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WO2017170187A1 - 化学センサ - Google Patents

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Publication number
WO2017170187A1
WO2017170187A1 PCT/JP2017/011916 JP2017011916W WO2017170187A1 WO 2017170187 A1 WO2017170187 A1 WO 2017170187A1 JP 2017011916 W JP2017011916 W JP 2017011916W WO 2017170187 A1 WO2017170187 A1 WO 2017170187A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
film
chemical sensor
group
combinations
region
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/011916
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English (en)
French (fr)
Inventor
祥生 坪池
進 原谷
北川　寿美子
菊川　隆
春希 柚賀
Original Assignee
Tdk株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tdk株式会社 filed Critical Tdk株式会社
Priority to US16/087,836 priority Critical patent/US10799864B2/en
Priority to CN201780020068.8A priority patent/CN109073596B/zh
Priority to JP2018509218A priority patent/JP6866891B2/ja
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    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/093—Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors

Definitions

  • the present invention relates to a chemical sensor for detecting a substance to be detected in a sample.
  • a sensor for detecting a target molecule (biomolecule) in a sample has a plurality of GMR sensor stripes (magnetoresistance effect elements), and the surface of the magnetoresistance effect element is an insulating layer (protective film). Sensors covered with are shown.
  • a method for detecting a target molecule (biomolecule) using a sensor having such a magnetoresistive effect element a receptor site that can bind a target molecule bound to a magnetic bead to the target molecule ( A method for detecting a target molecule (biomolecule) by integrating magnetic beads on a protective film via an affinity substance) and detecting the magnetic beads with a magnetoresistive element is described. ing. Detection of the magnetic beads by the magnetoresistive effect element is performed by detecting the magnetic field generated from the magnetic beads when an external magnetic field is applied to the magnetic beads from the resistance value of the magnetoresistive effect element.
  • the magnetic resistance depends on the arrangement of the magnetic beads on the protective film.
  • the resistance value of the effect element fluctuates and high detection accuracy cannot be obtained.
  • the resistance value (or the amount of change in resistance value) of the magnetoresistive effect element when one magnetic bead is arranged on the magnetoresistive effect element is a region between adjacent magnetoresistive effect elements.
  • the magnetic beads are on the magnetoresistive effect element and on the area between adjacent magnetoresistive effect elements.
  • An object of the present invention is to provide a chemical sensor capable of obtaining high detection accuracy.
  • a chemical sensor of the present invention includes a substrate, two or more magnetoresistive elements arranged side by side in the in-plane direction on the substrate, and the adjacent magnetoresistive elements.
  • a second film disposed on the magnetoresistive element, and a second film disposed on the region between the adjacent magnetoresistive elements and the second film The solubility in a specific liquid is larger than that of the first film.
  • the liquid (dissolved solution) in which the solubility of the second film is larger than the solubility of the first film is brought into contact with the first film and the second film, thereby
  • the membrane can be preferentially dissolved.
  • the magnetic beads are disposed on the first film in the region between the adjacent magnetoresistive elements (or on the region)
  • the magnetic beads are disposed on the second film, that is, on the magnetoresistive element. Even if the second film is preferentially dissolved, the magnetic beads arranged in the region (or on the region) between the adjacent magnetoresistive elements are maintained, while the second film, That is, the magnetic beads arranged on the magnetoresistive effect element can be removed.
  • the detection target substance can be detected in a state where the magnetic beads are arranged in the region (or on the region) between the adjacent magnetoresistive effect elements and are not substantially arranged on the magnetoresistive effect elements. Therefore, the chemical sensor having the above characteristics can achieve high detection accuracy.
  • the first film is formed on the magnetoresistive effect element and on a region between adjacent magnetoresistive effect elements or a region between adjacent magnetoresistive effect elements.
  • the second film is disposed on the first film.
  • the chemical sensor of the present invention is characterized in that the specific liquid is an alkaline liquid.
  • the chemical sensor of the present invention is characterized in that the specific liquid is an acidic liquid.
  • the chemical sensor of the present invention is characterized in that the material of the first film is at least one selected from the group consisting of carbon, diamond-like carbon, and resin.
  • the material of the first film is silicon, titanium, zirconium, indium, tantalum, iron, cobalt, nickel, copper, cadmium, bismuth, gold, silver, rhodium, ruthenium, palladium and It is at least one selected from the group consisting of alloys of these combinations.
  • the material of the first film is selected from the group consisting of silicon, titanium, zirconium, indium, tantalum, iron, cobalt, nickel, copper, cadmium, bismuth, and combinations thereof. It is at least one oxide.
  • the material of the first film is made of an alloy of silicon, titanium, zirconium, indium, tantalum, niobium, molybdenum, tungsten, gold, silver, rhodium, ruthenium, palladium, and combinations thereof. It is at least one selected from the group consisting of:
  • the material of the first film is at least one oxide selected from the group consisting of silicon, titanium, zirconium, indium, tantalum, niobium, molybdenum, tungsten, and combinations thereof. It is characterized by being.
  • the material of the second film is at least one selected from the group consisting of aluminum, zinc, gallium, tin, lead, niobium, molybdenum, tungsten, and alloys of these combinations. It is characterized by that.
  • the material of the second film is at least one oxide selected from the group consisting of aluminum, zinc, gallium, tin, lead, niobium, molybdenum, tungsten, and combinations thereof. It is characterized by being.
  • the material of the second film is selected from the group consisting of alloys of aluminum, zinc, gallium, tin, lead, iron, cobalt, nickel, copper, cadmium, bismuth, and combinations thereof. It is characterized by being at least one kind.
  • the material of the second film is selected from the group consisting of aluminum, zinc, gallium, tin, lead, iron, cobalt, nickel, copper, cadmium, bismuth, and combinations thereof. It is at least one oxide.
  • the chemical sensor of the present invention for achieving the above object includes a substrate, two or more magnetoresistive elements arranged side by side in the in-plane direction on the substrate, and the adjacent magnetoresistive elements.
  • a first film disposed on a region between the adjacent magnetoresistive elements or a region between adjacent magnetoresistive elements, and a second film disposed on the magnetoresistive elements,
  • the material of the film was selected from the group consisting of silicon, titanium, zirconium, indium, tantalum, iron, cobalt, nickel, copper, cadmium, bismuth, gold, silver, rhodium, ruthenium, palladium, and combinations thereof
  • At least one selected oxide or at least one selected from the group consisting of carbon, diamond-like carbon, and resin, and the material of the second film is aluminum, zinc,
  • the alkaline liquid is mixed with the first film and the second film.
  • the second film can be preferentially dissolved.
  • the magnetic beads are disposed on the first film in the region between the adjacent magnetoresistive elements (or on the region)
  • the magnetic beads are disposed on the second film, that is, on the magnetoresistive element. Even if the second film is preferentially dissolved, the magnetic beads arranged in the region (or on the region) between the adjacent magnetoresistive elements are maintained, while the second film, That is, the magnetic beads arranged on the magnetoresistive effect element can be removed.
  • the detection target substance can be detected in a state where the magnetic beads are arranged in the region (or on the region) between the adjacent magnetoresistive effect elements and are not substantially arranged on the magnetoresistive effect elements. Therefore, the chemical sensor having the above characteristics can achieve high detection accuracy.
  • the chemical sensor of the present invention for achieving the above object includes a substrate, two or more magnetoresistive elements arranged side by side in the in-plane direction on the substrate, and the adjacent magnetoresistive elements.
  • a first film disposed on a region between the adjacent magnetoresistive elements or a region between adjacent magnetoresistive elements, and a second film disposed on the magnetoresistive elements,
  • the material of the film is at least one selected from the group consisting of silicon, titanium, zirconium, indium, tantalum, niobium, molybdenum, tungsten, gold, silver, rhodium, ruthenium, palladium and combinations thereof, silicon, titanium At least one oxide selected from the group consisting of zirconium, indium, tantalum, niobium, molybdenum, tungsten, and combinations thereof Or at least one selected from the group consisting of carbon, diamond-like carbon, and resin, and the material of the second film is aluminum, zinc, gallium, tin,
  • the material of the first film is hardly dissolved in the acidic liquid and the material of the second film is easily dissolved in the acidic liquid.
  • the second film can be preferentially dissolved.
  • the magnetic beads are disposed on the first film in the region between the adjacent magnetoresistive elements (or on the region)
  • the magnetic beads are disposed on the second film, that is, on the magnetoresistive element. Even if the second film is preferentially dissolved, the magnetic beads arranged in the region (or on the region) between the adjacent magnetoresistive elements are maintained, while the second film, That is, the magnetic beads arranged on the magnetoresistive effect element can be removed.
  • the detection target substance can be detected in a state where the magnetic beads are arranged in the region (or on the region) between the adjacent magnetoresistive effect elements and are not substantially arranged on the magnetoresistive effect elements. Therefore, the chemical sensor having the above characteristics can achieve high detection accuracy.
  • a chemical sensor capable of obtaining high detection accuracy can be provided.
  • FIG. 1 is a perspective view of a main part of the chemical sensor 100 according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • the chemical sensor 100 detects the detection target substance 40 in the sample.
  • the chemical sensor 100 is disposed on a region between the substrate 1, two or more magnetoresistive effect elements 3 arranged side by side in the substrate surface direction on the substrate 1, and the adjacent magnetoresistive effect elements 3. It has the 1st film
  • the chemical sensor 100 has a protective film 2, and the protective film 2 is disposed so as to cover the surface of the substrate 1 and the entire magnetoresistive element 3.
  • Each magnetoresistive element 3 is electrically connected to each other in series or in parallel by an electrode 5.
  • the first film 10 has an organic material containing an affinity substance (capture probe 30) that binds to the substance 40 to be detected in a first area A 1 facing the area between adjacent magnetoresistive elements 3 on the surface.
  • the first film 10 is a film in which the detection target substance 40 is accumulated on the first region A1. Further, the solubility of the second film 20 in a specific liquid (dissolved liquid described later) is larger than that of the first film 10.
  • the first film 10 is disposed on the magnetoresistive effect element 3 and on a region between the adjacent magnetoresistive effect elements 3, and the second film 20 is the first film 20. It is arrange
  • the magnetoresistive effect element 3 has a rectangular shape having a long side and a short side in plan view.
  • two or more magnetoresistive effect elements 3 are arranged in the short side direction.
  • the interval between adjacent magnetoresistive elements 3 is preferably the same as the width of each magnetoresistive element 3 in the short side direction or smaller than the width of each magnetoresistive element 3 in the short side direction. Further, it is preferable that three or more magnetoresistive elements 3 are arranged side by side on the substrate 1 in the in-plane direction of the substrate.
  • the substrate 1 examples include a semiconductor or a conductor such as silicon or AlTiC (Altic), or a substrate made of an insulator such as alumina or glass, and the form thereof is not particularly limited.
  • the magnetoresistive effect element 3 includes a magnetization fixed layer having a magnetization direction fixed in a certain direction within the laminated surface, a magnetization free layer whose magnetization direction changes according to an external magnetic field, a magnetization fixed layer, and a magnetization free layer.
  • a spin valve type element having an intermediate layer located between the two is preferable.
  • the material of the intermediate layer is a nonmagnetic conductor or insulator.
  • the magnetoresistive element 3 is called a GMR (giant magnetoresistive effect) element when the intermediate layer is a conductor, and is called a TMR (tunnel magnetoresistive effect) element when the intermediate layer is an insulator.
  • the resistance value of the magnetoresistive effect element 3 changes according to the relative angle between the magnetization direction of the magnetization fixed layer and the magnetization direction of the magnetization free layer.
  • the protective film 2 is preferably an insulating film, and examples of the material of the protective film 2 include inorganic substances such as aluminum oxide, aluminum nitride, silicon oxide, and silicon nitride, and organic substances such as polyimide.
  • the material of the first film 10 has a low solubility in a solution to be described later.
  • the material of the first film 10 is, for example, silicon, titanium, zirconium, indium, tantalum, iron, cobalt, nickel, copper, cadmium, bismuth, gold, silver, rhodium, ruthenium. And at least one selected from the group consisting of alloys of palladium and combinations thereof.
  • the material of the first film 10 is selected from the group consisting of silicon, titanium, zirconium, indium, tantalum, iron, cobalt, nickel, copper, cadmium, bismuth, and combinations thereof. It may be at least one oxide selected from the group consisting of carbon, diamond-like carbon, and resin.
  • the material of the first film 10 is, for example, silicon, titanium, zirconium, indium, tantalum, niobium, molybdenum, tungsten, gold, silver, rhodium, ruthenium, palladium, and combinations thereof. And at least one selected from the group consisting of these alloys.
  • the material of the first film 10 is at least one selected from the group consisting of silicon, titanium, zirconium, indium, tantalum, niobium, molybdenum, tungsten, and combinations thereof. It may be at least one selected from the group consisting of oxides, carbon, diamond-like carbon, and resins.
  • the material of the second film 20 has a high solubility in a solution to be described later.
  • the material of the second film 20 is, for example, at least selected from the group consisting of aluminum, zinc, gallium, tin, lead, niobium, molybdenum, tungsten, and combinations thereof. It is a kind.
  • the material of the second film 20 is at least one selected from the group consisting of aluminum, zinc, gallium, tin, lead, niobium, molybdenum, tungsten, and combinations thereof. It may be an oxide.
  • the material of the second film 20 is made of an alloy of, for example, aluminum, zinc, gallium, tin, lead, iron, cobalt, nickel, copper, cadmium, bismuth, and combinations thereof. At least one selected from the group.
  • the material of the second film 20 is selected from the group consisting of aluminum, zinc, gallium, tin, lead, iron, cobalt, nickel, copper, cadmium, bismuth, and combinations thereof. It may be at least one oxide selected.
  • the solubility of the second film 20 in the solution is larger than the solubility of the first film 10 in the same condition, and is more than 10 times the solubility of the first film 10 in the same condition. It is preferable that
  • the substance to be detected 40 is, for example, a protein such as an antigen or an antibody, a nucleic acid such as DNA or RNA, a cell, a virus, a bacterium, or a fungus.
  • the substance 40 to be detected includes those in which several antigens, proteins such as antibodies, nucleic acids such as DNA and RNA, cells, viruses, bacteria, fungi and the like form a complex.
  • a substance to be detected can be used as a substance to be detected 40 by combining another substance with a substance to be detected or by converting a substance to be detected into another substance.
  • the substance to be detected 40 can be obtained by complexing DNA having biotin at its end to the RNA to be detected by hybridization.
  • Such a substance to be detected 40 can specifically bind to streptavidin by adding biotin to the complex.
  • the substance to be detected 40 binds to a capture probe 30 and a magnetic bead 4 (labeled probe 50), which will be described later, and a site that binds to the capture probe 30 is different from a site that binds to the magnetic bead 4 (labeled probe 50). It is preferable.
  • the sample containing the substance to be detected 40 is not particularly limited as long as it contains the substance to be detected 40.
  • the chemical sensor 100 when used for diagnosis of a disease, the onset of the disease is confirmed.
  • Blood, lymph fluid, cerebrospinal fluid, semen, saliva, urine, etc. of a subject such as a person who is or is suspected of developing a disease, or a patient undergoing treatment for a disease.
  • Blood, lymph, cerebrospinal fluid, semen, saliva, urine, or the like may be subjected to some pretreatment to remove a contaminant that hinders detection.
  • nucleic acid such as DNA or RNA
  • nucleic acid is extracted from blood, lymph, spinal fluid, semen, saliva, urine, etc., and a liquid containing the extracted nucleic acid is used as a sample. desirable.
  • the capture probe 30 is an affinity substance that binds to the substance to be detected 40.
  • the capture probe 30 is preferably one that binds specifically (with high selectivity) to the substance 40 to be detected, and an appropriate probe is used depending on the type of the substance 40 to be detected.
  • the capture probe 30 includes a nucleic acid complementary to the nucleic acid when the detected substance 40 is a nucleic acid, and an antibody that binds to the antigen when the detected substance 40 is an antigen.
  • the substance to be detected 40 is a primary antibody
  • an antigen or a secondary antibody that binds to the primary antibody can be mentioned, and when the substance to be detected 40 is a cell, virus, bacterium, fungus, etc. And an antibody that binds to an antigen present on the surface.
  • the capture probe 30 is fixed to the first region A1 of the first film 10 via an organic material called a linker.
  • An appropriate linker is used in consideration of the bonding property with the first film 10.
  • the linker for example, when the first film 10 is an oxide, a silane coupling agent or a phosphonic acid derivative can be used. In the case where the first film 10 is a metal such as gold or silver, a thiol derivative or a disulfide derivative can be used.
  • the linker has a functional group in the molecule that can form a bond with the capture probe 30. For example, when the capture probe 30 has a carboxy group, a linker having an amino group in the molecule is used. Further, when the capture probe 30 has an amino group, a linker having a carboxy group in the molecule is used.
  • the capture probe 30 may be directly fixed to the first region A1 of the first membrane 10 without using a linker.
  • the capture probe 30 when the capture probe 30 is a nucleic acid having a thiol group at the end and the first film 10 is gold, the capture probe 30 can be directly bonded to the first film 10 without using a linker.
  • the capture probe 30 when the capture probe 30 is an antibody and the first film is a resin, the capture probe 30 can be directly fixed to the first film 10 by physical adsorption.
  • ⁇ Chemical sensor fabrication method> An example of a method for manufacturing the chemical sensor 100 will be briefly described.
  • the protective film 2, the magnetoresistive effect element 3, the first film 10, and the second film 20 are formed on the substrate 1 by using a vacuum film forming technique and a photolithography technique.
  • the solution in which the linker is dissolved is brought into contact with the first film 10 and the second film 20 by a dipping method, a spotting method, or the like, and left for a predetermined time.
  • the linker is bonded to the surfaces of the first film 10 and the second film 20.
  • the solvent of the solution containing the linker is, for example, ethanol, butanol, toluene or the like, and an appropriate solvent is used depending on the type of the linker, the first film 10 and the second film 20.
  • an aqueous solution in which the capture probe 30 is dissolved is brought into contact with the first film 10 and the second film 20 having linkers on the surface by a dipping method, a spotting method, or the like, and left for a certain period of time.
  • the capture probe 30 is fixed on the first film 10 and the second film 20 via the linker.
  • the chemical sensor 100 can be manufactured.
  • a method for detecting the detection target substance 40 using the chemical sensor 100 will be described.
  • a sample containing the substance to be detected 40 is brought into contact with the first film 10 and the second film 20, and the substance 40 to be detected is brought into contact with the first film 10.
  • a magnetic material for collecting the magnetic beads 4 on the first film 10 by bringing the liquid containing the magnetic beads 4 into contact with the first film 10 and the second film 20.
  • a bead collecting step a dissolving step in which the solution is brought into contact with the first film 10 and the second film 20, and the second film 20 is dissolved; and a magnetic field is applied to the magnetic beads 4 from the outside
  • a leakage magnetic field floating magnetic field
  • the detected substance accumulation step is a step in which the sample containing the detected substance 40 is brought into contact with the first film 10 and the second film 20 to accumulate the detected substance 40 on the first film 10.
  • the chemical sensor 100 is preferably used in a microfluidic device.
  • a sample containing the detection substance 40 is caused to flow through the microchannel of the microfluidic device, whereby the sample containing the detection substance 40 is removed from the first film 10 and the second film 20. Contact.
  • the substance to be detected 40 in the sample flowing in the microchannel is combined with the capture probe 30 on the first film 10 and the second film 20 as shown in the sectional view of FIG.
  • the substance 40 to be detected forms a complex with the capture probe 30 on the first film 10 and the second film 20 by hybridization, antigen-antibody reaction, or the like.
  • the magnetic bead accumulation step is a step in which a liquid containing the magnetic beads 4 is brought into contact with the first film 10 and the second film 20 to accumulate the magnetic beads 4 on the first film 10.
  • the liquid containing the magnetic beads 4 is caused to flow into the microchannel, thereby bringing the liquid containing the magnetic beads 4 into contact with the first film 10 and the second film 20.
  • the magnetic beads 4 include, for example, magnetic particles in beads formed of an organic material.
  • a polystyrene bead including a plurality of iron oxide particles in the core can be given.
  • the iron oxide particles contained in the core each have, for example, a particle size of 100 nm or less and exhibit superparamagnetism.
  • the magnetic bead 4 has an affinity substance (labeled probe 50) that binds to the substance to be detected 40 on its surface.
  • the labeled probe 50 is preferably one that binds specifically (with high selectivity) to the substance 40 to be detected, and an appropriate one is used depending on the type of the substance 40 to be detected.
  • Examples of the labeled probe 50 include a nucleic acid complementary to the nucleic acid when the detected substance 40 is a nucleic acid, and an antibody that binds to the antigen when the detected substance 40 is an antigen.
  • the substance to be detected 40 is a primary antibody
  • an antigen or a secondary antibody that binds to the primary antibody can be mentioned, and when the substance to be detected 40 is a cell, virus, bacterium, fungus or the like, An antibody that binds to an antigen present on the surface, and when the substance to be detected 40 is a substance having biotin, streptavidin is exemplified.
  • FIGS. 5 and 6 A perspective view and a cross-sectional view of the chemical sensor 100 after the magnetic bead integration process are shown in FIGS. 5 and 6, respectively.
  • the magnetic beads 4 form a complex by combining the labeled probe 50 on the surface of the magnetic beads 4 with the target substance 40 present on the first film 10 and the second film 20.
  • the film is disposed on the first film 10 and the second film 20.
  • any conventional or future technology to be developed can be applied, and the presence of a substance to be detected is indirectly detected by measuring the magnetic beads 4. Any method may be used as long as it can be configured.
  • the dissolving step is a step of dissolving the second film 20 by bringing the dissolving solution into contact with the first film 10 and the second film 20.
  • the dissolving liquid is caused to contact the first film 10 and the second film 20 by flowing the dissolving liquid through the microchannel.
  • an alkaline liquid or an acidic liquid can be used.
  • the alkaline liquid include an aqueous solution containing a base such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, trishydroxymethylaminomethane, or ammonia.
  • a base such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, trishydroxymethylaminomethane, or ammonia.
  • an aqueous solution of a strong base is preferable.
  • the acidic liquid include an aqueous solution containing an acid such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, or phosphoric acid.
  • the acidic solution is preferably a strong acid aqueous solution.
  • the composition of the lysing solution, the pH, the lysis time with the lysing solution, etc. are as follows. 50 (magnetic bead 4) is adjusted so as to maintain the binding.
  • FIGS. 7 and 8 A perspective view and a cross-sectional view of the chemical sensor 100 after the melting step are shown in FIGS. 7 and 8, respectively.
  • the second film 20 is preferentially dissolved by flowing the solution through the microchannel and bringing the solution into contact with the first film 10 and the second film 20, whereby the second film
  • the magnetic beads 4 accumulated on the magnetoresistive effect element 3 on the substrate 20 are removed. Since the solubility of the first film 10 in the solution is small, the magnetic beads 4 arranged on the first film 10 are on the first film 10, that is, between the adjacent magnetoresistive elements 3. It is maintained in a state of being arranged above (on the first region A1).
  • Detection process In the detection step, a magnetic field is applied to the magnetic beads 4 from the outside, a leakage magnetic field (floating magnetic field) generated from the magnetic beads 4 is applied to the magnetoresistive effect element 3, and the resistance value or resistance of the magnetoresistive effect element 3 is applied. This is a step of detecting the amount of change in value.
  • the amount of change increases.
  • the amount of change in resistance value means that no magnetic beads 4 are arranged on the chemical sensor 100 (on the magnetoresistive effect element 3 and on the area between adjacent magnetoresistive effect elements 3).
  • the amount of change is based on the resistance value of the magnetoresistive effect element 3 when a magnetic field is applied from the outside.
  • the number of magnetic beads 4 arranged on the region between the adjacent magnetoresistive elements 3 (on the first region A1) is the number of molecules of the substance to be detected 40 present on the first region A1, and further the sample Since there is a correlation with the number of molecules of the substance 40 to be detected, the number of molecules of the substance 40 to be detected in the sample can be measured.
  • the resistance value (or the amount of change in resistance value) of the magnetoresistive effect element 3x and the region between adjacent magnetoresistive effect elements 3x The resistance value (or the amount of change in resistance value) of the magnetoresistive effect element 3x when arranged in different positions is different.
  • the amount of change in the resistance value is a change based on the resistance value of the magnetoresistive effect element 3x when a magnetic field is applied from the outside in a state where no magnetic beads 4 are arranged on the protective film 2x. Amount.
  • the reason for this is generally considered as follows.
  • a leakage magnetic field (floating magnetic field) is generated from the magnetic beads.
  • the leakage magnetic field generated from the magnetic beads is applied to the magnetoresistive effect element 3x, and the direction thereof is on the region between the magnetic bead arranged on the magnetoresistive effect element 3x and the adjacent magnetoresistive effect element 3x. Different with magnetic beads arranged in.
  • the resistance value (or the amount of change in resistance value) of the magnetoresistive effect element 3x and the adjacent magnetoresistive effect element 3 are It is considered that the resistance value (or the change amount of the resistance value) of the magnetoresistive effect element 3x when arranged on the region is different. Therefore, when magnetic beads are arranged on both the magnetoresistive effect element 3x and the area between adjacent magnetoresistive effect elements 3x, even if the number of magnetic beads arranged is the same, the arrangement of the magnetic beads Since the resistance value (or the amount of change in resistance value) of the magnetoresistive element 3x varies, high detection accuracy cannot be obtained.
  • the magnetic beads 4 are disposed on the region between the adjacent magnetoresistive elements 3 and are not substantially disposed on the magnetoresistive elements 3. Since the detection substance 40 can be detected, the chemical sensor 100 can obtain high detection accuracy.
  • the chemical sensor 100 is formed on the substrate 1, the region between the two or more magnetoresistive effect elements 3 arranged on the substrate 1 in the in-plane direction of the substrate, and the adjacent magnetoresistive effect elements 3. 1 and the second film 20 disposed on the magnetoresistive element 3, and the solubility of the second film 20 in a specific liquid (dissolved solution) is It is larger than the first film 10.
  • a liquid (dissolved solution) in which the solubility of the second film 20 is larger than the solubility of the first film 10 is brought into contact with the first film 10 and the second film 20.
  • the second film 20 can be preferentially dissolved.
  • the magnetic beads 4 are arranged on the first film 10 (on the first region A1) on the region between the adjacent magnetoresistive elements 3, the second film 20, that is, the magnetoresistive element 3 is arranged. Even if the magnetic beads 4 are arranged on the top, by dissolving the second film 20 preferentially, the magnetic beads 4 arranged on the region between the adjacent magnetoresistive elements 3 are maintained, The magnetic beads 4 arranged on the second film 20, that is, the magnetoresistive effect element 3, can be removed. Thereby, the detection target substance 40 can be detected in a state where the magnetic beads 4 are arranged on the region between the adjacent magnetoresistive elements 3 and are not substantially arranged on the magnetoresistive elements 3. Therefore, the chemical sensor 100 can obtain high detection accuracy.
  • the chemical sensor 100 is disposed on a region between the substrate 1, two or more magnetoresistive effect elements 3 arranged side by side in the substrate surface direction on the substrate 1, and the adjacent magnetoresistive effect elements 3.
  • the first film 10 and the second film 20 disposed on the magnetoresistive effect element 3, and the material of the first film 10 is silicon, titanium, zirconium, indium, tantalum, iron , At least one selected from the group consisting of cobalt, nickel, copper, cadmium, bismuth, gold, silver, rhodium, ruthenium, palladium and combinations thereof, silicon, titanium, zirconium, indium, tantalum, iron, cobalt, At least one oxide selected from the group consisting of nickel, copper, cadmium, bismuth and combinations thereof, carbon, diamond-like It is at least one selected from the group consisting of carbon and resin, and the material of the second film 20 is selected from the group consisting of aluminum, zinc, gallium, tin, lead, niobium, mo
  • the material of the first film 10 is hardly dissolved in the alkaline liquid and the material of the second film 20 is easily dissolved in the alkaline liquid.
  • the second film 20 can be preferentially dissolved.
  • the magnetic beads 4 are arranged on the first film 10 (on the first region A1) on the region between the adjacent magnetoresistive elements 3, the second film 20, that is, the magnetoresistive element 3 is arranged. Even if the magnetic beads 4 are arranged on the top, by dissolving the second film 20 preferentially, the magnetic beads 4 arranged on the region between the adjacent magnetoresistive elements 3 are maintained, The magnetic beads 4 arranged on the second film 20, that is, the magnetoresistive effect element 3, can be removed. Thereby, the detection target substance 40 can be detected in a state where the magnetic beads 4 are arranged on the region between the adjacent magnetoresistive elements 3 and are not substantially arranged on the magnetoresistive elements 3. Therefore, the chemical sensor 100 can obtain high detection accuracy.
  • the chemical sensor 100 is disposed on a region between the substrate 1, two or more magnetoresistive effect elements 3 arranged side by side in the substrate surface direction on the substrate 1, and the adjacent magnetoresistive effect elements 3.
  • the first film 10 and the second film 20 disposed on the magnetoresistive effect element 3, and the material of the first film 10 is silicon, titanium, zirconium, indium, tantalum, niobium At least one selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, gold, silver, rhodium, ruthenium, palladium and combinations thereof, silicon, titanium, zirconium, indium, tantalum, niobium, molybdenum, tungsten and combinations thereof At least one oxide selected from the group consisting of carbon, diamond-like carbon and resin
  • the material of the second film 20 is selected from the group consisting of aluminum, zinc, gallium, tin, lead, iron, cobalt, nickel, copper, cadmium, bismuth, and alloys of these combinations. It is
  • the material of the first film 10 is difficult to dissolve in the acidic liquid and the material of the second film 20 is easily dissolved in the acidic liquid. And the second film 20 can be preferentially dissolved.
  • the magnetic beads 4 are arranged on the first film 10 (on the first region A1) on the region between the adjacent magnetoresistive elements 3, the second film 20, that is, the magnetoresistive element 3 is arranged. Even if the magnetic beads 4 are arranged on the top, by dissolving the second film 20 preferentially, the magnetic beads 4 arranged on the region between the adjacent magnetoresistive elements 3 are maintained, The magnetic beads 4 arranged on the second film 20, that is, the magnetoresistive effect element 3, can be removed. Thereby, the detection target substance 40 can be detected in a state where the magnetic beads 4 are arranged on the region between the adjacent magnetoresistive elements 3 and are not substantially arranged on the magnetoresistive elements 3. Therefore, the chemical sensor 100 can obtain high detection accuracy.
  • the second film 20 is preferably disposed over the entire magnetoresistive element 3, and may be disposed in a wider area than the magnetoresistive element 3 as shown in FIGS. More preferred. As shown in FIGS. 1 and 2, in the chemical sensor 100, the second film 20 is also disposed on the end of the region between the adjacent magnetoresistive elements 3. By doing in this way, since the to-be-detected substance 40 can be detected in a state where the magnetic beads 4 are not arranged at positions close to the magnetoresistive effect element 3, the chemical sensor 100 can obtain higher detection accuracy. Is possible.
  • the chemical sensor of the present invention can be modified in addition to the embodiments described above.
  • the capture probe 30 has been described as being fixed on both the first film 10 and the second film 20, but the chemistry of the second embodiment shown in FIG. Like the sensor 200, the capture probe 30 may not be fixed on the second film 20.
  • a metal such as gold or silver is used as the material of the first film 10
  • an oxide such as aluminum oxide or zinc oxide is used as the material of the second film 20
  • a thiolic acid derivative is used as the linker. It can be realized by using.
  • the linker can be bonded to the surface of the first film 10 but not to the surface of the second film 20.
  • the capture probe 30 is fixed to the first film 10 to which the linker is bonded, and is not fixed to the second film 20 without the linker.
  • the first step in the dissolution step is the same as in the chemical sensor 100.
  • the second film 20 is preferentially dissolved with respect to the film 10. Therefore, the detection target substance 40 can be detected in a state where the magnetic beads 4 are disposed on the region between the adjacent magnetoresistive effect elements 3 and are not substantially disposed on the magnetoresistive effect elements 3.
  • the first film 10 and the protective film 2 are described as separate examples.
  • the first film 10 may also serve as the protective film 2.
  • the material of the first film 10 is preferably an insulator.
  • membrane 10 is arrange
  • membrane 20 is 1st.
  • the second film 20 is formed on the magnetoresistive effect element 3.
  • the first film 10 may be disposed on the second film 20 so as to be disposed on the region between the adjacent magnetoresistive elements 3.
  • the region facing the magnetoresistive effect element 3 on the surface of the second film 20 is exposed from the first film 10.
  • the composition of the dissolution liquid, the pH, the dissolution time with the dissolution liquid, and the like are adjusted so that the state shown in FIG. 11 is obtained.
  • the first film 10 is preferably not disposed on the end of the region between the adjacent magnetoresistive elements 3.
  • membrane 10 demonstrated in the example arrange
  • membrane 10 may be arrange
  • the material of the first film 10 is preferably an insulator.
  • the second film 20 is preferentially dissolved in the first film 10 in the dissolving step. Therefore, the detection target substance 40 can be detected in a state where the magnetic beads 4 are disposed on the region between the adjacent magnetoresistive effect elements 3 and are not substantially disposed on the magnetoresistive effect elements 3.
  • the said 1st Embodiment demonstrated the example which has arrange
  • the first film 10 may be disposed in a region between adjacent magnetoresistive elements 3.
  • the material of the first film 10 is preferably an insulator.
  • the second film 20 is preferentially dissolved in the first film 10 in the dissolving step. Therefore, the detected substance 40 can be detected in a state where the magnetic beads 4 are disposed on the region between the adjacent magnetoresistive elements 3 and are not substantially disposed on the magnetoresistive elements 3.
  • the magnetic bead 4 having the labeled probe 50 is directly coupled to the detected substance 40.
  • the detected substance 40 and the magnetic bead 4 (labeled probe 50)
  • the magnetic beads 4 may be bound to the substance to be detected 40 via the probe 60 that can be bound to both of them.
  • the probe binding step for binding the probe 60 to the target substance 40 bound to the capture probe 30 is performed between the target substance integration step and the magnetic bead integration step.
  • FIG. 14 shows a cross-sectional view of the chemical sensor 100 after the magnetic bead integration step when the probe binding step is added between the detected substance integration step and the magnetic bead integration step.
  • the probe 60 when both the detected substance 40 and the labeled probe 50 are nucleic acids, nucleic acids complementary to both nucleic acids can be mentioned.
  • the detected substance 40 is an antigen and the labeled probe 50 is a secondary antibody. Is a primary antibody that binds to this antigen and a secondary antibody, and when the substance to be detected 40 is a nucleic acid and the labeled probe 50 is streptavidin, it is complementary to this nucleic acid and biotin Can be mentioned.
  • the part that binds to the substance to be detected 40 and the part that binds to the labeled probe 50 are different.
  • the magnetic bead 4 (labeled probe 50) is bonded to the detected substance 40 after the detected substance 40 is bonded to the capture probe 30.
  • the process is such that the presence of the substance to be detected 40 can be detected indirectly by measuring the magnetic beads 4, the binding between the capture probe 30 and the substance to be detected 40, the substance to be detected 40 and the magnetic beads 4
  • the order in which the binding of the target substance 40 and the probe 60 and the binding of the probe 60 and the magnetic bead 4 are formed may be changed.
  • the substance 40 to be detected and the magnetic beads 4 are bound to form a complex of the substance 40 to be detected and the labeled probe 50. Thereafter, the magnetic beads 4 to which the substance to be detected 40 is bound are separated using a magnet, washed with a buffer or the like, and redispersed, whereby the magnetic beads 4 having the substance to be detected 40 bound to the surface via the labeled probe 50.
  • a dispersion shown in FIG. 15 is obtained.
  • the detection target substance 40 and the capture probe bonded to the magnetic beads 4 30 is connected. Even in this case, the presence of the substance to be detected 40 can be indirectly detected by measuring the magnetic beads 4. Further, if the process is such that the presence of the substance to be detected can be detected indirectly by measuring the magnetic beads 4, the binding between the capture probe 30 and the substance to be detected 40, and the connection between the substance to be detected 40 and the magnetic beads 4. A plurality of bonds may be formed simultaneously in one step with respect to the binding, the binding between the substance 40 to be detected and the probe 60 and the binding between the probe 60 and the magnetic bead 4.

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Abstract

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。 化学センサ１００は、基板１と、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第１の膜１０と、磁気抵抗効果素子３上に配置された第２の膜２０と、を有し、第２の膜２０のある特定の液体に対する溶解度が、第１の膜１０よりも大きいことを特徴とする。

Description

化学センサ
　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。
　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、ウィルス、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）。
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。
特表２０１４－５０６９９９号公報 特開２００８－３９７８２号公報
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。
　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に配置された第１の膜と、前記磁気抵抗効果素子上に配置された第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。
　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）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、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は維持しつつ、第２の膜上、すなわち、磁気抵抗効果素子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、磁気抵抗効果素子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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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に配置された第１の膜と、前記磁気抵抗効果素子上に配置された第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。
　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）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、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は維持しつつ、第２の膜上、すなわち、磁気抵抗効果素子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、磁気抵抗効果素子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。
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に配置された第１の膜と、前記磁気抵抗効果素子上に配置された第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。
　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）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、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は維持しつつ、第２の膜上、すなわち、磁気抵抗効果素子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、磁気抵抗効果素子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。
　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。
第１実施形態の化学センサの斜視図である。 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。 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。 磁気ビーズの断面模式図である。 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。 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。 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。 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。 第２実施形態の化学センサの断面図である。 第３実施形態の化学センサの断面図である。 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。 第４実施形態の化学センサの断面図である。 第５実施形態の化学センサの断面図である。 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。 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。 従来型のバイオセンサの断面図である。
　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。
　＜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第１の膜１０と、磁気抵抗効果素子３上に配置された第２の膜２０と、を有している。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。
第１の膜１０は、そ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。
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１５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。
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。
＜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。
＜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。
＜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。
＜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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
＜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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
＜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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
（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。
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。
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上に集積し磁気抵抗効果素子３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上すなわち隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上（第１領域Ａ１上）に配置された状態で維持される。
（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。
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。隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上（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。
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が隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上に配置され、磁気抵抗効果素子３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。
　このように、化学センサ１００は、基板１と、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第１の膜１０と、磁気抵抗効果素子３上に配置された第２の膜２０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。
　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を隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上の第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、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が隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上に配置され、磁気抵抗効果素子３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。
また、化学センサ１００は、基板１と、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第１の膜１０と、磁気抵抗効果素子３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。
　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を隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上の第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、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が隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上に配置され、磁気抵抗効果素子３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。
また、化学センサ１００は、基板１と、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第１の膜１０と、磁気抵抗効果素子３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。
　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を隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上の第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、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が隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上に配置され、磁気抵抗効果素子３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。
また、第２の膜２０は、磁気抵抗効果素子３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、磁気抵抗効果素子３上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、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域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に近い位置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。
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（磁気抵抗効果素子３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が隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上に配置され、磁気抵抗効果素子３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。
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。
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、磁気抵抗効果素子３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。
化学センサ３００では、図１０に示すように、第１の膜１０は、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域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に近い位置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。
また、上記第１実施形態では、第１の膜１０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１の膜１０が、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域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１の膜１０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が隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域上に配置され、磁気抵抗効果素子３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。
また、上記第１実施形態では、第１の膜１０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１の膜１０が、隣り合う磁気抵抗効果素子３の間の領域に配置されていてもよい。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。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、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、磁気抵抗効果素子３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。
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。
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。
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

Claims (15)

  1. 　基板と、
    　前記基板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に配置された第１の膜と、
    　前記磁気抵抗効果素子上に配置された第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化学センサ。
  2. 　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請求項１に記載の化学センサ。
  3. 　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請求項１または２に記載の化学センサ。
  4. 　前記特定の液体が酸性の液体であることを特徴とする請求項１または２に記載の化学センサ。
  5. 　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請求項１乃至４のいずれか一項に記載の化学センサ。
  6. 　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請求項３に記載の化学センサ。
  7. 　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請求項３に記載の化学センサ。
  8. 　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請求項４に記載の化学センサ。
  9. 　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請求項４に記載の化学センサ。
  10. 　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請求項３または６または７に記載の化学センサ。
  11. 　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請求項３または６または７に記載の化学センサ。
  12. 　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請求項４または８または９に記載の化学センサ。
  13. 　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請求項４または８または９に記載の化学センサ。
  14. 　基板と、
    　前記基板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に配置された第１の膜と、
    　前記磁気抵抗効果素子上に配置された第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化学センサ。
  15. 　基板と、
    　前記基板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に配置された第１の膜と、
    　前記磁気抵抗効果素子上に配置された第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化学センサ。
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