High sensitive detection of magnetic nanoparticles with pT order for magnetic particle imaging

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磁性ナノ粒子に磁界を印加すると、磁性ナノ粒子自体若しくはその内部の磁化がその磁界の方向に回転しようとする。体内の腫瘍等に集積させた磁性ナノ粒子に体外から交流磁界を印加すると磁性ナノ粒子はその交流磁界の周波数に同期して応答する。この磁化変化を体外から磁界の変化として検出することが磁気粒子イメージングの原理である。磁性ナノ粒子からの磁界信号を検出コイルに生じる誘導起電力として測定するのが従来手法である。本研究ではそれに加え、磁気抵抗効果センサ（MRセンサ）を用いる新たな手法を提案、その検出感度を検証し、磁気粒子イメージングへの有用性を明らかにすることを研究目的としている。2022年度は、(1) MRセンサアレイを用いたpT級磁気信号のマッピング、(2) 人体頭部サイズの磁気粒子イメージング装置を前提とした磁性ナノ粒子の高感度検出について研究を実施した。(1) 心磁界などの生体磁気計測に用いられている6×6=36チャンネルのMRセンサアレイを使用した。静磁界で磁化した磁性ナノ粒子の単一MRセンサを用いた磁気信号マッピングに加え、磁気モーメントのモデルとして、小サイズのコイルから磁界を発生させ、そのコイルが発する磁界をアレー内各MRセンサで同時測定した。磁交流磁気信号に対する検出感度が1 pT@10 kHz以下と極めて高感度であることを実証した（Journal of Applied Physics、AIP Advancesに掲載）。(2) (1)のセットアップを頭部サイズの磁気粒子イメージングに応用し、磁性ナノ粒子の高感度検出に成功した（IWMPI 2023で発表、論文投稿済）。MRセンサと検出コイルを組み合わせる手法では、磁界変化を検出する一次コイルに閉接続した二次コイル内にMRセンサを設置する「トランス方式」についても微量の磁性ナノ粒子を検出可能であることを明らかにした。