(57)【要約】イムノクロマト法のもつ安価・簡便性を維持し、短時間での計測を行い、また同時に高感度な検出、高精度な検出を行う。  膜部材２０２に接続した吸収パッド２０６をヒータ２１６で過熱して溶液の蒸発を行うことにより、短時間での計測を実現する。また、抗体固定部の温度も合わせて時間的に制御することにより、より短時間で高感度、高精度な計測を実現する。
2008041773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析対象物質と特異的に結合する物質が固定された固定部を有する膜部材と、
前記膜部材に試料溶液を導入するための試料導入部と、
前記固定部を流通した試料溶液を吸収する吸収部と、
前記吸収部に接してあるいは内包されて設けられ、前記吸収部に吸収された試料溶液を蒸発させる蒸発手段と
を有することを特徴とする分析キット。
【請求項２】
請求項１記載の分析キットにおいて、前記蒸発手段は前記吸収部を加熱して前記吸収部に吸収された試料溶液を蒸発させることを特徴とする分析キット。
【請求項３】
請求項２記載の分析キットにおいて、前記蒸発手段は酸化反応熱を発生する酸化発熱剤を含有することを特徴とする分析キット。
【請求項４】
請求項２記載の分析キットにおいて、前記蒸発手段は水に溶けるとき溶解熱を発生する物質を含有することを特徴とする分析キット。
【請求項５】
請求項２記載の分析キットにおいて、前記蒸発手段は加水分解反応によって発熱する物質を含有することを特徴とする分析キット。
【請求項６】
請求項１記載の分析キットにおいて、外部と空気の流通を保った状態で内部を遮光するパッケージに前記膜部材、前記試料導入部、前記吸収部、及び前記蒸発手段が封入され、前記発熱手段は外部からの無線制御によって発熱するＲＦ加熱チップであることを特徴とする分析キット。
【請求項７】
請求項６記載の分析キットにおいて、外部と無線通信できるＲＦセンサチップが前記固定部に接して設けられていることを特徴とする分析キット。
【請求項８】
請求項７記載の分析キットにおいて、前記ＲＦセンサチップにより前記固定部の発光を検出することを特徴とする分析キット。
【請求項９】
請求項６記載の分析キットにおいて、前記ＲＦ加熱チップは温度センサを備え、前記吸収部の温度を監視することができることを特徴とする分析キット。
【請求項１０】
請求項７記載の分析キットにおいて、前記ＲＦ加熱チップを制御する周波数と前記ＲＦセンサチップを制御する周波数が異なることを特徴とする分析キット。
【請求項１１】
請求項１記載の分析キットにおいて、前記固定部での前記分析対象物質の検出が呈色反応を利用したものであることを特徴とする分析キット。
【請求項１２】
請求項１記載の分析キットにおいて、前記固定部での前記分析対象物質の検出が化学発光を利用したものであることを特徴とする分析キット。
【請求項１３】
請求項１記載の分析キットにおいて、前記分析対象物質の検出に必要な試薬を前記膜部材に導入するための試薬導入部を前記試料導入部とは別に有することを特徴とする分析キット。
【請求項１４】
分析対象物質と特異的に結合する物質が固定された固定部を有する膜部材と、
前記膜部材に試料溶液を導入するための試料導入部と、
前記固定部を流通した試料溶液を吸収する吸収部と、
前記吸収部に吸収された試料溶液を蒸発させる蒸発手段と
を有することを特徴とする分析装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の分析装置において、前記蒸発手段は前記固定部より下流側の膜部材の少なくとも一部の温度を制御する機構を有することを特徴とする分析装置。
【請求項１６】
請求項１４記載の分析装置において、前記蒸発手段はヒータであることを特徴とする分析装置。
【請求項１７】
請求項１４記載の分析装置において、前記蒸発手段は光照射装置であることを特徴とする分析装置。
【請求項１８】
請求項１４記載の分析装置において、前記蒸発手段は吸引装置であることを特徴とする分析装置。
【請求項１９】
請求項１４記載の分析装置において、前記蒸発手段は前記固定部の温度を制御する機構を有することを特徴とする分析装置。
【請求項２０】
請求項１５記載の分析装置において、前記固定部と前記固定部より下流の膜部材のうち少なくとも一方の温度を計測し、その計測値を用いて前記固定部より下流側の膜部材の少なくとも一部の温度を制御することを特徴とする分析装置。
【請求項２１】
分析対象物質と特異的に結合する物質が固定された固定部を有する膜部材に試料溶液を導入する工程と、
前記試料溶液を前記膜部材の前記固定部を通過して流通させる工程と、
前記固定部より下流の膜部材の一部で流通してきた溶液を蒸発させる工程と
を有することを特徴とする分析方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の分析方法において、前記溶液の蒸発は加熱によって行われることを特徴とする分析方法。
【請求項２３】
請求項２１記載の分析方法において、前記分析対象物質の検出を前記固定部で酵素反応を利用して行い、前記分析に要する時間のうち少なくとも一部の時間で、前記固定部の温度が室温よりも低いことを特徴とする分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は核酸、タンパク質、糖類などの生体物質を対象とした、イムノクロマト法による検査用分析キット及びそれを用いた分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
成人病・腫瘍などの疾患マーカやウィルス・細菌の検体検査では、従来、省力化によるコスト削減の観点から専ら大規模病院や検査センタに設置された集中検査装置が利用されてきた。ところが、９０年代後半に抗インフルエンザウィルス薬が開発され、診療現場においてウィルス種を同定し、その場で抗ウィルス薬を処方する迅速性が必要になった。この要求に、簡便性と一定の感度を備えた安価なイムノクロマト法が応え、急速に普及した。現場における検査（ＰＯＣＴ；Ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  Ｃａｒｅ  Ｔｅｓｔｉｎｇ）は、感染症をはじめ心筋梗塞などの生活習慣病の予防、治療などの分野において、将来にわたる拡大が予想され、イムノクロマトはＰＯＣＴの有力デバイスのひとつとして期待されている。
イムノクロマト法は安価・簡便なその場検査キットに適した技術である。しかし、目視によって呈色反応を検出するため、集中検査装置に比較すると感度が低く、定量が困難である。広く利用されているインフルエンザウィルス用のイムノクロマト検査薬は１５分以内にウィルス感染の有無を表示できる迅速性を持つが［非特許文献１］、感染初期のウィルスが少ない時期の検体については偽陰性となり［非特許文献２］、感度の向上が望まれている［非特許文献３］。また、代表的な生活習慣病のひとつである心筋梗塞については、ｔｒｏｐｏｎｉｎやｍｙｏｇｌｏｂｉｎなどの疾患マーカと重篤な血栓発症の危険率との間に強い相関が見出されている［非特許文献４−６］。リスクを有する人が胸部不快を感じた場合、迅速な定量計測が望ましい。こうした背景から感度を向上し、定量計測に向けた検査装置が提案されている。例えばイムノクロマトの膜部材を利用し、ここに発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）やレーザダイオード（ＬＤ；Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）によって光を照射し、フォトダイオード（ＰＤ；Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）で反射光を読取って呈色反応あるいは微粒子凝集の濃淡を数値化する方法が提案されている［特許文献１−３］。これらの装置はイムノクロマト検査薬における反射光あるいは透過光を読取る方式であり、膜部材には光学的な窓を設けるなどしてＬＥＤ／ＬＤからの光を膜部材に照射する必要があり、低コスト化・小型化の点で限界があった。また、目視観察による従来のイムノクロマト法と同様に呈色反応や微粒子凝集のメカニズムを用いることから、感度やダイナミックレンジの点で大型の集中型検査装置の性能を実現することは困難であった。
【特許文献１】特開２００４−１７０２１７号公報
【特許文献２】特開２００５−０７７２６４号公報
【特許文献３】特開２００１−３１８１００号公報
【特許文献４】特開２００４−０１０１２５３号公報
【非特許文献１】川上他、インフルエンザ、６（４），ｐｐ．３５（２００５）
【非特許文献２】日経メディカル  １１月号  ｐｐ．４６（２００３）
【非特許文献３】日経メディカル  ２月号  ｐｐ．５４（２００３）
【非特許文献４】Ｅ．Ｍ．Ｏｈｍａｎ，ｅｔ  ａｌ．，Ｎ．Ｅｎｇｌ．Ｊ．Ｍｅｄ．，３３５，ｐｐ．１３３３，（１９９６）
【非特許文献５】Ｒ．Ｈ．Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｏｎ，ｅｔ  ａｌ．，Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，４４（３），ｐｐ．４９４，（１９９８）
【非特許文献６】Ｐ．Ｓｔｕｂｂｓ，ｅｔ  ａｌ．，Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ，９４（６），ｐｐ．１２９１，（１９９６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明においては、イムノクロマト法という言葉を、抗体を固定して試料溶液中の抗原を測定する場合に限定せず、分析対象物質と特異的に反応するプローブを固定し試料溶液中の分析対象物質を測定する場合にも使用する。例えば、核酸もしくは核酸類似物質をプローブとするＤＮＡやＲＮＡ等の核酸の測定、抗体やそれ以外のペプチドをプローブとするタンパク質の測定、アレルゲンをプローブとして血中の特異ＩｇＥを計測するアレルギー検査、インテグリン等をプローブとして多糖を測定する系、などが考えられる。いずれも膜部材へ試料溶液を導入し、プローブの固定部分を通過させ、そのプローブ固定部分で検出することは共通である。
本発明が解決しようとする課題は、イムノクロマト法のもつ安価・簡便性を維持し、かつ短時間での計測を行うことである。また同時に高感度な検出、高精度な検出を行うことである。イムノクロマト法の持つ安価・簡便性を維持し、短時間での計測を行うためには、検出部での反応が少しでも進めば検出できるという高感度化を目指す方法と、膜部材内部の物質移動の速度を上げる方法が最も効果的であると考えられる。高感度化に関しては試薬の開発や測定方法の改良など様々なアプローチが考えられる。しかし現在のイムノクロマト法の構成を大きく変えず、安価で短時間計測を狙う場合には、構成を大きく変えることは望ましくない。特に膜部材中に物質を展開してプローブ固定部で検出する形式については大きな変更は望ましくない。よって高感度化へのアプローチもこの範囲での改良が望ましい。また現在のイムノクロマト法では、物質の移動速度が十分ではなく、この物質移動速度が測定に要する時間の短縮を大きく妨げている。膜部材に一旦溶液等を導入して展開した後には、溶液の展開速度が十分ではない事実がある。膜部材中での溶液の展開速度は、例え吸収パッドが付いている場合にも、一旦溶液が展開してしまった後には当初の展開速度から大きく低下していることが、例えばプローブ固定領域での反応の時間変化を見る実験から分かる。この膜部材中の溶液の展開速度を早くすることが短時間計測には重要である。また展開速度が十分ではないということから、試料溶液利用効率が十分でなく、感度が低下しているという課題もある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前述のように、現在のイムノクロマト法の構成を大きく変えないで、短時間計測を行うことを目的とした場合、膜部材中の溶液展開速度を速くすることが重要であり、本発明ではその手段を提供する。その最も基本的な手段は、プローブ固定部の下流側で展開してきた溶液を蒸発させ、プローブ固定部の下流側の溶液吸収能力が高い状態を維持することである。そのための典型的な方法は、プローブ固定部の温度とプローブ固定部より下流の膜部材の一部の温度に温度差をつけることである。具体的な方法のうちの一つは、プローブ固定部の下流にある膜部材の一部を加熱することである。また別な一つは、プローブ固定部の下流にある膜部材の一部の温度を制御することである。これらの手段によって、膜部材中の溶液展開速度を速くすることができる。その理由は、蒸発によってプローブ固定部より下流の膜部材の一部に含まれる溶液が除去され、上流側にある溶液が下流側に展開する余地が生まれる結果、溶液の移動速度が上がる、ということである。また、蒸発手段として加熱を利用する場合には、水溶液の粘度は温度の上昇に伴って減少するため、溶液の移動の際の流体抵抗が小さくなり、そのため移動速度が上がる、という効果も期待できる。この際の温度範囲としては、実験の結果室温以上であれば効果が期待できる。
また、膜部材全体の温度を空間的及び時間的に制御することも、短時間計測の観点から有効であることが分かる。膜部材全体での温調で粘度を低下させることによって展開速度を上げ、特定箇所での蒸発を促進することもできる。また、プローブ固定部には熱に弱いプローブや標識酵素、が存在するので、温度があまり上昇しないことが望ましい。またプローブと分析対象物質との結合や凝集反応などは温度の影響を大きく受けるので、感度低下を避けるためにも、温度があまり上昇しないことが望ましい。温度を時間的に制御することで、例えば計測を行う溶液を展開する速度をプローブ固定部での反応や計測のモードに応じた適切な値にコントロールすることもできる。
温度を制御する観点から考えると、プローブ固定部より下流の膜部材の一部での温度制御とプローブ固定部での温度制御が重要である。プローブ固定部より下流の膜部材の一部での温度とプローブ固定部での温度の少なくとも一方の温度を測定し、その測定値を用いて温度の制御を行うことが重要である。溶液の展開速度を増大するために、プローブ固定部より下流の膜部材の一部での温度を上げた場合、通常であれば熱がプローブ固定部に影響を与えないように、ある程度、例えば４ｍｍの距離を必要とする。しかし、プローブ固定部の温度制御が可能であれば、プローブ固定部の温度が上昇しないように、または積極的に冷却して、感度低下を避けることができる。このときには、プローブ固定部より下流の膜部材の一部での温度制御部とプローブ固定部を、例えば１ｍｍの距離以内に近づけることができ、イムノクロマトのストリップを短くし、デバイス全体を小さくできるという効果がある。また逆に、プローブ固定部での酵素反応時には、プローブ固定部の温度を酵素の最適反応温度に近づけてやることにより、検出の感度を向上させることが可能である。またその際に、プローブ固定部より下流の膜部材の一部での温度が上昇しないように、または積極的に冷却してやることにより、溶液の展開速度を小さくし、結果として感度や精度の向上を図ることもできる。
プローブ固定部の温度制御に注目すると、標識酵素の酵素反応を用いての検出を行う場合、例えばプローブ固定部の温度を低下させ、酵素活性が低い状態で反応基質を展開し、プローブ固定部付近に十分に基質が展開されてしかも酵素による消費が通常よりも少ない状態に導き、その後プローブ固定部の温度を室温や酵素の最適反応温度に近い状態に上昇させることで感度の向上、及び精度の向上を図ることができる。
これら手段は、反応の検出をラテックスや金のコロイドを利用した凝集反応による呈色反応、酵素を利用した呈色反応及び化学発光反応を利用した検出法いずれにおいても有効である。
蒸発、加熱、温度制御にはさまざまな手段が適用可能である。例えば膜部材に接するか内包される、電磁波、交流電場もしくは交流磁場により発熱するチップとアンテナ等の外部制御部を用いることができる。この方法の利点は、安価であることと、無線であるため外部への配線や接点の作成が不要であるということである。化学物質を使わないという利点もある。発熱するチップに関しては、十分に発熱量を確保することができるため、例えば膜部材の幅より小さくすることが可能である。これはデバイス全体の大きさを増やさないという効果がある。
検出の手段として電磁波、交流電場もしくは交流磁場により無線で制御されるＲＦセンサチップを用いたものを使用する場合には、アンテナ等を含む外部制御装置が一つでよい、というメリットがある。その際、発熱用のＲＦ加熱チップと検出用のＲＦセンサチップに対する電力供給とデータ通信をするための搬送波の周波数は１００ｋＨｚ以上５ＧＨｚ以下の範囲内であることが望ましい。またリーダコイルとの結合を考慮すると、ＲＦ加熱チップと検出用のＲＦセンサチップはリーダコイル面に対して中心を通る法線を一致させて（すなわち平行に）配置することによってＲＦの伝達効率は極大となる。したがってリーダコイル面と、ＲＦ加熱チップ／ＲＦセンサチップ面の傾きが垂直にならない様に設定することが望ましい。また、互いに電力供給と通信を阻害しないように、ＲＦ加熱チップと検出用のＲＦセンサチップはリーダコイル面に対して互いに重なりを持たない様に配置することが望ましい。
ＲＦセンサチップによって酵素反応での化学発光を利用した検出を行う場合には、ＲＦセンサチップは無線でデータ出力するため、配線を考慮せずに発光部に直接密着させて使用できるため光学的結合効率が高い、配線が不要なためパッケージレスで利用できる、シリコン集積回路プロセスで製造するため量産によって安価・小型になる、などの利点がある。
イムノクロマトの膜部材やＲＦセンサチップは信号光以外の光を遮断するための遮光機能をもつケースに収納される。この遮光ケースにおいては、完全に密閉してしまい空気の流通もしない場合には、発生した蒸気により内部圧力が上がってしまい、蒸気が発生しにくいため、溶液の展開速度をある程度以上上げられないなども問題があるため、遮光ケースでなおかつ蒸気が逃げる構造のものを採用することが有効である。ＲＦセンサチップで酵素反応での化学発光を利用した検出を行う場合には、フォトダイオード（ＰＤ）を載せたチップを使うことができる。
蒸発、加熱、温度制御のその他の手段には、反応熱を利用するものがある。例えば膜部材に接するか内包される鉄等の金属の酸化反応で出る反応熱を利用することができる。鉄等の金属と酸化剤を含む物質とを空間的に隔てる壁を、外部手段によって破壊することに酸化反応を開始すればいい。この方法は開始の方法が簡単であり、かつ安価な構成であるという効果がある。また廃棄が簡単、外部装置が不要という利点もある。そのほかには、溶解熱や加水分解反応で生じる発熱を利用する方法がある。この方法は、水がない場合には発熱しないので、管理が簡単であるという効果がある。また、最初の溶液がプローブ固定部の下流の膜部材の一部に展開してきたときに、初めて水に接し発熱するようにしておけば、それ以降の通常ならば溶液の展開速度が下がっている時点で溶液の展開速度を上げることが自動的にできるため、非常に簡便であるという利点がある。
従来のイムノクロマトのキットをそのまま使用できるという点では、加熱、温度制御、蒸発を外部のヒータ、もしくは外部からの光照射によって行うことは意味がある。
上記の手段によって膜部材中の展開速度を上げることもしくは感度や精度の向上ができる場合、試料の添加のタイミングが重要になる。タイミングだけではなく、添加に要する時間も測定時間の大きな要因となるし、また逆に添加のタイミングの違いが検出結果の違いを生むこともある。この問題を回避する一つの方法は、プローブ固定部の上流からの各種溶液の導入を実質的に同時に、但し違う場所に行うことである。プローブ固定部を通過する順番を確保するように、膜部材の一部から導入すればよい。
また、酵素による呈色反応もしくは化学発光を用いた計測に対する感度向上が実現した場合に、プローブ固定位置がどこであるのかが検出中もしくは検出後にも分からないことがある。かといってプローブ固定部そのものへのマーカの固定は検出感度を低下させる可能性がある。またプローブ固定部に検出用のＲＦセンサチップを固定する場合には、固定部にマーカがあると設置の際に見えにくいという問題もある。この問題を解決する手段の一つは、プローブ固定部の場所を明示するマーカをプローブ固定部以外のところに持つことである。二つのマーカの中心や矢印の形をしたマーカの先にプローブ固定部があるといった状況が望ましい。これによって検出の位置がずれることがなくなるため、検出の感度及び精度の向上が見込まれる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、現在のイムノクロマト法のもつ安価・簡便性を維持し、かつ短時間での計測が可能となる。また同時に高感度な検出、高精度な検出を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は本発明の一実施例の構成を示す模式図。
図２は本発明の一実施例における温度の効果を示すグラフ。
図３は本発明の一実施例におけるイムノクロマトの化学発光像を示す図。
図４は本発明の一実施例の構成を示す模式図。
図５は本発明の一実施例の構成を示す模式図。
図６は本発明の一実施例の構成を示す模式図。
図７は本発明の一実施例の構成を示す模式図。
図８は本発明の一実施例の構成を示す模式図。
図９は本発明の一実施例の構成を示す模式図。
図１０は本発明の一実施例の構成を示す模式図。
図１１は本発明の一実施例の構成を示す模式図。
図１２（Ａ）はリーダとＲＦセンサチップの誘導結合についての説明図、（Ｂ）はブースターコイルモジュールの説明図。
図１３（Ａ）は負荷に対してインダクタンスと容量が直列に接続した例を示す図、（Ｂ）は負荷に対してインダクタンスと容量を並列に接続した例を示す図。
図１４はＲＦ温度センサチップの例を示す図。
図１５はＲＦで電力供給して加熱を行う実施例を示す図。
図１６はＲＦで電力供給して加熱を行う実施例を示す図。
【符号の説明】
【０００７】
１０１  イムノクロマトキット
１０２  膜部材
１０３  抗体固定部
１０４  ブランク領域
１０５  サンプルパッド
１０６  吸収パッド
１１１  ピペット
１１２  溶液
１１３  ペン型ヒータ
１１６  カメラレンズ
１１７  ＣＣＤカメラ
１１８  パソコン
２０１  イムノクロマトキット
２０２  膜部材
２０３  一次抗体固定部
２０５  サンプルパッド
２０６  吸収パッド
２０７  二次抗体固定部
２０８  補償部
２１６  ヒータ
３０１  イムノクロマトキット
３０５  黒色の吸収パッド
３１６  ランプ
４１６  真空ポンプ
４１７  配管
４１８  ゲージ
４１９  配管
４２０  真空チャック
５０１  イムノクロマトキット
５０２  膜部材
５０３  一次抗体固定部
５０６  吸収パッド
５０７  二次抗体固定部
５０８  補償部
５１６  酸化発熱剤
６０１  イムノクロマトキット
６０５  サンプルパッド
６１６  ヒータ
７０１  イムノクロマトキット
７０２  膜部材
７０３  一次抗体固定部
７０５  サンプルパッド
７０６  吸収パッド
７０７  二次抗体固定部
７０８  補償部
７１７  ヒータ
７１８  ヒータ
７１９  ペルチェ
７２０  ヒータ
７２１  温度コントローラ
８０１  イムノクロマトキット
８０２  膜部材
８０３  一次抗体固定部
８０５  サンプルパッド
８０６  吸収パッド
８０７  二次抗体固定部
８０８  補償部
８０９  スポットマーカー
８１７，８１８，８１９  ブースターコイルモジュール
８２１  光計測用のＲＦセンサチップ
８２２  光計測用のＲＦセンサチップ
８２３  加熱用のＲＦ加熱チップ
８２４  ＲＦセンサチップ
８２５  ＲＦ加熱チップ用リーダコイル
８２６  リーダコイル
８２７  リーダ
８２８  パソコン
８３０  リーダコイル
８３１  チップコイル
８３１  チップコイル
８３２  インピーダンス制御回路
８３３  ＲＦ回路ブロック
８３４  復調回路
８３５  変調回路
８３６  クロック生成回路
８３７  電源生成回路
８３８  制御論理回路ブロック
８３９  コントローラ
８４０  センサインターフェース回路
８４１  センサアナログ回路ブロック
８４２  ＡＤＣ
８４３  アンプ
８４４  光センサ
８４５  温度センサ
８４６  共振制御回路
８４７  温度監視回路
８４８  復号化回路
８４９  符号化回路
８５０  ＵＩＤ回路
８５１  リセット回路
８５２  インダクタンス
８５３  共振回路ブロック
８５５  インダクタンス
８５６  容量
８５７  負荷
８５８  容量
８５９  負荷
８６１  リーダコイル共振部
８６２  容量
８６３  抵抗負荷
８６４  ブースターコイル
８６５  容量
８６６  ブースターコイル
８６７  ブースターコイルモジュール
８６８  チップコイル共振部
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、第１の実施例で使用したイムノクロマト及び周辺装置を示す模式図である。図１（Ａ）はイムノクロマトキット及び周辺装置を横から見た模式図、図１（Ｂ）はイムノクロマトキットを上から見た模式図である。本実施例では発明の効果を確かめるために、ＣＣＤカメラにより化学発光の時間経過を測定し、数値化した。イムノクロマトキット１０１は膜部材１０２、サンプルパッド１０５、吸収パッド１０６で構成されている。膜部材１０２にはプローブである抗体が固定された抗体固定部１０３と化学発光の背景光の効果を後ほど差し引くための抗体固定がされておらず、背景光が少ない領域として選ばれたブランク領域１０４がある。このイムノクロマトキット１０１に対する試料溶液、発光基質溶液等の溶液１１２はピペット１１１を用いてサンプルパッド１０５に滴下され、膜部材１０２へ導入される。導入された溶液はサンプルパッド１０５から吸収パッド１０６への向きへ膜部材１０２内部を展開し移動して行く、この溶液の流れ方向１０７を基準にサンプルパッド１０５の側を上流、吸収パッド１０６側を下流と以下表現する。溶液の流れの下流側にある吸収パッド１０６に対してペン型ヒータ１１３のペン先が接触するように設置されており、このペン型ヒータ１１３の温度は付属のデジタル回路での制御が可能である。カメラレンズ１１６を介してＣＣＤカメラ１１７で撮影できる視野は、イムノクロマトキット１０１の膜部材１０２のうち特に抗体固定部１０３とブランク領域１０４を含むように設定されている。得られたイムノクロマトキット１０１上での化学発光像はパソコン１１８で記録され、再生される。正味の発光強度は抗体固定部１０３での発光量からとブランク領域１０４での発光量を差し引いたものとして算出した。
本実施例では、分析対象物質としてｈＣＧ（ロート製薬製）を使用した。膜部材１０２の抗体固定領域１０３に固定する一次抗体としては抗ｈＣＧαサブユニットマウスモノクローナル抗体（Ｍｅｄｉｘ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａ製）を用いた。この１次抗体を０．５５ｍｇ／ｍＬの５０ｍＭ  ＫＨ２ＰＯ４（ｐＨ７）溶液に調整し、ＤＮＡチップ用のスポッター（Ｃａｒｔｅｓｉａｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製ｓｙｎＱｕＡＤ  Ｄｉｓｐｅｎｓｅｒｓ）で大きな膜材料に０．７５μＬ／ｃｍの密度でライン上に塗布し、適切な形状に切断し膜部材１０２とした。二次抗体としてはアルカリフォスファターザ付き抗ｈＣＧβサブユニットマウスモノクローナル抗体マウスモノクローナル抗体（Ｍｅｄｉｘ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａ製）を用い、発光基質としてはＣＤＰ−Ｓｔａｒ（アプライドバイオシステムズ製）に５％の（ｖ／ｖ）Ｎｉｔｒｏ−Ｂｌｏｃｋ  ＩＩ（アプライドバイオシステムズ製）混合して用いた。
本実施例では、ペン型ヒータ１１３の温度を２５℃（室温）から１４４℃の範囲で設定し、その際の発光強度の経時変化を求めた。実験の手順としては、まず２×１０−８ＭのｈＣＧと２×１０−８Ｍの二次抗体を等量混合した後、この混合溶液３０μＬをサンプルパッド１０５に添加し、３分間待つ。その後、ペン型ヒータ１１３（アズワン製）を吸収パッド１０６の上に押し付け、サンプルパッド１０５を外し、その下の膜部材１０２の端より発光基質をゆっくり滴下する。この基質添加時より、ＣＣＤカメラ１１７によりイムノクロマトキット１０１の化学発光像を経時的に計測した。得られた発光の画像から、抗体固定領域１０３中央での発光強度からブランク領域１０４の中央部分での発光強度を差し引いて、正味の発光強度、つまり信号強度の時間変化を得た。
図２は、第１の実施例の実験結果を整理したグラフである。横軸に時間、縦軸に信号強度を示した。図３は、この実験のうちの代表例の化学発光像を示した。少なくともこの実験の範囲では、２５℃のケースに比べて加熱したケースでは、吸収パッド１０６への加熱により、発光強度増加の傾きが大きくなっていることが分かる。３００秒の時点で見た場合、２５℃の実験結果に比べてそれ以外のすべてのケースにおいて、発光強度が増加していることが分かる。また２５℃のケースでは５００秒経過してもまだ発光強度がプラトーに達していないのに対して、加熱を行った場合には、３００秒の時点ですでにピークに達していることが分かる。また、特に６３℃より高い温度で実験を行った場合には、３００秒のところでピークに達し、しかも５００秒のところで発光強度が低下する現象が見られる。これらのことから、溶液の流れ１０７の下流の膜部材１０２上で加熱を行うと、短時間の計測でも高い信号強度が得られること、つまり短時間計測及び高感度計測に効果があることが分かる。
本実施例では、吸収パッド１０６上での加熱を行っており、加熱点から、抗体固定領域１０３までの最も短いところの距離は４ｍｍであった。本実施例の結果から少なくとも加熱点と抗体固定領域の間を４ｍｍ離せば、加熱による抗体固定部への影響なしに、本方式でのイムノクロマトの計測が可能であることが分かる。
図４は、第２の実施例のイムノクロマト及び周辺装置を示す模式図である。図４（Ａ）はイムノクロマトキット及び周辺装置の側面模式図、図４（Ｂ）はイムノクロマトキットの上面模式図である。ラテックス粒子の凝集反応による呈色を利用したイムノクロマトを目視で観察し、その色の濃淡で判定する系である。第１の実施例ではペン型ヒータで吸収パッドを加熱していたが、この実施例ではイムノクロマトの下に発熱コイルによるヒータを設置して加熱を行った。イムノクロマトキット２０１は膜部材２０２、サンプルパッド２０５、吸収パッド２０６で構成されている。膜部材２０２にはプローブである抗体が固定された一次抗体固定部２０３、ラテックス粒子が固定された二次抗体がドライに固定されている二次抗体固定部２０７、二次抗体に対する抗体が固定された補償部２０８がある。
イムノクロマトキット２０１に対する試料溶液等の滴下は実施例１と同様に行う。導入された溶液はサンプルパッド２０５から吸収パッド２０６への向きへ膜部材２０２内部を展開し移動して行く。この溶液の流れ方向１０７を基準にサンプルパッド２０５の側を上流、吸収パッド２０６側を下流と以下表現する。溶液の流れの下流側にある吸収パッド２０６の下側の膜部材２０２の一部に接するように発熱コイルによるヒータ２１６が接触するように設置されており、このヒータ２１６によって、膜部材２０２の下流での加熱が実現できる。第１の実施例同様、第２の実施例の構成においても、ヒータ２１６での加熱による同様の効果、つまり短時間計測及び高感度の計測が、実現できる。また本実施例では化学発光ではなく、ラテックス粒子の凝集反応による呈色を利用しているが、その効果は同様である。本構成の優れたところは、通常のイムノクロマトの構成をまったく変えることないことである。単にヒータ２１６の上に載せるだけで効果があることから、特別に複雑で高価な装置を作ることなく、実現が可能である。
図５は、第３の実施例のイムノクロマト及び周辺装置を示す模式図である。第２の実施例では発熱コイルによるヒータを設置して加熱していたが、この実施例では吸収パッドへの光照射を利用した加熱を行った。イムノクロマトキット３０１は、第２の実施例で使用したものにイムノクロマトキット２０１の吸収パッド２０６を黒色の吸収パッド３０６に変更したものである。黒色の吸収パッド３０６は、吸収パッド２０６に対してその吸収性能を損なわないように黒に着色したものである。ランプ３１６で照射された黒色の吸収パッド３０６はランプの光線を吸収して熱を発生し、その周辺の温度を上昇させることができる。第２の実施例同様、第３の実施例の構成においても、黒色の吸収パッド３０６とランプ３１６の組み合わせにより同様の効果、つまり短時間計測及び高感度の計測が実現できる。本構成の優れたところは、通常のイムノクロマトの構成をまったく変えることなく、単に吸収パッドを黒に変更するだけでよいことである。特別に複雑で高価な装置を作ることなく、実現が可能である。また、外部装置が直接イムノクロマトに接する必要がないため、装置の配置の自由度が上がる、という利点もある。
図６は、第４の実施例のイムノクロマト及び周辺装置を示す模式図である。第３の実施例では吸収パッドへの光照射を利用した加熱を行っていたが、この実施例ではアスピレータを接続して積極的な蒸発を行った。第２の実施例と同様のイムノクロマトキット２０１に対して、その吸収パッド２０６から溶液を蒸発させるため、真空チャック４２０、配管４１７及び４１９、減圧コントロールのためのゲージ４１８を介して真空ポンプ４１６を接続している。真空ポンプ４１６を働かせることで溶液の蒸発を促進し、その結果、短時間の計測を実現することができる。蒸発の度合いは、ゲージ４１８を操作して減圧のコントロールを行うことによって変化させることができ、その程度によって計測に要する時間をコントロールすることができる。本構成の優れたところは、通常のイムノクロマトの構成をまったく変えることないことである。また、熱が発生しないため、反応に影響を与える可能性のある熱の効果を考慮する必要がないことである。
図７は、第５の実施例のイムノクロマト及び周辺装置を示す模式図である。酵素による呈色反応を利用したイムノクロマトを目視で観察し、その色の濃淡で判定する系である。本実施例では、鉄の酸化反応で生じる酸化熱による加熱を行った。また、試料の導入口と呈色反応に関する基質（試薬）を添加する場所を別々に設けて同時に添加した。イムノクロマトキット５０１は膜部材５０２、試料滴下用サンプルパッド５２１及び呈色基質溶液滴下用サンプルパッド５２２、吸収パッド５０６で構成されている。膜部材５０２にはプローブである抗体が固定された一次抗体固定部５０３、呈色反応の標識酵素であるアルカリフォスファターゼが固定された二次抗体がドライに固定されている二次抗体固定部５０７、二次抗体に対する抗体が固定された補償部５０８がある。
イムノクロマトキット５０１に対する試料溶液等の滴下は、実施例１と同様に行う。但し、分析対象となる物質が含まれる試料溶液は試料滴下用サンプルパッド５２１へ、呈色基質溶液は呈色基質溶液滴下用サンプルパッド５２２へ、同時に滴下する。従来のイムノクロマト法では、まず試料溶液を滴下し、その後呈色反応基質を別々のタイミングで導入していたが、本方法を適用することによって、操作の手間を減らすことができ、また無駄な時間が減ることから計測時間の短縮が実現できる効果がある。導入された溶液は、試料滴下用サンプルパッド５２１及び呈色基質溶液滴下用サンプルパッド５２２から吸収パッド５０６への向きへ、膜部材５０２内部を展開し移動して行く。溶液の流れの下流側にある吸収パッド５０６に接するように、鉄を含む酸化発熱剤５１６を設置する。この酸化発熱剤５１６は、例えば使い捨てカイロのように封を破ることによって発熱が開始するものであり、この発熱は鉄の酸化反応熱に起因する。
第１の実施例同様、第５の実施例の構成においても、酸化発熱剤５１６での加熱による同様の効果、つまり短時間計測及び高感度の計測が、実現できる。本構成の優れたところは、通常のイムノクロマトの構成をまったく変えることないことである。単に酸化発熱剤５１６を吸収パッド５０６の上に載せるだけで効果があることから、特別に複雑で高価な装置を作ることなく、実現が可能である。また装置類をいっさい使用しないことから、安価簡便に実現できる。酸化後の鉄は特に有害な物質ではなく、廃棄が容易であるという利点もある。
本実施例の酸化発熱剤は必ずしもイムノクロマトの上に操作時に乗せる必要はなく、イムノクロマト上に予め設置されていてもよい。むしろその方が実際の操作上の手間が省けるという利点もある。また、本実施例の酸化発熱剤は鉄を使用したものである必要はなく、それ以外の金属等の酸化反応を利用することも可能である。本実施例に類似した形態として、酸化反応ではなく、物質が水に溶けるときの溶解熱を利用するものや、加水分解反応による発熱を利用することもできる。例えば、図７において酸化発熱剤５１６の代わりに溶解熱が出る物質、例えば水酸化ナトリウムなどを塗布しておくことも有効である。水に対する反応で発熱を起こさせる構成の優れた点は、単に溶液を導入し、その溶液が吸収パッドまで到達すると、その到達した水が反応し発熱する、ということである。外部的に発熱を開始する必要がないため、発熱のタイミングをコントロールする装置やその手間を省くことができる。
図８は、第６の実施例のイムノクロマト及び周辺装置を示す模式図である。図８（Ａ）はイムノクロマトキット及び周辺装置の側面模式図、図８（Ｂ）はイムノクロマトキットの上面模式図である。本実施例は、第５の実施例同様、酵素による呈色反応を利用したイムノクロマトを目視で観察し、その色の濃淡で判定する系である。この実施例では、イムノクロマト全体の温調を行った。イムノクロマトキット６０１は、イムノクロマトキット５０１にサンプルパッド６０５を設置し、試料滴下用サンプルパッド５２１及び呈色基質溶液滴下用サンプルパッド５２２を外したものである。このイムノクロマトキット６０１をヒータ６１６の上に設置する。第１から第５の実施例においては、流れの下流側でのみ温度の調整を行っていたが、本実施例においては、イムノクロマト全体の温度調整が可能な構成である。イムノクロマト全体の温度を室温から上昇させた場合にも溶液の蒸発及び溶液の粘度が下がることを主な原因として、溶液の展開速度が速くなり、結果として短時間で高感度な計測が実現できる。
この構成の優れた点は、温度調整する部分がイムノクロマトの一部ではなくなるため、ヒータに対してイムノクロマトを正確に配置させる機構やその手間が不要となることである。また、別な効果として、主に溶液の展開に適した温度と主に呈色反応の最適な温度が違う場合に、温度を変化させることが可能である。例えば、分析対象となる物質の入った試料溶液の展開時には、酵素のあまり壊れない範囲でなるべく高い温度で短時間の展開を行い、その後呈色反応基質を導入して呈色反応を起こさせる際には、酵素の最適反応温度に近づける温度調節を行う、といったことが可能となる。酵素は例えば７０℃程度の温度であれば数分程度置いても完全に失活してしまうことはないので、室温から７０℃の範囲に温調することにより溶液の展開を早めて測定時間全体を短縮させ、かつ酵素の活性を利用した測定を妨げることなく行うことが可能である。酵素の指摘温度は酵素によるが、例えば３７℃付近に温調することにより室温よりも高い活性を発揮させ、感度を高く測定することが可能となる。これにより、短時間での計測でより高感度な計測が実現できる。
図９は、第７の実施例のイムノクロマト及び周辺装置を示す模式図である。酵素による化学発光検出を利用したイムノクロマトをカメラで観察し、信号量で判定する系である。この実施例ではイムノクロマトの空間的及び時間的な温度の制御を行った。第６の実施例においてはイムノクロマト全体を同じ温度にすることだけが可能であったが、本実施例では、膜部材の各部分に対して温度調整機構を設置し、それぞれに対して適した温度の調整を行った。イムノクロマトキット７０１は膜部材７０２、サンプルパッド７０５、吸収パッド７０６で構成されている。膜部材７０２には、プローブである抗体が固定された一次抗体固定部７０３、化学発光反応の標識酵素であるアルカリフォスファターゼが固定された二次抗体がドライに固定されている二次抗体固定部７０７、二次抗体に対する抗体が固定された補償部７０８がある。イムノクロマトキット７０１の吸収パッド７０６周辺の下部にはヒータ７１７が、吸収パッド７０６と補償部７０８の間の膜部材７０２の下部には別なヒータ７１８が、一次抗体固定部７０３と補償部７０８の間の膜部材７０２の下部にはペルチェ７１９が、一次抗体固定部７０３から上流の膜部材７０２の下部にはまた別なヒータ７２０が設置されている。それぞれのヒータ７１７，７１８，７２０とペルチェ７１９は、信号線と温度コントローラ７２１を介してパソコン１１８で制御されている。化学発光像はレンズ１１６を介してＣＣＤカメラ１１７で計測される。イムノクロマトキット７０１に対する試料溶液等の滴下は実施例１と同様に行う。
本実施例での構成では各部に適した温度設定をすることができるため、計測手順のそれぞれのモードによって温調を変化させることができる。例えば、まず初めに試料溶液を導入する際には、吸収パッド７０６の加温をヒータ７１７によって高く設定する。例えば１００℃にして溶液の蒸発を促進する。その際に一次抗体固定部７０３に対するダメージが心配であれば、ペルチェ７１９を使って一次抗体固定部７０３に対して熱を奪う温調をし、例えば室温に保っておく。溶液の流れに影響するヒータ７１８と７２０については、室温よりも温度を上げて溶液の粘度を下げて溶液の移動速度を増加させることで、短時間計測を行うことができる。また例えば発光基質を流して化学発光を検出する段階では、ペルチェ７１９により一次抗体固定部７０３の温度を室温よりも下げ、発光基質がほとんど消費されない状態でまず発光基質の導入展開を行う。この操作により一次抗体や標識酵素に対する熱のダメージも回避できる。その後、ペルチェ７１９により一次抗体固定部７０３の温度を標識酵素の最適反応温度に近づける。そうすることにより、酵素付近で消費されずにいた発光基質が一挙に反応するため、高感度かつ高精度な計測が実現する。さらにはペルチェ７１９により一次抗体固定部７０３の温度を標識酵素の最適反応温度に近づける際に、ヒータ７１７，７１８，７２０を停止し温度を低下させることで、溶液の流れを小さくすることもできる。こうすると発光が酵素の周りに存在した発光基質の量にのみ依存して、流れの正確な制御が必要なくなるため、より高精度な計測が実現できる。
このようにイムノクロマトに複数の温調をつけることで、特に一次抗体固定部７０３とその下流の一部に温調をつけることで、短時間の計測や、高感度及び高精度の計測が実現できる。一次抗体固定部を冷却することができる構成の利点は、一次抗体固定部に及ぼす熱の影響を低減できることであり、例えばこの効果により下流の加熱部と一次抗体固定部の距離を近づけることができる。冷却しない場合には４ｍｍ必要であった場合でも１ｍｍ以下にすることが可能である。このことにより、イムノクロマトを短く小さくできる利点が生じる。実際にはこの際には図９で示したヒータ７１８は設置されず、またその必要もない。
図１０は、第８の実施例のイムノクロマト及び周辺装置を示す模式図である。図１０（Ａ）はイムノクロマトキット及び周辺装置の側断面模式図、図１０（Ｂ）はイムノクロマトキットの上面模式図である。本実施例は、加熱をするためにＲＦ加熱チップを使用し、検出には化学発光反応で発生する発光をフォトダイオードを持つＲＦセンサチップで計測する系である。イムノクロマトキット８０１は膜部材８０２、サンプルパッド８０５、吸収パッド８０６で構成されている。膜部材８０２には、プローブである抗体が固定された一次抗体固定部８０３、化学発光反応の標識酵素であるアルカリフォスファターゼが固定された二次抗体がドライに固定されている二次抗体固定部８０７、二次抗体に対する抗体が固定された補償部８０８がある。イムノクロマトキット８０１の一次抗体固定部８０３の上には光計測用のＲＦセンサチップ８２１、補償部８０８の上には光計測用のＲＦセンサチップ８２２、吸収パッド８０５には加熱用のＲＦ加熱チップ８２３がそれぞれ設置されている。これらはすべて遮光パッケージ８３１の内部に設置され、化学発光計測の妨げとなる外部光を遮断する仕組みになっている。遮光ケースには、開閉８３３可能な蓋８３２が付属している。
試料溶液、発光基質溶液等の溶液１１２滴下時には、蓋８３２を開け、ピペット１１１を用いてサンプルパッド１０５に滴下し、その後発光計測に障害とならないように完全に蓋８３２を閉める。内部で発生する熱による蒸気がこもる事を防ぐため、遮光ケース８３１には外部からの光が伝わらないが蒸気は排出できる蒸気穴８３４が設置されている。この蒸気穴８３４の代わりに光が伝わらないが蒸気は排出できるメッシュ素材などを利用することも可能である。イムノクロマトキット８０１上のＲＦセンサチップ８２１，８２２、ＲＦ加熱チップ８２３に対する制御は、アンテナ８２６及びリーダ８２７を介してパソコン８２８で行う。図１０（Ｂ）中に表記されたスポットマーカー８０９は、一次抗体固定部８０３及び補償部８０８の場所を明示する目的で膜部材に色素をスポットしたものである。こうすることにより、ＲＦセンサチップ８２１，８２２を正しく、一次抗体固定部８０３及び補償部８０８の真上におくことができる。
化学発光をＲＦセンサチップで検出することで、以下の効果を得ることができる。
（ｉ）イムノクロマトによる計測において、テストストリップとその収納ケースからなるイムノクロマトデバイスは、ディスポーザブルの形態で利用される。ＲＦセンサチップはシリコン集積回路技術によって製造するため、多数チップを同時に製造することで単価を低減することができ、ＲＦセンサチップを組み込んだイムノクロマトデバイスもディスポーザブルの形態で利用することができる。
（ｉｉ）上記の様にＲＦセンサチップはディスポーザブルの形態で利用できるため、センサ表面の汚染を恐れることなく、ＲＦセンサチップを化学発光スポットに密着させて計測することが可能になる。したがって、光結合効率を高くでき、高感度の計測が可能になる。
（ｉｉｉ）センサ出力は無線によって外部機器に送信されるため、ＲＦセンサチップはテストストリップの化学発光スポット上に置くだけでよい。配線や接続端子が不要なため、テストストリップ、ＲＦセンサチップ及び収納ケースからなるイムノクロマトデバイスを安価に製造することが可能になる。
図１１に、第９の実施例として、発光検出にＲＦセンサチップを用いた例を示す。ＲＦセンサチップへの電力供給及び通信は、搬送波として電磁波、交流磁場、交流電場を用いて行うことができる。搬送波の周波数は１００ｋＨｚから１０ＧＨｚの範囲で設定することができ、およそ１００ＭＨｚ以下では、リーダコイルとチップコイルが誘導結合し、交流磁場を搬送波として電力供給及び通信が行われる。上記範囲の周波数のいずれを使ってもよいが、以下の説明では、一般のＲＦＩＤタグで多く利用さている１３．５６ＭＨｚを中心周波数とした交流磁場の場合について説明する。
チップの共振回路８５３は、チップコイル８３１、容量８５８、インピーダンス制御８３２で構成され、リーダコイルで生成された搬送波を受信する。ＲＦ回路ブロック８３３は、復調回路８３４、変調回路８３５、クロック回路８３６、及びＤＣ電源回路８３７から構成される。制御論理回路ブロック８３８は復号化回路８４８、符号化回路８４９、ＵＩＤ（Ｕｎｉｑｕｅ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ；固有識別子）生成回路８５０、内部回路リセット回路８５１の各回路を有する。センサアナログ回路ブロック８４１は、センサ８４４の出力値の増幅回路８４３、ＡＤ変換（ＡＤＣ）回路８４２からなる。光センサ部８４４は例えばフォトダイオードで構成され、入射光を電気信号に変換する。発光の計測シーケンスはＰＣ８２８によって制御される。ＰＣからの信号は、リーダ８２７により符号化され、交流磁場を搬送波としてこれを変調した上でリーダコイル８３０を介してＲＦセンサチップ８２４に送られる。ＲＦセンサチップからＰＣへのデータ通信はこれと逆の手順によって実行される。
図１２（Ａ）により、リーダとＲＦセンサチップの誘導結合について説明する。リーダ側はインダクタンスＬ１、容量Ｃ１、直列抵抗Ｒ１で構成され、ＲＦセンサチップ側はインダクタンスＬ２、容量Ｃ２、直列抵抗Ｒ２、負荷としてＲＬで構成される。ＲＦセンサチップで誘起される電圧ｕ２は式（１）の様にチップコイルを貫通する総磁束Ψ２の時間変化に等しい。式（２）の関係を用い、ｕ１にｓｉｎ波を入力した場合を表すと式（３）のようになる。式（３）からの振幅を求めると、式（４）のようになる。
【数１】
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リーダにサイン波の電圧を印加した場合のｕ２は式（４）によって表すことができ、リーダからワイヤレスで電力がＲＦセンサチップに伝達される。ｕ１，Ｌ１，Ｌ２，ｋなどのパラメータを変えることでＲＦセンサチップに誘起される電圧ｕ２を変化させ、電力伝達を調整することができる。信号の伝達はｕ１を変調し、ｕ２を復調することによって実行する。
チップコイル８３１をＲＦセンサ上に形成する場合、チップ面積の制約からチップコイルの大きさを確保できず、ＲＦセンサチップ上で十分な電力を発生出来ない場合がある。チップリーダコイル８３０とチップコイル８３１の結合を考えると、センサチップの大きさを２．５ｍｍとすると、チップコイル外周寸法は最大で２．５ｍｍになる。このセンサチップについて、内径５．１ｍｍ、コイル巻数４０のリーダコイルを用い、周波数１３．５６ＭＨｚ、出力１００ｍＷのリーダで通信を試みると通信距離（センサチップ−リーダコイル）は約１．５ｍｍであった。通信距離拡大のためにより大きな電力をセンサチップに供給するには、チップコイル径を大きくしてより多くの磁束を捕捉すれば拡大が可能であるが、これはセンサチップコストの観点から望ましくない。
そこで、図１２（Ｂ）に示す様なブースターコイルモジュール８６７を用いることによって、チップコイル寸法を増加することなくより大きな電力をセンサチップに供給することが可能になる。ブースターコイルモジュールはブースターコイル８６４，８６６、容量８６５からなり、これをセンサチップに接触させて、または近傍に配置する。ブースターコイル８６４のコイル径をチップコイルの径に比べて大きくてしておけば、より多くの磁束を捕捉して電力を得ることができ、通信距離を拡大することができる。ブースターコイル８６４の径を１０ｍｍとすることにより、約２．５倍（３．８ｍｍ）の通信距離を得ることが可能になる。
図１２に示した誘導結合を用いてワイヤレスで電力供給して部分加熱を行うことができる。第１０の実施例を図１３に示す。インダクタンス８５２と容量８５４により共振回路を構成し、負荷８５９よる発熱を利用する。図１３（Ａ）は負荷８５９に対してインダクタンス８５２と容量８５４が直列に接続した例であり、図１３（Ｂ）は負荷８５７に対してインダクタンス８５５と容量８５６を並列に接続した例である。図１０におけるＲＦ加熱チップ８２３をこのような単純な共振回路で構成することにより加熱のための構造を安価に実現することができる。温度はｕ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，ＲＬ，Ｒ１，Ｒ２を選択することによって設定することができる。
ＲＦで電力供給して加熱を行う他の実施例を説明する。ＲＦ加熱チップとして図１４に示す様な、ＲＦ温度センサチップ８２３を用いることで、より精密な温度制御が可能になる。ＲＦ温度センサチップ８２３は、図１１のＲＦセンサチップにおけるセンサとして温度センサ８４５を搭載している。例えば、温度によってシリコンの禁制帯幅が変化するとダイオードの順方向電流密度が変化する性質を使うことによって、温度を電圧に変換することができる。リーダにより温度センサの測定値を読み取り、その結果に応じて共振回路制御８４６によって共振条件を変化させ、リーダからＲＦ温度センサチップへの電力供給を制御することによってＲＦ温度センサチップの発熱を変えて温度を制御する。ＲＦ温度センサチップ上に温度監視回路８４７を内蔵してチップが自立的に共振条件を変化させて温度を制御することも可能である。温度センサ内蔵のＲＦ加熱チップを採用することにより、正確な加熱制御が可能となり、再現性の高い計測を実現することができる。
ＲＦで電力供給して加熱を行う他の実施例を、図１５により説明する。本実施例ではＲＦ加熱チップ８２３とＲＦセンサチップ８２１，８２２について共通のリーダコイル８２６を１個だけ配置した例である。各チップには任意のセンサ機能を賦与することが可能であり、例えば８２１と８２２はフォトダイオードを搭載したＲＦセンサチップ、８２３は温度センサを搭載したＲＦセンサチップとすることができる。８２１，８２２，８２３の各チップについて共振条件を調整することによって８２３について他のチップよりも高い温度に設定することが可能である。共振条件の調整は、各ＲＦセンサチップにおけるチップコイル共振部８６８（図１２（Ｂ））におけるＬ２、Ｃ２を調整することによって実現することができる。図１５は、図１２（Ｂ）のブースターコイルを使った実施例を示す。温度センサを搭載したＲＦセンサチップ８２３の近傍に配置するブースターコイルモジュール８１９については、光センサを搭載したＲＦセンサチップの近傍に配置するブースターコイルモジュール８１７，８１８に比較してブースターコイルの開口部を大きくすることにより、加熱に必要となる電力を供給することができる。
ＲＦで電力供給して加熱を行う他の実施例を、図１６により説明する。本実施例ではＲＦ加熱チップ８２３とＲＦセンサチップ８２１，８２２についてそれぞれ専用のリーダコイル８２５と８２６を配置した例である。それぞれのリーダコイルから最適の電力供給することによって加熱を制御することができる。リーダコイル８２５，８２６は同じ周波数で駆動してもよいが、異なる周波数で駆動することによりＲＦ加熱チップとＲＦセンサチップの電力授受及びデータ通信における干渉を避けることができる。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図３】
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【国際調査報告】
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