(57)【要約】      （修正有）【課題】流路内での液体同士の混入を防止して、バイオマーカーなどの特定物質の測定精度を向上することができるセンサカートリッジを提供する。【解決手段】センサカートリッジは、第１液体プール１１および第３液体プール１３と、反応場２０と、第１液体プール１１に接続され、第１液体プール１１からの液体を反応場２０上に輸送可能に構成された第１流路３１と、一方の端部３３−１が第３液体プール１３に接続され、他方の端部３３−２が第２接続箇所４２において第１流路３１に接続された第３流路３３とを有する。第２接続箇所４２において、第３流路３３の一方の端部３３−１から他方の端部３３−２への方向が、第１流路３１の第１液体プール１１から反応場２０への方向成分を有する。また、第２接続箇所４２の下流部位４２Ａにおける第１流路３１の幅が、第２接続箇所４２の上流部位４２Ｂにおける第１流路３１の幅よりも大きい。【選択図】図２
2020034424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１液体プール、第２液体プールおよび第３液体プールと、
反応場と、
前記第１液体プールに接続され、前記第１液体プールからの液体を前記反応場上に輸送可能に構成された第１流路と、
一方の端部が前記第２液体プールに接続され、他方の端部が第１接続箇所において前記第１流路に接続された第２流路と、
一方の端部が前記第３液体プールに接続され、他方の端部が第２接続箇所において前記第１流路に接続された第３流路と、を有し、
前記第２接続箇所において、前記第３流路の前記一方の端部から前記他方の端部への方向が、前記第１流路の前記第１液体プールから前記反応場への方向成分を有し、
前記第２接続箇所の下流部位における前記第１流路の幅が、前記第２接続箇所の上流部位における前記第１流路の幅よりも大きいセンサカートリッジ。
【請求項２】
前記第２接続箇所の下流部位における前記第１流路の幅が、前記第２接続箇所の上流部位における前記第１流路の幅と前記第３流路の幅の合計と同じかまたは該合計よりも大きい、請求項１に記載のセンサカートリッジ。
【請求項３】
前記第１接続箇所において、前記第２流路の前記一方の端部から前記他方の端部への方向が、前記第１流路の前記第１液体プールから前記反応場への方向成分を有し、
前記第１接続箇所の下流部位における前記第１流路の幅が、前記第１接続箇所の上流部位における前記第１流路の幅よりも大きい、請求項１または２に記載のセンサカートリッジ。
【請求項４】
前記第１接続箇所の下流部位における前記第１流路の幅が、前記第１接続箇所の上流部位における前記第１流路の幅と前記第２流路の幅の合計と同じかまたは該合計よりも大きい、請求項３に記載のセンサカートリッジ。
【請求項５】
前記第２接続箇所は、前記第１流路において前記第１接続箇所よりも前記反応場に近い位置に設けられ、
前記第１流路は、前記第２接続箇所よりも上流側に湾曲部を有し、前記第２接続箇所において前記第３流路の非湾曲部に接続されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサカートリッジ。
【請求項６】
前記第２流路は、第１接続箇所よりも上流側に湾曲部を有し、前記第１接続箇所において前記第１流路の非湾曲部に接続されている、請求項５に記載のセンサカートリッジ。
【請求項７】
前記第１流路は、前記第２接続箇所において、前記第３流路と平行である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサカートリッジ。
【請求項８】
前記第２流路は、前記第１接続箇所において、前記第１流路と平行である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサカートリッジ。
【請求項９】
前記第３液体プールには、磁気ビーズまたは検出基質が格納されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のセンサカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサカートリッジに関し、特に、バイオマーカーなどの特定物質の物理量を測定するためのセンサカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図６に示すように、例えば、磁性粒子を分散させたニトロセルロース膜を収容する平面視略Ｕ字型の試薬室１０１と、試薬室１０１と接続された平面視略Ｕ字型のマイクロチャネル１０２と、マイクロチャネル１０２の一端側に接続され、被測定サンプルを収容するサンプル室１０３と、マイクロチャネル１０２の他端側に接続された反応室１０４とを備えるセンサカートリッジ１００が提案されている。
【０００３】
このセンサカートリッジ１００では、被測定サンプルがサンプル室１０３からマイクロチャネル１０２を介して反応室１０４に供給される。また、不図示の他の試薬室から試薬室１０１にリン酸塩緩衝液が供給されると、リン酸塩緩衝液が試薬室１０１内のニトロセルロース膜を流れ、磁性粒子が均一分散したリン酸塩緩衝液（以下、「磁性粒子分散液」とも称する）が得られる。そして、磁性粒子分散液が試薬室１０１からマイクロチャネル１０２を介して反応室１０４に供給されると、反応室１０４内の被測定サンプルに含まれる特定物質が磁性粒子と生化学的に反応し、これにより、反応室１０４に配置された不図示の磁気センサで特定物質を測定することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】中国特許出願公開第１０５６２８９０９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では、平面視略Ｕ字型の試薬室１０１とマイクロチャネル１０２との接続箇所１０５がＴ字形状を有しているため、マイクロチャネル１０２を流れる被測定サンプルが試薬室１０１に流入し、被測定サンプルに含まれるバイオマーカー等の特定物質が試薬室１０１に残留する虞がある。特定物質が試薬室１０１に残留した状態で試薬室１０１にリン酸塩緩衝液が供給されると、試薬室１０１内で磁性粒子と生化学的に反応する特定物質が現れ、既に特定物質と反応した磁性粒子と未反応の磁気分子とが混在した磁性粒子分散液が形成される。このような磁性粒子分散液が反応室１０４に供給されると、特定物質と反応した磁性粒子を含まない磁気分子分散液が反応室１０４に供給される場合と比較して、磁気センサ上で捕捉される磁性粒子の数が変化し、特定物質の物理量を磁気センサで正確に測定できない場合がある。
【０００６】
本発明の目的は、流路内での液体同士の混入を防止して、バイオマーカーなどの特定物質の測定精度を向上することができるセンサカートリッジを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
［１］第１液体プール、第２液体プールおよび第３液体プールと、
反応場と、
前記第１液体プールに接続され、前記第１液体プールからの液体を前記反応場上に輸送可能に構成された第１流路と、
一方の端部が前記第２液体プールに接続され、他方の端部が第１接続箇所において前記第１流路に接続された第２流路と、
一方の端部が前記第３液体プールに接続され、他方の端部が第２接続箇所において前記第１流路に接続された第３流路と、を有し、
前記第２接続箇所において、前記第３流路の前記一方の端部から前記他方の端部への方向が、前記第１流路の前記第１液体プールから前記反応場への方向成分を有し、
前記第２接続箇所の下流部位における前記第１流路の幅が、前記第２接続箇所の上流部位における前記第１流路の幅よりも大きいセンサカートリッジ。
［２］前記第２接続箇所の下流部位における前記第１流路の幅が、前記第２接続箇所の上流部位における前記第１流路の幅と前記第３流路の幅の合計と同じかまたは該合計よりも大きい、上記［１］に記載のセンサカートリッジ。
［３］前記第１接続箇所において、前記第２流路の前記一方の端部から前記他方の端部への方向が、前記第１流路の前記第１液体プールから前記反応場への方向成分を有し、
前記第１接続箇所の下流部位における前記第１流路の幅が、前記第１接続箇所の上流部位における前記第１流路の幅よりも大きい、上記［１］または［２］に記載のセンサカートリッジ。
［４］前記第１接続箇所の下流部位における前記第１流路の幅が、前記第１接続箇所の上流部位における前記第１流路の幅と前記第２流路の幅の合計と同じかまたは該合計よりも大きい、上記［３］に記載のセンサカートリッジ。
［５］前記第２接続箇所は、前記第１流路において前記第１接続箇所よりも前記反応場に近い位置に設けられ、
前記第１流路は、前記第２接続箇所よりも上流側に湾曲部を有し、前記第２接続箇所において前記第３流路の非湾曲部に接続されている、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のセンサカートリッジ。
［６］前記第２流路は、第１接続箇所よりも上流側に湾曲部を有し、前記第１接続箇所において前記第１流路の非湾曲部に接続されている、上記［５］に記載のセンサカートリッジ。
［７］前記第１流路は、前記第２接続箇所において、前記第３流路と平行である、上記［１］〜［６］のいずれかに記載のセンサカートリッジ。
［８］前記第２流路は、前記第１接続箇所において、前記第１流路と平行である、上記［１］〜［７］のいずれかに記載のセンサカートリッジ。
［９］前記第３液体プールには、磁気ビーズまたは検出基質が格納されている、上記［１］〜［８］のいずれかに記載のセンサカートリッジ。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、流路内での液体同士の混入を防止して、バイオマーカーなどの特定物質の測定精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るセンサカートリッジの構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１のセンサカートリッジにおける流路の具体的構成の一例を示す平面図である。
【図３】（ａ）は、図２の流路に設けられた第１接続箇所および第２接続箇所の詳細を示す部分拡大図であり、（ｂ）は、その最も好ましい形態を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は、図１のセンサカートリッジの使用方法の一例を説明するための模式図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は、図１のセンサカートリッジの変形例およびその使用方法を説明するための模式図である。
【図６】従来のセンサカートリッジの一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［センサカートリッジの全体構成］
図１は、本実施形態に係るセンサカートリッジの構成を概略的に示す斜視図である。本実施形態では、反応場が磁気センサの表面で構成される場合を例に挙げて説明する。なお、以下の説明で用いる図面では、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は図示するものに限らないものとする。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態のセンサカートリッジ１は、ベースプレート１Ａと、ベースプレート１Ａ上に積層される基板１Ｂと、基板１Ｂを挟み込んだ状態でベースプレート１Ａ上に載置されるカバープレート１Ｃとを備えている。
【００１２】
具体的には、このセンサカートリッジ１は、第１液体プール１１、第２液体プール１２および第３液体プール１３と、反応場２０と、第１液体プール１１に接続され、第１液体プール１１からの液体を反応場２０上に輸送可能に構成された第１流路３１と、一方の端部３２−１が第２液体プール１２に接続され、他方の端部３２−２が第１接続箇所４１において第１流路３１に接続された第２流路３２と、一方の端部３３−１が第３液体プール１３に接続され、他方の端部３３−２が第２接続箇所４２において第１流路３１に接続された第３流路３３とを有する。
【００１３】
本実施形態では、第１液体プール１１，第２液体プール１２，第３液体プール１３および第１流路３１，第２流路３２，第３流路３３がカバープレート１Ｃに設けられており、反応場２０が基板１Ｂの後述する磁気センサに設けられている。但し、第１液体プール１１，第２液体プール１２，第３液体プール１３および第１流路３１，第２流路３２，第３流路３３は、これに限らず、ベースプレート１Ａに設けられてもよい。
【００１４】
第１液体プール１１、第２液体プール１２および第３液体プール１３は、カバープレート１Ｃの上面１Ｃ−１に設けられており、第１流路３１，第２流路３２，第３流路３３は、カバープレート１Ｃの下面１Ｃ−２に設けられている。そして、第１液体プール１１、第２液体プール１２および第３液体プール１３は、それぞれ不図示の連通孔を介して第１流路３１，第２流路３２および第３流路３３に連通している。センサカートリッジ１は、例えば透明性の樹脂で形成されており、第１流路３１、第２流路３２および第３流路３３が、カバープレート１Ｃの上面１Ｃ−１側から視認可能に構成されている。
【００１５】
第１液体プール１１、第２液体プール１２および第３液体プール１３には、それぞれ弾性部材で形成されたキャップ部材５１，５２，５３が着脱可能に取り付けられている。例えば、第１液体プール１１にキャップ部材５１を取り付けた状態で注射器などの器具を用いて第１液体プール１１に所定の液体を注入して格納し、その後キャップ部材５１を押圧することで、第１液体プール１１内の液体が第１流路３１に供給される。第２液体プール１２および第３液体プール１３に液体を格納する場合も、上記と同様であるので、その説明を省略する。
【００１６】
基板１Ｂの上面１Ｂ−１には反応場２０が設けられており、反応場２０は、基板１Ｂに上面が露出するように埋め込まれた磁気センサの表面で構成されている。但し、反応場２０は、磁気センサの表面に限られず、測定対象となるバイオマーカー（例えば、生体分子）と生化学的に反応可能な領域であれば、他の部材で構成されてもよい。
【００１７】
また、センサカートリッジ１は、反応場２０の下流側に設けられた第４流路３４と、基板１Ｂに設けられた孔２１を介して第４流路３４に接続された排液プール１４とを備える。本実施形態では、第４流路３４は、カバープレート１Ｃの下面１Ｃ−２に設けられており、排液プール１４は、ベースプレート１Ａの上面１Ａ−１に設けられている。第４流路３４は、第１液体プール１１に直接接続されておらず、排液プール１４のみに直接接続されている（図２参照）。
【００１８】
本実施形態では、第１液体プール１１は、測定対象であるバイオマーカーを含む液体、好ましくはバイオマーカーが分散されたバイオマーカー分散液を格納可能に設けられている。但し、第１液体プール１１は、バイオマーカーに限らず、分析等に使用可能な特定物質を含む液体を格納可能に設けられてもよい。第２液体プール１２は、所定の液体、例えば洗浄液を格納可能に設けられている。第３液体プール１３は、磁気ビーズまたは検出基質を格納可能に設けられている。使用時には、第３液体プール１３には、磁気ビーズまたは検出基質が格納されている。この第３プール１３は、磁気ビーズを含む液体、好ましくは磁気ビーズが分散された磁気ビーズ分散液を格納可能に設けられる。この場合の使用方法としては、例えば、第３液体プール１３に磁気ビーズを格納しておき、使用時に液体を注入して磁気ビーズを含む液体（好ましくは磁気ビーズ分散液）とする方法が挙げられる。バイオマーカーおよび磁気ビーズの詳細については、後述する。
【００１９】
［流路の具体的構成］
図２は、図１のセンサカートリッジ１における流路の具体的構成の一例を示す平面図であり、図３は、図２の流路に設けられた第１接続箇所４１および第２接続箇所４２の詳細を示す部分拡大図である。
【００２０】
図２に示すように、第１流路３１は、第１液体プール１１から反応場２０に向かって、直線部３１ａ、湾曲部３１ｂ、直線部３１ｃ、湾曲部３１ｄ、直線部３１ｅ、湾曲部３１ｆおよび直線部３１ｇをこの順に有している。但し、第１流路３１は、これに限らず、センサカートリッジ１の小型化やレイアウトの観点から上記と異なる形状を有していてもよい。
【００２１】
第２流路３２は、第２液体プール１２から第１接続箇所４１に向かって、直線部３２ａ、湾曲部３２ｂをこの順に有している。但し、第２流路３２は、これに限らず、センサカートリッジ１の小型化やレイアウトの観点から上記と異なる形状を有していてもよい。
【００２２】
第３流路３３は、直線部３３ａを有している。但し、第３流路３３は、これに限らず、センサカートリッジ１の小型化やレイアウトの観点から上記と異なる形状を有していてもよい。
【００２３】
本実施形態では、第２接続箇所４２において、第３流路３３の一方の端部３３−１から他方の端部３３−２への方向が、第１流路３１の第１液体プール１１から反応場２０への方向成分を有する。また、第２接続箇所４２の下流部位４２Ａにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｄ２が、第２接続箇所４２の上流部位４２Ｂにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｕ２よりも大きい。「上流部位」とは、液体の流れ方向に関して、対象となっている接続箇所の直前の部位を意味し、「下流部位」とは、液体の流れ方向に関して、当該接続箇所の直後の部位を意味する。第３流路３３は、第２接続箇所４２において、第１流路３１の直線部３１ｅの延在方向と同等の方向で第１流路３１に接続されていることが好ましい。
【００２４】
このように、第２接続箇所４２において、第３流路３３の一方の端部３３−１から他方の端部３３−２への方向が、第１流路３１の第１液体プール１１から反応場２０への方向成分を有して第１流路３１に接続されており、さらに、下流部位４２Ａにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｄ２が上流部位４２Ｂにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｕ２よりも大きいことにより、第１流路３１内で液体が上流部位４２Ｂから下流部位４２Ａに向かって流れる際、液体が第３流路３３に浸入し難くなる。
【００２５】
また、第２接続箇所４２の下流部位４２Ａにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｄ２が、第２接続箇所４２の上流部位４２Ｂにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｕ２と第３流路３３の幅Ｌ３の合計と同じかまたは該合計よりも大きいことが好ましい。これにより、第１流路３１内で液体が上流部位４２Ｂから下流部位４２Ａに向かって流れる際、当該液体が第３流路３３により浸入し難くなる。
【００２６】
また、第２接続箇所４２における第１流路３１の軸線方向と第３流路３３の軸線方向とのなす角度は、４５°以下が好ましく、３０°以下がより好ましく、０°である（すなわち、第２接続箇所４２において第１流路３１が第３流路３３と平行である）のが更に好ましい。特に、図３（ｂ）に示すように、第２接続箇所４２の上流部位４２Ｂにおいて、第１流路３１の軸線方向が、第３流路３３の直線部３３ａの軸線方向と平行であるのが好ましい。このように、第２接続箇所４２において第１流路３１が第３流路３３と平行に接続されることにより、第１液体プール１１内の液体あるいは第３液体プール１３内の液体を反応場２０に向かって流した際に、一方の流路を流れる液体が他方の流路により浸入し難くなる。
【００２７】
また、第１接続箇所４１において、第２流路３２の一方の端部３２−１から他方の端部３２−２への方向が、第１流路３１の第１液体プール１１から反応場２０への方向成分を有するのが好ましい。このとき、第１接続箇所４１の下流部位４１Ａにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｄ１が、第１接続箇所４１の上流部位４１Ｂにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｕ１と第２流路３２の幅Ｌ２よりも大きいことが好ましい。第２流路３２は、第１接続箇所４１において、第１流路３１の直線部３１ｃの延在方向と同等の方向で第１流路３１に接続されていることがより好ましい。
【００２８】
このように、第１接続箇所４１においても、第２流路３２の一方の端部３２−１から他方の端部３２−２への方向が、第１流路３１の第１液体プール１１から反応場２０への方向成分を有して第１流路３１に接続されており、さらに、下流部位４１Ａにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｄ１が上流部位４１Ｂにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｕ１よりも大きいことにより、第１流路３１内で液体が上流部位４１Ｂから下流部位４１Ａに向かって流れる際、当該液体が第２流路３２に浸入し難くなる。
【００２９】
また、第１接続箇所４１の下流部位４１Ａにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｄ１が、第１接続箇所４１の上流部位４１Ｂにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｕ１と第２流路３２の幅Ｌ２の合計と同じかまたは該合計よりも大きいことが好ましい。これにより、第１流路３１内で液体が上流部位４１Ｂから下流部位４１Ａに向かって流れる際、当該液体が第２流路３２により浸入し難くなる。
【００３０】
また、第１接続箇所４１における第１流路３１の軸線方向と第２流路３２の軸線方向とのなす角度は、４５°以下が好ましく、３０°以下がより好ましく、０°である（すなわち、第１接続箇所４１において第２流路３２が第１流路３１と平行である）のが更に好ましい。特に、図３（ｂ）に示すように、第１接続箇所４１の上流部位４１Ｂにおいて、第２流路３２の軸線方向が、第１流路３１の直線部３１ｃの軸線方向と平行であるのが好ましい。このように、第１接続箇所４１において第２流路３２が第１流路３１と平行に接続されることにより、第１液体プール１１内の液体あるいは第２液体プール１２内の液体を反応場２０に向かって流した際に、一方の流路を流れる液体が他方の流路により浸入し難くなる。
【００３１】
第２接続箇所４２は、第１流路３１において第１接続箇所４１よりも反応場２０に近い位置に設けられるのが好ましい（図２）。また、第１流路３１は、第２接続箇所４２よりも上流側に湾曲部３１ｄを有し、第２接続箇所４２において第３流路３３の非湾曲部に接続されているのが好ましい。本実施形態では、湾曲部３１ｄは第１接続箇所４１と第２接続箇所４２との間に設けられており、第３流路３３の上記非湾曲部は、直線部３３ａに相当する。これにより、例えば磁気ビーズあるいは検出基質を含む液体を第３液体プール１３に格納して、第３流路３３を介して当該液体を反応場２０に流す場合に、第３流路３３内の液体が湾曲部を通る回数をなくすかあるいはその回数を少なくすることができ、磁気ビーズあるいは検出基質を反応場２０にスムーズに供給することが可能となる。
【００３２】
第２流路３２は、第１接続箇所４１よりも上流側に湾曲部３２ｂを有し、第１接続箇所４１において第１流路３１の非湾曲部に接続されているのが好ましい。本実施形態では、第１流路３１の上記非湾曲部は、直線部３１ｃに相当する。これにより、バイオマーカー分散液を第１液体プールに格納して、第１流路３１を介してバイオマーカー分散液を反応場２０に流す場合に、バイオマーカーを反応場２０にスムーズに供給することが可能となる。
【００３３】
［磁気センサの具体的構成］
磁気センサは、例えば、基板と、該基板上に配置された磁気抵抗効果素子と、該磁気抵抗効果素子及び基板を覆って形成された保護膜とを備える。
【００３４】
磁気抵抗効果素子は、入力される磁界に応じて検出される抵抗値が変化するように構成されている。
【００３５】
保護膜は、外表面にバイオマーカーを認識する親和性物質（以下、「第１親和性物質」とも称する）を有する。
保護膜の外表面は、試料中のバイオマーカーと接触する表面である。この外表面は、測定対象のバイオマーカーと特異的に結合する第１親和性物質を備えている。第１親和性物質は、例えば、一本鎖ＤＮＡやＲＮＡである。例えば、バイオマーカーが一本鎖ＤＮＡやＲＮＡを有する場合、一本鎖ＤＮＡ間、ＲＮＡ間または一本鎖ＤＮＡとＲＮＡとの間のハイブリダイゼーションにより、第１親和性物質とバイオマーカーとが特異的に結合する。また、磁気ビーズも、バイオマーカーと特異的に結合する第２親和性物質を備えている。
【００３６】
保護膜の構成は、上記磁気抵抗効果素子を保護可能であれば特に限定されない。保護膜の材料は、例えばアルミナ、シリカ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化タルタル、酸化亜鉛、酸化ガリウム、酸化スズ等の酸化物；金、銀、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム等の貴金属；窒化アルミ、窒化シリコン等の無機物や、ポリイミド等の有機物、が挙げられる。
【００３７】
保護膜が上記第１親和性物質を備えることにより、測定対象のバイオマーカーが試料中に存在する場合にのみ、バイオマーカーが保護膜の外表面に第１親和性物質を介して固定される。また、磁気ビーズが第２親和性物質を介してバイオマーカーと結合することにより、磁気ビーズが保護膜表面に固定される。
【００３８】
また、センサカートリッジ１には、電極端子１Ｄが設けられており（図１）、電極端子１Ｄが磁気抵抗効果素子と電気的に接続されている。
【００３９】
［磁気ビーズの具体的構成］
磁気ビーズは、第１親和性物質のバイオマーカー認識部位とは異なる部位を認識する第２親和性物質を備える。第２親和性物質は、例えばストレプトアビジンである。例えば、バイオマーカーが一本鎖ＤＮＡまたはＲＮＡと異なる部位にビオチンを有する場合、第２親和性物質であるストレプトアビジンとビオチンとが特異的に結合する。磁気ビーズは、上記保護膜上に、第１親和性物質−バイオマーカー−第２親和性物質複合体を介して集積する。
【００４０】
磁気ビーズは、換言すれば、バイオマーカーと特異的に結合する第２親和性物質を備えており、第２親和性物質を介してバイオマーカーと結合する。磁気ビーズは、第２親和性物質がコーティング処理等により付加されたものであってもよく、また、第２親和性物質自体からなるものであってもよい。
【００４１】
磁気ビーズは、磁性を帯びている粒子であれば特に限定されず、例えば酸化鉄粒子が挙げられる。磁気ビーズの直径としては、保護膜の面積との兼ね合いによるが、例えば、０．０１μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、０．０５μｍ以上５０μｍ以下がより好ましく、０．１μｍ以上５μｍ以下が特に好ましい。
【００４２】
［バイオマーカーの具体的構成］
測定対象のバイオマーカーまたは検出対象の生体分子としては、例えば、ＤＮＡ、ｍＲＮＡ、ｍｉＲＮＡ、ｓｉＲＮＡ、人工核酸（例えば、ＬＮＡ（Ｌｏｃｋｅｄ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ）、ＢＮＡ（Ｂｒｉｄｇｅｄ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ））等の核酸（天然由来であってもよく、化学合成したものであってもよい。）；リガンド、サイトカイン、ホルモン等のペプチド；受容体、酵素、抗原、抗体等のタンパク質；細胞、ウイルス、細菌、真菌等が挙げられる。
【００４３】
検出対象の生体分子を含む試料（液体）としては、血液、血清、血漿、尿、パフィーコート、唾液、精液、胸部滲出液、脳脊髄液、涙液、痰、粘液、リンパ液、腹水、胸水、羊水、膀胱洗浄液、気管支肺胞洗浄液、細胞抽出液、細胞培養上清等が挙げられる。
【００４４】
また、測定対象のバイオマーカーとしては、検出対象となる生体分子に別の生体分子を複合体化させたもの、または、検出対象となる生体分子を別の生体分子に変換したものであってもよい。例えば、ＲＮＡに対して、ビオチンを末端に有するＤＮＡをハイブリダイゼーションにより複合体化させたもの（以下、「ＲＮＡ−ＤＮＡ−ビオチン複合体」と称する場合がある。）等が挙げられる。複合体化によりＲＮＡにビオチンが付加されたことにより、ストレプトアビジンと特異的に結合することが可能となる。  
【００４５】
上記のように構成されるセンサカートリッジ１では、センサカートリッジ１に設けられた３つの液体プールに、それぞれ別種の液体を格納する。例えば第１液体プール１１にはバイオマーカー分散液（例えば、ターゲットＤＮＡ分散液）、第２液体プール１２には洗浄液、第３液体プール１３には磁気ビーズ分散液が、それぞれ格納される。バイオマーカー分散液は、上述のように、第１液体プール１１に注射器などの器具を用いて注入されることで、当該第１液体プール１１に格納される。
【００４６】
そして、不図示の磁気特性測定装置にセンサカートリッジ１をセットした状態で、状浮きの液体を、バイオマーカー分散液、洗浄液、磁気ビーズ分散液の順で、反応場２０としての磁気センサの表面へ送液し、磁気ビーズ数に基づいてバイオマーカーの濃度を測定する。
【００４７】
［センサカートリッジの使用方法］
図４（ａ）〜（ｆ）は、図１のセンサカートリッジ１の使用方法の一例を説明するための模式図である。
【００４８】
図４（ａ）に示すように、反応場２０である磁気センサの表面、すなわち保護膜の外表面に、ＤＮＡあるいは抗体等の第１親和性物質６１が固定されている。
【００４９】
先ず、第１液体プール１１から第１流路３１を介して反応場２０にバイオマーカー分散液を供給し（図４（ｂ））、第１親和性物質６１に、バイオマーカー６２を付着させ、固定する（図４（ｃ））。
【００５０】
ここで、上記従来技術で示すように、バイオマーカー分散液が流れる第１流路と磁気ビーズ分散液が流れる第３流路との接続箇所がＴ字形状を有する場合、すなわち第３流路が第１流路に対して垂直に接続されている場合、バイオマーカー分散液を第１流路に流した際にバイオマーカーが第３流路に流れ込んで第３流路に残留し、バイオマーカーが磁性ビーズと反応してしまう可能性がある。また、第１流路の幅が一定であるため、バイオマーカーが第１流路から第３流路に流れ込んで第３流路に残留する可能性が高い。
【００５１】
一方、本実施形態では、第２接続箇所４２において、第３流路３３の一方の端部３３−１から他方の端部３３−２への方向が、第１流路３１の第１液体プール１１から反応場２０への方向成分を有しており、また、第２接続箇所４２の下流部位４２Ａにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｄ２が、第２接続箇所４２の上流部位４２Ｂにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｕ２よりも大きいので、バイオマーカー分散液を第１流路３１に流した際にバイオマーカーが第３流路３３に流れ込み難くなる。
【００５２】
次いで、第２液体プール１２から第２流路３２及び第１流路３１を介して反応場２０に洗浄液を供給し、第１流路３１に残留するバイオマーカーを除去するとともに、第１親和性物質６１に捕捉されていない余分なバイオマーカー６２を磁気センサ上あるいはその近傍から除去する（図４（ｄ））。
【００５３】
本工程においても、第１接続箇所４１において、第２流路３２の一方の端部３２−１から他方の端部３２−２への方向が、第１流路３１の第１液体プール１１から反応場２０への方向成分を有し、第１接続箇所４１の下流部位４１Ａにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｄ１が、第１接続箇所４１の上流部位４１Ｂにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｕ１よりも大きいので、バイオマーカー分散液を第１流路３１に流した際にバイオマーカー６２が第２流路３２に流れ込み難くなり、バイオマーカー６２の洗浄液への混入が抑制される。よって、バイオマーカー６２が混入していない本来の洗浄液で、第１流路３１と反応場２０である磁気センサの表面を十分に洗浄することができる。
【００５４】
その後、第３液体プール１３から第３流路３３及び第１流路３１を介して反応場２０に磁気ビーズ分散液を供給し（図４（ｅ））、バイオマーカー６２に、磁気ビーズ６３を付着させ、固定する（図４（ｆ））。第１流路３１は洗浄されているので、磁気ビーズ分散液とバイオマーカー分散液との混合は反応場の上流側において抑制される。本実施形態で使用される磁気ビーズ６３は、この特定のたんぱく質で覆われており、バイオマーカー６２が固定された磁気センサ上に磁気ビーズ６３を供給すると、磁気ビーズ６３がバイオマーカー６２と結合し、バイオマーカー６２と共に磁気センサ上にとどまる。
【００５５】
この状態で、磁気センサ近傍に外部磁場を印加する。磁気センサ上の磁気ビーズ６３の数に応じて磁気センサの抵抗値が変化するため、この抵抗変化量により、磁気センサ上にある磁気ビーズ数を測定し、測定された磁気ビーズ数の値からバイオマーカー６２の濃度を測定する。
【００５６】
上述したように、本実施形態によれば、第２接続箇所４２において、第３流路３３の一方の端部３３−１から他方の端部３３−２への方向が、第１流路３１の第１液体プール１１から反応場２０への方向成分を有しており、さらに、第２接続箇所４２の下流部位４２Ａにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｄ２が、第２接続箇所４２の上流部位４２Ｂにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｕ２よりも大きいので、第１流路３１内でバイオマーカー分散液が上流部位４２Ｂから下流部位４２Ａに向かって流れる際、バイオマーカー分散液が第３流路３３に浸入し難い。これにより、バイオマーカー６２と反応した磁気ビーズ６３が反応場２０である磁気センサの表面に供給されるのを防止することができ、バイオマーカー６２の測定精度を向上することができる。これにより、例えば、血液、血しょう、唾や汗などの生体由来の検体に含まれる、病気の状態によって濃度が変化するバイオマーカーの濃度を、簡便、迅速かつ高精度で測定し、その測定結果をヒトなどの診断に用いることが可能となる。
【００５７】
［センサカートリッジの変形例およびその使用方法］
図５（ａ）〜（ｄ）は、図１のセンサカートリッジ１の変形例およびその使用方法を説明するための模式図である。本変形例では、磁気センサの代わりに基板を設け、また、酵素を有するバイオマーカーを含む液体を用い、磁気ビーズ分散液の代わりに検出基質を含む液体を用いる点で、上記実施形態と異なる。磁気センサの代わりに設けられた基板は、その表面に第１親和性物質を有し、基板表面が反応場となる。
【００５８】
センサカートリッジ１の変形例では、例えば第１液体プール１１には、酵素を有するバイオマーカーが分散されたバイオマーカー分散液が、第２液体プール１２には洗浄液がそれぞれ格納される。第３液体プール１３には、検出基質を含む液体、好ましくは上記特定の酵素に反応する検出基質が分散された検出基質分散液が格納される。
【００５９】
上記の特定の酵素としては、例えば、アルカリホスファターゼや西洋ワサビペルオキシターゼが挙げられる。酵素を有するバイオマーカーとしては、例えば、バイオマーカーに酵素を直接結合させたものでも良く、上記酵素に付加されたストレプトアビジンとバイオマーカーに付加されたビオチンとが結合したバイオマーカーでも良い。
【００６０】
上記の検出基質としては、例えば、発色性基質、化学蛍光性基質、化学発光性基質が挙げられるが、安定的な発色の観点からは発色性基質が好ましい。発色性基質としては、例えば、酵素としてアルカリホスファターゼを用いる場合には、パラニトロフェニルリン酸が挙げられ、酵素として西洋ワサビペルオキシターゼを用いる場合には、3,3’,5,5’-テトラメチルベンジジンが挙げられる。
【００６１】
センサカートリッジの変形例の使用方法の一例を説明する。図５（ａ）に示すように、反応場２０である基板の表面に、ＤＮＡあるいは抗体等の第１親和性物質６１が固定されている。
【００６２】
先ず、第１液体プール１１から、第１流路３１を介して反応場２０に、酵素７１を有するバイオマーカー６２を含む分散液を供給し（図５（ｂ））、第１親和性物質６１に、酵素７１を有するバイオマーカー６２を付着させ、固定する（図５（ｃ））。次いで、第２液体プール１２から第２流路３２及び第１流路３１を介して反応場２０に洗浄液を供給し、第１流路３１に残留する、酵素７１を有するバイオマーカー６２を除去するとともに、第１親和性物質６１に捕捉されていない余分なバイオマーカー６２を基板上あるいはその近傍から除去する（図５（ｄ））。
【００６３】
その後、第３液体プール１３から第３流路３３を介して反応場２０に検出基質分散液を供給し（図５（ｅ））、検出基質７２を酵素７１と反応させる（図５（ｆ））。例えば検出基質分散液が発色性基質分散液である場合、酵素７１の量に応じて検出基質７２の着色量（着色の濃淡）が決定される。この検出基質７２の着色量（色の濃さ）から特定波長での光吸収の値が測定される。すなわち吸光度検出（比色分析）を行い、基板上の特定波長での光吸収の値からバイオマーカー６２の濃度を測定する。
【００６４】
本変形例においても、第２接続箇所４２において、第３流路３３の一方の端部３３−１から他方の端部３３−２への方向が、第１流路３１の第１液体プール１１から反応場２０への方向成分を有しており、さらに、第２接続箇所４２の下流部位４２Ａにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｄ２が、第２接続箇所４２の上流部位４２Ｂにおける第１流路３１の幅Ｌ１ｕ２よりも大きいので、第１流路３１内でバイオマーカー分散液が上流部位４２Ｂから下流部位４２Ａに向かって流れる際、バイオマーカー分散液が第３流路３３に浸入し難い。仮に、反応場２０よりも上流で酵素７１と検出基質７２とが混合して反応した場合、第１の親和性物質６１に結合しない「酵素７１を有するバイオマーカー６２」と反応した検出基質７２を検出することになり、検出基質７２による光量が変わり、精度が大きく低下する。一方、本変形例によれば、酵素７１を有するバイオマーカー６２と反応した検出基質７２が反応場２０である基板の表面に供給されるのを防止することができ、酵素７１を有するバイオマーカー６２の測定精度を向上することができる。
【００６５】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００６６】
例えば、上記実施形態では、センサカートリッジ１は３個の液体プールと該液体プールに対応する３つの流路を有するが、これに限らず、必要に応じて４個以上の液体プールと４個以上の流路を有していてもよい。この場合にも、各流路内での液体同士の混入を防止することができる。
【００６７】
また、上記実施形態では、第１液体プール１１がバイオマーカー６２を含む液体を格納し、第２液体プール１２が洗浄液を格納しているが、これに限らず、第１液体プール１１が洗浄液を格納し、第２液体プール１２がバイオマーカー６２を含む液体を格納してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明のセンサカートリッジは、例えば、がん診断、がんの種類別診断、がんの進行度診断、インフルエンザウイルスの検出、インフルエンザウイルスの種類の特定、インフルエンザの病状観察等に適用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  センサカートリッジ
１Ａ  ベースプレート
１Ａ−１  上面
１Ｂ  基板
１Ｂ−１  上面
１Ｃ  カバープレート
１Ｃ−１  上面
１Ｃ−２  下面
１Ｄ  電極端子
１１  第１液体プール
１２  第２液体プール
１３  第３液体プール
１４  排液プール
２０  反応場
２１  孔
３１  第１流路
３１ａ  直線部
３１ｂ  湾曲部
３１ｃ  直線部
３１ｄ  湾曲部
３１ｅ  直線部
３１ｆ  湾曲部
３１ｇ  直線部
３２  第２流路
３２ａ  直線部
３２ｂ  湾曲部
３２−１  一方の端部
３２−２  他方の端部
３３  第３流路
３３−１  一方の端部
３３−２  他方の端部
３４  第４流路
４１  第１接続箇所
４１Ａ  下流部位
４１Ｂ  上流部位
４２  第２接続箇所
４２Ａ  下流部位
４２Ｂ  上流部位
５１  キャップ部材
５２  キャップ部材
５３  キャップ部材
６１  第１親和性物質
６２  バイオマーカー
６３  磁気ビーズ
７１  酵素
７２  検出基質
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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