JP2005315679A - 検出デバイス、検出方法および検出用キット - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の光磁気ディスクを用い標識粒子として磁性粒子を用いた検出方法においては、昇温領域、加熱温度、垂直磁化膜から生じる浮遊磁界の大きさ、磁性粒子の大きさ等、様々なパラメータを制御する必要があり、これら全てを制御することは、レーザの制御系が複雑になる、磁性膜及び磁性粒子の製造工程のマージンが厳しくなるなどの課題が考えられた。
【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残留する磁性粒子に磁界を印加し、このとき生じる浮遊磁界により面内磁化膜に磁区を形成し、さらに該面内磁化から生じる浮遊磁界により垂直磁化膜に磁区を形成し、抗原等の被検出物の検出を容易にかつ定量的に行うものであるとともに、データを保存できる検出方法、検出デバイス及び検出キットである。
【選択図】 図１

Description

本発明は磁性薄膜および磁性粒子を用いた検出方法および検出デバイスに関するものである。

従来の免疫分析の技術には、特定の抗原のみと反応する２次抗体を結合させた蛍光物質等の標識粒子を検査試料中に分散させ、これを前記抗原とのみ反応する１次抗体が結合された検出デバイス内へ注入し、所望の抗原が存在する場合には抗原抗体反応により前記標識粒子を検出デバイス内に固定し、未反応の標識粒子を検出デバイス内から除去した後、検出する方法が用いられている。

例えば放射免疫分析法（ＲＩＡ：ｒａｄｉｏｉｍｍｕｎｏａｓｓａｙ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、扱いが容易であり、かつ，実用的な感度に達しているが、更なる感度向上と取り扱いの容易さが求められている。

上記検出方法は標識粒子の物理量を直接検出する方法であるが、例えば特許文献１には、支持体上に固相化された抗体と検体との間で抗原抗体反応を行なわせるとともに、検体中に存在する抗原と標識体となる磁性粒子との間で抗原抗体反応を行なわせ、支持体上に磁性粒子を捕捉した後、磁性粒子の磁化方向とは反対方向に磁化された再生層及び中間層を有する光磁気ディスクに支持体を固定し、再生層側からレーザー光を照射して磁性粒子に対応する再生層部分の磁化方向を磁性粒子の磁化方向に反転させる。そして、再生層側からレーザー光を照射し、その反射光の偏向角度に基づいて磁性粒子に対応する部分に記録されたデータを読み取る。という測定方法および媒体が開示されている。この方法によれば、光磁気ディスクに記録されたデータは保存が可能で、かつそのデータを情報機器によって容易に読み出すことが可能である。

光磁気ディスクに用いられる磁性体は一般に希土類金属と遷移金属のアモルファス合金膜である。希土類金属の組成を調整することによって垂直磁化膜とし、記録された磁区を磁気光学効果により読み取る。磁区の形成方法はレーザー光等で局所的に加熱するとともに、所望の方向の磁界を印加して行う。希土類―遷移金属アモルファス合金膜の熱磁気記録については、例えば非特許文献１で報告されている。この論文においても明確に記載されているが、一様に磁化された垂直磁化膜を局所的に加熱すると、磁界を印加しない場合においても磁区が形成されることが広く知られている。これは、局所的に加熱した部分に、その周りからの浮遊磁界が印加されるためである。つまり、垂直磁化膜に局所的に熱を加えた時に、磁区を形成させないようにするためには、加熱領域周辺からの浮遊磁界を打ち消すような大きさの磁界を垂直磁化膜の磁化方向と平行な方向に印加しながら加熱する必要がある。
特開平２００３−１９４８１９号公報 Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１５ ７１３（１９７６）

上記の文献と照らし合わせて考えると、光磁気ディスク上に磁性粒子を固定し、この磁性体の磁化方向を光磁気ディスクに転写させるためには、光磁気ディスクの加熱部分周辺から加熱部分へ印加される浮遊磁界と、磁性粒子の磁化を光磁気ディスクの磁化方向とは逆の方向に向けるための外部磁界の合成磁界では磁化反転しないようにし、かつ磁性粒子から発生する浮遊磁界が加わった場合には光磁気ディスクの磁化が反転するように、加熱部分の温度や光磁気ディスクの磁性膜の組成等を調整しておく必要がある。希土類―遷移金属アモルファス合金薄膜からなる垂直磁化膜の磁気特性は温度に依存しており、キュリー温度よりも低い温度においては温度が低くなるほど保磁力が大きくなる。しかし保磁力あるいは磁化の大きさの温度依存性は顕著であり、磁性粒子の磁化の有無を光磁気ディスクの磁性膜に記録するためには、昇温領域、加熱温度、垂直磁化膜から生じる浮遊磁界の大きさ、磁性粒子の大きさ等、様々なパラメータを制御する必要がある。しかしながら、これら全てを制御することは、レーザの制御系が複雑になる、磁性膜及び磁性粒子の製造工程のマージンが厳しくなるなどの問題が考えられる。

本発明は前記問題に鑑み、標識粒子として磁性粒子を用い、かつ前記磁性粒子の有無を磁性膜に記録する物質の検出において、浮遊磁界の小さな磁性粒子や粒径にばらつきの有る磁性粒子を用いた場合でも、検出物の定量的な検出を容易に行い、かつ検出データを記録する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、検体中の標的物質を検出するための検出デバイスであって、垂直磁化膜と、前記垂直磁化膜上に形成された面内磁化膜と、面内磁化膜上に構成される標的物質が結合された粒子を補足する手段と、前記垂直磁化膜を加熱する手段と、前記垂直磁化膜の磁化方向に対して直交する方向に磁界を印加する手段と、前記垂直磁化膜の磁化状態を検出する手段とを有することを特徴とする標的物質検出デバイスを特徴とするものである。

本発明の検出方法によれば、様々な抗原の検出が可能であり、体積の小さな磁性粒子あるいは磁化の小さな磁性粒子や粒径のばらついている磁性粒子を標識粒子として用いることが可能で、さらに検出した抗原の数をデジタルデータとして記録可能な検出方法および検出デバイスが実現される。

以下に本発明を詳細に説明する。

検出デバイスは筐体に流路が形成され、流路の内壁に垂直磁化膜および面内磁化膜が積層された磁性多層膜が形成され、該磁性多層膜表面つまり面内磁化膜表面に抗体を固定し反応場とする。本説明においては流路を形成した場合を説明するが、ガラスやシリコン等の支持体上に流路を形成することなく磁性多層膜を形成しても良い。

該面内磁化膜のキュリー温度は記録時に昇温される温度よりも高いことが好ましく、該垂直磁化膜のキュリー温度は昇温される温度付近であることが好ましい。

また、面内磁化膜は磁化が大きくかつ保磁力の小さな材料が好ましい。さらに該垂直磁化膜は検出信号の大きなものが好ましい。検出方法として磁気光学効果を用いる場合には、該垂直磁化膜は磁気光学効果の大きな材料が好ましい。また、磁気ヘッド等で漏洩磁界を検出する場合には漏洩磁界の大きな材料が好ましい。前記条件を満たす磁性体材料であればどのようなものでも使用可能であるが、面内磁化膜としては鉄、コバルト、ニッケル等の遷移金属、あるいはそれらの合金が挙げられる。また、大きな磁気光学効果を示す垂直磁化膜としてはテルビウム、ジスプロニウム、ガドリニウム等の希土類と上記遷移金属のアモルファス合金や人工格子膜が挙げられ、漏洩磁界の大きな垂直磁化膜材料としては、バリウム−フェライト、コバルト−クロム、あるいは遷移金属と貴金属の合金や多層膜が挙げられる。

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、抗体の検出デバイス内への固定は、検出デバイス内の内壁に抗体と結合が容易な物質を化学的にあるいは物理的に担持させ、その後抗体を検出デバイス内へ注入し結合させることが可能であり、種々の抗体が使用可能である。

また、磁性粒子に固定させる２次抗体も上記と同様に種々のものが使用可能である。ここでは、標的物質捕捉体に抗体を用いているが、標的物質と特異的な結合対を形成するものであれば、特に制約はない。具体的には、検体中に含まれる標的物質は、非生体物質と生体物質に大別される。非生体物質として産業上利用価値の大きいものとしては、環境汚染物質としての塩素置換数／位置の異なるＰＣＢ類、同じく塩素置換数／位置の異なるダイオキシン類、いわゆる環境ホルモンと呼ばれる内分泌撹乱物質（例：ヘキサクロロベンゼン、ペンタクロロフェノール、２，４，５−トリクロロ酢酸、２，４−ジクロロフェノキシ酢酸、アミトロール、アトラジン、アラクロール、ヘキサクロロシクロヘキサン、エチルパラチオン、クロルデン、オキシクロルデン、ノナクロル、１，２−ジブロモ−３−クロロプロパン、ＤＤＴ、ケルセン、アルドリン、エンドリン、ディルドリン、エンドスルファン（ベンゾエピン）、ヘプタクロル、ヘプタクロルエポキサイド、マラチオン、メソミル、メトキシクロル、マイレックス、ニトロフェン、トキサフェン、トリフルラリン、アルキルフェノール（炭素数５〜９）、ノニルフェノール、オクチノニルフェノール、４−オクチルフェノール、ビスフェノールＡ、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル、フタル酸ブチルベンジル、フタル酸ジ−ｎ−ブチル、フタル酸ジシクロヘキシル、フタル酸ジエチル、ベンゾ（ａ）ピレン、２，４ージクロロフェノール、アジピン酸ジ−２−エチルヘキシル、ベンゾフェノン、４−ニトロトルエン、オクタクロロスチレン、アルディカーブ、ベノミル、キーポン（クロルデコン）、マンゼブ（マンコゼブ）、マンネブ、メチラム、メトリブジン、シペルメトリン、エスフェンバレレート、フェンバレレート、ペルメトリン、ビンクロゾリン、ジネブ、ジラム、フタル酸ジペンチル、フタル酸ジヘキシル、フタル酸ジプロピル）等が挙げられる。

生体物質としては、核酸、タンパク質、糖鎖、脂質及びそれらの複合体から選択される生体物質が含まれ、更に詳しくは、核酸、タンパク質、糖鎖、脂質から選択される生体分子を含んでなるものであり、具体的には、ＤＮＡ、ＲＮＡ、アプタマー、遺伝子、染色体、細胞膜、ウイルス、抗原、抗体、レクチン、ハプテン、ホルモン、レセプタ、酵素、ペプチド、スフィンゴ糖、スフィンゴ脂質の何れかから選択された物質を含むものであれば、如何なる物質にも本発明を適用することができる。更には、前記の「生体物質」を産生する細菌や細胞そのものも、本発明が対象とする「生体物質」として標的物質となり得る。

具体的なタンパク質としては、いわゆる疾病マーカーが挙げられる。
例としては、胎児期に肝細胞で産生され胎児血中に存在する酸性糖蛋白であり、肝細胞癌（原発性肝癌）、肝芽腫、転移性肝癌、ヨークサック腫瘍のマーカーとなるα−フェトプロテイン（ＡＦＰ）、肝実質障害時に出現する異常プロトロンビンであり、肝細胞癌で特異的に出現することが確認されるＰＩＶＫＡ−ＩＩ、免疫組織化学的に乳癌特異抗原である糖蛋白で、原発性進行乳癌、再発・転移乳癌のマーカーとなるＢＣＡ２２５、ヒト胎児の血清、腸および脳組織抽出液に発見された塩基性胎児蛋白であり、卵巣癌、睾丸腫瘍、前立腺癌、膵癌、胆道癌、肝細胞癌、腎臓癌、肺癌、胃癌、膀胱癌、大腸癌のマーカーである塩基性フェトプロテイン（ＢＦＰ）、進行乳癌、再発乳癌、原発性乳癌、卵巣癌のマーカーとなる糖鎖抗原であるＣＡ１５−３、膵癌、胆道癌、胃癌、肝癌、大腸癌、卵巣癌のマーカーとなる糖鎖抗原であるＣＡ１９−９、卵巣癌、乳癌、結腸・直腸癌、胃癌、膵癌のマーカーとなる糖鎖抗原であるＣＡ７２−４、卵巣癌（特に漿液性嚢胞腺癌）、子宮体部腺癌、卵管癌、子宮頸部腺癌、膵癌、肺癌、大腸癌のマーカーとなる糖鎖抗原であるＣＡ１２５、上皮性卵巣癌、卵管癌、肺癌、肝細胞癌、膵癌マーカーとなる糖蛋白であるＣＡ１３０、卵巣癌（特に漿液性嚢胞腺癌）、子宮体部腺癌、子宮頸部腺癌のマーカーとなるコア蛋白抗原であるＣＡ６０２、卵巣癌（特に粘液性嚢胞腺癌）、子宮頸部腺癌、子宮体部腺癌のマーカーとなる母核糖鎖関連抗原であるＣＡ５４／６１（ＣＡ５４６）、大腸癌、胃癌、直腸癌、胆道癌、膵癌、肺癌、乳癌、子宮癌、尿路系癌等の腫瘍関連のマーカー抗原として現在、癌診断の補助に最も広く利用されている癌胎児性抗原（ＣＥＡ）、膵癌、胆道癌、肝細胞癌、胃癌、卵巣癌、大腸癌のマーカーとなる糖鎖抗原であるＤＵＰＡＮ−２、膵臓に存在し、結合組織の弾性線維エラスチン（動脈壁や腱などを構成する）を 特異的に加水分解する膵外分泌蛋白分解酵素であり、膵癌、膵嚢癌、胆道癌のマーカーとなるエラスターゼ１、ヒト癌患者の腹水や血清中に高濃度に存在する糖蛋白であり、肺癌、白血病、食道癌、膵癌、卵巣癌、腎癌、胆管癌、胃癌、膀胱癌、大腸癌、甲状腺癌、悪性リンパ腫のマーカーとなる免疫抑制酸性蛋白（ＩＡＰ）、膵癌、胆道癌、乳癌、大腸癌、肝細胞癌、肺腺癌、胃癌のマーカーとなる糖鎖抗原であるＮＣＣ−ＳＴ−４３９、前立腺癌のマーカーとなる糖蛋白質であるγ−セミノプロテイン（γ−Ｓｍ）、ヒト前立腺組織から抽出された糖蛋白であり、前立腺組織のみに存在し、それゆえ前立腺癌のマーカーとなる前立腺特異抗原（ＰＳＡ）、前立腺から分泌される酸性ｐＨ下でリン酸エステルを水解する酵素であり、前立腺癌の腫瘍マーカーとして用いられる前立腺酸性フォスファターゼ（ＰＡＰ）、神経組織及び神経内分泌細胞に特異的に存在する解糖系酵素であり、肺癌（特に肺小細胞癌）、神経芽細胞腫、神経系腫瘍、膵小島癌、食道小細胞癌、胃癌、腎臓癌、乳癌のマーカーとなる神経特異エノラーゼ（ＮＳＥ）、子宮頸部扁平上皮癌の肝転移巣から抽出・精製された蛋白質であり、子宮癌（頸部扁平上皮癌）、肺癌、食道癌、頭頸部癌、皮膚癌のマーカーとなる扁平上皮癌関連抗原（ＳＣＣ抗原）、肺腺癌、食道癌、胃癌、大腸癌、直腸癌、膵癌、卵巣癌、子宮癌のマーカーとなる糖鎖抗原であるシアリルＬｅ^Ｘ−ｉ抗原（ＳＬＸ）、膵癌、胆道癌、肝癌、胃癌、大腸癌のマーカーとなる糖鎖抗原であるＳＰａｎ−１、食道癌、胃癌、直腸・結腸癌、乳癌、肝細胞癌、胆道癌、膵癌、肺癌、子宮癌のマーカーであり、特に他の腫瘍マーカーと組み合わせて進行癌を推測し、再発予知・治療経過観察として有用である単鎖ポリペプチドである組織ポリペプタイド抗原（ＴＰＡ）、卵巣癌、転移性卵巣癌、胃癌、大腸癌、胆道系癌、膵癌、肺癌のマーカーとなる母核糖鎖抗原であるシアリルＴｎ抗原（ＳＴＮ）、肺の非小細胞癌、特に肺の扁平上皮癌の検出に有効な腫瘍マーカーであるシフラ（ｃｙｔｏｋｅｒａｔｉｎ；ＣＹＦＲＡ）、胃液中に分泌される蛋白消化酵素であるペプシンの２種（ＰＧ Ｉ・ＰＧ ＩＩ）の不活性型前駆体であり、胃潰瘍（特に低位胃潰瘍）、十二指腸潰瘍（特に再発、難治例）、ブルンネル腺腫、ゾーリンガーエリソン症候群、急性胃炎のマーカーとなるペプシノゲン（ＰＧ）、組織障害や感染により、血漿中で変化する急性相反応蛋白であり、急性心筋梗塞等により心筋に壊死が起こると、高値を示すＣ−反応性蛋白（ＣＲＰ）、組織障害や感染により、血漿中で変化する急性相反応蛋白である血清アミロイドＡ蛋白（ＳＡＡ）、主に心筋や骨格筋に存在する分子量約１７５００のヘム蛋白であり、急性心筋梗塞、筋ジストロフィー、多発性筋炎、皮膚筋炎のマーカーとなるミオグロビン、心不全の病態把握に有用である、３２のアミノ酸からなる心室由来の脳性利尿性ペプチドであるＢＮＰ、同様に、心房由来の利尿性ペプチドであるＡＮＰ、骨格筋，心筋の可溶性分画を中心に存在し、細胞の損傷によって血液中に遊出する酵素であって、急性心筋梗塞、甲状腺機能低下症、進行性筋ジストロフィー症、多発性筋炎のマーカーとなるクレアチンキナーゼ（ＣＫ）（骨格筋由来のＣＫ−ＭＭ型，脳，平滑筋由来のＣＫ−ＢＢ型，心筋由来のＣＫ−ＭＢ型の３種のアイソザイム及びミトコンドリア・アイソザイムや免疫グロブリンとの結合型ＣＫ（マクロＣＫ））、横紋筋の薄いフィラメント上でトロポニンＩ，Ｃとともにトロポニン複合体を形成し，筋収縮の調節に関与している分子量３９，０００の蛋白であり、横紋筋融解症、心筋炎、心筋梗塞、腎不全のマーカーとなるトロポニンＴ、骨格筋・心筋いずれの細胞にも含まれる蛋白であり，測定結果の上昇は骨格筋，心筋の障害や壊死を意味するため、急性心筋梗塞症、筋ジストロフィー、腎不全のマーカーとなる心室筋ミオシン軽鎖Ｉ、また、近年ストレスマーカーとして注目されてきているクロモグラニンＡ、チオレドキシン、８−ＯＨｄＧ、コルチゾール等も含まれる。

本発明における捕捉体の一種である「抗体」とは、自然界の生物体内で産生される、あるいは遺伝子組み替え技術やタンパク工学技術、更には有機反応等により全体的または部分的に合成された免疫グロブリンを意味する。特異的結合能を保持するその全ての誘導体もまた、本発明における「抗体」に含まれる。この用語はまた、免疫グロブリンの結合ドメインに相同か、または高度に相同な結合ドメインを有する任意のタンパク質を含む（キメラ抗体およびヒト化抗体を含む）。これらの「抗体」、或いは「免疫グロブリン」は、自然界の生物体内で産生せしめる、あるいは全体的または部分的に合成、修飾される。

「抗体」、或いは「免疫グロブリン」は、標的物質に対して特異的なモノクローナル抗体またはポリクローナル抗体であり得る。

「抗体」、或いは「免疫グロブリン」は、任意の免疫グロブリンクラスのメンバーであり得、任意のヒトのクラス（ＩｇＧ、ＩｇＭ、ＩｇＡ、ＩｇＤおよびＩｇＥ）を含み、本発明においては、ＩｇＧクラスの誘導体がより好ましい。

本発明における「抗体フラグメント」或いは「抗体断片」とは、前記抗体或いは免疫グロブリンの全長に満たない抗体の任意の分子或いは複合体をいう。好ましくは、抗体フラグメントは、少なくとも、全長抗体の特異的結合能力の重要な部分を保持する。抗体フラグメントの例としては、Ｆａｂ、Ｆａｂ’、Ｆ（ａｂ’）２、ｓｃＦｖ、Ｆｖ、ディアボディー、およびＦｄフラグメントが挙げられるがこれらに限定されるものではない。

抗体フラグメントは、任意の手段によって産生され得る。例えば、抗体フラグメントは、酵素的または化学的に、インタクトな抗体のフラグメント化によって産生され得るか、あるいは部分抗体配列をコードする遺伝子より組換え的に産生され得る。あるいは、抗体フラグメントは、全体的にまたは部分的に合成的に産生され得る。抗体フラグメントは、必要に応じて、一本鎖抗体フラグメントとすることもできる。あるいは、フラグメントは、例えば、ジスルフィド（−Ｓ−Ｓ−）結合によって連結される複数の鎖を含み得る。フラグメントはまた、必要に応じて、複数の分子の複合体でも良い。機能的な抗体フラグメントは、代表的には、少なくとも約５０のアミノ酸を含み、より代表的には少なくとも、約２００のアミノ酸を含む。

本発明における「可変ドメイン」とは、標的物質（抗原）の種類により特異的な結合／捕捉機能を発揮するために抗原毎に異なるアミノ酸配列部分を有する、免疫グロブリンの先端のドメインであり、通常Ｆｖと記される。

前記Ｆｖはまた、「重鎖の可変ドメイン（以下ＶＨと記す場合もある）」、及び「軽鎖の可変ドメイン（以下ＶＬと記す場合もある）」から成り、免疫グロブリンＧではＶＨ、ＶＬドメインを通常それぞれ２ずつ含む。

本発明における「免疫グロブリン重鎖或いは軽鎖の可変ドメインの機能部分（以下単に「機能部分」と記す場合もある）」とは、前記可変ドメインのなかで標的物質（抗原）との間の特異性を実際に担っている部分であり、学術的にＣＤＲ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｉｔｙ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ：超可変領域）と呼ばれる部分、及びその中でも特に標的物質（抗原）との間の特異性を実際に担っている部分という意味においても用いている。

これら標的物質と捕捉体との相互作用は、本発明の素子により結合前後の物理的／化学的変化量が検出可能であればいかなる相互作用でもよいが、より好ましくは、「抗原−抗体反応」、「抗原−アプタマー（特定構造を有するＲＮＡ断片）」「リガンド−レセプター相互作用」、「ＤＮＡハイブリダイゼーション」「ＤＮＡ−タンパク質（転写因子等）相互作用」、「レクチン−糖鎖相互作用」等が挙げられる。

標識粒子として用いる磁性粒子は、記録時に浮遊磁界を生じる必要があるため、磁性粒子のキュリー温度は加熱温度よりも高い材料が用いられる。

磁性多層膜近傍へ被検体溶液を送液（注入）する方法は、例えば、被検体溶液に磁性多層膜表面を晒したり、あるいは流路を形成して、流路内に送液するために流路の注入口から加圧あるいは／さらには排出口から吸引することによって送液が可能である。さらには磁性多層膜を回転可能な支持体上に形成しておき、該支持体を回転させることにより、遠心力によって送液することも可能である。この場合、流路は直線状でも良いし、あるいは円弧やスパイラル状でも良い。

前記垂直磁化膜を加熱する方法としては、光の照射や、発熱体による加熱等、種々の加熱方法が使用可能であるが、レーザー光を用いる場合、レーザー光を該垂直磁化膜に局所的に照射し、この照射領域を移動させ反応場全体を順次昇温することが可能であり好ましい。あるいはレーザー光のスポット領域よりも反応場が小さい場合には、レーザー光の照射領域を移動させること無く、一点のみに照射することによって瞬時に加熱可能である。このレーザー光は該垂直磁化膜の磁化状態の検出においても使用可能であり、検出の際にはレーザーパワーを小さくし、該垂直磁化膜の磁化状態が変化しないようにする。

磁性粒子の有無を垂直磁化膜に記録する際には、磁性多層膜の膜面に平行な外部磁界を磁性粒子に印加し、磁性粒子の磁化方向を該外部磁界の方向に揃える。このとき磁性粒子から生じる浮遊磁界が面内磁化膜に印加され、磁性粒子の直下の領域は外部印加磁界の方向とは反平行な方向に磁化され該面内磁化膜に磁区が形成される。この磁区の磁壁部分から垂直磁化膜に膜面垂直な浮遊磁界が印加され、垂直磁化膜の磁化が局所的に反転する。つまり、外部印加磁界により磁性粒子の磁化を揃えることによって浮遊磁界を面内磁化膜に印加し、該面内磁化膜の磁化により大きな浮遊磁界を発生させることによって垂直磁化膜に記録を行う。上記の様に面内磁化膜に形成された磁区（磁性粒子の有無を示す検出データ）は面内磁化膜からの浮遊磁界によって垂直磁化膜へ転写されるので、面内磁化膜と垂直磁化膜は必ずしも接して形成される必要は無く、境界面に非磁性薄膜が形成されていても構わない。

また、磁性多層膜を流路内に形成し、かつ磁気光学効果によって検出する場合には、流路を光学ヘッドのトラッキングに用いることが可能である。さらには支持体に流路とは別に凹凸を形成し、トラッキングさせることも可能である。

図１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。筐体１１１であるガラス基板上にレーザーにより幅１００μｍ、深さ４０μｍの流路１１２を形成する。

ただし、筐体の材質はガラスに限るものではなくレーザー光を透過し、強度を満足するものであればどのようなものでも構わない。垂直磁化膜１２２の磁化状態を検出する際に、レーザー光１４１を垂直磁化膜１２２の表面で精度良くトレースさせるために、図２のように流路１１２の内側にランドおよびグルーブを形成しても良い。ただし、図２はランドとグルーブを横切る断面から見た図である。ランドおよびグルーブはレーザー光をトレースさせる方向に伸びており、ランドおよびグルーブの幅はレーザー光のスポット径に近い寸法である。さらに流路１１２の端部に検体を注入するために注入口１１３および排出口１１４を形成する。レーザー光１４１の焦点を垂直磁化膜表面に合わせるために流路１１２の内側に厚さ１００ｎｍ程度の窒化シリコン膜１２１をスパッタリングで形成する。さらにその上部にテルビウムと鉄およびコバルトからなる厚さ２０ｎｍの垂直磁化膜１２２をスパッタリングにより形成する。垂直磁化膜１２２のテルビウムの組成は補償組成に近い２０ａｔ％とし保磁力を大きくすることで良好なデータ保存性を実現することが可能である。また、キュリー温度はコバルトの組成に依存するので、コバルトの組成を記録温度に応じて調整する。本実施例においては遷移金属におけるコバルトの組成を１５ａｔ．％とし、キュリー温度を２００℃程度にする。垂直磁化膜１２２の上に面内磁化膜１２３として３０ｎｍのパーマロイをスパッタリングにより形成する。パーマロイのキュリー温度は６００℃程度であり垂直磁化膜１２２よりも著しく高い。さらに面内磁化膜１２３上部に厚さ５ｎｍのシリコン膜をスパッタリングにより形成し磁性膜の酸化を防ぐ保護膜１２４とする。各膜を形成した後、垂直磁化膜１２２の磁化方向を一様に磁化させるために垂直磁化膜１２２の保磁力よりも大きな外部磁界を印加する。本実施例においては垂直磁化膜１２２の磁化方向を上向きとする。保護膜１２４の表面に１次抗体１３３を担持するために、保護膜１２４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。さらに前記アミノシランカップリング剤のアミノ基にグルタルアルデヒド溶液を反応させ表面を活性化する。続いて、１次抗体１３３を反応させ、ペプチド鎖内に存在するアミノ基を介して、グルタルアルデヒドにより架橋する。以上で、所望のタンパク質を補足する１次抗体１３３が固定される。以上で、所望のタンパク質を補足する１次抗体１３３が固定される。

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）の検出を行なう。検出デバイスには、ＰＳＡを認識する１次抗体１３３が固定化されている。その様子を図３に示す。
（１）抗原（被検体）１３４であるＰＳＡを含むリン酸緩衝生理食塩水（被検体溶液）を流路１１２に導入し、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１３１により標識された抗ＰＳＡ抗体（２次抗体）を含むリン酸緩衝生理食塩水を流路１１２に導入し、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、磁性粒子の平均直径は約４００ｎｍでスーパーパラ磁性を示す。

その後、レーザー光１４１を筐体１１１を介して垂直磁化膜１２２の表面に入射し、垂直磁化膜１２２を磁化反転可能な温度まで加熱する。また、同時に垂直磁化膜１２２および面内磁化膜１２３に対して膜面内方向の外部磁界１４２を磁性粒子１３１に印加する。上記の様な磁界を印加することによって磁性粒子１３１の磁化は外部磁界１４２の方向に揃い、面内磁化膜１２３の磁性粒子１３１直下付近においては磁性粒子１３１から生じる浮遊磁界１５１により、外部磁界１４２の方向とは逆方向に磁化され磁区１５４が形成される。もし磁性粒子１３１が面内磁化膜１２３の上方に固定されなかった場合には、面内磁化膜１２３内に磁区１５４は形成されない。面内磁化膜１２３に磁区１５４が形成された場合、面内磁化膜１２３の磁化方向が向き合っている部分１５６からは、垂直磁化膜１２２に対して浮遊磁界１５２が下向きに印加され、磁化方向が背を向けている部分１５７からは、垂直磁化膜１２２に対して浮遊磁界１５２が上方向に印加される。次にレーザー光１４１の照射を止めて垂直磁化膜１２２を冷却していくと垂直磁化膜１２２の磁化の方向は、面内磁化膜１２３から生じる浮遊磁界１５２の方向に従って固定される。したがって面内磁化膜１２３の上に磁性粒子１３１が固定されている場合には垂直磁化膜１２２には磁区１５５が形成され、その磁区１５５の数は固定された磁性粒子１３１の数と同じであるので、この磁区１５５を磁気光学効果によって検出することで、磁性粒子１３１の数すなわちＰＳＡの数が検出される。

図４，５を用いて本実施例の検出デバイスの説明を行なう。図４はデバイスの上面図、図５は概略的な断面図であり、図５は図４に記載の筐体のＡ−Ａ’断面の模式図で、かつ垂直磁化膜の磁化状態を検出するための磁気ヘッド１６０の位置関係を示す。本実施例では、図４に示すように筐体１１１を回転可能なディスク形状とし、これに流路を形成することによって被検体溶液を送液し、標的物質の検査を行なう。半径方向に長い流路１１２を形成し、ディスクの内周側に被検体溶液を注入するための口の広い注入口１１３を形成する。図４においては流路を６箇所形成しているが、この数は筐体内に形成できる数であればいくつでも良い。また、複数の流路を形成し、それぞれの磁性多層膜上面に異なる標的物質を捕捉する捕捉体を固定しておくことにより、複数の標的物質の検出が可能である。筐体はレーザー光１４１が透過する材質で形成されている。

被検体溶液は例えば微細加工されたノズルによって、注入口１１３に滴下される。図５に示すように、流路内は一部窪んだ領域が形成されており、この領域に窒化シリコン膜１２１、垂直磁化膜１２２、面内磁化膜１２３そして保護膜１２４を順次形成する。本実施例においては窒化シリコン膜の膜厚は１００ｎｍ、垂直磁化膜１２２として１５０ｎｍの膜厚のコバルト、クロムおよびプラチナの合金膜を用い、面内磁化膜１２３には３０ｎｍのパーマロイを用いる。保護膜には膜厚５ｎｍのシリコン膜を用いる。磁性多層膜が形成されている窪み部分は、磁気ヘッド１６０が垂直磁化膜１２２からの漏れ磁界をより高い感度で検出できるように、筐体の肉厚が薄くなっている。

磁気ヘッドは垂直磁化膜から生じる漏洩磁界を検出できるものであればどのようなものでも使用可能であり、例えば、磁気ヘッド先端にコイルやＧＭＲ膜あるいはＴＭＲ膜等の磁気抵抗化膜が形成されているものが挙げられる。

この検出デバイスを用い、実施例１と同様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１次抗体１３３が固定化されている。
（１）抗原１３４であるＰＳＡを含むリン酸緩衝生理食塩水を注入口１１３に滴下し、ディスクを回転させ流路１１２内に送液した後、５分間インキュベートする。
（２）リン酸緩衝生理食塩水を注入口１１３に滴下し、ディスクを回転させ未反応のＰＳＡをリン酸緩衝生理食塩水で洗浄する。
（３）磁性粒子１３１により標識された抗ＰＳＡ抗体（２次抗体）を含むリン酸緩衝生理食塩水を注入口１１３に滴下し、ディスクを回転させ流路１１２に送液し、５分間インキュベートする。
（４）リン酸緩衝生理食塩水を注入口１１３に滴下し、ディスクを回転させ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。
その後、実施例１と同様にレーザー光１４１を筐体１１１を介して垂直磁化膜１２２の表面に入射し、垂直磁化膜１２２に磁性粒子１３１の有無に対応した磁区を形成させる。次に垂直磁化膜の磁化状態を磁気ヘッドにより検出しＰＳＡの数を検出する。

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、標識粒子として磁性粒子を用い、生体化学反応により残留する磁性粒子に磁界を印加して抗原等の被検出物の検出を容易にかつ定量的に行うものであるとともに、データを保存できるものである。

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 流路の内側に形成するランドおよびグルーブを説明する模式図 本発明の検出デバイスの磁化方向を説明する概念図 本発明の検出デバイスの実施例を示す概念図 本発明の検出デバイスの断面図を示す概念図

符号の説明

１１１ 筐体
１１２ 流路
１１３ 注入口
１１４ 排出口
１２１ 窒化シリコン膜
１２２ 垂直磁化膜
１２３ 面内磁化膜
１２４ 保護膜
１３１ 磁性粒子
１３２ ２次抗体
１３３ １次抗体
１３４ 抗原（ＰＳＡ）
１４１ レーザー光
１４２ 外部磁界
１５１ 磁性粒子から生じる浮遊磁界
１５２ 面内磁化膜から生じる浮遊磁界
１５３ 磁化方向
１５４ 面内磁化膜に形成される磁区
１５５ 垂直磁化膜に形成される磁区
１６０ 磁気ヘッド

Claims (5)

1. 検体中の標的物質を検出するための検出デバイスであって、垂直磁化膜と、前記垂直磁化膜上に形成された面内磁化膜と、該面内磁化膜上に形成される標的物質が結合された磁性粒子を捕捉する手段と、前記垂直磁化膜を加熱する手段と、前記磁性粒子に対して、前記垂直磁化膜の膜面内方向の磁界を印加する手段と、前記垂直磁化膜の磁化状態を検出する手段とを含むことを特徴とする標的物質検出デバイス。
2. 面内磁化膜および垂直磁化膜を有する多層膜の表面に標的物質を捕捉し、前記標的物質に結合された磁性粒子に磁界を印加し、前記磁性粒子から生じる浮遊磁界によって前記面内磁化膜の磁化方向を反転させ、該面内磁化膜の磁化変化によって生じる前記垂直磁化膜の磁化状態を検出する工程を含むことを特徴とする検体中の標的物質検出方法。
3. 検体中の標的物質を検出するためのキットであって、
   垂直磁化膜と前記垂直磁化膜上に形成された面内磁化膜とを含む検出素子と、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、を少なくとも含むことを特徴とする、標的物質検出用キット。
4. 検体中の標的物質を検出するための検出デバイスであって、垂直磁化膜と、前記垂直磁化膜上に形成された面内磁化膜と、該面内磁化膜上に、前記標的物質を捕捉する捕捉手段が形成可能な層が形成されていることを特徴とする標的物質検出デバイス。
5. 前記捕捉手段が形成可能な層は、シリコンを含んでおり、該シリコンを、親水処理した後に、アミノシランカップリング剤処理をすることによって形成することを特徴とする請求項４に記載の標的物質検出デバイス。

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