(57)【要約】関連する物質に対して特異性のある抗体で被覆された磁性粒子を流体サンプル中へ導入する。この流体を攪拌すると、時間の経過とともに、これら磁性粒子がこの流体中で関連する物質に結合するようになる。その後、この流体を２つの磁石（１及び５）間に設けられた磁場勾配に導入し、これら磁石（１及び５）間の磁場の変化をホール効果素子（３）又は複数のホール効果素子（３）により決定する。これにより、サンプル内の関連する物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定することができる。
2008503714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体内の関連する１種以上の物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定する方法であって、
流体中の関連する物質に磁性粒子を取り付けるステップと、
この流体を磁場勾配を有する不均一な磁場に導入するステップと、
それにより流体内の磁性粒子の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定して、関連する１種以上の物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を判断するステップと
を有する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記流体が液体である方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記流体が体液のような生体液である方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記流体がガスである方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法であって、前記物質が化合物である方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法であって、前記物質がタンパク質、ホルモンまたはＤＮＡ切片のいずれか１つである方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法であって、前記磁性粒子を強磁性、反磁性、常磁性又は超常磁性のものとしうる方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法であって、磁性粒子の均一な又は不均一な混合物を使用しうる方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法であって、前記磁性粒子を酸化鉄から形成する方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法であって、前記磁性粒子の寸法が５ナノメートル〜１００マイクロメートルである方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法であって、前記磁性粒子を他の結合物質により関連する物質に取り付ける方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記磁性粒子を前記結合物質で被覆する方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の方法であって、前記結合物質がタンパク質、抗体又はプローブ（リガンド）のいずれか１つである方法。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法であって、前記磁性粒子を、当該粒子に対する結合物質の付着を促進する材料で被覆する方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記材料がポリスチレンである方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法であって、前記磁性粒子を流体に導入する前に関連する物質に取り付ける方法。
【請求項１７】
請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の方法であって、適切な結合物質で被覆した磁性粒子を、関連する物質を含む流体に導入することにより、関連する物質に取り付ける方法。
【請求項１８】
請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合物質を、磁性粒子が様々な関連する物質に取り付けられるように選択する方法。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法であって、前記磁性粒子が、関連する物質の単一のユニットにのみ取り付けられるようにする方法。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法であって、前記粒子に単一の抗体又は捕捉プローブを設ける方法。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法であって、
結合物質に取り付けた一般的な既知の特性を有する磁性粒子と、
他の結合物質に取り付けた異なる既知の特性を有する磁性粒子と
を用いることにより、所定の流体内の関連する複数の物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定する方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、磁性粒子の寸法、形状及び磁化率のうちのいずれか１つを変更する方法。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法であって、関連する物質が異なる特性であることを利用して、異なる関連する物質に取り付けられた同じ又は類似の特性を有する磁性粒子を区別する方法。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか一項に記載の方法であって、磁場センサを使用して磁場上の分析すべき流体の作用を判断して、この流体内の磁性粒子を測定し、それにより関連する物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定する方法。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれか一項に記載の方法であって、磁場勾配が空間内のラインに沿うようにする方法。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法であって、異なる磁化率の粒子を流体中に存在させる方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法であって、磁場勾配に沿って流体の領域の磁場強度を測定することにより、流体サンプル内の異なる磁化率の磁性粒子の存在及び量を判断し、それにより同じ又は類似した磁化率の粒子の濃度を測定する方法。
【請求項２８】
請求項１〜２７のいずれか一項に記載の方法であって、１メートルにつき５０〜２００テスラの範囲の磁場勾配を使用する方法。
【請求項２９】
請求項１〜２８のいずれか一項に記載の方法であって、成形極片を有する永久磁石を用いて磁場勾配を得る方法。
【請求項３０】
請求項１〜２９のいずれか一項に記載の方法であって、前記粒子を典型的な「変位分析」又は「流動変位分析」により検出する方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法であって、磁性粒子を、抗体のような特定の結合物質により関連する物質に結合させるとともに表面上に固定させる方法。
【請求項３２】
請求項３０又は３１に記載の方法であって、解放された粒子が磁場勾配に入り、これら粒子の磁化率によって決定される磁場勾配中の特定点に集中する方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法であって、磁気センサを最も高い磁場密度の点に配置する方法。
【請求項３４】
請求項１〜３３のいずれか一項に記載の方法であって、前記センサがホールセンサである方法。
【請求項３５】
請求項３０〜３４のいずれか一項に記載の方法であって、前記固定された粒子を、結合物質により関連する物質へ結合させる方法。
【請求項３６】
請求項３０〜３５のいずれか一項に記載の方法であって、複数層の異なる結合物質を用いて、サンプル中の関連する物質からの競合に適した部位を形成する方法。
【請求項３７】
請求項３０〜３６のいずれか一項に記載の方法であって、振動磁場の構成を利用して、粒子−サンプルの相互作用を増大させるか、又は流速を操作するか、或いはこれらの双方を行う方法。
【請求項３８】
請求項３０〜３７のいずれか一項に記載の方法であって、磁場を導入して素子内で磁性粒子を直接的に凝集又は集中させ、サンプル内の流速を低減させる方法。
【請求項３９】
請求項１〜３８のいずれか一項に記載の方法であって、分析すべき流体の溶液に振動磁場を加え、この流体を磁場勾配を有する前記不均一な磁場に導入する前に、磁性粒子を確実に混合させる方法。
【請求項４０】
流体内の関連する１種以上の物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定する方法であって、
関連する分子の捕捉に特異性のあるプローブに結合した磁性粒子を含むチャンバに、分析すべき流体を導入するステップと、
このチャンバに振動磁場を加えることにより磁性粒子と流体とを混合し、流体内の磁性粒子の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を判断することにより、関連する１種以上の物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定するステップと
を有する方法。
【請求項４１】
請求項４０に記載の方法であって、前記流体が液体である方法。
【請求項４２】
請求項４１に記載の方法であって、前記流体が体液のような生体液である方法。
【請求項４３】
請求項４０に記載の方法であって、前記流体がガスである方法。
【請求項４４】
請求項４０に記載の方法であって、前記物質が化合物である方法。
【請求項４５】
請求項４４に記載の方法であって、前記物質がタンパク質、ホルモン又はＤＮＡ切片のいずれか１つである方法。
【請求項４６】
請求項４０〜４５のいずれか一項に記載の方法であって、前記磁性粒子を強磁性、反磁性、常磁性又は超常磁性としうる方法。
【請求項４７】
請求項４０〜４６のいずれか一項に記載の方法であって、磁性粒子の均一な又は不均一な混合物を使用しうる方法。
【請求項４８】
請求項４０〜４７のいずれか一項に記載の方法であって、前記磁性粒子を酸化鉄から形成する方法。
【請求項４９】
請求項４０〜４８のいずれか一項に記載の方法であって、前記磁性粒子の寸法が５ナノメートル〜１００マイクロメートルである方法。
【請求項５０】
請求項４０〜４９のいずれか一項に記載の方法であって、前記磁性粒子を、他の結合物質により関連する物質に取り付ける方法。
【請求項５１】
請求項４０〜５０のいずれか一項に記載の方法であって、前記粒子を、前記結合物質で被覆する方法。
【請求項５２】
請求項５１に記載の方法であって、前記結合物質がタンパク質、抗体又はプローブ（リガンド）のいずれか１つである方法。
【請求項５３】
請求項５１又は５２のいずれか一項に記載の方法であって、前記磁性粒子を、当該粒子に対する結合物質の付着を促進する材料で被覆する方法。
【請求項５４】
請求項５３に記載の方法であって、前記材料がポリスチレンである方法。
【請求項５５】
請求項４０〜５４のいずれか一項に記載の方法であって、前記磁性粒子を流体に導入する前に関連する物質に取り付ける方法。
【請求項５６】
請求項４０〜５５のいずれか一項に記載の方法であって、適切な結合物質で被覆した磁性粒子を、関連する物質を含む流体に導入することにより、関連する物質に取り付ける方法。
【請求項５７】
請求項５１〜５６のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合物質を、磁性粒子が様々な関連する物質に取り付けられるように選択する方法。
【請求項５８】
請求項４０〜５７のいずれか一項に記載の方法であって、この磁性粒子又は各磁性粒子が関連する物質の単一のユニットにのみ取り付けられるように構成される方法。
【請求項５９】
請求項４０〜５８のいずれか一項に記載の方法であって、前記磁性粒子に単一の抗体又は捕捉プローブを設ける方法。
【請求項６０】
請求項４０〜５９のいずれか一項に記載の方法であって、
結合物質に取り付けた一般的な既知の特性を有する磁性粒子と、
他の結合物質に取り付けた異なる既知の特性を有する他の磁性粒子と
を用いることにより、所定の流体内の関連する複数の物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定する方法。
【請求項６１】
請求項６０に記載の方法であって、寸法、形状及び磁化率のうちのいずれか１つを変更する方法。
【請求項６２】
請求項４０〜６１のいずれか一項に記載の方法であって、関連する物質が異なる特性であることを利用して、関連する異なる物質に取り付けられた同じ又は類似の特性を有する磁性粒子を区別する方法。
【請求項６３】
請求項４０〜６２のいずれか一項に記載の方法であって、磁界センサを使用して磁界上の分析すべき流体の作用を判断してこの流体内の磁性粒子を測定し、それにより関連する物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定する方法。
【請求項６４】
請求項４０〜６３のいずれか一項に記載の方法であって、前記チャンバの体積が１０μＬよりも小さい方法。
【請求項６５】
請求項４０〜６３のいずれか一項に記載の方法であって、前記チャンバの体積が５μＬよりも小さい方法。
【請求項６６】
請求項４０〜６５のいずれか一項に記載の方法であって、ホール効果プローブを用いて流体内での磁性粒子の動きを検出する方法。
【請求項６７】
請求項４０〜６６のいずれか一項に記載の方法であって、前記プローブ及び前記粒子が関連する物質に結合すると、振動磁界において粒子の集まりが共に移動し始め、チャンバの全体にわたって固有のモードの分布となる磁界パターンを形成する方法。
【請求項６８】
請求項６７に記載の方法であって、このパターンの分布及び時間的空間的推移の双方又はいずれか一方を用いて流体内の関連する物質の濃度を決定する方法。
【請求項６９】
請求項４０〜６８のいずれか一項に記載の方法であって、関連する物質に特異性のある捕捉抗体をチャンバの一部に固定ようにすると共に、関連する物質に特異性のある第２抗体（標識プローブ）を磁性粒子に被覆する方法。
【請求項７０】
請求項６９に記載の方法であって、前記関連する物質が捕捉抗体及び標識抗体と結合し、結合した粒子の存在により、チャンバ内の捕捉抗体の位置における磁場が増大する方法。
【請求項７１】
請求項６９又は７０に記載の方法であって、チャンバ内の捕捉抗体の位置における磁場を特に測定し関連する物質の濃度を推定する方法。
【請求項７２】
請求項４０〜７１のいずれか一項に記載の方法であって、磁場を加えることにより、サンプル内の異なる磁化率の粒子を特に集中させる方法。
【請求項７３】
請求項４０〜７２のいずれか一項に記載の方法であって、２つのチャンバ及び検知領域を設け、そのうちの一方は流体及び粒子を含むものとし、他方は調整チャンバとする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体内の関連する物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定する方法に関するものであり、特には、人体のような生体内で測定することを含む生体液内の関連する物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定する方法に関するものであるが、これに限定されるものではない。
【０００２】
多くの医療、生物学、製造及びその他のシステムにおいて、タンパク質、ホルモン類またはＤＮＡのような分子（但しこれに限定されるものではない）を含む流体内の種々の物質の存在又は濃度或いはこれらの双方を決定する必要がある。通常の分析では、このような分子を測定するのに免疫測定システムが使用される。これらの免疫測定は、関連する分子に付着または結合させた標識抗体またはプローブ（リガンド）の存在に基づくものである。この標識プローブの存在を検出し、検出されたプローブの量を分析する分子の濃度に関連付ける。捕捉プローブまたは抗体と、捕捉された分子を明らかにする他の標識プローブまたは抗体とを有する複数プローブシステムが一般的である。プローブは、放射性、酵素性、蛍光性、化学発光性及び分光光度性若しくは色測定性の標識と共に使用される。従って、分光光度性、電気化学性、放射性、色測定性、電流測定性又は電位差性システムを含む種々のシステムにより、標識プローブの測定終点を明らかにすることができる。
【０００３】
複数プローブシステムでは捕捉プローブ用の固相として磁気ビードを使用し、捕捉プローブ取付体（１）に対して大面積の高移動度ビードシステムとする。この場合、捕捉プローブに対して分子が取付けられた後に、他のプローブまたは抗体を加えることができ、その後、最も一般的な用途では、磁場を用いてこれらビードが共に引き寄せられるようにし、これらを集中させて標識のレベルを測定しうる部分を形成させることができる。これを、例えば標識が蛍光性である場合には直接読むことができ、或いは溶液を導入して標識プローブと反応させ測定可能な作用（例えば標識との化学発光反応による光の発生）を引き起こすことにより間接的に読むこともできる。
【０００４】
複数の文献、米国特許第６０４６５８５号、同第６２７５０３１号、同第６４３７５６３号及び同第６４８３３０３号（全てＱｕａｎｔｕｍ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ社に譲渡されている）の明細書には、サンプル中の関連する物質と複合させた磁性粒子の存在を判断する免疫測定法を用いることが開示されている。サンプルに対して磁場を加えることにより、磁性粒子が励起周波数において双極子の態様で振動しそれら自身の磁場を形成する。これらの磁場は、磁性粒子の存在の示すのに有用な少なくとも１つのセンサに誘導的に結合されている。
【非特許文献１】”Application of magnetic techniques in the field of drug discovery and biomedicine” ZM Saiye氏、SD Telang氏、CN Ramchand氏、BioMagnetic Research and Technology第１巻
【０００５】
本発明の目的は、流体内の関連する物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定する代替的な方法を提供することにある。本発明の目的は、小さい容量、代表的には５μＬ未満の流体中の物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定しうるようにすることである。本発明の好適な効果は、このような分析を速い毛管流及び乱流条件の双方又はいずれか一方の下で行い分析時間を減らすことにある。
【０００６】
本発明の観点によれば、流体内の関連する１以上の物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定する方法であって、流体中の関連する物質又は各物質に磁性粒子を取り付けるステップと、この流体を磁場勾配を有する不均一な磁場に導入するステップと、それにより流体内の磁性粒子の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定して関連する１以上の物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を判断するステップとを有する方法を提供する。
【０００７】
磁性粒子の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を測定することによりこれら磁性粒子に取り付けた関連する物質の存在を推測するこのような方法はこれまで採用されていなかった。この技術を採用することにより、流体を迅速に分析することができ、極めて少ない容量の分析が効率的に行うことができる。
【０００８】
流体は、液体またはガスとすることができ、体液のような生体液にすることもできる。
【０００９】
関連する物質としては、自然発生物質や、化学又は生物学的反応の結果生じる薬物副生成物のような物質や、流体サンプルに導入された物質が挙げられる。物質は、化合物、特には分子であり、例えばタンパク質、ホルモンまたはＤＮＡ切片とすることができる。
【００１０】
「磁気」粒子とは、非ゼロ磁化率の粒子であると理解されたい。この磁性粒子又は各磁性粒子は、強磁性、反磁性、常磁性または超常磁性のものとすることができる。このような粒子の均一な又は不均一な混合物を使用することができる。一例においては、この粒子又は各粒子を酸化鉄から形成する。５ナノメートル〜１００マイクロメートルの寸法の粒子を使用することができ、ある例では、５ナノメートル〜５０マイクロメートルの寸法の粒子を使用することができる。
【００１１】
この粒子又は各粒子は、他の物質により関連する物質に取り付けることができる。このような他の物質を結合物質と称する。この結合物質をこの粒子又は各粒子に被覆することができる。結合物質はタンパク質とすることができ、ある例では抗体またはプローブ（リガンド）とする。
【００１２】
この磁性粒子又は各磁性粒子には、粒子に対する結合物質の付着を促進する材料を被覆するることができる。好適な被膜材料はポリスチレンである。
【００１３】
磁性粒子は、例えば人体に注射する薬物の場合であれば、これらを流体内へ導入する前に関連する物質に取り付けることができる。或いは又、適切な結合物質で被覆した磁性粒子を、関連する物質を含む流体に導入することにより関連する物質に取り付けることができ、例えば、適切に被覆した磁性粒子を人体に注射して、特定の薬剤副生成物の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を識別することができる。
【００１４】
結合物質を適切に選択することにより、様々な関連する物質に磁性粒子を取り付けることができる。この磁性粒子または各磁性粒子は、関連する物質の単一のユニット、例えば単一の分子にのみ取り付けられるようにすることができる。各粒子には単一の抗体または捕捉プローブを設けることができる。
【００１５】
流体内の異なる特性を有する磁性粒子を区別することができる。ある結合物質に取り付けた一般に既知の特性を有する磁性粒子と、他の結合物質に取り付けた異なる既知の特性を有する他の磁性粒子とを用いることにより、所定の流体内の関連する複数の物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定することができる。寸法、形状及び磁化率を含む磁性粒子のいかなる好適な特徴も変更することができる。
【００１６】
ある例では、流体内の関連する異なる物質に取り付けた同じ又は類似の特性を有する磁性粒子を、関連する物質の特性、例えば質量が異なることにより区別することもできる。
【００１７】
一例においては、流体内の磁性粒子を判断する磁場センサを使用して、磁場上の分析すべき流体の作用を測定することにより、関連する物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定する。磁場勾配は空間内のラインに沿ったものとするのが好ましい。流体内の磁性粒子を磁場勾配に導入すると、これら粒子は力を受ける。各粒子が受ける力はその特性に応じたものとなる。磁場に対する応答の異なる多くの磁性粒子を含む流体を不均一な磁場に配置すると、これら異なる粒子はそれぞれ異なる力を受けるため当該磁場の異なる領域に移動するようになる。流体内に存在する磁性粒子も磁場に様々な影響を与えることになる。流体内に導入された異なる粒子の磁場への影響の仕方を知ることより、流体内の粒子の存在、更には濃度を推測することができる。一例においては、異なる磁化率の粒子を流体内に存在させ、その流体を磁場勾配内に導入する。同じ磁化率の粒子は、磁場勾配内で同じ位置に移動する傾向がある。いかなる点で存在する粒子の量が、その点における磁場の強さに影響を及ぼす。磁場勾配に沿って流体の領域の磁場強度を測定することにより、流体サンプル内の異なる磁化率の磁性粒子の存在及び量を判断すると共に、同じ又は類似した磁化率の粒子の濃度を決定することができる。
【００１８】
磁場勾配は代表的には１メートルあたり５０〜２００テスラとするが、このことは他の磁場勾配の使用を排除するものではない。代表的には、磁場勾配を得るのに成形磁極片を有する永久磁石を用いることができる。
【００１９】
さらに他の例では、典型的な「変位分析」または「流動変位分析」により粒子を検出することができる。この場合、粒子は表面上に固定されているが、抗体のような特定の結合物質によれば関連する物質に結合しうるようになっている。この表面に対して、未知量の関連する物質を含むサンプルを導入する。サンプル内の関連する物質から粒子上の結合部位に対する競合が生じるため、サンプル内の関連する物質の濃度に応じて溶液内に磁性粒子が解放される。本発明では、これら解放された粒子は磁場勾配の影響を受けるため、これら粒子の磁化率により決定される点に集中する。このような粒子の集中により磁場が変化し、高磁場密度の点が形成される。最も高い磁場密度の点に磁気センサを配置して粒子を検出させることにより測定感度が大幅に向上する。このセンサはホールセンサとすることができるが、他の任意の磁気感知測定センサとすることもできる。固定された粒子は、任意の好適な結合物質により関連する物質に結合することができ、サンプル中の関連する物質からの競合に好適な部位を複数層の異なる結合物質を用いて形成することができる。
【００２０】
粒子を一緒になるように「集めて」検出させる二次抗体捕捉部位が不要であり有利である。これにより利用可能な素子がより簡単で安価なものになる。更に、センサと利用可能な素子との間を精度よく整合性あるようにする複雑な整列システムも不要である。磁場勾配は、検知領域の全ての解放された粒子を自動的に集中させる。更にまた、ＮｄＦｅｂ（ネオジム鉄ボロン）永久磁石と、適正に設計された磁極片とを共に用いることにより、極めて高い磁場を形成することができる。これにより、パワー入力なしで極めて高い感度が得られるようになる。このことは治療システムを小型で低コストのものとする観点から重要である。
【００２１】
従来技術では分析システムに変位分析を利用しているが、測定は、複雑な振動コイルシステムと、粒子に対する抗体捕捉部位とを用いて行われている。これでは、極めて高いパワー入力を用いたとしても同レベルの電場密度を形成することができず、従って感度については妥協せざるを得なかった。このため検出システム及び利用可能な試験素子の双方についてより複雑な製造処理になってしまう。従って、これは治療機械を小型化する観点から好ましいものではない。
【００２２】
さらに、磁性粒子を用いる従来技術の方法は、免疫測定を利用するもので、隣接する磁石を用いて空間的に分離した磁性粒子を移動させこれを測定しているが、本発明では、磁場勾配の特性と、全磁場に対する粒子の作用に関する知識と、磁気センサとを分析中に使用して粒子の流れを空間的時間的に判断することにより、試験サンプル中に存在する関連する物質の量を測定することができる。
【００２３】
本発明において磁性粒子と共に磁場勾配を利用し解釈しうることを、免疫測定法の効率及び性能を最大にするのに利用しうることを理解されたい。このように、本発明は、振動磁場及びその他の磁場構成を利用することにより、粒子−サンプルの相互作用を促進させ、又は粒子を操作することにより分析中の流速を操作し、或いはこれらの双方を行うことができる。例えば、磁場を導入して直接的に装置内の磁性粒子を凝集又は密集させそれによりサンプル内の流速を低減させることができる。増幅率をより高くすることにより感度をより大きくすることができる。更に、この方法は、分析すべき流体の溶液に振動磁場を加え、この流体を磁場勾配を有する上述した不均一な磁場に導入する前に、磁性粒子を確実に混合させることができる。
【００２４】
本発明の他の観点によれば、流体内の１種以上の関連する物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定する方法であって、分析すべき流体を、特に関連する分子を捕捉するためのプローブと結合させた磁性粒子を含むチャンバに導入するステップと、このチャンバに振動磁場を加えることにより磁性粒子を流体と混合し、それにより流体内の磁性粒子の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を判断すると共に、１種以上の関連する物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定するステップとを有する方法を提供する。
【００２５】
流体は、液体またはガスとすることができ、体液のような生体液にすることもできる。
【００２６】
関連する物質としては、自然発生物質や、化学又は生物学的反応の結果生じる薬物副生成物のような物質や、流体サンプルに導入された物質が挙げられる。物質は、化合物、特には分子であり、例えばタンパク質、ホルモンまたはＤＮＡ切片でありうる。
【００２７】
「磁気」粒子とは、非ゼロ磁化率の粒子であると理解されたい。この磁性粒子又は各磁性粒子は、強磁性、反磁性、常磁性または超常磁性のものとすることができる。このような粒子の均一な又は不均一な混合物を使用することができる。一例においては、この粒子又は各粒子を酸化鉄から形成する。５ナノメートル〜１００マイクロメートルの寸法の粒子を使用することができ、ある例では、５ナノメートル〜５０マイクロメートルの寸法の粒子を使用することができる。
【００２８】
この粒子又は各粒子は、他の物質により関連する物質に取り付けることができる。このような他の物質を結合物質と称する。この結合物質をこの粒子又は各粒子に被覆することができる。結合物質はタンパク質とすることができ、ある例では抗体またはプローブ（リガンド）とする。
【００２９】
この磁性粒子又は各磁性粒子には、粒子に対する結合物質の付着を促進する材料を被覆するることができる。好適な被膜材料はポリスチレンである。
【００３０】
磁性粒子は、例えば人体に注射する薬物の場合であれば、これらを流体内へ導入する前に関連する物質に取り付けることができる。或いは又、適切な結合物質で被覆した磁性粒子を、関連する物質を含む流体に導入することにより関連する物質に取り付けることができ、例えば、適切に被覆した磁性粒子を人体に注入して、特定の薬剤副生成物の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を識別することができる。
【００３１】
結合物質を適切に選択することにより、関連する様々な物質に磁性粒子を取り付けることができる。この磁性粒子または各磁性粒子は、関連する物質の単一のユニット、例えば単一の分子にのみ取り付けられるようにすることができる。各粒子に単一の抗体または捕捉プローブを設けることができる。
【００３２】
流体内の異なる特性を有する磁性粒子を区別することができる。ある結合物質に取り付けた一般に既知の特性を有する磁性粒子と、他の結合物質に取り付けられた異なる既知の特性を有する他の磁性粒子とを用いることにより、所定の流体内の関連する複数の物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定することができる。寸法、形状及び磁化率を含む磁性粒子のいかなる好適な特徴も変更することができる。
【００３３】
ある例では、流体内の関連する異なる物質に取り付けられた同じ又は類似の特性を有する磁性粒子を、その関連する物質の特性、例えば質量が異なることにより区別することもできる。
【００３４】
チャンバの体積は１０μＬより小さくすることができるが、好ましくは５μＬより小さくするのが好ましい。このチャンバに対して振動磁場を加えることにより磁性粒子と流体とを混合する。ホール効果プローブのような磁場を感知する検出器を用いて流体内での磁性粒子の動きを検出する。プローブ及び粒子が関連する物質に結合するため、振動磁場において粒子の集まりが共に移動し始め、チャンバの全体にわたって固有のモードの分布となる磁場パターンが形成される。これを磁場センサにより検出することができ、その分布及び時間的−空間的推移の双方を利用して流体内の関連する物質の濃度を決定することができる。
【００３５】
この例の変型例では、関連する物質に特有の捕捉抗体をチャンバの一部に空間的に固定し、関連する物質に特有の第２抗体（標識プローブ）を磁性粒子に被覆する。分子が捕捉抗体及び標識抗体に結合すると、結合した粒子の存在により、チャンバの捕捉抗体の位置における磁場が増大する。この部位における磁場を測定することにより関連する物質の濃度を推測することができる。他の変型例では、磁場を加えることにより、異なる磁化率の粒子をサンプル内で特に集中させる。これにより、各々異なる種類の磁性粒子が異なる捕捉プローブを担持することを条件として、血液サンプルのようなサンプル中の複数の物質、分子または検体を測定することができる。
【００３６】
２つのチャンバ及び検知領域を設けることにより更に感度を上げることができ、これら２つのうちの一方は流体及び粒子を含むものとし、他方は調整チャンバとする。２つのチャンバに対して一緒に検出を行い、差分信号を利用することにより、システムは外部の磁場特性の影響を受けないようになる。その理由は、双方のセンサに影響を及ぼす信号が効率的に相殺されるためである。
【００３７】
本発明をより明確に理解しうるように、図面を参照しながら実施例により本発明を説明する。
本発明の一実施例では、２種類の酸化鉄粒子を準備し、これらは、第１寸法及び第１磁化率の第１の種類のものと、第２寸法及び第２磁化率の第２の種類のものとする。双方の種類の粒子をポリスチレンで被覆し、粒子に不活性表面を設ける。その後、第１の種類の粒子を、関連する第１の物質と結合するようにした第１抗体で被覆し、第２の種類の粒子を、関連する第２の物質と結合するようにした第２抗体で被覆する。
【００３８】
次に、これら双方の粒子を、関連する第１及び第２の物質の存在及び量の双方又はいずれか一方を検出しようとする流体に導入する。この流体を攪拌させると時間の経過とともに、第１の種類の粒子が、関連する第１の物質に結合され、第２の種類の粒子が、関連する第２の物質に結合されるようになる。関連する各物質に粒子が確実に結合されるようにそれぞれの種類の粒子を充分な量導入する。
【００３９】
その後、図１に示される装置を使用してこの流体を分析する。この装置は、ほぼ平行な対向する平面７を有する互いに離間した２つの希土類永久磁石１、５を具え、これら平坦面７のうちの一方には、成形ソフトイオン極片２が取り付けられている。この極片２の断面はほぼ三角形であり、関連する永久磁石１から他方の永久磁石５に向かって楔状の輪郭を示す。磁石１、５及び極片２は、これら２つの磁石間の空間に磁場勾配を発生させる作用がある。この磁場勾配は、図１において参照符号３で示される方向に延在する。
【００４０】
この磁石システムは、更に、これら磁石間で方向３に延在する線状アレイのホール効果素子６を有する。或いは又この磁石装置がこれら磁石間で方向３に沿って移動可能な単一のホール素子を有するようにしてもよい。いずれにせよ、線状アレイのホール効果素子又は単一のホール効果素子は磁石１及び５間の磁場の強さを方向３に沿って測定するよう動作する。
【００４１】
分析すべき流体を容器又は生体内、即ち２つの磁石１及び５間の磁場勾配の領域に導入し、磁性粒子を利用した上記の任意の分析により得られるこれら磁石間の磁場の変化を、方向３に沿ってホール効果素子３により測定する。極片２及び４は、磁場を形作りこれを制御する。
【００４２】
国際公開パンフレットＷＯ０２／０８８６９６の明細書にも、磁性粒子により標識を付した物質を含む流体サンプルを分析するのに適した装置が開示されている。
【００４３】
上述したように、この装置において関連する各物質に結合させた２種類の粒子を利用するのであれば、これら粒子は軸線３に沿って２つの別個の点に移動しやすくなり、これら粒子の存在がその点における磁場の測定に影響を及ぼす。磁場上のこれらの点及び粒子の存在の作用は、経験的に決定することができる。装置の校正によって、流体サンプル中の各種の粒子と関連する物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定することができるようになる。単一の流体中で使用することができる異なる種類の粒子の数は任意であり、対応する数の関連する物質を識別することができること勿論である。
【００４４】
この実施例の変型では、これら粒子を、典型的な「変位分析」又は「流動変位分析」に利用することができる。このような実施例においては、これらの粒子を表面に固定する。前述したように、これら粒子を特異抗体に取り付けることによって関連する物質に結合させることができるようになる。サンプル流体を表面に導入すると、関連する物質から粒子上の結合部位に対する競合が生じ、サンプル流体中の関連する物質の濃度に比例した量の粒子が溶液内に解放される。これらの解放された粒子は、上述したように磁場勾配にさらされるため、これら粒子はそれらの磁化率に従って磁場勾配に沿って特定の点に集中する。従って、この点における磁場密度が増加する。この磁場の変化は、ホール効果素子又は他の任意の好適な磁気センサを使用して測定することができる。上記のように、適切な校正を行うことにより、サンプル内の関連する物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定することができる。
【００４５】
他の実施例では、上述した種類の酸化鉄粒子を１種以上チャンバ内に設ける。チャンバの体積は、代表的には１０μＬより小さく、ある実施例では５μＬより小さくする。その後、１種以上の関連する物質を含む流体をチャンバに導入する。この流体をチャンバに導入した後、このチャンバに振動磁場を印加すると粒子と流体とが混合するよう作用する。その後、この粒子流体の混合物を、上述した第１実施例にて説明したように分析し、１種以上の関連する物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定することができる。
【００４６】
更に他の実施例では、上述した種類の酸化鉄粒子を１種以上チャンバ内に設ける。チャンバの体積は、代表的には１０μＬより小さく、ある実施例では５μＬより小さくする。その後、１種以上の関連する物質を含む流体をチャンバに導入する。この流体をチャンバに導入した後、このチャンバに振動磁場を印加すると粒子と流体とが混合するよう作用する。振動磁場を連続して印加することにより、この振動磁場内で粒子の集まりが一緒に移動しチャンバの全体にわたって固有のモードで分布した磁場パターンが形成される。この磁場パターンを、ホール効果素子のような好適な磁気センサによって検出する。適切な校正を行うことにより、このパターン分布及び時間的空間的推移を用いて流体内の関連する物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定することができる。
【００４７】
上記実施例の変型として、捕捉抗体をチャンバ中の特定の位置に固定する。これら捕捉抗体は関連する物質に特有のものとする。磁性粒子を、関連する物質に特有の第２抗体（標識プローブ）により被覆する。関連する物質は捕捉抗体及び標識プローブの双方に結合するため、磁性粒子は捕捉抗体の位置に固定される。その後、ホール効果素子のような好適な磁気センサを用いて、この位置の磁場を測定する。磁場の強さは、適切な校正を行うことにより、流体内の関連する物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定するのに用いることができる。或いは又、固定された捕捉抗体ではなくて、印加される磁場を利用して、チャンバ内の特定位置に特定磁化率の粒子を特に集中させることができる。
このことにより、異なる種類の磁性粒子の各々が異なる捕捉プローブを担持することを条件として、サンプル中の複数の異なる物質の存在及び濃度の双方又はいずれか一方を決定することができる。
【００４８】
上述した実施例の更なる変型では、付加的な感度を得るために、２つの類似したチャンバを使うことができ、一方は流体及び粒子を含むものとし、他方は調整チャンバとすることができる。これら２つのチャンバに対して共に検出を行い、差分信号を利用することにより、システムは外部磁場の影響を受けないようになる。その理由は、これらは双方のチャンバに等しく影響を及ぼすため相殺されることによる。
【００４９】
これら実施例は例として記載したものに過ぎず、本発明の範囲を逸脱することなく多くの変型を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明の実施例を行うための装置の線図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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