JP2015505610A - 分子検出装置 - Google Patents

Abstract

分子検出装置は、基板と、ｉ）基板の表面に配置された材料に形成されているか、又はｉｉ）基板の表面に形成されているウェルと、ウェルに配置された信号増幅構造体と、動作可能なようにウェルと接触するとともに取外し可能なように配置された分子選択装置とを備えている。【選択図】図３Ａ

Description

本願の開示内容は概して分子検出装置（molecular sensing device）に関する。

化学、生化学、医療、環境の分野において、１以上の化学物質の存在及び濃度のいずれか又は両方を検出するために、アッセイ及びその他の検出システムが用いられている。いくつかの検出方法、例えば反射率、透過率、蛍光性又は燐光性に基づく方法は、物質の検出及び測定にあたり色又はコントラストを用いる。ラマン分光法又は表面増強ラマン分光法（surface enhanced Raman spectroscopy, ＳＥＲＳ）等の他の検出方法は、ある系における振動モード、回転モード及び他の低周波モードを調べるものである。特に、ラマン分光法は、光子が分子と相互作用する（それにより、散乱した光子のエネルギーが変化する）ときの分子のエネルギー状態の遷移を調べるために用いられる。分子のラマン散乱は、２つのプロセスとして見ることができる。あるエネルギー状態にある分子は、まず、通常は光の振動数の領域にある入射光子により別の（仮想的か又は実在する）エネルギー状態に励起される。そして、励起された分子は、励起光子に比べて相対的に低い場合がある（すなわちストークス散乱）か、又は相対的に高い場合がある（すなわちアンチストークス散乱）振動数にある環境の影響下で双極子源（dipole source）として放射される。種々の分子又は物質のラマンスペクトルには、その種を同定するために用いることのできる特徴的なピークがある。

本開示内容の例としての特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面を参照することにより明らかとなる。詳細な説明及び図面において、同様の参照符号は、同様の（場合によっては完全同一ではない）要素に対応している。簡潔にするために、既に説明した機能を有する参照符号又は特徴を、それらが示されている別の図面に関連して説明する場合もあれば説明しない場合もある。

分子選択装置として膜を備えた分子検出装置の一例の斜視図である。 図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線断面図である。 分子選択装置として膜を備えた分子検出装置の別の例の斜視図である。 分子選択装置として固体抽出カラム（solid extraction column）を備えた分子検出装置の一例の斜視図である。 図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線断面図である。 ウェルのアレイを備えた分子検出装置の別の例の斜視図である。 表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）検出システムの一例の説明図である。 分子選択装置として膜を備えた分子検出装置の一例を使用してろ過された水、生乳及び乳におけるメラミンの種々の濃度のＳＥＲＳスペクトルを示すグラフである。 分子選択装置として膜を備えた分子検出装置の一例と、分子選択装置として固体抽出カラムを備えた分子検出装置の別の例とを使用してろ過された水及び乳児用調製乳（infant formula）におけるメラミンの種々の濃度のＳＥＲＳスペクトルを示すグラフである。

検出アプリケーション（例えば、ラマン検出方法）により分析されるサンプルは、非常に複雑な場合があり、種々の分子は、対象となるものからバックグラウンドとなるものにまで及ぶ。バックグラウンドの分子は、対象となる分子の信号を上回る場合があり、それにより、対象となる分子を検出できる可能性が低下することがわかっている。一例として、乳サンプルは、乳タンパク質と、脂肪酸と、該サンプルを支配しセンサの表面を占有する可能性のある他の大きな分子種を含む。これらの大きな種により、メラミン等の他の種の検出が困難となり、該他の種が低濃度の範囲（例えば１ｍＭ未満）にある場合にその検出が不可能となることがある。

本明細書に開示する分子検出装置（molecular sensing device）の例によれば、サンプルを、信号増幅構造体（signal amplifying structure）を有する検出装置内のウェルに導入する直前にろ過することができる。インライン型のろ過は、ウェルとの関係で動作可能なようにかつ取外し可能なように配置されている分子選択装置（molecular selective device）によりなされる。分子選択装置は、バックグラウンド分子をろ過によって取り除きつつ、対象となる分子がウェルに向かって通過できるように選ばれる。これにより、有利なこととして、サンプル溶液が単純化され、低い濃度レベルにある分子の高精度の検出が可能となる。ろ過が完了した後、分子選択装置を取り外して、後続の分子検出にあたりウェルの中身を露出させることができる。分子選択装置を分子検出装置に取外し可能なように組み込むことにより、サンプルのスクリーニング及び検出を単一の装置で行うことができる。

本明細書では、分子選択装置の２つの例を開示する。幾つかの例において、分子選択装置は、ある分子量の閾値を有する膜である。これらの例は、少なくとも図１Ａと図１Ｂと図２とに関連して説明する。他の例においては、分子選択装置は固体抽出カラム（solid extraction column）である。これらの例は、少なくとも図３Ａ及び図３Ｂに関連して説明する。

図１Ａと図１Ｂと図２と図３Ａと図３Ｂとに示す例を参照する。分子検出装置１０、１０’、１０’’の３つの例がそれぞれ示されている。装置１０、１０’、１０’’に共通する要素は合わせて説明し、その後、装置１０、１０’、１０’’において異なる分子選択装置に関して説明が続くことを理解されたい。

分子検出装置１０、１０’、１０’’の各々は、基板１２を備えている。図１Ａ、図１Ｂ、図３Ａ、図３Ｂに示す分子検出装置１０及び１０’’は、基板１２の表面Ｓ_１２に形成されたウェル１４を備えている。図２に示す分子検出装置１０’は、基板１２の表面Ｓ_１２に配置されている材料１６の表面Ｓ_１６に形成されたウェル１４’を備えている。

図１Ａ、図１Ｂ、図２、図３Ａ及び図３Ｂに示すいずれの例においても、基板１２は、検出システム（例えば図５に示すシステム１００）において使用する場合の分子検出装置１０、１０’、１０’’の位置に応じて、透明性を有するか又は反射性を有するものとすることができる。例えば、センサが、ウェル１４又は１４’が形成されている表面Ｓ_１２又はＳ_１６の向かい側に配置される場合、基板１２を、反射性材料及び／又は非反射性材料から選ぶことができる。この例での適切な基板の例としては、ゲルマニウムと、シリコンと、例えば、ガラス、石英、窒化物、アルミナ、サファイア、インジウムスズ酸化物（indium tin oxide）、透明ポリマ（例えば、ポリカーボネート、ポリイミド、アクリル等）、これらの組合せ及び／又はこれらの層といった透明基板とが挙げられる。一例では、透明基板は、基板１２の背面ＢＳ_１２に反射性ミラーを備えている。しかし、センサが背面ＢＳ_１２（すなわち、ウェル１４又は１４’が形成されている表面Ｓ_１２又はＳ_１６と対向する面）の向かい側に配置される場合は、いかなる発生信号（例えば散乱光）であっても基板１２を通じてセンサに伝わることができるように、基板１２は透明な材料から選ばれる。適切な透明基板の例としては、ガラスと、石英と、窒化物と、アルミナと、サファイアと、インジウムスズ酸化物と、透明ポリマ（例えば、ポリカーボネート、ポリイミド、アクリル等）と、これらの組合せ又はこれらの層とが挙げられる。基板１２にウェル１４が形成される場合、基板１２を、（例えば、エッチング、インプリント又は別の適切な方法により）ウェル１４を形成することが可能な材料から選ぶことができる点も理解されるべきである。

いずれの例においても、基板１２は、任意の望ましい寸法を有するものとすることができる。一例では、基板１２は、サンプル溶液を収容する容器（例えばビーカ）内に挿入することができる試験用ストリップ（test strip）の寸法を有している。図１Ａ及び図３Ａに示す例では、基板１２は、該基板１２に単一のウェル１４を作ることができる程度に十分小さくすることができるか、又は基板１２に複数のウェル１４を作ることができる程度に十分大きくすることができる。図１Ａ及び図３Ａに示す基板１２の厚さは、該基板１２に形成されるウェル１４の深さが約１μｍとなるように、厚さ１μｍを超えるものとすることができる。図２に示す例では、基板１２は、該基板１２に配置される材料１６に単一のウェル１４’を作ることができる程度に十分小さくすることができるか、又は基板１２に配置される材料１６に複数のウェル１４’を作ることができる程度に十分大きくすることができる。図２に示す基板１２は、該基板１２に配置された材料１６を支える任意の望ましい厚さを有するものとすることができる。

図２に示す例では、材料１６は、少なくとも、該材料１６に形成されるウェル１４’に対して望ましい厚さとなるように、基板１２の上に置かれる（そして、場合によっては硬化される）。例えば、材料１６の厚さは、該材料１６に形成されるウェル１４’の深さが約１μｍとなるように、厚さ１μｍを超えるものとすることができる。一例では、材料１６を、（例えば、エッチング、インプリント又は別の適切な方法により）ウェル１４’を形成することが可能な任意の透明材料とすることができる。基板１２が透明である場合、透明な材料１６が望ましい場合がある。適切な透明材料の例としては、ガラス、石英、窒化物、アルミナ、シリカ、サファイア、透明ポリマ又はそれらの組合せが挙げられる。基板１２が透明でない場合は、材料１６は、透明材料とすることもできるし、透明材料としないこともできる。他の適切な材料１６の例としては、シリコン、ゲルマニウム、チタン、これらの材料の酸化物（例えば酸化ケイ素）又は窒化物が挙げられる。ウェル１４’をインプリント法（後述）により材料１６に形成する場合は、材料１６を、紫外線硬化性レジスト又は熱硬化性レジストとすることができる。幾つかの適切なレジストは、ニュージャージー州モンマウスジャンクション所在のNanonex社（例えば、ＮＸＲ−２０００シリーズ及びＮＸＲ−１０００シリーズ）と、カリフォルニア州サンマルコス所在のNanoLithoSolution社（例えばＡＲ−ＵＶ−０１）とから市販されている。

上述したように、分子検出装置１０、１０’及び１０’’は、基板１２の表面Ｓ_１２又は材料１６の表面Ｓ_１６に形成されたウェル１４又は１４’を備えている。図１Ａ、図１Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂに示す例では、ウェル１４は、基板１２の表面Ｓ_１２から基板１２の望ましい深さにまで延びているキャビティである。この深さは基板１２の厚さよりも浅い。図２に示す例では、ウェル１４’は、材料１６の表面Ｓ_１６から材料１６の望ましい深さにまで延びているキャビティである。この深さは材料の１６の厚さより浅いか又はそれと等しい。したがって、一例では、ウェル１４は、基板表面Ｓ_１２が露出するように材料１６の厚さ全体にわたって延びており、別の例では、ウェル１４’は、基板表面Ｓ_１２が露出しないように材料１６の全体の厚さ未満に延びている。

ウェル１４、１４’を、（例えば、ウェル１４、１４’を上から見たときに）任意の望ましい形状となるように形成することができ、そして、任意の望ましい寸法（例えば、長さ、幅、直径等）とすることができる。これらの各々は、少なくとも部分的には、ウェル１４、１４’に形成される信号増幅構造体（signal amplifying structure）１８のタイプ及び数と、形成されるウェル１４、１４’の数と、基板１２のサイズと、場合によっては材料１６のサイズとに依存する。例としての上面形状には、正方形、矩形、円形、三角形、長円形、楕円等が挙げられる。図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示す例は、ウェル１４、１４’の深さ全体に続いている正方形状を有している。図３Ａ及び図３Ｂに示す例は、ウェル１４、１４’の深さ全体に続いている矩形状を有している。あるいは、ウェル１４、１４’の壁を、ウェル１４、１４’の寸法が表面Ｓ_１２又はＳ_１６に向かって増加するものとなるように次第に小さくすることができる。

図１Ａ、図１Ｂ、図２、図３Ａ及び図３Ｂの各々には、１つのウェル１４、１４’を示しているが、単一の基板１２又は単一の材料１６に任意の数のウェル１４、１４’を形成することもできることが理解されるべきである。使用される基板１２のサイズによって必然的に定まる場合を除き、形成することができるウェル１４、１４’の数に関して制限はない。複数のウェル１４、１４’が形成される場合、ウェル１４、１４’が流動性の観点で互いに分離されるように、かつ望ましい場合には一つのウェル１４、１４’内で検出を行うことができるように、各ウェル１４、１４’を、隣接するウェル１４、１４’から十分に間隔を置いて離して配置することができる。一例として、並べられたウェル１４、１４’を、少なくとも約１μｍ離すことができ、これは、場合によってはレーザのスポットサイズのほぼ限界である。

図１Ａ、図１Ｂ、図２、図３Ａ及び図３Ｂに示す分子検出装置１０、１０’及び１０’’は、ウェル１４、１４’に配置された上述の（複数の）信号増幅構造体１８をも示している。使用する信号増幅構造体１８のタイプ及び数は、少なくとも部分的には、分子検出装置１０、１０’、１０’’を用いて行われる検出のタイプによって決めることができる。例えば、分子検出装置１０、１０’、１０’’が表面増強ラマン分光法（ＳＥＲＳ）のために使用される場合は、（複数の）信号増幅構造体１８をナノ構造体とすることができ、これは、約０．１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の少なくとも１つの寸法を有し、ナノ構造体が形成されるウェル１４、１４’の深さよりも小さい高さを有している。一例として、ウェル１４、１４’は、深さが約１μｍであり、（複数の）信号増幅構造体１８は、高さが約５００ｎｍである。

ナノ構造体の例としては、アンテナ、柱状物（pillar）又はナノワイヤ、ポール、可撓性の柱状構造体又は指状構造体、円錐状の構造体、多面構造体等が挙げられる。（複数の）ＳＥＲＳ信号増幅構造体１８は、レーザ照射に晒されると分子（すなわち、検体、対象となる種、所定の種）からのラマン散乱を増幅させる、金属又は金属皮膜のプラズモンナノ構造体とすることができる。金属又は金属皮膜は、信号増強材料、又は特定の検出処理中に生成される信号を増強させることができる材料である。一例では、信号増強材料は、分子（又は他の対象となる種）が（複数の）信号増幅構造体１８に近接して位置し、かつ分子及び材料が光又は電磁放射を受けた場合に、ラマン散乱光子の数を増加させるラマン信号増強材料である。ラマン信号増強材料としては、例えば銀、金及び銅が挙げられる。

図１Ａ、図１Ｂ、図２、図３Ａ及び図３Ｂでは、ラマン信号増強材料（Raman signal-enhancing material）は、符号２０として示されており、（複数の）信号増幅構造体１８の基部２２の先端に存在する材料である。（複数の）信号増幅構造体１８が、ラマン信号増強材料２０により部分的に又は完全にコーティングされる場合、（複数の）信号増幅構造体１８の基部２２を、基板１２の材料、材料１６などの任意の他の適切な材料から形成することができる。

信号増幅構造体１８を、増強蛍光（例えば、金属増強蛍光又は表面増強蛍光（surface enhanced fluorescence, ＳＥＦ））又は増強化学発光等の手法において使用できるように構成することもできる。一例として、金属増強蛍光の用途に関して、信号増幅構造体１８の基部２２を銀ナノ粒子でコーティングすることができる。別の例としては、増強蛍光の用途に関して、局在型表面プラズモンと伝搬型表面プラズモンとをカップリング（couple）できるように信号増幅構造体１８を構成することができる。

少なくとも部分的に、ウェル１４、１４’の寸法と、（複数の）信号増幅構造体１８のサイズと、行われる検出のタイプとに応じて、ウェル１４、１４’に任意の数の（複数の）信号増幅構造体１８が存在するものとすることができる。例として、単一ウェル１４、１４’に単一の信号増幅構造体１８が存在する場合があり、又は、単一のウェル１４、１４’が、例えばダイマ（dimer）（すなわち、２つの構造体１８）、トリマ（trimer）（すなわち、３つの構造体１８）、テトラマ（tetramer）（すなわち、４つの構造体１８）、ペンタマ（pentamer）（すなわち、５つの構造体１８）等、多重構造のアセンブリを備えていてもよい。

図１Ａ、図１Ｂ、図２、図３Ａ及び図３Ｂに示す分子検出装置１０、１０’、１０’’を、複数の方法により形成することができる。特に、ウェル１４、１４’は、任意の適切な方法により形成することができる。この任意の適切な方法は、少なくとも部分的に、使用される基板１２又は材料１６のタイプと、（複数の）ウェル１４、１４’及び（複数の）信号増幅構造体１８を逐次的に形成することが望ましいか又は同時に形成することが望ましいかとによって決まる。

幾つかの方法の例では、（複数の）信号増幅構造体１８及び（複数の）ウェル１４、１４’は、逐次的に形成される。１つの方法例では、２ステップのマスキング及びエッチングプロセスを使用することができる。（複数の）ウェル１４を基板１２に形成することが望ましい場合、この方法の例は、まず、基板１２に（複数の）信号増幅構造体１８を形成することと、次いで基板１２に（複数の）ウェル１４を形成することとを含む。例えば、（複数の）信号増幅構造体１８に関する所望のパターンを提供するマスクを基板１２の上に配置し、基板の厚さより小さく、かつ（複数の）ウェル１４の所望の厚さより小さいか又はそれに等しい所望の深さまでエッチングを行うことができる。使用するエッチング液は、使用する基板材料によって決まるが、このステップは、概して等方性（ウェット又はドライ）エッチングプロセスを伴う。（複数の）信号増幅構造体１８が形成された後、マスクが除去される。

既に形成された（複数の）信号増幅構造体１８を保護しつつ、（複数の）ウェル１４に対して所望のパターンを提供する別のマスクを基板１２の上に配置することができる。その後、エッチングが行われる。このエッチングステップを、基板１２の厚さより小さく、かつ既に形成された（複数の）信号増幅構造体１８の高さより小さいか又はそれに等しい所望の深さまで行うことができる。使用されるエッチング液は、この場合も、使用されている基板材料によって決まるが、このステップは、等方性又は異方性の（ウェット又はドライ）エッチングプロセスを伴うことができる。

この同じ逐次的プロセスを、（複数の）ウェル１４’が材料１６に作成され、（複数の）ウェル１４’に（複数の）信号増幅構造体１８が形成されるように、材料１６において行うこともできる。基板１２又は材料１６は２つの層を有することもできる。その場合、上層の材料及び厚さは、（上述した第１のマスキング／エッチングステップを使用して）（複数の）信号増幅構造体１８を形成するのに適しており、下層の材料及び厚さは、（上述した第２のマスキング／エッチングステップを使用して）下層の材料に（複数の）ウェル１４、１４’が形成されるのに適している、ということが理解されるべきである。

別の方法例では、（複数の）信号増幅構造体１８及びウェル１４、１４’は、同時に形成される。これを、（複数の）信号増幅構造体１８とウェル１４又は１４’との両方に対するパターンを含む型を用いて行うことができる。型は、単結晶シリコン、ポリマ材料（アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリジメチルシロキサン（polydimethylsiloxane, ＰＤＭＳ）、ポリイミド等）、金属（アルミニウム、銅、ステンレス鋼、ニッケル、合金等）、石英、セラミック、サファイア、窒化ケイ素又はガラスから形成することができる。

型のパターンは、１以上の信号増幅構造体１８を有する単一ウェル１４、１４’、又は、１以上の信号増幅構造体１８を各々が有する複数のウェル１４、１４’を形成するためのものとすることができる。このパターンは、所望の（複数の）信号増幅構造体１８及びウェル１４、１４’のネガティブレプリカであり、形成される（複数の）信号増幅構造体１８の少なくとも（複数の）基部２２の形状及びウェル１４、１４’の形状を定めるものである。２以上の信号増幅構造体１８が求められる場合、信号増幅構造体１８のパターンは全て同じ（例えば全て柱状）とすることもできるし、全て異なったもの（例えば、１つは柱状、１つはポール、１つは指状構造体である等）とすることもできるし、幾つかの信号増幅構造体１８のパターンが、信号増幅構造体１８のうちの他の１以上とは異なったもの（例えば、１つは支柱、２つはポール、２つは錐体である等）とすることもできる。さらに、２以上の信号増幅構造体１８が求められる場合、信号増幅構造体１８のパターンは、寸法を同じとすることも異なったものとすることもできる。さらに、同じ型を用いて複数のウェル１４、１４’を形成する場合、ウェル１４、１４’のパターンは、ウェル１４、１４’のうちの少なくとも１つについて同じとすることもできれば異なったものとすることもでき、信号増幅構造体１８のパターンは、ウェル１４、１４’のうちの少なくとも１つについて同じとすることもできれば異なったものとすることもできる。

パターンは、例えば深堀り反応性イオンエッチング（deep reactive ion etching）及びパッシベーションにより、型に一体的に形成することができる。より具体的には、ボッシュ法を使用することができ、このプロセスは、（例えばＳＦ_６プラズマ及びＯ_２プラズマを使用する）エッチング及び（例えばＣ_４Ｆ_８プラズマを使用する）パッシベーションの一連の交互のサイクルを含む。結果として生じるパターンの形態は、プロセスの条件（例えば、真空圧、高周波出力、総処理時間、個々のエッチングサイクル時間、個々のパッシベーションサイクル時間及びガス流量）を制御することにより制御することができる。一例では、エッチャーを１５ミリトルの圧力で動作させることができ、エッチャーのコイル及びプラテンの出力は、それぞれ８００Ｗ及び１０Ｗであり、（ＳＦ_６及びＯ_２による）各エッチングサイクルは６秒間であり、（Ｃ_４Ｆ_８による）各パッシベーションサイクルは５秒間であり、ＳＦ_６、Ｏ_２及びＣ_４Ｆ_８に対する流量は、それぞれ１００ｓｃｃｍ、１３ｓｃｃｍ及び１００ｓｃｃｍである。より一般的には、流量を、最大約１００ｓｃｃｍの任意の流量とすることができる。

（複数の）信号増幅構造体１８を形成するパターンの部分は、信号増幅構造体の形状の規則的又は不規則なアレイを含むものとすることができる。上述したエッチング及びパッシベーションプロセスにより、不規則なアレイとなることが多い。規則的なアレイを生成するために、集束イオンビーム、電子ビームリソグラフィ又は光リソグラフィ等の製造方法を使用することができることが理解されるべきである。（複数の）信号増幅構造体１８を形成するパターンの部分を、結果として生じる（複数の）信号増幅構造体１８がラマンスペクトルの対象範囲に対して反応する（例えば、特定の波長のより強力な信号を生成することができる）ように、所定の方法で設計することができると考えられる。

型は、基板１２又は材料１６内に押し込まれる。あるいは、基板１２又は材料１６を型の上に置くことができる。型が基板１２又は材料１６内に押し込まれる（又は他の方法で接触する）際、基板１２又は材料１６を部分的に又は完全に硬化させるために、その構造体を紫外線光又は熱に晒すことができる。紫外線又は熱に晒す際、使用される紫外線ランプの出力、熱の温度及び他の同様の硬化パラメータは、少なくとも部分的に、使用される基板１２又は材料１６によって決まることが理解されるべきである。硬化が完了すると型を除去することができ、結果として生じる構造体は、ウェル１４、１４’と、（複数の）信号増幅構造体１８の（複数の）基部２２とを形成するようにパターンニングされた基板１２又は材料１６を有する。別の例では、型が基板１２又は材料１６に押し込まれる（又は他の方法で接触する）際、部分的な硬化を行うことができる。部分的硬化は、基板１２又は材料１６の全てではなく一部を硬化させる。部分的硬化の後、型を除去することができる。型が除去されると、基板１２又は材料１６が完全に硬化するまで、硬化を続けることができる。

この方法例では、その後、信号増強材料２０を、（複数の）信号増幅構造体１８の基部２２の少なくとも表面に置くことができる。信号増強材料２０を、任意の適切な堆積法又は他のコーティング方法により設けることができる。幾つかの例では、材料２０が基板又は材料１６の全ての露出部分の上に設けられるように、ブランケット堆積法を使用することができる。他の例では、材料２０が例えば基部２２の先端上のみに設けられるように、選択的堆積法を使用することができる。例として、材料２０を、電子ビーム（ｅビーム）蒸着又はスパッタリングにより堆積させることができる。更に他の例では、信号増強材料２０は、基板１２又は材料１６の上にコーティングされる予め形成された（例えば、銀、金、銅等の）ナノ粒子とすることができる。こうしたナノ粒子は、平均直径を約１ｎｍから約１０ｎｍの範囲とすることができる。基部２２の頂点における（材料２０の連続的なコーティングではない）材料２０のナノ粒子の存在により、例えばＳＥＲＳ実行中の電場が更に増強されると考えられる。材料２０自体は、堆積プロセス中に同時に発生する表面粗さを有するものとすることもできる。この表面粗さは、追加の光アンテナとして作用し、各信号増幅構造体１８にわたるＳＥＲＳ活性場所を増やすことができる。

更に別の方法例では、マスキング及びエッチングあるいはインプリントにより、基板１２又は材料１６にウェル１４、１４’を形成することができるとともに、マスキング及びエッチングあるいはインプリントにより、別個のウェブ又はウェハ上に信号増幅構造体１８を形成することができる。そして、ウェル１４、１４’内に信号増幅構造体１８を配置することができる。この例では、信号増幅構造体１８を、適切な接着剤によりウェル１４、１４’に固定することができる。

ここで具体的に図１Ａ、図１Ｂ及び図２を参照すると、完全な信号増幅構造体１８が形成された後、不活性流体（inert fluid）２４を、ウェル１４、１４’内にデポジット（deposit）するか又は他の方法により導入することができる。例えば、（複数の）信号増幅構造体１８を包囲し、場合によってはウェル１４、１４’を満たす量の不活性流体２４をデポジット又はディスペンス（dispense）することができる任意のディスペンサを使用して、不活性流体２４をデポジット又はディスペンスすることができる。不活性流体２４を、例えばチップ又はピペットにより手作業でディスペンスすることができる。さらに又は代替的には、不活性流体２４を、例えばジェットディスペンサ（例えば、サーマルジェットディスペンサ、圧電ジェットディスペンサ、圧電毛細管ジェットディスペンサ）又は音響ディスペンサ（例えば、ラボサイト社のエコー（Labcyte Echo）音響ディスペンサ）により、自動的にディスペンスすることができる。ガスを使用する場合は、構造体そのものを、所望のガスが充填される箱又は容器内に配置することができる。

不活性流体２４は、（複数の）信号増幅構造体１８に有害な影響を与えること（例えば、劣化させる、形態を変化させる等）のない任意の適切な液体又は気体とすることができる。適切な不活性流体の例としては、ネオンガス、アルゴンガス、窒素系不活性ガス、乾燥空気、脱イオン水等が挙げられる。不活性流体２４を使用して、試験対象のサンプルを導入する前に、（複数の）信号増幅構造体１８が周囲の環境から望ましくない種を吸収しないようにすることができる。信号増幅構造体１８として複数の指状構造体が使用され、これらの複数の指状構造体が同じウェル１４、１４’に含まれる場合は、不活性流体２４により、指状信号増幅構造体１８が（例えば、微小毛細管力（micro-capillary force）等の外力により）互いに、早期かつ不可逆的に壊れることが防止できることも考えられる。したがって、不活性流体２４はまた、装置１０、１０’又は１０’’が保管されている間に、信号増幅構造体１８に対して安定性を提供することもできる。

本明細書に開示する、例としての装置１０、１０’、１０’’の全てが分子選択装置２６を備えている。分子選択装置２６は、サンプル内の対象となる（複数の）分子を、対象となる（複数の）分子の検出を妨げる可能性のあるサンプル内の他の（複数の）分子から分離するように動作する。

図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示す装置１０、１０’の例は、分子選択装置２６として膜２８を備えている。膜２８は、（原子質量単位（atomic mass units, amu）の）分子量閾値又はカットオフを有し、分子量が閾値又はカットオフを超える分子は、膜２８を通って移動することができない。分子量が閾値若しくはカットオフ以下の分子は、膜２８を通って移動することができる。膜２８の例としては、厚さが１００μｍ以下であるセルロース膜又は多孔質無機膜が挙げられる。一例では、多孔質無機膜の厚さは、５０μｍ以下である。ガラス又はセラミック材料から適切な多孔質無機膜を形成することができる。

図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示すように、膜２８は、ウェル１４、１４’の上方に配置されている。これらの例では、膜２８は、ウェル１４、１４’の開口部全体と、ウェル１４、１４’を包囲する基板１２又は材料１６の表面Ｓ_１２又はＳ_１６の少なくとも一部とを覆っている。サンプルをウェル１４、１４’内に導入することが望まれる場合、膜２８をウェル１４、１４’の上方の適切な位置に配置することができるか、又は、膜２８を、ウェル１４、１４’に隣接する基板１２又は材料１６の領域に取外し可能なように取り付けることができる。取外し可能なように取り付けられる場合、基板１２又は材料１６と膜２８との間に、適切な接着剤を使用することができる。選ばれる接着剤は、サンプルが導入された後に、かつ検出が行われる前に、膜２８を基板１２又は材料１６から剥離することが可能な接着剤とすることができる。膜２８を密封することのできる種々のエポキシ樹脂は、マサチューセッツ州ビレリカ所在のEpoxy Technology社から入手可能である。幾つかの接着剤によって、膜２８と基板１２との間に強固な接着が生じ、これらの場合、膜２８は剥離可能ではない。このような場合は、機械的器具（例えば、鋭利な先端、かみそりの刃等）を使用して、膜２８を突き通して１つの増幅構造体１８を露出させることができる。

膜２８を利用する場合、複数の分子を含んだサンプルのうちの選択された分子を、種々の異なる方法で膜２８によりウェル１４、１４’内に導入することができる。一例では、（膜２８が固定されている）装置１０、１０’を、サンプル内に浸すことができ、膜２８の閾値以下の分子は、膜２８を通ってウェル１４、１４’内に拡散する。別の例では、膜２８の閾値以下の分子が膜２８を通ってウェル１４、１４’内に拡散するように、サンプルを膜２８の表面に注ぐか、ディスペンスするか、又は他の方法で導入することができる。

図３Ａ及び図３Ｂに示す装置１０’’の例は、分子選択装置２６として固体抽出カラム（solid extraction column）３０を備えている。固体抽出カラム３０は、ハウジング３２と、ハウジング３２内に入れられた分子抽出材料３４と、対向する２つの端部Ｅ_１、Ｅ_２のうちの１つにおいてハウジング３２に取り付けられた多孔質膜３６とを備えている。

ハウジング３２は、ポリマ材料（例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート等）、ガラス材料又は金属材料（例えばアルミニウム）から形成することができる１以上の壁３３を有している。（複数の）ハウジング壁３３は、ハウジング３２の外周を形成しており、外周内側の空間３５は中空である。ハウジング３２は、カラム３０がウェル１４、１４’との関係で動作可能な位置にある場合、（複数の）ハウジング壁３３がウェル１４、１４’を包囲するような形状である。ハウジング３２は、（上から見て）ウェル１４、１４’と同じ形状とすることができ、又は図３Ａに示すように、ウェル１４、１４’とは異なった形状とすることができる。（複数の）壁３３は、対向する２つの開口端を有する中空円柱、対向する２つの開口端を有する中空立方体、対向する２つの開口端を有する中空矩形角柱、又は対向する２つの開口端を有する中空構造を定めることができる他の任意の形状を形成するものとすることができる。

ハウジング３２の空間３５内には、分子抽出材料３４が入れられている。分子抽出材料３４により、特性の異なる分子が、異なった速度で固体抽出カラム３０を通過することができる。より詳細には、抽出材料３４との結合係数（binding coefficient）が相対的に小さい分子が、抽出材料３４との結合係数が相対的に大きい分子より先にカラムを通過する。結合係数が相対的に大きい分子の少なくとも一部はカラム３０全体を通過しない。なぜなら、これらの分子は分子抽出材料３４の（複数の）表面に付着するためである。分子抽出材料３４の例としては、架橋ポリマ球（cross-linked polymer sphere）、シリカ球、ガラス球、アルミナ球、ポリスチレン球、機能性球（functionalized sphere）又はそれらの組合せが挙げられる。架橋ポリマ球の一例は、架橋デキストランである。他の架橋ポリマを同様に使用することができると考えられる。機能性球は、結合係数が相対的に大きい分子の特定の結合を強化する配位子（ligand）又は別のアンカー種（例えば、アミン、チオール、カルボキシル、エチレングリコール、シラノール、ＤＮＡ、タンパク質等）を有する上述した球（例えば、シリカ、アルミナ、ポリスチレン等）のうちのいずれかである。

使用される分子抽出材料３４の量は、ハウジング３２により定まる空間３５のサイズによって決まる。幾つかの例では、ハウジング３２内の抽出材料３４を、約２ｍｍ長から約数十ｃｍ長の範囲のマクロスケールカラムとすることができる。他の例では、ハウジング３２内の抽出材料３４を、マイクロスケールカラムとすることができる。これらの例では、非常に少量の抽出材料３４のビード（bead）又は球を、マイクロ流体オンチップ型プラットフォーム（microfluid-on-a-chip）の（幅及び／又は深さが約１０μｍから９００μｍの範囲であり、長さが約１ｍｍから約１ｃｍの範囲である）マイクロ流体チャネル内に入れることができる。

ハウジング壁３３は、ハウジング３２の対向する２つの端部Ｅ_１、Ｅ_２を定めている。これらの端部Ｅ_１、Ｅ_２のうちの１つ（例えば、図３Ａ及び図３Ｂにおける端部Ｅ_２）に、多孔質膜３６が取り付けられている。カラム３０がウェル１４、１４’との関係で動作可能な位置にある場合、多孔質膜３６は、ハウジング３２と基板の表面Ｓ_１２又は材料の表面Ｓ_１６との間に、かつウェル１４、１４’と分子抽出材料３４との間に配置される。多孔質膜３６は、ハウジング３２を通り分子抽出材料３４を通り過ぎた分子がウェル１４、１４’へと移動することができるようにしつつ、分子抽出材料３４をハウジング３２内に保持するものである。多孔質膜３６は、カラム３０からウェル１４、１４’への所望の分子の移動を可能とする任意の多孔質材料から形成することができる。多孔質膜３６の例としては、厚さが１００μｍ以下である有機材料（例えば、再生セルロース、セルロースエステル、樹脂等）又は無機材料（例えば、焼結ガラス、セラミックス等）が挙げられる。

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、固体抽出カラム３０は、分子抽出材料３４がウェル１４、１４’の上に重なるように位置決めされる。これらの例では、固体抽出カラム３０は、ウェル１４、１４’の開口部全体と、ウェル１４、１４’を包囲する基板１２の表面Ｓ_１２又は材料１６の表面Ｓ_１６の少なくとも一部とを覆っている。ウェル１４、１４’内にサンプルを導入することが望ましい場合は、固体抽出カラム３０を、ウェル１４、１４’の上方の適切な位置に配置することができるか、又は、固体抽出カラム３０を、ウェル１４、１４’に隣接する基板１２又は材料１６の領域に対し取外し可能なように取り付けることができる。取外し可能なように取り付けられる場合、基板１２又は材料１６と多孔質膜３６との間に適切な接着剤を用いることができる。選ばれる接着剤は、サンプルが導入された後に、かつ検出が行われる前に、固体抽出カラム３０を基板１２又は材料１６から取り外すことが可能なものとすることができる。

固体抽出カラム３０を用いる場合、サンプルは、端部Ｅ_１にある空間３５の開口部を通してカラム３０内に導入される。サンプルの導入は、注入、ピペット操作、ディスペンス又は他の何らかの適切な手法により行うことができる。サンプル内の分子は、分子抽出材料３４を通過し、多孔質膜３６を通ってウェル１４、１４’内に入るか、又は分子抽出材料３４の表面に付着する（したがって、ウェル１４、１４’には入らない）。

図４は、分子検出装置１０’’’の別の例を示している。この装置１０’’’はウェル１４、１４’のアレイを備えており、そのうちの各々が各分子選択装置２６に関連付けられている。図４では、各分子選択装置２６は膜２８及び２８’である。２つの膜２８、２８’が示されているが、アレイ状の分子選択装置２６を、各々、固体抽出カラム３０とすることができるか、又はアレイ状の分子選択装置２６のうちの幾つかを膜２８とすることができ、同じアレイの他の分子選択装置２６を固体抽出カラム３０とすることができることが理解されるべきである。

この例では、膜２８、２８’は、基板１２から別々に取り外すことができるように、基板１２のそれぞれの領域に別個に取り付けられている。一例では、１つの膜２８又は２８’及び対応するウェル１４を同時に使用することができる。この例では、サンプルを、膜２８のうちの１つを介して対応するウェル１４内にろ過することができる一方で、別の膜２８’及びウェル１４は未使用のままである。別の例では、膜２８、２８’の各々及び対応するウェル１４を同時に使用して、分子を各ウェル１４内に導入し、ウェル１４の各々を用いて検出を同時に行うことができる。単一の膜２８が両ウェル１４を覆っていてもよい。

図４の装置１０’’’は、少なくとも部分的に、ウェル１４が基板１２内に形成されることによって、図１Ａ及び図１Ｂに示した装置１０に類似している。しかし、基板１２上に存在する材料１６にウェル１４’を形成することにより、図２に示した装置１０’と同様にして装置１０’’’を作製することができる。

図４に示す例としての装置１０’’’では、２つのウェル１４内の信号増幅構造体１８は異なっている。ウェル１４のうちの一方（図の左側）は、４つの指状信号増幅構造体１８を有しており、ウェル１４のうちの他方（図の右側）は、３つの円錐状信号増幅構造体１８を有している。単一の型を用いてこのようなウェル１４及び構造体１８を作製することができることが理解されるべきである。

図５は、分子検出システム１００の一例を示している。システム１００は、装置１０、１０’、１０’’又は１０’’’の一例を備えている。図示しているように、サンプルの分子（Ａと表記）が分子選択装置２６を通じてウェル１４、１４’内へとろ過された後であり、かつ分子選択装置２６が取り外された後の装置１０’が示されている。この例では、信号増幅構造体１８はＳＥＲＳ信号増幅構造体であり、ＳＥＲＳ信号増幅構造体の各々は、柱状又は指状の基部２２と、基部２２の先端部又は頂部に堆積したラマン信号増強材料２０とを有している。

図５に示すシステム１００は、ラマン分光計又は読取装置を備えたＳＥＲＳシステムである。ラマン読取装置は、レーザ源３８及び光検出器４０を備えている。

レーザ源３２は、狭スペクトル線幅を有しかつ可視範囲内又は近赤外範囲内の単色光ビームＬを放出するものとして選ばれた光源とすることができる。レーザ源３２は、定常状態レーザ又はパルスレーザから選ぶことができる。レーザ源３２は、光Ｌを分子検出装置１０’に照射できるように位置決めされている。レンズ（図示せず）及び／又は他の光学機器（例えば光学顕微鏡）を使用して、所望のやり方でレーザ光Ｌの方向付けを行う（例えば屈曲させる）ことができる。一例では、レーザ源３２はチップに組み込まれる。また、レーザ源３２は、電源（不図示）に動作可能なように接続することができる。

システム１００の動作中、サンプルは、分子選択装置２６に導入され、所望の時間、分子選択装置２６によってろ過することが可能である。ろ過時間（exposure time）は、１秒間から１０分間までの任意の時間とすることができる。ろ過時間は、使用されるサンプル、使用される装置２６等に応じて長いか又は短い可能性がある。ウェル１４、１４’内に分子Ａが入った後、分子選択装置２６は取り外される。ウェル１４、１４’内に存在するいかなる不活性流体２４も、分子Ａの導入前に取り除くことができるか、又は分子Ａが導入されるときにウェル１４、１４’内に残っている可能性があることが理解されるべきである。（例えば分子選択装置２６を配置する前に）不活性流体２４を（複数の）ウェル１４、１４’から注ぎ出すか、（例えば、分子選択装置２６を配置する前に）流体２４を（複数の）ウェル１４、１４’からピペットで取り除くか若しくは吸引するか、（複数の）ウェル１４、１４’にガスを流すか、（複数の）ウェル１４、１４’から流体２４を蒸発させるか、又は他の任意の適切な技法により、不活性流体２４の除去を行うことができる。

分子選択装置２６によりろ過される分子Ａは、重力と微小毛細管力と化学的な力との少なくとも１つにより、ＳＥＲＳ信号増幅構造体１８の表面に沈降することができる。

そして、レーザ源３２が操作され、信号増幅構造体１８に向かって光Ｌが放出される。アレイを使用する場合、ウェル１４、１４’のアレイ（及びその中の構造体１８）全体を、同時に露光することができるか、又は１以上の個々のウェル１４、１４’（及びその中の構造体１８）を、特定の時点で露光することができることが理解されるべきである。したがって、同時の検出又は並行した検出を行うことができる。分子検出装置１０’のＳＥＲＳ信号増幅構造体１８又はその付近に集中した検体分子Ａは、光又は電磁放射線Ｌと相互作用し、光又は電磁放射線Ｌを散乱させる（散乱した光又は電磁放射線は符号Ｒとして表されていることに留意されたい）。分子Ａと、ＳＥＲＳ信号増幅構造体１８のＳＥＲＳ信号増強材料２０との相互作用により、ラマン散乱放射線Ｒの強度が増加する。ラマン散乱放射線Ｒは、光検出器４０に向かって方向が変化させられる。光検出器４０は、いかなる反射成分及び／又はレイリー成分も光学的にフィルタリングで除去し、その後、入射波長に近い各波長についてラマン散乱放射線Ｒの強度を検出することができる。

レーザ源３８及び光検出器４０の両方にプロセッサ４６を動作可能なように接続し、これらの要素３８、４０の両方を制御することができる。プロセッサ４６はまた、光検出器４０から読取値を受け取ることにより、ラマンスペクトル測定値を生成することもでき、その値の山及び谷は、その後、検体分子Ａを分析するために用いられる。図示していないが、ラマン読取装置は、上述した電源（例えば、バッテリ、プラグ等）及びデータＩ／Ｏ（入出力）ディスプレイを備えていてもよい。

システム１００は、分子検出装置１０’と光検出器４０との間に配置された光フィルタリング素子４２も備えていてもよい。この光フィルタリング素子４２を使用して、いかなるレイリー成分及び／又は所望の領域ではないラマン散乱放射線Ｒのあらゆるものをも光学的フィルタリングで除去することができる。システム１００は、分子検出装置１０’と光検出器４０との間に配置された光分散素子（light dispersion element）４４を備えていてもよい。この光分散素子４４により、ラマン散乱放射線Ｒを種々の角度で分散させることができる。素子４２及び４４は、同じ装置（例えばラマン読取装置）の一部とすることができるか、又は別個の装置とすることができる。

本開示内容を更に例示するために、本明細書にて例を与える。これらの例は、例示のために提供されるものであって、本開示内容の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことが理解されるべきである。

［例１］
分子検出装置の例を、再生セルロースから作られた分子サイズ選択膜を分子選択装置として備えた試験用ストリップの形態で作る。試験用ストリップのウェル内のＳＥＲＳ構造体は、金のナノ指状構造体のペンタマである。試験用ストリップを、メラミン濃度の異なるいくつかの乳サンプルに浸す。乳サンプル１（図６の符号６２）には１００ｐｐｍのメラミンを加え、乳サンプル２（図６の符号６３）には１０ｐｐｍのメラミンを加え、乳サンプル３（図６の符号６４）には１ｐｐｍのメラミンを加え、乳サンプル４（符号６５）にはメラミンを全く加えていない。相対的に小さな分子（例えばメラミン）が膜を通って分子検出装置のウェル内に拡散するようにすべく、約１０分間、各ストリップを各サンプル内に置く。その時間の経過後、ストリップを各サンプルから取り出し、膜を取り外す。ウェル内の分子についての表面増強ラマン分光法を行う。

比較例として、分子選択装置を有していない分子検出装置も試験した。この比較例では、水（図６の符号６０）及び生乳（図６の符号６１。１００ｐｐｍのメラミンを含む。）を、ウェル内にそれぞれ入れ、表面増強ラマン分光法を行う。

図６に、比較のための水のサンプル（符号６０）と、比較のための生乳のサンプル（符号６１）と、ろ過された乳サンプル（符号６２〜６５）とのＳＥＲＳスペクトルを示している。メラミンのピークは約７１０ｃｍ^−１にある。図示しているように、比較のための生乳サンプル（符号６１）に存在していた他の成分が、分子検出装置のウェル内のＳＥＲＳ増幅構造体を覆い、メラミンが検出されていない。メラミンが０ｐｐｍのサンプル（符号６５）を除く、分子サイズ選択膜を有する試験用ストリップを使用してろ過されたサンプル（符号６２〜６４）の各々においてメラミンの信号が検出されている。１０ｐｐｍのサンプル（符号６３）及び１ｐｐｍのサンプル（符号６４）の信号強度は、図６の目盛りによりそれほど顕著なものではない。乳に加えられたメラミンの濃度が増加するにつれて、メラミンピークのＳＥＲＳ強度が大きくなっている。本例の分子サイズ選択膜を用いてのメラミンの検出限界は、乳サンプルの１ｐｐｍであった。

［例２］
分子検出装置の例を、固体抽出カラムを分子選択装置として有する試験用ストリップの形態で作る。試験用ストリップのウェル内のＳＥＲＳ構造体は、金のナノ指状構造体のペンタマである。固体抽出カラムは、ゲルろ過クロマトグラフィに基づく。より具体的には、このカラムは、メラミンをろ過するために望ましい細孔サイズを有する架橋デキストラン系材料が入れられたポリエチレンハウジングを有する。

メラミン濃度の異なるいくつかの乳児用調製乳（infant formula）サンプルを、カラム内に入れる。乳児用調製乳サンプル１（図７の符号７２）に１ｐｐｍのメラミンを加え、乳児用調製乳サンプル２（図７の符号７３）に０．５ｐｐｍのメラミンを加え、乳児用調製乳サンプル３（図７の符号７４）に０．１ｐｐｍのメラミンを加え、乳児用調製乳サンプル４（図７の符号７５）にはメラミンを加えていない。相対的に小さな分子（例えばメラミン）がカラムを通過して分子検出装置のウェル内に入るようにするために、各サンプルを有するカラムを、約１分間、各ウェルの上方の適切な場所に置く。その時間の経過後、カラムを取り外す。ウェル内の分子についての表面増強ラマン分光法を行う。

例１の分子検出装置を再び使用して、乳児用調製乳の１ｐｐｍメラミンサンプルを試験する。このサンプルは、図７において符号７１として示している。

比較例として、分子選択装置を備えていない分子検出装置も試験した。比較例では、水をウェル内に入れ、表面増強ラマン分光法を行う。この比較サンプルは、図７において符号７０として示している。

図７に、比較のための水サンプル（符号７０）と、膜によりろ過された乳児用調製乳サンプル（符号７１）と、カラムによりろ過された乳児用調製乳サンプル（符号７２〜７５）とのＳＥＲＳスペクトルを示している。メラミンピークは約７１０ｃｍ^−１にある。図示しているように、膜によりろ過された乳児用調製乳（符号７１）に存在していた他の成分が、メラミンＳＥＲＳ信号の検証を幾分か困難なものとしている。しかし、メラミンが０ｐｐｍのサンプル（符号７５）を除く、分子抽出カラムを有する試験用ストリップを使用してろ過されたサンプル（符号７２〜７４）の各々において、メラミン信号が検出されている。乳児用調製乳に加えられたメラミンの濃度が増加するにつれて、メラミンピークのＳＥＲＳ強度が大きくなっている。カラムを使用してのメラミンの検出限界は、調製乳サンプルにおいて０．１ｐｐｍであった。

本明細書において述べた範囲は、提示された範囲と、提示された範囲内の任意の値又は部分的な範囲とを含むものであることが理解されるべきである。例えば、約０．１ｎｍから約１００ｎｍという範囲は、約０．１ｎｍから約１００ｎｍの明示的に言及された範囲のみならず、０．２ｎｍ、０．７ｎｍ、１５ｎｍ等の個々の値と、約０．５ｎｍから約５０ｎｍ、約２０ｎｍから約４０ｎｍ等の部分的な範囲とをも含むものとして解釈されるべきである。さらに、値を記述する際に「約」を用いている場合、これは、提示された値からの僅かな変化（最大±１０％）も含むという意味である。

本明細書に開示する例の説明及び権利主張をする場合においては、別途、文脈によって明示的に示されていない限り、「a」、「an」、「the」といった単数形は複数の指示対象を含むものである。

幾つかの例を詳細に説明したが、当業者には、開示した例を変更することができることが明らかであろう。したがって、これまでの説明は、非限定的なものとしてみなされるべきである。

Claims (15)

1. 基板と、
   ｉ）前記基板の表面に配置された材料に形成されているか、又はｉｉ）前記基板の表面に形成されているウェルと、
   前記ウェル内に配置された信号増幅構造体と、
   動作可能なように前記ウェルと接触しているとともに取外し可能なように配置された分子選択装置と
   を備えた分子検出装置。
2. 前記分子選択装置が、ある分子量閾値を有する膜である、請求項１に記載の分子検出装置。
3. 前記膜は、厚さが１００μｍ以下のセルロース膜と多孔質無機膜とから選ばれるものである、請求項２に記載の分子検出装置。
4. 前記膜は、前記ウェルに隣接する前記基板又は前記材料の領域に取外し可能なように取り付けられている、請求項２に記載の分子検出装置。
5. 前記分子選択装置が、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内に入れられた分子抽出材料と
   を備えた固体抽出カラムである、請求項１に記載の分子検出装置。
6. 前記分子抽出材料を前記ハウジング内に保持するために該ハウジングに取り付けられた多孔質膜を更に備えた請求項５に記載の分子検出装置。
7. 前記分子抽出材料は、架橋ポリマ球と、シリカ球と、ガラス球と、アルミナ球と、ポリスチレン球と、機能性球と、これらの組合せとから選ばれるものである、請求項５に記載の分子検出装置。
8. 前記ウェル内に入れられた不活性流体を更に備えた請求項１に記載の分子検出装置。
9. 前記信号増幅構造体がラマン分光増強構造体である、請求項１に記載の分子検出装置。
10. ｉ）前記基板の表面に配置された前記材料に形成されているか、又はｉｉ）前記基板の表面に形成されている別々のウェルのアレイと、
    前記別々のウェルの各々にある信号増幅構造体と、
    動作可能なように前記別々のウェルの各々と接触しているとともに取外し可能なように配置された分子選択装置と
    を備えた請求項１に記載の分子検出装置。
11. 前記分子選択装置が動作可能なように前記ウェルと接触して配置されている場合に、前記分子選択装置によりろ過された成分が前記ウェルに入るように前記分子選択装置をサンプルに晒すステップと、
    前記基板から前記分子選択装置を取り外すステップと、
    前記ウェル内の前記成分について、ある検出方法を行うステップと
    を含む、請求項１に記載の分子検出装置を使用する方法。
12. 請求項１に記載の分子検出装置と、
    前記分子選択装置によりろ過され、前記分子検出装置の前記ウェルに入ることになる成分を含んだサンプルと、
    前記分子検出装置の前記ウェルとの関係で動作可能なように配置されたラマン読取装置と
    を備えた表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）検出システム。
13. ｉ）基板の表面に配置されている材料か、又はｉｉ）前記基板の表面にウェルを形成するステップと、
    前記ウェル内に信号増幅構造体を形成するステップと、
    動作可能なように前記ウェルと接触するとともに取外し可能なように分子選択装置を配置するステップと
    を含む、分子検出装置を作る方法。
14. 取外し可能なように前記分子選択装置を配置するステップは、ある分子量閾値を有する膜が前記ウェルを覆うように、前記膜を前記基板に取外し可能なように取り付けるステップを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 取外し可能なように前記分子選択装置を配置するステップは、固体抽出カラムのハウジング内に入れられた分子抽出材料が前記ウェルから間隔を置いて位置し、かつ該ウェルの上方に位置するように、前記固体抽出カラムを前記基板上に配置するステップを含む、請求項１３に記載の方法。