JP2009115590A - バイオセンサ用マーカ、バイオセンサ、及びバイオセンサ用マーカ検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超高感度な高価なセンサ等を用いることなく安価かつ高感度にバイオ物質を検出可能であり、さらに定量測定も可能なバイオセンサを提供する。
【解決手段】バイオセンサ用のマーカは、バイオセンサの検出領域の近傍にバイオ物質４と共に固定される複数の磁性微粒子種１０と、磁性微粒子種よりも相対的に大きい少なくとも１つの標的磁性微粒子２０とからなる。磁界発生源３０からの外部磁界の印加によって、標的磁性微粒子２０は複数の磁性微粒子種１０に吸着される。このように吸着された磁性微粒子種１０と標的磁性微粒子２０とからなるマーカを、センサ部２により検出することで、バイオ物質が検出される。
【選択図】図２

Description

本発明はバイオセンサ用マーカ、バイオセンサ、及びバイオセンサ用マーカ検出方法に関し、特に、マーカを増大させることでセンサによる検出精度を向上させたバイオセンサ用マーカ、バイオセンサ、及びバイオセンサ用マーカ検出方法に関する。

今日、バイオセンサは、タンパク質間の相互作用の解析やがん治療、ＤＮＡ解析、病原菌等の検出、疾病の診断、環境関連物質の計測等、広範な分野で利用されている。バイオセンサは、被測定物質である抗原（バイオ物質）とこれに特異的に結合する試験試薬である抗体との結合を測定し、被測定物質の定性や定量を行うものである。

抗原と抗体の結合を測定する手法としては、例えば蛍光物質を用いて色の濃淡により測定するＤＮＡチップがある。しかしながら、蛍光物質の光量等が安定しないため、高精度な測定には向いていなかった。

また、表面プラズモン共鳴測定法（ＳＰＲ）や水晶振動子マイクロバランス測定法（ＱＣＭ）を用いて、質量変化の測定を用いたバイオセンサも存在する。しかしながら、質量が非常に微小なバイオ物質の測定を行うには十分な感度が得られず、また装置も複雑となりコストの問題等もあった。

近来注目されているバイオセンサとしては、バイオ物質が固定された磁性微粒子をマーカとして、この磁気を測定する巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子やホール素子を用いる磁気センサを用いた手法等が知られている（特許文献１、特許文献２等）。これらは磁気信号が蛍光体等に比べて安定していると共に、高感度な磁気計測技術を用いることで高精度に測定ができ、また自動化の観点からも注目されている技術である。

図１を用いて、磁性微粒子をバイオセンサ用のマーカとして用いた従来の測定手法を説明する。図１は、従来のバイオセンサのマーカ測定手法を説明するための模式的な側面図である。基板１にＧＭＲ素子やホール素子等からなるセンサ部２が設けられている。そして、センサ部２の上部にプローブ３が固定されている。プローブ３は、試料中に存在し得るバイオ物質４と相補鎖を構成するように選択されている。そして、図示例では、磁性微粒子５にバイオ物質４が予め固定されており、バイオ物質４がプローブ３に相補的に結合することで、プローブ３に磁性微粒子５がキャッチされるよう構成されている。したがって、試料中にバイオ物質４が存在すると、バイオ物質４はセンサ部近傍に固定されたプローブ３にキャッチされ、バイオ物質４に固定された磁性微粒子５の磁気がセンサ部２により測定されるものである。これにより、マーカの有無が検出される。

バイオセンサ用のマーカとして用いられる磁性微粒子の大きさについては、バイオ物質を介してプローブに固定されるためにはなるべくバイオ物質やプローブに対して大きすぎない程度であることが好ましい。磁性微粒子がバイオ物質に対してあまりにも大きいと、本来は結合すべきバイオ物質とプローブが存在しているにもかかわらず、磁性微粒子がプローブにキャッチされず、測定されないということが起こり得るためである。しかしながら、磁性微粒子を小さくした場合、磁性微粒子の磁気はその大きさに比例するため、磁性微粒子が小さくなればなるほど磁気センサで検出され難くなり、磁性微粒子がバイオ物質を介してプローブと結合しているにも関わらず磁性微粒子の有無が測定できないということも起こり得る。

磁性微粒子からの微小な磁界を検出する磁気センサの多くはＧＭＲセンサからなるものであるが、これには感度が低いという問題があり、上記のような極小の磁性微粒子に対して十分な測定感度を得ることができなかった。また、ＧＭＲセンサよりも高感度な測定精度を期待できるホールセンサであっても、例えば単分子ＤＮＡの大きさに相当する粒径１００ｎｍ以下というような極小の磁性微粒子の磁気を測定するのには、まだ十分な測定感度を有しているとはいえなかった。

これらの問題点を解決するために、本願出願人と同一出願人による特願２００６−３１０７１２では、磁性微粒子を増大するために、バイオ物質を介してプローブに固定されるある程度小さい磁性微粒子種と、これと同程度の大きさを有する複数の磁性微粒子とを用いて、外部磁界を印加して磁性微粒子柱が形成されるように構成していた。そして、このように増大されたマーカを磁気センサや光学顕微鏡等で測定していた。

特表２００３−５２４７８１号公報 特開２００５−１８８９５０号公報

しかしながら、上述の特願２００６−３１０７１２では、形成される磁性微粒子柱の大きさを、印加する外部磁界等で調整していた。磁性微粒子柱が大きくなり過ぎると、磁界発生源側に引き寄せられる力も強くなり、磁性微粒子種に吸着されていた磁性微粒子柱までも離れてしまうおそれもあった。

さらに、上述の従来技術では、バイオ物質の定量測定が行えなかった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、超高感度な高価なセンサ等を用いることなく安価且つ高感度にバイオ物質を検出可能であり、さらに定量測定も可能なバイオセンサ用マーカ、バイオセンサ、及びバイオセンサ用マーカ検出方法を提供しようとするものである。

上述した本発明の目的を達成するために、本発明によるバイオセンサ用のマーカは、バイオセンサの検出領域の近傍にバイオ物質と共に固定される複数の磁性微粒子種と、外部磁界の印加によって複数の磁性微粒子種に吸着され、磁性微粒子種よりも相対的に大きい少なくとも１つの標的磁性微粒子と、を具備するものである。

また、本発明によるマーカを用いてバイオ物質を検出するバイオセンサは、バイオセンサの検出領域の近傍にバイオ物質と共に固定される複数の磁性微粒子種と、外部磁界の印加によって複数の磁性微粒子種に吸着され、磁性微粒子種よりも相対的に大きい少なくとも１つの標的磁性微粒子と、標的磁性微粒子に外部磁界を印加する外部磁界印加手段と、磁性微粒子種と標的磁性微粒子とからなるマーカを検出する検出手段と、を具備するものである。

さらに、本発明によるバイオセンサ用のマーカを検出する方法は、バイオセンサの検出領域の近傍にバイオ物質と共に複数の磁性微粒子種を固定する過程と、複数の磁性微粒子種の近傍に、磁性微粒子種よりも相対的に大きい少なくとも１つの標的磁性微粒子を提供する過程と、標的磁性微粒子に外部磁界を印加する過程と、外部磁界によって複数の磁性微粒子種に標的磁性微粒子が吸着される過程と、磁性微粒子種とこれに吸着される標的磁性微粒子とからなるマーカを検出する過程と、を具備するものである。

ここで、標的磁性微粒子は、吸着抑制手段により他の標的磁性微粒子との吸着が抑制されても良い。

なお、吸着抑制手段は、検出領域の面から標的磁性微粒子の粒径よりも広い間隔離れた位置に検出領域の面に平行に配置される板状体であれば良い。

また、印加される外部磁界は、検出領域の面を貫通する方向に印加されると共に、検出領域の面の側方に向かって磁場勾配が大きくなるように印加されれば良い。

なお、印加される外部磁界は、その印加方向が可変可能であっても良い。

また、マーカは、検出領域の面と同極に帯電されていても良い。

そして、マーカは、磁気センサ、水晶振動子マイクロバランスセンサ、表面プラズモン共鳴センサ、光学顕微鏡の何れかを用いて検出されれば良い。

さらに、標的磁性微粒子は、蛍光物質を有するものであっても良い。

また、複数の異なる大きさの標的磁性微粒子が用いられ、大きいものから小さいものの順に、標的磁性微粒子を順次提供し、吸着される標的磁性微粒子の大きさに応じて、複数の磁性微粒子種の定量測定を行うようにしても良い。

本発明のバイオセンサ用マーカには、複数の磁性微粒子種とこれに吸着される磁性微粒子種よりも相対的に大きい標的磁性微粒子を用いることで、ＤＮＡ相当の大きさの極小磁性微粒子種を用いても、安価に種々のセンサを用いて高感度に測定することが可能であるという利点がある。また、複数の異なる大きさの標的磁性微粒子を用いることで、バイオ物質の定量的に測定することも可能であるという利点もある。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図示例と共に説明する。図２は、本発明のバイオセンサ用マーカを説明するための模式的な側面図であり、図２（ａ）はバイオセンサのセンサ部近傍の側面図、図２（ｂ）はバイオセンサの上面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表している。なお、図２はあくまでも模式図であるため、各部の縮尺や個数はこれらに限定されるものではない。

まず、従来の手法と同様に、基板１に形成されるセンサ部２の上部にプローブ３が固定される。なお、センサ部２の上部には、プローブ３が固定されるように所定の表面処理が施されている。また、センサ部２として利用可能なセンサとしては、ＧＭＲ素子やトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子、ホール素子等の磁気センサを用いたものが挙げられる。プローブ３は、測定される試料中に存在し得るバイオ物質４と相補鎖を構成するように予め選択されたものである。試料中に標的となるバイオ物質４が存在すると、バイオ物質４がプローブ３に相補的に結合する。このようにしてバイオ物質４がセンサ部の検出領域近傍に固定される。なお、基板１やバイオ物質４等は、所定の水溶液中に浸漬されている。

一方、バイオ物質４は、磁性微粒子種１０の表面に固定されており、バイオ物質４を介して磁性微粒子種１０がプローブ３にキャッチされように構成されている。なお、上述の説明では、磁性微粒子種にバイオ物質を固定化したものをプローブでキャッチする例を説明したが、本発明はこれに限定されず、プローブに相補的に結合して予め固定化されるバイオ物質と結合するように表面処理が施された磁性微粒子種を用いて、磁性微粒子種がバイオ物質でキャッチされるように構成されるもの等であっても勿論構わない。このように、センサ部の検出領域近傍への磁性微粒子種の固定化手法は、従来の又は今後開発され得るあらゆる技術が適用可能であり、磁性微粒子種を測定することで間接的にバイオ物質の存在を検出できるように構成されるものであれば如何なる手法であっても構わない。また、磁性微粒子種を適切にプローブやバイオ物質の近傍に導くために、センサ部近傍に磁性微粒子移動用配線を配置した、本願出願人と同一の出願人による特願２００６−００７１３８に開示の技術等を適用することも勿論可能である。

ここで、磁性微粒子種１０は、バイオ物質に対して相対的に大きすぎない程度の大きさであれば良い。好ましくは、例えば単分子ＤＮＡに相当する程度の大きさ、具体的には粒径１００ｎｍ以下のものが利用可能である。この程度の大きさとすることで、磁性微粒子種１０とバイオ物質４との大きさの差異が大きくならず、これらの結合が容易となる。また、磁性微粒子種１０は、強磁性であっても常磁性であっても良く、フェライトやアルニコ等、より具体的には、ＦｅＰｔ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，ＭｎＳｂ，ＭｎＡｓ等、種々の磁性材料からなるものが適用可能である。

磁性微粒子種のより具体的な固定化の一例を挙げると、基板としては例えば表面が疎水性である旭硝子株式会社のＣＹＴＯＰ ＣＴＬ−８０９Ｍを用いることができ、この基板上に親水性の金膜を形成し、これに硫黄原子とチオール基からなるプローブを固定する。一方、磁性微粒子種としては、例えば表面が親水性の市販の磁性微粒子を用いることができ、これにビオチンが付されたバイオ物質となるオリゴ等が固定されている。

このような磁性微粒子種１０を基板１上に複数提供して、複数の磁性微粒子種１０を基板１上、より具体的にはセンサ部２の検出領域上に固定化されたプローブ３に結合させる。なお、センサ部２の検出領域は１つでも良いが、図２（ｂ）に示されるように、センサ部２の検出領域（セル）を複数基板上に配置し、この複数のセルにそれぞれ複数のプローブを固定するように構成することも可能である。このように構成すると、セル毎に種類を変えた複数種類のプローブを用いることが可能となり、これらにそれぞれ結合し得る種々のバイオ物質を同時に測定することも可能となる。

本発明においては、このようにしてプローブ３にバイオ物質４を介して固定化された複数の磁性微粒子種１０に対して、磁性微粒子種１０よりも相対的に大きい標的磁性微粒子２０を提供する。標的磁性微粒子２０は、その粒径が磁性微粒子種１０よりも大きく、センサ部２により検出可能な大きさであれば良い。例えば磁性微粒子種に対して、５倍から２００倍、好ましくは１０倍から１００倍程度の大きさの標的磁性微粒子を用いることが可能である。より具体的には、例えば磁性微粒子種１０に１３０ｎｍの粒径のものを用いた場合には、標的磁性微粒子２０として例えば２．８μｍの粒径のものを用いれば良い。また、センサ部２の検出領域であるセルの大きさについては、標的磁性微粒子２０の大きさに応じて、例えば１μｍ〜３０μｍ、好ましくは３μｍ〜１５μｍ程度四方の大きさであれば良い。

また、標的磁性微粒子２０は、強磁性であっても常磁性であっても良く、フェライトやアルニコ等、より具体的には、ＦｅＰｔ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，ＭｎＳｂ，ＭｎＡｓ等、種々の磁性材料からなるものが適用可能である。

ここで、標的磁性微粒子２０は、基板１に対して非特異吸着が起きないように、検出領域の面、即ち、基板１と同極に帯電されても良い。これは、プラズマ処理等により施されれば良い。基板１と標的磁性微粒子２０とを同極に帯電させることにより、標的磁性微粒子２０は基板と電気的に反発するため、非特異吸着を抑制することが可能となる。

このような標的磁性微粒子２０が基板１上に提供された状態で、標的磁性微粒子２０に外部磁界を磁界発生源３０から印加する。磁界発生源３０は、ここから発せられる外部磁界が、センサ部２の検出領域の面を貫通する方向に印加されると共に、検出領域の側方に向かって磁場勾配が大きくなるように印加されるように配置される。磁界発生源３０としては、例えば永久磁石やコイル等を用いることが可能である。図２（ａ）の側面図に示されるように、磁界発生源３０を基板１に対してその側方に配置することにより、上記のような外部磁界を印加可能となる。なお、図示例における磁界発生源３０の極性は一例であり、Ｓ極、Ｎ極が逆であっても構わない。

このように外部磁界を印加すると、図２に示されるように、その磁界によって標的磁性微粒子２０が複数の磁性微粒子種１０に磁気的引力で吸着し、固定される。即ち、磁石のＮ極とＳ極が引き合うように、標的磁性微粒子２０と複数の磁性微粒子種１０には、互いに磁気的引力が働き吸着する（図２（ａ）に示される状態）。このように、センサ部２の検出領域に標的磁性微粒子２０が固定化されると、センサ部２により標的磁性微粒子２０の存在が検出可能となる。したがって、これら磁性微粒子種１０と標的磁性微粒子２０とからなるマーカの存在により、バイオ物質の有無を検出することが可能となる。

一方、磁性微粒子種１０が存在しない領域では、標的磁性微粒子２０は吸着されるものがないため、磁場勾配の大きくなる方向に引き寄せられるので、磁界発生源３０側、即ち、図２の左方向に流れていき、センサ部２により検出されることはない。

なお、図２（ａ）では、検出領域の面を貫通する方向に外部磁界を印加した場合の状態を表わしているが、本発明はこれに限定されず、外部磁界は検出領域の面に対して必要により印加方向を可変するように構成しても良い。複数の磁性微粒子種１０が存在しないところにある標的磁性微粒子２０を除去するために、外部磁界の印加方向を可変しながら洗浄することにより、効率良く除去すること等も可能である。

このように、本発明のバイオセンサは、大きな標的磁性微粒子を小さな複数の磁性微粒子種に固定化することでマーカを増大することが可能であるため、センサ部２の感度があまり高くない場合であっても、マーカの存在を検出することが可能となる。即ち、センサ部２では、複数の磁性微粒子種１０とこれに固定された標的磁性微粒子２０とからなるマーカの磁気を測定することで、バイオ物質の有無を間接的に検出できる。本発明によるマーカは、磁性微粒子種の粒径が例えば１００ｎｍ以下であっても、標的磁性微粒子の粒径が例えば１μｍ〜２０μｍ程度のものを用いることが可能である。したがって、磁性微粒子種だけでは検出できないような磁気であっても、マーカを容易に検出することが可能となる。

ここで、本発明のバイオセンサ用のマーカは、標的磁性微粒子２０の粒径が磁性微粒子種１０に対して相対的に大きいため、磁性微粒子種１０が例えば１つしか存在しない場合には、標的磁性微粒子２０が磁性微粒子種１０に吸着したとしても、磁界発生源３０に引き寄せられる力の方が大きくなり、磁性微粒子種１０から外れてしまう。したがって、標的磁性微粒子２０が複数の磁性微粒子種１０により吸着されるように、複数の磁性微粒子種１０が結合されるプローブ３を配置すれば良い。例えば、磁性微粒子種１０が検出領域近傍に数十個から数百個存在していれば、標的磁性微粒子２０を固定化可能となる。

このような特性から、標的磁性微粒子の粒径を大きくしていくと、検出領域上にこれを固定化させるためには、磁性微粒子種の量も多く必要となることが分かる。図３に、標的磁性微粒子の粒径に対するこれを固定可能な磁性微粒子種の個数（必要固定力）の関係を示すグラフを表す。同図は、走査型電子顕微鏡を用いて実際に基板上に固定化された磁性微粒子種の数を調べ、この個数とここに固定された標的磁性微粒子の粒径との関係を調べたものである。同図から、標的磁性微粒子の粒径に対する磁性微粒子種の個数は、比例関係にあることが分かる。このように、標的磁性微粒子の粒径とこれを固定するための磁性微粒子の個数には何らかの相対関係があるため、この関係を利用することで、固定された標的磁性微粒子の粒径から未知の磁性微粒子種の個数を測定することが可能となる。

したがって、複数の異なる大きさの標的磁性微粒子を用い、これを大きいものから小さいものの順に、検出領域上に順次提供していけば、検出領域上に固定化された複数の磁性微粒子種の数を定量測定することが可能となる。即ち、標的磁性微粒子の粒径に対する固定化可能な磁性微粒子種の量を予めキャリブレートし検量線を作成しておけば、磁性微粒子種の数を測定することが可能となる。したがって、センサ部により標的磁性微粒子の存在が検出できなければ標的磁性微粒子の粒径に対する磁性微粒子種の個数が少ないことが分かる。そして、標的磁性微粒子の粒径を徐々に小さくしていき、センサ部によりその存在が検出できたときには、そのときの標的磁性微粒子の粒径に応じた磁性微粒子種の個数を間接的に測定することが可能となる。

図２（ｂ）を用いて上述の状態を説明すれば、同図の一番上のセンサ部２の検出領域（セル）には数多くの磁性微粒子種１０がプローブ３に結合しているため、標的磁性微粒子２０がこのセルの複数の磁性微粒子種１０に吸着して固定化されている。一方、一番下のセルには、プローブ３に結合した磁性微粒子種１０の個数が少ないため、標的磁性微粒子２０はここに固定化されず、磁界発生源３０側に引き寄せられている。また、真ん中のセルには磁性微粒子種１０が存在していないため、このセルにも標的磁性微粒子２０は固定されていない。なお、セルについては図示例のように一列に複数配置されても良いし、マトリクス状に配置されても良い。勿論、１つのセルのみでバイオ物質を測定するようにしても良い。

このように、本発明のバイオセンサでは、標的磁性微粒子の検出を行うことで、磁性微粒子種の個数を定量測定できるため、バイオ物質の存在量について定量的な測定が可能となる。なお、定量測定の精度をより向上するために、磁性微粒子種が固定化される領域であるセンサ部の検出領域（セル）を複数設け、平均化して測定することも可能である。

ここで、磁界発生源３０による検出領域の面を貫通する方向に印加される磁界の影響により、標的磁性微粒子２０がその磁界の方向に沿って柱状に複数吸着される場合がある。なお、この現象は、本願出願人と同一出願人による上述の特願２００６−３１０７１２でも説明されている。標的磁性微粒子が複数柱状に吸着されると、磁性微粒子種の定量測定に悪影響を及ぼすため、これを防止することが好ましい。そこで、本発明のバイオセンサでは、他の標的磁性微粒子との吸着が抑制されるように構成されても良い。

図４を用いて、吸着抑制の手法について説明する。図４は、本発明のバイオセンサにおいて、標的磁性微粒子同士の吸着を抑制するため手法を説明するための模式的な側面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表しているため、詳説は省略する。図示の通り、基板１のセンサ部２の検出領域の面から所定の間隔離れた位置に、検出領域の面に平行に板状体４０が配置される。より具体的には、板状体４０は、標的磁性微粒子２０の粒径よりも広い間隔離れて配置される。より詳細に説明すると、板状体４０が配置される検出領域の面からの間隔は、標的磁性微粒子２０の粒径よりも広く、標的磁性微粒子２０の粒径の２倍よりは狭いことが好ましい。標的磁性微粒子２０は、磁界の方向に沿って柱状に吸着しようとするため、上述の位置に板状体４０を配置することで、標的磁性微粒子２０が柱状に吸着することを抑制することが可能となる。ここで、板状体４０としては、例えばガラス板を用いることが可能である。

板状体４０は、予め基板１に対して所定の位置を保つように固定されていても良いし、標的磁性微粒子等を提供後に、基板上部から覆うように提供しても良い。なお、予め基板１に板状体４０が固定されていても、標的磁性微粒子等を側方から提供することでセンサ部２への固定化は可能である。

また、吸着抑制の他の手法としては、例えば、基板表面をプラズマ処理等で親水性にすることで、基板を覆う水溶液の量を減らし、標的磁性微粒子の高さ方向への自由度を減らすことで、標的磁性微粒子の柱状の吸着を抑制することも可能である。

このように、標的磁性微粒子の外部磁界の方向に沿った柱状の吸着を抑制することで、より正確に磁性微粒子種の定量測定が可能となる。

なお、上述のこれまで説明した例では、センサ部２のセンサとしては、ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子、ホール素子等の磁気センサを用いたものを例として挙げたが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明によるマーカは、標的磁性微粒子２０により磁性微粒子種単体に比べて磁気が増強されるだけではなく、質量や大きさも増強される。したがって、磁気センサ以外にも、例えば水晶振動子マイクロバランスセンサや表面プラズモン共鳴センサを用いてマーカの有無を容易に検出することが可能となる。

ここで、水晶振動子マイクロバランスセンサとは、水晶振動子の表面に物質が付着すると振動数が減少する特性を利用した質量センサである。また、表面プラズモン共鳴センサとは、金薄膜へのレーザの入射角度の変化に伴って反射光強度が減衰する表面プラズモン共鳴の現象を利用したセンサである。水晶振動子マイクロバランスセンサや表面プラズモン共鳴センサにおいて、磁性微粒子種単体では微量過ぎて振動数の変化や屈折率の変化が測定できなかった状況でも、本発明のマーカを用いれば、標的磁性微粒子により質量が増強されているため容易に測定することが可能となる。

また、本発明によるマーカはその大きさも増強されているため、光学顕微鏡等でマーカを直接検出することが可能である。光学顕微鏡はその分解能が理論上は１００ｎｍ程度、実際には２５０ｎｍ程度であるため、それよりも小さい微粒子を観察することはできなかった。しかしながら、本発明のマーカを用いれば、標的磁性微粒子により数μｍ程度の大きさとなるため、高価且つ大掛かりな電子顕微鏡等を用いなくても光学顕微鏡で容易にマーカを観察することが可能である。また、標的磁性微粒子に蛍光物質を添加し、その光によりマーカを検出するようにすることも可能である。

なお、本発明のバイオセンサ用マーカは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。また、上述の説明や図示例で挙げた寸法や個数についても、これらに限定されるものではないことが理解されるべきである。

さらに、適用される検出センサについても、上述の図示例や説明のみに限定されるわけではなく、これらを組み合わせて複数の手段でマーカを検出するように構成しても勿論良い。さらに、外部磁界の印加については、標的磁性微粒子を供給後に印加するものだけでなく、常時印加しているもの等であっても勿論構わない。

図１は、従来のバイオセンサのマーカ測定手法を説明するための模式的な側面図である。 図２は、本発明のバイオセンサ用マーカを説明するための模式的な側面図であり、図２（ａ）はバイオセンサのセンサ部近傍の側面図、図２（ｂ）はバイオセンサの上面図である。 図３は、標的磁性微粒子の粒径に対する固定可能な磁性微粒子種の個数の関係を示すグラフである。 図４は、本発明のバイオセンサにおいて、標的磁性微粒子同士の吸着を抑制するため手法を説明するための模式的な側面図である。

符号の説明

１ 基板
２ センサ部
３ プローブ
４ バイオ物質
５ 磁性微粒子
１０ 磁性微粒子種
２０ 標的磁性微粒子
３０ 磁界発生源
４０ 板状体

Claims (22)

1. バイオセンサ用のマーカであって、該マーカは、
   バイオセンサの検出領域の近傍にバイオ物質と共に固定される複数の磁性微粒子種と、
   外部磁界の印加によって前記複数の磁性微粒子種に吸着され、前記磁性微粒子種よりも相対的に大きい少なくとも１つの標的磁性微粒子と、
   を具備することを特徴とするバイオセンサ用マーカ。
2. 請求項１に記載のバイオセンサ用マーカにおいて、前記標的磁性微粒子は、吸着抑制手段により他の標的磁性微粒子との吸着が抑制されることを特徴とするバイオセンサ用マーカ。
3. 請求項２に記載のバイオセンサ用マーカにおいて、前記吸着抑制手段は、検出領域の面から前記標的磁性微粒子の粒径よりも広い間隔離れた位置に検出領域の面に平行に配置される板状体であることを特徴とするバイオセンサ用マーカ。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載のバイオセンサ用マーカにおいて、前記印加される外部磁界は、検出領域の面を貫通する方向に印加されると共に、検出領域の面の側方に向かって磁場勾配が大きくなるように印加されることを特徴とするバイオセンサ用マーカ。
5. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載のバイオセンサ用マーカにおいて、前記印加される外部磁界は、その印加方向が可変可能であることを特徴とするバイオセンサ用マーカ。
6. 請求項１乃至請求項５の何れかに記載のバイオセンサ用マーカにおいて、該マーカは、検出領域の面と同極に帯電されることを特徴とするバイオセンサ用マーカ。
7. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載のバイオセンサ用マーカにおいて、該マーカは、磁気センサ、水晶振動子マイクロバランスセンサ、表面プラズモン共鳴センサ、光学顕微鏡の何れかを用いて検出されることを特徴とするバイオセンサ用マーカ。
8. 請求項１乃至請求項７の何れかに記載のバイオセンサ用マーカにおいて、前記標的磁性微粒子は、蛍光物質を有することを特徴とするバイオセンサ用マーカ。
9. マーカを用いてバイオ物質を検出するバイオセンサであって、該バイオセンサは、
   バイオセンサの検出領域の近傍にバイオ物質と共に固定される複数の磁性微粒子種と、
   外部磁界の印加によって前記複数の磁性微粒子種に吸着され、前記磁性微粒子種よりも相対的に大きい少なくとも１つの標的磁性微粒子と、
   前記標的磁性微粒子に外部磁界を印加する外部磁界印加手段と、
   前記磁性微粒子種と標的磁性微粒子とからなるマーカを検出する検出手段と、
   を具備することを特徴とするバイオセンサ。
10. 請求項９に記載のバイオセンサであって、さらに、他の標的磁性微粒子との吸着を抑制する吸着抑制手段を具備することを特徴とするバイオセンサ。
11. 請求項１０に記載のバイオセンサにおいて、前記吸着抑制手段は、検出領域の面から前記標的磁性微粒子の粒径よりも広い間隔離れた位置に検出領域の面に平行に配置される板状体であることを特徴とするバイオセンサ。
12. 請求項９乃至請求項１１の何れかに記載のバイオセンサにおいて、前記外部磁界印加手段は、検出領域の面を貫通する方向に外部磁界を印加すると共に、検出領域の面の側方に向かって磁場勾配が大きくなるように外部磁界を印加することを特徴とするバイオセンサ。
13. 請求項９乃至請求項１２の何れかに記載のバイオセンサにおいて、前記外部磁界印加手段は、印加する外部磁界の印加方向が可変可能であることを特徴とするバイオセンサ。
14. 請求項９乃至請求項１３の何れかに記載のバイオセンサにおいて、前記バイオセンサの検出領域の面は、前記検出手段が検出するマーカと同極に帯電されることを特徴とするバイオセンサ。
15. 請求項９乃至請求項１４の何れかに記載のバイオセンサにおいて、前記検出手段は、磁気センサ、水晶振動子マイクロバランスセンサ、表面プラズモン共鳴センサ、光学顕微鏡の何れかであることを特徴とするバイオセンサ。
16. 請求項９乃至請求項１５の何れかに記載のバイオセンサにおいて、前記検出手段が検出するマーカの標的磁性微粒子は、蛍光物質を有することを特徴とするバイオセンサ。
17. バイオセンサ用のマーカを検出する方法であって、該方法は、
    バイオセンサの検出領域の近傍にバイオ物質と共に複数の磁性微粒子種を固定する過程と、
    前記複数の磁性微粒子種の近傍に、前記磁性微粒子種よりも相対的に大きい少なくとも１つの標的磁性微粒子を提供する過程と、
    前記標的磁性微粒子に外部磁界を印加する過程と、
    前記外部磁界によって前記複数の磁性微粒子種に前記標的磁性微粒子が吸着される過程と、
    前記磁性微粒子種とこれに吸着される標的磁性微粒子とからなるマーカを検出する過程と、
    を具備することを特徴とするバイオセンサ用マーカ検出方法。
18. 請求項１７に記載のバイオセンサ用マーカ検出方法において、前記外部磁界を印加する過程は、他の標的磁性微粒子との吸着を抑制する吸着抑制手段が用いられることを特徴とするバイオセンサ用マーカ検出方法。
19. 請求項１８に記載のバイオセンサ用マーカ検出方法において、前記吸着抑制手段は、検出領域の面から前記標的磁性微粒子の粒径よりも広い間隔離れた位置に検出領域の面に平行に配置される板状体であることを特徴とするバイオセンサ用マーカ検出方法。
20. 請求項１７乃至請求項１９の何れかに記載のバイオセンサ用マーカ検出方法において、前記外部磁界を印加する過程は、検出領域の面を貫通する方向に外部磁界を印加すると共に、検出領域の面の側方に向かって磁場勾配が大きくなるように外部磁界を印加することを特徴とするバイオセンサ用マーカ検出方法。
21. 請求項１７乃至請求項２０の何れかに記載のバイオセンサ用マーカ検出方法において、前記外部磁界を印加する過程は、外部磁界の印加方向が可変可能であることを特徴とするバイオセンサ用マーカ検出方法。
22. 請求項１７乃至請求項２１の何れかに記載のバイオセンサ用マーカ検出方法において、前記標的磁性微粒子を提供する過程は、複数の異なる大きさの標的磁性微粒子が用いられ、大きいものから小さいものの順に、標的磁性微粒子を順次提供し、
    前記マーカを検出する過程は、吸着される前記標的磁性微粒子の大きさに応じて、前記複数の磁性微粒子種の定量測定を行うことを特徴とするバイオセンサ用マーカ検出方法。