JP2023134959A - 抗原検出装置及び抗原検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化、軽量化、可搬可能な磁気的免疫検査を実施できる新規な抗原検出装置を提供する。【解決手段】磁性粒子と該磁性粒子と結合可能な被検出抗原とを含む溶液状の試料を収容する容器内の被検出抗原を検出する抗原検出装置は、容器に収容される試料による磁界に対応する信号を検知する検知コイルと、試料に交流磁界を印加する励磁コイルと、容器を検知コイルに近接させその中心軸と同心に配置する支持部とを備え、検知コイルは、励磁コイルにより交流磁界が印加されている試料であって且つ検知コイルと同心に配置された容器内で磁性粒子と結合した被検出抗原を凝集させた凝集状態の試料による磁界に対応する信号を検知し、さらに、検知コイルは、励磁コイルにより交流磁界が印加されている試料であって且つ検知コイルと同心に配置された容器内で磁性粒子と結合した被検出抗原を分散させた分散状態の試料による磁界に対応する信号を検知する。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気マーカを用いた磁気的免疫検査により被検出抗原を検出するための抗原検出装置及び抗原検出方法に関する。

疾患由来のタンパク質や病原菌などの生体物質を検出する免疫検査が医療診断において用いられている。免疫検査は、被検出物質である抗原と抗体が特異的に結合する抗原抗体反応が利用され、この抗体をマーカと呼ばれる物質で標識させ、抗原と結合している抗体のマーカからの信号を検出することで、抗原の量を測定することが可能となる。

免疫検査の一つとして、被検出物質との結合能力が既知である抗体に蛍光酵素などの光学マーカを付加して標識し、被検出物質との結合の程度を光学的に検出する光学的免疫検査が行われている。ここで、多くの光学的免疫検査では、被検出物質と結合した光学マーカと結合しなかった光学マーカとを分離するための洗浄除去する工程が必要であり、検査工程が複雑で時間を要するという側面がある。

一方、光学的免疫検査とは異なり、磁気的手法によって被検出物質の検出を行う技術が磁気的免疫検査として知られている（特許文献１、２）。磁気的免疫検査は、磁性粒子と磁気センサを用いて抗原抗体反応を検出する手法であって、抗体に磁性粒子（以下、磁気マーカと称する）を付加して標識させ、被検出物質である抗原との結合程度を磁気マーカからの磁気信号を磁気センサを用いて検出する。具体的には、被検出物質と、磁気マーカが付加された抗体とを溶液中で結合させた試料を作製し、当該試料に外部から直流磁界を印加し、磁気マーカを磁化させる。直流磁界の印加を遮断した後、被検出物質と結合した磁気マーカ付加抗体（以下、結合マーカと称する）は、凝集体を形成し、被検出物質と結合していない磁気マーカ付加抗体（未結合マーカ）より体積が大きくなる。そのためブラウン回転運動が遅くなり、ブラウン緩和時間が比較的長くなる。これにより、結合マーカは残留磁気を有する時間が長い。

一方、被検出物質と結合しなかった磁気マーカ付き抗体（未結合マーカ）も溶液中に存在する。未結合マーカは、単体で存在するために体積が小さく、ブラウン回転運動が早くなる。従って、未結合マーカ抗体は磁気モーメントの方向がランダムとなりやすく、ブラウン緩和時間が短く、未結合マーカは残留磁気を有する時間が短い。これにより、結合マーカと未結合マーカのブラウン時間の差を利用することで、結合マーカのみの磁気信号を選択的に検出することができる。

このように、磁気的免疫検査は、磁気マーカのブラウン緩和特性の違いを利用することで、磁気マーカ付加抗体を洗浄除去する工程を行うことなく、被検出物質との結合の程度を測定することができる。

特許文献１－５は、磁気センサとしてＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device；超伝導量子干渉素子）を使用して磁気マーカのブラウン緩和に基づく磁気信号に基づいて抗原を検出する構成について開示する。

また、特許文献６は、磁気抵抗効果素子（ＭＲセンサ）を用いて、磁気マーカのブラウン緩和特性を交流磁化率の差として測定する磁界計測装置について開示する。すなわち、より体積が大きい結合マーカは、より体積が小さい未結合マーカよりも高周波の交流磁界に対する追従性が低く、交流磁化率は、周波数とブラウン緩和時間に依存する。このことから、交流磁化率を磁気抵抗効果素子（ＭＲセンサ）を用いて測定することによって、結合マーカの量を測定することができる。

さらに、特許文献７は、磁界検出方向に指向性を有する薄膜磁気センサ（磁気抵抗センサ、磁気インピーダンスセンサ）を用いて、検査対象物内における磁性異物の有無を検出する磁性異物検査装置について開示する。

また、特許文献８及び９は、本願発明者が提案した手法であり、磁気マーカ（磁性ナノ粒子）を含む試料を回転機構により回転させ、回転周期毎に磁界をスイッチさせることによるブラウン緩和を利用して被検出物質である抗原を検出する磁界測定装置について開示する。

特開２０１５－１６３８４６号公報 特開２００７－２４０３４９号公報 特開２００９－１１５５２９号公報 特開平１－１１２１６１号公報 特開２００１－０３３４５５号公報 特許第５５６０３３４号公報 特開２０１４－１５９９８４号公報 特開２０１８－１９４３０５号公報 特開２０２０－１５９８７１号公報

特許文献８及び９において提案される磁界測定装置は、磁気マーカ（磁性ナノ粒子）と被検出物質である抗原を含む試料を回転させる回転機構を備えているため、装置の大型化が避けられない。本願発明者は、さらに鋭意研究・開発を進め、今般、より小型化、軽量化、可搬可能な高感度な磁気的免疫検査が可能となる改良された抗原検出装置及び抗原検出方法を開発するに至った。

本発明の目的は、小型化、軽量化、可搬可能な磁気的免疫検査を実施できる新規な抗原検出装置及び抗原検出方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の抗原検出装置の第一の構成は、磁性粒子と該磁性粒子と結合可能な被検出抗原とを含む溶液状の試料を収容する容器内の前記被検出抗原を検出する抗原検出装置であって、前記容器に収容される試料による磁界に対応する信号を検知する検知コイルと、前記試料に交流磁界を印加する励磁コイルと、前記容器を前記検知コイルに近接させその中心軸と同心に配置する支持部とを備え、前記検知コイルは、前記励磁コイルにより交流磁界が印加されている前記試料であって且つ前記検知コイルと同心に配置された前記容器内で前記磁性粒子と結合した前記被検出抗原を凝集させた凝集状態の前記試料による磁界に対応する信号を検知し、さらに、前記検知コイルは、前記励磁コイルにより交流磁界が印加されている前記試料であって且つ前記検知コイルと同心に配置された前記容器内で前記磁性粒子と結合した前記被検出抗原を分散させた分散状態の前記試料による磁界に対応する信号を検知することを特徴とする。

本発明の抗原検出方法は、磁性粒子と該磁性粒子と結合可能な被検出抗原とを含む溶液状の試料を収容する容器内の前記被検出抗原を検出する抗原検出方法であって、前記容器を検知コイルに近接させその中心軸と同心に配置する工程と、前記検知コイルと同心に配置された前記容器内で前記磁性粒子と結合した前記被検出抗原を凝集させた凝集状態の前記試料に交流磁界を印加しながら、前記凝集状態の前記試料による磁界に対応する信号を検知する工程と、前記検知コイルと同心に配置された前記容器内で前記磁性粒子と結合した前記被検出抗原を分散させた分散状態の前記試料に交流磁界を印加しながら、前記分散状態の前記試料による磁界に対応する信号を検知する工程とを備えることを特徴とする。

本発明の抗原検出装置の第二の構成は、磁性粒子と該磁性粒子と結合可能な被検出抗原とを含む溶液状の試料を収容する容器内の前記被検出抗原を検出する抗原検出装置であって、第一の検知コイルと第二の検知コイルを有し、前記試料による磁界に応じた信号を出力するブリッジ回路と、前記第一の検知コイル及び前記第二の検知コイルそれぞれの中心軸に挿入可能な前記容器を当該中心軸の位置に支持する支持部と、前記容器を前記第一の検知コイル及び前記第二の検知コイルの一方の中心軸に挿入した状態における前記ブリッジ回路からの信号に基づいて、前記被検出抗原の量を測定する信号処理部とを備えることを特徴とする。

本発明の抗原検出装置の第三の構成は、磁性粒子と該磁性粒子と結合可能な被検出抗原とを含む溶液状の試料を収容する容器内の前記被検出抗原を検出する抗原検出装置であって、第一のコイルと第二のコイルが差動接続され且つその中心軸が同心に配置され、前記試料による磁界に応じた信号を出力する検知コイルと、前記第一のコイル及び前記第二のコイルの一方の中心軸に挿入可能な前記容器を当該中心軸の位置に支持する支持部と、前記第一のコイル及び前記第二のコイルの一方の中心軸に挿入された前記試料に交流磁界を印加する励磁コイルと、前記励磁コイルにより前記試料に交流磁界が印加された状態で、前記検知コイルからの信号に基づいて、前記被検出抗原の量を測定する信号処理部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、磁気的免疫検査を比較的簡易な構成の抗原検出装置により実施することができる。抗原検出装置は小型で軽量、可搬可能であって、可動部を有さない簡易な構成により低コストで構成可能となり、抗原検出方法は、本発明の抗原検出装置を用いて、比較的簡易な工程により磁気的免疫検査を行うことができる。

本発明の実施の形態における抗原検出装置の第一の構成例を示す図である。 第一の構成例の抗原検出装置による抗原検出方法のフローチャートである。 第一の構成例の抗原検出装置における抗原検出方法による測定例を示す図である。 本発明の実施の形態における抗原検出装置の第二の構成例を示す図である。 第二の構成例における抗原検査装置２０の外観構成例を示す図である。 第二の構成例の抗原検出装置による測定例を示す図である。 本発明の実施の形態における抗原検出装置の第三の構成例を示す図である。 第三の構成例における抗原検査装置３０の外観構成例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の実施の形態における抗原検出装置の第一の構成例を示す図である。図１において、抗原検出装置１０は、磁気マーカである磁性粒子と該磁性粒子と結合可能な被検出抗原とを含む溶液状の試料を収容する容器５０内の当該被検出抗原を検出する抗原検出装置であって、容器５０に収容される試料から放出される磁界に対応する信号を検知する検知コイル１１と、試料に交流磁界を印加する励磁コイル１２と、容器５０を検知コイル１１に近接させその中心軸と同心に配置する支持部１３とを備えて構成される。

検知コイル１１は、励磁コイル１２により試料に交流磁界が印加されている状態において、検知コイル１１と同心に配置された容器５０内で磁性粒子と結合した被検出物を凝集させた凝集状態の試料から放出される磁界に対応する信号を検知する。さらに、検知コイル１１は、励磁コイル１２により試料に交流磁界が印加されている状態において、検知コイル１１と同心に配置された容器５０内で磁性粒子と結合した被検出物を分散させた分散状態の試料から放出される磁界に対応する信号を検知する。

容器５０は、円筒管であり例えばマイクロチューブが用いられ、容器５０内の水（生理食塩水）の中に、磁性マーカである磁性ナノ粒子と検出対象物質である被検出抗原が入れられる。すなわち、試料は、磁性ナノ粒子とそれに結合可能な被検出物との混合液であり、被検出抗原は、検出対象のタンパク質、細菌や微生物などの抗原であり、被検出物の数（想定される最大数）よりも多い磁性ナノ粒子が投入されるよう調整される。好ましくは、被検出物と結合しない未結合の残留磁気ビーズを少なくするように調整することで高感度化が図られる。実験に用いる場合の疑似細菌として、ポリマービーズを利用することもできる。

支持部１３は、容器５０の中心軸と検知コイル１１の中心軸とが同心になり、容器５０の底部が検知コイル１１の直上位置に位置決めされるように容器５０を支持する容器固定具である。支持部１３に容器５０を取り付けることにより、容器５０は、検知コイル１１の中心軸の直上位置に直立して配置される。支持部１３の形状や支持方式は、容器５０の形状やサイズに応じて適宜設計される。

検知コイル１１は、検知する磁界の大きさに応じた電圧信号を出力する磁界センサであり、例えば差動接続した２つのコイルから構成される。検知コイル１１を構成するこの２つのコイルは中心軸を同心に軸方向に重なるように位置決めし差動接続される。

励磁コイル１２は、検知コイル１１の周囲に配置され、好ましくは、検知コイル１１の中心軸と同心であり、それと同心の容器５０に交流磁界を印加する。発振器６０により励磁コイル１２に通電して所定周波数の交流磁界を発生させ、容器５０内の試料に交流磁界を印加する。

また、後述するように、測定工程の中で、磁石により帯磁させた探針状のヨーク６４を検知コイル１１の中心軸に通して、その先端を容器５０の底部に接近させ、容器内の磁性粒子及びそれと結合した被検出抗原を容器５０の底部に集めて凝集させる。

ヨーク６４は、磁石により帯磁させ、好ましくは、その先端が探針となって細く延びて形成される。ヨーク６４は、その容器５０の底面に僅かな隙間をあけて位置するように検知コイル１１の空洞部分（中心軸）に抜き差し可能に配置される。図示では、ヨーク６４が検知コイル１１の中心軸を通ってその上部からわずかに突出して、容器５０の底面に近接して面するように配置される。ヨーク６４を容器５０の底面に近接させることで、容器５０内に分散している試料を底部に集約して、より小さい塊として凝集させた凝集状態を作り出すことができる。

検知コイル１１により検知された信号は、増幅器（図示せず）により増幅され、測定装置６２に入力される。測定装置６２は、例えばいわゆるロックインアンプであり、励磁コイル１２の周波数信号をレファレンス信号とすることで、検知コイル１１の検知信号を高感度に測定することができる。

信号処理装置６３は、検知コイル１１の検知信号に基づいた測定装置６２の出力信号を演算処理する手段であり、測定装置６２の出力信号から磁界（詳細には、磁化率）を演算し、その大きさに基づいて容器５０内の被検出物の有無やその量に関連する演算結果を算出する。信号処理装置６３は、汎用のコンピュータ装置や特定のデジタル演算回路により実現される。

磁性粒子と結合している被検出抗原の量に応じて、容器５０内における試料の凝集状態と分散状態の磁界の大きさが異なる。本発明の抗原検出装置は、その試料の状態の相違に基づいて磁界の大きさの差分を求め、被検出抗原の有無やその量（数、濃度）を求める。以下に、第一の構成例による抗原検出装置による測定手順について説明する。

図２は、第一の構成例の抗原検出装置による抗原検出方法のフローチャートである。まず、磁性粒子と被検出抗原を含む溶液状の試料を収容する容器５０を支持部１３にセットする。容器５０を支持部１３にセットすることで、容器５０は、検知コイル１１に近接してその中心軸と同心に配置される。そして、磁石付きの探針ヨーク６４の先端部分を検知コイル１１の中心軸を通して、支持部１３に固定された容器５０の底部に接近させ、容器５０内の試料を着磁する（Ｓ１０１）。ヨーク６４の抜き差し動作は、手動でもよいし、機械的動作としてもよい。着磁により、磁性粒子及びそれと結合した被検出抗原は、容器５０の底部に引き寄せられて凝集し、溶液中で凝集した固まりのような状態になる。磁性粒子と被検出抗原を凝集状態にした後、ヨーク６４を検知コイル１１から抜いて取り外す（Ｓ１０２）。

試料が凝集状態において、励磁コイル１２を駆動して、交流磁界を印加し(Ｓ１０３)、凝集状態における検知コイル１１の出力信号（電圧信号）Ｖmを測定する（Ｓ１０４)。検知コイル１１の出力信号Ｖmは、凝集状態における被検出抗原に結合した磁性粒子の交流磁界に対する応答信号であり、励磁コイル１２による交流磁界の周波数は、一つの周波数に固定してもよいし、周波数掃引により周波数を変化させて出力信号を測定してもよい。

ステップＳ１０４の凝集状態における信号測定の完了後、励磁コイル１２による交流磁界の印加を停止し、つづいて、容器５０内の凝集した試料を撹拌し、試料を分散状態とする（Ｓ１０５)。例えば、容器５０の液面をピペッティング操作により吸引・吐出することで溶液を撹拌し、試料を分散させる。また、容器５０の上側から永久磁石又は電磁石を接近・離間させることで、容器５０の底部に凝集している試料を上方に引き上げて動かすことで、溶液を撹拌し、試料を分散させてもよい。好ましくは、容器５０内の撹拌は、ピペッティング操作や磁界印加を複数回繰り返し、凝集した試料が十分に分散するまで繰り返し行われる。

試料の分散状態において、励磁コイル１２を駆動して、交流磁界を印加し(Ｓ１０６)、検知コイル１１の出力信号（電圧信号）Ｖrefを測定する（Ｓ１０７)。検知コイル１１の出力信号Ｖrefは、分散状態における被検出抗原に結合した磁性粒子の交流磁界に対する応答信号であり、凝集状態における測定と同様に、励磁コイル１２による交流磁界の周波数は、一つの周波数に固定してもよいし、周波数掃引により周波数を変化させて出力信号を測定してもよい。

ステップＳ１０７の分散状態における信号測定の完了後、励磁コイル１２による交流磁界の印加を停止し、つづいて、信号処理装置６３により、ステップＳ１０４とＳ１０７で測定された信号を用いて、以下の（１）式による演算処理を行い、磁化率κを算出する（Ｓ１０８）。

磁化率κ＝(Ｖm－Ｖref）／Ｖh （１）

なお、Ｖmは上記Ｓ１０４で測定した凝集状態における検知コイル１１の出力信号、Ｖrefは上記Ｓ１０７で測定した分散状態における検知コイル１１の出力信号、Ｖhは支持部１３に試料を含む容器５０を配置していない状態（試料が配置されていない状態）の検知コイル１１の出力信号であり、あらかじめ測定しておく。検知コイル１２が、差動接続していた場合は、片方のコイルからの出力信号をＶhとする。Ｖhも、Ｖm、Ｖrefに合わせた周波数、若しくは周波数掃引により変化させた周波数に対して求めておく。演算により求められる磁化率κは、試料の量、すなわち抗原の量（数）と相関関係を有し、磁化率κの値に基づいて、抗原の量を感度良く測定することができる。

第一の構成例における抗原検出装置は、抗原を含む試料を静止した状態で測定することができ、比較的簡易な構成であって可動部を必要とせず、装置の小型化、軽量化が可能である。検出信号の出力に必要な部品要素を筐体内に収め、ポータブル装置とすることができる。また、抗原検出装置の低コスト化も図ることができる。

図３は、上述した第一の構成例の抗原検出装置における抗原検出方法による測定例を示す図である。図３に示す測定例は、抗原として、7μmφのポリマービーズを用いた測定結果を示し、試料に含まれるポリマービーズの量を変化させた場合の磁化率κの値を示すグラフである。具体的には、ポリマービーズの量を5×10³個（0.1μリットル）、5×10⁴個（1μリットル）、5×10⁵個（10μリットル）、5×10⁶個（l00μリットル）とした試料において、図３（ａ）は、交流磁界の周波数（横軸）と磁化率κ（縦軸）の関係を示すグラフ、図３（ｂ）は、抗原としてのポリマービーズの数（横軸）に対する磁化率κ（縦軸）の関係を示すグラフである。図３から、抗原の量（数）と算出した磁化率κは相関関係を有し、抗原の量（数）が多くなるほど、磁化率κが大きくなる傾向が明らかとなり、これにより、磁化率κに基づいて抗原の量（数）を求めることができる。

図４は、本発明の実施の形態における抗原検出装置の第二の構成例を示す図である。図４において、第二の構成例における抗原検出装置２０は、第一の構成例と同様に、磁性粒子と該磁性粒子と結合可能な被検出抗原とを含む試料を収容する容器５０内の当該被検出抗原を検出する抗原検出装置である。抗原検出装置２０は、第一の検知コイル２１と第二の検知コイル２２を有するブリッジ回路２３と、容器５０を第一の検知コイル２１及び第二のコイル２２の一方に近接させその中心軸と同心に配置する支持部２４と、容器５０を第一の検知コイル２１及び第二のコイル２２の一方に近接させた状態におけるブリッジ回路２３からの信号に基づいて被検出抗原の量を判定する信号処理部２５とを備える。

第一の検知コイル２１と第二の検知コイル２２は、それぞれ筒状の支持部２４に巻かれたコイルであり、互いに離間して配置される。

支持部２４は、第一の検知コイル２１が巻かれている第一の筒状体２４aと第二の検知コイル２２が巻かれている第二の筒状体２４ｂであり、第一の筒状体２４a又は第二の筒状体２４ｂの中空部分に容器５０が挿入され固定される。第一の筒状体２４a及び第二の筒状体２４ｂは、所定間隔離間して配置され、その一方に容器５０を挿入して固定することにより、第一の検知コイル２１又は第二の検知コイル２２の一方は、他方より容器５０がより近接して配置される。第一の筒状体２４ａの中空部分に容器５０が挿入された場合は、容器５０は第一の検知コイル２１の中心軸と同心に挿入され、第二の検知コイル２２よりも近接した状態で配置され、第二の筒状体２４ｂの中空部分に容器５０が挿入された場合は、容器５０は第二の検知コイル２２の中心軸と同心に挿入され、第一の検知コイル２１よりも近接した状態で配置されることになる。支持部２４の形状や支持方式は、筒状体に限らず、コイル中心に配置可能な形状が適宜設計される。

例えば容器５０内の水（生理食塩水）の中には、上述の第一の構成例と同様に、磁性マーカである磁性ナノ粒子と検出対象物質である被検出抗原が入れられる。容器内５０の被検出抗原と結合した磁性ナノ粒子による磁界が、容器５０が中心軸に挿入された第一の検知コイル２１又は第二の検知コイル２２の一方のコイルのインダクタンスを変化させる。インダクタンスの変化は、被検出抗原の量（数、濃度）と相関関係を有しており、ブリッジ回路２３により、一方の検知コイルのインダクタンスの変化を出力信号として検出し、信号処理部２５により所定の信号処理を行うことで、被検出抗原の量（数、濃度）を測定することができる。

図５は、第二の構成例における抗原検査装置２０の外観構成例を示す図である。第二の構成例における抗原検査装置２０は、小型でポータブルな箱型筐体２９に内蔵される構成であり、箱型筐体２９には、容器５０が支持部２４の第一の筒状体２４ａと第二の筒状体２４ｂの中空部分と連通する孔部２８ａ、２８ｂを有し、容器５０を、孔部２８ａ、２８ｂを通して、第一の筒状体２４ａと第二の筒状体２４ｂのいずれかに差し込むことができる。箱型筐体２９には、液晶ディスプレイのような表示部２７が設けられ、信号処理部２５による測定結果などを表示することができる。信号処理部２５は、抗原の量のみならず、しきい値判定など各種条件に応じた測定結果を求めることもできる。

図６は、上述した第二の構成例の抗原検出装置による測定例を示す図である。図６（ａ）は、測定実験に用いた試料の諸元を示し、生理食塩水（ＰＢＳ－Ｔ）中に一定量の磁性ナノ粒子を含み、疑似抗原として、試料に含まれるポリマービーズの量を異ならせた複数の試料を用意した。

測定は、磁性ナノ粒子と疑似抗原を含む試料を、箱型筐体２９の孔部２８ａ、２８ｂのいずれ一方に差し込み、その状態におけるブリッジ回路２３の出力信号を取得し、信号処理した測定値を取得する。続いて、磁性ナノ粒子と疑似抗原を含まない試料（生理食塩水のみの試料）を、磁性ナノ粒子と疑似抗原を含む試料が差し込まれた孔部と同じ孔部に差し込み、その状態におけるブリッジ回路２３の出力信号を取得し、信号処理した測定値を取得する。生理食塩水のみの試料の測定を行うのは、生理食塩水と容器50がなす出力信号をレファレンスとして、磁性ナノ粒子と疑似抗原の入った測定信号から差し引く事により被測定物の信号のみを取り出すためである。すなわち、前者と後者の測定順序はいずれが先でもよく、前者と後者の測定値の差分値から測定結果を得る。図６（ｂ）は、測定結果例を示し、抗原としてのポリマービーズの数に対する測定結果（任意単位）の関係を示すグラフである。図６（ｂ）から、測定結果と抗原の量（数、濃度）とは相関関係を有し、抗原の量（数、濃度）が多くなるほど、測定結果が小さくなる傾向が明らかとなり、このように、コイルのインダクタンス変化に基づいて抗原の量（数、濃度）を求めることができる。グラフ横軸の数字は、図６（ａ）の条件１から条件４に相当する。

第二の構成例において、並列に配置された第一の検知コイル２１と第二の検知コイル２２の中心軸に直交する方向に所定間隔をあけて永久磁石を配置し、試料の測定に際して、第一の検知コイル２１と第二の検知コイル２２に直流磁界を印加してもよい。直流磁界を印加することで、第一の検知コイル２１と第二の検知コイル２２からの信号のふらつきが減少し、信号のＳ／Ｎ比が向上する。

第二の構成例における抗原検出装置も、抗原を含む試料を静止した状態で測定することができ、可動部を必要としない比較的簡易な構成であり、装置の小型化、軽量化、低コスト化が可能である。検出信号の出力に必要な部品要素を筐体内に収め、ポータブル装置とすることができる。

図７は、本発明の実施の形態における抗原検出装置の第三の構成例を示す図である。図７において、第三の構成例における抗原検出装置３０は、第一の構成例及び第二の構成例と同様に、磁性粒子と該磁性粒子と結合可能な被検出抗原とを含む試料を収容する容器５０内の当該被検出抗原を検出する抗原検出装置である。抗原検出装置３０は、磁性粒子と該磁性粒子と結合可能な被検出抗原とを含む試料を収容する容器内の当該被検出抗原を検出する抗原検出装置であって、第一のコイル３１ａと第二のコイル３１ｂが差動接続され且つその中心軸が同心に配置された検知コイル３１と、容器５０を第一のコイル３１ａ及び第二のコイル３１ｂの一方により近接させその中心軸と同心に配置する支持部３２と、試料に交流磁界を印加する励磁コイル３３と、励磁コイル３３により試料に交流磁界が印加された状態で、容器５０を第一のコイル３１ａ及び第二のコイル３１ｂの一方により近接させた状態における検知コイル３１からの信号に基づいて、被検出抗原の量を判定する信号処理部３４とを備える。なお、図示では、信号処理部３４が励磁コイル３３を発振する統合的な回路ユニットとしているが、発振器が別要素として設けられてもよい。

検知コイル３１は、差動接続され且つその中心軸が同心に配置された第一のコイル３１ａと第二のコイル３１ｂと有して構成され、励磁コイル３３は、検知コイル３１の外側周囲に配置される。

支持部３２は、第一のコイル３１ａと第二のコイル３１ｂが軸方向に上下に分かれて巻かれる筒状体であり、図示では、筒状体に対して、第一のコイル３１ａが上側、第二のコイル３１ｂが下側に配置されている。そして、筒状体の中空部分に容器５０が挿入され固定される。容器５０は、第一のコイル３１ａにより近接させた状態で挿入され、すなわち、挿入された容器５０の底部が、上側の第一のコイル３１ａの下端より低くならないように位置決めされる。支持部３２の形状や支持方式は、筒状体に限らず、コイル中心に配置可能な形状が適宜設計される。

例えば容器５０内の水（生理食塩水）の中には、上述の第一の構成例及び第二の構成例と同様に、磁性マーカである磁性ナノ粒子と検出対象物質である被検出抗原が入れられる。容器内５０の被検出抗原と結合した磁性ナノ粒子による磁界は、励磁コイル３３により交流磁界により変化し、その磁界変化分が容器５０が中心軸に挿入された検知コイルの一方（ここでは、第一のコイル３１ａ）のインダクタンスを変化させる。インダクタンスの変化は、被検出抗原の量（数、濃度）と相関関係を有しており、２つのコイルが差動接続された検知コイル３１により、検知コイル３１のインダクタンスの変化を出力信号として検出し、信号処理部３４により所定の信号処理を行うことで、被検出抗原の量（数、濃度）を測定することができる。

図８は、第三の構成例における抗原検査装置３０の外観構成例を示す図である。第三の構成例における抗原検査装置３０は、第二の構成例と同様に、小型でポータブルな箱型筐体３９に内蔵される構成であり、箱型筐体３９には、容器５０が支持部３２の筒状体の中空部分と連通する孔部３８を有し、容器５０を、孔部３８を通して、支持部３２に差し込むことができる。箱型筐体３９には、液晶ディスプレイのような表示部３７が設けられ、信号処理部３４による測定結果などを表示することができる。信号処理部３４は、抗原の量のみならず、しきい値判定など各種条件に応じた測定結果を算出可能である。

第三の構成例における抗原検出装置も、抗原を含む試料を静止した状態で測定することができ、可動部を必要としない比較的簡易な構成であり、装置の小型化、軽量化、低コスト化が可能である。検出信号の出力に必要な部品要素を筐体内に収め、ポータブル装置とすることができる。

本発明の実施の形態では、磁性粒子及びこれと結合可能な被検出物を含む液状の試料を検知コイルに近接させて配置し、その検知コイルの出力信号に基づいて、被検出抗原の量を測定する構成を開示する。上述した各構成により、小型且つ軽量な装置により、高感度な磁気的免疫検査を行うことができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る各種変形、修正を含む要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれることは勿論である。

１０：抗原検出装置、１１：検知コイル、１２：励磁コイル、１３：支持部、２０：抗原検出装置、２１：第一の検知コイル、２２：第二の検知コイル、２３：ブリッジ回路、２４：支持部、２４ａ：第一の筒状体、２４ｂ：第二の筒状体、２５：信号処理装置、２７：表示部、２８：孔部、２９：箱型筐体、３０：抗原検出装置、３１：検知コイル、３１ａ：第一のコイル、３１ｂ：第二のコイル、３２支持部、３３：励磁コイル、３４：信号処理部、３７：表示部、３８：孔部、３９：箱型筐体、５０：容器、６０：発振器、６２：測定装置、６３：信号処理装置、６４：ヨーク

Claims (15)

1. 磁性粒子と該磁性粒子と結合可能な被検出抗原とを含む溶液状の試料を収容する容器内の前記被検出抗原を検出する抗原検出装置であって、
   前記容器に収容される試料による磁界に対応する信号を検知する検知コイルと、
   前記試料に交流磁界を印加する励磁コイルと、
   前記容器を前記検知コイルに近接させその中心軸と同心に配置する支持部とを備え、
   前記検知コイルは、前記励磁コイルにより交流磁界が印加されている前記試料であって且つ前記検知コイルと同心に配置された前記容器内で前記磁性粒子と結合した前記被検出抗原を凝集させた凝集状態の前記試料による磁界に対応する信号を検知し、さらに、
   前記検知コイルは、前記励磁コイルにより交流磁界が印加されている前記試料であって且つ前記検知コイルと同心に配置された前記容器内で前記磁性粒子と結合した前記被検出抗原を分散させた分散状態の前記試料による磁界に対応する信号を検知することを特徴とする抗原検出装置。
2. 前記凝集状態の前記試料による磁界に対応する信号と前記分散状態の前記試料による磁界に対応する信号とに基づいて、前記被検出抗原の量を求める信号処理部を備えることを特徴とする請求項１に記載の抗原検出装置。
3. 前記支持部は、前記検知コイルの中心軸上端付近に前記容器の底部が配置されるように前記容器を支持することを特徴とする請求項１又は２に記載の抗原検出装置。
4. 磁性粒子と該磁性粒子と結合可能な被検出抗原とを含む溶液状の試料を収容する容器内の前記被検出抗原を検出する抗原検出方法であって、
   前記容器を検知コイルに近接させその中心軸と同心に配置する工程と、
   前記検知コイルと同心に配置された前記容器内で前記磁性粒子と結合した前記被検出抗原を凝集させた凝集状態の前記試料に交流磁界を印加しながら、前記凝集状態の前記試料による磁界に対応する信号を検知する工程と、
   前記検知コイルと同心に配置された前記容器内で前記磁性粒子と結合した前記被検出抗原を分散させた分散状態の前記試料に交流磁界を印加しながら、前記分散状態の前記試料による磁界に対応する信号を検知する工程とを備えることを特徴とする抗原検出方法。
5. 前記凝集状態の前記試料による磁界に対応する信号と前記分散状態の前記試料による磁界に対応する信号とに基づいて、前記被検出抗原の量を求める工程を備えることを特徴とする請求項４に記載の抗原検出方法。
6. 前記検知コイルの中心軸上端付近に前記容器の底部が配置されることを特徴とする請求項４又は５に記載の抗原検出方法。
7. 前記検知コイルの中心軸にヨークを通して、前記ヨークを前記容器の底部に接近させ、前記容器内の前記磁性粒子と結合した前記被検出抗原を凝集させることを特徴とする請求項６に記載の抗原検出方法。
8. 磁性体を前記容器の上部に接近させ、凝集状態の前記試料を分散させることを特徴とする請求項６又は７に記載の抗原検出方法。
9. 磁性粒子と該磁性粒子と結合可能な被検出抗原とを含む溶液状の試料を収容する容器内の前記被検出抗原を検出する抗原検出装置であって、
   第一の検知コイルと第二の検知コイルを有し、前記試料による磁界に応じた信号を出力するブリッジ回路と、
   前記第一の検知コイル及び前記第二の検知コイルそれぞれの中心軸に挿入可能な前記容器を当該中心軸の位置に支持する支持部と、
   前記容器を前記第一の検知コイル及び前記第二の検知コイルの一方の中心軸に挿入した状態における前記ブリッジ回路からの信号に基づいて、前記被検出抗原の量を測定する信号処理部とを備えることを特徴とする抗原検出装置。
10. 前記支持部は筒状体であって、前記第一の検知コイル及び前記第二の検知コイルは、前記筒状体の周囲に巻きつけられ、前記容器は、筒状体の軸部に差し込まれて固定されることを特徴とする請求項９に記載の抗原検出装置。
11. 前記磁性粒子及び前記被検出抗原を含まないレファレンス試料を収容する別の容器を前記容器が挿入された前記第一の検知コイル及び前記第二の検知コイルの一方と同じコイルの中心軸に挿入され、
    前記信号処理部は、前記容器を前記第一の検知コイル及び前記第二の検知コイルの一方の中心軸に挿入した状態における前記ブリッジ回路からの信号と前記別の容器を前記同じコイルの中心軸に挿入した状態における前記ブリッジ回路からの信号に基づいて、前記被検出抗原の量を測定することを特徴とする請求項９又は１０に記載の抗原検出装置。
12. 並列に配置された第一の検知コイルと第二の検知コイルの中心軸に直交する方向に所定間隔をあけて永久磁石が配置されることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の抗原検出装置。
13. 磁性粒子と該磁性粒子と結合可能な被検出抗原とを含む溶液状の試料を収容する容器内の前記被検出抗原を検出する抗原検出装置であって、
    第一のコイルと第二のコイルが差動接続され且つその中心軸が同心に配置され、前記試料による磁界に応じた信号を出力する検知コイルと、
    前記第一のコイル及び前記第二のコイルの一方の中心軸に挿入可能な前記容器を当該中心軸の位置に支持する支持部と、
    前記第一のコイル及び前記第二のコイルの一方の中心軸に挿入された前記試料に交流磁界を印加する励磁コイルと、
    前記励磁コイルにより前記試料に交流磁界が印加された状態で、前記検知コイルからの信号に基づいて、前記被検出抗原の量を測定する信号処理部とを備えることを特徴とする抗原検出装置。
14. 前記支持部は筒状体であって、前記第一のコイル及び前記第二のコイルは、前記筒状体の周囲に巻きつけられ、前記容器は、筒状体の軸部に差し込まれて固定されることを特徴とする請求項１３に記載の抗原検出装置。
15. 前記励磁コイルは、前記検知コイルの周囲に配置されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の抗原検出装置。

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