JP5712564B2 - ウィルス検出装置及びウィルス検出方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ウィルスを検出する技術に関する。
近年、インフルエンザ等の感染症の大流行やその感染範囲の拡大が問題視されている。そのことから、迅速な公衆衛生対策を行うため、精度が高く簡便なウィルス分析方法が求められている。現在、防疫検査では鼻腔内拭い液からの分析等が行われているが、感度や診断時間の点で問題がある。また、パンデミックやバイオテロへの対策としては大気中のウィルスを常時監視する必要がある。鼻腔内拭い液からの分析のように人手により行わなければならない分析方法ではウィルス分析の自動化は望めず、大気中のインフルエンザウィルス等の分析としては、培地に付着させた後に培養を行い発生したコロニーを観察、分析する培養法があるが、培養過程で数日の時間を要し自動化も困難であり、新型インフルエンザや***ウィルス等の迅速な判断が必要な局面では利用できない。その他に、大気中のウィルスを液中にトラップして検出する方法も、液中分析の感度が低いため精度良くウィルスを検出することが困難である。
このような状況の中で、非特許文献１では、蛍光抗体を特定のウィルスに選択的に吸着させその蛍光強度を測定することにより、短時間で高感度にウィルスを検出する方法が記載されている。しかし、当該文献では、粘膜や唾液を分析試料としており、リアルタイムに自動的に分析するものではない。また、当該文献では、蛍光強度のゆらぎの違いを検出することによりウィルスの有無を判断しており、蛍光強度の絶対値によりウィルスを検出しているわけではない。
長谷川慎、"空港検疫、バイオテロ対策向け高感度病原体検出法を開発"、［online］、平成２０年１０月８日、独立行政法人新エネルギー産業技術総合開発機構、［平成２２年７月６日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.nedo.go.jp/informations/press/201008_1/201008_1.html＞
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は気体中のウィルスをリアルタイムに精度良く検出することができる技術を提供することにある。
本発明におけるウィルス検出装置は、
ウィルスを特異的に吸着する蛍光抗体を含む水溶液と検査対象の気体とを接触させて当該気体中のウィルスを水溶液中に拡散させ、気体中に含まれるウィルスに蛍光抗体を吸着させるための拡散部と、
前記拡散部を通過した前記水溶液を霧化し、当該水溶液のミスト群を形成する霧化部と、
前記ミスト群の蛍光強度を測定する蛍光測定部と、
前記霧化部から前記測定部に向う気流を形成するための気流形成機構と、を備えたことを特徴とする。
ウィルスを特異的に吸着する蛍光抗体を含む水溶液と検査対象の気体とを接触させて当該気体中のウィルスを水溶液中に拡散させ、気体中に含まれるウィルスに蛍光抗体を吸着させるための拡散部と、
前記拡散部を通過した前記水溶液を霧化し、当該水溶液のミスト群を形成する霧化部と、
前記ミスト群の蛍光強度を測定する蛍光測定部と、
前記霧化部から前記測定部に向う気流を形成するための気流形成機構と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明におけるウィルス検出方法は、
ウィルスを特異的に吸着する蛍光抗体を含む水溶液と検査対象の気体とを接触させて当該気体中のウィルスを水溶液中に拡散させ、気体中に含まれるウィルスに蛍光抗体を吸着させる工程と、
この工程の後、前記水溶液を霧化し、当該水溶液のミスト群を形成する工程と、
前記ミスト群の蛍光強度を計測する工程と、を含むことを特徴とする。
ウィルスを特異的に吸着する蛍光抗体を含む水溶液と検査対象の気体とを接触させて当該気体中のウィルスを水溶液中に拡散させ、気体中に含まれるウィルスに蛍光抗体を吸着させる工程と、
この工程の後、前記水溶液を霧化し、当該水溶液のミスト群を形成する工程と、
前記ミスト群の蛍光強度を計測する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明は、特定のウィルスに吸着する蛍光抗体を含む水溶液に検査対象となる気体中のウィルスを拡散させ、この薬液をミスト化してミストの蛍光強度を監視するようにしている。従って、気体中におけるウィルスの有無をリアルタイムにかつ自動的に検出することができる。
本発明の実施形態におけるウィルス検出装置の構造について、図１〜図３を用いて説明する。本ウィルス検出装置は、図１に示すように、気流の案内路である主配管８を備え、この主配管８の上流端にはダスト除去部１が、下流端には気流形成機構である吸引ポンプ７が夫々設けられている。このダスト除去部１は、ウィルスＶが通過し、また主配管８内に霧化に必要な速い気流が形成される程度の気流抵抗のあるものが用いられ、このため比較的大きなパーティクルを捕捉するためのものである。また、この主配管８の途中には拡散部である後述のマイクロ流体チップ３から供給される薬液をミスト化する霧化部４が介在している。
このマイクロ流体チップ３は、図２に示すように、蓋体３２と板状の基体３３とからなる。基体３３の上面には溝部３１が形成されており、この溝部３１が蓋体３２に覆われることにより拡散流路３１となる。この拡散流路３１は、図２に示すように、２つ横に並んだ下弦の半円がその一部分で重なり合った断面形状をしており、そのため流路中央部には盛り上がり部分３０が形成されている。拡散流路３１は、この盛り上がり部分３０により気体流路３４と液体流路３５とに区画されている。この拡散流路３１の寸法は、例えば流路幅Ｗが１ｍｍ以下、流路深さＨは０．５ｍｍ、盛り上がり部分３０と蓋体３２の間の隙間の高さは０．２ｍｍとなっている。また、拡散流路３１は、図１に示すように、大気と薬液の接触時間及び接触面積を稼ぐために蛇行している。そして、この拡散流路３１の両端は分岐部にて二股に分岐しており、そのままマイクロ流体チップ３の端部に達している。この拡散流路３１の一端側（上流端）が大気流入口３６及び薬液流入口３７に相当し、他端側（下流端）が排気ポート３８及び薬液流出ポート３９に相当する。
マイクロ流体チップ３の大気流入口３６には、図１に示すように、ダスト除去部１と霧化部４との間において主配管８から分岐している分岐管１３が気密に接続されている。この分岐管１３には、気体導入機構である吸気ポンプ１１及び大気流量調整部１２が上流側からこの順番に介在している。薬液流入口３７には、蛍光抗体Ｆを含有する水溶液である薬液の貯留されている薬液貯留槽２からの配管２３が接続されており、この配管２３には液体導入機構である薬液供給ポンプ２１及び薬液流量調整部２２が薬液貯留槽２側からこの順番に介在している。マイクロ流体チップ３の排気ポート３８は本装置外部に繋がっており、マイクロ流体チップ３に流入した大気はここから排気される。また、マイクロ流体チップ３の薬液流出ポート３９は、案内路である配管４０を介して前述した霧化部４に接続されている。
霧化部４は、主配管８の口径が急激に絞られた部分８１と、そこに突入されて設けられた、マイクロ流体チップ３から薬液を送るための案内路である配管４０とからなる。
霧化部４の下流側には、測定部である蛍光測定部５が設けられている。蛍光測定部５は、図３に示すように、主配管８に接続され、ミストＭを含む気流の通流空間を形成する例えば角形のケース体５６を備えている。このケース体５６における互いに対向する例えば上下（あるいは左右）の面には、互いに平行な石英からなる光透過窓５２ａ、５２ｂが配置されている。その一方の光透過窓５２ａの外側には、蛍光抗体Ｆから発光される蛍光の波長から外れた波長のレーザー光をケース体５６内に照射する発光部５１が設けられている。もう一方の光透過窓５２ｂの外側には、蛍光抗体Ｆから発せられる蛍光の波長から外れた波長の光を遮断する光学フィルタ５３が設けられている。その更に外側には、蛍光抗体Ｆの蛍光を受光して電気信号に変換する受光部５４が設けられている。この受光部５４は、光学フィルタ５３からの受光強度に対応する信号レベルの例えば電流が受光出力計測部５５に出力される。受光出力計測部５５は、例えば前記電流を電圧に変換し、この電圧信号Ｉａと予め設定されたしきい値Ｉｓとを比較し、電圧信号Ｉａがしきい値Ｉｓよりも大きいと判断したときにウィルス検出のアラームを報知あるいは図示しない表示部に表示する。
電圧信号Ｉａは受光強度に対応する信号であるため、しきい値Ｉｓは次のように決められる。即ち、ケース体５６内を通過する大気に含まれるダストＤに付着した蛍光抗体Ｆや薬液のミストＭに含まれる蛍光抗体Ｆからの蛍光の強度、つまりウィルスＶが存在しないときの蛍光強度と、大気中にウィルスＶが含まれていて、このウィルスＶに蛍光抗体Ｆが吸着された状態でミストＭがケース体５６を通過したときの蛍光強度との間の値にしきい値Ｉｓが設定される。ウィルスＶに対して蛍光抗体Ｆは特異的に吸着することから、概略的な言い方をすれば、ウィルスＶの存在により、後述の作用図である図４及び図５にも示されているように、ウィルスＶが存在しないときよりも蛍光抗体Ｆの密度が高くなり、このためウィルスＶの有無に対応する蛍光強度差が発生することになる。
蛍光測定部５における霧化薬液の下流側には、薬液のミストＭを捕捉するための例えばメッシュ体からなる薬液回収部６が設けられている。この薬液回収部６の下流側には吸引ポンプ７が設けられており、分離された気体は例えば図示しないウィルスを吸着除去するためのフィルタを介して本装置の外部に排気される。
次に、本実施形態における作用について説明する。まず、吸引ポンプ７により大気（外気）がダスト除去部１を介して主配管８内に取り込まれ、霧化部４、蛍光測定部５及び薬液回収部６の順に流れる気流が形成され、吸引ポンプ７及び図示しないフィルタを介して排気される。このとき、ダスト除去部１にて、マイクロ流体チップ３の拡散流路３１を閉塞したり蛍光測定部５における蛍光検出を妨げる虞のある大気中の粗大なダストが除去される。主配管８内に取り込まれた大気の一部は、吸気ポンプ１１により、マイクロ流体チップ３の大気流入口３６に送られる。また、蛍光抗体Ｆを含有する薬液は、薬液供給ポンプ２１により薬液貯留槽２からマイクロ流体チップ３の薬液流入口３７に送られる。
そして、大気供給ポンプ１２及び薬液供給ポンプ２２により、大気の流量と薬液の流量とを、予め実験で求めた適正値に設定しておくことにより、マイクロ流体チップ３に送られた大気は拡散流路３１における気体流路３４を排気ポート３８に向かって通流すると共に、マイクロ流体チップ３に送られた薬液は拡散流路における液体流路３５を薬液流出ポート３９に向かって流れ、大気と薬液は拡散流路３１の盛り上がり部分３０上で境界面を形成し並走して流れる。こうして大気と薬液とがマイクロ流体チップ３内を流れているときに、前記境界面を介して、大気中のウィルスＶが薬液中に拡散し、そのウィルスＶに薬液中の蛍光抗体Ｆが特異的に吸着する。大気と薬液は拡散流路３１における出口付近の分岐部にて分離され、大気は排気ポート３８を介して本装置外へ排気され、薬液は薬液流出ポート３９及び案内路である配管４０を介して霧化部４に送られる。
霧化部４では、主配管８の急激な絞りにより高速化した気流により、マイクロ流体チップ３から配管４０を介して送られてきた薬液が霧化部４にて霧化される。即ち、配管４０の出口からこの高速気流に引き込まれて引き裂かれ、ミストＭ群となって当該気流に乗り、主配管８における霧化部４の下流側部分である案内路により蛍光測定部５に案内される。
蛍光測定部５では、発光部５１から霧化薬液が通流している通流部５６に向かって例えば紫外レーザー光が照射される。このとき、霧化薬液中の蛍光抗体Ｆは紫外レーザー光により蛍光する。紫外レーザー光は光学フィルタ５３により遮光されるが、蛍光波長の光は受光部５４にて検出される。このとき検出される受光強度は、薬液のミストＭ中における蛍光抗体Ｆの体積密度に比例する。薬液のミストＭ中にウィルスＶが存在しない場合、図５に示すように、ミストＭ中に大気中の微細なダストＤが取り込まれていて、このダストＤに蛍光抗体Ｆが付着していても蛍光抗体Ｆの密度はウィルスＶに吸着された蛍光抗体Ｆの密度よりも格段に小さいことから、受光部５４にて検出された受光強度は予め設定されたしきい値Ｉｓよりも小さい。これに対して、薬液のミストＭ中にウィルスＶが存在する場合、受光部５４にて検出される蛍光強度はしきい値Ｉｓよりも大きくなり、受光出力計測部５５にてウィルスＶ検出のアラームが発せられる。
蛍光測定部５を通過した霧化薬液Ｍは、薬液回収部６にて気液分離され、薬液は回収される。一方、気体は、薬液回収部６の下流側に設けられている吸引ポンプ７により、本装置外に排気される。
上述の実施形態によれば、特定のウィルスＶに吸着する蛍光抗体Ｆを含む薬液（水溶液）に検査対象となる大気中のウィルスＶを拡散させ、この薬液をミスト化してミストＭの蛍光強度を監視するようにしている。ウィルスＶが存在する場合には、蛍光抗体Ｆが特異吸着することによりミストＭ中の蛍光抗体Ｆの数が多くなり、このためミストＭから発せられる蛍光の強度が、ウィルスＶが存在しない場合のミストＭから発せられる蛍光の強度よりも大きくなる。このため、光学フィルタ５３によりレーザー光が遮光され、当該光学フィルタ５３を透過した蛍光強度を監視し、ウィルスＶが存在しない場合のミストＭに対応する蛍光強度（しきい値）と比較することにより、気体中に含まれるウィルスＶをリアルタイムに精度良く検出することができる。また、ウィルス検出の自動化が可能なため、ウィルスＶを常時モニタリングすることができる。従って、本発明のウィルス検出装置は、空港などに設置することにより迅速にウィルスＶを検出することができ、速やかに対応策をとることができるなど、非常に有効である。
上述の実施形態では、主配管８において気流を形成する大気とマイクロ流体チップ３にて薬液と接触させる大気とは、共にダスト除去部１を通過した同じ系統から供給されている。しかし、主配管８におけるダスト除去部１とは別個にダスト除去部を設け、主配管８とは別個の配管からマイクロ流体チップ３に大気を供給してもよい。
図１の実施形態ではマイクロ流体チップ３を設けていたが、図６に示すように、マイクロ流体チップ３を設けずに、薬液貯留槽２に薬液供給管４０の一端側を浸漬すると共に、当該薬液供給管４０の他端側を先の実施形態と同様に主配管８の絞り部分８１に突入して設け、霧化部４を構成するようにしてもよい。この場合には、吸引ポンプ７により形成される主配管８内の気流により薬液供給管４０の他端側が負圧となって、薬液貯留槽２内の薬液が当該薬液供給管４０を介して主配管８内に引き込まれて霧化（ミスト化）される。そして、大気中のウィルスＶは、主配管８から霧化部４を通過するときに、薬液供給管４０の他端側から引き裂かれてミスト化する薬液に取り込まれる。従って、薬液中へのウィルスＶの拡散は霧化部４により行われることになるため、この例では霧化部４が拡散部を兼用しているということができる。この例においても、既述の実施形態と同様の効果が得られる。
このように霧化部４が拡散部を兼用する例において、図７に示すように、薬液供給管４０の途中に薬液供給ポンプ２１を設け、この薬液供給ポンプ２１の送液動作により薬液貯留槽２内の薬液を霧化部４に送り出すようにしてもよい。
このように霧化部４が拡散部を兼用する例において、図７に示すように、薬液供給管４０の途中に薬液供給ポンプ２１を設け、この薬液供給ポンプ２１の送液動作により薬液貯留槽２内の薬液を霧化部４に送り出すようにしてもよい。
また、図１の実施形態では、拡散部としてマイクロ流体チップ３を用いたが、図８に示すように、拡散部として曝気槽９０を用い、当該曝気槽９０内の薬液中に散気装置９１により大気と薬液とを接触させ、これにより大気中のウィルスＶを薬液中に拡散させてもよい。図８中９３は、通気ポートである。この場合、配管４０の一端を曝気槽９０内に浸漬し、吸引ポンプ７の吸引による気流により薬液を配管４０の他端側から引き込んで霧化してもよいが、図７と同様に配管４０の途中に薬液供給ポンプを設けるようにしてもよい。
更にまた、本ウィルス検出装置は、図９に示すように、内管９４及び外管９５からなる二重管９６の前記内管９４の先端開口部を絞り、この二重管９６の先端側を蛍光測定部５のケース体５６に接続し、例えば前記ケース体５６における二重管９６の先端と対向する面に吸引管９７を接続するようにしてもよい。この場合には、二重管９６の内管９４に薬液を供給すると共に、外管９５に大気を通流する。薬液は、例えば図示しない薬液供給ポンプにより内管９４に送られるようにしてもよい。吸引ポンプ７を駆動することにより、大気が外管９５内に引き込まれ、この大気の気流により内管９４からの薬液が霧化されてミスト群がケース体５６内に飛散し、発光部５１からのレーザー光の透光領域をミスト群が通過することとなる。この例では、二重管９６の先端部分が拡散部及び霧化部を兼用することとなる。
以上において、大気は外気であってもよいが、人が吐く息であってもよく、この場合、例えば大気取り込み用の配管の一端をラッパ状に広げ、このラッパ状部分に口を近づけて、ここから人の息を当該配管に導入するようにしてもよい。
Ｄ 大気中のダスト
Ｆ 蛍光抗体
Ｖ ターゲットウィルス
１ ダスト除去部
１１ 吸気ポンプ
１２ 大気流量調整部
１３ 分岐管
２ 薬液貯留槽
２１ 薬液供給ポンプ
２２ 薬液流量調整部
３ マイクロ流体チップ
３０ 盛り上がり部分
３１ 拡散流路（溝部）
３２ 蓋体
３３ 基体
３４ 気体流路
３５ 液体流路
３６ 大気流入口
３７ 薬液流入口
３８ 排気ポート
３９ 薬液流出ポート
４ 霧化部
５ 蛍光測定部
５１ 発光部
５２ ガラス窓
５３ 光学フィルタ
５４ 受光部
５５ 受光出力計測部
６ 薬液回収部
７ 吸引ポンプ
８ 主配管
Ｆ 蛍光抗体
Ｖ ターゲットウィルス
１ ダスト除去部
１１ 吸気ポンプ
１２ 大気流量調整部
１３ 分岐管
２ 薬液貯留槽
２１ 薬液供給ポンプ
２２ 薬液流量調整部
３ マイクロ流体チップ
３０ 盛り上がり部分
３１ 拡散流路（溝部）
３２ 蓋体
３３ 基体
３４ 気体流路
３５ 液体流路
３６ 大気流入口
３７ 薬液流入口
３８ 排気ポート
３９ 薬液流出ポート
４ 霧化部
５ 蛍光測定部
５１ 発光部
５２ ガラス窓
５３ 光学フィルタ
５４ 受光部
５５ 受光出力計測部
６ 薬液回収部
７ 吸引ポンプ
８ 主配管
Claims (4)
- ウィルスを特異的に吸着する蛍光抗体を含む水溶液と検査対象の気体とを接触させて当該気体中のウィルスを水溶液中に拡散させ、気体中に含まれるウィルスに蛍光抗体を吸着させるための拡散部と、
前記拡散部を通過した前記水溶液を霧化し、当該水溶液のミスト群を形成する霧化部と、
前記ミスト群の蛍光強度を測定する蛍光測定部と、
前記霧化部から前記測定部に向う気流を形成するための気流形成機構と、を備えたことを特徴とするウィルス検出装置。 - 前記拡散部は、前記水溶液が流れるための液体流路とこの液体流路を流れる水溶液に気体が接触しながら当該気体を通流させるために前記液体流路に並んで設けられた気体流路とからなる拡散流路と、この拡散流路の出口側に形成され、気体と水溶液とを分離して送り出す分岐部と、を備え、
前記拡散流路内に気体及び水溶液を夫々導入するための気体導入機構及び液体導入機構と、
前記分岐部において分離された水溶液を前記霧化部に案内する案内路と、を設けたことを特徴とする請求項１記載のウィルス検出装置。 - ウィルスを特異的に吸着する蛍光抗体を含む水溶液と検査対象の気体とを接触させて当該気体中のウィルスを水溶液中に拡散させ、気体中に含まれるウィルスに蛍光抗体を吸着させる工程と、
この工程の後、前記水溶液を霧化し、当該水溶液のミスト群を形成する工程と、
前記ミスト群の蛍光強度を計測する工程と、を含むことを特徴とするウィルス検出方法。 - 気体中のウィルスを水溶液中に拡散させ、気体中に含まれるウィルスに蛍光抗体を吸着させる工程は、
前記水溶液が流れるための液体流路とこの液体流路を流れる水溶液に気体が接触しながら当該気体を通流させるために前記液体流路に並んで設けられた気体流路とからなる拡散流路と、この拡散流路の出口側に形成され、気体と水溶液とを分離して送り出す分岐部と、を備えた拡散部を用い、
前記液体流路及び気体流路内に水溶液及び気体を導入する工程であり、
前記ウィルスに蛍光抗体を吸着させる工程の後に、前記分岐部から分離された水溶液を前記霧化部に案内する工程を更に備えたことを特徴とする請求項３記載のウィルス検出方法。
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