特開 2024-112672 センサデバイス、計測装置及び粒子の解析方法

(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】P2024112672

(43)【公開日】2024-08-21

(54)【発明の名称】センサデバイス、計測装置及び粒子の解析方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/00 20060101AFI20240814BHJP

   G01N 15/13 20240101ALI20240814BHJP

   C07K 16/00 20060101ALN20240814BHJP

【ＦＩ】

G01N27/00 Z

G01N15/12 B

C07K16/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023017881

(22)【出願日】2023-02-08

(71)【出願人】

【識別番号】518437671

【氏名又は名称】アイポア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】直野 典彦

(72)【発明者】

【氏名】武居 弘泰

【テーマコード（参考）】

2G060

4H045

【Ｆターム（参考）】

2G060AA05

2G060AA15

2G060AA19

2G060AD06

2G060AF20

2G060AG03

2G060AG11

2G060FA17

2G060JA07

2G060KA09

4H045AA11

4H045AA30

4H045DA76

4H045EA50

(57)【要約】

【課題】利用者による反応時間の制御が不要で、高感度な抗原検出または定量を簡便かつ低コストで実現可能なセンサデバイス、計測装置及び粒子の解析方法を提供する。
【解決手段】第１のチャンバ４１０に接続された第１の電極と第２のチャンバ４２０に接続された第２の電極との間に電圧を印加して第１のチャンバ４１０内の粒子が細孔４４０を通過するときの検出信号を測定することにより、検体に含まれる分析対象抗原の有無又は濃度を推定するセンサデバイスにおいて、第１のチャンバ４１０が、被検試料液が注入される注入口４１１と、被検試料液中の粒子を細孔４４０へ導入する第１の流路４０２と、注入口４１１と細孔４４０との間の第１の流路４０２内、又は注入口６１１と第１の流路６０２との間に設けられた反応流路６５０内に配置された、分析対象抗原と結合する抗体を修飾した抗体修飾粒子が固定された抗体修飾粒子固定部４０３、６０３とを備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

細孔を有する隔壁と、前記隔壁を介して区画され、前記細孔を介して互いに接続された第１の電解液を充填する第１のチャンバと第２の電解液を充填する第２のチャンバとを備える反応容器と、前記第１のチャンバに接続された第１の電極と、前記第２のチャンバに接続された第２の電極とを備え、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加して前記第１のチャンバ内の粒子が前記細孔を通過するときの検出信号を測定することにより、検体に含まれる分析対象抗原の有無又は濃度を推定するセンサデバイスにおいて、
前記第１のチャンバが、
前記検体を含む被検試料液が注入される注入口と、
前記被検試料液中の粒子を前記細孔へ導入する第１の流路と、
前記注入口と前記細孔との間の前記第１の流路内、又は前記注入口と前記第１の流路との間に設けられた反応流路内に配置され、前記分析対象抗原と結合する抗体を修飾した抗体修飾粒子が、前記被検試料液との接触によって前記被検試料液中へ遊離し、前記被検試料液と混合されるように固定された抗体修飾粒子固定部と
を備えるセンサデバイス。

【請求項2】

前記第１の流路は、前記被検試料液が前記抗体修飾粒子固定部と接触し、前記被検試料液中に遊離した前記抗体修飾粒子が前記細孔に到達するまでの反応時間において、前記抗体修飾粒子が前記分析対象抗原を介して結合することにより形成される凝集塊状の粒子を前記第１の流路内に生成させるために十分な流路長を有する請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項3】

前記第１のチャンバが、
前記第１の流路内の気体を排出可能な第１排気口と、
前記抗体修飾粒子固定部が配置された前記反応流路内に設けられ、前記反応容器の外部と連通する第２排気口と、
前記第１排気口を開閉可能に接続された開閉機構であって、前記被検試料液を前記反応流路内に導入する際に前記第１排気口を閉じ、前記反応流路内の前記被検試料液を前記第１の流路内に導入させる際に前記第１排気口を開くように動作可能であり、これにより前記被検試料液が前記抗体修飾粒子固定部と接触し、前記被検試料液中に遊離した前記抗体修飾粒子が前記細孔に到達するまでの反応時間を調整可能な開閉機構と
を更に備える請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項4】

前記反応流路と前記第１の流路との間を区画可能なシャッターであって、前記シャッターを閉状態にして前記注入口から注入された前記被検試料液を前記抗体修飾粒子固定部が配置された前記反応流路内に保持し、前記反応流路内で前記抗体修飾粒子固定部と前記被検試料液とを接触させた後に、前記シャッターを開状態にして前記抗体修飾粒子が混合された前記被検試料液を前記第１の流路内へ流入させるように駆動可能であり、これにより前記被検試料液が前記抗体修飾粒子固定部と接触し、前記被検試料液中に遊離した前記抗体修飾粒子が前記細孔に到達するまでの反応時間を調整可能なシャッター
を更に備える請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項5】

前記反応流路内に配置され、前記抗体修飾粒子を内部に保持し、前記反応流路内に注入された前記被検試料液を保持可能な反応パッドと、
前記反応パッドを押圧して収縮させることにより前記抗体修飾粒子が混合された前記被検試料液を前記第１の流路内へ導入させ、これにより前記被検試料液が前記抗体修飾粒子固定部と接触し、前記被検試料液中に遊離した前記抗体修飾粒子が前記細孔に到達するまでの反応時間を調整可能な駆動部と
を更に備える請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項6】

前記駆動部が、前記反応容器の外部からの磁力の印加によって変位し、前記変位によって、前記反応パッドを押圧可能な電磁ピストンを備える請求項５に記載のセンサデバイス。

【請求項7】

前記第１の流路内を流れる粒子が前記細孔を通過する度に発生する電気抵抗の過渡変化を１つのパルスとして観測する電流計と、
前記パルスの頻度を検出する頻度検出手段と、
前記電磁ピストンを駆動するための磁力を発生させる磁力発生手段と、
前記頻度検出手段の出力に応じて前記磁力発生手段による前記磁力の強度を変化させて前記駆動部の変位を制御することにより前記パルスの頻度を制御するパルス制御手段と
を備える請求項６に記載のセンサデバイス。

【請求項8】

前記反応時間が１０分以内である請求項２～７の何れか１項に記載のセンサデバイス。

【請求項9】

前記第１の電解液と前記第２の電解液の組成が同一である請求項１～７の何れか１項に記載のセンサデバイス。

【請求項10】

細孔を有する隔壁と、前記隔壁を介して区画され、前記細孔を介して互いに接続された第１の電解液を充填する第１の流路と第２の電解液を充填する第２の流路とを備える反応容器と、前記第１の流路に接続された第１の電極と、前記第２の流路に接続された第２の電極とを備え、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加して前記第１の流路内を流れる粒子が前記細孔を通過するときの検出信号を測定することによって、検体に含まれる分析対象抗原の有無又は濃度を推定するセンサデバイスを用いた粒子の解析方法において、
前記検体を含む被検試料液を前記第１の流路に接続された注入口から注入し、
前記注入口と前記細孔との間の前記第１の流路内、又は前記注入口と前記第１の流路との間に設けられた反応流路内に形成された、前記分析対象抗原と結合する抗体を修飾した抗体修飾粒子が固定された抗体修飾粒子固定部に、前記被検試料液を接触させ、該接触により前記抗体修飾粒子固定部から遊離する前記抗体修飾粒子と前記分析対象抗原とを混合し、
前記被検試料液が前記抗体修飾粒子固定部と接触し、前記被検試料液中に遊離した前記抗体修飾粒子が前記細孔に到達するまでの反応時間において、前記被検試料液中に遊離する前記抗体修飾粒子が前記分析対象抗原に結合することによって得られる凝集塊状の粒子を前記第１の流路内に生成させ、
前記第１の流路内の前記粒子の細孔への通過により生じる検出信号を測定することにより、前記検体に含まれる分析対象抗原の有無又は濃度を推定すること
を含む粒子の解析方法。

【請求項11】

細孔を有する隔壁と、前記隔壁を介して区画され、前記細孔を介して互いに接続された第１の電解液を充填する第１の流路と第２の電解液を充填する第２の流路とを備える反応容器と、前記第１の流路に接続された第１の電極と、前記第２の流路に接続された第２の電極とを備え、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加して前記第１の流路内を流れる粒子が前記細孔を通過するときの検出信号を測定することによって、検体に含まれる分析対象抗原の有無又は濃度を推定するセンサデバイスの計測装置であって、
前記第１の流路内を流れる粒子が前記細孔を通過する度に発生する電気抵抗の過渡変化を１つのパルスとして観測する電流計と、
前記パルスの頻度を検出する頻度検出手段と、
前記第１の流路内、又は前記検体を含む被検試料液が注入される注入口と前記第１の流路との間の反応流路内に配置され、前記分析対象抗原と結合する抗体を修飾した抗体修飾粒子が、前記被検試料液との接触によって前記被検試料液中へ遊離するように固定された抗体修飾粒子固定部を備えるセンサデバイスに対し、印加される磁力に応じて変位を生じ、該変位により前記被検試料液が前記抗体修飾粒子固定部と接触し、前記被検試料液中に遊離した前記抗体修飾粒子が前記細孔に到達するまでの反応時間を調整可能な駆動部を駆動するための磁力を発生させる磁力発生手段と、
前記頻度検出手段の出力に応じて前記磁力発生手段による前記磁力の強度を変化させて前記駆動部の変位を制御することにより、前記パルスの頻度を制御するパルス制御手段と
を備える計測装置。

【請求項12】

前記第１の流路の前記注入口とは反対側の端部に前記第１の流路内の気体を排出可能な第１排気口を更に備える前記センサデバイスに対し、前記第１排気口の開閉を制御可能な開閉制御手段
を更に備える請求項１１に記載の計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサデバイス、計測装置及び粒子の解析方法に関し、特に、電気的検知帯法に基づくセンサデバイス、計測装置及び粒子の解析方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電解液中の計測対象粒子が細孔を通過する際の、電気抵抗の過渡変化をパルス信号として検出する電気的検知帯法は、ウイルスや細菌等といった微生物（非特許文献１）、あるいはエクソソーム等の細胞外粒子（特許文献１）といった生体粒子の検出や同定への利用が提案されてきた。電気的検知帯法の生体粒子の検出や同定への応用のために、半導体Ｓｉによる固体ポアを用いたセンサデバイス（特許文献２）による計測と、計測の結果得られたパルス波形のＡＩ解析（特許文献３）の組み合わせが提案されている。このような技術を用いれば、簡便かつ迅速に、微生物やエクソソームの同定が可能となる。

【0003】

電気的検知帯法は、微生物やエクソソームなどの粒子がその計測対象である。一方、蛋白質は、その大きさが１０ｎｍ以下と小さいため、これを直接電気的検知帯法で計測することは困難である。蛋白質の検出や定量としては、免疫比濁法またはイムノクロマト法が広く用いられている。免疫比濁法は、検出対象の蛋白質を抗原として、これに特異的に結合する抗体で表面を修飾した抗体修飾粒子の免疫凝集を吸光度計等で観測するものである。また、イムノクロマト法は、セルロース膜等の上を試薬が溶解しながら流れる構造を有するデバイスを用い、分析対象抗原が被検試料液中に存在する場合のみキャプチャー抗体に補足される現象を利用する定性判定法である。

【0004】

さらに、電気的検知帯法と免疫凝集を組み合わせて抗原の検出や定量を行う方法が開示されている（特許文献４）。ここでは、検出や定量の作業者は、チューブ等反応容器を用いて、検出対象の抗原と特異性を持って結合する抗体でその表面を修飾した抗体修飾粒子を被検試料液に混和する。そして免疫反応に必要なインキュベーション時間が経過した後、被検試料液を、マイクロピペットなどを用い、電気的検知帯法によるセンサデバイスへと導入する。そして、電気的検知帯法によるセンサデバイス内で、抗体修飾粒子同士が抗原を介して結合した凝集塊がセンサデバイスの細孔を通過する際のイオン電流の過渡変化を計測することで、抗原の検出や定量を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６７６２４９４号公報

【特許文献2】特許第５８６６６５２号公報

【特許文献3】特許第６６２１０３９号公報

【特許文献4】特開２０２２－０５９１５４号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Ａｒｉｍａ、 ｅｔ ａｌ．“Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ－ｖｉｒｕｓｅｓ ｕｓｉｎｇ ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ ｎａｎｏｐｏｒｅｓ”、Ｓｃｉ Ｒｅｐ ８ １６３０５（２０１８）ＤＯＩ：１０．１０３８／ｓ４１５９８－０１８－３４６６５－４．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従来の免疫比濁法やイムノクロマト法に比べて、上記の電気的検知帯法と免疫凝集を組み合わせた方法は、高感度であること、すなわち抗原量の少ない被検試料液であっても、対象抗原の検出や定量が可能な点で有用である。これは、従来の方法が抗体修飾粒子の巨視的な振る舞いを光学的に検出するのに対して、電気的検知帯法は、抗体修飾粒子の凝集状態を１つずつ観測することができるためである。

【0008】

しかしながら、電気的検知帯法は、細孔と流路から成るセンサデバイスに加えて、微小電流信号の増幅やデジタイズを行う計測装置が必須である。さらに免疫凝集による計測は、従来法である免疫比濁法と同様に、電気的検知帯法を用いる場合であっても、免疫反応時間などの反応条件の厳密な制御が要求される。これを自動化するためには、インキュベーションや分注などの機能を有する装置も必要となり、抗原検出や定量のための装置コストも高くなる。

【0009】

イムノクロマト法の抗原検出感度は一般に２桁ｎｇ／ｍＬ程度とされ、用途によっては必要とされる感度を満たさないことがある。また、イムノクロマト法は、定性検査に限定されるため汎用性に乏しい。しかしながら、イムノクロマト法は、以下の４つの理由により、感度が充分でない用途であっても、簡便な確認検査用として広く使われてきた。
（１）特別な装置を必要としない、または簡便な装置による検出でよい
（２）利用者が反応時間等の制御を意識しなくてもよい
（３）センサが個装されており必要な検体数だけ取り出して利用できるために無駄がない（４）１検査あたりのコストが低い
上記（１）～（４）は翻って、電気的検知帯法が解決すべき課題ということもできる。

【0010】

上記課題を鑑み、本発明は、利用者による反応時間の制御が不要で、高感度な抗原検出または定量を簡便かつ低コストで実現することが可能なセンサデバイス、計測装置及び粒子の解析方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の実施態様によれば、細孔を有する隔壁と、隔壁を介して区画され、細孔を介して互いに接続された第１の電解液を充填する第１のチャンバと第２の電解液を充填する第２のチャンバとを備える反応容器と、第１のチャンバに接続された第１の電極と、第２のチャンバに接続された第２の電極とを備え、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加して第１のチャンバ内の粒子が細孔を通過するときの検出信号を測定することにより、検体に含まれる分析対象抗原の有無又は濃度を推定するセンサデバイスにおいて、第１のチャンバが、検体を含む被検試料液が注入される注入口と、被検試料液中の粒子を細孔へ導入する第１の流路と、注入口と細孔との間の第１の流路内、又は注入口と第１の流路との間に設けられた反応流路内に配置され、分析対象抗原と結合する抗体を修飾した抗体修飾粒子が被検試料液との接触によって被検試料液中へ遊離し、被検試料液と混合されるように固定された抗体修飾粒子固定部とを備えるセンサデバイスが提供される。

【0012】

本発明の他の実施態様によれば、細孔を有する隔壁と、隔壁を介して区画され、細孔を介して互いに接続された第１の電解液を充填する第１の流路と第２の電解液を充填する第２の流路とを備える反応容器と、第１の流路に接続された第１の電極と、第２の流路に接続された第２の電極とを備え、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加して第１の流路内を流れる粒子が細孔を通過するときの検出信号を測定することによって、検体に含まれる分析対象抗原の有無又は濃度を推定するセンサデバイスを用いた粒子の解析方法において、検体を含む被検試料液を第１の流路に接続された注入口から注入し、注入口と細孔との間の第１の流路内、又は注入口と第１の流路との間に設けられた反応流路内に形成された、分析対象抗原と結合する抗体を修飾した抗体修飾粒子が固定された抗体修飾粒子固定部に、被検試料液を接触させ、該接触により抗体修飾粒子固定部から遊離する抗体修飾粒子と分析対象抗原とを混合し、被検試料液が抗体修飾粒子固定部と接触し、被検試料液中に遊離した抗体修飾粒子が細孔に到達するまでの反応時間において、被検試料液中に遊離する抗体修飾粒子が分析対象抗原に結合することによって得られる凝集塊状の粒子を第１の流路内に生成させ、第１の流路内の粒子の細孔への通過により生じる検出信号を測定することにより、検体に含まれる分析対象抗原の有無又は濃度を推定することを含む粒子の解析方法が提供される。

【0013】

本発明の更に他の実施態様によれば、細孔を有する隔壁と、隔壁を介して区画され、細孔を介して互いに接続された第１の電解液を充填する第１の流路と第２の電解液を充填する第２の流路とを備える反応容器と、第１の流路に接続された第１の電極と、第２の流路に接続された第２の電極とを備え、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加して第１の流路内を流れる粒子が細孔を通過するときの検出信号を測定することによって、検体に含まれる分析対象抗原の有無又は濃度を推定するセンサデバイスの計測装置であって、第１の流路内を流れる粒子が細孔を通過する度に発生する電気抵抗の過渡変化を１つのパルスとして観測する電流計と、パルスの頻度を検出する頻度検出手段と、第１の流路内、又は検体を含む被検試料液が注入される注入口と第１の流路との間の反応流路内に配置され、分析対象抗原と結合する抗体を修飾した抗体修飾粒子が、被検試料液との接触によって被検試料液中へ遊離するように固定された抗体修飾粒子固定部を備えるセンサデバイスに対し、印加される磁力に応じて変位を生じ、該変位により被検試料液が抗体修飾粒子固定部と接触し、被検試料液中に遊離した抗体修飾粒子が細孔に到達するまでの反応時間を調整可能な駆動部を駆動するための磁力を発生させる磁力発生手段と、頻度検出手段の出力に応じて磁力発生手段による磁力の強度を変化させて駆動部の変位を制御することにより、パルスの頻度を制御するパルス制御手段とを備える計測装置が提供される。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、利用者による反応時間の制御が不要で、高感度な抗原検出または定量を簡便かつ低コストで実現することが可能なセンサデバイス、計測装置及び粒子の解析方法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係るセンサデバイスの基本的なセンサ構造を説明する概略図、図１（ｂ）は、細孔電子顕微鏡写真、図１（ｃ）は、第１のチャンバ内の粒子が細孔を通過する際に計測されるパルス信号の例を示す波形図である。

【図2】図２（ａ）は、検体中に分析対象抗原が存在しない場合における第１のチャンバ内の粒子の状態と、細孔を通過する粒子による電流値の変化との関係を表す説明図であり、図２（ｂ）は、検体中の分析対象抗原の濃度が希薄な場合における第１のチャンバ内の粒子の状態と、細孔を通過する粒子による電流値の変化との関係を表す説明図であり、図２（ｃ）は、検体中の分析対象抗原の濃度が図２（ｂ）に比べて高い場合における第１のチャンバ内の粒子の状態と、細孔を通過する粒子による電流値の変化との関係を表す説明図である。

【図3】図３（ａ）は、被検試料液中に抗原濃度の異なる抗体修飾粒子を混合した場合における反応時間と混合液の吸光度との関係を従来の比濁法で計測した場合の例を表すグラフであり、図３（ｂ）は、被検試料液中に抗原濃度の異なる抗体修飾粒子を混合した場合における、反応時間と混合液の細孔通過粒子凝集指数との関係を本発明に係る方法を用いて計測した場合の例を示すグラフである。

【図4】本発明の第１の実施の形態に係るセンサデバイスの一例を示す断面図である。

【図5】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るセンサデバイスを第１の流路の上方側からみた場合の構造例を説明する概略図である。

【図6】本発明の第２の実施の形態に係るセンサデバイスの一例を示す断面図である。

【図7】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係るセンサデバイスの一例を示す断面図である。

【図8】本発明の第４の実施の形態に係るセンサデバイスの一例を示す説明図である。

【図9】本発明の第４の実施の形態に係るセンサデバイスが備える反応パッドを駆動部により押圧した状態の例を表す説明図である。

【図10】本発明の第４の実施の形態に係るセンサデバイスの全体構成例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図面を参照しながら本発明の実施の形態を以下に説明する。以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。

【0017】

（センサデバイスの基本構造）
図１（ａ）～図１（ｃ）は、本発明の実施の形態に用いられる電気的検知帯法に基づくセンサデバイスの基本的なセンサ構造例及び機能を説明する概略図である。センサデバイスは、細孔１４０を有する隔壁１４１と、隔壁１４１を介して区画され、細孔１４０を介して互いに接続された第１のチャンバ１１０と第２のチャンバ１２０とを有する反応容器１００と、第１のチャンバ１１０に接続された第１の電極１１２と、第２のチャンバ１２０に接続された第２の電極１２２とを備える。第１の電極１１２と第２の電極１２２は、アンプ１５０、電流計１５１および電圧源１５２に接続される。第１のチャンバ１１０には注入口１１１が、第２のチャンバ１２０には注入口１２１が各々設けられる。

【0018】

図１（ｂ）は半導体Ｓｉによる固体ポアを用いた細孔電子顕微鏡写真の一例である。この一例は、厚さ５０ｎｍ程度のＳｉＮ薄膜を隔壁１４１として用いた場合の例を示す。ここで、チャンバとは、細孔１４０と繋がっている空間を指し、その具体的形状は特に限定されない。代替的には、慣用的に液体が流れることを主眼として「流路」という用語が使用されてもよい。流路は直接細孔１４０と繋がっている構造でもよいし、また流路とは独立した空間が細孔１４０と繋がっていてもよい。流路は各チャンバの全てを構成してもよいし、各チャンバの一部を構成してもよい。

【0019】

電気的検知帯法では、例えば、第１のチャンバ１１０内を、解析対象とする検体と第１の電解液とを混合した被検試料液で充填する。第２のチャンバ１２０内は、第２の電解液で充填する。すると、第１のチャンバ１１０内の被検試料液と第２のチャンバ１２０内の第２の電解液は細孔１４０を経由して電気的に導通する。ここで、第１の電極１１２および第２の電極１２２の間に電圧を印加すると、被検試料液、細孔１４０および第２の電解液を通じて、第１の電極１１２と第２の電極１２２の間にイオン電流が流れる。ここで、第１のチャンバ１１０内を流れる被検試料液中の計測対象粒子１０１が細孔１４０を通過すると、一時的に細孔１４０を流れるイオン電流を担う、陽イオンおよび陰イオンの移動が妨げられる結果、イオン電流が粒子通過の間のみ低下する。これを電流計１５１で観測すると、図１（ｃ）に示すようなパルス状の信号２１０が観測される。このパルス信号２１０には、粒子の大きさ、形状や、表面の電荷分布等が反映されることから、このパルス信号２１０を解析することによって、計測対象粒子１０１の検出、同定あるいは定量が可能となる。なお、この例では、第１の電極１１２は第１のチャンバ１１０内の被検試料液と接液する場所であればどこにあってもよい。第２の電極１２２も、第２のチャンバ１２０内の第２の電解液と接液する場所であればどこにあってもよい。

【0020】

本実施形態では、計測対象粒子１０１として、検出または定量対象となる蛋白質等（以下、分析対象抗原という）と特異的に結合する抗体を修飾した抗体修飾粒子を図１のような電気的検知帯法で計測する。ここで、検出または定量対象となる分析対象抗原を含み得る試料を検体といい、検体を第１の電解液に懸濁した液を被検試料液という。以下においては、被検試料液に抗体修飾粒子が混合されたものを混合液ともいう。なお、抗体修飾粒子とは、検出または定量対象となる分析対象抗原と特異的に結合する抗体が表面に固定化され、本実施形態に係るセンサデバイスの細孔１４０を通過可能な粒径を有する粒子をいう。抗体修飾粒子としては、以下に限定されないが、例えば、ビーズの表面にモノクローナル抗体を修飾した粒子等が挙げられる。ビーズは例えばポリスチレンのような樹脂であってもよく、金コロイドであってもよい。抗体はポリクローナル抗体であってもよい。分析対象抗原の種類に応じて抗体修飾粒子の種類も種々選択可能であり、上述の例に限定されるものではないことは勿論である。

【0021】

図２（ａ）～図２（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る粒子の解析方法の原理を模式的に説明する説明図である。図２（ａ）は、検体中に分析対象抗原２０１が存在しない場合における第１のチャンバ１１０内の粒子の状態と、細孔１４０を通過する粒子による電流値の変化との関係を表す。図２（ｂ）は、検体中の分析対象抗原２０１の濃度が希薄な場合における第１のチャンバ１１０内の粒子の状態と、細孔１４０を通過する粒子による電流値の変化との関係を表す説明図である。図２（ｃ）は、検体中の分析対象抗原２０１の濃度が図２（ｂ）に比べて高い場合における第１のチャンバ１１０内の粒子の状態と、細孔１４０を通過する粒子による電流値の変化との関係を表す説明図である。なお、図２（ａ）～図２（ｃ）の例では第１の電極１１２及び第２の電極１２２の図示を省略している。

【0022】

検体中に分析対象抗原２０１が存在しない場合は、図２（ａ）に示すように、分析対象抗原に特異的に結合する抗体で表面を修飾した抗体修飾粒子２１１、２１２、２１３が混合液中に単独で存在する場合が多く、抗体修飾粒子同士が結合して得られる凝集塊状の粒子２１９の数は少ない。この状態で、第１の電極１１２および第２の電極１２２間に電圧を印加すると、混合液中の抗体修飾粒子２１１、２１２、２１３の多くは、図２（ａ）のように、各々単独で細孔１４０を通過する。そのため、図２（ａ）の波形例では、抗体修飾粒子２１１、２１２、２１３が細孔１４０を通過することによるパルス信号２２１、２２２、２２３の波形が得られる。なお、混合液に対象抗体が含まれない場合であっても、抗体修飾粒子が非特異的に凝集した凝集塊状の粒子２１９が生成される場合もあるが、その数は、図２（ｂ）及び図２（ｃ）の場合に比べて少ない。

【0023】

検体中に分析対象抗原２０１が存在する場合は、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、分析対象抗原２０１が抗体修飾粒子２３１、２３２、２３３、２５１、２５２、２５３に結合した状態で、第１のチャンバ１１０内に存在している。図２（ｂ）は、分析対象抗原２０１が希薄な場合、図２（ｃ）は分析対象抗原２０１が高い場合である。分析対象抗原２０１の濃度が高いほど、多くの抗体修飾粒子２３１、２３２、２３３、２５１、２５２、２５３同士が結合してより大きな凝集塊状の粒子を形成する。

【0024】

これら凝集塊状の粒子が細孔１４０を通過したときに生じるパルス信号の波形は、抗体修飾粒子２３１、２３２、２３３、２５１、２５２、２５３が単独で細孔１４０を通過したときのパルス信号と比べてその形状が変化する。大きな粒子が細孔１４０を通過する際には、小さな粒子の通過時に比べて、細孔１４０を流れるイオン電流がより大きく妨げられるためである。例えば図２（ｃ）において、凝集塊状の粒子２５１、抗体修飾粒子単独の粒子２５２および凝集塊状の粒子２５３が細孔１４０を通過する際のパルス信号は各々２６１、２６２、２６３である。抗体修飾粒子単独の粒子２５２よりも、凝集塊状の粒子２５１、さらに凝集塊状の粒子２５１よりも粒径が大きい凝集塊状の粒子２５３のパルス波形のピーク電流値が大きいのはこのためである。図２（ｂ）も同様に、凝集塊状の粒子２３１、抗体修飾粒子単独の粒子２３２および凝集塊状の粒子２３３が細孔１４０を通過する際のパルス信号は各々２４１、２４２、２４３である。このように、分析対象抗原２０１の濃度が高いほど、計測されるパルスに占める、大きなパルス（例えば図２（ｂ）のパルス信号２４１、２４３、図２（ｃ）のパルス信号２６１、２６３）の比率が多くなる。

【0025】

図２（ａ）～図２（ｃ）にも示した通り、被検試料液中の抗原濃度が高いほど、抗体修飾粒子の凝集の程度は高くなる。一方で、被検試料液中の抗体修飾粒子の凝集の程度は、被検試料液に抗体修飾粒子を混和してからの時間によっても変化する。

【0026】

図３（ａ）は、粒子凝集度の変化を従来法である比濁法で計測した場合の計測結果の一例である。被検試料液と抗体修飾粒子の混和、すなわち混合液作成の時刻をｔ＝０としたときの経過時間（反応時間）を横軸に、またＰＳＡ抗原濃度０ｐｇ／ｍＬ、１００ｐｇ／ｍＬ、１０００ｐｇ／ｍＬ、５０００ｐｇ／ｍＬとした混合液の吸光度（λ＝５７０Ａ）を縦軸にプロットした例を示す。反応時間６分以上のすべての計測において、対象抗原を含む被検試料液の吸光度３１２が、対象抗原を含まない試料の吸光度３１１を上回っており、対象抗原のＰＳＡの検出が可能であることがわかる。

【0027】

図３（ｂ）は、本発明に係る方法を用いた抗体修飾粒子凝集度の計測結果の一例である。粒径３００ｎｍの抗ＰＳＡ抗体修飾粒子を被検試料液に混合した混合液を１．２μｍの細孔のセンサデバイスで計測した。図３（ｂ）の横軸は（ａ）と同様に混合液作成からの経過時間（反応時間）とし、縦軸は計測されたパルス信号のピーク電流値が３．４ｎＡ以上であるパルス数が、観測された全パルス数に占める比率（以下これを細孔通過粒子凝集指数と呼ぶ）とした。利用した抗ＰＳＡ抗体修飾粒子は、図３（ａ）と同じである。図３（ｂ）で計測した混合液の抗原濃度は０ｐｇ／ｍＬ、１ｐｇ／ｍＬ、１０ｐｇ／ｍＬ、１００ｐｇ／ｍＬおよび１０００ｐｇ／ｍＬとした。図３（ａ）と同様に、図３（ｂ）の例においても、反応時間に依らず、被検試料液中の抗原濃度が高いほど凝集指数が高くなることから、本発明に係る方法によって分析対象抗原であるＰＳＡの定量が可能であることがわかる。更に、図３（ａ）と図３（ｂ）を比べると、本発明に係る方法によれば同じ抗体修飾粒子を利用しても２～３桁ほど感度が高い。

【0028】

一方で、図３（ａ）及び図３（ｂ）によれば、抗体修飾粒子の凝集の度合いは、被検試料液と抗体修飾粒子の混和から計測までの反応時間に大きく依存することが、比濁法および本発明による方法の両方からわかる。加えて、分析対象抗原を含まない被検試料液であっても、時間の経過とともに、吸光度及び細孔通過粒子凝集指数が変化する。これは抗原抗体反応によらない非特異凝集が進むためと考えられる。このような理由で、吸光度や本発明に係る方法で分析対象抗原の検出や定量を行う場合、特に定量が正確であることを要求される用途においては、分析対象抗原と抗体修飾粒子との反応時間を制御する必要があることが分かる。

【0029】

反応時間の被検試料液と抗体修飾粒子の混和を、利用者がチューブ等で行い、時間を計った後、センサに導入して計測を行っても良い。しかしながら、この方法では、検査プロトコルを定めたとしても、反応時間を厳密に制御することが困難である。また、利用者によるミスも起こりやすい。特に、図３（ｂ）の計測結果３６１、３６２および３６３のような高感度の検出及び定量においては、反応時間のわずかな差が、検出や定量の結果に大きな影響を与える。このため、免疫反応時間の制御を利用者の手に委ねることは現実的ではない。

【0030】

（第１の実施の形態）
図４に、本発明の第１の実施の形態に係るセンサデバイスの一例を示す。第１の実施の形態に係るセンサデバイスは、細孔４４０を有する隔壁４４１と、隔壁４４１を介して区画され、細孔４４０を介して互いに接続された第１の電解液を充填する第１のチャンバ４１０と第２の電解液を充填する第２のチャンバ４２０とを有する反応容器４００とを備える。第１のチャンバ４１０は、検体と第１の電解液とを含む被検試料液を注入する注入口４１１と、被検試料液を注入口４１１から細孔４４０へ導入する第１の流路４０２と、注入口４１１と細孔４４０との間の第１の流路４０２内に配置され、分析対象抗原と結合する抗体を修飾した抗体修飾粒子が固定された抗体修飾粒子固定部４０３とを備える。隔壁４４１はＳｉ等で形成された基材４４９上に配置されている。

【0031】

図４の例では、第１の流路４０２は紙面左右方向に沿って延びている。第２のチャンバ４２０は、注入口４２１（図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）に接続された第２の流路４２２を備える。図４において、第２の流路４２２は紙面垂直方向（奥行方向）に沿って延びている。第２の流路４２２内には第２の電解液が充填される。なお、図４に示すセンサデバイスにおいても、図１の第１の電極１１２および第２の電極１２２に相当する第１の電極及び第２の電極を有しているが、図４においてはその記載を省略している。第１のチャンバ４１０及び第２のチャンバ４２０には、あらかじめ第１の電解液及び第２の電解液が充填されていてもよい。第１の電解液と第２の電解液の組成は同一であることが好ましい。これにより高感度な分析が行える。

【0032】

抗体修飾粒子固定部４０３は、被検試料液の通液による被検試料液との接触によって抗体修飾粒子が被検試料液中へ遊離して第１の流路４０２内を流れる間に被検試料液と抗体修飾粒子とが十分混和されるように、注入口４１１と近接する第１の流路４０２の内壁に形成されている。抗体修飾粒子固定部４０３が配置される位置は特に限定されず、任意の位置に配置できる。図４に示すように、注入口４１１と近接する第１の流路４０２の通液方向上流側に抗体修飾粒子固定部４０３が配置されることにより、被検試料液が抗体修飾粒子固定部４０３と接触し、被検試料液中に遊離した抗体修飾粒子が細孔４４０に到達し、第２の電解液と接触するまでの反応時間を十分にとることができる。抗体修飾粒子固定部４０３は、更に、第１の流路４０２の内壁において、被検試料液の通液方向に沿った複数個所に所定の間隔を有して配置されてもよい。

【0033】

抗体修飾粒子としては分析対象とする分析対象抗原に応じて種々の抗体修飾粒子を用いることができ、その種類は特に限定されない。抗体修飾粒子は、第１の流路４０２の内壁に、何らかの構造物、例えば繊維などを第１の流路４０２中に配し、その構造物の表面に固定してもよい。抗体修飾粒子固定部４０３は、第１の流路４０２内の抗体修飾粒子固定部４０３上を被検試料液が通過する際に、抗体修飾粒子固定部４０３と被検試料液との接触によって抗体修飾粒子を被検試料液中へ遊離させることが可能な構成を有していれば、具体的な材料や種類はどのようなものであってもよい。以下に限定されるものではないが、抗体修飾粒子固定部４０３として、抗体修飾粒子を凍結乾燥させることにより、第１の流路４０２の表面上又は表面上に固定した構造物上に抗体修飾粒子を固定した、所定の厚みを有する抗体修飾粒子固定層を形成させてもよい。図４に示すように、第１のチャンバ４１０には、第１の流路４０２内の注入口４１１とは反対側の端部に、第１の流路４０２内の気体を排出可能な第１排気口４１２を備えていてもよい。

【0034】

分析対象抗原を含む被検試料液が注入口４１１に導入されると、被検試料液は第１の流路４０２に進入する。被検試料液が抗体修飾粒子固定部４０３を通過する際、抗体修飾粒子が被検試料液中に遊離して混合液を作成する。この混合液作成の時点を反応時間の始点とする。固定された抗体修飾粒子が凍結乾燥されている場合、凍結乾燥された抗体修飾粒子が溶解して被検試料液中への遊離することによって、抗体の活性が復活する。その後、混合液は第１の流路４０２中を細孔４４０に向かって進行する。抗体修飾粒子固定部４０３と接触した被検試料液が流通する領域を反応領域４０４という。また、被検試料液が抗体修飾粒子固定部４０３と接触し、被検試料液中に遊離した抗体修飾粒子が細孔４４０に到達し、第２の流路４２２中の第２の電解液と接触するまでの時間を反応時間という。反応時間は、以下に限定されるものではないが、１０分以内とすることにより、利用者が早期に結果を判別でき、スループットが向上することで検査が低コスト化できる点で望ましい。

【0035】

被検試料液中に分析対象抗原が存在する場合には、被検試料が注入口４１１から抗体修飾粒子固定部４０３を通過して反応領域４０４を進行して細孔４４０に到達するまでの反応時間の間に、分析対象抗原を介した抗体修飾粒子の凝集反応が進行する。本実施形態によれば、反応時間を一定に制御するための構造を有するセンサデバイスが提供できる。反応時間を一定に制御するために必要なことは、第１の流路４０２中の混合液の進行速度および反応領域４０４の長さをともに適切に制御することである。前者については、第１の流路４０２の内壁を親水化剤によってコーティングしたコーティング層を設けることや、被検試料液への界面活性剤の添加などにより実現できる。後者については、第１の流路４０２の流路引き回し形状を最適化することにより調整する。

【0036】

図５（ａ）に示すように、注入口４１１から細孔４４０に向かってメアンダ形状を有する第１の流路４０２を形成することにより、第１の流路４０２の流路長を長くしつつセンサデバイスの小型化が図れる。図５（ｂ）に示すように、注入口４１１から細孔４４０に向かって直線状に第１の流路４０２を形成することにより、被検試料液をより円滑かつ確実に注入口４１１から細孔４４０へ供給可能なセンサデバイスを得ることができる。第１の流路４０２の具体的な流路長は特に限定されないが、第１の流路４０２は、被検試料液が抗体修飾粒子固定部４０３と接触し、被検試料液中に遊離した抗体修飾粒子が細孔４４０に到達して第２の電解液と接触するまでの反応時間において、抗体修飾粒子が分析対象抗原を介して結合することにより形成される凝集塊状の粒子を第１の流路４０２内に生成させるために十分な流路長を有することが好ましい。例えば、反応時間が２～１０分、より好ましくは２～５分となるように第１の流路４０２の流路長が設定されることが好ましい。

【0037】

（解析方法）
図４に示すようなセンサデバイスを用いて粒子の解析を行う場合は、検体を含む被検試料液を第１のチャンバ４１０の注入口４１１から注入する。そして、注入口４１１と細孔４４０との間の第１の流路４０２内に設けられた抗体修飾粒子固定部４０３に被検試料液を接触させる。この接触により抗体修飾粒子固定部４０３から遊離する抗体修飾粒子と分析対象抗原とが第１の流路４０２の反応領域４０４内で混合される。そして、被検試料液が抗体修飾粒子固定部４０３と接触し、被検試料液中に遊離した抗体修飾粒子が細孔４４０に到達するまでの反応時間に、被検試料液中に遊離する抗体修飾粒子が分析対象抗原に結合することによって得られる凝集塊状の粒子を第１の流路４０２内に形成させる。更に、第１の流路４０２内の粒子の細孔４４０への通過により生じる検出信号を測定することにより、検体に含まれる分析対象抗原の有無又は濃度を推定する。

【0038】

本発明の第１の実施の形態に係るセンサデバイス及びこれを用いた粒子の解析方法によれば、注入口４１１と細孔４４０との間の第１の流路４０２内に抗体修飾粒子固定部４０３が配置される。この抗体修飾粒子固定部４０３を通過した被検試料液が、第１の流路４０２を流れる間に、抗体修飾粒子同士によって結合した凝集塊状の粒子が形成され、凝集塊状の粒子が細孔４４０を通過する毎に生じるイオン電流の過渡変化をパルス信号として計測し、パルス信号の形状を分析して検体に含まれる分析対象抗原の有無又は濃度が推定できる。利用者は、注入口４１１に検体を含む被検試料液を注入するだけでよい。即ち、本実施形態によれば、被検試料液を注入口４１１から注入することにより、抗体修飾粒子の凝集反応時間が一定時間となるように制御できる。その結果、利用者による凝集反応時間の制御が不要で、簡便な装置を用いて高感度な抗原検出または定量を低コストで実現可能なセンサデバイスが提供できる。

【0039】

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るセンサデバイスは、図６に示すように、細孔６４０を有する隔壁６４１と、隔壁６４１を介して区画され、細孔６４０を介して互いに接続された第１の電解液を充填する第１のチャンバ６１０と第２の電解液を充填する第２のチャンバ６２０とを有する反応容器６００とを備える。更に、第１のチャンバ６１０は、検体と第１の電解液とを含む被検試料液を注入する注入口６１１と、被検試料液を注入口６１１から細孔６４０へ導入する第１の流路６０２と、注入口６１１と第１の流路６０２との間に設けられた反応流路６５０内に配置され、分析対象抗原と結合する抗体を修飾した抗体修飾粒子が固定された抗体修飾粒子固定部６０３とを備える。隔壁６４１は基材６４９上に配置されている。

【0040】

図６の例では、第１の流路６０２は紙面左右方向に沿って延びている。第２のチャンバ６２０は、注入口（不図示）に接続された第２の流路６２２を備える。第２の流路６２２は紙面垂直方向（奥行方向）に沿って延びている。第２の流路６２２内には第２の電解液が充填される。なお、図６に示すセンサデバイスにおいても、図１の第１の電極１１２および第２の電極１２２に相当する第１の電極及び第２の電極を有しているが、記載を省略している。第１のチャンバ６１０及び第２のチャンバ６２０には、あらかじめ第１の電解液及び第２の電解液が充填されていてもよい。

【0041】

反応流路６５０の内壁には、このセンサデバイスで検出または定量を行う分析対象抗原に対して特定的に結合する抗体を表面に修飾した抗体修飾粒子を固定した、抗体修飾粒子固定部６０３が配置されている。抗体修飾粒子固定部６０３が配置される位置は、特に限定されない。例えば、注入口６１１の下部に設けられた被検試料液を収容する試料液受け部６１３と繋がる反応流路６５０の壁面の任意の領域に１又は複数個所配置される。

【0042】

抗体修飾粒子は、反応流路６５０の壁面に、何らかの構造物、例えば繊維などを反応流路６５０中に配し、その構造物の表面に固定してもよい。即ち、抗体修飾粒子固定部６０３は、抗体修飾粒子固定部６０３上を被検試料液が通過する際に、抗体修飾粒子固定部６０３と被検試料液との接触によって抗体修飾粒子が遊離することが可能な構成を有していれば、構造物の材料や構造はどのようなものであってもよい。以下に限定されるものではないが、抗体修飾粒子固定部６０３としては、抗体修飾粒子を凍結乾燥させることにより、反応流路６５０の表面上又は表面上に固定した構造物上に抗体修飾粒子を担持させた、所定の厚みを有する抗体修飾粒子固定層であってもよい。

【0043】

第１のチャンバ６１０には、注入口６１１の下方に設けられ、注入口６１１から注入される被検試料液を収容し、反応流路６５０及び第１の流路６０２に被検試料液を導入するための試料液受け部６１３を備えていてもよい。この場合は、試料液受け部６１３内又はその壁面に抗体修飾粒子を固定した抗体修飾粒子固定層が形成されてもよい。

【0044】

第１のチャンバ６１０には、第１の流路６０２内の気体を排出可能な第１排気口６１２と、反応流路６５０内に設けられ、反応容器６００の外部と連通する第２排気口６５１と、第１排気口６１２に開閉可能に接続された開閉機構６９０とを更に備えることが好ましい。開閉機構６９０は、被検試料液を反応流路６５０内に導入する際に第１排気口６１２を閉じ、反応流路６５０内の被検試料液を第１の流路６０２内に導入させる際に第１排気口６１２を開くように構成される。開閉機構６９０により、被検試料液が抗体修飾粒子固定部６０３と接触し、被検試料液中に遊離した抗体修飾粒子が細孔６４０に到達するまでの反応時間が調整可能である。開閉機構６９０は、本センサデバイスを用いて計測を行う計測装置が備えても良い。

【0045】

（粒子の解析方法）
利用者は、被検試料液を反応流路６５０内に導入させる際には、開閉機構６９０を用いて第１排気口６１２を閉じ、注入口６１１から検体を含む被検試料液を注入する。被検試料液は試料液受け部６１３を介して反応流路６５０内に導入される。このとき、反応流路６５０内に流入した被検試料液中の気体は、第２排気口６５１を介して外部へ排出される。被検試料液が反応流路６５０内へ導入され、抗体修飾粒子固定部６０３と接触する際、抗体修飾粒子が被検試料液中に遊離して混合液を形成する。この混合液作成の時点を反応時間の始点とする。固定された抗体修飾粒子が凍結乾燥されている場合、凍結乾燥された抗体修飾粒子が溶解して被検試料液中への遊離することによって抗体の活性が復活する。

【0046】

予め決められた一定期間が経過した後、開閉機構６９０を用いて第１排気口６１２を開くと、反応流路６５０内で抗体修飾粒子と結合して凝集塊状となった粒子を含む被検処理液が第１の流路６０２内に導入され、細孔６４０まで到達する。凝集塊状となった粒子を含む被検処理液が細孔６４０に達すると、第２の流路６２２の電解液と電気的に導通する。更に、第１の流路６０２及び第２の流路６２２に接続された第１及び第２の電極に電圧を印加すると、粒子が細孔６４０を通過する度にパルス信号が計測される。このようにして、開閉機構６９０を用いて第１排気口６１２の開閉を制御することにより、被検試料液が抗体修飾粒子固定部６０３と接触して細孔６４０まで到達し、第２の電解液と接触するまでの反応時間を調整することができる。

【0047】

本発明の第２の実施の形態に係るセンサデバイスによれば、注入口６１１と第１の流路６０２との間に設けられた反応流路６５０内に抗体修飾粒子固定部６０３を備えることにより、反応流路６５０内において被検試料液と抗体修飾粒子との混合を行うことができる。また、被検試料液を注入口６１１に導入した後、第１排気口６１２の開放までの時間を一定とすることで、凝集塊を含む粒子が細孔６４０を通過する際の反応時間のバラツキの影響を小さくできる。これにより、被検試料液の分析対象抗原濃度に応じた計測が可能となる。なお、開閉機構６９０の開閉制御は利用者が行ってもよい。或いは、第２の実施の形態に係るセンサデバイスをホストする計測装置側に開閉機構６９０の制御機構を有しており、反応時間の制御を計測装置が行ってもよい。

【0048】

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係るセンサデバイスは、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、細孔７４０を有する隔壁７４１と、隔壁７４１を介して区画され、細孔７４０を介して互いに接続された第１のチャンバ７１０と第２のチャンバ７２０とを有する反応容器７００とを備える。更に、第１のチャンバ７１０は、検体と第１の電解液とを含む被検試料液を注入する注入口７１１と、被検試料液を注入口７１１から細孔７４０へ導入する第１の流路７０２と、注入口７１１と第１の流路７０２との間に設けられた反応流路７５０内に配置され、分析対象抗原と結合する抗体を修飾した抗体修飾粒子が固定された抗体修飾粒子固定部７０３とを備える。隔壁７４１は基材７４９上に配置されている。

【0049】

図７（ａ）及び図７（ｂ）の例では、第１の流路７０２は紙面左右方向に沿って延びている。第２のチャンバ７２０は、注入口（不図示）に接続された第２の流路７２２を備える。第２の流路７２２は紙面垂直方向（奥行方向）に沿って延びている。第２の流路７２２内には第２の電解液が充填される。なお、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すセンサデバイスにおいても、図１の第１の電極１１２および第２の電極１２２に相当する第１の電極及び第２の電極を有しているが、記載を省略している。第１のチャンバ７１０及び第２のチャンバ７２０には、あらかじめ第１の電解液及び第２の電解液が充填されていてもよい。

【0050】

反応流路７５０の内壁には、分析対象抗原に対して特定的に結合する抗体を表面に修飾した抗体修飾粒子を固定した、抗体修飾粒子固定部７０３が配置されている。抗体修飾粒子固定部７０３が配置される位置は特に限定されない。抗体修飾粒子は、反応流路７５０の壁面に、何らかの構造物、例えば繊維などを反応流路７５０中に配し、その構造物の表面に固定してもよい。即ち、抗体修飾粒子固定部７０３は、抗体修飾粒子固定部６０３上を被検試料液が通過する際に、抗体修飾粒子固定部６０３と被検試料液との接触によって抗体修飾粒子が遊離することが可能な構成を有していれば、構造物の材料や構造はどのようなものであってもよい。反応流路７５０内には、反応容器７００の外部と連通する第２排気口７５１が設けられている。

【0051】

第１のチャンバ７１０は、注入口７１１の下方に設けられ、注入口７１１から注入される検体を含む被検試料液を収容して反応流路７５０及び第１の流路７０２に被検試料液を導入するための試料液受け部７１３を備えていてもよい。

【0052】

図７（ａ）に示すように、反応流路７５０と第１の流路７０２との間には、開閉可能に設けられたシャッター７８０を備えることが好ましい。シャッター７８０は、操作部７８１と操作部７８１に接続された開閉部７８２とを備え、反応容器７００の外部より力を加えて開閉部７８２を反応容器７００内に設けられた溝部７９２内へ収容することにより、シャッター７８０を閉状態とし、注入口７１１から注入された被検試料液を反応流路７５０内で一定期間保持させる。その後、操作部７８１を操作して開閉部７８２を溝部７９２から取り外してシャッター７８０を開状態にして抗体修飾粒子が混合された被検試料液を第１の流路７０２内へ流入させるように駆動させる。このようなシャッター７８０を備えることにより、被検試料液が抗体修飾粒子固定部７０３と接触して細孔７４０まで到達し、第２の電解液と接触するまでの反応時間が調整可能となる。図７（ａ）に示すように、シャッター７８０は、反応流路７５０と第１の流路７０２と境界部分となる位置に厳密に配置される必要はなく、境界部分から少しずれた部分、即ち、第１の流路７０２の被検試料液の供給方向上流側の任意の位置に配置してもよい。

【0053】

図７（ｂ）は、反応流路７５０と第１の流路７０２との間に板状のシャッター７８５を予め配置した例を示す。被検試料液を反応流路７５０から第１の流路７０２内に導入する際には、板状のシャッター７８５を反応容器７００の外に引き抜くことで、反応流路７５０内の混合液を細孔７４０へと進行させることができる。図７（ｂ）に示す例によれば、シャッター７８０の構成を簡略化できるため、高感度な抗原検出または定量を簡便かつ低コストで実現できる。シャッター７８０の開閉の原理、構造はどのようなものであってもよい。

【0054】

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係るセンサデバイスは、図８に示すように、細孔８４０を有する隔壁８４１と、隔壁８４１を介して区画され、細孔８４０を介して互いに接続された第１のチャンバ８１０と第２のチャンバ８２０とを有する反応容器８００とを備える。更に、第１のチャンバ８１０は、検体を含む被検試料液を注入する注入口８１１と、被検試料液を注入口８１１から細孔８４０へ導入する第１の流路８０２と、注入口８１１と第１の流路８０２との間に設けられた反応流路８５０内に配置され、分析対象抗原と結合する抗体を修飾した抗体修飾粒子が固定された抗体修飾粒子固定部８０３とを備える。隔壁８４１は基材８４９上に配置されている。第１の流路８０２には第１の電極８３１が配置されている。第２の流路８２２には第２の電極８３２が接続されている。

【0055】

反応流路８５０内は、抗体修飾粒子固定部８０３として、抗体修飾粒子を内部に保持し、反応流路８５０内に注入された被検試料液を保持可能な反応パッド８５３が配置されている。反応パッド８５３は、典型的には多孔質の可撓性を有する弾性変形可能な部材で構成される。典型的には反応パッド８５３はスポンジ状部材等で構成されるがこれには限定されない。反応パッド８５３の下部には、反応パッド８５３を押圧して収縮させ、この収縮により反応パッド８５３から流出する抗体修飾粒子が混合された被検試料液を第１の流路８０２内へ導入させることが可能な駆動部８８０を備える。この駆動部８８０により、被検試料液中に遊離した抗体修飾粒子が細孔８４０に到達するまでの反応時間が調整可能となる。なお、反応流路８５０の壁面には更に抗体修飾粒子固定部８０３が配置されてもよい。

【0056】

駆動部８８０は、反応流路８５０内を反応容器８００の厚さ方向に変位して、反応パッド８５３を収縮させることが可能なものであれば特に限定されない。例えば、駆動部８８０の下部から、所定のタイミングに応じて、駆動部８８０を反応流路８５０内の所定の高さまで、反応パッド８５３側へ手動で押し込むことができるようなスイッチ等を備えていてもよい。特に、駆動部８８０が、反応容器８００の外部からの磁力の印加によって変位し、この変位によって反応パッド８５３への押圧状態を調整可能な電磁ピストン、ピストン式電磁式弁又は電磁式シリンダ等の外部から印加された磁力を物理的運動に変換する機械要素であることが好ましい。駆動部８８０は、電磁石等の反応容器８００の外部からの磁力の印加によって反応流路８５０内をセンサデバイスの厚み方向に変位可能な部材であれば特に限定されない。図８のセンサデバイスをホストする計測装置（図１０参照）側に駆動部８８０の制御機構を有し、計測装置側が駆動部８８０の押圧量又は変位量を制御することにより、反応時間の制御をより厳密に行うことができる。

【0057】

（粒子の解析方法）
利用者はまず、被検試料液を注入口８１１に導入し、注入口８１１を蓋８９０などで閉じる。被検試料液は反応パッド８５３に吸収されて保持される。反応パッド８５３中では、内部に固定された抗体修飾粒子が被検試料液中に遊離し、混合液を形成する。固定された抗体修飾粒子が凍結乾燥されている場合、被検試料液中への遊離によって、抗体の活性が復活する。この混合液作成の時点を反応時間の開始点とする。被検試料液中、すなわち混合液中に分析対象抗原が含まれる場合は、混合液中で分析対象抗原を介して抗体修飾粒子同士が結合し、凝集塊状の粒子を形成する。

【0058】

反応時間の開始点から予め定められた一定時間が経過した後、注入口８１１を蓋８９０などで閉じた状態で、電磁ピストン等からなる駆動部８８０に対して外部より磁力を印加し、反応流路８５０内の駆動部８８０を、図９に示すように、反応容器８００の厚み方向に変位させる。駆動部８８０に対する磁力の印加は、センサデバイスをホストする計測装置などが有する磁力発生手段９００としてのコイル等に電流を流すことで発生させてもよい。または、図１０に示すように、第４の実施の形態に係るセンサデバイスが磁力発生手段９００としてコイルを更に有しており、コイルに計測装置から電流を流すことで磁力を発生させてもよい。

【0059】

図９は、計測装置側に磁力発生手段９００を備える例を模式的に表現している。駆動部８８０が変位すると、反応パッド８５３が押しつぶされることで、第１の流路８０２内に混合液が浸入する。被検試料液に分析対象抗原が含まれている場合には、反応時間の間に被検試料液中の抗原濃度に応じた凝集塊状の粒子が形成される。混合液中の粒子が細孔８４０に到達し、第２の流路８２２を充填した電解液と電気的に導通した状態で、第１の電極８３１および第２の電極８３２の間に電圧を印加すると、粒子が細孔８４０を通過する度に図２に説明したようなパルス信号が計測される。この一例でもやはり、注入口８１１に被検試料液を導入してから、反応時間を経過した後に駆動部８８０を変位させることで、反応時間を正確に制御することができる。

【0060】

磁力印加用の磁力発生手段９００に流す電流によって、駆動部８８０に印加される磁力を自由に制御できる。すなわち、磁力発生手段９００により、反応流路８５０および第１の流路８０２、さらに細孔８４０にかかる圧力を動的に制御できる。この性質を利用すると、センサデバイスで観測されるパルスの頻度、すなわち抗体修飾粒子単体またはその凝集塊が細孔８４０を通過する頻度を自由に制御することができる。

【0061】

図１０はセンサデバイスを用いたパルス計測のための計測部１０００及び計測部１０００を制御する制御手段１０３０を備える計測装置の構成の一例を示す。計測装置は、細孔８４０を有する隔壁８４１と、隔壁８４１を介して区画され、細孔８４０を介して互いに接続された第１の電解液を充填する第１の流路８０２と第２の電解液を充填する第２の流路８２２とを備える反応容器８００と、第１の流路８０２に接続された第１の電極８３１と、第２の流路８２２に接続された第２の電極８３２とを備え、第１の電極８３１と第２の電極８３２との間に電圧を印加して第１の流路８０２内を流れる粒子が細孔８４０を通過するときの検出信号を測定することによって、検体に含まれる分析対象抗原の有無又は濃度を推定するセンサデバイスの計測装置であって、第１の流路８０２内を流れる粒子が細孔８４０を通過する度に発生する電気抵抗の過渡変化を１つのパルスとして観測する電流計１０１２と、パルスの頻度を検出する頻度検出手段１０３１と、印加される磁力に応じて変位を生じる駆動部８８０を駆動するための磁力を発生させる磁力発生手段９００と、頻度検出手段１０３１の出力に応じて磁力発生手段９００の磁力の強度を変化させて駆動部８８０の変位を制御することにより、パルスの頻度を制御するパルス制御手段１０３２とを備える。

【0062】

計測部１０００は、第１の電極８３１および第２の電極８３２間に電圧を印加する電圧源１０１１、磁力発生手段９００及び可変抵抗１０２２に電圧を印加する電圧源１０２１、パルス信号増幅のためのアンプ１０１３、第１の流路８０２内を流れる粒子が細孔８４０を通過する度に発生する電気抵抗の過渡変化を１つのパルスとして観測する電流計１０１２および電流計１０１２の信号をデジタルに変換するアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１０１４を備える。

【0063】

ＡＤＣ１０１４によってデジタル化された電流値は、パルス切出部１０３１２においてパルスが切り出された後、パルス頻度計算部１０３１１によって一定間隔毎にパルスの頻度が計算される。磁力発生手段９００としては典型的には磁力印加用のコイルが用いられる。このコイルに流す電流値は可変抵抗１０２２によって制御される。パルス制御手段１０３２は、頻度検出手段１０３１によって検出されたパルス頻度が目標設定値よりも高ければ、可変抵抗１０２２の抵抗値を上げ、目標設定値より低ければ、可変抵抗１０２２の抵抗値を下げるという帰還制御を行う。これにより、パルス頻度がより一定となるようにパルス頻度を安定化できる。

【0064】

計測装置は、第１の流路８０２の注入口（不図示）とは反対側の端部に第１の流路８０２内の気体を排出可能な第１排気口８１２を更に備えるセンサデバイスに対し、第１排気口８１２の開閉を制御可能な開閉制御手段１０３３を制御手段１０３０に更に備えていても良い。開閉制御手段１０３３は、例えば、図６に示すような第１排気口６１２の開閉を行う開閉機構６９０を制御するための制御信号を開閉機構６９０へ出力する。例えば、開閉制御手段１０３３は、被検試料液を図１０の反応流路８５０内に導入する際に第１排気口８１２を閉じ、反応流路８５０内の被検試料液を第１の流路８０２内に導入させる際に第１排気口８１２を開くように構成される。開閉制御手段１０３３により、被検試料液が抗体修飾粒子固定部８０３と接触し、被検試料液中に遊離した抗体修飾粒子が第１の流路８０２を通って細孔８４０に到達するまでの反応時間が正確に制御可能である。なお、図６の開閉機構６９０を図１０の計測装置側に備えていてもよい。これにより、センサデバイスの構成の簡素化が図れ、開閉機構６９０作製のための費用及び手間も省ける。

【0065】

本実施形態では、抗体修飾粒子の凝集状態を１つずつ、パルス波形の形状を分析することによって推定し、これによって対象抗原の検出や定量を行う。パルス波形の形状変化が微小な場合には、人工知能（ＡＩ）１０４１によって解析することもまた有効である。ＡＩ１０４１を用いたパルス形状の解析においては、数多くのパルス波形を教師データ１０４０としてＡＩ１０４１に学習させる。特に、分析対象抗原の検出や定量を、医療用途の検査として用いる場合には、ＡＩ１０４１による解析に必要なパルス信号取得のための時間が短いことが要求される。このような場合に、図１０のようなパルス制御手段１０３２を備えることによって、解析に必要なパルス信号取得のための時間が短時間で済む点において有用である。

【符号の説明】

【0066】

１００、４００、６００、７００、８００…反応容器
１０１…計測対象粒子
１１０、４１０、６１０…第１のチャンバ
１１１、１２１、４１１、４２１、６１１…注入口
１１２…第１の電極
１２０、４２０、６２０…第２のチャンバ
１２２…第２の電極
１４０、４４０、６４０、７４０、８４０…細孔
１４１、４４１、６４１、７４１、８４１…隔壁
１５０…アンプ
１５１…電流計
１５２…電圧源
４０２、６０２，７０２、８０２…第１の流路
４０３、６０３、７０３、８０３…抗体修飾粒子固定部
４１２、６１２、７１２、８１２…第１排気口
４２２、６２２、７２２，８２２…第２の流路
４４９、６４９、７４９、８４９…基材
６１３、７１３…試料液受け部
６５０、７５０、８５０…反応流路
６５１…第２排気口
６９０…開閉機構
７８０、７８５…シャッター
７８１…操作部
７８２…開閉部
７９２…溝部
８５３…反応パッド
８８０…駆動部
８９０…蓋
９００…磁力発生手段
１０００…計測部
１０１１…電圧源
１０１２…電流計
１０１３…アンプ
１０２２…可変抵抗
１０３０…制御手段
１０３１…頻度検出手段
１０３２…パルス制御手段
１０３３…開閉制御手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】