JP2007064751A - 磁気センサを用いた測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の箇所に固定された磁性粒子を１回の測定で検出する場合にも、各検出信号の干渉によって信号の検出精度の低下が少ない磁気センサを用いた測定装置を提供する。
【解決手段】 複数の固定部１０２ａ、１０２ｂに磁性粒子を固定した高分子基材１０１、高分子基材１０１を磁場中で移動させるモータ１０７、移動されている高分子基材１０１に固定された磁性粒子による磁気的な変化を検出し、この変化をアナログ信号として出力する磁気センサ１０６、出力されたアナログ信号を増幅すると共にフィルタ処理する微分型アナログフィルタを含むアナログ信号処理部１０８、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換素子１０９、デジタル信号に含まれるノイズを除去するデジタルフィルタ１１０、ノイズ除去されたデジタル信号のプラス出力またはマイナス出力のいずれか一方を出力する信号出力手段１１１を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気センサを使って試料に含まれる物質の量を測定する測定装置及び測定方法に係り、特に磁性体粒子を標識として物質に付与し、磁性粒子が発生する磁気的な信号によってこの物質の測定を行う磁気センサを用いた測定装置及び測定方法に関する。

現在、医療診断や環境計測等において、特異的結合を利用して試料中の検出すべき物質の量を測定することがなされている。なお、特異的結合とは、例えば、ある抗原と抗原に特有の抗体とだけが反応して結合する現象をいう。
特異結合を利用した測定装置あるいは測定方法として、酵素免疫測定法や蛍光免疫測定法などが広く用いられている。酵素免疫測定法は、被検出物質と特異的に反応する物質に酵素で標識を付し、酵素反応による発色を光学的に計測する方法である。また、蛍光免疫測定法では、被検出物質と特異的に反応する物質を蛍光体で標識し、前記被検出物質が存在する場合には、蛍光体が発する蛍光強度を計測する方法である。

ただし、酵素反応による発色の計測は、酵素の安定性が低く、また、検出系の充分な感度が得がたいといった不具合がある。また、蛍光強度を計測する方法は、検出系の感度は高いものの、迷光の影響を受け易くバックグラウンドノイズが高い。また、微弱信号を検出するためには高価な測定装置が必要となる。さらに、標識となる蛍光体が褪色するといった不具合がある。

このような不具合を解消するものとして、近年では、磁力によって検出できる標識を被検出物質に付し、磁気センサによって磁力を検出することによって被検出物質を測定する装置が注目されている。磁気センサを使った測定では、バックグラウンドノイズの発生源となり得るのは磁性体のみであるため、光がバックグラウンドノイズとなる光学的測定よりも低ノイズであり、高い検出精度を得ることができる。

磁気センサを使った測定装置の従来技術としては、ホール素子及び磁気抵抗素子を用いた磁性粒子検出装置が提案されている(特許文献1)。この特許文献1に記載されている方式は、磁気センサ及び磁性粒子に５００エルステッド以上１０００エルステッド以下の静磁場を与え、磁気センサ上で磁性粒子を走査移動させることで静磁場を変化させ、磁性粒子を検出する。

また、磁気センサを使った測定装置としては、超伝導量子緩衝装置(Superconducting Quantum Interface Device；以下ＳＱＵＩＤという)が知られている。このＳＱＵＩＤは、超伝導ループにおける磁束の量子化を利用したデバイスで、２個のジョセフソン素子と超伝導配線で超伝導ループを形成した高感度の素子である。ただし、ＳＱＵＩＤは、測定の間、ピックアップループを冷却して低温に維持しなければならず、より測定を簡便に行うことが望まれている。

ＳＱＵＩＤを用いる抗原抗体反応を利用した免疫測定法は、例えば、特許文献２に開示されている。特許文献２に記載されている装置は、１つの抗原または抗体に磁性体微粒子を付して磁性体標識体とし、磁性体標識体と検体を抗原抗体反応させる。そして、反応後の検体から未反応の磁性体標識体を分離除去した後、検体の磁化の程度をＳＱＵＩＤで測定する。
米国特許第６，５１８，７４７号明細書 特開昭６３−９０７６５号公報

ところで、近年では、測定装置に複数の物質を１回に計測することが要求されている。このような要求は、例えば、ＰＯＣ（Point Of Care）迅速診断の現場で特に大きい。１回の測定で複数の物質を検出する場合、装置の基材の複数の箇所に検出すべき各物質を磁性粒子と共に固定する。そして、この箇所での磁場の変化を検出し、磁性粒子の量、つまり検出すべき物質を定量化する。

しかしながら、このような検出では、複数個所から検出された磁場の変化を示す信号同士の干渉が起こるおそれがある。
特許文献１に記載された装置は、静磁場の変化を検出する際、交流電流を用いて磁気センサからの信号を周波数変調し、ロックインアンプで検出する。このような構成にあっては、磁場変化の検出に磁気抵抗素子を用いるものでは直流オフセットが大きく、微小信号の増幅率が制限される。このため、信号検出に比較的高い精度が要求される場合、適正な信号を検出することは難しいと思われる。

また、交流電流の変わりに直流電流を使用することも提案している。しかし、直流電流を使用した場合、検出において、磁気センサ自身が発生する1/fノイズにより、測定のS/N比(Signal to Noise Ratio)が悪化する。そのため、このような装置では、低周波数１／ｆノイズ除去のため、一般的に微分型アナログフィルタが使用される。
微分型アナログフィルタは、低周波数１／ｆノイズ除去に有効なフィルタである一方、次のような欠点も有する。すなわち、微分型アナログフィルタを用いた場合、検出された信号は、波形が実際の信号波形と比較して微分された形状の信号として得られる。このため、得られる信号は、波形、位相が共に実際の信号と大きく相違する。

得られる信号と実際の信号との相違が大きい装置は、複数個所から検出された信号が互いに干渉する場合、得られた信号から実際の信号を判定することが難しくなる。したがって、特許文献１に記載された装置は、１回の測定で複数の物質を検出する場合に充分な精度を得難いといわざるを得ない。
さらに、信号の干渉は、磁性粒子が固定された箇所同士の距離を大きくとることによって回避することができる。しかし、磁性粒子固定箇所の間隔を大きくとった場合、磁性粒子が固定化される基材そのものが大きくなる。基材の大型化は、ひいては装置を大型化し、様々な場面で使用される装置の汎用性を損なう可能性がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、複数の箇所に固定された磁性粒子を１回の測定で検出する場合にも、各検出信号の干渉によって信号の検出精度が低下することを抑え、汎用的に使用できる磁気センサを用いた測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するため、本発明の磁気センサを用いた測定装置は、複数の箇所に磁性粒子を固定した基材と、前記基材を移動させる基材移動手段と、移動されている前記基材に固定された磁性粒子による磁気的な変化を検出し、該変化をアナログ信号として出力する磁気センサと、前記磁気センサによって出力されたアナログ信号を増幅する増幅回路及び該アナログ信号をフィルタ処理する微分型アナログフィルタと、前記微分型アナログフィルタによってフィルタ処理されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換手段と、前記アナログ・デジタル変換手段から出力されたデジタル信号に含まれるノイズを除去するデジタルフィルタと、前記デジタルフィルタによってノイズが除去されたデジタル信号のプラス出力またはマイナス出力のいずれか一方を出力する信号出力手段と、を備えることを特徴とする。

このような発明によれば、複数の箇所に磁性粒子を固定した基材を磁場中で移動させることができる。そして、磁性粒子による磁気的な変化を検出し、この変化をアナログ信号として出力することができる。また、このアナログ信号を増幅すると共に微分型アナログフィルタでフィルタ処理し、デジタル信号に変換する。さらに、デジタル信号のノイズを除去してそのプラス出力またはマイナス出力のいずれか一方を出力することができる。

このため、デジタルフィルタによりデジタル信号を処理して調整された０レベルを基準に信号強度を判定することが可能になって、複数の箇所に固定された磁性粒子によって得られる信号の干渉が検出値に与える影響を小さくすることができる。したがって、本発明の磁気センサを用いた測定装置は、複数の箇所に固定された磁性粒子を１回の測定で検出する場合にも、各検出信号の干渉によって信号の検出精度が低下することを抑えることができる。

また、本発明の磁気センサを用いた測定装置は、複数の箇所に磁性粒子を固定した基材を磁場中で移動させることによって磁性粒子の検出が可能であるから、測定用のサンプルに対する形状やサイズの制限が小さく、様々な測定の場面で汎用的に使用することができる。
また、本発明の磁気センサを用いた測定装置は、前記磁気センサが、磁場の変化によって電気特性が変化する半導体磁気抵抗素子を有するセンサ部と、前記センサ部及び前記基体に固定された磁性粒子に静磁場を印加する静磁場発生部とを有することを特徴とする。

このような発明によれば、磁気センサと磁場を生成する構成とが一体化でき、磁性粒子への磁場印加と検出との状態の再現性を高め、検出精度を高めることができる。
また、本発明の磁気センサを用いた測定装置は、前記磁性粒子の平均粒子径が、０．１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする。
このような発明によれば、免疫反応効率や磁性体含有量の観点から好ましい粒子径を設定することができる。

また、本発明の磁気センサを用いた測定装置は、前記磁性粒子が、前記基材上の複数の箇所に固定された物質と、該物質と特異的結合する物質との結合によって前記基材に固定されることを特徴とする。
このような発明によれば、測定すべき物質にだけ磁性粒子を付着することができ、磁性粒子を検出することによって測定すべき物質を定量化することができる。

また、本発明の磁気センサを用いた測定方法は、複数の箇所に磁性粒子を固定した基材を磁場中で移動させる基材移動ステップと、前記基材移動ステップにおいて移動された前記基材に固定された磁性粒子による磁気的な変化を検出し、該変化をアナログ信号として出力する磁気信号検出ステップと、前記磁気信号検出ステップにおいて出力されたアナログ信号を増幅する信号増幅ステップ及び該アナログ信号を、微分型アナログフィルタによってフィルタ処理するフィルタ処理ステップと、前記フィルタ処理ステップにおいてフィルタ処理されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換ステップと、前記アナログ・デジタル変換ステップにおいて出力されたデジタル信号に含まれるノイズを除去するデジタルフィルタステップと、前記デジタルフィルタステップにおいてノイズが除去されたデジタル信号のプラス出力またはマイナス出力のいずれか一方を出力する信号出力ステップと、を含むことを特徴とする。

このような発明によれば、複数の箇所に磁性粒子を固定した基材を磁場中で移動させることができる。そして、磁性粒子による磁気的な変化を検出し、この変化をアナログ信号として出力することができる。また、このアナログ信号を増幅すると共に微分型アナログフィルタでフィルタ処理した後、デジタル信号に変換する。さらに、デジタルフィルタを用いてデジタル信号のノイズを除去してそのプラス出力またはマイナス出力のいずれか一方を出力することができる。

このため、デジタルフィルタによりデジタル信号を処理して調整された０レベルを基準に信号強度を判定することが可能になって、複数の箇所に固定された磁性粒子によって得られる信号の干渉が検出値に与える影響を小さくすることができる。したがって、本発明の磁気センサを用いた測定方法は、複数の箇所に固定された磁性粒子を１回の測定で検出する場合にも、各検出信号の干渉によって信号の検出精度が低下することを抑えることができる。

本発明の磁気センサを用いた測定装置は、複数の箇所に固定された磁性粒子によって得られる信号の干渉が検出値に与える影響を小さくすることができる。したがって、本発明の磁気センサを用いた測定装置は、複数の箇所に固定された磁性粒子を１回の測定で検出する場合にも、各検出信号の干渉によって信号の検出精度が低下することを抑えることができる。また、複数の箇所に磁性粒子を固定した基材を磁場中で移動させることによって磁性粒子の検出が可能であるから、測定用のサンプルに対する形状やサイズの制限が小さく、様々な測定の場面で汎用的に使用することができる。

また、本発明の前記磁気センサは、磁気センサと磁場を生成する構成とが一体化でき、磁性粒子への磁場印加と検出との状態の再現性を高め、検出精度を高めることができる。
また、本発明の磁気センサは、免疫反応効率や磁性体含有量の観点から好ましい粒子径を設定することができる。
また、本発明の磁気センサを用いた測定装置は、測定すべき物質にだけ磁性粒子を付着することができ、磁性粒子を検出することによって測定すべき物質を定量化することができる。

また、本発明の磁気センサを用いた測定方法は、複数の箇所に固定された磁性粒子によって得られる信号の干渉が検出値に与える影響を小さくすることができる。したがって、本発明の磁気センサを用いた測定方法は、複数の箇所に固定された磁性粒子を１回の測定で検出する場合にも、各検出信号の干渉によって信号の検出精度が低下することを抑えることができる。

以下、図面を用いて本発明の一実施形態を説明する。なお、本実施形態は、抗原を測定することを目的とするものであって、測定すべき物質を抗原、測定すべき物質と特異的に結合する物質（結合物質）を抗体とするものとする。
図１は、本実施形態の磁気センサを用いた測定装置（以下、本実施形態では単に測定装置と記す）の構成を説明するための図である。本実施形態の測定装置は、複数の箇所に磁性粒子を固定した高分子製の基材（高分子基材）１０１を備えている。高分子基材１０１上には２つの固定部１０２ａ、１０２ｂが設けられていて、磁性粒子は、固定部１０２ａ、１０２ｂに固定された結合物質である抗体と、抗体と特異的に結合する抗原との結合によって固定部１０２ａ、１０２ｂに固定されている。このような磁性粒子の固定については後に述べるものとする。

なお、本実施形態でいう特異的結合とは、抗原と抗体、糖とレクチン、ヌクレオチド鎖とそれに相補的なヌクレオチド鎖、リガンドとレセプタ等の特異的な親和性を有する物質間での結合のことを指す。
また、本実施形態の測定装置は、高分子基材１０１を磁場中で図中の矢線Ａで示す方向に移動させる基材移動手段であるモータ１０７、移動されている基材１０１に固定された磁性粒子によって出力される磁気的な変化を検出し、この変化をアナログ信号として出力する磁気センサ１０６、磁気センサ１０６によって出力されたアナログ信号を増幅し、増幅されたアナログ信号をフィルタ処理するアナログ信号処理部１０８、アナログ信号処理部１０８によってフィルタ処理されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換素子１０９、Ａ／Ｄ変換素子１０９から出力されたデジタル信号に含まれるノイズを除去するデジタルフィルタ１１０、デジタルフィルタ１１０によってノイズ除去されたデジタル信号のプラス出力またはマイナス出力のいずれか一方を出力する信号出力部１１１を備えている。

上記した構成において、本実施形態では、例えば、ポリカーボネート、ポリスチレンといった高分子基材１０１を用いている。ただし、本発明の基材は、高分子基材に限定されるものではなく、特異的結合を介して磁性粒子を固定化できるものであればよい。
磁気センサ１０６は、磁場の変化によって電気特性が変化する半導体薄膜を有するセンサ部１０３と、センサ部１０３及び高分子基体１０１に固定された磁性粒子に静磁場を印加する静磁場発生部１０４とを備えている（印加される静磁場の磁力線をＢとして示す）。センサ部１０３及び静磁場発生部１０４は、基体１０５にそれぞれ固定されてユニット化されている。なお、センサ部１０３の半導体薄膜には、インジウムアンチモンなどの化合物半導体、シリコンなどの半導体を適用できるが、このような半導体に限定されるものではない。

静磁場発生部１０４には、永久磁石またはコイルに直流電流を流す形態の電磁石等が適用できるが、磁場の安定性、消費電流及びコストの点から永久磁石がより好ましい。静磁場発生部１０４に用いられる永久磁石には、小型であって強い磁場がかけられるサマリウムコバルト磁石・ネオジウム磁石などが好ましい。また、磁場発生源の磁場強度は、センサ部１０３である半導体磁気抵抗薄膜が強磁場下で高感度であるという特性を考慮すると、５００エルステッド以上、好ましくは１０００エルステッド以上が望ましく、より好ましくは１５００エルステッド以上が望ましい。

静磁場発生部１０４は、図中の両方向の矢線Ｂが示すいずれかの方向の磁力線で表される磁場を発生する。磁場は、高分子基体１０１の少なくとも一部及びセンサ部１０３を含む領域に形成される。なお、本実施形態は、発生する磁場の磁力線が全て矢線Ｂが示す方向に揃うものに限定されるものでなく、磁場の磁力線が矢線Ｂで示す方向、すなわちセンサ部１０３の上面における法線方向の成分を含むものであればよい。

磁場が形成された領域を固定部１０２ａ、１０２ｂが移動することによって形成された磁場に変化が生じる。センサ部１０３は、磁場の変化によって例えば電気抵抗が変化する半導体素子である。
センサ部１０３から出力される信号は、磁場の変化の程度に応じて変化し、アナログ信号処理部１０８にアナログ信号ａとして出力される。磁場の変化の量は固定された磁性粒子の量に応じ、磁性粒子の量は、検出すべき抗原の量に応じる。このため、アナログ信号ａは、抗体と反応した抗原の量を示し、反応した抗原の量がサンプルに含まれる抗原の量と相関性を持つ。このことから、本実施形態の測定装置は、検出信号に基づいてサンプルに含まれる抗原を定量することができる。

アナログ信号処理部１０８は、増幅回路及び微分型アナログフィルタを備えている。アナログ信号ａは、アナログ信号処理部１０８によって増幅処理とフィルタ処理される。微分型アナログフィルタは、磁気センサ及び回路部品の１／ｆノイズを除去するために使用されるフィルタであって、低周波数ノイズを除去している。微分型アナログフィルタの周波数特性は、磁気センサ及び回路部品のノイズ特性、高分子基材１０１の速度、出力される信号とノイズとの比から決定される。

センサ部１０３から出力されたアナログ信号ａは、アナログ信号処理部１０８からＡ／Ｄ変換素子１０９にアナログ信号ｂとして出力される。
Ａ／Ｄ変換素子１０９は、アナログ信号ｂを入力し、デジタル変換した後にデジタル信号ｃとしてデジタルフィルタ１１０に出力する。このようなＡ／Ｄ変換素子１０９は、Ａ／Ｄコンバータ等を用いることによって実現可能である。デジタル信号ｃは、Ａ／Ｄ変換素子１０９からデジタルフィルタ１１０へ出力される。

デジタルフィルタ１１０は、デジタル信号ｃのオフセットやオフセットドリフトなどを除去し、デジタル信号ｄとして出力する。デジタルフィルタ処理は、高速フーリエ変換によって実現可能であるが、このような手法によってなされる処理に限定されるものではない。
デジタル信号dのプラス信号またはマイナス信号のいずれか一方だけを出力する信号出力部１１１は、指定され領域の範囲で得られる信号の最大値または最小値の一方を検出し、検出された値を表示するプログラムを実行する構成である。なお、このプログラムは、周知であるのでこれ以上の説明を省く。
また、本実施形態でいう指定された領域の範囲とは、被検出物質を検出する範囲のことであり、図１に示した固定部１０２aあるいは１０２ｂが移動することによって磁場が変化する範囲である。

図２は、本実施形態の測定装置から出力されるプラス信号またはマイナス信号を説明するための模式図である。
すなわち、本実施形態では、図２（ａ）、（ｂ）に示したように、出力されたデジタル信号において、振幅ｅまたは振幅ｆに示すようにプラスあるいはマイナスに出力された信号だけを検出信号として採用している。（ｃ）は、従来の信号の検出方法であって、信号のＰｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋを使って得たデジタル信号を検出値とする方法を、本実施形態の信号検出方法と比較して示している。図２（ｃ）に示した振幅ｇは、信号のプラス方向の振幅のみを示し、振幅ｈは、同じ信号のＰｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋであって従来の検出値とされていた値である。

本実施形態は、前記したように、アナログフィルタによってフィルタ処理しているので、信号bの波形や位相が、信号aと比較して大きく異なる。複数の固定部１０２a、１０２bから1回の測定で同時に得る場合、アナログフィルタによるフィルタ処理のため、それぞれの信号波形が干渉してしまう。
本実施形態は、Ａ／Ｄ変換素子１０９におけるデジタルフィルタ処理により信号オフセットやドリフトが除去されて信号の０レベルが調整されることに着目し、０レベルを基準として表される信号のプラスまたはマイナスの一方だけを検出値とする。このような本実施形態は、従来の信号のＰｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋで値を検出するよりもノイズの影響が少ない正確なデジタル信号を検出値として得ることができる。

また、センサ部１０３において、半導体薄膜の電気抵抗の変化を電圧変化として取り出す場合、図３に示すように、センサ部１０３と半導体薄膜の抵抗体３０１とを直列に接続し、一方をバイアス電圧へ、もう一方をグランドに接続して中点ｐの電位変化から半導体薄膜の電気抵抗の変化を検出することができる。抵抗体３０１は、固定抵抗でも半導体磁気抵抗薄膜でもよい。

より具体的には、磁性粒子による磁場の変化が無いときのセンサ部１０３の抵抗をＲ１、磁場の変化があるときのセンサ部１０３の抵抗をＲ２、このときの抵抗体３０１の抵抗をＲ３、バイアス電圧Ｖとする。このような場合、センサ部１０３が磁性粒子による磁場変化を検出しているときの中点ｐの電圧Ｖ１は、
Ｖ１＝Ｖ×（Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３））として表される。
また、センサ部１０３が磁場変化を検出していない時の中点ｐの電圧Ｖ２は、
Ｖ２＝ Ｖ×（Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３））となる。
以上の式から、磁場の変化を示す電圧値ΔＶは、
ΔＶ＝Ｖ２−Ｖ１として求められる。
なお、本実施形態は、磁場の変化を半導体薄膜の抵抗の変化によって検出しているが、電気抵抗の変化は電圧変化、電流変化として測定することも可能である。

図４、図５は、磁性粒子を固定する方法を説明するための図である。本実施形態は、図１に示したように、高分子基体１０１の２箇所に固定部１０２ａ、１０２ｂを設ける。固定部１０２ａ、１０２ｂは、各々異なる抗原を検出するためのものであって、図４に示すように、間隔Ｄを隔てて配置されている。
図５に示すように、高分子基体１０１の固定部１０２ａ、１０２ｂには、測定すべき抗原と特異的に結合する抗体５０１が固定されている。このような高分子基体１０１に抗原５０５と特異的結合し得る抗体５０２を備えた磁性粒子５０３と抗原５０５を反応させると、抗体５０１と測定すべき抗原５０５及び磁性粒子５０３に備わった抗体５０２とが抗原抗体反応によってサンドイッチ結合を生じ、特異的に結合する。この結果、磁性粒子が抗原５０５を介して高分子基体１０１の固定部１０２ａ、１０２ｂに固定される。

なお、本実施形態は、抗原抗体反応によって抗原を測定する構成に限定されるものでなく、特異的結合によって結合する物質であればどのような物質を使うものであってもよい。また、本実施形態は、抗原５０５を検出するばかりでなく、抗原５０５を固定部１０２ａ、１０２ｂに固定し、抗体５０１または抗体５０２を備えた磁性粒子５０３を固定された抗原５０５に結合させることによって抗体５０１または抗体５０２を検出することも可能である。抗体５０１または抗原５０５の固定部１０２ａ、１０２ｂへの固定は、周知の技術で実現でき、化学的または物理的な方法のいずれで行うものであってもよい。

磁性粒子５０３は、少なくとも外部から磁場を印加した場合に磁化する粒子であればよい。磁性粒子５０３の具体例としては、強磁性体を単独で粒子状に成形した粒子、強磁性体を核としてその表面をポリスチレン、シリカゲル、ゼラチン、もしくはポリアクリルアミドなどの高分子物質で被覆した粒子、ポリスチレン、シリカゲル、ゼラチン、もしくはアクリルアミドなどの高分子物質の粒子を核として強磁性体を被覆した粒子、または赤血球、リポソームもしくはマイクロカプセルなどの閉じた袋状の物質に強磁性体を封入した粒子等を挙げることができる。

なお、上記した強磁性体としては、例えば、鉄、コバルト、もしくはニッケル等の強磁性金属が挙げられる。また、強磁性金属を含む合金としては、例えば、非磁性体中に強磁性金属もしくは強磁性金属を含む合金を含有するもの、または強磁性金属中もしくは強磁性金属を含む合金中に非磁性体を含有するものが挙げられる。
なお、本実施形態で使用された磁性粒子は、一般的に超常磁性体といわれるもので、外部から磁力を作用させている間は磁化し、磁力の遮断によって速やかに減磁する点で本実施形態の測定装置に用いることに特に好ましい。このような磁性粒子としては、例えば、Ｄｙｎａｌ社製Ｄｙｎａｂｅａｄｓ Ｍ−４５０、Ｍ−２７０、Ｍｙｏｎｅ（以上、製品名）、Ｅｓｔａｐｏｒ社製Ｍ１−０７０−４０、Ｍ１−０７０−６０、Ｍ１−０３０−４０（以上、製品名）、Ｍｉｃｒｏｍｏｄ社製ｍｉｃｒｏｍｅｒ−Ｍ（製品名）、Ｓｅｒａｄｙｎ社製Ｓｅｒａ−ｍａｇ（製品名）等が挙げられる。磁性粒子は、適用される免疫反応物質等の種類に応じて、適切な表面処理がなされたもの、あるいは適切な官能基を有するものが選択される。

磁性粒子の粒子径は、免疫反応効率という点から大きすぎることは好ましくない。また測定感度という点から、磁性体含有量が少なすぎるほど小さいのは好ましくない。したがって本発明の粒子径は、０．１μｍ〜５μｍであり、好ましくは０．５μｍ〜３μｍである。磁性粒子の形状は球形であっても非球形であってもよい。
また、測定すべき物質と磁性粒子との吸着は、固定部１０２ａ、１０２ｂへの固定と同様に、周知の化学または物理的な方法のいずれで行うものであってもよい。

以上述べた方法によって磁性粒子５０３を固定部１０２ａ、１０２ｂに固定した後、本実施形態では、次のようにして測定装置を動作させる。すなわち、本実施形態の測定装置は、測定を開始すると、モータ１０７を駆動して高分子基体１０１を矢線Ａが示すいずれかの方向に移動する。このとき、磁気センサ１０６の静磁場発生部１０４は、センサ部１０３及び固定部１０２ａ、１０２ｂの周囲に磁場を発生させている。

発生された磁場中を高分子基体１０１と共に固定部１０２ａ、１０２ｂが移動することによって、磁性粒子５０３は生成された磁場中を移動する。磁場中の磁性粒子５０３の移動によって磁場が変化し、この変化の程度を示す前記したΔＶに相当する信号がセンサ部１０３によって検出される。
磁場の変化の程度は、固定された磁性粒子５０３の磁性の強弱や量に応じる。本実施形態の測定装置では、使用された磁性粒子の単位あたりの磁荷は既知であるから、磁性粒子の量から検出すべき抗原５０５を定量することができる。したがって、ΔＶに相当する信号は、抗体５０１、抗原５０５及び抗体５０２によるサンドイッチ結合を介して固定された磁性粒子量を示し、この磁性粒子量は、サンプルに含まれる抗原５０５の量と相関性を持つ。このような本実施形態の測定装置は、検出信号に基づいてサンプル中の抗原５０５を定量することが可能である。

（実験）
次に、以上述べた本発明の磁気センサを用いた測定装置及び測定方法によって得られる効果を確認するために行った実験について説明する。この実験では、図１、図４に示した固定部１０２ａ、１０２ｂのうちの一方（例えば１０２ａ）には常に磁性粒子を固定し、他方（例えば１０２ｂ）には磁性粒子を固定する場合としない場合とで固定部１０２ａから検出された信号の値を比較している。

他の実験の条件は、以下のとおりである。
高分子基体：ポリカーボネート
磁性粒子：Ｄｙｎａｌ社製Ｍｙｏｎｅ（製品名）、粒子径１μｍ
磁性粒子は、２箇所の固定部に円状に固定、図４で述べた固定部同士の間隔Ｄは、約１．８ｍｍである。
磁気センサ：センサ部 インジウムアンチモンからなる化合物半導体
磁場発生源 サマリウムコバルトからなる永久磁石（磁場発生源の図中上面において約２０００エルステッド）

以上の条件下において、実験では、磁気センサ１０６から出力されたアナログ信号を高インピーダンスアンプによって約２００万倍に増幅する。信号処理のための微分型アナログフィルタとしては、２次型のフィルタを用いた。このフィルタの低周波数領域における特性を図６に示す。
また、微分型アナログフィルタから出力されたアナログ信号をＡ／Ｄコンバータによりデジタル信号化し、デジタル信号の出力の際に高速フーリエ変換によりオフセット周波数を除去し、さらに逆フーリエ変換して出力した。

表１は、以上述べた実験の結果をまとめて示した図である。
表１に示したように、固定部１０２ｂに磁性粒子を固定した場合を表１中に「有り」、固定しなかった場合を「無し」と記す。また、この実験では、固定部１０２において検出された信号を、本実施形態の測定装置で得られた結果と従来のＰｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋで表した結果との両方で示す。表中において、プラス出力は、例えば図２（ｃ）に示した振幅ｇであり、ピークｔｏピーク出力とは、例えば図２（ｃ）に示した振幅ｈをいう。

表１に示した結果から明らかなように、本実施形態の測定装置で得られる信号は、固定部１０２ｂに磁性粒子が固定されていない、つまり検出された信号が他の固定部から干渉を受けていない場合と、固定部１０２ｂに磁性粒子が固定されている場合とで略同じ値を得ることができる。一方、従来のＰｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋ出力によれば、固定部１０２ｂに磁性粒子が固定されている場合と固定されていない場合とで、固定部１０２ａで検出される信号の相違が顕著になる。
以上の結果から、本実施形態の測定装置は、複数の固定部間の信号の干渉によらず、従来の構成よりも高い精度で磁性粒子を検出し、ひいては検出すべき物質の量を正確に測定することができるものといえる。

産業上の利用の可能性

本発明の検出装置は、医療診断・環境計測等に分析溶液中の被検出物質を高感度かつ汎用的に検出できる。

本発明の一実施形態の磁気センサを用いた測定装置の構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態の測定装置において、デジタル変換されるアナログ信号のプラス信号またはマイナス信号を説明するための模式図である。 図１に示したセンサ部１０３において半導体薄膜の電気抵抗の変化を取り出すための構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態の抗体に磁性粒子を固定する方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態の抗体に磁性粒子を固定する方法を説明するための他の図である。 本発明の一実施形態で行った実験に用いた微分型アナログフィルタの特性を示した図である。

符号の説明

１０１ 高分子基材、１０２ａ，１０２ｂ 固定部、１０３ センサ部
１０４ 静磁場発生部、１０５ 基体、１０６ 磁気センサ
１０７ モータ、１０８ アナログ信号処理部、１０９ Ａ／Ｄ変換素子
１１０ デジタルフィルタ、１１１ 信号出力部、３０１ 抵抗体、
５０１ 抗体、５０２ 抗体、５０３ 磁性粒子、５０５ 抗原

Claims (5)

1. 複数の箇所に磁性粒子を固定した基材と、
   前記基材を磁場中で移動させる基材移動手段と、
   移動されている前記基材に固定された磁性粒子による磁気的な変化を検出し、該変化をアナログ信号として出力する磁気センサと、
   前記磁気センサによって出力されたアナログ信号を増幅する増幅回路及び該アナログ信号をフィルタ処理する微分型アナログフィルタと、
   前記微分型アナログフィルタによってフィルタ処理されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換手段と、
   前記アナログ・デジタル変換手段から出力されたデジタル信号に含まれるノイズを除去するデジタルフィルタと、
   前記デジタルフィルタによってノイズが除去されたデジタル信号のプラス出力またはマイナス出力のいずれか一方を出力する信号出力手段と、
   を備えることを特徴とする磁気センサを用いた測定装置。
2. 前記磁気センサは、磁場の変化によって電気特性が変化する半導体磁気抵抗素子を有するセンサ部と、前記センサ部及び前記基材に固定された磁性粒子に静磁場を印加する静磁場発生部とを有することを特徴とする請求項１記載の磁気センサを用いた測定装置。
3. 前記磁性粒子の平均粒子径は、０．１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサを用いた測定装置。
4. 前記磁性粒子は、前記基材上の複数の箇所に固定された物質と、該物質と特異的結合する物質との結合によって前記基材に固定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサを用いた測定装置。
5. 複数の箇所に磁性粒子を固定した基材を磁場中で移動させる基材移動ステップと、
   前記基材移動ステップにおいて移動された前記基材に固定された磁性粒子による磁気的な変化を検出し、該変化をアナログ信号として出力する磁気信号検出ステップと、
   前記磁気信号検出ステップにおいて出力されたアナログ信号を増幅する信号増幅ステップ及び該アナログ信号を、微分型アナログフィルタによってフィルタ処理するフィルタ処理ステップと、
   前記フィルタ処理ステップにおいてフィルタ処理されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換ステップと、
   前記アナログ・デジタル変換ステップにおいて出力されたデジタル信号に含まれるノイズを除去するデジタルフィルタステップと、
   前記デジタルフィルタステップにおいてノイズが除去されたデジタル信号のプラス出力またはマイナス出力のいずれか一方を出力する信号出力ステップと、
   を含むことを特徴とする磁気センサを用いた測定方法。
   

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