濃度検知装置、および濃度検知方法
【課題】標的物質の濃度を広範囲かつ高精度に検知することが可能な濃度検知装置を提供すること。
【解決手段】磁性体より生じる磁界の強さに対する感度が標的物質の予め定められた複数の異なる濃度に対応付けてそれぞれ設定され、標的物質が磁性体とともに固定されると、磁性体より生じる磁界の強さに応じて状態変化する複数の素子を備え、複数の素子のいずれかが状態変化すると、状態変化した素子と同じ数だけ信号を出力する磁気センサと、信号を検知し、検知した信号の数に基づいて濃度を特定する濃度演算部と、を有する。
【解決手段】磁性体より生じる磁界の強さに対する感度が標的物質の予め定められた複数の異なる濃度に対応付けてそれぞれ設定され、標的物質が磁性体とともに固定されると、磁性体より生じる磁界の強さに応じて状態変化する複数の素子を備え、複数の素子のいずれかが状態変化すると、状態変化した素子と同じ数だけ信号を出力する磁気センサと、信号を検知し、検知した信号の数に基づいて濃度を特定する濃度演算部と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサを利用して標的物質の濃度を検知する濃度検知装置、および濃度検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
献血や輸血の際に行われる血液検査では、安全性の高い血液をタイミングよく輸血に使用するために、血液に含まれる種々の成分の濃度を早期に検出することが求められている。
【０００３】
血液検査の主な検査項目には、血液型検査や、ウイルス検査などがある。
【０００４】
血液型検査は、高濃度な成分を検出する血液検査である。血液型検査には、例えば、ＡＢＯ血液型検査、Ｒｈ血液型検査、および輸血時の副作用の原因となる抗体の有無について検査する不規則抗体スクリーニング検査などがある。
【０００５】
ウイルス検査は、低濃度な成分を検出する血液検査である。ウイルス検査には、例えば、梅毒抗体検査、Ｂ型肝炎ウイルス検査（ＨＢｓ抗原検査、ＨＢｃ抗体検査）、Ｃ型肝炎ウイルス検査、エイズウイルス検査（ＨＩＶ−１、ＨＩＶ−２抗体検査）、ＡＴＬ検査、およびＡＬＴ（ＧＰＴ）検査などがある。
【０００６】
ウイルス検査では、ウイルスに感染して間もないときに感染しているか否か検査できない空白期間（ウインドウピリオド）がある。例えば、ＨＩＶ抗体の空白期間は、一般的に６〜３８日（平均２２日）とされている。そのため、この期間に献血された血液の検査では、ＨＩＶ抗体の濃度が低すぎてＨＩＶ抗体を検出できない場合が多い。
【０００７】
遺伝子検査の分野では、ＮＡＴ（Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｓｔ）法と呼ばれる核酸増幅検査方法により、空白期間が幾分短縮されている。核酸増幅検査方法では、ウイルスを構成する核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）を抽出して増やし、増えた核酸を検出することによって空白期間の短縮を可能としている。
【０００８】
しかし、核酸増幅検査を行う場合、核酸を増幅させてから検出するまでに５〜６時間が必要であり、また、検査工場が限定された場所にしかない。そのため、検査を行うと多くの時間および費用が発生することになる。
【０００９】
また、抗原抗体反応における有効な増幅方法は見つかっておらず、感度の高い検査方法が切望されている。これに対し、標的物質（例えば、抗原やＤＮＡ）の検出を高感度に行うことを目的とした方法が提案されており、非特許文献１や非特許文献２に開示されている。
【００１０】
非特許文献１や非特許文献２には、磁気抵抗効果素子と磁気ビーズとの磁気的な結合を利用して標的物質を検出する方法が開示されている。なお、磁気抵抗効果素子は、外部磁界の強さおよび向きに応じて抵抗値が変化する素子である。また、磁気ビーズは、磁性体の一つである。
【００１１】
図８は、磁気抵抗効果素子の構造の一例を示す図である。
【００１２】
図８に示す磁気抵抗効果素子１００は、磁性層であるフリー層１０１とピン層１０２との間に非磁性層１０３を挟む３層構造を基本構造とする。
【００１３】
磁気抵抗効果素子１００では、フリー層１０１の磁化方向が外部磁界の強さおよび向きに応じて反転可能とされている。そして、磁気抵抗効果素子１００は、フリー層１０１とピン層１０２の磁化方向が平行になると、抵抗値が小さくなる。磁化方向が反平行になると、抵抗値が大きくなる。
【００１４】
図９は、磁気抵抗効果素子および磁気ビーズを用いた標的物質の検出方法を説明するための説明図である。
【００１５】
図９に示す磁気ビーズ１１１には、標的物質１１３と特異的に結合する生体分子１１２が固定される。
【００１６】
また、磁気抵抗効果素子１００のフリー層１０１の上には、固定化層１１５が形成される。そして、固定化層１１５には、標的物質１１３と特異的に結合する生体分子１１４が固定される。
【００１７】
磁気抵抗効果素子１００と磁気ビーズ１１１とを用いて標的物質１１３を検出する場合、まず、磁気抵抗効果素子１００を流路内に配置し、標的物質１１３が含まれた検体をその流路に流す。すると、標的物質１１３と生体分子１１４とが結合する。
【００１８】
続いて、磁気ビーズ１１１を磁気抵抗効果素子１００が配置された流路に流す。すると、標的物質１１３と生体分子１１２とが結合する。これにより、標的物質１１３が、磁気ビーズ１１１とともに磁気抵抗効果素子１００に固定される。
【００１９】
磁気抵抗効果素子１００に固定された磁気ビーズ１１１から生じる磁界（漏れ磁界）の強さが所定の値よりも大きいと、フリー層１０１の磁化方向が反転し、磁気抵抗効果素子１００の抵抗値が変化する。この変化に対応して出力される信号を検知することにより、標的物質１１３が検出されることとなる。
【００２０】
漏れ磁界の強さは、磁気ビーズ１１１の数が多いほど大きくなり、少ないほど小さくなる。また、磁気抵抗素子１００に固定される磁気ビーズ１１１の数と標的物質１１３の数は、同じである。これにより、上記の所定の値を標的物質１１３の数に対応付けて設定すると、検体中の標的物質１１３の濃度を検知することが可能となる。この場合、所定の値に対応する標的物質１１３の数が少ないほど、標的物質１１３の検出をより高感度に行うことが可能となる。
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、 Ｖｏｌｕｍｅ １１２、 Ｉｓｓｕｅｓ １‐２、 ２６ Ａｕｇｕｓｔ ２００４、 Ｐａｇｅｓ ２５‐３３
【非特許文献２】Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｂｕｌｉｓｈｅｒｓ Ｂｏｓｔｏｎ 、２００１、ｐｐ４４４−４４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
血液検査において、抗原の濃度を検査する際にその抗原を高感度に検出するように設定された磁気抵抗効果素子を用いると、その抗原が血液中に高濃度に含まれている場合には、測定結果が正確性に欠けることが考えられる。
【００２２】
検査対象となる抗原の濃度が高い場合には、抽出液を分注して希釈した後、免疫分析を行う方法がある。しかし、分注および希釈作業は煩雑であり、特に、多数の検体を処理しなければならない場合には作業効率が分注および希釈作業により大幅に落ちることが考えられる。また、分注および希釈作業時のミスや希釈倍率の誤差により正確な測定結果を得られない可能性がある。
【００２３】
本発明の目的は、上述したような問題を解決し、標的物質の濃度を広範囲かつ高精度に検知することが可能な濃度検知装置、および濃度検知方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、
標的物質とともに固定されたときに、該標的物質の濃度に応じた強さの磁界を発生する磁性体と、
複数の素子を備え、前記標的物質が前記磁性体とともに前記複数の素子に固定されると、該磁性体より生じる磁界の強さに応じて、前記複数の素子の状態変化する数が変化し、状態変化した素子に応じた信号を出力する磁気センサと、
前記信号を検知し、検知した信号の数に基づいて前記濃度を特定する濃度演算部と、
を有することを特徴とする濃度検知装置である。
【００２５】
前記複数の素子は、前記磁性体より生じる磁界の強さが所定の値よりも大きなときに磁化方向が乱され、前記所定の値が素子毎に前記濃度に対応付けて設定された磁性層を備え、前記磁性層の磁化方向が乱されると抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子であってもよい。
【００２６】
また、前記複数の素子は、前記磁性体より生じる磁界の強さが所定の値よりも大きなときに磁化方向が乱される磁性層を備え、前記標的物質が前記磁性体とともに固定されたときの該磁性体から前記磁性層までの距離が素子毎に前記濃度に対応付けて設定され、前記磁性層の磁化方向が乱されると抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子であってもよい。
【００２７】
また、別の本発明は、
標的物質とともに固定されたときに、該標的物質の濃度に応じた強さの磁界を発生する磁性体と、該磁性体より生じる磁界の強さに応じて状態変化する数が変化する複数の素子と、を用いる濃度検知方法であって、
標的物質が前記磁性体とともに前記複数の素子に固定されると、状態変化した素子に応じた信号を出力し、
前記信号を検知し、検知した信号の数に基づいて前記濃度を特定する、
ことを特徴とする濃度検知方法である。
【００２８】
また、前記標的物質が前記磁性体とともに前記複数の素子に固定される際に前記濃度の低い素子から先に固定される、ことが望ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、磁性体より生じる磁界の強さに応じて状態変化する数が異なる複数の素子を磁気センサに備えることによって標的物質の濃度を区分けしている。
【００３０】
標的物質が磁性体とともに複数の素子にそれぞれ固定されると、各素子がその磁性体より生じる磁界の強さで状態変化するか否かにより標的物質の濃度検知が行われるが、このとき、各素子は対応する濃度がそれぞれ異なる。これにより、標的物質の濃度を広範囲かつ高精度に検知することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明による濃度検知装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
（実施例１）
図１は、本実施例の濃度検知装置の構成を示すブロック図である。
【００３３】
本実施例の濃度検知装置は、図１に示すように、磁気センサ１と、濃度演算部２とを有する。
【００３４】
磁気センサ１は、磁気抵抗効果素子１１〜１３と、コンパレータ１４〜１６とを有する。
【００３５】
図２および図３は、磁気抵抗効果素子１１〜１３を説明するための図である。
【００３６】
磁気抵抗効果素子１１は、シリコン基板（不図示）上に、反強磁性層２１、磁性層であるピン層２２、絶縁障壁層２３、磁性層であるフリー層２４、および固定化層２５を順次積層した構造である。
【００３７】
磁気抵抗効果素子２および３は、磁気抵抗効果素子１と同様の構造であるが図３に示すように保磁力が異なる。なお、ここでいう保磁力とは、フリー層の磁化方向を反転させる（ピン層の磁化方向と平行にする）ために必要な磁界の強さのことである。
【００３８】
各磁気抵抗効果素子の保磁力は、予め定められた濃度範囲に対応させてそれぞれ設定される。本実施例では、磁気抵抗効果素子１１の保磁力は１μｇ／ｍｌから１ｍｇ／ｍｌまでの濃度範囲に対応するように設定される。磁気抵抗効果素子１２の保磁力は、１ｎｇ／ｍｌから１μｇ／ｍｌに対応するように設定される。磁気抵抗効果素子１３の保磁力は、１ｐｇ／ｍｌから１ｎｇ／ｍｌに対応するように設定される。
【００３９】
フリー層は、Ｎｉ、Ｆｅ、およびＣｏの少なくとも一つを主成分として形成するか、またはＣｏＦｅを主成分とするアモルファス合金として形成することが望ましい。具体的には、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、Ｆｅ、ＦｅＣｏ、Ｃｏ、およびＣｏＦｅＢなどが望ましい。
【００４０】
磁気抵抗効果素子毎に異なる保磁力を設定するためには、例えば、磁気抵抗効果素子において、保磁力が異なり、フリー層と磁気的に交換結合可能な磁性層をフリー層と絶縁障壁層との間に形成すればよい。または、磁気抵抗効果素子毎に異なる温度でフリー層を成膜すればよい。または、フリー層にＮｉが含まれている場合は、磁気抵抗効果素子毎にＮｉの含有量を変えればよい。なお、いずれの方法においても、Ｐｔを添加元素として加えると、保磁力の設定とともに、耐食性を向上させることが可能となる。
【００４１】
なお、本実施例では、反強磁性層２１は膜厚を８ｎｍとするＩｒＭｎ合金で形成される。ピン層２２は、膜厚を２ｎｍとするＣｏＦｅ合金で形成される。絶縁障壁層３３は、膜厚を１ｎｍとするＡｌを１０Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で２０分間自然酸化させて形成される。フリー層２４は、膜厚を５ｎｍとするＣｏＦｅ合金で形成される。固定化層２５は、膜厚を５ｎｍとするＡｕで形成される。
【００４２】
磁気抵抗効果素子１１〜１３は、ＲＦ（高周波）スパッタリング工程により各層が形成され、フォトリソグラフィー工程およびイオンミリング工程によりパターンが生成される。
【００４３】
また、磁気抵抗効果素子１１および１２は、図１に示すように、絶縁層２６により分離される。磁気抵抗効果素子１２および１３は、絶縁層２７により分離される。本実施例では、絶縁層２６および２７は、膜厚を５０ｎｍとするＳｉＯ２で形成される。
【００４４】
磁気抵抗効果素子１１〜１３それぞれの固定化層には、標的物質である抗原３３と特異的に結合する一次抗体３４が、固定される。一次抗体３４を固定するためには、例えば、自己組織化単分子膜を用いればよい。
【００４５】
自己組織化単分子膜を用いる場合、まず、磁気抵抗効果素子１１〜１３のそれぞれを水酸化ナトリウム水溶液に５分間浸漬して固定化層表面のＡｕを洗浄した後、さらに純水で洗浄する。
【００４６】
次に、磁気抵抗効果素子１１〜１３のそれぞれを、末端基に一次抗体３４が結合された自己組織化単分子膜を含むエタノール溶液に２４時間浸漬する。その後、磁気抵抗効果素子１１〜１３のそれぞれを純水で洗浄し、エタノール中で５分間超音波処理して、磁気抵抗効果素子１１〜１３に物理吸着した自己組織化単分子膜を取り除く。そして、磁気抵抗効果素子１１〜１３のそれぞれを再び純水で洗浄した後、乾燥する。
【００４７】
このようにして、一次抗体３４が磁気抵抗効果素子１１〜１３それぞれの固定化層に固定される。このとき、一次抗体３４は固定化層にのみ固定し、ＳｉＯ２には固定しない。
【００４８】
なお、固定化層は、Ａｕ以外にＰｔ、Ａｇ、およびＣｕのいずれかにより形成されることにしてもよい。
【００４９】
また、濃度を区分けする数、すなわち磁気抵抗効果素子の数は、特に限定されるものではなく、濃度検知の際に必要とされる濃度の範囲および精度に応じて適宜決められる。
【００５０】
磁気ビーズ３１は磁性体の一つである。また、磁気ビーズ３１には、抗原３３と特異的に結合する二次抗体３２が固定される。
【００５１】
本実施例では、磁気ビーズ３１に対してγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、グルタルアルデヒドを順次添加する処理が行われた後、二次抗体３２は共有結合により磁気ビーズ３１へ固定される。
【００５２】
コンパレータ１４は、入力端子の一方に磁気抵抗効果素子１１が接続される。このとき、磁気抵抗効果素子１１は、自身の抵抗値の変化によりコンパレータ１４の信号出力が変化するように接続される。
【００５３】
コンパレータ１５および１６も、コンパレータ１４と同様にして磁気抵抗効果素子１２および１３がそれぞれ接続される。
【００５４】
濃度演算部２は、各コンパレータから出力される感知信号を個別に検知し、検知した感知信号の数に応じて濃度を特定する。なお、感知信号とは、磁気抵抗効果素子にて磁気ビーズ３１の固定によりフリー層の磁化方向が乱されたときに、その磁気抵抗効果素子に対応するコンパレータから出力される信号のことである。
【００５５】
次に、本実施例の濃度検知装置による抗原３３の濃度検知方法について説明する。
【００５６】
図４は、本実施例の濃度検知装置による濃度検知方法を説明するための模式図である。
【００５７】
まず、図４に示すように、磁気抵抗効果素子１１〜１３を流路２００に配置する。そして、抗原３３を含む水溶液をその流路２００に流す。すると、磁気抵抗効果素子１１〜１３の固定化層にそれぞれ固定された一次抗体３４と抗原３３とが、抗原抗体反応により結合する。
【００５８】
続いて、二次抗体３２が固定された磁気ビーズ３１を含む水溶液を流路２００に流す。すると、一次抗体３４に結合した抗原３３と二次抗体３２とが、抗原抗体反応により結合する。すなわち、磁気ビーズ３１が磁気抵抗効果素子１１〜１３のそれぞれに固定される。このとき、水溶液には、一次抗体３４に結合した抗原３３の全てが二次抗体３２と結合するのに充分な量の磁気ビーズ３１が含まれている。
【００５９】
なお、磁気抵抗効果素子１１〜１３の流路２００への配置について、図４に示すように、磁気抵抗効果素子を設定濃度が低い順に流路２００の上流側に配置することが望ましい。
【００６０】
磁気抵抗効果素子が設定濃度の低い順に上流側に配置されると、標的物質を含む水溶液を流路２００に流したときに、設定濃度の低い磁気抵抗効果素子から先に磁気ビーズ３１が固定されることになる。これにより、抗原３３の濃度が低い場合に、磁気ビーズ３１が設定濃度の高い磁気抵抗効果素子に数多く固定して濃度が誤検知されるのを防ぐことが可能となる。すなわち、低濃度の検知を高精度に行うことが可能となる。
【００６１】
次に、抗原３３が磁気ビーズ３１とともに磁気抵抗効果素子１１〜１３に対して固定された後、本実施例の濃度検知装置において行われる動作について説明する。
【００６２】
図５は、本実施例の濃度検知装置の動作手順を示すフローチャートである。
【００６３】
磁気抵抗効果素子１１〜１３のそれぞれにおいて、抗原３３とともに固定された磁気ビーズ３１の漏れ磁界の強さが、設定された保磁力よりも大きいと、フリー層の磁化方向が乱される（ステップＳ１）。
【００６４】
ステップＳ１の動作において、例えば、抗原３３の濃度が１０ｍｇ／ｍｌの場合には、磁気抵抗効果素子１１〜１３でフリー層の磁化方向が乱される。また、抗原３３の濃度が１０ｎｇ／ｍｌの場合には、磁気抵抗効果素子１２および１３のみでフリー層の磁化方向が乱される。また、抗原３３の濃度が１０ｐｇ／ｍｌの場合には、磁気抵抗効果素子１３のみでフリー層が乱される。
【００６５】
磁気抵抗効果素子においてフリー層の磁化方向が乱されると、その磁気抵抗効果素子の抵抗値が変化する。すると、その磁気抵抗効果素子に対応するコンパレータが、感知信号を出力する（ステップＳ２）。
【００６６】
ステップＳ２の動作において、例えば、抗原３３の濃度が１０ｍｇ／ｍｌの場合には、コンパレータ１４〜１６から感知信号がそれぞれ出力される。また、抗原３３の濃度が１０ｎｇ／ｍｌの場合には、コンパレータ１５および１６から感知信号が出力される。また、抗原３３の濃度が１０ｐｇ／ｍｌの場合には、コンパレータ１６から感知信号が出力される。
【００６７】
コンパレータから出力された感知信号は、濃度演算部２により個別に検知される（ステップＳ３）。そして、濃度演算部２は、検知した感知信号の数に応じて濃度を特定する。（ステップＳ４）。
【００６８】
ステップＳ４の動作において、検知した感知信号の数が複数の場合、濃度演算部２は、フリー層が反転した磁気抵抗効果素子に対してそれぞれ設定されている濃度の中で最も高い濃度を特定する。
【００６９】
本実施例の濃度測定装置では、コンパレータ１４〜１６の全てが感知信号を出力した場合（検知した感知信号の数が３つの場合）、濃度演算部２が特定する濃度は、磁気抵抗効果素子１１に対して設定されている濃度となる。また、コンパレータ１５および１６が感知信号を出力した場合（検知した感知信号の数が２つの場合）、濃度演算部２が特定する濃度は、磁気抵抗効果素子１２に対して設定されている濃度となる。
【００７０】
本実施例では、磁気抵抗効果素子１１〜１３の保磁力をそれぞれ調整することにより、抗原３３の濃度を区分けしている。
【００７１】
磁気抵抗効果素子１１〜１３は、抗原３３が磁気ビーズ３１とともに固定されると、磁気ビーズ３１より生じる磁界の強さが調整された保磁力よりも大きな場合に抵抗値が変化する。このとき、磁気抵抗効果素子１１〜１３が対応する濃度は、それぞれ異なる。これにより、抗原３３の濃度を広範囲かつ高精度に検知することが可能となる。
【００７２】
（実施例２）
本実施例の濃度検知装置は、複数の磁気抵抗効果素子に対し、磁気ビーズからフリー層までの距離を、設定濃度に対応させてそれぞれ調整した装置である。なお、磁気抵抗効果素子以外の構成については、実施例１の濃度検知装置と同じである。
【００７３】
図６は、磁気ビーズ３１より生じる漏れ磁界の強さの分布の一例を示す図である。
【００７４】
磁気ビーズ３１より生じる漏れ磁界の強さは、磁気ビーズ３１の中心からの距離が長いほど小さくなる。したがって、例えば、図６に示す漏れ磁界６１〜６３の強さをそれぞれＨ１、Ｈ２、およびＨ３とすると、漏れ磁界の強さは、Ｈ１＞Ｈ２＞Ｈ３という関係になる。
【００７５】
図７は、本実施例の磁気抵抗効果素子を説明するための説明図である。
【００７６】
図７に示す磁気抵抗効果素子７１〜７３は、実施例１で説明した磁気抵抗効果素子１１〜１３にそれぞれ相当し、固定化層とフリー層との間に膜厚がそれぞれ異なるスペーサ層８１〜８３がそれぞれ形成される。
【００７７】
スペーサ層８１〜８３の膜厚は、各磁気抵抗効果素子が対応する抗原３３の濃度に応じて設定される。磁気抵抗効果素子は、スペーサ層の膜厚が厚くなるほど磁気ビーズ３１からフリー層までの距離が長くなり、フリー層の磁化方向を反転させるために多数の磁気ビーズ３１の結合を必要とする。これにより、設定濃度が高い磁気抵抗効果素子ほど、スペーサ層の膜厚が厚くなる。
【００７８】
次に、本実施例の濃度検知装置による抗原３３の濃度検知方法について説明する。
【００７９】
磁気抵抗効果素子７１〜７３を流路２００に配置してから二次抗体３２が固定された磁気ビーズ３１を含む水溶液を流路２００に流すまでの手順については、実施例１で説明した内容と同じである。なお、磁気抵抗効果素子７１〜７３の流路２００への配置については、実施例１で説明したように設定濃度の低い順に磁気抵抗効果素子を上流側に配置することが望ましい。
【００８０】
また、本実施例の濃度検知装置は、抗原３３が磁気ビーズ３１とともに磁気抵抗効果素子７１〜７３に固定された後に行われる動作は、実施例１で説明した内容と同じである。
【００８１】
本実施例では、磁気抵抗効果素子７１〜７３において、磁気ビーズ３１が固定されたときの磁気ビーズ３１からフリー層までの距離をそれぞれ調整することにより、抗原３３の濃度を区分けしている。
【００８２】
磁気抵抗効果素子７１〜７３は、抗原３３が磁気ビーズ３１とともに固定されると、磁気ビーズ３１より生じる磁界の強さに応じて抵抗値が変化する。このとき、磁気抵抗効果素子７１〜７３のフリー層では、磁気ビーズ３１より生じる磁界の強さがそれぞれ異なる。これにより、実施例１と同様に抗原３３の濃度を広範囲かつ高精度に検知することが可能となる。
【００８３】
なお、スペーサ層８１〜８３は、固定化層と同じ材料で形成されることが望ましい。
【００８４】
また、磁気抵抗効果素子７１〜７３において、スペーサ層を形成する代わりに、設定濃度に対応させて固定化層の膜厚を調整することにしてもよい。この場合にも、磁気ビーズ３１からフリー層までの距離を調整できるため、スペーサ層を形成する場合と同様に抗原３３の濃度を広範囲かつ高精度に測定することが可能となる。
【００８５】
なお、本実施例では、磁気センサ１は、磁気抵抗効果素子を含む構成に限定されるものでなく、磁気ビーズ３１までの距離に応じて漏れ磁界の強さに対する感度を調整できるものであればよい。例えば、ホールセンサ、ＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＱＵａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ）センサ、または磁気インピーダンスセンサを用いることとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】実施例１の濃度検知装置の構成を示すブロック図である
【図２】実施例１の磁気抵抗効果素子を説明するための図である。
【図３】実施例１の磁気抵抗効果素子を説明するための図である。
【図４】実施例１の濃度検知装置を用いた濃度検知方法を説明するための模式図である。
【図５】実施例１の濃度検知装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明で使用する磁気ビーズより生じる漏れ磁界の強さの分布の一例を示す図である。
【図７】実施例２の磁気抵抗効果素子を説明するための図である。
【図８】磁気抵抗効果素子の構造の一例を示す図である。
【図９】磁気抵抗効果素子および磁気ビーズを用いた標的物質の検出方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００８７】
１ 磁気センサ
２ 濃度演算部
１１〜１３、７１〜７３ 磁気抵抗効果素子
２１ 反強磁性層
２２、１０２ ピン層
２３ 絶縁障壁層
２４、１０１ フリー層
２５、１１５ 固定化層
２６、２７ 絶縁層
３１、１１１ 磁気ビーズ
３２ 二次抗体
３３ 抗原
３４ 一次抗体
８１〜８３ スペーサ層
１０３ 非磁性層
１１２ 生体分子
１１３ 標的物質
１１４ 生体分子
２００ 流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサを利用して標的物質の濃度を検知する濃度検知装置、および濃度検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
献血や輸血の際に行われる血液検査では、安全性の高い血液をタイミングよく輸血に使用するために、血液に含まれる種々の成分の濃度を早期に検出することが求められている。
【０００３】
血液検査の主な検査項目には、血液型検査や、ウイルス検査などがある。
【０００４】
血液型検査は、高濃度な成分を検出する血液検査である。血液型検査には、例えば、ＡＢＯ血液型検査、Ｒｈ血液型検査、および輸血時の副作用の原因となる抗体の有無について検査する不規則抗体スクリーニング検査などがある。
【０００５】
ウイルス検査は、低濃度な成分を検出する血液検査である。ウイルス検査には、例えば、梅毒抗体検査、Ｂ型肝炎ウイルス検査（ＨＢｓ抗原検査、ＨＢｃ抗体検査）、Ｃ型肝炎ウイルス検査、エイズウイルス検査（ＨＩＶ−１、ＨＩＶ−２抗体検査）、ＡＴＬ検査、およびＡＬＴ（ＧＰＴ）検査などがある。
【０００６】
ウイルス検査では、ウイルスに感染して間もないときに感染しているか否か検査できない空白期間（ウインドウピリオド）がある。例えば、ＨＩＶ抗体の空白期間は、一般的に６〜３８日（平均２２日）とされている。そのため、この期間に献血された血液の検査では、ＨＩＶ抗体の濃度が低すぎてＨＩＶ抗体を検出できない場合が多い。
【０００７】
遺伝子検査の分野では、ＮＡＴ（Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｓｔ）法と呼ばれる核酸増幅検査方法により、空白期間が幾分短縮されている。核酸増幅検査方法では、ウイルスを構成する核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）を抽出して増やし、増えた核酸を検出することによって空白期間の短縮を可能としている。
【０００８】
しかし、核酸増幅検査を行う場合、核酸を増幅させてから検出するまでに５〜６時間が必要であり、また、検査工場が限定された場所にしかない。そのため、検査を行うと多くの時間および費用が発生することになる。
【０００９】
また、抗原抗体反応における有効な増幅方法は見つかっておらず、感度の高い検査方法が切望されている。これに対し、標的物質（例えば、抗原やＤＮＡ）の検出を高感度に行うことを目的とした方法が提案されており、非特許文献１や非特許文献２に開示されている。
【００１０】
非特許文献１や非特許文献２には、磁気抵抗効果素子と磁気ビーズとの磁気的な結合を利用して標的物質を検出する方法が開示されている。なお、磁気抵抗効果素子は、外部磁界の強さおよび向きに応じて抵抗値が変化する素子である。また、磁気ビーズは、磁性体の一つである。
【００１１】
図８は、磁気抵抗効果素子の構造の一例を示す図である。
【００１２】
図８に示す磁気抵抗効果素子１００は、磁性層であるフリー層１０１とピン層１０２との間に非磁性層１０３を挟む３層構造を基本構造とする。
【００１３】
磁気抵抗効果素子１００では、フリー層１０１の磁化方向が外部磁界の強さおよび向きに応じて反転可能とされている。そして、磁気抵抗効果素子１００は、フリー層１０１とピン層１０２の磁化方向が平行になると、抵抗値が小さくなる。磁化方向が反平行になると、抵抗値が大きくなる。
【００１４】
図９は、磁気抵抗効果素子および磁気ビーズを用いた標的物質の検出方法を説明するための説明図である。
【００１５】
図９に示す磁気ビーズ１１１には、標的物質１１３と特異的に結合する生体分子１１２が固定される。
【００１６】
また、磁気抵抗効果素子１００のフリー層１０１の上には、固定化層１１５が形成される。そして、固定化層１１５には、標的物質１１３と特異的に結合する生体分子１１４が固定される。
【００１７】
磁気抵抗効果素子１００と磁気ビーズ１１１とを用いて標的物質１１３を検出する場合、まず、磁気抵抗効果素子１００を流路内に配置し、標的物質１１３が含まれた検体をその流路に流す。すると、標的物質１１３と生体分子１１４とが結合する。
【００１８】
続いて、磁気ビーズ１１１を磁気抵抗効果素子１００が配置された流路に流す。すると、標的物質１１３と生体分子１１２とが結合する。これにより、標的物質１１３が、磁気ビーズ１１１とともに磁気抵抗効果素子１００に固定される。
【００１９】
磁気抵抗効果素子１００に固定された磁気ビーズ１１１から生じる磁界（漏れ磁界）の強さが所定の値よりも大きいと、フリー層１０１の磁化方向が反転し、磁気抵抗効果素子１００の抵抗値が変化する。この変化に対応して出力される信号を検知することにより、標的物質１１３が検出されることとなる。
【００２０】
漏れ磁界の強さは、磁気ビーズ１１１の数が多いほど大きくなり、少ないほど小さくなる。また、磁気抵抗素子１００に固定される磁気ビーズ１１１の数と標的物質１１３の数は、同じである。これにより、上記の所定の値を標的物質１１３の数に対応付けて設定すると、検体中の標的物質１１３の濃度を検知することが可能となる。この場合、所定の値に対応する標的物質１１３の数が少ないほど、標的物質１１３の検出をより高感度に行うことが可能となる。
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、 Ｖｏｌｕｍｅ １１２、 Ｉｓｓｕｅｓ １‐２、 ２６ Ａｕｇｕｓｔ ２００４、 Ｐａｇｅｓ ２５‐３３
【非特許文献２】Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｂｕｌｉｓｈｅｒｓ Ｂｏｓｔｏｎ 、２００１、ｐｐ４４４−４４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
血液検査において、抗原の濃度を検査する際にその抗原を高感度に検出するように設定された磁気抵抗効果素子を用いると、その抗原が血液中に高濃度に含まれている場合には、測定結果が正確性に欠けることが考えられる。
【００２２】
検査対象となる抗原の濃度が高い場合には、抽出液を分注して希釈した後、免疫分析を行う方法がある。しかし、分注および希釈作業は煩雑であり、特に、多数の検体を処理しなければならない場合には作業効率が分注および希釈作業により大幅に落ちることが考えられる。また、分注および希釈作業時のミスや希釈倍率の誤差により正確な測定結果を得られない可能性がある。
【００２３】
本発明の目的は、上述したような問題を解決し、標的物質の濃度を広範囲かつ高精度に検知することが可能な濃度検知装置、および濃度検知方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、
標的物質とともに固定されたときに、該標的物質の濃度に応じた強さの磁界を発生する磁性体と、
複数の素子を備え、前記標的物質が前記磁性体とともに前記複数の素子に固定されると、該磁性体より生じる磁界の強さに応じて、前記複数の素子の状態変化する数が変化し、状態変化した素子に応じた信号を出力する磁気センサと、
前記信号を検知し、検知した信号の数に基づいて前記濃度を特定する濃度演算部と、
を有することを特徴とする濃度検知装置である。
【００２５】
前記複数の素子は、前記磁性体より生じる磁界の強さが所定の値よりも大きなときに磁化方向が乱され、前記所定の値が素子毎に前記濃度に対応付けて設定された磁性層を備え、前記磁性層の磁化方向が乱されると抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子であってもよい。
【００２６】
また、前記複数の素子は、前記磁性体より生じる磁界の強さが所定の値よりも大きなときに磁化方向が乱される磁性層を備え、前記標的物質が前記磁性体とともに固定されたときの該磁性体から前記磁性層までの距離が素子毎に前記濃度に対応付けて設定され、前記磁性層の磁化方向が乱されると抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子であってもよい。
【００２７】
また、別の本発明は、
標的物質とともに固定されたときに、該標的物質の濃度に応じた強さの磁界を発生する磁性体と、該磁性体より生じる磁界の強さに応じて状態変化する数が変化する複数の素子と、を用いる濃度検知方法であって、
標的物質が前記磁性体とともに前記複数の素子に固定されると、状態変化した素子に応じた信号を出力し、
前記信号を検知し、検知した信号の数に基づいて前記濃度を特定する、
ことを特徴とする濃度検知方法である。
【００２８】
また、前記標的物質が前記磁性体とともに前記複数の素子に固定される際に前記濃度の低い素子から先に固定される、ことが望ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、磁性体より生じる磁界の強さに応じて状態変化する数が異なる複数の素子を磁気センサに備えることによって標的物質の濃度を区分けしている。
【００３０】
標的物質が磁性体とともに複数の素子にそれぞれ固定されると、各素子がその磁性体より生じる磁界の強さで状態変化するか否かにより標的物質の濃度検知が行われるが、このとき、各素子は対応する濃度がそれぞれ異なる。これにより、標的物質の濃度を広範囲かつ高精度に検知することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明による濃度検知装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
（実施例１）
図１は、本実施例の濃度検知装置の構成を示すブロック図である。
【００３３】
本実施例の濃度検知装置は、図１に示すように、磁気センサ１と、濃度演算部２とを有する。
【００３４】
磁気センサ１は、磁気抵抗効果素子１１〜１３と、コンパレータ１４〜１６とを有する。
【００３５】
図２および図３は、磁気抵抗効果素子１１〜１３を説明するための図である。
【００３６】
磁気抵抗効果素子１１は、シリコン基板（不図示）上に、反強磁性層２１、磁性層であるピン層２２、絶縁障壁層２３、磁性層であるフリー層２４、および固定化層２５を順次積層した構造である。
【００３７】
磁気抵抗効果素子２および３は、磁気抵抗効果素子１と同様の構造であるが図３に示すように保磁力が異なる。なお、ここでいう保磁力とは、フリー層の磁化方向を反転させる（ピン層の磁化方向と平行にする）ために必要な磁界の強さのことである。
【００３８】
各磁気抵抗効果素子の保磁力は、予め定められた濃度範囲に対応させてそれぞれ設定される。本実施例では、磁気抵抗効果素子１１の保磁力は１μｇ／ｍｌから１ｍｇ／ｍｌまでの濃度範囲に対応するように設定される。磁気抵抗効果素子１２の保磁力は、１ｎｇ／ｍｌから１μｇ／ｍｌに対応するように設定される。磁気抵抗効果素子１３の保磁力は、１ｐｇ／ｍｌから１ｎｇ／ｍｌに対応するように設定される。
【００３９】
フリー層は、Ｎｉ、Ｆｅ、およびＣｏの少なくとも一つを主成分として形成するか、またはＣｏＦｅを主成分とするアモルファス合金として形成することが望ましい。具体的には、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、Ｆｅ、ＦｅＣｏ、Ｃｏ、およびＣｏＦｅＢなどが望ましい。
【００４０】
磁気抵抗効果素子毎に異なる保磁力を設定するためには、例えば、磁気抵抗効果素子において、保磁力が異なり、フリー層と磁気的に交換結合可能な磁性層をフリー層と絶縁障壁層との間に形成すればよい。または、磁気抵抗効果素子毎に異なる温度でフリー層を成膜すればよい。または、フリー層にＮｉが含まれている場合は、磁気抵抗効果素子毎にＮｉの含有量を変えればよい。なお、いずれの方法においても、Ｐｔを添加元素として加えると、保磁力の設定とともに、耐食性を向上させることが可能となる。
【００４１】
なお、本実施例では、反強磁性層２１は膜厚を８ｎｍとするＩｒＭｎ合金で形成される。ピン層２２は、膜厚を２ｎｍとするＣｏＦｅ合金で形成される。絶縁障壁層３３は、膜厚を１ｎｍとするＡｌを１０Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で２０分間自然酸化させて形成される。フリー層２４は、膜厚を５ｎｍとするＣｏＦｅ合金で形成される。固定化層２５は、膜厚を５ｎｍとするＡｕで形成される。
【００４２】
磁気抵抗効果素子１１〜１３は、ＲＦ（高周波）スパッタリング工程により各層が形成され、フォトリソグラフィー工程およびイオンミリング工程によりパターンが生成される。
【００４３】
また、磁気抵抗効果素子１１および１２は、図１に示すように、絶縁層２６により分離される。磁気抵抗効果素子１２および１３は、絶縁層２７により分離される。本実施例では、絶縁層２６および２７は、膜厚を５０ｎｍとするＳｉＯ２で形成される。
【００４４】
磁気抵抗効果素子１１〜１３それぞれの固定化層には、標的物質である抗原３３と特異的に結合する一次抗体３４が、固定される。一次抗体３４を固定するためには、例えば、自己組織化単分子膜を用いればよい。
【００４５】
自己組織化単分子膜を用いる場合、まず、磁気抵抗効果素子１１〜１３のそれぞれを水酸化ナトリウム水溶液に５分間浸漬して固定化層表面のＡｕを洗浄した後、さらに純水で洗浄する。
【００４６】
次に、磁気抵抗効果素子１１〜１３のそれぞれを、末端基に一次抗体３４が結合された自己組織化単分子膜を含むエタノール溶液に２４時間浸漬する。その後、磁気抵抗効果素子１１〜１３のそれぞれを純水で洗浄し、エタノール中で５分間超音波処理して、磁気抵抗効果素子１１〜１３に物理吸着した自己組織化単分子膜を取り除く。そして、磁気抵抗効果素子１１〜１３のそれぞれを再び純水で洗浄した後、乾燥する。
【００４７】
このようにして、一次抗体３４が磁気抵抗効果素子１１〜１３それぞれの固定化層に固定される。このとき、一次抗体３４は固定化層にのみ固定し、ＳｉＯ２には固定しない。
【００４８】
なお、固定化層は、Ａｕ以外にＰｔ、Ａｇ、およびＣｕのいずれかにより形成されることにしてもよい。
【００４９】
また、濃度を区分けする数、すなわち磁気抵抗効果素子の数は、特に限定されるものではなく、濃度検知の際に必要とされる濃度の範囲および精度に応じて適宜決められる。
【００５０】
磁気ビーズ３１は磁性体の一つである。また、磁気ビーズ３１には、抗原３３と特異的に結合する二次抗体３２が固定される。
【００５１】
本実施例では、磁気ビーズ３１に対してγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、グルタルアルデヒドを順次添加する処理が行われた後、二次抗体３２は共有結合により磁気ビーズ３１へ固定される。
【００５２】
コンパレータ１４は、入力端子の一方に磁気抵抗効果素子１１が接続される。このとき、磁気抵抗効果素子１１は、自身の抵抗値の変化によりコンパレータ１４の信号出力が変化するように接続される。
【００５３】
コンパレータ１５および１６も、コンパレータ１４と同様にして磁気抵抗効果素子１２および１３がそれぞれ接続される。
【００５４】
濃度演算部２は、各コンパレータから出力される感知信号を個別に検知し、検知した感知信号の数に応じて濃度を特定する。なお、感知信号とは、磁気抵抗効果素子にて磁気ビーズ３１の固定によりフリー層の磁化方向が乱されたときに、その磁気抵抗効果素子に対応するコンパレータから出力される信号のことである。
【００５５】
次に、本実施例の濃度検知装置による抗原３３の濃度検知方法について説明する。
【００５６】
図４は、本実施例の濃度検知装置による濃度検知方法を説明するための模式図である。
【００５７】
まず、図４に示すように、磁気抵抗効果素子１１〜１３を流路２００に配置する。そして、抗原３３を含む水溶液をその流路２００に流す。すると、磁気抵抗効果素子１１〜１３の固定化層にそれぞれ固定された一次抗体３４と抗原３３とが、抗原抗体反応により結合する。
【００５８】
続いて、二次抗体３２が固定された磁気ビーズ３１を含む水溶液を流路２００に流す。すると、一次抗体３４に結合した抗原３３と二次抗体３２とが、抗原抗体反応により結合する。すなわち、磁気ビーズ３１が磁気抵抗効果素子１１〜１３のそれぞれに固定される。このとき、水溶液には、一次抗体３４に結合した抗原３３の全てが二次抗体３２と結合するのに充分な量の磁気ビーズ３１が含まれている。
【００５９】
なお、磁気抵抗効果素子１１〜１３の流路２００への配置について、図４に示すように、磁気抵抗効果素子を設定濃度が低い順に流路２００の上流側に配置することが望ましい。
【００６０】
磁気抵抗効果素子が設定濃度の低い順に上流側に配置されると、標的物質を含む水溶液を流路２００に流したときに、設定濃度の低い磁気抵抗効果素子から先に磁気ビーズ３１が固定されることになる。これにより、抗原３３の濃度が低い場合に、磁気ビーズ３１が設定濃度の高い磁気抵抗効果素子に数多く固定して濃度が誤検知されるのを防ぐことが可能となる。すなわち、低濃度の検知を高精度に行うことが可能となる。
【００６１】
次に、抗原３３が磁気ビーズ３１とともに磁気抵抗効果素子１１〜１３に対して固定された後、本実施例の濃度検知装置において行われる動作について説明する。
【００６２】
図５は、本実施例の濃度検知装置の動作手順を示すフローチャートである。
【００６３】
磁気抵抗効果素子１１〜１３のそれぞれにおいて、抗原３３とともに固定された磁気ビーズ３１の漏れ磁界の強さが、設定された保磁力よりも大きいと、フリー層の磁化方向が乱される（ステップＳ１）。
【００６４】
ステップＳ１の動作において、例えば、抗原３３の濃度が１０ｍｇ／ｍｌの場合には、磁気抵抗効果素子１１〜１３でフリー層の磁化方向が乱される。また、抗原３３の濃度が１０ｎｇ／ｍｌの場合には、磁気抵抗効果素子１２および１３のみでフリー層の磁化方向が乱される。また、抗原３３の濃度が１０ｐｇ／ｍｌの場合には、磁気抵抗効果素子１３のみでフリー層が乱される。
【００６５】
磁気抵抗効果素子においてフリー層の磁化方向が乱されると、その磁気抵抗効果素子の抵抗値が変化する。すると、その磁気抵抗効果素子に対応するコンパレータが、感知信号を出力する（ステップＳ２）。
【００６６】
ステップＳ２の動作において、例えば、抗原３３の濃度が１０ｍｇ／ｍｌの場合には、コンパレータ１４〜１６から感知信号がそれぞれ出力される。また、抗原３３の濃度が１０ｎｇ／ｍｌの場合には、コンパレータ１５および１６から感知信号が出力される。また、抗原３３の濃度が１０ｐｇ／ｍｌの場合には、コンパレータ１６から感知信号が出力される。
【００６７】
コンパレータから出力された感知信号は、濃度演算部２により個別に検知される（ステップＳ３）。そして、濃度演算部２は、検知した感知信号の数に応じて濃度を特定する。（ステップＳ４）。
【００６８】
ステップＳ４の動作において、検知した感知信号の数が複数の場合、濃度演算部２は、フリー層が反転した磁気抵抗効果素子に対してそれぞれ設定されている濃度の中で最も高い濃度を特定する。
【００６９】
本実施例の濃度測定装置では、コンパレータ１４〜１６の全てが感知信号を出力した場合（検知した感知信号の数が３つの場合）、濃度演算部２が特定する濃度は、磁気抵抗効果素子１１に対して設定されている濃度となる。また、コンパレータ１５および１６が感知信号を出力した場合（検知した感知信号の数が２つの場合）、濃度演算部２が特定する濃度は、磁気抵抗効果素子１２に対して設定されている濃度となる。
【００７０】
本実施例では、磁気抵抗効果素子１１〜１３の保磁力をそれぞれ調整することにより、抗原３３の濃度を区分けしている。
【００７１】
磁気抵抗効果素子１１〜１３は、抗原３３が磁気ビーズ３１とともに固定されると、磁気ビーズ３１より生じる磁界の強さが調整された保磁力よりも大きな場合に抵抗値が変化する。このとき、磁気抵抗効果素子１１〜１３が対応する濃度は、それぞれ異なる。これにより、抗原３３の濃度を広範囲かつ高精度に検知することが可能となる。
【００７２】
（実施例２）
本実施例の濃度検知装置は、複数の磁気抵抗効果素子に対し、磁気ビーズからフリー層までの距離を、設定濃度に対応させてそれぞれ調整した装置である。なお、磁気抵抗効果素子以外の構成については、実施例１の濃度検知装置と同じである。
【００７３】
図６は、磁気ビーズ３１より生じる漏れ磁界の強さの分布の一例を示す図である。
【００７４】
磁気ビーズ３１より生じる漏れ磁界の強さは、磁気ビーズ３１の中心からの距離が長いほど小さくなる。したがって、例えば、図６に示す漏れ磁界６１〜６３の強さをそれぞれＨ１、Ｈ２、およびＨ３とすると、漏れ磁界の強さは、Ｈ１＞Ｈ２＞Ｈ３という関係になる。
【００７５】
図７は、本実施例の磁気抵抗効果素子を説明するための説明図である。
【００７６】
図７に示す磁気抵抗効果素子７１〜７３は、実施例１で説明した磁気抵抗効果素子１１〜１３にそれぞれ相当し、固定化層とフリー層との間に膜厚がそれぞれ異なるスペーサ層８１〜８３がそれぞれ形成される。
【００７７】
スペーサ層８１〜８３の膜厚は、各磁気抵抗効果素子が対応する抗原３３の濃度に応じて設定される。磁気抵抗効果素子は、スペーサ層の膜厚が厚くなるほど磁気ビーズ３１からフリー層までの距離が長くなり、フリー層の磁化方向を反転させるために多数の磁気ビーズ３１の結合を必要とする。これにより、設定濃度が高い磁気抵抗効果素子ほど、スペーサ層の膜厚が厚くなる。
【００７８】
次に、本実施例の濃度検知装置による抗原３３の濃度検知方法について説明する。
【００７９】
磁気抵抗効果素子７１〜７３を流路２００に配置してから二次抗体３２が固定された磁気ビーズ３１を含む水溶液を流路２００に流すまでの手順については、実施例１で説明した内容と同じである。なお、磁気抵抗効果素子７１〜７３の流路２００への配置については、実施例１で説明したように設定濃度の低い順に磁気抵抗効果素子を上流側に配置することが望ましい。
【００８０】
また、本実施例の濃度検知装置は、抗原３３が磁気ビーズ３１とともに磁気抵抗効果素子７１〜７３に固定された後に行われる動作は、実施例１で説明した内容と同じである。
【００８１】
本実施例では、磁気抵抗効果素子７１〜７３において、磁気ビーズ３１が固定されたときの磁気ビーズ３１からフリー層までの距離をそれぞれ調整することにより、抗原３３の濃度を区分けしている。
【００８２】
磁気抵抗効果素子７１〜７３は、抗原３３が磁気ビーズ３１とともに固定されると、磁気ビーズ３１より生じる磁界の強さに応じて抵抗値が変化する。このとき、磁気抵抗効果素子７１〜７３のフリー層では、磁気ビーズ３１より生じる磁界の強さがそれぞれ異なる。これにより、実施例１と同様に抗原３３の濃度を広範囲かつ高精度に検知することが可能となる。
【００８３】
なお、スペーサ層８１〜８３は、固定化層と同じ材料で形成されることが望ましい。
【００８４】
また、磁気抵抗効果素子７１〜７３において、スペーサ層を形成する代わりに、設定濃度に対応させて固定化層の膜厚を調整することにしてもよい。この場合にも、磁気ビーズ３１からフリー層までの距離を調整できるため、スペーサ層を形成する場合と同様に抗原３３の濃度を広範囲かつ高精度に測定することが可能となる。
【００８５】
なお、本実施例では、磁気センサ１は、磁気抵抗効果素子を含む構成に限定されるものでなく、磁気ビーズ３１までの距離に応じて漏れ磁界の強さに対する感度を調整できるものであればよい。例えば、ホールセンサ、ＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＱＵａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ）センサ、または磁気インピーダンスセンサを用いることとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】実施例１の濃度検知装置の構成を示すブロック図である
【図２】実施例１の磁気抵抗効果素子を説明するための図である。
【図３】実施例１の磁気抵抗効果素子を説明するための図である。
【図４】実施例１の濃度検知装置を用いた濃度検知方法を説明するための模式図である。
【図５】実施例１の濃度検知装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明で使用する磁気ビーズより生じる漏れ磁界の強さの分布の一例を示す図である。
【図７】実施例２の磁気抵抗効果素子を説明するための図である。
【図８】磁気抵抗効果素子の構造の一例を示す図である。
【図９】磁気抵抗効果素子および磁気ビーズを用いた標的物質の検出方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００８７】
１ 磁気センサ
２ 濃度演算部
１１〜１３、７１〜７３ 磁気抵抗効果素子
２１ 反強磁性層
２２、１０２ ピン層
２３ 絶縁障壁層
２４、１０１ フリー層
２５、１１５ 固定化層
２６、２７ 絶縁層
３１、１１１ 磁気ビーズ
３２ 二次抗体
３３ 抗原
３４ 一次抗体
８１〜８３ スペーサ層
１０３ 非磁性層
１１２ 生体分子
１１３ 標的物質
１１４ 生体分子
２００ 流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的物質とともに固定されたときに、該標的物質の濃度に応じた強さの磁界を発生する磁性体と、
複数の素子を備え、前記標的物質が前記磁性体とともに前記複数の素子に固定されると、該磁性体より生じる磁界の強さに応じて、前記複数の素子の状態変化する数が変化し、状態変化した素子に応じた信号を出力する磁気センサと、
前記信号を検知し、検知した信号の数に基づいて前記濃度を特定する濃度演算部と、
を有することを特徴とする濃度検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の濃度検知装置において、
前記複数の素子は、前記磁性体より生じる磁界の強さが所定の値よりも大きなときに磁化方向が乱され、前記所定の値が素子毎に前記濃度に対応付けて設定された磁性層を備え、前記磁性層の磁化方向が乱されると抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子であることを特徴とする濃度検知装置。
【請求項３】
請求項１に記載の濃度検知装置において、
前記複数の素子は、前記磁性体より生じる磁界の強さが所定の値よりも大きなときに磁化方向が乱される磁性層を備え、前記標的物質が前記磁性体とともに固定されたときの該磁性体から前記磁性層までの距離が素子毎に前記濃度に対応付けて設定され、前記磁性層の磁化方向が乱されると抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子であることを特徴とする濃度検知装置。
【請求項４】
標的物質とともに固定されたときに、該標的物質の濃度に応じた強さの磁界を発生する磁性体と、該磁性体より生じる磁界の強さに応じて状態変化する数が変化する複数の素子と、を用いる濃度検知方法であって、
標的物質が前記磁性体とともに前記複数の素子に固定されると、状態変化した素子に応じた信号を出力し、
前記信号を検知し、検知した信号の数に基づいて前記濃度を特定する、
ことを特徴とする濃度検知方法。
【請求項５】
請求項４に記載の濃度検知方法において、
前記標的物質が前記磁性体とともに前記複数の素子に固定される際に前記濃度の低い素子から先に固定される、ことを特徴とする濃度検知方法。
【請求項１】
標的物質とともに固定されたときに、該標的物質の濃度に応じた強さの磁界を発生する磁性体と、
複数の素子を備え、前記標的物質が前記磁性体とともに前記複数の素子に固定されると、該磁性体より生じる磁界の強さに応じて、前記複数の素子の状態変化する数が変化し、状態変化した素子に応じた信号を出力する磁気センサと、
前記信号を検知し、検知した信号の数に基づいて前記濃度を特定する濃度演算部と、
を有することを特徴とする濃度検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の濃度検知装置において、
前記複数の素子は、前記磁性体より生じる磁界の強さが所定の値よりも大きなときに磁化方向が乱され、前記所定の値が素子毎に前記濃度に対応付けて設定された磁性層を備え、前記磁性層の磁化方向が乱されると抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子であることを特徴とする濃度検知装置。
【請求項３】
請求項１に記載の濃度検知装置において、
前記複数の素子は、前記磁性体より生じる磁界の強さが所定の値よりも大きなときに磁化方向が乱される磁性層を備え、前記標的物質が前記磁性体とともに固定されたときの該磁性体から前記磁性層までの距離が素子毎に前記濃度に対応付けて設定され、前記磁性層の磁化方向が乱されると抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子であることを特徴とする濃度検知装置。
【請求項４】
標的物質とともに固定されたときに、該標的物質の濃度に応じた強さの磁界を発生する磁性体と、該磁性体より生じる磁界の強さに応じて状態変化する数が変化する複数の素子と、を用いる濃度検知方法であって、
標的物質が前記磁性体とともに前記複数の素子に固定されると、状態変化した素子に応じた信号を出力し、
前記信号を検知し、検知した信号の数に基づいて前記濃度を特定する、
ことを特徴とする濃度検知方法。
【請求項５】
請求項４に記載の濃度検知方法において、
前記標的物質が前記磁性体とともに前記複数の素子に固定される際に前記濃度の低い素子から先に固定される、ことを特徴とする濃度検知方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１２１９２２（Ｐ２００９−１２１９２２Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９５６８９（Ｐ２００７−２９５６８９）
【出願日】平成１９年１１月１４日（２００７．１１．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１４日（２００７．１１．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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