JP2010528297A - 統合された電気化学的検出および電気的検出のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気化学（EC）信号および電気（E）信号を使用して検体を検出することができる統合された検知装置を開示する。本装置は、相乗的な新しい性能をもたらすとともに、液相および気相での高濃度の干渉の存在を含む複合マトリクス中の検体の実時間検出における感受性および選択性を高める。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2007年5月23日に出願された「Systems and Methods for Integrated Electrochemical and Electrical Detection」という名称の米国特許仮出願第60/939,738号の優先権を主張するとともに、同仮出願を参照により組み入れるものである。

発明の分野
本発明は、概してセンサに関し、より詳細には、統合された電気化学的検出および電気的検出のためのシステムならびに方法に関する。

関連技術の説明
電気化学センサは、生物学的検体の濃度を検出するために、様々な化学および医療への応用に用いられている。しかし、本発明者らは、電気化学的検出に問題がないわけではないと認識している。例えば、不十分な濃度の検体が提供された場合、センサの作用電極と対極の間に流れる電流は検出不可能である。検出される検体の量はセンサを流れる電流に正比例するので、わずかな検体濃度では測定不可能となり得る。

電気センサもまた、電気材料（例えばシリコン、導電性ポリマー、およびカーボンナノチューブ）における分子結合誘導性（molecular binding-induced）のコンダクタンスまたはインピーダンスの変化を検出することによって検体濃度を決定するために使用されている。残念ながら、本発明者らは、この技術の多くの欠点も特定している。例えば、電気センサの大きな寸法および高い製造コストに加えて、電気センサは一般に、特定性も正確性も乏しい環境（例えばイオン強度）に大きく依存している。

挙げられている欠陥は、包括的なものではなく、むしろ、本発明者らによって認識されている、以前より知られている技術の有効性を損なう傾向がある多くの欠点の中に含まれる。これらの問題は、当技術分野において見られる手法では十分ではないこと、および本開示に記述されかつ主張されている技術に対する重大な必要性が存在することを明示するのに十分である。

統合された検知装置は、電気化学（EC）信号および電気（E）信号を使用して検体を検出することができる。この装置は、相乗的な新しい性能をもたらすとともに、液相および気相での高濃度の干渉の存在を含む複合マトリクス中の検体の実時間検出における感受性および選択性を高める。

いくつかの態様では、本発明は、基板上に製作された第1の電極と;基板上に製作されかつ第1の電極から離間された第2の電極と;第1の電極を第2の電極に結合させる架橋材料と;電解質と;対極と;参照電極とを含む、電極の少なくとも1つが、使用中に電気化学的-電気的制御および/または測定をするための電子回路に接続されている、電気化学-電気（EC-E）センサに関する。

特定の態様では、センサの第1の電極は、使用中に第1の電極に電位摂動を印加するための電子回路に接続されている。いくつかの態様では、電子回路はバイオポテンショスタット（biopotentiostat）である。

いくつかの態様では、対極、参照電極、および/または架橋材料の1つまたは複数が、基板上に構成される。しかし、他の態様では、これらの構成要素の1つまたは複数が基板から離れて構成される。

いくつかの特定の態様では、センサは、第1および第2の電極から離れて置かれる第3の電極を備える。いくつかの応用例では、第3の電極は、使用中に電気化学的制御および/または測定をするために利用される。さらに、第3の電極を有する態様では、第1および第2の電極は、使用中にコンダクタンス測定をするために利用され得る。ある場合には、電子回路はトリポテンショスタットである。

センサは、第2の電極と第1の電極の表面積比を有することができ、この表面積比により、第2の電極上で起こる電気化学プロセスおよび第1と第2の電極間の電気的性質を同時に制御および/または測定することが可能になる。

架橋材料は、当業者によって理解されるように、現存のものでも未発見のものでも、任意の適当な材料であってよい。例えば、架橋材料は、ポリマー、Si、GaAs、金属酸化物、他の有機および無機半導体、分子インプリント材料、ならびに/またはポリマーおよび導電性もしくは半導体材料で作られた複合体であってよいが、それらに限定されるわけではない。さらに、架橋材料は、ナノチューブ、ナノワイヤ、ナノ粒子、ナノロッド、および/またはナノベルトの形で提供され得る。

1つの特に特定の態様では、電気化学-電気（EC-E）センサは、基板上に製作されかつ第1の電極に電位摂動を印加するためのバイオポテンショスタット回路に結合された第1の電極と、基板上に製作されかつ第1の電極から離間された第2の電極と、基板上に製作されかつ第1の電極を第2の電極に結合させる架橋材料と、基板上に製作されかつ電気回路を閉じるように動作可能な対極と、基板上に製作されかつ第1および第2の電極の少なくとも一方の電位を制御するように動作可能な参照電極とを備える。第2の電極と第1の電極の表面積比により、第2の電極上で起こる電気化学プロセスおよび第1と第2の電極間の電気的性質を同時に測定することが可能になる。

本発明のいくつかの局面は、上述または特許請求の範囲に記載のようなEC-Eセンサを提供する段階と;検体を提供する段階と;副生成物を検出する段階と;導電性もしくは半導体材料のコンダクタンスおよび/または電流を決定する段階と;電気化学信号を決定する段階と;コンダクタンスおよび電気化学信号を利用して検体を検出する段階とを含む方法に関する。いくつかの態様では、コンダクタンスおよび/または電流は、第1の電極を使用して測定され得る。さらに、いくつかの態様では、電気化学信号は、第2の電極を使用して測定される。このような方法はさらに、第2の電極と第1の電極の表面積比を調整してEC-Eセンサの性能を最適化する段階を含むことができる。ある場合に、検体は気相分子を含むことができ、他の場合に、検体は液相分子を含むことができる。

「結合された」という用語は、「接続された」と定義されるが、必ずしも「直接的に」ではなく、必ずしも「機械的に」でもない。

「1つの（a）」および「1つの（an）」という用語は、本開示が特に明確に定めていない限り、1つまたは複数と定義される。

「実質的に」および「約」という用語、ならびにそれらの変形は、当業者によって理解されているように、規定されているものの大部分ではあるが、必ずしも全体ではないと定義され、1つの非限定的な態様では、「実質的に」は、規定されているものの10%以内、好ましくは5%以内、より好ましくは1%以内、および最も好ましくは0.5%以内の範囲を意味する。

「備える（comprise）」（ならびに「備える（comprises）」および「備える（comprising）」などの任意の形の「備える」）という用語、「有する（have）」（ならびに「有する（has）」および「有する（having）」などの任意の形の「有する」）という用語、「含む（include）」（ならびに「含む（includes）」および「含む（including）」などの任意の形の「含む」）という用語、ならびに「含む（contain）」（ならびに「含む（contains）」および「含む（containing）」などの任意の形の「含む」）という用語は、非限定的な連結動詞である。その結果、1つまたは複数の段階または要素を「含む（comprises）」、「有する（has）」、「含む（includes）」もしくは「含む（contains）」方法または装置は、その1つまたは複数の段階または要素を保有するが、その1つまたは複数の要素だけを保有することに限定されるわけではない。同様に、1つまたは複数の特徴を「含む（comprises）」、「有する（has）」、「含む（includes）」もしくは「含む（contains）」方法の段階または装置の要素は、その1つまたは複数の特徴を保有するが、その1つまたは複数の特徴だけを保有することに限定されるわけではない。さらに、特定の方法で構成された装置または構造は、少なくともその方法で構成されるが、挙げられていない方法で構成されてもよい。

他の特徴および関連する利点は、添付の図面に関連する特定の態様の以下の詳細な説明を参照して明らかになる。

以下の図面は、本明細書の一部を形成し、本発明の特定の局面をさらに示すために含まれている。本発明は、これらの図面の1つまたは複数を、本明細書において提示された特定の態様の詳細な説明と組み合わせて参照することにより、より良く理解することができる。
本発明の態様によるEC-Eセンサの図を示す。 図2A〜2Cは、本発明の態様による、未被覆のセンサ、金属堆積後のセンサ、およびポリマー堆積後のセンサを示す。 図3A〜3Gは、本発明の態様による、様々な応用例に使用されるEC-Eセンサの図を示す。 本発明の態様によるEC-Eセンサの出力のグラフを示す。

例示的な態様の説明
本発明ならびに様々な特徴および有利な細部について、添付図面に例示されかつ以下の説明で詳述される非限定的な態様を参照しながらより十分に説明する。周知の出発物質、加工技術、構成要素、および機器の説明は、本発明を細部にわたって不必要に曖昧にしないように省略されている。しかし、詳細な説明および特定の実施例は、本発明の態様を示しながら、例示として与えられるにすぎず、限定するためではないことが理解されるべきである。基礎となる発明概念の精神および/または範囲内にある様々な置換、改変、追加、ならびに/または再配置が、当業者には本開示から明らかになる。

本発明は、統合された電気化学的検出および電気的検出のためのシステムならびに方法を含む。一態様では、本発明は、電気化学的および電気的（EC-E）検知要素を統合して、電気化学的検出および電気的検出を同時に行うように動作可能な単一の装置にし、それにより、既存のセンサによって典型的に提供される単一検出モードと比べて新規な性能を提供する。本明細書において開示されるEC-Eセンサは、液体、気体、培養物、組織などにおける実時間の検体検出に一意的な選択性特徴を提供する。

一態様では、EC-Eセンサは、導電性もしくは半導体材料の電気化学電流の変化（ΔI_ec）、導電性もしくは半導体材料のコンダクタンスの変化（ΔG）、または両方の組合せによって、検体を検出することが可能となり得る。両パラメータ（ΔI_ec、ΔG）の組合せは特に有利である。というのは、この組合せは、検体の濃度よりずっと高い濃度を有する干渉物が存在していても、複合マトリクス中の検体を検出するための選択性を高めるからである。いくつかの態様では、ナノスケールバージョンのEC-Eセンサにより、非常に低い濃度の検体の検出が可能となり得る。

図1は、本発明の態様によるEC-Eセンサの図を示す。EC-Eセンサは、シリコンチップまたは他の適切な基板上に製作された1対の非対称な作業電極WE1およびWE2を含むことができる。一態様では、電極WE1およびWE2は、異なる表面積を有することができ、例えばミクロンからナノメートルの範囲にあるギャップで分離され得る。例えば、WE2は、WE1と比較してより大きな面積を有することができる。表面積比（WE2/WE1）は、WE1から取り出されるドレイン電流（I₁）に対するWE1（I_1、ec）からの電気化学電流および容量性電流の寄与を低減することが必要になる場合に有利である。ここで、I₁は、コンダクタンス（G）に正比例し得るI_dにほぼ等しいものであってよい。さらに、表面積比（WE2/WE1）は、WE2上で生成された電気化学生成物の濃度を増大させることができ、したがって、WE2（I_2、ec）から得られた電気化学電流に対する感受性を高めることができる。動作において、WE1およびWE2は、ソース電極およびドレイン（作用）電極を表してもよい。バイアス電位（V_b）が、WE2とWE1の間に印加され得る。

EC-Eセンサは、電気化学電流に関与する電気回路を閉じるために、対極（CE）も含むことができる。図1の増幅器（A）は、WE1に電位摂動を印加するために使用されるバイポテンショスタット回路の一部を表し、電位摂動は参照電極（RE）に対して測定される。

再び図1を参照すると、導電性または半導体材料が2つの電極を架橋することができる。導電性材料の例は、導電性ポリマー、金属酸化物、ナノ構造物（例えばナノチューブ、ナノワイヤ、ナノ粒子、ナノロッド、ナノベルト、ナノ粒子、または分子インプリント材料）を含む。あるいは、または上記に加えて、導電性材料は、ポリマーおよび導電性または半導体材料で作られた複合体を含むことができる。導電性材料により、バイアス電圧（V_b）下で2つの電極WE1およびWE2間の材料を流れる電流の検出を可能にすることができる。

導電性または半導体材料に関するコンダクタンス変化の感受性は、表面積対体積比が高くなるにつれて増大し得る。この状況には、少ないが連続的で安定した量の導電性材料がギャップの中に固定または堆積されたときに到達する。例えば、少ないポリマーストランド、ナノワイヤおよびナノチューブの使用により、pMという低い検体濃度からのコンダクタンス変化の検出が可能になる。

導電性または半導体材料の導電率測定もまた、第1の電極（WE1）からのドレイン電流（I_d）によって行うことができる。装置に提供され得る電解質は、装置に電解質コンダクタンス（electrolytic conductance）を与えることができる。支持電解質は、液体、ポリマー、半流動体または固体であってよく、イオン性液体もしくは固体で、またはゲル、水溶液もしくは有機イオン溶液で構成され得る。支持電解質は、装置の表面と密接に接触するセルによって保持され得る。第2の電極（WE2）は、検体または検体誘導体の電気化学的還元/酸化を決定するために使用され得る。電気化学電位（E1=V_g）が、支持電解質に結合されたドレイン電極（WE1）と参照電極（RE）の間に印加され得る。さらに、V_gは、参照電極（RE）から支持電解質を介してゲート制御することができ、電気化学的測定が、次式によって決定された別の電極間電流からモニタされ得る:
I_2、ec=I₂-I_d 式1
ここで、I₂は、図1に描かれているようにWE2からの電流である。

EC-Eセンサの感受性は、調整することができ、例えば、電極の幾何形状および寸法、ギャップの長さ、ギャップを架橋する導電性材料の量ならびに幾何形状、化学修飾、ならびにゲートおよびバイアス電位の制御を最適化することによって、感受性をさらに向上させることができる。例えば、WE1およびWE2電極の幾何形状および寸法、特に面積比（WE2/WE1）は、第2の電極（WE2）上での金属の選択的電気化学堆積によって、変更し改善することができる。金、白金、パラジウム、水銀、ニッケル、銀、銅、カドミウム、亜鉛などのいくつかの金属が適切であり得る。WE1およびWE2の幾何形状および寸法を調整することにより、電極の粗面度および面積が増大し、ギャップサイズを数マイクロメートルから数百もしくは数ナノメートルに縮小できる。

図2Aおよび2Bはそれぞれ、WE2の表面積を拡大させるための金の金属電着前後の、装置の光学的後方像および暗視野像を示す。図2Cは、ポリマー堆積後の図2Aの装置を示す。図2Bに示されている高輝度は、WE2の粗面度が増大していることを示す。WE1とWE2の間のギャップは、WE2の表面積が増大するにつれてサイズが小さくなることに留意されたい。いくつかの態様では、WE1とWE2の間のギャップを小さくすることにより、電気的検出の感受性を向上させることができるが、正確な寸法は特定の用途に依存し得る。

EC-E選択性の改善は、2つの電極WE1およびWE2にわたる導電性材料の特性に基づいて異なり得る。あるいは、導電性材料、電極表面、チップ表面、基板表面の改変、または検体と化学的もしくは立体選択的に相互作用することができる酸化還元メディエータ分子または他の有機的もしくは生物学的認識素子、例えば、限定されるわけではないが、シクロデキストリン、クラウンエーテル、ペプチド、タンパク質、酵素、抗体、アプタマー、核酸およびペプチド核酸を有する支持電解質の使用は、EC-Eセンサの選択性を高めるために用いられ得る。ある点では、支持電解質は、液体または半固体もしくは固体であってよく、干渉物を回避するために化学的に修飾され得る。

一態様では、本発明は、単一のチップまたは基板上での多くのEC-Eセンサの統合を提供する。単一検体の検出では、チップの材料および改変がチップの複数の並列装置全体にわたって均一であるときでも、異なる装置に対する、ゲート制御されバイアスがかけられた電位の制御により、対象の検体の複合マトリクス中での識別を確実にする、コンダクタンスと電気化学信号の対の組合せ（ΔI_ec、ΔG）を得ることが可能になる。

図3A〜3Gは、本発明の特定の態様による液相または気相中でのEC-E検出に考案されかつ応用され得る複数の反応経路の図である。以下では、検出タイプ、検体、および導電性または半導体材料への影響について概説する。

ケースA:独立した電気的-電気化学的（E-EC）検出
図3Aを参照すると、検体Aが電気化学的に活性でありかつ装置表面に不可逆的に到達したとき、この検体は、導電性または半導体材料（「導電性または半導体ブリッジ」）のコンダクタンスを改変し、WE2上で電気化学的に不可逆的に還元または酸化されて、独立したドレイン電流（I_d）および電気化学電流（I_2、ec）の変化をもたらすことができる。一例が、アスコルビン酸の検出である。

ケースB:依存的な電気的-電気化学的（E-EC）検出
図3Bを参照すると、検体Aは、導電性もしくは半導体材料中でBに化学的に変換され得るとともに、電気化学的に酸化もしくは還元して別の生成物Cになるか、またはBに戻る（それが電気化学的可逆性種である場合）ことができる。AからBへの化学変換は、導電性もしくは半導体ブリッジの化学修飾によって、または導電性もしくは半導体ブリッジの原材料がAからの酸化還元変化に対して感受性である場合に、誘導され得る。

ケースC:依存的な純粋な電気的-電気化学的（E-EC）検出
図3Cを参照すると、検体Aは、電気化学的に酸化または還元されることができ（EC検出）、電気化学生成物Bは、導電性材料上で検出され得る（E検出）。例えば、この反応経路は、導電性もしくは半導体材料ブリッジを酸化または還元させ得る中間還元生成物を生成するニトロ爆発物を検出するために使用され得る。追加として、または別法として、可逆的もしくは準可逆的酸化還元を含み得る検体Aの電気活性化合物の検出は、電気化学的に活性（A'）でもあるが、不可逆的に酸化または還元される干渉の存在下において特徴的である。この条件下では、対象となる検体（A）から来る電気化学的活性な生成物（B）だけが、電気的に検出され得る。例えば、低いドーパミン濃度（約数百nM〜約数マイクロモル程度）を、高濃度（mM程度）のアスコルビン酸、尿酸または他の類似の干渉物の存在下で検出することができる。この検出方式は、電気化学的に支援された電気的検出と呼ばれる。

ケースD:化学物質の媒介による電気化学的電気的（EC-E）検出
図3Dを参照すると、検体Aは、メディエータM、続いて上述の図3A〜3Cに記載されているように検出されたECおよびEの支援で化学的に変換され得る。化学的メディエータは、支持電解質（SE）中に溶解されてもよく、または電極もしくはチップ表面上に固定されてもよい。ある点では、検体Aは、アセトンであってよく、ヒドロキシルアミンをメディエータとして使用して電気化学に活性なオキシム誘導体を生成することで検出され得る。

ケースE:酸化還元触媒の媒介による電気化学的電気的（EC-E）検出
図3Eを参照すると、検体Aは、触媒ターゲットであってよい。無機または生体触媒が、触媒の再生のために電子を注入することができる大きい方の電極（例えばWE2）に化学的に接続され得る。触媒生成物の副生成物は、検出の感受性が触媒効果によって増大し得る場合、導電性または半導体材料上で検出され得る。触媒の組合せがこの応用例を拡大できることに留意されたい。例えば、アルデヒドおよびアルコールの検出は、WE2上に固定されたキノ-デヒドロゲナーゼを使用して行うことができる。これらの酵素は、pH感受性導電性材料のコンダクタンスを増大させ得る酸生成物を生成する。

ケースF:認識素子の媒介による電気化学的電気的（EC-E）検出
図3Fを参照すると、電極および導電性材料は、電気化学的に活性であり得る検体を選択的に捕捉することができる有機分子、バイオミミック、または生物学的認識素子で修飾され得る。WE2上の活性認識層は、化学的に酸化または還元され得る、検体の予備濃縮器として働く。導電性または半導体材料上での検体の認識は、コンダクタンスの変化として変換され得る、立体構造、電荷、またはpHの変化を誘導することができる。この特定のケースは、例えばペプチドをプローブとして使用する重金属イオンの検出に適用され得る。

ケースG:標識依存性の電気化学的電気的（EC-E）検出
図3Gを参照すると、EC-E検出の応用例と組み合わされた免疫アッセイに使用される多くのホルモンおよび腫瘍マーカーの検出のための、市販されている酵素による標識は、検出性能を高めるとともに、計測を簡単にすることができる。ペルオキシダーゼおよびアルカリホスファターゼなどの一般的に使用されている酵素で標識されたプローブが、試料のインキュベーションを含んで、EC-E装置上に固定された抗体から酵素生成物を検出するために使用され得る。洗浄および酵素反応物の添加後、酵素の存在は、酵素生成物の電気化学的検出および導電性または半導体材料の酸化によるコンダクタンスの変化によって現れ得る。標識されていないプローブが、導電性材料上に、特にWE1およびWE2を架橋する領域内に固定される場合には、コンダクタンスの変化は、試料のインキュベーション中に直接検出することができる。後のEC-E検出を続いて行ってもよい。

一態様では、いくつかのEC-Eセンサが、液相および気相中での複数の検体の検出に適用され得る。多くの装置の統合が単一チップ上で達成され得るので、複数の検体の同時モニタリングが、化学修飾ならびにゲート制御されかつバイアスがかけられた電位を調整することによって達成され得る。液相中の検体の検出は、バスセル（bath cell）への注入またはマイクロ流体システムからの注入による試料の送出に関連し、化学蒸気の検出は、支持電解質層を通る拡散ガスを含む。

実施例
以下の実施例は、本開示の特定の態様を実証するために含まれる。以下の実施例で開示される技術は、本発明の実施に際して機能するように発明者らによって発見された技術を提示するものであり、したがって本発明の実施のための特定モードを構成すると考えられ得ることが、当業者によって理解されるべきである。しかし、当業者であれば、本開示に照らして、開示される特定の態様において多くの変更がなされ得ることを理解するとともに、本発明の範囲から逸脱することなく、同じまたは類似の結果を依然として得るはずである。

EC-Eナノセンサが神経伝達物質ドーパミン（Dpm）を、その主要な生理的アスコルビン酸（AA）が3桁高い濃度レベルで存在する条件下で検出する能力を実証する例示的で非限定的な実施例を示す。図4を参照すると、ポリアニリンの導電性ブリッジ（例えば図2Cに示されている）で作られたEC-Eセンサの経時変化が示されている。電気化学電流（I_2、ec）およびドレイン（I_d）電流が、支持電解質（50mM H₂SO₄）、AA（1mM）、およびDpm（それぞれ710nM、610nMおよび5μm）の注入に対して同時にモニタされる。この実施例に使用された電圧は、V_g=E1=200mV対Ag/AgClおよびE2=450mV対Ag/AgClである。

ドレイン電流（I_d）およびWE2からの電気化学電流（I_ec、2）は、神経伝達物質「ドーパミン」（Dpm）（ナノモル（nM）またはマイクロモル（μM）程度）を、3桁高い濃度のアスコルビン酸（AA）の存在下で連続的に注入する間に、同時に記録される。この実験は、生理学上のAA/Dpm濃度比と類似している。支持電解質の初期注入は、注入に対する導電性ブリッジの安定性をモニタするために行われる。注入および機械的攪拌自体による有意な変化は観測されない。その後、AA濃度がミリモル（mM）程度に達するように注入した。I_dの増大がI_2、ecの増大と並行して観測される。I_2、ecの増大は、AAのデヒドロアスコルビン酸への不可逆的酸化によるものと考えられる。I_d変化の原因は、ポリマーの還元によるものと考えられる。この実験条件を前提とすると、導電性材料の還元は、コンダクタンスの増大（経時的なI_dの重要な増大として観測される）に変換される。これは、応用ケースで前述したケースAの一実施例である。

次に、AAの後で行われたDpmの注入は、数百ナノモル（nM）またはマイクロモル（μM）程度のDpmの酸化に対しては電気化学的検出は感受性でないことから、電気化学成分電流（I_2、ec）の有意な変化をもたらさない。しかし、Dpm（ドーパミンキノン、DQ）の電気化学生成物は、導電性材料に、したがってI_dに重要な影響を及ぼす。DQ分子は、導電性ポリマー材料を酸化させることができ、媒質中の主成分であるAAの還元効果を打ち消す。Dpmのマイクロモルの濃度変化に対する検出は、I_dの激減によって明瞭に観測されるが、Dpmの百ナノモルの濃度変化の検出は、明確ではなく、ベースライン条件のさらなる安定化に取り組む必要があり得る。これは、上述のECに支援されたE検出の一実施例である。

神経伝達物質の、その主要な生理学的干渉物（AA）よりも3桁低い濃度を、本開示のセンサにより容易にかつ連続的に検出することができる。

本明細書において開示されかつ主張されている方法はすべて、本開示に照らして、必要以上の実験なしに実行することができる。本開示の方法について好ましい態様に関して説明してきたが、本開示の概念、精神および範囲から逸脱することなく、本明細書において記載されている方法、および方法における段階または段階の順序に変形を適用できることが、当業者には明らかである。当業者には明らかなこのような類似の置換および改変はすべて、添付の特許請求の範囲によって定義されているように、本開示の精神、範囲、および概念にあるものと見なされる。

Claims (19)

1. 基板上に製作された第1の電極と;
   該基板上に製作されかつ該第1の電極から離間された第2の電極と;
   前記第1の電極を該第2の電極に結合する架橋材料と;
   電解質と;
   対極と;
   参照電極と
   を備える、前記電極の少なくとも1つが、使用中に電気化学的-電気的制御および/または測定をするための電子回路に接続されている、電気化学-電気（EC-E）センサ。
2. 第1の電極が、使用中に前記第1の電極に電位摂動を印加するための電子回路に接続されている、請求項1記載のセンサ。
3. 電子回路がバイオポテンショスタット（biopotentiostat）である、請求項2記載のセンサ。
4. 対極が基板上に製作される、前記請求項のいずれか一項記載のセンサ。
5. 参照電極が、基板上に製作される、前記請求項のいずれか一項記載のセンサ。
6. 架橋材料が基板上に製作される、前記請求項のいずれか一項記載のセンサ。
7. 第1および第2の電極から離れて配置される第3の電極をさらに備える、前記請求項のいずれか一項記載のセンサ。
8. 第3の電極が、使用中に電気化学的制御および/または測定をするために利用される、請求項7記載のセンサ。
9. 第1および第2の電極が、使用中にコンダクタンスの測定をするために利用される、請求項7または8記載のセンサ。
10. 電子回路が、トリポテンショスタットである、請求項7〜9のいずれか一項記載のセンサ。
11. 第2の電極と第1の電極との間の表面積比により、前記第2の電極上で起こる電気化学プロセスおよび前記第1と第2の電極間の電気的性質を同時に制御および/または測定することが可能になる、前記請求項のいずれか一項記載のセンサ。
12. 架橋材料が、ポリマー、Si、GaAs、金属酸化物、ならびに他の有機および無機半導体、ナノ構造物、分子インプリント材料、ならびにポリマーおよび導電性または半導体材料で作られた複合体を含む、前記請求項のいずれか一項記載のセンサ。
13. 架橋材料が、ナノチューブ、ナノワイヤ、ナノ粒子、ナノロッド、およびナノベルトを含む、前記請求項のいずれか一項記載のセンサ。
14. 請求項1〜13のいずれか一項記載のEC-Eセンサを提供する段階と;
    検体を提供する段階と;
    副生成物を検出する段階と;
    導電性もしくは半導体材料のコンダクタンスおよび/または電流を決定する段階と;
    電気化学信号を決定する段階と;
    前記コンダクタンスおよび前記電気化学信号を利用して前記検体を検出する段階と
    を含む、方法。
15. コンダクタンスおよび/または電流が、第1の電極を使用して測定される、請求項14記載の方法。
16. 電気化学信号が、第2の電極を使用して測定される、請求項14または15記載の方法。
17. 第2の電極と第1の電極との間の表面積比を調整してEC-Eセンサの性能を最適化する段階をさらに含む、請求項14〜16のいずれか一項記載の方法。
18. 検体が気相分子を含む、請求項14〜17のいずれか一項記載の方法。
19. 検体が液相分子を含む、請求項14〜18のいずれか一項記載の方法。

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