(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル体（１１）に対応して設けられたサンプル（１４）を測定する磁場（Ｂ）を発生するコイル体（１１）、および、
前記コイル体（１１）に接続され、このコイル体（１１）を使用して磁場（Ｂ）を発生する電子機器（１３）を有する測定装置（１０）において、
前記コイル体（１１）は、このコイル体（１１）のコイル形状を平面状に形成する少なくとも一つのフラットコイル（１２、１２．１、１２．２）であり、且つこのコイル体（１１）の長手の方向（Ｋ）に直交するコイルの幅が前記方向（Ｋ）に漸次広がるコイル形状であり、
このコイル体（１１）で発生する磁場は、このコイル体（１１）の前記長手の方向（Ｋ）で変化する磁場（Ｂ）が、前記長手の方向（Ｋ）に直交する前記幅に従って生成されて、
前記コイル体（１１）は、漸次的に変化する幅（Ｄ）を有する楔状コイル（１２）を前記長手に形成した構成、あるいは、異なる直径を有する少なくとも２つのフラットコイル（１２．１、１２．２）を前記長手に整列した構成、のいずれかで構成されるコイル体（１１）であり、
前記サンプル（１４）は前記長手に形成あるいは整列した構成の前記コイル体（１１）の平面に対向して測定方向（Ｍ）に移動し、
前記サンプル（１４）を測定するために、前記サンプル（１４）と前記コイル体（１１）との既知の距離依存性を有し且つ測定範囲内の前記コイル体（１１）の異なる位置の間で前記変化する幅（Ｄ）あるいは前記２つのフラットコイルのコイル体（１１）から受ける前記変化する磁場（Ｂ）が発生して、
前記サンプル（１４）に作用する前記磁場（Ｂ）であり且つ前記既知の距離依存性を有する前記磁場（Ｂ）を変化させるために、この測定装置（１０）が、前記サンプル（１４）と前記コイル体（１１）との相対位置を変化させる手段（２４）を含むことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記コイル体（１１）に属する少なくとも一つの前記フラットコイル（１２）のコイル形状が、前記コイル体（１１）の形成する平面の前記方向（Ｋ）に直交する直線（Ｐ）に対して非対称である請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記サンプル（１４）と前記コイル体（１１）との相対位置が、前記コイル体（１１）が形成する面の前記方向（Ｋ）において変化可能である請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記サンプル（１４）と前記コイル体（１１）との相対位置を変化させる手段（２４）が、前記コイル体（１１）に対する前記サンプル（１４）の位置を決定する手段（１５）を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記コイル体（１１）に属する少なくとも一つの前記フラットコイル（１２、１２．１、１２．２）のコイル形状が、三角形である請求項１〜４のいずれか１項に記載の測定装
置。
【請求項６】
前記サンプル（１４）と前記コイル体（１１）との相対位置を変化させる手段（２４）が、少なくとも一つのサンプル（１４）のための前記コイル体（１１）に対応して設けられたホルダー（２５）を有し、このホルダーの回転運動によって、前記ホルダー（２５）に取り付けられた前記サンプル（１４）の前記コイル体（１１）に対する位置を変化させる請求項１〜５のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項７】
前記電子機器（１３）が前記サンプル（１４）を読み取る手段（１６）を有し、これら手段を同じ電子機器の少なくとも一部から形成し、これによって前記磁場（Ｂ）が前記コイル体（１１）によって発生する請求項１〜６のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記装置（１０）が、前記サンプル（１４）に属する磁性粒子（１９、２０）に磁力が作用する構成体（２８、３０、３２）を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項９】
前記サンプル（１４）に属する磁性粒子（１９、２０）に磁力が作用する前記構成体が、
絶縁層（２８）、
前記絶縁層（２８）の後ろに配された導電層（３０）、および
前記導電層（３０）の後ろに配された前記サンプル（１４）に属する磁性粒子（１９、２０）に磁力が作用する手段（３２）、を有する請求項８に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記サンプル（１４）をキュベット（１８）内に設けた請求項１〜９のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１１】
前記サンプル（１４）と前記コイル体（１１）との相対位置を変化させる手段（２４）が、
前記コイル体（１１）に対応して取り付けられた、少なくとも一つの前記サンプル（１４）のホルダー（２５）、
およびこのホルダー（２５）を前記コイル体（１１）に対して移動させる操作装置（２４）
を有する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１２】
コイル体（１１）を使用してサンプル（１４）を測定し、
このコイル体（１１）のインピーダンス変化を検出し、この変化に基づいてこのサンプル（１４）の定性的特性、および、または定量的特性を決定するサンプルの測定方法において、
前記コイル体（１１）のコイル形状を形成する平面状に少なくとも一つのフラットコイル（１２、１２.１、１２．２）を使用して、このコイル体（１１）を形成し、
このコイル体（１１）の長手の方向（Ｋ）に直交するコイルの幅が漸次広がるコイル形状であり、このコイル体（１１）で発生する磁場は、このコイル体（１１）の前記長手の方向（Ｋ）で変化する磁場（Ｂ）が、前記長手の方向（Ｋ）に直交する前記幅に従って生成され、
前記コイル体（１１）は、漸次的に変化する幅（Ｄ）を有する楔状コイル（１２）を前記長手に形成する構成、あるいは、異なる直径を有する少なくとも２つのフラットコイル（１２．１、１２．２）を前記長手に整列する構成、のいずれかで構成されるコイル体（１１）であり、
前記長手に形成あるいは整列した構成の前記コイル体（１１）の平面に対向して測定方向（Ｍ）に前記サンプル（１４）を移動させて、
さらに、前記サンプル（１４）を測定するために、前記サンプル（１４）と前記コイル体（１１）との既知の距離依存性を有し且つ測定範囲内の前記コイル体（１１）の異なる位置の間で前記変化する幅（Ｄ）あるいは前記２つのフラットコイルのコイル体（１１）から受ける前記変化する磁場（Ｂ）が発生して、
そして
前記サンプル（１４）に作用する前記磁場（Ｂ）であり且つ前記既知の距離依存性を有する前記磁場（Ｂ）を変化させるために前記サンプル（１４）と前記コイル体（１１）との相対位置を変化させることを特徴とする測定方法。
【請求項１３】
前記コイル体（１１）に属する少なくとも一つの前記フラットコイル（１２）の前記コイル形状が、このコイル体（１１）が形成する平面の前記方向（Ｋ）に直交する直線（Ｐ）に対して非対称である請求項１２に記載の測定方法。
【請求項１４】
前記サンプル（１４）と前記コイル体（１１）との相対位置が、前記コイル体（１１）が形成する平面の前記方向（Ｋ）に変化する請求項１２または１３に記載の測定方法。
【請求項１５】
前記サンプル（１４）と前記コイル体（１１）との相対位置の変化時に、このコイル体（１１）に対して前記サンプル（１４）の位置を決定する請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項１６】
診断または分析における請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の測定方法又は請求項１〜１１のいずれか１項に記載の測定装置（１０）の使用。
【請求項１７】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の少なくとも一つの測定装置（１０）、およびデータ処理装置にこの装置を接続するインターフェースを有する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場を発生して、この磁場に接続したサンプルを測定するコイル体ないしコイル配列（ｃｏｉｌ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）、およびコイル体に接続され、このコイル体を使用して磁場を発生する電子機器を有する測定装置に関する。
さらに、本発明はサンプル測定方法に関する。
【０００２】
例えば磁性粒子が存在する各種のサンプルを分析する必要性は公知である。磁性粒子は、例えばサンプルそれ自体に属するか、および/またはサンプルに分析を目的として添加されているかのいずれかである。一般に、分析対象のサンプルは測定装置に影響を与える物質を有し、またこれに基づいて結論を下す物質を有する。サンプル測定の対象は、サンプル中の磁性粒子の数、大きさ、サンプル体の各部における接着性および/または分布である。各種の測定装置が公知であり、サンプルを測定するためのコイル体およびこれに接続した電子機器が存する。
【０００３】
例えば、米国特許第４，６５１，０９２号には、ラップドコイル（ｗｒａｐｐｅｄ  ｃｏｉｌ）に基づいた解決策が開示されている。測定対象のサンプルは、コイル内に位置する。ところが、このようなコイルの距離感度はごく限られている。粒子の大きさおよび/または個数、またはサンプルの大きさがかなり小さい場合には、測定装置を使用しても、信頼性のある測定結果は得ることができない。
【０００４】
コイル体を利用した所謂走査型測定も広く公知である。この場合、センサとして作動するコイルがサンプルの深さ方向に移動する。従って、サンプルを走査することができる。コイル体とサンプルとの距離が測定時に変化するため、例えば測定ゾーンにおける静的な磁場を安定化することが困難になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４，６５１，０９２号
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、測定が簡単な上に、測定感度の高い測定装置を提供することを意図している。本発明の特徴については、特許請求の範囲に記載した通りである。
【０００７】
本発明の測定装置によって、サンプル中の磁性粒子の個数および/または分布を簡単かつ容易に決定できる。本発明の場合、コイル体を構成する一つかそれ以上のフラットコイル（ｆｌａｔ  ｃｏｉｌ）を利用する。
【０００８】
本発明では、コイル体が発生する磁場の形状を利用して、例えば、サンプルの粒子分布を決定できる。この場合、測定信号は磁性サンプルとコイルとの距離に依存する。サンプル体中でコイルに近い磁性粒子は、サンプル体中においてコイルから遠い磁性粒子よりも測定信号が大きい。粒子分布が異なると、粒子からコイルまでの距離が異なり、この場合コイルの電気特性への作用が異なる。これは、粒子の全個数が一定の場合にもいえる。従って、本発明では、例えばサンプル中の粒子の沈降およびサンプル中の異なる密度をもつ粒子の相対的な割合を決定することが可能になる。
【０００９】
距離依存性は、例えば、コイルの形状によって調節できる。コイルに対してサンプルの位置を変えるか、あるいはコイルの形状を変えることによって、サンプルの異なる領域を測定できる。従って、同じ測定装置によって、例えば、サンプル中の粒子の個数および分布を決定することが可能になる。
【００１０】
本発明は、任意の特定測定技術には制限されない。なお、本発明は全体としてはコイル体のインピーダンス変化に基づく。（例えば、インピーダンスの測定などの）コイルの特性に基づいて測定する方法ならば、すべての方法を本発明において利用できる。例えば、インピーダンス・ブリッジの測定、共鳴振動数の測定などがその実例である。
【００１１】
本発明によれば、多くの他の公知測定方法において厳しく求められている精度は必要ない。必要な要件の一つは、対称的なグラジエントの測定（ｇｒａｄｉｏｍｅｔｒｉｃ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）である。例えば、同一平面上でコイル体に対してサンプルを移動させる必要がないため、あるいは移動させることができるため、現実の測定に影響することなく、粒子の沈降時の静的磁場を利用できる。従って、コイル構造体およびサンプルは、全期間を通して、相互に同じ距離に維持できる。さらに、本発明では、磁場の形状に基づいて測定するため、コイルをサンプルの深さ方向、即ち縦方向に動かす必要がない。所定の条件下では、例えば粒子の全個数が既知の場合、サンプルを動かす必要は全くない。この場合、各測定点におけるコイル体の感度が既知であるため、既知の一つの測定点においてサンプルをコイル体に接近させることによってサンプル中の粒子分布を確認できる。本発明の他の特徴についても特許請求の範囲に記載した通りであり、また本発明の他の作用効果は、本明細書に記載する通りである。
【００１２】
以下制限する意図はないが、添付図面に示す実施態様を参照して本発明を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１ａ】側面から見た、測定装置の概略実施例を示す図である。
【図１ｂ】図１ａに示した測定装置を示す上面図である。
【図２ａ】側面から見た、測定装置の第２の概略実施例を示す図である。
【図２ｂ】図２ａに示した測定装置を示す上面図である。
【図３】測定装置の上から見たフラットコイルの概略実施例を示す図である。
【図４】各種のサンプルの実施例を示す図である。
【図５】側面から見た、測定装置の第３の概略実施例を示す図である。
【図６】測定基底（ベース）のいくつかの実施例を示す側面図である。
【図７】上から見た、コイル体におけるサンプル構成の一つの実施例を示す概略図である。
【図８】側面からみた、コイル体におけるサンプル構成を示す、図７の実施例を示す図である。
【図９】距離の関数としての、一つのコイル体の感度を示す図である。
【図１０】コイル形状の直径の関数としての、コイル体から異なる距離における粒子の挙動を示す図である。
【図１１】測定装置における電子機器の実装実施例を示すブロック図である。
【発明の詳細な説明】
【００１４】
図１ａおよび図１ｂは、異なる方向から見た、測定装置１０の概略構成の第１実施例を示す図である。図１ａは装置１０の側面図であり、図１ｂは上面図である。
【００１５】
測定装置１０は、独立した装置ユニットとして構成してもよく、あるいは例えば分析器（ａｎａｌｙｚｅｒ）などのより大型な装置の一部として構成してもよい。一つの装置に、少なくとも一つの測定装置１０を利用できる。測定装置１０はその基本的構成において、例えば、コイル体１１、およびこのコイル体１１を使用して測定を行う電子機器を有する。電子機器１３、１６はコイル体１１に接続できる（図３および図１１）。コイル体１１については、磁場Ｂを発生して、コイル体１１に対して設けたサンプル１４を測定できるように設ける。図１ａでは、磁場はコイル体１１から上方に向いた矢印で概略的に示し、全体をＢで示す。
【００１６】
コイル体１１は少なくとも一つのフラットコイル１２を有する。電子機器（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）１３はコイル体１１に、この場合には少なくとも一つのフラットコイル１２に接続でき、このコイル体１１を使用して、少なくとも磁場Ｂを発生するとともに、測定を実施できる。測定は、サンプル１４によって引き起こされ、コイル体１１の電気特性（および/または磁気特性）に生じる少なくとも一つの変化に基づく。サンプル１４には、例えば磁性粒子が存在する。これら粒子は、サンプル１４の他の構成要素に結合しても、結合していなくてもよい。サンプル１４の磁気特性は、コイル体１１の特性変化を引き起こす。例えば、診断分野では、磁性ラベルと呼ばれている。この場合には、キュベット（ｃｕｖｅｔｔｅ）１８がサンプル１４になる。キュベット１８中には、分析用の検体および磁性粒子が存在する（図４）。磁性粒子は、例えば、試薬に結合する。試薬は、それ自体が公知な方法で検体と反応する。キュベット１８は、例えば、下向きに狭くなる円錐管であればよく、その横断面は、例えば円形である。同様に、測定装置１０によって検査される物質および材料は、キュベット１８以外の他の種類の基底内に存在していてもよい。本発明では、測定基底は広く解釈でき、また“サンプル”も広く解釈すべきである。より大型のものの小さな部分でもよく、より大型なもののすべてであってもよく、分析のために一部を分離する必要はない。
【００１７】
コイル体１１に属する少なくとも一つのフラットコイル１２のコイル形状については、空間的に変化する磁場を発生し、サンプル１４を測定できるように構成する。即ち、コイル体１１が発生する磁場の形状、特にその範囲が、コイル体１１の異なる点間において既定の仕方で変化する。磁場が既定の仕方で変化するコイル体１１の作用領域の異なる点が、サンプル１４の測定領域を形成する。サンプル１４は、測定時測定領域にある。コイル体１１の異なる点における磁場の（例えば方向Ｍにおける）変化および強度が既知の場合、例えばその容量の異なる部分からサンプル１４に何が生じているかを測定できる。
【００１８】
一つの実施態様では、サンプル１４およびコイル体１１の相対位置は変化可能であるため、サンプル１４に作用する磁場が変化する。このため、測定装置１０は、サンプル１４とコイル体１１の相対位置を変化させる手段２４を有する。これを実施するさいいくつかの可能性が考えられる。サンプル１４の位置は、測定装置１０に永続的に固定されたコイル体１１に対して変化でき、またコイル体１１の位置は、測定装置１０に永続的に固定されたサンプル１４に対して変化できるようにしてもよく、あるいは両者の位置を相互に対して変化できるようにしてもよい。これら変化を実現するために、測定装置１０は対応する機構（例えば、少なくとも一つのサンプル１４に対して設けるステッパーモーター、経路移動要素（ｐａｔｈ−ｏｆ−ｍｏｔｉｏｎ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ）、ホルダー２５など）を有することができる。動作は手動でもよい。
【００１９】
サンプル１４およびコイル体１１の相対位置を変化させる手段２４については、位置センサなどを有することも可能である。このセンサによって、コイル体１１に対する任意の時点におけるサンプル１４の位置を求めることができる。より具体的には、コイル体１１に対するサンプル１４の位置を決定するための手段１５を用いることもできる。例えば、ステッパーモーター３４（図７）が位置センサとして作動し、この場合この特性を内蔵できる。
【００２０】
一つの実施態様の場合、コイル体１１における一つかそれ以上いくつかのフラットコイル１２によって空間変化磁場を発生できる。コイル体１１の少なくとも一つのフラットコイル１２のコイル形状については、コイル体１１が形成する平面の方向Ｋに変化できるように構成し、サンプル１４を測定するための空間的に変化する磁場Ｂを発生する。図１ａおよび図１ｂにおいて、平面内の三角形は平面状測定コイルの概略図である。フラットコイル１２については、例えば回路基板１７の表面にそれ自体公知な方法で実装することができる。これを実施する一つの例示的な方法は、コイル形状が測定領域において（測定）方向Ｍに変化するフラットコイル１２を使用する方法であり、この方向Ｍにおいてサンプル１４とコイル１２の相対位置を変化させることができる。即ち、測定方向Ｍは、フラットコイル１２の特性平面が形成する方向Ｋと同じである。サンプル１４とコイル体１１の相対位置は、測定方向Ｍ、即ちコイル体１１が形成する特性平面の方向Ｋにおいて変化する。
【００２１】
コイル形状変化の一例は、測定方向におけるコイルの幅Ｄの変化である。この場合、測定方向もフラットコイル１２の特性平面の方向Ｋである。図面における測定方向は、矢印Ｍで示し、このフラットコイル１２によって得られる磁場範囲の変化の原理は矢印Ｂで示す。このように、本実施態様の場合、測定はコイル１２の測定領域の寸法（即ちコイルの幅Ｄ）に依存する距離感度に基づく。サンプル１４は、例えばコイル１２と同じ平面において、測定方向Ｍにコイル１２上を移動できる。次に、サンプル１４はコイル１２の一方の側に移動するため、コイル１２の電気特性が、異なる粒子層が存在する同じ方向である方向Ｚからサンプル１４の作用を受ける。これによって、例えば、空間分布の精度（即ち、空間分布（サンプル容積における粒子の位置）の精度が向上する。
【００２２】
図２ａおよび図２ｂに、図１ａおよび図１ｂと同様に、空間的に変化する磁場を発生する別な方法を示す。この実施態様では、測定方向Ｍに拡張する一つの楔状コイル１２の代わりに、少なくとも部分的に相互にコイル形状が異なる少なくとも２つのフラットコイル１２．１、１２．２を有するコイル体１１を使用する。これらコイル１２．１、１２．２は螺旋コイルであり、この場合直径が異なっている。測定領域において、測定方向Ｍにより狭いフラットコイル１２．１を最初に設け、これに続いて測定方向Ｍにより広いフラットコイル１２．１を設ける。いずれも同じ回路基板１７上にある。より直径が小さいコイル１２．１がサンプル１４においてコイル１２．１により近い粒子を測定し、これに続くより大きなコイル１２．２がサンプル１４においてコイル１２．２に対してより離れている粒子を測定する。
【００２３】
換言すると、測定方向Ｍに左から右にキュベット１８を動かすと、コイル体１１の測定領域（磁場Ｂの寸法）は再び深さ（即ちキュベット１８の縦方向Ｚ）が増す。この方向Ｚは、図１および図２の実施態様の場合、フラットコイル１２、１２．１、１２．２の主方向およびサンプル１４の移動方向Ｍに対して垂直である。図２ａおよび図２ｂの実施態様では、例えばコイル体１１における２つの測定点において測定を実施できる。第１測定点は、より小さい直径の螺旋コイル１２．１の中心にあり、第２測定点は、より大きい直径の螺旋コイル１２．２の中心にある。
【００２４】
サンプル１４が動くと、フラットコイル１２、１２．１、１２．２があるため、コイルと同じ平面上を移動する。換言すると、キュベット１８のフラットコイル１２、１２．１、１２．２からの距離は必ずしも変化しない。図１ａおよび図１ｂに従って楔状コイル１２を使用した場合、コイル体１１を一回走査することによって、例えば粒子の全数および粒子分布を求めることができる。同じ面を走査するため、本発明の解決策を使用すると、従来の欠陥を排除できる。本発明の場合、例えば、測定領域の静的な磁場を簡単に標準化できる。これについては、後述する。
【００２５】
図３に、フラットコイルおよびこれに接続した電子機器１３の概略実施例を示す。ここで、コイル体１１に属するフラットコイル１２は楔状であるため、コイルは測定方向Ｍに幅が広くなる。即ち、その面積が拡大する。電子機器１３は、コイル１１体を使用して磁場を発生する手段だけでなく、サンプル１４を読み取る手段１６を有する。サンプル１４の読み取り時、サンプル１４、特にサンプル内の磁性粒子によって引き起こされる、コイル体１１のインピーダンス変化を検出できる。
【００２６】
本発明の一つの実施態様の場合、サンプル１４を読み取る手段１６については、磁場を発生する同じ電子機器から少なくとも部分的に形成する。このため、測定装置１０の電子機器の実装が簡単になる。図３において、参照符号１３、１６で示す機能は、原理的には、位相同期（ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ）信号源であり、この信号源はそれ自体公知な方法で、連続的に共振する。別な可能性では、図１１の実施態様に示すように、インピーダンス・ブリッジの一部を形成することができる。サンプル１４によって引き起こされるコイル体１１の特性変化については、電流変化のみからも検出できる。
【００２７】
図３に、楔状コイル１２の寸法の一例を示す。測定方向Ｍにおける長さは例えば１５〜５０ｍｍであり、コイル１２の狭い端部におけるコイル幅Ｄ１は例えば１〜２ｍｍであり、またコイル１２の広い端部における幅Ｄ２は例えば１０ｍｍを含む５〜１５ｍｍである。一般に、コイル１２の寸法は、例えばサンプル１４の沈降層の厚みおよびサンプル１４のコイル１２からの距離に応じて異なる。コイル１２の巻き線幅は、例えば１００μｍを含む５０〜２００μｍであり、また巻き線の絶縁ギャップも１００μｍを含む５０〜２００μｍである。
【００２８】
一般的にいって、コイル体１１に属する少なくとも一つのフラットコイル１２のコイル形状は、非対称とすることができる。図３にこれの一例を示す。図示の実施態様の場合、コイル形状は、コイル体１１が形成する平面の方向Ｋに対して垂直な直線Ｐに対して非対称である。この場合、直線Ｐは測定方向Ｍと同じ平面だけでなく、コイル体１１が形成する特性平面の方向Ｋと同じ平面にある。この直線Ｐが例えば三角形のフラットコイル内にある場合、例えばフラットコイル１２の中心にある測定方向Ｍ内にある場合、コイル形状は直線Ｐの左手側において狭くなり、そして右手側において広くなる。換言すると、コイル体１１のコイル形状はこの直線Ｐに対して非対称である。より具体的には、コイルの幅はこの直線Ｐに対して非対称である。
【００２９】
対応して、キュベット１８のコイル体１１からの距離も変化させることができる。このキュベット１８はコイル１２に対して接触できるものであってもよい。この距離を例示すると、例えば５ｍｍを含む０〜１０ｍｍであればよい。キュベット１８のコイル１２からの距離は個々の測定において異なってくるが、いかなる場合においても既知である。
【００３０】
本実施態様の測定装置１０は、鋭く尖ったキュベット１８の測定にきわめてすぐれた性能を発揮する。キュベット１８のコイル体１１に対するアライメントが特に重要であるからである。キュベット１８の測定およびこれのコイル体１１に対するアライメントは、図１の楔状コイル体１１および図２の螺旋コイル１２．１、１２．２を使用すると、簡単に行うことができる。
【００３１】
いくつかのコイル１２．１、１２．２を使用する場合、例えば、一つのコイル１２．１の距離依存性が他のコイル１２．２よりも大きくなるように、異なるコイル形状を使用すると同じ作用効果を得ることができる。このようにして、サンプルの全容積における粒子数およびサンプル１４の特定の点における粒子数を測定することができる。
【００３２】
本発明装置１０の場合、例えば点状サンプル（図７の参照符号２７）を使用して、サンプル１４の深さ、即ち縦方向Ｚで較正することができる。測定装置１０を較正する一つの方法では、コイル体１１の平面方向Ｍに設けられた各測定点が発生する信号が、同じになるよう設定する。この場合、測定すべきすべての粒子が、（コイル１２、１２．１、１２．２の表面に近い）キュベット１８底部の薄層中に存在する場合、各測定点から得られた信号は同じである。粒子が、キュベット１８が形成するサンプル容積中においてより均質に分布する厚い層として存在する場合、得られる信号は、コイル体１１上で狭い端部から広い端部に向かってキュベット１８が移動するに従って大きくなる（図１ａ、図１ｂおよび図３の実施態様）。
【００３３】
キュベット１８の形状が円筒形体になるように単純化した場合、キュベット１８中の沈降層の厚さの効果は、コイル表面の簡単な積分によって描出できる。コイル１２の最も狭い端部および最も広い端部における測定間の相違が大きくなるほど、キュベット１８中の沈降層が厚くなる。
【００３４】
本発明の一つの実施態様の場合、測定装置１０は、密度が異なる２つの沈降層を判別するためにも使用できる。コイル１２の直径が十分に大きい場合、容積中の粒子の全数は、サンプル１４をコイル体１１の最も広い端部に設定された測定点に設けることによって測定できる。サンプル１４の底部に密度高く沈降した層が、移動が生じている間、ほぼ一定の信号を与えるが、上部の層によって結果は変わってくる。各測定点について感度の距離依存特性が既知の場合には、両層の厚さはこの結果に基づいて決定できる。この実施態様では、較正を実施できる一つの可能性では、最初に点状サンプル１４を使用して第１の測定を実施し、次に、均等に分布したサンプル１４を使用して第２の測定を行う。別な可能性では、点状サンプルを異なる距離で使用して複数の較正測定を行う。
【００３５】
本発明に使用する測定電子機器には特別な制限はない。例えばインピーダンスなどのコイルの電気特性変化に基づくものであればよい。この特性変化は、磁性粒子がコイルの測定領域に入り込むさいに生じる。即ち、測定は例えば共鳴振動数変化に基づいて行ってもよく、あるいはインピーダンス・ブリッジ測定などに基づいて行ってもよい。
【００３６】
図４に、異なるサンプル１４．１〜１４．３のいくつかの概略実施例を示す。ここでは、サンプルは、キュベット１８中内に一つかそれ以上の層として沈降すると描出できる。キュベット１８の直径は、例えば２ｍｍである。図４に、２つの異なる種類の粒子１９、２０が存在するキュベット１８を示す。単なる磁性粒子１９であるネガティブなサンプル１４．１は、サンプルの最も左側にある。各磁性粒子２０がより大きな非磁性粒子に結合しているポジティブなサンプル１４．３は、サンプルの最も右側にある。このサンプル１４．３の場合、磁性材料２０の密度は第１サンプル１４．１の密度よりもかなり低い。
【００３７】
図４の中央にサンプル１４．２を示す。このサンプルの半分は（キュベット１８の底部に存在する）単なる磁性粒子（１９）であり、他の半分は、より大きな非磁性粒子が結合している磁性粒子２０である。これら粒子は、キュベット１８の底部の粒子層１９より上に存在する。キュベット１８の底部の密度の高い粒子１９の密度は、例えば、非磁性粒子に結合した他の粒子２０の密度よりも１０倍高い。なお、粒子の全数は一定であると想定している。本実施例の場合、キュベット１８の底部の密度の高い粒子１９は、約０．９５ｍｍ（容積が約３ｍｍ３）の粒子沈降層を有する。より大きな粒子２０の容積は、１０倍大きく、即ち３０ｍｍ３であり、実施例のサンプルチューブ１８内においてほぼ１０ｍｍの距離にわたって分布する。粒子分布が５０：５０の場合、底部の密度は高く１．５ｍｍ３であり、上部には１５ｍｍ３のより大きな粒子が存在する。
【００３８】
この測定方法の場合、ネガティブなサンプル１４．１（単なる磁性粒子１９）は、コイル体１１の各測定点においてほぼ同じ結果が得られる。ポジティブなサンプル１４．３の場合、コイル１２の広い端部で結果が大きくなり、またコイル体１２の狭い端部で結果が小さくなる。粒子の全数は一定であるが、より密度の高い粒子体によって、大きな容積にわたって分布した同数の粒子の場合よりも大きな信号が得られる。
【００３９】
例えば、楔状コイル体１１の形状を変えることによって、距離感度を調節することが可能になる。コイル１２の狭い端部における効果距離は、コイル１２の広い端部よりも短い。従って、コイル１２の狭い端部で測定を行う場合は、コイル１２に最も近い粒子によって、コイル１２からより遠い粒子よりも信号が比較的大きくなる。対応して、距離依存性が小さくなると、広い端部で測定した場合、サンプル中の粒子の全数を決定できる。
【００４０】
距離感度に基づく測定の場合、上記に基づいて使用でき、サンプル１４中の粒子の全数が一定の場合には、あるいはその他の方法でこれを決定できる場合には、サンプル１４中の分布を決定することができる。従って、測定の唯一の方法としては、粒子数が確実でない場合、これには不確実性が伴う。以下、測定の信頼性および精度を改善するいくつかの方法を説明する。
【００４１】
簡単な実施例は、サンプル１４とセンサ１２とが相互に特定の角度になっていると想定できる。この例を図６に示す。この例に示すように、サンプル１４が同一平面状を移動したとしても、距離依存測定を行うことができる。センサ１２上を測定方向Ｍにサンプル１４が移動すると、センサ１２の一方のエッジが他方のエッジよりもサンプル１４から遠くなる。距離が一定の測定では、感度の距離依存性が非線形になるため、特に距離が近接すると、この実施態様の場合距離依存性がより線形になる。
【００４２】
以下の実施態様で説明するように、サンプルを移動しなくても、粒子の全数を測定できる。第１の実施態様では、例えば、非線形の距離依存性を利用することによって、サンプル中の粒子の全数および分布を決定できる。この場合、サンプル１４を例えば上から、一つの測定点でのコイル１２の作用領域に移すだけでよく、またサンプル１４が異なる距離からコイル１２に接近している間に信号レベルを測定するだけでよい。従って、サンプル１４は参照符号Ｍで示す測定方向に全く移動しないが、その代わり参照符号Ｚで示す方向に移動する。
【００４３】
粒子の全数を決定する第２の実施態様では、サンプル中に粒子を均等に分布させた混合サンプルの測定を行う。（コイルの測定領域中の）特定容積中において信号レベルをまず測定するため、平均粒子密度を評価することができる。サンプルの全容積が既知の場合、粒子の全数を決定できる。サンプル中において粒子が底部に沈降した場合には、分布と相関関係がある測定結果が得られる。このように、粒子の全数が測定に決定できるため、分布測定の精度が向上する。
【００４４】
第３の実施態様では、サンプルの沈降時間から粒子数を測定できる。サンプルが液状であり、その（粘度を含む）特性が既知の場合、これら特性を利用して、粒子数を決定できる。大きな粒子は、小さな粒子と比較した場合、沈降速度が遅い。沈降時間に基づいて分布を評価する場合、インピーダンス測定結果を使用して、粒子の全数を評価できる。これら結果を併用すると、測定精度が高くなる。
【００４５】
場合にもよるが、測定回数の変更を利用して、粒子分布を決定することができる。例えば、導電性サンプルを使用する場合、測定回数が増えると、磁場の侵入深度が小さくなるため、コイルの形状変化に応じてある程度までこれを利用できる。超常磁性粒子の集団の大きさ、あるいは構造が相互に異なっている場合、異なる粒子の異なる振動数挙動については、振動数走査によって知ることができる。従って、振動数変化によって、異なるサイズの粒子を同じサンプルから分離できる。
【００４６】
図６に、最大容積およびサンプル容積をもつサンプルウェル（ｓａｍｐｌｅ  ｗｅｌｌｓ）である、いくつかの共通測定基底１８を示す。この場合、被分析物質のサンプルウェル１８の層厚さは５ｍｍである。サンプルウエル１８の最大容量は、図６の左から順に３００μｌ、２００μｌ、および３００μｌである。対応する順で、サンプルウェル１８のサンプルスペース２３の底部の５−ｍｍ層形成するサンプル容積は、１２５μｌ、６５μｌ、および１００μｌである。測定を行う場合、サンプルウェル１８の底部２１はコイル体１１に当接する。サンプルウェル１８の上部のネック部分２２は、例えば、サンプルウェル１８をホルダーに支持するさいに利用できる。
【００４７】
図７および図８は、コイル体１１に対応してサンプル１４を設ける一つの概略例を示す。図７は、この概略例の上面図であり、そして図８は、側面図である。一つの実施態様の場合、サンプル１４およびコイル体１１の相対位置を変える手段２４は、少なくとも一つのサンプル１４のホルダー２５であって、コイル体１１に対応して取り付けられるホルダー２５を有する。このホルダー２５としては、例えば、中心点を中心として回転できる円形ディスクを使用できる。ディスク２５の例えば中心にステッパーモーター３４を接続し、コンピュータ制御の下これを回転する。ディスク２５の回転動作によって、ホルダー２４に取り付けられたサンプル１４のコイル体１１に対する相対位置を変更できる。さらに、ディスク２５の回転動作によって、いくつかのサンプル１４を測定でき、一つのサンプルを測定した後にホルダー２４に新しいサンプルを設ける必要はない。従って、ディスク２４をステップ式に移動させることができる。
【００４８】
サンプル１４の設置場所２６としては、例えば、ディスク２５の外周に連続的に周方向に設けた孔または凹部を使用することができる。これらの場所に、サンプル１４を所定の姿勢で固定することができる。場所相互の距離およびディスク２５の大きさについては、コイル１２の作用領域においてディスク２５の各測定位置に一度に一つのサンプル１４が設けられるようにする。さらに、ディスク２５に点状較正サンプル２７を設けることも可能である。
【００４９】
図８に、測定装置１０のさらに別な実施態様を示す。この測定装置は、既に説明した他の実施態様のすべてと同様に適用することができ、これら実施態様に関連して説明したディスク状ホルダーに制限されない。ここでは、サンプル１４の位置に対してコイル１２の反対側にあるコイル１２の下に、サンプル１４に属する磁性粒子１９、２０に影響しないように、構成体２８、３０、３２を設けるが、コイル１２が行う測定を乱すことはない。
【００５０】
一つの実施態様では、測定装置は例えばコイル１２の下に絶縁層２８を有する。絶縁層２８としては、例えば、プラスチック層２９でもよく、あるいは回路基板１７の中間層でもよい。あるいは、コイル１２の磁気流れを案内する層をコイル１２の下に設けることも可能である。例えば、フェライト層でもよい。次に、絶縁層２８の下に導電性層３０に設ける。この導電性層３０としては、例えば、銅３１またはアルミニウムの層を使用することができる。導電性層３０は、コイル１２の高振動数磁場に対して非浸透性である。
【００５１】
さらに、導電性層３０の後ろに、サンプル１４、特にその内部の磁性粒子に作用する手段３２を設けることができる。この手段３２は、例えば、永久磁石３３を有することができる。サンプル１４、およびコイル１２の下の永久磁石３３は、測定中、相対的な距離が一定している。永久磁石３３によって、静的な磁場が発生し、測定コイル１２に近接しているサンプル１４に粒子を吸引し、従って導電性層３０にこれが浸透する。水平移動するサンプル１４に対して磁場は十分均質である。
【００５２】
磁石３３は、方向Ｍ１および/またはＭ２の方向、即ちコイル体１１の面方向Ｍに、またこれに垂直な方向Ｚに移動できる。磁石３３またはその移動は、コイル１２によってサンプル１４から発生する測定信号に影響しない。コイル１２に対して、導電性層３０が同じ位置に存在するからである。磁石３３としては、強力な磁石を使用することができる。同じように、この測定装置も、例えば（測定基底１８の口側の）サンプル１４上に取り付けることができ、また導電性層３０を磁石３３とコイル１２との間に取り付けることができる。
【００５３】
絶縁片２８によって、センサとして作用するコイル１２と、高振動数磁場をブロックする導電性層３０との間に一定の距離を取ることができる。この解決策によって、コイル１２が発生する測定信号に作用することなく、任意の絶縁片を導電性装置３０の他方の側に付加することができる。この絶縁片としては、強力な永久磁石３３を使用できる。同様に、電磁石も使用可能である。この場合、導電性層３０は、特に永久磁石３３またはコイルが測定の全体を通して一定の距離にある場合には、まったく必要ない。従って、導電性層３０によって磁石３３またはその他の金属を他方の側に移動させることができる。磁石３３または、例えばコイルが移動しない場合には、高振動数磁場をブロックする導電性層３０は必要ない。絶縁層２８を設けたため、永久磁石３３は、コイル１２の電気特性に影響しない。この永久磁石３３は、変更でき、また移動させることができ、あるいは取り外すことができ、測定結果や較正に影響しない。
【００５４】
この実施態様の作用効果は、測定装置を使用して、磁性粒子またはこれらに結合した物質を、例えば用途に応じて測定基底１８内においてコイル１２の方に引っ張るか、あるいはコイル１２から引き離すことができることである。一般に、磁気分離といわれている。本実施態様の場合、サンプル１４内の粒子を引っ張る力は測定時一定である。さらに、磁石３３は測定コイル１２に対して移動するが、これはコイル１２の電気特性変化を引き起こさない。換言すると、本実施態様は、静的な磁場を使用して粒子を沈降するものであるが、これはコイル１２の測定の実際の性能には影響しない。
【００５５】
以下、図９および図１０を参照して、本発明の測定装置１０の単純化した動作原理を説明する。本実施態様におけるコイル体の一例として、楔状フラットコイル（例えば、図１ｂ）を使用する。このコイル形状は、測定方向Ｍの幅が１．５ｍｍから１０ｍｍの範囲で変更可能であり、この場合における方向Ｍは、フラットコイル１２が形成する特性平面の方向Ｋでもある。図９に、概略距離の関数としてコイル体の感度を示す。各測定点におけるコイル形状の幅に対応する所定の測定点に関する距離−感度曲線を示す。
【００５６】
この場合、測定点は測定方向Ｍにおけるある点から始まり、この点におけるコイル形状の幅は１．５ｍｍであり、そこから測定方向Ｍにおける幅が０．５ｍｍ間隔で増加する。図９の凡例には、各測定点における対応するコイル形状の幅を示す代わりに、この幅が終わる点、即ち６ｍｍの点を示す。図９の曲線には、１０ｍｍの幅に対応する点まで同じ０．５−ｍｍ間隔で多数の幅を示す。
【００５７】
点状較正サンプルをコイルに接触させることによって、測定方向Ｍにおける各測定点の感度を１００％として設定する。各測定点は固有な係数を有し、これによってインダクタンス変化を評価する。コイルに接触した点状物体を測定した場合には、各測定点で同じ結果が得られる。物体の距離がこれ以外の場合には、各測定点における結果は異なってくる。
【００５８】
測定点のすべてにおいて（即ち、コイルの異なる幅において）同じサンプルが同じ結果を与える場合には、サンプルがコイルに接触する。一方、１０ｍｍのコイル幅に対応する点から１．５ｍｍのコイル幅に移動した場合には、結果が９６％低下し、コイルの表面からの点状サンプルの距離が５ｍｍになる。この情報に基づいても、粒子の実際の個数が計算できる。この距離におけるコイルの感度が既知であるからである。
【００５９】
コイル体からの異なる距離に応じて異なる挙動が、コイル形状（このコイルの幅）の関数として得られる。図１０に、異なる距離における粒子の挙動をコイル形状（コイル幅）の関数として示す。図示の曲線は、コイル表面から距離０、１、２．５、５、１０、１５、および２０ｍｍにおける点状粒子を示す。
【００６０】
対応する既知曲線が判った後は、測定曲線の粒子分布も決定することが可能になる。最も単純な形態では、いくつかの異なる関数を各種の重み付けファクターによって測定された関数に適合させる。適合後、関数の重み付けファクターから粒子分布を決定できる。
【００６１】
図１１に、本発明の測定装置１０および測定方法に適用できる測定回路、即ち測定電子機器１３、１６の一つの概略例をブロック線図として示す。当業者ならば、電子機器１３、１６は本発明の基本的な技術思想を制限するものではなく、本発明の測定装置１０および測定方法によって測定を実行できる一種のポイント・イグザンプル（ｐｏｉｎｔ  ｅｘａｍｐｌｅ）に過ぎない。この実施態様では、一つのフラットコイル１２を有するコイル体は、インピーダンス・ブリッジ４５の一部である。同様に、フラットコイル１２のコイル形状については、コイル体、即ちフラットコイル１２が形成する平面の方向Ｋに変化する。
【００６２】
図１１に示す第１増幅器ステージ３５としては、例えば、低ノイズ（ＬＮＡ）広帯域作動増幅器を使用できる。増幅器３５の後ろで、直角復調を行って、例えば低振動ノイズおよび５０−Ｈｚ攪乱を排除し、位相差測定を実行する。
【００６３】
直角復調は、例えば、ミキサー３６、３７によって、ＤＤＳ振動子３９が発信する入力信号（同位相Ｉ）の正弦およびＤＤＳ振動子４１が発信する余弦（直角位相Ｑ）と出力信号３８を混合することによって直角復調を実行できる。Ｉミキサー３６およびＱミキサー３７の出力をローパスフィルター４２．１、４２．２によってろ波（ｆｌｔｅｒ）し、増幅し、そしてＡＤＣ４３に送る。この実施態様では、駆動側１３においてブリッジ４５とＤＤＳ振動子３９との間に入力増幅器４０（ＰＡ）を設ける。
【００６４】
ノイズレベルを下げ、かつモジュール間の漏えいを防止するために、電子機器１３、１６は必要な保護部分および入力フィルターリング部分を有することができる。さらに、主モジュールは（図示を省略した）調整器を有することができる。
【００６５】
本発明の技術思想の場合、出力信号は、例えば、ブリッジ４５から直接測定された生信号、あるいは測定を行うためにそれ自体が公知な方法で操作される生信号と考えればよい。ブリッジ４５が理想的ではないため、出力信号は一般的にオフセットを有する。このオフセットは、例えば、較正信号を使用することによって取り去ることができる。他の信号操作については、当業者にとっては自明であり、本発明自体の基本的な技術思想に変更はない。
【００６６】
本発明のいくつかの適用実施例としては、診断や獣医用薬剤、食料、環境技術などを挙げることができるが、他の用途も考えられる。従って、本発明は、例えば診断や分析に測定装置１０に適用することにも関する。
【００６７】
測定装置の外に、本発明の一つの態様は、測定装置１０用の素子１２にも関する。この素子は、例えば、コイル形状の、図１または図３に示すフラットコイル１２である。フラットコイル１２のコイル形状は、フラットコイル１２が形成する特性平面の方向Ｋにおいて変化できる。
【００６８】
さらに、本発明はサンプル１４の測定方法にも関する。この方法の場合、コイル体１１を使用してサンプル１４を測定する。測定では、コイル体１１のインピーダンス変化を検出する。これに基づいて、サンプル１４の定性的特性および／または定量的特性を決定する。この方法では、コイル体１１を少なくとも一つのフラットコイル１２から構成する。このフラットコイル１２が、コイル体１１のコイル形状を形成する。さらに、この方法では、コイル体１１のコイル形状が、コイル体１１が形成する方向Ｋにおいて変化するようにする。目的は、空間的に変化した磁場Ｂを発生して、サンプル１４を測定するためである。さらに、本方法の場合、サンプル１４とコイル体１１の相対位置も変化する。この相対位置変化によって、サンプル１４に作用する磁場Ｂを変える。一つの実施態様では、サンプル１４は、磁場Ｂが所定通りに変化する方向における平面の方向にコイル体１１上を移動する。
【００６９】
一つの実施態様の場合、コイル体１１に属する少なくとも一つのフラットコイル１２のコイル形状は、コイル体１１が形成する平面の方向Ｋに対して垂直な直線Ｐに対して非対称である。
【００７０】
一つの実施態様の場合、サンプル１４とコイル体１１の相対位置は、コイル体１１が形成する平面の方向Ｋにおいて変化する。
【００７１】
一つの実施態様の場合、サンプル１４とコイル体１１の相対位置が変化すると、サンプル１４のコイル体１１に対する位置が決まる。
【００７２】
本発明のさらに別な目的は、例えば上記のいずれかの実施態様か、あるいは併用した実施例に使用できる少なくとも一つの測定装置１０有する。さらに、この素子は、例えば素子を病院や実験室のデータ処理装置に接続するインターフェースを有する。従って、本発明の測定装置１０は、実験室の分析装置などより大きな完備システムの一部になる。
【００７３】
なお、上記の説明および対応図面は、本発明の例示に過ぎない。即ち、本発明は特許請求の範囲に記載された実施態様だけに制限されるものではなく、当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された本発明の技術思想に基づく範囲内において変更可能な多くの実施態様は自明であるはずである。
【符号の説明】
【００７４】
１０：測定装置
１１：コイル体
１２：コイル
１２．１、１２．２：螺旋コイル（フラットコイル）
１３、１６：電子機器
１４（１４．１〜１４．３）：サンプル
１７：回路基板
１８：キュベット
２２：ネック部分
２３：サンプルスペース
２４：手段
２５：ホルダー（ディスク）
２６：設置場所
２７：点状較正サンプル
２８：絶縁層
２９：プラスチック層
３０：導電性層
３１：銅
３２：手段
３３：磁石
３４：ステッパーモーター
３５：増幅器
３６，３７：ミキサー
４０：入力増幅器
４２．１、４２．２：ローパスフィルター
４３：ＡＤＣ
４５：ブリッジ
Ｍ、Ｋ、Ｚ：方向
【図１ａ】
0006691052.tif 000002
【図１ｂ】
0006691052.tif 000003
【図２ａ】
0006691052.tif 000004
【図２ｂ】
0006691052.tif 000005
【図３】
0006691052.tif 000006
【図４】
0006691052.tif 000007
【図５】
0006691052.tif 000008
【図６】
0006691052.tif 000009
【図７】
0006691052.tif 000010
【図８】
0006691052.tif 000011
【図９】
0006691052.tif 000012
【図１０】
0006691052.tif 000013
【図１１】
0006691052.tif 000014