目标物质检测套件和目标物质检测方法

专利名称：目标物质检测套件和目标物质检测方法
技术领域：
本发明涉及一种目标物质检测套件(kit)以及目标物质检测方法。
背景技术：
近来，已经提出用于使用磁阻器件来容易地检测微量磁性粒子的 方法，磁性粒子用作标记物体(例如，参见David R. Baselt等人的 Biosensors & Bioelectronics 13， 731， 1998; D. L. Graham等人的 Biosensors & Bioelectronics 18， 483， 2003 )。David R. Baselt等人(1998 )将用于测量80//w x 5//w和20戶x 5戶 的巨磁电阻(GMR)器件用作磁传感器，以检测直径为2.8，的多个 磁性粒子。用于GMR器件的磁膜是面内的磁化膜，并将施加到磁性 粒子的磁场沿着与膜表面垂直的方向施加到磁膜。因此，通过施加磁 场而磁化的磁性粒子所发出的磁散逸场(magnetic stray field)近似 沿着膜面被施加到GMR器件的磁膜,磁膜的磁化与磁场的方向对齐。 用于按照上述方式磁化磁性粒子的磁场通常被称为偏磁场。磁阻器件的电阻大小取决于两个磁膜的相对磁化方向。具体说 来，当磁化方向平行时，电阻相对较小，当磁化方向逆平行时，电阻 相对较大。为了产生平行和逆平行的磁化状态，磁阻器件的两个磁膜 之一将它的磁化方向固定，而另一磁膜由以下磁性材料制成，所述磁 性材料具有矫顽力(coercive force )，从而使得可通过磁性粒子的磁 散逸场来反转磁性材料的磁场。如果在按照这种方式配置的磁阻器件 上不存在磁性粒子，则不会发生磁反转，这是因为施加偏磁场将不会 促使沿着膜面来施加磁场。此外，David R. Baselt等人(1998 )提出的检测电路包括桥电路，所述桥电路由以下项组成两个固定电阻、磁性粒子在其上不固定的 GMR器件以及磁性粒子可在其上固定的GMR器件。检测电路使用 锁定放大器检测在桥电路中感应的电势。D.L.Graham等人(2003)使用具有面内磁化膜的用于测量 2//wx6，的GMR器件来检测直径为2/wi的磁性粒子。如 David.R.Baselet等人(1998 )的情况那样，D丄.Graham等人(2003 ) 通过将并排放置的两个GMR器件的输出信号进行比较来检测磁性粒 子，所述两个GMR器件为磁性粒子可在其上固定的GMR器件以 及磁性粒子在其上不固定的GMR器件。然而，沿着磁膜的纵向面内 方向将磁场施加到磁性粒子。如上所述，用于使用磁阻器件来检测磁性粒子的方法通过按期望 的方向磁化磁性粒子并使用由磁性粒子发出的磁散逸场来变化磁阻 器件的磁化方向，从而检测磁性粒子。这些方法易于在相对短的时间 处理和实现检测。例如，如果待检测的目标物质是抗原，则使用抗原抗体反应将磁 性粒子固定到传感器。具体说来，允许在传感器上形成的第一抗体与 可包含抗原的样本(诸如血液)发生反应。然后，允许由第二抗体修 正的磁性粒子与样本发生反应。如果在通过所述系列操作获得的样本 中存在抗原，则在第一抗体、抗原、第二抗体和磁性粒子之间将出现 结合。如果没有抗原，则不会发生所述结合，因此，磁性粒子将不会 固定到传感器。通过所述固定方法，每个目标物质有一个磁性粒子被固定到传感 器，因此，可通过高度敏感的磁传感器来检测单个的目标物质。类似于使用磁阻器件的感测方法， 一种用于将霍尔器件(Hall device)用作磁传感器来检测磁性粒子的方法已经被提出(例如，参 见Pierre-A.Besse等人的Appl. Phys. Let. 22， 4199， 2002 )。Pierre-A. Besse等人(2002 )通过施加DC磁场来磁化放置在霍 尔器件正上方的2.8，直径的磁珠，通过施加AC磁场来改变磁珠的 磁化方向，由此检测磁珠。当在电流沿霍尔器件的膜面方向通过的情况下按Z轴方向施加磁场时，电子经受洛伦兹力，促使沿着与膜面中 的电流垂直的方向产生电势。电势与磁场强度成比例，因此，由霍尔效应产生的电势随着磁珠 的磁化方向的改变而改变。由于在没有磁珠的情况下不会产生磁散逸 场，所以施加到霍尔器件的磁场大小随着磁珠的存在或缺失而变化， 电势的大小同样如此。这表示可通过霍尔器件检测磁珠的存在或缺 失。此外，已经提出使用超导量子干涉器件来检测磁性粒子的方法(例如，参见K. Enpuku， "Biological immunoassay with magnetic marker and SQUID magnetometer," OYO BUTURI Vol. 73， No. 1 (2004)， p. 28 (the Japan Society of Applied Physics))。根据这一方法， 通过施加磁场，磁性粒子被固定到检测区域，并且按照它们的磁化方 向来对齐。通过Josephson器件来检测由磁性粒子发出的磁散逸场以 确定磁性粒子量。然而，为了消除所施加磁场的影响，必须将超导量 子干涉器件放置为与施加的磁场平行，以便与施加的磁场不交叉。为了检测磁性粒子，期望由磁性粒子发出的磁散逸场是大的，而 在零磁场中磁化不饱和的小磁性粒子产生小的磁散逸场。此外，在医 疗领域中，当从诸如血液的样本溶液中提取出期望的生物分子或者当 磁性粒子用于当前正研究的生物传感器时，期望磁性粒子在落入样本 溶液时分散开。为此，期望磁化很弱。在零磁场， 一些磁性粒子是超 顺磁的，而没有磁化。为了检测所述弱磁化的磁性粒子，有必要通过 如上所述施加外部磁场按照一个方向来对齐磁性粒子的磁化。然而，不希望通过向磁传感器施加大的磁场来检测由磁性粒子发 出的微小磁散逸场。为了检测特别小的磁散逸场，有必要设计多种措 施，诸如，准备两个磁传感器，将磁性粒子仅固定到磁传感器之一， 而另一磁传感器用作参考，并通过感测放大器来检测所述两个传感器 的信号差。此外，当使用给出小检测信号的磁传感器时，也可能有必 要将磁传感器并入Wheatstone桥电路。当将磁阻器件或霍尔器件用 作磁传感器时，有必要严格控制偏磁场的方向以减少检测信号的变化。当使用具有非常高的磁场灵敏度的超导量子干涉器件时尤其如 此。发明内容本发明提供一种能够在不将外部磁场施加到磁标记的情况下容 易地检测目标物质的传感器。本发明提供一种目标物质检测套件，包括目标物质检测板，包 含磁传感器和第一目标物质捕获体；以及磁标记(marker)，包含磁 结构和第二目标物质捕获体，其中，第一目标物质捕获体存在于目标物质检测板的表面上，磁结构在偏振光下产生磁散逸场。期望地，磁传感器具有如下类型，该类型的电特性根据由磁结构产生的磁散逸场而改变。期望地，磁传感器是磁阻器件、霍尔器件和超导量子干涉器件中的之一。此外，本发明提供一种目标物质检测方法，其用于检测样本中目 标物质的有无、或者目标物质的量，所述方法包括(i)将磁标记和 样本与包含磁传感器和第一 目标物质捕获体的目标物质检测板接触， 由此形成包括第一目标物质捕获体、目标物质和磁标记的复合物 (conpound)，所述磁标记包含磁结构和第二目标物质捕获体；(ii) 利用偏振光照射所述复合物；以及(iii)检测由磁结构在偏振光下产 生的磁散逸场。期望地，检测由磁结构在偏振光下产生的磁散逸场的步骤检测磁 传感器的电特性的改变，所述改变由磁结构在偏振光下产生的磁散逸 场引起。期望地，偏振光是圆偏振光。期望地，磁传感器是磁阻器件、霍尔器件和超导量子干涉器件之此外，本发明提供一种用于检测待测对象的传感器，所述待测对 象的磁化在偏振光的照射下发生改变，所述传感器包括光源，利用偏振光来照射待测对象；以及磁传感器，检测由来自光源的偏振光照 射下的待测对象的磁化改变所产生的磁散逸场。期望地，所述传感器还包括检测电路，检测磁传感器的特性改 变，其中，磁传感器的电特性根据由待测对象产生的磁散逸场而改变。期望地，待测对象经由介质被固定在磁传感器的感测区域中，并 通过磁传感器来检测，从而允许间接检测介质的量。期望地，光源改变照射待测对象的偏振光；磁传感器的特性根据 磁散逸场而改变，所述磁散逸场在来自光源的偏振光下发生改变。期望地，磁传感器是呈现磁阻性的装置。期望地，磁传感器是呈现霍尔效应的装置。期望地，磁传感器是Josephson器件。期望地，介质是生物分子。期望地，待测对象是磁体。期望地，来自光源的用于照射待测对象的偏振光是圆偏振光。 本发明的其它特征将通过以下参照附图对示例性实施例的描述 而变得清楚。


图1是示出根据本发明的目标物质检测套件和目标物质检测方法的概念图。图2是用于描述磁阻器件的膜配置的概念图。图3是示出具有人造反铁磁性膜结构的磁阻器件的概念图。图4是示出当磁阻器件用作磁传感器时的检测电路的连接示例的概念图。图5是用于描述Josephson器件的膜配置的概念图。 图6是用于描述将超导量子干涉器件与检测线圏结合的磁传感 器的配置的概念图。图7是示出目标物质检测板的概念图。 图8是示出目标物质检测板的概念图。图9是示出在示例1中使用的目标物质检测板的概念图。 图10是示出根据示例1用作磁传感器的TMR器件130的膜配 置以及TMR器件130关于磁结构的设置的概念图。图11是用于描述根据示例1的来自传感器的检测信号的时序图。图12是用于描述根据示例2的传感器的配置的概念图。图13是用于描述根据示例2的来自传感器的检测信号的时序图。
具体实施方式
以下参照附图来详细描述本发明的实施例。本发明的第一方面是一种目标物质检测套件，其包括目标物质 检测板，包含磁传感器和笫一目标物质捕获体；以及磁标记，包含磁 结构和第二目标物质捕获体，其中，第一目标物质捕获体存在于目标 物质检测板的表面上，磁结构在偏振光下产生磁散逸场。以下将参照附图给出详细描述。图1示出光源160、磁传感器130、第一目标物质捕获体201、 目标物质202、目标物质检测板207、偏振光311和磁标记206，磁标 记206中的每一个包括磁结构205和第二目标物质捕获体203。目标物质检测板207的第 一 目标物质捕获分子201使用第 一 目标 物质捕获体201与目标物质202之间的相互作用俘获磁标记206，磁 标记206包括磁结构205、目标物质202和第二目标物质捕获体203。 然后，当用光源160产生的偏振光311来照射磁标记206时，在每个 磁标记206的磁结构205中产生磁向量204，从而产生磁散逸场。当 使用目标物质检测板207的磁传感器130检测磁散逸场时，可检测到 目标物质。将描述目标物质检测套件的各个部件。<目标物质检测板>目标物质检测板207包括磁传感器130和第一目标物质捕获体 201，所述第一目标物质捕获体201俘获固定到磁传感器130的表面 的目标物质202。通过由偏振光311所照射的磁结构205产生的磁散逸场来改变磁 传感器130的物理量，诸如，电阻、电势和电动势。物理量通过磁场 发生改变的装置包括磁阻器件(诸如GMR器件和TMR (隧道磁阻) 器件)、霍尔器件和超导量子千涉器件。
如图2所示，磁阻器件具有以下结构，其中非磁膜的中间层403 夹在称为自由层401的磁膜与称为钉扎层402的磁膜之间。所述两个 磁层具有不同的磁属性。钉扎层402将它的磁化方向固定在期望的方 向，而自由层401允许通过施加磁场来容易地改变它的磁化方向。中 间层403可以是Cu或其它金属的导电膜，或者MgO、 Alz03等的介 电膜。然而，当介电膜用作中间层403时，所述膜必须是隧道结膜， 其允许电子按膜厚度方向隧穿通过。当金属膜用作中间层403时，磁 阻器件被称为GMR器件。另一方面，当隧道结膜用作中间层403时， 磁阻器件被称为TMR器件。因为在磁阻器件的电阻中会产生较大改 变，所以期望将单晶结构的MgO用作隧道结膜。钉扎层402通常具 有以下结构反铁磁性膜被交换耦合到铁磁性膜，所述铁磁性膜与隧 道结膜的下表面相接触而形成。此外，可以使用非晶结构用于与MgO
结构的MgO膜。此外，如图3所示，可通过将人造反铁磁性膜409 与反铁磁性膜410彼此交换耦合来形成钉扎层402的铁磁性膜，其中， 通过顺序地堆叠铁磁性膜406、金属膜407和铁磁性膜408来形成人 造反铁磁性膜409。这减少了由自由磁化引起的在膜边缘处自由层401 与钉扎层402之间的静磁耦合。当将钉扎层402的铁磁性膜用作反铁 磁性层时，期望将Ru用于在铁磁性膜406和408之间形成的金属膜 407。可将任何材料用于反铁磁性膜410，只要交换耦合到反铁磁性膜 410的铁磁性膜的磁化方向在工作温度范围内可固定。如果工作温度 接近室温，则例如，可将MnPt、 Mnlr或NiO用于反铁磁性膜410。 另一方面，可将诸如Fe、 Co或Ni的过渡金属或它们的合金用于钉扎 层402的铁磁性膜406和408。附带地，可将Cr或B添加到过渡金 属或过渡金属的合金以获得非晶结构的铁磁性膜408。期望地，将具有低矫顽力的磁膜用作自由层401。例如，可将NiFe (坡莫合金)或 CoFeB用于所述磁膜。
一般说来，磁层通常由容易氧化的材料制成，因此，可期望磁膜 的表面覆有保护膜。因此，期望地，保护层404形成在磁阻器件的表 面上，从而自由层401不会暴露于气体环境或测试溶液。可将任何材 料用作保护层404的构成材料，只要氧和其它可氧化磁膜的物质不会 渗透过该材料。然而，期望使用贵金属，因为贵金属可稳定地保护磁 膜免受多种物质的侵害。此外，在保护层404的表面上形成能够固定 目标物质捕获体的固定层405，以在磁阻器件的表面上固定目标物质 捕获体。根据目标物质捕获体按照需要来选择固定层405。如果在捕 获体的端部存在硫醇基(thiol group )，则固定层405可由Au等制 成。
磁阻器件通过使电流流过来感测磁场。在磁阻器件中，TMR器 件需要通过按照以下方式进行布线而使电流沿该器件的膜厚度方向 流过，即按照隧道结膜的膜厚度方向来施加电压，以便允许电子流 过隧道结膜。另一方面，在GMR器件的情况下，可按照任意方向使 电流流过，但是当电流按照该器件的膜厚度方向流过时，获得最大的 阻值改变。因此，当磁阻器件411被用作磁传感器装置时，恒流源412 被连接以检测跨越磁阻器件411的电压，例如图4所示。
超导量子干涉器件以高的灵敏度来检测磁场。如图5所示，超导 量子千涉器件包括具有以下结构的Josephson器件，即，在该结构中， 隧道结膜413夹在两个超导体414与415之间。例如，用于Josephson 器件的超导体414和415由Nb、 NbN或NbTi合金、Nb3Sn化合物或 者Nb3Al化合物制成，而隧道结膜由Al203或MgO制成。以环的形 式连接的两个Josephson器件被连接到恒流源。然后，跨越Josephson 器件的电压被测量，由此测量经过所述器件的磁场的强度。此外，如 图6所示，如果以环的形式连接的两个Josephson器件417和418被 连接到恒流源419并且检测线圏416被添加，则可提高磁场电流检测 的精度。在这种情况下，所测量的是经过检测线圏的磁场的强度。附带地，如图7所示，可通过在支撑板110的表面上安装磁传感 器130来构建目标物质检测板207。或者，磁传感器130可以不安装 在目标物质检测板207的表面上。例如，如图8所示，目标物质检测 板207可包括作为磁传感器的超导量子干涉器件170、金属层180 和支撑板110。超导量子干涉器件170可被制造为用于检测固定在金 属层180的表面上的磁标记(通过在距离固定磁标记的区域一定距离 处感测磁标记)。磁传感器与检测电路419以电的方式连接，从而拾 取检测信号，如图7和图8所示。
图1中的第一目标物质捕获体201具有用于俘获目标物质202 的功能。第一目标物质捕获体201和目标物质202可以是任何物质的 组合(诸如脂质-蛋白质、核酸-蛋白质、糖链-蛋白质、细胞-蛋白质、 低分子量化合物-蛋白质、变应原-蛋白质、细菌-蛋白质、病毒-蛋白质 或核酸-核酸)，只要所述组合提供特定键合。假设由C-D表示的A
的情况。
<磁标记>
如图1所示，磁标记206包括磁结构205和第二目标物质捕获体 203。如第一目标物质捕获体201的情况中那样，第二目标物质捕获 体203具有用于俘获目标物质202的功能。
经由第 一 目标物质捕获体201与目标物质202之间以及第二目标 物质捕获体203与目标物质202之间的键合，将磁标记206固定在目 标物质检测板207的表面上。
磁结构205的磁化由于偏振光311而增大，并产生比缺少偏振光 时更大的磁散逸场。可将任何材料用于磁结构205，只要所述材料的 磁化由于偏振光的照射而增大。可用材料包括(Zn、 Cr) Te合金、 GaAs-Fe和Cr203。具体"i兌来，可适当地使用GaAs-Fe和Cr203，其 即使在室温下也增大磁化。作为磁结构205，上述任何磁性物质可单 独使用，或者可按照聚合的形式来使用小块磁性物质。根据目标物质 202的大小、目标物质202和第二目标物质捕获体203的反应效率等来适当地确定磁结构205的大小。例如，如果目标物质202的大小较 大，则由于在磁传感器与磁结构205之间存在较大距离，磁结构205 需要具有大的微粒大小以增加施加到磁传感器的磁场的大小。另一方 面，如果目标物质202与第二目标物质捕获体203的反应效率较低， 则期望使用较小微粒大小的磁结构205,以便增加反应效率。因此， 尽管磁结构205的大小取决于许多因素，但是通常在100nm到100， 的范围内。
第二目标物质捕获体203具有用于俘获目标物质202的功能。优 选地，第二目标物质捕获体203和第一 目标物质捕获体201俘获目标 物质202的不同区域。附带地，第二目标物质捕获体203和第一目标 物质捕获体201可以是相同类型或不同类型的，只要第一和第二目标 物质捕获体具有用于俘获目标物质202的功能。
<光源>
光源160产生光，以便用偏振光照射磁标记206，所述光源160 被置于能够用偏振光照射磁标记的磁结构205的位置。为了改变磁结 构的磁化，适当地使用圆偏振光。光源可以是任何能够发出偏振光的 装置。可行的光源包括偏振光发射装置，其由磁半导体或感应EL材 料制成，并使用自旋偏振电子注入。或者，可结合偏振滤光片使用激 光源。
接着，将描述根据本发明的目标物质检测方法。
用于在样本中检测目标物质的存在或缺少、或者目标物质的量的 目标物质检测方法包括(i)放置磁标记和目标物质，使其与目标物 质检测板相接触，所述目标物质检测板包括磁传感器和第一目标物质 捕获体，从而形成包括第一目标物质捕获体、目标物质和磁标记的复 合物，磁标记包含磁结构和第二目标物质捕获体；(ii)用偏振光照 射所述复合物；以及(Hi)检测由磁结构在偏振光下产生的捕获体场。
以下将描述各个步骤。
关于步骤(i)
步骤(i)涉及放置磁标记和目标物质，使其与目标物质检测板相接触，所述目标物质检测板包括磁传感器和第一目标物质捕获体， 从而形成包括第一目标物质捕获体、目标物质和磁标记的复合物，磁 标记包含磁结构和第二目标物质捕获体。
为了形成所述复合物，可按照下面两种顺序中的任何一种来俘获
目标物质首先由磁标记的第二目标物质捕获体来俘获，然后由第一 目标物质捕获体来俘获；或者首先由第一目标物质捕获体来俘获，然 后由磁标记的第二目标物质捕获体来俘获。当使用前一顺序时，预先 混合磁标记和样本，与目标物质检测板相接触地放置所产生的液体复 合物。当使用后一顺序时，与目标物质检测板相接触地放置样本，然 后与目标物质检测板相接触地放置磁标记。附带地，如果磁标记和样 本同时与目标物质检测板相接触地放置，则前一顺序和后一顺序将同
时发生。
关于步骤(ii)
步骤(ii)涉及用偏振光照射在步骤(i)中形成的复合物。 可通过光源来产生偏振光，或者，可通过偏振滤光片使用由光源
产生的光来产生偏振光。具体说来，将被检测的磁性粒子被固定在磁
传感器上，并且例如间隙地由偏振光来照射。 关于步骤(iii)
步骤(iii)涉及当在步骤(ii)用偏振光照射磁散逸场时，由目 标物质检测板检测由磁结构产生的磁散逸场的改变量。磁散逸场是磁 体泄漏的磁场。磁散逸场的强度与磁结构的磁化大小成比例。
固定在磁传感器的表面上的磁结构的磁化大小在偏振光的照射 下改变。因此，由磁结构产生的磁散逸场的强度也取决于偏振光的照 射。磁散逸场应用于磁传感器，根据磁散逸场的磁化大小而产生检测 信号。此外，施加到磁传感器的磁散逸场的大小随着磁结构数量的增 加而增加，检测信号也是如此。因此，可通过检测信号的大小而得知 磁结构的数量。这表示如果事先已知磁结构与目标物质的量之间的 关系，则可间接得知目标物质的量。另一方面，如果不存在目标物质， 则由于随着偏振光的照射而改变其磁化大小的磁化结构没有固定在磁传感器的表面上，所以检测信号保持恒定，而不管磁结构是否被偏
振光照射o
此外，如果按期望的循环周期重复偏振光的照射，则可按照较高
的精度来检测磁结构。例如，重复照射和非照射的循环周期在时间 T提供固定强度的偏振光的照射，然后，在相同长度的时间T，不提 供光照射。结果，磁结构的大小与时间同步增加，磁散逸场的强度同 样如此。因此，通过观察磁场检测信号中偏振光照射的频率分量，可 在减小的噪声强度下以高灵敏度来检测磁场。附带地，如果从磁传感 器输出的检测信号受偏振光影响，则建议的作法是例如在磁传感器 与光源之间形成光屏蔽膜，以防止磁传感器被偏振光照射。 [示例
(示例1)
在该示例中将描述检测作为目标物质的前列腺特异抗原(PSA) 的示例。TMR器件130被用作磁传感器，由GaAs-Fe制成的铁磁体 被用作磁结构。
TMR器件在结构上类似于GMR器件，但是GMR器件将金属 膜用作在两个磁体之间形成的非磁膜，而TMR器件所使用的是隧道 介电膜。根据本发明，除了 TMR器件之外，各种类型的磁传感器可 供使用，包括GMR器件、其它磁阻器件和霍尔器件。
此外，磁结构的材料不限于这里所述那些。可使用任何材料，只 要所述材料在被偏振光照射时改变它的磁化大小和方向。
图9是用于描述示例1中使用的目标物质检测板的概念图。参照 图9, TMR器件130形成在支撑板110上，除了 TMR器件130顶部 之外的区域覆盖有SiC)2膜120。 TMR器件130与电源140和检测电 路150连接，其中，电源140按照与膜表面垂直的方向流过电流，检 测电路150检测隧道膜的上侧(自由层)与下侧(钉扎层)之间的电 势差。此外，偏振光的光源160安装在作为磁传感器的TMR器件130 之上，并按照垂直于磁传感器的膜表面的方向发射偏振光。
图10是示出根据示例1用作磁传感器的TMR器件130的膜配置以及TMR器件130关于磁性粒子的设置的概念图。在作为隧道介 电膜的MgO膜136之下创建人造反铁磁性膜，并将其用作钉扎层。 在钉扎层，在下侧的电极上顺序地堆叠Mnlr膜132、 FeCo膜133、 Ru膜134和FeCoB膜135。两个磁膜133和135被磁耦合，它们的 磁化方向总是彼此逆平行。结果，钉扎层与自由层之间的静磁耦合较 弱。
在MgO膜136上放置FeCoB膜137以用作自由层。可将任何导 电材料用于下侧的电极131,只要导电材料不会使磁阻器件的特性恶 化，根据该示例使用Hf膜。Pt膜138形成在磁阻器件上部中作为保 护膜，以防止下游处理中的侵蚀。可将任何导电材料用于上部电极， 只要该导电材料不会使磁阻器件的特性恶化，根据该示例使用Au膜 139。根据该示例，上部电极组合固定层。为了在TMR器件130上支 撑第一抗体201,处理Au膜139的表面，以提高亲水性，然后，利 用氨基硅烷(aminosilane )耦合剂来处理Au膜139的表面。
除了 TMR器件130顶部之外的区域被覆盖有Si02膜120,从而 抗体不会固定在除了该器件顶部之外的任何区域。
根据示例1，使用图1所示的目标物质检测板来检测目标物质。
用于俘获期望的抗原的第一抗体201被固定在用氨基硅烷耦合 剂处理的Au膜139的表面。使用诸如戊二醛的交联剂通过从氨基硅 烷耦合剂得到的氨基与肽链之间的化学键来固定第一抗体201 。
可使用包括安装在支撑板110上的TMR器件130的目标物质检 测板，根据以下协议来检测称为用于前列腺癌的标记的前列腺特异抗 原(PSA) 202。用于识别PSA 202的第一抗体201已经被固定到目 标物质检测板。
(1) 将目标物质检测板浸入包含作为抗原的PSA 202 (研究对 象)的磷酸緩冲液生理盐水(测试溶液)中，并培养5分钟。
(2) 接着，用磷酸緩冲液生理盐水来清洗任何未反应的PSA
202。
(3) 将经过处理(1)和(2)的目标物质检测板浸入包含由磁性粒子205标记的抗PSA抗体(第二抗体)203的磷酸緩冲液生理盐 水中，培养5分钟。
(4)接着，用磷酸緩冲液生理盐水来清洗任何未反应的标记抗体。
才艮据上述协i义，磁性粒子205经由抗PSA抗体(第二抗体)203、 抗原202和第一抗体201被固定在器件表面。由于如果在研究对象中 不存在抗原202，则磁性粒子205不会固定到TMR器件130的顶部， 所以可基于磁性粒子205的存在或缺失来检测抗原202。此外，来自 TMR器件130的检测信号的大小允许识别出固定磁性粒子205的数 量并间接指示包括在研究对象中的抗原202的量。
为了检测，用来自光源160的偏振光311来照射TMR器件130 的顶部。
图11是用于描述根据示例1的来自目标物质检测板的检测信号 的时序图。在初始状态下，检测信号位于电压Vp。检测信号的电压 相应于跨越TMR器件130的电势差。
从时间t0到tl，发出顺时针方向的圆偏振光311。结果，磁性 粒子205的磁化204如图1所示向下倾斜。这使得TMR器件130的 检测信号升到电压Va。接着，停止发出偏振光311，促使磁化204返 回它的初始状态。结果，TMR器件130的检测信号也返回初始电压 Vp。
当以t2的循环周期来发出和停止圆偏振光时，由磁性粒子205 产生的磁散逸场的方向同步地改变，结果，如图ll所示，从TMR器 件130获得检测信号。
(示例2 )
根据上述示例1，磁性粒子经由目标物质被固定在磁传感器上， 但是并不是严格地必须将磁性粒子固定在磁传感器上。在示例2中， 将描述超导量子干涉器件用作磁传感器的示例。
图12是用于描述根据示例2的传感器的配置的概念图。根据示 例2，超导量子干涉器件170被安装在经过表面氧化处理的支撑板110之下。此外，在支撑板110的顶部形成Au膜180,从而可将第一抗 体(第一目标物质捕获体)固定到支撑板110。其余配置与图l所示 的示例l相同。
此外，用于在支撑板110上支撑第 一抗体的协议与示例1的相同。 处理Au膜180的表面，以提高亲水性，然后，利用氨基硅烷耦合剂 来处理Au膜180的表面。此外，使用诸如戊二醛的交联剂通过从氨 基硅烷耦合剂得到的氨基与肽链之间的化学键来固定第 一抗体。这向 目标物质检测板提供了被固定用于俘获期望的抗原的第一抗体。
可使用目标物质检测板，根据以下协议来检测称为用于前列腺癌 的标记的前列腺特异抗原(PSA)。所使用第一抗体允许识别PSA。
(1) 将检测传感器浸入包含作为抗原的PSA (研究对象)的磷 酸緩冲液生理盐水(测试溶液)，并培养5分钟。
(2) 接着，用磷酸緩沖液生理盐水来清洗任何未反应的PSA。
(3) 将经过处理(1)和(2)的检测传感器浸入包含由磁性粒 子标记的抗PSA抗体(第二抗体)的磷酸緩冲液生理盐水，培养5 分钟。
U)接着，用磷酸緩冲液生理盐水来清洗任何未反应的标记抗体。
根据上述协议，磁性粒子经由抗PSA抗体(第二抗体和第二目 标物质捕获体)、抗原和第一抗体被固定在Au膜180的表面。由于 如果在研究对象中不存在抗原，则磁性粒子不会固定到Au膜180的 顶部，所以可基于磁性粒子的存在或缺失来检测抗原。此外，来自超 导量子干涉器件170的检测信号的大小允许识别出固定磁性粒子的数 量并间接指示研究对象中包含的抗原的量。
根据该示例，为了进行检测，光源160首先发出顺时针方向的圆 偏振光，然后发出逆时针方向的圆偏振光。
图13是用于描述根据示例2的来自传感器的检测信号的时序图。 检测信号的电压相应于跨越超导量子干涉器件170的电势差。
参照图13，从时间tO到tl发出顺时针方向的圆偏振光，这使得磁性粒子205的磁化204在图1中向下倾斜。结果，来自超导量子干 涉器件170的检测信号的电压上升到Va。接着，发出逆时针方向的 圆偏振光，这使得磁化204在图1中沿相反的方向(即，向上)倾斜。 结果，来自超导量子干涉器件170的检测信号的电压下降到Vp。
当以t2的循环周期来重复发出顺时针方向的圆偏振光和逆时针 方向的圆偏振光时，由磁性粒子产生的磁散逸场的方向同步地改变， 结果，如图13所示，从超导量子干涉器件170获得检测信号。
上述传感器可在不向磁性粒子施加磁场的情况下检测磁体，并且 可在较高的精度下检测磁场。常规上，超导量子干涉器件的使用涉及 相对于磁场来精确地定向该器件，并使得该器件对于外部磁场不敏 感。另一方面，不涉及施加磁场的该示例在超导量子干涉器件的定向 方面不需要高精度。此外，如果磁体被修改，则根据该示例的超导量 子千涉器件可用于检测生物材料等。
尽管参照示例性实施例描述了本发明，但是应理解本发明并不 受限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围将被给予最宽的 解释，从而包括所有这样的改进以及等同的结构和功能。
权利要求
1、一种目标物质检测套件，包括目标物质检测板，其包含磁传感器和第一目标物质捕获体；以及磁标记，其包含磁结构和第二目标物质捕获体，其中，第一目标物质捕获体存在于目标物质检测板的表面上，以及磁结构在偏振光下产生磁散逸场。
2、 如权利要求1所述的目标物质检测套件，其中，磁传感器具 有如下类型，所述类型的电特性根据由磁结构产生的磁散逸场而改 变。
3、 如权利要求1所述的目标物质检测套件，其中，磁传感器是 磁阻器件、霍尔器件和超导量子干涉器件之一。
4、 一种目标物质检测方法，用于检测样本中目标物质的有无、 或者目标物质的量，所述方法包括(i) 将磁标记和样本与包含磁传感器和第一目标物质捕获体的 目标物质检测板接触，由此形成包括第一目标物质捕获体、目标物质 和磁标记的复合物，所述磁标记包含磁结构和第二目标物质捕获体；(ii) 利用偏振光照射所述复合物；以及(iii) 检测由磁结构在偏振光下产生的磁散逸场。
5、 如权利要求4所述的目标物质检测方法，其中，检测由磁结 构在偏振光下产生的磁散逸场的步骤检测磁传感器的电特性的改变， 所述改变由磁结构在偏振光下产生的磁散逸场引起。
6、 如权利要求4所述的目标物质检测方法，其中，偏振光是圆 偏振光。
7、 如权利要求4所述的目标物质检测方法，其中，磁传感器是 磁阻器件、霍尔器件和超导量子干涉器件之一。
全文摘要
一种目标物质检测套件和目标物质检测方法。本发明允许在不向磁标记施加外部磁场的情况下容易地检测目标物质。本发明提供一种目标物质检测套件，包括目标物质检测板，包含磁传感器和第一目标物质捕获分子；以及磁标记，包含磁结构和第二目标物质捕获分子，其中，第一目标物质捕获分子存在于目标物质检测板的表面上，磁结构在偏振光下产生磁散逸场。
文档编号G01R33/00GK101315429SQ20081010843
公开日2008年12月3日 申请日期2008年5月30日 优先权日2007年5月31日
发明者池田贵司 申请人:佳能株式会社