(57)【要約】【課題】異なる成分から成る試料を基板に静電噴霧して、塗布された基板から特定の成分を持つ試料のみを検出できる生物活性物質分析装置を提供する。【解決手段】試料溶液を入れたノズルと、前記ノズルに対向する位置に配置され捕集電極と分析電極が形成された基板と、前記ノズルとアースとの間に第１の電圧を印加するための第１の電源と、前記分析電極とアースとの間に第２の電圧を印加するための第２の電源と、前記捕集電極とアースとの間に第３の電圧を印加するための第３の電源と、からなる生物活性物質分析装置。【選択図】図１
2009103560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料溶液を入れたノズルと、
前記ノズルに対向する位置に配置され捕集電極と分析電極が形成された基板と、
前記ノズルとアースとの間に第１の電圧を印加するための第１の電源と、
前記分析電極とアースとの間に第２の電圧を印加するための第２の電源と、
前記捕集電極とアースとの間に第３の電圧を印加するための第３の電源と、
からなる生物活性物質分析装置。
【請求項２】
前記第１の電圧と前記第２の電圧は同極性であり、且つ前記第３の電圧は前記第１の電圧と逆極性である請求項１に記載の生物活性物質分析装置。
【請求項３】
前記第１の電圧は、前記第２の電圧より大きい請求項２に記載の生物活性物質分析装置。
【請求項４】
前記第３の電圧の絶対値は前記前記第２の電圧以下である請求項２に記載の生物活性物質分析装置。
【請求項５】
前記捕集電極と前記分析電極とは電気的に絶縁されている請求項１に記載の生物活性物質分析装置。
【請求項６】
前記捕集電極と前記分析電極との形状は方形であり、前記分析電極は二つの前記捕集電極の間に形成された請求項５に記載の生物活性物質分析装置。
【請求項７】
前記捕集電極は、前記分析電極を囲むように形成されている請求項１に記載の生物活性物質分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物活性物質を検出する技術に関し、特に静電噴霧法を用いて生物活性物質を基板に塗布して生物活性物質の検出を行う生物活性物質分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静電噴霧法は、帯電させた試料により生じる電気的な反発作用を利用して試料をノズル先端から基板に向かって噴霧する方法である。そのため、静電噴霧装置は、試料を吐出するためのノズルと試料を塗布すべき基板との間に高電圧を印加するための高電圧電源を備えている。このノズルに加えた高電圧により、ノズル内の試料溶液を帯電させ、基板表面に試料を塗布する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ノズル先端に形成された溶液の液滴がもつ表面張力より帯電された液滴の電気的反発作用が打ち勝つ場合に、試料溶液が噴霧される。この時の液滴は、帯電状態や溶液の表面張力、粘度などに応じた運動エネルギーを持つ。特許文献１では、噴霧された液滴が持つ電荷の極性と反対の極性の電荷や電位を基板表面に与えることで、基板表面に所望の形状に生物活性物質を均一に塗布する技術を開示している。静電噴霧を行うために基板表面に電荷や電位を与える手段には、基板表面に電極を形成する方法が示されている。
【特許文献１】特表平１１−５０９７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来の構成では、同一成分の試料を静電噴霧することにより基板表面に均一に塗布できる技術を開示している。しかし、異なる成分から成る試料を静電噴霧して特定の成分を持つ試料を分離する技術は、開示も示唆もされていない。従って、異なる成分から成る試料を基板に静電噴霧し、塗布された基板から特定の成分を持つ試料のみを検出することが出来ないという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、異なる成分から成る試料を基板に静電噴霧して、塗布された基板から特定の成分を持つ試料のみを検出できる生物活性物質分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の生物活性物質分析装置は、試料溶液を入れたノズルと、前記ノズルに対向する位置に配置され捕集電極と分析電極が形成された基板と、前記ノズルとアースとの間に第１の電圧を印加するための第１の電源と、前記分析電極とアースとの間に第２の電圧を印加するための第２の電源と、前記捕集電極とアースとの間に第３の電圧を印加するための第３の電源と、からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の生物活性物質分析装置によれば、電極が形成された基板に対して血液等の生物活性物質を静電噴霧することで、基板の電極上に特定の生物活性物質を検出することが出来る。血液であれば、血液内の抗原の有無を用意に分析することができる。すなわち、既知の抗原による感染の有無を判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の生物活性物質分析装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【０００９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における生物活性物質分析装置の構成を示す図である。図１において、００１はノズルであり、ノズル００１内には、静電噴霧する溶液０１６を入れる。００２は、基板であり、その表面に分析電極００３と捕集電極００４が形成されている。００５は、ノズル００１とアース００８との間に電圧を印加する高電圧電源であり、本実施の形態では、３．５ｋＶの電圧を加えた。００６は、捕集電極００４とアース００８との間に電圧を加える捕集電極用電源であり、００７は分析電極００３とアース００８との間に電圧を加える分析電極用電源である。本実施例では、分析電極００３に、＋２４０Ｖを加え、捕集電極００４に−１００Ｖの電圧を加えた。ノズル００１から基板００２までの距離は５０ｍｍとした。
【００１０】
本実施例で用いた溶液０１６は、２種類の蛍光色素を混合したものであり、１種類が、ＦＩＴＣ(Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ  Ｉｓｏｔｈｉｏｃｉａｎａｔｅ)であり、もう１種類がＣｙ５である。ＦＩＴＣは、波長４９５ｎｍの励起光で、波長５２０ｎｍの蛍光を発する蛍光物質であり、分子量はおよそ６０万である。Ｃｙ５は波長６３０ｎｍの励起光で、６６０ｎｍの蛍光を発する。分子量はおよそ１２万である。
【００１１】
図２は図１のノズル周辺を拡大して示した図である。ノズル００１から噴霧された溶液０１６は図２に示すように多数の液滴０１７となって空気中に放出される。図１に示されるスプレーフレーム０１０は多くの液滴０１７から構成されており、その大きさは、目で見ることができる場合もある。
【００１２】
図３に、基板上の電極を示す。電極は、分析電極００３と捕集電極００４とから成り、その形状は図のように短冊形をしている。本実施例では、捕集電極００４の幅０１４を１．５ｍｍとし、長さを１０ｍｍとした。また、分析電極００３の幅０１２は０．５ｍｍとし、長さは１０ｍｍとした。本発明の特徴は、捕集電極００４を分析電極００３に挟まれるように配置したことである。本実施の形態では、捕集電極と分析電極の間の距離０１１を１ｍｍとした。
【００１３】
以上のように構成した生物活性物質分析装置を用いて、ノズル００１に溶液０１６を入れて静電噴霧を行い、基板００２上を蛍光顕微鏡で観察した。その結果、分析電極００３上に波長５２０ｎｍの蛍光を観察できたが、６６０ｎｍの蛍光は観察されなかった。この結果は、溶液０１６中の成分ＦＩＴＣを分離して分析電極００３上に集められることを示している。また、同様の条件で、捕集電極００４に加える電圧を０Ｖにした場合でも、上記と同様の分離結果が得られた。
【００１４】
なお、捕集電極００４に加える電圧をプラスにすると、ノズル００１からの噴霧が不安定になるという現象が観察された。これは、捕集電極００４にプラス電圧を加えると、基板００２上のすべての電極がプラス電位になるため、ノズル００１と基板００２の間の電位差が小さくなり、静電噴霧が安定して継続出来なくなるためと考えられる。
【００１５】
図４は本発明の試料分離の原理を説明する図である。ノズル００１に＋３．５ｋＶの電圧を加えて静電噴霧を行うと、溶液０１６はプラスに帯電した液滴状態でノズル００１より噴霧される。ノズル００１から基板００２に向かって電位勾配があるため、プラスに帯電した液滴０１７は、基板００２に向かって飛行する。液滴０１７は、基板００２に向かって飛行中に、乾燥により体積が小さくなる。体積が減少しても、液滴自体のもつ電荷は変化しないため、飛行の途中で、液滴自体がもつ電荷により生じる反発作用により、液滴０１７はさらに小さな液滴へと分裂する。分裂すると体積に対する表面積の比率が大きくなり、分裂前より乾燥しやすい状態となる。そのため乾燥が進み、液滴の体積がさらに小さくなり、電荷の反発作用による分裂が生じる。噴霧された液滴０１７は、乾燥と分裂の過程を繰り返して、分子サイズの大きさになって基板００２に付着する。そのため基板００２付近では、分子サイズの液滴が分布している。本実施の形態では低分子成分０１８としてＣｙ５、高分子成分０１９としてＦＩＴＣの２種類を混合した試料０１６として用いたため、図４に示すように、基板００２付近には、溶液中に含まれる低分子成分０１８と、高分子成分０１９が分離した状態で分布している。
【００１６】
高分子成分０１９及び低分子成分０１８の両方とも大部分は、マイナスの電圧を印加した捕集電極００４に引き寄せられて付着する。ただし、分析電極００３付近に噴霧された低分子成分０１８及び高分子成分０１９は、それらが持つ慣性力のために、分析電極００３のプラス電圧による反発力を受けながらも、分析電極００３に向かって飛行する。特に、高分子成分０１９は大きな慣性力を持っているため、分析電極００３に加えられているプラス電圧による反発力を受けても一部が分析電極００３上に付着する。分子サイズまで分裂した液滴成分のうち低分子成分０１８は、慣性力が小さいために、分析電極００３に付着する前に、分析電極に加えられたプラス電圧による反発作用でほぼすべてが反発され、捕集電極００４上に付着する。
【００１７】
分析電極００３及び捕集電極００４以外の基板００２表面は絶縁性であり、静電噴霧の初期段階で、数百Ｖから数ｋＶの高い電位に帯電するため、噴霧された液滴０１７はほとんど付着しない。実際、噴霧後の基板００２表面を蛍光顕微鏡で観察しても、分析電極００３及び捕集電極００４以外の部分では蛍光は観察されなかった。基板００２表面が帯電する理由としては、噴霧された溶液またはノズル周辺の空気が高電圧で帯電し、噴霧初期段階に、基板００２表面に接触して基板００２表面を帯電させているためである。
【００１８】
本実施の形態では、図３のように、分析電極００３を挟むように捕集電極００４を配置したが、例えば、図５のように、分析電極００３の周囲を捕集電極００４で囲むように形成することで、分析電極００３にノズルと同極性の電圧を加え、捕集電極００４にノズルと異極性の電圧を加えれば、本実施の形態と同様の効果が得られることは容易に推測できる。図５以外の形状であっても、分析電極を捕集電極が囲む形状に形成すれば本実施の形態と同様の効果が得られる。
【００１９】
また本発明の実施の形態と異なる溶液を用いる場合は、初めに、蛍光標識した低分子成分のみの溶液で噴霧を行い、分析電極００３と捕集電極００４に加える電圧を変更しながら、低分子成分が分析電極００３に付着しない条件を見つける。低分子成分の付着の有無は、蛍光顕微鏡による観察で判断する。次に、低分子成分と高分子成分の混合溶液を、低分子成分が分析電極００３に付着しない条件で噴霧して、分析電極００３上に高分子成分が付着することを確認する。高分子成分も低分子成分と同様に蛍光標識しておく。
【００２０】
以上のようにして決定した条件で、実際に分析対象となる溶液の噴霧を行えば、分析対象の溶液中の高分子成分の有無を評価することができる。つまり噴霧した溶液に高分子成分が含まれていなければ、分析電極００３上で蛍光は観察されない。高分子成分が含まれていれば、分析電極００３上に付着するため、蛍光が観察される。
【００２１】
本実施の形態では、２種類の異なる蛍光色素を噴霧して高分子成分を分離可能なことを示したが、例えば、蛍光標識した抗体と抗体が特異的に結合する抗原の混合溶液を分析対象とした場合、上記方法によれば抗体が低分子成分となり、抗体と抗原が結合した高分子量の成分を検出することができる。つまり蛍光色素が１種類の場合でも、高分子成分を検出することができる。具体的には、ウィルスや細菌などの感染を調べる検査方法として応用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明にかかる生物活性物質分析装置は、簡単な構成で試料を分析できるという利点を有し、試料の分析技術として利用可能であり、特に、ウィルスや細菌に対する感染の有無を分析する手段として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１における静電噴霧装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるノズル周辺の拡大図
【図３】本発明の実施の形態１における基板の構造図
【図４】本発明の実施の形態１における静電噴霧の原理の説明図
【図５】本発明のその他の実施の形態における基板の構造図
【符号の説明】
【００２４】
００１  ノズル
００２  基板
００３  分析電極
００４  捕集電極
００５  高電圧電源
００６  捕集電極用電源
００７  分析電極用電源
００８  アース
００９  装置筺体
０１０  スプレーフレーム
０１１  間隔
０１２  分析電極寸法
０１３  分析電極寸法
０１４  捕集電極寸法
０１５  捕集電極寸法
０１６  溶液
０１７  液滴
０１８  低分子成分
０１９  高分子成分
【図１】
2009103560.tif 000003
【図２】
2009103560.tif 000004
【図３】
2009103560.tif 000005
【図４】
2009103560.tif 000006
【図５】
2009103560.tif 000007