(57)【要約】【課題】検出対象物およびそれ以外の様々な物質が混合されている検査溶液において、微量の検出対象物の検出を可能とする。【解決手段】本発明の微小粒子（４ａ）は、検査溶液に含まれる検出対象物と選択的に結合する能力を有する選択結合部（４１）と、上記検査溶液に印加される磁場から場の力を受けて上記微小粒子（４ａ）にトルクを与えるトルク付与部（４２）とが、上記微小粒子（４ａ）の表面の異なる位置に配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの検出対象物を含む検査溶液中に分散され、特定波長の光が照射されることで表面の一部から近接場光を発生する導電性の微小粒子であって、
上記検査溶液に含まれる上記検出対象物と選択的に結合する能力を有する選択結合部と、
上記検査溶液に印加される磁場から場の力を受けて上記微小粒子にトルクを与えるトルク付与部と、を備え、
上記選択結合部および上記トルク付与部のそれぞれが上記微小粒子の表面の異なる位置に配置されていることを特徴とする微小粒子。
【請求項２】
上記トルク付与部は、強磁性体の垂直磁化膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の微小粒子。
【請求項３】
上記トルク付与部は、導電膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の微小粒子。
【請求項４】
請求項２に記載の微小粒子を少なくとも一つと、検出対象物を少なくとも一つと、を含む検査溶液に特定波長の光を照射することで上記微小粒子から発生する近接場光を利用して、上記検査溶液に含まれる検出対象物を検出する物質検出装置であって、
上記検査溶液を通過した光の分光特性の検出結果を検出信号として出力する分光特性計測部と、
上記検査溶液に磁場を印加する少なくとも一つの磁場印加部と、
上記磁場印加部が上記検査溶液に印加する上記磁場の摂動信号を参照信号とし、上記分光特性計測部から出力された検出信号から上記摂動信号に同期した変動成分信号を抽出して出力する変動成分抽出部と、
上記変動成分抽出部から出力された上記変動成分信号を用いて上記検出対象物を検出する処理を実行する検出処理部と、を備え
上記検査溶液は、上記微小粒子を複数含み、
複数の上記微小粒子のそれぞれの上記トルク付与部の上記微小粒子の側と反対側の表面の極性が同一であることを特徴とする物質検出装置。
【請求項５】
上記トルク付与部は、上記微小粒子の側と反対側の表面と垂直な方向に磁化をもつ垂直磁化膜であることを特徴とする請求項４に記載の物質検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特定波長の光が照射されることで、表面から近接場光を発生する微小粒子、および当該微小粒子を用いた物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水や食品の安全に対する意識の向上、および、新興国における衛生状況の改善を理由として、水や食品中の微量な有害成分を検出する手法、装置などに関するニーズが高まりつつある。特に、有害成分の中でも細菌類は、１００個程度の経口摂取であっても人体に病変を引き起こすものが存在する。そのため、上記の検出手法、装置などにおいては、ｎｇ（ナノグラム）、さらにはｐｇ（ピコグラム）オーダーでの超高感度な検出が求められている。
【０００３】
上記のような超高感度検出において、プラズモン増幅現象に起因する光吸収波長ピークシフト現象を利用する試みがなされている。例えば、下記非特許文献１には、金属メッシュをバンドパスフィルターの一種として用い、金属メッシュの表面プラズモンの発生状態が、表面に付着している物質の屈折率に大きく左右される現象を用いて、５００ｐｇという微量のたんぱく質を検出する技術が開示されている。以下、図１３を参照して、非特許文献１をはじめとする、従来技術について説明する。
【０００４】
図１３は、金属メッシュ５４における表面プラズモンの発生状況を断面図で示したものである。図１３における領域５４３は、表面プラズモンの発生によって、近接場光が発生する領域（近接場光発生領域５４３）を示している。一般的に、金属ナノ粒子に特定波長の光を照射すると、表面プラズモンの発生により当該部位に近接場光が発生し、これが結果として、金属ナノ粒子における光の吸収率の増大となって観察される。例えば、粒径５０ｎｍ程度の金コロイド水溶液は、５１６ｎｍ付近に強い吸収ピークを示す。
【０００５】
非特許文献１の技術において、上述したプラズモン発生状況が、金属メッシュ５４の近傍の屈折率分布に依存しているため、近接場光発生領域５４３に、媒質である水などと屈折率の異なる物質が存在すれば、吸収ピークの波長がシフトする現象が観察される。すなわち、吸収ピークの波長のシフトを観察することで、金属メッシュ５４の近傍に屈折率の異なる物質が存在するか否かが判定できる。この吸収ピークは、上述した金コロイドの場合、当該金コロイドが、１ｍｌあたり１０の１０乗個程度という非常に低い濃度でも十数％程度に達する吸収量として観察されるため、ｐｇオーダーの微量検出が可能である。
【０００６】
さらに、非特許文献１の技術でも採用されているように、雑菌などの微量検出には抗原抗体反応を用いる。具体的には、抗体５４１１を金属メッシュに修飾し、抗体５４１１に抗原である検出対象物５４１２が選択的に結合する性質を用いる。これにより、検査対象である水や食品を金属メッシュ５４と接触させ、金属メッシュ５４上の抗体５４１１に抗原である検出対象物５４１２が結合した後に、洗浄により結合した検出対象物５４１２以外の物質５４１３を洗い流せば、検出対象物５４１２のみが金属メッシュ５４の近接場光発生領域５４３に残留するので、微量な検出対象物５４１２の検出が可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Yoshida S., Suizu K., Kato E., Nakagomi Y., Ogawa Y.,and Kawase K.: A high-sensitivity terahertz sensing method using a metallic mesh with unique transmission properties, Journal of Molecular Spectroscopy, 256(1), 146 - 151 (2009).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記非特許文献１に示すような、従来のプラズモン増幅現象を用いた検出手法は、金属メッシュと選択的に結合する物質との結合の有無にかかわらず、光学定数の変化のみを検出しているため、ノイズに弱いという課題がある。
【０００９】
具体的に説明すると、水や食品などの検査対象中には、検出対象物５４１２よりもはるかに多量のタンパク質などが含まれており、これらを完全に洗浄によって取り去ることは現実的ではない。例えば、水素結合や分子間力による自然吸着によって、抗体に結合を起こさない物質５４１３が金属メッシュなどに付着したまま残留してしまう。上述したように、プラズモン増幅現象は屈折率の変化のみに依存して変化するので、このような検出対象物５４１２以外の残留物質（物質５４１３）によってノイズが発生し、検出対象物の検出が阻害されてしまう。
【００１０】
以上をまとめると、水や食品などにおける雑菌検出などにおいては、多量に存在する他の物質に起因するノイズが検出の妨げとなり、実質上、検出が不可能であるという課題がある。
【００１１】
本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、検出対象物およびそれ以外の様々な物質が混合されている検査溶液において、微量の検出対象物の検出を可能とする微小粒子などを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る微小粒子は、少なくとも一つの検出対象物を含む検査溶液中に分散され、特定波長の光が照射されることで表面の一部から近接場光を発生する導電性の微小粒子であって、上記検査溶液に含まれる上記検出対象物と選択的に結合する能力を有する選択結合部と、上記検査溶液に印加される磁場から場の力を受けて上記微小粒子にトルクを与えるトルク付与部と、を備え、上記選択結合部および上記トルク付与部のそれぞれが上記微小粒子の表面の異なる位置に配置されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、検出対象物およびそれ以外の様々な物質が混合されている検査溶液において、微量の検出対象物の検出を可能とするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る物質検出装置および計測用セルの概略構成を示す図であり（ａ）は、上記物質検出装置の概要構成を示すブロック図であり、（ｂ）は、検出対象物を含む検査溶液が入った計測用セルの外観を示す。
【図２】本発明の実施形態２に係る微小粒子の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る微小粒子の別の一例を示す概略図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る微小粒子のさらに別の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る微小粒子において、外部磁場が印加されたときの摂動を示す概略図であり、（ａ）は、外部磁場が印加される前の微小粒子の状態を示し、（ｂ）は、外部磁場が印加された後の微小粒子の状態を示す。
【図６】本発明の実施形態１〜３に係る物質検出装置における信号処理の概念を説明するための波長と透過率との関係を示すスペクトルであり、（ａ）は、従来技術において得られる理想的なスペクトルを示し、（ｂ）は、従来技術において得られる実際のスペクトルを示し、（ｃ）は、本発明の実施の形態によって得られるスペクトルを示す。
【図７】本発明の実施形態２に係る微小粒子の別の一例において、外部磁場が印加されたときの動作を示す概略図であり、（ａ）は、外部磁場が印加される前の微小粒子の状態を示し、（ｂ）は、外部磁場が印加された後の微小粒子の状態を示す。
【図８】本発明の実施形態３に係る微小粒子の一例を示す概略図である。
【図９】本発明の実施形態４に係る物質検出装置の概略構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態５に係る微小粒子の一例を示す概略図である。
【図１１】本発明の実施形態６に係る微小粒子の一例を示す概略図である。
【図１２】本発明の実施形態７に係る物質検出装置の概略構成を示す図である。
【図１３】従来技術の金属メッシュにおける表面プラズモンの発生状況を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について図１〜図１２に基づいて説明すれば以下のとおりである。以下の特定の実施形態で説明する構成以外の構成については、必要に応じて説明を省略する場合があるが、他の実施形態で説明されている場合は、その構成と同じである。また、説明の便宜上、各実施形態に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。さらに、各図面に記載した構成の形状、ならびに、長さ、大きさおよび幅などの寸法は、実際の形状や寸法を反映させたものではなく、図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更している。
【００１６】
〔実施形態１の物質検出装置および実施形態２の微小粒子〕
以下、図１〜図７に基づき、本発明の実施形態１に係る物質検出装置１ａおよび実施形態２に係る微小粒子４ａ〜４ｅについて詳細に説明する。なお、以下では、便宜上、物質検出装置１ａ、並びに後述の実施形態４および７にてそれぞれ説明する物質検出装置１ｂおよび物質検出装置１ｃを総称して、「物質検出装置１」と称する場合がある。また、同様に、実施形態２に係る微小粒子４ａ〜４ｅ、並びに後述の実施形態３、実施形態５および６に係る微小粒子４ｆ、微小粒子４ｇおよび微小粒子４ｈを総称して、「微小粒子４」と称する場合がある。
【００１７】
＜微量の検出対象物の検出について＞
まず、図１および図２を参照して本発明の実施の一形態に係る微小粒子について説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る物質検出装置および計測用セルの概略構成を示す図であり、図１（ａ）は、上記物質検出装置の概要構成を示すブロック図であり、図１（ｂ）は、検出対象物を含む検査溶液が入った計測用セルの外観を示す。
図２は、微小粒子４ａの概要構成を示す概略図である。図２は、本発明の実施形態２に係る微小粒子の一例を示す概略図である。図２に示すように、微小粒子４ａは、選択結合部４１とトルク付与部４２とを備えている。
【００１８】
図１（ｂ）に示すように、微小粒子４ａは、少なくとも一つの検出対象物を含む検査溶液３中に分散され、図１（ａ）および図２に示すように、特定波長の光が照射されることで表面の一部から近接場光を発生する導電性の微小粒子である。なお、微小粒子４ａの表面の一部で近接場光が発生している領域のことを以下、「近接場光発生領域」という（例えば、図２に示す近接場光発生領域４３参照）。
【００１９】
選択結合部４１は、検査溶液３に含まれる検出対象物と選択的に結合する能力を有する部分である。
【００２０】
トルク付与部４２は、検査溶液３に印加される磁場から場の力を受けて微小粒子４にトルクを与える部分である。選択結合部４１およびトルク付与部４２のそれぞれは、微小粒子４の表面の異なる位置に配置されている。なお、選択結合部４１およびトルク付与部４２の詳細は後述する。
【００２１】
上述した微小粒子４の構成より、トルク付与部４２は、検査溶液３に印加される磁場から場の力を受けて微小粒子４自身にトルクを与える。ここで「トルク」とは、微小粒子４ａの重心を中心に働く、上記重心まわりの力のモーメントである。このため、検査溶液３に磁場による摂動を印加すれば、検査溶液３に含まれる微小粒子４には、上記のトルクにより摂動が生じる。なお、「磁場の摂動」とは、印加される磁場の変動を意味し、また、「微小粒子の摂動」とは、上記印加された磁場の摂動に同期して生じる、微小粒子の運動を意味する。また、本実施形態では、「微小粒子の摂動」とは、微小粒子の往復回転運動である。ただし、他の実施形態においてはその限りではなく、「微小粒子の摂動」には、微小粒子の回転運動が含まれていても良い。
【００２２】
このような摂動によって、微小粒子４上の観測者から見ると、近接場光が発生している領域である近接場光発生領域４３に選択結合部４１が出入りするような運動となる（実際には微小粒子４ａにおける近接場光発生領域４３の微小粒子４ａに対する相対的な位置が微小粒子４ａの運動に伴って変化するものと考えられる）。これにより、選択結合部４１に検出対象物が結合している場合は、上記摂動に同期して、近接場光の発生状態が変化する。一方、近接場光発生領域４３にある不純物は、選択結合部４１と選択的に結合しない（結合力が弱い）ため、上記摂動に応じて近接場光発生領域４３を出入りすることはない。つまり、（検出対象物に起因する）近接場光の発生状態は、上記摂動に応じて変化しない。例えば、後述する物質検出装置１を用いることで、この近接場光の発生状態の変化に起因する変動成分（変動成分信号）を抽出して解析することにより、検出対象物およびそれ以外の様々な物質が混合されている検査溶液３において、微量の検出対象物の検出が可能となる。
【００２３】
＜微小粒子４の構成＞
続いて、微小粒子４の構成について、図２〜図４を参照してより詳細に説明する。微小粒子４は、特定波長の光を照射されることで、表面の一部から近接場光を発する導電性の微小粒子である。換言すれば、微小粒子４は、特定波長の光を照射されることで、表面プラズモンを発生する。なお、一般的に、導電性の微小粒子４が特定波長の光を受けると、微小粒子４の表面全体から近接場光が発生する。一方、特定方向の偏光が微小粒子４ａに照射された場合、偏光方向と同じ方向にのみ近接場光が発せられる。具体的には、偏光方向が図２の紙面に対して上下方向である場合には、図２に示すように微小粒子４の上下に位置する近接場光発生領域４３にのみ近接場光が発生する。
【００２４】
次に同図に示すように、微小粒子４ａは、ポリスチレン核４０１を金膜４０２でコーティングしたものである。さらに、微小粒子４ａは、金膜４０２の表面に選択結合部４１およびトルク付与部４２を備えている。なお、選択結合部４１およびトルク付与部４２は、同図に示すように、微小粒子４ａの中心Ｏに対して選択結合部４１の配されている位置と、微小粒子４ａの中心Ｏに対してトルク付与部４２が配されている位置との為す角θが略直角となるように配置されている。より具体的には、選択結合部４１およびトルク付与部４２は、微小粒子４ａの中心Ｏと選択結合部４１の中央Ｃ１を結ぶ第１の直線と、微小粒子４ａの中心Ｏとトルク付与部４２の中央Ｃ２を結ぶ第２の直線との為す角θが、８５度より大きく、９５度未満となるように配置されている。ここで、中央Ｃ１は、紙面に対して上側から見たときの選択結合部４１の中央のことであり、中央Ｃ２は、紙面に対して右側から見たときのトルク付与部４２の中央のことである。これにより、トルク付与部４２と選択結合部４１との微小粒子４ａに対する位置関係は、微小粒子４ａの中心に対してほぼ直角となる。これにより、微小粒子４ａに付与されるトルクを最大化することができる。
【００２５】
（選択結合部４１）
選択結合部４１は、後述する検査溶液３中の検出対象物と選択的に結合する能力を有するものである。具体的には、図２に示す微小粒子４ａの選択結合部４１は、金膜４０２上に同一種類の大腸菌の抗体４１１ａが複数配されたものである。例えば、大腸菌の抗体４１１ａは、抗原である大腸菌と選択的に結合する能力を有する。つまり、後述するように、微小粒子４ａを検査溶液３中に分散させることで、検出対象物大腸菌およびそれ以外の様々な物質が混合されている検査溶液３から、微量の大腸菌の検出が可能となる。
【００２６】
なお、選択結合部４１は、抗体に限定されず、核酸の単鎖（以下、「核酸単鎖」という）などであっても良い。核酸単鎖は、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）の単鎖であっても良くＲＮＡ（リボ核酸）の単鎖であっても良い。
【００２７】
選択結合部４１の形態については、主として下記（イ）〜（へ）の各形態を例示することができる。すなわち、選択結合部４１は、１種類以上の抗体を少なくとも一つ、１種類以上の核酸単鎖を少なくとも一つ、若しくは少なくとも一つの抗体と少なくとも一つの核酸単鎖との組み合わせを有していても良い。
（イ）単一の微小粒子で単一（したがって１種類）の抗体（または核酸単鎖）のみを有する形態、
（ロ）単一の微小粒子で同一種類の抗体（または核酸単鎖）を複数有する形態、
（ハ）単一の微小粒子で異なる種類の抗体の組合せを有する形態、
（ニ）単一の微小粒子で異なる種類の核酸単鎖の組合せを有する形態、
（ホ）単一の微小粒子で少なくとも一つの抗体と少なくとも一つの核酸単鎖との組合せ有する形態、
（へ）複数の微小粒子のそれぞれが、別々の抗体（または核酸単鎖）を有する形態。
【００２８】
例えば、図２に示す微小粒子４ａは、上記（ロ）の形態の一例であり、選択結合部４１は、同一種類の抗体４１１ａを複数有している。
【００２９】
次に、図３に示す微小粒子４ａ〜４ｃは、上記（へ）の形態の一例であり、上記微小粒子４ａの他、抗体４１１ａとは別種類の抗体４１１ｂを複数有する微小粒子４ｂ、同一種類の核酸単鎖４１１ｃを有する微小粒子４ｃが示されている。
【００３０】
さらに、図４に示す微小粒子４ｄは、上記（ホ）の形態の一例であり、選択結合部４１は、抗体４１１ａ、抗体４１１ｂ、および核酸単鎖４１１ｃを有している。
【００３１】
（トルク付与部４２）
次に、トルク付与部４２は、検査溶液３に印加される磁場から場の力をうけて微小粒子４ａにトルクを与えるものである。つまり、トルク付与部４２が、微小粒子４ａにトルクを与えることにより、微小粒子４ａには摂動が与えられる。
【００３２】
また、本実施形態では、トルク付与部４２は、コバルト白金を用いた強磁性体の垂直磁化膜であり、上記垂直磁化膜表面（選択結合部４２の微小粒子４ａの側と反対側の表面）の極性は、検査溶液３に含まれる複数の微小粒子４ａにおいてすべて同一である。これにより、微小粒子４ａに対して容易に摂動を起こさせることができるとともに、同一極性による反発を利用して、微小粒子４ａ同士の凝集を避けることができる。
【００３３】
また、検査溶液３に印加される磁場は、特定の周波数を有し、正弦波状に変化する変動磁場である。この変動磁場によって生じるトルクが微小粒子４ａに与えられることで、微小粒子４ａは、上記特定の周波数に同期した摂動を行う。この摂動を利用した物質検出方法についての詳細は後述する。
＜微小粒子４の効果＞
微小粒子４のトルク付与部４２は、後述するように検査溶液３に印加される磁場から場の力を受けて微小粒子４自身にトルクを与える。このため、微小粒子４の中には往復回転運動（または後述する回転運動）を行うものが出現する。このため、微小粒子４の一部に近接場光が発生するような特定波長の光を検査溶液に照射し、検査溶液３に磁場による摂動を印加した場合、上記のような運動が生じ、これを微小粒子４上の観測者からみると、微小粒子４の一部の近接場光が発生している近接場光発生領域４３を、選択結合部４１が出入りするような運動となる（実際には微小粒子４における近接場光発生領域４３の微小粒子４に対する相対的な位置が微小粒子４の運動に伴って変化するものと考えられる）。
【００３４】
しかしながら、自然吸着もしくは偶然その場に存在した検出対象物（例えば、大腸菌）以外の物質（例えば、選択結合部に結合する能力に乏しい不純物）は、検出対象物と比較して選択結合部４１に対する結合が弱いため、微小粒子４に対する相対的な位置をほとんど変えず、微小粒子４の近接場光発生領域４３に対する相対的な位置も大きく変わることはない。したがって、上記のように検査溶液３に磁場による摂動を印加し、選択結合部４１に結合した検出対象物のみが近接場光発生領域４３の中を出入りするような運動を起こせば、検査溶液３中の溶媒と検出対象物との屈折率差に起因して、磁場の摂動に応じて分光計測した吸収ピークの位置が変動することになる。この吸収ピークの位置の変動は、分光計測の結果における選択結合部４１に結合した検出対象物のみに起因する変動成分となる。
【００３５】
このため、例えば、後述する物質検出装置１ａを用いれば、分光計測の結果からこのような変動成分を抽出して解析することにより、検出対象物およびそれ以外の様々な物質が混合されている検査溶液において、微量の検出対象物の検出が可能となる。
【００３６】
＜物質検出装置１ａの基本構成＞
次に、物質検出装置１ａの基本構成について図１を参照して説明する。
【００３７】
なお、上述したまたは以下で説明する微小粒子および物質検出装置の各形態は、既存技術に対する本発明の差異を端的に示す態様の例である。
【００３８】
また、以下でその詳細を説明する、微小粒子におけるプラズモン共鳴による近接場光の発生位置（近接場光発生領域）と、選択吸着された検出対象物の存在する位置（選択結合部）との位置関係の変化を用いた検出という本発明の主たる構成要素は、本発明者らによってはじめて見出された知見であり、この本発明の主たる構成要素が備わっている形態であれば、本発明を具現化する形態は上述した態様または以下に示す態様のものに限定されないことは言うまでもない。そこで、以下の説明では、上記本発明の主たる構成要素以外の、分光計測システム（後述する分光特性計測部７参照）およびロックインアンプ（後述する変動成分抽出部６参照）のような本発明の本質との関係性が希薄な構成要素であって、当業者においては汎用計測機器としてその性質や利用方法が確立している構成要素についてはブラックボックスとして扱い、その詳細な構造などに関する説明は適宜省略するものとする。
【００３９】
図１（ａ）は、物質検出装置１ａの概略構成を示す図である。物質検出装置１ａは、少なくとも、計測用セル２、コイル５、コイルドライバ５１、ロックインアンプ６、分光特性計測部７、信号処理部１４、並びにコイルドライバ５１を含む。
【００４０】
（分光特性計測部７）
分光特性計測部７は、検査溶液３を通過した光の分光特性の検出結果を検出信号として出力するものである。図１（ａ）に示すように、分光特性計測部７は、少なくとも、発光部１１、受光部１２、偏光板１１１、および分光計測装置制御部１０を含む。また、分光特性計測部７は、発光部１１および受光部１２間の光路１３に存在する物質における、光の吸収量を当該光の波長ごとに計測する。発光部１１は、予め設定された波長範囲の光を、例えば、短波長側から長波長側へ変化させながら、受光部１２へ向けて照射する。また、受光部１２は、上記の透過光の受光量を検出し、検出した受光量を検出信号としてロックインアンプ６に入力する。この受光量には検査溶液３中の光路１３を通過する光の吸収量（吸収率）が反映される。ここで吸収率とは、物質へ入射する光である入射光の強度と、物質を透過した光である透過光の強度との比で表される値（割合）である。
【００４１】
さらに、発光部１１の直後には偏光板１１１が配されている。発光部１１からの光が偏光板に１１１を通過することで、例えば、後述する図３において示される、偏光方向１３２が上下方向である光が検査溶液３に入射する（検出対象物質に照射される）こととなる。
【００４２】
なお、本発明においては分光特性計測部の計測機能のみが利用できれば十分であり、分光特性計測部の計測手法などの異同は本発明の実施に影響しない。よって、計測手法などの詳細についてはその説明を省略する。
【００４３】
（計測用セル２）
図１の（ｂ）は、計測用セル２の詳細を示す概略図である。計測用セル２は、物質を光路１３上に配置するためのセルである。本実施形態では、検査溶液３が入れられた計測用セル２が、偏光板１１１および受光部１２の間に配置される。なお、本実施形態では、検査溶液３は、食品や河川水などを想定している。ただし、検査溶液３は、上記の例に限定されるものではない。また、検査溶液３中には、上述した微小粒子４（例えば微小粒子４ａ）が分散されている。さらに、微小粒子４の分散性を向上させるために、検査溶液３中に図示しない分散剤を加えてもよい。
【００４４】
（コイル５およびコイルドライバ５１）
コイル（磁場印加部）５は、自身に流れる電流によって検査溶液３に磁場を印加するものである。例えば、本実施形態では、後述するコイルドライバ５１によって、１００Ｈｚの正弦波状の電流がコイル５に流れるものとする。図１の（ａ）に示すように、コイル５は計測用セル２に接触している。ここで、コイル５に１００Ｈｚの正弦波状の電流が流れると、計測用セル２内の検査溶液３に上記１００Ｈｚの周波数で摂動する磁場が印加される。
【００４５】
コイルドライバ５１は、電流をコイル５に流すものである。具体的には、コイルドライバ５１は、電圧をコイル５に印加することにより、印加された電圧に応じた電流をコイル５に流す。また、コイルドライバ５１は、磁場を摂動させるための信号、具体的にはコイル５に１００Ｈｚの正弦波状の電流を流すための信号（以降、摂動信号と称する）を、後述するロックインアンプ６に入力する。
【００４６】
（ロックインアンプ６）
ロックインアンプ（変動成分抽出部）６は、特定の信号を検出して増幅するものである。具体的には、ロックインアンプ６には、受光部１２から上記検出信号が入力されるとともに、コイルドライバ５１から、上記摂動信号が参照信号として入力される。ロックインアンプ６は、上記検出信号から、上記摂動信号に同期した信号、すなわち、選択結合部４１に結合した検出対象物（大腸菌）が、近接場光発生領域４３を出入りすることによる、近接場光の発生状態の変化に起因する信号（以降、変動成分信号と称する）を抽出して出力し、信号処理部１４に入力する。
【００４７】
なお、本実施形態では、変動成分抽出部の一例としてロックインアンプを用いて説明したが、本発明を具現化する形態はこれに限定されない。例えば、受光部１２からの検出信号とともに、コイルドライバ５１からの参照信号が直接（但し、Ａ／Ｄ変換後の信号）信号処理部１４に入力されるように構成し、信号処理部１４による情報処理により、上記変動成分信号（もしくは変動成分情報）を抽出するようにしても良い。
【００４８】
（信号処理部１４）
信号処理部（検出処理部）１４は、本実施形態においては、上記の処理の結果に基づき、検出対象物の有無を判定したり、検出対象物の濃度などを算出したりするものである。例えば、信号処理部１４は、変動成分信号を入力されると、予め内蔵されている検量線を用いて、上記吸収率の極大値のピーク（以降、吸収ピークと称する）のシフト量を検出対象物である大腸菌の濃度に変換する。なお、上述した信号処理部１４の行う処理は一例であり、目的に応じた種々の信号処理が行われてもよい。
【００４９】
なお、本発明においては、上述した各部材の機能を有する複数の装置を組み合わせた、いわゆる物質検出システムについても、その技術的範囲に含まれる。
【００５０】
＜物質検出方法の詳細＞
次に、微小粒子４ａを用いた物質検出方法の詳細について、図５および図６を参照して説明する。図５は、微小粒子４ａにおいて、外部磁場（磁場）が印加されたときの摂動を示す概略図である。なお、図５は、電磁場解析ソフトを用いたシミュレーション結果である。
【００５１】
図５の（ａ）に示すように、例えば、偏光方向１３２が紙面に対して上下方向である偏光１３１が、微小粒子４ａに入射すると、プラズモン共鳴によって、偏光方向１３２の方向と同じ方向（図５の（ａ）の近接場光発生領域４３）に、近接場光が発生する。
【００５２】
ここで、検出対象物４１２（大腸菌）と結合した選択結合部４１が近接場光発生領域４３に存在すれば、微小粒子４ａに起因する吸収ピーク波長の位置が長波長側にシフトする。しかしながら、選択結合部４１に不純物４１３が自然吸着した場合、あるいは近接場光発生領域４３内に不純物４１３が偶然存在した場合も、同様に微小粒子４ａに起因する吸収ピーク波長の位置が長波長側にシフトしてしまう。
【００５３】
そこで、図３の（ｂ）に示すように、検査溶液３中に、方向が偏光方向１３２に平行で、偏光１３１の入射方向に垂直である外部磁場４４を印加する。外部磁場４４は、図３の（ｂ）に示すように、その方向が、図３の（ｂ）の上下方向に１００Ｈｚの周波数で摂動するものである。これにより、微小粒子４ａは上記１００Ｈｚの周波数の摂動に同期した摂動（往復回転運動）を行う。これにより、近接場光発生領域４３の微小粒子４ａに対する相対的な位置が、微小粒子４ａの摂動に伴って変化する。つまり、上記摂動を微小粒子４ａ上の観測者から見たとき、検査溶液３中に分散された微小粒子４ａの一部が、近接場光発生領域４３を、選択結合部４１が出入りするような運動を起こす。なお、外部磁場の変動方向は、上述した外部磁場４４の変動方向に限定されない。後述する変形例のように、選択結合部４１とトルク付与部４２との位置関係に応じて、例えば、変動方向が偏光１３１の入射方向に平行である外部磁場を印加してもよい。
【００５４】
一方、選択結合部４１に自然吸着している不純物４１３は、選択結合部４１に対する結合が弱いため、摂動によって選択結合部４１から離れる。そのため、選択結合部４１に自然吸着している不純物４１３、および、近接場光発生領域４３内に偶然存在した不純物４１３は、微小粒子に対する相対的な位置をほとんど変えることがない。換言すれば、不純物４１３は、選択結合部４１とともに近接場光発生領域４３を出入りすることはない。
【００５５】
以上より、検査溶液３に外部磁場４４を印加すると、微小粒子４ａの摂動が起こる。これにより、選択結合部４１に結合した検出対象物４１２は、不純物４１３と異なり、近接場光発生領域４３を出入りする。この検査溶液３を透過する光を受光部１２が検出すると、吸収ピーク波長の位置が特定の周波数（本実施形態では１００Ｈｚ）と同期して変化する検出信号が出力される。この吸収ピーク波長の位置の変化は、特定の周波数での微小粒子４ａの摂動により、選択結合部４１が近接場光発生領域４３を出入りすることによって起こる、検査溶液３中の溶媒と検出対象物４１２（大腸菌）との屈折率差に起因するものである。
【００５６】
上記検出信号を、上記摂動信号を参照信号とするロックインアンプ６に入力すると、検出信号から上記摂動信号に同期した成分、すなわち、選択結合部４１と結合した検出対象物４１２（大腸菌）に起因する変動成分信号が抽出される。
【００５７】
図６は、上記の信号処理の概念を示すスペクトルである。具体的には、プラズモン共鳴を利用した物質検出装置においては、理想的には図６の（ａ）に示すようなスペクトルが検出される。図６の（ａ）に示すように、微小粒子４ａに起因する吸収ピークの長波長側へのシフトが観察されると、選択結合部４１に大腸菌が結合していることが特定できる。しかしながら、従来技術では不純物の存在により、図６の（ｂ）に示すようなスペクトルが検出されてしまう。これにより、吸収ピークの波長を決定することが困難となる。そこで、上述した物質検出方法により、摂動に同期して変化する成分（変動成分信号）のみを抽出することで、図６の（ｃ）に示すようなスペクトルが検出される。このスペクトルの信号を信号処理部１４が処理し、吸収ピークのシフト量を検出対象物の濃度に変換することで、ノイズを抑えた検出対象物の定量が可能となる。
【００５８】
＜変形例＞
上述した形態では、微小粒子４ａは、図２に示すように、選択結合部４１およびトルク付与部４２は、同図に示すように、微小粒子４ａの中心Ｏに対して選択結合部４１の配されている位置と、微小粒子４ａの中心Ｏに対してトルク付与部４２が配されている位置との為す角θが略直角となるように配置されていた。これは、上記配置が、微小粒子４ａにおける摂動を最大化する配置であるためである。
【００５９】
しかしながら、本発明の課題を解決するためには、選択結合部４１に結合した大腸菌などの検出対象物４１２が、近接場光発生領域４３を出入りするような摂動を、微小粒子４ａが行えば十分である。
【００６０】
そこで、本発明の実施形態に係る微小粒子は、図７に示すように、選択結合部４１とトルク付与部４２とが対向するように配置された微小粒子４ｅであってもよい。この場合、トルク付与部４２の法線と、外部磁場の方向とが平行となるようなトルクを、微小粒子４ｅに与えるために、コイル５は、特定の周波数で図５の（ｂ）の左右方向に摂動する外部磁場４５を検査溶液３に印加する。微小粒子４ｅに与えられるトルクの大きさは、微小粒子４ａに与えられるトルクの大きさと比較して小さいものとなるが、選択結合部４１が近接場光発生領域４３を出入りするような摂動を与えるためには十分な大きさである。
【００６１】
なお、選択結合部４１とトルク付与部４２との位置関係は、上述した位置関係に限定されない。つまり、選択結合部４１が近接場光発生領域４３を出入りするような摂動を微小粒子４に与えられるような位置関係であれば、どのような位置関係であってもよい。さらに具体的には、選択結合部４１とトルク付与部４２とが、同じ位置に存在するよう配置されていなければ、どのような配置であってもよい。
〔実施形態３〕
本発明の別の実施形態について、図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図８は、本発明の実施形態３に係る微小粒子の一例を示す概略図である。
【００６２】
上述した実施形態２の微小粒子４ａ〜４ｅでは、トルク付与部４２は、コバルト白金を用いた強磁性体の垂直磁化膜であった。本実施形態では、トルク付与部４２が、強磁性体の面内磁化膜である点で、上述した実施形態２の微小粒子と異なっている。
【００６３】
つまり、トルク付与部４２は、外部磁場に応じて、微小粒子４を微小粒子の重心を中心として回転させるものであればどのようなものであってもよい。例えば、図８に示す形態では、トルク付与部６４２として、強磁性体の面内磁化膜を用いている。ただし、この場合、微小粒子４ｆの凝集を防ぐために、微小粒子４ｆの表面を同一極性の電荷に帯電させておくことが好ましい。
【００６４】
〔実施形態４〕
本発明のさらに別の実施形態について、図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図９は、本発明の実施形態４に係る物質検出装置の概略構成を示す図である。
【００６５】
上述した実施形態１では、外部磁場の変動方向は、図５における上下方向、あるいは図７における左右方向に固定されていた。この場合、微小粒子４の摂動に応じて、トルク付与部４２の法線が、外部磁場の方向と平行になるように変化するため、微小粒子４に与えられるトルクは徐々に減少していくという副次的な問題が生じる。
【００６６】
このような副次的な問題を解決するため、本実施形態の物質検出装置１ｂは、図７に示すように、実施形態１に記載の物質検出装置１ａにおけるコイルドライバ５１およびコイル５に代えて、コイルドライバ６５０、並びにコイル６５１およびコイル６５２を備えている。コイル６５１およびコイル６５２は、計測用セル２の側面に接触するように配置され、その接触位置はそれぞれ異なる。
【００６７】
コイルドライバ６５０は、コイル６５１およびコイル６５２それぞれに対して、別の電圧を印加する。一例として本実施形態では、コイルドライバ６５０は、コイル６５１に対して、ｆ０を周波数、ｔを時刻として、下記（式１）で示される電圧ＶＡを印加するものとする。
【００６８】
ＶＡ＝Ｖ０×ｓｉｎ（２π×ｆ０×ｔ）  （式１）
また、コイルドライバ６５０は、コイル６５２に対して、下記（式２）で示される電圧ＶＢを印加するものとする。
【００６９】
ＶＢ＝Ｖ０×ｃｏｓ（２π×ｆ０×ｔ）  （式２）
これにより、コイル６５１からは、上記電圧ＶＡに応じた磁場が発生し、コイル６５２からは、上記電圧ＶＢに応じた磁場が発生する。そして、検査溶液３には、これら磁場が合成された合成磁場が印加される。
【００７０】
ここで、上記合成磁場は、周波数ｆ０で回転する回転磁場となる。この回転磁場によって、微小粒子４ａが周波数ｆ０で回転し、選択結合部４１が近接場光発生領域４３を出入りすることとなる。また、上記合成磁場と微小粒子４ａは、ともに周波数ｆ０で回転するため、トルク付与部４２の法線と、外部磁場の方向とが平行となることを防ぎ、理想的には、トルク付与部４２の法線と、外部磁場の方向とがなす角度を、常にほぼ直角に保ち続けることが可能である。これにより、微小粒子４ａは、実施形態１と比較して大きなトルクを、常に得ることが可能であり、その結果、摂動の振幅を大きくとることが可能となる。これは、近接場光発生領域４３に対する検出対象物の配置がより大きく変化することを意味するため、検出信号および変動成分信号の強度を増強することができる。
【００７１】
＜変形例＞
本実施形態では、微小粒子４ａに一定の回転を生じさせる外部磁場を、検査溶液３に印加する構成について説明した。しかしながら、外部磁場は往復回転を生じさせるものであってもよい。
【００７２】
具体的には、コイルドライバ６５０が、コイル６５１およびコイル６５２に対して、下記の（式３）および（式４）で示される電圧ＶＣおよびＶＤをそれぞれ印加するものであればよい。なお、下記の（式３）および（式４）におけるφ０は、振動振幅である。
ＶＣ＝Ｖ０×ｓｉｎ（φ０×ｓｉｎ（２π×ｆ０×ｔ））  （式３）
ＶＤ＝Ｖ０×ｃｏｓ（φ０×ｓｉｎ（２π×ｆ０×ｔ））  （式４）
これにより、検査溶液３に印加される合成磁場は、振動振幅がφ０、周波数がｆ０で往復回転する往復回転磁場となる。この往復回転磁場を用いることで、検出対象物と選択結合部４１との結合強度が反映された情報を得ることができる。
【００７３】
なお、本実施形態における物質検出装置１ｂの特徴は、複数のコイルに印加される電圧によって、検査溶液３および微小粒子４に回転する合成磁場を印加することにある。つまり、上記合成磁場を発生させるための電圧波形については、上記合成磁場を回転させるものであればよく、上記（式１）〜（式４）で示される電圧波形に限定されない。
【００７４】
〔実施形態５〕
本発明のさらに別の実施形態について、図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図１０は、本発明の実施形態５に係る微小粒子の一例を示す概略図である。
【００７５】
上述した実施形態２および３に係る微小粒子４では、トルク付与部４２が強磁性体の磁化膜であった。このため、微小粒子４はトルク付与部４２によって磁化され、検査溶液３中で微小粒子４同士が凝集してしまうという懸念（副次的な問題点）があった。
【００７６】
上記の副次的な問題を解決するため、本実施形態の微小粒子４ｇは、トルク付与部７４２として導電膜を用いた微小粒子である。上記導電膜は、導電性を有するものであればその材質を問わないが、本実施形態では、一例としてアルミニウムの膜を用いている。なお、金膜４０２とトルク付与部７４２との間は、図示していない絶縁膜にて絶縁されている。
【００７７】
次に、導電膜であるトルク付与部７４２を用いた微小粒子４ｇに磁場を印加することで、微小粒子４ｇが摂動を行う原理について説明する。
【００７８】
上記実施形態２にて示される回転磁場が、検査溶液３に印加されることによって、トルク付与部７４２には渦電流が生じ、この渦電流によって誘導磁場が発生する。これにより、上記回転磁場に追従する方向のトルクが微小粒子４ｇに付与されるため、微小粒子４ｇが摂動を行う。なお、この現象は、アラゴーの円板の原理にて説明することができる。
【００７９】
以上より、微小粒子４ｇが摂動を行うことによって、選択結合部４１が近接場光発生領域４３を出入りすることとなるので、選択結合部４１に結合した検出対象物４１２を検出することができる。
【００８０】
また、トルク付与部７４２には導電膜を用いているので、微小粒子４ｇが磁化されることはない。このため、分散剤による分散処理や、微小粒子４の表面を同一極性の電荷で帯電させるといった処理が不要となる。よって、構造が簡便になり、製造プロセスにおけるプロセス数も少なくなるため、製造コストを下げることができる。
【００８１】
〔実施形態６〕
本発明のさらに別の実施形態について、図１１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図１１は、本発明の実施形態６に係る微小粒子の一例を示す概略図である。
【００８２】
本実施形態の微小粒子４ｈは、トルク付与部８４２として超常磁性体を用いた微小粒子である。ここで、超常磁性体とは、室温で常磁性を示す強磁性体あるいはフェリ磁性体である。超常磁性体に対して磁場を印加すると、常磁性体と比べて大きな磁気モーメントを有することとなる。つまり、超常磁性体をトルク付与部８４２として利用することで、微小粒子４ｈに摂動を行わせるのに十分なトルクを与えることができる。
【００８３】
上記超常磁性体は、上述した磁気的性質を満たしているものであればその材質を問わないが、本実施形態では、一例としてＦｅ３Ｏ４のナノ粒子を用いている。具体的には、Ｆｅ３Ｏ４のナノ粒子からなるトルク付与部８４２は、微小粒子４ｈに対して結合している。このようなトルク付与部８４２を形成するには、スパッタなどの方法を用いて、Ｆｅ３Ｏ４の極薄膜を微小粒子４ｈの表面に部分的に形成し、その後、アニール等の方法を用いて凝集させることで、極薄膜からＦｅ３Ｏ４のナノ粒子を形成すれば良い。
【００８４】
次に、超常磁性体であるトルク付与部８４２を用いた微小粒子４ｇに磁場を印加することで、微小粒子４ｈが摂動を行う原理についてさらに具体的に説明する。
【００８５】
外部磁場が検査溶液３に印加されることによって、トルク付与部８４２、すなわち微小粒子４ｈが当該磁場に引き寄せられる。この外部磁場は、例えば実施形態１で説明した１００Ｈｚの周波数で変動する外部磁場である。なお、外部磁場は１００Ｈｚの周波数で摂動する磁場に限定されない。ここで、トルク付与部８４２は微小粒子４ｈに対して非対称に配置されているため、微小粒子４ｈは摂動を行う。この摂動により、選択結合部４１が近接場光発生領域４３を出入りすることとなるので、選択結合部４１に結合した検出対象物４１２を検出することができる。
【００８６】
また、微小粒子４ｈは、超常磁性体をトルク付与部８４２として用いているため、外部磁場が印加されない限りは磁化されない。このため、分散剤による分散処理や、微小粒子４の表面を同一極性の電荷で帯電させるといった処理が不要となる。よって、構造が簡便になり、製造プロセスにおけるプロセス数も少なくなるため、製造コストを下げることができる。
【００８７】
〔実施形態７〕
本発明のさらに別の実施形態について、図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図１２は、本発明の実施形態７に係る物質検出装置の概略構成を示す図である。
【００８８】
本実施形態の物質検出装置１ｃは、上述した実施形態２の物質検出装置１ｂと同様に、２つのコイルを備えている。ただし、物質検出装置１ｃは、計測用セル２の側面に接触する位置に配置されるコイル６５１に代えて、検査溶液３の上部に配置されるコイル９５１を備える。
【００８９】
以下に、本実施形態における物質検出方法について説明する。なお、本実施形態では、一例として、微小粒子４ａを使用する。
【００９０】
まず、コイル９５１により検査溶液３に磁場を印加する。この磁場は、微小粒子４ａがコイル９５１に引き寄せられるように制御された磁場であればよい。これにより、検査溶液３に分散された微小粒子４ａは、コイル９５１に引き寄せられるが、検査溶液３の表面張力の影響で、検査溶液３から離脱することはできない。結果として、微小粒子４ａは、検査溶液３の界面に集中する。
【００９１】
続いて、コイル９５１およびコイル６５２のうち少なくとも１つを用いて、検査溶液３に、微小粒子４ａを摂動させるような磁場を印加する。例えば、コイル６５２を用いて、実施形態１で説明した特定の周波数で摂動する磁場を印加してもよいし、コイル９５１およびコイル６５２を用いて、実施形態４で説明した回転する合成磁場を印加してもよい。
【００９２】
これにより、微小粒子４ａは、検査溶液３の界面で摂動を行う。このとき、微小粒子４ａは、検査溶液３の界面に表出しているため、微小粒子４ａが完全に検査溶液３中にある場合に比べて、検査溶液３の粘性抵抗が小さくなる。よって、同一強度の磁場を印加した場合でも、微小粒子４ａの振動振幅が大きくなり、感度の高い検出が可能となる。
【００９３】
なお、本実施形態で使用される微小粒子は、コイル９５１に引き寄せられるものであればよく、微小粒子４ａに限定されない。例えば、実施形態６にて説明した微小粒子４ｈを用いてもよい。
【００９４】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る微小粒子（４）は、少なくとも一つの検出対象物（４１２）を含む検査溶液（３）中に分散され、特定波長の光が照射されることで表面の一部から近接場光を発生する導電性の微小粒子であって、上記検査溶液に含まれる上記検出対象物と選択的に結合する能力を有する選択結合部（４１）と、上記検査溶液に印加される磁場から場の力を受けて上記微小粒子にトルクを与えるトルク付与部（４２）と、を備え、上記選択結合部および上記トルク付与部のそれぞれが上記微小粒子の表面の異なる位置に配置されている。
【００９５】
上記構成によれば、微小粒子のトルク付与部は、検査溶液に印加される磁場から場の力を受けて微小粒子自身にトルクを与える。このため、微小粒子の中には回転または往復回転運動を行うものが出現する。このため、微小粒子の一部に近接場光が発生するような特定波長の光を検査溶液に照射し、検査溶液に磁場による摂動を印加した場合、上記のような運動が生じ、これを微小粒子上の観測者からみると、微小粒子の一部の近接場光が発生している領域（以下、近接場光発生領域という）を、選択結合部が出入りするような運動となる（実際には微小粒子における近接場光発生領域の微小粒子に対する相対的な位置が微小粒子の運動に伴って変化するものと考えられる）。
【００９６】
しかしながら、自然吸着もしくは偶然その場に存在した検出対象物以外の物質（例えば、選択結合部に結合する能力に乏しい不純物）は、検出対象物と比較して選択結合部に対する結合が弱いため、微小粒子に対する相対的な位置をほとんど変えず、微小粒子の近接場光発生領域に対する相対的な位置も大きく変わることはない。したがって、上記のように検査溶液に磁場による摂動を印加し、選択結合部に結合した検出対象物のみが近接場光発生領域の中を出入りするような運動を起こせば、検査溶液中の溶媒と検出対象物との屈折率差に起因して、磁場の摂動に応じて分光計測した吸収ピークの位置が変動することになる。この吸収ピークの位置の変動は、分光計測の結果における選択結合部に結合した検出対象物のみに起因する変動成分となる。
【００９７】
このため、分光計測の結果からこのような変動成分を抽出して解析することにより、検出対象物およびそれ以外の様々な物質が混合されている検査溶液において、（例えば、後述する物質検出装置を用いれば）微量の検出対象物の検出が可能となる。
【００９８】
本発明の態様２に係る微小粒子は、上記態様１において、上記微小粒子の中心に対して上記選択結合部の配されている位置と、上記微小粒子の中心に対して上記トルク付与部が配されている位置との為す角が、略直角であってもよい。
【００９９】
上記の構成によれば、トルク付与部と選択結合部との微小粒子に対する位置関係は、微小粒子の中心に対してほぼ直角となる。これにより、微小粒子に付与されるトルクを最大化することができる。
【０１００】
本発明の態様３に係る微小粒子は、上記態様１または２において、上記トルク付与部は、強磁性体の垂直磁化膜を含んでもよい。
【０１０１】
上記の構成によれば、トルク付与部は強磁性体の垂直磁化膜を含んでいるので、検査溶液に磁場を印加することで、選択結合部と結合した検出対象物と、近接場光が発生している領域との位置関係を変化させるのに十分な大きさのトルクを、微小粒子に対して付与することができる。また、同一極性による反発を利用して、微小粒子同士の凝集を避けることができるので、分散剤が不要となる。
【０１０２】
本発明の態様４に係る微小粒子は、上記態様１または２において、上記トルク付与部は、導電膜を含んでもよい。
【０１０３】
本発明の態様５に係る微小粒子は、上記態様１または２において、上記トルク付与部は、超常磁性体を含んでもよい。
【０１０４】
上記の構成によれば、トルク付与部は導電膜あるいは超常磁性体を含む。これにより、微小粒子自体が磁性を有しないものとなるので、微小粒子同士の凝集を防ぐことができる。また、微小粒子に対して分散剤による分散処理などを施す必要もなくなるので、構成が簡便になり製造プロセスにおけるプロセス数も少なくなるため、製造コストを下げることができる。
【０１０５】
本発明の態様６に係る微小粒子は、上記態様１から５において、上記選択結合部は、１種類以上の抗体または１種類以上の核酸の単鎖を少なくとも一つ有してもよい。
【０１０６】
上記の構成によれば、選択結合部は、１種類以上の抗体または１種類以上の核酸の単鎖少なくとも一つを有する。これにより、選択結合部は、抗体または核酸の単鎖と選択的に結合する検査溶液内の検出対象物と選択的に結合するので、抗体または核酸の単鎖と選択的に結合する検出対象物の検出が可能になる。
【０１０７】
本発明の態様７に係る物質検出装置１は、上記態様１から６における微小粒子を少なくとも一つと、検出対象物を少なくとも一つと、を含む検査溶液に特定波長の光を照射することで上記微小粒子から発生する近接場光を利用して、上記検査溶液に含まれる検出対象物を検出する物質検出装置であって、上記検査溶液を通過した光の分光特性の検出結果を検出信号として出力する分光特性計測部（７）と、上記検査溶液に磁場を印加する少なくとも一つの磁場印加部（コイル５、コイル６５１、コイル６５２、コイル９５１）と、上記磁場印加部が上記検査溶液に印加する上記磁場の摂動信号を参照信号とし、上記分光特性計測部から出力された検出信号から上記摂動信号に同期した変動成分信号を抽出して出力する変動成分抽出部（ロックインアンプ６）と、上記変動成分抽出部から出力された上記変動成分信号を用いて上記検出対象物を検出する処理を実行する検出処理部（信号処理部１４）と、を備えていてもよい。
【０１０８】
上記の構成によれば、磁場の摂動信号を参照信号とすることで、上記磁場を印加した検査溶液を通過した光の分光特性の検出結果である検出信号から、上記摂動信号に同期した変動成分信号を抽出して出力する。そして、検出処理部は、上記変動成分信号を用いて検出対象物を検出する。
【０１０９】
ここで、選択結合部と結合した検出対象物と、近接場光が発生している領域との位置関係の変化は、上記摂動信号に同期して発生する。つまり、上記の構成により、選択結合部と結合した検出対象物と、近接場光発生領域との微小粒子に対する相対的な位置関係の変化に対応した、近接場光の発生状態の変化のみを、変動成分信号として抽出することができる。よって、不純物に起因するノイズを抑えた、Ｓ／Ｎ比の高い検出対象物の検出が可能となる。
【０１１０】
本発明の態様８に係る物質検出装置は、上記態様３における微小粒子を少なくとも一つと、検出対象物を少なくとも一つと、を含む検査溶液に特定波長の光を照射することで上記微小粒子から発生する近接場光を利用して、上記検査溶液に含まれる検出対象物を検出する物質検出装置であって、上記検査溶液を通過した光の分光特性の検出結果を検出信号として出力する分光特性計測部と、上記検査溶液に磁場を印加する少なくとも一つの磁場印加部と、上記磁場印加部が上記検査溶液に印加する上記磁場の摂動信号を参照信号とし、上記分光特性計測部から出力された検出信号から上記摂動信号に同期した変動成分信号を抽出して出力する変動成分抽出部と、上記変動成分抽出部から出力された上記変動成分信号を用いて上記検出対象物を検出する処理を実行する検出処理部と、を備え、上記検査溶液は、上記微小粒子を複数含み、複数の上記微小粒子のそれぞれの上記トルク付与部の上記微小粒子の側と反対側の表面の極性が同一であってもよい。
【０１１１】
本発明の態様９に係る物質検出装置は、上記態様７または８において、上記トルク付与部は、上記微小粒子の側と反対側の表面と垂直な方向に磁化をもつ垂直磁化膜であってもよい。
【０１１２】
上記の構成によれば、検査溶液には複数の微小粒子が含まれており、この複数の微小粒子それぞれにおける、トルク付与部（強磁性体の垂直磁化膜）の微小粒子の側と反対側の表面の磁性が同一であるので、微小粒子同士が反発する。よって、微小粒子の凝集を防ぐことができる。
【０１１３】
本発明の態様１０に係る物質検出装置は、上記態様７または８において、上記磁場印加部を複数備えてもよい。
【０１１４】
上記の構成によれば、磁場印加部が複数備えられているので、それぞれの磁場印加部が異なる磁場を発生させることができる。これにより、検査溶液には異なる磁場を合成した合成磁場を印加することができる。
【０１１５】
例えば、それぞれの磁場の摂動信号を制御することによって、特定の周波数で回転する合成磁場を印加することができる。これにより、微小粒子は合成磁場の回転と同期して回転するので、上記微小粒子の側と反対側の表面における法線の方向と、合成磁場の方向は一定の関係、理想的にはこれらのベクトルの為す角が常に直角になるような関係を維持することができる。よって、微小粒子に常に大きなトルクを付与することができ、より感度の高い検出が可能となる。
【０１１６】
本発明の態様１１に係る物質検出装置は、上記態様８において、上記複数の上記磁場印加部のうちの少なくとも１つが、上記検査溶液の上部に配置されていてもよい。
【０１１７】
上記の構成によれば、複数の磁場印加部のうち少なくとも１つは、検査溶液の上部に配置されている。この磁場印加部によって検査溶液に磁場を印加することで、微小粒子を検査溶液の界面に表出させることができる。これにより、微小粒子にもたらされる検査溶液の粘性抵抗を小さくすることができ、例えば、同一の磁界強度による微小粒子の振動振幅が大きくなる。よって、より感度の高い検出が可能となる。
【０１１８】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【０１１９】
なお、本発明の実施形態は、以下のようにも表現できる。
【０１２０】
すなわち、本発明の微小粒子は、導電性微小粒子表面の一部に磁性体を、別の一部に、検出対象物に選択的に結合する能力を有する選択結合部を有する。
【０１２１】
上記の微小粒子によれば、磁性体に外部磁界をかけることで微小粒子の摂動を誘引し、この摂動に対応した変化を検出することで微量の検出対象を検出可能となる。
【０１２２】
また、本発明の微小粒子は、磁性体は、垂直磁化膜であり、微小粒子表面の極性が同一であってもよい。
【０１２３】
上記の微小粒子によれば、摂動を起こすことが容易で、かつ、微小粒子同士の凝集を避けることができる。
【０１２４】
また、本発明の微小粒子は、上記磁性体と、上記選択結合部が、微小粒子中心に対して９０度の角度を持って配されていてもよい。
【０１２５】
上記の微小粒子によれば、摂動による効果を最大化することができる。
【０１２６】
また、本発明の物質検出システムは、上記の微小粒子を含んだ検査対象およびこの検査対象の分光特性を検出する分光特性計測部と、上記微小粒子に対する摂動を磁気的に加える磁界印加部と、前記磁気摂動における摂動信号を参照信号とするロックインアンプを有し、前記磁気摂動に同期した変動成分を用いて検出対象の検出を行ってもよい。
【０１２７】
上記の検出システムによれば、ノイズを押さえた検出対象の定量が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明は、特定波長の光が照射されることで、表面から近接場光を発生する微小粒子、および当該微小粒子を用いて、水や食品などに含まれる微量な細菌などを検出する物質検出装置に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１  物質検出装置
１ａ〜１ｃ  物質検出装置
３  検査溶液
４  微小粒子
４ａ〜４ｈ  微小粒子
５  コイル（磁場印加部）
６  ロックインアンプ（変動成分抽出部）
７  分光特性計測部
１４  信号処理部（検出処理部）
４１  選択結合部
４２，６４２，７４２，８４２  トルク付与部
４１２  検出対象物
６５１  コイル（磁場印加部）
６５２  コイル（磁場印加部）
９５１  コイル（磁場印加部）
【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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【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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