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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6841630
(24)【登録日】2021年2月22日
(45)【発行日】2021年3月10日
(54)【発明の名称】検体検査装置
(51)【国際特許分類】
G01N 21/552 20140101AFI20210301BHJP
G01N 21/27 20060101ALI20210301BHJP
G01N 21/47 20060101ALI20210301BHJP
G01N 27/74 20060101ALI20210301BHJP
【ＦＩ】
G01N21/552
G01N21/27 Z
G01N21/47 Z
G01N27/74
【請求項の数】19
【全頁数】32
(21)【出願番号】特願2016-191500(P2016-191500)
(22)【出願日】2016年9月29日
(65)【公開番号】特開2017-75938(P2017-75938A)
(43)【公開日】2017年4月20日
【審査請求日】2019年7月12日
(31)【優先権主張番号】特願2015-203591(P2015-203591)
(32)【優先日】2015年10月15日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】594164542
【氏名又は名称】キヤノンメディカルシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100108855
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵田 昌俊
(74)【代理人】
【識別番号】100103034
【弁理士】
【氏名又は名称】野河 信久
(74)【代理人】
【識別番号】100075672
【弁理士】
【氏名又は名称】峰 隆司
(74)【代理人】
【識別番号】100153051
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100179062
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 正
(74)【代理人】
【識別番号】100189913
【弁理士】
【氏名又は名称】鵜飼 健
(72)【発明者】
【氏名】池田 成
(72)【発明者】
【氏名】原頭 基司
(72)【発明者】
【氏名】金山 省一
【審査官】
赤木 貴則
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１５−１１８０５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１０−５１２５３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０４−２１６４６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１５／０１７７１２５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
米国特許出願公開第２０１０／０３２２８２４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
米国特許出願公開第２０１４／００１４８５６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
米国特許出願公開第２０１１／００５０２１５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／６１
Ｇ０１Ｎ ２７／７２−２７／９０
Ｇ０１Ｎ ３３／４８−３３／９８
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
検査容器内の検査液に含まれ前記検査容器内のセンサエリアに捕集された磁性粒子に結合された対象物質を検出する検出部と、
前記検査液に含まれる前記磁性粒子を前記センサエリアから引き離すための第１の磁場を印加する部であって、前記第１の磁場の印加と遮断とを切り替える第１の磁場発生部と、
前記検査液に含まれる前記磁性粒子を前記センサエリアに引き寄せるための第２の磁場を発生する第１の永久磁石と、前記第１の永久磁石により励磁される第１の軟磁性体と、前記第１の永久磁石からの磁束を短絡する第２の軟磁性体とを有し、前記第１の永久磁石を前記第１の軟磁性体と前記第２の軟磁性体とに対して移動させることにより、前記第２の磁場の印加と遮断とを切り替える第２の磁場発生部と、を具備し、
前記第１の磁場発生部と前記第２の磁場発生部とは、前記検査容器を挟むように配置され、
前記第１の磁場発生部は、前記検査液のうちの前記センサエリア側がより磁束密度勾配が小さくなる前記第１の磁場を印加し、
前記第２の磁場発生部は、前記検査液のうちの前記センサエリア側がより磁束密度勾配が大きくなる前記第２の磁場を印加する、
を具備する検体検査装置。
前記検査液に含まれる前記磁性粒子を前記センサエリアから引き離すための第１の磁場を印加する部であって、前記第１の磁場の印加と遮断とを切り替える第１の磁場発生部と、
前記検査液に含まれる前記磁性粒子を前記センサエリアに引き寄せるための第２の磁場を発生する第１の永久磁石と、前記第１の永久磁石により励磁される第１の軟磁性体と、前記第１の永久磁石からの磁束を短絡する第２の軟磁性体とを有し、前記第１の永久磁石を前記第１の軟磁性体と前記第２の軟磁性体とに対して移動させることにより、前記第２の磁場の印加と遮断とを切り替える第２の磁場発生部と、を具備し、
前記第１の磁場発生部と前記第２の磁場発生部とは、前記検査容器を挟むように配置され、
前記第１の磁場発生部は、前記検査液のうちの前記センサエリア側がより磁束密度勾配が小さくなる前記第１の磁場を印加し、
前記第２の磁場発生部は、前記検査液のうちの前記センサエリア側がより磁束密度勾配が大きくなる前記第２の磁場を印加する、
を具備する検体検査装置。
【請求項2】
前記第１の永久磁石は、柱状形状を有し、前記第１の永久磁石の長軸に直交する回転軸回りに回転可能に設けられ、
前記第１の軟磁性体は、柱状形状を有し、前記第１の永久磁石の磁極が前記第１の軟磁性体に近接した場合において前記第１の軟磁性体の前記長軸と前記第１の永久磁石の長軸とが一致するように配置され、
前記第２の軟磁性体は、略Ｃ字形状又は略Ｕ字形状を有し、中心軸が前記回転軸に略一致するように配置される、
請求項１記載の検体検査装置。
前記第１の軟磁性体は、柱状形状を有し、前記第１の永久磁石の磁極が前記第１の軟磁性体に近接した場合において前記第１の軟磁性体の前記長軸と前記第１の永久磁石の長軸とが一致するように配置され、
前記第２の軟磁性体は、略Ｃ字形状又は略Ｕ字形状を有し、中心軸が前記回転軸に略一致するように配置される、
請求項１記載の検体検査装置。
【請求項3】
前記第１の永久磁石は、前記第２の磁場を印加する場合、前記第１の永久磁石の一方の磁極が前記第１の軟磁性体に近接するように前記回転軸回りに回転し、前記第２の磁場を遮断する場合、前記第１の永久磁石の双方の磁極が前記第２の軟磁性体に近接するように前記回転軸回りに回転する、請求項２記載の検体検査装置。
【請求項4】
前記第１の永久磁石による前記第２の磁場の印加と遮断との切り替えに伴い発生するトルクを打ち消すためのトルクを発生する第１のトルク低減部と、
前記第１の永久磁石による前記第２の磁場の印加と遮断との切り替えに伴い発生するトルクを打ち消すためのトルクを発生する第２のトルク低減部とを更に備え、
前記第１のトルク低減部と前記第２のトルク低減部とは、前記第２の磁場発生部を挟んで対向配置される、
請求項２記載の検体検査装置。
前記第１の永久磁石による前記第２の磁場の印加と遮断との切り替えに伴い発生するトルクを打ち消すためのトルクを発生する第２のトルク低減部とを更に備え、
前記第１のトルク低減部と前記第２のトルク低減部とは、前記第２の磁場発生部を挟んで対向配置される、
請求項２記載の検体検査装置。
【請求項5】
前記第１のトルク低減部と前記第２のトルク低減部とは同一形状を有する、請求項４記載の検体検査装置。
【請求項6】
前記第１のトルク低減部と前記第２のトルク低減部との各々は、
柱状形状を有し、非磁性材料により形成された結合アームを介して前記第１の永久磁石に結合され、前記回転軸回りに前記第１の永久磁石と共に回転可能に設けられた第２の永久磁石と、
環形状を有し、前記第２の永久磁石を取り囲むように配置された軟磁性体であって、前記第２の永久磁石の前記回転軸回りの回転に伴い前記第２の永久磁石の磁極との間隔が変化するように、前記回転軸回りの角度に応じて変化する内径を有する第３の軟磁性体と、を有する、
請求項４記載の検体検査装置。
柱状形状を有し、非磁性材料により形成された結合アームを介して前記第１の永久磁石に結合され、前記回転軸回りに前記第１の永久磁石と共に回転可能に設けられた第２の永久磁石と、
環形状を有し、前記第２の永久磁石を取り囲むように配置された軟磁性体であって、前記第２の永久磁石の前記回転軸回りの回転に伴い前記第２の永久磁石の磁極との間隔が変化するように、前記回転軸回りの角度に応じて変化する内径を有する第３の軟磁性体と、を有する、
請求項４記載の検体検査装置。
【請求項7】
前記第２の磁場発生部と前記第１のトルク低減部と前記第２のトルク低減部とは、前記第２の磁場発生部の中心を含み前記回転軸に垂直な面に対して左右対称な幾何学的配置を有する、請求項６記載の検体検査装置。
【請求項8】
前記第２の軟磁性体の前記第１の永久磁石に対向する内面は、前記第１の永久磁石の磁極と前記第２の軟磁性体の前記磁極に対向する部分との距離が前記第１の永久磁石の前記回転軸回りの回転に関わらず略一定になるように形成された略円弧形状を有する、請求項６記載の検体検査装置。
【請求項9】
前記第２の磁場発生部の前記第２の軟磁性体は、前記第１のトルク低減部の前記第３の軟磁性体と前記第２のトルク低減部の前記第３の軟磁性体との少なくとも一方に磁気的に接続されている、請求項６記載の検体検査装置。
【請求項10】
前記第２の磁場の印加と遮断との切り替えに伴い発生するトルクを打ち消すためのトルクを発生するトルク低減部、を更に備える請求項１記載の検体検査装置。
【請求項11】
前記第１の磁場と前記第２の磁場との合成磁場を前記検査液に印加するために前記第１の磁場発生部と前記第２の磁場発生部とを制御する制御部をさらに備える、請求項１記載の検体検査装置。
【請求項12】
前記第１の磁場発生部は、電磁石を有し、
前記制御部は、前記電磁石に流す電流を制御することにより前記合成磁場の磁力を調節する、
請求項１１記載の検体検査装置。
前記制御部は、前記電磁石に流す電流を制御することにより前記合成磁場の磁力を調節する、
請求項１１記載の検体検査装置。
【請求項13】
前記センサエリアは、前記対象物質に特異的に結合する物質が固定される、請求項１項に記載の検体検査装置。
【請求項14】
前記検査容器は、前記検査液を収容する収容体と、前記収容体の底面に設けられ前記対象物質に特異的に結合する物質が固定された前記センサエリアと、前記センサエリアに接して設けられ前記検出部の光源により発生された光線を伝播する光導波路と、を有する、請求項１記載の検体検査装置。
【請求項15】
前記磁性粒子を前記センサエリアに引き寄せるために前記第２の磁場発生部により前記検査液に所定時間に亘り前記第２の磁場を印加し、前記第１の磁場発生部の前記第１の磁場と前記第２の磁場発生部の前記第２の磁場との両方を所定時間に亘り遮断し、前記磁性粒子を前記センサエリアから引き離すために前記第１の磁場発生部により前記検査液に所定時間に亘り前記第１の磁場を印加する制御部をさらに備える、請求項１記載の検体検査装置。
【請求項16】
前記第１の永久磁石は、前記第１の軟磁性体と前記第２の軟磁性体とに接近又は離間するようにスライド可能に設けられる、請求項１記載の検体検査装置。
【請求項17】
前記第１の永久磁石は、前記第２の磁場を印加する場合、前記第１の永久磁石の磁極が前記第１の軟磁性体に近接するようにスライドし、前記第２の磁場を遮断する場合、前記第１の永久磁石の磁極が前記第２の軟磁性体に近接するようにスライドする、
請求項１６記載の検体検査装置。
請求項１６記載の検体検査装置。
【請求項18】
前記第１の永久磁石による前記第２の磁場の印加と遮断との切り替えに伴い発生するトルクを打ち消すためのトルクを発生するトルク低減部を更に備える、請求項１７記載の検体検査装置。
【請求項19】
前記トルク低減部は、
柱状形状を有し、非磁性材料により形成された結合部を介して前記第１の永久磁石に結合され、前記第１の永久磁石と共にスライド可能に設けられた第２の永久磁石と、
略Ｃ字形状又は略Ｕ字形状又は環形状を有し、中心軸が前記第２の永久磁石の長軸に略一致するように配置された軟磁性体であって、前記第２の永久磁石の磁極との間隔が前記第２の永久磁石のスライドに伴い変化するように、前記第２の永久磁石のスライド方向に関して変化する内径を有する第３の軟磁性体と、を有する、
請求項１８の検体検査装置。
柱状形状を有し、非磁性材料により形成された結合部を介して前記第１の永久磁石に結合され、前記第１の永久磁石と共にスライド可能に設けられた第２の永久磁石と、
略Ｃ字形状又は略Ｕ字形状又は環形状を有し、中心軸が前記第２の永久磁石の長軸に略一致するように配置された軟磁性体であって、前記第２の永久磁石の磁極との間隔が前記第２の永久磁石のスライドに伴い変化するように、前記第２の永久磁石のスライド方向に関して変化する内径を有する第３の軟磁性体と、を有する、
請求項１８の検体検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、検体検査装置に関する。
【背景技術】
【0002】
磁性粒子を利用して検出対象分子を検出する検体検査装置が研究されている。磁性粒子としては、マグネタイト等の磁性体を含有し、径数十ｎｍから数μｍ程度に形成された磁性の微粒子が利用されている。このような磁性粒子は超常磁性を持つことが知られている。磁場が印加されると磁性粒子は磁化を持ち、磁場の勾配に沿って作用する磁力によって移動する。磁場が遮断されると磁性粒子は磁化を消失して分散する。磁性粒子を構成する磁性体は水よりも比重が大きいため、磁性体の含有率が大きいと検査液中で磁性粒子が沈降凝集してしまう。そのため、磁性粒子は磁性体に高分子材料を合わせて比重を水に近づけた組成で作られる。更に磁性粒子は、特定の検出対象分子に直接または間接にかつ特異的に結合できるように、該検出対象分子と特異的に結合する材料、例えば抗体等で粒子の表面を化学的に修飾して用いられる。
【0003】
このような磁性粒子を利用した検体検査装置として、例えば、少なくとも１個以上の磁石をセンサカートリッジに対して機械的に動かすことによって磁性粒子の移動の向きを切り替える装置がある。具体的には、磁極が対向するように設けられた一対の磁石の間にセンサカートリッジが設置され、この一対の磁石をセンサカートリッジに対して同時に機械的に動かす。また、磁場のオンとオフとを切替えるため、検査液に磁場を印加する永久磁石を回転ディスク等の可動機構によって、Ｃ型磁石に抜き差しする装置が知られている。
【0004】
当該装置においては、磁場印加用の永久磁石がＣ型磁石の磁極の間に配置された状態では、磁束はこの２個の磁石の間で閉じており、検査液に印加される磁場をほぼゼロにすることができる。しかしながら、この構造ではＣ型磁石が形成する磁場が検査液内部の磁場分布に影響を与えないよう、Ｃ型磁石を反応容器から離れた位置に配置する必要がある。そのため、永久磁石の可動機構を含む磁場発生部は大きいものになる。また、Ｃ型磁石と磁場印加用の永久磁石とは磁力によって強く引き合うため、磁場をオフからオンに切り替える際、この吸引力に勝る強力な動作機構が必要となる。更に、この構成において磁場をオンからオフに切り替える場合、磁場印加用の永久磁石をセンサエリアに対して平行に移動するため、その切り替えによってセンサエリアに捕集された磁性粒子も引きずられて移動し、センサエリアでの磁性粒子の分布が歪んでしまう。このため、磁性粒子のセンサエリア表面への結合反応効率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】ＷＯ２００８／０７２１４９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
実施形態の目的は、高感度且つ定量的な検査結果を高精度且つ迅速に得ることが可能な検体検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本実施形態に係る検体検査装置は、検査容器内の検査液に含まれ前記検査容器内のセンサエリアに捕集された磁性粒子に結合された対象物質を検出する検出部と、前記検査液に含まれる前記磁性粒子を前記センサエリアから引き離すための第１の磁場を印加する部であって、前記第１の磁場の印加と遮断とを切り替える第１の磁場発生部と、前記検査液に含まれる前記磁性粒子を前記センサエリアに引き寄せるための第２の磁場を発生する第１の永久磁石と、前記第１の永久磁石により励磁される第１の軟磁性体と、前記第１の永久磁石からの磁束を短絡する第２の軟磁性体とを有し、前記第１の永久磁石を前記第１の軟磁性体と前記第２の軟磁性体とに対して移動させることにより、前記第２の磁場の印加と遮断とを切り替える第２の磁場発生部と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる検体検査装置を説明する。
【0010】
本実施形態に係る検体検査装置は、生体試料等の検体に含まれる検査対象物質を検査する装置である。より詳細には、本実施形態に係る検体検査装置は、磁性粒子を利用して検査対象物質を光学的に検出する。
【0011】
図１は、本実施形態に係る検体検査装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る検体検査装置は、演算回路１を中枢として、上方磁場発生器２、下方磁場発生器３、支持フレーム４、磁場制御回路５、検出装置６、表示回路７、入力回路８及び記憶回路９を有する。演算回路１、磁場制御回路５、表示回路７、入力回路８及び記憶回路９は互いにバスを介して通信可能に接続されている。
【0012】
上方磁場発生器２と下方磁場発生器３とは、支持フレーム４を挟むように配置される。支持フレーム４は、検査容器１００を支持する。具体的には、支持フレーム４は、検査容器１００が収容される所定空間１０を形成する枠体である。検査容器１００は支持フレーム４に装着され、所定空間１０に配置される。検査容器１００には検査液が収容されている。検査液は、検査対象物質を含む検体と当該検査対象物質の検出に利用される磁性粒子とを含む。検査対象物質としては、例えば、測定項目に対応する生体分子が挙げられる。磁性粒子には、検査対象物質に特異的に結合する第１物質が固定される。検査容器１００の底面にはセンサエリアが設けられている。センサエリアには、検査対象物質に特異的に結合する第２物質が固定されている。所定空間１０は、上方磁場発生器２と下方磁場発生器３との間に位置する。上方磁場発生器２は支持フレーム４の上方に配置された磁場発生器であり、下方磁場発生器３は支持フレーム４の下方に配置された磁場発生器である。上方磁場発生器２は、磁場制御回路５による制御に従い、検査容器１００に収容された検査液に印加する磁場を発生する。下方磁場発生器３は、磁場制御回路５による制御に従い、検査容器１００に収容された検査液に印加する磁場を発生する。下方磁場発生器３は、検査液への磁場の印加と遮断とを切り替え可能に構成される。
【0013】
磁場制御回路５は、上方磁場発生器２と下方磁場発生器３とを同期的に制御し、上方磁場発生器２と下方磁場発生器３との各々の検査液への磁場の印加と遮断とを切り替える。上方磁場発生器２と下方磁場発生器３とにより交互に磁場を印加することにより、検査容器１００の底面に設けられたセンサエリアに、効率良く検査対象物質を集めることができる。磁場制御回路５は、ハードウェア資源として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の処理装置（プロセッサ）とＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置（メモリ）とを有する。また、磁場制御回路５は、上記発生タイミングを個別に制御可能に構成された特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）やフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ）、他の複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）により実現されても良い。磁場制御回路５は、有線又は無線により上方磁場発生器２と下方磁場発生器３とに電気的に接続される。
【0014】
検出装置６は、検査容器１００に含まれる検査対象物質を検出する。検出装置６は、光学や磁気、電磁気等の既存の如何なる原理により検査対象物質を検出しても良い。例えば、本実施形態に係る検出装置６は、光学的に検査対象物質を検出する。この場合、検出装置６は、検査容器１００に光を照射し、検査容器１００を伝播した光を検出し、検出した光の強度に応じたデータを生成する。検出光強度のデータは、演算回路１に供給され、検査対象物質の定量分析に供される。
【0015】
表示回路７は、検査対象物質の定量分析結果等の種々のデータを表示する。具体的には、表示回路７は、表示インタフェース回路と表示機器とを有する。表示インタフェース回路は、表示対象を表すデータをビデオ信号に変換する。ビデオ信号は、表示機器に供給される。表示機器は、表示対象を表すビデオ信号を表示する。表示機器としては、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイが適宜利用可能である。
【0016】
入力回路８は、ユーザからの各種指令を入力する。具体的には、入力回路８は、入力機器と入力インタフェース回路とを有する。入力機器は、ユーザからの各種指令を受け付ける。入力機器としては、各種スイッチ等を含む。入力インタフェース回路は、入力機器からの出力信号をバスを介して演算回路１に供給する。
【0017】
記憶回路９は、種々の情報を記憶するＨＤＤ（hard disk drive）やＳＳＤ（solid state drive）、集積回路記憶装置等の記憶装置である。例えば、記憶回路９は、定量分析結果のデータを記憶する。また、記憶回路９は、本実施形態に係る検体検査装置の制御プログラム等を記憶する。
【0018】
演算回路１は、ハードウェア資源として、ＣＰＵやＭＰＵ等の処理装置（プロセッサ）とＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置（メモリ）とを有する。演算回路１は、本実施形態に係る検体検査装置の中枢として機能する。具体的には、演算回路１は、記憶回路９に記憶されている制御プログラムを読み出してメモリ上に展開し、展開された制御プログラムに従って検体検査装置の各部を制御する。また、演算回路１は、検出装置６から供給された検出光強度のデータに定量解析を施して、検査液における検査対象物質の量や濃度を計算する。
【0019】
図２は、上方磁場発生器２、下方磁場発生器３、検査容器１００及び検出装置６の配置を示す図である。図２に示すように、検査容器１００の上方に上方磁場発生器２が設けられ、検査容器１００の下方に下方磁場発生器３が設けられている。なお図２において支持フレーム４の図示は省略している。
【0020】
図２に示すように、検査容器１００は、収容器１１０、センサエリア１２０及び光導波路１３０を有している。収容器１１０は、検査液２００を収容する容器である。上記の通り、検査液２００は、少なくとも検査対象物質を含む検体と磁性粒子とを含む溶液である。磁性粒子には検査対象物質に特異的に結合する第１物質が固定される。収容器１１０は、検査液２００に対して上方磁場発生器２と下方磁場発生器３とが有効に磁場を印加できるよう、非磁性の材料を用いて形成されると良い。また、収容器１１０の材料は、検体や検査試薬等によって腐食しない材質を有すると良い。具体的には、収容器１１０は、光学ガラスや樹脂等を用いて形成されることが望ましい。収容器１１０の底面にはセンサエリア１２０が設けられている。センサエリア１２０には、検査対象物質に特異的に結合する第２物質が固定されている。センサエリア１２０には、検査対象物質や磁性粒子２２０が非特異的にセンサエリア１２０に固定されないよう、非特異吸着防止用のコーティング等の加工が施されると良い。センサエリア１２０には光導波路１３０が結合されている。光導波路１３０は、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂又はガラス等を材料として形成される。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂及びアクリル樹脂等を用いることができる。
【0021】
図２に示すように、検出装置６は、センサエリア１２０に結合している磁性粒子２２０を光学的に検出する。具体的には、検出装置６は、光源６１と光検出器６２とを有する。光源６１は、光（以下、検出光と呼ぶ）ＬＩを光導波路１３０に照射する。光源６１としては、例えば、ＬＥＤ等のダイオードやキセノンランプ等のランプが用いられると良い。光導波路１３０に入射した検出光ＬＩは光導波路１３０内を全反射しながら伝播し、所定の出射口から出射する。
【0022】
光導波路１３０内を全反射する検出光ＬＩにより、センサエリア１２０内における光導波路１３０との界面にエバネッセント（evanescent）光が発生する。エバネッセント光は、センサエリア１２０に捕集された磁性粒子により散乱又は屈折する。散乱又は屈折したエバネッセント光の光量に応じて検出光ＬＩの強度が低下する。すなわち、光検出器６２により検出される検出光ＬＩの強度は、センサエリア１２０に捕集された磁性粒子の量、換言すれば、検査対象物質の量に依存する。
【0023】
光検出器６２は、光導波路１３０から出射される検出光ＬＩを検出し、検出された検出光ＬＩの強度を示す光検出強度のデータを生成する。光導波路１３０の下方にはさらに検出光ＬＩを透過する基板を設けたり、光導波路１３０に検出光ＬＩを入射する効率を改善するためにグレーティングを設けたりしても良い。
【0024】
なお、光学的に検査対象物質を検出する他の方法として、着色された磁性粒子による光の吸収・散乱を利用しても良い。この場合、検出装置６は、センサエリア１２０に結合した磁性粒子に選択的に光を照射し、磁性粒子からの光を検出することにより検査対象物質を検出する。また、磁気的に検査対象物質を検出するため検出装置６は、磁気センサを有しても良い。磁気センサをセンサエリア１２０に近づけることにより、磁気センサは磁性粒子を感知する。磁気センサとしては、ホール効果磁気センサ、磁気インピーダンスセンサ、巨大磁気抵抗素子、SQUID（superconducting quantum interference device）磁気センサ等を用いることができる。
【0025】
ここで、検査容器１００の高さ方向がＹ軸方向に規定され、検査容器１００の横方向がＸ軸方向に規定され、検査容器１００の奥行き方向がＺ軸方向に規定される。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、直交三次元座標系を構成する。本実施形態においては、Ｙ軸方向が鉛直方向に一致するように、上方磁場発生器２、下方磁場発生器３、検査容器１００及び検出装置６が配置される。この場合、検査容器１００のＹ軸上向き方向に上方磁場発生器２が配置され、検査容器１００のＹ軸下向き方向に下方磁場発生器３が配置されるものとする。
【0026】
次に、本実施形態に係る検体検査装置の詳細について説明する。
【0027】
図３は、本実施形態に係る検体検査装置の上方磁場発生器２、下方磁場発生器３及び検査容器１００の配置を示す図である。図３に示すように、下方磁場発生器３は、検査容器１００のセンサエリア１２０に近くに配置され、上方磁場発生器２はセンサエリア１２０から遠くに配置される。このように上方磁場発生器２と下方磁場発生器３とを配置することにより、上方磁場発生器２と下方磁場発生器３とは、検査容器１００に収容された検査液２００に対して、磁性粒子２２０をセンサエリア１２０に引き離すための磁場や引き寄せるための磁場を印加でき、さらに磁場を遮断することができる。
【0028】
下方磁場発生器３は、永久磁石（第１の永久磁石）３１、コア（第１の軟磁性体）３２及びシャントヨーク（第２の軟磁性体）３３を有する。永久磁石３１は、円柱形状や角柱形状、板形状等の柱状形状を有する。永久磁石３１は、磁場を発生する。永久磁石３１は、一対の磁極を有する。永久磁石３１のうちの第１の磁極を有する面を第１の磁極面３１ａと呼び、第２の磁極を有する面を第２の磁極面３１ｂと呼ぶことにする。永久磁石３１としては、例えば、フェライト磁石やアルニコ磁石、サマリウムコバルト磁石、ネオジム磁石等の既存の如何なる永久磁石が用いられても良い。特に、サマリウムコバルト磁石やネオジム磁石等の希土類磁石は残留磁束密度が大きく、検査液２００に高い磁束密度を与えることができる。なお、第１の磁極と第２の磁極との何れがＮ極又はＳ極であっても良い。
【0029】
コア３２は、センサエリア１２０と永久磁石３１との間に固定された軟磁性材料からなる軟磁性体である。コア３２は、円柱形状や角柱形状、板形状等の柱状形状を有する。コア３２は、検査容器１００内の検査液２００に磁場を印加するために永久磁石３１により担磁される。コア３２のセンサエリア１２０に対向する面３２ａは、センサエリア１２０と略同程度のサイズと形状とを有する。また、コア３２の永久磁石３１に対向する面３２ｂは、永久磁石３１の磁極面（３１ａ、３１ｂ）と同じもしくはそれより大きいサイズと形状とを有する。上記の配置と形状とを有するコア３２が設けられることにより、永久磁石３１の磁極３１ａ又は３１ｂをコア３２に近接させることによって永久磁石３１からの磁束がコア３２を通り、コア３２からの磁束を検査液２００に通すことができる。これにより、検査液２００に磁場を印加することができる。すなわち、永久磁石３１とコア３２とは検査液２００に磁場を印加するための磁気回路を構成する。
【0030】
シャントヨーク３３は、コア３２から離間して設けられた軟磁性材料からなる軟磁性体である。シャントヨーク３３は、検査液２００への磁場を遮断するために永久磁石３１からの磁束を短絡する。シャントヨーク３３を軟磁性材料で形成することにより、永久磁石３１がシャントヨーク３３から離間した状態ではシャントヨーク３３が保持する磁化を略ゼロにすることができる。すなわち、シャントヨーク３３が検査容器１００内の空間に及ぼす磁気的な影響を無視することができる。シャントヨーク３３は、Ｃ字形状又はＵ字形状を有する。シャントヨーク３３の角部は角形であっても良く、曲線状であっても良い。シャントヨーク３３における両端の突出部の互いに向き合う面間の距離Ｄ３３１は、永久磁石３１の磁極面３１ａと３１ｂとの間の距離Ｄ３１よりも僅かに長く設計される。上記の形状と寸法とを有することによりシャントヨーク３３は、永久磁石３１を挟み込むことが可能となる。シャントヨーク３３が永久磁石３１を挟み込むと、永久磁石３１から発生する磁束がシャントヨーク３３を通る。これにより永久磁石３１とシャントヨーク３３とは閉回路を形成し、永久磁石３１から発生する磁束を短絡することができる。
【0031】
上記の通り、本実施形態に係る下方磁場発生器３は、検査液２００に含まれる磁性粒子２２０をセンサエリア１２０に引き寄せるための磁場を発生する永久磁石３１と、永久磁石３１により励磁されるコア３２と、永久磁石３１からの磁束を短絡するシャントヨーク３３とを有し、永久磁石３１をコア３２とシャントヨーク３３とに対して移動させることにより、当該磁場の印加と遮断とを切り替える。
【0032】
次に、図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃを参照しながら、磁場制御回路５の制御の下に行われる磁性粒子を利用した検査対象物質の検査の流れについて説明する。図４Ａは、下方磁場発生器３による磁場の印加時における構成を示し、図４Ｂは、磁場の遮断時における構成を示し、図４Ｃは、上方磁場発生器２による磁場の印加時における構成を示す。
【0033】
磁場制御回路５は、上方磁場発生器２と下方磁場発生器３とを制御し、検査容器１００に含まれる磁性粒子２２０をセンサエリア１２０に対して接近と離間とを交互に行わせる。磁性粒子２２０を利用した検査は次のプロセスで行われる。プロセス１：図４Ａに示すように、検査液２００中に分散している磁性粒子２２０をセンサエリア１２０に引き寄せるための磁場を検査液２００に印加する。プロセス２：図４Ｂに示すように、センサエリア１２０近傍に捕集された磁性粒子２２０をセンサエリア１２０に特異的に結合させるために磁場を遮断する。プロセス３：センサエリア１２０に特異的に結合しなかった磁性粒子２２０をセンサエリア１２０から引き離すための磁場を検査液２００に印加する。
【0034】
以下、磁性粒子を利用した検査について詳細に説明する。
【0035】
まず、上方磁場発生器２と下方磁場発生器３とを停止させた状態において検査液２００内において磁性粒子２２０と検査対象物質とを反応させる。
【0036】
次にプロセス１が行われる。プロセス１では、検査液２００全体に分散している磁性粒子２２０がセンサエリア１２０に捕集される。磁性粒子２２０に強い磁力を作用させることができれば磁性粒子２２０を速く効率的に捕集することができ、検査時間を短縮できる。磁性粒子２２０に作用する磁力は、磁性粒子２２０の比帯磁率、磁場の磁束密度及び磁束密度勾配の積に比例し、磁束密度勾配の向きに（磁束密度が小さい方から大きい方に向かって）作用する。そのため、磁場を印加した状態において、検査液２００内の磁束密度が高く、磁束密度の勾配が大きくなるように構成することが検査時間短縮に有効である。
【0037】
プロセス１において磁場制御回路５は、下方磁場発生器３からの磁場をオンにするため、下方磁場発生器３にオン信号を供給する。磁場制御回路５からオン信号の供給を受け、下方磁場発生器３は、磁場を検査液２００に印加する。具体的には、下方磁場発生器３は、図４Ａに示すように、永久磁石３１の一方の磁極３１ａをコア３２に近づけるように動かす。磁極３１ａがコア３２に近づくことにより、永久磁石３１から発生する磁束ＭＦ３はコア３２を通り、永久磁石３１に対してコア３２の反対側に位置する検査液２００に導かれる。下方磁場発生器３が検査容器１００のセンサエリア１２０の近くに配置されているため、下方磁場発生器３がオンの状態では、検査液２００内部の磁束密度はセンサエリア１２０側がより高くなる。そのため、磁性粒子２２０はセンサエリア１２０に近づく。下方磁場発生器３からの磁場は所定時間に亘り印加される。下方磁場発生器３からの磁場の印加は、検査の開始から所定の時刻が経過したことを契機として自動的に行われても良いし、入力回路８を介してユーザから指示されたタイミングで行われても良い。
【0038】
次にプロセス２が行われる。プロセス２では、少なくともセンサエリア１２０近傍では印加される磁場はゼロに近いことが望ましい。センサエリア１２０近傍に磁性粒子が多数存在する状態で磁場が印加されると、磁化された磁性粒子が磁気的な相互作用によって互いに凝集してしまう。そのため、磁場が印加されたままではセンサエリア１２０の最表面に接近できる磁性粒子は捕集された磁性粒子の一部に過ぎず、磁性粒子とセンサエリア１２０上の第２の物質との結合反応効率は低く留められる。磁性粒子をセンサエリア１２０近傍に捕集した後、センサエリア１２０近傍の磁場を遮断することによって磁性粒子の磁化が消失して凝集が解消され、重力により大半の磁性粒子がセンサエリア１２０の表面まで沈降する。これにより、磁性粒子とセンサエリア１２０の第２の物質との結合反応が促進される。
【0039】
プロセス２において磁場制御回路５は、下方磁場発生器３からの磁場の印加開始から所定の時間の経過後、当該磁場をオフにするため、下方磁場発生器３にオフ信号を供給する。オフ信号の供給を受け下方磁場発生器３は、図４Ｂに示すように、永久磁石３１の磁極３１ａ及び３１ｂをシャントヨーク３３に近づける。その結果、永久磁石３１から発生する磁束ＭＦ３はシャントヨーク３３を通って再び永久磁石３１に戻る閉ループを形成する。このように、永久磁石３１の磁極３１ａ及び３１ｂをシャントヨーク３３に近づけることにより、検査液２００に印加する磁場を遮断する。磁場を遮断にすることにより、センサエリア１２０の近辺の磁場が略ゼロになる。この状態において磁性粒子２２０とセンサエリア１２０に結合された第２物質との結合反応を行わせる。
【0040】
次にプロセス３が行われる。プロセス３では、センサエリア１２０上に存在しているものの、センサエリア１２０に結合していない磁性粒子、すなわち検査対象物質と結合していない未反応の磁性粒子をセンサエリア１２０から引き離すため、プロセス１とは逆向きの勾配を有する磁場を印加する。
【0041】
プロセス３において磁場制御回路５は、上方磁場発生器２からの磁場をオンにするため、上方磁場発生器２にオン信号を供給する。磁場制御回路５からオン信号の供給を受け、上方磁場発生器２は磁場を発生する。上方磁場発生器２からの磁束ＭＦ２は検査液２００を通過する。これにより上方磁場発生器２からの磁場が検査液２００に印加される。図４Ｃに示すように、上方磁場発生器２は、下方磁場発生器３に比してセンサエリア１２０から遠い位置に配置されるため、下方磁場発生器３の磁場をオフとし上方磁場発生器２の磁場をオンとすると、検査液２００内の磁束密度はセンサエリア１２０側がより低くなる。そのため、磁性粒子２２０はセンサエリア１２０から離れる向きに移動する。
【0042】
その後、センサエリア１２０上の磁性粒子２２０に結合している検査対象物質を、検出装置６により光学的に計測する。
【0043】
次に、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ及び図５Ｄを参照しながら、本実施形態に係る下方磁場発生器３の詳細について説明する。図５Ａと図５Ｂとは、永久磁石３１の回転軸ＲＲ１がシャントヨーク３３と同一面に配置された下方磁場発生器３の例である。換言すれば、永久磁石３１の回転軸ＲＲ１がシャントヨーク３３の中心軸（図示せず）に略直交するように配置される。図５Ａは、磁場印加時における下方磁場発生器３の配置と磁束とを示す図であり、図５Ｂは、磁場遮断時における下方磁場発生器３の配置と磁束とを示す図である。図５Ｃと図５Ｄとは、永久磁石３１の回転軸ＲＲ１がシャントヨーク３３を横切るように配置された下方磁場発生器３の例である。換言すれば、永久磁石３１の回転軸ＲＲ１がシャントヨーク３３の中心軸（図示せず）に略一致するように配置される。図５Ｃは、磁場印加時における下方磁場発生器３の配置と磁束とを示す図であり、図５Ｄは、磁場遮断時における下方磁場発生器３の配置と磁束とを示す図である。
【0044】
上記の通り、コア３２は、図示しない検査容器と永久磁石３１との間に固定され、シャントヨーク３３は永久磁石３１を挟むように配置される。永久磁石３１は、回転軸ＲＲ１回りに回転可能に構成される。図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ及び図５Ｄに示すように、永久磁石３１が回転軸ＲＲ１回りに回転することにより、永久磁石３１からコア３２を介して検査液２００に印加する磁場のオンとオフとを切り替えることができる。永久磁石３１を回転軸ＲＲ１回りに回転可能にするための構成は如何なる構成であっても良い。例えば、図示しない支持フレームにより永久磁石３１は回転軸ＲＲ１回りに回転可能に支持されると良い。また、永久磁石３１が回転軸ＲＲ１周りに回転するよう、永久磁石３１に直接的に回転シャフトを固定しても良い。回転軸ＲＲ１は、例えば、図示しないサーボモータ等の駆動装置に接続されており、当該駆動装置は、磁場制御回路５からのオン信号又はオフ信号を受けて永久磁石３１を回転軸ＲＲ１回りに所定の回転角度だけ回転する。なお、回転軸ＲＲ１は、仮想的な軸である。ここで仮想的というのは、回転軸ＲＲ１が必ずしも物理的な構造物として永久磁石３１を実際に貫くことが必要なのではないことを意味する。
【0045】
図５Ａと図５Ｃとに示すように、永久磁石３１とコア３２とは、永久磁石３１のＮ極とＳ極を通る長軸Ｒ１とコア３２の長軸Ｒ２とが一致するように配置される。また、永久磁石３１は、その長軸Ｒ１と回転軸ＲＲ１とが直交するように配置される。永久磁石３１とコア３２とは、永久磁石３１が回転軸ＲＲ１回りに回転する際にコア３２に接触しない程度の間隔Ｄ１２を隔てて配置される。シャントヨーク３３は、Ｃ字形状又はＵ字形状を有している。シャントヨーク３３の開口（シャントヨーク３３が取り囲む空間）の間隔Ｄ３３１の略中心に回転軸ＲＲ１が直交するように、シャントヨーク３３と永久磁石３１とが位置決めされる。換言すれば、間隔Ｄ３３１は、シャントヨーク３３の開口を挟んで向かい合う内面３３ａと内面３３ｂとの間の距離に等しい。
【0046】
図５Ｂと図５Ｄとに示すように、シャントヨーク３３の開口の間隔Ｄ３３１は、永久磁石３１が回転軸ＲＲ１回りに回転する際にシャントヨーク３３に接触しないように、永久磁石３１の長軸Ｒ１に沿う長さＤ３１に比して長く設計される。また、図５Ｂに示すように、間隔Ｄ３３１は、永久磁石３１の長軸Ｒ１がコア３２の長軸Ｒ２に直交するように永久磁石３１が配置された場合、永久磁石３１からの磁束が漏れなくシャントヨーク３３を通るように、シャントヨーク３３と磁極３１ａ及び３１ｂとが接近するように設計される。
【0047】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ及び図５Ｄに示すように、永久磁石３１はシャントヨーク３３の開口に配置される。具体的には、図５Ａと図５Ｂとに示す配置の場合、回転軸ＲＲ１がシャントヨーク３３を貫くように永久磁石３１がシャントヨーク３３の開口に配置される。換言すれば、図５Ｃと図５Ｄとに示す配置の場合、回転軸ＲＲ１がシャントヨーク３３を貫かないように永久磁石３１がシャントヨーク３３の開口に配置される。
【0048】
図５Ａと図５Ｃとに示すように、永久磁石３１は、検査液に磁場を印加する場合、永久磁石３１のコア３２に近接する磁極３１ａが、シャントヨーク３３の開口の外部に突出するように設計及び配置されるとよい。例えば、図５Ａのように、永久磁石３１の回転軸ＲＲ１がシャントヨーク３３と同一面に配置された下方磁場発生器３では、永久磁石３１の長軸Ｒ１に沿う長さＤ３１は、シャントヨーク３３の内面３３ａ，３３ｂの幅Ｄ３３２よりも長く設計されると良い。また、図５Ｃのように、永久磁石３１の回転軸ＲＲ１がシャントヨーク３３を横切るように配置された下方磁場発生器３では、検査液に磁場を印加するときに永久磁石３１のコア３２に近接する磁極３１ａがシャントヨーク３３の上端よりも上に突出するように永久磁石３１および回転軸ＲＲ１を配置するとよい。永久磁石３１のコア３２に近接する磁極３１ａがシャントヨーク３３の開口の外部に突出しない場合、永久磁石３１から発生した磁束の一部がコア３２ではなくシャントヨーク３３に入ってしまう。このため、検査容器１００内の検査液に印加する磁場の磁力が低下してしまう。上記の通り、永久磁石３１のコア３２に近接する磁極３１ａがシャントヨーク３３の開口の外部に突出する場合、永久磁石３１から発生した磁束の大半をコア３２に通すことができる。これにより、検査容器１００内の検査液に印加する磁場の磁力の低下を防止することができる。
【0049】
図５Ｂと図５Ｄとに示すように、永久磁石３１は、検査液への磁場を遮断する場合は、永久磁石３１がシャントヨーク３３の開口の内部に含まれるように永久磁石３１とシャントヨーク３３とを設計及び配置するのが良い。図５Ｂのように、永久磁石３１の回転軸ＲＲ１がシャントヨーク３３と同一面に配置された下方磁場発生器３では、永久磁石３１の磁極面３１ａ，３１ｂの厚み（回転軸ＲＲ１と長軸Ｒ１とに直交する軸に沿う長さ）Ｄ３１１は、シャントヨーク３３の幅Ｄ３３２よりも短く設計されると良い。磁極面３１ａ，３１ｂの厚みＤ３１１がシャントヨーク３３の幅Ｄ３３２よりも長い場合、永久磁石３１から発生した磁束の一部がシャントヨーク３３ではなくコア３２に入ってしまう。このため、検査容器１００内の検査液に印加する磁場の遮断能が低下してしまう。上記の通り、磁極面３１ａ，３１ｂの厚みＤ３１１がシャントヨーク３３の幅Ｄ３３２よりも短い場合、永久磁石３１から発生した磁束の大半をシャントヨーク３３に通すことができる。これにより、検査容器１００内の検査液に印加する磁場の遮断能を向上させることができる。また、図５Ｄのように、永久磁石３１の回転軸ＲＲ１がシャントヨーク３３を横切るように配置された下方磁場発生器３では、永久磁石３１の磁極面３１ａ，３１ｂの回転軸ＲＲ１と平行な方向の厚みＤ３１２は、シャントヨーク３３の幅Ｄ３３２よりも短く設計されると良い。
【0050】
次に、上述の下方磁場発生器３による磁場のオンとオフとの切り替え動作について説明する。磁場をオンにする場合、磁場制御回路５はオン信号を下方磁場発生器３内の図示しない駆動装置に供給する。当該駆動装置は、図５Ａ又は図５Ｃに示すように、永久磁石３１を回転軸ＲＲ１回りに回転し、磁極面３１ａ又は３１ｂをコア３２の底面３２ｂに近づける。換言すれば、永久磁石３１の長軸Ｒ１をコア３２の長軸Ｒ２に一致させる。この時、永久磁石３１で発生する磁束ＭＦ３はコア３２を通り、コア３２の反対側に位置する検査容器１００に収納される検査液２００に印加される。
【0051】
磁場をオフにする場合、磁場制御回路５は、磁場遮断信号を下方磁場発生器３内の図示しない当該駆動装置に供給する。当該駆動装置は、図５Ｂ又は図５Ｄに示すように、永久磁石３１を回転軸ＲＲ１回りに回転し、磁極面３１ａ及び３１ｂをシャントヨーク３３に近づける。より詳細には、当該駆動装置は、永久磁石３１の長軸Ｒ１をコア３２の長軸Ｒ２に直交させる。当該回転により、磁極３１ａ及び３１ｂがシャントヨーク３３の内面に対向する。この時、永久磁石３１で発生する磁束ＭＦ３はシャントヨーク３３を通って再び永久磁石３１に戻る閉ループを形成するため、コア３２にはほとんど磁束が向かわず、検査容器１００内部に印加される磁場は実質的に遮断される。
【0052】
なお、図５Ａ、図５Ｂ、図Ｃ及び図５Ｄは、下方磁場発生器３の磁気回路として最低限必要な磁性体部品の配置を示したものであり、実際にはコア３２やシャントヨーク３３は非磁性の構造物によってユニット内に機械的に固定される。例えば、図５Ｅは、図５Ｄの下方磁場発生器３を筐体５０と共に示す図である。図５Ｅに示すように、コア３２は、筐体５０により支持される。筐体５０は、略Ｃ字又はＵ字形状を有し、永久磁石３１及びシャントヨーク３３を跨ぐように配置される。コア３２は、永久磁石３１の上方に固定されるように筐体５０に配置される。筐体５０は、真鍮やアルミニウム等の非磁性の材料により形成される。また、下方磁場発生器３の構成要素としてさらにヨークを設けても良い。
【0053】
次に、本実施形態に係る検体検査装置（以下、永久磁石機と呼ぶ）と標準的な検体検査装置（以下、標準機と呼ぶ）との比較について説明する。
【0054】
図６Ａは、標準機の下方磁場発生器２７０の構成を示す図である。標準機の下方磁場発生器２７０には電磁石２７２が用いられている。電磁石２７２で発生した磁束はコア２７１を経由して検査容器に印加され、図示しない上方磁場発生器を経由してヨーク２７３に戻る。標準機の下方磁場発生器２７０において磁場のオンとオフとは電磁石２７２への通電によって制御される。
【0055】
図６Ｂは、本実施形態に係る永久磁石機の下方磁場発生器３の構成を示す図である。下方磁場発生器３は、標準機に搭載されている電磁石の代わりに永久磁石を用いた装置である。図６Ｂに示す下方磁場発生器３は、コア３２、永久磁石３１及びシャントヨーク３３に加えて他のヨーク３４を有する。ヨーク３４は、略Ｃ字形状又はＵ字形状を有する軟磁性体である。ヨーク３４は、永久磁石３１とシャントヨーク３３とを挟み込むように配置される。磁場オンの時、永久磁石３１は鉛直に配置され、永久磁石３１から発生された磁束はコア３２から検査容器１００に印加され、図示しない上方磁場発生器を経由してヨーク３４に戻る。すなわち、永久磁石３１とコア３２とヨーク３４とは磁気回路を構成する。永久磁石３１を水平に傾けた場合、永久磁石３１とシャントヨーク３３との間で閉ループを形成し、磁場はオフとなる。
【0056】
標準機の下方磁場発生器と本実施形態に係る永久磁石機の下方磁場発生器とで検査容器に印加される磁場の強さを比較するため、検査容器のセンサエリア中央に相当する位置にテスラメータのプローブを挿入して磁束密度が測定された。標準機の磁束密度は、下磁場オン時において１４．２ｍＴ、磁場オフ時において０．０ｍＴであった。本実施形態に係る永久磁石機の磁束密度は、下磁場オン時において４２．０ｍＴ、磁場オフ時において０．０ｍＴであった。この通り、下方磁場発生器として電磁石を用いた標準機に比べて、本実施形態に係る永久磁石機では磁束密度が約３倍になる。
【0057】
標準機と本実施形態に係る永久磁石機とにおける、磁性粒子をセンサエリアに吸引する能力の違いを調べるため、以下の試験が行われた。試験用検体としては、インフルエンザＡ不活化抗原をバッファで、標準濃度から１／１６に希釈したものを用いた。当該試験用検体に検出対象分子と特異的に結合する磁性粒子を加えた検査液を検査容器に注入し、標準機および永久磁石機にセットする。その後、下方磁場発生器（標準機では電磁石、永久磁石機では永久磁石）を２分間オンとして、センサエリアに結合した光導波路の光信号を計測した。
【0058】
図７は、標準機と本実施形態に係る永久磁石機とに関する光強度信号の時間変化曲線を示す図である。図７の縦軸は検出された光強度信号を、ｔ＝０を基準に規格化して示したものである。光強度が小さいほどセンサエリアの表面に多数の磁性粒子が付着していることを示す。標準機では２分かけて光強度が約２０％低下しているのに対し、永久磁石機では３０秒ほどで約３０％と、より急激に光強度が低下している。この結果から、永久磁石機の方が強い磁力によってより速く磁性粒子をセンサエリアに吸引していることがわかる。磁性粒子をセンサエリアに捕集するために必要な時間は、標準機で２分程度であるのが、永久磁石機では３０秒程度で十分ではあると考えられる。
【0059】
次に、本実施形態に係る永久磁石機と標準機とにおける検体検出試験の比較について説明する。検体検出試験は、以下の様に行われる。検査容器をセットした後、光導波路を通って光検出器で検出される光強度を検出装置によりモニタし、光強度の低下度合いから、センサエリア表面のエバネッセント領域に存在する磁性粒子を検出・定量する。本実施形態に係る永久磁石機と標準機とを用いて検体の検出試験を実施した。検体には所定の検出対象分子（インフルエンザＡ不活化抗原）をバッファに希釈したものを用い、その濃度としては、標準濃度を１／１６希釈したもの、１／６４希釈したもの、検出対象分子なし（ブランク）の３水準とした。
【0060】
検体を検査する手順は次の通りである。工程１．検体を磁性粒子と混合し、検査容器に注入して標準機及び永久磁石機にセットする。工程２．下方磁場発生器をオンとし、磁性粒子をセンサエリアに捕集する。工程３．下方磁場発生器をオフとする。工程４．上方磁場発生器をオンとし、未反応の磁性粒子をセンサエリアから上方に移動させる。
【0061】
図８は、標準機で測定された３水準の濃度の検体に関する反応曲線を示す図である。標準機において工程２は２分、工程３は５分、工程４は３０秒間行われた。ブランク、１／６４希釈、１／１６希釈の３通りの濃度で検査開始から４５０秒後、検出対象分子の濃度に応じて反応曲線の値には違いが認められた。
【0062】
図９は、本実施形態に係る永久磁石機（検体検査装置）で測定された３水準の濃度の検体に関する反応曲線を示す図である。本実施形態に係る永久磁石機において工程２（下方磁場発生器のオン）は３０秒、工程３は５分、工程４は３０秒間行われた。標準機に比べて検査時間が短縮されているにも拘らず、ブランク、１／６４希釈、１／１６希釈の３通りの濃度で反応曲線に明確な違いが認められ、検査開始から３６０秒後、検出対象分子の濃度に応じて反応曲線の値は異なり、標準機と同程度の感度性能を示していることがわかる。以上により、本実施形態に係る下方磁場発生器を用いることにより、検査感度を保ちつつ、検査時間を短縮できることが確認された。
【0063】
上記の説明の通り、本実施形態に係る検体検査装置は、少なくとも検出装置６、上方磁場発生器２及び下方磁場発生器３を有する。検出装置６は、検査容器１００内の検査液２００に含まれ、検査容器１００内のセンサエリア１２０に捕集された磁性粒子２２０に結合された対象物質を検出する。上方磁場発生器２は、検査液２００に含まれる磁性粒子２２０をセンサエリア１２０から引き離すための第１の磁場を印加する。上方磁場発生器２は、第１の磁場の印加と遮断とを切り替える。下方磁場発生器３は、検査液２００に含まれる磁性粒子２２０をセンサエリア１２０に引き寄せるための第２の磁場を発生する永久磁石３１と、永久磁石３１により励磁されるコア３２と、永久磁石３１からの磁束を短絡するシャントヨーク３３とを有する。下方磁場発生器３は、永久磁石３１をコア３２とシャントヨーク３３とに対して移動させることにより、第２の磁場の印加と遮断とを切り替える。
【0064】
上記の構成により、下方磁場発生器３は、永久磁石３１を移動させることにより、永久磁石３１からの磁場をコア３２に担磁して検査液に磁場を印加することができる。また、下方磁場発生器３は、永久磁石３１を移動させることにより、永久磁石３１からの磁束をシャントヨーク３３により短絡して永久磁石３１から検査液への磁場を遮断することができる。磁場をオンからオフに切り替える際、永久磁石３１が移動するとコア３２から検査容器１００に向かう磁束は減少するものの磁場分布はほとんど歪まないため、センサエリア１２０上における磁性粒子２２０の分布の歪みを抑制することができる。すなわち、磁場をオンからオフに切り替える動作によっても磁性粒子の分布を歪ませることはなく、磁場オフ時に磁性粒子に印加される磁束密度を小さく抑えることができ、磁性粒子のセンサエリア１２０への結合反応効率を高くすることができる。
【0065】
また、永久磁石３１の長軸方向の長さをシャントヨーク３３の幅よりも長くすることにより、永久磁石３１から発生する磁束の略全てをコア３２に通すことができる。そのため、永久磁石３１の長軸方向の長さがシャントヨーク３３の幅の長さよりも短い場合に比して、検査液に印加する磁場の強度を高くすることができる。よって、磁性粒子を捕集するために磁場を印加する際は検査液に高い磁束密度を与えて磁性粒子を迅速かつ効率的に捕集することができる。
【0066】
また、磁場のオンとオフとを切り替え可能な磁石として、本実施形態に係る永久磁石３１の代わりに電磁石を用いる場合が考えられる。電磁石により永久磁石３１と同等の磁束密度を得る場合、コイルの巻き数を増やすかコイルに流す電流を大きくする必要がある。従って、電磁石で高い磁束密度を得ようとすると、磁場発生部の寸法が大きくなり、また消費電力が大きく発熱してしまう。そのため、本実施形態に係る下方磁場発生器３は、電磁石の代わりに永久磁石３１を用いることにより、下方磁場発生器３の全体の寸法を縮小させ、且つ消費電力を少なくすることができる。よって、コンパクトで消費電力の小さい簡易型の検体検査装置を製造することができる。
【0067】
かくして、本実施形態によれば、高感度かつ定量的な検査結果を高精度且つ迅速に得ることが可能となる。ひいては、検査時間、より詳細には、下方磁場発生器３による磁場のオンの時間を短縮し、検査のスループットを向上することができる。
【0068】
（応用例１）下方磁場発生器３においては、磁場オンにおいて永久磁石３１はコア３２と磁力によって強く引き合っており、また磁場オフにおいて永久磁石３１はシャントヨーク３３と磁力によって強く引き合っている。そのため、下方磁場発生器３の磁場をオンからオフに切り替える際は、永久磁石３１をコア３２から引き離すときに抵抗力が発生し、永久磁石３１がシャントヨーク３３に近づくと吸引力が発生する。また、下方磁場発生器３の磁場をオフからオンに切り替える際は、永久磁石３１をシャントヨーク３３から引き離すときに抵抗力が発生し、永久磁石３１がコア３２に近づくと吸引力が発生する。このように、永久磁石３１をコア３２とシャントヨーク３３との間で移動させるときに当該移動に対する抵抗トルクが発生するため、当該抵抗トルクに勝る動作パワーで永久磁石３１を移動させる必要がある。これは、永久磁石３１を移動させる駆動装置の大型化、消費電力増大及びコストアップを招く。
【0069】
図１０は、本実施形態の応用例１に係る検体検査装置の構成を示す図である。図１０に示すように、応用例１に係る検体検査装置は、演算回路１、上方磁場発生器２、下方磁場発生器３、支持フレーム４、磁場制御回路５、検出装置６、表示回路７、入力回路８及び記憶回路９の他に、更にトルク低減磁気回路１０を有する。トルク低減磁気回路１０は、下方磁場発生器３に含まれる永久磁石３１からの磁場の印加と遮断との切り替えに伴い発生するトルクを打ち消すためのトルクを発生する。トルク低減磁気回路１０は、下方磁場発生器３に設けられる磁気回路である。
【0070】
図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、永久磁石３１をスライドするタイプの下方磁場発生器３とトルク低減磁気回路１０との詳細な配置を示す断面図である。図１１Ａは磁場オンにおける下方磁場発生器３とトルク低減磁気回路１０との詳細な配置を示す断面図であり、図１１Ｂは磁場オフにおける下方磁場発生器３とトルク低減磁気回路１０との詳細な配置を示す断面図であり、図１１Ｃは磁場オンと磁場オフとの間における下方磁場発生器３とトルク低減磁気回路１０との詳細な配置を示す断面図である。図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃに示すように、トルク低減磁気回路１０は、永久磁石１１とヨーク１３（第３の軟磁性体）とを有する。永久磁石１１は、永久磁石３１と略同一形態を有する。ヨーク１３は、永久磁石１１で発生した磁束をヨーク１３内に閉じ込めることによって、下方磁場発生器３から検査容器１００に印加される磁場に及ぼす影響を抑える。ヨーク１３は、永久磁石１１を取り囲み可能にＣ字形状、Ｕ字形状又は環形状を有する軟磁性体である。
【0071】
図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１２Ｄ及び図１２Ｅは、永久磁石１１をスライドするタイプの下方磁場発生器３に設けられるトルク低減磁気回路１０の詳細な構造を示す図である。図１２Ａは、Ｃ字形状又はＵ字形状を有するヨーク１３を有するトルク低減磁気回路１０の斜視図である。図１２Ｂは、環形状を有するヨーク１３を有するトルク低減磁気回路１０の斜視図である。図１２Ｃは、図１２ＡのＡＡ′断面を示す図である。図１２Ｄは、図１２ＢのＡＡ′断面を示す図である。図１２Ｅは、図１２Ａ及び図１２ＢのＢＢ′断面を示す図である。図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１２Ｄ及び図１２Ｅに示すように、ヨーク１３は、永久磁石１１の磁極と対向する内面１３ａ、１３ａ′、１３ｂ、１３ｂ′、１３ｃ、１３ｃ′を有する。内面１３ｂと１３ｂ′との間隔は、内面１３ａと１３ａ′との間隔、及び内面１３ｃと１３ｃ′との間隔より狭くなるよう、段差をつけてヨーク１３の内面が加工形成される。永久磁石１１が内面１３ｂ及び１３ｂ′に対向して位置しているときは永久磁石１１と内面１３ｂ及び１３ｂ′との間隔は狭く、永久磁石１１が内面１３ａ′及び１３ａ′、又は１３ｃ及び１３ｃ′に対向して位置しているときは永久磁石１１と内面１３ａ′及び１３ａ′、又は１３ｃ及び１３ｃ′との間隔は広くなる。
【0072】
永久磁石１１は、非磁性の接続アーム１５を介して永久磁石３１に対して機械的に固定されている。永久磁石１１が接続アーム１５を介して永久磁石３１に固定されているため、永久磁石１１は永久磁石３１に連動し、ヨーク１３のＣ字形状、Ｕ字形状又は環形状が取り囲む空間（開口）の内部においてスライドする。永久磁石３１がコア３２に近接した状態（磁場オン）では永久磁石１１はヨーク１３の内面１３ｃ及び１３ｃ′に対向し（図１１Ａ）、永久磁石３１はシャントヨーク３３に近接した状態（磁場オフ）では永久磁石１１がヨーク１３の内面１３ａ及び１３ａ′に対向し（図１１Ｂ）、そして永久磁石３１がコア３２とシャントヨーク３３の中間位置にあるときに永久磁石１１はヨーク１３の内面１３ｂ及び１３ｂ′に対向する（図１１Ｃ）ように配置される。当該配置により、永久磁石３１をコア３２から離すときの抵抗力が永久磁石１１とヨーク１３との引力によって打ち消され、また永久磁石３１をシャントヨーク３３から離すときの抵抗力は永久磁石１１とヨーク１３との引力によって打ち消される。これにより、下方磁場発生器３による磁場のオンとオフとの切り替え動作を小さい動力で行うことができる。
【0073】
トルク低減磁気回路１０のヨーク１３を図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１２Ｄ及び図１２Ｅに示したような構造とすることによって、磁場の切り替え動作で永久磁石１１がスライドしても、永久磁石１１はヨーク１３の開口（ヨーク１３に取り囲まれた空間）の内部にあるため、永久磁石１１で発生した磁束はヨーク１３によって遮断される。また、トルク低減磁気回路１０を構成する永久磁石１１とヨーク１３とは、コア３２と永久磁石３１とシャントヨーク３３とから所定の距離以上離して配置すると良い。当該配置により、永久磁石１１から発生する磁束による、検査容器１００に印加する磁場への影響を低減することができる。
【0074】
ヨーク１３の永久磁石１１に向かう内面１３ａ、１３ａ′、１３ｂ、１３ｂ′、１３ｃ、１３ｃ′の形状は、以上の条件を満たせばよく、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１２Ｄ及び図１２Ｅに示す形状に限定されるものではない。また、永久磁石３１と永久磁石１１とは、各々が発生した磁場が相手側に及ぼす影響を無視できる程度に所定の距離だけ離れた位置関係であれば良い。例えば、永久磁石１１と永久磁石３１とはそれぞれの磁化の向きが異なってもよい。ただし、一方のＮ極から出た磁束が相手側のＳ極に流れ込むのを防ぐため、永久磁石１１と永久磁石３１とは、磁極が互いに同じ向きに配置されると良い。なお、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１２Ｄ及び図１２Ｅは磁気回路の構成部品とその配置を示したに過ぎず、実際には各部品を固定する治具や可動機構等も含んでも良い。
【0075】
図１３Ａ、図１３Ｂ及び図１３Ｃは、永久磁石３１を回転するタイプの下方磁場発生器３とトルク低減磁気回路１０との詳細な配置を示す図である。図１３Ａは磁場オンにおける下方磁場発生器３とトルク低減磁気回路１０との詳細な配置を示す図であり、図１３Ｂは磁場オフにおける下方磁場発生器３とトルク低減磁気回路１０との詳細な配置を示す図であり、図１３Ｃは磁場オンと磁場オフとの間における下方磁場発生器３とトルク低減磁気回路１０との詳細な配置を示す図である。図１３Ａ、図１３Ｂ及び図１３Ｃに示すように、下方磁場発生器３の永久磁石３１とトルク低減磁気回路１０の永久磁石１１とは、永久磁石３１の回転軸ＲＲ１と永久磁石１１の回転軸ＲＲ２とが同軸上に配置されるように配置される。下方磁場発生器３の永久磁石３１とトルク低減磁気回路１０の永久磁石１１とは、同時に同方向に回転するように、図示しない接続アーム２３０に機械的に接続される。例えば、永久磁石１１と永久磁石３１とは回転軸ＲＲ１，ＲＲ２回りに関して同一角度を保つように接続アーム２３０に接続されると良い。接続アーム２３０は、永久磁石１１からの磁場の乱れを防止するため、非磁性を有する素材により形成されると良い。
【0076】
ヨーク１３は、永久磁石１１を取り囲み可能に環形状を有する軟磁性体である。ヨーク１３は、その環形状の中心軸が回転軸ＲＲ２に一致するように配置される。ヨーク１３は、永久磁石１１で発生した磁束をヨーク１３内に閉じ込めることによって、下方磁場発生器３から検査容器１００に印加される磁場に及ぼす影響を抑える。ヨーク１３の開口の径は、永久磁石１１の回転軸ＲＲ２回りの回転に伴い当該永久磁石１１の磁極面１１ａ及び１１ｂと面１３ａとの間隔Ｄ１３が変化するように、中心軸（回転軸ＲＲ２）回りの角度に応じて異なる長さを有する。具体的には、永久磁石３１がコア３２に近接している状態、すなわち下方磁場発生器３の磁場をオンにした状態（図１３Ａ）と、永久磁石３１がシャントヨーク３３に近接している状態、すなわち第１磁場発生ユニットの磁場をオフにした状態（図１３Ｂ）において、間隔Ｄ１３が最も長くなり、また永久磁石３１がコア３２とシャントヨーク３３との何れにも近接していない、磁場オンとオフとの切り替え途中の状態（図１３Ｃ）において、永久磁石１１の磁極１１ａ及び１１ｂとヨーク１３との間隔Ｄ１３が最も短くなるような形に加工されている。
【0077】
ヨーク１３の永久磁石１１に向かう面１３ａの形状は、以上の条件を満たせばよく、図１３Ａ及び図１３Ｂに示す形状に限定されるものではない。また、永久磁石３１と永久磁石１１とは、各々が発生した磁場が相手側に及ぼす影響を無視できる程度に所定の距離だけ離れた位置関係であれば良い。例えば、永久磁石１１と永久磁石３１とは回転軸ＲＲ１及びＲＲ２回りに関して異なる回転角度に保たれても良い。ただし、一方のＮ極から出た磁束が相手側のＳ極に流れ込むのを防ぐため、永久磁石１１と永久磁石３１とは、磁極が互いに同じ向きに配置されると良い。なお、図１３Ａ、図１３Ｂ及び図１３Ｃは磁気回路の構成部品とその配置を示したに過ぎず、実際には各部品を固定する治具や、永久磁石３１と永久磁石１１とを結合して同時に回転軸ＲＲ１の周りを回転させる接続アーム２３０や可動機構等も含んでも良い。
【0078】
次に、トルク低減磁気回路１０によるトルク低減効果について説明する。トルク低減磁気回路１０なしの下方磁場発生器３とトルク低減磁気回路１０付きの下方磁場発生器３とのトルク低減効果を比較する。図１４Ａは、トルク低減磁気回路１０なしの下方磁場発生器３の構造を示し、図１４Ｂは、トルク低減磁気回路１０付きの下方磁場発生器３の構造を示す。なお、図１４Ａ及び図１４Ｂは磁気回路を構成する磁性体の配置を示すものであり、実際には各磁性体部品を固定する非磁性の部品が追加される。図１４Ｂに示されるトルク低減磁気回路１０付きの下方磁場発生器３においては、永久磁石３１と永久磁石１１とは１４Ｂには示されていない非磁性の接続アーム２３０によって機械的に固定されている。そのため永久磁石３１と永久磁石１１とは同時に同方向に回転する。
【0079】
図１５は、図１４Ａ及び図１４Ｂ各々の磁気回路について永久磁石３１の回転に伴うトルクの変化を示す図である。図１５において、永久磁石３１が垂直方向（磁場オン）の状態を回転角０°、水平方向（磁場オフ）を回転角９０°とする。トルクの値は、磁場をオンからオフに切り替える場合（回転角０°→９０°）は負の方向が回転に対する抵抗力、磁場をオフからオンに切り替える場合（回転角９０°→０°）は正の方向が回転に対する抵抗力となる。トルク低減磁気回路１０なしの下方磁場発生器３（図１４Ａ）に比べて、トルク低減磁気回路１０付きの下方磁場発生器３（図１４Ｂ）では回転トルクが著しく低下しており、磁場オン・オフ切り替えに要する駆動力は小さくて済む。そのため本実施形態に係る検体検査装置は、小型で安価な可動機構で永久磁石３１を動作させることができる。
【0080】
（応用例２）上記の実施形態において下方磁場発生器３には、単一のトルク低減磁気回路１０が設けられるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。応用例２に係る下方磁場発生器３には、二つのトルク低減磁気回路１１及びトルク低減磁気回路１１’が設けられる。なお以下の説明において、上記実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【0081】
図１６は、応用例２に係る検体検査装置の構成を示す図である。図１６に示すように、応用例２に係る検体検査装置は、演算回路１、上方磁場発生器２、下方磁場発生器３、支持フレーム４、磁場制御回路５、検出装置６、表示回路７、入力回路８及び記憶回路９の他に、更にトルク低減磁気回路１１及びトルク低減磁気回路１１’を有する。トルク低減磁気回路１１及び１１’は、下方磁場発生器３に含まれる永久磁石３１からの磁場の印加と遮断との切り替えに伴い発生するトルクを打ち消すためのトルクを発生する。トルク低減磁気回路１１及び１１’は、下方磁場発生器３に設けられる磁気回路である。
【0082】
図１７は、応用例２に係る検査容器１００、上方磁場発生器２、下方磁場発生器３、トルク低減磁気回路１１及びトルク低減磁気回路１１’の配置を示す図である。図１８は、下方磁場発生器３、トルク低減磁気回路１１及びトルク低減磁気回路１１’の配置を示す斜視図である。図１７及び図１８に記載されているトルク低減磁気回路１１及びトルク低減磁気回路１１’以外の他の構成要素は、図２に記載の構成要素と略同一である。また、図１７及び図１８に記載されているトルク低減磁気回路１１及びトルク低減磁気回路１１’各々の構成は、応用例１に係るトルク低減磁気回路１０と同一である。
【0083】
図１７及び図１８に示すように、トルク低減磁気回路１１は、環状ヨーク１３と永久磁石１２とを有し、トルク低減磁気回路１１’は、環状ヨーク１３’と永久磁石１２’とを有する。永久磁石１２及び１２’の材料は、下方磁場発生器３により発生するトルクをキャンセルするため、永久磁石３１の材質に合わせて、コスト等も考慮して選択さればよい。例えば、永久磁石１２及び１２’としては、フェライト磁石やアルニコ磁石、サマリウムコバルト磁石、ネオジム磁石等の既存の如何なる永久磁石が適用可能である。永久磁石１２及び１２’は、非磁性の材質を有する部材によって永久磁石３１と機械的に固定され、永久磁石３１と共に回転軸ＲＲ１の周りを回転可能に構成される。環状ヨーク１３は、永久磁石１２を取り囲む軟磁性体であって、その環形状の中心軸が永久磁石１２の回転軸ＲＲ１に一致するように配置される。同様に、環状ヨーク１３’は、永久磁石１２’を取り囲む軟磁性体であって、その環形状の中心軸が永久磁石１２’の回転軸ＲＲ１に一致するように配置される。
【0084】
図１８に示すように、永久磁石１２及び１２’の横幅は環状ヨーク１３及び１３’の横幅と同程度以下とする。この寸法により、環状ヨーク１３及び１３’は、永久磁石１２及び１２’で発生した磁束を環状ヨーク１３及び日１３’内に閉じ込めることができる。従って、環状ヨーク１３及び１３’は、下方磁場発生器３から検査容器１００に印加される磁場にトルク低減磁気回路１１及び１１’が及ぼす影響を抑えることができる。シャントヨーク３３、コア３２及び環状ヨーク１３及び１３’の軟磁性体の材質には、一般構造用圧延鋼材などの、安価で入手性が良好、かつ磁気特性が比較的よく揃っている材料を用いればよい。
【0085】
図１８に示すように、トルク低減磁気回路１１を構成する環状ヨーク１３の開口の径は、永久磁石１２の回転軸ＲＲ１回りの回転に伴い、永久磁石１２の磁極面１２ａ及び１２ｂと内面１３ａとの間隔Ｄ１３が変化するように、回転軸ＲＲ１回りの角度に応じて異なる長さを有する。具体的には、永久磁石３１がコア３２に近接している状態、すなわち下方磁場発生器３の磁場をオンにした状態（例えば、図５Ｃ）と、永久磁石３１がシャントヨーク３３に近接している状態、すなわち下方磁場発生器３の磁場をオフにした状態（例えば、図５Ｄ）において、間隔Ｄ１３が最も長くなるように環状ヨーク１３及び１３’の内面１３ａが形成される。また、永久磁石３１がコア３２とシャントヨーク３３との何れにも近接していない、磁場オンとオフとの切り替え途中の状態（例えば、図１８）において、間隔Ｄ１３が最も短くなるように環状ヨーク１３及び１３’の内面１３ａが形成される。環状ヨーク１３の永久磁石１２に向かう面１３ａの形状は、上記条件を満たせばよく、図１８に示す形状に限定されるものではない。トルク低減磁気回路１１’の環状ヨーク１３’の形状、及び永久磁石１２’の磁極と環状ヨーク１３’の開口の径の関係は、トルク低減磁気回路１１の場合と同等である。
【0086】
永久磁石３１と永久磁石１２、及び永久磁石３１と永久磁石１２’とは、各々が発生した磁場が相手側に及ぼす影響を無視できる程度に所定の距離だけ離れた位置に配置される。永久磁石１２及び１２’と永久磁石３１とは回転軸ＲＲ１回りに関して互いに異なる回転角度に保たれても良い。ただし、一方のＮ極から出た磁束が相手側のＳ極に流れ込むことを防ぐため、永久磁石１２及び１２’と永久磁石３１とは、磁極が互いに同じ向きに配置されると良い。
【0087】
なお、図１８は、磁気回路の構成部品とその配置を示したに過ぎず、実際には各部品を固定する治具や、永久磁石３１と永久磁石１２及び１２’とを結合して同時に回転軸ＲＲ１の周りを回転させる接続アームや可動機構等も含んでも良い。例えば、図１９に示すように、下方磁場発生器３、トルク低減磁気回路１１及びトルク低減磁気回路１１’は、筐体６０に収容される。筐体６０は、真鍮やアルミニウム等の非磁性の材質を有する部材により形成される。筐体６０は、下方磁場発生器３の永久磁石３１、トルク低減磁気回路１１の永久磁石１２及びトルク低減磁気回路１１’の永久磁石１２’を回転軸ＲＲ１回りに一体に回転可能に支持する。
【0088】
２つのトルク低減磁気回路１１及び１１’は、図１８に示すように、下方磁場発生器３を挟んで対向するように設置される。この配置により、下方磁場発生器３の中央で発生する回転トルクが、その両側のトルク低減磁気回路１１及び１１’で発生する回転トルクによって左右で打ち消され、ねじれの発生を低減することができる。
【0089】
更に、下方磁場発生器３は、その中心を通り回転軸ＲＲ１に垂直な仮想的な断面Ｓ（図１７に示す）に対して、永久磁石３１、コア３２及びシャントヨーク３３が対称になる幾何学的配置を有する。また、２つのトルク低減磁気回路１１とトルク低減磁気回路１１’とが実質的に同一の構造を有し、かつ下方磁場発生器３を挟んで面Ｓから等距離に配置することによって、下方磁場発生器３が全体として面Ｓに対して対称な磁気回路を形成する。また、下方磁場発生器３は、コア３２の中心軸が検査液２００及びセンサエリア１２０の中央と一致するように検査容器１００に対して配置される。このように下方磁場発生器３を構成および配置することによって、下方磁場発生器３の中央の永久磁石３１で発生する回転トルクは、その両側のトルク低減磁気回路１１及び１１’で発生する回転トルクによって打ち消され、２つのトルク低減磁気回路１１及び１１’で発生するトルクが等しいためトルク低減に伴うねじれは発生しない。また、このとき下方磁場発生器３の磁気回路が全体として面Ｓに対して対称的なので、下方磁場発生器３の磁場をオンした際に検査液２００内およびセンサエリア１２０上に形成される磁場分布は対称的になる。その結果、磁場によってセンサエリア１２０により捕集される磁性粒子の分布の偏りが軽減され、より均一に粒子が分布するため、センサエリア１２０表面に磁性粒子が効率的に結合反応することができ、検査感度が向上する。
【0090】
（応用例３）応用例３に係る検体検査装置において、下方磁場発生器３の永久磁石３１のシャントヨーク３３に対向する磁極３１ｂと、シャントヨーク３３の永久磁石３１の磁極３１ｂに対向する内面３３ａとの距離が、永久磁石３１の回転軸ＲＲ１周りの回転によってもほぼ一定を保つように、シャントヨーク３３の永久磁石３１の磁極３１ｂに対向する内面３３ａが形成される。以下、応用例３に係る検体検査装置について詳細に説明する。なお以下の説明において、上記実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【0091】
図２０Ａ及び図２０Ｂは、下方磁場発生器３のシャントヨーク３３の内面の形状によって永久磁石３１の回転トルクが異なることを示す図である。図２０Ａ及び図２０Ｂは、永久磁石３１が時計回りに回転して磁場オンから磁場オフに切り替わる途中の様子を示す断面図である。図２０Ａに係るシャントヨーク３３は、略直角に折れ曲がるＵ字形状を有する。この場合、永久磁石３１のシャントヨーク３３に対向する磁極３１ａ及び３１ｂと、シャントヨーク３３の永久磁石３１の磁極３１ａ及び３１ｂに対向する内面３３ａとの距離は、永久磁石３１の回転軸ＲＲ１周りの回転に応じて変化する。従って、磁場オンから磁場オフに切り替わる途中において、永久磁石３１の磁極３１ａはコア３２の磁石対向面３２ｂから遠ざかり、磁極３１ｂはシャントヨーク３３の永久磁石３１に向かう内面３３ａから遠ざかる。そのため、図２０Ａに示すように、磁極３１ａ及び３１ｂの２か所で回転の向きと反対向きの磁気的な抵抗力ｔ１及びｔ２が働く。そのため永久磁石３１を回転して磁場を切り替えるためには、抵抗力ｔ１及びｔ２に勝る大きな回転トルクを要する。
【0092】
これに対し、図２０Ｂのように、応用例３に係るシャントヨーク３３の内面３３ａは、永久磁石３１の磁極３１ｂと内面３３ａとの距離が、永久磁石３１の回転に関わらず実質的に変化しないよう形状を有する。より具体的には、内面３３ａの回転軸ＲＲ１よりも下方の部分が、回転軸ＲＲ１を中心とする半円形状に形成される。当該形状により、永久磁石３１が回転軸ＲＲ１周りに回転しても、永久磁石３１の磁極３１ｂとシャントヨーク３３との間に作用する磁力の向きと永久磁石３１の回転方向とは直交を保ち続けるため、回転に対する抵抗力は発生しない。そのため、図２０Ｂの場合はｔ１に示すように永久磁石３１の磁極３１ａとコア３２との間の引力のみが回転トルクに寄与するため、図２０Ａに比べて回転トルクは半減する。
【0093】
応用例３のように、下方磁場発生器３で発生する回転トルクを小さくすることができれば、トルク低減磁気回路１１及びトルク低減磁気回路１１’もそれに合わせて小さくすることができ、さらに永久磁石３１、１２、１２’を回転駆動する駆動装置も小型化できる。そのため、本実施形態に係る検体検査装置のサイズを全体として小さくすることができ、製造コストや消費電力を抑制することが可能になる。これによって磁場オン・オフの切り替え駆動が容易な、小型の検体検査装置を実現することが可能になる。
【0094】
（応用例４）応用例４に係る検体検査装置においてシャントヨーク３３は、トルク低減磁気回路１１の環状ヨーク１３及びトルク低減磁気回路１１’の環状ヨーク１３’の少なくとも一方に磁気的に接続される。以下、応用例４に係る検体検査装置について詳細に説明する。なお以下の説明において、上記実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【0095】
図２１Ａは、シャントヨーク３３と環状ヨーク１３及び１３’とが磁気的に接続されていない下方磁場発生器３、トルク低減磁気回路１１及びトルク低減磁気回路１１’の斜視図である。図２１Ｂは磁場オフ時の図２１Ａの横断面図に磁束を重ねて示す図であり、図２１Ｃは図２１Ｂの平面図である。
【0096】
図２１Ｂに示すように、磁場オフ時において永久磁石３１は横向きになり、永久磁石３１の磁極から発生する磁束ＭＦ１の大半はシャントヨーク内部を通って永久磁石３１の反対側の磁極に戻る閉ループを形成する。しかしながら、永久磁石３１の磁極から発生する磁束ＭＦ１のうちのごく一部の磁束は、シャントヨーク３３の末端やコア３２から漏れ出し、検査容器１００への漏れ磁場となる。この漏れ磁場は、磁場オンによってセンサエリア１２０に集められた磁性粒子２２０に対し、磁場オフの状態でも僅かに磁化を与える。その結果、磁性粒子２２０に磁力が作用したり磁性粒子２２０同士の凝集が促進されたりするため磁性粒子２２０の熱運動が妨げられ、磁性粒子２２０のセンサエリア１２０への結合反応を阻害する要因となる。漏れ磁場を低減するためには、シャントヨーク３３の材質をより透磁率の大きい材料に替えたり、シャントヨーク３３を大きくして磁束が通る断面積を実質的に拡大する方法がある。ただし、透磁率が大きい材料は一般に高価であり、またシャントヨーク３３を大きくすると装置全体が大きく重くなるなど、コストアップにつながる。
【0097】
図２２Ａは、シャントヨーク３３と環状ヨーク１３及び１３’とが磁気的に接続された下方磁場発生器３、トルク低減磁気回路１１及びトルク低減磁気回路１１’の斜視図である。図２２Ｂは磁場オフ時の図２２Ａの横断面図に磁束を重ねて示す図であり、図２２Ｃは図２２Ｂの平面図である。
【0098】
図２２Ａ、図２２Ｂ及び図２２Ｃに示すように、シャントヨーク３３と環状ヨーク１３とが接続ヨーク１５ａ及び１５ｂにより磁気的に接続され、シャントヨーク３３と環状ヨーク１３’とが接続ヨーク１５ｃ及び１５ｄにより磁気的に接続さている。ここで、磁気的に接続するとは、例えばシャントヨーク３３と接続ヨーク１５ａ、および接続ヨーク１５ａと環状ヨーク１３とが物理的に接触して、または非常に近接して配置されることによって、シャントヨーク３３から接続ヨーク１５ａを通して環状ヨーク１３へと磁束が通りやすくなる状態を指す。接続ヨーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄの材質は、シャントヨーク３３や環状ヨーク１３、及び１３’と同等の軟磁性体でよい。また、接続ヨーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄは、それぞれ独立した軟磁性体部品でもよいし、シャントヨーク３３又は環状ヨーク１３及び１３’の何れかと一体化した構造の一部としてもよい。
【0099】
図２２Ｂ及び図２２Ｃに示すように、磁場オフでは永久磁石３１から出た磁束は、シャントヨーク３３の内部を通って永久磁石３１に戻る閉ループＭＦ１だけでなく、接続ヨーク１５ａ、環状ヨーク１３、接続ヨーク１５ｂを通って永久磁石３１に戻る閉ループＭＦ２と、接続ヨーク１５ｃ、環状ヨーク１３’、接続ヨーク１５ｄを通って永久磁石３１に戻る閉ループＭＦ３が形成される。このように応用例４に係る検体検査装置は、磁場オフ時において永久磁石３１から発生する磁束を閉じ込める経路をより多く持つため、図２１Ａ、図２１Ｂ及び図２１Ｃに示すような接続ヨークを有さない検体検査装置に比して、漏れ磁場が小さい。
【0100】
上述の下方磁場発生器３による磁場のオンとオフとの切り替え動作について説明する。磁場をオンにする場合、磁場制御回路５はオン信号を下方磁場発生器３内の図示しない駆動装置に供給する。当該駆動装置は、図１８に示すように、永久磁石３１を回転軸ＲＲ１回りに回転し、磁極面３１ａ又は３１ｂをコア３２の底面３２ｂに近づける。換言すれば、永久磁石３１の長軸Ｒ１をコア３２の長軸Ｒ２に一致させる。この時、永久磁石３１で発生する磁束ＭＦ３はコア３２を通り、コア３２の反対側に位置する検査容器１００に収納される検査液２００に印加される。
【0101】
磁場をオフにする場合、磁場制御回路５は磁場遮断信号を下方磁場発生器３内の図示しない当該駆動装置に供給する。当該駆動装置は、図１８に示すように、永久磁石３１を回転軸ＲＲ１回りに回転し、磁極面３１ａ及び３１ｂをシャントヨーク３３に近づける。より詳細には、当該駆動装置は永久磁石３１の長軸Ｒ１をコア３２の長軸Ｒ２に直交させる。当該回転により、磁極３１ａ及び３１ｂがシャントヨーク３３の内面に対向する。この時、永久磁石３１で発生する磁束ＭＦ３はシャントヨーク３３を通って再び永久磁石３１に戻る閉ループを形成するため、コア３２にはほとんど磁束が向かわず、検査容器１００内部に印加される磁場は実質的に遮断される。
【0102】
磁場をオンにする場合もオフにする場合も、トルク低減磁気回路１１及び１１’に含まれる永久磁石１２及び１２’は、図１８に示すように永久磁石３１と一体に回転軸ＲＲ１回りを同方向に回転し、下方磁場発生器３で発生する抵抗トルクを低減するためのトルクを発生する。
【0103】
なお、図２１Ａ、図２１Ｂ、図２１Ｃ、図２２Ａ、図２２Ｂ及び図２２Ｃは、下方磁場発生器３の磁気回路として最低限必要な磁性体部品の配置を示したものであり、実際にはコア３２やシャントヨーク３３、環状ヨーク１３及び１３’、接続ヨーク１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄは、非磁性の構造物によって磁性体部品どうしで互いに固定され、あるいはユニット内に機械的に固定される。また、永久磁石３１、１２及び１２’は、非磁性の構造物によって固定されて一体の回転体を形成し、この回転体が環状ヨーク１３及び１３’、シャントヨーク３３の中で回転軸ＲＲ１の周りを回転するように、ベアリング等によって制限された空間に配置される。更に、この回転体は駆動装置に接続され、磁場制御回路５の制御によって回転することにより、磁場のオン・オフを切り替えることができる。
【0104】
（応用例５）上記の実施形態において磁場制御回路５は、上方磁場発生器２からの磁場と下方磁場発生器３からの磁場とを交互に検査液に印加するものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。応用例５に係る磁場制御回路５は、上方磁場発生器２からの磁場と下方磁場発生器３からの磁場とを同時に検査液に印加することが可能であるとする。
【0105】
図２３は、応用例５に係る検体検査装置の構成を示す図である。図２３に示すように、磁場制御回路５は、下方磁場発生器３の磁場をオンする際、上方磁場発生器２の磁場も同時にオンするように上方磁場発生器２と下方磁場発生器３とを制御する。その結果、下方磁場発生器３から発生する磁場と上方磁場発生器２から発生する磁場との合成磁場が検査液２００に印加される。
【0106】
図２４は、上方磁場発生器２の配置を詳細に示した検体検査装置の構成を示す図である。図２４に示すように、上方磁場発生器２は電磁石により実現される。電磁石２は電磁気的な原理に従い磁場を印加する。電磁石２は、磁場制御回路５による制御に従い磁場の印加と遮断とを切り替えることができる。具体的には、電磁石２は、コイル２１に巻き付けられたコア２２を有する。コア２２は、柱状形状を有する軟磁性体である。磁場制御回路５がコイル２１に電流を通すことにより磁場が発生し、電流を遮断することにより磁場が消失する。
【0107】
下方磁場発生器３を単独でオンした場合に比して、上方磁場発生器２と下方磁場発生器３とを同時にオンした場合、検査液２００に含まれている磁性粒子２２０に及ぼす磁力の効果は次の通りである。コア３２の検査容器１００に対向する面３２ａの磁極と、コア２２の検査容器１００に対向する面２２ａの磁極とが異極、すなわちＳＮ対向またはＮＳ対向の場合、上方磁場発生器２と下方磁場発生器３とを同時にオンすることにより検査液２００中の磁束密度は増加し、磁束密度勾配は減少する。これらの磁極が同極、すなわちＳＳ対向またはＮＮ対向の場合、上方磁場発生器２と下方磁場発生器３とを同時にオンすることによって検査液２００中の磁束密度は減少し、磁束密度勾配は増加する。磁性粒子２２０に作用する磁力は、各磁性粒子の位置における磁束密度と磁束密度勾配との積に比例するため、下方磁場発生器３と上方磁場発生器２とを、対向する磁極が同極あるいは異極になるように同時にオンすることによって、下方磁場発生器３単独で磁場をオンする場合よりも磁性粒子２２０に作用する磁力を大きくしたり小さくしたりすることができる。磁性粒子２２０に作用する磁力が大きくなる場合は、下方磁場発生器３単独で磁場をオンする場合よりも磁性粒子２２０をさらに早くセンサエリア１２０に捕集することができ、検査時間を短縮することができる。また、検査時間を短縮する必要がない場合は、その分だけ永久磁石３１を表面磁束密度の小さなものに替えることができ、その結果、下方磁場発生器３のオンとオフとの切り替えに伴い発生するトルクを低減することができる。
【0108】
永久磁石３１を利用して磁場のオンとオフとを切り替える下方磁場発生器３は、強い磁場を印加することには優れているが、磁力の調節は困難である。このため、磁場制御回路５は、磁性粒子２２０をセンサエリア１２０に吸引するための磁場を印加するため、下方磁場発生器３からの磁場と上方磁場発生器２からの磁場との合成磁場を印加するものとする。電磁石２に流す電流の電気量（電流値）を制御することにより磁場制御回路５は、磁性粒子２２０をセンサエリア１２０に吸引するための合成磁場の磁力を調節する。
【0109】
この磁力可変機構は、複数の異なる検査対象物質を検出する場合に利用できる。すなわち、検査対象物質が、磁性粒子２２０に固定された第１物質との特異的な反応に時間を要するものである場合、磁場制御回路５は、磁力を弱くして磁性粒子２２０が検査液２００中に分散している状態を長く保つようにして検査対象物質と第１物質との反応率を向上させる。また、検出対象分子４１１が磁性粒子２２０に固定された第１物質４２１との特異的な反応を比較的速く完了するものである場合、磁場制御回路５は、磁力を強くして磁性粒子２２０をセンサエリア１２０に速く捕集し、検査時間を短縮する。これによって、検出対象分子や検出対象分子と反応させる磁性粒子等の検出試薬の特性に応じて磁力を適切に設定し、効率的に検体検査を実施することができる。
【0110】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0111】
１…演算回路、２…上方磁場発生器（第２の磁場発生部）、３…下方磁場発生器（第１の磁場発生部）、４…支持フレーム、５…磁場制御回路、６…検出装置、７…表示回路、８…入力回路、９…記憶回路、１０…トルク低減磁気回路、１１…永久磁石（第２の永久磁石）、１３…ヨーク（第３の軟磁性体）、３１…永久磁石（第１の永久磁石）、３２…コア（第１の軟磁性体）、３３…シャントヨーク（第２の軟磁性体）、３４…ヨーク、６１…光源、６２…光検出器、１００…検査容器、１１０…収容器、１２０…センサエリア、１３０…光導波路、２００…検査液、２２０…磁性粒子。