JP2009544032A - 気体展開手段を含む試料を分析するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、試料内の１つ又はそれよりも多くの標的分子の存在、量、又は、同一性のために１つ又はそれよりも多くの試料を分析するための装置に関し、１つ又はそれよりも多くの捕捉場所を含み、それによって、装置は気体展開手段を含む。気体展開手段によって展開される気体は、非結合標的分子を捕捉場所から移動し、従って、分析の効能を増大するのに役立つ。

Description

本発明は、流体試料（サンプル）中の１つ又はそれよりも多くの標的（ターゲット）の検出のための装置の分野に向けられており、具体的には、水溶液中の生体分子の検出のための装置に向けられている。さらに、本発明は、試料の分析を単純化する制御回路に向けられている。

本発明は、流体内の標的生体分子の検出に向けられており、具体的には、水溶液中の生体分子の検出に向けられている。検出は、普通、分析されるべき流体が基板材料上に提供されるような方法で起こり、基板材料は、検出の対象である標的生体分子のための捕捉場所を含む。そのような捕捉場所は、標的分子もＤＮＡ鎖（ストランド）である場合には、対応するＤＮＡ鎖、タンパク質検定の場合には、抗体であり得る。次に、流体中の標的分子は、捕捉場所に結合し、流体が除除された後でさえ、そこに留まる。標的生体分子は、標識（ラベル）を含み、このようにして、検出され得る。

しかしながら、特に、もし少量の試料が検出されるべきであるならば、試料中の非結合であるが標識付きの種は問題である。何故ならば、これらの化合物は、後の誤読を引き起こさないために、取り除かれなければならないからである。従って、従来技術では、余分な洗浄ステップが一般的であり、それらは、一方では、分析手続きを長くし、他方では、複雑性を加え、且つ、検査装置の費用を増大する。

従って、流体内に存在する必要がある微量の標的分子でより迅速な検出を可能にする装置を提供することが本発明の目的である。

この目的は、本発明の請求項１に従った装置によって解決される。従って、試料内の１つ又はそれよりも多くの標的分子の存在、量、又は、同一性のために、１つ又はそれよりも多くの試料、特に、流体試料を分析するための装置が提供され、装置は、１つ又はそれよりも多くの捕捉場所を含み、そのために、装置は、非結合標的分子及び／又は余剰試料流体を捕捉場所から洗い流す且つ／或いは除去するための気体展開手段を含む。

驚くべきことに、本発明内の殆どの用途のために、捕捉場所の上に気体を案内することによって捕捉場所から非結合種を除去することが可能であるのに対し、結合分子は除去されないことが示された。

本発明に従った基板材料は、従来技術に対して以下の利点を有する。
− 非結合種の除去は効率的且つ時間効果的であり、よって、分析のために必要とされる時間の量を減少する。
− 洗浄剤又は関連微小流体／貯槽は必要とされない。
− 光は試料流体を通じて検出器から離れるよう案内されないので、蛍光の分離は改良される。

当業者によって理解されるであろうように、試料は、実質的にあらゆる器官の体液（例えば、血液、尿、血清、リンパ、唾液、肛門及び膣分泌液、汗及び精液）を含む、あらゆる数のものを含み得るが、それらに限定されず、最小の試料が好ましく、人間試料が特に好ましく、環境試料（例えば、空気、農学、水及び土壌試料）、生物戦剤試料、（即ち、核酸の場合における）研究試料。

当業者に理解されるであろうように、標的分子は、標的及び信号増幅の両方を含む増幅反応の生成物；精製ゲノムＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等のような精製試料；生試料（バクテリア、ウイルス、ゲノムＤＮＡ等）；それらに限定されないが、核酸及び関連化合物（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、オリゴヌクレオチド、及び、それらの類似物、ＰＣＲ生成物、ゲノムＤＮＡ、バクテリア人工染色体、プラスミド、及び、類似物）、タンパク質及び関連化合物（例えば、ポリペプチド、ペプチド、単一クローン又は多クローン抗体、可溶性又は結合受容体、転写因子、及び、類似物）、抗原、配位子、ハプテン、炭水化物及び関連化合物（例えば、多糖類、オリゴ糖類、及び、類似物）、膜断片、細胞性オルガネラ、無傷細胞、バクテリア、ウイルス、原虫、及び、類似物のような細胞性断片のような生物分子化合物であり得るが、それらに限定されない。

当業者によって理解されるであろうように、実質的にあらゆる実験的操作が、試料及び／又は標的分子上で行われた。

本発明の好適実施態様によれば、気体展開手段によって展開される気体は、試料溶液の電解によって創成される。

本発明の好適実施態様によれば、気体展開手段は、≧１．２Ｖ及び≦１０Ｖの電圧を印可することによって気体を展開する。これは、再現可能な方法で適切な気泡を得るために、適切な電圧範囲であることが示された。本発明の好適実施態様によれば、気体展開手段は、≧２Ｖ及び≦４．５Ｖの電圧を印可することによって気体を展開し、本発明の好適実施態様によれば、気体展開手段は、≧２．５Ｖ及び≦３．５Ｖの電圧を印可することによって気体を展開する。

本発明の好適実施態様によれば、気体展開手段は、≧１０^−８Ａ及び≦１０^−６Ａの電流を使用することによって気体を展開する。

これは再現可能な方法で適切な気泡を得るために適切な電圧範囲である広範囲の用途内に示された。

本発明の好適実施態様によれば、気体展開手段は、≧２．５×１０^−８Ａ及び≦７．５×１０^−７Ａの電流を使用することによって気体を展開する。本発明の好適実施態様によれば、気体展開手段は、≧５×１０^−８Ａ及び≦５×１０^−７Ａの電流を使用することによって気体を展開する。

本発明の好適実施態様によれば、気体展開手段の気体展開部分は、捕捉場所から≧０ｍｍ及び≦５ｍｍの距離に配置される。この距離は、本発明内の広範囲の用途のために実用的に有利であることが示された。本発明の好適実施態様によれば、気体展開手段の気体展開部分は、捕捉場所から≧１０μｍ及び≦１ｍｍ、好ましくは、≧１００μｍ及び≦５００μｍの距離に配置される。

気体展開が殆どの用途では水性の本発明の好適実施態様に従った試料溶液の電解によって達成される場合には、気体展開手段の水素展開部分のみが使用されるのに対し、酸素展開部分は、好ましくは、捕捉場所からより離れて配置され、他の好適実施態様によれば、装置の別個の構成素子内に配置される。

この構成の気体展開手段を使用する本発明内の実施態様では、気体展開手段の水素展開部分は、捕捉場所から≧０ｍｍ及び≦５ｍｍの距離に配置される。この距離は、本発明内の広範囲の用途のために実用的に有利であることが示された。本発明の好適実施態様によれば、気体展開手段の気体展開部分は、捕捉場所から≧１０μｍ及び≦１ｍｍ、好ましくは、≧１００μｍ及び≦５００μｍの距離に配置される。

本発明内の一部の用途では、酸素は、捕捉場所、標的分子、又は、殆どの用途では、それらの一部が酸素に対して極めて感応的であることが既知の蛍光染料である標識のいずれかに有害であり得る。従って、もし水素のみが気体展開手段内で使用されるのに対し、酸素は溶液内に保持され且つ／或いは装置の遠隔部分で展開されるならば好ましい。

本発明の好適実施態様によれば、気体展開手段は、少なくとも一対の電極を含む。

本発明の好適実施態様によれば、気体展開手段は、分子、特に、標的分子を捕捉場所に輸送する手段として働くようにも構成される。輸送のための方法は、本発明の好適実施態様によれば、（もし粒子がＤＮＡ及びタンパク質のための場合のように荷電されるならば）電気泳動輸送の形態で、或いは、非荷電分子のために非電気泳動を介して提供され得る。そのような非荷電分子は、例えば、抗体で被覆されたビードであり得る。後者の場合には、４つの位相を備える進行波が使用されることが好ましい。代替的に、気体の局所的な発生によって創成される圧力差が、本発明の１つの実施態様に従って、標的分子を包含する溶液を除去するために使用され得る。よって、混合を創成し、捕捉の機会を向上する。

代替的に或いは追加的に並びに本発明の他の実施態様の限りにおいて、混合を創成し且つ捕捉の機会を向上するために、電気浸透移動が発生され得る。

本発明は、本発明に従った装置の少なくとも１つの捕捉場所から非結合標的分子及び／又は余剰試料流体を特に除去するための気体展開制御手段であって、展開される気泡の形成及び／又は移動を制御する少なくとも１つのフィードバック機構を含む、気体展開制御手段にも向けられている。

しかしながら、そのような気体展開制御手段は、そのような装置がなくとも発明的な使用であり、広範囲の他の用途において利用され得ることが付記されなければならない。

液体からの気泡の核形成は、良好に定められたプロセスでない広範囲の用途内にあり、それが気体展開手段の表面及び／又は試料液体の有意な局所的な粗さ又は伝導性があるか否かのような多くの装置パラメータに依存するので、むしろ予測不能であり得る。さらに、それは１つの捕捉場所がさらに混成するのを許容するのが可能ではない或いは極めて困難な広範囲の用途のためである。何故ならば、信号は弱く、信号がその最大に達する他の側を停止するからである。

従って、本発明の１つの実施態様によれば、気泡の制御された発展を許容するそのような気体展開制御手段を提供することは有利である。

本発明の１つの好適実施態様では、制御手段は、気泡の量及び／又は形成及び／又は移動を正確に制御するフィードバック機構を含む。フィードバック機構は、例えば、少なくとも１つの活性制御回路であり得るし、且つ／或いは、少なくとも１つの活性化手段を含み得る。

本発明の好適実施態様によれば、気体展開制御手段は、気体展開のために少なくとも２つの電極を含み、フィードバック機構は、気泡の形成及び／又は移動を制御するよう電極間の容量及び／又は抵抗を測定するために電極間に配置される少なくとも１つのキャパシタ及び／又は抵抗器のインピーダンスネットワークを含む。

フィードバック機構は、例えば、２つの隣接する電極間の静電容量及び／又は抵抗における変化を測定し、且つ、その値を所定値と比較することによって、気体展開手段によって展開される気体の量及び／又は移動を制御し得る。

気体展開制御手段は、本発明の１つの実施態様では、インピーダンス、抵抗、及び／又は、容量の変化直後、第三電極を活性化する前記活性化手段によって信号が開始されるように構成される。

（殆どの用途では水性である）試料溶液は、気体展開手段によって展開される気体と極めて異なる抵抗を有するので、容量及び／又は抵抗における差は容易に測定可能であり、従って、「気体前部」が電極に沿ってどこまで遠くに前進したかを極めて正確に決定することが可能である。

本発明のさらなる実施態様では、電極は、各捕捉場所で幾つかの電極を個別にアドレス付けすることが可能であるよう、大面積電子機器（ＬＡＥ）技法、例えば、ＬＴＰＳのようなアクティブマトリックスのように配置される。

有利に、そのようなマトリックスでは、試料流体は、各側で、如何なる時間地点においても排出され得る。これは最大信号レベルでの混成が停止されること、或いは、代替的に、混成が異なる時間地点で停止されるが他の点では同一の側の順序を創成し、よって、混成の運動学が特徴付けられることを可能にすることのいずれかを可能にする。

本発明のさらなる実施態様によれば、装置は、さらに、少なくとも１つの気体案内手段を含む。

「気体案内手段」という用語は、本発明の脈絡では、特に、装置上で或いは装置と共に事前選択される経路に少なくとも部分的に沿って気体展開手段から展開される気体の少なくとも一部を案内し得るあらゆる手段を意味し且つ／或いは含む。

そうすることによって、本発明内の広範囲の用途のために、よりコンパクトな装置を構築し、且つ／或いは、検出の時間を向上することが可能である。

本発明のさらなる実施態様によれば、気体案内手段は、所定の或いはそれよりも大きいサイズを有する気泡が気体案内手段によって案内されるのに対し、より小さな気泡は本質的に案内されずに残るよう、気泡のサイズを選択し得る。

本発明のさらなる実施態様によれば、気体案内手段は、≧１μｍ及び≦５００μｍ、好ましくは、≧５μｍ及び≦１００μｍ、最も好ましくは、≧１０μｍ及び≦５０μｍの平均サイズを備える気泡を案内し得るのに対し、より小さい及び／又はより大きい気泡は本質的に案内されずに残る。

この脈絡において、「サイズ」という用語は、気泡が気体案内手段の幾何及び／又は他の特徴によって確認される場合における最小寸法を特に意味する。

そうすることによって、本発明内の広範囲の用途のために、捕捉場所からの非結合標的分子のより速く及び／又はより効率的な除去を有することが可能である。

本発明のさらなる実施態様によれば、気体展開手段は、複数の気体を展開し、気体案内手段は、一部の気体が来たい案内手段によって案内されるのに対し、他はそうでないような方法で、複数の気体の間を選択し得る。

そうすることによって、複数の気体が気体展開手段によって展開される場合には、広範囲の用途のために、気体展開手段によって展開される潜在的に反応的な或いは他の有害な気体に起因する不利点を回避することが可能である。何故ならば、これらの気体は、気体案内手段によって案内されないからである。

本発明のさらなる実施態様によれば、気体展開手段は、水の加水分解によって展開し、気体案内手段は、水素のみを本質的に案内するのに対し、酸素は本質的に案内されないよう構成される。

本発明のさらなる実施態様によれば、気体展開手段は、ヒドロゲル材料を含む。

「ヒドロゲル材料」という用語は、本発明の意味において、水溶性の重合体鎖のネットワークを本質的に意味し且つ／或いは含む。

本発明の実施態様によれば、ヒドロゲル材料は、ポリ（メタ）クリル材料を含む。

本発明の実施態様によれば、ヒドロゲル材料は、少なくとも１つの（メタ）クリル単量体と少なくとも１つの多官能（メタ）クリル単量体との重合から成るポリ（メタ）クリル材料を含む。

本発明の実施態様によれば、（メタ）クリル単量体は、（メタ）クリルアミド、メタクリル酸、ヒドロキシエチル（メタ）クリレート、エトキシエソキシチル（メタ）クリレート、又は、それらの混合物を含む群から選択される。

本発明の実施態様によれば、多官能メタクリル単量体は、ビス−（メタ）クリル及び／又はトリ−（メタ）クリル及び／又はテトラ−（メタ）クリル及び／又はペンタ−（メタ）クリル単量体である。

本発明の実施態様によれば、多官能（メタ）クリル単量体は、ビス（メタ）クリルアミド、トリプロピレングリコール ジ（メタ）クリレート、ペンタエリスリトール トリ（メタ）アクリレート ポリエチレングリコール ジ（メタ）アクリレート、エトキシレート ビスフェノール−Ａ−ジ（メタ）クリレート、又は、それらの混合物を含む群から選択される。

本発明の実施態様によれば、ポリ（メタ）クリル材料の架橋密度は、≧０．０５及び≦１である。

本発明の意味において、「架橋密度」という用語は、具体的には以下の定義を意味し或いは含む。ここでは、架橋密度δ_Ｘは、

として定められ、ここで、Ｘは、多官能単量体のモル分数であり、Ｌは、単量体を形成する線形鎖（＝非多官能）のモル分数である。線形重合体において、δ_Ｘ＝０であり、完全架橋系では、δ_Ｘ＝１である。

本発明のさらなる実施態様によれば、気体展開手段は、ナノ多孔性材料を含む。

本発明の好適実施態様によれば、ナノ多孔性材料は、好ましくは、ゴム、エラストマ、高分子レジスト材料、ポリアクリル材料、又は、これらの材料の混合物を含む群から選択される弾性高分子材料を含む。

本発明の実施態様によれば、ヒドロゲル及び／又はナノ多孔性材料は、≧０％及び≦７０％の開口率を有する。これは広範囲の用途のために気体案内手段のためのヒドロゲル材料及び／又はナノ多孔性材料のさらに増大された適切性を有する。

本発明の実施態様によれば、ヒドロゲル材料及び／又はナノ多孔性材料は、≧１％及び≦４０％、より好ましくは、≧３％及び≦２０％の空孔率を有する。

本発明の意味において、「空孔率」という用語は、全体の容積に対する材料中の全ての孔又は空隙の容積の比率を特に意味し且つ／或いは含む。換言すれば、空孔率は、材料の全容積に対する非固体容積の比率である。本発明の意味において、空孔率は、具体的には、０％と１００％との間の分数である。

本発明の好適実施態様によれば、ヒドロゲル及び／又はナノ多孔性材料の内部の孔の平均孔サイズは、≧１０ｎｍ及び≦２μｍ、好ましくは、≧５０ｎｍ及び≦１μｍ、最も好ましくは、≧１００ｎｍ及び≦５００ｎｍである。

本発明の実施態様によれば、ヒドロゲル及び／又はナノ多孔性材料は、動作中に水及び小さいイオンを含む環境を含み得るし或いはそのような環境内に提供され得る。

本発明の実施態様によれば、ヒドロゲル材料４０及び／又はナノ多孔性材料は、乳化安定剤をさらに含む。特にヒドロゲル材料及びナノ多孔性材料の構築中の乳化安定剤の添加は、本発明内の広範囲の用途のために空孔率を制御するのに役立つ。

本発明の実施態様によれば、乳化安定剤は、ポリエーテル、アルキレートポリエーテル、及び、それらの混合物を含む群から選択される。

本発明の実施態様によれば、ヒドロゲル材料及び／又はナノ多孔性材料は、≧１０μＳ／ｍ及び≦５Ｓ／ｍ、好ましくは、≧１００μＳ／ｍ及び≦１Ｓ／ｍ、最も好ましくは、≧１ｍＳ／ｍ及び≦５００ｍＳ／ｍの水溶液中の（即ち、動作中の湿潤環境における）導電率を有する。

本発明の実施態様によれば、ヒドロゲル材料及び／又はナノ多孔性材料の前記導電率は、水溶液中の（即ち、動作中の湿潤環境における）検体の導電率と異なる係数(factor)１０未満、好ましくは、係数５未満である。

本発明の実施態様によれば、ヒドロゲル材料及び／又はナノ多孔性材料は、基板の上の層として配置され、基板は、電極を含む。層の厚さは、好ましくは、（湿潤状態において）≧１μｍ及び≦１ｍｍの間、より好ましくは、≧１０μｍ及び≦５００μｍの間、最も好ましくは、≧３０μｍ及び≦２００μｍの間である。

本発明の実施態様によれば、気体案内手段のためのヒドロゲル又は代替的な材料は、（湿潤状態における）弾性係数(elastic modulus)Ｅ＞１００ｋＰａ及び＜５００ＭＰａ、好ましくは、Ｅ＞１ＭＰａ及び１００ＭＰａを備える弾性材料である。

殆どの用途のために気体形成及び案内はこのようにして増大されることが分かった。好ましくは、気体が形成されないとき、通路が閉塞され、気体が形成されるとき、通路が開放される。

本発明の実施態様によれば、気体案内手段は、ヒドロゲル材料を装置と接続するのを助ける接続材料を含む。

本発明の実施態様によれば、接続材料は、装置内に均一に広がらず、装置は、接続材料が存在する領域と、接続材料が存在しないさらなる領域とを含む。

そうすることによって、気体案内手段の配置は、気体が案内されるべき事前選択される経路（以下「通路」と呼ぶ）に沿う装置を備える領域には、接続材料は利用されないのに対し、これらの領域に隣接する領域では、ヒドロゲル材料は接続材料を介して装置に接続されるという点で、広範囲の用途のために極めて容易に単純化され得る。

本発明の実施態様によれば、通路は、それらが行止まり構造を形成するように配置され、通路（及び通路に沿う或いは通路の出口上の捕捉プローブ）の端部内の気体形成領域を備える。

本発明の実施態様によれば、ヒドロゲル材料及び／又はナノ多孔性材料は、基板の上に細長い通路を形成し、通路は、≧１から≦５００μｍ、好ましく、≧５０から≦１００μｍの幅を有する。

本発明の実施態様によれば、装置は、ガラス基板と、基板上に配置される複数の電極とを含み、接続材料は、複数の電極によって覆われないガラス基板の部分上に主に提供される。

本発明の実施態様によれば、接続材料は、シラン材料を含む。そうすることによって、広範囲の用途のために、主として複数の電極によって覆われていないガラス基板の部分の上に接続材料を塗布するのが大いに容易化される。何故ならば、その場合には、シランはガラス基板と反応し且つ／或いは結合し、それによって、電極との結合が起こらず或いは本質的に起こらないからである。

本発明の実施態様によれば、接続材料は、メタクリル酸メトキシラン、アミノメトキシラン、トリメトキシリル−プロピル−メタクレート、又は、それらの混合物を含む群から選択される材料から選択される。この関係で、米国特許第６，９６０，２９８号が参照として引用される。

本発明の実施態様によれば、前記接続材料は、気泡案内手段を形成する前記ナノ多孔性又はヒドロゲル層の蒸着の前に、（例えば、インクジェット又はミクロ接触プリンティング又は類似方法によって）前記基板上にパターン式に印刷される。このパターン付け方法は、ここにその全文が参照として引用されるＷＯ２００５／０１５２９５号及びそこに引用される文献中により詳細にさらに記載されている。

本発明の実施態様によれば、気泡形成領域内には、液相からの改良された気体核形成のために提供される気体核形成手段がある。

本発明の実施態様によれば、前記気体核形成手段は、局所的な表面粗さ、（小さな先端又は針のような）他の位相的表面修正、又は、粉塵、砂、ガラス、若しくは、塩粒子のような小さい粒子（５０ｎｍ〜５μｍ）を含む。

本発明は、さらに、試料中の１つ又はそれよりも多くの標的分子の存在、量、又は、同一性のために、１つ又はそれよりも多くの試料、特に、流体試料を分析するための方法に関し、
（ａ）上述のような装置を提供するステップと、
（ｂ）ある量の試料を基板材料、好ましくは、基板材料上の１つ又はそれよりも多くの所定地域に加えるステップと、
（ｃ）試料中の標的分子が可能であれば１つ又はそれよりも多くの捕捉場所と結合することを許容するステップと、
（ｄ）選択的に気体案内手段を使用して、非結合標的分子を除去するために、気体展開手段から気体を展開するステップと、
（ｅ）選択的に、気体展開制御手段を介して、気体展開を制御し且つ最終的に停止するステップとを含む。

そうすることによって、試料内の標的分子の迅速で確実な検出が、微量においてさえ、本発明内の殆どの用途のために実行可能である。

本発明に従った基板材料、方法、気体展開制御手段、及び／又は、装置は、広範囲のシステム及び／又は用途において、とりわけ、以下の１つ又はそれよりも多くのシステム及び／又は用途において使用され得る。
− 分子診断において使用されるバイオセンサ。
− 例えば、血液又は唾液のような複合的な生体混合物中のタンパク質及び核酸の迅速且つ感応的な検出。
− 細胞溶解又はタンパク質操作のための局所的ｐＨ変動を創成する電気分解。
− 化学、製薬学、又は、分子生物学のための高処理量スクリーニング装置。
− 例えば、犯罪学における、例えば、ＤＮＡ又はタンパク質のための、（病院内）現場試験のための、中央実験室内の或いは科学研究における診断のための試験装置。
− 心臓学、感染症及び腫瘍学、食品、及び、環境診断のためのＤＮＡ又はタンパク質診断のための工具。
− 組み合わせ化学（コンビナトリアルケミストリ）のための工具。
− 分析装置。

上述の構成素子、並びに、請求される構成素子、及び、記載される実施態様において本発明に従って使用される構成素子は、関連分野において既知の選択基準が限定なしに適用され得るよう、それらのサイズ（大きさ）、形状、材料選択、技術的着想に関する如何なる特殊な例外にも晒されない。

本発明の目的の追加的な詳細、特徴、及び、利点は、本発明に従った装置の幾つかの好適実施態様を例示的な方法で示す、従属項、図面、それぞれの図面の以下の記載、及び、実施例に記載される。

本発明の第一実施態様に従った装置を極めて概略的に示す一部上面図である。 本発明の第二実施態様に従った装置を極めて概略的に示す一部上面図である。 気体の展開前の図２中の線II−IIに沿う図２の装置を極めて概略的に示す一部断面図である。 一定量の気体の展開後の図３の装置を極めて概略的に示す一部断面図である。 非結合標的分子を捕捉場所から除去するのに十分な高い気体量の展開後の図３の装置を極めて概略的に示す一部断面図である。 本発明の１つの実施態様に従ったフィードバック機構を含む活性制御手段を示す概略図である。 本発明の１つの実施態様に従った活性化手段を示す概略図である。 本発明のさらなる実施態様に従った気体案内手段を含む装置を概略的に示す斜視図である。

図１は、本発明の第一実施態様に従った装置１の極めて図式的な部分上面図を示している。装置は、２つの電極２０ａ及び２０ｂによって取り囲まれた捕捉場所１０を含む。捕捉場所１０は、試料中で分析されるべき幾つかの標的分子のための複数の捕捉場所を現実的には含み得ることが付記されなければならない。しかしながら、装置は電極によって全て取り囲まれる幾つかの組の捕捉場所も含み得る。捕捉場所毎の電極の数は２つに限定されない。

図２は、本発明の第二実施態様に従った装置１の極めて図式的な部分上面図を示している。この実施態様では、幾つかの細長い電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが描写されている。幾つかの電極のみ並びに１つの捕捉場所のみが示されている。しかしながら、本発明内の殆どの用途が複数の電極及び捕捉場所を使用することは当業者に明らかである。

図３は、気体の展開(evolution)前の図２中の線II−IIに沿う図２の装置の極めて図式的な部分断面図を示している。図３中に（極めて図式的に）示されているのは、（例えば、核酸のような水素結合を介して）捕捉場所１０に結合される標的分子である。標的分子は、（正方形によって「表示」されている）蛍光色素で標識付けされる。しかしながら、幾つかの他の非結合標的分子が試料溶液３０内に存在し、それらは、洗い流されないと、分析の誤読を招き得る。

図４は、所定量の気体の展開後の図３の装置の極めて図式的な部分断面図を示している。図５は、非結合標的を捕捉場所から取り除くのに十分な高さの量の展開後の図３の装置の極めて図式的な部分断面図を示している。

図４及び図５から、電極を介する気体の展開の故に、気泡が創成され、気泡は非結合標的分子を除去するのに対し、結合標的分子は、その結合の故に、捕捉場所１０に留まる。

気泡の展開を監視するために、電極２０ａ−ｄも使用され得る。何故ならば、気体（この実施態様では、主に水素である）は、試料溶液（この実施態様では、本質的に水である）と大きく異なる抵抗を有するからである。従って、電極２０ａからｄの間の容量及び／又は抵抗を監視することによって、どのように気泡が拡張し、従って、気体「前部」が電極２０ｄに向かって発達するかが見られ得る。この電極に達すると、非結合標的分子は捕捉場所１０から十分に遠いので、気体展開は停止する。

図６は、本発明の実施態様に従ったフィードバック機構２２を含む活性制御回路２１を図式的に示している。

この実施態様では、４つの電極２０ａ−２０ｄが、装置１の捕捉場所１０に沿って対称的に配置されている。各電極２０ａ−２０ｄは、基準値として働く抵抗器に接続されている。抵抗器Ｒの値を２つの隣接する電極２０ａ，２０ｂで測定される値と比較するために、活性化手段２３ａが割り当てられ、電極２０ａ，２０ｂの一方は、抵抗器Ｒに接続されている。

初期的に、回路２１への電力供給がないので、電極２０ａ−２０ｄの近傍に電解は起こらない。電力供給は、この実施態様では、例証的に３Ｖに移動されると、開始線はパルス化される。この状態で、電極２０ａと２０ｂとの間の電圧は３Ｖであり、他の後続の電極２０ｃから２０ｎの間の電位は０Ｖである。開始パルスが低くなると、流体抵抗Ｒ_ＦＬ及び抵抗器Ｒの電圧は、電極２０ｂの電圧を決定する。これらの２つの値は、活性化手段２３、この実施態様では、トリガブロック（例えば、図７）内で比較される。電極が試料の流体によって取り囲まれている限り、これらの２つの間には大きな差はない。電極２０ａで展開される気泡の泡前部が電極２０ｂに到達し且つ取り囲むや否や、これらの２つの電極の間の抵抗は増大する、即ち、それはＲ_ＦＬからＲ_ＦＨに変更し、トリガブロック２３は、電極２０ｂで電圧の降下を測定する。この差はトリガブロック２３を点火させる。次に、それは電極２０ｂを３Ｖにさせ、電極２０ｂ及び２０ｃの流体抵抗Ｒ_ＦＬと電極２０ｃに取り付けられる抵抗器Ｒとの間の分圧器作用を可能にする。これらのステップは電極構造の終わりまで反復する。所望であれば、後続の電極で高電圧を開始することによって、プロセスはいつでも停止され得る（停止するのが可能でなく或いは停止するのにより多くの可能性があるならば矯正し得る）。

抵抗Ｒ_ＦＬが高くなるや否や、電極２０ａは、２つの電極２０ａと２０ｂとの間の電解を停止し、次の２つの電極２０ｂと２０ｃとの間の電解を引き起こし、それによって、気泡を所望方向に拡大するよう、自動的に高電圧に至らされる。電極２０ａが停止された後の短い時間間隔の後、気体は流体によって吸収される。

一部の実施態様では、例えば、もし気体によって占められる容積の減少を回避するために、気体が維持されるべきであるならば、気体「前部」が次の電極に達した後に電極を停止することによって、気体展開を停止しないことが好ましい。これは、例えば、ピストンを前方に移動し且つピストンをこの位置に保持し或いはピストンをさらに移動するために気体が利用される室内では有利であり得る。もし、他方、気体が室内に維持されないならば、負圧が現れ、場合によっては、ピストンを反対に移動し得る。

電解の開始位置は、時々異なり得る。従って、本発明の代替的な実施態様では、電源供給は、直接的に３Ｖに移動されず、先ず、より低い電圧、例えば、１Ｖに移動される。もし電解がこの電圧で起こらないならば、開始パルスは、僅かにより高い電圧で繰り返され得る。これは、電解、従って、気体形成が達成されるまで、反復的に繰り返される。気体形成が開始する電圧は、電極の表面のような幾つかの状況、例えば、有意な粗さ、電荷の二重層が電極上に形成するか否か、流体の伝導率、場合によっては、部分的絶縁層が関連する電圧降下を伴って電極上に形成するか否かに依存して、より高く或いはより低くあり得る。

図７は、例示的に、図６に従ったトリガブロック２３の可能な設計を示している。当業者にとって、このトリガブロック２３の詳細が当該技術分野において既知の複数の代替物で置換され得ることはあきらかであろう。

この特殊な実施態様において、開始パルスは、トリガブロック２３の全てに適用され、その作用は、コンパレータ２４の入力を０Ｖに引くことである。これはコンパレータ２４の出力を高くさせ、それはＩＮ端子２５をコンパレータ２４（コンパレータも初期的には同様に０Ｖである）に接続し、出力２６をＯＶに接続する。開始バルスが低くなると、入力電圧ＩＮは、流体抵抗Ｒ_ＦＬ及び抵抗器Ｒの分圧器によってもたらされる電圧である。気泡が展開するとそれが降下するので、それは、例えば、−１Ｖによって、コンパレータの切換地点に達し、コンパレータの出力ＯＵＴを低くさせる。これは０ＶへのＯＵＴの接続を切るので、次の段階のトリガは機能することができ、それは入力で電解を停止するためにＩＮを高く３Ｖに引く。コンパレータ出力が低いままであることを補償するために、コンパレータへの入力も−３Ｖに引かれる。

コンパレータは、標準的技法を使用して容易に構成され得る。ＬＴＰＳ回路部品においてしばしば使用される技法は、−１Ｖ基準電圧がインバータの切換地点として記憶されることを可能にする切換モードにおいてインバータ及びキャパシタを使用することである。

図８は、本発明のさらなる実施態様に従った気体案内手段を含む装置１’の概略的な斜視図である。装置は、ガラス基板１５を含み、ガラス基板上には２つの電極２０ａ，２０ｂが設けられている。装置は極めて概略的であり、最も実際的な適用において、電極の数はおそらくより高いことが付記されるべきである。

気体案内手段は、接続材料４０を介してガラス基板１５に連結されるヒドロゲル材料３０を含む。接続材料４０は、好ましくは、上述の通りである。電極２０ａ，２０ｂで覆われるガラス基板の部分は、本質的にヒドロゲル材料３０に連結されないので、もし気体が生成されるならば、ヒドロゲル材料は通路５０を形成する。通路５０も同様に極めて概略的であり、殆どの適用において、通路の形状及び寸法はおそらく異なることが付記されるべきである。

非制限的な実施例によれば、ヒドロゲル材料は、８０％脱塩水及び２０％アクリルアミドの混合物から生成され／Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミドが（５：１比で）混合され、２重量％のＩｒｇａｃｕｒｅ２９５９（光開始剤）が加えられた。

接続材料４０は、トリメトキシリルプロピルメタクリレートであった。

装置上には、幾つかの捕捉場所（それらの２つは１０ａ及び１０ｂとして言及される）が存在する。装置配列は、捕捉場所が電極２０ａ上に提供されるように設定され、そこでは、電流が加えられるときに、ヒドロゲルが解放される。酸素が解放される他の電極２０ｂ上には、捕捉場所は存在しない。

ヒドロゲル材料は、酸素がヒドロゲル材料を通じて解放(dissorb)されることが許容されるのに対し、水素はヒドロゲル材料を通じて遊走(wander)し得ないよう設定されるよう設定されることが付記されるべきである。

電流を加えた後、水素は電極の部分６０の周りに生成され始める。ヒドロゲル材料は、この実施態様では、所定サイズを有する気泡のみが電極の端部６０から離れて遊走するよう設定される。

気泡（図示せず）が適切なサイズ及び数で生成されるとき、それらは水素が自由にされる電極の部分７０まで通路５０を通じて電極２０ａの端部６０から遊走する。捕捉場所１０ａ，１０ｂは水素の経路内に存在するので、非結合標的分子は除去され、装置１’の配列の故に、全ての非結合標的分子は、従って、「単一ステップ」で全ての捕捉場所１０ａ，１０ｂから除去される。

上記の詳細な実施態様内の素子及び機能の特定の組み合わせは例示的であるに過ぎず、この及び参照として引用される特許／出願内の他の教示とのこれらの教示の交換及び置換も明示的に想定される。当業者が認識するであろうように、ここに記載されるものの変形、修正、及び、他の実施は、請求されるような本発明の精神及び範囲から逸脱せずに当業者に思い浮かび得る。従って、前述の記載は例示的であるに過ぎず、制限的であることは意図されない。本発明の範囲は後述の請求項及びそれらの均等物内に定められる。さらに、記載及び請求項中に使用される参照符号は、請求されるような本発明の範囲を制限しない。

Claims (10)

1. 試料内の１つ又はそれよりも多くの標的分子の存在、量、又は、同一性のために、１つ又はそれよりも多くの試料、特に、流体試料を分析するための装置であって、１つ又はそれよりも多くの捕捉場所を含み、非結合標的分子及び／又は余剰試料流体を前記捕捉場所から洗い流す且つ／或いは除去するための気体展開手段を含む、装置。
2. 前記気体展開手段によって展開される気体は、前記試料溶液の電解によって創成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記気体展開手段は、≧１．２Ｖ及び≦１０Ｖの電圧を印可することによって気体を展開する、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記気体展開手段は、前記捕捉場所から≧０ｍｍ及び≦５ｍｍの距離に配置される、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の装置。
5. 前記気体展開手段は、少なくとも一対の電極を含む、請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の装置。
6. 請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の装置の少なくとも１つの捕捉場所から非結合標的分子及び／又は余剰試料流体を特に除去するための気体展開制御手段であって、展開される気泡の形成及び／又は移動を制御する少なくとも１つのフィードバック機構を含む、気体展開制御手段。
7. 前記気体展開のために少なくとも２つの電極を含み、前記フィードバック機構は、前記気泡の形成及び／又は移動を制御するよう前記電極間の容量及び／又は抵抗を測定するために前記電極間に配置される少なくとも１つのキャパシタ及び／又は抵抗器のインピーダンスネットワークを含む、請求項６に記載の気体展開制御手段。
8. 気体案内手段をさらに含む、請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の装置。
9. 前記気体案内手段は、ヒドロゲル材料及び／又はナノ多孔性材料を含む、請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載の装置。
10. 請求項１乃至５、８、及び／又は、９のうちのいずれか１項に記載の装置、及び／又は、請求項６及び／又は７に記載の気体展開制御手段を組み込み、且つ、
    − 分子診断において使用されるバイオセンサ、
    − 例えば、血液又は唾液のような複合的な生体混合物中のタンパク質及び核酸の迅速且つ感応的な検出、
    − 化学、製薬学、又は、分子生物学のための高処理量スクリーニング装置、
    − 例えば、犯罪学における、例えば、ＤＮＡ又はタンパク質のための、（病院内）現場試験のための、中央実験室内の或いは科学研究における診断のための試験装置、
    − 心臓学、感染症及び腫瘍学、食品、及び、環境診断のためのＤＮＡ又はタンパク質診断のための工具、
    − 組み合わせ化学のための工具、
    − 分析装置、
    の１つ又はそれよりも多くの用途において使用される、
    システム。

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