビーズ９６は孔６２ｂを通過し、細菌９２が結合したビーズ９５は孔６２ｂを通過しないように設計される。例えば、孔６２ｂの大きさについて、次式の関係が成り立つ。
細菌の短径Ｌ１＞濾材の孔の第１の幅Ｐ１ｂ＞ビーズ径ＤＢ
【００６０】
例えば円柱形状のように入口と出口の形状が同じである場合、形状が異なる場合と比較して、濾材の製造が容易となる。例えば、基材に対して孔を打ち抜くことで濾材を形成することができる。円柱形状の孔を有する濾材は、例えば多数の球形の玉を撃ち込むことでも形成され得る。
【００６１】
また、図２Ａ、図２Ｂ、図７、図８Ａ及び図８Ｂに示した例では、孔は、何れも直錐台形状又は直柱体形状である。すなわち、孔の一次側の入口の重心と、孔の二次側の出口の重心とを結んだ線は、基材の主面に対して垂直になっている。しかしながら、これに限らない。孔の形状は、孔の一次側の入口の重心と孔の二次側の出口の重心とを結んだ線が基材の主面に対して垂直でない形状であってもよい。例えば図９Ａ及び図９Ｂに示す濾材６０ｃのように、基材６１ｃに形成された孔６２ｃの形状は、斜円柱形状であってもよい。このとき、孔６２ｃの一次側７１ｃの入口６５ｃの重心と、孔６２ｃの二次側７２ｃの出口６６ｃの重心とを結んだ線は、基材の主面に対して垂直から傾いている。また、孔について基材の主面に対して平行な断面の形状は、円形に限らず、どのような形状であってもよい。
【００６２】
図９Ａ及び図９Ｂに示す濾材６０ｃでは、入口６５ｃ側の第１の幅Ｐ１ｃと、出口６６ｃ側の第２の幅Ｐ２ｃとが同じである場合を示しているが、これに限らない。出口６６ｃ側の第２の幅Ｐ２ｃの方が、入口６５ｃ側の第１の幅Ｐ１ｃよりも大きくてもよい。
【００６３】
また、図１０に示す濾材６０ｄのように、基材６１ｄに設けられた孔６２ｄは、ジグザグであってもよい。すなわち、孔６２ｄは、一次側７１ｄの入口６５ｄから二次側７２ｄの出口６６ｄへと貫通する途中で折れ曲がっていてもよい。このような濾材６０ｄは、例えば図９に示したような斜円柱形状の孔を有する基材を複数枚（図１０の例では破線で示すように３枚）重ね合わせることで作製され得る。濾材６０ｄの孔６２ｄの形状を図１０に示すような形状とすることで、球形の単体のビーズ９６は、容易に通過できても、細長い形状の細菌９２が結合したビーズ９５は容易に通過できないように、孔６２ｄは設計され得る。
【００６４】
図１０に示す濾材６０ｄでは、入口６５ｄ側の第１の幅Ｐ１ｄと、出口６６ｄ側の第２の幅Ｐ２ｄとが同じである場合を示しているが、これに限らない。出口６６ｄ側の第２の幅Ｐ２ｄの方が、入口６５ｄ側の第１の幅Ｐ１ｄよりも大きくてもよい。
【００６５】
孔の形状は、上述の観点の種々の組み合わせであり得る。何れの形状であっても、孔は、単体のビーズ９６は通過し、例えば細菌９２である検出対象物が結合したビーズ９５又は単体の細菌９２は通過しない大きさを有している。
【００６６】
試料が加えられる側を一次側とし、濾液が出ていく側を二次側としたときに、孔は、枝分かれなく一次側から二次側へと貫通している。言い換えると、１つの孔について、一次側の入口と、二次側の出口との間に他の経路がない。入口と出口とは、１対１に対応する関係になっている。孔について基材の主面と平行な断面を考えたときに、各断面における孔の重心を結んだ線は、入口の重心から出口の重心まで、一続きの線となる。
【００６７】
上述のような形状に由来して、単体のビーズが孔の途中で停滞することが生じない。その結果、目詰まり等により濾別処理を滞らせてしまう事態が発生しない。したがって、濾別処理が短時間で完了する。また、回収する試料に不要な単体のビーズが混入することがない。また、検出対象物が結合したビーズ９５によって孔の途中が目詰まりしないように、孔の大きさが単体のビーズ９６よりも大きいのみならず、孔の全長にわたって孔の大きさが入口の大きさ以上であることが好ましい。
【００６８】
［変形例］
上述の実施形態では、ビーズと検出対象物との結合が抗原抗体反応を用いて行われる例を示した。しかしながら、これに限らない。検出対象物がビーズに特異的に吸着する方法であれば、どのような方法が用いられてもよい。
【００６９】
また、上述の実施形態では、検出対象物が１種類の場合を例に挙げて説明したが、検出対象物は、１種類に限らず複数種類であってもよい。この場合、検出対象物に応じた例えば複数種類の抗体が固定されたビーズが用いられ得る。
【００７０】
また、上述の実施形態では、試料調製装置１と検出装置１１０とが別体として設けられる例を示したが、これに限らない。試料調製装置１と検出装置１１０とが一体として設けられてもよい。ただし検出装置１１０による処理時間に比べて試料調製装置１による処理時間の方が長い。したがって、試料を大量に処理することを考慮すると、１台の試料調製装置１と１台の検出装置１１０とを一体としない方が好ましい。一体とする場合、複数台の試料調製装置１と１台の検出装置１１０とが一体とされることが好ましい。
【００７１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７２】
１…試料調製装置、１２…メモリ、１３…ストレージ、１５…時計、１９…バスライン、２１…反応容器、２３…撹拌装置、２３Ｉ…第４のインターフェース（Ｉ／Ｆ）、２５…ビーズ回収装置、２５Ｉ…第５のインターフェース（Ｉ／Ｆ）、２７…液体除去装置、２７Ｉ…第６のインターフェース（Ｉ／Ｆ）、２９…試料移動装置、２９Ｉ…第７のインターフェース（Ｉ／Ｆ）、３１…ビーズ容器、３３…ビーズ添加装置、３３Ｉ…第１のインターフェース（Ｉ／Ｆ）、４１…試料容器、４３…試料添加装置、４３Ｉ…第２のインターフェース（Ｉ／Ｆ）、５１…緩衝液容器、５３…液体添加装置、５３Ｉ…第３のインターフェース（Ｉ／Ｆ）、６０…濾材、６１…基材、６２…孔、６５…入口、６６…出口、７１…一次側、７２…二次側、８１…試料回収装置、８１Ｉ…第８のインターフェース（Ｉ／Ｆ）、８３…試料回収容器、９１…ビーズ、９２…細菌、９５…検出対象物が結合したビーズ、９６…検出対象物が結合していない単体のビーズ、１１０…検出装置、１１１…駆動回路、１１２…電磁波照射部、１１４…電磁波検出部、１１５…変換回路、１１６…プロセッサ、１２０…検出センサ、１２１…基板、１２２…金属膜。
【図１】
2019158766.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
2019158766.tif 000007
【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
2019158766.tif 000012
【図８Ｂ】
2019158766.tif 000013
【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
2019158766.tif 000015
【図１０】
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