JPH10288616A - 分析物検定素子 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】分析物検出用の新規で有用な装置を提供する。
【解決手段】本装置は、基材を被覆する１つ又はそれ以
上の反射防止層と、受容物質と相互反応するために、活
性化可能な材料からなる最上層と、分析物と相互反応可
能な受容層とを含む。最上層の材料は、これに限定され
ないが、シリコン又はシリコン化合物を含む。これらの
種々の材料は、化学的に活性化され、共有結合又は吸着
又は所定のメカニズムにより、試料中の分析物を付着す
る。本装置は、試料中に分析物がある場合には、色調又
は強度における視覚的変化を発現する。
上の反射防止層と、受容物質と相互反応するために、活
性化可能な材料からなる最上層と、分析物と相互反応可
能な受容層とを含む。最上層の材料は、これに限定され
ないが、シリコン又はシリコン化合物を含む。これらの
種々の材料は、化学的に活性化され、共有結合又は吸着
又は所定のメカニズムにより、試料中の分析物を付着す
る。本装置は、試料中に分析物がある場合には、色調又
は強度における視覚的変化を発現する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は生化学及び化学の分
野に関し、免疫検定、核酸配列分析、臨床化学、酵素検
定、及び毒素レセプター又はホルモンレセプター化合物
等の、配位子／反配位子結合の組合せ等に関する研究に
応用される。本発明は、光学的干渉特性に基づく直接物
理検定法を用いた固相法検定法である。固相法検定法に
おいては、受容物質は被膜を形成された支持物表面上に
固定される。この固定された受容物質は、分析物を含ん
でいると思われる流体にさらされる。この分析物は、受
容物質と結合又は反応の可能な分子である。分析物は有
機物でも無機物でも良い。一般には、検定における受容
物質と分析物の役割を逆転させても良い。
野に関し、免疫検定、核酸配列分析、臨床化学、酵素検
定、及び毒素レセプター又はホルモンレセプター化合物
等の、配位子／反配位子結合の組合せ等に関する研究に
応用される。本発明は、光学的干渉特性に基づく直接物
理検定法を用いた固相法検定法である。固相法検定法に
おいては、受容物質は被膜を形成された支持物表面上に
固定される。この固定された受容物質は、分析物を含ん
でいると思われる流体にさらされる。この分析物は、受
容物質と結合又は反応の可能な分子である。分析物は有
機物でも無機物でも良い。一般には、検定における受容
物質と分析物の役割を逆転させても良い。
【０００２】
【従来の技術】抗原抗体結合、ホルモンレセプター結
合、酵素検定、核酸のハイブリダイゼーション等、同種
間の反応を調べる技術に検定がある。それぞれの検定構
想で重要なのは、どのように標識を発生させるかを決定
することである。反応生成物の彩色、細胞レベルの生物
的作用、反応種の一つに共有結合する放射性、蛍光性又
は発光性の標識元素等の全てが使用されてきた。免疫検
定の分野中で最も知られている例に、酵素結合免疫吸着
検定（ＥＬＩＳＡ）及びラジオイムノアッセイ（ＲＩ
Ａ）の二つがある。これら全ての方法では、実験で実際
に検知されるのは二つの分子の結合ではなく、結合反応
に関連するなんらかの二次的作用である。これらの技術
のほとんどが、標識を発生させるための工程を特に必要
とし、手間がかかる上に危険物質や高価な器具設備の使
用を強要される場合も多い。
合、酵素検定、核酸のハイブリダイゼーション等、同種
間の反応を調べる技術に検定がある。それぞれの検定構
想で重要なのは、どのように標識を発生させるかを決定
することである。反応生成物の彩色、細胞レベルの生物
的作用、反応種の一つに共有結合する放射性、蛍光性又
は発光性の標識元素等の全てが使用されてきた。免疫検
定の分野中で最も知られている例に、酵素結合免疫吸着
検定（ＥＬＩＳＡ）及びラジオイムノアッセイ（ＲＩ
Ａ）の二つがある。これら全ての方法では、実験で実際
に検知されるのは二つの分子の結合ではなく、結合反応
に関連するなんらかの二次的作用である。これらの技術
のほとんどが、標識を発生させるための工程を特に必要
とし、手間がかかる上に危険物質や高価な器具設備の使
用を強要される場合も多い。
【０００３】二種類の同種検体間の結合又は反応を検知
する際のより有利な手段として、結合又は反応の直接的
結果であるなんらかの物性変化を調べるという手段があ
る。例えば、受容物質又は反応物質が支持物上に固定さ
れた薄膜として存在する場合、厚さ、嵩、光学的質量等
のその薄膜の物性を分析物との結合又は反応後に測定で
きれば、その手段をして直接的物理的検定とすることも
あろう。本発明は、薄膜の光学的干渉の原則に基づき、
直接的物理的検定法を提供する。
する際のより有利な手段として、結合又は反応の直接的
結果であるなんらかの物性変化を調べるという手段があ
る。例えば、受容物質又は反応物質が支持物上に固定さ
れた薄膜として存在する場合、厚さ、嵩、光学的質量等
のその薄膜の物性を分析物との結合又は反応後に測定で
きれば、その手段をして直接的物理的検定とすることも
あろう。本発明は、薄膜の光学的干渉の原則に基づき、
直接的物理的検定法を提供する。
【０００４】対象分析物を視覚的に検知するための正
確、迅速、安価な方法を求めて、多くの様々な技術が試
行されてきた。ギャバーにより光学的検定技術を用いた
検定法が研究開発されてきた。ギャバーは１９７５年１
２月１６日に特許付与された米国特許第３，９２６，５
６４号において、免疫学的反応を生じる生物学的物質の
二重の層を視覚的に検知するための技術及び素子を述懐
している。ギャバーの教示する素子は二つある。一つは
金属の被膜を形成された基材であり、二つめは金属と半
導体物質で被膜形成された基材である。具体的な実施例
の中では、ガラスのスライド上にインジウムと金の合金
を生じさせた後、スライドを加熱してインジウムを酸化
させた。次にこの素子を、素子の表面上にほとんど色の
変化を起こさない生物学的物質の薄膜で覆った。次にこ
の結合した生物学的物質を、第一の物質に反応する生物
学的物質を含んだ第二の流体に浸した。この二つの生物
学的物質の間の結合反応は、素子上にコントラストの高
い色を持った点を生じさせた。しかしこの方法は大変優
れてはいるが、充分とは言えないことが判明してきた。
確、迅速、安価な方法を求めて、多くの様々な技術が試
行されてきた。ギャバーにより光学的検定技術を用いた
検定法が研究開発されてきた。ギャバーは１９７５年１
２月１６日に特許付与された米国特許第３，９２６，５
６４号において、免疫学的反応を生じる生物学的物質の
二重の層を視覚的に検知するための技術及び素子を述懐
している。ギャバーの教示する素子は二つある。一つは
金属の被膜を形成された基材であり、二つめは金属と半
導体物質で被膜形成された基材である。具体的な実施例
の中では、ガラスのスライド上にインジウムと金の合金
を生じさせた後、スライドを加熱してインジウムを酸化
させた。次にこの素子を、素子の表面上にほとんど色の
変化を起こさない生物学的物質の薄膜で覆った。次にこ
の結合した生物学的物質を、第一の物質に反応する生物
学的物質を含んだ第二の流体に浸した。この二つの生物
学的物質の間の結合反応は、素子上にコントラストの高
い色を持った点を生じさせた。しかしこの方法は大変優
れてはいるが、充分とは言えないことが判明してきた。
【０００５】視覚的検定の二番目の方法は、１９８６年
９月２２日に出願され、シロ及びカワグチに付与された
二つの日本特許出願、特願昭６１−２２２０５８号及び
特願昭６１−２２２０５７号、また同じ発明者により１
９８７年９月２２日に出願されたヨーロッパ特許出願第
８７１１３８４２．６号に説明されている。この方法及
び素子は、金属基材、又は金属で被膜形成したガラス基
材に、光干渉層の被膜を形成したものである。この光干
渉層は、第二の生物学的化合物を検知可能な生物学的化
合物で覆われる。このヨーロッパ出願は、素子の反応し
た部分と無反応の部分のコントラストを際だたせるため
に、反応した素子の表面にコロイド状の金の薄い層を付
着させることを教示している。
９月２２日に出願され、シロ及びカワグチに付与された
二つの日本特許出願、特願昭６１−２２２０５８号及び
特願昭６１−２２２０５７号、また同じ発明者により１
９８７年９月２２日に出願されたヨーロッパ特許出願第
８７１１３８４２．６号に説明されている。この方法及
び素子は、金属基材、又は金属で被膜形成したガラス基
材に、光干渉層の被膜を形成したものである。この光干
渉層は、第二の生物学的化合物を検知可能な生物学的化
合物で覆われる。このヨーロッパ出願は、素子の反応し
た部分と無反応の部分のコントラストを際だたせるため
に、反応した素子の表面にコロイド状の金の薄い層を付
着させることを教示している。
【０００６】この発明を実施する方法はいくつか安定上
の問題を生じる。この発明はラングミュア−ブロジェッ
ト技術の様な方法で物質層を素子に被膜形成するが、こ
の層は薄片に裂ける可能性がある。実施例の一つでは、
この問題を避けるために受容物質の反応層を被膜形成し
て、分析物を受容物質に共有結合させている。これでは
問題の解決にはならない。なぜなら、受容物質が素子に
共有結合又は充分に付着していないため、受容物質とそ
れに結合した分析物が分離する可能性があるからであ
る。さらに、コロイド状の金を付着させるなどの標識増
幅技術なしでは、素子の反応部分と無反応部分の視覚的
コントラストは容易に検知できるものではない。
の問題を生じる。この発明はラングミュア−ブロジェッ
ト技術の様な方法で物質層を素子に被膜形成するが、こ
の層は薄片に裂ける可能性がある。実施例の一つでは、
この問題を避けるために受容物質の反応層を被膜形成し
て、分析物を受容物質に共有結合させている。これでは
問題の解決にはならない。なぜなら、受容物質が素子に
共有結合又は充分に付着していないため、受容物質とそ
れに結合した分析物が分離する可能性があるからであ
る。さらに、コロイド状の金を付着させるなどの標識増
幅技術なしでは、素子の反応部分と無反応部分の視覚的
コントラストは容易に検知できるものではない。
【０００７】ギャバー及びシロ、カワグチにより示され
た従来技術に内在する欠点は、結合が起きたときに可視
性の高い色の変化を起こせないことである。非常に正確
で、目に見える標識を持つ素子を従来技術で製作できな
かった理由は、干渉効果を引き起こすために使用する物
質を無作為に選択したことにある。素子の背景となる干
渉色は、コントラストの大きなロールオーバー点を生じ
るのに最適な条件にはない。ロールオーバー点とは、か
なり小さな厚さの変化であるために、人間の目には色又
は彩度の実質的な変化と認識される反射防止層または複
数の反射防止層の厚さであると定義される。よって、こ
の素子の精度と感度には限界がある。発生した標識の強
度も、受容物質に結合可能な分析物の量、及び活性化し
て結合の起きる素子上の部位数により異なる。標識を発
生させるにはおうおうにして高濃度の分析物が必要であ
る。なぜなら、低濃度の分析物は、入射光経路に比較的
小さな変化しか起こさず、この結果目に見える干渉変化
は起きない。同様に、寸法の小さな分析物も認知不可能
な標識しか生じず、従来の素子では容易には検知できな
い。寸法の小さな分析物を高濃度にすることで強い結合
反応を得られたとしても、物質を無作為に選択したた
め、その彩色標識がかすかにしか目に見えないことが度
々ある。標識の弱さという問題を解決するために、増幅
技術を利用して標識の可視性を高めようとなされてき
た。増幅技術の一例として前述のヨーロッパ特許出願第
８７１１３８４２．６号を参照されたい。
た従来技術に内在する欠点は、結合が起きたときに可視
性の高い色の変化を起こせないことである。非常に正確
で、目に見える標識を持つ素子を従来技術で製作できな
かった理由は、干渉効果を引き起こすために使用する物
質を無作為に選択したことにある。素子の背景となる干
渉色は、コントラストの大きなロールオーバー点を生じ
るのに最適な条件にはない。ロールオーバー点とは、か
なり小さな厚さの変化であるために、人間の目には色又
は彩度の実質的な変化と認識される反射防止層または複
数の反射防止層の厚さであると定義される。よって、こ
の素子の精度と感度には限界がある。発生した標識の強
度も、受容物質に結合可能な分析物の量、及び活性化し
て結合の起きる素子上の部位数により異なる。標識を発
生させるにはおうおうにして高濃度の分析物が必要であ
る。なぜなら、低濃度の分析物は、入射光経路に比較的
小さな変化しか起こさず、この結果目に見える干渉変化
は起きない。同様に、寸法の小さな分析物も認知不可能
な標識しか生じず、従来の素子では容易には検知できな
い。寸法の小さな分析物を高濃度にすることで強い結合
反応を得られたとしても、物質を無作為に選択したた
め、その彩色標識がかすかにしか目に見えないことが度
々ある。標識の弱さという問題を解決するために、増幅
技術を利用して標識の可視性を高めようとなされてき
た。増幅技術の一例として前述のヨーロッパ特許出願第
８７１１３８４２．６号を参照されたい。
【０００８】従来技術の素子は、素子に金属及びそれに
同等の物質を導入するという欠点がさらにある。金属基
材、又はその上に配置された酸化金属層は使用はできる
が、表面特性のために余り好ましくない。結合の起きる
位置での表面エネルギー及び表面密度が変化するため、
結合効果又は物質の吸着は、適切な精度範囲に常に保て
るとは限らない。
同等の物質を導入するという欠点がさらにある。金属基
材、又はその上に配置された酸化金属層は使用はできる
が、表面特性のために余り好ましくない。結合の起きる
位置での表面エネルギー及び表面密度が変化するため、
結合効果又は物質の吸着は、適切な精度範囲に常に保て
るとは限らない。
【０００９】ニグレンは１９８５年１２月１０日に付与
された米国特許第４、５５８、０１２号において三番目
の技術及び素子を開示する。この技術及び素子において
は金属は使用されない。しかし、この素子はその構成
上、受容物質を素子にリンクさせる化学物質が２、３種
のみに限られている。
された米国特許第４、５５８、０１２号において三番目
の技術及び素子を開示する。この技術及び素子において
は金属は使用されない。しかし、この素子はその構成
上、受容物質を素子にリンクさせる化学物質が２、３種
のみに限られている。
【００１０】従来技術の問題を克服するには、活性化を
容易に行うことができ、可視性の高い標識を生じる安価
で選択的な素子の開発が重要である。
容易に行うことができ、可視性の高い標識を生じる安価
で選択的な素子の開発が重要である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、受容物質と対象分析物の反応及び結合によって生じ
る可視性の干渉変化を視覚検知することに基づいた容易
で高感度の検定方法の提供にある。
は、受容物質と対象分析物の反応及び結合によって生じ
る可視性の干渉変化を視覚検知することに基づいた容易
で高感度の検定方法の提供にある。
【００１２】さらに本発明の目的は、様々な濃度の分析
物が検知できる素子の提供にある。
物が検知できる素子の提供にある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は分析物の直接的
検定のための新規な構成、特に、分析物の種類の識別、
又は量の測定を目的として素子表面に結合される受容物
質の構成を含む。本発明は広義において、次の工程より
成る分析物検定法を提供する。まず、基材物質の表面に
一つ又は複数の反射防止膜を形成し、なんらかの作用に
よって共有結合又は吸着させる。次に、対象分析物に応
じた受容物質を反射防止膜の最上層に付着させる。さら
に対象分析物を含んだ流体に受容物質を接触させ、続い
て被膜形成された物質により生じた反射を調べ、彩色点
等の適切な光学的標識が現れたか否かを調べる。
検定のための新規な構成、特に、分析物の種類の識別、
又は量の測定を目的として素子表面に結合される受容物
質の構成を含む。本発明は広義において、次の工程より
成る分析物検定法を提供する。まず、基材物質の表面に
一つ又は複数の反射防止膜を形成し、なんらかの作用に
よって共有結合又は吸着させる。次に、対象分析物に応
じた受容物質を反射防止膜の最上層に付着させる。さら
に対象分析物を含んだ流体に受容物質を接触させ、続い
て被膜形成された物質により生じた反射を調べ、彩色点
等の適切な光学的標識が現れたか否かを調べる。
【００１４】本発明の構成は、従来使われてきた物質に
比べてより感度に優れ、コントラストのより明瞭な色又
は彩度を持った標識を生じさせることのできる反射防止
物質を含む。厚さ、屈折率ともに均一に被膜形成できる
反射防止物質であり、安定度も高く商業的に公知の方法
により被膜形成できる物質であるならどのようなもので
も本発明に使用可能である。
比べてより感度に優れ、コントラストのより明瞭な色又
は彩度を持った標識を生じさせることのできる反射防止
物質を含む。厚さ、屈折率ともに均一に被膜形成できる
反射防止物質であり、安定度も高く商業的に公知の方法
により被膜形成できる物質であるならどのようなもので
も本発明に使用可能である。
【００１５】本発明の目的は、支持物上に被膜として形
成されるか又は支持物として機能する基材と、素子に結
合された分析物の量が少ない時でも可視性の高い標識を
生じる等差数列上に選択的に並んだ一つまたは複数の反
射防止層を備えた素子を提供することである。
成されるか又は支持物として機能する基材と、素子に結
合された分析物の量が少ない時でも可視性の高い標識を
生じる等差数列上に選択的に並んだ一つまたは複数の反
射防止層を備えた素子を提供することである。
【００１６】さらにもう一つの目的は、無反応の素子の
背景干渉色又は彩度と強いコントラストをなす彩色標識
と、分析物の結合のレベルが低いときも高感度を示す素
子を提供することにある。この素子のもう一つの目的
は、試料中の分析物の準定量測定に応じた様々な色合い
や彩度の色を生じさせることにある。
背景干渉色又は彩度と強いコントラストをなす彩色標識
と、分析物の結合のレベルが低いときも高感度を示す素
子を提供することにある。この素子のもう一つの目的
は、試料中の分析物の準定量測定に応じた様々な色合い
や彩度の色を生じさせることにある。
【００１７】この素子の役目はさらに、多種の基材、反
射防止物質及び受容物質から開発されうる検定の実施方
法を新たに提供することにある。
射防止物質及び受容物質から開発されうる検定の実施方
法を新たに提供することにある。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の実施例の素子は、基材、
基材上に配置された一つ又は複数の反射防止物質、及び
最上層となる反射防止層より成る。この最上層となる反
射防止層は活性化して受容物質となったり、又は受容物
質をなんらかの作用で素子に付着させたりする。選択さ
れた受容物質は選ばれた分析物と結合及び／又は反応可
能なものでなくてはならない。対象分析物を含んだ流体
試料を受容物質に接触させた時に、その物質と分析物と
の結合反応が、素子の厚さ、質量、又は光学的厚さの変
化を起こし、光学的干渉色変化を発生させる。 工程１ 基材選択 この素子の第一要素は基材である。本発明は末端のユー
ザーの要望に応えるために、多種の基材物質や形態に応
用できる。基材の選択においては、以下に述べる様々な
性質をいくつか備えていなければならない。基材は、研
磨シリコンやクロム等の拡散反射又は鏡像反射を起こす
物質により形成されるか、又はその被膜を表面に形成し
ていてもよい。あるいは基材はある種のプラスチック、
ガラス、石英等の、透過性を持った物質により形成され
てもよい。また、基材は固体でも、剛性、可撓性、準可
撓性を備えたものでも、薄膜状やゲル状でもよい。基材
形成に適した物質は、例えば、石英、プラスチック、シ
リコン、非金属、金属又は反射防止物質をその表面に形
成することのできる機能的には金属と同等の物質であ
る。
基材上に配置された一つ又は複数の反射防止物質、及び
最上層となる反射防止層より成る。この最上層となる反
射防止層は活性化して受容物質となったり、又は受容物
質をなんらかの作用で素子に付着させたりする。選択さ
れた受容物質は選ばれた分析物と結合及び／又は反応可
能なものでなくてはならない。対象分析物を含んだ流体
試料を受容物質に接触させた時に、その物質と分析物と
の結合反応が、素子の厚さ、質量、又は光学的厚さの変
化を起こし、光学的干渉色変化を発生させる。 工程１ 基材選択 この素子の第一要素は基材である。本発明は末端のユー
ザーの要望に応えるために、多種の基材物質や形態に応
用できる。基材の選択においては、以下に述べる様々な
性質をいくつか備えていなければならない。基材は、研
磨シリコンやクロム等の拡散反射又は鏡像反射を起こす
物質により形成されるか、又はその被膜を表面に形成し
ていてもよい。あるいは基材はある種のプラスチック、
ガラス、石英等の、透過性を持った物質により形成され
てもよい。また、基材は固体でも、剛性、可撓性、準可
撓性を備えたものでも、薄膜状やゲル状でもよい。基材
形成に適した物質は、例えば、石英、プラスチック、シ
リコン、非金属、金属又は反射防止物質をその表面に形
成することのできる機能的には金属と同等の物質であ
る。
【００１９】基材として機能するよう選択された物質の
屈折率及び光学的厚さは、このように大変感度の高い光
学素子の設計において重要な要素である。基材として機
能することのできる物質には、二つの制約しかない。第
一に、その表面に反射防止物質の被膜を形成できること
である。第二に、最も単純な素子の場合、基材の屈折率
がその基材の直接上に来る物質の屈折率の二乗にほぼ等
しくなくてはならず、より複雑な素子の場合では、基材
の屈折率が表４及び表５に示した式のうち一つをほぼ満
たさねばならないということである（しかし基材の屈折
率と、その直接上に来る物質の屈折率の比は、本発明の
趣旨を越えない範囲の値が可能である）。標識発生のた
めには二番目の規準が重要である。素子及び素子の反応
部分の両方により生じる干渉色は、目に見えるコントラ
ストの強い色か、又は、可視性の高い標識を生じさせる
ような彩度のものでなくてはならない。例えば、屈折率
がほぼ４．１（波長に従い変化する）のシリコン・ウェ
ーファを使用すると、それに応じた多種の反射防止物質
を素子の設計に利用できる。当業者であれば、この他に
もこの素子への使用に同じように適した上記の規準を満
たす基材物質を呈示するであろう。直径が約４インチ、
厚さが０．０２インチのシリコン・ウェーファを使用し
て良い成果を収めたが、ウェーファの寸法は、本発明に
は重要ではない。 工程２ 反射防止物質の選択と基材への固定 適した基材を選択した後、反射防止膜を選択し基材に固
定する。反射防止膜は、例えば吹き付け法や真空室にお
ける気相沈着等公知の被膜形成技術を用いて基材表面上
に形成される。他にも多種の有効な被膜形成技術が当業
者に既知である。反射防止物質が基材を完全に覆うか、
又は、パターン状又はくさび状の反射防止物質の層を基
材に被膜形成するようにしてもよい。反射防止物質とし
て有効な物質は次の四つの性質を備えていても良い。
（１）物質は概ね透明で、利用される厚さにおいては透
過性が著しい。（２）室温で安定している。（３）当然
ながら被膜形成に耐えうるよう、充分に安定している。
（４）被膜となった時に反射光の波長をいくつか抑制可
能である。
屈折率及び光学的厚さは、このように大変感度の高い光
学素子の設計において重要な要素である。基材として機
能することのできる物質には、二つの制約しかない。第
一に、その表面に反射防止物質の被膜を形成できること
である。第二に、最も単純な素子の場合、基材の屈折率
がその基材の直接上に来る物質の屈折率の二乗にほぼ等
しくなくてはならず、より複雑な素子の場合では、基材
の屈折率が表４及び表５に示した式のうち一つをほぼ満
たさねばならないということである（しかし基材の屈折
率と、その直接上に来る物質の屈折率の比は、本発明の
趣旨を越えない範囲の値が可能である）。標識発生のた
めには二番目の規準が重要である。素子及び素子の反応
部分の両方により生じる干渉色は、目に見えるコントラ
ストの強い色か、又は、可視性の高い標識を生じさせる
ような彩度のものでなくてはならない。例えば、屈折率
がほぼ４．１（波長に従い変化する）のシリコン・ウェ
ーファを使用すると、それに応じた多種の反射防止物質
を素子の設計に利用できる。当業者であれば、この他に
もこの素子への使用に同じように適した上記の規準を満
たす基材物質を呈示するであろう。直径が約４インチ、
厚さが０．０２インチのシリコン・ウェーファを使用し
て良い成果を収めたが、ウェーファの寸法は、本発明に
は重要ではない。 工程２ 反射防止物質の選択と基材への固定 適した基材を選択した後、反射防止膜を選択し基材に固
定する。反射防止膜は、例えば吹き付け法や真空室にお
ける気相沈着等公知の被膜形成技術を用いて基材表面上
に形成される。他にも多種の有効な被膜形成技術が当業
者に既知である。反射防止物質が基材を完全に覆うか、
又は、パターン状又はくさび状の反射防止物質の層を基
材に被膜形成するようにしてもよい。反射防止物質とし
て有効な物質は次の四つの性質を備えていても良い。
（１）物質は概ね透明で、利用される厚さにおいては透
過性が著しい。（２）室温で安定している。（３）当然
ながら被膜形成に耐えうるよう、充分に安定している。
（４）被膜となった時に反射光の波長をいくつか抑制可
能である。
【００２０】反射防止物質はまた電子光学的物質でも良
い。磁界又は電界に置かれたときにこの屈折率特性を変
化させられる電子光学的物質又は磁気光学的物質を利用
して、ロールオーバー点の精度を高めることができる。
電子光学的物質の選択に当たっては、磁界又は電界によ
って生じさせることのできる最終屈折率が、ロールオー
バー点を最も正確に生じさせるために必要な屈折率とほ
ぼ等しくなるようにしなければならない。反射防止物質
には二つの機能がある。第一番目は干渉色を生じさせる
ことであり、第二番目は受容物質を次のように固定可能
な最上層を形成することである。即ち、素子に接触させ
た液体中の対象分析物に受容物質が選択的に吸着又は結
合する受容物質の能力を維持するように受容物質を固定
する。
い。磁界又は電界に置かれたときにこの屈折率特性を変
化させられる電子光学的物質又は磁気光学的物質を利用
して、ロールオーバー点の精度を高めることができる。
電子光学的物質の選択に当たっては、磁界又は電界によ
って生じさせることのできる最終屈折率が、ロールオー
バー点を最も正確に生じさせるために必要な屈折率とほ
ぼ等しくなるようにしなければならない。反射防止物質
には二つの機能がある。第一番目は干渉色を生じさせる
ことであり、第二番目は受容物質を次のように固定可能
な最上層を形成することである。即ち、素子に接触させ
た液体中の対象分析物に受容物質が選択的に吸着又は結
合する受容物質の能力を維持するように受容物質を固定
する。
【００２１】本発明の反射防止物質は、光のある種の波
長の破壊的及び建設的干渉により干渉色を生じる。例え
ば、シリコン基材に５００オングストロームの厚さで被
膜として形成された二酸化シリコンの反射防止層は、黄
褐色の干渉色を生じる。同じような厚さで同じような基
材に形成された酸化シリコンは、約４８０ｎｍの青波長
を抑制するため、金色を生じる。
長の破壊的及び建設的干渉により干渉色を生じる。例え
ば、シリコン基材に５００オングストロームの厚さで被
膜として形成された二酸化シリコンの反射防止層は、黄
褐色の干渉色を生じる。同じような厚さで同じような基
材に形成された酸化シリコンは、約４８０ｎｍの青波長
を抑制するため、金色を生じる。
【００２２】ロールオーバー点の正確な素子を形成する
ために基材と反射防止物質にこのような独特な組合せを
選択したのは、媒体中において光の波長のほぼ４分の１
の厚さを持ち、その真上及び真下にある媒体の屈折率の
積の平方根にほぼ等しい屈折率を持つ反射防止膜の存在
に基づいている。ロールオーバー点とは、検定等におい
て検知できる物質の存在の標識となる色や彩度のかなり
顕著な変化を人間の目で観察できるように、一つ又は複
数の反射防止層の測定された厚さによって充分に高めた
視覚的効果であると定義される。好ましくは、この素子
には反射防止層をほとんど形成せず、より複雑な素子に
は表４及び表５に示した式に対応したより多くの反射防
止層を形成すると良い。
ために基材と反射防止物質にこのような独特な組合せを
選択したのは、媒体中において光の波長のほぼ４分の１
の厚さを持ち、その真上及び真下にある媒体の屈折率の
積の平方根にほぼ等しい屈折率を持つ反射防止膜の存在
に基づいている。ロールオーバー点とは、検定等におい
て検知できる物質の存在の標識となる色や彩度のかなり
顕著な変化を人間の目で観察できるように、一つ又は複
数の反射防止層の測定された厚さによって充分に高めた
視覚的効果であると定義される。好ましくは、この素子
には反射防止層をほとんど形成せず、より複雑な素子に
は表４及び表５に示した式に対応したより多くの反射防
止層を形成すると良い。
【００２３】被膜形成された反射防止物質の一つの特徴
としては、反射／透過光の比がある。入射光がある媒体
を通過して屈折率の異なる第二の媒体に入るときは常
に、その光のある部分は媒体間の界面で反射し、ある部
分は透過する。所望の反射／透過光比を達成するために
基材は反射防止物質の薄膜で覆われる。この反射防止層
は、層の外表面及び基材の外表面からの反射を破壊的干
渉によって相殺するよう働く。部分的な破壊干渉を達成
するためには、反射の彩度はかなり強く、位相外ほぼ１
８０度でなくてはならない。選択された波長がラムダの
時、光学的厚さがラムダ／４の反射防止膜は位相外の反
射を生じる。
としては、反射／透過光の比がある。入射光がある媒体
を通過して屈折率の異なる第二の媒体に入るときは常
に、その光のある部分は媒体間の界面で反射し、ある部
分は透過する。所望の反射／透過光比を達成するために
基材は反射防止物質の薄膜で覆われる。この反射防止層
は、層の外表面及び基材の外表面からの反射を破壊的干
渉によって相殺するよう働く。部分的な破壊干渉を達成
するためには、反射の彩度はかなり強く、位相外ほぼ１
８０度でなくてはならない。選択された波長がラムダの
時、光学的厚さがラムダ／４の反射防止膜は位相外の反
射を生じる。
【００２４】入射光の反射を最小限にするには、ラムダ
／４は被膜形成された物質の光学的厚さに等しい値でな
くてはならない。光学的厚さとは、膜の物理的厚さに膜
の屈折率を乗じたものである。よって、本発明の好適な
実施例においては、通常、形成された光学的膜は、表４
及び表５に示したように、波長の約４分の１の光学的厚
さ、又は波長の４分の１の光学的厚さのうち奇数のも
の、又は反射を最小限にする屈折率と厚さの組み合わせ
のうちの厚さに形成される。
／４は被膜形成された物質の光学的厚さに等しい値でな
くてはならない。光学的厚さとは、膜の物理的厚さに膜
の屈折率を乗じたものである。よって、本発明の好適な
実施例においては、通常、形成された光学的膜は、表４
及び表５に示したように、波長の約４分の１の光学的厚
さ、又は波長の４分の１の光学的厚さのうち奇数のも
の、又は反射を最小限にする屈折率と厚さの組み合わせ
のうちの厚さに形成される。
【００２５】しかしながら、正確な厚さの被膜を形成す
ることだけではなく、空気／膜間及び膜／基材間の界面
における反射の彩度をほぼ等しくすることが必要であ
る。最も簡単な素子において彩度を等しくするには、屈
折率は等比数列上になくてはならない。大気の屈折率は
１．０であるから、ＡＲ膜の屈折率は基材の平方根にほ
ぼ等しくなくてはならない。言い換えれば、ある反射防
止膜の厚さが光学的厚さでは媒体中の光の波長の４分の
１で、屈折率が真上及び真下にある媒体の屈折率の積の
平方根である時に、最も反射が減少するということであ
る。
ることだけではなく、空気／膜間及び膜／基材間の界面
における反射の彩度をほぼ等しくすることが必要であ
る。最も簡単な素子において彩度を等しくするには、屈
折率は等比数列上になくてはならない。大気の屈折率は
１．０であるから、ＡＲ膜の屈折率は基材の平方根にほ
ぼ等しくなくてはならない。言い換えれば、ある反射防
止膜の厚さが光学的厚さでは媒体中の光の波長の４分の
１で、屈折率が真上及び真下にある媒体の屈折率の積の
平方根である時に、最も反射が減少するということであ
る。
【００２６】反射防止膜はある特定の光の波長のほぼ４
分の１の光学的厚さとなる。媒体を照射するために使用
する光は、色の変化と彩度の変化、つまり明−暗変化、
のどちらが好まれるかによって多色光又は単色光のどち
らでもよい。反射防止物質の厚さを最適条件に設定する
ためには、反射防止膜の厚さを決定する際に、この反射
防止膜の最上層上に被膜形成される受容物質の薄膜やそ
の他の被膜等の層を等式の計算要素に加えねばならな
い。
分の１の光学的厚さとなる。媒体を照射するために使用
する光は、色の変化と彩度の変化、つまり明−暗変化、
のどちらが好まれるかによって多色光又は単色光のどち
らでもよい。反射防止物質の厚さを最適条件に設定する
ためには、反射防止膜の厚さを決定する際に、この反射
防止膜の最上層上に被膜形成される受容物質の薄膜やそ
の他の被膜等の層を等式の計算要素に加えねばならな
い。
【００２７】研磨シリコン・ウェーファ等の基材の屈折
率は５４０ｎｍの光（緑）の時には約４．１である。表
４の第１式に従い素子のロールオーバー点の精度を最大
限にするためには、選択された反射防止物質の屈折率は
約２．０２でなくてはならない。しかし、基材の平方根
に近い屈折率を持つ物質でも充分な成果が得られること
が判明している。物質の屈折率が基材の屈折率の完全平
方根から遠ければ遠いほど、ロールオーバー点は不明瞭
となる。シリコンにおける最も良い成果は、窒化シリコ
ン等のように屈折率が２の物質や、酸化シリコン等のよ
うに１．９−１．８の物質で得られてきた。類似の屈折
率を持ちこの選択された基材に使用可能であろう他の反
射防止物質としては、酸化すず、酸化亜鉛、酸化クロ
ム、チタン酸バリウム、硫化カドミウム、酸化マンガ
ン、硫化鉛、硫化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ニッケ
ル、酸化アルミニウム、窒化ほう素、フッ化マグネシウ
ム、酸化鉄、酸化窒化シリコン、酸化ベロン等が含まれ
るが、これらに限られるものではない。
率は５４０ｎｍの光（緑）の時には約４．１である。表
４の第１式に従い素子のロールオーバー点の精度を最大
限にするためには、選択された反射防止物質の屈折率は
約２．０２でなくてはならない。しかし、基材の平方根
に近い屈折率を持つ物質でも充分な成果が得られること
が判明している。物質の屈折率が基材の屈折率の完全平
方根から遠ければ遠いほど、ロールオーバー点は不明瞭
となる。シリコンにおける最も良い成果は、窒化シリコ
ン等のように屈折率が２の物質や、酸化シリコン等のよ
うに１．９−１．８の物質で得られてきた。類似の屈折
率を持ちこの選択された基材に使用可能であろう他の反
射防止物質としては、酸化すず、酸化亜鉛、酸化クロ
ム、チタン酸バリウム、硫化カドミウム、酸化マンガ
ン、硫化鉛、硫化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ニッケ
ル、酸化アルミニウム、窒化ほう素、フッ化マグネシウ
ム、酸化鉄、酸化窒化シリコン、酸化ベロン等が含まれ
るが、これらに限られるものではない。
【００２８】異なる屈折率を持つ多種の基材、及び対応
する適した反射防止物質を単独又は組み合わせて使用す
ることにより、高感度でロールオーバー点の正確な素子
が開発できる。基材上に被膜形成される反射防止層の数
は１から無限大までの整数ならいくつでもよい。層の数
に制限を与える要素は次の二つのみである。即ち選択さ
れた物質の屈折率がほぼ等差数列上にあることと、層の
複数形成にかかる費用である。被膜形成技術が進歩して
おり、本発明の範囲内で鑑みたとき、層の複数形成が容
易に実用化できることが期待される。
する適した反射防止物質を単独又は組み合わせて使用す
ることにより、高感度でロールオーバー点の正確な素子
が開発できる。基材上に被膜形成される反射防止層の数
は１から無限大までの整数ならいくつでもよい。層の数
に制限を与える要素は次の二つのみである。即ち選択さ
れた物質の屈折率がほぼ等差数列上にあることと、層の
複数形成にかかる費用である。被膜形成技術が進歩して
おり、本発明の範囲内で鑑みたとき、層の複数形成が容
易に実用化できることが期待される。
【００２９】このスライド素子を窒化シリコンで特定の
厚さに被膜形成すると、反射防止層は青色の可視光線の
うちある種の波長を抑制するため、褐色がかった金色の
干渉色を反射する。この要素の組合せでは褐色がかった
金色が干渉色として用いられたが、スライドの可視干渉
色は選択された基材物質、選択された反射防止層の化学
的組成と屈折率、及び被膜形成された層の厚さ及び数に
応じて、スペクトル上のいかなる色でも良い。
厚さに被膜形成すると、反射防止層は青色の可視光線の
うちある種の波長を抑制するため、褐色がかった金色の
干渉色を反射する。この要素の組合せでは褐色がかった
金色が干渉色として用いられたが、スライドの可視干渉
色は選択された基材物質、選択された反射防止層の化学
的組成と屈折率、及び被膜形成された層の厚さ及び数に
応じて、スペクトル上のいかなる色でも良い。
【００３０】反射防止物質の光学的厚さは、ある特定の
波長が選択された時、等式 ｎf・ｔ＝ラムダ／４ で決
定することができる。本発明は、白色光及びその包含す
る波長をすべて利用できるよう構成することができる。
よって波長を選ぶ際には波長のある範囲から選択するこ
とができる。あるいは本発明は、選択された単色光の波
長を利用できる構成とすることもできる。
波長が選択された時、等式 ｎf・ｔ＝ラムダ／４ で決
定することができる。本発明は、白色光及びその包含す
る波長をすべて利用できるよう構成することができる。
よって波長を選ぶ際には波長のある範囲から選択するこ
とができる。あるいは本発明は、選択された単色光の波
長を利用できる構成とすることもできる。
【００３１】反射防止物質の厚さは、可視光線の波長の
ほぼ４分の１の厚さか、又は類似の成果を達成できる波
長の４分の１の光学的厚さのうち奇数倍のものとするこ
とができる。反射防止物質の厚さが増すにつれて、素子
はファブリ−ペロットの干渉計の基礎を成す原則により
近似してくる。本発明中は単数の反射防止層を形成した
素子の作成方法を概ね述べているが、同時に、ロールオ
ーバー点の正確な素子は反射防止層が単数又は複数であ
れ添付の表４及び表５の等式を使って作成することが出
来ることを考察及び開示している（ボーガン，ドリスコ
ルの著書「ハンドブック オブ オプティックス」［１
９７８］ ８−４８，８−４９を参照）。
ほぼ４分の１の厚さか、又は類似の成果を達成できる波
長の４分の１の光学的厚さのうち奇数倍のものとするこ
とができる。反射防止物質の厚さが増すにつれて、素子
はファブリ−ペロットの干渉計の基礎を成す原則により
近似してくる。本発明中は単数の反射防止層を形成した
素子の作成方法を概ね述べているが、同時に、ロールオ
ーバー点の正確な素子は反射防止層が単数又は複数であ
れ添付の表４及び表５の等式を使って作成することが出
来ることを考察及び開示している（ボーガン，ドリスコ
ルの著書「ハンドブック オブ オプティックス」［１
９７８］ ８−４８，８−４９を参照）。
【００３２】これらの等式は、生じる反射が少なくとも
一つの波長でゼロ又はゼロに近い基材、反射防止層、及
び媒体の屈折率の組合せを示している。これら屈折率の
組合せは、最小限の厚さの変化で、抑制された波長の変
化を最大限にするよう選ばれている。
一つの波長でゼロ又はゼロに近い基材、反射防止層、及
び媒体の屈折率の組合せを示している。これら屈折率の
組合せは、最小限の厚さの変化で、抑制された波長の変
化を最大限にするよう選ばれている。
【００３３】反射防止物質の積層構成に表４及び表５の
等式を利用することで、素子は明るい色の背景となる干
渉色を発生させる。この表は通常の入射光に調整されて
いるので、大抵の人が素子を視る垂直の視角から５−３
０度外れるように若干調整すると最適であろう。（素子
は選択されたいかなる視角にも調整可能である。）くさ
び型を使ったり、計算をさらに行うことで、ロールオー
バー点の正確な素子が作成できる。通常カラー・フリン
ジの第一オーダーを使うとより正確な素子が出来ること
が判明しているが、もし素子が適切に被膜形成されてい
れば、カラー・フリンジのどのオーダーでも使用でき
る。これらの構成技術を駆使して、標識又は背景がスペ
クトルの紫外又は赤外域にある素子を作成することが出
来る。このようなタイプの素子には、結合した分析物の
検知に器具を用いる必要が生じる可能性もある。
等式を利用することで、素子は明るい色の背景となる干
渉色を発生させる。この表は通常の入射光に調整されて
いるので、大抵の人が素子を視る垂直の視角から５−３
０度外れるように若干調整すると最適であろう。（素子
は選択されたいかなる視角にも調整可能である。）くさ
び型を使ったり、計算をさらに行うことで、ロールオー
バー点の正確な素子が作成できる。通常カラー・フリン
ジの第一オーダーを使うとより正確な素子が出来ること
が判明しているが、もし素子が適切に被膜形成されてい
れば、カラー・フリンジのどのオーダーでも使用でき
る。これらの構成技術を駆使して、標識又は背景がスペ
クトルの紫外又は赤外域にある素子を作成することが出
来る。このようなタイプの素子には、結合した分析物の
検知に器具を用いる必要が生じる可能性もある。
【００３４】被膜形成された反射防止物質の厚さは、選
択された構成、用いられた被膜形成工程の精度、及び選
択された物質の特性によって左右される。反射防止物質
の被膜形成時の外的影響は、常に完全に制御できるとは
限らない。従って、反射防止物質による被膜形成の後に
素子の背景となる干渉色を視覚的に選択するのが多くの
場合適切であるということになる。
択された構成、用いられた被膜形成工程の精度、及び選
択された物質の特性によって左右される。反射防止物質
の被膜形成時の外的影響は、常に完全に制御できるとは
限らない。従って、反射防止物質による被膜形成の後に
素子の背景となる干渉色を視覚的に選択するのが多くの
場合適切であるということになる。
【００３５】好適した背景干渉色を決定するために一つ
のモデルが作成された。選択された基材がシリコン・ウ
ェーファで、選択された反射防止物質が窒化シリコンの
場合、観察された色が褐色がかった金色からマゼンタ色
の時に最もコントラストが高くはっきりとしたロールオ
ーバー点が生じるように思われる。ウェーファが第一オ
ーダー・フリンジでは最後の色である深い青に見えるよ
う、シリコン・ウェーファには窒化シリコンの厚い被膜
が形成された。次に反射防止物質がリン酸槽でウェーフ
ァにくさび状にエッチングされた。反射防止物質のエッ
チングにあたっては、くさびの一端で３００オングスト
ローム、他端で７００オングストロームが維持されるよ
う行われた。窒化シリコンは１８０度Ｃ，毎分秒おおよ
そ２０オングストロームでエッチングされた。反射防止
物質に適したエッチングの為の多種の酸は市場で入手で
きる。
のモデルが作成された。選択された基材がシリコン・ウ
ェーファで、選択された反射防止物質が窒化シリコンの
場合、観察された色が褐色がかった金色からマゼンタ色
の時に最もコントラストが高くはっきりとしたロールオ
ーバー点が生じるように思われる。ウェーファが第一オ
ーダー・フリンジでは最後の色である深い青に見えるよ
う、シリコン・ウェーファには窒化シリコンの厚い被膜
が形成された。次に反射防止物質がリン酸槽でウェーフ
ァにくさび状にエッチングされた。反射防止物質のエッ
チングにあたっては、くさびの一端で３００オングスト
ローム、他端で７００オングストロームが維持されるよ
う行われた。窒化シリコンは１８０度Ｃ，毎分秒おおよ
そ２０オングストロームでエッチングされた。反射防止
物質に適したエッチングの為の多種の酸は市場で入手で
きる。
【００３６】エッチングされ、くさび状にされた素子は
視覚的に異なる干渉色及び異なるロールオーバー点を呈
する。次に、反射防止物質の厚さが、視覚的には最も顕
著な変化であると見られるロールオーバー点の始点で測
定される。これは反射防止物質の最適な厚さである。な
ぜなら、少量の結合分析物でも素子の反応部分はだれを
起こし、新たな干渉色を生じるからである。
視覚的に異なる干渉色及び異なるロールオーバー点を呈
する。次に、反射防止物質の厚さが、視覚的には最も顕
著な変化であると見られるロールオーバー点の始点で測
定される。これは反射防止物質の最適な厚さである。な
ぜなら、少量の結合分析物でも素子の反応部分はだれを
起こし、新たな干渉色を生じるからである。
【００３７】くさび状のモデルを観察して選択された厚
さで被膜形成されるよう設計された素子は、完成の前に
受容物質の層で覆われる。受容物質の光学的厚さ（物理
的厚さに屈折率を乗じたもの）を等式の計算に入れてよ
い。物質の最上層、及び受容物質の屈折率に対する反射
防止物質の屈折率の比を、それぞれ個々の物質の物理的
厚さで乗じる。次に、この等式を使って反射防止物質の
最適な厚さを決定する。最上層を使用しない場合は、反
射防止物質と受容物質の屈折率の比を受容物質の物理的
厚さで乗じることができる。この結果の値を反射防止物
質にエッチングして最適な干渉色を維持することができ
る。ここである特定の素子のパラメーターを示すくさび
状モデルは一度作成されれば、繰り返し利用できること
が理解されねばならない。更に、実際のモデルは多くの
場合助けとはなるが、非常に明瞭なロールオーバー点を
持つ素子の作成には欠かせないというわけではない。
さで被膜形成されるよう設計された素子は、完成の前に
受容物質の層で覆われる。受容物質の光学的厚さ（物理
的厚さに屈折率を乗じたもの）を等式の計算に入れてよ
い。物質の最上層、及び受容物質の屈折率に対する反射
防止物質の屈折率の比を、それぞれ個々の物質の物理的
厚さで乗じる。次に、この等式を使って反射防止物質の
最適な厚さを決定する。最上層を使用しない場合は、反
射防止物質と受容物質の屈折率の比を受容物質の物理的
厚さで乗じることができる。この結果の値を反射防止物
質にエッチングして最適な干渉色を維持することができ
る。ここである特定の素子のパラメーターを示すくさび
状モデルは一度作成されれば、繰り返し利用できること
が理解されねばならない。更に、実際のモデルは多くの
場合助けとはなるが、非常に明瞭なロールオーバー点を
持つ素子の作成には欠かせないというわけではない。
【００３８】屈折率が１．５の受容物質を５０オングス
トローム付着させるよう化学的に活性化された窒化シリ
コンで覆われたシリコン・ウェーファのモデルは、素子
にはおよそ５５３オングストロームの反射防止物質を被
膜形成させるべきであることを示した。この物質量は基
材または被膜となった物質の屈折率の変化によって異な
る。選択された厚さでは素子は茶色がかった金色に見え
たが、選択された受容物質がその表面に付着した後で
も、干渉色は意図された通り元の茶色がかった金色と類
似の色で維持された。 工程３ 活性化 素子に受容物質を固定するのに先だって、受容物質を素
子に固定するよう活性化の可能な反射防止物質の最上層
が素子に被膜形成される。この最上層は、反射防止物質
が素子に被膜形成されたときと同じ商業的に公知の工程
で形成される。しかしながら、素子上に被膜形成された
反射防止物質がもともと化学的に活性化可能であり、素
子への受容物質の共有結合又は吸着が容易に起きる場合
には、最上層は不要である。例えば、窒化シリコンの干
渉層は最上層を被膜形成することなく活性化した。その
他の実施例においては、二酸化シリコン及び他の多種の
物質の最上層が、おおよそ１−１００オングストローム
の厚さで窒化シリコン上に被膜形成された。最上層の厚
さは多岐にわたるが、厚い層を形成すると入射光の経路
の長さが変化して干渉効果に影響を及ぼすので、厚い層
を使用する時はこれを考慮に入れて反射防止物質の膜の
厚さを決定した。
トローム付着させるよう化学的に活性化された窒化シリ
コンで覆われたシリコン・ウェーファのモデルは、素子
にはおよそ５５３オングストロームの反射防止物質を被
膜形成させるべきであることを示した。この物質量は基
材または被膜となった物質の屈折率の変化によって異な
る。選択された厚さでは素子は茶色がかった金色に見え
たが、選択された受容物質がその表面に付着した後で
も、干渉色は意図された通り元の茶色がかった金色と類
似の色で維持された。 工程３ 活性化 素子に受容物質を固定するのに先だって、受容物質を素
子に固定するよう活性化の可能な反射防止物質の最上層
が素子に被膜形成される。この最上層は、反射防止物質
が素子に被膜形成されたときと同じ商業的に公知の工程
で形成される。しかしながら、素子上に被膜形成された
反射防止物質がもともと化学的に活性化可能であり、素
子への受容物質の共有結合又は吸着が容易に起きる場合
には、最上層は不要である。例えば、窒化シリコンの干
渉層は最上層を被膜形成することなく活性化した。その
他の実施例においては、二酸化シリコン及び他の多種の
物質の最上層が、おおよそ１−１００オングストローム
の厚さで窒化シリコン上に被膜形成された。最上層の厚
さは多岐にわたるが、厚い層を形成すると入射光の経路
の長さが変化して干渉効果に影響を及ぼすので、厚い層
を使用する時はこれを考慮に入れて反射防止物質の膜の
厚さを決定した。
【００３９】活性化される物質は次の三つの特性を備え
ていると最も効果的である。即ち、素子への被膜形成が
容易であること、化学的活性化が容易であること、及び
活性化したときに受容物質が結合する部位が密集した表
面を形成する、の三点である。このような三つの特性が
多種のシリコン組成物、特に窒化シリコン、二酸化シリ
コンにおいて認められた。
ていると最も効果的である。即ち、素子への被膜形成が
容易であること、化学的活性化が容易であること、及び
活性化したときに受容物質が結合する部位が密集した表
面を形成する、の三点である。このような三つの特性が
多種のシリコン組成物、特に窒化シリコン、二酸化シリ
コンにおいて認められた。
【００４０】当業者に公知である受容物質の結合方法は
いずれも本発明の主旨を越えない範囲で利用できる。可
視性の高度なロールオーバー点、及びコントラストの大
きい干渉色又は彩度の変化を生じる物質を使用すること
で、分析物を大量に素子へ結合させる必要性は減少して
きたが、結合部位が高密度である必要性は減少しなかっ
た。活性化された受容物質上で得られる活性結合部位が
数多くあれば、試料中の分析物の大半が素子に反応し結
合することができる。この結合反応が入射光の経路長さ
に変化をもたらし、干渉色の変化を引き起こすのであ
る。
いずれも本発明の主旨を越えない範囲で利用できる。可
視性の高度なロールオーバー点、及びコントラストの大
きい干渉色又は彩度の変化を生じる物質を使用すること
で、分析物を大量に素子へ結合させる必要性は減少して
きたが、結合部位が高密度である必要性は減少しなかっ
た。活性化された受容物質上で得られる活性結合部位が
数多くあれば、試料中の分析物の大半が素子に反応し結
合することができる。この結合反応が入射光の経路長さ
に変化をもたらし、干渉色の変化を引き起こすのであ
る。
【００４１】共有結合の可能な官能基を得るために、又
は受容物質の付着や場合によっては分析物の付着のため
に、酸化窒化シリコン、二酸化シリコン、酸化シリコン
等の物質及び他の多種のシリコン組成物の様々な最上層
がシラン化学で活性化された。これらの技術は、官能基
化されたトリコキシシランによって表面のシラノール基
を誘導体化することに基づく。これらの物質及び各々の
化学物質は、可視性の高度な干渉色標識を発生させるの
に充分な結合部位を生じる。ここで当業者に理解されね
ばならないのは、活性化される物質によっては 広範囲
の活性化学物質が利用できることである。共有結合、吸
着、又はなんらかの作用によって受容物質を素子に付着
させるようにこの物質は活性化されてよい。
は受容物質の付着や場合によっては分析物の付着のため
に、酸化窒化シリコン、二酸化シリコン、酸化シリコン
等の物質及び他の多種のシリコン組成物の様々な最上層
がシラン化学で活性化された。これらの技術は、官能基
化されたトリコキシシランによって表面のシラノール基
を誘導体化することに基づく。これらの物質及び各々の
化学物質は、可視性の高度な干渉色標識を発生させるの
に充分な結合部位を生じる。ここで当業者に理解されね
ばならないのは、活性化される物質によっては 広範囲
の活性化学物質が利用できることである。共有結合、吸
着、又はなんらかの作用によって受容物質を素子に付着
させるようにこの物質は活性化されてよい。
【００４２】表面を活性化させるに先立って、不特定の
結合や背景ノイズを起こす可能性のある有機粒子を素子
から取り除いてもよい。素子表面からの除去方法の一つ
は、真空室で酸素プラズマでエッチングすることであ
る。素子表面から不純物を取り除く最も適切な方法は、
選択された反射防止物質と最上層の特性による。場合に
よっては、受容物質の付着前に素子から不純物を取り除
く必要のないこともある。
結合や背景ノイズを起こす可能性のある有機粒子を素子
から取り除いてもよい。素子表面からの除去方法の一つ
は、真空室で酸素プラズマでエッチングすることであ
る。素子表面から不純物を取り除く最も適切な方法は、
選択された反射防止物質と最上層の特性による。場合に
よっては、受容物質の付着前に素子から不純物を取り除
く必要のないこともある。
【００４３】素子を化学的に活性化させることで、素子
に受容物質を付着させることが容易となる。吸着や共有
結合等、あるいはその他のなんらかの作用により被膜形
成され活性化された基材に受容物質を強固に付着させる
ことが出来る。ラングミュア−ブロジェット法等の方法
を利用できるが、この方法で作成された素子は、他の素
子に比べて大抵の場合安定性が大きく劣る。
に受容物質を付着させることが容易となる。吸着や共有
結合等、あるいはその他のなんらかの作用により被膜形
成され活性化された基材に受容物質を強固に付着させる
ことが出来る。ラングミュア−ブロジェット法等の方法
を利用できるが、この方法で作成された素子は、他の素
子に比べて大抵の場合安定性が大きく劣る。
【００４４】活性化された物質が、例えば、酸化窒化シ
リコン又は二酸化シリコンの場合、受容物質を表面に共
有結合させる官能基を伴った表面をシラン化学により活
性化させることが出来る。活性化の方法の一例は次の通
りである。被膜形成された２５枚のウェーファが真空乾
燥機内に納められる。この乾燥機内には１５トルで沸点
が１４０度のＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプ
ロピルトリメトキシシランがほぼ２．５ミクロリットル
入っている。選択されたアミノシラン組成物の沸点は、
気相沈着を起こさせるための最適な圧力と温度を決定す
る。
リコン又は二酸化シリコンの場合、受容物質を表面に共
有結合させる官能基を伴った表面をシラン化学により活
性化させることが出来る。活性化の方法の一例は次の通
りである。被膜形成された２５枚のウェーファが真空乾
燥機内に納められる。この乾燥機内には１５トルで沸点
が１４０度のＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプ
ロピルトリメトキシシランがほぼ２．５ミクロリットル
入っている。選択されたアミノシラン組成物の沸点は、
気相沈着を起こさせるための最適な圧力と温度を決定す
る。
【００４５】この真空乾燥機は０．０６トルになるまで
３０分間排気された後、１時間以上かけて１００度まで
温度を上げられる。この工程の結果、活性で安定したほ
ぼ２０−３０オングストロームの物質が素子に被膜とし
て形成される。 工程４ 受容物質の付着 素子が一旦化学的に活性化されると、受容物質の付着は
標準的な処理によって行われる。この物質は多くの場
合、素子への付着の前に、希釈及び緩衝処理されねばな
らない。受容物質を素子に付着させるのに必要な工程
は、選択された活性化学物質と選択された受容物質によ
って異なるであろう。
３０分間排気された後、１時間以上かけて１００度まで
温度を上げられる。この工程の結果、活性で安定したほ
ぼ２０−３０オングストロームの物質が素子に被膜とし
て形成される。 工程４ 受容物質の付着 素子が一旦化学的に活性化されると、受容物質の付着は
標準的な処理によって行われる。この物質は多くの場
合、素子への付着の前に、希釈及び緩衝処理されねばな
らない。受容物質を素子に付着させるのに必要な工程
は、選択された活性化学物質と選択された受容物質によ
って異なるであろう。
【００４６】活性化された素子への受容物質の付着方法
の一例は次の通りである。選択された受容物質は、活性
化された素子を納めたプラスチック・セルの培養箱中に
配置されたヒト・ＩｇＧ溶解液である。このＩｇＧ溶解
液は、ｐｈが７．４の１０ｍＭのリン酸ソーダ緩衝
（０．９％）液（ＰＢＳ）が２０ミリリットル、２０ミ
クログラム／ｍｌのヒト・ＩｇＧ（これによりヒト・Ｉ
ｇＧが超過する）、及び１％容量比のグルタルアルデヒ
ドから成る。
の一例は次の通りである。選択された受容物質は、活性
化された素子を納めたプラスチック・セルの培養箱中に
配置されたヒト・ＩｇＧ溶解液である。このＩｇＧ溶解
液は、ｐｈが７．４の１０ｍＭのリン酸ソーダ緩衝
（０．９％）液（ＰＢＳ）が２０ミリリットル、２０ミ
クログラム／ｍｌのヒト・ＩｇＧ（これによりヒト・Ｉ
ｇＧが超過する）、及び１％容量比のグルタルアルデヒ
ドから成る。
【００４７】この溶解液は室温で攪拌槽において一晩イ
ンキュベートされる。このインキュベーションに続い
て、素子をイオン除去した蒸留水で洗浄する。次にブロ
ッキング工程を実施して不特定の結合量を減少させるこ
とも可能である。この任意の工程に続いて、スライドを
洗浄した後、Ｎ2 の流れ又は加圧した空気で乾燥する
か、又は空気乾燥させる。
ンキュベートされる。このインキュベーションに続い
て、素子をイオン除去した蒸留水で洗浄する。次にブロ
ッキング工程を実施して不特定の結合量を減少させるこ
とも可能である。この任意の工程に続いて、スライドを
洗浄した後、Ｎ2 の流れ又は加圧した空気で乾燥する
か、又は空気乾燥させる。
【００４８】この時点で素子が完全に形成される。適切
に包装され、４度Ｃで保管されれば、素子は少なくとも
２年間、対象分析物を検定することができるであろう。 工程５ 対象分析物の検定 次に、その試料が分析物を含んでいるかを決定するため
に試料を素子に接触させる。試料と素子の接触の前に、
試料をリン酸ソーダ緩衝液等の希釈液で希釈しておくの
が適切であろう。試料の希釈液に対する比と選択される
希釈液の種類は、試料の性質と選択された検定技術によ
って異なる。
に包装され、４度Ｃで保管されれば、素子は少なくとも
２年間、対象分析物を検定することができるであろう。 工程５ 対象分析物の検定 次に、その試料が分析物を含んでいるかを決定するため
に試料を素子に接触させる。試料と素子の接触の前に、
試料をリン酸ソーダ緩衝液等の希釈液で希釈しておくの
が適切であろう。試料の希釈液に対する比と選択される
希釈液の種類は、試料の性質と選択された検定技術によ
って異なる。
【００４９】物質が明確で顕著なロールオーバー点を生
じるように構成されるので、小さな分析物でも容易に検
知できる。しかしながら、小型の分析物は、受容物質と
結合したときに入射光の経路の長さに大きな変化を起こ
すようにより大きな分子と結合させるのが望ましかっ
た。これにより反応を起こした素子によって引き起こさ
れる標識が増加した。そしてより大きな分子と結合した
分析物の試料は、他の分析物の試料と同じように取り扱
われた。
じるように構成されるので、小さな分析物でも容易に検
知できる。しかしながら、小型の分析物は、受容物質と
結合したときに入射光の経路の長さに大きな変化を起こ
すようにより大きな分子と結合させるのが望ましかっ
た。これにより反応を起こした素子によって引き起こさ
れる標識が増加した。そしてより大きな分子と結合した
分析物の試料は、他の分析物の試料と同じように取り扱
われた。
【００５０】当業者には理解されるであろうが、試料は
多種の方法によって素子に接触させることができる。例
えば、素子への塗末又は滴下、又は素子を試料に浸して
もよいが、これに限られるものではない。受容物質上へ
の分析物の固定は、スライドの加熱ブロック上でのイン
キュベーション、又は素子の加熱ランプ又は赤外ランプ
下への配置、又は過剰な試料水分が蒸発するまで素子を
室温でインキュベートする等、様々な方法で効果を高め
ることができる。ここで分析物の固定を高める技術は、
受容物質と選択された分析物の働きであることが理解さ
れねばならない。
多種の方法によって素子に接触させることができる。例
えば、素子への塗末又は滴下、又は素子を試料に浸して
もよいが、これに限られるものではない。受容物質上へ
の分析物の固定は、スライドの加熱ブロック上でのイン
キュベーション、又は素子の加熱ランプ又は赤外ランプ
下への配置、又は過剰な試料水分が蒸発するまで素子を
室温でインキュベートする等、様々な方法で効果を高め
ることができる。ここで分析物の固定を高める技術は、
受容物質と選択された分析物の働きであることが理解さ
れねばならない。
【００５１】インキュベーションに引き続き、素子を充
分に洗浄して、表面に固定していない物質をすべて取り
除く。次に、Ｎ2 の流れ、加圧空気ブロッティング、吸
い取り紙又はそれに相当する他の方法により素子を乾燥
する。 工程６ 検定検知技術 結合した分析物の検知には、検知の為の適した手段を使
用できる可能性があるにもかかわらず、視覚的及び器械
による二つの検定検知技術が主に使用されてきた。以下
に述べる例では、流体が対象分析物を含んでいるかどう
かの確認に、視覚的には干渉色現象が、器械的には厚さ
の変化の偏光解析法による測定が用いられた。
分に洗浄して、表面に固定していない物質をすべて取り
除く。次に、Ｎ2 の流れ、加圧空気ブロッティング、吸
い取り紙又はそれに相当する他の方法により素子を乾燥
する。 工程６ 検定検知技術 結合した分析物の検知には、検知の為の適した手段を使
用できる可能性があるにもかかわらず、視覚的及び器械
による二つの検定検知技術が主に使用されてきた。以下
に述べる例では、流体が対象分析物を含んでいるかどう
かの確認に、視覚的には干渉色現象が、器械的には厚さ
の変化の偏光解析法による測定が用いられた。
【００５２】本発明の実施例となる素子は、スペクトル
の紫外域、可視又は赤外域の多色光又は単色光を照射さ
れることで、分析物が表面に結合したかどうかを確認す
ることができる。シリコン・ウェーファ、酸化シリコン
の反射防止層、二酸化シリコンの最上層、及び生物学的
受容物質から成る無反応の素子は多色光を浴びると、最
大吸着がほぼ４７６ナノメータで、金色の干渉色を反射
する。対照的に、反応した素子は多色光を浴びると紫色
又は青色の干渉色を反射（分析物が結合しないところで
は金色）し、分析物が結合したところの最大吸着は５０
０ナノメータから６５０ナノメータであった。反応点で
の色は表面に結合した分析物の濃度に直接左右される。
濃度が高ければ高いほど、色の変化又は彩度は著しくな
る。
の紫外域、可視又は赤外域の多色光又は単色光を照射さ
れることで、分析物が表面に結合したかどうかを確認す
ることができる。シリコン・ウェーファ、酸化シリコン
の反射防止層、二酸化シリコンの最上層、及び生物学的
受容物質から成る無反応の素子は多色光を浴びると、最
大吸着がほぼ４７６ナノメータで、金色の干渉色を反射
する。対照的に、反応した素子は多色光を浴びると紫色
又は青色の干渉色を反射（分析物が結合しないところで
は金色）し、分析物が結合したところの最大吸着は５０
０ナノメータから６５０ナノメータであった。反応点で
の色は表面に結合した分析物の濃度に直接左右される。
濃度が高ければ高いほど、色の変化又は彩度は著しくな
る。
【００５３】分析物が受容物質と相互反応すると、基材
の最上層の物質の物理的厚さは増加又は減少する。厚さ
の変化の結果、光学的経路の長さも変化する。新しい光
学的経路長は干渉色又は彩度を変化させる。本発明では
与えられた波長の破壊的干渉のための適正な色移相を達
成するために、ＡＲ（反射防止）膜の厚さは、波長の４
分の１の光学的厚さのうち奇数のものより通常少し小さ
くしてある。空気は媒体としてはＡＲ膜又は基材よりも
密度が低いため、両方の界面で反射のｐｉ移相が起こ
る。移相のうち、同じものは互いに相殺しあう。
の最上層の物質の物理的厚さは増加又は減少する。厚さ
の変化の結果、光学的経路の長さも変化する。新しい光
学的経路長は干渉色又は彩度を変化させる。本発明では
与えられた波長の破壊的干渉のための適正な色移相を達
成するために、ＡＲ（反射防止）膜の厚さは、波長の４
分の１の光学的厚さのうち奇数のものより通常少し小さ
くしてある。空気は媒体としてはＡＲ膜又は基材よりも
密度が低いため、両方の界面で反射のｐｉ移相が起こ
る。移相のうち、同じものは互いに相殺しあう。
【００５４】よって、正味の移相を調べるのに唯一の要
素となるのは、２ｄ × ｎf によって定義される光学
的経路差である。ｄはＡＲの厚さの実際の測定結果であ
り、ｎf はＡＲ膜の屈折率であると定義される。よって
実際の移相は、２ｄｎ／ラムダに、ラジアンであれば２
ｐｉを乗じたもの、度数であれば３６０を乗じたものと
なる。ＡＲの厚さはほぼ光学的厚さで波長の４分の１の
うち奇数のものである。しかし、この例では実際の光学
的厚さは、ラムダ／４にほぼ等しい。ここでラムダはピ
ーク・パフォーマンスのために選択された波長である。
よって移相はおよそ１８０度であり、ある種の波長が抑
制されたため部分的な破壊的干渉が起き、（この選択さ
れた例では）金色の干渉色を呈する。
素となるのは、２ｄ × ｎf によって定義される光学
的経路差である。ｄはＡＲの厚さの実際の測定結果であ
り、ｎf はＡＲ膜の屈折率であると定義される。よって
実際の移相は、２ｄｎ／ラムダに、ラジアンであれば２
ｐｉを乗じたもの、度数であれば３６０を乗じたものと
なる。ＡＲの厚さはほぼ光学的厚さで波長の４分の１の
うち奇数のものである。しかし、この例では実際の光学
的厚さは、ラムダ／４にほぼ等しい。ここでラムダはピ
ーク・パフォーマンスのために選択された波長である。
よって移相はおよそ１８０度であり、ある種の波長が抑
制されたため部分的な破壊的干渉が起き、（この選択さ
れた例では）金色の干渉色を呈する。
【００５５】素子の最上層で分析物が受容物質に結合す
る時、光学的経路は前述したように増加または減少す
る。この例では、分析物と受容物質との結合反応によっ
て引き起こされた実際の厚さの変化は、物質をほぼ２０
オングストローム増加させた。物質の増加量又は減少量
は結合可能な分析物の大きさと量、及び発生可能な反応
結合部位の量の働きである。物質が３０オングストロー
ム増加することも珍しくない。このような光学的経路の
変化の結果、異なる波長が抑制され、分析物の結合域を
決める青色又は紫色の干渉色が生じる。
る時、光学的経路は前述したように増加または減少す
る。この例では、分析物と受容物質との結合反応によっ
て引き起こされた実際の厚さの変化は、物質をほぼ２０
オングストローム増加させた。物質の増加量又は減少量
は結合可能な分析物の大きさと量、及び発生可能な反応
結合部位の量の働きである。物質が３０オングストロー
ム増加することも珍しくない。このような光学的経路の
変化の結果、異なる波長が抑制され、分析物の結合域を
決める青色又は紫色の干渉色が生じる。
【００５６】この検定の干渉標識の明晰度は検定を視る
角度に多少左右される。よって、物質、その厚さ及び最
適なロールオーバー点を生じる屈折率の計算には、この
視角も考慮に入れねばならない。標識強化技術は不要で
はあるが、多種のフィルタ及びポラライザーを使って、
検定表面に対する通常以外の角度からみた干渉標識の明
晰度をより高めることができることが判明している。
角度に多少左右される。よって、物質、その厚さ及び最
適なロールオーバー点を生じる屈折率の計算には、この
視角も考慮に入れねばならない。標識強化技術は不要で
はあるが、多種のフィルタ及びポラライザーを使って、
検定表面に対する通常以外の角度からみた干渉標識の明
晰度をより高めることができることが判明している。
【００５７】標識強化技術を不必要とするために、背景
干渉色をロールオーバー点に近い最適条件に配置して、
反応した時にコントラストの大きい干渉色又は彩度を得
るようにしなければならない。この結果、人間の目が明
瞭に識別できる色のコントラストが得られる。
干渉色をロールオーバー点に近い最適条件に配置して、
反応した時にコントラストの大きい干渉色又は彩度を得
るようにしなければならない。この結果、人間の目が明
瞭に識別できる色のコントラストが得られる。
【００５８】素子上で反応した分析物の既知の濃度は偏
光解析計によって読み取ることができる。この結果得ら
れたデータはより定量的な結果の標準曲線を得るために
使用することができる。本発明の趣旨の範囲内で、分析
物の濃度を測定するその他の方法及び器具を使用できる
ことは明らかなはずである。
光解析計によって読み取ることができる。この結果得ら
れたデータはより定量的な結果の標準曲線を得るために
使用することができる。本発明の趣旨の範囲内で、分析
物の濃度を測定するその他の方法及び器具を使用できる
ことは明らかなはずである。
【００５９】
例１ 癌胎児抗原（ＣＥＡ）の検知 （免疫検定−非競合法）表面が高度に研磨され、与えら
れた波長で屈折率が４．０９のシリコン・ウェーファ
が、平均屈折率が２．０、物質の厚さが６５３オングス
トロームになるよう、反射防止物質としての酸化窒化シ
リコンによって被膜形成された。最も顕著なロールオー
バー点を達成するために、ほぼ４８０−４７０ナノメー
タの波長が抑制された。これらの波長を抑制するため
に、反射防止物質を、厚さが６００オングストロームか
ら５８６オングストロームの間になるまでエッチングさ
れねばならなかった。
れた波長で屈折率が４．０９のシリコン・ウェーファ
が、平均屈折率が２．０、物質の厚さが６５３オングス
トロームになるよう、反射防止物質としての酸化窒化シ
リコンによって被膜形成された。最も顕著なロールオー
バー点を達成するために、ほぼ４８０−４７０ナノメー
タの波長が抑制された。これらの波長を抑制するため
に、反射防止物質を、厚さが６００オングストロームか
ら５８６オングストロームの間になるまでエッチングさ
れねばならなかった。
【００６０】反射防止物質の最適な厚さは、受容物質の
屈折率及び厚さによってさらに決定される。これは多く
の場合無視できる要素であり、考慮に入れず済むが、本
例では、屈折率がほぼ１．５でほぼ３０−５０オングス
トロームの物質が活性化された反射防止物質の最上層に
被膜として形成されるべきであると決定された。被膜形
成された受容物質の厚さを乗じた二つの屈折率の比によ
り、より顕著なロールオーバー点を達成するためにはほ
ぼ３５オングストロームの反射防止物質がエッチングさ
れるべきであることが明らかとなった。よって、このス
ライドは反射防止物質がほぼ５６０−５６５オングスト
ロームになるまでエッチングされた。その後、素子は次
の処理により、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノ
プロピルトリメトキシシラン）を用いて化学的に活性化
された。 １．被膜形成されたウェーファは、０．７０トルの酸素
中において、１７５Ｄ．Ｃ．ミリアンペア、２５０ＲＦ
ワットの陽極電流で５分間、酸素プラズマエッチングさ
れた。 ２．酸素プラズマエッチャーから取り出してすぐ、ウェ
ーファは石英のラックに納められた。このラックは、
２．５ミクロリットルのアミノシランを含んだ容器を固
定させた真空乾燥器中に挿入された。 ３．この真空乾燥器は０．０６トルになるまで３０分間
排気された。次に乾燥器は１時間以上かけて温度を１０
０度Ｃまで上げられた。この結果、アミノシランがウェ
ーファの表面に気相沈着することでウェーファが活性化
された。 ４．ここでウェーファは受容物質を固定させる用意が完
了した。まず、２０ｍｌのＰＢＳ、容量０．１％のグル
タルアルデヒド、及びたんぱく質Ａの活性域を覆う合成
ポリペプチドであるＩＧＡＰ１５０ミクロリットルより
成る溶解液が作られた。（他の実験では、たんぱく質Ａ
又はたんぱく質ＧはＩＧＡＰに置換されたが同様な結果
が得られた。） ５．２００ミクロリットルの癌胎児抗原に特異な単一ク
ローン性抗体（多クローン性にも置換可能）を、ピペッ
トで１ミリリットルあたり１ｍｇになるようにＩＧＡＰ
溶解液に滴下した。 ６．化合した溶解液をペトリ皿中のウェーファの上に配
置して、室温で２時間、振とう槽においてインキュベー
トした。次にペトリ皿を取り除き、冷却器に移して４度
Ｃで４８時間インキュベートして受容抗体物質をさらに
固定した。未結合の物質をすべて取り除くためにウェー
ファをイオン除去した蒸留水で洗浄し、Ｎ 2流で乾燥し
た。
屈折率及び厚さによってさらに決定される。これは多く
の場合無視できる要素であり、考慮に入れず済むが、本
例では、屈折率がほぼ１．５でほぼ３０−５０オングス
トロームの物質が活性化された反射防止物質の最上層に
被膜として形成されるべきであると決定された。被膜形
成された受容物質の厚さを乗じた二つの屈折率の比によ
り、より顕著なロールオーバー点を達成するためにはほ
ぼ３５オングストロームの反射防止物質がエッチングさ
れるべきであることが明らかとなった。よって、このス
ライドは反射防止物質がほぼ５６０−５６５オングスト
ロームになるまでエッチングされた。その後、素子は次
の処理により、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノ
プロピルトリメトキシシラン）を用いて化学的に活性化
された。 １．被膜形成されたウェーファは、０．７０トルの酸素
中において、１７５Ｄ．Ｃ．ミリアンペア、２５０ＲＦ
ワットの陽極電流で５分間、酸素プラズマエッチングさ
れた。 ２．酸素プラズマエッチャーから取り出してすぐ、ウェ
ーファは石英のラックに納められた。このラックは、
２．５ミクロリットルのアミノシランを含んだ容器を固
定させた真空乾燥器中に挿入された。 ３．この真空乾燥器は０．０６トルになるまで３０分間
排気された。次に乾燥器は１時間以上かけて温度を１０
０度Ｃまで上げられた。この結果、アミノシランがウェ
ーファの表面に気相沈着することでウェーファが活性化
された。 ４．ここでウェーファは受容物質を固定させる用意が完
了した。まず、２０ｍｌのＰＢＳ、容量０．１％のグル
タルアルデヒド、及びたんぱく質Ａの活性域を覆う合成
ポリペプチドであるＩＧＡＰ１５０ミクロリットルより
成る溶解液が作られた。（他の実験では、たんぱく質Ａ
又はたんぱく質ＧはＩＧＡＰに置換されたが同様な結果
が得られた。） ５．２００ミクロリットルの癌胎児抗原に特異な単一ク
ローン性抗体（多クローン性にも置換可能）を、ピペッ
トで１ミリリットルあたり１ｍｇになるようにＩＧＡＰ
溶解液に滴下した。 ６．化合した溶解液をペトリ皿中のウェーファの上に配
置して、室温で２時間、振とう槽においてインキュベー
トした。次にペトリ皿を取り除き、冷却器に移して４度
Ｃで４８時間インキュベートして受容抗体物質をさらに
固定した。未結合の物質をすべて取り除くためにウェー
ファをイオン除去した蒸留水で洗浄し、Ｎ 2流で乾燥し
た。
【００６１】次に金色がかった褐色の素子を既知のＣＥ
Ａ濃度を持つ五つの血清試料中のＣＥＡ抗原の存在を調
べた。被膜形成したウェーファを使用し、前述の方法で
用意した後述の検定の結果、次のような処理によって表
１のデータを得た。 １．五つの血清試料のすべてを１０ミクロリットル、ウ
ェーファ表面に接触させ、ついで３７℃で７分間、イン
キュベートした。他の実験では４５度Ｃで３分間インキ
ュベートを行ったが類似の結果が得られた。 ２．７分後、ウェーファをイオン除去した蒸留水で洗浄
して未結合の物質をすべて取り除いた。次にウェーファ
を窒素流で乾燥した。スライドの視覚的検査の結果、分
析物濃度レベルの増加と相関関係にある色彩度を持った
ピンク色の点が見られた。 ３．ウェーファの表面上の結合反応によって生じた厚さ
の変化を実証するために器具を使用した。ウェーファの
反応部分の厚さの変化を、サガックス（登録商標）の比
較偏光解析計を使ってグレースケールを単位として測定
した。
Ａ濃度を持つ五つの血清試料中のＣＥＡ抗原の存在を調
べた。被膜形成したウェーファを使用し、前述の方法で
用意した後述の検定の結果、次のような処理によって表
１のデータを得た。 １．五つの血清試料のすべてを１０ミクロリットル、ウ
ェーファ表面に接触させ、ついで３７℃で７分間、イン
キュベートした。他の実験では４５度Ｃで３分間インキ
ュベートを行ったが類似の結果が得られた。 ２．７分後、ウェーファをイオン除去した蒸留水で洗浄
して未結合の物質をすべて取り除いた。次にウェーファ
を窒素流で乾燥した。スライドの視覚的検査の結果、分
析物濃度レベルの増加と相関関係にある色彩度を持った
ピンク色の点が見られた。 ３．ウェーファの表面上の結合反応によって生じた厚さ
の変化を実証するために器具を使用した。ウェーファの
反応部分の厚さの変化を、サガックス（登録商標）の比
較偏光解析計を使ってグレースケールを単位として測定
した。
【００６２】
【表１】
【００６３】例２ スライドの構成の比較 （臨床化学検定の比較）光のほぼ同じ波長を抑制するた
めに、二つのシリコン・ウェーファに二つの異なる反射
防止物質を用意した。第一番目のシリコン・ウェーファ
は、商業的な方法で酸化窒化シリコンにより被膜形成さ
れ、ほぼ５９０オングストロームまでエッチングを施し
たものである。第二番目のシリコン・ウェーファ（屈折
率は４．１）は、商業的な方法で屈折率が１．４６の二
酸化シリコンにより被膜形成され、厚さがほぼ８０８オ
ングストロームになるまでエッチングを施したものであ
る。両方の反射防止物質の選択された厚さはほぼ４７０
−４７４ナノメータ域の波長を抑制する。第一番目の素
子は可視性の高いロールオーバー点を生じるよう構成さ
れた。シリコン・ウェーファの屈折率はほぼ４．１、酸
化窒化シリコン層の屈折率は２．０であり、受容物質は
考慮に入れられなかった。第二番目の素子は第一番目の
素子と同じ波長を抑制するように構成されたが、表４の
一番目の等式に応じた構成をしなかったので、コントラ
ストの高いロールオーバー点を生じなかった。同じテス
トを各々の素子に行った。
めに、二つのシリコン・ウェーファに二つの異なる反射
防止物質を用意した。第一番目のシリコン・ウェーファ
は、商業的な方法で酸化窒化シリコンにより被膜形成さ
れ、ほぼ５９０オングストロームまでエッチングを施し
たものである。第二番目のシリコン・ウェーファ（屈折
率は４．１）は、商業的な方法で屈折率が１．４６の二
酸化シリコンにより被膜形成され、厚さがほぼ８０８オ
ングストロームになるまでエッチングを施したものであ
る。両方の反射防止物質の選択された厚さはほぼ４７０
−４７４ナノメータ域の波長を抑制する。第一番目の素
子は可視性の高いロールオーバー点を生じるよう構成さ
れた。シリコン・ウェーファの屈折率はほぼ４．１、酸
化窒化シリコン層の屈折率は２．０であり、受容物質は
考慮に入れられなかった。第二番目の素子は第一番目の
素子と同じ波長を抑制するように構成されたが、表４の
一番目の等式に応じた構成をしなかったので、コントラ
ストの高いロールオーバー点を生じなかった。同じテス
トを各々の素子に行った。
【００６４】素子はＮ−（２−アミノエチル）−３−ア
ミノプロピルトリメトキシシランを用いて、次に述べる
処理によって活性化された。１．被膜形成されたウェー
ファは、１７５Ｄ．Ｃ．ミリアンペア、２５０ＲＦワッ
トの陽極電流を流した０．７０トルの酸素中で５分間酸
素プラズマエッチングを施した。 ２．ウェーファを酸素プラズマエッチャーから取り出し
てすぐに石英のラックに納めた。このラックを、２．５
ミクロリットルのアミノシランを含んだ容器を固定させ
た状態で真空乾燥器に挿入した。 ３．真空乾燥器を０．０６トルになるまで３０分間排気
した。次に乾燥器の温度を１時間以上かけて１００度ま
で上げた。この工程の結果、アミノシランのウェーファ
表面への気相沈着によりウェーファが活性化された。 ４．ウェーファが活性化され、この活性化の過程で被膜
として形成された官能基が受容物質として作用した。こ
の他の受容可能な物質は表面に被膜として形成されなか
った。
ミノプロピルトリメトキシシランを用いて、次に述べる
処理によって活性化された。１．被膜形成されたウェー
ファは、１７５Ｄ．Ｃ．ミリアンペア、２５０ＲＦワッ
トの陽極電流を流した０．７０トルの酸素中で５分間酸
素プラズマエッチングを施した。 ２．ウェーファを酸素プラズマエッチャーから取り出し
てすぐに石英のラックに納めた。このラックを、２．５
ミクロリットルのアミノシランを含んだ容器を固定させ
た状態で真空乾燥器に挿入した。 ３．真空乾燥器を０．０６トルになるまで３０分間排気
した。次に乾燥器の温度を１時間以上かけて１００度ま
で上げた。この工程の結果、アミノシランのウェーファ
表面への気相沈着によりウェーファが活性化された。 ４．ウェーファが活性化され、この活性化の過程で被膜
として形成された官能基が受容物質として作用した。こ
の他の受容可能な物質は表面に被膜として形成されなか
った。
【００６５】酸化窒化シリコンを持つ第一番目のウェー
ファは金色がかった茶色の干渉色を反射した。二酸化シ
リコンで被膜形成された第二番目のウェーファは茶色が
かった灰色の干渉色を反射した。次にこの二つのウェー
ファを使用してヒトの妊娠を調べた。４つの陽性の尿試
料と一つの陰性のコントロール試料が使用された。
ファは金色がかった茶色の干渉色を反射した。二酸化シ
リコンで被膜形成された第二番目のウェーファは茶色が
かった灰色の干渉色を反射した。次にこの二つのウェー
ファを使用してヒトの妊娠を調べた。４つの陽性の尿試
料と一つの陰性のコントロール試料が使用された。
【００６６】検定は、被膜形成された第一及び第二の被
膜形成されたウェーファを使用して以下に述べる方法で
行われた。この検定の結果、表２のデータが得られた。 １．ｐｈ８．０の０．０２ ＭのＴＲＩＳ−ＨＣｌ緩衝
液及び０．７％のウシ血清アルブミンにより尿試料を
１：１に希釈した。緩衝液及びアルブミンは共に市場で
シグマ社から入手可能である。 ２．次に希釈された五つの試料（ほぼ１５ミクロリット
ル）を用意したウェーファ上に滴下し、室温で３０分間
インキュベートした。 ３．イオン除去した蒸留水でウェーファを洗浄して未結
合の物質をすべて除去し、窒素流で乾燥した。 ４．第一番目の素子（窒化シリコン）の視覚的検査の結
果、陽性の尿が滴下されたところでは、可視性の高い紫
がかった青色の４つの点が見られた。陰性の尿では、ウ
ェーファの金色がかった茶色の表面色には変化が見られ
なかった。第二番目の素子（二酸化シリコン）の視覚的
検査の結果、陽性の尿を接触させたところでは、微かに
４つの灰青色の点が見られた。陰性の試料では茶色がか
った灰色の干渉色に変化は見られなかった。 ５．ウェーファの反応部分の厚さの変化を、サガックス
（登録商標）の比較偏光解析計によってグレースケール
単位で測定した。
膜形成されたウェーファを使用して以下に述べる方法で
行われた。この検定の結果、表２のデータが得られた。 １．ｐｈ８．０の０．０２ ＭのＴＲＩＳ−ＨＣｌ緩衝
液及び０．７％のウシ血清アルブミンにより尿試料を
１：１に希釈した。緩衝液及びアルブミンは共に市場で
シグマ社から入手可能である。 ２．次に希釈された五つの試料（ほぼ１５ミクロリット
ル）を用意したウェーファ上に滴下し、室温で３０分間
インキュベートした。 ３．イオン除去した蒸留水でウェーファを洗浄して未結
合の物質をすべて除去し、窒素流で乾燥した。 ４．第一番目の素子（窒化シリコン）の視覚的検査の結
果、陽性の尿が滴下されたところでは、可視性の高い紫
がかった青色の４つの点が見られた。陰性の尿では、ウ
ェーファの金色がかった茶色の表面色には変化が見られ
なかった。第二番目の素子（二酸化シリコン）の視覚的
検査の結果、陽性の尿を接触させたところでは、微かに
４つの灰青色の点が見られた。陰性の試料では茶色がか
った灰色の干渉色に変化は見られなかった。 ５．ウェーファの反応部分の厚さの変化を、サガックス
（登録商標）の比較偏光解析計によってグレースケール
単位で測定した。
【００６７】
【表２】
【００６８】二つのウェーファ表面にはそれぞれ同様な
量の分析物が結合したが、分析物の素子への結合によっ
て生じた標識の可視性には違いがあった。酸化窒化シリ
コンで被膜形成された素子は、金色の背景に対してコン
トラストの高い鮮やかな青みがかった紫色の点を生じ
た。二酸化シリコンで被膜形成された素子は、灰茶色の
背景に対してさめた灰青色の点を生じた。分析物が少な
いと思われる三番目の試料が二酸化シリコンを施した素
子ではあまり目だった色を出さず、窒化シリコンを施し
た素子では可視性が高いことは注目に値する。 例３ リウマチ因子のくさび状検定 （準定量的検定）ガラスの顕微鏡スライド支持物を、商
業的に実施可能な被膜形成工程により、クロム基材で被
膜形成した。次にこの基材に、反射防止物質、硫化カド
ミウムで厚さ５００オングストローム又は物質まで被膜
形成した。次に素子に希釈ＨＣｌ酸中で機械的エッチン
グを施し、０オングストロームから５００オングストロ
ームのくさび状の硫化カドミウムを形成した。次にエッ
チングを施した素子に、商業的に実施可能な気相沈着工
程によって二酸化シリコンで５０オングストロームの被
膜を形成した。くさび状にしたスライドは、ほぼ０から
１５０オングストロームの硫化カドミウムからは銀色、
１５０から２５０オングストロームからは褐色、２５０
−３２５オングストロームは金色、３２５から３７０オ
ングストロームからは茶色がかった金色、３７０から４
００オングストロームからはマゼンタ色、４００から４
４０オングストロームからは深い紫色、４４０から４６
５オングストロームからは深い青色、４７５から５００
オングストロームからは藤紫色の反射が、それぞれ多色
光下で通常の入射光への４５度の角度で見たときにあっ
た。
量の分析物が結合したが、分析物の素子への結合によっ
て生じた標識の可視性には違いがあった。酸化窒化シリ
コンで被膜形成された素子は、金色の背景に対してコン
トラストの高い鮮やかな青みがかった紫色の点を生じ
た。二酸化シリコンで被膜形成された素子は、灰茶色の
背景に対してさめた灰青色の点を生じた。分析物が少な
いと思われる三番目の試料が二酸化シリコンを施した素
子ではあまり目だった色を出さず、窒化シリコンを施し
た素子では可視性が高いことは注目に値する。 例３ リウマチ因子のくさび状検定 （準定量的検定）ガラスの顕微鏡スライド支持物を、商
業的に実施可能な被膜形成工程により、クロム基材で被
膜形成した。次にこの基材に、反射防止物質、硫化カド
ミウムで厚さ５００オングストローム又は物質まで被膜
形成した。次に素子に希釈ＨＣｌ酸中で機械的エッチン
グを施し、０オングストロームから５００オングストロ
ームのくさび状の硫化カドミウムを形成した。次にエッ
チングを施した素子に、商業的に実施可能な気相沈着工
程によって二酸化シリコンで５０オングストロームの被
膜を形成した。くさび状にしたスライドは、ほぼ０から
１５０オングストロームの硫化カドミウムからは銀色、
１５０から２５０オングストロームからは褐色、２５０
−３２５オングストロームは金色、３２５から３７０オ
ングストロームからは茶色がかった金色、３７０から４
００オングストロームからはマゼンタ色、４００から４
４０オングストロームからは深い紫色、４４０から４６
５オングストロームからは深い青色、４７５から５００
オングストロームからは藤紫色の反射が、それぞれ多色
光下で通常の入射光への４５度の角度で見たときにあっ
た。
【００６９】次にＮ−（２−アミノエチル）−３−アミ
ノプロピルトリメトキシシランを用いて以下に示す処理
をして素子を化学的に活性化した。 １．被膜形成されたウェーファは、酸素中に１７５Ｄ．
Ｃ．ミリアンペアで２５０ＲＦワットの陽極電流を流し
た０．７トルの真空室で５分間酸素プラズマエッチング
を施した。 ２．ウェーファを酸素プラズマエッチャーから取り出し
てすぐに石英のラックに納めた。そして、５ミクロリッ
トルのＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル
トリメトキシシランを含んだ容器を設置した真空乾燥器
に挿入した。真空室は０．０６トルになるまで３０分間
排気された。そこで乾燥器の温度を１時間以上かけて１
００度に上げ、アミノシランを完全に気相沈着させた。 ３．２００ミクログラム／ ｍｌ のＢＧＧと２０ｍｌの
ＰＢＳ（前述のもの）と容量１％のグルタルアルデヒド
を混合して受容物質溶解液を形成した。ウェーファをペ
トリ皿に置きこの受容物質溶解液を加えた。 ４．受容物質の固定を高めるために、室温の振とう槽で
１５時間インキュベートした。 ５．インキュベートに続き、イオン除去した蒸留水で洗
浄して未結合のウシ・ガンマグロブリンたんぱく質をウ
ェーファから取り除いた。 ６．スライド器具を洗浄して不特定結合の量を減少させ
た後、器具をブロッキング溶解液に浸し、振とう槽にて
１時間インキュベートした。このブロッキング溶解液
は、２ｕｇ／ｍｌの酸加水分解カゼイン、及び、総容量
が２０ｍｌとなるのに充分なＰＢＳ中の容量／容量比が
１％のグリセリン、及び重量／容量比が２％のスクロー
スから成っている。 ７．このブロッキング工程に次いで、イオン除去した蒸
留水で洗浄して余分なブロッカーをすべて取り除いた。
次にスライドを窒素流で乾燥した。 ８．次にくさび状のスライドに、被膜形成された二つの
陽性の血清試料、及び患者の血清を付着させた。陽性試
料のうち、一つは濃度が希釈剤１ｍｌあたり７００ＩＵ
のものであった。二つめの陽性コントロール試料は濃度
が希釈剤１ｍｌあたり１７５ＩＵであった。これらの試
料は次の工程により用意された。 ａ．陽性の患者血清試料は、比が１：１（血清の容量：
希釈剤の容量）になるようにＰＢＳ（前述したもの）を
加えて希釈された。陽性コントロール試料の一つは、比
が１：１になるようにＰＢＳを加えて希釈し、１ｍｌあ
たりの濃度７００ＩＵを得た。１ｍｌあたり１７５ＩＵ
のコントロール試料は１ｍｌあたり７００ＩＵの試料を
連続希釈することで得られた。コントロール試料の１ｍ
ｌあたりのＩＵ値は、陽性の未知の試料中に通常見受け
られる濃度レベルに応じて多様にすることが可能であ
る。 ｂ．希釈又はコントロール試料のそれぞれ５ミクロリッ
トルをそれぞれのウェーファに置き、加熱ブロック上に
おいて４５度で３分間インキュベートして分析物の固定
を高めた。 ｃ．次にウェーファをイオン除去した水で洗浄して未結
合物質をすべて取り除き、加圧空気流で乾燥させた。
ノプロピルトリメトキシシランを用いて以下に示す処理
をして素子を化学的に活性化した。 １．被膜形成されたウェーファは、酸素中に１７５Ｄ．
Ｃ．ミリアンペアで２５０ＲＦワットの陽極電流を流し
た０．７トルの真空室で５分間酸素プラズマエッチング
を施した。 ２．ウェーファを酸素プラズマエッチャーから取り出し
てすぐに石英のラックに納めた。そして、５ミクロリッ
トルのＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル
トリメトキシシランを含んだ容器を設置した真空乾燥器
に挿入した。真空室は０．０６トルになるまで３０分間
排気された。そこで乾燥器の温度を１時間以上かけて１
００度に上げ、アミノシランを完全に気相沈着させた。 ３．２００ミクログラム／ ｍｌ のＢＧＧと２０ｍｌの
ＰＢＳ（前述のもの）と容量１％のグルタルアルデヒド
を混合して受容物質溶解液を形成した。ウェーファをペ
トリ皿に置きこの受容物質溶解液を加えた。 ４．受容物質の固定を高めるために、室温の振とう槽で
１５時間インキュベートした。 ５．インキュベートに続き、イオン除去した蒸留水で洗
浄して未結合のウシ・ガンマグロブリンたんぱく質をウ
ェーファから取り除いた。 ６．スライド器具を洗浄して不特定結合の量を減少させ
た後、器具をブロッキング溶解液に浸し、振とう槽にて
１時間インキュベートした。このブロッキング溶解液
は、２ｕｇ／ｍｌの酸加水分解カゼイン、及び、総容量
が２０ｍｌとなるのに充分なＰＢＳ中の容量／容量比が
１％のグリセリン、及び重量／容量比が２％のスクロー
スから成っている。 ７．このブロッキング工程に次いで、イオン除去した蒸
留水で洗浄して余分なブロッカーをすべて取り除いた。
次にスライドを窒素流で乾燥した。 ８．次にくさび状のスライドに、被膜形成された二つの
陽性の血清試料、及び患者の血清を付着させた。陽性試
料のうち、一つは濃度が希釈剤１ｍｌあたり７００ＩＵ
のものであった。二つめの陽性コントロール試料は濃度
が希釈剤１ｍｌあたり１７５ＩＵであった。これらの試
料は次の工程により用意された。 ａ．陽性の患者血清試料は、比が１：１（血清の容量：
希釈剤の容量）になるようにＰＢＳ（前述したもの）を
加えて希釈された。陽性コントロール試料の一つは、比
が１：１になるようにＰＢＳを加えて希釈し、１ｍｌあ
たりの濃度７００ＩＵを得た。１ｍｌあたり１７５ＩＵ
のコントロール試料は１ｍｌあたり７００ＩＵの試料を
連続希釈することで得られた。コントロール試料の１ｍ
ｌあたりのＩＵ値は、陽性の未知の試料中に通常見受け
られる濃度レベルに応じて多様にすることが可能であ
る。 ｂ．希釈又はコントロール試料のそれぞれ５ミクロリッ
トルをそれぞれのウェーファに置き、加熱ブロック上に
おいて４５度で３分間インキュベートして分析物の固定
を高めた。 ｃ．次にウェーファをイオン除去した水で洗浄して未結
合物質をすべて取り除き、加圧空気流で乾燥させた。
【００７０】くさび状の素子を多色光のもとで視覚的検
査を行うと、スライド上の反応したコントロール試料の
反射は類似の色をしていたが彩度にはばらつきがあっ
た。１７５ＩＵ／ｍｌのものは、同じ反射防止物質の厚
さでは７００ＩＵ／ｍｌのものより色の鮮やかさが劣っ
ていた。７００ＩＵ／ｍｌのもの、つまり高度に陽性の
コントロール試料は、スライドの銀色の背景部分に可視
性の標識を呈した。低度陽性の１７５ＩＵ／ｐｅｒ ｍ
ｌのものは反射防止層がより厚い時に可視性の標識を呈
した。可視性の標識はスライドの褐色から金色の背景部
分で現れていた。生じた色の中で最も顕著なものはロー
ルオーバー点において見られた。このロールオーバー点
では紫味のある茶色がかった金色の背景に、藤紫色の反
応標識を生じていた。
査を行うと、スライド上の反応したコントロール試料の
反射は類似の色をしていたが彩度にはばらつきがあっ
た。１７５ＩＵ／ｍｌのものは、同じ反射防止物質の厚
さでは７００ＩＵ／ｍｌのものより色の鮮やかさが劣っ
ていた。７００ＩＵ／ｍｌのもの、つまり高度に陽性の
コントロール試料は、スライドの銀色の背景部分に可視
性の標識を呈した。低度陽性の１７５ＩＵ／ｐｅｒ ｍ
ｌのものは反射防止層がより厚い時に可視性の標識を呈
した。可視性の標識はスライドの褐色から金色の背景部
分で現れていた。生じた色の中で最も顕著なものはロー
ルオーバー点において見られた。このロールオーバー点
では紫味のある茶色がかった金色の背景に、藤紫色の反
応標識を生じていた。
【００７１】患者の血清試料が生じたしみは、視覚的に
は１７５ＩＵ／ｍｌのコントロール試料と類似してい
た。ロールオーバー点で生じた青色標識と視覚的に比較
すると、同じ彩度のものに見える。この準定量的テスト
法により、患者の試料と、素子に被膜として形成された
コントロール試料によって生じた標準色曲線とを比較し
て、試料中の自己免疫指標のおおよその量を調べること
ができる。 例４ セロトニン／ハプテンの検知 （競合法）表面がやや一定でなく、ある特定の波長にお
ける屈折率が４．０２のシリコン・ウェーファに酸化窒
化シリコンの反射防止物質で被膜形成することができ
る。この酸化窒化シリコンの層は、反射防止物質の単独
層の公式に応じて形成することができる。酸化窒化シリ
コンによるこの被膜の屈折率は１．９２、被膜の厚さは
ほぼ６０５オングストローム（＋／− ５オングストロ
ーム）となるであろう。この厚さでは被膜形成されたウ
ェーファは紫がかった黄色の干渉色を生じた。この反射
防止物質の被膜の最適な厚さは、反射防止層の上に形成
される僅かな量の受容物質によって大きく変えられては
ならない。
は１７５ＩＵ／ｍｌのコントロール試料と類似してい
た。ロールオーバー点で生じた青色標識と視覚的に比較
すると、同じ彩度のものに見える。この準定量的テスト
法により、患者の試料と、素子に被膜として形成された
コントロール試料によって生じた標準色曲線とを比較し
て、試料中の自己免疫指標のおおよその量を調べること
ができる。 例４ セロトニン／ハプテンの検知 （競合法）表面がやや一定でなく、ある特定の波長にお
ける屈折率が４．０２のシリコン・ウェーファに酸化窒
化シリコンの反射防止物質で被膜形成することができ
る。この酸化窒化シリコンの層は、反射防止物質の単独
層の公式に応じて形成することができる。酸化窒化シリ
コンによるこの被膜の屈折率は１．９２、被膜の厚さは
ほぼ６０５オングストローム（＋／− ５オングストロ
ーム）となるであろう。この厚さでは被膜形成されたウ
ェーファは紫がかった黄色の干渉色を生じた。この反射
防止物質の被膜の最適な厚さは、反射防止層の上に形成
される僅かな量の受容物質によって大きく変えられては
ならない。
【００７２】素子は次の処置によりＮ−（２−アミノエ
チル）−３−アミノプロピルトリメトキシシランを用い
て化学的に活性化された。 １．被膜形成されたウェーファは、１７５Ｄ．Ｃ．ミリ
アンペアで２５０ＲＦワットの陽極電流を流した０．７
１トルの酸素中で５分間酸素プラズマエッチングを施し
てもよい。 ２．ウェーファを酸素プラズマエッチャーから取り出し
てすぐに石英のラックに納め、その後５ミクロリットル
のアミノシランを入れた容器を固定させた状態で真空乾
燥器に挿入してもよい。 ３．真空室は０．０６トルで３０分間運転するべきであ
る。その後乾燥器の温度を１時間以上かけて１００度に
上げるべきである。この工程がアミノシランをウェーフ
ァ表面上に気相沈着させ、ウェーファは活性化される。
チル）−３−アミノプロピルトリメトキシシランを用い
て化学的に活性化された。 １．被膜形成されたウェーファは、１７５Ｄ．Ｃ．ミリ
アンペアで２５０ＲＦワットの陽極電流を流した０．７
１トルの酸素中で５分間酸素プラズマエッチングを施し
てもよい。 ２．ウェーファを酸素プラズマエッチャーから取り出し
てすぐに石英のラックに納め、その後５ミクロリットル
のアミノシランを入れた容器を固定させた状態で真空乾
燥器に挿入してもよい。 ３．真空室は０．０６トルで３０分間運転するべきであ
る。その後乾燥器の温度を１時間以上かけて１００度に
上げるべきである。この工程がアミノシランをウェーフ
ァ表面上に気相沈着させ、ウェーファは活性化される。
【００７３】上記の処置が行われると、アミンが誘導さ
れた表面を備えたウェーファができるはずである。アミ
ノシランに対する表面反応部位数が限られているため、
固定されるべき物質と無機ウェーファ表面の間に物理的
バリアを作るためだけでなく、反応部位の密度を増加さ
せるためにも、表面のアミンに有機ポリマーをグラフト
させると有効であることが判明している。これらの処理
に沿った簡便なアプローチは、過ヨウ素酸塩ナトリウム
によって部分的に酸化した多糖デクストランを使用す
る。酸化デキストランの緩衝液はアミン誘導化した表面
と反応すると、近傍のアルデヒドとアミンの間でシッフ
塩基を形成する。結果として、ボロハイドライドナトリ
ウムを持つこれらのウェーファの減少が起き、安定的で
高密度のポリメリックアルコール表面が形成される。
れた表面を備えたウェーファができるはずである。アミ
ノシランに対する表面反応部位数が限られているため、
固定されるべき物質と無機ウェーファ表面の間に物理的
バリアを作るためだけでなく、反応部位の密度を増加さ
せるためにも、表面のアミンに有機ポリマーをグラフト
させると有効であることが判明している。これらの処理
に沿った簡便なアプローチは、過ヨウ素酸塩ナトリウム
によって部分的に酸化した多糖デクストランを使用す
る。酸化デキストランの緩衝液はアミン誘導化した表面
と反応すると、近傍のアルデヒドとアミンの間でシッフ
塩基を形成する。結果として、ボロハイドライドナトリ
ウムを持つこれらのウェーファの減少が起き、安定的で
高密度のポリメリックアルコール表面が形成される。
【００７４】ポリメリックアルコール表面を初めとし
て、多くの技術を利用してセロトニンと接合するように
表面を活性化させることができる。セロトニンを固定す
るための二つの有効な方法は次の通りである。 １）反応媒体のｐｈに応じてフェノール又は第一アミン
のどちらかを求核置換することで固定する多種の方法。 ２）フェノール環の求電子芳香置換に基づくジアゾニウ
ム塩による固定。
て、多くの技術を利用してセロトニンと接合するように
表面を活性化させることができる。セロトニンを固定す
るための二つの有効な方法は次の通りである。 １）反応媒体のｐｈに応じてフェノール又は第一アミン
のどちらかを求核置換することで固定する多種の方法。 ２）フェノール環の求電子芳香置換に基づくジアゾニウ
ム塩による固定。
【００７５】第一番目の方法の基本は、セロトニン自体
が多種のｐｈレベルにおいて活性化する性質にある。こ
れらの技術はすべて、表面上の反応化合物をセロトニン
によって求核置換することに依っている。理論的には、
ｐｈが低いときには、フェノールのＯＨは陽子を奪わ
れ、フェノキシドとのエーテルリンクの形成により固定
するであろう。ｐｈが高く中性に近いときには、第一ア
ミンの方がフェノールよりも求核性が大きくなり、第二
アミンが形成されることで固定するであろう。
が多種のｐｈレベルにおいて活性化する性質にある。こ
れらの技術はすべて、表面上の反応化合物をセロトニン
によって求核置換することに依っている。理論的には、
ｐｈが低いときには、フェノールのＯＨは陽子を奪わ
れ、フェノキシドとのエーテルリンクの形成により固定
するであろう。ｐｈが高く中性に近いときには、第一ア
ミンの方がフェノールよりも求核性が大きくなり、第二
アミンが形成されることで固定するであろう。
【００７６】この方法に二つの活性化処理を取り入れる
ことも可能なはずである。 １）塩化シアヌル酸活性化 基本条件下における塩化シアヌル酸との多アルコール表
面の反応により、ジクロロアルコキシトリアジンが生じ
る。このジクロロアルコキシトリアジンは、上述したよ
うに（化１参照）次にフェノール又はアミンのどちらか
と反応する可能性がある。塩化シアヌル酸は高度で特異
な活性を維持しながら作用させることが比較的容易であ
る。このリンカーは、芳香組織のが強固なため、固定さ
れた物質を表面から遠ざけようとする性質がある。 ２）トリホスゲン活性化 強固であり、よって取り扱いも容易なホスゲンと同等の
合成物であるトリホスゲンとの多アルコール表面の反応
により、クロロフォルムが形成される（化２参照）。ホ
スゲンで活性化されたアルコール表面は高度の活性を有
するが、ホスゲンそのものの取り扱いの難しさのため
に、この工程はあまり実用的ではない。上記のようにこ
の方法を使用して、どちら側からでもセロトニンを固定
することが可能である。
ことも可能なはずである。 １）塩化シアヌル酸活性化 基本条件下における塩化シアヌル酸との多アルコール表
面の反応により、ジクロロアルコキシトリアジンが生じ
る。このジクロロアルコキシトリアジンは、上述したよ
うに（化１参照）次にフェノール又はアミンのどちらか
と反応する可能性がある。塩化シアヌル酸は高度で特異
な活性を維持しながら作用させることが比較的容易であ
る。このリンカーは、芳香組織のが強固なため、固定さ
れた物質を表面から遠ざけようとする性質がある。 ２）トリホスゲン活性化 強固であり、よって取り扱いも容易なホスゲンと同等の
合成物であるトリホスゲンとの多アルコール表面の反応
により、クロロフォルムが形成される（化２参照）。ホ
スゲンで活性化されたアルコール表面は高度の活性を有
するが、ホスゲンそのものの取り扱いの難しさのため
に、この工程はあまり実用的ではない。上記のようにこ
の方法を使用して、どちら側からでもセロトニンを固定
することが可能である。
【００７７】ジアゾニウム塩を形成することにより固定
する方法が二番目の方法である。この二番目の方法に
は、活性化処理としては、多アルコール表面を４−ニト
ロベンゾイル クロライドと反応させ、その後直ちにハ
イドロサルファイトにより縮合させることで、表面を４
−アミノベンゾイック エステルで誘導化することを取
り入れることが可能なはずである。ＨＣｌ中でこの表面
を窒化ナトリウムと反応させると不安定なジアゾニウム
塩が生じる。このジアゾニウム塩はセロトニンと反応し
て、フェノール環の求電子芳香置換を起こすはずである
（化３参照）。この技術により塩化シアヌル酸組織の硬
度は維持され、フェノール又は第一アミンのどちらをも
結び付けない。
する方法が二番目の方法である。この二番目の方法に
は、活性化処理としては、多アルコール表面を４−ニト
ロベンゾイル クロライドと反応させ、その後直ちにハ
イドロサルファイトにより縮合させることで、表面を４
−アミノベンゾイック エステルで誘導化することを取
り入れることが可能なはずである。ＨＣｌ中でこの表面
を窒化ナトリウムと反応させると不安定なジアゾニウム
塩が生じる。このジアゾニウム塩はセロトニンと反応し
て、フェノール環の求電子芳香置換を起こすはずである
（化３参照）。この技術により塩化シアヌル酸組織の硬
度は維持され、フェノール又は第一アミンのどちらをも
結び付けない。
【００７８】次にセロトニンで被膜形成されたウェーフ
ァを、濃度レベルの異なる単一クローン性と多クローン
性両方の多種の抗体に接触させて、発生する結合の量を
観察する。理論的には、ここで金色がかった褐色の素子
を競合検定法で使用して、分析物溶液中のハプテン及び
セロトニンの存在を調べることができるかもしれない。
分析物溶液を抗体溶液と混合して溶液中で結合反応を起
こさせる。この溶液は次にハプテンで被膜形成されたウ
ェーファに接触させなければならない。溶液中に大量の
分析物（ハプテン）が存在すれば、溶液中のハプテンに
まだ結合していない抗体は少ないはずである。この未結
合の抗体はウェーファ表面の固定されたハプテンに結合
し、反応したハプテン−抗体は表面には付着しないはず
である。よって、大量の分析物を含んだ分析物溶液は標
識を少ししか、又は全く生じないのである。溶液中に分
析物（ハプテン）が全く存在しないのであれば、溶液中
の抗体は活性のまま維持され、理論的には明るい藤紫色
の干渉色を生じながらウェーファ表面に結合するであろ
う。分析物の濃度が高ければ高いほど、観察者に見える
藤紫色の標識は低い。このテストは準定量的であっても
よい。ウェーファは多種のハプテン濃度でテストされ、
発生した標識の色は紙片に再現される。次に、未知の分
析物溶液によって反応したウェーファ上に生じた色とこ
の紙片の色を比較する。もう一つの準定量的方法ではテ
スト素子に、反応したハプテン濃度の印を前もってスラ
イド上に付しておいたウェーファを設けている。これに
よりプリント過程における誤った彩色を防ぐことはでき
るが、紙片の使用より費用は高くなる。
ァを、濃度レベルの異なる単一クローン性と多クローン
性両方の多種の抗体に接触させて、発生する結合の量を
観察する。理論的には、ここで金色がかった褐色の素子
を競合検定法で使用して、分析物溶液中のハプテン及び
セロトニンの存在を調べることができるかもしれない。
分析物溶液を抗体溶液と混合して溶液中で結合反応を起
こさせる。この溶液は次にハプテンで被膜形成されたウ
ェーファに接触させなければならない。溶液中に大量の
分析物（ハプテン）が存在すれば、溶液中のハプテンに
まだ結合していない抗体は少ないはずである。この未結
合の抗体はウェーファ表面の固定されたハプテンに結合
し、反応したハプテン−抗体は表面には付着しないはず
である。よって、大量の分析物を含んだ分析物溶液は標
識を少ししか、又は全く生じないのである。溶液中に分
析物（ハプテン）が全く存在しないのであれば、溶液中
の抗体は活性のまま維持され、理論的には明るい藤紫色
の干渉色を生じながらウェーファ表面に結合するであろ
う。分析物の濃度が高ければ高いほど、観察者に見える
藤紫色の標識は低い。このテストは準定量的であっても
よい。ウェーファは多種のハプテン濃度でテストされ、
発生した標識の色は紙片に再現される。次に、未知の分
析物溶液によって反応したウェーファ上に生じた色とこ
の紙片の色を比較する。もう一つの準定量的方法ではテ
スト素子に、反応したハプテン濃度の印を前もってスラ
イド上に付しておいたウェーファを設けている。これに
よりプリント過程における誤った彩色を防ぐことはでき
るが、紙片の使用より費用は高くなる。
【００７９】このテストは通常は視覚的なテストであり
器具を使わないが、比較偏光解析計を使って結合反応に
よる膜厚の変化を確認してもよい。ウェーファの背景部
分及びウェーファの反応部分の光学的厚さを測定し、厚
さの変化を比較することもできるであろう。厚さの変化
を測定に使用した測定単位はグレースケール単位であ
る。この単位は比較偏差解析計から光学検知器に達した
光の彩度を数字で表したものである。標準曲線を得るた
めにグレースケール単位の値は分析物濃度と関連づけて
もよい。表３のデータは同じようなテスト形式によって
異なるハプテンを検知することで得られた。表３のよう
な器具による比較データがセロトニンの検知においても
得られるであろうことが予測できる。その検定は以下に
示された手順によって行うことができるであろう。 １．多種のハプテン濃度の溶液を準備する。第一溶液は
５ミクロリットルのＰＢＳを含んでいた。第二溶液は水
１ミリリットル当り５００ｎｇのハプテンを含んでいな
ければならない。水に対するハプテン濃度が、３１ｐｇ
／ｍｌ、６２ｐｇ／ｍｌ、１２５ｐｇ／ｍｌ、５００ｐ
ｇ／ｍｌ、１０００ｐｇ／ｍｌ、及び１０，０００ｐｇ
／ｍｌとなるよう、希釈を連続して行う。標準曲線を得
るためにこれらの希釈を利用してもよい。 ２．多クローン性抗体溶液を、ＰＢＳ１ミリリットル当
り抗体がほぼ０．６ｍｇとなるように用意する。 ３．多クローン性抗体を５ミクロリットル、７本の別々
の試験管にとる。５ミクロリットルの第一ＰＢＳ溶液を
１本の試験管に加え溶液を混合する。次に連続希釈した
５ミクロリットルのハプテンを抗体混合物を入れた７本
の別々の試験管に加え、混合する。 ４．各々の試験管から溶液を５ミクロリットルずつ採
り、被膜形成されたウェーファに接触させる。次にウェ
ーファを４５度Ｃで３分間インキュベートする。 ５．３分後、ウェーファをイオン除去した蒸留水で洗浄
して未結合の物質をすべて取り除く。次にウェーファを
窒素流で乾燥させる。スライドを視覚的に検査すると、
理論的には、抗体ＰＢＳ溶液が加えられたところでは明
るい藤紫色の点、３１ｐｇ／ｍｌのハプテン／抗体 溶
液が置かれたところでは明晰度の劣る青色の点、１０，
０００ｐｇ／ｍｌのハプテン濃度のものが加えられたと
ころでは明るい青紫色の点が現れるはずである。連続希
釈により、より暗い色合いの青色が生じるはずである
が、これはハプテン濃度の減少のためである。 ６．色の変化を物理的に示すのはウェーファ表面に被膜
形成された光学的厚さの変化である。この厚さは比較偏
光解析計により、グレースケールを単位として測定する
ことができる。以下に示す表３は結合した異なる抗体の
測定結果である。このデータは競合法で測定された類似
のハプテンのものであるため、上記の手順で行った測定
と実際に近いものであるはずである。
器具を使わないが、比較偏光解析計を使って結合反応に
よる膜厚の変化を確認してもよい。ウェーファの背景部
分及びウェーファの反応部分の光学的厚さを測定し、厚
さの変化を比較することもできるであろう。厚さの変化
を測定に使用した測定単位はグレースケール単位であ
る。この単位は比較偏差解析計から光学検知器に達した
光の彩度を数字で表したものである。標準曲線を得るた
めにグレースケール単位の値は分析物濃度と関連づけて
もよい。表３のデータは同じようなテスト形式によって
異なるハプテンを検知することで得られた。表３のよう
な器具による比較データがセロトニンの検知においても
得られるであろうことが予測できる。その検定は以下に
示された手順によって行うことができるであろう。 １．多種のハプテン濃度の溶液を準備する。第一溶液は
５ミクロリットルのＰＢＳを含んでいた。第二溶液は水
１ミリリットル当り５００ｎｇのハプテンを含んでいな
ければならない。水に対するハプテン濃度が、３１ｐｇ
／ｍｌ、６２ｐｇ／ｍｌ、１２５ｐｇ／ｍｌ、５００ｐ
ｇ／ｍｌ、１０００ｐｇ／ｍｌ、及び１０，０００ｐｇ
／ｍｌとなるよう、希釈を連続して行う。標準曲線を得
るためにこれらの希釈を利用してもよい。 ２．多クローン性抗体溶液を、ＰＢＳ１ミリリットル当
り抗体がほぼ０．６ｍｇとなるように用意する。 ３．多クローン性抗体を５ミクロリットル、７本の別々
の試験管にとる。５ミクロリットルの第一ＰＢＳ溶液を
１本の試験管に加え溶液を混合する。次に連続希釈した
５ミクロリットルのハプテンを抗体混合物を入れた７本
の別々の試験管に加え、混合する。 ４．各々の試験管から溶液を５ミクロリットルずつ採
り、被膜形成されたウェーファに接触させる。次にウェ
ーファを４５度Ｃで３分間インキュベートする。 ５．３分後、ウェーファをイオン除去した蒸留水で洗浄
して未結合の物質をすべて取り除く。次にウェーファを
窒素流で乾燥させる。スライドを視覚的に検査すると、
理論的には、抗体ＰＢＳ溶液が加えられたところでは明
るい藤紫色の点、３１ｐｇ／ｍｌのハプテン／抗体 溶
液が置かれたところでは明晰度の劣る青色の点、１０，
０００ｐｇ／ｍｌのハプテン濃度のものが加えられたと
ころでは明るい青紫色の点が現れるはずである。連続希
釈により、より暗い色合いの青色が生じるはずである
が、これはハプテン濃度の減少のためである。 ６．色の変化を物理的に示すのはウェーファ表面に被膜
形成された光学的厚さの変化である。この厚さは比較偏
光解析計により、グレースケールを単位として測定する
ことができる。以下に示す表３は結合した異なる抗体の
測定結果である。このデータは競合法で測定された類似
のハプテンのものであるため、上記の手順で行った測定
と実際に近いものであるはずである。
【００８０】
【表３】
【００８１】分析物溶液中に存在するハプテンの量が少
ないほど有効抗体濃度は高い。分析物溶液中の有効抗体
濃度が高いほど、固定されたハプテンと溶液中のフリー
な抗体の間の表面結合はより多く起きる。発生する表面
結合が多いほど干渉色変化はより鮮やかになる。反応点
と背景干渉色は、ウェーファの表面が均一でないために
鏡像反射を起こさなかった。 例５ Ａグループの連鎖球菌検知 このテストでは、表面をよく研磨された３つのシリコン
ウェーファ、及びある特定の波長で屈折率がほぼ４から
４．０８の表面が均一でない３つのシリコンウェーファ
を使用した。それぞれのグループは類似の反射防止物質
で被膜形成された。Ａグループは、ある特定の波長で屈
折率が１．９７の酸化シリコンでほぼ５５０オングスト
ロームに被膜形成された。Ｂグループは、ある特定の波
長で１．９５の屈折率をもつ酸化窒化シリコンの被膜を
ほぼ５６０オングストロームに形成された。Ｃグループ
は、ある特定の波長で屈折率が１．９の酸化ほう素の被
膜をほぼ５５０オングストロームに形成された。これら
の被膜形成は、基材表面に一枚の光学的層を被膜として
形成するのに利用される等式に大変近い。
ないほど有効抗体濃度は高い。分析物溶液中の有効抗体
濃度が高いほど、固定されたハプテンと溶液中のフリー
な抗体の間の表面結合はより多く起きる。発生する表面
結合が多いほど干渉色変化はより鮮やかになる。反応点
と背景干渉色は、ウェーファの表面が均一でないために
鏡像反射を起こさなかった。 例５ Ａグループの連鎖球菌検知 このテストでは、表面をよく研磨された３つのシリコン
ウェーファ、及びある特定の波長で屈折率がほぼ４から
４．０８の表面が均一でない３つのシリコンウェーファ
を使用した。それぞれのグループは類似の反射防止物質
で被膜形成された。Ａグループは、ある特定の波長で屈
折率が１．９７の酸化シリコンでほぼ５５０オングスト
ロームに被膜形成された。Ｂグループは、ある特定の波
長で１．９５の屈折率をもつ酸化窒化シリコンの被膜を
ほぼ５６０オングストロームに形成された。Ｃグループ
は、ある特定の波長で屈折率が１．９の酸化ほう素の被
膜をほぼ５５０オングストロームに形成された。これら
の被膜形成は、基材表面に一枚の光学的層を被膜として
形成するのに利用される等式に大変近い。
【００８２】受容物質は２５から３０オングストローム
の厚さに被膜として形成された。この数字は反射防止物
質の最適な厚さの計算には入れられなかった。ウェーフ
ァの３つのグループは、受容物質が付着するよう化学的
に活性化された。活性化は以下の処理によりＮ−２（２
−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシ
ランを用いて行った。 １．被膜形成されたウェーファは、１７５Ｄ．Ｃ．ミリ
アンペアで２５０ＲＦワットの陽極電流を流した０．７
０トルの酸素中で５分間酸素プラズマエッチングを施し
た。 ２．ウェーファを酸素プラズマエッチャーから取り出し
てすぐに石英のラックに納め、２．５ミクロリットルの
アミノシランを入れた容器を固定させた状態で真空乾燥
器に挿入した。 ３．真空室は０．０６トルまで３０分間排気された。そ
の後乾燥器の温度を１時間以上かけて１００度に上げ
た。この工程がアミノシランをウェーファ表面上に気相
沈着させ、ウェーファは活性化された。 ４．これでウェーファは受容物質を固定させる用意が整
ったことになった。まず１ミリリットル当り２５０ミク
ログラムのウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）をリン酸ソー
ダ緩衝液（ＰＢＳ）に溶解させた。１０ミリリットルの
この溶液をｐｈ８．５に調整し、６つのウェーファを納
めたプラスチックの培養セル箱にピペットで滴下した。 ５．水溶液中２５％のグルタルアルデヒドを５０ミクロ
リットル、この培養セル箱に加えた。１ミリリットル当
り５０ミクログレインのたんぱく質溶液２５ミクロリッ
トルもまたこの培養セル箱に加えた。 ６．培養セル箱中の６つのウェーファを振とう槽にて室
温で１時間３０分インキュベートした。 ７．（ベントレックス社から）商業的に入手可能な抗ス
トレップＡ（ウサギで培養）を２００ミクロリットル、
培養セル箱にピペットで入れ、振とう槽にて室温でもう
１時間インキュベートした。 ８．インキュベートに続いて、この培養セル箱をほぼ４
８時間、４度Ｃで冷却し、受容抗体物質を素子により堅
固に固定した。未結合の物質をすべて取り去るためにウ
ェーファをイオン除去した蒸留水で洗浄し、Ｎ2 流で乾
燥した。
の厚さに被膜として形成された。この数字は反射防止物
質の最適な厚さの計算には入れられなかった。ウェーフ
ァの３つのグループは、受容物質が付着するよう化学的
に活性化された。活性化は以下の処理によりＮ−２（２
−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシ
ランを用いて行った。 １．被膜形成されたウェーファは、１７５Ｄ．Ｃ．ミリ
アンペアで２５０ＲＦワットの陽極電流を流した０．７
０トルの酸素中で５分間酸素プラズマエッチングを施し
た。 ２．ウェーファを酸素プラズマエッチャーから取り出し
てすぐに石英のラックに納め、２．５ミクロリットルの
アミノシランを入れた容器を固定させた状態で真空乾燥
器に挿入した。 ３．真空室は０．０６トルまで３０分間排気された。そ
の後乾燥器の温度を１時間以上かけて１００度に上げ
た。この工程がアミノシランをウェーファ表面上に気相
沈着させ、ウェーファは活性化された。 ４．これでウェーファは受容物質を固定させる用意が整
ったことになった。まず１ミリリットル当り２５０ミク
ログラムのウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）をリン酸ソー
ダ緩衝液（ＰＢＳ）に溶解させた。１０ミリリットルの
この溶液をｐｈ８．５に調整し、６つのウェーファを納
めたプラスチックの培養セル箱にピペットで滴下した。 ５．水溶液中２５％のグルタルアルデヒドを５０ミクロ
リットル、この培養セル箱に加えた。１ミリリットル当
り５０ミクログレインのたんぱく質溶液２５ミクロリッ
トルもまたこの培養セル箱に加えた。 ６．培養セル箱中の６つのウェーファを振とう槽にて室
温で１時間３０分インキュベートした。 ７．（ベントレックス社から）商業的に入手可能な抗ス
トレップＡ（ウサギで培養）を２００ミクロリットル、
培養セル箱にピペットで入れ、振とう槽にて室温でもう
１時間インキュベートした。 ８．インキュベートに続いて、この培養セル箱をほぼ４
８時間、４度Ｃで冷却し、受容抗体物質を素子により堅
固に固定した。未結合の物質をすべて取り去るためにウ
ェーファをイオン除去した蒸留水で洗浄し、Ｎ2 流で乾
燥した。
【００８３】６つのウェーファは金色の色合いを見せた
が、その中でも３つのウェーファは鏡像反射を呈し、３
つのウェーファは非鏡像反射を呈していた。次にこれら
のウェーファを使用して、バクテリア形状又はバクテリ
アの溶解産物形状のどちらかの形のストレップＡの存在
を調べた。
が、その中でも３つのウェーファは鏡像反射を呈し、３
つのウェーファは非鏡像反射を呈していた。次にこれら
のウェーファを使用して、バクテリア形状又はバクテリ
アの溶解産物形状のどちらかの形のストレップＡの存在
を調べた。
【００８４】検定技術は以下に述べる通りである。 １．ウェーファをそれぞれ別々にしてプラスチック製の
小型のテスト素子に納める。このテスト素子は上ぶたの
内側に目の荒い濾過紙が２枚貼着した設計である。各々
のテスト素子の一枚の紙には７ミクロリットルの陽性コ
ントロール試料、二番目の紙には７ミクロリットルの陰
性コントロール試料が置かれている。ベクトン ディッ
キンソンから商業的に入手されたこの陽性コントロール
試料は、０．０２％のアジ化ナトリウム溶液中でＡグル
ープの連鎖球菌を加熱殺菌された。陰性抑制試料は、Ｐ
ＢＳ１ｍｌ当りＢＳＡを５０ミクログラム含んだ溶液か
ら得られた。 ２．テスト素子のふたを閉じて被膜形成されたウェーフ
ァに濾過紙を１分間接触させた。 ３．ふたを開けてウェーファを１分間空気乾燥した。次
にウェーファをイオン除去した蒸留水で洗浄し、加圧空
気で乾燥した。
小型のテスト素子に納める。このテスト素子は上ぶたの
内側に目の荒い濾過紙が２枚貼着した設計である。各々
のテスト素子の一枚の紙には７ミクロリットルの陽性コ
ントロール試料、二番目の紙には７ミクロリットルの陰
性コントロール試料が置かれている。ベクトン ディッ
キンソンから商業的に入手されたこの陽性コントロール
試料は、０．０２％のアジ化ナトリウム溶液中でＡグル
ープの連鎖球菌を加熱殺菌された。陰性抑制試料は、Ｐ
ＢＳ１ｍｌ当りＢＳＡを５０ミクログラム含んだ溶液か
ら得られた。 ２．テスト素子のふたを閉じて被膜形成されたウェーフ
ァに濾過紙を１分間接触させた。 ３．ふたを開けてウェーファを１分間空気乾燥した。次
にウェーファをイオン除去した蒸留水で洗浄し、加圧空
気で乾燥した。
【００８５】ウェーファを視覚的検査した結果、非鏡像
反射ウェーファ上では可視性の高い紫色の点が、鏡像反
射ウェーファ上では紫色の点が現れていた。非鏡像反射
ウェーファを視覚的検査したところ、鏡像反射ウェーフ
ァよりも角度との関係が小さいということが判明した。
点はすべてはっきりと区別がつくものであったが、濃度
が低いときの反応色は鮮明度が劣っていた。ここで器具
を使ってウェーファ表面上で起きた結合反応によって生
じた質量の増加を確認した。質量又は厚さの変化は、サ
ガックス（登録商標）の比較偏光解析計によりグレース
ケール単位で測定された。
反射ウェーファ上では可視性の高い紫色の点が、鏡像反
射ウェーファ上では紫色の点が現れていた。非鏡像反射
ウェーファを視覚的検査したところ、鏡像反射ウェーフ
ァよりも角度との関係が小さいということが判明した。
点はすべてはっきりと区別がつくものであったが、濃度
が低いときの反応色は鮮明度が劣っていた。ここで器具
を使ってウェーファ表面上で起きた結合反応によって生
じた質量の増加を確認した。質量又は厚さの変化は、サ
ガックス（登録商標）の比較偏光解析計によりグレース
ケール単位で測定された。
【００８６】前述の例は多種の基材物質、方法、反射防
止物質、分析物、及び受容物質について述べている。こ
れらのウェーファの設計は、例４で述べられた競合法又
は非競合法検定又は阻害検定に使用することが可能であ
る。検定は、免疫検定又は例２で述べたような臨床化学
検定でも酵素検定でもよい。あるいはＤＮＡ又はＲＮＡ
検知のために設計されてもよい。基材は、例３のクロム
のような金属を含む多種の物質とすることが可能であ
る。金属が使用されるときは、想定した屈折率を選択し
た等式に取り入れなければならない。この素子はその表
面をくさび状又は平面にして、素子を定性的素子又は準
定量的素子とすることができる。前記の例はまた、素子
を定量的な器具素子とすることも可能であることを示し
ている。この素子の光学層は、視覚的及び器具による検
査の両方に使用が可能である。このウェーファを測定す
るのに、光の波長又は彩度を測定するよう設計された器
具を使用することもできる。様々な物性値を検知する他
の器具を使用して、このウェーファが器具を使った定性
的又は定量的技術となるようにしてもよい。
止物質、分析物、及び受容物質について述べている。こ
れらのウェーファの設計は、例４で述べられた競合法又
は非競合法検定又は阻害検定に使用することが可能であ
る。検定は、免疫検定又は例２で述べたような臨床化学
検定でも酵素検定でもよい。あるいはＤＮＡ又はＲＮＡ
検知のために設計されてもよい。基材は、例３のクロム
のような金属を含む多種の物質とすることが可能であ
る。金属が使用されるときは、想定した屈折率を選択し
た等式に取り入れなければならない。この素子はその表
面をくさび状又は平面にして、素子を定性的素子又は準
定量的素子とすることができる。前記の例はまた、素子
を定量的な器具素子とすることも可能であることを示し
ている。この素子の光学層は、視覚的及び器具による検
査の両方に使用が可能である。このウェーファを測定す
るのに、光の波長又は彩度を測定するよう設計された器
具を使用することもできる。様々な物性値を検知する他
の器具を使用して、このウェーファが器具を使った定性
的又は定量的技術となるようにしてもよい。
【００８７】前記の例は、分析物付着の標識として干渉
色の変化又は彩度の変化を発生させるために、基材、反
射防止物質、活性化物質、及び受容物質から成る素子を
使い、多種の分析物を検知するこの技術の有効性及び実
用性を説明している。前記の例で使用された基材フォー
マット又は物質に制限されるなく、反射防止物質を表面
に結合させることのできる機能的に同等の基材フォーマ
ット及び基材物質の多種の組合せを利用することが可能
である。
色の変化又は彩度の変化を発生させるために、基材、反
射防止物質、活性化物質、及び受容物質から成る素子を
使い、多種の分析物を検知するこの技術の有効性及び実
用性を説明している。前記の例で使用された基材フォー
マット又は物質に制限されるなく、反射防止物質を表面
に結合させることのできる機能的に同等の基材フォーマ
ット及び基材物質の多種の組合せを利用することが可能
である。
【００８８】反射防止物質の層は活性化されて、受容物
質として機能したり、受容物質をなんらかの作用で素子
に付着又は固定したりすることができる。さらに、本発
明中で使用された反射防止物質は、最も高レベルの破壊
的光干渉が得られるよう、指定された光の波長のほぼ４
分の１の波長の光学的厚さに被膜として形成される。
質として機能したり、受容物質をなんらかの作用で素子
に付着又は固定したりすることができる。さらに、本発
明中で使用された反射防止物質は、最も高レベルの破壊
的光干渉が得られるよう、指定された光の波長のほぼ４
分の１の波長の光学的厚さに被膜として形成される。
【００８９】ＡＲ被膜は指定された波長の４分の１以上
なら多種に形成できる。つまり充分な干渉色を得るため
には破壊的干渉が完全である必要はなく、素子を照射す
るためには多色光及び単色光の両方を使用できるからで
ある。表面に被膜形成されるＡＲ物質の実際の量は多岐
にわたる。これは指定された波長はどの様な波長のもの
でもよく、ＡＲ膜の厚さを増加させると小型の分析物の
結合に対する感度がより高い素子ができるからである。
なら多種に形成できる。つまり充分な干渉色を得るため
には破壊的干渉が完全である必要はなく、素子を照射す
るためには多色光及び単色光の両方を使用できるからで
ある。表面に被膜形成されるＡＲ物質の実際の量は多岐
にわたる。これは指定された波長はどの様な波長のもの
でもよく、ＡＲ膜の厚さを増加させると小型の分析物の
結合に対する感度がより高い素子ができるからである。
【００９０】ＡＲ層の物質的な組成は、ＡＲ物質及び選
択された基材物質のの屈折率に基づいて選択される。よ
って、物質の組合せが正しく選択されれば、ほとんどす
べてのＡＲ物質を利用することができる。最上層のＡＲ
物質は、活性化されて、受容物質として機能するか又は
受容物質を受容可能なように選択される。ほとんどのＡ
Ｒ物質は、受容物質が素子に付着するようになんらかの
手段で活性化することが可能である。従って、大変多く
の物質を反射防止物質として利用することができる。
択された基材物質のの屈折率に基づいて選択される。よ
って、物質の組合せが正しく選択されれば、ほとんどす
べてのＡＲ物質を利用することができる。最上層のＡＲ
物質は、活性化されて、受容物質として機能するか又は
受容物質を受容可能なように選択される。ほとんどのＡ
Ｒ物質は、受容物質が素子に付着するようになんらかの
手段で活性化することが可能である。従って、大変多く
の物質を反射防止物質として利用することができる。
【００９１】ＡＲ物質及び受容物質の組成、又は、もし
活性化物質が受容物質として機能しているのであればＡ
Ｒ物質及び分析物の組成に応じて、多種の化学的活性化
方法が利用できる。多種の物質又は官能基を活性化物質
又は活性化過程として機能させることが可能である。
活性化物質が受容物質として機能しているのであればＡ
Ｒ物質及び分析物の組成に応じて、多種の化学的活性化
方法が利用できる。多種の物質又は官能基を活性化物質
又は活性化過程として機能させることが可能である。
【００９２】基材は、試験管、ウェーファ、ガラスのス
ライド、マイクロウェル等のどの様な形状でもよく、固
体の支持物、剛性可撓性又は準可撓性の支持物、ゲル、
薄膜等どのような形態でもよい。また、多種の適した物
質、例えばガラス、シリコン、ポリスチレン等ポリメリ
ック炭化水素等のプラスチックから形成してもよい。ま
た非鏡像反射、反射、透過性、鏡像反射のいずれかの性
質を持つ物質から形成してもよい。このように分析物の
検知に有効な多くの方法が可能であるので、前述の技術
を用いて、分析物検知を行う多くの有効なアプローチが
可能であろう。
ライド、マイクロウェル等のどの様な形状でもよく、固
体の支持物、剛性可撓性又は準可撓性の支持物、ゲル、
薄膜等どのような形態でもよい。また、多種の適した物
質、例えばガラス、シリコン、ポリスチレン等ポリメリ
ック炭化水素等のプラスチックから形成してもよい。ま
た非鏡像反射、反射、透過性、鏡像反射のいずれかの性
質を持つ物質から形成してもよい。このように分析物の
検知に有効な多くの方法が可能であるので、前述の技術
を用いて、分析物検知を行う多くの有効なアプローチが
可能であろう。
【００９３】この分析物検知は干渉色変化の視覚的検知
に限られるものではない。色の変化は赤外又は紫外域に
おける変化でもよい。この場合は器具を用いた検知素子
を使用する。反応した素子は、偏光解析計又はなんらか
の作用によって起こった分析物の結合を検知できるその
他の器具を使って、定性的又は定量的に分析することが
可能である。
に限られるものではない。色の変化は赤外又は紫外域に
おける変化でもよい。この場合は器具を用いた検知素子
を使用する。反応した素子は、偏光解析計又はなんらか
の作用によって起こった分析物の結合を検知できるその
他の器具を使って、定性的又は定量的に分析することが
可能である。
【００９４】ここに述べられた発明の趣旨は異なる形で
実施可能であろう。本発明のこのようなその他の実施例
は、先行技術によって限定される場合を除いて、請求の
範囲にすべて含まれるよう意図されている。
実施可能であろう。本発明のこのようなその他の実施例
は、先行技術によって限定される場合を除いて、請求の
範囲にすべて含まれるよう意図されている。
【００９５】
【表４】
【００９６】
【表５】
【００９７】
【化１】
【００９８】
【化２】
【００９９】
【化３】
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年２月２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 分析物検定素子
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は生化学及び化学の分
野に関し、免疫検定、核酸配列分析、臨床化学、酵素検
定、及び毒素レセプター又はホルモンレセプター化合物
等の、配位子／反配位子結合の組合せ等に関する研究に
応用される。本発明は、光学的干渉特性に基づく直接物
理検定法を用いた固相法検定法である。固相法検定法に
おいては、受容物質は被膜を形成された支持物表面上に
固定される。この固定された受容物質は、分析物を含ん
でいると思われる流体にさらされる。この分析物は、受
容物質と結合又は反応の可能な分子である。分析物は有
機物でも無機物でも良い。一般には、検定における受容
物質と分析物の役割を逆転させても良い。
野に関し、免疫検定、核酸配列分析、臨床化学、酵素検
定、及び毒素レセプター又はホルモンレセプター化合物
等の、配位子／反配位子結合の組合せ等に関する研究に
応用される。本発明は、光学的干渉特性に基づく直接物
理検定法を用いた固相法検定法である。固相法検定法に
おいては、受容物質は被膜を形成された支持物表面上に
固定される。この固定された受容物質は、分析物を含ん
でいると思われる流体にさらされる。この分析物は、受
容物質と結合又は反応の可能な分子である。分析物は有
機物でも無機物でも良い。一般には、検定における受容
物質と分析物の役割を逆転させても良い。
【０００２】
【従来の技術】抗原抗体結合、ホルモンレセプター結
合、酵素検定、核酸のハイブリダイゼーション等、同種
間の反応を調べる技術に検定がある。それぞれの検定構
想で重要なのは、どのように標識を発生させるかを決定
することである。反応生成物の彩色、細胞レベルの生物
的作用、反応種の一つに共有結合する放射性、蛍光性又
は発光性の標識元素等の全てが使用されてきた。免疫検
定の分野中で最も知られている例に、酵素結合免疫吸着
検定（ＥＬＩＳＡ）及びラジオイムノアッセイ（ＲＩ
Ａ）の二つがある。これら全ての方法では、実験で実際
に検知されるのは二つの分子の結合ではなく、結合反応
に関連するなんらかの二次的作用である。これらの技術
のほとんどが、標識を発生させるための工程を特に必要
とし、手間がかかる上に危険物質や高価な器具設備の使
用を強要される場合も多い。
合、酵素検定、核酸のハイブリダイゼーション等、同種
間の反応を調べる技術に検定がある。それぞれの検定構
想で重要なのは、どのように標識を発生させるかを決定
することである。反応生成物の彩色、細胞レベルの生物
的作用、反応種の一つに共有結合する放射性、蛍光性又
は発光性の標識元素等の全てが使用されてきた。免疫検
定の分野中で最も知られている例に、酵素結合免疫吸着
検定（ＥＬＩＳＡ）及びラジオイムノアッセイ（ＲＩ
Ａ）の二つがある。これら全ての方法では、実験で実際
に検知されるのは二つの分子の結合ではなく、結合反応
に関連するなんらかの二次的作用である。これらの技術
のほとんどが、標識を発生させるための工程を特に必要
とし、手間がかかる上に危険物質や高価な器具設備の使
用を強要される場合も多い。
【０００３】二種類の同種検体間の結合又は反応を検知
する際のより有利な手段として、結合又は反応の直接的
結果であるなんらかの物性変化を調べるという手段があ
る。例えば、受容物質又は反応物質が支持物上に固定さ
れた薄膜として存在する場合、厚さ、嵩、光学的質量等
のその薄膜の物性を分析物との結合又は反応後に測定で
きれば、その手段をして直接的物理的検定とすることも
あろう。本発明は、薄膜の光学的干渉の原則に基づき、
直接的物理的検定法を提供する。
する際のより有利な手段として、結合又は反応の直接的
結果であるなんらかの物性変化を調べるという手段があ
る。例えば、受容物質又は反応物質が支持物上に固定さ
れた薄膜として存在する場合、厚さ、嵩、光学的質量等
のその薄膜の物性を分析物との結合又は反応後に測定で
きれば、その手段をして直接的物理的検定とすることも
あろう。本発明は、薄膜の光学的干渉の原則に基づき、
直接的物理的検定法を提供する。
【０００４】対象分析物を視覚的に検知するための正
確、迅速、安価な方法を求めて、多くの様々な技術が試
行されてきた。ギャバーにより光学的検定技術を用いた
検定法が研究開発されてきた。ギャバーは１９７５年１
２月１６日に特許付与された米国特許第３，９２６，５
６４号において、免疫学的反応を生じる生物学的物質の
二重の層を視覚的に検知するための技術及び素子を述懐
している。ギャバーの教示する素子は二つある。一つは
金属の被膜を形成された基材であり、二つめは金属と半
導体物質で被膜形成された基材である。具体的な実施例
の中では、ガラスのスライド上にインジウムと金の合金
を生じさせた後、スライドを加熱してインジウムを酸化
させた。次にこの素子を、素子の表面上にほとんど色の
変化を起こさない生物学的物質の薄膜で覆った。次にこ
の結合した生物学的物質を、第一の物質に反応する生物
学的物質を含んだ第二の流体に浸した。この二つの生物
学的物質の間の結合反応は、素子上にコントラストの高
い色を持った点を生じさせた。しかしこの方法は大変優
れてはいるが、充分とは言えないことが判明してきた。
確、迅速、安価な方法を求めて、多くの様々な技術が試
行されてきた。ギャバーにより光学的検定技術を用いた
検定法が研究開発されてきた。ギャバーは１９７５年１
２月１６日に特許付与された米国特許第３，９２６，５
６４号において、免疫学的反応を生じる生物学的物質の
二重の層を視覚的に検知するための技術及び素子を述懐
している。ギャバーの教示する素子は二つある。一つは
金属の被膜を形成された基材であり、二つめは金属と半
導体物質で被膜形成された基材である。具体的な実施例
の中では、ガラスのスライド上にインジウムと金の合金
を生じさせた後、スライドを加熱してインジウムを酸化
させた。次にこの素子を、素子の表面上にほとんど色の
変化を起こさない生物学的物質の薄膜で覆った。次にこ
の結合した生物学的物質を、第一の物質に反応する生物
学的物質を含んだ第二の流体に浸した。この二つの生物
学的物質の間の結合反応は、素子上にコントラストの高
い色を持った点を生じさせた。しかしこの方法は大変優
れてはいるが、充分とは言えないことが判明してきた。
【０００５】視覚的検定の二番目の方法は、１９８６年
９月２２日に出願され、シロ及びカワグチに付与された
二つの日本特許出願、特願昭６１−２２２０５８号及び
特願昭６１−２２２０５７号、また同じ発明者により１
９８７年９月２２日に出願されたヨーロッパ特許出願第
８７１１３８４２．６号に説明されている。この方法及
び素子は、金属基材、又は金属で被膜形成したガラス基
材に、光干渉層の被膜を形成したものである。この光干
渉層は、第二の生物学的化合物を検知可能な生物学的化
合物で覆われる。このヨーロッパ出願は、素子の反応し
た部分と無反応の部分のコントラストを際だたせるため
に、反応した素子の表面にコロイド状の金の薄い層を付
着させることを教示している。
９月２２日に出願され、シロ及びカワグチに付与された
二つの日本特許出願、特願昭６１−２２２０５８号及び
特願昭６１−２２２０５７号、また同じ発明者により１
９８７年９月２２日に出願されたヨーロッパ特許出願第
８７１１３８４２．６号に説明されている。この方法及
び素子は、金属基材、又は金属で被膜形成したガラス基
材に、光干渉層の被膜を形成したものである。この光干
渉層は、第二の生物学的化合物を検知可能な生物学的化
合物で覆われる。このヨーロッパ出願は、素子の反応し
た部分と無反応の部分のコントラストを際だたせるため
に、反応した素子の表面にコロイド状の金の薄い層を付
着させることを教示している。
【０００６】この発明を実施する方法はいくつか安定上
の問題を生じる。この発明はラングミュア−ブロジェッ
ト技術の様な方法で物質層を素子に被膜形成するが、こ
の層は薄片に裂ける可能性がある。実施例の一つでは、
この問題を避けるために受容物質の反応層を被膜形成し
て、分析物を受容物質に共有結合させている。これでは
問題の解決にはならない。なぜなら、受容物質が素子に
共有結合又は充分に付着していないため、受容物質とそ
れに結合した分析物が分離する可能性があるからであ
る。さらに、コロイド状の金を付着させるなどの標識増
幅技術なしでは、素子の反応部分と無反応部分の視覚的
コントラストは容易に検知できるものではない。
の問題を生じる。この発明はラングミュア−ブロジェッ
ト技術の様な方法で物質層を素子に被膜形成するが、こ
の層は薄片に裂ける可能性がある。実施例の一つでは、
この問題を避けるために受容物質の反応層を被膜形成し
て、分析物を受容物質に共有結合させている。これでは
問題の解決にはならない。なぜなら、受容物質が素子に
共有結合又は充分に付着していないため、受容物質とそ
れに結合した分析物が分離する可能性があるからであ
る。さらに、コロイド状の金を付着させるなどの標識増
幅技術なしでは、素子の反応部分と無反応部分の視覚的
コントラストは容易に検知できるものではない。
【０００７】ギャバー及びシロ、カワグチにより示され
た従来技術に内在する欠点は、結合が起きたときに可視
性の高い色の変化を起こせないことである。非常に正確
で、目に見える標識を持つ素子を従来技術で製作できな
かった理由は、干渉効果を引き起こすために使用する物
質を無作為に選択したことにある。素子の背景となる干
渉色は、コントラストの大きなロールオーバー点を生じ
るのに最適な条件にはない。ロールオーバー点とは、か
なり小さな厚さの変化であるために、人間の目には色又
は彩度の実質的な変化と認識される反射防止層または複
数の反射防止層の厚さであると定義される。よって、こ
の素子の精度と感度には限界がある。発生した標識の強
度も、受容物質に結合可能な分析物の量、及び活性化し
て結合の起きる素子上の部位数により異なる。標識を発
生させるにはおうおうにして高濃度の分析物が必要であ
る。なぜなら、低濃度の分析物は、入射光経路に比較的
小さな変化しか起こさず、この結果目に見える干渉変化
は起きない。同様に、寸法の小さな分析物も認知不可能
な標識しか生じず、従来の素子では容易には検知できな
い。寸法の小さな分析物を高濃度にすることで強い結合
反応を得られたとしても、物質を無作為に選択したた
め、その彩色標識がかすかにしか目に見えないことが度
々ある。標識の弱さという問題を解決するために、増幅
技術を利用して標識の可視性を高めようとなされてき
た。増幅技術の一例として前述のヨーロッパ特許出願第
８７１１３８４２．６号を参照されたい。
た従来技術に内在する欠点は、結合が起きたときに可視
性の高い色の変化を起こせないことである。非常に正確
で、目に見える標識を持つ素子を従来技術で製作できな
かった理由は、干渉効果を引き起こすために使用する物
質を無作為に選択したことにある。素子の背景となる干
渉色は、コントラストの大きなロールオーバー点を生じ
るのに最適な条件にはない。ロールオーバー点とは、か
なり小さな厚さの変化であるために、人間の目には色又
は彩度の実質的な変化と認識される反射防止層または複
数の反射防止層の厚さであると定義される。よって、こ
の素子の精度と感度には限界がある。発生した標識の強
度も、受容物質に結合可能な分析物の量、及び活性化し
て結合の起きる素子上の部位数により異なる。標識を発
生させるにはおうおうにして高濃度の分析物が必要であ
る。なぜなら、低濃度の分析物は、入射光経路に比較的
小さな変化しか起こさず、この結果目に見える干渉変化
は起きない。同様に、寸法の小さな分析物も認知不可能
な標識しか生じず、従来の素子では容易には検知できな
い。寸法の小さな分析物を高濃度にすることで強い結合
反応を得られたとしても、物質を無作為に選択したた
め、その彩色標識がかすかにしか目に見えないことが度
々ある。標識の弱さという問題を解決するために、増幅
技術を利用して標識の可視性を高めようとなされてき
た。増幅技術の一例として前述のヨーロッパ特許出願第
８７１１３８４２．６号を参照されたい。
【０００８】従来技術の素子は、素子に金属及びそれに
同等の物質を導入するという欠点がさらにある。金属基
材、又はその上に配置された酸化金属層は使用はできる
が、表面特性のために余り好ましくない。結合の起きる
位置での表面エネルギー及び表面密度が変化するため、
結合効果又は物質の吸着は、適切な精度範囲に常に保て
るとは限らない。
同等の物質を導入するという欠点がさらにある。金属基
材、又はその上に配置された酸化金属層は使用はできる
が、表面特性のために余り好ましくない。結合の起きる
位置での表面エネルギー及び表面密度が変化するため、
結合効果又は物質の吸着は、適切な精度範囲に常に保て
るとは限らない。
【０００９】ニグレンは１９８５年１２月１０日に付与
された米国特許第４、５５８、０１２号において三番目
の技術及び素子を開示する。この技術及び素子において
は金属は使用されない。しかし、この素子はその構成
上、受容物質を素子にリンクさせる化学物質が２、３種
のみに限られている。
された米国特許第４、５５８、０１２号において三番目
の技術及び素子を開示する。この技術及び素子において
は金属は使用されない。しかし、この素子はその構成
上、受容物質を素子にリンクさせる化学物質が２、３種
のみに限られている。
【００１０】従来技術の問題を克服するには、活性化を
容易に行うことができ、可視性の高い標識を生じる安価
で選択的な素子の開発が重要である。
容易に行うことができ、可視性の高い標識を生じる安価
で選択的な素子の開発が重要である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、受容物質と対象分析物の反応及び結合によって生じ
る可視性の干渉変化を視覚検知することに基づき、様々
な濃度の分析物が検知できる容易で高感度の素子を提供
することにある。
は、受容物質と対象分析物の反応及び結合によって生じ
る可視性の干渉変化を視覚検知することに基づき、様々
な濃度の分析物が検知できる容易で高感度の素子を提供
することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は分析物の直接的
検定のための新規な構成、特に、分析物の種類の識別、
又は量の測定を目的として素子表面に結合される受容物
質の構成を含む。本願の請求項１記載の発明は、対象分
析物の存在又は量を検知するための素子であって、反射
防止層を有する基材を含み、前記反射防止層は、その表
面上に、前記対象分析物を結合することができる受容物
質を支持し、前記反射防止層は、打ち消し合う干渉によ
り可視光の少なくとも１つの波長の反射が殆どゼロとな
るように厚み及び屈折率が選択されており、それによ
り、前記受容物質への前記対象分析物の結合により生じ
る厚みの変化により、前記対象分析物の検出が高まるよ
うに前記可視光の反射が変化する、素子を要旨とする。
検定のための新規な構成、特に、分析物の種類の識別、
又は量の測定を目的として素子表面に結合される受容物
質の構成を含む。本願の請求項１記載の発明は、対象分
析物の存在又は量を検知するための素子であって、反射
防止層を有する基材を含み、前記反射防止層は、その表
面上に、前記対象分析物を結合することができる受容物
質を支持し、前記反射防止層は、打ち消し合う干渉によ
り可視光の少なくとも１つの波長の反射が殆どゼロとな
るように厚み及び屈折率が選択されており、それによ
り、前記受容物質への前記対象分析物の結合により生じ
る厚みの変化により、前記対象分析物の検出が高まるよ
うに前記可視光の反射が変化する、素子を要旨とする。
【００１３】本願の請求項２記載の発明は、請求項１記
載の素子において、前記反射防止層が、前記基材の屈折
率と大気の屈折率との積の平方根あるいはそれに近似す
る値の屈折率を有するとともに、反射を抑制すべき光の
波長の４分の１あるいはその奇数倍の光学厚みを有する
ことを特徴とする。
載の素子において、前記反射防止層が、前記基材の屈折
率と大気の屈折率との積の平方根あるいはそれに近似す
る値の屈折率を有するとともに、反射を抑制すべき光の
波長の４分の１あるいはその奇数倍の光学厚みを有する
ことを特徴とする。
【００１４】本願の請求項３記載の発明は、対象分析物
の存在又は量を検知するための素子であって、反射防止
層を有した基材を含み、前記反射防止層は、打ち消し合
う干渉により可視光の少なくとも１つの波長の反射が殆
どゼロとなるように厚み及び屈折率が選択され、照射光
に応答して第一色を呈し、前記反射防止層上に対象分析
物と結合する受容物質を固定した状態で前記分析物が存
在するときには、前記照射光に応答して第二色を呈し、
前記第二色が、前記第一色と異なる波長光を組合せたも
の、又は、少なくとも一つの波長光が前記第一色とは異
なる強度のものであり、前記基材の材料が、ガラス、石
英、多結晶シリコン、及びこれらの複合物のうちから選
択される素子を要旨とする。
の存在又は量を検知するための素子であって、反射防止
層を有した基材を含み、前記反射防止層は、打ち消し合
う干渉により可視光の少なくとも１つの波長の反射が殆
どゼロとなるように厚み及び屈折率が選択され、照射光
に応答して第一色を呈し、前記反射防止層上に対象分析
物と結合する受容物質を固定した状態で前記分析物が存
在するときには、前記照射光に応答して第二色を呈し、
前記第二色が、前記第一色と異なる波長光を組合せたも
の、又は、少なくとも一つの波長光が前記第一色とは異
なる強度のものであり、前記基材の材料が、ガラス、石
英、多結晶シリコン、及びこれらの複合物のうちから選
択される素子を要旨とする。
【００１５】本願の請求項４記載の発明は、対象分析物
の存在又は量を検知するための素子であって、反射防止
層を有した基材を含み、前記反射防止層は、打ち消し合
う干渉により可視光の少なくとも１つの波長の反射が殆
どゼロとなるように厚み及び屈折率が選択され、照射光
に応答して第一色を呈し、前記反射防止層上に対象分析
物と結合する受容物質を固定した状態で前記分析物が存
在するときには、前記照射光に応答して第二色を呈し、
前記第二色が、前記第一色と異なる波長光を組合せたも
の、又は、少なくとも一つの波長光が前記第一色とは異
なる強度のものであり、前記基材が、窒化シリコン、酸
窒化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化クロム、フッ化
マグネシウム及び酸化ほう素のうちから選択される材料
を含む反射防止層を備えた素子を要旨とする。
の存在又は量を検知するための素子であって、反射防止
層を有した基材を含み、前記反射防止層は、打ち消し合
う干渉により可視光の少なくとも１つの波長の反射が殆
どゼロとなるように厚み及び屈折率が選択され、照射光
に応答して第一色を呈し、前記反射防止層上に対象分析
物と結合する受容物質を固定した状態で前記分析物が存
在するときには、前記照射光に応答して第二色を呈し、
前記第二色が、前記第一色と異なる波長光を組合せたも
の、又は、少なくとも一つの波長光が前記第一色とは異
なる強度のものであり、前記基材が、窒化シリコン、酸
窒化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化クロム、フッ化
マグネシウム及び酸化ほう素のうちから選択される材料
を含む反射防止層を備えた素子を要旨とする。
【００１６】本願の請求項５記載の発明は、請求項３又
は４記載の素子において、前記反射防止層が、前記基材
の屈折率と大気の屈折率との積の平方根あるいはそれに
近似する値の屈折率を有するとともに、反射を抑制すべ
き光の波長の４分の１あるいはその奇数倍の光学厚みを
有することを特徴とする。
は４記載の素子において、前記反射防止層が、前記基材
の屈折率と大気の屈折率との積の平方根あるいはそれに
近似する値の屈折率を有するとともに、反射を抑制すべ
き光の波長の４分の１あるいはその奇数倍の光学厚みを
有することを特徴とする。
【００１７】本発明の素子は次のように使用する。ま
ず、基材物質の表面に一つ又は複数の反射防止膜を形成
し、なんらかの作用によって共有結合又は吸着させる。
次に、対象分析物に応じた受容物質を反射防止膜の最上
層に付着させる。さらに対象分析物を含んだ流体に受容
物質を接触させ、続いて被膜形成された物質により生じ
た反射を調べ、彩色点等の適切な光学的標識が現れたか
否かを調べる。
ず、基材物質の表面に一つ又は複数の反射防止膜を形成
し、なんらかの作用によって共有結合又は吸着させる。
次に、対象分析物に応じた受容物質を反射防止膜の最上
層に付着させる。さらに対象分析物を含んだ流体に受容
物質を接触させ、続いて被膜形成された物質により生じ
た反射を調べ、彩色点等の適切な光学的標識が現れたか
否かを調べる。
【００１８】本発明の構成は、従来使われてきた物質に
比べてより感度に優れ、コントラストのより明瞭な色又
は彩度を持った標識を生じさせることのできる反射防止
物質を含む。厚さ、屈折率ともに均一に被膜形成できる
反射防止物質であり、安定度も高く商業的に公知の方法
により被膜形成できる物質であるならどのようなもので
も本発明に使用可能である。
比べてより感度に優れ、コントラストのより明瞭な色又
は彩度を持った標識を生じさせることのできる反射防止
物質を含む。厚さ、屈折率ともに均一に被膜形成できる
反射防止物質であり、安定度も高く商業的に公知の方法
により被膜形成できる物質であるならどのようなもので
も本発明に使用可能である。
【００１９】本発明の目的は、支持物上に被膜として形
成されるか又は支持物として機能する基材と、素子に結
合された分析物の量が少ない時でも可視性の高い標識を
生じる屈折率が等差数列上に選択的に並んだ一つまたは
複数の反射防止層を備えた素子を提供することである。
成されるか又は支持物として機能する基材と、素子に結
合された分析物の量が少ない時でも可視性の高い標識を
生じる屈折率が等差数列上に選択的に並んだ一つまたは
複数の反射防止層を備えた素子を提供することである。
【００２０】さらにもう一つの目的は、無反応の素子の
背景干渉色又は彩度と強いコントラストをなす彩色標識
と、分析物の結合のレベルが低いときも高感度を示す素
子を提供することにある。この素子のもう一つの目的
は、試料中の分析物の準定量測定に応じた様々な色合い
や彩度の色を生じさせることにある。
背景干渉色又は彩度と強いコントラストをなす彩色標識
と、分析物の結合のレベルが低いときも高感度を示す素
子を提供することにある。この素子のもう一つの目的
は、試料中の分析物の準定量測定に応じた様々な色合い
や彩度の色を生じさせることにある。
【００２１】この素子の役目はさらに、多種の基材、反
射防止物質及び受容物質から開発されうる検定の実施方
法を新たに提供することにある。
射防止物質及び受容物質から開発されうる検定の実施方
法を新たに提供することにある。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明の実施例の素子は、基材、
基材上に配置された一つ又は複数の反射防止物質、及び
最上層となる反射防止層より成る。この最上層となる反
射防止層は活性化して受容物質となったり、又は受容物
質をなんらかの作用で素子に付着させたりする。選択さ
れた受容物質は選ばれた分析物と結合及び／又は反応可
能なものでなくてはならない。対象分析物を含んだ流体
試料を受容物質に接触させた時に、その物質と分析物と
の結合反応が、素子の厚さ、嵩、又は光学的厚さの変化
を起こし、光学的干渉色変化を発生させる。 工程１ 基材選択 この素子の第一要素は基材である。本発明は末端のユー
ザーの要望に応えるために、多種の基材物質や形態に応
用できる。基材の選択においては、以下に述べる様々な
性質をいくつか備えていなければならない。基材は、研
磨シリコンやクロム等の拡散反射又は鏡面反射を起こす
物質により形成されるか、又はその被膜を表面に形成し
ていてもよい。あるいは基材はある種のプラスチック、
ガラス、石英等の、透過性を持った物質により形成され
てもよい。また、基材は固体でも、剛性、可撓性、準可
撓性を備えたものでも、薄膜状やゲル状でもよい。基材
形成に適した物質は、例えば、石英、プラスチック、シ
リコン、非金属、金属又は反射防止物質をその表面に形
成することのできる機能的には金属と同等の物質であ
る。
基材上に配置された一つ又は複数の反射防止物質、及び
最上層となる反射防止層より成る。この最上層となる反
射防止層は活性化して受容物質となったり、又は受容物
質をなんらかの作用で素子に付着させたりする。選択さ
れた受容物質は選ばれた分析物と結合及び／又は反応可
能なものでなくてはならない。対象分析物を含んだ流体
試料を受容物質に接触させた時に、その物質と分析物と
の結合反応が、素子の厚さ、嵩、又は光学的厚さの変化
を起こし、光学的干渉色変化を発生させる。 工程１ 基材選択 この素子の第一要素は基材である。本発明は末端のユー
ザーの要望に応えるために、多種の基材物質や形態に応
用できる。基材の選択においては、以下に述べる様々な
性質をいくつか備えていなければならない。基材は、研
磨シリコンやクロム等の拡散反射又は鏡面反射を起こす
物質により形成されるか、又はその被膜を表面に形成し
ていてもよい。あるいは基材はある種のプラスチック、
ガラス、石英等の、透過性を持った物質により形成され
てもよい。また、基材は固体でも、剛性、可撓性、準可
撓性を備えたものでも、薄膜状やゲル状でもよい。基材
形成に適した物質は、例えば、石英、プラスチック、シ
リコン、非金属、金属又は反射防止物質をその表面に形
成することのできる機能的には金属と同等の物質であ
る。
【００２３】基材として機能するよう選択された物質の
屈折率及び光学的厚さは、このように大変感度の高い光
学素子の設計において重要な要素である。基材として機
能することのできる物質には、二つの制約しかない。第
一に、その表面に反射防止物質の被膜を形成できること
である。第二に、最も単純な素子の場合、基材の屈折率
がその基材の直接上に来る物質の屈折率の二乗にほぼ等
しくなくてはならず、より複雑な素子の場合では、基材
の屈折率が表４及び表５に示した式のうち一つをほぼ満
たさねばならないということである（しかし基材の屈折
率と、その直接上に来る物質の屈折率の比は、本発明の
趣旨を越えない範囲の値が可能である）。標識発生のた
めには二番目の規準が重要である。素子及び素子の反応
部分の両方により生じる干渉色は、目に見えるコントラ
ストの強い色か、又は、可視性の高い標識を生じさせる
ような彩度のものでなくてはならない。例えば、屈折率
がほぼ４．１（波長に従い変化する）のシリコン・ウェ
ーファを使用すると、それに応じた多種の反射防止物質
を素子の設計に利用できる。当業者であれば、この他に
もこの素子への使用に同じように適した上記の規準を満
たす基材物質を呈示するであろう。直径が約４インチ、
厚さが０．０２インチのシリコン・ウェーファを使用し
て良い成果を収めたが、ウェーファの寸法は、本発明に
は重要ではない。 工程２ 反射防止物質の選択と基材への固定 適した基材を選択した後、反射防止膜を選択し基材に固
定する。反射防止膜は、例えば吹き付け法や真空室にお
ける気相成長等公知の被膜形成技術を用いて基材表面上
に形成される。他にも多種の有効な被膜形成技術が当業
者に既知である。反射防止物質が基材を完全に覆うか、
又は、パターン状又はくさび状の反射防止物質の層を基
材に被膜形成するようにしてもよい。反射防止物質とし
て有効な物質は次の四つの性質を備えていても良い。
（１）物質は概ね透明で、利用される厚さにおいては透
過性が著しい。（２）室温で安定している。（３）当然
ながら被膜形成に耐えうるよう、充分に安定している。
（４）被膜となった時に反射光の波長をいくつか抑制可
能である。
屈折率及び光学的厚さは、このように大変感度の高い光
学素子の設計において重要な要素である。基材として機
能することのできる物質には、二つの制約しかない。第
一に、その表面に反射防止物質の被膜を形成できること
である。第二に、最も単純な素子の場合、基材の屈折率
がその基材の直接上に来る物質の屈折率の二乗にほぼ等
しくなくてはならず、より複雑な素子の場合では、基材
の屈折率が表４及び表５に示した式のうち一つをほぼ満
たさねばならないということである（しかし基材の屈折
率と、その直接上に来る物質の屈折率の比は、本発明の
趣旨を越えない範囲の値が可能である）。標識発生のた
めには二番目の規準が重要である。素子及び素子の反応
部分の両方により生じる干渉色は、目に見えるコントラ
ストの強い色か、又は、可視性の高い標識を生じさせる
ような彩度のものでなくてはならない。例えば、屈折率
がほぼ４．１（波長に従い変化する）のシリコン・ウェ
ーファを使用すると、それに応じた多種の反射防止物質
を素子の設計に利用できる。当業者であれば、この他に
もこの素子への使用に同じように適した上記の規準を満
たす基材物質を呈示するであろう。直径が約４インチ、
厚さが０．０２インチのシリコン・ウェーファを使用し
て良い成果を収めたが、ウェーファの寸法は、本発明に
は重要ではない。 工程２ 反射防止物質の選択と基材への固定 適した基材を選択した後、反射防止膜を選択し基材に固
定する。反射防止膜は、例えば吹き付け法や真空室にお
ける気相成長等公知の被膜形成技術を用いて基材表面上
に形成される。他にも多種の有効な被膜形成技術が当業
者に既知である。反射防止物質が基材を完全に覆うか、
又は、パターン状又はくさび状の反射防止物質の層を基
材に被膜形成するようにしてもよい。反射防止物質とし
て有効な物質は次の四つの性質を備えていても良い。
（１）物質は概ね透明で、利用される厚さにおいては透
過性が著しい。（２）室温で安定している。（３）当然
ながら被膜形成に耐えうるよう、充分に安定している。
（４）被膜となった時に反射光の波長をいくつか抑制可
能である。
【００２４】反射防止物質はまた電子光学的物質でも良
い。磁界又は電界に置かれたときにこの屈折率特性を変
化させられる電子光学的物質又は磁気光学的物質を利用
して、ロールオーバー点の精度を高めることができる。
電子光学的物質の選択に当たっては、磁界又は電界によ
って生じさせることのできる最終屈折率が、ロールオー
バー点を最も正確に生じさせるために必要な屈折率とほ
ぼ等しくなるようにしなければならない。反射防止物質
には二つの機能がある。第一番目は干渉色を生じさせる
ことであり、第二番目は受容物質を次のように固定可能
な最上層を形成することである。即ち、素子に接触させ
た液体中の対象分析物に受容物質が選択的に吸着又は結
合する受容物質の能力を維持するように受容物質を固定
する。
い。磁界又は電界に置かれたときにこの屈折率特性を変
化させられる電子光学的物質又は磁気光学的物質を利用
して、ロールオーバー点の精度を高めることができる。
電子光学的物質の選択に当たっては、磁界又は電界によ
って生じさせることのできる最終屈折率が、ロールオー
バー点を最も正確に生じさせるために必要な屈折率とほ
ぼ等しくなるようにしなければならない。反射防止物質
には二つの機能がある。第一番目は干渉色を生じさせる
ことであり、第二番目は受容物質を次のように固定可能
な最上層を形成することである。即ち、素子に接触させ
た液体中の対象分析物に受容物質が選択的に吸着又は結
合する受容物質の能力を維持するように受容物質を固定
する。
【００２５】本発明の反射防止物質は、光のある種の波
長の打ち消しあう干渉及び強め合う干渉により干渉色を
生じる。例えば、シリコン基材に５００オングストロー
ムの厚さで被膜として形成された二酸化シリコンの反射
防止層は、黄褐色の干渉色を生じる。同じような厚さで
同じような基材に形成された酸化シリコンは、約４８０
ｎｍの青波長を抑制するため、金色を生じる。
長の打ち消しあう干渉及び強め合う干渉により干渉色を
生じる。例えば、シリコン基材に５００オングストロー
ムの厚さで被膜として形成された二酸化シリコンの反射
防止層は、黄褐色の干渉色を生じる。同じような厚さで
同じような基材に形成された酸化シリコンは、約４８０
ｎｍの青波長を抑制するため、金色を生じる。
【００２６】ロールオーバー点の正確な素子を形成する
ために基材と反射防止物質にこのような独特な組合せを
選択したのは、媒体中において光の波長のほぼ４分の１
の厚さを持ち、その真上及び真下にある媒体の屈折率の
積の平方根にほぼ等しい屈折率を持つ反射防止膜の存在
に基づいている。ロールオーバー点とは、検定等におい
て検知できる物質の存在の標識となる色や彩度のかなり
顕著な変化を人間の目で観察できるように、一つ又は複
数の反射防止層の測定された厚さによって充分に高めた
視覚的効果であると定義される。好ましくは、この素子
にはより少ない数の反射防止層を形成し、より複雑な素
子には表４及び表５に示した式に対応したより多くの反
射防止層を形成すると良い。
ために基材と反射防止物質にこのような独特な組合せを
選択したのは、媒体中において光の波長のほぼ４分の１
の厚さを持ち、その真上及び真下にある媒体の屈折率の
積の平方根にほぼ等しい屈折率を持つ反射防止膜の存在
に基づいている。ロールオーバー点とは、検定等におい
て検知できる物質の存在の標識となる色や彩度のかなり
顕著な変化を人間の目で観察できるように、一つ又は複
数の反射防止層の測定された厚さによって充分に高めた
視覚的効果であると定義される。好ましくは、この素子
にはより少ない数の反射防止層を形成し、より複雑な素
子には表４及び表５に示した式に対応したより多くの反
射防止層を形成すると良い。
【００２７】被膜形成された反射防止物質の一つの特徴
としては、反射／透過光の比がある。入射光がある媒体
を通過して屈折率の異なる第二の媒体に入るときは常
に、その光のある部分は媒体間の界面で反射し、ある部
分は透過する。所望の反射／透過光比を達成するために
基材は反射防止物質の薄膜で覆われる。この反射防止層
は、層の外表面及び基材の外表面からの反射を打ち消し
あう干渉によって相殺するよう働く。部分的な打ち消し
あう干渉を達成するためには、反射の彩度はかなり強
く、ほぼ１８０度の位相外れでなくてはならない。選択
された波長がλの時、光学的厚さがλ／４の反射防止膜
は位相外れの反射を生じる。
としては、反射／透過光の比がある。入射光がある媒体
を通過して屈折率の異なる第二の媒体に入るときは常
に、その光のある部分は媒体間の界面で反射し、ある部
分は透過する。所望の反射／透過光比を達成するために
基材は反射防止物質の薄膜で覆われる。この反射防止層
は、層の外表面及び基材の外表面からの反射を打ち消し
あう干渉によって相殺するよう働く。部分的な打ち消し
あう干渉を達成するためには、反射の彩度はかなり強
く、ほぼ１８０度の位相外れでなくてはならない。選択
された波長がλの時、光学的厚さがλ／４の反射防止膜
は位相外れの反射を生じる。
【００２８】入射光の反射を最小限にするには、λ／４
は被膜形成された物質の光学的厚さに等しい値でなくて
はならない。光学的厚さとは、膜の物理的厚さに膜の屈
折率を乗じたものである。よって、本発明の好適な実施
例においては、通常、形成された光学的膜は、表４及び
表５に示したように、波長の約４分の１の光学的厚さ、
又は波長の４分の１の光学的厚さのうち奇数のもの、又
は反射を最小限にする屈折率と厚さの組み合わせのうち
の厚さに形成される。
は被膜形成された物質の光学的厚さに等しい値でなくて
はならない。光学的厚さとは、膜の物理的厚さに膜の屈
折率を乗じたものである。よって、本発明の好適な実施
例においては、通常、形成された光学的膜は、表４及び
表５に示したように、波長の約４分の１の光学的厚さ、
又は波長の４分の１の光学的厚さのうち奇数のもの、又
は反射を最小限にする屈折率と厚さの組み合わせのうち
の厚さに形成される。
【００２９】しかしながら、正確な厚さの被膜を形成す
ることだけではなく、空気／膜間及び膜／基材間の界面
における反射の彩度をほぼ等しくすることが必要であ
る。最も簡単な素子において彩度を等しくするには、屈
折率は等比数列上になくてはならない。大気の屈折率は
１．０であるから、ＡＲ膜の屈折率は基材の平方根にほ
ぼ等しくなくてはならない。言い換えれば、ある反射防
止膜の厚さが光学的厚さでは媒体中の光の波長の４分の
１で、屈折率が真上及び真下にある媒体の屈折率の積の
平方根である時に、最も反射が減少するということであ
る。
ることだけではなく、空気／膜間及び膜／基材間の界面
における反射の彩度をほぼ等しくすることが必要であ
る。最も簡単な素子において彩度を等しくするには、屈
折率は等比数列上になくてはならない。大気の屈折率は
１．０であるから、ＡＲ膜の屈折率は基材の平方根にほ
ぼ等しくなくてはならない。言い換えれば、ある反射防
止膜の厚さが光学的厚さでは媒体中の光の波長の４分の
１で、屈折率が真上及び真下にある媒体の屈折率の積の
平方根である時に、最も反射が減少するということであ
る。
【００３０】反射防止膜はある特定の光の波長のほぼ４
分の１の光学的厚さとなる。媒体を照射するために使用
する光は、色の変化と彩度の変化、つまり明−暗変化、
のどちらが好まれるかによって多色光又は単色光のどち
らでもよい。反射防止物質の厚さを最適条件に設定する
ためには、反射防止膜の厚さを決定する際に、この反射
防止膜の最上層上に被膜形成される受容物質の薄膜やそ
の他の被膜等の層を等式の計算要素に加えねばならな
い。
分の１の光学的厚さとなる。媒体を照射するために使用
する光は、色の変化と彩度の変化、つまり明−暗変化、
のどちらが好まれるかによって多色光又は単色光のどち
らでもよい。反射防止物質の厚さを最適条件に設定する
ためには、反射防止膜の厚さを決定する際に、この反射
防止膜の最上層上に被膜形成される受容物質の薄膜やそ
の他の被膜等の層を等式の計算要素に加えねばならな
い。
【００３１】研磨シリコン・ウェーファ等の基材の屈折
率は５４０ｎｍの光（緑）の時には約４．１である。表
４の第１式に従い素子のロールオーバー点の精度を最大
限にするためには、選択された反射防止物質の屈折率は
約２．０２でなくてはならない。しかし、基材の平方根
に近い屈折率を持つ物質でも充分な成果が得られること
が判明している。物質の屈折率が基材の屈折率の完全平
方根から遠ければ遠いほど、ロールオーバー点は不明瞭
となる。シリコンにおける最も良い成果は、窒化シリコ
ン等のように屈折率が２の物質や、酸化シリコン等のよ
うに１．９−１．８の物質で得られてきた。類似の屈折
率を持ちこの選択された基材に使用可能であろう他の反
射防止物質としては、酸化すず、酸化亜鉛、酸化クロ
ム、チタン酸バリウム、硫化カドミウム、酸化マンガ
ン、硫化鉛、硫化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ニッケ
ル、酸化アルミニウム、窒化ほう素、フッ化マグネシウ
ム、酸化鉄、酸窒化シリコン、酸化ベロン等が含まれる
が、これらに限られるものではない。
率は５４０ｎｍの光（緑）の時には約４．１である。表
４の第１式に従い素子のロールオーバー点の精度を最大
限にするためには、選択された反射防止物質の屈折率は
約２．０２でなくてはならない。しかし、基材の平方根
に近い屈折率を持つ物質でも充分な成果が得られること
が判明している。物質の屈折率が基材の屈折率の完全平
方根から遠ければ遠いほど、ロールオーバー点は不明瞭
となる。シリコンにおける最も良い成果は、窒化シリコ
ン等のように屈折率が２の物質や、酸化シリコン等のよ
うに１．９−１．８の物質で得られてきた。類似の屈折
率を持ちこの選択された基材に使用可能であろう他の反
射防止物質としては、酸化すず、酸化亜鉛、酸化クロ
ム、チタン酸バリウム、硫化カドミウム、酸化マンガ
ン、硫化鉛、硫化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ニッケ
ル、酸化アルミニウム、窒化ほう素、フッ化マグネシウ
ム、酸化鉄、酸窒化シリコン、酸化ベロン等が含まれる
が、これらに限られるものではない。
【００３２】異なる屈折率を持つ多種の基材、及び対応
する適した反射防止物質を単独又は組み合わせて使用す
ることにより、高感度でロールオーバー点の正確な素子
が開発できる。基材上に被膜形成される反射防止層の数
は１から無限大までの整数ならいくつでもよい。層の数
に制限を与える要素は次の二つのみである。即ち選択さ
れた物質の屈折率がほぼ等差数列上にあることと、層の
複数形成にかかる費用である。被膜形成技術が進歩して
おり、本発明の範囲内で鑑みたとき、層の複数形成が容
易に実用化できることが期待される。
する適した反射防止物質を単独又は組み合わせて使用す
ることにより、高感度でロールオーバー点の正確な素子
が開発できる。基材上に被膜形成される反射防止層の数
は１から無限大までの整数ならいくつでもよい。層の数
に制限を与える要素は次の二つのみである。即ち選択さ
れた物質の屈折率がほぼ等差数列上にあることと、層の
複数形成にかかる費用である。被膜形成技術が進歩して
おり、本発明の範囲内で鑑みたとき、層の複数形成が容
易に実用化できることが期待される。
【００３３】このスライド素子を窒化シリコンで特定の
厚さに被膜形成すると、反射防止層は青色の可視光線の
うちある種の波長を抑制するため、褐色がかった金色の
干渉色を反射する。この要素の組合せでは褐色がかった
金色が干渉色として用いられたが、スライドの可視干渉
色は選択された基材物質、選択された反射防止層の化学
的組成と屈折率、及び被膜形成された層の厚さ及び数に
応じて、スペクトル上のいかなる色でも良い。
厚さに被膜形成すると、反射防止層は青色の可視光線の
うちある種の波長を抑制するため、褐色がかった金色の
干渉色を反射する。この要素の組合せでは褐色がかった
金色が干渉色として用いられたが、スライドの可視干渉
色は選択された基材物質、選択された反射防止層の化学
的組成と屈折率、及び被膜形成された層の厚さ及び数に
応じて、スペクトル上のいかなる色でも良い。
【００３４】反射防止物質の光学的厚さは、ある特定の
波長が選択された時、等式 ｎf・ｔ＝λ／４ で決定す
ることができる。本発明は、白色光及びその包含する波
長をすべて利用できるよう構成することができる。よっ
て波長を選ぶ際には波長のある範囲から選択することが
できる。あるいは本発明は、選択された単色光の波長を
利用できる構成とすることもできる。
波長が選択された時、等式 ｎf・ｔ＝λ／４ で決定す
ることができる。本発明は、白色光及びその包含する波
長をすべて利用できるよう構成することができる。よっ
て波長を選ぶ際には波長のある範囲から選択することが
できる。あるいは本発明は、選択された単色光の波長を
利用できる構成とすることもできる。
【００３５】反射防止物質の厚さは、可視光線の波長の
ほぼ４分の１の厚さか、又は類似の成果を達成できる波
長の４分の１の光学的厚さのうち奇数倍のものとするこ
とができる。反射防止物質の厚さが増すにつれて、素子
はファブリ−ペロットの干渉計の基礎を成す原則により
近似してくる。本発明中は単数の反射防止層を形成した
素子の作成方法を概ね述べているが、同時に、ロールオ
ーバー点の正確な素子は反射防止層が単数又は複数であ
れ添付の表４及び表５の等式を使って作成することが出
来ることを考察及び開示している（ボーガン，ドリスコ
ルの著書「ハンドブック オブ オプティックス」［１
９７８］ ８−４８，８−４９を参照）。これらの等式
は、生じる反射が少なくとも一つの波長でゼロ又はゼロ
に近い基材、反射防止層、及び媒体の屈折率の組合せを
示している。これら屈折率の組合せは、最小限の厚さの
変化で、抑制された波長の変化を最大限にするよう選ば
れている。
ほぼ４分の１の厚さか、又は類似の成果を達成できる波
長の４分の１の光学的厚さのうち奇数倍のものとするこ
とができる。反射防止物質の厚さが増すにつれて、素子
はファブリ−ペロットの干渉計の基礎を成す原則により
近似してくる。本発明中は単数の反射防止層を形成した
素子の作成方法を概ね述べているが、同時に、ロールオ
ーバー点の正確な素子は反射防止層が単数又は複数であ
れ添付の表４及び表５の等式を使って作成することが出
来ることを考察及び開示している（ボーガン，ドリスコ
ルの著書「ハンドブック オブ オプティックス」［１
９７８］ ８−４８，８−４９を参照）。これらの等式
は、生じる反射が少なくとも一つの波長でゼロ又はゼロ
に近い基材、反射防止層、及び媒体の屈折率の組合せを
示している。これら屈折率の組合せは、最小限の厚さの
変化で、抑制された波長の変化を最大限にするよう選ば
れている。
【００３６】反射防止物質の積層構成に表４及び表５の
等式を利用することで、素子は明るい色の背景となる干
渉色を発生させる。この表は通常の入射光に調整されて
いるので、大抵の人が素子を視る垂直の視角から５−３
０度外れるように若干調整すると最適であろう。（素子
は選択されたいかなる視角にも調整可能である。）くさ
び型を使ったり、計算をさらに行うことで、ロールオー
バー点の正確な素子が作成できる。通常カラー・フリン
ジの第一オーダーを使うとより正確な素子が出来ること
が判明しているが、もし素子が適切に被膜形成されてい
れば、カラー・フリンジのどのオーダーでも使用でき
る。これらの構成技術を駆使して、標識又は背景がスペ
クトルの紫外又は赤外域にある素子を作成することが出
来る。このようなタイプの素子には、結合した分析物の
検知に器具を用いる必要が生じる可能性もある。
等式を利用することで、素子は明るい色の背景となる干
渉色を発生させる。この表は通常の入射光に調整されて
いるので、大抵の人が素子を視る垂直の視角から５−３
０度外れるように若干調整すると最適であろう。（素子
は選択されたいかなる視角にも調整可能である。）くさ
び型を使ったり、計算をさらに行うことで、ロールオー
バー点の正確な素子が作成できる。通常カラー・フリン
ジの第一オーダーを使うとより正確な素子が出来ること
が判明しているが、もし素子が適切に被膜形成されてい
れば、カラー・フリンジのどのオーダーでも使用でき
る。これらの構成技術を駆使して、標識又は背景がスペ
クトルの紫外又は赤外域にある素子を作成することが出
来る。このようなタイプの素子には、結合した分析物の
検知に器具を用いる必要が生じる可能性もある。
【００３７】被膜形成された反射防止物質の厚さは、選
択された構成、用いられた被膜形成工程の精度、及び選
択された物質の特性によって左右される。反射防止物質
の被膜形成時の外的影響は、常に完全に制御できるとは
限らない。従って、反射防止物質による被膜形成の後に
素子の背景となる干渉色を視覚的に選択するのが多くの
場合適切であるということになる。
択された構成、用いられた被膜形成工程の精度、及び選
択された物質の特性によって左右される。反射防止物質
の被膜形成時の外的影響は、常に完全に制御できるとは
限らない。従って、反射防止物質による被膜形成の後に
素子の背景となる干渉色を視覚的に選択するのが多くの
場合適切であるということになる。
【００３８】好適した背景干渉色を決定するために一つ
のモデルが作成された。選択された基材がシリコン・ウ
ェーファで、選択された反射防止物質が窒化シリコンの
場合、観察された色が褐色がかった金色からマゼンタ色
の時に最もコントラストが高くはっきりとしたロールオ
ーバー点が生じるように思われる。ウェーファが第一オ
ーダー・フリンジでは最後の色である深い青に見えるよ
う、シリコン・ウェーファには窒化シリコンの厚い被膜
が形成された。次に反射防止物質がリン酸槽でウェーフ
ァにくさび状にエッチングされた。反射防止物質のエッ
チングにあたっては、くさびの一端で３００オングスト
ローム、他端で７００オングストロームが維持されるよ
う行われた。窒化シリコンは１８０℃，毎分おおよそ２
０オングストロームでエッチングされた。反射防止物質
に適したエッチングの為の多種の酸は市場で入手でき
る。
のモデルが作成された。選択された基材がシリコン・ウ
ェーファで、選択された反射防止物質が窒化シリコンの
場合、観察された色が褐色がかった金色からマゼンタ色
の時に最もコントラストが高くはっきりとしたロールオ
ーバー点が生じるように思われる。ウェーファが第一オ
ーダー・フリンジでは最後の色である深い青に見えるよ
う、シリコン・ウェーファには窒化シリコンの厚い被膜
が形成された。次に反射防止物質がリン酸槽でウェーフ
ァにくさび状にエッチングされた。反射防止物質のエッ
チングにあたっては、くさびの一端で３００オングスト
ローム、他端で７００オングストロームが維持されるよ
う行われた。窒化シリコンは１８０℃，毎分おおよそ２
０オングストロームでエッチングされた。反射防止物質
に適したエッチングの為の多種の酸は市場で入手でき
る。
【００３９】エッチングされ、くさび状にされた素子は
視覚的に異なる干渉色及び異なるロールオーバー点を呈
する。次に、反射防止物質の厚さが、視覚的には最も顕
著な変化であると見られるロールオーバー点の始点で測
定される。これは反射防止物質の最適な厚さである。な
ぜなら、少量の結合分析物でも素子の反応部分はだれを
起こし、新たな干渉色を生じるからである。
視覚的に異なる干渉色及び異なるロールオーバー点を呈
する。次に、反射防止物質の厚さが、視覚的には最も顕
著な変化であると見られるロールオーバー点の始点で測
定される。これは反射防止物質の最適な厚さである。な
ぜなら、少量の結合分析物でも素子の反応部分はだれを
起こし、新たな干渉色を生じるからである。
【００４０】くさび状のモデルを観察して選択された厚
さで被膜形成されるよう設計された素子は、完成の前に
受容物質の層で覆われる。受容物質の光学的厚さ（物理
的厚さに屈折率を乗じたもの）を等式の計算に入れてよ
い。物質の最上層、及び受容物質の屈折率に対する反射
防止物質の屈折率の比を、それぞれ個々の物質の物理的
厚さで乗じる。次に、この等式を使って反射防止物質の
最適な厚さを決定する。最上層を使用しない場合は、反
射防止物質と受容物質の屈折率の比を受容物質の物理的
厚さで乗じることができる。この結果の値を反射防止物
質にエッチングして最適な干渉色を維持することができ
る。ここである特定の素子のパラメーターを示すくさび
状モデルは一度作成されれば、繰り返し利用できること
が理解されねばならない。更に、実際のモデルは多くの
場合助けとはなるが、非常に明瞭なロールオーバー点を
持つ素子の作成には欠かせないというわけではない。
さで被膜形成されるよう設計された素子は、完成の前に
受容物質の層で覆われる。受容物質の光学的厚さ（物理
的厚さに屈折率を乗じたもの）を等式の計算に入れてよ
い。物質の最上層、及び受容物質の屈折率に対する反射
防止物質の屈折率の比を、それぞれ個々の物質の物理的
厚さで乗じる。次に、この等式を使って反射防止物質の
最適な厚さを決定する。最上層を使用しない場合は、反
射防止物質と受容物質の屈折率の比を受容物質の物理的
厚さで乗じることができる。この結果の値を反射防止物
質にエッチングして最適な干渉色を維持することができ
る。ここである特定の素子のパラメーターを示すくさび
状モデルは一度作成されれば、繰り返し利用できること
が理解されねばならない。更に、実際のモデルは多くの
場合助けとはなるが、非常に明瞭なロールオーバー点を
持つ素子の作成には欠かせないというわけではない。
【００４１】屈折率が１．５の受容物質を５０オングス
トローム付着させるよう化学的に活性化された窒化シリ
コンで覆われたシリコン・ウェーファのモデルは、素子
にはおよそ５５３オングストロームの反射防止物質を被
膜形成させるべきであることを示した。この物質量は基
材または被膜となった物質の屈折率の変化によって異な
る。選択された厚さでは素子は茶色がかった金色に見え
たが、選択された受容物質がその表面に付着した後で
も、干渉色は意図された通り元の茶色がかった金色と類
似の色で維持された。 工程３ 活性化 素子に受容物質を固定するのに先だって、受容物質を素
子に固定するよう活性化の可能な反射防止物質の最上層
が素子に被膜形成される。この最上層は、反射防止物質
が素子に被膜形成されたときと同じ商業的に公知の工程
で形成される。しかしながら、素子上に被膜形成された
反射防止物質がもともと化学的に活性化可能であり、素
子への受容物質の共有結合又は吸着が容易に起きる場合
には、最上層は不要である。例えば、窒化シリコンの干
渉層は最上層を被膜形成することなく活性化した。その
他の実施例においては、二酸化シリコン及び他の多種の
物質の最上層が、おおよそ１−１００オングストローム
の厚さで窒化シリコン上に被膜形成された。最上層の厚
さは多岐にわたるが、厚い層を形成すると入射光の経路
の長さが変化して干渉効果に影響を及ぼすので、厚い層
を使用する時はこれを考慮に入れて反射防止物質の膜の
厚さを決定した。
トローム付着させるよう化学的に活性化された窒化シリ
コンで覆われたシリコン・ウェーファのモデルは、素子
にはおよそ５５３オングストロームの反射防止物質を被
膜形成させるべきであることを示した。この物質量は基
材または被膜となった物質の屈折率の変化によって異な
る。選択された厚さでは素子は茶色がかった金色に見え
たが、選択された受容物質がその表面に付着した後で
も、干渉色は意図された通り元の茶色がかった金色と類
似の色で維持された。 工程３ 活性化 素子に受容物質を固定するのに先だって、受容物質を素
子に固定するよう活性化の可能な反射防止物質の最上層
が素子に被膜形成される。この最上層は、反射防止物質
が素子に被膜形成されたときと同じ商業的に公知の工程
で形成される。しかしながら、素子上に被膜形成された
反射防止物質がもともと化学的に活性化可能であり、素
子への受容物質の共有結合又は吸着が容易に起きる場合
には、最上層は不要である。例えば、窒化シリコンの干
渉層は最上層を被膜形成することなく活性化した。その
他の実施例においては、二酸化シリコン及び他の多種の
物質の最上層が、おおよそ１−１００オングストローム
の厚さで窒化シリコン上に被膜形成された。最上層の厚
さは多岐にわたるが、厚い層を形成すると入射光の経路
の長さが変化して干渉効果に影響を及ぼすので、厚い層
を使用する時はこれを考慮に入れて反射防止物質の膜の
厚さを決定した。
【００４２】活性化される物質は次の三つの特性を備え
ていると最も効果的である。即ち、素子への被膜形成が
容易であること、化学的活性化が容易であること、及び
活性化したときに受容物質が結合する部位が密集した表
面を形成する、の三点である。このような三つの特性が
多種のシリコン組成物、特に窒化シリコン、二酸化シリ
コンにおいて認められた。
ていると最も効果的である。即ち、素子への被膜形成が
容易であること、化学的活性化が容易であること、及び
活性化したときに受容物質が結合する部位が密集した表
面を形成する、の三点である。このような三つの特性が
多種のシリコン組成物、特に窒化シリコン、二酸化シリ
コンにおいて認められた。
【００４３】当業者に公知である受容物質の結合方法は
いずれも本発明の主旨を越えない範囲で利用できる。可
視性の高度なロールオーバー点、及びコントラストの大
きい干渉色又は彩度の変化を生じる物質を使用すること
で、分析物を大量に素子へ結合させる必要性は減少して
きたが、結合部位が高密度である必要性は減少しなかっ
た。活性化された受容物質上で得られる活性結合部位が
数多くあれば、試料中の分析物の大半が素子に反応し結
合することができる。この結合反応が入射光の経路長さ
に変化をもたらし、干渉色の変化を引き起こすのであ
る。
いずれも本発明の主旨を越えない範囲で利用できる。可
視性の高度なロールオーバー点、及びコントラストの大
きい干渉色又は彩度の変化を生じる物質を使用すること
で、分析物を大量に素子へ結合させる必要性は減少して
きたが、結合部位が高密度である必要性は減少しなかっ
た。活性化された受容物質上で得られる活性結合部位が
数多くあれば、試料中の分析物の大半が素子に反応し結
合することができる。この結合反応が入射光の経路長さ
に変化をもたらし、干渉色の変化を引き起こすのであ
る。
【００４４】共有結合の可能な官能基を得るために、又
は受容物質の付着や場合によっては分析物の付着のため
に、酸窒化シリコン、二酸化シリコン、酸化シリコン等
の物質及び他の多種のシリコン組成物の様々な最上層が
シランの化学作用で活性化された。これらの技術は、官
能基化されたトリコキシシランによって表面のシラノー
ル基を誘導体化することに基づく。これらの物質及び各
々の化学物質は、可視性の高度な干渉色標識を発生させ
るのに充分な結合部位を生じる。ここで当業者に理解さ
れねばならないのは、活性化される物質によっては 広
範囲の活性化学物質が利用できることである。共有結
合、吸着、又はなんらかの作用によって受容物質を素子
に付着させるようにこの物質は活性化されてよい。
は受容物質の付着や場合によっては分析物の付着のため
に、酸窒化シリコン、二酸化シリコン、酸化シリコン等
の物質及び他の多種のシリコン組成物の様々な最上層が
シランの化学作用で活性化された。これらの技術は、官
能基化されたトリコキシシランによって表面のシラノー
ル基を誘導体化することに基づく。これらの物質及び各
々の化学物質は、可視性の高度な干渉色標識を発生させ
るのに充分な結合部位を生じる。ここで当業者に理解さ
れねばならないのは、活性化される物質によっては 広
範囲の活性化学物質が利用できることである。共有結
合、吸着、又はなんらかの作用によって受容物質を素子
に付着させるようにこの物質は活性化されてよい。
【００４５】表面を活性化させるに先立って、不特定の
結合や背景ノイズを起こす可能性のある有機粒子を素子
から取り除いてもよい。素子表面からの除去方法の一つ
は、真空室で酸素プラズマでエッチングすることであ
る。素子表面から不純物を取り除く最も適切な方法は、
選択された反射防止物質と最上層の特性による。場合に
よっては、受容物質の付着前に素子から不純物を取り除
く必要のないこともある。
結合や背景ノイズを起こす可能性のある有機粒子を素子
から取り除いてもよい。素子表面からの除去方法の一つ
は、真空室で酸素プラズマでエッチングすることであ
る。素子表面から不純物を取り除く最も適切な方法は、
選択された反射防止物質と最上層の特性による。場合に
よっては、受容物質の付着前に素子から不純物を取り除
く必要のないこともある。
【００４６】素子を化学的に活性化させることで、素子
に受容物質を付着させることが容易となる。吸着や共有
結合等、あるいはその他のなんらかの作用により被膜形
成され活性化された基材に受容物質を強固に付着させる
ことが出来る。ラングミュア−ブロジェット法等の方法
を利用できるが、この方法で作成された素子は、他の素
子に比べて大抵の場合安定性が大きく劣る。
に受容物質を付着させることが容易となる。吸着や共有
結合等、あるいはその他のなんらかの作用により被膜形
成され活性化された基材に受容物質を強固に付着させる
ことが出来る。ラングミュア−ブロジェット法等の方法
を利用できるが、この方法で作成された素子は、他の素
子に比べて大抵の場合安定性が大きく劣る。
【００４７】活性化された物質が、例えば、酸窒化シリ
コン又は二酸化シリコンの場合、受容物質を表面に共有
結合させる官能基を伴った表面をシランの化学作用によ
り活性化させることが出来る。活性化の方法の一例は次
の通りである。被膜形成された２５枚のウェーファが真
空乾燥機内に納められる。この乾燥機内には１５トルで
沸点が１４０℃のＮ−（２−アミノエチル）−３−アミ
ノプロピルトリメトキシシランがほぼ２．５マイクロリ
ットル入っている。選択されたアミノシラン組成物の沸
点は、気相成長を起こさせるための最適な圧力と温度を
決定する。
コン又は二酸化シリコンの場合、受容物質を表面に共有
結合させる官能基を伴った表面をシランの化学作用によ
り活性化させることが出来る。活性化の方法の一例は次
の通りである。被膜形成された２５枚のウェーファが真
空乾燥機内に納められる。この乾燥機内には１５トルで
沸点が１４０℃のＮ−（２−アミノエチル）−３−アミ
ノプロピルトリメトキシシランがほぼ２．５マイクロリ
ットル入っている。選択されたアミノシラン組成物の沸
点は、気相成長を起こさせるための最適な圧力と温度を
決定する。
【００４８】この真空乾燥機は０．０６トルになるまで
３０分間排気された後、１時間以上かけて１００℃まで
温度を上げられる。この工程の結果、活性で安定したほ
ぼ２０−３０オングストロームの物質が素子に被膜とし
て形成される。 工程４ 受容物質の付着 素子が一旦化学的に活性化されると、受容物質の付着は
標準的な処理によって行われる。この物質は多くの場
合、素子への付着の前に、希釈及び緩衝処理されねばな
らない。受容物質を素子に付着させるのに必要な工程
は、選択された活性化学物質と選択された受容物質によ
って異なるであろう。
３０分間排気された後、１時間以上かけて１００℃まで
温度を上げられる。この工程の結果、活性で安定したほ
ぼ２０−３０オングストロームの物質が素子に被膜とし
て形成される。 工程４ 受容物質の付着 素子が一旦化学的に活性化されると、受容物質の付着は
標準的な処理によって行われる。この物質は多くの場
合、素子への付着の前に、希釈及び緩衝処理されねばな
らない。受容物質を素子に付着させるのに必要な工程
は、選択された活性化学物質と選択された受容物質によ
って異なるであろう。
【００４９】活性化された素子への受容物質の付着方法
の一例は次の通りである。選択された受容物質は、活性
化された素子を納めたプラスチック・セルの培養箱中に
配置されたヒト・ＩｇＧ溶解液である。このＩｇＧ溶解
液は、ｐｈが７．４の１０ｍＭのリン酸ソーダ緩衝
（０．９％）液（ＰＢＳ）が２０ミリリットル、２０マ
イクログラム／ｍｌのヒト・ＩｇＧ（これによりヒト・
ＩｇＧが超過する）、及び１％容量比のグルタルアルデ
ヒドから成る。
の一例は次の通りである。選択された受容物質は、活性
化された素子を納めたプラスチック・セルの培養箱中に
配置されたヒト・ＩｇＧ溶解液である。このＩｇＧ溶解
液は、ｐｈが７．４の１０ｍＭのリン酸ソーダ緩衝
（０．９％）液（ＰＢＳ）が２０ミリリットル、２０マ
イクログラム／ｍｌのヒト・ＩｇＧ（これによりヒト・
ＩｇＧが超過する）、及び１％容量比のグルタルアルデ
ヒドから成る。
【００５０】この溶解液は室温で攪拌槽において一晩イ
ンキュベートされる。このインキュベーションに続い
て、素子をイオン除去した蒸留水で洗浄する。次にブロ
ッキング工程を実施して不特定の結合量を減少させるこ
とも可能である。この任意の工程に続いて、スライドを
洗浄した後、Ｎ2 の流れ又は加圧した空気で乾燥する
か、又は空気乾燥させる。
ンキュベートされる。このインキュベーションに続い
て、素子をイオン除去した蒸留水で洗浄する。次にブロ
ッキング工程を実施して不特定の結合量を減少させるこ
とも可能である。この任意の工程に続いて、スライドを
洗浄した後、Ｎ2 の流れ又は加圧した空気で乾燥する
か、又は空気乾燥させる。
【００５１】この時点で素子が完全に形成される。適切
に包装され、４℃で保管されれば、素子は少なくとも２
年間、対象分析物を検定することができるであろう。 工程５ 対象分析物の検定 次に、その試料が分析物を含んでいるかを決定するため
に試料を素子に接触させる。試料と素子の接触の前に、
試料をリン酸ソーダ緩衝液等の希釈液で希釈しておくの
が適切であろう。試料の希釈液に対する比と選択される
希釈液の種類は、試料の性質と選択された検定技術によ
って異なる。
に包装され、４℃で保管されれば、素子は少なくとも２
年間、対象分析物を検定することができるであろう。 工程５ 対象分析物の検定 次に、その試料が分析物を含んでいるかを決定するため
に試料を素子に接触させる。試料と素子の接触の前に、
試料をリン酸ソーダ緩衝液等の希釈液で希釈しておくの
が適切であろう。試料の希釈液に対する比と選択される
希釈液の種類は、試料の性質と選択された検定技術によ
って異なる。
【００５２】物質が明確で顕著なロールオーバー点を生
じるように構成されるので、小さな分析物でも容易に検
知できる。しかしながら、小型の分析物は、受容物質と
結合したときに入射光の経路の長さに大きな変化を起こ
すようにより大きな分子と結合させるのが望ましかっ
た。これにより反応を起こした素子によって引き起こさ
れる標識が増加した。そしてより大きな分子と結合した
分析物の試料は、他の分析物の試料と同じように取り扱
われた。
じるように構成されるので、小さな分析物でも容易に検
知できる。しかしながら、小型の分析物は、受容物質と
結合したときに入射光の経路の長さに大きな変化を起こ
すようにより大きな分子と結合させるのが望ましかっ
た。これにより反応を起こした素子によって引き起こさ
れる標識が増加した。そしてより大きな分子と結合した
分析物の試料は、他の分析物の試料と同じように取り扱
われた。
【００５３】当業者には理解されるであろうが、試料は
多種の方法によって素子に接触させることができる。例
えば、素子への塗抹又は滴下、又は素子を試料に浸して
もよいが、これに限られるものではない。受容物質上へ
の分析物の固定は、スライドの加熱ブロック上でのイン
キュベーション、又は素子の加熱ランプ又は赤外ランプ
下への配置、又は過剰な試料水分が蒸発するまで素子を
室温でインキュベートする等、様々な方法で効果を高め
ることができる。ここで分析物の固定を高める技術は、
受容物質と選択された分析物の働きであることが理解さ
れねばならない。
多種の方法によって素子に接触させることができる。例
えば、素子への塗抹又は滴下、又は素子を試料に浸して
もよいが、これに限られるものではない。受容物質上へ
の分析物の固定は、スライドの加熱ブロック上でのイン
キュベーション、又は素子の加熱ランプ又は赤外ランプ
下への配置、又は過剰な試料水分が蒸発するまで素子を
室温でインキュベートする等、様々な方法で効果を高め
ることができる。ここで分析物の固定を高める技術は、
受容物質と選択された分析物の働きであることが理解さ
れねばならない。
【００５４】インキュベーションに引き続き、素子を充
分に洗浄して、表面に固定していない物質をすべて取り
除く。次に、Ｎ2 の流れ、加圧空気ブロッティング、吸
い取り紙又はそれに相当する他の方法により素子を乾燥
する。 工程６ 検定検知技術 結合した分析物の検知には、検知の為の適した手段を使
用できる可能性があるにもかかわらず、視覚的及び器械
による二つの検定検知技術が主に使用されてきた。以下
に述べる例では、流体が対象分析物を含んでいるかどう
かの確認に、視覚的には干渉色現象が、器械的には厚さ
の変化の偏光解析法による測定が用いられた。本発明の
実施例となる素子は、スペクトルの紫外域、可視又は赤
外域の多色光又は単色光を照射されることで、分析物が
表面に結合したかどうかを確認することができる。シリ
コン・ウェーファ、酸化シリコンの反射防止層、二酸化
シリコンの最上層、及び生物学的受容物質から成る無反
応の素子は多色光を浴びると、最大吸着がほぼ４７６ナ
ノメータで、金色の干渉色を反射する。対照的に、反応
した素子は多色光を浴びると紫色又は青色の干渉色を反
射（分析物が結合しないところでは金色）し、分析物が
結合したところの最大吸着は５００ナノメータから６５
０ナノメータであった。反応点での色は表面に結合した
分析物の濃度に直接左右される。濃度が高ければ高いほ
ど、色の変化又は彩度は著しくなる。
分に洗浄して、表面に固定していない物質をすべて取り
除く。次に、Ｎ2 の流れ、加圧空気ブロッティング、吸
い取り紙又はそれに相当する他の方法により素子を乾燥
する。 工程６ 検定検知技術 結合した分析物の検知には、検知の為の適した手段を使
用できる可能性があるにもかかわらず、視覚的及び器械
による二つの検定検知技術が主に使用されてきた。以下
に述べる例では、流体が対象分析物を含んでいるかどう
かの確認に、視覚的には干渉色現象が、器械的には厚さ
の変化の偏光解析法による測定が用いられた。本発明の
実施例となる素子は、スペクトルの紫外域、可視又は赤
外域の多色光又は単色光を照射されることで、分析物が
表面に結合したかどうかを確認することができる。シリ
コン・ウェーファ、酸化シリコンの反射防止層、二酸化
シリコンの最上層、及び生物学的受容物質から成る無反
応の素子は多色光を浴びると、最大吸着がほぼ４７６ナ
ノメータで、金色の干渉色を反射する。対照的に、反応
した素子は多色光を浴びると紫色又は青色の干渉色を反
射（分析物が結合しないところでは金色）し、分析物が
結合したところの最大吸着は５００ナノメータから６５
０ナノメータであった。反応点での色は表面に結合した
分析物の濃度に直接左右される。濃度が高ければ高いほ
ど、色の変化又は彩度は著しくなる。
【００５５】分析物が受容物質と相互反応すると、基材
の最上層の物質の物理的厚さは増加又は減少する。厚さ
の変化の結果、光学的経路の長さも変化する。新しい光
学的経路長は干渉色又は彩度を変化させる。本発明では
与えられた波長の打ち消しあう干渉のための適正な色移
相を達成するために、ＡＲ（反射防止）膜の厚さは、波
長の４分の１の光学的厚さのうち奇数のものより通常少
し小さくしてある。空気は媒体としてはＡＲ膜又は基材
よりも密度が低いため、両方の界面で反射のｐｉ移相が
起こる。移相のうち、同じものは互いに相殺しあう。
の最上層の物質の物理的厚さは増加又は減少する。厚さ
の変化の結果、光学的経路の長さも変化する。新しい光
学的経路長は干渉色又は彩度を変化させる。本発明では
与えられた波長の打ち消しあう干渉のための適正な色移
相を達成するために、ＡＲ（反射防止）膜の厚さは、波
長の４分の１の光学的厚さのうち奇数のものより通常少
し小さくしてある。空気は媒体としてはＡＲ膜又は基材
よりも密度が低いため、両方の界面で反射のｐｉ移相が
起こる。移相のうち、同じものは互いに相殺しあう。
【００５６】よって、正味の移相を調べるのに唯一の要
素となるのは、２ｄ × ｎf によって定義される光学
的経路差である。ｄはＡＲの厚さの実際の測定結果であ
り、ｎf はＡＲ膜の屈折率であると定義される。よって
実際の移相は、２ｄｎ／λに、ラジアンであれば２ｐｉ
を乗じたもの、度数であれば３６０を乗じたものとな
る。ＡＲの厚さはほぼ光学的厚さで波長の４分の１のう
ち奇数のものである。しかし、この例では実際の光学的
厚さは、λ／４にほぼ等しい。ここでλはピーク・パフ
ォーマンスのために選択された波長である。よって位相
のシフトはおよそ１８０度であり、ある種の波長が抑制
されたため部分的な打ち消しあう干渉が起き、（この選
択された例では）金色の干渉色を呈する。
素となるのは、２ｄ × ｎf によって定義される光学
的経路差である。ｄはＡＲの厚さの実際の測定結果であ
り、ｎf はＡＲ膜の屈折率であると定義される。よって
実際の移相は、２ｄｎ／λに、ラジアンであれば２ｐｉ
を乗じたもの、度数であれば３６０を乗じたものとな
る。ＡＲの厚さはほぼ光学的厚さで波長の４分の１のう
ち奇数のものである。しかし、この例では実際の光学的
厚さは、λ／４にほぼ等しい。ここでλはピーク・パフ
ォーマンスのために選択された波長である。よって位相
のシフトはおよそ１８０度であり、ある種の波長が抑制
されたため部分的な打ち消しあう干渉が起き、（この選
択された例では）金色の干渉色を呈する。
【００５７】素子の最上層で分析物が受容物質に結合す
る時、光学的経路は前述したように増加または減少す
る。この例では、分析物と受容物質との結合反応によっ
て引き起こされた実際の厚さの変化は、物質をほぼ２０
オングストローム増加させた。物質の増加量又は減少量
は結合可能な分析物の大きさと量、及び発生可能な反応
結合部位の量の働きである。物質が３０オングストロー
ム増加することも珍しくない。このような光学的経路の
変化の結果、異なる波長が抑制され、分析物の結合域を
決める青色又は紫色の干渉色が生じる。
る時、光学的経路は前述したように増加または減少す
る。この例では、分析物と受容物質との結合反応によっ
て引き起こされた実際の厚さの変化は、物質をほぼ２０
オングストローム増加させた。物質の増加量又は減少量
は結合可能な分析物の大きさと量、及び発生可能な反応
結合部位の量の働きである。物質が３０オングストロー
ム増加することも珍しくない。このような光学的経路の
変化の結果、異なる波長が抑制され、分析物の結合域を
決める青色又は紫色の干渉色が生じる。
【００５８】この検定の干渉標識の明晰度は検定を視る
角度に多少左右される。よって、物質、その厚さ及び最
適なロールオーバー点を生じる屈折率の計算には、この
視角も考慮に入れねばならない。標識強化技術は不要で
はあるが、多種のフィルタ及びポラライザーを使って、
検定表面に対する通常以外の角度からみた干渉標識の明
晰度をより高めることができることが判明している。
角度に多少左右される。よって、物質、その厚さ及び最
適なロールオーバー点を生じる屈折率の計算には、この
視角も考慮に入れねばならない。標識強化技術は不要で
はあるが、多種のフィルタ及びポラライザーを使って、
検定表面に対する通常以外の角度からみた干渉標識の明
晰度をより高めることができることが判明している。
【００５９】標識強化技術を不必要とするために、背景
干渉色をロールオーバー点に近い最適条件に配置して、
反応した時にコントラストの大きい干渉色又は彩度を得
るようにしなければならない。この結果、人間の目が明
瞭に識別できる色のコントラストが得られる。
干渉色をロールオーバー点に近い最適条件に配置して、
反応した時にコントラストの大きい干渉色又は彩度を得
るようにしなければならない。この結果、人間の目が明
瞭に識別できる色のコントラストが得られる。
【００６０】素子上で反応した分析物の既知の濃度は偏
光解析計によって読み取ることができる。この結果得ら
れたデータはより定量的な結果の標準曲線を得るために
使用することができる。本発明の趣旨の範囲内で、分析
物の濃度を測定するその他の方法及び器具を使用できる
ことは明らかなはずである。
光解析計によって読み取ることができる。この結果得ら
れたデータはより定量的な結果の標準曲線を得るために
使用することができる。本発明の趣旨の範囲内で、分析
物の濃度を測定するその他の方法及び器具を使用できる
ことは明らかなはずである。
【００６１】
【実施例】 例１：癌胎児抗原（ＣＥＡ）の検知（免疫検定−非競合
法） 表面が高度に研磨され、与えられた波長で屈折率が４．
０９のシリコン・ウェーファが、平均屈折率が２．０、
物質の厚さが６５３オングストロームになるよう、反射
防止物質としての酸窒化シリコンによって被膜形成され
た。最も顕著なロールオーバー点を達成するために、ほ
ぼ４８０−４７０ナノメータの波長が抑制された。これ
らの波長を抑制するために、反射防止物質は、厚さが６
００オングストロームから５８６オングストロームの間
になるまでエッチングされねばならなかった。
法） 表面が高度に研磨され、与えられた波長で屈折率が４．
０９のシリコン・ウェーファが、平均屈折率が２．０、
物質の厚さが６５３オングストロームになるよう、反射
防止物質としての酸窒化シリコンによって被膜形成され
た。最も顕著なロールオーバー点を達成するために、ほ
ぼ４８０−４７０ナノメータの波長が抑制された。これ
らの波長を抑制するために、反射防止物質は、厚さが６
００オングストロームから５８６オングストロームの間
になるまでエッチングされねばならなかった。
【００６２】反射防止物質の最適な厚さは、受容物質の
屈折率及び厚さによってさらに決定される。これは多く
の場合無視できる要素であり、考慮に入れず済むが、本
例では、屈折率がほぼ１．５でほぼ３０−５０オングス
トロームの物質が活性化された反射防止物質の最上層に
被膜として形成されるべきであると決定された。被膜形
成された受容物質の厚さを乗じた二つの屈折率の比によ
り、より顕著なロールオーバー点を達成するためにはほ
ぼ３５オングストロームの反射防止物質がエッチングさ
れるべきであることが明らかとなった。よって、このス
ライドは反射防止物質がほぼ５６０−５６５オングスト
ロームになるまでエッチングされた。その後、素子は次
の処理により、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノ
プロピルトリメトキシシラン）を用いて化学的に活性化
された。 １．被膜形成されたウェーファは、０．７０トルの酸素
中において、１７５Ｄ．Ｃ．ミリアンペア、２５０ＲＦ
ワットの陽極電流で５分間、酸素プラズマエッチングさ
れた。 ２．酸素プラズマエッチャーから取り出してすぐ、ウェ
ーファは石英のラックに納められた。このラックは、
２．５マイクロリットルのアミノシランを含んだ容器を
固定させた真空乾燥器中に挿入された。 ３．この真空乾燥器は０．０６トルになるまで３０分間
排気された。次に乾燥器は１時間以上かけて温度を１０
０℃まで上げられた。この結果、アミノシランがウェー
ファの表面に気相成長することでウェーファが活性化さ
れた。 ４．ここでウェーファは受容物質を固定させる用意が完
了した。まず、２０ｍｌのＰＢＳ、容量０．１％のグル
タルアルデヒド、及びたんぱく質Ａの活性域を覆う合成
ポリペプチドであるＩＧＡＰ１５０マイクロリットルよ
り成る溶解液が作られた。（他の実験では、たんぱく質
Ａ又はたんぱく質ＧはＩＧＡＰに置換されたが同様な結
果が得られた。） ５．２００マイクロリットルの癌胎児抗原に特異な単一
クローン性抗体（多クローン性にも置換可能）を、ピペ
ットで１ミリリットルあたり１ｍｇになるようにＩＧＡ
Ｐ溶解液に滴下した。 ６．化合した溶解液をペトリ皿中のウェーファの上に配
置して、室温で２時間、振とう槽においてインキュベー
トした。次にペトリ皿を取り除き、冷却器に移して４℃
で４８時間インキュベートして受容抗体物質をさらに固
定した。未結合の物質をすべて取り除くためにウェーフ
ァをイオン除去した蒸留水で洗浄し、Ｎ2流で乾燥し
た。次に金色がかった褐色の素子を既知のＣＥＡ濃度を
持つ五つの血清試料中のＣＥＡ抗原の存在を調べた。
屈折率及び厚さによってさらに決定される。これは多く
の場合無視できる要素であり、考慮に入れず済むが、本
例では、屈折率がほぼ１．５でほぼ３０−５０オングス
トロームの物質が活性化された反射防止物質の最上層に
被膜として形成されるべきであると決定された。被膜形
成された受容物質の厚さを乗じた二つの屈折率の比によ
り、より顕著なロールオーバー点を達成するためにはほ
ぼ３５オングストロームの反射防止物質がエッチングさ
れるべきであることが明らかとなった。よって、このス
ライドは反射防止物質がほぼ５６０−５６５オングスト
ロームになるまでエッチングされた。その後、素子は次
の処理により、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノ
プロピルトリメトキシシラン）を用いて化学的に活性化
された。 １．被膜形成されたウェーファは、０．７０トルの酸素
中において、１７５Ｄ．Ｃ．ミリアンペア、２５０ＲＦ
ワットの陽極電流で５分間、酸素プラズマエッチングさ
れた。 ２．酸素プラズマエッチャーから取り出してすぐ、ウェ
ーファは石英のラックに納められた。このラックは、
２．５マイクロリットルのアミノシランを含んだ容器を
固定させた真空乾燥器中に挿入された。 ３．この真空乾燥器は０．０６トルになるまで３０分間
排気された。次に乾燥器は１時間以上かけて温度を１０
０℃まで上げられた。この結果、アミノシランがウェー
ファの表面に気相成長することでウェーファが活性化さ
れた。 ４．ここでウェーファは受容物質を固定させる用意が完
了した。まず、２０ｍｌのＰＢＳ、容量０．１％のグル
タルアルデヒド、及びたんぱく質Ａの活性域を覆う合成
ポリペプチドであるＩＧＡＰ１５０マイクロリットルよ
り成る溶解液が作られた。（他の実験では、たんぱく質
Ａ又はたんぱく質ＧはＩＧＡＰに置換されたが同様な結
果が得られた。） ５．２００マイクロリットルの癌胎児抗原に特異な単一
クローン性抗体（多クローン性にも置換可能）を、ピペ
ットで１ミリリットルあたり１ｍｇになるようにＩＧＡ
Ｐ溶解液に滴下した。 ６．化合した溶解液をペトリ皿中のウェーファの上に配
置して、室温で２時間、振とう槽においてインキュベー
トした。次にペトリ皿を取り除き、冷却器に移して４℃
で４８時間インキュベートして受容抗体物質をさらに固
定した。未結合の物質をすべて取り除くためにウェーフ
ァをイオン除去した蒸留水で洗浄し、Ｎ2流で乾燥し
た。次に金色がかった褐色の素子を既知のＣＥＡ濃度を
持つ五つの血清試料中のＣＥＡ抗原の存在を調べた。
【００６３】被膜形成したウェーファを使用し、前述の
方法で用意した後述の検定の結果、次のような処理によ
って表１のデータを得た。 １．五つの血清試料のすべてを１０マイクロリットル、
ウェーファ表面に接触させ、ついで３７℃で７分間、イ
ンキュベートした。他の実験では４５℃で３分間インキ
ュベートを行ったが類似の結果が得られた。 ２．７分後、ウェーファをイオン除去した蒸留水で洗浄
して未結合の物質をすべて取り除いた。次にウェーファ
を窒素流で乾燥した。スライドの視覚的検査の結果、分
析物濃度レベルの増加と相関関係にある色彩度を持った
ピンク色の点が見られた。 ３．ウェーファの表面上の結合反応によって生じた厚さ
の変化を実証するために器具を使用した。ウェーファの
反応部分の厚さの変化を、サガックス（登録商標）の比
較偏光解析計を使ってグレースケールを単位として測定
した。
方法で用意した後述の検定の結果、次のような処理によ
って表１のデータを得た。 １．五つの血清試料のすべてを１０マイクロリットル、
ウェーファ表面に接触させ、ついで３７℃で７分間、イ
ンキュベートした。他の実験では４５℃で３分間インキ
ュベートを行ったが類似の結果が得られた。 ２．７分後、ウェーファをイオン除去した蒸留水で洗浄
して未結合の物質をすべて取り除いた。次にウェーファ
を窒素流で乾燥した。スライドの視覚的検査の結果、分
析物濃度レベルの増加と相関関係にある色彩度を持った
ピンク色の点が見られた。 ３．ウェーファの表面上の結合反応によって生じた厚さ
の変化を実証するために器具を使用した。ウェーファの
反応部分の厚さの変化を、サガックス（登録商標）の比
較偏光解析計を使ってグレースケールを単位として測定
した。
【００６４】
【表１】
【００６５】例２：スライドの構成の比較（臨床化学検
定の比較） 光のほぼ同じ波長を抑制するために、二つのシリコン・
ウェーファに二つの異なる反射防止物質を用意した。第
一番目のシリコン・ウェーファは、商業的な方法で酸窒
化シリコンにより被膜形成され、ほぼ５９０オングスト
ロームまでエッチングを施したものである。第二番目の
シリコン・ウェーファ（屈折率は４．１）は、商業的な
方法で屈折率が１．４６の二酸化シリコンにより被膜形
成され、厚さがほぼ８０８オングストロームになるまで
エッチングを施したものである。両方の反射防止物質の
選択された厚さはほぼ４７０−４７４ナノメータ域の波
長を抑制する。第一番目の素子は可視性の高いロールオ
ーバー点を生じるよう構成された。シリコン・ウェーフ
ァの屈折率はほぼ４．１、酸窒化シリコン層の屈折率は
２．０であり、受容物質は考慮に入れられなかった。第
二番目の素子は第一番目の素子と同じ波長を抑制するよ
うに構成されたが、表４の一番目の等式に応じた構成を
しなかったので、コントラストの高いロールオーバー点
を生じなかった。同じテストを各々の素子に行った。
定の比較） 光のほぼ同じ波長を抑制するために、二つのシリコン・
ウェーファに二つの異なる反射防止物質を用意した。第
一番目のシリコン・ウェーファは、商業的な方法で酸窒
化シリコンにより被膜形成され、ほぼ５９０オングスト
ロームまでエッチングを施したものである。第二番目の
シリコン・ウェーファ（屈折率は４．１）は、商業的な
方法で屈折率が１．４６の二酸化シリコンにより被膜形
成され、厚さがほぼ８０８オングストロームになるまで
エッチングを施したものである。両方の反射防止物質の
選択された厚さはほぼ４７０−４７４ナノメータ域の波
長を抑制する。第一番目の素子は可視性の高いロールオ
ーバー点を生じるよう構成された。シリコン・ウェーフ
ァの屈折率はほぼ４．１、酸窒化シリコン層の屈折率は
２．０であり、受容物質は考慮に入れられなかった。第
二番目の素子は第一番目の素子と同じ波長を抑制するよ
うに構成されたが、表４の一番目の等式に応じた構成を
しなかったので、コントラストの高いロールオーバー点
を生じなかった。同じテストを各々の素子に行った。
【００６６】素子はＮ−（２−アミノエチル）−３−ア
ミノプロピルトリメトキシシランを用いて、次に述べる
処理によって活性化された。１．被膜形成されたウェー
ファは、１７５Ｄ．Ｃ．ミリアンペア、２５０ＲＦワッ
トの陽極電流を流した０．７０トルの酸素中で５分間酸
素プラズマエッチングを施した。 ２．ウェーファを酸素プラズマエッチャーから取り出し
てすぐに石英のラックに納めた。このラックを、２．５
マイクロリットルのアミノシランを含んだ容器を固定さ
せた状態で真空乾燥器に挿入した。 ３．真空乾燥器を０．０６トルになるまで３０分間排気
した。次に乾燥器の温度を１時間以上かけて１００度ま
で上げた。この工程の結果、アミノシランのウェーファ
表面への気相成長によりウェーファが活性化された。 ４．ウェーファが活性化され、この活性化の過程で被膜
として形成された官能基が受容物質として作用した。こ
の他の受容可能な物質は表面に被膜として形成されなか
った。
ミノプロピルトリメトキシシランを用いて、次に述べる
処理によって活性化された。１．被膜形成されたウェー
ファは、１７５Ｄ．Ｃ．ミリアンペア、２５０ＲＦワッ
トの陽極電流を流した０．７０トルの酸素中で５分間酸
素プラズマエッチングを施した。 ２．ウェーファを酸素プラズマエッチャーから取り出し
てすぐに石英のラックに納めた。このラックを、２．５
マイクロリットルのアミノシランを含んだ容器を固定さ
せた状態で真空乾燥器に挿入した。 ３．真空乾燥器を０．０６トルになるまで３０分間排気
した。次に乾燥器の温度を１時間以上かけて１００度ま
で上げた。この工程の結果、アミノシランのウェーファ
表面への気相成長によりウェーファが活性化された。 ４．ウェーファが活性化され、この活性化の過程で被膜
として形成された官能基が受容物質として作用した。こ
の他の受容可能な物質は表面に被膜として形成されなか
った。
【００６７】酸窒化シリコンを持つ第一番目のウェーフ
ァは金色がかった茶色の干渉色を反射した。二酸化シリ
コンで被膜形成された第二番目のウェーファは茶色がか
った灰色の干渉色を反射した。次にこの二つのウェーフ
ァを使用してヒトの妊娠を調べた。４つの陽性の尿試料
と一つの陰性のコントロール試料が使用された。
ァは金色がかった茶色の干渉色を反射した。二酸化シリ
コンで被膜形成された第二番目のウェーファは茶色がか
った灰色の干渉色を反射した。次にこの二つのウェーフ
ァを使用してヒトの妊娠を調べた。４つの陽性の尿試料
と一つの陰性のコントロール試料が使用された。
【００６８】検定は、被膜形成された第一及び第二の被
膜形成されたウェーファを使用して以下に述べる方法で
行われた。この検定の結果、表２のデータが得られた。 １．ｐｈ８．０の０．０２ ＭのＴＲＩＳ−ＨＣｌ緩衝
液及び０．７％のウシ血清アルブミンにより尿試料を
１：１に希釈した。緩衝液及びアルブミンは共に市場で
シグマ社から入手可能である。 ２．次に希釈された五つの試料（ほぼ１５マイクロリッ
トル）を用意したウェーファ上に滴下し、室温で３０分
間インキュベートした。 ３．イオン除去した蒸留水でウェーファを洗浄して未結
合の物質をすべて除去し、窒素流で乾燥した。 ４．第一番目の素子（窒化シリコン）の視覚的検査の結
果、陽性の尿が滴下されたところでは、可視性の高い紫
がかった青色の４つの点が見られた。陰性の尿では、ウ
ェーファの金色がかった茶色の表面色には変化が見られ
なかった。第二番目の素子（二酸化シリコン）の視覚的
検査の結果、陽性の尿を接触させたところでは、微かに
４つの灰青色の点が見られた。陰性の試料では茶色がか
った灰色の干渉色に変化は見られなかった。 ５．ウェーファの反応部分の厚さの変化を、サガックス
（登録商標）の比較偏光解析計によってグレースケール
単位で測定した。
膜形成されたウェーファを使用して以下に述べる方法で
行われた。この検定の結果、表２のデータが得られた。 １．ｐｈ８．０の０．０２ ＭのＴＲＩＳ−ＨＣｌ緩衝
液及び０．７％のウシ血清アルブミンにより尿試料を
１：１に希釈した。緩衝液及びアルブミンは共に市場で
シグマ社から入手可能である。 ２．次に希釈された五つの試料（ほぼ１５マイクロリッ
トル）を用意したウェーファ上に滴下し、室温で３０分
間インキュベートした。 ３．イオン除去した蒸留水でウェーファを洗浄して未結
合の物質をすべて除去し、窒素流で乾燥した。 ４．第一番目の素子（窒化シリコン）の視覚的検査の結
果、陽性の尿が滴下されたところでは、可視性の高い紫
がかった青色の４つの点が見られた。陰性の尿では、ウ
ェーファの金色がかった茶色の表面色には変化が見られ
なかった。第二番目の素子（二酸化シリコン）の視覚的
検査の結果、陽性の尿を接触させたところでは、微かに
４つの灰青色の点が見られた。陰性の試料では茶色がか
った灰色の干渉色に変化は見られなかった。 ５．ウェーファの反応部分の厚さの変化を、サガックス
（登録商標）の比較偏光解析計によってグレースケール
単位で測定した。
【００６９】
【表２】
【００７０】二つのウェーファ表面にはそれぞれ同様な
量の分析物が結合したが、分析物の素子への結合によっ
て生じた標識の可視性には違いがあった。酸窒化シリコ
ンで被膜形成された素子は、金色の背景に対してコント
ラストの高い鮮やかな青みがかった紫色の点を生じた。
二酸化シリコンで被膜形成された素子は、灰茶色の背景
に対してさめた灰青色の点を生じた。分析物が少ないと
思われる三番目の試料が二酸化シリコンを施した素子で
はあまり目だった色を出さず、窒化シリコンを施した素
子では可視性が高いことは注目に値する。 例３：リウマチ因子のくさび状検定（準定量的検定） ガラスの顕微鏡スライド支持物を、商業的に実施可能な
被膜形成工程により、クロム基材で被膜形成した。次に
この基材に、反射防止物質、硫化カドミウムで厚さ５０
０オングストローム又は物質まで被膜形成した。次に素
子に希釈ＨＣｌ酸中で機械的エッチングを施し、０オン
グストロームから５００オングストロームのくさび状の
硫化カドミウムを形成した。次にエッチングを施した素
子に、商業的に実施可能な気相成長工程によって二酸化
シリコンで５０オングストロームの被膜を形成した。く
さび状にしたスライドは、ほぼ０から１５０オングスト
ロームの硫化カドミウムからは銀色、１５０から２５０
オングストロームからは褐色、２５０−３２５オングス
トロームは金色、３２５から３７０オングストロームか
らは茶色がかった金色、３７０から４００オングストロ
ームからはマゼンタ色、４００から４４０オングストロ
ームからは深い紫色、４４０から４６５オングストロー
ムからは深い青色、４７５から５００オングストローム
からは藤紫色の反射が、それぞれ多色光下で通常の入射
光への４５度の角度で見たときにあった。
量の分析物が結合したが、分析物の素子への結合によっ
て生じた標識の可視性には違いがあった。酸窒化シリコ
ンで被膜形成された素子は、金色の背景に対してコント
ラストの高い鮮やかな青みがかった紫色の点を生じた。
二酸化シリコンで被膜形成された素子は、灰茶色の背景
に対してさめた灰青色の点を生じた。分析物が少ないと
思われる三番目の試料が二酸化シリコンを施した素子で
はあまり目だった色を出さず、窒化シリコンを施した素
子では可視性が高いことは注目に値する。 例３：リウマチ因子のくさび状検定（準定量的検定） ガラスの顕微鏡スライド支持物を、商業的に実施可能な
被膜形成工程により、クロム基材で被膜形成した。次に
この基材に、反射防止物質、硫化カドミウムで厚さ５０
０オングストローム又は物質まで被膜形成した。次に素
子に希釈ＨＣｌ酸中で機械的エッチングを施し、０オン
グストロームから５００オングストロームのくさび状の
硫化カドミウムを形成した。次にエッチングを施した素
子に、商業的に実施可能な気相成長工程によって二酸化
シリコンで５０オングストロームの被膜を形成した。く
さび状にしたスライドは、ほぼ０から１５０オングスト
ロームの硫化カドミウムからは銀色、１５０から２５０
オングストロームからは褐色、２５０−３２５オングス
トロームは金色、３２５から３７０オングストロームか
らは茶色がかった金色、３７０から４００オングストロ
ームからはマゼンタ色、４００から４４０オングストロ
ームからは深い紫色、４４０から４６５オングストロー
ムからは深い青色、４７５から５００オングストローム
からは藤紫色の反射が、それぞれ多色光下で通常の入射
光への４５度の角度で見たときにあった。
【００７１】次にＮ−（２−アミノエチル）−３−アミ
ノプロピルトリメトキシシランを用いて以下に示す処理
をして素子を化学的に活性化した。 １．被膜形成されたウェーファは、酸素中に１７５Ｄ．
Ｃ．ミリアンペアで２５０ＲＦワットの陽極電流を流し
た０．７トルの真空室で５分間酸素プラズマエッチング
を施した。 ２．ウェーファを酸素プラズマエッチャーから取り出し
てすぐに石英のラックに納めた。そして、５マイクロリ
ットルのＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピ
ルトリメトキシシランを含んだ容器を設置した真空乾燥
器に挿入した。真空室は０．０６トルになるまで３０分
間排気された。そこで乾燥器の温度を１時間以上かけて
１００℃に上げ、アミノシランを完全に気相成長させ
た。 ３．２００マイクログラム／ ｍｌ のＢＧＧと２０ｍｌ
のＰＢＳ（前述のもの）と容量１％のグルタルアルデヒ
ドを混合して受容物質溶解液を形成した。ウェーファを
ペトリ皿に置きこの受容物質溶解液を加えた。 ４．受容物質の固定を高めるために、室温の振とう槽で
１５時間インキュベートした。 ５．インキュベートに続き、イオン除去した蒸留水で洗
浄して未結合のウシ・ガンマグロブリンたんぱく質をウ
ェーファから取り除いた。 ６．スライド器具を洗浄して不特定結合の量を減少させ
た後、器具をブロッキング溶解液に浸し、振とう槽にて
１時間インキュベートした。このブロッキング溶解液
は、２ｕｇ／ｍｌの酸加水分解カゼイン、及び、総容量
が２０ｍｌとなるのに充分なＰＢＳ中の容量／容量比が
１％のグリセリン、及び重量／容量比が２％のスクロー
スから成っている。 ７．このブロッキング工程に次いで、イオン除去した蒸
留水で洗浄して余分なブロッカーをすべて取り除いた。
次にスライドを窒素流で乾燥した。 ８．次にくさび状のスライドに、被膜形成された二つの
陽性の血清試料、及び患者の血清を付着させた。陽性試
料のうち、一つは濃度が希釈剤１ｍｌあたり７００ＩＵ
のものであった。二つめの陽性コントロール試料は濃度
が希釈剤１ｍｌあたり１７５ＩＵであった。これらの試
料は次の工程により用意された。 ａ．陽性の患者血清試料は、比が１：１（血清の容量：
希釈剤の容量）になるようにＰＢＳ（前述したもの）を
加えて希釈された。陽性コントロール試料の一つは、比
が１：１になるようにＰＢＳを加えて希釈し、１ｍｌあ
たりの濃度７００ＩＵを得た。１ｍｌあたり１７５ＩＵ
のコントロール試料は１ｍｌあたり７００ＩＵの試料を
連続希釈することで得られた。コントロール試料の１ｍ
ｌあたりのＩＵ値は、陽性の未知の試料中に通常見受け
られる濃度レベルに応じて多様にすることが可能であ
る。 ｂ．希釈又はコントロール試料のそれぞれ５マイクロリ
ットルをそれぞれのウェーファに置き、加熱ブロック上
において４５度で３分間インキュベートして分析物の固
定を高めた。 ｃ．次にウェーファをイオン除去した水で洗浄して未結
合物質をすべて取り除き、加圧空気流で乾燥させた。く
さび状の素子を多色光のもとで視覚的検査を行うと、ス
ライド上の反応したコントロール試料の反射は類似の色
をしていたが彩度にはばらつきがあった。１７５ＩＵ／
ｍｌのものは、同じ反射防止物質の厚さでは７００ＩＵ
／ｍｌのものより色の鮮やかさが劣っていた。７００Ｉ
Ｕ／ｍｌのもの、つまり高度に陽性のコントロール試料
は、スライドの銀色の背景部分に可視性の標識を呈し
た。低度陽性の１７５ＩＵ／ｐｅｒ ｍｌのものは反射
防止層がより厚い時に可視性の標識を呈した。可視性の
標識はスライドの褐色から金色の背景部分で現れてい
た。生じた色の中で最も顕著なものはロールオーバー点
において見られた。このロールオーバー点では紫味のあ
る茶色がかった金色の背景に、藤紫色の反応標識を生じ
ていた。
ノプロピルトリメトキシシランを用いて以下に示す処理
をして素子を化学的に活性化した。 １．被膜形成されたウェーファは、酸素中に１７５Ｄ．
Ｃ．ミリアンペアで２５０ＲＦワットの陽極電流を流し
た０．７トルの真空室で５分間酸素プラズマエッチング
を施した。 ２．ウェーファを酸素プラズマエッチャーから取り出し
てすぐに石英のラックに納めた。そして、５マイクロリ
ットルのＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピ
ルトリメトキシシランを含んだ容器を設置した真空乾燥
器に挿入した。真空室は０．０６トルになるまで３０分
間排気された。そこで乾燥器の温度を１時間以上かけて
１００℃に上げ、アミノシランを完全に気相成長させ
た。 ３．２００マイクログラム／ ｍｌ のＢＧＧと２０ｍｌ
のＰＢＳ（前述のもの）と容量１％のグルタルアルデヒ
ドを混合して受容物質溶解液を形成した。ウェーファを
ペトリ皿に置きこの受容物質溶解液を加えた。 ４．受容物質の固定を高めるために、室温の振とう槽で
１５時間インキュベートした。 ５．インキュベートに続き、イオン除去した蒸留水で洗
浄して未結合のウシ・ガンマグロブリンたんぱく質をウ
ェーファから取り除いた。 ６．スライド器具を洗浄して不特定結合の量を減少させ
た後、器具をブロッキング溶解液に浸し、振とう槽にて
１時間インキュベートした。このブロッキング溶解液
は、２ｕｇ／ｍｌの酸加水分解カゼイン、及び、総容量
が２０ｍｌとなるのに充分なＰＢＳ中の容量／容量比が
１％のグリセリン、及び重量／容量比が２％のスクロー
スから成っている。 ７．このブロッキング工程に次いで、イオン除去した蒸
留水で洗浄して余分なブロッカーをすべて取り除いた。
次にスライドを窒素流で乾燥した。 ８．次にくさび状のスライドに、被膜形成された二つの
陽性の血清試料、及び患者の血清を付着させた。陽性試
料のうち、一つは濃度が希釈剤１ｍｌあたり７００ＩＵ
のものであった。二つめの陽性コントロール試料は濃度
が希釈剤１ｍｌあたり１７５ＩＵであった。これらの試
料は次の工程により用意された。 ａ．陽性の患者血清試料は、比が１：１（血清の容量：
希釈剤の容量）になるようにＰＢＳ（前述したもの）を
加えて希釈された。陽性コントロール試料の一つは、比
が１：１になるようにＰＢＳを加えて希釈し、１ｍｌあ
たりの濃度７００ＩＵを得た。１ｍｌあたり１７５ＩＵ
のコントロール試料は１ｍｌあたり７００ＩＵの試料を
連続希釈することで得られた。コントロール試料の１ｍ
ｌあたりのＩＵ値は、陽性の未知の試料中に通常見受け
られる濃度レベルに応じて多様にすることが可能であ
る。 ｂ．希釈又はコントロール試料のそれぞれ５マイクロリ
ットルをそれぞれのウェーファに置き、加熱ブロック上
において４５度で３分間インキュベートして分析物の固
定を高めた。 ｃ．次にウェーファをイオン除去した水で洗浄して未結
合物質をすべて取り除き、加圧空気流で乾燥させた。く
さび状の素子を多色光のもとで視覚的検査を行うと、ス
ライド上の反応したコントロール試料の反射は類似の色
をしていたが彩度にはばらつきがあった。１７５ＩＵ／
ｍｌのものは、同じ反射防止物質の厚さでは７００ＩＵ
／ｍｌのものより色の鮮やかさが劣っていた。７００Ｉ
Ｕ／ｍｌのもの、つまり高度に陽性のコントロール試料
は、スライドの銀色の背景部分に可視性の標識を呈し
た。低度陽性の１７５ＩＵ／ｐｅｒ ｍｌのものは反射
防止層がより厚い時に可視性の標識を呈した。可視性の
標識はスライドの褐色から金色の背景部分で現れてい
た。生じた色の中で最も顕著なものはロールオーバー点
において見られた。このロールオーバー点では紫味のあ
る茶色がかった金色の背景に、藤紫色の反応標識を生じ
ていた。
【００７２】患者の血清試料が生じたしみは、視覚的に
は１７５ＩＵ／ｍｌのコントロール試料と類似してい
た。ロールオーバー点で生じた青色標識と視覚的に比較
すると、同じ彩度のものに見える。この準定量的テスト
法により、患者の試料と、素子に被膜として形成された
コントロール試料によって生じた標準色曲線とを比較し
て、試料中の自己免疫指標のおおよその量を調べること
ができる。 例４：セロトニン／ハプテンの検知（競合法） 表面がやや一定でなく、ある特定の波長における屈折率
が４．０２のシリコン・ウェーファに酸窒化シリコンの
反射防止物質で被膜形成することができる。この酸窒化
シリコンの層は、反射防止物質の単独層の公式に応じて
形成することができる。酸窒化シリコンによるこの被膜
の屈折率は１．９２、被膜の厚さはほぼ６０５オングス
トローム（＋／− ５オングストローム）となるであろ
う。この厚さでは被膜形成されたウェーファは紫がかっ
た黄色の干渉色を生じた。この反射防止物質の被膜の最
適な厚さは、反射防止層の上に形成される僅かな量の受
容物質によって大きく変えられてはならない。
は１７５ＩＵ／ｍｌのコントロール試料と類似してい
た。ロールオーバー点で生じた青色標識と視覚的に比較
すると、同じ彩度のものに見える。この準定量的テスト
法により、患者の試料と、素子に被膜として形成された
コントロール試料によって生じた標準色曲線とを比較し
て、試料中の自己免疫指標のおおよその量を調べること
ができる。 例４：セロトニン／ハプテンの検知（競合法） 表面がやや一定でなく、ある特定の波長における屈折率
が４．０２のシリコン・ウェーファに酸窒化シリコンの
反射防止物質で被膜形成することができる。この酸窒化
シリコンの層は、反射防止物質の単独層の公式に応じて
形成することができる。酸窒化シリコンによるこの被膜
の屈折率は１．９２、被膜の厚さはほぼ６０５オングス
トローム（＋／− ５オングストローム）となるであろ
う。この厚さでは被膜形成されたウェーファは紫がかっ
た黄色の干渉色を生じた。この反射防止物質の被膜の最
適な厚さは、反射防止層の上に形成される僅かな量の受
容物質によって大きく変えられてはならない。
【００７３】素子は次の処置によりＮ−（２−アミノエ
チル）−３−アミノプロピルトリメトキシシランを用い
て化学的に活性化された。 １．被膜形成されたウェーファは、１７５Ｄ．Ｃ．ミリ
アンペアで２５０ＲＦワットの陽極電流を流した０．７
１トルの酸素中で５分間酸素プラズマエッチングを施し
てもよい。 ２．ウェーファを酸素プラズマエッチャーから取り出し
てすぐに石英のラックに納め、その後５マイクロリット
ルのアミノシランを入れた容器を固定させた状態で真空
乾燥器に挿入してもよい。 ３．真空室は０．０６トルで３０分間運転するべきであ
る。その後乾燥器の温度を１時間以上かけて１００℃に
上げるべきである。この工程がアミノシランをウェーフ
ァ表面上に気相成長させ、ウェーファは活性化される。
上記の処置が行われると、アミンが誘導された表面を備
えたウェーファができるはずである。アミノシランに対
する表面反応部位数が限られているため、固定されるべ
き物質と無機ウェーファ表面の間に物理的バリアを作る
ためだけでなく、反応部位の密度を増加させるために
も、表面のアミンに有機ポリマーをグラフトさせると有
効であることが判明している。これらの処理に沿った簡
便なアプローチは、過ヨウ素酸塩ナトリウムによって部
分的に酸化した多糖デクストランを使用する。酸化デキ
ストランの緩衝液はアミン誘導化した表面と反応する
と、近傍のアルデヒドとアミンの間でシッフ塩基を形成
する。結果として、ボロハイドライドナトリウムにより
これらのウェーファの還元が起き、安定的で高密度のポ
リメリックアルコール表面が形成される。
チル）−３−アミノプロピルトリメトキシシランを用い
て化学的に活性化された。 １．被膜形成されたウェーファは、１７５Ｄ．Ｃ．ミリ
アンペアで２５０ＲＦワットの陽極電流を流した０．７
１トルの酸素中で５分間酸素プラズマエッチングを施し
てもよい。 ２．ウェーファを酸素プラズマエッチャーから取り出し
てすぐに石英のラックに納め、その後５マイクロリット
ルのアミノシランを入れた容器を固定させた状態で真空
乾燥器に挿入してもよい。 ３．真空室は０．０６トルで３０分間運転するべきであ
る。その後乾燥器の温度を１時間以上かけて１００℃に
上げるべきである。この工程がアミノシランをウェーフ
ァ表面上に気相成長させ、ウェーファは活性化される。
上記の処置が行われると、アミンが誘導された表面を備
えたウェーファができるはずである。アミノシランに対
する表面反応部位数が限られているため、固定されるべ
き物質と無機ウェーファ表面の間に物理的バリアを作る
ためだけでなく、反応部位の密度を増加させるために
も、表面のアミンに有機ポリマーをグラフトさせると有
効であることが判明している。これらの処理に沿った簡
便なアプローチは、過ヨウ素酸塩ナトリウムによって部
分的に酸化した多糖デクストランを使用する。酸化デキ
ストランの緩衝液はアミン誘導化した表面と反応する
と、近傍のアルデヒドとアミンの間でシッフ塩基を形成
する。結果として、ボロハイドライドナトリウムにより
これらのウェーファの還元が起き、安定的で高密度のポ
リメリックアルコール表面が形成される。
【００７４】ポリメリックアルコール表面を初めとし
て、多くの技術を利用してセロトニンと接合するように
表面を活性化させることができる。セロトニンを固定す
るための二つの有効な方法は次の通りである。 １）反応媒体のｐｈに応じてフェノール又は第一アミン
のどちらかを求核置換することで固定する多種の方法。 ２）フェノール環の求電子芳香置換に基づくジアゾニウ
ム塩による固定。第一番目の方法の基本は、セロトニン
自体が多種のｐｈレベルにおいて活性化する性質にあ
る。これらの技術はすべて、表面上の反応化合物をセロ
トニンによって求核置換することに依っている。理論的
には、ｐｈが低いときには、フェノールのＯＨは陽子を
奪われ、フェノキシドとのエーテル結合の形成により固
定するであろう。ｐｈが高く中性に近いときには、第一
アミンの方がフェノールよりも求核性が大きくなり、第
二アミンが形成されることで固定するであろう。この方
法に二つの活性化処理を取り入れることも可能なはずで
ある。 １）塩化シアヌル酸活性化 基本条件下における塩化シアヌル酸との多価アルコール
表面の反応により、ジクロロアルコキシトリアジンが生
じる。このジクロロアルコキシトリアジンは、上述した
ように（化１参照）、次にフェノール又はアミンのどち
らかと反応する可能性がある。塩化シアヌル酸は高度で
特異な活性を維持しながら作用させることが比較的容易
である。このリンカーは、芳香組織のが強固なため、固
定された物質を表面から遠ざけようとする性質がある。 ２）トリホスゲン活性化 強固であり、よって取り扱いも容易なホスゲンと同等の
合成物であるトリホスゲンとの多価アルコール表面の反
応により、クロロフォルムが形成される（化２参照）。
ホスゲンで活性化されたアルコール表面は高度の活性を
有するが、ホスゲンそのものの取り扱いの難しさのため
に、この工程はあまり実用的ではない。上記のようにこ
の方法を使用して、どちら側からでもセロトニンを固定
することが可能である。ジアゾニウム塩を形成すること
により固定する方法が二番目の方法である。この二番目
の方法には、活性化処理としては、多価アルコール表面
を４−ニトロベンゾイル クロライドと反応させ、その
後直ちにハイドロサルファイトにより縮合させること
で、表面を４−アミノベンゾイック エステルで誘導化
することを取り入れることが可能なはずである。ＨＣｌ
中でこの表面を窒化ナトリウムと反応させると不安定な
ジアゾニウム塩が生じる。このジアゾニウム塩はセロト
ニンと反応して、フェノール環の求電子芳香置換を起こ
すはずである（化３参照）。この技術により塩化シアヌ
ル酸組織の硬度は維持され、フェノール又は第一アミン
のどちらをも結び付けない。
て、多くの技術を利用してセロトニンと接合するように
表面を活性化させることができる。セロトニンを固定す
るための二つの有効な方法は次の通りである。 １）反応媒体のｐｈに応じてフェノール又は第一アミン
のどちらかを求核置換することで固定する多種の方法。 ２）フェノール環の求電子芳香置換に基づくジアゾニウ
ム塩による固定。第一番目の方法の基本は、セロトニン
自体が多種のｐｈレベルにおいて活性化する性質にあ
る。これらの技術はすべて、表面上の反応化合物をセロ
トニンによって求核置換することに依っている。理論的
には、ｐｈが低いときには、フェノールのＯＨは陽子を
奪われ、フェノキシドとのエーテル結合の形成により固
定するであろう。ｐｈが高く中性に近いときには、第一
アミンの方がフェノールよりも求核性が大きくなり、第
二アミンが形成されることで固定するであろう。この方
法に二つの活性化処理を取り入れることも可能なはずで
ある。 １）塩化シアヌル酸活性化 基本条件下における塩化シアヌル酸との多価アルコール
表面の反応により、ジクロロアルコキシトリアジンが生
じる。このジクロロアルコキシトリアジンは、上述した
ように（化１参照）、次にフェノール又はアミンのどち
らかと反応する可能性がある。塩化シアヌル酸は高度で
特異な活性を維持しながら作用させることが比較的容易
である。このリンカーは、芳香組織のが強固なため、固
定された物質を表面から遠ざけようとする性質がある。 ２）トリホスゲン活性化 強固であり、よって取り扱いも容易なホスゲンと同等の
合成物であるトリホスゲンとの多価アルコール表面の反
応により、クロロフォルムが形成される（化２参照）。
ホスゲンで活性化されたアルコール表面は高度の活性を
有するが、ホスゲンそのものの取り扱いの難しさのため
に、この工程はあまり実用的ではない。上記のようにこ
の方法を使用して、どちら側からでもセロトニンを固定
することが可能である。ジアゾニウム塩を形成すること
により固定する方法が二番目の方法である。この二番目
の方法には、活性化処理としては、多価アルコール表面
を４−ニトロベンゾイル クロライドと反応させ、その
後直ちにハイドロサルファイトにより縮合させること
で、表面を４−アミノベンゾイック エステルで誘導化
することを取り入れることが可能なはずである。ＨＣｌ
中でこの表面を窒化ナトリウムと反応させると不安定な
ジアゾニウム塩が生じる。このジアゾニウム塩はセロト
ニンと反応して、フェノール環の求電子芳香置換を起こ
すはずである（化３参照）。この技術により塩化シアヌ
ル酸組織の硬度は維持され、フェノール又は第一アミン
のどちらをも結び付けない。
【００７５】次にセロトニンで被膜形成されたウェーフ
ァを、濃度レベルの異なる単一クローン性と多クローン
性両方の多種の抗体に接触させて、発生する結合の量を
観察する。理論的には、ここで金色がかった褐色の素子
を競合検定法で使用して、分析物溶液中のハプテン及び
セロトニンの存在を調べることができるかもしれない。
分析物溶液を抗体溶液と混合して溶液中で結合反応を起
こさせる。この溶液は次にハプテンで被膜形成されたウ
ェーファに接触させなければならない。溶液中に大量の
分析物（ハプテン）が存在すれば、溶液中のハプテンに
まだ結合していない抗体は少ないはずである。この未結
合の抗体はウェーファ表面の固定されたハプテンに結合
し、反応したハプテン−抗体は表面には付着しないはず
である。よって、大量の分析物を含んだ分析物溶液は標
識を少ししか、又は全く生じないのである。溶液中に分
析物（ハプテン）が全く存在しないのであれば、溶液中
の抗体は活性のまま維持され、理論的には明るい藤紫色
の干渉色を生じながらウェーファ表面に結合するであろ
う。分析物の濃度が高ければ高いほど、観察者に見える
藤紫色の標識は低い。このテストは準定量的であっても
よい。ウェーファは多種のハプテン濃度でテストされ、
発生した標識の色は紙片に再現される。次に、未知の分
析物溶液によって反応したウェーファ上に生じた色とこ
の紙片の色を比較する。もう一つの準定量的方法ではテ
スト素子に、反応したハプテン濃度の印を前もってスラ
イド上に付しておいたウェーファを設けている。これに
よりプリント過程における誤った彩色を防ぐことはでき
るが、紙片の使用より費用は高くなる。
ァを、濃度レベルの異なる単一クローン性と多クローン
性両方の多種の抗体に接触させて、発生する結合の量を
観察する。理論的には、ここで金色がかった褐色の素子
を競合検定法で使用して、分析物溶液中のハプテン及び
セロトニンの存在を調べることができるかもしれない。
分析物溶液を抗体溶液と混合して溶液中で結合反応を起
こさせる。この溶液は次にハプテンで被膜形成されたウ
ェーファに接触させなければならない。溶液中に大量の
分析物（ハプテン）が存在すれば、溶液中のハプテンに
まだ結合していない抗体は少ないはずである。この未結
合の抗体はウェーファ表面の固定されたハプテンに結合
し、反応したハプテン−抗体は表面には付着しないはず
である。よって、大量の分析物を含んだ分析物溶液は標
識を少ししか、又は全く生じないのである。溶液中に分
析物（ハプテン）が全く存在しないのであれば、溶液中
の抗体は活性のまま維持され、理論的には明るい藤紫色
の干渉色を生じながらウェーファ表面に結合するであろ
う。分析物の濃度が高ければ高いほど、観察者に見える
藤紫色の標識は低い。このテストは準定量的であっても
よい。ウェーファは多種のハプテン濃度でテストされ、
発生した標識の色は紙片に再現される。次に、未知の分
析物溶液によって反応したウェーファ上に生じた色とこ
の紙片の色を比較する。もう一つの準定量的方法ではテ
スト素子に、反応したハプテン濃度の印を前もってスラ
イド上に付しておいたウェーファを設けている。これに
よりプリント過程における誤った彩色を防ぐことはでき
るが、紙片の使用より費用は高くなる。
【００７６】このテストは通常は視覚的なテストであり
器具を使わないが、比較偏光解析計を使って結合反応に
よる膜厚の変化を確認してもよい。ウェーファの背景部
分及びウェーファの反応部分の光学的厚さを測定し、厚
さの変化を比較することもできるであろう。厚さの変化
を測定に使用した測定単位はグレースケール単位であ
る。この単位は比較偏差解析計から光学検知器に達した
光の彩度を数字で表したものである。標準曲線を得るた
めにグレースケール単位の値は分析物濃度と関連づけて
もよい。表３のデータは同じようなテスト形式によって
異なるハプテンを検知することで得られた。表３のよう
な器具による比較データがセロトニンの検知においても
得られるであろうことが予測できる。その検定は以下に
示された手順によって行うことができるであろう。 １．多種のハプテン濃度の溶液を準備する。第一溶液は
５マイクロリットルのＰＢＳを含んでいた。第二溶液は
水１ミリリットル当り５００ｎｇのハプテンを含んでい
なければならない。水に対するハプテン濃度が、３１ｐ
ｇ／ｍｌ、６２ｐｇ／ｍｌ、１２５ｐｇ／ｍｌ、５００
ｐｇ／ｍｌ、１０００ｐｇ／ｍｌ、及び１０，０００ｐ
ｇ／ｍｌとなるよう、希釈を連続して行う。標準曲線を
得るためにこれらの希釈を利用してもよい。 ２．多クローン性抗体溶液を、ＰＢＳ１ミリリットル当
り抗体がほぼ０．６ｍｇとなるように用意する。 ３．多クローン性抗体を５マイクロリットル、７本の別
々の試験管にとる。５マイクロリットルの第一ＰＢＳ溶
液を１本の試験管に加え溶液を混合する。次に連続希釈
した５マイクロリットルのハプテンを抗体混合物を入れ
た７本の別々の試験管に加え、混合する。 ４．各々の試験管から溶液を５マイクロリットルずつ採
り、被膜形成されたウェーファに接触させる。次にウェ
ーファを４５℃で３分間インキュベートする。 ５．３分後、ウェーファをイオン除去した蒸留水で洗浄
して未結合の物質をすべて取り除く。次にウェーファを
窒素流で乾燥させる。スライドを視覚的に検査すると、
理論的には、抗体ＰＢＳ溶液が加えられたところでは明
るい藤紫色の点、３１ｐｇ／ｍｌのハプテン／抗体 溶
液が置かれたところでは明晰度の劣る青色の点、１０，
０００ｐｇ／ｍｌのハプテン濃度のものが加えられたと
ころでは明るい青紫色の点が現れるはずである。連続希
釈により、より暗い色合いの青色が生じるはずである
が、これはハプテン濃度の減少のためである。 ６．色の変化を物理的に示すのはウェーファ表面に被膜
形成された光学的厚さの変化である。この厚さは比較偏
光解析計により、グレースケールを単位として測定する
ことができる。以下に示す表３は結合した異なる抗体の
測定結果である。このデータは競合法で測定された類似
のハプテンのものであるため、上記の手順で行った測定
と実際に近いものであるはずである。
器具を使わないが、比較偏光解析計を使って結合反応に
よる膜厚の変化を確認してもよい。ウェーファの背景部
分及びウェーファの反応部分の光学的厚さを測定し、厚
さの変化を比較することもできるであろう。厚さの変化
を測定に使用した測定単位はグレースケール単位であ
る。この単位は比較偏差解析計から光学検知器に達した
光の彩度を数字で表したものである。標準曲線を得るた
めにグレースケール単位の値は分析物濃度と関連づけて
もよい。表３のデータは同じようなテスト形式によって
異なるハプテンを検知することで得られた。表３のよう
な器具による比較データがセロトニンの検知においても
得られるであろうことが予測できる。その検定は以下に
示された手順によって行うことができるであろう。 １．多種のハプテン濃度の溶液を準備する。第一溶液は
５マイクロリットルのＰＢＳを含んでいた。第二溶液は
水１ミリリットル当り５００ｎｇのハプテンを含んでい
なければならない。水に対するハプテン濃度が、３１ｐ
ｇ／ｍｌ、６２ｐｇ／ｍｌ、１２５ｐｇ／ｍｌ、５００
ｐｇ／ｍｌ、１０００ｐｇ／ｍｌ、及び１０，０００ｐ
ｇ／ｍｌとなるよう、希釈を連続して行う。標準曲線を
得るためにこれらの希釈を利用してもよい。 ２．多クローン性抗体溶液を、ＰＢＳ１ミリリットル当
り抗体がほぼ０．６ｍｇとなるように用意する。 ３．多クローン性抗体を５マイクロリットル、７本の別
々の試験管にとる。５マイクロリットルの第一ＰＢＳ溶
液を１本の試験管に加え溶液を混合する。次に連続希釈
した５マイクロリットルのハプテンを抗体混合物を入れ
た７本の別々の試験管に加え、混合する。 ４．各々の試験管から溶液を５マイクロリットルずつ採
り、被膜形成されたウェーファに接触させる。次にウェ
ーファを４５℃で３分間インキュベートする。 ５．３分後、ウェーファをイオン除去した蒸留水で洗浄
して未結合の物質をすべて取り除く。次にウェーファを
窒素流で乾燥させる。スライドを視覚的に検査すると、
理論的には、抗体ＰＢＳ溶液が加えられたところでは明
るい藤紫色の点、３１ｐｇ／ｍｌのハプテン／抗体 溶
液が置かれたところでは明晰度の劣る青色の点、１０，
０００ｐｇ／ｍｌのハプテン濃度のものが加えられたと
ころでは明るい青紫色の点が現れるはずである。連続希
釈により、より暗い色合いの青色が生じるはずである
が、これはハプテン濃度の減少のためである。 ６．色の変化を物理的に示すのはウェーファ表面に被膜
形成された光学的厚さの変化である。この厚さは比較偏
光解析計により、グレースケールを単位として測定する
ことができる。以下に示す表３は結合した異なる抗体の
測定結果である。このデータは競合法で測定された類似
のハプテンのものであるため、上記の手順で行った測定
と実際に近いものであるはずである。
【００７７】
【表３】
【００７８】分析物溶液中に存在するハプテンの量が少
ないほど有効抗体濃度は高い。分析物溶液中の有効抗体
濃度が高いほど、固定されたハプテンと溶液中のフリー
な抗体の間の表面結合はより多く起きる。発生する表面
結合が多いほど干渉色変化はより鮮やかになる。反応点
と背景干渉色は、ウェーファの表面が均一でないために
鏡面反射を起こさなかった。 例５：Ａグループの連鎖球菌検知 このテストでは、表面をよく研磨された３つのシリコン
ウェーファ、及びある特定の波長で屈折率がほぼ４から
４．０８の表面が均一でない３つのシリコンウェーファ
を使用した。それぞれのグループは類似の反射防止物質
で被膜形成された。Ａグループは、ある特定の波長で屈
折率が１．９７の酸化シリコンでほぼ５５０オングスト
ロームに被膜形成された。Ｂグループは、ある特定の波
長で１．９５の屈折率をもつ酸窒化シリコンの被膜をほ
ぼ５６０オングストロームに形成された。Ｃグループ
は、ある特定の波長で屈折率が１．９の酸化ほう素の被
膜をほぼ５５０オングストロームに形成された。これら
の被膜形成は、基材表面に一枚の光学的層を被膜として
形成するのに利用される等式に大変近い。
ないほど有効抗体濃度は高い。分析物溶液中の有効抗体
濃度が高いほど、固定されたハプテンと溶液中のフリー
な抗体の間の表面結合はより多く起きる。発生する表面
結合が多いほど干渉色変化はより鮮やかになる。反応点
と背景干渉色は、ウェーファの表面が均一でないために
鏡面反射を起こさなかった。 例５：Ａグループの連鎖球菌検知 このテストでは、表面をよく研磨された３つのシリコン
ウェーファ、及びある特定の波長で屈折率がほぼ４から
４．０８の表面が均一でない３つのシリコンウェーファ
を使用した。それぞれのグループは類似の反射防止物質
で被膜形成された。Ａグループは、ある特定の波長で屈
折率が１．９７の酸化シリコンでほぼ５５０オングスト
ロームに被膜形成された。Ｂグループは、ある特定の波
長で１．９５の屈折率をもつ酸窒化シリコンの被膜をほ
ぼ５６０オングストロームに形成された。Ｃグループ
は、ある特定の波長で屈折率が１．９の酸化ほう素の被
膜をほぼ５５０オングストロームに形成された。これら
の被膜形成は、基材表面に一枚の光学的層を被膜として
形成するのに利用される等式に大変近い。
【００７９】受容物質は２５から３０オングストローム
の厚さに被膜として形成された。この数字は反射防止物
質の最適な厚さの計算には入れられなかった。ウェーフ
ァの３つのグループは、受容物質が付着するよう化学的
に活性化された。活性化は以下の処理によりＮ−２（２
−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシ
ランを用いて行った。 １．被膜形成されたウェーファは、１７５Ｄ．Ｃ．ミリ
アンペアで２５０ＲＦワットの陽極電流を流した０．７
０トルの酸素中で５分間酸素プラズマエッチングを施し
た。 ２．ウェーファを酸素プラズマエッチャーから取り出し
てすぐに石英のラックに納め、２．５マイクロリットル
のアミノシランを入れた容器を固定させた状態で真空乾
燥器に挿入した。 ３．真空室は０．０６トルまで３０分間排気された。そ
の後乾燥器の温度を１時間以上かけて１００℃に上げ
た。この工程がアミノシランをウェーファ表面上に気相
成長させ、ウェーファは活性化された。 ４．これでウェーファは受容物質を固定させる用意が整
ったことになった。まず１ミリリットル当り２５０マイ
クログラムのウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）をリン酸ソ
ーダ緩衝液（ＰＢＳ）に溶解させた。１０ミリリットル
のこの溶液をｐｈ８．５に調整し、６つのウェーファを
納めたプラスチックの培養セル箱にピペットで滴下し
た。 ５．水溶液中２５％のグルタルアルデヒドを５０マイク
ロリットル、この培養セル箱に加えた。１ミリリットル
当り５０マイクログレインのたんぱく質溶液２５マイク
ロリットルもまたこの培養セル箱に加えた。 ６．培養セル箱中の６つのウェーファを振とう槽にて室
温で１時間３０分インキュベートした。 ７．（ベントレックス社から）商業的に入手可能な抗ス
トレップＡ（ウサギで培養）を２００マイクロリット
ル、培養セル箱にピペットで入れ、振とう槽にて室温で
もう１時間インキュベートした。 ８．インキュベートに続いて、この培養セル箱をほぼ４
８時間、４℃で冷却し、受容抗体物質を素子により堅固
に固定した。未結合の物質をすべて取り去るためにウェ
ーファをイオン除去した蒸留水で洗浄し、Ｎ2 流で乾燥
した。６つのウェーファは金色の色合いを見せたが、そ
の中でも３つのウェーファは鏡面反射を呈し、３つのウ
ェーファは非鏡面反射を呈していた。次にこれらのウェ
ーファを使用して、バクテリア形状又はバクテリアの溶
解産物形状のどちらかの形のストレップＡの存在を調べ
た。検定技術は以下に述べる通りである。 １．ウェーファをそれぞれ別々にしてプラスチック製の
小型のテスト素子に納める。このテスト素子は上ぶたの
内側に目の荒い濾過紙が２枚貼着した設計である。各々
のテスト素子の一枚の紙には７マイクロリットルの陽性
コントロール試料、二番目の紙には７マイクロリットル
の陰性コントロール試料が置かれている。ベクトン デ
ィッキンソンから商業的に入手されたこの陽性コントロ
ール試料は、０．０２％のアジ化ナトリウム溶液中でＡ
グループの連鎖球菌を加熱殺菌された。陰性抑制試料
は、ＰＢＳ１ｍｌ当りＢＳＡを５０マイクログラム含ん
だ溶液から得られた。 ２．テスト素子のふたを閉じて被膜形成されたウェーフ
ァに濾過紙を１分間接触させた。 ３．ふたを開けてウェーファを１分間空気乾燥した。次
にウェーファをイオン除去した蒸留水で洗浄し、加圧空
気で乾燥した。ウェーファを視覚的検査した結果、非鏡
面反射ウェーファ上では可視性の高い紫色の点が、鏡面
反射ウェーファ上では紫色の点が現れていた。非鏡面反
射ウェーファを視覚的検査したところ、鏡面反射ウェー
ファよりも角度との関係が小さいということが判明し
た。点はすべてはっきりと区別がつくものであったが、
濃度が低いときの反応色は鮮明度が劣っていた。ここで
器具を使ってウェーファ表面上で起きた結合反応によっ
て生じた嵩の増加を確認した。嵩又は厚さの変化は、サ
ガックス（登録商標）の比較偏光解析計によりグレース
ケール単位で測定された。
の厚さに被膜として形成された。この数字は反射防止物
質の最適な厚さの計算には入れられなかった。ウェーフ
ァの３つのグループは、受容物質が付着するよう化学的
に活性化された。活性化は以下の処理によりＮ−２（２
−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシ
ランを用いて行った。 １．被膜形成されたウェーファは、１７５Ｄ．Ｃ．ミリ
アンペアで２５０ＲＦワットの陽極電流を流した０．７
０トルの酸素中で５分間酸素プラズマエッチングを施し
た。 ２．ウェーファを酸素プラズマエッチャーから取り出し
てすぐに石英のラックに納め、２．５マイクロリットル
のアミノシランを入れた容器を固定させた状態で真空乾
燥器に挿入した。 ３．真空室は０．０６トルまで３０分間排気された。そ
の後乾燥器の温度を１時間以上かけて１００℃に上げ
た。この工程がアミノシランをウェーファ表面上に気相
成長させ、ウェーファは活性化された。 ４．これでウェーファは受容物質を固定させる用意が整
ったことになった。まず１ミリリットル当り２５０マイ
クログラムのウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）をリン酸ソ
ーダ緩衝液（ＰＢＳ）に溶解させた。１０ミリリットル
のこの溶液をｐｈ８．５に調整し、６つのウェーファを
納めたプラスチックの培養セル箱にピペットで滴下し
た。 ５．水溶液中２５％のグルタルアルデヒドを５０マイク
ロリットル、この培養セル箱に加えた。１ミリリットル
当り５０マイクログレインのたんぱく質溶液２５マイク
ロリットルもまたこの培養セル箱に加えた。 ６．培養セル箱中の６つのウェーファを振とう槽にて室
温で１時間３０分インキュベートした。 ７．（ベントレックス社から）商業的に入手可能な抗ス
トレップＡ（ウサギで培養）を２００マイクロリット
ル、培養セル箱にピペットで入れ、振とう槽にて室温で
もう１時間インキュベートした。 ８．インキュベートに続いて、この培養セル箱をほぼ４
８時間、４℃で冷却し、受容抗体物質を素子により堅固
に固定した。未結合の物質をすべて取り去るためにウェ
ーファをイオン除去した蒸留水で洗浄し、Ｎ2 流で乾燥
した。６つのウェーファは金色の色合いを見せたが、そ
の中でも３つのウェーファは鏡面反射を呈し、３つのウ
ェーファは非鏡面反射を呈していた。次にこれらのウェ
ーファを使用して、バクテリア形状又はバクテリアの溶
解産物形状のどちらかの形のストレップＡの存在を調べ
た。検定技術は以下に述べる通りである。 １．ウェーファをそれぞれ別々にしてプラスチック製の
小型のテスト素子に納める。このテスト素子は上ぶたの
内側に目の荒い濾過紙が２枚貼着した設計である。各々
のテスト素子の一枚の紙には７マイクロリットルの陽性
コントロール試料、二番目の紙には７マイクロリットル
の陰性コントロール試料が置かれている。ベクトン デ
ィッキンソンから商業的に入手されたこの陽性コントロ
ール試料は、０．０２％のアジ化ナトリウム溶液中でＡ
グループの連鎖球菌を加熱殺菌された。陰性抑制試料
は、ＰＢＳ１ｍｌ当りＢＳＡを５０マイクログラム含ん
だ溶液から得られた。 ２．テスト素子のふたを閉じて被膜形成されたウェーフ
ァに濾過紙を１分間接触させた。 ３．ふたを開けてウェーファを１分間空気乾燥した。次
にウェーファをイオン除去した蒸留水で洗浄し、加圧空
気で乾燥した。ウェーファを視覚的検査した結果、非鏡
面反射ウェーファ上では可視性の高い紫色の点が、鏡面
反射ウェーファ上では紫色の点が現れていた。非鏡面反
射ウェーファを視覚的検査したところ、鏡面反射ウェー
ファよりも角度との関係が小さいということが判明し
た。点はすべてはっきりと区別がつくものであったが、
濃度が低いときの反応色は鮮明度が劣っていた。ここで
器具を使ってウェーファ表面上で起きた結合反応によっ
て生じた嵩の増加を確認した。嵩又は厚さの変化は、サ
ガックス（登録商標）の比較偏光解析計によりグレース
ケール単位で測定された。
【００８０】前述の例は多種の基材物質、方法、反射防
止物質、分析物、及び受容物質について述べている。こ
れらのウェーファの設計は、例４で述べられた競合法又
は非競合法検定又は阻害検定に使用することが可能であ
る。検定は、免疫検定又は例２で述べたような臨床化学
検定でも酵素検定でもよい。あるいはＤＮＡ又はＲＮＡ
検知のために設計されてもよい。基材は、例３のクロム
のような金属を含む多種の物質とすることが可能であ
る。金属が使用されるときは、想定した屈折率を選択し
た等式に取り入れなければならない。この素子はその表
面をくさび状又は平面にして、素子を定性的素子又は準
定量的素子とすることができる。前記の例はまた、素子
を定量的な器具素子とすることも可能であることを示し
ている。この素子の光学層は、視覚的及び器具による検
査の両方に使用が可能である。このウェーファを測定す
るのに、光の波長又は彩度を測定するよう設計された器
具を使用することもできる。様々な物性値を検知する他
の器具を使用して、このウェーファが器具を使った定性
的又は定量的技術となるようにしてもよい。
止物質、分析物、及び受容物質について述べている。こ
れらのウェーファの設計は、例４で述べられた競合法又
は非競合法検定又は阻害検定に使用することが可能であ
る。検定は、免疫検定又は例２で述べたような臨床化学
検定でも酵素検定でもよい。あるいはＤＮＡ又はＲＮＡ
検知のために設計されてもよい。基材は、例３のクロム
のような金属を含む多種の物質とすることが可能であ
る。金属が使用されるときは、想定した屈折率を選択し
た等式に取り入れなければならない。この素子はその表
面をくさび状又は平面にして、素子を定性的素子又は準
定量的素子とすることができる。前記の例はまた、素子
を定量的な器具素子とすることも可能であることを示し
ている。この素子の光学層は、視覚的及び器具による検
査の両方に使用が可能である。このウェーファを測定す
るのに、光の波長又は彩度を測定するよう設計された器
具を使用することもできる。様々な物性値を検知する他
の器具を使用して、このウェーファが器具を使った定性
的又は定量的技術となるようにしてもよい。
【００８１】前記の例は、分析物付着の標識として干渉
色の変化又は彩度の変化を発生させるために、基材、反
射防止物質、活性化物質、及び受容物質から成る素子を
使い、多種の分析物を検知するこの技術の有効性及び実
用性を説明している。前記の例で使用された基材フォー
マット又は物質に制限されることなく、反射防止物質を
表面に結合させることのできる機能的に同等の基材フォ
ーマット及び基材物質の多種の組合せを利用することが
可能である。
色の変化又は彩度の変化を発生させるために、基材、反
射防止物質、活性化物質、及び受容物質から成る素子を
使い、多種の分析物を検知するこの技術の有効性及び実
用性を説明している。前記の例で使用された基材フォー
マット又は物質に制限されることなく、反射防止物質を
表面に結合させることのできる機能的に同等の基材フォ
ーマット及び基材物質の多種の組合せを利用することが
可能である。
【００８２】反射防止物質の層は活性化されて、受容物
質として機能したり、受容物質をなんらかの作用で素子
に付着又は固定したりすることができる。さらに、本発
明中で使用された反射防止物質は、最も高レベルの打ち
消しあう光干渉が得られるよう、指定された光の波長の
ほぼ４分の１の波長の光学的厚さに被膜として形成され
る。
質として機能したり、受容物質をなんらかの作用で素子
に付着又は固定したりすることができる。さらに、本発
明中で使用された反射防止物質は、最も高レベルの打ち
消しあう光干渉が得られるよう、指定された光の波長の
ほぼ４分の１の波長の光学的厚さに被膜として形成され
る。
【００８３】ＡＲ被膜は指定された波長の４分の１以上
なら多種に形成できる。つまり充分な干渉色を得るため
には打ち消しあう干渉が完全である必要はなく、素子を
照射するためには多色光及び単色光の両方を使用できる
からである。表面に被膜形成されるＡＲ物質の実際の量
は多岐にわたる。これは指定された波長はどの様な波長
のものでもよく、ＡＲ膜の厚さを増加させると小型の分
析物の結合に対する感度がより高い素子ができるからで
ある。
なら多種に形成できる。つまり充分な干渉色を得るため
には打ち消しあう干渉が完全である必要はなく、素子を
照射するためには多色光及び単色光の両方を使用できる
からである。表面に被膜形成されるＡＲ物質の実際の量
は多岐にわたる。これは指定された波長はどの様な波長
のものでもよく、ＡＲ膜の厚さを増加させると小型の分
析物の結合に対する感度がより高い素子ができるからで
ある。
【００８４】ＡＲ層の物質的な組成は、ＡＲ物質及び選
択された基材物質のの屈折率に基づいて選択される。よ
って、物質の組合せが正しく選択されれば、ほとんどす
べてのＡＲ物質を利用することができる。最上層のＡＲ
物質は、活性化されて、受容物質として機能するか又は
受容物質を受容可能なように選択される。ほとんどのＡ
Ｒ物質は、受容物質が素子に付着するようになんらかの
手段で活性化することが可能である。従って、大変多く
の物質を反射防止物質として利用することができる。
択された基材物質のの屈折率に基づいて選択される。よ
って、物質の組合せが正しく選択されれば、ほとんどす
べてのＡＲ物質を利用することができる。最上層のＡＲ
物質は、活性化されて、受容物質として機能するか又は
受容物質を受容可能なように選択される。ほとんどのＡ
Ｒ物質は、受容物質が素子に付着するようになんらかの
手段で活性化することが可能である。従って、大変多く
の物質を反射防止物質として利用することができる。
【００８５】ＡＲ物質及び受容物質の組成、又は、もし
活性化物質が受容物質として機能しているのであればＡ
Ｒ物質及び分析物の組成に応じて、多種の化学的活性化
方法が利用できる。多種の物質又は官能基を活性化物質
又は活性化過程として機能させることが可能である。
活性化物質が受容物質として機能しているのであればＡ
Ｒ物質及び分析物の組成に応じて、多種の化学的活性化
方法が利用できる。多種の物質又は官能基を活性化物質
又は活性化過程として機能させることが可能である。
【００８６】基材は、試験管、ウェーファ、ガラスのス
ライド、マイクロウェル等のどの様な形状でもよく、固
体の支持物、剛性可撓性又は準可撓性の支持物、ゲル、
薄膜等どのような形態でもよい。また、多種の適した物
質、例えばガラス、シリコン、ポリスチレン等ポリメリ
ック炭化水素等のプラスチックから形成してもよい。ま
た非鏡面反射、反射、透過性、鏡面反射のいずれかの性
質を持つ物質から形成してもよい。このように分析物の
検知に有効な多くの方法が可能であるので、前述の技術
を用いて、分析物検知を行う多くの有効なアプローチが
可能であろう。
ライド、マイクロウェル等のどの様な形状でもよく、固
体の支持物、剛性可撓性又は準可撓性の支持物、ゲル、
薄膜等どのような形態でもよい。また、多種の適した物
質、例えばガラス、シリコン、ポリスチレン等ポリメリ
ック炭化水素等のプラスチックから形成してもよい。ま
た非鏡面反射、反射、透過性、鏡面反射のいずれかの性
質を持つ物質から形成してもよい。このように分析物の
検知に有効な多くの方法が可能であるので、前述の技術
を用いて、分析物検知を行う多くの有効なアプローチが
可能であろう。
【００８７】この分析物検知は干渉色変化の視覚的検知
に限られるものではない。色の変化は赤外又は紫外域に
おける変化でもよい。この場合は器具を用いた検知素子
を使用する。反応した素子は、偏光解析計又はなんらか
の作用によって起こった分析物の結合を検知できるその
他の器具を使って、定性的又は定量的に分析することが
可能である。
に限られるものではない。色の変化は赤外又は紫外域に
おける変化でもよい。この場合は器具を用いた検知素子
を使用する。反応した素子は、偏光解析計又はなんらか
の作用によって起こった分析物の結合を検知できるその
他の器具を使って、定性的又は定量的に分析することが
可能である。
【００８８】ここに述べられた発明の趣旨は異なる形で
実施可能であろう。本発明のこのようなその他の実施例
は、先行技術によって限定される場合を除いて、請求の
範囲にすべて含まれるよう意図されている。
実施可能であろう。本発明のこのようなその他の実施例
は、先行技術によって限定される場合を除いて、請求の
範囲にすべて含まれるよう意図されている。
【００８９】
【表４】
【００９０】
【表５】
【００９１】
【化１】
【００９２】
【化２】
【００９３】
【化３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｎ 33/553 Ｇ０１Ｎ 33/553 33/566 33/566 // Ｃ１２Ｑ 1/00 Ｃ１２Ｑ 1/00 Ｃ 1/04 1/04 Ｇ０１Ｎ 33/50 Ｇ０１Ｎ 33/50 Ｐ (72)発明者 モール ダイアナ エム. アメリカ合衆国，コロラド州 80221，デ ンバー ＃204，ウェスト エイティーフ ィフスアベニュー 1640, (72)発明者 エッター ジェフリー ビー. アメリカ合衆国，コロラド州 80302，ボ ウルダー，ディア トレイル ロード 1318, (72)発明者 スタール ティモシー ダブリュー. アメリカ合衆国，コロラド州 80304，ボ ウルダー，ジャクソン サークル 4734,
Claims (46)
- 【請求項１】 表面上に固定した１以上の反射防止物質
層をその表面上で支持する基材、及び分析物と相互反応
の可能な分析物受容物質層表面上で支持する前記反射防
止物質の最上層からなる分析物検知剤において、 前記反射防止物質がある波長において反射が最小でほぼ
ゼロとなるように選択された厚さ及び屈折率の組合せで
あり、これにより分析物検知の標識となる厚さの変化に
対する検知能力が高められたことを特徴とする分析物検
知剤。 - 【請求項２】 前記基材がゲル状であることを特徴とす
る請求項１に記載の検知剤。 - 【請求項３】 前記基材が薄膜であることを特徴とする
請求項１に記載の検知剤。 - 【請求項４】 前記基材が可撓性物質であることを特徴
とする請求項１に記載の検知剤。 - 【請求項５】 前記基材が透過性を持つことを特徴とす
る請求項１に記載の検知剤。 - 【請求項６】 前記基材が反射性を持つことを特徴とす
る請求項１に記載の検知剤。 - 【請求項７】 前記基材が基材物質を支持可能な他の物
質上に被膜として形成されることを特徴とする請求項１
に記載の検知剤。 - 【請求項８】 前記基材がクロムであることを特徴とす
る請求項１による検知剤。 - 【請求項９】 前記反射防止物質が前記基材にパターン
状に被膜形成されていることを特徴とする請求項１に記
載の検知剤。 - 【請求項１０】 前記反射防止物質が前記基材上にくさ
び状に形成された被膜であることを特徴とする請求項１
に記載の検知剤。 - 【請求項１１】 反射防止層の少なくとも一つが電子光
学的物質により成ることを特徴とする請求項１に記載の
検知剤。 - 【請求項１２】 検知される分析物が腫瘍標識であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の検知剤。 - 【請求項１３】 検知される分析物が癌胎児抗原である
ことを特徴とする請求項１に記載の検知剤。 - 【請求項１４】 検知される分析物が妊娠の証拠である
ことを特徴とする請求項１に記載の検知剤。 - 【請求項１５】 検知される分析物が自己免疫指標であ
ることを特徴とする請求項１に記載の検知剤。 - 【請求項１６】 検知される分析物がリウマチ因子であ
ることを特徴とする請求項１に記載の検知剤。 - 【請求項１７】 検知される分析物がバクテリア溶解産
物であることを特徴とする請求項１に記載の検知剤。 - 【請求項１８】 検知される分析物がバクテリアである
ことを特徴とする請求項１に記載の検知剤。 - 【請求項１９】 検知される分析物が連鎖球菌Ａである
ことを特徴とする請求項１に記載の検知剤。 - 【請求項２０】 検知される分析物がハプテンであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の検知剤。 - 【請求項２１】 表面上に固定した１層以上の反射防止
物質層をその表面上で支持可能な基材、及び分析物検知
によって生じた厚さの変化が最小の状態で、抑制された
波長の変化を最大になるよう選択された、基材及び反射
防止物質の厚さ及び屈折率の組合せより成る分析物検知
剤。 - 【請求項２２】 活性化した物質の一枚の層及び反射防
止物質の一枚の層を含む二枚の別々の層から成ることを
特徴とする請求項２１に記載の物。 - 【請求項２３】 分析物をテスト溶液から捕捉可能な反
射防止物質の最上層を備えたことを特徴とする請求項２
１に記載の物。 - 【請求項２４】 前記テスト溶液から分析物を捕捉する
よう活性化可能な物質の最上層を備えたことを特徴とす
る請求項２１に記載の物。 - 【請求項２５】 前記基材がシリコンであることを特徴
とする請求項２１に記載の物。 - 【請求項２６】 前記反射防止物質が酸化窒化シリコン
であることを特徴とする請求項２１に記載の物。 - 【請求項２７】 前記基材が金属であることを特徴とす
る請求項２１に記載の物。 - 【請求項２８】 前記基材が非金属であることを特徴と
する請求項２１に記載の物。 - 【請求項２９】 前記基材がガラスであることを特徴と
する請求項２１に記載の物。 - 【請求項３０】 前記基材がプラスチックであることを
特徴とする請求項２１に記載の物。 - 【請求項３１】 前記反射防止物質が酸化ほう素である
ことを特徴とする請求項２１に記載の物。 - 【請求項３２】 溶液中の分析物の存在をテストするた
めに、被膜形成された支持物を前記溶液に接触させ、 前記支持物の反射の変化に証左される分析物の固定を検
知する工程より成る、溶液中分析物の存在を選択的に検
知する工程。 - 【請求項３３】 前記検知が視覚によるもので、 厚さが媒体中の光の波長のおよそ４分の１で、屈折率が
層の真上及び真下の媒体の屈折率の積のほぼ平方根であ
る反射防止物質の皮膜から成り、前記検知が視覚による
もので、少なくとも一枚の層によってその効果を高めら
れたことを特徴とする請求項３２に記載の工程。 - 【請求項３４】 分析物の存在の検知が器具によって行
われることを特徴とする請求項３２に記載の工程。 - 【請求項３５】 分析物の存在の検知が人間の視覚によ
って行われることを特徴とする請求項３２に記載の工
程。 - 【請求項３６】 分析物の存在の検知が、少なくとも一
枚の濾過紙を使用して行われることを特徴とする請求項
３２に記載の工程。 - 【請求項３７】 分析物の検知が、少なくとも一つのポ
ラライザーを使用して行われることを特徴とする請求項
３２に記載の工程。 - 【請求項３８】 分析物の検知が垂直以外の角度で行わ
れることを特徴とする請求項３２に記載の工程。 - 【請求項３９】 単色光で分析物検知剤を照射する工程
を含むことを特徴とする請求項３２に記載の工程。 - 【請求項４０】 多色光で分析物検知剤を照射する工程
を含むことを特徴とする請求項３２に記載の工程。 - 【請求項４１】 紫外光で分析物検知剤を照射する工程
を含むことを特徴とする請求項３２に記載の工程。 - 【請求項４２】 赤外光で分析物検知剤を照射する工程
を含むことを特徴とする請求項３２に記載の工程。 - 【請求項４３】 基材がポリマーであることを特徴とす
る請求項１による物。 - 【請求項４４】 被膜形成された支持物が、 その表面上に固定した１層以上の反射防止物質層をその
表面上で支持する基材、及び分析物と相互反応可能な分
析物受容物質の一枚の層を表面上に支持するである前記
反射防止物質の最上層から成り、 前記反射防止物質がある波長で反射が最小ほぼゼロとな
るよう選択された厚さと屈折率の組合せであり、これに
より、分析物検知の標識となる厚さの変化の検知能力が
高められたことを特徴とする請求項３２に記載の工程。 - 【請求項４５】 被膜形成された支持物が、 その表面上に固定した１層以上の反射防止物質層をその
表面上で支持可能な基材、分析物検知によって生じた厚
さの変化が最小の状態で、抑制された波長の変化を最大
にするよう選択された、基材及び反射防止物質の厚さ及
び屈折率の組合せより成ることを特徴とする請求項３２
に記載の工程。 - 【請求項４６】 反射防止物質及び基材物質より成り、
溶液中の特定の分析物を検知して可視性のある色の変化
を呈するように調整された被膜形成された素子におい
て、 前記基材物質が少なくとも３．８の屈折率を持ち、光波
長の破壊的及び建設的干渉により反射防止的な干渉色を
生じる色発生物質の層を少なくとも一つ支持し、 前記反射防止物質は人間が色の変化を検知するところで
あり、前記反射防止物質の厚さを除くと厚さがおよそ２
０オングストロームより小さくなる差異膜厚間の点より
ほぼ５０―１５０オングストローム以上小さい厚さであ
り、そして前記反射防止物質が、前記特定の分析物が分
析物受容物質に受容されて結合した時に、可視性のある
色の変化を生じるのに充分な厚さの分析物受容物質層で
被膜形成されていることを特徴とする被膜形成された素
子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US40829189A | 1989-09-18 | 1989-09-18 | |
| US408291 | 1989-09-18 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2513789A Division JP2818292B2 (ja) | 1989-09-18 | 1990-09-18 | 分析物検定方法及び素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10288616A true JPH10288616A (ja) | 1998-10-27 |
| JP2951300B2 JP2951300B2 (ja) | 1999-09-20 |
Family
ID=23615665
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2513789A Expired - Fee Related JP2818292B2 (ja) | 1989-09-18 | 1990-09-18 | 分析物検定方法及び素子 |
| JP10005911A Expired - Lifetime JP2951300B2 (ja) | 1989-09-18 | 1998-01-14 | 分析物検定素子 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2513789A Expired - Fee Related JP2818292B2 (ja) | 1989-09-18 | 1990-09-18 | 分析物検定方法及び素子 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0493484B1 (ja) |
| JP (2) | JP2818292B2 (ja) |
| AT (1) | ATE149252T1 (ja) |
| AU (1) | AU654262B2 (ja) |
| DE (1) | DE69030004T2 (ja) |
| HK (1) | HK1000736A1 (ja) |
| WO (1) | WO1991004491A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7330276B2 (en) | 2003-06-12 | 2008-02-12 | Fujifilm Corporation | Optical interference substrate, target detecting substrate, target detecting apparatus, and target detecting process |
| US8105821B2 (en) | 2002-06-20 | 2012-01-31 | Affymetrix, Inc. | Silane mixtures |
| US8114584B2 (en) | 2002-06-20 | 2012-02-14 | Affymetrix, Inc. | Antireflective coatings for high-resolution photolithographic synthesis of DNA array |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6060237A (en) | 1985-02-26 | 2000-05-09 | Biostar, Inc. | Devices and methods for optical detection of nucleic acid hybridization |
| US5482830A (en) * | 1986-02-25 | 1996-01-09 | Biostar, Inc. | Devices and methods for detection of an analyte based upon light interference |
| US5468606A (en) * | 1989-09-18 | 1995-11-21 | Biostar, Inc. | Devices for detection of an analyte based upon light interference |
| US5541057A (en) * | 1989-09-18 | 1996-07-30 | Biostar, Inc. | Methods for detection of an analyte |
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