DE3915554A1

DE3915554A1 - Membran-biosensor

Info

Publication number: DE3915554A1
Application number: DE19893915554
Authority: DE
Inventors: H Gilbert Smith
Original assignee: EG&G Inc
Current assignee: rEVO Biologics Inc
Priority date: 1988-05-13
Filing date: 1989-05-12
Publication date: 1989-11-16
Also published as: GB2218808A; FR2631449A1; FR2631449B1; JPH0219767A; GB2218808B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Vorrichtun gen, die selektive Membranen zur Messung beispielsweise chemischen Entitäten wie Verbindungen und Ionen, enthalten.

Es gibt viele Vorrichtungen, die in der Lage sind, eine biologisch signifikante Entität wie beispielsweise ein Anti gen in einer biologischen Flüssigkeit zu messen. Derartige Vorrichtungen schließen Immunosensoren, Enzymelektroden, elektrochemische Sensoren, biokatalytische Membranelektro den, Enzymelektroden, piezoelektrische Metalldetektoren, chemische Sensoren, optoelektronische Vorrichtungen, ionen sensitive Elektroden und Vorrichtungen ein, die die Massen spektrometrie und Kernresonanzspektrometrie verwenden. Schramm et al., 1987, "The Commercialization of Biosensors", Medical Device & Diagnostic Industry, Band 9, S. 52.

Ein Immunosensor ist eine Vorrichtung, die einen Sensor aufweist, der mit einer Population von Antikörpern oder Antigenen verbunden ist, die selektiv den zu messenden Anti körper oder das zu messende Antigen binden. Der Antikörper- Antigen-Komplex "kann nicht direkt durch physiochemische Einrichtungen gemessen werden", so daß ein Signalerzeuger benötigt wird, z.B. ein Antigen-Enzym-Konjugat. Schramm et el., Id. S. 54. Das Konjugat wandelt ein Substrat für das Enzym in ein elektroaktives Produkt um, das durch einen elektrochemischen Detektor detektiert wird. Die Menge des vorhandenen Analyts wird durch die Antwort des Detektors bestimmt.

McConnell, US 44 90 216 A, worauf hier Bezug genommen wird, beschreibt eine elektroanalytische Vorrichtung, die eine feste elektrisch-sensitive Schicht mit einer nicht-diffusiv daran gebundenen Lipidschicht aufweist. Weiterhin ist auf der Lipidschicht eine zweite Lipidschicht vorhanden, die polare hydrophobe Kopfgruppen aufweist, welche in einer Entfernung von der Lipidschicht positioniert sind. Diese polaren Gruppen bilden eine Schicht, die als elektrostati sche Schicht fungiert, deren Polarität mit Hilfe der festen elektrisch-sensitiven Schicht erfaßt werden kann. Polaritäts änderungen dieser Schicht werden durch die feste Schicht detektiert. Die polare Schicht kann durch Binden eines Teiles eines Ligand-Rezeptor-Paares an eines der Lipide in den Schichten modifiziert werden, z.B. durch Binden von Dipalmitoylphospholipidnitroxid (DPN). Eine derartig modifi zierte Vorrichtung ist für die Detektion des anderen Teiles dieses Bindungspaares nützlich, wenn eine derartige Bindung zu einer Änderung des elektrostatischen Feldes in der pola ren Schicht führt.

Die vorliegende Erfindung basiert teilweise auf der Erkennt nis, daß Membranrezeptorproteine als Umwandlungselemente fungieren, die ein Reiz, beispielsweise durch einen Kontakt mit einem spezifischen Molekül, in ein elektrisches oder chemisches Signal konvertieren können, um so der Zelle eine Antwort zu entlocken. Eine durch den Reiz ausgelöste Verän derung in der dreidimensionalen Struktur des Rezeptorpro teins scheint ein Universalschritt bei diesem Verfahren zu sein. Beispielsweise führt die Bindung eines chemischen Stoffes an eine spezifische Stelle des Rezeptorproteins zu einer Veränderung der Rezeptorkonfiguration, wodurch die Membranpermeabilität gegenüber Ionen verändert werden kann und eine elektrochemische Umwandlung initiiert wird, oder sie kann eine Stelle auf der Innenseite der Membran freile gen, wodurch ein enzymatischer Prozeß aktiviert wird. Derar tige Konformationsänderungen können auch eine Veränderung in der Verteilung beladener Seitenketten auf dem Protein hin sichtlich der Membranoberfläche bedingen, was zu einer Ände rung des elektrischen Potentials auf der Membranoberfläche führt. Die Erfindung schafft Membransensoren, die diese Eigenschaft von Entitäten nützen, wie beispielsweise inner halb der Membran gehaltene Proteine. Diese Sensoren können kleine Ladungsverschiebungen (z.B. kleiner als etwa 2 Ang ström), die in dem hydrophoben Membranteil auftreten durch Messen einer örtlichen Änderung des elektrischen Membranfel des detektieren. Sie können nicht nur die Bewegung derarti ger Ladungen sondern auch die Dynamik dieser Bewegung detek tieren. Andere Änderungen, z.B. optische Veränderungen, können ebenso durch die erfindungsgemäßen Sensoren detek tiert werden.

Dementsprechend schafft die Verbindung eine Vorrichtung zur Detektion einer ersten Entität, die einen Träger enthält, auf dessen Oberfläche nicht-diffusiv eine erste hydrophobe Schicht gebunden ist, die durch eine zweite hydrophobe Schicht überlagert wird, wodurch eine Doppelschicht gebildet wird. Innerhalb der Doppelschicht befindet sich eine zweite Entität, die mit der ersten Entität reagieren kann, wodurch eine lokale Änderung einer detektierbaren Eigenschaft der Doppelschichtstruktur hervorgerufen wird.

In bevorzugten Ausführungsformen enthalten die ersten und zweiten hydrophoben Schichten eine Vielzahl von Molekülen mit aliphatischen Ketten, die mindestens sechs Kohlenstoff atome aufweisen; die erste Entität ist eine chemische Enti tät; die zweite Entität ist ein Protein (am meisten bevor zugt ein Membranrezeptorprotein), das innerhalb der Doppel schicht frei beweglich ist; die detektierbare Eigenschaft ist eine elektrische oder eine physikalische Eigenschaft wie beispielsweise Licht; die ersten und zweiten Entitäten kön nen reagieren, wodurch ein Affinitätskomplex (z.B. ein Kom plex zwischen einem Rezeptorprotein und dem Protein oder der anderen Entität, für die es spezifisch ist, z.B. Wachstums faktoren und deren membrangebundene Rezeptorproteine, z.B. Interleukin-2 und der Interleukin-2-Rezeptor auf Lymphozy ten; oder Neurotransmitter und Neurorezeptoren; oder Hormone und Hormonrezeptoren; oder ein Immunokomplex), in dem die ersten und zweiten Entitäten auf nicht-kovalente Weise zu sammenwirken.

Die Erfindung stellt eine Einrichtung zur Verbindung der Detektionsmöglichkeiten biologischer Sensoren mit bewährten Signalverarbeitungsmöglichkeiten von Festphasenmikroelektro nik- und Optikvorrichtung zur Verfügung. Die biomimetischen Erfassungseinrichtungen der Erfindung ermöglichen außerge wöhnliche Meßmöglichkeiten, was durch die Verwendung von Membranrezeptorproteinen oder ähnlichen Molekülen in nahezu neutraler Umgebung ermöglicht wird. Hierdurch kann die Ant wort dieser Proteine auf verschiedene Reize gemessen werden und mit der Konzentration von Molekülen in einer Lösung, die mit diesen Proteinen reagieren können, in Beziehung gesetzt werden. Diese Membranen können weiterhin unter Verwendung eines großen Bereiches von Entitäten konstruiert werden, wozu nicht nur Membranrezeptorproteine sondern auch andere Proteine, z.B. Antikörper, Antigene und Enzyme sowie modifi zierte Polypeptide gehören.

In den erfindungsgemäßen Vorrichtungen, in denen die inner halb der Doppelschicht bewegliche Entität ein Protein ist, antwortet die Vorrichtung auf Reize, die funktionelle Eigen schaften des Proteins aktivieren oder verändern. Da die Umgebung der Membran die Umgebung, in der das Protein norma lerweise seine Funktion versieht, nachahmt, wird seine maxi male Empfindlichkeit im Bereich des biologischen Interesses belassen. Das soweit wie möglich in einer natürlichen Umge bung belassene Proteinmolekül behält seine Konformationsdy namik und antwortet daher auf seine natürlichen Reize; z.B. der Sensor wird natürliche positive und negative Reize sowie Nachahmungen dieser Reize detektieren. Die erfindungsgemäßen Sensoren sind in der medizinischen Diagnostik, dem pharma zeutischen Screening, der chemischen Kriegsführung und ande ren Bestimmungen toxischer Agentien, und der Überwachung illegaler Drogenverwendung sowie bei der Forschung der Membranrezeptormechanismen nützlich. Zusätzlich zu ihrer Fähigkeit, chemische Entitäten wie beispielsweise in Lösung befindliche Proteine zu detektieren, können die Vorrichtun gen auch zur Detektion von Licht, Geschmack oder Geruch und Änderungen des pH-Wertes und der Temperatur verwendet wer den.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und aus den Ansprüchen deutlich.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer eine Membran nachstellenden Anordnung;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Torfeld-Effekt isolierten (gate field-effect) Transistor; und

Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Dialysegerätes, das für die Bildung eines erfindungsgemäßen Apparates nützlich ist.

Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält eine oberflächengebundene Membranstruktur 8, die zum Detektieren einer ersten Entität bestimmt ist, einen Träger 10 mit einer Oberfläche 12, auf die eine erste hydrophobe Schicht 14 nicht-diffusiv (d.h. kovalent) gebunden ist. Eine zweite hydrophobe Schicht (Li pidschicht) 16, die die Lipidmoleküle 17 mit polaren Kopf gruppen 18 umfaßt, ist durch hydrophobe Wechselwirkung an die Schicht 16 gebunden. Die polaren Lipidkopfgruppen 18 weisen vom Substrat 10 weg nach außen. In die Doppelschicht sind Moleküle 20 einer zweiten Entität (eines Rezeptorpro teins) eingearbeitet und frei in dieser Doppelschicht beweg lich. Die Membranstruktur 8 ist mit einer üblichen Hilfs elektronik verbunden, um ein detektierbares Signal zu lie fern, wenn die erste detektierte Entität mit der zweiten Entität in der Membran reagiert. Jede Komponente wird jetzt detaillierter beschrieben.

Erste hydrophobe Schicht

Die erste hydrophobe Schicht liefert eine Oberfläche, die mit polaren Lipiden wechselwirken kann, wodurch die einer natürlichen Membran gleichende Doppelschicht gebildet wird. Diese Schicht wird durch Reagieren der Substratoberfläche mit einer Lösung gebildet, die reaktive langkettige Kohlen wasserstoffverbindungen enthält, welche kovalente Bindungen mit dem Träger, z.B. Octadecyltrichlorsilan, bilden können, das mit Hydroxygruppen von Glasoberflächen reagieren kann, wie beispielsweise von J.Sagiv, 1979, Isr, J. Chem., Band 18, S. 46 beschrieben wurde. Andere geeignete eine hydro phobe Schicht bildende Lösungen werden von McConnell, supra, beschrieben.

Zweite hydrophobe Schicht (Lipidschicht)

Die Lipidschicht wird gleichzeitig mit dem Rezeptorprotein auf der Oberfläche deponiert, z.B. durch ein Detergentien dialyseverfahren, wie unten beschrieben. Die Lipidschicht wird auf der Oberfläche gehalten und, wie oben beschrieben, durch Wechselwirkung mit der ersten hydrophoben Schicht ausgerichtet. Die polaren Kopfgruppen sind von der Oberfläche auswärts gerichtet. Die individuellen Lipidmoleküle können frei in die Membranebene diffundieren. Beispiele für diese Schicht geeigneter Lipide werden von McConnell, supra, gege ben. Die in beiden ersten und zweiten hydrophoben Schichten vorhandenen Lipide können vernetzt oder polymerisiert sein, um Diffusion innerhalb der Schicht zu reduzieren.

Zweite Entität

Die zweite Entität ist vorzugsweise ein Protein oder eine proteinartige Verbindung und am meisten bevorzugt ein Rezep torprotein. Die zweite Entität wird innerhalb der Doppel schichtstruktur durch eine Wechselwirkung mit dem hydropho ben Inneren der Doppelschicht zurückgehalten.

Vorzugsweise ist die zweite Entität ein Protein, das sich innerhalb der Doppelschicht frei bewegen und Konformations umwandlungen eingehen kann. Zwei allgemeine Proteinklassen werden mit biologischen Membranen in Verbindung gebracht - periphere Proteine, die an die hydrophile Membranoberfläche binden und integrale Proteine, die in das hydrophobe Innere der Membran eingesetzt sind. Bevorzugte erfindungsgemäße Membranstrukturen verwenden integrale Membranproteine, ins besondere solche, die eine Polypeptidkette aufweisen, die die Verbindung zwischen den beiden Membranschichten mehrmals kreuzt. Diese "Transmembran-"proteine sind in biologischen Erfassungsprozessen von besonderer Wichtigkeit, z.B. der Erfassung von Licht über das lichtsensitive Protein Rhodopsin. Wie oben erwähnt ist ein Primärbeitrag der erfindungsgemäßen Membranstrukuren, daß sie um das Protein eine Umgebung er zeugen, die der natürlichen Membrandoppelschicht gut nachge stellt ist, so daß das Protein in einer für die Funktion des Membranproteins optimalen Umgebung gehalten wird.

Hilfselektronik

Fig. 2 zeigt den Aufbau eines konventionellen isolierten Torfeld-Effekt- (gate field-effect) Transistors (IGFET) 30, der mit der Membranstruktur 8 unter Verwendung bekannter Standardverfahren operativ verbunden werden kann. Kurz ge sagt, hat der IGFET eine aus p-Typ Silicium gebildete Basis 32. Diese wird in einer Ablaufregion 34 und einer Quellenre gion 36 zu n-Typ Silicium umgewandelt. Metallkontakte für die Quellen- und Ablaufregionen werden aufgebracht, gefolgt durch einen Isolator 39 wie einer Metallschicht, um eine Torelektrode 38 auf der Spitze des Isolators 39 zu bilden. In derartigen Vorrichtungen zieht das an die Torelektrode 38 angelegte Potential Leitungsträger von der Siliciumoberfläche der Vorrichtung an oder stößt sie ab. Durch Regulieren der Menge der Ladungsträger auf der Ober fläche kontrolliert das Torpotential den Stromfluß zwischen der Quelle 36 und dem Abfluß 34. Dieser Stromfluß ist ein sensitives Merkmal des Potentialfeldes auf der Oberfläche der Vorrichtung. Die Vorrichtung antwortet hauptsächlich auf potentialabhängige Anreicherungen oder Abreicherungen von Ladungsträgern auf der isolierten Siliciumoberfläche.

Um die mit den Membranproteinfunktionen einhergehenden La dungsverschiebungen erfindungsgemäß zu messen, wird der herkömmliche IGFET-Aufbau aus Fig. durch Ersetzen der Metall torelektrode 38 durch eine oberflächengebundene Membrananord nung (Fig. 1) modifiziert. In diesem System fungiert die Membran als Torfläche des IGFET. Die Vorrichtung wird durch ein geeignetes Polymer (z.B. ein Epoxidharz) auf eine Weise eingeschlossen, die die Torregion mit der oberflächengebun denen Membran zur den Analyt enthaltenden Lösung freiläßt. Der Isolator isoliert den Rest der Vorrichtung, wozu die Quelle und die Quellen- und Abflußelektroden gehören. Bei einer derartigen Verwendung muß eine in der zu messenden Lösung vorhandene Referenzelektrode hinzugefügt werden, um einen elektrischen Kontakt mit der Lösung zu erhalten.

Das Substrat (Träger) wird so gewählt, daß es auf einige Eigenschaften der Bilipidschicht antwortet, die sich bei Wechselwirkung mit einem Reiz ändern. Beispielsweise erfaßt ein elektronisch antwortendes Substrat wie beispielsweise ein Feldeffekttransistor Ladungsbewegungen, die durch die Wechselwirkung des Rezeptorproteins mit einem Reiz induziert werden. Ein optisch antwortendes Substrat erfaßt Änderungen der optischen Eigenschaften des Filmes bei Wechselwirkung mit dem Reiz. Ein derartiges Substrat wird durch Hafeman et al., US 45 91 550 A, worauf hier Bezug genommen wird, be schrieben. Andere schließen solche Substrate wie optische Fasern mit ein. Die Substratoberfläche wird im allgemeinen zur Erzeugung für die Kupplung mit der hydrophoben Schicht der Membranstruktur 8 benötigten chemisch reaktiven Gruppen modifiziert. Geeignete Substrate stehen aus Glas, Platin oxid, Siliciumdioxid, Siliciumnitrat oder beschichtetem Silicium, oder jeder anderen Oberfläche, die durch langket tige Kohlenwasserstoffe derivatisiert werden kann. Die Ober fläche kann planar oder nicht planar sein, z.B. können sowohl Kugeln als auch flache Oberflächen verwendet werden. Andere geeignete Substrate sind bei McConnell, supra be schrieben.

Herstellung

Die erfindungsgemäßen Membranstrukturen werden direkt auf festen Substratoberflächen unter Verwendung eines modifizier ten Detergentiendialyseverfahrens gebildet. Oberflächen mit freiliegenden Hydroxy- und anderen reaktiven Gruppen werden durch Reaktion einer Vielzahl von Organosilanen modifiziert, wobei die erste Schicht der Doppelschicht gebildet wird. Beispielsweise wird das Substrat durch Verbindung langketti ger Fettsäuren mit Oberflächengruppen hydrophobiert, was durch Reaktion mit Octadecyltrichlorsilan erreicht wird. Die zweite Schicht der Doppelschicht wird durch Detergentiendia lyse unter gleichzeitiger Einarbeitung eines Proteins depo niert. Das Protein und das äußere Faltblatt der Doppel schicht werden durch hydrophobe Wechselwirkungen mit dem kovalent gebundenen inneren Alkylgruppenfaltblatt der Dop pelschicht auf der Substratoberfläche gehalten.

Bei der Detergentiendialyse wird das Detergens langsam aus aufgeschlossenen Lipid/Protein/Detergentien-Lösungen ent fernt, wobei die Lipide und Proteine unter Bildung vesikulä rer Doppelschichtstrukturen rekombinieren. Wenn geeignete Detergentien und andere Bedingungen gewählt werden, können funktionelle Membranvesikel gebildet werden. Das verwendete Detergens muß nicht-denaturierend hinsichtlich des Proteins sein und eine relativ hohe kritische Micellkonzentration aufweisen, um seine Entfernung bei der Dialyse zu vereinfa chen. Octylglukoside und Desoxycholate werden am meisten bevorzugt. Wenn während der Dialyse eine geeignete hydro phobe Oberfläche vorhanden ist, werden einige der Lipide und Proteine an die Oberfläche zurückkehren, anstatt frei schwim mende Vesikel zu bilden. Durch derartige Verfahren gebildete Strukturen weisen Zusammensetzungen und elektrische Charak teristiken auf, die mit der Bildung doppelschichtiger Mem branen auf den Substratoberflächen konsistent sind.

Das Photorezeptorprotein Rhodopsin wurde wie folgt in Mem branstrukturen eingearbeitet. Größere Segmentscheiben der Retinastäbchen wurden mit Hilfe der Methode von Smith et al., 1982, Meth. Enzymol., Band 81, S. 57 isoliert, mit dem Detergens Octylglucosid (OG) aufgeschlossen und in die Kam mer "C" eines Durchflußdialysegerätes gegeben, wie in Fig. 3 gezeigt, so daß die aufgeschlossene Membranlösung mit dem planaren Träger 10 in Kontakt gelangt, der vorher durch Behandlung mit Octadecyltrichlorsilan alkyliert wurde. Die Dialyse wurde unter Verwendung einer Dialysemembran A gegen einen Linearkonzentrationsgradienten (in Fig. 3 gezeigt), der von 50 mM auf 0 mM Octylglukosid innerhalb von 5 Stunden abnimmt, durchgeführt, gefolgt von einer Dialyse gegen deter gentienfreie Puffer über 18 Stunden. Die in der Suspension vorhandene Lipid- und Proteinmenge übertraf diejenige, die zu Schaffung einer Monoschicht der Oberfläche nötig ist, so daß erhebliche Vesikelmengen gebildet wurden. Das planare Substrat 10 wurde von diesen Vesikeln durch Eintauchen in Pufferlösungen befreit.

Wenn Glaskugeln anstelle von planaren Oberflächen beschich tet werden, werden sie von den Vesikeln durch Zentrifugieren in 50%iger Sucrose getrennt, die ausreichend dicht ist, die Vesikel, aber nicht die membranbeschichteten Glaskugeln, abzuschirmen.

Die resultierenden Substrate besitzen Eigenschaften, die mit der Bildung von membranartigen Strukturen auf den alkylier ten Oberflächen konsistent sind. Der Rhodopsingehalt von Glaskugeln mit 37 µm Durchmesser beträgt 145±28 µg Rhodopsin, das pro Gramm Kugeln zurückerhalten wurde. Dies entspricht einem Rhodopsinmolekül (Rh) pro 2600 Angström² der Oberflä che, was mit den 2500 Angström² bis 3600 Angström² vergleich bar ist, die für natürliche Membranscheiben geschätzt wer den. Der Lipidgehalt dieser Kugeln wird als 83±15 mol Phos phat (P)/mol Rh berechnet. Wiederum ist dieser Wert sehr dicht an demjenigen, der üblicherweise für natürliche Schei benmembranen genannt wird (50-100 molP/mol Rh). Diese Ergebnisse zeigen, daß diese oberflächengebundenen Struktu ren die für eine membrannachgestellte Doppelschicht erwar tete Zusammensetzung aufweisen.

Wenn die oben erwähnte Anordnung auf der oxidierten Oberflä che der planaren Platinelektrode gebildet wird, und die elektrischen Eigenschaften durch zyklische Voltametrie be stimmt werden, beträgt der gemessene Widerstand 10⁷ Ohm-cm² und die Kapazität 0.2-0.5 µ F/cm². Diese Ergebnisse liegen dicht bei den Werten für natürliche Membranen (Widerstand 10³-10⁶ Ohm-cm²; Kapazität 1 µ F/cm²).

Verwendung

Die erfindungsgemäßen Membrananordnungen können zum Detek tieren jeder Entität verwendet werden, die mit dem Protein oder der anderen Entität innerhalb der Doppelschicht reagie ren können. Beispielsweise kann das in der Doppelschicht enthaltene Protein der menschliche Interleukin-2 (IL-2) Rezeptor sein, (beschrieben z.B. Leonard et al., 1982, Nature (London), Band 300, Seiten 267-69) und die zur Detektion oder Messung des IL-2 in biologischen Flüssigkeiten wie beispielsweise einem Serum verwendete Vorrichtung sein, um Informationen über den Immunstatus eines menschlichen Patien ten zu erhalten.

Die Vorrichtung ist weiterhin für die Detektion oder die Messung von Entitäten einsetzbar, die mit anderen Membranre zeptoren und Umwandlungselementen reagieren kann, wozu vi suelle, olfaktorische, Neurotransmitter und Hormonrezeptoren gehören. Die Kombination von biologischen mit elektronischen und optischen Systemen schafft eine neue Sensorklasse, deren Spezifität durch Wahl eines geeigneten Membranrezeptorpro teins bestimmt ist.

Auf chemischen sensitiven basierende Sensoren können derart gestaltet werden, daß sie auf eine Vielzahl von biologisch aktiven Verbindungen antworten können, wozu Hormone, Neuro transmitter und Toxine gehören. Diese Vorrichtungen antwor ten sowohl auf den natürlichen Reiz als auch auf Verbindun gen, die eine Wechselwirkung zwischen dem Rezeptor und dem Reiz inhibieren. Derartige chemisch sensitive Vorrichtungen haben weitverbreitete Anwendungen, wozu die Detektion opti scher Agentien und Essays, die Überwachung von Drogen, medi zinische Diagnostiken und pharmazeutisches Screening gehören.

Weitere Ausführungsformen sind in den folgenden Ansprüchen enthalten. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Membran struktur mit Hilfe bekannter Techniken wie der von Langmuir- Blodgett anstelle der Detergentiendialyse konstruiert werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Detektieren einer ersten Entität, umfassend:
einen Träger mit einer Oberfläche,
eine erste hydrophobe Schicht, die nicht-diffusiv an die Oberfläche gebunden ist,
eine zweite hydrophobe Schicht, die auf der ersten Schicht unter Bildung einer Doppelschicht liegt, und
eine zweite Entität, die mit der ersten Entität reagie ren kann und innerhalb der Doppelschicht angeordnet ist, wobei die zweite Entität, während sie innerhalb der Dop pelschicht angeordnet ist, mit der ersten Entität zur Erzeugung einer lokalen Veränderung einer detektierbaren Eigenschaft der Doppelschichtstruktur reagieren kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die ersten und zwei ten hydrophoben Schichten eine Vielzahl von Molekülen mit aliphatischen Ketten von mindestens sechs Kohlen stoffatomen umfassen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die erste Entität eine chemische Entität ist.

4. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die erste Entität ein physikalischer Reiz ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die zweite Entität ein Protein ist, das innerhalb der Doppelschicht frei beweglich ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die detektierbare Eigenschaft eine elektrische Eigenschaft ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die detektierbare Eigenschaft eine optische Eigenschaft ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, worin das Protein ein Rezeptorprotein ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die ersten und zwei ten hydrophoben Schichten eine polymerisierte oder ver netzte Region umfassen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die zweite Entität mit der ersten Entität unter Bildung eines Affinitäts komplexes reagieren kann, in dem die ersten und zweiten Entitäten nicht-kovalent gebunden sind.

11. Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung nach Anspruch 1, umfassend die Schritte:.

a) Bilden der ersten hydrophoben Schicht auf dem festen Substrat,
b) Mischen der zweiten Entität mit einer hydrophoben Flüssigkeit und einem Detergens unter Bildung einer flüssigen Mischung,
c) Kontaktieren des Substrates mit der Mischung, und
d) Dialysieren der Mischung zur Entfernung des Detergens aus der Mischung.