(57)【要約】      （修正有）【課題】測定対象物質の検出感度をより高精度に向上させることが可能な光導波路型測定システムを提供する。【解決手段】光導波路型測定システムは、測定対象物質と特異的に結合する第１物質が表面に固定化された光導波路３と、前記測定対象物質と特異的に結合する第２物質が固定化され、磁性を有する磁性微粒子９と、前記磁性微粒子を前記光導波路から離れる方向に移動させるための磁場を生成する第１の磁場印加部１０と、前記磁性微粒子を前記光導波路に近づける方向に移動させるための磁場を生成する第２の磁場印加部１１と、前記第２の磁場印加部により磁場を印加している状態で、間欠的に磁場を印加するように前記第１の磁場印加部を制御する制御部２０を備える。【選択図】図１
2015118055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物質と特異的に結合する第１物質が表面に固定化された光導波路と、
前記測定対象物質と特異的に結合する第２物質が固定化され、磁性を有する磁性微粒子と
、
前記磁性微粒子を前記光導波路から離れる方向に移動させるための磁場を生成する第１
の磁場印加部と、
前記磁性微粒子を前記光導波路に近づける方向に移動させるための磁場を生成する第２
の磁場印加部と、
前記第２の磁場印加部により磁場を印加している状態で、間欠的に磁場を印加するよう
に前記第１の磁場印加部を制御する制御部と  
を備えることを特徴とする光導波路型測定システム。
【請求項２】
前記第１の磁場印加部と前記第２の磁場印加部は、同極の磁場を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路型測定システム。
【請求項３】
前記第１の磁場印加部は、交流電流により磁場を印加する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光導波路型測定システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記第２の磁場印加部により磁場を印加している状態で前記第１の磁場印
加部により周期的に磁場を印加した後、磁場の印加を停止するように前記第１の磁場印加
部を制御する  
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光導波路型測定システム
。
【請求項５】
前記制御部は、前記第２の磁場印加部により磁場を印加している状態で前記第１の磁場
印加部により周期的に磁場を印加した後、磁場の印加を停止するように前記第２の磁場印
加部を制御し、磁場を印加するように前記第１の磁場印加部を制御する  
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光導波路型測定システム
。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光導波路型測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物質と特異的に結合する抗体が固定化され、磁性を有する磁性微粒子と、
測定対象物質と特異的に結合する抗体が固定化された光導波路と、磁場を生成する磁場印
加部とを用い、抗原抗体反応によって光導波路表面に測定対象物質を介して磁性微粒子を
結合させる光導波路型測定システムが開示されている。磁場によって、磁性微粒子を光導
波路に近づくように移動させ抗原抗体反応を促進させたり、或いは、測定に寄与しない磁
性微粒子を光導波路から離れるように移動させたりすることで、測定対象物質の検出感度
を向上することが可能である。
【０００３】
しかしながら、より高感度な検出が必要とされる検査項目を想定した場合、より短時間で
高い検出感度を得ることができる技術のさらなる開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２１５５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、測定対象物質の検出感度を向上させることが可能な
光導波路型測定システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態の光導波路型測定システムは、測定対象物質と特異的に結合する第１物質が表
面に固定化された光導波路と、前記測定対象物質と特異的に結合する第２物質が固定化さ
れ、磁性を有する磁性微粒子と、前記磁性微粒子を前記光導波路から離れる方向に移動さ
せるための磁場を生成する第１の磁場印加部と、前記磁性微粒子を前記光導波路に近づけ
る方向に移動させるための磁場を生成する第２の磁場印加部と、前記第２の磁場印加部に
より磁場を印加している状態で、間欠的に磁場を印加するように前記第１の磁場印加部を
制御する制御部を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る光導波路型測定システムの構成を示す図である。
【図２】同実施形態に係る磁性微粒子の形態を示す模式図である。
【図３】同実施形態に係る被測定検体中の測定対象物質を測定する工程を示す図である。
【図４】溶液の撹拌時間に対する信号低下率の例を示す図である。
【図５】異なる測定方法を用いた場合の信号低下率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は本実施形態に係る光導波路型測定システムの構成を示す図である。本実施形態に
係る光導波路型測定システムは、光導波路型センサチップ１００と、光源７と、受光素子
８と、第１の磁場印加部１０と、第２の磁場印加部１１と、制御部２０とを備える。
【００１０】
また、本実施形態に係る光導波路型センサチップ１００は、基板１と、グレーティング２
と、測定対象物質と特異的に反応する第１物質６が表面に固定化された光導波路層３と、
保護膜４と、チャンバ５と、前記測定対象物質と特異的に反応する第２物質１３が固定化
された磁性微粒子９とを備える。
【００１１】
光導波路３は、例えば平面状で、平面光導波路を用いることができる。この光導波路３は
、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂のような熱硬化性樹脂または光硬
化性樹脂、あるいは無アルカリガラスから形成することができる。詳細には、ここで用い
る材料とは、所定の光の透過性を有する材料であって、特に、基板1より高い屈折率を有
する樹脂等であることが好ましい。光導波路３への被測定検体中の測定対象物質と特異的
に反応する第１物質６の固定化は、例えば光導波路３の表面との疎水性相互作用や化学結
合により固定化する。
【００１２】
第１物質６は、例えば被測定検体の測定対象物質が抗原の場合、抗体（一次抗体）を用い
ることができる。
【００１３】
磁性微粒子９は、光導波路３上に分散状態で保持されているか、別の空間または容器やフ
ィルタ等（図示せず）に保持されている。ここで「光導波路上に微粒子が分散状態で保持
される」とは、磁性微粒子９が光導波路３の上方（基板１に接する面と反対側の面）に直
接的または間接的に分散状態で保持されることを意味する。「微粒子が光導波路上方に間
接的に分散する」形態は、例えば磁性微粒子９が光導波路３の表面にブロッキング層を介
して分散される形態が挙げられる。ブロッキング層は、例えばポリビニルアルコール、ウ
シ血清アルブミン（ＢＳＡ）、ポリエチレングリコール、リン脂質ポリマー、ゼラチン、
カゼイン，糖類（例えばスクロース、トレハロース）のような水溶性物質を含む。別の例
として、磁性微粒子９が光導波路３の上方に空間を空けて配置される形態が挙げられる。
例えば、光導波路３に対向して支持板（図示せず）が配置され、その支持板の光導波路３
と対向する面に、磁性微粒子９が分散していてもよい。この場合には、微粒子９は乾燥ま
たは半乾燥状態で保持されていることが望ましい。なお、検体液などの分散媒と接した際
に容易に再分散することが望ましく、そのために乾燥または半乾燥状態で保持されている
形態が必ずしも完全に分散状態である必要は無い。別の空間または容器等に保持される場
合には、乾燥または半乾燥状態の他に分散液の状態、分散媒中で沈降した状態などでも差
し支えない。
【００１４】
図２は、磁性微粒子９の形態を示す模式図である。磁性微粒子９は、微粒子１２の表面に
、第２物質１３が固定化されたものである。第２物質１３は、例えば被測定検体の測定対
象物質が抗原の場合、抗体（二次抗体）を用いることができる。微粒子１２は、磁性体を
高分子でくるんだ形態のものや、高分子のコアの表面に磁性体粒子を含むコーティングが
施された形態のものが適している。あるいは、磁性体粒子そのものでもよく、この場合に
は粒子表面に測定対象認識物質を結合させる官能基を有するものが望ましい。微粒子１２
の磁性体材料としては、例えばγ-Fe2O3等の各種フェライト類などが挙げられる。とりわ
け磁場を切ると速やかに磁性を失う超常磁性の材料を用いることが好ましい。微粒子１２
の粒径は、0.05〜200μmであることが望ましいが、更に望ましくは0.76〜10μmである。
その中でも特に、粒径が1.5μmの微粒子を用いることが望ましい。この粒径を用いること
によって光の吸収もしくは散乱効率が高まるので、光を用いて測定対象物質を検出する本
測定システムにおいては検出感度を向上することが可能となる。
【００１５】
測定対象物質および測定対象物質と特異的に結合する第１物質あるいは第２物質の組み合
わせは、抗原と抗体の組み合わせに限るものではない。他には例えば、糖とレクチン、ヌ
クレオチド鎖とそれに相補的なヌクレオチド鎖、リガンドと受容体等が挙げられる。
【００１６】
光導波路３の主面の両端部には、入射側グレーティング２ａおよび出射側グレーティング
２ｂが設けられている。基板１は例えば、無アルカリガラスである。グレーティング２ａ
，２ｂは、基板よりも高い屈折率を有する材料で形成される。平面光導波路３は、基板１
主面に形成されている。保護膜４は、グレーティング２ａ，２ｂを含む平面光導波路３上
に被覆されている。保護膜４は、例えば低屈折率を有する樹脂膜である。保護膜４には、
グレーティング２ａ，２ｂ間に位置する平面光導波路３の一部が露出するよう開口して例
えば矩形状のセンシングエリアを形成している。チャンバ５は、送液口と排液口とを備え
、平面光導波路３を露出させるセンシングエリアを囲むように保護膜４上に形成されてい
る。
【００１７】
被測定検体の測定対象物質と特異的に反応する第１物質６は、平面光導波路３表面のセン
シングエリアに、例えばシランカップリング剤による疎水化処理により固定化されている
。あるいは、光導波路３表面に官能基を形成し、適当なリンカー分子を作用させて化学結
合によって固定化してもよい。被測定検体の測定対象物質と特異的に反応する第２物質１
３は、磁性微粒子９に、例えば物理吸着、あるいはカルボキシル基やアミノ基等を介した
化学結合により固定化されている。第２物質１２が固定化された磁性微粒子９は、前記第
１物質６が固定化された平面光導波路３表面に分散、保持されている。この磁性微粒子９
の分散、保持は、例えば磁性微粒子９および水溶性物質を含むスラリを平面光導波路３、
または対抗面等（図示せず）に塗布、乾燥することにより形成される。あるいは、磁性微
粒子９は液体に分散させて光導波路上とは別の空間あるいは容器等（図示せず）に保持し
てもよい。
【００１８】
光源７は、前述の光導波路型センサチップに光を照射する。光源７は、例えば赤色LEDで
ある。光源７から入射された光は、入射側グレーティング２ａにより回折され、光導波路
３内を伝播する。その後、出射側グレーティング２ｂにより回折されて出射される。出射
側グレーティング２ｂから出射された光は、受光素子８により受光され、光の強度が測定
される。受光素子８は、例えばフォトダイオードである。入射した光と出射された光との
強度を比較し、光の吸光度を測定することで、被測定物の濃度が測定される。
【００１９】
第１の磁場印加部１０は、磁性微粒子９を光導波路３から離れる方向に移動させるための
磁場を生成する。磁場を印加することで、磁性微粒子９を移動させることができる。第１
の磁場印加部１０は、磁性微粒子９から見て光導波路３が存在する方向とは反対の方向に
配置される。本実施形態においては、第１の磁場印加部１０は、図１における上方向に設
置される。
【００２０】
第２の磁場印加部１１は、磁性微粒子９を光導波路３に近づける方向に移動させるための
磁場を生成する。第２の磁場印加部１１は、磁性微粒子９から見て光導波路３が存在する
方向に配置される。本実施形態においては、第２の磁場印加部１１は、図１における下方
向に設置される。
【００２１】
第１の磁場印加部１０により生成される磁場と、第２の磁場印加部１１により生成される
磁場とは、同極であることが好ましい。
【００２２】
第１の磁場印加部１０及び第２の磁場印加部１１は、例えば、磁石あるいは電磁石である
。磁場強度を動的に調整するため、電磁石を用いて電流で調整する方法が望ましいが、フ
ェライト磁石などを用いて、磁石そのものの強さや検出素子からの距離によって磁場強度
を調整してもよい。電磁石を用いる場合には、コイルに印加する電流値を変えることによ
って磁場強度を調整することができる。
【００２３】
制御部２０は、第１の磁場印加部１０と第２の磁場印加部１１のそれぞれにおいて磁場を
生成するタイミング及び磁場の生成を停止するタイミングを制御する。あるいは、磁場を
印加する時間を制御してもよい。これにより、第１の磁場印加部１０と第２の磁場印加部
１１が所定の時刻あるいは所定の磁場を生成し続ける時間に従って、磁場を印加すること
ができる。
【００２４】
特に、制御部２０は、磁性微粒子９と抗原がセンシングエリア上に存在している状態にお
いて、第２の磁場印加部１１により磁場を印加しつつ、間欠的に磁場を印加するように第
１の磁場印加部１０を制御することが好ましい。第１の磁場印加部１０による磁場の生成
と磁場の停止を繰り返すことで磁性微粒子９が大きく移動し、被測定検体溶液が撹拌され
る。つまり、磁性微粒子９が撹拌子として動作する。これにより、被測定検体溶液中で、
抗原（測定対象物質）が拡散し、磁性微粒子９との抗原抗体反応が促進され、より短時間
で高い検出感度を得ることができる。特に、測定対象物質が低濃度である場合に、検出感
度を高めることが可能である。
【００２５】
このとき、磁性微粒子９の分散性を向上させるため、磁性微粒子９の表面に正または負の
電荷を持たせてもよい。あるいは、磁性微粒子９の分散媒に界面活性剤などの分散剤を添
加してもよい。これにより、被測定検体溶液がより撹拌され、検出感度を更に向上させる
ことが可能である。
【００２６】
また、磁性微粒子９の材料として、磁場を切ると速やかに磁化を失う超常磁性の材料を用
いることが好ましい。これにより、磁場を印加した際に磁性微粒子９同士が磁化により凝
集しても、磁場を切ることで再分散させることができる。つまり、検体溶液中に測定対象
物質が存在しない場合に、磁場を印加しても、磁性微粒子９の凝集物が生成して光導波路
３の表面から剥がれにくくなり、測定誤差の要因となることを回避することができる。
【００２７】
また、制御部２０は、第１の磁場印加部１０及び第２の磁場印加部１１、あるいはいずれ
か片方に印加する磁場の強度を調整してもよい。第１の磁場印加部１０及び第２の磁場印
加部１１に対して磁場強度を共通に調整してもよいし、それぞれ独立で調整してもよい。
また、磁場強度を随時制御することで、動的に適切な磁場強度に調整してもよい。
【００２８】
制御部２０は、第１の磁場印加部１０及び第２の磁場印加部１１のそれぞれを制御する制
御部２０ａと２０ｂが別個に独立に存在していてもよいし、共通で１つの制御部２０が第
１の磁場印加部１０及び第２の磁場印加部１１をそれぞれ独立に制御してもよい。
【００２９】
次に、前述した測定システムにおいて測定対象物質を測定する測定方法を図３の（ａ）〜
（ｇ）を参照して説明する。
【００３０】
まず、図１に示す測定システムを用意する。次いで、図３（ａ）に示すように、光導波路
３上に被測定検体溶液を導入し、磁性微粒子９を再分散させる。磁性微粒子９が光導波路
３上以外の空間や別容器等に保持されている場合には、被測定検体溶液と磁性微粒子９と
の混合分散液を導入する。あるいは、まず磁性微粒子９の分散液を導入した後、被測定検
体溶液を導入して混合するといったように、磁性微粒子９の分散液と検体溶液を別々に導
入してもよい。導入の方法は、例えば滴下や流入が考えられる。
【００３１】
次に図３（ｂ）に示すように、第２の磁場印加部１１により磁性微粒子９から見て沈降方
向（光導波路３の方向、例えば、図１における下部方向）に磁場を印加する。これにより
、磁性微粒子９が光導波路３に引き寄せられる。
【００３２】
次いで図３（ｃ）に示すように、第１の磁場印加部１０により磁性微粒子９から見て沈降
方向とは異なる方向（例えば上部）に磁場を印加することによって、抗原抗体反応によら
す測定対象物質を介さずに光導波路３の表面に吸着した磁性微粒子９を沈降方向とは異な
る方向（例えば上部）に移動させる。このとき、第２の磁場印加部１１による磁場は印加
したままである。
【００３３】
次に図３（ｄ）に示すように、第１の磁場印加部１０による磁場の印加を開始してから一
定期間経過後に、第１の磁場印加部１０による磁場の印加を停止する。これにより、第２
の磁場印加部１１による磁場のみが印加され、磁性微粒子９は再び光導波路３に引き寄せ
られる。
【００３４】
この後、図３（ｃ）に示した第１の磁場印加部１０による磁場の印加と、図３（ｄ）に示
した第１の磁場印加部１０による磁場の印加の停止を所定の回数、繰り返す。例えば、一
定期間の間、一定周期で第１の磁場印加部１０による磁場の印加／停止を実施することが
できる。あるいは、所定の時間磁場を印加し、所定の時間磁場の印加を停止する、という
ことを所定の回数になるまで繰り返してもよい。この間、第２の磁場印加部１１による磁
場は印加し続ける。第１の磁場印加部１０による磁場の印加／停止に伴い、磁性微粒子９
は、光導波路３に引き寄せられたり、光導波路３から離れる方向に移動したりと、被測定
検体溶液中を動きまわる。さらには、第１の磁場印加部１０と第２の磁場印加部１１の双
方によって磁場を印加している場合には、磁性微粒子９は、光導波路３に対して平行方向
にも移動することもある。また、特に、第１の磁場印加部１０と第２の磁場印加部１１と
が同極の磁場を生成している場合には、その反発力により、磁性微粒子９はより大きく移
動する。
【００３５】
所定の回数あるいは所定の期間を満了するまで、第１の磁場印加部１０による磁場の印加
／停止を繰り返した後、図３（ｅ）に示すように、第１の磁場印加部１０による磁場の印
加を停止し、第２の磁場印加部１１による磁場のみが印加されている状態にする。これに
より、磁性微粒子９は光導波路３に引き寄せられる。この際、光導波路３の表面に固定化
された第１物質（一次抗体）６と、磁性微粒子９に固定化された第２物質（二次抗体）１
３とが測定対象物質（抗原）を介して抗原抗体反応により結合する。これにより、磁性微
粒子９が光導波路３の表面に対して固定化される。
【００３６】
次いで、図３（ｆ）に示すように、第２の磁場印加部１１による磁場の印加を停止し、磁
場が何もかかっていない状態にする。ここで、図３（ｅ）に示した第２の磁場印加部１１
のみによる磁場の印加によって、被測定検体溶液中の磁性微粒子９は、光導波路３の方向
へ移動するように推進力が働いているので、より短時間で多くの磁性微粒子９が光導波路
３に引き寄せることができる。そして、この過程でもまた、光導波路３の表面に固定化さ
れた第１物質（一次抗体）６と、磁性微粒子９に固定化された第２物質（二次抗体）１３
とが、測定対象物質（抗原）を介して抗原抗体反応により結合する。これにより、磁性微
粒子９が光導波路３の表面に対して固定化される。
【００３７】
次いで図３（ｇ）に示すように、第１の磁場印加部１０によって磁性微粒子９から見て沈
降方向とは異なる方向（例えば上部）に磁場を印加することで、抗原抗体反応によらず測
定対象物質を介さずに光導波路３の表面に吸着した磁性微粒子９を沈降方向とは異なる方
向（例えば上部）に移動させ、光導波路３の表面から除去する。
【００３８】
このとき、磁場の強度を適切な値とすることで、抗原抗体反応により測定対象物質を介し
て光導波路３表面に固定化された磁性微粒子９は引き剥がさず、抗原抗体反応によらず測
定対象物質を介さずに光導波路３の表面に吸着した磁性微粒子９のみを除去することがで
きる。
【００３９】
このように、最適な磁場強度とは、測定に寄与すべき磁性微粒子９を光導波路３の表面か
ら引き剥がすことなく、測定のノイズとなりうる磁性微粒子９を光導波路３の表面から測
定に影響を与えない距離にまで引き剥がすのに適切な強度である。前述したように、電磁
石を用いて電流で磁場強度を最適に調整する方法が望ましいが、フェライト磁石などを用
いて、磁石そのものの強さや、光導波路型センサチップに対して設置する距離によって磁
場強度を調整してもよい。電磁石を用いる場合には、コイルを磁性微粒子９から見て沈降
方向（光導波路３の方向）とは反対側に配置し、そのコイルに電流を印加すればよく、電
流値を変えることによって磁場強度を調整することができる。
【００４０】
また、磁場強度を最適に調整するために、本実施形態の光導波路型測定システムは、磁場
の制御部（図示せず）をさらに備えていてもよい。この制御部により、上述のような制御
を行うことで、磁場強度を、測定に寄与すべき磁性微粒子９を光導波路３の表面から引き
剥がすことなく、測定のノイズとなりうる磁性微粒子９を光導波路３の表面から測定に影
響を与えない距離にまで引き剥がすのに適切な強度に調整することができる。また、磁場
強度を随時調整する場合には、制御部で調整することにより、動的に制御することができ
る。
【００４１】
次いで、受光素子８における検出信号強度の差分を計測することで、被測定検体溶液中の
抗原濃度を測定できる。具体的には、図１において、光源７からLED光を入射側グレーテ
ィング２ａから平面光導波路３に入射させ、その光導波路３を伝播させて表面（センシン
グエリアでの露出表面）付近にエバネッセント光を発生させる。この状態で被測定検体溶
液と磁性微粒子９との混合分散液をセンシングエリア上に導入すると、その直後（図３（
ａ））から微粒子９が沈降して、あるいは磁場により引き寄せられて光導波路３の表面近
傍、すなわちエバネッセント光領域に達する（図３（ｂ）〜（ｆ））。微粒子９がエバネ
ッセント光の吸収や散乱に関与するため、全反射光の強度が減衰する。その結果、出射側
グレーティング２ｂから出射されるLED光を受光素子８で受光すると、出射されるLED光強
度は、結合した微粒子９の影響によって時間の経過に伴って低下する。その後、第１の磁
場印加部１０によって抗原抗体反応によらずに光導波路３に吸着した磁性微粒子を引き剥
がし、エバネッセント光領域外に達する（図３（ｇ））と、受光強度が所定の値まで回復
する。この時の受光強度を図３（ａ）の状態、すなわち混合分散液導入直後における受光
強度と比較し、例えば低下率として数値化することができる。
【００４２】
受光素子８で受光したLED光強度の低下率は、光導波路３の表面に対して主に抗原抗体反
応等によって結合した微粒子９の量に依存する。つまり、抗原抗体反応に関与する被測定
検体溶液中の抗原濃度に比例する。したがって、抗原濃度が既知の被測定検体溶液におい
て時間の経過に伴うLED光強度の変動曲線を求め、この曲線の上部方向への磁場印加後の
所定の時間でのLED光強度の低下率を求め、抗原濃度とLED光強度の低下率との関係を示す
検量線を予め作成する。次に、抗原濃度が未知の被測定検体溶液において前記方法で測定
した時間とLED光強度の変動曲線から所定の時間でのLED光強度の低下率を求め、このLED
光強度の低下率を前記検量線と照合させることにより、被測定検体溶液中の抗原濃度を測
定できる。
【００４３】
次に、実験により本実施形態の測定を実施した例を説明する。以下の具体的数値や材料は
一例であり、これらの数値や材料に限定されるものではない。
【００４４】
実験においては、測定対象物質としてインフルエンザ抗原を用いた。インフルエンザウィ
ルスを含む原液を抗原を露出するための界面活性剤溶液で希釈し、6000倍希釈抗原（６ｋ
）と60000倍希釈抗原（６０ｋ）の２種類の濃度の被測定検体溶液を作成した。これらと
抗原を含まないブランク溶液との合計３種類の被測定検体溶液について実験を行った。ま
た、抗体を固定化した磁性微粒子の分散液を別途調製した。第１の磁場印加部１０と第２
の磁場印加部１１としては、電磁石コイルを用いた。
【００４５】
測定の際には上述した光導波路型センサチップを黒色ＡＢＳ樹脂製ブロックに遮光両面テ
ープで貼付け、測定機にセットした。また、磁性微粒子の分散液と検体溶液をマイクロチ
ューブ内で混合し、２０回ピペッティングした後、その混合液をブロック内に送液した。
送液直後を０秒とし、５秒後から２分間、第２の磁場印加部１１に電流を流して磁場印加
し、光導波路３の表面に磁性微粒子を引き寄せた。第２の磁場印加部１１の電源を切って
５分間静置した後、第１の磁場印加部１０に電流を流して磁場印加することで、光導波路
３の表面から未結合の磁性微粒子を引き上げた。送液直後の信号強度を１００％としたと
き、第１の磁場印加部１０による磁場印加の３０秒後の信号強度の送液直後の信号強度に
対する信号低下率を測定対象物質の検出感度の指標とした。
【００４６】
図４に、溶液の撹拌時間に対する信号低下率の一例を示す。本実験では、磁性微粒子と抗
原を十分に反応させる目的で、磁性微粒子と抗原を混合後、ボルテックスで１０分間攪拌
してからチップへ滴下して、信号低下率を測定した。図４に示すように、ブランク溶液は
攪拌時間によらず約１６％のまま一定であるのに対し、６０ｋ溶液については２０％から
２７％へ、６ｋ溶液については３６％から４５％へとそれぞれ撹拌時間の増加に伴い信号
低下率が増大した。このことから、溶液がよく撹拌されることによって抗体と抗原が十分
結合して抗原使用効率が上がり、測定対象物質の検出感度が向上したと考えられる。つま
り、磁性微粒子と被測定検体溶液を光導波路型センサチップに滴下した後に、磁場により
磁性微粒子を動かすことで溶液が撹拌され、抗原の使用効率が向上すると考えられる。
【００４７】
次に、本実施形態の測定方法を実施した場合の、検出信号強度の低下率を測定した。図５
に、異なる測定方法を用いた場合の信号低下率を示す。実験で用いた測定方法は、以下の
（１）〜（６）の６通りである。以下、「上磁場ＯＮ」とは第１の磁場印加部１０によっ
て磁場を印加することを意味し、「上磁場ＯＦＦ」とは第１の磁場印加部１０による磁場
の印加を停止することを意味している。同様に、「下磁場ＯＮ」とは第２の磁場印加部１
１によって磁場を印加することを意味し、「下磁場ＯＦＦ」とは第２の磁場印加部１１に
よる磁場の印加を停止することを意味している。
【００４８】
（１）リファレンスの測定方法：
溶液滴下と同時に下磁場ＯＮする→２分間下磁場を印加する→下磁場をＯＦＦして自然沈
降させる→上磁場のみをＯＮする。 
つまり、磁場のＯＮ／ＯＦＦによる溶液の撹拌は行わず、磁性微粒子９を光導波路３に
引き寄せて結合を促進させ、その後光導波路３からノイズ成分となる磁性微粒子９を引き
離す、という方法である。
【００４９】
（２）本実施形態の測定方法（撹拌時間１分間）：
溶液滴下と同時に下磁場ＯＮする→下磁場を印加したまま、上磁場ＯＮ（２秒間）／上磁
場ＯＦＦ（２秒間）のサイクルを１分間実施して溶液を撹拌する→上磁場をＯＦＦし、下
磁場のみを印加する→すべての磁場をＯＦＦして自然沈降させる→上磁場のみをＯＮする
。 
つまり、下磁場を印加したまま上磁場のＯＮ／ＯＦＦにより溶液を撹拌する測定方法であ
る。
【００５０】
（３）本実施形態の測定方法（撹拌時間２分間）：
溶液滴下と同時に下磁場ＯＮする→下磁場を印加したまま、上磁場ＯＮ（２秒間）／上磁
場ＯＦＦ（２秒間）のサイクルを２分間実施して溶液を撹拌する→上磁場をＯＦＦし、下
磁場のみを印加する→すべての磁場をＯＦＦして自然沈降させる→上磁場のみをＯＮする
。
【００５１】
つまり、下磁場を印加したまま上磁場のＯＮ／ＯＦＦにより溶液を撹拌する測定方法であ
る。
【００５２】
（４）本実施形態の測定方法（撹拌時間３分間）：
溶液滴下と同時に下磁場ＯＮする→下磁場を印加したまま、上磁場ＯＮ（２秒間）／上磁
場ＯＦＦ（２秒間）のサイクルを３分間実施して溶液を撹拌する→上磁場をＯＦＦし、下
磁場のみを印加する→すべての磁場をＯＦＦして自然沈降させる→上磁場のみをＯＮする
。
【００５３】
つまり、下磁場を印加したまま上磁場のＯＮ／ＯＦＦにより溶液を撹拌する測定方法であ
る。
【００５４】
（５）比較例の測定方法（その１）：
溶液を滴下する→２分間の間、下磁場と上磁場を２秒間ずつ交互に印加する→上磁場をＯ
ＦＦし、下磁場のみを印加する→すべての磁場をＯＦＦして自然沈降させる→上磁場のみ
をＯＮする。
【００５５】
つまり、上磁場と下磁場を交互に切り替えて印加する方法である。
【００５６】
（６）比較例の測定方法（その２）：
溶液を滴下する→２分間の間、２秒間の全磁場ＯＦＦを挟んで下磁場と上磁場を２秒間ず
つ交互に印加する→上磁場をＯＦＦし、下磁場のみを印加する→すべての磁場をＯＦＦし
て自然沈降させる→上磁場のみをＯＮする。
【００５７】
つまり、上磁場と下磁場を交互に切り替えて印加する方法である。
【００５８】
図５より、（１）リファレンスの測定方法については、ブランク溶液は約３．５％、６
０ｋ溶液は約９．３％の信号低下率であった。一方、（５）もしくは（６）比較対象の測
定方法については、６０ｋ溶液に関して、それぞれ約９．５％と約８．３％の信号低下率
であった。
【００５９】
これらに対して、（２）〜（４）の本実施形態の測定方法については、６０ｋ溶液に関
して、信号低下率が１２．７％〜１３．３％に増大した。
【００６０】
これらの結果より、（１）リファレンスのように撹拌なしの場合よりも、、（２）〜（
４）本実施形態の撹拌を実施した場合の方が、信号低下率が大きく測定対象物質の検出感
度が高いことがわかる。これは、、（２）〜（４）本実施形態の撹拌を実施した場合には
、磁性微粒子が撹拌子として働き、溶液中の抗原と抗体の反応が促進されたためと考えら
れる。また、、（２）〜（４）本実施形態の測定方法では、下磁場を常に印加して磁性微
粒子を光導波路３に引き寄せて結合を促進しつつ、上磁場のＯＮ／ＯＦＦにより溶液を撹
拌して抗原をまんべんなく液中に分散させることで、より多くの抗原を反応させることが
できるためと考えられる。
【００６１】
ここで、（３）の本実施形態の測定方法を用いて、ブランク溶液に関して測定してみる
と、信号低下率は約３．８％であった。これは、リファレンスのブランク溶液の測定値と
ほぼ同等である。従って、磁場印加によって磁性微粒子の凝集が生じているのではなく、
磁性微粒子の移動により抗原の使用効率が向上したことによって測定対象物質の検出感度
が向上したものと確認できる。
【００６２】
また、（５）もしくは（６）比較例のように、上磁場と下磁場を交互に切り替えて印加し
ても、撹拌効果が十分に得られず、（１）リファレンスと比較して検出感度の改善が得ら
れないことがわかる。これは、磁場が片側だけ印加されている状態では、光導波路型セン
サチップ表面に垂直方向の磁力線のみが生じ、磁性微粒子はこの磁力線方向に沿うので移
動量が少なく、磁場により移動しない抗原との反応効率は向上しないためと考えられる。
【００６３】
これに対して、、（２）〜（４）本実施形態の撹拌を実施した場合には、上磁場と下磁
場の磁力線が反発するように同極の磁場を同時に印加しながら溶液を攪拌するので、磁性
微粒子の移動量が大きく撹拌効果が十分に得られると考えられる。
【００６４】
以上により、下磁場をかけつつ上磁場をＯＮ／ＯＦＦすることで、溶液が撹拌され、測
定対象物質の検出感度が向上することが確認できた。
【００６５】
本実施形態によれば、第２の磁場印加部１１による磁場を印加しつつ、第１の磁場印加部
１０による磁場の印加／停止を繰り返すことで、磁性微粒子９を光導波路３に引き寄せつ
つ、磁性微粒子９を移動させることができる。これにより、被測定検体溶液を撹拌して抗
原抗体反応を促進させながら、より多くの抗原が使用されてより多くの磁性微粒子９を光
導波路表面に対して結合させることが可能となる。つまり、磁性微粒子９と光導波路３と
の結合に対する測定対象物質の寄与率をより高めることができるので、より高い測定感度
を得られる。その結果、測定対象物質の測定に要する時間を短縮することができる。また
、測定対象物質の濃度が低い場合であっても、有効に抗原を測定に活用することができる
ようになるので、特に、測定対象物質が低濃度である場合に有効に検出感度を向上させる
ことができる。
【００６６】
また、第１の磁場印加部１０による磁場と第２の磁場印加部１１による磁場を同極にする
ことで、反発する方向の磁力線が生じ、磁性微粒子９の移動量が大きくなり、溶液がより
撹拌される。したがって、より検出感度を高めることが可能である。
【００６７】
さらに、磁性微粒子９の分散性を向上させるため、磁性微粒子９の表面に正または負の電
荷を持たせてもよい。あるいは、磁性微粒子９の分散媒に界面活性剤などの分散剤を添加
してもよい。これにより、被測定検体溶液がより撹拌され、検出感度を更に向上させるこ
とが可能である。
【００６８】
また、磁場の印加／停止による溶液の撹拌の後、磁性微粒子に対して沈降方向とは異なる
方向に磁場を印加することで、抗原抗体反応によらずに光導波路に吸着したノイズとなり
うる磁性微粒子を、光導波路から引き剥がすことができる。これにより、抗原抗体反応に
より抗原を介して光導波路表面に結合した磁性微粒子のみに起因する吸光度を測定するこ
とができ、測定誤差を低減することができる。
【００６９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したもの
であり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々
な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置
き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含
まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものであ
る。
【符号の説明】
【００７０】
１：基板、２ａ，２ｂ：グレーティング、３：光導波路、４：保護膜、５：枠、６：第１
物質（一次抗体）、７：光源、８：受光素子、９：磁性微粒子、１０：第１の磁場印加部
、１１：第２の磁場印加部、１２：微粒子、１３：第２物質（二次抗体）、１４：測定対
象物質（抗原）、２０：制御部、１００：光導波路型センサチップ
【図１】
2015118055.tif 000003
【図２】
2015118055.tif 000004
【図３】
2015118055.tif 000005
【図４】
2015118055.tif 000006
【図５】
2015118055.tif 000007