JP2002501198A

JP2002501198A - センサー

Info

Publication number: JP2002501198A
Application number: JP2000528864A
Authority: JP
Inventors: マークエドワードウェランド; トレバーレイメント
Original assignee: ケンブリッジユニヴァーシティテクニカルサービスイズリミティッド
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1999-01-21
Publication date: 2002-01-15
Also published as: US20030222232A1; AU2069099A; EP1049931A1; WO1999038007A1; US6972423B2; GB9801286D0

Abstract

(57)【要約】液体中の分析物検出に使用されるセンサーであって、該センサーは、液体に関する流路(→)を明示するチューブ(4)；流路に取付けられた一般に平面の部材(3)(その結果、平面は流動方向にある、ここで、該部材は分析物と相互作用するリガンドをそれに結合して有し、相互作用は該部材を屈曲させる)；および屈曲の検出のための手段(1, 2)を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の分野）本発明は、液体中の分析物の検出に好適であるタイプのセンサーに関する。よ
り詳細には、本発明は、複数の分析物に関して標的化合物をスクリーニングする
方法に関する。

【０００２】（発明の背景）スクリーニングは、製薬産業において主な重要性を有する。例えば、組合せ化
学は、可能性のある薬剤候補としてスクリーニングされなければならない多数の
化合物を含むライブラリーを作成するために使用され得る。さらに、新しい薬剤
は、使用中にそれらが遭遇する分子に対してスクリーニングされなければならな
い。スクリーニングの効率は、それが、新しい薬剤候補の同定および開発の速度
の限定ステップであるので、特に商業的に重要である。

【０００３】現在、スクリーニングは、放射性核種または蛍光物質のような標識を用いて行
われる。安全上の考慮は、放射性核種から遠ざかる動きを生じている。蛍光標識
は、小さい分子と共に使用するのに必ずしも好適ではなく、それらの使用は、蛍
光シグナルが発生する間に遅延を包含し得る。慣用されているスクリーニング技
術は、複雑なロボティクスおよび多量のテスト液体も要求し得る。

【０００４】 Buttは、窒化珪素表面上の表面応力の変化が、ガス状シラン化および水中プロ
トン化について、測定され得ることを提案した。この文献は、チオール化表面上
のウシアルブミンタンパク質の非特異的吸着も「開示」している。

【０００５】（発明の概要）本発明は、標的分析物相互作用の直接的検出に基づくが、一時的である。本発
明による新規な装置、即ち、液体中で分析物の検出に使用されるセンサー中で、
その構成要素は、液体に関する流路を確定するチューブ；流路に取付けられた一
般に平面部材(その結果、平面は流動方向にある、ここで、該部材は、分析物と相互作用するリガンドをそれに結合して有し、それにより、相互作用は、該部材
を屈曲させる)；および屈曲の検出の手段、を含む。

【０００６】そのような装置は、チューブを介して分析物を流れさせ、標的化合物がリガン
ドとして固定され、および該部材の任意の屈曲を検出することによって、複数の
分析物に関して標的化合物をスクリーニングするために使用し得る。そのような
検出は、高い処理量と共に、単純で効率的に為され得る。

【０００７】センサーの基本的な反応時間は、約１ミリ秒であり得る。幾つかのそのような
部材は、異なる薬剤をテストするためにそれぞれ適合されて、直列に使用され得
る。センサーは、化学反応なしに、直接的な物理的測定を提供し、広範囲なサイ
ズの薬剤分子を用いて作動し得る。連続的流れが、多量のテスト液体を必要とす
ることなく、使用され得る。単純な電子工学のみが要求され得、その結果、本発
明の装置は経済的に作製され得ると同時に、小さいサイズのそれぞれの平面の部
材は、１つのコンパクトな機器中で多くを使用可能にする。

【０００８】（発明の説明）例示により、AFM中で使用されるようなミクロ加工されたカンチレバー(cantil
ever)は、選択された環境で取付けられ、レバーの曲げは、レーザー偏位法を用いてモニターされる。例えば、レーザーダイオードからのビームは、平行にされ
、カンチレバーの端上に焦点化され、反射された光は、直線的位置感受性フォト
ダイオードによって集められる。この単純なアレンジメントの感度は、代表的に
は、レバー偏位の100 pm(DC)または3 pm/√Hz(AC)である。カンチレバー表面は、例えば、吸着を増強するために、特殊なコーティングによって修飾され得る。

【０００９】カンチレバーの前部および後部に作用する異なる応力は、レバーに曲げを生じ
させる。例えば、カンチレバーの片側上の分析物の優先吸着は、表面応力が発生
し得ることを意味する。そのような応力は、単層下被覆面積(submonolayer cove
rage)についてさえ非常に大きいものであり得、得られたレバー偏位は、容易に測定される。液体環境中では特に、実際的センサーの測定基礎として、表面応力
の変化を使用することが好ましい。温度または質量測定も、為され得る。

【００１０】温度変化(および従って、熱量関係を介した、熱および電力の変化)は、レバー
をコーティングして、それをバイメタルストリップに作製することによって測定
され得る。バイメタルストリップを横断する温度変化の分析は、分析的に又は有
限要素技術を用いて行われ得る。10^-5 K、20 fJおよび10 pWのオーダーの測定分
解能が、標準的な金属コーティングされたSi₃N₄カンチレバーから予想され得る。バイメタル方法が、化学反応、薄膜および分子中の光学的吸着、およびアルカ
ン固体中の相を研究するために使用し得る。

【００１１】 AFMセンサーは、1pgのオーダーの分解能で、レバー上に吸着された又は付着し
た材料の質量を測定し得る。これは、一般に周囲環境または真空で行われ、そこ
では、小さい質量の負荷が、カンチレバー共振周波数の変化から、非常に正確に
測定され得る。レバーの小さな静的偏位は、システムのドリフトレベル上で測定
するには、より困難であり得る。

【００１２】あらゆる初期ドリフトが、例えば、４時間以上で、システムを安定化させるこ
とによって、かなり減少され得る。溶媒の蒸発によって生じるあらゆるドリフト
が、分析物溶液の注入の前後に、セルの入口および出口を塞ぐことによって妨げ
られ得る。

【００１３】液相中の吸着によって誘発される表面応力を測定するためにミクロ機械的セン
サーを用いる例は、片面を金で被覆されたカンチレバーのチオール分子のような
分析物の自己アッセンブリー単層(SAM)の形成に対する反応を包含する。他の例として、カンチレバーは、化学的に感受性な、例えば、pHに感受性なコロイド状
マクロ分子とカップリングすることにより、より機能的にし得る。

【００１４】タンパク質は、一般に、正味の電荷を有し、それは、アミノ酸電荷の総計によ
って決定される。タンパク質は、従って、荷電した表面との静電的相互作用を受
け得るが、後者は、水性環境による電荷のスクリーニングのために、比較的短い
範囲の力である。しかしながら、静電的相互作用が起こる場合、電荷カップリン
グは、化学吸着に関する局所的電子的環境の再分布により、表面応力を変化し得
る。

【００１５】電子供与種と電子受容種との間の電荷移動相互作用も、固体表面上の吸着プロ
セスにおいて重要である。水素結合は、強力な電荷移動相互作用の１例であり、
そこでは、水素プロトンの正電荷が好適な受容体に供与される。表面応力の変化
は、表面電荷分布の事実上の再配置の結果として再び、このタイプの相互作用に
よって誘発され得る。

【００１６】タンパク質吸着に関与する他の重要な要素は、疎水性相互作用であり、該相互
作用は、水中の疎水性分子(または分子の一部)と表面との間の、著しく強力な引
力である。水と非極性溶質または表面との間の界面面積を最小化する、即ち、表
面の自由エネルギーを最小化する傾向から生じる、この主としてエントロピック
な現象に関連する結合はない。Shuttleworthの式によると、表面応力の変化は、
この現象から生じるべきであり、疎水性ドメインが相互作用するサイズに強力に
依存し得る。

【００１７】 Au、SiおよびSi₃N₄のような吸着剤表面は、清浄であるときに、反応性である。従って、それらは、真空以外の環境と接触したとき、汚染され易い。清浄であ
る間のそれらの親水性特性は、従って消失して、主として疎水性である表面を残
す。これは、疎水性相互作用が、タンパク質とカンチレバー表面との間で、非常
に起こり易いことを示す。

【００１８】セル中の染料のテスト注入は、吸着質サンプルが、カンチレバーにできるだけ
近く注入されるべきであることを示唆した。注入のより系統的な方法は、長いニ
ードルシリンジでカンチレバーに、できるだけ近くゆっくりと注入されることに
より、採用され得る。例えば、エタノール中のチオールは、カンチレバー周囲で
迅速に拡散し、動力学の再現性が改善された。或いは、特に大きい吸着質サンプ
ルが利用可能であるとき、フローセル配置は好適であり得る。

【００１９】エタノールは、チオールにとって優れた溶媒であり、吸着された分子の尾は、
周囲液体中で伸張され得ることに留意し得る。従って、より高いパッキング密度
は、増大された分子可動性により、より容易に達成され得る。或いは、溶媒それ
自身は、チオール鎖間に存在し、鎖を分離させる更なる横力を生じ得る。

【００２０】カンチレバーの両表面をより機能的にすることが好ましい。例えば、片面を不
活性にするために、PEGを付着させる方法が示された。カンチレバーセンサーを、化学的に感受性なゲル状マクロ分子を用いてより機能化する可能性も調べられ
た。pH感受性のミクロゲル粒子は、カンチレバー上に成功裏に付着された。それ
らの体積のpH依存性の変化は、カンチレバー表面応力の変化、従って、カンチレ
バーの偏位の変化を誘発した。

【００２１】タンパク質吸着に関する研究は、オリゴ(エチレンオキシド)で終わるアルカン
チオールの化学吸着によって形成されたSAMが、大きい範囲のタンパク質の吸着を妨害することを実証した。従って、第２表面を、特定のチオールで機能化する
ことは、タンパク質吸着プロセスに消極的にさせるのに効果的な方法であるはず
である。1mM HS(CH₂)₁₀(CO₂C)₂COCH₃溶液(下記で"PEG-チオール"と称される)は、この目的のために使用された。

【００２２】表面を、ゲルでコーティングすることによって機能化することも可能である。
幾つかのミクロゲル粒子は、内部化学基間の静電的相互作用により、異なる化学
的条件下で迅速な体積変化を示すことが公知である。例えば、アニオン性ミクロ
ゲル粒子の流体力学的直径は、アルカリ条件下で増大し、酸性条件下で減少する
。アクリル酸ミクロゲル粒子の場合、塩基性環境中で内部解離したカルボキシル
基間の静電的斥力は、粒子を膨張させ得、膨張は、これらの化学的基が酸性環境
中でプロトンと会合するようになる場合は、結果的に減少する。

【００２３】本発明の様々な特徴が、下記の説明から明らかになり、そこでは、添付の図面
が本発明を例示するために使用される。

【００２４】先ず図１を参照すると、本発明の最も単純な例示として、検出手段は、レーザ
ーダイオード１およびフォトダイオード２を含み、フォトダイオード２は、平面
部材３からの反射によって情報を受ける。平面部材３は、カンチレバーとして作
用し、液体の流れを規定するチューブ４内に取付けられる。流れの方向は、太い
矢印で示される。レーザー照射を受ける該部材の面は、金のような反射性材料で
好適に被覆される。反対面は、リガンドまたは標的化合物を、慣用されている手
段によりその上に固定させて有する。取付けは、慣用されている手段によっても
達成され得る。

【００２５】実施例によると、センサー部材は、約100×20μmを測定するAFMのための、市販されている窒化珪素カンチレバーを含む。それは、フォトリソグラフィーによ
って作製され得；湿式異方性エッチング(wet anistropic etching)は、所望の厚
さ、例えば、0.1μmを提供する。金の薄層は、片面上に蒸着される。標的化合物
は、反対面上で固定される。

【００２６】続いて、使用するとき、被覆されたセンサーは、小さい液体反応チャンバー中
に置かれ、テスト溶液がポンプで送られる。テスト溶液中の分子が標的化合物に
結合する場合、表面応力は、カンチレバー中で誘発され、続いて、カンチレバー
の先端は上下に動く。この動きは、レーザーダイオードである市販されているCD
コンポネントから、液体テストセル中のウィンドウを通して、カンチレバー先端
上に光を向けることにより、正確かつ容易に検出され得る。反射された光は、フ
ォトダイオードによって検出される。

【００２７】好適なセンサー部材が、平面図として図３に示され、被覆された領域５を含む
。センサー部材は、その捩り剛性を増大させるために、開口部６を含む。

【００２８】好ましいセンサー部材は、図４に示され、そこでは、標的薬剤または他のテス
ト化合物さらに参照化合物が、それぞれ７および８として示されている別々の領
域で提供される。これらの領域は、点線によって分離されている。分析物と標的
化合物との間の相互作用は、センサー部材３の先端９を、点線で明示された軸に
関して回転させる。回転は、ドリフトによって生じる上下運動から、容易に区別
される。バックグラウンドまたはコモンモードノイズを明示する、参照化合物と
のあらゆる相互作用が、区別され、除かれ得る。捩り運動は、コドラントフォト
ダイオード検出器を用いて、単純に検出され得る。捩り運動を検出する他の手段
は、当業者に明らかであり、カンチレバー中に組込まれた抵抗性歪ゲージまたは
圧電素子を含む。特に、この実施態様の使用と関連して、条件、例えば、温度を
コントロールすることが望ましい。

【００２９】本発明は、標的化合物を、連続的に供給される多くの異なる分析物を用いて迅
速にテストするのに特に好適である。図２は、この目的のための、例えば、多く
の天然に生じる分子と、各センサー部材に固定された異なる標的化合物との間の
あらゆる相互作用を検出するための、複数センサーを示す。それぞれのテスト液
体(そのうちの２つは、図２中の参照番号９および１０によって具体的に示される)は、その存在が装置を校正する目的で使用され得るガス・ミクロ泡１１によって好都合に分離され得る。本システムの更なる利点は、図２にも示され、即ち
、１２におけるテスト液体のそれぞれのユニット間で、フラッシュ液体の提供で
ある。

【００３０】図５および６は、より詳細には電極１４および、修飾された表面１５を有する
カンチレバーを含む液体セル１３(例えば、PTFE製)を示す。カンチレバーは、機
械的に剛性であり、様々な液体セルおよび電気化学的電極に容易に適合される。
代表的には、図５および６中の直線上の二重矢頭によって示される寸法は、それ
ぞれ60mmおよび100μmである。図６中の曲がった二重矢頭は、レバーの曲がりを
示す。

【００３１】下記の実施例は、本発明を例示する。実施例１この実施例は、カンチレバーの調製を示す。

【００３２】Ｓｉ₃Ｎ₄カンチレバーの一つの表面は、ＡＦＭ用途のためにそれらの反射能を
向上させるため、製造業者により金の薄層が一般には被覆される。特にそれ自身
上の金がシリコンナイトライドから剥離する傾向のある液体中での作業では、カ
ンチレバー上の金層の付着性を向上させるために、クロムの薄層が通常あらかじ
め蒸着される。液体中の吸着に関するあらゆる実験の前に、存在する金属層はカ
ンチレバーを約２０秒間王水（ＨＣｌ３部、ＨＮＯ₃１部、Ｈ₂Ｏ１部）に浸漬
し、次に約２０秒間クロムエッチング液に浸漬することにより除去された。カン
チレバーは、次に脱イオン水中でリンスされ、窒素で乾燥された。特に、カンチ
レバーがチオール溶液中でその後インキュベートされる場合には、あらゆる次の
金の蒸着は、通常それ以前のクロムの１０Å（１ｎｍ）の堆積を含む。０．５μ
ｍの厚さ及び４０μｍの幅（Ｖの各々の脚幅）を持つ２００μｍの長さのＶ字型
カンチレバーが、金のフィルムを用いて被覆され、以下の実施例において使用さ
れた。実施例２金表面上へのアルキルチオールの吸着が詳細に研究された。カンチレバーは、
熱蒸着により堆積された２５ｎｍの金で被覆された。

【００３３】カンチレバーは、体積２ｃｍ³でＰＴＦＥで構成され且つエタノールで満たされた静的液体セル内に浸漬された。カンチレバーはセルの一つの壁を形成するガ
ラス窓に固定された。カンチレバーの動きは、ガラス窓を通してカンチレバーの
背部に焦点を合わされた固体状態レーザービームの反射角の変化を測定すること
により検出された。反射されたビームの位置は、コドラントフォトダイオードで
検出された。

【００３４】Ｃ₁₂Ｈ₂₆Ｓは皮下注射器を用いて１０ｍＭの濃度で液体セルに注入された。ア
ルキルチオールの表面への吸着は、誘発された圧縮表面応力の結果としてカンチ
レバーの動きをもたらした。偏位対時間の得られた曲線（図７）は、時間ポイン
トＡで投与された、アルキルチオールがカンチレバー上でそれ自身より小さな表
面エネルギーに再構成されたときの瞬間的反応、及び複数分にわたる反応の安定
性も示す。実施例３市販のカンチレバー上に存在する金及びクロムのフィルムは、実施例１に記載
した方法を用いてエッチングされた。次に、３００Åの金が、室温下１０^-6ｍｂ
ａｒの圧力で、カンチレバーの上面に蒸着された。これは、カンチレバー表面を
機能化し、金上へのＬＤＬの吸着をテストするために行われる唯一の段階であっ
た。

【００３５】図８はＬＤＬを用いた結果を示す。ＬＤＬは時間ポイントＢ及びポイントＤで
再度導入される。ポイントＣでは、セルはエタノール次に緩衝液でフラッシュさ
れる。ポイントＥで示される領域は熱的ドリフトを示す。実施例４実施例１のような処理、及び金のコーティングの後で、カンチレバーは０．５
ｍｇ／ｍｌの濃度のエタノール−水溶液中の２−アミノエタンチオール・塩酸塩
（Ｈ₂ＮＣＨ₂ＣＨ₂ＳＨ・ＨＣｌ、アルドリッチ）溶液中で、最低６時間はインキュベートされた。エタノール及び次の超高度純化された（ＵＨＰ）水中で完全
にリンスされ、窒素で乾燥された後、カンチレバーはへパリン（牛の腸粘膜由来
、シグマ）の１．５ｍｇ／ｍｌ水溶液中に２０分間放置された。へパリンの−Ｃ
ＯＯＨ基は該チオールの−ＮＨ₂末端基と相互作用してペプチド共有結合を形成する。カンチレバーは次に水中でリンスされた。チオール表面上のへパリンの被
覆面積は低い（最大１０％）。金もしくは遊離の−ＮＨ₂基上のＬＤＬ／ｏｘＬＤＬの非特異的結合を避けるために、カンチレバーは次に緩衝液（０．１５Ｍ
ＮａＣｌを有する５０ｍＭ燐酸緩衝液、ｐＨ＝７．４）中の２ｍｇ／ｍｌ牛血清
アルブミン（ＢＳＡ）溶液中に１０分間インキュベートされた。ＢＳＡはしばし
ば非特異的結合部位のブロッキング剤として使用される。ＳＰＲ測定はその有効
性を確認し、ＢＳＡで修飾された表面上のＬＤＬの表面被覆面積が非修飾金表面
上の表面被覆面積のわずか３％にすぎないことを示した。カンチレバーは緩衝液
中でリンスされ、次に緩衝液で満たされた０．３ｍｌ液体ＰＴＦＥセル内に取り
付けられた。

【００３６】カンチレバー表面上のリポタンパク質の結合に起因する表面応力を測定するた
めに、カンチレバーの第二の表面は、上述したように不活性に作られた。これは
、検出されるべき生物学的物質がこの表面上に結合するのを抑制されるはずであ
ることを意味し、これは上述したようにＰＥＧ−チオールＳＡＭを用いて機能化
することにより達成されるかもしれない。各々のカンチレバー、約１から６時間
緩衝液中で平衡に達せられ、これにより時間ドリフトが一般的には２０ｎｍ／ｈ
に減少した。

【００３７】ＬＤＬは新鮮な人間の血漿から単離された。ＬＤＬの酸化は、硫酸銅（ＣｕＳ
Ｏ₄）と接触させることにより行われた。リポタンパク質はその後４℃で保存された。

【００３８】ＬＤＬ／ｏｘＬＤＬの注入は、高精度１０ｍｌハミルトン・シリンジを用いて
行われた。該シリンジは、あらゆる注入の前に、エタノール及びＵＨＰ水で清浄
化された。カンチレバーの注入に対する反応は０．５秒間隔のサンプリングで記
録された。

【００３９】各々の実験の後、カンチレバー及びＰＴＦＥセルを保持しているガラスディスクがアセトン、イソプロパノール及び脱イオン水で完全に清浄化された。次いで
、窒素による乾燥後、あらゆる残存する有機物質を除去するために２分間の酸素
プラズマ処理が用いられた。

【００４０】注入は、３．５ｍｇ／ｍｌＬＤＬの１０ｍｌからなっていた。最も明らかな
反応特性は、二つの部分に分けることができる：注入後最初の３分間の迅速なプ
ロセスと次に続く４０分後に徐々に平衡に達するよりゆるやかなプロセスである
。最初の部分は、金表面上のリポタンパク質の速やかな吸着として説明すること
ができる。カンチレバーの曲がり方向は、圧縮表面応力に対応する。曲線の第二
の部分（下方）は、ＬＤＬと両表面、すなわち金及びシリコンナイトライドとの
相互作用として解釈することができる。この相互作用は、おそらく表面上の分子
の逐次的再配置によるものであった。この特性は他の実験回数のいくつかにおい
てさらに明白でさえあり、そしてこの効果のトータルの大きさは、最初の、速や
かな吸着プロセスの大きさの二倍にまでなり得る。

【００４１】ＬＤＬは、アルコールと接触させることにより脂質が溶解されるので、エタノ
ール中でカンチレバーをリンスすることにより、原理的には金表面から除去し得
る。ＬＤＬの最初の注入後、ＰＴＦＥセルは１分間エタノールで満たされ、その
後緩衝液（少なくともエタノールの１０倍量）を用いて完全にリンスされた。次
にカンチレバーはリンスにより誘発された混乱から平衡にされた。次に続くＬＤ
Ｌの注入は最初の注入と比較して異なった反応を引き起こした。反応の大きさは
新鮮な金上よりも小さく、いくつかのリポタンパク質はエタノールのリンスによ
り除去されないかもしれないので、リンスされた金は最初の金表面ほどリポタン
パク質フリーではないという事実により説明することができる。注入により誘発
された表面被覆面積はそれゆえより小さく、従って表面応力はより小さい。これ
は、反応動力学もまた異なっているという事実とも矛盾しない：反応は新鮮な金
上よりもリンスされた金上でずっと遅い。加えて、初期には明らかな下向きの第
二部分は、リンス後は存在しない。この特性は高度に再現可能である。

【００４２】ＬＤＬのリガンドとしてへパリンを選んだときは、二つの種の間で起こる静電
相互作用は、先の相互作用に対してイオンシールドとして働く充分量のＮａＣｌ
の存在下では妨げられる。表面からＬＤＬを分離させるために、液体セルは、１
分間０．５ＭＮａＣｌの溶液で満たされ、次にあらゆる痕跡量のＮａＣｌを除
去するために約５ｍｌの緩衝液がセルに通される。カンチレバー偏位が平衡に達
した時、新たなＬＤＬの注入が行われた。

【００４３】０．３ｍｇ／ｍｌの濃度のｏｘＬＤＬを用いて同じ実験が行われた。ｏｘＬＤ
Ｌの１０ｍｌ注入に対する７０分にわたるカンチレバーの反応、及び同量の注入
であるが３．５ｍｇ／ｍｌの濃度のＬＤＬに対する反応は、形状が完全に異なる
。ｏｘＬＤＬの存在により引き起こされた表面応力の変化は、第１分は伸張性を
有し、その後７０分後に反応が安定するようになるまで圧縮性を有する。大きさ
に関しては、全プロセス中で誘発された全表面応力はｏｘＬＤＬの低い濃度を考
慮すると非常に大きい（０．０７Ｎｍ^-1）。

【００４４】従って、マイクロセンサーに基づいた表面応力でＬＤＬとｏｘＬＤＬとの間の
相違を検出する可能性は証明された。ＬＤＬ／ｏｘＬＤＬ組成もしくは形態にあ
る少しの質の変化は粒子表面相互作用を変化させるかも知れない。これらの結果
は、応力を含んでいる分子の再構成をモニターするためにセンサーを使用するこ
との可能性を証明し、これは生物種の吸着の検出のための他の現存する方法より
も優れている。実施例５マイクロカンチレバーに基づいたセンサーを機能化するためのゲル材料の使用
は、この実施例において、５％アクリル酸−ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルア
ミド）を用いて実証される。カンチレバー自体は、カンチレバーの両表面上への
２５０Åの金フィルムの蒸着によるｐＨ変化に不感受性にされた。これは、Ｓｉ ₃ Ｎ₄／Ａｕカンチレバーが表面基（ＳｉＯＨ、ＳｉＯ^-、及びＳｉＮＨ₂）にさら
されたＳｉ₃Ｎ₄のプロトンとの反応に起因するｐＨ変化に感受性であるので必要
である。単位ｐＨにつき５ｍＮの大きさの表面応力が測定された。粒子の層は、
デンタルフロスに補助されてカンチレバーの金の上面上に堆積された。中性ｐＨ
溶液中の粒子の直径は約９００ｎｍなので、該層は光学顕微鏡を用いて観察する
ことができた。粒子の付着は十分強いので、カンチレバーを酸性及びアルカリ性
溶液でリンスすることは層を変化させないようであった。対応する表面のＳＥＭ
写真は、粒子が相互連結されていないことを示し、それはいかなる検出されたカ
ンチレバーの動きも、個々の粒子の体積変化のためであり、粒子間の膨脹もしく
は収縮のためではないことを示唆している。

【００４５】機能化されたカンチレバーは、２ｍｌの測定セル内に置かれた。フローセル配
置はこの実験に使用された。液体は、ｐＨ３．５のＨＮＯ₃溶液及びｐＨ９のＫＯＨ溶液をそれぞれ含む二つの貯蔵フラスコのいずれかから３方バルブシステム
を通してポンプで送液できた。流速は、カンチレバーの機械的摂動を避けるため
に０．５ｍｌ／ｓに制限された。

【００４６】ＨＮＯ₃溶液が通過して系は平衡となった。粒子は堆積後乾燥する可能性があり、それゆえ液体と接触する時は膨張することが予期された。ドリフトの方向は
、圧縮表面応力の変化を誘発する粒子膨張に全く矛盾しない。一旦平衡に達する
と、ｐＨは循環的に３．５から９に変化した。

【００４７】ｐＨが３．５から９に増加したとき、カンチレバーの曲がりの方向は粒子の膨
張から生じる圧縮応力変化に矛盾しなかった。著しい特性は各々のサイクルの再
現性であり、フォト相関分光学（Photo Correlation Spectroscopy）（ＰＣＳ）
を用いて観察されたｐＨ４と６の間で起こる膨脹遷移(swelling transition)に一致するような迅速な変化を示す。ＰＣＳ測定は、溶液中の粒子の２００ｎｍの
流体力学的直径の変化を示し、これは表面に付着した粒子はより小さいはずであ
る。なぜなら、粒子が詰め込まれているからである。膨脹遷移にあるカンチレバ
ーの測定された偏位(deflection)はわずか１６０ｎｍであり、これはもし膨脹し
ているゲル粒子が機械的に相互連結してより均一な層を形成するならば、予想さ
れる表面の膨脹よりもより小さなものと一致する。これは、カンチレバー上に堆
積された粒子が、個々に偏位に寄与するという考えを支持する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明を具体化する装置の略図である；

【図２】図２は、本発明の更なる実施態様の一部の略図である。

【図３】図３は、本発明の実施態様に使用され得る平面の部材の平面図である。

【図４】図４は、本発明の実施態様に使用され得る平面の部材の平面図である。

【図５】図５は、本発明に使用される液体セルおよび装置の略図である。

【図６】図６は、本発明で使用され得るカンチレバーをより詳細に示す；

【図７】図７は、低密度リポタンパク質の吸着から生じる金で被覆されたミクロ機械的
カンチレバーの偏位(nm)の進行を、時間に対して示すグラフである。

【図８】図８は、エタノール溶液中の金上へのSAM C₁₂H₂₅SHの吸着のためのカンチレバ
ーの偏位(nm)を、時間(min)に対して示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者レイメントトレバーイギリス国シービー２１イーダブリュケンブリッジレンスフィールドロードユニヴァーシティオブケンブリッジデパートメントオブケミストリーＦターム(参考） 2G045 BB14 BB44 BB46 BB48 BB50 BB51 DA62 FA12 FA16 2G054 CA21 GA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体中の分析物検出に使用されるセンサーであって、該セン
サーは、液体の流路を定めるチューブ；流路に取付けられた一般に平面部材(その結果、平面は流動方向にある、ここで、該部材は分析物と相互作用するリガンドをそれに結合して有し、相互作用は
該部材を屈曲させる)；および屈曲の検出の手段、を含む。
【請求項２】リガンドが部材の片面に結合され、他面が検出手段に反応性
である材料で被覆されている、請求項１に記載のセンサー。
【請求項３】検出手段がレーザーを含む、請求項１または請求項２に記載
のセンサー。
【請求項４】該部材が開口部を含み、それによりその捩り剛性が増大され
る、上記請求項のいずれかに記載のセンサー。
【請求項５】該部材がリガンドおよびそれに結合した参照化合物も別々の
領域に有し、センサーはそれぞれのシグナル間を区別する手段およびそれにより
コモンモードノイズを測定する手段を含む、上記請求項のいずれかに記載のセン
サー。
【請求項６】複数の部材を、それに結合したそれぞれのリガンドを有して
直列の位置に含む、上記請求項のいずれかに記載のセンサー。
【請求項７】複数の分析物に関する標的化合物をスクリーニングする方法
であって、上記請求項のいずれかに記載のセンサーのチューブを通して分析物を
流すこと、標的化合物がリガンドであること、および該部材のあらゆる屈曲を検
出すること、を包含する方法。
【請求項８】分析物が液体形態で連続的に供給され、泡がそれぞれの液体
分析物間に導入され、それにより装置の校正(calibration)および必要に応じて分析物間に液体をフラッシュすることも可能にする、請求項７に記載の方法。