JP6004239B2 - 体外診断ツールおよび体外診断ツール用膜ならびにこれらの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高分子を含む原料液から静電気力によりナノファイバを生成させる電界紡糸機構を利用して製造される多孔質材料を含む体外診断ツールの分野に関する。

近年の在宅医療や地域医療の充実に伴い、臨床検査の専門家でなくとも、簡易かつ迅速に、高精度の体外診断を実施できる分析ツールへの要望が大きくなってきている。例えば、免疫クロマトグラフィーに代表される乾式の体外診断ツール（バイオセンサ）は、試薬の調製を必要とせず、極めて簡易に被検溶液中の被検物質を定量的または定性的に分析することが可能である。

上記のような体外診断ツールは、一般に、被検溶液が移動するシート状の多孔質材料と、これを保持する基材シートと、多孔質材料の一部に担持された試薬とで構成されている。そして、被検物質を含む血液、尿などを、多孔質材料の所定の接触部に付与する簡単な操作により、簡易かつ迅速に被検物質を分析することができる。

従来の体外診断ツールに用いられている多孔質材料の多くは、単層膜である。一方、複数の微多孔膜を積層した多孔質材料の開発も行われている。例えば、特許文献１は、２種以上のポリマー溶液をほぼ同時に支持体ウェブに塗布して２層液体フィルムを形成し、その後、フィルムを洗浄して、多層膜の微多孔膜を形成する方法を提案している。

国際公開第２００１／０８９６７３号パンフレット

しかしながら、体外診断ツールを単層膜の多孔質材料から製造する場合、多孔質材料の細孔径分布は、材料全体でほぼ均一であるため、体外診断ツールの用途に応じて、多孔質材料の構造を設計することは困難である。例えば、被検溶液の速度を、多孔質材料の厚さ方向において制御することができず、試薬を担持させる領域と被検溶液が移動する経路の細孔径分布を変更することも困難である。

一方、体外診断ツールに使用可能な従来の多層膜は、特許文献１のように、まず、ポリマー溶液からフィルムを形成し、その後、フィルムを多孔質化して製造されている。このような製造方法では、各層毎の細孔径分布を個別に制御することが困難であり、かつ多孔質材料の空隙率を十分に高めることも困難である。また、フィルムを貫通するように連通した被検溶液の移動経路が形成されやすく、フィルムの面方向に連通した移動経路は形成されにくい。従って、従来の多層膜は、体外診断ツールに用いる多孔質材料として適した構造を有するとはいえなかった。

上記に鑑み、本発明の一局面は、被検溶液中の被検物質を定量的または定性的に検知する体外診断ツールであって、第１表面および第２表面を有する第１多孔質層と、前記第１表面に接合された、基材シートと、前記第２表面に接合された、第２多孔質層と、少なくとも前記第２多孔質層の一部に担持された、前記被検物質と反応する試薬と、を具備し、前記第１多孔質層は、電界紡糸法により形成された第１ナノファイバのマトリックス構造を有し、前記第２多孔質層は、電界紡糸法により形成された第２ナノファイバのマトリックス構造を有し、前記第１ナノファイバよりも、前記第２ナノファイバの繊維径の方が小さい、体外診断ツールに関する。

また、本発明の他の局面は、被検溶液中の被検物質を定量的または定性的に検知する体外診断ツール用膜であって、第１表面および第２表面を有する第１多孔質層と、前記第１表面に接合された、基材シートと、前記第２表面に接合された、第２多孔質層と、を具備し、前記第１多孔質層は、電界紡糸法により形成された第１ナノファイバのマトリックス構造を有し、前記第２多孔質層は、電界紡糸法により形成された第２ナノファイバのマトリックス構造を有し、前記第１ナノファイバよりも、前記第２ナノファイバの繊維径の方が小さい、体外診断ツール用膜に関する。

本発明の更に他の局面は、基材シートを準備する工程と、前記基材シートの一方の表面に、電界紡糸法により、第１ナノファイバを堆積させ、第１多孔質層を形成する工程と、前記第１多孔質層の前記基材シートと接しない表面に、前記第１ナノファイバよりも繊維径の小さい第２ナノファイバを堆積させ、第２多孔質層を形成する工程と、少なくとも前記第２多孔質層の一部に、被検溶液中の被検物質と反応する試薬を担持させる工程と、を具備する、体外診断ツールの製造方法に関する。

本発明の更に他の局面は、基材シートを準備する工程と、前記基材シートの一方の表面に、電界紡糸法により、第１ナノファイバを堆積させ、第１多孔質層を形成する工程と、前記第１多孔質層の前記基材シートと接しない表面に、前記第１ナノファイバよりも繊維径の小さい第２ナノファイバを堆積させ、第２多孔質層を形成する工程と、を具備する、体外診断ツール用膜の製造方法に関する。

本発明によれば、被検溶液の移動と被検物質の分析に適した構造の体外診断ツールが得られる。具体的には、本発明の体外診断ツールによれば、第１多孔質層および第２多孔質層の細孔径分布をそれぞれ個別に制御できることから、被検溶液の移動に適した領域と、試薬の担持に適した領域と、を区別して設けることができる。また、第１ナノファイバよりも、第２ナノファイバの繊維径の方が小さいことから、第２多孔質層の比表面積が相対的に大きくなるため、第２多孔質層に、必要量の試薬を、良好な分散状態で、担持させることができる。あるいは、第１ナノファイバの繊維径を相対的に大きくすることで、被検溶液の移動に対する抵抗を小さくすることができる。よって、体外診断ツールによる迅速かつ高精度な被検物質の分析が可能となる。

本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。

本発明の一実施形態に係る体外診断ツールの断面（ａ）および上面（ｂ）の構成を概略的に示す図である。 同体外診断ツールによる被検物質の測定原理を概念的に示す説明図である。 体外診断ツール用膜の製造システムの一例の構成を示す図である。 電界紡糸ユニットの一例の構成を示す上面図である。

本発明の体外診断ツールは、第１表面および第２表面を有する第１多孔質層と、第１表面に接合された基材シートと、第２表面に接合された、第２多孔質層と、少なくとも前記第２多孔質層の一部に担持された、前記被検物質と反応する試薬とを具備する。ただし、第１多孔質層は、電界紡糸法により形成された第１ナノファイバのマトリックス構造を有し、第２多孔質層は、電界紡糸法により形成された第２ナノファイバのマトリックス構造を有し、かつ、第１ナノファイバよりも、第２ナノファイバの繊維径の方が小さくなっている。

以下、第１表面および第２表面を有する第１多孔質層と、第１表面に接合された基材シートと、第２表面に接合された第２多孔質層との組み合わせは、体外診断ツール用膜ともいう。

ここで、電界紡糸法とは、静電延伸現象（エレクトロスピニング）を利用して多孔質材料（不織布）を形成する方法である。静電延伸現象とは、溶媒中に高分子樹脂などの溶質を分散または溶解させた原料液を、空間中に流出もしくは噴射させるとともに、原料液に電荷を付与して帯電させたときに、空間を飛行中の原料液が電気的に延伸され、ナノファイバを生成する現象である。静電延伸現象によれば、サブミクロンスケールやナノスケールの繊維径を有するナノファイバの製造が可能である。生成したナノファイバを、基材シートもしくはコレクタに堆積させることで、不織布が形成される。

第１多孔質層および第２多孔質層は、いずれも三次元に連通する細孔もしくは空隙を有する不織布である。従って、各層には、その面方向に連通した被検溶液の移動経路が形成され、被検溶液の面方向へのスムーズな移動が可能である。また、不織布は、空隙率が高いため、微多孔膜（特許文献１参照）に比べて、より多くの被検溶液を迅速に吸収することができる。

電界紡糸法では、原料液の状態、原料液を空間中に流出もしくは噴射させる治具の構造、原料液に電荷を付与する電界の大きさなどにより、ナノファイバの繊維径が変化する。従って、これらの条件を適宜選択することにより、ナノファイバの繊維径を比較的容易に制御できる。

また、ナノファイバを生成させる電界紡糸機構を複数のユニットに分割し、各ユニットで、それぞれ異なる繊維径のナノファイバを生成させることもできる。このような場合、電界紡糸機構は、例えば、製造ラインの上流側に配置された第１電界紡糸ユニットと、下流側に配置された第２電界紡糸ユニットとを具備する。第１電界紡糸ユニットと第２電界紡糸ユニットにより、連続的に電界紡糸を行うことで、複雑な張り合わせ工程などを経ずに、第１多孔質層と第２多孔質層を含む体外診断ツール用膜を形成することができる。ここで、電界紡糸ユニットの数は特に限定されない。３つ以上の電界紡糸ユニットを用いれば、３層以上の多孔質層を有する体外診断ツール用膜を得ることもできる。

なお、被検物質の迅速な定量分析または定性分析を実現する観点からは、各層における被検溶液の移動速度は、速いほど望ましい。そして、被検溶液の移動速度を速めるためには、多孔質層における被検溶液の移動経路を広くして、抵抗を小さくすることが必要となる。しかし、そのような要求を満たすためには、多孔質層の繊維径を大きくして、被検溶液の移動経路を広くすることが要求される。一方、被検物質の分析の精度を高める観点からは、被検物質と反応する試薬を、十分な量で、かつ良好な分散状態で、多孔質層の一部に担持させる必要がある。そのような要求を満たすためには、多孔質層の繊維径を小さくして、多孔質層の比表面積を大きくすることが要求される。従って、体外診断ツールには、被検溶液の移動に適した領域と、試薬の担持に適した領域とを設けることが望ましい。

電界紡糸法は、上記のような特徴を有することから、第１多孔質層および第２多孔質層の細孔径分布をそれぞれ個別に制御することが容易である。従って、被検溶液の移動に適した領域と、試薬の担持に適した領域とを有する体外診断ツールの製造が容易となる。

上記体外診断ツールにおいては、第１ナノファイバよりも、第２ナノファイバの繊維径の方が小さくなっている。これにより、第２多孔質層の比表面積は、第１多孔質層に比べて大きくなる。従って、第２多孔質層には、必要量の試薬を、良好な分散状態で、担持することができる。よって、体外診断ツールによる被検物質の分析の精度を高めることが可能となる。

第２ナノファイバの繊維径は、例えば、１００〜４００ｎｍであり、２００〜３００ｎｍが好ましい。
このような繊維径の第２ナノファイバによりマトリックス構造を形成することで、第２多孔質層の比表面積が十分に大きくなり、担持させる試薬の量を増量することが容易となり、かつ試薬の分散性を高めることができる。その結果、体外診断ツールの感度は、極めて高くなり、被検物質の量が微量である場合でも正確な分析が可能となる。

また、上記体外診断ツールによれば、第１多孔質層をその面方向に移動する被検溶液の速度と、第２多孔質層をその面方向に移動する被検溶液の速度とを、互いに異ならせることができる。これにより、体外診断ツールを移動中の被検溶液の分布状態を制御することが容易となる。

例えば、第１多孔質層より第２多孔質層における被検溶液の移動速度が速い場合には、被検溶液の移動に対する第２多孔質層の抵抗が相対的に小さくなる。従って、第１多孔質層と第２多孔質層とを含む多層膜の厚さ方向における被検溶液の分布を平均化することができる。被検溶液は、重力により、基材シートに近い第１多孔質層に多く分布しやすいが、第１多孔質層より第２多孔質層の抵抗を小さくすることで、第１多孔質層への被検溶液の集中が緩和されるからである。

ただし、体外診断ツールの用途によっては、多層膜の厚さ方向における被検溶液の分布を平均化することより、分析開始から終了までの迅速性の方が重要視される場合がある。そのような場合は、第１多孔質層をその面方向に移動する被検溶液の速度は、第２多孔質層をその面方向に移動する被検溶液の速度より大きい（速い）ことが望ましい。重力の作用で被検溶液が集中しやすい第１多孔質層における被検溶液の移動速度を速めることで、被検溶液が、試薬を担持する領域に到達するまでに要する時間を短くすることができるからである。

本発明の体外診断ツールにおいては、第１ナノファイバの繊維径は、第２ナノファイバに比べて大きいため、第１多孔質層の構造は相対的に粗くなり、被検溶液が通過する移動経路は広くなる傾向がある。従って、第１多孔質層における被検溶液の移動に対する抵抗を小さくすることは比較的容易である。よって、第１多孔質層をその面方向に移動する被検溶液の速度を、第２多孔質層をその面方向に移動する被検溶液の速度より大きくすることも容易である。

第１ナノファイバの繊維径は、例えば、５００〜９００ｎｍであり、６００〜８００ｎｍが好ましい。このような繊維径の第１ナノファイバによりマトリックス構造を形成することで、第１多孔質層内での被検溶液の移動速度が速くなり、被検物質の分析に要する時間を極力短くすることができる。その結果、効率的な体外診断が可能となり、体外診断ツールの使用者の負担を小さくすることができる。また、第１ナノファイバの繊維径は、第２ナノファイバの繊維径よりは大きいものの、一般的な不織布に比べると小径である。従って、第１多孔質層は、試薬を担持させる領域としても、第２多孔質層に次いで好適である。

ここで、第１ナノファイバおよび第２ナノファイバの繊維径とは、例えば、任意に選択される１０個のナノファイバの任意の箇所の直径の平均値として求めればよい。ナノファイバの直径とは、ナノファイバの長さ方向に対して垂直な断面の直径である。そのような断面が円形でない場合には、最大径を直径と見なしてよい。体外診断ツールとして特に好適な第１ナノファイバの繊維径Ｄ１と第２ナノファイバの繊維径Ｄ２（Ｄ１＞Ｄ２）との比：Ｄ１／Ｄ２の範囲は、例えば、２〜４である。ただし、Ｄ１／Ｄ２比の好ましい範囲は、体外診断ツールの用途に応じて、適宜変動し得る。

本発明の体外診断ツール用膜は、例えば、基材シートを準備する工程と、基材シートの一方の表面に、電界紡糸法により、第１ナノファイバを堆積させ、第１多孔質層を形成する工程と、第１多孔質層の基材シートと接しない表面に、第１ナノファイバよりも繊維径の小さい第２ナノファイバを堆積させ、第２多孔質層を形成する工程と、を具備する製造方法により得ることができる。
また、本発明の体外診断ツールは、上記膜の製造方法に、更に、少なくとも第２多孔質層の一部に被検溶液中の被検物質と反応する試薬を担持させる工程、を付与した製造方法により得ることができる。

ただし、体外診断ツールおよび体外診断ツール用膜の製造方法は、上記に限られない。例えば、第２多孔質層は、第１多孔質層の表面に堆積させず、別途、製造してもよい。そして、それぞれ個別に製造された第１多孔質層と第２多孔質層とを、後工程で貼り合わせてもよい。

上記のような体外診断ツール用膜の製造方法は、例えば、ラインの上流から下流に基材シートを搬送し、搬送される基材シートの主面に第１多孔質層を形成し、続いて第１多孔質層の表面に第２多孔質層を形成する製造システムにより実施することが可能である。このような製造システムは、例えば、（i）基材シートをラインに供給する基材シート供給装置と、（ii）原料液から静電気力によりナノファイバを生成させる電界紡糸機構を有する多孔質層形成装置と、（iii）多孔質層形成装置から送り出される膜を捲き取る回収装置と、を具備する。

多孔質層形成装置の電界紡糸機構は、搬送される基材シートの上方で第１ナノファイバを生成させ、生成した第１ナノファイバを、基材シートの主面に堆積させて第１多孔質層を形成し、引き続き、搬送される基材シートの上方で第２ナノファイバを生成させ、生成した第２ナノファイバを、第１多孔質層の表面に堆積させて第２多孔質層を形成する。

電界紡糸機構は、例えば、ラインの上流側に配置された第１電界紡糸ユニットと、ラインの下流側に配置された第２電界紡糸ユニットを含む。このような電界紡糸機構を用いることにより、繊維径が互いに異なる２層以上の多孔質層の積層体を効率的に形成することができる。

なお、「ナノファイバ」とは、高分子物質からなり、繊維径が、例えば１０〜８００ｎｍ、好ましくは１０〜１００ｎｍの糸状物質を言う。ナノファイバは、種々の添加剤を含んでもよい。

高分子物質としては、セルロース、ニトロセルロースなどのセルロース系樹脂、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ酢酸ビニル、ポリペプチドなどのバイオポリマー、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体などのフッ素樹脂、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステルカーボネート、ポリカプロラクトン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリ塩化ビニル、塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ−ｍ−フェニレンテレフタレート、ポリ−ｐ−フェニレンイソフタレートなどのポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンオキサイドなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。

ナノファイバの原料液は、高分子物質を溶媒に溶解した溶液である。溶媒は、高分子物質に応じて、適切なものを選択すればよいが、例えば、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジベンジルアルコール、１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−ｎ−ヘキシルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、ヘキサフルオロアセトン、フェノール、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、クロロホルム、ｏ−クロロトルエン、ｐ−クロロトルエン、四塩化炭素、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、酢酸、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、ｏ−キシレン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホオキシド、ピリジン、水などを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。

原料液には、無機質固体材料を添加してもよい。無機質固体材料としては、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物、弗化物、硫化物等を挙げることができるが、製造されるナノファイバの耐熱性、加工性などの観点から酸化物を用いることが好ましい。酸化物としては、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｐ₂Ｏ₅、ＳｎＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｋ₂Ｏ、Ｃｓ₂Ｏ、ＺｎＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ａｓ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂、Ｖ₂Ｏ₅、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｎＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｙ₂Ｏ₃、Ｌｕ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃、ＨｆＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅等を例示することができる。これらは単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。

原料液における溶媒と高分子物質との混合比率は、選定される溶媒の種類と高分子物質の種類により異なる。原料液における溶媒は、例えば、６０質量％から９５質量％である。

以下、図面を参照しながら、発明の体外診断ツールの構造の一例について説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る体外診断ツールの構成を概略的に示している。図１（ａ）は、体外診断ツールの断面図であり、図１（ｂ）は同ツールの上面図である。
ここでは、体外診断ツール１００が、抗原抗体反応を利用する免疫クロマトグラフィー試験片である場合について説明する。

体外診断ツール１００は、紙面下方の第１表面および紙面上方の第２表面を有する第１多孔質層１０ａと、第１多孔質層１０ａの第１表面に形成された基材シート１０ｂと、第１多孔質層１０ａの第２表面に形成された第２多孔質層１０ｃとの積層体である体外診断ツール用膜１０を具備する。第１多孔質層１０ａおよび第２多孔質層１０ｃは、いずれも、電界紡糸法により形成されたナノファイバのマトリックス構造を有する不織布により形成されている。

体外診断ツール用膜１０の形状は、特に限定されないが、例えば、図２に示すような長方形である。長方形の一方の短辺側は、血液、尿、唾液などの被検溶液を添加する被検溶液導入部１１として機能する。被検溶液導入部１１は、例えば、図１（ａ）に示すように、第２多孔質層１０ｃのオープンな表面に設定される。

第２多孔質層１０ｃの被検溶液導入部１１から少し離れた第１試薬保持部１２には、浸透作用により移動してきた被検溶液中に含まれる被検物質（抗原）に対して特異的に結合する標識試薬１２ａが保持されている。また、第２多孔質層１０ｃの被検溶液導入部１１から更に離れた第２試薬保持部１３には、標識試薬１２ａと被検物質との結合体を固定化する検知試薬１３ａが保持されている。検知試薬１３ａにより、標識試薬１２ａと被検物質との結合体が固定化されることにより、第２試薬保持部１３の物性が変化する。その変化を検知することにより、被検物質の定量または定性分析が可能となる。そして、第２試薬保持部１３よりも被検溶液導入部１１から離れた位置には、体外診断ツール用膜１０と連続するように、流れてきた被検溶液を回収する吸液部１４が設けられている。

次に、図２を参照しながら、体外診断ツール１００により、被検溶液中の被検物質が検知される原理を説明する。
まず、体外診断ツール１００の被検溶液導入部１１に、被検溶液１５が数滴添加される（図２（ａ）参照）。添加される被検溶液１５は、通常、生体から採取される体液であり、様々な物質を含んでいる。ここでは、体液が被検物質であるインフルエンザＡ抗原１５ａを含む場合について説明する。

被検溶液導入部１１に滴下された被検溶液１５は、毛細管現象により多孔質材料である第１多孔質層および第２多孔質層の内部を移動して、まず、標識試薬１２ａが保持されている第１試薬保持部１２に到達する。標識試薬１２ａは、第１試薬保持部１２から容易に溶け出すことができるように、第２多孔質層に弱い力で担持されている。第１試薬保持部１２では、図２（ｂ）に示すように、インフルエンザＡ抗原１５ａだけが、標識試薬１２ａと特異的に結合し、結合体１５ｂを生成する。なお、標識試薬１２ａには、金コロイドなどで標識された抗インフルエンザＡ抗体が用いられる。

生成した結合体１５ｂは、第１試薬保持部１２から溶出し、吸液部１４に向かって移動し、やがて検知試薬１３ａが保持されている第２試薬保持部１３に到達する。検知試薬１３ａは、第２試薬保持部１３から溶出することがないように、第２多孔質層に強固に結合した状態で担持されている。検知試薬１３ａは、例えば、標識を有さない抗インフルエンザＡ抗体である。標識された抗インフルエンザＡ抗体を有する結合体１５ｂは、図２（ｃ）に示すように、検知試薬１３ａによりキャッチされる。その結果、第２試薬保持部１３の物性は変化する。そのような変化は、例えば、色相の変化として示される。色相の変化は、試験者の目視により、容易に確認することができる。結合体１５ｂ以外の被検溶液成分は、第２試薬保持部１３を通過して、吸液部１４に回収される。

なお、第２試薬保持部１３に存在する標識された抗インフルエンザＡ抗体は、目視による検知のほか、例えば、レーザを用いる光学的分析方法や、電気化学的分析方法により検出することも可能である。

基材シート１０ｂは、特に限定されないが、例えば、帯状の樹脂シート、紙シート、布シート、ガラス繊維シートなどを用いることができる。樹脂シートを構成する樹脂としては、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなど）などを用いることができる。基材シート１０ｂは、多孔質構造を有していてもよい。

第１多孔質層１０ａは、電界紡糸法により形成された第１ナノファイバのマトリックス構造を有する。体外診断ツールの用途が、図１、２に示すような免疫クロマトグラフィーである場合、第１ナノファイバの繊維径は、例えば６００〜８００ｎｍが好適である。また、第１多孔質層１０ａの厚さは、例えば１０〜１５０μｍが好適である。第１ナノファイバの材質としては、例えばニトロセルロースが好適である。

第２多孔質層１０ｃは、電界紡糸法により形成された第２ナノファイバのマトリックス構造を有する。体外診断ツールの用途が免疫クロマトグラフィーである場合、第２ナノファイバの繊維径は、例えば２００〜３００ｎｍが好適である。また、第２多孔質層１０ｃの厚さは、例えば１０〜１５０μｍが好適である。

吸液部１４は、分析終了後の被検溶液を回収できるものであればよく、特に限定されないが、紙シートなどを用いればよい。また、吸液部１４の材質は、基材シート、第１多孔質層または第２多孔質層と同じ材質であってもよい。

第１試薬保持部１２に保持される標識試薬１２ａは、体外診断ツールの用途に応じて相違する。免疫クロマトグラフィーの標識試薬１２ａとしては、被検溶液に含まれ得る様々な抗原物質に特異的に結合する抗体をベースとする試薬が用いられる。また、標識試薬１２ａは、分析が容易となるような標識を有することが望ましい。標識を有する抗体は、ナノファイバに固定化されていない場合、自由に移動可能であり、抗原と結合した状態で被検溶液に溶出しやすい。

第２試薬保持部１３に保持される検知試薬１３ａも、標識試薬１２ａと同様に、体外診断ツールの用途に応じて選択される。例えば、標識試薬１２ａに用いる抗体と同じ抗体をベースとする試薬が用いられる。検知試薬１３ａとして用いる抗体は、第２試薬保持部１３で第２ナノファイバに固定化される。これにより、標識された抗体に結合した抗原は、第２試薬保持部１３で検知試薬１３ａにキャッチされ、固定化される。そのため、第２試薬保持部１３の物性の変化を測定すれば、抗原の定量や定性が可能となる。

例えば、第２試薬保持部１３の色相が変化する場合には、色相の変化の有無により、特定の抗原（被検物質）が被検溶液に含まれていること、すなわち被検溶液の性質の少なくとも一部を解明することができる。また、色相の変化の程度により、被検溶液に含まれている被検物質の濃度を評価することができる。

次に、体外診断ツールの製造方法の一例について、より具体的に説明する。
まず、（i）基材シートを準備する工程と、（ii）基材シートの一方の表面に、電界紡糸法により、第１ナノファイバを堆積させ、第１多孔質層を形成する工程と、（iii）第１多孔質層の基材シートと接しない表面に、第１ナノファイバよりも繊維径の小さい第２ナノファイバを堆積させ、第２多孔質層を形成する工程と、を具備する体外診断ツール用膜の製造方法について説明する。

上記工程（i）〜（iii）は、例えば、ラインの上流から下流に基材シートを搬送し、搬送される基材シートの主面に第１多孔質層を形成し、続いて第１多孔質層の表面に第２多孔質層を形成する一連の工程として行うことができる。

より具体的には、（i）基材シートをナノファイバ形成空間に供給する工程と、（ii）ナノファイバ形成空間において、原料液から静電気力により第１ナノファイバを生成させるとともに、生成した第１ナノファイバを基材シートの主面に堆積させて第１多孔質層を形成する工程と、（iii）第１多孔質層の表面に、第１多孔質層を覆うように、第２多孔質層を形成する工程と、（iv）完成した膜を回収する工程と、をライン上で行うことが効率的で好ましい。

工程（ii）および（iii）におけるナノファイバの生成から多孔質層の形成は、電界紡糸機構を用いて行われる。電界紡糸機構は、例えば、原料液を収容する収容部を具備するとともに原料液を一定の方向に放出する放出口を有する放出体と、放出された原料液を帯電させる帯電手段と、原料液から空間中で生成されるナノファイバを収集するコレクタ部とを備えている。コレクタ部は、搬送されている基材シートにナノファイバが堆積されるように、基材シートと平行に構成することが好ましい。すなわち、放出体は、ナノファイバを生成させる空間の上方に配置され、コレクタ部は同空間の下方に配置され、基材シートはコレクタ部に沿って一方向に搬送される。

電界紡糸機構において、放出体から原料液が放出されると、空間中に流出され、帯電した原料液からは、空間を飛行中に徐々に溶媒が蒸発していく。これにより、飛行中の原料液の体積は徐々に減少していく。その結果、空間を飛行中の原料液の電荷密度は、徐々に上昇することとなる。そして、原料液の電荷密度が高まり、原料液の中に発生する反発方向のクーロン力が原料液の表面張力よりも勝った時点で、原料液が爆発的に線状に延伸される現象が生じる。この現象が静電延伸現象である。静電延伸現象によれば、繊維径がサブミクロンからナノオーダーのナノファイバを効率よく製造することができる。

原料液の状態、放出体の構成、帯電手段により形成される電界の大きさなどにより、生成するナノファイバの繊維径は変化する。従って、電界紡糸機構を複数のユニットに分割し、各ユニットで、それぞれ異なるナノファイバを生成させることができる。電界紡糸機構が、ラインの上流側に配置された第１電界紡糸ユニットとラインの下流側に配置された第２電界紡糸ユニットとを有することで、第１電界紡糸ユニットにより第１多孔質層を形成し、次いで、第２電界紡糸ユニットにより第１ナノファイバよりも繊維径の小さい第２多孔質層を連続して形成することができる。

以下、図面を参照しながら、体外診断ツール用膜の製造システムと製造方法について説明するが、以下のシステムおよび製造方法は、本発明を限定するものではない。

図３は、体外診断ツール用膜の製造システム一例の構成を概略的に示す図である。
製造システム２００は、体外診断ツール用膜を製造するための製造ラインを構成している。製造システム２００では、基材シートが製造ラインの上流から下流に搬送される。搬送途中の基材シートには、第１多孔質層と第２多孔質層とが順次形成される。

製造システム２００の最上流には、ロール状に捲回された基材シート１０ｂを内部に収容した基材シート供給装置２０が設けられている。基材シート供給装置２０は、ロール状の基材シート１０ｂを捲き出して、自身の下流側に隣接する別の装置に基材シート１０ｂを供給する。具体的には、基材シート供給装置２０は、モータ２４により供給リール２２を回転させて、供給リール２２に捲回された基材シート１０ｂを第１搬送コンベア２１に供給する。

捲き出された基材シート１０ｂは、搬送コンベア２１により、第１電界紡糸ユニット２５Ａ、第２電界紡糸ユニット２５Ｂに順次移送される。電界紡糸ユニット２５Ａ、２５Ｂが具備する電界紡糸機構は、いずれも装置内の上方に設置された原料液を放出するための放出体２６Ａ、２６Ｂと、放出された原料液を帯電させる帯電手段と、放出体２６Ａ、２６Ｂと対向するように基材シート１０ｂを上流側から下流側に搬送する第２搬送コンベア２８Ａ、２８Ｂと、を備えている。第２搬送コンベア２８Ａ、２８Ｂは、基材シート１０ｂとともにナノファイバを収集するコレクタ部として機能する。

帯電手段は、放出体２６Ａ、２６Ｂに電圧を印加する電圧印加装置２９Ａ、２９Ｂと、第２搬送コンベア２８Ａ、２８Ｂと平行に設置された対電極３０Ａ、３０Ｂとで構成されている。対電極３０Ａ、３０Ｂは接地されている。これにより、放出体２６Ａ、２６Ｂと対電極３０Ａ、３０Ｂとの間には、電圧印加装置２９Ａ、２９Ｂにより印加される電圧に応じた電位差（例えば２０〜２００ｋＶ）を設けることができる。なお、帯電手段の構成は、特に限定されず、例えば、対電極３０Ａ、３０Ｂは必ずしも接地しなくてもよい。また、対電極３０Ａ、３０Ｂを設ける代わりに、第２搬送コンベア２８Ａ、２８Ｂのベルト部分を導体から構成してもよい。

放出体２６Ａ、２６Ｂは、導体で構成されており、長尺の形状を有し、その内部は中空になっている。中空部は原料液３２Ａ、３２Ｂを収容する収容部となる。放出体２６Ａ、２６Ｂの基材シート１０ｂと対向する側には、複数の放出口が、一定の間隔で、規則的な配列で設けられている。原料液３２Ａ、３２Ｂは、放出体２６Ａ、２６Ｂの中空部と連通するポンプ３３Ａ、３３Ｂの圧力により、原料液タンク３４Ａ、３４Ｂから放出体２６Ａ、２６Ｂの中空に供給される。そして、原料液３２Ａ、３２Ｂは、ポンプ３３Ａ、３３Ｂの圧力により、複数の放出口から基材シート１０ｂの主面に向かって放出される。放出された原料液は、帯電した状態で放出体２６Ａ、２６Ｂと第２搬送コンベア２８Ａ、２８Ｂとの間の空間を移動中に静電爆発を起し、ナノファイバを生成する。生成したナノファイバは、静電誘引力によって基材シート１０ｂの主面に誘引され、そこで堆積する。これにより、ナノファイバからなる多孔質層（不織布）が形成される。

第２搬送コンベア２８Ａの最も上流側には、基材シート１０ｂの主面と接触するスキージ３５を設けてもよい。スキージ３５により、ナノファイバを堆積させる前の基材シート１０ｂの主面の凹凸や皺を除くことができる。これにより、基材シート１０ｂは、第２搬送コンベア２８Ａのベルト部分の表面に密着する。従って、ナノファイバは、基材シート１０ｂの主面に、部分的に集中することなく、均一に堆積する。よって、形成される多孔質層の表面は平坦な状態になり、多孔質層の厚みが均一になりやすい。

図４は、第１電界紡糸ユニット２５Ａの構成を概略的に示す上面図である。なお、図示しないが第２電界紡糸ユニット２５Ｂの構成も同様である。
第１電界紡糸ユニット２５Ａでは、放出体２６Ａが基材シート１０ｂの移動方向（図４中の白抜き矢印の方向）に対して斜めに交わるように設置されている。このように放出体２６Ａを斜めに設置することで、第２搬送コンベア２８Ａと放出体２６Ａとの対向面積が大きくなるため、多孔質層の生産性を高めることが可能である。なお、放出体２６Ａと矢印との成す鋭角θは、特に限定されないが、３０〜６０°程度とすることが、生産性を十分に向上させる上で好ましい。放出体２６Ａは、第１電界紡糸ユニット２５Ａの上方に設置された基材シート１０ｂの移動方向と平行な第１支持体４１Ａ（放出体２６Ｂの場合４１Ｂ）から下方に延びる第２支持体４２Ａ（放出体２６Ｂの場合４２Ｂ）により、自身の長手方向が基材シート１０ｂの主面と平行になるように支持されている。

放出体２６Ａの基材シート１０ｂの主面と対向する側には、原料液の放出口２６ａが複数箇所設けられている。放出口２６ａを規則的なパターンで放出体２６Ａに配列させることで、基材シート１０ｂの主面に堆積するナノファイバの量を、主面の広い領域に渡って均一化することができる。放出体２６Ａの放出口２６ａと、基材シート１０ｂとの距離は、製造システムの規模にもよるが、例えば、１００〜６００ｍｍであればよい。

電界紡糸機構が、上記のように、ラインの上流側に配置された第１電界紡糸ユニット２５Ａと、ラインの下流側に配置された第２電界紡糸ユニット２５Ｂとを有する場合、各電界紡糸ユニットによるナノファイバ生成条件を変化させることで、容易に、繊維径の異なるナノファイバを生成させることができる。従って、第２電界紡糸ユニットにより生成される第２ナノファイバの繊維径を、第１電界紡糸ユニットにより生成される第１ナノファイバの繊維径よりも意図的に小さくすれば、所望の体外診断ツール用膜を得ることができる。

多孔質層の数は、最上層の多孔質層の比表面積を十分に大きく制御する限り、特に限定されない。従って、３層以上の多孔質層を形成してもよい。この場合、最上層の多孔質層が第２多孔質層に対応し、その下地層が第１多孔質層であり、それよりも下層の多孔質層は、基材シートの一部と見なすことができる。

第２電界紡糸ユニット２５Ｂから搬出された基材シート１０ｂと第１多孔質層１０ａと第２多孔質層１０ｃとの積層体（すなわち体外診断ツール用膜）は、搬送ローラ３６を介して、より下流側に配置されている回収装置３７に回収される。回収装置３７は、搬送されてくる膜を捲き取る回収リール３８を内蔵している。回収リール３８はモータ３９により回転駆動される。

なお、第１多孔質層および第２多孔質層を形成する電界紡糸機構は、所定のナノファイバ形成空間において、原料液から静電気力によりナノファイバを生成させ、生成したナノファイバを基材シート１０ｂの主面に堆積させることができる機構であれば、特に限定されない。例えば、放出体の長手方向に垂直な断面の形状は、上方から下方に向かって次第に小さくなる形状（Ｖ型ノズル）であってもよい。また、放出体を回転体により構成してもよい。具体的には、自転車用タイヤのチューブのような中空の放出体に形成し、当該中空に原料液を収容してもよい。そして、中空放出体の外周面に沿って複数の放出口を設け、中心を軸にして環状体を回転させれば、遠心力により放出口から原料液を放出させることができる。その場合、原料液の空間中での移動方向を、送風などにより制御すれば、所定のコレクタ部にナノファイバを堆積させることができる。

次に、体外診断ツール用膜の少なくとも第２多孔質層の一部に、被検溶液中の被検物質と反応する試薬を担持させる工程について説明する。
第２多孔質層の所定領域（例えば第１試薬保持部または第２試薬保持部に対応する領域）に試薬を担持させる方法は、特に限定されないが、例えば、試薬の水溶液を調製し、適量の水溶液を第２多孔質層のオープンな表面から滴下して乾燥させることにより、試薬を担持させることができる。試薬は、第２多孔質層だけでなく、第１多孔質層に拡散して、そこで担持されてもよい。

試薬が被検溶液に溶出するのを避けたい場合、すなわち試薬をナノファイバに強固に固定したい場合には、例えば、試薬の水溶液（抗体溶液）を第２多孔質層に塗布後、完全に乾燥させたり、第２多孔質層に親水性を付与する際に用いる界面活性剤の使用量を最小限にしたりすることが有効である。

抗体溶液には、溶液の極性を小さくするために、１〜１０質量％のアルコール（メタノール、エタノール、プロパノールなど）を添加することが好ましい。また、抗体溶液には、リン酸緩衝溶液を添加して、ｐＨを７．４付近に調整することが望ましい。

試薬として用い得る抗体としては、上記インフルエンザ抗体などの他に、例えば、体液中に含まれる蛋白に対する抗体、体液中に含まれるホルモンに対する抗体などが挙げられる。このような抗体は人工的に産生させることができる。例えば、アルブミン等の蛋白、ｈＣＧ、ＬＨ等のホルモンを抗原として用い、マウス、ウサギ等に抗原を感作させると、抗原に対する抗体を産生する細胞が得られる。必要に応じて抗原と抗体による凝集反応を促進させるポリエチレングリコールなどの化合物を試薬保持部に共存させてもよい。

以上、本発明の体外診断ツールおよびそれに用いる膜について、免疫クロマトグラフィーを主要例として説明したが、本発明は、被検物質を含む被検溶液を多孔質層に滴下し、多孔質層中で被検溶液を移動させ、その後、試薬と反応させるステップを含む、様々な体外診断に適用することができる。

本発明は、免疫クロマトグラフィーなどの体外診断を行う様々なツール（バイオセンサ）に適用することができる。体外診断ツールの主要構成材料として、電界紡糸により生成させた繊維径の異なる複数の多孔質層を積層して用いることにより、体外診断に必要な分析を、迅速かつ高精度で行うことが可能となる。

本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。

１００：体外診断ツール、１０：体外診断ツール用膜、１０ａ：第１多孔質層、１０ｂ：基材シート、１０ｃ：第２多孔質層、１１：被検溶液導入部、１２：第１試薬保持部、１２ａ：標識試薬、１３：第２試薬保持部、１３ａ：検知試薬、１４：吸液部、１５：被検溶液、１５ａ：被検物質（抗原）、１５ｂ：結合体、２００：製造システム、２０：基材シート供給装置、２１：第１搬送コンベア、２２：供給リール、２４：モータ、２５Ａ：第１電界紡糸ユニット、２５Ｂ：第２電界紡糸ユニット、２６Ａ,２６Ｂ：放出体、２６ａ：放出口、２８Ａ,２８Ｂ：第２搬送コンベア、２９Ａ,２９Ｂ：電圧印加装置、３０Ａ,３０Ｂ：対電極、３２Ａ,３２Ｂ：原料液、３３Ａ,３３Ｂ：ポンプ、３４Ａ,３４Ｂ：原料液タンク、３５：スキージ、３６：搬送ローラ、３７：回収装置、３８：回収リール、３９：モータ、４１Ａ,４１Ｂ：第１支持体、４２Ａ,４２Ｂ：第２支持体

Claims (11)

1. 被検溶液中の被検物質を定量的または定性的に検知する体外診断ツールであって、
   第１表面および第２表面を有する第１多孔質層と、
   前記第２表面に接合された、第２多孔質層と、
   少なくとも前記第２多孔質層の一部に担持された、前記被検物質と反応する標識試薬および前記標識試薬と被検物質との結合体を固定化する検知試薬、を具備し、
   前記第２多孔質層は、第１試薬保持部および前記第１試薬保持部から離間して設けられた第２試薬保持部を有し、前記第１試薬保持部には、前記標識試薬が担持され、前記第２試薬保持部には、前記検知試薬が担持され、
   前記第１多孔質層は、第１ナノファイバのマトリックス構造を有し、
   前記第２多孔質層は、第２ナノファイバのマトリックス構造を有し、
   前記第１ナノファイバおよび前記第２ナノファイバは、電界紡糸法により形成されており、
   前記第１ナノファイバよりも、前記第２ナノファイバの繊維径の方が小さい、体外診断ツール。
2. 前記第１表面に接合された基材シートを具備する、請求項１記載の体外診断用ツール。
3. 前記第２多孔質層は、被検物質導入部を有し、前記第１試薬保持部は、前記被検物質導入部から離間して設けられている、請求項１記載の体外診断用ツール。
4. 前記第１多孔質層をその面方向に移動する前記被検溶液の速度と、前記第２多孔質層をその面方向に移動する前記被検溶液の速度とが、相違する、請求項１記載の体外診断用ツール。
5. 前記第１多孔質層をその面方向に移動する前記被検溶液の速度は、前記第２多孔質層をその面方向に移動する前記被検溶液の速度より大きい、請求項４記載の体外診断用ツール。
6. 被検溶液中の被検物質を定量的または定性的に検知する体外診断ツール用膜であって、 第１表面および第２表面を有する第１多孔質層と、
   前記第２表面に接合された、第２多孔質層と、を具備し、
   前記第１多孔質層は、第１ナノファイバのマトリックス構造を有し、
   前記第２多孔質層は、第２ナノファイバのマトリックス構造を有し、
   前記第１ナノファイバおよび前記第２ナノファイバは、電界紡糸法により形成されており、
   前記第１ナノファイバよりも、前記第２ナノファイバの繊維径の方が小さい、請求項１に記載の体外診断ツールに用いられる体外診断ツール用膜。
7. 前記第１表面に接合された基材シートを具備する、請求項６記載の体外診断用ツール用膜。
8. 前記第１多孔質層をその面方向に移動する前記被検溶液の速度と、前記第２多孔質層をその面方向に移動する前記被検溶液の速度とが、相違する、請求項６記載の体外診断ツール用膜。
9. 前記第１多孔質層をその面方向に移動する前記被検溶液の速度は、前記第２多孔質層をその面方向に移動する前記被検溶液の速度より大きい、請求項８記載の体外診断ツール用膜。
10. 基材シートを準備する工程と、
    前記基材シートの一方の表面に、電界紡糸法により、第１ナノファイバを堆積させ、第１多孔質層を形成する工程と、
    前記第１多孔質層の前記基材シートと接しない表面に、電界紡糸法により、前記第１ナノファイバよりも繊維径の小さい第２ナノファイバを堆積させ、第２多孔質層を形成する工程と、
    少なくとも前記第２多孔質層の一部に、被検溶液中の被検物質と反応する標識試薬および前記標識試薬と被検物質との結合体を固定化する検知試薬を担持させる工程と、を具備し、
    前記第２多孔質層は、第１試薬保持部および前記第１試薬保持部から離間して設けられた第２試薬保持部を有し、前記第１試薬保持部には、前記標識試薬を担持させ、前記第２試薬保持部には、前記検知試薬を担持させる、体外診断ツールの製造方法。
11. 基材シートを準備する工程と、
    前記基材シートの一方の表面に、電界紡糸法により、第１ナノファイバを堆積させ、第１多孔質層を形成する工程と、
    前記第１多孔質層の前記基材シートと接しない表面に、電界紡糸法により、前記第１ナノファイバよりも繊維径の小さい第２ナノファイバを堆積させ、第２多孔質層を形成する工程と、を具備する、請求項６に記載の体外診断ツール用膜の製造方法。

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