JP2011522266A5

JP2011522266A5 -

Info

Publication number: JP2011522266A5
Application number: JP2011512083A
Authority: JP
Filing date: 2009-05-29
Publication date: 2013-06-13
Anticipated expiration: 2029-05-29

Description

測定される分子は、マイクロ電極の表面に結合させることができる。該結合は、物理的（吸着）又は化学的な結合によって行うことができ、そして例えば、チオ結合（チオール結合）が金の電極の上にもたらされ、そして測定される。電極上では、アンチゲン又は同様のものをもたらすことができ、これは測定試料中の抗体と反応するか、又は核酸化学中の雑種反応(Hybridisierungsreaktionen)を行う。

１．純粋なインピーダンススペクトロスコピーを使用し、複合した交流電流抵抗が測定される。これは、電気化学において、主として、電極間に存在する媒体、及び／又は捕獲分子（例えば、金の電極でのチオ橋（チオール橋、又はチオール橋かけ）を介して結合した生物学的な捕獲分子）で占められた電極表面の特定の付加物の特徴化のために使用される。上述したインターデジタル電極でできた、ある測定個所（測定位置）を使用して、検知流体中の捕獲分子に結合した種が見つけ出され、一方、結合によって、電極の周囲の電子及び／又はプロトンの導電率が変化する。複数の測定個所が設けられる場合、これらは、所望により、異なる種が結合する、異なる捕獲分子で覆う（敷き詰める）ことができ、これにより、複数種類の種を検知流体中に検知することができる。代表例では、電極自体は、検知される種の捕獲分子との結合によって、化学的に変化されない。このような測定技術のために、可能な限り小さい交流電圧（通常、５０ｍＶ以下）が使用され、該交流電圧は、通常、参照する必要がない。部分的に、周波数が、非常に広い範囲に変化され、これにより、広い範囲の依存性が読み取られる。図２ａ（図では、測定値が、時間（ｓ）に対する座標電圧[Ｖ]によって示されている）にグラフを示す。

この課題は、酸化還元−反応を受けることが可能であるか、又は酸化還元−反応を受けることができる分子を直接的又は間接的に遊離することができる、１種以上の（化学的又は生物学的な）種を検知するための方法であって、上記酸化還元−反応で発生した電流が、少なくとも１つの電極で検知され、及び少なくとも１個の電極位置（該電極位置の上、又はその近傍に、検知される種が存在する）が、２つの異なる電位の間で複数回にわたり切り替えられ、上記電位は、参照電極電位に対して取られ、上記電位は、上記種又は上記分子の酸化還元電位の近傍、ないし下側／上側に設定され、これにより、上記種／上記分子（後者は、その遊離の後）が、上記電極位置で、又はその近傍で、スイッチの切り替えによって、交互に還元及び酸化がされる方法によって解決される。ここで、所定の時間にわたり、種／分子の還元と酸化の繰り返しによって形成された電流が、把握（理解、記録）され、及び所望により、（その個所又はその近傍位置で、上記種又は上記分子が存在しない）電極電位と比較される。電流量の把握と評価、及び検査対象の種（該種は、質的に、又は量的に測定可能である）が、存在するか、又は存在しないかの推論は、通例では、請求項１の特徴的事項、及び所望により請求項２の特徴的事項により行われる。ここで、「−種又は分子の時間的に変化する量を、少なくとも１個の電極の上、該電極で、又は該電極の近傍で、所定の時間間隔ｔ_１−ｔ_２内に、ポジション化する工程」の「種の時間的に変化する量のポジション化(Positionierung)」という表現は、電極の上、電極の個所、又は電極の近傍での種の量が、時間間隔ｔ_１−ｔ_２の間に変化し、及び好ましくは増加することを意味すると理解される。
ここで、請求項１の発明は、酸化還元−反応を受けることが可能であるか、又は酸化還元−反応を受けることができる分子を直接的又は間接的に生成することができる、１種以上の化学的又は生物学的な種を検知するための方法であって、
前記酸化還元−反応で発生した電流が、少なくとも１つの電極で検知され、且つ以下の工程、
−種又は分子の時間的に変化する量を、少なくとも１個の電極の上、該電極、又は該電極の近傍で、所定の時間間隔ｔ ₁ −ｔ ₂ 内に、ポジション化する工程、
−時間間隔ｔ ₁ −ｔ ₂ の間に、２つの異なる電位の間で、複数回、少なくとも１つの電極を切り替える工程、
を含み、前記電位は、参照電極電位に対して所定の電位を取り、該電位は、前記種又は前記分子の酸化電位の範囲内であるか、又はその上側、乃至、前記種又は前記分子の還元電位の範囲内、又はその下側に設定され、前記電極の切り替えにより、前記種／前記分子が、還元と酸化を交互に繰り返し、及び更に、以下の工程、
−時間間隔ｔ ₁ −ｔ ₂ にわたり、種／分子の繰り返された還元と酸化によって、少なくとも１個の電極で形成された電流を把握する工程、
を含み、
前記時間間隔ｔ ₁ −ｔ ₂ に渡り、前記種／分子の前記還元と酸化の繰り返しによって形成された電流の前記把握が、以下の工程：
−前記種又は分子を、前記電極の上、該電極、又は該電極の近傍でポジション化する前に、時間間隔ｔ ₀ −ｔ ₁ の間、少なくとも１個の電極で、２つの電位の間で、複数回、切り替えを行なう工程、
−時間間隔ｔ ₀ −ｔ ₁ 内で、少なくとも１つの電極内の電流を、測定する工程、
−時間間隔ｔ ₁ −ｔ ₂ 内で、同じ電極内の電流を、測定する工程、
−時間間隔ｔ ₀ −ｔ ₁ −ｔ ₂ 内の電流を、時間に対して整理する工程、
−電流信号の絶対値を合計し、これにより時間に対する電流の絶対値を与える曲線を得る工程、
−ｔ ₀ −ｔ ₁ 及びｔ ₁ −ｔ ₂ の間の絶対値を比較する工程、
を含むことを特徴とする構成を有する。そして請求項２の発明は、請求項１に記載の方法であって、種を質的に検知するために、範囲ｔ ₁ −ｔ ₂ の曲線が、曲線ｔ ₀ −ｔ ₁ よりも高いか否かを観察し、又は種を量的に検知するために、範囲ｔ ₁ −ｔ ₂ 内の電流値の上昇を観察し、又は電流値未満に該当する積分値を測定し、及び参照値と比較することを特徴とする構成を有する。
更に、請求項２の発明は、種を質的に検知するために、範囲ｔ ₁ −ｔ ₂ の曲線が、曲線ｔ ₀ −ｔ ₁ よりも高いか否かを観察し、又は種を量的に検知するために、範囲ｔ ₁ −ｔ ₂ 内の電流値の上昇、又は電流値未満に該当する積分値を測定し、及び参照値と比較することを特徴とする構成を有する。

電極／測定個所は、任意の導電性材料、例えば貴金属、例えば金又は白金で作ることができ、又、炭素化合物、例えばグラファイト又はナノチューブで作ることができ；金が有利であり、この理由は、種々の生物学的に意義を有する種を、チオ橋（チオール橋）を介して金に結合させることができるからである。測定個所がバイオ分子で覆われる場合、測定個所は、生物学的な試験のために、プラットフォーム（基盤）として作用することができる。ここで酸化還元−媒体は、例えば酵素マークによって、位置特定的に生成され、ないし、その電気化学的な活性形態に変化される。

Claims

酸化還元−反応を受けることが可能であるか、又は酸化還元−反応を受けることができる分子を直接的又は間接的に生成することができる、１種以上の化学的又は生物学的な種を検知するための方法であって、
前記酸化還元−反応で発生した電流が、少なくとも１つの電極で検知され、且つ以下の工程、
−種又は分子の時間的に変化する量を、少なくとも１個の電極の上、該電極、又は該電極の近傍で、所定の時間間隔ｔ₁−ｔ₂内に、ポジション化する工程、
−時間間隔ｔ₁−ｔ₂の間に、２つの異なる電位の間で、複数回、少なくとも１つの電極を切り替える工程、
を含み、前記電位は、参照電極電位に対して所定の電位を取り、該電位は、前記種又は前記分子の酸化電位の範囲内であるか、又はその上側、乃至、前記種又は前記分子の還元電位の範囲内、又はその下側に設定され、前記電極の切り替えにより、前記種／前記分子が、還元と酸化を交互に繰り返し、及び更に、以下の工程、
−時間間隔ｔ₁−ｔ₂にわたり、種／分子の繰り返された還元と酸化によって、少なくとも１個の電極で形成された電流を把握する工程、
を含み、
前記時間間隔ｔ ₁ −ｔ ₂ に渡り、前記種／分子の前記還元と酸化の繰り返しによって形成された電流の前記把握が、以下の工程：
−前記種又は分子を、前記電極の上、該電極、又は該電極の近傍でポジション化する前に、時間間隔ｔ ₀ −ｔ ₁ の間、少なくとも１個の電極で、２つの電位の間で、複数回、切り替えを行なう工程、
−時間間隔ｔ ₀ −ｔ ₁ 内で、少なくとも１つの電極内の電流を、測定する工程、
−時間間隔ｔ ₁ −ｔ ₂ 内で、同じ電極内の電流を、測定する工程、
−時間間隔ｔ ₀ −ｔ ₁ −ｔ ₂ 内の電流を、時間に対して整理する工程、
−電流信号の絶対値を合計し、これにより時間に対する電流の絶対値を与える曲線を得る工程、
−ｔ ₀ −ｔ ₁ 及びｔ ₁ −ｔ ₂ の間の絶対値を比較する工程、
を含むことを特徴とする方法。
種を質的に検知するために、範囲ｔ₁−ｔ₂の曲線が、曲線ｔ₀−ｔ₁よりも高いか否かを観察し、又は種を量的に検知するために、範囲ｔ₁−ｔ₂内の電流値の上昇、又は電流値未満に該当する積分値を測定し、及び参照値と比較することを特徴とする請求項１に記載の方法。
複数回の切り替えを、頻度が０．１〜１０Ｈｚの範囲で行い、及び／又は時間間隔ｔ₁−ｔ₂のスイッチ切り替え回数が、１０〜１００の範囲、好ましくは１５〜５０回の範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
１種以上の種が、酸化還元−反応を受けることができ、及び種のポジション化が、該種を含む流体を、少なくとも１個の電極を経て移行させることを含む請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
１種以上の種が、酸化還元−反応を受けることができ、及び種のポジション化が、以下の工程：
−捕獲分子を、少なくとも１個の電極上に、又は電極の直接的な周囲に供給する工程、
−種を含む流体を、少なくとも１個の電極、又はその直接的な周囲を経て導き、前記捕獲分子が、前記種を、結合又は錯化によって捕獲する工程、
を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
１種以上の種が、直接的又は間接的に、酸化還元−反応を受けることができる分子を生成することが可能であり、分子のポジション化が以下の工程：
−種を含む流体を、少なくとも１個の電極、又はその直接的な周囲を経て導き、種を少なくとも１個の電極又は電極の直接の周囲で結合させる工程、
−種によって、酸化還元−反応を受けることができる分子を生成する工程、
を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
少なくとも１個の電極、及び／又はその直接的な周囲に捕獲分子を加え、該捕獲分子は、種を、結合又は錯化によって捕獲することができることを特徴とする請求項６に記載の方法。
酸化還元−反応を受けることができる分子を生成するために、所定の流体が少なくとも１個の電極、及び所望により、その直接的な周囲を経て導かれ、前記流体は前駆体分子を含み、該前駆体分子から、前記酸化還元−反応を受けることができる前記分子を生成可能な種が形成されることを特徴とする請求項６又は７の何れかに記載の方法。
種がプロテイン、すなわち酵素であるか、又はプロテイン、すなわち酵素を含むことを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の方法。
酵素が、ｐ−アミノフェノールを遊離可能であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
酵素が、フォスファターゼ及びβ−ガラクトシダーセから選ばれることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
種がリボ核酸であり、及び酸化還元反応を受けることができる分子が、以下の工程、
−所定の分子を含む流体を、少なくとも１個の電極、及び所望によりその直接的な周囲を経て導く工程（但し、前記分子は、捕獲分子と種で構成される化合物又は錯体と結合可能であるが、捕獲分子単独では結合せず、及び酸化還元−反応を受けることができる分子を、化合した状態、又はカプセル化された状態で含む）、及び
−酸化還元−反応を受けることができる分子を遊離させる工程、
によって生成されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
酸化還元−反応を受けることができる分子の遊離が、更なる液体を、少なくとも１個の電極、及び所望により電極の直接の周囲を経て導くことにより行われ、前記液体は、酸化還元反応を受けることが可能な分子を遊離することが可能であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
少なくとも１個の電極の表面が、白金又は金を有することを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の方法。
少なくとも１個の電極の表面に、検知する種と結合するか、又は錯化することが可能な捕獲分子が存在することを特徴とする請求項１〜１４の何れか１項に記載の方法。
捕獲分子が、チオール橋を介して電極と結合していることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
少なくとも１個の電極の直接的な近傍に、絶縁性の基材が存在し、該基材は、種及び／又は捕獲分子と結合するか、又は吸着することが可能なように活性化されていることを特徴とする請求項１〜１６の何れか１項に記載の方法。
少なくとも２個の電極が存在し、時間間隔ｔ₁−ｔ₂の間、前記異なる電位の間で複数回、同様の切り替えが行われ、該切り替えにおいて、前記電位が、参照電極に対して、前記種又は前記分子の酸化還元電位の範囲内、ないし下側／上側の電位に設定され、これにより、前記種／前記分子が、同時に、少なくとも２個の電極のそれぞれで交互に還元及び酸化されることを特徴とする請求項１〜１７の何れか１項に記載の方法。
両方又は２個の電極が、異なる種と結合可能な、又は異なる種を検知可能な異なる捕獲分子で覆われていることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
１箇所以上の測定位置、及び測定位置ごとに少なくとも１個の測定電極、及び参照電極を有し、測定電極が、参照電極に対して、カソードとして及びアノードとして、同様に交互に切り替えることが可能である、請求項１〜１９の何れか１項に記載の方法を行うための電極配列、
対照電極、参照電極、及びスイッチ配列、
を有し、
１個以上の測定電極が、参照電極に対して、同様に、カソードとして及びアノードとして交互に切り替え可能である、請求項１〜１９の何れか１項に記載の方法を行うための装置。
チップ形式の基材、及び金又は白金から成る、又は金又は白金で被覆された複数の測定電極を有する請求項２０に記載の装置。
測定電極が、μｍ−範囲又はμｍ未満の範囲の寸法を有することを特徴とする請求項２０又は２１に記載の装置。
スイッチ配列がポテンショスタットであることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
スイッチ配列が電気的スイッチ配列であり、該電気的スイッチ配列は、測定電極のための基材ではない基材の上又は中に存在することを特徴とする請求項２０に記載の装置。
スイッチ配列が電気的スイッチ配列であり、該電気的スイッチ配列は、測定電極を支持する基材の上、又は中に存在することを特徴とする請求項２０に記載の装置。