JP2009533658A - 最適化電流測定検出を用いる小型バイオセンサー - Google Patents
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Abstract
Description
l=2(Dt)1/2 Eq.1
ここで、Dはアナライト分子の拡散係数(m2/s)であり、tは時間(秒)であり、これは電極でアナライトを還元又は酸化するのに必要な電位の印加の持続時間に対応する。
半無限状況の微小電極(先行技術)
拡散電流対容量性電流の好ましい比率により、微小電極(1)が巨大電極より高感度であることは電気化学において公知である。半無限状況について図1に略図で示したように、固体の壁表面(2)上に置かれたマイクロディスク電極の使用は、感知部位(すなわち電極表面)の近くに溶解された分子の検出を最適化する半球型拡散層(3)を誘導する。図1に例示するように、半球形を有する拡散層(3)の厚さは球形微小電極のほぼ半径に限定される(例えば理論的詳細については、H.H. Girault, Analytical and physical electrochemistry, EPFL Press, 2004, Lausanne(スイス)、282-286頁を参照)。拡散層の上の半無限的状況では、自然対流(4)が溶液を均一化し、従って拡散層(3)に一定の分子フラックスを連続的に供給する。この現象は、短い平衡時間後拡散層中の勾配が一定になり、従って系が急速に定常状態電流(従って一定の電流値)(5)に達することを意味し、これは、半無限状況中のかかるマイクロディスク電極について得ることができるクロノアンペロメトリー応答の典型的な形により、図2に例示するように溶解した酸化還元分子の濃度の追跡を容易にする。
図3は、一定の容量を決定する底の壁(8)とルーフ(9)(以後、カバー層又はシールとも呼ぶ)からなるマイクロチャネル(7)における微小電極(6)の使用を示し、これはやや異なる規則に従う。実際アナライト分子は検出中に消費され、このアナライトは、電極の周りの溶液の部分で枯渇する。本発明のマイクロセンサーにおける検出工程中の場合のように、移動と強制対流が無いと、枯渇はアナライト分子の拡散により制御され、これはマイクロディスク又は微小半球形電極では、半球形を有する消費層を規定する。しかし自然対流が溶液の均一化を引き起こすことは無く、従ってルーフ(9)と微細構造体壁が有限状況を規定する物理的バリアを構成するため、拡散層は形成されない。この場合、消費層はある厚さ(半無限状況では、これは拡散層の厚さに対応するであろう)に達しないが、自然対流がないため時間とともに連続的に増加する。図3Aに例示するように、組み込みマイクロディスク電極で目的のアナライトを酸化又は還元するのに必要な電位の印加により、消費層はまず、電極の周りの半球形拡散勾配に対応して半球形を有する。消費層が微細構造体のルーフ(9)に達すると(図3Bの消費層10’で示される状態)、これは電極表面に直交する方向にもう進まず、従ってこれは徐々に形を変え(図3Cの消費層10’で示される)て、マイクロチャネル長さに沿って線形拡散にのみ依存するようになる(図3Dの消費層10'''の形を参照)。この場合電流応答は定常状態に達しないが、これは、チャネル長さの方向に適用される第2の線形拡散様式のために、連続的に低下する。線形拡散様式の電流強度(これは電極表面に向かう酸化還元分子のフラックスに対応する)は、半球又は半円筒形拡散の同じ電極で得られるもの、又は半無限状況(例えばオープンマイクロチャネル)で得られるものよりはるかに小さい。従って同じマイクロセンサーは、カバーされたマイクロチャネル中では、又はオープンマイクロチャネルや半無限状況中より線形拡散様式を受けた場合は、同じマイクロセンサーが本質的に低い感度を有する。従って本発明は、検出の時間スケールにわたって半球又は半円筒形拡散様式の確立を確実にするために改変される形状パラメータを有する組み込み電極を有する微細構造体を作成することにより、及び半円筒形又は半球形拡散様式を受けるアナライト分子のみを検出する方法を規定することにより、得られる電流応答を最適化することを可能にするマイクロセンサー器具と検出手段を提供する。こうしてセンサーのカバーされた微細構造体中の電流応答は電極の形と大きさに依存するが、多くの作製工程の再現性の悪さにより起きる微細構造体の大きさのわずかな変化によっては影響を受けない。すなわち我々のマイクロセンサーは、電気化学的応答を例えば組み込み電極の上方の微細構造体の高さの変化に依存しないように設計されるため、本発明のマイクロセンサーは従来のマイクロシステムと比較して最適化されたシグナルを与えるのみでなく、さらにマイクロセンサー毎に結果の再現性を改良することを可能にする。
本発明において我々は、電極の形状的特徴とマイクロチャネルの大きさが電流応答を最大にするように選択され、かつ半球形又は半円筒形拡散様式を受けたアナライト分子のみが検出されるような方法で電流測定が行われる電流測定マイクロセンサーを開示する。酸化還元過程について従って溶液中の目的のアナライトの濃度について重要な情報を与えない容量性電流を除去できる方法を示すために、特殊な電流測定検出法もまた開示される。こうして本発明の器具と組合せ法は、最適な検出を有する電流測定マイクロセンサーを提供する。これらのシステムは、生物学的及び化学的分析の種々の分野(例えば、特に限定されないが、免疫学的、オリゴヌクレオチド、DNA、細胞もしくは酵素アッセイ、又は化合物の物理化学的解析、分析のすべての領域に関係ある用途、例えば医学診断、環境分析、産業的コントロール、食品安全性、戦争媒体、水の管理、農業など)に多くの用途がある。
さらなる実施態様において微細構造体は複数の電極を含む。最も高い電流を得るために、これらの電極は消費層が電極毎に重複しないように配置される。本発明の器具では電極は、2つの隣接電極の上方の消費層が大きな交信をするのを防ぎ、検出がクーロメトリー測定になることを防ぐような距離に置かれる。実際、検出に時間がかかりすぎる場合、又は電極間の距離が小さすぎる場合、電流測定検出は微細構造体中に存在する分子の完全な枯渇を誘導する。これは例えば、TherasenseのFreeStyle グルコースセンサー(Abbott Laboratories company, Abbott Park, Illinois, USA)で使用されるクーロメトリー検出系の場合である。我々の場合は、検出がマイクロチャネル容量に依存性になり、電流測定のように主に酸化還元分子の濃度に依存しなくなるため、この種の測定は避けたい。
電流測定検出の時間が長い場合、全微細構造体容量と比較して検出される容量は大きく、従ってアナライト分子の無視できない部分が電極で酸化(又は還元)される。電流測定検出の最後に、アナライト分子の相当部分が組み込み作用電極での酸化還元反応により消費され、従ってアナライト濃度が再度均一になることはさらに困難である(これは、電極の上方の小さい消費層が枯渇し、これがアナライト分子のほんのわずかな部分の消費を誘導し、従って微細構造体内のアナライト消費の非常にわずかな変化しか誘導しないような、短い電流測定検出時間で起きるものとは異なる)。従っていくつかの応用において、還元もしくは酸化されたアナライト分子を再生し、次の電流測定検出で検出すべきアナライト分子を再生利用することは、大きな利点となり得る。
本発明の目的はまた、1つ又は複数の目的のアナライトの最適な電流測定検出を可能にするように、微細構造体中に組み込まれた微小電極を有する電気化学的マイクロセンサーの作製方法を提供することである。すなわちこの目的は、微細構造体及び電極の大きさならびにそれぞれ形が、最適な電流測定検出を可能にするように、微細構造体中の電極又は電極のアレイ又は電極のネットワークを作製することである。好ましくは電極又は電極のアレイ又は電極のネットワークは数マイクロメートル又はそれ以下の大きさであり、微細構造体(これは好ましくはマイクロチャネル又はマイクロチャネルネットワークもしくはアレイである)の上又は下に配置される。
本発明のいくつかの実施態様を説明するために、種々の電流測定マイクロチップセンサーを設計かつ作製し、これらの器具を用いて最適化電流測定を行う方法も実施した。本発明を例示するために、器具の例、検出法、及び種々の分析結果が以下に記載される。
図22に概略的に示すように、最適な電流測定検出により分析を行うことができることを示すのに使用される電気化学的マイクロチップセンサー(100)の例は、8つの個々にアドレス可能なマイクロチャネルのアレイ(7)からなる。本例においてマイクロチャネルは、マイクロチップ支持体として機能する75又は100μm厚さのポリイミド基板へのプラズマエッチングにより作製された溝からなる。
マイクロチップ器具の応用と本発明の方法の例を示すために、免疫学的アッセイを行った。このために、マイクロチップ中の抗体の固定化のために2つの方法を使用した。まず単純な物理吸着を使用して、抗体を第1のシリーズのマイクロチップに固定化する。例えば抗ホスファターゼ(抗ALP)抗体を10μg/mlの濃度まで希釈し、8つのマイクロチャネルチップの貯蔵部に入れた後、ポンプでマイクロチャネルを介して0.4μl/分の流速で室温で1時間吸引する。平行した実験で、チップをあらかじめ酸性化してポリマーマイクロチャネルの表面上にカルボキシル基を作成しておく。次にN−ヒドロキシスクシンイミドを加えて、抗体との共有結合を可能にする活性化基を生成した。
アルカリホスファターゼ(ALP)溶液を異なる濃度で異なる時間ポンプで吸入排出して、本発明のマイクロチップ器具と電流測定検出法を用いて得られる検出限界を評価した。このホスファターゼ試料溶液を室温でインキュベーション後、貯蔵部中の過剰の溶液を取り出し、マイクロチャネルを再度洗浄した。次にALPの基質溶液(すなわち本例の場合、トリエタノールアミン(TEA)緩衝液(pH9)中のp−アミノフェニルリン酸(PAPP))を貯蔵部に入れ、マルチペリスタポンプにより平行してチップ機器の8つのマイクロチャネル内に導入した。次にこの基質溶液を静的条件下(溶液の流れは無し)で数秒間インキュベートして、固定化抗ALP抗体上に捕捉されたALP分子によりPAPPをp−アミノフェノール(PAP)に加水分解させた。次に作用電極と参照電極との間に250mV対Ag/AgClの電位差を負荷してPAPをキノンイミドに酸化して、p−アミノフェノールの検出を行うことができる。新鮮な基質溶液でマイクロチャネルを再生して、連続的電流測定検出を行うことができる。このために、所望量の基質溶液をマイクロチャネルを介して2秒間フラッシュすることができ、次に検出の間ポンプを停止させる。
Claims (72)
- マイクロ流体センサー中のアナライトの存在、量、及び/又は濃度を測定するための電流測定検出法であって、
a)微細構造体の1つの壁部分に正確なサイズと位置で組み込まれた少なくとも1つの作用電極を含む少なくとも1つの微細構造体を含む微小流体センサーを提供する工程(該組み込み作用電極の上方の微細構造体の高さは、組み込み作用電極のその特徴的長さ(又は円形電極の場合は半径)rの少なくとも2倍である);
b)該微小流体センサーに分析すべき試料を充填する工程;及び
c)比率r2/D(ここでrはメートルであり、Dは該アナライトの拡散係数(m2/s)である)より短い時間で該アナライトを電流測定により直接又は間接に検出するのに必要な電位を印加し、この時間内に組み込み作用電極で生じる酸化又は還元電流を測定し、従って上記少なくとも1つの組み込み作用電極の上方の半球形又は半円筒形拡散様式を受けているアナライト分子のみが、電流測定で試験される工程を含み、;さらに、
d)比率r2/Dの半分より長い緩和時間後に工程c)を繰り返して連続的電流測定を行う工程を含むか又は含まない、上記方法。 - マイクロ流体センサー中のアナライトの存在、量、及び/又は濃度を測定するための電流測定検出法であって、
a)微細構造体の壁部分に正確なサイズと位置で組み込まれた少なくとも1つの組み込み作用電極を含む少なくとも1つの微細構造体を含む微小流体センサーを提供する工程(該組み込み作用電極の上方の微細構造体の高さは、組み込み作用電極のその特徴的長さ(又は円形電極の場合は半径)r(メートル)の少なくとも2倍であり、該微細構造体は、該少なくとも1つの組み込み作用電極の上方に高さL(メートル)のくぼみを示す);
b)該微小流体センサーに分析すべき試料を充填する工程;及び
c)比率(r+L)2/D(ここでDは該アナライトの拡散係数(m2/s)である)より短い時間で該アナライトを電流測定により直接又は間接に検出するのに必要な電位を印加し、この時間内に組み込み作用電極で生じる酸化又は還元電流を測定し、従って該微細構造体内で半球形又は半円筒形拡散様式を受けているアナライト分子のみが、電流測定で試験される工程を含み;さらに、
d)比率(r+L)2/Dの半分より長い緩和時間後に工程c)を繰り返して連続的電流測定を行う工程を含むか又は含まない、上記方法。 - 約10秒以下の時間中に該少なくとも1つの組み込み作用電極中で、電位が印加され、関連する電流が測定されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の電流測定検出法。
- 約2秒以下の時間中に該少なくとも1つの組み込み電極中で、電位が印加され、関連する電流が測定されることを特徴とする、請求項3に記載の電流測定検出法。
- 連続的電流測定を分離している緩和時間は約1秒より長いが約1分より短いことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電流測定検出法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の電流測定検出法であって、該微小流体センサー中のアナライトの存在、濃度、及び/又は量を測定するために考慮される有効な検出シグナルは、工程c)又は、さらに工程d)で測定される電流のほんの一部分に限定され、測定される電流の該部分は、容量性電流がファラデー電流に対して一定であると見なされ、かつ半球形又は半円筒形拡散様式を受けているアナライト分子のみが検出される時間にわたって選択されることを特徴とする上記方法。
- 工程c)又は、さらに工程d)の電位印加の最初の部分で測定される電流は排除され、有効な検出シグナルとは見なされない請求項6の電流測定検出法であって、該電位印加の最初の部分は、少なくとも1秒間の持続時間、又は該少なくとも1つの組み込み作用電極が長さLのくぼみを有する場合は、少なくとも比率L2/2Dに等しい持続時間を有することを特徴とする上記方法。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の電流測定検出法であって、有効な検出シグナルは、工程c)又は、さらに工程d)で測定される電流を電位の印加期間のほんの一部分にわたって積分し、半球形又は半円筒形拡散様式を受けているアナライト分子のみの検出から得られる電荷Q(クーロン)の値に対応する検出シグナルを得ることにより得られ、この電荷Qの値から該アナライトの存在、量、又は濃度が求められることを特徴とする上記方法。
- 請求項8に記載の電流測定検出法であって、電位の印加の少なくとも最初の1秒間に測定された電流を排除するか、又は長さLのくぼみを有する組み込み作用電極の場合は、少なくともL2/2Dに等しい持続時間の最初の電位の印加中に測定された電流を排除し、かつ電位の印加の残りの時間にわたって測定された電流の積分に対応する電荷Qを考慮することにより、検出シグナルが得られることを特徴とする上記方法。
- 請求項4に係る請求項9に記載の電流測定検出法であって、検出シグナルは時間間隔t=約1s〜t=約2sにわたって測定された電流の積分に対応する電荷Qを考慮することにより得られることを特徴とする上記方法。
- 請求項8〜10のいずれか1項に記載の電流測定検出法であって、アナライトの存在、量、及び/又は濃度は、連続的電流測定中の該電荷Qの経時変化から決定されることを特徴とする上記方法。
- 請求項11に記載の電流測定検出法であって、アナライトの存在、量、及び/又は濃度は、連続的電流測定中の該電荷Qの経時変化を示す曲線の起点の傾きから決定されることを特徴とする上記方法。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の電流測定検出法であって、検出されたアナライト分子は、連続的電流測定の間及び/又は2つの連続的電流測定を分離する緩和時間の間に、部分的又は完全に再生されることを特徴とする上記方法。
- 請求項13に記載の電流測定検出法であって、検出されたアナライト分子は、該少なくとも1つの組み込み作用電極に印加される電位をある値に逆転することにより、検出された分子を還元又は酸化して、次の電流測定で検出可能なアナライト分子に戻すことを可能にすることにより、2つの連続的電流測定を分離する緩和時間の間に、部分的又は完全に再生されることを特徴とする上記方法。
- 請求項13又は14に記載の電流測定検出法であって、検出されたアナライト分子は、該微細構造体の少なくとも1つの壁部分に組み込まれた少なくとも1つの対電極で部分的又は完全に再生されることを特徴とする上記方法。
- 請求項13〜15のいずれか1項に記載の電流測定検出法であって、アナライトの存在、量、及び/又は濃度は、該電流測定と検出された分子の該再生から得られる電流を考慮することにより決定されることを特徴とする上記方法。
- 複数アナライトの存在、量、及び/又は濃度を検出するように改変された、請求項1〜16のいずれか1項に記載の電流測定検出法。
- 異なる印加電位を使用して酸化及び/又は還元により種々のアナライトが検出されることを特徴とする、請求項17に記載の電流測定検出法。
- 微小流体センサーは複数微細構造体を含み、シリーズの各微細構造体は1つ又は複数の異なるアナライトを検出するように機能することを特徴とする、請求項1〜18のいずれか1項に記載の電流測定検出法。
- 微細構造体の1つの壁部分に正確なサイズと位置で組み込まれた少なくとも1つの作用電極を含む少なくとも1つの微細構造体を含む電流測定微小流体センサーであって、該組み込み作用電極の上方の微細構造体の高さは、該組み込み作用電極のその特徴的長さ(又は円形電極の場合は半径)rの少なくとも2倍であり、又、該微細構造体は該少なくとも1つの組み込み電極の上方にくぼみを示すときは、該電流測定微小流体センサーは、該少なくとも1つの組み込み作用電極の上方で半球形又は半円筒形拡散様式を受けているアナライト分子のみから生じるシグナルを検出するように改変されていることを特徴とする上記センサー。
- 該微細構造体と該少なくとも1つの組み込み作用電極の形と大きさは、該組み込み作用電極の上方の微細構造体の高さに対応する最大距離にわたって、目的のアナライトを消耗させるように改変されていることを特徴とする、請求項20に記載の電流測定微小流体センサー。
- 微細構造体の高さと該少なくとも1つの組み込み作用電極の特徴的長さ又は半径の比は約2〜5であることを特徴とする、請求項20又は21に記載の電流測定微小流体センサー。
- 微細構造体の高さは約500マイクロメートルより小さく、かつ該少なくとも1つの組み込み作用電極の特徴的長さ又は半径は約200マイクロメートルより小さいことを特徴とする、請求項20〜22のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 微細構造体の高さは約100マイクロメートルより小さく、かつ該少なくとも1つの組み込み作用電極の特徴的長さ又は半径は約50マイクロメートルより小さいことを特徴とする、請求項20〜23のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 微細構造体はGAU少なくとも1つの組み込み作用電極の上方にくぼみを示し、該くぼみは、該少なくとも1つの組み込み作用電極の特徴的長さ又は半径より小さい高さLを有することを特徴とする、請求項20〜24のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該微細構造体と該少なくとも1つの組み込み作用電極の形と大きさは、電流測定の時間スケールで、500pL以下、最も好ましくは200pL以下の検出容量を規定することを特徴とする、請求項20〜25のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 微細構造体は、該微細構造体の1つの壁部分に正確なサイズと位置で組み込まんだ、対電極、参照電極、及び/又は偽参照電極の少なくとも1つをさらに含むことを特徴とする、請求項20〜26のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該組み込み作用電極、対電極、参照電極、及び/又は偽参照電極は電導性パッドにより支持されることを特徴とする、請求項20〜27のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該電導性パッドは、該微細構造体の反対側で微細構造体支持体として機能する物質上に置かれ、該組み込み作用電極、対電極、参照電極、及び/又は偽参照電極は、該微細構造体の底の微細構造体支持体の物質を除去することにより製造されて、該微細構造体の底に凹型の電極を作成することを特徴とする、請求項28に記載の電流測定微小流体センサー。
- 1つの電導性パッドは複数の電極を含むことを特徴とする、請求項29に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該組み込み電極の上方のくぼみは有機相を含むことを特徴とする、請求項29又は30に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該組み込み作用電極、対電極、参照電極、及び/又は偽参照電極の少なくとも1つは、電気化学的に不活性な金属(例えば特に限定されないが、金、白金、銀/塩化銀)で被覆された銅から作成されることを特徴とする、請求項27〜31のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該少なくとも1つの組み込み作用電極は、約50マイクロメートル、最も好ましくは約25マイクロメートル以下の特徴的長さ又は半径を有する微小電極であることを特徴とする、請求項20〜32のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 微細構造体支持体は、ポテンシオスタット又は電源のような外部電気計器と、組み込み作用電極、対電極、参照電極、及び/又は偽参照電極のいずれか1つとの電気的接触を与えるための電気的接続パッド及び/又はトラックをさらに含むことを特徴とする、請求項20〜33のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該微細構造体は、該微細構造体の1つの壁部分に正確なサイズと位置で組み込まれた複数の作用電極を含む、請求項20〜34のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサーであって、該組み込み作用電極の上方の該微細構造体の高さは該組み込み作用電極の特徴的長さ(又は円形電極の場合は半径)rの少なくとも2倍であり、かつ2つの隣接する作用電極間の距離は、その特徴的長さ(又は円形電極の場合は半径)と等しいか又は2倍より大きいことを特徴とする上記センサー。
- 該微細構造体は、約500nLの溶液、最も好ましくは約150nLの溶液を含有するサイズであることを特徴とする、請求項20〜36のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該微細構造体は、少なくとも1つの組み込み作用電極を含むカバーされたマイクロチャネル、又はそれぞれが少なくとも1つの組み込み作用電極を含むカバーされたマイクロチャネルのアレイもしくはネットワークを含むことを特徴とする、請求項20〜36のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該マイクロチャネル又はマイクロチャネルのアレイもしくはネットワークは積層でカバーされることを特徴とする、請求項20〜37のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該微細構造体及び/又は該少なくとも1つの組み込み作用電極は、物理的もしくは化学的エッチング、射出成形、レーザー光削摩、ポリマー鋳造、UV−LIGA、エンボス加工、シリコン技術、一連の層の組み立て、又はこれらのいずれかの組合せの少なくとも1つにより作製されることを特徴とする、請求項20〜38のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 微細構造体支持体として機能する物質は、ポリマー、ガラス、又は石英であることを特徴とする、請求項20〜39のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該微細構造体支持体は電極の電気的接続のための電導性トラックを含むことを特徴とする、請求項20〜40のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該微細構造体支持体は、約500マイクロメートルより小さい厚さ、好ましくは約100マイクロメートルより小さい厚さを有することを特徴とする、請求項20〜41のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該微細構造体、該マイクロチャネル、又はマイクロチャネルのアレイもしくはネットワークは貯蔵部に囲まれていることを特徴とする、請求項20〜42のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 参照電極又は偽参照電極は、該微細構造体、該マイクロチャネル、又はマイクロチャネルのアレイもしくはネットワークの入り口及び/又は出口の貯蔵部に置かれることを特徴とする、請求項43に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該微細構造体及び/又は該微細構造体の入り口又は出口の周りの該貯蔵部は、生物学的物質、及び化学的化合物又は試薬の少なくとも1つを含むことを特徴とする、請求項1〜44のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該生物学的物質又は化学的化合物もしくは試薬は乾燥され、及び/又は該貯蔵部内及び/又は該微細構造体の少なくとも1つの部分、例えば壁部分もしくは該組み込み作用電極上に直接、又は該微細構造体の少なくとも1つの部分に置かれた膜、ゲル、ゾル−ゲル、もしくはビーズのような支持体上に可逆的もしくは不可逆的に固定化されることを特徴とする、請求項45に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該生物学的物質は、酵素、抗原、抗体、親和性物質、細胞、病原体、タンパク質、ウイルス、DNA、DNA下部、オリゴヌクレオチド、ペプチド、及びこれらの組合せの1つであることを特徴とする、請求項45又は46に記載の電流測定微小流体センサー。
- 微細構造体支持体はチップ形で終わり、該微細構造体はその末端の1つが該支持体の端にあることを特徴とする、請求項20〜47のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該チップは、微細構造体工程の端からの溶液、試料、又は試薬の取り込み、回収、及び/又は供給のために改変されていることを特徴とする、請求項48に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該チップは、溶液、試料、又は試薬の直接取り込み、回収、及び/又は供給を可能にするように、膜、薄いポリマー箔、又は皮膚のような固体物質を所望の貫通で突き通すように改変されていることを特徴とする、請求項48又は49のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 該センサーは組み込み試料採取システム及び/又は分析測定器具の一部であることを特徴とする、請求項20〜50のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサー。
- 微細構造体の1つの壁部分に正確なサイズと位置で組み込まれた少なくとも1つの作用電極を含む少なくとも1つの微細構造体を含む電流測定微小流体センサーの作製方法であって、該組み込み作用電極の上方の微細構造体の高さは、該組み込み作用電極のその特徴的長さ(又は円形電極の場合は半径)rの少なくとも2倍であり、又はさらに、該微細構造体は該少なくとも1つの組み込み電極の上方にくぼみを示すときは、該電流測定微小流体センサーは、該少なくとも1つの組み込み作用電極の上方で半球形又は半円筒形拡散様式を受けているアナライト分子のみから生じるシグナルを検出するように改変されていることを特徴とする上記方法。
- 対電極、参照電極、及び/又は偽参照電極の少なくとも1つは、該微細構造体の1つの壁部分に正確なサイズと位置でさらに組み込まれることを特徴とする、請求項52に記載の電流測定微小流体センサーの作製方法。
- 該組み込み作用電極、対電極、参照電極、及び/又は偽参照電極は電導性パッドにより支持されることを特徴とする、請求項52又は請求項53に記載の電流測定微小流体センサーの作製方法。
- 該電導性パッドは、該微細構造体の反対側で微細構造体支持体として機能する物質上に置かれ、該組み込み作用電極、対電極、参照電極、及び/又は偽参照電極は、該微細構造体の底の微細構造体支持体の物質を除去することにより製造されて、該微細構造体の底に凹型の電極を作成することを特徴とする、請求項54に記載の電流測定微小流体センサーの作製方法。
- 1つの電導性パッドは複数の電極を含むことを特徴とする、請求項55に記載の電流測定微小流体センサーの作製方法。
- 該組み込み電極の上方のくぼみは有機相が置かれることを特徴とする、請求項52〜56のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサーの作製方法。
- 該組み込み作用電極、対電極、参照電極、及び/又は偽参照電極の少なくとも1つは、電気化学的に不活性な金属(例えば特に限定されないが、金、白金、銀/塩化銀)で被覆された銅から作成されることを特徴とする、請求項52〜57のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサーの作製方法。
- 微細構造体支持体として機能する物質は、ポリマー、ガラス、又は石英であることを特徴とする、請求項52〜58のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサーの作製方法。
- 該微細構造体及び/又は該少なくとも1つの組み込み作用電極は、物理的もしくは化学的エッチング、射出成形、レーザー光削摩、ポリマー鋳造、UV−LIGA、エンボス加工、シリコン技術、一連の層の組み立て、又はこれらのいずれかの組合せの少なくとも1つにより作製されることを特徴とする、請求項52〜59のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサーの作製方法。
- 請求項52〜60のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサーの作製方法であって、
a.電導性層により防御される支持体物質を提供する工程、
b.所望の微細構造体を作製するためのマスクとして機能する該電導性層に構造を作成する工程、
c.エッチング及び/又は光削摩プロセスを使用して該支持体物質を微細加工して所望の微細構造体を作成する工程、
d.防御性電導性層の少なくとも一部を除去して電気的接続のネットワークを作成する工程、
e.第2のエッチング及び/又は光削摩プロセスにより該支持体物質をさらにエッチングして、該防御性電導性層の明瞭で正確に位置する部分を該微細構造体に暴露する工程を含むか又は含まず、
f.該防御性電導性層の残りの部分を不活性金属で被覆して電極を作成する工程を含むか又は含まず、さらに、
g.該微細構造体にカバー層を適用して該微細構造体を閉じる工程、
を含んでなる上記方法。 - 該少なくとも1つの組み込み作用電極は、所望の位置で、該微細構造体の底と電導性パッドとを分離する微細構造体支持体の物質を除去することにより作製されることを特徴とする、請求項61に記載の電流測定センサー器具の作製方法。
- 微細構造体支持体からの物質を除去は、微細構造体の底からの機械的穿孔、化学的もしくは物理的エッチング、光削摩、又はこれらのいずれかの組合せにより行われることを特徴とする、請求項62に記載の電流測定センサー器具の作製方法。
- 該微細構造体は積層のようなカバー層の適用によりカバーされることを特徴とする、請求項52〜63のいずれか1項に記載の電流測定センサー器具の作製方法。
- 該微細構造体及び/又は該微細構造体の入り口又は出口の周りの該貯蔵部は、生物学的物質、及び化学的化合物又は試薬の少なくとも1つを含むことを特徴とする、請求項52〜64のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサーの作製方法。
- 該生物学的物質又は化学的化合物もしくは試薬は乾燥され、及び/又は該貯蔵部内及び/又は該微細構造体の少なくとも1つの部分、例えば壁部分もしくは該組み込み作用電極上に直接、又は該微細構造体の少なくとも1つの部分に置かれた膜、ゲル、ゾル−ゲル、もしくはビーズのような支持体上に可逆的もしくは不可逆的に固定化されることを特徴とする、請求項65に記載の電流測定微小流体センサーの作製方法。
- 該生物学的物質は、酵素、抗原、抗体、親和性物質、細胞、病原体、タンパク質、ウイルス、DNA、DNA下部、オリゴヌクレオチド、ペプチド、及びこれらの組合せの1つであることを特徴とする、請求項65又は66に記載の方法。
- 微細構造体支持体はチップ形で終わり、該微細構造体はその末端が該支持体の端に作成されることを特徴とする、請求項52〜67のいずれか1項に記載の方法。
- 溶液中の特に合成に関連する化学的及び/もしくは生物学的反応を実施するための、及び/又は特に化学的及び/もしくは生物学的アッセイ(例えば、特に限定されないが、タンパク質アッセイ、親和性アッセイ、イムノアッセイ、酵素アッセイ、酵素結合免疫吸着測定法、細胞アッセイ、ウイルスアッセイ、病原体アッセイ、DNAアッセイ、ハイブリダイゼーションアッセイ、オリゴヌクレオチドアッセイ、物理的−化学的性状解析アッセイ、親油性アッセイ、溶解度アッセイ、又は透過性アッセイ)に関連した化学的及び/もしくは生物学的分析を実施するための、請求項1〜19のいずれか1項に記載の電流測定検出法と組合せた、請求項20〜51のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサーの使用。
- タンパク質、ペプチド、抗体、抗原、酵素、オリゴヌクレオチド、病原体、ウイルス、DNA、DNA下部、又は細胞の分析を実施するための、請求項20〜51のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサーと請求項1〜19のいずれか1項に記載の電流測定検出法の使用。
- 請求項20〜51のいずれか1項に記載の電流測定微小流体器具と、請求項1〜19のいずれか1項に記載の電流測定検出法の生物学的もしくは化学的分析又は合成を実施するのに必要な試薬とを含むキット。
- 請求項20〜51のいずれか1項に記載の電流測定微小流体センサーに連結したポテンショスタットのような外部電気計器と連通するために、かつ請求項1〜19のいずれか1項に記載の電流測定検出法の化学的もしくは生物学的分析を実施するために、改変したソフトウェアの項目。
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