特開 2023-72437 検出準備方法、検出準備システム、粒子群、及び粒子群の作製方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023072437

(43)【公開日】2023-05-24

(54)【発明の名称】検出準備方法、検出準備システム、粒子群、及び粒子群の作製方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/00 20060101AFI20230517BHJP

   C12M 1/34 20060101ALI20230517BHJP

   C12N 1/00 20060101ALI20230517BHJP

   C12Q 1/04 20060101ALI20230517BHJP

【ＦＩ】

G01N15/00 C

C12M1/34 A

C12N1/00 N

C12Q1/04

C12M1/34 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021184995

(22)【出願日】2021-11-12

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】管野 天

【テーマコード（参考）】

4B029

4B063

4B065

【Ｆターム（参考）】

4B029AA07

4B029BB13

4B029FA02

4B029FA10

4B029GA08

4B029GB02

4B029GB06

4B063QA01

4B063QA18

4B063QQ10

4B063QR66

4B063QS03

4B063QS36

4B063QX02

4B065AA01X

4B065AA95X

4B065CA46

(57)【要約】

【課題】標的物質の検出精度を向上させやすくすること。
【解決手段】検出準備方法は、標的物質１１又は標的物質１１を模擬した模擬物質２４と、標的物質１１又は模擬物質２４に特異的に結合する物質で修飾された第１誘電体粒子２１とを結合させた複合体粒子２３、並びに複合体粒子２３と誘電泳動による挙動が異なる第２誘電体粒子２２を有する粒子群２０を準備し、粒子群２０を含む溶媒に電場を印加するための電極に交流電圧を印加し、溶媒を撮像素子で撮像し、交流電圧の周波数を変化させながら、撮像素子で撮像した画像に基づいて複合体粒子２３と第２誘電体粒子２２とを誘電泳動によって分離可能な所定の周波数を探索する。複合体粒子２３及び第２誘電体粒子２２のいずれか一方は、画像において両者を視覚的に区別し得る標識（蛍光物質２５）を有する方法である。
【選択図】図１１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

標的物質又は前記標的物質を模擬した模擬物質と、前記標的物質又は前記模擬物質に特異的に結合する物質で修飾された第１誘電体粒子とを結合させた複合体粒子、並びに前記複合体粒子と誘電泳動による挙動が異なる第２誘電体粒子を有する粒子群を準備し、
前記粒子群を含む溶媒に電場を印加するための電極に交流電圧を印加し、
前記溶媒を撮像素子で撮像し、
前記交流電圧の周波数を変化させながら、前記撮像素子で撮像した画像に基づいて前記複合体粒子と前記第２誘電体粒子とを誘電泳動によって分離可能な所定の周波数を探索し、
前記複合体粒子及び前記第２誘電体粒子のいずれか一方は、前記画像において両者を視覚的に区別し得る標識を有する、
検出準備方法。

【請求項2】

前記標識は、蛍光物質を含む、
請求項１に記載の検出準備方法。

【請求項3】

前記溶媒を前記撮像素子で撮像する際に、前記蛍光物質を励起する波長を有する所定の光を発する励起用光源から、前記溶媒に対して前記所定の光を照射する、
請求項２に記載の検出準備方法。

【請求項4】

前記撮像素子は、前記所定の光を遮断するフィルタを介して前記溶媒を撮像する、
請求項３に記載の検出準備方法。

【請求項5】

前記複合体粒子に対して作用する正の誘電泳動と負の誘電泳動とが切り替わる前記交流電圧の周波数である第１交差周波数と、前記第２誘電体粒子に対して作用する前記正の誘電泳動と前記負の誘電泳動とが切り替わる前記交流電圧の周波数である第２交差周波数との間の周波数を、前記所定の周波数として探索する、
請求項１～４のいずれか１項に記載の検出準備方法。

【請求項6】

標的物質又は前記標的物質を模擬した模擬物質と、前記標的物質又は前記模擬物質に特異的に結合する物質で修飾された第１誘電体粒子とを結合させた複合体粒子、並びに前記複合体粒子と誘電泳動による挙動が異なる第２誘電体粒子を有する粒子群を含む溶媒を収容する容器と、
前記容器に収容された前記溶媒を撮像する撮像素子と、
前記溶媒に電場を印加するための電極に印加する交流電圧の周波数を変化させながら、前記撮像素子で撮像した画像に基づいて前記複合体粒子と前記第２誘電体粒子とを誘電泳動によって分離可能な所定の周波数を探索する探索部と、を備え、
前記複合体粒子及び前記第２誘電体粒子のいずれか一方は、前記画像において両者を視覚的に区別し得る標識を有する、
検出準備システム。

【請求項7】

前記標識は、蛍光物質を含んでおり、
前記蛍光物質を励起する波長を有する所定の光を前記溶媒に対して照射する励起用光源を更に備える、
請求項６に記載の検出準備システム。

【請求項8】

標的物質又は前記標的物質を模擬した模擬物質に特異的に結合する物質で修飾された第１誘電体粒子と、
前記第１誘電体粒子に前記標的物質又は前記模擬物質を結合させた複合体粒子と誘電泳動による挙動が異なる第２誘電体粒子と、を含み、
前記複合体粒子及び前記第２誘電体粒子のいずれか一方は、撮像素子により撮像された画像において両者を視覚的に区別し得る標識を有する、
粒子群。

【請求項9】

前記標識は、蛍光物質を含む、
請求項８に記載の粒子群。

【請求項10】

標的物質又は前記標的物質を模擬した模擬物質に特異的に結合する物質を修飾した誘電体粒子と、前記標的物質又は前記模擬物質とを混合することで、前記誘電体粒子に前記標的物質又は前記模擬物質が結合した第１誘電体粒子を含む複合体粒子と、前記複合体粒子とは誘電泳動による挙動が異なる第２誘電体粒子と、を作製し、
前記複合体粒子及び前記第２誘電体粒子のいずれか一方は、撮像素子により撮像された画像において両者を視覚的に区別し得る標識を有する、
粒子群の作製方法。

【請求項11】

前記第１誘電体粒子及び前記第２誘電体粒子のいずれか一方の粒子について、当該粒子に蛍光物質を化学結合により固定化、又は当該粒子の内部に前記蛍光物質を埋め込むことにより、前記標識を付与する、
請求項１０に記載の粒子群の作製方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ウイルス等の標的物質を検出する前の準備を行うための検出準備方法、検出準備システム、粒子群、及び粒子群の作製方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、試料中に含まれる粒子の保持方法、及び粒子を保持／検出する手段の校正方法が開示されている。この粒子の保持方法は、粒子を保持可能な保持部を有した粒子保持手段に生体物質以外の物質からなる多孔性粒子を含む試料を導入する工程と、誘電泳動力を利用して粒子を保持部に保持させる工程と、を含む。また、この校正方法は、検出部による粒子検出結果に基づき、保持工程及び検出工程が正常に行われているかを判断する工程を含む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１４６５７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、標的物質の検出精度を向上させやすい検出準備方法等を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様に係る検出準備方法は、標的物質又は前記標的物質を模擬した模擬物質と、前記標的物質又は前記模擬物質に特異的に結合する物質で修飾された第１誘電体粒子とを結合させた複合体粒子、並びに前記複合体粒子と誘電泳動による挙動が異なる第２誘電体粒子を有する粒子群を準備する。前記検出準備方法では、前記粒子群を含む溶媒に電場を印加するための電極に交流電圧を印加する。前記検出準備方法では、前記溶媒を撮像素子で撮像する。前記検出準備方法では、前記交流電圧の周波数を変化させながら、前記撮像素子で撮像した画像に基づいて前記複合体粒子と前記第２誘電体粒子とを誘電泳動によって分離可能な所定の周波数を探索する。前記複合体粒子及び前記第２誘電体粒子のいずれか一方は、前記画像において両者を視覚的に区別し得る標識を有する。

【0006】

本開示の一態様に係る検出準備システムは、容器と、撮像素子と、探索部と、を備える。前記容器は、標的物質又は前記標的物質を模擬した模擬物質と、前記標的物質又は前記模擬物質に特異的に結合する物質で修飾された第１誘電体粒子とを結合させた複合体粒子、並びに前記複合体粒子と誘電泳動による挙動が異なる第２誘電体粒子を有する粒子群を含む溶媒を収容する。前記撮像素子は、前記容器に収容された前記溶媒を撮像する。前記探索部は、前記溶媒に電場を印加するための電極に印加する交流電圧の周波数を変化させながら、前記撮像素子で撮像した画像に基づいて前記複合体粒子と前記第２誘電体粒子とを誘電泳動によって分離可能な所定の周波数を探索する。前記複合体粒子及び前記第２誘電体粒子のいずれか一方は、前記画像において両者を視覚的に区別し得る標識を有する。

【0007】

本開示の一態様に係る粒子群は、標的物質又は前記標的物質を模擬した模擬物質に特異的に結合する物質で修飾された第１誘電体粒子と、前記第１誘電体粒子に前記標的物質又は前記模擬物質を結合させた複合体粒子と誘電泳動による挙動が異なる第２誘電体粒子と、を含む。前記複合体粒子及び前記第２誘電体粒子のいずれか一方は、撮像素子により撮像された画像において両者を視覚的に区別し得る標識を有する。

【0008】

本開示の一態様に係る粒子群の作製方法は、標的物質又は前記標的物質を模擬した模擬物質に特異的に結合する物質を修飾した誘電体粒子と、前記標的物質又は前記模擬物質とを混合することで、前記誘電体粒子に前記標的物質又は前記模擬物質が結合した第１誘電体粒子を含む複合体粒子と、前記複合体粒子とは誘電泳動による挙動が異なる第２誘電体粒子と、を作製する。前記複合体粒子及び前記第２誘電体粒子のいずれか一方は、撮像素子により撮像された画像において両者を視覚的に区別し得る標識を有する。

【0009】

なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、装置、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

【発明の効果】

【0010】

本開示の一態様に係る検出準備方法等によれば、標的物質の検出精度を向上させやすい、という利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施の形態に係る検出システムの概略構成を示す斜視図である。

【図2】図２は、実施の形態に係る検出システムの概略構成を示すブロック図及び断面図である。

【図3】図３は、実施の形態に係る電極セットの構成を示す平面図である。

【図4】図４は、実施の形態に係る検出方法を示すフローチャートである。

【図5】図５は、実施の形態における複合体粒子の形成プロセスを示す図である。

【図6】図６は、実施の形態における交流電圧の設定周波数を示すグラフである。

【図7A】図７Ａは、第１電場領域に移動した粒子を示す概略図である。

【図7B】図７Ｂは、第１電場領域及び第２電場領域に移動した粒子を示す概略図である。

【図7C】図７Ｃは、第２電場領域に移動した粒子を示す概略図である。

【図8】図８は、実施の形態における粒子の種類ごとの交差周波数を示すグラフである。

【図9】図９は、実施の形態に係る検出準備システムの概略構成を示すブロック図及び断面図である。

【図10】図１０は、実施の形態における粒子群の一例を示す図である。

【図11】図１１は、実施の形態に係る検出準備方法を示すフローチャートである。

【図12】図１２は、実施の形態における所定の周波数の探索プロセスの説明図である。

【図13】図１３は、実施の形態における粒子群が第１電場領域及び第２電場領域に移動した状態を示す概略図である。

【図14】図１４は、変形例に係る電極セットの構成を示す第１平面図である。

【図15】図１５は、変形例に係る電極セットの構成を示す第２平面図である。

【図16】図１６は、変形例に係る複合体粒子の形成プロセスを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

【0013】

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、請求の範囲を限定する主旨ではない。

【0014】

また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。

【0015】

また、以下において、平行及び垂直などの要素間の関係性を示す用語、及び、矩形状などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表すのではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する。

【0016】

また、以下において、標的物質を検出するとは、標的物質を見つけ出して標的物質の存在を確認することに加えて、標的物質の量（例えば数又は濃度等）又はその範囲を測定することを含む。

【0017】

（実施の形態）
実施の形態に係る検出準備方法及び検出準備システムは、検出方法を実行する前、及び検出システムの使用前における準備を行うための方法及びシステムである。検出方法及び検出システムは、液体中の複合体粒子及び未結合粒子を誘電泳動（Dielectrophoresis：ＤＥＰ）によって分離し、分離した複合体粒子に含まれる標的物質を検出するための方法及びシステムである。

【0018】

ここで、誘電泳動とは、不均一な電場にさらされた誘電体粒子に力が働く現象である。この力は、粒子の帯電を要求しない。

【0019】

また、標的物質とは、検出の対象となる物質であり、例えば病原性タンパク質等の分子、ウイルス（外殻タンパク質等）、又は細菌（多糖等）などである。標的物質は、被検物あるいは検出対象物と呼ばれる場合もある。

【0020】

以下、実施の形態に係る検出準備方法及び検出準備システムを説明するに先立って、誘電泳動を用いた標的物質の検出を実現する検出システム及び検出方法の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

【0021】

［検出システムの構成］
まず、検出システムの構成について図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、実施の形態に係る検出システムの概略構成を示す斜視図である。また、図２は、実施の形態に係る検出システムの概略構成を示す断面図である。図１では、特に、分離器１１０は、第１基板１１１を除く部分を透過することで、分離器１１０の内部が見えるよう、概形のみを示している。また、図１は、分離器１１０を中心にその他の構成要素との関係性を説明するために用いられ、検出システム１００が使用される際の各々の構成要素の配置位置、配置方向、姿勢等を限定するものではない。また、図２は、図１に示す分離器１１０を紙面と平行な方向に沿って切断した断面図と共に、検出システム１００の各構成要素を示すブロック図を示している。なお、図２に示す分離器１１０の一部の構成の厚みは、図１において図示が省略されている。

【0022】

図１及び図２に示すように、検出システム１００は、分離器１１０と、電源１２０と、光源１３０と、撮像素子１４０と、検出部１５０と、を備える。

【0023】

分離器１１０は、標的物質１１を含み得る試料１０を収容する容器であり、空間１１２１を内部に有する。試料１０は、当該空間１１２１に収容される。分離器１１０は、空間１１２１内で、複合体粒子１３と未結合粒子１２とを液体中（つまり試料１０の外液中）で誘電泳動により分離する。ここでは、分離器１１０は、複合体粒子１３と未結合粒子１２とを位置的に分離する。試料１０は、未結合粒子１２を含み、標的物質１１が含まれる場合、標的物質１１と未結合粒子１２によって形成された複合体粒子１３をさらに含む。また、試料１０には、夾雑物１４が混入する場合がある。

【0024】

複合体粒子１３とは、標的物質１１と、標的物質１１に特異的に結合する性質を有する物質で修飾された誘電体粒子１２ａ（後述する図５参照）と結合した複合体である。つまり、複合体粒子１３では、標的物質１１に特異的に結合する性質を有する物質を介して、標的物質１１と誘電体粒子１２ａとが結合されている。

【0025】

誘電体粒子１２ａとは、印加された電場によって分極することができる粒子である。誘電体粒子１２ａは、例えば、蛍光物質を含んでもよい。後述する光源１３０から、当該蛍光物質を励起する波長の光が照射された場合、蛍光発光の波長帯の光を検出することで、誘電体粒子１２ａの検出を行うことができる。また、誘電体粒子１２ａは、蛍光物質を含む粒子に限定されない。例えば誘電体粒子１２ａとして、蛍光物質を含まないポリスチレン粒子、又はガラス粒子等が用いられてもよい。

【0026】

ここで、標的物質１１と特異的に結合する性質を有する物質とは、標的物質１１と特異的に結合可能な物質であり、特異的結合物質１２ｂ（後述する図５参照）とも呼ばれる。標的物質１１に対する特異的結合物質１２ｂの組み合わせの例としては、抗原に対する抗体、基質若しくは補酵素に対する酵素、ホルモンに対するレセプタ、抗体に対するプロテインＡ若しくはプロテインＧ、ビオチンに対するアビジン類、カルシウムに対するカルモジュリン、糖に対するレクチン、又は６×ヒスチジン若しくはグルタチオンＳトランスフェラーゼ等のペプチドタグに対するニッケル－ニトリロ三酢酸若しくはグルタチオン等のタグ結合物質等が挙げられる。

【0027】

未結合粒子１２とは、複合体粒子１３を形成していない誘電体粒子１２ａである。つまり、未結合粒子１２は、標的物質１１に結合していない誘電体粒子１２ａである。未結合粒子１２は、フリー（Ｆ）成分とも呼ばれる。一方、複合体粒子１３に含まれる誘電体粒子１２ａ及び特異的結合物質１２ｂは、バインド（Ｂ）成分とも呼ばれる。

【0028】

ここで、分離器１１０の内部構成について説明する。図２に示すように、分離器１１０は、第１基板１１１と、スペーサ１１２と、第２基板１１３と、を備える。

【0029】

第１基板１１１は、例えばガラス又は樹脂製のシートである。第１基板１１１は、空間１１２１の底を規定する上面を有し、当該上面には、電源１２０から交流電圧が印加される電極セット１１１１が形成される。電極セット１１１１は、第１電極１１１２及び第２電極１１１３を含み、第１基板１１１上に不均一な電場（電場勾配ともいう）を生成することができる。つまり、電極セット１１１１は、電場勾配を発生する（又は形成する）電場勾配発生部の一例である。なお、電極セット１１１１の詳細については、図３を用いて後述する。

【0030】

スペーサ１１２は、第１基板１１１上に配置される。スペーサ１１２には、空間１１２１の形状に対応する貫通孔が形成されている。言い換えると、空間１１２１は、第１基板１１１及び第２基板１１３に挟まれた貫通孔によって形成される。上記したように、空間１１２１には、複合体粒子１３と未結合粒子１２とを含み得る試料１０が導入される。スペーサ１１２は、貫通孔を囲む外壁であり、空間１１２１を規定する内側面を有する。スペーサ１１２は、例えば、第１基板１１１及び第２基板１１３との密着性が高い樹脂等の材料で構成される。

【0031】

第２基板１１３は、例えばガラス又は樹脂製の透明なシートであり、スペーサ１１２上に配置される。例えば、第２基板１１３としては、ポリカーボネート基板を用いることができる。第２基板１１３には、空間１１２１に繋がる供給孔１１３１及び排出孔１１３２が板面を貫通するように形成されている。試料１０は、供給孔１１３１を介して空間１１２１に供給され、排出孔１１３２を介して空間１１２１から排出される。なお、第２基板１１３を備えずに分離器１１０を構成してもよい。つまり、第２基板１１３は、必須の構成要素ではない。例えば、分離器１１０が容器として成立するための空間１１２１は、底及び内側面をそれぞれ規定する第１基板１１１及びスペーサ１１２のみで形成される。

【0032】

電源１２０は、交流電源であり、第１基板１１１の電極セット１１１１に交流電圧を印加する。電源１２０は、交流電圧を供給できればどのような電源であってもよく、特定の電源に限定されない。また、交流電圧は外部電源から供給されてもよく、この場合、電源１２０は、検出システム１００に含まれなくてもよい。

【0033】

光源１３０は、空間１１２１内の試料１０に照射光１３１を照射する。照射光１３１は、透明な第２基板１１３を介して試料１０中に照射される。試料１０からは、照射光１３１に応じた検出光１３２が生じ、当該検出光１３２が検出されることで、試料１０に含まれる誘電体粒子１２ａの検出が行われる。例えば、上記したように、誘電体粒子１２ａに蛍光物質が含まれる場合、照射光１３１として励起光を照射することで蛍光物質が励起され、蛍光物質から発せられた蛍光を検出光１３２として検出する。

【0034】

光源１３０としては、公知の技術を特に限定することなく利用することができる。例えば半導体レーザ、ガスレーザ等のレーザを光源１３０として用いることができる。光源１３０から照射される照射光１３１の波長としては、標的物質１１に含まれる物質との相互作用が小さい波長が用いられる。例えば、標的物質１１がウイルスである場合、４００ナノメートル～２０００ナノメートルの波長の照射光１３１が選択される。また、照射光１３１の波長としては、半導体レーザが利用できる波長（例えば６００ナノメートル～８５０ナノメートル）が用いられてもよい。

【0035】

なお、光源１３０は、検出システム１００に含まれなくてもよい。例えば、誘電体粒子１２ａのサイズが大きい場合には、レンズ等の光学素子を組み合わせて観察が可能となり、蛍光発光等の発光現象を用いなくてもよい。つまり、誘電体粒子１２ａに蛍光物質が含まれなくてもよく、この場合、光源１３０から照射光１３１が照射されなくてもよい。この場合、光源１３０の代わりに、太陽及び蛍光灯等から照射される外光を利用して誘電体粒子１２ａの検出を行うことができる。

【0036】

撮像素子１４０は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ及びＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等であり、試料１０から生じた検出光１３２を受光することで、画像を生成して出力する。撮像素子１４０は、例えば、カメラ１４１等に内蔵されて第１基板１１１の板面に水平に配置され、カメラ１４１に含まれるレンズ等の光学素子（不図示）を介して、電極セット１１１１に対応する箇所を撮像する。このように、撮像素子１４０は、分離器１１０によって未結合粒子１２と分離された複合体粒子１３を撮影して、複合体粒子１３に含まれる標的物質１１を検出するために用いられる。

【0037】

誘電体粒子１２ａが蛍光物質を含む例では、撮像素子１４０は、誘電体粒子１２ａに含まれる蛍光物質から発せられた蛍光を撮像する。なお、検出システム１００は、撮像素子１４０の代わりに、フォトディテクタを備えてもよい。この場合、フォトディテクタは、第１基板１１１上の、誘電泳動によって分離された複合体粒子１３が集まる領域から、蛍光等の検出光１３２を検出すればよい。なお、このように撮像素子１４０に代えてフォトディテクタが用いられる場合、検出部１５０は、検出光１３２の強度に基づいて、誘電体粒子１２ａに結合する標的物質１１の検出を行ってもよい。

【0038】

なお、検出システム１００は、光源１３０と分離器１１０との間、又は分離器１１０と撮像素子１４０との間に、光学レンズ又は光学フィルタを備えてもよい。例えば、光源１３０からの照射光１３１を遮断し、かつ、検出光１３２を通過させることができるロングパスフィルタが、分離器１１０と撮像素子１４０との間に設置されてもよい。

【0039】

検出部１５０は、撮像素子１４０によって出力された画像を取得し、当該画像に基づき、試料１０中に含まれる誘電体粒子１２ａの検出を行う。特に、実施の形態における検出システム１００では、複合体粒子１３と未結合粒子１２とのそれぞれを個別に計数できる。つまり、複合体粒子１３を形成する誘電体粒子１２ａと、未結合粒子１２に含まれる誘電体粒子１２ａとを区別して検出することができる。したがって、画像に基づき誘電体粒子１２ａの検出を行うことで、検出部１５０は、試料１０中の複合体粒子１３に含まれる標的物質１１を検出する。

【0040】

例えば、検出部１５０は、予め撮像された誘電体粒子１２ａを含まない対照画像を用いて、取得した画像と対照画像との比較により、輝度値の異なる輝点を検出する。具体的には、検出光１３２として発光を検出する場合、対照画像に対して取得された画像中の輝度値の高い点を輝点とし、検出光１３２として透過光及び散乱光等を検出する場合、対照画像に対して取得された画像中の輝度値の低い点を輝点として検出すればよい。このようにして、検出部１５０は、試料１０中の複合体粒子１３の検出結果を得る。

【0041】

検出部１５０は、例えば、プロセッサ等の回路とメモリ等の記憶装置とを用いて、上記画像解析のためのプログラムが実行されることで実現されるが、専用の回路によって実現されてもよい。検出部１５０は、例えば、コンピュータに内蔵される。

【0042】

［電極セットの形状及び配置］
次に、第１基板１１１上の電極セット１１１１の形状及び配置について、図３を参照しながら説明する。図３は、実施の形態に係る電極セット１１１１の構成を示す平面図である。図３では、撮像素子１４０側から平面視した場合の電極セット１１１１の構成が示されている。なお、図３では、簡略化のため、電極セット１１１１の一部分を示す概略構成図が示されている。

【0043】

上記に説明したように、電極セット１１１１は、第１基板１１１上に配置された第１電極１１１２と第２電極１１１３とを有する。第１電極１１１２及び第２電極１１１３の各々は、電源１２０と電気的に接続されている。

【0044】

第１電極１１１２は、第１方向（図３では紙面左右方向）に延びる第１基部１１１２ａと、第１方向と交差する第２方向（図３では紙面上下方向）に第１基部１１１２ａから突出する２つの第１凸部１１１２ｂと、を備える。２つの第１凸部１１１２ｂの間には、第１凹部１１１２ｃが形成されている。２つの第１凸部１１１２ｂは、第２電極１１１３（特に、後述する第２凸部１１１３ｂ）に対向して配置されている。２つの第１凸部１１１２ｂ及び第１凹部１１１２ｃの各々の第１方向の長さ及び第２方向の長さは、例えば、いずれも約５マイクロメートルである。なお、２つの第１凸部１１１２ｂ及び第１凹部１１１２ｃのサイズは、これに限定されない。

【0045】

第２電極１１１３の形状及びサイズは、第１電極１１１２の形状及びサイズと実質的に同一である。つまり、第２電極１１１３も、第１方向（図３では紙面左右方向）に延びる第２基部１１１３ａと、第１方向と交差する第２方向（図３では紙面上下方向）に第２基部１１１３ａから突出する２つの第２凸部１１１３ｂと、を備える。２つの第２凸部１１１３ｂの間には、第２凹部１１１３ｃが形成されている。２つの第２凸部１１１３ｂは、第１電極１１１２（特に、第１凸部１１１２ｂ）に対向して配置されている。

【0046】

このような第１電極１１１２及び第２電極１１１３に交流電圧が印加されることで、第１基板１１１上に不均一な電場が生成される。第１電極１１１２に印加される交流電圧と、第２電極１１１３に印加される交流電圧とは、実質的に同一であってもよく、位相差が設けられてもよい。印加される交流電圧の位相差としては、例えば１８０度を用いることができる。

【0047】

なお、電極セット１１１１の位置は、第１基板１１１上に限定されない。電極セット１１１１は、空間１１２１中の試料１０の近傍に配置されればよい。ここで、試料１０の近傍とは、電極セット１１１１に印加された交流電圧によって試料１０内に電場を生成することができる範囲を意味する。つまり、電極セット１１１１は、空間１１２１内で試料１０に直接接していてもよく、空間１１２１の外側から、試料１０を含む領域に電場を形成してもよい。

【0048】

［第１基板上の電界強度の分布］
ここで、第１基板１１１上に生成される不均一な電場の電界強度分布について、図３を参照しながら説明する。

【0049】

図３に示すように、不均一な電場により、第１基板１１１上に、電界強度が相対的に高い第１電場領域Ａと、電界強度が相対的に低い第２電場領域Ｂと、が形成される。第１電場領域Ａは、第２電場領域Ｂよりも高い電界強度を有する領域であり、対向する第１凸部１１１２ｂ及び第２凸部１１１３ｂの間の領域である。

【0050】

電界強度は、電場を生成する一対の電極の電極間距離に依存する。電界強度は、電極間距離が長いほど低くなり、電極間距離が短いほど高くなる。第１凸部１１１２ｂと第２凸部１１１３ｂの第１方向における端部同士が対向した位置は、電極セット１１１１の中で、第１電極１１１２及び第２電極１１１３の間の距離が最も短い位置となり、最も電界強度が高くなる。第１電場領域Ａは、このような第１電極１１１２及び第２電極１１１３の間の距離が最も短い位置を含む所定の範囲の領域である。

【0051】

また、第２電場領域Ｂは、第１電場領域Ａよりも低い電界強度を有する領域であり、対向する第１凸部１１１２ｂ及び第２凹部１１１３ｃの間、又は、対向する第１凹部１１１２ｃ及び第２凸部１１１３ｂの間の領域内に形成される。この領域は、第１電極１１１２及び第２電極１１１３の間の距離が最も長い位置であり、特に、第１凹部１１１２ｃ又は第２凹部１１１３ｃに近いほど電界強度が低くなる。第２電場領域Ｂは、特に電界強度の低い第１凹部１１１２ｃ及び第２凹部１１１３ｃの底を含む領域である。

【0052】

［検出システムを用いた検出方法］
以上のように構成された検出システム１００を用いた標的物質の検出方法について、図４～図６を参照しながら説明する。図４は、実施の形態に係る検出方法を示すフローチャートである。

【0053】

まず、検出方法では、標的物質１１と、特異的結合物質１２ｂで修飾された誘電体粒子１２ａとを結合させて複合体粒子１３を形成する（Ｓ１１０）。ここで、複合体粒子１３の形成プロセスについて、図５を参照しながら説明する。図５は、実施の形態における複合体粒子１３の形成プロセスを示す図である。

【0054】

まず、図５の（ａ）に示すように、標的物質１１を含む試料１０に、未結合粒子１２を投入する。なお、試料１０中には、標的物質１１の他に、夾雑物１４が混入している場合がある。夾雑物１４は、由来によってさまざまな粒子である場合が考えられる。夾雑物１４は、例えば、標的物質１１の捕集の際に、同時に捕集されてしまう塵埃、ウイルス、細胞、又は分離器１１０の一部等の検出系の破損片等である。いずれの場合も、夾雑物１４は、特異的結合物質１２ｂとは結合しないことが好ましい。

【0055】

つまり、特異的結合物質１２ｂは、夾雑物１４と結合しない程度に高い結合特異性を有する物質が選択される。言い換えると、夾雑物１４の混入が見込まれる試料１０に対して標的物質１１の検出を行う際には、十分な結合特異性を有する、特異的結合物質１２ｂが選択される。ここでは、特異的結合物質１２ｂとして、標的物質１１に対する結合特異性が比較的高い抗体を修飾した誘電体粒子１２ａ、すなわち抗体修飾誘電体粒子を用いる例を説明する。

【0056】

抗体は、標的物質１１に特異的に結合する性質を有する物質の一例である。ここでは、抗体として、抗標的物質ＶＨＨ（Variable domain of Heavy chain of Heavy chain antibody）抗体が採用されているが、これに限定されない。ＶＨＨ抗体の他、抗体としては、標的物質１１に結合可能な他のシングルドメイン抗体が用いられる。シングルドメイン抗体は、上記のＶＨＨ抗体、エピトープ認識部位を含む、免疫グロブリンの可変領域の単ドメインペプチド鎖を、大腸菌等の宿主を用いて組み換え発現させた組み換え体、及び、広義のシングルドメイン抗体として、ヘリックス－ループ－ヘリックスを形成するポリペプチドから成る、分子量７～２０ｋＤａ程度の標的認識分子が含まれる。このような標的認識分子は、いわゆるマイクロ抗体として知られている。標的物質１１、誘電体粒子１２ａ及びＶＨＨ抗体のサイズ（直径）は、それぞれ、約１００ナノメートル、約３００ナノメートル及び約５ナノメートルである。

【0057】

図５の（ａ）に示す試料１０が所定温度下で所定時間静置された後には、図５の（ｂ）に示すように、抗原抗体反応により標的物質１１と未結合粒子１２とが結合して複合体粒子１３が形成される。このとき、複合体粒子１３のサイズは、約７００ナノメートルとなる。

【0058】

一般に、存在する量が未知の標的物質１１を検出する場合、推定される標的物質１１の量よりも過剰な量の未結合粒子１２を投入し、略全ての標的物質１１について複合体粒子１３を形成させる。複合体粒子１３の量は、標的物質１１の量と相関するため、複合体粒子１３を検出することで、間接的に標的物質１１の検出を行うことができる。ここで、過剰な量の未結合粒子１２を投入することにより、図５の（ｂ）に示すように、標的物質１１と結合しなかった未結合粒子１２が、単独又は凝集した状態で残存する。

【0059】

なお、図５の（ｂ）に示す複合体粒子１３の構成は一例であり、これに限定されない。例えば、複合体粒子１３に含まれる誘電体粒子１２ａの数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。また例えば、複合体粒子１３に含まれる標的物質１１の数は、２つ以上であってもよい。

【0060】

図４のフローチャートの説明に戻り、次に、検出方法では、複合体粒子１３と未結合粒子１２とを、液体（試料１０の外液）中で誘電泳動によって分離する（Ｓ１２０）。具体的には、電源１２０を動作させて電極セット１１１１に交流電圧を印加し、第１基板１１１上の試料１０内に不均一な電場を生成する。これにより、複合体粒子１３及び未結合粒子１２に誘電泳動が作用して、複合体粒子１３及び未結合粒子１２の各々が移動する。また、夾雑物１４も同様に分離されるが、ここでの分離では、被検出物とその他とを分離する必要がある。つまり、複合体粒子１３と、未結合粒子１２及び夾雑物１４とが分離され、未結合粒子１２と夾雑物１４とが分離される必要はない。なお、凝集状態の未結合粒子１２同士は、誘電泳動によって複数の単独状態の未結合粒子１２に分解される。

【0061】

上述のように誘電泳動によって複合体粒子１３と未結合粒子１２とを分離するために、電極セット１１１１に印加される交流電圧の周波数を所定の周波数に設定する。所定の周波数の交流電圧の印加によって、複合体粒子１３と、未結合粒子１２及び夾雑物１４とに異なる方向の誘電泳動を作用させることができる。例えば、複合体粒子１３に対して負の誘電泳動（ｎＤＥＰ）が作用し、未結合粒子１２及び夾雑物１４に対して正の誘電泳動（ｐＤＥＰ）が作用する所定の周波数が交流電圧の周波数として設定された、と仮定する。この場合、複合体粒子１３は、電界強度が相対的に低い第２電場領域Ｂに移動し、未結合粒子１２及び夾雑物１４は、電界強度が相対的に高い第１電場領域Ａに移動する。これにより、複合体粒子１３と、未結合粒子１２及び夾雑物１４とが位置的に分離される。

【0062】

ここで、交流電圧の所定の周波数について、図６を参照しながら説明する。図６は、実施の形態における交流電圧の周波数を示すグラフである。図６に示すグラフにおいて、縦軸はクラウジウス・モソッティ係数の実部（Real-part of Clausius-Mossotti factor）を示し、横軸は電極セット１１１１に印加される交流電圧の周波数を示す。

【0063】

クラウジウス・モソッティ係数の実部が正であれば、粒子には正の誘電泳動が作用し、電界強度のより高い領域に粒子が移動する。逆に、クラウジウス・モソッティ係数の実部が負であれば、粒子には負の誘電泳動が作用し、電界強度のより低い領域に粒子が移動する。

【0064】

図６に示すように、クラウジウス・モソッティ係数の実部は、粒子のサイズ及び周波数に依存する。交流電圧の周波数が「Ｆ」の場合、複合体粒子１３のサイズに対応する７００ナノメートルの粒子においてクラウジウス・モソッティ係数の実部が負となり、未結合粒子１２に対応する３００ナノメートルの粒子においてクラウジウス・モソッティ係数の実部が正となる。そこで、周波数「Ｆ」を交流電圧の所定の周波数として設定することにより、複合体粒子１３に対して負の誘電泳動を作用させ、未結合粒子１２に対して正の誘電泳動を作用させることができる。

【0065】

図４のフローチャートの説明に戻り、最後に、検出方法では、分離された複合体粒子１３に含まれる標的物質１１を検出する（Ｓ１３０）。例えば、撮像素子１４０が第２電場領域Ｂを撮像し、複合体粒子１３を含む画像を出力する。検出部１５０は、出力された画像について、適宜の画像解析処理を行い、複合体粒子１３を検出する。以上より、検出方法では、複合体粒子１３に含まれる標的物質１１を検出することが可能である。

【0066】

以下、上記で説明した所定の周波数の設定について、図７Ａ～図８を参照してさらに詳しく説明する。図７Ａは、第１電場領域Ａに移動した粒子を示す概略図である。また、図７Ｂは、第１電場領域Ａ及び第２電場領域Ｂに移動した粒子を示す概略図である。また、図７Ｃは、第２電場領域Ｂに移動した粒子を示す概略図である。図７Ａ～図７Ｃでは、図３と同様の方向から見た電極セット１１１１と、当該電極セット１１１１において誘電泳動が作用する粒子１５と、の平面図が示されている。ここでの粒子１５は、誘電泳動の作用を受けて移動する一般的な粒子であり、上記の複合体粒子１３、未結合粒子１２、及び夾雑物１４のいずれにも対応し得る。

【0067】

図７Ａに示すように、粒子１５のクラウジウス・モソッティ係数の実部が正の値になる周波数の交流電圧が、電極セット１１１１に印加されると、正の誘電泳動によって粒子１５は、第１電場領域Ａに移動する。

【0068】

また、図７Ｂに示すように、粒子１５のクラウジウス・モソッティ係数の実部が０付近になる周波数の交流電圧が、電極セット１１１１に印加されると、正の誘電泳動によって粒子１５は、第１電場領域Ａ及び第２電場領域Ｂに移動する。これは、複数の粒子１５の各々が微妙に異なる性質を示すことで、正の誘電泳動によって移動する粒子１５と負の誘電泳動によって移動する粒子１５とが入り混じった状態となるために生じる。

【0069】

また、図７Ｃに示すように、粒子１５のクラウジウス・モソッティ係数の実部が負の値になる周波数の交流電圧が、電極セット１１１１に印加されると、負の誘電泳動によって粒子１５は、第２電場領域Ｂに移動する。このように粒子１５は、電極セット１１１１に印加される交流電圧の周波数ごとに正の誘電泳動から負の誘電泳動へと、作用される誘電泳動の方向が逆転する。この誘電泳動の方向が逆転する交流電圧の周波数（以下、交差周波数（クロスオーバー周波数）ともいう）は、粒子１５の種類によって異なる。なお、広い周波数帯域にわたって図７Ｂに示す状態が続く（言い換えると、交差周波数が帯域幅を有する）場合、この帯域幅のうち図７Ｂに示す状態となる最小の周波数を交差周波数と定義する。

【0070】

図８は、実施の形態における粒子１５の種類ごとの交差周波数を示すグラフである。図８に示すグラフにおいて、縦軸はクラウジウス・モソッティ計数の実部の正負を示し、横軸は電極セット１１１１に印加される交流電圧の周波数を示す。また、図８に示すグラフにおいて、縦軸では、クラウジウス・モソッティ計数の実部の正負のみを示すために、クラウジウス・モソッティ計数の実部の値を当該値の絶対値で除した＋１又は－１のいずれかのみを示している。また、図８に示すグラフでは、（ｉ）誘電体粒子単独、（ｉｉ）ＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子、（ｉｉｉ）ＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子＋標的物質（つまり、複合体粒子）のそれぞれについての結果を示している。

【0071】

図８に示すように、（ｉ）～（ｉｉｉ）のいずれの粒子も、１００ｋＨｚ～５００ｋＨｚの周波数範囲内で交差周波数が確認され、周波数が大きくなるにつれて、正の誘電泳動から負の誘電泳動へと逆転することがわかる。また、粒子の種類ごとに交差周波数が異なっている。

【0072】

ここで、（ｉｉ）ＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子の交差周波数と（ｉｉｉ）ＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子＋標的物質の交差周波数とは３００ｋＨｚの差があるため、一方が正の誘電泳動によって第１電場領域Ａに移動し、他方が負の誘電泳動によって第２電場領域Ｂに移動する所定の周波数を設定することが可能である。つまり、（ｉｉ）ＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子と、（ｉｉｉ）ＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子＋標的物質とを分離するためには、１００ｋＨｚ～４００ｋＨｚの周波数の交流電圧を電極セット１１１１に印加すればよい。さらには、交差周波数が帯域幅を有する場合にも、１５０ｋＨｚ～３５０ｋＨｚの周波数範囲から所定の周波数を選択すればよく、より分離性能を向上するためには、２００ｋＨｚ～３００ｋＨｚの周波数範囲から所定の周波数を選択することもできる。

【0073】

このように、誘電泳動による２種類の粒子１５の分離では、２種類の粒子１５のうちの一方の粒子１５の交差周波数である第１交差周波数よりも大きく、他方の粒子１５の交差周波数である第２交差周波数よりも小さい所定の周波数の交流電圧を、電極セット１１１１に印加する。つまり、一方の粒子１５の第１交差周波数と、他方の粒子１５の第２交差周波数との間の周波数を、所定の周波数として選択する。

【0074】

以上のように、電極セット１１１１に印加される交流電圧の所定の周波数は、交差周波数を考慮して適切に設定される。この際、分離を行う２種類以上の粒子１５の間で、交差周波数が互いに異なっている必要がある。

【0075】

［検出準備方法及び検出準備システム］
上述のように、検出方法及び検出システム１００において標的物質１１を検出する場合、電極セット１１１１に所定の周波数の交流電圧を印加する。この所定の周波数は、同じ標的物質１１の検出を行う限りは、基本的に一度設定すれば特に変更する必要はないが、以下のような状況では、所定の周波数を校正する必要があり得る。

【0076】

すなわち、検出方法及び検出システム１００において用いる誘電体粒子１２ａ、及び電極セット１１１１等は、検出を行うことで汚損することがあり、消耗品である。このため、誘電体粒子１２ａ、及び電極セット１１１１等の消耗品を新品に交換する必要がある。このように消耗品を新品に交換した場合、交換前の所定の周波数を用いると、粒子１５の誘電泳動による挙動が少なからず変化してしまい、粒子１５、特には複合体粒子１３を精度良く分離することができない、言い換えれば標的物質１１の検出精度が低下するといった事態が生じ得る。

【0077】

そこで、例えば消耗品を新品に交換するごとに、以下に説明する検出準備方法及び検出準備システム２００（図９参照）により、検出方法及び検出システム１００で用いる交流電圧の所定の周波数を校正することで、標的物質１１の検出精度の向上を図ることが可能である。

【0078】

まず、実施の形態に係る検出準備システム２００の構成について、図９を参照しながら説明する。図９は、実施の形態に係る検出準備システム２００の概略構成を示すブロック図及び断面図である。検出準備システム２００は、図９に示すように、容器２１０と、電源２２０と、励起用光源２３０と、撮像素子２４０と、探索部２５０と、備える。また、実施の形態では、検出準備システム２００は、フィルタ２４１と、ミラー２４２と、を更に備えている。なお、検出準備システム２００は、フィルタ２４１及びミラー２４２を備えていなくてもよい。また、図９では図示していないが、撮像素子２４０で撮像した画像を観察する際に太陽光又は外光による光量が十分でない場合、検出準備システム２００は、透過光源を更に備えていてもよい。

【0079】

ここで、検出準備システム２００における容器２１０、電源２２０、及び撮像素子２４０は、それぞれ検出システム１００における分離器１１０、電源１２０、及び撮像素子１４０と同じ構成である。したがって、ここでは、容器２１０、電源２２０、及び撮像素子２４０についての説明を省略する。

【0080】

ただし、検出準備システム２００においては、容器２１０には、試料１０の代わりに、図１０に示すような粒子群２０が収容される。図１０は、実施の形態における粒子群２０の一例を示す図である。粒子群２０は、複合体粒子２３と、第２誘電体粒子２２と、を含んでいる。複合体粒子２３は、標的物質１１又は標的物質１１を模擬した模擬物質２４と、標的物質１１又は模擬物質２４に特異的に結合する物質で修飾された第１誘電体粒子２１とを結合させた粒子である。第２誘電体粒子２２は、標的物質１１及び模擬物質２４のいずれとも結合していない未結合粒子であって、複合体粒子２３とは誘電泳動による挙動が異なる粒子である。つまり、複合体粒子２３及び第２誘電体粒子２２は、適切な誘電泳動を作用させることにより分離可能である。第１誘電体粒子２１及び第２誘電体粒子２２は、同じ誘電体粒子であってもよいし、互いに異なる誘電体粒子であってもよい。

【0081】

ここで、模擬物質２４は、標的物質１１とは異なる物質であるが、第１誘電体粒子２１と結合した場合に、標的物質１１が第１誘電体粒子２１と結合した場合と同様の誘電泳動による挙動をとる物質である。つまり、複合体粒子２３は、標的物質１１が結合した場合、及び模擬物質２４が結合した場合のいずれの場合においても、誘電泳動による挙動が同じである。なお、ここでいう「挙動が同じ」とは、挙動が完全に同一であることを意味する他、挙動が僅かに異なるが許容される誤差の範囲であることを意味する。

【0082】

また、複合体粒子２３及び第２誘電体粒子２２のいずれか一方は、撮像素子２４０が撮像した画像において両者を視覚的に区別し得る標識を有している。ここでいう「両者を視覚的に区別し得る」とは、複合体粒子２３及び第２誘電体粒子２２との両方を観察した場合に、複合体粒子２３と第２誘電体粒子２２とを見分けることが可能であることを意味する。なお、複合体粒子２３及び第２誘電体粒子２２は、いずれもナノオーダーの粒子サイズであるため、ここでいう「観察」は、肉眼による観察ではなく、複合体粒子２３及び第２誘電体粒子２２の両方を肉眼で観察可能な程度まで拡大した状態での観察を意味する。そして、ここでいう「画像において両者を視覚的に区別し得る」とは、複合体粒子２３及び第２誘電体粒子２２の両方を撮像した画像に対して適宜の画像解析処理を実行することで、複合体粒子２３及び第２誘電体粒子２２を例えば画素の濃淡等により区別することが可能であることを意味する。

【0083】

実施の形態では、標識は、蛍光物質２５を含んでいる。図１０に示す例では、第２誘電体粒子２２は、その内部に蛍光物質２５が埋め込まれている。これにより、第２誘電体粒子２２は、標識としての蛍光物質２５を有している。なお、蛍光物質２５は、第２誘電体粒子２２に化学結合により表面修飾することで、第２誘電体粒子２２に固定化されてもよい。第１誘電体粒子２１は、標識としての蛍光物質２５を有しておらず、したがって、複合体粒子２３も標識としての蛍光物質２５を有していない。

【0084】

ここで、蛍光物質２５は、後述する励起用光源２３０からの所定の光２３１を受けることで蛍光発光する。つまり、蛍光物質２５が含まれる第２誘電体粒子２２は、励起用光源２３０からの所定の光２３１を受けることで蛍光物質２５が励起し、蛍光発光する。一方、蛍光物質２５を含まない複合体粒子２３は、励起用光源２３０からの所定の光２３１を受けても蛍光発光しない。このため、撮像素子２４０で撮像した画像において、蛍光発光の有無により複合体粒子２３と第２誘電体粒子２２とを視覚的に区別し得ることになる。

【0085】

励起用光源２３０は、蛍光物質２５を励起する波長（例えば、五百数十ナノメートル）を有する所定の光２３１を発する光源である。実施の形態では、励起用光源２３０は、検出システム１００における光源１３０と同じである。つまり、励起用光源２３０は、光源１３０と兼用されてもよい。

【0086】

ここで、励起用光源２３０から粒子群２０に照射される所定の光２３１は、光源１３０から試料１０に照射される照射光１３１と同じであるが、粒子群２０からの所定の光２３１に応じた検出光２３２は、試料１０からの照射光１３１に応じた検出光１３２とは異なる。すなわち、試料１０からの検出光１３２では、誘電体粒子１２ａに蛍光物質が含まれている場合、複合体粒子１３及び未結合粒子１２の種別を問わず、全ての誘電体粒子１２ａからの蛍光発光が含まれることになる。一方、粒子群２０からの検出光２３２では、複合体粒子２３は蛍光発光しないことから、第２誘電体粒子２２のみからの蛍光発光が含まれることになる。

【0087】

なお、励起用光源２３０は、検出準備方法及び検出準備システム２００のみに用いられてもよく、検出方法及び検出システム１００で用いない場合に対応できるように着脱可能であるのが好ましい。また、励起用光源２３０は、半導体レーザ、ガスレーザ等のレーザの他に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の固体発光素子からなる光源であってもよい。

【0088】

フィルタ２４１は、容器２１０と撮像素子２４０との間に設けられており、励起用光源２３０が発する所定の光２３１を遮断する。具体的には、フィルタ２４１は、所定の光２３１を遮断し、かつ、検出光２３２を通過させるロングパスフィルタである。

【0089】

ミラー２４２は、容器２１０とフィルタ２４１との間に設けられており、散乱光を反射し、かつ、所定の光２３１及び検出光２３２を通過させるダイクロイックミラーである。

【0090】

探索部２５０は、電極（電極セット１１１１）に印加する交流電圧の周波数を変化させながら、撮像素子２４０で撮像した画像に基づいて、複合体粒子２３と第２誘電体粒子２２とを誘電泳動によって分離可能な所定の周波数を探索する。探索部２５０による所定の周波数の探索プロセスについては、後述する［検出準備システムを用いた検出準備方法］にて詳細に説明する。

【0091】

探索部２５０は、例えば、プロセッサ等の回路とメモリ等の記憶装置とを用いて、上記所定の周波数の探索のためのプログラムが実行されることで実現されるが、専用の回路によって実現されてもよい。探索部２５０は、例えば、コンピュータに内蔵される。

【0092】

［検出準備システムを用いた検出準備方法］
以下、実施の形態に係る検出準備方法（検出準備システム２００の動作）の一例について、図１１を参照して説明する。図１１は、実施の形態に係る検出準備方法を示すフローチャートである。まず、以下に示すステップＳ２１０～Ｓ２３０により、粒子群２０を作製する。すなわち、誘電体粒子にＶＨＨ抗体及び蛍光物質２５を修飾することにより、誘電体粒子に標識としての蛍光物質２５を付与する（Ｓ２１０）。この蛍光物質２５が付与された誘電体粒子は、第２誘電体粒子２２である。なお、図１０に示す例のように、誘電体粒子の内部に蛍光物質２５を埋め込むことにより、誘電体粒子に蛍光物質２５を付与してもよい。

【0093】

次に、蛍光物質２５を付与する誘電体粒子とは別の誘電体粒子にＶＨＨ抗体を修飾し、かつ、ＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子と標的物質１１又は模擬物質２４とを混合することにより、複合体粒子２３を作製する（Ｓ２２０）。この複合体粒子２３における誘電体粒子は、第１誘電体粒子２１である。そして、ステップＳ２１０で作製された第２誘電体粒子２２と、ステップＳ２２０で作製された複合体粒子２３とを混合することで、粒子群２０を作製する（Ｓ２３０）。

【0094】

次に、粒子群２０を含む溶媒を容器２１０の空間１１２１に収容し、電源２２０を動作させて電極セット１１１１に交流電圧を印加する（Ｓ２４０）。これにより、第１基板１１１上の溶媒内に不均一な電場が生成され、粒子群２０に含まれる複合体粒子２３及び第２誘電体粒子２２に誘電泳動が作用して、複合体粒子２３及び第２誘電体粒子２２の各々が移動する。電極セット１１１１に交流電圧を印加した状態で、撮像素子２４０で溶媒を撮像することにより（Ｓ２４０）、粒子群２０を含む画像を出力する。

【0095】

そして、探索部２５０は、交流電圧の周波数を変化させながら、撮像素子２４０で撮像した画像に基づいて、所定の周波数を探索する（Ｓ２６０）。以下、探索部２５０による所定の周波数の探索プロセスについて、図１２及び図１３を参照して説明する。図１２は、実施の形態における所定の周波数の探索プロセスの説明図である。図１３は、実施の形態における粒子群２０が第１電場領域Ａ及び第２電場領域Ｂに移動した状態を示す概略図である。

【0096】

ここで、複合体粒子２３が標識（ここでは、蛍光物質２５）を有していないのに対して、第２誘電体粒子２２は標識を有している。したがって、撮像素子２４０で撮像した画像においては、複合体粒子２３が黒点として表示される一方、励起用光源２３０からの所定の光２３１により蛍光発光する第２誘電体粒子２２は、輝点として表示される。したがって、探索部２５０は、撮像素子２４０で撮像した画像に対して適宜の画像解析処理を実行することにより、画像における黒点（複合体粒子２３）及び輝点（第２誘電体粒子２２）をそれぞれ計数することが可能である。

【0097】

探索部２５０は、電極セット１１１１に印加する交流電圧の周波数を比較的高い周波数から低い周波数へと変化させながら、第２誘電体粒子２２の交差周波数と、複合体粒子２３の交差周波数と、を探索する。図１２に示すグラフにおいて、縦軸はクラウジウス・モソッティ係数の実部を示し、横軸は電極セット１１１１に印加される交流電圧の周波数を示す。また、図１２において、曲線Ｌ１は複合体粒子２３に作用する誘電泳動特性を表しており、曲線Ｌ２は第２誘電体粒子２２に作用する誘電泳動特性を表している。

【0098】

探索部２５０は、まず、第２誘電体粒子２２に対して作用する正の誘電泳動と負の誘電泳動とが切り替わる交流電圧の周波数である第２交差周波数ｆ２を探索する。具体的には、探索部２５０は、第２誘電体粒子２２の総数に対して第２電場領域Ｂにある第２誘電体粒子２２の数の割合が閾値（例えば、８０％以上）を上回る状態から、第２誘電体粒子２２の総数に対して第１電場領域Ａにある第２誘電体粒子２２の数の割合が閾値を上回る状態へ切り替わる周波数を、第２交差周波数ｆ２として探索する。

【0099】

次に、探索部２５０は、複合体粒子２３に対して作用する正の誘電泳動と負の誘電泳動とが切り替わる交流電圧の周波数である第１交差周波数ｆ１を探索する。具体的には、探索部２５０は、複合体粒子２３の総数に対して第２電場領域Ｂにある複合体粒子２３の数の割合が閾値を上回る状態から、複合体粒子２３の総数に対して第１電場領域Ａにある複合体粒子２３の数の割合が閾値を上回る状態へ切り替わる交流電圧の周波数を、第１交差周波数ｆ１として探索する。

【0100】

そして、探索部２５０は、これら第１交差周波数ｆ１と第２交差周波数ｆ２との間の周波数を、所定の周波数として探索する。図１２に示す例では、探索部２５０は、第１交差周波数ｆ１と第２交差周波数ｆ２との平均値を、所定の周波数ｆ０として探索する。この所定の周波数ｆ０は、上述の検出方法及び検出システム１００で用いられる。

【0101】

図１３は、電極セット１１１１に所定の周波数ｆ０の交流電圧を印加した状態で、撮像素子２４０で溶媒を撮像した画像の例を表している。図１３に示すように、この状態では、複合体粒子２３は、負の誘電泳動が作用することで第２電場領域Ｂに移動している。一方、第２誘電体粒子２２は、正の誘電泳動が作用することで第１電場領域Ａに移動している。

【0102】

なお、図１３において正の誘電泳動が作用していても第１電場領域Ａに移動しきれず、第２電場領域Ｂに滞留している第２誘電体粒子２２が存在するように、一部の粒子は、作用する誘電泳動とは異なる挙動を示す場合がある。このようなイレギュラーな粒子が存在する場合においても、探索部２５０は、上記のように誘電泳動により正しい挙動を示す粒子の数の割合と、閾値とを比較することにより、粒子の交差周波数を探索することが可能である。

【0103】

［効果等］
以上のように、実施の形態に係る検出準備方法は、標的物質１１又は標的物質１１を模擬した模擬物質２４と、標的物質１１又は模擬物質２４に特異的に結合する物質で修飾された第１誘電体粒子２１とを結合させた複合体粒子２３、並びに複合体粒子２３と誘電泳動による挙動が異なる第２誘電体粒子２２を有する粒子群２０を準備し、粒子群２０を含む溶媒に電場を印加するための電極（電極セット１１１１）に交流電圧を印加し、溶媒を撮像素子２４０で撮像し、交流電圧の周波数を変化させながら、撮像素子２４０で撮像した画像に基づいて複合体粒子２３と第２誘電体粒子２２とを誘電泳動によって分離可能な所定の周波数を探索する方法である。複合体粒子２３及び第２誘電体粒子２２のいずれか一方は、画像において両者を視覚的に区別し得る標識を有する。

【0104】

これによれば、撮像素子２４０で撮像された画像において、誘電泳動による挙動が互いに異なる複合体粒子２３及び第２誘電体粒子２２の各々の挙動を視覚的に区別することができるので、適切な所定の周波数を探索しやすい。その結果、検出方法及び検出システム１００で用いる所定の周波数の校正を精度良く行うことができ、標的物質の検出精度を向上させやすい、という利点がある。

【0105】

また、実施の形態に係る検出準備方法では、例えばウイルス等の捕集可能な量が比較的少ない標的物質１１を用いなくとも、模擬物質２４を用いることで所定の周波数を探索することができるので、検出方法及び検出システム１００で用いる標的物質１１を確保しやすい、という利点もある。さらに、実施の形態に係る検出準備方法では、模擬物質２４として例えばタンパク質等の人体に無害の物質を用いれば、ウイルス等の標的物質１１を用いる場合と比較して、所定の周波数を探索するプロセスの安全性を向上させることができ、かつ、低コストで済む、という利点もある。

【0106】

また、実施の形態に係る検出準備方法では、標識は、蛍光物質２５を含む。

【0107】

これによれば、蛍光物質２５を含む粒子と、蛍光物質２５を含まない粒子とを蛍光発光の有無の違いにより容易に視覚的に区別することができる、という利点がある。

【0108】

また、実施の形態に係る検出準備方法では、溶媒を撮像素子２４０で撮像する際に、蛍光物質２５を励起する波長を有する所定の光２３１を発する励起用光源２３０から、溶媒に対して所定の光２３１を照射する。

【0109】

これによれば、蛍光物質２５を含む粒子を蛍光発光させることができるので、撮像素子２４０にて蛍光物質２５を含む粒子の蛍光発光を撮像しやすくなる、という利点がある。

【0110】

また、実施の形態に係る検出準備方法では、撮像素子２４０は、所定の光２３１を遮断するフィルタ２４１を介して溶媒を撮像する。

【0111】

これによれば、所定の光２３１を遮断することにより、撮像素子２４０にて蛍光物質２５を含む粒子の蛍光発光を撮像しやすくなる、という利点がある。

【0112】

また、実施の形態に係る検出準備方法では、複合体粒子２３に対して作用する正の誘電泳動と負の誘電泳動とが切り替わる交流電圧の周波数である第１交差周波数ｆ１と、第２誘電体粒子２２に対して作用する正の誘電泳動と負の誘電泳動とが切り替わる交流電圧の周波数である第２交差周波数ｆ２との間の周波数を、所定の周波数ｆ０として探索する。

【0113】

これによれば、標識の有無により視覚的に区別し得る複合体粒子２３及び第２誘電体粒子２２の各々の交差周波数を探索することで、所定の周波数ｆ０を容易に探索することができる、という利点がある。

【0114】

また、実施の形態に係る検出準備システム２００は、容器２１０と、撮像素子２４０と、探索部２５０と、を備える。容器２１０は、標的物質１１又は標的物質１１を模擬した模擬物質２４と、標的物質１１又は模擬物質２４に特異的に結合する物質で修飾された第１誘電体粒子２１とを結合させた複合体粒子２３、並びに複合体粒子２３と誘電泳動による挙動が異なる第２誘電体粒子２２を有する粒子群２０を含む溶媒を収容する。撮像素子２４０は、容器２１０に収容された溶媒を撮像する。探索部２５０は、溶媒に電場を印加するための電極（電極セット１１１１）に印加する交流電圧の周波数を変化させながら、撮像素子２４０で撮像した画像に基づいて複合体粒子２３と第２誘電体粒子２２とを誘電泳動によって分離可能な所定の周波数を探索する。複合体粒子２３及び第２誘電体粒子２２のいずれか一方は、画像において両者を視覚的に区別し得る標識を有する。

【0115】

これによれば、実施の形態に係る検出準備方法と同様の効果を奏することができる。

【0116】

また、実施の形態に係る検出準備システム２００では、標識は、蛍光物質２５を含んでいる。検出準備システム２００は、蛍光物質２５を励起する波長を有する所定の光２３１を溶媒に対して照射する励起用光源２３０を更に備える。

【0117】

これによれば、蛍光物質２５を含む粒子を蛍光発光させることができるので、撮像素子２４０にて蛍光物質２５を含む粒子の蛍光発光を撮像しやすくなる、という利点がある。

【0118】

また、実施の形態に係る粒子群２０は、第１誘電体粒子２１と、第２誘電体粒子２２と、を含む。第１誘電体粒子２１は、標的物質１１又は標的物質１１を模擬した模擬物質２４に特異的に結合する物質で修飾されている。第２誘電体粒子２２は、第１誘電体粒子２１に標的物質１１又は模擬物質２４を結合させた複合体粒子２３と誘電泳動による挙動が異なる。複合体粒子２３及び第２誘電体粒子２２のいずれか一方は、撮像素子２４０により撮像された画像において両者を視覚的に区別し得る標識を有する。

【0119】

これによれば、粒子群２０を用いて検出準備方法を実行することにより、実施の形態に係る検出準備方法と同様の効果を奏することができる。なお、この粒子群２０では、第１誘電体粒子２１は、標的物質１１又は模擬物質２４と結合していない状態にあるが、標的物質１１又は模擬物質２４と結合して複合体粒子２３を形成した状態であってもよい。

【0120】

また、実施の形態に係る粒子群２０では、標識は、蛍光物質２５を含む。

【0121】

これによれば、蛍光物質２５を含む粒子と、蛍光物質２５を含まない粒子とを蛍光発光の有無の違いにより容易に視覚的に区別することができる、という利点がある。

【0122】

また、実施の形態に係る粒子群２０の作製方法は、標的物質１１又は標的物質１１を模擬した模擬物質２４に特異的に結合する物質を修飾した誘電体粒子と、標的物質１１又は模擬物質２４とを混合することで、誘電体粒子に標的物質１１又は模擬物質２４が結合した第１誘電体粒子２１を含む複合体粒子２３と、複合体粒子２３とは誘電泳動による挙動が異なる第２誘電体粒子２２と、を作製する方法である。複合体粒子２３及び第２誘電体粒子２２のいずれか一方は、撮像素子２４０により撮像された画像において両者を視覚的に区別し得る標識を有する。

【0123】

これによれば、作製した粒子群２０を用いて検出準備方法を実行することにより、実施の形態に係る検出準備方法と同様の効果を奏することができる。

【0124】

また、実施の形態に係る粒子群２０の作製方法では、第１誘電体粒子２１及び第２誘電体粒子２２のいずれか一方の粒子について、当該粒子に蛍光物質２５を化学結合により固定化、又は当該粒子の内部に蛍光物質２５を埋め込むことにより、標識を付与する。

【0125】

これによれば、蛍光物質２５を含む粒子と、蛍光物質２５を含まない粒子とを蛍光発光の有無の違いにより容易に視覚的に区別することができる、という利点がある。

【0126】

（変形例）
以上、本開示の１つまたは複数の態様に係る検出準備システム及び検出準備方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものも、本開示の１つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

【0127】

例えば、上記実施の形態において、第１基板１１１上の電極セット１１１１を図３に例示したが、電極セットの形状及び配置はこれに限定されない。図１４は、変形例に係る電極セット２１１１の構成を示す第１平面図である。例えば、図１４に示すように、第１基板１１１上に電極セット２１１１が設置されてもよい。この電極セット２１１１では、第１電極１１１２の第１凸部１１１２ｂと第２電極１１１３の第２凸部１１１３ｂとが第２方向（図１４では紙面上下方向）に対向している。このような電極セット２１１１であっても、交流電圧が印加されることで不均一な電場を生成することができる。

【0128】

また、電極セットに含まれる電極の数は、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。図１５は、変形例に係る電極セット３１１１の構成を示す第２平面図である。例えば、図１５に示すように、第１基板１１１上に電極セット３１１１が設置されてもよい。この電極セット３１１１は、３つ以上の電極を含み、隣り合う電極に印加される交流電圧に位相差が設けられている。電極セット３１１１は、Ｃａｓｔｅｌｌａｔｅｄ電極と呼ばれる場合がある。

【0129】

また、上記実施の形態において、複合体粒子１３を図５に例示したが、複合体粒子の構成はこれに限定されない。図１６は、変形例に係る複合体粒子２８の形成プロセスを示す図である。例えば、上記の実施の形態では、第２誘電体粒子２２に蛍光物質２５が含まれる例について説明したが、図１６に示すように、複合体粒子２８に蛍光粒子（蛍光物質）２７ａが含まれていてもよい。

【0130】

図１６の（ａ）に示すように、標的物質１１又は模擬物質２４を含む試料に、抗体修飾誘電体粒子２６と抗体修飾蛍光粒子２７とが投入される。抗体修飾誘電体粒子２６は、５００ナノメートル～１０００ナノメートルの誘電体粒子２６ａが約５ナノメートルの抗体２６ｂで修飾されたものである。また、抗体修飾蛍光粒子２７は、約３００ナノメートルの蛍光粒子（蛍光物質）２７ａが約５ナノメートルの抗体２７ｂで修飾されたものである。なお、各粒子及び抗体のサイズは、上述のサイズに限定されない。

【0131】

誘電体粒子２６ａとしては、ポリスチレン粒子を用いることができるが、これに限定さない。また、抗体２６ｂ及び２７ｂとしては、ＶＨＨ抗体を用いることができるが、これに限定されない。また、抗体２６ｂと抗体２７ｂとは異なっていてもよい。

【0132】

図１６の（ａ）に示す試料が所定温度下で所定時間静置されると、図１６の（ｂ）に示すように、抗原抗体反応により標的物質１１又は模擬物質２４と、抗体修飾誘電体粒子２６及び抗体修飾蛍光粒子２７とが結合することで複合体粒子２８が形成される。このとき、複合体粒子２８のサイズは、９００ナノメートル～１４００ナノメートルとなる。標的物質１１又は模擬物質２４と結合しなかった抗体修飾誘電体粒子２６は、単独又は凝集した状態で残存する。この場合、複合体粒子２８に含まれる抗体修飾誘電体粒子２６は、標識としての蛍光粒子（蛍光物質）２７ａを有する第１誘電体粒子に相当し、未結合粒子である抗体修飾誘電体粒子２６は、第２誘電体粒子に相当する。

【0133】

このように、誘電体粒子２６ａを蛍光粒子２７ａよりも大きくすることで、複合体粒子２８のサイズと未結合粒子である抗体修飾誘電体粒子２６のサイズとの差異を大きくすることができ、誘電泳動による複合体粒子２８と抗体修飾誘電体粒子２６との分離をより確実に行うことができる。

【0134】

実施の形態では、複合体粒子２３及び第２誘電体粒子２２のいずれか一方は、撮像素子２４０で撮像した画像において視覚的に区別し得る標識として蛍光物質２５を含んでいたが、これに限られない。例えば、標識は、いずれか一方の粒子の色が他方の粒子の色と異なることであってもよいし、いずれか一方の粒子の形状が他方の粒子の形状と異なることであってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0135】

本開示は、インフルエンザウイルス等の標的物質を検出する前の準備を行うための検出準備方法等として利用することができる。

【符号の説明】

【0136】

１０ 試料
１１ 標的物質
１２ 未結合粒子
１２ａ、２６ａ 誘電体粒子
１２ｂ 特異的結合物質
１３、２３、２８ 複合体粒子
１４ 夾雑物
１５ 粒子
２０ 粒子群
２１ 第１誘電体粒子
２２ 第２誘電体粒子
２１ｂ、２２ｂ、２６ｂ、２７ｂ 抗体
２４ 模擬物質
２５ 蛍光物質
２６ 抗体修飾誘電体粒子
２７ 抗体修飾蛍光粒子
２７ａ 蛍光粒子
１００ 検出システム
１１０ 分離器
１１１ 第１基板
１１２ スペーサ
１１３ 第２基板
１２０ 電源
１３０ 光源
１３１ 照射光
１３２ 検出光
１４０ 撮像素子
１４１ カメラ
１５０ 検出部
２００ 検出準備システム
２１０ 容器
２２０ 電源
２３０ 励起用光源
２３１ 所定の光
２３２ 検出光
２４０ 撮像素子
２４１ フィルタ
２４２ ミラー
２５０ 探索部
１１１１、２１１１、３１１１ 電極セット
１１１２ 第１電極
１１１２ａ 第１基部
１１１２ｂ 第１凸部
１１１２ｃ 第１凹部
１１１３ 第２電極
１１１３ａ 第２基部
１１１３ｂ 第２凸部
１１１３ｃ 第２凹部
１１２１ 空間
１１３１ 供給孔
１１３２ 排出孔
Ａ 第１電場領域
Ｂ 第２電場領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】