(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサチップと、
前記センサチップに磁場を印加する磁場印加部と、
前記センサチップに向けて光を出射する光源と、
前記センサチップから出射される光を受光する受光素子と、
を備え、
前記センサチップは、
測定対象物質と特異的に結合する第１物質が固定されたセンシングエリアを有する光導波路と、
検体溶液を導入する凹部が前記センシングエリアに対峙させて設けられた反応部と、
前記測定対象物質と特異的に結合する第２物質が固定され、磁性を有し、検体溶液より比重の高い磁性微粒子と、
を有し、
前記磁場印加部は、前記磁性微粒子が前記センシングエリアから以下の式を満足する距離だけ離れるような磁場強度を有する前記磁場を印加する測定システム。
Ｌ＞λ/{２π(ｎ１sin２θ-ｎ２２)１／２}
ここで、Ｌは前記磁性微粒子が前記センシングエリアから離れる距離、λは測定に用いる光の波長、ｎ１は前記光導波路の屈折率、ｎ２は前記磁性微粒子を分散させる分散媒の屈折率、θは全反射角である。
【請求項２】
前記磁場印加部を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、磁場を印加するタイミング及び時間の長さの少なくともいずれかを制御する請求項１記載の測定システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記磁場印加部を制御して、パルス状に磁場を印加する請求項２記載の測定システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記検体溶液を前記凹部に導入した後、前記磁場印加部を制御して、前記磁性微粒子を前記センシングエリアに近づける方向に移動させる磁場を印加する請求項２記載の測定システム。
【請求項５】
前記磁性微粒子は、前記凹部の面に乾燥状態または半乾燥状態で保持されている請求項１〜４のいずれか１つに記載の測定システム。
【請求項６】
前記磁性微粒子は、前記凹部の前記センシングエリアに対峙する面に保持される請求項１〜５のいずれか１つに記載の測定システム。
【請求項７】
前記磁性微粒子は、前記検体溶液が導入された際に、前記検体溶液中に分散する請求項５または６に記載の測定システム。
【請求項８】
測定対象物質を含む検体溶液と、前記測定対象物質と特異的に結合する第２物質が固定され、磁性を有し、検体溶液より比重の高い磁性微粒子と、をセンサチップに設けられ、前記測定対象物質と特異的に結合する第１物質が固定されたセンシングエリアに接しさせる工程と、
前記センサチップに磁場を印加する工程と、
前記磁場の印加前に、前記センサチップから出射される光の光強度を第１の光強度として測定する工程と、
前記磁場の印加後に、前記センサチップから出射される光の光強度を第２の光強度として測定する工程と、
前記第１の光強度と前記第２の光強度との差分に基づいて測定対象物質を定量する工程と、
を備え、
前記センサチップに磁場を印加する工程において、前記磁性微粒子が前記センシングエリアから以下の式を満足する距離だけ離れるような磁場強度を有する前記磁場を印加する測定方法。
Ｌ＞λ/{２π(ｎ１sin２θ-ｎ２２)１／２}
ここで、Ｌは前記磁性微粒子が前記センシングエリアから離れる距離、λは測定に用いる光の波長、ｎ１は前記光導波路の屈折率、ｎ２は前記磁性微粒子を分散させる分散媒の屈折率、θは全反射角である。
【請求項９】
前記センサチップに磁場を印加する工程において、パルス状に磁場を印加する請求項８記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
後述する実施形態は、概ね、測定システム、および測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物質と特異的に結合する抗体を固定した微粒子と、測定対象物質と特異的に結合する抗体を固定した光導波路とを備え、抗原抗体反応によって測定対象物質を介して微粒子を光導波路の表面に結合させる光導波路型のセンサチップがある。  
この様な光導波路型のセンサチップを用いた測定方法においては、抗原抗体反応によって光導波路の表面に結合した微粒子に起因する吸光度に基づいて測定対象物質の量を測定している。そのため、余剰の検体や二次抗体を除去する手順を行うことなく測定対象物質の量を測定することができる。  
しかしながら、微粒子が非特異的に吸着、すなわち抗原抗体反応によらずに光導波路の表面に吸着することがある。この様な場合には、抗原抗体反応によらずに光導波路の表面に吸着した微粒子によっても光が吸収・散乱されるため、測定誤差が生じるおそれがある。また、測定の際に微粒子と検体溶液とを混合するため、手作業による煩雑な操作、あるいは混合用の自動機が必要となり、光導波路型のセンサチップを用いる方法の利点が損なわれるおそれがある。  
そのため、非特異的吸着によるノイズ成分を減らすことで、より高精度の測定を行うことができる技術の開発が望まれていた。また、手動あるいは機械的な攪拌を加えることなく反応可能な分散状態まで戻す技術が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０２００９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、高精度の測定を行うことができる測定システム、および測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る測定システムは、センサチップと、前記センサチップに磁場を印加する磁場印加部と、前記センサチップに向けて光を出射する光源と、前記センサチップから出射される光を受光する受光素子と、を備えている。
前記センサチップは、測定対象物質と特異的に結合する第１物質が固定されたセンシングエリアを有する光導波路と、検体溶液を導入する凹部が前記センシングエリアに対峙させて設けられた反応部と、前記測定対象物質と特異的に結合する第２物質が固定され、磁性を有し、検体溶液より比重の高い磁性微粒子と、を有している。
前記磁場印加部は、前記磁性微粒子が前記センシングエリアから以下の式を満足する距離だけ離れるような磁場強度を有する前記磁場を印加する。
Ｌ＞λ/{２π(ｎ１sin２θ-ｎ２２)１／２}
ここで、Ｌは前記磁性微粒子が前記センシングエリアから離れる距離、λは測定に用いる光の波長、ｎ１は前記光導波路の屈折率、ｎ２は前記磁性微粒子を分散させる分散媒の屈折率、θは全反射角である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係るセンサチップおよび測定システムを例示するための模式図である。
【図２】磁性微粒子を例示するための模式図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係る測定方法を例示するための模式工程図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、上部磁場を印加する効果を例示するためのグラフ図である。
【図５】第２の実施形態に係る測定システムを例示するための模式図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態に係る測定方法を例示するための模式工程図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、磁場印加部の作用、効果を例示するためのグラフ図である。
【図８】第３の実施形態に係る測定システムを例示するための模式図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施形態に係る測定方法を例示するための模式工程図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、磁場印加部の構成を例示するための模式図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、磁場印加部の構成を例示するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
また、本明細書において、「上部」、「上方」、「上方向」とは重力方向における「上部」、「上方」、「上方向」とし、「下部」、「下方」、「下方向」とは重力方向における「下部」、「下方」、「下方向」としている。
【０００８】
[第１の実施形態]  
図１は、第１の実施形態に係るセンサチップおよび測定システムを例示するための模式図である。なお、図１においてはセンサチップ１００の断面を表している。  
図１に示すように、測定システム３０には、反応部５が設けられたセンサチップ１００、光源７、受光素子８、磁場印加部１０、制御部２０が設けられている。  
センサチップ１００には、基板１、グレーティング部２ａ、２ｂ、光導波路部３、保護部４、反応部５、磁性微粒子９が設けられている。  
センサチップ１００は、光導波路型のセンサチップである。
【０００９】
基板１は、平板状を呈し、光源７から出射される光を透過させることができる材料から形成されている。基板１は、例えば、無アルカリガラスや石英などから形成することができる。  
グレーティング部２ａ、２ｂは、基板１の光導波路部３が設けられた側の主面の両端部付近に一対設けられている。すなわち、一対のグレーティング部２ａ、２ｂは、基板１の主面に互いに距離をあけて設けられている。グレーティング部２ａは基板１の光が入射する側の端部近傍に設けられ、グレーティング部２ａは基板１の光が出射する側の端部近傍に設けられている。グレーティング部２ａ、２ｂは、光導波路部３に光を導入、出射させる際に回折格子として機能する。そのため、グレーティング部２ａ、２ｂは、基板１より高い屈折率を有し所定のピッチ寸法で格子状に設けられている。グレーティング部２ａ、２ｂは、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛、ニオブ酸リチウム、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、ポリイミドなどから形成されるものとすることができる。
【００１０】
光導波路部３は、基板１のグレーティング部２ａ、２ｂが設けられた側の主面に設けられている。光導波路部３は、いわゆる平面光導波路とすることができる。光導波路部３は、光源７から出射される光を透過させることができる材料から形成されている。この場合、光導波路部３は、基板１より高い屈折率を有するものとすることができる。例えば、光導波路部３は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などのような熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂、あるいは無アルカリガラスなどから形成することができる。光導波路部３の厚み寸法は、例えば、３μｍ以上、３００μｍ以下とすることができる。  
なお、グレーティング部２ａ、２ｂは、フォトリソグラフィプロセスなどを用いて、光導波路部３の上面に凹凸パターンを形成することによって設けても良い。
【００１１】
保護部４は、光導波路部３の両端部であって、グレーティング部２ａ、２ｂが形成されている領域に対峙する部分を覆うようにして設けられている。保護部４には、光導波路部３の表面が露出する開口部４ａが設けられている。開口部４ａは、例えば、矩形状とすることができ、この開口部４ａに露出する光導波路部３の表面がセンシングエリア（検出面）１０１となる。保護部４は、例えば、光導波路部３を形成する材料よりも低い屈折率を有する材料から形成することができる。保護部４は、例えば、フッ素樹脂などから形成することができる。
【００１２】
検出面であるセンシングエリア１０１には、検体溶液中の測定対象物質１４と特異的に反応する第１物質６が固定されている。第１物質６の固定は、例えば、第１物質６とセンシングエリア１０１との疎水性相互作用や化学結合により行うようにすることができる。例えば、第１物質６は、シランカップリング剤による疎水化処理を行うことでセンシングエリア１０１に固定するようにすることができる。また、センシングエリア１０１に官能基を形成し、既知のリンカー分子を作用させて化学結合により第１物質６をセンシングエリア１０１に固定してもよい。  
第１物質６は、例えば、検体溶液中の測定対象物質１４が抗原の場合には、抗体（一次抗体）とすることができる。
【００１３】
反応部５には、検体溶液を導入する凹部５ａと、凹部５ａに貫通する孔部５ｂとが設けられている。反応部５は、凹部５ａをセンシングエリア１０１に対峙させるようにして設けられている。凹部５ａと、センシングエリア１０１とにより画される空間が反応空間１０２となる。反応部５は、反応空間１０２において、導入された検体溶液と、磁性微粒子９とを保持する。  
孔部５ｂは、反応空間１０２に検体溶液を導入するための孔、空気抜き用の孔となる。孔部５ｂの数、設けられる位置は、図１に例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。  
反応部５は、検体溶液に対する耐性を有する樹脂などから形成することができる。
【００１４】
磁性微粒子９は、反応空間１０２内に保持されている。この場合、例えば、磁性微粒子９と水溶性物質とを含むスラリを保持させる面に塗布し、これを乾燥させることで磁性微粒子９を保持させるようにすることができる。磁性微粒子９は、反応空間１０２におけるセンシングエリア１０１以外の面に保持されているようにすることができる。例えば、図１に示すように、磁性微粒子９は、凹部５ａのセンシングエリア１０１に対峙する面に保持されているようにすることができる。なお、磁性微粒子９は、凹部５ａのセンシングエリア１０１に対峙する面以外の面に保持されていてもよい。ただし、磁性微粒子９が凹部５ａのセンシングエリア１０１に対峙する面に保持されているようにすれば、検体溶液中における分散性を向上させることができる。  
また、磁性微粒子９は、センシングエリア１０１の上方に空間を空けて配置された図示しない保持板に保持されているようにすることもできる。
【００１５】
磁性微粒子９は、保持される面に直接的に保持されていてもよいし、保持される面に図示しないブロッキング層などを介して間接的に保持されていてもよい。  
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ものとすることができる。
【００１６】
また、磁性微粒子９は、凹部５ａの面に乾燥状態または半乾燥状態で保持されている。この場合、磁性微粒子９は、検体溶液などの分散媒と接した際に容易に分散することができるような状態で保持されていることが望ましい。ただし、磁性微粒子９は、必ずしも均一に分散して保持されている必要はなく、ある程度の偏りがあってもよい。  
凹部５ａの面に乾燥状態または半乾燥状態で保持された磁性微粒子９は、検体溶液が導入された際に検体溶液中に分散する。
【００１７】
図２は、磁性微粒子９を例示するための模式図である。  
磁性微粒子９は、微粒子１２と、微粒子１２の表面に固定された第２物質１３を有する。
微粒子１２は、例えば、磁性体材料から形成された粒子の表面を高分子材料で被覆した形態のものや、高分子材料から形成された粒子の表面を磁性体材料で被覆した形態のものとすることができる。あるいは、磁性体材料から形成された粒子そのものでもよく、この場合には粒子の表面に疎水結合や共有結合などによって第２物質を結合させる手段を有するものとすることができる。  
微粒子１２に用いられる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を例示することができる。この場合、磁場の印加を停止す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。  
超常磁性の材料を用いるものとすれば、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、磁場の印加を停止することで容易に再分散させることができる。  
例えば、検体溶液中に測定対象物質１４が存在しない場合に磁場を印加しても、磁性微粒子９の凝集物が生成されてセンシングエリア１０１から剥がれにくくなる場合がある。この様な磁性微粒子９の凝集物は、測定誤差の要因となる。この場合、微粒子１２を超常磁性の材料から形成するようにすれば、磁性微粒子９の凝集を抑制することができるので、測定誤差の発生を抑制することができる。
【００１８】
また、磁場の印加を停止した際の再分散性を更に向上させるため、微粒子１２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（例えば、検体溶液）に界面活性剤などの分散剤を添加してもよい。  
微粒子１２の表面に正または負の電荷を持たせたり、界面活性剤などの分散剤を添加したりすれば、磁場の印加を停止した際に磁性微粒子９を再分散させ易くし、攪拌を更に促進させることができる。これにより、さらに高精度の測定を行うことができる。
【００１９】
微粒子１２の粒径は、０．０５μｍ以上、２００μｍ以下であることが望ましいが、更に望ましくは０．２μｍ以上、２０μｍ以下である。このような粒径を有する微粒子１２を用いるものとすれば、光の散乱効率を高めることができる。そのため、光を用いて測定対象物質１４の量や濃度を測定する測定システム３０において、高精度の測定を行うことが可能となる。
【００２０】
第２物質１３は、例えば、検体溶液中の測定対象物質１４が抗原の場合、抗体（二次抗体）とすることができる。  
第２物質１３は、微粒子１２の表面に、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することができる。  
測定対象物質１４と、第１物質あるいは第２物質と、の組み合わせは、抗原と抗体の組み合わせに限られるものではない。
例えば、測定対象物質１４が糖である場合には、第１物質及び第２物質はレクチンとし、測定対象物質１４がヌクレオチド鎖である場合には、第１物質及び第２物質はそれに相補的なヌクレオチド鎖とし、測定対象物質１４がリガンドである場合には、第１物質及び第２物質はそれに対する受容体などとすることができる。
【００２１】
光源７は、センサチップ１００に向けて光を出射する。光源７は、例えば、赤色レーザダイオードとすることができる。  
受光素子８は、センサチップ１００からの光を受光し、光強度を測定する。受光素子８は、例えば、フォトダイオードとすることができる。  
光源７から出射し基板１を介して入射側のグレーティング部２ａに入射した光は、グレーティング部２ａにより回折され、光導波路部３の内部を反射しながら伝播する。光導波路部３の内部を反射しながら伝播する光によりセンシングエリア１０１においてエバネッセント（evanescent）光などの近接場光が生じる。近接場光は、光が光導波路部３と反応空間１０２との界面において全反射する際、その界面に発生する光である。近接場光が到達する距離（染み出し距離）は、光導波路部３の表面（センシングエリア１０１の表面）から波長の数分の１程度の長さである。  
近接場光は、センシングエリア１０１の近傍にある磁性微粒子９により吸収されたり散乱されたりする。この際、磁性微粒子９の量に応じて近接場光が吸収、散乱されることになる。
【００２２】
その後、光は出射側のグレーティング部２ｂにより回折され、外部に向けて出射される。外部に向けて出射された光は、受光素子８により受光され、光強度が測定される。  
外部に向けて出射された光強度と、基準となる光強度とに基づいて光強度の低下率を求めることができるので、センシングエリア１０１にある磁性微粒子９の量を知ることができる。そして、求められた磁性微粒子９の量に基づいて検体溶液中の測定対象物質１４の量や濃度（例えば、抗原濃度など）を求めることができる。  
なお、磁性微粒子９の量に基づいて検体溶液中の測定対象物質１４の量や濃度を求めることに関する詳細は後述する。
【００２３】
磁場印加部１０は、磁場を生成し、生成した磁場をセンサチップ１００に印加することで、磁場に応じて磁性微粒子９の位置を変化させる。磁場印加部１０は、磁性微粒子９から見て光導波路部３がある側とは反対の側に設けるようにすることができる。  
例えば、測定システム３０の場合には、磁場印加部１０は、センサチップ１００の上方向に設けられている。  
磁場印加部１０は、例えば、永久磁石あるいは電磁石を有するものとすることができる。
磁場印加部１０がフェライト磁石などの永久磁石を有するものの場合には、永久磁石の磁力やセンサチップ１００からの距離を変化させることで磁場強度を調整するものとすることができる。
【００２４】
この場合、永久磁石とセンサチップ１００との間の距離は、永久磁石とセンサチップ１００との間に設けられるスペーサの厚み寸法を変化させたり、リニアモータなどのアクチュエータを用いて永久磁石とセンサチップ１００との相対的な位置を変化させたりすることで変化させることができる。  
また、磁場印加部１０が電磁石を有するものの場合には、コイルに流す電流値を変化させることで磁場強度を調整するものとすることができる。  
この場合、磁場強度を動的に調整するためには、電磁石を用いて電流値により磁場強度を調整するようにすることが好ましい。
【００２５】
制御部２０は、磁場印加部１０を制御して、磁場印加部１０により印加する磁場の磁場強度を制御する。  
例えば、制御部２０は、後述する（状態１）の状態にある磁性微粒子９をセンシングエリア１０１から引き剥がすことなく、後述する（状態２）や（状態３）の状態にある磁性微粒子９をセンシングエリア１０１から測定に影響を与えない距離にまで引き剥がすことができるような磁場強度となるように磁場印加部１０を制御する。  
また、制御部２０は、磁場印加部１０を制御して、磁場強度を動的に調整することもできる。  
例えば、制御部２０は、磁場印加部１０を制御して、磁場を印加するタイミング及び時間の長さの少なくともいずれかを制御するようにすることができる。  
この場合、制御部２０は、磁場印加部１０を制御して、パルス状に磁場を印加することができる。
【００２６】
次に、測定システム３０の作用とともに第１の実施形態に係る測定方法を例示する。  
図３は、第１の実施形態に係る測定方法を例示するための模式工程図である。  
図３（ａ）〜（ｃ）は、測定システム３０を用いて測定対象物質１４の濃度を測定する方法を例示するものである。  
図３（ａ）〜（ｃ）においては、煩雑となるのを避けるために反応空間１０２における状態を表すものとする。
【００２７】
まず、図３（ａ）に示すように、磁性微粒子９が保持されている反応空間１０２に検体溶液を導入し、検体溶液中に磁性微粒子９を分散させる。
【００２８】
すなわち、測定対象物質１４を含む検体溶液と、測定対象物質１４と特異的に結合する第２物質１３が固定され磁性を有し、検体溶液より比重の高い磁性微粒子９と、が測定対象物質１４と特異的に結合する第１物質６が固定されたセンシングエリア１０１に接するようにする。  
検体溶液の導入は、例えば、孔部５ｂを介して行うようにすることができる。
【００２９】
次に、図３（ｂ）に示すように、磁性微粒子９が重力によってセンシングエリア１０１に向けて沈降（自然沈降）していく。この際、センシングエリア１０１に固定された第１物質６（例えば、一次抗体）と、微粒子１２の表面に固定された第２物質１３（例えば、二次抗体）とが測定対象物質１４（例えば、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の一部がセンシングエリア１０１に結合される。
【００３０】
次に、図３（ｃ）に示すように、磁性微粒子９から見て沈降方向とは異なる方向（例えば、上方向）から磁場を印加することによって、測定対象物質１４を介さずにセンシングエリア１０１に吸着している磁性微粒子９を沈降方向とは異なる方向（例えば上方向）に移動させることで、センシングエリア１０１から除去する。  
このとき、磁場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１４を介してセンシングエリア１０１に結合された磁性微粒子９は引き剥がさず、測定対象物質１４を介さずにセンシングエリア１０１に吸着した磁性微粒子９のみを除去するようにする。  
なお、磁場強度を適切な値とすることに関する詳細は後述する。
【００３１】
次に、受光素子８からの検出信号強度比の差分を計測することで、検体溶液中の測定対象物質１４の量や濃度（例えば、抗原濃度）を測定する。  
例えば、前述したように、光源７から光を入射させることでセンシングエリア１０１においてエバネッセント光などの近接場光を生じさせる。近接場光を生じさせた状態で検体溶液が反応空間１０２の内部に導入される。反応空間１０２の内部に保持されていた磁性微粒子９は、検体溶液の導入直後から沈降を始めてセンシングエリア１０１近傍、例えば、エバネッセント光領域に達する（図３（ａ）、(ｂ)）。なお、エバネッセント光領域は、後述するエバネッセント光が到達する距離（染み出し距離ｄ）により規定される領域である。エバネッセント光領域にある磁性微粒子９により、エバネッセント光の吸収や散乱が生じるので光導波路部３の内部を伝播する光の光強度が減衰する。また、出射側のグレーティング部２ｂから出射される光強度は、エバネッセント光領域にある磁性微粒子９の量が多くなるほど減衰量が多くなる。そのため、グレーティング部２ｂから出射される光強度は、磁性微粒子９の沈降にともない時間の経過にとともに低下する。
【００３２】
その後、磁場印加部１０により上部磁場を印加すると、（状態２）や（状態３）となっている磁性微粒子９がエバネッセント光領域外に移動する（図３(ｃ)）。そのため、グレーティング部２ｂから出射される光の光強度は、所定の値まで回復する。所定の値まで回復した時の光強度と、図３(ａ)の状態、すなわち、検体溶液を導入した直後における光強度とから光強度の低下率を求めることができる。  
この場合、検体溶液をセンサチップ１００に導入した後であって磁場の印加前に、センサチップ１００から出射される光強度を測定する。また、磁場の印加後に、センサチップ１００から出射される光強度を測定する。そして、これらの光強度の差分に基づいて測定対象物質１４の量や濃度を定量することができる。
【００３３】
前述したように、受光素子８に入射する光の光強度の低下率は、センシングエリア１０１に対して抗原抗体反応などによって結合した磁性微粒子９の量に依存する。つまり、抗原抗体反応などに関与する検体溶液中の測定対象物質１４の量や濃度（例えば、抗原濃度）に比例することになる。  
そのため、以下の手順のより検体溶液中の測定対象物質１４の量や濃度を定量することができる。  
まず、含まれる測定対象物質１４の量や濃度が既知の検体溶液における時間の経過に伴う光強度の変動曲線を求める。  
次に、この変動曲線において、上部磁場の印加後に光強度の変動が飽和した際の光強度の低下率（信号低下率）を求めることで、測定対象物質１４の既知の量や濃度（例えば、抗原濃度）と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、含まれる測定対象物質１４の量や濃度が未知の検体溶液における光強度の変動曲線を求める。そして、この変動曲線を用いて、所定の時間における光強度の低下率を求める。  
次に、検量線と、求められた光強度の低下率とから検体溶液中の測定対象物質１４の量や濃度を定量する。  
この様にして、検体溶液中の測定対象物質１４の量や濃度を測定することができる。
【００３４】
ここで、磁場強度に関してさらに例示をする。  
エバネッセント光などの近接場光を用いた測定において測定が可能な磁性微粒子９の状態は、センシングエリア１０１との相互作用の強さの違いによって次の（状態１）〜（状態３）に分類することができる。  
（状態１）は、測定対象物質１４と、それと特異的に結合する分子との結合（例えば、抗原抗体結合など）によってセンシングエリア１０１に結合した磁性微粒子９の状態である。なお、（状態１）にある磁性微粒子９をセンシングエリア１０１に結合した磁性微粒子９と適宜称することにする。  
（状態２）は分子間力や疎水性相互作用などによって、非特異的にセンシングエリア１０１に吸着した磁性微粒子９の状態である。なお、（状態２）にある磁性微粒子９をセンシングエリア１０１に吸着した磁性微粒子９と適宜称することにする。  
（状態３）は、センシングエリア１０１近傍で浮遊している磁性微粒子９の状態である。
【００３５】
この場合、（状態１）における相互作用が最も強く、（状態３）における相互作用が最も弱くなる。  
また、（状態１）となっている磁性微粒子９は、測定対象物質１４の量や濃度を測定する際に有用な磁性微粒子９となる。  
（状態２）または（状態３）となっている磁性微粒子９は、測定対象物質１４の量や濃度を測定する際に測定の誤差要因（ノイズ）となりうる磁性微粒子９となる。
【００３６】
ここで、センシングエリア１０１において生じる近接場光がエバネッセント光の場合には、エバネッセント光が到達する距離（染み出し距離ｄ）は、以下の（１）式によって求めることができる。
【００３７】
ｄ=λ/{２π(ｎ１sin２θ-ｎ２２)１／２}  ・・・（１）
ここで、ｄはエバネッセント光の染み出し距離、λは測定に用いる光の波長、ｎ1は光導波路部３の屈折率、ｎ2は磁性微粒子９を分散させる分散媒（例えば、検体溶液）の屈折率、θは全反射角である。  
（１）式より染み出し距離ｄは、概ね測定に用いる光の波長の数分の1程度であることがわかる。
【００３８】
そのため、磁場印加部１０は、磁性微粒子９がセンシングエリア１０１から以下の（２）式を満足する距離Ｌだけ離れるような磁場強度を有する磁場を印加するようにすればよい。  
Ｌ＞λ/{２π(ｎ１sin２θ-ｎ２２)１／２}  ・・・（２）  
ここで、Ｌは磁性微粒子９がセンシングエリア１０１から離れる距離、λは測定に用いる光の波長、ｎ1は光導波路部３の屈折率、ｎ2は磁性微粒子９を分散させる分散媒（例えば、検体溶液）の屈折率、θは全反射角である。
【００３９】
例えば、λ＝６３５ｎｍ、ｎ1＝１．５８、ｎ2＝１．３３（分散媒が水の場合）、θ＝７８°とするとＬ＞１３０ｎｍとなる。従って、磁場を印加して、（状態２）や（状態３）の磁性微粒子９をセンシングエリア１０１から僅かに数１００ｎｍ程度遠ざけるだけで、測定誤差を充分に低減させることが可能となる。この場合、（２）式を満足する距離Ｌは非常に短いので、（状態２）や（状態３）となっている磁性微粒子９をセンシングエリア１０１から遠ざけるために要する時間はわずかな時間ですむ。また、時間が許容範囲内であれば、多少の時間を要しても、より弱い磁場強度で（状態２）や（状態３）となっている磁性微粒子９を（２）式を満足する距離Ｌにまで移動させることが可能となる。これにより、（状態１）となっている磁性微粒子９が余分に引き剥がされることを抑制することができる。そのため、測定に有用な（状態１）となっている磁性微粒子９をセンシングエリア１０１から引き剥がすことなく、測定のノイズとなりうる（状態２）や（状態３）となっている磁性微粒子９をセンシングエリア１０１から引き剥がすことができるので、Ｓ／Ｎ比を改善することが可能となる。
【００４０】
すなわち、適切な磁場強度は、測定に有用な（状態１）の磁性微粒子９をセンシングエリア１０１から引き剥がすことなく、測定のノイズとなりうる（状態２）や（状態３）の磁性微粒子９をセンシングエリア１０１から測定に影響を与えない距離にまで引き剥がすことができる磁場強度となる。  
この場合、磁場印加部１０に設けられた電磁石のコイルに流す電流値を変化させることで適切な磁場強度となるようにすることができる。あるいは、磁場印加部１０に設けられた永久磁石の磁力やセンサチップ１００からの距離を変化させることで適切な磁場強度となるようにすることもできる。
【００４１】
次に、磁場印加部１０により上部磁場を印加する効果についてさらに例示をする。  
ここでは、上部磁場を印加する効果を確認するために測定システム３０を用いて行った実験について説明する。  
なお、以下に例示をする具体的な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わけではない。
【００４２】
実験に用いたセンサチップ１００は以下のようにして作成した。  
まず、無アルカリガラスなどから形成された透光性を有する基板１の主面にグレーティング部２ａ、２ｂを形成する。例えば、スパッタリング法を用いて基板１の主面に屈折率が２．２〜２．４である酸化チタン膜を５０ｎｍの厚みに成膜し、リソグラフィ法とドライエッチング法とを用いてグレーティング部２ａ、２ｂを形成することができる。  
次に、グレーティング部２ａ、２ｂを覆うようにして基板１の主面に光導波路３を形成する。例えば、スピンコート法を用いて基板１の主面に紫外線硬化性アクリル樹脂を約１０μmの厚みに塗布し、紫外線照射により硬化させて光導波路３を形成することができる。なお、硬化後の紫外線硬化性アクリル樹脂の屈折率（光導波路３の屈折率）は１．５８であった。
【００４３】
次に、光導波路３の主面に保護部４を形成する。保護部４は、グレーティング部２ａ、２ｂが形成されている領域に対峙する部分を含み、センシングエリア１０１である抗体固定化領域を囲むように形成する。保護部４は、スクリーン印刷法を用いて低屈折率樹脂を塗布し、これを乾燥させることで形成することができる。なお、乾燥後の低屈折率樹脂の屈折率（保護部４の屈折率）は１．３４であった。
【００４４】
次に、センシングエリア１０１に第１物質６を共有結合法によって固定する。この場合、測定対象物質１４は不活性化インフルエンザウイルス（Ａ型）の抗原タンパクとするので、第１物質６は抗インフルエンザ核タンパク抗体とした。  
一方、予め第２物質１３が固定された磁性微粒子９を反応部５の凹部５ａの面に保持させる。例えば、磁性微粒子９と水溶性物質とを含むスラリを保持させる面に塗布し、これを乾燥させることで磁性微粒子９を保持させるようにすることができる。微粒子１２の平均粒径は、１．１μｍとした。
【００４５】
次に、反応部５を設ける。反応部５は、凹部５ａをセンシングエリア１０１に対峙させるようにして設ける。反応部５の固定は、両面テープなどを用いて行うようにすることができる。  
光源７から出射する光の中心波長は６３５ｎｍとした。  
なお、本実験においては、磁場印加部１０をフェライト磁石とし、フェライト磁石とセンサチップ１００との間にスペーサを設け、スペーサの厚みを変えることによって磁場強度を変化させた。
【００４６】
図４は、上部磁場を印加する効果を例示するためのグラフ図である。  
図４（ａ）は、磁場印加部１０によりノイズとなりうる磁性微粒子９を除去する工程を有する場合、図４（ｂ）は、磁場印加部１０により磁性微粒子９と検体溶液とを攪拌する工程をさらに有する場合である。  
図４（ａ）に示すように、反応空間１０２に検体溶液を導入すると、磁性微粒子９の沈降によるセンシングエリア１０１近傍の微粒子密度上昇に応じて検出信号強度比が低下する。その後、磁場印加部１０により上部磁場を印加すると、センシングエリア１０１に吸着したノイズとなりうる磁性微粒子９が除去されるので、再び検出信号強度比が上昇し、初期の検出信号強度比より低い値で飽和する。この段階における検出信号強度比と初期の検出信号強度比との差分が、初期の検出信号強度比に対する比率、すなわち信号低下率となる。
【００４７】
図４（ａ）から分かるように、本実施の形態に係るセンサチップ１００、測定システム３０、および測定方法を用いると、測定のノイズとなりうる（状態２）や（状態３）の磁性微粒子９をセンシングエリア１０１から測定に影響を与えない距離にまで引き剥がすことができる。そのため、測定対象物質１４の濃度が低い場合であっても高精度の測定を行うことができる。
【００４８】
また、図４（ｂ）に示すように、反応空間１０２に検体溶液を導入した後に、磁場印加部１０により上部磁場をパルス状に印加する。例えば、磁場印加部１０により上部磁場を１０秒毎に印加する。その後、磁性微粒子９を沈降させるとセンシングエリア１０１近傍の微粒子密度上昇に応じて検出信号強度比が低下する。次に、磁場印加部１０により上部磁場を印加すると、センシングエリア１０１に吸着したノイズとなりうる磁性微粒子９が除去されるので、再び検出信号強度比が上昇し、初期の検出信号強度比より低い値で飽和する。
【００４９】
ここで、図４（ｂ）に示すものの場合には、ノイズとなりうる磁性微粒子９を除去した後の検出信号強度比が図４（ａ）の場合と比べて低くなる。すなわち、図４（ｂ）の場合の方が測定対象物質１４を介してセンシングエリア１０１に結合された磁性微粒子９の量が多くなる。また、上部磁場をパルス状に印加した後の自然沈降による信号低下の速度に着目すると、図４（ｂ）に示すものの場合には、図４（ａ）における検体溶液導入後の自然沈降による信号低下速度に比べて、信号の低下速度が緩やかになっている。これは、乾燥または半乾燥状態から検体溶液中に放出された微粒子の凝集度合いが、図４（ｂ）では図４（ａ）の場合に比べて小さくなっていることを示唆している。
【００５０】
磁場印加部１０により上部磁場をパルス状に印加すれば、磁性微粒子９と検体溶液とを攪拌することができる。そのため、磁性微粒子９の微粒子１２に固定された第２物質１３と測定対象物質１４との反応率が高められ、測定対象物質１４を介してセンシングエリア１０１に結合される磁性微粒子９の量が増加したために、測定対象物質１４を介してセンシングエリア１０１に結合された磁性微粒子９の量が多くなったと考えられる。また、上部磁場をパルス状に印加することにより、検体溶液中に浮遊する時間が長くなるため、自然拡散による分散が促進されたと考えられる。  
磁性微粒子９の微粒子１２に固定された第２物質１３と測定対象物質１４との反応率を高めることができれば、より高精度な測定対象物質１４の測定を行うことができる。  
なお、一例として、上部磁場を印加する場合を例示したがこれに限定されるわけではない。磁性微粒子９をセンシングエリア１０１から離れる方向に移動させるための磁場印加に適用することができる。例えば、後述する図８に示すものの場合には、下部磁場をパルス状に印加すればよい。また、印加のタイミングをずらして、上部磁場と下部磁場とをパルス状に印加してもよい。そのようにすれば、磁性微粒子９と検体溶液とをさらによく攪拌することができる。
【００５１】
本実施形態によれば、検体溶液より比重の高い磁性微粒子を予め反応空間１０２に乾燥または半乾燥状態で備えることで、検体溶液が導入された際に微粒子が自重で沈降し始めることによって、手動や機械的手段による攪拌を加えることなく反応可能な分散状態まで戻すことができる。また、磁場をパルス状に印加することで、重力方向への沈降と重力方向以外の方向への移動とが繰返される結果、微粒子が溶液中に浮遊する時間が長くなるため、自然拡散による分散を更に促進することができる。
また、磁性微粒子９に対して沈降方向とは異なる方向において磁場を印加することで、抗原抗体反応などによらずにセンシングエリア１０１に吸着したノイズとなりうる磁性微粒子９を、センシングエリア１０１から引き剥がすことができる。これにより、抗原抗体反応などにより測定対象物質１４を介してセンシングエリア１０１に結合した磁性微粒子９による測定を行うことができる。そのため、より高精度の測定を行うことができる。  
また、磁場印加によりノイズとなりうる磁性微粒子９を除去することができるので、このような磁性微粒子９を洗浄により除去する作業が不要となる。
【００５２】
また、本実施形態によれば、センサチップ１００を用い、エバネッセント光などの近接場光によって測定をするので、センシングエリア１０１から測定に影響を与えない範囲にまで磁性微粒子９を引き剥がす距離が短くてすむ。これにより、上部磁場の印加によりセンシングエリア１０１から磁性微粒子９を引き剥がすために要する時間が短くてすむ。あるいは、より弱い磁場により、センシングエリア１０１から測定に影響を与えない範囲にまで磁性微粒子９を引き剥がすことが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態によれば、磁場強度を制御することができるので、測定に有用な磁性微粒子９をセンシングエリア１０１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をセンシングエリア１０１から測定に影響を与えない距離にまで引き剥がすことができる。これにより、Ｓ／Ｎ比を改善することが可能となる。  
また、本実施形態によれば、制御部２０により磁場強度を動的に制御することができるので、さらに高精度の測定を行うことができる。  
例えば、磁場をパルス状に印加することで磁性微粒子９と検体溶液とを攪拌することができる。そのため、磁性微粒子９の微粒子１２に固定された第２物質１３と測定対象物質１４との反応率を高めることができるので、より高精度な測定対象物質１４の測定を行うことができる。
【００５４】
また、磁性微粒子９における微粒子１２の材料として、超常磁性の材料を用いるようにすれば、磁場の印加を停止した際に磁性微粒子９を容易に再分散させることができる。そのため、検体溶液中に測定対象物質１４が存在しない場合においても磁性微粒子９の凝集物が生成されることが抑制されるので、測定誤差の発生を抑制することができる。  
さらに、磁性微粒子９における微粒子１２の表面に正または負の電荷を持たせたり、界面活性剤などの分散剤を添加したりすることにより、磁場の印加を停止した際に磁性微粒子９を再分散させ易くし、測定誤差を低減させることもできる。
【００５５】
また、本実施形態によれば、自然沈降した磁性微粒子９を、沈降方向とは異なる方向において磁場を印加することにより引き戻すことができる。磁性微粒子９の自然沈降と磁場印加部１０による上方向への引き戻しを繰り返すことで、検体溶液と磁性微粒子９とを攪拌することができるので、検体溶液に含まれる測定対象物質１４（例えば、抗原）と磁性微粒子９との抗原抗体反応などを促進させることができる。そのため、測定時間の短縮化を図ることができる。また、測定対象物質１４が低濃度であっても高精度の測定を行うことができる。
【００５６】
また、本実施形態によれば、センサチップ１００を用い、エバネッセント光などの近接場光によって測定対象物質１４の量や濃度などを測定する。この場合、０．０５μｍ以上、２００μｍ以下、好ましくは０．２μｍ以上、２０μｍ以下の粒径の微粒子１２を有する磁性微粒子９を用いるようにすれば、光の散乱効率を高めることができるので、高精度の測定を行うことができる。
【００５７】
[第２の実施形態]  
第１の実施形態では、磁性微粒子９から見て光導波路３の方向とは反対の方向に磁場を印加する場合を例示したが、第２の実施形態では、磁性微粒子９から見て光導波路３の方向及びその反対の方向の双方に磁場を印加する場合を例示する。  
図５は、第２の実施形態に係る測定システムを例示するための模式図である。なお、図５においてはセンサチップ１００の断面を表している。  
第２の実施形態に係る測定システム３０ａは、図１に示す第１の実施形態に係る測定システム３０に、磁場印加部１１を更に加えたものである。
【００５８】
磁場印加部１１は、センサチップ１００に対して、磁性微粒子９から見て光導波路３の方向において磁場を印加する。これにより、光導波路３の方向へ磁性微粒子９を移動させることができる。  
磁場印加部１１は、磁性微粒子９から見て光導波路３が存在する方向に設けられる。本実施形態においては、磁場印加部１１は、センサチップ１００の下方向に設けられる。  
磁場印加部１１は、磁場印加部１０と同様に、永久磁石あるいは電磁石を有したものとすることができる。  
磁場印加部１１を用いた磁場強度の調整や磁場強度の動的な調整は、磁場印加部１０の場合と同様とすることができる。
【００５９】
制御部２０ａは、磁場印加部１０及び磁場印加部１１、あるいはいずれか片方により印加する磁場の磁場強度を制御する。この場合、例えば、図５に示すように、磁場印加部１０及び磁場印加部１１に対して共通の制御部２０ａと、切り替えスイッチ２０ａ１とを設けるようにすることができる。また、磁場印加部１０及び磁場印加部１１に対してそれぞれ独立の制御部を設けるようにすることもできる。また、磁場印加部１０及び磁場印加部１１に対して同時に磁場強度の制御を行う制御部を設けるようにすることもできる。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となるように制御する制御部２０ａとしてもよい。  
また、制御部２０ａは、磁場印加部１０と磁場印加部１１のそれぞれにおいて磁場を印加するタイミングを制御しても良い。これにより、磁場印加部１０と磁場印加部１１が所定の条件（例えば、所定の時刻あるいは所定の磁場を印加し続ける時間など）に従って、交互に磁場を印加することができる。
【００６０】
次に、測定システム３０ａの作用とともに第２の実施形態に係る測定方法を例示する。
【００６１】
図６は、第２の実施形態に係る測定方法を例示するための模式工程図である。  
図６（ａ）〜（ｄ）は、測定システム３０ａを用いて測定対象物質１４の濃度を測定する方法を例示するものである。  
図６（ａ）〜（ｄ）においては、煩雑となるのを避けるために反応空間１０２における状態を表すものとする。  
また、図６（ａ）は前述した図３（ａ）と同様であり、図６（ｃ）は前述した図３（ｂ）と同様であり、図６（ｄ）は前述した図３（ｃ）と同様である。そのため、図６（ａ）、（ｃ）、（ｄ）に関する説明は省略する。
【００６２】
図６（ｂ−１）は、磁場印加部１１による下部磁場印加を行わない場合である。そのため、検体溶液中の磁性微粒子９は重力によってセンシングエリア１０１に向けて沈降（自然沈降）していく。  
図６（ｂ−２）は、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６における下方向）において下部磁場印加を行う。これにより、磁性微粒子９は、重力による自然沈降と、下部磁場印加による吸引とによりセンシングエリア１０１に引き寄せられる。  
しかし、図６（ｂ−２）に示すように、この状態では磁性微粒子９の多くは磁力線に沿って引き止められるため、第１物質６との結合反応が進行しない。そこで、図６（ｃ）に示すように、外部磁場を一旦ゼロにして自然拡散によって反応を進行させる必要がある。
図６（ｂ−１）、（ｂ−２）においてセンシングエリア１０１に向けて沈降した磁性微粒子９の一部は、センシングエリア１０１に結合される。
【００６３】
図７は、磁場印加部の作用、効果を例示するためのグラフ図である。  
図７（ａ）は、磁場印加部１０による上部磁場の印加のみを行う場合、図７（ｂ）、（ｃ）は、磁場印加部１１による下部磁場の印加と、磁場印加部１０による上部磁場の印加とを組み合わせて行う場合である。  
図７（ａ）に示すものの場合には、検体溶液を反応空間１０２に導入した後、磁性微粒子９を自然沈降させるようにしている。そして、検出信号強度比が所定の値にまで低下した後に上部磁場を印加しセンシングエリア１０１に吸着したノイズとなりうる磁性微粒子９を除去するようにしている。すなわち、図６（ｂ−１）、（ｃ）、（ｄ）に表す場合である。
【００６４】
図７（ｂ）、（ｃ）に示すものの場合には、検体溶液を反応空間１０２に導入した後、下部磁場を印加して磁性微粒子９をセンシングエリア１０１に近づける方向に吸引する。その後、下部磁場の印加を停止させ磁性微粒子９を自然沈降させるようにしている。そして、検出信号強度比が所定の値にまで低下した後に上部磁場を印加しセンシングエリア１０１に吸着したノイズとなりうる磁性微粒子９を除去するようにしている。すなわち、図６（ｂ−２）、（ｃ）、（ｄ）に表す場合である。
【００６５】
図７（ａ）〜（ｃ）から分かるように、下部磁場を印加して磁性微粒子９をセンシングエリア１０１に近づける方向に吸引すれば、上部磁場を印加することができるようになるまでの時間を短縮することができる。そのため、測定時間の短縮を図ることができる。
【００６６】
なお、一例として、図５に示す測定システム３０ａにおける場合を例示したがこれに限定されるわけではない。例えば、後述する図８に示す測定システム３０ｂの場合には、磁場印加部１０により下部磁場を印加することで、自然沈降させる場合と比べて、センシングエリア１０１に吸着したノイズとなりうる磁性微粒子９を短時間で除去することができる。そのため、測定時間の短縮を図ることができるようになる。
【００６７】
また、図６（ｂ−２）に示す下部磁場印加と、図６（ｄ）に示す上部磁場印加とを交互に繰り返すようにすることもできる。  
例えば、図６（ｄ）に示す上部磁場印加の後、図６（ｂ−２）に示す下部磁場印加を行い抗原抗体反応等によって結合していない磁性微粒子９を引き寄せる。すると、測定対象物質１４や、微粒子１２の表面に固定された第２物質１３に結合した測定対象物質１４がセンシングエリア１０１に固定された第１物質６に新たに結合する。
【００６８】
これを繰返すことで、抗原抗体反応などによりセンシングエリア１０１に結合していない磁性微粒子９の数を減らし、抗原抗体反応などによりセンシングエリア１０１に結合する磁性微粒子９の数を増やすことができる。その結果、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００６９】
本実施形態によれば、磁場印加部１１により、磁性微粒子９に対して磁場を印加することで、磁性微粒子９をセンシングエリア１０１に引き寄せることができる。これにより、磁性微粒子９をセンシングエリア１０１に対してより結合させ易くなるので、測定対象物質１４の検出感度を向上させることができる。
【００７０】
また、検体溶液を反応空間１０２に導入後、速やかにセンシングエリア１０１の方向に磁性微粒子９を引き寄せることによって、磁性微粒子９の自然沈降を待つ時間を短縮することができるので、短時間で測定をすることができる。また、磁性微粒子９同士の反応や凝集が進む前に磁性微粒子９とセンシングエリア１０１との結合を促進することができる。これにより、磁性微粒子９とセンシングエリア１０１との結合に対する測定対象物質１４の利用率をより高めることができるので、より高い検出感度が得られる。
【００７１】
さらに、磁場印加部１０及び磁場印加部１１の双方、あるいはいずれか片方により磁性微粒子９を移動させることで、検体溶液と磁性微粒子９を攪拌することができる。これにより、検体溶液に含まれる測定対象物質１４（例えば、抗原）と磁性微粒子９との抗原抗体反応などが促進され、より短時間で高い検出感度の測定を行うことができる。また、磁場印加部１０による上部磁場印加と、磁場印加部１１による下部磁場印加を繰り返し磁性微粒子９を往復運動させることで、より攪拌することができる。これによって磁性微粒子９が測定対象物質１４を介してセンシングエリア１０１に結合する機会が増加するので、より短時間で測定対象物質１４を検出することができる。また、磁性微粒子９がセンシングエリア１０１に結合する確率を向上させ、測定対象物質１４の検出感度及び測定精度を向上させることが可能となる。例えば、測定対象物質１４が低濃度である場合に有効である。
【００７２】
本実施形態においては、磁場を用いて磁性微粒子９を攪拌するので、人手による攪拌操作やポンプなどを有する攪拌機構が不要となり、操作が簡便で小型の測定システムを実現することができる。例えば、制御部２０ａによる磁場印加を自動化すれば、測定者が検体溶液をセンサチップ１００に導入するという１つの操作のみで測定を行うことができる。
【００７３】
さらに、磁性微粒子９の材料として磁場の印加を停止すると速やかに磁化を失う超常磁性の材料を用いるようにすれば、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、磁場の印加を停止することで再分散させることができる。
【００７４】
仮に磁場の印加時に磁性微粒子９同士が凝集しても、センシングエリア１０１近傍に磁性微粒子９同士の凝集物が到達する前に磁場の印加を停止することにより、磁性微粒子９同士の凝集物を再分散させることができる。そのため、磁性微粒子９は分散状態でセンシングエリア１０１に到達することができる。従って、磁性微粒子９同士の凝集による測定ノイズの増大を防ぐことが可能となる。
【００７５】
また、磁場の印加を停止した際の再分散性を更に向上させるため、磁性微粒子９における微粒子１２の表面に正または負の電荷を持たせてもよい。あるいは、検体溶液などの分散媒に界面活性剤などの分散剤が添加されるようにしてもよい。  
また、本実施形態によれば、制御部２０ａにより磁場印加部１０と磁場印加部１１の磁場強度を適切に制御することで、測定対象物質１４の検出感度及び測定精度を向上させることができる。  
なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
[第３の実施形態]  
第１、２の実施形態では、磁性微粒子９から見て自然沈降方向に光導波路３が設けられているが、第３の実施形態では、磁性微粒子９から見て自然沈降方向とは反対方向に光導波路３が設けられている。  
図８は、第３の実施形態に係る測定システムを例示するための模式図である。なお、図８においてはセンサチップ１００の断面を表している。  
図８に示すように、測定システム３０ｂは、概ね、図５に例示をした第２の実施形態に係る測定システム３０ａの上下を反転させたものである。
【００７７】
すなわち、測定システム３０ｂにおいては、磁場印加部１０がセンサチップ１００の下方、磁場印加部１１がセンサチップ１００の上方に配置される。そのため、測定システム３０ｂにおいては、磁場印加部１０が下部磁場を印加し、磁場印加部１１が上部磁場を印加することになる。  
なお、磁場印加部１０は必ずしも必要ではない。  
また、センサチップ１００は、図１、図５に例示をした場合に対して上下を反転させて設けられている。そのため、反応空間１０２に導入した検体溶液の流出を防止するための蓋部５ｃが設けられている。
【００７８】
制御部２０ｂは、磁場印加部１０及び磁場印加部１１、あるいはいずれか片方により印加される磁場の強度を制御する。この場合、例えば、図８に示すように、磁場印加部１０及び磁場印加部１１に対してそれぞれ独立の制御部２０ｂ１、２０ｂ２を設けるようにすることができる。また、磁場印加部１０及び磁場印加部１１に対して共通の制御部と、図示しない切り替えスイッチとを設けるようにすることもできる。また、磁場印加部１０及び磁場印加部１１に対して同時に磁場強度の制御を行う制御部を設けるようにすることもできる。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となるように制御する制御部２０ｂとしてもよい。
【００７９】
また、制御部２０ｂは、磁場印加部１０と磁場印加部１１のそれぞれにおける磁場を印加するタイミングを制御しても良い。これにより、磁場印加部１０と磁場印加部１１が所定の条件（例えば、所定の時刻あるいは所定の磁場を印加し続ける時間など）に従って、交互に磁場を印加することができる。  
それ以外の構成は、第２の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００８０】
図９は、第３の実施形態に係る測定方法を例示するための模式工程図である。  
図９（ａ）〜（ｃ）は、測定システム３０ｂを用いて測定対象物質１４の濃度を測定する方法を例示するものである。  
図９（ａ）〜（ｃ）においては、煩雑となるのを避けるために反応空間１０２における状態を表すものとする。  
なお、受光素子８における検出信号強度比の差分を計測することで、検体溶液中の測定対象物質１４の量や濃度（例えば、抗原濃度など）を求めることは、第１の実施形態の場合と同様のためその説明は省略する。
【００８１】
まず、図９（ａ）に示すように、反応空間１０２内に、検体溶液を導入する。検体溶液の導入は孔部５ｂを介して行われ、孔部５ｂは検体溶液の導入後に蓋部５ｃにより塞がれる。  
ここで、検体溶液中には、自重で沈降する夾雑物質１７が含まれている場合がある。夾雑物質１７としては、例えば、血液における血球成分などが挙げられる。このような夾雑物質１７がセンシングエリア１０１近傍に存在すると、それ自体が散乱体となって測定ノイズの要因となったり、磁性微粒子９がセンシングエリア１０１に結合する反応が妨げられたりすることによって、測定精度が低下するおそれがある。
【００８２】
次に、図９（ｂ）に示すように、磁場印加部１１により磁性微粒子９から見てセンシングエリア１０１の方向に磁場を印加する。これにより、磁性微粒子９がセンシングエリア１０１に引き寄せられる。この際、センシングエリア１０１に固定された第１物質６（例えば、一次抗体）と、微粒子１２の表面に固定された第２物質１３（例えば、二次抗体）とが測定対象物質１４（例えば、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がセンシングエリア１０１に結合される。これと同時に、沈降性の夾雑物質１７は、自重によって図９（ｂ）の下方向（センシングエリア１０１とは反対方向）に移動する。
【００８３】
次に、図９（ｃ）に示すように、磁場印加部１０により図９（ｃ）に示す下方向への磁場を印加する。すると、抗原抗体反応などによらず測定対象物質１４を介さずにセンシングエリア１０１に吸着していた磁性微粒子９が沈降方向に移動し、センシングエリア１０１から除去される。  
ここで、磁場印加部１０が設けられていない測定システムを用いて、単に図９（ｂ）に示す上方向における磁場の印加を停止するだけでも、抗原抗体反応などによらず測定対象物質１４を介さずにセンシングエリア１０１に吸着した磁性微粒子９を自重によって下方向へ移動させることができる。しかしながら、この方法では、磁性微粒子９のセンシングエリア１０１への吸着力が自重に相当する下方向への力に勝る場合には、センシングエリア１０１に吸着している磁性微粒子９を除去することが困難となる。なお、図９（ｃ）に示す工程においても、沈降性の夾雑物質１７は、自重によって図９（ｃ）の下方向（センシングエリア１０１とは反対方向）に移動を続ける。
【００８４】
本実施形態においても、図９（ｂ）に示す上方向における磁場印加と、図９（ｃ）に示す下方向における磁場印加または磁性微粒子９の自重による沈降と、を交互に繰り返しても良い。その効果については第２の実施形態で述べたものと同様であるためその説明は省略する。
【００８５】
本実施形態によれば、磁性微粒子９から見て上方にセンシングエリア１０１が位置し、磁場印加部１１により、磁性微粒子９に対して磁場を印加している。そのため、磁性微粒子９をセンシングエリア１０１に引き寄せると同時に、沈降性の夾雑物質１７を下方向へ沈降させることができる。これにより、夾雑物質１７をセンシングエリア１０１近傍のエバネッセント光領域外に自然に移動させることができる。その結果、夾雑物質１７を予め濾過等によって除去することなく、測定精度をより高めることができる。  
なお、本実施形態においても、第１および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
次に、第１〜第３の実施形態において例示をした磁場印加部についてさらに説明する。  図１０は、磁場印加部の構成を例示するための模式図である。  
図１０（ａ）は磁場印加部の構成を例示するための模式図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図、図１０（ｃ）は模式斜視図である。  
なお、図１０に例示をする磁場印加部４０は、前述した磁場印加部１０および磁場印加部１１のいずれにも用いることができる。  
図１０に示すように、磁場印加部４０にはコイル４１、コア４２が設けられている。  
コイル４１は、ボビン４１ａと、絶縁電線４１ｂとを有する。ボビン４１ａは絶縁電線４１ｂが巻き回される筒状部４１ａ１と、筒状部４１ａ１の両端に設けられたフランジ４１ａ２とを有する。なお、ボビン４１ａは必ずしも必要ではなく適宜設けるようにすることができる。例えば、コア４２に絶縁電線４１ｂを巻きつけることでコイル４１を形成することもできる。
【００８７】
コア４２は、コイル４１が設けられる第１のコア部４２ａと、コイル４１の外側に設けられる第２のコア部４２ｂと、第１のコア部４２ａの一方の端部と第２のコア部４２ｂの一方の端部とを磁気的に接続する接続部４２ｃと、を有する。図１０に例示をした磁場印加部４０においては、第１のコア部４２ａを挟んで対称な位置に２つの第２のコア部４２ｂが設けられている。  
この場合、第１のコア部４２ａ、第２のコア部４２ｂ、接続部４２ｃが分離できるようにすることもできる。  
そのようにすれば、コア４２にコイル４１を組み付ける際の組立性を向上させることができる。
【００８８】
また、図１０（ｂ）に示すように、第２のコア部４２ｂのセンシングエリア１０１側の端面の隙間側（第１のコア部４２ａ側）の辺４２ｂ１、または、第１のコア部４２ａのセンシングエリア１０１側の端面の隙間側（第２のコア部４２ｂ側）の辺４２ａ１は、光導波路３の内部を光が伝播する方向と平行となっている。  
そのようにすれば、均一な磁場を印加することができるので、センシングエリア１０１における磁性微粒子９の分布を均一化することができる。  
また、光導波路３の内部を光が伝播する方向において、第１のコア部４２ａ及び第２のコア部４２ｂのセンシングエリア１０１側の端面の長さは、センシングエリア１０１の長さ以上となっている。  
そのようにすれば、センシングエリア１０１全体に磁場を印加することができるので、センシングエリア１０１全体において磁性微粒子９の移動を行うことができる。
【００８９】
また、第１のコア部４２ａのセンシングエリア１０１側の端面と、第２のコア部４２ｂのセンシングエリア１０１側の端面と、は平坦面となっている。  
センシングエリア１０１側の端面を平坦面とすれば、第１のコア部４２ａとセンシングエリア１０１との間の距離、第２のコア部４２ｂとセンシングエリア１０１との間の距離を縮めることができる。  
また、図示は省略するが、第１のコア部４２ａと第２のコア部４２ｂは、センシングエリア１０１に近づくにつれ断面積が小さくなる形態を有したものとすることができる。  
すなわち、第１のコア部４２ａと第２のコア部４２ｂは、先端側が細くなる形態を有したものとすることができる。  
そのようにすれば、磁束を集中させることができるので、強い磁界を印加することができる。  
また、図示は省略するが、第２のコア部４２ｂは、センシングエリア１０１側の端部が互いに近接する方向に傾斜した形態を有したものとすることができる。  
そのようにすれば、磁場の生成を容易とすることができる。
【００９０】
コア４２は、炭素鋼よりも残留磁化が小さい材料から形成することができる。  
例えば、コア４２は、純鉄などから形成することができる。  
コア４２の材料をこの様にすれば、制御部２０などにより磁場の印加を停止した際にコア４２の残留磁場が前述した磁性微粒子９の移動に与える影響を抑制することができる。  コア４２は、絶縁被覆した厚みが薄く磁性を有する板（例えば、珪素鋼板など）を磁場と平行な方向に積層した構造を有するものとすることができる。  
コア４２は、絶縁被覆した磁性を有する粉末（例えば、カーボニル鉄などの強磁性体からなる微細な粉末など）を加圧成型した構造を有するものとすることもできる。  
コア４２の構造をこれらのようにすれば、渦電流損を低減させることができる。
【００９１】
図１０においては、第１のコア部４２ａにコイル４１を設けるようにしたがこれに限定されるわけではない。例えば、第２のコア部４２ｂにコイル４１を設けるようにしても良いし、第１のコア部４２ａと第２のコア部４２ｂとにコイル４１を設けるようにしても良い。また、接続部４２ｃにコイル４１を設けても良い。
【００９２】
次に、他の実施形態に係る磁場印加部について例示をする。  
図１１は、磁場印加部の構成を例示するための模式図である。  
図１１（ａ）は磁場印加部の構成を例示するための模式図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図、図１１（ｃ）は模式斜視図である。  
なお、図１１に例示をする磁場印加部５０は、前述した第１の磁場印加部１０および磁場印加部１１のいずれにも用いることができる。  
図１１に示すように、磁場印加部５０にはコイル４１、コア５２が設けられている。  
コイル４１は、前述したものと同様のため説明は省略する。
【００９３】
コア５２は、コイル４１が設けられる２つのコア部５２ａと、コア部５２ａの一方の端部同士を磁気的に接続する接続部５２ｃと、を有する。  
この場合、コア部５２ａ、接続部５２ｃが分離できるようにすることもできる。  
そのようにすれば、コア５２にコイル４１を組み付ける際の組立性を向上させることができる。  
また、図１１（ｂ）に示すように、コア部５２ａのセンシングエリア１０１側の端面の隙間側の辺５２ａ１は、光導波路３の内部を光が伝播する方向と平行となっている。  
そのようにすれば、均一な磁場を印加することができるので、センシングエリア１０１における磁性微粒子９の分布を均一化することができる。  
また、光導波路３の内部を光が伝播する方向において、コア部５２ａのセンシングエリア１０１側の端面の長さは、センシングエリア１０１の長さ以上となっている。  
そのようにすれば、センシングエリア１０１全体に磁場を印加することができるので、センシングエリア１０１全体において磁性微粒子９の移動を行うことができる。
【００９４】
また、コア部５２ａのセンシングエリア１０１側の端面は平坦面となっている。  
センシングエリア１０１側の端面を平坦面とすれば、コア部５２ａとセンシングエリア１０１との間の距離を縮めることができる。  
また、図示は省略するが、コア部５２ａは、センシングエリア１０１に近づくにつれ断面積が小さくなる形態を有したものとすることができる。  
すなわち、コア部５２ａは、先端側が細くなる形態を有したものとすることができる。  そのようにすれば、磁束を集中させることができるので、強い磁場を印加することができる。  
また、コア部５２ａは、センシングエリア１０１側の端部が互いに近接する方向に傾斜した形態を有したものとすることができる。  
そのようにすれば、磁場の生成を容易とすることができる。  
コア５２の材料や構成は、前述したコア４２と同様とすることができる。  
例えば、コア５２は、純鉄などの炭素鋼よりも残留磁化が小さい材料から形成することができる。  
コア５２の材料をこの様にすれば、制御部２０などにより磁場の印加を停止した際にコア５２の残留磁場が前述した磁性微粒子９の移動に与える影響を抑制することができる。  図１１においては、２つのコア部５２ａにコイル４１を設けるようにしたがこれに限定されるわけではない。例えば、一方のコア部５２ａにコイル４１を設けるようにしても良いし、接続部５２ｃにコイル４１を設けるようにしても良い。
【００９５】
以上に例示をした実施形態によれば、高精度の測定を行うことができるセンサチップ、測定システム、および測定方法を実現することができる。  
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、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。これら新規な実施形態は、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、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１：基板、２ａ：グレーティング部、２ｂ：グレーティング部、３：光導波路部、４：保護部、５：反応部、６：第１物質、７：光源、８：受光素子、９：磁性微粒子、１０：磁場印加部、１１：磁場印加部、１２：微粒子、１３：第２物質、１４：測定対象物質、１７：夾雑物質、２０：制御部、２０ａ：制御部、２０ｂ：制御部、２０ｂ１：制御部、２０ｂ２：制御部、３０：測定システム、３０ａ：測定システム、３０ｂ：測定システム、４０：磁化印加部、５０：磁化印加部、１００：センサチップ、１０１：センシングエリア、１０２：反応空間
【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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