Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

WO2020189690A1 - 被測定物質の検出装置及び被測定物質の検出方法 - Google Patents

被測定物質の検出装置及び被測定物質の検出方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020189690A1
WO2020189690A1 PCT/JP2020/011825 JP2020011825W WO2020189690A1 WO 2020189690 A1 WO2020189690 A1 WO 2020189690A1 JP 2020011825 W JP2020011825 W JP 2020011825W WO 2020189690 A1 WO2020189690 A1 WO 2020189690A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substance
measured
solution
container
particles
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/011825
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
花奈 和田
野崎　孝明
Original Assignee
シチズン時計株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by シチズン時計株式会社 filed Critical シチズン時計株式会社
Priority to JP2021507380A priority Critical patent/JP7404340B2/ja
Priority to CN202080022133.2A priority patent/CN113614510A/zh
Priority to US17/440,767 priority patent/US20220178918A1/en
Publication of WO2020189690A1 publication Critical patent/WO2020189690A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1429—Signal processing
    • G01N15/1433—Signal processing using image recognition
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54313—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form
    • G01N33/54326—Magnetic particles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1425—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry using an analyser being characterised by its control arrangement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1456—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals
    • G01N15/1459—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals the analysis being performed on a sample stream
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/569—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for microorganisms, e.g. protozoa, bacteria, viruses
    • G01N33/56911—Bacteria
    • G01N33/56916—Enterobacteria, e.g. shigella, salmonella, klebsiella, serratia
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/569—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for microorganisms, e.g. protozoa, bacteria, viruses
    • G01N33/56961—Plant cells or fungi
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/34—Measuring or testing with condition measuring or sensing means, e.g. colony counters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0038—Investigating nanoparticles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0053—Investigating dispersion of solids in liquids, e.g. trouble
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N2015/1006—Investigating individual particles for cytology
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N2015/1497—Particle shape
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N2021/6439—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" with indicators, stains, dyes, tags, labels, marks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2333/00—Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature
    • G01N2333/435—Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature from animals; from humans
    • G01N2333/46—Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature from animals; from humans from vertebrates
    • G01N2333/47—Assays involving proteins of known structure or function as defined in the subgroups
    • G01N2333/4701—Details
    • G01N2333/4737—C-reactive protein
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/569—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for microorganisms, e.g. protozoa, bacteria, viruses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/58—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances
    • G01N33/585—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances with a particulate label, e.g. coloured latex

Definitions

  • the present invention relates to a device for detecting a substance to be measured and a method for detecting the substance to be measured.
  • the object of the device for detecting a substance to be measured and the method for detecting a substance to be measured according to the embodiment of the present disclosure is to easily detect a biological substance such as a bacterium or a fungus.
  • the device for detecting a substance to be measured is a container holding a solution containing the substance to be measured and a magnetic labeling substance that specifically binds to the substance to be measured, and at least in the solution in the first direction. Based on the flow generating part that generates the flow, the magnetic field generating part that generates the magnetic field gradient in the solution, and the movement of the particles in a predetermined region in the solution, the composite particles in which the magnetic labeling substance is bound to the substance to be measured are detected. It is characterized by having a detection unit and a detection unit.
  • the predetermined area in the solution is separated from the inner wall surface of the container.
  • the flow generating part is preferably a light source that irradiates the inside of the container with spatial light.
  • the solution contains substances other than the substance to be measured and the magnetically labeled substance, and the detection unit detects the composite particles based on the movement of the composite particles and the movement of other substances in a predetermined region in the solution. You may do so.
  • the magnetic field generating unit moves the composite particles in a second direction different from the first direction.
  • the magnetic field generating unit may move the composite particle in the same second direction as the first direction.
  • the detection unit detects the composite particles based on the direction of movement of the composite particles and the direction of movement of other substances.
  • the detection unit detects the composite particles based on the speed of movement of the composite particles and the speed of movement of other substances.
  • the flow generating part may convect the solution by heating to generate a flow in the first direction in at least a part of the solution.
  • the flow generating unit may generate a flow in the first direction in at least a part of the solution by rotating the container.
  • the flow generating unit may generate a flow in the first direction in at least a part of the solution by stirring the solution.
  • the composite particle further contains a fluorescent labeling substance
  • the detection unit detects the particle to which the fluorescent labeling substance is bound by optically detecting the fluorescent labeling substance, and the composite particle is based on the movement of the detected particle. Is preferable to detect.
  • a solution containing the substance to be measured and a magnetically labeled substance that specifically binds to the substance to be measured is held in a container, and at least the solution contains a solution.
  • a biological substance such as a bacterium or a fungus can be easily detected.
  • FIG. 1 It is a block diagram of the detection apparatus of the substance to be measured which concerns on Embodiment 1 of this disclosure. It is a figure which shows the moving direction of the measured substance and other substances in the detection region in the solution detected by the detection device of the substance under test which concerns on Embodiment 1 of this disclosure. It is a flowchart for demonstrating the procedure of the detection method of the substance to be measured which concerns on Embodiment 1 of this disclosure.
  • (A) is a side view of the detection device for explaining the locus of the substance to be measured in the device for detecting the substance to be measured according to the first embodiment of the present disclosure
  • (b) is a side view of the detection device in (a) from the detection unit side. It is a top view of the detected detection area seen.
  • (A) to (c) are plan views of images acquired at a plurality of depths of focus by the detection device shown in FIG. 4 (a), and (d) to (f) are (a) to (c), respectively. It is a side view of the container of the detection device corresponding to).
  • (A) is an image in the detection region in the solution imaged by the imaging unit of the detection unit constituting the detection device of the substance to be measured according to the first embodiment of the present disclosure
  • (b) is the processing unit of the detection unit. It is a figure which shows the brightness of the detection light of each particle in the image (a) obtained by the image processing by.
  • (A) is an initial image in the detection region in the solution imaged by the imaging unit of the detection unit constituting the detection device of the substance to be measured according to the first embodiment of the present disclosure
  • (b) is an initial image in the initial image. It is a figure which shows the superimposition image which acquired the image after the lapse of a predetermined time from the time of acquisition. It is a block diagram of the detection apparatus of the substance to be measured which concerns on modification 1 of Embodiment 1 of this disclosure.
  • FIG. 1 It is a block diagram of the agitable container used in the detection device of the substance to be measured which concerns on the modification 2 of Embodiment 1 of this disclosure
  • (a) is a plan view
  • (b) is a side view
  • (c) is The figure which shows the state of the rotation of the container at the time of agitation
  • (d) is the figure which shows the state of the rotation of the container at the time of detecting the substance to be measured.
  • A is a diagram showing the position of particles at a certain time and their movements with arrows when the container is rotated
  • (b) is a diagram showing the positions of particles after rotation processing and their movements with arrows. It is a figure shown by.
  • (A) is a side view of the detection device for explaining the locus of the substance to be measured in the device for detecting the substance to be measured according to the second embodiment of the present disclosure
  • (b) is a side view of the detection device in (a) from the detection unit side. It is a top view of the detected detection area seen. It is a figure which shows the moving direction of the measured substance and other substances in the detection region in the solution detected by the detection device of the substance under test which concerns on Embodiment 2 of this disclosure.
  • (A) is an image in the detection region in the solution acquired by the detection device for the substance to be measured according to the second embodiment of the present disclosure
  • (b) is the brightness of the detection light of each particle in the image of (a). It is a figure which shows.
  • (A) is an initial image in the detection region in the solution imaged by the imaging unit of the detection unit constituting the detection device for the substance to be measured according to the second embodiment of the present disclosure
  • (b) is an initial image at the time of initial image acquisition. The image acquired after a lapse of a predetermined time is shown.
  • (A) is a diagram in which the start point of the movement amount vector is arranged at the origin of the XY coordinates
  • (b) is a diagram in which the start point of the movement amount vector is set to the origin of the XY coordinates when the force in the first direction is zero. It is the arrangement figure.
  • FIGS. 1 to (d) are diagrams showing a measurement procedure when a fluorescent labeling substance is used by the method for detecting a substance to be measured according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a perspective view of a detection device for a substance to be measured according to the third embodiment of the present disclosure, and (b) is a display example of a mobile terminal screen when a mobile terminal is used as a detection unit. It is a perspective view of the state which the measurement housing is opened in the detection device of the substance to be measured which concerns on Embodiment 3 of this disclosure.
  • FIG. 1 shows a configuration diagram of the substance to be measured detection device 101 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the substance to be measured detection device 101 according to the first embodiment includes a container 1, a flow generating unit 2, a magnetic field generating unit 3, and a detecting unit 4.
  • the container 1 holds the solution 14 containing the substance to be measured 11 and the magnetic labeling substance 12 that specifically binds to the substance to be measured 11.
  • the magnetic labeling substance 12 is bonded to all of the substances to be measured 11 in the solution 14 to form the composite particles 13. Further, when the substance to be measured 11 and the magnetic labeling substance 12 are placed in the container 1, these substances may not be bound. That is, the reaction of the magnetic labeling substance 12 binding to the substance to be measured 11 may be promoted by the flow of the solution 14 generated in the container 1 to generate the composite particles 13.
  • the substance to be measured 11 include Candida albicans, Escherichia coli, and CRP (C-reactive protein). Specific examples of these detection procedures will be described later.
  • the flow generation unit 2 generates a flow in the first direction 21 at least in the solution 14.
  • the flow generating unit 2 has a first direction 21 in a predetermined detection region (hereinafter, also simply referred to as “predetermined region”) 16 in the solution 14 for detecting the composite particles 13. It is preferable to generate a flow of.
  • the predetermined region 16 is separated from the inner wall surface of the container 1. Since the composite particles 13 are detected in a region separated from the inner wall surface of the container 1, the composite particles 13 do not come into contact with the inner wall surface of the container 1 and become difficult to move. Further, the detection accuracy can be improved by excluding the composite particles adhering to the inner wall surface from the detection process.
  • the predetermined region 16 is preferably separated from the inner wall surface of the container 1 within a range of several ⁇ m or more and several cm or less. In particular, it is preferable that they are separated in a range of several tens of ⁇ m or more and several mm or less. Further, the predetermined area 16 preferably does not include the bottom surface of the container 1. Therefore, it is preferable that the predetermined region 16 is a region separated from the bottom surface of the container 1. This is because the movement of the composite particles 13 is hindered on the bottom surface of the container 1, and substances other than the composite particles precipitated on the bottom surface may become noise and be difficult to detect.
  • the lighting device 5 also serves as the flow generating unit 2. That is, the solution 14 is heated by the light emitted from the lighting device 5.
  • the flow generating unit 2 (illuminating device 5) can convect the solution 14 by heating to generate a flow in the first direction 21 in at least a part of the solution 14.
  • the magnetic field generating unit 3 generates a magnetic field gradient in the solution 14 for moving the composite particles 13 in a second direction 31 different from the first direction 21.
  • the composite particle 13 moves in the second direction 31 due to the combined force of the force toward the first direction 21 and the force due to the magnetic field gradient.
  • a magnet, an electromagnet, or the like can be used as the magnetic field generating unit 3.
  • the detection unit 4 has an imaging unit 44 and a processing unit 45.
  • the image pickup unit 44 has a function of taking an image and acquiring an image.
  • an image pickup device such as a camera or a video camera that captures a still image or a moving image can be used.
  • the processing unit 45 has a function of detecting composite particles from the captured image.
  • a computer equipped with a CPU and a memory can be used. The function of the processing unit 45 to detect the composite particles from the image captured by the imaging unit 44 is executed by the CPU in the processing unit 45 according to a program stored in advance in the memory in the processing unit 45.
  • the detection unit 4 detects the composite particle 13 in which the magnetic labeling substance 12 is bound to the substance to be measured 11 based on the movement of the particles in the predetermined detection region 16 in the solution 14.
  • the illumination light 51 emitted from the illumination device 5 is reflected by the mirror 43 and is applied to the solution 14.
  • Spatial light can be used as the illumination light 51. That is, the lighting device 5 is a light source that irradiates the inside of the container 1 with spatial light. Spatial light (also referred to as "propagating light”) is not localized light like near-field light, but general light that propagates in space.
  • spatial light is generally defined as light that does not include near-field light that exhibits rapid attenuation at a position separated from the source by a distance of several hundred nm to several ⁇ m, but also in the present specification. It means that it does not contain near-field light, and means light that does not show abrupt attenuation at a position within a distance of several hundred nm to several ⁇ m from the interface between the container and the solution.
  • the predetermined region 16 is a region separated from the inner wall surface of the container 1 by several ⁇ m or more, near-field light is not used in the predetermined region 16.
  • the detection light 41 reflected by the composite particles 13 in the solution 14 is incident on the imaging unit 44 of the detection unit 4.
  • FIG. 2 shows a diagram (image example) showing the moving direction of the substance to be measured and other substances in the detection region in the solution detected by the detection device for the substance to be measured according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the magnetic labeling substance 12 specifically binds to the substance to be measured 11.
  • the solution 14 may contain a substance 17 other than the substance to be measured 11 and the magnetic labeling substance 12.
  • the "other substance” is a substance other than the substance to be measured, and includes impurities.
  • the magnetic labeling substance 12 does not bind to the other substance 17.
  • the composite particle 13 is a substance in which the magnetic labeling substance 12 is bound to the substance to be measured 11, so that the magnetic field generated by the magnetic field generating unit 3 is generated. Under the influence of the gradient, it moves toward a second direction 31 different from the first direction 21.
  • the particles moving toward the second direction 31 which is the direction toward the magnetic field generating unit 3 are the composite particles 13, and by detecting the number of particles moving toward the second direction 31, the composite particles The number of 13, that is, the number of substances to be measured can be detected.
  • the arrows extending from the composite particle 13 and the other substance 17 schematically indicate the direction of movement of each particle, and the length of each arrow indicates the speed of movement of the particle. is not.
  • the detection unit 4 can detect the composite particle 13 in which the magnetic labeling substance 12 is bound to the substance to be measured 11 based on the characteristic movement of the particles to be measured.
  • the detection unit 4 is based on the movement of the characteristic particles to be measured in the predetermined detection region 16 in the solution 14 and the movement of another substance 17 different from the characteristic movements of the composite particles. 13 may be detected. Details of the method for detecting the substance to be measured will be described later with reference to FIGS. 4 to 7.
  • the composite particles 13 are subjected to a force acting on the composite particles 13 in two different directions, that is, a direction different from the first direction 21 and the first direction 21. , The other substance 17 can be separated from the composite particle 13.
  • the magnetic field generating unit 3 may move the composite particle 13 in the same second direction 31 as the first direction 21.
  • the detection unit 4 can detect the composite particle 13 based on the speed of movement of the composite particle 13 and the speed of movement of the other substance 17. Even if the second direction 31 which is the direction of the movement of the particles generated by the magnetic field gradient and the first direction 21 which is the direction of the movement of the particles generated by the flow generating unit 2 are the same, the magnetic field gradient causes the particles to move. Since the composite particle 13 containing the magnetic labeling substance 12 moves at a higher speed than the other substances 17 not containing the magnetic labeling substance 12, the composite particle 13 can be detected from the acquired image based on the fact that the two speeds are different from each other. It is possible.
  • the magnetic field gradient causes the particles to move.
  • the speed and direction of movement of the composite particle 13 containing the magnetic labeling substance 12 is different from the speed and direction of movement of the other substance 17 not containing the magnetic labeling substance 12, so that the composite particle 13 is detected from the acquired image. Will be possible.
  • FIG. 3 shows a flowchart for explaining the procedure of the method for detecting the substance to be measured according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the container 1 holds the solution 14 containing the substance to be measured 11 and the magnetic labeling substance 12 that specifically binds to the substance to be measured 11.
  • the magnetic labeling substance 12 does not have to be bound to the substance to be measured 11.
  • step S102 the flow generating unit 2 generates a flow in the first direction 21 at least in the solution 14.
  • the lighting device 5 also serves as the flow generating unit 2.
  • the reaction of the magnetic labeling substance 12 binding to the substance to be measured 11 is promoted by the flow of the solution 14 generated in the container 1, and the composite particles 13 are generated.
  • step S103 the magnetic field generating unit 3 generates a magnetic field gradient in order to move the composite particle 13 in a second direction 31 different from the first direction 21.
  • step S104 the detection unit 4 detects particles moving in the second direction 31.
  • the imaging unit 44 of the detection unit 4 captures an image of the detection region 16 in the solution 14, and the processing unit 45 uses this image to detect the composite particles 13 and other substances 17.
  • Processing (described later) is performed.
  • the method of detecting the composite particle 13 "a method of focusing the image”
  • a method of image processing for detecting the composite particle from the image acquired by the detection unit and "a method of detecting the composite particle in the acquired image” are described.
  • the method of recognizing moving particles ” will be described separately.
  • FIG. 4A shows a side view of the detection device 101 for explaining the locus of the substance to be measured in the device for detecting the substance to be measured according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4B shows a top view of the detection region 16 as seen from the detection unit 4 side in FIG. 4A.
  • the imaging unit 44 has a function of adjusting the focus, and the imaging unit 44 can be set to have a predetermined depth of focus within the detection area 16.
  • the composite particle 13 moves toward the bottom surface of the container 1 in the order of (1), (2), and (3) in the second direction 31.
  • the imaging unit 44 is in the best focus when the composite particle 13 is in the position (2).
  • the composite particles 13 can be recognized although they are not completely in focus. ..
  • the detection unit 4 can detect the composite particle 13 moving toward the second direction 31 in the detection region 16. Further, first, as shown at the position (0) in FIG. 4A, when the composite particles 13 are collected from the detection region 16 to the upper part of the container 1 by a magnetic field generating portion (not shown) or the like, the composite particles 13 are generated. When time elapses due to the magnetic force generated by the magnetic field generating portion and gravity, the particles pass through the detection region 16 and fall to the lower side of the detection region 16 as shown at the position (4) in FIG. 4A. Therefore, by observing the detection region 16 for a predetermined time, the number of almost all composite particles 13 can be counted.
  • 5 (a) to 5 (c) show a plan view of images acquired at a plurality of depths of focus by the detection device 101 shown in FIG. 4 (a).
  • 5 (a) to 5 (c) schematically show an example in which the composite particles 13 and other substances 17 are arranged in a grid pattern. However, in reality, the composite particles 13 and the other substances 17 are not always arranged in a grid pattern.
  • 5 (d) to 5 (f) show side views of the container 1 of the detection device corresponding to FIGS. 5 (a) to 5 (c), respectively.
  • FIG. 5D assuming that the detection region 16 is a predetermined region 16a near the bottom surface of the container 1 and the imaging unit 44 is in focus at the position f1 near the bottom surface of the container 1, FIG. ), Not only the composite particle 13 but also other substances 17 that are not to be measured are focused, which makes it difficult to identify the composite particle 13.
  • the detection region 16 is set to be located in the region 16b or 16c separated from the bottom surface of the container 1 by a predetermined distance, and the focal point f2 or f3 of the imaging unit 44 is set. Is preferably set near the center of each region.
  • FIG. 6A shows an image in the detection region 16 in the solution 14 imaged by the image pickup unit 44 of the detection unit 4 constituting the detection device for the substance to be measured according to the first embodiment of the present disclosure, and is shown in FIG. 6 (b). ) Shows the brightness of the detection light of each particle in the image of FIG. 6A obtained by the image processing by the processing unit 45 of the detection unit 4.
  • FIG. 6B in the image acquired by the imaging unit 44 of the detection unit 4, the processing unit 45 of the detection unit 4 uses the midpoint between the average brightness and the maximum brightness of the screen as a threshold value and exceeds the threshold value. Can be determined to be a particle.
  • the present invention is not limited to such an example, and the threshold value for determining the particles can be arbitrarily set.
  • the imaging unit 44 continuously images the detection region 16 in the solution 14, and the processing unit 45 continuously performs a process of detecting the composite particles 13 based on the image captured by the imaging unit 44. You can also do it.
  • FIG. 7A shows an initial image in the detection region 16 in the solution 14 imaged by the image pickup unit 44 of the detection unit 4 constituting the detection device for the substance to be measured according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7B shows an image in which an image acquired after a lapse of a predetermined time from the time of initial image acquisition is superimposed on the initial image.
  • the imaging unit 44 captures a moving image composed of a plurality of frames
  • the processing unit 45 performs image processing using frames that are individual still images constituting the captured moving image.
  • the moving distance 130 at which the same particle will move in two consecutive frames is set.
  • a particle having a moving distance of 130 and having the closest coordinates is found.
  • the same process is applied to the next frame, and for example, particles that can be determined to be the same particle in succession of 5 frames or more are registered in the database as one particle.
  • Such movement recognition processing may be performed on a plurality of particles in a plurality of frames to create a particle coordinate database.
  • the detection unit 4 detects the composite particle 13 from the detected particles based on the movement of the detected particles.
  • the moving speed of the single magnetic labeling substance 12 is higher than that of the composite particles with respect to the same magnetic field gradient. Separation is possible by setting the maximum speed of the movement speed of the composite particles known in advance as a threshold value and excluding the target particles having a speed higher than the threshold value. Since the moving speed differs depending on the magnitude of the magnetic field gradient, that is, the location of the detection region, it is necessary to set the threshold value for each location in advance by calculation or measurement and store it in the processing unit 45.
  • the magnetic labeling substance 12 non-specifically bound to the contaminant can set the minimum velocity of the known composite particle 13 as a threshold value and exclude the target particles having a velocity smaller than the threshold value.
  • the substance to be measured 11 has properties (size, molecular weight, surface state) similar to those of the substance to be measured 11, the specificity of the magnetic labeling substance 12 when it binds to the substance to be measured 11 can be determined as necessary. It needs to be set high enough.
  • the detection unit may detect the composite particles based on the moving speed of the object moving in the predetermined region of the container. From the particle coordinate database created as described above, the moving direction and velocity of the particles are obtained. That is, as shown in FIG. 2, when the magnetic field generating unit 3 is arranged at the center of the screen, the particles heading toward the center of the screen in the second direction 31 can be recognized as composite particles 13 and the number of particles can be counted. Since the speed of the composite particle 13 increases as it approaches the center, it is possible to add to the criterion that the speed increases with respect to the distance from the center.
  • the trajectory drawn by the composite particle 13 may not be a straight line. In that case, the influence of the flow is corrected to obtain the trajectory. Is preferable.
  • the orbits drawn by the other substance 17 are circular orbits, and the orbits drawn by the composite particles 13 are spiral. In this way, the detection-symmetrical composite particle 13 and the other substance 17 may be distinguished based on the difference in the shape of the orbits drawn by the particles. Since the speed of the composite particle 13 increases as it approaches the center, it is possible to add to the criterion that the speed increases with respect to the distance from the center.
  • the flow generating unit 2 has shown an example in which the solution 14 is convected by heating to generate a flow in the first direction 21 in at least a part of the solution 14, but the example is limited to such an example. I can't. That is, the flow generating unit 2 may generate a flow in the first direction 21 in at least a part of the solution 14 by rotating the container 1.
  • FIG. 8 shows a configuration diagram of the substance to be measured detection device 102 according to the first modification of the first embodiment of the present disclosure.
  • the sample container rotation mechanism 61 functions as a flow generator.
  • the container 1 is placed on the sample container rotation mechanism 61 and is rotated by the sample container rotation mechanism 61 to generate a flow in the solution 14 in the first direction due to centrifugal force.
  • the magnetic field generating unit 3 may be incorporated in the sample container rotating mechanism 61. The detailed determination method will be described later.
  • the device for detecting a substance to be measured according to the second modification is characterized in that a flow generating unit generates a flow in a first direction in at least a part of the solution by stirring the solution.
  • FIGS. 9 (b) to 9 (d) show a configuration diagram of a stirable container used in the device for detecting the substance to be measured according to the second modification of the first embodiment of the present disclosure.
  • 9 (a) shows a plan view of the agitable container
  • FIGS. 9 (b) to 9 (d) show a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. 9 (a).
  • FIG. 9D shows the state of rotation of the container when the substance to be measured is detected.
  • FIGS. 9 (a) and 9 (b) it is preferable to install a stirring fin 18 on the inner wall of the rotatable container 1.
  • a stirring fin 18 on the inner wall of the rotatable container 1.
  • FIG. 9C when stirring is performed, it is preferable to repeat the rotation and inversion of the container 1 a plurality of times as shown by R1.
  • Turbulence 22 can be generated in the solution 14 by stirring to promote the reaction between the particles dispersed in the solution 14.
  • FIG. 9D at the time of detection by image processing, a centrifugal force can be applied to the particles of the solution 14 as an external force by rotating the container 1 at a constant speed as shown by R2.
  • FIG. 10A is a diagram showing the particle positions at a certain time and their movements with arrows when the container is rotated.
  • the black circle and the white circle represent the composite particle 13 and the other substance 17, respectively.
  • the broken line represents the outer peripheral portion of the container 1.
  • the magnetic field generating portion 3 is arranged at the center of the container 1 (see FIG. 8), so that the composite particle 13 is the container 1 having the strongest magnetic field gradient. It is drawn while rotating toward the center, and draws a spiral orbit like a dotted line.
  • the other substance 17 exerts a centrifugal force from the center of rotation of the container 1 toward the outer circumference, it draws a spiral trajectory toward the outer circumference as shown by a dotted line.
  • the composite particles 13 contained in the container 1 are transferred to the container 1 by setting the magnetic field and the number of rotations so that the magnetic force always exceeds the centrifugal force in a certain region of the sample solution in the container 1. Can be drawn to the center.
  • the dotted line representing the orbit is shown only for some typical particles.
  • FIG. 10B shows the positions and movements of the particles (composite particles 13 and other substances 17) after the rotation treatment.
  • the composite particle 13 receives centrifugal force and a stronger magnetic force than that, and moves toward the center of the container 1.
  • the other substance 17 receives only centrifugal force and moves from the center of the container 1 toward the outer peripheral side. Therefore, the composite particle 13 can be detected depending on the moving direction of the particles. That is, the composite particles 13 can be detected and the substance to be measured can be detected by detecting the particles moving toward the center of the container 1.
  • the change in the distance from the XY coordinate origin of each particle can also be used. If the distance from the origin after a certain period of time has decreased, the target particle is the composite particle 13, and if it has increased, it can be determined to be another substance 17. In this case, since the distance from the origin of each particle does not change even if the rotation process is performed, it is not necessary to perform the rotation process.
  • FIG. 11 shows a configuration diagram of the substance to be measured detection device 103 according to the third modification of the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 shows a configuration diagram of the detection device 103 as viewed from a direction orthogonal to the illumination light 51 and the detection light 41.
  • the illumination light 51 from the illumination device 5 causes a flow in the first direction 21 in the detection region 16.
  • the lighting device 5 also serves as a flow generating unit 2. Further, the composite particles move in the second direction 31 according to the magnetic field gradient generated by the magnetic field generating unit 3.
  • FIG. 11 shows an example in which the detection unit 4 and the lighting device 5 are arranged so as to face each other, the detection unit 4 and the lighting device 5 may be arranged on the same side.
  • FIG. 12 shows a diagram showing the moving direction of the substance to be measured and other substances in the detection region in the solution detected by the detection device for the substance to be measured according to the third modification of the first embodiment of the present disclosure.
  • the composite particle 13 moves toward the second direction 31 according to the magnetic field gradient generated by the magnetic field generating unit 3.
  • the magnetically labeled substance is not bound to the other substance 17 that is not the detection target, it moves in the first direction 21 different from the second direction 31 according to the flow generated by the flow generating unit 2.
  • the composite particle 13 can be detected by detecting the particles moving in the second direction 31.
  • the device for detecting the substance to be measured according to the third modification of the first embodiment of the present disclosure it is possible to detect the composite particles 13 moving in the detection region 16 from a direction substantially orthogonal to the direction in which the magnetic field gradient is generated. , The same composite particle can be detected for a long time as compared with the case of observing from a direction substantially the same as the direction in which the magnetic field gradient is generated.
  • the substance to be measured can be easily obtained by detecting the composite particles in which the magnetic labeling substance is bound to the substance to be measured. Can be detected.
  • FIG. 13 shows a configuration diagram of the substance to be measured detection device 104 according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the difference between the substance to be detected detection device 104 according to the second embodiment and the detection device 101 for the substance to be measured according to the first embodiment is that the composite particle 13e further contains the fluorescent labeling substance 15, and the detection unit 4 has a detection unit 4. This is a point of detecting particles to which the fluorescent labeling substance 15 is bound. Since the other configurations of the substance to be measured detection device 104 according to the second embodiment are the same as the configurations of the substance to be measured detector 101 according to the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.
  • the container 1 holds a solution 14 containing the substance to be measured 11, the magnetic labeling substance 12 that specifically binds to the substance to be measured 11, and the fluorescent labeling substance 15.
  • the magnetic labeling substance 12 and the fluorescent labeling substance 15 are combined with all of the substances to be measured 11 in the solution 14 to form composite particles 13e.
  • the magnetic labeling substance 12 and the fluorescent labeling substance 15 may not be bound to the substance to be measured 11. That is, the reaction of the magnetic labeling substance 12 and the fluorescent labeling substance 15 binding to the substance to be measured 11 may be promoted by the flow of the solution 14 generated in the container 1 to generate the composite particles 13e.
  • the illumination light 51 emitted from the illumination device 5 passes through the illumination side optical filter 52, is reflected by the mirror 43, and is irradiated to the solution 14. Spatial light can be used as the illumination light 51.
  • the detection light 41 reflected by the composite particles 13e in the solution 14 and the substance 17 other than the substance to be measured is incident on the detection unit 4 through the detection side optical filter 42.
  • the illumination-side optical filter 52 allows light having a wavelength at which the fluorescent labeling substance 15 excites fluorescence when irradiated with the fluorescent labeling substance 15, but does not allow light having other wavelengths to pass through.
  • the detection-side optical filter 42 passes the fluorescence excited from the fluorescent labeling substance 15, but does not pass light of other wavelengths.
  • FIG. 14 shows a flowchart for explaining the procedure of the method for detecting the substance to be measured according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the method for detecting the substance to be measured according to the second embodiment is different from the method for detecting the substance to be measured according to the first embodiment, that the composite particle 13e further contains the fluorescent labeling substance 15 and the fluorescent labeling substance 15 is bound to the composite particles 13e. This is the point of detecting particles.
  • the fluorescent labeling substance 15 includes a substance that specifically binds to the substance to be measured 11 and a substance that does not specifically bind to the substance to be measured 11. In the present embodiment, the case where the fluorescent labeling substance 15 that specifically binds to the substance to be measured 11 is used will be described.
  • step S201 the container 1 holds the substance to be measured 11, and the solution 14 containing the magnetic labeling substance 12 and the fluorescent labeling substance 15 that specifically bind to the substance to be measured 11.
  • step S202 the flow generation unit 2 generates a flow in the first direction 21 at least in the solution 14.
  • the lighting device 5 also serves as the flow generating unit 2.
  • composite particles 13e in which the magnetic labeling substance 12 and the fluorescent labeling substance 15 are bound to the substance to be measured 11 are obtained.
  • step S203 the magnetic field generating unit 3 generates a magnetic field gradient in order to move the composite particles 13e in a second direction 31 different from the first direction 21.
  • step S204 the detection unit 4 detects the fluorescently labeled substance 15 to detect the particles to which the fluorescently labeled substance 15 moving in the second direction 31 is bound.
  • FIG. 18A shows an initial image in the detection region 16 in the solution 14 imaged by the image pickup unit 44 of the detection unit 4 constituting the detection device for the substance to be measured according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 18B shows an image acquired after a lapse of a predetermined time from the time of initial image acquisition.
  • the black circles and white circles in FIGS. 18 (a) and 18 (b) represent the composite particle 13 and the other substance 17, respectively.
  • the line segment represents the trajectory of the particles from a certain time (for example, at the time of acquiring the initial image) to the lapse of a predetermined time, and indicates the speed and direction of movement of the particles. This will be referred to as the movement amount vector.
  • the other substances to be separated are particles other than the composite particles 13 and which are not subjected to the force of the second direction 31 due to the magnetic field gradient.
  • the other substances to be separated are, for example, a single fluorescent labeling substance 15 that is not bound to any of the particles, and a substance in which particles other than the substance to be measured such as impurities and the fluorescent labeling substance 15 are bound.
  • the start point of the movement amount vector is arranged at the origin of the XY coordinates, the vector is represented by a line segment, and the circle mark of the particle is arranged at the end point of the vector. It is a plot of the quantity vector from various viewpoints.
  • the other substance 17 indicated by the white circle receives a force corresponding to the flow (force in the first direction 21 (see FIG. 13)), and therefore moves to the right side of the origin on the XY plane.
  • Vectors are concentrated. That is, it is shown that the moving speed and direction of the other substance 17 are almost the same regardless of the position of the other substance 17 on the XY plane.
  • the arrow A represents the movement amount vector of the other substance 17.
  • the composite particle 13 receives a force in the second direction 31 (see FIG. 13) generated by the magnetic field gradient, but the magnitude and direction of the magnetic field gradient differ depending on the position of the composite particle 13. Therefore, as shown by the movement amount vector B shown by the line segment in FIG. 19A, the vector is oriented in various directions from the origin of the XY coordinates. However, the end points are distributed on the circumference having a substantially constant radius as shown by the dotted line in the figure. More specifically, the end points of the composite particles 13 are distributed on the circumference having a radius in a predetermined range. This is because the composite particle 13 moves toward the vicinity of the center of the magnet having the largest magnetic field gradient regardless of the position of the composite particle 13.
  • the reason why the center of the circumference is deviated from the origin is that the composite particles 13 are subjected to forces in both the first direction 21 and the second direction 31. That is, the combination of the movement amount vector A and the movement amount vector due to the force due to the magnetic field gradient is the movement amount vector B.
  • the movement vector of particles is continuously obtained at a certain time and after a certain period of time, and a movement amount vector database is created.
  • a movement amount vector database is created.
  • particles in which the movement amount vectors are concentrated near the center and whose fluctuation is small with the passage of time are not composite particles 13. And exclude it.
  • particles having a movement amount vector with the end point of the movement amount vector A as the center of the circle are determined as candidates for composite particles.
  • the candidates for composite particles those in which the length of the movement amount vector changes with the passage of time and the direction of the vector is constant are determined as composite particles 13, and the number of particles is determined. Count.
  • the time interval for obtaining the movement amount vector can be adjusted according to the movement speed of the particles and the frame rate of image acquisition by a camera or the like.
  • the particles to which the fluorescent labeling substance 15 is bound are detected as compared with the composite particles 13 in the first embodiment. Small size particles can be detected.
  • the fluorescent labeling substance 15 that does not specifically bind to the substance to be measured 11 may bind to another substance 17. Even when the fluorescent labeling substance 15 is bound to another substance 17, the composite particles can be detected by distinguishing the other substance 17 to which the fluorescent labeling substance 15 is bound from the composite particles due to the difference in movement. .. In addition, there is a possibility that the fluorescent labeling substance 15 that does not bind to particles such as the substance to be measured 11 is present in the container 1.
  • the detection unit 4 is a composite particle with the fluorescently labeled substance 15 that does not bind to the particles such as the substance to be measured 11 due to the difference in movement.
  • Composite particles can be detected by distinguishing between.
  • the area where the illumination light 51 is irradiated by the illumination device 5 is the area where the magnetic field generating unit 3 exists. It is preferable to set so as to avoid.
  • FIG. 15A shows a side view of the detection device 104 for explaining the locus of the substance to be measured in the substance to be measured detection device 104 according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 15B shows a top view of the detection region as seen from the detection unit side in FIG. 15A.
  • FIG. 16 shows a diagram showing the moving direction of the substance to be measured and other substances in the detection region in the solution detected by the substance detection device according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the composite particles 13e to which the fluorescent labeling substance 15 is bound are attracted to the periphery of the magnetic field generating unit 3 by the magnetic field gradient of the magnetic field generating unit 3.
  • the region to be irradiated with the illumination light 51 is the illumination region 53 excluding the periphery of the magnetic field generation unit 3.
  • FIG. 17A shows an image in the detection region in the solution captured by the imaging unit of the detection unit constituting the detection device for the substance to be measured according to the second embodiment of the present disclosure
  • FIG. 17B shows the detection.
  • the brightness of the detection light of each particle in the image of FIG. 17A obtained by the image processing by the processing unit of the unit is shown.
  • the "other substance 17" is not actually shown in the image, it is displayed in FIG. 17 (a) for convenience of explanation.
  • “Other substance 17” represents particles to which the fluorescent labeling substance 15 is not bound. As shown in FIG.
  • the processing unit 45 of the detection unit 4 has the particles to which the fluorescent labeling substance 15 such as the composite particles 13e is bound by the image processing, and the particles.
  • the fluorescent labeling substance 15 that is not bound to any of the substances is detected.
  • the particles exhibiting brightness exceeding the threshold value can be determined to be the fluorescent labeling substance 15 or the particles to which the fluorescent labeling substance 15 is bound.
  • the present invention is not limited to such an example, and the threshold value for determining the fluorescent labeling substance 15 or the particles to which the fluorescent labeling substance 15 is bound can be arbitrarily set.
  • the first example is a detection method using a fluorescent labeling substance.
  • 20 (a) to 20 (d) are diagrams showing a measurement procedure when a fluorescent labeling substance is used by the method for detecting a substance to be measured according to the second embodiment of the present disclosure.
  • saliva (6) 0.5 [ml] is collected in the collection container 7.
  • the saliva 6 is filtered with the syringe 8, and the filtered saliva 6 is added to the container 1 containing the solution containing the fluorescent labeling substance 15 and the magnetic labeling substance 12, and the solution 14a is added.
  • the syringe 8 may be provided with a filter for removing large foreign substances (dust) as compared with bacteria, fungi and the like.
  • the solution 14a is stirred by the sample container rotation mechanism 61 to proceed with the complex formation reaction.
  • a small magnet which is a magnetic field generating portion 3
  • the composite particles move toward the center of the container 1 while drawing a spiral path by stirring. This state is imaged by the detection unit 4, and the composite particles are detected by image recognition as shown in FIGS. 5 to 7.
  • the second example is a detection method that performs fluorescent staining.
  • 21 (a) to 21 (e) are diagrams showing a measurement procedure when fluorescent staining is performed by the method for detecting a substance to be measured according to the second embodiment of the present disclosure.
  • saliva (6) 0.5 [ml] is collected in the collection container 7.
  • saliva 6 is filtered with a syringe 8, and the filtered saliva 6 is added to a container 1 containing a solution containing a fluorescent staining solution (0.5 [ml]).
  • Make solution 14b is added to a container 1 containing a solution containing a fluorescent staining solution (0.5 [ml]).
  • the solution 14b is stirred by the sample container rotation mechanism 61 to proceed with staining.
  • the solution 14c containing the magnetic labeling substance is added to the solution 14b to prepare the solution 14d, and the solution 14d is stirred by the sample container rotating mechanism 61 to proceed with the formation of composite particles. ..
  • a small magnet which is a magnetic field generating portion 3
  • the composite particles move toward the center of the container 1 while drawing a spiral path by stirring. This state is imaged by the detection unit 4, and the composite particles are detected by image recognition as shown in FIGS. 5 to 7.
  • FIG. 22A shows a perspective view of the substance to be measured detection device 105 according to the third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 22B shows a display example of the mobile terminal screen when a mobile terminal is used as the detection device for the substance to be measured according to the third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 23 shows a perspective view of the substance to be measured detection device 105 according to the third embodiment of the present disclosure in a state where the measurement housing is opened.
  • the substance to be measured detection device 105 is characterized in that the substance to be detected is detected by using a mobile terminal 200 such as a smartphone.
  • the container 1, the magnetic field generator 3, and the lighting device 5 are housed in the measurement housing 100.
  • the measurement housing 100 includes an upper housing 100a and a lower housing 100b.
  • the lighting device 5 is housed in the lower housing 100b.
  • the container 1 is placed on the upper surface of the lower housing 100b.
  • a magnetic field generating unit 3 is arranged on the side surface of the container 1.
  • a mobile terminal 200 is placed on the upper surface of the upper housing 100a, and an opening 201 is provided so that the detection light 41 is incident on the detection unit 4 of the camera or the like of the mobile terminal 200.
  • the illumination light 51 from the illumination device 5 irradiates the container 1 from below, and the detection light 41 is incident on the detection unit 4 of the mobile terminal 200. Since the container 1 is heated by the illumination light 51, the illumination device 5 also serves as a flow generating unit 2.
  • the measurement principle of the substance to be measured detection device 105 according to the third embodiment of the present disclosure is the same as that of the detection device 101 according to the first embodiment.
  • the image captured by the detection unit 4 of the mobile terminal 200 can be displayed in the image display area 200b in the display unit 200a of the mobile terminal 200. Further, data such as the number of substances to be measured and the moving speed analyzed from the acquired image can be displayed in the data display area 200c in the display unit 200a.
  • the substance to be measured can be easily detected by detecting the image using a mobile terminal and performing image processing.
  • FIG. 8 shows an example of a container used in the device for detecting the substance to be measured according to the first to third embodiments.
  • a flat-bottomed container has been mainly described, but the present invention is not limited to such an example. That is, as shown in FIG. 8, the shape of the container 1 may have a curved bottom surface and is not limited to a specific shape.
  • 24 (a) to 24 (c) show side views of an example of a container used in the device for detecting a substance to be measured according to the first to third embodiments of the present disclosure.
  • 24 (a) shows a flat bottom type
  • FIG. 24 (b) shows a round bottom type
  • FIG. 24 (c) shows a side view of a tapered type container.
  • FIGS. 24 (a) to 24 (c) are examples, and are not limited to such examples. That is, the shape is not limited to a flat bottom, a round bottom, and a taper, and may be an intermediate shape between them. Further, by setting the taper shape and the magnet shape so that the magnetic force acts along the taper, the proportion of particles passing through the detection region can be increased.
  • FIG. 25 shows an example of a side view of the container and the magnetic field generating portion used in the detection device for the substance to be measured according to the first to third embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 25 (a) shows an example having a pointed magnetic field generating portion
  • FIG. 25 (b) shows an example in which the container has a yoke in addition to FIG. 25 (a).
  • the detection region 16 includes a part of the bottom surface of the container 1 is shown, but the present invention is not limited to such an example, and as shown by 16a, the detection region is the bottom surface of the container 1. It may be provided in a region separated from.
  • Example 1 An example in which Candida bacteria are detected without using a fluorescent labeling substance will be described.
  • the size of the fungus Candida is about 5-10 [ ⁇ m].
  • Candida is a resident bacterium that inhabits human saliva, body surface, digestive tract, and the like.
  • a PBS solution 4 [ ⁇ L] of a magnetic labeling substance 12 to which a Candida albicans antibody is bound are placed in a container 1.
  • a pre-biotin-labeled Candida albicans antibody may be bound to the Candida bacterium, which is the substance to be measured 11, (mixing + reaction), and then the avidin-labeled magnetic labeling substance 12 may be bound.
  • the biotin-labeled Candida albicans antibody is obtained by synthesizing Anti-Candida albicans, Mouse (B341M) _IgG manufactured by GeneTex and EZ-Link NHS-LC-Biotin manufactured by Thermo Fisher. Further, as the avidin-labeled magnetic labeling substance 12, Dynabeads M-280 Streptavidin manufactured by Invitrogen was used.
  • the mixed solution 14 reacts in the container 1 where convection occurs, and composite particles 13 of Candida bacterium-Candida albicans antibody-magnetic labeling substance 12 are formed.
  • the means for generating convection may be a flow generating unit 2 (convection, container movement, container rotation, flow cell, gravity, etc.) that generates a flow in the solution 14 in the first direction 21.
  • the illumination light 51 from the illumination device 5 causes convection, and the flow is generated in the first direction 21.
  • the magnetic labeling substance 12 makes a characteristic movement. That is, the composite particle 13 containing the Candida bacterium which is the substance to be measured 11 and the magnetic labeling substance 12 makes a characteristic movement.
  • a magnetic field generating unit 3 for example, a magnet, an electromagnet, a magnetic film, etc.
  • a magnetic field generating unit 3 that generates a magnetic field gradient in the detection region 16 can be used.
  • Spatial light (either transmitted light or epi-illuminated light) is irradiated to this as illumination light 51 by the illumination device 5, and the detection light 41 reflected from the composite particles 13 is observed by the detection unit 4 at a magnification of 50 to 1000 times. Then, the shapes and behaviors of the composite particles 13, the magnetic labeling substance 12, and the other substances can be confirmed.
  • the composite particle 13 containing Candida is characterized by moving toward a second direction 31 different from the first direction 21 due to the shape peculiar to Candida (yeast-like, hyphal-like), the shape of the composite particle 13, and an external magnetic field. It can be discriminated by the movement.
  • an optical detection means for example, an image sensor or the like
  • the magnetic labeling substance used in the device for detecting the substance to be measured and the method for detecting the substance to be measured according to the embodiment of the present disclosure will be described.
  • the magnetic labeling substance 12 has a structure of magnetic beads used for biomedical applications, and spinel ferrite is often used as the magnetic material.
  • the size of the magnetic labeling substance 12 varies from the nanometer unit to the micron unit, but the nano size has a larger surface area and a longer average diffusion due to Brownian motion in the solution, so that the reactivity with the substance to be measured is longer. good.
  • the particle size is small, the magnetic force is weak.
  • As the magnetic labeling substance 12, a substance having a size of 10 [nm] to 10 [ ⁇ m] can be used.
  • Example 2 An example of detecting Escherichia coli without using a fluorescent labeling substance will be described.
  • the size of Escherichia coli which is a bacterium, is 0.4 to 0.7 [ ⁇ m] on the minor axis and 2.0 to 4.0 [ ⁇ m] on the major axis. It is one of the major species of bacteria that exist in the environment.
  • the solution 14 is a sample solution 5 [ ⁇ L] containing Escherichia coli which is the substance to be measured 11
  • the magnetic labeling substance 12 is a PBS solution 5 [ ⁇ L] of Dynabeads anti-E.coli O157 manufactured by Thermo Fisher. Is mixed in container 1.
  • the reaction of the mixed solution 14 proceeds in the container 1 where convection occurs, and composite particles 13 of Escherichia coli-anti-E. coli antibody-magnetic labeling substance 12 are formed.
  • the means for generating convection may be a flow generating unit 2 (convection, container movement, container rotation, flow cell, gravity, etc.) that generates a flow in the solution 14 in the first direction 21.
  • the illumination light 51 from the illumination device 5 causes convection, and the flow is generated in the first direction 21.
  • the step of applying a magnetic field by the magnetic field generating unit 3 to move the composite particles 13 in the second direction 31 and detecting the composite particles 13 by the illumination light 51 which is spatial light is the same as the case of the above-mentioned Candida bacterium. Since there is, it is omitted.
  • Example 3 An example of detecting Candida albicans using a fluorescent labeling substance will be described.
  • the sample solution 4 [ ⁇ L] containing the Candida bacterium which is the substance to be measured 11 the fluorescent staining solution 2 [ ⁇ L] containing the fluorescent labeling substance 15, and the PBS solution 2 of the magnetic labeling substance 12 [ ⁇ L] is mixed in the container 1.
  • Fungiflora Y a fluorescent staining solution for fungi manufactured by Trust Medical Co., Ltd., was used as the fluorescent labeling reagent, which is a fluorescent staining solution containing the fluorescent labeling substance 15.
  • the biotin-labeled Candida albicans antibody is obtained by synthesizing Anti-Candida albicans, Mouse (B341M) _IgG manufactured by GeneTex and EZ-Link NHS-LC-Biotin manufactured by Thermo Fisher. Further, as the avidin-labeled magnetic labeling substance 12, Dynabeads M-280 Streptavidin manufactured by Invitrogen was used.
  • the fluorescent labeling means a method using a fluorescent labeling substance, a method applying fluorescence resonance energy transfer, or the like may be used.
  • the antibody may be a ⁇ 1,3-glucan antibody or any other antibody that specifically reacts with a fungus.
  • the mixed solution 14 reacts in the container 1 where convection occurs, and composite particles 13e of fluorescently labeled Candida bacterium-Candida albicans antibody-magnetically labeled substance 12 are formed.
  • the means for generating convection may be a flow generating unit 2 (convection, container movement, container rotation, flow cell, gravity, etc.) that generates a flow in the solution 14 in the first direction 21.
  • the illumination light 51 from the illumination device 5 causes convection, and the flow is generated in the first direction 21.
  • the magnetic labeling substance 12 makes a characteristic movement. That is, the composite particle 13e containing the substance to be measured 11, Candida, the magnetic labeling substance 12, and the fluorescent labeling substance 15 moves in a second direction 31 different from the first direction 21. ..
  • a magnetic field generating unit 3 for example, a magnet, an electromagnet, a magnetic film, etc.
  • a magnetic field generating unit 3 that generates a magnetic field gradient in the detection region 16 can be used.
  • the illumination device 5 irradiates the illumination device 5 with spatial light having an excitation wavelength of the fluorescent labeling substance (either transmitted light or epi-illuminated light), and the detection unit 4 detects the detection light 41 reflected from the composite particles 13e.
  • the composite particles 13e containing the fluorescent labeling substance 15 and the unreacted fluorescent labeling substance 15 can be observed as spots of light.
  • the composite particle 13e containing the magnetic labeling substance 12 makes a characteristic movement of moving toward a second direction 31 different from the first direction 21 by an external magnetic field, and can be discriminated.
  • an optical detection means for example, an image sensor or the like
  • image analysis By acquiring a two-dimensional image of this as the detection unit 4 using an optical detection means (for example, an image sensor or the like) and further performing image analysis, it is possible to quantitatively detect the Candida bacterium which is the substance to be measured 11. It was.
  • the fluorescence wavelength light source by combining other wavelengths such as white light, it becomes possible to acquire cell shape and background information in addition to fluorescence and motion information, which is effective for detecting complex sample solutions. is there.
  • the fluorescent labeling substance used in the device for detecting the substance to be measured and the method for detecting the substance to be measured according to the embodiment of the present disclosure will be described.
  • a substance having a size of 10 [nm] to 10 [ ⁇ m] can be used.
  • the fluorescent labeling substance 15 labeled with a fluorescent dye such as fluorescein (FITC) is considered to be highly reactive because it is smaller in size than the magnetic labeling substance 12. Therefore, when the fluorescent labeling substance 15 and the magnetic labeling substance 12 are simultaneously added to the solution 14 to start the complex reaction, the reaction of the fluorescent labeling substance 15 proceeds rapidly, so that the magnetic labeling substance bonded to the surface of the substance to be measured 11 is bonded. There is a possibility that 12 will be reduced.
  • FITC fluorescein
  • the magnetic labeling substance 12 In order to prevent this, it is considered desirable to add the magnetic labeling substance 12 first to proceed with the reaction, and then add the fluorescent labeling substance 15. That is, it is considered that the small-sized fluorescent labeling substance 15 can enter the gap between the magnetic labeling substances 12 bound to the substance to be measured 11.
  • the magnetic labeling substance 12 serves as a steric barrier to large particles. That is, by changing the reaction order according to the size of the particle size, it is possible to prevent the reaction from being biased.
  • Example 4 An example of detecting Escherichia coli using a fluorescent labeling substance will be described.
  • a sample solution containing Escherichia coli as the substance to be measured 11 an anti-E. coli antibody fluorescently labeled with the fluorescent labeling substance 15, and an anti-E. coli antibody magnetically labeled with the magnetic labeling substance 12 manufactured by Thermo Fisher Co., Ltd.
  • the fluorescently labeled anti-E. coli antibody is obtained from the synthesis of Anti-E. coli antibody (Biotin) manufactured by Abcam and Streptavidin Microspheres 1.0 [ ⁇ m] manufactured by Polyscience.
  • the mixed solution 14 reacts in the container 1 where convection occurs, and composite particles 13e of the fluorescent labeling substance 15-Escherichia coli-magnetic labeling substance 12 are formed.
  • the means for generating convection may be a flow generating unit 2 (convection, container movement, container rotation, flow cell, gravity, etc.) that generates a flow in the solution 14 in the first direction 21.
  • the illumination light 51 from the illumination device 5 causes convection, and the flow is generated in the first direction 21.
  • a magnetic field is applied by the magnetic field generating unit 3 to move the composite particles 13e in the second direction 31, and the particles to which the fluorescent labeling substance 15 is bound are detected by the illumination light 51 which is spatial light, and the movement of the detected particles is adjusted.
  • the step of detecting the composite particles 13e is the same as in the case of the above-mentioned Candida bacterium, and thus is omitted.
  • Example 5 An example in which CRP is detected using a fluorescent labeling substance will be described.
  • the anti-CRP antibody magnetically labeled with the magnetic labeling substance 12 and the anti-CRP antibody fluorescently labeled with the fluorescent labeling substance 15 in the sample solution containing the CRP which is the substance to be measured 11 as the solution 14.
  • a composite is used by using an anti-CRP antibody labeled with a FITC phosphor as a fluorescently labeled anti-CRP antibody, or by reacting a biotin-labeled anti-CRP antibody with an avidin-labeled fluorescent bead as a fluorescently labeled CRP antibody in advance. Can form a body.
  • fluorescent dyes such as FITC, PE, rhodamine, Cy dyes, and AlexaR
  • a magnetic field is applied by the magnetic field generating unit 3 to move the composite particles 13e in the second direction 31, and the particles to which the fluorescent labeling substance 15 is bound are detected by the illumination light 51 which is spatial light, and the movement of the detected particles is adjusted. Based on this, the step of detecting the composite particles 13e is the same as in the case of Candida, and is therefore omitted.
  • the device for detecting the substance to be measured and the method for detecting the substance to be measured according to the embodiment of the present disclosure described above it is possible to detect bacteria, fungi and the like having a size of several microns in the solution.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本開示の実施形態に係る被測定物質の検出装置及び被測定物質の検出方法は、真菌等の生体関連物質を簡便に検出することを目的とする。本開示の実施形態に係る被測定物質の検出装置は、被測定物質、及び被測定物質に特異的に結合する磁気標識物質を含む溶液を保持する容器と、少なくとも溶液中に第１の方向の流れを発生させる流れ発生部と、溶液中で磁場勾配を発生させる磁場発生部と、溶液中の所定領域内における粒子の動きに基づいて、被測定物質及び磁気標識物質が結合した複合粒子を検出する検出部と、を有することを特徴とする。

Description

被測定物質の検出装置及び被測定物質の検出方法
　本発明は、被測定物質の検出装置及び被測定物質の検出方法に関する。
　これまでに、生体試料溶液中に存在するウイルスや細菌・真菌等の生体関連物質を検出する方法のニーズが高まっている。ウイルス等の数百ｎｍの大きさの生体関連物質を検出する方法としては、近接場光を用いた光学的検出方法が知られている（例えば、特許文献１）。「近接場光」とは、高屈折率の媒質側から低屈折率の媒質側に入射した光が界面で全反射する際、低屈折率の媒質側の界面近傍のみに形成される光であって、界面から遠ざかるにつれて急激に減衰する性質を有する。
　しかしながら、細菌・真菌等の生体関連物質は数ミクロンの大きさを有しているため、近接場光を用いた光学的検出方法によっては、細菌・真菌等の生体関連物質を検出することは難しいという問題があった。
国際公開第２０１７／１８７７４４号
　本開示の実施形態に係る被測定物質の検出装置及び被測定物質の検出方法は、細菌又は真菌等の生体関連物質を簡便に検出することを目的とする。
　本開示の実施形態に係る被測定物質の検出装置は、被測定物質、及び被測定物質に特異的に結合する磁気標識物質を含む溶液を保持する容器と、少なくとも溶液中に第１の方向の流れを発生させる流れ発生部と、溶液中で磁場勾配を発生させる磁場発生部と、溶液中の所定領域内における粒子の動きに基づいて、被測定物質に磁気標識物質が結合した複合粒子を検出する検出部と、を有することを特徴とする。
　溶液中の所定領域は、容器の内壁面から離間していることが好ましい。
　流れ発生部は、空間光を容器内に照射する光源であることが好ましい。
　溶液には、被測定物質及び磁気標識物質以外の他の物質が含まれ、検出部は、溶液中の所定領域内における複合粒子の動き及び他の物質の動きに基づいて、複合粒子を検出するようにしてもよい。
　また、磁場発生部は、複合粒子を第１の方向とは異なる第２の方向へ移動させることが好ましい。
　また、磁場発生部は、複合粒子を第１の方向と同じ第２の方向へ移動させるようにしてもよい。
　また、検出部は、複合粒子の動きの方向及び他の物質の動きの方向に基づいて、複合粒子を検出することが好ましい。
　また、検出部は、複合粒子の動きの速度及び他の物質の動きの速度に基づいて、複合粒子を検出することが好ましい。
　また、流れ発生部は、溶液を加熱により対流させて溶液の少なくとも一部に第１の方向の流れを発生させるようにしてもよい。
　また、流れ発生部は、容器を回転させることによって溶液の少なくとも一部に第１の方向の流れを発生させるようにしてもよい。
　また、流れ発生部は、溶液を攪拌することによって溶液の少なくとも一部に第１の方向の流れを発生させるようにしてもよい。
　また、複合粒子は、蛍光標識物質をさらに含み、検出部は、蛍光標識物質を光学的に検出することにより蛍光標識物質が結合した粒子を検出し、検出した粒子の動きに基づいて、複合粒子を検出することが好ましい。
　また、本開示の実施形態に係る被測定物質の検出方法は、容器内に、被測定物質、及び被測定物質に特異的に結合する磁気標識物質を含む溶液を保持し、少なくとも溶液中に第１の方向の流れを発生させ、溶液中で磁場勾配を発生させ、溶液中の所定領域内における粒子の動きに基づいて、被測定物質に磁気標識物質が結合した複合粒子を検出する、ステップを有することを特徴とする。
　本開示の実施形態に係る被測定物質の検出装置及び被測定物質の検出方法によれば、細菌又は真菌等の生体関連物質を簡便に検出することができる。
本開示の実施形態１に係る被測定物質の検出装置の構成図である。 本開示の実施形態１に係る被測定物質の検出装置によって検出した溶液中の検出領域における被測定物質及び他の物質の移動方向を示す図である。 本開示の実施形態１に係る被測定物質の検出方法の手順を説明するためのフローチャートである。 （ａ）は、本開示の実施形態１に係る被測定物質の検出装置における被測定物質の軌跡を説明するための検出装置の側面図であり、（ｂ）は（ａ）において検出部側から見た検出領域の上面図である。 （ａ）～（ｃ）は、図４（ａ）に示した検出装置において複数の焦点深度において取得した画像の平面図であり、（ｄ）～（ｆ）は、それぞれ（ａ）～（ｃ）に対応した検出装置の容器の側面図である。 （ａ）は、本開示の実施形態１に係る被測定物質の検出装置を構成する検出部の撮像部が撮像した溶液中の検出領域における画像であり、（ｂ）は、検出部の処理部による画像処理により得られた、（ａ）の画像における各粒子の検出光の輝度を示す図である。 （ａ）は、本開示の実施形態１に係る被測定物質の検出装置を構成する検出部の撮像部が撮像した溶液中の検出領域における初期画像であり、（ｂ）は初期画像に初期画像取得時から所定時間経過後に取得した画像を重ねた画像を示す図である。 本開示の実施形態１の変形例１に係る被測定物質の検出装置の構成図である。 本開示の実施形態１の変形例２に係る被測定物質の検出装置において使用する攪拌可能な容器の構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は攪拌を行う場合の容器の回転の様子を示す図、（ｄ）は被測定物質の検出時における容器の回転の様子を示す図である。 （ａ）は、容器を回転させた場合について、ある時刻における粒子の位置と、その動きを矢印で表した図であり、（ｂ）は、回転処理後の粒子の位置と、その動きを矢印で示した図である。 本開示の実施形態１の変形例３に係る被測定物質の検出装置の構成図である。 本開示の実施形態１の変形例３に係る被測定物質の検出装置によって検出した溶液中の検出領域における被測定物質及び他の物質の移動方向を示す図である。 本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出装置の構成図である。 本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出方法の手順を説明するためのフローチャートである。 （ａ）は、本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出装置における被測定物質の軌跡を説明するための検出装置の側面図であり、（ｂ）は（ａ）において検出部側から見た検出領域の上面図である。 本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出装置によって検出した溶液中の検出領域における被測定物質及び他の物質の移動方向を示す図である。 （ａ）は、本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出装置によって取得した溶液中の検出領域における画像であり、（ｂ）は、（ａ）の画像における各粒子の検出光の輝度を示す図である。 （ａ）は、本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出装置を構成する検出部の撮像部が撮像した溶液中の検出領域における初期画像であり、（ｂ）は、初期画像取得時から所定時間経過後に取得した画像を示す。 （ａ）は、移動量ベクトルの始点をＸＹ座標の原点に配置した図であり、（ｂ）は、第１の方向の力がゼロの場合において、移動量ベクトルの始点をＸＹ座標の原点に配置した図である。 （ａ）～（ｄ）は、本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出方法によって蛍光標識物質を使用する場合の測定手順を示す図である。 （ａ）～（ｅ）は、本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出方法によって蛍光染色を行う場合の測定手順を示す図である。 （ａ）は、本開示の実施形態３に係る被測定物質の検出装置の斜視図であり、（ｂ）は検出部として携帯端末を用いた場合における携帯端末画面の表示例である。 本開示の実施形態３に係る被測定物質の検出装置において測定筐体を開いた状態の斜視図である。 本開示の実施形態１～３に係る被測定物質の検出装置において使用する容器の側面図であって、（ａ）は平底型、（ｂ）は丸底型、（ｃ）はテーパー型の容器の側面図を示す。 本開示の実施形態１～３に係る被測定物質の検出装置において使用する容器及び磁場発生部の側面図であって、（ａ）は先尖形状の磁場発生部を有する例であり、（ｂ）は（ａ）に加えて容器がヨークを有する例を示す。
　以下、図面を参照して、本開示の実施形態に係る被測定物質の検出装置及び被測定物質の検出方法について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
［実施形態１］
　まず、本開示の実施形態１に係る被測定物質の検出装置について説明する。図１に本開示の実施形態１に係る被測定物質の検出装置１０１の構成図を示す。実施形態１に係る被測定物質の検出装置１０１は、容器１と、流れ発生部２と、磁場発生部３と、検出部４と、を有する。
　容器１は、被測定物質１１、被測定物質１１に特異的に結合する磁気標識物質１２を含む溶液１４を保持する。ここで、溶液１４中の被測定物質１１の全てに磁気標識物質１２が結合して複合粒子１３が形成されることが好ましい。また、容器１に、被測定物質１１及び磁気標識物質１２を入れた時点では、これらの物質は結合していなくてもよい。即ち、容器１において発生した溶液１４の流れなどによって、被測定物質１１に磁気標識物質１２が結合する反応が促進されて、複合粒子１３が生成されてもよい。被測定物質１１の例として、カンジダ菌、大腸菌、ＣＲＰ（Ｃ反応性蛋白）が挙げられる。これらの検出手順の具体例については後述する。
　流れ発生部２は、少なくとも溶液１４中に第１の方向２１の流れを発生させる。例えば、図１に示すように、流れ発生部２は、複合粒子１３を検出するための溶液１４中の所定の検出領域（以下、単に「所定領域」ともいう。）１６に第１の方向２１の流れを発生させることが好ましい。ここで、所定領域１６は、容器１の内壁面から離間していることが好ましい。容器１の内壁面から離間した領域を対象にして複合粒子１３を検出するため、複合粒子１３が容器１の内壁面と接触して動きにくくなることがない。また、内壁面に付着した複合粒子を検出処理の対象外とすることにより、検出精度を向上させることができる。さらに、容器１の内壁面から離間した領域を対象に複合粒子を検出するため、従来技術のように容器の底面を平板状にする必要がなく、容器の形状の自由度が高くなり、検出装置の設計の自由度を高めることができる。例えば、所定領域１６は、容器１の内壁面から、数μｍ以上、数ｃｍ以下の範囲で離間していることが好ましい。特に、数十μｍ以上、数ｍｍ以下の範囲で離間していることが好ましい。さらに、所定領域１６は、容器１の底面を含まないことが好ましい。そこで、所定領域１６を容器１の底面から離間した領域とすることが好ましい。容器１の底面では複合粒子１３の移動が阻害され、また底面に沈殿した複合粒子以外の物質がノイズとなり検出が難しくなる場合があるためである。
　図１に示した例では、照明装置５が流れ発生部２を兼ねている。即ち、照明装置５から照射された光により溶液１４が加熱される。その結果、流れ発生部２（照明装置５）は、溶液１４を加熱により対流させて、溶液１４の少なくとも一部に第１の方向２１の流れを発生させることができる。
　磁場発生部３は、溶液１４中で、複合粒子１３を第１の方向２１とは異なる第２の方向３１へ移動させるための磁場勾配を発生させる。複合粒子１３は、第１の方向２１に向かう力と磁場勾配による力の合成力により第２の方向３１に移動する。磁場発生部３として、例えば、磁石、または電磁石等を用いることができる。
　検出部４は、撮像部４４と、処理部４５と、を有する。撮像部４４は、撮像して画像を取得する機能を有する。撮像部４４として、例えば、静止画または動画を撮像するカメラやビデオカメラ等の撮像装置を用いることができる。処理部４５は、撮像した画像から複合粒子を検出する機能を有する。処理部４５として、例えば、ＣＰＵ及びメモリを備えたコンピュータ等を用いることができる。処理部４５が、撮像部４４により撮像された画像から複合粒子を検出する機能は、処理部４５内のメモリに予め記憶されたプログラムに従って、処理部４５内のＣＰＵにより実行される。検出部４は、溶液１４中の所定の検出領域１６内における粒子の動きに基づいて、被測定物質１１に磁気標識物質１２が結合した複合粒子１３を検出する。照明装置５から照射された照明光５１は、ミラー４３で反射されて溶液１４に照射される。照明光５１には空間光を用いることができる。即ち、照明装置５は、空間光を容器１内に照射する光源である。空間光（「伝搬光」ともいう。）は、近接場光のように局在する光ではなく、空間を伝搬する一般的な光である。具体的には、空間光とは、一般に発生源から数百ｎｍ～数μｍ以内の距離だけ離れた位置で急激な減衰を示す近接場光を含まない光とされるが、本明細書においても、近接場光を含まないことを意味し、容器と溶液との界面から数百ｎｍ～数μｍ以内の距離だけ離れた位置で急激な減衰を示すことのない光を意味する。本明細書において、所定領域１６は容器１の内壁面から数μｍ以上離間した領域であるので、所定領域１６において近接場光は利用していない。溶液１４中の複合粒子１３で反射された検出光４１は、検出部４の撮像部４４に入射する。
　図２に、本開示の実施形態１に係る被測定物質の検出装置によって検出した溶液中の検出領域における被測定物質及び他の物質の移動方向を示す図（画像例）を示す。
　磁気標識物質１２は、被測定物質１１に特異的に結合する。溶液１４には、被測定物質１１及び磁気標識物質１２以外の他の物質１７が含まれていてもよい。ここで、「他の物質」とは、被測定物質以外の物質であり、夾雑物を含む。磁気標識物質１２は、他の物質１７には結合しない。図２に示すように、検出部４の撮像部４４が撮像した画像において、複合粒子１３は、被測定物質１１に磁気標識物質１２が結合したものであるため、磁場発生部３により発生した磁場勾配の影響を受け、第１の方向２１とは異なる第２の方向３１に向かって移動する。一方、他の物質１７は、磁気標識物質１２を含んでいないため、磁場勾配に従って移動せず、第１の方向２１の流れに従って移動する。従って、磁場発生部３に向かう方向である第２の方向３１に向かって移動する粒子が複合粒子１３であり、第２の方向３１に向かって移動する粒子の数を検出することにより、複合粒子１３の数、即ち、被測定物質の数を検出することができる。なお、図２において、複合粒子１３及び他の物質１７から延びる矢印は、それぞれの粒子の動きの方向を模式的に示しており、それぞれの矢印の長さは粒子の動きの速さを表すものではない。検出部４は、測定対象とする特徴的な粒子の動きに基づいて、被測定物質１１に磁気標識物質１２が結合した複合粒子１３を検出することができる。検出部４は、溶液１４中の所定の検出領域１６内における測定対象とする特徴的な粒子の動き、及びそのような特徴的な動きとは異なる他の物質１７の動きに基づいて、複合粒子１３を検出するようにしてもよい。被測定物質の検出方法の詳細は、後に図４～７を参照して説明する。
　ここで、複合粒子１３には、第１の方向２１へ向かう力だけでなく、磁場勾配により、第１の方向２１とは異なる方向へ向かう力も同時に作用している。磁場勾配により複合粒子１３に第１の方向２１とは異なる方向へ向かう力のみを作用させると、複合粒子１３に引きずられて測定対象ではない他の物質１７も同時に移動してしまうため、粒子の数を誤検出するおそれがある。そこで、本開示の実施形態に係る被測定物質の検出装置においては、複合粒子１３に第１の方向２１及び第１の方向２１とは異なる方向の２つの異なる方向に向かう力を作用させることで、複合粒子１３から他の物質１７を引き離すことができる。
　磁場発生部３は、複合粒子１３を第１の方向２１と同じ第２の方向３１へ移動させるようにしてもよい。この場合、検出部４は、複合粒子１３の動きの速度及び他の物質１７の動きの速度に基づいて、複合粒子１３を検出することができる。磁場勾配によって生じた粒子の動きの方向である第２の方向３１と、流れ発生部２により発生した粒子の動きの方向である第１の方向２１が同じ場合であっても、磁場勾配により、磁気標識物質１２を含む複合粒子１３は、磁気標識物質１２を含まない他の物質１７より速い速度で動くため、両者の速度が互いに異なることに基づいて、取得した画像から複合粒子１３の検出が可能である。また、磁場勾配によって生じた粒子の動きの方向である第２の方向３１と、流れ発生部２により発生した粒子の動きの方向である第１の方向２１が逆向きの場合は、磁場勾配により、磁気標識物質１２を含む複合粒子１３の動きの速さ及び方向が、磁気標識物質１２を含まない他の物質１７の動きの速さ及び方向と異なるため、取得した画像から複合粒子１３の検出が可能になる。
　次に、本開示の実施形態１に係る被測定物質の検出方法について説明する。図３に、本開示の実施形態１に係る被測定物質の検出方法の手順を説明するためのフローチャートを示す。まず、ステップＳ１０１において、容器１に、被測定物質１１、及び被測定物質１１に特異的に結合する磁気標識物質１２を含む溶液１４を保持させる。容器１に、被測定物質１１及び磁気標識物質１２を入れた時点では、磁気標識物質１２は、被測定物質１１に結合していなくてもよい。
　次に、ステップＳ１０２において、流れ発生部２が、少なくとも溶液１４中に第１の方向２１の流れを発生させる。上述したように、図１に示した例では、照明装置５が流れ発生部２を兼ねている。容器１において発生した溶液１４の流れなどによって、被測定物質１１に磁気標識物質１２が結合する反応が促進されて、複合粒子１３が生成される。
　次に、ステップＳ１０３において、磁場発生部３が、複合粒子１３を第１の方向２１とは異なる第２の方向３１へ移動させるために磁場勾配を発生させる。
　次に、ステップＳ１０４において、検出部４が、第２の方向３１に移動する粒子を検出する。具体的には、検出部４の撮像部４４が、溶液１４中の検出領域１６の画像を撮像し、処理部４５により、この撮像画像を使って複合粒子１３及び他の物質１７を検出するための処理（後述）が行われる。以下、「複合粒子１３を検出する方法」について、「画像の焦点を合わせる方法」、「検出部が取得した画像から複合粒子を検出するための画像処理の方法」、及び「取得した画像中を移動する粒子を認識する方法」に分けて説明する。
　まず、検出部４が、画像の焦点（画像撮影時の焦点深度）を合わせる方法について詳細に説明する。図４（ａ）に、本開示の実施形態１に係る被測定物質の検出装置における被測定物質の軌跡を説明するための検出装置１０１の側面図を示す。図４（ｂ）に、図４（ａ）において検出部４側から見た検出領域１６の上面図を示す。
　撮像部４４は、焦点を調節する機能を備えており、撮像部４４は検出領域１６内で所定の焦点深度を持つように設定することができる。図４（ａ）に示すように、複合粒子１３は第２の方向３１に向かって、容器１の底面へ（１）、（２）、（３）の順で移動する。ここで、複合粒子１３が（２）の位置にある場合に撮像部４４の焦点が最も合うものとする。また、（２）より溶液１４の表面側の（１）の位置から、容器１の底面側の（３）の位置までは、焦点は完全には合わないものの複合粒子１３を認識できるものとする。このように撮像部４４を設定することにより、複合粒子１３が、（１）の位置に到達してから磁場勾配に従って（３）の位置に到達するまで１つの複合粒子１３を追跡することができ、検出領域１６内での移動の様子を観察することができる。従って、図４（ｂ）に示すように、検出部４が、検出領域１６内で第２の方向３１へ向かって移動する複合粒子１３を検出することができる。さらに、まず、図４（ａ）の（０）の位置に示すように、不図示の磁場発生部等により、検出領域１６より容器１の上部に複合粒子１３を集めた場合、複合粒子１３は、磁場発生部による磁力、及び重力により時間が経過すると検出領域１６を通って、図４（ａ）の（４）の位置に示すように、検出領域１６の下側へ落ちていく。そのため、検出領域１６を所定時間観察することにより、ほぼ全ての複合粒子１３の数をカウントがすることができる。
　図５（ａ）～（ｃ）に、図４（ａ）に示した検出装置１０１において複数の焦点深度において取得した画像の平面図を示す。図５（ａ）～（ｃ）では、複合粒子１３及び他の物質１７を格子状に配置した例を模式的に示している。しかしながら、実際には、複合粒子１３及び他の物質１７は格子状に配置されるとは限らない。図５（ｄ）～（ｆ）に、それぞれ図５（ａ）～（ｃ）に対応した検出装置の容器１の側面図を示す。図５（ｄ）に示すように、検出領域１６を容器１の底面付近の所定の領域１６ａとし、容器１の底面付近の位置ｆ１で撮像部４４の焦点が合うものとすると、図５（ａ）に示すように複合粒子１３だけでなく、測定対象外の他の物質１７にも焦点が合ってしまい複合粒子１３の識別が難しくなる。
　そこで、図５（ｅ）または（ｆ）に示すように、検出領域１６を容器１の底面から所定の距離離れた領域１６ｂまたは１６ｃに位置するように設定し、撮像部４４の焦点ｆ２またはｆ３をそれぞれの領域の中央付近に設定することが好ましい。このように撮像部４４を設定することにより、図５（ｂ）または（ｃ）に示すように、領域１６ｂまたは１６ｃのそれぞれの領域に存在する複合粒子１３のみに焦点が合い、容器１の底面に存在する測定対象外の他の物質１７には焦点が合わなくなるため、検出部４が、複合粒子１３の検出を容易に行うことができる。
　次に、検出部が取得した画像から複合粒子を検出するための画像処理の方法について説明する。図６（ａ）に、本開示の実施形態１に係る被測定物質の検出装置を構成する検出部４の撮像部４４が撮像した溶液１４中の検出領域１６における画像を示し、図６（ｂ）に、検出部４の処理部４５による画像処理により得られた、図６（ａ）の画像における各粒子の検出光の輝度を示す。図６（ｂ）に示すように、検出部４の撮像部４４が取得した画像において、検出部４の処理部４５が、画面の平均輝度と最大輝度の中間点を閾値として、閾値を超える部分を粒子と判定することができる。ただし、このような例には限られず、粒子を判定するための閾値は任意に設定することができる。また、撮像部４４が継続的に溶液１４中の検出領域１６の撮像を行い、処理部４５は、撮像部４４によって撮像された画像に基づいて、複合粒子１３を検出する処理を継続的に行うこともできる。
　次に、検出部４が、取得した画像中を移動する粒子を認識する方法について説明する。図７（ａ）に、本開示の実施形態１に係る被測定物質の検出装置を構成する検出部４の撮像部４４が撮像した溶液１４中の検出領域１６における初期画像を示す。図７（ｂ）に、初期画像に初期画像取得時から所定時間経過後に取得した画像を重ねた画像を示す。ここでは、撮像部４４が複数のフレームで構成される動画を撮像し、撮像した動画を構成する個々の静止画像であるフレームを用いて、処理部４５が画像処理を行う例について説明する。粒子の最大移動速度を仮定し、初期画像及び初期画像取得時から所定時間経過後に取得した画像である２つの連続するフレームで同一の粒子が移動するであろう移動距離１３０を設定する。次に、図７（ａ）に示す最初のフレームの目的の粒子の座標に対し、図７（ｂ）に示す次のフレームで、移動距離１３０の範囲内にあり、最も近い座標を有する粒子が同一の粒子の可能性が高いと判定する。同様の処理を次のフレームでも適用して、例えば、５フレーム以上連続して同一の粒子と判定できたものを１つの粒子としてデータベースに登録することが好ましい。このような移動認識処理は複数のフレームの複数の粒子に対して行い、粒子の座標データベースを作成するようにしてもよい。検出部４は、検出した粒子の動きに基づいて、検出した粒子の中から複合粒子１３を検出する。
　蛍光を用いない場合、試料溶液で光を散乱する物質は全て画像に記録されるため、複合粒子１３以外で磁場勾配による力を受ける粒子が存在すれば、それらの粒子も画像に記録される。そのため、画像に記録された粒子の分別を行う必要がある。
　具体的には、単体の磁気標識物質１２、及び夾雑物等のその他の物質に磁気標識物質１２が非特異的に結合した粒子を移動量ベクトルの速度及び方向を用いて除外する処理が必要になる。この処理については後述する。
　最初に、単体の磁気標識物質１２について考える。単体の磁気標識物質１２は、複合粒子を形成した場合に比べて余計な荷物（複合粒子の相手）が無いので、複合粒子に比べて同一の磁場勾配に対して、移動速度が速くなる。予め知られている複合粒子の移動速度の最大速度を閾値に設定し、閾値より大きい速度の対象粒子を除外することで分別が可能である。なお、移動速度は、磁場勾配の大きさにより、つまり検出領域の場所によって異なるため、場所ごとの閾値を予め計算あるいは、測定により設定し、処理部４５に記憶させておく必要がある。
　一方、夾雑物に非特異的に結合した磁気標識物質１２は、既知の複合粒子１３の速度の最小速度を閾値に設定し、閾値より小さい速度の対象粒子を除外することができる。しかし、原理的には、被測定物質１１と類似した性質（サイズ、分子量、表面状態）を持つ場合は、磁気標識物質１２が被測定物質１１と結合する際の特異性を必要に応じて、十分高く設定しておく必要がある。
　ここで、本開示の実施形態１に係る被測定物質の検出装置において、検出部は、容器の所定領域内を移動する物体の移動速度に基づいて、複合粒子を検出するようにしてもよい。上記のようにして作成した粒子座標のデータベースから、粒子の移動方向と速度を求める。即ち、図２に示すように、画面中心に磁場発生部３を配置した場合に、第２の方向３１へ画面中心に向かう粒子を複合粒子１３と認識して粒子数をカウントすることができる。複合粒子１３の速度は中心に近づくほど速くなるので、中心からの距離に対して速さが増加することを判定基準に追加することもできる。また、第１の方向２１へ向かう流れによる力は複合粒子１３にも働くので、複合粒子１３が描く軌道は直線でない場合もあるが、その場合は、流れの影響を補正して軌道を求めることが好ましい。例えば、外力として容器１の回転を用いた場合、他の物質１７が描く軌道は円軌道となり、複合粒子１３が描く軌跡は、らせん状となる。このように、粒子が描く軌道の形状の差に基づいて、検出対称の複合粒子１３と他の物質１７を識別するようにしてもよい。複合粒子１３の速度は中心に近づくほど速くなるので、中心からの距離に対して速さが増加することを判定基準に追加することもできる。
　次に、本開示の実施形態１の変形例１に係る被測定物質の検出装置について説明する。上記の実施形態において、流れ発生部２は、溶液１４を加熱により対流させて溶液１４の少なくとも一部に第１の方向２１の流れを発生させる例を示したが、このような例には限られない。即ち、流れ発生部２は、容器１を回転させることによって溶液１４の少なくとも一部に第１の方向２１の流れを発生させるようにしてもよい。
　図８に本開示の実施形態１の変形例１に係る被測定物質の検出装置１０２の構成図を示す。図８に示した例では、試料容器回転機構６１が流れ発生部として機能する。容器１は試料容器回転機構６１の上に載置され、試料容器回転機構６１により回転し、溶液１４の中に遠心力による第１の方向の流れを発生させる。なお、磁場発生部３は試料容器回転機構６１に組み込まれるようにしてもよい。なお、詳細な判定方法については後述する。
　次に、本開示の実施形態１の変形例２に係る被測定物質の検出装置について説明する。変形例２に係る被測定物質の検出装置は、流れ発生部が、溶液を攪拌することによって溶液の少なくとも一部に第１の方向の流れを発生させることを特徴とする。
　図９（ａ）～（ｄ）に、本開示の実施形態１の変形例２に係る被測定物質の検出装置において使用する攪拌可能な容器の構成図を示す。図９（ａ）は、攪拌可能な容器の平面図を示し、図９（ｂ）～（ｄ）は、図９（ａ）のＡ－Ａ´線での断面図を示し、図９（ｃ）は攪拌を行う場合の容器の回転の様子を示し、図９（ｄ）は被測定物質の検出時における容器の回転の様子を示す。
　図９（ａ）及び（ｂ）に示すように回転可能な容器１の内壁に、攪拌用のフィン１８を設置することが好ましい。また、図９（ｃ）に示すように、攪拌を行う場合、Ｒ１で示すように容器１の回転と反転を複数回繰り返すことが好ましい。攪拌により溶液１４に乱流２２を発生させて、溶液１４中に分散している粒子間の反応を促進することができる。さらに、図９（ｄ）に示すように、画像処理による検出時は、Ｒ２で示すように容器１を一定速度で回転させることで、溶液１４の粒子に遠心力を外力として加えることが出来る。
　図１０（ａ）は容器を回転させた場合において、ある時刻における粒子位置と、その動きを矢印で表した図である。黒丸、及び白丸は、それぞれ、複合粒子１３、及び他の物質１７を表す。破線は容器１の外周部を表す。白抜き矢印のように容器１が右回転している場合、磁場発生部３は容器１の中心部に配置されている（図８参照）ため、複合粒子１３は磁場勾配が最も強い容器１の中心に向かって回転しながら引き寄せられ、点線のような螺旋軌道を描く。一方、他の物質１７は、容器１の回転中心から外周方向に向かう遠心力が働くため、点線のように外周に向かって螺旋軌道を描く。容器１を回転させる場合、容器１内の試料溶液のある領域において、常に磁力が遠心力を上回るように磁場及び回転数を設定することで、容器１内に含まれる複合粒子１３を容器１の中心に引き寄せることができる。なお、図１０（ａ）において、軌道を表す点線は、代表的な一部の粒子のみ記載した。
　次に、粒子の移動量ベクトルを用いて、複合粒子と他の物質とを分別する判定方法について説明する。最初に、容器１の回転に伴う粒子の動きを取り除く「回転処理」を行う。容器１の回転数が既知であれば、取得した画像を容器１の回転方向とは逆方向に回転させればよい。図１０（ｂ）は、回転処理後の粒子（複合粒子１３及び他の物質１７）の位置と、その動きを示したものである。回転による粒子の動きを打ち消した結果、粒子の動きは容器１の径方向の動きだけになっている。複合粒子１３は遠心力とそれよりも強い磁力を受けて、容器１の中心に向かって移動している。一方、他の物質１７は遠心力のみを受けて、容器１の中心から外周側に向かって移動している。したがって、粒子の移動方向によって、複合粒子１３を検出することができる。即ち、容器１の中心方向に向かって移動する粒子を検出することにより、複合粒子１３を検出することができ、被測定物質を検出することができる。
　より簡便な判定方法として、図１０（ａ）において、各粒子のＸＹ座標原点からの距離の変化を用いることもできる。一定時間経過後の原点からの距離が減少していれば、対象粒子は複合粒子１３であり、増加していれば他の物質１７と判定することができる。この場合、回転処理を行っても各粒子の原点からの距離は変化しないため、あえて回転処理を行う必要はない。
　次に、本開示の実施形態１の変形例３に係る被測定物質の検出装置について説明する。上述した実施形態においては、容器１の上方に設置した検出部４を用いて複合粒子の検出を行う例を示したが、このような例には限られず、複合粒子の検出を容器の水平方向と平行な側面から検出するようにしてもよい。図１１に本開示の実施形態１の変形例３に係る被測定物質の検出装置１０３の構成図を示す。図１１は、照明光５１及び検出光４１とは直交する方向から見た検出装置１０３の構成図を示している。照明装置５からの照明光５１により検出領域１６に第１の方向２１の流れが生じる。従って、照明装置５は流れ発生部２を兼ねている。また、複合粒子は磁場発生部３により生じた磁場勾配に従って、第２の方向３１へ移動する。図１１において、検出部４と照明装置５とを対向するように配置した例を示したが、検出部４と照明装置５とを同じ側に配置するようにしてもよい。
　図１２に本開示の実施形態１の変形例３に係る被測定物質の検出装置によって検出した溶液中の検出領域における被測定物質及び他の物質の移動方向を示す図を示す。複合粒子１３は磁場発生部３により生じた磁場勾配に従って第２の方向３１へ向かって移動する。これに対して、検出対象ではない他の物質１７には磁気標識物質が結合していないため、流れ発生部２により生じた流れに従って、第２の方向３１とは異なる第１の方向２１へ移動する。第２の方向３１に移動する粒子を検出することにより、複合粒子１３を検出することができる。
　本開示の実施形態１の変形例３に係る被測定物質の検出装置によれば、検出領域１６内において磁場勾配が生じる方向と略直交する方向から移動する複合粒子１３を検出することができるため、磁場勾配が生じる方向と略同一の方向から観察する場合に比べて長時間に渡って同一の複合粒子を検出することができる。
　以上のように、実施形態１に係る被測定物質の検出装置及び被測定物質の検出方法によれば、被測定物質に磁気標識物質が結合した複合粒子を検出することにより、被測定物質を容易に検出することができる。
［実施形態２］
　次に、本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出装置について説明する。図１３に本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出装置１０４の構成図を示す。実施形態２に係る被測定物質の検出装置１０４が実施形態１に係る被測定物質の検出装置１０１と異なっている点は、複合粒子１３ｅは、蛍光標識物質１５をさらに含み、検出部４は、蛍光標識物質１５が結合した粒子を検出する点である。実施形態２に係る被測定物質の検出装置１０４におけるその他の構成は、実施形態１に係る被測定物質の検出装置１０１における構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。
　容器１は、被測定物質１１、被測定物質１１に特異的に結合する磁気標識物質１２及び蛍光標識物質１５を含む溶液１４を保持する。ここで、溶液１４中の被測定物質１１の全てに磁気標識物質１２及び蛍光標識物質１５が結合して複合粒子１３ｅが形成されることが好ましい。
　容器１に、被測定物質１１、磁気標識物質１２及び蛍光標識物質１５を入れた時点では、被測定物質１１に磁気標識物質１２及び蛍光標識物質１５が結合していなくてもよい。即ち、容器１において発生した溶液１４の流れなどによって、被測定物質１１に磁気標識物質１２及び蛍光標識物質１５が結合する反応が促進されて、複合粒子１３ｅが生成されてもよい。
　照明装置５から照射された照明光５１は照明側光学フィルター５２を通り、ミラー４３で反射されて溶液１４に照射される。照明光５１には空間光を用いることができる。溶液１４中の複合粒子１３ｅ及び被測定物質以外の他の物質１７で反射された検出光４１は、検出側光学フィルター４２を通して検出部４に入射する。照明側光学フィルター５２は、蛍光標識物質１５に照射されることで蛍光標識物質１５が蛍光を励起する波長の光を通すが、その他の波長の光を通さない。検出側光学フィルター４２は、蛍光標識物質１５から励起された蛍光を通すが、その他の波長の光を通さない。
　図１４に、本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出方法の手順を説明するためのフローチャートを示す。実施形態２に係る被測定物質の検出方法が実施形態１に係る被測定物質の検出方法と異なっている点は、複合粒子１３ｅは、蛍光標識物質１５をさらに含み、蛍光標識物質１５が結合した粒子を検出する点である。
　蛍光標識物質１５には、被測定物質１１と特異的に結合するものと、被測定物質１１と特異的に結合しないものが存在する。本実施形態においては、被測定物質１１と特異的に結合する蛍光標識物質１５を使用する場合について説明する。
　まず、ステップＳ２０１において、容器１に、被測定物質１１、並びに被測定物質１１に特異的に結合する磁気標識物質１２及び蛍光標識物質１５を含む溶液１４を保持させる。
　次に、ステップＳ２０２において、流れ発生部２が、少なくとも溶液１４中に第１の方向２１の流れを発生させる。図１３に示した例では、照明装置５が流れ発生部２を兼ねている。溶液１４中に流れが生じることにより、被測定物質１１に磁気標識物質１２及び蛍光標識物質１５が結合した複合粒子１３ｅが得られる。
　次に、ステップＳ２０３において、磁場発生部３が、複合粒子１３ｅを第１の方向２１とは異なる第２の方向３１へ移動させるために磁場勾配を発生させる。
　次に、ステップＳ２０４において、検出部４が、蛍光標識物質１５を検出することにより、第２の方向３１に移動する蛍光標識物質１５が結合した粒子を検出する。
　図１８（ａ）に、本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出装置を構成する検出部４の撮像部４４が撮像した溶液１４中の検出領域１６における初期画像を示す。図１８（ｂ）に、初期画像取得時から所定時間経過後に取得した画像を示す。図１８（ａ）及び（ｂ）の黒丸、及び白丸は、それぞれ複合粒子１３、及び他の物質１７を表している。図１８（ｂ）において、線分は、ある時刻（例えば、初期画像取得時）から所定時間経過後までにおける粒子の軌跡を表しており、粒子の移動の速度と方向を示している。これを移動量ベクトルと表記することにする。
　ここで定義した移動量ベクトルを用いて、具体的に、複合粒子と、他の物質とを分別する方法について説明する。なお、以下の説明では、蛍光を用いた場合について説明するが、蛍光を用いない場合についても同様に適用できる。
　蛍光を用いた場合において、分離すべき他の物質とは、複合粒子１３以外で、かつ磁場勾配による第２の方向３１の力を受けない粒子である。分離すべき他の物質は、例えば、いずれの粒子とも結合していない単体の蛍光標識物質１５、及び、夾雑物等の被測定物質以外の粒子と蛍光標識物質１５とが結合した物質である。
　図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、移動量ベクトルの始点をＸＹ座標の原点に配置し、ベクトルを線分で表現し、ベクトルの終点に粒子の丸印を配置したもので、移動量ベクトルを様々な視点でプロットしたものである。
　図１９（ａ）で、白丸で示した他の物質１７は、流れに相当する力（第１の方向２１の力（図１３参照））を受けるため、ＸＹ平面上において原点の右側に移動量ベクトルが集中する。つまり、他の物質１７の移動速度及び方向は、他の物質１７のＸＹ平面上の位置に関わらず、ほぼ同一であることを示している。矢印Ａは、他の物質１７の移動量ベクトルを代表して示したものである。
　一方、複合粒子１３は、磁場勾配により生じる第２の方向３１（図１３参照）の力を受けるが、複合粒子１３の位置によって、磁場勾配の大きさと方向が異なる。そのため、図１９（ａ）の線分で示す移動量ベクトルＢのように、ＸＹ座標の原点から様々な方向にベクトルが向いている。しかし、その終点は、図の点線で示すようにおおよそ一定の半径を持つ円周上に分布することになる。より具体的には、複合粒子１３の終点は、所定の範囲の半径を持つ円周上に分布する。これは、複合粒子１３がどの位置にあっても、磁場勾配が一番大きい磁石の中心付近に向かって、複合粒子１３が移動するためである。
　ここで、円周の中心が原点からズレているのは、複合粒子１３には、第１の方向２１及び第２の方向３１の両方の力が働いているためである。つまり、移動量ベクトルＡと磁場勾配による力による移動量ベクトルとの合成が移動量ベクトルＢである。
　もし第１の方向２１の力がゼロの場合、図１９（ｂ）に示すように、移動量ベクトルＢ´の円周の中心は原点に一致する。一方、他の物質１７は静止するため、移動量ベクトルＡはゼロとなる。
　以上のような手法により、粒子の移動速度及び方向を用いて、複合粒子と他の物質とを分別することが可能である。改めてその手順を書くと、以下のようになる。
　１）図１８（ｂ）に示すように、ある時刻と、一定時間経過後の粒子の移動ベクトルを連続的に求めて、移動量ベクトルデータベースを作成する。
　２）移動量ベクトルデータベースを用いて、図１９（ａ）に示すように、移動量ベクトルが中心付近に集中して、かつ時間経過に対して変動が少ない粒子を、複合粒子１３ではないと判断して除外する。
　３）移動量ベクトルデータベースを用いて、図１９（ａ）に示すように、移動量ベクトルＡの終点を円の中心とする移動量ベクトルを有する粒子を複合粒子の候補と判断する。
　４）複合粒子の候補の中から、時間経過後とともに、移動量ベクトルの長さが変化し、かつ、ベクトルの方向が一定しているものを、複合粒子１３と判定して、その粒子数をカウントする。
　以上の処理を、処理部４５で行うことで、連続して取得した画像から、複合粒子の数をカウントすることが可能である。
　移動量ベクトルを求める際の時間間隔は、粒子の移動速度や、カメラ等の画像取得のフレームレートに応じて調整することができる。
　本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出装置及び被測定物質の検出方法によれば、蛍光標識物質１５を結合させた粒子を検出することにより、実施形態１における複合粒子１３に比べて小さいサイズの粒子を検出することができる。
　被測定物質１１と特異的に結合しない蛍光標識物質１５を使用する場合、蛍光標識物質１５が他の物質１７と結合する可能性がある。蛍光標識物質１５が他の物質１７と結合した場合であっても、動きの違いから、蛍光標識物質１５が結合した他の物質１７と複合粒子とを区別して、複合粒子を検出することができる。また、被測定物質１１等の粒子と結合しない蛍光標識物質１５が容器１の中に存在する可能性がある。被測定物質１１等の粒子と結合しない蛍光標識物質１５が存在する場合であっても、動きの違いから、検出部４は、被測定物質１１等の粒子と結合しない蛍光標識物質１５と複合粒子とを区別して、複合粒子を検出することができる。
　ここで、実施形態２に係る被測定物質の検出装置及び被測定物質の検出方法においては、検出領域１６において、照明装置５によって照明光５１を照射する領域を、磁場発生部３が存在する領域を避けるように設定することが好ましい。
　図１５（ａ）に、本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出装置１０４における被測定物質の軌跡を説明するための検出装置１０４の側面図を示す。図１５（ｂ）に、図１５（ａ）において検出部側から見た検出領域の上面図を示す。図１６に本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出装置によって検出した溶液中の検出領域における被測定物質及び他の物質の移動方向を示す図を示す。蛍光標識物質１５が結合した複合粒子１３ｅは、磁場発生部３による磁場勾配により磁場発生部３の周辺に引き寄せられる。複合粒子１３ｅは照明光５１により蛍光を発するため、凝集した複合粒子１３ｅからは強い光が発せられ、検出領域１６の他の領域における複合粒子１３ｅの検出に影響を与える場合も考えられる。そこで、照明光５１を照射する領域を磁場発生部３の周辺を除いた照明領域５３とすることが好ましい。
　次に、検出部が取得した画像から複合粒子を検出するための画像処理の方法について説明する。図１７（ａ）に、本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出装置を構成する検出部の撮像部が撮像した溶液中の検出領域における画像を示し、図１７（ｂ）に、検出部の処理部による画像処理により得られた、図１７（ａ）の画像における各粒子の検出光の輝度を示す。「他の物質１７」は、実際は画像に写らないが、図１７（ａ）では、説明の便宜のために表示している。「他の物質１７」は、蛍光標識物質１５が結合していない粒子を表す。図１７（ｂ）に示すように、検出部４の撮像部４４撮像した画像において、検出部４の処理部４５が、画像処理により複合粒子１３ｅ等の蛍光標識物質１５が結合した粒子、及び、いずれの物質とも結合していない蛍光標識物質１５を検出する。具体的には、画面の平均輝度と最大輝度の中間点を閾値として、閾値を超える輝度を示す粒子を、蛍光標識物質１５又は蛍光標識物質１５が結合した粒子と判定することができる。ただし、このような例には限られず、蛍光標識物質１５又は蛍光標識物質１５が結合した粒子を判定するための閾値は任意に設定することができる。
　次に、本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出装置による検出方法の２つの具体例について説明する。第１の例は、蛍光標識物質を使用する検出方法である。図２０（ａ）～（ｄ）は、本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出方法によって蛍光標識物質を使用する場合の測定手順を示す図である。
　まず、図２０（ａ）に示すように、唾液（６）０．５［ｍｌ］を採取容器７に採取する。次に、図２０（ｂ）に示すように、シリンジ８で唾液６を濾過し、蛍光標識物質１５と磁気標識物質１２を含む溶液を入れた容器１に濾過した唾液６を添加して溶液１４ａを作製する。シリンジ８には、細菌及び真菌等と比較して大きな異物（ゴミ）を除去するためのフィルターを設けるようにしてもよい。
　次に、図２０（ｃ）に示すように、試料容器回転機構６１で溶液１４ａを攪拌して、複合体形成反応を進める。次に、図２０（ｄ）に示すように、試料容器回転機構６１で溶液１４ａを一定速度で回転させながら、容器１の底面に磁場発生部３である小さな磁石を近づけ、容器１の底の１点に向かって複合粒子を濃縮する。このとき、複合粒子は、攪拌により渦巻状の経路を描きながら、容器１の中心に向かって移動する。この様子を検出部４で撮像し、図５～７のように画像認識により複合粒子を検出する。
　第２の例は、蛍光染色を行う検出方法である。図２１（ａ）～（ｅ）は、本開示の実施形態２に係る被測定物質の検出方法によって蛍光染色を行う場合の測定手順を示す図である。
　まず、図２１（ａ）に示すように、唾液（６）０．５［ｍｌ］を採取容器７に採取する。次に、図２１（ｂ）に示すように、シリンジ８で唾液６を濾過し、蛍光染色液（０．５［ｍｌ］）を含む溶液を入れた容器１に濾過した唾液６を添加して溶液１４ｂを作製する。
　次に、図２１（ｃ）に示すように、試料容器回転機構６１で溶液１４ｂを攪拌して、染色を進める。次に、図２１（ｄ）に示すように、溶液１４ｂに磁気標識物質を含む溶液１４ｃを添加して溶液１４ｄを作製し、試料容器回転機構６１で溶液１４ｄを攪拌により複合粒子の形成を進める。次に、図２１（ｅ）に示すように、試料容器回転機構６１で溶液１４ｄを一定速度で回転させながら、容器１の底面に磁場発生部３である小さな磁石を近づけ、容器１の底の１点に向かって複合粒子を濃縮する。このとき、複合粒子は、攪拌により渦巻状の経路を描きながら、容器１の中心に向かって移動する。この様子を検出部４で撮像し、図５～７のように画像認識により複合粒子を検出する。
　上記で示した数値例は一例であって、このような例には限定されない。
［実施形態３］
　次に、本開示の実施形態３に係る被測定物質の検出装置について説明する。図２２（ａ）に、本開示の実施形態３に係る被測定物質の検出装置１０５の斜視図を示す。図２２（ｂ）に、本開示の実施形態３に係る被測定物質の検出装置として、携帯端末を用いた場合における携帯端末画面の表示例を示す。図２３に、本開示の実施形態３に係る被測定物質の検出装置１０５において測定筐体を開いた状態の斜視図を示す。
　本開示の実施形態３に係る被測定物質の検出装置１０５はスマートフォン等の携帯端末２００を用いて被検出物質の検出を行う点を特徴としている。容器１、磁場発生部３及び照明装置５は測定筐体１００に格納される。測定筐体１００は、上部筐体１００ａ及び下部筐体１００ｂからなる。照明装置５は下部筐体１００ｂに格納されている。容器１は下部筐体１００ｂの上面に載置されている。容器１の側面には磁場発生部３が配置されている。上部筐体１００ａの上面には携帯端末２００が載置され、携帯端末２００のカメラ等の検出部４に検出光４１が入射するように開口部２０１が設けられている。照明装置５からの照明光５１は容器１を下から照射し、検出光４１は携帯端末２００の検出部４に入射する。容器１は照明光５１により加熱されるため、照明装置５が流れ発生部２を兼ねている。
　本開示の実施形態３に係る被測定物質の検出装置１０５の測定原理は実施形態１に係る検出装置１０１と同様である。携帯端末２００の検出部４で撮像した画像は、携帯端末２００の表示部２００ａ内の画像表示領域２００ｂに表示することができる。また取得した画像から解析された被測定物質の数や移動速度等のデータは、表示部２００ａ内のデータ表示領域２００ｃに表示することができる。本開示の実施形態のように、携帯端末を利用して画像を検出し、画像処理を行うことにより簡便に被測定物質の検出を行うことができる。
　次に、実施形態１～３に係る被測定物質の検出装置において使用する容器の例について説明する。上記の実施形態において使用する容器の形状の例として主として平底型の容器について説明したが、このような例には限られない。即ち、図８のように、容器１の形状は、底面が曲面でもよく、特定の形状に限定されない。図２４（ａ）～（ｃ）に本開示の実施形態１～３に係る被測定物質の検出装置において使用する容器の例の側面図を示す。図２４（ａ）は平底型、図２４（ｂ）は丸底型、図２４（ｃ）はテーパー型の容器の側面図を示す。
　図２４（ａ）～（ｃ）に示した形状は一例であって、このような例には限られない。即ち、平底、丸底、テーパーに限られず、それらの中間的な形状でもよい。また、テーパーに沿って磁力が働くようにテーパー形状や磁石形状を設定することで、検出領域を通過する粒子の割合を増やすことができる。
　図２５に本開示の実施形態１～３に係る被測定物質の検出装置において使用する容器及び磁場発生部の側面図の例を示す。図２５（ａ）は先尖形状の磁場発生部を有する例であり、図２５（ｂ）は図２５（ａ）に加えて容器がヨークを有する例を示す。
　図２５（ａ）に示すように、容器１の先端を尖らせることで、容器１の底の１点に被測定物質を濃縮することができ、濃縮効率を向上させることができる。さらに、図２５（ｂ）に示すようにヨーク１０を設置することで、磁場発生部３による磁界強度を上げることができる。さらに、容器１の底の形状と磁力線３２の形状とを一致させることにより、検出領域１６内に磁気濃縮経路を集めて、検出効率を上げることができる。また、図２５（ｂ）において、検出領域１６が容器１の底面の一部を含む例を示したが、このような例には限られず、検出領域を１６ａで示すように、容器１の底面から離間した領域に設けてもよい。
　次に、被測定物質１１の例として、カンジダ菌、大腸菌、ＣＲＰ（Ｃ反応性蛋白）について、これらの検出手順の具体例について説明する。
［実施例１］
　蛍光標識物質を用いずにカンジダ菌を検出する場合の例について説明する。真菌類であるカンジダ菌の大きさは、約５～１０［μｍ］である。カンジダ菌は、ヒトの唾液、体表や消化管等に生息する常在菌である。図１に示すように、溶液１４として、被測定物質１１であるカンジダ菌を含む試料溶液４［μＬ］と、カンジダアルビカンス抗体が結合した磁気標識物質１２のＰＢＳ溶液４［μＬ］とを容器１内で混合して、複合粒子を作製する。被測定物質１１であるカンジダ菌に、予めビオチン標識したカンジダアルビカンス抗体を結合させ（混合＋反応）、その後、アビジン標識した磁気標識物質１２を結合させてもよい。
　ビオチン標識したカンジダアルビカンス抗体は、GeneTex社製 Anti-Candida albicans, Mouse(B341M)_IgGと、Thermo Fisher社製のEZ-Link NHS-LC-Biotinの合成によって得られる。また、アビジン標識した磁気標識物質１２として、Invitrogen社製のDynabeads M-280 Streptavidinを用いた。
　混合した溶液１４は、対流が起こる容器１内で反応が進み、カンジダ菌-カンジダアルビカンス抗体-磁気標識物質１２の複合粒子１３が形成される。対流を発生させる手段は、溶液１４に第１の方向２１に流れを発生させる流れ発生部２（対流、容器移動、容器回転、フローセル、重力等）であればよい。例えば、照明装置５からの照明光５１により対流が生じ、第１の方向２１に流れが生じる。
　この容器１に、外部磁場をかけると磁気標識物質１２が特徴的な動きをする。つまり、被測定物質１１であるカンジダ菌及び磁気標識物質１２を含む複合粒子１３が特徴的な動きをする。外部磁場を発生させる手段として、検出領域１６に磁場勾配を発生させる磁場発生部３（例えば、磁石、電磁石、磁性膜等）を用いることができる。
　これに、照明装置５により照明光５１として空間光（透過光及び落射光のどちらでもよい）を照射し、複合粒子１３から反射した検出光４１を検出部４で５０～１０００倍の倍率で観察すると、複合粒子１３、磁気標識物質１２、他の物質のそれぞれの形状及び挙動を確認することができる。カンジダ菌を含む複合粒子１３は、カンジダ菌特有の形状（酵母状、菌糸状）、複合粒子１３の形状、外部磁場により第１の方向２１とは異なる第２の方向３１へ向かって移動する特徴的な動きで判別することができる。これを、検出部４として光学検出手段（例えば、イメージセンサ等）を用いて２次元画像を取得し、さらに画像解析を加えることで、被測定物質１１であるカンジダ菌の定量的な検出ができた。
　本開示の実施例に係る被測定物質の検出装置及び被測定物質の検出方法において使用する磁気標識物質について説明する。磁気標識物質１２は、バイオメディカル応用に用いられる磁気ビーズの構造を備え、磁性体としてはスピネルフェライトが多く用いられる。磁気標識物質１２のサイズはナノメートル単位からミクロン単位まで様々であるが、ナノサイズの方が、表面積が広く、溶液中でのブラウン運動による平均拡散が長いので、被測定物質との反応性が良い。一方、粒子サイズが小さいので磁力が弱くなる。磁気標識物質１２には、１０［ｎｍ］から１０［μｍ］のサイズのものを用いることができる。
［実施例２］
　蛍光標識物質を用いずに大腸菌を検出する場合の例について説明する。細菌類である大腸菌の大きさは、短軸が０．４～０．７［μｍ］、長軸が２．０～４．０［μｍ］である。環境中に存在する細菌（バクテリア）の主要な種の一つである。図１に示すように、溶液１４として、被測定物質１１である大腸菌を含む試料溶液５［μＬ］、磁気標識物質１２としてThermo Fisher社製Dynabeads anti-E.coli O157のＰＢＳ溶液５［μＬ］を容器１内で混合する。
　混合した溶液１４は対流が起こる容器１内で反応が進み、大腸菌-抗大腸菌抗体-磁気標識物質１２の複合粒子１３が形成される。対流を発生させる手段は、溶液１４に第１の方向２１に流れを発生させる流れ発生部２（対流、容器移動、容器回転、フローセル、重力等）であればよい。例えば、照明装置５からの照明光５１により対流が生じ、第１の方向２１に流れが生じる。その後、磁場発生部３により磁場をかけて複合粒子１３を第２の方向３１へ移動させ、空間光である照明光５１により複合粒子１３を検出する工程は、上述したカンジダ菌の場合と同様であるため省略する。
［実施例３］
　蛍光標識物質を用いてカンジダ菌を検出する場合の例について説明する。図１３に示すように、溶液１４として、被測定物質１１であるカンジダ菌を含む試料溶液４［μＬ］、蛍光標識物質１５を含む蛍光染色液２［μＬ］、磁気標識物質１２のＰＢＳ溶液２［μＬ］を容器１内で混合する。蛍光標識物質１５を含む蛍光染色液である蛍光標識試薬には、トラストメディカル株式会社製の真菌用蛍光染色液 ファンギフローラYを用いた。
　ビオチン標識したカンジダアルビカンス抗体は、GeneTex社製 Anti-Candida albicans, Mouse(B341M)_IgG と、Thermo Fisher社製のEZ-Link NHS-LC-Biotinの合成によって得られる。また、アビジン標識した磁気標識物質１２として、Invitrogen社製のDynabeads M-280 Streptavidinを用いた。この他、蛍光標識手段として、蛍光標識物質を用いる方法や蛍光共鳴エネルギー移動を応用した方法などを用いても良い。
　また、抗体はカンジダアルビカンス抗体のほか、β1,3-グルカン抗体など、真菌と特異的な反応をするものであれば良い。
　混合した溶液１４は、対流が起こる容器１内で反応が進み、蛍光標識されたカンジダ菌-カンジダアルビカンス抗体-磁気標識物質１２の複合粒子１３ｅが形成される。対流を発生させる手段は、溶液１４に第１の方向２１に流れを発生させる流れ発生部２（対流、容器移動、容器回転、フローセル、重力等）であればよい。例えば、照明装置５からの照明光５１により対流が生じ、第１の方向２１に流れが生じる。
　この容器１に、外部磁場をかけると磁気標識物質１２が特徴的な動きをする。つまり、被測定物質１１であるカンジダ菌、磁気標識物質１２及び蛍光標識物質１５を含む複合粒子１３ｅが第１の方向２１とは異なる第２の方向３１へ向かって移動する特徴的な動きをする。外部磁場を発生させる手段としては、検出領域１６に磁場勾配を発生させる磁場発生部３（例えば、磁石、電磁石、磁性膜等）を用いることができる。
　これに、照明装置５により照明光５１として蛍光標識物質の励起波長を有する空間光（透過光及び落射光のどちらでもよい）を照射し、複合粒子１３ｅから反射した検出光４１を検出部４で５０～１０００倍の倍率で蛍光観察すると、蛍光標識物質１５を含む複合粒子１３ｅ及び未反応の蛍光標識物質１５が光の点として観察できる。さらに、磁気標識物質１２を含む複合粒子１３ｅは外部磁場により第１の方向２１とは異なる第２の方向３１へ向かって移動する特徴的な動きをし、判別ができる。これを、検出部４として光学検出手段（例えば、イメージセンサ等）を用いて２次元画像を取得し、さらに画像解析を加えることで、被測定物質１１であるカンジダ菌の定量的な検出ができた。また、蛍光波長光源に加えて白色光など他の波長を組み合わせると、蛍光と動きの情報に加えて細胞の形状やバックグラウンドの情報も取得できるようになり、複雑な試料溶液の検出に有効である。
　次に、本開示の実施例に係る被測定物質の検出装置及び被測定物質の検出方法において使用する蛍光標識物質について説明する。蛍光標識物質には、１０［ｎｍ］から１０［μｍ］のサイズのものを用いることができる。フルオレセイン（ＦＩＴＣ）など蛍光色素で標識された蛍光標識物質１５は、磁気標識物質１２よりサイズが小さいので、反応性が高いと考えられる。そのため、溶液１４中に蛍光標識物質１５と磁気標識物質１２とを同時に加えて複合体反応を開始すると、蛍光標識物質１５の反応が速く進むため、被測定物質１１の表面に結合する磁気標識物質１２が減ってしまう可能性がある。
　これを防ぐには、磁気標識物質１２を先に加えて反応を進めた後、蛍光標識物質１５を加えるのが望ましいと考えられる。つまり、被測定物質１１に結合した磁気標識物質１２同士のすき間に、サイズの小さい蛍光標識物質１５が入り込むことができると考えられる。磁気標識物質１２がサイズの大きい粒子に対しては立体障壁になっている。つまり、粒子サイズの大きさにより反応させる順序を変えることで、反応の偏りを防ぐことができる。
［実施例４］
　蛍光標識物質を用いて大腸菌を検出する場合の例について説明する。図１３に示すように、溶液１４として、被測定物質１１である大腸菌を含む試料溶液、蛍光標識物質１５により蛍光標識した抗大腸菌抗体、磁気標識物質１２により磁気標識した抗大腸菌抗体Thermo Fisher社製Dynabeads anti-E.coli O157を容器１内で混合する。蛍光標識した抗大腸菌抗体は、アブカム社製Anti-E. coli antibody (Biotin)とポリサイエンス社製Streptavidin Microspheres １．０［μｍ］の合成から得られる。
　混合した溶液１４は、対流が起こる容器１内で反応が進み、蛍光標識物質１５-大腸菌-磁気標識物質１２の複合粒子１３ｅが形成される。対流を発生させる手段は、溶液１４に第１の方向２１に流れを発生させる流れ発生部２（対流、容器移動、容器回転、フローセル、重力等）であればよい。例えば、照明装置５からの照明光５１により対流が生じ、第１の方向２１に流れが生じる。その後、磁場発生部３により磁場をかけて複合粒子１３ｅを第２の方向３１へ移動させ、空間光である照明光５１により蛍光標識物質１５が結合した粒子を検出し、検出した粒子の動きに基づいて、複合粒子１３ｅを検出する工程は、上述したカンジダ菌の場合と同様であるため省略する。
［実施例５］
　蛍光標識物質を用いてＣＲＰを検出する場合の例について説明する。図１３に示すように、溶液１４として、被測定物質１１であるＣＲＰを含む試料溶液に、磁気標識物質１２により磁気標識された抗ＣＲＰ抗体と、蛍光標識物質１５により蛍光標識された抗ＣＲＰ抗体を添加し、複合粒子１３ｅを形成する。蛍光標識した抗ＣＲＰ抗体として、ＦＩＴＣ蛍光体で標識した抗ＣＲＰ抗体を用いたり、蛍光標識ＣＲＰ抗体として、ビオチン標識抗ＣＲＰ抗体と、アビジン標識蛍光ビーズを予め反応させて用いたりすることにより、複合体を形成することができる。これらの例のほか、蛍光色素にはＦＩＴＣ、ＰＥ、ローダミン、Ｃｙ色素、AlexaRなど各種あり、励起波長と蛍光波長が異なるものを用いることも出来る。その後、磁場発生部３により磁場をかけて複合粒子１３ｅを第２の方向３１へ移動させ、空間光である照明光５１により蛍光標識物質１５が結合した粒子を検出し、検出した粒子の動きに基づいて、複合粒子１３ｅを検出する工程はカンジダ菌の場合と同様であるため省略する。
　以上説明した本開示の実施例に係る被測定物質の検出装置及び被測定物質の検出方法によれば、溶液中の数ミクロンのサイズの細菌・真菌等を検出することができる。

Claims (13)

  1. 　被測定物質、及び該被測定物質に特異的に結合する磁気標識物質を含む溶液を保持する容器と、
    　少なくとも前記溶液中に第１の方向の流れを発生させる流れ発生部と、
    　前記溶液中で磁場勾配を発生させる磁場発生部と、
    　前記溶液中の所定領域内における粒子の動きに基づいて、前記被測定物質及び前記磁気標識物質が結合した複合粒子を検出する検出部と、
    　を有することを特徴とする検出装置。
  2. 　前記溶液中の所定領域は、前記容器の内壁面から離間している、請求項１に記載の検出装置。
  3. 　前記流れ発生部は、空間光を前記容器内に照射する光源である、請求項１または２に記載の検出装置。
  4. 　前記溶液には、前記被測定物質及び前記磁気標識物質以外の他の物質が含まれ、
    　前記検出部は、前記溶液中の所定領域内における前記複合粒子の動き及び前記他の物質の動きに基づいて、前記複合粒子を検出する、
    　請求項１乃至３のいずれか一項に記載の検出装置。
  5. 　前記磁場発生部は、前記複合粒子を前記第１の方向とは異なる第２の方向へ移動させる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の検出装置。
  6. 　前記磁場発生部は、前記複合粒子を前記第１の方向と同じ第２の方向へ移動させる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の検出装置。
  7. 　前記検出部は、前記複合粒子の動きの方向及び前記他の物質の動きの方向に基づいて、前記複合粒子を検出する、請求項４に記載の検出装置。
  8. 　前記検出部は、前記複合粒子の動きの速度及び前記他の物質の動きの速度に基づいて、前記複合粒子を検出する、請求項４に記載の検出装置。
  9. 　前記流れ発生部は、前記溶液を加熱により対流させて前記溶液の少なくとも一部に前記第１の方向の流れを発生させる、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の検出装置。
  10. 　前記流れ発生部は、前記容器を回転させることによって前記溶液の少なくとも一部に前記第１の方向の流れを発生させる、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の検出装置。
  11. 　前記流れ発生部は、前記溶液を攪拌することによって前記溶液の少なくとも一部に前記第１の方向の流れを発生させる、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の検出装置。
  12. 　前記複合粒子は、蛍光標識物質をさらに含み、
    　前記検出部は、前記蛍光標識物質を検出することにより前記蛍光標識物質が結合した粒子を検出し、
    　検出した前記粒子の動きに基づいて、前記複合粒子を検出する、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の検出装置。
  13. 　容器内に、被測定物質、及び該被測定物質に特異的に結合する磁気標識物質を含む溶液を保持し、
    　少なくとも前記溶液中に第１の方向の流れを発生させ
    　前記溶液中で磁場勾配を発生させ、
    　前記溶液中の所定領域内における粒子の動きに基づいて、前記被測定物質及び前記磁気標識物質が結合した複合粒子を検出する、
    　ステップを有することを特徴とする検出方法。
PCT/JP2020/011825 2019-03-20 2020-03-17 被測定物質の検出装置及び被測定物質の検出方法 WO2020189690A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021507380A JP7404340B2 (ja) 2019-03-20 2020-03-17 被測定物質の検出装置及び被測定物質の検出方法
CN202080022133.2A CN113614510A (zh) 2019-03-20 2020-03-17 被测定物质的检测装置以及被测定物质的检测方法
US17/440,767 US20220178918A1 (en) 2019-03-20 2020-03-17 Device for detecting substance to be measured, and method for detecting substance to be measured

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019053626 2019-03-20
JP2019-053626 2019-03-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020189690A1 true WO2020189690A1 (ja) 2020-09-24

Family

ID=72519869

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/011825 WO2020189690A1 (ja) 2019-03-20 2020-03-17 被測定物質の検出装置及び被測定物質の検出方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220178918A1 (ja)
JP (1) JP7404340B2 (ja)
CN (1) CN113614510A (ja)
WO (1) WO2020189690A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022085770A1 (ja) * 2020-10-23 2022-04-28 シチズン時計株式会社 被測定物質の検知装置及び検知方法
WO2023085374A1 (ja) * 2021-11-11 2023-05-19 株式会社カネカ ポリヒドロキシアルカン酸の製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004121231A (ja) * 2002-08-29 2004-04-22 Juki Corp 標的核酸の検出方法
JP2007503217A (ja) * 2003-05-23 2007-02-22 バイオ−ラッド ラボラトリーズ，インコーポレイティド 反応培地の空間配列に対し局部化した温度制御
JP2016529877A (ja) * 2013-06-18 2016-09-29 ジェンセル バイオシステムズ リミテッド 生体分子の単離および熱処理
WO2017187023A1 (en) * 2016-04-29 2017-11-02 University Of Helsinki Method and device for physicochemical characterization of materials

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7687239B2 (en) * 2003-07-12 2010-03-30 Accelrs Technology Corporation Sensitive and rapid determination of antimicrobial susceptibility
US7183119B2 (en) * 2004-11-15 2007-02-27 Eastman Kodak Company Method for sensitive detection of multiple biological analytes
SE0600870L (sv) * 2006-04-19 2007-08-21 Imego Ab Detekteringsanordning och förfarande
DE602007007243D1 (de) * 2007-02-23 2010-07-29 Koninkl Philips Electronics Nv Sensorvorrichtung und verfahren zum detektieren magnetischer partikel
EP2060637A1 (en) * 2007-11-14 2009-05-20 Koninklijke Philips Electronics N.V. Means and methods for detection of nucleic acids
CN101865912B (zh) * 2009-04-14 2014-05-14 南京大学 快速的化学发光免疫检测系统及分析方法
JP5451236B2 (ja) * 2009-07-31 2014-03-26 富士フイルム株式会社 検出方法、および該検出方法に用いられる磁性体含有誘電体粒子
CA2772020A1 (en) * 2009-08-31 2011-03-03 Mbio Diagnostics, Inc. Integrated sample preparation and analyte detection
EP2516991A2 (en) * 2009-09-28 2012-10-31 Koninklijke Philips Electronics N.V. Sensor device with imaging optics
JP5643825B2 (ja) * 2009-09-28 2014-12-17 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 物質決定装置
CN102576020B (zh) * 2009-09-28 2014-09-17 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于生物性结合的特性描述的方法
EP2513637B1 (en) * 2009-12-18 2020-07-15 Koninklijke Philips N.V. Substance determining apparatus
US10787701B2 (en) * 2010-04-05 2020-09-29 Prognosys Biosciences, Inc. Spatially encoded biological assays
EP2801824A3 (en) * 2011-03-30 2015-02-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Measuring system using optical waveguide, measuring device, measuring method, optical waveguide type sensor chip, and magnetic fine particle
JP2013238541A (ja) * 2012-05-16 2013-11-28 Toshiba Corp 光導波路型測定システムおよび糖化ヘモグロビンの測定方法
JP6217936B2 (ja) * 2012-07-06 2017-10-25 凸版印刷株式会社 被検物質の検出システム
WO2016166295A1 (de) * 2015-04-15 2016-10-20 Attomol Gmbh Molekulare Diagnostika Verfahren zum reaktionsraumbegrenzten nachweis von einem oder mehreren analyten in einer probe
JP6358173B2 (ja) * 2015-05-29 2018-07-18 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 画像形成システム
KR101937456B1 (ko) * 2016-04-01 2019-01-11 에스케이씨하이테크앤마케팅(주) K-Si-F계 형광체 및 색순도 향상 필름을 포함하는 액정표시장치
CN109154561B (zh) * 2016-04-28 2021-04-13 国立研究开发法人产业技术综合研究所 光学检测方法及光学检测装置
EP3594663A4 (en) * 2017-04-14 2020-12-30 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology DESIRED SUBSTANCE DETECTION CHIP, DESIRED SUBSTANCE DETECTION DEVICE, AND DESIRED SUBSTANCE DETECTION METHOD
CN113396330A (zh) * 2019-05-28 2021-09-14 松下电器产业株式会社 检测方法以及检测装置
CN113474645B (zh) * 2019-06-20 2024-05-24 松下知识产权经营株式会社 检测方法和检测装置
WO2021006356A1 (ja) * 2019-07-11 2021-01-14 シチズン時計株式会社 被測定物質の検知装置
CN115916999A (zh) * 2020-04-22 2023-04-04 10X基因组学有限公司 用于使用靶向rna耗竭进行空间分析的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004121231A (ja) * 2002-08-29 2004-04-22 Juki Corp 標的核酸の検出方法
JP2007503217A (ja) * 2003-05-23 2007-02-22 バイオ−ラッド ラボラトリーズ，インコーポレイティド 反応培地の空間配列に対し局部化した温度制御
JP2016529877A (ja) * 2013-06-18 2016-09-29 ジェンセル バイオシステムズ リミテッド 生体分子の単離および熱処理
WO2017187023A1 (en) * 2016-04-29 2017-11-02 University Of Helsinki Method and device for physicochemical characterization of materials

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Detection of Nanometer Magnetic Labels' Concentration Via the Movement of Micrometer Superparamagnetic in Application of Magnetic Field", IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, vol. 48, no. 11, 19 October 2012 (2012-10-19), pages 2835 - 2837, XP011469002 *
"Gene Silencing Mediated by Magnetic Lipospheres Tagged with Small Interfering RNA", NANO LETTERS, vol. 10, 13 September 2010 (2010-09-13), pages 3914 - 3921, XP055740535 *
"Magnetically Promoted Rapid Immunoreactions Using Functionalized Fluorescent Magnetic Beads: A Proof of Principle", CLINICAL CHEMISTRY, vol. 60, no. 4, 1 April 2014 (2014-04-01), pages 610 - 620, XP055486222 *
"Paramagnetic capture mode magnetophoretic microseparator for blood cells", IEE PROCEEDINGS - NANOBIOTECHNOLOGY, vol. 153, no. 4, August 2006 (2006-08-01), pages 67 - 73, XP006027035 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022085770A1 (ja) * 2020-10-23 2022-04-28 シチズン時計株式会社 被測定物質の検知装置及び検知方法
WO2023085374A1 (ja) * 2021-11-11 2023-05-19 株式会社カネカ ポリヒドロキシアルカン酸の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2020189690A1 (ja) 2020-09-24
US20220178918A1 (en) 2022-06-09
CN113614510A (zh) 2021-11-05
JP7404340B2 (ja) 2023-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111413138B (zh) 基于双重图像的生物成像装置和技术
JP7249281B2 (ja) 磁気式多ビーズアッセイのための方法および装置
US20050003464A1 (en) Devices and methods to image objects
US20060094109A1 (en) Device and method for analytical cell imaging
Shpacovitch et al. Optical and surface plasmonic approaches to characterize extracellular vesicles. A review
CN105051538A (zh) 用于检测生物状况的系统和方法
AU2003219759A1 (en) Methods and algorithms for cell enumeration in a low-cost cytometer
US20190025210A1 (en) Optical detection of a substance in fluid
JP2005524833A (ja) 分析細胞イメージング用のデバイスおよび方法
WO2020189690A1 (ja) 被測定物質の検出装置及び被測定物質の検出方法
EP3054283B1 (en) Method for detecting target substance
JP2024105641A (ja) 微粒子上の１分子の直接検出
JP2004534206A (ja) 物体をイメージするためのデバイスおよび方法
JP7209287B2 (ja) ナノ粒子の判別方法
EP1656545A2 (en) Devices and methods to image objects by time delay integration
KR101405053B1 (ko) 양자점을 이용하여 표적 물질을 검출하기 위한 장치 및 방법
JP4789177B2 (ja) ３次元位置観測方法及び装置
JP2010032327A (ja) 被検出物質検出方法および被検出物質検出装置ならびに深さ位置計測方法および深さ位置計測装置
JP2009515181A (ja) ナノ粒子の検出方法およびその利用分野
JP5950278B2 (ja) 細胞分離チップの製造方法及び細胞分離チップ
JP7491522B2 (ja) 分子の検出方法
US20220308048A1 (en) Point of care device for early and rapid disease diagnosis
WO2013057634A1 (en) Detection of clusters of magnetic particles
Alhaddad et al. Real-time detection of virus antibody interaction by label-free common-path interferometry
JP7535760B2 (ja) 計数方法、計数装置、及びプログラム

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20773446

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021507380

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20773446

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1