特定分子構造により化学物質を検出、分類するセンサ
【課題】本発明は、環境、衛生、防災等の分野で管理すべき低分子化学物質を測定現場において濃縮、分離等の工程を経ずに迅速、かつ高感度に検出できる化学物質検出装置を提供する。
【解決手段】上記課題を解決するために生物が有する嗅覚システムに倣い化学物質の特定分子構造を抗体や分子鋳型によって捕捉することによって当該化学物質を一群の化学物質として分類し、迅速に検出する。また、化学物質が有する複数の特定分子構造の組み合わせにより当該化学物質を化学物質グループとして分類し、検出する。さらに、検出感度の増強方法を付加することで超高感度な検出を達成する。
【解決手段】上記課題を解決するために生物が有する嗅覚システムに倣い化学物質の特定分子構造を抗体や分子鋳型によって捕捉することによって当該化学物質を一群の化学物質として分類し、迅速に検出する。また、化学物質が有する複数の特定分子構造の組み合わせにより当該化学物質を化学物質グループとして分類し、検出する。さらに、検出感度の増強方法を付加することで超高感度な検出を達成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学物質が有する特定分子構造に基づいて化学物質を群、若しくはグループのレベルで分類することにより当該化学物質を迅速、かつ高感度に検出する方法とその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境、衛生、防災等の分野で管理すべき化学物質は非常に多岐に渡り、その種類も極めて多い。例えば、環境ホルモン問題における内分泌攪乱物質、工場跡地の土壌汚染物質、建築資材から発生するアスベスト、食品や容器、若しくはそれらの製造装置から発生する異臭や異味の原因となる化学物質、爆弾テロによる爆発物、そして密輸による覚醒剤等が挙げられる。そのような化学物質の多くは低分子であり、通常測定物中に極めて微量しか含まれていない。しかしながら、それらの化学物質を迅速に、また高感度に検出することは各分野での安全性等を確保する上で極めて重要な作業である。
【０００３】
現在の測定技術は、高度に洗練された分離技術、濃縮技術、分析手法の選択等によってｐｐｔ（１兆分の１）レベル以下であっても様々な化学物質の分析が可能となっている。通常、そのように微量なレベルの分析の場合には検出対象物に合わせた最適な分離、濃縮、定性分析、及び定量分析等の各工程を経なければならない。必然的にそれは、多大な労力と多くの時間、そして高い分析コストを必要とすることになる。したがって、このような複雑多数の工程を必要とする分析手法は研究室内での測定手法として特化したものであり、測定現場における手法としては適していない。
【０００４】
測定現場で要求されるのは化学物質をその場で検出できる測定手法である。センサ技術は、そのようなニーズに基づいて分析技術とは異なる技術を発展させてきた。センサ手法では化学物質の簡易、かつ迅速な検出やモニタリングが可能であり、加えて測定装置の小型化も容易である。一方、現在のセンサ技術は分析技術のように高感度で分子の組成解析を行うことができるまでには至っていない。しかし、前述の各分野で検出対象となる化学物質は、測定物中に存在することすら不明の状態から出発することが一般的である。また、例え存在しても通常その量は極めて微量である。したがって、濃縮や分離の組み合わせが測定上必須となるが、そのような工程を経る測定手法は分析手法に他ならず、前述のように測定現場での手法としては馴染まない。また、前述のように現在のセンサ技術の分析能力では、技術的に対応できないという問題があった。
【０００５】
ところで、生物は極めて優れた化学物質の識別、検出能力を有している。例えば、生物の嗅覚は、大気中に極微量に存在する匂い物質を瞬時に認識することができる。嗅覚は、鼻腔粘膜等に存在する臭気物質受容体（ｏｄｏｒａｎｔ ｒｅｃｅｐｔｏｒ）が匂い物質を受容し、その受容信号が脳へ伝達され、匂い情報として処理されることによって認識されている。臭気物質受容体は、人で約３５０種、マウスで約１０００種と、多くの種類が知られている（非特許文献１）。このような臭気物質受容体はそれぞれが特定の匂い物質を捕捉しているわけではなく、一つの臭気物質受容体が類似する分子構造を有する複数の匂い物質を捕捉していると言われている。逆に、これは一種類の匂い物質が複数の異なる種類の臭気物質受容体によって捕捉されることを意味している。つまり、生物の嗅覚システムは、一つの匂い物質によって活性化された異なる複数の臭気物質受容体の組み合わせに基づいて、その匂い物質の匂いの質を記憶と照らし合わせて認識しているのである。臭気物質受容体が匂い物質に対して曖昧な認識を行うことができるのは、当該受容体が匂い物質の分子構造全体を厳密に認識しているのではなく、部分的な構造を認識しているためであると考えられている（非特許文献２）。
【０００６】
本発明者らは前述の問題を解決するために、生物の嗅覚システムに着目した。すなわち、化学物質を選択的に捕捉することにより濃縮や分離の工程を必要としないシステム、及び化学物質を一群のグループとして検出することで迅速性を高めるシステムに倣いセンサ技術を開発するというものである。実際の測定現場では分子種を特定する詳細な分析結果までは要求されないことが多い。例えば、地雷除去作業では、地雷から発せられる僅かなＴＮＴ（ｔｒｉｎｉｔｒｏｔｏｌｕｅｎｅ）を定性分析により時間をかけて特定して、その濃度等を測定する必要などない。重要なのは迅速、かつ高感度な検知である。地雷除去作業では、ＴＮＴを芳香族ニトロ化合物に属する化学物質であるというカテゴリーレベルで検出できれば十分と言える。また、ＴＮＴと類似する構造を有し、同じ芳香族ニトロ化合物に属するＤＮＴ（ｄｉｎｉｔｒｏｔｏｌｕｅｎｅ）やＤＮＢ（ｄｉｎｉｔｒｏｔｏｂｅｎｚｅｎ）等と敢えて識別する必要もない。むしろ、それらをまとめて検出できる方が実際の測定現場では有用性が高い。つまり、測定現場においてセンサ装置として使用する場合、化学物質の性質は大まかなグループとして判断できれば十分な場合が多いのである。
【非特許文献１】Ｂｕｃｋ Ｌ． & Ａｘｅｌ Ｒ．， Ｃｅｌｌ，１９９１，６５，１７５−１８７．
【非特許文献２】Ｍａｌｎｉｃ B．， Ｈｉｒｏｎｏ Ｊ．， Ｓａｔｏ Ｔ．， Ｂｕｃｋ Ｌ．Ｂ．： Ｃｅｌｌ，１９９９，９６，７１３−７２３．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、検出対象の化学物質が有する部分的な分子構造を捕捉することにより、当該化学物質を迅速に、高感度で、かつ緩やかに識別する化学物質検出方法とその装置を提供することである。本発明の他の課題は、前記検出対象の化学物質を超高感度で検出することのできる化学物質検出方法とその装置を提供することである。発明のさらなる課題は、前記二つの方法を基本として検出対象の化学物質が有する複数の部分的な分子構造を捕捉し、当該検出結果から当該化学物質が属する化学物質グループを特定する化学物質検出方法とその装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記課題を解決するために生物が有する嗅覚システムに着目し、当該システムに倣った化学物質検出方法の研究を行った。本発明はその研究に基づいて成されたものである。つまり、本発明の化学物質検出方法とその装置は、化学物質の部分的な分子構造を抗体や分子鋳型によって緩やかに捕捉することで、化学物質が有する一の特定分子構造によって当該化学物質を一群の化学物質として分類し、検出するものである。あるいは、化学物質が有する複数の特定分子構造の組み合わせによって当該化学物質を化学物質グループとして分類し、検出するものである。また、本発明の化学物質検出方法は捕捉した化学物質の検出感度を増強可能とすることにより超高感度な検出能力を有するものである。即ち、本発明は以下の発明を提供する。
【０００９】
請求項１に記載の本発明は、特定の化学物質を利用して生成した捕捉体であって、前記化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉可能な捕捉体をその表面に有する分子捕捉部と、分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する捕捉量計測部とを有する化学物質検出装置を提供する。
【００１０】
請求項２に記載の本発明は、前記捕捉体が抗体又は分子鋳型であることを特徴とする化学物質検出装置を提供する。
【００１１】
請求項３に記載の本発明は、特定の化学物質を利用して生成した捕捉体であって、前記化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉可能な捕捉体と、特定の化学物質が有する特定分子構造体を表面に配置した第二捕捉体とを有する分子捕捉部と、分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する捕捉量計測部とを有する化学物質検出装置を提供する。
【００１２】
請求項４に記載の本発明は、請求項３の捕捉量計測部が間接競合法によって分子捕捉部で捕捉された化学物質の検出感度を増強するように構成されていることを特徴とする化学物質検出装置を提供する。
【００１３】
請求項５に記載の本発明は、請求項１から３のいずれか一の捕捉量計測部が置換法によって分子捕捉部で捕捉された化学物質の検出感度を増強するように構成されていることを特徴とする化学物質検出装置を提供する。
【００１４】
請求項６に記載の本発明は、前記分子捕捉部が複数の群の化学物質を捕捉するために複数種類あり、既知の化学物質グループが有する特定分子構造を示す情報を蓄積したデータベース部と、前記分子捕捉部で捕捉された化学物質の前記捕捉量計測部による計測結果と、前記データベース部に蓄積された情報とに基づいて、前記分子捕捉部で捕捉された化学物質の属する一以上の化学物質グループを特定するグループ特定部とを有する化学物質検出装置を提供する。
【００１５】
請求項７に記載の本発明は、前記分子捕捉部を着脱可能な着脱部を有する化学物質検出装置を提供する。
【００１６】
請求項８に記載の本発明は、前記捕捉部計測部における化学物質の定量が表面プラズモン共鳴測定法、水晶振動子マイクロバランス測定法、電気化学インピーダンス法、比色法、又は蛍光法のいずれかの方法で行われることを特徴とする化学物質検出装置を提供する。
【００１７】
請求項９に記載の本発明は、前記特定分子構造がベンゼン環、又は／及びいずれかの官能基を構成する分子構造であることを特徴とする化学物質検出装置を提供する。
【００１８】
請求項１０に記載の本発明は、前記特定の化学物質が揮発性化学物質であることを特徴とする化学物質検出装置を提供する。
【００１９】
請求項１１に記載の本発明は、特定の化学物質を利用して生成した捕捉体を表面に配置した分子捕捉部において、当該捕捉体によって前記化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉する分子捕捉工程と、分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する捕捉量計測工程とを有する化学物質検出方法を提供する。
【００２０】
請求項１２に記載の本発明は、前記捕捉量計測工程が、分子捕捉部で捕捉された化学物質の検出感度を増強する検出感度増強工程を含む化学物質検出方法を提供する。
【００２１】
そして、請求項１３に記載の本発明は、特定の化学物質を利用して生成した捕捉体を特定の化学物質が有する特定分子構造体であり分子捕捉部の表面に配置された第二捕捉体によって、測定物中の検出すべき化学物質との間で捕捉し合う第二分子捕捉工程と、
分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する捕捉量計測工程とを有する化学物質検出方法を提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の化学物質検出方法とその装置によれば、検出対象の化学物質を厳密に特定せず、その化学物質の部分的な構造である特定分子構造を認識することで当該化学物質が属する一群の化学物質として検出することができる。この機能により迅速かつ簡便に検出すべき化学物質の存在の有無を判断することができる。
【００２３】
本発明の化学物質検出方法とその装置によれば、検出結果である複数の群の組み合わせから、当該化学物質が属する一以上の化学物質グループを特定することができる。
【００２４】
本発明の化学物質検出方法とその装置によれば、捕捉体により濃縮工程や分離工程を必要とすることなく検出すべき化学物質を選択的に検出することができる。
【００２５】
本発明の化学物質検出方法とその装置によれば、検出すべき化学物質がｐｐｔレベルでも超高感度で検出することができる。
【００２６】
本発明の化学物質検出方法とその装置によれば、従来の化学分析装置やセンサ装置では困難であった匂いの質を客観的に評価できる。
【００２７】
本発明の化学物質検出装置によれば、最も重要なセンサ部分に相当する分子捕捉部が小型化可能であることから可搬性のある化学物質検出装置を提供できる。
【００２８】
本発明の化学物質検出装置によれば、防災分野で特に大きな効果が期待できる。例えば、戦場跡地に設置されたままの地雷の探知や、多発する国際的テロ行為等による航空機内への爆発物の持ち込みの探知、また密輸される麻薬や覚醒剤の探知等が可能となる。従来、これらの探知は地雷犬や麻薬犬と呼ばれる特別な訓練を受けた訓練犬によって行われてきた。しかし、このような訓練犬は量産できず、また一定水準に達する訓練犬一匹を養成するまでには多大な時間と労力を要する。本発明によれば、高い検出感度を有する一定品質以上の化学物質検出装置の量産も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、各発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、本発明はこれらの実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施しうる。
【００３０】
以下、実施形態１は、主に請求項１、２、５、及び７から１２等に関する。実施形態２は、主に請求項３から５、７から１０、及び１３に関する。実施形態３は、主に請求項６から１０に関する。
【００３１】
<<実施形態１>>
<実施形態１：概要> 実施形態１について説明する。本実施形態の化学物質検出装置は、特定の化学物質を利用して生成した捕捉体をその表面に有する分子捕捉部と当該分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する捕捉量計測部とから構成されている。前記捕捉体は、前記特定の化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉することができる。本実施形態の化学物質検出装置は、この技術を基本として化学物質の緩やかな分子認識を行うことを特徴とする。
【００３２】
図1に本実施形態の中心となる分子捕捉部の概念の一例を示す。この図で示す分子捕捉部（０１０１）は、特定の化学物質Ａ（０１０２）によって生成された捕捉体である抗体（０１０３）を支持体（０１１０）上に有している。この抗体は、化学物質Ａが有する抗原決定基（０１０４）を抗原抗体反応によって捕捉可能なことから、測定物中では化学物質Ａだけでなく、共通する抗原決定基を有する化学物質Ｂ（０１０５）も捕捉することができる。さらに、この抗体は異なる抗原決定基（０１０６）を有する化学物質Ｃ（０１０７）をも捕捉することができる。これは、化学物質Ｃが当該抗体の交差反応性（ｃｒｏｓｓ ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ）によって認識される特定分子構造を有しているためである。この場合の特定分子構造は、抗原決定基の部分構造に相当し、交差反応性も含めて当該抗体によって捕捉される全ての化学物質が共通して有する部分的な化学構造を意味する。このように本実施形態の化学物質検出装置では、化学物質Ａ、Ｂ、Ｃは一の捕捉体（抗体）によって共通する特定分子構造を有する一群の化学物質（０１０８）として一まとめに選択される。これが、本発明で言う緩やかな分子認識である。
【００３３】
<実施形態１：構成> 図２は本実施形態の化学物質検出装置を構成する概念の一例である。この図に示すように、本実施形態の化学物質検出装置（０２００）は分子捕捉部（０２０１）と捕捉量計測部（０２０２）とを有する。以下、各構成について詳細に説明する。
【００３４】
「分子捕捉部」（０２０１）は、捕捉体（０２０３）と支持体（０２０４）とから構成されている。また、当該捕捉体は当該分子捕捉体の表面に配置されている。ここで、「支持体」とは当該捕捉体を担持し、分子捕捉部の主たる形状を成す固相を言う。当該支持体の材質は、一定の形状を保持できるものであれば、特には限定しない。具体的には、プラスチック、金属、ガラス、合成ゴム、セラミックス、耐水処理や強化処理した紙、又はそれらの組み合わせ等が該当する。当該分子捕捉部において捕捉体を有する表面は、当該分子捕捉部の全部であってもよいし、一部であってもよい。
【００３５】
分子捕捉部は、別個、独立に作製された捕捉体と支持体とを結合して構成されていてもよい。例えば、捕捉体がタンパク質であり、支持体がガラス基板である場合等が該当する。支持体は異なる構成成分からなる多層で構成されていてもよい。例えば、ガラス基板と、金（Ａｕ）の薄膜の二層からなる場合が該当する。捕捉体と支持体との結合方法は、化学物質の捕捉情報を後述する捕捉量計測部へ出力可能なように構成されていれば特に問わない。例えば、両者はお互い直接結合していてもよいし、両者を連結する二以上の他の連結物質を介して結合していてもよい。例えば、結合用介在タンパク質などが該当する。また、分子捕捉部は、同一素材からなる捕捉体と支持体とを一体化して構成されていても良い。例えば、分子鋳型を有する高分子ポリマーそれ自身が支持体を兼ねる場合等が該当する。
【００３６】
本実施形態の分子捕捉部は、一の特定分子構造に依存して当該特定分子構造を有する一群の化学物質を捕捉できる。したがって、当該分子捕捉部は同一の特定分子構造を捕捉する捕捉体であれば一以上の種類の捕捉体を有していてもよい。また、当該分子捕捉部は一の化学物質検出装置に複数あってもよい。
【００３７】
分子捕捉部は、少なくとも捕捉体を有する表面が測定物に直接接触できるように構成されている。これは、捕捉体が検出すべき化学物質を捕捉できるようにするためである。ここで、「測定物」とは、測定の対象となる気体、若しくは液体を言う。また、「検出すべき化学物質」とは、本発明の化学物質検出装置を用いて測定物の中からその存在を検出したい化学物質、すなわち検出対象の化学物質であって、「一群の化学物質」に含まれる。通常この検出すべき化学物質は、後述する「特定の化学物質」と同義である。
【００３８】
「捕捉」とは、結合によって捉えることを言う。当該捕捉は、直接的捕捉、間接的捕捉を問わない。例えば、本実施形態の分子捕捉部の捕捉体による検出すべき化学物質、若しくは一群の化学物質の直接的な捕捉であってもよいし、後述する実施形態２の分子捕捉部のように第二捕捉体を介する検出すべき化学物質、若しくは一群の化学物質の間接的な捕捉であってもよい。
【００３９】
「捕捉体」（０２０３）とは、特定の化学物質を利用して生成したものであって、当該化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉できるものである。当該捕捉体の材質は、特定分子構造に依存して捕捉可能な機能を有するものであれば特に限定しない。例えば、タンパク質であってもよいし、高分子ポリマーであってもよいし、また金属であってもよい。具体的には抗体や分子鋳型などが該当する。
【００４０】
「抗体」とは、生体内で生成される特定の抗原に対して反応するタンパク質であって、医学生物学分野における一般的な定義と同一である。当該抗体は、モノクローナル抗体だけでなく、一の特定分子構造に依存して捕捉可能であればポリクローナル抗体であってもよい。
【００４１】
本発明で使用する抗体の作製方法は、医学生物分野で広く一般に用いられている方法に準ずればよい。例えば、モノクローナル抗体を作製する場合には、まず、免疫原（抗原）として目的とする特定の化学物質をマウス等に接種して免疫する。一定期間当該免疫原で免疫した後、当該マウスから血清を採取して抗体価を測定する。次に、当該抗体価が一定値に達している場合には、当該マウスからリンパ球（Ｂリンパ球が好ましい）を採取してミエローマ細胞等との細胞融合を行う。最後に、目的のモノクローナル抗体を産生するハイブリドーマ細胞をスクリーニングによって前記融合細胞群から得ればよい。抗体の作製は時間と手間を要する。したがって、コストはかかるが抗体作製の受託サービスを行っている各バイオサイエンス関連企業に委託して作製したものを使用してもよい。なお、本発明の化学物質検出装置では、検出すべき化学物質が低分子である場合が多い。通常、低分子の化学物質には抗原性がなく、当該化学物質単独の接種では目的の抗体は得られない。したがって、低分子である特定の化学物質を抗原とする場合には、血清アルブミン（以下ＢＳＡとする。）、卵白アルブミン（以下ＯＶＡとする。）、又はスカシ貝ヘモシアニン（以下ＫＬＨとする。）等のキャリアタンパク質とコンジュゲートさせた複合体抗原を免疫原として接種することが望ましい。
【００４２】
分子捕捉部の支持体に抗体を固定化する方法は、物理的吸着や化学的吸着によって行えばよい。例えば、物理的吸着であれば、支持体の抗体固定化面が金属の場合には金属と有機化合物との高い親和性によって固定化すればよいし、また、化学的吸着であれば、支持体と抗体とをチオール化合物などで架橋して固定化すればよい。
【００４３】
なお、抗原抗体反応は通常液相内にて行われることから、捕捉体が抗体の場合には分子捕捉部の抗体は少なくとも測定時には液相中にする。当該液相の厚さは特に限定しない。例えば、測定物が気体の場合には当該抗体が抗原抗体反応をする上で十分なだけ浸漬していれば薄い水膜状の液相であってもよい。また、測定物が液体の場合には当該測定物自体が液相となるため、その液体に直接浸漬すればよい。測定物が気体の場合には検出の対象となり得る気化した化学物質、若しくは気相中の極微小な固体粒子は液相中に取り込まれた後に抗体に捕捉されることとなる。
【００４４】
「分子鋳型」とは、機能性モノマーを用いて標的分子の形状や化学的性質を鋳型として記憶させた高分子媒体であり、ＭＩＰ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒｌｙ ｉｍｐｒｉｎｔｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ）とも呼ばれる。当該分子鋳型は標的分子を選択的に認識、捕捉することができる。
【００４５】
本発明で使用する分子鋳型の作製方法は、センサ分野等で一般に用いられる分子インプリント法に準ずればよい。例えば、まず、標的分子とイオン結合や水素結合によってクロスリンク可能な機能性モノマーを高分子媒体と共に合成する。次に、標的分子を当該高分子媒体内に固定する。その後、洗浄によって高分子媒体から当該標的分子を除去する。高分子媒体に残ったキャビティー（空間）は標的分子の形状を記憶すると共に、キャビティー内に固定されている機能性モノマーによって化学的認識能も備えている。
【００４６】
「特定の化学物質」とは、前記分子捕捉部での捕捉を目的とした化学物質である。例えば、捕捉体が抗体である場合には、当該抗体を作成する際に使用した免疫原が該当し、また捕捉体が分子鋳型である場合には鋳型形成に使用した標的分子が該当する。通常の場合、当該特定の化学物質が後述する特定分子構造を有する一群の化学物質の中で優先的に捕捉される。
【００４７】
特定の化学物質は、常温常圧下で気化した状態、又は液体状態（溶媒中に溶解した場合等を含む）で存在する。例えば、揮発性化学物質、電解質、酸、塩基、糖質、脂質、タンパク質等が該当する。また、当該特定の化学物質は、常温常圧下では固体状態でのみ存在可能な物質であっても、気体中、若しくは液体中で微粒子として存在できる化学物質も含むものとする。分子捕捉部に対して腐蝕効果、溶解効果、変性効果等を有する化学物質は特定の化学物質から除くものとする。当該効果を有する物質は通常捕捉体を生成できないためである。例えば、分子捕捉部が高分子ポリマーからなる分子鋳型である場合、当該高分子ポリマーの溶剤の成分である化学物質等が該当する。ただし、希釈等によって捕捉体の生成が可能なレベルにまで当該効果を弱めることが可能な場合や、あるいは捕捉体の材質を変える事により捕捉体の生成が可能となる場合はその限りではない。
【００４８】
特定の化学物質の分子量は、捕捉体が捕捉可能な分子量であれば特に限定はしないが、低分子化学物質の検出を主たる目的とする本発明においては、数十から数百程度の低分子であることが好ましい。
【００４９】
段落番号００４７に挙げた例示の「揮発性化学物質」とは、常温常圧下で比較的容易に気化、若しくは昇華する化学物質を言う。天然に存在する物質、人工的に化学合成された物質のいずれであってもよい。当該揮発性化学物質の臭気の有無は問わないが、匂い物質（臭気性物質：ｏｄｏｒａｎｔ）は揮発性化学物質の典型例である。具体的に匂い物質とは、例えば、精油に含有されるテルペン系化合物や芳香族化合物、トルエンやジクロロメタン等の揮発性有機化合物（ｖｏｌａｔｉｌe ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：ＶＯＣ）、アンモニア、低級アルコール類、アルデヒド類、二酸化硫黄等の硫化物、ナフタレン等が該当する。
【００５０】
「特定分子構造」とは、捕捉体を生成するために用いた一の特定の化学物質が有する全部、又は一部の分子構造であって、当該生成された捕捉体が捕捉することのできる一群の化学物質において、共通して見られる特有の部分分子構造を言う。特定分子構造は、捕捉体を生成するために用いた特定の化学物質の分子構造の部位を限定しない。即ち、当該特定の化学物質における母核の部分であってもよいし、官能基等の側鎖の部分であってもよいし、またそれらの組み合わせであってもよい。具体的には、ＴＮＴを特定の化学物質とするとき、特定分子構造は母核のベンゼン環でもよいし、側鎖官能基のニトロ基であってもよいし、トルエンの部分であってもよいし、また、ＴＮＴの全体構造であってもよい。
【００５１】
「官能基」とは、ある一つの化学物質の集団に共通して含まれ、かつ当該集団において共通した化学的物性や反応性を示す原子団である。例えば、ヒドロキシル基、アルデヒド基、カルボキシル基、カルボニル基、ニトロ基、アミノ基、スルホン基、アゾ基などが該当する。
【００５２】
捕捉体が抗体や分子鋳型である場合には、前記特定分子構造は必ずしもそれぞれの抗原決定基やキャビティーの形状とは一致しない。なぜなら、抗体や一般的な分子鋳型はいずれも分子選択性に誤差を有しており、異なる分子構造をも選択してしまうためである。抗体や分子鋳型等による標的分子認識には厳密な特異性が要求されるため、通常このような誤差は敬遠視される。しかしながら、本発明においては、むしろこの分子選択性の誤差を積極的に利用して、誤差認識を含めた一群の化学物質として分子認識することを最大の特徴としている。以下、当該誤差について抗体を例に挙げて説明するが、分子鋳型においても同様の理由による。
【００５３】
抗体は抗原が有する抗原決定基を抗原抗体反応によって特異的に認識する。しかし、この認識は必ずしも厳密ではなく、若干の誤差（ブレ）を生じる場合がある。交差反応性（ｃｒｏｓｓ ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ）と呼ばれる現象であり、このような反応性を有する抗体は、抗原決定基と構造的に類似する分子構造を有する物質に対しても応答する場合がある。本発明においては、当該抗体の交差反応性によって捕捉された化学物質も検出の対象とする。これは、例え抗原決定基と一致せずとも、類似した分子構造を有する化学物質はその性質も抗原と類似する可能性が高いためである。つまり、類似した分子構造を有する化学物質をある程度の幅を持って認識できるのであれば、それは緩やかな分子認識を目的とする本発明の趣旨に即することになる。したがって、本発明における特定分子構造とは、交差反応性によって捕捉された化学物質をも含めた一群の化学物質が共通して有する分子構造であり、通常その具体的構造は一群の化学物質を構成する全化学物質から導き出される。捕捉体が抗体の場合には、当該特定分子構造は抗原決定基の部分構造であることが多い。
【００５４】
図３に、交差反応性を有する抗体による緩やかな分子認識の概念の一例を示す。ジニトロフェノール（ｄｉｎｉｔｒｏｐｈｅｎｏｌ）―グリシン−ＫＬＨ複合体（以下、ＤＮＰ−ｇｌｙ−ＫＬＨとする。：０３０１）を免疫原（抗原）として作製された一の抗ＤＮＰ−ｇｌｙ−ＫＬＨ抗体（０３０２）は、抗原決定基（破線部内：０３０３）を有するＤＮＰ−ｇｌｙ（０３０４）を優先的に認識する（図３で優先性を◎で示す。）。また、抗原決定基と構造的に類似するＤＮＴ（ｄｉｎｉｔｒｏｔｏｌｕｅｎｅ：０３０５）や２ＡＤＮＴ（２−ａｍｉｎｏ−４，６−ｄｉｎｉｔｒｏｔｏｌｕｅｎｅ：０３０６）等も交差反応性によって認識できる（図３で認識を○で示す。）。したがって、当該抗体によればＤＮＰ−ｇｌｙ、ＤＮＴ、そして２ＡＤＮＴが一群の化学物質として一まとめに捕捉されることになる。当該一群の化学物質はいずれも爆発物ＴＮＴの派生物質である。このように抗体の特異性が厳密でないことを逆手に利用して緩やかな分子認識を行う事により、抗原決定基を有しない爆発物ＴＮＴの派生物質をも検知可能とすることができる。一方、類似した分子構造を有していても、当該抗ＤＮＰ−ｇｌｙ−ＫＬＨ抗体では４ＡＤＮＴ（４−ａｍｉｎｏ−２，６−ｄｉｎｉｔｒｏｔｏｌｕｅｎｅ：０３０７）やＴＮＴ（０３０８）を認識できない（図３で非認識を×で示す。）。しかし、このような同属でありながら言わば選に漏れた化学物質があっても問題ではない。なぜなら、本実施形態の特徴は、厳密性を重視しない緩やかな分子認識であり、捕捉された化学物質のみが対象となるという、いわゆるフェイルセーフ的な使用を前提としているからである。なお、図３の例の場合には、一群の化学物質に属する化学物質が上記３つの化学物質に限定されるのであれば、当該特定分子構造はニトロベンゼンのうち２，４いずれか一方のメタ位にニトロ基を有し、パラ位にはメチル基若しくはグリシンの付加を有する構造（０３０９）であると判断される。
【００５５】
「特定分子構造に依存して」とは、特定分子構造を選択してという意味である。当該作用により前記分子捕捉部は測定物中に存在する検出すべき化学物質、若しくは後述する一群の化学物質を濃縮することが可能となる。なぜなら、測定物中から特定分子構造を有する化学物質を選択的に捕捉することは、目的とする化学物質の濃縮に資する事になるからである。
【００５６】
「一群の化学物質」とは、一の特定の化学物質を利用して生成された捕捉体によって捕捉される化学物質の集団である。前述のように当該一群の化学物質は、検出すべき化学物質の他、捕捉体の分子選択性の誤差によって捕捉される化学物質も含み、いずれの化学物質も分子構造に共通の特定分子構造を有することを特徴とする。
【００５７】
前記分子捕捉部は、「着脱部」によって当該化学物質検出装置から着脱可能なように構成されていてもよい。測定環境、又は、測定物の状態等に応じて最適な分子捕捉部を選択可能にするため、又は一度使用した分子捕捉部の洗浄の手間を省くため、さらに、連続使用によるコンタミの危険性を排除するためである。当該着脱部によって着脱される分子捕捉部は必ずしも全部である必要はなく、例えば、捕捉体を有する一部のみであってもよい。
【００５８】
「着脱部」（０２０５）は、例えば、前記分子捕捉部を化学物質検出装置に固定する固定部材や分子捕捉部との情報の授受を行うための端子等を有していてもよい。また、一の化学物質検出装置が複数の分子捕捉部を有する場合には、当該着脱部も複数あってもよい。
【００５９】
「捕捉量計測部」（０２０２）は前記分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量可能なように構成されている。
【００６０】
「化学物質を定量」とは、測定物に前記分子捕捉部を所定の時間曝露した時に、前記一群の化学物質の分子がどれほど捕捉体に捕捉されたかを計測することである。ここで、「所定の時間」とは、定量前に予め決められた任意の一定時間を言う。例えば、１秒間であってもよいし、１分間であってもよい。当該定量は、捕捉体が測定物中に存在する一群の化学物質を捕捉した時の当該捕捉体の動的な変化を電気信号に変換し、その強度等によって捕捉した分子を計測している。捕捉体の動的な変化を電気信号に変換できれば、当該定量の方法は特に限定しない。例えば、表面プラズモン共鳴測定法、水晶振動子マイクロバランス測定法、電気化学インピーダンス法、そして比色法、若しくは蛍光法等であってもよい。これらの方法による定量は、いずれも１００ｍｓ（０．１秒）以下で測定が可能である。
【００６１】
「表面プラズモン共鳴測定法」とは、ＳＰＲ法（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ法）とも呼ばれ、金属薄膜へのレーザー光の入射角度の変化に伴って反射光強度が減衰するという表面プラズモン共鳴現象を利用して、当該金属薄膜上への微量の捕捉物を高感度に測定する方法である。
【００６２】
「水晶振動子マイクロバランス測定法」とは、ＱＣＭ法（ｑｕａｒｔｚ ｃｒｙｓｔａｌ ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ法）とも呼ばれ、水晶振動子表面への物質の付着による水晶振動子の共振周波数の変化量に基づいて極微量な付着物を定量的に捕らえる質量測定方法である。
【００６３】
「電気化学インピーダンス法」とは、表面分極制御法とも呼ばれ、金属の表面分極を電極電位によって制御することで、電極表面と当該電極表面に付着した物質との相互作用を変化させ、付着した物質に関する情報を引き出す方法である。
【００６４】
「比色法」と「蛍光法」は、検出に用いる基質の性質が異なるだけで、その原理はほとんど同じである。即ち、基質が発色物質を生じる場合には比色法、また蛍光物質を生じる場合には蛍光法と呼ぶ。いずれの方法も、検出用プローブとしての基質等を捕捉体、若しくは介在物質等に担持させておき、標的分子との結合を当該基質に基づいた発色濃度や蛍光強度を吸光光度計やルミノメータ等により定量する方法である。当該方法は、捕捉体が抗体の場合には、ＥＬＩＳＡ法等が該当する。ＥＬＩＳＡ法は、酵素免疫吸着分析法とも呼ばれる。その原理は、標的分子と結合した一次抗体を、酵素標識された介在物質である二次抗体等を介して、当該酵素の作用により発色物質、若しくは蛍光物質を生じさせて、その発色濃度や蛍光強度によって標的分子を定量するものである。また分子鋳型の場合には、基質プローブ等を担持した機能性モノマーをキャビティー内に有する分子鋳型などが該当する。例えば、標的分子が当該分子鋳型に捕捉されることで、キャビティー内の基質プローブの状態が変化して発色、若しくは蛍光を発するのを利用してその発色濃度や蛍光強度によって標的分子を定量することができる。
【００６５】
図４に上記定量方法の一例として表面プラズモン共鳴測定法を用いた場合を説明する。図４のＡは当該測定法を用いた場合の分子捕捉部の一例である。ガラス板（０４０１）上の金（Ａｕ）薄膜（０４０２）の裏面にレーザー光（０４０３）を照射すると、レーザー光が全反射をすると同時に金薄膜でエバネッセント波（ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ ｗａｖｅ）（０４０４）が発生する。このとき、金薄膜表面側では表面プラズモン（０４０５）が発生する。このエバネッセント波と表面プラズモンの波数が一致した時、共鳴により光子エネルギーが表面プラズモンを励起するために使用されることから反射光が減衰する現象が生じる。これはレーザーの入射角度を変化させたとき、それに伴う反射光強度の減衰として捉えることができる。図４のＢで示すように入射光強度に対する反射光強度の比率である反射光強度比が最小となる時の入射角度（共鳴角度θとする）（０４０６）は、金属表面で生じる物質間の相互作用によって影響される。したがって、物質の相互作用をその前後の共鳴角度θの変化として捕らえることができる。例えば、図４のＡ、及びＢで示すように、金薄膜表面に担持させた抗体（０４０７）が何も捕捉していない状態の共鳴角度をθ０（０４１３）とする時、当該抗体が抗原（０４０８）である化学物質を捕捉すると共鳴角度がθ１（０４１４）に変化する。この場合、図４のＢ、及びＣで示すように、θ１とθ０との差であるΔθ（０４１５）の値の変化を見ることにより、抗体が化学物質をどれほど捕捉したかの定量することが可能となる。捕捉体が分子鋳型の場合には、当該分子鋳型を抗体に替えて前記金薄膜上に配置すれば、前記と同様の方法で目的の化学物質を定量することができる。
【００６６】
なお、前記他の定量方法はいずれも公知の確立された定量測定方法であり、従来技術に準じて行えばよいので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６７】
また、捕捉量計測部は置換法によって分子捕捉部で捕捉された化学物質の検出感度を増強するように構成されていてもよい。
【００６８】
本実施形態の「置換法」は、捕捉体に予め捕捉させた特定分子構造を有する化学物質と、測定物中の検出すべき化学物質との間で生じる捕捉体に対する競合を利用する方法である。例えば、捕捉体が抗体である場合には、当該抗体を支持体に固定しておき、特定分子構造を有する複合体抗原を当該抗体に捕捉させておく。当該状態で検出すべき化学物質を含んだ測定物を分子捕捉部に曝露させると、結合力の差により複合体抗原が抗体から解離し、代わって測定物中の検出すべき化学物質が抗体に捕捉される。この置換反応による変化を前記定量法で測定することができる。例えば、表面プラズモン共鳴測定法であれば、当該置換反応による共鳴角度θの変化を捉えればよい。当該置換法による検出感度の増強は、後述する間接競合法と同様にｐｐｔレベルの濃度の化学物質でも検出可能となる。
【００６９】
捕捉量計測部で取得される電気信号は通常微弱であることが多いため、取得された電気信号を必要に応じて増幅してもよい。当該増幅は増幅器を当該捕捉量計測部に設置する等の手段により解決できる。また、取得された電気信号がアナログ信号である場合には、当該電気信号を必要に応じてＡＤ変換してもよい。当該ＡＤ変換はコンパレータ等のＡＤ変換器を当該捕捉量計測部に設置する等の手段により解決できる。
【００７０】
捕捉量計測部は、計測結果を出力可能なように構成されている。測定結果の出力先は特には問わない。例えば、当該計測結果を表示可能なモニタ等の外部表示部に出力してもよいし、後述する実施形態３の場合であればグループ特定部に出力してもよい。例えば、出力形式も問わない。直接配線を介した出力でもよいし、ＵＳＢ端子等の接続端子を設けてケーブルを介した出力でもよい。また、無線によって送出してもよい。
【００７１】
<実施形態１：処理の流れ> 本実施形態における化学物質検出装置における処理の流れ、即ち本実施形態の化学物質検出方法について説明する。
【００７２】
図５は、本実施形態の処理の流れの一例である。本実施形態の化学物質検出方法はその処理の相違から、以下で説明する（Ａ）と（Ｂ）に大別できる。
【００７３】
（Ａ）図５のＡに示すように、まず、特定の化学物質を利用して生成した捕捉体によって前記化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉する（Ｓ０５０１：分子捕捉工程）。次に、前記分子捕捉工程で捕捉体に捕捉された化学物質を定量する（Ｓ０５０２：捕捉量計測工程）。以上の工程によって、検出すべき化学物質を当該化学物質が属する一群の化学物質として検出することができる。
【００７４】
（Ｂ）図５のＢに示すように、まず、特定の化学物質を利用して生成した捕捉体によって前記化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉する（Ｓ０５０３：分子捕捉工程）。ここまでは、前記Ａと同様である。次に、置換法によって分子捕捉部で捕捉された分子の検出感度を増強する（Ｓ０５０４：検出感度増強工程）。最後に、前記検出感度増強工程で増強された検出結果に基づいて化学物質の分子を定量する（Ｓ０５０５：捕捉量計測工程）。以上の工程によって、検出すべき化学物質を高感度に当該化学物質が属する一群の化学物質として検出することができる。
【００７５】
なお、本実施形態の化学物質検出装置の各工程を装置を用いて処理する場合には、当該装置を上記手順で操作する計算機に実行させるためのプログラムの一例は、以下の通りとなる。即ち、分子捕捉工程では測定物の流入量、流入時間、曝露時間、洗浄、又は捕捉体の再生等を管理するプログラム、また検出感度増強工程では、０値の測定の計算プログラムや捕捉体量、競合時間等を管理するプログラム、そして捕捉量計測工程では、基準値、応答値の測定と算出、検量線の算出等の計算プログラムの他、定量方法に応じた管理プログラム（例えば、表面プラズモン共鳴測定方法では、レーザー光の照射時間や入射角度の調整等）等である。また、このプログラムを記録媒体に記録して利用することも出来る（本明細書の全体を通して同様である。）。
【００７６】
<実施形態1：効果> 本実施形態によれば、検出すべき化学物質を厳密に特定せず、その化学物質の特定分子構造を認識することで当該化学物質が属する一群の化学物質として検出することができる。この機能により迅速かつ簡便に検出すべき化学物質の存在の有無を判断することができる。また、本発明の化学物質検出装置によれば、分子捕捉部が着脱可能であることから、測定物に応じて最適な分子捕捉部に迅速に変更することが可能である。
【００７７】
<<実施形態２>>
<実施形態２：概要> 実施形態２について説明する。本実施形態の化学物質検出装置は、前記実施形態１と基本は同じである。実施形態１との相違点は、本実施形態の分子捕捉部では特定の化学物質が有する特定分子構造体を表面に配置した第二捕捉体を有する点にある。すなわち、実施形態１とは捕捉する対象が逆の構成をとることを最大の特徴とする。前記捕捉体は本実施形態においても必須の構成要件である。しかし、本実施形態では分子捕捉部の表面に配置せずにフリーの状態で用いられる。本実施形態の化学物質検出装置は、これらの構成に基づいて超高感度な化学物質の検出が可能なことを特徴とする。
【００７８】
<実施形態２：構成> 本実施形態の化学物質検出装置の構成は図２で示す前記実施形態１の構成と概ね同様である。前記実施形態１の構成と異なる点は、分子捕捉部（０２０１）の支持体（０２０４）上に捕捉体（０２０３）ではなく第二捕捉体を配置している点である。したがって、本実施形態の構成のうち前記実施形態１と同様のものはその説明を省略し、以下に本実施形態に特徴的な構成について説明する。
【００７９】
本実施形態の「分子捕捉部」は、捕捉体と第二捕捉対と支持体とから構成されている。また、当該第二捕捉体は当該分子捕捉体の表面に配置されている。当該分子捕捉部の他の構成については、前記実施形態１の分子捕捉部に準ずる。ただし、段落番号００３４の最後の一文から００３７までの「捕捉体」は「第二捕捉体」に、段落番号００３５の「分子鋳型を有する高分子ポリマー」は「標的分子」に、段落番号００３６の「一群の化学物質を捕捉できる」は「一群の化学物質を捕捉する捕捉体を捕捉できる」に、同段落番号の「同一の特定分子構造を捕捉する捕捉体であれば」は「一の捕捉体を捕捉可能であれば」に、また、段落番号００３７の「捕捉体が検出すべき化学物質を捕捉できるように」は「第二捕捉体が検出すべき化学物質との間で捕捉体を捕捉し合えるように」に、それぞれ読み替えるものとする。
【００８０】
本実施形態の「捕捉体」は、前記実施形態１と同じく特定の化学物質を利用して生成したもので、前記化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉可能な構成をとる。実施形態１と異なる点は、本実施形態の捕捉体が分子捕捉部の表面に配置されずにフリーの状態にある点である。当該捕捉体は、検出感度を増強するために測定物と混合して分子捕捉部に供されるように構成されている。
【００８１】
本実施形態の「支持体」は、前記実施形態１と同様の構成をとる。
【００８２】
「第二捕捉体」とは、特定の化学物質が有する特定分子構造体である。当該第二捕捉体は特定分子構造体そのものであってもよいし、特定分子構造を有する化学物質であってもよい。特定分子構造を有する化学物質である場合には、当該特定分子構造が第二捕捉体として機能し得る状態で分子捕捉部表面に露出している必要がある。当該第二捕捉体は特定分子構造を有することから、当該特定分子構造を有する特定の化学物質を利用して生成した捕捉体を優先的に捕捉できる。通常、当該第二捕捉体は標的分子、若しくは標的分子が有する特定分子構造体が該当する。
【００８３】
本実施形態は検出感度を増強したい場合に有効な形態である。具体的には、間接競合法、又は置換法において第二捕捉体が固定化されて捕捉体がフリーの場合等が挙げられる。本実施形態によれば、検出すべき化学物質を超高感度で検出することができる。後述する実施例１で示すようにｐｐｔレベルの化学物質でも検出可能となる。
【００８４】
「間接競合法」とは、第二捕捉体に予め捕捉体を捕捉させておき、当該第二捕捉体と検出すべき化学物質との間で生じる捕捉体に対する競合を利用して、当該検出すべき化学物質を間接的に定量測定する方法である。
【００８５】
図６に間接競合法を用いて表面プラズモン共鳴測定法で測定する概念の一例を示す。図６のＡ−１、Ｂ−１、Ｃ−１は表面プラズモン共鳴測定法による共鳴角度の変化と時間の関係を示したものである。また、Ａ−２、Ｂ−２、Ｃ−２はそれぞれＡ−１、Ｂ−１、Ｃ−１の分子捕捉部における状態を示した概念図である。また、ＤはＢ−１とＣ−１の結果を統合した図である。なお、この図ではＡ−２のように分子捕捉部表面に第二捕捉体のみが固定されている状態での共鳴角度変化はＡ−１で示すように０となっている。しかし、実際には第二捕捉体のみが固定されている状態での共鳴角度変化は０ではなく、グラフの判別のし易さから単にＡ−２状態時の共鳴角度を０値として設定しているに過ぎない。これはＢ−１、Ｃ−１、Ｄについても同様である。図６では捕捉体が抗体の場合を示している。まず、第二捕捉体（０６０１）を支持体である金薄膜（０６０２）に固定化しておく（Ａ−２）。この例では固定化用のタンパク質（０６０３）とコンジュゲートした状態で第二捕捉体を固定化している。次に、当該第二捕捉体を捕捉可能な抗体（０６０４）を一定量、液相中で第二捕捉体と反応させる（Ｂ−２）。そのときに捕捉量計測部（０６０５は当該部より照射されたレーザー光を示す。）で取得される一定時間後の共鳴角Δθ0（０６０６）を基準値としておく（Ｂ−１）。続いて、抗原抗体反応で結合している抗体を一旦全て解離させた後、既知の濃度の検出すべき化学物質である抗原（０６０７）と共に前記と同一量の抗体（０６０４）を再び加える（Ｃ−２）。ここで、当該既知濃度の検出すべき化学物質の量に相当する抗体が、第二捕捉体（０６０１）と結合できなくなる分、一定時間後の共鳴角Δθ1（０６０８）は前記基準値よりも得られる電気信号が小さくなる（Ｃ−１）。これを応答値とする。得られた基準値と応答値の比Δθ0／Δθ1（０６０９）を算出することにより、応答特性である検量線を得ることができる。
【００８６】
本実施形態の「置換法」は、前記実施形態の置換法とその機序をやや異にする。すなわち、本実施形態の置換法は前記間接競合法と同様に、第二捕捉体に予め捕捉体を捕捉させておき、当該第二捕捉体と検出すべき化学物質との間で生じる捕捉体に対する競合を利用して、当該検出すべき化学物質を間接的に定量測定する方法である。例えば、捕捉体が抗体の場合、第二捕捉体である特定分子構造体に一定量の抗体を捕捉させておく。当該状態で検出すべき化学物質を含んだ測定物を分子捕捉部に曝露させると、結合力の差により抗体が第二捕捉部から解離し、代わって測定物中の検出すべき化学物質が抗体に捕捉される。この置換反応による変化を前記実施形態の置換法と同様の方法で測定することができる。
【００８７】
<実施形態２：処理の流れ> 本実施形態における化学物質検出装置における処理の流れ、即ち本実施形態の化学物質検出方法について説明する。
【００８８】
図７は、本実施形態の処理の流れの一例である。まず、特定の化学物質を利用して生成した捕捉体を、特定の化学物質が有する特定分子構造体であり分子捕捉部の表面に配置された第二捕捉体と測定物中の検出すべき化学物質との間で捕捉し合う（Ｓ０７０１：第二分子捕捉工程）。次に、分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する（Ｓ０７０２：捕捉量計測工程）。以上の工程によって、検出すべき化学物質を超高感度に当該化学物質が属する一群の化学物質として検出することができる。
【００８９】
<実施形態２：効果> 本実施形態によれば、検出感度増幅工程を得る事により検出すべき化学物質をｐｐｔ（１兆分の１）レベルの超高感度で検出することができる。
【００９０】
<<実施形態３>>
<実施形態３：概要> 実施形態３について説明する。本実施形態の化学物質検出装置は
前記実施形態１、又は２基本として、複数種類の分子捕捉部を有することにより複数の群の化学物質を捕捉可能なように構成されている。さらに本実施形態の化学物質検出装置は、捕捉量計測部による測定物の計測結果をデータベース部が蓄積する既知の化学物質グループが有する特定分子構造を示す情報に基づいて前記分子捕捉部で捕捉された化学物質の属する一以上の化学物質グループを特定できることを特徴とする。
【００９１】
図８に本実施形態の概念の一例を示す。この図で示す化学物質検出装置は実施形態１を基本としている。当該化学物質検出装置の分子捕捉部は、Ｉ（０８０１）、ＩＩ（０８０２）、ＩＩＩ（０８０３）の３つあり、それぞれが異なる特定分子構造を優先的に捕捉する抗体を有している。例えば、分子捕捉部Ｉの抗体（０８０４）はa（ベンゼン環とする。：０８０７）を、分子捕捉部ＩＩの抗体（０８０５）はｂ（ニトロ基を構成する分子構造とする。：０８０８）を、そして分子捕捉部ＩＩＩの抗体（０８０６）はｃ（ハロゲン基に共通する分子構造とする。：０８０９）を、それぞれ特定分子構造として捕捉することができる。当該化学物質検出装置を用いて化学物質の検出を行う時、測定物中にaのベンゼン環とｂのニトロ基を共に有する化学物質（Ａ：０８１０、Ｂ：０８１１）が存在すれば、当該化学物質は分子捕捉部ＩとＩＩで同時に捕捉される。したがって、本実施形態では測定物中に化学物質Ａ、Ｂのような異なる化学物質が存在していても、それらが有する複数の特定分子構造が同一であれば一の化学物質グループに属するものとして特定され、両者の区別はなされない。前記分子捕捉部が捕捉した情報は、捕捉量計測部（０８１３）を介してグループ特定部（０８１４）に送られる。グループ特定部は当該測定結果の特定分子構造の情報（図８ではベンゼン環とニトロ基）をキーとしてデータベース部（０８１５）内に蓄積されたデータ（０８１６）を検索する。グループ特定部は、キーである情報（０８１７）に合致するデータがあれば、キーである情報と関連付けられて保存されている化学物質グループデータ（図８では芳香族ニトロ化合物）（０８１８）を取得する。また、取得された化学物質グループの化学的性質（図８では爆発物、若しくは爆発物類似物）も同時に取得することができる。このように測定現場で本実施形態の化学物質検出装置を用いることで、測定物中に「芳香族ニトロ化合物に属し、爆発物、若しくは爆発物類似物質である化学物質」が含まれていることが検知される。
【００９２】
一方、化学物質Ｃ（０８１２）のようにaのベンゼン環とｃのハロゲン基は有するが、ｂのニトロ基を有さない化学物質のみが測定物に含まれている場合には、分子捕捉部Ｉからの捕捉信号がグループ特定部に入力されても、分子捕捉部ＩＩからの捕捉信号は入力されず、代わって分子捕捉部ＩＩＩからの捕捉信号が入力される。したがって、当該化学物質Ｃは芳香族ニトロ化合物の化学物質グループとしては特定されないが、「芳香族ハロゲン化合物」として特定されることになる。即ち、この場合には測定物中に「内分泌攪乱物質である芳香族ハロゲン化合物に属する化学物質」が含まれていると検知されることになる。本実施形態の化学物質検出装置は以上のような特徴を有している。
【００９３】
<実施形態３：構成> 図９は本実施形態の構成の一例である。この図で示す化学物質検出装置は実施形態１を基本としている。当該化学物質検出装置（０９００）は前記実施形態1の構成要素である分子捕捉部（０９０１）と捕捉量計測部（０９０２）に加えて、データベース部（０９０６）とグループ特定部（０９０７）を有する。また、この図で示す化学物質検出装置は着脱部（０９０５）を有する場合を示している。以下、各構成要素のうち本実施形態に特徴的な構成要素について説明する。なお、図９で示す本実施形態の化学物質検出装置は実施形態１を基本とする場合であるが、実施形態２を基本とするものであってもよい。その場合には、分子捕捉部が捕捉体に代わって第二捕捉体を有する点のみ異なる。
【００９４】
本実施形態の「分子捕捉部」（０９０１）は、実施形態１、又は２の「分子捕捉部」の構成を基本とするが、複数の群の化学物質を捕捉するために複数種類を有する点で相違する。すなわち、実施形態１、又は２の分子捕捉部はその数のいかんにかかわらずそれぞれ一の特定分子構造、又は一の捕捉体を捕捉可能なように構成されていたが、本実施形態の分子捕捉部は二以上の特定分子構造、又は捕捉体を捕捉可能なように構成されている。
【００９５】
「データベース部」（０９０６）は、既知の化学物質グループが有する特定分子構造を示す情報を蓄積するように構成されている。
【００９６】
データベース部は、後述するグループ特定部における情報処理の結果、測定結果の情報がデータベース部に未蓄積な新規の化学物質グループであるとの情報であった場合には、それが有する特定分子構造をグループ特定部から取得し、蓄積するように構成されていてもよい。また、既知の化学物質グループが有する特定分子構造を示す情報は、図９の０９０８で示す外部蓄積部から取得できるようにも構成されている。外部蓄積部からの情報を取得するために、当該データベース部は、ＣＤ−ＲＷドライブディスク等の記録媒体読込、又は／及び書込み手段を有していてもよい。
【００９７】
「化学物質グループ」とは、複数の群に属し、共通する複数の特定分子構造を有するグループを言う。すなわち、一群の化学物質は共通する一の特定分子構造を有することから、複数の群からなる化学物質グループは、各群がそれぞれ有する特定分子構造の組み合わせを当該化学物質グループの特徴として有することになる。例えば、ＴＮＴとＤＮＴはいずれもニトロ基を構成する分子構造を特定分子構造とする群にも、芳香族の母核であるベンゼン環を特定分子構造とする群にも属する。したがって、ＴＮＴとＤＮＴの属する化学グループは「芳香族系ニトロ化合物」となる。
【００９８】
「化学物質グループが有する特定分子構造を示す情報」とは、化学物質グループが有する特定分子構造に関連する情報を意味する。例えば、その化学物質グループが有する特定分子構造の構造的な情報、その化学物質グループに属する化学物質種の情報、あるいはそのグループに属する化学物質が共通して有する一以上の化学的性質などが該当する。例えば、前述の「芳香族系ニトロ化合物」という化学グループの場合であれば、ニトロ基とベンゼン環という二つの特定分子構造の構造的な情報、ＴＮＴ、ＤＮＴ、ＤＮＢ等の化学物質種が属すると言う情報、また「爆発物、若しくは爆発物類似物」という化学的性質を共通して有していること等である。
【００９９】
「グループ特定部」（０９０７）は、前記分子捕捉部で捕捉された分子の前記捕捉量計測部による計測結果と、前記データベース部に蓄積された情報とに基づいて、前記特定の化学物質の属する一以上の化学物質グループを特定するように構成されている。すなわち、当該グループ特定部は、前記捕捉量計測部による計測結果に基づいて、前記データベース部に蓄積された情報を検索可能なように構成されている。
【０１００】
化学物質グループを特定する方法は、捕捉量計測部による計測結果で得られた複数の群情報、すなわち複数の特定分子構造の情報をキーとして前記データベース部を検索する。当該キーに合致する特定分子構造の組み合わせを有した化学物質グループの情報が、データベース部に存在している場合には当該化学物質グループの情報を取得する。その際、化学物質グループ名だけでなく、それと関連付けて蓄積されている前記化学物質グループが有する特定分子構造を示す情報を共に取得することが望ましい。もしも、当該キーに合致する化学物質グループの情報がデータベース部に存在しない場合には、該当する化学物質グループがないと判断すると共に、特定分子構造の組み合わせを最も多く重複して有する化学物質グループの情報を関連する化学物質グループの情報として取得するようにしてもよい。当該類似化学物質情報は、特定分子構造の組み合わせを最も多く重複して有する化学物質グループだけでなく、重複度の高いものから低いものへ順次取得できるようにしてもよい。
【０１０１】
グループ特定部は前記捕捉量計測部による計測結果、及び蓄積部に蓄積された情報を取得可能なように構成されている。当該取得の形式は捕捉量計測部、及び蓄積部に合わせればよい。例えば、捕捉量計測部、蓄積部がいずれもＵＳＢ端子等のインターフェースを有しているのであれば当該グループ特定部もＵＳＢ端子を有することによってＵＳＢケーブルを介して取得可能にすればよいし、捕捉量計測部が無線送出手段を有し、蓄積部がＵＳＢ端子を有しているのであれば当該グループ特定部は無線取得手段とＵＳＢ端子を共に有することによって、無線とケーブルを介して取得するようにすればよい。
【０１０２】
また、グループ特定部は特定した化学物質グループの情報を当該化学物質グループが有する特定分子構造を示す情報と共に出力可能なようにも構成されている。出力先は、前記蓄積部であってもよいし、モニタ部であってもよい。当該出力の形式は、前記取得の形式と同様の方法で行えばよい。
【０１０３】
<実施形態３：効果> 本実施形態によれば、検出結果である複数の群の組み合わせから、当該化学物質が属する一以上の化学物質グループを特定することができる。また、従来の化学分析装置やセンサ装置では困難であった匂いの質を客観的に評価できる。
【実施例１】
【０１０４】
以下の実施例１、及び２をもって本発明を具体的に説明する。ただし、以下の実施例は単に例示するのみであり、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【０１０５】
<表面プラズモン共鳴測定法を用いた本発明の化学物質検出装置によるＴＮＴの検出>
本実施例の化学物質検出装置は、間接競合法と表面プラズモン共鳴測定法とを用いた実施形態２を基本とするものである。当該化学物質検出装置を用いて、分子捕捉部の捕捉体を複合体抗原とした場合のＴＮＴの検出感度等について確認をする。
【０１０６】
１．表面プラズモン共鳴測定装置と測定条件
表面プラズモン共鳴測定装置は、フローシステム採用のＳＲＰ６７０（日本レーザー電子）を用いた。分子捕捉部は、２０×１３×０．７ｍｍのガラス板表面に約５０ｎｍ厚で金薄膜を形成させたものを支持体として、当該金薄膜表面に複合体抗原を捕捉体として後述の方法で固定化したものを用いた。測定物を含むキャリア溶液は、０．１Ｍリン酸緩衝液ｐＨ７．２（以下、ＰＢＳとする。）／１％（Ｗ／Ｖ）エタノールを用いた。抗原、抗体の希釈は前記ＰＢＳで行った。測定温度は２５℃±１℃、測定物の導入量は２００μlとした。流速、及び流通時間は以下に詳述する。他は、当該装置の使用法に従った。
【０１０７】
２．複合体抗原の金薄膜上への固定化（分子捕捉部の形成）
（１）まず、表面プラズモン共鳴測定法を行うにあたり、分子捕捉部を形成するために支持体の一部である金薄膜に複合体抗原を固定化した。当該複合体抗原はトリニトロフェノール（ｔｒｉｎｉｔｒｏｐｈｅｎｏｌ：以下ＴＮＰとする。）をＯＶＡとコンジュゲートしたものである（以下、本実施例において当該複合体抗原をＴＮＰ−ＯＶＡとする。）。当該ＴＮＰ−ＯＶＡをＰＢＳで２００ｐｐｍに希釈し、２００μlを流速１５μl／ｍｉｎで約１４分間流して、前記金薄膜上にＴＮＰ−ＯＶＡを物理的吸着させた。ＴＮＰ−ＯＶＡの吸着後、約２００μlのＰＢＳを流して、当該金薄膜を洗浄した。
【０１０８】
（２）次に、ＴＮＰ−ＯＶＡが前記金薄膜上に物理吸着されずに隙間となっている箇所をブロッキングするために、ＰＢＳで１０００ｐｐｍに溶解した牛血清アルブミン（以下、ＢＳＡとする。）を２００μl流した。当該ＢＳＡによるブロッキング後、約２００μlのＰＢＳを流速１５μl／ｍｉｎで流して、当該金薄膜を洗浄した。
【０１０９】
（３）図１０は捕捉量計測部にて測定された上記（１）から（２）の工程における共鳴角度の変化を示したものである。縦軸は共鳴角度の変化（単位：ｄｅｇｒｅｅ／ｄｅｇ．／°）、横軸は時間（単位：分）を示す。また、図１０のＡ点は、２００ｐｐｍのＴＮＰ−ＯＶＡの流入起点、Ｂ点は１０００ｐｐｍのＢＳＡの流入起点、Ｃ点とＤ点は洗浄用ＰＢＳ流入起点をそれぞれ示す。さらに、エリアＩは金薄膜のみの状態、エリアＩＩは金薄膜状に複合体抗原が物理的吸着をしており、かつ複合体抗原が吸着されずに金薄膜の露出した部分が残っている状態、エリアＩＩＩはエリアＩＩの露出した金薄膜にＢＳＡがブロッキング吸着している状態を示す。図１０から、ＴＮＰ−ＯＶＡが金薄膜上に物理吸着することにより表面プラズモン共鳴の共鳴角度が０．１７°（洗浄済状態）変化している。また、これにＢＳＡが物理吸着されることで共鳴角がさらに０．０６°（洗浄済状態）変化していることがわかる。これらの変化の和である０．２３°が当該分子捕捉部の０値となる。
【０１１０】
３．ＴＮＴの測定
（１）まず、基準値を得るために前記分子捕捉部に２０ｐｐｍに希釈した抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体溶液２００μlを流速６５μl／ｍｉｎで約１０分間流して反応させた。その後、約２００μlのＰＢＳを流して洗浄した。当該抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体は、ＴＮＰ−ＫＬＨ複合体を抗原としてマウスに接種して作製したＴＮＴ等を捕捉可能なポリクローナル抗体である。前記ＴＮＰ−ＫＬＨ複合体は、以下のようにして作製した。まず、１０ ｍｇ ＫＬＨ を含む４８０ ｍＭ 炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）溶液（ｐＨ８．５）とトリニトロベンゼンスルホン酸ナトリウム（２，４，６−ｔｒｉｎｉｔｒｏｂｅｎｚｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ ｓｏｄｉｕｍ ｓａｌｔ）１ｍｇ／ｍｌ Ｈ２Ｏを４０℃で２時間反応させた。その後、４℃で３日間、５回水を交換しながら透析を行った。最後に、透析液を凍結乾燥して目的のＴＮＰ−ＫＬＨ複合体抗原を得た。前記抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体と金薄膜上に固定したＴＮＰ−ＯＶＡによる抗原抗体反応によって得られる共鳴角度の値から上記２．（３）で得られた０値０．２３°を減じた値が基準値となる。
【０１１１】
（２）次に、前記抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体とＴＮＰ−ＯＶＡとの結合を解離させるために３２．５μlの再生溶液を流速６５μl／ｍｉｎで分子捕捉部に流した。当該再生溶液の組成は、グリシン塩酸緩衝液（ｐＨ２．０）にペプシンを２０ｐｐｍになるように希釈したものである。
【０１１２】
（３）続いて、各濃度のＴＮＴを含む前記２０ｐｐｍ抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体溶液２００μlを、流速６５μl／ｍｉｎで約３分間流した。その後、約２００μlのＰＢＳで洗浄し、一定値に達したときの値を測定値として得た。測定値から前記０値を減じた値を応答値とした。異なる濃度のＴＮＴを含む２０ｐｐｍ抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体溶液を新たに流す際には、事前に前記３．（２）と同様の解離処理を行った。
【０１１３】
４．測定結果
図１１に上記実験の測定結果を示す。縦軸は共鳴角度の変化（単位：ｄｅｇ．）を、また横軸は時間（単位：分）を示している。図１１のＡ点は基準値を得るための２０ｐｐｍの抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体溶液（以下、Ａｂ溶液とする。）のみの流入起点であり、Ｂ点からＥ点までが各濃度のＴＮＴを含む２０ｐｐｍＡｂ溶液の流入起点である。具体的には、Ｂ点が２０ｐｐｍＡｂ溶液＋１０ｐｐｂ（ｐｐｂ＝１０億分の１量）ＴＮＴの流入起点、Ｃ点が２０ｐｐｍＡｂ溶液＋１０ｐｐｔＴＮＴの流入起点、Ｄ点が２０ｐｐｍＡｂ溶液＋１ｐｐｍ（ｐｐｍ＝１００万分の１量）ＴＮＴの流入起点、Ｅ点が２０ｐｐｍＡｂ溶液＋１ｐｐｂＴＮＴの流入起点をそれぞれ示している。また、Ｆ点は再度基準値を確認するために流した２０ｐｐｍＡｂ溶液のみの流入起点を示す。さらに、ａは洗浄用ＰＢＳ流入起点、ｂは再生溶液流入起点を示す。各濃度時に示す％は、基準値に対する応答値の割合（％）である。当該％は前記間接競合法で説明したように、検出すべき化学物質（この場合はＴＮＴ）の濃度が低いほど大きく、濃度が高いほど小さくなる。この％値に基づいて検量線（応答特性）を得ることができる。以上の結果から本実施例の間接競合法と表面プラズモン共鳴測定法とを用いた化学物質検出装置により、ＴＮＴがｐｐｔレベルであっても測定可能であることが証明された。
【実施例２】
【０１１４】
<比色法を用いた本発明の化学物質検出装置によるＴＮＴ等の検出>
本実施例の化学物質検出装置は、捕捉量計測部で間接競合法と比色法（以下、ＥＬＩＳＡ法とする。）との組み合わせによる間接競合ＥＬＩＳＡ法を用いた場合の例である。当該化学物質検出装置で分子捕捉部の捕捉体を複合体抗原とした抗体を用いて、当該抗体の交差反応性によりＴＮＴ等の緩やかな分子認識による検出等について確認をする。
【０１１５】
図１２は間接競合ＥＬＩＳＡ法について示したものである。以下、本実施例の手順を当該図に沿って説明する。
【０１１６】
１．複合体抗原のプレートへの固定化（分子捕捉部の形成）：図１２のＡ
まず、５０ｍＭ炭酸塩緩衝液（ｐＨ９．８）で希釈した１０μｇ／ｍｌＴＮＰ−ＯＶＡ（１２０１）を９６穴プレートの各ウェルに１００μｌ滴下し、一晩室温で静置して当該プレート底面（１２０２）に固定化させた。翌日、０．０５％Ｔｗｅｅｎ２０を含むリン酸緩衝液（以下、ＰＢＳＴとする。）で３回洗浄した。その後、１％ゼラチン溶液を当該ウェルに滴下し、室温で１時間静置することでＴＮＰ−ＯＶＡの隙間をブロッキングした。以上の工程により、間接競合ＥＬＩＳＡ法による分子捕捉部を形成した。
【０１１７】
２．間接競合による抗原抗体反応：図１２のＢ
次に、既知濃度の抗原溶液と抗体溶液を混合し、前記プレートの各ウェルに一定量滴下した。具体的には前記分子捕捉部を形成後のプレートの各ウェルに１０μｇ／ｍｌのマウスＩｇＧ抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体（１２０３）と、１０−５から１０−１０まで１０−1毎に段階的に希釈した抗原（ＴＮＴ等）（１２０４）を等量混合した混合溶液１００μｌを滴下し、１時間室温で抗原抗体反応をさせた。当該抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体は実施例１で使用したものと同様である。その後、ＰＢＳＴで３回洗浄し、ウェル内に残った未反応の抗体等を除去した（図１２のＣ）。
【０１１８】
３．ＥＬＩＳＡ法による検出反応：図１２のＤ
以降は、捕捉量計測部での処理による。アルカリフォスファターゼ（以下、ＡＬＰとする。）（１２０５）でラベル化された抗マウスＩｇＧ抗体（１２０６）をＰＢＳにより１０００倍希釈したものを前記各ウェルに１００μｌ滴下した。そのまま１時間、室温で前記マウスＩｇＧ抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体を抗原として抗原抗体反応をさせた。反応後ウェル内をＰＢＳＴで３回洗浄し、パラニトロフェニルフォスフェート：以下、ｐ−ＮＰＰとする。）をＡＬＰ基質（１２０７）とした基質溶液を１００μｌ加えた。当該基質溶液の組成は、５０ ｍＭ炭酸塩緩衝液（ｐＨ９．８）に溶解した２ｍｇ／ｍｌ ｐ−ＮＰＰ（ナカライテスク）、１ｍＭ ＭｇＣｌ２、及び０．１ｍＭ ＺｎＣｌ２からなる。反応は室温で３０分間行った。ＡＬＰ活性により、黄色の発色物質パラニトロフェノール（以下、ｐ−ＮＰとする。）（１２０８）がｐ−ＮＰＰから遊離する。マイクロプレートリーダー（Ｓｐｅｃｔｒａ １：Ｗａｋｏ）を用いて、４０５ｎｍでの吸光度として当該発色を測定した。
【０１１９】
４．抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体のＴＮＴ等に対する結合性評価
図１３は、本実施例の前記間接競合ＥＬＩＳＡ法による測定結果の一例である。縦軸は抗原を添加しない抗体溶液のみの場合に得られる４０５ｎｍでの吸光度Ａ０に対する各濃度の抗原を添加した際に得られる同波長の吸光度Ａの割合（単位：％）を、また横軸は各種抗原の濃度（単位：ｇ／ｍｌ）をそれぞれ示している。検出に用いた各濃度における抗原の当該割合を求めることで当該抗原の検量線（応答特性）を得ることができる。例えば、１３０１は、ＴＮＴにおける検量線を表す。また、各プロットはそれぞれ以下の抗原を示す。すなわち、△は２，６−ＤＮＴを、■は４−アミノ−２，６−ＤＮＴを、▲は２，４−ＤＮＴを、□は２−アミノ−４，６−ＤＮＴを、◇はＴＮＰ−グリシンを、そして●はＴＮＴである。各種抗原よりＩＣ５０値を算出し、得られた抗体の各化合物に対する結合の強さを見積もった。ＩＣ５０値とは、抗体との結合を５０％阻害する抗原濃度である。各種抗原よりＩＣ５０値を算出し、得られた抗体の各化合物に対する結合の強さを見積もった。ＩＣ５０値とは、抗体との結合を５０％阻害する抗原濃度である。各種抗原の当該ＩＣ５０値は、２，６−ＤＮＴが>５．５Ｘ１０−５Ｍ、４−アミノ−２，６−ＤＮＴが２．３Ｘ１０−５Ｍ、２，４−ＤＮＴが５．５Ｘ１０−６Ｍ、２−アミノ−４，６−ＤＮＴが５．６Ｘ１０−６Ｍ、ＴＮＰ−グリシンが４．５×１０−８Ｍ、そしてＴＮＴが２．６×１０−８Ｍであった。したがって、本実施例に使用した抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体は、共通の特定分子構造を有するＴＮＴ以外の化学物質も捕捉可能な交差反応性を有するが、ＴＮＴとＴＮＰ−グリシンに対して高い捕捉性を有することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】実施形態１の分子捕捉部における分子認識の概念図。
【図２】実施形態１の化学物質検出装置の構成を説明するための概念図。
【図３】交差反応性を有する抗体によるに緩やかな分子認識の概念図。
【図４】表面プラズモン共鳴測定法を用いた定量の概念図。
【図５】実施形態１の処理の流れ。
【図６】間接競合法の概念図。
【図７】実施形態２の処理の流れ。
【図８】実施形態３の概念の一例。
【図９】実施形態３の化学物質検出装置の構成を説明するための概念図。
【図１０】実施例１で複合体抗原の固定における表面プラズモン共鳴測定値の変化。
【図１１】実施例１のＴＮＴ測定結果。
【図１２】実施例２の間接競合ＥＬＩＳＡを説明するための概念図。
【図１３】実施例２の抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体のＴＮＴ等に対する結合性評価結果。
【符号の説明】
【０１２１】
０８０１：分子捕捉部Ｉ
０８０２：分子捕捉部ＩＩ
０８０３：分子捕捉部ＩＩＩ
０８０４：分子捕捉部Ｉの捕捉体である抗体
０８０５：分子捕捉部ＩＩの捕捉体である抗体
０８０６：分子捕捉部ＩＩＩの捕捉体である抗体
０８０７：ベンゼン環
０８０８：ニトロ基を構成する分子構造
０８０９：ハロゲン基に共通する分子構造
０８１０：ベンゼン環とニトロ基を共に有する化学物質Ａ
０８１１：ベンゼン環とニトロ基を共に有する化学物質Ｂ
０８１２：ベンゼン環とハロゲン基を共に有する化学物質Ｃ
０８１３：捕捉量計測部
０８１４：グループ特定部
０８１５：データベース部
０８１６：データベース部内に蓄積されたデータ
０８１７：検索に際してキーとなる情報
０８１８：化学物質グループデータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学物質が有する特定分子構造に基づいて化学物質を群、若しくはグループのレベルで分類することにより当該化学物質を迅速、かつ高感度に検出する方法とその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境、衛生、防災等の分野で管理すべき化学物質は非常に多岐に渡り、その種類も極めて多い。例えば、環境ホルモン問題における内分泌攪乱物質、工場跡地の土壌汚染物質、建築資材から発生するアスベスト、食品や容器、若しくはそれらの製造装置から発生する異臭や異味の原因となる化学物質、爆弾テロによる爆発物、そして密輸による覚醒剤等が挙げられる。そのような化学物質の多くは低分子であり、通常測定物中に極めて微量しか含まれていない。しかしながら、それらの化学物質を迅速に、また高感度に検出することは各分野での安全性等を確保する上で極めて重要な作業である。
【０００３】
現在の測定技術は、高度に洗練された分離技術、濃縮技術、分析手法の選択等によってｐｐｔ（１兆分の１）レベル以下であっても様々な化学物質の分析が可能となっている。通常、そのように微量なレベルの分析の場合には検出対象物に合わせた最適な分離、濃縮、定性分析、及び定量分析等の各工程を経なければならない。必然的にそれは、多大な労力と多くの時間、そして高い分析コストを必要とすることになる。したがって、このような複雑多数の工程を必要とする分析手法は研究室内での測定手法として特化したものであり、測定現場における手法としては適していない。
【０００４】
測定現場で要求されるのは化学物質をその場で検出できる測定手法である。センサ技術は、そのようなニーズに基づいて分析技術とは異なる技術を発展させてきた。センサ手法では化学物質の簡易、かつ迅速な検出やモニタリングが可能であり、加えて測定装置の小型化も容易である。一方、現在のセンサ技術は分析技術のように高感度で分子の組成解析を行うことができるまでには至っていない。しかし、前述の各分野で検出対象となる化学物質は、測定物中に存在することすら不明の状態から出発することが一般的である。また、例え存在しても通常その量は極めて微量である。したがって、濃縮や分離の組み合わせが測定上必須となるが、そのような工程を経る測定手法は分析手法に他ならず、前述のように測定現場での手法としては馴染まない。また、前述のように現在のセンサ技術の分析能力では、技術的に対応できないという問題があった。
【０００５】
ところで、生物は極めて優れた化学物質の識別、検出能力を有している。例えば、生物の嗅覚は、大気中に極微量に存在する匂い物質を瞬時に認識することができる。嗅覚は、鼻腔粘膜等に存在する臭気物質受容体（ｏｄｏｒａｎｔ ｒｅｃｅｐｔｏｒ）が匂い物質を受容し、その受容信号が脳へ伝達され、匂い情報として処理されることによって認識されている。臭気物質受容体は、人で約３５０種、マウスで約１０００種と、多くの種類が知られている（非特許文献１）。このような臭気物質受容体はそれぞれが特定の匂い物質を捕捉しているわけではなく、一つの臭気物質受容体が類似する分子構造を有する複数の匂い物質を捕捉していると言われている。逆に、これは一種類の匂い物質が複数の異なる種類の臭気物質受容体によって捕捉されることを意味している。つまり、生物の嗅覚システムは、一つの匂い物質によって活性化された異なる複数の臭気物質受容体の組み合わせに基づいて、その匂い物質の匂いの質を記憶と照らし合わせて認識しているのである。臭気物質受容体が匂い物質に対して曖昧な認識を行うことができるのは、当該受容体が匂い物質の分子構造全体を厳密に認識しているのではなく、部分的な構造を認識しているためであると考えられている（非特許文献２）。
【０００６】
本発明者らは前述の問題を解決するために、生物の嗅覚システムに着目した。すなわち、化学物質を選択的に捕捉することにより濃縮や分離の工程を必要としないシステム、及び化学物質を一群のグループとして検出することで迅速性を高めるシステムに倣いセンサ技術を開発するというものである。実際の測定現場では分子種を特定する詳細な分析結果までは要求されないことが多い。例えば、地雷除去作業では、地雷から発せられる僅かなＴＮＴ（ｔｒｉｎｉｔｒｏｔｏｌｕｅｎｅ）を定性分析により時間をかけて特定して、その濃度等を測定する必要などない。重要なのは迅速、かつ高感度な検知である。地雷除去作業では、ＴＮＴを芳香族ニトロ化合物に属する化学物質であるというカテゴリーレベルで検出できれば十分と言える。また、ＴＮＴと類似する構造を有し、同じ芳香族ニトロ化合物に属するＤＮＴ（ｄｉｎｉｔｒｏｔｏｌｕｅｎｅ）やＤＮＢ（ｄｉｎｉｔｒｏｔｏｂｅｎｚｅｎ）等と敢えて識別する必要もない。むしろ、それらをまとめて検出できる方が実際の測定現場では有用性が高い。つまり、測定現場においてセンサ装置として使用する場合、化学物質の性質は大まかなグループとして判断できれば十分な場合が多いのである。
【非特許文献１】Ｂｕｃｋ Ｌ． & Ａｘｅｌ Ｒ．， Ｃｅｌｌ，１９９１，６５，１７５−１８７．
【非特許文献２】Ｍａｌｎｉｃ B．， Ｈｉｒｏｎｏ Ｊ．， Ｓａｔｏ Ｔ．， Ｂｕｃｋ Ｌ．Ｂ．： Ｃｅｌｌ，１９９９，９６，７１３−７２３．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、検出対象の化学物質が有する部分的な分子構造を捕捉することにより、当該化学物質を迅速に、高感度で、かつ緩やかに識別する化学物質検出方法とその装置を提供することである。本発明の他の課題は、前記検出対象の化学物質を超高感度で検出することのできる化学物質検出方法とその装置を提供することである。発明のさらなる課題は、前記二つの方法を基本として検出対象の化学物質が有する複数の部分的な分子構造を捕捉し、当該検出結果から当該化学物質が属する化学物質グループを特定する化学物質検出方法とその装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記課題を解決するために生物が有する嗅覚システムに着目し、当該システムに倣った化学物質検出方法の研究を行った。本発明はその研究に基づいて成されたものである。つまり、本発明の化学物質検出方法とその装置は、化学物質の部分的な分子構造を抗体や分子鋳型によって緩やかに捕捉することで、化学物質が有する一の特定分子構造によって当該化学物質を一群の化学物質として分類し、検出するものである。あるいは、化学物質が有する複数の特定分子構造の組み合わせによって当該化学物質を化学物質グループとして分類し、検出するものである。また、本発明の化学物質検出方法は捕捉した化学物質の検出感度を増強可能とすることにより超高感度な検出能力を有するものである。即ち、本発明は以下の発明を提供する。
【０００９】
請求項１に記載の本発明は、特定の化学物質を利用して生成した捕捉体であって、前記化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉可能な捕捉体をその表面に有する分子捕捉部と、分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する捕捉量計測部とを有する化学物質検出装置を提供する。
【００１０】
請求項２に記載の本発明は、前記捕捉体が抗体又は分子鋳型であることを特徴とする化学物質検出装置を提供する。
【００１１】
請求項３に記載の本発明は、特定の化学物質を利用して生成した捕捉体であって、前記化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉可能な捕捉体と、特定の化学物質が有する特定分子構造体を表面に配置した第二捕捉体とを有する分子捕捉部と、分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する捕捉量計測部とを有する化学物質検出装置を提供する。
【００１２】
請求項４に記載の本発明は、請求項３の捕捉量計測部が間接競合法によって分子捕捉部で捕捉された化学物質の検出感度を増強するように構成されていることを特徴とする化学物質検出装置を提供する。
【００１３】
請求項５に記載の本発明は、請求項１から３のいずれか一の捕捉量計測部が置換法によって分子捕捉部で捕捉された化学物質の検出感度を増強するように構成されていることを特徴とする化学物質検出装置を提供する。
【００１４】
請求項６に記載の本発明は、前記分子捕捉部が複数の群の化学物質を捕捉するために複数種類あり、既知の化学物質グループが有する特定分子構造を示す情報を蓄積したデータベース部と、前記分子捕捉部で捕捉された化学物質の前記捕捉量計測部による計測結果と、前記データベース部に蓄積された情報とに基づいて、前記分子捕捉部で捕捉された化学物質の属する一以上の化学物質グループを特定するグループ特定部とを有する化学物質検出装置を提供する。
【００１５】
請求項７に記載の本発明は、前記分子捕捉部を着脱可能な着脱部を有する化学物質検出装置を提供する。
【００１６】
請求項８に記載の本発明は、前記捕捉部計測部における化学物質の定量が表面プラズモン共鳴測定法、水晶振動子マイクロバランス測定法、電気化学インピーダンス法、比色法、又は蛍光法のいずれかの方法で行われることを特徴とする化学物質検出装置を提供する。
【００１７】
請求項９に記載の本発明は、前記特定分子構造がベンゼン環、又は／及びいずれかの官能基を構成する分子構造であることを特徴とする化学物質検出装置を提供する。
【００１８】
請求項１０に記載の本発明は、前記特定の化学物質が揮発性化学物質であることを特徴とする化学物質検出装置を提供する。
【００１９】
請求項１１に記載の本発明は、特定の化学物質を利用して生成した捕捉体を表面に配置した分子捕捉部において、当該捕捉体によって前記化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉する分子捕捉工程と、分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する捕捉量計測工程とを有する化学物質検出方法を提供する。
【００２０】
請求項１２に記載の本発明は、前記捕捉量計測工程が、分子捕捉部で捕捉された化学物質の検出感度を増強する検出感度増強工程を含む化学物質検出方法を提供する。
【００２１】
そして、請求項１３に記載の本発明は、特定の化学物質を利用して生成した捕捉体を特定の化学物質が有する特定分子構造体であり分子捕捉部の表面に配置された第二捕捉体によって、測定物中の検出すべき化学物質との間で捕捉し合う第二分子捕捉工程と、
分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する捕捉量計測工程とを有する化学物質検出方法を提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の化学物質検出方法とその装置によれば、検出対象の化学物質を厳密に特定せず、その化学物質の部分的な構造である特定分子構造を認識することで当該化学物質が属する一群の化学物質として検出することができる。この機能により迅速かつ簡便に検出すべき化学物質の存在の有無を判断することができる。
【００２３】
本発明の化学物質検出方法とその装置によれば、検出結果である複数の群の組み合わせから、当該化学物質が属する一以上の化学物質グループを特定することができる。
【００２４】
本発明の化学物質検出方法とその装置によれば、捕捉体により濃縮工程や分離工程を必要とすることなく検出すべき化学物質を選択的に検出することができる。
【００２５】
本発明の化学物質検出方法とその装置によれば、検出すべき化学物質がｐｐｔレベルでも超高感度で検出することができる。
【００２６】
本発明の化学物質検出方法とその装置によれば、従来の化学分析装置やセンサ装置では困難であった匂いの質を客観的に評価できる。
【００２７】
本発明の化学物質検出装置によれば、最も重要なセンサ部分に相当する分子捕捉部が小型化可能であることから可搬性のある化学物質検出装置を提供できる。
【００２８】
本発明の化学物質検出装置によれば、防災分野で特に大きな効果が期待できる。例えば、戦場跡地に設置されたままの地雷の探知や、多発する国際的テロ行為等による航空機内への爆発物の持ち込みの探知、また密輸される麻薬や覚醒剤の探知等が可能となる。従来、これらの探知は地雷犬や麻薬犬と呼ばれる特別な訓練を受けた訓練犬によって行われてきた。しかし、このような訓練犬は量産できず、また一定水準に達する訓練犬一匹を養成するまでには多大な時間と労力を要する。本発明によれば、高い検出感度を有する一定品質以上の化学物質検出装置の量産も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、各発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、本発明はこれらの実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施しうる。
【００３０】
以下、実施形態１は、主に請求項１、２、５、及び７から１２等に関する。実施形態２は、主に請求項３から５、７から１０、及び１３に関する。実施形態３は、主に請求項６から１０に関する。
【００３１】
<<実施形態１>>
<実施形態１：概要> 実施形態１について説明する。本実施形態の化学物質検出装置は、特定の化学物質を利用して生成した捕捉体をその表面に有する分子捕捉部と当該分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する捕捉量計測部とから構成されている。前記捕捉体は、前記特定の化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉することができる。本実施形態の化学物質検出装置は、この技術を基本として化学物質の緩やかな分子認識を行うことを特徴とする。
【００３２】
図1に本実施形態の中心となる分子捕捉部の概念の一例を示す。この図で示す分子捕捉部（０１０１）は、特定の化学物質Ａ（０１０２）によって生成された捕捉体である抗体（０１０３）を支持体（０１１０）上に有している。この抗体は、化学物質Ａが有する抗原決定基（０１０４）を抗原抗体反応によって捕捉可能なことから、測定物中では化学物質Ａだけでなく、共通する抗原決定基を有する化学物質Ｂ（０１０５）も捕捉することができる。さらに、この抗体は異なる抗原決定基（０１０６）を有する化学物質Ｃ（０１０７）をも捕捉することができる。これは、化学物質Ｃが当該抗体の交差反応性（ｃｒｏｓｓ ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ）によって認識される特定分子構造を有しているためである。この場合の特定分子構造は、抗原決定基の部分構造に相当し、交差反応性も含めて当該抗体によって捕捉される全ての化学物質が共通して有する部分的な化学構造を意味する。このように本実施形態の化学物質検出装置では、化学物質Ａ、Ｂ、Ｃは一の捕捉体（抗体）によって共通する特定分子構造を有する一群の化学物質（０１０８）として一まとめに選択される。これが、本発明で言う緩やかな分子認識である。
【００３３】
<実施形態１：構成> 図２は本実施形態の化学物質検出装置を構成する概念の一例である。この図に示すように、本実施形態の化学物質検出装置（０２００）は分子捕捉部（０２０１）と捕捉量計測部（０２０２）とを有する。以下、各構成について詳細に説明する。
【００３４】
「分子捕捉部」（０２０１）は、捕捉体（０２０３）と支持体（０２０４）とから構成されている。また、当該捕捉体は当該分子捕捉体の表面に配置されている。ここで、「支持体」とは当該捕捉体を担持し、分子捕捉部の主たる形状を成す固相を言う。当該支持体の材質は、一定の形状を保持できるものであれば、特には限定しない。具体的には、プラスチック、金属、ガラス、合成ゴム、セラミックス、耐水処理や強化処理した紙、又はそれらの組み合わせ等が該当する。当該分子捕捉部において捕捉体を有する表面は、当該分子捕捉部の全部であってもよいし、一部であってもよい。
【００３５】
分子捕捉部は、別個、独立に作製された捕捉体と支持体とを結合して構成されていてもよい。例えば、捕捉体がタンパク質であり、支持体がガラス基板である場合等が該当する。支持体は異なる構成成分からなる多層で構成されていてもよい。例えば、ガラス基板と、金（Ａｕ）の薄膜の二層からなる場合が該当する。捕捉体と支持体との結合方法は、化学物質の捕捉情報を後述する捕捉量計測部へ出力可能なように構成されていれば特に問わない。例えば、両者はお互い直接結合していてもよいし、両者を連結する二以上の他の連結物質を介して結合していてもよい。例えば、結合用介在タンパク質などが該当する。また、分子捕捉部は、同一素材からなる捕捉体と支持体とを一体化して構成されていても良い。例えば、分子鋳型を有する高分子ポリマーそれ自身が支持体を兼ねる場合等が該当する。
【００３６】
本実施形態の分子捕捉部は、一の特定分子構造に依存して当該特定分子構造を有する一群の化学物質を捕捉できる。したがって、当該分子捕捉部は同一の特定分子構造を捕捉する捕捉体であれば一以上の種類の捕捉体を有していてもよい。また、当該分子捕捉部は一の化学物質検出装置に複数あってもよい。
【００３７】
分子捕捉部は、少なくとも捕捉体を有する表面が測定物に直接接触できるように構成されている。これは、捕捉体が検出すべき化学物質を捕捉できるようにするためである。ここで、「測定物」とは、測定の対象となる気体、若しくは液体を言う。また、「検出すべき化学物質」とは、本発明の化学物質検出装置を用いて測定物の中からその存在を検出したい化学物質、すなわち検出対象の化学物質であって、「一群の化学物質」に含まれる。通常この検出すべき化学物質は、後述する「特定の化学物質」と同義である。
【００３８】
「捕捉」とは、結合によって捉えることを言う。当該捕捉は、直接的捕捉、間接的捕捉を問わない。例えば、本実施形態の分子捕捉部の捕捉体による検出すべき化学物質、若しくは一群の化学物質の直接的な捕捉であってもよいし、後述する実施形態２の分子捕捉部のように第二捕捉体を介する検出すべき化学物質、若しくは一群の化学物質の間接的な捕捉であってもよい。
【００３９】
「捕捉体」（０２０３）とは、特定の化学物質を利用して生成したものであって、当該化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉できるものである。当該捕捉体の材質は、特定分子構造に依存して捕捉可能な機能を有するものであれば特に限定しない。例えば、タンパク質であってもよいし、高分子ポリマーであってもよいし、また金属であってもよい。具体的には抗体や分子鋳型などが該当する。
【００４０】
「抗体」とは、生体内で生成される特定の抗原に対して反応するタンパク質であって、医学生物学分野における一般的な定義と同一である。当該抗体は、モノクローナル抗体だけでなく、一の特定分子構造に依存して捕捉可能であればポリクローナル抗体であってもよい。
【００４１】
本発明で使用する抗体の作製方法は、医学生物分野で広く一般に用いられている方法に準ずればよい。例えば、モノクローナル抗体を作製する場合には、まず、免疫原（抗原）として目的とする特定の化学物質をマウス等に接種して免疫する。一定期間当該免疫原で免疫した後、当該マウスから血清を採取して抗体価を測定する。次に、当該抗体価が一定値に達している場合には、当該マウスからリンパ球（Ｂリンパ球が好ましい）を採取してミエローマ細胞等との細胞融合を行う。最後に、目的のモノクローナル抗体を産生するハイブリドーマ細胞をスクリーニングによって前記融合細胞群から得ればよい。抗体の作製は時間と手間を要する。したがって、コストはかかるが抗体作製の受託サービスを行っている各バイオサイエンス関連企業に委託して作製したものを使用してもよい。なお、本発明の化学物質検出装置では、検出すべき化学物質が低分子である場合が多い。通常、低分子の化学物質には抗原性がなく、当該化学物質単独の接種では目的の抗体は得られない。したがって、低分子である特定の化学物質を抗原とする場合には、血清アルブミン（以下ＢＳＡとする。）、卵白アルブミン（以下ＯＶＡとする。）、又はスカシ貝ヘモシアニン（以下ＫＬＨとする。）等のキャリアタンパク質とコンジュゲートさせた複合体抗原を免疫原として接種することが望ましい。
【００４２】
分子捕捉部の支持体に抗体を固定化する方法は、物理的吸着や化学的吸着によって行えばよい。例えば、物理的吸着であれば、支持体の抗体固定化面が金属の場合には金属と有機化合物との高い親和性によって固定化すればよいし、また、化学的吸着であれば、支持体と抗体とをチオール化合物などで架橋して固定化すればよい。
【００４３】
なお、抗原抗体反応は通常液相内にて行われることから、捕捉体が抗体の場合には分子捕捉部の抗体は少なくとも測定時には液相中にする。当該液相の厚さは特に限定しない。例えば、測定物が気体の場合には当該抗体が抗原抗体反応をする上で十分なだけ浸漬していれば薄い水膜状の液相であってもよい。また、測定物が液体の場合には当該測定物自体が液相となるため、その液体に直接浸漬すればよい。測定物が気体の場合には検出の対象となり得る気化した化学物質、若しくは気相中の極微小な固体粒子は液相中に取り込まれた後に抗体に捕捉されることとなる。
【００４４】
「分子鋳型」とは、機能性モノマーを用いて標的分子の形状や化学的性質を鋳型として記憶させた高分子媒体であり、ＭＩＰ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒｌｙ ｉｍｐｒｉｎｔｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ）とも呼ばれる。当該分子鋳型は標的分子を選択的に認識、捕捉することができる。
【００４５】
本発明で使用する分子鋳型の作製方法は、センサ分野等で一般に用いられる分子インプリント法に準ずればよい。例えば、まず、標的分子とイオン結合や水素結合によってクロスリンク可能な機能性モノマーを高分子媒体と共に合成する。次に、標的分子を当該高分子媒体内に固定する。その後、洗浄によって高分子媒体から当該標的分子を除去する。高分子媒体に残ったキャビティー（空間）は標的分子の形状を記憶すると共に、キャビティー内に固定されている機能性モノマーによって化学的認識能も備えている。
【００４６】
「特定の化学物質」とは、前記分子捕捉部での捕捉を目的とした化学物質である。例えば、捕捉体が抗体である場合には、当該抗体を作成する際に使用した免疫原が該当し、また捕捉体が分子鋳型である場合には鋳型形成に使用した標的分子が該当する。通常の場合、当該特定の化学物質が後述する特定分子構造を有する一群の化学物質の中で優先的に捕捉される。
【００４７】
特定の化学物質は、常温常圧下で気化した状態、又は液体状態（溶媒中に溶解した場合等を含む）で存在する。例えば、揮発性化学物質、電解質、酸、塩基、糖質、脂質、タンパク質等が該当する。また、当該特定の化学物質は、常温常圧下では固体状態でのみ存在可能な物質であっても、気体中、若しくは液体中で微粒子として存在できる化学物質も含むものとする。分子捕捉部に対して腐蝕効果、溶解効果、変性効果等を有する化学物質は特定の化学物質から除くものとする。当該効果を有する物質は通常捕捉体を生成できないためである。例えば、分子捕捉部が高分子ポリマーからなる分子鋳型である場合、当該高分子ポリマーの溶剤の成分である化学物質等が該当する。ただし、希釈等によって捕捉体の生成が可能なレベルにまで当該効果を弱めることが可能な場合や、あるいは捕捉体の材質を変える事により捕捉体の生成が可能となる場合はその限りではない。
【００４８】
特定の化学物質の分子量は、捕捉体が捕捉可能な分子量であれば特に限定はしないが、低分子化学物質の検出を主たる目的とする本発明においては、数十から数百程度の低分子であることが好ましい。
【００４９】
段落番号００４７に挙げた例示の「揮発性化学物質」とは、常温常圧下で比較的容易に気化、若しくは昇華する化学物質を言う。天然に存在する物質、人工的に化学合成された物質のいずれであってもよい。当該揮発性化学物質の臭気の有無は問わないが、匂い物質（臭気性物質：ｏｄｏｒａｎｔ）は揮発性化学物質の典型例である。具体的に匂い物質とは、例えば、精油に含有されるテルペン系化合物や芳香族化合物、トルエンやジクロロメタン等の揮発性有機化合物（ｖｏｌａｔｉｌe ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：ＶＯＣ）、アンモニア、低級アルコール類、アルデヒド類、二酸化硫黄等の硫化物、ナフタレン等が該当する。
【００５０】
「特定分子構造」とは、捕捉体を生成するために用いた一の特定の化学物質が有する全部、又は一部の分子構造であって、当該生成された捕捉体が捕捉することのできる一群の化学物質において、共通して見られる特有の部分分子構造を言う。特定分子構造は、捕捉体を生成するために用いた特定の化学物質の分子構造の部位を限定しない。即ち、当該特定の化学物質における母核の部分であってもよいし、官能基等の側鎖の部分であってもよいし、またそれらの組み合わせであってもよい。具体的には、ＴＮＴを特定の化学物質とするとき、特定分子構造は母核のベンゼン環でもよいし、側鎖官能基のニトロ基であってもよいし、トルエンの部分であってもよいし、また、ＴＮＴの全体構造であってもよい。
【００５１】
「官能基」とは、ある一つの化学物質の集団に共通して含まれ、かつ当該集団において共通した化学的物性や反応性を示す原子団である。例えば、ヒドロキシル基、アルデヒド基、カルボキシル基、カルボニル基、ニトロ基、アミノ基、スルホン基、アゾ基などが該当する。
【００５２】
捕捉体が抗体や分子鋳型である場合には、前記特定分子構造は必ずしもそれぞれの抗原決定基やキャビティーの形状とは一致しない。なぜなら、抗体や一般的な分子鋳型はいずれも分子選択性に誤差を有しており、異なる分子構造をも選択してしまうためである。抗体や分子鋳型等による標的分子認識には厳密な特異性が要求されるため、通常このような誤差は敬遠視される。しかしながら、本発明においては、むしろこの分子選択性の誤差を積極的に利用して、誤差認識を含めた一群の化学物質として分子認識することを最大の特徴としている。以下、当該誤差について抗体を例に挙げて説明するが、分子鋳型においても同様の理由による。
【００５３】
抗体は抗原が有する抗原決定基を抗原抗体反応によって特異的に認識する。しかし、この認識は必ずしも厳密ではなく、若干の誤差（ブレ）を生じる場合がある。交差反応性（ｃｒｏｓｓ ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ）と呼ばれる現象であり、このような反応性を有する抗体は、抗原決定基と構造的に類似する分子構造を有する物質に対しても応答する場合がある。本発明においては、当該抗体の交差反応性によって捕捉された化学物質も検出の対象とする。これは、例え抗原決定基と一致せずとも、類似した分子構造を有する化学物質はその性質も抗原と類似する可能性が高いためである。つまり、類似した分子構造を有する化学物質をある程度の幅を持って認識できるのであれば、それは緩やかな分子認識を目的とする本発明の趣旨に即することになる。したがって、本発明における特定分子構造とは、交差反応性によって捕捉された化学物質をも含めた一群の化学物質が共通して有する分子構造であり、通常その具体的構造は一群の化学物質を構成する全化学物質から導き出される。捕捉体が抗体の場合には、当該特定分子構造は抗原決定基の部分構造であることが多い。
【００５４】
図３に、交差反応性を有する抗体による緩やかな分子認識の概念の一例を示す。ジニトロフェノール（ｄｉｎｉｔｒｏｐｈｅｎｏｌ）―グリシン−ＫＬＨ複合体（以下、ＤＮＰ−ｇｌｙ−ＫＬＨとする。：０３０１）を免疫原（抗原）として作製された一の抗ＤＮＰ−ｇｌｙ−ＫＬＨ抗体（０３０２）は、抗原決定基（破線部内：０３０３）を有するＤＮＰ−ｇｌｙ（０３０４）を優先的に認識する（図３で優先性を◎で示す。）。また、抗原決定基と構造的に類似するＤＮＴ（ｄｉｎｉｔｒｏｔｏｌｕｅｎｅ：０３０５）や２ＡＤＮＴ（２−ａｍｉｎｏ−４，６−ｄｉｎｉｔｒｏｔｏｌｕｅｎｅ：０３０６）等も交差反応性によって認識できる（図３で認識を○で示す。）。したがって、当該抗体によればＤＮＰ−ｇｌｙ、ＤＮＴ、そして２ＡＤＮＴが一群の化学物質として一まとめに捕捉されることになる。当該一群の化学物質はいずれも爆発物ＴＮＴの派生物質である。このように抗体の特異性が厳密でないことを逆手に利用して緩やかな分子認識を行う事により、抗原決定基を有しない爆発物ＴＮＴの派生物質をも検知可能とすることができる。一方、類似した分子構造を有していても、当該抗ＤＮＰ−ｇｌｙ−ＫＬＨ抗体では４ＡＤＮＴ（４−ａｍｉｎｏ−２，６−ｄｉｎｉｔｒｏｔｏｌｕｅｎｅ：０３０７）やＴＮＴ（０３０８）を認識できない（図３で非認識を×で示す。）。しかし、このような同属でありながら言わば選に漏れた化学物質があっても問題ではない。なぜなら、本実施形態の特徴は、厳密性を重視しない緩やかな分子認識であり、捕捉された化学物質のみが対象となるという、いわゆるフェイルセーフ的な使用を前提としているからである。なお、図３の例の場合には、一群の化学物質に属する化学物質が上記３つの化学物質に限定されるのであれば、当該特定分子構造はニトロベンゼンのうち２，４いずれか一方のメタ位にニトロ基を有し、パラ位にはメチル基若しくはグリシンの付加を有する構造（０３０９）であると判断される。
【００５５】
「特定分子構造に依存して」とは、特定分子構造を選択してという意味である。当該作用により前記分子捕捉部は測定物中に存在する検出すべき化学物質、若しくは後述する一群の化学物質を濃縮することが可能となる。なぜなら、測定物中から特定分子構造を有する化学物質を選択的に捕捉することは、目的とする化学物質の濃縮に資する事になるからである。
【００５６】
「一群の化学物質」とは、一の特定の化学物質を利用して生成された捕捉体によって捕捉される化学物質の集団である。前述のように当該一群の化学物質は、検出すべき化学物質の他、捕捉体の分子選択性の誤差によって捕捉される化学物質も含み、いずれの化学物質も分子構造に共通の特定分子構造を有することを特徴とする。
【００５７】
前記分子捕捉部は、「着脱部」によって当該化学物質検出装置から着脱可能なように構成されていてもよい。測定環境、又は、測定物の状態等に応じて最適な分子捕捉部を選択可能にするため、又は一度使用した分子捕捉部の洗浄の手間を省くため、さらに、連続使用によるコンタミの危険性を排除するためである。当該着脱部によって着脱される分子捕捉部は必ずしも全部である必要はなく、例えば、捕捉体を有する一部のみであってもよい。
【００５８】
「着脱部」（０２０５）は、例えば、前記分子捕捉部を化学物質検出装置に固定する固定部材や分子捕捉部との情報の授受を行うための端子等を有していてもよい。また、一の化学物質検出装置が複数の分子捕捉部を有する場合には、当該着脱部も複数あってもよい。
【００５９】
「捕捉量計測部」（０２０２）は前記分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量可能なように構成されている。
【００６０】
「化学物質を定量」とは、測定物に前記分子捕捉部を所定の時間曝露した時に、前記一群の化学物質の分子がどれほど捕捉体に捕捉されたかを計測することである。ここで、「所定の時間」とは、定量前に予め決められた任意の一定時間を言う。例えば、１秒間であってもよいし、１分間であってもよい。当該定量は、捕捉体が測定物中に存在する一群の化学物質を捕捉した時の当該捕捉体の動的な変化を電気信号に変換し、その強度等によって捕捉した分子を計測している。捕捉体の動的な変化を電気信号に変換できれば、当該定量の方法は特に限定しない。例えば、表面プラズモン共鳴測定法、水晶振動子マイクロバランス測定法、電気化学インピーダンス法、そして比色法、若しくは蛍光法等であってもよい。これらの方法による定量は、いずれも１００ｍｓ（０．１秒）以下で測定が可能である。
【００６１】
「表面プラズモン共鳴測定法」とは、ＳＰＲ法（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ法）とも呼ばれ、金属薄膜へのレーザー光の入射角度の変化に伴って反射光強度が減衰するという表面プラズモン共鳴現象を利用して、当該金属薄膜上への微量の捕捉物を高感度に測定する方法である。
【００６２】
「水晶振動子マイクロバランス測定法」とは、ＱＣＭ法（ｑｕａｒｔｚ ｃｒｙｓｔａｌ ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ法）とも呼ばれ、水晶振動子表面への物質の付着による水晶振動子の共振周波数の変化量に基づいて極微量な付着物を定量的に捕らえる質量測定方法である。
【００６３】
「電気化学インピーダンス法」とは、表面分極制御法とも呼ばれ、金属の表面分極を電極電位によって制御することで、電極表面と当該電極表面に付着した物質との相互作用を変化させ、付着した物質に関する情報を引き出す方法である。
【００６４】
「比色法」と「蛍光法」は、検出に用いる基質の性質が異なるだけで、その原理はほとんど同じである。即ち、基質が発色物質を生じる場合には比色法、また蛍光物質を生じる場合には蛍光法と呼ぶ。いずれの方法も、検出用プローブとしての基質等を捕捉体、若しくは介在物質等に担持させておき、標的分子との結合を当該基質に基づいた発色濃度や蛍光強度を吸光光度計やルミノメータ等により定量する方法である。当該方法は、捕捉体が抗体の場合には、ＥＬＩＳＡ法等が該当する。ＥＬＩＳＡ法は、酵素免疫吸着分析法とも呼ばれる。その原理は、標的分子と結合した一次抗体を、酵素標識された介在物質である二次抗体等を介して、当該酵素の作用により発色物質、若しくは蛍光物質を生じさせて、その発色濃度や蛍光強度によって標的分子を定量するものである。また分子鋳型の場合には、基質プローブ等を担持した機能性モノマーをキャビティー内に有する分子鋳型などが該当する。例えば、標的分子が当該分子鋳型に捕捉されることで、キャビティー内の基質プローブの状態が変化して発色、若しくは蛍光を発するのを利用してその発色濃度や蛍光強度によって標的分子を定量することができる。
【００６５】
図４に上記定量方法の一例として表面プラズモン共鳴測定法を用いた場合を説明する。図４のＡは当該測定法を用いた場合の分子捕捉部の一例である。ガラス板（０４０１）上の金（Ａｕ）薄膜（０４０２）の裏面にレーザー光（０４０３）を照射すると、レーザー光が全反射をすると同時に金薄膜でエバネッセント波（ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ ｗａｖｅ）（０４０４）が発生する。このとき、金薄膜表面側では表面プラズモン（０４０５）が発生する。このエバネッセント波と表面プラズモンの波数が一致した時、共鳴により光子エネルギーが表面プラズモンを励起するために使用されることから反射光が減衰する現象が生じる。これはレーザーの入射角度を変化させたとき、それに伴う反射光強度の減衰として捉えることができる。図４のＢで示すように入射光強度に対する反射光強度の比率である反射光強度比が最小となる時の入射角度（共鳴角度θとする）（０４０６）は、金属表面で生じる物質間の相互作用によって影響される。したがって、物質の相互作用をその前後の共鳴角度θの変化として捕らえることができる。例えば、図４のＡ、及びＢで示すように、金薄膜表面に担持させた抗体（０４０７）が何も捕捉していない状態の共鳴角度をθ０（０４１３）とする時、当該抗体が抗原（０４０８）である化学物質を捕捉すると共鳴角度がθ１（０４１４）に変化する。この場合、図４のＢ、及びＣで示すように、θ１とθ０との差であるΔθ（０４１５）の値の変化を見ることにより、抗体が化学物質をどれほど捕捉したかの定量することが可能となる。捕捉体が分子鋳型の場合には、当該分子鋳型を抗体に替えて前記金薄膜上に配置すれば、前記と同様の方法で目的の化学物質を定量することができる。
【００６６】
なお、前記他の定量方法はいずれも公知の確立された定量測定方法であり、従来技術に準じて行えばよいので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６７】
また、捕捉量計測部は置換法によって分子捕捉部で捕捉された化学物質の検出感度を増強するように構成されていてもよい。
【００６８】
本実施形態の「置換法」は、捕捉体に予め捕捉させた特定分子構造を有する化学物質と、測定物中の検出すべき化学物質との間で生じる捕捉体に対する競合を利用する方法である。例えば、捕捉体が抗体である場合には、当該抗体を支持体に固定しておき、特定分子構造を有する複合体抗原を当該抗体に捕捉させておく。当該状態で検出すべき化学物質を含んだ測定物を分子捕捉部に曝露させると、結合力の差により複合体抗原が抗体から解離し、代わって測定物中の検出すべき化学物質が抗体に捕捉される。この置換反応による変化を前記定量法で測定することができる。例えば、表面プラズモン共鳴測定法であれば、当該置換反応による共鳴角度θの変化を捉えればよい。当該置換法による検出感度の増強は、後述する間接競合法と同様にｐｐｔレベルの濃度の化学物質でも検出可能となる。
【００６９】
捕捉量計測部で取得される電気信号は通常微弱であることが多いため、取得された電気信号を必要に応じて増幅してもよい。当該増幅は増幅器を当該捕捉量計測部に設置する等の手段により解決できる。また、取得された電気信号がアナログ信号である場合には、当該電気信号を必要に応じてＡＤ変換してもよい。当該ＡＤ変換はコンパレータ等のＡＤ変換器を当該捕捉量計測部に設置する等の手段により解決できる。
【００７０】
捕捉量計測部は、計測結果を出力可能なように構成されている。測定結果の出力先は特には問わない。例えば、当該計測結果を表示可能なモニタ等の外部表示部に出力してもよいし、後述する実施形態３の場合であればグループ特定部に出力してもよい。例えば、出力形式も問わない。直接配線を介した出力でもよいし、ＵＳＢ端子等の接続端子を設けてケーブルを介した出力でもよい。また、無線によって送出してもよい。
【００７１】
<実施形態１：処理の流れ> 本実施形態における化学物質検出装置における処理の流れ、即ち本実施形態の化学物質検出方法について説明する。
【００７２】
図５は、本実施形態の処理の流れの一例である。本実施形態の化学物質検出方法はその処理の相違から、以下で説明する（Ａ）と（Ｂ）に大別できる。
【００７３】
（Ａ）図５のＡに示すように、まず、特定の化学物質を利用して生成した捕捉体によって前記化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉する（Ｓ０５０１：分子捕捉工程）。次に、前記分子捕捉工程で捕捉体に捕捉された化学物質を定量する（Ｓ０５０２：捕捉量計測工程）。以上の工程によって、検出すべき化学物質を当該化学物質が属する一群の化学物質として検出することができる。
【００７４】
（Ｂ）図５のＢに示すように、まず、特定の化学物質を利用して生成した捕捉体によって前記化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉する（Ｓ０５０３：分子捕捉工程）。ここまでは、前記Ａと同様である。次に、置換法によって分子捕捉部で捕捉された分子の検出感度を増強する（Ｓ０５０４：検出感度増強工程）。最後に、前記検出感度増強工程で増強された検出結果に基づいて化学物質の分子を定量する（Ｓ０５０５：捕捉量計測工程）。以上の工程によって、検出すべき化学物質を高感度に当該化学物質が属する一群の化学物質として検出することができる。
【００７５】
なお、本実施形態の化学物質検出装置の各工程を装置を用いて処理する場合には、当該装置を上記手順で操作する計算機に実行させるためのプログラムの一例は、以下の通りとなる。即ち、分子捕捉工程では測定物の流入量、流入時間、曝露時間、洗浄、又は捕捉体の再生等を管理するプログラム、また検出感度増強工程では、０値の測定の計算プログラムや捕捉体量、競合時間等を管理するプログラム、そして捕捉量計測工程では、基準値、応答値の測定と算出、検量線の算出等の計算プログラムの他、定量方法に応じた管理プログラム（例えば、表面プラズモン共鳴測定方法では、レーザー光の照射時間や入射角度の調整等）等である。また、このプログラムを記録媒体に記録して利用することも出来る（本明細書の全体を通して同様である。）。
【００７６】
<実施形態1：効果> 本実施形態によれば、検出すべき化学物質を厳密に特定せず、その化学物質の特定分子構造を認識することで当該化学物質が属する一群の化学物質として検出することができる。この機能により迅速かつ簡便に検出すべき化学物質の存在の有無を判断することができる。また、本発明の化学物質検出装置によれば、分子捕捉部が着脱可能であることから、測定物に応じて最適な分子捕捉部に迅速に変更することが可能である。
【００７７】
<<実施形態２>>
<実施形態２：概要> 実施形態２について説明する。本実施形態の化学物質検出装置は、前記実施形態１と基本は同じである。実施形態１との相違点は、本実施形態の分子捕捉部では特定の化学物質が有する特定分子構造体を表面に配置した第二捕捉体を有する点にある。すなわち、実施形態１とは捕捉する対象が逆の構成をとることを最大の特徴とする。前記捕捉体は本実施形態においても必須の構成要件である。しかし、本実施形態では分子捕捉部の表面に配置せずにフリーの状態で用いられる。本実施形態の化学物質検出装置は、これらの構成に基づいて超高感度な化学物質の検出が可能なことを特徴とする。
【００７８】
<実施形態２：構成> 本実施形態の化学物質検出装置の構成は図２で示す前記実施形態１の構成と概ね同様である。前記実施形態１の構成と異なる点は、分子捕捉部（０２０１）の支持体（０２０４）上に捕捉体（０２０３）ではなく第二捕捉体を配置している点である。したがって、本実施形態の構成のうち前記実施形態１と同様のものはその説明を省略し、以下に本実施形態に特徴的な構成について説明する。
【００７９】
本実施形態の「分子捕捉部」は、捕捉体と第二捕捉対と支持体とから構成されている。また、当該第二捕捉体は当該分子捕捉体の表面に配置されている。当該分子捕捉部の他の構成については、前記実施形態１の分子捕捉部に準ずる。ただし、段落番号００３４の最後の一文から００３７までの「捕捉体」は「第二捕捉体」に、段落番号００３５の「分子鋳型を有する高分子ポリマー」は「標的分子」に、段落番号００３６の「一群の化学物質を捕捉できる」は「一群の化学物質を捕捉する捕捉体を捕捉できる」に、同段落番号の「同一の特定分子構造を捕捉する捕捉体であれば」は「一の捕捉体を捕捉可能であれば」に、また、段落番号００３７の「捕捉体が検出すべき化学物質を捕捉できるように」は「第二捕捉体が検出すべき化学物質との間で捕捉体を捕捉し合えるように」に、それぞれ読み替えるものとする。
【００８０】
本実施形態の「捕捉体」は、前記実施形態１と同じく特定の化学物質を利用して生成したもので、前記化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉可能な構成をとる。実施形態１と異なる点は、本実施形態の捕捉体が分子捕捉部の表面に配置されずにフリーの状態にある点である。当該捕捉体は、検出感度を増強するために測定物と混合して分子捕捉部に供されるように構成されている。
【００８１】
本実施形態の「支持体」は、前記実施形態１と同様の構成をとる。
【００８２】
「第二捕捉体」とは、特定の化学物質が有する特定分子構造体である。当該第二捕捉体は特定分子構造体そのものであってもよいし、特定分子構造を有する化学物質であってもよい。特定分子構造を有する化学物質である場合には、当該特定分子構造が第二捕捉体として機能し得る状態で分子捕捉部表面に露出している必要がある。当該第二捕捉体は特定分子構造を有することから、当該特定分子構造を有する特定の化学物質を利用して生成した捕捉体を優先的に捕捉できる。通常、当該第二捕捉体は標的分子、若しくは標的分子が有する特定分子構造体が該当する。
【００８３】
本実施形態は検出感度を増強したい場合に有効な形態である。具体的には、間接競合法、又は置換法において第二捕捉体が固定化されて捕捉体がフリーの場合等が挙げられる。本実施形態によれば、検出すべき化学物質を超高感度で検出することができる。後述する実施例１で示すようにｐｐｔレベルの化学物質でも検出可能となる。
【００８４】
「間接競合法」とは、第二捕捉体に予め捕捉体を捕捉させておき、当該第二捕捉体と検出すべき化学物質との間で生じる捕捉体に対する競合を利用して、当該検出すべき化学物質を間接的に定量測定する方法である。
【００８５】
図６に間接競合法を用いて表面プラズモン共鳴測定法で測定する概念の一例を示す。図６のＡ−１、Ｂ−１、Ｃ−１は表面プラズモン共鳴測定法による共鳴角度の変化と時間の関係を示したものである。また、Ａ−２、Ｂ−２、Ｃ−２はそれぞれＡ−１、Ｂ−１、Ｃ−１の分子捕捉部における状態を示した概念図である。また、ＤはＢ−１とＣ−１の結果を統合した図である。なお、この図ではＡ−２のように分子捕捉部表面に第二捕捉体のみが固定されている状態での共鳴角度変化はＡ−１で示すように０となっている。しかし、実際には第二捕捉体のみが固定されている状態での共鳴角度変化は０ではなく、グラフの判別のし易さから単にＡ−２状態時の共鳴角度を０値として設定しているに過ぎない。これはＢ−１、Ｃ−１、Ｄについても同様である。図６では捕捉体が抗体の場合を示している。まず、第二捕捉体（０６０１）を支持体である金薄膜（０６０２）に固定化しておく（Ａ−２）。この例では固定化用のタンパク質（０６０３）とコンジュゲートした状態で第二捕捉体を固定化している。次に、当該第二捕捉体を捕捉可能な抗体（０６０４）を一定量、液相中で第二捕捉体と反応させる（Ｂ−２）。そのときに捕捉量計測部（０６０５は当該部より照射されたレーザー光を示す。）で取得される一定時間後の共鳴角Δθ0（０６０６）を基準値としておく（Ｂ−１）。続いて、抗原抗体反応で結合している抗体を一旦全て解離させた後、既知の濃度の検出すべき化学物質である抗原（０６０７）と共に前記と同一量の抗体（０６０４）を再び加える（Ｃ−２）。ここで、当該既知濃度の検出すべき化学物質の量に相当する抗体が、第二捕捉体（０６０１）と結合できなくなる分、一定時間後の共鳴角Δθ1（０６０８）は前記基準値よりも得られる電気信号が小さくなる（Ｃ−１）。これを応答値とする。得られた基準値と応答値の比Δθ0／Δθ1（０６０９）を算出することにより、応答特性である検量線を得ることができる。
【００８６】
本実施形態の「置換法」は、前記実施形態の置換法とその機序をやや異にする。すなわち、本実施形態の置換法は前記間接競合法と同様に、第二捕捉体に予め捕捉体を捕捉させておき、当該第二捕捉体と検出すべき化学物質との間で生じる捕捉体に対する競合を利用して、当該検出すべき化学物質を間接的に定量測定する方法である。例えば、捕捉体が抗体の場合、第二捕捉体である特定分子構造体に一定量の抗体を捕捉させておく。当該状態で検出すべき化学物質を含んだ測定物を分子捕捉部に曝露させると、結合力の差により抗体が第二捕捉部から解離し、代わって測定物中の検出すべき化学物質が抗体に捕捉される。この置換反応による変化を前記実施形態の置換法と同様の方法で測定することができる。
【００８７】
<実施形態２：処理の流れ> 本実施形態における化学物質検出装置における処理の流れ、即ち本実施形態の化学物質検出方法について説明する。
【００８８】
図７は、本実施形態の処理の流れの一例である。まず、特定の化学物質を利用して生成した捕捉体を、特定の化学物質が有する特定分子構造体であり分子捕捉部の表面に配置された第二捕捉体と測定物中の検出すべき化学物質との間で捕捉し合う（Ｓ０７０１：第二分子捕捉工程）。次に、分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する（Ｓ０７０２：捕捉量計測工程）。以上の工程によって、検出すべき化学物質を超高感度に当該化学物質が属する一群の化学物質として検出することができる。
【００８９】
<実施形態２：効果> 本実施形態によれば、検出感度増幅工程を得る事により検出すべき化学物質をｐｐｔ（１兆分の１）レベルの超高感度で検出することができる。
【００９０】
<<実施形態３>>
<実施形態３：概要> 実施形態３について説明する。本実施形態の化学物質検出装置は
前記実施形態１、又は２基本として、複数種類の分子捕捉部を有することにより複数の群の化学物質を捕捉可能なように構成されている。さらに本実施形態の化学物質検出装置は、捕捉量計測部による測定物の計測結果をデータベース部が蓄積する既知の化学物質グループが有する特定分子構造を示す情報に基づいて前記分子捕捉部で捕捉された化学物質の属する一以上の化学物質グループを特定できることを特徴とする。
【００９１】
図８に本実施形態の概念の一例を示す。この図で示す化学物質検出装置は実施形態１を基本としている。当該化学物質検出装置の分子捕捉部は、Ｉ（０８０１）、ＩＩ（０８０２）、ＩＩＩ（０８０３）の３つあり、それぞれが異なる特定分子構造を優先的に捕捉する抗体を有している。例えば、分子捕捉部Ｉの抗体（０８０４）はa（ベンゼン環とする。：０８０７）を、分子捕捉部ＩＩの抗体（０８０５）はｂ（ニトロ基を構成する分子構造とする。：０８０８）を、そして分子捕捉部ＩＩＩの抗体（０８０６）はｃ（ハロゲン基に共通する分子構造とする。：０８０９）を、それぞれ特定分子構造として捕捉することができる。当該化学物質検出装置を用いて化学物質の検出を行う時、測定物中にaのベンゼン環とｂのニトロ基を共に有する化学物質（Ａ：０８１０、Ｂ：０８１１）が存在すれば、当該化学物質は分子捕捉部ＩとＩＩで同時に捕捉される。したがって、本実施形態では測定物中に化学物質Ａ、Ｂのような異なる化学物質が存在していても、それらが有する複数の特定分子構造が同一であれば一の化学物質グループに属するものとして特定され、両者の区別はなされない。前記分子捕捉部が捕捉した情報は、捕捉量計測部（０８１３）を介してグループ特定部（０８１４）に送られる。グループ特定部は当該測定結果の特定分子構造の情報（図８ではベンゼン環とニトロ基）をキーとしてデータベース部（０８１５）内に蓄積されたデータ（０８１６）を検索する。グループ特定部は、キーである情報（０８１７）に合致するデータがあれば、キーである情報と関連付けられて保存されている化学物質グループデータ（図８では芳香族ニトロ化合物）（０８１８）を取得する。また、取得された化学物質グループの化学的性質（図８では爆発物、若しくは爆発物類似物）も同時に取得することができる。このように測定現場で本実施形態の化学物質検出装置を用いることで、測定物中に「芳香族ニトロ化合物に属し、爆発物、若しくは爆発物類似物質である化学物質」が含まれていることが検知される。
【００９２】
一方、化学物質Ｃ（０８１２）のようにaのベンゼン環とｃのハロゲン基は有するが、ｂのニトロ基を有さない化学物質のみが測定物に含まれている場合には、分子捕捉部Ｉからの捕捉信号がグループ特定部に入力されても、分子捕捉部ＩＩからの捕捉信号は入力されず、代わって分子捕捉部ＩＩＩからの捕捉信号が入力される。したがって、当該化学物質Ｃは芳香族ニトロ化合物の化学物質グループとしては特定されないが、「芳香族ハロゲン化合物」として特定されることになる。即ち、この場合には測定物中に「内分泌攪乱物質である芳香族ハロゲン化合物に属する化学物質」が含まれていると検知されることになる。本実施形態の化学物質検出装置は以上のような特徴を有している。
【００９３】
<実施形態３：構成> 図９は本実施形態の構成の一例である。この図で示す化学物質検出装置は実施形態１を基本としている。当該化学物質検出装置（０９００）は前記実施形態1の構成要素である分子捕捉部（０９０１）と捕捉量計測部（０９０２）に加えて、データベース部（０９０６）とグループ特定部（０９０７）を有する。また、この図で示す化学物質検出装置は着脱部（０９０５）を有する場合を示している。以下、各構成要素のうち本実施形態に特徴的な構成要素について説明する。なお、図９で示す本実施形態の化学物質検出装置は実施形態１を基本とする場合であるが、実施形態２を基本とするものであってもよい。その場合には、分子捕捉部が捕捉体に代わって第二捕捉体を有する点のみ異なる。
【００９４】
本実施形態の「分子捕捉部」（０９０１）は、実施形態１、又は２の「分子捕捉部」の構成を基本とするが、複数の群の化学物質を捕捉するために複数種類を有する点で相違する。すなわち、実施形態１、又は２の分子捕捉部はその数のいかんにかかわらずそれぞれ一の特定分子構造、又は一の捕捉体を捕捉可能なように構成されていたが、本実施形態の分子捕捉部は二以上の特定分子構造、又は捕捉体を捕捉可能なように構成されている。
【００９５】
「データベース部」（０９０６）は、既知の化学物質グループが有する特定分子構造を示す情報を蓄積するように構成されている。
【００９６】
データベース部は、後述するグループ特定部における情報処理の結果、測定結果の情報がデータベース部に未蓄積な新規の化学物質グループであるとの情報であった場合には、それが有する特定分子構造をグループ特定部から取得し、蓄積するように構成されていてもよい。また、既知の化学物質グループが有する特定分子構造を示す情報は、図９の０９０８で示す外部蓄積部から取得できるようにも構成されている。外部蓄積部からの情報を取得するために、当該データベース部は、ＣＤ−ＲＷドライブディスク等の記録媒体読込、又は／及び書込み手段を有していてもよい。
【００９７】
「化学物質グループ」とは、複数の群に属し、共通する複数の特定分子構造を有するグループを言う。すなわち、一群の化学物質は共通する一の特定分子構造を有することから、複数の群からなる化学物質グループは、各群がそれぞれ有する特定分子構造の組み合わせを当該化学物質グループの特徴として有することになる。例えば、ＴＮＴとＤＮＴはいずれもニトロ基を構成する分子構造を特定分子構造とする群にも、芳香族の母核であるベンゼン環を特定分子構造とする群にも属する。したがって、ＴＮＴとＤＮＴの属する化学グループは「芳香族系ニトロ化合物」となる。
【００９８】
「化学物質グループが有する特定分子構造を示す情報」とは、化学物質グループが有する特定分子構造に関連する情報を意味する。例えば、その化学物質グループが有する特定分子構造の構造的な情報、その化学物質グループに属する化学物質種の情報、あるいはそのグループに属する化学物質が共通して有する一以上の化学的性質などが該当する。例えば、前述の「芳香族系ニトロ化合物」という化学グループの場合であれば、ニトロ基とベンゼン環という二つの特定分子構造の構造的な情報、ＴＮＴ、ＤＮＴ、ＤＮＢ等の化学物質種が属すると言う情報、また「爆発物、若しくは爆発物類似物」という化学的性質を共通して有していること等である。
【００９９】
「グループ特定部」（０９０７）は、前記分子捕捉部で捕捉された分子の前記捕捉量計測部による計測結果と、前記データベース部に蓄積された情報とに基づいて、前記特定の化学物質の属する一以上の化学物質グループを特定するように構成されている。すなわち、当該グループ特定部は、前記捕捉量計測部による計測結果に基づいて、前記データベース部に蓄積された情報を検索可能なように構成されている。
【０１００】
化学物質グループを特定する方法は、捕捉量計測部による計測結果で得られた複数の群情報、すなわち複数の特定分子構造の情報をキーとして前記データベース部を検索する。当該キーに合致する特定分子構造の組み合わせを有した化学物質グループの情報が、データベース部に存在している場合には当該化学物質グループの情報を取得する。その際、化学物質グループ名だけでなく、それと関連付けて蓄積されている前記化学物質グループが有する特定分子構造を示す情報を共に取得することが望ましい。もしも、当該キーに合致する化学物質グループの情報がデータベース部に存在しない場合には、該当する化学物質グループがないと判断すると共に、特定分子構造の組み合わせを最も多く重複して有する化学物質グループの情報を関連する化学物質グループの情報として取得するようにしてもよい。当該類似化学物質情報は、特定分子構造の組み合わせを最も多く重複して有する化学物質グループだけでなく、重複度の高いものから低いものへ順次取得できるようにしてもよい。
【０１０１】
グループ特定部は前記捕捉量計測部による計測結果、及び蓄積部に蓄積された情報を取得可能なように構成されている。当該取得の形式は捕捉量計測部、及び蓄積部に合わせればよい。例えば、捕捉量計測部、蓄積部がいずれもＵＳＢ端子等のインターフェースを有しているのであれば当該グループ特定部もＵＳＢ端子を有することによってＵＳＢケーブルを介して取得可能にすればよいし、捕捉量計測部が無線送出手段を有し、蓄積部がＵＳＢ端子を有しているのであれば当該グループ特定部は無線取得手段とＵＳＢ端子を共に有することによって、無線とケーブルを介して取得するようにすればよい。
【０１０２】
また、グループ特定部は特定した化学物質グループの情報を当該化学物質グループが有する特定分子構造を示す情報と共に出力可能なようにも構成されている。出力先は、前記蓄積部であってもよいし、モニタ部であってもよい。当該出力の形式は、前記取得の形式と同様の方法で行えばよい。
【０１０３】
<実施形態３：効果> 本実施形態によれば、検出結果である複数の群の組み合わせから、当該化学物質が属する一以上の化学物質グループを特定することができる。また、従来の化学分析装置やセンサ装置では困難であった匂いの質を客観的に評価できる。
【実施例１】
【０１０４】
以下の実施例１、及び２をもって本発明を具体的に説明する。ただし、以下の実施例は単に例示するのみであり、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【０１０５】
<表面プラズモン共鳴測定法を用いた本発明の化学物質検出装置によるＴＮＴの検出>
本実施例の化学物質検出装置は、間接競合法と表面プラズモン共鳴測定法とを用いた実施形態２を基本とするものである。当該化学物質検出装置を用いて、分子捕捉部の捕捉体を複合体抗原とした場合のＴＮＴの検出感度等について確認をする。
【０１０６】
１．表面プラズモン共鳴測定装置と測定条件
表面プラズモン共鳴測定装置は、フローシステム採用のＳＲＰ６７０（日本レーザー電子）を用いた。分子捕捉部は、２０×１３×０．７ｍｍのガラス板表面に約５０ｎｍ厚で金薄膜を形成させたものを支持体として、当該金薄膜表面に複合体抗原を捕捉体として後述の方法で固定化したものを用いた。測定物を含むキャリア溶液は、０．１Ｍリン酸緩衝液ｐＨ７．２（以下、ＰＢＳとする。）／１％（Ｗ／Ｖ）エタノールを用いた。抗原、抗体の希釈は前記ＰＢＳで行った。測定温度は２５℃±１℃、測定物の導入量は２００μlとした。流速、及び流通時間は以下に詳述する。他は、当該装置の使用法に従った。
【０１０７】
２．複合体抗原の金薄膜上への固定化（分子捕捉部の形成）
（１）まず、表面プラズモン共鳴測定法を行うにあたり、分子捕捉部を形成するために支持体の一部である金薄膜に複合体抗原を固定化した。当該複合体抗原はトリニトロフェノール（ｔｒｉｎｉｔｒｏｐｈｅｎｏｌ：以下ＴＮＰとする。）をＯＶＡとコンジュゲートしたものである（以下、本実施例において当該複合体抗原をＴＮＰ−ＯＶＡとする。）。当該ＴＮＰ−ＯＶＡをＰＢＳで２００ｐｐｍに希釈し、２００μlを流速１５μl／ｍｉｎで約１４分間流して、前記金薄膜上にＴＮＰ−ＯＶＡを物理的吸着させた。ＴＮＰ−ＯＶＡの吸着後、約２００μlのＰＢＳを流して、当該金薄膜を洗浄した。
【０１０８】
（２）次に、ＴＮＰ−ＯＶＡが前記金薄膜上に物理吸着されずに隙間となっている箇所をブロッキングするために、ＰＢＳで１０００ｐｐｍに溶解した牛血清アルブミン（以下、ＢＳＡとする。）を２００μl流した。当該ＢＳＡによるブロッキング後、約２００μlのＰＢＳを流速１５μl／ｍｉｎで流して、当該金薄膜を洗浄した。
【０１０９】
（３）図１０は捕捉量計測部にて測定された上記（１）から（２）の工程における共鳴角度の変化を示したものである。縦軸は共鳴角度の変化（単位：ｄｅｇｒｅｅ／ｄｅｇ．／°）、横軸は時間（単位：分）を示す。また、図１０のＡ点は、２００ｐｐｍのＴＮＰ−ＯＶＡの流入起点、Ｂ点は１０００ｐｐｍのＢＳＡの流入起点、Ｃ点とＤ点は洗浄用ＰＢＳ流入起点をそれぞれ示す。さらに、エリアＩは金薄膜のみの状態、エリアＩＩは金薄膜状に複合体抗原が物理的吸着をしており、かつ複合体抗原が吸着されずに金薄膜の露出した部分が残っている状態、エリアＩＩＩはエリアＩＩの露出した金薄膜にＢＳＡがブロッキング吸着している状態を示す。図１０から、ＴＮＰ−ＯＶＡが金薄膜上に物理吸着することにより表面プラズモン共鳴の共鳴角度が０．１７°（洗浄済状態）変化している。また、これにＢＳＡが物理吸着されることで共鳴角がさらに０．０６°（洗浄済状態）変化していることがわかる。これらの変化の和である０．２３°が当該分子捕捉部の０値となる。
【０１１０】
３．ＴＮＴの測定
（１）まず、基準値を得るために前記分子捕捉部に２０ｐｐｍに希釈した抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体溶液２００μlを流速６５μl／ｍｉｎで約１０分間流して反応させた。その後、約２００μlのＰＢＳを流して洗浄した。当該抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体は、ＴＮＰ−ＫＬＨ複合体を抗原としてマウスに接種して作製したＴＮＴ等を捕捉可能なポリクローナル抗体である。前記ＴＮＰ−ＫＬＨ複合体は、以下のようにして作製した。まず、１０ ｍｇ ＫＬＨ を含む４８０ ｍＭ 炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）溶液（ｐＨ８．５）とトリニトロベンゼンスルホン酸ナトリウム（２，４，６−ｔｒｉｎｉｔｒｏｂｅｎｚｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ ｓｏｄｉｕｍ ｓａｌｔ）１ｍｇ／ｍｌ Ｈ２Ｏを４０℃で２時間反応させた。その後、４℃で３日間、５回水を交換しながら透析を行った。最後に、透析液を凍結乾燥して目的のＴＮＰ−ＫＬＨ複合体抗原を得た。前記抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体と金薄膜上に固定したＴＮＰ−ＯＶＡによる抗原抗体反応によって得られる共鳴角度の値から上記２．（３）で得られた０値０．２３°を減じた値が基準値となる。
【０１１１】
（２）次に、前記抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体とＴＮＰ−ＯＶＡとの結合を解離させるために３２．５μlの再生溶液を流速６５μl／ｍｉｎで分子捕捉部に流した。当該再生溶液の組成は、グリシン塩酸緩衝液（ｐＨ２．０）にペプシンを２０ｐｐｍになるように希釈したものである。
【０１１２】
（３）続いて、各濃度のＴＮＴを含む前記２０ｐｐｍ抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体溶液２００μlを、流速６５μl／ｍｉｎで約３分間流した。その後、約２００μlのＰＢＳで洗浄し、一定値に達したときの値を測定値として得た。測定値から前記０値を減じた値を応答値とした。異なる濃度のＴＮＴを含む２０ｐｐｍ抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体溶液を新たに流す際には、事前に前記３．（２）と同様の解離処理を行った。
【０１１３】
４．測定結果
図１１に上記実験の測定結果を示す。縦軸は共鳴角度の変化（単位：ｄｅｇ．）を、また横軸は時間（単位：分）を示している。図１１のＡ点は基準値を得るための２０ｐｐｍの抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体溶液（以下、Ａｂ溶液とする。）のみの流入起点であり、Ｂ点からＥ点までが各濃度のＴＮＴを含む２０ｐｐｍＡｂ溶液の流入起点である。具体的には、Ｂ点が２０ｐｐｍＡｂ溶液＋１０ｐｐｂ（ｐｐｂ＝１０億分の１量）ＴＮＴの流入起点、Ｃ点が２０ｐｐｍＡｂ溶液＋１０ｐｐｔＴＮＴの流入起点、Ｄ点が２０ｐｐｍＡｂ溶液＋１ｐｐｍ（ｐｐｍ＝１００万分の１量）ＴＮＴの流入起点、Ｅ点が２０ｐｐｍＡｂ溶液＋１ｐｐｂＴＮＴの流入起点をそれぞれ示している。また、Ｆ点は再度基準値を確認するために流した２０ｐｐｍＡｂ溶液のみの流入起点を示す。さらに、ａは洗浄用ＰＢＳ流入起点、ｂは再生溶液流入起点を示す。各濃度時に示す％は、基準値に対する応答値の割合（％）である。当該％は前記間接競合法で説明したように、検出すべき化学物質（この場合はＴＮＴ）の濃度が低いほど大きく、濃度が高いほど小さくなる。この％値に基づいて検量線（応答特性）を得ることができる。以上の結果から本実施例の間接競合法と表面プラズモン共鳴測定法とを用いた化学物質検出装置により、ＴＮＴがｐｐｔレベルであっても測定可能であることが証明された。
【実施例２】
【０１１４】
<比色法を用いた本発明の化学物質検出装置によるＴＮＴ等の検出>
本実施例の化学物質検出装置は、捕捉量計測部で間接競合法と比色法（以下、ＥＬＩＳＡ法とする。）との組み合わせによる間接競合ＥＬＩＳＡ法を用いた場合の例である。当該化学物質検出装置で分子捕捉部の捕捉体を複合体抗原とした抗体を用いて、当該抗体の交差反応性によりＴＮＴ等の緩やかな分子認識による検出等について確認をする。
【０１１５】
図１２は間接競合ＥＬＩＳＡ法について示したものである。以下、本実施例の手順を当該図に沿って説明する。
【０１１６】
１．複合体抗原のプレートへの固定化（分子捕捉部の形成）：図１２のＡ
まず、５０ｍＭ炭酸塩緩衝液（ｐＨ９．８）で希釈した１０μｇ／ｍｌＴＮＰ−ＯＶＡ（１２０１）を９６穴プレートの各ウェルに１００μｌ滴下し、一晩室温で静置して当該プレート底面（１２０２）に固定化させた。翌日、０．０５％Ｔｗｅｅｎ２０を含むリン酸緩衝液（以下、ＰＢＳＴとする。）で３回洗浄した。その後、１％ゼラチン溶液を当該ウェルに滴下し、室温で１時間静置することでＴＮＰ−ＯＶＡの隙間をブロッキングした。以上の工程により、間接競合ＥＬＩＳＡ法による分子捕捉部を形成した。
【０１１７】
２．間接競合による抗原抗体反応：図１２のＢ
次に、既知濃度の抗原溶液と抗体溶液を混合し、前記プレートの各ウェルに一定量滴下した。具体的には前記分子捕捉部を形成後のプレートの各ウェルに１０μｇ／ｍｌのマウスＩｇＧ抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体（１２０３）と、１０−５から１０−１０まで１０−1毎に段階的に希釈した抗原（ＴＮＴ等）（１２０４）を等量混合した混合溶液１００μｌを滴下し、１時間室温で抗原抗体反応をさせた。当該抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体は実施例１で使用したものと同様である。その後、ＰＢＳＴで３回洗浄し、ウェル内に残った未反応の抗体等を除去した（図１２のＣ）。
【０１１８】
３．ＥＬＩＳＡ法による検出反応：図１２のＤ
以降は、捕捉量計測部での処理による。アルカリフォスファターゼ（以下、ＡＬＰとする。）（１２０５）でラベル化された抗マウスＩｇＧ抗体（１２０６）をＰＢＳにより１０００倍希釈したものを前記各ウェルに１００μｌ滴下した。そのまま１時間、室温で前記マウスＩｇＧ抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体を抗原として抗原抗体反応をさせた。反応後ウェル内をＰＢＳＴで３回洗浄し、パラニトロフェニルフォスフェート：以下、ｐ−ＮＰＰとする。）をＡＬＰ基質（１２０７）とした基質溶液を１００μｌ加えた。当該基質溶液の組成は、５０ ｍＭ炭酸塩緩衝液（ｐＨ９．８）に溶解した２ｍｇ／ｍｌ ｐ−ＮＰＰ（ナカライテスク）、１ｍＭ ＭｇＣｌ２、及び０．１ｍＭ ＺｎＣｌ２からなる。反応は室温で３０分間行った。ＡＬＰ活性により、黄色の発色物質パラニトロフェノール（以下、ｐ−ＮＰとする。）（１２０８）がｐ−ＮＰＰから遊離する。マイクロプレートリーダー（Ｓｐｅｃｔｒａ １：Ｗａｋｏ）を用いて、４０５ｎｍでの吸光度として当該発色を測定した。
【０１１９】
４．抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体のＴＮＴ等に対する結合性評価
図１３は、本実施例の前記間接競合ＥＬＩＳＡ法による測定結果の一例である。縦軸は抗原を添加しない抗体溶液のみの場合に得られる４０５ｎｍでの吸光度Ａ０に対する各濃度の抗原を添加した際に得られる同波長の吸光度Ａの割合（単位：％）を、また横軸は各種抗原の濃度（単位：ｇ／ｍｌ）をそれぞれ示している。検出に用いた各濃度における抗原の当該割合を求めることで当該抗原の検量線（応答特性）を得ることができる。例えば、１３０１は、ＴＮＴにおける検量線を表す。また、各プロットはそれぞれ以下の抗原を示す。すなわち、△は２，６−ＤＮＴを、■は４−アミノ−２，６−ＤＮＴを、▲は２，４−ＤＮＴを、□は２−アミノ−４，６−ＤＮＴを、◇はＴＮＰ−グリシンを、そして●はＴＮＴである。各種抗原よりＩＣ５０値を算出し、得られた抗体の各化合物に対する結合の強さを見積もった。ＩＣ５０値とは、抗体との結合を５０％阻害する抗原濃度である。各種抗原よりＩＣ５０値を算出し、得られた抗体の各化合物に対する結合の強さを見積もった。ＩＣ５０値とは、抗体との結合を５０％阻害する抗原濃度である。各種抗原の当該ＩＣ５０値は、２，６−ＤＮＴが>５．５Ｘ１０−５Ｍ、４−アミノ−２，６−ＤＮＴが２．３Ｘ１０−５Ｍ、２，４−ＤＮＴが５．５Ｘ１０−６Ｍ、２−アミノ−４，６−ＤＮＴが５．６Ｘ１０−６Ｍ、ＴＮＰ−グリシンが４．５×１０−８Ｍ、そしてＴＮＴが２．６×１０−８Ｍであった。したがって、本実施例に使用した抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体は、共通の特定分子構造を有するＴＮＴ以外の化学物質も捕捉可能な交差反応性を有するが、ＴＮＴとＴＮＰ−グリシンに対して高い捕捉性を有することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】実施形態１の分子捕捉部における分子認識の概念図。
【図２】実施形態１の化学物質検出装置の構成を説明するための概念図。
【図３】交差反応性を有する抗体によるに緩やかな分子認識の概念図。
【図４】表面プラズモン共鳴測定法を用いた定量の概念図。
【図５】実施形態１の処理の流れ。
【図６】間接競合法の概念図。
【図７】実施形態２の処理の流れ。
【図８】実施形態３の概念の一例。
【図９】実施形態３の化学物質検出装置の構成を説明するための概念図。
【図１０】実施例１で複合体抗原の固定における表面プラズモン共鳴測定値の変化。
【図１１】実施例１のＴＮＴ測定結果。
【図１２】実施例２の間接競合ＥＬＩＳＡを説明するための概念図。
【図１３】実施例２の抗ＴＮＰ−ＫＬＨ抗体のＴＮＴ等に対する結合性評価結果。
【符号の説明】
【０１２１】
０８０１：分子捕捉部Ｉ
０８０２：分子捕捉部ＩＩ
０８０３：分子捕捉部ＩＩＩ
０８０４：分子捕捉部Ｉの捕捉体である抗体
０８０５：分子捕捉部ＩＩの捕捉体である抗体
０８０６：分子捕捉部ＩＩＩの捕捉体である抗体
０８０７：ベンゼン環
０８０８：ニトロ基を構成する分子構造
０８０９：ハロゲン基に共通する分子構造
０８１０：ベンゼン環とニトロ基を共に有する化学物質Ａ
０８１１：ベンゼン環とニトロ基を共に有する化学物質Ｂ
０８１２：ベンゼン環とハロゲン基を共に有する化学物質Ｃ
０８１３：捕捉量計測部
０８１４：グループ特定部
０８１５：データベース部
０８１６：データベース部内に蓄積されたデータ
０８１７：検索に際してキーとなる情報
０８１８：化学物質グループデータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の化学物質を利用して生成した捕捉体であって、前記化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉可能な捕捉体をその表面に有する分子捕捉部と、
分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する捕捉量計測部と、
を有する化学物質検出装置。
【請求項２】
前記捕捉体は、抗体又は分子鋳型である請求項１に記載の化学物質検出装置。
【請求項３】
特定の化学物質を利用して生成した捕捉体であって、前記化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉可能な捕捉体と、
特定の化学物質が有する特定分子構造体を表面に配置した第二捕捉体とを有する分子捕捉部と、
分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する捕捉量計測部と、
を有する化学物質検出装置。
【請求項４】
前記捕捉量計測部は、間接競合法によって分子捕捉部で捕捉された化学物質の検出感度を増強するように構成されている請求項３のいずれか一に記載の化学物質検出装置。
【請求項５】
前記捕捉量計測部は、置換法によって分子捕捉部で捕捉された化学物質の検出感度を増強するように構成されている請求項１から３のいずれか一に記載の化学物質検出装置。
【請求項６】
前記分子捕捉部は、複数の群の化学物質を捕捉するために複数種類あり、
既知の化学物質グループが有する特定分子構造を示す情報を蓄積したデータベース部と、
前記分子捕捉部で捕捉された化学物質の前記捕捉量計測部による計測結果と、前記データベース部に蓄積された情報とに基づいて、前記分子捕捉部で捕捉された化学物質の属する一以上の化学物質グループを特定するグループ特定部と、
を有する請求項１から５のいずれか一に記載の化学物質検出装置。
【請求項７】
前記分子捕捉部を着脱可能な着脱部を有する請求項１から６のいずれか一に記載の化学物質検出装置。
【請求項８】
前記捕捉部計測部における化学物質の定量は、表面プラズモン共鳴測定法、水晶振動子マイクロバランス測定法、電気化学インピーダンス法、比色法、蛍光法のいずれかの方法で行われる定量である請求項１から７のいずれか一に記載の化学物質検出装置。
【請求項９】
前記特定分子構造は、ベンゼン環、又は／及びいずれかの官能基を構成する分子構造である請求項１から８のいずれか一に記載の化学物質検出装置。
【請求項１０】
前記特定の化学物質は、揮発性化学物質である請求項１から９のいずれか一に記載の化学物質検出装置。
【請求項１１】
特定の化学物質を利用して生成した捕捉体を表面に配置した分子捕捉部において、当該捕捉体によって前記化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉する分子捕捉工程と、
分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する捕捉量計測工程と、
を有する化学物質検出方法。
【請求項１２】
前記捕捉量計測工程は、分子捕捉部で捕捉された化学物質の検出感度を増強する検出感度増強工程を含む請求項１１に記載の化学物質検出方法。
【請求項１３】
特定の化学物質を利用して生成した捕捉体を、特定の化学物質が有する特定分子構造体であり分子捕捉部の表面に配置された第二捕捉体によって、測定物中の検出すべき化学物質との間で捕捉し合う第二分子捕捉工程と、
分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する捕捉量計測工程とを有する化学物質検出方法。
【請求項１】
特定の化学物質を利用して生成した捕捉体であって、前記化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉可能な捕捉体をその表面に有する分子捕捉部と、
分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する捕捉量計測部と、
を有する化学物質検出装置。
【請求項２】
前記捕捉体は、抗体又は分子鋳型である請求項１に記載の化学物質検出装置。
【請求項３】
特定の化学物質を利用して生成した捕捉体であって、前記化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉可能な捕捉体と、
特定の化学物質が有する特定分子構造体を表面に配置した第二捕捉体とを有する分子捕捉部と、
分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する捕捉量計測部と、
を有する化学物質検出装置。
【請求項４】
前記捕捉量計測部は、間接競合法によって分子捕捉部で捕捉された化学物質の検出感度を増強するように構成されている請求項３のいずれか一に記載の化学物質検出装置。
【請求項５】
前記捕捉量計測部は、置換法によって分子捕捉部で捕捉された化学物質の検出感度を増強するように構成されている請求項１から３のいずれか一に記載の化学物質検出装置。
【請求項６】
前記分子捕捉部は、複数の群の化学物質を捕捉するために複数種類あり、
既知の化学物質グループが有する特定分子構造を示す情報を蓄積したデータベース部と、
前記分子捕捉部で捕捉された化学物質の前記捕捉量計測部による計測結果と、前記データベース部に蓄積された情報とに基づいて、前記分子捕捉部で捕捉された化学物質の属する一以上の化学物質グループを特定するグループ特定部と、
を有する請求項１から５のいずれか一に記載の化学物質検出装置。
【請求項７】
前記分子捕捉部を着脱可能な着脱部を有する請求項１から６のいずれか一に記載の化学物質検出装置。
【請求項８】
前記捕捉部計測部における化学物質の定量は、表面プラズモン共鳴測定法、水晶振動子マイクロバランス測定法、電気化学インピーダンス法、比色法、蛍光法のいずれかの方法で行われる定量である請求項１から７のいずれか一に記載の化学物質検出装置。
【請求項９】
前記特定分子構造は、ベンゼン環、又は／及びいずれかの官能基を構成する分子構造である請求項１から８のいずれか一に記載の化学物質検出装置。
【請求項１０】
前記特定の化学物質は、揮発性化学物質である請求項１から９のいずれか一に記載の化学物質検出装置。
【請求項１１】
特定の化学物質を利用して生成した捕捉体を表面に配置した分子捕捉部において、当該捕捉体によって前記化学物質を含む一群の化学物質をその化学物質が有する特定分子構造に依存して捕捉する分子捕捉工程と、
分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する捕捉量計測工程と、
を有する化学物質検出方法。
【請求項１２】
前記捕捉量計測工程は、分子捕捉部で捕捉された化学物質の検出感度を増強する検出感度増強工程を含む請求項１１に記載の化学物質検出方法。
【請求項１３】
特定の化学物質を利用して生成した捕捉体を、特定の化学物質が有する特定分子構造体であり分子捕捉部の表面に配置された第二捕捉体によって、測定物中の検出すべき化学物質との間で捕捉し合う第二分子捕捉工程と、
分子捕捉部で捕捉された化学物質を定量する捕捉量計測工程とを有する化学物質検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−９３５５９（Ｐ２００７−９３５５９Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８７１４３（Ｐ２００５−２８７１４３）
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 外国語で記載されている刊行物に関しては、刊行物名、発行時期、著者の氏名、発行所の訳文を以下に併記する。 （１） 発行者名：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ， Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｆａｃｕｌｔｙ， Ｂａｒｃｅｌｏｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉ−ｔｙ（バルセロナ大学 物理学部 電気学科） 刊行物名：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｖｅｎｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｏｌｆａｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｎｏｓｅ−ＩＳＯＥＮ’２００５（第１１回 嗅覚とエレクトロニックノーズ国際シンポジュウム会報−ＩＳＯＥＮ‘２００５） 巻・頁数：Ｖｏｌ．１１， ｐｐ．２８０−２８３ ＩＳＢＮ（国際標準図書番号）：８４−６８９−１１３３−Ｘ 著者名 ：Ｒｙｏｓｕｋｅ Ｉｚｕｍｉ，Ｓｈｉｎｉｃｈｉ Ｅｔｏｈ，Ｋｅｎｓｈｉ Ｈａｙａｓｈｉ，Ｋｉｙｏｓｈｉ Ｔｏｋｏ（泉 龍介、江藤 信一、林 健司、都甲 潔） 発行年月日：Ａｐｒｉｌ ２００５．（平成１７年４月：発行日の記載がないため月の最先である４月１日とした。） （２） 発行者名：ＩＥＥＥ （アイイーイーイー：米国電気電子学会） 刊行物名：ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳ‘０５ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈ−ｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ（トランスデューサーズ‘０５ 技術論文要約集） 巻・頁数：Ｖｏｌ．２，ｐｐ．１８８４−１８８７ 著者名 ：Ｒｙｏｓｕｋｅ Ｉｚｕｍｉ，Ｓｈｉｎｉｃｈｉ Ｅｔｏｈ，Ｋｅｎｓｈｉ Ｈａｙａｓｈｉ，Ｋｉｙｏｓｈｉ Ｔｏｋｏ（泉 龍介、江藤 信一、林 健司、都甲 潔） ＩＳＢＮ（国際標準図書番号）：０−７８０３−８９９４−８ 発行年月日：Ｊｕｎｅ ５，２００５（平成１７年６月５日：発行年月日の記載がないため学会初日とした。） （３） 発行者名：Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（中国電力科学研究院） 刊行物名：Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２００５ （ＩＣＥＥ ２００５）ＰＡＰＥＲ ＡＢＳＴ−ＲＡＣＴＳ（電気工学国際会議 ２００５ 論文要旨集） 発表番号：ＩＣＥＥ−Ｆ０５７６ 著者名 ：Ｔａｋｅｓｈｉ Ｏｎｏｄｅｒａ，Ｋａｚｕｈｉｓａ Ｍｉｙａｈａｒａ，Ｍｕｎｅｈｉ
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【出願人】（５０２２４０６０７）株式会社インテリジェントセンサーテクノロジー (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 外国語で記載されている刊行物に関しては、刊行物名、発行時期、著者の氏名、発行所の訳文を以下に併記する。 （１） 発行者名：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ， Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｆａｃｕｌｔｙ， Ｂａｒｃｅｌｏｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉ−ｔｙ（バルセロナ大学 物理学部 電気学科） 刊行物名：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｖｅｎｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｏｌｆａｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｎｏｓｅ−ＩＳＯＥＮ’２００５（第１１回 嗅覚とエレクトロニックノーズ国際シンポジュウム会報−ＩＳＯＥＮ‘２００５） 巻・頁数：Ｖｏｌ．１１， ｐｐ．２８０−２８３ ＩＳＢＮ（国際標準図書番号）：８４−６８９−１１３３−Ｘ 著者名 ：Ｒｙｏｓｕｋｅ Ｉｚｕｍｉ，Ｓｈｉｎｉｃｈｉ Ｅｔｏｈ，Ｋｅｎｓｈｉ Ｈａｙａｓｈｉ，Ｋｉｙｏｓｈｉ Ｔｏｋｏ（泉 龍介、江藤 信一、林 健司、都甲 潔） 発行年月日：Ａｐｒｉｌ ２００５．（平成１７年４月：発行日の記載がないため月の最先である４月１日とした。） （２） 発行者名：ＩＥＥＥ （アイイーイーイー：米国電気電子学会） 刊行物名：ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳ‘０５ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈ−ｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ（トランスデューサーズ‘０５ 技術論文要約集） 巻・頁数：Ｖｏｌ．２，ｐｐ．１８８４−１８８７ 著者名 ：Ｒｙｏｓｕｋｅ Ｉｚｕｍｉ，Ｓｈｉｎｉｃｈｉ Ｅｔｏｈ，Ｋｅｎｓｈｉ Ｈａｙａｓｈｉ，Ｋｉｙｏｓｈｉ Ｔｏｋｏ（泉 龍介、江藤 信一、林 健司、都甲 潔） ＩＳＢＮ（国際標準図書番号）：０−７８０３−８９９４−８ 発行年月日：Ｊｕｎｅ ５，２００５（平成１７年６月５日：発行年月日の記載がないため学会初日とした。） （３） 発行者名：Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（中国電力科学研究院） 刊行物名：Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２００５ （ＩＣＥＥ ２００５）ＰＡＰＥＲ ＡＢＳＴ−ＲＡＣＴＳ（電気工学国際会議 ２００５ 論文要旨集） 発表番号：ＩＣＥＥ−Ｆ０５７６ 著者名 ：Ｔａｋｅｓｈｉ Ｏｎｏｄｅｒａ，Ｋａｚｕｈｉｓａ Ｍｉｙａｈａｒａ，Ｍｕｎｅｈｉ
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【出願人】（５０２２４０６０７）株式会社インテリジェントセンサーテクノロジー (10)
【Ｆターム（参考）】
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