特許 6860006 化学センサ

(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】6860006

(24)【登録日】2021年3月30日

(45)【発行日】2021年4月14日

(54)【発明の名称】化学センサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/74 20060101AFI20210405BHJP

   G01N 33/543 20060101ALI20210405BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/74

   G01N33/543 541A

【請求項の数】4

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2018-509220(P2018-509220)

(86)(22)【出願日】2017年3月24日

(86)【国際出願番号】JP2017011929

(87)【国際公開番号】WO2017170192

(87)【国際公開日】20171005

【審査請求日】2018年11月14日

(31)【優先権主張番号】特願2016-63490(P2016-63490)

(32)【優先日】2016年3月28日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2016-104468(P2016-104468)

(32)【優先日】2016年5月25日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2016-144124(P2016-144124)

(32)【優先日】2016年7月22日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2016-144125(P2016-144125)

(32)【優先日】2016年7月22日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2016-144357(P2016-144357)

(32)【優先日】2016年7月22日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】坪池 祥生

(72)【発明者】

【氏名】原谷 進

(72)【発明者】

【氏名】北川 寿美子

(72)【発明者】

【氏名】菊川 隆

(72)【発明者】

【氏名】柚賀 春希

【審査官】 田中 洋介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−００２８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２７８９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５２５７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０３９７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５２５３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００１４６５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１７／０８２２２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１５１７６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／７２−２７／９０

Ｇ０１Ｎ ３３／４８−３３／９８

Ｇ０１Ｒ ３３／００−３３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に配置された磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子に対して前記基板の基板面に垂直な方向からの平面視において重なる領域に配置された第１の膜と、
前記磁気抵抗効果素子の周囲の領域に対して前記基板の基板面に垂直な方向からの平面視において重なる領域に配置された第２の膜と、を有し、
前記第１の膜の材料が、
シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマス、金、銀、ロジウム、ルテニウム、パラジウムおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種、
シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマスおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物または、
炭素、ダイヤモンドライクカーボンおよび樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種であり、
前記第２の膜の材料が、
アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、ニオブ、モリブデン、タングステンおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種または、
アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、ニオブ、モリブデン、タングステンおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物であり、
前記第２の膜のアルカリ性の液体に対する溶解度が、前記第１の膜の前記アルカリ性の液体に対する溶解度よりも大きいことを特徴とする化学センサ。

【請求項2】

２つ以上の前記磁気抵抗効果素子が、前記基板上に基板面内方向に並んで配置され、
前記第２の膜が、隣り合う前記磁気抵抗効果素子の間の領域に対して前記基板の基板面に垂直な方向からの平面視において重なる領域に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の化学センサ。

【請求項3】

基板と、
前記基板上に配置された磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子に対して前記基板の基板面に垂直な方向からの平面視において重なる領域に配置された第１の膜と、
前記磁気抵抗効果素子の周囲の領域に対して前記基板の基板面に垂直な方向からの平面視において重なる領域に配置された第２の膜と、を有し、
前記第１の膜の材料が、
シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、ニオブ、モリブデン、タングステン、金、銀、ロジウム、ルテニウム、パラジウムおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種、
シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、ニオブ、モリブデン、タングステンおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物または、
炭素、ダイヤモンドライクカーボンおよび樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種であり、
前記第２の膜の材料が、
アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマスおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種または、
アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマスおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物であり、
前記第２の膜の酸性の液体に対する溶解度が、前記第１の膜の前記酸性の液体に対する溶解度よりも大きいことを特徴とする化学センサ。

【請求項4】

２つ以上の前記磁気抵抗効果素子が、前記基板上に基板面内方向に並んで配置され、
前記第２の膜が、隣り合う前記磁気抵抗効果素子の間の領域に対して前記基板の基板面に垂直な方向からの平面視において重なる領域に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の化学センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、試料中の被検出物質を検出するための化学センサに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、疾患の同定や予防や診断を目的として、検体中に存在する蛋白質、細菌、ウイルス、核酸等のバイオマーカーの濃度あるいは有無を検出する装置（センサ）の開発が推し進められている（例えば、特許文献１、２参照）。

【0003】

特許文献２では、試料中のターゲット分子（生体分子）を検出するためのセンサとして、複数のＧＭＲセンサストライプ（磁気抵抗効果素子）を有し、磁気抵抗効果素子の表面が絶縁層（保護膜）で覆われているセンサが示されている。また、特許文献２には、このような磁気抵抗効果素子を有するセンサを用いたターゲット分子（生体分子）の検出方法として、磁気ビーズと結合したターゲット分子を、ターゲット分子と結合可能なリセプタサイト（親和性物質）を介して保護膜上に集積させることで磁気ビーズを保護膜上に集積させ、磁気ビーズを磁気抵抗効果素子により検出することでターゲット分子（生体分子）を検出する方法が記載されている。磁気ビーズの磁気抵抗効果素子による検出は、磁気ビーズに外部磁界を印加した時に磁気ビーズから生じる磁界を、磁気抵抗効果素子の抵抗値から検出することにより行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１４−５０６９９９号公報

【特許文献2】特開２００８−３９７８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記センサ（化学センサ）を用いた生体分子（被検出物質）の検出において、保護膜上に集積される磁気ビーズの個数が同じであっても、保護膜上での磁気ビーズの配置によって磁気抵抗効果素子の抵抗値が変動し、高い検出精度が得られない、というような問題がある。より詳細には、１個の磁気ビーズが磁気抵抗効果素子上に配置された場合の磁気抵抗効果素子の抵抗値（または抵抗値の変化量）が、隣り合う磁気抵抗効果素子同士の間の領域上（磁気抵抗効果素子の周囲の領域上）に配置された場合の磁気抵抗効果素子の抵抗値（または抵抗値の変化量）と異なり、その結果、磁気ビーズが磁気抵抗効果素子上と、隣り合う磁気抵抗効果素子同士の間の領域上（磁気抵抗効果素子の周囲の領域上）との両方に配置されていると、保護膜上に集積される磁気ビーズの個数が同じであっても、磁気ビーズの配置によって磁気抵抗効果素子の抵抗値が変動し、高い検出精度が得られない、という問題がある。本発明は、高い検出精度を得ることが可能な化学センサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するための本発明の化学センサは、基板と、前記基板上に配置された磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上に配置された第１の膜と、前記磁気抵抗効果素子の周囲の領域または前記磁気抵抗効果素子の周囲の領域上に配置された第２の膜と、を有し、前記第２の膜のある特定の液体に対する溶解度が、前記第１の膜よりも大きいことを特徴とする。

【0007】

本出願において「磁気抵抗効果素子の周囲」とは、磁気抵抗効果素子の膜厚方向から見た場合の磁気抵抗効果素子の周囲のことである。

【0008】

上記特徴の化学センサによれば、第２の膜の溶解度が第１の膜の溶解度よりも大きくなる液体（溶解液）を第１の膜と第２の膜に接触させることで、第２の膜を優先的に溶解させることができる。磁気ビーズを磁気抵抗効果素子上の第１の膜上に配置させる際に、第２の膜上、すなわち、磁気抵抗効果素子の周囲の領域（またはその領域上）に磁気ビーズが配置されたとしても、第２の膜を優先的に溶解させることで、磁気抵抗効果素子上に配置された磁気ビーズは維持しつつ、第２の膜上、すなわち、磁気抵抗効果素子の周囲の領域（またはその領域上）に配置された磁気ビーズを除去することができる。これにより、磁気ビーズが磁気抵抗効果素子上に配置され、磁気抵抗効果素子の周囲の領域（またはその領域上）には実質的には配置されない状態で被検出物質の検出を行うことができるので、上記特徴の化学センサは、高い検出精度を得ることが可能となる。

【0009】

さらに、本発明の化学センサは、２つ以上の前記磁気抵抗効果素子が、前記基板上に基板面内方向に並んで配置され、前記第２の膜が、隣り合う前記磁気抵抗効果素子の間の領域または隣り合う前記磁気抵抗効果素子の間の領域上に配置されていることを特徴とする。

【0010】

上記特徴の化学センサによれば、第２の膜の溶解度が第１の膜の溶解度よりも大きくなる液体（溶解液）を第１の膜と第２の膜に接触させることで、第２の膜を優先的に溶解させることができる。磁気ビーズを磁気抵抗効果素子上の第１の膜上に配置させる際に、第２の膜上、すなわち、隣り合う磁気抵抗効果素子の間の領域（またはその領域上）に磁気ビーズが配置されたとしても、第２の膜を優先的に溶解させることで、磁気抵抗効果素子上に配置された磁気ビーズは維持しつつ、第２の膜上、すなわち、隣り合う磁気抵抗効果素子の間の領域（またはその領域上）に配置された磁気ビーズを除去することができる。これにより、磁気ビーズが磁気抵抗効果素子上に配置され、隣り合う磁気抵抗効果素子の間の領域（またはその領域上）には実質的には配置されない状態で被検出物質の検出を行うことができるので、上記特徴の化学センサは、高い検出精度を得ることが可能となる。

【0011】

さらに、本発明の化学センサは、前記第１の膜は、前記磁気抵抗効果素子上と、隣り合う前記磁気抵抗効果素子の間の領域または隣り合う前記磁気抵抗効果素子の間の領域上とに配置され、前記第２の膜は前記第１の膜の上に配置されていることを特徴とする。

【0012】

さらに、本発明の化学センサは、前記特定の液体がアルカリ性の液体であることを特徴とする。

【0013】

さらに、本発明の化学センサは、前記特定の液体が酸性の液体であることを特徴とする。

【0014】

さらに、本発明の化学センサは、前記第１の膜の材料が、炭素、ダイヤモンドライクカーボンおよび樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする。

【0015】

さらに、本発明の化学センサは、前記第１の膜の材料が、シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマス、金、銀、ロジウム、ルテニウム、パラジウムおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする。

【0016】

さらに、本発明の化学センサは、前記第１の膜の材料が、シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマスおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物であることを特徴とする。

【0017】

さらに、本発明の化学センサは、前記第１の膜の材料が、シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、ニオブ、モリブデン、タングステン、金、銀、ロジウム、ルテニウム、パラジウムおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする。

【0018】

さらに、本発明の化学センサは、前記第１の膜の材料が、シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、ニオブ、モリブデン、タングステンおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物であることを特徴とする。

【0019】

さらに、本発明の化学センサは、前記第２の膜の材料が、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、ニオブ、モリブデン、タングステンおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする。

【0020】

さらに、本発明の化学センサは、前記第２の膜の材料が、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、ニオブ、モリブデン、タングステンおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物であることを特徴とする。

【0021】

さらに、本発明の化学センサは、前記第２の膜の材料が、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマスおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする。

【0022】

さらに、本発明の化学センサは、前記第２の膜の材料が、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマスおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物であることを特徴とする。

【0023】

また、上記目的を達成するための本発明の化学センサは、基板と、前記基板上に配置された磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上に配置された第１の膜と、前記磁気抵抗効果素子の周囲の領域または前記磁気抵抗効果素子の周囲の領域上に配置された第２の膜と、を有し、前記第１の膜の材料が、シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマス、金、銀、ロジウム、ルテニウム、パラジウムおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種、シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマスおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物または、炭素、ダイヤモンドライクカーボンおよび樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種であり、前記第２の膜の材料が、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、ニオブ、モリブデン、タングステンおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種または、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、ニオブ、モリブデン、タングステンおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物であることを特徴とする。

【0024】

上記特徴の化学センサによれば、アルカリ性の液体に対して、第１の膜の材料は溶解しにくく、第２の膜の材料は溶解しやすいので、アルカリ性の液体を第１の膜と第２の膜に接触させることで、第２の膜を優先的に溶解させることができる。磁気ビーズを磁気抵抗効果素子上の第１の膜上に配置させる際に、第２の膜上、すなわち、磁気抵抗効果素子の周囲の領域（またはその領域上）に磁気ビーズが配置されたとしても、第２の膜を優先的に溶解させることで、磁気抵抗効果素子上に配置された磁気ビーズは維持しつつ、第２の膜上、すなわち、磁気抵抗効果素子の周囲の領域（またはその領域上）に配置された磁気ビーズを除去することができる。これにより、磁気ビーズが磁気抵抗効果素子上に配置され、磁気抵抗効果素子の周囲の領域（またはその領域上）には実質的には配置されない状態で被検出物質の検出を行うことができるので、上記特徴の化学センサは、高い検出精度を得ることが可能となる。

【0025】

さらに、本発明の化学センサは、２つ以上の前記磁気抵抗効果素子が、前記基板上に基板面内方向に並んで配置され、前記第２の膜が、隣り合う前記磁気抵抗効果素子の間の領域または隣り合う前記磁気抵抗効果素子の間の領域上に配置されていることを特徴とする。

【0026】

上記特徴の化学センサによれば、アルカリ性の液体に対して、第１の膜の材料は溶解しにくく、第２の膜の材料は溶解しやすいので、アルカリ性の液体を第１の膜と第２の膜に接触させることで、第２の膜を優先的に溶解させることができる。磁気ビーズを磁気抵抗効果素子上の第１の膜上に配置させる際に、第２の膜上、すなわち、隣り合う磁気抵抗効果素子の間の領域（またはその領域上）に磁気ビーズが配置されたとしても、第２の膜を優先的に溶解させることで、磁気抵抗効果素子上に配置された磁気ビーズは維持しつつ、第２の膜上すなわち隣り合う磁気抵抗効果素子の間の領域（またはその領域上）に配置された磁気ビーズを除去することができる。これにより、磁気ビーズが磁気抵抗効果素子上に配置され、隣り合う磁気抵抗効果素子の間の領域（またはその領域上）には実質的には配置されない状態で被検出物質の検出を行うことができるので、上記特徴の化学センサは、高い検出精度を得ることが可能となる

【0027】

また、上記目的を達成するための本発明の化学センサは、基板と、前記基板上に配置された磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上に配置された第１の膜と、前記磁気抵抗効果素子の周囲の領域または前記磁気抵抗効果素子の周囲の領域上に配置された第２の膜と、を有し、前記第１の膜の材料が、シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、ニオブ、モリブデン、タングステン、金、銀、ロジウム、ルテニウム、パラジウムおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種、シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、ニオブ、モリブデン、タングステンおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物または、炭素、ダイヤモンドライクカーボンおよび樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種であり、前記第２の膜の材料が、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマスおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種または、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマスおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物であることを特徴とする。

【0028】

上記特徴の化学センサによれば、酸性の液体に対して、第１の膜の材料は溶解しにくく、第２の膜の材料は溶解しやすいので、酸性の液体を第１の膜と第２の膜に接触させることで、第２の膜を優先的に溶解させることができる。磁気ビーズを磁気抵抗効果素子上の第１の膜上に配置させる際に、第２の膜上、すなわち、磁気抵抗効果素子の周囲の領域（またはその領域上）に磁気ビーズが配置されたとしても、第２の膜を優先的に溶解させることで、磁気抵抗効果素子上に配置された磁気ビーズは維持しつつ、第２の膜上、すなわち、磁気抵抗効果素子の周囲の領域（またはその領域上）に配置された磁気ビーズを除去することができる。これにより、磁気ビーズが磁気抵抗効果素子上に配置され、磁気抵抗効果素子の周囲の領域（またはその領域上）には実質的には配置されない状態で被検出物質の検出を行うことができるので、化学センサは、上記特徴の高い検出精度を得ることが可能となる。

【0029】

さらに、本発明の化学センサは、２つ以上の前記磁気抵抗効果素子が、前記基板上に基板面内方向に並んで配置され、前記第２の膜が、隣り合う前記磁気抵抗効果素子の間の領域または隣り合う前記磁気抵抗効果素子の間の領域上に配置されていることを特徴とする。

【0030】

上記特徴の化学センサによれば、酸性の液体に対して、第１の膜の材料は溶解しにくく、第２の膜の材料は溶解しやすいので、酸性の液体を第１の膜と第２の膜に接触させることで、第２の膜を優先的に溶解させることができる。磁気ビーズを磁気抵抗効果素子上の第１の膜上に配置させる際に、第２の膜上すなわち隣り合う磁気抵抗効果素子の間の領域（またはその領域上）に磁気ビーズが配置されたとしても、第２の膜を優先的に溶解させることで、磁気抵抗効果素子上に配置された磁気ビーズは維持しつつ、第２の膜上、すなわち、隣り合う磁気抵抗効果素子の間の領域（またはその領域上）に配置された磁気ビーズを除去することができる。これにより、磁気ビーズが磁気抵抗効果素子上に配置され、隣り合う磁気抵抗効果素子の間の領域（またはその領域上）には実質的には配置されない状態で被検出物質の検出を行うことができるので、上記特徴の化学センサは、高い検出精度を得ることが可能となる。

【発明の効果】

【0031】

本発明によれば、高い検出精度を得ることが可能な化学センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】第１実施形態の化学センサの斜視図である。

【図2】第１実施形態の化学センサの図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。

【図3】第１実施形態における被検出物質集積工程後の化学センサの断面図である。

【図4】磁気ビーズの断面模式図である。

【図5】第１実施形態における磁気ビーズ集積工程後の化学センサの斜視図である。

【図6】第１実施形態における磁気ビーズ集積工程後の化学センサの断面図である。

【図7】第１実施形態における溶解工程後の化学センサの斜視図である。

【図8】第１実施形態における溶解工程後の化学センサの断面図である。

【図9】第２実施形態の化学センサの断面図である。

【図10】第３実施形態の化学センサの断面図である。

【図11】第３実施形態における溶解工程後の化学センサの断面図である。

【図12】第４実施形態の化学センサの断面図である。

【図13】第５実施形態の化学センサの断面図である。

【図14】第１実施形態における他の例の磁気ビーズ集積工程後の化学センサの断面図である。

【図15】被検出物質が結合した状態の磁気ビーズの断面模式図である。

【図16】従来型のバイオセンサの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

本発明を実施するための好適な形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

【0034】

＜化学センサの基本構成＞
図１は、第１実施形態の化学センサ１００主要部の斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。化学センサ１００は、試料中の被検出物質４０を検出する。化学センサ１００は、基板１と、基板１上に配置された磁気抵抗効果素子３と、磁気抵抗効果素子３上に配置された第１の膜１０と、磁気抵抗効果素子３の周囲の領域または磁気抵抗効果素子３の周囲の領域上に配置された第２の膜２０とを有している。より具体的には、化学センサ１００は、基板１上に基板面内方向に並んで配置された２つ以上の磁気抵抗効果素子３を有し、第２の膜２０は、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上（磁気抵抗効果素子３の周囲の領域上の一例）に配置されている。更に、化学センサ１００は保護膜２を有しており、保護膜２は、基板１の表面と磁気抵抗効果素子３の全体とを覆うように配置されている。それぞれの磁気抵抗効果素子３は、電極５により互いに直列または並列に電気的に接続されている。

【0035】

第１の膜１０は、その表面における磁気抵抗効果素子３に対向する第１領域Ａ１に被検出物質４０と結合する親和性物質（捕捉プローブ３０）を含む有機材料を有しており、第１の膜１０は、第１領域Ａ１上に被検出物質４０が集積される膜となっている。また、第２の膜２０のある特定の液体（後述する溶解液）に対する溶解度は、第１の膜１０よりも大きくなっている。

【0036】

図１、２に示すように、第１の膜１０は、磁気抵抗効果素子３の上と、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上とに配置され、第２の膜２０は第１の膜１０の上に配置されている。第１の膜１０の第１領域Ａ１の少なくとも一部は、第２の膜２０から露出している。なお、図２および後述する図３〜図１３においては、捕捉プローブ３０、被検出物質４０、磁気ビーズ４、標識プローブ５０およびプローブ６０等は大きく誇張して模式的に描いてある。

【0037】

磁気抵抗効果素子３は、その平面視形状が長辺と短辺を有する矩形形状であり、化学センサ１００では、２個以上の磁気抵抗効果素子３がこの短辺方向に並んでいる。隣り合う磁気抵抗効果素子３の間隔は、各磁気抵抗効果素子３の短辺方向の幅と同じか、各磁気抵抗効果素子３の短辺方向の幅よりも小さいことが好ましい。また、３個以上の磁気抵抗効果素子３が、基板１上に基板面内方向に並んで配置されることが好ましい。

【0038】

＜基板＞
基板１としては、シリコンやＡｌＴｉＣ（アルティック）などの半導体や導電体、又はアルミナやガラス等の絶縁体から構成されるものが挙げられ、その形態は特に問われるものではない。

【0039】

＜磁気抵抗効果素子＞
磁気抵抗効果素子３は、その積層面内の一定方向に固着された磁化方向を有する磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、磁化固定層と磁化自由層との間に位置する中間層を備えたスピンバルブ型素子であることが好ましい。中間層の材料は非磁性体の導体又は絶縁体である。磁気抵抗効果素子３は、中間層が導体の場合はＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子と呼ばれ、中間層が絶縁体の場合はＴＭＲ（トンネル型磁気抵抗効果）素子と呼ばれる。磁気抵抗効果素子３の抵抗値は、磁化固定層の磁化方向と磁化自由層の磁化方向との相対角度に応じて変化する。

【0040】

＜保護膜＞
保護膜２は絶縁膜であることが好ましく、保護膜２の材料としては、例えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化シリコンまたは窒化シリコン等の無機物や、ポリイミド等の有機物が挙げられる。

【0041】

＜第１の膜＞
第１の膜１０の材料は、後述する溶解液に対する溶解度が小さいものである。溶解液がアルカリ性の液体である場合、第１の膜１０の材料は、例えば、シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマス、金、銀、ロジウム、ルテニウム、パラジウムおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種である。また、溶解液がアルカリ性の液体である場合、第１の膜１０の材料は、シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマスおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物または、炭素、ダイヤモンドライクカーボンおよび樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種であってもよい。

【0042】

溶解液が酸性の液体である場合、第１の膜１０の材料は、例えば、シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、ニオブ、モリブデン、タングステン、金、銀、ロジウム、ルテニウム、パラジウムおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種である。また、溶解液が酸性の液体である場合、第１の膜１０の材料は、シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、ニオブ、モリブデン、タングステンおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物または、炭素、ダイヤモンドライクカーボンおよび樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種であってもよい。

【0043】

＜第２の膜＞
第２の膜２０の材料は、後述する溶解液に対する溶解度が大きいものである。溶解液がアルカリ性の液体である場合、第２の膜２０の材料は、例えば、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、ニオブ、モリブデン、タングステンおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種である。また、溶解液がアルカリ性の液体である場合、第２の膜２０の材料は、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、ニオブ、モリブデン、タングステンおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物であってもよい。

【0044】

溶解液が酸性の液体である場合、第２の膜２０の材料は、例えば、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマスおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種である。また、溶解液が酸性の液体である場合、第２の膜２０の材料は、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマスおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物であってもよい。

【0045】

第２の膜２０の溶解液に対する溶解度は、同一条件下での第１の膜１０の溶解液に対する溶解度よりも大きく、同一条件下での第１の膜１０の溶解液に対する溶解度の１０倍以上であることが好ましい。

【0046】

＜被検出物質＞
被検出物質４０は、例えば、抗原、抗体などのタンパク質、ＤＮＡやＲＮＡなどの核酸、細胞、ウイルス、細菌、真菌などである。被検出物質４０には、いくつかの抗原、抗体などのタンパク質、ＤＮＡやＲＮＡなどの核酸、細胞、ウイルス、細菌、真菌などが、複合体を形成しているものも含まれる。

【0047】

また、検出対象となる物質に別の物質を複合体化させたもの、または、検出対象となる物質を別の物質に変換したものを被検出物質４０とすることもできる。例えば、検出対象となるＲＮＡに対して、ビオチンを末端に有するＤＮＡをハイブリダイゼーションにより複合体化させたものを被検出物質４０とすることができる。このような被検出物質４０は、複合体化によってビオチンが付加されたことにより、ストレプトアビジンと特異的に結合することが可能である。被検出物質４０は、後述する捕捉プローブ３０および磁気ビーズ４（標識プローブ５０）と結合するものであり、捕捉プローブ３０と結合する部位と磁気ビーズ４（標識プローブ５０）と結合する部位とが異なるものであることが好ましい。

【0048】

被検出物質４０が含まれる試料としては、被検出物質４０を含有するものであれば、特に限定されないが、例えば、化学センサ１００を疾患の診断に用いる場合には、疾患の発症が確認されている者、若しくは疾患の発症が疑われている者、又は疾患に対する治療を受けている患者等の被験者の血液、リンパ液、髄液、精液、唾液または尿等が挙げられる。血液、リンパ液、髄液、精液、唾液または尿等に対して、何らかの前処理を施すことで、検出の妨げとなる夾雑物を除去したものを試料としてもよい。例えば、ＤＮＡやＲＮＡ等の核酸を被検出物質４０とする場合には、血液、リンパ液、髄液、精液、唾液、尿等から核酸を抽出し、抽出した核酸を含む液体を試料とすることが望ましい。

【0049】

＜捕捉プローブ＞
捕捉プローブ３０は、被検出物質４０と結合する親和性物質である。捕捉プローブ３０は、被検出物質４０と特異的に（高い選択性で）結合するものであることが好ましく、被検出物質４０の種類によって、適当なものを用いる。例として、捕捉プローブ３０としては、被検出物質４０が核酸の場合には、この核酸に相補的な核酸が挙げられ、被検出物質４０が抗原の場合には、この抗原と結合する抗体が挙げられ、被検出物質４０が１次抗体の場合には、この１次抗体と結合する抗原または２次抗体が挙げられ、被検出物質４０が細胞、ウイルス、細菌、真菌等の場合には、これらの表面に存在している抗原と結合する抗体が挙げられる。

【0050】

捕捉プローブ３０は、第１の膜１０の第１領域Ａ１に、リンカーと呼ばれる有機材料を介して固定されている。リンカーは、第１の膜１０との結合性を考慮して、適当なものを用いる。リンカーとしては、例えば、第１の膜１０が酸化物である場合は、シランカップリング剤またはホスホン酸誘導体などを用いることができる。第１の膜１０が金や銀などの金属である場合には、チオール誘導体またはジルスフィド誘導体などを用いることができる。リンカーは、分子内に、捕捉プローブ３０と結合を形成することができる官能基を有する。例えば、捕捉プローブ３０がカルボキシ基を有する場合には、リンカーとして分子内にアミノ基を有するものを用いる。また、捕捉プローブ３０がアミノ基を有する場合には、リンカーとして分子内にカルボキシ基を有するものを用いる。

【0051】

捕捉プローブ３０は、リンカーを介さずに、第１の膜１０の第１領域Ａ１に直接に固定されていてもよい。例えば、捕捉プローブ３０が末端にチオール基を有する核酸であり、第１の膜１０が金である場合は、捕捉プローブ３０はリンカーを介さずに直接に第１の膜１０に結合させることができる。例えば、捕捉プローブ３０が抗体であり、第１の膜が樹脂である場合には、物理吸着によって、捕捉プローブ３０を第１の膜１０に直接に固定することができる。

【0052】

＜化学センサの作製方法＞
化学センサ１００の作製方法例について簡単に説明する。保護膜２、磁気抵抗効果素子３、第１の膜１０および第２の膜２０を、真空成膜技術およびフォトリソグラフィ技術を用いて基板１上に作製する。

【0053】

次に、ディッピング法やスポッティング法などによって、リンカーを溶解させた溶液を第１の膜１０および第２の膜２０に接触させ一定時間放置する。これにより、リンカーが第１の膜１０および第２の膜２０の表面に結合する。リンカー含む溶液の溶媒は、例えば、エタノール、ブタノール、トルエンなどであり、リンカー、第１の膜１０および第２の膜２０の種類によって適当なものを使用する。

【0054】

次に、ディッピング法やスポッティング法などによって、捕捉プローブ３０を溶解させた水溶液を、リンカーを表面に有する第１の膜１０および第２の膜２０に接触させ一定時間放置する。このようにすることで、捕捉プローブ３０がリンカーを介して第１の膜１０および第２の膜２０上に固定される。このようにして、化学センサ１００を作製することができる。

【0055】

＜被検出物質の検出方法＞
次に、化学センサ１００を用いた被検出物質４０の検出方法について説明する。化学センサ１００を用いた被検出物質４０の検出方法は、被検出物質４０を含有する試料を第１の膜１０と第２の膜２０に接触させて、被検出物質４０を第１の膜１０の上に集積させる被検出物質集積工程と、磁気ビーズ４を含む液体を第１の膜１０と第２の膜２０に接触させて、磁気ビーズ４を第１の膜１０の上に集積させる磁気ビーズ集積工程と、溶解液を第１の膜１０と第２の膜２０に接触させて、第２の膜２０を溶解させる溶解工程と、外部から磁界を磁気ビーズ４に対して印加して、磁気ビーズ４から発生する漏れ磁界（浮遊磁界）を磁気抵抗効果素子３に印加させ、磁気抵抗効果素子３の抵抗値または抵抗値の変化量を検出する検出工程と、を有する。以下、各工程について詳細に説明する。

【0056】

（被検出物質集積工程）
被検出物質集積工程は、被検出物質４０を含有する試料を第１の膜１０と第２の膜２０に接触させて、被検出物質４０を第１の膜１０上に集積させる工程である。簡便である等の観点から、化学センサ１００はマイクロ流体デバイス中で用いられることが好ましい。被検出物質集積工程において、まずマイクロ流体デバイスのマイクロ流路中に被検出物質４０を含有する試料を流すことにより、被検出物質４０を含有する試料を第１の膜１０と第２の膜２０に接触させる。

【0057】

マイクロ流路中を流れる試料中の被検出物質４０は、図３に示す断面図のように、第１の膜１０および第２の膜２０上の捕捉プローブ３０と結合する。被検出物質４０は、ハイブリダイゼーション、抗原抗体反応等により、第１の膜１０および第２の膜２０上で、捕捉プローブ３０と複合体を形成する。第１の膜１０上に捕捉プローブ３０と被検出物質４０との複合体が形成された後、第１の膜１０と第２の膜２０を、バッファー等を用いて洗浄することが好ましい。洗浄により、第１の捕捉プローブ３０と複合体を形成していない夾雑物を除去することができ、被検出物質４０の検出精度を向上させることができる。

【0058】

（磁気ビーズ集積工程）
磁気ビーズ集積工程は、磁気ビーズ４を含む液体を第１の膜１０と第２の膜２０に接触させて、磁気ビーズ４を第１の膜１０上に集積させる工程である。磁気ビーズ集積工程において、マイクロ流路中に磁気ビーズ４を含む液体を流すことにより、磁気ビーズ４を含む液体を第１の膜１０と第２の膜２０に接触させる。

【0059】

磁気ビーズ４は、例えば、有機材料で形成されるビーズの中に磁性粒子を含むものである。より具体的な例としては、コアに複数の酸化鉄の粒子を含むポリスチレンビーズが挙げられる。コアに含まれる酸化鉄の粒子は、例えば、各々が粒径１００ｎｍ以下であり、超常磁性を示すものである。また、磁性ビーズ４は、図４に示すように、その表面に、被検出物質４０と結合する親和性物質（標識プローブ５０）を有する。標識プローブ５０は、被検出物質４０と特異的に（高い選択性で）結合するものであることが好ましく、被検出物質４０の種類によって、適当なものを用いる。標識プローブ５０の例としては、被検出物質４０が核酸である場合は、この核酸に相補的な核酸が挙げられ、被検出物質４０が抗原の場合には、この抗原と結合する抗体が挙げられ、被検出物質４０が１次抗体の場合には、この１次抗体と結合する抗原または２次抗体が挙げられ、被検出物質４０が細胞、ウイルス、細菌、真菌等の場合には、これらの表面に存在している抗原と結合する抗体、被検出物質４０がビオチンを有する物質である場合には、ストレプトアビジンが挙げられる。

【0060】

磁気ビーズ集積工程後の化学センサ１００の斜視図と断面図を図５と図６にそれぞれ示した。磁気ビーズ集積工程において、磁気ビーズ４は、磁気ビーズ４の表面の標識プローブ５０と第１の膜１０および第２の膜２０上に存在する被検出物質４０とが結合して複合体を形成することで、第１の膜１０および第２の膜２０上に配置される。第１の膜１０上に磁気ビーズ４を配置させる方法は、従来の又は今後開発されるべきあらゆる技術が適用可能であり、磁気ビーズ４を測定することで間接的に被検出物質の存在を検出できるように構成されるものであれば、如何なる手法であっても構わない。

【0061】

（溶解工程）
溶解工程は、溶解液を第１の膜１０と第２の膜２０に接触させて、第２の膜２０を溶解させる工程である。溶解工程において、マイクロ流路中に溶解液を流すことにより、溶解液を第１の膜１０と第２の膜２０に接触させる。

【0062】

溶解液としては、例えばアルカリ性の液体や酸性の液体を用いることができる。アルカリ性の液体の例としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、トリスヒドロキシメチルアミノメタンまたはアンモニアなどの塩基を含む水溶液が挙げられる。アルカリ性の溶解液としては、強塩基の水溶液が好ましい。酸性の液体の例としては、塩酸、硝酸、硫酸、またはリン酸などの酸を含む水溶液が挙げられる。酸性の溶解液としては、強酸の水溶液が好ましい。溶解液の組成、ｐＨ、および溶解液による溶解時間等は、第１の膜１０と捕捉プローブ３０との結合、捕捉プローブ３０と被検出物質４０との結合、および、被検出物質４０と標識プローブ５０（磁気ビーズ４）との結合が維持されるように調整される。

【0063】

溶解工程後の化学センサ１００の斜視図と断面図を図７と図８にそれぞれ示した。溶解工程において、マイクロ流路中に溶解液を流し、溶解液を第１の膜１０と第２の膜２０に接触させることで、第２の膜２０が優先的に溶解し、第２の膜２０上に集積し隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上に配置されていた磁気ビーズ４は除去される。また、第１の膜１０の溶解液に対する溶解度は小さいので、第１の膜１０上に配置されていた磁気ビーズ４は、第１の膜１０上すなわち磁気抵抗効果素子３上（第１領域Ａ１上）に配置された状態で維持される。

【0064】

（検出工程）
検出工程は、外部から磁界を磁気ビーズ４に対して印加して、磁気ビーズ４から発生する漏れ磁界（浮遊磁界）を磁気抵抗効果素子３に印加させ、磁気抵抗効果素子３の抵抗値または抵抗値の変化量を検出する工程である。

【0065】

磁気抵抗効果素子３上に配置された磁気ビーズ４の個数が多いほど、磁気抵抗効果素子３に印加される漏れ磁界の強度は大きく、磁気抵抗効果素子３の抵抗値の変化量は大きくなる。ここでいう抵抗値の変化量とは、化学センサ１００上（磁気抵抗効果素子３上および隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上）に磁気ビーズ４が１個も配置されていない状態において外部から磁場を印加したときの磁気抵抗効果素子３の抵抗値を基準とした変化量である。磁気抵抗効果素子３上（第１領域Ａ１上）に配置された磁気ビーズ４の個数は、第１領域Ａ１上に存在する被検出物質４０の分子数、更には、試料中の被検出物質４０の分子数と相関があるため、試料中の被検出物質４０の分子数を測定することが可能となる。

【0066】

ここで、図１６に示す従来型のバイオセンサ１００ｘの表面上（保護膜２ｘ上）に、１個の磁気ビーズが配置される場合を考える。１個の磁気ビーズが１つの磁気抵抗効果素子３ｘ上に配置された場合の磁気抵抗効果素子３ｘの抵抗値（または抵抗値の変化量）と、隣り合う磁気抵抗効果素子３ｘの間の領域上に配置された場合の磁気抵抗効果素子３ｘの抵抗値（または抵抗値の変化量）は異なる。ここでいう抵抗値の変化量とは、磁気ビーズ４が保護膜２ｘ上に１個も配置されていない状態において外部から磁場を印加したときの磁気抵抗効果素子３ｘの抵抗値を基準とした変化量である。この理由は概ね以下のように考えられる。外部から磁界が印加されると磁気ビーズから漏れ磁界（浮遊磁界）が発生する。磁気ビーズから発生した漏れ磁界は、磁気抵抗効果素子３ｘに印加されるが、その方向は、磁気抵抗効果素子３ｘ上に配置された磁気ビーズと、隣り合う磁気抵抗効果素子３ｘの間の領域上に配置された磁気ビーズで異なる。ゆえに、１個の磁気ビーズが１つの磁気抵抗効果素子３ｘ上に配置された場合の磁気抵抗効果素子３ｘの抵抗値（または抵抗値の変化量）と、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上に配置された場合の磁気抵抗効果素子３ｘの抵抗値（または抵抗値の変化量）は異なると考えられる。したがって磁気抵抗効果素子３ｘ上と隣り合う磁気抵抗効果素子３ｘの間の領域上の両方に磁気ビーズが配置されると、配置される磁気ビーズの個数が同じであっても、磁気ビーズの配置によって磁気抵抗効果素子３ｘの抵抗値（または抵抗値の変化量）が変動するため、高い検出精度が得られない。しかし、本第１実施形態の化学センサ１００では、磁気ビーズ４が磁気抵抗効果素子３上に配置され、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上には実質的には配置されない状態で被検出物質４０の検出を行うことができるので、化学センサ１００は、高い検出精度を得ることが可能となる。

【0067】

このように、化学センサ１００は、基板１と、基板１上に配置された磁気抵抗効果素子３と、磁気抵抗効果素子３上に配置された第１の膜と、磁気抵抗効果素子３の周囲の領域上に配置された第２の膜と、を有し、第２の膜２０のある特定の液体（溶解液）に対する溶解度が、第１の膜１０よりも大きくなっている。

【0068】

したがって、化学センサ１００によれば、第２の膜２０の溶解度が第１の膜１０の溶解度よりも大きくなる液体（溶解液）を第１の膜１０と第２の膜２０に接触させることで、第２の膜２０を優先的に溶解させることができる。磁気ビーズ４を磁気抵抗効果素子３上の第１の膜１０上（第１領域Ａ１上）に配置させる際に、第２の膜２０上、すなわち、磁気抵抗効果素子３の周囲の領域上（隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上）に磁気ビーズ４が配置されたとしても、第２の膜２０を優先的に溶解させることで、磁気抵抗効果素子３上に配置された磁気ビーズ４は維持しつつ、第２の膜２０上、すなわち、磁気抵抗効果素子３の周囲の領域上（隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上）に配置された磁気ビーズ４を除去することができる。これにより、磁気ビーズ４が磁気抵抗効果素子３上に配置され、磁気抵抗効果素子３の周囲の領域上（隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上）には実質的には配置されない状態で被検出物質４０の検出を行うことができるので、化学センサ１００は、高い検出精度を得ることが可能となる。

【0069】

また、化学センサ１００は、基板１と、基板１上に配置された磁気抵抗効果素子３と、磁気抵抗効果素子３上に配置された第１の膜１０と、磁気抵抗効果素子３の周囲の領域上に配置された第２の膜２０と、を有し、第１の膜１０の材料が、シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマス、金、銀、ロジウム、ルテニウム、パラジウムおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種、シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマスおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物または、炭素、ダイヤモンドライクカーボンおよび樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種であり、第２の膜２０の材料が、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、ニオブ、モリブデン、タングステンおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種または、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、ニオブ、モリブデン、タングステンおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物となっている。

【0070】

したがって、化学センサ１００によれば、アルカリ性の液体に対して、第１の膜１０の材料は溶解しにくく、第２の膜２０の材料は溶解しやすいので、アルカリ性の液体を第１の膜１０と第２の膜２０に接触させることで、第２の膜２０を優先的に溶解させることができる。磁気ビーズ４を磁気抵抗効果素子３上の第１の膜１０上（第１領域Ａ１上）に配置させる際に、第２の膜２０上、すなわち、磁気抵抗効果素子３の周囲の領域上（隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上）に磁気ビーズ４が配置されたとしても、第２の膜２０を優先的に溶解させることで、磁気抵抗効果素子３上に配置された磁気ビーズ４は維持しつつ、第２の膜２０上、すなわち、磁気抵抗効果素子３の周囲の領域上（隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上）に配置された磁気ビーズ４を除去することができる。これにより、磁気ビーズ４が磁気抵抗効果素子３上に配置され、磁気抵抗効果素子３の周囲の領域上（隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上）には実質的には配置されない状態で被検出物質４０の検出を行うことができるので、化学センサ１００は、高い検出精度を得ることが可能となる。

【0071】

また、化学センサ１００は、基板１と、基板１上に配置された磁気抵抗効果素子３と、磁気抵抗効果素子３上に配置された第１の膜１０と、
磁気抵抗効果素子３の周囲の領域上に配置された第２の膜２０と、を有し、第１の膜１０の材料が、シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、ニオブ、モリブデン、タングステン、金、銀、ロジウム、ルテニウム、パラジウムおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種、シリコン、チタン、ジルコニウム、インジウム、タンタル、ニオブ、モリブデン、タングステンおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物または、炭素、ダイヤモンドライクカーボンおよび樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種であり、第２の膜２０の材料が、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマスおよびこれらの組み合わせの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種または、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、スズ、鉛、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カドミウム、ビスマスおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物であることを特徴とする。

【0072】

したがって、化学センサ１００によれば、酸性の液体に対して、第１の膜１０の材料は溶解しにくく、第２の膜２０の材料は溶解しやすいので、酸性の液体を第１の膜１０と第２の膜２０に接触させることで、第２の膜２０を優先的に溶解させることができる。磁気ビーズ４を磁気抵抗効果素子３上の第１の膜１０上（第１領域Ａ１上）に配置させる際に、第２の膜２０上、すなわち、磁気抵抗効果素子３の周囲の領域上（隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上）に磁気ビーズ４が配置されたとしても、第２の膜２０を優先的に溶解させることで、磁気抵抗効果素子３上に配置された磁気ビーズ４は維持しつつ、第２の膜２０上、すなわち、磁気抵抗効果素子３の周囲の領域上（隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上）に配置された磁気ビーズ４を除去することができる。これにより、磁気ビーズ４が磁気抵抗効果素子３上に配置され、磁気抵抗効果素子３の周囲の領域上（隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上）には実質的には配置されない状態で被検出物質４０の検出を行うことができるので、化学センサ１００は、高い検出精度を得ることが可能となる。

【0073】

また、第２の膜２０は、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上の全体に配置されることが好ましく、図１、２に示すように、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域よりも広い領域に配置されることがより好ましい。図１、２に示すように、化学センサ１００では、第２の膜２０は、磁気抵抗効果素子３の端部の上にも配置されている。このようにすることで、磁気ビーズ４が磁気抵抗効果素子３の端部の上には配置されない状態で被検出物質４０の検出を行うことができるので、化学センサ１００は、より高い検出精度を得ることが可能となる。

【0074】

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の化学センサは、上記で説明した実施形態以外にも変更することが可能である。例えば、上記第１実施形態では、捕捉プローブ３０が、第１の膜１０と第２の膜２０の両方の上に固定されている例で説明したが、図９に示す第２実施形態の化学センサ２００のように、第２の膜２０の上には捕捉プローブ３０が固定されていない形態でも良い。このような形態は、例えば、第１の膜１０の材料として金や銀などの金属を用い、第２の膜２０の材料として酸化アルミニウムや酸化亜鉛などの酸化物を用い、リンカーとしてチオール酸誘導体を用いることで実現することができる。このような材料を用いることで、リンカーが第１の膜１０の表面には結合するが、第２の膜２０の表面には結合しないようにすることができる。この場合、捕捉プローブ３０は、リンカーが結合している第１の膜１０に固定され、リンカーの存在しない第２の膜２０には固定されない。化学センサ２００において、仮に磁気ビーズ集積工程により第２の膜２０上（隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上）に磁気ビーズ４が配置されたとしても、化学センサ１００と同様にして、溶解工程において、第１の膜１０に対して第２の膜２０が優先的に溶解する。そのため、磁気ビーズ４が磁気抵抗効果素子３上に配置され、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上には実質的には配置されない状態で被検出物質４０の検出を行うことができる。

【0075】

また、上記第１実施形態では、第１の膜１０と保護膜２とが別個の例で説明しているが、第１の膜１０が保護膜２を兼ねるようにしても良い。この場合、第１の膜１０の材料は絶縁体であることが好ましい。

【0076】

また、上記第１実施形態では、第１の膜１０が、磁気抵抗効果素子３の上と、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上とに配置され、第２の膜２０が第１の膜１０の上に配置されている例で説明しているが、図１０に示される第３実施形態の化学センサ３００のように、第２の膜２０が、磁気抵抗効果素子３の上と、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上とに配置され、第１の膜１０が第２の膜２０の上に配置されるようにしてもよい。化学センサ３００では、第２の膜２０の表面における、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域に対向する領域は、第１の膜１０から露出している。この場合、溶解工程の完了時に、図１１に示されるような状態になるように、溶解液の組成、ｐＨおよび溶解液による溶解時間等を調整する。

【0077】

化学センサ３００では、図１０に示すように、第１の膜１０は、磁気抵抗効果素子３の端部の上には配置されないことが好ましい。このようにすることで、磁気ビーズ４が磁気抵抗効果素子３の端部の上には配置されない状態で被検出物質４０の検出を行うことができるので、化学センサ３００は、より高い検出精度を得ることが可能となる。

【0078】

また、上記第１実施形態では、第２の膜２０が隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上に配置された例で説明しているが、図１２に示される第４実施形態の化学センサ４００のように、第２の膜２０が、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域（磁気抵抗効果素子３の周囲の領域の一例）および隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上の両方に配置されていてもよい。この場合、第２の膜２０の材料は絶縁体であることが好ましい。化学センサ４００においても、化学センサ１００と同様にして、溶解工程において、第１の膜１０に対して第２の膜２０が優先的に溶解する。そのため、磁気ビーズ４が磁気抵抗効果素子３上に配置され、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域または隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上には実質的には配置されない状態で被検出物質４０の検出を行うことができる。

【0079】

また、上記第１実施形態では、第２の膜２０が隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上に配置された例で説明しているが、図１３に示される第５実施形態の化学センサ５００のように、第２の膜２０が、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域（磁気抵抗効果素子３の周囲の領域の一例）に配置されていてもよい。この場合、第２の膜２０の材料は絶縁体であることが好ましい。化学センサ５００においても、化学センサ１００と同様にして、溶解工程において、第１の膜１０に対して第２の膜２０が優先的に溶解する。そのため、磁気ビーズ４が磁気抵抗効果素子３上に配置され、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域または隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上には実質的には配置されない状態で被検出物質４０の検出を行うことができる。

【0080】

上記で説明した化学センサ１００、２００、３００、４００、５００では、第２の膜２０が配置される磁気抵抗効果素子３の周囲の領域（またはその領域上）の一例として、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域（またはその領域上）の例で説明しているが、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域（またはその領域上）以外の磁気抵抗効果素子３の周囲の領域（またはその領域上）に第２の膜２０を配置しても良い。例えば、図１、２に示すように、２つ以上の磁気抵抗効果素子３が配置されている領域の外側（図１、２の例では、２つ以上（この例では６つ）の磁気抵抗効果素子３が並ぶ方向の外側）の領域上にも第２の膜２０が配置されていることが好ましい。このようにすることで、化学センサ１００は、より高い検出精度を得ることが可能となる。また、基板１上に配置された磁気抵抗効果素子３が１つであり、第２の膜２０が、その１つの磁気抵抗効果素子３の周囲の領域またはその１つの磁気抵抗効果素子３の周囲の領域上に配置されるようにしても良い。

【0081】

また、上記第１実施形態では、標識プローブ５０を有する磁気ビーズ４を被検出物質４０と直接的に結合させる例で説明しているが、被検出物質４０と磁気ビーズ４（標識プローブ５０）との両方と結合することができるプローブ６０を介して、磁気ビーズ４を被検出物質４０と結合させるようにしてもよい。この場合、捕捉プローブ３０と結合した被検出物質４０に対してプローブ６０を結合させるプローブ結合工程を、被検出物質集積工程と磁気ビーズ集積工程の間に行う。図１４に、プローブ結合工程を被検出物質集積工程と磁気ビーズ集積工程の間に追加した場合の、磁気ビーズ集積工程後の化学センサ１００の断面図を示した。プローブ６０の例としては、被検出物質４０と標識プローブ５０がともに核酸である場合は、両方の核酸に相補的な核酸が挙げられ、被検出物質４０が抗原であり標識プローブ５０が二次抗体である場合は、この抗原および二次抗体と結合する一次抗体が挙げられ、被検出物質４０が核酸であり標識プローブ５０がストレプトアビジンである場合は、この核酸に相補的であり、かつ、ビオチンを末端に有する核酸が挙げられる。プローブ６０は、被検出物質４０と結合する部位と標識プローブ５０と結合する部位とが異なるものであることが好ましい。

【0082】

また、上記第１実施形態では、被検出物質４０を捕捉プローブ３０と結合させた後に、磁気ビーズ４（標識プローブ５０）を被検出物質４０と結合させる例で説明している。しかし、磁気ビーズ４を測定することで間接的に被検出物質４０の存在を検出できる工程となっていれば、捕捉プローブ３０と被検出物質４０との結合、被検出物質４０と磁気ビーズ４との結合、被検出物質４０とプローブ６０との結合およびプローブ６０と磁気ビーズ４との結合が形成される順序は変更してもよい。例えば、試料と磁気ビーズ４の分散液を混合させることで、被検出物質４０と磁気ビーズ４（標識プローブ５０）を結合させ、被検出物質４０と標識プローブ５０の複合体を形成させる。その後、被検出物質４０が結合した磁気ビーズ４を磁石を用いて分離し、バッファー等によって洗浄し、再分散させることで、標識プローブ５０を介して表面に被検出物質４０が結合した磁気ビーズ４（図１５に示す）の分散液を得る。さらに、被検出物質４０が結合した磁気ビーズ４の分散液を化学センサ１００の第１の膜１０と第２の膜２０に接触させることで、磁気ビーズ４に結合した被検出物質４０と捕捉プローブ３０とを結合をさせる。このようにしても、磁気ビーズ４を測定することで間接的に被検出物質４０の存在を検出できる。また、磁気ビーズ４を測定することで間接的に被検出物質の存在を検出できる工程となっていれば、捕捉プローブ３０と被検出物質４０との結合、被検出物質４０と磁気ビーズ４との結合、被検出物質４０とプローブ６０との結合およびプローブ６０と磁気ビーズ４との結合について、１つの工程において同時に複数の結合が形成されるような形態となっていてもよい。

【符号の説明】

【0083】

１ 基板
２ 保護膜
３ 磁気抵抗効果素子
４ 磁気ビーズ
５ 電極
１０ 第１の膜
２０ 第２の膜
３０ 捕捉プローブ
４０ 被検出物質
５０ 標識プローブ
６０ プローブ
１００、２００、３００、４００、５００ 化学センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】