(57)【要約】【課題】磁気ビーズ等の凝集、偏在等を起こさずに、効果的な溶液の攪拌又は移送を行うこと。また、この際、高精度で生体関連物質の検出を行うこと。【解決手段】溶液中に酸化還元物質を加え、磁場中、電解反応を行うことで、電解電流と磁場の相互作用によって発生するローレンツ力を利用する。【選択図】図１
2008164589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体関連物質の検出及び溶液の移送の少なくとも一方の処理を行う処理装置であって、
容器と、
前記容器内に設けられた複数の電極と、
前記容器内に導入された、酸化還元物質を含有する溶液とを有し、
前記容器の外部から磁場を印加し、前記容器の外部から前記電極に電位又は電圧を印加することにより生じる電流と磁場の相互作用によって発生するローレンツ力によって、前記生体関連物質の検出及び溶液の移送の少なくとも一方の処理を行うように構成されていることを特徴とする処理装置。
【請求項２】
生体関連物質の検出及び溶液の移送の少なくとも一方の処理を行う処理装置であって、
細管と、
前記細管内に設けられた複数の電極と、
前記細管内に導入された、酸化還元物質を含有する溶液とを有し、
前記細管の外部から磁場を印加し、前記細管の外部から前記電極に電位又は電圧を印加することにより生じる電流と磁場の相互作用によって発生するローレンツ力によって、前記生体関連物質の検出及び溶液の移送の少なくとも一方の処理を行うように構成されていることを特徴とする処理装置。
【請求項３】
容器内の溶液を攪拌する攪拌方法であって、
複数の電極を有する容器を準備する工程と、
前記容器内に酸化還元物質を含む溶液を導入する工程と、
前記容器の外部から磁場を印加し、前記容器の外部から前記電極に電位又は電圧を印加することにより生じる電流と磁場の相互作用によって発生するローレンツ力によって前記容器内の溶液を攪拌する工程と、
を有することを特徴とする攪拌方法。
【請求項４】
細管中の溶液を移送する移送方法であって、
複数の電極を有する細管を準備する工程と、
前記細管内に酸化還元物質を含む溶液を導入する工程と、
前記細管の外部から磁場を印加し、前記細管の外部から前記電極に電位又は電圧を印加することにより生じる電流と磁場の相互作用によって発生するローレンツ力によって前記細管内の溶液を移送する工程と、
を有することを特徴とする移送方法。
【請求項５】
前記処理装置は、複数の前記容器を有し、
更に、反応性物質としてＤＮＡを含有する請求項１に記載の処理装置。
【請求項６】
前記処理装置は、複数の前記容器を有し、
更に、反応性物質として抗体を含有する請求項１に記載の処理装置。
【請求項７】
前記生体関連物質は、ＤＮＡである請求項５に記載の処理装置。
【請求項８】
前記生体関連物質は、たんぱく質である請求項６に記載の処理装置。
【請求項９】
反応性物質が、固体材料を介して前記容器内に固定化されることにより、前記容器内に導入されていることを特徴とする請求項１、５から８の何れか１項に記載の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学反応によって生じた電流と磁場の相互作用によって生じたローレンツ力により、溶液を攪拌又は移送する溶液の攪拌方法、移送方法、及びこれらの攪拌又は移送を利用して効率的に生体関連物質の検出、溶液の移送を行う処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、進化の著しい生命科学においては、ゲノムに代表される膨大な情報を高速、ハイスル−プットに処理することが要求されている。このような背景のもと、マイクロマシーニングを利用したＤＮＡチップや、プロテインチップを用いたＤＮＡやたんぱく質の解析技術が確立されてきた。
【０００３】
ここで、ＤＮＡチップのプローブＤＮＡにターゲットＤＮＡをハイブリダイゼーションさせる場合には、ターゲットを含む微量のサンプルをＤＮＡチップのアレイに滴下する。また、プロテインチップのプローブとなる抗体にターゲットとなる抗原を免疫反応させる場合にも同様にサンプルをプロテインチップのアレイに滴下する。この後、ＤＮＡチップやプロテインチップ内において、ハイブリダイゼーション又は抗原抗体反応を十分に起こさせる必要がある。そこで、信頼できるハイブリダイゼーション又は免疫反応の結果を得るためには、ハイブリダイゼーション又は抗原抗体反応の時間を長くするか、ハイブリダイゼーション又は免疫反応を促進させる必要がある。
【０００４】
一般的に化学反応を促進させる場合には、以下の二手法が挙げられる。
（１）反応速度を向上させる手法。
（２）反応に関与する基質の衝突頻度を向上させる手法。
また、上記２つの手法を行うための具体的な方法としては、以下の方法が挙げられる。
（１）反応温度の上昇、触媒の添加。
（２）反応速度の向上、基質濃度の増大、攪拌強度の向上。
【０００５】
ここで、上記一般的な化学反応について考えられる反応促進の方法を、ハイブリダイゼーション、免疫反応に適用すると、反応温度の上昇はハイブリダイゼーションではＤＮＡの解離を招くこととなる。また、免疫反応に関しては、たんぱく質の変性を招き、単純には反応促進の手段とはなりえなかった。これは、触媒の添加、基質濃度の向上等の方法を用いた場合であっても同様であった。
【０００６】
そこで、反応促進の手段として溶液の攪拌又は移送等の方法が有望となる。しかしながら、ＤＮＡチップやプロテインチップは微小容器のアレイとして構成されているため、スターラや攪拌羽根を用いた従来の攪拌、移送方法をそのまま適用することは不可能であった。そこで、この微小容器内の反応液を攪拌する方法として、特許文献１には反応溶液中に含まれる磁気ビーズに外部から磁場をかける方法が開示されている。
【０００７】
また、従来から、ＤＮＡやたんぱく質の解析において微少領域内において安定的に溶液を移送する技術の確立が要望されていた。更に、ＤＮＡチップや、プロテインチップにおいては、サンプル量の低減、処理時間の短縮、ハイスループット化を目的として、微小流路の利用に関する検討が活発に行われていた。そこで、特許文献２には、毛細管状の流路中、流体を移送させる方法が開示されている。
【０００８】
一方、一般的に磁場中で電気化学反応を行うと、電気化学反応によって生じた電解電流と磁場が相互作用することによってローレンツ力が生じ、これによって溶液に流動が生じる。このローレンツ力によって生じる効果は、ＭＨＤ（ＭａｇｎｅｔｏＨｙｄｒｏＤｙｎａｍｉｃ）効果と呼ばれ、近年、さまざまな研究が行われている。電気化学反応の場合には、この流動によって電極表面への基質の供給が増減されることによって、電流値の変化が観測される。例えば、非特許文献１では、Ｋａｔｚらは、ＭＨＤ効果を利用した生物燃料電池の特性向上を報告している。
【特許文献１】特開２００３−２４８００８号公報
【特許文献２】特開２００２−３７１９５４号公報
【非特許文献１】ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティー、２００５年、１２７巻、３９７９−３９８８ページ（Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．  ２００５，１２７，ｐ．３９７９−３９８８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように特許文献１には、反応溶液中に含まれる磁気ビーズを用いた反応液の攪拌方法が開示されている。この磁気ビーズは、外部からの磁場の変動により反応液を流動させて攪拌するものである。しかし、この磁気ビーズを用いた攪拌中に磁気ビーズの凝集が生じる、容器の形状、磁場の印加パターン及び磁気ビーズの移動特性に応じて磁気ビーズの偏在が発生するといった理由のため、効果的且つ安定した攪拌を行うことは困難であった。
【００１０】
特許文献２には、毛細管状の流路に磁性流体を導入して、流路の一部において磁性流体が流路の断面全体を占める状態とし、外部から磁気を与えることによってこの流路中の流体を移送する方法が開示されている。しかし、特許文献２の構成では、磁性流体を流路の断面全体を占めた状態としながら、安定して効率よく流体を移送させることが困難であった。また、磁性流体として使用される、強磁性固体を液体中に安定して分散させ続けるのは困難であった。
【００１１】
以上のように、これまでの技術においては、外部磁力の制御によって溶液中に分散させた磁性体を制御して攪拌又は移送を行っていたため、磁性体の分散の安定性の維持が大きな課題であった。ここで、発明者は溶液を流動させるための物質が既に溶液中に溶解していれば、上記のような分散安定性を考慮する必要がないことを発見した。
【００１２】
すなわち、本発明では、容器内に設けた電極（カソード、アノード）間に電圧又は電位を印加し、外部から所定の方向に磁場を印加する。そして、溶液内に生じる電流（酸化還元物質の流れ）と磁場の相互作用によって発生するローレンツ力によって、溶液中に添加した酸化還元物質に流れを生じさせる装置又は方法を提供することを目的とする。本発明では、このような酸化還元物質の流れによって溶液全体に流れを生じさせることができ、この流れを利用して効率的な生体関連物質の検出、溶液の移送を行うことが可能となるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有することを特徴とする。
１．生体関連物質の検出及び溶液の移送の少なくとも一方の処理を行う処理装置であって、
容器と、
前記容器内に設けられた複数の電極と、
前記容器内に導入された、酸化還元物質を含有する溶液とを有し、
前記容器の外部から磁場を印加し、前記容器の外部から前記電極に電位又は電圧を印加することにより生じる電流と磁場の相互作用によって発生するローレンツ力によって、前記生体関連物質の検出及び溶液の移送の少なくとも一方の処理を行うように構成されていることを特徴とする処理装置。
【００１４】
２．生体関連物質の検出及び溶液の移送の少なくとも一方の処理を行う処理装置であって、
細管と、
前記細管内に設けられた複数の電極と、
前記細管内に導入された、酸化還元物質を含有する溶液とを有し、
前記細管の外部から磁場を印加し、前記細管の外部から前記電極に電位又は電圧を印加することにより生じる電流と磁場の相互作用によって発生するローレンツ力によって、前記生体関連物質の検出及び溶液の移送の少なくとも一方の処理を行うように構成されていることを特徴とする処理装置。
【００１５】
３．容器内の溶液を攪拌する攪拌方法であって、
複数の電極を有する容器を準備する工程と、
前記容器内に酸化還元物質を含む溶液を導入する工程と、
前記容器の外部から磁場を印加し、前記容器の外部から前記電極に電位又は電圧を印加することにより生じる電流と磁場の相互作用によって発生するローレンツ力によって前記容器内の溶液を攪拌する工程と、
を有することを特徴とする攪拌方法。
【００１６】
４．細管中の溶液を移送する移送方法であって、
複数の電極を有する細管を準備する工程と、
前記細管内に酸化還元物質を含む溶液を導入する工程と、
前記細管の外部から磁場を印加し、前記細管の外部から前記電極に電位又は電圧を印加することにより生じる電流と磁場の相互作用によって発生するローレンツ力によって前記細管内の溶液を移送する工程と、
を有することを特徴とする移送方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、溶液中の酸化還元物質の電解電流（酸化還元物質の電極反応による電流）と磁場との相互作用によってローレンツ力を発生させて容器内の溶液に流れを生じさせることができる。この結果、溶液の攪拌又は移送が可能になる。また、溶液中に反応性物質を含有する場合にはこの反応性物質と生体関連物質の衝突頻度が増加するため、これらの物質間の反応が促進されることによって生体関連物質の検出精度を向上させることができる。
【００１８】
本発明によれば、溶液中の酸化還元物質の電解電流と磁場との相互作用によってローレンツ力を発生させて容器内の溶液を攪拌する方法を提供することができる。また、溶液中の酸化還元物質の電解電流と磁場との相互作用によってローレンツ力を発生させて流路（細管；容器）中の流体を所定方向に移送する方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
１．処理装置
本発明の処理装置では以下の何れかの処理を行うことができる。
（１）溶液の攪拌により生体関連物質と特異的に反応する反応性物質を利用した生体関連物質の検出。
（２）溶液の移送。
（３）溶液の移送及び生体関連物質と特異的に反応する反応性物質を利用した生体関連物質の検出。
この処理装置はカソード、アノード、電圧印加手段、磁場印加手段、溶液、容器を備えている。
【００２０】
このカソード、アノードはそれぞれ１以上、設けられていれば良く、単一のものであっても複数のものであっても良い。また、一方の電極が単一の電極からなり、他方の電極が複数の電極からなっていても良い。
【００２１】
ここで、溶液中には酸化還元物質が含有されている。従って、例えば溶液中に酸化還元物質が含有されている場合に、カソード及びアノード間に、ある電圧、または電位を印加すると、溶液中の還元体はアノード、酸化体はカソードでそれぞれ酸化、還元反応を受けることで消費され局部的な濃度が低下する。この濃度低下に対して、電極表面に対して電極の周辺部から電極表面に対して酸化還元物質の拡散移動がおこる。
【００２２】
この酸化還元物質が移動する方向には、電極の形状・大きさ・配置が大きく影響する。例えば、カソードとアノードが、それぞれ容器の内壁を構成する大きな単一の平面状電極からなり、かつこれらのカソードとアノードが互いに対向するように配置されている場合を想定する。かかる場合、カソードとアノードでそれぞれ酸化体、還元体が反応を受けることで消費され局部的な濃度が低下する。この濃度低下に対して、カソードとアノードが対向する方向（以下、このカソードとアノードが対向する方向を「対向方向」と記載する。）に酸化体、還元体の拡散が生じる。ここで、図１（ａ）に示すように、この酸化還元物質の拡散の方向と垂直な方向に磁場を印加すると電解電流と磁場の相互作用によって、結果として溶液にローレンツ力が働く。また、この際のローレンツ力の大きさは、磁場の大きさ、カソード、アノード間に流れる電流の大きさに比例する。
【００２３】
また、カソードとアノードのうち、一方の電極が容器の内壁を構成する大きな単一の平面状電極、他方の電極が一方の電極よりも小さい平面状電極からなり、一方と他方の電極が互いに対向するように配置されている場合を例に挙げる。この場合、平面状電極については、様々な方向からの酸化還元物質の流れが生じる。図１（ｂ）の側面図は、この小さい平面状電極に向かって流れる酸化還元物質の流れを表したものである。図１（ｂ）の側面図で表されるように、酸化還元物質の流れの中には対向方向と垂直な方向１７の流れが含まれる。また、これ以外の方向の酸化還元物質の流れ（対向方向と平行な方向の酸化還元物質の流れを除く）は、対向方向と垂直な方向１７の流れの成分を有する。このため、対向方向と平行となる方向１６に磁場を印加することによって、対向方向と垂直な方向１７に、ローレンツ力を発生させることができる。
【００２４】
本発明の処理装置では、上記のように溶液内の流れを生じさせることによって、溶液全体を攪拌させたり移送させたりすることが可能となる。また、溶液中に反応性物質を含有させることによって、これらの溶液の攪拌、移送を行う際に反応性物質と生体関連物質とを効果的に衝突、反応させて生体関連物質の検出精度を向上させることができる。
【００２５】
なお、上記で説明したように、本発明の処理装置において溶液中に攪拌、移送等の流れを効果的な方向、速度に生じさせるためには、電極の形状・大きさ・配置が非常に重要となる。以下に、具体的な処理装置を例に挙げて、電極の形状・大きさ・配置と溶液の流動との関係を示す。
【００２６】
（１）第１実施形態
図２は、本発明の処理装置の一例を示すものであり、容器内で溶液を攪拌させるための電極の配置例を示す。なお、図中では直流電源を用いているが、実際の電源はこれに限られるものではない。
【００２７】
図２には、並んで配置された複数の平面状の円形電極２１と、これと対向する単一の平板電極２２を設け、これらの電極間に溶液２３を外枠２４で保持した構造を示す。この平板電極２２は、容器の一つの内壁２７の全部分を構成している。
【００２８】
ここで、溶液中には酸化還元物質が含有されている。このため、円形電極２１に溶液中の還元体を酸化可能な正の電位を、平板電極２２に溶液中の酸化体を還元可能な負の電位を電源２５より印加すると、円形電極２１においては酸化反応、平板電極２２では還元反応が進行する。
【００２９】
この時、円形電極２１に向かって生じる還元体の流れは、図１の側面図に示すようなプロファイルとなる。すなわち、溶液中に存在する還元体が電極の周囲、上方向から円形電極２１に向かって移動し、この中には対向方向１６と垂直な方向１７の酸化還元物質の流れ１３が含まれる。また、これ以外の方向の酸化還元物質の流れ（対向方向１６と平行な方向の酸化還元物質の流れを除く）は、対向方向１６と垂直な方向１７の酸化還元物質の流れの成分を含む。ここで、酸化還元物質の流れ１３が磁場と直交する成分を持つときに、溶液に流れを生じさせるローレンツ力が発生する。このため、図１（ｂ）で表される方向（対向方向と平行な方向）１６に磁場を印加することによって、方向１３の酸化還元物質の流れ及び流れの成分に起因する電解電流が磁場と相互作用し、対向方向１６と垂直な方向である１４の方向にローレンツ力が発生する。
【００３０】
そして、容器全体として見ると、図２で示されるように各電極には電極上方から下方に向けての磁場（図中Ｂと表示）との相互作用により、図２上方図の矢印で示すような溶液に流れを生じさせる力２６が発生する。この結果、円形電極周囲を上方より見て反時計回りに回転するような溶液の流れを生じることとなり、これにより溶液が攪拌される。
【００３１】
ここで、この溶液中に生体関連物質と反応する反応性物質を含有した場合、上記攪拌によって反応性物質と生体関連物質の衝突頻度が増加する。この結果、これらの物質間の反応が促進されることによって生体関連物質の検出精度を向上させることができる。
【００３２】
一方、このようにして磁場を印加した場合、円形電極２１に向かう酸化還元物質の流れの中で対向方向１６と平行な方向の流れは磁場と平行となる。従って、この方向の酸化還元物質の流れによっては、ローレンツ力は発生しない。
なお、上記図１、２の説明では円形電極２１をカソード、平板電極２２をアノードとしたが、円形電極２１をアノード、平板電極２２をカソードとしても良い。この場合、溶液内には図２と逆回りの方向に溶液が回転するような流れが生じる。
【００３３】
（２）第２実施形態
図３は、本発明の処理装置の他の一例を示すものであり、容器中で溶液を平行移動（移送）させるための電極の配置例を示す。なお、図３では、説明のため直流電源を用いて記述しているが、実際の電源はこれに限られるものではない。
【００３４】
図３には、断面が四角の細管中に上下に互いに対向するように配置された２枚の平面状電極（平面状カソード３３と平面状アノード３４）と、それに挟まれて溶液３１を外枠３２で保持した構造を示す。この平面状カソード３３及び平面状アノード３４は、それぞれ細管の内壁を構成している。
【００３５】
ここで、溶液中には酸化還元物質が含有されている。下の平面状電極３３に溶液中の還元体を酸化することのできる正の電位を、上の平面状電極３４に溶液中の酸化体を還元することのできる負の電位を印加すると、下の電極では酸化反応、上の電極では還元反応が進行する。このとき、下の電極に向かって生じる還元体の流れ３５の中には、図３中の点線矢印で示すようなプロファイルが含まれる。ここで、酸化還元物質の流れが磁場と直交する成分を持つときに、結果的に溶液に流れを生じさせるローレンツ力が発生する。このため、図３側面図の紙面手前から紙面裏側に向かって磁場（図中のＢと表示；対向方向１６と垂直な方向）を印加する。この際、電解電流と磁場との相互作用により、結果として溶液に図３側面図の通常矢印の方向（図３右断面図では、紙面手前から紙面裏側向けの方向）にローレンツ力がはたらく。これに伴って、溶液全体にも流れを生じさせる力３６が発生し、効率的に溶液の移送が行われる。
【００３６】
また、この電極配置においては上記還元体と同様にして、上部電極の反応においても上記と同方向の溶液に流れを生じさせる力が発生する。結果として図３側面図の右から左（図３右断面図の紙面手前から紙面裏側向け）の方向に溶液を平行移動させる流れが生じ、効率的に溶液の移送が行われる。
【００３７】
ここで、この溶液中に生体関連物質と反応する反応性物質を含有した場合、上記移送によって反応性物質と生体関連物質の衝突頻度が増加する。この結果、これらの物質間の反応が促進されることによって生体関連物質の検出精度を向上させることができる。また、通常の管に対して溶液の移送が比較的に困難な細管を用いた場合に、溶液を移送する力を効率的に加えることができる。
【００３８】
なお、上記図３の説明では平面状電極３３をカソード、平面状電極３４をアノードとしたが、平面状電極３３をアノード、平面状電極３４をカソードとしても良い。この場合、溶液内には図３と逆方向に溶液を移送するような流れが生じる。
以下、本発明の処理装置を構成する各構成部材について詳細に説明する。
【００３９】
（容器）
本発明の処理装置内に準備される容器は１つであっても、２つ以上であっても良く、処理装置の検出、処理対象に応じて所望の数、大きさの容器を備えた処理装置とすることができる。本発明の処理装置は、好ましくは複数の容器を備えたマイクロチップ又はマイクロアレイとするのが良い。例えば、各容器の溶液内に反応性物質としてＤＮＡを入れた（導入した）複数の容器を設け、ハイブリタイゼーションによりＤＮＡ（生体関連物質）を検出可能なように構成することにより、ＤＮＡチップ又はＤＮＡマイクロアレイとすることができる。
【００４０】
また、各容器の溶液内に反応性物質として抗体を入れた（導入した）複数の容器を設け、抗原抗体反応によりたんぱく質（生体関連物質）を検出可能なように構成することにより、プロテインチップ又はプロテインマイクロアレイとすることができる。
【００４１】
（反応性物質）
本発明においては、予め容器内に生体関連物質と特異的に反応して生体関連物質の検出を可能とする反応性物質を含んでいても良い。このように容器内に反応性物質を含むことにより効果的に生体関連物質の検出を行うことができる。この生体関連物質の検出は、例えば、生体関連物質を検出することによって発生する定常電流、プラズモン吸収のピーク波長のシフト幅、発光強度など、様々な特性値を測定することによって行うことができる。
【００４２】
反応性物質は予め溶液中に含有されているか、容器内に固定化されて、容器内に導入されているものである。反応性物質としては生体関連物質と特異的に反応するものを挙げることができ、具体的には抗体、ＤＮＡ断片、ＲＮＡ断片、ＤＮＡ、ＲＮＡ、特定のたんぱく質と反応する物質などを挙げることができる。
【００４３】
これらの反応性物質は、容器に設けた固体材料上に固定化されていても良い。この固体材料としては電極であっても、容器の内壁であっても、反応性物質を固定化するために設けた特別な材料であっても良く、特に限定されない。
【００４４】
例えば、固体材料として反応セルを構成するガラスやプラスチック材料を用いても良いし、ガラスファイバー、セルロース等のフィルター、微粒子を用いても良い。かかる微粒子状の固体材料としては、生物に由来する微粒子、無機系微粒子、有機系微粒子を挙げることができる。生物に由来する微粒子としては、例えば、赤血球、分散処理されたブドウ球菌、連鎖球菌等の細菌類等が挙げられる。無機系微粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、ベントナイト等が挙げられる。また、有機系微粒子としては、例えば、スチレン、塩化ビニル、アクリロニトリル、酢酸ビニル、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類などのビニル系モノマーの単一重合体および／又はそれらの共重合体が挙げられる。また、スチレン−ブタジエン共重合体、メチルメタクリレート−ブタジエン共重合体などのブタジエン系共重合体、脂質二分子膜のリポソームなどの微粒子が挙げられる。
【００４５】
本発明において、上記固体材料の表面に前述の反応性物質を固定化させるには、例えば以下の公知の方法が利用できる。
（１）イオン結合法
（２）物理吸着法
（３）共有結合法。
【００４６】
（１）イオン結合法は、蛋白質、ＤＮＡ、ＲＮＡ等の反応性物質を固体材料表面に静電的に結合させるものである。この手法では、反応性物質と固体材料の結合反応を行わせるのが容易であるが、固体材料と反応性物質の結合力が弱くなる。
【００４７】
（２）物理吸着法は、例えば固体材料表面の疎水性部と、蛋白質（反応性物質）の疎水性部との疎水結合を利用する結合法である。物理吸着法は、反応性物質と固体材料の結合反応を行わせるのが容易であるが、固体材料と反応性物質の結合力が弱くなる。
【００４８】
（３）共有結合法は、固体材料表面及び反応性物質のうち少なくとも一方に反応性の高い官能基を結合させ、これを介して両者を共有結合するものであり、強固な結合力が得られる。共有結合法により固体材料と反応性物質を結合させる際に、反応性物質中に導入できる官能基（ａ）としては、下記のものを挙げることができる。
遊離のアミノ基、水酸基、リン酸基、カルボキシル基、システインのスルフヒドリル基、ヒスチジンのイミダゾール基、チロシンのフェノール基、セリン，トレオニンの水酸基。
これらの官能基（ａ）は、種々のジアゾニウム塩、酸アミド、イソシアナート、活性型のハロゲン化アルキル基、活性型のエステル基などとの官能基（ｂ）と反応する。従って、反応性物質中に上記のような官能基（ａ）を導入し、更に官能基（ｂ）を固体材料の表面に導入することによって種々の方法で固体材料表面に反応性物質を担持できる。
【００４９】
一方、反応性物質、特に蛋白質を含む反応性物質の高次構造は、水素結合、疎水結合、イオン結合などの比較的、弱い結合によって保持されているため壊れ易い。従って、反応性物質の固定化に際しては、高温、強酸、強アルカリなどの処理を避けて、緩和な条件下で行うことが望ましい。
【００５０】
緩和な条件下で固定化反応を行う１つの方法として、固体材料と反応性物質の官能基に反応する二官能性の架橋剤を使用することができる。二官能性の架橋剤としては例えば、一般式Ｒ−Ｎ＝Ｃ＝Ｎ−Ｒ’で表わされるカルボジイミド、一般式ＣＨＯ−Ｒ−ＣＨＯで表わされるジアルデヒドがある。また、Ｏ＝Ｃ＝Ｎ−Ｒ−Ｎ＝Ｃ＝Ｏで表わされるジイソシアネート等がある（これらの一般式中、Ｒ，Ｒ’は同一或いは異なる置換又は未置換のアルキル基、アリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基である）。
【００５１】
本発明の処理装置を、反応性物質を固定化させた溶液を攪拌可能な装置として使用する場合、これらの電極と固定化された反応性物質との位置関係が重要となる。例えば、図２に示す電極では、円形電極の外縁部から電極に対してその半径方向に溶液の流れが生じる。一方、円形電極の中心付近から対向方向の領域では、比較的に溶液の流れは小さくなる。このため、容器内の反応性物質の固定化位置としては、円形電極の外縁からその周囲とすることが好ましい。このような位置に反応性物質を固定化することによって、大きな攪拌効果を利用して高精度に生体関連物質を検出できることとなる。実際の反応性物質の固定化位置は、対象とする容器の形状、大きさにもよるが電極上又は電極の近傍の位置であることが有効である。また、これらの電極は、検出用のチップに形成されていても装置側に形成されていても良い。また、電極は使い捨て式で使用されるものであっても、繰返し使用されるものであっても良い。
【００５２】
（生体関連物質）
本発明において、生体関連物質は検出する際に溶液内に添加（導入）するものである。この検出対象となる生体関連物質としては、生体内で行われている反応に関与する物質であれば特に限定されない。その具体的な例としては、たんぱく質、核酸、微生物、細胞、ホルモンを挙げることができ、さらに具体的には抗原、ＤＮＡを挙げることができる。また、反応性物質と生体関連物質の特異的な反応としては例えば、抗原抗体反応、ＤＮＡ、ＲＮＡのハイブリダイゼーション、アビジン−ビオチン結合、糖−ホウ酸結合等の特異的な結合反応などを挙げることができる。
【００５３】
また、臨床病理的に特に有用な生体関連物質としては、以下のものが挙げられる。
ＩｇＧ，ＩｇＭ，ＩｇＥなどの免疫グロブリン、補体，ＣＲＰ，フェリチン，α１マイクログロブリン，β２マイクログロブリンなどの血漿蛋白およびそれらの抗体、α−フェトプロテイン，癌胎児性抗原（ＣＥＡ），前立腺性酸性ホスファターゼ（ＰＡＰ），ＣＡ１９−９，ＣＡ−１２５などの腫瘍マーカおよびそれらの抗体、黄体化ホルモン（ＬＨ），卵胞刺激ホルモン（ＦＳＨ），ヒト繊毛性ゴナドトロビン（ｈＣＧ），エストロゲン，インスリンなどのホルモン類およびそれらの抗体、ＨＢＶ関連抗原（ＨＢｓ．ＨＢｅ．ＨＢｃ），ＨＩＶ，ＡＴＬなどウイルス感染関連物質およびそれらの抗体、ジフテリア菌，ボツリヌス菌，マイコプラズマ，梅毒トレポネーマなどのバクテリア類およびそれらの抗体、トキソプラズマ，トリコモナス，リーシュマニア，トリバノゾーマ，マラリア原虫などの原虫類およびそれらの抗体、フェニトイン，フェノバルビタールなどの抗てんかん薬、キニジン，ジゴキシニンなどの心血管薬、テオフィリンなどの抗喘息薬、クロラムフェニコール，ゲンタマイシンなどの抗生物質などの薬物類およびそれらの抗体、その他酵素，菌体外毒素（スチレリジンＯなど）およびそれらの抗体。
また、上記の試料液中の物質と抗原−抗体反応等を起こす物質を適宜、選択して使用しても良い。
【００５４】
（電極）
電極配置・形状は、容器中の溶液に目的とする流れを発生させる上で非常に重要な役割を果たす。電極の形状は、ここで挙げた平板、四角、円形の他にもドット、直線状、櫛歯状、星状、多重リング状、棒状、筒形、三角錐、針状、穴状、またこれらの集合といった様々な形状、もしくはこれらの組合せ、アレイ状の配置等が考えられる。この電極形状は、電極配置と共に、対象とする容器、目的とする流れに合わせて適したものを選択するとよい。また、電極は平面状のものであっても、曲面状のものであっても良い。カソードとアノードの電極の数は１以上であれば良く、カソードとアノードの数、大きさ、形状などは同じであっても、異なっていても良い。例えば、電極の数が一つの場合、この電極は容器の一つの内壁の全ての部分を構成する大きな電極とすることができる。また、電極の数が２以上の場合、この電極は容器の一つの内壁に設けられた小さな複数の電極とすることができる。
【００５５】
本発明の電極は、１以上の作用電極と１以上の対電極とから構成され、必要に応じて参照電極を用いてもよい。参照電極を用いることで参照電極の電位を基準電位として作用電極、対電極の電位を測定することができる。
【００５６】
電極材料としては、導電性・充分な剛性を有し、電極が使用される条件において充分な電気化学安定性を有する材料を用いる。また、本発明においては、溶液に流れを生じさせるために、酸化還元物質の電極反応を必要とする。このため、電極に用いる材料としては、溶液中の酸化還元物質との反応の過電圧の低い、すなわち溶液中の酸化還元物質との反応に対して高い触媒能を持つ材料が適している。
【００５７】
このような電極材料の例としては、金、白金などの金属、ポリピロール、ポリチオフェンなどの導電性高分子、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎなどを含む金属酸化物などを挙げることができる。更に、導電性部材の構成材料の例としては、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレン化合物などの炭素材料などを挙げることができる。あるいは、これらの２種以上の複合材料や、これらの電極材料を導電性フィラーとして分散させた高分子材料やポリピロール等の導電性高分子材料等を用いても良いし、基体の表面に導電性材料の層を設けた複合材料でも良い。
【００５８】
また、上記のような材料上に適当な触媒を付与したものであっても良い。この触媒としては例えば、金属またはその微粒子、金属酸化物またはその微粒子、炭素材料、酵素が挙げられ、具体的な例としては、金、白金、銀、パラジウム、ロジウムの微粒子、酸化イリジウム、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の微粒子、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレン化合物、グルコースオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、ラクテートオキシダーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、ペルオキシダーゼ、ラッカーゼ、ビリルビンオキシダーゼが挙げられる。また、この電極を溶液中に含まれる基質の濃度検知部位として同時に使用してもよい。
【００５９】
また、参照電極を用いる場合は、安定性を有し、測定対象とする電極の電位を簡便に測定できるものであればよく、例えば、銀／塩化銀電極が挙げられる。この電極には、必要に応じて反応性物質の吸着、析出等を防止する層を設置してもよい。この吸着、析出防止層の例としては、高分子化合物、低分子化合物が挙げられ、より具体的には、カゼイン、スキムミルク、ウシ血清アルブミン、含フッ素ポリマーを含むポリマー化合物、透析膜、チオール化合物、シラン化合物が挙げられる。
【００６０】
電極のサイズの効果としては、以下のものが挙げられる。
（１）電流密度の変化、酸化還元物質の流れの制御
（２）溶液抵抗への対応
上記項目について、以下に例示を用いて説明を行う。
【００６１】
（１）電流密度の変化、酸化還元物質の流れの制御
図４に異なったサイズを持つ２種類の平板電極の模式図を示す。図４（ａ）はサイズの大きな電極４１、図４（ｂ）はサイズの小さな電極４２を示している。両電極とも、電極の上面に溶液４３が接触している。図中、矢印で示したのは、電極で酸化、還元される酸化還元物質の流れ４４を意味する。電極が充分に大きい場合には、図４（ａ）に示すように酸化還元物質は、電極に対し垂直な方向から供給されることとなる。一方で、電極の面積が充分に小さいときには、酸化還元物質は図４（ｂ）に示すように様々な方向から供給される。このために、拡散過程によって規定される限界電流密度（電極上における電子移動反応が拡散過程と比較して速いために電極反応の律速過程が基質（ここでは、酸化還元物質）の拡散過程となっているときの電流密度）が高くなる。このため、溶液中の酸化還元物質の電流値が酸化還元物質の拡散過程によって制限されている系では、電極面積を小さくすることにより電流密度を向上させることができる。この効果は、スケールを問わず電極サイズを小さくすることによって現れるが、例えば、電極をマイクロメートルオーダーとすることによって、より顕著に現れる。
【００６２】
さらに、小さな電極を組合せて近接配置した場合、例えば、図２のように円盤を配列した電極やくし型電極では、近接する電極の一方に酸化還元物質の還元体を酸化することのできる正の電位をかける。また、他方に酸化還元物質の酸化体を還元することのできる負の電位をかけると、図５に示すようなレドックスサイクルと呼ばれる機構により、電流が増幅されることが知られている。これは、電極の上面に酸化還元物質を含む溶液５１が接触している状態で、一方の電極５２で酸化還元物質の還元体が酸化され、生成した酸化体が、すぐに近接する電極５３で還元される（あるいはその逆）ことによるものである。また、電極が平面で電極の面積が充分に小さいときには、酸化還元物質は、図４（ｂ）に示すように様々な方向から供給されるため、酸化還元物質の流れが電極に対して水平方向の成分を持つことになる。すなわち、電極のサイズを制御することで、酸化還元物質の流れを制御することができる。
【００６３】
この制御が有効な系の例としては、図２に示すような電極配置と磁場の関係を挙げることができる。この場合には、酸化還元物質の流れが電極に対して垂直な成分は溶液に流れを生じさせる力を発生させず、酸化還元物質の流れが電極に対して水平な成分が溶液に流れを生じさせる。このため、電極のサイズを小さくすることにより、溶液に流れを生じさせる力を発生させる、電極に対して水平な成分をもつ酸化還元物質の流れを溶液中に実現することができる。また、電流密度を増大させることにより、結果的に溶液にはたらくローレンツ力を大きくすることができる。
【００６４】
（２）溶液抵抗への対応
後述するように、電極反応を進行させるためには、酸化還元物質が溶解する溶液が高い伝導度を持つことが望ましい。しかし、反応性物質を安定して保持する等の理由により、溶液のイオン強度を高く設定できない場合がありうる。この場合、図５に示したように小さな電極を組合せて近接配置することにより、溶液抵抗の影響を低減することができる。
【００６５】
（酸化還元物質）
溶液中に含まれる酸化還元物質は、磁場との相互作用によって溶液に流れを生じさせる電解電流を発生させる役割を担う。この酸化還元物質は、ある電位又は電圧を印加した場合、電極において酸化・還元されることによって電解電流を生じる。この電解電流が外部磁場と相互作用することによって、電解電流密度に比例する力を生じ、溶液に流れを生じさせることができる。この酸化還元物質は、従来の溶液中に分散させた磁性体とは異なり、溶液中に溶解しているため、磁性体の凝集や、偏在を考慮する必要がほとんどないという長所を有する。
【００６６】
この酸化還元物質に必要と考えられる特性としては、以下のものが挙げられる。
（１）溶液への高い溶解度
（２）溶液中での高い拡散係数
（３）電極における速い電子移動
（４）高い電気化学的安定性
（５）生体関連物質の相互作用を阻害しないこと、もしくは阻害作用が安定的であること。
【００６７】
この理由としては、以下のものが挙げられる。
（１）溶液への溶解度が高いことによって、酸化還元物質の電極への拡散に起因する制限電流を解消することができる。これによって高い電解電流を発生させ、溶液に流れを生じさせる力を増大させることができる。また、温度差等により、系中での酸化還元物質の析出を防止することにより、安定且つ高精度で生体関連物質の検出を行うことができる。
【００６８】
（２）溶液中での拡散係数が高いことによって、酸化還元物質の電極への拡散に起因する制限電流を解消することができる。これによって高い電解電流を発生させ、溶液に流れを生じさせる力を増大させることができる。また、これによって使用する酸化還元物質を低減することができる。
【００６９】
（３）電極において速い電子移動を行わせることによって、電極中での電荷移動過程に起因する制限電流を解消することができる。また、これによって高い電解電流を生じさせ、溶液に流れを生じさせる力を増大させることができる。更に、低い過電圧で反応を進行させることができ、消費する電気エネルギーの低減を図ることができる。
【００７０】
（４）高い電気化学的安定性を有することによって酸化還元物質の構造変化による濃度の低下を防止し、電極上への析出を防止することで安定的に高い電界電流を発生させることができる。また、溶液に流れを生じさせる力を高く、安定的に発生させることができる。
【００７１】
（５）この酸化還元物質は、動きを生じさせる対象となる溶液に溶解させて使用する。この酸化還元物質は、生体関連物質、反応性物質が存在するのと同じ溶液中で使用してもよい。このため、生体関連物質と反応性物質の反応を阻害しないものを用いることによって、安定的に高精度で目的の生体関連物質を検出することができる。また、この酸化還元物質は、生体関連物質と反応性物質の反応を促進するものであってもよい。
【００７２】
この酸化還元物質の例としては、金属錯体、キノン類、複素環式化合物が挙げられ、さらに具体的には、ヘキサシアノ鉄塩、フェロセン誘導体、キノン類、ビオローゲン誘導体が挙げられる。
【００７３】
この酸化還元物質は、少なくとも溶液中に酸化体、還元体のどちらか一方が存在していればよいが、共に存在しているのがより好ましい。また、当初、酸化体、還元体のうち、一方のみを溶液中に含ませておいて、電極反応により対となるものを生じさせても良い。
【００７４】
（溶媒）
酸化還元物質を溶解させる溶媒に必要な特性としては、以下のものが挙げられる。
（１）酸化還元物質を高い溶解度で溶解させることができる。
（２）生体関連物質、反応性物質を安定的に溶解、分散させることができる。
（３）高い伝導度。
【００７５】
この理由としては、以下のものが挙げられる。
（１）酸化還元物質に必要と考えられる特性（１）と同様の理由である。
（２）酸化還元物質を生体関連物質、反応性物質が存在するのと同じ溶液中で使用する場合には、生体関連物質、反応性物質を安定的に溶解、分散させることによって安定的に保持することができる。
（３）高い電解電流を発生させるために必要な電極近傍での電気化学反応を促進するためには、電極近傍で大きな電位勾配が形成されることが必要となる。これを形成するためには、電解液の高い伝導度が必要となる。
【００７６】
この溶媒の例としては、塩濃度が０．０１Ｍ以上、１Ｍ以下程度の各種緩衝水溶液が挙げられる。また、これに有機溶媒、例えばグリセロール等を加えたものを用いてもよい。
【００７７】
（磁場印加手段）
本発明の磁場印加手段は例えば、電極の対向方向と平行又は垂直な成分を含む磁場を印加可能なように構成されている。すなわち、本発明の処理装置では所定の電圧、または電位を印加することによって電極に対して所定方向に酸化還元物質の流れが生じさせる。この電解電流の向きに応じて磁場を印加することによって、電解電流と磁場の相互作用により所定の方向に、結果的に溶液内にローレンツ力をはたらかせることで、溶液の流れを起こすことが可能となる。
【００７８】
外部から印加される磁場は、電極反応で生じた電解電流と相互作用して、溶液に流れを生じる力を発生させる。この力は、磁束密度に比例して増大する。このため、溶液に効果的な動きを生じさせるために、本処理装置の磁束密度は充分に大きいこと、例えば１０ｍＴ以上が望ましい。
【００７９】
本発明の処理装置では磁場印加手段として磁石を有することが好ましい。この磁石の数は単数であっても、複数であっても良い。また、永久磁石であっても、電磁石であっても良い。電磁石を用いた場合の優位点としては、以下のものが挙げられる。
（１）磁石に流す電流の極性を変更することで、溶液中に発生する動きの方向を制御できる点。
（２）磁石に流す電流の大きさを制御することで溶液中に発生する動きの大きさを制御できる点。
【００８０】
また、永久磁石を使用した場合の優位点としては、以下のものが挙げられる。
（１）磁力を発生するために電気エネルギーを必要としないため省電力化が可能な点。
電磁石を用いた場合には例えば、磁石に流す電流の制御により、また、永久磁石を使用した場合には例えば、磁石を移動させることや磁束密度を低下させる物質を挟むことにより、対応する領域における磁束密度を制御することができる。これらの制御機構は、コンピュータ制御等により、シーケンス制御やフィードバック制御されても良い。また、この機構は、磁石部位や容器と分離された筐体に納められたものであっても良い。
【００８１】
（電位又は電圧印加手段）
電極に印加される電位又は電圧は、電極により溶液中に存在する酸化還元物質を酸化、還元することにより電流を生じさせる。この電流が、磁場と相互作用することで溶液に流れを生じさせる力が発生する。この力は、電流値に比例して増大するために、溶液に効果的な流れを生じさせるためには、充分な電流値が必要となる。このため電極に印加する電位または電圧は、充分な電流値を得るために必要な値を印加する必要がある。
【００８２】
例えば、電位又は電圧の印加に伴う電極反応が酸化還元物質の還元反応であるならば、電極に印加される電位は、酸化還元物質の酸化還元電位よりも負の電位であることが好ましい。また、電位又は電圧の印加に伴う電極反応が酸化還元物質の酸化反応であるならば、電極に印加される電位は、酸化還元物質の酸化還元電位よりも正の電位であることが好ましい。一方で、過剰に大きな電圧或いは過剰に負又は正の電位を印加した場合には、溶媒の分解、酸化還元物質の不可逆的な反応、溶液中に含まれる他の物質の析出といった好ましくない反応が進行することがある。このため、印加する電位または電圧は、溶液の組成にあわせて適切な値に設定することが重要である。
【００８３】
印加電位または電圧の印加パターンとしては、単純には、定常電圧の印加が用いられる。そのほか、必要に応じて各種のパターンを用いることができる。この例としては、定常、階段波、正弦波、パルス波などが挙げられる。ただし、本発明の溶液に流れを生じさせる方法の原動力は、電極における酸化還元物質の酸化還元反応によるファラデー電流（およびそれによって生じる基質の流れ）と磁場との相互作用によるローレンツ力から生じている。このため、酸化還元物質の酸化／還元の電位をまたぐような交流電位または交流電圧を印加する場合において、印加電位または電圧の波形の周期が、電極における酸化還元物質の反応速度よりも短い場合には、電極における酸化還元物質の反応がおこらないために、その印加によって溶液に流れが生じることはほとんど無いと考えられる。また、酸化還元物質の反応に起因する電流の発生から溶液に動きが生じるまでに一定の時間が必要と考えられる。そして、この時間と比較してはるかに短い時間領域で酸化還元物質の酸化／還元の電位をまたぐような交流電位または交流電圧を印加することは、溶液に流れを生じさせるという観点からふさわしくない。この場合には、その印加の意味は大きく減じられてしまうこととなる。この印加電位または電圧の制御は、コンピュータ制御等により、シーケンス制御やフィードバック制御されても良い。また、この機構は、磁石部位や容器と分離された筐体に納められたものであっても良い。
【００８４】
（検出方法、その他）
本発明において、前述反応性物質を生体関連物質と反応させた反応生成物は所定の検出方法で検出できる。この検出方法としては、従来公知の各方法が利用できる。例としては、酵素電極、酸素電極、過酸化水素電極、電界効果型トランジスタ、イオン電極、発光検知、表面プラズモン共鳴、局在表面プラズモン共鳴、水晶振動子、熱量測定が挙げられる。
【００８５】
本発明の容器、細管、またそれらに付随する部位には、使用目的に応じて、その他の機構、例えば、温度調節機構、光学的その他の検出機構、試料注入機構、バルブ機構、洗浄機構、等を有していても良い。
【００８６】
以上のように本発明においては、溶液中に溶解させた酸化還元物質の電気化学反応による電解電流と、外部磁場の相互作用によって生じたローレンツ力を用いる。これによって、ポンプ類や、スターラや、溶液中に分散させた磁性体を用いなくとも溶液に動きを生じさせることが可能となる。本発明によって得られる効果を以下に列挙する。
【００８７】
（１）溶液に流れを生じさせる酸化還元物質は溶液中に溶解されているため、磁性ビーズ等と異なり、凝集、偏析といった問題が起こらない。
（２）ＭＨＤ効果によって生じる溶液の流れのＯＮ／ＯＦＦ、反転、強度の調整が、印加する電位または電圧、印加する磁場の制御により容易に可能である。
（３）電極の配置、形状、サイズ、電位または電圧印加のパターンにより選択的に一定領域の溶液に、所望の方向に流れを生じさせることが可能である。
（４）溶液に流れを生じさせる酸化還元物質は分子であるために、磁性ビーズ等と異なり、生体関連物質を検知する材料、非特異相互作用防止層、保護層等を剥ぎ取る可能性が低い。
この結果、処理装置においては、生体関連物質の反応時間の短縮、検出下限濃度をより低い値とすることができる。
【実施例】
【００８８】
以下に実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明の方法は、これらの実施例のみに限定されるものではない。実施例に先立ち、実施例で使用する材料の調製例を記述する。
【００８９】
調製例１  オスミウム錯体ポリマーの調製
以下に下記式（１）に示す錯体ポリマーの合成法を記述する。この錯体ポリマーは、反応性物質を固定化する固体材料に相当し、かつラベルとして使用する酵素の反応で生じた電子を電極に伝達するものである。
【００９０】
【化１】
2008164589.tif 000003
【００９１】
還流管を接続させた１００ｍＬのナスフラスコに２０ｍＬのエチレングリコール、０．０８ｇの（ＮＨ4）2［ＯｓＣｌ6］，０．３２ｇの２，２’−ｂｉｐｙｒｉｄｉｎｅを加え、スターラ攪拌した。これと同時に、窒素気流下において、マイクロ波合成器（Ｍｉｌｅｓｔｏｎｅ  ｍｉｃｒｏｓｙｎｔｈ）で３００Ｗ、２０分間、照射した。次に、この溶液を室温まで放冷した後、０．４ｇのＮａ2Ｓ2Ｏ4を溶解させた２５ｍＬの水を加えた。そして、室温で１時間、攪拌後、生じる黒紫沈殿をろ過、水洗して過剰の塩を除き、ジエチルエーテルで洗浄、未反応の配位子を除き、減圧下、６０℃に加熱乾燥してＯｓ（２，
２’−ｂｉｐｙｒｉｄｉｎｅ）２Ｃｌ2を得た。
【００９２】
温度計、還流管を取り付けた１００ｍＬの三口フラスコに１５ｍＬの水、１５ｍＬのアセトン、２．３ｇのアクリルアミド、０．５０ｍＬの４−ビニルピリジン、０．０６０ｍＬのＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌｎｅｄｉａｍｉｎｅを加えた。次に、窒素気流下、さらに０．０５５ｇの過硫酸アンモニウムを加えた。ウォーターバスで４０℃，１３時間加温し、その後、容器を空冷し、生じた粘調な液体を強攪拌下の８００ｍＬのアセトンに滴下して沈降させ、沈降物を遠心分離により回収した。次に、この沈降物を溶かしうる最小量の水を加えて溶かし、さらに強攪拌下の８００ｍＬのアセトンにこの水溶液を滴下し沈降させた。沈降物を再び遠心分離により回収し、減圧下、６０℃に加熱乾燥して、ポリアクリルアミドーポリビニルピリジンの５．２／１共重合体（ユニット比）を得た。なお、分子の生成、ユニット比は、１ＨＮＭＲ測定（Ｄ2Ｏ）によって測定した。
【００９３】
還流管を接続させた１００ｍＬのナスフラスコに１５ｍＬのエチレングリコール、先に調製した０．１１ｇのＯｓ（２，２’−ｂｉｐｙｒｉｄｉｎｅ）２Ｃｌ2，０．１２ｇのポリアクリルアミドーポリビニルピリジンの共重合体を加え、スターラ攪拌をした。次に、窒素気流下において、マイクロ波合成器で４００Ｗ、２０分間照射した。上記溶液を室温まで放冷した後、１０ｍＬのエタノールを加えた溶液を、強攪拌下の５００ｍＬのジエチルエーテル溶液に滴下した。次に、これによって生じた粘調な沈殿にさらに１０ｍＬのエタノールを加え、これを再び、強攪拌下の５００ｍＬのジエチルエーテル溶液に滴下した。このようにして得られた粘調な沈殿を減圧下、６０℃で加熱乾燥し、目的とする上記式（１）に記載の錯体ポリマーを得た。
【００９４】
（実施例１）
本実施例の処理装置では、複数の円形の平面状電極と単一の大きな平面状電極を具備し、酵素電極系を用いてＤＮＡを検出するものである。図６は、この処理装置を表したものであり、電流と磁場の相互作用によって発生するローレンツ力によって容器内の反応液を攪拌しながら、生体関連物質検出のための反応工程を行う処理装置の一例を示す図である。この図６は、この装置の垂直方向における断面の概念図である。
【００９５】
この装置は、磁石６１、温調器６２、溶液を保持する容器６３、電源６４（例えばポテンショスタット）、溶液と試料を導入する導入管６５、ポンプ６６とそのリザーバ６７、試料を排出する排出管６８、ポンプ６９とそのリザーバ６１０からなる。
【００９６】
この溶液を保持するための容器６３の詳細を図７に示す。図７上（下面図と記載）には容器内部下面の円形電極の形状を、図７下には容器の断面図を示す。容器は外枠７１に囲まれている。この外枠は例えばポリイミド樹脂からなり、外枠上面には試料、エア、洗浄液等の注入、排出を行う開口７２が設けられている。外枠は中空構造となっており、その内部上面には、第１の内壁７８を構成する単一の平面状電極７３が形成されている。そして、中空の空間７４には、試料、エア、洗浄液等が満たされることになる。この中空内部の下面には、平面状電極７３と対向するように複数の円形電極７５が設けられており、この電極７５とは絶縁されると共にこれを取り囲むようにリング状の電極７６が形成されている。これらの電極は、リードを通して外部電源であるポテンショスタットに接続される。
【００９７】
これらの電極は例えば、スクリーンプリントで印刷されたカーボン電極からなる。ここで、電極の磁束密度低下の防止のために電極の設計位置を制限する必要をなくす目的で電極として比透磁率の低い材料を用いることが好ましい。さらに、内部下面には、参照電極７７が、例えば市販の参照電極用銀ペーストをスクリーン印刷することにより形成されている。電極７６には、予め上記調製例１で調製したＯｓ錯体ポリマーと、５’末端がアミン終端化された捕獲用のオリゴヌクレオチドが電着固定化されている。
【００９８】
電着固定化の手法は、以下のような手順で行った。１ｍｇ・ｍＬ−１のＯｓ錯体ポリマーの１８質量％リン酸緩衝液を電極７６上に滴下し、これにポテンショスタットで−１．４Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌを２０秒間、印加後、これを脱イオン水で洗浄することによってＯｓ錯体ポリマーを電着固定化させた。この電着固定化後、例えば、ＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＣＡＣＴＴＣＡＣＴＴＴＣＴＴＴＣＣＡＡＧＡＧ（５’→３’）の配列を持ち、５’末端がアミン終端化された捕獲用のオリゴヌクレオチド（反応性物質；ＤＮＡ）２μＭのリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）を電極７６上に滴下した。次に、これにポテンショスタットで−１．４Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌを２０秒間、印加後、これを脱イオン水で洗浄した。
【００９９】
６２の温調器を例えば、５３℃に設定し、ターゲットとなる例えば、ＡＧＧＣＡＴＡＧＧＡＣＣＣＧＴＧＴＣＣＴＣＴＴＧＧＡＡＡＧＡＡＡＧＴＧＡＡＧの配列を持つオリゴヌクレオチド（生体関連物質）、５ｍＭのＫ3［Ｆｅ（ＣＮ）6］，５ｍＭのＫ4［Ｆｅ（ＣＮ）6］を含むハイブリダイゼーション緩衝液を６７のリザーバから６５の導入管、７２の開口を通して７４の中空部分に導入した。ここで、７５の電極を作用極（アノード）、７３の電極を対極（カソード）、７７の電極を参照極として、７５の電極電位を０．５Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌに設定し電磁石に電流を流して、図６上から下向きの方向７９に磁場を印加した。このときの磁束密度の例としては例えば、１Ｔが挙げられる。１０分間の反応を行った後、１０分間室温で保持し、電位、磁場の印加を終了して、ハイブリダイゼーション緩衝液で洗浄した。
【０１００】
この後、５０ｎＭの検出用オリゴヌクレオチド、例えば西洋ワサビペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）修飾されたＧＡＣＡＣＧＧＧＴＣＣＴＡＴＧＣＣＴの配列を持つオリゴヌクレオチド（生体関連物質のラベル）、５ｍＭのＫ3［Ｆｅ（ＣＮ）6］，５ｍＭのＫ4［Ｆｅ（ＣＮ）6］を含むハイブリダイゼーション緩衝液を導入した。そして、先と同様の電位、磁場を印加して３７℃で１０分間、反応させ、さらに１０分間室温で保持し、電位、磁場の印加を終了して、ハイブリダイゼーション緩衝液で鉄のシアノ錯体の電流が検知されなくなるまで洗浄した。
【０１０１】
その後、０．２ｍＭのＨ2Ｏ2を含むＰＢＳを加え７６の電極電位を０．２Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌに設定し、定常電流を観測した。一方、対象実験として、上述の作業を磁場の印加なしで実施し、これを比較例１とした。
【０１０２】
上記処理装置では、電極７５の近傍において、電極の対向方向と垂直な方向の酸化還元物質の流れが起こり、この方向の流れに起因する電解電流が磁場（図７中の上から下の向き；対向方向と平行な方向）と相互作用してローレンツ力が発生する。そして、このローレンツ力によって溶液の流れが起こり、攪拌されることで、上記反応性物質（オリゴヌクレオチド）と生理関連物質（オリゴヌクレオチド）との反応（ハイブリダイゼーション）が促進される。ここでは、検出対象となるオリゴヌクレオチドが反応性物質である捕獲用のオリゴヌクレオチドにハイブリダイズし、さらに検出対象となるオリゴヌクレオチドにラベルとなるＨＲＰ修飾されたオリゴヌクレオチドがハイブリダイズする。これによって、ＨＲＰの酵素反応により、過酸化水素の酸化によって発生した電子がオスミウム錯体を通して電極に取出され、定常電流が生じる。
【０１０３】
観測された定常電流値を縦軸に、添加したオリゴヌクレオチドの濃度を横軸にとると、観測結果は、図８のような傾向を示した。すなわち、ハイブリダイゼーションの際に磁場を印加した実施例１では、磁場を印加しなかった比較例１に対し、同じオリゴヌクレオチド濃度を加えたときに観測される定常電流の値が大きく、低いオリゴヌクレオチド濃度まで検出が可能であった。
【０１０４】
これは、ハイブリダイゼーション時に印加された磁場と電解電流との相互作用によるＭＨＤ効果により溶液が攪拌され、ハイブリダイゼーション反応が促進されたためであると考えられる。
【０１０５】
（実施例２）
本実施例の処理装置では、容器の同一の内壁内に複数の円形電極が設けられ、この円形電極としてカソードとアノードとからなる対が複数、設けられている。そして、レドックスサイクルにより溶液を攪拌し、抗原抗体反応の生成物の局在表面プラズモンを検出するものである。図９はこの処理装置を表したものであり、電流と磁場の相互作用によって発生するローレンツ力によって容器内の反応液を攪拌しながら反応工程を行う処理装置の一例を示す図である。この図９は、装置の垂直方向における断面の概念図である。
【０１０６】
この装置は、磁石９１、フォトダイオードアレイ９２、フォトダイオードアレイの操作・解析・単色光源の操作及び解析を行うための装置９３、溶液を保持する容器９４、電源９５（例えばポテンショスタット）を備える。また、溶液・試料を導入する導入管９６、ポンプ９７とそのリザーバ９８、試料を排出する排出管９９、ポンプ９１０とそのリザーバ９１１、単色光源９１２を備える。
【０１０７】
ここで用いる溶液を保持するための容器９４の詳細図を図１０に示す。図１０上（下面図と記載）には容器内部下面の円形電極の形状を、図１０下には容器の断面図を示す。容器は外枠１０１に囲まれている。この外枠は、例えばポリスチレン樹脂からなり透明である。外枠上面には、試料、エア、洗浄液等の注入、排出を行う開口１０２が設けられている。外枠は中空構造となっており、中空の空間１０３には、試料、エア、洗浄液等が満たされることになる。中空内部の下面には、４つの円形電極が配置され、これらは１つおきを一組（アノードおよびカソード）としてそれぞれ電気的に接続されている。これらの電極は、リードを通して外部電源であるポテンショスタットに接続される。これらの電極は、例えばスクリーンプリントで印刷されたカーボン電極からなる。さらに、内部下面には、参照電極１０６が例えば市販の参照電極用銀ペーストをスクリーン印刷することにより形成される。
【０１０８】
電極を取り囲む領域１０７は、例えば市販品の表面をアミノ化処理したポリスチレン基材であり、市販の、生体関連物質を補足する抗体（例えば抗ウサギＩｇＧ；反応性物質）が固定化された金微粒子（固体材料、かつプラズモン吸収の原因物質）が固定化されている。
【０１０９】
室温でターゲットとなる、例えば５ｍＭのＫ3［Ｆｅ（ＣＮ）6］，５ｍＭのＫ4［Ｆｅ（ＣＮ）6］を含むウサギＩｇＧ（生体関連物質）のＰＢＳ溶液を９８のリザーバから９６の導入管、１０２の開口を通して１０３の中空の空間に導入した。円形電極１０４の電極電位を０．０Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌ、円形電極１０５の電極電位を０．５Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌに設定し、電磁石に電流を流し、図９上から下向きの方向１０９に磁場を印加した。このとき電磁石の極性は、５分ごとに交換する。このときの磁束密度の例としては、例えば１Ｔが挙げられる。３０分間の反応を行った後、電位、磁場の印加を終了し、鉄シアノ錯体の吸収の影響がなくなるまでＰＢＳで洗浄した。
【０１１０】
なお、上記処理装置では、電極１０４と１０５間において、酸化還元物質の流れが起こり、この方向の流れに起因する電解電流がこれと垂直な方向（図９中の上から下の方向１０９）の磁場と相互作用してローレンツ力を発生させる。そして、このローレンツ力によって溶液に電極の周囲を回転する方向の流れが起こり、溶液が攪拌される。
【０１１１】
その後、単色光源の波長をスキャンさせ、フォトダイオードの応答から吸収スペクトルを作成し、金微粒子のプラズモン吸収のピーク波長のシフトを観測した。一方、対象実験として、上述の作業を磁場の印加なしで実施し、これを比較例２とした。
【０１１２】
観測されたピーク波長のシフト幅を縦軸に、添加したウサギＩｇＧの濃度を横軸にとると、観測結果は、図１１のような傾向をもつ。すなわち、抗原抗体反応の際に磁場を印加した実施例２では、磁場を印加しなかった比較例２に対し、同じ抗原濃度を加えたときに観測されるピーク波長のシフト幅が大きく、低い抗原濃度まで検出が可能である。ここでは、検出対象となる生体関連物質ウサギＩｇＧが反応性物質である捕獲用の抗ウサギＩｇＧと抗原抗体反応することにより金微粒子の周囲の誘電率が変化するために、金微粒子のプラズモン吸収が変化する。
【０１１３】
また、これは、電位の印加時に近接した電極間でレドックスサイクルと呼ばれる機構により、電流が増幅され、これが、磁場と相互作用することで、より大きなＭＨＤ効果により溶液が攪拌され、抗原抗体反応が促進されるためであると考えられる。
【０１１４】
（実施例３）
本実施例の処理装置では、円柱状電極とそれを取り囲む円筒状電極が対をなし、この対が複数、設けられたものであり、酵素電極系を用いて抗原抗体反応の生成物を検出するものである。図１２は、この処理装置を表したものであり、電流と磁場の相互作用によって発生するローレンツ力によって容器内の反応液を攪拌しながら反応工程を行う生体関連物質の処理装置の一例を示す図である。図１２は、この装置の垂直方向における断面の概念図である。
【０１１５】
この装置は、磁石１２１、温調器１２２、溶液を保持する容器１２３、電源１２４（例えばポテンショスタット）、溶液・試料を導入する導入管１２５を備える。また、ポンプ１２６とそのリザーバ１２７、試料を排出する排出管１２８、ポンプ１２９とそのリザーバ１２１０を備える。
【０１１６】
この溶液を保持する容器１２３は、複数本（ここでは例えば、４本）の円筒からなり、その一本の詳細図を図１３に示す。図１３上には容器の断面を、図１３下には、容器を斜め上から見た図を示す。容器は外枠１３１に囲まれている。この外枠は、例えばポリイミド樹脂からなり、円筒形状である。外枠上面には、試料、エア、洗浄液等の注入を行う開口が、外枠下面には、試料、エア、洗浄液等の排出を行う開口がそれぞれ設けられている。
【０１１７】
また、外枠の内面には、円筒状の電極１３２が形成されている。中空の空間１３３には、試料、エア、洗浄液等が満たされることになる。中空内部の中心部には、円柱状の電極１３４が形成されている。これらの電極は、リード１３５を通して外部電源であるポテンショスタットに接続される。これらの電極としては例えば、電極１３２がめっきされた金、電極１３４が金線からなる。さらに、内部には、参照電極が例えば市販の参照電極用銀ペーストをスクリーン印刷することにより形成される。電極１３４には、あらかじめ調製例１で作製したＯｓ錯体ポリマー（固体材料）と、生体関連物質を捕獲するための材料（
抗ＩｇＧ；反応性物質）が固定化されている。
【０１１８】
なお、この固定化の手法は以下のような手順で行った。１ｍｇ・ｍＬ−１のＯｓ錯体ポリマーの１８質量％リン酸緩衝液を電極１３４上に滴下し、これにポテンショスタットで−１．０  Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌを２分間印加し、その後に脱イオン水で洗浄することによってＯｓ錯体ポリマーを電着固定化させた。この電着後、１ｍｇ・ｍＬ−１のアビジンのリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）を電極１３４上に滴下し、これにポテンショスタットで−１．０Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌを５分間印加、その後に脱イオン水で洗浄した。さらに非特異吸着防止用の６．５ｍｇ・ｍＬ−１のポリアクリル酸溶液を電極１３４上に滴下し１０分間静置、その後、脱イオン水とＰＢＳで洗浄した。市販のビオチン標識抗ウサギＩｇＧ（反応性物質）、ビオチン標識抗ヤギＩｇＧ（反応性物質）をそれぞれ１０μｇ・ｍＬ−１の濃度でＰＢＳに溶解させ、４本の電極のうちの２本ずつに滴下し、４０℃で２０分間反応させ、脱イオン水とＰＢＳで洗浄した。
【０１１９】
１２２の温調器を例えば４０℃に設定し、ターゲットとなる例えば、ウサギＩｇＧまたはヤギＩｇＧ（生体関連物質）と、５ｍＭのＫ3［Ｆｅ（ＣＮ）6］，５ｍＭのＫ4［Ｆｅ（ＣＮ）6］を含むＰＢＳを１２７のリザーバから１２５の導入管、を通して１２３の容器の中に導入した。そして、１３４の電極電位を０．５Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌに設定し、電磁石に電流を流し、図１２上から下向きの方向１３７に磁場を印加した。このときの磁束密度の例としては、例えば１Ｔが挙げられる。１０分間の反応を行った後、電位、磁場の印加を終了して、ＰＢＳで洗浄した。
【０１２０】
その後、５０ｎＭの検出用抗体、例えば８μｇｍＬ−１のＨＲＰ標識された抗ウサギＩｇＧ（生体関連物質のラベル）、ＨＲＰ標識された抗ヤギＩｇＧ（生体関連物質のラベル）、５ｍＭのＫ3［Ｆｅ（ＣＮ）6］，５ｍＭのＫ4［Ｆｅ（ＣＮ）6］を含むハイブリダイゼーション緩衝液を導入した。次に、先と同様の電位、磁場を印加して４０℃で１０分間反応させ、電位、磁場の印加を終了して、ＰＢＳで鉄シアノ錯体のシグナルが出なくなるまで洗浄した。
【０１２１】
その後、１０ｍＭのＨ2Ｏ2を含むＰＢＳを加え１３４の電極電位を０．２Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌに設定し、定常電流を観測した。一方、対象実験として、上述の作業を磁場の印加なしで実施し、これを比較例３とした。
【０１２２】
上記処理装置では、電極１３４と１３２間で、電極の対向方向１３６と垂直な方向の酸化還元物質の流れが起こり、これと垂直な方向（図７中の上から下に向かう方向１３７；対向方向と平行な方向）の磁場と相互作用してローレンツ力を受ける。そして、このローレンツ力によって結果的に溶液に流れがおこり、溶液が攪拌される。
【０１２３】
観測される定常電流値を縦軸に、添加したＩｇＧの濃度を横軸にとると、観測結果は、図１４のような傾向をもつ。すなわち、抗原抗体反応の際に磁場を印加した実施例３では、磁場を印加しなかった比較例３に対し、同じＩｇＧ濃度を加えたときに観測される定常電流の値が大きく、低いＩｇＧ濃度まで検出が可能である。また、ヤギＩｇＧを流したときには、抗ヤギＩｇＧを固定化した電極から、ウサギＩｇＧを流したときには、抗ウサギＩｇＧを固定化した電極からそれぞれ定常電流が観測された。この原理は、実施例１と同様である。
【０１２４】
これは、抗原抗体反応時に印加された磁場と電解電流との相互作用によるＭＨＤ効果により溶液が攪拌され、抗原抗体反応が促進されるためであると考えられる。
【０１２５】
（実施例４）
本実施例の処理装置では、互いに対向するように２つ容器の内壁を構成する単一の平面状電極が設けられたものであり、溶液の移送及び化学発光系を用いた生体関連物質の検出を行うものである。図１５は、この処理装置を表したものであり、電流と磁場の相互作用によって発生するローレンツ力によって溶液の移送を行うと共に、容器内の反応液を攪拌しながら生体関連物質検出のための反応工程を行う処理装置の一例を示す図である。図１５は、この装置の垂直方向における断面の概念図である。
【０１２６】
この装置は、永久磁石１５１、光センサ１５２（光センサ１５２は、細管１５４の紙面手前側に配置される）、光センサ１５２の操作・解析を行うための装置１５３、溶液を保持する容器１５４を備える。また、電源１５５（例えばポテンショスタット）、溶液、試料を導入する導入管１５６、ポンプ１５７とそのリザーバ１５８、試料を排出する排出管１５９、ポンプ１５１０とそのリザーバ１５１１、温調器１５１２を備える。
【０１２７】
ここで用いる溶液を保持するための容器１５４の詳細図を図１６に示す。図１６上（下面図と記載）には容器内部の形状を、図１６下には容器の断面図を示す。容器は外枠１６１に囲まれている。この外枠は例えば、ガラスからなり透明である。外枠上面には、試料、エア、洗浄液等の注入を行う開口１６２、排出を行う開口１６３が設けられている。外枠は中空構造となっており、中空の空間１６４には、試料、エア、洗浄液等が満たされることとなる。中空内部の側面には、２枚の容器の内壁１６８，１６９を構成する平面状電極（アノード及びカソード）が対向して配置されており、これらはリードを通して外部の電源（例えばポテンショスタット）に接続される。これらの電極は、例えばＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）からなる。さらに、内部下面には、参照電極１６７が例えば市販の参照電極用銀ペーストをスクリーン印刷することにより形成される。
【０１２８】
電極１６５，１６６には、シランカップリング剤を用いて市販の生体関連物質を補足する抗体（例えば５’末端がアミノ化されたターゲット捕獲用のオリゴヌクレオチド；反応性物質）が固定化されている。
【０１２９】
なお、この固定化は以下のように行った。電極を窒素気流下、３０％の３−アミノプロピルトリエトキシシランの無水ヘキサン中で還流し、ヘキサンで洗浄、窒素気流で乾燥した。さらに、２．５質量％のグルタルアルデヒドの０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ７．４）を電極上にて気化し、窒素気流下、室温で６０分反応させた後、水洗、窒素気流で乾燥した。ここに例えば、ＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＣＡＣＴＴＣＡＣＴＴＴＣＴＴＴＣＣＡＡＧＡＧ（５’→３’）の配列を持ち、５’末端がアミン終端化された捕獲用のオリゴヌクレオチド（反応性物質）、２μＭのリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）を電極上に滴下し、窒素気流下、室温で６０分反応させたのち、水洗、乾燥した。
【０１３０】
次に、１５１２の温調器を例えば５３℃に設定し、ターゲットとなる例えば、ＡＧＧＣＡＴＡＧＧＡＣＣＣＧＴＧＴＣＣＴＣＴＴＧＧＡＡＡＧＡＡＡＧＴＧＡＡＧの配列を持つオリゴヌクレオチド（生体関連物質）、５ｍＭのＫ3［Ｆｅ（ＣＮ）6］，５ｍＭのＫ4［Ｆｅ（ＣＮ）6］を含むハイブリダイゼーション緩衝液を１５８のリザーバから１５６の導入管、１６２の開口を通して１６４の中空の空間に導入した。
【０１３１】
そして、図１５の上から下向き１６０に磁場を印加した。このときの磁束密度の例としては、例えば１Ｔが挙げられる。１６５の電極電位を０．５Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌに設定し、１６５と１６６の電位は１５秒おきに交換させた。
【０１３２】
そして、１０分間の反応を行った後、１０分間室温で保持し、電位の印加を終了して、ハイブリダイゼーション緩衝液で洗浄した。その後、５０ｎＭの検出用オリゴヌクレオチド、例えば西洋ワサビペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）修飾されたＧＡＣＡＣＧＧＧＴＣＣＴＡＴＧＣＣＴの配列を持つオリゴヌクレオチド（生体関連物質のラベル）、５ｍＭのＫ3［Ｆｅ（ＣＮ）6］，５ｍＭのＫ4［Ｆｅ（ＣＮ）6］を含むハイブリダイゼーション緩衝液を導入した。そして、先と同様の電位（電位の交換を含む）、を印加して３７℃で１０分間反応させ、さらに１０分間室温で保持し、電位の印加を終了して、ハイブリダイゼーション緩衝液で１０度、洗浄した。
【０１３３】
上記処理装置では、電極の対向方向に酸化還元物質の流れが起こり、この方向と垂直な方向（図１５中の上から下に向かう方向１６０；図１６の紙面の表側から裏側に向かう流れ又は裏側から表側に向かう流れ）の磁場と相互作用する。そして、結果的に溶液にローレンツ力がはたらく。そして、このローレンツ力によって溶液の流れが起こり、溶液が移送される。なお、この溶液が移送される方向は、電極に印加する電位を反転させることにより、１７１又は１７２の方向とすることができた。更に、この移送と同時に、溶液の攪拌が起こりこれを利用して生体関連物質の検出を行った。
【０１３４】
この後、市販のＨＲＰ存在下で化学発光を起こす試薬を加え、この発光を１５２で検知した。一方、対象実験として、上述の作業を磁場の印加なしで実施し、これを比較例４とした。
【０１３５】
観測される発光強度を縦軸に、添加したオリゴヌクレオチドの濃度を横軸にとると、観測結果は、図１７のような傾向を有していた。すなわち、ハイブリダイゼーションの際に磁場を印加した実施例４では、磁場を印加しなかった比較例４に対し、同じオリゴヌクレオチド濃度を加えたときに観測される発光強度が高く、低いオリゴヌクレオチド濃度まで検出が可能である。この理由は、ラベルとして用いているＨＲＰのはたらきで化学発光試薬が発光したためである。
【０１３６】
また、このような結果が得られたのは、ハイブリダイゼーション時に印加された磁場と電解電流との相互作用によるＭＨＤ効果により溶液が移動し、さらに電位の交換により反転されることで溶液が攪拌されたためと考えられる。そして、この結果としてハイブリダイゼーション反応が促進されるためであると考えられる。
【０１３７】
（実施例５）
本実施例の処理装置は、互いに対向するように２つの細管の内壁を構成する単一の平面状電極が設けられたものであり、溶液の移送を行うものである。図１８は、この電流と磁場の相互作用によって発生するローレンツ力によって細管内の流体を移送する装置の一例を示す図である。図１８は、この装置の垂直方向における断面の概念図である。
【０１３８】
この装置は、磁石１８１、電極が配置された細管１８２、電源１８３（例えばポテンショスタット）、溶液・試料を導入する導入管１８４、ポンプ１８５とそのリザーバ１８６、試料を排出する排出管１８７、リザーバ１８８からなる。ここで、細管の内側断面は、一辺１００μｍの四角形となっている。また、２枚の容器の内壁１９５，１９６を構成する平面状電極１９３、１９２が対向して配置されている。
【０１３９】
ここで、本実施例の電極が配置された細管１８２の詳細図を図１９に示す。図１９上（上面より見た図と記載）には細管内部の電極の形状を、図１９下（側面より見た図と記載）には細管の側面断面図を示す。細管は外枠１９１に囲まれ、内壁側面にめっきにより電極（これらの電極の材質は例えば、金である。）が対向して形成されている。この外枠は例えば、ガラスからなる。ここで、細管の側面（上面より見た図の左右）は開口となっており、溶液等の導入・排出を行うことができるようになっている。外枠中空の空間１９４を、試料、エア、洗浄液等が移送されることになる。
【０１４０】
５ｍＭのＫ3［Ｆｅ（ＣＮ）6］，５ｍＭのＫ4［Ｆｅ（ＣＮ）6］を含む０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）を、ポンプ１８５を用いて１８６のリザーバから１８４の導入管を通して１９４の中空を満たす。そして、図１８中の上から下に向かって磁場を印加する。このときの磁束密度の例としては、例えば１Ｔが挙げられる。１９２と１９３間の電圧を１．０Ｖ（１９２がアノード、１９３がカソードに該当する）に設定し、電磁石に電流を流す。そして、１８７を通して排出される溶液の量を１８８のリザーバにおいて測定した。一方、対象実験として、上述の作業を磁場の印加なしで実施し、これを比較例５とした。
【０１４１】
上記処理装置では、電極の対向方向１９７に酸化還元物質の流れが起こり、この方向の流れに起因する電解電流がこれと垂直な方向（図１８中の上から下に向かう方向１６０；図１９の紙面の表側から裏側に向かう方向）の磁場と相互作用してローレンツ力を受ける。そして、このローレンツ力によって１９８の方向に溶液の流れが起こり、溶液が移送される。
【０１４２】
観測される溶液量を縦軸にとると、観測結果は、図２０のような傾向をもつ。すなわち、実施例５では、磁場を印加しなかった比較例５に対し、印加された磁場と電解電流との相互作用によるＭＨＤ効果により溶液が移動した。このことで、通常溶液を移送する場合に大きな抵抗のある細管内を効果的に移送させることができたためであると考えられる。さらに、外部からポンプ等で力を加えない場合においても、ＭＨＤ効果による溶液の位相を観測することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明では、電流と磁場の相互作用によって発生するローレンツ力によって細管又は容器中の流体を効果的に移送する、又は容器、細管内の溶液を効果的に攪拌できる。また、この際に生体関連物質と反応性物質の間で反応を行わせる反応工程を行うことで、試料中の生体関連物質を効果的に検出可能な装置を提供できる。このため、本発明は産業上、有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明の溶液の流れを発生させる力の発生原理を説明する図である。
【図２】本発明の処理装置の電極配置の一例を表す模式図である。
【図３】本発明の処理装置の電極配置の一例を表す模式図である。
【図４】電極サイズと溶液の流れとの関係を表す説明図である。
【図５】本発明のレドックスサイクルを用いる電極配置の一例を表す説明図である。
【図６】本発明の処理装置の一例を表す模式図である。
【図７】本発明の処理装置の一例を表す模式図である。
【図８】実施例１と比較例１の検出結果を表す概念図である。
【図９】本発明の処理装置の一例を表す模式図である。
【図１０】本発明の処理装置の一例を表す模式図である。
【図１１】実施例２と比較例２の検出結果を表す概念図である。
【図１２】本発明の処理装置の一例を表す模式図である。
【図１３】本発明の処理装置の一例を表す模式図である。
【図１４】実施例３と比較例３の検出結果を表す概念図である。
【図１５】本発明の処理装置の一例を表す模式図である。
【図１６】本発明の処理装置の一例を表す模式図である。
【図１７】実施例４と比較例４の検出結果を表す概念図である。
【図１８】本発明の処理装置の一例を表す模式図である。
【図１９】本発明の処理装置の一例を表す模式図である。
【図２０】実施例５と比較例５の移送量を表す概念図である。
【符号の説明】
【０１４５】
１１、２３、３１、４３  溶液
１３  基質の流れ
１４、２６、３６  溶液に流れを生じさせる力
１６、１３６  対向方向
１７  対向方向と垂直な方向
２１、７５、１０４，１０５  円形電極
２２、７３、１６５、１６６  平板電極
２４、３２、７１、１０１、１３１、１６１、１９１  外枠
２５、６４、９５、１２４、１５５、１８３  電源
２７、７８、１９５，１９６  容器の内壁
３３  下の平板電極
３４  上の平板電極
３５  酸化還元物質の還元体の流れ
４１  サイズの大きな電極
４２  サイズの小さな電極
４４  酸化還元物質の流れ
５１  酸化還元物質を含む溶液
５２、５３、１９２、１９３  電極
６１、９１、１２１、１８１  磁石
６２、１２２、１５１２  温調器
６３、９４、１２３、１５４  容器
６５、９６、１２５、１５６、１８４  導入管
６６、６９、９７、９１０、１２６、１２９、１５７、１５１０、１８５  ポンプ
６７、６１０、９８、９１１、１２７、１２１０、１５８、１５１１、１８６、１８８  リザーバ
６８、９９、１２８、１５９、１８７  排出管
７２、１０２  開口
７４、１０３、１３３、１６４、１９４  中空の空間
７６  リング状の電極
７７、１０６、１６７  参照電極
７９、１０９、１３７、１６０、１９７  磁場の方向
９２  フォトダイオードアレイ
９３  フォトダイオードアレイの操作、解析、単色光源の操作、解析装置
９１２  単色光源
１０７  電極を取り囲む領域
１３２  筒状の電極
１３４  棒状の電極
１３５  リード
１５１  永久磁石
１５２  光センサ
１５３  光センサの操作、解析装置
１６２  注入を行う開口
１６３  排出を行う開口
１７１，１７２、１９８  溶液の移送方向
１８２  細管
【図１】
2008164589.tif 000004
【図２】
2008164589.tif 000005
【図３】
2008164589.tif 000006
【図４】
2008164589.tif 000007
【図５】
2008164589.tif 000008
【図７】
2008164589.tif 000009
【図８】
2008164589.tif 000010
【図９】
2008164589.tif 000011
【図１０】
2008164589.tif 000012
【図１１】
2008164589.tif 000013
【図１３】
2008164589.tif 000014
【図１４】
2008164589.tif 000015
【図１６】
2008164589.tif 000016
【図１７】
2008164589.tif 000017
【図１８】
2008164589.tif 000018
【図１９】
2008164589.tif 000019
【図２０】
2008164589.tif 000020
【図６】
2008164589.tif 000021
【図１２】
2008164589.tif 000022
【図１５】
2008164589.tif 000023
【配列表】
2008164589000001.app