JP2002517718A - 液晶を用いた分子相互作用の光学的増幅 - Google Patents

液晶を用いた分子相互作用の光学的増幅

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Abstract

(57)【要約】 自己集合単分子層の成分である分子と他の分子との間の相互作用は、メソゲン層の使用を介して増幅され得、そして光学信号に変換され得る。本発明は、分析物を検出するためのデバイスおよび方法を提供する。本デバイスは、自己集合単分子層が付着される基板、および自己集合単分子層によって固定化されるメソゲン層を含む。本メソゲン層は、分子相互作用に応答して配列の変化を引き起こす。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （政府の権利） 本発明は、交付（または契約）番号ＤＭＲ−９４００３５４、ＣＴＳ ９４１
４１４７およびＣＴＳ ９５０２２６３（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ
Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎにより与えられる）ならびに交付番号ＯＮＲ−Ｎ０００１
４−９７−１０７０３（Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｎａｖａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈに
より与えられる）のもとで、合衆国政府の支援を用いて行なわれた。合衆国政府
は本発明に対し一定の権利を有する。
【０００２】 （関連出願に対する相互参照） 本出願は、米国特許出願第０９／０９２，４５３号（１９９８年６月５日出願
）の一部継続出願であり、この出願の開示は本明細書中において全ての目的で参
考として援用される。
【０００３】 （発明の分野） 本発明は、光学的にパターン化された液晶を備えるデバイスに関する。これら
のデバイスをセンサーとして使用する方法もまた、提供される。より詳細には、
本発明は、デバイス内に包含されている認識部位に対する分析物の相互作用を検
出する液晶デバイスに関する。
【０００４】 （発明の背景） 液晶は、通常、固体と液体の両方に関連する物理的特性を有する。液体に類似
して、液晶中の分子は自由に拡散するが、しかし、少ない程度の長距離配向の秩
序および時々位置の秩序が維持され、この結果としてこの物質に固体の典型であ
る異方性が生じる。
【０００５】 有機物および金属含有物質の多数の配列は、液晶性を示す。これらの分子の共
通の特徴は、細長いかまたは扁平であるかのいずれかであり、通常、タバコ形状
か円盤形状のいずれかで示される幾らか非可撓性の分子骨格である。液晶相にお
ける配向および位置の秩序は部分的に過ぎず、分子間力が引力と斥力との間の非
常に微妙なバランスに影響を与える。結果として、液晶ディスプレイは、外部の
摂動（例えば、温度、圧力、電場および磁場、剪断応力または外的蒸気）に対し
て非常に影響を受け易い。
【０００６】 表面による液晶の配向現象または固定化は、液晶自体とほぼ同じくらい長い間
、既知であった。表面による液晶の固定化は、分子がとる平均配向を表面に関し
て固定する。固定された方向は、液晶の固定化方向と称される。メソゲン分子の
液体集団は、外部摂動の結果として２つ以上の固定化方向の間で転移を受ける。
いくつかの固定化転移が観察されている。これらの転移は基板平面における液晶
の配向の変化を包含し、これは連続的または非連続的であり得る。転移は、多数
の異なる摂動により誘発され得、これには外的分子の吸着も包含される。このよ
うな吸着は、基板と液晶との間の界面を改変し、それゆえ、固定化方向間の「切
り替え（スイッチング）」を誘発する。Ｊｅｒｏｍｅ，Ｂ；Ｓｈｅｎ，Ｙ．Ｒ．
，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｅ，４８：４５５６−４５７４（１９９３）およびＢｅｃ
ｈｈｏｅｆｅｒら，Ｐｈａｓｅ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ ３３：２２７−３６
（１９９１）を参照のこと。
【０００７】 表面付近の液晶がとる配向に対する過去の関心は、主として、フラットパネル
ディスプレイ（ＦＰＤ）のような電気光学デバイスでの液晶の使用により高めら
れてきた。それゆえ、多くの研究の目標は、広い領域にわたって液晶を均一に配
向させる表面の製造方法の開発であった。反対に、電気光学デバイスでの今後の
液晶の使用は、狭い領域にわたってパターン化された配向を有する液晶にますま
す頼る（Ｇｉｂｂｏｎｓら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６５：２５４２（
１９９４）；Ｂｏｓら、Ｊ．Ｓｏｃ．Ｉｎｆ．Ｄｉｓｐ．３〜４：１９５（１９
９５）；Ｍｏｒｒｉｓら、Ｅｍｍｅｌ，Ｐｒｏｃ．Ｓｏｃ．Ｐｈｏｔｏ−Ｏｐｔ
．Ｉｎｓｔｒｕｍ．Ｅｎｇ．２６５０，１１２（１９９６）；Ｍｕｒａｌら、（
同章）、１６６５：２３０（１９９２）；Ｐａｔｅｌら、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．１
６：５３２（１９９１）；Ｚｈａｎｇら、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１４
：１５０６（１９９２）；Ｗ．Ｐ．Ｐａｒｋｅｒ，Ｐｒｏｃ．Ｓｏｃ．Ｐｈｏｔ
ｏ−Ｏｐｔ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．Ｅｎｇ．２６８９：１９５（１９９６））。例え
ば、均一な電場を印加することにより回転されるパターン化されたメソゲン層構
造を使用することにより、光は回折され得るか、または方向を変化され得（Ｗ．
Ｐ．Ｐａｒｋｅｒ，Ｐｒｏｃ．Ｓｏｃ．Ｐｈｏｔｏ−Ｏｐｔ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．
Ｅｎｇ．２６８９：１９５（１９９６））、そして各サブピクセルが異なる配向
の液晶により規定されるサブピクセルに分割されるピクセルを使用することによ
り、広い視野角および広範なグレースケールを有するＦＰＤが製造され得る（Ｓ
ｃｈａｄｔら、Ｎａｔｕｒｅ ３８１：２１２（１９９６））。湾曲表面上のメ
ソゲン層をパターン化し得る方法もまた、新しい型のチューナブル電気光学メソ
ゲン層デバイスの開発に必要とされ、このようなデバイスにはパターン化された
メソゲン層構造からの光の回折を、湾曲表面での光の屈折と組み合わせるデバイ
スが挙げられる（Ｒｅｓｌｅｒら、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．２１：６８９（１９９６
）；Ｓ．Ｍ．Ｅｂｓｔｅｉｎ、（同章）ｐ．１４５４；Ｍ．Ｂ．Ｓｔｅｍ，Ｍｉ
ｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｅｎｇ．３２：３６９（１９９６）：Ｇｏｔｏら、Ｊ
ｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３１：１５８６（１９９２）；Ｍａｇｉｅｒａ
ら、Ｓｏｃ．ＰｈｏｔｏＯｐｔ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．Ｅｎｇ．，２７７４：２０４
（１９９６））。
【０００８】 パターン化されたメソゲン層構造体の現在の製造手順は、パターン化された電
極からの空間的に不均一な電場またはパターン化された「固定化」表面からの空
間的に不均一な電場のいずれかを使用する。パターン化された電極から電場のフ
リンジングにより、この方法によるメソゲン層の高解像パターン化が妨げられる
（Ｇｉｂｂｏｎｓら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６５：２５４２（１９９
４）；Ｗｉｌｌｉａｍｓら、Ｐｒｏｃ．Ｓｏｃ．ＰｈｏｔｏＯｐｔ．Ｉｎｓｔｒ
ｕｍ．Ｅｎｇ．１１６８：３５２（１９８９））。
【０００９】 パターン化された固定化表面は、スピンコーティングポリマーフィルムの機械
的なラビング、写真平板法マスキング、および第１の工程に対して垂直方向で行
なわれる第２のラビング工程を使用することにより調製されてきた（Ｐａｔｅｌ
ら、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．１６：５３２（１９９１）；Ｗ．Ｐ．Ｐａｒｋｅｒ，Ｐ
ｒｏｃ．Ｓｏｃ．Ｐｈｏｔｏ−Ｏｐｔ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．Ｅｎｇ．２６８９：１
９５（１９９６）；Ｃｈｅｎら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６７：２５８
８（１９９５））。表面上のメソゲン層のこのパターン化方法は複雑であり、そ
してラビングベースの方法の欠点（例えば、ほこりおよび静電荷の発生）にさら
されている。最近開発されたメソゲン層を配向するためのフォトアラインメント
技術は、将来有望な代替方法を提供する（Ｇｉｂｂｏｎｓら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．６５：２５４２（１９９４）；Ｓｃｈａｄｔら、Ｎａｔｕｒｅ
３８１：２１２（１９９６）；Ｃｈｅｎら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６
８：８８５（１９９６）；Ｇｉｂｂｏｎｓら、Ｎａｔｕｒｅ ３５１：４９（１
９９１）；Ｇｉｂｂｏｎｓら、（同章）３７７：４３（１９９５）；Ｓｈａｎｎ
ｏｎら、３６８：５３２（１９９４）；Ｉｋｅｄａら、Ｓｃｉｅｎｃｅ ２６８
：１８７３（１９９５）；Ｓｃｈａｄｔら、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．
３４：３２４０（１９９５））。しかしながら、一般に、光ベースの方法は、表
面がフォトポリマーの均一な薄いフィルムによりスピンコーティングされること
を必要とし、そしてフォトアラインメントされた表面上のメソゲン層の配向は、
アラインメントに使用される入射光の角度によって決定されるので、これらの方
法は平坦ではない表面の上でのパターン化に簡単には適用できない。
【００１０】 本発明の方法は、２つの簡単な処理工程での複雑なメソゲン層構造体の製造を
可能にする。表面は、形状が異なり、そしてマイクロメートル〜センチメートル
の範囲のサイズを有するメソゲン層の領域を用いてパターン化される。メソゲン
層はまた、平坦ではない表面上でもパターン化され得る（メソゲン層は、表面活
性剤でコーティングされたアルミナおよびバイコールガラスの孔の中に固定化さ
れる（Ｃｒａｗｆｏｒｄ．ら、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｅ ５３：３６４７（１９９
６）、およびその中の参考文献））。本発明は、過去の研究とは２つの原理様式
で異なる。（ｉ）スケール：メソゲン層は、メソゲン層の厚さと比較して大きい
曲率半径を有する湾曲表面に固定化される。メソゲン層の局地的な状態は平坦な
表面上に固定化されたメソゲン層の状態と同様であり、従ってメソゲン層の特性
は湾曲により生じる弾性エネルギーにより左右されない；メソゲン層を平面上に
固定化するのに用いられる方法論（例えば、ツイストしたネマティックセル）は
、本発明における湾曲表面上に変換され得る。および（ｉｉ）パターン：本発明
の方法は、パターン化された湾曲表面の形成を可能にする。
【００１１】 金上へのアルカンチオールの化学吸着により形成された自己集合単分子層は、
おそらく、今日までに最もよく特徴付けられた合成有機単分子層である。Ｕｌｍ
ａｎ，Ａ．、１９９１、Ａｎ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｕｌｔｒａｔ
ｈｉｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｉｌｍｓ：Ｆｒｏｍ Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄ
ｇｅｔｔ ｔｏ ＳｅｌｆＡｓｓｅｍｂｌｙ （Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ：Ａ
ｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ）；Ｄｕｂｏｉｓ，Ｌ．Ｈ．ら、１９９２，Ａｎｎ
ｕ．Ｒｅｖ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，４３，４３７を参照のこと。金のエバポレ
ートフィルムのアルカンチオール溶液への浸潤の間に、硫黄のフィルムの（１１
１）テクスチャード表面への化学吸着の結果として、これらの単分子層は自発的
に生じる。これらの分子は、Ａｕ（１１１）の表面上への整合＿３×＿３Ｒ３０
°格子へ自己オーガナイズする。「Ｐｏｒｔｅｒ，Ｍ．Ｄ．１９８７，Ｊ．Ａｍ
．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１０９，３５５９；Ｃａｍｉｌｌｏｎｅ ＩＩＩ，Ｎ．
ら、１９９３，Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．，９８，３５０３；Ｆｅｎｔｅｒ，Ｐ．ら
、１９９４，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２６６，１２１６；２０；Ｃｈｉｄｓｅｙ，Ｃ．
Ｅ．Ｄ．ら、１９９０，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，６，６８２；Ｓｕｎ，Ｆ．；Ｍａｏ
，Ｇ．；Ｇｒａｉｎｇｅｒ，Ｄ．Ｗ．ら、１９９４，Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆ
ｉｌｍｓ、２４２，１０６を参照のこと。ＣＨ3（ＣＨ2）nＳＨ（少なくともｎ
＞９）から形成される単分子層については、単分子層の脂肪族鎖は全トランス配
置で伸長し、そして平面の垂線から約３０°傾斜する。＿３×＿３Ｒ３０°格子
上の硫黄基間の間隔は平均４．９Åであり、他方、脂肪属鎖のファンデルワール
ス半径はほんの約４Åなので、これらのＳＡＭ内の脂肪族鎖はファンデルワール
ス力が接触し、それによって凝集分散相互作用を最大にするように、垂線から傾
斜する。Ｘ線回折を使用する単分子層内の側面構造の研究は、約１００Åのサイ
ズのドメインの存在を示し、各ドメインはＡｕ（１１１）表面に関して６個の異
なる傾斜方向のうちの１つを有する。Ｆｅｎｔｅｒ，Ｐ．ら、１９９４、Ｓｃｉ
ｅｎｃｅ，２６６，１２１６を参照のこと；最近の研究は、ｃ（４×２）超格子
の存在を示し、この原因は未解決のままである。
【００１２】 金のエバポレートフィルム上に有機硫黄化合物の化学吸着により調製された表
面は、アルカンチオールに限定されない。過フルオロ型有機硫黄化合物から形成
される自己集合単分子層もまた、報告されている。Ｌｅｎｋ，Ｔ．Ｊら、１９９
４、Ｌａｎｇｍｕｉｒ，１０，４６１０；Ｄｒａｗｈｏｒｎ，Ｒ．Ａ．ら、１９
９５，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，９９，１６５１１を参照のこと。これらの表
面もまた、非常に良好に秩序化され得るが、興味深いことに、単分子層内のこの
秩序の起点は主に分子内に存在し、それゆえ、アルカンチオールから形成される
単分子層に対して対照をなす（ここでは、この秩序は、凝集性の分子間分散力を
主に反映する）。過フルオロ型鎖の隣接するフッ素原子間の立体相互作用により
、その鎖は剛性があるらせん配置にねじれる。すなわち、単離された過フルオロ
鎖は、脂肪鎖と比較して剛性がある。過フルオロ型鎖は、アルカンチオールより
も大きい断面積を有するので、過フルオロ型チオールから金の上に形成された単
分子層はアルカンチオールと同じ角度で垂線から傾かない。Ｄｒａｗｈｏｒｎ，
Ｒ．Ａ．ら、１９９５，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，９９，１６５１１を参照の
こと。ＩＲ実験による推定は、過フルオロ型鎖の傾きを０〜１０°とみなす。Ａ
ｕ（１１１）上のＳＡＭ内の過フルオロ型鎖はアルカンチオールと同じ角度で傾
いていないので、それらの表面は異なる傾斜方向を有する単分子層の領域から形
成されるドメインを有することは期待されない（アルカンチオールから形成され
た単分子層で生じる場合）。過去の報告は、セミフッ素型鎖から形成される密集
パック型単分子層上の液晶の固定化を記載しない。フルオロカーボン表面上の過
去の研究は、フッ素型ポリマー（例えば、ポリ−（テトラフルオロエチレン）（
ＴｅｆｌｏｎTM）およびポリ−（ビニリデンフルオライド）（ＴｅｄｌａｒTM）
）のフィルムあるいはゆるくパックするフッ素含有表面試薬でコートされた表面
、ならびにホスト極性／荷電基に対して焦点が合わせられていた。Ｃｏｇｎａｒ
ｄ，Ｊ．，１９８２，Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．Ｓｕｐｐ．，
７８，１；Ｕｃｈｉｄａ，Ｔ．ら、１９９２，Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｕｓｅｓ，（Ｂａｈａｄｕｒ，Ｂ．編）
（Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ：Ｗｏｒｌｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ），２頁；Ｈｏｆ
ｆｍａｎ，Ｃ．Ｌ．；Ｔｓａｏ，Ｍ．−Ｗ；Ｒａｂｏｌｔ，Ｊ．Ｆ．；Ｊｏｈｎ
ｓｏｎ，Ｈ．ら、非公開の結果を参照のこと。調製方法の差異（例えば、テフロ
ンのプラズマ重合対テフロンブロックの滑り接触）に起因して、フッ素型表面上
の液晶の固定化についての過去に報告された結果は多様である。しかしながら、
一般に、低エネルギー表面であるフルオロカーボン表面は、ホメオトロピック固
定化を生じることが報告されている。Ｕｃｈｉｄａ，Ｔ．ら、１９９２，Ｌｉｑ
ｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｕｓｅｓ（Ｂ
ａｈａｄｕｒ，Ｂ．編（Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ：Ｗｏｒｌｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆ
ｉｃ）、２頁を参照のこと。
【００１３】 非フッ素型、セミフッ素型および過フッ素型有機硫黄化合物から形成される自
己集合単分子層を使用することにより、メソゲン層を固定化するための良好に規
定されたフルオロカーボン表面の調製が可能である。これらの良好に規定された
表面に固定化されたメソゲン層は、広範な原因から引き起こされる摂動に影響を
うけやすい。
【００１４】 摂動に対するメソゲン層の感受性の多数の実施適用は認識されている。例えば
、液晶は温度センサーとして使用されてきた（米国特許第５，１３０，８２８号
（Ｆｅｒｇａｓｏｎに対して１９９２年７月１４日に発行））。液晶コンポーネ
ントを備えるデバイスはまた、作業場の酸化エチレン濃度を示すセンサーとして
使用されてきた（米国特許第４，５９７，９４２号（Ｍｅａｔｈｒｅｌに対して
１９８６年７月１日に発行））。Ｍｅａｔｈｒａｌは、紙基板の上部に吸着層を
有するデバイスを教示する。ＭｅａｔｈｒａｌまたはＦｅｒｇａｓｏｎのいずれ
も、自己集合単分子層上の液晶の切り替え可能な固定化を教示しない。液晶の蒸
気センサとしての使用に対するさらなる情報が、Ｐｏｚｉｏｍｅｋら、Ｍｏｌ．
Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．，２７：１７５−１８５（１９７３）におい
て入手可能である。
【００１５】 タンパク質−リガンド結合の結果として固定化転移を受ける液晶デバイスが、
Ｇｕｐｔａ，Ｖ．Ｋ．，Ａｂｂｏｔｔ，Ｎ．Ｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ ２７６：１
５３３−１５３６（１９９８）により報告されている。自己集合単分子層上に支
持されている切り替え可能な液晶が、アビジンおよびヤギ抗ビオチンのビオチン
化自己集合単分子層に対する結合を検出するために使用されている。ビオチンは
、アビジン（Ｋｄ、約１０-15）と抗ビオチン（Ｋｄ、約１０-9）の両方に対し
て非常に特異的な高親和性の結合を示す。Ｇｕｐｔａらは、ビオチンの自己集合
単分子層に対する結合、ならびにビオチンに対して特異的かつ強い結合を示すこ
とが知られているタンパク質とリガンドとの相互作用を教示する。
【００１６】 化学および薬学分野において、デバイスのコンポーネントとしてパターン化さ
れた液晶を備えるデバイスに対して認識されている必要性が存在する。さらに、
このようなパターン化された液晶を製造する簡単な方法に対する必要性が存在す
る。さらに、簡単に、安価かつ信頼できる様式で、分析物を検出かつ特徴付ける
ための方法およびデバイスの両方に対する必要性が長いこと認識されてきた。分
析物の別の分子との特異的な相互作用を検出し得るシステムがさらにより望まし
い。およそマイクロメータのスケールに対して空間検出解像度を有するデバイス
が、化合物のコンビナトリアルライブラリの合成および分析を含む多数の適用に
対して理想的であろう。分子相互作用の検出が、例えば放射標識または蛍光部位
を用いて分析物を予め標識することなく達成されるのならば、このことは重要な
利点を提示する。全く驚くべきことに、本発明はこのようなデバイスおよび方法
を提供する。
【００１７】 （発明の要旨） 液晶が広範な分子の配列と種々の表面との相互作用を増幅し、そして光学信号
に変換するために使用され得ることがここに見出された。この分子と表面との相
互作用は、容易に検出される光学出力に変換され得る。
【００１８】 自発的に組織化される表面を含む種々の表面は、分子がこれらの表面と相互作
用する際に、これらの分子がメソゲン化合物のフィルムの配向の変化を引き起こ
すように設計され得る。表面と相互作用する分子がタンパク質の程度の大きさを
有する場合、この相互作用は１分子あたり約１０5〜１０6メソゲンの再配向を生
じ得る。メソゲン層を通過した光の強度の相互作用が誘発する変化は、肉眼で容
易に見出され得る。
【００１９】 それゆえ、第１の局面において、本発明は以下を備えるデバイスを提供する：
表面を有する第１の基板であって、上記表面は認識部位を備える、基板；表面に
配向したメソゲン層；ならびに、メソゲン層と、気体、液体、固体およびそれら
の組み合わせからなる群から選択される部材との間の界面。
【００２０】 第２の局面において、本発明は以下を備えるデバイスを包含する：表面を有す
る第１の基板；表面を有する第２の基板であって、上記第１の基板と第２の基板
は、第１の基板の表面が第２の基板の表面に向かい合うように整列されている；
第１の基板の表面に付着した第１の有機層であって、ここでこの第１の有機層は
第１の認識部位を有する；ならびに第１の基板と第２の基板との間のメソゲン層
であって、このメソゲン層は複数のメソゲン化合物を有する。
【００２１】 第３の局面において、本発明は分析物と認識部位の間の相互作用を検出するデ
バイスを提供し、このデバイスは以下を備える：表面を有する第１の基板；表面
を有する第２の基板であって、上記第１の基板と第２の基板は、第１の基板の表
面が第２の基板の表面に向かい合うように整列されている；第１の基板の表面に
付着した第１の有機層であって、ここでこの有機層は分析物と相互作用する第１
の認識部位を有する；ならびに第１の基板と第２の基板との間のメソゲン層であ
って、このメソゲン層は複数のメソゲンを有し、ここで複数のメソゲンのうちの
少なくとも一部は、第１の認識部位と分析物との間の相互作用の際に配向の検出
可能な切り替えを受け、このことによりこの分析物と第１の認識部位との間の相
互作用が検出される。
【００２２】 第４の局面において、本発明は分析物を検出する方法を提供し、この方法は以
下の工程を包含する： （ａ）分析物に、この分析物に対する認識部位を接触させる工程であって、こ
の接触工程により、分析物と認識部位との接触の際に認識部位に近接する複数の
メソゲンの少なくとも一部が検出可能に第１の配向から第２の配向へと切り替え
を生じる、工程；ならびに （ｂ）複数のメソゲンの少なくとも一部の第２の形状を検出し、それによって
分析物を検出する工程。
【００２３】 第５の局面において、本発明は化合物のライブラリを合成かつスクリーニング
するデバイスを提供する： （１）以下を備える合成成分： （ａ）表面を有する第１の基板； （ｂ）表面上の自己集合単分子層であって、この単分子層は反応性官能基を
備える；ならびに （２）以下を有する分析成分： （ａ）表面を有する第２の基板；および （ｂ）第１の基板の表面と第２の基板の表面との間のメソゲン層。
【００２４】 第６の局面において、本発明は、自己集合単分子層上で合成された化合物のラ
イブラリを提供する。
【００２５】 第７の局面において、本発明は、その上に平面状に固定化されたメソゲン層を
有する低エネルギー表面を提供する。
【００２６】 第８の局面において、本発明は、基板上に吸着されたハロゲン含量を有するハ
ロオルガノ硫黄部位を有する有機層中の傾斜を制御する方法を提供し、この方法
は、ハロオルガノ硫黄のハロゲン含量を選択する工程を包含する。
【００２７】 第９の局面において、本発明は、有機層により固定化されたメソゲン層内の光
学テクスチャーを制御する方法を提供し、この有機層はハロゲン含量を有するハ
ロオルガノ硫黄部位を有し、この方法はハロオルガノ硫黄のハロゲン含量を選択
する工程を包含する。
【００２８】 本発明の他の特徴、目的および利点、ならびにその好ましい実施態様は、以下
の詳細な説明から明らかとなる。
【００２９】 （発明および好ましい実施態様の詳細な説明） （略語および定義） ＳＡＭとは、自己集合単分子層である。
【００３０】 本発明の好ましい実施態様を記載するために使用される用語は、一般に、当該
分野において認識されているそれらの意味を有する。以下に提示する定義は、当
該分野において認識される意味を補うことを意図され、それの代わりとなること
は意図されない。
【００３１】 本明細書中で使用する場合には、用語「メソゲン（ｍｅｓｏｇｅｎ、ｍｅｓｏ
ｇｅｎｉｃ）」および「液晶」は、本質的に交換可能に使用され、液晶相を形成
する分子を表す。
【００３２】 用語「付着（される）」は、本明細書中で使用する場合には、共有結合、イオ
ン結合、化学吸着、物理吸着およびこれらの組み合わせが挙げられるがこれらに
限定されない、相互作用を包含する。
【００３３】 用語「独立して選択される」は、本明細書中で、そのように記載される群が同
一または異なり得ることを示すために使用される。
【００３４】 用語「アルキル」は、本明細書中で、分枝または非分枝の、飽和または不飽和
の、一価の炭化水素基を表すために使用され、これは、１〜３０個の炭素、好ま
しくは、４〜２０個の炭素、そしてより好ましくは、６〜１８個の炭素を有する
。このアルキル基が１〜６個の炭素原子を有する場合には、「低級アルキル」と
呼ばれる。適切なアルキル基には、例えば、１つ以上のメチレン、メチン（ｍｅ
ｔｈｉｎｅ）および／またはメチン（ｍｅｔｈｙｎｅ）基を含む構造が挙げられ
る。分枝構造は、ｉ−プロピル、ｔ−ブチル、ｉ−ブチル、２−エチルプロピル
などに類似した分枝モチーフを有する。本明細書中で使用する場合には、この用
語は「置換アルキル」を包含する。
【００３５】 「置換アルキル」は、１つ以上の以下のような官能基を有する、すぐ上に記載
したアルキル基を表す：低級アルキル、アリール、アシル、ハロゲン（すなわち
、アルキルハロ、例えば、ＣＦ3）ヒドロキシ、アミノ、アルコキシ、アルキル
アミノ、アシルアミノ、チオアミド、アシルオキシ、アリールオキシ、アリール
オキシアルキル、メルカプト、チア、アザ、オキソ、飽和および不飽和の両方の
環状炭化水素、複素環など。これらの基は、アルキル部分の任意の炭素に付着さ
れ得る。さらに、これらの基は、アルキル鎖から垂れ下っていても、アルキル鎖
と一体であってもよい。
【００３６】 用語「アリール」は、本明細書中で、芳香族置換基を表すために使用され、こ
れは、単一の芳香環、あるいは複数の芳香環（これらは、ともに縮環しているか
、共有結合しているか、またはメチレンもしくはエチレン部分のような共通の基
に結合している）であり得る。この共通の結合基はまた、ベンゾフェノンにおい
てそうであるように、カルボニルであり得る。芳香環（単数または複数）には、
とりわけ、フェニル、ナフチル、ビフェニル、ジフェニルメチルおよびベンゾフ
ェノンが挙げられ得る。用語「アリール」は、「アリールアルキル」を包含する
。
【００３７】 用語「アリールアルキル」は、本明細書中で、「アリール」の部分集合を表す
ために使用され、この部分集合において、このアリール基は、式１〜４に示す核
に、本明細書中で定義されるようなアルキル基によって、付着される。
【００３８】 「置換アリール」は、１つ以上の以下のような官能基を含む、すぐ上で定義し
たアリールを表す：低級アルキル、アシル、ハロゲン、アルキルハロ（例えば、
ＣＦ3）、ヒドロキシ、アミノ、アルコキシ、アルキルアミノ、アシルアミノ、
アシルオキシ、フェノキシ、メルカプト、ならびに飽和および不飽和の両方の環
状炭化水素（これらは、その芳香環（単数または複数）に縮環しているか、共有
結合しているか、またはメチレンもしくはエチレン部分のような共通の基に結合
している）。この結合基はまた、シクロヘキシルフェニルケトンにおいてそうで
あるように、カルボニルであり得る。用語「置換アリール」は、「置換アリール
アルキル」を包含する。
【００３９】 「置換アリールアルキル」は、「置換アリール」の部分集合を規定し、この部
分集合において、この置換アリール基は、式１〜４に示される核に、本明細書中
で定義されるアルキル基によって、付着される。
【００４０】 用語「アシル」は、ケトン置換基（−Ｃ（Ｏ）Ｒであって、ここで、Ｒは、本
明細書中で定義するような、アルキルまたは置換アルキル、アリールまたは置換
アリールである）を記載するために使用される。
【００４１】 用語「ハロゲン」は、本明細書中で、フッ素、臭素、塩素、およびヨウ素原子
を表すために使用される。
【００４２】 用語「ヒドロキシ」は、本明細書中で、−ＯＨ基を表すために使用される。
【００４３】 用語「アミノ」は、一級アミン（Ｒ−ＮＨ2）を記載するために使用される。
【００４４】 用語「アルコキシ」は、本明細書中で、−ＯＲ基を表すために使用され、ここ
で、Ｒは、低級アルキル、置換低級アルキル、アリール、置換アリール、アリー
ルアルキルまたは置換アリールアルキルであって、ここで、アルキル、アリール
、置換アリール、アリールアルキルおよび置換アリールアルキル基は、本明細書
中で定義した通りである。適切なアルコキシ基には、例えば、メトキシ、エトキ
シ、フェノキシ、置換フェノキシ、ベンジルオキシ、フェネチルオキシ、ｔ−ブ
トキシなどが挙げられる。
【００４５】 用語「アルキルアミノ」は、第二級アミンおよび第三級アミンをいう。ここで
、そのアルキル基は、同じかまたは異なる基のいずれかであり得、そして「アル
キル基」として本明細書中で記載されるような基である。
【００４６】 本明細書中で使用される場合、用語「アシルアミノ」は、一般式ＲＣ（Ｏ）Ｎ
Ｒ’の置換基を記載する。ここで、Ｒ’は低級アルキル基であり、そしてＲは、
式１〜４に示される核、またはこの核に付着した、本明細書中で定義されるよう
なアルキル基を表す。
【００４７】 用語「アシルオキシ」は、酸性水素の除去によって有機酸から誘導される有機
ラジカルを記載するように、本明細書中で使用される。単純なアシルオキシ基と
しては、例えば、アセトキシ、およびカルボン酸（例えば、エタン酸、プロピオ
ン酸、ブタン酸など）から誘導される高級同族体が挙げられる。アシルオキシ部
分は、順方向エステルまたは逆方向エステル（すなわち、それぞれ、ＲＣ（Ｏ）
ＯＲ’またはＲ’ＯＣ（Ｏ）Ｒ、ここで、Ｒは、式１〜４に示される核に直接的
または中間炭化水素鎖を介してのいずれかで付着したエステルの部分を意味する
）のいずれかとして配向され得る。
【００４８】 本明細書中で使用される場合、用語「アリールオキシ」は、式１〜４に示され
る核に酸素原子を介して直接的に連結された芳香族基をいう。この用語は、「置
換アリール」について上記されたように芳香族基が置換された「置換アリールオ
キシ」部分を包含する。
【００４９】 本明細書中で使用される場合、「アリールオキシアルキル」は、酸素原子を介
して、本明細書中で規定されるようなアルキル基に付着した芳香族基を規定する
。アルキル基は、式１〜４に示される核に付着されている。用語「アリールオキ
シアルキル」は、「置換アリール」について記載されるように芳香族基が置換さ
れた「置換アリールオキシアルキル」部分を包含する。
【００５０】 本明細書中で使用される場合、用語「メルカプト」は、一般構造Ｒ−Ｓ−Ｒ’
の部分を規定する。ここで、ＲおよびＲ’は、同じかまたは異なる基であり、そ
して本明細書中に記載されるようなアルキル、アリール、または複素環である。
【００５１】 用語「飽和環状炭化水素」は、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチ
ルなどのような基、およびこれらの構造の置換類似体をいう。これらの環状炭化
水素は、単環構造または多環構造であり得る。
【００５２】 用語「不飽和環状炭化水素」は、少なくとも１つの二重結合を有する一価の非
芳香族基（例えば、シクロペンテン、シクロヘキセンなど、およびそれらの置換
類似体）を記載するように使用される。これらの環状炭化水素は、単環構造また
は多環構造であり得る。
【００５３】 用語「ヘテロアリール」は、本明細書中で使用される場合、芳香族環の１つ以
上の炭素原子が、窒素、酸素、または硫黄のようなヘテロ原子によって置換され
た芳香族環をいう。ヘテロアリールは、単一芳香族環、複数芳香族環、または１
つ以上の非芳香族環に連結された１つ以上の芳香族環であり得る構造をいう。多
環を有する構造において、環は、共に融合され得るか、共有結合され得るか、ま
たはメチレンまたはエチレン部分のような共通基に連結され得る。共通の連結基
はまた、フェニルピリジルケトンにおける場合のように、カルボニルであり得る
。本明細書中で使用される場合、チオフェン、ピリジン、イソキサゾール、フタ
ルイミド、ピラゾール、インドール、フランなどのような環、またはこれらの環
のベンゾ融合（ｂｅｎｚｏ−ｆｕｓｅｄ）類似体が、用語「ヘテロアリール」に
よって規定される。
【００５４】 「ヘテロアリールアルキル」は、「ヘテロアリール」のサブセットを規定する
。ここで、アルキル基（本明細書中で規定される）は、式１〜４に示される核に
ヘテロアリール基を連結している。
【００５５】 「置換へテロアリール」は、まさしく記載されるようにヘテロアリール核が、
低級アルキル、アシル、ハロゲン、アルキルハロ（例えば、ＣＦ3）、ヒドロキ
シ、アミノ、アルコキシ、アルキルアミノ、アシルアミノ、アシルオキシ、メル
カプトなどのような１つ以上の官能基で置換されているヘテロアリールをいう。
従って、チオフェン、ピリジン、イソキサゾール、フタルイミド、ピラゾール、
インドール、フランなどのような芳香族複素環の置換類似体、またはこれらの環
のベンゾ融合類似体が、用語「置換へテロアリール」によって規定される。
【００５６】 「置換ヘテロアリールアルキル」は、上記のような「置換へテロアリール」の
サブセットをいう。ここで、アルキル基（本明細書中で規定される）は、式１〜
４に示される核にヘテロアリール基を連結している。
【００５７】 用語「複素環」は、環内に１〜１２個の炭素原子、および窒素、硫黄、または
酸素から選択される１〜４個のヘテロ原子の単環または縮合多環を有する一価の
飽和または不飽和の非芳香族基を記載するように、本明細書中で使用される。そ
のような複素環は、例えば、テトラヒドロフラン、モルフォリン、ピペリジン、
ピロリジンなどである。
【００５８】 用語「置換複素環」は、本明細書中で使用される場合、「複素環」のサブセッ
トを記載する。ここで、複素環の核は、低級アルキル、アシル、ハロゲン、アル
キルハロ（例えば、ＣＦ3）、ヒドロキシ、アミノ、アルコキシ、アルキルアミ
ノ、アシルアミノ、アシルオキシ、メルカプトなどのような１つ以上の官能基で
置換されている。
【００５９】 用語「複素環アルキル」は、「複素環」のサブセットを規定する。ここで、ア
ルキル基（本明細書中で規定される）は、式１〜４に示される核に複素環基を連
結している。
【００６０】 本明細書中で使用される場合、「円錐固定化」は、界面の垂線との固定角(（
０および(／２とは異なる）をなす、無限数の固定化方向によって特徴付けられ
る固定化をいう。
【００６１】 用語「縮重固定化」は、固定化様式を記載する。ここでは、無限数の固定化方
向が存在する。
【００６２】 用語「ホメオトロピック固定化」は、界面の平面に対して垂直な１つの固定化
方向によって特徴付けられる固定化様式をいう。
【００６３】 「多安定固定化」は、１より多い有限数の固定化方向によって特徴付けられる
固定化様式をいう。
【００６４】 本明細書中で使用される場合、用語「平面固定化」は、界面の平面に対して平
行な固定化方向によって特徴付けられる固定化をいう。
【００６５】 「傾斜固定化」は、本明細書中で使用される場合、界面の垂線との角（０およ
び(／２とは異なる）をなす固定化をいう。
【００６６】 本発明は、液晶デバイスに関する。より詳細には、本発明は、液晶が結合され
ている表面との分析物の相互作用を検出する液晶デバイスを提供する。本発明は
、分子相互作用の増幅および変換を可能にするデバイスおよび方法を提供する。
増幅は高度の解像度を提供し、そして変換は、その最も単純な実施態様において
、デバイスが相互作用を光学的に検出するために使用されることを可能にする。
【００６７】 本発明は、目的の分析物の存在を検出するための液晶デバイスおよびこれらの
デバイスを使用する方法を提供する。本発明のデバイスおよび方法は、高分子（
例えば、ポリマー、タンパク質、抗体）、ならびに有機低分子および無機低分子
の両方を検出するために使用され得る。
【００６８】 本発明のデバイスは、一般的に多層であり、そして１つ以上の基板からなる。
認識部位は、基板に直接的にか、または基板上に必要に応じて沈積された有機層
を通して結合され得る。この基板または有機層は、有機層と目的の分析物との間
の相互作用（例えば、結合）に対して配向性感受性であるメソゲン層を固定化す
るために使用される。
【００６９】 従って、第１の局面において、本発明は以下を備えるデバイスを提供する：表
面を有する第１基板（この表面は、認識部位を備える）；この表面上で配向され
たメソゲン層；およびこのメソゲン層と、気体、液体、固体、およびそれらの組
み合わせからなる群から選択されるメンバーとの間の界面。
【００７０】 本発明のこの局面は、単純な平面およびまたより複雑な幾何学的形態（例えば
、湾曲、円筒形、シヌソイド）の両方のデバイスの形成を可能にする。現在の好
ましい実施態様において、このデバイスの基板は、メッシュ（例えば、ＴＥＭ格
子）である。この実施態様において、認識部位は、メッシュ部材間の領域（すな
わち、くぼみ（ｗｅｌｌ）中に）付着され、そしてメソゲン層は、基板の頂部に
浮遊される。
【００７１】 本発明のこの局面の現在の好ましい実施態様において、認識部位は、多くの任
意の相互作用型によって基板の表面に付着される。有用な付着様式としては、例
えば、共有結合、イオン結合、化学吸着、および物理吸着が挙げられる。これら
の様式のうちの１より多くを組み合わせて用いるデバイスもまた、本発明の範囲
内である。
【００７２】 別の好ましい実施態様において、デバイスは、その基板に付着した有機層をさ
らに備える基板を利用する。認識部位と同様に、有機層は、共有結合、イオン結
合、化学吸着、物理吸着、またはこれらの付着様式の組み合わせによって、基板
に付着され得る。
【００７３】 よりさらに好ましい実施態様において、認識部位は、有機層の１つ以上の成分
に付着される。認識部位および有機層の付着は、共有結合、イオン結合、化学吸
着、物理吸着、またはこれらの付着様式の組み合わせを利用し得る。
【００７４】 なおさらに好ましい実施態様において、メソゲン層は、重合体メソゲンである
。一連の適切な重合体メソゲンは、当業者に公知である。例えば、Ｉｍｒｉｅら
、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ２６：５４５−５５０（１９９３）；および
Ｐｅｒｃｅｃ，Ｖ．、ＨＡＮＤＢＯＯＫ ＯＦ ＬＩＱＵＩＤ ＣＲＹＳＴＡＬ
ＲＥＳＥＡＲＣＨ、ＣｏｌｌｉｎｇｓおよびＰａｔｅｌ編、１９９７を参照の
こと。
【００７５】 別の好ましい実施態様において、界面は、周囲大気と、基板上または有機層上
のいずれかに積層されたメソゲンとの間である。別の現在の好ましい実施態様に
おいて、界面は、メソゲン層と液体との間である。よりさらに好ましい実施態様
において、界面は、メソゲン層と固体（例えば、第２基板）との間である。
【００７６】 第２の局面において、本発明は以下を備えるデバイスを提供する：表面を有す
る第１基板；表面を有する第２基板（第１基板および第２基板は、第１基板の表
面が、第２基板の表面と向かい合うように整列されている）；第１基板の表面に
付着された第１有機層（ここでこの第１有機層は第１認識部位を備える）；およ
び、第１基板と第２基板との間のメソゲン層（このメソゲン層は、複数のメソゲ
ン化合物を含む）。
【００７７】 第３の局面において、本発明は、分析物と認識部位との間の相互作用を検出す
るためのデバイスを提供する。このデバイスは、以下を備える：表面を有する第
１基板；表面を有する第２基板（第１基板および第２基板は、第１基板の表面が
第２基板の表面と向かい合うように整列されている）；第１基板の表面に付着さ
れた第１有機層（ここでこの有機層は分析物と相互作用する第１認識部位を備え
る）；および、第１基板と第２基板との間のメソゲン層（このメソゲン層は、複
数のメソゲンを含み、ここで複数のメソゲンの少なくとも一部は、第１の認識部
位とこの分析物との間の相互作用の際に配向の検出可能な切り替えを受け、それ
によってこの分析物と第１の認識部位との間の相互作用が検出される）。
【００７８】 第４の局面において、本発明は、分析物を検出するための方法を提供する。こ
の方法は、以下の工程を包含する： （ａ）この分析物についての認識部位をこの分析物と接触させる工程であって
、ここで、この分析物を認識部位と接触させる際に、この接触が、この認識部位
の近位の複数のメソゲンの少なくとも一部に、第１配向から第２配向への検出可
能な切り替えを引き起こす、工程；および、 （ｂ）この複数のメソゲンの少なくとも一部の第２形態を検出する工程であっ
て、これによりこの分析物が検出される、工程。
【００７９】 （Ａ．基板） 本発明を実施する際に有用である基板は、事実上任意の物理化学的に安定な材
料から作製され得る。好ましい実施態様において、この基板材料は、メソゲン層
の構成成分に対して非反応性である。基板は剛性または可撓性のいずれかであり
得、そして光学的に透明または光学的に不透明のいずれかであり得る。基板は、
電気絶縁体、導体、または半導体であり得る。さらに、基板は、液体、蒸気およ
び／または気体に対して実質的に不透過性である得るか、あるいは、基板はこれ
らのクラスの材料のうちの１つ以上に対して透過性であり得る。
【００８０】 例示的な基板としては、無機結晶、無機ガラス、無機酸化物、金属、有機ポリ
マーおよびこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【００８１】 （Ａ．１ 無機結晶および無機ガラス） 基板材料に適切な無機結晶および無機ガラスとしては、例えば、ＬｉＦ、Ｎａ
Ｆ、ＮａＣｌ、ＫＢｒ、ＫＩ、ＣａＦ2、ＭｇＦ2、ＨｇＦ2、ＢＮ、ＡｓＳ3、Ｚ
ｎＳ、Ｓｉ3Ｎ4などが挙げられる。結晶およびガラスは、当該分野で標準的な技
術によって調製され得る。例えば、Ｇｏｏｄｍａｎ，Ｃ．Ｈ．Ｌ．、Ｃｒｙｓｔ
ａｌ Ｇｒｏｗｔｈ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、Ｐｌｅｎ
ｕｍ Ｐｒｅｓｓ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９７４を参照のこと。あるいは、結晶
は、商業的に購入され得る（例えば、Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）。
結晶は基板の唯一の成分であり得るか、または結晶は１つ以上のさらなる基板成
分でコーティングされ得る。従って、例えば、１つ以上の金属フィルムまたは１
つの金属フィルムおよび有機ポリマーでコーティングされた結晶を利用すること
は、本発明の範囲内である。さらに、結晶は、異なる材料、または同じ材料の異
なる物理的形態（例えば、ガラス）から作製される基板の別の部分と接触する基
質の部分を構成し得る。無機結晶および／または無機ガラスを利用する他の有用
な基板形態は、当業者に明らかである。
【００８２】 （Ａ．２ 無機酸化物） 無機酸化物もまた、本発明のデバイスの基板を形成し得る。本発明において使
用される無機酸化物としては、例えば、Ｃｓ2Ｏ、Ｍｇ（ＯＨ）2、ＴｉＯ2、Ｚ
ｒＯ2、ＣｅＯ2、Ｙ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｓ
ｉＯ2（ガラス）、水晶、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＰｂＯ2などが挙げられる。無機
酸化物は、種々の物理的形態（例えば、フィルム、担持粉末（ｓｕｐｐｏｒｔｅ
ｄ ｐｏｗｄｅｒ）、ガラス、結晶など）で利用され得る。基板は、単一の無機
酸化物または１より多い無機酸化物の複合体からなり得る。例えば、無機酸化物
の複合体は、層状構造（すなわち、第１酸化物上に沈積された第２酸化物）を有
し得るか、または２つ以上の酸化物が、連続的な非層状構造に配置され得る。さ
らに、１つ以上の酸化物は、種々のサイズの粒子として混合され得、そしてガラ
スまたは金属ミートのような支持体上に沈積され得る。さらに、１つ以上の無機
酸化物の層は、２つの他の基板層の間に挿入され得る（例えば、金属−酸化物−
金属、金属−酸化物−結晶）。
【００８３】 現在の好ましい実施態様において、基板は、液体および気体に対して不透過性
である剛性構造である。この実施態様において、基板は、金属（例えば、金）が
、蒸着（ｅｖａｐｏｌａｔｉｖｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって積層された
ガラス板からなる。よりさらに好ましい実施態様において、基板は、第１金属層
（例えば、チタン）が積層されているガラス板（ＳｉＯ2）である。次いで、第
２金属（例えば、金）の層が、第１金属層の上面に積層される。
【００８４】 （Ａ．３ 金属） 金属もまた、本発明において基板として有用である。金属は、結晶、シート、
または粉末として使用され得る。金属は、蒸着、スパッタリング、および無電解
めっき（ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を含むがこれらに限
定されない、当業者に公知の任意の方法によってバッキング上に沈積され得る。
【００８５】 メソゲン層に対して化学的に不活性である任意の金属が、本発明における基板
として有用である。基板として現在好ましい金属としては、金、銀、白金、パラ
ジウム、ニッケル、および銅が挙げられるが、これらに限定されない。１つの実
施態様においいては、１つより多い金属が使用される。１つより多い金属は、ア
ロイとして存在し得るか、またはそれらは、積層された「サンドウィッチ」構造
に形成され得るか、またはそれらは、互いに側方に隣接され得る。好ましい実施
態様において、基板に使用される金属は金である。特定の好ましい実施態様にお
いて、使用される金属は、チタン上に積層された金である。
【００８６】 金属層は、液体、溶液、蒸気、および気体のような材料に対して、透過性また
は不透過性のいずれかであり得る。
【００８７】 （Ａ．４ 有機ポリマー） 有機ポリマーは、基板材料の有用なクラスである。本発明における基板として
有用な有機ポリマーとしては、気体、液体、および溶液中の分子に対して透過性
のポリマーが挙げられる。他の有用なポリマーは、これらの同じクラスの化合物
の１つ以上に対して不透過性のポリマーである。
【００８８】 有用な基板を形成する有機ポリマーとしては、例えば、ポリアルケン（例えば
、ポリエチレン、ポリイソブテン、ポリブタジエン）、ポリアクリル酸系（例え
ば、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリシアノアクリレート）
、ポリビニル（例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリビ
ニルブチラール、ポリビニルクロライド）、ポリスチレン、ポリカーボネート、
ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、ポリシ
ロキサン、ポリ複素環（ｐｏｌｙｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌｅ）、セルロース誘導体
（例えば、メチルセルロース、セルロースアセテート、ニトロセルロース）、ポ
リシラン、フッ化ポリマー、エポキシ、ポリエーテル、およびフェノール樹脂が
挙げられる。Ｃｏｇｎａｒｄ、Ｊ．ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ ＯＦ ＮＥＭＡＴＩＣ
ＬＩＱＵＩＤ ＣＲＹＳＴＡＬＳ ＡＮＤ ＴＨＥＩＲ ＭＩＸＴＵＲＥＳ、
Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．１：１−７４（１９８２）を参照の
こと。現在好ましい有機ポリマーとしては、ポリジメチルシロキサン、ポリエチ
レン、ポリアクリロニトリル、セルロース材料、ポリカーボネート、およびポリ
ビニルピリジニウムが挙げられる。
【００８９】 現在好ましい実施態様において、基板は透過性である。そして基板は金、また
はチタン上の金の層からなり、これは、重合体膜、または他の材料（これは、液
体、蒸気、および／または気体に対して透過性である）上に沈積される。液体お
よび気体は、純粋な化合物であり得る（例えば、クロロホルム、一酸化炭素）か
、またはそれらは他の分子中に分散した化合物であり得る（例えば、タンパク質
水溶液、大気中の除草剤、有機低分子のアルコール溶液）。有用な透過性膜とし
ては、可撓性セルロース材料（例えば、再生されたセルロース透析膜）、剛性セ
ルロース材料（例えば、セルロースエステル透析膜）、剛性ポリフッ化ビニリデ
ン膜、ポリジメチルシロキサン、およびトラックをエッチングしたポリカーボネ
ート膜が挙げられるが、これらに限定されない。
【００９０】 さらに好ましい実施態様において、透過性膜上の金の層は、それ自体透過性で
ある。なおさらに好ましい実施態様において、透過性の金の層は、約７０Å以下
の厚みを有する。
【００９１】 基板の透過性が重要ではなく、そして金属フィルムの層が使用される実施態様
においては、フィルムは、特定の適用に必要とされる程の厚みであり得る。例え
ば、フィルムが電極として使用される場合、このフィルムは、フィルムが光に対
して透明または半透明であることが必要な実施態様におけるよりも厚くあり得る
。
【００９２】 従って、好ましい実施態様において、フィルムは、約０．０１ナノメートル〜
約１マイクロメートルの厚みである。さらに好ましい実施態様において、フィル
ムは、約５ナノメートル〜約１００ナノメートルの厚みである。なおさらに好ま
しい実施態様において、フィルムは、約１０ナノメートル〜約５０ナノメートル
の厚みである。
【００９３】 （Ａ．５ 基板表面） この基板の表面の性質は、その表面に結合するメソゲン層の固定化に対して深
い効果を有する。この表面は、機械的および／または化学的な技術の使用によっ
て操作され得る。上記に列挙した基板の各々の表面は、実質的に平滑である。あ
るいは、この表面は、擦り、エッチング、グルービング、ストレッチ、斜め沈着
または当業者に公知の他の類似の技術によって粗面化またはパターン形成され得
る。特に関連深いのは、メソゲン化合物と接触する表面の織物である。
【００９４】 従って、１つの実施態様において、この基板は、ガラスまたは有機ポリマーで
あり、そしてこの表面は、擦りによって調製されている。擦りは、事実上、任意
の材料（織物、紙、ブラシ、艶だしペーストなど）を用いて達成され得る。好ま
しい実施態様において、擦りは、ダイヤモンド擦りペーストの使用により達成さ
れる。別の好ましい実施態様において、メソゲン化合物と接触する基板の表面は
、エバポレーションにより斜めに沈着した金属層である。さらに好ましい実施態
様において、この金属層は、金層である。
【００９５】 この基板はまた、フォトリソグラフィー（Ｋｌｅｉｎｆｉｅｌｄら、Ｊ Ｎｅ
ｕｒｏｓｃｉ．８：４０９８−１２０（１９９８））、フォトエッチング、化学
エッチングおよび微小接触印刷（Ｋｕｍａｒら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ １０：１４
９８−５１１（１９９４））のような技術を用いてパターン形成され得る。基板
にパターンを形成するための他の技術は、当業者には容易に明らかである。
【００９６】 この基板のパターンのサイズおよび複雑さは、利用される技術の解像度および
そのパターンが意図される目的によってのみ限定される。例えば、微小接触印刷
を用いると、２００ｎｍほどの小さな特徴が基板上に積み重ねられる。Ｘｉａ、
Ｙ．；Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ、Ｇ．、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１７：３
２７４−７５（１９９５）を参照のこと。同様に、フォトリソグラフィーを用い
ると、１μｍほどの小さな特徴を有するパターンが生成される。Ｈｉｃｋｍａｎ
ら、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．１２：６０７ １６（１９９４）を
参照のこと。本発明において有用であるパターンは、ウェル、囲い込み、パーテ
ィション、窪み、入口、出口、チャネル、トラフ、回折格子などの特徴を含むも
のを包含する。
【００９７】 現在好ましい実施態様において、パターン形成は、複数の隣接ウェルを有する
基板を生成するために使用される。ここで、このウェルの各々は、上昇した壁ま
たはパーティションによって他のウェルから孤立しており、そしてそのウェルは
、流体連通していない。従って、特定のウェルに配置された分析物または他の物
質は、実質的にそのウェルに拘束されたままである。別の好ましい実施態様にお
いて、パターン形成は、デバイスを通じたチャネルの形成を可能にし、それによ
って、分析物がそのデバイスから入ったりそして／または出たりし得る。
【００９８】 このパターンは、基板に直接印刷され得るか、またはあるいは、「リフトオフ
」技術が利用され得る。リフトオフ技術において、パターン形成された抵抗物が
基板上に配置され、有機層がその抵抗物によって覆われていない領域内に配置さ
れ、そして続いてその抵抗物が除去される。本発明の基板での使用に適切な抵抗
物は、当業者に公知である。例えば、Ｋｌｅｉｎｆｉｅｌｄら、Ｊ．Ｎｅｕｒｏ
ｓｃｉ．８：４０９８−１２０（１９９８）を参照のこと。フォトレジストの除
去の後、第一の有機層とは異なる構造を有する第二の有機層が、その基板の、そ
の抵抗物によって当初覆われていた領域に結合され得る。この技術を用いて、異
なる化学的特性の領域を有するパターンを有する基板が生成され得る。従って、
例えば、隣接するウェルのアレイを有するパターンは、そのパターン構成要素の
疎水性／親水性、電荷および他の化学的特性を変更することによって作製され得
る。一つの実施態様において、親水性化合物は、疎水性材料を用いた壁をパター
ン形成することによって、個々のウェルに拘束され得る。同様に、正または負に
荷電した化合物は、拘束された化合物の電荷に類似の電荷を有する化合物から作
製された壁を有するウェルに拘束され得る。類似の基板形態は、所望の特性を有
する層を直接その基板に微小印刷することによて接近可能である。Ｍｒｋｉｓｈ
、Ｍ．；Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ、Ｇ．Ｍ．、Ａｎｎ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．
Ｂｉｏｍｏｌ．Ｓｔｒｕｃｔ．２５：５５−７８（１９９６）を参照のこと。
【００９９】 なお別の好ましい実施態様において、このパターン化された基板は、液晶の整
列の固定化を制御する。特に好ましい実施態様において、この基板は、自己集合
単分子層を形成する有機化合物を用いてパターン形成される。この実施態様にお
いて、この有機層は、支持されたメソゲン層の方位の配向および／または極性の
配向を制御する。
【０１００】 （Ｂ．有機層） 基板がメソゲン層を固定化する能力に加えて、その基板に付着した有機層は、
同様に、そのような固定化を提供し得る。広汎な種々の有機層は、本発明ととも
に用いられ得る。これらは、有機チオール、有機シラン、両親媒性分子、シクロ
デキストリン、ポリオール（例えば、ポリ（エチレングリコール）、ポリ（プロ
ピレングリコール））、フラーレン、および生体分子から形成された有機層を含
む。他の有用な化合物は、当業者に明らかである。
【０１０１】 （Ｂ．１ 固定化） 基板表面に結合し、支持され、または吸着された有機層は、メソゲン層を固定
化し得る。本明細書において使用される用語「固定化（する）」とは、メソゲン
層における分子によって採用された配向のセットをいう。このメソゲン層は、特
定の配向を採用し、他方で、その有機層とそのメソゲン層との間の界面の自由エ
ネルギーを最小化する。メソゲン層の配向は、「方向の固定化」といわれる。多
数の方向の固定化が可能である。
【０１０２】 採用される特定の方向の固定化は、そのメソゲン層、その有機層およびその基
板の性質に依存する。本発明において使用する方向の固定化は、例えば、円錐形
の固定化、縮退固定化、ホメオトロピック（ｈｏｍｅｏｔｒｏｐｉｃ）固定化、
多重安定固定化、平面固定化および傾斜固定化を包含する。平面固定化およびホ
メオトロピック固定化が好ましい。ここで、ホメオトロピック固定化が最も好ま
しい。
【０１０３】 表面によるメソゲン化合物の固定化は、多数の系について広汎に研究されてい
る。例えば、Ｊｅｒｏｍｅ、Ｂ．、Ｒｅｐ．Ｐｒｏｇ．Ｐｈｙｓ．５４：３９１
−４５１（１９９１）を参照のこと。メソゲン基板の表面による固定化は、一般
に、そのメソゲン層のバルク層の指示器（ｄｉｒｅｃｔｏｒ）の配向によって特
定される。その表面に対する指示器の配向は、極角（表面の法線から測定される
）および方位角（表面の平面から測定される）によって記載される。
【０１０４】 メソゲンの固定化の制御は、主に、無機（例えば、二酸化ケイ素）基板への表
面活性分子またはポリマーフィルムのコーティング、続いての擦りのような表面
処理によって調製された有機表面の使用に基づいている。有用であると見出され
ている他の系としては、種々の基板と有機シランとの反応によって調製された表
面でが挙げられる。例えば、Ｙａｎｇら、ＭＩＣＲＯＣＨＥＭＩＳＴＲＹ：ＳＰ
ＥＣＴＲＯＳＣＯＰＹ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ ＩＮ ＳＭＡＬＬ ＤＯ
ＭＡＩＮＳ；Ｍａｓｕｈａｒａら編；Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ、Ａｍｓｔｅ
ｒｄａｍ、１９９４；４４１頁を参照のこと。
【０１０５】 基板上において有機層によって形成された、分子設計された表面は、支持され
ているメソゲン層の方位配向および極性配向の両方を制御するために使用され得
る。ＳＡＭが表面上でパターン形成され得る。例えば、斜めに沈着した金の上に
ＣＨ3（ＣＨ2）14ＳＨおよびＣＨ3（ＣＨ2）15ＳＨから作製された、パターン形
成された有機層は、ねじれ９０°である支持されたメソゲン層を生成する。他の
固定化様式は、鎖の長さおよび有機層の構成成分の種の数を変動することによっ
て容易に接近可能である。Ｇｕｐｔａ、Ｖ．Ｋ．；Ａｂｂｏｔｔ、Ｎ．Ｌ．，Ｓ
ｃｉｅｎｃｅ ２７６：１５３３−１５３６（１９９７）を参照のこと。
【０１０６】 固定化の様式間の遷移は、その有機層の構造を変更することによって一連の有
機層上で得られてきた。メソゲン化合物の固定化に影響を与えると見出されてい
る構造的特徴としては、例えば、その有機層内の分子密度、その有機層を構成す
る分子の大きさおよび形状、そのバルク有機相を構成する個々の層の数が挙げら
れる。
【０１０７】 その基板の有機層の密度は、メソゲン固定化の様式に対して効果を有すること
が示されている。例えば、ホメオトロピック固定化と縮退固定化との間の遷移は
、その単分子層の密度を変更することによって界面活性剤の単分子層上で得られ
てきている。Ｐｒｏｕｓｔら、Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｍｍｕｎ．１１：
１２２７−３０（１９７２）を参照のこと。従って、その基板上で有機層の密度
を制御することによってメソゲンの固定化様式を改変することは、本発明の範囲
内である。
【０１０８】 その有機層を構成する個々の分子の分子構造、大きさおよび形状はまた、固定
化様式に影響を与える。例えば、基板上の界面活性剤の脂肪族鎖の長さを変更す
ることもまた、遷移を固定化することを誘導し得ることが実証されている。長鎖
を用いると、ホメオトロピック固定化が得られるが、他方で、短鎖を用いると、
円錐状の固定化が得られる。ここで、傾斜角（Ｈ）は、鎖が短くなるにつれて増
加する。例えば、Ｐｏｒｔｅ、Ｊ．Ｐｈｙｓｉｑｕｅ ３７：１２４５−５２（
１９７６）を参照のこと。さらに、最近の報告によって、メソゲン層の極角は、
その有機層の構成成分の選択によって制御され得ることが実証されている。Ｇｕ
ｐｔａ、Ｖ．Ｋ．；Ａｂｂｏｔｔ、Ｎ．Ｌ．、Ｌａｎｇｍｕｉｒ １２：２５８
７−２５９３（１９９６）を参照のこと。従って、有機層構成成分の賢明な選択
によって、シフト固定化の程度およびシフトの型を操作することは、本発明の範
囲内である。
【０１０９】 広汎な種々の有機層が、本発明の実施において有用である。これらの有機層は
、単分子層、二層、および多層を包含する。さらに、この有機層は、共有結合、
イオン性結合、物理的吸着、化学的吸着などによって付着され得る。これらには
、疎水性相互作用、親水性相互作用、ファンデルワールス相互作用などが挙げら
れるがそれらに限定されない。
【０１１０】 現在好ましい実施態様において、自己集合単分子層を形成する有機層が使用さ
れる。
【０１１１】 表面上の液晶の固定化についての研究において、薄い半透明の金フィルム上で
アルカンチオールから形成された自己集合単分子層（ＳＡＭ）の使用が報告され
ている。Ｄｒａｗｈｏｒｎ、Ｒ．Ａ．；Ａｂｂｏｔｔ、Ｎ．Ｌ．、Ｊ．Ｐｈｙｓ
．Ｃｈｅｍ．４５：１６５１１（１９９５）を参照のこと。この研究の主な結果
は、ｎ−アルカンチオール（これは、長鎖脂肪族鎖（ＣＨ3（ＣＨ2）15ＳＨ）お
よび短鎖脂肪族鎖（ＣＨ3（ＣＨ2）4ＳＨまたはＣＨ3（ＣＨ2）9ＳＨ）を有する
）から形成されたＳＡＭが、ホメオトロピックにメソゲンを固定化し得ることの
実証であった。対照的に、単一の成分であるＳＡＭ（ＣＨ3（ＣＨ2）nＳＨ、２
＜ｎ＞１５）は、室温では、不均一な、平面または傾斜された固定化を生じた。
【０１１２】 続いての議論において、自己集合された単分子層が、例示的な有機層として利
用される。この使用は、限定することを意図しない。自己集合単分子層の種々の
形態およびその合成方法、結合特性および他の特性も、同様に、本発明において
使用する有機層の各々に適用可能であることが理解される。
【０１１３】 （Ｂ．２ 自己集合単分子層） 自己集合単分子層は、一般に、整理され、密接に充填された直鎖状の分子の集
合として示される。固体基板上に分子単層を沈着する、２つの広汎に使用される
方法が存在する。Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ移行および自己集合であ
る。さらなる方法としては、単層前駆体の蒸気の基板表面への沈着のような技術
が挙げられる。
【０１１４】 本発明において有用なＳＡＭ層の組成は、広汎な化合物構造および分子比にわ
たって変動し得る。１つの実施態様において、ＳＡＭは、唯一の化合物から形成
される。現在好ましい実施態様において、ＳＡＭは、２つ以上の成分から形成さ
れる。別の好ましい実施態様において、２つ以上の成分が使用される場合、１つ
の成分は、１０と２５との間の炭素の鎖長を有する長鎖の炭化水素であり、そし
て第二の成分は、１と９との間の炭素原子の鎖長を有する短鎖の炭化水素である
。特に好ましい実施態様において、ＳＡＭは、ＣＨ3（ＣＨ2）15ＳＨおよびＣＨ 3 （ＣＨ2）4ＳＨまたはＣＨ3（ＣＨ2）15ＳＨおよびＣＨ3（ＣＨ2）9ＳＨから形
成される。上記の実施態様のいずれかにおいて、炭素の鎖は、ω末端にて（例え
ば、ＮＨ2、ＣＯＯＨ、ＯＨ、ＣＮ）、鎖の中間の位置で（例えば、アザ、オキ
サ、チア）またはその鎖のω末端および内部の位置の両方で、官能化され得る。
【０１１５】 メソゲン層は、１つのＳＡＭ層の上部に積み重ねられ得るか、または２つのＳ
ＡＭ層の間に挟まれ得る。メソゲン層が２つのＳＡＭに挟まれるの実施態様にお
いて、このＳＡＭを有する基板と、組成において実質的に同じである第二の基板
が、必要に応じて、そのメソゲン層の上部に重ねられ得る。あるいは、組成的に
異なる基板が、そのメソゲン層の上部に重ねられ得る。好ましい実施態様におい
て、第二の基板は透過性である。
【０１１６】 さらに別の好ましい実施態様において、２つの基板が使用されるが、これらの
基板のうちの一方のみが付着した有機層を有する。
【０１１７】 そのメソゲン層がＳＡＭの２つの層の間に挟まれる場合、ＳＡＭ層のいくつか
の組成の置換が利用可能である。例えば、１つの実施態様において、第一の有機
層および第二の有機層が実質的に同一の組成を有し、そしてそれら有機層の両方
が、付着された認識部位を有する。この実施態様の改変は、実質的に類似する組
成を有する第一の有機層および第二の有機層を利用し、ここで、それら層の一方
のみが認識部位を有する。
【０１１８】 別の実施態様において、第一の有機層および第二の有機層は、実質的に異なる
組成を有し、そしてこれら有機層の一方のみが、付着された認識部位を有する。
さらなる実施態様において、上記の第一の有機層および第二の有機層は、実質的
に異なる組成を有し、そしてこれら有機層の両方が、付着された認識部位を有す
る。
【０１１９】 現在好ましい実施態様において、これら有機層は、実質的に同一の組成を有し
、そしてこれら有機層の一方または両方が、その層に付着した認識部位を有する
。
【０１２０】 認識部位は、当該分野で公知の多数の付着方法のいずれかを用いてＳＡＭの表
面に付着され得る。１つの好ましい実施態様において、反応性のＳＡＭ成分は、
基板に付着され、そして続いて、その認識部位は、ＳＡＭ成分に、その成分の反
応基およびその認識部位の相補的な反応性の基を介して結合される。例えば、Ｈ
ｅｇｎｅｒら Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｊ．７０ ：２０５２−２０６６（１９９６）
を参照のこと。別の好ましい実施態様において、この認識部位は、ＳＡＭ成分を
基板表面に固定化する前にＳＡＭ成分に付着される。次いで、認識部位−ＳＡＭ
の成分カセットがその基板に付着される。なおさらなる好ましい実施態様におい
て、その認識部位は、置換反応を介して基板に付着される。この実施態様におい
て、ＳＡＭが予備形成され、次いで、このＳＡＭ成分の一部が認識部位または認
識部位を有するＳＡＭ成分に置換される。
【０１２１】 （Ｂ．３ 官能化されたＳＡＭ） 以下の議論は、反応性ＳＡＭ成分の基板表面への付着に焦点を当てる。これに
焦点を当てることは、便宜の目的のみであり、そして当業者は、その議論が、Ｓ
ＡＭ成分−認識部位がその基板に付着する前に予備形成される実施態様に対して
も等価に適用可能であることを理解する。本明細書において使用される用語「反
応性ＳＡＭ成分」とは、その基板への成分の付着の後に、認識部位または他の種
との反応のために利用可能な官能基を有する成分をいう。
【０１２２】 反応性ＳＡＭ成分について利用可能な現在好ましいクラスの反応は、比較的緩
和な条件下で進行する反応である。これらには以下が挙げられるがそれらに限定
されない：求核置換（例えば、アミンおよびアルコールと、アシルハライドとの
反応）、求電子置換（例えば、エナミン反応）ならびに炭素間および炭素とヘテ
ロ原子との間の多重結合への付加（例えば、Ｍｉｃｈａｅｌ反応、Ｄｉｅｌｓ−
Ａｌｄｅｒ付加）。これらおよび他の有用な反応は、Ｍａｒｃｈ、Ｊ．、ＡＤＶ
ＡＮＣＥＤ ＯＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ、第三版、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌ
ｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９８５に記載されている。
【０１２３】 本発明に従って、基板表面は、複数の利用可能な反応性官能基を用いて基板表
面を誘導体化するような様式で、反応性ＳＡＭ成分を、基板表面に対して共有結
合させることによってＳＡＭ成分および他の種で官能化される。本発明を実施す
るにおいて使用され得る反応基としては、例えば、アミン、ヒドロキシル基、カ
ルボン酸、カルボン酸誘導体、アルケン、スルフヒドリル、シロキサンなどが挙
げられる。
【０１２４】 広汎な種々の反応型が、基板表面の官能化のために利用可能である。例えば、
ポリプロピレンのようなプラスチックから構築される基板は、クロム酸酸化およ
び続いてヒドロキシル化またはアミノメチル化された表面への変換によって表面
誘導体化され得る。高度に架橋されたジビニルベンゼンから作製された基板は、
クロロメチル化および続いて官能基の操作によって表面誘導体化され得る。さら
に、官能化された基板は、エッチングされ、還元されたポリテトラフルオロエチ
レンから作製され得る。
【０１２５】 この基板がガラスのようなケイ素材料から構築されている場合は、その表面は
、その表面のＳｉ−ＯＨ基、ＳｉＯ−Ｈ基、および／またはＳｉ−Ｓｉ基と、官
能化試薬とを反応させることによって誘導体化され得る。この基板が金属フィル
ムから作製されている場合は、この表面は、その金属に結合活性を示す材料を用
いて誘導体化され得る。
【０１２６】 その基板がガラスから作製される好ましい実施態様において、反応基のそのガ
ラス表面への共有結合は、シリコン改変試薬による、その基板表面の基の変換に
よって達成され得る。シリコン改変試薬は、例えば、 （ＲＯ）3−Ｓｉ−Ｒl−Ｘ1 （１） であり、ここで、Ｒは、アルキル基（例えば、メチルまたはエチル）、Ｒ1は、
シリコンとＸとの間の連結基であり、そしてＸは、反応基または保護反応基であ
る。この反応基はまた、以下に議論するような認識部位であり得る。示したアル
コキシ基の他に、ハロゲンまたは他の脱離基を有するシラン誘導体もまた、本発
明において有用である。
【０１２７】 多数のシロキサン官能化試薬が使用され得る。例えば、 １．ヒドロキシアルキルシロキサン（表面をシリル化し、ジボランで官能化し
、そしてＨ2Ｏ2でアルコールを酸化する） ａ．アリルトリクロロシラン→→３−ヒドロキシプロピル ｂ．．７−オクト−１−エニルトリクロロシラン→→８−ヒドロキシオクチル
２．ジオール（ジヒドロキシアルキル）シロキサン（表面をシリル化し、そして
ジオールを加水分解する） ａ．（グリシジルトリメトキシシラン→→（２，３−ジヒドロキシプロピルオ
キシ）プロピル ３．アミノアルキルシロキサン（アミンは、中間の官能化工程を必要としない
） ａ．３−アミノプロピルトリメトキシシラン→アミノプロピル ４．ダイマー二次アミノアルキルシロキサン ａ．ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）アミン→ビス（シリルオキシル
プロピル）アミン。
【０１２８】 一連の類似の有用な官能化化学が、シロキサン以外のＳＡＭ成分が使用される
場合に利用可能であることは、当業者には明白である。従って、例えば、類似の
官能化されたアルキルチオールは、金属フィルムに付着され得、そして続いて、
上記に例示した官能基を生成するために反応され得る。
【０１２９】 別の好ましい実施態様において、この基板は、少なくとも部分的に金属フィル
ム（例えば、金フィルム）であり、そしてその反応基は、その表面に結合活性を
示す薬剤によってその金属表面に連結される。現在好ましい実施態様において、
その基板は、少なくとも部分的に金フィルムであり、そしてその金属表面と反応
する基としては、チオール、スルフィド、またはジスルフィドが挙げられる。例
えば、 Ｙ−Ｓ−Ｒ2−Ｘ2 （２） であり、ここで、Ｒ2は硫黄とＸ2との連結基であり、そしてＸ2は反応基または
保護された反応基である。Ｘ2はまた、以下に説明されるような認識部位であり
得る。Ｙは、Ｈ、Ｒ3およびＲ3−Ｓ−からなる群より選択されるメンバーであり
、ここでＲ2およびＲ3は、独立して選択される。Ｒ2およびＲ3が同一である場合
は、対称的なスルフィドおよびジスルフィドが生じ、そしてそれらが異なる場合
には、非対称的なスルフィドおよびジスルフィドが生じる。
【０１３０】 多数の官能化されたチオール、スルフィドおよびジスルフィドが市販されてい
る（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．、Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ）。さらに
、当業者は、さらなるそのような分子を生成する多数の合成経路を利用し得る。
例えば、アミン官能化チオールは、対応するハロアミン、ハロカルボン酸などか
ら、これらのハロ前駆体と、スルフヒドリドナトリウムとの反応によって生成さ
れ得る。例えば、Ｒｅｉｄ、ＯＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ ＯＦ ＢＩ
ＶＡＬＥＮＴ ＳＵＬＦＵＲ、第１巻、２１−２９頁，３２−３５頁、第５巻、
２７−３４頁、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．、Ｎｅｗ Ｙ
ｏｒｋ、１９５８，１９６３を参照のこと．さらに、官能化されたスルフィドは
、メルカプタン塩を用いたアルキルチオ−脱ハロゲン化を介して、調製され得る
。Ｒｅｉｄ、ＯＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ ＯＦ ＢＩＶＡＬＥＮＴ
ＳＵＬＦＵＲ、第２巻、１６−２１頁，２４−２９頁、第３巻、１１−１４頁、
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９６０
、を参照のこと。本発明の実施に有用な化合物を生成するための他の方法は、当
業者に明らかである。
【０１３１】 別の好ましい実施態様において、官能基化（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｉｎｇ
）試薬は、各試薬分子あたり１つより多い反応基を提供する。以下の化合物３の
ような試薬を使用して、基板表面上の各反応部位は、本質的には、２つ以上の官
能基へと「増幅される」： （ＲＯ）3−Ｓｉ−Ｒ1−（Ｘ1）n （３） ここで、Ｒはアルキル基（例えば、メチル）であり、Ｒ1はシリコンとＸ1との間
の連結基である。Ｘ1は反応基または保護された反応基であり、そしてｎは２と
５０との間（より好ましくは、２と２０との間）の整数である。
【０１３２】 同様の増幅分子はまた、基板が少なくとも部分的に金属フィルムである、実施
態様において有用である。これらの実施態様において、金属表面と反応する基に
は、式（４）におけるような、チオール、スルフィド、またはジスルフィドが挙
げられる； Ｙ−Ｓ−Ｒ2−（Ｘ2）n （４） 上記のように、Ｒ2はイオウとＸ2との間の連結基であり、そしてＸ2は反応基か
または保護された反応基である。Ｘ2はまた、認識部位であり得る。Ｙは、Ｈ、
Ｒ3およびＲ3−Ｓ−からなる群より選択されるメンバーであり、ここで、Ｒ2お
よびはＲ3は独立して選択される。
【０１３３】 本発明の上記の実施態様におけるＲ1、Ｒ2およびＲ3に有用なＲ基としては、
以下が挙げられるが、これらに限定されない：アルキル、置換アルキル、アリー
ル、アリールアルキル、置換アリール、置換アリールアルキル、アシル、ハロゲ
ン、ヒドロキシ、アミノ、アルキルアミノ、アシルアミノ、アルコキシ、アシル
オキシ、アリールオキシ、アリールオキシアルキル、メルカプト、飽和環式炭化
水素、不飽和環式炭化水素、ヘテロアリール、ヘテロアリールアルキル、置換へ
テロアリール、置換へテロアリールアルキル、複素環式、置換複素環式および複
素環式アルキル基。
【０１３４】 上記の式１〜４の各々において、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3の各々は安定であるか、
あるいはそれらは化学反応または光化学反応によって切断され得るかのいずれか
である。例えば、エステル結合またはジスルフィド結合を含むＲ基は、それぞれ
、加水分解および還元によって切断され得る。また、本発明の範囲内には、光に
よって切断されるＲ基（例えば、ニトロベンジル誘導体、フェナシル基、ベンゾ
インエステルなど）の使用がある。他のこのような切断可能な基は、当業者に周
知である。
【０１３５】 別の好ましい実施態様において、有機硫黄化合物が、部分的にかまたは全体的
にハロゲン化される。本実施態様において有用な化合物の例としては以下が挙げ
られ： Ｘ1Ｑ2Ｃ（ＣＱ1 2）mＺ1（ＣＱ2 2）nＳＨ （５） ここで、Ｘ1は、Ｈ、ハロゲン反応基、および保護された反応基からなる群より
選択されるメンバーである。反応基はまた、下記のような認識部位であり得る。
Ｑ、Ｑ1およびＱ2は、−ＣＱ2−、−ＣＱ1 2−、−ＣＱ2 2−、−Ｏ−、−Ｓ−、
−ＮＲ4−、−Ｃ（Ｏ）ＮＲ4およびＲ4ＮＣ（Ｏ）−からなる群より選択される
メンバーであり、ここで、Ｒ4は、Ｈ、アルキル、置換アルキル、アリール、置
換アリール、ヘテロアリールおよび複素環式基からなる群より選択されるメンバ
ーであり、そしてｍおよびｎは、独立して、０と４０との間の数である。
【０１３６】 なお別の好ましい実施態様において、有機層は、上記の式５に記載の化合物を
含み、式５において、Ｑ、Ｑ1およびＱ2は、独立して、Ｈおよびフッ素からなる
群より選択されるメンバーである。なおさらなる好ましい実施態様において、有
機層は、以下の式（６）および（７）に記載の構造を有する化合物を含む： ＣＦ3（ＣＦ2）mＺ1（ＣＨ2）nＳＨ （６） ＣＦ3（ＣＦ2）oＺ2（ＣＨ2）pＳＨ （７） ここで、Ｚ1およびＺ2は、独立して、−ＣＨ2−、−Ｏ−、−Ｓ−、ＮＲ4−、−
Ｃ（Ｏ）ＮＲ4およびＲ4ＮＣ（Ｏ）−からなる群より選択されるメンバーであり
、ここで、Ｒ4は、Ｈ、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール、ヘ
テロアリールおよび複素環式基からなる群より選択されるメンバーである。現在
の好ましい実施態様において、隣接分子のＺ基は、誘引性（例えば、水素結合）
かまたは反発性（例えば、ファンデルワールス）のいずれかの相互作用に関与す
る。
【０１３７】 式７において、ｍは０と４０との間の数であり、ｎは０と４０との間の数であ
り、ｏは０と４０との間の数であり、そしてｐは０と４０との間の数である。
【０１３８】 さらなる好ましい実施態様において、式６および式７の化合物は、認識部位を
保有する有機硫黄化合物（ハロゲン化されているかまたはハロゲン化されていな
いかのいずれか）とともに使用される。
【０１３９】 有機層がハロゲン化有機硫黄化合物から形成される場合、この有機層は、単一
のハロゲン化合物か、または異なる構造を有する１つより多いハロゲン化化合物
を含み得る。さらに、これらの層は、非ハロゲン化有機硫黄化合物を含み得る。
【０１４０】 反応性官能基（Ｘ1およびＸ2）は、例えば、以下である： （ａ）カルボキシル基およびその種々の誘導体であって、以下を含むが、これ
らの限定されない：Ｎ−ヒドロキシスクシンイミドエステル、Ｎ−ヒドロキシベ
ンズトリアゾールエステル、酸ハロゲン化物、アシルイミダゾール、チオエステ
ル、ｐ−ニトロフェニルエステル、アルキル、アルケニル、アルキニルおよび芳
香族エステル； （ｂ）エステル、エーテル、アルデヒドなどへと転換され得るヒドロキシル基
； （ｃ）ハロアルキル基であって、ここでそのハロゲン化物が後に、求核基（例
えば、アミン、カルボキシレートアニオン、チオールアニオン、カルボアニオン
、またはアルコキシドイオン）で置換され、それによりこのハロゲン原子の部位
で新しい基との共有結合を生じ得る； （ｄ）ディールス−アルダー反応に関与し得るジエノフィル基（例えば、マレ
イミド基）； （ｅ）続く誘導体化がカルボニル誘導体（例えば、イミン、ヒドラゾン、セミ
カルバゾンまたはオキシム）の形成を介してか、あるいはグリニアー付加または
アルキルリチウム付加のような機構を介して可能であるような、アルデヒドまた
はケトン基； （ｆ）続いて、例えば、アミンと反応してスルホンアミドを形成するためのハ
ロゲン化スルホニル基； （ｇ）ジスルフィドへと転換され得るか、またはハロゲン化アシルと反応させ
られ得る、チオール基； （ｈ）例えば、アシル化され得るか、またはアルキル化され得る、アミンまた
はスルフヒドリル基； （ｉ）例えば、付加環化、アシル化、マイケル付加などを受け得る、アルケン
；ならびに （ｉ）例えば、アミンおよびヒドロキシル化合物と反応し得る、エポキシド。
【０１４１】 反応性部位はまた、認識部位であり得る。これらの基の性質は、以下でより詳
細に議論される。
【０１４２】 反応性官能基は、その基板の表面上への官能基化されたＳＡＭ成分の付着を制
御する反応に関与もせず、またはそのような反応を妨害もしないように、選択さ
れ得る。あるいは、反応性官能基は、保護基の存在によって、この反応に関与し
ないように保護され得る。当業者は、特定の官能基が、選択された反応条件のセ
ットを阻害しないように保護する方法を理解している。有用な保護基の例として
は、例えば、Ｇｒｅｅｎｅら、ＰＲＯＴＥＣＴＩＶＥ ＧＲＯＵＰＳ ＩＮ Ｏ
ＲＧＡＮＩＣ ＳＹＮＴＨＥＳＩＳ、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ、Ｎｅｗ
Ｙｏｒｋ、１９９１を参照のこと。
【０１４３】 好ましい実施態様において、認識部位を保有するＳＡＭ成分は、直接的かつ本
質的には不可逆的に、「安定な結合」を介して基板の表面に付着される。「安定
な結合」とは、本明細書中で使用される場合、広範囲の条件にわたってその化学
的完全性を維持する結合（例えば、アミド、カルバメート、炭素−炭素、エステ
ルなど）である。別の好ましい実施態様において、認識部位を保有するＳＡＭ成
分は、「切断可能な結合」によって表面に付着される。「切断可能な結合」とは
、本明細書中で使用される場合、その認識部位−分析物複合体中の他の結合を分
解しない条件下で切断を受けるように設計されている結合である。切断可能な結
合には、ジスルフィド、イミン、カルボネートおよびエステル結合が挙げられる
が、これらに限定されない。
【０１４４】 特定の実施態様において、バルクＳＡＭの構成成分の構造と異なる構造を有す
るＳＡＭ成分に付着された認識部位を有することは、有利である。この実施態様
において、この認識部位が結合される基は、「スペーサーアーム」または「スペ
ーサー」と呼ばれる。このようなスペーサーアームを使用して、認識部位に隣接
するＳＡＭの特性は、制御され得る。有用に制御される特性としては、例えば、
疎水性、親水性、表面活性、ならびに基板および／またはＳＡＭの平面からの認
識部位の距離が挙げられるが、これらに限定されない。例えば、アルカンチオー
ルから構成されたＳＡＭにおいて、認識部位は、基板かまたはＳＡＭの表面に、
アミン末端ポリ（エチレングリコール）を介して付着され得る。スペーサーアー
ムおよびＳＡＭの多数の他の組合せが、当業者に利用可能である。
【０１４５】 基板表面の親水性は、極性分子（例えば、アミン含有分子、ヒドロキシル含有
分子、およびポリヒドロキシル含有分子）との反応によって増強され得る。代表
的例としては、ポリリジン、ポリエチレンイミン、ポリ（エチレングリコール）
およびポリ（プロピレングリコール）が挙げられるが、これらに限定されない。
これらの化合物に適切な官能基化化学およびストラテジーは、当該分野で公知で
ある。例えば、Ｄｕｎｎ，Ｒ．Ｌ．ら編、ＰＯＬＹＭＥＲＩＣ ＤＲＵＧ ＡＮ
Ｄ ＤＲＵＧ ＤＥＬＩＶＥＲＹ ＳＹＳＴＥＭＳ、ＡＣＳ Ｓｙｍｐｏｓｉｕ
ｍ Ｓｅｒｉｅｓ第４６９巻、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉ
ｅｔｙ、Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．、１９９１を参照のこと。
【０１４６】 基板表面の疎水性は、疎水性スペーサーアーム（例えば、長鎖ジアミン、長鎖
チオール、α，ω−アミノ酸など）を使用して調節され得る。代表的疎水性スペ
ーサーとしては、１，６−ヘキサンジアミン、１，８−オクタンジアミン、６−
アミノヘキサン酸および８−アミノオクタン酸が挙げられるが、これらに限定さ
れない。
【０１４７】 基板表面はまた、界面活性剤特性を有するスペーサーを基板表面に付着するこ
とによって、表面活性的にされ得る。この目的に有用な化合物としては、例えば
、１−アミノドデカン酸のような、アミン化界面活性剤分子またはヒドロキシル
化界面活性剤分子が挙げられる。
【０１４８】 別の実施態様において、スペーサーは、基板またはＳＡＭから認識部位を遠ざ
けるのに役立つ。この特徴を有するスペーサーは、いくつかの用途を有する。例
えば、基板またはＳＡＭ表面にあまりにも近くに固定化された認識部位は、到来
分析物と反応しないかもしれないか、あるいはこれは、受け入れられないほど遅
く反応するかもしれない。分析物が、それ自体立体的に要求が多い場合、認識部
位−分析物複合体形成をもたらす反応は、望ましくないほど遅くなり得るか、ま
たは全く生じ得ない。これは、２つの成分の接近を妨げるモノリシック基板に起
因する。
【０１４９】 別の実施態様において、基板表面および／またはＳＡＭの物理化学的特徴（例
えば、疎水性、親水性、表面活性、立体構造）は、バルクＳＡＭの構成成分と組
成が異なり、そして認識部位を保有しない一価部分を付着することによって、変
化される。本明細書中で使用される場合、「一価部分」とは、１つの反応性官能
基のみを有する有機分子をいう。この官能基は、基板にこの分子を付着する。「
一価部分」は、上記の二官能性「スペーサー」基と接触させられるべきである。
このような一価の基が使用されて、基板表面の親水性、疎水性、結合特徴などが
改変される。この目的に有用な基の例としては、長鎖アルコール、アミン、脂肪
酸、脂肪酸誘導体、ポリ（エチレングリコール）モノメチルエーテルなどが挙げ
られる。
【０１５０】 ２つ以上の構造的に異なる部分がＳＡＭの成分として使用される場合、この成
分は、ＳＡＭ成分の混合物として基板と接触させられ得るか、あるいはこれらの
成分が個々に付加され得る。ＳＡＭ成分が混合物として付加される実施態様にお
いて、溶液中のこれらの成分の混合物のモル比は、混合されたＳＡＭ中で同じ比
を生じる。ＳＡＭがアセンブルされる様式に依存して、この２つの成分は、島へ
と相分離しない。Ｂａｉｎ，Ｃ．Ｄ．；Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ，Ｇ．Ｍ．、Ｊ．
Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１１：７１６４（１９８９）を参照のこと。ＳＡＭ
のこの特徴が使用されて、これらの分子間の特定の相互作用（例えば、立体障害
）は最小にされる様式で、認識部位またはかさ高い修飾基を固定化し得る。
【０１５１】 ＳＡＭの個々の成分はまた、連続的様式で基板に結合され得る。従って、１つ
の実施態様において、第１のＳＡＭ成分が、表面の官能基（この第１の成分の化
学量論的に等価より少ない）を「アンダーラベル（ｕｎｄｅｒｌａｂｅｌ）」す
ることによって基板の表面に付着される。第１の成分は、末端反応基または認識
基、スペーサーアームあるいは一価部分に連結されたＳＡＭ成分であり得る。続
けて、第２の成分をこの基板に接触させる。この第２の成分は、化学量論的に等
価かまたは化学量論的に過剰で添加されるか、あるいはまた第３の成分のために
部位を解放しておくために、アンダーラベルするように使用されるかのいずれか
で行われ得る。
【０１５２】 （Ｃ．認識部位） 本明細書中で使用される場合、用語「認識部位」とは、ω−官能基化スペーサ
ーアームかまたはω−官能基化ＳＡＭ成分のいずれかに付着されている分子をい
う。さらに、認識部位は、ポリマー表面（例えば、ラビングされたポリマー表面
）によって提示され得る。この認識部位は、目的の分析物に結合するか、さもな
くば、それと相互作用する。
【０１５３】 好ましい実施態様において、この認識部位は、有機官能基を含む。現在好まし
い実施態様において、この有機官能基は、アミン、カルボン酸、薬物、キレート
剤、クラウンエーテル、シクロデキストラン、またはそれらの組合せからなる群
より選択されるメンバーである。
【０１５４】 別の好ましい実施態様において、認識部位は、生体分子である。なおさらに好
ましい実施態様において、生体分子は、タンパク質、抗体、ペプチド、核酸（例
えば、単一ヌクレオチドまたはヌクレオシド、オリゴヌクレオチド，ポリヌクレ
オチド、および一本鎖核酸およびより多くの鎖の核酸）またはそれらの組合せで
ある。現在好ましい実施態様において、認識部位はビオチンである。
【０１５５】 認識部位がアミンである場合、好ましい実施態様において、認識部位は、この
アミンに結合することによって反応する分析物上の構造（例えば、カルボニル基
、アロキルハロ基）と相互作用する。別の好ましい実施態様において、このアミ
ンは、目的分析物上の酸性部分（例えば、カルボン酸、スルホン酸）によってプ
ロトン化される。
【０１５６】 特定の好ましい実施態様において、この認識部位がカルボン酸である場合、認
識部位は、錯化（例えば、金属イオン）によって分析物と相互作用する。なお他
の好ましい実施態様において、カルボン酸は、分析物上の塩基性基（例えば、ア
ミン）をプロトン化する。
【０１５７】 別の実施態様において、この認識部位は、薬物部分である。この薬物部分は、
臨床的用途にすでに受容された薬剤であり得、またはこれらは、その用途が実験
である薬物、またはその活性もしくは作用機構が調査中である薬物であり得る。
薬物部分は、所定の疾患状態において証明された作用を有し得るか、または所定
の疾患状態において望ましい作用を示すことが仮定のみされ得る。好ましい実施
態様において、薬物部分は、選択された分析物と相互作用する能力についてスク
リーニングされる化合物である。このように、本発明を実施する際に有用な薬物
部分は、種々の薬理学的活性を有する広範囲の薬物クラス由来の薬物を含む。
【０１５８】 有用な薬剤のクラスは、例えば、非ステロイド性抗炎症薬物（ＮＳＡＩＤＳ）
を含む。ＮＳＡＩＤＳは、例えば、以下のカテゴリーから選択され得る：（例え
ば、プロピオン酸誘導体、酢酸誘導体、フェナム酸（ｆｅｎａｍｉｃ ａｃｉｄ
）誘導体、ビフェニルカルボン酸誘導体およびオキシカム（ｏｘｉｃａｍ））；
ステロイド性抗炎症薬（ヒドロコルチゾンなどを含む）；抗ヒスタミン薬（例え
ば、クロルフェニラミン、トリプロリジン）；鎮咳薬（例えば、デキストロメト
ルファン、コデイン、カルミフェン（ｃａｒｍｉｐｈｅｎ）およびカルベタペン
タン）；止痒薬（例えば、メチジリジン（ｍｅｔｈｉｄｉｌｉｚｉｎｅ）および
トリメプリジン（ｔｒｉｍｅｐｒｉｚｉｎｅ））；コリン抑制性薬物（例えば、
スコポラミン、アトロピン、ホマトロピン、レボドーパ）；制吐薬（ａｎｔｉ−
ｅｍｅｔｉｃ ｄｒｕｇ、ａｎｔｉｎａｕｓｅａｎｔ ｄｒｕｇ）（例えば、シ
クリジン、メクリジン（ｍｅｃｌｉｚｉｎｅ）、クロルプロマジン、ブクリジン
（ｂｕｃｌｉｚｉｎｅ））；食欲抑制薬（例えば、ベンズフェタミン（ｂｅｎｚ
ｐｈｅｔａｍｉｎｅ）、フェンテルミン（ｐｈｅｎｔｅｒｍｉｎｅ）、クロルフ
ェンテルミン、フェンフルラミン（ｆｅｎｆｌｕｒａｍｉｎｅ））；中枢神経刺
激薬（例えば、アンフェタミン、メタンフェタミン、デキストロアンフェタミン
およびメチルフェニデート）；抗不整脈薬（例えば、プロパノール、プロカイン
アミド、ジソピラミド、キニジン、エンカイニド）；β−アドレナリン遮断薬（
例えば、メトプロロール、アセブトロール、ベタキソロール、ラベタロールおよ
びチモロール）；強心薬（例えば、ミルリノン、アムリノンおよびドブタミン）
；抗高血圧薬（例えば、エナラプリル、クロニジン、ヒドララジン、ミノキシジ
ル、グアナドレル、グアネチジン）；利尿薬（例えば、アミロリドおよびヒドロ
クロロチアジド）；血管拡張薬（例えば、ジルチアゼム、アミオダロン、イソス
プリン（ｉｓｏｓｕｐｒｉｎｅ）、ニリドリン、トラゾリン、およびベラパミル
）；血管収縮薬（例えば、ジヒドロエルゴタミン、エルゴタミンおよびメチルセ
ルジド（ｍｅｔｙｌｓｅｒｇｉｄｅ））；抗潰瘍薬（例えば、ラニチジンおよび
シメチジン）；麻酔薬（例えば、リドカイン、ブピバカイン、クロルプロカイン
、ジブカイン）；抗鬱薬（例えば、イミプラミン、デシプラミン、アミトリプチ
リン、ノルトリプチリン）；トランキライザおよび鎮静薬（例えば、クロルジア
ゼポキシド、ベナクチジン（ｂｅｎａｃｙｔｙｚｉｎｅ）、ベンズキナミド、フ
ルラゼパム（ｆｌｕｒａｚａｐａｍ）、ヒドロキシジン、ロクサピンおよびプロ
マジン）；抗精神病薬（例えば、クロルプロチキセン、フルフェナジン、ハロペ
リドール、モリンドン、チオリダジンおよびトリフルオペラジン）；抗微生物薬
（抗細菌薬、抗真菌薬、抗原生生物薬および抗ウイルス薬）。
【０１５９】 本発明の組成物中への取り込みに好ましい抗微生物薬は、例えば、以下の薬学
的に受容可能な塩を含む：β−ラクタム薬物、キノロン薬物、シプロフロキサシ
ン、ノルフロキサシン、テトラサイクリン、エリスロマイシン、アミカシン、ト
リクロサン、ドキシサイクリン、カプレオマイシン、クロルヘキシジン、クロル
テトラサイクリン、オキシテトラサイクリン、クリンダマイシン、エタンブトー
ル、ヘキサミジンイソチオネート、メトロニダゾール、ペンタミジン、ゲンタマ
イシン、カナマイシン、リンコマイシン（ｌｉｎｅｏｍｙｃｉｎ）、メタサイク
リン、メテナミン、ミノサイクリン、ネオマイシン、ネチルマイシン、パロモマ
イシン、ストレプトマイシン、トブラマイシン、ミコナゾールおよびアマンファ
ジン。
【０１６０】 本発明の実施において有用な他の薬物部分としては、抗腫瘍薬（例えば、抗ア
ンドロゲン（例えば、ロイプロリドまたはフルタミド）、殺細胞剤（ｃｙｔｏｃ
ｉｄａｌ ａｇｅｎｔ）（例えば、アドリアマイシン、ドキソルビシン、タキソ
ール、シクロホスファミド、ブサルファン、シスプラチン、α−２−インターフ
ェロン）、抗エストロゲン（例えば、タモキシフェン）、代謝拮抗薬（例えば、
フルオロウラシル、メトトレキセート、メルカプトプリン、チオグアニン）が挙
げられる。
【０１６１】 認識部位はまた、以下を含み得る：ホルモン（例えば、メドロキシプロゲステ
ロン、エストラジオール、ロイプロリド、メゲストロール、オクトレオチドまた
はソマトスタチン）；筋弛緩薬（例えば、シンナメドリン、シクロベンザプリン
、フラボキサート、オルフェナドリン、パパベリン、メベベリン、イダベリン、
リトドリン、デフェノキシラート、ダントロレンおよびアズモレン）；鎮痙薬；
骨活性薬（ｂｏｎｅ−ａｃｔｉｖｅ ｄｒｕｇ）（例えば、ジホスホン酸および
ホスホノアルキルホスフィン酸薬物化合物）；内分泌腺調節薬（例えば、避妊薬
（例えば、エチノジオール、エチニルエストラジオール、ノルエチンドロン、メ
ストラノール、デソゲストレル、メドロキシプロゲステロン）、糖尿病の調節薬
（例えば、グリブリドまたはクロルプロパミド）、アナボリック化合物（例えば
、テストラクトンまたはスタノゾール）、アンドロゲン（例えば、メチルテスト
ステロン、テストステロンまたはフルオキシメステロン）、抗利尿薬（例えば、
デスモプレシン）およびカルシトニン）。
【０１６２】 以下もまた、本発明において有用であり、また使用され得る：エストロゲン（
例えば、ジエチルスチルベストロール（ｄｉｅｔｈｙｌｓｔｉｌｂｅｓｔｅｒｏ
ｌ）、グルココルチコイド（例えば、トリアムシノロン、ベタメタゾンなど）お
よびプロゲステロン（ｐｒｏｇｅｎｓｔｏｇｅｎ）（例えば、ノルエチンドロン
、エチノジオール、ノルエチンドロン、レボノルゲストレル）；乾燥甲状腺製剤
（例えば、リオチロニンまたはレボチロキシン）または抗甲状腺剤（例えば、メ
チマゾール）；抗過プロラクチン血症薬（例えば、カベルゴリン）；ホルモン抑
制薬（例えば、ダナゾールまたはゴセレリン）、分娩促進薬（例えば、メチルエ
ルゴノビンまたはオキシトシン）およびプロスタグランジン（例えば、ミオプロ
ストール、アルプロスタジルまたはジノプロストン）。
【０１６３】 他の有用な認識部位には、免疫調整薬（例えば、抗ヒスタミン、ロドキサミド
および／またはクロモリン（ｃｒｏｍｏｌｙｎ）のような肥満細胞安定剤）、ス
テロイド（例えば、トリアムシノロン、ベクロメタゾン、コルチゾン、デキサメ
タゾン、プレドニゾロン、メチルプレドニゾロン、ベクロメタゾン、またはクロ
ベタゾール）、ヒスタミンＨ2アンタゴニスト（例えば、ファモチジン、シメチ
ジン、ラニチジン）、免疫抑制剤（例えば、アザチオプリン、シクロスポリン）
などが含まれる。抗炎症活性を有する群（例えば、スリンダク、エトドラク、ケ
トプロフェン、およびケトロラク）もまた有用である。本発明との組み合わせに
有用な他の薬物は、当業者に明らかである。
【０１６４】 認識部位がキレート剤、クラウンエーテルまたはシクロデキストリンである場
合、ホストゲスト化学が、その認識部位と分析物との間の相互作用を支配する。
ホストゲスト化学の使用により、高度な認識部位−分析物特異性を、本発明のデ
バイスへ操作することが可能になる。特定の化合物へ結合するためのこれらの化
合物の使用は、当業者に周知である。例えば、Ｐｉｔｔら「Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇ
ｎ ｏｆ Ｃｈｅｌａｔｉｎｇ Ａｇｅｎｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｔｒｅａｔｍ
ｅｎｔ ｏｆ Ｉｒｏｎ Ｏｖｅｒｌｏａｄ」、ＩＮＯＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭ
ＩＳＴＲＹ ＩＮ ＢＩＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＭＥＤＩＣＩＮＥ；Ｍａｒｔｅｌ
ｌ，Ａ．Ｅ．編；Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ、Ｗａ
ｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．，１９８０、２７９−３１２頁；Ｌｉｎｄｏｙ，Ｌ．
Ｆ．、ＴＨＥ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ ＯＦ ＭＡＣＲＯＣＹＣＬＩＣ ＬＩＧＡ
ＮＤ ＣＯＭＰＬＥＸＥＳ；Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒ
ｅｓｓ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，１９８９；Ｄｕｇａｓ，Ｈ．，ＢＩＯＯＲＧＡＮ
ＩＣ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ；Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，Ｎｅｗ Ｙｏｒ
ｋ，１９８９、およびそれらに含まれる参考文献を参照のこと。
【０１６５】 さらに、他の分子へのキレート剤、クラウンエーテルおよびシクロデキストリ
ンの付着を可能にする多種多様の経路が、当業者に利用可能である。例えば、Ｍ
ｅａｒｅｓら「Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｉｎ Ｖｉｖｏ Ｃｈｅｌａｔｅ
−Ｔａｇｇｅｄ Ｐｒｏｔｅｉｎｓ ａｎｄ Ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅｓ」、Ｍ
ＯＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＰＲＯＴＥＩＮＳ：ＦＯＯＤ，ＮＵＴＲＩＴＩ
ＯＮＡＬ，ＡＮＤ ＰＨＡＲＭＡＣＯＬＯＧＩＣＡＬ ＡＳＰＥＣＴＳ；Ｆｅｅ
ｎｅｙ，Ｒ．Ｅ．、Ｗｈｉｔａｋｅｒ，Ｊ．Ｒ．編、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅ
ｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．、１９８２、３７
０−３８７頁；Ｋａｓｉｎａら、Ｂｉｏｃｏｎｊｕｇａｔｅ Ｃｈｅｍ．９：１
０８−１１７（１９９８）；Ｓｏｎｇら、Ｂｉｏｃｏｎｊｕｇａｔｅ Ｃｈｅｍ
．８：２４９−２５５（１９９７）を参照のこと。
【０１６６】 現在好ましい実施態様では、認識部位はポリアミノカルボキシレートキレート
剤（例えば、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）またはジエチレントリアミン
ペンタ酢酸（ＤＴＰＡ））である。これらの認識部位は、例えば、市販の二無水
物（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）
を利用することにより、ＳＡＭの任意のアミン末端成分、またはスペーサーアー
ムに付着され得る。
【０１６７】 なおさらに好ましい実施態様において、認識部位は、生体分子（例えば、タン
パク質、核酸、ペプチドまたは抗体）である。本発明の実施に有用な生体分子は
、任意の供給源に由来し得る。生体分子は、天然の供給源から単離され得るか、
または合成法により産生され得る。タンパク質は、天然のタンパク質または変異
タンパク質であり得る。変異は化学的変異誘発、部位特異的変異誘発、または当
業者に公知の他の変異誘導手段により達成され得る。本発明の実施に有用なタン
パク質には、例えば、酵素、抗原、抗体、およびレセプターが含まれる。抗体は
、ポリクローナル抗体またはモノクローナル抗体のいずれかであり得る。ペプチ
ドおよび核酸は、天然の供給源から単離され得るか、または起源が完全にもしく
は部分的に合成であり得る。
【０１６８】 認識部位がタンパク質または抗体である実施態様では、そのタンパク質は、そ
のタンパク質の表面で利用可能な任意の反応性のペプチド残基により、ＳＡＭ成
分またはスペーサーアームに繋がれ得る。好ましい実施態様では、その反応性の
基はアミンまたはカルボキシレートである。特に好ましい実施態様では、反応性
の基は、リジン残基のε−アミン基である。さらに、これらの分子は、非特異的
相互反応（例えば、化学吸着、物理吸着）により基板またはＳＡＭの表面に吸着
され得る。
【０１６９】 抗体である認識部位は、タンパク質、ペプチド、核酸、糖、または低分子（例
えば、薬物、除草剤、殺虫剤、工業用化学品および化学戦に用いる薬剤（ａｇｅ
ｎｔ ｏｆ ｗａｒ）である分析物を認識するために使用され得る。特定の分子
に対して抗体を惹起する方法は、当業者に周知である。１９９２年９月１５日に
Ｆｅｎｇらに発行された米国特許第５，１４７，７８６号；１９９４年８月２日
にＳｔａｎｋｅｒらに発行された同第５，３３４，５２８号；１９９７年１１月
１１日にＡｌ−Ｂａｙａｔｉ，Ｍ．Ａ．Ｓ．に発行された同第５，６８６，２３
７号；および１９９６年１１月１２日にＨｏｅｓｓらに発行された同第５，５７
３，９２２号を参照のこと。抗体を表面に付着する方法もまた当該分野において
公知である。Ｄｅｌａｍａｒｃｈｅら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ １２：１９４４−１
９４６（１９９６）を参照のこと。
【０１７０】 ペプチドおよび核酸は、ＳＡＭ成分またはスペーサーアームに付着され得る。
天然由来および合成の両方のペプチドおよび核酸は、本発明との組合せで有用で
ある。これらの分子は、任意の利用可能な反応基により、ＳＡＭ成分またはスペ
ーサーアームに付着され得る。例えば、ペプチドは、アミン、カルボキシル、ス
ルフヒドリル、またはヒドロキシル基を介して付着され得る。このような基は、
ペプチド末端またはペプチド鎖に対して内部の部位に存在し得る。核酸は、塩基
上の反応性基（例えば、環外アミン）または糖部分上の利用可能なヒドロキシル
基（例えば、３’−もしくは５’−ヒドロキシル）を介して付着され得る。ペプ
チドおよび核酸鎖は、その鎖への適切な反応性基の付着を可能にするため、１以
上の部位でさらに誘導体化され得る。Ｃｈｒｉｓｅｙら、Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃ
ｉｄｓ Ｒｅｓ．２４：３０３１−３０３９（１９９６）を参照のこと。
【０１７１】 ペプチドまたは核酸が完全にもしくは部分的に合成分子である場合、反応性基
またはマスクされた反応性基が、合成プロセスの間に組み込まれ得る。ペプチド
および核酸の両方における反応性基の組み込みに適切な多くの誘導体化モノマー
が、当業者に公知である。例えば、ＴＨＥ ＰＥＰＴＩＤＥＳ：ＡＮＡＬＹＳＩ
Ｓ，ＳＹＮＴＨＥＳＩＳ，ＢＩＯＬＯＧＹ，第２巻：「Ｓｐｅｃｉａｌ Ｍｅｔ
ｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｅｐｔｉｄｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ」Ｇｒｏｓｓ，Ｅ．およ
びＭｅｌｅｎｈｏｆｅｒ，Ｊ．編、Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、Ｎｅｗ Ｙ
ｏｒｋ（１９８０）を参照のこと。多くの有用なモノマーが市販されている（Ｂ
ａｃｈｅｍ、Ｓｉｇｍａなど）。次いで、このマスクされた基は、合成後にマス
クを外され得、その時点で、その基は、ＳＡＭ成分またはスペーサーアームとの
反応に利用可能になる。
【０１７２】 他の好ましい実施態様において、ペプチドは基板に直接付着される。Ｆｒｅｙ
ら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．６８：３１８７−３１９３（１９９６）を参照のこと
。特に好ましい実施態様では、ペプチドは、システイン残基上のスルフヒドリル
基を介して、金基板に付着される。別の好ましい実施態様では、ペプチドは、例
えばヨードアセトアミド、クロロアセトアミド、ヨウ化ベンジル、臭化ベンジル
、ヨウ化アルキル、または臭化アルキルが末端であるスペーサーアームにチオー
ルを介して付着される。同様な固定化技術は当業者に公知である。例えば、Ｚｕ
ｌｌら、Ｊ．Ｉｎｄ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．１３：１３７−１４３（１９９４）
を参照のこと。
【０１７３】 別の好ましい実施態様において、認識部位は、目的の分析物と包接複合体を形
成する。特に好ましい実施態様では、認識部位は、シクロデキストリンまたは改
変シクロデキストリンである。シクロデキストリンは、多くの微生物により産生
される一群の環状オリゴ糖である。シクロデキストリンは、バスケット様形状を
有する環構造を有する。この形状により、シクロデキストリンは、その内部の空
洞に多くの種類の分子を含むことが可能になる。例えば、Ｓｚｅｊｔｌｉ，Ｊ．
、ＣＹＣＬＯＤＥＸＴＲＩＮＳ ＡＮＤ ＴＨＥＩＲ ＩＮＣＬＵＳＩＯＮ Ｃ
ＯＭＰＬＥＸＥＳ；Ａｋａｄｅｍｉａｉ Ｋｌａｄｏ，Ｂｕｄａｐｅｓｔ，１９
８２；およびＢｅｎｄｅｒら、ＣＹＣＬＯＤＥＸＴＲＩＮ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ
，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，Ｂｅｒｌｉｎ，１９７８を参照。
【０１７４】 シクロデキストリンは、一連の有機分子（例えば、薬物、殺虫剤、除草剤、お
よび化学戦に用いる薬剤（ａｇｅｎｔ ｏｆ ｗａｒ）を含む）と包接複合体を
形成することができる。Ｔｅｎｊａｒｌａら、Ｊ．Ｐｈａｒｍ．Ｓｃｉ．８７：
４２５−４２９（１９９８）；Ｚｕｇｈｕｌら、Ｐｈａｒｍ．Ｄｅｖ．Ｔｅｃｈ
ｎｏｌ．３：４３−５３（１９９８）；およびＡｌｂｅｒｓら、Ｃｒｉｔ．Ｒｅ
ｖ．Ｔｈｅｒ．Ｄｒｕｇ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｙｓｔ．１２：３１１−３３７（
１９９５）を参照のこと。重要なことに、シクロデキストリンは、それらの包接
複合体における化合物の鏡像異性体同士の間を識別することができる。したがっ
て、１つの好ましい実施態様では、本発明は、鏡像異性体の混合物中の特定の鏡
像異性体の検出を提供する。Ｋｏｐｐｅｎｈｏｅｆｅｒら、Ｊ．Ｃｈｒｏｍａｔ
ｏｇｒ．Ａ７９３：１５３−１６４（１９９８）を参照のこと。
【０１７５】 シクロデキストリン認識部位は、スペーサーアームを介してＳＡＭ成分に、ま
たは直接基板に付着され得る。Ｙａｍａｍｏｔｏら、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．
Ｂ１０１：６８５５−６８６０（１９９７）を参照のこと。シクロデキストリン
を他の分子に付着する方法は、クロマトグラフィーおよび薬学の分野の当業者に
周知である。Ｓｒｅｅｎｉｖａｓａｎ，Ｋ．、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃ
ｉ．６０：２２４５−２２４９（１９９６）を参照のこと。
【０１７６】 （Ｄ．メソゲン層） メソゲン層を形成する任意の化合物または化合物の混合物が、本発明に関連し
て使用され得る。メソゲンは、サーモトロピック液晶またはリオトロピック液晶
を形成し得る。メソゲン層は連続的であり得るかまたはパターン化され得る。
【０１７７】 本明細書で使用される場合、「サーモトロピック液晶」とは、温度の増加に起
因してメソゲン固体の融解から生じる液晶をいう。純物質および混合物の両方が
サーモトロピック液晶を形成する。
【０１７８】 本明細書で使用する場合、「リオトロピック液晶」とは、溶媒中で配向および
／または位置の秩序を有する相を形成する分子をいう。リオトロピック液晶は、
両親媒性分子（例えば、ラウリル酸ナトリウム、ホスファチジルエタノールアミ
ン、レシチン）を使用して形成され得る。
【０１７９】 サーモトロピック液晶およびリオトロピック液晶の両方は、多くの形態（ネマ
チック、キラルネマチック、スメクチック、極性スメクチック、キラルスメクチ
ック、フラストレイティッド（ｆｒｕｓｔｒａｔｅｄ）相およびディスコチック
（ｄｉｓｃｏｔｉｃ）相を含む）で存在し得る。
【０１８０】 本明細書中で使用する場合、「ネマチック」とは、その分子の長軸が実質的に
平行のままであるが、質量中心の位置が無秩序に分布している液晶をいう。ネマ
チック液晶は、表面近くまで実質的に配向され得る。
【０１８１】 本明細書中で使用する場合、「キラルネマチック」とは、メソゲンが光学的に
活性である液晶をいう。ディレクタは、ネマチックの場合のように、局所的に一
定に保持される代わりに、ディレクタはサンプル中をらせん様式で回転する。キ
ラルネマチック結晶は、強力な光学活性（これは、個々のメソゲンの回転力に基
いて説明され得るよりもずっと高い）を示す。波長がディレクタのピッチと等し
い光が、液晶に入射する場合、ディレクタは、回折格子のように作用し、ほとん
どの場合（ｍｏｓｔ ａｎｄ ｓｏｍｅｔｉｍｅ）、それに入射するすべての光
を反射する。白色光がそのような物質に入射する場合、一色の光だけが反射され
、そして円偏光される。この現象は選択反射として知られ、キラルネマチック結
晶により生成される虹色の原因である。
【０１８２】 本明細書中で使用する場合、「スメクチック」とは、配向秩序に加え、より高
度の位置秩序の存在により「ネマチック」とは区別される液晶をいう；この分子
は、それがこれらの平面と層との間で費やすよりも多い時間を平面および層にお
いて費やす。「極性スメクチック」層は、メソゲンが永久双極子モーメントを有
する場合に生じる。例えば、スメクチックＡ２相においては、連続層は、反強磁
性秩序を示し、永久双極子モーメントの方向は層ごとに交互である。この分子が
、分子の長軸を横切る永久双極子モーメントを含む場合、キラルスメクチック相
は強磁性である。この相を利用するデバイスは、本来、双安定性であり得る。
【０１８３】 本明細書中で使用する場合、「フラストレイティッド相」とは、キラル分子に
より形成される別のクラスの相をいう。これらの相はキラルではないが、結晶粒
界のアレイによりこの相にねじれが導入される。欠陥の立方格子（ここではディ
レクタは規定されない）が、複雑にされ配向が秩序づけられたねじれ構造に存在
する。これらの欠陥の間の距離は数百ナノメートルであり、そのため、これらの
相は、ちょうど結晶がＸ線を反射するように、光を反射する。
【０１８４】 「ディスコチック相」は、細長い分子よりむしろ円板状である分子から生成さ
れる。通常、これらの分子は、芳香族性コアおよび６つの側方置換基を有する。
この分子がキラルであるか、またはキラルドーパントがディスコチック液晶に添
加される場合、キラルネマチックディスコチック相が形成され得る。
【０１８５】
【表１】 現在好ましいメソゲンが表１に示される。表１において、Ｒ11およびＲ21は独
立して選択されるＲ基である。現在好ましいＲ基には、アルキル基、低級アルキ
ル、置換アルキル基、アリール基、アシル基、ハロゲン、ヒドロキシ、シアノ、
アミノ、アルコキシ、アルキルアミノ、アシルアミノ、チオアミド、アシルオキ
シ、アリールオキシ、アリールオキシアルキル、メルカプト、チア、アザ、オキ
ソ、飽和および不飽和の両方の環式炭化水素、複素環、アリールアルキル、置換
アリール、アルキルハロ、アシルアミノ、メルカプト、置換アリールアルキル、
ヘテロアリール（ｈｅｔｅｒｏａｒｙｌ）、ヘテロアリールアルキル、置換へテ
ロアリール、置換ヘテロアリールアルキル、置換複素環、複素環式アルキルが含
まれるが、これらに限定されない。
【０１８６】 現在好ましい実施態様では、Ｘ11は２つのフェニル基を架橋する結合であり、
メソゲンはビフェニルである。別の好ましい実施態様では、Ｘ11はＣ＝Ｎ結合で
あり、メソゲンはシッフ塩基である。なおさらなる好ましい実施態様では、Ｒ11 およびＲ21はアルキル、アルコキシおよびシアノ部分からなる群から独立して選
択される。
【０１８７】 特に好ましい実施態様では、メソゲンは、４−シアノ−４’−ペンチルビフェ
ニル、Ｎ−（４−メトキシベンジリデン）−４−ブチルアニリンおよびそれらの
組み合わせからなる群より選択されるメンバーである。
【０１８８】 メソゲン層は実質的に純粋な化合物であり得るか、またはそれはメソゲンの特
性を増強するかもしくは変化させる他の化合物を含み得る。したがって、１つの
好ましい実施態様において、メソゲン層は、ネマチックおよび等方性の相が存在
する温度範囲を拡大する、第２の化合物、例えばおよびアルカンをさらに含む。
この組成のメソゲン層を有するデバイスの使用は、より広い温度範囲にわたって
、分析物認識部位相互作用の検出を可能にする。
【０１８９】 別の好ましい実施態様において、分析物はまず認識部位と相互作用し、そして
メソゲン層が等方性の相に導入される。メソゲン層は続いて冷却されて、液晶相
を生成する。メソゲン層の領域内での分析物の存在は、ネマチック相と等方性相
との間の平衡を乱し、その部位での核生成の異なる速度および大きさを導く。ネ
マチック領域と等方性領域との間の差異は、明瞭に検出可能である。
【０１９０】 （Ｄ．パターン化液晶） 平坦な表面上および曲面表面上のメソゲン層のパターン作成に対する１つのア
プローチは、メソゲン層の極性（表面から離れる）および方位（その表面の平面
における）の両方の配向を方向付けるための、分子のパターン化されたＳＡＭの
使用に基く。この方法は単純で柔軟であり、そして最近確立された、表面上にＳ
ＡＭをパターン化するための任意の手順（例えば、微小接触印刷（ｍｉｃｒｏｃ
ｏｎｔａｃｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）または光パターン化（ｐｈｏｔｏ−ｐａｔｔ
ｅｒｎｉｎｇ））（Ｔａｌｏｖら、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１５：５３
０５（１９９３）；Ｋｕｍａｒら、Ａｃｃ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．２８：２１９（
１９９５）およびその中の参考文献；Ｘｉａら、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．
１１７：３２７４（１９９５）およびその中の参考文献；Ｊａｃｋｍａｎら、Ｓ
ｃｉｅｎｃｅ ２６９：６６４（１９９５））が使用され得る。これらの方法の
うちの任意のものを使用して、液晶をパターン化するＳＡＭは、数百ナノメート
ル（Ｘｉａら、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１７：３２７４（１９９５）お
よびその中の参考文献）からミリメートルまでの範囲のサイズに容易に拡張され
、そしてメソゲン層の平面（表面と平行）およびホメオトロピック（表面と直角
）の両方の配向を可能にし得る。ポリマーフィルムのラビングに基く方法は、主
として、メソゲン層の平面内配置の操作を提供し、メソゲン層を垂直配向に整列
し得ない。有用なＳＡＭの１つのクラスは、液晶の整列に使用されるポリイミド
フィルムの表面エネルギーの約半分の表面エネルギー（約１９ｍＪ／ｍ2）を有
する。低エネルギー表面は、高エネルギー表面より、分子吸着質および塵埃によ
る汚染を受けにくい。ＳＡＭはまた、非平面上にパターン化され得る（Ｊａｃｋ
ｍａｎら、Ｓｃｉｅｎｃｅ ２６９：６６４（１９９５））ので、ＳＡＭで生成
されたパターン化メソゲン構造は、曲面上に複製され得る。
【０１９１】 非平面上にメソゲン層の配向をパターン化する能力により、同調可能なハイブ
リッド回折−屈折デバイスの製造のための手順が提供される。例えば、回折光学
的処理と屈折光学的処理の組合せに基くデバイスにより、レンズにおける不遊点
（ａｐｌａｎａｔｉｃ）または色の補正、スペクトル分散、１つ光学素子からの
画像化、および光の他の操作が可能になる（Ｒｅｓｌｅｒら、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ
．２１，６８９（１９８６）：Ｓ．Ｍ．Ｅｂｓｔｅｉｎ、同書、１４５４頁；Ｍ
．Ｂ．Ｓｔｅｍ，Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｎｇ．３２，３６９（１９９
６）：Ｇｏｔｏら、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３１，１５８６（１９９
２）；Ｍａｇｉｅｒａら、Ｓｏｃ．Ｐｈｏｔｏ−Ｏｐｔ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．Ｅｎ
ｇ．，２７７４，２０４（１９９６））。曲面上にメソゲン層をパターン化する
能力はまた、広い視角を有するディスプレイの製造のための経路を提供する。
【０１９２】 現在好ましい実施態様では、同調可能なハイブリッドデバイスは、光の操作を
可能にする。さらに好ましい実施態様では、このデバイスは、屈折−回折デバイ
スである。なおさらなる好ましい実施態様では、デバイスは、１つの光学素子か
らの画像化を可能にする。なお別の好ましい実施態様では、デバイスは、レンズ
において、不遊点または色の補正を可能にする。なお別の好ましい実施態様にお
いて、デバイスはスペクトル分散を可能にする。
【０１９３】 別の現在好ましい実施態様では、ＳＡＭは、電極としての使用に適切な物質上
に積層される。好ましい実施態様では、この物質は金属フィルムである。さらに
好ましい実施態様では、この金属フィルムは金フィルムである。
【０１９４】 本発明のパターン化されたメソゲン層は、電場の使用により同調され得る。好
ましい実施態様において、電場は、メソゲン層を可逆的に配向するために使用さ
れる。なおさらなる好ましい実施態様では、電場は、メソゲン層の表面に対して
直角、またはこれと同じ平面のいずれかで印加される。別の好ましい実施態様で
は、配向されたメソゲン層は、この層から回折した光の強度を調整する。
【０１９５】 ＳＡＭ成分、反応性基を有するＳＡＭ成分、および認識部位を有するＳＡＭ成
分に関する上記の議論は、本発明のこの局面の状況にも等しく適用可能である。
したがって、ＳＡＭの構成成分は、広範な種々の適切な分子のうちの任意のもの
から選択され得る。現在好ましい実施態様では、ＳＡＭは、Ｒ21ＣＨ2（ＣＨ2） 14 ＳＨとＲ31ＣＨ2（ＣＨ2）15ＳＨとの混合物を含む。ここで、Ｒ21およびＲ31 は、独立して、水素、反応性基および認識基（上記のような）からなる群より選
出されるメンバーである。
【０１９６】 （Ｅ．分析物） 本発明のデバイスおよび方法は、任意の分析物、または分析物のクラスを検出
するために使用され得る。この分析物または分析物のクラスは、検出可能な様式
でメソゲン層を混乱させる様式で、認識部位と相互作用する。分析物と認識部位
との間の相互作用は、任意の物理化学的相互作用（共有結合、イオン結合、水素
結合、ファンデルワールス相互作用、斥力電子相互作用、引力電子相互作用、お
よび疎水性／親水性相互作用を含む）であり得る。
【０１９７】 好ましい実施態様において、相互作用はイオン相互作用である。この実施態様
では、酸、塩基、金属イオン、または金属イオン結合性リガンドが分析物である
。なおさらなる好ましい実施態様では、相互作用は水素結合相互作用である。特
に好ましい実施態様では、固定した核酸の、相補配列を有する核酸へのハイブリ
ダイゼーションが検出される。別の好ましい実施態様では、相互作用は酵素また
はレセプターとこれに結合する低分子との間である。
【０１９８】 別の実施態様では、分析物は、目的の分析物を導入する前に認識部位に結合し
ている別の薬剤と、認識部位について競合する。この実施態様では、メソゲン層
における検出可能な混乱を引き起こすのは、予め結合した薬剤に取って代わる分
析物のプロセスまたは結果である。認識部位と分析物との適切な組合せは当業者
に明らかである。
【０１９９】 現在好ましい実施態様では、分析物は、酸、塩基、有機イオン、無機イオン、
医薬、除草剤、殺虫剤、化学戦に用いる薬剤（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｗａｒｆａｒ
ｅ ａｇｅｎｔ）、有毒ガス、および生体分子からなる群より選択されるメンバ
ーである。重要なことには、これらの薬剤のそれぞれが、蒸気または液体として
検出され得る。これらの薬剤は、構造的に関連しない化合物の混合物、立体異性
体のラセミ混合物、立体異性体の非ラセミ混合物、ジアステレオマーの混合物、
位置異性体の混合物中の成分としてか、または純粋な化合物として存在し得る。
混合物内の他の物質からの干渉なく、目的の特定の分析物を検出するデバイスお
よび方法は、本発明の範囲内である。
【０２００】 有機酸および無機酸の両方が、本発明のデバイスおよび方法を使用して検出さ
れ得る。好ましい実施態様では、認識部位は、その酸によりプロトン化される基
を含む。このプロトン化の結果が、メソゲン層の立体配置における検出可能な混
乱である。いずれの特定の操作理論にも縛られることを望まないが、本発明者ら
は、この混乱は、プロトン化の際の認識部位のサイズまたはコンホメーションの
変化により達成され得ると、現時点では考える。あるいは、プロトン化は、同じ
符号の電荷を有する近位の認識部位間に斥力を引き起こし得る。さらに、プロト
ン化は、メソゲン層において分子の電子分布を混乱させる、ＳＡＭを横切る全体
の陽電荷を誘導し得る。この混乱は、メソゲン分子における電子の再分布に起因
し得るか、または荷電メソゲンと、同様にもしくは反対に荷電したＳＡＭとの間
の斥力または引力相互作用に起因し得る。
【０２０１】 別の好ましい実施態様において、本発明は、塩基を検出するためのデバイスお
よび方法を提供する。検出するための方法および塩基のこのような検出を可能に
する機構は、酸検出の状況において上記に議論された方法および機構と実質的に
類似するが；注目すべき例外は、塩基が、ＳＡＭ成分、スペーサーアームまたは
基板上の基を、好ましくは、脱プロトン化することである。
【０２０２】 実質的に非酸性かつ非塩基性である有機イオン（例えば、四級アルキルアンモ
ニウム塩）は、認識部位によって検出され得る。例えば、イオン交換特性を有す
る認識部位は、本発明に有用である。特定の例は、ＳＡＭ提示を使用する、カチ
オン（例えば、ドデシルトリメチルアンモニウムカチオン）の金属イオン（例え
ば、ナトリウム）との交換である。有機カチオンとの包接化合物を形成する認識
部位もまた、有用である。例えば、クラウンエーテルおよびクリプタンドを使用
して、有機イオン（例えば、四級アンモニウムカチオン）との包接化合物を形成
し得る。
【０２０３】 無機イオン（例えば、金属イオンおよび錯イオン（例えば、ＳＯ4 -2、ＰＯ4 -3 ）もまた、本発明のデバイスおよび方法を使用して検出され得る。金属イオンは
、例えば、ＳＡＭ成分、スペーサーアームまたは基板に結合する薬剤による、そ
れらの錯体化またはキレート化によって、検出され得る。この実施態様において
、認識部位は、一価部分（例えば、カルボキシレート、アミン、チオール）であ
り得、またはより構造的に複雑な薬剤（例えば、エチレンジアミンペンタ酢酸、
クラウンエーテル、アザクラウン、チアクラウン）であり得る。検出方法および
このような検出を可能にする機構は、酸検出の状況において議論された方法およ
び機構と実質的に類似する。
【０２０４】 無機錯イオンは、リガンド−金属錯体において金属イオンの結合に対して、リ
ガンドと競合するそれらの能力によって検出され得る。ＳＡＭ成分、スペーサー
アームまたは基板に結合するリガンドが、金属と錯イオンとの間の錯体の熱力学
的安定度定数より低い熱力学的安定度定数を有する、金属錯体を形成する場合、
この錯イオンは、固定化されたリガンドから、その金属イオンの解離を引き起こ
す。金属イオンの解離は、検出可能な様式でメソゲン層を摂動する。金属イオン
とリガンドとの間に形成される化合物についての安定度定数を決定する方法は、
当業者に周知である。これらの安定度定数を使用して、特定のイオンに特異的な
デバイスが、製造され得る。Ｍａｒｔｅｌｌ，Ａ．Ｅ．，Ｍｏｔｅｋａｉｔｉｓ
，Ｒ．Ｊ．，ＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＵＳＥ ＯＦ ＳＴＡＢＩ
ＬＩＴＹ ＣＯＮＳＴＡＮＴＳ，第２版、ＶＣＨ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，Ｎｅ
ｗ Ｙｏｒｋ １９９２を参照のこと。
【０２０５】 小分子（例えば、殺虫剤、除草剤、戦用薬剤など）は、多くの異なる認識部位
モチーフの使用によって検出され得る。酸性または塩基性成分は、上記のように
検出され得る。薬剤の金属結合能力もまた、錯イオンについて上記されるように
、有利に使用され得る。さらに、これらの薬剤が、同定された生物学的構造（例
えば、レセプター）に結合する場合、このレセプターは、基板、ＳＡＭ成分また
はスペーサーアーム上に固定化され得る。特定の小分子に非常に特異的な抗体を
惹起するための技術もまた、当該分野で利用可能である。従って、小分子の検出
のためにこれらの小分子に対する抗体を利用することは、本発明の範囲内である
。
【０２０６】 好ましい実施態様において、特定の金属イオンに対する分析物の親和性は、Ｓ
ＡＭ成分、スペーサーアームまたは基板を固定化された金属イオンで標識するこ
とによって利用される。金属イオンは、一般に、その分析物が結合し得る、少な
くとも１つの利用可能な空の配位部位を有さなければならない。あるいは、金属
と金属固定化剤との間の少なくとも１つの結合は、分析物によってその固定化試
薬の少なくとも１つの結合の置換を可能にするために、その分析物の存在下で十
分に不安定であるべきである。
【０２０７】 好ましい実施態様において、固定化金属イオンに結合することによって検出さ
れる薬剤は、殺虫剤または戦用薬剤（例えば、ＶＸ、Ｏ−エチル−Ｓ−（２−ジ
イソプロピルアミノエチル）−メチルチオホスホネート）のような有機リン系化
合物である。有機リン系薬剤に親和性を示す例示的な化合物としては、Ｃｕ+2−
ジアミン、トリエチレンテトラアミン−Ｃｕ+2−クロライド、テトラエチレンジ
アミン−Ｃｕ+2−クロライドおよび２，２’−ビピリジン−Ｃｕ+2−クロライド
が挙げられるが、これらに限定されない。米国特許第４／５４９，４２７号（Ｋ
ｏｌｅｓａｒ，Ｊｒ．，Ｅ．Ｓ．に対して、１９８５年１０月２９日に発行され
た）を参照のこと。
【０２０８】 別の好ましい実施態様において、特定の薬剤に対する抗体は、基板、ＳＡＭ成
分またはスペーサーアーム上に固定化される。除草剤、殺虫剤および戦用薬剤に
対して抗体を惹起するための方法は、当業者で公知である。Ｈａｒｌｏｗ，Ｌａ
ｎｅ，ＭＯＮＯＣＬＯＮＡＬ ＡＮＴＩＢＯＤＩＥＳ：Ａ ＬＡＢＯＲＡＴＯＲ
Ｙ ＭＡＮＵＡＬ，Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇｓ Ｈａｒｂｏｒ Ｌａｂｏｒａｔ
ｏｒｙ，Ｌｏｎｇ Ｉｓｌａｎｄ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９８８を参照のこと。
【０２０９】 好ましい実施態様において、除草剤は好ましくは、トリアジン、ハロアセトア
ニリド、カルバメート、トルイジン、尿素、植物成長ホルモンおよびジフェニル
エーテルからなる群のメンバーである。これらの広い属（上位概念）の群内に、
フェノキシアルカン酸、ビピリジニウム、ベンゾニトリル、ジニトロアニリン、
酸アミド、カルバメート、チオカルバメート、複素環窒素化合物（トリアジン、
ピリジン、ピリダジノンを含む）、スルフォニル尿素、イミダゾール、置換尿素
、ハロゲン化脂肪族カルボン酸、無機物質、有機金属および生物学的に重要なア
ミノ酸の誘導体のような、市販の除草剤が含まれる。
【０２１０】 上記で議論された実施態様において、好ましい戦用薬剤は、マスタード、およ
びＨＤ、Ｑ、Ｔ，ＨＮ１、ＨＮ２、ＨＮ３、神経剤（特に置換型リン酸の有機エ
ステル（タブン、サリン、イソプロピルメチルホスホノフルオリデート、ソマン
ピナコリルメチルホスホノフルオリデートを含む））として公知の薬剤を含む関
連の糜爛剤からなる群のメンバーである。他の検出可能な分析物は、活性不能化
剤（例えば、ＢＺ、３−キヌクリジニルベンジレート）および刺激剤（例えば、
暴動鎮圧化合物ＣＳ）を含む。
【０２１１】 本発明を使用する検出のために好ましい殺虫剤は、殺菌剤（例えば、ホルムア
ルデヒド）、燻蒸剤（例えば、ブロモメタン）、殺真菌剤（例えば、２−フェニ
ルフェノール、ビフェニル、酸化水銀、イマザリル（ｉｍａｚａｌｉｌ））、ダ
ニ駆除剤（例えば、アバメクチン（ａｂａｍｅｃｔｉｎ）、ビフェンスリン（ｂ
ｉｆｅｎｔｈｒｉｎ））、殺虫剤（例えば、イミダクロプリド（ｉｍｉｄａｃｌ
ｏｐｒｉｄ）、プラレスリン（ｐｒａｌｌｅｔｈｒｉｎ）、シフェノスリン（ｃ
ｙｐｈｅｎｏｔｈｒｉｎ））を含む。
【０２１２】 本発明はまた、有害ガス（例えば、ＣＯ、ＣＯ2、ＳＯ3、Ｈ2ＳＯ4、ＳＯ2、
ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ4など）を検出するデバイスおよび方法を提供する。好まし
い実施態様において、ＳＡＭ、基板またはスペーサーアームは、ガスを検出し得
る少なくとも１つの化合物を含む。有用な化合物は、硫酸パラジウム、亜硫酸パ
ラジウム、ピロ硫酸パラジウム、塩化パラジウム、臭化パラジウム、ヨウ化パラ
ジウム、過塩素酸パラジウム、有機錯体化試薬とのパラジウム錯体、およびそれ
らの混合物からなる群より選択される、パラジウム化合物を含むが、これらに限
定されない。
【０２１３】 本発明のこの実施態様を実施する際に使用する他の化合物は、シリコモリブデ
ン酸、シリコモリブデン酸塩、三酸化モリブデン、バナジウム、銅またはタング
ステンを含むモリブデンのヘテロポリ酸、モリブデン酸アンモニウム、モリブデ
ン酸アニオンのアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩、ヘテロポリモリブデ
ン酸塩ならびにこれらの混合物を含む。
【０２１４】 なおさらに有用なガス検出化合物は、銅塩および利用可能な配位部位を有する
銅錯体を含む。α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン、改変α−シ
クロデキストリンおよび改変β−デキストリン、γ−デキストリンならびにそれ
らの混合物は、本発明の実施に有用である。米国特許第５，６１８，４９３号（
Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎらに対して、１９９７年４月８日に発行された）および米国
特許第５，０７１，５２６号（Ｐｌｅｔｃｈｅｒらに対して、１９９１年１２月
１０日に発行された）を参照のこと。
【０２１５】 別の好ましいガス検出の実施態様において、基板、ＳＡＭ成分またはスペーサ
ーアームは、非結晶ヘモグロビン、結晶ヘモグロビン、非結晶ヘム、結晶ヘムお
よびそれらの混合物からなる群より選択される化合物を用いて誘導される。ヘム
は、ガスに対して反応性である認識部位として機能する。米国特許第３／６９３
，３２７号（Ｓｃｈｅｉｎｂｅｒｇ，Ｉ．Ａ．に対して、１９７２年９月２６日
に発行された）を参照のこと。
【０２１６】 分析物が、生体分子である場合、その生体分子と相互作用する任意の認識部位
は、本発明の実施に有用である。従って、分析物が核酸である場合、１つの実施
態様において、認識部位は、認識部位配列に少なくとも部分的に相補的である配
列を有する核酸である。認識部位がペプチドである場合、そのペプチドに特異的
な抗体が、分析物として使用され得る。別の好ましい実施態様において、抗体以
外のタンパク質（例えば、酵素、レセプター）が、分析物である。
【０２１７】 本発明の好ましい実施態様において、認識部位はビオチンと相互作用し、そし
てアビジンまたは抗ビオチン抗体である。分析物が生体分子である場合に有用な
他の認識部位は、当業者に明らかである。
【０２１８】 （Ｆ．化合物ライブラリー） 新規な薬理学的特性および材料科学的特性を有する化合物を同定するための、
化学物質ライブラリーの合成およびスクリーニングは、通常実施されている。合
成されたライブラリーは、例えば、オリゴヌクレオチド、オリゴペプチド、低分
子量または高分子量の有機分子あるいは無機分子のコレクションを含む。Ｍｏｒ
ａｎら、ＰＣＴ公開ＷＯ９７／３５１９８（１９９７年９月２５日公開）；Ｂａ
ｉｎｄｕｒａら、ＰＣＴ公開ＷＯ９６／４０７３２（１９９７年１２月１９日公
開）；Ｇａｌｌｏｐら、Ｊ．Ｍｅｄ．Ｃｈｅｍ．３７：１２３３−５１（１９９
４）を参照のこと。
【０２１９】 従って、４つの局面において、本発明は、以下を備える、化合物のライブラリ
ーを合成およびスクリーニングするためのデバイスを提供する： （１）以下を備える、合成成分； （ａ）表面を有する第１の基板； （ｂ）反応性官能基を含む、上記表面上の自己集合単分子層；ならびに （２）以下を備える、分析成分 （ａ）表面を有する第２の基板；および （ｂ）上記第１の基板の表面と上記第２の表面との間のメソゲン層。
【０２２０】 好ましい実施態様において、第２の基板は、そこに結合する自己集合単分子層
を有する。さらに別の好ましい実施態様において、第２の基板は、液体、蒸気、
ガスおよびそれらの組み合わせに透過性である。この透過性基板は、分析物が自
己集合端分子層およびメソゲン層との接触するが、光学セルの完全性を全体的に
維持するのを可能にする。
【０２２１】 基板、有機層およびメソゲン層に関する上記の議論は、本発明のこの局面の実
施態様の各々に適用可能である。本発明の好ましい実施態様において、基板は金
属フィルムを備える。さらに好ましい実施態様において、この金属フィルムは、
金、ニッケル、白金、銀、パラジウムおよび銅からなる群より選択されるメンバ
ーである。なおさらに好ましい実施態様において、金属フィルムは、斜めに沈着
される。
【０２２２】 有機層は、基板に結合する任意の有機物質から構築され得、好ましくは、この
有機層成分は、アルカンチオール、官能化アルカンチオールおよびそれらの組み
合わせからなる群より選択される成分である。さらに好ましい実施態様において
、この有機層の少なくとも１つの成分は、Ｒ21ＣＨ2（ＣＨ2）14ＳＨおよびＲ31 ＣＨ2（ＣＨ2）15ＳＨの群から選択されるメンバーである部分であり、ここで、
Ｒ21およびＲ31は、水素、反応基および認識部位からなる群より選択される独立
したメンバーである。
【０２２３】 反応基に関する上記の議論は、本発明のこの局面に等しく適用可能である。特
定の好ましい実施態様において、Ｒ21およびＲ31は、水素、アミン、カルボン酸
、カルボン酸誘導体、アルコール、チオール、アルケンおよびそれらの組み合わ
せからなる群より選択される独立したメンバーである。
【０２２４】 ＳＡＭは、パターン形成された基板および有機層を生成するための上記の方法
のいずれによってもパターン形成され得る。基板のパターン形成および異なる特
性を有する成分の混合物からの有機層の構築に関する上記の議論は、本発明のこ
の実施態様に一般に適用可能である。本発明の好ましい実施態様において、ＳＡ
Ｍは、微小接触プリンティング（ｍｉｃｒｏｃｏｎｔａｃｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ
）によってパターン形成される。さらに好ましい実施態様において、この微小接
触プリンティングは、自己集合単分子層の成分と異なる成分を利用する。
【０２２５】 メソゲン層は、１以上のメソゲン化合物を含み得る。メソゲン層の性質に関す
る上記の議論は、本発明のこの実施態様に一般的に適用可能である。本発明の好
ましい実施態様において、メソゲン層は、４−シアノー４’−ペンチルビフェニ
ル、Ｎ−（４−メトキシベンジリデン）−４−ブチルアラニン（ｂｕｔｙｌａｎ
ａｉｌｉｎｅ）およびそれらの組み合わせからなる群より選択されるメンバーで
あるメソゲンを含む。
【０２２６】 別の好ましい実施態様において、本発明は、上記のデバイスを使用して化合物
のコンビナトリアルライブラリーを合成および分析するための方法を提供する。
この方法は、以下の工程を包含する； （ａ）第１の化合物の第１の成分を、上記第１の基板の表面の第１の領域に、
および第２の化合物の第１の成分を、上記第１の基板の表面の第２の領域に、添
加する工程； （ｂ）第１の化合物の第２の成分を、上記第１の基板の表面の上記第１の領域
に添加する工程、および第２の化合物の第２の成分を、上記第１の基板の表面の
上記第２の領域に添加する工程； （ｃ）上記第１の成分および第２の成分を反応させて、第１の産物および第２
の産物を形成する工程； （ｄ）上記第１の基板の表面に、上記メソゲン層を適用する工程； （ｅ）上記第１の領域および上記第２の領域に、分析物を適用する工程；およ
び （ｆ）第１の配向から第２の配向への、上記メソゲン層における切り替えを検
出する工程であり、これによって上記分析が達成される。
【０２２７】 成分の一連の添加は、所望の化合物のライブラリーをアセンブルするために必
要な回数で繰り返され得る。さらに、所望の分子変換を引き起こすのに必要な、
多くの溶媒、触媒および試薬が、成分の添加の前、成分の添加と同時に、または
成分の添加の後に添加され得る。
【０２２８】 実質的に任意の型の化合物ライブラリーが、本発明の方法を使用して合成され
得、これらには、ペプチド、核酸、サッカリド、低分子量または高分子量の有機
化合物および無機化合物が含まれる。
【０２２９】 本発明の好ましい実施態様において、合成が完了した時に、第２の基板がメソ
ゲン層の上に層化される。さらに好ましい実施態様において、この第２の基板は
、上記メソゲン層に接触する、結合された第２の自己集合単分子層を有する。こ
の２つの基板が利用される場合に利用可能である置換に関する上記の議論は、こ
の実施態様に一般に適用可能である。なおさらに好ましい実施態様において、こ
の第２の基板は、透過性基板である。さらに別の好ましい実施態様において、こ
の第２の基板は、上記第１の基板と同様にパターン形成される。
【０２３０】 本発明の好ましい実施態様において、合成されるライブラリーは、１０より多
い固有の化合物、好ましくは１００より多い固有の化合物、およびより好ましく
は１０００より多い固有の化合物を含む。
【０２３１】 第５の局面において、本発明はまた、自己集合単分子層上で合成される化合物
のライブラリーを提供する。ライブラリー、ＳＡＭ、官能化ＳＡＭ成分、メソゲ
ン層などに関する上記の議論は、本発明のこの局面に一般に適用可能である。
【０２３２】 （Ｇ．デバイス） 本発明のデバイスは、メソゲン層または有機層の支持を可能にする任意の配置
をとり得る。大きさおよび形に対する限定は、デバイスが使用される状況または
デバイスが意図される目的から生じる限定のみである。デバイスは、平面または
非平面であり得る。従って、本発明を実施するために任意の数の偏光子、レンズ
、濾光器などを使用することは、本発明の範囲内である。
【０２３３】 メソゲン層における多くの変化が、周辺光下の目視観察によって検出され得る
が、メソゲン層における変化を検出するための任意の手段が、デバイス内に組み
込まれ得るか、またはデバイスと組み合わせて使用され得る。従って、メソゲン
層における変化の検出を補助するために、光技術、顕微鏡技術、分光学的技術、
電気的技術などを使用することは、本発明の範囲内である。
【０２３４】 スペクトルの可視領域内の光を利用する、これらの実施態様において、光は、
メソゲン層の細部を単に照射するために使用され得る。あるいは、光はメソゲン
層を通過され得、そして透過光、吸収光または反射光の量が測定され得る。デバ
イスは、米国特許第５，７３９，８７９号（１９９８年４月１４日にＴｓａｉ，
Ｔ．Ｓ．に対して発行された）に記載のようなバックライティング（ｂａｃｋｌ
ｉｇｈｔｉｎｇ）デバイスを利用する。紫外領域および赤外領域の光もまた、本
発明に有用である。
【０２３５】 顕微鏡技術は、単純に、光学顕微鏡、共焦点顕微鏡、偏光顕微鏡、原子間力顕
微鏡（Ｈｕら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ １３：５１１４−５１１９（１９９７））、
走査トンネル顕微鏡（Ｅｖｏｙら、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ Ａ
１５：１４３８−１４４１、第２部（１９９７））などを利用し得る。
【０２３６】 本発明の実施に有用な分光学的技術としては、例えば、赤外分光法（Ｚｈａｏ
ら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ １３：２３５９−２３６２（１９９７））、ラマン分光
法（Ｚｈｕら、Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２６５：３３４−３４０（１９
９７））、Ｘ線電子分光法（Ｊｉａｎｇら、Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈ．Ｂｉｏ
ｅｎｅｒ．４２：１５−２３（１９９７））などが挙げられる。可視分光法およ
び紫外分光法もまた、本発明に有用である。
【０２３７】 他の有用な技術としては、例えば、表面プラズモン共鳴（Ｅｖａｎｓら、Ｊ．
Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ １０１：２１４３−２１４８（１９９７））、楕円偏
光法（Ｈａｒｋｅら、Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ ２８５：４１２−４
１６（１９９６））、インビートメーター（ｉｍｐｅｄｏｍｅｔｒｉｃ）法（Ｒ
ｉｃｋｅｒｔら、Ｂｉｏｓｅｎｓ．Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎ．１１：７５７：７
６８（１９９６））などが挙げられる。
【０２３８】 本発明のデバイスの使用の本発明の好ましい形態において、光学セルは、約１
０μｍ〜約１０ｍｍの距離、好ましくは約２０μｍ〜約５ｍｍの距離、より好ま
しくは約５０μｍ〜約０．５ｍｍの距離の間隔を空けた２つの基板を備える。こ
の実施態様において、分析物は、毛細現象、電気浸透、電気泳動、および遠心分
離を含むが、これらに限定されない任意の多くの技術によって光学セル内に引き
込まれる。一旦、分析物が光学セル内に進入すると、次いで、メソゲン層をセル
内に引き込むことによって、分析物は置換される。
【０２３９】 さらに別の好ましい実施態様において、この光学セル（すなわち、基板）は、
ほぼ円柱の断面積を有し、そしてその認識部位は、円柱の内面に結合する。
【０２４０】 第７の局面において、本発明は、低エネルギー表面を提供し、これは、この表
面上に平面に固定化されるメソゲン層を有する。低エネルギー表面は、洗浄が容
易である利点を提供する。従って、これらの表面から構築されたデバイスは、そ
れほど欠点を有さず、かつ増強された光学的特性を提示する。
【０２４１】 第８の局面において、本発明は、基板上に吸着された、ハロゲンを含有するハ
ロ有機硫黄部分を含む有機層における傾斜を制御するための方法を提供し、この
方法は、そのハロ有機硫黄のハロゲン含量を選択する工程を包含する。好ましい
実施態様において、この傾斜は、メソゲン層における所望の光学的組織を提供す
るように選択される。
【０２４２】 従って、別の局面において、本発明は、ハロ有機硫黄を含むメソゲン層の光学
的組織を変化させるための方法を提供する。このハロ有機硫黄はハロゲンを含有
する。メソゲン層の光学的組織は、このハロ有機硫黄のハロゲン含量を選択する
ことによって制御される。
【０２４３】 本発明に有用な他の技術およびデバイスは、当業者に明らかである。
【０２４４】 以下の実施例は本発明をさらに例示し、そしてさらなる限定として解釈される
べきではない。本出願を通して引用される、全ての参考文献、特許および特許出
願は、参考として明示的に援用される。
【０２４５】 （実施例） 以下の詳細な実施例は、光学信号の増幅および光学信号への変換に適用された
場合の、本発明のデバイスおよび方法、自己集合単分子層に保持された認識部位
の相互作用、ならびにその認識部位と相互作用する分析物を例示する。
【０２４６】 実施例１は、アビジンおよび抗ビオチン抗体（ヤギ抗ビオチン）を検出するた
めのビオチンを保有するＳＡＭの使用を例示する。アビジンまたは抗体における
ビオチンへの結合は、アビジンおよび抗ビオチンの両方が存在することが可能な
メソゲン層で見られる顕著な変化を生成し、可視的な検査によって検出される。
【０２４７】 実施例２は、へキシルアミン蒸気の存在を検出するためのカルボン酸認識部分
を保有するＳＡＭの使用を例示する。実施例１の結果と類似して、認識部位への
分析物の結合は、メソゲン層で見られる顕著な変化を生成し、これは視覚的に検
出可能である。
【０２４８】 実施例３は、メソゲン層の配向は、ＳＡＭ成分の酸性認識部分のイオン化状態
およびｐＫａに依存することを例示する。実施例３において使用される液晶は、
ネマチック液晶であり、そしてＳＡＭは、ωメルカプトウンデカン酸から形成さ
れる。
【０２４９】 実施例４は、カルボン酸末端基によるＳＡＭへの金属イオンの結合による金属
イオンの定量的な検出を例示する。上記の実施例と類似して、結合は、増幅され
、そして光学的信号に変換される。
【０２５０】 実施例５は、基板上でのＳＡＭのパターニングを示す。さらに、実施例５は、
メソゲン層の配向を固定することは、ＳＡＭ成分の性質およびそのパターンの特
徴によって制御され得ることを示す。
【０２５１】 実施例６は、メソゲン層の固定が、フッ化有機硫黄化合物を含む表面を使用し
て変化され得ることを示す。
【０２５２】 （実施例１） 実施例１は、表面でのタンパク質のレセプター媒介結合の光学的出力への増幅
および変換を例示する。リガンドを保持する自発的に整列された表面は、タンパ
ク質分子が、リガンドへの結合の際に、支持された液晶の１〜２０マイクロメー
ターの厚さのフィルムにおいて変化を誘発するように設計された。
【０２５３】 表面は、表面固定化リガンドへのタンパク質の特異的結合によって消失され得
るナノメータースケールの形状的特徴で設計され（図１Ａ）、このようにして、
これらの表面上に支持された液晶の配向における巨視的な変化を導いた。第１に
、多結晶の金の薄いフィルムを、約２ｎｍの最大の大きさおよび約５０ｎｍの最
大の波長によって特徴づけられる粗さ（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）（図１Ｃ）で調製
した（図１Ｂ）。金フィルムの蒸着は、フィルム内に異方性の粗さを導入するよ
うに制御された（本明細書中以下で、「異方性の金フィルム」（Ｖ．Ｋ．Ｇｕｐ
ｔａら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ １２、２５８７（１９９６）と呼ぶ）。わずかでは
あるが、異方性の粗さは、支持された液晶の配向を観察することによって容易に
検出された（Ｖ．Ｋ．Ｇｕｐｔａら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ １２、２５８７（１９
９６））。第２に、混合された、自己集合単分子層（ＳＡＭ）は、ビオチン−（
ＣＨ2）2［（ＣＨ2）2Ｏ］2ＮＨＣＯ（ＣＨ2）11ＳＨ（ＢｉＳＨ）（Ｊ．Ｓｐｉ
ｎｋｅら、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．９９，７０１２（１９９３））およびＣＨ 3 （ＣＨ2）7ＳＨ（Ｃ8ＳＨ）から、９．６μＭのＢｉＳＨおよび７０．４μＭの
Ｃ8ＳＨを含有するエタノール溶液中に異方性金のそのフィルムを８時間浸すこ
とによって、形成された（混合されたＳＡＭはまた、ミリモル濃度の有機チオー
ルを含有した溶液を使用して数分の間に形成された）。混合したＳＡＭは、Ｂｉ
ＳＨ（ΔBiSH＝３．８ｎｍ）およびＣ8ＳＨ（ΔC8SH＝１ｎｍ）から形成された
単一成分ＳＡＭの厚さ（Δ）の一次補間によって約２７％のビオチン化種からな
ることが見積もられた。（全ての厚さの測定は、Ｒｕｄｏｌｐｈ Ａｕｔｏ 偏
光解析機を、７０°の角度の光（６３３ｎｍ）入射で使用して行われた。１．４
５の屈折率が使用されて、チオールおよびタンパク質の結合した層の厚さが見積
もられた。本明細書に報告された偏光解析的厚さ（Δ）の標準偏差は、＋／−０
．２ｎｍである。）タンパク質アビジン（Ａｖ、４．２ｎｍ×４．２ｎｍ×５．
６ｎｍ）（Ｐ．Ｃ．Ｗｅｂｅｒら、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２４３，８５（１９８９）
）のこれらのＳＡＭ内に存在するビオチンへの結合は、ＳＡＭを、０．５μＭの
Ａｖを含有するリン酸緩衝化生理食塩水（ＰＢＳ）（ｐＨ７．４、１００ｍＭ
ＮａＣｌ、０．００４容量％のＴｒｉｔｏｎＸ−１００）１０〜１５分間インキ
ュベートすることによって達成された（Ｋ．Ｌ．Ｐｒｉｍｅら、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈ
ｅｍ．Ｓｏｃ．１１５，１０７１４（１９９３））。次いで、その表面を、約３
０秒間脱イオン化した水中でリンスし、そして窒素流（ｓｔｒｅａｍ ｏｆ ｎ
ｉｔｒｏｇｅｎ）で約３０秒間乾燥させた。液晶セルを形成するために、２つの
ＳＡＭを、薄いプラスチックフィルム（ＭｙｌａｒTMまたはＳａｒａｎｗｒａｐ TM ）を使用して別々にし、次いで、紙クリップを使用して留めた（図２）。毛管
現象を使用して、４−シアノ−４’−ペンチルビフェニル（５ＣＢ）の滴をその
等方性相（約３４℃での等方性ネマチック遷移）において、２つの表面によって
形成された管腔に引き出した。次いで、その液晶を、室温に冷却した：ネマチッ
クテクスチャが、約５〜１０秒以内に１ｃｍ×１ｃｍの大きさのセルに亘って広
がるのを観察した。セルの光学的像を、透過モードを使用して偏光顕微鏡上で記
録した。
【０２５４】 異方性金フィルム上に支持された２つの混合したＳＡＭを、液晶セルを形成す
るように対にしたとき、液晶セルのその偏光した光の像は、均一であり、そして
特徴がなかった（図３Ａ）。それゆえ、そのセル内の液晶は、均一に配向してい
た（図２Ａ）。第２の液晶セルが、液晶（ΔAv＝２．６ｎｍ）で満たされる前に
、Ａｖを含有するＰＢＳで前処理した混合したＳＡＭを使用して調製された場合
、その偏光した光の像は、高度に非均一であり、そして着色されていた（図３Ｂ
）。液晶の配向は、金フィルムの異方性の粗さの記憶を示さなかった。（交差し
た極性間で回転された場合、サンプルを通して透過した光の強度は、強度におけ
る大きな変調を示さなかった。この結果は、セル内の液晶の好ましい配向の非存
在を示す。光学的テクスチャの一般的な特徴は、液晶を室温に冷却する速度にお
ける変動によって影響を受けなかった。）そして、異方性の粗さなしに金フィル
ム上に形成された混合したＳＡＭ上に支持された液晶の光学的像に似ていた（図
３Ｃ）。対称的に、液晶は、混合したＳＡＭが、ビオチンでブロックしたＡｖ（
１００倍過剰）（ΔblkdAv＝０．９ｎｍ、図３Ｄ）を含有するＰＢＳで前処理さ
れた場合、またはＣ8ＳＨから形成されたＳＡＭが、Ａｖ（ΔAv＝０．４ｎｍ）
を含有するＰＢＳ中で前処理された場合、均一に配向したままであった（Ｋ．Ｌ
．Ｐｒｉｍｅら、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１５，１０７１４（１９９３
））。従って、Ａｖの混合したＳＡＭへの特異的結合は、バルク液晶の配向に対
するナノメータースケールの金の異方性の粗さの影響を消し、従って、液晶セル
の光学的テクスチャにおける容易に可視化された変化を導く。混合されたＳＡＭ
の１ｍｍ2の領域（容易に可視な領域）内で、約１０10Ａｖの分子（約１ｎｇま
たは約２．６ｎｍの範囲）は、約２×１０15メソゲン（液晶の２μｍ厚のフィル
ム）の配向を制御する。従って、各Ａｖ分子のその表面への結合は、１０5より
多いメソゲンの再配向へと増幅された。Ａｖの単分子層の半分未満が、液晶の配
向を変化し得、かつ、１００μｍの厚さの液晶フィルムが表面によって配向され
得るので、より高いレベルの増幅が可能である（Ａｖの特異的結合は、２０μｍ
の厚さの液晶のフィルム（約２×１０6メソゲン／タンパク質）の再配向を引き
起こし得ることが実証されている）。
【０２５５】 Ａｖのビオチンへの結合が、タンパク質リガンド相互作用（解離定数、Ｋdは
約１０-15Ｍ）にとっては非常に強力であるので、抗体の抗原への結合（Ｋdは１
０-9Ｍ）を検出するための液晶の使用がまた、実証された（Ｈ．Ｂａｇｃｉら、
ＦＥＢＳ、３２２、４７（１９９３））。例えば、アフィニティー単離されたヤ
ギ抗ビオチン抗体（抗Ｂｉ ＩｇＧ）（抗Ｂｉ ＩｇＧはＳｉｇｍａ ＢｉｏＳ
ｃｉｅｎｃｅから購入し、そして抗ＦＩＴＣ ＩｇＧは、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ
Ｐｒｏｂｅｓから購入した。全ての測定は、０．５μＭの抗Ｂｉ ＩｇＧおよび
０．００４％のＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００を含有するＰＢＳ中で行った。ＩｇＧ
のＰＢＳ中での結合の後、そのサンプルを、脱イオン化した水でリンスし、そし
て窒素流下で乾燥した。）の混合したＢｉＳＨおよびＣ8ＳＨ（Δ抗Bi IgG＝５
．５ｎｍ）から形成されたＳＡＭへの結合は、支持された液晶の配向を非均一に
する（図３Ｅ）。対称的に、非特異的抗体（例えば、ウサギポリクローナル抗体
フルオレセイン抗体（抗ＦＩＴＣ ＩｇＧ、Δ抗FITC IgG＝０ｎｍ）（図３Ｆ）
もウシ血清アルブミン（ＢＳＡ、ΔBSA＝１．４ｎｍ）（光学テクスチャは、図
３Ｆと同じであった）は、液晶の配向の変化を引き起こした。さらに、Ｃ8ＳＨ
から形成されたＳＡＭは、抗Ｂｉ ＩｇＧ（Δ抗Bi IgG＝０．１ｎｍ）有意に結
合せず、したがって、５ＣＢを均一に配向した（光学テクスチャは、図３Ｆと同
じであった）。
【０２５６】 上記の結果は、２つのさらなる原理を実証する。第１に、これらの表面上への
リガンド（例えば、ＢｉＳＨ）の固定化は、タンパク質の結合の前に、その液晶
の均一な配向を妨害しないように、金フィルム内の異方性を制御することが可能
である。オリゴペプチド（例えば、Ａｌａ−Ａｌａ−Ｐｒｏ−Ｐｈｅ）はまた、
液晶の均一な配向を妨害せずに、ＳＡＭへと導入されている（ネマチック５ＣＢ
の均一な固定化は、９ｍＭ Ｃ11ＳＨおよび１ｍＭ ＨＳ（ＣＨ2）11−Ａｌａ
−Ａｌａ−Ｐｒｏ−Ｐｈｅ−ｐＮＡのエタノール（ｅｔｈａｎｏｌｉｃ）溶液か
らの共吸収による異方性の金フィルム上に形成された混合したＳＡＭ上で測定さ
れた。ここで、Ａｌａはアラニンであり、Ｐｒｏはプロリンであり、Ｐｈｅはフ
ェニルアラニンであり、そしてｐＮＡはｐ−ニトロアニリドである）。
【０２５７】 第２に、これらの実験において使用される金フィルムの粗さは、５ＣＢの配向
を変化させるのに必要とされるＡｖまたは抗Ｂｉ ＩｇＧの閾値表面濃度が、非
特異的吸収のレベルよりも大きいが、特異的吸収よりも小さいようなものであっ
た。この特徴は、捕捉タンパク質（高分子リガンド）が表面上に支持されたサン
ドイッチ型アッセイを可能にし、そして第２のタンパク質（例えば、検出する抗
体）の捕捉タンパク質への結合が、液晶の配向における変化によって検出される
。この原理を実証するために、混合したＳＡＭを、まずフルオレセイン標識アビ
ジン（ＦＩＴＣ−Ａｖ）で１０分間処理した（フルオレセイン標識ストレプトア
ビジン（ＦＩＴＣ−Ａｖ）を、Ｐｉｅｒｃｅから購入した。全ての測定は、０．
５μＭ ＦＩＴＣ−Ａｖおよび０．００４％ Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００を含有
するＰＢＳ中で行った。ＰＢＳ中でのＦＩＴＣ−Ａｖの結合の後、そのサンプル
を脱イオン水でリンスした。）。結合ＦＩＴＣ−Ａｖ（ΔFITC-Av＝１ｎｍ）は
、５ＣＢの配向における変化を誘発するために必要とされる閾値よりも低かった
（図３Ｇ）。結合ＦＩＴＣ−Ａｖを支持するＳＡＭを、ＰＢＳ中の０．５μＭの
抗ＦＩＴＣ ＩｇＧの溶液中に浸した。第２工程後の結合したタンパク質の偏光
解析的厚さは、３．５ｎｍであり、従って、液晶の配向における変化を誘発する
のに十分であった（図３Ｈ）。抗ＦＩＴＣ ＩｇＧは、結合したＦＩＴＣ−Ａｖ
（Δ抗FITC IgG＝−０．１ｎｍ）の非存在下で混合したＳＡＭに結合せず、フル
オレセインでブロックした抗ＦＩＴＣ ＩｇＧは、ＦＩＴＣ−Ａｖ（ΔFITC-Av/ 抗FITC IgG＝０．７ｎｍ）を提示する表面へ結合しなかった：両方の制御実験は
、均一に配向した液晶を生成した（図３Ｆおよび３Ｉ）。
【０２５８】 Ａｖを使用して上記の実験を繰り返し、かつ抗Ａｖ ＩｇＧをＡｖ上の抗原性
エピトープに結合させることにより、溶液中の２．３ｎＭ程度に低い抗Ａｖ Ｉ
ｇＧの濃度が検出された（ポリマーフィルムにおけるストレス誘導型色遷移に基
づく研究は、５価のコレラ毒素のガングリオシドＧM1（分子量約１０5Ｄａ、Ｋd は約１０-10Ｍ）への特異的結合についての検出限界が、溶液中でリポソームを
使用した場合、１００ｐｐｍ（約１μＭ）であり、そしてポリマーの支持された
フィルムを使用した場合、２０ｐｐｍ（約０．２μＭ）であることを報告してい
る（Ｄ．Ｃｈａｒｙｃｈら、Ｓｃｉｅｎｃｅ ２６１、５８５（１９９３）；Ｄ
．Ｃｈａｒｙｃｈら、Ｃｈｅｍ＆Ｂｉｏｌ ３，１１３（１９９６）；Ｊ．Ｐａ
ｎら、１３，１３６５（１９９７））。
【０２５９】 ねじれネマチック液晶（ＴＮ液晶）は、フラットパネルディスプレイにおいて
広範に使用される。なぜなら、電場によるねじれ液晶の再配向が、高い光学的コ
ントラスト比を提供するからである（ＴＮ液晶セルの表面は、ある表面に接する
液晶の領域が、対向表面に接触した液晶の領域に対して正しい角度で配向される
ように設計される（図２Ｂ）。セルの２つの表面領域の間に挟まれた液晶は、９
０°ねじれた型の変形をし、そしてこのようなセルを通って透過される直線偏光
した光の偏光は、９０°回転される。ねじれ液晶セルは、２つの平行の偏光子の
間で観察された場合、暗く見える。対称的に、ねじれていない液晶を含むセルは
、平行な偏光子の間で明るく見える（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌｓ：ＡＰＰ
ＬＩＣＡＴＩＯＮＳ ＡＮＤ ＵＳＥＳ、Ｂ．Ｂａｈａｄｕｒ、編（Ｗｏｒｌｄ
Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ、１９９０））。ＴＮ液晶はまた
、表面へのアビジンのビオチン媒介結合の光学的変換を増強するために使用され
る（図４）。表面でのタンパク質およびリガンドの結合の光学的読み出しは、パ
ターン化したＳＡＭを使用することにより、さらに容易になり得る（Ａ．Ｋｕｍ
ａｒら、Ａｃｃ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．２８，２１９（１９９５）、Ｖ．Ｋ．Ｇｕ
ｐｔａら、Ｓｃｉｅｎｃｅ ２７６、１５３３（１９９７））。表面は、パター
ン化ＳＡＭのビオチン由来の領域へのＡｖの結合が、ＴＮ液晶セルの領域特異的
なねじれもどしを引き起こすように設計された（図５）。数センチメートルのサ
イズでそのように形成されたパターンは、溶液中の生体分子の存在が容易に読め
るインジケータを提供する（図５Ａおよび５Ｂ）。マイクロメーターサイズのパ
ターンを使用することにより、表面での生体分子の結合が、生体分子が表面に結
合したときのみ形成する周期的液晶構造からの光の回折によって光学的に検出さ
れ得ることがまた実証された（図５Ｃ〜Ｅ）。
【０２６０】 （実施例２） 以下の実施例は、へキシルアミン蒸気の存在を検出するためにカルボン酸部分
で官能化されたＳＡＭの使用を例示する。
【０２６１】 表面上に支持された液晶は、低有機分子（例えば、へキシルアミンのような風
媒性の汚染物質）またはイオン（例えば、重金属）の存在を検出するために使用
され得る。以下の実験は、表面の構造における比較的単純なインサイチュでの変
化（すなわち、カルボン酸のアミン塩への変換）の、支持された液晶の配向に対
する影響を調べるために設計された。
【０２６２】 使用されたモデルシステムは斜めに蒸着した金のフィルム上のＨＳ（ＣＨ2）1 0 ＣＯＯＨから形成されたＳＡＭ上に支持された４−シアノ−４’−ペンチルビ
フェニル（５ＣＢ）液晶を備えていた。ｎ−へキシルアミンをモデル低有機分子
として使用した。アミンを、蒸気相における液晶デバイス中に導入した。
【０２６３】 実験を、蒸気相の存在下でカルボン酸で終結する単分子層上に支持された５Ｃ
Ｂ液晶の再配向が、真に表面誘導型現象であるか否かを決定するために行った。
本発明者らの実験は、同じｎ−へキシルアミン雰囲気内で２つの異なる単分子層
（各々は異なる表面官能基を示す）上での５ＣＢ配向を比較した。１つの表面は
、ＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨ単分子層であった。本実施例において、ＣＯＯＨ末
端基は、ｎ−へキシルアミンと相互作用すること、および５ＣＢの再配向を誘導
することが示される。他の単分子層を、メチル基で終結するＨＳ（ＣＨ2）15Ｃ
Ｈ3から形成した。メチル基は、ｎ−へキシルアミンに対して反応性ではなかっ
た。
【０２６４】 光学的セルを、ＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨまたはＨＳ（ＣＨ2）15ＣＨ3のＳＡ
Ｍで形成し、引きつづいて５ＣＢで満たした。図６は、インサイチュセンサにつ
いてのスキームを例示する。ここで、表面上での低分子によって引き起こされる
メソゲン層の配向の遷移は、バルク現象へと分子事象を変換する。図７ａは、ｎ
−へキシルアミンのこれらの光学的セルへの蒸気拡散の模式図を例示する。図７
ｂおよび７ｃは、経時的なｎ−へキシルアミン雰囲気におけるこれらの光学的セ
ルの写真を示す。ＨＳ（ＣＨ2）15ＣＨ3から形成されたＳＡＭを有するセルにつ
いて、５ＣＢ配向における変化は観察されなかった。全ての像は、セルが暗い ことを示す。しかし、図７ｄに示されるように、５ＣＢの配向における劇的な変
化が、時間が進行するにつれ、セルの縁から内側へと移動するのが観察された。
光学的セルの縁は、もはや暗くはなく、そしてその厚さは、時間とともに増大し
た。
【０２６５】 図７ｃにおいて写真を示したセルは、ｎ−へキシルアミンの非常に低い蒸気濃
度に曝されたのに対し、図７ｄ中のセルは、より高い蒸気濃度に曝された。図８
は、デバイスをへキシルアミンに曝すことの経時的な効果を示す。図８ａに示す
セルは、最初の曝露の８時間後を示す。図８ｂ中のセルは、曝露後１９時間後を
示す。
【０２６６】 これらの実験は、５ＣＢ配向における変化が、ＳＡＭの表面上のカルボン酸、
蒸気相の分析物、へキシルアミンとの間の相互作用によって誘導されることを示
す。
【０２６７】 （実施例３） 実施例３は、自己集合単分子層上に支持された液晶のｐＨ依存性配向を例示す
る。実施例３において使用される液晶は、ネマチック液晶である。自己集合単分
子層は、ωメルカプトウンデカン酸から形成される。
【０２６８】 （３．１ 材料） ＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨを、公開されている方法を使用して合成し、そして
ＮＭＲ分光法によって特徴づけた（ＭＰ４６．５−４７℃）。試験した液晶、５
ＣＢ（Ｋ１５、ＢＤＨ、Ｔni＝３４．５℃）およびＭＢＢＡ（ＴＣＩおよびＡｌ
ｄｒｉｃｈ、Ｔni＝４０℃）は、室温でネマチック相を有する。
【０２６９】 （３．２ 方法） （３．２ａ）基板の洗浄 高級フロートガラス（Ｆｉｓｈｅｒｓ’ Ｆｉｎｅｓｔ）からできた顕微鏡ス
ライドを、これらの実験に使用した。これらのスライドを、ピラニア溶液（７０
％Ｈ2ＳＯ4、３０％Ｈ2Ｏ2）中、次いで塩基性溶液（７０％ＫＯＨ、３０％Ｈ2
Ｏ2）中で窒素攪拌下で１時間５０℃で洗浄した。溶液間および塩洗浄の後に、
そのスライドを、１８．２ＭΩ（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ）の脱イオン水で十分にリ
ンスした。スライドを、引きつづいて、エタノール中で、続いてメタノール中で
リンスした。この工程は、残渣のスポットを残さずにスライドの乾燥を引き起こ
した。次いで、そのスライドを、窒素中で乾燥させ、そして１１０℃で真空オー
ブン中で保存した。そのオーブン中での保存により、スライドガラスへの水の吸
収を最小限にした。全ての他のガラスウェアを、使用前にピラニア溶液中で洗浄
した。
【０２７０】 （３．２ｂ）金の蒸着 金の半透明なフィルム（約１００Å厚）を、表面の垂線から５０°の入射角の
固定した方向からの電子ビーム（ＣＨ Ａ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）によって固
定顕微鏡スライド上に蒸発させた。チタニウムの２０Å層を使用して、ガラスと
金との間の接着を促進した。金とチタニウムの蒸着の速度は、１×１０-6Ｔｏｒ
ｒ未満のシステム圧内で０．２Å／秒に制御した。高質フィルムを維持するため
に、金供給源を、ルーチン的に、５０℃で３０分間、各溶液中で、王水およびピ
ラニア溶液の３〜４サイクルで洗浄した。このサイクルを、各溶液間に脱イオン
水でリンスするとともに、３〜４回繰り返した。
【０２７１】 （３．２ｃ）ＳＡＭの形成 ＳＡＭを、エタノール中、１時間、１ｍＭ ＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨにおい
て形成した。次いで、ＳＡＭをおよそ１分間、ｐＨ２〜１２の間に緩衝化した水
性のｐＨ溶液中に浸し、次いで、窒素気体流で風乾させ、過剰の溶液を表面から
排除した。特に違うと示さない限り、緩衝液は、以下の塩を使用して形成した：
ｐＨ１〜２、０．１Ｍ Ｈ3ＰＯ4；ｐＨ２．５〜３．０、１ｍＭ ＮａＨ2ＰＯ4 ／Ｈ3ＰＯ4；ｐＨ４〜５、１ｍＭ ＮａＯ2ＣＣＨ3／ＨＯ2ＣＣＨ3；ｐＨ６〜７
、１ｍＭ Ｎａ2ＨＰＯ4／ＮａＨ2ＰＯ4；ｐＨ８〜９、１ｍＭ Ｎａ2ＣＯ3／Ｎ
ａＨＣＯ3；ｐＨ９〜１１、１ｍＭ Ｎａ2ＨＰＯ4／Ｎａ3ＰＯ4；ｐＨ１１．５
〜１２、１０ｍＭ ＮａＯＨ；ｐＨ１２〜１３、０．１Ｍ ＮａＯＨ。同じ対イ
オンＮａ＋を全体を通じて使用した。実験をまた、０．０１ｍＭ〜１ｍＭ ＨＣ
ｌを使用して行った。
【０２７２】 （３．２ｄ）ＬＣの固定化 液晶の固定化を、同じｐＨで各表面上にＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨから形成さ
れたＳＡＭ、またはＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨから形成されたある表面、および
ＣＨ3（ＣＨ2）15ＳＨから形成された対向表面から光学的セルを構築することに
より研究した。セル内の対向金表面間の蒸発の方向は、同じ方向に向けられた。
その表面を、２、１２、および３０μｍの公称厚を有するマイラースペーサーに
よって分離し、そしてバインダークリップを使用して一緒に留めた。干渉計技術
によって、１５〜２０％の変動を、１２、３０μｍのセルの公称厚に対して観察
した。より薄い２μｍの公称厚では、２〜４μｍの範囲のより大きな変動を有し
た。そのセルを、等方性状態における洗浄点より高い温度で、毛管現象によって
液晶で満たした。得られる光学テクスチャを、そのセルを室温まで冷却した後に
、偏光顕微鏡（Ｏｌｙｍｐｕｓ）で分析した。
【０２７３】 カルボン酸基およびカルボン酸ナトリウム基が存在する表面を、ＳＡＭを、低
ｐＨおよび高ｐＨの水溶液中に浸すことによって調製した。セル（２〜４μｍの
厚さ）内での液晶の配向を、高ｐＨおよび低ｐＨで前処理したＳＡＭを使用して
測定した。
【０２７４】 ３．３ 結果 第一に、低ｐＨおよび高ｐＨで前処理したＳＡＭにおける液晶の面外（ｏｕｔ
−ｏｆ−ｐｌａｎｅ）配向を測定した。ほぼ平面に近い配向を、結晶回転技術を
用いて観察した。表面からの極角は、５ＣＢに対して１℃未満であった。
【０２７５】 第二に、この液晶の面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）（方位角）配向を、偏光顕微鏡
を用いて測定した。金蒸着方向に対する液晶の面内配向を、四分の一波長板（Ｑ
ＷＰ）および液晶が充填されたＳＡＭ（低または高ｐＨ）で調製した薄い２μｍ
のセルを用いることにより決定した。ＱＷＰを用いて、ディレクタの配向を、ネ
マティックディレクタの遅軸とＱＷＰの光軸との間のリターデーションのシフト
が最大で得られるまで、セルを回転することによって、決定した。リターデーシ
ョンのシフトを、一次干渉色および二次干渉色からＭｉｃｈｅｌ−Ｌｅｖｙ色チ
ャートで測定した。前処理のｐＨの関数として、液晶の面外配向において、なん
の変化も観察されなかったが、ネマティック５ＣＢおよびＭＢＢＡの面内配向は
、両表面を低ｐＨおよび高ｐＨで前処理した場合、異なることが観察された。こ
れらの前処理下では、液晶の均一な構造がセル全体にわたって観察された。しか
し、５ＣＢおよびＭＢＢＡの面内配向は、ｐＨ２．５（低ｐＨ）および１１．７
（高ｐＨ）での表面のｐＨ前処理に基づいて９０℃シフトすることが観察された
。
【０２７６】 ５ＣＢまたはＭＢＢＡを充填したセルにおいて、ｐＨ２．５で浸漬した表面を
用いて、液晶は、図９ａに例示されるように金蒸着の方向に対して平行に配向し
た。しかし、ｐＨ１１．７で調整した単分子層では、液晶は、図９ｂに示される
ように、金蒸着の方向に対して垂直に配向した。両場合とも、バルク液晶におい
て、弾性変形（ねじれ、曲がり、または傾斜）はなかった。これらのＳＡＭはま
た、５ＣＢの配向について反転特性を示した。ｐＨ３．０および続くｐＨ１１．
７でのＳＡＭの前処理は、蒸着方向に対して垂直の５ＣＢ配向を生じた。反対の
前処理スキームは、平行配置を生じる。
【０２７７】 液晶が、表面の前処理の効果（および、従って、液晶の配向に対する表面の前
処理の影響）を潜在的に消去し得る、有意な量の水分を含むことが知られるが、
上記の結果は、これがそうではないことを実証する。液晶の前処理の影響は、液
晶の配向を変更する。本発明者らのサンプルである５ＣＢ中の水分濃度は、４２
±７ｍＭであった（Ｋａｒｌ Ｆｉｓｃｈｅｒ滴定により測定）。
【０２７８】 以下に記載するように、この影響は、ＣＯＯＨ領域およびＣＯＯＮａ+領域の
側方パターニングおよび低ｐＨ領域および高ｐＨ領域の間の境界の付近で液晶の
配向を観察することにより、さらに証拠付けられ得る。図１０ｃは、１つの表面
上にＨＳ（ＣＨ2）15ＣＨ3のＳＡＭを形成し、対向する表面がＨＳ（ＣＨ2）10
ＣＯＯＨから形成されることにより調製された液晶セルの光学的構造を示す。Ｈ
Ｓ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨの全表面をｐＨ３．０で前処理し、そして窒素中で乾燥
した。次いで、この表面を、ｐＨ１１．７で半浸漬し、そして窒素中で表面を注
意深く乾燥させることにより反転処理した。液晶の固定化は、異なるｐＨで前処
理した酸表面の隣接領域上で直交することが観察された。表面とバルク液晶との
間のイオン交換が生じている場合、この境界付近での時間依存変化が観察される
。４８時間にわたって境界付近の液晶の固定化における変化は、観察されなかっ
た。
【０２７９】 一方の表面がＨＳ（ＣＨ2）15ＣＨ3であり、かつ対向する表面がＨＳ（ＣＨ2
）10ＣＯＯＨであるＳＡＭを用いて設計されたセルにおいて、ＨＳ（ＣＨ2）10
ＣＯＯＨのｐＨ前処理は、液晶のバルク弾性変形を誘導するために使用され得る
。図１０ａにおいて例示されるように、低ｐＨにおいて５ＣＢは、均一に配向し
た。なぜなら、同じ面内液晶配向が、両表面によって課されるためである。高ｐ
Ｈでは、ＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨの単分子層は、ＨＳ（ＣＨ2）15ＣＨ3表面に
対して直交性の面内境界条件を課し、このことにより、液晶についてねじれたバ
ルク配向を生じる。この結果は、両表面上の固定化の強度が、偏光を９０°回転
させるバルクにおける変形を生じるのに十分であったことを実証した。
【０２８０】 このセル（名目厚さ１２μｍ）において、５ＣＢを、ｐＨ３．０（領域Ｉ）ま
たはｐＨ１１．７（領域ＩＩ）でＨＳ（ＣＨ2）15ＣＨ3から形成されたＳＡＭと
ＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨから形成されたＳＡＭとの間にサンドイッチした。交
差極を通して観察した場合（図１０ｃ）、同じ方向にネマティックディレクタを
固定化する表面で構成された領域Ｉは、透過光の吸光に起因して暗く見える。液
晶のバルク配向は、均一であり、一方向に沿っていた。領域ＩＩにおいて、光は
、交差極を通して均一に透過され、このことは、液晶のバルク配向がねじれてい
ることを示唆する。
【０２８１】 図１０ｄに示されるような平行極（アナライザの９０°回転）下での観察は、
領域Ｉが明るくなり、一方領域ＩＩが暗くなることを示した。この結果は、領域
ＩＩにおいて約９０°のねじれを示した。領域Ｉにおいては示さなかった。５Ｃ
Ｂのバルク配向は、ＨＳ（ＣＨ2）15ＣＨ3から形成されたＳＡＭおよびＨＳ（Ｃ
Ｈ2）10ＣＯＯＨから形成されたＳＡＭを支持する表面を有するセルにおける均
一な配向とねじれた配向との間で制御され得る（高ｐＨまたは低ｐＨ）。
【０２８２】 液晶バルク配向が、１．７〜１３．２の間のｐＨの関数としてＨＳ（ＣＨ2）1 5 ＣＨ3およびＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨから形成された表面を有する１２μｍセ
ルにおいていかにして変化するかについてもまた、調べた。ＨＳ（ＣＨ2）10Ｃ
ＯＯＨから形成されたＳＡＭについて均一に配列されたセルからねじれたセルへ
の転移は、ｐＨ３．８〜４．０の間で不連続に生じた。この転移は、交差極を通
って各ｐＨで、図１１ａにおいて視覚的に例示される。中間ねじれ角は、観察さ
れなかったが、しかし、ｐＨ３．８で、１００〜１０００μｍの寸法を有するね
じれ領域は、均一に配向されたサンプル内で観察された。均一からねじれた配置
への配向の変化は、液晶の９０°ねじれたドメインの増殖によって生じた。
【０２８３】 ５ＣＢを充填したセルを通った偏光の回転は、５ＣＢ配列における不連続な変
化を観察する単純な定量的な方法を提供した。ねじれ角を、最小限の強度に、偏
光器に関してアナライザと光学セルとを同時に回転させることにより決定した。
ｐＨの関数としてのねじれ角が、図１１ｂにおいて例示される。ｐＨ３．８およ
びｐＨ４．０の間の鋭い不連続は、５ＣＢの鋭い不連続な９０°の面内再配向を
示した。
【０２８４】 ｐＨ１１．７、１２．７で、図１０ｃ、１０ｄ、および図１１ａにおいて領域
ＩＩに示されるように、ねじれた領域においてループディスクリネーションが形
成された。これらのループ内のねじれ領域は、一般に、全体相の測定されたねじ
れ角に対する補角であった。ディスクリネーションラインは、交差極間において
暗く見え、そして平行極間では明るく見える。このことは、強度Ｓ＝１／２のデ
ィスクリネーションラインを示す。
【０２８５】 ｐＨ＞３．８で前処理されたセルについてのねじれ角は、約９５〜１０５°で
あった。５〜１０°の誤差は、蒸着プロセス間にサンプルホルダ上でわずかにね
じれているガラススライドから生じた。従って、金は、ガラススライドの垂直軸
に沿って正確に蒸着されなかった。わずかな誤差（＜５°）が、セル構築間に互
いに対して２つの対向する表面を配列させるときにもまた起こった。
【０２８６】 実施例３は、液晶が、表面上のカルボン酸基のカルボン酸塩への転換を光学信
号に変換するために用いられ得ることを実証する。表面の構造における小さな変
化は、液晶のバルク配向に影響することが知られている。５ＣＢの不連続な、９
０°の面内再配向は、アルカンチオール単分子層を構成するメチレン基の数に依
存して観察される。奇数のメチレン単位は、金の蒸着方向に対して平行な固定化
を生じたが、一方、偶数のメチレン単位は、蒸着方向に対して垂直な固定化を生
じた。配向における差異は、奇数および偶数のアルカンチオールから形成された
ＳＡＭ内の末端メチレン基の異なる配向に起因する。
【０２８７】 ＳＡＭの酸性度は、ＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨおよびＨＳ（ＣＨ2）nＣＨ3から
形成された混合物を用いて減少され得る。この技術を用いて、均一配向からねじ
れた配向へのｐＨ転移は、１ｍＭの４：１、２：１、１：２のＨＳ（ＣＨ2）10
ＣＯＯＨおよびＨＳ（ＣＨ2）12ＣＨ3の混合物からＳＡＭを形成することにより
制御された。ｐＨ依存転移は、ｐＨ７、ｐＨ１０、ｐＨ１４にそれぞれシフトし
た。図１１ｂは、試験した単分子層の全てについて観察されたねじれ角によって
測定されるような、不連続な転移を例示する。
【０２８８】 均一配列からねじれた配列へのｐＨ転移は、セル厚の制御による０．４のｐＨ
単位だけシフトされた。ねじれひずみに起因するひずみエネルギーは、セル厚の
逆関数として変動するので、より高い固定化エネルギー（より高いｐＨ前処理に
おいて発現する）が、より薄いセルにおいてねじれひずみを誘導するために必要
とされた。図１２は、均一な配向からねじれた配向までに及ぶｐＨ範囲にわたる
３つの名目セル厚、２μｍ、１２μｍ、および３０μｍについてのこの依存性を
例示する。２μｍセルにおいて、ねじれのドメイン、ならびにバルク中の完全な
ねじれがｐＨ３．８〜４．０にわたって観察された。
【０２８９】 各表面でＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨを用いて調製されたセルにおいて、５ＣＢ
の配向は、ｐＨ３．８と４．０との間の不連続な面内転移を経た。バルクひずみ
は、これらの表面によって誘導されないので、本発明者らは、この転移範囲が表
面のイオン化の開始を表すと仮定した。
【０２９０】 図１３は、混合物ＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨおよびＨＳ（ＣＨ2）12ＣＨ3から
調製された単分子層についてのｐＨの関数としてθａＣ8（Ｈ2Ｏ）をプロットす
る。ＣＯＯＨで終結した鎖の百分率を、各滴定曲線について標識する。太字の矢
印は、光学セルにおける５ＣＢ配向が均一配列からねじれた配列へと再配向した
場合のｐＨ範囲を示す。多くの特徴がこれらの曲線に存在する。まず、Ｂａｉｎ
によって観察されたように、低ｐＨでの接触角は、一定であり、より高いｐＨで
減少した。Ｂａｉｎ、Ｃ．Ｄ．；Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ、Ｇ．Ｍ．、Ｌａｎｇｍ
ｕｉｒ、５：１３７０−１３７８（１９８９）を参照のこと。同様に、滴定曲線
におけるブレークポイントは、単分子層におけるメチル末端鎖の割合が増加する
につれてより高いｐＨで生じた。しかし、５ＣＢ配向についてのｐＨ転移は、Ｈ
Ｓ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨの割合が表面上で減少するにつれて、ブレークポイント
ｐＨ（接触角によって観察された）に対して増加した。実際、ＨＳ（ＣＨ2）10
ＣＯＯＨのみから形成されたＳＡＭ上で、ねじれ転移のｐＨ（ｐＨ３．８〜４．
０）は、ブレークポイントのｐＨ（ｐＨ５．０〜５．５）より低いことが観察さ
れた。
【０２９１】 これらの結果は、カルボン酸末端基の臨界密度が、５ＣＢにおける均一からね
じれまでの転移のために必要とされることを示す。直線関係が、４１％のカルボ
ン酸（２：１ ＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨおよびＨＳ（ＣＨ2）12ＣＨ）で末端化
された単分子層の表面組成まで観察される。
【０２９２】 （実施例４） 実施例４は、カルボン酸末端基を有するＳＡＭへのそれらの結合による金属イ
オンの定量的検出を例示する。上記実施例と同様に、金属イオンの結合は増幅さ
れ、そして液晶層により光学信号に変換される。本発明者らは、一例として、水
溶液からの銅イオンの結合を使用する。
【０２９３】 第一に、顕微鏡スライドを、チタンの半透明層（３０オングストローム厚）お
よび次いで金（１４０オングストローム）でカバーした。これらの金属を、電子
ビーム蒸着器を用いて入射の斜角（スライドの法線から５０°）で蒸着させた。
次いで、金属コーティングされた顕微鏡スライドを、１１−メルカプトウンデカ
ン酸（ＨＯＯＣ（ＣＨ2）10ＳＨ）の１ｍＭエタノール溶液中に１時間浸漬した
。この手順は、それらの外表面上にＨＯＯＣ−基を付与したＳＡＭの形成を導く
。
【０２９４】 第二に、Ｃｕ2+の水溶液を、１ｍＭ〜２０ｍＭの間の範囲の濃度を有するＣｕ
（ＣｌＯ4）2から調製した。次いで、ＳＡＭを支持する金フィルムを、ｐＨ５．
５より低いｐＨで、Ｃｕ2+のこれらの溶液に５分間浸漬した。水溶液からの除去
後、表面を、窒素下、および次いで無水エタノール下で、活発に乾燥させ、任意
の非特異的に付着したＣｕ2+を除去した。
【０２９５】 第三に、上記のように処理した表面を、１２μｍの厚さ（空洞厚）を有する光
学セルに組み立てた。セルを、５ＣＢの透明化温度を上回る温度での毛管現象に
よって４−シアノ−４ペンチルビフェニル（５ＣＢ）で充填した。セルを室温に
冷却した後、得られた光学的構造を偏光顕微鏡（Ｏｌｙｍｐｕｓ）を使用して分
析した。
【０２９６】 溶液中のＣｕ2+の濃度が０．０１ｍＭ以下であった場合、ＬＣの配列は、均一
であり、そして平面状であった（図１５Ａ）。溶液中のＣｕ2+の濃度が０．１ｍ
Ｍおよび１ｍＭであった場合、ＬＣの配列は、不均一であり、そして平面状であ
った（図１５Ｂおよび１５Ｃ）。溶液中のＣｕ2+の濃度が１８ｍＭであった場合
、ＬＣの配列は、ホメオトロピックであった（図１５Ｄ）。
【０２９７】 カルボン酸官能化表面へのＣｕ2+結合のさらなる証拠が、パターン化された光
学セルにおいて観察された。これらのデバイスにおいて、２つの対向する表面を
１ｍＭのＣｕ（ＣｌＯ4）2中に半浸漬した。表面の他の側は、前処理されないま
まであった。得られたパターン化されたセルは、Ｃｕ2+に露出された領域（これ
らは、不均一である）間の差異を明らかに例示した（図１４Ｅ）。
【０２９８】 （実施例５） 実施例５は、パターン化されたＳＡＭを用いる液晶の配列の制御を例示する。
【０２９９】 表面上のメソゲン層のパターン化は、３つの直線回折格子の作製により例示さ
れる（図１６）。これらの格子は、メソゲン層のひずみの様式、および従って光
学特性において異なる。パターン化されたＳＡＭは、エラストマースタンプを用
いるマイクロ接触プリンティングにより調製した（Ｋｕｍａｒら、Ａｃｃ．Ｃｈ
ｅｍ．Ｒｅｓ．２８，２１９（１９９５）、およびその中で引用された文献）。
スタンプを、ＣＨ3（ＣＨ2）15ＳＨのエタノール溶液でインク付けし、そして多
結晶金の超薄（１００オングストローム厚）半透明フィルムと接触させた。次い
で、ＳＡＭを、１ｍＭの第二アルカンチオールを含有するエタノール溶液中の金
フィルムの２時間の浸漬により、金の未反応領域上に形成させた。続いて、ＳＡ
Ｍを支持する２つの表面を対合させ、Ｍｙｌａｒフィルムで間隔をあけた。毛管
現象によって、表面間の間隔に、ネマティックメソゲン４−シアノ−４’−ペン
チルビフェニル（５ＣＢ）を充填した。白色光での偏光顕微鏡を、パターン化さ
れた液晶を画像化するために使用した。実験手順の説明は、他の場所で報告され
ている（Ｄｒａｗｈｏｒｎら、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．９９、１６５１１（１
９９５）；Ｇｕｐｔａら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ １２、２５８７（１９９６））。
【０３００】 図１６Ａに示される周期液晶構造（格子Ａ）の作製は、セルの頂部表面上の液
晶の均一な平面固定化、および底部表面上の隣接縞における直交性方位配向を伴
うメソゲンのパターン化された平面固定化を必要とする。ネマティック液晶の平
面固定化は、金上にＣＨ3（ＣＨ2）n-1ＳＨ（ｎ＝４〜１７）から形成される単
一成分ＳＡＭを用いることにより達成され得る。（金上のアルカンチオールと同
程度に低いエネルギー（１９ｍＮ／ｍ）による表面上でのメソゲンの平面固定化
を観察することは、珍しい。例えば、シリカ上にオクタデシルトリクロロシラン
から形成される単分子層は、金上にアルカンチオールと同程度に低い表面エネル
ギー（１９ｍＮ／ｍ）を有するが、なおメソゲンのホメオトロピックの固定化を
引き起こす。５ＣＢと金との間で作用する分散力の異方性部は、ＣＨ3（ＣＨ2） n-1 ＳＨから形成されたＳＡＭ上の５ＣＢの固定化に影響する（Ｍｉｌｌｅｒら
、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６９，１８５２（１９９６））。
【０３０１】 固定化は、入射角５０°で蒸着した金のフィルム上に支持されたＳＡＭ上で方
位的に均一である（Ｇｕｐｔａら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ １２、２５８７（１９９
６））。酸化ケイ素（ＳｉＯx）および金属の傾斜蒸着は、表面にメソゲンを配
列させるために使用され得る（Ｕｒｂａｃｈら、同書、２５、４７９（１９７４
）；Ｊ．Ｌ．Ｊａｎｎｉｎｇ、同書、２１、１７３（１９７２））。しかし、こ
の方法は、大きな領域にわたるメソゲンの均一な配列が必要とされる場合、ラビ
ングしたポリマーに基づく方法と経済的に競合しない。対照的に、メソゲンのパ
ターン化された配向が必要とされる場合、ラビングに基づくプロセスが複雑にな
り、そして金属の傾斜蒸着が簡易かつ経済的な手順の基礎を形成し得る。
【０３０２】 ５ＣＢの固定化は、奇数アルカンチオール（例えば、ｎ＝１１；図１７Ａ）か
ら形成されたＳＡＭの場合、金の蒸着の方向に垂直であり、そして偶数アルカン
チオール（例えば、ｎ＝１２；図１７Ｂ）から形成されたＳＡＭの場合、金の蒸
着の方向に平行である（Ｇｕｐｔａら、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｅ ５４、４５４０
（１９９６））；「ベアーな」傾斜蒸着した金における５ＣＢの配列は、平面状
であり、金の蒸着の方向に対して垂直である）。金上の奇数アルカンチオールか
ら形成されたＳＡＭおよび偶数アルカンチオールから形成されたＳＡＭの表面の
メチル基の配向の差異は、ネマティックメソゲンの面内配向を指向する（Ｇｕｐ
ｔａら、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｅ ５４、４５４０（１９９６））；金上のＣＨ3
（ＣＨ2）n-1ＳＨから形成されたＳＡＭの表面で曝露されたメチル基の配向は、
奇数アルカンチオールおよび偶数アルカンチオールについて異なる。なぜなら、
これらのＳＡＭ内の脂肪族鎖は、表面の法線から３０°傾けられるからである（
Ｎｕｚｚｏら、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１２、５５８（１９９０））。
対照的に、銀上のアルカンチオールから形成されたＳＡＭおよび金上の過フッ素
化アルカンチオールから形成されたＳＡＭ内の鎖は、１０°〜１５°未満傾けら
れ、そしてこれらのＳＡＭの表面のメチル基（ＣＨ3またはＣＦ3）の配向におい
て奇数−偶数変動はなかった（Ｌａｉｂｉｎｉｓら、同書、１１３、７１５２（
１９９１））；（Ｌｅｎｋら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ １０、４６１０（１９９４）
）。銀上のアルカンチオールから形成されたＳＡＭまたは金上の過フッ素化アル
カンチオールから形成されたＳＡＭでは、５ＣＢの配向について、奇数−偶数依
存性は観察されなかった；５ＣＢの固定化は、金の蒸着の方向に垂直であった；
波形表面上のメソゲンの９０°方位再配向は、弾性効果およびフレキソレクトリ
ック（ｆｌｅｘｏｌｅｃｔｒｉｃ）効果の組み合わせによって引き起こされ得る
。
【０３０３】 傾斜蒸着した金上のＣＨ3（ＣＨ2）14ＳＨおよびＣＨ3（ＣＨ2）15ＳＨから形
成されたパターン化されたＳＡＭを、格子Ａを作製するために使用した。直線偏
光した光の偏光は、均一な平面固定化を有するメソゲン層の領域を通る透過（図
１７Ａ中のＺ方向に沿って）によって変化しないが、９０°ねじれたメソゲン層
の領域を通る透過の際に、９０°回転される（Ｙｅｈ，Ｐ．Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗ
ａｖｅｓ Ｉｎ Ｌａｙｅｒｅｄ Ｍｅｄｉａ（Ｗｉｌｅｙ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ
、（１９８８））。従って、交差極より眺めた場合、格子Ａのねじれた領域が明
るく見え（光が、検光子によって透過される）、そして均一な領域が暗く見える
（光は、検光子によって消光される）（図１７Ａ）。格子を横切る屈折率におけ
る周期変化が、レーザ光の回折を引き起こす（図１７Ｂ）。
【０３０４】 図１５Ｂにおける格子（格子Ｂ）は、セルの頂部表面上のメソゲン層のホメオ
トロピック固定化およびその底部表面上のメソゲンのパターン化された平面状か
つホメオトロピックな固定化に基づく。ｘ方向に沿って直線偏光で格子Ｂに入射
した光は、屈折率の周期変化を経験せず、そして回折されない。対照的に、ｙ方
向に沿って偏光した光は、屈折率における空間変動を経験し、そして回折される
。５ＣＢをホメオトロピックに固定化するために金上の長鎖アルカンチオールお
よび短鎖アルカンチオールの共吸着によって形成された混合ＳＡＭ（図１６Ｃ）
（Ｄｒａｗｈｏｒｎら、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．９９，１６５１１（１９９５
））Ｇｕｐｔａら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ １２、２５８７（１９９６）；Ｙｅｈ、
Ｐ．、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅｓ ｉｎ Ｌａｙｅｒｅｄ Ｍｅｄｉａ（Ｗｉ
ｌｅｙ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９８８））。
【０３０５】 金上の長鎖アルカンチオールおよび短鎖アルカンチオールから形成された混合
ＳＡＭにおいて観察された５ＣＢの固定化における平面からホメオトロピックの
転移は、レシチンのＬａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔフィルムが使用された
過去の報告からは異なる；５ＣＢの固定化は、Ｂ型の格子において、レシチン（
Ｈｉｌｔｒｏｐら、Ｂｅｒ．Ｂｕｎｓｅｎ−Ｇｅｓ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．９８
、２０９（１９９４））の全充填密度についてホメオトロピックである。交差極
を通して観察したメソゲン格子の偏光顕微鏡写真を、図１７Ｃに示す。暗縞は、
直線偏光した光の偏光が、メソゲンを通る透過によって変化しなかった格子の領
域に対応する；これらの縞は、サンプルが交差極間で回転した場合、暗いままで
あり、従って、これらの領域におけるホメオトロピック固定化を確認する。明縞
は、底部表面上の層の平面固定化、およびセルの頂部表面上の層のホメオトロピ
ック固定化によりひずんだメソゲン層の領域に対応する。メソゲンのパターン化
されたホメオトロピックおよび平面固定化は、光配列技術またはラビング技術に
基づいた過去の作業においては、実証されていない。
【０３０６】 格子Ｂに対して、図１５Ｃ（格子Ｃ）における格子による光の回折は、偏光の
感度が低かった。格子Ｃを交差極を通して観察した場合、均一に明るい縞（図１
７Ｄ、ｘとｙとの間の入射光の偏光）または均一に暗い縞（ｘまたはｙに沿った
入射光の偏光）が観察された。縞間の境界は、メソゲンの２つの異なるひずみが
交わる領域に対応し、これは、光学顕微鏡において可視的であった（図１７Ｄの
暗い線）。入射光の全ての偏光について隣接した縞の間で測定可能なコントラス
トがないことは、格子Ｃのメソゲン層構造と一致する。同様のタイプの層構造が
、Ｃｈｅｎおよび共同研究者らによって報告されており、彼らは、２段階ラビン
グプロセスを使用している（Ｃｈｅｎら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６７
、２５８８（１９９５））。
【０３０７】 格子ＢおよびＣの偏光感受性はさらに、直線偏光した光（交差極性ではなく）
を用いてこれらの格子を見ることにより試験された。格子Ｂがｘ方向に沿って直
線偏光を有する光で見られたとき、入射光が空間的周期性の屈折率を経るために
、格子パターンが可視化された（図１８Ａ）。しかし、ｙ方向に沿って偏光した
光では、ストライプのかすかな縁部のみが見られた（図１８Ｂ）；これらの縁部
は、測定可能な光の回折を引き起こさなかった。対照的に、格子Ｃは、入射光の
偏光に対して非感受性であるために、この格子は、ｘまたはｙに沿って偏光した
光によって照射される際に可視化された。
【０３０８】 これらのパターン化されたメソゲン方向転換は、電場を使用することにより可
能であった。ＳＡＭを支持する金表面を電極として使用する場合、この表面に対
して垂直に電場を印加し得た。電場の可逆的な印加は、メソゲンを再配向し、従
って、格子から回折した光の強さを調節し得た（図１８Ｅ）。面内の電場もまた
使用した（面内切換とは、セルの表面に対して平行に印加される電場の使用をい
う）。メソゲンの面内切換に基づいたデバイスは、広角視野角度を有するＦＰＤ
において使用して（Ｏｈｅら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６９、６２３（
１９９６）；Ｏｈｔａら、ＩＥＩＣＥ（Ｉｎｓｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｉｎｆ．
Ｃｏｍｍｏｎ．Ｅｎｇ．）Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｅ７９−Ｃ、１０６
９（１９９６））これらのパターン化されたメソゲン構造を再配向してきた。本
発明者らは、メソゲンで満たされたセルを横断する電場の印加の際に安定なＳＡ
Ｍを観察する。過去の研究では、電解質の水溶液におけるＳＡＭの電気化学的脱
着が報告された（Ｗｉｄｒｉｇら、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．３
１０、３３５（１９９１）；Ｗａｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｒａｌｚａｋら、Ｌａ
ｎｇｍｕｉｒ ７、２６８７（１９９１））。一般に、長鎖アルカンチオールか
ら形成されたＳＡＭ上でのメソゲンの配列は、数ヶ月にわたり安定である。数年
にわたる安定性は、重合可能なＳＡＭ（Ｔ．Ｋｉｍら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ １２
、６０６５（１９９６））またはＳＡＭの酸化分解を防ぐためのアルカンチオー
ルまたは還元剤でドープしたメソゲンを使用することにより達成され得る。
【０３０９】 ここで報告された方法は、２つの簡単な処理工程で複雑なメソゲン構造物の作
製を可能にする。表面を、形状が異なり、そしてμｍからｃｍまでの範囲にわた
るサイズを有するメソゲンの領域でパターン化し得る（図１９Ａ）。このメソゲ
ンは、非平面的表面上でパターン化され得る（図１９Ｂ）。
【０３１０】 （実施例６） （６．１ 材料および方法） ヘキサデカンをＡｌｄｒｉｃｈで購入し、そして使用前にアルミナカラムに通
した。半フッ素化（ｓｅｍｉｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ）したチオールＣＦ3（Ｃ
Ｆ2）7ＣＯＮＨ（ＣＨ2）2ＳＨ（１）、ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）2ＳＨ（２）
およびＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）11ＳＨ（３）を先の実験から入手した。Ｄｒａ
ｗｈｏｒｎ，Ｒ．Ａ．ら、１９９５、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．９９、１６５１
１を参照のこと；１：１および１：３の溶液組成は、それぞれ、１および２、な
らびに１および３から形成された混合ＳＡＭのために１：１の表面組成を形成す
るために必要とされた。デカンチオール（４）、ドデカンチオール（５）および
ヘキサデカンチオール（６）をＡｌｄｒｉｃｈで購入し、そして４−ｎ−ペンチ
ル−４’−ｎ−シアノビフェニル（５ＣＢ、ＴNI＝３５℃、ＴKN＝２４℃）を、
ＥＭ Ｓｃｉｅｎｃｅから購入した。無水エタノールをＱｕａｎｔｕｍから購入
した。
【０３１１】 （６．１ａ サンプル調製） ガラスの顕微鏡用スライドを「ピラニア」溶液（７０：３０濃Ｈ2ＳＯ4／３０
％ Ｈ2Ｏ、警告：ピラニア溶液は、有機化合物と強く反応するため、非常に注
意深く扱わなければならない；密閉した容器中にこの溶液を保存してはならない
）で３０分間９０℃で洗浄した。金基板を顕微鏡用スライド上に蒸着することに
より調製した（Ａｕの入射束に対してサンプルをエピサイクリック回転させた。
０．２Å／ｓで１００Å、Ｐ＜５×１０6ｔｏｒｒ）。Ｇｕｐｔａ，Ｖ．Ｋ．ら
、１９９６、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、８、１３６６を
参照のこと。約１０Åのチタンを使用して、金と顕微鏡用スライドガラスとの間
の接着を促進した。自己集合単分子層を、総濃度１ｍＭのチオールを含むエタノ
ール溶液中で２時間にわたり形成した。二成分混合ＳＡＭを、このＳＡＭの組成
が１および２、ならびに１および３から形成されたＳＡＭについて１：１である
ように、チオールの共吸着により形成した。ＳＡＭの組成をＸＰＳにより評価し
た［１：１および１：３の溶液組成は、それぞれ、１および２、ならびに１およ
び３から形成された混合ＳＡＭについて１：１の表面組成を形成するために必要
とされた；Ｌａｉｂｉｎｉｓ，Ｐ．Ｅ．ら、１９９２、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ
．９６、５０９７］。これらの条件下で形成した混合ＳＡＭの組成を、化学吸着
の動力学により決定した。
【０３１２】 （６．１ｂ 接触角） ヘキサデカンの前進接触角および後退接触角は、Ｒａｍｅ−Ｈａｒｔゴニオメ
ーターおよび環境チャンバー（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｈａｍｂｅｒ）
を使用して測定した。ヘキサデカンの小滴を、シリンジの針を用いてその表面と
接触させて配置した。小滴の容積を増加させるか、または減少させることにより
、前進接触角または後退接触角を測定した。環境チャンバーを、ＳＡＭの汚染を
回避するために、接触角の測定の間に窒素でパージした。全ての接触角は、サン
プルに対して４つの異なる場所で少なくとも１２の測定値を平均して報告した。
【０３１３】 （６．１ｃ 偏光顕微鏡） 金フィルム上に支持された自己集合単分子層を対にし、マイラーの２または２
５μｍのスペーサーによって分離して、光学的セルを形成した。５ＣＢの小滴を
、その等方相に加熱し、毛管現象により光学的セルの表面間に引き上げられ、次
いで、そのネマチック相にゆっくりと冷却した（約１℃／分）。偏光顕微鏡（Ｏ
ｌｙｍｐｕｓ）を使用して、室温での液晶の光学的構造を観察した。Ｇｕｐｔａ
ら，Ｖ．ＶＫ．ら、１９９６、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、１２、２５８７；Ｇｕｐｔａ
，Ｖ．ＶＫ．ら、１９９６、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、
８、１３６６。コノスコープ干渉像（Ｇｕｐｔａら，Ｖ．ＶＫ．ら、１９９６、
Ｌａｎｇｍｕｉｒ、１２、２５８７；Ｇｕｐｔａ，Ｖ．ＶＫ．ら、１９９６、Ｃ
ｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、８、１３６６）を使用して、均
一に固定化したサンプルにおける基板に対する液晶の方向の配向を確認した。
【０３１４】 （６．２ 結果） （６．２ａ 半フッ素化チオールから形成された単一成分ＳＡＭ） 図２１に示されたカーツーンは、１−３および５から形成されたＳＡＭの構造
を要約する。全ての四成分は、密に充填され、かつ高度に秩序化されたＳＡＭを
形成する。半フッ素化鎖は、一般に、アルカンチオールから形成されたＳＡＭ内
の鎖より、その法線からあまり傾斜していない；半フッ素化鎖は、短い（−ＣＨ 2 −）nシーケンスを含む場合（例えば、１および２）、表面に対して垂直に位置
しているようである。３から形成されたＳＡＭ内の完全フッ素化鎖（外側領域）
は、１および２から形成されたＳＭＡ内の完全フッ素化鎖より、その法線から離
れて傾斜している。３から形成されたＳＭＡにおける脂肪族鎖（内部領域）の傾
斜は、５の脂肪族鎖の傾斜より小さい［１：１および３：１の溶液組成は、それ
ぞれ、１および２、ならびに１および３から形成された混合ＳＡＭについて１：
１の表面組成を形成するために必要とされた］。１から形成されたＳＡＭ内の、
Ｃ＝ＯとＮＨとの間の水素結合についての証拠は、ＩＲスペクトルにおいて観察
された：水素結合は、表面上の鎖の充填密度を変化させないようであった。
【０３１５】 １〜３から形成された自己集合単分子層を、上記で報告したＩＲ測定に加えて
、楕円偏光法およびヘキサデカンの接触角により特徴づけた。１〜３から形成さ
れたＳＡＭの楕円偏光法的な厚さは、それぞれ、１７Å、１５Åおよび２６Åで
あると測定され、密に充填した形態と一致した。ヘキサデカンの前進接触角およ
び後退接触角は、全てのサンプルについて、３から形成されたＳＡＭに対して測
定された前進接触角を除いて、それぞれ、７５〜７６°および７１〜７３°であ
った。全ての接触角は、各ＳＡＭの外表面でのＣＦ3基およびＣＦ2基の存在と一
致した。Ｕｌｍａｎ，Ａ．，１９９１、Ａｎ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ
Ｕｌｔｒａｔｈｉｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｉｌｍｓ：Ｆｒｏｍ Ｌａｎｇｍｕ
ｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ ｔｏ Ｓｅｌｆ Ａｓｓｅｍｂｌｙ（Ｓａｎ Ｄｉｅ
ｇｏ，ＣＡ：Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ）を参照のこと。３から形成された
ＳＡＭ上で測定したヘキサデカンのこの前進接触角は、７９°であった。このこ
とは、このＳＡＭの外側領域が、１または２から形成されたＳＡＭとは異なる構
造であることを示唆した（鎖の傾斜に関しては上記のコメントを参照のこと）。
３から形成されたＳＡＭを支持する表面で組み立てられた光学的セルは、２μｍ
厚のマイラーを使用してセルの表面間の間隔を空けたとき、毛管現象により充填
されなかった。従って、３についての結果は、２５μｍ厚マイラーによって間隔
を空けた表面を備えるセルを用いて報告された。
【０３１６】 １〜３から形成されたＳＡＭに対して固定化された５ＣＢの光学的構造を図２
２に示す。６から形成されたＳＡＭに対して固定化された５ＣＢの光学的構造は
、他にも発表されており、そして５と類似している。Ｇｕｐｔａら，Ｖ．ＶＫ．
ら、１９９６、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、１２、２５８７；Ｇｕｐｔａ，Ｖ．ＶＫ．、
Ｍｉｌｌｅｒ，Ｗ．Ｊ．、Ｐｉｋｅ，Ｃ．Ｌ．ら、１９９６、Ｃｈｅｍｉｓｔｒ
ｙ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、８、１３６６を参照のこと。１または２のいず
れかから形成されたＳＡＭに対して支持された５ＣＢ内の強度１／２（２本の分
岐）の欠損から現れる、拡散し、曲折している（ｍｅａｎｄｅｒｉｎｇ）分岐（
図２２ａおよび２２ｂ）は、平面と一致し、そして５ＣＢの固定化を方位学的に
縮退させる。対照的に、５から形成されたＳＡＭと接触した５ＣＢの光学的構造
（図２２ｅ）は、１および２のいずれかから形成されたＳＡＭで観察されたもの
より遙かに小さな、特徴的な寸法を有する粒状の外観を呈する。曲折している分
岐および１／２欠損は、一般に、５ＣＢがアルカンチオールから形成されるＳＡ
Ｍに対して固定化されている場合に観察され、ＣＨ3（ＣＨ2）11ＳＨ（１または
２と類似の厚さのＳＡＭを形成するアルカンチオール）から形成されたＳＡＭに
対する５ＣＢの極性固定化の測定によって、平面状の固定化を確認した。Ｇｕｐ
ｔａ，Ｖ．Ｋ．ら、１９９６、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
、８を参照のこと。従って、半フッ素化チオール１および２ならびにアルカンチ
オールから形成されるＳＡＭに対する５ＣＢの固定化は、平面状である。本発明
者らは、ディレクタの方位学的配列の空間的相関は、アルカンチオールから形成
されたＳＡＭより半フッ素化チオールから形成されたＳＡＭにおいて大きいこと
に注目する。
【０３１７】 ３から形成されたＳＡＭに対して固定化された５ＣＢの光学的構造は、１とも
２とも異なった。３から形成されたＳＡＭにおいて観察された構造は、シュリー
レン（ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ）ではなく、「マーブル状（ｍａｒｂｌｅ）」であっ
た（図２２ｃ）。ドメインの特徴的寸法は、ＣＨ3（ＣＨ2）15ＳＨ（３と類似の
厚さの単分子層）から形成されたＳＡＭについての寸法より大きかった。コノス
コープ画像を得るために十分大きなドメインにおいて、干渉縞の位置は、表面法
線から離れた光学軸（＞＞１５°）の傾斜を示す。
【０３１８】 （６．２ｂ 半フッ素化チオールの共吸着により形成された混合ＳＡＭ） 自己集合単分子層を１および２、または１および３のいずれかの共吸着により
形成した。混合ＳＡＭの組成を、ＸＰＳにより１：１であることを確認した。図
２３は、半フッ素化チオールから形成された混合ＳＡＭの模式図を示し、そして
混合ＳＡＭを５および６から形成した。以下の考察において、本発明者らは、混
合ＳＡＭ内の短鎖の長さと長鎖の長さにおける差異を示すように変数Δtを使用
する。
【０３１９】 接触角は、おそらく１および３から形成されたＳＡＭの後退接触角を除いて、
ＳＡＭの表面におけるＣＦ2基とＣＦ3基の存在と一致した（６８°。以下を参照
のこと）。
【０３２０】 １および２から形成したＳＡＭを使用して測定したアミドＩＩ伸縮（ＮＨ面内
曲げ、１５４５ｃｍ-1）に対応するＩＲバンドは、１から形成されたＳＡＭを使
用して測定したアミドＩＩ伸縮の位置と類似する。この観察により、混合ＳＡＭ
内で生じる水素結合が示され、これは、次いで、混合ＳＡＭ内における１および
２の不完全な混合−そしておそらく島状化−を示唆する；従って、１および２か
ら形成された混合ＳＡＭ内の種の理想的混合は生じなかった。対照的に、１およ
び３から形成されたＳＡＭについて測定されたＦＴＩＲスペクトルは、アミドＩ
Ｉ振動数のより低波数へのシフトを確かに示す。ここから、ＳＡＭ内の２種の真
の混合が存在することを推測し得る。固定化または液晶（および接触角）に対す
る混合ＳＡＭ内の分子混合のレベルの影響は未知である。しかし、混合の程度は
、１および３から形成されたＳＡＭに対して測定されたヘキサデカンのより小さ
な後退接触角を説明し得た（上記を参照のこと）。
【０３２１】 １および２から形成された混合ＳＡＭに対して固定化された５ＣＢの光学的構
造（Δt＝２Å）は、シュリーレンであった（図２４ａ）が、強度１／２を有す
る欠損は、見出され得なかった。欠損から取り出された領域から得られたコノス
コープ画像は、表面法線から離れた（約１５°〜２０°）ディレクタの傾斜と一
致した干渉縞を示した（図２４ｂ）。対照的に、１および３から形成された混合
ＳＡＭ（Δｔ＝９Å）は、５ＣＢの相同異質（ｈｏｍｅｏｔｒｏｐｉｃ）固定化
を引き起こした（図２４ｃ）。４および５から形成した混合ＳＡＭ（Δt＝３Å
）は、ほぼ平面状の固定化を示す（図２４ｄ）一方、過去の研究では、４および
６から形成した混合ＳＡＭに対して相同異質固定化が得られたことを示した（Δ
ｔ＝９Å）。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１Ａは、Ａｖ（左）またはＩｇＧ（右）の分子を、金フィルム上に支持され
た分子のＳＡＭ中に集結した配位子に結合させることによって引き起こされる、
表面粗さの変化の概略的図解である。ＡｖおよびＩｇＧの結合後の表面のおおよ
その粗さを、破線で示す。金の上のＳＡＭの存在が、その表面の位置を再標準化
させ、そしてその金の粗さを消滅させない。 図１Ｂは、ガラス基板上に電子線蒸発によって、０．０２ｎｍ ｓ-1で調製さ
れた、薄い（約１０ｎｍ）、半透明な、斜めに（垂直から５０°）蒸着された金
フィルムの表面の、走査型トンネル電子顕微鏡画像である。チタンの層（約ｎｍ
、これもまた斜めに蒸着された）を使用して、金とガラスとの間の接着を促進し
た。この画像の垂直および水平の寸法は、それぞれ３００ｎｍおよび５００ｎｍ
である。コントラストのグレースケールは、０〜５ｎｍの最も高い範囲を表す。 図１Ｃは、図Ｂに示す黒線に沿った、金の表面の輪郭である。
【図２】 図２Ａは、ガラス基板上に支持された半透明な金フィルム上の、配位子が結合
したチオールおよびアルカンチオールから形成されるＳＡＭを使用して集合した
ＬＣセルの、概略的図解である。チタンの薄層が、これら金とガラスとを隔てて
いる。２つの表面に結合したバルクＬＣの均一な配向もまた示される。 図２Ｂは、ガラス基板上に支持された半透明な金フィルム上の、配位子が結合
したチオールおよびアルカンチオールから形成されるＳＡＭを使用して集合した
ＬＣセルの、概略的図解である。チタンの薄層が、これら金とガラスを隔ててい
る。２つの表面に結合したバルクＬＣのねじれた配向（ｔｗｉｓｔｅｄ ｏｒｉ
ｅｎｔａｔｉｏｎ）もまた示される。
【図３】 図３は、結合タンパク質の存在下または非存在下でＢｉＳＨおよびＣ8ＳＨか
ら形成された混合ＳＡＭ間に挟まれたネマチックＬＣの、光学画像（光が、交差
した偏光器を通って透過する）を示す。各ＬＣ層の厚みは約２μｍであった。他
に言及されない限り、これらの混合ＳＡＭは、異方性金フィルム上に、ＬＣセル
中で平行に配列した好ましい方向で、支持された。全ての画像は、偏光器の１つ
を金フィルム内で好ましい方向に対して平行に整列させることによって、記録さ
れた。各画像の水平方向の寸法は、１．１ｍｍである。 図３Ａは、タンパク質分子を含有するＰＢＳ中に浸漬する前の、混合ＳＡＭを
示す。試料を交差した偏光器の間で４５°回転させると、この光学画像は、均一
な明るさとなった。 図３Ｂは、０．５μＭのＡｖを含有するＰＢＳに浸漬することによって前処理
した、混合ＳＡＭを示す。 図３Ｃは、異方性の粗さなしで金上に形成した、混合ＳＡＭを示す。 図３Ｄは、ビオチンによりブロックされたＡｖを０．５μＭ含有するＰＢＳに
浸漬することによって前処理した、混合ＳＡＭを示す。この画像における輝線は
、ＬＣ中の転傾ループからの光の散乱によって生じる［下記（Ｇ）および（Ｉ）
についても同様］。 図３Ｅは、０．５μＭの抗Ｂｉ−ＩｇＧを含有するＰＢＳ中に５分間浸漬する
ことによって前処理した、混合ＳＡＭを示す。 図３Ｆは、非特異的抗体を用いて、０．５μＭの抗ＦＩＴＣ−ＩｇＧを含有す
るＰＢＳ中に１５分間浸漬することによって前処理した、混合ＳＡＭを示す。 図３Ｇは、０．５μＭのＦＩＴＣ−Ａｖを含有するＰＢＳ中に１０分間浸漬す
ることによって前処理した、混合ＳＡＭを示す。 図３Ｈは、０．５μＭのＦＩＴＣ−Ａｖを含有するＰＢＳに１０分間、次いで
０．５μＭの抗ＦＩＴＣ−ＩｇＧを含有するＰＢＳに１５分間浸漬することによ
って前処理した、混合ＳＡＭを示す。 図３Ｉは、０．５μＭのＦＩＴＣ−Ａｖを含有するＰＢＳに１０分間、次いで
フルオレセインによりブロックされた抗ＦＩＴＣ−ＩｇＧを０．５μＭ含有する
ＰＢＳに１５分間浸漬することによって前処理した、混合ＳＡＭを示す。
【図４】 図４Ａは、Ｃ8ＳＨから調製したＳＡＭと、ＢｉＳＨおよびＣ8ＳＨから調製し
た混合ＳＡＭとの間に形成されたＴＮＬＣ（図２Ｂを参照のこと）の平行偏光器
を通した、光学画像を示す。これらのＳＡＭは、異方性金フィルム上に支持され
た（金の好ましい方向は、これら２つの表面上で平行であった）。このＴＮＬＣ
を透過した光の偏光が９０°回転され、従って光が検光子によって消されたので
、この画像は暗い。 図４Ｂは、ＰＢＳ中のＡｖで前処理された混合ＳＡＭと、Ｃ15ＳＨから形成さ
れたＳＡＭとの間に形成された、大部分がねじれていない（ｕｎｔｗｉｓｔｅｄ
）ＬＣの、光学画像（平行偏光器）を示す。このＬＣを透過した光の偏光が回転
せず、従って光が検光子によって透過されたので、この画像は明るい。混合ＳＡ
ＭをブロックされたＡｖまたはＢＳＡで前処理すると、ＬＣセルが暗くなる（平
行偏光器）ことが観察された。ＬＣのフィルムは２０μｍ厚であった。各画像の
水平方向の寸法は、４４０μｍである。
【図５】 図５Ａおよび図５Ｂは、２枚の金フィルム間に挟まれたＬＣの光学画像であり
、これらの金フィルムの一方は、Ｃ15ＳＨから形成されたＳＡＭを支持し、そし
て他方は、Ｃ8ＳＨおよびＢｉＳＨから形成された混合ＳＡＭならびにＣ16ＳＨ
から形成されたＳＡＭによってパターン化されている。 図５Ｃおよび図５Ｄは、２枚の金フィルム間に挟まれたＬＣの光学画像（平行
偏光器）であり、これらの金フィルムの一方は、Ｃ8ＳＨから形成されたＳＡＭ
を支持し、そして他方は、Ｃ16ＳＨならびにＣ8ＳＨおよびＢｉＳＨの混合物か
ら形成されたＳＡＭの、格子様パターンを支持している。パターン化されたＳＡ
Ｍは、結合したＡｖなしで（Ｃ）、およびＰＢＳ中のＡｖで前処理されて（Ｄ）
、示される。 図５Ｅは、（Ｃ）（破線）および（Ｄ）（実線）に示すＬＣセル上で、レーザ
ー光入射により形成される、回折パターンである。これらのセルは、平行な偏光
器の間に保持され、そしてこの回折パターンにおける光の強度の空間的変化は、
このパターンのデジタル画像から得られた。これらのＬＣ層は、２０μｍであっ
た。
【図６】 図６は、インサイチュのセンサについての図解であり、ここで、小さな有機分
子によって表面で引き起こされる、液晶の配向の変化が、分子の事象をバルク現
象へと変換する。
【図７】 図７Ａは、ヘキシルアミン雰囲気中での、ＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨから形成
されたＳＡＭ上に支持された５ＣＢで満たされた光学セル内への、拡散の方向の
概略図である。 図７Ｂは、光学セル内で、ＨＳ（ＣＨ2）15ＣＨ3から形成されたＳＡＭ上に支
持された５ＣＢの、コントロール実験である。 図７Ｃは、ヘキシルアミン雰囲気＜＜１容量％中、光学セル内での、ＨＳ（Ｃ
Ｈ2）10ＣＯＯＨから形成されたＳＡＭ上の、５ＣＢの配向である。 図７Ｄは、約１容量％のヘキシルアミン雰囲気中、光学セル内での、ＨＳ（Ｃ
Ｈ2）10ＣＯＯＨから形成されたＳＡＭ上の、５ＣＢの配向の変化を示す。
【図８】 図８は、光学セルの端から内側への、５ＣＢの配向を示す。 図８Ａは、最初の露光後８時間の、５ＣＢドメイン構造を示す。 図８Ｂは、１９時間後のドメイン構造を示す。
【図９】 図９は、ＬＣの面内（方位）配向の方向を決定するために使用される、ＬＣセ
ルの概略設計である。太い矢印は、基板上への金の蒸着の方向を示す。 図９Ａは、低ｐＨにおいて、蒸発に対して平行である。 図９Ｂは、高ｐＨにおいて、金の蒸発に対して垂直である。
【図１０】 図１０Ａは、低ｐＨおよび高ｐＨにおいて、一方の表面をＨＳ（ＣＨ2）15Ｃ
Ｈ3から形成し、そして対向する表面をＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨから形成して調
製した、光学セルの図解である。太い矢印は、基板上への金の蒸着の方向を示す
。 図１０Ｂは、ｐＨ３およびｐＨ１１．７において前処理された、ＨＳ（ＣＨ2
）10ＣＯＯＨ上にＨＳ（ＣＨ2）15ＣＨ3のＳＡＭを支持する、パターン化された
光学セルの、概略的図解である。２つの異なる配置のこのパターン化されたセル
の写真は、以下を通した偏光顕微鏡を使用して、光の透過率を示す： 図１０Ｃ 交差極性；および 図１０Ｄ 平行極性。
【図１１】 図１１Ａは、一方の表面はＨＳ（ＣＨ2）15ＣＨ3のＳＡＭから、そして対向す
る表面はｐＨ２とｐＨ１３との間で前処理されたＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨから
形成された光学セルにおいて、交差極性間で観察された５ＣＢのテクスチャーを
示す。金の蒸着の方向は、偏光器に対して平行に配向している。 図１１Ｂは、単分子層のＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨの組成および表面ｐＨ前処
理の関数としての、測定されたねじれ角である。このプロットは、均一な配向か
らねじれた配向への変化のｐＨを制御する能力を図示する。
【図１２】 図１２は、５ＣＢの均一な配向とねじれた配向との間の固定化変化のｐＨを、
セル厚みの関数として図示する。黒い点は均一な配列を表し、白い点はねじれた
配向を表し、そしてｘはツイスト領域に多くのむらがあることを示す。実線は、
均一な領域とねじれのある領域との間の、不連続な境界を示す。
【図１３】 図１３は、ＨＳ（ＣＨ2）11ＣＨ3およびＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨの混合単分
子層上のシクロオクタン下で測定した、緩衝化された水溶液の接触角の増加を示
し、ｐＨの関数としてプロットされている。これらの曲線は、ＣＯＯＨ基によっ
て終結する単分子層内の鎖の比率によって、ラベル化されている。実線の矢印は
、５ＣＢの均一な配向からねじれた配向への変化が観察されたｐＨを示す。
【図１４】 図１４（Ａ〜Ｂ）は、カルボン酸のその塩への転換を定量的に追跡するための
、固定化されたメソゲン層の使用を実証する。 図１４Ａの横軸は、ＨＳ（ＣＨ2）11ＣＨ3およびＨＳ（ＣＨ2）10ＣＯＯＨか
ら形成された混合ＳＡＭ中での、ＣＯＯＨ／ＣＯＯ-Ｎａ+のモル分率である。縦
軸は、ＣＯＯＨのＣＯＯ-Ｎａ+への転換の程度である。混合ＳＡＭの組成を変化
させることによって、転換の程度は、８％と１００％との間で、系統的に動いた
。 図１４Ｂは、酸をその塩に転換するために使用した溶液の、対応するバルクｐ
Ｈを示す。
【図１５】 図１５は、ＨＳ（ＣＨ2）11ＣＯＯＨから形成された自己集合単分子層上に、
Ｃｕ+2を結合させることによって引き起こされる、メソゲン層の配向の変化を示
す。
【図１６】 図１６（Ａ〜Ｃ）は、パターン化された表面を有する光学セルの、概略的図解
を示す。各セル内におけるＬＣの変形は、これらのセルの表面上のＬＣの、パタ
ーン化された固定化により生じる。 図１６Ａは、金上に、奇数個の炭素原子を有するアルカンチオールから形成さ
れたＳＡＭを示す。２つのこのような表面の間に固定化されたネマチックＬＣは
、これらの表面に対して平行に、そして金の蒸着の方向（矢印により示される）
に対して垂直に、配列する。 図１６Ｂは、金上に、偶数個の炭素原子を有するアルカンチオールから形成さ
れたＳＡＭを示す。２つのこのような表面の間に固定化されたネマチックＬＣは
、これらの表面に対して平行に、そして金の蒸着の方向（矢印により示される）
に対して平行に、配列する。 図１６Ｃは、長鎖および短鎖のアルカンチオールから形成された混合ＳＡＭを
示す。２つのこのような表面の間に固定化されたネマチックＬＣは、これらの表
面に対して垂直に配列する。
【図１７】 図１７（Ａ〜Ｃ）は、異なる組成を有する有機層上に、メソゲン層の固定化す
るモードの範囲を示す。
【図１８】 図１８は、メソゲン回折格子の光学画像を示す。
【図１９】 図１９は、ｘ方向またはｙ方向のいずれかに沿って偏光を有する光で照射した
ときの、回折格子の光学画像、および電場を印加したときの、回折点の強度の変
化を示す。
【図２０】 図２０は、パターン化されたＳＡＭを用いて形成された、錯体ＬＣ構造を示す
。
【図２１】 図２１は、以下から形成されるＳＡＭの概略（ｃａｒｔｏｏｎ）を示す：（ａ
）１：ＣＦ3（ＣＦ2）7ＣＯＮＨ（ＣＨ2）2ＳＨ；（ｂ）２：ＣＦ3（ＣＦ2）7（
ＣＨ2）2ＳＨ；（ｃ）３：ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）11ＳＨ；（ｄ）５：ＣＨ3
（ＣＨ2）11ＳＨ。半フッ素化鎖は、ＳＡＭ中でらせん状コンホメーションを形
成する；このらせんの軸は、３から形成されたＳＡＭについては、表面にほぼ垂
直である。
【図２２】 図２２は、以下からなるＳＡＭ上に支持された５ＣＢの光学テクスチャーを示
す：（ａ）１：ＣＦ3（ＣＦ2）7ＣＯＮＨ（ＣＨ2）2ＳＨ；（ｂ）２：ＣＦ3（Ｃ
Ｆ2）7（ＣＨ2）2ＳＨ；（ｃ）３：ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）11ＳＨ（全てオル
トスコープ観察）；（ｄ）３：ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）11ＳＨ（コノスコープ
観察）；（ｄ）５：ＣＨ3（ＣＨ2）11ＳＨ（オルトスコープ）。ａおよびｂにお
ける矩形は、１／２欠損を囲む。各オルトスコープ図の横の寸法は、５５０μｍ
である。
【図２３】 図２３は、以下のものの共吸着により形成された、混合ＳＡＭの概略を示す：
（ａ）１：ＣＦ3（ＣＦ2）7ＣＯＮＨ（ＣＨ2）2ＳＨおよび２：ＣＦ3（ＣＦ2）7 （ＣＨ2）2ＳＨ；（Δｔ＝２Å）；（ｂ）１：ＣＦ3（ＣＦ2）7ＣＯＮＨ（ＣＨ2 ）2ＳＨおよび３：ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）11ＳＨ；（Δｔ＝９Å）；ならび
に（ｃ）４：ＣＨ3（ＣＨ2）9ＳＨおよび６：ＣＨ3（ＣＨ2）15ＳＨ；（Δｔ＝
９Å）。これらの概略は、混合ＳＡＭ中での鎖の高さの差、およびそれらの相対
的なコンホメーション自由度を示す。
【図２４】 図２４は、以下のものの共吸着により形成されたＳＡＭ上に支持される５ＣＢ
の、光学テクスチャーを示す；（ａ）１：ＣＦ3（ＣＦ2）7ＣＯＮＨ（ＣＨ2）2
ＳＨおよび２：ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）2ＳＨ（オルトスコープ観察）；（ｂ
）１：ＣＦ3（ＣＦ2）7ＣＯＮＨ（ＣＨ2）2ＳＨおよび２：ＣＦ3（ＣＦ2）7（Ｃ
Ｈ2）2ＳＨ（コノスコープ観察）；（ｃ）１：ＣＦ3（ＣＦ2）7ＣＯＮＨ（ＣＨ2 ）2ＳＨおよび３：ＣＦ3（ＣＦ2）7（ＣＨ2）11ＳＨ（コノスコープ観察）；な
らびに（ｄ）４：ＣＨ3（ＣＨ2）9ＳＨおよび５：ＣＨ3（ＣＨ2）11ＳＨ（オル
トスコープ観察）。（ｄ）における矩形は、１／２欠損を囲む。各オルトスコー
プ図の横の寸法は、５５０μｍである。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年５月３０日（２００１．５．３０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３０６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０３０６】 格子Ｂに対して、図１５Ｃ（格子Ｃ）における格子による光の回折は、偏光の
感度が低かった。格子Ｃを交差極を通して観察した場合、均一に明るい縞（図１ ８ Ｄ、ｘとｙとの間の入射光の偏光）または均一に暗い縞（ｘまたはｙに沿った
入射光の偏光）が観察された。縞間の境界は、メソゲンの２つの異なるひずみが
交わる領域に対応し、これは、光学顕微鏡において可視的であった（図１８Ｄの
暗い線）。入射光の全ての偏光について隣接した縞の間で測定可能なコントラス
トがないことは、格子Ｃのメソゲン層構造と一致する。同様のタイプの層構造が
、Ｃｈｅｎおよび共同研究者らによって報告されており、彼らは、２段階ラビン
グプロセスを使用している（Ｃｈｅｎら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６７
、２５８８（１９９５））。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３０８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０３０８】 これらのパターン化されたメソゲン方向転換は、電場を使用することにより可
能であった。ＳＡＭを支持する金表面を電極として使用する場合、この表面に対
して垂直に電場を印加し得た。電場の可逆的な印加は、メソゲンを再配向し、従
って、格子から回折した光の強さを調節し得た（図１９Ｅ）。面内の電場もまた
使用した（面内切換とは、セルの表面に対して平行に印加される電場の使用をい
う）。メソゲンの面内切換に基づいたデバイスは、広角視野角度を有するＦＰＤ
において使用して（Ｏｈｅら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６９、６２３（
１９９６）；Ｏｈｔａら、ＩＥＩＣＥ（Ｉｎｓｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｉｎｆ．
Ｃｏｍｍｏｎ．Ｅｎｇ．）Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｅ７９−Ｃ、１０６
９（１９９６））これらのパターン化されたメソゲン構造を再配向してきた。本
発明者らは、メソゲンで満たされたセルを横断する電場の印加の際に安定なＳＡ
Ｍを観察する。過去の研究では、電解質の水溶液におけるＳＡＭの電気化学的脱
着が報告された（Ｗｉｄｒｉｇら、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．３
１０、３３５（１９９１）；Ｗａｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｒａｌｚａｋら、Ｌａ
ｎｇｍｕｉｒ ７、２６８７（１９９１））。一般に、長鎖アルカンチオールか
ら形成されたＳＡＭ上でのメソゲンの配列は、数ヶ月にわたり安定である。数年
にわたる安定性は、重合可能なＳＡＭ（Ｔ．Ｋｉｍら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ １２
、６０６５（１９９６））またはＳＡＭの酸化分解を防ぐためのアルカンチオー
ルまたは還元剤でドープしたメソゲンを使用することにより達成され得る。
───────────────────────────────────────────────────── 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，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ (72)発明者 スカイフェ， ジャスティン ジェイ． アメリカ合衆国 カリフォルニア 94549， ラファイエット， シルバーウッド ド ライブ 55 (72)発明者 グプタ， ビナイ ケイ． アメリカ合衆国 イリノイ 61802， ア ーバナ， オリバー ドライブ ナンバー ５ 1803 (72)発明者 ダブロブスキー， ティモシー ビー． アメリカ合衆国 ニュージャージー 08822， フレミントン， リード コー ト 716 (72)発明者 シャー， ラフル アメリカ合衆国 ウィスコンシン 53705， マディソン， イーグル ハイツ ナン バー エイ 502 Ｆターム(参考） 2G054 AA07 AB02 AB04 CA22 CA23 EA10 FB01 GA03 GB04 GB10 JA20 2H090 HB07Y HB14Y JB02 JB04 LA01 LA02 MB01 MB06

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 以下を備えるデバイスであって： 第１の基板上に固定化された有機層を備える表面を有する第１の基板であって
    、該有機層が、以下の構造： Ｘ1Ｑ2Ｃ（ＣＱ1 2）mＺ1（ＣＱ2 2）nＳ− ここで、Ｘ1は、Ｈ、ハロゲンおよび認識部位からなる群より選択されるメ
    ンバーであり； Ｑ、Ｑ1およびＱ2は、Ｈおよびハロゲンからなる群より独立して選択される
    メンバーであり； Ｚ1は、−ＣＱ2−、−ＣＱ1 2−、−ＣＱ2 2−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＲ4−
    、−Ｃ（Ｏ）ＮＲ4およびＲ4ＮＣ（Ｏ）−からなる群より選択されるメンバーで
    あり； ここで、Ｒ4は、Ｈ、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール
    、ヘテロアリールおよび複素環式基からなる群より選択されるメンバーであり、 ｍは、０と４０との間の数であり；そして ｎは、０と４０との間の数である、 構造を含む、第１の基板； 該表面上に配向したメソゲン層；ならびに 該メソゲン層と、気体、液体、固体およびそれらの組み合わせからなる群より
    選択されるメンバーとの間の界面、 を備える、デバイス。
  2. 【請求項２】 前記認識部位が、生体分子からなる群より選択されるメンバ
    ーを含む、請求項１に記載のデバイス。
  3. 【請求項３】 前記認識部位が、キレート剤、クラウンエーテル、シクロデ
    キストリン、有機金属化合物、薬物、抗体、核酸、ペプチド、サッカライド、酵
    素およびレセプターからなる群より選択されるメンバーを含む、請求項１に記載
    のデバイス。
  4. 【請求項４】 以下を備えるデバイスであって： 第１の基板上に固定化された有機層を備える表面を有する第１の基板であって
    、該有機層が、以下の構造： Ｘ1Ｑ2Ｃ（ＣＱ1 2）mＺ1（ＣＱ2 2）nＳ− ここで、Ｘ1は、Ｈ、ハロゲンおよび認識部位からなる群より選択されるメ
    ンバーであり； Ｑ、Ｑ1およびＱ2は、Ｈおよびハロゲンからなる群より独立して選択される
    メンバーであり； Ｚ1は、−ＣＱ2−、−ＣＱ1 2−、−ＣＱ2 2−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＲ4−
    、−Ｃ（Ｏ）ＮＲ4およびＲ4ＮＣ（Ｏ）−からなる群より選択されるメンバーで
    あり； ここで、Ｒ4は、Ｈ、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール
    、ヘテロアリールおよび複素環式基からなる群より選択されるメンバーであり、 ｍは、０と４０との間の数であり；そして ｎは、０と４０との間の数である、 構造を含む、第１の基板； 表面を有する第２の基板であって、該第１の基板の該表面が該第２の基板の該
    表面と対向するように、該第１の基板と該第２の基板とが整列された、第２の基
    板； 該第１の基板と該第２の基板との間のメソゲン層であって、該メソゲン層が、
    複数のメソゲン化合物を含む、メソゲン層、 を備える、デバイス。
  5. 【請求項５】 Ｑ、Ｑ1およびＱ2が、Ｈおよびフッ素からなる群より独立し
    て選択されるメンバーである、請求項４に記載のデバイス。
  6. 【請求項６】 前記有機層が、ＣＦ3（ＣＦ2）mＺ1（ＣＨ2）nＳＨおよびＣ
    Ｆ3（ＣＦ2）oＺ2（ＣＨ2）pＳＨを含み： ここで、Ｚ1およびＺ2は、−ＣＨ2−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＲ4−、−Ｃ（Ｏ
    ）ＮＲ4およびＲ4ＮＣ（Ｏ）−からなる群より独立して選択されるメンバーであ
    り、 ここで、Ｒ4は、Ｈ、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール、
    ヘテロアリールおよび複素環式基からなる群より選択されるメンバーであり； ｍは、０と４０との間の数であり； ｎは、０と４０との間の数であり； ｏは、０と４０との間の数であり；そして ｐは、０と４０との間の数である、 請求項５に記載のデバイス。
  7. 【請求項７】 前記第１の基板と前記第２の基板のうち少なくとも１つが金
    属フィルムをさらに備える、請求項４に記載のデバイス。
  8. 【請求項８】 前記金属フィルムが、金フィルム、白金フィルム、パラジウ
    ムフィルム、銅フィルム、ニッケルフィルム、銀フィルムおよびそれらの組み合
    わせからなる群より選択されるメンバーである、請求項７に記載のデバイス。
  9. 【請求項９】 前記金属フィルムが、斜めに装着された金属フィルムである
    、請求項８に記載のデバイス。
  10. 【請求項１０】 前記第２の基板の前記表面が、該表面に固定化された第２
    の有機層を有する、請求項４に記載のデバイス。
  11. 【請求項１１】 前記第１の有機層および前記第２の有機層が同じ構造を有
    する、請求項１０に記載のデバイス。
  12. 【請求項１２】 前記第１の有機層および前記第２の有機層が異なる構造を
    有する、請求項１０に記載のデバイス。
  13. 【請求項１３】 前記基板の前記表面にスペーサーアームを介して固定化さ
    れた認識部位をさらに備える、請求項４に記載のデバイス。
  14. 【請求項１４】 前記スペーサーアームが、ポリ（エチレングリコール）、
    ポリ（プロピレングリコール）、ジアミンおよび界面活性剤からなる群より選択
    されるメンバーを備える、請求項１３に記載のデバイス。
  15. 【請求項１５】 前記第１の有機層が一価の部位をさらに備える、請求項４
    に記載のデバイス。
  16. 【請求項１６】 前記認識部位が生体分子を備える、請求項４に記載のデバ
    イス。
  17. 【請求項１７】 前記認識部位が、キレート剤、クラウンエーテル、シクロ
    デキストリン、有機金属化合物、薬物、抗体、核酸、ペプチド、酵素およびレセ
    プターからなる群より選択されるメンバーを含む、請求項４に記載のデバイス。
  18. 【請求項１８】 分析物と認識部位との間の相互作用を検出するデバイスで
    あって、該デバイスは、以下： 第１の基板上に固定化された有機層を備える表面を有する第１の基板であって
    、該有機層が、以下の構造： Ｘ1Ｑ2Ｃ（ＣＱ1 2）mＺ1（ＣＱ2 2）nＳ− ここで、Ｘ1は、該分析物と相互作用する認識部位であり； Ｑ、Ｑ1およびＱ2は、Ｈおよびハロゲンからなる群より独立して選択される
    メンバーであり； Ｚ1は、−ＣＱ2−、−ＣＱ1 2−、−ＣＱ2 2−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＲ4−
    、−Ｃ（Ｏ）ＮＲ4およびＲ4ＮＣ（Ｏ）−からなる群より選択されるメンバーで
    あり； ここで、Ｒ4は、Ｈ、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール
    、ヘテロアリールおよび複素環式基からなる群より選択されるメンバーであり、 ｍは、０と４０との間の数であり；そして ｎは、０と４０との間の数である、 構造を含む、第１の基板； 表面を有する第２の基板であって、該第１の基板の該表面が該第２の基板の該
    表面と対向するように、該第１の基板と該第２の基板とが整列された、第２の基
    板； 該第１の基板と該第２の基板との間にあり、かつ該第１の有機層に固定化され
    たメソゲン層であって、該メソゲン層が、複数のメソゲンを含み、ここで該複数
    のメソゲンの少なくとも一部が、該第１の認識部位と該分析物との間の相互作用
    の際に配向の検出可能な切換を起こし、これによって該分析物の存在が検出され
    る、メソゲン層、 を備える、デバイス。
  19. 【請求項１９】 分析物を検出するための方法であって、以下： （ａ）該分析物についての認識部位を、該分析物と接触させる工程であって、
    該認識部位は、基板上に固定化された有機層の構成要素であり、該有機層は、以
    下を含み： Ｘ1Ｑ2Ｃ（ＣＱ1 2）mＺ1（ＣＱ2 2）nＳ− ここで、Ｘ1は、該分析物についての該認識部位であり； Ｑ、Ｑ1およびＱ2は、Ｈおよびハロゲンからなる群より独立して選択される
    メンバーであり； Ｚ1は、−ＣＱ2−、−ＣＱ1 2−、−ＣＱ2 2−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＲ4−
    、−Ｃ（Ｏ）ＮＲ4およびＲ4ＮＣ（Ｏ）−からなる群より選択されるメンバーで
    あり； ここで、Ｒ4は、Ｈ、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール
    、ヘテロアリールおよび複素環式基からなる群より選択されるメンバーであり、 ｍは、０と４０との間の数であり；そして ｎは、０と４０との間の数であり、 ここで、該接触工程は、該認識部位に近位の複数のメソゲンの少なくとも一部
    を該分析物と該認識部位とを接触させる際に、第１の配向を第２の配向に検出可
    能に切り換えさせる、工程；ならびに （ｂ）該複数のメソゲンの該少なくとも一部の第２の配列を検出し、このこと
    によって、該分析物が検出される工程、 を包含する、方法。
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