JP6659702B2 - 酸化還元反応の連結による質量の検出 - Google Patents

酸化還元反応の連結による質量の検出 Download PDF

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Description

関連出願
本願は、２０１４年９月１５日に提出された米国特許仮出願第６２／０５０，５８５号の恩恵を主張するものであり、この仮出願は、本明細書に示す開示と矛盾しない範囲でその全内容が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、一般に、とりわけ、圧電薄膜共振器（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ＝ＴＦＢＡＲ）を用いた解析物の検出に関する。
これまで、圧電薄膜共振器（ＴＦＢＡＲ）などの圧電装置および水晶振動子微量てんびん（ＱＣＭ）などの技術が質量検出器として用いられてきた。圧電共振器の応用の一つは、非常に少量の材料の検出である。このような用途でのセンサーとして用いられる圧電共振器は、「微量てんびん」と呼ばれることがある。圧電共振器は、典型的には、２つの電極層に挟まれた薄い平面層の結晶性または多結晶性圧電材料として構築される。センサーとして用いる場合、共振器を検出対象である材料にさらして、この材料を共振器の表面に結合させる。
検知共振器の表面に結合した材料の量を検出する従来の方法の一つは、共振器をその共振周波数で発振器として動作させることである。検出対象である材料が共振器の表面に結合すると、共振器の周波数は小さくなる。この共振器表面への上記材料の結合により生じると推定される共振器の周波数の変化を測定して、これを用いて共振器に結合した材料の量または共振器の表面に上記材料が蓄積する速度を算出する。また、相の変化を用いて、表面の共振器に結合されたか結合している材料の量または率を決定してもよい。
免疫アッセイにおける圧電共振器センサーの使用が記載されてきている。そのような免疫アッセイでは、抗原と抗体のいずれかが免疫アッセイの前に共振器の表面に結合され、これにより抗原と抗体との免疫反応に起因する質量の変化が決定される。
しかしながら、共振器の表面に解析物を結合させずに（例えば、共振器の表面に結合した抗体を介して）試料中の解析物の存在を検出することが望ましい状況がある。
本開示は、とりわけ、高周波数で動作するＴＦＢＡＲを用いて前記ＴＦＢＡＲの表面に解析物を直接結合させずに前記解析物を検出することについて記載する。前記解析物は、前記解析物の代りに機能する沈殿分子を用いて間接的に検出される。前記解析物は、酸化または還元することができ、かつ電子を可溶性沈殿前駆体あるいは中間電子移動剤に供与またはこれらから求引することができる。前記中間電子移動剤は、電子を前記可溶性沈殿前駆体または他の中間電子移動剤に供与あるいはそれらから求引することができる。前記前駆体の酸化または還元により前記沈殿分子が得られる。
したがって、前記沈殿分子は酸化還元反応生成物であり、前記反応生成物は、可溶性前駆体を酸化または還元して不溶性すなわち沈殿反応生成物としたものである。前記酸化還元反応生成物がＴＦＢＡＲの表面で沈殿すると、その表面の質量が変化し、これによって前記ＴＦＢＡＲに特徴的な共鳴を変化させる。この変化の動力学あるいは大きさは、試料中の解析物量と相関させてもよい。
また、本開示は、とりわけ、ＴＦＢＡＲを用いた酸化還元酵素の活性の検出について記載する。前記ＴＦＢＡＲは高周波数で動作させてもよい。酸化還元酵素活性の検出は、上記の解析物の検出と同様に達成することができる。酸化還元酵素を含んでいると思われる検査試料は、前記酵素により酸化または還元することができる基質と組み合わせてもよい。前記基質の酸化または還元は、酸化還元カスケード反応を介して可溶性前駆体の酸化または還元に連結させることができ、その結果、前記ＴＦＢＡＲの表面に分子が沈殿する。前記ＴＦＢＡＲの表面の質量の変化は、検査試料中の酵素の活性と相関させてもよい。
本明細書で記載する装置、系、または方法の１つ以上の態様は、解析物を検出する従来のセンサー、装置、系、または方法に対して１つ以上の利点を提供する。本明細書で開示される方法、センサー、装置、および系の態様により、特に免疫アッセイまたは結合事象による測定に適さない可能性のある分子を検出することができる。本明細書で開示される方法、センサー、装置、および系の態様は、各種の特異的な酸化還元酵素と共に用いることができる汎用センサーを作り出す。以下の詳細な記述から、これらおよびその他の利点は当業者には自明である。
圧電薄膜共振器（ＴＦＢＡＲ）検知装置のいくつかの態様の動作原理を示す模式図である。 圧電薄膜共振器（ＴＦＢＡＲ）検知装置のいくつかの態様の動作原理を示す模式図である。 圧電薄膜共振器（ＴＦＢＡＲ）検知装置のいくつかの態様の動作原理を示す模式図である。
解析物を検出するＴＦＢＡＲ系の態様の構成要素を示す模式図である。
薄膜共振器（ＴＦＲ）の表面に沈殿を起こす、解析物に連結された酸化還元の一態様を示す模式図である。 薄膜共振器（ＴＦＲ）の表面に沈殿を起こす、解析物に連結された酸化還元の一態様を示す模式図である。
ＴＦＲの表面に沈殿を起こす、解析物に連結された酸化還元のいくつかの態様を示す模式図である。 ＴＦＲの表面に沈殿を起こす、解析物に連結された酸化還元のいくつかの態様を示す模式図である。 ＴＦＲの表面に沈殿を起こす、解析物に連結された酸化還元のいくつかの態様を示す模式図である。
ＴＦＲの表面からグラフトされた重合を起こす、解析物に連結された酸化還元の一態様を示す模式図である。 ＴＦＲの表面からグラフトされた重合を起こす、解析物に連結された酸化還元の一態様を示す模式図である。 ＴＦＲの表面からグラフトされた重合を起こす、解析物に連結された酸化還元の一態様を示す模式図である。
一般に図６に示すアッセイに用いられる共振器の特定の相での周波数の変化を示すプロットである。
これらの模式図は、必ずしも原寸に比例していない。図で用いられる同様の参照符号は同様の構成要素、工程などを指す。しかしながら、当然のことだが、ある図のある構成要素を指すのに参照符号を用いることは、同じ参照符号が付された別の図の構成要素を限定することを意図するものではない。また、複数の構成要素を指すのに異なる参照符号を用いることは、これらの異なる参照符号が付された構成要素が同じまたは類似の可能性がないことを示す意図ではない。
以下の詳細な記述では、化合物、組成物、センサー、装置、系、および方法のいくつかの特定の態様を開示する。当然のことだが、他の態様が想起され、また本開示の範囲あるいは精神を逸脱することなくなされてもよい。したがって、以下の詳細な記述は、限定の意味で解釈されるべきではない。
本開示は、とりわけ、高周波数で動作するＴＦＢＡＲを用いて前記ＴＦＢＡＲの表面に解析物を直接結合させずに解析物を検出することについて記載する。前記解析物は、前記解析物の代わりに機能する沈殿分子を用いて間接的に検出される。前記解析物は、酸化または還元することができ、かつ電子を可溶性沈殿前駆体あるいは中間電子移動剤に供与またはこれらから求引することができる。前記中間電子移動剤は、電子を前記可溶性沈殿前駆体または他の中間電子移動剤に供与あるいはそれらから求引することができる。前記前駆体に応じて、前記前駆体を酸化または還元して、前記沈殿分子が得られる。
１種以上の中間電子移動剤すなわち酸化還元試薬を前記ＴＦＢＡＲの表面に付着させてもよい。この固定された中間電子移動剤は、検出アッセイに用いられる可溶性沈殿前駆体、標的分析物、補因子、または任意のその他の酸化還元分子のうちの１種以上を酸化または還元することができる。態様によっては、前記ＴＦＢＡＲの表面には中間電子移動剤または他のアッセイ試薬が結合されていない。というのは、それでも沈殿分子がＴＦＢＡＲの表面に沈殿することができるからである。しかしながら、連続的な酸化還元反応の少なくとも一部が前記ＴＦＢＡＲの表面の近くで起こり、沈殿分子が前記ＴＦＢＡＲの表面近くに形成される尤度を高めるように、少なくとも１種の中間電子移動剤または他の酸化還元試薬は前記ＴＦＢＡＲの表面に固定されていることが好ましい。また、基準共振器ではなく、検査共振器の表面に酸化還元試薬を固定することで、前記酸化還元試薬を検査共振器および基準共振器に導入する溶液または懸濁液から省くことができ、この酸化還元試薬がないことから、基準センサー面の沈殿物の量を低減または削除することができる。
解析物および可溶性沈殿前駆体は、これらを共振器全体に移動させる前、あるいはその最中に混合してもよい。このアッセイ混合物が前記ＴＦＢＡＲと接触する前は前記解析物の酸化還元は前記可溶性沈殿前駆体の酸化還元に連結することができないことが好ましい。したがって、前記アッセイ混合物が前記ＴＦＢＡＲと接触するまでは前記解析物の酸化還元を前記可溶性沈殿前駆体の酸化還元に連結するのに必要な少なくとも１種の酸化還元試薬は前記アッセイ混合物中に存在しない。これは、前記ＴＦＢＡＲ全体に導入する際に前記解析物試料と他の試薬を混合するなどにより、前記ＴＦＢＡＲの表面に酸化還元試薬（例えば、中間電子移動剤）を固定することで達成してもよい。
好ましい態様では、用いられる試薬のそれぞれの酸化還元状態は、前記解析物の予測酸化還元状態に基づいて選択され、前記アッセイ混合物が前記ＴＦＢＡＲと接触する前の酸化還元カスケードの開始および沈殿分子の生成を回避し、偽陽性の結果を回避、あるいは存在する解析物量の過大評価を回避する。
センサー、装置、系
本明細書で開示されるセンサーは、少なくとも１個の薄膜共振器センサー（例えば、圧電薄膜共振器（ＴＦＢＡＲ）センサー）を含む。ＴＦＢＡＲセンサーは、圧電層または圧電基板、および入出力変換器を含む。ＴＦＢＡＲセンサーは、上記技術を手持ち式装置で用いるのに好適にする小型センサーである。したがって、本明細書に記載するセンサーを含む標的分析物を検出する手持ち式装置が期待される。
ここで、図１Ａおよび図１Ｂを参照して、解析物を検出するセンサーとして用いられるバルク弾性波圧電共振器２０の２つの態様の一般的な動作原理を示す。共振器２０は、典型的には、平面層の圧電材料を含む。この圧電材料の両側は、それぞれ共振器の電極を形成する２つの金属層と境を接している。共振器の共振帯域内の信号によって共振器が駆動されると、この共振器の２つの表面は自由に振動運動することができる。共振器をセンサーとして用いる場合、それらの表面の少なくとも１つは、解析物の酸化還元反応体を、可溶性沈殿前駆体を沈殿分子に転化する酸化還元反応体に結合するのに用いられる少なくとも１種の中間電子移動剤を含むようになっている。共振器の表面に沈殿分子が沈殿すると、共振器の共振特性が変化し、この共振特性の変化が検出・解釈されて、検出対象の材料（解析物）に関する定量的情報が提供される。
例として、そのような定量的情報は、沈殿分子が共振器の表面に沈殿することで生じる共振器の挿入係数または反射係数の相シフトの変化を検出して得てもよい。このようなセンサーは、発振器として共振器を動作させて周波数の変化を監視するものとは異なる。むしろ、このようなセンサーは、予め選択された周波数の信号の経路に共振器を挿入して、前記材料の結合が共振器の表面で検出されたことにより生じる共振器の挿入係数または反射係数の相シフトの変動を監視する。もちろん、周波数の変化を監視するセンサーを用いてもよい。
より詳細には、図１Ａは、沈殿分子が共振器の表面２６に沈殿する前の共振器２０を示す。図示の共振器２０は、信号源２２に電気的に結合されている。信号源２２は、共振器の共振帯域内の周波数ｆを有する入力電気信号２１を提供する。この入力電気信号は、共振器２０に連結されて、共振器を介して送信されて、出力電気信号２３を提供する。図示の態様では、出力電気信号２３は入力信号２１と同じ周波数であるが、共振器の圧電特性および物理的な大きさに依存する相シフトΔΦ１により入力信号とは相が異なる。出力信号２３は、相検出器２４に連結されている。相検出器２４は、挿入相シフトに関する相信号を提供する。
図１Ｂは、その表面２６に沈殿分子が沈殿している検知共振器２０を示す。同じ入力信号が共振器２０に連結されている。共振器の共振特性は摂動としての前記材料の結合により変化するので、出力信号２５の挿入相シフトはΔΦ２に変化する。前記材料の結合により生じる挿入相シフトのこの変化は、相検出器２４によって検出される。この測定された相シフトの変化は、共振器の表面に結合した材料の量と関連する。
図１Ｃは、共振器の挿入相を測定する別の方法を示す。信号源２２と共振器２０の間に方向性結合器２７を追加して、共振器の方向性結合器とは反対側の電極を接地する。相検出器２８は、共振器の表面に材料が結合した結果としての反射係数の相シフトを測定するように構成されている。もちろん、反射相シフトあるいは前記センサーの共振特性の任意の他の好適な変化を用いてもよい。
本明細書で記載する信号増幅の側面と共に用いてもよい他のＴＦＢＡＲ相シフトセンサーとしては、例えば、米国特許第８，４０９，８７５号（発明の名称：“ＲＥＳＯＮＡＴＯＲ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＯＰＴＩＭＩＺＡＴＩＯＮ ＦＯＲ ＰＨＡＳＥ−ＳＨＩＦＴ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＳＥＮＳＯＲＳ（相シフト検出センサーのための周波数最適化を処理する共振器）”が挙げられ、本明細書で示す開示と矛盾しない程度にその全内容が参照により本明細書に組み込まれる。例えば、センサー装置は、（ｉ）１種以上の結合された電子移動剤を含む検知共振器、（ｉｉ）振動で前記検知共振器を駆動するように構成された作動回路、（ｉｉｉ）前記検知共振器と連結するように配置され、前記検知共振器の振動の共振特性を表す１種以上の共振器出力信号を測定するように構成された測定回路、および（ｉｖ）前記作動回路および測定回路と作動的に結合されている制御部を含んでいてもよい。この制御部は、命令を含むデータ記憶部に接続されていてもよい。これらの命令が実行されると、前記制御部は、作動回路が前記検知共振器を駆動して前記検知共振器の共振点を維持する周波数を調整する。したがって、検知は、前記ＴＦＢＡＲを作動させて振動させ、前記ＴＦＢＡＲの振動の共振特性を表す１種以上の共振器出力信号を測定し、前記検知共振器の作動周波数を調節して前記ＴＦＢＡＲの共振点を維持することにより達成されてもよい。いくつかの態様では、前記作動回路が前記検知共振器を駆動する周波数は、最大群遅延の周波数である。
このような相検出法は、異なる共振周波数の圧電共振器と共に用いることができるという利点がある。
様々な態様では、本明細書に記載する方法、装置、および系と共に用いられるＴＦＢＡＲは、共振周波数が約５００ＭＨｚ以上、例えば、約７００ＭＨｚ以上、約９００ＭＨｚ以上、約１ＭＨｚ以上、約１．２ＭＨｚ以上、約１．５ＧＨｚ以上、約１．８ＧＨｚ以上、約２ＧＨｚ以上、２．２ＧＨｚ以上、２．５ＧＨｚ以上、約３ＧＨｚ以上、または約５ＧＨｚ以上である。この範囲の共振周波数を有するＴＦＢＡＲであれば、増幅要素が媒介する質量負荷と共に用いた場合に感度を高めることができる。これについては、以下で詳細に記載する。いくつかの態様では、前記ＴＦＢＡＲは、約５００ＭＨｚ〜約５ＧＨｚ、例えば、約９００ＭＨｚ〜約３ＧＨｚ、あるいは約１．２ＧＨｚ〜約２．５ＧＨｚの共振周波数を有する。そのような共振周波数の中には、上記の圧電共振器の周波数よりも実質的に高いものがある。
本明細書に記載する検知共振器は、薄膜共振器である。薄膜共振器は、例えばＡＴカット水晶を用いるのではなく、基板に蒸着した圧電材料の薄相を含む。圧電膜の厚みは、典型的には約５ミクロン未満、例えば、約２ミクロン未満であり、約１００ナノメートル未満であってもよい。薄膜共振器は、一般に、その高い共振周波数と理論的に高い感度のため、好ましい。用途に応じて、検知要素として用いられる薄膜共振器は、縦モードまたは剪断バルク弾性波共振モードを支持するように形成されてもよい。前記検知要素は、剪断バルク弾性波共振モードを支持するように形成されていることが好ましい。というのは、剪断バルク弾性波共振モードは液体試料で用いるのにより好適であるためである。
薄膜共振器（ＴＦＲ）を用いてもよいセンサー装置および系に関するさらなる詳細は、例えば、Ｄｒｅｅｓ ｅｔ ａｌ．に対して１９９９年８月３日に発行された米国特許第５，９３２，９５３号に記載されており、本明細書に示す開示と矛盾しない程度にその全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
ＴＦＲセンサーは、任意の好適な材料で任意の好適な方法で作製してもよい。一例として、共振器は、ケイ素ウエハーまたはサファイヤの基板、ブラッグミラー層またはその他の好適な音響単離手段、底部電極、圧電材料、および上部電極を含んでいてもよい。
ＴＦＲには任意の好適な圧電材料を用いてもよい。好適な圧電基板としては、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などが挙げられる。
電極は、任意の好適な材料、例えば、アルミニウム、タングステン、金、チタン、モリブデンなどで形成してもよい。電極は気相成長により蒸着させてもよく、あるいは任意のその他の好適な方法で形成してもよい。
任意の好適な装置または系では、本明細書に記載する薄膜共振器および増幅を用いてもよい。一例として、図２を参照して、解析物を検出する系は、容器１０（または２つ以上の容器）、前記薄膜共振器２０、作動回路２２、測定回路２９、および制御電子回路３０を含んでいてもよい。流路により、１つ以上の容器１０は共振器２０に連結されている。制御電子回路３０は、作動的に作動回路および測定回路に連結される。いくつかの態様では、制御電子回路３０は、測定回路２９からの入力に基づいて、作動回路２２が共振器２０を振動させる周波数を修正するように構成されている。
さらに図２を参照して、容器１０（または２つ以上の容器）は中間電子移動剤、可溶性沈殿前駆体、および必要に応じて解析物分子を収納していてもよい。これら試薬については、それぞれ、以下でより詳細に記載する。制御電子回路３０は、例えば、ポンプ、真空などによりこれら試薬の容器１０から共振器２０への流れを制御してもよい。
任意の好適な制御電子回路３０を用いてもよい。例えば、制御電子回路は処理装置、制御部、記憶部などを含んでいてもよい。記憶部は、コンピュータに読み取り可能な命令を含んでいてもよい。各命令が処理装置または制御部により実行されると、前記処理装置および制御電子回路は本明細書に記載する装置および制御電子回路に帰属する様々な機能を実行する。記憶部は、任意の揮発性媒体、不揮発性媒体、磁気媒体、光学媒体、または電気媒体、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）、電気的に消去可能なプログラム可能ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、または任意の他のデジタル媒体などを含んでいてもよい。制御電子回路３０は、マイクロプロセッサ、制御部、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特殊目的半導体（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、または均等なディスクリート回路あるいは集積論理回路のうちのいずれか１つ以上を含んでいてもよい。実施例によっては、制御電子回路３０は、複数の構成要素、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ、１つ以上の制御部、１つ以上のＤＳＰ、１つ以上のＡＳＩＣ、または１つ以上のＦＰＧＡ、その他のディスクリート回路あるいは集積論理回路の任意の組み合わせを含んでいてもよい。本明細書の制御電子回路に帰する機能は、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、あるいはこれらの任意の組み合わせとして具現化されてもよい。
解析物に連結された酸化還元反応のカスケード反応
本明細書に記載する方法、装置、および系では、酸化還元反応を行うことができる解析物を含む試料の分子を認識することにより、試料中の解析物を検出することができる。前記解析物の酸化還元は、必要に応じて、あるいは所望であれば、１種以上の中間電子移動剤および補因子を介して可溶性沈殿前駆体の酸化還元に連結している。この酸化還元カスケード反応の結果、前記可溶性沈殿前駆体が沈殿分子に転化され、沈殿分子は、ＴＦＢＡＲの表面に沈殿することができる。本明細書に記載の、より高い周波数の範囲のＴＦＢＡＲセンサーは、沈殿分子の沈殿によって生じたセンサー表面の質量増加に非常に効率的に応答した。
ここで、図３Ａ〜３Ｂを参照する。これら模式図は、可溶性沈殿前駆体を沈殿分子に転化する解析物に連結された可溶性沈殿前駆体の酸化還元およびこの沈殿分子のＴＦＢＡＲの表面の沈殿を示している。図３Ａに示すように、中間電子移動剤１００は、共振器２０の表面２６に固定されている。中間電子移動剤１００は、解析物１１０および可溶性沈殿前駆体１２０の一方または両方と選択的に相互作用するように構成されていることが好ましい（図３Ｂを参照のこと）。態様によっては、中間電子移動剤１００は、可溶性沈殿前駆体１２０と選択的に相互作用して、前記前駆体をセンサー２０の表面２６のすぐ近くで酸化または還元するように構成されている。したがって、その結果得られる沈殿分子１２５は、センサー２０の表面２６の近くで生成される。図３Ｂに示す態様では、中間電子移動剤１００は、解析物１１０を酸化または還元して酸化還元解析物生成物１１５を生成し、可溶性沈殿前駆体１２０を還元または酸化して沈殿分子１２５を生成する。沈殿分子１２５はセンサー２０の表面２６に沈殿することができる。解析物１１０および可溶性沈殿前駆体１２０は、溶液、懸濁液などに添加して、共振器２０全体に移動させてもよい。
任意の好適な数の中間電子移動剤を用いて、前記解析物の酸化還元を前記可溶性沈殿分子の酸化還元に有効に連結させてもよい。ここで、図４〜図５を参照して、複数種の中間電子移動剤および関連づけられた酸化還元補因子を用いた態様を示す。
図４に示す態様では、第一の中間電子移動剤１００および第二の中間電子移動剤１４０が用いられている。この図示の態様では、第二の中間電子移動要素１４０は、解析物１１０を酸化還元解析物生成物１１５に酸化または還元する。また、第二の中間電子移動要素１４０は、酸化還元補因子１５０を補因子酸化還元生成物１５５に還元または酸化する。第一の中間電子移動剤１００は、補因子酸化還元生成物１５５を酸化還元補因子１５０に酸化または還元し、可溶性沈殿前駆体１２０を還元または酸化して沈殿分子１２５を生成する。沈殿分子１２５は、共振器２０の表面２６に沈殿することができる。この図示の態様では、第一の中間電子移動要素１００は、センサー２０の表面２６に結合されている。ただし、当然のことだが、第一の中間電子移動剤１００および第二の中間電子移動剤１４０の一方または両方が、共振器の表面に結合されていてもよい。補因子１５０、可溶性沈殿基質１２０、解析物１１０、および必要に応じて第一の中間電子移動剤１００および第二の中間電子移動剤１４０の一方（共振器の表面に結合していない場合、あるいは追加の試薬が所望である場合）を溶液にして共振器全体に導入してもよい。
図５に示す態様では、第一の中間電子移動剤１００、第二の中間電子移動剤１４０、および第三の中間電子移動剤１６０が用いられている。この図示の態様では、第二の中間電子移動要素１４０は、解析物１１０を酸化還元解析物生成物１１５に酸化または還元する。また、第二の中間電子移動要素１４０は、第一の酸化還元補因子１５０を第一の補因子酸化還元生成物１５５に還元または酸化する。第三の中間電子移動要素１６０は、第一の補因子酸化還元生成物１５５を第一の酸化還元補因子１５０に酸化または還元する。また、第三の中間電子移動要素１６０は、第二の酸化還元補因子１７０を第二の補因子酸化還元生成物１７５に還元または酸化する。第一および第二の酸化還元補因子は同じであってもよい。第一の中間電子移動剤１００は、第二の補因子酸化還元生成物１７５を第二の酸化還元補因子１７０に酸化または還元し、可溶性沈殿前駆体１２０を還元または酸化して沈殿分子１２５を生成する。沈殿分子１２５は、共振器２０の表面２６に沈殿することができる。この図示の態様では、第一の中間電子移動要素１００は、センサー２０の表面２６に結合されている。ただし、当然のことだが、第一の中間電子移動要素１００、第二の中間電子移動要素１４０、および第三の中間電子移動要素１６０の２種以上の要素が共振器の表面に結合していてもよい。第一の補因子１５０および第二の補因子１７０（異なる場合）、可溶性沈殿基質１２０、解析物１１０、および必要に応じて第一の中間電子移動剤１００、第二の中間電子移動剤１４０、および第三の中間電子移動剤１６０の一方（共振器の表面に結合していない場合、あるいは追加の試薬が所望である場合）を溶液または懸濁液にして共振器全体に導入してもよい。
上に示したように、任意の好適な数の中間電子移動剤および補因子（必要に応じて）を用いて、前記解析物の酸化還元を前記可溶性沈殿前駆体の酸化還元に連結させてもよい。前記中間電子移動剤のうちのいずれか１種以上の中間電子移動剤は、共振器の表面に固定されていてもよい。態様によっては、どの中間電子移動剤も共振器の表面に結合していない。態様によっては、１種以上の酸化還元試薬（例えば、補因子）は共振器の表面に固定されている。態様によっては、１種以上の中間電子移動剤および１種以上のその他の酸化還元試薬が共振器の表面に固定されている。
生物解析物の場合、第一の中間電子移動剤は、解析物との高い親和性を有し、解析物の酸化または還元を触媒することができる解析物に対して選択的な酵素であることが好ましい。そのような酵素としては、例えば、脱水素酵素または還元酵素、ヘム代謝酵素、酸化ストレス関連酵素、酸素添加酵素または水酸化酵素などが挙げられる。脱水素酵素または還元酵素としては、例えば、ヒドロキシステロイド脱水素酵素、アルコール脱水素酵素、アルデヒド脱水素酵素、アルドケト還元酵素、ビリベルジン還元酵素、２，４−ジエノイルＣｏＡ還元酵素、ジヒドロ葉酸還元酵素、リン酸グリセルアルデヒド脱水素酵素、γ−インターフェロン誘導リソソームチオール還元酵素、グルタミン酸塩脱水素酵素、グルタチオン還元酵素、イソクエン酸塩脱水素酵素、乳酸脱水素酵素、ピルビン酸脱水素酵素、シトクロムＰ４５０還元酵素、キノイドジヒドロプテリジン還元酵素、チオレドキシン還元酵素、ＷＷ領域含有酸化還元酵素などが挙げられる。ヘム代謝酵素としては、例えば、ビリベルジン還元酵素、ヘム酸化酵素などが挙げられる。酸化ストレス関連酵素としては、例えば、アルデヒド酸化酵素、カタラーゼ、シクロオキシゲナーゼ、ＥＲｐ５７／ＰＤＩＡ、グルタレドキシン、グルタチオン・ペルオキシダーゼ、ミエロペルオキシダーゼ、酸化窒素合成酵素、ペルオキシレドキシン、スーパーオキシド・ジスムターゼ、チオレドキシン、チオレドキシン還元酵素などが挙げられる。酸素添加酵素または水酸化酵素としては、例えば、アルデヒドオキシダーゼ、シクロオキシゲナーゼ、ドーパミンβ水酸化酵素、プロリルヒドロキシラーゼ、グアノシン三リン酸（ＧＴＰ）シクロヒドロラーゼ、ヒドロキシ酸オキシダーゼ、インドールアミンジオキシゲナーゼ、キヌレニン−３−モノオキシゲナーゼ、リポキシゲナーゼ、リシルオキシダーゼ、モノアミンオキシダーゼ、ペプチジルグリシンα−アミド化モノオキシゲナーゼ、タンパク質ジスルフィドイソメラーゼ、トリプトファン水酸化酵素、グルコースオキシダーゼなどが挙げられる。
酸化還元酵素には、酸化還元補因子と共により効率的に機能するもの、あるいは酸化還元補因子を必要とするものがある。したがって、１種以上の好適な補因子が、前記酵素および任意の他の中間電子移動剤、前記１種以上の可溶性沈殿前駆体、および解析物（存在する場合）を含む液体混合物または溶液に含まれることが望ましい場合がある。酸化還元補因子は、有機酸化還元補因子または無機酸化還元補因子であってもよい。無機補因子としては、例えば、第二銅イオン、第二鉄イオンまたは第一鉄イオン、マグネシウムイオン、マンガンイオン、モリブデンイオン、ニッケルイオン、亜鉛イオン、鉄−硫黄クラスタなどが挙げられる。有機補因子としては、例えば、ニコチンアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤ＋）、フラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）、リポアミド、アスコルビン酸、フラビンモノヌクレオチド（ＦＭＮ）、補酵素Ｆ４２０、補酵素Ｂ、補酵素Ｑ、グルタチオン、ヘム、ピロロキノリンキノン、テトラヒドロビオプテリンなどが挙げられる。
態様によっては、中間電子移動剤は、アッセイ環境で可溶の沈殿前駆体を共振器の表面に沈殿する不溶性沈殿分子に転化することができる酵素である。ＴＦＢＡＲの表面に蓄積することができる不溶性沈殿分子を生成することができる酵素／沈殿前駆体系の例としては、ペルオキシダーゼ酵素（例えば、西洋ワサビペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）またはミエロペルオキシダーゼ）と、ベンジジン、ベンジジン二塩酸塩、ジアミノベンジジン、ｏ−トリデン、ｏ−ジアニシジン、テトラメチル−ベンジジン、カルバゾール、特に３−アミノ−９−エチルカルバゾール、およびペルオキシダーゼとの反応で沈殿物を形成すると報告されている様々なフェノール性化合物のうちの１種が挙げられる。態様によっては、ペルオキシダーゼは、オキシダーゼによる特異的な解析物の酸化に連結されており、最終生成物の１つが過酸化物（例えば、グルコースオキシダーゼでグルコースを酸化したもの）である。この過酸化物は、酸化されると沈殿する可溶性沈殿前駆体と連結している。脱水素酵素による解析物に特異的な酸化により生成された還元された補因子は、中間電子移動剤として機能する酵素ジアフォラーゼを介して、不溶性ホルマザンとしてのテトラゾリウム塩、例えば、塩化ニトロブルーテトラゾリウム（ＮＢＴ）、塩化２−（４−ヨードフェニル）−３−（４−ニトロフェニル）−５−フェニル−２Ｈ−テトラゾリウム（ＩＮＴ）、または臭化３−（４，５−ジメチル−２−チアゾリル）−２，５−ジフェニル−２Ｈ−テトラゾリウム（ＭＴＴ）の還元およびそれに続く沈殿に連結されていてもよい。
態様によっては、中間電子移動剤は、脱水素酵素による解析物に特異的な酸化の際に生成された還元された補因子（例えば、ＮＡＤＨまたはＮＡＤＰＨ）により、例えば、ホルマザン、例えば、塩化ニトロブルーテトラゾリウム（ＮＢＴ）、塩化２−（４−ヨードフェニル）−３−（４−ニトロフェニル）−５−フェニル−２Ｈ−テトラゾリウム（ＩＮＴ）、または臭化３−（４，５−ジメチル−２−チアゾリル）−２，５−ジフェニル−２Ｈ−テトラゾリウム（ＭＴＴ）の還元およびそれに続く沈殿を容易にするメト硫酸フェナジンなどの化学物質であってもよい。
ここで、図６を参照して、解析物検出系の一態様の概略を示す。この図示の態様では、ジアフォラーゼ（中間電子移動剤）がセンサーの表面に固定されている。このジアフォラーゼ酵素は、還元された補因子（例えば、ＮＡＤＨまたはＮＡＤＰＨ）によるテトラゾリウム（例えば、ＮＢＴ）の不溶性ホルマザンへの還元を触媒する。酵素（図示の態様では３−α−ヒドロキシステロイド脱水素酵素、すなわち３−ＨＳＤ）による解析物（図示の態様では胆汁酸）に特異的な酸化の際に、ＮＡＤＨまたはＮＡＤＰＨは、この酵素により用いられる電子キャリア補因子として生成される。表面に沈殿するホルマザンの量、またはホルマザンの沈殿率は、アッセイ混合物中の胆汁酸の量と相関させてもよい。
当然のことだが、図６は、センサー（例えば、ＴＦＢＡＲ）の表面に沈殿を生じさせる、解析物に連結された酸化還元を介して試料中の解析物の存在またはその量を検出するのに用いてもよいある特定のアッセイの一態様を示しているにすぎない。例えば、任意の好適な中間電子受容体（例えば、上記の酵素）を用いて、可溶性沈殿前駆体（図示の態様ではＮＢＴ）を不溶性沈殿分子（図示の態様ではホルマザン）に転化してもよい。この酵素は、受容体の表面に結合させる必要がない。さらなる例として、任意の１種以上の追加の中間電子受容体（例えば、解析物に対して選択的な酵素（図示の態様では３−ＨＳＤ））を用いてもよい。この中間電子移動剤は、センサーの表面に結合させてもよく、あるいはアッセイ混合物中に遊離していてもよい。任意の好適な補因子または解析物を用いてもよい。
用いてもよい（すなわち、その存在または量が本明細書に記載する系を用いたアッセイを行うことができるような）好適な解析物としては、例えば、酸化還元反応を行うことができる任意の解析物が挙げられる。この解析物は、前記解析物の酸化または還元を触媒する、あるいは容易にすることができる解析物に対して選択的な中間電子移動剤と共に用いることが好ましい場合がある。好ましい態様では、前記解析物に対して選択的な中間電子移動剤は酵素である。解析物に対して選択的な酸化還元酵素を有する酸化還元解析物としては、例えば、胆汁酸（酵素は３−ＨＳＤなどであってもよい）、グルコース（酵素はグルコース酸化酵素またはグルコース脱水素酵素であってもよい）などが挙げられる。当然のことだが、「解析物」は、胆汁酸などの１種の化合物、グルコースなどの特定の化合物、または１種の化合物および特定の化合物の両方であってもよい。態様によっては、目的の解析物は、酸化反応または還元反応を行うことができるいずれの酵素であってもよい。
態様によっては、重合体が、溶液から共振器の表面に沈殿する。この重合体は、前記可溶性沈殿前駆体として機能する単量体から形成されてもよい。酸化還元重合開始剤を用いて、そのような重合を開始して、前記解析物の酸化還元を前記重合体の沈殿に連結してもよい。酸化還元開始剤としては、例えば、ペルオキソ二硫酸アンモニウム−硫化水素ナトリウム、硝酸アンモニウムセリウム、過酸化物（例えば、過酸化水素、アルキル過酸化水素、ペルオキシ二硫酸塩、ペルオキシ二リン酸塩）などが挙げられる。態様によっては、前記重合開始剤は、例えば、他の分子との結合により共振器の表面に固定されている。そのような態様では、形成される重合体は、表面からグラフトしている。本開示の目的のために、共振器の表面にグラフトされた重合体は、たとえ共振器の表面にグラフトされなければ溶媒または液体媒体に可溶性であったとしても、不溶性沈殿分子と見なされる。
ここで、図７Ａ〜図７Ｃを参照する。これらの模式図は、酸化還元重合開始剤１００が共振器２０の表面２６にグラフトされている態様を示す。この態様では、酸化還元重合開始剤１００は、中間電子移動剤として機能する。試薬を添加する前（図７Ａ）には、前記重合開始剤は活性化されておらず、重合を開始させるようになっていない。しかしながら、解析物１１０が存在する場合、試薬を添加した後で重合開始剤１００は活性化されて、単量体１２０の重合を開始させる。添加した試薬は、解析物１００あるいは解析物を含むと思われる試料、中間電子移動剤１４０、酸化還元補因子１５０、および単量体１２０を含む。中間電子移動剤１４０は、選択的に解析物１１０と相互作用して、解析物１１０の解析物酸化還元生成物１１５への酸化または還元を容易にすることが好ましい。また、中間電子移動剤１４０は、補因子１５０の補因子酸化還元生成物１５５への還元または酸化を容易にする。補因子酸化還元生成物１５５は、重合開始剤（中間電子移動剤）１００と相互作用して、重合開始剤を活性化し、単量体１２０は、グラフトされた開始剤１００から重合されて、重合体（沈殿分子）１２５を形成することができる。
当然のことだが、図７Ａ〜図７Ｃは、解析物の酸化還元を重合体のセンサーの表面の沈殿に連結するのに酸化還元重合開始剤を中間電子移動剤として用いる方法の一態様を示すものである。例えば、前記重合開始剤は、センサーの表面に固定されている必要はない。さらなる例として、解析物に対して選択的な中間電子移動剤と重合開始剤の両方を共振器の表面に結合させてもよい。さらに別の例として、１種以上の追加の中間電子移動剤または補因子を用いてもよい。
ＴＦＢＡＲの表面に中間電子移動剤を固定する任意の好適な方法を用いてもよい。一例として、気相成長法を用いてセンサーの表面にエポキシシランの均一な塗膜を蒸着させてもよい。次いで、例えば、圧電ベースのナノ分散技術を用いて、重合開始剤などの検査中間電子移動剤および基準中間電子移動剤（共振器の表面に結合するのに適切な官能性を有する分子と共役させてもよい）、酵素などを検査共振器および基準共振器に沈殿させてもよい。中間電子移動剤の一級アミンは、この電子移動剤をセンサーの表面に共有結合させるエポキシド基と反応する。さらなる例として、電子移動剤にチオール基が存在する場合、このチオール基は、ＴＦＢＡＲの表面にある、あるいは表面に塗布された硫黄基またはスルフヒドリル基に結合してもよい。ＴＦＢＡＲの表面は、中間電子移動剤の結合を許すように適切に、あるいは必要に応じて修飾されていてもよい。
様々な態様では、解析物の検出について上述したのと同様の原理を用いて、酸化還元酵素の存在または活性を検出してもよい。この解析物は、酵素であると見なすことができ、この酵素の量、活性、または量および活性は、一般に上述のように検出してもよい。当然のことだが、活性の小さい多量の酵素よりも、活性の大きい少量の酵素を用いるとより大きな信号が得られることがある。したがって、いくつかの態様では、酸化還元酵素の活性および量の組み合わせを試料中で検出してもよい。酸化還元酵素を含むと思われる検査試料は、前記酵素により酸化または還元することができる既知の量の基質と組み合わせてもよい。酸化還元カスケード反応を介して、前記基質の酸化または還元を可溶性前駆体の酸化または還元と連結させてもよく、その結果、ＴＦＢＡＲの表面に沈殿分子が沈殿する。ＴＦＢＡＲ表面の質量の変化は、検査試料中の酵素の活性と相関させてもよい。
例えば、上述のように、ＴＦＢＡＲの表面に１種以上の中間電子移動要素または他の酸化還元試薬（例えば、補因子）を結合させてもよい。この場合、検出対象の酵素は、試料に添加されており、ＴＦＢＡＲに結合させた中間電子移動要素とはしない。
例示および図４を参照して、前記酸化還元酵素は、要素１４０と見なしてもよい。酵素１４０を含む試料をセンサー２０の表面２６全体に移動させる前あるいは最中に酵素１４０に対して既知の量の基質１１０を酵素１４０と混合してもよい。酵素１４０が存在し、活性を有する場合、酵素１４０は、基質１１０を酸化還元基質生成物１１５に酸化または還元することができる。図示の態様では、酵素１４０はまた、酸化還元補因子１５０を補因子酸化還元生成物１５５に還元または酸化する。中間電子移動剤１００は、補因子酸化還元生成物１５５を酸化還元補因子１５０に酸化または還元し、可溶性沈殿前駆体１２０を還元または酸化して沈殿分子１２５を生成する。沈殿分子１２５は、共振器２０の表面２６に沈殿することができる。補因子１５０、可溶性沈殿基質１２０、基質１１０、および酵素１４０を溶液にして、中間電子移動要素１００が結合している共振器全体に導入してもよい。
図４について説明したが、当然のことだが、酵素の存在または活性の検出は、解析物の検出について上述したいずれかの適切な態様を好適に修正することにより達成してもよい。例えば、前記酵素は、図６の中間電子移動要素１４０または１６０と置き換えられてもよく、前記基質は要素１５０または１７０と置き換えられてもよい。
用途
本明細書に記載するセンサー、装置、および系を用いて、試料中の解析物を検出してもよい。前記センサーは、多数の化学用途、環境用途、食品安全性用途、または医療用途で用いられてもよい。一例として、検査対象の試料は、血液、血清、血漿、脳脊髄液、唾液、尿であってもよく、あるいはこれらに由来するものであってもよい。体液組成物ではない他の検査組成物は、分析のために適切な溶液または溶媒中に溶解あるいは懸濁させてもよい。
定義
本明細書で用いられるすべての科学用語および技術用語は、特に断りがなければ当該分野で一般的に用いられる意味を有する。本明細書で提供される定義は、本明細書で頻繁に用いられる特定の用語の理解を容易にするためのものであり、本開示の範囲を限定することを意味しない。
本明細書および添付の請求項で用いられるように、内容からそうでないことが明らかに述べられていなければ、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、複数の指示対象を有する態様を包含する。
本明細書および添付の請求項で用いられるように、内容からそうでないことが明らかに述べられていなければ、用語「ｏｒ」は一般に「および／または」を含む意味で用いられる。用語「および／または」は、列挙した要素の１つまたはすべて、あるいは列挙した要素の任意の２つ以上の組み合わせを意味する。
本明細書で用いられる「有する」、「有すること」、「備える」、「備えること」、「含む」、「含むこと」は、非限定的な意味で用いられ、一般に「含むが、限定されない」を意味する。当然のことだが、「本質的にからなる」、「からなる」は、「含む」に包含される。本明細書で用いられる組成物、生成物、方法などに関する「本質的にからなる」は、組成物、生成物、方法などの構成要素が、列挙した構成要素、および前記組成物、生成物、方法の基本的特徴および新規な特徴に実質的に影響を及ぼさない任意の他の構成要素に限定されることを意味する。
用語「好ましい」および「好まししい」は、特定の状況で特定の恩恵を提供するかもしれない本発明の態様を指す。しかしながら、同じ状況あるいは他の状況で他の態様もまた好ましい場合がある。さらに、１つ以上の好ましい態様の記述は、他の態様が有用でないことを暗示するものではなく、請求項を含む本開示の範囲から他の態様を排除することを意図するものではない。
また、本明細書では、終点による数値範囲の記述は、その範囲内に含まれる全ての数字を含む（例えば、１〜５は１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、５などを含み、１０未満は１０、９．４、７．６、５、４．３、２．９、１．６２、０．３などを含む）。値の範囲が特定の値「まで」である場合、その値はその範囲内に含まれる。
「上部」、「底部」、「左」、「右」、「上」、「下」、およびその他の方向や方位など、本明細書で言及されるいずれの方向も、図面を参照する際の明確さのために本明細書に記載されており、実際の装置または系、あるいは前記装置または系の使用を限定するものではない。本明細書に記載する装置または系は、多数の方向または方位で用いられてもよい。
本明細書で用いられる用語「酸化還元解析物」は、酸化または還元することができる解析物である。この酸化還元解析物は、その酸化または還元を触媒することができる酸化還元酵素と相互作用することができることが好ましい。
本明細書で用いられる用語「ある分子に対して「選択的な」中間電子移動剤または酵素」は、その分子（例えば、解析物または沈殿前駆体）と選択的に相互作用する移動剤または酵素である。「選択的に相互作用する」とは、他の分子よりも実質的に高い特異性で目的の分子と相互作用することを意味する。例えば、選択的な移動剤または酵素は、アッセイ混合物中に存在する他の試薬に比べて５倍以上（例えば、１０倍以上、５０倍以上、または１００倍以上）の特異性で目的の分子と相互作用することができる。電子移動剤または酵素は、２種以上の分子（例えば、解析物および補因子、あるいは沈殿前駆体および補因子）に対して選択的であってもよい場合がある。
以下の非限定的な実施例により、上記のセンサー、方法、装置、および系の使用についてより十分に記載する。当然のことだが、これらの実施例は、本開示およびそれに続く請求項の範囲を限定するものではなく、むしろ、例示目的で示されている。
実施例１：沈殿分子の、解析物に連結された酸化還元−概念の実証
以下の実施例では、一般に図６に示すアッセイ系が用いられた。その結果を図８に示す。図８は、臨床的に有用な範囲で正常なヒト血清に混合したタウロコール酸の用量反応を示す。この反応混合物は、ｐＨ７．５のトリスヒドロキシメチルアミノメタン中に１．７５ｍＭのＮＡＤ＋、０．４ｍｇ／ｍＬのＮＢＴ、０．１Ｕ／ｍＬの３−ＨＳＤを含んでいた。センサーは、エポキシシランで被覆したＲｅｖ３センサーで、０．２ｍｇ／ｍＬのジアフォラーゼ（検査チャネル）および０．２ｍｇ／ｍＬのＢＳＡ（基準チャネル）で被覆されていた。このアッセイでは、６０ｕＬの反応混合物、１０ｕＬの試料、３８ｕＬのトリスヒドロキシメチルアミノメタン（ｐＨ７．５）を合わせて、２分間センサーの上を通過させた。分析して、図８に示したデータは、応答データの最初の１５秒間の部分を直線回帰したものである。
以上のように、酸化還元カップリングによる質量検出の態様を開示した。当業者には自明であるが、本明細書に記載する方法、装置、および系は、開示した態様以外の態様でも実施することができる。開示した態様は、例示目的で示されており、限定するものではない。また、当業者には自明であるが、本明細書の図面および態様について記載した上記の方法、装置、および系の構成要素は、交換可能であってもよい。

Claims (16)

  1. 試料中の解析物を検出する方法であって、以下の工程：
    圧電薄膜共振器（ＴＦＢＡＲ）の表面の近くに、酸化還元解析物、１種以上の中間電子移動剤、可溶性沈殿前駆体、および任意あるいは必要に応じて１種以上の酸化還元補因子を含む混合物を導入する工程；
    ここで、前記１種以上の中間電子移動剤、前記任意あるいは必要な補因子、および前記可溶性沈殿前駆体の存在下、前記酸化還元解析物が、前記可溶性沈殿前駆体を酸化還元して前記ＴＦＢＡＲの表面に沈殿する沈殿分子を生成する、及び
    前記ＴＦＢＡＲの表面に加えられた質量を測定する工程；
    を含む、方法。
  2. 前記ＴＦＢＡＲの表面に前記中間電子移動剤のうちの少なくとも１種以上が固定される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記中間電子移動剤のうちの少なくとも１種は前記解析物に対して選択的である、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記電子移動剤のうちの少なくとも１種は前記可溶性沈殿前駆体に対して選択的である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記混合物は、少なくとも２種の中間電子移動剤を含み、前記中間電子移動剤の少なくとも１種は、前記解析物に対して選択的な酵素であり、前記電子移動剤の少なくとも１種は前記可溶性沈殿前駆体に対して選択的である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 試料中の酵素の活性または存在を検出する方法であって、以下の工程：
    １種の標的酸化還元酵素、前記標的酸化還元酵素に対する１種以上の酸化還元基質、１種以上の中間電子移動剤、可溶性沈殿前駆体、および必要に応じて１種以上の酸化還元補因子を含む混合物を圧電薄膜共振器（ＴＦＢＡＲ）の近くに導入する工程；および
    前記ＴＦＢＡＲの表面に加えられた質量を測定する工程；
    を含み、ここで、前記１種以上の酸化還元基質および前記１種以上の中間電子移動剤、任意あるいは必要な補因子、および前記可溶性沈殿前駆体の存在下、前記酸化還元酵素が、前記可溶性沈殿前駆体を酸化還元して、前記ＴＦＢＡＲの表面に沈殿する沈殿分子を生成する、方法。
  7. 前記中間電子移動剤のうちの少なくとも１種以上は、前記ＴＦＢＡＲの表面に固定される、請求項６に記載の方法。
  8. 前記電子移動剤のうちの少なくとも１種は、前記可溶性沈殿前駆体に対して選択的である、請求項６または７に記載の方法。
  9. 前記ＴＦＢＡＲの表面に加えられた質量を測定する工程が、
    前記ＴＦＢＡＲに、前記圧電共振器の共鳴帯域内にある９００ＭＨｚ以上の周波数を有する入力電気信号を連結すること、
    前記入力電気信号を前記ＴＦＢＡＲ全体に送信して、所定周波数を有する出力電気信号を生成すること、
    前記ＴＦＢＡＲから前記出力電気信号を受信すること、および
    前記ＴＦＢＡＲの表面に前記沈殿物が沈殿することにより生じる前記出力電気信号の相シフトの変化を決定すること、
    を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記相シフトの変化は、挿入係数相シフトまたは反射係数相シフトの変化である、請求項９に記載の方法。
  11. 前記ＴＦＢＡＲの表面に加えられた質量を測定する工程が、
    前記ＴＦＢＡＲを作動させて、９００ＭＨｚ以上の周波数で振動させること、
    前記ＴＦＢＡＲの振動の共振特性を表す１種以上の共振器出力信号を測定すること、および
    前記検知共振器の作動周波数を調節して、前記ＴＦＢＡＲの共振点を維持することを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記ＴＦＢＡＲの共振点は最大群遅延の点である、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記周波数は１．８ＧＨｚ以上、２ＧＨｚ以上、９００ＭＨｚから１０ＧＨｚ、又は２ＧＨｚから２．５ＧＨｚである、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. 少なくとも１種の中間電子移動剤は酵素である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 試料中の解析物を検出する系であって、
    解析物または可溶性沈殿前駆体を選択的に結合する第一の電子移動剤が固定された表面を含む、共振周波数が９００ＭＨｚ以上の圧電薄膜共振器（ＴＦＢＡＲ）、
    前記沈殿前駆体、および必要に応じて１種以上の酸化還元補因子を収納する１つ以上の容器、
    前記１つ以上の容器から、前記第一の電子移動剤が結合しているＴＦＢＡＲの表面への流路、
    前記解析物を前記沈殿前駆体に導入するための流路、
    前記ＴＦＢＡＲを駆動して振動させる作動回路、
    前記ＴＦＢＡＲに連結されるように配置され、前記検知共振器の振動の共振特性を表す１種以上の共振器出力信号を測定するように構成された測定回路、および
    作動的に前記作動回路および前記測定回路と連結された制御部、
    を含む、系。
  16. 試料中の酸化還元酵素の活性または存在を検出する系であって、
    解析物または可溶性沈殿前駆体を選択的に結合する第一の電子移動剤が固定された表面を含む、共鳴周波数が９００ＭＨｚ以上の圧電薄膜共振器（ＴＦＢＡＲ）、
    前記酸化還元酵素に対する基質、前記沈殿前駆体、任意または必要に応じて、１種以上の酸化還元補因子を収納する１つ以上の容器、
    前記１つ以上の容器から、前記第一の電子移動剤が結合しているＴＦＢＡＲの表面への流路、
    前記酵素を前記基質、前記沈殿前駆体、および任意あるいは必要に応じて１種以上の酸化還元補因子に導入する流路、
    前記ＴＦＢＡＲを作動させて振動させる作動回路、
    前記ＴＦＢＡＲに連結されるように配置され、前記検知共振器の振動の共振特性を表す１種以上の共振器出力信号を測定するように構成された測定回路、および
    作動的に前記作動回路および前記測定回路と連結された制御部、
    を含む、系。
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