(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜の第１の面上の磁性ナノ粒子とともに用いるための方法であって、前記磁性ナノ粒子の各々は目的の分析物に結合されており、前記膜は２００ｎｍ以下の厚さを有し、前記磁性ナノ粒子は、強磁性およびフェリ磁性からなる群より選択される磁性を有し、前記方法は、
前記第１の面とは反対の前記膜の第２の面に置かれた磁気センサを用いて前記磁性ナノ粒子を検出するステップであって、前記磁気センサは前記膜に対して移動する、前記検出するステップ、
を含み、
前記検出するステップは、
前記センサを前記膜の前記第２の面に沿って走査することにより、前記磁性ナノ粒子の位置を定めるステップ
を含む、前記方法。
【請求項２】
前記磁性ナノ粒子の数をカウントするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記膜の前記第１の面に磁性ナノ粒子のアレイが存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記走査することが、前記第２の面に沿って前後に走査することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記磁性ナノ粒子の数をカウントするステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記膜は１００ナノメートル未満の厚さを有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
膜の第１の面に、複数の反応部位をそれぞれ有する領域のアレイを有する前記膜とともに用いるための方法であって、前記膜は２００ｎｍ以下の厚さを有し、前記方法は、
異なる領域の反応部位が異なる捕捉抗体を有するように、前記反応部位を機能化するステップと、
前記膜の前記第１の面にテスト流体を適用するステップであって、前記テスト流体は複数の異なる抗原を含んでおり、抗原は前記捕捉抗体の特定のものに特異的に結合する、前記適用するステップと、
前記結合した抗原に対して、前記結合した抗原に対応する抗体で機能化された磁性ナノ粒子の溶液を適用することによって、前記結合した抗原の少なくともいくらかが抗体で機能化されたそれぞれの磁性ナノ粒子に結合されるようにし、結果として磁性ナノ粒子がそれぞれの反応部位に結合されるようにするステップであって、前記磁性ナノ粒子は、強磁性およびフェリ磁性からなる群より選択される磁性を有する、前記結合されるようにするステップと、
前記第１の面とは反対の前記膜の第２の面に沿って少なくとも１つのセンサを走査することによって、前記膜の前記第１の面の前記反応部位に結合された各領域内の磁性ナノ粒子の数を定めるステップと
を含む、前記方法。
【請求項８】
膜の第１の面に反応部位を有する前記膜とともに用いるための方法であって、前記膜は２００ｎｍ以下の厚さを有し、前記方法は、
前記反応部位に目的の分析物に対する親和性を持たせるように、前記反応部位を機能化するステップと、
前記膜の前記第１の面にテスト流体を適用するステップであって、前記テスト流体は前記目的の分析物を含んでおり、前記膜の前記第１の面の反応部位に前記分析物が結合する、前記適用するステップと、
前記結合した分析物を有する前記膜の前記第１の面に対して、前記分析物に対する親和性を有する化合物で機能化された磁性ナノ粒子の溶液を適用することによって、前記膜の前記第１の面上の反応部位に磁性ナノ粒子が結合されるようにするステップであって、前記磁性ナノ粒子は、強磁性およびフェリ磁性からなる群より選択される磁性を有する、前記結合されるようにするステップと、
前記第１の面とは反対の前記膜の第２の面に沿って少なくとも１つのセンサを走査することによって、前記膜の前記第１の面の前記反応部位に結合された磁性ナノ粒子の数を定めるステップと
を含む、前記方法。
【請求項９】
前記テスト流体内の前記分析物の濃度を定めるステップを含む、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
膜の第１上に少なくとも１つの磁性ナノ粒子を提供するステップであって、前記膜は２００ｎｍ以下の厚さを有し、前記磁性ナノ粒子は、強磁性およびフェリ磁性からなる群より選択される磁性を有し、前記方法は、
前記少なくとも１つの磁性ナノ粒子は目的の分析物に結合される、前記提供するステップと、
前記第１の面とは反対の前記膜の第２の面に置かれた磁気センサを用いて前記少なくとも１つの磁性ナノ粒子を検出するステップであって、前記磁気センサは前記膜に対して移動する、前記検出するステップと
を含み、
前記検出するステップは、
前記センサを前記膜の前記第２の面に沿って走査することにより、前記磁性ナノ粒子の位置を定めるステップ
を含む、方法。
【請求項１１】
前記走査することが、前記第２の面に沿って前後に走査することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記磁性ナノ粒子の数をカウントするステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記膜は１００ナノメートル未満の厚さを有する、請求項７〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記磁性ナノ粒子は１００ｎｍ未満の特性寸法を有する、請求項１〜１３のいずれか一項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁性粒子を検出することに関し、より特定的には医学および生物学的センサ適用のために磁性ナノ粒子を検出することに関する。
【背景技術】
【０００２】
生物学的分析物を正確に、迅速に、かつ妥当なコストで分析することが求められ続けている。実際に、これをどの程度成し得るかということは、医療システムが満足のいく医療を提供する能力の尺度の１つとなる。バイオマーカを検出する能力の改善は、がんおよびその他の疾患の検出など、さまざまな医学的努力にとって有益なものとなるだろう。
【０００３】
現在、分析物(analyte)を検出するためにさまざまな技術が用いられており、そこでは分析化学法を用いて医療従事者が目的とする特定の化合物を同定する。イムノアッセイ(immunoassay)は、溶液中の化合物を検出するかまたはその濃度を測定するために用いられる生化学テストである。これは、抗原と抗体とが高い特異性をもって互いに結合する能力に依拠するものである。イムノアッセイを用いて、抗原またはその対応する抗体のいずれも検出できる。イムノアッセイの一種に磁気イムノアッセイがあり、そこでは抗原と抗体とが互いに結合してから、その抗原／抗体対の抗原（または抗体）に磁性粒子を付着させる。次いで磁気検出装置によって磁性粒子を検出することによって、目的の分析物（例、抗原または抗体）の濃度の示度を提供する。分析物を磁性ナノ粒子でタグ付けすることにより、生物学的検出の問題が事実上低減されて磁界測定の１つになる。
【０００４】
磁気イムノアッセイ法の１つは、生物学的テスト・サンプルの数ミクロン上という比較的長い距離において巨大磁気抵抗（ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：ＧＭＲ）センサを走査することを伴う。（たとえば非特許文献１および非特許文献２などを参照。）この方法では、典型的にサンプルが脆弱でセンサによって容易に損傷を受けるおそれがあるため、センサとテスト・サンプルとの間に比較的長い距離が必要である。その結果として、こうした距離で十分に強い磁界を生成するために、磁性粒子もそれに対応して大きくする必要がある。したがって達成できる空間分解能が比較的低くなる。加えて、大きな磁性粒子を機能化サンプル表面に結合させるためにより多数の分析物が必要となり得るため、検出感度が減少する。
【０００５】
別の磁気イムノアッセイ法においては、分析物と磁性粒子とをＧＭＲセンサの表面上に直接置く。（たとえば非特許文献３および「Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  Ａｒｒａｙｓ，ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅｉｒ  Ｕｓｅ  ｉｎ  Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ」と題するＷａｎｇらの特許文献１などを参照。）各テスト部位に対して専用のセンサが用いられること、および磁性粒子がセンサ表面に置かれることから、磁界感度はかなり高い。このことは他方で、多数の異なる分析物を処理するためには、それぞれのテスト部位および分析物専用の対応する多数のＧＭＲセンサを含む非常に複雑なテストチップを有する必要があることを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，６８２，８３８号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｊ．Ｎｏｒｄｌｉｎｇら、「Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ．１．Ｉｎｔｅｒｎａｌｌｙ  Ｃａｌｉｂｒａｔｅｄ  Ｒｅａｄｏｕｔ  ｏｆ  Ｓｃａｎｎｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ａｒｒａｙｓ」、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，８０（２１），ｐ．７９３０−７９３９，２００８
【非特許文献２】Ｒ．Ｌ．Ｍｉｌｌｅｎら、「Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ．２．Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｂｉｏｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ  Ｅｖｅｎｔｓ  ａｔ  Ｓｅｌｆ−Ｒｅｆｅｒｅｎｃｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ  Ｔａｇｇｅｄ  Ａｒｒａｙｓ」、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，８０（２１），ｐ．７９４０−７９４６，２００８
【非特許文献３】Ｇ．Ｌｉら、「Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｉｎｇｌｅ  ｍｉｃｒｏｎ−ｓｉｚｅｄ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｂｅａｄ  ａｎｄ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ｓｐｉｎ  ｖａｌｖｅ  ｓｅｎｓｏｒｓ  ｆｏｒ  ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．９３（１０），２００３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
目的の分析物（または複数の分析物）についてテスト流体を調べる方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書には、目的の分析物（または複数の分析物）についてテスト流体を調べる方法が開示される。薄いが頑強な膜が分析物に対する保護層の働きをする一方で、（分析物に選択的に付着した）磁性粒子と磁気センサとの間隔を規定する。磁気センサと分析物とはこの膜の反対側に置かれる。
【００１０】
例示的実施の１つにおいては、目的の抗原に適合する（すなわち特異的に結合する）抗体を機能化して薄膜に付着させる。次いで、抗体を付着させた膜の上に、たとえば患者の血液など、目的の抗原を含むテスト流体を流す。その結果、テスト流体内の目的の抗原が抗体に特異的に結合する（一方、テスト流体内の他の種類の抗原はそれらの抗体に結合しない）。ここで膜をリンスし（たとえば高純度水を用いてもよい）、機能化した抗体および結合した抗原を残してもよい。次に、予め磁性ナノ粒子を付着させた抗体（膜に付着させたのと同種のもの）をこの膜上に流して、結合抗原をこれらの抗体／磁性ナノ粒子構造に特異的に付着させてから、（たとえば高純度水を用いて）再びリンスする。その結果得られるのはサンドイッチ構造の集合体であり、その各々は膜に対して機能化された抗体と、この抗体に付着した抗原と、一方端がこの抗原に付着し、他方端が磁性ナノ粒子に付着した同種の別の抗体とからなる。目的の抗原がテスト流体内に存在するときのみ磁性ナノ粒子を捕捉でき、捕捉された磁性ナノ粒子の数はテスト流体内の目的抗原の濃度を示すものとなる。磁性ナノ粒子が膜に結合されている側とは反対側の膜上を走査される磁気検出装置によって、磁性ナノ粒子が検出される。
【００１１】
本発明の１つの側面は、膜の第１の面上の複数の磁性粒子（またはただ１つの磁性粒子）とともに用いるための方法であり、この磁性粒子の各々は目的の分析物に結合されている。この方法は、第１の面とは反対の膜の第２の面に位置する磁気センサを用いて磁性粒子を検出するステップを含み、この磁気センサは膜に対して移動する。この方法は、好ましくは磁性粒子の数をカウントするステップを含む。センサは膜の第２の面に沿って走査されることにより、磁性粒子の位置を定めてもよい。膜の厚さは好ましくは１００ナノメートル未満、より好ましくは５０ナノメートル未満であり、磁性粒子の特性寸法は好ましくは１００ｎｍ未満である。磁性粒子は有利に強磁性等であり、アレイに配置されていてもよい。
【００１２】
本発明の別の側面は、膜の第１の面に、複数の反応部位をそれぞれ有する領域のアレイを有する膜とともに用いるための方法であり、この方法は、異なる領域の反応部位が異なる捕捉抗体を有するように、反応部位を機能化するステップを含む。この方法はさらに、膜の第１の面にテスト流体を適用するステップを含み、このテスト流体は複数の異なる抗原を含むために、これらの抗原は捕捉抗体の特定のものに特異的に結合する。この方法はさらに、結合した抗原に対して、その結合した抗原に対応する抗体で機能化した磁性粒子の溶液を適用することによって、結合した抗原の少なくともいくらかが抗体で機能化されたそれぞれの磁性粒子に結合されるようにし、結果として磁性粒子をそれぞれの反応部位に結合させるステップを含む。第１の面とは反対の膜の第２の面に沿って少なくとも１つのセンサが走査されることにより、反応部位に結合した各領域内の磁性粒子の数が定められる。この数が分かってから、テスト流体内の抗原の濃度が定められてもよい。加えて、膜の第１の面にシーラントを適用することによって、磁性粒子を固定してもよい。
【００１３】
本発明のさらに別の側面は、膜の第１の面に反応部位を有する膜とともに用いるための方法である。この方法は、反応部位に目的の分析物に対する親和性を持たせるように、反応部位を機能化するステップを含む。この方法はさらに、膜の第１の面にテスト流体を適用するステップを含み、このテスト流体は目的の分析物を含んでおり、膜の第１の面の反応部位にこの分析物が結合する。この方法はさらに、結合した分析物を有する膜の第１の面に対して、その分析物との親和性を有する化合物で機能化した磁性粒子の溶液を適用することによって、膜の第１の面の反応部位に磁性粒子を結合させるステップを含む。次いで、（第１の面とは反対の）膜の第２の面に沿って少なくとも１つのセンサが走査されることにより、膜の第１の面の反応部位に結合した磁性粒子の数が定められる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（検出すべき目的分析物を含む）テスト流体を受け取るために用いられるデバイスを示す図である。
【図２】（検出すべき目的分析物を含む）テスト流体を受け取るために用いられるデバイスを示す図である。
【図３】図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃを含む図３は、デバイスの下部にある膜に分析物が結合し、続いてその結合した分析物に分子種（その１つが磁性ナノ粒子を含む）が付着する一連のステップを示す図である。
【図４】これらのステップの結果としてデバイスに結合した磁性ナノ粒子と、磁性ナノ粒子を検出するための磁気センサ・デバイスとを示す図である。
【図５】磁気センサ・デバイスの磁気センサ素子を示す図である。
【図６】磁気センサ・デバイスによって磁性ナノ粒子を検出するところを示す図である。
【図７】図１に示されるデバイスのアレイを示す図である。
【図８】磁性ナノ粒子が置かれた膜の下側を走査した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
さまざまな図面に関して、好ましい方法を考察する。図１は、薄膜１２０が付着された「チップ」１１０を示す。このチップは、たとえばＳｉなどでできていてもよい。他方で、膜１２０はたとえばカーボン、ポリビニル樹脂（例、ポリビニルアルコール）、ＳｉＮ、Ｓｉ、またはＳｉＯ２などでできていてもよい。膜は比較的薄く、たとえば厚さ５ｎｍであるか、または最大１５ｎｍの厚さであってもよいが、１００〜２００ｎｍ以下の厚さであることが好ましい。チップ１１０の中央には空洞１３０が配されており、そこから膜１２０の部分が見えている。チップ１１０／膜１２０の構造は、Ｓｉブロックの上にＳｉＮのフィルムを蒸着することによって形成されてもよい。空洞１３０は、チップ１１０を膜１２０に達するまでエッチングすることによって形成されてもよい。空洞１３０の面積寸法は１００ミクロン×１００ミクロン、または１ｍｍ×１ｍｍであってもよい。図２は、図１に示される構造の断面図である。図１および図２に示されるデバイスは、高解像度顕微鏡業界において上に物体を配置可能な基板として用いられ得るため、（例、ＳｉＭＰｏｒｅ社またはＴｅｄ  Ｐｅｌｌａ社より）商業的に入手可能である。
【００１６】
図３は、どのようにして膜１２０の上に磁化サンドイッチ構造を構築できるのかを模式的に表したものであり、これらの構造の各々は目的抗原と、磁気センサによって検出可能な磁化ナノ粒子とを含む。目的抗原は、たとえばバイオマーカ（例、がんの存在を示すタンパク質）など、いくつかの分析物のいずれか１つであってもよい。当業者に公知の方法を用いて、最初に膜１２０に抗体を結合させる（たとえばＯｓｔｅｒｆｅｌｄらの「Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ  ｐｒｏｔｅｉｎ  ａｓｓａｙｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｎａｎｏｔａｇ  ｓｅｎｓｉｎｇ」、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ、ｖ．１０５、ｐ．２０６３７−２０６４０、２００８などを参照）。特に、目的抗原に特異的に結合する抗体を含む溶液を調製する。この溶液を膜１２０に接触させることによって、図３Ａに示されるとおり、抗体１４０が膜に付着する。明瞭にするために図３Ａにはこうした抗体１４０を６つしか示していないが、典型的に実際にはおそらくは何百万またはそれ以上のこうした抗体が膜１２０に付着するだろう。
【００１７】
膜に任意のリンスを適用した後、次いでテスト流体（たとえば患者の血液など）を抗体１４０に接触させる。この考察の目的のために、この流体は目的抗原を含むものと仮定する（もし含んでいなければ、上述の磁化サンドイッチ構造がまったく形成されないため）。膜１２０に結合した抗体１４０の１つに目的抗原が接触するとき、この抗原と抗体とは互いに対する特異的親和性を有するため、目的抗原がその抗体に結合する。図３Ｂは結果として得られる抗原／抗体対を示しており、ここでは目的抗原１５０が抗体１４０の１つに結合している。明瞭にするためにこの図面には１つの抗原／抗体対しか示していないが、実際にはこうした対が多数形成され得る。実際には、テスト流体内に存在する抗原１５０よりも多くの（膜１２０に付着された）抗体１４０が存在することによって、流体内のすべての目的抗原を捕捉できることが理想的である。（テスト流体内の他の抗原は互いに必要な親和性を有さないため、抗体１４０によって捕捉されることは期待されないだろう。）この時点で、膜に再び任意のリンスが適用されてもよい。
【００１８】
目的抗原が捕捉されると、これらの捕捉抗原を後で識別できるようにどのように「標識」するかという問題になる。このために追加の溶液が用いられ、この溶液はそれぞれの磁性ナノ粒子に結合して抗体／ナノ粒子対を形成した抗体（図３Ａおよび図３Ｂに示したのと同タイプのもの）を含む。当業者に公知の方法を用いて、磁性ナノ粒子を機能化できる（たとえばＳｒｉｎｉｖａｓａｎらの「Ａ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｈｉｇｈ−Ｍｏｍｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓ  Ｚｅｐｔｏｍｏｌｅ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ：Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｆｏｒ  Ｐｅｒｓｏｎａｌｉｚｅｄ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ」、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．、ｖ．４８、ｐ．２７６４−２７６７、２００９などを参照）。磁性粒子の平均直径は１００ｎｍ未満、たとえば１０〜３０ｎｍなどであることが好ましい。これらの抗体／ナノ粒子対を有する溶液を図３Ｂに示される構造と接触させることによって、対の抗体部分が抗原１５０と「接合」して、磁性ナノ粒子１６０を含むサンドイッチ構造を形成する（図３Ｃを参照）。磁界（図示せず）を用いて、磁性ナノ粒子１６０を抗原１５０に向けて加速したり、ナノ粒子１６０の磁気モーメント（図示せず）を（例、膜１２０に対して垂直の）好ましい軸に沿って整列させたりすることによって、このプロセスを促進してもよい。ここで膜に再びリンスを適用してもよい。加えて、空洞１３０内の空き空間にエポキシ（例、「５  Ｍｉｎｕｔｅ（Ｒ）エポキシ」が用いられてもよい）を導入することによって、図３Ｃに示される構造を所定の場所に「凍結させる（ｆｒｅｅｚｅ）」ことが有利かもしれない。こうすることによって走査中の膜１２０が支持されて、磁性ナノ粒子が固定位置に保たれる。加えて、膜のあらゆる起伏を平滑にするために十分な圧力によってシーラントを有利に適用してもよい。抗体／抗原／抗体／ナノ粒子構造を含むサンドイッチを形成することに関して図３を説明してきたが、類似の方法を用いて抗原／抗体／抗原／ナノ粒子構造を形成してもよい。
【００１９】
図３に関連して説明したプロセスの結果を図４に概略的に示す。図１とは異なり、図４は磁性ナノ粒子１６０が配置されたいくつかの反応部位２１０を示す。抗原１５０に結合しなかった抗体１４０に対応する付加的な反応部位２２０も示されている。ここでの課題は磁性ナノ粒子１６０の数をカウントすることであり、これは磁気センサ・デバイス２３０を用いて行うのが最も簡単である。（磁性ナノ粒子１６０の数が定まれば、この数を空洞１３０に導入されたテスト流体の体積で割ることによって、テスト流体内の抗原の濃度を決定できる。）センサ・デバイス２３０は、たとえば巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ素子２４０などを含んでもよく、これは有利には、たとえばＡｌＴｉＣなどの材料のブロックから一体的に形成されたいくつかのパッド２５０の１つの中に置かれる。（たとえばトンネル磁気抵抗素子など、他の磁気抵抗センサ素子が用いられてもよい。）パッド２５０は好ましくは平滑である（例、それらは「空気ベアリング」品質であってもよい）ことによって、センサ・デバイス２３０が膜１２０の下を膜に接触しながら走査されてもよい。
【００２０】
センサ素子２４０は従来のＧＭＲ素子であってもよく、たとえば「Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｓｅｎｓｏｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｓｐｉｎ  ｖａｌｖｅ  ｅｆｆｅｃｔ」と題する米国特許第５，１５９，５１３号に記載されるものなどであってもよい。図５は、こうしたセンサ素子２４０の１つおよびその隣接構成要素の平面図を示す。センサ素子２４０は（たとえばＡｌ２Ｏ３などでできた）領域２５５によって電気的に絶縁されており、領域２５５はパーマロイ領域Ｓ１およびＳ２に囲まれている。リード線(lead line)２６０がセンサ素子２４０の両側に接続される。たとえば３０〜１２０ｎｍなどの範囲の距離でＳ１およびＳ２を分離してもよい（シールドからシールドの間隔）。センサ素子２４０は、４０〜１００ｎｍ（センサ幅）掛ける５〜１０ｎｍ（センサ厚さ）の寸法を有することによって、直径１００ｎｍの磁性ナノ粒子を容易に分解できるようにしてもよい。センサ幅は１次元の空間分解能を決定する重要な因子であり、シールドからシールドの間隔は直交次元の空間分解能を決定する重要な因子である。
【００２１】
図６は、センサ素子２４０によってどのように磁性ナノ粒子１６０を検出し得るかを示す。それぞれ抗体１４０、抗原１５０および磁性粒子１６０を含むサンドイッチ構造が示される。磁性ナノ粒子に結合していない反応部位２２０も識別される。好ましくはセンサ素子２４０が膜１２０と接触する（または実行可能な限り膜に近づく、たとえばセンサ素子２４０に薄い保護コーティングが貼られていてもよい）ことによって、センサ素子２４０が膜の他方側に置かれた磁性ナノ粒子１６０を検出できるようにする。膜１２０に沿って前後に走査することにより、磁気センサ素子２４０は磁性ナノ粒子１６０の各々を検出する（そうすることによって捕捉抗原１５０の各々を検出する）。膜１２０が薄いものであるほど、磁気センサ素子２４０が磁性ナノ粒子１６０により近づくため、検出感度が高くなる。この理由から、膜１２０の厚さは５〜１５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
図１および図２（図３〜４および図６も参照）に示される空洞１３０は、いくつかの反応部位が存在する領域を表しており、これらの反応部位のいくつかは、特定の抗原を捕捉するように設計された抗体によって機能化されている（または代替的に、特定の抗体を捕捉するように設計された抗原によって反応部位が機能化されてもよい）。図７に示されるとおり、こうした領域のいくつか（１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃなど、これらはたとえば１０４平方ミクロンなどの面積を有する矩形または正方形の形であってもよい）がマトリックス３１０を形成してもよく、各々の領域は異なる抗体（または抗原）によって調製されてもよい。このようにして、テスト流体をさまざまな抗原（または抗体）に対して並行してスクリーニングしてもよい。
【００２３】
磁気センサを取り付けたサスペンション３３０に接続された圧電ナノ位置決めステージ(nanopositioningstage)（図示せず）を用いて、磁気センサ３２０がマトリックス３１０を形成するさまざまな領域を前後に走査されてもよい。サスペンション３３０は磁気センサ３２０をマトリックス３１０の一方の端部からマトリックスの反対の端部まで動かしてもよく、次いでマトリックスの長さを再び走査する前に一方の側に増分的に進められてもよい。代替的には、複数の磁気センサ（図示せず）を用いてこれらの領域を走査してもよく、たとえば１つの磁気センサが各領域１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃなどの専用にされてもよい。
【００２４】
図１の単一空洞デバイスの作製方法と同様に、図７のマトリックス３１０は、ＳｉＮのフィルムを蒸着したＳｉブロックから形成されてもよい。このＳｉブロックをフォトリソグラフィによってパターン形成し、次いでエッチングしてＳｉＮフィルムで停止させてもよい。その結果Ｓｉチップ３１２内に空洞のアレイが得られ、各空洞は一方側がＳｉＮ膜３１４によって境界されている。図１に示されるデバイスと同様に、エポキシを用いて空洞内の分析物に付着された磁化ナノ粒子を封止することによって、患者のサンプルの保管および再テストを可能にしてもよい。さまざまな領域１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃはその対応物１３０と同様に、露出される膜３１４の部分に対応してたとえば５０〜５００ミクロン×５０〜５００ミクロンなどの面積寸法を有してもよい。
【実施例】
【００２５】
直径約１８ｎｍのフェリ磁性ＣｏＦｅ２Ｏ４ナノ粒子を、厚さ１５ｎｍのＳｉＮ膜の上に配置した。ナノ粒子の凝集を妨げるため、Ｑ．Ｄａｉらの「Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｆｅｒｒｉｍａｇｎｅｔ−Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  ｆｏｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｍｅｄｉａ」、ＮａｎｏＬｅｔｔｅｒｓ、ｖ．１０、ｐ．３２１６、２０１０に記載されるとおりに磁性ナノ粒子を予めコーティングした。（先行技術の超常磁性粒子と比較すると、この技術は強磁性もしくは強磁性ナノ粒子またはその両方を用いることを可能にする。）次いで、エポキシを用いてこの磁性ナノ粒子を所定の場所に封止した。ＳｉＮ膜の反対側でＧＭＲ読取りセンサを走査した。図８はこうした走査から得られた位置の関数としての磁気信号強度を示したものであり、データはグレー・スケールで示されている。図８の拡大部分は、磁性ナノ粒子のクラスタおよびいくつかの分離した個々の磁性ナノ粒子を有する領域を示しており、分離した磁性ナノ粒子の１つが挿入図に示されている。
【００２６】
クラスタ内の磁性ナノ粒子の数は、原則的に線形系分析法を用いて磁界の２Ｄ画像から定めることができる。たとえば、単一の磁性ナノ粒子に対する磁気応答は、たとえば（ＴＥＭなどの）高解像度顕微鏡を用いて単一の磁性ナノ粒子が位置する領域を識別することなどの対照実験で定めることができる。次いでこの情報を用いて、あらゆるクラスタ内の粒子の数を確かめることができる。
【００２７】
本発明は、本発明の本質的な特徴から逸脱することなく他の特定の形で具現化されてもよい。記載された実施形態は、すべての点で単なる例示であって限定的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は前述の説明ではなく、添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の均等の意味および範囲内のすべての変更は、本発明の範囲に包含されるものとする。
【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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【図７】
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【図８】
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