JP5752109B2 - 液体中における目的の分析物を検出及び定量する方法、並びに実施装置 - Google Patents
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Description
b)前記検体(1)を、分析物捕捉プローブを規定するマイクロ構造化又はナノ構造化された表面(20)を有する基板(10)上に、該液体検体が該基板の該構造化された表面を少なくとも部分的に覆うように置く工程、
c)液体/基板/雰囲気の三重線の近傍において該検体の制御された蒸発を行わせる工程であって、該液体が該雰囲気中に蒸発するにつれてこの三重線が前記基板の前記構造化された表面上を制御された速度で移動するように、及び前記プローブに向かう対流による毛細管集合により前記標的分析物が捕捉されるように、行わせる工程、
d)工程c)の後に得られる前記基板の前記構造化された表面を分析する工程
を含む、方法に関する。
工程d)は、前記基板の前記マイクロ構造化又はナノ構造化された表面により工程c)で捕捉された前記分析物を計数すること、及び前記親溶液中における分析物の濃度を得るために捕捉された標的分析物の数を換算表と比較することにより実施することができる;
工程d)は、工程c)で捕捉された前記分析物を計数すること(該分析物はその濃度が既知である基準分析物、及びその濃度が未知であるが該基準分析物の濃度に比例する目的の分析物を含む)、並びに該基準分析物と該目的の分析物との割合を比較することにより実施することができる;
工程b)は、前記基板と該プレートとの間に該液体検体を封入するように前記液体検体と接触させてプレートを置くことをさらに含み得る;
前記検体の制御された蒸発の間、前記プレート及び前記基板を、該基板とおよそ平行に並進(translation)の方向に互いに相対的に移動させることができる;
前記基板及び前記検体を、制御された雰囲気を有する封入体中に閉じ込めることができる;
工程c)の間、前記制御された雰囲気中における前記液体の成分の分圧を調節することが可能である;
前記三重線における前記液体の蒸発を行わせる及びこれを制御するのに十分な量のエネルギーを供給することにより工程c)を適用することができる;
該方法は、前記親溶液の事前調整の工程a)を含み得る;
前記親溶液の前記事前調整が、該親溶液から不要な分析物を除去することから、新たな標的分析物を添加することから、及び/又は前記構造化された表面上における対流による毛細管集合を促進する溶媒若しくは新たな分子を添加することからなっていてもよい;
該方法は、前記基板の前記表面上に前記標的分析物に特異的なプローブ分子を含む液体の液滴を該液滴が該基板の該表面を少なくとも部分的に覆うように置くこと、その後液滴/基板/雰囲気の三重線の近傍において該液体が該雰囲気中に蒸発するにつれてこの三重線が前記基板の前記構造化された表面上を制御された速度で移動するように前記液滴の制御された蒸発を行わせること、及び前記プローブ分子が前記基板の前記表面と結合して該基板の該表面上にプローブネットワーク構造を作り出すように、行わせることからなる前記構造化された表面の調製の予備工程を含み得る;
該方法は、工程d)において蛍光光度法により計数することを可能とするための前記捕捉された標的分析物上へのフルオロフォアの固定の中間工程を工程c)と工程d)との間に含み得る;
該方法は、1つ又は複数の機能化された捕捉表面上に工程c)の後に得られる前記基板を適用することによる、工程c)でトラップされた前記分析物の特異的分別の、少なくとも1つの工程を工程c)と工程d)との間にさらに含み得る;
工程c)の間、前記三重線が一定速度で移動するように蒸発を制御することができる;
工程c)の間、前記三重線が可変速度で移動するように蒸発を制御することができる;
前記表面上の前記プローブが各々、或る光学スペクトルを有するネットワークを規定し、工程c)での前記分析物の捕捉後における各ネットワークの該光学スペクトルを分析することにより工程d)を行うことができる;並びに/又は
前記表面上の前記プローブが種々のサイズを有する腔であり、工程c)が種々のサイズを有する腔中にトラップされた種々のサイズを有するマイクロ液滴又はナノ液滴中の前記標的分析物の捕捉をもたらし、工程d)を各マイクロ液滴又はナノ液滴に関する少なくとも1つの物理的特性又は化学的特性の強度の変化を測定すること、いかなる分析物をも含有しない「限界」マイクロ液滴又はナノ液滴の体積を決定すること(前記親溶液中における前記分析物の濃度は該限界マイクロ液滴又はナノ液滴の体積により除算すると1に等しい)により適用することができる。
前記目的の分析物を含有する親溶液の検体を受容することを意図した構造化された表面を有する基板、
前記溶液の蒸発を制御する手段、
前記基板の前記マイクロ構造化又はナノ構造化された表面を分析する手段
を含む、上記の方法を実施するための分析物を検出及び定量する集合体にも関する。
前記分析の手段が、前記基板の前記構造化された表面によりトラップされた分析物を計数すること、及び前記親溶液中における分析物の濃度を得るために先に得られた分析物の数を換算表と比較することが可能である;
該検出集合体は、前記基板と前記プレートとの間に該検体を封入するように溶液の前記検体と接触させて設置することを意図したプレートをさらに含み得る;
前記基板及び前記プレートを、並進の方向に移動可能なように及び互いとおよそ平行に取り付けることができる;
前記基板及び前記プレートを並進の方向に互いに相対的に移動可能なように取り付け、該プレートを、前記構造化された基板上に溶液の前記検体を適用するように該基板に対して傾斜させることができる;
前記プレートは柔軟性を有していてもよい;
前記プレートを機能化及び/又は構造化することができる;
該検出集合体は、前記基板及び前記検体を取り囲む制御された雰囲気を有する封入体をさらに含み得る;
前記封入体が前記雰囲気中における前記液体の成分の分圧の調節手段を含む;
該検出集合体は、気体の又は気体混合物の流れをポンプ送り及び/又は注入するためのチャネルをさらに含み得る;
該検出集合体は、熱エネルギー及び/又は電磁気エネルギーを供給するための装置をさらに含み得る;
前記制御手段を、前記基板の前記構造化された表面上における蒸発の制御を修正し、前記三重線の変位の速度を少なくとも1つの所望の値に調整するための、前記三重線の観察のための少なくとも1つの装置と結合する;
前記分圧の調節手段を、前記雰囲気中における前記液体の成分の分圧を修正するための及び前記三重線の変位の速度を少なくとも1つの所望の値に調整するための、前記三重線の観察のための少なくとも1つの装置と結合することができる;
前記基板の前記表面が、形態学的構造、生物学的構造、化学的構造、静電的構造、磁気的構造、又はこれらの構造の組合せから選択される構造を含み得る;
前記親溶液が、コロイド溶液、事前調整した溶液、事前濾過した溶液、界面活性剤及び較正標的を有する溶液、色により、蛍光により、若しくは集積バーコードにより標識した標的を包含する溶液、又は溶液中において既に結合した標的プローブ結合物を包含する溶液であってもよい;並びに/又は
前記親溶液及び/又は前記検体が複数種の溶媒を含み得る。
1)マイクロエレクトロニクスの技法により高密度化及び組織化された所定のプローブ部位による表面の機能化。これらのプローブは特異的な固定化力を発揮して、標的の特異的なサンプリングを可能とする。
2)必要に応じて事前に調整される、標的分析物を含有するコロイド溶液の対流による毛細管集合。これにより、基板の表面上で溶液が自然に濃縮される。
3)標的により占有されたプローブ部位の割合の検出。これにより、事前の較正に基づき、試験した溶液中における標的分析物の濃度が得られる。
ナノ毒物学(すなわち、ヒトにより人工的に作製され、環境中に分散したナノ物体の検出):特定の分子(農薬、医薬品、洗浄剤等)の、ナノ粒子の、又は燃焼産物(灰、ダイオキシン等)の検出;これは必要に応じて、それらの有害な効果を研究することを可能とする。
ナノ生体医療、すなわち医療分析、生物学的異常(DNA、タンパク質等)の検出、ウイルス又は細菌の検出をより早期化するのに好適なマイクロ技法及びナノ技法の開発、分析「ベクター」としてのナノ粒子の使用、ウイルスの及び細菌の増殖に好ましい又は好ましくない媒体の調査等。
医薬品をスクリーニングするための薬理学。
胞子、ウイルス、細菌等の超高感度検出によるナノセキュリティ。
表面処理、特にそれらの表面欠陥の修復。
・基板の表面の機能化は、以下を含み得る:
表面上における分析物の緻密な集合を得るための、「対流による集合」と称される非常に親水性の高い表面の全体的な機能化;
(ナノ物体をサイズにより選別するための)異なる直径を有する、(別の基板上で緩衝すること(buffering)により目的の標的の回収を可能とするための)異なる高さを有する、(より良好な高密度化のための、及び/又は全体読み取り(total reading)技法を開発するための)異なる間隔及び幾何学的配置を有する、形態学的単位の製造;
共有結合型(チオール型)及び/若しくは水素結合型の、並びに/又はファンデルワールス力(炭素を含有する基)、アミン結合、イオン結合による、双極子/双極子相互作用による標的との相互作用を促進する、並びに/又は(化学的コントラスト、例えばオクタデシルトリメトキシシラン(OTS)、アミノプロピルトリメトキシシラン(APTES)等により、親水性/疎水性−親溶媒性/疎溶媒性コントラストにより)単位の間の空間においてこれらの相互作用を促進しない化学的コントラストによるプローブ単位の製造;
生物学的コントラスト、例えばビオチン、ストレプトアビジン、ポリエチレングリコール等によるプローブ単位の製造;
単位の間における抗体の、ペプチドの及びDNAのトラップを妨げるための、或る特定の区域の不動態化(passivating)表面化学(例えばOTS、PEG(ポリエチレングリコール)又はBSA(ウシ血清アルブミン)等)の使用;
分極した又は分極可能な分析物をトラップするための、正の又は負の電荷の局所注入;
磁気的トラップ、例えば球状のナノ粒子、ロッド、テープ、トーラス及び/又はそのスタックの使用;
上述した手順のうちの2つ以上の組合せ;
その光学特性、例えば反射性が分析の要素となる(prepare)高い又は低い表面エネルギーを有する種々の材料、例えばガラス、ケイ素、酸化ケイ素、PDMS(ポリジメチルシロキサン)、ITO(酸化インジウムスズ)の標的基板の使用;
4mm2と異なる表面積を有する、及び106と異なるトラップ部位の数を有する基板の使用。
標的の天然コロイド溶液;
水系(water-based)溶液;
異なる性質を有する溶媒:有機溶媒、エーテル、アセトン、クロロホルム、オクタン、ヘプタン、ノナン、デカン、トリクロロエチレンに基づく溶液;
血清の、血液の、生物学的器官の検体;
好適な溶媒中における固体の溶液;
空気中に、エアロゾル中に、又は任意の複合的な媒体中に存在する分析物の、好適な溶媒中への蓄積による回収物及び事前濃縮物;
所要の標的/プローブのトラップが既に実施された溶液(プローブに、色、蛍光等により規定される一体化したバーコード(量子箱により規定される)を有するナノ粒子を支持(事前に基板に固定(pre-substrated))することができる);
蛍光マーカーで標識した標的;
複合的な溶液;
不必要な標的を濾過することにより、これの除去により事前に調整した溶液。
置かれた液滴を拡散させるための、基板の湿潤性の(水に対しては親水性の、溶媒に対しては親溶媒性の)特徴、又は逆に、基板上における構造化された区域外への拡散を制限するための、中間の湿潤性/脱湿潤性(dewetting)の(水に対しては部分的に疎水性の)特徴。
制御された厚みを有する液体の層を規定する、及び三重線以外での溶媒の蒸発を防止する目的で、液滴上に上部プレートを置くこと。
この上部プレートを機能化して、自然に三重線の変位を行わせる(引っ張る)目的で、非湿潤性の(水に対しては基板より疎水性の)ものとすることができる;
このプレートをわずかに傾斜させて、準直線的な蒸発の三重線を規定すること、その端部で十分に規定されたメニスカスを形成すること、及び空気との接触面を最小化することができる。
この上部プレートを構造化することができる。
対流性流れにより、液滴の残りの量においてよりも三重線で効果的であり、この三重線上で分析物を濃縮する自然蒸発;この自然蒸発を、三重線と液滴の残りとの間における温度勾配を適用することにより制御することができる。
溶媒の分圧の局所的な低減(ポンプ送り)、蒸発させた限界層のより急速な排除(気体流による)、又は吸引、加熱、レーザー照射、基板上に温度勾配を作り出す基板の対応する部分の加熱等による、この三重線の近傍における溶媒の強制的な蒸発;
液体の液滴と接触させてプレートを置くこと。これにより、基板とプレートとの間に液体の液滴が封入され、三重線の近くの領域に蒸発が制限され閉じ込められる;
最初にプローブを集合させ、引き続き繰り返してこれらのプローブ上に標的を集合させること;
三重線の迅速な変位により溶液のマイクロ液滴又はナノ液滴を採取し、そうして分析物の配置物をトラップすること、又はマイクロ−ナノサンプリング若しくはマイクロ−ナノ実験を行うこと。
Claims (35)
- 未知濃度の決定対象のナノ物体を有する親溶液から得られる液体の検体(1)中における目的の標的分析物(2)を検出及び定量する方法であって、該液体は特定の蒸発の条件において雰囲気(Atm)中で蒸発することが可能であり、該方法は、以下の工程:
b)前記検体(1)を、分析物捕捉プローブを規定するマイクロ構造化又はナノ構造化された表面(20)を有する基板(10)上に、該液体検体が該基板の該構造化された表面を少なくとも部分的に覆うように置く工程、
c)前記検体の前記液体と前記雰囲気と前記基板との間の界面により構成される液体/基板/雰囲気の三重線(T)の近傍(VT)において該検体の制御された蒸発(5)を行わせる工程であって、該液体が該雰囲気中に蒸発するにつれてこの三重線が前記基板の前記構造化された表面上を制御された速度で移動するように、及び前記プローブに向かう対流による毛細管集合により前記標的分析物が捕捉されるように、行わせる工程、
d)前記基板のマイクロ構造化又はナノ構造化された表面で工程c)にて捕捉された前記標的分析物の存在を検出することにより、工程c)の後に得られる前記基板の前記構造化された表面を分析する工程
を含む、方法。 - 前記基板の前記マイクロ構造化又はナノ構造化された表面により工程c)で捕捉された前記分析物を計数すること、及び捕捉された標的分析物の数を換算表に対して比較して、前記親溶液中における分析物の濃度を得ることにより工程d)を適用する、請求項1に記載の分析物を検出及び定量する方法。
- 工程c)で捕捉された前記分析物を計数すること(該分析物はその濃度が既知である基準分析物、及びその濃度が未知であるが該基準分析物の濃度に比例する目的の分析物を含む)、並びに該基準分析物と該目的の分析物との割合を比較することにより工程d)を適用する、請求項1に記載の分析物を検出及び定量する方法。
- 工程b)が、前記基板(10)と該プレート(40)との間に該液体検体(1)を封入するように前記液体検体(1)と接触させてプレート(40)を置くことをさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の分析物を検出及び定量する方法。
- 前記検体の制御された蒸発の間、前記プレート(40)及び前記基板(10)を、該基板とおよそ平行に並進の方向(F2a−F2b)に互いに相対的に変位させる、請求項4に記載の分析物を検出及び定量する方法。
- 前記基板及び前記検体が、制御された雰囲気を有する封入体(50)中に閉じ込められる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の分析物を検出及び定量する方法。
- 工程c)の間、前記制御された雰囲気中における前記液体の成分の分圧を調節する、請求項6に記載の分析物を検出及び定量する方法。
- 前記三重線における前記液体の蒸発を行わせる及びこれを制御するのに十分な量のエネルギーを供給することにより工程c)を適用する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の分析物を検出及び定量する方法。
- 前記親溶液の事前調整の工程a)を含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の分析物を検出及び定量する方法。
- 前記親溶液の前記事前調整が、該親溶液から不要な分析物を除去することから、新たな標的分析物を添加することから、及び/又は前記構造化された表面上における対流による毛細管集合を促進する溶媒若しくは新たな分子を添加することからなる、請求項9に記載の分析物を検出及び定量する方法。
- 前記基板(10)の前記表面(20)上に前記標的分析物に特異的なプローブ分子を含む液体の液滴を、該液滴が該基板の該表面を少なくとも部分的に覆うように置くこと、その後該液体が該雰囲気中に蒸発するにつれてこの三重線が前記基板の前記構造化された表面上を制御された速度で移動するように液滴/基板/雰囲気の三重線(T)の近傍(VT)において前記液滴の制御された蒸発を行わせること、及び前記プローブ分子が前記基板の前記表面と結合して該基板の該表面上にプローブネットワーク構造を作り出すように、行わせることからなる前記構造化された表面の調製の予備工程を含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載の分析物を検出及び定量する方法。
- 工程d)において蛍光光度法により計数することを可能とするための前記捕捉された標的分析物上へのフルオロフォアの固定の中間工程を工程c)と工程d)との間に含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載の分析物を検出及び定量する方法。
- 1つ又は複数の機能化された捕捉表面上に工程c)の後に得られる前記基板を適用することによる、工程c)でトラップされた前記分析物の特異的分別の、少なくとも1つの工程を工程c)と工程d)との間にさらに含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載の検出及び定量する方法。
- 工程c)の間、前記三重線(T)が一定速度で移動するように蒸発を制御する、請求項1〜13のいずれか一項に記載の検出及び定量する方法。
- 工程c)の間、前記三重線(T)が可変速度で移動するように蒸発を制御する、請求項1〜13のいずれか一項に記載の検出及び定量する方法。
- 前記表面(20)の前記プローブが各々、或る光学スペクトルをもたらす格子を規定し、工程c)での前記分析物の捕捉後における各格子の該光学スペクトルを分析することにより工程d)を行う、請求項1〜15のいずれか一項に記載の検出及び定量する方法。
- 前記表面(20)の前記プローブが種々のサイズを有する腔であり、工程c)が種々のサイズを有する腔中にトラップされた種々のサイズを有するマイクロ液滴又はナノ液滴中の前記標的分析物の捕捉をもたらし、工程d)を各マイクロ液滴又はナノ液滴に関する少なくとも1つの物理的特性又は化学的特性の強度の変化を測定すること、いかなる分析物をも含有しない「限界」マイクロ液滴又はナノ液滴の体積を決定すること(前記親溶液中における前記分析物の濃度は該限界マイクロ液滴又はナノ液滴の体積により除算すると1に等しい)により適用する、請求項1〜15のいずれか一項に記載の検出及び定量する方法。
- 前記標的分析物(2)はナノ粒子またはマイクロ粒子、ナノ粒子又はマイクロ粒子の分析物、ナノ粒子、医薬品、農薬、洗浄剤、灰、ダイオキシン、生体分子、ヌクレオチド、DNA、タンパク質、胞子、細胞、ウイルス、及び細菌のうちの一つである請求項1〜17のいずれか一項に記載の検出及び定量する方法。
- 前記目的の分析物を含有する親溶液の検体を受容することを意図した構造化された表面を有する基板(10)、
液体/基板/雰囲気の三重線(T)の近傍(VT)における前記溶液の蒸発の制御の手段(30)、
前記基板の前記マイクロ構造化又はナノ構造化された表面を分析する手段
を含む、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法を実施するための分析物を検出及び定量する集合体。 - 前記分析の手段が、前記基板の前記構造化された表面によりトラップされた分析物を計数することが可能である、請求項19に記載の分析物を検出及び定量する集合体。
- 前記分析の手段が、前記親溶液中における分析物の濃度を得るために、先に得られた分析物の数を換算表に対して比較することが可能である、請求項19又は20に記載の分析物を検出及び定量する集合体。
- 前記基板と前記プレートとの間に該検体を封入するように溶液の前記検体と接触させて設置することを意図したプレート(40)をさらに含む、請求項19又は20に記載の分析物を検出及び定量する集合体。
- 前記基板(10)及び前記プレート(40)を、並進の方向(F2a−F2b)に移動可能なように及び互いとおよそ平行に取り付ける、請求項22に記載の分析物を検出及び定量する集合体。
- 前記基板(10)及び前記プレート(40)を並進の方向(F2a−F2b)に互いに相対的に移動可能なように取り付け、該プレートを、前記構造化された基板上に溶液の前記検体を適用するように該基板に対して傾斜させる、請求項23に記載の分析物を検出及び定量する集合体。
- 前記プレート(40)が柔軟性を有する、請求項24に記載の分析物を検出及び定量する集合体。
- 前記プレート(40)が機能化及び/又は構造化される、請求項22〜25に記載の分析物を検出及び定量する集合体。
- 前記基板及び前記検体を取り囲む制御された雰囲気を有する封入体(50)をさらに含む、請求項19〜26のいずれか一項に記載の分析物を検出及び定量する集合体。
- 前記封入体が前記雰囲気中における前記液体の成分の分圧の調節手段(60)を含む、請求項27に記載の分析物を検出及び定量する集合体。
- 気体の又は気体混合物の流れをポンプ送り及び/又は注入するためのチャネルをさらに含む、請求項27又は28に記載の分析物を検出及び定量する集合体。
- 熱エネルギー及び/又は電磁気エネルギーを供給するための装置をさらに含む、請求項19〜29のいずれか一項に記載の分析物を検出及び定量する集合体。
- 前記制御手段(30)を、前記基板の前記構造化された表面上における蒸発の制御を修正し、前記三重線の変位の速度を少なくとも1つの所望の値に調整するための、前記三重線(T)の観察のための少なくとも1つの装置と結合した、請求項19〜30のいずれか一項に記載の分析物を検出及び定量する集合体。
- 前記分圧の調節手段(60)を、前記雰囲気中における前記液体の成分の分圧を修正するための及び前記三重線(T)の変位の速度を少なくとも1つの所望の値に調整するための、前記三重線(T)の観察のための少なくとも1つの装置と結合した、請求項28に記載の分析物を検出及び定量する集合体。
- 前記基板の前記表面が、形態学的構造、生物学的構造、化学的構造、静電的構造、磁気的構造、又はこれらの構造の組合せから選択される構造を含む、請求項19〜32のいずれか一項に記載の分析物を検出及び定量する集合体。
- 前記親溶液が、コロイド溶液、事前調整した溶液、事前濾過した溶液、界面活性剤及び較正標的を有する溶液、色により、蛍光により、若しくは集積バーコードにより標識した標的を包含する溶液、又は溶液中において既に結合した標的プローブ結合物を包含する溶液である、請求項19〜33のいずれか一項に記載の分析物を検出及び定量する集合体。
- 前記親溶液及び/又は前記検体が複数種の溶媒を含む、請求項19〜34のいずれか一項に記載の分析物を検出及び定量する集合体。
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