JP2009533658A5

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Publication number: JP2009533658A5
Application number: JP2009504600A
Authority: JP
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2010-04-22

Claims

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２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１〜３のいずれか１項に記載の電流測定検出法。
請求項１〜４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５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１〜６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７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８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７〜９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１〜１０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１１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１１又は１２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１１〜１３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。
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、
その微細構造体が、
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（長さＬ（メートル））を示すか、または示さない前記作用電極、及び
ｂ．前記微細構造体の１つの壁に組み込まれた少なくとも１つの対電極又は少なくとも１つの偽作用電極、
を含み、その少なくとも１つの対電極又は少なくとも１つの偽作用電極と、前記少なくとも１つの作用電極との距離が微細構造体の高さの２倍より小さく、
又、前記電流測定微小流体センサーは、比率（ｒ＋Ｌ） ² ／Ｄ（ここでＤは該アナライトの拡散係数（ｍ ² ／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際に、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。
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前記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１５に記載の電流測定微小流体センサー。
該少なくとも１つの組み込まれた作用電極は、前記その少なくとも１つの対電極又は少なくとも１つの偽作用電極と対面することにより、前記組み込まれた作用電極が、前記電流測定微小流体センサーの微細構造支持体の片側面上に配置されている一方、前記少なくとも１つの対電極又は少なくとも１つの偽作用電極が前記電流測定微小流体センサーの微細構造支持体の反対側の面上に配置されている、請求項１５又は１６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１５〜１７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１５〜１８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１５〜１９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／又は該微細構造体の入り口又は出口の周りの貯蔵部は、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１５〜２０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２１に記載の電流測定微小流体センサー。
少なくとも１つの微細構造体、及び少なくとも１つの対電極又は少なくとも１つの偽作用電極を含む電流測定微小流体センサーの作製方法であって、
ａ．前記微細構造体は、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つの作用電極を含み、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（高さＬ（メーター））を示し、又
ｂ．前記少なくとも１つの対電極又は少なくとも１つの偽作用電極は、前記微細構造体の１つの壁に組み込まれており、
その少なくとも１つの対電極又は少なくとも１つの偽作用電極と、前記少なくとも１つの作用電極との距離が微細構造体の高さの２倍より小さく、
又、前記電流測定微小流体センサーは、比率（ｒ＋Ｌ） ² ／Ｄ（ここでＤは該アナライトの拡散係数（ｍ ² ／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際に、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前記センサーの作製方法。
該電導性パッド上に支持された、組み込み作用電極、対電極、及び／又は偽参照電極は、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２３に記載の電流測定微小流体センサーの作製方法。
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１５〜２２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１〜１４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。