生物传感器和对象测定方法技术

一种生物传感器，能够通过检测磁场来分析诸如抗原、抗体、ＤＮＡ或者ＲＮＡ之类的对象，由此使得清除未结合的标识分子是不必要的，该生物传感器是小型的并且能够以低价获得，并且具有良好的检测精度。在使用霍尔元件作为磁场检测元件的磁性传感器的上部和下部布置线圈。具有能够与结合至其表面的对象特定结合的抗体的对象和磁性粒子被引入磁性传感器中，所述磁性传感器具有能够与附于其表面的对象特定结合的分子受体。因此，借助于所述霍尔元件来检测由磁性粒子产生的磁场的变化，其中所述磁性粒子通过所述分子受体结合至磁性传感器的表面。此时，设置一个施加的磁场，以便使磁性粒子的磁化强度属于从初始磁导率至最大磁导率的范围内，同时设置另一个施加的磁场，以便使某些或者所有磁性粒子的磁化强度变为饱和，并且相互比较输出信号。由此，可以识别出已结合的磁性粒子的数量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于测量磁性粒子数量的传感器以及用于测量磁性粒子数量的方法，并且尤其涉及一种使用磁性粒子的生物传感器和用于测定对象的方法。
技术介绍
最近，在临床诊断/检测以及对基因的分析过程中，把利用特定分子之间的特定结合(诸如抗原和抗体的结合)的免疫学方法用于检测抗原、抗体、DNA(脱氧核糖核酸)、RNA(核糖核酸)等。作为这些方法之一的固相结合测定包括使用磁性粒子的方法。图15示出了使用常规磁性粒子的固相测定的示意图。如图中所示，该分析使用固相91、分子受体95、磁性粒子92和二次抗体93来进行，对对象94进行分析。所述固相91具有与采样溶液接触的固相表面，所述分子受体95固定到固相表面上。把聚苯乙烯珠、反应容器的器壁、基板等用作固相91。所述分子受体95是一种将存在于采样溶液中的对象94特定地固定在固相91上的物质，所述对象诸如是抗原、抗体、DNA、RNA等。所述分子受体95是诸如抗原、抗体、DNA、RNA等的分子，其可以与对象94特定地结合。所述磁性粒子92是具有磁性并且用作标识(labeling)材料的粒子。也就是说，通过检测由磁性粒子92形成的磁场，可以确定磁性粒子92的数量，并且可以确定对象94在采样溶液中存在与否或者其浓度。除了磁性粒子92之外，还可以使用诸如放射性材料、发光材料以及化学发光材料、酶等之类的、发射可检测信号的材料作为标识(label)。使用这些标识的已知测定包括使用抗原抗体反应的酶免疫测定(enzyme immunoassay，EIA)，化学发光测定(诸如使用利用化学发光材料标识的免疫测定化合物的狭义化学发光测定(chemiluminescent assay，CLIA))，以及通过在检测系统中使用化学发光性化合物以高灵敏度检测酶活性的化学发光酶免疫测定(chemiluminescent enzyme immunoassay，CLEIA)等。二次抗体93是一种用于与对象94特定结合的抗体，其中所述对象94预先与磁性粒子92结合。在图15示出的分析过程中，首先把包含对象94的测试溶液添加到固相91上，其中所述分子受体95已预先与固相91结合。通过此过程，所述对象94特定地结合了。采样溶液中的其它材料留在溶液中，而不与固相91结合。其次，把其上固定有二次抗体93的磁性粒子92添加到采样溶液中。通过此过程，所述二次抗体93与对象94特定地结合，其中所述对象94与固定在固相91上的分子受体95特定地结合。然后，通过检测磁性粒子92的磁化来测定结合到固相上的磁性粒子92的数量。通过此过程，可以确定结合到固相上的对象94的浓度或者位置。在专利文献1和2中公开了使用依照阵列形式设置的磁致电阻元件来检测磁化的方法。此外，使用这些标识的测定包括夹层测定，其中如上所述特定地结合至分子受体的对象与另一分子标识特定地结合，并且使用这些标识的测定还包括竞争测定，其中对象和不同的标识分子进行竞争以便与所述分子受体结合。由此，在传统方法中，通过诸如光学检测设备等之类的、能够检测来自标识的信号、诸如光发射等的设备，来检测这些信号。在这些方法中，只需要获取来自特定结合至固定到固相上的另一分子的分子标识的信号。然而，在光学检测方法中，在存在未结合的标识分子的情况下，由于还获取了来自这些标识的信号，所以未必能够执行准确的分析。因此，需要完全清除未结合的标识分子。此外，在光学检测设备中，需要检测到非常弱的光学信号，这在实现设备小型化和成本降低方面带来了困难。另一方面，正如专利文献1中所公开的那样，在将磁性粒子用作为标识并利用磁致电阻元件进行检测的方法中，不必清除未结合的标识分子。然而，在其上具有依照阵列形式设置的磁致电阻元件的检测芯片中，需要开关电路以独立地输出来自每一元件的信号。需要从依照阵列形式设置的每一元件到所述开关电路的电互连。因此，这样做带来了问题，诸如在实现小型化等方面带来了困难，这是因为随着元件数目的增加，互连更加复杂，并且需要有更多的区域来容纳这些互连。类似地，在上述专利文献2中的检测磁通量的检测设备中，用于所述磁性粒子的检测电路包括由磁致电阻元件组成的桥接电路和充当开关元件的晶体管。然而，由于磁致电阻元件要求磁性材料，所以在通过用于集成电路的一般制造工艺处理了包括晶体管的部分电路之后，还必须执行用于形成和处理磁性薄膜的步骤。此外，专利文献3公开了用于通过依照阵列形状的形式设置霍尔元件来如专利文献1中那样检测磁性粒子的方法。然而，在专利文献3中，对于结合了磁性粒子的霍尔元件的输出信号，必须使用没有结合磁性粒子的霍尔元件的输出信号作为基准值。此外，由于来自结合了磁性粒子的霍尔元件的输出信号非常小，以致于当磁性粒子的大小小于霍尔元件的大小时，检测变得非常困难。本专利技术的目的在于提供一种小型的、廉价的并且具有更高检测灵敏度的磁性传感器，并且提供一种用于测量磁性粒子数量的方法。此外，通过采用此传感器和测量方法，本专利技术提供了一种小型的、廉价的并且具有更高检测灵敏度的生物传感器，并且还提供了一种测定方法，其中通过使用磁性粒子作为标识检测磁性，来分析诸如抗原、抗体、DNA、RNA等之类的对象，其中不需要对未结合的标识分子进行清除。专利文献1第5,981,297号美国专利，说明书。专利文献2国际公开号WO 97/45740，小册子。专利文献3国际公开号WO 03/67258，小册子。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种传感器中，该传感器包括磁性传感器，所述磁性传感器包括多个磁场检测元件，所述多个磁场检测元件按照X行和Y列(X和Y是自然数)二维地布置，并且用于依照检测到的磁场强度来生成输出值，所述传感器基于所述输出值来测量存在于上述磁性传感器上的磁性粒子数量，所述传感器的特征在于包括信号处理装置，用于基于输出值分布的离散度来确定磁性粒子数量，其中所述输出值分布的离散度是根据多个磁场检测元件的输出值而获得的。当在磁性粒子没有与磁性传感器结合的状态中把外部磁场施加到所述磁性传感器上时，多个磁场检测器元件的输出值不会有变化(在每一磁场检测元件的灵敏度不变化的理想状态的情况下)。然而，当把磁性粒子结合至此磁性传感器时，结合至所述磁性传感器的磁性粒子使施加到磁性传感器上的磁场发生局部紊乱，这导致多个磁场检测器元件的输出值变化。由于此变化的程度取决于结合的磁性粒子数量，所以可以基于它来确定结合的磁性粒子数量。为评估此变化程度，优选的是，使用诸如标准偏差、平均偏差、方差等的离散指数。此外，所述磁场检测元件的输出值包括输出值，还包括对应于在输出值中获得的磁场强度的值。在另一实施例中，本专利技术的生物传感器是上述的传感器，并且所述磁性粒子结合至对象，其中所述对象结合至所述磁性传感器，并且本专利技术的生物传感器的特征在于所述信号处理装置确定通过所述对象结合至上述磁性传感器的磁性粒子数量，并且基于磁性粒子的数量来确定对象的数量。在另一实施例中，本专利技术的生物传感器的特征在于所述磁性粒子与对象特定地结合，其中所述对象结合至上述的磁性传感器，并且特征还在于可以确定通过上述对象结合至上述磁性传感器的这些磁性粒子的数量。在另一实施例中，本专利技术的生物传感器的特征在于上述的信号处理装置基于在磁性粒子没有结合至上述磁性传感器的状态中、从多个上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器，包括磁性传感器，该磁性传感器具有依照Ｘ行和Ｙ列（Ｘ和Ｙ是自然数）二维布置的多个磁场检测元件，所述检测元件每个均依照检测到的磁场强度来生成输出值，并且所述传感器基于所述输出值来测量磁性粒子在所述磁性传感器上的数量，　　　　其特征在于，所述传感器具有信号处理装置，通过所述信号处理装置，可以基于根据所述多个磁场检测元件的所述输出值获得的输出值分布的离散度来确定所述磁性粒子数量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：福本博文，
申请(专利权)人：旭化成株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]