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公開番号2024068067
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-17
出願番号2023042374
出願日2023-03-16
発明の名称磁気顕微鏡
出願人マグネデザイン株式会社
代理人
主分類C12M 1/34 20060101AFI20240510BHJP(生化学;ビール;酒精;ぶどう酒;酢;微生物学;酵素学;突然変異または遺伝子工学)
要約【課題】個々の細胞の活力を観察できる磁気顕微鏡を提供する。
【解決手段】本発明は、従来のGSRセンサをより小型化して、磁気センサ素子グリッド基板に緻密に配置して、磁気センサグリッドを作製して、それを細胞観察時のシャーレ62の下に配置して、細胞が発する磁界を計測し、細胞内に流れる電流素片分布を計算し、それをPC画像にイメージ図として表示することを可能にした磁気顕微鏡61である。この磁気顕微鏡と光学顕微鏡64を組み合わせることで、リアルタイムで細胞の機械的運動と形状変化の動きと各細胞の活性化度を容易に観察できるようにすることができる。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
細胞観察用シャーレの細胞液側の基板面に設置された磁気センサ素子グリッドと、
前記磁気センサ素子グリッドで、細胞内に流れる電流素片から生じる微小磁界に対応するグリッド電圧を検知して、前記グリッド電圧をグリッド磁界の値に変換する信号処理回路と、
前記磁気センサ素子グリッドは、センサグリッド基板上のＸ軸とＹ軸に沿った碁盤目状の交点の位置に、磁気センサ素子を配置して、交点の位置の磁界を測定し、
前記グリッド磁界の値を磁界等高線図として表示する表示装置とを備えていることを特徴とする磁気顕微鏡。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記磁気センサ素子は、Ｈｚ磁界、Ｈｘ磁界、Ｈｙ磁界のいずれか１磁界を測定する１軸素子からなることを特徴とする磁気顕微鏡。
【請求項３】
請求項１において、
前記磁気センサ素子は、Ｈｘ磁界およびＨｙ磁界を測定する２軸素子からなることを特徴とする磁気顕微鏡。
【請求項４】
請求項１において、
前記磁気センサ素子は、Ｈｘ磁界、Ｈｙ磁界およびＨｚ磁界を測定する３軸素子からなることを特徴とする磁気顕微鏡。
【請求項５】
請求項１～請求項４のいずれか一項において、
前記グリッド磁界の値から細胞内に流れる前記電流素片を計算するプログラムおよび前記プログラムにより計算した値をイメージ画像としてスクリーンに表示する表示装置からなることを特徴とする磁気顕微鏡。
【請求項６】
請求項５において、
細胞内の前記電流素片から発する磁界を前記磁気センサ素子グリッドの（ｉ，ｊ）番の位置にある磁気センサで測定してその測定値をｍＨ
ｉｊ
（→）とし、ｍＨ
ｉｊ
絶対値の等高線図を作成し、
前記ｍＨ
ｉｊ
（→）のピークから前記電流素片Ｉｄｓの位置Ｐ（ｘ,ｙ,ｚ）を仮定し、前記ｍＨ
ｉｊ
（→）のピークの山の広がりから前記電流素片Ｉｄｓの長さを仮定して、前記細胞集合体内にｋ個の前記電流素片Ｉｄｓが存在しているとの計算モデルを作成し、
次に、ｋ番目の前記電流素片Ｉ
ｋ
ｄｓ
ｋ
の位置Ｐ
ｋ
（ｘ
ｋ
，ｙ
ｋ
，ｚ
ｋ
）とし、磁界の測定位置Ｇ
ｉｊ
（ｘ
ｉｊ
，ｙ
ｉｊ
，０）として前記電流素片位置Ｐ
ｋ
（ｘ
ｋ
，ｙ
ｋ
，ｚ
ｋ
）と前記磁界測定位置Ｇ
ｉｊ
（ｘ
ｉｊ
，ｙ
ｉｊ
，０）との距離Ｒ
ｉｊｋ
とすると、
ｋ番目の前記電流素片Ｉ
ｋ
ｄｓ
ｋ
が前記センサグリッド基板上に作る磁界は、それぞれＨ
ｋ
（→）＝１／４πＲ
ｋ
３
×Ｉ
ｋ
ｄｓ
ｋ
（→）×Ｒ
ｋ
（→）の方程式から求めることができるので、それらの磁界を加算して、前記磁気センサグリッドの測定位置Ｇ（ｉ，ｊ）番の位置に作る理論値ｔＨ
ｉｊ
（→）とし、
両者の誤差をｅ
ｉｊ
（→）＝ｍＨ
ｉｊ
（→）－ｔＨ
ｉｊ
（→）とし、
誤差関数Ｅ
ｉｊ
＝Σ（ｅ
ｉｊ
）
２
を作成し、
Ｉ
ｋ
（→）の向きについては、ＸＹ軸平面に対して、傾斜角をφ
ｋ
として、Ｘ軸に対する角度をθ
ｋ
とし、
この誤差関数からＩ
ｋ
とｄｓ
ｋ
とθ
ｋ
とφ

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞研究で使用される光学顕微鏡で観察されている細胞の構造や動きと同時に、細胞集合体内から発する磁界と磁界を生み出す素である電流素片を測定することによって、細胞集合体全体の活力を観察する磁気顕微鏡に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ｉＰＳ細胞などの細胞の生育観察を行う場合、光学顕微鏡による細胞体の形態変化や運動観察に加えて、細胞集合体内に流れる電流素片を観察して、細胞集合体全体の活力を観察することが求められている。
【０００３】
しかし、細胞の大きさは２０μｍ程度でその集合体の大きさは５ｍｍ以下である。このような微細な細胞内に流れる電流から発する磁界を測定して、電流素片の強さと方向からその細胞の活力が予測される。しかし、現在そのような微細な細胞内に流れる電流素片を測定できる磁気顕微鏡は知られていない。
ここで、磁気顕微鏡とは、微小な細胞から発する微小な磁界を検出し、細胞形状に即して、そのサイズを倍率１００倍から１０００倍に増幅して、磁界の分布または磁界の素となる電流素片の分布を観察する装置であると定義することができる（図１）。
【０００４】
なお、磁気センサを利用した細胞評価装置が、特許文献１に開示されている。その文献の図１７に直径２０μｍのアモルファスワイヤを８０μｍ間隔で碁盤目状構造に配置し、各ワイヤの両端から高周波交流電流を通電して両端の電圧からアモルファスワイヤのインピーダンスを測定して、ワイヤの交点の磁界ＨｘまたはＨｙを測定することができると記載されている。
しかし、磁気インピーダンスセンサは、ワイヤ両端に電圧をかけて交流電流を通電した時に、流れるワイヤに係る磁界の平均値をとるものであって、交点の磁界を単独に測定できないことは理論的に明らかである。事実、本発明を裏付ける論文は発表されていないし、製品も販売されていない。
【０００５】
発明者は、おそらくグリッド（ｉ，ｊ）番目に素子を配置して、ｉ番目のワイヤからｊ番目のワイヤに交流電流が流れるようにスイッチ操作をして、（ｉ，ｊ）番目に配置した素子だけを駆動させるグリッドセンサ、この種のタイプのセンサは広く知られているが、その技術と勘違いしているように思われる。つまり、２ｍｍ間隔以下の碁盤目状に磁気センサが配置された磁気グリッドセンサは、いまだ開発されていない。
【０００６】
細胞から発する磁界は細胞直上で１０ｎＴ以下程度と考えられる。特許文献１によると１ｎＴ以下と説明しているが、センサの測定位置が細胞体から９００μｍと離れているが、本発明は３００μｍ以下を想定しており、発生する磁界が距離の自乗に反比例することから、両者の見解は整合していると言える。
【０００７】
その磁界を検出するための磁気センサ素子のサイズは、細胞のサイズを考慮すると、１０μｍ～５００μｍ程度が求められる。現在知られているＧＳＲセンサは、長さ５００μｍの場合には検出力は１５ｎＴ程度であり、上記要求を満たす小型で高感度の磁気センサは知られていない。しかもこの磁気センサ素子をＸ軸とＹ軸にグリッド上に緻密に多数個グリッド状に配置する製造技術も確立されていない。
【０００８】
小型で高感度な磁気センサとそれを使った磁気センサグリッドを開発して、磁気顕微鏡の開発が求められている。なお、磁気顕微鏡に関する先行技術文献について、j-platpatによる検索では見出ことができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特許第５５２６３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、２０μｍサイズの細胞から発する磁界を測定し、細胞内に発生する微小な磁界とその素となる電流素片を観察することによって細胞の活力を計測するものである。
（【００１１】以降は省略されています）

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