(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット粒子の定量測定のための磁性粒子を利用する装置であって、該磁性粒子と該ターゲット粒子は磁性結合複合体サンプルを形成するために結合され、
本装置は、
前記サンプルが決められたパターンで付着する可動盤（１２）と、
前記サンプルに交番磁界を加えるマグネタイザー（３１，３２，３３）と、
出力信号コンダクター（４５）を有した磁界センサー素子（４３）であって、該磁界センサー素子（４３）のジオメトリーが前記サンプルの決められたパターンとマッチすることを特徴とする磁界センサー素子（４３）と、
前記サンプルを前記交番磁界内に移動させ、前記サンプル内の磁性粒子を励起して前記サンプル内に磁界振動を発生させるためにあらかじめ決められた方法で前記交番磁界内を通るように前記サンプルを移動させるための装置（２２、２３、２４、２５及び１４、１５、１６、１７）であって、前記サンプルの決められたパターンは、前記サンプルの決められたパターンの位置が前記磁界センサー素子（４３）の位置と整合する少なくとも一つの位置を通過するように、移動させられることを特徴とする装置（２２、２３、２４、２５及び１４、１５、１６、１７）と、
前記決められたパターン内の前記サンプルの量を表す信号を与えるために上記磁界センサー素子からの上記出力信号を変換させる信号プロセッサー（６２、６４、６５、６６）であってプロセッサー及びアナライザーから構成される信号プロセッサー（６２、６４、６５、６６）とを含んでいることを特徴とする装置。
【請求項２】
センサー素子は誘導センサーコイルであることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
センサー素子は２つの離れたセンサーコイルであることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
センサーコイルはグラジオメータ形態で接続されていることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
センサーコイルは円形の螺旋形状であることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項６】
センサーコイルは長方形であることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項７】
移動装置はサンプルとマグネタイザーとの間で二次元的な相互移動を与えることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
移動装置は、
マグネタイザーを可動盤に対して線状に移動させるモータ（２２）及びスクリュー構造（２３、２４、２５）と、
該可動盤及びサンプルを所定の方式で該マグネタイザーを通過するように移動させるモータ構造（１４、１５、１６、１７）と、を含んでいることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
マグネタイザーは、 片側にギャップ（３２）を有した環状コア（３１）と、 該環状コアには巻き付けられているが、そのギャップ（３２）には巻き付けられていないドライブコイル（３３）と、
前記ドライブコイルにＡＣ電力を加える手段と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１０】
センサー素子（４３）は、ギャップと固定関係にあって該ギャップ内に延び入るセンサーサブストレート（４１）に取り付けられていることを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１１】
センサー素子は、センサーサブストレートに取り付けられ、さらにグラジオメータ形態で接続された２つの離れたセンサーコイルであり、そのセンサーコイルはギャップ内に配置されていることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１２】
信号プロセッサーは、
センサー素子の出力に結合された増幅器（６１）と、
その出力信号を調整するために前記増幅器に接続された位相検出器（６２）と、 前記出力信号をデジタル形態に変換させるＡ/Ｄ変換器と、
デジタル変換された信号を受信し、利用可能な形態に変換させ、本装置に制御信号を与えるコンピュータ手段（６５、６６、６７）と、
を含んでいることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１３】
可動盤は複数のサンプルを付着させることができるディスクであり、 モータは信号プロセッサーからの信号に従って該ディスクを回転させるステッパモータであることを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１４】
センサーサブストレートは長形であり、その手前側にボンディングパッド（４０、４２）を有しており、該ボンディングパッドには該センサーサブストレートの先端側に取り付けられたセンサーコイルとの間で信号をコミュニケーションするコンダクター（４４、４９）が接続されており、センサーサブストレートは、ストレー信号及び干渉電波を減少させるために前記ボンディングパッド及びセンサーサブストレートの前記近接端部の周りに導電シールド（４６）をさらに含んでいることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１５】
磁性結合複合体サンプルを形成するために磁性粒子に結合されたターゲット粒子を定量測定する方法であって、
可動盤（１２）上に少なくとも１つのサンプルパターン（１１）を付着させるステップと、
磁界センサー素子（４３）をあらかじめ決められた箇所に具備するステップであって、前記磁界センサー素子（４３）のジオメトリーが前記サンプルパターン（１１）とマッチすることを特徴とするステップと、 
前記あらかじめ決められた箇所に交番磁界を発生させるステップと、
前記サンプルパターン内の前記磁性粒子を励磁し磁界振動を発生させるため、前記サンプルパターンを、あらかじめ決められた方法で前記交番磁界を通過するように移動させるステップであって、前記サンプルパターンは前記サンプルパターンの位置が前記磁界センサー素子（４３）の位置と整合する少なくとも一つの位置を通過するように移動させられることを特徴とするステップと、
前記サンプルパターン内の前記磁性粒子の磁界振動により前記磁界センサー素子（４３）内に電圧を発生させるステップと、
前記磁界センサー素子内で発生した電圧を検知するステップと、
前記サンプルパターン内の磁性粒子の量を決定するために、検知された前記電圧の強度を測定するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
検出ステップはグラジオメータ形態で接続された２つのセンサーコイル（４３）によって達成されることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
可動盤は回転ディスクであることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
磁界は、ドライブコイル（３３）を巻き付けた環状コア（３１）のギャップ（３２）内で発生することを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
ディスクの周辺の少なくとも一部の周りに間隔を開けてサンプルパターン群を付着させるステップと、 サンプルパターンがギャップを通過するために前記ディスクを回転させるステップと、
をさらに含んでいることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は一般的に磁気粒子(magnetic particles)の存在の検出に関し、特には磁気粒子の蓄積の定量測定(quantitative measurement)に関する。その測定は、ＡＣ磁力励起(magnetic excitation)及び励起周波数での粒子の磁気モーメント(magnetic moment)の振動強度(amplitude of oscillation) の誘導検出(inductive sensing)を利用する。
【０００２】
【従来の技術】
微小粒子が存在する混合物または溶液内の微小粒子の存在あるいは密度を決定する技術が嘱望されている。場合によっては有機化合物の非常に低密度を測定することが望ましい。例えば薬剤においては、生理液（例えば血液または尿）に自然に存在するか、生体システムに導入されたもの（例えば薬品や汚染物）である所定種の分子（通常は溶液内）の密度を決定することは非常に有益である。
【０００３】
特定の対象化合物（分析物）の存在を検出するのに使用される１つの方法は、免疫分析(immunoassay)であり、所定の分子種(molecular species)（一般的にリガンドと呼称）の検出は第２分子種（多くの場合にアンチリガンドと呼称）またはリセプターの使用で達成される。それらは特に第１対象化合物に結合する。対象リガンドの存在はリガンドのアンチリガンドへの結合の程度を測定または推断(infer)することで直接的または間接的に検出される。
【０００４】
いくつかの検知及び測定方法は米国特許４５３７８６１号（エリングズ他）に紹介されている。この特許は、典型的には抗原と抗体とであるリガンドとアンチリガンドとの間での結合反応の溶液内均質免疫分析を達成するいくつかの方法を教示している。エリングズの教示は、アンチリガンド物質とリガンド物質の分離領域の二次元的なアレイ(spatial array)によって形成される二次元的なパターン(spatial pattern)を創出することである。このリガンド物質は、アンチリガンド物質の分離領域の二次元的なアレイと反応するように分散されており、二次元的なパターン内のリガンドとアンチリガンドとの間で結合反応を発生させる。結合された複合体(bound complexes)は特定の物理特性でラベル化されている。ラベル化された結合複合体が二次元的なパターンに蓄積されてから、装置はスキャン処理されて望む免疫分析が実行される。スキャナーは蛍光、光密度、光拡散、色彩及び反射等を利用したものでよい。
【０００５】
エリングズによれば、ラベル化された結合複合体は特別に準備された表面セグメント(surface segment)に蓄積されるか、光学的に透明な導管または容器内に蓄積される。その蓄積は、結合複合体が帯磁力粒子を内包する箇所において溶液に対して局部的に磁界を発生させることで行う。磁性粒子は０.０１ミクロンから５０ミクロンのサイズを有している。結合複合体が溶液内で蓄積されると、前述のスキャニング技術が利用される。
【０００６】
マグネタイト及び不活性マトリックス物質から製造された磁性粒子は生化学の分野で長期にわたって使用されてきた。それらは直径が数ナノメータから数ミクロンにわたり、１５％から１００％のマグネタイトを含んでいよう。それらはしばしば超強磁性粒子として記述されており、あるいは大きなサイズにおいては磁性ビーズとして記述される。通常の方法論は粒子の表面を生物学的に活性である物質でコーティングさせる。そのコーティングによって特定の微小対象物または粒子（蛋白質、ウィルス、細胞、ＤＮＡフラグメント等）と強力に結合するようになる。粒子は次に“ハンドル”となり、そのハンドルで目的物は、通常は強力な永久磁石を活用する磁気勾配を利用して移動あるいは不動とされる。エリングズ特許は磁性粒子を使用したタッグ処理の１例である。希土磁石及び鉄極物体(iron pole pieces)を使用して特別に構成した装置がこの目的で商業的に利用できる。
【０００７】
これら磁性粒子は結合粒子を移動または不動にするために使用されているだけであるが、実験では結合物体の存在を検出するためにタッグとして粒子が使用されている。このタッグ処理は通常は対象物体に結合された放射性、蛍光性、あるいは燐光性分子によって行われる。少量でも検出が可能であれば磁性タッグは非常に魅力的である。なぜなら、他のタッグ処理技術は様々な弱点を有しているからである。放射性を利用した方法は健康と廃棄問題を提起する。それらは比較的に遅速でもある。蛍光性あるいは燐光性を利用した技術は測定感度と力学範囲に問題を含んでいる。なぜなら、発生された光子はサンプル内の他の物質で吸収されるからである。１９８８年４月２１日公告の日本特許公告６３-９０７６５号（藤沢他）を参照。
【０００８】
非常に小型である磁性粒子からの信号は非常に弱いので、研究者が超伝導量子妨害装置(Superconducting Quantum Interference Devices:SQUID)に基づく検出器の開発を求めてきたことは当然であった。ＳＱＵＩＤアンプは多くの状況で磁界の最も高感度である検出器として知られている。しかしながらこの取り組みにはいくつかの困難が伴う。ＳＱＵＩＤのピックアップループ(pickup loop)は低温に保たねばならず、サンプルはこれらループに対して非常に緊密なカップリングを提供するために冷却されなければならない。この処理は測定を非常に時間がかかるものとしている。ＳＱＵＩＤと冷却機器の複雑性によって、それらは安価なデスクトップ型機器に使用するには不適である。超伝導体を利用したものであってもこれらの問題を解消させない。それどころかいくつかの新規な問題を提起する。（藤沢他）
磁性粒子の検出及び定量化にはさらに伝統的な方法が存在する。それらは磁力を活用するものであり、サンプルは強力磁力勾配内に置かれ、サンプルに加えられる力が計測される。この計測は典型的には磁力勾配の変動に連れたサンプルの重量変動のモニタリングで行われる。この技術の１例はロール特許５４４５９７０号及び５４４５９７１号に解説されている。さらに複雑な技術は微細加工された片持梁の歪みや振動に対する粒子の影響度を測定する（バセルト他、力顕微鏡技術に基づくバイオセンサー、海洋研究所、Vac.科学技術誌、１４巻、２号（５ページ）（１９９６年４月））。これらの方法は限定的である。すなわち、それらの技術は本質的に磁性のものを力学的反応に置換するからである。この物理反応は、振動、粘性、浮力等の他の物理作用と明瞭に区別されなければならない。
【０００９】
従って、安価で、室温での利用が可能で、デスクトップ型で採用でき、非常に少量の磁性粒子を直接的に検出して定量化させるものが望まれている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、本願発明は対象である磁性粒子（例、磁鉄鉱）及びそれらのカップリングされた物質の非常に少量の蓄積を直接的に検出して測定する方法と装置とを提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願発明は本質的にターゲット粒子の定量的測定のために磁性粒子を採用する装置で成る。それらターゲット粒子と磁性粒子とは結合されて結合複合体サンプルを形成する。この装置は、可動サブストレート(movable substrate)であってその上に決められたパターンで前記サンプルをデポジットするための可動サブストレート(movable substrate)と、前記サンプルに交番磁界(alternating magnetic field)を加えるためのマグネタイザー(magnetizer)と、出力信号コンダクター(output signal conductor)を備えた磁界センサー素子と、該サンプルを磁界内に移動させ、得られる出力信号を有した該センサー素子と作用関係を持たせる装置と、該センサー素子からの該出力信号を変換させ、パターン内の該サンプルの量を示す信号を提供するためのプロセッサー要素とアナライザー要素とを含んだ信号プロセッサーと、該量を示す信号を人間にとって利用可能な形態に変換する装置と、を含んでいる。
【００１２】
磁性粒子またはビーズは知られた方法でターゲット粒子にカップリングされ、磁性サンプル要素または磁性結合複合体を提供する。明瞭に定義されたパターンのサンプル要素は平坦なサブストレート上にデポジットされる。次に高強度高周波磁界が加えられ、このサンプルのマグネタイト(magnetite)の粒子を励起(excite)させる。これでこの粒子は励起周波数にて振動する局性双極子(localized dipole)のごとに振舞う。サンプルからの磁界はグラジオメータ形態(gradiometer configuration)にアレンジされた誘導センサーコイル(inductive sensing coil)のアレイに緊密にカップリングされる。この形態はセンサーコイルを、サンプルの励起に利用される大型で均質な磁界に対して基本的に鈍感にする。さらに、コイルのジオメトリー(geometry)は、サンプルとコイルの相対的ポジションにより顕著に変化する大きな応答を提供するために、サンプルの二次元的(spatial)なパターンにマッチ(match)するようにデザインされている。センサーコイルに印加される電圧は注意して増幅され、位相検出法(phase-sensitive detection)によって処理される。ドライブフィールド(drive field)自体からの誘電ピックアップ(inductive pickup)は位相検出回路に対する基準信号として作用する。位相検出器の出力はさらにフィルター処理されてデジタル処理される。
【００１３】
信号強度はサンプルをセンサーコイルアレイに対して移動させることで調整される。これで、コイルのアンバランス、ドライブフィールドの均質性、回路の混線、並びにサンプル自体に無関係な他の信号源による信号が排除される。サンプルポジションに関する信号強度のデジタル形状は適当なカーブフィッティング技術(curve fitting technique)を利用して理論的な応答形状と比較される。これで、固有の機器ノイズとドリフトにも拘わらずサンプルの磁気の含有量の非常に正確な予想が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本願発明の目的、利点並びに特徴は添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めば自ずと理解されよう。図１と図３に本願発明の好適実施例が示されている。
Ｉ．リーダモジュール(reader module)
リーダモジュールはいくつかの特徴的なサブシステムを含んでいる。すなわち、測定のため、及びシステム内での必要な相対的モーションを提供するための、磁性結合複合体サンプル(magnetic bound complex sample)がデポジットされているサブストレートを備えたサンプルモーションコントロールと、サンプルに励起信号を適用するマグネタイザーと、サンプル内で発生された信号のピックアップ手段として機能するセンサーコイルと、マグネタイザーのコイルにドライブ電流を供給するドライブ回路と、出力信号を受領して処理するためにセンサーコイルにカップリングされている増幅器/位相検出器/デジタイザーと、外部のパソコン（ＰＣ）とリーダモジュールとの間の双方向コミュニケーションを提供するマイコンチップとである。
【００１５】
Ａ．サンプルモーションコントロール
磁性粒子は従来方法でターゲット粒子にカップリングされ、磁性結合複合体サンプルが提供される。ターゲット粒子は、原子、個々の分子及び生物細胞等を含むであろう。磁性結合複合体サンプルはサブストレートまたはディスク１２（図３）の周囲付近に所定のポジションで数個から数百個の粒子の蓄積体としてデポジットされる。結合複合体を形成させ、ディスク上の予め定義されたスポットに接着させる手段は周知であり、標準的な技術を利用する。ディスクは歯型ホイール１４に向かって下方に延びる軸シャフト１３上に搭載されている。ステッピングモータ１６のごとき適当な回転装置は、その先端にワームギヤ部材１５を備えて延び出るシャフト１７を有している。モータはＰＣ６６からワイヤ１８を介して提供される信号に応じてディスク１２の回転モーションをコントロールする。もちろん、望むならば、ＰＣと本願発明のシステムと間のワイヤレスカップリングも可能である。
【００１６】
この好適実施例においては、ディスク１２は直径が約４７ｍｍであり、厚みが約０.２５ｍｍである。ガラス、プラスチックまたはシリコン等で提供できる。その厚み範囲は約０.１ｍｍから約１.０ｍｍ程度が現実的であろう。この実施例では、軸シャフト１３でディスク１２に接続されているホイール１４は１２０の歯を供えたワームギヤ減速器を介してモータ１６によって回転される。もちろん、異なる仕様を有した回転駆動も可能である。
【００１７】
マグネタイザー２１は、モータシャフト２４に４０回転/サイクルのリードスクリュー２３を有したステッパモータ２２のごとき回転装置によってディスク１２に対して直線的に移動される。ボス(boss)２５は、螺旋状リードスクリューネジがカップリングされる内ネジ溝を備えた穴を有して提供されている。コントロール信号はワイヤ２６を介してマイクロコンピュータ６５からモータ２２に適用される。ここに解説されている回転駆動の仕様は例示を目的としたものである。異なる特徴を備えた他の適当な要素も利用が可能である。
【００１８】
Ｂ．マグネタイザー この好適実施例においては、直径が約３０ｍｍであるフェライト環状コア３１（図４）が約１.５ｍｍの幅であるギャップ３２を有して形成されている。ドライブコイル３３はギャップに関して対称に環状コア３１の約２７０°にわたる単層として巻かれている。ループ３４はギャップから反対側である１８０°付近にて環状体に巻き付けられている。ループ３４はコイル３３の外側またはコイル３３と環状コアとの間でよい。ループ３４はその機能に応じて必要であり適当である数回から多数回巻き付けられたものである。ループの目的は、ギャップ３２の磁界を検知又は表し、温度ドリフト等の現象に対して信号処理または出力回路を自己補正させるためである。これは精度を上げるために使用されるものであり、システムの適正なオペレーションにとって必須のものではない。この環状マグネタイザー構造は、例えばファイバーグラス製である絶縁ハウジング３５に搭載される。ハウジング３５はギャップ３２のポジションに対応するスリット３６を有している（図４）。以下で解説するように、このスリット/ギャップは回転ディスク１２のエッジ部を選択的に受領し、センサーコイルサブストレートのためのスペースを提供するような形状及び形態を有している。
【００１９】
Ｃ．センサーコイル図２、図４及び図４Ａに示す絶縁サブストレート４１はハウジング３５内のスリット３６に搭載されており、ギャップ３２内に延び入っている。ボンディングパッド４０、４２はその手前側に提供されており、センサーコイル４３はその先方側の近傍でサブストレート上に搭載されている。好適には、サブストレートはサファイヤ製またはシリコン製であり、センサー素子は薄フィルム状の銅製コイルである。サブストレートとセンサーコイルの製造には標準薄フィルム製造技術が利用できる。各コイルとの間のリードは２つの異なる層上に存在する。例えば、入ってくるトレース４９は標準フォトリトグラフ処理法でサブストレート表面に設置し、スパット処理された石英層で入ってくるリードをカバーし、次にコイル４３と出力リード４４も同様に処理し、石英の保護層でカバーすることができる。層間の接続には通常の手段が利用できる。
【００２０】
グラジオメータ形態を提供するように連続的に接続されたセンサーコイルは導電性トレース４４、４９でボンディングパッド４０、４２に接続され、そこから信号処理回路に対して撚ペアワイヤ４５で接続される。このペアワイヤアレンジはストレー信号(stray signal)あるいは妨害ピックアップを減少させるために採用されている。
【００２１】
図２に示す螺旋状形態では、コイルトレースは幅が約５ミクロンであり、トレース間のピッチは約１０ミクロンである。センサーコイルトレースの厚みは通常は約１ミクロンである。各完成コイルの直径は約０.２５ｍｍである。
【００２２】
サブストレート４１を比較的に長くて狭くするために、ボンディングパッド４０、４２は環状ギャップから比較的に離れて提供される。それでハンダ付けされたリード４５のストレーピックアップが減少する。金属シールド４６（図４Ｂ）を、ストレー信号あるいは妨害ピックアップをさらに減少させるためにボンディング領域周囲に採用することが可能である。サブストレートの接続（手前側）端部はワイヤ接続が完了した後にスリット５０内に滑り込まされる。シールドは本質的に、典型的には銅形成物である短い厚壁シリンダで成る。シールドは電気シールドを提供し、物理的な取り扱いを容易にするが、本願発明のオペレーションにとっては必須なものではない。
【００２３】
センサーコイルの別実施例は図５に図示されている。コイル４７の平面形状は長方形である。トレースの寸法は図２のコイルとほぼ等しく、合体させたコンポジットコイルの幅も約０.２５ｍｍである。コイル長は約１ｍｍから２ｍｍであり、コイルはリード４８、５１によってボンディング領域５２、５３に接続されている。
【００２４】
Ｄ．ドライブ回路
図４の左側に示されている磁性ドライブ回路はペアで提供されている高電流高速アンプ５４、５５の周囲に提供されている。変電器一次巻(transformer primary winding)５６で提供される電力で、増幅器は約２００ＫＨｚにてコイル３３を磁性化あるいはドライブするために約１アンペア以上のドライブ電流を提供する。このドライブ回路はセンサーループまたはコイル４３、４７の通常モードノイズピックアップを減少させるために高精度でバランス処理されている。
【００２５】
磁性化コイルの周囲でループ３４にカップリングされている小型の二次巻５７はコントロールされた強度と周波数での振動を維持させるために増幅器５４、５５にフィードバック電圧を提供する。この二次巻５７は以下で解説する位相検出器回路のための最良基準信号をも提供する。
【００２６】
Ｅ．増幅器/位相検出器/デジタイザー
ディスクリートな構成要素を使用することでさらに優れたノイズ処理は可能であろうが、低ノイズ集積増幅器はこの回路の基礎である。増幅器６１は、通常モードノイズ信号を減少させ、マグネタイザーとセンサーコイルのアンバランスを消去させる便利な方法を提供するためにセンサーコイルにカップリングされた変電器である。この変電器カップリングは従来式であり、増幅器６１内に提供されており、図面には紹介されていない。位相検出器６２も特殊集積回路の周囲に提供されている。位相検出器の出力は低パスフィルター６３に適用され、Ａ/Ｄ変換器６４でデジタル化される。この変換器は、例えば高性能である２０ビットシグマ-デルタコンバータである。この変換器チップは６０Ｈｚ及び５０Ｈｚの両方で優れたハミング音除去(hum rejection)を提供し、機器の精度を向上させるのに非常に有効である。これは特製であり、いくつかの製造業者から入手できる。
【００２７】
Ｆ．マイクロコンピュータ
マイコン６５はモトローラＨＣ１１のごときマイクロプロセッサーチップを内蔵しており、ＰＣ６６のシリアルポートに接続することでＰＣ６６との双方向シリアルコミュニケーションをサポートする内蔵ポートを有している。さらに、シリアルＡ/Ｄ変換器６４及びステッパモータ１６と２２とのコミュニケーションのための特殊部品を備えている。マイコン６５に直接的にプログラムされた単純なコマンド言語によってＰＣにコマンドを送らせ、レスポンスとデータとを受領させる。
【００２８】
Ｇ．利用者とのインターフェース ＰＣは本願発明のシステムのための操作コマンドを提供する。ＰＣは、例えばマイコンからＲＳ２３２インターフェースを介してシステムを運用させる。
ＩＩ．システムの運用 比較的に単純で知られた方法によって、明確に決められたドットまたはパターンの磁性粒子複合体サンプルがディスク１２の周辺部の一箇所または複数箇所にデポジットされる。ＰＣからのコントロール信号に従って、ステッパモータ２２にエネルギーが提供され、リードスクリュー２３を回転させてマグネタイザー構造体をサンプルディスク１２の方向に移動させる。ディスク１２の周辺部のサンプルポジション１１が環状コアのギャップ３２の中央部のセンサーコイル４３、４７の位置と整合したとき、ステッパモータ２２は停止し、高強度（例えば１アンペア）、高周波（２００ＫＨｚ）の信号が環状ドライブコイル３３に適用される。次にＰＣ６６からの信号がステッパモータ１６にエネルギーを送り、ディスクを回転させ、サンプルのドットをセンサーコイルを通過させて移動させる。ギャップ３２の高強度高周波磁界はギャップ内のサンプルの磁性粒子を励起させる。環状体を飽和させるように励起させることが意図されており、ギャップの磁界は約１０００エールステッドとなる。粒子は励起周波数で磁気的に振動(oscillate)し、局性双極子のごとく振舞う。磁性粒子をセンサーコイルに物理的に接近させると、サンプルからの磁界はグラジオメータ形態のセンサーコイルに緊密にカップリングされる。センサーコイルのグラジオメータ形態のため、大型で均質な励起磁界によるセンサーコイルの出力は実質的にゼロとなる。できる限り大きなレスポンスを得るため、センサーコイルのジオメトリー(geometry)はサンプルの二次元的(spatial)なパターンにマッチ(match)するような形態となっている。すなわち、サンプルパターンドットは径が約０.２５ｍｍ以内となる。レスポンス信号はサンプルとコイルの相対的ポジションで大きく変化する。
【００２９】
ドライブ磁界の存在及びサンプルの不存在でのセンサーコイルからの信号は本願発明の信号処理部分に対する基準信号として作用する。サンプルが１つのセンサーコイル、次に他方のコイルを通過するとき、それらコイル出力信号の位相は図６に示すように１８０°逆転し、非常に有効な検出技術を提供する。誘導された電圧は増幅器６１によって増幅され、位相検出器６２で処理される。その信号はフィルター処理され、デジタル化処理され、マイコン６５でＰＣに送られ、ＰＣに出力信号を提供する。表示器６７はシステムオペレータに有効な情報を提供するものであればどのようなものでも構わない。視覚的表示装置、数値表示装置またはグラフ表示装置であっても構わず、または点灯式表示装置でも、可聴式表示装置でも、それらの組み合わせでも、別の形態の表示装置であってもよい。
【００３０】
出力信号強度はサンプルをセンサーコイルのアレイに関して移動させることで調整される。これで、システム及び外部入力だけにより、サンプルとは無関係の信号を排除できる。サンプルポジションに関する信号強度のデジタル形状は、適当な従来型カーブフィッティング技術(curve fitting technique)を利用してＰＣ６６に保存された理論的レスポンス形状と比較される。この操作の結果は、本質的な機器ノイズ及びドリフトを排除したサンプルの磁気の含有量の非常に正確な予想である。
【００３１】
本願発明の好適実施例を解説したが、いくつかの変形例を付け加える。２個のセンサーコイル形状を解説したが、いくつかの他の形態も可能である。マグネタイザーはサンプルディスクに関して移動すると解説したが、ディスク及びカップリングされたステッパモータを磁性ドライブ構造体に対して移動するようにすることもできる。環状コアを方形の断面形状で説明したが他の断面形状であってもよい。ディスク１２上のドット１１の形態のサンプル粒子の数も、例えば、サンプル要素の０.２５ｍｍドットに約１０個の５ミクロンサイズの磁性粒子を含ませることも、あるいは、約１２００の１ミクロンサイズの粒子を含ませることもできる。
【００３２】
以上の実施例に対して当業技術者であれば本願発明の精神とスコープを逸脱せずにいくつかの変更及び改良が可能であろう。それらは「特許請求の範囲」に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本願発明のデスクトップバージョンの斜視図である。
【図２】図２は図１の発明のセンサーコイルの実施例の拡大平面図である。
【図３】図３は図１の発明の機械部分の概略斜視図である。
【図４】図４は図１の発明の電気部分の概略図である。図４Ａは図１のセンサーコイルを保持するサブストレートの拡大平面図である。図４Ｂはサブストレートの接続端子の金属シールドの斜視図である。
【図５】図５は図１の発明のセンサーコイルの別実施例の拡大平面図である。
【図６】図６は対象物質が脇を通過するときのセンサーコイルの出力を表す信号波形である。
【図１】
0003760096.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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