JP2011128001A

JP2011128001A - 微小磁気二次元分布検出装置

Info

Publication number: JP2011128001A
Application number: JP2009286500A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Adachi; 善昭足立; Gen Uehara; 弦上原
Original assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Current assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: JP4883424B2

Abstract

【課題】ｐＴ以下の微小な磁気の二次元分布を検出する。
【解決手段】試料（Ｓ）を載置した試料台（８）を加振機（７）で振動させ且つ磁化コイル（４）に電流を流して磁界を試料（Ｓ）に加えた状態で、ＳＱＵＩＤ（１）を介して、加振周波数の磁気信号成分を検出することを、試料（Ｓ）上に想定した複数の検出点で繰り返し、得られた結果を基にして磁化率の二次元分布を求める。
【効果】ｐＴ以下の微小な磁気の二次元分布を検出することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、微小磁気二次元分布検出装置に関し、さらに詳しくは、ｐＴ以下の微小な磁気の二次元分布を検出することが出来る微小磁気二次元分布検出装置に関する。

従来、試料を電動スライダーにより移動させてＳＱＵＩＤ磁気センサの直下を通過させ、磁気ナノ粒子で標識された抗体が結合した抗原が試料中にどれくらい存在するかを検出するＳＱＵＩＤ免疫検査システムが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。

円福敬二、"磁気ナノ粒子を用いたＳＱＵＩＤ免疫検査システムの開発"、インターネット＜URL:http://www.sc.kyushu-u.ac.jp/publication/vol1/enpuku.pdf＞

上記従来のＳＱＵＩＤ免疫検査システムでは、ｐＴ以下の微小な磁気を検出することが出来た。
しかし、二次元の分布を検出できない問題点があった。
そこで、本発明の目的は、ｐＴ以下の微小な磁気の二次元分布を検出することが出来る微小磁気二次元分布検出装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、ＳＱＵＩＤ（１）と、検査面（Ａ）を有する試料（Ｓ）を前記検査面（Ａ）が前記ＳＱＵＩＤ（１）に対面するように保持する試料台（８）と、前記試料台（８）を振動させる加振手段（７）と、前記ＳＱＵＩＤ（１）に対して前記試料台（８）を前記検査面（Ａ）の方向に二次元的に相対移動させる走査手段（５）と、前記ＳＱＵＩＤ（１）を介して前記振動の周波数の磁気信号成分を検出する電子回路（１０，１１，１２）とを具備したことを特徴とする微小磁気二次元分布検出装置（１００）を提供する。
上記第１の観点による微小磁気二次元分布検出装置（１００）では、試料（Ｓ）の検査面（Ａ）をＳＱＵＩＤ（１）に対面させながら試料（Ｓ）を振動することにより、ｐＴ以下の微小な磁気を検出できる。また、ＳＱＵＩＤ（１）に対して試料台（２）を検査面（Ａ）の方向に二次元的に相対移動させることにより、検査面（Ａ）を二次元的に走査できる。よって、ｐＴ以下の微小な磁気の二次元分布を検出することが出来る。また、振動の周波数の磁気信号成分を検出するので、振動の周波数から離れた周波数の磁気ノイズの影響を抑制することが出来る。

第２の観点では、本発明は、一次元配列された複数のＳＱＵＩＤ（１）と、検査面（Ａ）を有する試料（Ｓ）を前記検査面（Ａ）が前記ＳＱＵＩＤ（１）に対面するように保持する試料台（８）と、前記試料台（８）を振動させる加振手段（７）と、前記ＳＱＵＩＤ（１）に対して前記試料台（８）を前記検査面（Ａ）の方向に且つ少なくとも前記ＳＱＵＩＤ（１）の配列と直交する方向に相対移動させうる走査手段（５）と、前記ＳＱＵＩＤ（１）を介して前記振動の周波数の磁気信号成分を検出する電子回路（１０，１１，１２）とを具備したことを特徴とする微小磁気二次元分布検出装置（２００）を提供する。
上記第２の観点による微小磁気二次元分布検出装置（２００）では、試料（Ｓ）の検査面（Ａ）をＳＱＵＩＤ（１）に対面させながら試料（Ｓ）を振動することにより、ｐＴ以下の微小な磁気を検出できる。また、一次元配列されたＳＱＵＩＤ（１）に対して試料台（２）を検査面（Ａ）の方向に且つＳＱＵＩＤ（１）の配列と直交する方向に相対移動させることにより、検査面（Ａ）を二次元的に走査できる。よって、ｐＴ以下の微小な磁気の二次元分布を検出することが出来る。また、振動の周波数の磁気信号成分を検出するので、振動の周波数から離れた周波数の磁気ノイズの影響を抑制することが出来る。

第３の観点では、本発明は、前記第１または第２の観点による微小磁気二次元分布検出装置において、前記ＳＱＵＩＤ（１）と前記試料台（８）と前記加振手段（７）と前記走査手段（５）とを磁気遮蔽箱（３１）に収容したことを特徴とする微小磁気二次元分布検出装置を提供する。
上記第３の観点による微小磁気二次元分布検出装置では、磁気遮蔽箱（３１）により、外来磁気ノイズの影響を抑制できる。

第４の観点では、本発明は、二次元配列された複数のＳＱＵＩＤ（１）と、検査面（Ａ）を有する試料（Ｓ）を前記検査面（Ａ）が前記ＳＱＵＩＤ（１）に対面するように保持する試料台（８）と、前記試料台（８）を振動させる加振手段（７）と、前記ＳＱＵＩＤ（１）を介して前記振動の周波数の磁気信号成分を検出する電子回路（１０，１１，１２）とを具備したことを特徴とする微小磁気二次元分布検出装置（３００）を提供する。
上記第４の観点による微小磁気二次元分布検出装置（３００）では、試料（Ｓ）の検査面（Ａ）をＳＱＵＩＤ（１）に対面させながら試料（Ｓ）を振動することにより、ｐＴ以下の微小な磁気を検出できる。また、複数のＳＱＵＩＤ（１）を二次元配列しているので、検査面（Ａ）を二次元的に走査できる。よって、ｐＴ以下の微小な磁気の二次元分布を検出することが出来る。また、振動の周波数の磁気信号成分を検出するので、振動の周波数から離れた周波数の磁気ノイズの影響を抑制することが出来る。

第５の観点では、本発明は、前記第４の観点による微小磁気二次元分布検出装置（３００）において、前記ＳＱＵＩＤ（１）と前記試料台（８）と前記加振手段（７）とを磁気遮蔽箱（３１）に収容したことを特徴とする微小磁気二次元分布検出装置（３００）を提供する。
上記第３の観点による微小磁気二次元分布検出装置では、磁気遮蔽箱（３１）により、外来磁気ノイズの影響を抑制できる。

第６の観点では、本発明は、前記第１から第５のいずれかの観点による微小磁気二次元分布検出装置において、前記加振手段（７）を専用の磁気遮蔽箱（３２）に収容したことを特徴とする微小磁気二次元分布検出装置を提供する。
上記第６の観点による微小磁気二次元分布検出装置では、磁気遮蔽箱（３２）により、加振手段（７）が発生する磁気ノイズの影響を抑制できる。

本発明の微小磁気二次元分布検出装置によれば、ｐＴ以下の微小な磁気の二次元分布を検出することが出来る。また、試料台の振動の周波数から離れた周波数の磁気ノイズの影響を抑制することが出来る。

実施例１に係る微小磁気二次元分布検出装置を示す一部破断正面図である。実施例１に係る微小磁気二次元分布検出装置の一部を省略した上面図である。実施例１に係る微小磁気二次元分布検出装置のさらに一部を省略した上面図である。検出点を示す説明図である。検出した微小磁気二次元分布を示す模式図である。実施例２に係る微小磁気二次元分布検出装置を示す一部破断正面図である。実施例２に係る微小磁気二次元分布検出装置の一部を省略した上面図である。実施例２に係る微小磁気二次元分布検出装置の一部を省略した上面図である。実施例２に係る微小磁気二次元分布検出装置の一部を省略した上面図である。実施例２に係る微小磁気二次元分布検出装置による検査結果を示す例示図である。試料の区画を示す上面図である。生体高分子の選択的結合を示す説明図である。実施例３に係る微小磁気二次元分布検出装置を示す一部破断正面図である。実施例３に係る微小磁気二次元分布検出装置の一部を省略した上面図である。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

−実施例１−
図１は、実施例１に係る微小磁気二次元分布検出装置１００を示す構成説明図である。
この微小磁気二次元分布検出装置１００は、ＳＱＵＩＤ１と、ＳＱＵＩＤ１を冷却するクライオスタット２と、ＳＱＵＩＤ１を収容するクライオスタット２の先端部の外周に装着された磁化コイル４と、ｘ方向・ｙ方向・ｚ方向の３方向に移動可能なＸＹＺステージ５と、ＸＹＺステージ５の上面に固設されたレール６と、ｘ方向の振動を発生する加振機７と、レール６上をｘ方向に移動可能な試料台８と、加振機７と試料台８を連結する連結部材９と、加振機７に加振周波数を与える発振器１０と、ＳＱＵＩＤ１を駆動し検出した磁気に応じた出力信号を出力するＳＱＵＩＤ駆動回路１１と、加振周波数の信号成分を取り出すロックインアンプ１２と、加振周波数の信号成分の解析を行う解析装置１３と、ＳＱＵＩＤ１とクライオスタット２の先端部と磁化コイル４とＸＹＺステージ５とレール６と加振機７と試料台８と連結部材９とを囲繞する磁気遮蔽箱３１と、加振機７のみを囲繞する磁気遮蔽箱３２とを具備する。

検査面Ａを有する試料Ｓは、試料台８の上面に保持される。

ＳＱＵＩＤ１は、例えば直径２ｍｍである。

磁化コイル４は、例えば線径０．１ｍｍのエナメル線を１００００ターンだけクライオスタット２の先端部の外周に巻いたものである。

図２は、磁気遮蔽箱３１の内部を示す上面図である。
図３は、ＸＹＺステージ５と、レール６と、加振機７と、試料台８と、連結部材９と、天井を除去した磁気遮蔽箱３２とを示す上面図である。

加振機７は、連結部材９を介して、試料台８に、例えば振幅０．１ｍｍ〜１０ｍｍ，加振周波数１Ｈｚ〜１００ｋＨｚのｘ方向の振動を与える。
加振機７の具体例は、例えば超音波振動子（圧電素子）である。

ＸＹＺステージ５は、ＳＱＵＩＤ１と試料Ｓのｚ方向の距離が例えば１ｍｍになるようにｚ方向に移動する。そして、図４に示すように、試料Ｓ上に想定した複数の検出点ｄ（ｘ，ｙ）の一つがＳＱＵＩＤ１の直下になるようにｘ方向およびｙ方向に移動する。なお、図４では、３ｍｍピッチの格子点上に検出点ｄ（ｘ，ｙ）を想定している。

試料Ｓは、例えば磁気ナノ粒子で標識された物質を含む溶液の二次元薄層クロマトグラフィー担体である。

磁化率の二次元分布を検出する場合は、磁化コイルに直流を流して例えば１μＴの磁界を試料Ｓに加えた状態で、ＳＱＵＩＤ１を介して、加振周波数の磁気信号成分を検出することを、各検出点ｄ（ｘ，ｙ）で繰り返す。そして、得られた結果を基にして磁化率の二次元分布を求める。
図５に、得られた磁化率の二次元分布を例示する。

磁気緩和の二次元分布を検出する場合は、磁化コイルにパルス電流を流して例えば１ｍＴの磁界を試料Ｓに加えた状態で、ＳＱＵＩＤ１を介して、加振周波数の磁気信号成分を検出し、次いで磁界を試料Ｓに加えない状態で、ＳＱＵＩＤ１を介して、加振周波数の磁気信号成分を検出し、差を得ることを、各検出点ｄ（ｘ，ｙ）で繰り返す。そして、得られた結果を基にして磁気緩和の二次元分布を求める。

残留磁気の二次元分布を検出する場合は、磁化コイルにパルス電流を流して例えば１ｍＴの磁界を試料Ｓに加えた後、磁界を試料Ｓに加えない状態で、ＳＱＵＩＤ１を介して、加振周波数の磁気信号成分を検出することを、各検出点ｄ（ｘ，ｙ）で繰り返す。そして、得られた結果を基にして残留磁気の二次元分布を求める。

実施例１の微小磁気二次元分布検出装置１００によれば、ｐＴ以下の微小な磁気の二次元分布を検出することが出来る。また、試料台８の振動の周波数から離れた周波数の磁気ノイズの影響を抑制することが出来る。また、外来磁気ノイズの影響を抑制できる。さらに、加振機７が発生する磁気ノイズの影響を抑制できる。

−実施例２−
図６は、実施例２に係る微小磁気二次元分布検出装置２００を示す構成説明図である。
この微小磁気二次元分布検出装置２００は、一次元配列された３個のＳＱＵＩＤ１と、ＳＱＵＩＤ１を冷却するクライオスタット２と、ＳＱＵＩＤ１を収容するクライオスタット２の先端部の外周に装着された磁化コイル４と、ｘ方向・ｙ方向・ｚ方向の３方向に移動可能なＸＹＺステージ５と、ＸＹＺステージ５の上面に固設されたレール６と、ｘ方向の振動を発生する加振機７と、レール６上をｘ方向に移動可能な試料台８と、加振機７と試料台８を連結する連結部材９と、加振機７に加振周波数を与える発振器１０と、ＳＱＵＩＤ１を駆動し検出した磁気に応じた出力信号を出力するＳＱＵＩＤ駆動回路１１と、加振周波数の信号成分を取り出すロックインアンプ１２と、加振周波数の信号成分の解析を行う解析装置１３と、ＳＱＵＩＤ１とクライオスタット２の先端部と磁化コイル４とＸＹＺステージ５とレール６と加振機７と試料台８と連結部材９とを囲繞する磁気遮蔽箱３１と、加振機７のみを囲繞する磁気遮蔽箱３２とを具備する。

図７は、磁気遮蔽箱３１の内部を示す上面図である。
試料Ｓは、その検査面Ａが３行３列の区画Ａ１〜Ａ９に分割されているゲル様基板である。

まず、図７に示すように、ＸＹＺステージ５は、一次元配列された３個のＳＱＵＩＤ１の直下に区画Ａ１〜Ａ３を移動する。そして、区画Ａ１〜Ａ３の磁化率を検出する。
次に、図８に示すように、ＸＹＺステージ５は、一次元配列された３個のＳＱＵＩＤ１の直下に区画Ａ４〜Ａ６を移動する。そして、区画Ａ４〜Ａ６の磁化率を検出する。
次に、図９に示すように、ＸＹＺステージ５は、一次元配列された３個のＳＱＵＩＤ１の直下に区画Ａ７〜Ａ９を移動する。そして、区画Ａ７〜Ａ９の磁化率を検出する。

図１０は、磁化率の検出結果を示す例示図である。
区画Ａ１で磁化率が最も高く、区画Ａ２で磁化率がやや高く、区画Ａ３〜Ａ９では磁化率がほとんど０であることが判る。

図１１に示すように、区画Ａ１，…，Ａ９には、それぞれ異なる種類の生体高分子Ｇ１，…，Ｇ９を含む高分子膜が配置されている。
図１２に示すように、生体高分子Ｇ１には、生体高分子Ｂ１のみが選択的に結合しうる。また、生体高分子Ｇ２には、生体高分子Ｂ２のみが選択的に結合しうる。同様に、生体高分子Ｇ３，…，Ｇ９には、それぞれ異なる種類の生体高分子Ｂ３，…，Ｂ９のみが選択的に結合しうる。

そこで、ある溶液に生体高分子Ｂ１〜Ｂ９が含まれているか否かを検査したい場合、図１２に示すように生体高分子Ｂ１〜Ｂ９に共通して結合しうる生体高分子Ｃを用いて磁気ナノ粒子ｍを生体高分子Ｂ１〜Ｂ９に結合させる。次に、この溶液を試料Ｓの各区画Ａ１〜Ａ９に注ぎ、一定時間後に洗い流す。すると、溶液に例えば生体高分子Ｂ１が含まれていれば、生体高分子Ｂ１は区画Ａ１の生体高分子Ｇ１のみに選択的に結合するから、区画Ａ１に残留しており、区画Ａ２〜Ａ９には残留していない。また、溶液に例えば生体高分子Ｂ２が含まれていれば、生体高分子Ｂ２は区画Ａ２の生体高分子Ｇ２のみに選択的に結合するから、区画Ａ２に残留しており、区画Ａ１，Ａ３〜Ａ９には残留していない。同様に、溶液に例えば生体高分子Ｂ３，…，Ｂ９が含まれていれば、生体高分子Ｂ３，…，Ｂ９はそれぞれ区画Ａ３，…，Ａ９の生体高分子Ｇ２のみに選択的に結合するから、それぞれ区画Ａ３，…，Ａ９に残留しており、他の区画には残留していない。
そこで、図１０に示す如き磁化率の検出結果が得られれば、溶液には、生体高分子Ｂ１が高濃度に含まれており、生体高分子Ｂ２が中濃度に含まれており、生体高分子Ｂ３〜Ｂ９がほとんど含まれていないことが判る。

実施例２の微小磁気二次元分布検出装置２００によれば、ｐＴ以下の微小な磁気の二次元分布を検出することが出来る。また、試料台８の振動の周波数から離れた周波数の磁気ノイズの影響を抑制することが出来る。また、外来磁気ノイズの影響を抑制できる。さらに、加振機７が発生する磁気ノイズの影響を抑制できる。

−実施例３−
図１３は、実施例３に係る微小磁気二次元分布検出装置３００を示す構成説明図である。
この微小磁気二次元分布検出装置３００は、３行３列に二次元配列された９個のＳＱＵＩＤ１と、ＳＱＵＩＤ１を冷却するクライオスタット２と、ＳＱＵＩＤ１を収容するクライオスタット２の先端部の外周に装着された磁化コイル４と、レール６と、レール６上をｘ方向に移動可能な試料台８と、ＳＱＵＩＤ１とクライオスタット２の先端部と磁化コイル４とレール６と試料台８とを囲繞する磁気遮蔽箱３１と、磁気遮蔽箱３１の外に設置され且つｘ方向の振動を発生する加振機７と、加振機７を囲繞する磁気遮蔽箱３２と、加振機７と試料台８を連結する連結部材９と、加振機７に加振周波数を与える発振器１０と、ＳＱＵＩＤ１を駆動し検出した磁気に応じた出力信号を出力するＳＱＵＩＤ駆動回路１１と、加振周波数の信号成分を取り出すロックインアンプ１２と、加振周波数の信号成分の解析を行う解析装置１３とを具備する。

図１４は、磁気遮蔽箱３１の内部を示す上面図である。
試料Ｓは、実施例２と同様であり、その検査面Ａが３行３列の区画Ａ１〜Ａ９に分割されているゲル様基板である。

図１４に示すように、３行３列に二次元配列された９個のＳＱＵＩＤ１の直下に区画Ａ１〜Ａ９を置き、区画Ａ１〜Ａ９の磁化率を検出する。

実施例３の微小磁気二次元分布検出装置３００によれば、ｐＴ以下の微小な磁気の二次元分布を検出することが出来る。また、試料台８の振動の周波数から離れた周波数の磁気ノイズの影響を抑制することが出来る。また、外来磁気ノイズの影響を抑制できる。また、加振機７が発生する磁気ノイズの影響を抑制できる。さらに、ＸＹＺステージ５が不要になる。

−実施例４−
試料Ｓを固定し、ＳＱＵＩＤ１側を移動させて二次元走査を行ってもよい。

−実施例５−
試料台８の振動の周波数を中心周波数とするバンドパス・フィルタをロックインアンプ１２の代わりに用いてもよい。

本発明の微小磁気二次元分布検出装置は、例えば磁気ナノ粒子を指標とした免疫反応解析などの分子生物学分野や薬物試験などに利用できる。

１ＳＱＵＩＤ
２クライオスタット
３スタンド
４磁化コイル
５ＸＹＺステージ
６レール
７加振機
８試料台
９連結部材
１０発振器
１１ＳＱＵＩＤ駆動回路
１２ロックインアンプ
１３解析装置
１００〜３００微小磁気二次元分布検出装置
Ａ検査面
Ａ１〜Ａ９区画
Ｓ試料

Claims

ＳＱＵＩＤ（１）と、検査面（Ａ）を有する試料（Ｓ）を前記検査面（Ａ）が前記ＳＱＵＩＤ（１）に対面するように保持する試料台（８）と、前記試料台（８）を振動させる加振手段（７）と、前記ＳＱＵＩＤ（１）に対して前記試料台（８）を前記検査面（Ａ）の方向に二次元的に相対移動させる走査手段（５）と、前記ＳＱＵＩＤ（１）を介して前記振動の周波数の磁気信号成分を検出する電子回路（１０，１１，１２）とを具備したことを特徴とする微小磁気二次元分布検出装置（１００）。
一次元配列された複数のＳＱＵＩＤ（１）と、検査面（Ａ）を有する試料（Ｓ）を前記検査面（Ａ）が前記ＳＱＵＩＤ（１）に対面するように保持する試料台（８）と、前記試料台（８）を振動させる加振手段（７）と、前記ＳＱＵＩＤ（１）に対して前記試料台（８）を前記検査面（Ａ）の方向に且つ少なくとも前記ＳＱＵＩＤ（１）の配列と直交する方向に相対移動させうる走査手段（５）と、前記ＳＱＵＩＤ（１）を介して前記振動の周波数の磁気信号成分を検出する電子回路（１０，１１，１２）とを具備したことを特徴とする微小磁気二次元分布検出装置（２００）。
請求項１または請求項２に記載の微小磁気二次元分布検出装置において、前記ＳＱＵＩＤ（１）と前記試料台（８）と前記加振手段（７）と前記走査手段（５）とを磁気遮蔽箱（３１）に収容したことを特徴とする微小磁気二次元分布検出装置。
二次元配列された複数のＳＱＵＩＤ（１）と、検査面（Ａ）を有する試料（Ｓ）を前記検査面（Ａ）が前記ＳＱＵＩＤ（１）に対面するように保持する試料台（８）と、前記試料台（８）を振動させる加振手段（７）と、前記ＳＱＵＩＤ（１）を介して前記振動の周波数の磁気信号成分を検出する電子回路（１０，１１，１２）とを具備したことを特徴とする微小磁気二次元分布検出装置（３００）。
請求項４に記載の微小磁気二次元分布検出装置（３００）において、前記ＳＱＵＩＤ（１）と前記試料台（８）と前記加振手段（７）とを磁気遮蔽箱（３１）に収容したことを特徴とする微小磁気二次元分布検出装置（３００）。
請求項１から請求項５のいずれかに記載の微小磁気二次元分布検出装置において、前記加振手段（７）を専用の磁気遮蔽箱（３２）に収容したことを特徴とする微小磁気二次元分布検出装置。