JPS63501446A - 化学分析および測定用容量センサ− - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 １、発明の分野 本発明は液体媒体中のアナライトの濃度測定装置に関するものである。さらに具 体的にいえば、本発明はアナライトと生化学的結合系との生物学的特異結合によ ってひきおこされる誘電率の変化を検出するよう独自的に設計された容量センサ ー（ＣａｐａＣｉｔｉＶｆＢ　５ｅｎｉｏｒ　）に関でろものである。その生化 学的結合系は特定のアナライトまたは試験中のアナライトの基に対し℃特異的親 和性をもつよう選ばれろ。

２、従来技術の説明 液体媒体中のアナライト濃度をそのアナライトに対して特異的親和性をもつ結合 性物質を使って測定するために各種の従来技法が試みられた、免疫検定はノ・ブ テン、抗原および抗体のようなアナライトを液体媒体中で同定するのに用いられ る。これらの免疫検定は、抗原と抗体の間の生物学的特異結合のような反応対成 分間の生物学的特異結合に基づいている。結合対の成分の一方を標識化すること はより詳細な定量化を可能にする。

例えば、放射免疫検定法は生物学的特異結合対の成分の一方についての標識とし て放射性同位元素を使用する。同様に、螢光標識は螢光免疫検定の場合に用いら れてきた。

さらに最近では、アナライト濃度を直接的に測定できる電気化学的センサーを開 発する試みがなされてきた。その種のセンサーは免疫検定の実験室的手順を大い に簡略化しかつその速度を上げさせ、そしてより高い精度を提供するものである 。これらのセンサーは一般的には、結合対の一つ（一般的には抗体）が生物学的 特異性で以てその相手対（一般的には抗原）へ結合するときの、物理的、電気的 または光学的の性質の変化を検定する。米国特許第４．３１４，８２１号明細書 （トーツスに、ライス氏による）は圧電発振器へ抗体が結合するときの発振器の 共振周波数の変化を検出している。共振周波数の変化は発振器表面上での結合複 合体の蓄積と比例する（すなわち、抗体−抗原複合体の蓄積が発振器の共振を物 理的に変える）。米国特許第４．２３８，７５７号明細書（ジョンＦ、シュネッ ク氏による）においては、液体媒体中の抗原が蛋白質表面層と接触せしめられ、 抗原−抗体の生物学的特異結合反応を通じてその表面層の荷電を変える。電界効 果トランジスターはこの電荷変化を検出するのに用いられる。同様に、米国特許 第４，４４４，８９２号明細書および第４，３３４，８８０号明細書はある種の 生物学的特異結合反応と一緒におこる電荷変化をポリアセチレン半導体デバイス を使うことによって検出している。

米国特許第４，２１９，３３５号明細書（リチャードＣ，エバソール氏による） はりアクタンス標識（ｒｅａｃｔａｎｃｅ　ｔａｇ　）で以て標識を付けた免疫 反応体の使用を教示している。これらの標識は試験表面の誘電的、導電的または 磁気的性質をかえるので電気的に検出することができろ。この特許は試験表面へ 受容体試薬を結合させることを教示している。ある種の抗体を含む患者体液を試 験領域へ添加し、その抗体が受容体試薬と複合化する。

第二段階において、試験領域１１Ｊアクタンス標識へ結合される第二の免疫反応 体へ露出する。この免疫標識は、受答体試薬−息者体液の複合体と、もし存在す るならば、試験表面上で複合化する。金属または金属酸化物を含むリアクタンス 標識を次に電気的手段によって検出する。

米国特許第４．０５４，６４６号明細書（イワン・ギアエバ氏による）は、抗原 −抗体反応が単分子層を生成するか生物学的分子（ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ　 ’）層を生成するかどうかを電気的手段によって測定する方法を教示している。

抗原が金属支持体を蔽うのに用いられる。この被覆支持体を次にある種の抗体を 含むと考えられる液と接触状態にする。抗体が存在する場合にはそれが抗原層へ 付着し、生物学的分子層を形成する。抗体が存在しない場合には、単分子層が残 る。次の段階は、水銀滴なその上部層上に置き、水銀滴と金属支持体との間のキ ャパシタンスを測定する。水銀滴と金属支持体との間の距離は単分子層と比較し て生物学的分子層では変化するので、測定キャパシタンスも変化する。米国特許 第４，０７２，５７６号明細ｆ（ハンス・アーウィン氏らによる）は液体媒体中 に浸した２個の白金電極板の間の交流電圧インピーダンスを測定することを教示 している。生化学的物質が金属表面上に吸着されろ。試験中の液体が吸着物質に 対して生物学的特異性のアナライトを含む場合には結合がおこる。例えば、抗原 が金属電極上で直接吸着され、そして試験液体中の特異的抗体がそれへ結合して 錯体を形成し、それが金属電極の表面上に残留する。キャパシタンスは、表面が 抗原の単層で以て蔽われるかどうか、あるいは、抗原と抗体の各層で構成される 生物学的分子層が表面上へ吸着されるかどうか、に応じて変る。

発明の要約 本発明は液体媒体中のアナライト濃度を測定するための電気化学的センサーの新 しいタイプを表わしている。本発明は従来法と比べ℃速度と精度を増加させた。

本発明は「オープン」キャパシターを利用するものであり、それは第一容積領域 （ＶＯｌｕｍｅｔｒｉＣｒｅｇｉｏｎ　）Ｖｌの中のより高い電燈と第二容積領 域ｖ２の中のより低い電場をつくり出す。

第一領域Ｖｌ内の誘電率の変化は第二領域■２内の誘電恒数の変化よりも大きい 影響を測定キャパシタンスに及ぼす。生物学的特異性結合反応は大きい生化学的 分子を第一領域Ｖｌ内に位置する表面の中の引きこむかあるいはその表面から放 出するのに用いられる。これらの大きい分子の移動はより高い誘電率をもつ液体 媒体の分子を置換える。領域Ｖｌは、結合用表面から放出される大きい分子が迅 速に領域ｖｌから拡散しそれによってセンサーが比較的迅速に応答することを可 能にするよう、特定的に設計されている。

このセンサーは二つの一般的具体化をもつ。第一の具体化においては、直接結合 形態と呼ぶが、領域■ｌにおける表面が固定化結合剤分子層で以て蔽われろ。そ の結合剤分子は、支持体表面上で固定化された抗体であってよい。その結合剤分 子はビールス、バクテリアまたは大分子のような特定アナライトに関して生物学 的特異性である。このアナライトを含む液体がセンサー上へ導入され、その表面 に近づくとき、アナライトはその固定化された結合剤へ結合する。アナライトが その表面へ結合するとき、液体分子は領域ＶＩから置換され、「オープン」キャ パシターの誘電恒数を変える。

第二具体化は、競合結合具体化とよぶが、より精巧な生化学的結合系を使用する 。この方法は、アナライト分子が比較的小さいときに好まれる。この生化学的結 合系は支持体表面上で固定化されたアナライトまたはアナライト類似体の第一層 をもつ。

結合剤の第二層は、アナライトに対して生物学的特異性であって、固定化アナラ イト層上へ結合され℃いる。この結合剤分子はより大きい分子であり、液体媒体 よりも低い誘電率をもつ。

液体媒体中の遊離アナライト分子がセンサー上へ導入されるとき、それらは固定 化アナライト分子と競合して結合剤分子と結合する。この競合的結合は遊離アナ ライト分子と複合体を形成する結合剤分子のある量を生ずる。この遊離アナライ ト−結合剤の複合体は次に領域■１から拡散し、そのより高誘電性の液体分子が 領域Ｖｌに入ることを可能にし、そして測定されるキャパシタンスを増す。

本発明はまた発明のアナライト・アフィニティ（ａｎａｌｙｔｅａｆｆｉｎｉ　 ｔｙ　）・キャパシターを少なくとも一つの標準（ｒｅｆｅ−ｒｅｎｃｅ　）− ｖ−ｒパシターと組合わセテ示差親和度（ｄｉ　ｆｆｅｒｅｎｔｉａｌａｆｆｉ ｎｉｔｙ）　センサーを形成させることを教示している。標準キャパシターは非 アナライト効果な補償するのに用いられる。

これらの非アナライト効果は温度、イオン濃度、ｐＨ，組成。

および、液体媒体の物理的状態の変化、並びにその液体内部に含まれる他の蛋白 質の非特異的結合、によってひきおこされる液体媒体の誘電率の変化を含む。

本発明の容量センサーは液体中の特定的アナライトの濃度を測定するのに用いる ことができ、そして、生体内または生体外センサーのいずれかとして機能させる ことができる。このキャパシター・センサーはまた環境中の特定的物質の検出に 使用できる。標準キャパシターの使用により、たとえアナライトを含む液体媒体 の物理的および化学的特性が変化するとしても、センサーがアナライト濃度を連 続的に測定することを可能にする。

キャパシタ７ス１１アフイニテ４　（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ａｆｆｉｎｉｔ ｙ）センサーは、バクテリア、ビールス、抗体、大蛋白分子、抗原、ハプテン、 多糖類、糖蛋白質、糖脂質、酵素明害剤、酵素基質、神経伝達物皺およびホルモ ン、を含めた広範囲のアナライトの検出に使用できる。

図面の簡単な説明 図１ａおよびｂは直接結合形態の模型的断面図であり、図１ａは容量センサーの 構造を示し℃おり、図ｘｂは液体媒体中のアナライトの存在を検出する容量セン サーの作動を描いている。

図２ａおよび２ｂは競合結合形態の模型的断面図であり、図２ａはその容量セン サーの構造を示し、図２ｂは液体媒体中のアナライトの存在な検出する容量セン サーの作動を描いている。

図３は複数個の相互に入り組んだ指状物（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔｅｄｚｆｉｎｇ ｅｒＳ　）を使用する「オープン」キャパシターの透視図である。

図４は複数の導体を互いに間隔を置いて挾みこんで角状に巻いた導体（１ｎｔｅ ｒｌｅａｖｅｄ　ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　）を用いる「オープン」キャパシターの 上面図である。

図５は絶縁体中に位置する２本の平行の導電性ワイヤを用いる「オープン」キャ パシターの透視図である。

図ｓａ、ｂ、およびＣは標準キヤ、（ジターの各種の具体化を示す模型的断面図 であり、図６ａは生化学的結合系を含まない標準キャパシターを示し、図６ｂは 結合系のための「ダミー」結合剤を使用する標準キャッジターを示し、図６０は 「ダミー」アナライトと結合剤の対で構成される結合系を使用する標準キ型的断 面図であり１図７ａはアフイニティ・キャパシターと標準キャパシターとの両者 と関連する単一分子篩を示し、図７ｂはアフィニティ・キャパシターと関連する 第一の分子篩と標準キャパシターと関連する第二の分子篩とを示している。

図８は横に並べて置いたアフィニティ・キャパシターと標準キャパシターとをも つ示差親和度センサーの一つの具体化である。

図９は背中合せに置いたアフィニティ・キャパシタート標準キャパシターとをも つ示差親和度センサーの一つの具体化である。

図１０はアフイニティ・キャパシターと標準キャパシターとの間の位相差を検出 する回路模型線図である。

図１１はアフイニティ・キャパシターと少なくとも一つの標準キャパシターとを もつ示差親和度センサーと一緒に使用するためのマイクロプロセッサ−系の模型 線図である。

好ましい具体化の詳細説明 静電各量的ケミカルセンサーは各種の生物学的特異性化学結合法のどれかにより アナライトに対して化学的に敏感であるようにつくることができる。これらの生 物学的特異性結合方法は二つの一般的範躊に入る＝（１）競合的結合形態、およ び（２）直接的結合形態とである。ここで用いるとき、用語「アナライト」は分 析されるべき種を意味する。

図１ａはこのセンサーの第一の一般的結合形態を示す模型的断面図であり、直接 的結合形態とよぶ。第一の導体１０が絶縁材または絶縁支持体１２０表面に置か れ、第二の導体１４も支持体１２の上に置かねかつ第一の導体ｌＯから距離が取 られてこれら両溝体間にチャンネルをつくり出している。二つの導体１０．１４ は薄い電気絶縁層１６で以て蔽われ、生成構造体は「オープン」キャパシターを 形成する。直流または交流電圧をこれら導体間に施こすとき、電気東線１８をも つ電場が発生する。図１ａにおいて一般的に見られるとおり、その電場は容積領 域ｖｌ内のより高い電場強度と容積領域ｖ２内のより低い電場強度とをもつ。

結合剤分子２０は容積領域内の表面上で固定化される。図１ａｉＣおいては、結 合剤は二つの導体間で形成されているチャンネルの内部で固定化されるが、しか し、この固定化結合剤の層が絶縁された導体並びに支持体の上面を蔽う全表面を 蔽ってよい。表面で結合剤を固定化する技法は当業において知られており、本明 細書において後述する。結合剤は、抗体が特定ビールスに対して特異的に結合す るような、アナライトに対して特異的に結合する親和性リガンドである。あるい はまた、その親和性リガンドは、ヌクレオチド同族体およびレクチンが生化学的 アナライトのある種の基へ結合するように、アナライトの特異的な基へ結合して もよい。

図１ｂｌＣおいては、特定アナライトについて試験されるべき液体媒体がこの「 オープン」キャパシター上へ導入される。センサーは生体内医用センサーまたは 環境（ｅｎｖｌｒｏｎｍｅｎｔａｇセンサーの場合のように液体中に浸漬しても よく、あるいは、液体媒体の小容積をセンサー上へ注いでもよい。図１ｂに示す 液体媒体は液体分子２２とアナライト分子２４な含む。液体媒体が容積領域ｖ１ とｖ２で構成されるセンサー容積ＶＴを満たす。液体媒体は血液、尿、涙、唾液 、精液のような体液であることができ、あるいはアナライトを含む他の緩衝化さ れた溶液であってもよい。液体分子２２は一般的には水分子、および少量の蛋白 分子、イオン性物質、などを含む。アナライト種の誘電率は支配的液体分子、一 般的には水分子、の誘電率より低くなければならない。

操作においては、液体媒体中のアナライト種が「オープン」キャパシター・セン サーに入りその表面に近づくときには、それが固定化結合剤（すなわち、リガン ド層）へ結合する。この結合は、結合剤、アナライト、および結合剤−アナライ ト複合体（すなわち、リガンド−アナライト結合種）の間で平衝が達成されるま でおこる。この平衝関係は次式６式％（） によって関係づけられ、ここにＡ−アナライト、Ｂ−結合剤、であり、（Ａ−Ｂ ）は結合複合体である。

アナライト種が表面へ結合するので、領域■１からの液体分子は置換えらね、領 域Ｖｌ中の得られる誘電率が減少する。この誘電率の変化は次の式によって関係 づけられるとおりアナライト種の濃度に比例的である。

（２１ＴＡ　＝　［Ａ］　＋Ｉ：Ａ−Ｂ）（３１ＴＢ　＝　［：Ｂ：］　＋　Ｃ Ａ−Ｂ：１ここに、〔Ａ〕＝遊離アナライト濃度 〔Ｂ〕＝結合剤（配位子）濃度 ［Ａ−Ｂ］　＝結合したアナライト−リガンド複合体ＴＡ　＝＝ニアナライト計 濃度 ＴＢ＝結合剤（リガンド）合計衾度 上紀平衝式は近似にすぎず、センサーの一般的機能を解説するためにのみ用いら れろことは理解されるべきである。量ＴＢ。

固定化結合剤分子の数は既知であり、量Ｋが既知であるか実験によって決定でき 、濃度〔Ａ−３１が「オープン」キャパシターの誘電率の変化によって測定され 、そして、試験体液中のアナライト合計濃度は測定しようとするものである。こ れらの式が一般的に代表的であるためには、領域Ｖｌ中の遊離アナライト分子の 大きいａ度勾配が存在してはならない。この濃度勾配は小容積中の熱的拡散によ って減らされることができろ。それゆえ、ｒオープン」・フェース・キャパシタ ーは、最高の電場束をもつ領域ｖｌが小さく、かつ結合表面２０から放出される アナライト分子が領域■１から移行する短かい拡散距離が存在するよう、特定的 に設計される。非平衝状態中のセンサー応答を測定することも本発明の考えの中 に含まれる。速度論式または実験データーの使用は非平衡測定値を合計アナライ ト濃度へ関係づけることができる。

通常は、ただし排他的に考えるわけではないが、この直接的結合形９についての アナライト種はバクテリア、ビールス、他の抗体、あるいは蛋白質分子のような 大分子（一般的には１５０．０００ダルトンより大きい）である。アナライト分 子が太き（・はどそして誘電的性質が低いほど、アナライトが表面２０へ結合す るときに領域Ｖ１のバルク（ｂｕｌｋ　）誘電率の変化が大きい。表１はこのセ ンサーの直接的結合形態の場合に使用できる結合剤（リガンド）とアナライトの 種類の例を示しているが、限定するつもりのものではない。

表Ｉ 固定化結合剤　アナライト 生物学的特異性抗体　バクテリア 生物学的特異性抗体　ビールス 生物学的特異性抗体　第二の抗体 生物学的特異性抗体　蛋白質分子のような大分子アナライト競合的結合具体化 本発明の第二の一般的具体化が図２乙の模型的断面図において示される。この具 体化が図２乙の模型的断面図において示される。この具体化はセンサーの競合的 結合形態とよばれ、特に、「小」分子であるアナライトを感知するのに有用であ る。この場合に、「小」とは１５０，０００ダルトン（ｌダルトン＝ｘｍ子質量 単位）、抗体のほぼ原子質量、より分子量において著しく小さいものと定義され る。第一の導体２６は絶縁材または支持体２７の表面上ＶＣ置かれ、支持体２７ 上にこれもまた置かれた導体２８は第一導体２６から距離をとって置かれ、この 両溝体間にチャンネルをつくり出している。二つの導体２６．２８は薄い電気絶 縁層３０で以て蔽われ、生成構造体は「オープン」キャパシターを形成し、第一 の直接的結合具体化において用いられるものと類似である。第一の具体化の場合 と同様、直流電圧を導体間に適用するとき、電気線束３２をもつ電場が発生する 。図２ａＶｃおいて一般的に見られるとおり、電場はＶｌの領域内でより高強度 電場をもち、領域■２内におい℃より低い電場強度をもつ。

直接的結合具体化と競合的結合具体化との間の本質的相違は、二層の生化学的結 合系が後者において使用されることである。

第一層３４は容積領域Ｖｌの中の表面の上で固定化されているアナライトまたは そのアナライトの類似体の分子からつくられている。第二層３６はそのアナライ トと生物学的特異性である結合剤の分子からつくられる。この第二層３６は固定 化アナライト層３４へ結合する。この結合剤の分子はアナライト分子と比べると 一般的に大きい。図２ａは二つの導体の間で形成すれたチャンネル内に位置する 二層結合系を示すが、しかし、この二層結合系は絶縁された導体を蔽う全表面並 びに支持体の上面を蔽う。

ｑ２ｂにおいては、特定アナライトについて試験すべき体液媒体が、直接的結合 具体化の場合と同じく、「オープン」キャパシター上へ導入される。液体媒体ま たは緩衝液とから成ることができる液体媒体は体液分子３８とアナライト分子４ ０から構成される。液体分子３８は一般的には水分子、並びに少量の蛋白質分子 、イオン性物質、などを含む。結合剤は支配的液体分子、一般的には水分子、の 誘電率より低い誘電率をもつよう選ばれ、結合剤分子は支配的液体分子より実質 上大きいように選ばれる。

操作にあたっては、液体媒体中のアナライト種が「オープン」キャパシター・セ ンサーに入り二層生化学的結合系に近づくときに、固定化アナライト３４と競合 して結合剤分子３６と結合する。結合剤分子は動的平衝にあるので、固定化アナ ライトへ結合され℃いないこれらの分子の少量がいつも存在する。遊離アナライ トがこの系の中へ入るときには、これらの非結合の結合剤分子のいくらかが遊離 アナライトへ結合する。これは、平衝が回復されるにつれて生化学的結合系の表 面からの結合剤分子の総体的損失をもたらす。結合剤−遊離アナライト複合体は 結合系から領域Ｖ２へ拡散し、高誘電性液体分子に高強度電場領域ｖ１に入らせ る。その結果はキャパシターの誘電率の増加である。誘電率のこの変化は次の式 によって関係づけられるとおり、アナライ、ト種の濃度に比例する：Ｔ６１　’ ｒＡ＝　（Ａ〕十（Ａ−Ｃ）　十（Ａ−Ｂ：１（７１ＴＢ　＝　〔Ｂ）　＋　［ Ａ−Ｂｌ（８３Ｔｏ　＝　［０）　＋　（Ａ−Ｃ）ここに、〔Ａ〕＝結合剤濃度 〔Ｂ〕＝遊離アナライト譲度　゛ 〔Ｃ〕＝固定化アナライト濃度 ［Ａ−Ｃ］　＝固定化アナライトー結合剤複合体ＴＡ　＝結合剤合計濃度 ＴＢ　＝遊離アナライト合計濃度 Ｔｃ　＝固定化アナライト合計濃度 この場合においても上記平衝式は近似に過ぎず、センサーの一般的機能を説明す るためにのみ使用されていることは理解すべきである。これらの式について、量 ＴＡ、結合剤分子数、は既知であり：量に１およびに２が既知であるか実験によ って測定でき；濃度〔Δ・Ｃ］は「オープン」キャパ・ジターの誘電率の変化に よって測定され；量ＴＯ，固定化アナライト分子数は既知であり；そして、試験 液体中の了ナライトの合計濃度（ＴＡ）は測定しようとするものである。これら の式が一般的に代表的であるためには、（１）領域ｖ１において遊離アナライト 分子の大きい濃度勾配があるべきではなく、（２）遊離アナライト−結合剤複合 体（Ａ：Ｂ）が領域ｖｌから迅速に拡散すべきである。この濃度勾配は小容積に わたって熱的拡散によって減らすことができる。それゆえ、「オープン」キャパ シターは、領域Ｖｌが小さく遊離アナライト−結合剤複合体に二層生化学的結合 系から、および領域Ｖ】から移動させる短かい拡散距離が存在するように、特電 的に設計され、そして、領域■１中の遊離アナライトの＃度がそれによって減ら される。出願人は、追加的熱エネルギーおよび液体攪拌の使用が遊離アナライト 分子並びに遊離アナライト−結合剤複合体分子の移動度を増すかもしれないこと を頭に描いている。非平衡状態中のセンサー応答な辿」定することも出願人の意 図の中にある。速度論的方程式および実験的試験の使用により非平衡測定値をア ナライト合計濃度と関係づけることができる。

生化学的結合系の第二層を形成でる結合剤は一般的または特異的親和性のりガン トから選ぶことができ、そして、限定するつもりではないが、抗体、レクチン、 酵素、および受容体な含めてよい。生化学的結合系の第一層を形成する固定化ア ナライトは試験中のアナライトと同じ分子状物質であってよく、あるいは結合剤 に対して生化学的特異性であるアナライト類似体であっ℃よい。固定化了ナライ トは例えば抗原、ハブテン、多糖類、糖蛋白質、糖脂質、酵素阻害剤、酵素基質 、神経伝達物質。

ホルモン、などであり”Ｃよい。固定化アナライトは支持体表面へ共有的に結合 される。表口は特定アナライトについて試験する競合的結合具体化において使用 する生化学的結合剤の非限定的の例１を含む。

表１ 生化学的結合系　アナライト　センサー種類不動化アナライト　結合剤 抗原　抗体　抗原　Ａ ハブテン　抗　体　ハブテン　Ａ 多糖類　レクチン　多糖類　Ｂ 糖蛋白質　レクチン　糖蛋白質　Ｂ 糖脂質　レクチン　糖脂質　Ｂ 酵素圀害剤　酵　素　酵素阻害剤　Ｃ 酵素基質　酵　素　酵素基質　Ｃ 酵素Ｉ害剤　酵　素　酵素基質　Ｃ 神経伝達物質　神経受容体　神経伝達物質　Ｄホルモン　神経受容体　ホルモン 　Ｄ 表口から見られるとおり、競合的結合センサーの四り類が存在する。種類Ａにお いては、結合剤はアナライトに対して特異的である抗体である。アナライトは抗 体またはハブテンであってよい。その生化学的結合系は抗原またはハゲテンのア ナライトの第一固定化層と、この第一層中の固定化アナライトへ生化学的に結合 した生物学的特異性抗体の第二層とから成る。

種類Ｂにおいては、結合剤はレクチンであり、これはアナライトのある群に対し ℃特異的な一般的リガントである。レクチン・ベースのセンサーは、一般的アナ ライト群の中の大キい方の分子が生物学的結合系と反応することを排除する適切 な分子線膜によって、一層特異性のあるものにすることができろ。この種類にお いては１例えば、結合系は多糖の第一固定化層またはある形態の糖残基を含む膜 蛋白質と、その第一層へ結合する一般レクチンの第二層とをもつことができる。

種類Ｃにおいては、結合剤は酵素隔害剤または酵素基質と反応性の酵素である。

この種類においては、例ｉえば、その結合系はセンサー表面上で固定化された特 定酵素についての舶害剤と、その第一層中の明害剤へ結合した酵素な含む第二層 とをもつことができる。試験液体中の特定酵素基質の場合、酵素結合剤はこの結 合系の表面から引抜かれる。

種類りにおいては、結合剤は神経受容体である。この神経受答体は各種の神経毒 およびその他の試剤によって大きくその機能が変えられる。この結合系はセンサ ー表面上で固定化されたスクシニルコリン層と、この第一層へ結合したアセチル コリン受容体分子の第二層とをもつことができろ。神経毒が例えば試験液体中に 存在する場合には、受容体結合挙動は変えられ、それが結合系表面から放出され 、それによってセンサーの誘電的性質を変える。もちろん、これらが不発明の競 合的結合具体化の場合に用いることができる生化学的結合系の例に丁ぎないとい うことは理解されるべきである。

図３．４および５はセンサーの直接的結合具体化または競合的結合具体化のいず れかについて使用できる「オープン」キャパシター構造の各種具体化を示してい る。この「オープン」キャパシターのこれらの各種構造体の各々は類似の特色を 含んでいる。すなわち、［１１キヤパシターの電場強度が第一領域Ｖｌにおいて 第２領域Ｖ２よりも大きく、（２）生化学的結合系が第一領域Ｖｌ中の表面領域 上に置かれており、（３）結合系から放出される分子が領域ｖ１から領域ｖ２中 へ移行する拡散距離が短かい。

図３は複数個の入り組んだ指状物（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔｅｄ　ｆｉｎ−ｇｅｒ ｓ　）を使用する「オープン」キャパシターの迅視図である。

金属導体４２と４４が絶縁用支持体４６の上に置かれている。

各導体は複数個の指状物をもち、他方導体の指と相対Ｂうな入り組み方式で配置 されている。両導体からの入り組んだ指状物は、図１ａおよびｌｂにおいて見ら れるとおりの、高電場領域Ｖｌのかなりの部分から成る複数個のチャンネルを形 成している。

既知の写真平版蝕刻技法を使って支持体上に入り組み指状物を形成させる。支持 体はコーニング７０５９またはアルミナのウェハーのような絶縁材料でつくるこ とができる。入り組み指状物は銅と金でつくることができる。出願人は高さ約１ ミルで間隔が３ミルである２ミルの幅の指を選んだが、ただしその他の寸法も使 用できる。この入り組み指状物は絶縁層４８で以て蔽われている。出願人はこの 絶縁層４８を既知沈着法を使り℃沈着させたパリレンポリマーの１〜２．５ミク ロンの被膜と真空蒸着を使って沈着させたＳｉＯの０．３ミクロンでつくったが 、しかし、別の電気絶縁材料を使用することはできる。直接的結合形態において は、結合剤の層はこの絶縁層４８の上へ固定化されろ。（一般的には図１２１． を見よ）。競合的結合形態においては、その二層生化学的結合系の第一層は絶縁 層４８上へ固定化されル（一般的には図２ａを見よ）。特定アナライトについて 試験されるべき液体をさきに論じたとおり「オープン」キャパシターと接触状態 にさせる。

図４は電気絶縁層で以て蔽われた２個の導体を互いに間隔を置いて夾みこんで角 状に巻いた導体を使用している「オープン」キャパシターの上面図である。この 互いに夾みこんで巻いた金属導体５０と５２は絶縁用支持体５４の上で前述と同 じ技法と材料な使つ℃沈着させた。各導体は約２ミル×２ミルであって互いに夾 みこんで巻いた導体間の間隔は２ミルであるが、ただし、その他の寸法も使用し てよい。直接的結合形態についての結合剤と競合的具体化についての生化学的結 合系は、絶縁導体の表面の上および導体間のチャンネルの中（でおいて固定化さ れる。

２個の導体の入り組み形態と互いに夾みこんで巻いた形態は非限定例であり、そ の他の幾何形が「オープン」キャパシターの所望の姿な提供することができる。

例えば、図５においては「オープン」キャパシターの具体化が示されていて、そ れは成型絶縁体６０の中に埋没させた２本の平行の伝導ワイヤー５６．５８な使 っている。この成型絶縁体６０はそれら法導ワイヤの間に位置しかつそれらと平 行に走る２個のチャンネルを提供するよう造形されている。直流電圧または交流 電圧な導体５６および５８を横切りて適用する場合には、電気線束６２が発生さ れる。一般的に二つのチャンネル内にある容積は、外へ放射的方向へずれた領域 （図１ａと２ａにおけろ領域■２と類似）よりも高い電場強度（図１ａまたは２ ａにおける領域Ｖｌと類似）をもつ。直接的結合具体化についての結合剤、およ び競合的結合具体化についての生化学的結合系は成型絶縁体の表面６４の上で固 定化される。入り組み型具体化および互いに夾みこんで巻いた型の具体化の場合 と同様、次のことがおこる。＋１１キヤパシターの電場強度は二つのチャンネル （領域Ｖｌ）内において。

放射方向延長領域（領域Ｖ２）におけろよりも高く、（２）生化学的結合系また は結合剤は高い電場強度をもつ領域（Ｖｌ）内で固定化され、＋３１結合系から 取出される分子は、二つのチャンネルの領域（高電場強度の領域）から放射方向 にひろがる低電場強度をもつ領域へ移行する短かい拡散距離をもつ。「オープン 」キャパシターのこの具体化は分子篩として作用する１ミリメートルの透析管６ ６中に置き、そして、センサー全体を患者の静脈または動脈中へ挿入して患者の 血液の中の特定アナライトの濃度を測定する。この具体化は追加的な雑音免疫（ ｎｏＩＳｅｉｍｍｕｎｉｔｙ）　を提供するかもしれない。

さらＫ、図３．４または５における具体化の各々において、結合剤または生化学 的結合系の表面領域は領域Ｖｌ中で隆起、波形、あるいは突起の複数個を付加す ることＫよって増すことができる。領域Ｖｌ中で形感されるチャンネル内に置い たこれらの隆起、波型または突起は固定化結合剤または生化学的結合系で以℃蔽 われる。

示差容量センサー 本発明の直接的結合具体化および競合的結合具体化の両方の精度は示差的゛感知 な用いる場合に増す。水差的容量センサーはアナライト・アフィニティ・センサ ー（すなわち、上記の直接的結合性容量センサまたは競合的結合性容量センサー ）と、非アナライト効果を補償する少なくとも一つの標準キャパシターとを使用 する。標準キャパシターは温度、イオン濃度、ｐＨ１組成および液体媒体の物理 的および化学的状態、の変化、並びに液体媒体中にあり得る蛋白質の非特異的結 合、によってひきおこされる液体媒体の誘電率の変化を補償する。図６ａ％ｂお よびＣは標準キャパシターの各種具体化を示す。各標準キャッジターは支持体上 に第一および第二の導体６８．７０を位置させ上述のとおりの「オープン」キャ ッジターを形成する。図６乙におい℃は、直接的結合具体化と競合的結合具体化 の両方と一緒器で使用できる標準キャパシターが示されている。この標準キャパ シターは蛋白質被覆をもたず、すなわち、固定化結合剤または結合系をもたない 。図６ｂにおいては、直接的結合具体化と一緒に使用するだめの標準キヤノぞジ ターが示されている。

この標準キャパシターは「ダミー」結合剤７２の固定化層を含む。この「ダミー 」結合剤はアナライトに敏感な結合剤と同じ種類から選ばれるが、試験環境にお いて見出されない分子に対して生物学的特異性とされる。あるいはまた、標準キ ャパシターがアフィニティ・キャパシターと同じ結合剤を用いる場合には、アナ ライトが標準キャパシターに入るのを妨ぐために分子篩が用いられる。図６Ｃに おいては、競合的結合具体化と一緒に使用するだめの標準キャパシターが示され ている。この標準キャーモジターは、「ダミー」生化学的結合系を含む。この「 ダミー」結合系は「ダミー」結合剤７６と特異的に反応性である固定化「ダミー 」アナライト７４を使用する。「ダミー」アナライトと結合剤とは真のアナライ トと真の結合剤とに密接に匹敵する親和度恒数およびその他の物理特性をもつよ う選ばれる。

抗原−抗体対がアブイニティ・キャパシターの結合系について選ばれる場合には 、「ダミー」抗体は同じ種類の抗体から、および同じ種類の動物から選ばれるが 、アナライト抗原と生物学的特異性ではない。この標準キャパシターは固定化「 ダミー」アナライト層のみを使用し、「ダミー」結合剤を使用しなくてよい。あ るいはまた、この標準キャパシターはアフイニテイ・キャノξジターと同じ抗原 −抗体対を使用してよいが、アナライトが標準キャパシターに入るのを妨げるた めに分子篩は使用される。上記概説の標準キャパシターの各種の種類の各々は液 体媒体中の非７ナライト変化を補償する。しかし、多数の標準キャパシターを１ 個のアフィニティ・キャパシターと一緒に使用できる。これらの標準キャパシタ ーは投与／応答曲線の終点および／または他の特異点を確認する。アナライト濃 度は標準キャパシターによって提供される境界値と比較して、アナライト・アフ ィニティ・キャパシター中の誘電的変化によって測定される。

図７ａ、ｂに示す分子篩は本発明のアフィニティ・センサーが試験液体中に浸漬 されることを可能にする。分子篩は二つの機能を提供する。ｔｌ、ｌそれはセン サー中で結合剤分子を保持し、（２）さる種の大分子が「オープン」キャパシタ ー・センサーに入るのな選択的ＶＣ篩い分ける。図７ａはアナライトーアフイニ ティ・キャパシタ、−７８と標準キャパシター８０となもつ競合結合性示差セン サーの模型図である（簡単のために、生化学的結合系は図７ａにおいて示されて いない）。アナライト−キャパシターおよび標準キャパシターの中へあるいはそ れらから流れる液体分子は分子篩８２と通過せねばならない。分子篩は、液体お よびアナライト分子ｋＷ易に通すことができるがより大きい結合剤分子をセンサ ーから逃れさせない既知構造のものである。抗原−抗体結合系についての細孔径 は、抗体をセンサー内で保つためには１５０，０００ダルトン以下である。分子 篩は、センサーが例１えば患者血液流中に埋込んだ生体内センサーであるときに 特に有用である。分子篩は結合系から放出される結合剤分子が血液流によってセ ンサーから取除かれることを防ぐ。

図７ｂは競合結合性示差センサーの模型図であり、その中で、アナライト・キャ パシター７８と標準キャパシター８０とが別々の分子篩８４と８６なもつ。この 場合には、分子篩８４は結合剤分子がアフィニティ・キャパシターを離れるのを 妨げる。

別の分子篩９６は、標準キャパシターが「ダミー」結合系を使用せずアフィ二テ ィ・キャパシターと同じ結合系を使用する場合に標準キャパシターと一緒に用い られる。この場合に、分子篩８６は次の二つの機能を提供する。Ｉｌ＋結合剤分 子が標準キャパシターを離れるのを妨げ、（２）アナライト分子が標準キャパシ ターに入るのを妨げる。標準キャパシターのこの形は温度変化によってひきおこ される結合剤−固定化アナライト複合体の親和度恒数の変化に対して特に敏感で ある。この性質の分子篩は望ましくない大分子が生化学的結合系と相互作用する のを妨げるのに使用できるということをさらに理解すべきである。その場合には 、分子篩の細孔径は、液とアナライト分子が通過し一方ではより大きい望ましく 分子が分子篩によって阻止されるようなものである。これらの種類の分子篩の構 造、製作および選択は当業者において知られている。

図８および９はアフイニティ・キャパシターと標準キャパシターとを含む示差セ ンサーについての各種具体化を示している。

図８は同一支持体上で横に並んだアフイニテイ・キャノξジター８８と標準キャ パシター９０との上面図である。図９は背中合せＶＣ配置された了フィニテイ・ キャパシター９２と標準キャパシター９４との断面図である。キャパシター間に 置かれた金属シールド９６は各キャノξジターによって発生される電場を隔離す る。横並びおよび背中合せの雨具体化について、試験中の液体媒体はアフィニテ ィーキャパシターと標準キャッジターの両方の上へ同時に導入される。分子篩は 標準キャパシターとアフィニティ・ギヤ／セクターのどちらかまたは両方を蔽う のに用い得ることもまた理解されるべきである。

以下の非限定色は示差センサーのいくつかの特定具体化を記述している。

例１　競合的結合具体化。

アナライトまたはアナライト類似物が誘を性表面で固定化されて生化学的結合系 の第一層を形成する。アナライト特異性抗体が固定化アナライト種へ複合化され 、生化学的結合系の第二層を形成する。センサーは、アナライトに対して透過性 であるよう十分に大きいが抗体をセンサー上またはセンサー近傍にとぢこめるよ う十分に小さい細孔をもつ分子篩膜によって、かこまれている。この例は約１５ ０，０００ダルトンの分子量をもつ抗体と比べて小分子量および中分子量のアナ ライトについて適切である。この例の場合、他を排除するものではないが最も適 切な標準キャパシターは、アナライト感知側と正確に同じ方式でつくられるが、 ただし、「ダミー」アナライトおよびそれと関連の特異的「ダミー」抗体が使用 される。その「ダミー」アナライトとそれの特異的抗体はアナライトおよびアナ ライト特異性抗体特性と密接に匹敵する親和度恒数および他の物理特性をもつよ う選ばれる。標準キヤ／ぐジターもまた分子篩によりでかこまれる。結合「ダミ ー」抗体をもたない第二の標準キャパシターも使用してよい。

例２　直接的結合具体化 特定の細胞、例えばバクテリア、あるいはビールス、あるいは大分子に対し℃特 異的である抗体が「オープン」キャパシターの表面上で固定化され、結合剤分子 を形成する。大分子、バクテリア、またはビールスは、この抗体へ結合するとき 、液体分子（支配的には水分子）のかなりの量な高密度電場容積ｖ１から置換え 、従って検出可能なキャパシタンス変化をひきおこす。この場合、分子篩膜は必 要とされない。しかし、表面を網目体で蔽うことが有用である。このセンサーの 標準側は絶縁支持体上で固定化された「ダミー」抗体をもつキャパシターから成 る。この抗体はアナライトに敏感な抗体と同じ種類のものであるが、しかし試験 環境において見出されない分子に対して特異性となされる。

このセンサーは実施例１と類似であるが、しかし、生化学的結合系の第二層とし て抗体の代りに受容体を用いる。神経毒についての一般的センサーはアセチルコ リン受容体を使って形成される。この受答体が親和性をもつスクシニルコリンの ような基質が誘電的支持体上で固定化され、生化学的結合系の第一層を形成する 。受容体分子は分子篩を使用することによってセンサー内にとぢこめられろ。神 経毒が透過するとき、受容体は表面から引はがされ、キャパシタンスが変化する 。標準キャパシターは、表面固定化用に選ばれる分子が、関心物質がその固定化 層から受答体を引はがすほど大きい親和度をもつ分子であること以外は、アナラ イト感知側と同等につくられる。

上記の三つの例は多数の可能性のあるセンサー形態について使用できるモデルを 示している。上記で示す以外の他の結合剤および生化学的結合系が本発明の領域 内にあることは当然である。

図１Ｏと１１は本発明によって教示されるとおりの示差センサーと一緒に用い得 る二つの可能な回路を描いている模型的線図である。図１Ｏはアフィニティーキ ャパシターと標準キャパシターの間の位相差（ｐｈａ、ｆ３ｅｄｉ　ｆｆｅｒｅ ｒ＋ｃｅ　）を検出ｆる回路の模型線図である。安定発振器９８はアフィニティ ・キャパシター１０２と標準キャパシター１０４へ交流信号を供給する。

これらのキャパシターはトリマー・キャパシター１０４および１０６と並列に置 かれている。位相検出器（ｐｈａｓｅ　ａｅｔｅｃ−ｔＯｒ）１０８はアフィニ ティ・キャパシター１０２と標準キャパシｌ−１０４トノ間の位相角Ｖ　７　） 　（ｐｈａｓｅ　ａｎｇｌｅ　５ｈｉｆｔ）を検出する。位相差は機能的には液 体媒体中のアナライ）ｌ１１１度と関係づけられる。

図１１は示差的センサーと一緒に使用するためのマイクロコンピュータ−系の模 型線図である。この系はアナライト・アフィニティ・キャパシター１１０と複数 の標準キャパシター１１２および１１４とを含む（ただし、単一標準キャパシタ ーを使ってもよい）。アフィニティ・キャパシターおよび標準キャパシター（１ １０，ｌ１２．１１４）を試験する液体と接触させる。

各キャパシターを返振器（１１６，１１８，１２０）へ接続し、キャパシタンス の変化がその関連オツシレーターの振動の周波数を変えろ。各発振器（１１６， １１８，１２０）の出力周波数は関連カウンター（１２２，１２４，１２６）へ 供給され、カウンターは周波数カウントをデジタル型でバス１２８な経てマイク ロコンピュータ−１３０へ送る。式（１）から（８）と類似の索引表または式を マイクロコンピュータ−中に貯え液体媒体中のアナライト濃度の測定がなされる 。この値は出刃ディスプレー１３２上で表示される。アナライト・アフィニティ ・キャパシターと標準キャパシターとの間のキャパシタンスの示差的変化が本発 明によって教示のとおりに−たん理解されると、その他の回路も頭に描くことが できることは当然であるＪ結合系 前述のとお？、直接的結合具体化については、結合剤の分子が支持体表面上で固 定化され、そして、競合的結合形態については、アナライトまたはアナライト類 似体の層が支持体表面上で固定されて生化学的結合系の第一層を形成する。ここ で用いるとき、固定化とは分子を１個または１個より多くの共有結合または他の 生化学的結合によって付着させることを意味する。

各種の固定化技法が画業におい℃知られている。分子上の結合部位は分子の官能 基が干渉をもたないように選ばれる。例えば、直接的結合具体化においては、抗 体（結合剤）が支持体上で。

それのアナライト認識部位およびアナライト結合部位が機能するのに自由である ように、固定化されろ。蛋白質を結合するには、たいていの反応は核的であり、 その核性基は最もしばしばＮＨ２，ＯＨ，またはＳＨである。生化学的結合系の 特定例はアフィニティ・クロマトグラフィの技術におい℃見出され、ウォーター ズ、Ｒ０氏の　「アフィニティ・クロマトグラフィ」、アナリティカル・ケミス トリ（Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　）、第５７巻、Ａ１１．第 １０９９Ａ−１１１４Ａ　ページ、の第０表におい、て列記され、そして、パリ ク、１０氏とｐ、クアトレカサス氏の「アフィニティ・りロマトグラフイ」、ケ ミカル管アンドーエンジ、＝−７１Ｊｙグー　＝　：、−ス（Ｃｈｅｍｉｃａｌ 　ａｎｄ　Ｅｎｇｉ　−ｎｅ８ｒｉｎｇ　Ｎｅｗｓ　）、１９８５年８月２６日 号、第１７−３２頁の１９．２１　、および２２の各ページの図の中で列記され ている。（これらの論文はここで文献として組入れられている）。

付着反応はシアノーゲンプロマイド、活性エステル、エポキサイド、トレシルク ロライド、カルボニルジイミダゾール、チオールおよびジアゾニウム試薬である 。

解説のために、出願人が実施した次の実験例は生化学的結合系の「オープン」ア フィニティ・キャパシターへの共有的結合を示している。その例は環境の中で見 出されかつ菌類様７アリウム（Ｆｕａｒｉｕｍ　）　ＶＣよってつくり出される 、トリコブセン・？４　ｊ　）キシン（ｔｒｉｃｈｏｔｈｅｃｅｎｅ−ｍｙｃｏ ｔｏｘｉｎ　）　Ｔ−２を検出するセンサーである。トリコテセン・マイコトキ シンは農業前であって各種食用穀類の収穫損失をひきおこす。それは人および動 物のムコトキシコース（ｍｕｃｏｔｏｘｉｃｏｓｅ　）の中に含１、「オープン 」キャパシターを０．３ミクロンの厚さのＳｉ０層で以て被覆する。表面の水和 を防ぐ注意を払わないと、表面で構成されるようになる。

２．７ミノ基を以下の諸段階を使って、後の蛋白質付着のためにＳｉＯ表面へ結 合させる。

ａ、支持体を１０％のγ−アミノプロピルートリエトキシシラン（（ＥｔＯ）３ ８１　（ＣＨ２）３ＮＨ２）と乾燥トルエンの中に室温において一晩浸漬し、 ｂ、乾燥トルエンで以て洗滌し、 ０．６０℃で２時間乾燥する。

状態である。

ａ、Ｔ−２分子はピリジンとスクシニシンハイドライドの存在下で加熱すること によってヘミスクシネート誘導体へ変換される。この誘導はこの例においては必 要であるが、しかし、いくつかのヘミスクシネートが一般の市販品から入手し得 る。例えば、ヒドロコーチシン・センサーをつくる際に、ヒドロコーチシンヘミ スクシネートはシグマ°ケミカル社その他から直接購入できる。

ｂ、アナライトのヘミスクシネート誘導体を次に、水溶性カルボジイミドを触媒 として使って、シラン化表面のｒ−アミノ官能基へ複合化させる。Ｔ−２アナラ イトはここではこの「オーブン」キャパシターの表面で固定化され。

その表面は次のとおりと思われる。

４、生化学的結合系の第二層は、抗Ｔ−２毒素抗体を、オープンフェースキャパ ７ターの表面を浸す流体へ添加することによって生成させる。抗体は標準的免疫 検定の場合と類似の親和度で以℃結合する（　５．２８ＸＩ　０７℃１モル）。

得られた生化学的結合系は表面上で固定化されたＴ−２アナライトの第一層とそ の固定化層へ特異的に結合した抗Ｔ−２毒素抗体の第二層とをもつ。

抗Ｔ−２抗体と固定化Ｔ−２毒素とは動的平衝にあるので、遊離Ｔ−２−２毒素 の流入は七〇平衝を乱し、抗体を固定化表面から引き抜き遊離アナライト−抗体 の錯体な形成する。

高い電場強度をもつキャパシター・センサーの領域、領域ｖｌ。

からの遊離アナライト−抗体錯体の除去は、液体媒体中の遊離Ｔ−２分子の濃度 の直接的指標であるキャパシタンス変化をひきおこす。

明らかに、上述の教示に照らす場合、本発明の多くの修正と変更が可能である。

それゆえ、付属の請求の範囲内において、本発明は特定的に記述したもの以外に 実施できることは当然である。

ＦＩＧ、ｌａ　ＦＩＧ、１ｂ ＦＩＧ、２ａ　Ｆｌ（３，２ｂ Ｆｌ（３，３ ＦＩＧ、６ｃ Ｆｌに、７ａ ＦＩＧ、１０ ＦＩＧ、１１ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．水性溶媒をもつ液体の中のアナライトの存在を検出するデバイスであって、 第一の導体とこの第一導体から距離を置いた第二の導体とをもつ支持体； 上記の第一および第二導体に上にひろがり、そして一つの面を規定する電気絶縁 層； 抗原と、アナライトと生物学的特異結合が可能な抗体とから成る群から選ばれる 結合剤； 上記結合剤に適合しかつ上記の表面へ上記結合剤を共有結合的に結合させる連結 用分子； を含む感知用キャパシターと、 上記感知用キャパシターへ電気的に結合され、上記の第一および第二導体の間の キャパシタンス変化に応答する回路手段と、 から成るデバイス。 ２．上記回路手段が、 上記第一および第二導体の間と近傍に位置する平均的高電場強度の第一領域をも つ電場を発生させるための、上記第一および第二導体へ接続される発生手段；お よび、上記第一領域内の平均的誘電性質の変化に応答するための、上記発生手段 へ結合された指示手段であって、その際、上記アナライトと上記結合剤との間の 直接的結合が上記水性溶媒の分子を上記第一領域から置換して上記の平均的誘電 性質の可検出変化をひきおこさせ、アナライトが上記の水性溶媒の分子と異なる バルク誘電率をもち、そして、アナライトが各結合アナライトについて多くの溶 媒分子を置換えるよう上記水性溶媒の分子よりはるかに大きい寸法をもつ、指示 手段； から成る、請求の範囲第１項に記載のデバイス。 ３．上記絶縁層が上記の第一および第二導体とこの第一および第二導体間の介在 領域の上にひろがりかつそれらを蔽い、そして、上記絶縁層が上記表面を規定し 、上記連結用分子が上記結合剤を上記表面へ共有結合的に結合させる、請求の範 囲第２項に記載のデバイス。 ４．上記の第一導体が上記支持体上に配置した複数個の指状物から成り、上記第 二導体が上記支持体上に配置した複数個の指状物から成り、上記第一導体の指状 物が上記第二導体の指状物と入り組んでいる、請求の範囲第３項に記載のデバイ ス。 ５．水性溶媒をもつ液体の中のアナライトの存在を検出するためのデバイスであ って、このデバイスが、第一導体と、この第一導体から間隔が置かれてそれらの 間に第一の容積領域を規定する第二導体とをもつ支持体；上記の第一および第二 導体を蔽う電気絶縁層；アナライトを上記第一容積領域の中へ集中させるための 生化学的結合手段であって、その生化学的手段が、ａ．アナライトと生物学的特 異的に結合できる抗原および抗体から成る群から選ばれる結合剤、とｂ．上記結 合剤に適合しかつ上記第一容積領域内の表面へ上記結合剤を共有結合的に結合さ せる連結用分子を含む、生化学的結合手段； を含むセンサー・キャパシターと、 上記第一および第二導体へ電気的に結合され、上記第一容積領域中の平均的誘電 性質に応答する指示手段と、から成り、その際、アナライトと結合剤との間の直 接的結合が上記第一容積領域から水性溶媒の分子を置き換えて上記の平均的誘電 性質の検出可能変化をおこさせ、アナライトが上記水性溶媒の分子と異なるバル ク誘電率をもち、アナライトが各結合アナライトについて多くの溶媒分子を置き 換えるよう上記水性溶媒の分子よりはるかに大きい寸法をもつ、デバイス。 ６．上記の第一および第二導体の間の介在領域が上記表面を規定し、上記連結用 分子が上記結合剤を上記表面へ共有結合的に結合させる、請求の範囲第５項に記 載のデバイス。 ７．上記第一導体が上記支持体上で沈着されかつ上記支持体の上方をある距離ひ ろがる複数個の指状物から成り、上記の第二導体が上記支持体上で沈着されかつ 上記支持体の上をある距離ひろがる複数個の指状物から成り、上記第二導体の指 状物を上記第二導体の指状物と入り組ませ、上記第一容積領域的領域を規定する チャンネルが上記第一導体と第二導体の間に形成され、そして、上記の複数個の 指状物が絶縁層で以って蔽われている、請求の範囲第５項に記載のデバイス。 ８．水性溶媒をもつ液体の中のアナライトの存在を検出するためのデバイスであ って、そのデバイスが、第一および第二の間隔を置いた導体をそれらの間でチャ ンネルを形成するよう蔽っている電気絶縁用物質；アナライトを上記チャンネル 中へ集中させるための生化学的結合手段であって、この生化学的結合手段であっ て、この生化学的結合手段が ａ．アナライト生物学的特異的に結合することができる抗原と抗体から成る群か ら選ばれる結合剤、およびｂ．上記結合剤に適合しかつ上記チャンネル内の表面 へ上記結合剤を共有結合的に結合させるよう適合させた連結用分子、 を含む生化学的結合手段； を含む感知用キャパシターと、同じ第一および第二導体へ電気的に結合され上記 チャンネル中の平均的誘電性質に応答する指示手段と、から成り、アナライトと 結合剤との間の直接的結合が上記水性溶媒の分子を上記チャンネルから置換して 上記の平均的誘電性質の検定可能変化をひきおこし、アナライトが上記水性溶媒 の分子と異なるバルク誘電恒数をもち、そして、アナライトが各結合アナライト について多くの溶媒分子を置換するよう上記水性溶媒の分子よりはるかに大きい 寸法をもつ、デバイス。 ９．上記の第一および第二導体が上記絶縁材料中に埋没された平行の導電性ワイ ヤであり、上記絶縁材料が上記導電性ワイヤーの間でかつ平行に走る上記チャン ネルを提供するよう造形される、請求の範囲第８項に記載のデバイス。 １０．上記の第一および第二導体が成型絶縁体中へ埋め込まれた平行の導電性ワ イヤであり、上記成型絶縁体が上記導電性ワイヤの間に位置しかつ平行に走る上 記チャンネルを提供するよう造形される、請求の範囲第８項に記載のデバイス。 １１．第二導体から間隔が置かれた第一導体をもつ支持体、上記の第一および第 二導体の上にひろがり標準表面を規定する電気絶縁層、をもった標準キャパシタ ー；および、同じ標準キャパシターへ電気的に結合され上記第一および第二導体 の間のキャパシタンス変化に応答する標準回路； からさらに成る、請求の範囲第１項に記載のデバイス。 １２．上記回路手段によって検出されるキャパシタンスを上記標準回路によって 検出されるキャパシタンスと比較するための示差的手段からさらに成る、請求の 範囲第１１項に記載のデバイス。 １３．上記の標準キヤバンターが、 上記アナライトと生物学的特異的に結合することができる抗原および抗体から成 る群から選ばれる結合剤；上記結合体に適合しかつ上記標準表面へ上記結合体を 共有結合的に結合させる連結用分子；および、上記標準キャパシターの上記第一 および第二導体をかこい、水性溶媒の通過を許すがアナライトの通過を阻止する よう選ばれた細孔寸法をもつ分子篩； からさらに成る、請求の範囲第１１項に記載のデバイス。 １４．上記標準キャパシターが、連結用分子によって上記標準表面上で固定化さ れ、試験中のアナライトに対して生物学的特異性でない、「ダミー」生化学的結 合剤からさらに成る、請求の範囲第１１項に記載のデバイス。 １５．上記の第一および第二導体が半導性物質から本質的に成る、請求の範囲第 １項に記載のデバイス。 工６．液体中のアナライトの存在を検出するデバイスであって、上記デバイスが 、 第一導体と、この第一導体から距離を置いた第二導体とをもつ支持体； 上記第一および第二導体の上にひろがり、一つの表面を規定する電気絶縁層； 生物学的特異性結合部位をもつ第一有機化合物；上記第一有機分子に適合しかつ 上記表面へ第一有機分子を共有的に結合させる連結用分子； 抗体、レクチン、酵素、および神経受容体から成る群がら選ばれる有機化合物か ら本質的に成り、かつ上記第一有機化合物へ可逆的に結合され、上記第一有機化 合物と上記アナライトの両方と生物学的特異的に反応性である、結合剤； を含み、その際、アナライト含有液への上記結合剤の露出が競合的結合によって 結合剤／アナライト錯体の形成をひきおこし、上記の結合剤／アナライト錯体が 上記表面から拡散するよう遊離状である、感知用キャパシターと、上記感知用キ ャパシターへ電気的に結合され、上記第一および第二導体との間のキャパシタン ス変化に応答する回路手段と、 から成るデバイス。 １７．上記回路が、 上記第一および第二導体へ接続され、上記導体間およびそれらの近傍で位置する 高い平均電場強度の第一領域をもつ電場を発生させるための発生用手段；および 、上記発生用手段へ結合され、上記第一領域内の平均的誘電性質の変化に応答す るための指示用手段；とから成り、その際、上記第一領域からの上記結合剤／ア ナライト錯体の拡散が液体分子の上記第一領域中への移動をひきおこし、それに よって上記の平均的誘電性質の検出可能変化をひきおこす、請求の範囲第１６項 に記載のデバイス。 １８．上記結合剤が上記アナライト分子より寸法が大きく液体の支配分子より寸 法が大キくなるように選ばれ、かつ、上記結合剤の誘電性質が液体の支配分子と 異なる、請求の範囲第１６項に記載のデバイス。 １９．上記の第一および第二導体をかこう膜からさらに成り、この膜がアナライ トを通すがしかし上記結合剤を通すことがたい細孔径をもち、従って上記結合剤 が上記膜によってかこわれた上記第一および第二導体に隣接する容積の中で保持 される、請求の範囲第１８項に記載のデバイス。 ２０．上記第一有機化合物が抗原、ハプテン、多糖類、糖蛋白質、糖脂質、酵素 阻害剤、酵素基質、神経伝達物質、およびホルモンから成る群から選ばれる、請 求の範囲第１６項に記載のデバイス。 ２１．上記アナライトが抗原であり、上記結合剤が上記抗原アナライトに対して 生物学的特異性の抗体であり、かつ、上記第一有機化合物が上記抗原アナライト と、上記結合剤に対して生物学的特異性である上記抗原アナライト類似物とから 成る群から選ばれる、請求の範囲第１６項に記載のデバイス。 ２２．上記アナライトがハプテンであり、上記結合剤が上記ハプテンアナライト に対して生物学的特異性の抗体であり、かつ、上記第一有機化合物が上記ハプテ ンアナライトと上記結合剤に対して生物学的特異性である上記ハプテンアナライ ト類似物とから成る群から選ばれる、請求の範囲第１６項に記載のデバイス。 ２３．上記第一導体が上記支持体上で沈着されかつ上記支持体上のある距離をひ ろがる複数個の指状物から成り、上記第二導体が上記支持体上で沈着されかつ上 記支持体上のある距離をひろがる複数個の指状物から成り、上記第二導体の指状 物が上記第一導体の指状物と入り組んでおり、それによって、上記第一および第 二導体間でチャンネルが形成され、かつ、上記複数個の指状物が電気絶縁層で蔽 われる、請求の範囲第１６項に記載のデバイス。 ２４．上記生化学的結合系が上記チャンネル内で上記電気絶縁層上で固定化され る、請求の範囲第２３項に記載のデバイス。 ２５．上記第一有機化合物が試験中のアナライト分子と、上記結合剤へ生物学的 特異性である上記アナライトの類似分子とから成る群から選ばれる、請求の範囲 第１６項に記載のデバイス。 ２６．第二導体から離して置いた第一導体をもつ支持体、その種の第一および第 二導体の上でひろがり、標準表面を規定している電気絶縁層、から成る標準キャ パシター；および、上記標準キャパシターへ電気的に結合され、上記第一および 第二導体間のキャパシタンス変化に応答する標準回路；からさらに成る、請求の 範囲第１６項に記載のデバイス。 ２７．上記標準表面上で連結用分子で以て固定化された第一の標準有機化合物と 、この第一標準有機化合物上へ可逆的に結合される標準結合剤とから成り、この 標準結合剤が上記アナライトに対して生物学的特異性でない、「ダミー」生化学 的系からさらに成る、請求の範囲第２６項に記載のデバイス。 ２８．上記標準表面上で連結用分子で以て固定化された第一の標準有機化合物か ら成り、この第一標準有機化合物が上記アナライト分子に対して生物学的特異性 でない、「ダミー」生物学的特異性の系からさらに成る、請求の範囲第２６項に 記載のデバイス。 ２９．連結用分子で以て上記標準表面へ固定化された第一の有機化合物とこの第 一の有機化合物へ可逆的に結合されるアナライトに対して生物学的特異性である 結合剤とからさらに成り、分子節手段が上記標準キャパシターの上記第一および 第二導体をかこい、上記分子篩手段が液体分子の通過を許すがアナライト分子の 上記標準キャパシター中への通過を阻止するよう選ばれた細孔径をもつ、請求の 範囲第２６項に記載のデバイス。 ３０．上記の第一の標準構体が上記支持体上で沈着され上記支持体上である距離 をひろがる複数個の指状物から成り、上記の第二標準導体が上記支持体上で沈着 され上記支持体である距離をひろがる複数個の指状物から成り、上記第一導体の 指状物が上記第二導体の指状物と入り組んでいて、それにより、上記第一導体お よび第二導体間でチャンネルが形成され、上記複数個の指状物が電気絶縁層で以 て蔽われている、請求の範囲第２６項に記載のデバイス。 ３１．液体中のアナライトの存在を検出するデバイスであって、そのデバイスが 、 第一および第二の間隔を置いた導体をかこってそれらの間にチャンネルの形成す るようにされた電気絶縁物質；生物学的特異性結合部位をもつ第一有機化合物； 上記第一有機分子に適合しかつ上記チャンネル内の表面へ第一有機分子を共有的 に結合する連結用分子；抗体、レクチン、酵素、および神経受容体から成る群か ら選ばれる有機化合物から本質的に構成され、かつ上記第一有機化合物へ可逆的 に結合され、第一有機化合物と上記アナライトと生物学的特異的に反応する、結 合剤；を含み、この除、アナライト含有液への上記結合剤の露出が結合剤／アナ ライト複合体の形成を競合的結合を通じてひきおこし、この結合剤／アナライト 複合体が上記表面から拡散するよう遊離状である、 感知用キャパシター、および、 上記センサー・キャパシターヘ電気的に結合され、上記の第一および第二導体間 のキャパシタンス変化に応答する回路手段、 とから成る、デバイス。