JPH04500124A - イオンチャンネル膜バイオセンサーの感受性およびイオン選択性の改善 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イオンチャンネル膜バイオセンサーの感受性およびイオン選択性の改善本発明の 分野 本発明は、一般に少なくとも一つのイオンチャンネルを有する膜からなるバイオ センサーに関するものである。

本発明にもとづくバイオセンサーの一例では、イオンチャンネルのコンダクタン スは膜を横切る電界に依存する。

また、本発明は分離かつ整列した膜からなるバイオセンサーに関するもので、そ れぞれの膜には少なくとも一つのイオンチャンネルが設けられ、それぞれのイオ ンチャンネルのコンダクタンスが個別に測定可能である。

従来技術 両親媒性分子は、溶液中で凝集して２次元あるいは三次元の集合体、例えば単層 、ミセル、黒膜、ベシクルまたはりポゾームを形成する。

このベシクルは単一のコンパートメントまたは複数のコンパートメントからなる マルチラメラ型の構造を有する。膜を介したイオンの選択性と流れは、膜が有す るチャンネルまたはボアの数、大きさおよび化学的組成に依存するものである。

これらのチャンネルまたはボアを通って溶質分子が膜を透過する。

また、イオノフオアと呼ばれるある種の分子を膜に取り込むことも知られている 。このイオノフオアは膜を介したイオンの輸送を促進する。イオンチャンネルは イオノフオアのある特定の形とも言えるもので、チャンネルを通ってイオンが膜 を透過する。一つのイオンチャンネルによって膜を横切る電流の測定方法はすで に知られており、一つのイオンチャンネルあたりの電流の値は普通、４ｐＡであ る。

バイオセンサーに、イオンチャンネルを有する膜を月いることはすでに提案され ており、例えば係続中の特許出願Ｎｏ、　ＷＯ８９１０１１５９（１９８９年２ 月９日公開）にはイオンチャンネルを有する膜と取り込んだバイオセンサーが開 示されている。この出願の開示内容は関連出願の相互参照にもとづいて本明細書 に記載する。

本発明の詳細な説明 本発明は、それぞれの膜の少なくとも一つの脂質膜が少なくとも一つのゲートイ オンチャンネルを有する膜からなるバイオセンサーに関するもので、それぞれの 膜は近接して重ねられた（ぎっしりと詰まった）自己凝集性両媒性分子配列から なる。また、少なくとも一つのゲートイオンチャンネルは膜を横切って与えられ た電界に依存したコンダクタンスを有する。

本発明のこの見地の好ましい実施態様では、バイオセンサーは複数の分離した脂 質膜からなり、それぞれの膜のコンダクタンスは個別に測定可能である。

本発明の第二の見地では、本発明はバイオセンサーは複数の分離した脂質膜から なり、それぞれの膜は少な（とも一つのゲートイオンチャンネルを含み、それぞ れの膜はぎっしりと詰まって配列した自己凝集性岡親媒性分子からなり、それぞ れの膜のコンダクタンスは個別に測定可能である。

ここで用いられる用語「ゲートイオンチャンネルｊはアナライトの存在に依存し てイオンを通過させるイオンチャンネルを意味している。

また、　「電界効果イオンチャンネル」はイオンチャンネルを取り込んだ膜を横 切るようにして与えられた電界に依存したコンダクタンスを示すイオンチャンネ ルを意味している。

両親媒性分子は一般に親水性の「頭」と一つまたは複数の「尾」とを有する界面 活性剤分子である。界面活性剤は既知のどのようなものでもよく、例えば、カチ オン性（例として、四級アンモニウム塩）、アニオン性（例えば、有機スルホン 酸塩）、両イオン性（例えば、フォスフ１チジルコリン、ファスチジルエタノー ルアミン）、膜スパンニング脂質、または非イオン性（例えば、ポリエーテル物 質）である。好ましくは、両親媒性分子は交差結合できるようなものである。

このため、ビニル、メタクリレート、ジアセチレン、イソシアノまたはスチレン 基のような交差結合可能な部分が頭群および尾群の両方に含まれる必要がある６ そのような群は、好ましくはフクダらの文献（Ｆｕｋｕｄａ　ｅｔ　ａｌ、　Ｊ 、　Ａｍｅｒ、　Ｃｈｅｍ、　Ｓｏｃ、、　１９８６．月頃２３２１−２３２７ ）に記載されたようなスペーサー基を介して両親媒性分子に結合している。

重合（ポリメリゼーション）は、不飽和モノマーの重合に用いられるどのような 方法でも可能であろう。そのような方法としては、フリーラジカルイニシェータ ーの存在または非存在下における加熱、およびセンシタイザ−（ｓｅｎｓｊｔｉ ｚｅｒ）またはイニシエーターの存在または非存在下における放射が含まれよう 。

本発明の好ましい実施態様では、両親媒性分子は少なくとも一つの他の該当部分 と交差結合可能な少なくとも一つの部分を含むか、もしくは修飾されている。

本発明に用いられるイオンチャンネルは、好ましくはへソックス形成および凝集 可能なペプチド、ポダンド、コロナンド、おびクリプタンドからなる群から選択 される。しかし、現在好ましいものはヘリックスまたは凝集体形成可能なペプチ ドからなるイオンチャンネルである。

ボダンド、コロナンドおよびクリプタンドはすでに科学文献に記載されている（ 例：　Ｖ、Ｆ、　Ｋｒａｇｔｅｎ　ｅｔ　ａｌ、、　Ｊ、　Ｃｈｅｍ、　Ｓｏｃ 、　Ｃｈｅｍ、　Ｃｏｍｍｕｎ、　＋９８５．１２７５：@０．Ｅ。

αヘリックスを形成するペプチドは一般にイオンチャンネルを形成するために膜 内において凝集体として存在する必要がある。典型的なαへソックスからなるペ プチドは、イオンチャンネルが凝集体を介して形成されるようにして凝集体を形 成する。

現時点はイオンチャンネルはβへソックスを形成するペプチドであることが好ま しい。　そのようなペプチドの例としては、ポリペプチドのグラミシジンＡが挙 げられる。この分子に関しては、多くの研究がなされている（より詳細な情報は ・ニーネルらの文献：生体膜と生体エネルギー学　１９８７年、第６５５−６７ ６頁（Ｃａｒｎｅｌｌ　Ｂ、Ａ、　Ｂｉｏｍｅ＋ｎｂｒａｎｅｓ　ａｎｄ　Ｂｉ ｏｅｎｅｒＨｅｔｉｃｓ　６５５−６７６、１９８７）　）　、このグラ~シ ジンＡはイオンチャンネルとしての機能を有し、非極性生体膜を横切る極性チャ ンネンルとしての機能する。また、グラミシジンＡはバチラス菌（Ｂａｃｉｌｌ ｕｓ　ｂｒｅ汐止）から抽出もしくは合成によって得ることができる。リン脂質 二重層において、グラミシジンＡはこの二重層の疎水領域に実質的に挿入された ラヤン状のダイマーとして存在すると考えられている。

本発明においてイオンチャンネルとして利用される分子のさらならる例として、 グラミシジンＢ、グラミシジンＣ、グラミシジンＧｍ−、グラミシジンＧＮ−、 グラミシジンＡ’　（デュボス（Ｄｕｂｏｓ）　）　、バンド３タンパク質、バ クテリオロドプシン、スリチン、アラメチシン、アラメチシン類似体、ボリン、 チロコシン、およびテロスリシンが挙げられる。

以後の記載において、グラミシジンの仲間を単にグラミシジンと呼ぶことにする 。

グラミシジンの特別な例として、膜が単層である場合、グラミシジンの単量体を イオンチャンネルとして用いることができよう。膜が二重層である場合、グラミ シンＡの合成類似体をイオンチャンネルとして用いることができよう、また、膜 が二重層であるところに２つのグラミシジン単量体からなるイオンチャンネルが 存在し、それぞれの単量体は異なる層に存在する。このような例では、グラミシ ジンＡ単量体は層を拡散移動することが可能で、２つの単量体が一列に並んだ場 合にイオンチャンネルが二重層を貫いて形成される。

上記したように、イオンチャンネルは開閉自在（ゲート化）されている、このゲ ート化はイオンチャンネルの端部に結合した受容体部分によってなされる。普通 、受容体部分は第一状態にあるが、アナライトが結合した場合は第二状態に移行 する。このような状態の変化はイオンチャンネルのイオン透過性に変化を与える 。

受容体部分の第一状態とは、イオンチャンネルが閉じている状態を意味する。

アナライトが受容体部分に結合すると、イオンチャンネルをイオンが通過する第 二状態に移行する。このような様式では、イオンチャンネルを単一の分子からな るアナライトのような小さな分子の検出に利用することが可能であろう。この場 合、イオンチャンネルへアナライトの単一分子が結合すると、イオンチャンネル が開くことによるイオンの漏れが起こり、この漏れが短時間経過することによっ て受容体に対するアナライトの結合のシグナルとしてこの漏れを検出することが 可能である。

当業者に容易に理解されるように、別の様式として受容体部分の第一状態におい てイオンチャンネルがイオンを通過させることができ、第二状態でイオンの通過 が阻害される様式がある。このような様式では、受容体部分は必要とするアナラ イトに結合し、このアナライトの結合に依存してイオンチャンネルを第一状態か ら第二状態に移行させることが可能な化学物質からなる。また受容体部分部分は 他の分子を認識可能な化合物または組成物である。そのような受容体の天然に存 在するものの例として、抗体、抗原、酵素、レクチン、色素等が挙げられる６例 えば、抗原に対する受容体は抗体であり、また抗体に対する受容体は抗−抗体、 または、好ましくは、特定の抗体に認識される抗原である。

ゲート機構のより詳細な姿は系統中の国際出願（Ｎｏ、ＷＯ３９１０１１５９） に記載されている。

この機構はコンダクタンスの電界依存性にもとづくものであることが知られてい る。それは第一に、イオンチャンネルの電気化学的ポテンシャルにもとづく・第 二に電界が与えられることによって起こるイオンチャンネルの変形である。よっ て、電界を与えることによって、極性、両極性、または分極可能な基の配向が変 化し。、イオンチャンネルがゆがむか、もしくは電気化学的ポテンシャルが変わ り、相互コンダクタンスが影響される。電界によって好適に調整される相互コン ダクタンスをイオンチャンネルに与えるために、極性、両極性または分極可能な 基をイオンチャンネルから除去またはイオンチャンネルに取り込む必要があろう 。

例えば、グラミシジンＡの高両極性トリプトファン環において残基をかなり低い 分極可能性を有するものへ置換することは、コンダクタンスをポテンシャル依存 性の高いものにする。他の例は、電界を与えられた時に六量体からなるイオンチ ャンネルを形成するアラメジチンである。

本発明のイオンチャンネルは、種々の残基によって調整されるもので、そのよう な残基の例を第１表に示した。

第１表 ａ）　両極性基ニー 非対称性分子の適当な誘導体、特に電子供与基（例、アルコキシアルキル置換基 ）、電子受容基（例、アルキルまたはアリルカルボキシル酸、アルデヒド、ケト ン、ニトリルまたはニトロ化合物またはそれらの組合わさったもので、例えばア ルコキシニトロリル誘導体）、または荷電された両極性種、例えば両極性イオン 、イリド。

ｂ）　極性基ニー 陽性または陰性電荷を有する種（例、アンモニア塩またはカルボキシル酸塩）。

Ｃ）　分極可能基ニー 分極可能性が大きい電子雲を含む種（例、ハロゲン化物、ニトリル、イオウ誘導 体、リン誘導体、アリル、アセチレンまたはオレフィン誘導体）。

上記から明らかなように、ゲート化イオンチャンネルは両親媒性分子と交差結合 している。しかし、現在のところゲート化イオンチャンネルは膜のなかを側方拡 散するものであることが望ましい、ゲート化イオンチャンネルの膜を側方拡散す る能力はバイオセンサーの感度を高めるものであることが以下の記述から明らか であろう。

上記したように、本発明の第一または第二の様相にもとづくバイオセンサーが複 数の分離した脂質膜からなる場合、それぞれの膜のコンダクタンスは個別に測定 可能である。それぞれの膜のコンダクタンスは、好ましくは（１）それぞれの膜 に対する分離高インピーダンス測定系（ｓｅｐａｒａｔｅ　ｈｉｇｈ　ｉｍｐｅ ｄａｎｃｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　１ｉｎｅ）を提供すること、および（または ）（２）膜のマルチプレクス（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇｔｈｅ　ｍｅｎ＋ｂｒ ａｎｅｓ）によって測定される。現時点で好ましいことは、分離した膜の多くが 用いられるところでは膜のマルチプレクスおよびより好ましくは一連の膜のマル チプレクスによって個々の測定がなされる。マルチプレクスが利用されるところ では、マルチプレクス系は好ましくは興奮値で低いインピーダンス興奮（または シグナル源）系（ホルト／クランプ（ｈｅｌｄ／ｃｌａｍｐｅｄ））で、回路の 中にスイッチされたときに配列のそれぞれの要素のための回路を完全なものにす るために基準点単一の高インピーダンス電流感知系をともなう。ひとつの電流感 知ラインが使用されることが望ましいと考えられる一方で、複数の電流感知ライ ンが配置されるべきであると認識される。これらのどれもが最適な感度を有する バイオセンサーとしてなるべきである。

マルチプレキシングを用いて膜のコンダクタンスの個別測定を実施する場合、ゲ ートイオンチャンネルは場効果イオンチャンネルであることが望ましい。また、 ＦＥＩＣを含む複数の分離膜は２次元配列に配列されていることが望ましい。こ のような様式では、２次元の配列においてひとつの次元にあるそれぞれのアドレ スラインは場効果イオンチャンネルによって他の次元あるアドレスラインからの シグナルと相互変調するシグナル成分を有するので、複合シグナルからマルチプ レックスラインが誘導される。

本発明のバイオセンサーは、場効果イオンチャネルを含む複数の膜からなり、膜 を横切る電気的ポテンシャルを与えることを可能とするために、少なくとも−・ つの電極がそれぞれの膜の一側面に配置され、膜の他側面に配置された一つの電 極と相互作用するものであることが望ましい、また、それぞれの膜が個別の電極 それぞれ与えられるシグナルのマルチプレックスグによってアドレスされること が好ましい。

上記したように、イオンチャンネルを取り込んだ脂質膜からなるバイオセンサー を提供する。このバイオセンサーは、通常、イオンチャンネルを有する脂質膜か らなり、抗体または抗原のようなアナライトがイオンチャンネルに結合した際に そのイオン性コンダクタンスが修飾される。場効果イオンチャンネル（ＦＥＩＣ ）は、このようなバイオセンサーの改善に用いられ、またその適用に関しては以 下の原則がある。

１、オフからオンへの抵抗値の増加はゲートイオンチャンネルにおけるノイズ比 に対する電気的シグナルを改善する。

２、アナライト量はセンサー領域に依存するのでセンサーと分子との反応は与え られた時間内で行なわれる。

３、非線形コンダクタンスはノイズに対するセンサーシグナルの改善に利用され る。

本願では、オフからオンへの抵抗比は増加し、また分路容量は分子がセンサーに 拡散するのに要する時間の増加なしに減少する。また、場効果イオンチャンネル は顕著な伝導シグナルを作りだすのに用いられる。これらの技術はバイオセンサ ーの感度および選択性を著しく強化することに利用される。

バイオセンサーの感度は、国際特許出願ＷＯ３９１０１１５９に記載されている ように脂質膜抵抗、すなわち脂質膜に取り込まれたイオンチャンネルのオンから オフへの抵抗とイオンチャンネル抵抗との比に部分的に依存してしＡる。イオン チャンネルに対する脂質の比があまりにも大きい場合、センサーの電気的インヒ 。

−ダンスが低いので感知過程におけるインピーダンス変化の検知は非常に難しし １゜同様に、イオンチャンネルの絶対数が非常に多い場合、通常開じてし）る場 合はイオンチャンネルからの漏れ電流により、また通常開いている場合はイオン チャンネルに存在するコンダクタンスにより、センサーの電気的インピーダンス は低下する。

感度を改善するために、最小結合数に対するシグナル応答の増加に応じてイオン チャンネル数とセンサーの表面領域とを減少させることができる。し力＼し、減 少した表面領域は感知する部位へアナライトが拡散するための時間カー長（なる こと・また検知する確率が減少することを意味する。別の方法、フロースル−テ クニック（ｆｌｏｗ　ｔｈｒｏＢｈ　ｔｅｃｂｎｉｑｕｅｓ）は好適であるとは 思えなり１゜なぜなら、少量のアナライトは高感度試験（例えば、−滴）を意味 する少量のアナライトと・膜を混乱させるアナライトの流入によるノイズ発生と による。

ここで提唱する方法は、小さな領域からなるセンサー配列を設け、またアナライ ト感知点を移動させるためにセンサー配列間をスイッチさせるものである。この スイッチングは既知の電気的？／ｌ／チブレクサー（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｍ ｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）　Ｉｔこよってなされるが、２次元配列のためにアドレ スラインの少なくとも半分−よ高インピーダンスを必要とする。あるいは、感知 イオンチャンネルとしてＦＥＩＣを使用することが可能である。この場合、低イ ンピーダンスを利用する２次元配置１」の感知エレメント間をスイッチすること が可能であり、下記の実施伊ｊヲこ高インヒ。

−ダンスの一例を示す。

診断上の信頼性は種々の機能的に異なる試験を実施することによって、また機能 的に同一の試験を繰り返す統計的な測定を実施することによって改善される・こ のような場合は、バイオセンサー配列をスキャンする能力が好適であり、ノくイ オセンサー間をスイッチングする機能の有効性がめられる。

感度を改善するための第二の方法は、ＦＥＩＣゲートイオンチャンネルノくイオ センサーの利用を含むものである。このバイオセンサーは脂質膜コンダクタンス のような妨害シグナルと容易に識別できるコンダクタンス特性を有するものであ る。この方法については下記の実施例に示す。

本発明の本質にもとづいて、より好適な態様は下記の実施例に対する記載と図と によって明らかになるであろう。

第１図は、電界によって修飾されたイオンチャンネルの概略を示すもので、Ａは 修飾された頭部群を示し、Ｂは修飾された側鎖を示し、モしてＣは多価のイオン グーヤンネルを示す。

第２図は、低インピーダンスのバイオセンサーマルチプレクサ−の概略構成を示 す図である。

第３図は、金属またはガラス電極を示すもので、Ａは側面図、Ｂは正面図である 。

第４図は、インピーダンスブリッジの概略を示す図である。

第５図は、３ターミナルブツリジの概略を示す図である。

第６図は、平衡電圧インピーダンスブリッジの概略を示す図である。

第７図は、２ターミナルブリツジの概略を示す図である。

第８図は、バイオセンサーチップを表わす。

第９図は、第８図のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

第１０図は、第８図のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

（以下、余白） 実施例１ 電界によって変調を受けた相互コンダクタンス（ｆｉｅｌ＋１　ｍｏｄｕｌａｔ ｅｄ　ｔｒａｎｓｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ）を有するイオンチャンネル 相互コンダクタンスの変調（モデコレーション）を目的として、イオンチャンネ ル構造の多くの部分に極性基を取り込む。例を挙げれば、イオンチャンネルは極 性、両極性または分極可能な残基がイオンチャンネルの頭部領域、側鎖および二 量体結合の部分に局在する。

一般的には、トランスコンダクタンス変調の機構は直接的な電気化学的ポテンシ ャルの変調である。構成的変化による電気化学的ポテンシャルの構成的変化また は変調にイオンチャンネルのゆがみが生ずる。

このようなイオンチャンネルの相互コンダクタンスを測定する好適な方法はノく ルスシグナルまたはＡＣシグナルを利用することである。このことは、シングナ ルバンド幅を大きく保ち、好ましくない電気化学的効果を避け、ＤＣシグナル【 こ抵抗できる二重層よりも高い電界強度を許す。

実施例２ 電界によって変調を受けた頭部群を有するイオンチャンネルこの場合、極性、両 極性、または分極可能な残基は直接的に、あるいはリンカ−基を介して、周辺脂 質頭部群（第１図ａ）領域にあるイオンチャンネルの口に結合している。このよ うなイオンチャンネルは脂質単層または二重層のな力）に取り込まれているか、 またはすでにイオンチャンネルを含む単層または二重層に連続して結合した第二 のフィルムとして植え込まれているものであろう。

このようなイオンチャンネルの形状は、実施例３および４のものと同様の感受性 を有するものではない、なぜなら、頭部領域において電界強度を弱める高極性電 解質分子が周囲に存在するからである。

もし、このイオンチャンネルが脂質二重層に保持されているとすると、感受性を 高めるために脂質二重層のそれぞれの側面上に反対の極性を有する極性基を用い ることも可能である。

実施例３ 電界によって変調を受ｔうた側鎖 このイオンチャンネルでは、イオンチャンネルが脂質膜の低誘電率領域のなかに 横たわるようにするために極性、両極性または分極可能な残基は側鎖に結合され る（第１図ｂ）。例は第１表に示した。

実施例４ 電界によって変調を受けた重合体のイオンチャンネルこのイオンチャンネルでは 、複数のモノマー（例えばアラメチシンまたはグラミシジン）がイオンチャンネ ルを形成するようにして組合わさっている。

これらの単量体は化学的に、あるいは物理的に結合しており、またすでに述べた 極性、両極性またはイオン化した基を有している。イオンチャンネルを変形、阻 害、集合させたりするような電界を与えることによってそのイオンコンダクタン スが変調される。第１図（ｃ）は側鎖として結合した両極性残基を有する二量体 を示している。両極性基に作用する電界による二量体のゆがみは、二量体結合の 部分に構造的変化を引き起こすことによって二量体の相互コンダクタンスを変調 させる。

実施例５ 電界によって変調されたイオンチャンネルを用いた生体分子スイッチ配列電界効 果イオンチャンネルの配列は、イオン流の調整を必要とする時に利用されよう・ 特に、バイオセンサー、または電気泳動のような化学的分析技術分野にその適用 分野が見出される。

ａ、　電界効果イオンチャンネルの一次元配列は、単−共通高インピーダンスシ グナル感受性電極および分離低インピーダンスシグナル感知電極を用いて各チャ ンネルにアドアレスされる。

ｂ、　高密度のイオンチャンネルは、二次元配列によってアドレスされる。この 二次元配列では、イオンチャンネルの各側面は分離電極によてアドレスされる。

この場合、アドレスラインの半分は、相互変調を減少させるために高インピーダ ンスでなければならない。この高インピーダンスによって製造およびスゲナルバ ンド幅の問題が生じるであろう。

Ｃ１二次元の配列によって高密度イオンチャンネルがアドアレスされる。この二 次元配列では、チャンネルの一側面は２つのアドレスラインと電気容量的に、ま たは電気抵抗的に電極と結合している。アドレスラインはＦＥＩＣのような非線 形コンダクタンスのような非線形伝達点に適用された時に相互変調するシグナル の低インピーダンス源として用いられる。よって、配列上の変調電極間のスイッ チングによって、配列上の分離エレメントがアドアレスされる（第２図）。単一 の高インピーダンス測定電極だけが必要とされる。

第２図は、ゲート化イオンチャンネル１０、興奮源１２、変調源１４、転移機能 解析装置１６、アドレスライン配列１８、および共通感知ライン１９からなる膜 配列を有する低インピーダンスバイオセンサーマルチプレクス装置の概略を示す ものである。

複数のアドレスラインはチャンネルの同一側面にあり、またシグナルは十分標識 されているので、アドレスラインは低インピーダンスシグナルを運ぶことができ る。また、その場合に反対側に配置されていないので相互変調を生じない。

作動のための技術として、イオンチャンネルは変調可能な独特の相互コンダクタ ンス特性を有することが必要であり、ゆえにＦＥＩＣを使用する必要がある。ア ドアレス電極は直流または交流が組合わさったものである。

ＦＥＩＣの二次元配列の製造のために、電気的伝導性を有する物質と絶縁性物質 とが交互に重なってなる多層基質をエツチングすることによって電極および抵抗 またはコンデンサーからなるパターンが形成される必要がある。

このエツチングされた基質は、脂質の単層または二重層によってコートされる。

この脂質膜による被覆は、基質の表面に直接なされる場合と、基質表面にハイド ロゲルを被覆した後に被覆する場合とがある。理想的には、抵抗とコンダクタ− との接続はし脂質物質から絶縁され、また電極は直接または容量カップリング（ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ）によって膜に電気的にカップリング されている。理想的には、膜は電気的に単離された配列エレメントに分けること ができる。これは、それぞれの配列エレメント上にウェルを形成することによっ て達せられる。

基質として最適な物質はシリコンおよびその酸化物と窒化物、金属（特にパラジ ウムまたはプラチナ）、ガラス、セラミックスおよび酸化物（特にアルミニウム 酸化物およびチタネートおよびジルコネート）、ナフィオン（ｎａｆｉｏｎ）の ような伝導性ポリマー、およびポリピロール、およびインテグレーテッド回路お よびパリレン、ポリビニルイデン　フルオライド、ポリエステルおよびポリピロ プロピレンのような容量生産に利用される絶縁ポリマーである。

脂質として相対的に適当と思われる物質は、例えばＤＭＰＣおよびＤＰＰＣのよ うなリン脂質である。もし、脂質がパラジウムのような金属の表面を直接被覆し ている場合は、リン脂質頭部としてスルフヒドリル（ｓｕｌｆｈｙｄｒｙｌ）の ようなチオール残基を置換する必要がある。

使用に際して配列はシグナル解析装置に接続された共通の高インピーダンス電極 を含む液体またはヒドロゲル電解質に置き換えられよう。もし、大変低い周波数 またはＤＣシグナルが用いられた場合、シグナル電極における電気化学的ポテン シャルを安定させるために付加的対照電極の利用が必要である。シグナル解析に は多様な方法が用いられる。例えば、スペクトラル解析、サイクリックボルタメ トリ・　ノイズ解析、ダイナミックインピーダンス解析または統計学的解析であ る。これらすべての解析方法は、ノイズと真のシグナルとを区別するため、また 感知エレメント間の違いを区別するため好ましくは下記のようにして使用される 暗号分析メカニズムと組合わされて実施される。

実施例６ 電界によって変調されたイオンチャンネルを用いるバイオセンサーバイオセンサ ーの配列を多機能試験に用いることが知られている。しかし、上記したように、 バイオセンサー配列のいくつかの形式でも感度、選択性、時間応答および信頼性 を改善することが可能である。

電界効果イオンチャンネルからゲートイオンチャンネルバイオセンサーの配列を 用いてバイオセンサーを作ることができよう。好適な電界効果イオンチャンネル は実施例３によって与えられる。実施例８に記載したスイッチング方法のどれで も個々のエレメントをアドレスすることに用いれるが、小さな配列には一次元配 列がより好適であり、また大きい配列には二次元配列がより好適である。実施例 ５および８に記載したシグナル解析方法は、組み合わされて効果的なアドレッシ ングとアルゴリズムの検出に用いられる。検出の信頼性は、統計的解析のために 多くのエレメントから測定することによってより一層高まる。

実施例７ 電界よって特徴づけられる非線形コンダクタンスを有するイオンチャンネルの存 在は知られている。

脂質二重層のコンダクタンスはそれらのイオンチャンネルのいくつかよりも電界 を有する非線形のほうがより劣る。

脂質二重層中にある修飾イオンチャンネルの利用にもとづいてバイオセンサーを 提唱することができる。

脂質膜は現在のところ、イオンチャンネルに対する顕著なインピーダンス除去と して知られており、よって脂質コンダクタンスとイオンチャンネルのコンダクタ ンス活性と区別することは困難である。

脂質膜に存在するイオンチャンネルにもとづいたバイオセンサーの感度改善方法 は電界依存性コンダクタンスを有するように修飾されたイオンチャンネルを用い ることにある。複雑な波形をバイオセンサーに与え、イオンチャンネルの非線形 伝達機能から得られたシグナルの波長成分と比較する。

バイオセンサーを通過する電流において、２つのサイン波から合成された興奮電 圧をバイオセンサー膜の一側面に与え、波長相違成分を測定するためにフェーズ ロックループを利用する例を挙げる。

興奮電圧をＶで表わし、　Ａをバイオセンサーを通過する電流として表わす。

もし、ｆｌおよびｆ２を興奮シグナルに存在する２つのサイン波の波長として表 わし、またそれぞれのもとのサイン波ｆＯの副高調波をｎｌおよびｎ２と表わし たとすると、検出された電流シグナルは、Ａ　（（１／ｎ１−１／ｎ２）ｘｆｏ ｌとして表わされる。イオンチャンネルが５０の範囲で変化する高非線形コンダ クタンスを有するバイオセンサーとして作用するように修飾されることが可能で ある一方、脂質膜は興奮シグナルの利用可能な範囲を超える約２のファクターに よって変化するコンダクタンスを持つことができる。よって、イオンチャンネル は膜と比べた場合に興奮サイン波の高レベルの相互変調を有する傾向があり、識 別改善は、 Ａ　（（ｎｌ−ｎ２）ｘｆｏｌイオンチャンネルＡ　（（ｎｌ−ｎ２）　ｘｆｏ ）膜 となる。

バイオセンサーインピーダンスの静力学的状態（ダイナミックステート）が測定 された場合、例えば生化学的反応に続くゲート時間の静力学的変化においては最 少パルス時間が重要であると考えられることがらナイキスト周波数よりも大きな 差異周波数でなければならない。

非線形イオンチャンネルにもとづくバイオセンサーの他のシグナル処理方法とし て以下のものが挙げられる６ スペクトル分析 電流および電圧源からの励磁によるサイクリックボルタンメタリーノイズ分析 ダイナミックインピーダンス分析 統計学的分析 脂質膜コンダクタンスからイオンチャンネルの他の識別方法は、イオンチャンネ ルの光学的および（または）音響学的励磁である。

実施例８ イオンチャンネル活性の測定において、寝載を増大させるとイオンチャンネルが 一定状態にあるにもかかわらず、膜が抵抗および容量の増大を阻止してしまうの で、その測定に用いられるシステムの感度が減少してしまうことが知られている 。

低濃度イオンチャンネル活性を測定するためのセル領域は０．　１から１００μ がが一般的である。

もし、限定感度がセンサーの全コンダクタンスによって９１られた単一チャンネ ルコンダクタンスとして定義されるとすると、そのようなシステムの領域におけ る限定感度は以下の関数によって表わされる。

ｆｌ（Ａｉ）：イオンチャンネル領域 ｆ２　（Ａｍ）：膜領域 膜周囲におけるイオン漏れ領域：ｆ３（Ａｅ）１／　（１’、ｆ２　（Ａｍ）　 ／ｆ　１　（Ａｉ）　＋ｆ３　（Ａｅ）　／ｆ　１　（Ａｉ）　）まず線形に近 似させるために、ｆｌおよびｆ３の関数を単位領域あたりのアドミッタンスとし て与える。しかし、ｆ３はバイオセンサーセル周囲の漏れアドミッタンスを与え る不確かな関数である。円形セルにおいては、　（Ｒｍ”−Ｒｅりに概略比例す る。ここで、Ｒｍはバイオセンサーの半径を意味し、Ｒｅは縁漏れ（ｅｄｇｅ　 ｌｅａｋａｇｅ）が起こる領域までの半径を意味する。

もし、連続的に閉じた状態または開いた状態にあるわずかのイオンチャンネルに 対して切断域（ｃｒｏｓｓ　５ｅｃｔｉｏｎａｌ　ａｒｅａ″＾ａｎ“）のアナ ライト分子が結合することによってバイオセンサーが検知するとし、そして膜の なかを側方拡散することができるＮｉイオンチャンネルがあるとすると、限定感 度は以下の式によって表わされる。

Ａｍ／Ａａｎ　Ｘ　ｌ／（１＋８１＋ｆ２（Ａ＋ｎ）／ｆｌ（Ａｉ）＋ｆ３（Ａ ｅ）／ｆｉ（Ａｉ）］イオンチャンネルが側方拡散しないが均等分配されている システムでは、限定感度は以下の式によって表わされる。

１／Ａａｎ　Ｘ　Ｎｌ／（１＋Ｎ１＋ｆ２（Ａｍ）／ｆｌ（Ａｉ）＋ｆ３（Ａｅ ）／ｆｉ（Ａｉ）１アナライト分子と比較して大きい膜の利点は、電気的感度に おけるＡｍの限定効果によって相殺される。　イオンチャンネル数の単純増加は アンカーされたイオンチャンネルを有するシステムにおけるこの問題を克服する 。しがし、個々のチャンネルのコンダクタンス　ｆｌ（Ａｉ）、の連続的変化に よるイオンチャンネル活性の特定を行なう能力は平均コンダクタンスシグナルと して喪失するので検知をより困難にする。　しかしながら、もし膜およびそのイ オンチャンネルはＮ２．と独立的に測定される領域とに割れるが電気的に単離不 可能であるとすると、限定感度は、 ”側方拡散（Ｌａｔｅｒａｌｌｙ　Ｄｉｆｆｕｓｉｎｇ）”Ａｍ／Ａａｎ　Ｘ　 １／（１＋８１／Ｎ２＋ｆ２（Ａｍ）／（Ｎ２Ｘｆｌ（Ａｉ））＋５ＱＲＴ（Ｎ ２）Ｘｆ３（Ａｅ）／ｆ］　（Ａｉ）１または、 ”アンカー（Ａｎｃｈｏｒｅｄ）” Ａｍ／Ａａｎ　Ｘ　Ｎｌ／ｆｌ＋Ｎ１／Ｎ２＋ｆ２（Ａｍ）／（Ｎ２Ｘｆｌ（Ａ ｉ））＋５ＣＲＴ（Ｎ２）Ｘｆ３（Ａｅ）／ｆｌ（Ａｉ））となる。

このことは、電気的感度に対する膜の限定効果を減少させることによって電気的 感度は増大させることができ、またより多くのイオンチャンネルを用いることを 可能とする一方で単一イオンチャンネルに含まれる情報を保持することによって 電気的感度を増大させることができる。イオンチャンネル数の増加は、側方拡散 時間の減少によって時間応答を増大させる。脂質膜のイオンチャンネルにもとづ くバイオセンサーにおける感度および時間応答の改善は、マルチプレクス（＋ｎ ｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）または平行増幅（ｐａｒａｌｌｅｌ　ａｍｐｌｉｆｉ ｃａｔｉｏｎ）によって、またはそれら両方によって活性表面域に分布した小さ なセルの数を独立的に感知することによって達成される。

修飾された揚効果イオンチャンネルにもとづくバイオセンサーもまたマルチプレ クスされよう。

上記したバイオセンサーの応答速度および感度は、平行増幅装置のシステムを封 止されたセルの配列に用いる場合に最適である。封止セルを有するマルチプレク スシステムは、平行システムと同等の感度を有するが、ネットワークにおける平 行シグナル通路の数によって改善される長い応答時間を有する。感知エレメント とマルチプレクスエレメントとの間に空間を設けることは、応答時間の改善につ ながるが、センサー領域／感知領域の比に比例して感度が減少する。

下記のバイオセンサーは、膜内に修飾されたゲートイオンチャンネルに結合した 通常２ないし３つのターミナルブリッジを有する。

（１）−次元配列 （ａ）個々の測定が平行に設けられた高インピーダンス（１０１０オーム）増幅 装置によってなされる。１０，０００が１００μｍ２にわたって設けられた封止 セルを有する１　ａｍ”センサーにおける最大感度および時間応答に必要である 。

（ｂ）個々の測定が１０，０００の連続してマルチブレクスされたセルによって なされる。マルチプレクスラインは基準点にホルトされた単一電流感知ラインを 伴う低インピーダンスである。応答時間は、一般的には２０秒から２００秒の間 である。感度は最大である。

（Ｃ）連続してマルチプレクスシグナル通路と”Ｎ”平行シグナル通路との混ざ ったものを利用する。それぞれの通路に必要とされるＮ増幅装置に比例して応答 時間が減少する。ここで、増幅装置は独立したものであることが必要とされるこ とから、それぞれから高インピーダンスが単離される。

（２）二次元配列 （ａ）しかし、上記３にあるように、非線形伝導のイオンチャンネルが用いられ 、かつマルチプレクスラインが複合シグナルから誘導されるのでそれぞれの平行 通路に該当する異なる周波数の周波数分配膜マルチプレクスが実行される・よっ て上記２における応答時間はある高インピーダンスラインを有するシステムにお いて”Ｎ”にって減少される。

（ｂ）４に間しては、膜基質上のマルチプレクス電極はレジスターネットワーク を介して励磁源とカップルしているので２つのシグナルラインは二次元配列にあ る電極にアドレスするようになっている。

（Ｃ）上記のすべてのバイオセンサーに関するシステムは、膜は封止されていな い。このことは時間応答および（または）感度を減少させるが、多くの場合にお いて好適なものである。

実施例９ （１）非線形センサー感度の改善 この例では、脂質二重膜にあるゲートイオンチャンネルにもとづいたバイオセン サーの感度を強化するための装置について述べる。

第３図は金属被覆ガラス電極（＋ｎｅｔａｌ　ｏｎ　ｇｌａｓｓ　ｅｌｅｃｔｒ ｏｄｅ）　２０の概略構成を側面（ａ）と上面（ｂ）から見た図である。金属被 覆ガラス電極２０はガラス基板（ガラスシート）２２、活性電極２４、コネクタ ーパッド２６および電気的接合子２８（活性電極２４とコネクターパッド２６と を接合する）からなる。この電気的接合子２８および活性電極２４はスパッタリ ングされてなる層（ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ　１ａｙｅｒ）である。

顕微鏡用スライドガラスのようなガラスシート２２は界面活性剤を除く、水およ びクロミウム酸または硝酸からなる溶媒によって洗浄して調製した。コネクター パッド２６は第３図に示したような電気プレート２４で、また電極２ｏを蒸留脱 イオン水およびエタノール噴ｍ　（ｅｔｈａｎｏｌ　ａｐｏｒ　ｄｅｇｒｅａｓ ｉｎｇ）または抽出装置（ｓｏｘｈｌｅｔ　ｅｘｔｒａｃｔｏｒ）によって洗浄 した。

その後、例えば液体窒素を沸騰させることによって得られる精製乾燥窒素の噴出 を伴う高クリーン度の大気中ですばやく乾燥させ、そしてクロミニラム、および 金、パラジウムまたはプラチナのどれかからなる多ターゲットを含むスパッタリ ング装置に移す。このスパッタリングチャンバーを液体窒素コールドトラップ（ ｃｏｌｄ　ｔｒａｐ）による拡散ポンプ蒸気から保護する必要がある。１００オ ングストロームのクロミウム、２００オンゲスドームの金パラジウムまたはプラ チナによるスパッターコーティングは第３図に示されたパターンをシャドーマス キング処理される。このパターンは２つの活性電極２４が示されているが、両方 とも常に必要とされるわけではない。対照電極として作用するバイオセンシンウ 物質なしに一つの電極を持つことが好ましい。国際特許出願Ｎｏ、ＷＯ３９１０ １１５９に開示されたバイオセンサーを調製するステップにおいて用いられるラ ングミニアプロジェットディッピング（Ｌａｎｇｍｕｉｒ　Ｂｌｏｄｇｅｔｔ　 ｄｉｐｐｉｎｇ）または吸着によって脂質をすばやく電極２４に被覆する。

このような型のバイオセンサーでは、ボンドアルコールと脂質との組み合わせた ものを絶縁物質として用いている。シャドウマスクによって金属化された部分の 周囲に電気的に不連続な金属からなる半陰影領域が形成される。この領域は脂質 支持物質をつなぎ止める働きと、電気的に連続な領域を包囲および被覆する絶縁 膜を提供する。フォトリゾグラフィによる化学的汚染を防ぐことができるのでシ ャドウマスキングが好ましい。もしフォトリゾグラフィを用いた場合は、通常の フォトリゾグラフィ後の洗浄に加えて、前記した洗浄方法を繰り返しておこなう 必要がある。

分析に好適な電気的システムは、第４図に示した。３タイプの前置増幅器を第５ 図（スタンダードボルテージクランプ増幅器）および第６図（２つの活性電極を 有するバイオセンサーによって異なるインピーダンスを測定するための平衡化ボ ルテージブリッジ）に示した。第５図および第６図に示したものは、脂質によっ て被覆されているが、ひとつだけがバイオセンシングゲートイオンチャンネルを 含む。

第４図は、イオンチャンネルの非線形コンダクタンス特性によって膜におけるイ オンチャンネルインピーダンスを測定する方法の一例である。第４図は通常１０ ｋＨｚで稼動するローカルオシレーター３１を示している。周波数分配器３２と ３３によってローカルオシレーター３１から周波数Ｆ／ｎｌおよびＦ　／　ｎ　 ２のシグナルを得る。通常、ｎ１＝１０およびｎ２＝１１である。可算増幅器３ ４は周波数分配器３２および３３からの２つのシグナルを加え、緩衝増幅器３５ および３６はシグナルを感知電極に供給する。また、緩衝増幅器３６はシグナル を逆転させて、緩衝増幅器３５からのシグナルと反対の極性にする。しかし、こ の逆転シグナルは第６図に示された前置増幅器にのみ必要とされる。　スイッチ ング（マルチプレックスグ）にためのシステムは、電極配列へのシグナルと単一 電流感知増幅器による最終シグナルの感知は第４図の符号３７によって示されて おり、より詳細には第５．６および７図に示されている。感知されたシグナルは 、増幅器３８によってさらに増幅され、　（Ｆ／ｎ１−Ｆ／ｎ２）の周波数を有 するシグナル成分はフェーズロックループ検出器３９によって検知かつ増幅され る。なぜなら、このシグナル成分はイオンチャンネルの非線形コンダクタンスが ら得られルモので、相対的に線形のコンダクスを有する静止膜インピーダンスが らイオンチャンネルコンダクタンスを優先的に識別するのに用いられる。

第５．６、および７図は複数の実施例に記載されたセンサーに好適に用いられる 前置増幅器を示すものである。第５図は単一センサーにより好適な前置増幅器を 示すものである。それにたいして、第６図および第７図は、センサー配列により 好適に用いることが可能な前置増幅器である。

第５図に示された前置増幅器は、対照電極４３がコマンド電圧と同電位に常に維 持されるように、逆電極４２に十分電流を供給する増幅器４１を有するスタンダ ードスリーターミナルインピーダンスブリッジである。対照電極４３は、電解液 の電位を正確にモニターするために、また電解液をコマンド電圧と同電位にクラ ンプされるようにして逆電極への電流を調整するために、増幅器４１の高インピ ーダンスネガティブフィードバック入力に接続されている。活性電極４４は膜に よって被覆されており、また膜のインピーダンスに依存して逆電極４２から電流 が流れ込むように、電位がＯの値に維持されている。増幅器４５は抵抗４６に電 流を流すことによってこの電流を測定する。よって、活性電極４４を被覆してい る膜のコンダクタンスは電解液の電位測定値および膜を通過する電流によって決 定される。

第６図に示された前置増幅器および電極装置は、ゲートイオンチャンネルを有す る脂質膜によって被覆された電極５１と、脂質膜のみによって被覆された電気よ いく５２とからなる平衡状態のブリッジからなるものである。この２つの電極は 同一であるが極性が異なるシグナルが供給されるものなので、もし電極のコンダ クタンスが等しい場合、それらの電極が浸された電解液は電位が０となっている 。

感知電極５３は、電解液電位の非平衡状態を測定するので、もし電極５１のコン ダクタンスがバイオセンサー反応によって変えれた場合（すなわち、ゲートイオ ンチャンネルが開いた場合または閉じた場合）、電位変化は電極５３によって感 知され、高インピーダンス増幅器５４によって増幅される。電極５１および５２ は対となっており、この対は励磁シグナルのスイッチングによってアドレスされ る。

第７図に示された前置増幅器は、膜に被覆された電極５７に増幅器５６が励磁シ グナルを供給する２つのターミナルインピーダンスブリッジを表わす。電極５７ は電極配列のひとつであって、励磁シグナルはこの配列の各電極ヘスイッチされ る・電極５８は電極５７を通過する電流を検知し、高インピーダンス増幅器５９ によいってその電流を増幅する。よって、５７のような電極配列のコンダクタン スが測定される。

（２）マルチプレックスセンサー（ｎ＋ｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ　５ｅｎｓｏｒ） における感度と応答時間の改善 脂質膜センサーのゲートイオンチャンネルの性能を強化するためにマウチプレキ シングを許容するバイオセンサーおよび測定システムに関する方法が国際特許出 願Ｎｏ、　ＷＯ８９／　０１１５９ニ開示されテいる。

バイオセンサーはシリコン挿入回路技術と脂質被覆方法とを組み合わせることに よって製造される。

第８図ないし第１０図は、第８図のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線に沿った断面図をそ れぞれ表わす第９図および第１０図にもとづく製造に必要な４つのマスクレベル の詳細を示している。ポリシリコンロ０、シリコンジオキシド６２、アルミニウ ム６４および窒化物６６として与えられる層のパターン化に必要とされる４つの マスクレベルでのチップサイズは７ｍｍＸ５ｍｍである。これらのレベルの意義 は以下の通りである。

ポリシリコン １０対の感知電極それぞれに結合し、かつ該当するアルミニウムポンディングパ ッド７２に伝導するたポリシリコンフィンガー６８゜シリコンジオキシド ポリシリコンフィンガー６８を一時的に被覆し、かつ感知電極の対を保護する堆 積ガラス層。このそうは感知電極金属の形成後に堆積され、バッキングを含むス ヘての工程中そのままにされている。そして、脂質性のバイオセンサーフィルム を塗布するまえにフン化水素酸による食刻によって除去する。

窒化物 堆積シリコン窒化物からなる層は、主要な電気的絶縁層でチップの全表面を覆う が、感知電極７０およびボンドパド７２からなる対の部分は被覆されずウィンド ウが形成されている。ワイヤコネクテイングリード７４はボンデイングパド７２ に延びている。

第９図および第１０図に示されているように、バイオセンサー膜が配置される電 極ウェル７８は対をなす電極７０のそれぞれに形成されている。

加工過程の要約 加工過程の最初に用いられる物質は１００個の単一結晶シリコンからなる６イン チ直径ウニバーである。

１、７５００オングストロームの加熱酸化物の成長。

２、　低圧化学蒸留沈積による４０００オングストロームの亜リン酸不純物含有 シリコンの沈積。

３、　ポリシリコンフィンガーのパターン形成のためのフォトリゾグラフ工程の 実施−プラズマにおいて食刻。

４、　ポリシリコンフィンガーを３００オングストローム厚になるように酸化。

５、　低圧化学蒸留沈積による６０００オングストロームの亜リン酸不純物含有 シリコンの沈積。

６、　１２００オングストロームのスパンター化されたアルミニウムの沈積。

７、　アルミニウムボンドバドのパターン形成のためのフォトリゾグラフ工程の 実施−プラズマにおいて食刻。

８、　窒化物内ウィンドウのパターン形成のためのフォトリゾグラフ工程の実施 −プラズマにおいて食刻。

９、　金プラチナまたはパラジウムの沈積。

１０、　リフトオフテクニックによる電極パターンの形成。

１１、プラス°マエンヘンス低圧化学蒸留沈積による８０００オングストローム ガラス（シロンクス、５ｊｌｏｘ）の沈積。

１２、シロックスのパターン形成のためのフォトリゾグラフ工程の実施−プラズ マにおいて食刻。

１３、　モルディング化合物およびチップキャリア７６ヘパケージングするため のチップへの切り目形酸。

１４、　フン化水素酸エツチングによる保護シロンクスの除去と、前記脂質およ びバイオセンシティブイオンチャンネルによる被覆。

多くの態様が可能である。示されたパターンは一般的試験ユニットとしてアレン ジされており、このユニットはどのようにして電極がクローズバックまたは分離 するかを示しており、またいろいろなブリッジ様式においてどのような使用され るかを示している。

一例として、２つのクローズパックされたエレメントは相互にチャックするもの としである。１０対は、第６図および第７図に示したような前置増幅器を使用し たアナライト表面の走査を行なうために、独立したバイオセツシングエレメント として用いられる。

他の態様は、バイオセンシティブイオンチャンネルを含むもの、バイオセンシテ イビ子メ（Ｔｒｆ＋ＬＬ７Ｍ！−銚と柄でい９ｈい）＋１ノ番−・ノ与？１．九 をれ１＾　工１イＲじビ国際調査報告

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも一つの脂質膜からなるバイオセンサーであって、前記膜はそれぞ れ少なくとも一つのゲートイオンチャンネルを含み、前記膜のそれぞれは、ぎっ しりと詰まった自己凝集両親媒性分子配列からなり、前記膜を横切る電界に依存 したコンダクタンスを有する少なくとも一つの前記イオンチャンネルを有するこ とを特徴とするバイオセンサー。
2. ２．請求の範囲第１項記載のバイオセンサーであって、前記イオンチャンネルは 極性、両極性、または分極可能な基を取り込みまたは除去することによって修飾 されることを特徴とするバイオセンサー。
3. ３．請求の範囲第１項または第２項記載のバイオセンサーであって、前記バイオ センサーは複数の分離膜を有史、それぞれの膜のコンダクタンスは他の膜のコン ダクタンスとは独立して測定可能であることを特徴とするバイオセンサー。
4. ４．請求の範囲第３項記載のバイオセンサーであって、膜を横切る電気的ポテン シャルの適用を可能にするためにそれぞれの膜の一側面に少なくとも一つの電極 が与えられ、膜の他側面にある一本の電極と相互作用することを特徴とするバイ オセンサー。
5. ５．複数の分離膜からなるバイオセンサーであって、前記膜はそれぞれ少なくと も一つのゲートイオンチャンネルを含み、前記膜のそれぞれは、ぎっしりと詰ま った自己凝集両親媒性分子配列からなり、前記膜を横切る電界に依存したコンダ クタンスを有する少なくとも一つの前記イオンチャンネルを有することを特徴と するバイオセンサー。
6. ６．請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか一項記載のバイオセンサーであっ て、前記イオンチャンネルはヘリックスおよびそれの凝集体、ボダンド、コロナ ンドおよびクリプタンドを形成することが可能なペプチドからなる群から選択さ れることを特徴とするバイオセンサー。
7. ７．請求の範囲第６項記載のバイオセンサーであって、前記イオンチャンネルは ヘリックスまたはその凝集体を形成することが可能なペプチドからなることを特 徴とするバイオセンサー。
8. ８．請求の範囲第７項記載のバイオセンサーであって、前記イオンチャンネルは βヘリックスからなるペプチドであることを特徴とするバイオセンサー。
9. ９．請求の範囲第８項記載のバイオセンサーであって、前記イオンチャンネルは グラミシジンＡまたはその類似体であるとを特徴とするバイオセンサー。
10. １０．請求の範囲第９項記載のバイオセンサーであって、前記イオンチャンネル はグラミシジンＡまたはその類似体であるとを特徴とするバイオセンサー。
11. １１．請求の範囲第１項ないし第１０項のいずれか一項記載のバイオセンサーで あって、前記ゲートイオンチャンネルは脂質膜内を側方拡散することが可能なこ とを特徴とするバイオセンサー。
12. １２．請求の範囲第１項ないし第１１項のいずれか一項記載のバイオセンサーで あって、それぞれの脂質膜のコンダクタンスは、高インピーダンスアドレスライ ン、それぞれの脂質膜に備えられている分離アドレスラインおよび（または）膜 のマルチプレキシングからなる手段によって測定されることを特徴とするバイオ センサー。
13. １３．請求の範囲第１２項記載のバイオセンサーであって，それぞれの脂質膜の コンダクタンスは膜のマルチブレキシングによって測定されることを特徴とする バイオセンサー。
14. １４．請求の範囲第１３項記載のバイオセンサーであって、前記膜は連続的にマ ルチプレックス化されていることを特徴とするバイオセンサー。
15. １５．請求の範囲第１３項または第１４項記載のバイオセンサーであって、コン ダクタンス測定は低インピーダンスからなるマルチプレックスラインと少なくと も一つの電流感知ラインとを用いることによって実施されることを特徴とするバ イオセンサー。
16. １６．請求の範囲第１６項記載のバイオセンサーであって、一つの電流感知ライ ンが存在することを特徴とするバイオセンサー。
17. １７．請求の範囲第１項ないし第１１項のいずれか一つの項記載のバイオセンサ ーであって、それぞれの膜のコンダクタンスは、すべてのアドレスラインにおい て一般的なシグナル電流センサーまたは電気的に互いに絶縁されかつアドレスラ イン群を測定するたいくつかの電流センサーと、低インピーダンスアドレスライ ン間におけるスイッチング手段とによって測定されることを特徴とするバイオセ ンサー。
18. １８．請求の範囲第１項ないし第１１項のいずれか一つの項記載のバイオセンサ ーであって、それぞれの膜のコンダクタンスは、すべてのアドレスラインにおい て一般的なシグナル電流センサーまたは電気的に互いに絶縁されかつアドレスラ イン群を測定するたいくつかの電流センサーと、高インピーダンスアドレスライ ン間におけるスイッチング手段とによって測定されることを特徴とするバイオセ ンサー。
19. １９．請求の範囲第１２項ないし第１８項のいずれか一つの項記載のバイオセン サーであって、前記ゲートイオンチャンネルは場効果イオンチャンネルであるこ とを特徴とするバイオセンサー。
20. ２０．請求の範囲第１９項記載のバイオセンサーであって、複数の分離膜は２次 元配列に配置されていることを特徴とするバイオセンサー。
21. ２１．請求の範囲第２０項記載のバイオセンサーであって、前記マルチプレック スラインは、場効果イオンチャンネルによって２次元配列において一つの次元に あるそれぞれのアドレスラインは他の次元にあるアドレスラインからのシグナル と相互変調するようにされた複合シグナルから誘導されることを特徴とするバイ オセンサー。
22. ２２．請求の範囲第１項ないし第１１項記載のバイオセンサーであって、それぞ れの脂質膜のコンダクタンスは、それぞれの膜に対する分離増幅器を用いること 、またはそれぞれの膜間における一つの増幅器をスイッチングすること、または それぞれの膜に関して測定するようにしていくつかの膜間のいくつかの増幅器を スイッチングすることによって測定されることを特徴とするバイオセンサー。