JP2005049356A - 光干渉による分析対象の検出装置およびその方法 - Google Patents

光干渉による分析対象の検出装置およびその方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 試料中の極く少量の分析対象を検出でき、しかも迅速に測定することのできる装置を提供する。
【解決手段】 入射光に応じて第１色を発色し、かつ、光学活性表面上に被検体が存在するときに、前記入射光に応じて前記第１色とは異なる合成光波長を有するか又は第１色とは異なる少なくとも１つの波長の光の強度を有する第２色を発色する光学活性表面を有する基板を具備し、該基板が、二酸化チタン、チタン酸塩、炭化珪素、ポリシリザン、アルミニウムアルキルオキシド、シリケート、ジルコニウム酸化物または窒化珪素から成るスピンコーティングされた材料から選択された材料を含む光学薄膜を有する、被検体の存在または量の検出装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は本装置に衝突する光のスペクトル特性を薄膜現象により検知可能に減
衰させる装置に関する。
関連出願
本出願は下記アメリカ特許出願のうちのいずれか一以上の一部継続出願である
：Garret Moddelらが1992年７月31日に出願したアメリカ出願第07/924,343号、G
arret Moddelらが1989年９月18日に出願し現在放棄しているアメリカ出願第07/4
08,291号の一部継続出願であり現在係属中の、Garret Moddelらの1992年４月24
日出願になるアメリカ出願第07/873,097号；Jeffrey Etterらが1991年２月11日
に出願し現在係属中の、アメリカ出願第07/653,064号；Jeffrey Etterらが1986
年２月25日に出願し現在係属中の、アメリカ出願第07/653,052号；Nygrenらが19
86年２月25日に出願し現在放棄しているアメリカ出願第07/832,682号の一部継続
出願であって現在継続中の、Nygrenらの1988年10月20日出願になるアメリカ出願
第07/260,317号；現在放棄しているアメリカ出願第07/408,296号の一部継続出願
であり、1991年３月20日に出願（アメリカ合衆国を指定）のPCT出願US 91/01781
号に基づきJeffrey Etterらが1992年７月31日に出願した、アメリカ出願（連続
番号）；そして本出願はDiana Maulらが1991年10月１日に出願し現在継続中の、
ヨーロッパ出願第EP91308968.6号から外国への優先権主張の権利を有する。上記
出願(図面を含めて)はすべて本出願の一部を構成しており、参考までにここに纏
めて記載する。
発明の背景
「Applied Optics」24巻の472頁（1985年）でSandstromらは、誘電膜として作
られた一酸化ケイ素および二酸化ケイ素をケイ素の光学的基板に使用することが
記載してある。彼らは、膜厚を変えると光学的基板の性質が変わり、膜厚により
異なる色調が得られると指摘している。すなわち、膜厚はその色調に関連があり
、光学的基板の上部に設ける膜は目に見える色調の変化を生じる。彼らは、数理
モデルを使用して色調の変化を定量化することが可能であこと、および「コンピ
ューターモデルを使用して実施した計算によれば、多層構造にしても光学的性能
には殆んど得るところがない・・・・しかし、表面上の生物層（biolayer）の構
造は、光学的性質が主として多層構造内部の界面で決まるので、このような構造
での反射は極く僅かしか変化しない・・・・結論をいえば、やや驚くべきことに
、生物層を検出するための最も敏感な系は単一層コーチングであり、他方その他
の大抵の用途には誘電層を追加すれば性能を改善することが可能である。」と指
摘している。
Sandstromらはさらに、金属酸化物で作った金属上のスライドには欠点がある
こと、および金属イオンの存在すると生化学的用途にはまた有害になる可能性が
多いと指摘している。彼らは、理想的な表面上部の誘電膜は一酸化ケイ素の膜が
周辺雰囲気中で析出する時自然的に形成される２〜３nm厚の二酸化ケイ素である
こと、および40〜60nm厚の一酸化ケイ素層上の70〜95nm厚の二酸化ケイ素層がガ
ラスまたはプラスチック基板に使用可能であることを指摘している。また彼らは
、一酸化ケイ素を選択的にエッチングすること、ジクロロジメチルシランで二酸
化ケイ素表面を処理すること、および抗原および抗体の生物層を適用することに
より、一酸化ケイ素のウエッヂを形成すると記述している。このウエッヂ構造に
より彼らは偏光解析計で膜厚を測定することでき、そして"最大のコントラスト
は干渉色が紫から青色に変わる約65nmの変域で見られた"と記載している。この
ような系の感度は、抗体によりタンパク質の抗原を検出する場合に適用しても充
分高い値であると指摘している。"デザインは広範囲の用途には充分な感度であ
る。材料のガラス、ケイ素および酸化ケイ素は化学的に不活性で、生化学反応に
は影響を及ぼさない。上記の算定法を使用すれば別の用途に最適なスライドをデ
ザインすることができる。このスライドは製造可能で、その品質は保証でき、そ
して二つのデザインが現在市販されている。感度が良く、融通性があり、かつ低
廉なこれらの道具により、免疫学および生化学において簡単な方法の開発が促進
されるだろうことを希望している。"と彼らは結論づけている。
「J. Immunol. Methods」59巻の145頁（1983年）でNygrenらは上記のものと同
じ系につき記述している。それには、抗人血清（HSA）の検出に特定の抗人血清
抗体を使用している。この出版物中の第２図によれば、10-5mg/mlのHSAは16時間
の培養で検出可能であるが、10-6mg/mlのHSAはこの系では検出不可能であったと
指摘している。また、彼らは"72時間の培養後、検出限界は低く（１mg/mlに低下
）なったが、しかし反応はその後非特定反応には感度がより良好になった"と述
べている。アメリカ特許第4,558,012号において、Nygrenらは、525〜600nM範囲
の波長の非単色または白色につき層の総合配列を反射を低減させるようにする以
外は同じ系について記述している。
発明の要約
本発明は、試料中の分析対象の存在有無または量を検出するための装置の改良
、およびこのような装置を使用する方法の改良を特徴とするものである。従来の
装置とは対照的に、本発明の装置は試料中の極く少量の分析対象を検出すること
ができる。僅か0.1nM、0.1ng/mlまたは２×103の生物、あるいは数分間だけの迅
速測定で僅か50fgの量まで測定できる。測定の総所要時間は測定手続きの開始か
ら（すなわち、分析対象が装置に接触する時点から）一時間から数分間である。
事実、本発明の装置によれば、従来の装置と方法とで連鎖球菌Ａ抗原の測定等で
可能であったより30％以上もより多くの試料を検出できる。本発明は、Sandstro
mら（上記参照）の記載のものと比較して、より優秀な構成のものを見つけた結
果によるものであり、その詳細を以下に説明する。この装置は機器で構成されて
いる。また、これらは色の変化が目視できる場合、特にその色変化が、例えば金
色から暗紫色または青色に変化する等、非常に説明し易い場合は有用である。
このように、第一の本発明の特徴は、分析対象の量または存在有無を検知する
装置を提供することである。この装置には、これに衝突する光で第一の色調を示
す、光学的に活性な表面を有する基板を備えている。この第一の色は光のスペク
トル分布によると定義される。また、基板は第一の色とは違った第二の色調を示
す（第一の色中に存在する組合わせとは違った光の波長の組合わせであるか、違
ったスペクトル分布であるか、または第一の色中に存在するのとは違った一以上
の波長の強度を有する）。このような装置により、0.1ng、0.1nM、0.1ng/ml、50
fgまたは２×103の生物の量の検出に際し感度良好な方法が得られるのである。
事実、好適な具体例による検出量は10倍、100倍または1,000倍とかなり少量まで
検出可能である。ある色から他の色への変色は計器または肉眼を使用して測定で
きる。このような好感度の検出結果は上記SandstromおよびNygrenで記述した装
置と比較して可成り進歩しており、かつこの装置を使用しても商売上競争できる
。事実、この装置の感度は現行の技術を遥かに凌いでおり、本発明の装置および
方法が勝っている。
"光学的に活性な表面"とは、表面に衝突する光が何かで変えられるような、光
学的効果の発生に関与する表面のことである。このような光学的に活性な表面は
多色光（例えば白色）のみでなく、単色光（例えば、本質的に偏光されるレーザ
ー光）にも反応するようにできる。本発明の装置は好適にも、不反応テスト表面
および反応テスト表面の背景の干渉色と明確な対照を示す、色のシグナルを生じ
る。テスト面には、試料中の分析対照の濃度の半定量的測定に対応する、色の種
々のシェードまたは強度が生じ、そして目視または計器で測定できる。このよう
な装置により薄膜測定系の定量的に機器分析できる。
本発明は、試料中の分析対象の存在有無または量を検出するための装置の改良
、およびこのような装置を使用する方法の改良を特徴とするものである。従来の
装置とは対照的に、本発明の装置は試料中の極く少量の分析対象を検出すること
ができる。僅か0.1nM、0.1ng/mlまたは２×103の生物、あるいは数分間だけの迅
速測定で僅か50fgの量まで測定できる。測定の総所要時間は測定手続きの開始か
ら（すなわち、分析対象が装置に接触する時点から）一時間から数分間である。
事実、本発明の装置によれば、従来の装置と方法とで連鎖球菌Ａ抗原の測定等で
可能であったより30％以上もより多くの試料を検出できる。本発明は、Sandstro
mら（上記参照）の記載のものと比較して、より優秀な構成のものを見つけた結
果によるものであり、その詳細を以下に説明する。この装置は機器で構成されて
いる。また、これらは色の変化が目視できる場合、特にその色変化が、例えば金
色から暗紫色または青色に変化する等、非常に説明し易い場合は有用である。
一具体例として、光学的に活性な表面は非鏡面であるか、または光学的に活性
な表面を目視できる非鏡面で透明な層を備える。表面があまり重要に見えない角
度を形成するので本発明でこの具体例は有用である。用語の"非鏡面"とは表面が
鏡のようには作用せず、光に対し散乱することを意味する。一般的に、高さが10
0nmから100μmの間で変動する不規則表面からなるものである。第一の利点は、
乱反射により光に関し広範囲の角度にわたる色変化が目視できることである。
さらに具体例として、基板には窒化ケイ素、酸化ケイ素、二酸化チタン、オキ
シ窒化ケイ素または硫化カドミウム等から作った干渉膜が含まれている。この膜
は光を干渉させるように作用して特定の光を基板表面に生じさせる。この膜は基
板上の他の層と相互に作用し、分析対照が装置上にある時は色変化または波長強
度の変化が観察できる。より好適な具体例として、分析対照に特有の受容分子を
結合させる付着層を設けられる。シグナルが装置上で得られるように、この付着
層に可成の受容材料を取付けできるということは本発明では重要である。その他
の関連する具体例として、一旦分析対照が付着層に取付けられると、その他の層
が対照物に特定の方法で装置上に析出され、色のシグナルまたはより明確な色の
シグナルが得られるような方法で本装置が使用できる。
目視で分析できる装置であることが好ましいが、本発明の装置はまた偏光解析
計、反射計、プロフィロメータ、改良形偏光解析計等が使用可能である。
他の関連する面から（下記でより詳細に記述する）、本発明の特徴は、上記の
装置や本発明で使用する特定の装置を使用する方法、および、各層の最も望まし
い厚みが即座に決定できるように、各成分層が種々の厚みで光学的に活性な表面
を有する基板を形成することにより本発明の装置を最適使用する方法を提供する
ことにある。
特に、本発明は基板がデンドリマー、スターポリマー、分子状自己集合ポリマ
ー、重合シロキサン、および膜形成ラテックスからなる群から選んだ化学品から
作製した付着層を有する装置を特徴とする；基板自体は単結晶性ケイ素、ガラス
上に不定形ケイ素、プラスチク上に不定形ケイ素、セラミック、多結晶性ケイ素
およびこれら材料の複合物からなる群から選んだ材料で作製する；そして基板に
は窒化ケイ素、ケイ素／二酸化ケイ素の複合物、オキシ窒化ケイ素、二酸化チタ
ン、チタン酸塩、ダイアモンド、ジルコニウムの酸化物および炭化ケイ素から選
んだ材料で作製した反射防止層を有する。
特に好適な具体例として、第二の色は分析対象が装置と接触した後一時間以内
に識別できる；分析対象物が0.1nM、0.1ng/ml、50fg、２×103の生物から選んだ
量だけ表面に存在する時は、光に対する反応が観察される；表面は鏡面であるか
、鏡面でないか、または光学的活性面が見られるようにした鏡面でない表面を有
する透明層である；基板は固体の支持体、可撓性支持体、プラスチック、ガラス
、金属および非金属からなる群から選ばれる；基板は光反射性か光透過性である
；光は単色光、多色光、紫外光、赤外光である；分析対象はリウマチ因子、樺花
粉に特有のIgE抗体、癌胚抗原、連鎖球菌群Ａ抗原、ウイルス性抗原、自己免疫
性病気に関連する抗原、アレルギー、腫瘍または感染性微生物、連鎖球菌群Ｂ抗
原、HIV IまたはHIV IIの抗原、または前記ウイルスに対する抗体、RSVに特有の
抗原またはウイルスに対する抗体、抗体、抗原、酵素、ホルモン、多糖類、蛋白
質、脂質、炭水化物、麻薬または核酸、髄膜炎の誘因生物、ナイセリア髄膜炎群
Ａ、Ｂ、Ｃ、ＹおよびＷ135、連鎖球菌肺炎、E. coli KI、ハエモヒラス流感型
Ｂ、微生物から誘導した抗原、ハプテン、麻薬（許可または免許なしで不法に使
用する麻薬を含む）、治療薬、環境用薬剤、および肝炎に特有の抗原からなる群
から選ばれる；鏡面でない表面はプロフィロメータで2700から3295の読みである
。この値は表面構造の平均ピーク高さでRMS粗さを除したものであり、そしてHeN
eレーザ光源により測定した鏡面反射率は約50％以下である；基板はガラス、プ
ラスチックからなる群から選ばれ、その表面に不定形ケイ素の層を設ける。この
ようにして光学的活性表面が形成される；光学的活性表面は多結晶性ケイ素また
には金属が含まれる；さらに基板は不定形ケイ素の層を有する金属である；分析
対象を受容する受容層は分析対象に特定の結合相手を備えている；受容層は抗原
、抗体、オリゴヌクレオチド、キレート化剤、酵素、バクテリア、バクテリアの
繊毛、バクテリアの鞭毛、核酸、多糖類、脂質、蛋白質、炭水化物、金属、ウイ
ルス、ホルモン、および前記材料の受容体からなる群から選んだ材料で作製され
る；第一の色は外観が金色で、第二の色は肉眼で外観は紫色または青色である。
他の好適な具体例において、本装置は多色光に対し肉眼で検出できるようなシ
ンボルが得られるよう配列されている；そして光学的膜は装置に480Åから520Å
の厚みにコートされている；そして分析対象は受容材料と結合剤との間に挟まれ
ている。
その他、本発明の特徴は分析対象の光学的測定で使用する装置を提供すること
であり、基本材の層、アルミニウム、クロムまたは透明な伝導性酸化物の伝導性
金属層、および不定形ケイ素の層、で作られた多層基質が含まれる。ここで金属
層は不定形ケイ素の付近に配置される。その他、本装置は、基本材の層（光学的
活性層を設けた固体材料）と基本材付近の不定形ケイ素の層とを有する多層構造
の基板を備えている。好適な具体例において本装置には基板上面に非反射層を付
着させる。この層は、基板上面に付着可能な光学的材料と、基板上面から最も離
して位置させかつテストされる流体中で分析対象を結合させる特定の材料から選
ばれた受容材料と、を備えている；基本材はガラス、シリカ、プラスチック、半
導体、セラミックおよび金属の群から選ばれ、そして堅いか可撓性かである；そ
して付着層は光材料と受容材料の間に挿入される。
その他、本発明の特徴はガラス、プラスチック、ケイ素および不定形ケイ素か
ら選んだ基板、窒化ケイ素、ケイ素／酸化ケイ素の複合物、チタン酸塩、炭化ケ
イ素、ダイアモンド、硫化カドミウムおよび酸化チタンから選んだ非反射層、重
合シラン、重合シロキサン、膜形成ラテックスまたはデンドリマーから選んだ付
着層、および分析対象に特定の受容材で作製された、分析対象を検出する光学的
測定装置を提供することである。
好適な具体例において、不定形ケイ素層は約900から1100nmの厚みを有する；
約1800と2200Åの間の厚みのアルミニウム層がガラス上に設けられる；窒化ケイ
素、ケイ素／酸化ケイ素の複合物、チタン酸塩または二酸化チタンの膜は約480
から515Åの間の厚みを有する；付着層は約90から110Åの間の厚みを有する、ア
ミノアルキルーＴ−構造の有枝シロキサンである；そして受容材料は約30から60
Åの間の厚みを有する抗体層である。
より好適な具体例で、基板は第一の色から第二の色への変化がいずれも偏光解
析計等の計器の出力で指示されるように配列されている;表面から反射または透
過する光の強度が変化する;衝突する光は装置で反射され、この反射光は楕円状
または直線的に偏光させられる；単色、多色、非偏光、可視、紫外または赤外ま
たはこれらの組合わせた光である；基板は光学的に活性な表面を支持するか、そ
れ自身光学的に活性である。
その他、本発明の特徴は試料中の分析対象の存在有無またはその量を検出する
方法を提供するものであり、その方法には上記装置を用意する行程と、光学的に
活性な表面を分析対象を含んだ試料に接触させる行程とが含まれる。分析対象が
活性表面と相互に作用して活性面に第二色が表わされる。第二の色の変化の測定
に光学的読取り装置が使用される。光学的読取り装置は下記計器群のうちの一か
らなる；偏光解析計、反射計、比較反射計、プロフィロメータ、薄膜分析器また
はその改良品である。
好適な具体例につき、分析対象を受容材料（例えば、抗体または抗原）および
第二結合剤（例えば、抗体または抗原）の間に挟ませる；分析対象は結合して直
接検出される；分析対象は間接的なシグナルの発生で検出される；試料は尿、血
清、血漿、脊髄液、痰、全血、唾液、尿生殖器分泌物、便の抽出物、心膜、胃（
gastric）、ぺリトンール、胸膜洗浄物、膣分泌物、および喉の綿棒、からなる
群から選ばれる；そしてこの方法では反射計を使用して色または強度の測定を行
う。
特に好適な具体例による方法では、基板を分析対象を含むテスト試料と接触さ
せる。基板は第二の色を表わすものとする；そしてこの装置は、第一の色が特定
の波長または光の波長範囲の背景の強度を表わし、第二色が第一色に対する一以
上の光の波長の強度の変化を表わす反射計のセットである；またこの装置は、第
一色が分析器を通り検出器まで透過する光の背景の強度を表わし、第二の色が第
一色に関連して分析器を通り検出器に透過する光の強度の変化を表わす薄膜分析
計のセットである；またこの装置は、第一色が目視可能な干渉光で、第二色が第
一色に対する色の変化を表わすものである。
その他、本発明の特徴は基板、一以上の光学的層、付着層および受容層を有し
、これらの層の一以上をスピンコーティングした光学的測定装置を提供すること
にある。
好適な具体例として、この方法は基板の表面に反射防止層をスピンコーティン
グする。この膜は；ポリシリザン、酸化アルミニウム、珪酸塩、チタン酸塩、ジ
ルコン酸塩およびＴ−樹脂シロキサン、からなる群に一以上から作製され、そし
てこの膜は250から550Åの厚みがある；この方法では装置の光表面に付着層をス
ピンコーティングし、最も好適には非線形有枝重合シロキサン、膜形成ラテック
スおよびデドリマーからなる群の一以上から選んで作製し、厚さが25から250Å
であればよい；そして受容材料を付着層にスピンコートまたは溶液コートする。
他の観点から、本発明の特徴は台上に支持されかつ第一コンテナ内に保持され
た活性受容面を有する光学的測定装置を提供することである；ここで第一コンテ
ナは、台の基礎に設けられ、かつ表面からの液ドレンを吸収するように配列され
た第一吸収材料を備え、第二コンテナは第一コンテナの一側部にヒンジ連結され
ていて第二吸収材料を備えている。ここで第二コンテナはヒンジで回して第一コ
ンテナに閉止することができ、このように閉止することにより第二吸収材料をそ
の表面に接触させる。
好適な具体例として、第二コンテナにはさらに第二吸収材料をこれが表面と接
触する位置に対し移動させるように配列したハンドルが設けられている；この装
置はさらに第二コンテナ内に可動式フラップを備えており、第二吸収材料が第二
コンテナから移動しないように配列されている；フラップは第一または第二コン
テナにヒンジ連結され、表面または第二吸収材料に接近できるように一以上の隙
間が設けられている。
これに関連して、本発明の特徴はベース上に支持されて複数の光学的活性表面
を有する光学的測定装置を提供することである。このベースには表面からの液ド
レンを吸収するように配列した第一吸収材料が設けられ、そして摺動可能な蓋に
は装置使用中に光学的活性表面に接触するように配列した一以上の吸収区域が設
けられている。
好適な具体例の装置では、ベースに対して蓋を階段的移動させるための手段が
設けられている；蓋には一連の開口が設けられ、装置を使用時には表面に選択的
に接近できるようにする；蓋には細長い開口がある。ここでベースは一連の印し
が設けられ、かつ細長開口は印しと協働して装置の使用法を指示する；分析対象
は免疫不全ビールス(HIV)I、IIまたはその組合わせ、連鎖球菌群Ａ、連鎖球菌群
Ｂ、RSV、Ｂ型肝炎、クラミデア種、HSV、抗体、抗原、核酸、オリゴヌクレオチ
ド、キレート化剤、酵素、バクテリア、ウイルス、ホルモンまたはこれらの受容
体である；そして装置は連鎖球菌群Ａ抗原、連鎖球菌群Ｂ、RSV、クラミデアま
たは肝炎の抗原の存在量を測定できるように配列される；そして光学的活性受容
表面を有する。
その他、本発明の光学的測定装置は、一分析対象に対し表面の複数の試料の同
時測定ができるように配列した光学的活性受容表面と、表面に試料および薬剤の
溶液を分配するように配列した自動液取扱い装置（例えばピペット装置）とを有
することを特徴とする。
好適な装置にはさらに各測定の結果の光学的読取り装置を備えている；そして
装置には表面を乾燥させるように配列したブロー手段を備えている；そしえ装置
はかけられた試料の定量的かつ定性的評価を提供する。
他の観点から、本発明の特徴は分析対象を検出する方法を提供することである
。この方法の行程は、付着層で一以上の層（特に分析対象と接触する受容材料を
添える）を支持して光を反射または透過する基板を有する検出装置を準備し、分
析対象が受容材料と結合する条件で分析対象を含んだ試料と装置を反応させ、そ
してこの結合分析対象を装置の表面で質量変化させる薬剤と反応させるのである
。
好適な具体例において、装置は免疫学的に活性な材料の付着層を支持する平た
い反射性材料の基板を有する；この基板は平坦な反射性材料からなる；基板およ
び付着層は反射時に放線を偏光させる；薬剤は装置上の質量を増減させる。例え
ば、薬剤は酵素であるか、または分析対象に特有の第二受容材料に付着される膜
形成スチレンブタジエンコポリマー等の重合ラテックスがある；最も好適には、
薬剤は抗バクテリアー抗体ー酵素の錯体を含む共役酵素がよい；薬剤は例えば3,
3',5,5'-テトラメチルベンチヂンを含む酵素の基板等の沈殿剤により沈殿させる
。
これに関連して、本発明の特徴は、分析対象と反応する光学的活性表面を備え
るテスト装置を有する分析対象の光学的測定装置を提供することであり、分析対
象と反応するようにした薬剤は表面に結合して表面の質量を変える。好適にはこ
の薬剤は共役酵素または重合ラテックスにする。
その他の観点から、本発明の特徴は試料中の分析対象を検出する方法を提供す
ることにある。その行程は；基板を有し、上下面を有し、かつ基板に結合した抗
体の層、試料の分析対象を含んだ一以上の層、分析対象と錯体を形成した共役酵
素を有する層を少なくとも一層支持した分析対象含有層、をその上面で支持する
薄膜の光学的免疫測定装置を準備し；共役酵素を沈殿剤と接触させ；沈殿剤と酵
素との相互作用から生成物を沈殿させるに充分な時間だけ放置し；テスト試料中
の分析対象の量の指標として、共役酵素層および抗体層の質量変化を光学的に測
定する。
好適には、共役酵素にはパーオキサイド、または抗バクテリアー抗体セイヨウ
ワサビパーオキサイドの錯体がよい；またはこの共役酵素はアルカリ性ホスファ
ターゼであり、抗バクテリアー抗体アルカリ性ホスファターゼの錯体を構成する
；そして沈殿剤は5-ブロモ-4-クロロ-3-インドリル燐酸塩を含む基板である。
他の観点から、本発明の特徴は分析対象の存在有無またはその量を検出するた
め光学的装置の基板上に配列した計器を提供することにある。この計器には、基
板に対しブリュースタの角度以外の角度で配置されて直線的に偏光する単色光源
、および基板からの反射偏光を検知するに適する位置と基板に関連する角度とで
配置された分析器を有する。この分析器は、質量変化が非反応面に関する基板で
生じる時、分析器を通して透過された基板からの反射光の強度をほぼ最大にする
ように構成されている。
その他、本発明の特徴は分析対象の光学的測定装置を最適化する方法を提供す
ることにある。その方法の行程は；光学的活性層の選ばれた厚みを有する基板を
設け；コーティング上に選ばれた厚みの付着層を設け；分析対象に対し選ばれた
厚みを有する受容層を設け（ここで、光学的活性層、付着層および受容層の厚さ
の少なくとも一層を複数の層厚が得られるように変更する。）；受容層の質量増
加が得られるような条件で分析対象を受容層と接触させ；そして一以上の層の厚
さの光学的厚さを測定する。好適には光学的コーチングの厚さは基板の長さによ
り変化する。
出願人は、クレームした装置の最適化のために有用な一つの特徴は基板上面に
取付けた非反射層を有しかつ屈折率が解っている、基板を使用することであるこ
とを知った。この非反射層は基板上面に付着できる材料による一以上の層、上面
から最も離して配置しかつテストされる流体中で分析対象と特に結合する材料か
ら選んだ受容材料の一以上の層から構成される。非反射層はそれに近接する基板
表面材料の既知の屈折率のほぼ平方根である屈折率を有することおよび装置上の
光の波長の1/4の奇数倍以下の厚みを有することが大切である。
すなわち、本発明の装置を最適化するためには以前から開発されている数学的
アナゴリズム（"Handbook of Optics"の第３表参照、Water G. DriscollとWilli
am Vaughan、出版人MacGraw-Hill Book Co.、8-48から8-49頁）から離れること
が必要であることを出願人は知見した（「発明の背景」参照）。このように、数
学的公式はむしろ感度のよくない装置に有用であろう一般的な厚みの指標を提供
するが、本発明の方法は可成りかつ驚くほど高い感度の装置を提供するものであ
る。
本発明の光学的テスト表面の構成に有用な最適の材料および方法が得られる方
法論の指標を下記にて説明する。概して、肉眼で検出できる着色シグナルの発生
によるかまたは機器分析によるかに拘わらず、本発明では分析対象を直接検出す
るための新規な光学的活性テスト面が存在する。これらのテスト面には付着層を
介してテスト面に結合される特定の受容材料が設けられる。このように、 本発
明では、光学的基板を選定し、分析対象に特有の受容材料を基板上面に取付け、
この受容材料を分析対象を含む試料流体と接触させ、それから、 第一の色の変
化を観察することによりコートされた表面に生じる反射と透過の変化を試験する
。
本発明は広範囲に応用でき、そして種々の特定の測定法に採用できる。例えば
、本発明の装置は抗原または抗体を検出する免疫測定法に使用可能である。本装
置は直接、間接または比較検出計画に使用して、核酸の検出のみならず、酵素活
性度の測定、有機性小分子の検出（例えば麻薬、 環境薬剤）にも利用できる。
本発明の特徴はテスト表面が測定を実施するに適していることである。この表
面は種々の基板、非反射性材料、取付け材料および受容材料から開発可能である
。このような材料はユーザが広範囲にかつ手短かに採用可能である。単一の測定
からでも多くのテスト結果が得られ、しかもテストされる多くの分析対象が単一
の試料で簡単に得られる。
本発明の装置はまたこの程度の感度を必要としない測定に対しても貢献する性
能を提供する。この改善された性能は測定時間の短縮、説明の容易さ、および測
定法や手続きの融通性をもたらすように貢献する。
本発明のその他の特徴および利点は下記の好適な具体例の説明およびクレーム
から明白になるであろう。
好適な具体例の説明最初にまず図面について簡単に説明する。
図面
第１図は本発明の装置および方法の中枢をなす干渉現象の略図である。第２図
は鏡面、および非鏡面または散乱性の基板表面の略図である。第３図は本発明の
装置で使用する最適な干渉膜を選定する方法の略図である。第４図は光学的表面
への3-アミノプロピルトリエトキシシランの取付け状態を表示したものである。
第５図は本発明の装置の作製に有用な多価シロキサンの取付け状態の略図である
；ここで、Rは化学的に活性な基の光学的表面に存在するケイ素原子への付着に
干渉せず、かつ受容体（生物学的）部分の付着にも干渉しない、多数の基のいず
れか一つであり、例えば、このようなＲ基には第一、第二、第三アミン、アルコ
ール類、エトキシ基、フェニル基および芳香族基等がある。第６図は計器読取り
結果または目視読取り結果に有用である本発明の装置の略断面図である。第７図
は、光学的表面に薬剤を付与することにより光シグナルが得られかつ強化される
本発明の方法の略図である；例えば、ラテックスビードを有する抗体を使用する
か、または酵素の抗体を使用して基板上に生成物を析出させる。第8A〜8G図は本
発明の装置の斜視図および分解組立て図である；特に、第8A、8B、8Cおよび8D図
はそれぞれ装置の平面図、底面図、斜視側面図および側面図、第8E図は測定のた
めに開放した装置の斜視図、第8F図は装置のテスト面分解組立て図、そして第8G
図は装置内部の各種構成品を示す分解組立て図である。第9A〜9E図は本発明の多
重テスト装置の斜視図およびその他であり、特に、第9A、9Bおよび9C図はそれぞ
れ装置の平面図、斜視図および分解組立て図、第9D図は装置の前面蓋の背部を示
し、そして第9E図は前面蓋を外した装置の平面図である。第10図は第8A〜8G図に
示した装置を使用する方法の各行程を示す略図である。第11図は第9A〜9E図に示
したと同じ装置を使用する方法を示す略図である。第12図は回分サンプリング方
式の略図である。第13図は従来の偏光解析計の光路の略図である。第14A図は本
発明に有用な薄膜分析計の略図であり、単色光源および感光性半導体素子または
アレイを使用する。第14B図は多色光源および光電子倍増管検出計の略図である
。第15図は従来の偏光解析計の光路の改造型の略図であり、シグナル検出の新規
の方法を表示する。第16図は光路長の短い偏光解析計の略図である。第17図は従
来の蛍光法に対する蛍光測定法における反射性基板の利点の略図である。第18図
は第５世代スターポリマーまたはデンドリマー（分子状自己集合ポリマー）の略
図である。
テスト装置
偏光解析法、多角反射解析法、干渉分光学器使用術、プロフィロメトリー、表
面プラスモン共鳴、消散波、およびその他の方式や偏光分析法、反射解析法、分
光学と分光測定法の組合わせ、を含めた多くのタイプの反射防止層測定技術が本
発明には有用である。本発明はこれらの技術の応用に関するもので、適宜選定し
た結合材料表面上の分析対象の濃縮固定化による薄膜の厚み、密度または質量の
変化を検出し測定するものである。かかる薄膜測定技術は対象物を直接検出また
は定量化し、従来の固相測定に取って替わるものである。薄膜の技術的課題は、
従来の診断その他の測定用具市場の競合に値するような測定用具の開発を妨害し
ていた。
特定の受容材と光学的材料を組合わせる本発明の装置のテスト表面の構造には
種々の重要な特徴がある。より詳細には、特定の受容材を非反射性または干渉性
膜と組合わせるには特別の配慮が要求される。これらの特徴を下記で検討するが
、概して、最終的な測定装置への要求ばかりでなく、光学的基板、任意の反射防
止層や干渉膜や非反射性膜および取付け相と、複合テスト表面に使用される受容
材料との間の相互関係をも評価しなければならない。目視／定性的、計器的／定
量的、計器的／定性的等のエンドユーザーの所望要素は適当な感度と性能特性の
有用なテスト装置の製造時に選択される。
第１図について説明すると、本発明の一具体例の効用の中枢をなす光干渉の一
般的現象を示してある。この現象は通常テスト装置の顕微鏡的な表面特性とは無
関係である。例えば、この装置により表面から反射する光を変化させるというこ
とのみが重要で、表面に回折格子その他の何か特別のパターンを設ける必要がな
い。このように、概して表面は平坦であり、特別のパターンは何ら備えていない
。しかし、表面は人間の目に有効であるような形やデザインにする。非反応テス
ト面では装置に入射する白色光を金色光で反射させるが、他方、分析対象と結合
する付加物にり、反応テスト面は入射白色光を紫または青色で反射させる。金色
から紫または青色への変化は反応および非反応テスト表面の干渉の差を表わして
いる。
第６図は本発明を採用した装置のテスト面の種々の一般的構造を略図で示して
ある。計器読取り装置の場合は表面に基板、付着層、および受容材料層が設けら
れ、そして任意に不定形ケイ素および／または金属膜も設けられる。これに対し
、目視で読み取りできる装置では、付着層および受容材料層と共に、複合干渉膜
を形成した反射防止層（または干渉膜）を設ける必要がある。これら種々の層お
よびその相互作用を具体例を使用して検討する。
基板
表面上の一以上の薄膜はその表面で入射光を減衰させ、反射または透過で測定
される入射光を変化させる。反射は光が付近の媒体でなく異なる屈折率の媒体に
遭遇するときに生じる。この付近の媒体は通常屈折率が1.0の空気である。透過
なる一般用語は入射光が入射面以外の側の表面または媒体から離れるプロセスの
ことである。 媒体の透過率は入射光に対する透過光の割合である。反射光と透
過光とは共に肉眼で検知でき、また計器で測定できる。本発明では試料中の分析
対象の量の尺度として装置内のかかる光の減衰を使用することができる。しかし
、装置の実際の構造は反射または透過のモードを所望するかどうか、およびその
結果の分析を肉眼でか計器でするかによって決まる。このような特定の組合わせ
は基板の選定と関係があり、下記で記述する。
反射モード、 肉眼による解明
本発明で使用する現象の一例として、アスファルト面で水の上の油を見る時に
観察される干渉色がある。このような干渉効果は至極一般的なことであり、一片
の多層構造雲母、一片の氷、引伸ばしたプラスチック鞄またはセッケンの膜で見
られる。色の変化は材料の厚さの局所的変化によるものである。水上の油で観察
される色は特に濃く、水と油の屈折率の差により肉眼で容易に観察される。水は
鏡面反射するので色はさらの濃くなる。アスファルト表面は透過光を吸収し逆反
射を抑えて、観察される色調を和らげる傾向がある。肉眼は強度の変化よりコン
トラストに敏感であり、このため、材料を選定する場合は表面にける質量たは厚
みの変化の結果として良好な対照を示すような色が得られるようすべきである。
材料の表面に膜を形成して一以上の波長または波長の帯の反射率を変えるのであ
る。このよなタイプの材料はサングラス、カメラのレンズおよび窓ガラスの製造
で使用されている。
テスト面が肉眼で見えるようにデザインされている場合は、光学的基板は屈折
率が既知のもので、かつその表面は最上面でのみ反射するものでなければならな
い。研磨した単結晶性のケイ素、金属およびあるセラミックや黒色ガラスの表面
はこの用途に直接適用できる。このような材料は目に見えるシグナルを発生させ
て、光学的に活性であると考えられる。
ガラスまたはプラスチック等の材料は、この方法で有効に利用する前に別に処
理しておく必要がある。ガラス等の材料は上面と背面とで反射する。これを回避
しかつこのような材料を使用するため、最上面に膜を付加させねばならない。不
定形ケイ素、金属の薄膜、またはこれらの材料の組合わせが使用できる。この場
合ガラスは固体の支持体として作用し、観察される色の発生には本質的に関与し
ない。このため光学的には受け身であると考えられる。
単一の基板材料またはより複雑な構造を使用する時、反射防止層または非反射
性コーチングを選定するには、最上面の屈折率のみが大切である（下記参照）。
予め選定した基板に適合する非反射性材料は" Hanbook of Optics"第３表の8-48
から8-49頁の計算を参考にすべきである。単結晶性ケイ素はこれを最上面に、透
明ガラスはこの表面を無定形ケイ素その他の材料でコートする。非反射性膜の膜
厚の調整は下記のウエッジの実験結果を使用して行なう。肉眼で識別できる色の
変化を得るために反射性基板を使用する場合、適当な屈折率および厚みの膜を付
加することが絶対に必要である。
光学的基板材料は鏡面反射を形成し、またはシグナルを見る場合に角度に依ら
ない乱反射を生じるように処理できる。
透過モード、肉眼による解明
この方法では、光が表面を透過するので色は反射光中には見られない。このよ
うな異なる波長の光の選択的透過はサングラス、 カメラレンズ、窓ガラスおよ
びnarrowbandpassフィルターの製造に使用されている。材料が異なる波長の光を
選択的に反射および透過する。このフィルターは光の波長の大きな束を反射し、
特定の一波長を中心した波長の小さな束のみを選択的に透過する。このフィルタ
ーは一側面を光の多くの波長を反射する材料でコートした光学的ガラスで構成さ
れている。このガラスにコートした材料の厚みの変化はフィルターの有用な範囲
を変更させる。
このため、光学的基板は光の可視波長に対し透過性がなければならない。この
ため、単結晶性ケイ素、金属、あるプラスチックおよびセラミックは、極度に薄
く透明でなければ適用できない。ガラスおよびある種の透明プラスチックはこの
用途には最も有用である。この方法では基板は光学的に活性である。目視できる
色の変化を生じさせるためであるので、基板の屈折率は非反射性タイプの膜には
逆効果を与える。一以上の透過面でのシグナルの散乱を避けるするためこの用途
には表面は均一で円滑でなければならない。
不定形ケイ素層が充分薄ければ、この不定形ケイ素層でコートした基板はある
角度で可視光線を透過できる。このことはガラス基板上の非常に薄い金属層でも
事実である。このタイプのテスト表面は不定形ケイ素がテストピースの背面（す
なわち、目視面の反対側）にあるように配置しなければならない。
反射モード、計器による解明
計器による検出を採用する場合は、非反射性または反射防止層を使用すること
は任意である。反射計ではシグナルを生じせるために色が変化するか、または光
度（強度）が変化することが要求される。計器では強度の変化を記録し、コント
ラストのための最大限の変化を必要としないので、この色の変化は目視可能なよ
うに選択する場合の色の変化とは異なることである。非反射性膜厚は、分析対象
結合の要因としての強度の最大の変化が得られるように調整することが好ましい
。さらに、反射計を採用すればまたこれで鏡面反射または乱反射面での色／強度
の変化が測定できる。
偏光解析計タイプの計器を使用する場合は、光学的基板は鏡面反射するものに
すべきである。反射は最上表面からのみ生じる。既に検討したように、ガラスは
この場合支持体としてのみ作用し、光学的に受け身であるか、検出されるシグナ
ルの発生には関与しない。計器による検出では薄膜との相互作用による光の強度
変化を測定する。光はそれがどのような波長の単色光、多色光でも楕円状または
直線的に偏光する。
透過モード、計装解釈
入射光に対し透過的であればどの光学基板でも、その入射光が多色光か単色光
か、線形偏光か楕円偏光か、あるいは望ましいどの波長であろうと関係なく、こ
の用途に使用することができる。この用途におけるＡＲ膜の使用は任意であるが
、屈折計用に必要な場合は、目による解釈のために提示した規則がここでも適用
される。したがって、光学基板の屈折率はＡＲ被膜の選択に影響する。屈折計の
設計は、反射測定または透過測定を行なえるように容易に変更することができる
。
色に関係なく透過光を変化させるときには、ＡＲ膜は必要ない。この用途にお
ける基板の唯一の要件は、入射光の１つまたは複数の成分が透過することであり
、試験片の最上部表面の質量または特性が変化すると、透過光が検出可能な方法
で変化することである。イーストマン・コダックによって製造されているIrtran
シリーズなどの材料は、これらの膜の赤外（ＩＲ）特性の変化を監視するために
、この用途に使用することができる。
したがって、「基板」という用語は、以下で述べる層を保持するための固体表
面だけでなく、光学薄膜をはじめとする光学活性基板をも含む。明瞭性を期すた
めに、基板のこれらの２つの部分を別個に論じるが、本発明で重要なことは、層
（アタッチメント層およびその他の層が接着される層）が光学的に活性であって
、上述のようにこれらの層の厚さまたは質量の検出可能な変化を提供することで
あることを、当業者は認識されよう。
光学基板は固体材料であるか、あるいは光学的に作用する１層の材料を支持す
るかのいずれかである。これらの材料は、光学薄膜と結合して干渉効果を生起さ
せる場合には、既知の屈折率を持たなければならない。したがって、後で述べる
ように、これは、反射性または反射性にされるどのような所望の材料からでも形
成することができる。計器に使用する場合、透過光が分析されるように、基板を
透明（例えばガラスやプラスチック）にすることができる。
本発明は、最終使用者のニーズに適合する様々な光学基板の材料および形態の
使用に適している。光学基板は、拡散反射または鏡面反射をする材料から形成す
るか、あるいはそうした材料を基板上に塗布することができ、剛性または可撓性
、反射性または透過性のどちらでもよく、試験表面の光学機能コンポーネントを
形成することができ、あるいはまた光学的に受動的な支持体として作用すること
（および光学活性層を設けること）ができる。計装分析用に設計されたデバイス
は基板上に反射防止被膜（光学薄膜）を必要とせず、目視観察用に設計されたも
のはそうした被膜が必要である。計装用途、または色信号発生用途の目視観察用
の光学基板を選択するのに有用な判断基準を、以下に提示する。
ガラス、溶融シリカ、プラスチック、セラミック、金属、および半導体材料を
はじめとする広範囲の剛性材料で、光学基板を形成することができる。可撓性光
学基板としては、プラスチック等の薄板がある。大半の基板は、その後の層を基
板上に沈積する前に、当業者にとって周知である標準溶剤、プラズマ・エッチン
グ、または酸洗浄が必要なだけである。
目視可能な色信号を発生する場合、反射防止被覆材が必要である。マイラー（
ポリエチレン・テレフタレート）および表面エネルギの低いその他の材料のポリ
マー膜は、そうした材料にはよく接着しないことがあり、この層が沈積できるよ
うにするには、その前に追加処理が必要になることがある。接着力を改善するた
めに、これらの光学基板は、半導体処理における酸素プラズマ洗浄で標準的な条
件下で、酸素プラズマでエッチングすることができる。
ガラスや、けい素などの半導体材料、金属等の多くの固体材料の表面は、研磨
すると充分に滑らかになり、鏡面反射が得られる。反射による分析に使用する場
合、光学基板の選択における重要な要件は、上面だけで反射が発生するか、また
は発生させられることである。これは、干渉膜を含み、目視観察されるデバイス
の場合、特に重要である。これは、当業者に周知の技法で、基板上に薄い金属膜
を蒸着し、その後の層を接着を行なうことによって、容易に達成される。例えば
、ガラス基板の最上部表面は、下層表面からの望ましくない反射を防止するため
に、層を被覆することができる。
金属層
基板を反射モードで使用する場合、基板が部分的または完全に透明であるとき
は、透過光を遮断し、上部表面だけで反射が起きるようにするために、不透明材
料を被覆することができる。例えば、ガラス基板は、アルミニウムを充填したタ
ングステン・ボートに向けて真空チャンバ内に取り付けることによって、アルミ
ニウム、クロム、またはその他の透明な導電性酸化物の層を被覆することができ
る。チャンバは、１×１０-5トルの圧力にまで真空排気される。タングステン・
ボートに電流が流れ、ボードの温度が上昇する。アルミニウムが２０Å／秒の率
で基板に沈積する温度で１００秒間沈積させ、ガラスに２０００Åの厚さを持つ
不透明なアルミニウムの層を被覆する。背面反射を防止するために、これより薄
いアルミニウムまたはクロムの層を用いることもできる。金属膜の沈積には非導
電沈積技法を使用することもできる。
アモルファス・シリコン上述のアルミ被膜ガラスは、光学的に受動的と考えら
れる。したがって、水素添加アモルファス・シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の層を被
覆すると、基板の光学特性がａ−Ｓｉ：Ｈのみから誘導される。アルミニウム被
覆ガラスが必要なのは、アモルファス・シリコン沈積プロセスに導電性表面が必
要な場合だけである。アモルファス・シリコンの沈積に導電性表面の使用を必要
としない技術が知られている。この基板を生成するには、プラズマ・エンハンス
化学蒸着システム内の２つの対置する電極の一方に、アルミニウム被覆ガラスを
取り付ける。システムを真空排気し、基板を２５０℃に加熱する。チャンバ内へ
の一定流量のシラン（ＳｉＨ4）ガスを０．５トルの圧力に上昇する。１０ｍＷ
／ｃｍ2のＲＦ電力を電極に印加することによってプラズマが衝突する。ａ−Ｓ
ｉ：Ｈの膜が基板に沈積し、約７５分間で約１０００ｎｍの厚さにまで成長する
。こうして形成されたａ−Ｓｉ：Ｈは、試験表面の最初の光学機能層を形成する
ことができる。
ａ−Ｓｉ：Ｈだけを被覆した（アルミニウム層を持たない）ガラス基板も本発
明に有用である。ガラス、溶融シリカ、サファイヤ、および多くのプラスチック
などの透明な基板は、追加修正を行なわずに、計器透過測定に使用することがで
きる。目視可能な色信号生成は透過性基板を用いて達成でき、被膜の反射防止特
性は透過光から決定される。
薄膜測定に充分な反射表面を持つ基板の多くは、金属から形成される。これら
の金属の例として、鉄、ステンレス鋼、ニッケル、コバルト、亜鉛、金、胴、ア
ルミニウム、銀、チタン等、およびこれらの合金がある。金属は、計器検出法を
採用するときに、特に有用な基板である。計装測定システムの場合、主な要件は
、基板が反射し、平面であることである。対照的に、目視可能な色信号生成の場
合、金属の反射率に適切な反射防止被覆を整合させることは、不可能ではないが
、非常に難しい。最適な干渉色の生成するために、光学基板の反射率と使用され
る光学薄膜とを整合させなければならない。したがって、色生成用に設計される
デバイスは一般に、他の基板から、または前に述べたようにアモルファス・シリ
コン被覆金属基板から形成される。
非鏡面
図２を参照すると、鏡面基板（表面が鏡状またはほぼ鏡状である基板）を提供
するのではなく、むしろ図２に図解的に示し、かつ符号Ｂで表わすように、表面
が不規則な隆起を形成するような方法で製造される本発明の一般概念の略図を示
す。これらの隆起は、図ではかなり誇張されているが、一般には１ｎｍから１０
０μｍの間の大きさであり、最も望ましくは約１００ｎｍから１００μｍの間で
ある。繰り返すが、これらの隆起は（回折格子の形のように）規則的に設けられ
たものではなく、表面に入射した光の一般散乱が生じるように設けられたにすぎ
ない。このような隆起を設けることにより、光がどの角度方向から基板に入射す
るかは重要でなくなり、図１に示す色変化は、基板を入射光または観察する目に
対し任意の角度で保持することによって、観察することができる。計器表面およ
び目視可能な色信号生成表面はどちらも、鏡面基板または拡散反射基板により構
成することができる。
拡散反射を行なう表面は、物理的研磨、化学的研磨、または材料の塗布など、
様々な方法で得ることができる。鏡面基板は、炭化けい素の粒子を含む化合物を
用いる物理的研磨によって荒削りして、拡散表面を形成することができる。代替
的に、材料を化学的に研磨することもできる。例えば、単結晶シリコン・ウェハ
は、８０℃の３０％水酸化カリウム（重量）の水溶液でエッチングして、ピラミ
ッド構造から成る粗表面を形成することができる。研磨工程の後で、当業者に周
知の等方性エッチングにより、拡散反射を生じる不規則表面を形成することがで
きる。
基板の拡散特性は、被覆によって生起することもできる。例えば、直径２ミク
ロンのポリスチレン球を、ポリアミド含有溶液などの流体中に浮遊させる。ガラ
ス・スライドをスピン・コータに真空搭載し、スライドの中心部が溶液で覆われ
るようにする。スピン・コータのスイッチを３０００ｒｐｍで数秒間オンにし、
溶液中の球を表面全体に均等に分散させる。流体を乾燥させると、拡散反射を生
じる表面が得られる。
本発明の実施例は、拡散光反射を生じる不規則表面を持つ光学基板の使用を含
む。また、光拡散材料またはテクスチャード・プラスチック（textured plastic
）などの光変更材料を被覆したり、上にかぶせたり、またはそれらを介して観察
される滑らかな光学基板の使用も含む。そうしたプラスチックを介して観察する
と、上述と同様の効果が得られる。
一例として、光学基板は単結晶から形成され、単結晶を成長させて直径４イン
チに押し出した後、ダイヤモンド・ソーで切断してウェハにする。このウェハを
化学エッチング液で処理して、表面を円滑にし、傷を減少する。このウェハを、
タルク・スラリー内のアルミニウム酸化物、チタン酸化物、または炭化けい素の
粒子で研磨または研削する。初期粒径は大きく、徐々に小さい粒径を用いて、徐
々により円滑な表面にしていく。ウェハの両面にこの処理を施す。最終研磨工程
の後、非常に強度の拡散反射表面が得られる。
ウェハの研磨が終了した後、次の工程またはその既知の変形法を用いてウェハ
を洗浄する。すなわち、ウェハを、陽イオン活性剤で音波洗浄し、その後１８メ
ガオームの水ですすぎ洗浄する。次に、それらを陰イオン活性剤で洗浄した後、
１８メガオームの水ですすぎ洗浄する。これらを、３７０ｍｌの３０％Ｈ2Ｏ2、
２５０ｍｌのアンモニア水、および９ガロンの水から成るアンモニア水溶液で超
音波洗浄し、０．１ミクロンの濾過水を最終すすぎ水とする多段階の水ですすぎ
洗浄する。次にこれらをスピン乾燥させ、光学被覆できるようにする。この方法
に代わる別の方法として、Polymer Surfaces and Interfaces （edited by W.J.
Feast and H. S. Munro, Johon Wiley and Sons, N.Y., N.Y., page 212, 1987
）に記述されている「ＲＣＡ洗浄」がある。
ガラスの場合、表面特性の程度つまり不規則性は、光沢で論議される。ここで
述べる表面の拡散反射能力とは、反射が純粋鏡面反射に比べて散乱する程度であ
る。拡散性は表面トポグラフィの関数であり、相対トポグラフィは干渉膜または
バイオフィルムよりずっと大きいので、あいまいさ（fuzziness）は、異なる特
定の結合剤に対し大きく変化するとは考えられない。目視可能な色信号生成の場
合、膜は反射光の明度または色に影響するが、その拡散特性には影響しない。色
信号を生成する拡散表面は、反射計に特に便利である。
表面トポグラフィは、デク−タクR（カリフォルニア州サンタモニカ、ソロー
ン・テクノロジー社）などの表面プロフィロメータによって特性化することがで
き、したがってあいまいさまたは不規則性もしかりである。デク−タクRは、表
面特徴間の分離または距離に関する読み、および表面の定義された領域における
表面特徴の高さの平均値を提供する。表面の一つの有効な尺度は、二乗平均平方
根（ＲＭＳ）または平均表面粗度をを平均ピーク間隔で割った値であり、ピーク
はＲＭＳ粗度の少なくとも５０％の高さを持つ突起と定義する。粗度は反射率対
角度の関数であるので、反射率の角度依存性を測定することによって定量化する
ことができる。法線から３０度で入射する光源の場合、フォトダイオードの反射
光の強度は、０度から９０度までの角度の関数として測定しなければならない。
選択されたウェハは、観察角度範囲全体にわたり円滑に変化する反射率を示すの
が最適である。ＨｅＮｅレーザ光源を使用した場合、本発明で有用な荒い表面か
らの表面鏡面反射率は、研磨ウェハが１００％反射すると仮定して、５％未満で
なければならない。
本発明の一実施例では、非鏡面つまり不規則な表面を持つ品物は、約２７００
から３２９５の間のピーク値によって特徴付けられ、好適な測定値は約２９９５
である。この値は、ＲＭＳ粗度をテクスチャの平均ピークで割った値を表わす。
研磨処理の他に、広範囲な化学またはプラズマ・エッチング技術が、基板の拡
散特性を得るのに適している。例えば、ガラスは、つや消しガラスの製造時に使
用されるＨＦエッチングを利用して、拡散光反射表面に変えることができる。
色信号生成の場合、基板選択は、その後の被覆段階に使用される反射防止材の
特性を決定する。以下に、初期基板選択に基づく反射防止材の選択について述べ
る。
基板材料は、切断、ソーイング、スククライビング、レーザ・スクライビング
、またはその他の方法で処理して所望の試験片の形状にすることができる。単独
使用分析に適した試験片は、０．５ｃｍ2ないし１ｃｍ2であり、好適には０．７
５ｃｍ2である。代替形態で実質的に多少反応性試験表面が必要になることがあ
るので、試験片の大きさは上記に限定されない。
任意選択的光学薄膜材料
図１を参照すると、単層光学薄膜の最も単純な説明として、基板を薄い層の材
料で被覆し、膜の外表面からの反射と基板の外表面からの反射が、破壊的干渉に
よって相互に打ち消すようにする。第１に、反射は１８０度ずれていなければな
らず、第２に、これらは同一振幅または同一強度でなければならない。
反射モードでは、本発明のデバイスの被覆の光学薄膜特性は、ある波長の光の
反射を抑制し、別の波長の光の反射を増強する。これにより、入射光の抑制され
た波長は、基板または基板上の不透明の被覆に入り、そこで吸収される。反射が
抑制されない他の波長の光の多くは被覆された基板には入らず、反射するが、幾
つかの成分は吸収される。被覆の光学厚さが変化すると、反射光の波長の範囲が
変化する。透過モードでは、被覆の特性は、反射モードの場合と同様に、幾つか
の波長の光の反射を抑制し、他の波長の光の反射を増強する。これにより、入射
光の抑制された波長は基板に入り、透過する。反射があまり大きく抑制されない
他の波長の光は反射し、透過の程度は小さくなる。被覆の光学厚さが変化すると
、透過光の波長の範囲が変化する。
目視可能な色信号生成が必要な場合（図６の右側参照）、最終分析結果は計器
によって測定することもできる。理想的には、以下で述べる特定の結合剤だけお
よび光学基板を使用して完全干渉膜を生成するには、基板は、受容体層（以下参
照）の屈折率の二乗の屈折率、つまり（１．５）2つまり２．２５を持たなけれ
ばならない。この数字が異なっても、以下で述べるように、本発明の有用なデバ
イスが得られる。選択される材料は、以後の工程に対し機械的に安定しており、
反射し、既知の屈折率でなければならない。光学基板を、例えば生物学的膜など
特定の膜に整合させることは、常に可能なわけではない。そのような場合、適切
な光学基板の欠如を補償するために、中間光学薄膜を使用しなければならない。
目視可能な色信号生成の場合、基板材料は次の２つの制約を受ける。第１に、そ
れは光学薄膜材料に接着しなければならない。第２に、最も単純な例では、基板
の屈折率がその直接上の材料の屈折率の二乗にほぼ等しくなければならず、より
複雑な試験表面では、基板の屈折率が「光学ハンドブック」のpp8-48ないしpp8-
49の表３の式の一つにほぼ当てはまるように選択しなければならない。例えば、
約４．１の屈折率を持つシリコン・ウェハを使用すると、試験表面は、広範囲の
対応する光学薄膜または反射防止材料を用いて設計することができる。この材料
は、減衰させる波長の４分の１波長の厚さに、または表３に示す式の変化例の厚
さにまで被覆しなければならない。当業者は、様々なその他の材料が、上記基準
を満たすならば、試験表面として使用するのに同様に適していることを理解され
よう。
光学薄膜被覆は、既知の被覆技術によって基板の表面に沈積する。例えば、真
空チャンバ内でのスパッタリングや蒸着などによって実行する。様々なその他の
便利な被覆技術が当業者には周知である。光学薄膜被覆として有用な材料は、利
用される厚さでかなり透過的な透明材料から形成され、基板を被覆したときに、
ある波長の反射光を抑制する。膜は、いったん光学基板に沈積されると、その後
の工程にも安定である。
この試験表面は少数の光学層を有することが望ましいが、以下に述べる変化に
よって、表３に示す式に対応するより多くの層を有するより複雑な試験表面を設
けることもできる。すでに述べた通り、材料選択の出発点は、理論計算である。
理論的な考慮点を用いて、どの材料が事前に選択された基板と互換性があるかを
決定することができる。被覆の厚さは、予め決められた４分の１波長の厚さに、
または事前に選択された干渉色に合わせて設定することができる。しかし、本発
明の特定の結合剤光学膜複合物を構成するには、初期被覆に多数の調整が必要で
ある。これらの調整を以下で述べる。
例えば、研磨シリコン・ウェハなどの基板は、約４．１の屈折率を持つ。表１
の第１方程式に従って、試験表面の効用を最大にするには、選択される光学薄膜
材料が２．０２（つまり、４．１の二乗平方根）の屈折率を持たなければならな
い。最大「みかけの」色変化は、シリコンの場合、窒化けい素（Ｓｉ3Ｎ4）また
はけい素／二酸化けい素複合体など、ほぼ２．０の屈折率を持つ材料により達成
される。同様の屈折率を持つ他の光学薄膜材料として、酸化すず、酸化亜鉛、酸
化クロム、チタン酸バリウム、硫化カドミウム、酸化マンガン、硫化鉛、硫化亜
鉛、酸化ジルコニウム、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、窒化ほう素、フッ化
マグネシウム、酸化鉄、シリコン・オキシニトリド（ＳｉxＯyＮz）、酸化ほう
素、フッ化リチウム、および酸化チタンなどがある。
窒化けい素
窒化けい素の沈積の１つの方法として、前にａ−Ｓｉ：Ｈの沈積で述べたのと
同様のプラズマ・エンハンス化学蒸着法がある。この技術およびこの技術の変形
は、多数の材料の沈積に適することが認識されている。例えば、Ｓｉ3Ｎ4を生成
する場合、アンモニア（ＮＨ3）ガスをシラン・ガスに添加する。窒化けい素は
、単結晶シリコンや多結晶シリコンの基板上の光学薄膜として、または光学的に
受動的な基板上のアモルファス・シリコンや多結晶シリコン上の光学薄膜として
、よく機能する。
窒化けい素沈積工程とａ−Ｓｉ：Ｈ沈積工程との互換性は、非常に費用効率の
よい組合せを達成する。２つの膜を次のように沈積することができる。ガラス基
板を蒸着システムに取り付け、前に述べたように、厚さ２０００Åのアルミニウ
ムの層をガラスに沈積する。次に、基板をプラズマ・エンハンス化学蒸着システ
ムに取り付け、前に述べたように、厚さ１ミクロンのａ−Ｓｉ：Ｈの層を沈積し
た後、窒化けい素の層を沈積する。この方法により、安価な反射モード試験表面
がガラス基板上に形成される。この方法は、１９６２年１２月１２日にコールマ
ンに発行された米国特許第３，０６８，５１０号に記載された誘電体および可撓
性基板上の被覆の沈積に延長することができる。
窒化けい素の屈折率、または類推によりけい素／二酸化けい素複合体の屈折率
は、蒸着工程で制御することができる。ガスの比率を変化させることができ、あ
るいは沈積率を変化させることができ、当業界に周知の様々な他の方法を用いて
、沈積する光学薄膜の屈折率を制御または選択することができる。
多層膜
多層光学薄膜被覆は、電子ビーム蒸着によって沈積することができる。基板を
真空蒸着室に取り付け、蒸着される様々な材料の２つまたはそれ以上のるつぼの
上に懸下させる。次に、各るつぼを電子ビーム銃で加熱し、結晶厚さモニタで蒸
着率を監視する。各るつぼは、可動シャッタで覆われている。シャッタを交互に
開閉することにより、所望の多層の積重ねが沈積されるまで、または多重成分膜
が沈積されるまで、基板は各蒸気流に順次露出される。上述の手順は、複数層の
様々な光学薄膜材料または特定の屈折率が得られるように特別調整した多重成分
膜を沈積するために、３つ以上のるつぼを使用するように普遍化することができ
る。
窒化けい素膜を特定の厚さに被覆した試験表面は、可視光の青領域の特定の波
長を抑制し、したがって黄−金干渉色を反射する。以下の例では黄−金干渉色を
用いるが、試験表面の干渉色は、光のスペクトルにおけるどの適切な色にもする
ことができる。色は、選択された基板材料、選択された光学層の化学成分および
屈折率、ならびに被覆層の厚さおよび数に依存する。これらの設計技術を用いて
、光のスペクトルの紫外または赤外領域の信号または背景を持つ試験表面を生成
することができるが、これらの試験表面は、結合分析（bound analyte）の計装
検出でしか使用できない。
例えば、フッ化リチウムは、多層積重ねの１成分を形成することができる。こ
れは可視光に対し１．３９の屈折率を持ち、したがって９２５Åの厚さで緑光に
対する４分の１の波長層を形成する。これは、約９００℃のプラチナるつぼから
蒸着することができる。
チタン膜
チタン膜は、光学膜の形成に特に有用である。こうした膜は、ＳｉＨ4など、
他の光学材料より安全に処理され沈積される材料を使用するので、有利である。
この適用方法も、必要な計装が少なくてすみ、費用効果が高く、高速である。
二酸化チタンは可視光に対し約２．２の屈折率を持ち、したがって５８５Åの
厚さで緑光に対して４分の１波長層を形成する。二酸化チタンは加熱するとより
低級な酸化物に分解するので、蒸着膜は化学量論的（stoichiometric）ではない
。化学量論的二酸化チタンを蒸着するには、電子ビームのパルスを発生させなけ
ればならない。蒸着は約２０００℃で発生する。
有機チタン酸塩は、早期重合やチタン酸塩の凝縮を防止する条件下で加水分解
して、二酸化チタン（ＴｉＯ2）とすることができる。後者の反応（早期重合や
チタン酸塩の凝縮）は塩基触媒作用である。有機チタン酸塩は、水溶性溶媒シス
テムや界面活性剤と混合することができる。選択された溶媒／界面活性剤システ
ムは高い固体含有量に耐え、すぐれた平滑化または展着能力を持ち、水と相互溶
解しなければならない。アルコールや３Ｍ（ミネソタ州）によって製造されるフ
ルオロサーファクタントは、この方法に特に有用である。有機チタン酸塩の加水
分解は、重合や凝縮の前に発生しなければならず、溶媒システムは、望ましくな
い重合反応を防止するために酸性でなければならない。酸によって供給される対
立イオンは、チタン−酢酸の溶解性を改良するために使用することができ、塩化
水素酸が望ましい。非水溶性溶媒システムは使用できるが、有機チタン酸塩が早
期加水分解しないようにしなければならない。溶媒は、被覆溶液の安定性を改良
するために、無水物でなければならない。適切な溶媒として、トルエン、ヘプタ
ン、およびヘキサンがある。界面活性剤は（水溶性溶媒システムの場合のように
）使用する必要は無いが、被覆の特性をさらに改善することがある。
有機チタン酸塩および溶媒システムを混合した後、スピン塗布技術を用いて、
この溶液の予め決められた量を光学基板に塗布する。有機チタン酸塩を非水溶性
溶媒システムと混合する場合は、溶液を動的送出しによって光学基板に塗布する
。動的送出し法で、基板をスピン・コータに取り付け、４０００ないし５０００
ｒｐｍで回転させる。溶液は旋回する基板に塗布され、基板は均等な膜が得られ
るまで旋回し続ける。水溶性溶媒システムの場合、溶液の動的または静的送出し
が可能である。静的送出しの場合、溶液が基板に塗布された後、旋回が開始され
る。必要な旋回速度は、溶液の固体含有率（パーセント）、基板に塗布される量
、および基板の大きさによって異なる。生成されるチタン層の厚さは、固体含有
率、塗布される量、および旋回速度の関数である。
二酸化チタン層は、多くの技術によって基板に硬化することができる。二酸化
チタン層の屈折率は、硬化時の基板の温度、およびそれより程度は低いが硬化工
程の長さによって制御される。硬化工程は炉、赤外加熱ランプ、ホット・プレー
ト、または電子レンジを使用することができる。
二酸化チタンは、この用途に多数の利点を提供する。
１．広範囲の光学基板に安価にかつ容易に適用でき、また製造における危険性が
無い。
２．屈折率を制御することができ、１．６から２．２の範囲を網羅する。したが
って、これを用いることにより２．０の屈折率を持つ窒化けい素と同等の材料を
得ることができる。
３．表面に形成されるチタノールは、その後の誘導プロセス（derivatization p
rocess）におけるシラノールと同様に化学反応する。
チタン酸塩の他に、けい酸塩、酸化アルキル・アルミニウム、およびジルコニ
ウムの対応する類似物を用いて、この方法によって光学薄膜を生成することがで
きる。
二酸化チタンのスピン・コーティングの他に、ポリシラザン（polysilazanes
）を用いて、スピン・コーティングによる窒化けい素被覆を生成することができ
る。これらのプロトコルは、この技術に適用することもできる。光学薄膜を生成
するために、ポリメチルシルセスキオキサン（polymethylsilsesquioxane）やポ
リフェニルシルセスキオキサン（polyphenylsilsesquioxane）（一般式ＲＳｉＯ
1.5）などのＴ樹脂を光学基板または支持板上にスピン・コーティングし、炭化
けい素の表面に適切な屈折率を得ることができる。
最適化手順
基板、光学薄膜（ＡＲ膜）、付着層及び受容性材料の特別な組合せのため、最
適な背景干渉色を選択するためのモデルが開発された。現在までに開発された数
学的モデルは本発明の有用な装置を提供するのに効果的ではないので、これらの
モデルは装置構築の開始点としてのみ利用される。最適化は本発明の装置を提供
するために必要である。説明目的のためだけではあるが、選択される基板はシリ
コンウェーハとして、選択される最適材料は窒化ケイ素とした。観察された最も
コントラストの高い色は、テスト表面上の質量の増加につれてマゼンタに変化す
るイエローゴールドであった。
図３において、本発明の装置に対する各層の最適の厚みを選択する方法が、シ
リコン上の窒化ケイ素膜のために開示されている。ステップ１において、シリコ
ン基板が鏡面もしくは非鏡面のいずれかで設けられる。窒化ケイ素膜はステップ
２、３に示すようにこの表面上に設けられ、加熱及び適切な溶液内でかき混ぜる
ことにより段階的に侵食される。各ステップのタイミングは最長期間侵食に賦さ
れる部分が青白い金色を呈するように、他方侵食に曝されない部分が濃い青色を
呈するように選択される。ステップ５、６では各々検出される検体用の付着層及
び受容性材料層が窒化ケイ素上に設けられる。これらの層は経験に基づいて決定
されてもよいし、あるいは所望であれば、同様に（例えば、この段階的な方法で
）最適化することもできる。ステップ７において、陰性の応答、弱い応答及び強
い応答を記録できるように、ストリップの３つの部分が異なる方法で処理される
分析評価が実施される。その結果がステップ７に示され、テストにおいて最強の
弱い陽性の応答を提供するセクションによって、発明における有用な窒化ケイ素
の厚みを決定することができる。
特に、シリコンウェーハを、ウェーハが濃い青に見えるように、窒化ケイ素の
厚いコーティング（８００Å）で調製した。それから干渉色の光学くさびを作る
ために、光学薄膜材料を熱い燐酸浴の中でウェーハから離してエッチングした。
光学材料は、３００Åが光学くさびの一端に残り、７００Åが光学くさびの他端
に残るようにエッチングした。（１８０℃で窒化ケイ素はおよそ毎分２０Åで除
去された。）
エッチングされ、くさびで止められたテスト表面を付着材料で被覆し、その後
受容性材料で被覆した。反応性表面を陰性の、弱い陽性の、そして強い陽性の試
料で分析した。そして光学材料の厚みを、最も際だった色変化もしくは視覚的コ
ントラストを提供するように思われる光学くさびセグメントで測定した。最適膜
厚は複合テスト表面分析に基づいて最も簡単に選択される。このプロセスは特別
な検体のために得られる視覚的コントラストを最大限活用する。
この経験的評価に必要な厚みの光学くさびを作るために、窒化ケイ素は容易に
エッチングできる。多くの材料は酸エッチングもしくは塩基エッチングプロセス
に影響されやすい。材料をエッチングする他の化学的方法も可能である。膜が簡
単に破壊されるので、特別な光学基板から所望の光学膜を容易に取り除けない場
合、あるいは光学基板が必要なエッチング液に対して安定しない場合、光学くさ
びを生じさせる別の方法も使用できる。例えば、単結晶性シリコンは塩基性溶液
に長時間曝されると安定しない。シリコン上の光学膜が塩基性エッチング液を必
要とする場合、光学くさびは化学的アプローチを用いて発生させることができな
い。
いくつかの代替案がある：（１）光学膜を光学基板上に溶着させ、時間をかけ
て段階的に被覆チャンバーに導入する。新たに露出される各セクションは前に露
出されたセクションより薄いコーティングを受け入れる。（２）基板にマスキン
グを施し、時間をかけて段階的にマスクを取り除く。（３）各々異なる厚みの光
学材料を作り出す幾つかの異なる被覆作業を行ってもよい。（４）特定の材料を
エッチングするためにイオンミリングを使用しても良い。
所定の光学基板及び元の光学薄膜と同じ屈折率の代替光学薄膜のために、この
最適化を繰り返す必要はない。上記の方法を使用して、屈折率２．０を持つ窒化
ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）の４８０−５２０Å膜が結合分析評価において使用されるシ
リコンウェーハ（光学基板）用に必要であると設定した（実施例２を参照）。同
じ付着層と受容性材料を用いて、二酸化チタン（ＴｉＯ2）が屈折率２．０で４
８０−５２０Åの被覆を必要とすることが示された。屈折率が元の材料のものと
正確に同じでない場合、わずかな厚み調節が必要であるかもしれない。
このように、光学薄膜の被覆のために設定される方式が、特定の結合分析評価
にふさわしいテスト表面の製造のためだけのガイドラインとして使用される。予
め選択された基板用に、光学薄膜の平方根従属を用いて適切な光学材料を選別す
る。本発明にとっては、完全な平方根従属からの少しばかりの逸脱は受け入れら
れる。光学被覆の四分の一波長の使用は被覆の厚みに対する初期ガイドにすぎな
い。光学薄膜の厚みはこのように特別な結合材料を考慮して経験的に引き出され
なければならない。本発明の特異的な複合結合光学薄膜は該かる膜を製造するた
めに理論上必要な条件を満たしていない。厚み及び屈折率の規則にも従わない。
驚くべきことに、これらの受け入れられる方式からの該かる逸脱は、質量の変化
あるいは厚みの変化に対して非常に敏感なテスト表面を結果的に生じる。
あまり重要ではないが、特別な付着層及び受容性材料層用の最終テスト装置を
最適化するために、光学薄膜層だけでなく各層の相対的厚みを上述したように変
更させてもよい。
付着層
本発明は更に光学基板もしくは光学薄膜に特異的な受容材を付着させる層を作
り出すための材料及び方法に関する。特に、発明は官能性密度、安定度、及びそ
の層に固定される受容性材料の実行可能性を最適にする付着層を作り出す方法に
関係する。選択される付着材料は生物学的材料もしくは受容性材料と両立しなけ
ればならず、（光学薄膜が含まれていようと、なかろうと）上部テスト表面に物
理的に粘着もしくは共有的に付着しなければならず、好ましくはテスト表面の所
望の薄膜特性を妨げないものでなければならず、また次に続く処理ステップに充
分耐え得るものでなければならない。
固定される受容性材料（もしくは、ある場合には、酵素）の密度及び安定度は
、分析評価テスト表面の性能を最適化するように制御されねばならない。
本発明の有用な装置を得る際の問題点の１つは、他の従来の固相分析評価材料
の微視的回旋状の表面特徴と比較して、薄膜分析評価に使用されるテスト膜の非
常に制限された巨視的及び／もしくは微視的表面領域であると、出願人は判断し
た。多くの場合、光学基板は反射的基板の有毒な影響から受容性材料を保護する
連続付着層で均一に被覆されなければならない。
従来の固相分析評価では、マイクロタイター井戸等の一般に使用される大きな
テスト表面は、薄膜基板に対してより大きな全体表面領域及び微視的回旋状の表
面を持つ。このように、固定される受容性材料の量が、固定化プロセスにより生
じる構造上のあるいは化学的変化から生じる視野の希薄、あるいは実行可能性（
検体を結合する能力）の損失を補償する。更にそれは乏しい配向ゆえに結合のた
めに利用できないかもしれない受容性材料も補償する。こうして、出願人は、直
接的な薄膜分析評価において、表面領域の制限は受容性材料の官能性密度、実行
可能性、安定度及び入手のしやすさを最大限活用するために計画される特別な材
料及び手順の使用もしくは開発を必要とすることを見い出した。
特異的な結合分子の保持のためにケイ質材料を応用するための初期作業の多く
は、親和クロマトグラフィーの応用及び使用されるシリカ（ＳｉＯ2）ゲル、及
びガラス等の固体支持台に起因する。シリカの結合材料に対する初期活性化は、
ジクロロジメチルシランを用いた処理によって達成された。シランを適用するた
めに使用されるプロセスの如何に関わらず、シラン化は化学的手段によって分子
を共有付着させることができる基を導入することができる。
以前は、光学的活性表面は、２個のメチル基をその表面に付着させるために、
シリカ表面で水酸基と結合するジクロロジメチルシラン（Ｃ2Ｈ6Ｃｌ2）を使用
して、疎水性にされていた。こうして、わずかな疎水性が生じる。出願人は該か
る反応は最適な表面反応度を生じないと判断した。図４において、基板上に存在
するシリカ基に結合するはるかに有用なシラン材料の結合を図式で示している。
表面に対する該かるシラン分子の結合だけが、受容性分子との結合用のアミン基
等の利用可能な基を提供する。この図から、この方法で結合できる生物学的分子
の最大数は、シランとの相互作用に利用できるシリカ基の数に等しいことが明ら
かである。対象的に、図５に示すように、本発明のはるかに有用な付着分子は基
板上に存在する（こうして、より強い結合を提供する）シリカ基に関して多価で
あるだけでなく、図に示したＲ基の各々が多価であることができるので、受容性
分子に結合でき、また更に所望であれば、シロキサンで結合することもできる基
に関しても多価である。当業者であれば、特別なシリコン含有基板もしくは他の
基板上で結合され得る受容体分子の量を増加させるために、付着層として使用で
きる等価シロキサンもしくは他の分子を容易に判断することができるであろう。
出願人は、シリコンが次に行われる付着用の固体支持台もしくは基板としてシ
リカと置き代わる時、本発明においては従来のシラン化は不適切であることを発
見した。シランは表面に付着するためにシラノール残渣の存在が必要である。単
結晶性シリコンと共に、シラノール密度は固定反応のために望ましい官能基の密
度を生じるためには不十分であり、従って、最適の受容性材料でないものがテス
ト表面に付着されるであろう（図４参照）。シリカ及び多くのガラスは高いシラ
ノール含有量を持ち、あるいは高いシラノール含有量を提供するように容易に処
理できる。しかしながら、シリコンも、シリカもしくはガラスでは見られない、
生体分子にとって有害もしくは不利益である表面の影響を持ち込む。該かるシラ
ン化プロセスも処分を必要とし、多くの場合、監視及び制御するのが退屈で困難
である危険な材料を生じさせる。このシラン化プロセスはあるレベルの反応度を
提供する一方、多くの応用に必要なレベルの感度を提供しない。それに加えて、
アミン含有シランは多くの独特の困難を導き出す。その１つはアミン官能化シラ
ンが水溶性であり、アミン基が改質表面からシランの加水分解を触媒することで
ある。出願人は、重合体で改質されたシラン、例えば、ＰＥＩ改質シランまたは
その当量は、本発明の装置において官能的に優れていることを発見した(図５)。
好ましい態様において、付着層は均一の方法でスピンコートもしくはエーロゾ
ルスプレーコートされる。様々な中間材料が５Åから５００Åの間の厚み（それ
より多い量も使用できる）で基板に被覆される。該かる層は以下の機能を果たし
、以下の特徴を持つ材料で形成することができる：受容性材料のために好ましい
環境を作り、受容性材料が（好ましくは費用効果的な方法によって）活発な官能
度で結合されるようにし、光学基板にしっかりと粘着し、均一に被覆され得る。
直接的な目視による検出方法論のために理想的には、表面活性化技術は基板の
表面に非常に緻密な均一もしくは等角の膜を導入する一方で、安定性のために表
面の共有改質を提供するべきである。共有付着のない強く吸着された等角膜が適
切であるかもしれない、例えば、単結晶性シリコン、巨視的に平面で均一の光学
ガラス、金属化ガラス及びプラスチック等の適当な基板は、光学層（つまり、Ｓ
ｉＯ、ＳｉＯ2、ＳｉxＮy等）で被覆されていようとなかろうと、共有付着のた
めに利用できる反応基が不足しているが、本発明では有用である。一度塗布され
ると、付着層は共有もしくは吸着性相互作用により、緻密で機能的である特異的
な受容材の粘着を支える環境を提供すべきである。この付着層は初期光学基板の
有毒な影響から特異的な受容材を分離するため、充分な厚みを持っていなければ
ならない。
このテスト表面の製造に使用できるであろう材料の３種類の例について説明す
る。図５において、非線形分岐重合体シロキサンが基板に対する共有付着の要件
を満たすことができ、反応性及び安定性膜において受容性材料を粘着させるであ
ろう。これらの重合体は典型的に、（ペトラルカシステムによって製造される）
アミノアルキル、カルボキシプロピル、クロロプロピル、エポキシシクロへキシ
ルエチル、メルカプトプロピル、フェネチル、フェネチルスルホナート、ビニル
、メチル、及びメタクリロキシプロピルを含む、多くの異なる官能性（Ｒ）を表
面に導入することができる２〜３の分岐点を含む。少しばかりのシラノールでも
付着に利用できるので、これらの重合体シロキサンは窒化ケイ素層が上部表面で
ある時に特に有益である。分岐の末端で官能性を有するＴ構造のポリジメチルシ
ロキサンはカルボキシ、プロピル、及びビニル基（ペトラルカシステム）を含む
。これら材料の代表的な例が米国特許4,208,506、3,530,159、4,369,268に記載
されており、参照のためここに挿入した。
これらのテスト表面の製造において有用性を示す材料の第２群は、一般にスチ
レン／ポリブタジエンの混合物で構成される共重合体で、等角の表面活性剤もし
くは膜形成ラテックスである。これらの調製品は溶液中では粒子として作用する
が、表面で、あるいは乾燥された時に、粒子状の性質を保持してはいない。これ
らの材料は表面の微視構造に強く粘着するように作られる。Seradynが販売する
ＴＣ７及びＴＣ３粒子、及びBangs LaboratoriesもしくはRhone-Poulencが販売
する表面活性剤（アミドもしくはカルボン酸）は、本出願に特に良く適合する。
類似する膜形成ラテックスもしくはスチレン／ブタジエン／他の共重合体も使用
できる。
この種のテスト表面の製造に有用である別の綱の化合物は、デンドリマー、ス
ターポリマー、もしくは分子自己組立ポリマーである。これらの重合体は一度乾
燥させた表面に強く粘着する。これらの材料は周期的な方法で作り出され、各周
期が材料の新しい世代を作り出す。どの材料世代も本出願において使用すること
ができるが、（図１７に図式的に示す）世代５は最良の反応性を提供することを
示している。これらの材料は米国特許4,507,466; 4,588,120; 4,568,737;
4,587,329に記載された材料で作られ、これらの材料で構成される。三元デンド
リマーの代表は図１７に示したポリアミドアミンである。この図において、Ｙは
二価アミド部分を表す。-CH2CH2CONHCH2CH2-及びYNが反復単位である。末端基は
図１７に示すようにアミンであってもよいが、次の世代のために樹脂状結晶分岐
として作用する活性基であれば何であってもよい。他の適当な二価部分はアルキ
レン、酸化アルキレン、アルキレンアミン等を含み、末端はアミン、カルボキシ
、アジリジニル、オキサゾリニル、ハロアルキル、オキシラン、ヒドロキシ、カ
ルボン酸エステル、もしくはイソシアナト基である。
これらの材料の全ては、固体支持台上の展伸能力を改善する有機溶剤に対して
安定している。これにより、付着層が制御しやすく、大量に製造できるスピンコ
ート技術により作られるようになる。別の塗布方法はディップコート、スプレー
コート、もしくは他のエーロゾル技術を含む。硬化プロセス（一般的に熱処理）
の後、受容性材料と接触する有機溶剤が残らないので、有機溶剤の使用も可能で
ある。硬化プロセスは光学テスト表面に対する付着層の粘着を向上させ、重合及
び凝結プロセスの操作を助ける。これらの材料及びこれらの付着層の正確な製造
方法の各々の評価を下記の実施例５、６、７に示す。
シロキサンは本出願において有益である材料の一般的な綱を指している。シロ
キサンは水溶性ではなく、水性コーティング溶液もしくは試料と接触しても加水
分解しない。分岐構造及び重合体という特徴の故に、重合体構造はシランとして
単一の孤立した島を形成する（図４）のではなく、テスト表面上に連続膜（図５
）を形成する。シロキサンの高度に交差結合した構造は全体の表面視野を増加さ
せる。シロキサン膜の屈折率は制御することができ、あるいはシロキサンの側鎖
の中に組み込まれる官能基と共に変化することができ、それによって他の層と相
互作用させて適切な干渉膜を作り上げる。
シロキサンは基板を共有改質するが、その後の層間剥離なしに表面に粘着し、
機械的操作に対して安定であるその他の材料も有用であるので、これは本質的な
特徴ではない。重合体を基板に被覆する方法は半導体製造業者の間で公知である
。
必要ではないが、所望の特性を伝える付加的な材料を付着層に付着させてもよ
い。この層は受容性材料の配向、例えば抗体を配向するためにタンパク質Ａ及び
タンパク質Ｇの使用を改善することができるであろう。他に使用できる材料とし
ては、アビジン・ビオチン、合成タンパク質もしくは組換えタンパク質Ａ／タン
パク質Ｇ断片、あるいはペプチドまたは結合Ａ／Ｇペプチド等がある。
受容性材料を付着層に付着させるための固定化化学は付着層及び受容性材料両
方の特性に基づいて選択される。受容性材料はこの材料に共有的あるいは受動的
に付着することができる。付着層が共有付着のために特に適合される場合、付着
層を活性化させるための付加的なステップが必要となろう。様々な活性化及び結
合手順を使用することができ、例えば、受容性材料を粘着させるために光活性ビ
オチンを使用できる。通常、それは受容性材料を付着層に受動的に吸着させるの
に充分であり、従って、固定化化学手順の時間と費用を節約する。
受容性材料
受容性材料は特異的な結合対の一部分として限定され、次のものを含むが、そ
れらに限定されることはない：抗原／抗体、酵素／基板、オリゴヌクレオチド／
ＤＮＡ、キレーター／金属、酵素／抑制剤、細菌／受容体、ウイルス／受容体、
ホルモン／受容体、ＤＮＡ／ＲＮＡ、ＲＮＡ／ＲＮＡ、オリゴヌクレオチド／Ｒ
ＮＡ、及び他の化学種に対するこれらの化学種の結合と共に、無機化学種とこれ
らの化学種の相互作用。
付着層に結合される受容性材料は特に関係のある検体を結び付ける能力によっ
て特徴付けられる。受容性材料として使用できる種々の材料は、二次特異的パー
トナーと（選ばれる試料に関して）選択的に結合するであろう材料の種類によっ
てのみ制限される。受容性材料の全体的な綱に含まれる材料の亜綱には、毒素、
抗体、抗原、ホルモン受容体、寄生虫、細胞、ハプテン、代謝産物、アレルゲン
、核酸、核材料、自己抗体、血液タンパク質、細胞の残骸、酵素、組織タンパク
質、酵素基板、補酵素、ニューロン伝達子、ウイルス、ウイルス粒子、微生物、
タンパク質、多糖類、キレーター、薬剤、及び特異的な結合対の他のメンバーが
ある。このリストは薄膜分析評価システムを作るために、付着層に被覆すること
ができる多くの異なる材料の幾つかを含むだけである。関係のある選択された検
体がどのようなものであれ、受容性材料は特に関係のある検体と結合するように
計画される。関係のある検体を含むマトリックスは、流体、固体、気体、もしく
は粘液、唾液、尿、排せつ物、組織、骨髄、脳螺旋流体、リンパ液、血しょう、
全血、たん、緩衝液、抽出液、精液、膣の分泌液、及び心膜の、胃の、腹膜の、
胸膜の、あるいは他の洗浄剤等であってよい。関係のある検体は抗原、抗体、酵
素、ＤＮＡの断片、損なわれていない遺伝子、ＲＮＡの断片、小分子、金属、毒
素、環境動因、核酸、細胞質成分、毛または鞭毛の成分、タンパク質、多糖類、
薬剤、あるいは表Ａに記したような他の材料であってよい。例えば、表Ａに記し
た細菌のための受容性材料は、特に表面薄膜成分 - タンパク質もしくは脂質、
多糖類、核酸あるいは酵素を結合することができる。細菌に対する特異的な検体
は多糖類、酵素、核酸、薄膜成分、あるいは細菌に応じて宿主により作られる抗
体であってよい。検体の存在は（細菌性もしくはウイルス性の）伝染病、癌もし
くは他の代謝障害または状態を指示するかもしれない。検体の存在は食品中毒も
しくは他の有毒曝露を示すものであるかもしれない。検体は薬剤の濫用を指示し
、あるいは治療剤のレベルを監視することができる。
この技術を利用できる最も一般的に遭遇する分析評価プロトコールは免疫分析
評価である。下記の受容性材料層の構築のために為された議論は特に免疫分析評
価を重点的に取り上げている。しかしながら、一般的な研究は核酸消息子、酵素
／基板、及び他の配位子／受容体分析評価フォーマットに適用される。免疫分析
評価のために、抗体は受容性材料として作用してもよいし、あるいは関係のある
検体であってもよい。受容性材料、例えば抗体は安定した、緻密な反応層をテス
ト装置の付着層に形成しなければならない。抗原が検出されることになっており
、抗体が受容性材料である場合、抗体は関係のある抗原にとって特異的なもので
なければならないし；抗体（受容性材料）はテスト表面に抗原を保持する充分な
結合性で抗原（検体）を結合しなければならない。ある場合には、検体は受容性
材料を単に結合するだけではなく、受容性材料の検出可能な改質を発生させるか
もしれない。この相互作用はテスト表面で質量の増加を引き起こすか、あるいは
テスト表面上で受容性材料の量の減少を引き起こすことができるであろう。後者
の例は、分解性酵素または材料の特異的な固定化基板との相互作用であり、実施
例１３を参照のこと。結合、異種交配、あるいは検体の受容性材料との相互作用
が発生する特異なメカニズムは、本発明にとって重要ではないが、最終的な分析
評価プロトコールにおいて使用される反応条件に衝撃を与えるかもしれない。
一般に、受容性材料は付着層に受動的に粘着され得る。必要であれば、付着層
によりテスト表面上に導入される遊離官能基を、受容性材料のテスト表面への共
有付着のために使用することができる。受容性材料の付着のために利用できる化
学は、当業者に公知である。
受容性材料を付着層に粘着させるために広範囲の技術を使用することができる
。テスト表面は、所定期間の間溶液に全体的に浸漬することにより；不連続な配
列またはパターンで溶液の塗布により；スプレー、インクジェットまたは他の刻
印づけ方法により；あるいは適切な溶剤系からのスピンコートにより、受容性材
料で被覆することができる。選択される技術は、多数のテスト表面を被覆するた
めに必要な受容性材料の量を最小にし、塗布中に受容性材料の安定性／官能性を
維持すべきである。更に技術は非常に均一かつ再生可能な方法で、付着層に受容
性材料を塗布または粘着しなければならない。
コーティング溶液の組成は塗布方法及び利用される受容性材料の種類に依存す
る。スピンコート技術を使用する場合、界面活性剤は光学基板または支持台全体
に亙って受容性材料の均一性を向上させることができる。一般に、コーティング
溶液は受容性材料の付着層に対する受動的粘着を増進するようなｐＨ、組成、及
びイオン強度での緩衝水溶液であろう。選択される正確な条件は開発中の分析評
価のために使用される受容性材料の種類に依存するであろう。一旦特別な種類の
受容性材料、例えば、多クローン性抗体のためにコーティング条件が設定される
と、これらの条件は該かる受容性材料に基づく全ての分析評価にとって適切なも
のとなる。しかしながら、化学的に独特な受容性材料、例えば、多クローン性抗
体及び核酸は、同じ緩衝及び塗布条件の下では付着層に均等にうまく被覆しない
かもしれない。
受容性材料が抗体である時、付着層がＴ構造のシロキサンである場合、適切な
粘着が得られることが示されてきた。Ｔ構造のシロキサンは抗体の相互作用のた
めに非常に均一な疎水性表面を提供する。実施例６を参照のこと。
驚くべきことに、膜形成ラテックスは一般にシロキサンよりも、抗原に対する
はるかに良好な付着を提供する。固体化抗原との抗体の相互作用はシロキサン改
質表面上で改善される一方、基板との酵素反応はシロキサン改質表面に対して、
ラテックス改質表面上で改善される。
上記の材料及び方法は特異的な結合テスト表面の構築を可能にする。テスト表
面は光学基板または支持台、任意の光学薄膜、付着層、及び最後に受容性材料層
で構成される。特異的な結合発生または相互作用の視覚的測定のため、複合干渉
膜が光学薄膜、付着層及び受容性材料を含むように実際上設計される。付着層及
び受容性材料が光学薄膜に被覆される時、選択される初期干渉色が維持されなけ
ればならない。図３を参照のこと。一度表面が受容性材料で被覆されると、関係
のある検体を含む調製品の小さなスポットが表面に塗布される。これは数分間培
養され、すすいだ後、窒素流の下で乾燥される。これは分析評価される試料が陽
性であろうと陰性であろうと、展開される手順管理を発生させる。この管理によ
りエンドユーザーに対して、正確に分析評価プロトコールに従い、キット内の全
ての試薬が正しく作用していることが保証される。手順管理はあらゆる所望のパ
ターンにおいて適用できる。
手順管理と同様に、受容性材料をパターンに適用することができる。このよう
に、装置は光学薄膜が光学基板に塗布された時に、多色光に応じて目視により検
出可能な記号を提供する。受容性材料を含むコーティング溶液はマスクで覆われ
た表面に塗布されてよい。マスクはコーティング溶液に曝されている部分におい
てのみ、受容性材料が付着層に固定化されるようにする。受容性材料で均一に被
覆される表面をマスクで覆い、受容性材料を選択的に不活性化することができる
。受容性材料の不活性化にとって適切な多くの技術がある。生物学的材料にとっ
て最も簡単な技術の１つは、その材料を不活性化するために充分な時間の間、受
容性材料の部分を紫外線放射に曝すことである。マスクは結果の解釈においてエ
ンドユーザーを助けるであろうパターンならどのようなパターンにも設計できる
。
受容性材料のパターンを発生させるために、押印、インクジェット印刷、超音
波ディスペンサー、及び他の液体調剤装置等の技術が適切である。受容性材料は
これらの技術によってパターンに塗布され、所定期間培養され、その後表面から
すすがれる。付着材料の露出部分は受容性材料に類似する不活性材料で被覆する
ことができる。
干渉色の特に有益な組合せは、テスト表面背景もしくは開始点のための黄色／
金色の干渉色を頼りとする。一度質量の増加が表面で発生すると、質量は厚み及
び濃度の直接的な関数であるが、反応領域は干渉色を紫／青色に変化させる。上
述したように、生物学的テスト表面の構築において必要な層を補い、所望の開始
干渉色を維持するために、光学薄膜を調節・最適化することができる。
質量の増大
特異的な結合対の直接的判定を行う薄膜検出方法は、蛍光、発光、及び熱量の
測定等による検出計画、もしくは他のタグ依存検出計画を含む、放射性もしくは
酵素的手段に関して重大な利点を提供する。薄膜システムは小分子の検出に応用
できる。しかしながら、該かる検体は直接目視による、あるいは器具による検出
に対して充分な厚みもしくは光学的密度を作り出せない。出願人は、質量増大の
ための手段が必要であることを発見した。しかしながら、薄膜検出システムは膜
の完全性が維持される時、最適に作用する。このように、該かるシステムにおけ
る拡大のための方法は、検出システムにより課される制限条件を満たす、最も簡
単な可能性のある構造であるべきであると共に、厚みもしくは質量の増加を提供
し、膜の完全性を維持するべきである。
C. Fredrik Mandenires及びK. Mosbach、170 Anal. Biochem. 68、1988は楕円
偏光法的分析評価において、コンカナバリンＡもしくは耐−ＩｇＧ抗体で被覆さ
れた微小シリカ粒子を用いる方法を説明している。シリカ粒子は濃度依存方法で
生物層の見掛け厚みを増すような、生物層に充分近い屈折率を提供する。これら
の粒子は性質上硬質であるが、膜の完全性を維持しない。従って、光散乱が発生
する。
拡大技術は関係のある検体の濃度に直接関係してもよいし、あるいは拮抗的も
しくは阻害分析評価フォーマットにおけるように、関係のある検体の濃度に反比
例してもよい。質量増大もしくは拡大試薬の結合は、テスト表面に対する検体結
合の特異的な関数であり、信号発生試薬の一部として考慮してもよい。
図７において、本発明の装置上の検体の存在を信号増幅により検出できる２つ
の方法を図式的に示している。例えば、受容性材料をラテックス粒子で分類され
た検体に接触させることにより、あるいはその２つを結合させると、受容体検体
層の厚みを増大させる他の手段により、信号を増幅することができよう。あるい
はその代わりに、検体は二次的結合剤を通して酵素で分類されてもよく、その場
合、その酵素に対する基板の準備によって受容体-検体-酵素の組合せが検出され
ないかもしれないが、テスト装置の上に製品を置き、目視で検出できる。出願人
は、基板からの製品の配置を促進するように装置表面が帯電されることを保証す
ることが有利であることを発見した。
質量増大試薬は二次特異的パートナーに受動的もしくは共有付着ができなけば
ならない。質量増大試薬に対する受動的付着の例は、表面活性剤粒子上への抗体
の吸着である。質量増大試薬の二次特異的パートナーに対する共有付着の例は、
抗体に対するセイヨウワサビ・ペルオキシダーゼ（ＨＲＰ、または別の酵素）の
接合である。使用するメカニズムに関わりなく、質量増大試薬は二次特異的パー
トナーと共に安定した製品または付加物を形成すべきである。選択される結合プ
ロトコールは非特異的な結合効果をテスト表面に残すべきではないし、導入すべ
きでもない。質量増大試薬は更に検体との直接的かつ特異的な相互作用が可能で
ある。
このように、発明は薄膜検出方法に依存する分析評価システムにおいて、信号
増幅のための方法を特徴とする。該かる方法には、楕円偏光法、干渉効果、プロ
フィルメトリー、走査トンネル顕微鏡法、原子力顕微鏡法、インターフェロメト
リー、光散乱、全反射、もしくは反射率計技術等があるが、それらに制限されな
い。これらのタイプのシステムにおける使用のために選択される材料は、好まし
くは溶液中である程度の粒子状特性を維持し、表面もしくは支持台と接触すると
同時に安定した薄膜を形成する。膜は基板の所望の滑らかさまたは組織を維持す
るために、好ましくはテスト表面に対して等角である。表面組織の特徴は使用す
る検出方法に依存する。選択される材料も共有または受動的相互作用を通して、
受容性材料または特異的な結合対の一部を粘着させることができなければならな
い。二次特異的パートナーもしくは結合試薬は、その二次特異的パートナーの反
応性及び安定性を保持する方法で、信号増幅材料または粒子に粘着されることが
好ましい。粒子に塗布される二次特異的パートナーは、テスト表面に固定化され
る受容性材料と同じであってもよいし、あるいは適合するものであってよい。二
次特異的パートナーまたは結合試薬と付加的材料との組合せは、粒子、酵素等で
あれ、質量増大または信号発生試薬を形成する。
一般に、増幅を必要とする光学分析評価は、その特性及び特徴が使用される検
出方法のタイプにより決定される基板、光学的二次光学材料、付着層、受容性材
料層、及び質量増大試薬で構成される。一般的な分析評価プロトコールは、関係
のある検体を含むと考えられる試料が、細胞質抗原の抽出等の必要な処理を通し
て処理され、その後二次的試薬または増幅試薬と混合されることを求める。この
混合物のアリコートは受容性材料被覆基板に塗布される。適当な培養期間の後、
物理的すすぎ／乾燥プロトコールにより、あるいはすすぎ／乾燥ステップを含む
装置で、未結合の材料が反応膜から分離される。その後目視または器具により信
号を判断する。二次的試薬もしくは増幅試薬の導入は、試料採集もしくは塗布装
置において凍結乾燥された材料、または分析評価装置に埋め込まれた材料として
、試料に対する試薬の添加により達成される。
重合体固体
本発明において有用な重合体は等角（膜形成）であり、特別な特徴を表面に持
ち込まない。広範囲のスチレン-ブタジエン共重合体は凝集分析評価、免疫分析
評価、及びクロマトグラフィーの応用において利用できる。一般に使用されるラ
テックスは高度に交差結合された、硬質の共重合体である。これらの応用におけ
るラテックス粒子の最も一般的な使用法は、所望の検体の捕獲及び分離のための
固体支持台としてである。低い交差結合によるスチレン-ブタジエン共重合体は
表面活性剤または膜形成ラテックス粒子と指定されている。これらの調製品は溶
液の中では粒子としてふるまうが、表面と接触すると等角膜に対して乾燥状態に
なる。これらの膜形成スチレン-ブタジエン共重合体は広範囲に亙る官能性結合
基を含むことができる。
更に、硬質のポリスチレン粒子も染料の添加による信号発生のために使用され
てきた。これらの粒子は信号発生のためのタグまたはラベルの導入のための代替
方法にすぎない。凝集分析評価及びメンブレンを基礎とする分析評価用の着色ま
たは染色されたラテックスの使用は、広く利用されてきた（再検討のために、L.
B. Bangs, American Clinical Laboratory News、May 1990を参照）。前者の場
合、これらの粒子のための主要な要件は、凝集分析評価において視認性のために
それらの構造を維持し、メンブレンを基礎とするテストの細孔を遮断するように
ゆがまないことである。共有付着が特定の相互作用する化学種に特別な利点を提
供する一方、ラテックスに対する受容性材料の受動的吸着が適切であることがし
ばしばある。
適当な拡大膜形成ラテックス粒子の製造においては、捕獲される検体の見掛け
厚みまたは密度を増すために、膜形成粒子、もしくは二次的反応種と両立し充分
な大きさを持つ表面活性剤の選択が必要である。
二次的反応種は所定時間、適切な温度での培養により、表面活性剤粒子上に固
定化できる。選択される温度は二次的反応種を粒子に付着させるために利用され
る化学、反応種の性質、及び粒子の組成により影響される。温度に加えて、培養
期間の長さ、固定化化学、緩衝液組成（ｐＨ及びイオン強度）、及び二次的反応
材料の量が特定の応用のために最適化されなければならない。
下記に示す特殊な例（１４、１５）は膜形成拡大試薬の製造に使用される方法
のタイプを示すためのものである。記載された条件は該かる拡大試薬の製造に制
限を加えるためのものではない。スチレン／ブタジエン／ビニル共重合体は好ま
しい膜形成ラテックスの組成である。しかしながら、膜形成特性を維持する如何
なるスチレン／ブタジエン共重合体も使用できる。官能基は二次的結合試薬の粘
着または相互作用を支持するであろう化学組成のものであればよく、二次的結合
試薬は関係のある検体と本質的に結合するであろう。Seradynが販売するＴＣ７
及びＴＣ３の調合物、及びBangs LaboratoriesまたはRhone-Poulencが販売する
表面活性剤調合物が好ましい（そのカタログを参照のため挿入する）。従来から
のラテックス粒子（S/B/V-CONH2、S/B/V-COOH、S/V-CONH2、S/R-NH2、S/HYDRAZI
NE、S/V-COOH、S/B-COOH、S/B-CONH2、PS、S/VBC、S/A/B-COOH、PMMA-COOH、S/A
-OH、S/R-OH、及びS/R-SHOと称する）は本発明においてある種の有用性を表示し
たが、膜形成ラテックスより散漫な信号を作り出す傾向がある。
固体の触媒製造
出願人は、薄膜表面に不溶解性の析出生成物を作る酵素／基板の対によって、
より感度の高い光学薄膜分析評価を得ることができることを発見した。この拡大
技術の触媒性は該方法の感度を改善する。本発明において有用な酵素は、グルコ
ースオキシダーゼ、ガラクトシダーゼ、アルカリホスファターゼ等である。しか
しながら、受容性材料に付着され得る特殊な成分を提供し、析出膜生成物への基
板の転化を触媒することができるプロセスであれば、何でもこの技術にとって適
当である。テスト表面に固定化された抗体-抗原-抗体-ＨＲＰの錯体が存在する
時、不溶解性の反応生成物が生じる。生成物はアルギン酸、硫酸デキストラン、
メチルビニルエーテル／無水マレイン酸共重合体、もしくはカラゲーニン等と、
ＴＭＢ（３、３'、５、５'−テトラメチルベンジジン）と酸素遊離基との相互作
用により形成される生成物との組合せ等の析出剤の作用によって析出される。こ
の特別な基板は遊離基がＴＭＢと接触する時はいつでも不溶解性の生成物を形成
する。他にクロロナフトール、ジアミノベンジジン、テトラ塩酸塩、アミノエチ
ルカルバゾール、オルトフェニレンジアミン等の物質も使用できる。これらは約
１０〜１００ｍＭの濃度で使用される。質量の測定可能な増加は酵素共役層と共
に発生する。色信号は基板溶液中に存在する発色団の基本色による影響を受けな
い。表面に析出される質量を増加させる種々の酵素基板系または触媒系が使用で
きる。
髄膜症や連鎖球菌等、人における細菌感染に対して一般的に責任のある細菌群
から引き出された多糖類抗原の低レベルの検出のために、薄膜分析評価における
酵素により分類されたこのような抗体方法の例を実施例１６、１７、１８に示す
。
図６において、その上部表面に様々な層が被覆された基板を持つ多層装置の横
断面を表すグラフが示されている。１例では、これらの層は上部光学基板層に直
接隣接する窒化ケイ素の層、重合体シロキサン等の付着層、及び細菌抗原分析評
価に対する抗体である受容性材料を含む。図７において、検体が存在する場合、
酵素により分類された抗体及び検体を持つ錯体がテスト表面に同時に形成される
。前述の生成物析出物を形成させるために基板が加えられるのはこの塊の上であ
る。
所望であれば、関係のある検体は同時または連続添加プロセスのいずれかにお
いて、質量増大試薬及び固定化された受容性材料と組み合わされてもよい。いず
れのメカニズムもテスト表面に固定化される検体／質量増大試薬錯体の形成を生
じる。このように、質量増大試薬は試料と直接混合されてもよい。この混合物は
次に反応性テスト表面に塗布され、必要な期間培養される。これは同時分析評価
フォーマットである。
ある場合には、付加的な感度は試料の連続添加を行い、続いて質量増大試薬を
添加することにより得られる。如何なるメカニズムあるいは特異的な相互作用も
、質量増大試薬の発生のため利用できる。例えば、核酸は金属等の多数の材料及
びある種の染料をしっかりと結合する、あるいは挿入することが知られている。
これらの材料は特別に固定化される核酸に質量を導入する働きをするであろう。
生成物層の増加は視覚的手段、もしくは楕円偏光法等の器具の使用や光強度差
が増加した厚みにより生じている場所等により判定することができる。受容性材
料酵素錯体はこのように、関係のある検体との直接的相互作用が可能であり、よ
り詳細には、抗原等の検体の証拠である。この変化は光学厚みを測定することに
より検出でき、必ずしも基板材料の光反射力に依存しない。該かる器具の１つは
、米国特許4,332,476、4,655,595、4,647,207、4,558,012に記載されているSaga
x Ellipsometerであり、その開示を完全に挿入し、この明細書の一部とする。
装置
装置フォーマットにおいて上記の多層テスト表面の幾つかの配列が可能である
。最も簡単な分析評価フォーマットは単一使用、単一試料装置である。より複雑
な装置は１つの試料が多数の検体の存在のために審査されるようにする。付加的
な装置は多数の試料を１つの検体またはバッチテストのために審査できるように
する。
単一使用装置は、感染症テスト、妊娠または多産反応等の広範囲の分析評価に
適合可能なフォーマットを使用しやすくする。これらの単一テスト装置を使用す
るためのプロトコールは非常に簡単である。密閉された装置が開けられ、反応性
テスト表面を露出させる。試料がテスト表面に塗布され、短時間の間、例えば２
分間培養される。試料は例えば細菌からの抗原抽出等の前処理を必要としても、
しなくてもよい。テスト表面への塗布の前に試料に二次的試薬を添加することが
必要であってもよい。培養期間が完了すると、無反応の試料が水ですすぐことに
より除去される。装置はテスト表面を乾燥させるために吸い取られる。使用され
るテスト及び質量増大／拡大方法に応じて、分析評価が完了し、あるいは分析評
価は付加的な培養／洗浄／乾燥サイクルを必要とするかもしれない。テスト装置
及びプロトコールは医師の事務所、臨床研究室、家庭またはフィールドテスト用
環境にうまく適合する。装置のまわりに、例えばポリスチレン、ポリプロピレン
、ポリエチレン等、成形装置または射出成形装置に容易に形成される材料で構成
される保護シェルが設けられることが好ましい。多検体もしくは多試料装置は同
様のプロセスを用いて、同様の材料で作ることができる。
単一使用装置
該かる装置の特定の例を図に示す。例えば、一般的に図８Ａ−８Ｇにおいて、
単一使用装置は如何なる大きさの成形装置にも納められるが、この例では、装置
を閉じた時の大きさは長さ1.74インチ、幅2.22インチ、深さ0.375インチである
。装置はテスト表面を保持する基部と、洗浄液と余分な試料を保持するための吸
収性パッドで構成される。装置の蓋はテスト表面から過度の湿気を取り除くブロ
ッターパッドを保持するように設計される。装置の基部にある吸収性パッドある
いは蓋の中のブロッターを固定するため、プラスチックの薄片がリビングヒンジ
によって装置の各部に付けられる。装置の基部と蓋はリビングヒンジによってつ
ながれる。しかしながら、多数の開閉サイクルを可能にする如何なる留め金また
は蝶番の組合せも使用できる。吸収性パッド及びブロッターを装置の中に置き、
これらのカバーを閉じて材料をしっかりと締める。これらのプラスチックカバー
は、吸収性材料の中に含まれる洗浄液及び余分な試料の露出を防止することによ
り、エンドユーザーに対する保護を提供する。装置の蓋は留め金が付いていても
付いていなくてもよいが、密閉シールがあることが好ましい。装置は容易に配置
され、あるいは貯蔵のために便利な大きさであるべきである。装置の全ての構成
要素は、反応性テスト表面を除き、必要であれば殺菌できる。
上部ブロッターパッドには幾つかの独得の要件がある。複合ブロッター材料は
テスト表面の真上に装置の蓋の中に設置されなければならない。蓋が閉じられ、
すすがれたテスト表面がブロッターパッドと接触すると、テスト表面はブロッタ
ーパッドに充分圧縮され、テスト表面から溶液を垂直に選択的に吸い取らなけれ
ばならない。ブロッターパッドは、付加的な洗浄／乾燥ステップのために、新鮮
な乾燥材料がテスト表面に補給されるように、小さなプラスチックスライドの上
に取り付けることができる。ブロッターの初期材料は表面から水を垂直に急速に
吸い取るように、つまり紙が高い吸収率を持つように選択される一方、次の材料
は高い吸収能力を持ち、テスト表面から水平に溶液を取り除く。表面の隣のブロ
ッター材料は光学テスト表面を流してはならないし、こすってもいけない。What
manのグレード１Ｃｈｒペーパーはこの機能を非常にうまく果たすが、代わりの
材料でもよい。高度に吸収性のある材料がブロッターパッドの付加層として使用
され得る。２つの付加パッドがグレード１Ｃｈｒ層との組合せで、２段階乾燥プ
ロセスにとって最適であることが見い出された。層は遊離していても、共に積層
されていてもよい。多段すすぎ／乾燥が必要な場合、ブロッティング材料を支持
するスライドがテスト表面の上に新しいブロッターを置くためのハンドルを持つ
。このハンドルは、ブロッターがテスト表面と接触する時に、移動するのを防止
するため、装置の基部の上の保護シールドの中の開口部に収められる。
反応性テスト表面は装置の基部の上に伸びるピラミッド型の支持台の上に取り
付けられる。すすぎ溶液はテスト表面上を流れ、支持台の表面を下り、吸収性パ
ッドに捕らえられる。更に、支持台は蓋が閉じられた時に、テスト表面がブロッ
ティング材料の中に圧縮されるように、テスト表面を配置する。支持台の上に取
り付けられるテスト表面は０．５ｃｍ2〜１．０ｃｍ2の大きさであり、好ましく
は０．７５ｃｍ2である。目視分析評価のためのテスト表面の大きさに関する唯
一の制限は、無反応のテスト表面が反応領域と対照して目に見えることである。
干渉色変化もしくは陽性の応答に対して生み出される他の信号は永久的であるの
で、テスト装置を密閉し、永久記録として保存することができる。
図８Ａ−８Ｇにおいて、本発明の単一使用装置を示す。特に、装置２０は容易
に成形可能な硬質プラスチック材（クリップ２２付き）で形成され、装置内にあ
るテスト表面に対する損傷を防止し、装置の構成要素の適切な配置を確実にする
。テスト表面が（図８Ｆに示すように）他の内部構成要素に対して浮揚するよう
に、装置の下部表面がくぼみ２４にくぼませられ、そこでテスト表面２６がピラ
ミッド状構造物２８の上に乗せられる。縁の向かい合ったクリップ２２の上に蝶
番３０が設けられ、装置の上半分３２を下半分３４に対して上下できるようにす
る。
特に図８Ｅにおいて、テスト表面２６は前述のようにピラミッド２８の上に乗
せられて、装置の下半分３４に設けられ、表面２６の上に置かれた液体が表面か
らピラミッド２８の下へと流れ、回りの壁３８と同じ高さで配置される上表面を
持つプレート３６の下の囲まれた領域に流れ込む。プレート３６は下半分３４の
１方の側４２に蝶番４０によって取り付けられる。
装置の上半分３２には、１方の縁５０に沿った上半分３２に蝶番４８によって
取り付けられる第２のプレート４６が設けられる。２つのアパーチャ４７と４８
がプレート４６の中に設けられる。プレート４６の下には、矢印５８で示すよう
に、アパーチャ４８（Ｉ）の右手側の位置からそのアパーチャ内の左手位置（Ｉ
Ｉ）へと移動させることができるハンドル５６を備えた可動プレートに沿って濾
過紙５２がある。このような動きは濾過紙５２の移動を引き起こす。
次に図８Ｇにおいて、プレート３６及び４６はそれぞれ蝶番４０と４４のまわ
りの回転により、図８Ｅに示した位置から取り除くことができる。プレート３６
の下には、ピラミッド２８から流れる液体を吸収するための厚いフィルターパッ
ド（吸収材）６０がある。アパーチャ６２はプレート３６の中に設けられ、プレ
ート３６がピラミッド２８の上に当てはめられるようにする。プレート４６の下
には、濾過紙５２、５４及び６４が設けられる。濾過紙５２、５４、６４は前述
のように図８Ｅにおける位置ＩからＩＩへと、ハンドル５６の動きにより蝶番４
８に対して左から右へと動かされる。アパーチャ４２、４４はプレート３６の中
に設けられ、位置Ｉと位置ＩＩにある時、ハンドル５６と協動し、装置１０が装
置の使用中閉じられるようにする。特に、濾過紙５２の露出度は、装置が閉じら
れている時、濾過紙５２の表面がテスト装置２６の表面と接触し、その表面上の
液体を吸収するような程度である。ハンドル５６（及び装着されたプレート６６
）の動きは、装置を再度閉じた時に、濾過紙５２の新しい部分がテスト表面２６
と接触できるようにする。
この装置は標準の手順を用いて製造できる。特に、一度プラスチック鋳型が形
成されると、濾過紙５２、５４、６４は装置の上部部分内に置かれ、プレート４
６がこれらの紙の上に固定されて、上部部分３２内にこれらの紙を保持する。同
様に、プレート３６を固定することにより、濾過紙６０を下部部分３４内に固定
することができる。両プレート３６、４６には、これらのプレートを適所に保持
するために、各々リップ部分６８、７０と係合するように適合される（図示しな
い）縁に沿って、複数の小さな突き出しが設けられる。更に、上部部分３２内に
棚７２が設けられ、プレート４６がその棚の上に乗せられ、内部空間７４の中で
濾過紙５２、５４、６４が動けるようにする。テスト表面２６は接着剤または他
の手段により、ピラミッド２８に容易に取り付けられる。
使用法
図１０において、本発明の方法において装置２０を使用できる方法が示されて
いる。特に、ステップ１において、試料が適切な方法で得られ、処理されて、テ
スト表面への塗布のために準備される。このような塗布は装置を開いて行われる
。ステップ２において、試料は、試料に存在する検体が受容体層と反応できるよ
うに培養される。ステップ３において、試料はテスト表面が洗浄され、余分な液
体はテスト装置を保持するピラミッドの下のフィルターの中へ流される。この段
階で、上部フィルター材料の位置はＩである。ステップ４において装置は閉じら
れが、フィルターがテスト表面を吸い取るように締められる。ステップ５におい
て、適切な基板が加えられ、培養されて、再び上述のようにすすがれる。この時
点で、上部フィルター材は位置Ｉから位置ＩＩへと動かされ、装置は再び閉じら
れて、テスト表面が乾燥される。この時点で、装置は再び開かれ、結果が読み取
られる。
多重テスト装置
一般的に図９Ａ−９Ｅ及び１１において、多検体用に１つの試料を調べる装置
は単一使用装置の特徴の多くを具備している。装置の最初の位置は多くのテスト
表面を露出させ、各々が異なる受容性材料で均一に被覆される。装置はエンドユ
ーザーを助けるために、上部表面上に刻印されるテストプロトコールを有する。
装置にはテスト表面が幾つでも取り付けられるが、５つの独立した分析評価が非
常に簡単に行われる。試料はテスト表面の各々に塗布され、培養される。培養期
間の後、テスト表面は水ですすがれる。テスト表面はすすぎ液と余分な試料を装
置の下部にある吸収性パッドに排水する傾斜した凹地の上に取り付けられる。蓋
が持ち上げられて、第２の位置に進められる。これはブロッターパッドを各テス
ト表面と接触させ、単一使用装置において説明したように、それらを乾燥させる
。蓋が持ち上げられ、テスト表面が再び露出される。単一使用装置の場合と同様
に、テストはこの時点で結果が読まれてもよく、あるいは付加的な培養／すすぎ
／乾燥サイクルを必要としてもよい。装置は必要な多数のステップを収容するた
めに容易に延長することができる。このタイプの装置は薬品の濫用、アレルギー
審査、脳膜炎審査、性的伝染病、ＴＯＲＣＨパネル等のために患者を調べる際に
特に有用であろう。テストプロトコールはかなり簡単であり、医師の事務所、医
療研究所及び関連研究所のテストに適しているであろう。フィールド使用は、尿
もしくは全血が被審査試料である場合なら可能であろう。この例のために、各反
応性テスト表面が受容性材料で均一に被覆された別個の0.75 cm2のテスト片とし
て装置内に表示される。各受容性材料をテスト片の表面を横切る不連続な線また
はスポットで塗布することが可能である。そうすればテスト装置は単一使用装置
のサイズに近付くであろう。
更に、単一使用装置に非常に近い多数の架台を持つ装置を設計することも可能
である。この場合、リビングヒンジで留められた蓋は架台の上に取り付けられた
各テスト表面の上に正確に位置付けられる特定の入口を含むであろう。洗浄液と
余分な試料は各架台を囲む吸収性パッドの中に集められるか、あるいは多孔質の
固体架台を通り下に置かれた貯水槽に流れることができよう。
光学基板もしくは支持台は所望の如何なるサイズにも切断することができ、こ
うして反応性テスト片は必要な如何なるサイズであってもよい。均一に被覆され
たテスト表面は標準のマイクロタイター井戸フォーマットが設計され得る充分な
大きさであることができる。井戸は相互汚染の無い試料塗布のために貯水槽を提
供し、現在のＥＩＡ分析評価自動化技術を開拓する。テスト装置は、予め設定さ
れたｘ、ｙ座標に受容性材料が配置される、如何なる大きさでもよい、簡単なプ
レートであってよく、試料の塗布がこれらの座標から離れて行われる。試料間の
相互汚染は、反応領域を囲む疎水性井戸、他のタイプの物理的障壁、あるいはマ
イクロスポットサンプリング技術によって制御できるであろう。これらのタイプ
の多試料・単検体テスト装置は、半自動化もしくは完全に自動化された器具使用
に適合されるであろう。図１２を参照。バッチテスト用には、目視による判断よ
り器具を使用しての判断が勧められる。バッチテスト表面はブロッターデザイン
、ヒートランプまたは他のこのような装置を用いて乾燥させてもよいし、あるい
は強制空気または窒素乾燥方法を具備してもよい。試料の残渣及び汚染されたす
すぎ液は貯水槽に排水し、そこで処分される前に処理することができるであろう
。あるいは、余分な試料とすすぎ液をテスト装置の密閉されたセクションに引っ
張ることもできるであろう。
バッチもしくは多試料装置は定性、半定量、もしくは定量テストフォーマット
で設計することができる。バッチテスト用表面は如何なるサイズであってもよい
。サイズは単一分析評価で行われるべきコントロール及び試料の数によって決定
される。自動化試料処理装置及び試料塗布装置がテスト表面のサイズに強い影響
を与える。自動化試料処理及びバッチテストの応用には、血液銀行用の血液審査
と共に医療及び関連研究所用のものが含まれる。これらの研究所は大量かつ限度
のあるテストメニュー；大量かつ大きなテストメニュー；あるいは少量かつ大き
なテストメニューを必要とするかもしれない。テスト表面デザイン上の柔軟性は
これらの要件全てが単一光学検出方法で満たされることを可能にする。試料の量
もしくは実施されるテスト数を増加させるために、付加的な試料処理及びテスト
装置操作が必要とされるかもしれない。
特に、図９Ａ−９Ｅにおいて、本発明の多テスト装置が図式で表示されている
。この特殊な例は、大腸菌、連鎖球菌Ｂ、連鎖球菌肺炎、Ｈ．インフルエンザ、
Ｎ．髄膜症の存在を突き止めるためのテスト用に設計された。一般に、この装置
は複数のテスト装置、つまり５個のテスト装置、１００、１０２、１０４、１０
６、及び１０８で構成される。装置は上部の摺動可能なカバー１１０、及びワイ
ヤーループ１１６を使用してセクション１１２から取り外し可能な、大きな分厚
いフィルター材料１１４を含む下部の棚部分１１２を有する。上部カバーには５
個のアパーチャが連続したものが３個、１２０、１２２、１２４と、大きな方形
のアパーチャ１２６が設けられる。その下面には、フィルター材料で作られる２
つの吸収性スポンジ１２８と１３０が設けられ、カバー１１０の下部表面に接着
剤で固着される。１４６、１４８、１５０で示すような一般的な標識をカバー表
面に設けてもよい。
更に、カバー１１０の内部表面からおよそ４ｍｍ伸びる、１３２、１３４、１
３６、１３８、１４０、１４２で分類される、３個づつ連続した円筒形伸張部分
が設けられる。上部カバーの各列のアパーチャがテスト装置の上に、あるいは必
要に応じて、下部部分１１２にある他の標識の上に特別に配置できるように、円
筒形伸張部分は部分１１２の下部部分に設けられた空間１５２と係合するように
適合される。この動きは図９Ｂにおいて一般的に矢印１５４と１５６で示される
。
下部部分１１２には更に、テスト表面１００、１０２、１０４、１０６及び１
０８上の余分な液体が部分１１２内に排水され、フィルター１１４によって吸収
されるように配置されるアパーチャ１５８が設けられる。下部部分１１２には更
に、１６０で示される一連の指令が設けられ、それらは摺動可能な部分１６４に
沿った空間１５２に対する、円筒形の伸張部分１３２、１３４、１３６、１３８
、１４０及び１４２の係合により指図されるような段階的な方法でカバー１１０
が移動するにつれて順に現れ、装置のユーザーが発明の分析評価を実施するため
にどのようなステップが必要であるかの指示を得られるようにする。上部及び下
部部分は、濾過紙１２８、１３０を分析評価手順において適切な時に、各テスト
装置の表面と接触させるように構成される。
図１１において、図９に示した多分析装置の使用法を図式で示している（上部
部分対下部部分の伸張部分は特に示していない）。ステップ１では、試料が集め
られ、適切な試薬がそれに混合される。試料は各テスト装置に塗布され、装置は
テスト表面が該かる塗布に賦されるように１刻み動かされる（つまり、１つの円
筒形伸張部分が矢印１５６に沿って次の空間１５２に動かされる）。ステップ２
において、第１のフィルター材料１３０がテスト表面と接触するように、表面が
再び動かされる。このステップの前に、テスト表面が洗浄され、洗浄液はアパー
チャ１５８を通りフィルター１１４に排水されるようになる。ブロッティングの
後、装置は再び１刻み動かされ、テスト表面へのアクセスを可能にし、基板が塗
布される。もう一度、適切な培養期間の後、これらの表面は洗い流され、洗浄液
はフィルター１１４に排水される。次に、上部表面が１刻み動かされ、フィルタ
ー１２８がテスト表面と接触する。２つの表面がお互いに対してもう一度移動す
ると、結果の判別が可能になる。プロセスの各ステップにおいて、アパーチャ１
２６はユーザーが取るべきステップを指示し、こうして装置の誤った使用を防止
する。
図１２は本発明において有用な３つのバッチサンプリングコンセプトを図式で
示している。第１の装置（図１２の上部）は前述したように準備された、光学的
に活性な検体反応性テスト表面＃１を含む。テスト表面＃１は個々の試料井戸＃
３を作り出すプラスチック装置＃２に溶融接合されるか、糊付けされる。最終的
な装置は９６の井戸マイクロタイタープレートと全く同じ方法で形成され処理さ
れる。このテスト表面＃１の配置は如何なる市販のマイクロタイターに基づく処
理システムにも容易に適合され得る。
バッチテスト用の第２の配置は単一使用装置に非常に類似した装置であり、ク
ィックパネル審査分析評価（図１２の中間を参照）において特に有用であろう。
装置は蝶番＃７によって底部容器＃５に蝶番式に取り付けられる蓋＃１を含むよ
うに形成される。底部容器＃５は余分な試料と洗浄液を吸収するための吸収材＃
６を保持する。蓋＃１は分析評価プロトコールにおいてテスト表面＃４を乾燥さ
せるために使用されるブロッター＃２を含む。テスト表面は架台＃３の上に装着
され、洗浄工程を容易にする。保護カバー＃８と＃９がブロッター＃２と吸収材
＃６を装置内の適所に保持する。
第３のコンセプトは＃２で表される反応性領域を含む、光学的に活性な検体反
応性テスト表面＃１を含む（図１２の下部参照）。反応性領域＃２はスポットコ
ーティングにより、受容性層の選択的不活性化、もしくは反応領域間の物理的障
壁により作ることができる。試料は反応領域（＃２）に塗布され、次にすすぎ液
と余分な試料が排水口＃３を通して流し出される。
別の配置では、テスト表面は縦の縁の片方もしくは両方にあるフィルター材で
一連の縦のストリップとして作ることができ、９６井戸の配置の中に適合するよ
うに配置される。
器具使用
試料がテスト装置の表面と接触した後、器具を用いて検体結合を検出すること
ができる。該かる器具の１つはSagax Ellipsometerである（米国特許4,332,476
、4,655,595、4,647,207、及び4,558,012を参照、その開示をここに完全に挿入
し、本明細書の一部とする）。この技術にふさわしい別の器具は伝統的なナル楕
円偏光計、薄膜アナライザー（図１４参照）、プロフィルメーター、偏光計等を
含む。干渉膜がテスト表面構造に含まれる場合、定量分析には単純な反射率計（
図１４参照）が適切である。
図１３において、光とテスト表面の相互作用を検出する先行技術の方法が示さ
れている。先行技術においては、該かる検出を可能にするために２つの偏光子が
設けられる。特に、＃１はこの先行技術の器具において使用される白い光源に相
当する。多色光を発生させるために標準的なハロゲンランプが使用される。光は
位置＃２において偏光子に入射し、次に直線的に偏光される。直線偏光された光
は、テスト表面＃４に対して７０゜である基準表面＃３に衝突する。直線偏光さ
れた光は楕円形に偏光された光として、基準表面＃３から反射される。次に光は
テスト表面（＃４）に衝突し、位置＃５にある第２の偏光子に反射される。テス
ト表面（＃４）と光の相互作用は楕円形に偏光された光のｓ−及びｐ−成分を逆
転させる。位置＃２と＃５における偏光子は調和し、＃５は＃２に対して９０゜
回転される。基準表面＃３から反射されたものと調和するテスト表面＃４から反
射された光は、偏光子＃５を通過し、検出器（＃６）において完全に消される。
表面＃４と＃３の表面特性に何等かの差があれば、残りの楕円率が強度の増加を
生じさせ、検出器＃６で測定されるであろう。
薄膜及び膜特性の変化の分析に有用である該かる器具は、米国特許4,332,476
、4,655,595、及び4,647,207に記載されたComparison Ellipsometer（比較楕円
偏光計）である。該かる器具の光路は前述のように、図１３に示されている。こ
の器具は表面を横切る厚みの光学くさびを含む基準表面を使用することができる
。厚みの値が光学くさび上に刻みつけられると、テスト表面の厚みは光学くさび
に対して決定される。テスト表面の厚みは光が検出器において消される点におけ
る光学くさびの厚みに等しい。
器具は直線偏光多色光の反射により生じる楕円形の偏光度を２つの表面間で比
較することに基づいて操作される。入射多色光はコリメートされ、直線偏光され
る。偏光された光は、テスト片のものと同様の、または全く同じ光学特性を持つ
反射基板である、基準表面から斜角で反射される。反射光は次に反射の結果、楕
円形に偏光される。楕円形に偏光された光はその後テスト表面から反射される。
テスト表面及び基準表面はお互いに対して垂直に配置され、テスト表面からの反
射の後、光が再び直線偏光され、そこでテスト表面と基準表面が光学的に同一に
なる。それらの厚み、及び／もしくは屈折率が同一でなければ、その光はある種
の楕円形の性質を保持している。楕円率は屈折率及び厚みの差の関数である。次
に第２の偏光子を使用して光を濾過し、同一膜に対応する直線偏光された光を取
り除く。楕円率の増加は第２の偏光子を通過する光透過の増大を招く。こうして
、厚みもしくは屈折率の変化は光度の変化に変換され、それは次に従来の技術を
用いて測定できる。この方法で比較楕円偏光計を使用して、＋／−５Ａまでの解
像度が達成できる。従来からの楕円偏光計と異なり、比較楕円偏光計は幅広い視
野測定を可能にするように設計されている。この特徴は反応領域全体の同時測定
を可能にする。従って、異質結合もしくは反応パターンによる測定誤差は生じな
い。
本発明の応用にとって、より有用な基準表面は均一なものである。分析される
テスト表面が視覚的解釈のために着色信号発生用の全ての要素を持っている場合
、基準表面も光学薄膜コーティングを包含しなければならない。この付加的なコ
ーティングは器具を使用する分析には不必要である。テスト表面上の厚みもしく
は質量の変化により生じる信号を最大限活用するために、基準規格はテスト表面
、基板、付着層、及び受容性材料よりおよそ５０〜１００Å薄くするべきである
。これら２つの表面があまりに近接して調和すると、厚みもしくは質量の小さな
変化が強度に生じさせるのは、元の背景強度に対してわずかな増加だけである。
背景強度がある最低より上であるか、あるいは充分に明るい時、わずかな厚み変
化に対して強度の変化は劇的に増加する。この基準表面で、厚みもしくは質量の
全ての変化は、テスト表面の初期の読みに対して検出器で測定される光の強度に
おいて劇的な変化を生じさせる。強度の変化は塗布次第で厚みの増加あるいは減
少を反映することができる。実施例８、１２、１３、１６、及び１７を参照。器
具を使用した読みプロトコールは実施例２１に示している。
テスト表面上での特異的な結合反応の分析のために、多数の修正により比較楕
円偏光計の性能が大いに改善される。元のデザインは表面検査のために観察者の
目に頼っている。
図１４において、偏光子が全く設けられない２つの装置が示され、その場合薄
膜は１つのフォトダイオード、フォトダイオードアレイ、もしくはＣＣＤ検出器
配列か、あるいは反射率計、光電子増倍検出器のいずれかにより分析できる。
検出器は接眼レンズが元の器具に配置される場所に取り付けられる。更にそれ
は光の一部を検出器に反射させ、残りを試料の視覚的配列のために接眼レンズに
反射させるため、部分的に銀めっきされた鏡またはビームスプリッターセットを
４５゜に組み込むことにより、光路側に対して９０゜に取り付けられる。鏡が光
路に挿入された場合、検出器に達するスポット強度は利用できる光の断片にすぎ
なくなる。検出器が鏡なしに光路の中に直接置かれる場合、試料強度の１００％
が検出器に達する。ビームスプリッター及び接眼レンズが装置の中に含まれる場
合、注意しないと、検出器上の光学信号入射を低下させる漂遊光が導入されるこ
とがある。
フォトダイオードアレイは個々のフォトダイオードを反応領域もしくはスポッ
トの強度を測定するために供するようにプログラムすることができる一方、他の
フォトダイオードアレイが背景を測定したり、あるいは領域を制御する。スポッ
ト強度及び背景強度の同時測定により、テスト表面背景のために各々の読みが正
確に訂正される。
線形アレイもしくはマトリックスアレイのいずれも使用することができる。線
形アレイはアレイにおいて利用できるサイズ及び解像度に依存する、１つの予め
設定された試料スポットの軸に沿った測定だけを行うことができる。マトリック
スアレイは全反応スポットと背景の測定を行うことができよう。
器具は更に、如何なる背景信号も捕らえることなく、異なるスポットがフォト
ダイオードを満たすことができるように、可変拡大機能もしくはズームレンズを
含むように修正することができる。
特に、２つの該かる器具が図１４ａ及び１４ｂに図式的に示されている。薄膜
アナライザー（図１４ａ）は単色光源＃１を使用する。光が充分直線偏光されな
い場合、位置＃２にある偏光子が光を偏光するために使用される。偏光子＃２は
光の最大強度がテスト表面＃３へと通過できるようにするために配置されなけれ
ばならない。初期偏光子を相殺することにより、入射面に対して垂直に偏光され
た光成分が、入射面に対して平行に偏光された光に加えて、表面と相互作用でき
るようになる。光は法線から５０〜７５゜外れ、ブルースター角から充分に外さ
れた角度でテスト表面＃３に衝突する。偏光子／検出器はテスト表面に対する入
射光源と同じ法線からの角度で設定される。偏光子は全体の光の吸光度のために
偏光子を配列するセッティングを越える２゜〜１５゜に設定される。法線から３
０゜〜４０゜外れた入射角は非常に希釈した試料の適切な解像度を提供するが、
全ての応用に対して充分な範囲を提供することはできないかもしれない。第２の
偏光子、もしくはアナライザー偏光子は、光が６５゜以上の角度で表面に入射す
る場合、背景信号を適切に最小限にすることはできない。しかしながら、動的範
囲は背景信号に於ける電子的減少のために準備するのに充分である。光は検出器
＃５で測定される前に、テスト表面＃３から位置＃４において偏光子／アナライ
ザーを通って反射される。検出器は１つのフォトダイオードであっても、あるい
はフォトダイオードアレイであってもよい。ブランクのテスト表面が試料位置に
置かれ、第２の偏光子を配列するために使用される。第２の偏光子は、最低限（
検出器への光の最大吸光度）から少しだけ外れるように、第１の偏光子に対する
角度で配置されるべきである。このように、テスト表面の背景は低い検出可能な
信号を生み出すが、光強度の変化は今や厚みの変化の関数である。実施例２６を
参照。
反射率計（図１４ｂ）は色の変化または強度の変化の測定を可能にする非常に
簡単な器具である。位置＃１において、標準的なハロゲン光源が使用される。こ
れは多色光を提供する。光源＃１は最大強度の入射光がテスト表面＃２に衝突す
るように、テスト表面＃２に対して配置される。検出器＃３は増倍型光電管等で
あってよい。光がテスト表面＃２に衝突する角度は、検出器＃３がテスト表面＃
２に対して配置される角度を決定する。
図１５において、１つの特殊な例では、半反射鏡がズームレンズと接眼レンズ
の間に４５゜で導入された。視野の中間に、焦点を合わせて適切に配置された接
眼レンズ内に、楕円の十字線が設定された。十字線は平均試料スポットサイズに
合うように選択された。光路の中心線上に、光学軸から９０゜反射されて、十字
線のサイズに合うマスクが設定された。十字線に対する鏡の中心からの距離は、
マスクに対する鏡の中心からの距離に等しい。鏡は、十字線内に見られる画像が
マスク内に現れる画像と同一であるように、ねじを調節して取り付けられた。数
ミリメートルの距離で、マスクの背後に、マスクを通過する光、及び従って選択
された画像からの光を読み取るためにだけ配置される光電性セルが装着された。
半反射鏡は二次画像が第２の表面から現れるような厚みのものである。これはビ
ームスプリッターとして適切に被覆された薄いマイラーメンブレンを用いて除去
される。
白光または単色の一定の光源が、フィードバック能力を持つ電源を用いて提供
される。ランプの光出力を監視するフォトレジスターが、元の器具のランプハウ
ス／ヒートシンクの内部に装着される。光出力が変化すると、対応する抵抗変化
が発生し、それによりランプに送られる電流／電圧に影響を与える。
電源はフォトレジスターが遮断される間に、ランプに＋１５ＶDCを送るように
設定される。フォトレジスターが接続されると、電源は＋１５Ｖの電源で作られ
るレベルで光出力を維持する。器具が定量分析に使用される場合、一定の光源が
必要である。更に、器具はフォトダイオード検出器増幅器の出力が、コンピュー
ターまたは他の専用装置におけるアナログ・デジタル変換機ボードに出力できる
ようにする、ＢＮＣポートで修正されてもよい。専用装置もしくはコンピュータ
ーは入力信号を読み、指名し、入力を記憶し、指名された入力を操作し、つまり
、統計的分析等を行い、そして入力データ及び入力から引き出されたその他の必
要な計算を印刷する。
特に、図１５は図１３に示した先行技術の器具の修正を図式的に示している。
一定の電源が位置＃１で使用される。電源は白い光源＃２と検出器＃１２の両方
に供給する。白い光源は標準的なハロゲンランプであり、多色光を提供する。前
述したように、光は位置＃３で偏光子を通過し、直線偏光される。偏光子＃６は
位置＃３にある偏光子に対して適合し、交差するように置かれる。基準表面＃４
とテスト表面＃５は前述した通りである。この器具では、光が偏光子＃６を通過
する時、光は位置＃７にあるビームスプリッターに衝突する。このビームスプリ
ッターは、光の一部が検出器＃１２で受け取られ、一部が位置＃１１にあるＣＣ
Ｄカメラで受け取られるように、光を分離させる。ＣＣＤ＃１１はユーザーがテ
スト表面＃５を器具の視野の中心に配置できるようにする。検出器に分離される
光は位置＃９でマスクに衝突する。マスクはテスト表面＃５上の試料スポットが
十字線＃１０の中心に正しく置かれる時、マスク＃９を通り検出器＃１２へと通
過する光が試料スポットからのみ反射されるように、位置＃１０で十字線に合わ
される。位置＃８のズームレンズは十字線に対する試料スポットの位置付けを助
ける。
上述の比較器具のために使用される光路は多数の応用のために望まれるものよ
り大きい。以下の修正案では光路を減少させることが可能である。レーザー光源
（ガスレーザーまたはレーザーダイオード）から放出される光は既にコリメート
され、偏光されているので、コリメーティングレンズシステムは簡略化もしくは
省略できる。直線偏光子が光源に近接して配置される。この偏光子はレーザーが
しばしば偏光されるので必要でないかもしれない。基準表面は試料表面に対して
６０゜〜７０゜に配置される。基準表面及び試料表面の入射面はお互いに直交す
る。アナライザー偏光子は最大吸光度が基準位置と試料位置に置かれる２つの同
じ表面のために発生するように配向される。両偏光子はそれらの表面が光ビーム
に対して垂直に配置されることが重要である。信号を集め、処理し、記憶するた
めに、適切に小さな検出器とエレクトロニクスを使用することができる。高精度
を得るために、偏光子は１０5の吸光度以上を供給するべきである。図１６を参
照。偏光子は光源と検出器の表側に建てられているが、図ではラベルによる分類
はされていない。
薄いアナライザーは前述の器具の基準表面の要件を取り除き、サイズの縮小を
容易にする。比較に基づく器具は特別な基準表面が使用される各タイプのテスト
表面のために設計されることを求める。基準表面を変化させるる手段が提供され
ない限り、これは光学基板の範囲、及び所定の器具と互換性のある光学薄膜の範
囲を制限する。この新しい器具はアナライザーの簡単な調節により、薄膜と光学
基板の如何なる組合せをも容易に収容する。器具は厚みの優れた解像度を提供す
るかもしれない。この器具と修正された比較楕円偏光計では、９Ｖの電池もしく
は他の再充電可能な電源により電力を供給することができる。このプロトタイプ
は開口数、画像の明るさ及び焦点における増加を可能にする。そのため、使用さ
れる倍率のレベルをより高くすることができ、それはより小さなスポットサイズ
での作業にとって重要である。更に、試料は比較楕円偏光計で可能であるよりも
っとお互いに近接して塗布されてもよい。
特に、図１６は図１３の先行技術による器具の改良を図式的に示している。こ
の場合、多色光源＃１が使用される。小型レーザーが使用される。偏光子は位置
＃１において光源の真横に置かれる。図１３においてテスト表面＃４の視覚検査
を提供するために、先行技術の器具において使用されるレンズ系は取り除かれ、
全光路において減少を達成できるようにする。テスト表面は位置２において試料
台に休止するように配置される。光は基準表面＃３に衝突し、図１３の先行技術
の器具に関して前述したように、楕円状に偏光される。光は基準表面＃３から、
試料台＃２の上に置かれたテスト表面に反射する。一定の電源を供給し、検出器
＃５を制御するために、小さなエレクトロニクス制御ユニット（＃４）が組み込
まれる。１つのフォトダイオードが検出器＃５として使用される。位置＃６にあ
るダイヤルは試料台＃２を動かし、テスト表面の位置を制御するために使用され
る。試料台＃２は試料スポットを検出器＃５に整列させる予め決められた停止位
置を持っている。試料スポットからの信号だけが検出器により測定されるように
、試料スポットが配置され、検出器＃５がマスクで覆われる。第２の偏光子が検
出器＃５の直前に置かれる。
蛍光方法
更に、これらの光学的に活性な基板、もしくは固体支持台が重点的に取り上げ
られる、器具を使用する態様は反射蛍光方法である。ブルームは均質フォーマッ
ト、異質フォーマット、拮抗的フォーマット、もしくは直接的フォーマットにお
ける免疫分析評価、酵素分析評価、核酸分析評価において生み出される。信号発
生はこの方法において膜厚に依存しないが、該方法は現在の入射光の経路長を二
倍にすると共に、検出器における収集効率を高める。光学的に活性の基板、もし
くは固体支持台はシリコンウェーハ等の磨かれた反射材料であってよい。
標準的な蛍光分光学において、励起光は一度試料を通過する。図１７を参照。
反射基板が使用される場合、蛍光種の励起は入射点及び反射点で発生する。一般
に、主として検出器のデザインを簡略化するため、蛍光放射があらゆる方向に放
射されても、放射（ブルーム）は励起軸から９０゜外れて検出される。例えば、
ポイント検出器では、励起エネルギーは検出器に突き当たらないようにされるべ
きである。回折格子が励起源と共にしばしば使用され、最大ブルームは励起波長
から区別される程度に動かすことはできない。これは高強度の励起源からの影響
、及び溶液と細胞壁からの散乱を減少させるために要求される。反射基板では、
検出器及び入射光は法線から等しい角度である。
試料を通る励起光の通過数を増加させることにより、蛍光分析評価の感度を高
めるための試みが為されてきた。このアプローチは焦点調節のためにより複雑な
光学、高い出力光源、及び大きな収集光学を必要とする。この方法は更に細胞か
らの背景ブルーム、及び干渉生分子または固有の生分子を増加させる傾向がある
。試料の容量及び／もしくは光路長を増加させることにより、感度の向上も達成
できる。本発明の方法はこれらの方法に見られる複雑さなしに、感度の向上を提
供する。
英国特許GB 2 065 298 Aは、蒸発工程により生じる反射性金属基板を使用する
、蛍光分析評価について記載している。検体の結合及び蛍光ラベルに結合される
第３の生物種のために、捕獲層には特に反応性生物粒子を使用している。金属基
板は励起粒子をトラップ（多重反射）に向けさせ、検出器から遠ざけるように向
け直すために配置される。
この特許は、励起粒子が金属基板により暗い囲いに向けて反射されるようにす
るため、光子計数システムを基板から離して配置する。囲いは囲いを打つ全ての
光子を吸収し、それは検出器におけるノイズを減少させる一方、基板から誘導さ
れる多くの信号が反射のために光子計数システムに移動する。検体は湿気のある
培養において反応させられる。
このアプローチのため、光源から始まり、暗い囲いの壁で終わる励起格子の通
路には、高い反射性の金属表面と生物粒子以外は何も存在してはならない。入射
角が反射角に等しく、信号検出システムが基板に対して垂直で、基板からある距
離を置いて配置されることにより、励起粒子は検出システムに向かって散乱しな
いであろう。
本発明は反射基板と受容性の生物層の間の付着層に依存する。この基板と生物
層の間の重合体層は蛍光信号の発生に影響を与えない。付着層は次の化学薬品か
ら選択することができる：デンドリマー、スターポリマー、分子自己組立ポリマ
ー、重合体シロキサン、及び膜形成ラテックス。これらの表面の製造方法は実施
例５に記載されている。反射基板もしくは支持台（光学的に活性な表面）は、単
結晶性シリコン、ガラス／アモルファスシリコン複合材、金属、セラミック、多
結晶性シリコン、プラスチック／アモルファスシリコン複合材、及びこれらの材
料の複合材から選択できる。これらの材料の製造方法は上述した通りである。こ
の方法は試料の量を二倍にすることなく、励起通路長を二倍にする。それに加え
て、反射基板を励起光に対して耐反射性材料で被覆することで、蛍光方法に関連
してしばしば発生するノイズを除去するが、吸光度が空気と膜の界面のみで発生
するので、励起を可能にする。適切な材料としては、窒化ケイ素、ケイ素／二酸
化ケイ素複合材、オキシ窒化ケイ素、二酸化チタン、チタン酸塩、ダイヤモンド
、ジルコニウムの酸化物、及び炭化ケイ素がある。材料及び材料の厚みは励起波
長の光を抑制するように選択される。選択される励起波長は特殊な染料（発蛍光
団）もしくは使用されるラベルに依存する。これらの材料は上述したように製造
される。入射励起の角度が険しくなると、検出器に達する励起光の量を減少させ
る助けをする。
本態様では如何なる数の蛍光分子も使用できる。フルオレセイン、ローダミン
、及びローザミンを含むキサンテン染料等の蛍光分子は本出願に適している。そ
れに加えて、これらの染料のアミノ及びカルボン酸、もしくはイソチオシアネー
ト代理品も適している。１−ジメチルアミノナフチル−５−スルホナート、１−
アニリノ−８−ナフタレンスルホナート、及び２−ｐ−トルイジニル−６−ナフ
タレンスルホナート等のナフチルアミンも有用である。生物分子に対するこれら
の化合物用の接合プロトコールは、当業者に公知である。二次抗体、酵素基板、
核酸プローブに対して、あるいは関係のある検体用の適切に選択される、特異的
な受容性材料に対してラベルを添付してもよい。
本発明において、光学的に活性な、もしくは反射性支持台は、光学コーティン
グまたはＡＲ膜があろうとなかろうと、適切な重合体で被覆されるであろう。次
に重合体層は関係のある検体、つまり抗体に対して特異的な受容性材料で被覆さ
れるであろう。生物学的に反応性かつ反射性基板は関係のある検体を含むと思わ
れる試料と接触させられ、検体を表面に結合するのに充分な時間の間培養される
であろう。検体は表面に接触すると同時に、あるいは逐次、蛍光材料のラベルが
付けられた二次特異的パートナーと混合されてもよい。いずれの場合にも、ラベ
ルは検体ブリッジを通り表面に固定化される。固定化されたラベルは励起光源に
露出され、検出器が蛍光度を測定するであろう。ブルームの量は関係のある検体
の濃度に対して直接的に、逆に、あるいは間接的に測定できる。酵素の活動もし
くは核酸の検出のための同様の計画が当業者によって容易に考えられるであろう
。光源及び検出器は標準的な蛍光光学要素の組合せから選択できる。
検体
連鎖球菌属グループＢ連鎖球菌（ＧＢＳ）、無乳症連鎖球菌は新生児及び母親
の症病率、死亡率の主要な原因である。新生児の感染は敗血症及び髄膜炎を含む
一方、分娩後の生体は子宮内膜炎、しゅう毛羊膜炎、及び敗血症を含む。新生児
にとって、初期発病疾患が誕生から１週間の間に発生する。疾患は呼吸困難、敗
血症、及びショックにより特徴付けられる。米国だけで１０００人の出生当り１
．９〜３．７例があり、死亡率は２６％〜５０％であり、感染した幼児の３０％
が髄膜炎を起こしている。後者のグループでは、５０％が持続的な神経的損傷に
苦しんでいる。年間約２０００人の新生児の死亡の原因がＧＢＳの感染であり、
米国だけで年間ヘルスケアにかかる費用は５億ドルを越えると概算されている。
母親の頸部／膣のＧＢＳ運搬と幼児の感染との直接的な相互関係が論証されてい
る。
ＧＢＳは更に、誕生後３カ月以内に発生する末期発病疾患を発生させる。これ
らの場合の病気は中枢神経系の障害、髄膜炎、及び菌血症によって特徴付けられ
る。これらの疾患による死亡が幼児死亡率の約２０％を占めている。
母親の感染は主として頸部／膣及び肛門である。妊娠中の婦人の５％〜３０％
がＧＢＳで感染されている。母親の感染は早産、難産、早期羊膜破裂、分娩時の
熱、未熟児出産と共に初期発病疾患の原因となることがある。母親の出産前の処
置が新生児の結果を大きく改善し、ＧＢＳの垂直伝染を除去することができる。
しかしながら、母親の頻繁な再感染のため、診断／治療プログラムが妊娠初期で
あれば、母親のＧＢＳ感染の診断、及びその後の処置は垂直伝染を除去すること
ができないかもしれない。初期診断はＧＢＳ感染のため危険に曝されている新生
児を特定することができる。しかし、分娩時にＧＢＳの素早い、敏感かつ正確な
診断のために文書化する必要がある。該かる診断上の道具が利用できれば、母親
の予防処置が分娩発生時に開始でき、幼児に対する処置は誕生時に始めることが
できるであおう。これは新生児に対する危険をかなり減少させることが論証され
ている。
ＧＢＳは５つの血清型から成る。これらはＩａ、Ｉｂ、Ｉｃ、ＩＩ、ＩＩＩと
称される。５つ全ての血清型は臨床感染に包含されている。５つ全ての血清型は
独得である特異的な多糖類属を含み、加えて血清型を唯一特定する抗原をも含む
。特異的な多糖類属が全ての血清型を特定するにつれて、この抗原はＧＢＳの特
定のための免疫学的方法の焦点となってきた。ＧＢＳ診断のための「ゴールドス
タンダード」はいまだに培養特定である。このプロセスはＧＢＳの正確な特定の
ために２４〜７２時間かかる。危険の大きい妊娠はしばしば培養結果が利用でき
るずっと前に分娩を完了するであろう。
ＧＢＳの検出のために多くの市販されている様々な免疫学的テストがある。こ
れらの方法の臨床評価は１２％〜９２．３％の範囲の臨床感度を実証し、平均臨
床感度は５０％〜６０％である。分析的感度は７．６×１０5〜２．１×１０7セ
ルの範囲であると報告されている。これらの方法は素早い診断を提供する一方、
時機を得たＧＢＳの特定のために臨床上の必要性を重点的に取り上げるために必
要な感度を備えてはいない。
例えば、WO 9219969はＧＢＳ用の分析評価を記載しており、そこでは固体支持
台がグループＢの特異的な多糖類の１エピトープである、トリラムノースエピト
ープと特に相互作用する単クローン性抗体で被覆される。モノラムノースエピト
ープに対して特異的である多クローン性抗体が１つの発生ラベルに接合される。
この方法の分析的感度は３×１０4セルに設定される。感度は捕獲剤の厳重な選
択性を通してのみ得られる。該方法はＧＢＳの優勢なエピトープにのみ専念する
。「抗原捕獲剤はＧＢＳ多糖類抗原のトリラムノースエピトープに特に結合する
ための親和力を持つ」、そしてこの抗原捕獲剤は更に「独占的もしくは少なくと
も優勢的にトリラムノースエピトープと相互作用することができ、この捕獲剤と
グループＢ連鎖球菌多糖類抗原の他の成分との間の相互作用は、非常に低率であ
るか、もしくは無視できる程度である（つまり、トリラムノースエピトープとの
相互作用はＧＢＳ多糖類抗原またはＧＢＳ感染の検出及び／診断目的のために充
分特異的である」。分析評価は綿棒を抗原捕獲剤で被覆された容器の中に置くこ
とを必要とする。容器は非常に高い領域／容量率を持つ。抗原は酸抽出プロトコ
ールを用いて、５〜２０分かけて綿棒から抽出される。トリス及びトゥイーンを
含む緩衝液がそれに添加され、綿棒が取り除かれる。抗原マーカー剤が添加され
、混合物は更に１０〜１５分間培養される。次に容器は完全に洗浄され、基板が
１０〜２０分間添加される。それから反応が停止され、その結果が分光測光法に
より読み取られる。
本発明において記載されるＧＢＳ検出法は、３０分以内で得られる感度を達成
する。テスト結果は解釈しやすく、病床あるいは分娩室での使用に適している。
本発明の光学テスト表面は独特な付着層の故に改良された感度を提供し、如何な
る属の特異的な多クローン性抗体あるいは単クローン性抗体ともうまく作用する
。抗体は必要な臨床感度を達成するために異なるエピトープ特異性を呈する必要
がない。ＧＢＳ抗原に対する様々な特異性及び親和性の組合せである抗体調製品
は、サンドイッチフォーマットの両サイドとうまく作用する。しかしながら、異
なるエピトープ特異性を持つ抗原が本発明においては有用である。
クラミジア
クラミジアトラコーマティスは生きている細胞で培養されなければならない、
つまり組織培養が必要な真正細胞内生物である。クラミジアは１５のserovarを
持ち、主としてトラコーマ、結膜炎、リンパ肉芽腫、性病、非淋菌の尿道炎及び
肛門炎等の、人の眼の疾患及び性殖器の疾患を起こさせる。米国で年間およそ３
〜４００万のクラミジアの症例がある。非常に専門的な研究所のみがクラミジア
を培養するのに成功しているが、収率は低く、汚染問題が深刻である。貯蔵状態
が培養のための生物の生存能力に影響を及ぼす。推薦される培養プロトコールは
McCoy細胞で処理されたシクロヒキシミドの接種、盲通路、及び封入体の蛍光着
色を含む。接種前に試料の渦化及びソニケーションは陽性の培養収率を増加させ
る。サンプリングはサンプリング場所を囲む細胞及び粘液を含む。
培養技術に加えて、多くの直接的な免疫蛍光法及びＥＬＩＳＡ法が開発されて
いる。これらの技術は低レベルのクラミジア感染をしている患者を検出するため
、もしくは無症候性である個人にとっては不適切な感度を提供する。１００ＩＦ
Ｕ（包接形成単位）以下を含む試料に対して、培養に対する４４％の全体的な感
度が報告されている。利用可能な方法は１００ＩＦＵ以上を含む試料に対して８
２％の感度を実証している。
更に、多くのグラム陰性細菌も、クラミジアによって作られるものに類似する
生物特異的リポ多糖類（ＬＰＳ）を作り出す。生物の検出及び特定はこの抗原の
免疫学的反応に基づいて為される。生物特異的多糖類も有用であるかもしれない
。グラム陰性細菌はクラミジアプシタチ、大腸菌、プソイドモナス蛍光、アゾト
バクターヴィネランディ、アイロゲネス菌、淋菌、トレポネーマパリードス、葡
萄状球菌、シゲラ、ヒドロゲノモナス種、サルモネラ、ヘモフィルスインフルエ
ンザ、カンピロバクター、ヘリオバクター、及びレジオネラを含むが、それらに
限定されない。
米国特許4,497,899は、シリカ、シリコーン、ガラス、金属、もしくはプラス
チックビーズ等の露出した固体支持台に対する抗原の非特異的吸着に基づく分析
評価を記載している。固体支持台に対する抗原の化学的もしくは免疫学的結合は
ない。分析評価プロトコールは抗原を遊離させるために溶解された試料とビーズ
の混合を含む。抗原のビーズに対する吸着の後、ビーズはすすがれ、新しい担体
に送られる。クラミジア抗原に特異的な抗体が添加され、所定の時間培養され、
ビーズがすすぎ落とされる。信号発生ラベルに接合される、耐クラミジア抗体に
対して特異的な別の抗体がビーズと混合され、培養され、すすぎステップが続き
、その後基板で培養される。
米国特許4,497,900は非特異的抗原吸着のために露出した固体支持台を用いた
、淋菌のための分析評価を記載している。固体支持台は好ましくは炭化水素重合
体、ポリスチレン、シリカ、シリコーン、ガラスまたは金属の、露出された、未
処理の、被覆されていない支持台である。
米国特許4,959,303はグラム陰性細菌の検出方法を記載している。使用される
固体支持台は特異的な結合タンパク質がなく、本質的にタンパク質がない。固体
支持台は正の電荷を所有することができる、露出した疎水性支持台である。分析
評価プロトコールは、抗原が非特異的に表面上に捕獲された耐クラミジア抗体と
混合されることを求める。耐クラミジア抗体に対して特異的であり、信号発生器
に接合される抗体が添加され、次に基板が添加され、その後検出が行われる。支
持台は水分を吸収しやすい、無孔質の水に不溶な材料であれば何であってもよい
。
米国特許5,030,561はアミジン改質ラテックス粒子もしくはポリスチレンを固
体支持台として使用することによる上記アプローチの修正を記載している。抗原
は非特異的に支持台に粘着し、粒子が濾過を通して液体相から固体相を分離する
ために使用される。濾過工程において使用されるメンブレンは、分析評価におい
て使用される前に、界面活性剤及びカゼインで洗浄されなければならない。基板
の視認性はメンブレンに発生する。
米国特許第５、０４７、３２５号には、プラス電荷が印加される露出式あるい
は被膜式固支持体を使ってクラミジアや淋菌の抗原菌を検出する方法が詳細に記
述されている。その固支持体は、ガラス、セルロース、ポリマーなどから成る。
プラス電荷体は、幅広いＰＨ値において電荷を維持できるような原子塩が好まし
い。前記固支持体上には、非特定抗体捕捉源が載置されており、陽イオン界面活
性剤にてその表面を洗浄して除去する必要がある。なおサンプルは、細胞片を取
り除くための予備フィルター処理しておく必要がある。
また、米国特許第５、０７５、２２０号では、固支持体のＬＰＳ抗原のイオン
相互活動作用を支援できるよう陽イオン面基をもつポリマー支持体が利用されて
いる。支持体は、抗原菌の反応測定動作前には、抗体や生物化合物などで汚れて
いないよう注意する必要がある。
本発明のクラミジア試験では、ＬＰＳや抗原菌を非特定に捕捉することができ
るような疎水性面を作成するため、重合シロキサン被膜をもつ固支持体が使われ
る。この構成により、ＬＰＳ源の確認もできる。しかも、実験から、抗原菌の捕
捉動作前に少量の抗体またはタンパク質のような非特定の生物質で疎水性面を被
膜した場合、均一で最良の反応が行なえることが判明した。この追加の被膜処理
は、ＥＩＡ、ＦＩＡ、ＲＩＡなどの検知方法にも利用できる。本発明の方法にお
いては、この非特定の生物質層により、沈着基体系との均一接着が可能となる。
特に、疎水性支持体などの固支持体と沈着基体系の組合せに依存するようないか
なるシステム装備にも、本測定試験構成の利点が適用できる。
ＲＳＶ
呼吸系合胞ウィルス（ＲＳＶ）つまりミクソウィルスは、幼児や児童などの下
部呼吸気道の疾病に関与している。成人の場合、ＲＳＶは通常、良性で無熱性の
上部呼吸気道感染である。幼児期の最初の６ヵ月間において、細気管支炎全体の
３２〜７５％、そして肺炎の３〜３９％はＲＳＶが原因で起こっている。これら
のウィルスは、しばしば生命を脅かすものである。その有機物はまた、気管支炎
や咽頭炎のような急性発熱性の呼吸系疾病に関与している。そのような有機物は
冷凍保存あるいは高温射熱される前の所定のサンプルを培養して生成され、鼻中
または咽頭内の分泌液から検出されるものである。そのサンプルはＨｅＬａ、あ
るいはＨｅｐ２細胞の接種に使用され、結果がでるまで３〜１４日を必要とする
。なお、ＲＳＶは晩秋から初冬、そして晩冬から初春にかけて発生し、各発生ご
とに３〜５ヵ月間生存する。
初期のウィルスの診断で、医師たちは患者の症状を推察し、呼吸系疾病の病因
を確認することができる。ウィルス性疾病の確認には３種類の診断法を用いるこ
とが可能である。まず第一は、プロトコル確認に従った培養隔離法である。第二
に、ウィルス感染に対する宿主反応を検知する血清学的測定法、そして第三には
直接ウィルス抗原検知法がある。
ＲＳＶの培養方法は、サンプルの収集およびガラスビーズとの混合からなる。
それには、通常には気管の分泌物と気管支肺胞の洗浄サンプルが利用される。ビ
ーズは、搬送媒体へのにウィルスの分散のため、音波破壊や渦巻効果によるサン
プル細胞の破壊に利用される。このサンプルの一部分は、細胞培養の育成に使わ
れる。利用する試験法には、補体結合反応作用と中和反応作用とが含まれる。
血清学的測定法は、ウィルスに対する宿主反応、つまりＩｐＧの生成に基づく
ものである。しかし、ＩｐＧは数週間では生成できず、さらに感染が数か月から
数年は持続するため、診断確認が困難になる。直接抗原検知法は、進行性感染に
対してはより効果的であるが、ＲＳＶに対しては前記の培養法や確認測定法と比
較して反応が悪い。直接検知法には、免疫蛍光検査法、電子顕微鏡検査法、酵素
連結免疫吸着剤法（ＥＬＩＳＡ）、および培養処理が含まれる。
ＨＩＶ
免疫不全ウィルス（ＨＩＶ）には、ｇｐ４１、ｇｐ１６０、ｇｐ１２０、ｐ６
６、ｐ２４、およびｐ１８で示されるいくつかの特徴がある。ｐ２４ペプチドは
ＨＩＶ−１の核を備える４つのヌクレオカプシドのうちのひとつであり、２４、
０００ダルトンの分子量を有する。ＨＩＶウィルスの特定感染性は、ｇｐ１２０
抗原に関係あるが、ｇｐ４１は、宿主細胞内へのウィルスの直接侵入を必要とす
る特徴をもつ。現在のスクリーニング測定法は、これらマーカのうち一つ以上に
対する宿主反応、つまり抗体生成検知法に依存している。現存する免疫学的検定
法は、直接抗原検知法に十分な過敏性を与えるものではない。
現在では、ＨＩＶ感染の最終的な確定は、ウエスタン（免疫性）ブロット分析
法が基本となっているが、これらの試験は、判断の難しさはもちろんのこと、多
くの費用、および技術力が必要とされる。また、これらの方法が、現場条件にて
実施される場合、関連実験施設での実施条件と比べて、通常その作用は劣ってい
る。ウエスタンブロット分析法は、ウィルス殻開口タンパク質ｐ１７、ｐ２４、
あるいはｐ５５、ポリメラーゼタンパク質ｐ３１、ｐ５１、あるいはｐ６６、そ
してエンベロープタンパク質ｇｐ４１、ｇｐ１２０、あるいはｇｐ１６０からそ
れぞれ一つ以上を検知できるように構成されている。赤十字検査では、各グルー
プにつき１つ、３つの陽性群が必要とされる。陽性結果を報告するためには、Ｃ
ＤＣ検査ではｐ２４，ｐ３１，ｇｐ４１および／あるいはｇｐ１２０／１６０を
含む少なくとも２つの陽性群が必要とされるが、一方、ＦＤＡ検査はｐ２４、ｐ
３１、ｐｇ４１、および／あるいはｇｐ１２０／１６０が陽性となることが必要
である。本発明は、１つ以上のＨＩＶの特定抗原に対する宿主反応の検知のため
の、適切な光学プラットホームを提供するものである。なお、抗原は、組合せあ
るいは個別に試験表面上に付与される。
肝炎ウィルス
臨床的には、多種のウィルス性肝炎を区別することは困難である。それゆえ、
原因となる因子の診断には、血清学的測定法が必須である。肝炎には５種類の分
離型ウィルスが関与しており、それぞれＡ型、Ｂ型、Ｃ型、Ｄ型、そしてＥ型と
称されている。本来は、Ｃ型肝炎が非Ａ型、非Ｂ型として見なされていたが、最
近では非Ａ、非Ｂ型の肝炎として認知されている。Ａ型、および、Ｅ型肝炎は排
泄物や経口から感染し、急性感染を起こす。Ｂ型、Ｃ型、Ｄ型の肝炎は経口以外
から感染し、急性や慢性の感染を起こす。ＨＣＶは、多くの場合には輸血による
肝炎の原因となっている。個体に感染した多くのＨＢＶは、無症候性で感染しや
すく、またＨＢＶ感染は肝硬変や肝臓癌とも関連がある。肝炎における血清学的
測定法の一例が、「学外薬学」誌、９２巻、５５〜６８ページ、１９９２年に掲
載されている。肝炎所有（Ａｇｓ）抗原の各形態はウィルスの各形態と比べると
独特で、ＨＡＶはＨＡＶＡｇを、ＨＢＶは表面抗原（ＨＢｓＡｇ）、殻抗原（Ｈ
ＢｃＡｇ）、そしてヌクレオカプシドの内的構成要素（ＨＥｂＡｇ）を有し、Ｈ
ＣＶは殻抗原の主要抗原性領域である殻ペプチドのＮ終端とともに、Ｃ１００、
５−１−１、Ｃ２２−３（殻）、Ｃ３３ｃ（殻）を有する。さらに、ＨＤＶはデ
ルタ抗原を備えているので、ＨＢｓＡｇの陽性反応から検知できる。ＨＥＶに関
しては、その特性はあまり明らかになっていない。肝炎の形態は抗原検知、ある
いは宿主抗体反応に基づいて決定判断されるものである。直接抗原検知法では過
敏性が必要とされるため、現在の診断測定法では、特定抗原に対する抗体反応性
により検知される。宿主反応はＩｇＭまたは／あるいはＩｇＧを生成し、感染の
活性状態を作るため、抗体反応からの分離を必要とする。例えば、ＩｇＭ抗ＨＡ
Ｖは急性感染を示すが、ＩｐＧ抗ＨＡＶは既往感染を示す。
本発明は、肝炎の診断のための有益なプラットホーム検知法を提供するもので
ある。まず、抗原の一つの組合せを、それら抗原に対する宿主反応を検知するた
め、試験表面上で不動化処理する。表面抗原、殻抗原、あるいは、ｅ抗原などの
一つ、あるいはそれ以上を被膜処理した試験表面により、ＨＢＶなどの肝炎ウィ
ルスを特定する抗原群を検知する。または、単一サンプルを使用しているＨＡＶ
、ＨＢＶ、ＨＣＶ、ＨＤＶ、およびＨＥＶ間を識別できる１種類以上の抗原で、
試験パネルを被膜処理してもよい。そのようなスクリーニング試験は、可視法、
定性分析法、あるいは全自動装置のいずれの方法ででも実施することができる。
抗体検知は、特にＩｇＧ、ＩｇＭ、または両方に対処できる。
以下の実施例は、本発明の試験装置を最善に作動させるための方法であって、
機器や目視読取記録に利用できる前記のそれぞれの被膜の効果的な組合せ作用例
が記述されている。それら方法が、本発明と同様の結果をもたらすような試験装
置を最適に動作させるのに適用できるのは、当業者にとっては明白であろう。
実施例１：拡散面
多様なレベルの拡散反射を生成するための異なったサイズの粒子で覆われたシ
リコンウェファを、窒化シリコンで被膜して、厚さが５００オングストロームで
屈折率が２．０のＡＲウェファを作成した。この結果、金色の干渉色層が生成で
きる。最初に、ウェファの反射量と残留鏡面特性とを調べた。次に、これらウェ
ファに下記のようにアミノシレンを塗布してから、抗Ａ型連鎖球菌ポリクローン
性抗体で抗体被膜を作成する。
試験面を、下記のような方法で、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロ
ピルトリメソキシレンを添加することにより化学的活性化した。
１．前記のＡＲウェファを、ＤＣ１７５ミリアンペアで２５０ＲＦワットの陽
極電流にて、０．７ｔｏｒｒの酸素圧力で真空中で５分間酸素エッチング処理し
た。
２．ウェファを水晶ラックに載置して、５マイクロリッタのＮ−（２−アミノ
エチル）−３−アミノプロピルトリメソキシレンの入った容器で真空乾燥器に挿
入した。真空を３０分０．０６ｔｏｒｒにして、１時間のあいだ乾燥器の温度を
１００度に上げて、アミノシレンの蒸着層を作成した。
３．２０ｍｌのＰＢＳ（燐酸塩緩衝サリン）溶液内の２０マイクログラム／ｍ
ｌのポリクローン性抗Ａ型連鎖球菌と、１０ｍＭの燐酸カリウムと、０．８％の
ＮａＣｌ（ｐＨ７．２）と、１容量％のグルタルアルデヒドとを混合して、受容
剤溶液を作成した。ウェファをペトリ皿上に置いて、前記の受容液を加えた。
４．そして、室温（約２０℃）で撹拌浴内で１５時間ウェファを培養した。
５．培養の後、ウェファを脱イオン水で洗浄して、不要な抗体を除去した。
６．安定化溶液で培養してから、試験面を１時間撹拌浴内で培養した。安定溶
液は、ＰＢＳ内の２％（ｗ／ｖ）のスクロースと、２ｕｇ／ｍｌの酸性加水分解
カセインと、１％の（ｖ／ｖ）のグリセロールとから作成されている。
７．安定化処理の後、試験面を脱イオン水で洗浄して窒素噴流で乾燥させた。
ウェファを、室温で２分間培養して、実施例１４および１５に記述されている
ラテックス２次試薬と、多様なレベルのＡ型連鎖球菌群抗原を備えるサンプルと
を反応させた。スライド部は、脱イオン水で洗浄して、窒素噴流で乾燥させた。
混合したシラン、あるいは加えられた抗体の容量には、何の変化も見られなかっ
た。
その結果は、表１および表２に示されており、それによる非鏡面は、どの角度
からでも鏡面以上の高い感度で観察することが可能であることが分かる。
Figure 2005049356
Figure 2005049356
実施例２：ガラス基板
直径４インチのホウケイ酸塩ナトリウムのガラスに、そのガラスの反射量を
効果的に増加させて、後面反射を遮断できるよう、厚さが１０〜５０オングスト
ロームのアルミニウム（クロムでも可）の薄膜層を塗布した。その上に前記のよ
うな熱蒸着法によって無定形シリコンを被膜して、厚さが５００±３％オングス
トロームの窒化シリコンの層を作成した。
前記の試験表面上に、実施例１１にて記述されているような抗体被膜層を作っ
た。本実施例では、その試験表面の抗体被膜層には、Ａ型連鎖球菌群（ＧＡＳ）
に対するポリクローン性抗体を使用した。１００μｌのＧＡＳ抗原希釈液あるい
は非希釈液と、５０μｌの非ＧＡＳ表面活性剤粒子とを混合して、実施例１１に
て記述されるような方法で検査した。それからＧＡＳ測定法により、シリコンウ
ェファ上の窒化シリコン被膜に対する試験面との比較を行なった。その結果は、
表３に示されており、ガラスはシリコンと同様に基板として利用できることが分
かる。
Figure 2005049356
実施例３：ＡＲ試験面の作成
本実施例では単結晶シリコンの光学的基板を、ＡＲフィルムに必要な平方根依
存性値に近似した窒化シリコンなどの厚膜層（７５０〜８００オングストローム
）で被膜した。その厚膜層を、前記のように基質に対して約５０オングストロー
ムの厚さの化学エッチング処理を数回行なって選択的に除去した。つまり、基板
表面全体に干渉色段階のくさび形状を生成した（図３参照）。それから基板を装
着層と受容剤で被膜し、陰性、低陽性、および中間陽性のサンプルを使用して測
定を行なった。
装着層、受容剤、測定プロトコルのどのような組合わせでも、この分析方法を
行なうことができる。本発明の実施例において、実施例５で記述されるように、
Ｔ構造をもつシロクサンで被膜したシリコン上にある窒化シリコンのくさび形状
を使用した。そしてＡＲフィルムを覆うシロクサンを、実施例１１で記述される
ように、ポリクローン性Ａ型非連鎖球菌抗体で被膜処理した。その測定プロトコ
ルについては、実施例１９にて記述されている。測定サンプルは、各くさび形状
（異なる厚膜層）の中心部に配置した。本測定の終了後、単数あるいは複数のく
さび形状の選定のため基板全体を検査した。それらくさび形状の特性は、１）最
明瞭陰性反応性、つまり最も検知しにくい非特定結合性、２）最高感度性、そし
て、３）最強視覚コントラスト性である。５０オングストロームの厚膜を選択し
た場合、基板を均一に被膜することにより、最初の実験で選択した最も厚い厚膜
（５５０オングストローム）では、１０オングストロームの厚さでエッチング処
理が行なわれたものに比べて、より高い解像度が得られた。この方法では、生物
質の組合せに因る最も「明確」な色変化が得られる必要光学厚膜の選択が速やか
にできる。
実施例４：ＴｉＯ 光学被膜の作成
すべての測定法は、使用物質の容量が基本となっている。有機チタン酸塩はデ
ュポン社から入手でき、その製品名はタイザー（Ｔｙｚｏｒ）ＴＰＥ（テトライ
ソプロピルチタネート）であるが、その代わりにテトラｎブチルチタネートを使
うこともできる。１ｍｌのＴＰＴと、３ｍｌの氷酢酸と、３ｍｌのアルコールと
３ｍｌの脱イオン水と、１０μｌの３ＭのＦＣ１７１フルオロサーファクタント
とを混合した。本出願例では、イソプロパノール、ｔ−アミル、アルコール、エ
タノール、あるいはアセトンを水と共に使用してもかまわない。エタノールはチ
タンの沈澱の原因となるため、避けたほうがよい。
３００〜５００マイクロリッタの混合液を、静電スピン被膜作成法により形成
した均一フィルムと光学基板に加えた。フィルムの厚さは、４９５±１５オング
ストロームとする。そして基板を２５０℃で２時間のあいだ加熱するか、あるい
は４００ワットで２分間マイクロウェーブ熱処理することで、そのフィルムを硬
化させた。本実施例では、光学基板として、単結晶体シリコンウェファを使用し
た。そのため、許容温度限度値も使用される光学基板の種類によって異なる。プ
ラスチックの場合、２５０℃硬化処理に耐えられないが、ガラスでは耐えられる。
ここで選択された硬化条件においては、本出願例にて適切とされる屈折率が２．
０（±３％）のフィルムが作成される。
光学基板は清浄な状態、つまり不要な微粒子の無い状態でなければならず、被
膜溶液内に微粒子が存在しないよう注意する必要がある。スピン被膜作成法を実
施する場合、微粒子がフィルムの被膜不良を起こすためである。
実施例５：装着層の生成
ここで説明する装着層材料の名称の定義は、以下のとおりである。
１．ＰＥＩ−（トリメトオキシリプロピル）ポリエチレンイミン。
２．ＰＥＩ／ＤＭＤＣＳ−ＰＥＩ＋ジメチルジクロシラン。
３．ポリスチレン
４．ＭＳＡ−スターバースト、第５世代。
５．Ｔポリマー・アミノアルキルＴ構造ブランチ点ポリジメチルシロキサン。
６．ＴＣ７Ａ−フィルム形成ラテックス。
７．ＤＭＤＰＳ−ジメチルジフェニルシロキサン共重合体。
８．Ｍｅｒｃａｐｔｏ−メルカプトプロピルメチルジメチルシロキサン。
９．ＢＡＳ−Ｎ−（２−アミノエチル−３−アミノプロピル）−トリメトオキ
シシラン。
１０．ＰＢＤ−トリメトオキシシリル調製ポリブタジエン。
１１．ＰＡＰＤＳ−（メチルフェニル）メチルドデシル−メチルアミノプロピ
ル−メチルシロキサン。
これら化学物質を、以下の装着層を形成するため使用した。
１．ＰＥＩ（ペトラルカ、ペンシルバニア州ブリストル）
備蓄シランの１：５００の希釈液をメタノールで生成した。３００マイクロリ
ッタのこの溶液を、１００ｍｍの処女使用シリコンウェファ上にマイクロパペッ
トで点滴した。この場合、自動のエアロゾル装置やスプレー装置を使ってもよい
けれども、ウェファがフォトレジストスピン被膜装置上を７、０００ｒｐｍで回
転しているので、マイクロパペットを使用すべきである。スピン被膜装置は、多
数の基板を迅速かつ簡単に自動加工処理することが可能である。ここでは、前記
の装着層を作成するためにスピン被膜装置を使っているが、本発明においては、
それに限定されるものではない。その他の溶解沈着や真空沈着などの方法が利用
できるのも、当業者にとっては明白であろう。ＰＥＩ被膜基板は、１００℃で０
．１ｍｍＨｇ条件にて６０分で硬化した。周知の楕円偏光測定法で測定する最終
装着層は、８０オングストロームが好ましいが、その他の厚さでも構わない。
２．ＰＥＩ／ＤＭＤＣＳ；（シグマ化学、ミズリー州セントルイス）
ＰＥＩ被膜基板は、さらにＤＭＤＣＳで加工処理される。これにより、線状Ｐ
ＥＩ鎖にそったブランチ点が生成され、Ｔポリマー被膜面の働きをもつ試験表面
が形成できる。２％のＤＭＤＣＳの１００ミリリッタ溶液を、１、１、１−トリ
クロロエタン（ｖ／ｖ）に作成した。ＰＥＩ被膜基板を、２５℃のＤＭＤＣＳ被
膜溶液に６０分のあいだ浸漬した。浸漬後、前記基板をＤＭＤＣＳ被膜溶液から
取出し、９５％のエタノールで洗浄して、窒素噴流で乾燥させた。周知の楕円偏
光測定法で測定する最終装着層は、２００オングストロームの厚さが望ましいが
他の厚さでもかまわない。
３．ポリスチレン（ベクトン ディッキンソン、カリフォルニア州オックスフ
ォード）
約０．０５グラムのポリスチレンを、２ミリリッタのトルエンで溶解した。そ
の溶液を、前記スピン被膜技術にて処理した。基板は、その使用前に２５℃で６
０分のあいだ硬化処理を行なった。最終装着層は、２００オングストロームの厚
さになることが望ましいが、他の厚さでもかまわない。
４．ＭＳＡ−スターバーストポリマー（ポリサイエンス、ペンシルバニア州ワ
ーリントン）
第５世代スターバースト（０．５％固体）の１：４希釈液をメタノールで生成
した。２００ミリリッタのその希釈液を、回転速度３５００ｒｐｍのスピン被膜
作成法にて基板に付着させた。この装着層を、２５℃で１２０分間のあいだ硬化
処理を行なった。最終装着層は、４０オングストロームの厚さになることが望ま
しいが他の厚さでもかまわない。
５．Ｔポリマー（ペトラーチ、ペンシルバニア州ブリストル）
Ｔポリマーの１：３００（ｖ／ｖ）希釈液を２−メチル−２−ブタノールで生
成した。装着層は、スピン被膜作成法にて基板に被膜され、さらに使用前に、１
４０℃で２４時間のあいだ硬化処理を行なった。最終装着層は、１００〜１６０
オングストロームの厚さになることが望ましい。
６．ＴＣ７Ａ（セラディン、インディアナ州インディアナポリス）
３０％の保存溶液をメタノールの固体０．５％に希釈した。３００マイクロリ
ッタのその溶液を、スピン被膜作成法にて基板に付着させ、さらに使用前に、３
７℃で１２０分間のあいだ硬化処理を行なった。この物質の最終的な厚さは２４
０オングストロームになることが望ましい。
７．ＤＭＤＰＳ（ペトラーチ）
シロキサンの１：１００（ｖ／ｖ）保存溶液をトルエンで生成し、スピン被膜
作成法にて基板に付着させ、さらに使用前に３７℃で１２０分間のあいだ硬化処
理を行なった。最終装着層の厚さは、２００オングストロームになることが望ま
しい。
８．メルカプト（ペトラーチ）
シロキサンの１：３００（ｖ／ｖ）保存溶液をトルエンで生成した。被膜、お
よび硬化処理プロトコルは、ＰＥＩで記述したのと同じように実行した。最終装
着層の厚さは、２００オングストロームになることが望ましい。
９．ＢＡＳ（ペトラーチ）
シランの１：１００（ｖ／ｖ）溶液をトルエンで生成した。２００マイクロリ
ッタのこの溶液を、前記のスピン被膜プロトコルにて処理した。さらにウェファ
を１４０℃の０．１ｍｍＨｇ状況下で２時間のあいだ硬化処理した。最終装着層
の厚さは、３０オングストロームになることが望ましい。
１０．ＰＢＤ（ペトラーチ）
２７．５マイクロリッタの保存シランを、３２７５マイクロリッタのトルエン
と混合した。３００マイクロリッタのこの溶液をスピン被膜処理し、さらにウェ
ファを１２０℃で６０分のあいだ硬化処理した。最終装着層の厚さは、１００オ
ングストロームになることが望ましい。
１１．ＰＡＰＤＳ（ペトラーチ）
シロキサンの１：１００（ｖ／ｖ）の希釈液をトルエンで生成し、２００マイ
クロリッタのこの溶液をスピン被膜処理し、さらに使用前にウェファを１００℃
で１２０分間のあいだ硬化処理した。最終装着層の厚さは、２００オングストロ
ームになることが望ましい。
前記の濃度、容量、重量、スピン被膜速度、緩衝剤、培養時間、および培養状
態、その他すべての試薬や処理方法は、本発明の好適実施例として記述されてお
り、本発明を限定するものではない。
実施例６：抗原の装着層材の比較
受容材としての抗体の単結晶シリコン基板への装着における装着層材の効率性
の分析測定を行った。この方法を使えば、本発明のその他の装置を最適に利用す
ることができる。高濃度な抗体の反応層を作成するのは、厳格な配向条件が必要
なせいで受容材の層を作成するより難しいことが判明している。装着層の評価を
行えるのが、ＥＬＩＳＡ法である。単クローン性抗西洋ワサビ過酸化酵素（ＨＲ
Ｐ）を試験受容材として装着層に添付して、その試験表面に異なったレベル値の
西洋ワサビ過酸化酵素（ＨＲＰ）を載置して標準曲線を作成した。同様条件にて
微細滴定孔に制御剤としての抗体被膜処理を施した。
全試験表面を、２０μｇ／ｍｌの単クローン性抗ＨＲＰ（シグマ化学、ミズリ
ー州セントルイス）を含む７．４ｐＨの０．０５ＭのＰＢＳ溶液で２５℃で１６
時間のあいだ抗体被膜処理した。前記の被膜処理基板は、その被膜溶液に浸漬さ
せた。その過酸化酵素（シグマ化学、ミズリー州セントルイス）の濃縮分を、３
７℃で３０分のあいだ試験表面つまり微細滴定孔と反応させてから、脱イオン水
で洗浄して不要な過酸化酵素を除去した。そして試験表面上の各点からの流体物
を、停止試薬を有する被膜されてない微細滴定孔に移して、４５０ｎｍにおける
光学濃度値を記録した。停止試薬を、比較基板の微細滴定孔に直接添加して、同
様に測定値を読み取った。
本実験例の結果は、表４に示されているとおりである。それには、試験表面の
ダイナミックレンジと感度（負制御値に対する低濃度の分解能）が評価されてい
る。制御処理を行うため、各装着層をウサギのＩｇＧで被膜して、過酸化酵素法
にて検査した。その結果、ウサギのＩｇＧで被膜した装着層では、過酸化酵素の
著しい相互作用は観察されなかった。同じ条件で未処理シリコン基板も試験した
が、試験表面に付着した活性受容剤はわずかなものであった。（前記データは、
４５０ｎｍでの光学濃度測定に基づくものである。）
Figure 2005049356
本実験例では、基板をＰＥＩまたはＢＡＳで処理する作用における、薄膜基板
上の装着層のシロキサンの有効性が示されている。同様に、各シロキサンの利用
においての多様性があるため、シロキサンの作用基は受容材の反応特性に影響す
ることが判る。また、分子自己結合ポリマーも、ＢＡＳに対する装着層としての
作用機能の増加を示しているが、シロキサン材ほど有効ではない。ＴＣ７Ａ表面
活性剤はこの測定方法ではあまり作用してないが、以下の実験例では有効性が見
られる。
実施例７：抗体の装着層材の比較本分析実験では、異なった装着層を、７．４
ｐＨの０．０５ＭのＰＢＳのウサギのＩｇＧ（シグマ化学、ミズリー州セントル
イス）の２０μｇ／ｍｌ溶液に２５℃で１６時間のあいだ浸漬して被膜処理した
。また、ヤギ用抗（全分子）ウサギＩｇＧ抗体というラベルの付いた異なったレ
ベル値のＨＲＰ（シグマ化学、ミズリー州セントルイス）にて、３７℃で１５分
のあいだ試験表面を培養した。それから、脱イオン水で洗浄して不要物を除去し
た。試験表面にＴＭＢ基板溶液を塗布して、２５℃で２分のあいだ反応させてか
ら、溶液を停止剤を有する被膜のない微細滴定孔に移した。（この実験での光学
濃度値は、４５０ｍｍで測定されている。）その結果は、表５に示したとおりで
ある。
Figure 2005049356
この実験例では、抗体補足の検知における装置の有効性が、様々な試験表面を
使って確認されている。ここでは、シロキサン装着層と分子自己結合装着層のど
ちらもが同様に作用結果が良かった。装着層の被膜のない基板では、受容剤の有
効作用つまり反応がわずかしかなく、装着層の必要性が判明した。
実施例８：比較方法の形式ＤＮＰは、小さな分子体であって、治療用薬品、有
害薬品、殺虫薬残留物、有機残留物などのような分子範囲における特異なもので
はない。そのような小さな分子体を測定するために、比較形式測定法が使われて
いる。
本実験例では、ＤＮＰの濃度の定量測定とその結果を説明している。まず試験
表面を、ハプテン、または、ハプテンと結合した担体にて被膜処理した。ハプテ
ンは、適当な化学薬品が入手可能なら直接に試験表面に固定するか、あるいは、
受動的に表面に添付するか、いずれでもかまわない。同じことが、ハプテン／担
体を利用した場合もいえる。
試験サンプルを、その中の自由ハプテンとだけでなく固定ハプテンとも反応す
るような物質と混合した。最も普通に使われる物質のひとつに、ハプテン特有抗
体がある。抗体の代わりに、高比結合試薬を使ってもよい。そのような試薬の補
足作用は、元の試験サンプル内の自由ハプテンの濃度に反比例する。本実験例は
定量または定性の分析結果を作成することを目的としている。
下記のような材料と試薬とを準備した。
１．直径が４インチで、ｎ＝４．０２、処女試験品質、片側研磨、１−０−０
結晶配向の単結晶シリコンウェファを、屈折率が２．０（±０．０５）で最終厚
さが５５０オングストローム（±１０）の一酸化シリコンにて被膜処理した。こ
の材料から作成された薄膜の干渉色層は金色であった。ウェファへの一酸化シリ
コンの被膜は、従来の化学蒸着法にて行った。
２．ウェファを、実施例１に記述してあるビスアミノシレン蒸着処理にて活性
化させた。
３．そのアミン誘導処理試験表面を、ファルコン製１００ｍｍ組織培養皿内の
、人体血清アルブミン（ＨＳＡ）と結合した５ｍｇ／ｍｌのＤＮＰ（ＤＮＰ−Ｈ
ＳＡ）と７．２ｐＨの燐酸塩緩衝サリン（ＰＢＳ）とを含む３０ｍｌ溶液内に置
いた。そして、試験表面上に４０オングストロームのＤＮＰ−ＨＳＡが装着する
まで、湿度９８％で３７℃（±２）の温度でウェファを被膜処理した。作成層の
厚さの測定には、ガートナー製の楕円偏光測定器を使用した。ウェファの被膜処
理溶液を除去して、脱イオン水で洗浄して、窒素噴流にて乾燥させた。
４．ヤギ用抗ＤＮＰをＰＢＳと混合して、１．２ｍｇ／ｍｌの濃度にしてから
、ＤＮＰを水に溶かした。そして抗体とＤＮＰとを、１：１の割合で混合した。
続いて、その混合物の２０μｌを被膜表面に塗布して、１０分のあいだ室温で培
養した。脱イオン水で不要物を試験表面から洗浄除去して、窒素噴流で乾燥した
。スライド部を目視検査してから、サガックス製の比較楕円偏光測定器の改良型
を使って光量を変化させて、試験表面の質量変化を測定した（図１５参照）。そ
の読取用プロトコルは、実施例２１に記述されている。目視検査の結果、試験物
を基準曲線と比較した場合の濃度の半定量値の測定評価が得られた。その結果は
、表６に記載してある。
Figure 2005049356
実施例９：微細分子の検知
所定波長における屈折率が４．０２の４インチ単結晶シリコンのウェファを、
オキシ窒化シリコンで被膜処理した。このオキシ窒化シリコン層の屈折率は、約
５４０オングストロームの厚さにおいて１．９８であった。
次にウェファを、フォトレジスト効果を作成できる従来のウェファスピン被膜
技法を使い、５０±２オングストロームていどのポリエチレンイニミン（ペトラ
ッチシステム、ペンシルバニア州ブリストル）を添加して化学的活性化させた。
そして、２時間±０．１のあいだ１４℃の炉内で、ウェファを硬化させた。
少量の分析剤、トリニトロベンセン・スルフォン酸（ＴＮＢＳ）、の未使用の
１％溶液を脱イオン水内に用意した。そして、２５μｌの脱イオン水（制御用）
と同量のＴＮＢＳ溶液とをアミン被膜ウェファの試験表面上に載置した。それら
を、５秒間だけ試験表面と反応させてから水で清浄して、圧縮空気で乾燥した。
多色光を照射した目視検査の結果、ＴＮＢＳを接触する区域は赤紫色であった。
ＴＮＢＳ結合に因る試験表面上での厚さ変化は、ほぼ２０オングストロームで
あった。これは、ＴＮＢＳ結合の区域内における可視認識可能な色変化を発生さ
せるには、十分な量である。
実施例10：酵素検知４インチの単結晶シリコンウェファに、５２５オングスト
ローム±３％の窒化物のＡＲ被膜（屈折率１．９７±０．０５）を作成した。
深金色のウェファを、１００±２オングストロームていどのアミノアルキル（
ｔ構造）ポリシロキサン（ペトラッチシステム、ペンシルバニア州ブリストル）
にて被膜処理した。そして金色のウェファを、１４０℃で２時間のあいだ硬化さ
せると、ウェファにはうすい紫色が表れた。
シロキサン被膜ウェファを、酸溶解コラーゲンを含む燐酸塩緩衝液内に載置し
た。そのコラーゲン溶液は、以下の方法で調整されたものである。まず、子牛の
皮からの酸溶解性Ｉ型コラーゲン（シグマ化学、ミズリー州セントルイス）を、
５ｍｇ／ｍｌの濃度でｐＨ４に調整された１モル酢酸に溶かした。そして、２０
μｇ／ｍｌの酸溶解コラーゲンを含んだｐＨ６．８の０．１モル燐酸塩緩衝サリ
ンを生成した。この溶液を使って、ウェファを室温で２時間のあいだ被膜処理し
た。この溶液３０ｍｌをファルコン製組織培養皿に入れて、ウェファをそれに浸
漬した。その後、ウェファを水で洗浄して圧縮空気で乾燥した。ウェファの色は
暗い紫緑色であった。次に、コラーゲン被膜ウェファを評価測定するために、５
０ｍＭのカルシウムイオンを含むｐＨ７．２の０．１モルＴｒｉｓ−Ｈｃｌ緩衝
剤中のコラーゲン酵素溶液（ボーリンジャー−マンヘイム）を１ｍｌにつき０〜
１作用単位分作成した。１単位とは、２５℃においてＦＡＬＧＰＡを毎分１μモ
ルだけ加水分解できる酵素量に等しい。本実験例では、酵素によりウェファ上の
コラーゲンが劣化され、膜厚が減少した。膜厚の減少は、本発明で説明する他の
実施例に対抗するものであって、その結果として色変化が起こった。
１ｍｌにつき０．５単位の濃度のコラーゲン酵素を２５μｌだけ投与して、５
分間コラーゲン被膜ウェファと反応させた。その後、ウェファを脱イオン水で洗
浄して圧縮空気で乾燥した。可視検査の結果、酵素の接触する区域は金色に変化
したが、その周囲は暗い赤紫色のままであった。その検査結果は、表７に図示さ
れている。
Figure 2005049356
実施例11：装着層の評価
シリコン基板は、ラップ処理などの当業者には周知の作成方法により単結晶シ
リコンのインゴットからウェファをダイアモンド刃で切り出して作成した。切り
出したウェファに、研磨材によるラップ処理、均一平坦表面作成のための酸また
はその他腐食溶液を使ったエッチング処理、および、さらに微細表面粗さ仕上げ
のためのラップ処理を施した。この実験例では、平均が１５ミクロンであるよう
な１２〜２１ミクロンの酸化アルミニウムの粉末の研磨剤を使って、拡散性反射
表面を作成した。また、この実験例では、上記の方法で作成された基板上に、５
５０オングストロームの厚さの窒化シリコンの被膜を形成した。前記の材料の組
合せは自由であって、本発明におけるＡＲ材の厚さを変更しても構わない。そし
て試験表面に、実施例５に記述されているように複数の装着層を形成させた。
前記の試験表面を、ｐＨ６．５の０．１ＭのＨＥＰＥＳ内のウサギＡ型抗連鎖
球菌体（ストレップＡ）の抗体の２０μｇ／ｍｌ溶液にて２５℃で６０分のあい
だ被膜処理した。そして、試験表面を、ラテックス質量増加試薬（実施例１４参
照）と同じストレップＡ抗原を含む、あるいは、含まない１０マイクロリッタの
制御溶液に入れて、室温で２分のあいだ培養させて反応をみた。試験表面を脱イ
オン水で洗浄してから、窒素噴流で乾燥させた。
１部の２ＭのＮａＮＯ の１部の２Ｍの酢酸を混ぜて、０．６６ＮのＮａＯＨ
で中性化して陰性制御剤を作成した。陽性制御剤は、市販されている培養ストレ
ップＡ細胞から抽出された抗原の緩衝調整剤を使い、使用前に抽出媒体液で希釈
した。試験表面に添付する前に、サンプルを２次ラテックス試薬と１：２の割合
で混合した。その結果は表８に記載されており、陰性制御剤上で可視化可能な陽
性制御剤の高度希釈液としての特徴が見られる。
Figure 2005049356
本実験例では、結果が拡散反射基板上の可視信号として示される抗原捕捉方法
における装着層の有効性が判明した。ＢＡＳやＰＥＩの場合、作用上の受容材結
合はあまり見られなかった。個々のシロキサンでは、受容材に付着する様々な能
力を示した。最高反応結果を示したのは、Ｔポリマーシロキサンであった。分子
自己結合装着層とＴＣ７Ａの表面活性剤のどちらも、やはり本方法の実験例装置
においての有効性をもっている。
実施例12：器材利用
この実験例での単結晶シリコン基板は、研磨表面をもつウェファである。装着
層を実験例５と同じように処理してから、実験例１１のように、抗体を付着させ
た。この評価測定も、実験例１１と同じである。使用した陽性制御剤は、Ａスト
レップ抗原の希釈液を含んでいる。乾燥させた後、反応試験表面をサガックス製
の比較楕円偏光測定器で調べて、反射光の強度を光学分析量をミリボルト単位の
数値で記録した。（表９参照）。
Figure 2005049356
試験した装着層はすべて、ＰＥＩ、ＭＳＡ、Ｔポリマーにての実験例法の有効
性を示し、最良結果を生み出した。
実験例13：コラゲナーゼ活動
実験例５のような方法でＴＣ７Ａ試験表面を作成して、単結晶シリコンウェフ
ァを直接被膜処理した。その試験表面を、４．９μｇ／ｍｌの１型人体コラーゲ
ンを含むｐＨ９．０の０．１ＭのＴｒｉｓ−ＨＣｌ溶液（シグマ化学、ミズリー
州セントルイス）内に浸漬した。試験表面は、２５℃で６０分のあいだ被膜処理
させた。そして、脱イオン水で表面を洗浄して、使用前に窒素噴流で乾燥した。
その結果、不動化コラーゲンの１４３オングストローム層が作成された。０．０
０５ＭのＣａＣｌとｐＨ７．６の０．１ＭのＴｒｉｓ−ＨＣｌとを含んだ緩衝剤
で、コラゲナーゼ（ボーリンジャー・マンヘイム、インディアナ州インディアナ
ポリス）の異なった割合の希釈液を調整した。コラゲナーゼの希釈液を５マイク
ロリッタ、それぞれ試験表面に点適して室温で５分のあいだ培養させた。反応試
験表面を脱イオン水で洗浄して、窒素噴流で乾燥した。その反応試験表面をサガ
ックス製の比較楕円偏光測定器で調べて、反射光の強度を記録した。本実験例で
は、受容材の層がコラゲナーゼにて劣化され、コラゲナーゼの活動や濃度を増加
させるような作用を示す陰性信号である孔が受容材に形成された。コラゲナーゼ
の活動は、１０ ／ｍｌの単位で記録されている。活動測定の光強度の単位はミ
リボルトである。（表１０参照）
Figure 2005049356
本実験例では、酵素活動を検知できる試験表面の作成例が示されている。この
場合、その活動状況は低下しているが、合成的活動の観点からの酵素活動を測定
できる構成の存在が確認できる。この実験例では、ＴＣ７Ａ装着層におけるＴポ
リマーシロキサンに対する受容材の受容度合は、３倍ほど増加していることが判
る（ただし、結果は図示されていない）。
実施例14：質量強大
本実験例では、質量ラベル付け抗体の使用と質量作成試薬の選定について説明
している。本発明の他の構成においての最適質量ラベル決定の際にも、前記の選
択方法利用できる。
そのような表面活性剤粒子は、インディアナ州カルメルのバング研究所の、ア
ミド粒子、ロット番号Ｌ９１０１０８（ＳＡ−０１５／７５８）やロット番号９
０１０１５Ｊ（Ｂ７−０１５ＦＦ１８１）、カルボキシル酸塩粒子、ロット番号
９００４１０８（Ｂ７−０１５ＦＦ／７８７）などが入手できる。その他、イン
ディアナ州インディアナポリスのセラディン社のＴＣ３、ＴＣ３Ｘ、ＴＣ７、Ｔ
Ｃ７Ｘのフィルム形成粒子も同様に適用できる。それらＴＣ型の薬剤はすべて、
スチレン−ブタジエン−コポリマーを含むカルボキシル酸である。これら薬剤の
うちＴＣ７だけを、特に詳しく調べた。ＴＣ３は、タンパク色フィルムを形成す
るので使用しなかった。検査したセラディン社の粒子材は、ＴＣ−７Ａ、製品番
号ＣＭＬ、ロット番号ＩＫ３０、ＴＣ−７Ｘ、ロット番号１Ｍ９２、ＴＣ−７、
ロット番号１Ｖ１８（Ｆ０４０６９０）、ＴＣ−３Ｘ、ロット番号１Ｒ３５、Ｔ
Ｃ−３、ロット番号１Ｊ４４である。表面活性剤処理の結果、カルボキシル酸塩
とアミドの両方の粒子が存在するため、化学的不動状態がよりフレキシブルにな
った。米国特許第４、４２１、８９６号に記載されているように、アミノ粒子は
簡単にヒドラジド粒子に変換できる。
この実験例では、単結晶シリコンの処女試験ウェファを直接に使用した。それ
らウェファには、スピン被膜装置を使って保存シロキサンの２メチル２ブタノー
ルでの１：３００（ｖ／ｖ）希釈液３００マイクロリッタを添加して、Ｔポリマ
ーシロキサン（ペトラーチ・システム、ペンシルバニア州ブリストル、カタログ
番号ＰＳ４０１）の被膜処理をした。そしてＴポリマーを、１２０℃で１２０分
のあいだ熱処理して硬化させて、ウェファ試験表面を形成した。活性化させた基
板を、ｐＨ６．０の０．１ＭのＨＥＰＥＳ緩衝液内の、Ａ型連鎖球菌に対するウ
サギポリクローン性抗体が２０マイクログラム／ｍｌ含まれた溶液に浸漬した。
そして、そのウェファを２５℃で６０分のあいだ前記抗体溶液に浸した後、脱イ
オン水で洗浄して窒素噴流で乾燥させた。サガックス製の比較楕円偏光測定器に
て反応ウェファを検査したら、層厚つまり光学濃度の変化が確認された。
前記のさまざまな被膜をもつフィルム形成粒子材の検査結果が、表１１に示さ
れている。表１１では、抗体濃縮、粒子濃縮、必要に応じたブロック剤の添加を
説明している。フィルム形成粒子を被膜処理するのに使われた抗体は、楕円偏光
測定ウェファ上の受容材に使われたものと同じである。粒子材表面への抗体の被
膜処理は、２５℃で１６時間のあいだ混合物を培養することにより行った。ＴＣ
７材を、保存溶液の希釈液として準備し、水に対して透析して、抗体との反応作
用前に混合ベッドレジンで処理した。
Figure 2005049356
Figure 2005049356
Figure 2005049356
最終濃度１％（w/v）のカルボジイミド（１-シクロヘキシル-３-（２-モルホ
リノエチルカルボジイミドメト-p-トルエンスルホネート；Aldrich Chemical, C
o., Milwaukee, WI, カタログ No.Ｃ１０、６４０-２、ロット No.０９９１５Ｐ
Ｗ）を加えることにより、抗体の共有結合形付加をカルボキシレート粒子に関し
て検討した。抗体を添加する前にカルボジイミドを加えた。抗体を加える直前に
ヒドラジド処理したアミド粒子を最終濃度０.０５％のグルタルアルデヒドで処
理して、粒子表面への抗体の共有結合形付加を導くこともできる。特に記載がな
い限り、pH７.２の０.０１Ｍリン酸緩衝生理食塩水中において粒子を抗体で被覆
した。
陽性対照の作製のために使用したストレプＡ抗体試料は市販のものであった。
この抗体を２Ｍ NaNO2、２Ｍ酢酸、０.６６Ｎ NaOHの１：１：１混合物中で１：
６００の希釈レベルまで希釈した。同じ試料の抗体を含まないものを陰性対照と
して用いた。増幅試薬を表１１に示したような様々な比率で陽性および陰性対照
と混合し、５μlを抗体被覆したオブラートの表面に塗布した。サンプルを２５
℃で２分間インキュベートして洗浄し、その後窒素流下で乾燥させた。反応させ
たオブラートを修正Sagax Ellipsometerで検査し、その厚さをミリボルトで測定
した強度の変化として記録した。
これらのデータは、増幅試薬中の極めて高い粒子密度はその試薬と被検表面と
の非特異的結合を導くことを示している。補助たんぱくあるいは界面活性剤を加
えても抗体被覆した粒子の成績は改善されない。表面活性剤よりもわずかに硬性
であるＴＣ-７粒子も同様にこの特定適用に関して作用しないが、他のいくつか
のラテックス製剤に比べると、ＴＣ-７粒子は有意の反応性を示す。温度上昇は
粒子への抗体の取り込みのレベルを改善する、従って遊離抗体のレベルを低下さ
せると思われる。これらの粒子から遊離抗体は取り除かれなかったが、限外濾過
のような技法によって非結合抗体を除去することは有用であると考えられる。ア
ミド粒子も良好に作用するが、ヒドラジド誘導アミド粒子は最良の全体的反応性
を与えると思われる。表面活性剤であるカルボキシレート粒子はアミド粒子ほど
には働かない。
実施例15：ラテックス
この試験では、増幅フィルム形成粒子を実施例１４におけると同様にして調製
し、実施例１４と同様にして検定を行なった。使用した基質は、１２〜２０ミク
ロン（平均粒子サイズ１５ミクロン）の酸化アルミニウム粒子で被覆して、半導
体産業の当業者には周知の工程を用いて粗構造の表面を創造した、半結晶性珪素
オブラートであった。この基質を窒化珪素の薄膜で被覆した。３５０〜５５０Å
の窒化珪素フィルムはこの適用のための標準品であるが、どのような厚さのフィ
ルムも使用可能である。光学的スライドガラスのＴポリマー処理は実施例５およ
び１４の中で述べた。
結果を表１２に示す。視覚的結果は楕円体測定システムで行なった観察とは異
なっている。非常に高い粒子密度は明らかな陰性結果をもたらすが、強い陽性の
視覚的シグナルは生じない。粒子に取り込まれたより高濃度の抗体は、機器を用
いた検定で認められるように、より低レベルの抗体よりも強いシグナルを生じる
。この試験は、粒子の抗体被覆が不十分であると、ラテックス粒子と被検表面と
の非特異的結合が生じることを示唆している。ひとたび抗体被覆が十分になると
、しかしながら、陽性および陰性の結果は容易に検出可能且つ識別可能となる。
Figure 2005049356
実施例16：酵素増幅
ホースラディッシュペルオキシダーゼ（Sigma グレードVI）を、髄膜炎菌Ａ、
Ｃ、Ｙ、Ｗ135の培養物からの細胞懸濁液をあらかじめ注射しておいたウサギの
貯留高力価血清からのカプリル酸沈降反応によって精製した免疫グロブリンに化
学的に結合した。結合は、試薬Ｓ-アセチルチオ酢酸Ｎ-ヒドロキシスクシニミド
を使用し、Analytical Bio-chemistry１３２（１９８３）６８−７３に述べられ
ている方法に従って行なった。結果として生じた複合体は、ＭＯＰＳ緩衝液、５
０mM、pH ７.０中でペルオキシダーゼ（１０４μM）と免疫グロブリン（３５μM
）を含んでいた。ペルオキシダーゼ‐免疫グロブリン複合体をカゼイン（５mg/m
l）と共にＭＯＰＳ緩衝液中で希釈し、等量の髄膜炎菌培養物からの細胞不含濾
液の希釈溶液と混合した。
該混合物（２５μl）を、窒化珪素、Ｔポリマーシロキサンおよび同じ髄膜炎
菌に対するウサギ抗体試料からの精製免疫グロブリンの層で被覆した珪素オブラ
ートの表面にピペットで滴下した。抗体を、５０mM ＭＯＰＳ、pH ７.０中１０
μg/mlの抗体を含む溶液から、Ｔポリマー／珪素オブラートに被覆した。オブラ
ートを室温で１時間抗体中に放置し、脱イオン水で洗浄して、窒素流下で乾燥さ
せた。抗体被覆した基質を、室温で１時間、５０mM ＭＯＰＳ、pH ７.０中０.５
mg/mlの加水分解したカゼインと共にインキュベートし、その後洗浄して乾燥さ
せた。
サンプルを１：１の割合で複合体と混合した。１０μlを被検表面に塗布した
。２分後、サンプルを水で洗い流し、オブラートを窒素流下で乾燥させるか、も
しくは濾過装置で吸い取った。ＴＭブルー沈降基質（ＴＭブルーは市販の製品で
、Transgenic Sciences,Inc.の商標であり、米国特許５,０１３,６４６に開示さ
れている）をオブラートの同じ部分に適用し、５分間そのまま放置した。オブラ
ートを洗浄し、乾燥させた。反応が起こった部分では紫色の斑点が見えた。その
後、この生じた沈殿物を肉眼と偏光解析装置で読取り、髄膜炎菌の存在を確認し
た。抗体の１：２０,０００の希釈溶液は肉眼で陰性の結果から明瞭に解像され
る（表１３参照）。
Figure 2005049356
上記の検定に基づき試験キットが作製できる。このキットは５０回までの光学
的迅速免疫測定法を実施するために必要なすべての成分を含んでいる。キットは
、必要とされる適切な洗浄と乾燥のステップを容易にするようにデザインされた
固体支持試験拠点を特徴とする。対象とする複合分析物に特異的な１〜５（また
はそれ以上）の非反応性試験表面を含むスライドガラスを試験拠点上に置く。最
初の反応が終了すると、スライドは操作者から離れて前方に傾く。試験表面は洗
浄液で力強く洗浄され、その洗浄液は傾いた表面から下の貯水槽内に流れ込む。
（貯水槽は殺菌剤で処理された酢酸セルロースの固体吸収塊を含む）。スライド
はその後水平位置に戻り、１枚の吸取り紙が試験表面上に直接置かれる。数秒間
の接触時間によって十分な吸取りが可能になる。吸取り紙は、試験キットの前面
に便利に位置する個々の切り離し紙のパッドとして供給されるが、洗浄／乾燥工
程は毛細管作用のようなその他の手段によって実現することもできる。さらに、
酵素標識物質、すなわち対象とする分析物（抗原など）に特異的な酵素標識抗体
が、適切に緩衝され、希釈されて供給される。最後に、市販のＴＭブルー液の容
器のような沈降手段が、１〜３滴またはそれ以上が１滴づつ滴下されて酵素的に
もたらされる質量変化を引き起こし、洗浄前に沈降反応を生じさせることができ
るように、都合のよい容量で供給される。該表面に基質を添加することにより第
２のインキュベーションが開始され、洗浄／乾燥工程が繰り返されて試験が完了
する。
２つの異なるタイプの珪素オブラートを使用した；１つは金色の窒化珪素で被
覆したオブラートであり、もう１つは窒化物被覆なしの銀色の珪素オブラートで
あった。１つの可能性は、窒化珪素上のペルオキシダーゼ／沈降基質系に関して
認められた可視色が、厳密に表面上に沈殿した染料の吸光度によるものであると
いうことである。この場合に相当し、且つ沈殿した染料が薄層として働かなけれ
ば、銀色の珪素オブラートはＴＭブルーのみの深青色の視覚的シグナルを生じさ
せることになる。
Ｔポリマー被覆したオブラートを５つの別個の試験のために抗体で処理した：
髄膜炎菌Ａ，Ｃ，Ｙ，Ｗ135；髄膜炎菌Ｂ；連鎖球菌Ｂ；インフルエンザ菌Ｂ；
肺炎連鎖球菌。各々の試験のために作製した最初の試薬は、先に述べたように付
着層（Ｔポリマーシロキサン）で被覆した金色と銀色のオブラートであった。オ
ブラートを適切な溶液中に室温で１時間液浸して、５個の抗体全部を５０mMＭＯ
ＰＳ、pH ７.０中１０μg/mlの抗体濃度でこれらのタイプのオブラートに被覆し
た。実施例１に述べたようにしてオブラートを洗浄し、乾燥させ、ブロックした
。
必要な第二の試薬は、上に述べた方法を用いて抗体‐ホースラディッシュペル
オキシダーゼ複合物を作製するため、同じ５個の抗体試料を使用した。複合体の
原液試料を用いて、５mg/mlのカゼインを含む５０mM ＭＯＰＳ，pH ７.０中で最
終的な複合体比率１：１００に希釈することにより作業用複合体を作製した。作
業用複合体溶液を標準抗原試料と１：１の割合で混合し、２０μlサンプルを適
当な抗体被覆オブラートに塗布した。
２分間のインキュベーション、次いで洗浄と乾燥、その後オブラート表面上に
産物を形成させるために５分間の基質インキュベーションを用いて迅速なプロト
コールを実施した。洗浄と吸取り乾燥後、サンプルを裸眼と偏光解析装置で読み
取った。肉眼で著明に見える紫色の斑点が金色の窒化珪素被覆したオブラート上
に発現し、窒化物被覆していない銀色の珪素オブラートで灰色の斑点を認めた。
窒化珪素被覆した表面上では、非常に強い陽性が白色の干渉色を生じさせた。厚
さの上昇は偏光解析装置を用いて直ちに測定することができた。すべての場合に
銀色オブラート上に発現した可視色は、沈殿した産物が真の薄膜として働き、Ａ
Ｒ被覆なしでも干渉効果を生じさせることを示している。発現する色は染料の吸
光度特性には依存しない。
色素原が認められる可視反応の産生に寄与しないことのさらなる証拠が次の実
験によって得られた。ＴＭＢ／Ｈ2Ｏ2産物を反応停止試薬、Ｈ2ＳＯ4で処理する
と黄色の沈殿物が生じる。ここで検討している光学的支持体に関して観察される
可視反応が単に色素原のみによるものであれば、表面の沈殿物を反応停止試薬で
処理すれば黄色の斑点が生じるはずである。固定化した表面沈殿物を硫酸で処理
しても、窒化珪素被覆したオブラート上に生じる強い紫色あるいは青色の斑点に
は変化を及ぼさない。従って、生じるシグナルは全面的に薄膜の形成に依存する
。窒化珪素の表面から沈殿物を取り除く接着剤の細片を用いて追加的な確認が得
られた。接着剤で除去した沈殿物は、赤色成分を含まない微灰色／青色であった
。認められる干渉効果は、強い赤色成分を伴う明紫色／青色を呈する。このこと
は、薄膜形成が認められる呈色作用産生の原因であることを裏付けている。
表１４は、細菌抗原検定の全範囲について、質量増大検定と Wellcome Diagno
stics が製造しているラテックス凝集検定との比較から得られた結果を示してい
る。
Figure 2005049356
 注：１）ＯＩＡについては、希釈溶液は可視の陽性結果を生じる最終的希釈溶
液である。
２）ここに示す細胞上清液は、０.５％ホルマリンの生理食塩水中で作製した
濃い細胞懸濁液を＋４℃で１晩放置した後取り出した上清液である。これは高い
含量の多糖類を含み、従ってかなりの希釈を必要とする。
３）ラテックス試験は、使用期限の来ていない市販の製品に関して実施した。
表１５ａと１５ｂに示した結果は、触媒性質量増大法と酵素結合免疫吸着検定
法（ＥＬＩＳＡ）との比較である。データは、ＴＭＢを基質として使用し、髄膜
炎菌Ａ，Ｃ，Ｙ，Ｗ135に関してＥＬＩＳＡに比べ酵素増幅検定法の高い効率を
示している。ＥＬＩＳＡの試験表面と光学試験表面の作製を以下に述べる。
これらの技法には２つの大きな違いがある。まず第一に、本発明の方法が抗体
の固相吸着のために研磨した珪素オブラートを使用するのに対し、ＥＬＩＳＡは
透明なポリスチレンのマイクロタイタープレートを用いる。第二に、そしてより
重要な相違として、この触媒法の場合には、反応を発現させるために使用する基
質は研磨珪素オブラートの表面上に沈着する不溶性産物を生じるが、ＥＬＩＳＡ
の基質はマイクロタイタープレートのウエル中に着色した溶液を生じる。この触
媒法によって得られる結果の感受性がより高いのは、この重要な相違のためであ
る。ＥＬＩＳＡが色素原から生じる可視色に依存するのに対し、本発明の装置は
装置上に沈着する色素原の薄層にのみ依存する。
詳しく述べると、一方の表面は研磨した珪素オブラート（ＯＩＡ）であり、他
方の表面は透明ポリスチレンのマイクロタイタープレート（ＥＬＩＳＡ）である
。両方の表面に１０μg/mlの抗体溶液を室温で１時間適用し、脱イオン化水で洗
浄して、０.５mg/mlのカゼイン阻止溶液を室温で１０分間適用し、最後に脱イオ
ン化水で洗浄する。
検定において、抗原の希釈は次の通りであった：１：５,０００；１：１０,０
００；１：２０,０００；１：４０,０００；１：８０,０００；１：１６０,００
０；また複合体溶液は、５mg/mlのカゼインと５０mM ＭＯＰＳＯ、pH ７.０を含
むＨＲＰ標識抗体の１：１００希釈溶液であった。使用の直前に各々の抗原希釈
溶液を複合体溶液と１：１の割合で混合し、各表面に適用した。これを室温で２
分間反応させ、次に各表面を脱イオン化水で洗浄した。その後各表面に基質を添
加した。珪素オブラートにＴＭブルー、ＥＬＩＳＡプレートにＴＭＢを添加した
。これを室温で５分間反応させた。この時点で反応を終了させ、珪素オブラート
を脱イオン化水で洗浄し、窒素で乾燥させた。ＥＬＩＳＡはＨ2ＳＯ4で停止させ
た。視覚的読取りを行なって、陰性と識別しうる最小抗原希釈を判定し、表面上
に沈着した不溶性産物を含む試験表面を偏光解析装置に入れてそれぞれの電圧量
を測定した。１：１０,０００〜１：２０,０００の希釈までしか読取れなかった
ＥＬＩＳＡ（停止せず）に比べ、ＯＩＡは１：４０,０００の抗原希釈溶液まで
読取ることができた。一方ＥＬＩＳＡ（停止）は肉眼で１：５,０００〜１：１
０,０００希釈までしか読取れなかった。機器を用いた読取りの結果を表１５ａ
と１５ｂに示す。
Figure 2005049356
Figure 2005049356
実施例17：ラテックスと触媒性増大検定酵素標識検定を用いて連鎖球菌Ａから
抗原を検出し、アミド変性表面活性剤ラテックス、０.１６１μm（Rhone-Poulen
c）を使用した検定と同じ珪素オブラートに関して比較した。
いずれの技法も、抗原の１：８０希釈を限界とする市販（Wellcome Diagnosti
cs）のラテックス凝集技法よりは感受性が高い。２つの技法の直接機器読取りの
比較を以下の表１６に示す。ここに示したミリボルト読取りは、修正Sagax Comp
arison Ellipsometerで記録された光の強さの変化の関数である。
Figure 2005049356
実施例18：複数分析物プロトコール
試験表面と複合抗体試料を、次の微生物のそれぞれについて実施例１６で述べ
たように作製した：髄膜炎菌、インフルエンザ菌Ｂ群、肺炎連鎖球菌、連鎖球菌
Ｂ群、大腸菌Ｋ１。試験装置をこれら５つの試験表面を収容するようにデザイン
し、試験表面を装置内の高くなった台上にのせた（図９および１１参照）。次の
微生物のそれぞれについて一定量の各複合体試料を調製した：髄膜炎菌、インフ
ルエンザ菌Ｂ群、肺炎連鎖球菌、連鎖球菌Ｂ群、大腸菌Ｋ１。
等量（７５μl）の脳脊髄液（ＣＳＦ）サンプルとこの複合体試料を混合し、
５つの抗体被覆した試験表面のそれぞれにピペットで１滴（２５μl）滴下した
。ＣＳＦサンプルは、実施例１６で述べたように、試験微生物から誘導した抗原
の既知レベルおよび既知の組合せに関して調製した。サンプルを２分間インキュ
ベートし、その後試験オブラートを脱イオン化水で洗浄して吸取り乾燥させた。
基質（ＴＭＢ沈降反応試薬）を各表面に添加して、５分間インキュベートした。
オブラートを脱イオン化水で洗浄し、吸取り乾燥して、読取りを行なった。この
ように、１またはそれ以上の分析物が存在する場合でも単一サンプルが容易に分
析できた。この複数特異的試薬は単一特異的試薬に関して認められる特異性を保
持していた。偽陽性反応は認めず、また陽性反応は単一特異的試験工程で生じる
シグナルと同等であった。
実施例19：ストレプＡ検定装置
図８Ａ〜８Ｇに示した装置の作製の詳細をここで述べる。直径１００mm、一方
の側を研磨した２０ミル±２ミルの単結晶性珪素オブラートを半導体供給業者か
ら購入した。オブラートを、上に述べた工程を用いて４９５ű１５Åの窒化珪
素または二酸化チタンで被覆した。各々のオブラートに、０.７５cm2切片のパタ
ーンを作りながら３.５ミルの深さまで切り目を入れた。これによってオブラー
トはその後のプロセシングの間も無傷のままとなる。次にオブラートを実施例５
で述べたようにＴポリマーシロキサンで被覆した。最終的なポリマーの厚さ１０
０ű５Åを使用する。ポリマー被覆したオブラートを１４５℃±５℃で２４±
２時間保存する。
ポリマー被覆したオブラートを、０.１Ｍ ＨＥＰＥＳ（Ｎ-［２-ヒドロキシエ
チル］ピペラジン-Ｎ'-［２-エタンスルホン酸］）、pH ８.０中５μg/mlの親和
性精製ウサギ抗ストレプＡ抗体を含む溶液中に浸した。オブラートを２℃〜８℃
で１６〜２０時間、抗体溶液により被覆した。オブラートを脱イオン化水で洗浄
し、その後窒素流下で乾燥させた工程上の対照を、ｘ，ｙ翻訳段階を用いてそれ
ぞれの０.７５cm2の中心に適用した。１〜２μlの斑点を適用し、室温（２０℃
）で３分間インキュベートした。使用した抗原の濃度は、中間的な色の変化を生
じるように経験的に決定した。抗原を脱イオン化水中に混合した。抗原溶液を脱
イオン化水で表面から洗い流し、その後窒素流下で乾燥させた。次にオブラート
を、５０mM ＭＯＰＳ（３−［Ｎ-モルホリノ］プロパンスルホン酸）、pH７.０
中０．５％の分解したゼラチンを含む溶液中に室温で２０分間浸した。オブラー
トを溶液から取り出し、窒素流下で乾燥させた。ゼラチン層は抗体被覆を安定化
させる役割を果たし、装置の保存を助ける。オブラートは紫色である。オブラー
トを３０秒間蒸気に接触させてゼラチン層を十分に水化させた。次にオブラート
を空気乾燥させた。オブラートはもとの金色に戻るはずである。その後該オブラ
ートを各０.７５cm2の試験片に解体した。
図８Ａ〜８Ｇを参照すると、成形した試験装置はあらかじめ切断した吸収パッ
ドが底に置かれており、その保護カバーがしっかりはめ込まれている。装置の蓋
には吸取り材料が上部に積層されており、保護カバーがきっちりとはまっている
。装置の中心の高くなった台座に小量のエポキシを適用し、試験表面を適用する
。接着剤を固まらせ、その後装置を閉じてキット内に入れる。
表面を被覆するのに使用した抗体試料あるいは別個の抗体試料を、ナカネが述
べている標準過ヨウ素酸化学作用を用いてＨＲＰに結合した。質量増大試薬にお
いて使用する結合抗体の正確な希釈は、ＨＲＰの取り込みのレベルならびに使用
する抗体試料の親和性と抗体結合力に依存する。複合体試料を、５０mM ＭＯＰ
ＳＯ（３-［Ｎ-モルホリノ］-２-ヒドロキシプロパンスルホン酸）、pH７.０、
標準アルカリ処理カゼイン２０mg/ml、０.３％（v/v）トゥイーン２０、および
０.５％（v/v）プロクリン３００（Rohm and Haas）を含む中で希釈した。複合
体溶液を Wheaton Natural のポリエチレン点滴びんに入れた。供給される滴の
大きさは約３０μlであった。他のすべての試薬も同様に Wheaton Natural点滴
びんに入れた。
２.３Ｍ ＮａＮＯ2と０.０１％イソプロパノールを含む溶液１００μlをポリ
エチレンチューブに入れ、溶液をチューブ上で乾燥させることにより、抽出チュ
ーブを作製した。これは循環空気の下に室温で、または４５℃で乾燥させること
により達成されうる。
試薬の組成は次の通りであった：試薬 No.１：０.２５Ｍ酢酸と０.０３５mg/l
のブロムクレゾールグリーン試薬 No.２：１.５Ｍ ＭＯＰＳＯ，pH＝７.３と０.
２％（v/v）トゥイーン２０、０.５％（v/v）プロクリン３００および２０mM Ｅ
ＤＴＡ試薬 No.３：複合体試薬 No.４：０.１％プロクリン３００を含む脱イオ
ン化水試薬 No.５：沈降反応ＴＭＢの市販製剤
この装置の使用のための試験工程は次の通りであった：１．試薬を低温保存か
ら取り出し、室温に暖まるまで放置する。
２．キットから乾燥試薬を含む抽出チューブを取り出し、それをラックまたは
ホールダーに垂直に立てる。
３．抽出チューブおよび試験装置に適切な患者情報のラベルを貼付する。検定
を実施している間は試験装置を水平な表面上に置く。
４．試薬１を３滴抽出チューブ内に添加し、静かに振盪して底にある乾燥試薬
を溶解させる。溶解し、適切に混合した時には液体は淡緑色になるはずである。
血液の混じった標本の場合には抽出チューブの色の変化が明白でないこともある
が、検定の成績には影響を及ぼさない。
５．１分以内に、標本または陽性対照を含む管口スワブをチューブ内に入れる
。液体がファイバーチップから中に移動していくように、スワブを回しながらチ
ューブの側面にスワブを押しつける。スワブを抽出液中で２分間以上インキュベ
ートさせる。
６．スワブの柄を側面に保持し、試薬２を３滴直接抽出チューブに加える。溶
液の色が緑色から青色に変わるまで、スワブを使って試薬と抽出物を混合する。
７．スワブを引き出す時、チューブの側面を押しながら抽出チューブの壁にス
ワブを押し当てて回すことにより、スワブから抽出液を分離する。スワブを廃棄
し、チューブの内容物を取っておく。スワブからできるだけ多くの液体から取っ
ておくようにする。
８．試薬３を１滴抽出物に加え、十分に混合する。３０分間以上放置してはな
らない。
９．清潔なピペットを使って該溶液１滴を対応する試験装置の表面の中心上に
直接移す。試験装置の表面全体をおおってはならない。
１０．試験表面上の滴を２〜５分間インキュベートする。
１１．１〜２秒間力強く洗浄することが重要である。装置の周囲の吸収性物質
の容量を超えないように注意しながら、試薬４の洗浄液を使って装置の表面を洗
い流す。
１２．吸取り装置が No.１の位置にあることを確認する。少しの間装置の蓋を
閉じ、残存する湿気を表面から除去する。吸取りのたびに清潔な表面で吸取るこ
とが必要である。初めて吸取りを行う時には、吸取り紙はＩの位置にあるはずで
ある。IIの位置にあれば、２回目の吸取りのためにＩの位置まで動かす。同じ位
置で吸取りを反復することは試験結果を損なう可能性がある。
１３．蓋を開き、試薬５を１滴直接試験装置の表面の中心に適用し、４〜１０
分間インキュベートする。最初の滴下が直接装置の中心上に行われなかった場合
には、試薬５の滴を最初の滴下部分に直接移動させる。
１４．試薬４の洗浄液を用いて１〜２秒間装置の表面を力強く洗い流す。
１５．吸取り紙を装置の上部の No.２の位置まで動かし、少しの間装置の蓋を
閉じて表面から残存する湿気を除去する。蓋を開き、試験表面を色の変化に関し
て検査する。
陽性結果：いかなる強さであっても一様な青色／紫色の反応円が装置表面の中
心部に現われる。
陰性結果：いかなる強さでも、青色／紫色の反応円が試験表面上に現われない
。
工程上の対照は各試験表面上に存在する。各々の陽性または陰性試験の終了時
に試験表面の中心に小さな青色／紫色の点として現われる。陰性試験結果は工程
対照のみを示す。陽性対照結果は反応円の中に工程対照を示す。非常に強い陽性
結果の場合には、工程対照は反応円内であまり明白でないこともある。
工程対照が現われなければ、指示に従って工程を反復することができる。反応
した試験表面および陽性反応に結びついた色の変化は時間が経過しても劣化しな
い。従って、試験装置は永続的記録とみなしうる。試験装置を参考のために取っ
ておく場合には、蓋の中の吸取り材料を取り出して、生物災害容器に廃棄する。
保存のため装置は閉じておくべきである。
実施例20：ＯＩＡ装置の感受性
ストレプＡ ＯＩＡの分析感受性を、既知の濃度の細胞懸濁液を使用し、各々
のキットの検定プロトコールに従ってこの懸濁液の一部を抽出することにより、
市販のストレプＡキットと比較した。化膿連鎖球菌、ランスフィールド分類Ａ群
を、斜面培養管での一次培養として American Type Culture Collection（ＡＴ
ＣＣ No.１２３４４）から入手した。細胞懸濁液は滅菌通常生理食塩水から作製
し、通常生理食塩水で無菌的に希釈した。試験からの結果は、本発明のＯＩＡ装
置が少なくとも６種類の市販試験キットと比べて少なくとも１０〜１００倍感受
性が高いことを示している。
表１７は、ストレプＡ ＯＩＡの臨床的感受性をいくつかの市販の迅速ストレ
プＡ検定の製品取り扱い説明書の記載と比較したものである。これらの迅速検定
の大部分は、ストレプＡコロニー計数が２０未満のサンプルはすべて切り捨てる
が、ストレプＡ ＯＩＡ検定で示された数字においては、いかなるサンプルも差
し引かれなかった。ストレプＡ ＯＩＡはこれらの迅速試験に比べて感受性の有
意の改善を示す。
Figure 2005049356
 １．製造業者の製品取扱い説明書から得たデータ２．すべての標本に基づく３．
製品取扱い説明書の中の表から計算したデータ４．標本プレートのコロニー計数
が製品取扱い説明書に示されていない。
スワブ１本と標準採集技法を用いて咽頭炎の症状を呈する患者からスワブ
を収集した。この試験では、４つの独立した検査施設を使用した。標本採集 後
直ちにスワブを輸送チューブに戻し、輸送媒体を含むカプセルを押し砕い た。
各施設で５％ヒツジ血液寒天（ＳＢＡ）プレートに標本を接種し、次に ３５℃
〜３７℃でインキュベートした。４施設の内２施設では嫌気的条件下 でプレー
トを２４〜４８時間インキュベートし、２施設では二酸化炭素強化 環境でプレ
ートをインキュベートした。各施設は結果を陰性または陽性とし て報告し、陽
性に関してはセロタイピング法によって確認した。
接種後、スワブを輸送チューブに戻し、ストレプＡ ＯＩＡ試験工程に従って
検定した。溶液を生じる酸を３滴抽出チューブに加え、よく混合して乾燥試薬を
溶解した。スワブを抽出チューブに入れ、抽出試薬で十分に飽和させ、溶液中で
２分間インキュベートした。中和溶液３滴を抽出チューブに加え、スワブを使っ
て試薬を混合した。抽出したスワブをチューブの側面に押しつけて絞りだし、そ
の後廃棄した。この抽出技法はほとんどの迅速ＧＡＳ試験に共通するもので、細
菌からＧＡＳ抗原を遊離させる。
触媒１滴を抽出物に加え、十分に混合した。この溶液１滴を試験片（図８Ａ〜
８Ｇ）の中心に適用した。サンプルを試験表面上で２分間インキュベートし、そ
の後試験表面を水で洗い流し、蓋を閉じて吸取り乾燥した。質量増大剤１滴を試
験表面の中心に適用し、４分間インキュベートした。表面を再び水で洗い流し、
先と同様に吸取った。試験結果は培養結果の知識なしに判定した。
増大培養法を、細菌の存在を確認するようにデザインした。この方法では、す
べての輸送チューブから外科用綿撒糸（輸送媒体とスワブを分離する栓子）を取
り出し、トッド・ヒューウィット培地に入れて、３５℃〜３７℃で２４〜４８時
間インキュベートした。細菌に一致する増殖パターンが認められれば、コロニー
を選択し、必要であれば再分離して、市販の連鎖球菌セロタイピングキットを用
いて確認した。
臨床試験では、４施設から合計７７８サンプルを検査した。ＳＢＡ培養法は７
０標本を陽性と判定し、これらの標本の内４つは増大培養法によると陰性と判定
された。増大培養法は９２標本を陽性と判定した。ＳＢＡ培養の感受性は、検討
した頻度と個体群に関して増大培養法に比し７１.７％であった。これらのデー
タは、従来のＳＢＡ培養法が増大培養法よりも感受性が低いことを示す先の文献
の結果を裏付けている。従って、従来のＳＢＡ培養法を「ゴールドスタンダード
」とみなすことは再評価されるべきである。
ＯＩＡの結果をＳＢＡ培養法と増大培養法の両方に関して評価した。ストレプ
Ａ ＯＩＡは検討した頻度と個体群について９２.９％の感受性、９４.８％の特
異性、９４.６％の正確度を生じた。ストレプＡ ＯＩＡはＳＢＡ培養法に比べ特
異性が低いと思われる。しかしながら、ストレプＡ ＯＩＡでの２６の見かけ上
の偽陽性は実際には真性陽性であったので、本当の限界はＳＢＡ培養技法の方に
存在する。培養に関するストレプＡ ＯＩＡの感受性は、４つのＳＢＡ陽性結果
がストレプＡ ＯＩＡでは陰性であったために低いように思われる。これらの結
果はその後増大培養法で培養非分離株であると判定された。ストレプＡ ＯＩＡ
は９２の増大培養陽性のうち９１を検出し、９８.９％の感受性を生じた。能率
結果はコロニー計数にかかわりなく収集したすべてのデータを含むことに注意す
ることが重要である。
実施例21：機器による読取りのプロトコール１）フォトダイオード修正比較偏
光解析装置上記に述べたように比較偏光解析装置を修正した。接眼鏡をＣＣＤカ
メラに接続し、サンプルを楕円十字線内の中心に置いた。サンプルの斑点が楕円
内に完全に納まるようにズームを調節した。
検定に使用した試験細片は幅１cm、長さ４〜５cmであった。これらの寸法は手
で取り扱いやすい。適切なデザインのサンプル位置定め装置があればどのような
寸法の試験片も使用できる。サンプルを、スライドの長さに沿って均一な間隔で
２０μlの滴として適用した。試験表面の背景測定のために１切片を残した。サ
ンプルをこれまでの実施例の中でで述べたように検定した。
試験細片を機器のサンプル台の上に乗せ、表面の背景切片を楕円の中心に置い
た。サンプル台はｘ，ｙ位置付け能力を持つ。試験表面が位置付けられれば、フ
ォトダイオードで背景の読取りを行った。ＬＥＤは背景切片の背景強度をボルト
で表示する。コンピュータのソフトウェアも背景強度を記録するようにデザイン
されていることもある。この測定が終了した後、台を進めて陰性サンプルからの
読取りを記録した。電圧量を直接記録したが、サンプルから背景を差し引いたも
のを記録してもよい。すべてのサンプルが測定されるまで台を前進させた。
機器による読取りは、あらかじめセットされたシグナルに関してイエスまたは
ノーの定性的回答を与えることができる。検定は陰性対照と低陽性、あるいは遮
断濃度を含み、この閾値に関してサンプルを客観的に評価する。
検定が定量的であれば、試験表面あるいは試験装置は陰性対照と１またはそれ
以上の既知の陽性対照を測定することができる。定量のためにサンプルの数値を
この曲線と比較する。考慮している適用に半定量的回答が適していれば、陽性対
照はいくつかの広範囲をカバーしうる。
単色光源比較偏光解析装置この機器は、照準を合わせた光源の使用によるより
小さな光路、より小さな参考表面、より小さなサンプル台、光源のすぐ隣に位置
する偏光子、および検出器を有しており、表面の視覚検査に必要なレンズ系が排
除されている。
この特殊機器の読取りのプロトコールは、５つの別個のサンプル、あるいは４
つの対照と１サンプル、２対照と３サンプル、等々に適応する。サンプルスライ
ドを、スライドの位置を制御する回転柱に接続する。整列は視覚による位置付け
ではなく、試験表面上へのサンプルの配置と台の前進によって達成される。ｘ，
ｙ位置付け台を修正することにより、試験表面のどのような配列も使用できる。
このことは、多数のサンプルを検査することのできる試験表面の使用を可能にす
る。
この機器は、一定のサンプルサイズに適合するように遮蔽されたフォトダイオ
ード検出器を使用しており、スライドの位置付けとサンプル適用によってサンプ
ルの斑点が遮蔽を満たす。読取りは機器のカバーのＬＥＤ表示から行う。読取り
はミリボルトである。
実施例22：Ｂ群連鎖球菌多クローン性または単クローン性のいずれかの抗ＧＢ
Ｓ抗体を前に述べたシロキサン被覆表面に固定化することにより、光学的に活性
な試験表面を作製した。抗体は群特異的であったが、ＧＢＳ多糖類に関して認め
られる群特異的エピトープのいずれに対しても特異的であると考えられる。使用
した多クローン性試料は、全細胞に吸着させたＧたんぱく精製ＩｇＧ分画であっ
た。被覆抗体濃度は１００mmオブラートにつき抗体１５０〜５００μgの範囲で
あり、２〜８℃で１２〜１６時間被覆した。１００mmオブラートは４９５Å窒化
珪素被覆があってもなくてもよい。特に、単クローン性抗体は５０mM 酢酸ナト
リウム、pH ５.０を含む緩衝液中２００〜３００μg/オブラートで最も良好に被
覆することを認めた。多クローン性抗体は、同様であるが０.１Ｍ ＨＥＰＥＳ、
pH ８.０を含む緩衝液中で良好に表面被覆することを認めた。５.０〜９.０の p
H 範囲をカバーする緩衝液は有効な抗体被覆を与えることが示されている。ひと
たび抗体が試験表面上に固定化されれば、５０mM ＭＯＰＳ、pH ７.０中０.５％
分解ゼラチンのオーバーコートを前に述べたように適用する。抗体被覆した試験
表面を使用前に試験装置のひとつに置いた。
ＧＢＳ検定の質量増大のため、ナカネの過ヨウ素酸塩法を用いて群特異的多ク
ローン性抗体試料をＨＲＰに結合した。９.７５以上の高い pH でのＨＲＰへの
抗体の結合は、非特異的結合の上昇を生じた。最適の結合 pH は９.０〜９.７５
と確認された。
ＧＰＳ群特異的抗原を、酸抽出プロトコールを用いて微生物から抽出した。０
.２５Ｍ酢酸と２.３Ｍ亜硝酸ナトリウムの混合物を使用して次亜硝酸を生成した
。酢酸は０.１Ｍ〜１.０Ｍの範囲でＧＢＳ抗原を有効に抽出することを認めた。
２分間抗原を微生物から抽出した。ここで述べるすべての結果はＡＴＣＣ菌株 N
o.１２３８６を使用した。１.５Ｍ ＭＯＰＳＯ、pH ７.３、０.２％トゥイーン
２０、０.５％プロクリン３００および２０mM ＥＧＴＡを含む緩衝液を使用し、
等量の中和緩衝液を加えることのよって溶液を中和した。最終的な pH の範囲は
６.０〜７.５が望ましい。
抽出した抗原を、５０mM ＭＯＰＳＯ、pH ７.０、アルカリ処理カゼイン２０m
g/ml、０.３％トゥイーン２０および０.５％プロクリン３００を含む複合体試料
の１：１５０希釈溶液と５：１の割合（サンプル：複合体）で混合した。３：１
から１０：１の間のサンプル：複合体比率が受け入れ可能であった。サンプル／
複合体混合物を室温で５分間インキュベートし、その後混合物２０μlを試験装
置に適用して、室温で５分間インキュベートした。装置を前に述べたように使用
して試験表面を洗浄し、乾燥させた。試験表面が乾いた後、ＴＭＢ沈降反応基質
１滴を装置に適用し、室温で５分間インキュベートした。洗浄／乾燥プロトコー
ルが完了した後、試験結果を解釈した。機器による結果が望ましい時には、試験
表面を脱イオン化水流の下で洗浄し、窒素流下で乾燥することにより洗浄／乾燥
プロトコールを実施する。サンプル／複合体の最初のインキュベーションは必要
ではなかったが、検定の感受性を上昇させることが認められた。インキュベーシ
ョンの時間を追加すれば検定の感受性はさらに上昇すると考えられた。
現行のＧＢＳ検定は最終抽出 pH の変化に対してすぐれた耐性を示した。低陽
性の視覚化は６.７５から８.０の範囲にわたる pH の変化によって影響されなか
った。表１９参照。評点結果のために視覚尺度を確立した。１＋または２＋は金
色の背景に非常に弱い紫色の斑点であった。１０＋の数値は非常に強い青色の結
果である。
Figure 2005049356
Figure 2005049356
実施例23：クラミジアの検出
４９５Å窒化珪素被覆を施した、または施さない光学的に活性な試験表面を、
前に述べたように重合体シロキサン、Ｔポリマーで被覆した。これらの重合体被
覆した支持体を、１００mM 炭酸ナトリウム、ｐＨ９.６中１〜１０μg/mlのウシ
血清アルブミン（ＢＳＡ）溶液により、２〜８℃で１２〜１６時間さらに被覆し
た。次に試験表面を５０mM ＭＯＰＳ、ｐＨ７.０中０.５％分解ゼラチンにより
室温で２０分間被覆し、その後窒素流下で乾燥させた。被覆した試験表面を前に
述べた単回使用試験装置に乗せた。
サンプルの採集に使用した合成ファイバースワブを０.１％（w/v）ケノデオキ
シコール酸（ＣＤＯＣ）とナトリウム塩を含む０.０１Ｍ ＰＢＳ溶液（約１２０
μl）中に液浸することにより、スワブからクラミジア特異的ＬＰＳ抗原を抽出
した。前記の溶液は、あらかじめ１.０Ｎ ＮａＯＨの緩衝液１０μl/mlで最終ｐ
Ｈ１１.５にアルカリ化しておいた。最初に、ＣＤＯＣを無水メタノール中０.２
g/mlで可溶化した。スワブを、理想的にはこの溶液中で約１０秒間渦状撹拌し、
その後室温で５分間インキュベートした。次に弾性抽出チューブ（ポリプロピレ
ン）に圧迫を加えてスワブから残留溶液を絞り出した。０.１％ＣＤＯＣを含む
等量の１００mM Ｎａ2ＨＰＯ2、ｐＨ７.０を加えて最終ｐＨを７.０〜７.５に調
整した。
ナカネの方法を用いて抗クラミジアＬＰＳ抗体をＨＲＰに結合することにより
、質量増大試薬を調製した。複合体原液を、５０mM ＭＯＰＳＯ、ｐＨ７.０、ア
ルカリ処理カゼイン２０mg/ml、０.３％トゥイーン２０および０.５％プロクリ
ン５００を含む希釈剤中で１：７５〜１：２００に希釈した。
抽出したサンプル約３０μlをＢＳＡ／重合体シロキサンの試験表面上に乗せ
、室温で５〜１０分間インキュベートした。次に、ＨＲＰに結合した抗クラミジ
アＬＰＳ抗体約３０μlを試験表面上のサンプル斑点に添加し、室温で１〜５分
間インキュベートした。試験表面を水１〜２mlで洗浄し、前に述べたように装置
内で乾燥させた。ＴＭＢ沈降反応基質約３０μlを表面に適用し、室温で１０〜
１５分間インキュベートした。試験装置を前に述べたように洗浄し、乾燥させた
。
上記の代わりに、抗原試料を０.０１Ｍ ＰＢＳ、ｐＨ７.４中で１：１００〜
１：３２０に連続的に希釈した。これらの希釈溶液５μlを、１０mM ＮａＯＨを
含む０.０１ＭＰＢＳ中０.１％ケノデオキシコール酸５００μlに加えた（最終
ｐＨは１１.５であった）。これらを渦状撹拌し、室温で５分間放置した。１０
０mM リン酸緩衝液（一塩基と二塩基混合）５００μlを加えて抽出緩衝液を中和
し、この溶液１５μlをオブラート表面に添加した。これを室温で１０分間、表
面上でインキュベートした。抗ＬＰＳ抗体‐ＨＲＰ複合体の１：７５希釈溶液の
部分標本１５μlを表面上の抗原斑点に直接加え、指定された時間室温でインキ
ュベートした。オブラートを脱イオン化水で洗浄し、窒素流下で吹付乾燥した。
基質（３０μl）を抗原／複合体斑点に適用し、指定された時間インキュベート
した。オブラートを前記のように洗浄して乾燥させ、捕獲した抗原の強度をフォ
トダイオード修正比較偏光解析装置で記録した。データを背景に関して矯正した
。読取りはミリボルトで、２回の読取りの平均値である。表２０参照。表２０は
検定の感受性への培養時間上昇の影響を示したものである。
Figure 2005049356
実施例24：ヒト抗ＨＩＶ検出直径１００mmの珪素オブラートを前に述べたよう
にしてポリブタジエン（ＰＢＤ）で被覆した。ＰＢＤ被覆した光学的試験表面を
、ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）に結合したＨＩＶウイルスのＧＰ４１に相当す
る合成ペプチド２０μg/mlで被覆した。この抗原試料を１０mM リン酸カリウム
、０.８５％ＮａＣｌ、ｐＨ７.０中で希釈し、試験表面を室温で２〜３時間、撹
拌しながら抗原で被覆した。試験表面を被覆溶液から取り出し、脱イオン化水で
洗浄して、窒素流下で乾燥させた。ＧＰ４１たんぱくは非常に疎水性が高く、疎
水性ＰＢＤ表面によく結合する。一連の漿液陰性および漿液陽性のヒト血清サン
プルを使用してＧＰ４１／ＢＳＡ被覆表面を試験した。血清の５μlサンプルを
試験表面に適用し、室温で１５分間インキュベートした。ＣＣＤカメラの付いた
修正比較偏光解析装置を用いて抗原表面上の抗体捕獲を測定した。結果はグレー
スケール単位で報告した。
Figure 2005049356
１２.１５グレースケール単位（陰性＋３標準偏差）の数値を陽性反応とし、
漿液陰性血清について報告された平均値は５.８５±２.１グレースケール単位で
あった。漿液陽性サンプルについて報告された様々なレベルのグレースケールは
様々な抗体力価を反映している。
ＨＩＶウイルスのＧＰ４１とＰ２４の融合である組換え抗原試料も同様に、本
発明の光学的試験表面のための被覆材料として評価した。直径１００mmの珪素オ
ブラートを前に述べたようにしてＰＥＩで被覆した。５０mM炭酸ナトリウム、ｐ
Ｈ８.０中２.５μg/mlの融合たんぱくを含む被覆溶液中にこの光学的試験表面を
浸し、室温で３時間インキュベートした。その後光学的試験表面を脱イオン化水
で洗浄し、窒素流下で乾燥させた。光学的試験表面を血清対照に対する反応に関
して試験した：陰性、低度、中等度、および高度陽性抗ＨＩＶ。各血清サンプル
５μlを表面に適用し、室温で１５分間インキュベートした。表面を脱イオン化
水で洗い流し、窒素流下で乾燥させた。上記に述べたようにして修正比較偏光解
析装置で結果を得た。
Figure 2005049356
実施例25：ＲＳＶ検出光学的に活性な試験表面を前に述べたようにして重合体
シロキサンで被覆した。これらの表面を多クローン性抗ＲＳＶ抗体溶液１０μg/
ml中に入れた。次のものを含めた多数の緩衝液を抗体被覆ステップにおいて検討
した：ＨＥＰＥＳ，ｐＨ８.０；アセテート、ｐＨ５.０；炭酸塩、ｐＨ９.５；
ホウ酸塩、ｐＨ８.０；およびリン酸塩、ｐＨ７.４。緩衝液はすべて０.１Ｍの
濃度であった。０.１Ｍ炭酸ナトリウム、ｐＨ９.５が最適であることを認めた。
系列検定を用いて表面試料を分析した。陽性対照の部分標本２０μlを表面に適
用し、室温で１０分間インキュベートした。表面を脱イオン化水で洗い流し、窒
素流下で乾燥させた。抗体‐ＨＲＰ複合体（２０μl）を試験表面に適用し、１
０分間インキュベートして洗浄・乾燥し、次に沈降反応基質２０μlを１０分間
適用して洗浄／乾燥ステップを行った。２〜８℃で１２〜１６時間抗体を被覆し
た。表面を洗い流し、０.５％分解ゼラチン、５０mM ＭＯＰＳ、ｐＨ７.０を含
む溶液中室温で２０分間インキュベートして、その後窒素流下で乾燥させた。
質量増大試薬をナカネの方法によって調製した。ＲＳＶの核ペプチドに対する
単クローン性抗体をＨＲＰに結合した。複合体原液を、５０mM ＭＯＰＳＯ、ｐ
Ｈ７.０、アルカリ処理カゼイン２０mg/ml、０.３％トゥイーン２０および０.５
％プロクリン３００を含む溶液中で１：３０〜１：２５０に希釈した。
もうひとつの検定プロトコールは、鼻腔洗浄液３０μlとＰＢＳ中１０％トゥ
イーン２０を３０μl、複合体の１：４０希釈溶液３０μlを十分に混合すること
を含んだ。このサンプルの部分標本３０μlを試験表面に適用し、室温で１２分
間インキュベートした。単回使用試験装置について述べた洗浄と乾燥のプロトコ
ールを使用した。ＴＭＢ沈降反応基質を表面に適用し、室温で８分間インキュベ
ートして、洗浄し、乾燥させて解釈した。
Figure 2005049356
ＲＳＶの長菌株からのＵＶ不活性化抗原試料を購入した。これは合計２×１０
5ＰＦＵを含んだ。この抗原試料を緩衝液中１：１に希釈し、上記に述べたよう
に検定した。それぞれのサンプル１５μlを表面に適用し、これは使用しうる総
抗原の７.５％に相当した。
Figure 2005049356
実施例26：薄膜アナライザー（Thin Film Analyzer）の波長依存性Lundstrom
らの米国特許第4,521,522号には、入射光が偏光子を通過し、測定される物質に
対してブルースター角で膜から反射される装置が記載されている。その入射光は
入射面と入射角に対し平行に偏光される。この装置は一つの偏光子しか使用する
必要がないが、第二の偏光子を用いる場合は、第二偏光子は第一偏光子に対して
正確に90゜に設置しなければならない。入射光が反射されるとき偏り（polariza
tion）に変化が全くないので、単一の偏光子が必要なもののすべてである。この
偏りについて、入射角に対する偏りに変化がないということは、偏光子が入射光
または反射光のいづれかに設ければよいということによって実証される。試料に
対する入射光および入射面に対して平行に偏光された反射光の両者のごく一部だ
けが測定される。
この方法は、入射面に平行に偏光された光が、誘電媒体間の界面に入射すると
き、この角度で観察される反射率が最小であることに基づいている。この現象は
ブルースター角においてのみ観察される。屈折率が高い基板が必要である。反射
性は高いが屈折率が低い金属は、この方法に対してレフレクションミニマム（re
flection minimum）が浅すぎる。
小さい厚みの変化のよりすぐれたシグナルレゾリューション（Signao resolut
ion）を得るには、上記の方法には、最小の読取り値を偏光について観察される
反射曲線に容認できる状態にシフトして、小さな厚みの変化で反射光強度の大き
な変化を起こさせるため、基板を酸化物の層で覆う必要がある。接着層がある場
合は、この層はレフレクタンスミニマム（reflectance minimum）に対して基板
を最適化するために設けられているもので受容材料（receptive material）の性
能を増大するためのものではない。
Lundstromが報告している純粋な平行偏光（p-偏光）を用いると、被検体（ana
lyte）を取付けた場合の反射率（％）の変化が非常に小さいことが観察され、光
偏りに変化が全くない。本発明では、入射光には、p-偏光に加えて直角偏光（s-
偏光）の成分がある。薄膜との相互作用によって偏光の回転に非常に大きな変化
がみとめられ、そして偏光の回転のこれらの変化は強度の変化とともに測定され
る。
入射光の角度が非常に大きい場合、本発明を使用すると、試験面から反射され
る光にある程度の楕円偏光性（ellipticity）が生じる場合がある。本発明によ
れば、付加された集合体（mass）によって反射される場合の偏りの回転の変化が
最大になり、これに伴い、反射率が最小になることはない。本発明によって観察
される反射時の偏りの回転は、純粋平行偏光の場合全くない。本発明の別の利点
は、本発明はブルースター角には依存していないので、ほとんどすべての基板と
誘電薄膜を用いることができるということである。また入射光の角度は重要では
なく、かつ基板の材料の種類によって変える必要がない。
本発明は、レーザーのような単色平行光源を用いる。また本発明には、光源と
試験面との間に、p-偏光成分とs-偏光成分の両者が試験面上に入射するように配
置された偏光子が含まれている。その光源が充分に偏光されている場合はこの偏
光子は不要である。試験面から反射された光は第二の偏光子（アナライザー）を
通過してホトダイオードに入る。s-偏光の一部分が選択されて、そのシグナル変
化を厚みの関数として最大にい、一方低いバックグランド光の強度を維持する。
その光は反射時に楕円偏光され、偏りの楕円偏光性と回転角はその面の光学的特
性に非常に鋭敏に依存している。次にその光は、米国特許第4,332,476号、同第4
,665,595号および同第4,647,207号に記載されているような比較エリプソメータ
ー（comparison ellipsometer）内で参照面で反射され、その参照面は、試料の
面と光学的に同一である領域で楕円偏光性を消去する。本発明は、与えられた材
料の正確な物理的な厚みまたは屈折率を確かめるよう設計されていないので参照
面を必要としない。かわりに、アナライザーを通過した光の強度が、楕円偏光性
には付随する偏りの回転の尺度になり、その結果、その面の光学的特性の相対的
尺度になる。したがって上記光の強度は、表面材料の厚みと屈折率の変化を測定
するための簡単な手段になる。
測定のプロトコルは、読取りを行う場所を決定するｘ、ｙ位置決めプラットホ
ームを用いる上記装置の場合、ほとんど変えなくてもよい。しかし分析を行う偏
光子（analyzing polarizer）は、初期読取りを行う前にバックグランドに対し
て予め選択された値まで回転させねばならない。好ましい実施態様ではアナライ
ザーの近くに偏光子を備えている。光はアナライザーを通過して検出器に入る。
読取り値は、ボルトもしくはミリボルトの単位で記録される。読取り値は、ＬＥ
Ｄもしくは他の表示装置に表示してもよく、またはデータ処理パッケージで捕獲
してもよい。
薄膜の明度に対する衝撃および、シリコンから反射される光の波長依存性を、
コンピュータシミュレーションでモデル化した。屈折率が1.459の薄膜の応答を
、シリコンの表面を用い、かつ厚みを０から12nmまで変えてモデル化した。試験
した波長の範囲は、400〜420nm、540〜560nmおよび680〜700nmであった。最小明
度から最大明度まで明度が増大することは、厚みの増大の関数として光の強度が
増大することを示す。明度は光の強度の対数関数である。このデータから、厚み
の関数として最大の感度の変化は540〜560nmの光源で得られた。これらのデータ
は70゜の入射角を用いて得たが、その値は入射角によってわずかに変化する。
Figure 2005049356
これらの観察結果を確認するため、実施例28に記載されている９分間抗原検定
法（9 minute assay）を用いて、標準抗原希釈曲線を作成した。その抗原希釈曲
線からの強度を、ホトダイオードを改変した比較エリプソメーター（comparison
Ellipsometer）を用いて、入射光の波長の関数として測定した。薄膜アナライザ
ーは比較エリプソメーターを簡略化したものであるから、類似の試験結果が得ら
れるであろう。各種の波長の入射光は、白色光を狭い帯域フィルターでフィルタ
ーし、特定の波長光を選択することによって得た。フィルターはすべてCorinP70
シリーズのフィルターであった。
Figure 2005049356
Figure 2005049356
実施例27：薄膜アナライザーの角度依存性図14ａに示す薄膜アナライザーは、
672nmのダイオード光源およびセットアップダイアグラム化された二元偏光子（d
ual polarizer set-up diagrammed）を使用した。レーザーダイオードとホトダ
イオードはともに、入射光の法線角（normal angle of incidence）に対して入
射と検出の角度を正確に測定するよう設置した。ストレップＡ（sorep A：（連
鎖状球菌Ａ）抗原の希釈曲線を使用してアナライザーの角度依存性について試験
した。薄膜アナライザーとともに使用した検出器は予め飽和し、実際のダイナッ
ミクレンジは3500+mVである。参考のため上記抗原曲線も、672nmのレーザーダイ
オード源を備えた小型の比較エリプソメーターで試験した。
Figure 2005049356
Figure 2005049356
Figure 2005049356
30°〜40°の範囲の入射角で薄膜アナライザーは優れた感度を示し、そして観
察されたダイナミックレンジは、限定された範囲の必要条件での検定に適してい
る。50°〜60°の角度が感度とダイナミックレンジの両者の必要条件に適合して
いる。バックグランドは、65°を超える角度の場合、単一の偏光子では充分最小
にすることはできない。このバックグランドは電子的手段によって減らすことが
できる。これらの角度のダイナミックレンジはかような修正機構を作動させるの
に充分なものである。
実施例28：ストレップＡ検定に対する比較エリプソメーターの感度低陽性の試
料の読取り易さをさらに高めるストレップＡ検定法のプロトコルが開発された。
試料（ストレップＡ抗原）を接合体（conjugate）と混合し、次に室温で３分間
インキュベートした。この混合物の20μlを試験面に塗布し、３分間インキュベ
ートした。すすぎ／乾燥のプロトコルを先に述べたようにして、一回使用の器具
もしくは窒素気流下で行った。基質を塗布し、３分間インキュベートし、続いて
すすぎ／乾燥のプロトコルを実施した。抗原希釈曲線についての試験結果を、窒
素ケイ素がある場合とない場合（可視：非可視）について試験面で得た。可視の
試験結果は、パープルが薄いパープルから暗青色に色相が濃くなるのを採点した
。窒素ケイ素なしの面は反応させ、すすぎ、次いで一回使用の器具内に入れるこ
となく乾燥した。これらの面を、ホトダイオードを改変した比較エリプソメータ
ーで試験した。読取り値はmVの単位で報告し、かつバックグランド測定値につい
て修正した。抗原希釈試験に基づいた装置による検出によって、ストレップＡ
ＯＩＡ検定法の性能が８倍に増大することが観察された。合計５個の曲線を試験
した。
Figure 2005049356
本願に記載された試験キット、免疫検定装置、下塗りコーティングおよび検出
法は、記載された検定方式、または各種の試薬に対照物、キャリブレータ（cali
brator）について示した容積、濃度もしくは特定の成分によって限定されない。
また層、層コーティングまたは各種の試薬、添加物、対照物およびキャリブレー
タのいずれかに使用した成分の類似の化学的機能もしくは他の機能を有する均等
物は、本発明の範囲内で利用できると解すべきである。
上記の実施例は、基板、ＡＲ材料、活性化剤および受容材料からなる予め作製
したスライドを使用して各種の被検体を検出し、被検体結合のシグナルとして干
渉色を変化させる上記の方法の効率を有用性を示すのに役立っている。
先行実施例で利用した基板の形態もしくは材料に束縛されることなく、その表
面にＡＲ材料を結合させることができるかまたは、活性化されて受容材料を結合
することができる機能的に均等な代替品である基板形態および基板材料の多様な
組合わせを利用することができる。
本願に記載の発明の懸念は異なる実施態様をもっており、後記の特許請求の範
囲は、本発明のこのような別の実施態様のすべてを、従来技術によって限定され
ているものを除いて含んでいると解すべきである。
本発明の装置および方法の中枢をなす干渉現象の略図である。 鏡面、および非鏡面または散乱性の基板表面の略図である。 本発明の装置で使用する最適な干渉膜を選定する方法の略図である。 光学的表面への3-アミノプロピルトリエトキシシランの取付け状態を表示したものである。 本発明の装置の作製に有用な多価シロキサンの取付け状態の略図である；ここで、Rは化学的に活性な基の光学的表面に存在するケイ素原子への付着に干渉せず、かつ受容体（生物学的）部分の付着にも干渉しない、多数の基のいずれか一つであり、例えば、このようなＲ基には第一、第二、第三アミン、アルコール類、エトキシ基、フェニル基および芳香族基等がある。 計器読取り結果または目視読取り結果に有用である本発明の装置の略断面図である。 光学的表面に薬剤を付与することにより光シグナルが得られかつ強化される本発明の方法の略図である；例えば、ラテックスビードを有する抗体を使用するか、または酵素の抗体を使用して基板上に生成物を析出させる。 本発明の装置の斜視図および分解組立て図である；特に、装置の平面図である。 本発明の装置の斜視図および分解組立て図である；特に、装置の底面図である。 本発明の装置の斜視図および分解組立て図である；特に、装置の斜視側面図である。 本発明の装置の斜視図および分解組立て図である；特に、装置の側面図である。 本発明の装置の斜視図および分解組立て図である；特に、測定のために開放した装置の斜視図である。 本発明の装置の斜視図および分解組立て図である；特に、装置のテスト面分解組立て図である。 本発明の装置の斜視図および分解組立て図である；特に、装置内部の各種構成品を示す分解組立て図である。 本発明の多重テスト装置の斜視図およびその他であり、特に、装置の平面図である。 本発明の多重テスト装置の斜視図およびその他であり、特に、装置の斜視図である。 本発明の多重テスト装置の斜視図およびその他であり、特に、装置の分解組立て図である。 本発明の多重テスト装置の斜視図およびその他であり、特に、装置の前面蓋の背部を示す。 本発明の多重テスト装置の斜視図およびその他であり、特に、前面蓋を外した装置の平面図である。 第８Ａ〜８Ｇ図に示した装置を使用する方法の各行程を示す略図である。 第９Ａ〜９Ｅ図に示したと同じ装置を使用する方法を示す略図である。 回分サンプリング方式の略図である。 従来の偏光解析計の光路の略図である。 本発明に有用な薄膜分析計の略図であり、単色光源および感光性半導体素子またはアレイを使用する。 多色光源および光電子倍増管検出計の略図である。 従来の偏光解析計の光路の改造型の略図であり、シグナル検出の新規の方法を表示する。 光路長の短い偏光解析計の略図である。 従来の蛍光法に対する蛍光測定法における反射性基板の利点の略図である。 第５世代スターポリマーまたはデンドリマー（分子状自己集合ポリマー）の略図である。
符号の説明
２０：装置、２２：クリップ、２４：くぼみ、２６：テスト表面、２８：ピラミ
ッド状構造物、３０：蝶番、３２：装置の上半分、３４：装置の下半分、３６：
プレート、３８：壁、４０：蝶番、４２：アパーチャ、４４：蝶番、４６：プレ
ート、４７：アパーチャ、４８：アパーチャ、４８：蝶番、５０：縁、５２：濾
過紙、５４：濾過紙、５６：ハンドル、５８：矢印、６０：フィルターパッド（
吸収材）、６２：アパーチャ、６４：濾過紙、６６：プレート、６８：リップ部
分、７０：リップ部分、７２：棚、７４：内部空間、１００：テスト装置、１０
０：テスト表面、１０２：テスト装置、１０２：テスト表面、１０４：テスト装
置、１０４：テスト表面、１０６：テスト装置、１０６：テスト表面、１０８：
テスト装置、１０８：テスト表面、１１０：カバー、１１２：セクション、１１
２：棚部分、１１４：フィルター材料、１１６：ワイヤーループ、１２０：アパ
ーチャ、１２２：アパーチャ、１２４：アパーチャ、１２６：方形のアパーチャ
、１２８：吸収性スポンジ、１３０：吸収性スポンジ、１３２：円筒形伸張部分
、１３４：円筒形伸張部分、１３６：円筒形伸張部分、１３８：円筒形伸張部分
、１４０：円筒形伸張部分、１４２：円筒形伸張部分、１４６：標識、１４８：
標識、１５０：標識、１５２：空間、１５４：矢印、１５６：矢印、１５８：ア
パーチャ、１６４：部分。

Claims (11)

  1. 入射光に応じて第１色を発色し、かつ、光学活性表面上に被検体が存在するときに、前記入射光に応じて前記第１色とは異なる合成光波長を有するか又は第１色とは異なる少なくとも１つの波長の光の強度を有する第２色を発色する光学活性表面を有する基板を具備し、該基板が、二酸化チタン、チタン酸塩、炭化珪素、ポリシリザン、アルミニウムアルキルオキシド、シリケート、ジルコニウム酸化物または窒化珪素から成るスピンコーティングされた材料から選択された材料を含む光学薄膜を有する、被検体の存在または量の検出装置。
  2. 単結晶性シリコン、ガラス、ガラス／無定形シリコン複合材、金属、セラミック、多結晶性シリコン、およびこれらの材料の複合材から成る群から選択される材料から成る基板、入射光に応答して第１色を発色し、かつ、光学活性表面上に被検体が存在するときに、前記入射光に応じて前記第１色とは異なる合成光波長を有するか又は前記第１色とは異なる少なくとも１つの波長の光の強度を有する第２色を発色し、また、二酸化チタン、チタン酸塩、炭化珪素、ポリシラザン、アルミニウムアルキルオキシド、シリケート、ジルコニウム酸化物または窒化珪素から構成される群から選択される材料から成る光学薄膜を含む前記基板上の光学活性層であって、前記選択される材料は前記基板上にスピンコーティングされており、デンドリマー、星形高分子、分子自己集合高分子、高分子シロキサンおよび膜形成性ラテックスから成る群から選択される材料を含む前記基板上の付着層、を具有する被検体の存在または量を検出する装置。
  3. 前記基板が、ガラス上に形成された９００〜１０００nmのアモルファスシリコン層、前記アモルファスシリコン層上に形成された１９００〜２１００Åのアルミニウム層、前記アルミニウム層上に形成された４８０〜５２０Åの厚さを有する窒化珪素層、シリコン／二酸化珪素複合材層、チタン酸塩層または二酸化チタン層からなる光学薄膜、前記光学薄膜上に形成された厚さ９０〜１１０ÅのＴ字形分枝状アミノアルキルシロキサン層からなる付着層、前記付着層上に形成された厚さ３０〜６０Åの受容層からなる請求項２に記載の装置。
  4. 前記基板が単結晶性シリコンであり、前記光学薄膜は、厚さが４８０〜５２０Åの前記単結晶シリコン上に形成された窒化珪素層、シリコン／二酸化珪素複合材層、チタン酸塩層または二酸化チタン層からなり、前記付着層が厚さ９０〜１１０ÅのＴ字形分枝状アミノアルキルシロキサン層であり、前記受容材が厚さ３０〜６０Åの抗体層である請求項２に記載の装置。
  5. 前記光学基板は、厚さ９００〜１０００nmのガラス上に形成されたアモルファスシリコン層であり、前記光学薄膜は、厚さが４８０〜５２０Åの前記単結晶シリコン上に形成された窒化珪素層、シリコン／二酸化珪素複合材層、チタン酸塩層または二酸化チタン層からなり、前記付着層が厚さ９０〜１１０ÅのＴ字形分枝状アミノアルキルシロキサン層であり、前記受容材が厚さ３０〜６０Åの抗体層である請求項２に記載の装置。
  6. 前記光学基板がプラスチックであり、前記無定形シリコン層の厚さが９００〜１０００nmであり、前記窒化珪素層、シリコン／二酸化珪素複合材層、チタン酸塩層または二酸化チタン層の厚さが４８０〜５２０Åであり、前記付属層が厚さ９０〜１１０ÅのＴ字形分枝状アミノアルキルシロキサン層であり、前記受容材が厚さ３０〜６０Åの抗体層である請求項２に記載の装置。
  7. 前記基板がプラスチック上に形成された厚さ９００〜１０００nmの前記アモルファスシリコン層から成り、前記アモルファスシリコン上に形成された厚さが１９００〜２１００Åのアルミニウム層、前記アルミニウム層上に形成された厚さが４８０〜５２０Åの前記窒化珪素層、シリコン／二酸化珪素複合材層、チタン酸塩層または二酸化チタン層からなる前記光学薄膜、前記光学薄膜上に形成された厚さ９０〜１１０ÅのＴ字形分枝状アミノアルキルシロキサン層、前記付着層上の厚さ３０〜６０Åの前記受容材からなる請求項２に記載の装置。
  8. 前記被検体が、Ｂ群連鎖球菌、ＲＳＶ、クラミジア科、１または２以上のヘパチチス抗原、ＨＡＶ、ＨＢＶ、ＨＣＶ、ＨＤＶもしくはＨＥＶ、１または２以上のＨＩＶ抗原、ＬＰＳ抗原、クラミジアに対して特異的なＬＰＳ、ヘパチチス、ＨＡＶ、ＨＢＶ、ＨＣＶ、ＨＤＶもしくはＨＥＶに対する１または２以上の抗体、ＨＩＶに対する１または２以上の抗体からなる群から選択される請求項１又は２に記載の装置。
  9. 付着層上に形成される非特異性タンパク質層をさらに具有する請求項２に記載の装置。
  10. 前記被検体が、非特異的相互作用によって捕獲される請求項２に記載の装置。
  11. 前記被検体が前記光学活性表面へ非特異的に吸着される請求項２に記載の方法。
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