JP4340766B2 - 感知面における層流のための方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、一般に、フローセル内の感知面を過ぎる流体フローの制御に関し、より詳細には、流体フローをフローセル内の１個以上の別個の感知面上に配置するための層流技術の使用、ならびに感知面の調製およびそれに関連した分析法、装置およびシステムにおけるそれらの使用に関する。
【０００２】
（発明の背景）
リアルタイムＢｉｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ（ＢＩＡ）用の器具類は、ＢＩＡｃｏｒｅ（以下、「ＢＩＡｃｏｒｅ器具」と呼ぶ）の商品名で、Ｂｉａｃｏｒｅ ＡＢ（Ｕｐｐｓａｌａ、Ｓｗｅｄｅｎ）から市販されている。このＢＩＡｃｏｒｅ器具は、センサチップの表面にある分子間の相互作用を研究するために、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）を使用し、そして液体取扱および光学システム、センサチップ、ならびに制御およびデータ評価用のコンピューターを備える処理ユニットを含む。ある分子（これは、「リガンド」と呼ばれる）は、このセンサチップの表面上に固定され、そして他の分子（「分析物」）は、このセンサチップの表面上を流れる。この分析物が固定リガンドと相互作用するとき、ＳＰＲは、このセンサチップの表面上の屈折率の変化を測定するのに使用される。分析物の固定リガンドに対する選択的相互作用により、この技術が特異的になり、また、複雑な混合物中の相互作用の分析が可能になる。
【０００３】
このＢＩＡｃｏｒｅ器具は、広範に使用されており、その操作および適用性に関係した多数の文献が出版されている。例えば、公開されたＰＣＴ ＷＯ ９０／０５２９５は、このＢＩＡｃｏｒｅ器具の構成および操作を非常に詳細に開示し、一方、公開されたＰＣＴ出願ＷＯ ９０／０５３０３およびＷＯ ９０／０５３０５は、それと共に使用するための種々のセンサ面に関する。さらに、ＢＩＡｃｏｒｅ ＡＢにより出版されたｔｈｅ ＢＩＡｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢＩＡａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ ＢＩＡｃｏｒｅ Ｈａｎｄｂｏｏｋｓは、このＢＩＡｃｏｒｅ器具の操作および構成をかなり詳細に記述している。
【０００４】
一般に、液体試料内に存在する分析物は、例えば、このセンサチップの表面に結合したデキストランマトリックスと会合したリガンドと相互作用する。リガンドによる分析物の結合により、屈折率の増加が起こり、これは、ＳＰＲにより測定される共鳴角の変化によりリアルタイムでモニターされる。このデータは、時間の関数として、共鳴ユニット（ＲＵ）での信号をプロットするセンサグラム（ｓｅｎｓｏｒｇｒａｍ）の形態をとる。１，０００ＲＵの信号は、１ｍｍ²あたり、約１ｎｇの分析物の結合に相当している（Ｊｏｈｎｓｓｏｎら、Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．１９８：２６８〜２７７，１９９１；Ｆａｇｅｒｓｔａｍら、Ｊ．Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ ５９７：３９７〜４１０，１９９２；Ｓｔｅｎｂｅｒｇら、Ｃｏｌｌｏｉｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ １４３：５１３〜５２６，１９９１）。
【０００５】
ＢＩＡｃｏｒｅ器具の操作中にて、試料は、一体型マイクロ流体カートリッジ（ＩＦＣ）を利用するセンサチップに送達される。このＩＦＣは、硬質シリコンポリマープレートにある一連の精密鋳造チャンネルからなり、緩衝液および試料の送達用の試料ループおよびフローチャンネルを形成する。ＩＦＣは、ＢＩＡｃｏｒｅ器具内のドッキング機構により、センサチップと接触して押し付けられる。ＢＩＡｃｏｒｅ器具により使用される代表的なＩＦＣは、図１Ａで描写されており、これは、（上から見た）チャンネルおよび弁を図示しており、差込図は、同じものの側面図を示し、ＩＦＣをセンサチップに押し付けることにより形成されるフローセルを描写している。
【０００６】
ＩＦＣを通る試料フローは、一組の空気式に作動したダイアフラム弁（これは、試料を、種々のチャンネルを通って、センサチップの感知面に向ける）により、制御される。このようにして、このＢＩＡｃｏｒｅ器具（例えば、ＢＩＡｃｏｒｅ２０００）により、４個までのフローセル内の単一または複数チャンネル分析が可能になる。例えば、図１Ｂは、直列した３個のフローセルを通過する試料を図示している（標識したＦＣ１、ＦＣ２およびＦＣ３）。図１Ｂでは詳細に描写されていないものの、試料もまた、分析用の単一フローセルをちょうど通過し得る（例えば、ＦＣ１）。
【０００７】
現存のＢＩＡｃｏｒｅ器具は、０．０５×０．５ｍｍの断面積および２．４ｍｍの長さを有するフローセルを使用し、これは、約６０ナノリットル（ｎｌ）の容積を与え、そして各フローセルにておよそ１．２ｍｍ²の全感知表面積を有する。集束入射光は、各フローセルに対して、感知面の長さのおよそ１．６ｍｍを照射し、検出器は、感知面の幅の約０．１７ｍｍを画像化する。これは、各フローセル内にて、約０．３ｍｍ²の感知領域に相当している。ＢＩＡｃｏｒｅ器具中の各フローセルは、単一感知領域を含む。それゆえ、もし、この試料を４個の異なる感知領域と接触させる場合、４個の別個のフローセルを通る試料の通過が必要である（すなわち、ＦＣ１、ＦＣ２、ＦＣ３およびＦＣ４）。
【０００８】
このＢＩＡｃｏｒｅ器具で現在使用されている複数のフローセルへの試料送達は、非常に多くの利点を与え、そして試料送達技術に関して、当該技術分野の状況を代表しているものの、依然として、その改良が望まれている。例えば、動力学的な測定に関連して、試料−緩衝液境界での分散を最小にして、明確な容積または「プラグ（ｐｌｕｇ）」で、試料を各フローセルに送達することが重要である。このような試料プラグは、空気式弁の助けを借りて、このＩＦＣにて、試料と緩衝液のフローとの間の切り換えにより作成される。分散は、これらの弁とフローセルとの間の死容積を小さく保つことにより、最小にされるものの、試料導入の開始および終了において静止期間が存在し、この場合、この試料の濃度は、分散により希釈される（すなわち、このシステムを流れている緩衝液とこの試料との混合）。さらに、分散は、直列したフローセルの数と共に、大きくなる（図１Ｂで描写するように）。このような分散の結果、この試料の導入の開始および終了時点にて、センサグラムの上昇および下降の両方に時間のずれが生じる。これらのいわゆる「上昇および下降時間（ｒｉｓｅ ａｎｄ ｆａｌｌ ｔｉｍｅｓ）」は、速い反応速度（ｒｅａｃｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃｓ）（すなわち、高い反応速度定数での相互作用）を決定する性能を制限する。この制限を解決する１つの方法は、流速を増加することである。残念なことに、流速の増加は、高い試料消費を意味する。例えば、流速の上限を与える液体圧力によって、実用上および設計上の限界がある。
【０００９】
さらに、フローセル間の温度変化は、試料分析に対して悪影響を与え得る。感知面に対する分析物の屈折率、反応速度および質量輸送は、全て、温度に感受性であるので、このような測定は、制御された温度で行うことが重要である。これらのフローセル（故に、感知面）の物理的な分離のために、フローセル間の温度変動は、測定誤差の原因であり得る。さらに、図１Ａおよび１Ｂで描写されたフローセルは、単一フローセル内の別個の領域への制御された試料送達ができず、また、異なるリガンドを単一フローセル内の別個の感知領域に固定化することもできない。むしろ、このような改変は、別個のフローセル内で達成されるにすぎず、それゆえ、上で述べたような限界を伴う。
【００１０】
従って、当該分野において、フローセルベースの検出器具（例えば、ＢＩＡｃｏｒｅ器具）に関連した改良された試料送達技術、および類似の設計または操作の他の器具が必要とされている。その目的のために、フローセルベースの感知構造に関係する特性の測定可能な変化を検出する任意の器具は、改良された試料送達技術から利益を受け得る。このような改良は、試料と緩衝液との間の速い液体交換速度を与え、複数の感知領域を横切る一定の温度制御を維持し、そしてこのフローセル内の複数の感知領域への種々の試料送達技術を可能にするべきである。
【００１１】
本発明は、これらの必要性を満たし、さらに関連した利点を提供する。
ＷＯ９６／３５９４０は、コロイド状ストリームおよび緩衝液ストリームの流動した個々の層流を使用して、波状案内層にコロイド状の金を堆積する方法を開示している。これらのコロイド状のストリームは、緩衝液のストリームにより、互いに分離される。これらのコロイド状ストリームは、この波状案内層にて、金コロイドストリップを堆積する。
ＷＯ９７／０１０８７は、流動可能試料を分析する方法を開示している。試料流体は、入口ポートから出口ポートに向かって流れ、そして参照流体は、他の入口ポートから同じ出口ポートに向かって流れ、これらのフロー方向は、互いに反対である。これらのフローの両方は、これらの２本のフローがはっきりした分割線または分割面で合流するように、層流である。これらの２本のフローストリームの間の分割線は、これらの２本のストリームの方向を横切り、そしてこれらの２本のストリームの相対流速を変えることにより、各個の入口ポートに向かってまたはそこから離れて移動し得る。別の実施態様は、複数の入口ポートを有するフローセルを開示しており、これは、試料および参照流体の一連の平行層流を形成する。参照フローは、これらの試料フローの間の隔壁として働く。流速は、これらの隔壁をずらすように、調整され得る。
【００１２】
（発明の要旨）
要約すると、本発明は、フローセル内の感知面を過ぎる流体フローの制御に関し、より詳細には、このフローセル内での１個以上の別個の感知領域上に流体フローを配置するために、層流技術を使用することに関する。より詳細には、少なくとも２本の層流の個々の流速を変えることにより、これらの２本のフロー間の界面は、このフローセル内の感知面を超えて、側方に移動され得る。このようにして、これらのフローは、１個以上の別個の感知領域を超えて、フローセル内に制御可能に配置され得、さらに、これらの別個の感知領域において、広範囲の表面修飾および／または相互作用を可能にする。
【００１３】
本発明の１局面は、液体フローによって通過させるように配列された感知面を感作する方法を提供する。「感作する（ｓｅｎｓｉｔｉｚｉｎｇ）」との用語は、この感知面を所望の分析物と特異的に相互作用し得るようにする感知面の任意のプロセスまたは活性化を意味する。この方法は、第一流体の層流および該第一流体のフローに隣接した第二流体の層流を供給して、その結果、これらの２本の層流が、互いの界面と共に、この感知面を超えて、共に通過する工程を包含し、少なくとも、この第一流体は、この感知面を感作し得、そしてこれらの２本の層流の一方または両方の相対流速を調整して、この界面をこれらのフロー間に配置し、その結果、各層流がその選択的な感作のために、この感知面の規定領域と接触する。
【００１４】
１実施態様では、感知面は、この表面を、それを感作する第一流体、およびこの表面を感作しない第二流体と接触させることにより、感作される。この実施態様の異形において、この手順は、第一流体が、この感知面を感作しない流体で置き換えられるように、そして、第二流体が、第一流体と異なって感知面を感作できる第二流体で置き換えられて、２個の異なる感知領域（これらは、必要に応じて、この感知面の非感作領域から離れてまたはそれと隣接して、間隔を置かれている）を生じるように、繰り返される。他の実施態様において、これらの層流の相対流速を変えて、界面を側方にずらし、この感知面上にて、勾配感作領域を提供することにより、あるいは、層流の相対流速を連続的に変えて、連続的な勾配感作領域を作成することにより、段階的な勾配が生じ得る。
【００１５】
さらに別の実施態様において、第一流体のフローの他の側面にて、第三流体の追加層流が供給され、その結果、第一流体の層流が、第二流体の層流と第三流体の層流との間に挟まれる。これにより、第一流体のフローを感知面上にて、側方に配置することが可能となる。もし、第二および第三流体（これらは、同一または異なる液体であり得る）が、この感知面を感作できないなら、１層または１列の感作流体が、この感知面上に制御可能に配置され得る。少なくとも１種の異なる感作第一流体を用いて、第二および第三流体の様々な相対流速で、上記手順を繰り返すことにより、この感知面上には、２列以上の感作面領域が提供され得る。
【００１６】
さらに別の実施態様において、この方法は、この感知面上にて、１列または１マトリックスの感作領域を生成するために使用される。これは、この手順を異なる感作流体（単数または複数）を用いて繰り返すことにより、そして初期フロー方向に対して、ある角度（典型的には、横に）でこの層流を適用することにより、達成され得る。このような列またはマトリックスは、以下でさらに詳述するような多数の有益な適用を有する。
【００１７】
本発明の別の局面は、１個以上の分析物に対する流体試料を分析する方法を提供する。この方法は、本明細書中に記載された方法により分析物特異的リガンドを感知面に固定することによって感知面を感作する工程、この感知面を流体試料と接触させる工程、およびこの流体試料中の分析物とこの感知面の感作領域（単数または複数）との相互作用を検出する工程を包含する。参照領域（単数または複数）として、１個以上の非感作領域が使用され得、あるいは、コントロールリガンドで感作された１個以上の領域が用いられ得る。
【００１８】
本発明のさらに別の局面は、分析物用の流体試料を分析する方法を提供し、この場合、この流体の層流は、所望の感知面（単数または複数）上に、この試料フローを配置するためにある。この方法は、以下を包含する：フローセルの感知面上に感作領域を提供する工程であって、この感作領域は、この分析物と選択的に相互作用し得る工程；流体試料の第一層流を、この感知面を超えて通過させるが、感知領域とは接触しない工程；この感知面を超えて、この感作領域と相互作用できない流体の第二層流を通過させる工程であって、この第二層流は、第一層流と隣接しており、それと界面を形成する工程；流体試料の第一層流がこの感作領域を超えて通過するように、第一および／または第二層流の相対流速を調整する工程；およびこの感作領域に接触した際、この流体試料中の分析物の相互作用を検出する工程。
【００１９】
本発明の別の局面は、流体試料を分析物について分析する方法を提供し、この場合、その全感知面が感作され、そしてこの感作面の一部だけが、この試料フローと接触されるのに対して、他の部分は、参照領域として使用される。このようにして、この感知面上の浸出ならびに他の制御できない事象が参照され得る。この方法は、この分析物と選択的に相互作用し得る感作面を提供する工程；感作面の第一部分（すなわち、第一感知領域）を超えて、流体試料の第一層流を通過させる工程；同時に、感作面の残り（すなわち、第二感知領域）を超えて、この感作面と相互作用できない流体の第二層流を通過させる工程であって、ここで、第二層流は、第一層流と隣接しており、そして第二感知領域は、参照領域として役立つ工程；および流体試料中の分析物と第一感知領域との相互作用を検出する工程、を包含する。さらなる実施態様において、第一および／または第二層流の相対流速は、第一層流が第二感知領域の少なくとも一部を通過するように、調整され、そして、この試料フロー中の分析物の相互作用は、第二感知領域の新たな接触部分で、検出される。
【００２０】
本発明のさらに他の局面は、感知面への、またはそこからの分析物の会合または解離を研究する方法を提供し、この場合、層流技術は、フローセル中で試料フローを、試料フローが感作感知領域と接触する位置まで側方に急速にシフトするために使用される。この会合を研究するための方法は、その感知面上に感作感知領域（これは、この分析物と相互作用し得る）を有するフローセルを提供する工程；フローセルを通って、第一層流中の流体試料を通過させる工程；フローセルを通って、第二層流中の分析物を含有しない流体を通過させる工程であって、第二層流は、第一層流と隣接しており、それと界面を形成する工程；この試料流体フローが感作感知領域と接触しないように、これらの層流間に界面を配置するために、流体フローの相対流速を設定する工程；試料フローがこの感作感知領域と接触するように、この界面を側方にずらすために、層流の相対流速を変える工程；および分析物の感作感知領域との会合を測定する工程、を包含する。同様に、この解離を研究する方法は、試料フローがもはやこの感作感知領域と接触しないように、この試料フローを側方にシフトする工程；およびこの感作感知領域からの分析物の解離を測定する工程を包含する。
【００２１】
本発明のさらに別の局面は、以下を備えるセンサ装置を提供する：入口末端および出口末端を有するフローセル；入口末端と出口末端との間に配置されたフローセル内の壁面上の少なくとも１個の感知面；ここで、このフローセルは、この入口末端にて、少なくとも２個の入口開口部を有し、また、この出口末端にて、少なくとも１個の出口開口部を有し、その結果、各個の入口開口部を通ってフローセルに入る別個の層流は、並んでこのフローセルを通って流れ、感知面を接触し得る。このセンサ装置の１実施態様において、このフローセルは、２個の入口開口部および少なくとも１個の出口開口部を有し、そしてＹフローセル型（すなわち、２個の入口および単一の出口を有する）である。別の実施態様において、このフローセルは、このフローセルを通るサンドイッチ様式で、３本の層流フローを確立できるように、３個の入口開口部および少なくとも１個の出口開口部を有し、そしてΨフローセル型（すなわち、これは、３個の入口および単一の出口を有する）である。
【００２２】
さらに別の実施態様では、フローセルは、二次元型である。このような二次元フローセルの一異形は、少なくとも２個の第一入口および少なくとも１個の第一出口を有し、それらの間の流体経路と角を成す関係で（通常、横に）、少なくとも２個の第二入口および少なくとも１個の第二出口を有する。この型の代表的なフローセルは、二次元Ψセルである。二次元フローセルの別の異形は、このフローセル内に回転可能に取り付けられた感知面を有し、これはまた二次元の流体フローにより通過され得る。この感知面は、このフローセルのフロー方向にて、少なくとも２個の隣接感知領域（特に、少なくとも１個の感知領域および少なくとも１個の参照領域）を有し得る。好ましくは、少なくとも１個の感知領域が、分析物と特異的に相互作用し得る。
【００２３】
本発明のさらに別の局面は、以下を備えるセンサシステムを提供する：入口末端および出口末端を有するフローセル；入口末端と出口末端との間のフローセル内の感知面上の少なくとも１個の感知領域；フローセルであって、入口末端にて、少なくとも２個の入口開口部を有し、そしてこの出口末端にて、少なくとも１個の出口開口部を有するフローセル；この入口開口部を通って流れる層流体を適用するための手段であって、この層流体が並んでこの感知面を超えて、フローセルを通って通過する手段；この流体の層流の相対流速を変えて、感知領域（単数または複数）を含む感知面上の層流の各個の側方拡張を変えるための手段；および感知領域（単数または複数）での相互作用現象を検出するための検出手段。
【００２４】
本発明のこれらおよび他の局面は、添付の図面および以下の詳細な説明を参照すると、明らかとなる。さらに、本明細書中では、明瞭にし完全にする目的のために、特定の参考文献が引用される。このような参考文献は各々、本明細書中全体で参考として援用されている。
【００２５】
（発明の詳細な説明）
上で言及したように、本発明は、一般に、流体（これはまた、本明細書中では、「試料フロー」または「試料」とも呼ばれる）を感知面上の１個以上の別個の領域（「感知領域（ｓｅｎｓｉｎｇ ａｒｅａｓ）」と呼ぶ）と接触させるために、層流技術を用いて、感知面を超える流体フローを制御すること、感知面の作製、およびその分析方法、それらに関する装置およびシステムに関する。感知面の作製に関連して、リガンドは、感知面の別個の感知領域を、フローセル内で、層流状態にて、リガンドを含有する試料と選択的に接触させることにより、この感知面上の別個の感知領域と会合され得る（これは、本明細書中では、「感作（ｓｅｎｓｉｔｉｚａｔｉｏｎ）」と呼ぶ）。本発明のフローセルの構成および寸法は、特定の適用および／または検出方法に依存して、広範に変わり得る。
【００２６】
この目的のために、代表的な検出方法には、質量検出法（例えば、圧電、光学、熱光学および表面弾性波（ＳＡＷ）法）、および電気化学法（例えば、電位差測定、電気伝導度測定、電流測定および静電容量法）が挙げられるが、これらに限定されない。光学検出法に関して、代表的な方法には、質量表面濃度（ｍａｓｓ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）（例えば、反射光学法（内部反射法および外部反射法の両方を含む））、角度、波長または分解した位相（例えば、楕円偏光法およびエバネセント波分光法（ＥＷＳ））を検出する方法が挙げられ、後者には、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）分光法、ブルースター角屈折率測定法、臨界角屈折率測定法、減衰全反射法（ＦＴＲ）、エバネセント波楕円偏光法、散乱全反射法（ＳＴＩＲ）、光学導波管センサ、エバネセント波ベースの画像化（例えば、臨界角分解画像化、ブルースター角分解画像化、ＳＰＲ角分解画像化など）が含まれる。さらに、例えば、エバネセント蛍光（ＴＩＲＦ）およびリン光に基づいた光度測定法もまた、導波管干渉計と同様に、使用され得る。本発明は、本明細書中後に、ＳＰＲ分光法に関連して説明されているものの、本発明は、このように限定されないことを理解すべきである。むしろ、試料を層流状態にてフローセル内で感知面と接触させる任意の器具または方法は、本発明により、有利となり得る。
【００２７】
上で言及したように、本発明は、試料を、フローセル内で、層流状態にて、感知面上の１個以上の別個の感知領域と接触させる工程を包含する。本明細書中で使用する「層流」との用語は、２０００より低いレイノルズ数、好ましくは、２０より低いレイノルズ数に相当する。レイノルズ数（Ｒｅ）は、感知面を超える流体フローの特性を記述するために使用され、そして以下の等式（１）により表わされ得る：
【００２８】
【数１】

ここで、Ｖは、平均線形流速（ｍ／ｓ）であり、ｄは、「パイプ」の直径（ｍ）であり、ρは、流体の密度（ｋｇ／ｍ³）であり、そしてμは、流体の絶対粘度（Ｎｓ／ｍ²）である。長方形の断面を有するフローセルに関連して、このパイプの直径は、さらに適切には、液圧直径（Ｄ_h）で置き換えられ、これは、このフローセルの周の長さで割ったその断面積の４倍で与えられる（すなわち、Ｄ_h＝２ｗｈ／（ｗ＋ｈ）であり、ここで、ｗおよびｈは、それぞれ、このフローセルの幅および高さである）。それゆえ、長方形の断面を有するフローセルのレイノルズ数は、さらに正確には、等式（２）により、表わされ得る：
【００２９】
【数２】

等式（２）は、この感知面が、理想的に、滑らかであり、湾曲が無視できると仮定していることに注目すべきである。それゆえ、このフローセル内でのいずれの凹凸、表面の顕著な湾曲または鋭い曲がりは、局所的な乱流を引き起こすので、回避するべきである。さらに、このフローセル内の層流は、この流体入口からフローセルへの一定距離で、最もうまく達成される。この目的のために、ＷｅｂｅｒおよびＰｒｕｄｙ（Ａｎａｌ．Ｃｈｉｍ．Ａｃｔａ １００：５３１，１９７８）は、フローセル入口からの距離（Ｌｅ）で、層流を確保するために、以下の等式（３）を提案した：
【００３０】
【数３】

上記の発明の背景の箇所で言及したように、フローセルベースの測定の上昇および下降時間（すなわち、試料濃度を感知面にわたって、０％から１００％まで上げ、次いで、０％まで下げ戻すのにかかる時間）は、速い反応速度を分解する性能を限定する。試料導入の開始時点および終了時点では、この試料は、キャリア溶液（例えば、緩衝液）で分散することにより、希釈される。それゆえ、この試料の分散のために、瞬間的な上昇および下降時間よりもむしろ、一定の時間のずれが存在する。このような分散は、一次近似として、等式（４）に従った一次の動力学過程により、記述され得る：
【００３１】
【数４】

ここで、κ_Lqxは、液体交換速度定数であり、Ｃ₀は、試料の濃度であり、そしてＣは、感知面での試料の濃度である。
【００３２】
ＢＩＡｃｏｒｅ器具において、この感知面での試料の濃度Ｃは、このフローセル内での分散により、支配される。等式（４）に積分因子ｅκ^Lqxtを掛けて、それを積分することにより、以下の等式（５）が得られる：
【００３３】
【数５】

この等式は、液体交換中にて、この感知面で、この試料濃度の上昇をほぼ記述している。この液体交換に必要な時間は、例えば、その最終値の９９％に達する時間として、規定され得る。故に、等式（５）を用いて、上昇時間は、等式（６）により表わされ得る：
【００３４】
【数６】

それゆえ、もし、９９％までの上昇時間が既知であるなら、この液体交換速度定数κ_Lqxは、等式（６）から計算され得る。同様に、下降中での液体交換についての一次式は、等式（７）により記述される：
【００３５】
【数７】

これにより、プラトー水平域値の１％へと下降するのにかかる時間について、以下の等式（８）が得られる：
【００３６】
【数８】

上昇時間（または下降時間）と流速との間の実験的な関係を得るために、定常状態濃度の９９％への上昇時間（または０．０１％への下降時間）が測定され得、そして等式（９）に従って、試料フローに対して、プロットされ得る：
【００３７】
【数９】

ここで、Ｖ_aは、流体の交換中に移動しなければならない試料の容量（μｌ）に相当する。等式（９）において、試料フローは、１単位時間あたりの試料容量（μｌ／分）として表わされ、そして上昇時間は、秒で測定される（それゆえ、６０秒／分の変換が存在する）。本発明の代表的なフローセルについての実験結果は、実施例４で提示される。実験データからＶ_aを決定することにより、等式（９）は、異なる試料フローについての上昇時間を計算するために使用され得る。
【００３８】
さらに、等式（９）はまた、その初期濃度の９９％まで上昇する時間についての式を得るのに、使用され得る。等式（６）および（９）を組み合わせると、液体交換速度定数は、等式（１０）として表わされ得る：
【００３９】
【数１０】

適切な条件下にて、この等式は、異なるフローセルについての液体交換速度定数を計算するのに使用され得る。Ｋ_Lqxが大きくなる程、測定し得る反応速度はより速くなる。液体交換速度の比較は、本発明の代表的なフローセルを通る異なる流速について、実施例４で提示される。
【００４０】
本発明を実施する際に使用する適切なフローセルに関して、このようなフローセルは、多数の形状を呈し得、その設計は、意図した適用および／または使用に依存して、広範に変わり得る。本明細書中では、例示の目的のために、いくつかの代表的なフローセルが開示されているものの、層流状態にて液体試料を感知面と接触し得る任意の型のフローセルが、本発明を実施する際に、使用され得ることに認識するべきである。
【００４１】
１実施態様において、本発明のフローセルは、２個の入口および１個の出口を有し、その結果、２本の液体ストリームが、それらの各個の入口を経由して、このフローセルに入り、そして層流状態にて、このフローセルを通って並行して移動し、出口を出ていく。このフローセルの内部容量の壁部分に沿って、感知面が位置し、その結果、少なくとも１本の流体フローがこの感知面と接触する。この実施態様の代表的なフローセルは、図２Ａおよび２Ｂで描写されており、そして本明細書中では、「Ｙフローセル」と呼ばれる。
【００４２】
図２Ａを参照すると、Ｙフローセル２００の断面図が図示されており、これは、入口アーム２１０および２２０および出口末端２５０を有する。このフローセルは、内部長さｌ、幅ｗおよび高さｈ（図示せず）を有する。第一流体（例えば、緩衝液）は、矢印２３０で描写されており、入口２１０を経由して、フローセル２００に入り、そして、第二流体（例えば、試料）は、矢印２４０により描写されており、入口２２０を経由して、入る（図２Ａでは、第二流体２４０は、例示の目的のために、陰影を付けられている）。第一および第二流体は、層流状態にて、このフローセルの長さｌを移動し、その結果、界面２９０は第一流体２３０を第二流体２４０から離し、両方の流体は、矢印２７０により描写されるように、このフローセルの出口末端２５０を出ていく。
【００４３】
代表的なＹフローセルの等角図が、図２Ｂに図示される。この図では、Ｙフローセル２０１は、入口アーム２３５および２４５を有し、各々は、それぞれ、入口２１５および２２５を備え、そして共通出口２５５を有する。第一流体は、矢印２６５により表わされ、入口２１５を経由して、このフローセルに入るのに対して、第二流体は、矢印２７５により表わされ、入口２２５を経由して、このフローセルに入る。これらの２本の流体は、界面２９５が第一流体２６５を第二流体２７５から離すように、層流状態にて、出口２５５の方向に移動して、両方の流体は、矢印２８５により描写されるように、出口２５５を出ていく。
【００４４】
これらの２本の流体が、図２Ａおよび２Ｂで図示されたＹフローセルを通って移動する場合、これらの流体の少なくとも１本は、図２Ａおよび２Ｂにて、それぞれ、感知領域２６０および２６１により描写されるように、このフローセルの内部容量内の壁部分に沿って、別個の感知領域と接触する。流体と感知領域との間の相互作用は、以下でさらに詳細に述べるように、種々の相互作用を包含し得る。このような相互作用は、この感知領域を「裏面」（すなわち、この流体と接触している感知領域とは反対側）から精査する当業者に公知の感知技術により、検出され得る。あるいは、このような相互作用は、この感知領域を「前面」（すなわち、この流体と接触している感知領域の側）から精査する感知技術により、検出され得る。このような検出は、この流体がこの感知領域と接触しているのと同時に、またはそれに引き続いたある時点で行われ得、そして、この感知領域がこのフローセルに会合しているかまたはそこから解離している間に、行われ得る。
【００４５】
少なくとも２本の層流を使用することにより、この流体を、制御した様式で、このフローセル内に案内することが可能となり、それにより、第一流体（例えば、試料）は、このフローセル内にて、感知領域と選択的に接触する。例えば、図３Ａは、図２Ａのフローセル２００と類似したフローセル３００を描写しているが、感知領域３２０は、大体、フローセルの中心線に沿って位置している。この実施態様において、界面の移動または転置は、この試料フローを感知領域と接触させるのに使用され得る。より詳細には、試料フロー（これは、矢印３５０により表わされる）および緩衝液フロー（これは、矢印３４０により表わされる）は、このフローセルに入り、層流状態にて、このフローセルの長さを移動し、そして矢印３６０により表わされるように、このフローセルを出ていく。例示の目的のために、試料フロー３５０は、陰影を付けられている。試料および緩衝液フローの流速は、界面３８０がこのフローセル内に位置され、この試料フローが感知領域３２０と接触しないように、選択される。試料および／または緩衝液の流速は、次いで、図３Ｂで示されるように、界面３８０の位置を界面３８１にずらすように調整され、それにより、試料フロー３５０は、感知領域３２０と接触される。この実施態様において、上で述べたように、上昇および下降時間は、界面の第一位置（この位置では、この感知領域と接触しない）（図３Ａの界面３８０を参照）から第二位置（この位置では、この試料フローは、この感知領域と接触される）（図３Ｂの界面３８１を参照）への移動によってのみ、制限される。この界面が第一位置から第二位置へと移動するのに必要な試料の容量は、このフローセルそれ自体の容量の一部である。
【００４６】
この実施態様の別の局面において、フローセル内では、複数の感知領域が使用され得る。図４Ａで図示されているように、フローセル４００は、試料フロー（矢印４５５により描写された陰影を付けた流体）、緩衝液フロー（これは、矢印４６５により描写されている）および界面４７０と共に、感知領域４２０および４３０を有し、その結果、試料フローは感知領域４２０または４３０のいずれにも接触しない。試料および緩衝液の流速は、次いで、界面４７１として図４Ｂで表わすように、図４Ａの界面４７０を、感知領域４２０および４３０との間の位置へと移動することにより、試料フロー４５５が感知領域４３０と接触するように調整される。この界面をこのように移動することの利点は、図３Ａおよび３Ｂに関連して上で述べたとおりである。さらに、緩衝液フローと接触する感知領域４２０は、以下で述べる種々の目的（内部参照としての使用を含む）のために使用され得る。
【００４７】
本発明の別の実施態様において、２個より多い入口を有するフローセルが開示されている。この実施態様の代表例は、図５Ａで示すような３個の入口を有するフローセルであり、これはまた、本明細書中では、「Ψフローセル」とも呼ばれる。図５Ａを参照すると、試料フロー（これは、矢印５３５により描写されている）は、中央入口５３１により、Ψフローセル５００に入る。第一フロー（これは、矢印５２５により描写されている）は、入口５２１を経由して、Ψフローセル５００に入り、そして第二フロー（これは、矢印５４５により描写されている）は、入口５４１を経由して入る。３本のフローの全ては、層流状態にて、並行して、このフローセルを通って移動して、矢印５６５により表わされるように、このフローセルを出ていく。再度、例示の目的のために、中央フロー５３５および第一フロー５２５は、陰影を付けられている。従って、中央フロー（例えば、試料フロー）と第一および第二フロー（例えば、緩衝液フロー）との間に、２個の界面５５０および５５２が存在する。これらの３本のフローの相対流速を調整することにより、中央フローの位置および幅の両方は、選択的に制御され得る。例えば、図５Ｂで図示されるように、中央フロー５３５は、第一フロー５２５および第二フロー５４５の流速を適切に制御することにより、フローセルの下部側壁に向かって、移動され得る。従って、図５Ａの界面５５０および５５２は、図５Ｂで示すように、それぞれ、位置５５１および５５３にシフトされる。
【００４８】
低い線形流速では、ＹおよびΨフローセルの両方を通るフローは、層流であり、そしてこれらの流体ストリームの活発な混合はない。このＹフローセルに関連して、これらの２本の流体は、共通の流速で、このフローセルを通過し、そしてこの界面の位置は、流入の流速により決定される。以下の等式（１１）は、薄層フローセル（すなわち、長方形の断面を有し、ｗ＞＞ｈであるフローセル）での状況を記述している：
【００４９】
【数１１】

ここで、ｗは、フローセルの幅であり、そしてｈは、フローセルの高さである。従って、第一および第二流速を変えることにより、この界面はこのフローセルの幅を横切って、移動され得る。
【００５０】
Ψフローセルに関して、層流状態でのこれらの２個の界面（すなわち、「界面１」および「界面２」）の位置は、このフローセル中で、等式（１２ａ）および（１２ｂ）により近似されるように、第一および第二流速（「第一緩衝液フロー」および「第二緩衝液フロー」）ならびに試料流速（「試料フロー」）を変えることにより、制御され得る。
【００５１】
【数１２】

ここで、ｗは、フローセルの幅である（但し、ｗ＞＞ｈ）。
【００５２】
界面（単数または複数）の位置のさらに正確な計算には、上記等式を速度分布図用の式で補正する必要がある（Ｂｒｏｄｙら、Ｂｉｏｐｈｙｓｃｉａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ７１：３４３０〜３４４１，１９９６）。この速度分布図は、このフローセルの壁に接近している場合、速度０であり、かつこのフローセルの中央では最大速度であると仮定している。中央フローを同じ流速の２本の隣接フローに向けることにより、この中央フローは、このフローセルの中心に位置する（図５Ａで図示される）。しかし、もし、これらの２本の隣接フローの１本が、例えば、その全流速の５％の流速を有しているなら、このフローは、実際には、このフローセルの断面積の５％より大きい部分を占める。なぜなら、このフローセルの壁に近い線形流速は、その中央部の線形流速よりも遅いからである。同じ容量流速は、このフローセルの中央部よりも、フローセルの壁に近い部分がより広くなっていることを必要とする。
【００５３】
さらに、別個のフロー（例えば、緩衝液）を用いて、この試料フローをフローセル内に向けるには、この試料の拡散を、これらの２本のフローの間の界面に近い領域に限定する必要がある。そうでなければ、拡散は、この試料フローの方向性を妨害し、２本（またはそれより多い）別個のフローよりもむしろ、試料および緩衝液の「染み（ｓｍｅａｒ）」が生じる。拡散は、時間依存性プロセスであるため、試料および緩衝液の線形流速は、拡散をこの界面に近接した部分に制限するように選択されるべきである。フローセル内での拡散は、この界面に平行な濃度勾配が無視できるので、一次元現象として見える。フローセルの側壁での濃度が一定である限り、フローセルの幅は、無限であると仮定され得る。この界面での接触時間は、図６で示すように、このフローが、分子を、一定の線形流速で、このフローセルを通して移動するのにかかる時間と同じであり、ここで、ｔは、接触時間（秒）であり、ｆは、全容量流速（ｍ³／秒）であり、Ａは、このフローセルの断面積（ｍ²）であり、ｕは、線形流速（ｍ／秒）であり、そしてＤは、拡散定数（ｍ²／秒）である。従って、接触時間は、フローセルの長さ割るこの線形流速として表わされ得、平均拡散幅は、およそ√Ｄｔである。図６の濃い領域は、初期試料濃度の１００％に相当しており、灰色領域は、１００〜５０％に相当しており、そして薄い灰色領域は、５０〜０％に相当している。
【００５４】
この距離および時間の関数としての濃度に対する式は、フィックの第二法則から誘導され、これは、Ｙフローセルで遭遇する一次元拡散に対する等式（１３）の解を有する：
【００５５】
【数１３】

簡単に言えば、等式（１３）は、距離および時間の関数としての濃度に対する式であり、ここで、ｘ（距離）は、この界面から垂直に測定される（すなわち、ｘは、この界面では、０である）。同様に、Ψフローセルに関連して、距離および時間の関数としての濃度に対する式は、等式（１４）により示される：
【００５６】
【数１４】

図７Ａおよび７Ｂは、それぞれ、異なる接触時間に対する等式（１３）および（１４）のグラフ表示であり、ここで、ｘ軸は、上で述べたように、この界面からの距離ｘであり、そしてｙ軸は、その相対濃度である（０〜１００％の範囲）。
【００５７】
前出の論述において、本発明の代表的なフローセルが開示されており、これは、特に、試料フローの位置および幅に関して、このフローセル内の層流を制御できる。このようなフローセルは、種々の用途を有する。１実施態様では、このフローセルは、試料をこのフローセル内の感知領域と選択的に接触させるのに使用され得る。このようにして、複数の感知領域を有するフローセルが使用され得、この試料フローは、上で述べた技術により、これらの感知領域の１個またはそれ以上と選択的に接触される。例えば、上で述べた図４Ａおよび４Ｂは、２個の感知領域を有するフローセルを図示しており、試料フローは、これらの感知領域の１個と選択的に接触される。しかしながら、複数の感知領域が利用され得ること、およびこの試料フローは、層流状態にて、これらの感知領域のいずれかと選択的に接触され得ることを認識すべきである。
【００５８】
別の局面では、この試料フローは、フローセル内の別個の感知領域を感作するのに使用されるリガンドを含有する。本明細書中で使用される「感作する」または（「感作」）とは、この感知領域が所望分析物と特異的に相互作用できる感知領域の任意のプロセスまたは活性化を意味する。得られた表面は、本明細書中では、「感作感知領域」または「感作領域」と呼ぶ。
【００５９】
本明細書中で使用する「リガンド」および「分析物」との用語は、広く解釈すべきであり、そして広範囲の相互作用を包含する。例えば、このフローセルの感知領域は、それへの分析物特異的リガンドの固定化により、感作され得る。このことに関連した代表的なリガンドには、以下が挙げられるが、これらに限定されない（以下のリストでは、代表的な結合パートナーは、括弧で示している）：抗原（特異的抗体）、抗体（抗原）、ホルモン（ホルモンレセプター）、ホルモンレセプター（ホルモン）、ポリヌクレオチド（相補的ポリヌクレオチド）、アビジン（ビオチン）、ビオチン（アビジン）、酵素（酵素基質またはインヒビター）、酵素基質またはインヒビター（酵素）、レクチン（特異的炭水化物）、特異的炭水化物（レクチン）、脂質（脂質結合タンパク質または膜会合タンパク質）、脂質結合タンパク質または膜会合タンパク質（脂質）、ポリヌクレオチド（ポリヌクレオチド結合タンパク質）、およびポリヌクレオチド結合タンパク質（ポリヌクレオチド）、ならびに、さらに一般的な型の相互作用（例えば、タンパク質（タンパク質）、タンパク質（ポリヌクレオチド）、ポリヌクレオチド（タンパク質）、ＤＮＡ（ＤＮＡ）、ＤＮＡ（ＲＮＡ）およびＲＮＡ（ＤＮＡ）相互作用、および小有機合成化合物とタンパク質または核酸との間の相互作用）。
【００６０】
適当なリガンドはまた、二官能性化合物を含めた種々の化学化合物（これらは、例えば、化学ライブラリを形成するのに、使用され得る）を含有する。当業者は、本発明のリガンド、およびこの試料フロー中に存在する、対応する分析物が、種々のタスク（これには、結合、ハイブリダイゼーション、組合せ化学、およびこの感知面上での他の複合体形成が挙げられるが、これらに限定されない）を実行するために感作表面領域を作成するのに使用され得る広範囲の分子を含有することを認識する。このような相互作用の全ては、分析物−リガンド相互作用の範囲内に含まれる。この用語は、本発明の関連して使用されるからである。さらに、このような相互作用には、共有結合力および非共有結合力（例えば、静電力、疎水性力、分散力、ファンデルワールス力または水素結合力、あるいはそれらのいずれかの組合せ）が挙げられるが、これらに限定されない。
【００６１】
上で述べたように、このフローセル内でのこの試料フローの位置は、この試料フローの幅と同様に、本発明の実施する際に、制御され得る。これにより、このフローセル内にて、狭い列で、リガンドを固定化することが可能となる。例えば、このフローセル内では、この感知面上でのリガンドの固定化中にて、この感知面を過ぎる試料フローを選択的に指示することにより、勾配が作成できる。本発明のこの局面は、図８で図示されており、ここで、Ｙフローセル８００は、感知領域８２０、８３０、８４０および８５０を含む。試料フロー（これは、矢印８６５により描写される）および緩衝液フロー（これは、矢印８７５により描写される）は、このフローセルに導入され、その中で、層流状態にて流れて、矢印８８５で表わすように、このフローセルから出ていく。最初は、試料フローは、感知領域８２０と接触するにすぎず、試料フロー８６５と緩衝液フロー８７５との間の界面８２５は、感知領域８２０と８３０との間に位置している。この試料フローおよび緩衝液フローは、次いで、この試料フローが感知領域８３０と接触するように調整され、界面８３５は、ここで、感知領域８３０と８４０との間に位置している。これは、次いで、界面８４５を感知領域８４０と８５０との間に移動するように繰り返され、感知領域８５０は、コントロールとして供される。この試料が感知領域８２０、８３０および８４０を過ぎて流れる時間長さは、各感知領域の表面に結合された固定化リガンドの量に関して、勾配を生じる。図８の灰色の種々の陰影は、各感知領域上の結合リガンドの量を表すことが意図される、すなわち、薄い色に対する濃い色は、少ない量の結合リガンドに対する多い量の結合リガンドを表わしていることに注目すべきである。本発明のこの局面は、段階勾配として、図８で図示しているものの、同様に、連続勾配が生じ得る。
【００６２】
代替実施態様では、Ｙフローセルは、別個の感知領域を異なるリガンドで感作するのに使用され得る。図９で図示しているように、感知領域９１０および９１１は、第一リガンドを含有する第一試料フロー（これは、矢印９２０により描写されている）を、第二フロー（これは、矢印９３０により描写されている）と共に、層流状態にて、フローセル９００に導入することにより、異なるリガンドで感作され得る。このようにして、感知領域９１１は、第一リガンドで感作される。第二フロー９３０は、１実施態様では、緩衝液フローであり得、または別の実施態様では、第二リガンドを含有する第二試料フローであり得、この場合、感知領域９１０は、第一リガンドでの感知領域９１１の感作と同時に、第二リガンドで感作される。第二フローが緩衝液フローであるとき、この緩衝液フローは、引き続いて、第二試料フローで置き換えられ得、この場合、感知領域９１０は、感知領域９１１が第一リガンドで感作されるのに引き続いて、第二リガンドで感作される。この実施態様では、第一試料フローは、残るか、または第一緩衝液フローで置換され得る。
【００６３】
Ψフローセルに関連して、さらに、感作の浸透が可能である。例えば、２個またはそれ以上の感知領域は、このリガンドを含有する試料フローをこのフローセル内に選択的に配置することにより、同じまたは異なるリガンドで感作され得る。それゆえ、１実施態様では、３個の感知領域が、図１０で図示しているように、同じまたは異なるリガンドで感作され得る。図１０を参照すると、第一リガンドを含有する試料フロー（これは、矢印１０１０により描写されており、そして例示の目的のために、陰影が付けられている）は、感知領域１８２０が第一リガンドで感作されるように、フローセル１０００内にて、第一フローと第二フロー（これらは、それぞれ、矢印１０１１および１０１２により描写されている）との間に向けられる。感知領域１０２１および１０２２は、次いで、それが所望の感知領域を含むように、試料フロー１０１０をこのフローセル内に向けることにより、感作され得、それにより、それを、この試料フロー内に含有されるリガンドで感作する。このようにして、多数の感知領域が、このフローセル内にて、任意数の所望リガンドにより、感作され得る。
【００６４】
さらに別の実施態様では、第二試料フローは、このフローセル内にて、一定角度で（典型的には、第一試料フローと垂直に）、この感知面を過ぎて通過され得、それにより、重なり合った感知領域を作成させる。この実施態様は、一般に、本明細書中では、二次元または「２Ｄ」フローセルと呼ばれる。本発明の実施において、このような２Ｄフローセルを使用することにより、フローセル内にて、重なり合った感知領域の感作が可能となる。本発明の代表的な２Ｄフローセルは、図１１Ａで図示されている。この図は、２つのΨフローセルの組合せ（「２ＤΨフローセル」）を表わしており、それらの試料フローは、互いに直角である。図１１Ａは、２ＤΨフローセルを描写しているものの、２ＤＹフローセルは、同様に、使用でき、図１１Ａで描写した６個の入口（すなわち、３個の入口×２個のΨフローセル）よりも多い入口を有する２ＤΨフローセル、または任意数の入口を有するＹおよびΨフローセルの任意の組合せも使用できることを理解すべきである。
【００６５】
図１１Ａを参照すると、フローセル１１００は、緩衝液入口１１２２、１１２３、１１２６および１１２７、および試料入口１１３０および１１３２を有する。第一試料フロー（これは、矢印１１３１により描写されている）は、このフローセルを通過して、出口１１５０を経由して、出ていく。同様に、第二試料フロー（これは、矢印１１３３により描写されている）は、第一試料フローに対して一定角度（この場合、直角）でこのフローセルを通過させることにより、連続的に適用でき、そして出口１１５２を経由して、出ていく。第一および第二試料フローの位置ならびに幅は、Ψフローセルに関して上で開示した様式で、制御される。図１１Ｂを参照すると、図１１Ａの側面図が提示されている。このフローセルは、中心水平域１１４０を有し、これは、第一および第二試料フローを、感知面１１６０と接触するように指示する。図１１Ｂの場合、第一試料フロー１１３１が描写されている。
【００６６】
本発明のフローセルを使用することにより、多様な感作感知領域が作成され得る。例えば、図１１Ａの２ＤΨフローセルは、図１２で図示しているような感作マトリックスを作製するのに、使用され得る。図１２Ａは、第一リガンドを含有する試料フロー（これは、矢印１２１０により描写されている）を示し、これは、図１２Ｂで示すように、感知面１２２０を横切って感作領域１２２２を生じるように指示される。第二リガンドを含有する第二試料フローは、図１２Ｃの矢印１２３０により描写されているように、感知面１２２０を横切って指示されて、図１２Ｄで表わされるように、感作領域１２４０を生じ、これは、感作領域１２２２と重なり合う。この重なり合い領域は、それゆえ、連続的に適用された２個の異なるリガンドで感作される。
【００６７】
このような感知面の選択的な感作により、多数の感作選択肢が可能となることが分かる。例えば、図１２Ｃの第二試料フロー１２３０内に含有された第二リガンドが、感作領域１２２２の第一リガンドと相互作用する程度まで、得られる重なり合い領域１２６０は、図１２Ｅのように描写され得る。簡単に言えば、この感知面上の別個の領域が、第一リガンドで感作され、続いて、第二リガンドで感作される。もし、第一リガンドが、例えば、この感知面上に固定された二官能性試薬であるなら、第二リガンドは、この固定化試薬と反応して、この感知面上にて、領域または「スポット」を生じ得、これは、第二リガンドをそこに結合しつつ、固定化二官能性試薬（すなわち、第一リガンド）で選択的に変性される。
【００６８】
同様に、図１３Ａで図示しているように、異なるフロー（これらは、矢印１３１０、１３２０および１３３０により描写されており、各々は、異なるリガンドを含有する）を指示することにより、図１３Ｂで示すように、３個の異なる固定化リガンドの感作領域１３１１、１３２１および１３３１が感知面１３５０上に作成される。図１３Ｃを参照すると、矢印１３６０、１３７０および１３８０により描写された３個の試料フロー（各々は、同じまたは異なるリガンドを含有する）は、感知面１３５０を横切って指示されて、感作領域１３９１、１３９２および１３９３を生じる。このようにして、図１３Ｄの各重なり合った感作領域は、図１２Ｄで描写された感作面と類似しており、そして図１３Ｅで示したように、１３７８によって、感作領域１３７０として表わされ得る。
【００６９】
当業者は、このような二次元マトリックスが使用できる広範囲の用途を容易に理解する。基本的には、このフローセルの感知面上の別個の位置で捕捉され得る任意の相互作用が測定され得る。例えば、代表的な相互作用には、ハイブリダイゼーションによるＤＮＡ配列決定の相互作用があり、ここで、このマトリックスは、上で開示したような二次元での層流を用いた以下のカップリング手順により、作製され得る。まず、このセンサ面（例えば、そこにストレプトアビジンを結合したデキストラン被覆面）は、図１３Ｂで図示しているように、規定のバンド１３１１、１３２１および１３３１にて、その上に固定したリガンド（例えば、ビオチン化ＤＮＡオリゴヌクレオチド）を有する。このようなバンドは、図１３Ａで図示しているように、試料フロー１３１０、１３２０および１３３０を感知面１３５０を過ぎて通過させることにより、発生され、各試料フローは、異なるビオチン化オリゴヌクレオチドを含有する。相補的ＤＮＡオリゴヌクレオチドは、次いで、図１３Ｃで矢印１３６０、１３７０および１３８０で図示しているように、この感知面を横切って向けられ、図１３Ｅで示すように、固定化相補的ＤＮＡオリゴヌクレオチドのパターンを生じ、ここで、各領域（１３７０〜１３７８）は、異なる固定化相補的ＤＮＡを表わす。
【００７０】
この活性試薬を含有する液体フローは、このセンサ領域の全幅から非常に狭い寸法まで、任意の幅に配置できる。これらの試薬を配置する液体流れでは、異なる液体および反応条件が適用できる。このような状況は、この第二次元試薬が導入される前に隣接ラインが形成されるとき、形成される活性中間体を保護するのに、使用できる。実際、本発明は、センサ面上の規定領域にて任意の種類の化学合成を実行するのに、使用され得る。有機溶媒は、試薬が水に溶解するのが困難である場合、使用され得る。また、例えば、有機液体との接触による分解からタンパク質を保護するために、このフローシステムでは、有機溶媒から水相への物質の拡散を使用することも可能である。さらに、化学ライブラリは、センサ面上での段階的な反応により、作成できる。複合体分子は、比較的に少数の分子構築ブロックを用いて、構築され得る。本発明はまた、センサ面上の規定領域にある重合体（例えば、ペプチドまたはオリゴヌクレオチド）を規定配列で構築するために、使用され得る。この活性化のためのさらに大きいまたは小さい領域だけでなく、これらの異なる次元で保護または脱保護を使用することにより、規定配列が構築できる。
【００７１】
本発明の別の用途は、いかにして複数の生体分子複合体が形成されるか、およびそれらがどのように機能するかを研究するためにある。一例は、互いに関して、一連の抗体に対する結合部位を発見するための抗原のエピトープマッピングがある。反応領域の二次元構築用に記述した手順により、エピトープマッピングが、それにより、実行され得る。これは、例えば、ＳＰＲ検出のような技術、または最後の分子を蛍光により導入した後の結合物質の分析により、複合体形成のための相互作用を直接測定することによって、行うことができる。例示的な手順は、以下のようである：ＲＡＭＦｃ抗体で覆った表面にて、培養液に直接由来の全ての分析した抗体に対して、異なるラインを一方向で形成する；無関係の抗体による相互作用で抗体をブロックすることにより、その全面を覆う；この全面を、固定化一次モノクローナル抗体で全てのラインに吸収される抗原で覆う；第二次元で、同じ抗体を導入し、そして各領域に対する第二相互作用について形成した複合体を測定する；そしてこの全面の再生を実行する。類似の型の別の状況には、一連のタンパク質（例えば）活性複合体を形成するときがあり、吸収する物質の順序は、重要である。物質導入の異なる組合せが導入でき、得られる反応パターンが観察される。
【００７２】
本発明のさらなる局面では、その上に１個または複数の感作感知領域を有する感知面が開示されている。このような感知面は、広範囲の用途に使用され得る。例えば、このような面は、各感作領域にて、異なるリガンドで感作され得る。次いで、試料は、この感知面上の感作領域の位置、測定した任意の一定のリガンドと試料との間の相互作用に基づいて、全ての感作領域と接触され得る。この実施態様において、この感知面と試料との接触は、その全表面が試料と接触され得るので、フローセル内で起こる必要はない。あるいは、もし、この感知面と試料との選択的な接触が望ましいなら、このような接触は、本発明のフローセル内で起こり得る。
【００７３】
本発明の別の局面では、試料フローは、層流法により、１個またはそれ以上の別個の感知領域を有する感知面を過ぎて向けられる。リガンドを含有する試料フローを用いた感作に関して上で述べたように、（リガンドに対して）分析物を含有する試料フローは、本発明の層流法により、感作面（これは、本発明の層流法まは他の技術により、感作できる）を横切って向けられ得、それにより、この感知領域上でのリガンドとの相互作用が可能となる。本明細書中で記述した層流法は、極めて速い上昇および下降時間を達成し、これにより、標準的な結合分析に加えて、速い反応速度を測定するのが可能となる。
【００７４】
この点では、本発明の１実施態様にて、この界面の移動が使用されて、分析物を含有する試料フローを感知領域と接触させ得る。これは、図３Ａを参照して図示され得る。この図を参照すると、Ｙフローセル３００は、感作感知領域３２０を有し、そして試料フロー（矢印３５０により描写された陰影流体）および緩衝液フロー（矢印３４０により描写される）は、境界３８０が、この試料フローがこの感作感知領域と接触しないように、このフローセル内の適当な位置にあるように調整される。この試料および緩衝液の流速は、次いで、図３Ｂで示すように、この界面を位置３８１に移動するように調整され、それにより、試料フロー３５０を感作感知領域３２０と接触させる。この実施態様では、この上昇および下降時間は、上でさらに詳細に述べたように、この界面の、第一位置（この位置では、この感知領域と接触しない）（図３Ａを参照）から第二位置（この位置では、この試料フローは、この感知領域と接触される）（図３Ｂを参照）への移動によってのみ、限定される。この界面を第一位置から第二位置へと移動するのに必要な試料の容量は、このフローセルそれ自体の容量の一部である。それゆえ、この感知領域からある距離で弁を用いて緩衝液フローから試料フローへとシフトする代わりに（例えば、ＢＩＡｃｏｒｅ器具に対して、約０．５μｌの容量）、この界面は、このフローセルの容量の僅かに一部分（例えば、０．０５μｌ）を用いて、移動できる。この上昇時間は、追い出される（ｄｉｓｐｌａｃｅ）容量に比例しているので、１０分の１の容量低下により、この上昇時間は、約１０分の１に短くなる。同様の利点は、より短い下降時間で達成される。
【００７５】
このような速い上昇および下降時間は、速い反応速度を測定するとき、必要である。例えば、本発明の技術は、会合および解離を研究するのに使用され得る。１実施態様では、分析物は、感作感知領域に通され得る。この試料フローは、次いで、この感作感知領域との接触から追い出され得、その解離速度が検出できる。あるいは、試料フローは、感作感知領域へと急速に追い出され得、それにより、会合速度の検出および分析が可能となる。
【００７６】
本発明の別の実施態様では、分析の目的のために、単一のフローセル内にて、複数の感知領域が使用され得る。１局面では、このフローセルは、２個の感知領域を含み得る。図４Ａで図示されているように、フローセル４００は、試料フロー（矢印４５５により描写される陰影を付けた流体）、緩衝液（これは、矢印４６５により描写されている）および界面４７０と共に、感知領域４２０および４３０を有し、この試料フローが感知領域４２０または４３０のいずれにも接触しないようにされる。この緩衝液および試料の流速は、次いで、界面４７０を、界面４７１として図４Ｂで描写したような感知領域４２０および４３０の間の位置へと移動することにより、試料フロー４５５が感知領域４３０と接触するように調整される。この界面をこのように移動することの利点は、上で述べたとおりである。さらに、これらの複数の感知領域は、同じフローセル内にて、近接して位置しているので、これらの２個の感知領域の間の時間のずれおよび温度変化は、無視でき、これにより、試料分析の信頼性および精度が高まる。
【００７７】
さらに、このフローセル内の試料フローの位置を制御する性能を、複数の感知領域と組み合わせることにより、広範囲の用途が可能となる。例えば、依然として、図４Ａおよび４Ｂを参照すると、感知領域４２０は、非感作または感作感知領域であり得る。それゆえ、図４Ａおよび４Ｂの感知領域４２０は、非感作またはブランクコントロール（すなわち、表面固定化リガンドがない）あるいは感作コントロール（すなわち、そこに固定化リガンドが結合された）として、使用され得る。ブランクコントロールは、この感知領域（例えば、デキストランマトリックス）への非特異的結合を検出できるのに対して、感作コントロールは、マトリックスおよび固定化リガンドの両方に対する非特異的結合についての情報を提供する。このようにして、バルク効果および非特異的結合は、「差し引く（ｓｕｂｔｒａｃｔｅｄ ｏｕｔ）」ことができる。このような差し引きは、このリガンドの固定化レベルが、この感作感知領域および感作コントロールについて同じであるとき、最もよく達成される。これは、高い固定化レベルを使用するとき（例えば、この分析物が小さい分子であるとき）、特に重要である。本発明のこの局面は、実施例５でさらに例示する。
【００７８】
本発明の別の実施態様では、種々の方法にて、複数の感知領域が使用され得る。例えば、図１４Ａおよび１４Ｂで図示されているように、フローセル１４００は、感作感知領域１４４０および１４６０、ならびに非感作感知領域１４５０上に固定化されたリガンドを有し得る。このリガンド固定化は、このリガンドを含有する試料フローをこの感知面を過ぎて向けるために、上記技術を用いて達成され得る。しかしながら、当業者は、この感知領域の感作が、分析物を含有する試料フローを用いた精査の前に、本明細書中で開示した層流法以外の方法により、達成され得ることを認識する。例えば、別個の感作感知領域は、現在公知の技術（例えば、マスキングを用いた表面変性法（例えば、フォトリソグラフィー））により、作製され得る。分析物を含有する試料フローは、次いで、この試料フローが感知領域１４４０、１４５０および１４６０と接触するように、矢印１４３０で表わされるように、このフローセルへと向けられ得る。このようにして、非感作感知領域１４５０は、コントロールとして役立ち、そして感作感知領域１４４０および１４６０は、それに付随した同一または異なるリガンドを有し得る。この技術は、複数の分析物を含有する流体の分析（例えば、体液の分析）で、特に有利であり、これらの分析物は、この技術を用いて、同時に分析できる。
【００７９】
あるいは、図１４Ｂで図示しているように、フローセル１４００は、感作感知領域１４５０および１４６０上で固定されたリガンドを有し得、感知領域１４４０は、非感作コントロールとして役立つ。分析物を含有する試料フロー（これは、矢印１４３２により描写され、また、例示の目的のために、陰影が付けられている）および緩衝液フロー（これは、矢印１４３４により描写されている）の両方は、この試料および緩衝液フローの界面１４６５が感知領域１４６０および１４５０の間になるように、このフローセルへと向けられ得る。このようにして、感作感知領域１４５０は、主要分析物領域として役立ち、感知領域１４４０および１４６０は、共に、コントロール（すなわち、感知領域１４４０−試料フロー、固定化リガンドなし；感知領域１４６０−緩衝液フロー、固定化リガンドを備えた）として役立つ。この実施態様では、この分析物を含有する試料フローの、複数別個の感知領域への移動が達成できる。従って、試料フロー内に含有された分析物の独立した分析は、単に、この試料フローを対象感知領域上に移動させることにより、ほぼ同時に行われ得る。これはまた、複数の緩衝液および試料フローを用いて、達成できる。
【００８０】
上記技術はまた、このフローセルでのイオン交換の検出を可能にする（実施例３を参照）。さらに特定すると、この界面での拡散は、膜なし透析に使用できる（例えば、小分子は、大分子よりも速く、この界面を横切って拡散する）。この試料フローとしてクロマトグラフィー溶出液（例えば、インラインまたは試料画分）を使用することにより、その塩含量（例えば、イオン交換クロマトグラフィー）または有機溶媒含量（例えば、逆相クロマトグラフィー）が変わる。この変化により、このフローセルでの注入またはインサイチュ透析による直接検出が可能となり、それにより、この試料の希釈または前透析が回避できる。
【００８１】
さらなる実施態様では、水相に溶解するのが困難な分析物は、有機試料フローにて、このフローセルに通され、隣接水流へと拡散され、次いで、上で述べた技術の１個またはそれ以上で使用され得る。
【００８２】
以下の実施例は、限定ではなく、例示の目的で提供されている。
【００８３】
（実施例）
（実施例１）
代表的なフローセル
本実施例は、代表的なフローセル、ならびに本発明に関連したその使用を開示している。特に、異なるＹおよびΨフローセルを説明する。
【００８４】
代表的なＹフローセルは、ＢＩＡｃｏｒｅ１０００システム（ＢＩＡＣＯＲＥ ＡＢ、Ｕｐｐｓａｌａ、Ｓｗｅｄｅｎ）用の市販ＩＦＣ４のフローチャンネル１および２への入口ならびにフローチャンネル２への出口を使用する。図１５を参照すると、試料フローは、入口１５１０からＹフローセル１５００へと入り、また、緩衝液は、入口１５２０から、このＹフローセルに入る。試料および緩衝液の両方は、出口１５３０を経由して、このＹフローセルを出ていく。試料および緩衝液の両方は、ＩＦＣ４の追加チャンネルを切断することにより、このフローセルへと向けられ、試料および緩衝液の両方が、このフローセルを同時に流れることができるようになる。このＹフローセルの容量は、１８０ｎｌ（すなわち、市販のＢＩＡｃｏｒｅフローセルの容量の３倍）である。
【００８５】
代表的な一次元（「１Ｄ」）Ψフローセルは、図１６で描写されており、ここで、試料フローは、入口１６１０を経由して、Ψフローセル１６００に入り、緩衝液フローは、入口１６７０および１６３０を通って入り、そして全てのフローは、出口１６４０を出ていく。このΨフローセルは、ＰＭＭＡで製造されており、そしてこのフローセルに流体フローを送達するための５００μｌのＨａｍｉｌｔｏｎ注射器を備えたＰｈａｒｍａｃｉａ ５００ポンプを使用する。
【００８６】
（実施例２）
流体フローの拡散
本実施例は、流体フローが実施例１の代表的なΨフローセルを通るにつれて、それらの拡散に向けられた実験を要約する。図６に関連して上で言及したように、流体フローを層流状態にてフローセル内に向けるには、この試料の拡散を、これらのフロー間の界面に近い領域に限定する必要がある。もし、そうしないと、拡散は、この試料フローの方向性に緩衝して、別個のフローよりもむしろ、フローの「染み（ｓｍｅａｒ）」が生じる。
【００８７】
本実験では、拡散幅は、約０．３秒後に測定されるが、これは、１０μｌ／分の流速で、このＢＩＡｃｏｒｅ器具のフローセルを通って分子を運搬するのにかかる時間である。この拡散幅（図１７Ａを参照）は、指示薬の色変化の幅（これは、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ ＷＶ−Ｋｓ１５２ビデオカメラおよび作業プロセッサに取り付けたマイクロスコープを用いて、視覚検査で測定される）として、測定される。この界面での異なる接触時間に対する拡散幅は、（Ｄｔ・Ｃ）^1/2で適合し、ここで、Ｃは、各ｐＨに対して適合した無次元定数である（図１７Ｂを参照）。この実験的拡散幅は、次いで、適合した定数Ｃからの異なる接触時間について、概算した。
【００８８】
表１は、プロトンの拡散について、実験結果および理論的に計算した値を示す。これらの理論値は、等式（１４）を用いて計算される。色シフトを得るのに必要なｐＨ変化は、ｐＨメーターおよび視覚検査で測定した。これらの実験では、必要なｐＨ変化は、フェノールレッド（ＰＲ）に対して０．４ｐＨ単位であり、また、ブロモフェノールブルー（ＢＢ）に対して０．６ｐＨ単位であった。１００ｍｌ容器での色変化として知覚される濃度変化は、薄層フローセルについて、同じであり得ないので、ＢＢに対する理論的拡散幅は、３種の異なる濃度変化（すなわち、ｐＨシフト）について計算される。表１での「指示薬の拡散」の欄は、この酸流体への指示薬の拡散によるこの色変化バンドの広幅化を記述している。表１のＰＲおよびＢＢ部分の誤差は、これらの２種の流体間のｐＨ差が小さくなるにつれて、増加する傾向を示している。この挙動は、これらの２種の流体間の濃度差が小さくなるにつれて、その濃度勾配が平坦化するためであると考えられる。急な濃度勾配は、鋭い色変化を作り出すのに対して、平坦な濃度勾配は、拡散色変化を作る。結果的に、色シフトに対して必要なｐＨ変化の不正確な概算により、これらの２種の流体間の濃度差が小さくなるにつれて、誤差が大きくなる。
【００８９】
【表１】

上記表１では、Ｃは、この実験的に測定した拡散幅に（Ｄｔ・Ｃ）^1/2を適合することから得た定数であり、「実験的な幅」とは、０．３秒（これは、１０μｌ／分の流速で、ＢＩＡｃｏｒｅ^TMフローセルを通って、分子を運搬するのにかかる時間に相当している）の時間で、この実験デーから得た指示薬流体へのプロトンの拡散幅であり、その理論的部分での「ｐＨ変化」は、この指示薬流体の視覚検査中に必要なｐＨ変化である。このＢＢ部分では、その理論的拡散幅は、ＢＢの色変化を推定することが困難であるので、３つの異なるｐＨ変化について計算される。「濃度変化」欄は、概算したｐＨ変化に対応する濃度変化（すなわち、色変化が見える前に、いくつの指示試薬分子がタンパク質分解されなければならないか）であり、また、「理論幅」は、この指示薬の色変化に対して、必要な濃度変化から計算した理論的な拡散幅である。この酸流体へのこの指示薬の拡散は、「指示薬拡散」の欄で計算される。
【００９０】
ＰＲに対するｐＨは、ＰＲのｐＫａより低い１．０ｐＨ単位に調整したのに対して、ＢＢに対するｐＨは、そのｐＫａより低い０．１ｐＨ単位に調整した。従って、色変化に必要な濃度変化は、ＰＲよりもＢＢに対して、大きくなる。指示薬に対するｐＨを調整する際の差は、ＢＢに対する青色、青色−緑色−黄色および黄色の間で識別するのが困難なことから生じる。ＢＢの色変化に対して、０．６ｐＨ単位が充分であるとの推定は、正確ではあり得ず、さらに、必要な濃度変化が１ｐＨ単位と２ｐＨ単位との間であった可能性がよりある。表１の結果から、誘導した理論値は、この薄層フローセルでの拡散を予測するのに使用され得ることが明らかである。さらに、フェノールレッドを用いた試験から、グリセロールのようなより粘稠な媒体中での拡散を所望の精度で計算することが可能であることが明らかとなる。
【００９１】
この目的を達するために、図１８は、ある種の小分子だけでなく、異なるサイズのある種のタンパク質に対して計算した拡散幅を示すのに対して、表２は、計算した拡散幅の数値を示す。さらに、表２は、このフローセル内の感知面上にて、固定化分子の狭いバンドがいくつ配置され得るかを計算するのに必要な情報を提供する。例えば、ＩｇＧを見ると、１００μｌ／分の流速および０．１％の分離では、この界面と０．１％との間の拡散幅は、５μｍであり、そしてこの界面と９９．９％との間の拡散幅もまた、５μｍである。もし、この初期濃度の９９．９％が、１０μｍの幅のバンドでの検出に必要なら、その分離幅は、３０μｍである（図１９を参照）。５００μｍの幅を有するフローセルでの３０μｍの狭いバンドにより、このフローセルでは、１６個の可能なバンドが得られる。スクロースに対する同じ計算では、このフローセルにて、１０個のバンドが得られる。しかしながら、バンド数は、短い感知領域を使用することにより、増やすことができ、その結果、この拡散幅が低下し、それゆえ、このフローセル内での可能なバンドの数が増えることに注目すべきである。
【００９２】
【表２】

（実施例３）
イオン交換／オンライン透析
図２０は、本発明の技術を使用して、いかにして、イオン交換またはオンライン透析が実行され得るかを示している。図２０Ａおよび２０Ｂは、その隣接緩衝液における低イオン濃度でのイオン交換を図示している。図２０Ｃおよび２０Ｄは、その隣接緩衝液のイオン濃度が高いときのイオン交換を示している。図２０で示したパネルは、２つの異なる流速についてのものである：図２０Ａおよび２０Ｃでは、１０μｌ／分であり、そして図２０Ｂおよび２０Ｄでは、１００μｌ／分。これらの界面間の距離は、図２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃおよび２０Ｄにて、１２μｍである。図２０Ａを参照すると、その流速は、１０μｌ／分であり、その隣接緩衝液に対する塩およびプロトンの濃度は、低い。この試料フロー中の塩濃度は、その初期濃度の１０％まで低下し、そのプロトン濃度は、６％まで低下する。図２０Ｂでは、その流速は、１００μｌ／分であり、この試料フロー中の塩濃度は、その初期濃度のおよそ３０％まで低下し、また、そのプロトン濃度は、この試料中の初期濃度のおよそ２０％まで低下する。図２０Ｃおよび２０Ｄでは、その隣接緩衝液は、高い濃度の塩およびプロトンを有する。
【００９３】
（実施例４）
代表的なフローセルの交換速度
実施例１の代表的なＹフローセル（図１５を参照）での液体交換速度を測定するのに、スクロース溶液（５重量％）を使用し、市販のＢＩＡｃｏｒｅ２０００（これは、「ＩＦＣ３フローセル」と呼ばれる）および市販のＢＩＡｃｏｒｅ１０００（これは、「ＩＦＣ４フローセル」と呼ばれる）のフローセルと比較した。ＩＦＣ３およびＩＦＣ４フローセルは、共に、６０ｎｌの容積であるが、これらのフローセルに至るチャンネルに関して、また、その弁の配置に関して、異なっている。本実験では、ＩＦＣ３およびＩＦＣ４フローセルとの言及には、そのチャンネル、弁および６０ｎｌフローセルを含める。
【００９４】
その上昇時間は、試験したフローセルを通る異なる流速に対する水平域値の９９％に到達するのにかかる時間として、測定した。この流速に対するこの上昇時間をプロットすること、およびこの曲線を等式（９）と適合させることにより、定数Ｖ_aが得られる。この定数を用いて、異なる流速に対する液体交換速度およびこのフローセルに対する液体交換速度定数の両方を計算することが可能である。
【００９５】
このＹフローセルでの上昇中の速い液体交換は、以下のようにして、達成した。この試料をこのフローセルに導入する前に、このフローセルには、緩衝液だけを流した。この試料フローの弁をシフトし、この試料をこのフローセルに入れた。この試料フローは、このフローセルの狭い部分だけを満たした。この液体交換では、この緩衝液フローに対する弁を閉じ、この緩衝液をこの試料フローで置き換えて、このフローセルを満たした。その下降は、この上昇と同じようにして、行った。この緩衝液をこのフローセルに入れ、そしてこのフローセルの狭い部分だけを満たした。この試料フローの弁を閉じ、そして同じ流体をこの緩衝液フローで置き換えた。この感知領域を覆うのにかかった時間は、この感知領域上でのその界面の移動、およびこの界面の分散に対応している。このことに関連して、この感知領域は、およそ１．６ｍｍ×０．１７ｍｍの面積であり、これは、図１５の入口２と出口２との間に位置される（その全感知面は、大体、２．４ｍｍ×０．８ｍｍである）。
【００９６】
図２１Ａおよび２１Ｂは、Ｙ、ＩＦＣ３およびＩＦＣ４フローセルに対するセンサグラムを比較する。その上昇時間と流速との間の実験的関係を得るために、その定常状態濃度の９９％までの上昇時間を測定し、そして等式（９）に従って、この試料フローに対してプロットした（図２１Ｃを参照のこと）。
【００９７】
等式（１０）は、異なる流速に対する液体交換定数を計算するのに使用した。その反応速度の有効概算値を得るためには、Ｋ_Lqxは、そのオン速度およびオフ速度よりもずっと大きい。Ｋ_Lqxが大きくなるほど、速度はより速く測定され得る。この計算の結果は、図２２で提示するが、これは、異なる流速での異なるフローセルに対する液体交換速度の比較を示す。
【００９８】
ＢＩＡｃｏｒｅＩＦＣ３およびＩＦＣ４フローセルでは、その界面は、その感知領域の長さにわたってリンスされ、その検出領域の長さは、その幅の１０倍である。このＹフローセルでは、その界面は、このフローセルの幅と平行な方向で（すなわち、その側面に対して横に）、その感知面を過ぎてずらされる。それゆえ、この界面が移動しなければならない距離は、ＩＦＣ３またはＩＦＣ４フローセルの１０分の１未満である。そのフロー方向に対して横のこの移動は、このＹフローセルでの小さな分散と組み合わせて、何故、その流体交換が、このＹフローセルではずっと速く行われ得るかを説明している。
【００９９】
このＹフローセルの上昇中において、その下降よりもさらに速い液体交換（図２２を参照）は、このフローセルでの全フローに対して、この上昇前では、この下降中よりも、必要な試料フローが低いという事実に依っている。この感知領域を覆うためには、このＹフローセルに対する下降前でのさらに大きなフローが必要である（すなわち、この界面は、この試料フロー入口からさらに遠くに離れている）。ＩＦＣ３およびＩＦＣ４フローセルでの緩衝液フロー弁は、その試料フロー弁よりも、このフローセルの近くに配置されている（すなわち、ＩＦＣ３および４フローセルでの分散は、試料フローに対する液体交換よりも、緩衝液フローに対する液体交換の方が少ない）。これらの２つの効果は、共に、この下降と比較して、この上昇の改善を説明している。
【０１００】
（実施例５）
感知および分析
本実験は、別個の感知領域上で２個の異なるリガンドを固定化するための本発明の代表的なＹフローセルの使用を説明する。固定化は、層流状態にて、並行して、このフローセルを通る２本の流体フローを用いて、行った。図１５のＹフローセルを用いて、本実験にて、ＢＩＡｃｏｒｅ２０００を使用した。図２３Ａは、感知領域１上での第一リガンド（すなわち、「Ｒ１」と呼ばれるビオチン化オリゴヌクレオチド１５マー（１５−ｍｅｒ））の固定化の結果、およびこの固定化中でのこのＹフローセルの概要を示す。この固定化中にて、感知領域２および３からの応答は存在しなかった。そのセンサグラムから、この固定化フローによる（感知領域２および３上の緩衝液フローからではなく）バルク効果が明らかになる。感知領域３上での第二リガンド（すなわち、「Ｒ２」と呼ばれる異なるビオチン化オリゴヌクレオチド１５マー）の固定化中には、図２３Ｂで示すように、感知領域１および２からの応答は存在しなかった。これらのセンサグラムは、明らかに、このＹフローセルが、単一フローセルでの２種の異なるリガンドの固定化に対して、非常に良好であることを示している。
【０１０１】
図２３Ｃは、分析物（すなわち、「Ｒ４」と呼ばれるオリゴ１６マーであって、これは、Ｒ１と相補的である）の注入を示す。その全感知面を、この分析物と接触した。この分析物は、たとえ、これらの感作領域（すなわち、感知領域１および３）の両方と接触しても、感知領域１との特異的相互作用だけが、応答を与えた。その非相互作用リガンドおよび非感作領域は、参照として使用できる。図２３Ｃは、全ての感知領域からのバルク効果を示すが、このバルク効果は、図２３Ｅでは、差し引かれている。図２３Ｄは、異なる分析物（「Ｒ５」と呼ばれるオリゴ１６マーであって、これは、Ｒ２と相補的である）の注入を示す。そのバルク効果は、大体、１００ＲＵであるが、このバルク効果は、図２３Ｆで示すように、差し引かれ得る。
【０１０２】
前述のことから、本明細書中では、例示の目的のために、本発明の特定の実施態様が論述されているものの、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の改変がなされ得ることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 図１Ａ（従来技術）は、上から見たＩＦＣのチャンネルおよび弁を描写し、その差込図は、このＩＦＣにセンサチップを押し付けることにより、いかにして、これらのフローセルが形成されるかの側面図を示す（白丸および黒丸は、それぞれ、開いた弁および閉じた弁を表わす）。
【図１Ｂ】 図１Ｂ（従来技術）は、４個のフローセルのうちの３個を通る試料フローを図示している（白丸および黒丸は、それぞれ、開いた弁および閉じた弁を表わす）。
【図２Ａ】 図２Ａは、２本の層流を備えたＹフローセルを図示している（１本は、緩衝液フローであり、そして１本は、試料フローである）。
【図２Ｂ】 図２Ｂは、２本の層流を備えたＹフローセルを図示している（１本は、緩衝液フローであり、そして１本は、試料フローである）。
【図３Ａ】 図３Ａは、感知領域に隣接して配置された試料界面を図示している。
【図３Ｂ】 図３Ｂは、感知領域を覆う試料流体を示す。
【図４Ａ】 図４Ａは、両方の感知領域に最初に隣接した試料フローを備えた２個の感知領域を有するＹフローセルを図示している。
【図４Ｂ】 図４Ｂは、試料フローが感知領域の１個に接触するように移動された界面を示す。
【図５Ａ】 図５Ａは、２個の緩衝液フロー入口および１個の試料フロー入口を有する代表的なΨフローセルを図示している。
【図５Ｂ】 図５Ｂは、２個の緩衝液フロー入口および１個の試料フロー入口を有する代表的なΨフローセルを図示している。
【図６】 図６は、接触時間ｔにわたるＹフローセルでの拡散を表わし、ここで、ｆは、流速であり、Ｌは、フローセルの長さであり、そしてＡは、フローセルの断面積である。
【図７Ａ】 図７Ａは、このＹフローセルの断面での異なる接触時間における試料濃度を描写している。
【図７Ｂ】 図７Ｂは、Ψフローセルの断面での異なる接触時間における試料濃度を示す。
【図８】 図８は、感知面の感作中に試料および緩衝液の流速を変えることによるＹフローセル中での勾配の形成を図示している。
【図９】 図９は、２個の別個の感知領域を有するＹフローセルを図示している。
【図１０】 図１０は、３個の別個の感知領域を有するΨフローセルを図示している。
【図１１Ａ】 図１１Ａは、代表的な二次元（２Ｄ）Ψフローセルを図示している。
【図１１Ｂ】 図１１Ｂは、代表的な二次元（２Ｄ）Ψフローセルを図示しており、その断面を描写している。
【図１２Ａ】 図１２Ａは、感知面上の感作列、および重なり合った感知領域の発生を図示している。
【図１２Ｂ】 図１２Ｂは、感知面上の感作列、および重なり合った感知領域の発生を図示している。
【図１２Ｃ】 図１２Ｃは、感知面上の感作列、および重なり合った感知領域の発生を図示している。
【図１２Ｄ】 図１２Ｄは、感知面上の感作列、および重なり合った感知領域の発生を図示している。
【図１２Ｅ】 図１２Ｅは、感知面上の感作列、および重なり合った感知領域の発生を図示している。
【図１３Ａ】 図１３Ａは、本発明の感作マトリックスの発生を図示している。
【図１３Ｂ】 図１３Ｂは、本発明の感作マトリックスの発生を図示している。
【図１３Ｃ】 図１３Ｃは、本発明の感作マトリックスの発生を図示している。
【図１３Ｄ】 図１３Ｄは、本発明の感作マトリックスの発生を図示している。
【図１３Ｅ】 図１３Ｅは、本発明の感作マトリックスの発生を図示している。
【図１４Ａ】 図１４Ａは、２個の感作領域および１個の非感作領域を有するフローセルを図示しており、試料流れは、３個の領域の全てに接触する。
【図１４Ｂ】 図１４Ｂは、２個の感作領域および１個の非感作領域を有する代替実施態様を図示しており、試料流れは、１個の感作領域およびこの非感作領域と接触している。
【図１５】 図１５は、代表的なＹフローセルを描写している。
【図１６】 図１６は、代表的な一次元（１Ｄ）Ψフローセルを図示している。
【図１７Ａ】 図１７Ａは、１ＤΨフローセルの拡散幅を図示しており、これは、異なる流速（すなわち、異なる接触時間）に対して、入口から２ｍｍ〜１０ｍｍで測定される。
【図１７Ｂ】 図１７Ｂは、接触時間に対する拡散幅をグラフで表わしている。
【図１８】 図１８は、異なる流速および異なる濃度限界での異なるタンパク質および分子の拡散幅をグラフで表わしている。
【図１９】 図１９は、Ψセルの概略断面図であり、その相対試料濃度は、ｙ軸にあり、そして長さは、ｘ軸にあり、そのフロー方向に対して直角である（その配置幅は、その試料濃度が＞９９．９％である場合の幅であり、その分離幅は、この試料濃度が＜０．１％である場合の幅である）。
【図２０Ａ】 図２０Ａは、透析用のΨフローセルの使用を図示している。
【図２０Ｂ】 図２０Ｂは、透析用のΨフローセルの使用を図示している。
【図２０Ｃ】 図２０Ｃは、透析用のΨフローセルの使用を図示している。
【図２０Ｄ】 図２０Ｄは、透析用のΨフローセルの使用を図示している。
【図２１Ａ】 図２１Ａは、異なるフローセルに対して、それぞれ、その上昇および下降時間を示すセンサグラムの一部を表わす。
【図２１Ｂ】 図２１Ｂは、異なるフローセルに対して、それぞれ、その上昇および下降時間を示すセンサグラムの一部を表わす。
【図２１Ｃ】 図２１Ｃは、試料フローに対する上昇時間のプロットを示す。
【図２２】 図２２は、代表的なＹ、ＩＦＣ３およびＩＦＣ４フローセルに対する液体交換速度定数の比較を提示する。
【図２３Ａ】 図２３Ａは、２個の別個の感知領域での感作、およびこのような別個の感知領域に特異的な分析物の選択的分析を図示している。
【図２３Ｂ】 図２３Ｂは、２個の別個の感知領域での感作、およびこのような別個の感知領域に特異的な分析物の選択的分析を図示している。
【図２３Ｃ】 図２３Ｃは、２個の別個の感知領域での感作、およびこのような別個の感知領域に特異的な分析物の選択的分析を図示している。
【図２３Ｄ】 図２３Ｄは、２個の別個の感知領域での感作、およびこのような別個の感知領域に特異的な分析物の選択的分析を図示している。
【図２３Ｅ】 図２３Ｅは、２個の別個の感知領域での感作、およびこのような別個の感知領域に特異的な分析物の選択的分析を図示している。
【図２３Ｆ】 図２３Ｆは、２個の別個の感知領域での感作、およびこのような別個の感知領域に特異的な分析物の選択的分析を図示している。

Claims (43)

1. フローセル内に液体フローを通過させるために配列された、感知面を感作する方法であって、該方法は以下：
   第一感作流体の層流および該第一感作流体のフローに隣接した第二流体の層流を提供し、該２本の層流体は、互いに対する界面を有する該感知面を過ぎて、同じ方向で共に流れるようにする工程であって、ここで、該界面は、該フロー方向と平行であり、少なくとも、該第一感作流体は、該感知面を感作できる、工程；および
   該第一感作流体および該第二流体の相対流速を調整して該界面を側方にずらし、その結果、該第一感作流体は、その選択的な感作のために、該感知面の別個の感知領域と接触する、工程、
   を包含する、方法。
2. 前記第二流体は前記感知面と相互作用せず、それによって、該感知面において感作領域および非感作領域を生じる、請求項１に記載の方法。
3. さらなる工程において、前記第一感作流体は前記感知面と相互作用しない流体と置き換えられ、そして前記第二流体は、該第一感作流体と異なって該感知面を感作できる第二感作流体と置き換えられ、２個の異なる感作領域を生じ、該感作領域は、必要に応じて、該感知面上の非感作領域により、間隔を置いて配置される、請求項１に記載の方法。
4. 前記層流の前記相対流速は、前記界面を側方にずらし、前記感知面上にて勾配感作領域を提供するように変えられる、請求項１に記載の方法。
5. 前記層流の前記相対流速は、前記感知面上において連続的な勾配感作領域を提供するように連続的に変えられる、請求項１に記載の方法。
6. 前記第一感作流体の前記層流の他側において、第三流体の追加層流が提供され、その結果、該第一感作流体の該層流は、前記第二流体および該第三流体の該層流の間に挟まれる、請求項１に記載の方法。
7. 前記第二および第三流体は、前記感知面を感作することができない、請求項６に記載の方法。
8. 前記方法を、少なくとも１種の異なる感作第一流体ならびに変化した相対流速を有する前記第二および第三流体を用いて繰り返し、前記感知面において、少なくとも２個の隣接した感作表面領域を提供する、請求項７に記載の方法。
9. 前記感知面の感作は、分析物特異的リガンドを該感知面に固定することを包含する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記分析物特異的リガンドは、抗原、抗体、抗体断片、オリゴヌクレオチド、炭水化物、オリゴ糖、レセプター、レセプター断片、リン脂質、タンパク質、ホルモン、アビジン、ビオチン、酵素、酵素基質、酵素インヒビターおよび有機合成化合物からなる群から選択される、請求項９に記載の方法。
11. 前記第一感作流体は、前記感知面上の領域を感作し、そして第二感作流体は、該第一感作流体の方向に対して横向きに適用され、該感知面上において、重なり合った感作領域を生じる、請求項１または６に記載の方法。
12. 前記第一感作流体は、前記感知面上の領域を感作し、そして少なくとも２種の異なる第二感作流体は、該第一感作流体の方向に対して横向きに適用され、該感知面上において、少なくとも２個の重なり合った感作領域を生じる、請求項１１に記載の方法。
13. 少なくとも２種の異なる第一感作流体が、前記感知面にて、少なくとも２個の平行領域を感作し、そして少なくとも２種の異なる第二感作流体が、該第一感作流体の方向に対して横向きに適用され、該感知面上にて、重なり合った感作領域のマトリックスを生じる、請求項１１に記載の方法。
14. 前記第一感作流体または前記第二感作流体による感知面上の領域の感作は、分析物特異的リガンドを感知面に固定化することを含む、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記分析物特異的リガンドは、抗原、抗体、抗体断片、オリゴヌクレオチド、炭水化物、オリゴ糖、レセプター、レセプター断片、リン脂質、タンパク質、ホルモン、アビジン、ビオチン、酵素、酵素基質、酵素インヒビターおよび有機合成化合物からなる群から選択される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第一感作流体または前記第二感作流体が、二官能性リガンドを含む、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記感作は、化合物合成を達成するための化学部分の連続的付加を構成する、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記感作は、ぺプチドあるいはオリゴヌクレオチド合成を達成するためのペプチドまたはオリゴヌクレオチド部分の連続的付加を構成する、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 分析物用の流体試料を分析する方法であって、該方法は、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法に従って、感知面上の別個の感知領域を感作する工程、該感知面を該流体試料と接触させる工程、および該分析物と該感知領域との間の相互作用を検出する工程を包含する、方法。
20. 前記感知面上の少なくとも１個の非感作領域は、参照として使用される、請求項１９に記載の方法。
21. 前記感知面上の少なくとも１個の感作領域は、参照として使用される、請求項１９に記載の方法。
22. 分析物用の流体試料を分析する方法であって、該方法は、以下：
    付随した感知面を有するフローセルを提供する工程であって、ここで、該感知面はその上に、少なくとも２個の別個の感知領域を有する、工程；および
    層流状態での第二流体と共に該流体試料を、層流状態にて、該フローセルに通過させることによって、該流体試料を該別個の感知領域の少なくとも１個と選択的に接触させる工程であって、その結果、該２本の層流体は互いの界面と共に該フローセルを通って同じ方向で共に流れ、ここで、該界面は該層流体の流れの方向と平行であり、そしてここで、該少なくとも１個の別個の感知領域との選択的接触は、該流体試料および該第二流体の相対流速を調整し、該界面を側方にずらすことで制御される、工程、
    を包含する、方法。
23. 前記流体試料は前記第二流体と共に、そしてさらに、前記流体試料のフローの外側に位置している第三流体と共に、層流状態で前記フローセルを通り、該流体試料の該層流は、該第二流体と第三流体との間に挟まれるようにされる、請求項２２に記載の方法。
24. 前記流体試料および前記第二流体の前記相対流速は、該流体試料を、以前に該流体試料と接触しなかった前記少なくとも２個の別個の感知領域の１個と接触させるように調整される、請求項２２に記載の方法。
25. 前記第二流体および前記第三流体の前記相対流速は、前記流体試料を、以前に該流体試料と接触しなかった前記少なくとも２個の別個の感知領域の１個と接触させるように調整される、請求項２３に記載の方法。
26. 前記少なくとも２個の別個の感知領域の１個は、感作した感知領域である、請求項２２または２３に記載の方法。
27. 前記少なくとも２個の別個の感知領域の１個は、感作した参照領域である、請求項２２または２３に記載の方法。
28. 前記少なくとも２個の別個の感知領域の１個は、非感作参照領域である、請求項２２または２３に記載の方法。
29. 前記非感作領域は、以前に感作した感知領域である、請求項２８に記載の方法。
30. 請求項２２〜２９のいずれか１項に記載の方法であって、さらに、以下：
    第一状態において、前記層流間に前記界面を配置するため、該層流の前記相対流速を設定し、前記流体試料は前記感知領域と接触しないように流れる、工程；
    第二状態において、該界面を側方にずらすため、該層流の該相対流速を変え、その結果、該流体試料は該感知領域と接触する、工程；および
    該流体試料中の分析物の該感知領域との会合を測定する、工程、
    を包含する、方法。
31. 請求項２２〜２９のいずれか１項に記載の方法であって、さらに、以下：
    第一状態において、前記層流間に前記界面を配置するため、該層流の前記相対流速を設定し、前記流体試料が前記感知領域と接触するように流れる、工程；
    第二状態において、該界面を側方にずらすため、該層流の該相対流速を変え、その結果、該流体試料は該感知領域と接触しない、工程；および
    該感知領域からの分析物の解離を測定する、工程、
    を包含する、方法。
32. 以下を包含する、システム：
    フローセルであって、該フローセルは、入口末端および出口末端、該入口末端と該出口末端との間に位置する該フローセル内の壁面に少なくとも１個の感知面を有し、ここで、該フローセルは、該入口末端にて、少なくとも２個の入口開口部を有し、また、該出口末端にて、少なくとも１個の出口開口部を有し、該各個の入口開口部を通って該フローセルに入る別個の層流は、該フローセルを通って、該感知面を過ぎて、同じ方向に並行して流れることができるようにされる、フローセル；
    該入口開口部を通って流れる層流体を適用するための手段であって、該層流体は、互いの界面と共に、該感知面を過ぎて、並行して、該フローセルを通って流れ、該界面は、該層流体が流れる方向と平行である、手段；および
    該層流の相対流速を変え、該感知面を過ぎて該界面を側方にずらすための手段。
33. 前記フローセルは、２個の入口開口部および少なくとも１個の出口開口部を有する、請求項３２に記載のシステム。
34. 前記フローセルは、該フローセルを通るサンドイッチ様式で、３本の隣接層流を確立できるように、３個の入口開口部および少なくとも１個の出口開口部を有する、請求項３２に記載のシステム。
35. 前記フローセルは、さらに、前記入口末端と前記出口末端との間の流体経路に対して基本的に横向きに配列された少なくとも２個の追加入口開口部および少なくとも１個の追加出口開口部を有する、請求項３３または３４に記載のシステム。
36. 前記感知面は、前記フローセル内に回転可能に取り付けられる、請求項３３〜３５のいずれか１項に記載のシステム。
37. 前記感知面は、その上に少なくとも２個の別個の感知領域を有する、請求項３２に記載のシステム。
38. 前記少なくとも２個の別個の感知領域の１個は、参照領域である、請求項３７に記載のシステム。
39. 前記少なくとも２個の別個の感知領域の１個は、分析物と特異的に相互作用できる、請求項３７に記載のシステム。
40. 請求項３２〜３９のいずれか１項に記載のシステムであって、さらに以下：
    前記感知面上での相互作用現象を検出するための検出手段、
    を包含する、システム。
41. 前記検出手段が、光学センサを包含する、請求項４０に記載のシステム。
42. 前記光学センサが、エバネセント波感知に基づく、請求項４１に記載のシステム。
43. 前記光学センサが、ＳＰＲセンサである、請求項４１に記載のシステム。

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