JP2005315678A - 検出方法、検出デバイス及び検出用キット - Google Patents
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Abstract
【課題】 標識粒子として磁性粒子を用い、磁気抵抗効果膜を用いて検出を行なう検出デバイスにおいて、磁気抵抗効果膜の電気抵抗は２つの磁性膜の磁化状態によって変化するが、磁化反転可能な磁性膜の中で磁化反転する領域が磁性膜の一部分である場合には、磁気抵抗効果は磁化反転可能な磁性膜全体が磁化反転するよりも小さくなる。つまり例えば磁性粒子の径が小さく、磁気抵抗効果膜の磁化反転領域が著しく小さい場合には、電気抵抗の変化量が小さく検出が困難となる。
【解決手段】 標識粒子として磁性粒子を用い、生体化学反応により磁気抵抗効果膜表面に残留する磁性粒子から生じる浮遊磁界により、磁気抵抗効果膜のフリー層全面積に対する磁化反転領域の面積の比を大きくし、大きな検出信号を得ると共に、得られた検出データを安定に保存することが可能な検出検出デバイスおよび該検出デバイスを用いた検出方法である。
【選択図】 図１
【解決手段】 標識粒子として磁性粒子を用い、生体化学反応により磁気抵抗効果膜表面に残留する磁性粒子から生じる浮遊磁界により、磁気抵抗効果膜のフリー層全面積に対する磁化反転領域の面積の比を大きくし、大きな検出信号を得ると共に、得られた検出データを安定に保存することが可能な検出検出デバイスおよび該検出デバイスを用いた検出方法である。
【選択図】 図１
Description
本発明は被検体溶液中の磁性粒子を検出するための検出デバイスおよび検出方法、検出キットに関するものである。
これまで免疫分析には、放射免疫分析法、酵素抗体法など多くの技術が提案され実施されてきた。しかし、例えば放射免疫分析法（ＲＩＡ：ｒａｄｉｏ ｉｍｍｕｎｏａｓｓａｙもしくはＩＲＭＡ：ｉｍｍｕｎｏｒａｄｉｏｍｅｔｒｉｃ ａｓｓａｙ）は、放射性核種によって、競合抗原あるいは抗体を標識し、比放射能の測定結果から抗原を定量的に測定する。この方法の利点として、感度が高いことがあげられるが、放射性核種の安全性の問題が有り専用の施設や装置が必要となる。また、抗体の標識に酵素を用いる酵素抗体法は、放射免疫分析法と比較した場合、扱いがより容易であり、かつ、実用的な感度を満たしているが、更なる感度向上と取り扱いの容易さが求められている。
そのような状況にあって、近年、ＧＭＲ素子を用いることによって標識物質として用いた微量の磁性粒子を容易に検出する方法が提案されている。（非特許文献１，２）非特許文献１には８０μｍ×５μｍおよび２０μｍ×５μｍのサイズの巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ）膜を用い、直径２．８μｍの複数個の磁性粒子の検出を行なっている。図４に磁性粒子からＧＭＲ膜に浮遊磁界が印加される様子を示す。ＧＭＲ膜で用いられている磁性膜は面内磁化膜であり、磁性粒子に印加する磁界１８０は磁性膜に対して膜面垂直方向に印加されている。したがって磁界の印加によって磁化された磁性粒子１７４から生じる浮遊磁界１８２が、図４に示されるようにＧＭＲ膜３００の磁性膜に概略膜面内方向に印加され、磁性膜の磁化はこの磁界方向に揃う。なお、１８１は磁性粒子の磁化方向を示す。
ＧＭＲ素子の電気抵抗の大きさは２つの磁性膜の相対的な磁化方向に依存しており、磁化方向が平行であると電気抵抗が比較的小さく、反平行であると比較的大きいという特徴を持つ。平行、反平行という磁化状態を実現させるためにＧＭＲ素子の２つの磁性膜は一方の磁性膜の磁化方向は固定され、他方は磁性粒子からの浮遊磁界によって磁化反転可能であるような保磁力を有する磁性材料で構成される。もし磁性粒子がＧＭＲ素子の上に存在しない場合は、外部磁界を印加しても磁性膜に膜面内方向の磁界が印加されないので磁化反転が生じない。また、検出回路は２つの固定抵抗と磁性粒子が固定されないＧＭＲ素子および磁性粒子が固定し得るＧＭＲ素子によってブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路に誘起される電位差をロッキングアンプで検出する構成となっている。
非特許文献２では２μｍ×６μｍのサイズのＧＭＲ素子を用い、直径２μｍの磁性粒子の検出を行なっている。非特許文献１と同様にＧＭＲ素子は、磁性粒子が固定し得るものと固定されないものを並べて形成し、この２つのＧＭＲ素子の出力信号を比較することで磁性粒子の検出を行なっている。磁性膜は面内磁化膜であり、かつ磁性粒子に印加する磁界は磁性膜に対して膜面内長手方向である。
以上のようにＧＭＲ素子を用いた磁性粒子の検出方法は、磁性粒子を所望の方向に磁化し、磁性粒子から発する浮遊磁界によって磁気抵抗効果膜の磁化方向を変化させて検出を行うものであり、取り扱いが簡単で比較的短い時間で検出が可能である。
Ｄａｖｉｄ Ｒ．Ｂａｓｅｌｔ，ｅｔ ａｌ．Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ＆Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ １３，７３１ （１９９８）， Ｄ．Ｌ．Ｇｒａｈａｍ，ｅｔ ａｌ．Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ＆Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ １８，４８３ （２００３））
Ｄａｖｉｄ Ｒ．Ｂａｓｅｌｔ，ｅｔ ａｌ．Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ＆Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ １３，７３１ （１９９８）， Ｄ．Ｌ．Ｇｒａｈａｍ，ｅｔ ａｌ．Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ＆Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ １８，４８３ （２００３））
上記のように磁気抵抗効果膜の電気抵抗は２つの磁性膜の磁化状態によって変化するが、磁化反転可能な磁性膜の中で磁化反転する領域が磁性膜の一部分である場合には、磁気抵抗効果は磁化反転可能な磁性膜全体が磁化反転するよりも小さくなる。つまり例えば磁性粒子の径が小さく、磁気抵抗効果膜の磁化反転領域が著しく小さい場合には、電気抵抗の変化量が小さく検出不可能となる。
また、特に、磁性粒子がスーパーパラ磁性（超常磁性）を示す場合においては、磁性粒子への外部磁界の印加を止めてしまうと磁性粒子からの浮遊磁界は生じず、磁気抵抗効果膜の磁性膜に局部的に形成された小さな磁区は容易に消失してしまうため、検出した磁性粒子の情報を保存することが困難となる。
本発明は上記課題に鑑み、被検体溶液中の磁性粒子を磁気抵抗効果膜を用いて検出するための検出デバイスにおいて、浮遊磁界の小さな磁性粒子１個でも大きな信号で検出可能であり、かつ検出した磁性粒子の情報を安定して保持することが可能なデバイスおよびその方法を提案するものである。
本発明は、被検体溶液中の磁性粒子を検出するための検出デバイスであって、磁化方向が固定された第１の磁性膜と、垂直磁化膜でありかつ磁性粒子を検出する際に磁化方向が変化し得る第２の磁性膜を有する磁気抵抗効果膜を検出素子として用い、該第２の磁性膜の表面と磁性粒子の中心までの距離をｄとするときに、前記第２の磁性膜の膜面が半径√２ｄの円周上あるいは該円形の円周の内側にある検出デバイスを特徴とするものである。
また本発明は、被検体溶液中の磁性粒子を検出するための検出デバイスであって、磁化方向が固定された第１の磁性膜と、面内磁化膜でありかつ磁性粒子を検出する際に磁化方向が変化し得る第２の磁性膜を含む磁気抵抗効果膜を有し、該第２の磁性膜の表面と前記磁性粒子の中心までの距離をｄとするときに、前記第２の磁性膜の膜面が半径ｄ／√２の円の円周上あるいは該円形の円周の内側にある検出デバイスを特徴とするものである。
また、本発明は、被検体溶液中の磁性粒子を検出するための検出デバイスであって、磁化方向が固定された第１の磁性膜と、前記磁性粒子を検出する際に磁化方向が変化し得る第２の磁性膜を含む磁気抵抗効果膜を有し、前記第２の磁性膜が単磁区構造である検出デバイスを特徴とするものである。
本発明の検出デバイスによれば、体積が小さい磁性粒子あるいは磁化の小さな磁性粒子、つまりは浮遊磁界の小さな磁性粒子１個であっても大きな検出信号を得ることが可能で、さらに検出結果を安定して保存することが可能である。
標識物質を磁性粒子とした被検体溶液中の抗原の検出を例として、以下に本発明を詳細に説明する。
検出デバイスは支持体上に磁気抵抗効果素子としてＧＭＲ膜が形成された構成を有しており、ＧＭＲ膜の表面には固定化層が形成され一次抗体を固定しておく。また、ＧＭＲ膜の磁性膜は垂直磁化膜とし、初期状態では２つの磁性膜の磁化方向はどちらも上向きに向いているとする。ＧＭＲ膜の電気抵抗を検出するためにＧＭＲ膜の左右両端あるいは上下に電極を形成し、この電極に定電流源および電圧計を接続しておく。磁性粒子の検出の際に大きな信号を得るためには、磁気抵抗効果素子の膜面に対して垂直方向に電流が流れるように、電極を設けるのが好ましい。
ここでは磁気抵抗効果膜としてＧＭＲ膜を例に説明を行うが、この他にＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｅｔｉｃｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）膜や、ＢＭＲ（Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ Ｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を用いても良い。ＴＭＲ，ＢＭＲ膜を用いた方が、磁気抵抗変化率が大きいため好ましい。また、磁性膜は垂直磁化膜であっても面内磁化膜であってもどちらでも使用可能である。垂直磁化膜に用いられる材料としては一般に知られている材料が使用可能であり、例えば希土類金属と遷移金属の合金や人工格子膜、遷移金属と貴金属の合金や人工格子膜などが挙げられる。しかしフリー層（磁性粒子からの浮遊磁界によって磁化反転する磁性膜）には小さな保磁力が求められ、希土類金属の中からガドリニウムが好適に用いられる。また、ピン層（磁化方向が固定されている磁性膜）には大きな保磁力が求められ、希土類金属の中からテルビニウムやジスプロシウムが好適に用いられる。面内磁化膜を用いる場合には、フリー層として保磁力の比較的小さなニッケルやニッケルと他の遷移金属の合金膜が好適に用いられる。また、ピン層には鉄、コバルトあるいは鉄とコバルトの合金膜が好適に用いられ、大きな磁界が印加されても磁化反転しないようにするために、ピン層に反強磁性膜を交換結合させるのがよく、さらに、ＧＭＲ膜やＴＭＲ膜においては大きな磁気抵抗変化を得るために非磁性膜と磁性膜の界面にスピン分極率の大きな磁性材料を形成するのが好ましい。
上記検出デバイスに被検体溶液を注入し、ＧＭＲ膜上に固定された抗体に被検体溶液中の抗原を固定させる。次いで標識物質としての磁性粒子を固定させた二次抗体を検出デバイスに注入し抗原と結合させＧＭＲ膜上に固定させる。その後抗原抗体反応しなかった磁性粒子をＧＭＲ膜上から除去する。このようなプロセスによって被検体溶液中に目的とする抗原が存在している場合は磁性粒子がＧＭＲ膜上に固定され、抗原が存在しない場合には磁性粒子はすべて除去される。ここでは、一次抗体と検体とを先に反応させた後に二次抗体を反応させた例を示したが、二次抗体と検体を反応させた上で、一次抗体と反応させても構わない。本発明に用いられる抗体は従来用いられているものが使用可能であり、また、磁性粒子に固定させる二次抗体も同様に種々のものが使用可能である。検体としては、生体物質（タンパク質、核酸、糖鎖）やアレルゲン、バクテリア、ウイルス等の抗体が特異的に認識できるものが対象となる。
つづいて、膜面垂直下方向の外部磁界を印加し、磁性粒子を磁化する。ただし、外部磁界の大きさはＧＭＲ膜の磁化反転を伴わない大きさとする。今、磁性粒子が大きさＭで磁化されているとき、この磁性粒子から生じる浮遊磁界の下方向成分ＨＺは一般に知られているように次式で表される。（図１参照）
ここでμは透磁率、ｒは磁性粒子の中心からの距離、θは磁性膜の膜面垂直方向からの傾きである。図３に２ｃｏｓ２θ−ｓｉｎ２θのθに対する変化の様子を示す。この図から分かるように、θの大きさが−５５ｄｅｇ〜５５ｄｅｇの範囲辺りでは浮遊磁界は下方向（２ｃｏｓ２θ−ｓｉｎ２θの値が正）を向いているのに対して、−５５ｄｅｇ〜−９０ｄｅｇおよび５５ｄｅｇ〜９０ｄｅｇの範囲辺りでは浮遊磁界は上方向を向いている。つまり磁性粒子の存在によって磁化反転可能な領域は−５５ｄｅｇ〜５５ｄｅｇの範囲内に限られる。もし、磁性粒子の径に対して十分に大きな磁気抵抗効果膜上に１個の磁性粒子が存在しており、その磁性粒子からの浮遊磁界が磁気抵抗効果膜に印加されているとしても、磁化反転する領域は磁性膜の全面積に対して小さく、したがって磁気抵抗効果膜の抵抗変化量は小さくなってしまう。また、磁化反転した領域が小さい場合には磁壁エネルギーを小さくしようとして磁性膜中に形成された磁区は容易に消失してしまうため、磁性粒子つまりは抗原の検出結果を保存することができない。
そこでフリー層の大きさを磁性粒子からの浮遊磁界が正の方向に印加される領域内に収まる大きさ、つまりはフリー層表面と磁性粒子の中心との距離をｄとしたとき半径√２ｄの円に収まる大きさとすることで、フリー層の面積に対する磁化反転する面積の割合を大きくし、１個の磁性粒子であっても十分に大きな信号を得ることが可能である。また、フリー層の面積に対する磁化反転する面積の割合が大きいため、形成された磁区はそのまま保存されるかあるいはフリー層全体が磁化反転するように拡大し、得られた抗原の検出結果を安定に保存することが可能である。
上記説明では磁気抵抗効果膜の磁性膜に垂直磁化膜を用いたが、面内磁化膜を用いた場合について説明する。
図２に示すように磁性粒子は右向きに磁化されているとし、磁性粒子の下方に面内磁化膜が位置している。フリー層の磁化は初期状態では磁性粒子の磁化方向と同じ右向きにしておく。このとき磁性粒子の中心点から距離ｒにある点での浮遊磁界の膜面内方向成分ＨＸは式１と同様に次式で表される。
したがって磁気抵抗効果膜に対して磁性粒子からの浮遊磁界がフリー層の磁化を反転する向きつまり左向きに向く領域はθが５５ｄｅｇ〜１２５ｄｅｇの範囲付近である。つまり、磁性粒子の中心からフリー層の表面までの距離をｄとすると、フリー層の大きさを半径ｄ／√２の円内に収まるようにすればフリー層の面積に対する磁化反転する面積の割合を大きくし、１個の磁性粒子であっても十分に大きな信号を得ることが可能である。また、フリー層の面積に対する磁化反転する面積の割合が大きいため、形成された磁区はそのまま保存されるかあるいはフリー層全体が磁化反転するように拡大し、得られた抗原の検出結果を安定に保存することが可能である。
上記のようにフリー層の大きさを限定することによって、フリー層の面積に対する磁化反転領域の面積の比を大きくし、検出信号を大きくする、あるいは検出結果を保存することが可能であるが、さらにフリー層を単磁区構造の磁性体で構成することによっても大きな検出信号を得ることが可能である。これはつまり磁性粒子から生じる浮遊磁界によってフリー層の一部分が磁化反転すると、単磁区構造を持つ磁性体はその内部に磁壁を形成しないように、磁化反転するために必要な磁界が印加されない領域の磁化も磁化反転し、結局はフリー層の全領域が磁化反転するためである。
図５は本発明を説明するための検出デバイスの断面を模式的に示した図である。支持体１１１上に第１の垂直磁化膜１３１／第１の高スピン分極率層１３／非磁性膜１５０／第２の高スピン分極率層１４２／第２の垂直磁化膜１４１が順次成膜される磁気抵抗効果膜１００を形成する。第１の垂直磁化膜１３１および第１の高スピン分極率層１３２からなる２層交換結合膜は膜面垂直方向が磁化容易軸であるピン層１３０であり磁化方向が固定される。そのため第１の垂直磁化膜１３１はテルビウム、鉄およびコバルトからなる厚さ３０ｎｍの合金膜によって形成し、そのテルビウムの組成は補償組成に近い２１ａｔ％とする。また、第１の高スピン分極率層１３２および第２の高スピン分極率層１４２は鉄とコバルトからなる平均膜厚が約０．５ｎｍ程度の合金膜であり、Ｃｏ組成を４０ａｔ％とする。また、第２の垂直磁化膜１４１および第２の高スピン分極率層１４２の２層交換結合膜はフリー層１４０であり、比較的小さな磁界で磁化反転できるように保磁力を小さくする必要がある。そこで第２の垂直磁化膜１４１をガドリニウム、鉄およびコバルトからなる合金で形成する。ガドリニウムの組成は垂直磁化膜となりかつ磁性粒子の浮遊磁界によって磁化反転可能な保磁力を持つものであればどのような組成でもよいが、本実施例においては２０ａｔ％とする。高スピン分極率層１３２および１４２は面内磁化膜であるが、その膜厚を薄くすることによって垂直磁化膜１３１または１４１との交換力によりピン層１３０およびフリー層１４０は膜面垂直方向が磁化容易軸となる。平均膜厚が薄いために高スピン分極率層は膜形状ではなく島状あるいはネットワーク状になる場合もあるが、そのような場合においても磁気抵抗効果は増加する。フリー層１４０とピン層１３０の間の非磁性膜は膜厚３ｎｍの銅とする。また、第２の垂直磁化膜１４１の表面を１０ｎｍのシリコンからなる保護膜１５１で覆う。ＧＭＲ膜１００は、磁性粒子の中心から磁気抵抗効果膜の表面までの距離をｄとすると、半径√２ｄの円内に収まる大きさとし、その両端にＰｔからなる電極１２１および１２２を形成する。さらにＧＭＲ膜１００の磁化方向を上方向に揃えるために、膜面上方向で３０ｋＯｅの大きさの外部磁界をＧＭＲ膜１００に印加する磁界印加手段（不図示）を設ける。ただし、ピン層１３０およびフリー層１４０の保磁力の大きさは３０ｋＯｅよりも小さい。
保護膜１５１の表面に一次抗体１７１を担持するために、保護膜１５１の表面は、まず親水化処理が施された後、アミノシランカップリング剤処理される。さらに一次抗体１７１を固定化させるためのグルタルアルデヒド等架橋剤を用いて、前記アミノシランカップリング剤由来のアミノ基とペプチド鎖間を化学結合させ所望の抗原を補足する一次抗体１７１が固定されている。
この検出デバイスを用い、以下のプロトコールに従って前立腺癌のマーカーとして知られている前立腺特異抗原（ＰＳＡ）の検出を試みることができる。検出デバイスには、ＰＳＡを認識する一次抗体１７１が固定化されている。
（１）抗原（被検体）１７３であるＰＳＡを含むリン酸緩衝生理食塩水（被検体溶液）に上記検出デバイスを浸し、５分間インキュベートする。
（２）未反応のＰＳＡをリン酸緩衝生理食塩水で洗浄する。
（３）磁性粒子１７４により標識された抗ＰＳＡ抗体（二次抗体）を含むリン酸緩衝生理食塩水に工程（１）および（２）が終了した上記検出デバイスを浸し、５分間インキュベートする。
（４）未反応の該標識抗体をリン酸緩衝生理食塩水で洗浄する。
（１）抗原（被検体）１７３であるＰＳＡを含むリン酸緩衝生理食塩水（被検体溶液）に上記検出デバイスを浸し、５分間インキュベートする。
（２）未反応のＰＳＡをリン酸緩衝生理食塩水で洗浄する。
（３）磁性粒子１７４により標識された抗ＰＳＡ抗体（二次抗体）を含むリン酸緩衝生理食塩水に工程（１）および（２）が終了した上記検出デバイスを浸し、５分間インキュベートする。
（４）未反応の該標識抗体をリン酸緩衝生理食塩水で洗浄する。
ただし、磁性粒子１７４の平均直径は約４００ｎｍでスーパーパラ磁性を示す。磁性粒子は溶液中で凝集しないことが好ましく、このために磁性粒子はスーパーパラであるほうが好ましい。また、磁気抵抗効果素子上で反応させる際にもスーパーパラである方が反応効率が上がると考えられるため好ましい。
また、フリー層１４０表面から磁性粒子１７４までの平均距離は約３５ｎｍで、ＧＭＲ膜は半径約３００ｎｍの円と同等（円周上）、もしくはその中に含まれるものとする。
まず、無磁場中でＧＭＲ膜１００に定電流を流し、このときのＧＭＲ膜１００の電圧を測定しておく。次いでＧＭＲ膜１００の表面に抗原抗体抗体反応を介して固定された磁性粒子１７４に下方向で１５Ｏｅの大きさの外部磁界１８０を印加し、磁性粒子１７４の磁化を下方向に向ける。磁性粒子１７４からは浮遊磁界が発生し、フリー層１４０には外部磁界１８０と浮遊磁界の合成磁界が印加され磁化反転が生じる。この状態で再びＧＭＲ膜１００に定電流を流し電圧の変化量を測定し、被検体溶液中の抗原１７３を検出することができる。
図６は本実施例を説明するための検出デバイスの断面を模式的に示した図である。支持体１１１上に下電極１２３として１０ｎｍの厚さのプラチナ膜を成膜し、その上に鉄およびコバルトからなる膜厚１０ｎｍのピン層２３０と１．６ｎｍの膜厚のアルミ膜を形成し、アルミ膜の表面を酸素雰囲気に晒すことによりアルミ膜をアルミナトンネル障壁膜１５０とする。次いでアルミナトンネル障壁膜１５０表面にパーマロイ膜を２０ｎｍの膜厚で成膜してフリー層２４０を形成し、ＴＭＲ膜２００を形成する。さらに膜厚１０ｎｍのプラチナ上電極１２４を成膜する。上電極１２４と下電極１２３の電気的ショートを防ぐためにＴＭＲ膜の周囲にアルミナ層間絶縁膜１５２を形成しておく。プラチナ上電極１２４上のフリー層２４０上部部分に１０ｎｍのシリコン膜を形成する。ＴＭＲ膜２００の磁化方向を右方向に揃えるために、右方向に５ｋＯｅの大きさの外部磁界をＴＭＲ膜２００に印加するための磁界印加手段（不図示）を設ける。
その後、実施例１と同様に抗原抗体反応を介して磁性粒子１７４をＴＭＲ膜２００表面に固定する。ただし、磁性粒子１７４の平均直径は約４００ｎｍでスーパーパラ磁性を示す。また、フリー層２４０表面から磁性粒子１７４までの距離は５５ｎｍで、ＴＭＲ膜は短辺の長さが９０ｎｍで長辺の長さが１８０ｎｍの長方形である。また、フリー層２４０およびピン層２３０は単磁区構造を示し、磁性膜の長さ方向が磁化容易軸となる。
まず、零磁場中でＴＭＲ膜２００に定電流を膜面垂直方向に流し、このときのＴＭＲ膜２００の電圧を測定しておく。次いでＴＭＲ膜２００表面に抗原抗体反応を介して固定された磁性粒子１７４に右方向の外部磁界１８０を印加し、磁性粒子１７４の磁化を右方向に向ける。磁性粒子１７４からは浮遊磁界が発生し、フリー層２４０には外部磁界１８０（磁性粒子１７４の磁化方向）と反対方向の浮遊磁界が印加され磁化反転が生じる。この状態で再びＴＭＲ膜２００に定電流を流し電圧の変化量を測定し、被検体溶液中に抗原１７３を検出することができる。
なお、本発明の実施例では１つの磁気抵抗効果膜を用いて、抗原を検出する方法について述べているが、例えば引用文献１で開示されているように、２つの磁気抵抗効果膜と２つの固定抵抗によってブリッジ回路を構成し、一方の磁気抵抗効果膜には磁性粒子が固定され得るようにしておき、他方には磁性粒子が固定されないようにしておくことで、磁気抵抗効果膜の抵抗変化を検出することによって、抗原等の検出を行なっても良い。
また、支持体上に多くの磁気抵抗効果膜を形成しておき、これらの表面に異なった抗体を固定しておくことによって、一度に複数種の抗原等の標的物質を定量的に検出することが可能である。
本発明の検出方法および検出デバイスは特に、生体物質の検出方法に用いられ、小さな磁性粒子あるいは磁化の小さな磁性粒子１個であっても高い検出信号を得られるとともに、検出データを安定して保存することが可能な検出デバイスとして用いられる。
１００ 本発明の検出デバイスを構成し膜面垂直方向に磁化容易軸を有する磁気抵抗効果膜
１１１ 支持体
１２１ 左電極
１２２ 右電極
１２３ 下電極
１２４ 上電極
１３０ ピン層
１３１ 第１の垂直磁化膜
１３２ 第１の高スピン分極率層
１４０ フリー層
１４１ 第２の垂直磁化膜
１４２ 第２の高スピン分極率層
１５０ 非磁性膜
１５１ 保護層
１５２ 層間絶縁膜
１５３ 抗体固定化層
１７１ 一次抗体
１７２ 二次抗体
１７３ 抗原（ＰＳＡ）
１７４ 磁性粒子
１８０ 外部印加磁界
１８１ 磁性粒子の磁化方向
１８２ 磁性粒子から生じる浮遊磁界
１９０ 検出回路
１９１ 定電流源
１９２ 電圧計
２００ 本発明の検出デバイスを構成し膜面内方向に磁化容易軸を有する磁気抵抗効果膜
２３０ ピン層
２４０ フリー層
３００ 磁気抵抗効果膜
１１１ 支持体
１２１ 左電極
１２２ 右電極
１２３ 下電極
１２４ 上電極
１３０ ピン層
１３１ 第１の垂直磁化膜
１３２ 第１の高スピン分極率層
１４０ フリー層
１４１ 第２の垂直磁化膜
１４２ 第２の高スピン分極率層
１５０ 非磁性膜
１５１ 保護層
１５２ 層間絶縁膜
１５３ 抗体固定化層
１７１ 一次抗体
１７２ 二次抗体
１７３ 抗原（ＰＳＡ）
１７４ 磁性粒子
１８０ 外部印加磁界
１８１ 磁性粒子の磁化方向
１８２ 磁性粒子から生じる浮遊磁界
１９０ 検出回路
１９１ 定電流源
１９２ 電圧計
２００ 本発明の検出デバイスを構成し膜面内方向に磁化容易軸を有する磁気抵抗効果膜
２３０ ピン層
２４０ フリー層
３００ 磁気抵抗効果膜
Claims (9)
- 被検体溶液中の磁性粒子を検出するための検出デバイスであって、磁化方向が固定された第１の磁性膜と、垂直磁化膜でありかつ磁性粒子を検出する際に磁化方向が変化し得る第２の磁性膜を含む磁気抵抗効果膜を有し、前記第２の磁性膜の表面と前記磁性粒子の中心までの距離をｄとするときに、前記第２の磁性膜の膜面が半径√２ｄの円周上あるいは該円形の円周の内側にあることを特徴とする検出デバイス。
- 被検体溶液中の磁性粒子を検出するための検出デバイスであって、磁化方向が固定された第１の磁性膜と、面内磁化膜でありかつ磁性粒子を検出する際に磁化方向が変化し得る第２の磁性膜を含む磁気抵抗効果膜を有し、前記第２の磁性膜の表面と前記磁性粒子の中心までの距離をｄとするときに、前記第２の磁性膜の膜面が半径ｄ／√２の円の円周上あるいは該円形の円周の内側にあることを特徴とする検出デバイス。
- 前記磁気抵抗効果膜近傍に磁性粒子を固定するための固定化層が形成されている、請求項１あるいは２に記載の検出デバイス。
- 被検体溶液中の磁性粒子を検出するための検出デバイスであって、磁化方向が固定された第１の磁性膜と、前記磁性粒子を検出する際に磁化方向が変化し得る第２の磁性膜を含む磁気抵抗効果膜を有し、前記第２の磁性膜が単磁区構造であることを特徴とする検出デバイス。
- 前記磁気抵抗効果膜に電流を流す手段と、前記磁気抵抗効果膜の電圧を読み出す手段と、前記磁気抵抗効果膜に磁界を印加する手段を含む請求項１から４のいずれか１項に記載の検出デバイス。
- 前記磁気抵抗効果膜はトンネル磁気抵抗効果膜であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の検出デバイス。
- 検体中の標的物質を検出するためのキットであって、磁化方向が固定された第１の磁性膜と、垂直磁化膜でありかつ磁性粒子を検出する際に磁化方向が変化し得る第２の磁性膜と、を有する磁気抵抗効果膜を含む検出素子と、表面に標的物質を捕捉する捕捉体を固定した磁性粒子を含む検出用試薬と、を少なくとも含み、前記第２の磁性膜の表面と前記磁性粒子の中心までの距離をｄとするときに、前記第２の磁性膜の膜面が半径√２ｄの円周上あるいは該円形の円周の内側にあることを特徴とする検出用キット。
- 検体中の標的物質を検出するためのキットであって、磁化方向が固定された第１の磁性膜と、面内磁化膜でありかつ磁性粒子を検出する際に磁化方向が変化し得る第２の磁性膜を有する磁気抵抗効果膜を含む検出素子と、表面に標的物質を捕捉する捕捉体を固定した磁性粒子を含む検出用試薬と、を少なくとも含み、前記第２の磁性膜の表面と前記磁性粒子の中心までの距離をｄとするときに、前記第２の磁性膜の膜面が半径ｄ／√２の円の円周上あるいは該円形の円周の内側にあることを特徴とする検出用キット。
- 検体中の標的物質を検出するためのキットであって、磁化方向が固定された第１の磁性膜と、前記磁性粒子を検出する際に磁化方向が変化し得る第２の磁性膜を含む磁気抵抗効果膜を含む検出素子と、表面に標的物質を捕捉する捕捉体を固定した磁性粒子を含む検出用試薬と、を少なくとも含み、前記第２の磁性膜が単磁区構造であることを特徴とする検出用キット。
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