特開 2024-81451 人工抗体の製造方法、人工抗体および生体物質検出センサー

(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】P2024081451

(43)【公開日】2024-06-18

(54)【発明の名称】人工抗体の製造方法、人工抗体および生体物質検出センサー

(51)【国際特許分類】

   A61K 39/395 20060101AFI20240611BHJP

   G01N 5/02 20060101ALI20240611BHJP

【ＦＩ】

A61K39/395 B

G01N5/02 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022195093

(22)【出願日】2022-12-06

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091292

【弁理士】

【氏名又は名称】増田 達哉

(74)【代理人】

【識別番号】100173428

【弁理士】

【氏名又は名称】藤谷 泰之

(74)【代理人】

【識別番号】100091627

【弁理士】

【氏名又は名称】朝比 一夫

(72)【発明者】

【氏名】小島 力

(72)【発明者】

【氏名】望月 理光

(72)【発明者】

【氏名】寺尾 真二

(72)【発明者】

【氏名】久保 景太

(72)【発明者】

【氏名】佐野 和貴

(72)【発明者】

【氏名】村井 清昭

(72)【発明者】

【氏名】小林 正彦

【テーマコード（参考）】

4C085

【Ｆターム（参考）】

4C085AA37

4C085BA02

4C085BA07

4C085BA49

4C085BA51

4C085BB50

4C085CC31

4C085DD90

(57)【要約】

【課題】鋳型の配置密度の個体差が少ない人工抗体およびその製造方法、ならびに、生体物質を高精度に検出可能な生体物質検出センサーを提供すること。
【解決手段】生体物質またはそのレプリカで構成される成形型とモノマーとを含む分散液をガイドに供給し、前記ガイドにより、前記成形型を整列させる整列工程と、前記成形型が整列した状態で、前記モノマーを重合させ、ポリマー層を形成するポリマー層形成工程と、前記成形型を前記ポリマー層から除去して、前記成形型の立体構造に相補的な三次元構造の鋳型を持つ前記ポリマー層を備える人工抗体を得る除去工程と、を有することを特徴とする人工抗体の製造方法。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

生体物質またはそのレプリカで構成される成形型とモノマーとを含む分散液をガイドに供給し、前記ガイドにより、前記成形型を整列させる整列工程と、
前記成形型が整列した状態で、前記モノマーを重合させ、ポリマー層を形成するポリマー層形成工程と、
前記成形型を前記ポリマー層から除去して、前記成形型の立体構造に相補的な三次元構造の鋳型を持つ前記ポリマー層を備える人工抗体を得る除去工程と、
を有することを特徴とする人工抗体の製造方法。

【請求項2】

前記ガイドは、前記成形型を収容する凹部を有する請求項１に記載の人工抗体の製造方法。

【請求項3】

前記整列工程は、前記分散液に振動を付与する操作を含む請求項１または２に記載の人工抗体の製造方法。

【請求項4】

前記成形型は、生体物質のレプリカであり、
前記レプリカは、磁性材料を含み、
前記整列工程は、前記分散液に磁場を印加して整列させる操作を含む請求項１または２に記載の人工抗体の製造方法。

【請求項5】

前記成形型は、生体物質のレプリカであり、
前記レプリカは、磁性材料を含み、
前記除去工程は、前記レプリカに磁場を印加して吸引する操作を含む請求項１または２に記載の人工抗体の製造方法。

【請求項6】

前記成形型は、生体物質のレプリカであり、
前記レプリカは、表面が無機材料で構成されている請求項１または２に記載の人工抗体の製造方法。

【請求項7】

前記除去工程は、前記ポリマー層を加熱して膨張させる操作を含む請求項１または２に記載の人工抗体の製造方法。

【請求項8】

生体物質の立体構造に相補的な三次元構造の鋳型を持つポリマー層と、
前記ポリマー層を支持し、前記鋳型に対応する位置に設けられている凹部を有するガイドと、
を備えることを特徴とする人工抗体。

【請求項9】

前記ガイドは、水晶片を有し、
前記水晶片は、薄膜部と、前記薄膜部よりも厚い厚膜部と、を有し、
前記ポリマー層は、前記薄膜部に設けられている請求項８に記載の人工抗体。

【請求項10】

前記ポリマー層における前記鋳型の配置密度は、１×１０^６［個／ｃｍ^２］以上である請求項８または９に記載の人工抗体。

【請求項11】

請求項８または９に記載の人工抗体と、
前記鋳型への生体物質の捕捉に伴って共振周波数が変化する共振デバイスと、
を備えることを特徴とする生体物質検出センサー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、人工抗体の製造方法、人工抗体および生体物質検出センサーに関するものである。

【背景技術】

【0002】

食品衛生、医学的診断、環境モニタリング等の分野で、細菌等の生体物質を迅速かつ簡便に検出するセンサーの実現が期待されている。

【0003】

例えば、特許文献１には、検出用電極と、検出対象の微生物の立体構造に相補的な三次元構造の鋳型を持つポリマー層と、を有する検出部、および、検出部の質量変化等を検出する水晶片を備えたセンサーが開示されている。ポリマー層が持つ鋳型は、微生物の立体構造に相補的な三次元構造を有しているため、その三次元構造を持つ微生物を選択的に捕捉する一方、その三次元構造を持たない微生物は捕捉しない。このため、鋳型での捕捉状態に基づいて、標的微生物を高感度に検出することができる。

【0004】

また、特許文献１では、実際の微生物を用いてポリマー層を形成している。具体的には、微生物が取り込まれるようにポリマー層を形成する工程と、取り込まれた微生物を破壊する工程と、を有するポリマー層の形成方法が開示されている。これにより、ポリマー層には、実際の微生物の立体構造に相補的な三次元構造を持つ鋳型が形成される。このような鋳型を持つポリマー層は、人工抗体とも呼ばれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１４／１５６５８４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の人工抗体では、その形成にあたって実際の微生物を用いる必要がある。ところが、実際の微生物を用いて人工抗体を製造する場合、微生物の存在密度を一定に管理することが困難である。このため、特許文献１に記載の人工抗体には、鋳型の配置密度の個体差が大きいという課題がある。鋳型の配置密度の個体差が大きい場合、センサーにおける微生物の検出精度が低下する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の適用例に係る人工抗体の製造方法は、
生体物質またはそのレプリカで構成される成形型とモノマーとを含む分散液をガイドに供給し、前記ガイドにより、前記成形型を整列させる整列工程と、
前記成形型が整列した状態で、前記モノマーを重合させ、ポリマー層を形成するポリマー層形成工程と、
前記成形型を前記ポリマー層から除去して、前記成形型の立体構造に相補的な三次元構造の鋳型を持つ前記ポリマー層を備える人工抗体を得る除去工程と、
を有する。

【0008】

本発明の適用例に係る人工抗体は、
生体物質の立体構造に相補的な三次元構造の鋳型を持つポリマー層と、
前記ポリマー層を支持し、前記鋳型に対応する位置に設けられている凹部を有するガイドと、
を備える。

【0009】

本発明の適用例に係る生体物質検出センサーは、
本発明の適用例に係る人工抗体と、
前記鋳型への生体物質の捕捉に伴って共振周波数が変化する共振デバイスと、
を備える。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】生体物質の一例である細菌を示す概略図、および、実施形態に係る人工抗体の断面図である。

【図2】図１のＡ１部およびＡ３部の拡大図である。

【図3】図１の人工抗体の製造方法を示すフローチャートである。

【図4】図３に示す製造方法を説明するための断面図であって、生体物質の一例である細菌を示す概略図、および、細菌のレプリカの断面図である。

【図5】図３に示す製造方法を説明するための断面図であって、図４のＡ１部およびＡ２部の拡大図である。

【図6】図３に示す製造方法を説明するための断面図であって、ガイドにレプリカおよびモノマーを含む分散液を供給している状態を示す図である。

【図7】図３に示す製造方法を説明するための断面図であって、ガイドの凹部にレプリカが収まった状態を示す図である。

【図8】図３に示す製造方法を説明するための断面図であって、ポリマー層が形成された状態を示す図である。

【図9】図３に示す製造方法を説明するための断面図であって、図８のＡ４部の拡大図である。

【図10】図３に示す製造方法を説明するための断面図であって、レプリカをポリマー層から除去する様子を示す図である。

【図11】図３に示す製造方法を説明するための断面図であって、図１０のＡ５部の拡大図である。

【図12】図３に示す製造方法を説明するための断面図であって、ポリマー層を加熱して膨張させた様子を示す図である。

【図13】図３に示す製造方法を説明するための断面図であって、磁気的吸引力によりレプリカを吸引する様子を示す図である。

【図14】実施形態に係る生体物質検出センサーを模式的に示す断面図である。

【図15】図１４に示す共振デバイスの変形例である。

【図16】図１４に示す共振デバイスの変形例である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の人工抗体の製造方法、人工抗体および生体物質検出センサーを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

【0012】

１．人工抗体
まず、実施形態に係る人工抗体について説明する。

【0013】

図１は、生体物質の一例である細菌ＢＡを示す概略図、および、実施形態に係る人工抗体１の断面図である。図２は、図１のＡ１部およびＡ３部の拡大図である。

【0014】

図１に示す細菌ＢＡは、生体物質の一例であり、表面には、図２に示すような固有の立体構造Ｓ１を有する。この立体構造Ｓ１は、例えば細菌ＢＡが持つ固有の分子構造に由来するものであり、生体物質の種類ごとに異なる。一方、図１に示す人工抗体１は、細菌ＢＡの立体構造Ｓ１に相補的な相補的構造Ｓ３を有する鋳型２を持つポリマー層３（高分子層）を備え、細菌ＢＡを選択的に捕捉する性質を有する。このため、人工抗体１を用いて細菌ＢＡを高感度に検出するバイオセンサー等を実現することができる。

【0015】

図１および図２に示す矢印Ｃｏｍは、細菌ＢＡの立体構造Ｓ１と鋳型２の相補的構造Ｓ３とが、互いに相補的であることを表す。本明細書において相補的とは、細菌ＢＡの立体構造Ｓ１の少なくとも一部と、鋳型２の相補的構造Ｓ３とが、互いに隙間なく組み合わせられる形状であるか、または、いずれか一方を拡大もしくは縮小することで互いに隙間なく組み合わせられる形状になる関係のことをいう。なお、組み合わせられる形状は、製造誤差による形状のずれ（製造誤差による隙間）を許容する。また、いずれか一方を拡大または縮小する場合も、その拡大率や縮小率は、元の大きさに対して例えば５％以下程度と小さい。したがって、鋳型２は、細菌ＢＡがほぼ原寸大で転写された模型であるといえる。

【0016】

なお、鋳型２に転写される部位は、細菌ＢＡの全部であってもよいし、任意の一部であってもよい。図１に示す鋳型２は、棒状をなす細菌ＢＡの長手方向の一部が転写されたものである。また、生体物質は、細菌に限定されず、例えばウイルス、真菌、原虫のような細菌以外の微生物、細胞、エクソソーム等であってもよい。

【0017】

細菌の具体例としては、大腸菌、緑膿菌、黄色ブドウ球菌、枯草菌等が挙げられる。ウイルスとしては、例えば、Ａ型肝炎ウイルス、アデノウイルス、ロタウイルス、ノロウイルス等が挙げられる。真菌としては、例えば、カンジダが挙げられる。原虫としては、例えば、クリプトスポリジウムが挙げられる。

【0018】

図１および図２に示す人工抗体１は、鋳型２を持つポリマー層３と、ポリマー層３を支持し、鋳型２に対応する位置に設けられている凹部７１を有するガイド７と、を備える。

【0019】

鋳型２がとり得る最も長い軸を長軸とするとき、長軸の長さＬ２は、生体物質の種類に応じて異なるが、例えば細菌の場合、０．３μｍ以上１０μｍ以下とされる。また、長軸に直交する軸を短軸とするとき、短軸の長さＷ２は、例えば細菌の場合、０．１μｍ以上５μｍ以下とされる。

【0020】

ポリマー層３は、モノマーを重合させてなる高分子層である。モノマーとしては、特に限定されないが、例えば、ピロール、アニリン、チオフェンまたはそれらの誘導体等が挙げられる。モノマーとして例えばピロールを用いた場合、ポリマー層３はポリピロール層となる。

【0021】

ガイド７は、ポリマー層３を支持するとともに、ポリマー層３に鋳型２を形成するとき、鋳型２の位置を案内するガイドとなる。ガイド７は、凹部７１を有しているが、この凹部７１に対応する位置に鋳型２が形成される確率が高くなる。したがって、凹部７１を有するガイド７を備えることで、鋳型２が目的とする配置密度で配置された人工抗体１を実現することができる。これにより、鋳型２の配置密度において個体差の少ない人工抗体１、および、鋳型２をより高密度に配置した人工抗体１が得られる。

【0022】

ポリマー層３における鋳型２の配置密度は、好ましくは１×１０^６［個／ｃｍ^２］以上であり、より好ましくは１×１０^８［個／ｃｍ^２］以上である。このような配置密度を実現することにより、細菌ＢＡの検出感度が特に高いバイオセンサー等を実現可能な人工抗体１が得られる。なお、凹部７１の配置密度は、鋳型２の配置密度と同様であると考えられる。このため、凹部７１の配置密度も、上記範囲を満たすことが好ましい。

【0023】

なお、鋳型２の配置密度は、例えば、ポリマー層３を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮像し、画像に存在する鋳型２の数、および、画像の面積から算出される。

【0024】

凹部７１は、後述するように、鋳型２を形成するための成形型の位置を規制する。したがって、凹部７１の大きさや深さは、位置を規制しようとする成形型のサイズに応じて適宜設定される。よって、凹部７１の長軸の長さは、前述した鋳型２の長軸の長さＬ２の範囲と同程度に設定することができる。凹部７１の短軸の長さも、前述した鋳型２の短軸の長さＷ２の範囲と同程度に設定することができる。

【0025】

ガイド７の構成材料は、特に限定されないが、例えば、樹脂のような有機材料、金属、セラミックス、ガラス、結晶のような無機材料等が挙げられる。このうち、結晶材料が好ましく用いられ、水晶または単結晶シリコンもしくは多結晶シリコンがより好ましく用いられる。これらは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）加工技術、つまり、フォトリソグラフィーとエッチングを用いて微細な加工を行うことができる材料であるため、ガイド７の構成材料として有用である。また、これらは、共振子の振動片の材料としても用いられる。このため、後述するように、ガイド７自体を振動片として用いることもできる。

【0026】

また、樹脂は、比重が小さいので、例えば、人工抗体１をバイオセンサー等に適用する場合に、生体物質の検出感度を高め得るガイド７を実現することができる。

【0027】

樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等が挙げられる。ガイド７の構成材料が樹脂を含むことにより、ガイド７の低コスト化を容易に図ることができる。また、樹脂の成形性を利用して、寸法精度の高いガイド７が得られる。さらに、樹脂は、比重が小さいため、例えば、人工抗体１をバイオセンサー等に適用する場合に、生体物質の検出感度を高め得るガイド７を実現することができる。

【0028】

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリスチレン、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂、メタクリル樹脂、ノリル樹脂、ポリウレタン、アイオノマー樹脂、セルロース系プラスチック、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステル、フッ素樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いられる。

【0029】

熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂としては、例えば、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミドイミド、ベンゾシクロブテン、ベンゾオキサジン、シアネート樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いられる。

【0030】

金属としては、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａのような金属元素の単体またはこれらを主成分とする合金等が挙げられる。

【0031】

セラミックスとしては、例えば、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ホウ素、酸化イットリウムのような酸化物系セラミックス、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化タングステンのような非酸化物系セラミックス等が挙げられる。
ガラスとしては、例えば、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス等が挙げられる。

【0032】

２．人工抗体の製造方法
次に、実施形態に係る人工抗体の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、前述した実施形態に係る人工抗体１を製造する方法を例に説明する。

【0033】

図３は、図１の人工抗体１の製造方法を示すフローチャートである。図４ないし図１３は、図３に示す製造方法を説明するための断面図である。なお、図４ないし図１３において、図１および図２と同様の構成については、同一の符号を付している。

【0034】

図３に示す人工抗体１の製造方法は、整列工程Ｓ１０２、ポリマー層形成工程Ｓ１０４および除去工程Ｓ１０６を有する。

【0035】

２．１．整列工程
整列工程Ｓ１０２では、細菌ＢＡまたはそのレプリカ８で構成される成形型とモノマーとを含む分散液をガイド７に供給し、ガイド７により、成形型を整列させる。この成形型は、鋳型２を形成するための型であり、実際の細菌ＢＡまたはそのレプリカ８のいずれであってもよい。本実施形態では、細菌ＢＡのレプリカ８を用いる。レプリカ８は、細菌ＢＡの立体構造Ｓ１に相似な相似的構造Ｓ２を有する。

【0036】

レプリカ８は、人工抗体１の製造に用いられた後も、１回または複数回の再使用が可能である。したがって、レプリカ８を用いることにより、実際の細菌ＢＡを用いて人工抗体１を作製する場合に比べて、人工抗体１の効率的な作製が可能になる。

【0037】

図４は、生体物質の一例である細菌ＢＡを示す概略図、および、細菌ＢＡのレプリカ８の断面図である。図５は、図４のＡ１部およびＡ２部の拡大図である。

【0038】

図４および図５に示す矢印Ｓｉｍは、細菌ＢＡの立体構造Ｓ１とレプリカ８の相似的構造Ｓ２とが、互いに相似的であることを表す。本明細書において相似的とは、細菌ＢＡの立体構造Ｓ１の少なくとも一部と、レプリカ８の相似的構造Ｓ２とが、互いに同一の形状であるか、または、いずれか一方を拡大もしくは縮小することで互いに同一の形状になる関係のことをいう。なお、同一の形状は、製造誤差による形状のずれを許容する。また、いずれか一方を拡大または縮小する場合も、その拡大率や縮小率は、元の大きさに対して例えば５％以下程度と小さい。したがって、レプリカ８は、細菌ＢＡをほぼ原寸大で模造した模型であるといえる。

【0039】

なお、レプリカ８が模造する部位は、細菌ＢＡの全部であってもよいし、任意の一部であってもよい。図４に示すレプリカ８は、棒状をなす細菌ＢＡの長手方向の一部が模造されたものである。また、生体物質は、細菌に限定されず、例えばウイルス、真菌、原虫のような細菌以外の微生物、細胞、エクソソーム等であってもよい。

【0040】

図４および図５に示すレプリカ８は、本体部４と、その表面を被覆する被覆膜５と、を備えるコアシェル構造になっている。したがって、相似的構造Ｓ２は、被覆膜５の一部が三次元形状に成形されている部位である。このような被覆膜５は、好ましくは無機材料で構成されている。無機材料は、有機材料に比べて、機械的強度、剛性、耐摩耗性のような機械的特性、耐食性、耐熱性のような化学的特性に優れている。このため、被覆膜５が無機材料で構成されていること、つまり、表面が無機材料で構成されていることにより、相似的構造Ｓ２が安定して維持されるレプリカ８が得られる。

【0041】

レプリカ８がとり得る最も長い軸を長軸とするとき、長軸の長さＬ１は、生体物質の種類に応じて異なるが、例えば細菌の場合、０．３μｍ以上１０μｍ以下とされる。また、長軸に直交する軸を短軸とするとき、短軸の長さＷ１は、例えば細菌の場合、０．１μｍ以上５μｍ以下とされる。

【0042】

整列工程Ｓ１０２では、図６に示すように、レプリカ８とモノマー９１とを含む分散液９を、ガイド７に供給する。これにより、レプリカ８は、分散液中を移動しながら、ガイド７に繰り返し接触する。そして、所定の確率で、凹部７１にレプリカ８が入り込む。その結果、図７に示すように、各凹部７１にレプリカ８が収まった状態になる。また、このとき、凹部７１とレプリカ８との間には、モノマー９１が存在している。

【0043】

このように凹部７１は、レプリカ８の一部または全部を収容するように構成されているのが好ましい。これにより、分散液９に分散しているレプリカ８の挙動を制御しやすくなり、レプリカ８を整列させやすくなる。

【0044】

なお、ガイド７は、凹部７１以外の形状、例えば凸部、凸条、撥液部等により、レプリカ８を配列させるように構成されていてもよい。

【0045】

ガイド７は、例えば、図６に示すような板状をなしている。そして、凹部７１は、ガイド７の一方の主面に開口している。この場合、凹部７１が開口している面に分散液９を供給すれば、レプリカ８と凹部７１との接触確率を高めやすくなる。

【0046】

また、整列工程Ｓ１０２は、分散液９に振動Ｖを付与する操作を含んでいてもよい。このような操作により、レプリカ８が凹部７１に収まるように移動する確率が高くなる。これにより、鋳型２の配置密度を自在に制御することができる。振動Ｖは、例えば、ガイド７に振動を付与する振動発生装置、分散液９に超音波を照射する超音波発生装置等により付与される。

【0047】

また、整列工程Ｓ１０２は、分散液９を吸引する操作を含んでいてもよい。具体的には、凹部７１の底部に吸引孔を形成し、吸引孔から真空ポンプ等により引き圧を印加してもよい。このような操作により、レプリカ８が凹部７１に収まるように移動する確率が高くなる。これにより、鋳型２の配置密度を自在に制御することができる。

【0048】

本体部４の構成材料としては、例えば、樹脂のような有機材料、金属、金属系化合物、非金属、非金属系化合物のような無機材料が挙げられる。また、有機材料と無機材料とを組み合わせた複合材料であってもよい。

【0049】

金属としては、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａのような金属元素の単体またはこれらを主成分とする合金等が挙げられる。金属系化合物としては、例えば、金属の酸化物、炭化物、窒化物、塩化物、硫化物、炭酸物、水酸化物等が挙げられる。

【0050】

非金属としては、例えば、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ等が挙げられる。非金属系化合物としては、例えば、非金属の酸化物、炭化物、窒化物等が挙げられる。

【0051】

なお、本体部４の構成材料は、上記のような無機材料から選択される２種以上を組み合わせた複合材料、または、上記の少なくとも１種と他の無機材料とを組み合わせた複合材料であってもよい。

【0052】

樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等が挙げられる。
特に熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を用いた場合は、熱可塑性樹脂を用いた場合よりも、本体部４の剛性および耐熱性を高めることができる。さらに、光硬化性樹脂の場合は、光照射により重合するため、硬化による樹脂の体積変化が小さく、レプリカ８として元の鋳型の形状、サイズをより高い精度で保持することができる。

【0053】

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリスチレン、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂、メタクリル樹脂、ノリル樹脂、ポリウレタン、アイオノマー樹脂、セルロース系プラスチック、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステル、フッ素樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いられる。

【0054】

熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂としては、例えば、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミドイミド、ベンゾシクロブテン、ベンゾオキサジン、シアネート樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いられる。

【0055】

被覆膜５は、前述したように無機材料で構成されている。この無機材料としては、例えば、酸化物、窒化物、炭化物、硫化物、フッ化物等が挙げられる。このうち、無機材料は、酸化物または窒化物であるのが好ましい。これらは、無機材料の中でも特に機械的特性および化学的特性に優れている。このため、相似的構造Ｓ２を特に安定して維持し得る被覆膜５を得ることができる。

【0056】

酸化物としては、例えば、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素等が挙げられる。

【0057】

このうち、酸化ケイ素、酸化チタンまたは酸化アルミニウムが好ましく用いられる。これらは、緻密な被覆膜５を形成可能であるとともに、機械的特性および化学的特性が特に良好である。酸化ケイ素は、組成式ＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ≦２）で表される酸化物であるが、好ましくはＳｉＯ_２である。酸化チタンは、組成式ＴｉＯ_ｘ（０＜ｘ≦２）で表される酸化物であるが、好ましくはＴｉＯ_２である。酸化アルミニウムは、組成式ＡｌＯ_ｘ（０＜ｘ≦２）で表される酸化物であるが、好ましくはＡｌ_２Ｏ_３である。

【0058】

窒化物としては、例えば、窒化ガリウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げられる。

【0059】

また、被覆膜５の構成材料は、上記のような無機材料から選択される２種以上を組み合わせた複合材料、または、上記の少なくとも１種と他の無機材料とを組み合わせた複合材料であってもよい。複合材料の例としては、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２複合材料が挙げられる。

【0060】

被覆膜５の平均厚さは、特に限定されないが、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるのが好ましく、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるのがより好ましく、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるのがさらに好ましい。被覆膜５の平均厚さが前記範囲内であれば、相似的構造Ｓ２を形成するのに十分な厚さを確保できるとともに、被覆膜５が厚すぎることに伴う弊害を抑制することができる。すなわち、被覆膜５の平均厚さが前記下限値を下回ると、様々な突出高さの相似的構造Ｓ２を十分に形成できないおそれがある。一方、被覆膜５の平均厚さが前記上限値を上回ると、被覆膜５の形成に必要以上の時間がかかるため、レプリカ８の作製効率が低下するおそれがある。

【0061】

なお、被覆膜５の平均厚さは、レプリカ８の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で観察して、任意に選択した１０か所以上の膜厚を測定したとき、その平均値として求められる。

【0062】

また、レプリカ８は、磁性材料を含んでいてもよい。この場合、整列工程Ｓ１０２は、分散液９に磁場を印加して整列させる操作を含んでいてもよい。磁性材料には、磁場の方向に沿って整列する性質があるため、この操作によってレプリカ８を効率よく整列させることができる。磁場を印加する方法としては、例えば、図６に示すように、ガイド７に磁場発生源６を近づける方法が挙げられる。磁場発生源６としては、例えば、永久磁石、電磁石等が挙げられる。

【0063】

磁性材料は、常磁性材料であってもよいが、強磁性材料であるのが好ましい。強磁性材料であれば、透磁率が高いため、印加された磁場に対して大きな磁気的吸引力を発生させることができる。

【0064】

また、強磁性材料は、硬磁性材料であってもよいが、軟磁性材料であるのが好ましい。軟磁性材料は、透磁率が高く、かつ、保磁力が低い。このため、磁場が印加された状態では、大きな磁気的吸引力を発生させる一方、磁場の印加を停止すると、磁気的吸引力を大きく減少させることができる。これにより、磁場の印加のオン・オフを利用して、整列工程Ｓ１０２におけるレプリカ８の整列や、後述する除去工程Ｓ１０６におけるレプリカ８の除去を、効率よく行うことができる。軟磁性材料の保磁力は、好ましくは８００Ａ／ｍ以下とされ、より好ましくは４００Ａ／ｍ以下とされる。

【0065】

軟磁性材料としては、例えば、Ｆｅ基合金、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金のような金属系軟磁性材料、いずれもＦｅ_３Ｏ_４を主成分とするスピネル型フェライト、マグネトプランバイト型フェライト、ガーネット型フェライトのような酸化物系軟磁性材料等が挙げられる。このうち、酸化物系軟磁性材料が好ましく用いられる。酸化物系軟磁性材料は、ｎｍサイズの粒子を低コストで製造可能であるため、レプリカ８が含む磁性材料として有用である。

【0066】

一方、成形型が細菌ＢＡの場合、分散液９に電場を印加するようにしてもよい。細菌ＢＡは、一般に負電荷を帯びている。このため、電場の向きを適宜設定することにより、細菌ＢＡをガイド７側に泳動させることができる。

【0067】

２．２．ポリマー層形成工程
ポリマー層形成工程Ｓ１０４では、レプリカ８が整列した状態で、モノマーを重合させ、ポリマー層３を形成する。前述した整列工程Ｓ１０２により、ガイド７の各凹部７１には、図７に示すようにレプリカ８が収まった状態になる。また、凹部７１とレプリカ８との間には、モノマー９１が存在している。

【0068】

ポリマー層形成工程Ｓ１０４では、分散液９中のモノマー９１に重合反応を生じさせる。これにより、図８に示すように、ポリマー層３が得られる。

【0069】

図９は、図８のＡ４部の拡大図である。図９に示すように、ポリマー層３には、レプリカ８の相似的構造Ｓ２が転写される。その結果、図９に示す、相補的構造Ｓ３を有する鋳型２を持つポリマー層３が得られる。

【0070】

モノマーとしては、特に限定されないが、例えば、ピロール、アニリン、チオフェンまたはそれらの誘導体等が挙げられる。モノマーとして例えばピロールを用いた場合、ポリマー層３はポリピロール層となる。また、この場合、重合反応としては、例えば、電解重合反応が挙げられるが、本工程での重合反応は、これに限定されない。

【0071】

２．３．除去工程
除去工程Ｓ１０６では、図１０に示すように、レプリカ８をポリマー層３から除去する。これにより、相補的構造Ｓ３（相補的な三次元構造）の鋳型２を持つポリマー層３を備える人工抗体１が得られる。図１１は、図１０のＡ５部の拡大図である。図１１に示す相補的構造Ｓ３は、レプリカ８の相似的構造Ｓ２（成形型の立体構造）に相補的な構造である。

【0072】

レプリカ８を除去する方法としては、レプリカ８をポリマー層３から引き抜く操作を行う方法が挙げられる。このとき、鋳型２への影響を最小化するため、次のような操作を併用することが好ましい。

【0073】

まず、ポリマー層３を加熱して膨張させる操作が挙げられる。この操作では、加熱によってポリマー層３を膨張させる。これにより、図１２に示すように、ポリマー層３とレプリカ８との間に隙間を生じさせることができる。その結果、レプリカ８を円滑に分離、除去することができる。加熱温度は、ポリマー層３を熱変性させない温度であれば、特に限定されないが、例えば４０℃以上１００℃以下とされる。また、レプリカ８の本体部４が無機材料である場合、ポリマー層３との熱膨張差が大きいので、より低温での加熱でも分離が可能になる。

【0074】

また、レプリカ８が磁性材料を含む場合、レプリカ８に対して磁場を印加すると、レプリカ８に磁気的吸引力が発生する。具体的には、図１３に示すように、ガイド７の凹部７１の開口側から磁場発生源６を近づけると、レプリカ８には磁場発生源６へ向かう磁気的吸引力が発生する。これにより、レプリカ８をより簡単に除去することができる。磁場発生源６としては、例えば、永久磁石、電磁石等が挙げられる。このうち、回収後のレプリカ８を磁場発生源６から容易に分離可能であるという観点から、電磁石が好ましく用いられる。

【0075】

以上のような製造方法によれば、ガイド７を用いてレプリカ８を整列させ、その状態でポリマー層３を形成するので、レプリカ８を目的とする配置密度で配置することができる。これにより、鋳型２の配置密度の個体差が少ない人工抗体１を製造することができる。また、レプリカ８の配置密度を高めることができるので、鋳型２の配置密度が高い人工抗体１を製造することができる。このような人工抗体１は、細菌ＢＡを高感度に検出するバイオセンサー等の実現に寄与する。

【0076】

特に、成形型としてレプリカ８を用いることで、実際の細菌ＢＡを使うことなく、ポリマー層３を作製することができる。また、レプリカ８は、細菌ＢＡを代替する成形型として繰り返し使用することができる。このため、ポリマー層３の効率的な作製が可能になり、人工抗体１の低コスト化を容易に図ることができる。また、入手しにくい細菌ＢＡであっても、需要に応じて人工抗体１を安定的に作製することが可能になる。

【0077】

３．生体物質検出センサー
次に、実施形態に係る生体物質検出センサーについて説明する。

【0078】

図１４は、実施形態に係る生体物質検出センサー１０を模式的に示す断面図である。
図１４に示す生体物質検出センサー１０は、人工抗体１と、共振デバイス１００と、制御装置２００と、を備える。共振デバイス１００は、鋳型２への細菌ＢＡ（生体物質）の捕捉に伴って共振周波数が変化する。制御装置２００は、共振デバイス１００を発振させるとともに、共振デバイス１００の共振周波数の変化に基づいて、細菌ＢＡを検出する。

【0079】

図１４に示す人工抗体１は、前述したように、鋳型２を持つポリマー層３と、ポリマー層３を支持するガイド７と、を備える。また、図１４に示す共振デバイス１００は、ガイド７のポリマー層３を支持する面とは反対の面を支持している。

【0080】

共振デバイス１００は、共振子を有する。共振子は、圧電体１１０の圧電現象を利用して、一定の周波数を生み出す素子であり、水晶振動子、シリコン振動子、セラミック振動子等の種類がある。共振子の基本共振周波数は、高い精度で一定を維持するが、共振子に質量変化が生じると、共振子の共振周波数が変化する。

【0081】

共振デバイス１００に用いられる共振子としては、水晶振動子が好ましく用いられ、ＡＴカット水晶振動子がより好ましく用いられる。水晶振動子では、エネルギー損失が少なく、その結果として安定して振動を継続できる。また、ＡＴカット水晶振動子は、基本共振周波数がＭＨｚ帯であり、ｋＨｚ帯の共振子に比べて、質量変化をより精度よく検出することが可能である。

【0082】

図１４に示す共振デバイス１００は、圧電体１１０と、それを挟むように積層された電極１２０、１３０と、を備える。人工抗体１は、電極１２０を介して圧電体１１０と接している。図１４に示す圧電体１１０は、ほぼ一定の厚さの薄片である。水晶振動子の場合、この薄片は水晶片である。圧電体１１０の厚さは、質量変化の検出感度および発振に必要な駆動力に影響を及ぼすため、人工抗体１の構成材料等に応じて適宜選択される。一例としては、１０μｍ以上２００μｍ以下であるのが好ましい。

【0083】

制御装置２００は、発振回路２１０および周波数カウンター２２０を有する。発振回路２１０は、共振デバイス１００に交流電圧を印加し、共振デバイス１００を発振させる。周波数カウンター２２０は、発振回路２１０から出力された信号に基づいて、共振周波数を測定し、基本共振周波数からの変化を算出する。制御装置２００では、この共振周波数の変化幅に基づいて質量変化を検出する。検出した質量変化から、生体物質検出センサー１０は、人工抗体１に対する細菌ＢＡを定量的に検出する。また、人工抗体１では、鋳型２の配置密度の個体差が少なく、配置密度を容易に高められる。このため、人工抗体１を備える生体物質検出センサー１０は、細菌ＢＡをより高精度かつ高感度に検出することができる。

【0084】

図１５に示す共振デバイス１００は、図１４に示す共振デバイス１００の変形例である。

【0085】

図１５に示す圧電体１１０では、内側に位置する薄膜部１１２と、その外側に位置する厚膜部１１４と、で厚さが異なっている。そして、薄膜部１１２で人工抗体１を支持するように構成されている。

【0086】

このような構成によれば、薄膜部１１２における高い検出感度と、厚膜部１１４における大きな駆動力と、を両立させることができる。つまり、人工抗体１に捕捉される細菌ＢＡの数が少なくても、薄膜部１１２において細菌ＢＡの捕捉状態を精度よく検出することができ、高感度の生体物質検出センサー１０を実現することができる。また、細菌ＢＡは、一般に分散媒とともに供給される。このため、共振デバイス１００では、分散媒の粘性の影響を受けた状態でも発振を継続できる駆動力が求められる。厚膜部１１４では、大きな駆動力が得られるため、人工抗体１に分散媒が接触している状態でも薄膜部１１２の発振を継続させることができる。

【0087】

薄膜部１１２の厚さは、３μｍ以上５０μｍ以下であるのが好ましく、５μｍ以上２０μｍ以下であるのがより好ましい。厚膜部１１４の厚さは、薄膜部１１２よりも厚ければよいが、好ましくは８０μｍ以上５００μｍ以下とされ、より好ましくは１５０μｍ以上２５０μｍ以下とされる。

【0088】

図１６に示す共振デバイス１００も、図１４に示す共振デバイス１００の変形例である。

【0089】

図１６に示す共振デバイス１００は、ガイド７の機能も併せ持っている。換言すれば、図１６に示すガイド７は、共振デバイス１００としても機能する。したがって、図１６に示す共振デバイス１００は、凹部７１を有するとともに、その位置に対応する鋳型２を持つポリマー層３を支持している。

【0090】

このような構成によれば、人工抗体１の質量が共振デバイス１００の発振に及ぼす影響を最小限に抑えることができる。つまり、共振デバイス１００がガイド７の機能も併せ持っているため、ガイド７の分だけ、人工抗体１の軽量化が図られる。その結果、分散媒の影響下でも、より発振しやすい共振デバイス１００が得られる。

【0091】

なお、図１４、図１５および図１６に示す共振デバイス１００の構成は、一例であり、適宜組み合わせることも可能である。例えば、図１５では、人工抗体１が共振デバイス１００の中央部付近のみに配置され、端部が補強されているが、端部は必ずしも補強されていなくてもよい。これにより、図１４の構成よりも高感度であるが、図１５の構成よりも製造は容易な共振デバイスとなる。

【0092】

また、図１５に示す共振デバイス１００の構成と、図１６に示す共振デバイス１００の構成と、を組み合わせるようにしてもよい。つまり、図１５に示す薄膜部１１２の表面に加工を施し、ガイド７の機能を作り込むようにしてもよい。これにより、さらに発振しやすい共振デバイス１００が得られる。その結果、細菌ＢＡを定量的かつ高感度に検出することができ、取り扱いが容易な生体物質検出センサー１０を実現することができる。

【0093】

４．前記実施形態が奏する効果
以上のように、前記実施形態に係る人工抗体１の製造方法は、整列工程Ｓ１０２と、ポリマー層形成工程Ｓ１０４と、除去工程Ｓ１０６と、を有する。整列工程Ｓ１０２では、レプリカ８（生体物質またはそのレプリカで構成される成形型）とモノマー９１とを含む分散液９をガイド７に供給し、ガイド７により、レプリカ８を整列させる。ポリマー層形成工程Ｓ１０４では、レプリカ８が整列した状態で、モノマー９１を重合させ、ポリマー層３を形成する。除去工程Ｓ１０６では、レプリカ８をポリマー層３から除去して、レプリカ８の相似的構造Ｓ２（成形型の立体構造）に相補的な相補的構造Ｓ３（相補的な三次元構造）の鋳型２を持つポリマー層３を備える人工抗体１を得る。

【0094】

このような構成によれば、ガイド７を用いてレプリカ８を整列させ、その状態でポリマー層３を形成するので、レプリカ８を目的とする配置密度で配置することができる。これにより、鋳型２の配置密度の個体差が少ない人工抗体１を製造することができる。このような人工抗体１は、細菌ＢＡを高精度に検出する生体物質検出センサー１０等の実現に寄与する。また、レプリカ８の配置密度を高めることができるので、鋳型２の配置密度が高い人工抗体１を製造することができる。このような人工抗体１は、細菌ＢＡを高感度に検出する生体物質検出センサー１０等の実現に寄与する。

【0095】

また、ガイド７は、レプリカ８（成形型）を収容する凹部７１を有することが好ましい。これにより、分散液９に分散しているレプリカ８の挙動を制御しやすくなり、レプリカ８を整列させやすくなる。

【0096】

また、整列工程Ｓ１０２は、分散液９に振動Ｖを付与する操作を含んでいてもよい。これにより、レプリカ８が凹部７１に収まるように移動する確率が高くなる。その結果、鋳型２の配置密度を自在に制御することができる。

【0097】

また、成形型は、細菌ＢＡ（生体物質）のレプリカ８で構成されていることが好ましい。これにより、実際の細菌ＢＡを使うことなく、ポリマー層３を作製することができる。また、レプリカ８は、細菌ＢＡを代替する成形型として繰り返し使用することができる。このため、ポリマー層３の効率的な作製が可能になり、人工抗体１の低コスト化を容易に図ることができる。また、入手しにくい細菌ＢＡであっても、需要に応じて人工抗体１を安定的に作製することが可能になる。

【0098】

また、レプリカ８は、磁性材料を含んでいてもよい。この場合、整列工程Ｓ１０２は、分散液９に磁場を印加して整列させる操作を含んでいてもよい。これにより、レプリカ８を効率よく整列させることができる。

【0099】

さらに、この場合、除去工程Ｓ１０６は、レプリカ８に磁場を印加して吸引する操作を含んでいてもよい。これにより、レプリカ８に磁気的吸引力を発生させ、レプリカ８をより簡単に除去することができる。

【0100】

また、レプリカ８は、表面が無機材料で構成されていることが好ましい。これにより、相似的構造Ｓ２が安定して維持されるレプリカ８が得られる。

【0101】

また、除去工程Ｓ１０６は、ポリマー層３を加熱して膨張させる操作を含んでいてもよい。これにより、ポリマー層３とレプリカ８との間に隙間を生じさせることができる。その結果、レプリカ８を円滑に分離、除去することができる。

【0102】

前記実施形態に係る人工抗体１は、ポリマー層３と、ガイド７と、を備える。ポリマー層３は、細菌ＢＡ（生体物質）の立体構造Ｓ１に相補的な相補的構造Ｓ３（三次元構造）の鋳型２を持つ。ガイド７は、ポリマー層３を支持し、鋳型２に対応する位置に設けられている凹部７１を有する。

【0103】

このような構成によれば、鋳型２の配置密度において個体差の少ない人工抗体１、および、鋳型２をより高密度に配置した人工抗体１が得られる。これにより、人工抗体１を備える生体物質検出センサー１０は、細菌ＢＡをより高精度かつ高感度に検出可能なものとなる。

【0104】

また、ガイド７は、水晶片を有していてもよい。この水晶片は、薄膜部１１２と、薄膜部１１２よりも厚い厚膜部１１４と、を有する。ポリマー層３は、薄膜部１１２に設けられている。

【0105】

このような構成によれば、薄膜部１１２における高い検出感度と、厚膜部１１４における大きな駆動力と、を両立させることができる。厚膜部１１４では、大きな駆動力が得られるため、人工抗体１に分散媒が接触している状態でも薄膜部１１２の発振を継続させることができる。

【0106】

また、ポリマー層３における鋳型２の配置密度は、１×１０^６［個／ｃｍ^２］以上であることが好ましい。これにより、細菌ＢＡ（生体物質）の検出感度が特に高い生体物質検出センサー１０等を実現可能な人工抗体１が得られる。

【0107】

前記実施形態に係る生体物質検出センサー１０は、人工抗体１と、共振デバイス１００と、を備える。共振デバイス１００は、鋳型２への細菌ＢＡ（生体物質）の捕捉に伴って共振周波数が変化する。

【0108】

人工抗体１では、鋳型２の配置密度の個体差が少なく、配置密度を容易に高められる。このため、人工抗体１を備える生体物質検出センサー１０は、細菌ＢＡをより高精度かつ高感度に検出することができる。

【0109】

以上、本発明の人工抗体の製造方法、人工抗体および生体物質検出センサーを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の人工抗体および生体物質検出センサーでは、前記実施形態の各部の構成が、同様の機能を有する任意の構成に置換されていてもよく、前記実施形態に他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明の人工抗体の製造方法は、前記実施形態に任意の目的の工程が追加された方法であってもよい。

【符号の説明】

【0110】

１…人工抗体、２…鋳型、３…ポリマー層、４…本体部、５…被覆膜、６…磁場発生源、７…ガイド、８…レプリカ、９…分散液、１０…生体物質検出センサー、７１…凹部、９１…モノマー、１００…共振デバイス、１１０…圧電体、１１２…薄膜部、１１４…厚膜部、１２０…電極、１３０…電極、２００…制御装置、２１０…発振回路、２２０…周波数カウンター、ＢＡ…細菌、Ｃｏｍ…矢印、Ｓ１…立体構造、Ｓ１０２…整列工程、Ｓ１０４…ポリマー層形成工程、Ｓ１０６…除去工程、Ｓ２…相似的構造、Ｓ３…相補的構造、Ｓｉｍ…矢印、Ｖ…振動、Ｌ１…長さ、Ｌ２…長さ、Ｗ１…長さ、Ｗ２…長さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】