JP2001515585A - 分析物の最高感度磁気検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 分析物、特に生物試料の分析物を該試料の位置で磁場を生成するための磁化装置及び該試料の磁気特性を測定するための検出装置を用いてリセプタ・リガンド・バインジングにより定性及び／又は定量検出する装置が、前記磁化装置（１１’：１１”）が、該磁化装置（１１’；１１”）によって磁化の位置で生成された磁場が測定の間試料に占められた位置で少なくとも１０倍以上、好ましくは１０００倍以上の倍率で減衰されるように、前記検出装置（７１、８、９、１０；１６；２０）に対して空間を隔てて配置されること、又は、特に前記検出装置（７１、８、９、１０；１６）の測定相中所定時間前記試料（１２）の位置で前記磁化装置（１１；２１）の磁場をスイッチオフし得るスイッチング装置が設けられたことを特徴とする。これにより、分析物のマグネト・レラクソメトリック検出用の又は残留磁気測定による分析物の検出用の新しいタイプの測定が生体外で又は生体内でルーチン的且つ経済的な方法で実行することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 分析物の最高感度磁気検出装置 本発明は、分析物、特に生物試料の分析物の定性及び／又は定量検出装置に関 し、前記分析物を該試料の位置で磁場を生成するための磁化装置及び該試料の磁 気特性を測定するための検出装置を用いてリセプタ・リガンド・バインジング（ ｒｅｃｅｐｔｏｒ ｌｉｇａｎｄ ｂｉｎｄｉｎｇ）により定性及び／又は定量検 出する装置に関する。 同様の装置がＪＰ ２３ ５７ ７４に係る適当な装置で実行する測定手法の記 載を介して先行技術から推定することができる。 リセプタ・リガンド・バインジング測定装置は、構造体特有の物質に付される 信号生成マークにより発生される信号の測定に基づいている。最も感度が高い現 今の装置は放射性マーキング物質の検出に基づいている（Ｒａｄｉｏ Ｉｍｍｕ ｎｏ Ａｓｓａｙ，ＲＩＡ）。放射性ラベルの利用は明確な不利益を有し、例え ば、放射性物質の貯蔵や処理に問題がある。更に、このタイプの装置は、結合か ら解かれたラベルから結合剤を分離する装置を必要とする。この分離を行わなけ れば、定量予測はおよそ不可能である。 これに代わる装置は、凝集反応、蛍光、色反応の光学測定に 基づいている（ＦＩＡ，ＥＬＩＳＡ）。ここでは、その一つは実質的に光電検出 器を扱っている。これらの定量分析方法にも通常分離が必要とされる。一方、試 料の磁気特性を求める装置は非常に多く存在するが、これらの装置は現時点まで リセプタ・リガンド・バインジングに一般に適用されていない。 磁気ラベルを使用する方法に基づく沢山の装置が当該分野で公知である。例え ば、磁場を適用することにより例えばレーザーを用いて観察可能な磁気的にマー クされた粒子の運動が生じる。更に、結合材と結合から解かれた要素のとの分離 に磁気ラベルを利用する方法に基づいた装置がある。これに対して、試料の磁気 特性の測定に基づいた装置は非常に少ない。 ＪＰ ２３ ５７ ７４には、磁気的にマークされた抗体や抗原に基づいたＳＱ ＵＩＤ免疫測定法が記載されている。しかし、結合から解かれた部分は抗体−抗 原反応に続いて試料から除去（分離）しなければならない。そのための適当な装 置は従って結合から解かれたラベルから結合剤を分離する装置を含む必要がある 。試料の磁化は磁場の存在下で分離の後で測定される、即ち、磁化の測定が該磁 場中で行われる。 ＵＳＰ４、９１３、８８３には、免疫−凝集反応測定装置が記載されている。 これは、μｍサイズ範囲の磁気粒子でマークされた抗体の凝集反応の測定に基づ いている。該装置は、必然的に、凝集物を分離する装置と、この凝集物を流体流 を利用した検出装置を介して運搬する装置とを備える。 ＪＰ ３−２２０４４２ Ａには、凝集反応免疫測定を行う測定装置が記載さ れ、該装置により凝集反応量が該公報に開示された凝集磁気粒子の粒径を測定す る方法を用いて抗体測定される。該方法は、定常流体試料を貫通する磁場を切り 替え、凝集された磁気粒子の残留磁束密度を測定することから成る。 ＪＰ ３−２２０４４２ Ａによれば、凝集反応の程度の測定は粒径の測定の 為の光学的処理によっても行うことができる。このために、該刊行物に記載され た方法は磁気粒子の凝集のための記載された方法によってのみ利用可能な凝集反 応から結果として得られる磁気粒子の粒径の測定方法にのみ関し、凝集物の粒径 はマイクロメータの範囲内にある。 ＵＳ ５、４８６、４５７に記載された測定方法は、セルに結合された磁気粒 子の可動性の測定に役立つ。そこに記載された装置は、磁化する場に関し９０゜ 回転されるより弱い磁場の存在下で磁場を測定する。 サイアンス、１９８４、第４２４巻、ｐｐ．５１３−５１５のヴァルベグ等に よる記事は、代表的に０．７μｍの粒径の磁気粒子の回転下での磁場測定に基づ く方法を開示している。ロックイン技術が測定感度を増加するために明らかに使 用されている。これは、測定信号を狭いバンド状に記録する変調方法である。 レボルーション・サイアンス・インストラメント、１９７７、第４８巻、ｐｐ ．１５２９−１５３６のフィロ等による記事は、 体積磁化率をＳＱＵＩＤ技術を用いて測定することができる方法を開示している 。将来の計測化に有用となり得る高感度測定に対するＳＱＵＩＤの利点が明確に 述べられている。 先行技術ではないがドイツ特許出願第１９５ ０３ ６６４．６号及び第１９５ ０８ ７７２．０号には、分析物のマグネト・レラクソメトリツク（ｍａｇｎｅ ｔｏ ｒｅｌａｘｏｍｅｔｒｉｃ）検出用又は残留磁気測定による分析物の検出 用の方法及び化合物が記載されている。以下において、マグネト・レラクソメト リック検出は、液相又は固相の分析物の結合に特有の検出であって、強磁性体又 はフェリ磁性体のコロイド粒子をリガンド・リセプタ・バインジングによる分析 物の検出用検出可能な磁性マーキングとして使用し、その磁化の緩和が測定量と して求められることを特徴とするものを表す。以下において、残留磁気測定（以 下、結合残留磁気の測定とも云う）による分析物の検出は、液相又は固相の分析 物の結合に特有の検出であって、安定した又は準安定した強磁性体又はフェリ磁 性体の物質をリガンド・リセプタ・バインジングによる分析物の検出用検出可能 な磁性マーキングとして使用し、その磁化の残留磁気が測定量として求められる ことを特徴とするものを表す。後者の２つの方法において、 Ｉ）試料の緩和（磁化の時間減衰）が磁場のスイッチオフ又は除去の直後に測 定される、又は II）磁場の存在化における試料の周波数依存磁化が測定され る、又は III）試料の結合に特有の残留磁気が磁化に続いて測定される。 このために、下記を行うことが望ましい。 １．外部の干渉信号（例えば、電源ラインハム、地磁場の変動）を十分に抑圧 すると共に内部の干渉信号の生成をできる限り回避する。 ２．困難な又は高価な磁気シールドを回避すると共に、 ３．簡単で迅速な試料の取り替えを行う。 従って、試料の磁気特性の測定を介するリセプタ・リガンド・バインジングに よる高感度の定量及び定性検出を容易にする、上述の新しい方法を実行する新し いタイプの装置が必要とされる。 上述の新しい処理法のルーチン的な経済的実行に適したこの種の装置は現在こ の分野では公知でないので、本発明の目的は、これらの新しいタイプの測定を行 うことが可能な上述した種類の装置を提供することである。 本発明の第１のアスペクトによれば、この目的は、上述した特徴を有する装置 によって、磁化装置を、該磁化装置によって磁化の位置で生成された磁場が測定 の間試料に占められた位置で少なくとも１０倍、好ましくは１０００倍以上の倍 率で減衰されるように、検出装置に対して空間を隔てて配置することにより達成 される。 本発明の第２のアスペクトによれば、上記目的は、所定時間、 特に検出装置の測定相中所定時間試料の位置で磁化装置の磁場をスイッチオフす る回路を設けると共に、検出装置の測定相中試料を移動する回路を設けることに より達成される。これにより、残留磁気の測定が磁場が時間と共に変化すること なく可能となる。平均化又はフィルタリングにより、この実施の形態での信号対 ノイズ比を実質的に向上させることができる。更に、多数の試料を用いた場合に 試料移送の簡単化及びオートメーション化並びに全測定システムの自動作業が容 易に実現できる。 従って、試料は磁化されるが、試料の磁気特性の測定が磁場の不存在中で又そ れを十分に減衰した状態で行われる（測定相）ことが関連する装置にとり重要で ある。 これは、本発明によれば、磁化装置を検出装置から空間的に離隔するか又は磁 化処理を測定から時間的に離隔することにより達成することができる。 上述した新しいタイプの方法を実行する本発明の装置を用いることにより、結 合された磁性マーカーの測定信号が結合を解かれたマーカーの信号と明確に区別 でき、結合されたマーカーの結合解除分離が必要でないという格別の利点が得ら れる。更に、結合動力学を試料を取り替えることなく調査することができる。 本発明の装置は、また、上述した新しい方法を実行する際に、複合体試料にお ける複数の分析物の同時測定を容易にする（マルチ分析物測定）。 本発明の第１のアスペクトによる装置において、磁化装置を測定位置から空間 的に隔離することにより、検出装置に影響を与えることなく極く高い磁場強度を 容易に得ることができる。結合処理中に磁化を既に開始することができる。測定 位置から離れた場所、例えば、異なる研究所や異なる都市で試料を作成すること ができる。永久磁石も磁化用に利用することができ、その場合、磁化相中にエネ ルギーの入力を必要としない。 上述した本発明の第２のアスペクトに依る装置においては、試料を磁化するの に必要な磁場をスイッチオフすることができ、これにより、磁場が存在しない状 態で測定を実行することができる。 本発明の特に好ましい実施の形態に依る装置では、検出装置は、試料の磁化を 測定するための装置を含む。磁化は、これらのタイプの試料において最も高感度 に測定することができる測定量である。 別の有利な実施の形態では、検出装置は、試料中の分析物の結合残留磁気を測 定するための装置を含む。この結合残留磁気の測定は、マルチ分析物測定を容易 なものにする。更に、試料の作成を測定位置から離れた場所、例えば、異なる研 究所や異なる都市で行うことができる。このタイプの測定は、試料の作成及び測 定手順が比較的簡単でありながら高い検出感度をも達成することができる。結合 残留磁気の測定は、生体内検査用としても利用することができる。 生体内検査は、検出装置がマグネト・レラクソメトリック検出用の装置を含む 本発明の実施の形態に依る装置においても可能である。 この装置は、例えば、高時間解像度での試料中の反応動力学の研究を可能にす る短い測定相を設けることを容易にする。 非常に好ましい実施の形態では、検出装置は、少なくとも１つのＳＱＵＩＤ（ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｑｕａｎｔｕｍ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｄｅｖｉｃｅ；超伝導量子干渉装置）を磁場センサの一部として含む。 ＳＱＵＩＤは、現在知られている磁場センサの中で最も感度が高いタイプである 。 別の実施の形態では、検出装置は、磁場センサの一部として少なくとも１つの 誘導コイルを含む。このタイプの誘導コイルは、簡単に作成でき、低コストで製 造でき、且つ高周波数での感度が比較的高い。 本発明の第３のアスペクトにおいては、特に検出装置の測定相中に、試料の位 置での磁化装置の磁場をスイッチオフするための回路が設けられ、該回路は、磁 化装置によって発生された磁場をスイッチオン−オフするための第１の装置と、 検出装置をスイッチオン−オフするための第２の装置とを含む。 本発明のこの実施の形態の第１の改良例においては、前記第１及び第２の装置 は、互いに独立してスイッチすることができる。これにより、測定を、磁場のス イッチオフ後で且つ適当な 時間遅れ後に開始することができる。 上記実施の形態の別の改良例においては、前記第１の装置は、前記第２の装置 に対して所定の固定時間相関をもってスイッチさせることができる。この実施の 形態では、スイッチング時間を適当に選択することにより、短い時定数を有する 処理を省略して信号検出を選択的に行うことが容易となる。これにより容易とな る出来るだけ早い時間での測定装置のスイッチオンにより、緩和測定における信 号対ノイズ比の向上も可能になる。 上記最後に述べた３つの本発明の実施の形態の改良例では、前記第１の装置は 、磁化装置で生成される磁場として所定の磁場振幅及び磁場極性の磁場を生成す ることが出来る。これにより、試料を特定の指向性を持たせて磁化することが出 来、且つ信号対ノイズ比を複数の期間に亘る時間平均により向上させることがで きる。これは、例えば、チョッパ作動により達成することができる。これらの実 施の形態は、特にマルチ分析物測定を実行するのに良く適している。 後者の実施の形態の改良例では、前記第１の装置は、磁化装置で生成される磁 場として、所定の、時間と共に変化する振幅と所定の、時間と共に変化する極性 磁場を生成することができる。これにより、試料を空間的に動かすことなく残留 磁気測定を容易に行うことができる。結合残留磁気測定の原理は、従って生体内 測定の場合にも利用することができる。更に、マルチ分析物測定法も可能である 。一定の又は定常の干渉磁場も容易 に補正することができる。信号対ノイズ比を、比較測定及び平均処理により更に 大きい程度で向上させることができる。磁化曲線の測定も本装置により可能であ り、最後に、ＳＱＵＩＤ系を、後で詳細に述べるＦＬＬモードで常時作動させる ことができ、もって適用された磁場自体を測定することができる。 本発明の特に好ましい実施の形態に依る装置では、干渉信号の電子的抑圧のた めの装置が設けられる。これにより、更に一層の信号対ノイズ比の向上が可能で あり、また非シールド測定を実行することができる。従って、複雑で高価なシー ルドが避けられる。これらのタイプの装置は、更に、実際にどのような環境下で も作動させることができる。更に、その結果は、全く場所に依存することはない 。 この実施の形態の改良例では、干渉信号の電子的抑圧のための装置は、適応フ ィルタ処理装置を含む。これにより、干渉信号が積極的に抑圧されるので、更に 向上した信号対ノイズ比が得られる。また、励起信号を調整することにより、検 出感度の向上が可能となる。 本発明の特に好ましい実施の形態に依る装置では、干渉磁場を測定する装置と 、該装置に接続され、検出装置により測定された信号及び／又は磁化装置により 生成された磁場を対応して補正するための装置が設けられる。干渉磁場の方向を 認識することにより、装置のバランスを実質的に向上させることが容易となる。 更に、ＳＱＵＩＤセンサの信号変化速度を向上させる ことができ、また励起磁場の均一性のチェックを容易に行うことができる。 上述した本発明の実施の形態に依る装置、特に、結合残留磁気又はマグネト・ レラクソメトリック検出の測定に適した装置は、人間又は実験用動物の生体内測 定に特に適している。 本発明のその他の利点は、詳細な説明及び図面により導き出すことができる。 上記の特徴及び以下に述べる特徴は、本発明に依れば、個別に又は任意の組み合 わせで使用することができる。記載された実施の形態は、網羅的な列挙と解され るべきではなく、むしろ例示としての性格を有する。 本発明を、図面に示し、且つ実施の形態を参照して更に詳細に説明する。 図１は、本発明の第１の実施の形態に係る装置の概略縦断断面図である。 図２は、マトリックス状に配された複数の試料とこれと組み合わせのセンサ列 の空間配列を示す概略図である。 図３は、本発明の第２の実施の形態に係る装置の概略断面図である。 図４は、本発明の第３の実施の形態に係る装置の概略断面図である。 図５は、本発明の第４の実施の形態に係る装置の概略断面図である。 下記の検出器は、磁気的にマークされた構造体特有の物質の 結合により生成された磁場の測定用に提案されたものである。 １．ＳＱＵＩＤ（高Ｔｃ及び低Ｔｃ） ２．誘導コイル（磁気テープに使用される磁気ヘッドに類似した磁気コアと組 み合わせ可能） ３．磁束ゲートセンサ ４．磁気抵抗性抵抗器、特にＧＭＲセンサ 非常に高いエネルギー解像度を有する磁場検出器が溶液中の最も小さい量の結 合された分析物をも検出可能するために必要である。これは、例えば、ＳＱＵＩ Ｄにより達成可能である。これらのタイプのＳＱＵＩＤは、或る境界条件下では 比較的大きな磁場でも作動可能であり、これらと組み合わせの超伝導磁場検出コ イルの柔軟性を与えられた検出器として適している。これらは、適宜、他の検出 器と置換可能でもある（上記参照）。 関連した問題を解決するための本発明の好ましい装置は、分析物の残留磁気測 定用と同じ緩和用の検出器構造を用いる。測定法に関わる差異は、試料を磁化す る方法及び検出器の作動モードに実質的に係わる。例えば、図１は、本発明に依 る１つの可能な装置構造の概略図である。 詳細には、図１は、以下に「ＦＬＬ−エレクトロニクス」と称される電子回路 １を示す。即ち、ＳＱＵＩＤはこの回路と共に閉ループ規制モード（ＦＬＬモー ド）で作動可能である。更に、真空コネクタ２、バッフル列３、ジュワー蓋４、 オーバーフローコネクタ５、センサマウント６、磁気シールドされたＳ ＱＵＩＤ容器７、基準グラジオメータ用の磁場記録コイル８、ベクトル磁力計９ 、センサグラジオメータ用の磁場記録コイル１０、励起コイル１１、試料１２、 及び位置変化可能な補正コイル１３が示されている。 １つ又は複数のＳＱＵＩＤ７１がセンサとして使用される。それらの作動原理 により、センサを、冷却用流体（液体ヘリュームＬＨｅ又は液体窒素ＬＮ２）を 保持するクライオスタット１４中で作動させて超伝導条件を設定する必要がある 。これに代えて、図示しない実施の形態では、冷却を冷凍機で行うことができる 。試料は通常液体の形で存在するので、ＳＱＵＩＤと試料間の熱的絶縁が必要で あるが、これは、図１に示す最も簡単なケースでは、クライオスタットの壁によ って達成することができる。試料中の分析物とセンサグラジオメータの磁場記録 コイルとの間の良好な磁気結合を保証するために、これら間の分離距離を最小に しなければならず、該分離距離は記録コイルの有効径よりも小さいことが好まし い。 液体試料は、その凍結を防止するために、例えば、レーザーによって光学的に 適宜加熱することができる。 クライオスタット１４の外側に位置する普通伝導性の励起コイル１１は、通常 、試料１２を磁化するために使用される。超伝導又は普通伝導性のコイルをジュ ワー内で使用することもできる。上記の新測定方法Ｉ及びIII（試料の緩和の測 定及び時間依存残留磁気の測定）において、試料は、測定の間磁場がほと んど存在しない空間内に置かなければならない。これは、後で詳細に説明する補 正手段を用いて行うことができる。磁束ゲートセンサ又は可動磁場記録コイルを 基準センサとして、試料近傍の磁場の絶対大きさを求めるために使用することが でき、適当な位置補正コイル１３がこれを補正することができる（干渉磁場の補 正）。 方法II（試料の周波数依存磁化の測定）では、試料は、可変周波数の交流磁場 に晒される。励起磁場は測定体の近傍では均一でなければならない。 測定信号は適当な磁場記録コイル（アンテナ）によってＳＱＵＩＤセンサ内に 結合される。このアンテナ構造は、２つの可及的に類似した形状の互いに補償し 合う磁場コイルを有する平坦なグラジオメータであることが有利であり、該コイ ルは直列に又は並列に接続可能である。試料は、前記コイルの一方に囲繞される か又は図１に示すようにそれの直ぐ下に位置するように配置するのが有利である 。試料の活性領域とアンテナコイルとの離隔距離を極く高い測定感度を達成する ために最小にすることが必要である。これは、この領域でのクライオスタット壁 の厚さを最小にすることにより達成できる。クライオスタットの試料領域から離 れた側の壁厚を実質的により大きくすることができる。 センサグラジオメータ１０のその形状及び磁場の形状とによりもたらされるバ ランス（例えば、２つのコイルの有効表面に 対する有効指向表面のずれ）は本質的に重要であり、励起コイル１１と同期して 制御可能な追加の補正コイル１３を用いた補正磁場との結合により向上させるこ とができる。センサグラジオメータ１０の磁場中での補正は、例えばコンピュー タ制御ポーテンショメータにより行え又は常に整合させることができる。試料無 しでの較正を用いて、励起コイルに交流を供給するのが好ましく、また補正コイ ル１３を流れる電流は、ＳＱＵＩＤ出力側に最小信号が現れるまで調節される。 この構成は試料測定のために維持される。位相補正も必要により行わなければな らない。これらの手段はアンテナコイル形状の不正確及び磁場記録コイルに対す る磁場の非相称を最大限に低減させ、測定信号は磁場の時間変化にほとんど依存 しなくなる。測定中に予期しないバランス変位が生じた場合や補正が十分に正確 でない場合には、これらの誤差は、例えば試料１２をセンサグラジオメータ１０ の他方のコイル下に置くことにより補正することができる。センサグラジオメー タ１０を十分にバランスさせない方が磁化の強さの尺度を維持するために有利な 場合もある。 これらの特徴は以下のことを容易にする。 １．強い交流磁場の存在下での試料の弱周波数依存性磁化の測定 ２．磁場のスイッチオフ直後の試料緩和の測定。即ち、磁場それ自体のスイッ チオフは測定信号にもはや貢献しない。 ＳＱＵＩＤセンサ７１（又はジョセフスン接点）自体が磁場 依存性があり過度に大きい磁場の場合制御不可能にそれらの作動点が変位し得る ことを考慮しなければならない。にもかかわらずＦＬＬ−エレクトロニクス１の 迅速なトラッキング又は連続的な作動を保証するために、図１に示唆するように ＳＱＵＩＤを磁場記録コイルから空間的に変位させることができる。このために 、ＳＱＵＩＤを磁化方向に対して直交する超伝導シールド内にある距離をおいて 容器７内に位置させることができる。磁場記録コイルとＳＱＵＩＤとの接続は、 例えば、磁気シールド可能な撚られた超伝導リード（リードキャピラリ）によっ て行うことができる。更に、「消磁コイル」を、励起磁場電流の一部が流れるＳ ＱＵＩＤの超伝導シールド（ＳＱＵＩＤ容器７）の回りに配置することができる 。これの目的は、シールド近傍の磁界強度を低減すると共に磁化により生じるス トレィ磁場を低減することである。超伝導シールド及び消磁コイルは、磁場記録 コイル及び試料の位置での磁場ひずみが最小になるように配置しなければならな い。 測定システムの最高可能な磁場解像度を達成すると共に出力量と測定された磁 場との直線的依存を達成するために、ＳＱＵＩＤを、既に述べたように、閉規制 ループで作動させる必要がある（ＦＬＬ−エレクトロニクス１）。このために、 ＳＱＵＩＤはゼロ磁場検出器として用いられる。ＳＱＵＩＤにより検出されたゼ ロ磁場からの各ずれは磁場記録コイル内の補正磁場の生成を介して対応するＦＬ Ｌ−エレクトロニクス１によって逆 結合される。この信号は好ましくは、磁場記録コイルと直列の適当な結合コイル を介してシールド内に供給される。この方法はエレクトロニクスの規制範囲内で 磁場ひずみを最小にする。 磁気的にデカップリングされた複数の室をシールド内に導入することによりＳ ＱＵＩＤ上に逆結合信号がクロストークすることを防止できる。ＦＬＬモードで 磁場記録コイル１０によリ大きい制御領域を与えるために、ＳＱＵＩＤ中の１又 はそれ以上までの磁束量子を規制し、次いで積算器をリセットしてＳＱＵＩＤ中 に磁束量子を採集するのが有利である。これにより得られた磁束量子のジャンプ をカウントし、そのときＳＱＵＩＤ中の磁束量子の少数部を示すレギュレータの 出力の大きさで測定結果を分析する。このようにして、ＳＱＵＩＤ規制エレクト ロニクスのダイナミックレンジを実質的に拡大することができる。また、これに より、分析に多分必要なＡ／Ｄコンバータのダイナミックレンジを比較的小さく 保つことができる。即ち、高ビット値がカウンタで記録される。 高価で困難な磁気シールドを持たない装置を作るために、周囲の干渉磁場（例 えば、電源ラインハムや地磁場）を磁場記録コイル１０の位置で補正しなければ ならない。このために、基準グラジオメータ８を第１のグラジオメータからある 程度の距離をおいて使用することができるが、該基準グラジオメータ８は励起磁 場に関して対応する対称性をもって配置される。両グラジオメータ８、１０の出 力電圧をＦＬＬ−エレクトロニクス １の後で差し引くと、より高次のエレクトロニクグラジオメータとなる。これら の予備処理信号は次いで適当なコンピュータ制御オフセット補正の後Ａ／Ｄコン バータに導かくことができる。このようにして、Ａ／Ｄコンバータの必要ダイナ ミックレンジを低減することができる。基準グラジオメータ８の出力信号は第２ の等価データ記録チャネルを介してデイジタル化でき、これにより特殊なフィル タアルゴリズム（遅延時間差補正、最適化フィルタ、周波数バンドパス補正等） を使用して干渉信号の更なる抑圧を達成できる。 ＳＱＵＩＤとリードの電気的シールドは有利である（ＲＦシールド）。大抵の 場合、クライオスタットを超断熱することにより十分なシールドが得られる。干 渉磁場の方向はベクトル磁力計９を用いて測定でき、干渉磁場の効果的抑圧が達 成できる。更に、周囲に位置する磁気物体の磁化により生じる全ての干渉ファク タは、本装置の構成に使用される材料の適当な選択により避けるべきであり、適 当な較正測定により求めて分析において考慮に入れなければならない。 特に、例えば、図２に示すように、複数の試料を試料マトリックス１５の形状 に配置してマルチチャネル測定システムを用いて同時に検査することも可能であ る。このために、センサ類は単一の面上に、例えばアレイ状に配置するか又はセ ンサ列１６状に配置することができる。この測定構成は分析物の空間分布の検査 に適しており、例えば生体内測定に特に有利である。 試料体内の磁場の迅速な変化は、分析物磁化の緩和の測定により分析物を検出 するために保証されなければならない。磁場の変化が速くなればなるほど、検出 できる緩和時間が短くなる。 測定サイクルは下記のように進行することができる。 １）励起コイル１１による磁場の生成。試料１２をセンサグラジオメータ１０ の磁場コイルの１つの下の磁場内に置く。 ２）磁場のスイッチングオフとＦＬＬ規制エレクトロニクス１の出力に現れる 信号の測定。これは、ＳＱＵＩＤをＦＬＬモードで全プロセス中作動できるとき に有利である。センサグラジオメータ１０での磁場勾配の変化速度がＦＬＬエレ クトロニクスの出力信号の変化速度よりも大きい場合には、先ず規制ループを磁 場のスイッチオフの後間もなく閉じる。これは、規制領域に達したときに自動的 に生じことができる。 ３）ＳＱＵＩＤ出力信号の時間依存をこのとき、例えばコンピュータにより分 析することができる。 ４）過度的処理の終了後、処理１）及び２）を平均値が得ることができるよう 繰り返して実行できる。これは、逆極正の磁場を用いて繰り返し行うことができ る。 ５）適宜、追加の測定サイクルを他方のセンサグラジオメータ１０磁場コイル の下で繰り返し行うことができる。 ６）次の試料を、可能であれば自動的に、センサグラジオメータ磁場記録コイ ルの下に置き測定することができる。 ７）２つの試料間の同時比較測定を、各試料を各平坦なグラ ジオメータ磁場コイルの下に置いて行うことも可能である。 測定の前に較正サイクルを実行することが適切である。このために、測定サイ クルは、測定する試料無しに即ち対応する較正する試料を用いて行われる。これ により得られた基準測定結果は試料測定を補正するために利用することができる 。 結合残留磁気の測定も上述した装置を用いて行って残留磁気の磁化の測定によ り分析物の検出を行うことができる。可能な測定手続きを下記に述べる。 ａ）センサグラジオメータの磁場記録コイルの１つの中又は下に置かれた試料 を、逆方向に且つ可能であれば磁場の振幅を変えながら（低周波数で）周期的に 磁化する。磁化としては、傾斜（ｒａｍｐ）形時間依存式のものが有利である（ 利点：ＦＬＬエレクトロニクスの最大信号変化速度を越えることがなくまたセン サグラジオメータをＦＬＬモードでの全測定サイクル中作動させることができる ）。試料が励起磁場に晒されない休止時間が磁化相間に存在する。 ｂ）ＦＬＬエレクトロニクスは全測定サイクル中規制モードにある。干渉過度 要素が可能であれば実質的により速い基準グラジオメータにより検出されセンサ グラジオメータに直接再結合される。 ｃ）センサグラジオメータを若干離調させると磁場振幅が同時に測定される。 ｄ）試料により生ぜられた残留磁場は磁化休止期間中に測定 することができる。 励起磁場の上述した反転により干渉磁場ドリフト処理の補正が容易に行える。 試料は信号対ノイズ比を向上させるために測定中動かすことができる（振動、回 転、超音波、油圧、トラップドア等）。これは、昇降プラットフォーム、リニア モータ等の非磁性エクテンションにより容易に行える。本装置を組み立てる際は 、測定結果をゆがめ得る全ての強磁性不純物を避けるようにしなければならない 。 試料を測定体内で磁化する代わりに、図３に示すように、磁化を検出装置から 空間的に離れて生じさせることができる。 この場合、試料１２は、それが励起コイル１１’で磁化される磁化装置の場所 から、コンベヤベルト１７により測定位置に移送される。このメカニズムは、試 料１２を取り替えるためにも使用することができる。さらに、上記メカニズムは 、磁場記録コイルの位置で試料によって生ぜられた磁場の変調をもたらす。 更に、下記の干渉磁場抑圧のための追加の手段を使用することができる。 立方体の側面に配され各々がＦＬＬモードで作動される３つの互いに直交した ＳＱＵＩＤ磁力計から成る三軸ベクトル磁力計９又はベクトルグラジオメータが 基準信号を生成するために使用することができる。グラジオメータ出力信号から 前記基準信号を適当に重みづけ減算することにより干渉要素の抑圧が達 成される。ベクトル磁力計９及びセンサグラジオメータ１０の重みづけ出力信号 を手動で補正することにより、その後のＡ／Ｄ変換及びコンピュータの処理のた めに測定信号のダイナミックレンジが減少される。第２の段階では、ベクトル磁 力計９の個々の信号は、測定信号中の干渉成分の抑圧が最大限に行われるように 、適当なアルゴリズムを用いて互いに結合される。これは、信号間の存在する相 関を考慮したマッチト最適化フィルタにより達成可能である。 Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを最適化するためにＡ／Ｄ変換の前に各信 号に適当なオフセット補正が施される。ベクトル磁力計９が小さいＳＱＵＩＤイ ンダクタンスを有する場合には、数メガヘルツのＦＬＬモードでの規制バンド幅 が過度干渉を除去し且つそれを保証するためにも達成される。 上述した装置の代替案として、図４に示すように、結合された残留磁気粒子を 、適切に作成されたコンベヤベルト１７’上で、該ベルトを磁場センサ２０を通 過させる（磁気テープ技術に類似）ことにより測定することもできる。例えば抗 原１８を付加して作成されたベルト１７’は残留磁気粒子でマークされた抗体を 含む浴１９中を移動させられ、その後適当な励起コイル１１”で磁化され、次い で磁場センサ２０を通過させられる。ベルト１７’を例えば抗原１８で適当に周 期的にコーテイングした構成にして、結合残留磁気粒子の領域とフリーの領域と を交互に配設して一定の周期性を生み出すようにすると特に有利 である。 上記の効果は、ベルト１７’を連続的にコーテイングして結合残留磁気粒子を 付加して作成された該ベルトを交流磁場を通って移動させる（同じく磁気テープ 技術に類似）ことによっても達成できる。上述した２つの方法のいずれによって も、公知の周波数・結合依存振幅の信号が磁場センサ２０上に得られ、例えばロ ックイン測定技術により有利に測定することができる。利用される技術はテープ レコーダの技術に類似する。 図１で説明した装置から若干それた装置が、複合周波数依存磁気材料特性を測 定するために使用することができる。 センサグラジオメータの磁場記録コイルの位置で均一磁場を発生する装置が有 利である。均一磁場を磁場記録コイルの最も磁場感度の低い方向に沿って向ける と有利であり、例えばヘルムホルツコイル構造２１により発生させることができ る。上述した各補正方法と同様に、センサグラジオメータを励起磁場に対する感 度が最小となるように調整することができる。 磁化装置は、可変周波数の交流電流（励起コイルの表皮効果及び周波数依存磁 気漏れ（ｄiｓｐｅｒｓｉｏｎ）を考慮）が供給される。磁場センサにより測定 された時間依存磁化は、同様に測定された励起磁場強さＨに対して固定の位相関 係においてロックイン技術により分析すると有利である。これにより、試料の磁 化Ｍの大きさ及び位相を対応する励起周波数に対して測定することができる。結 合を解かれた分析物の基準測定結果 と比較することにより、分析物結合の高感度測定が達成される。 最後に、図５に示す組み合わせ装置が、前記方法Ｉ，II，IIIの各々を用いて 分析物結合を測定するために使用することができる。ヘルムホルツコイル２１が 磁化率測定のために設けられる。このタイプの装置は、緩和測定、結合残留磁気 測定、及び周波数依存複合磁気材料特性による流体相及び固相での分析物の定量 検出に役立つ。 上述した本発明に係る装置の各実施の形態、特に、検出装置が結合残留磁気の 測定及び／又はマグネト・レラクソメトリック検出用の装置を備える実施の形態 は、人間又は動物の生体内測定のために特別な構成にすることもできる。

【手続補正書】 【提出日】平成１０年１２月２２日（１９９８．１２．２２） 【補正内容】 （１）明細書の第１頁第９行目の「ＪＰ ２３ ５７ ７４」を、「ＪＰ ６３ ０９ ０７６５−Ａ２」に補正する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ (72)発明者 マッツ ハルトムート ドイツ連邦共和国、デー―12157 ベルリ ン サッハゼンバールト シュトラーセ ３ (72)発明者 ケッテル ローマン ドイツ連邦共和国、デー―13189 ベルリ ン アルノルド―ツバイヒ―シュトラーセ 12 (72)発明者 ドゥルング ディートマー ドイツ連邦共和国、デー―13583 ベルリ ン レムシャイダー シュトラーセ 22ア ー (72)発明者 トラムス ルーツ ドイツ連邦共和国、デー―12103 ベルリ ン ラインハルトシュトラーセ ５ (72)発明者 バイトシーエス ベルナー ドイツ連邦共和国、デー―12205 ベルリ ン フィンケンシュタイナーレ 130 (72)発明者 ゼムラー ボルフハールト ドイツ連邦共和国、デー―13467 ベルリ ン ヤーンシュトラーセ 17

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 分析物、特に生物試料の分析物を該試料の位置で磁場を生成するための磁化 装置及び該試料の磁気特性を測定するための検出装置を用いてリセプタ・リガン ド・バインジングにより定性及び／又は定量検出する装置において、 前記磁化装置（１１’；１１”）が、該磁化装置（１１’；１１”）によっ て磁化の位置で生成された磁場が測定の間試料に占められた位置で少なくとも１ ０倍の倍率で減衰されるように、前記検出装置（７１、８、９、１０；１６；２ ０）に対して空間を隔てて配置されることを特徴とする分析物の定性及び／又は 定量検出装置。 2. 前記磁場が１０００倍以上の倍率で減衰されることを特徴とする請求の範囲 第１項記載の装置。 3. 前記検出装置（７１、８、９、１０；１６；２０）の測定相中試料（１２） を移動する回路（１７；１７’）が設けられたことを特徴とする前記各請求の範 囲のいずれか１項記載の装置。 4. 分析物、特に生物試料の分析物を該試料の位置で磁場を生成するための磁化 装置及び該試料の磁気特性を測定するための検出装置を用いてリセプタ・リガン ド・バインジングにより定性及び／又は定量検出する装置であって、好ましくは 前記検出装置（７１、８、９、１０；１６；２０）の測定相中所定時間前記試料 （１２）の位置で前記磁化装置（１１）の磁場をスイッ チオフし得る回路が設けられると共に、前記検出装置（７１、８、９、１０；１ ６；２０）の測定相中試料（１２）を移動する回路（１７；１７’）が設けられ た分析物の定性及び／又は定量検出装置。 5. 分析物、特に生物試料の分析物を該試料の位置で磁場を生成するための磁化 装置及び該試料の磁気特性を測定するための検出装置を用いてリセプタ・リガン ド・バインジングにより定性及び／又は定量検出する装置であって、特に前記検 出装置（７１、８、９、１０；１６）の測定相中所定時間前記試料（１２）の位 置で前記磁化装置（１１）の磁場をスイッチオフし得るスイッチング装置が設け られ、前記スイッチング装置は、前記磁化装置（１１）によって発生された磁場 をスイッチオンーオフするための第１の装置と、前記検出装置（７１、８、９、 １０；１６）をスイッチオン−オフするための第２の装置とを含む分析物の定性 及び／又は定量検出装置。 6. 前記検出装置は、前記試料の磁化の測定のための装置を含むことを特徴とす る前記各請求の範囲のいずれか１項記載の装置。 7. 前記検出装置は、前記試料中の分析物の結合残留磁気の測定のための装置を 含むことを特徴とする前記各請求の範囲のいずれか１項記載の装置。 8. 前記検出装置は、マグネト・レラクソメトリック検出用の装置を含むことを 特徴とする前記各請求の範囲第４項乃至第６項のいずれか１項記載の装置。 9. 前記検出装置は、前記磁場センサの一部としての少なくとも１つのＳＱＵＩ Ｄを含むことを特徴とする前記各請求の範囲のいずれか１項記載の装置。 10．前記検出装置は、前記磁場センサの一部としての少なくとも１つの誘導コイ ル（２０）を含むことを特徴とする前記各請求の範囲のいずれか１項記載の装置 。 11．前記第１の及び第２の装置は互いに独立してスイッチすることができること を特徴とする前記各請求の範囲第５項乃至第１０項のいずれか１項記載の装置。 12．前記第１の装置は、前記第２の装置に対して所定の固定時間相関をもってス イッチさせることができることを特徴とする前記各請求の範囲第５項乃至第１０ 項のいずれか１項記載の装置。 13．前記第１の装置は、前記磁化装置（１１；２１）で生成される磁場として所 定の磁場振幅及び磁場極性の磁場を生成することができることを特徴とする前記 各請求の範囲第５項乃至第１０項のいずれか１項記載の装置。 14．前記第１の装置は、前記磁化装置（１１；２１）で生成される磁場として、 所定の振幅時間依存性と所定の極性時間依存性の磁場を生成することができるこ とを特徴とする請求の範囲第１３項記載の装置。 15．干渉信号の電子的抑圧のための装置が設けられたことを特徴とする前記各請 求の範囲のいずれか１項記載の装置。 16．前記干渉信号の電子的抑圧のための装置は、適応フィルタ処 理装置を含むことを特徴とする請求の範囲第１５項記載の装置。 17．干渉磁場のベクトル測定のための装置（９）が設けられ、該装置に、前記検 出装置（７１、８、９、１０；１６；２１）により測定された信号及び／又は前 記磁化装置（１１）により発生された磁場の適当な補正のための装置が接続され たことを特徴とする前記各請求の範囲のいずれか１項記載の装置。 18．前記装置は生体内測定に適していることを特徴とする請求の範囲第７項又は 第８項記載の装置。