JP2656926B2 - 電気化学的セル及びその使用 - Google Patents
電気化学的セル及びその使用Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 特定の環境での物質の存在および／またはその量の検
出は、その環境を監視または処理しようと試みる社会に
おいて重要性が高まってきている。液体またはその他の
流体媒質中の各種物質を測定する装置の開発の歴史は長
にもかかわらず、感度、効率、経済性および使用し易さ
について改良する余地は未だ十分残っている。かかる装
置および測定法の中で、各種電気化学的装置および方法
は測定の特異性と適応性が高いため重要であることが示
されている。
出は、その環境を監視または処理しようと試みる社会に
おいて重要性が高まってきている。液体またはその他の
流体媒質中の各種物質を測定する装置の開発の歴史は長
にもかかわらず、感度、効率、経済性および使用し易さ
について改良する余地は未だ十分残っている。かかる装
置および測定法の中で、各種電気化学的装置および方法
は測定の特異性と適応性が高いため重要であることが示
されている。
一つの型の電気化学的装置では、対象とする電気化学
的信号は主として電極表面のごく近くの小さな領域
（「表面領域」）での電極表面と対象とする溶液との間
の相互作用によっている。これらの装置では、動作電極
表面から短距離より遠くにある溶液（「バルク溶液（bu
lk solution）」）の部分は対象とする反応および／ま
たは相互作用に寄与せず、妨害することがある。かかる
装置を流体、詳細には生物学的媒質中で分析物の測定に
使用する場合に遭遇する問題点の一つは、溶液の成分と
電極との相互作用の大きさおよび／または溶液中の反応
の有効速度が電極を用いて測定した場合、バルク溶液と
溶液の表面領域の間の相互作用によって媒介されそして
／または減少することがあることである。かかる効果は
表面活性種のバルク溶液への拡散および／またはバルク
溶液との相互作用による表面反応の減衰によって起こる
ことがある。例えば、測定する特性がpHである場合、バ
ルク溶液の通常は大きな緩衝能が電極表面の近くのpHの
変化並びにpHの変化率を抑制するので観察される電極信
号の大きさは実質的に減少しそして／または時間依存性
過程に対する電極の有効感応度は減少する。
的信号は主として電極表面のごく近くの小さな領域
（「表面領域」）での電極表面と対象とする溶液との間
の相互作用によっている。これらの装置では、動作電極
表面から短距離より遠くにある溶液（「バルク溶液（bu
lk solution）」）の部分は対象とする反応および／ま
たは相互作用に寄与せず、妨害することがある。かかる
装置を流体、詳細には生物学的媒質中で分析物の測定に
使用する場合に遭遇する問題点の一つは、溶液の成分と
電極との相互作用の大きさおよび／または溶液中の反応
の有効速度が電極を用いて測定した場合、バルク溶液と
溶液の表面領域の間の相互作用によって媒介されそして
／または減少することがあることである。かかる効果は
表面活性種のバルク溶液への拡散および／またはバルク
溶液との相互作用による表面反応の減衰によって起こる
ことがある。例えば、測定する特性がpHである場合、バ
ルク溶液の通常は大きな緩衝能が電極表面の近くのpHの
変化並びにpHの変化率を抑制するので観察される電極信
号の大きさは実質的に減少しそして／または時間依存性
過程に対する電極の有効感応度は減少する。
かかる効果を回避し且つ極めて短時間に亙って電極と
実質的に完全に相互作用する容積へ溶液を限定するに
は、比較的大容積で対象とする反応を行うことができ、
他方電極が効果的に連絡できる容積で結果を測定する装
置を提供することが望ましい。かかる特徴は、溶液と電
極表面との間に起こる反応および／または相互作用が特
に選択的であり、且つ溶液の表面領域とバルク溶液の間
の干渉、減衰作用等を少なくする。
実質的に完全に相互作用する容積へ溶液を限定するに
は、比較的大容積で対象とする反応を行うことができ、
他方電極が効果的に連絡できる容積で結果を測定する装
置を提供することが望ましい。かかる特徴は、溶液と電
極表面との間に起こる反応および／または相互作用が特
に選択的であり、且つ溶液の表面領域とバルク溶液の間
の干渉、減衰作用等を少なくする。
興味ある文献には、ジェンス（Jense）らの米国特許
第4,020,830号明細書、ビーン（Bean）らの米国特許第
3,975,238号明細書、シェンク（Schenck）の米国特許第
4,238,757号明細書、フジヒラ（Fujihira）の米国特許
第4,486,272号明細書、ウェバー（Weber）の米国特許第
4,293,310号明細書、マルムロス（Malmros）の米国特許
第4,444,892号明細書、および国際特許公告第W083/0266
9号およびW085/04018号明細書がある。イクスペリメン
タル・エレクトロケミストリー・フォー・エレクトロケ
ミスツ（Experimental Electrochemistry for Electroc
hemists）、ソーヤー（Sawyer）とロバーツ（Roberts）
著、ワイリー・インターサイエンス（Wiley−Interscie
nce）、350〜353頁も参照されたい。
第4,020,830号明細書、ビーン（Bean）らの米国特許第
3,975,238号明細書、シェンク（Schenck）の米国特許第
4,238,757号明細書、フジヒラ（Fujihira）の米国特許
第4,486,272号明細書、ウェバー（Weber）の米国特許第
4,293,310号明細書、マルムロス（Malmros）の米国特許
第4,444,892号明細書、および国際特許公告第W083/0266
9号およびW085/04018号明細書がある。イクスペリメン
タル・エレクトロケミストリー・フォー・エレクトロケ
ミスツ（Experimental Electrochemistry for Electroc
hemists）、ソーヤー（Sawyer）とロバーツ（Roberts）
著、ワイリー・インターサイエンス（Wiley−Interscie
nce）、350〜353頁も参照されたい。
興味ある米国特許明細書には、第4,168,146号明細書
であって、免疫同定法の試験ストリップに関し、分析物
の移動範囲が媒質中の分析物の量に関係しているもの、
第4,298,688号明細書であって三ゾーン・ストリップか
ら成り、酵素生成物の移動範囲がグルコース分析物の量
を決定するもの、第4,299,916号明細書であって分析物
を検出の支持体を用いる分析技術に関するもの、第4,36
1,537号明細書であって放射免疫測定法（RIAs）と協同
してストリップを用いるもの、第4,366,241号明細書で
あって小面積での分析媒質の特定成分を濃縮する小試験
ゾーンを用いることに関するもの、第4,435,504号明細
書であってチャンネリングを用いる免疫クロマトグラフ
に関するもの、第4,442,204号明細書であって固形物支
持体上の均一分析試薬を用い、標識された接合体分析物
複合体を分析物で置換して所望な信号を提供するもの、
第4,533,629号明細書であって不均一免疫分析法の同時
較正技術を用いるもの、第4,446,232号明細書であって
標識された接合体と次いでリセプターによって占められ
たゾーンを有する固形支持体を有し、分析物から標識さ
れた接合体に結合することによって標識された接合体を
リセプター・ゾーンから検出ゾーンへ横断させることが
できるもの、第4,447,526号明細書であってキャリヤー
・マトリックスと協同して均一な特異的結合分析系を用
いるもの、および第4,454,094号明細書であって媒質が
横断する移動して離れた層を有し、一つの層からの試薬
が媒質中の分析物の量に関して他の層に拡散するものが
上げられる。
であって、免疫同定法の試験ストリップに関し、分析物
の移動範囲が媒質中の分析物の量に関係しているもの、
第4,298,688号明細書であって三ゾーン・ストリップか
ら成り、酵素生成物の移動範囲がグルコース分析物の量
を決定するもの、第4,299,916号明細書であって分析物
を検出の支持体を用いる分析技術に関するもの、第4,36
1,537号明細書であって放射免疫測定法（RIAs）と協同
してストリップを用いるもの、第4,366,241号明細書で
あって小面積での分析媒質の特定成分を濃縮する小試験
ゾーンを用いることに関するもの、第4,435,504号明細
書であってチャンネリングを用いる免疫クロマトグラフ
に関するもの、第4,442,204号明細書であって固形物支
持体上の均一分析試薬を用い、標識された接合体分析物
複合体を分析物で置換して所望な信号を提供するもの、
第4,533,629号明細書であって不均一免疫分析法の同時
較正技術を用いるもの、第4,446,232号明細書であって
標識された接合体と次いでリセプターによって占められ
たゾーンを有する固形支持体を有し、分析物から標識さ
れた接合体に結合することによって標識された接合体を
リセプター・ゾーンから検出ゾーンへ横断させることが
できるもの、第4,447,526号明細書であってキャリヤー
・マトリックスと協同して均一な特異的結合分析系を用
いるもの、および第4,454,094号明細書であって媒質が
横断する移動して離れた層を有し、一つの層からの試薬
が媒質中の分析物の量に関して他の層に拡散するものが
上げられる。
発明の概要 電気化学的セルにおいて流体媒質中の分析物を計測す
る装置と方法が提供される。この装置は、動作電極およ
び制御電極、および好ましくは基準電極を有するセルを
用いる。このセルはまたセルの容積を変化させる装置、
セルへ流体を導入したり取り出したりする装置および使
用される動作電極が光応答性電極である場合に動作電極
の光応答性表面を照射する照明装置も備えている。
る装置と方法が提供される。この装置は、動作電極およ
び制御電極、および好ましくは基準電極を有するセルを
用いる。このセルはまたセルの容積を変化させる装置、
セルへ流体を導入したり取り出したりする装置および使
用される動作電極が光応答性電極である場合に動作電極
の光応答性表面を照射する照明装置も備えている。
本発明の好ましい態様では、動作電極および制御電極
は変位可能な関係で第一および第二の要素を有するか、
またはそれらの上に配設されるかあるいはコーティング
される。
は変位可能な関係で第一および第二の要素を有するか、
またはそれらの上に配設されるかあるいはコーティング
される。
セルと容積は流体媒質の好都合な導入と取り出しのた
め及び同時に比較的大容積の１種以上の希釈した反応物
の反応のための比較的大容積から、動作電極の表面で再
生可能な薄層に流体媒質が分布される測定中の小容積の
間で変化することができる。測定中には、流体の層は十
分に薄く、電極応答へのバルク溶液の干渉作用は実質的
に減少または除去され、小容積の使用流体が可能なかぎ
り効率的に利用される。
め及び同時に比較的大容積の１種以上の希釈した反応物
の反応のための比較的大容積から、動作電極の表面で再
生可能な薄層に流体媒質が分布される測定中の小容積の
間で変化することができる。測定中には、流体の層は十
分に薄く、電極応答へのバルク溶液の干渉作用は実質的
に減少または除去され、小容積の使用流体が可能なかぎ
り効率的に利用される。
本発明の方法は、特異的結合対の種であって、対の一
方が固形支持体に結合した測定中に動作電極表面の付近
に濃縮されるものに適用することが可能である。対のも
う一方は、通常はその相同な構成要素と反応して固形状
支持体に結合する。結合構成要素および未結合構成要素
の間の反応は比較的大容積で行うことができ、その後、
ほとんどの流体をセルから排出して、分析媒質のほとん
どが不在の状態で電気化学的測定を行うことができる。
本発明の方法はバルク媒質が表面改質剤と反応してこの
改質剤を過度に希釈しがちである場合に特定の応用を見
出している。この方法は各種棒、層などにも応用され、
試薬を層の表面で測定して、特定の種の計測を行うこと
もできる。
方が固形支持体に結合した測定中に動作電極表面の付近
に濃縮されるものに適用することが可能である。対のも
う一方は、通常はその相同な構成要素と反応して固形状
支持体に結合する。結合構成要素および未結合構成要素
の間の反応は比較的大容積で行うことができ、その後、
ほとんどの流体をセルから排出して、分析媒質のほとん
どが不在の状態で電気化学的測定を行うことができる。
本発明の方法はバルク媒質が表面改質剤と反応してこの
改質剤を過度に希釈しがちである場合に特定の応用を見
出している。この方法は各種棒、層などにも応用され、
試薬を層の表面で測定して、特定の種の計測を行うこと
もできる。
特定の態様の説明 本発明によれば、比較的大容積で反応および／または
分離を行うことができ且つ特に大容積の１種以上の成分
が特定表面に関して濃縮された場合には比較的小容積で
測定することができる方法および装置が提供される。大
抵は、これらの方法および装置は流体媒質中での変化に
対応しやすい電極（「動作電極」）と副電極（「制御電
極」）と比較的大容積から比較的小容積にその容積を変
化させることができる室であって小容積が流体に応答性
の電極に近接して併置されるものとを有する。
分離を行うことができ且つ特に大容積の１種以上の成分
が特定表面に関して濃縮された場合には比較的小容積で
測定することができる方法および装置が提供される。大
抵は、これらの方法および装置は流体媒質中での変化に
対応しやすい電極（「動作電極」）と副電極（「制御電
極」）と比較的大容積から比較的小容積にその容積を変
化させることができる室であって小容積が流体に応答性
の電極に近接して併置されるものとを有する。
本発明の装置は、調整可能な対向電極を用いる半導体
表面による物質の表面検出を用いる。通常は、検出可能
な物質を生成するのに触媒が用いられて、その触媒はい
ずれかの表面に結合されていてもまたは表面間にあって
もよい。次いで、この装置は触媒反応の反応体または生
成物の濃度の変化を検出するのに用いられる。
表面による物質の表面検出を用いる。通常は、検出可能
な物質を生成するのに触媒が用いられて、その触媒はい
ずれかの表面に結合されていてもまたは表面間にあって
もよい。次いで、この装置は触媒反応の反応体または生
成物の濃度の変化を検出するのに用いられる。
この方法および装置は、分析物の存在を計測する特定
の用途を有する。分析物は通常は特異的結合対の一つ、
すなわちリガンドまたはリセプターであり、これにはタ
ンパク、糖、核酸などが、含まれ、これらは他の化合
物、すなわちその相同なリガンドに特異的に結合するこ
とができるものであることができる。多くの場合、具体
的にはタンパクリセプターの場合には、リセプターはそ
れが特異的に結合する部位に比較して相対的に大きい。
の用途を有する。分析物は通常は特異的結合対の一つ、
すなわちリガンドまたはリセプターであり、これにはタ
ンパク、糖、核酸などが、含まれ、これらは他の化合
物、すなわちその相同なリガンドに特異的に結合するこ
とができるものであることができる。多くの場合、具体
的にはタンパクリセプターの場合には、リセプターはそ
れが特異的に結合する部位に比較して相対的に大きい。
この方法は通常は、動作電極と制御電極とによって縁
どられている室に流体媒質を導入することからなり、基
準電極は室中の流小と電気的に連絡していることが望ま
しい。
どられている室に流体媒質を導入することからなり、基
準電極は室中の流小と電気的に連絡していることが望ま
しい。
特異的結合対の構成要素は表面に結合して、測定時に
流体応答表面に近接するようにしてもよい。従って、特
異的結合対構成要素は動作電極、動作電極上のコーティ
ング、測定時に流体応答表面に近接している粒子、動作
電極に近接していることがある制御電極などに結合して
もよい。結合要素を動作電極に隣接して配置する特定の
方法は、適正な空間的関係が供され且つ配置の方法がセ
ルの容積の減少を妨害しない限り、本発明にとって臨界
的ではない。
流体応答表面に近接するようにしてもよい。従って、特
異的結合対構成要素は動作電極、動作電極上のコーティ
ング、測定時に流体応答表面に近接している粒子、動作
電極に近接していることがある制御電極などに結合して
もよい。結合要素を動作電極に隣接して配置する特定の
方法は、適正な空間的関係が供され且つ配置の方法がセ
ルの容積の減少を妨害しない限り、本発明にとって臨界
的ではない。
この方法では、分析を行うための各種吸収性の層を用
いてもよい。例えば、吸収性層上で各種化学反応を行う
ことによって分析を行ない、試料中の分析物の量に関し
て検出可能な信号を生じる試薬を提供するようにするこ
とができるであろう。この層は、室中に嵌め込み、ピス
トンによって圧縮することができる形状にする。ピスト
ンが吸収性層の表面に接触するだけでなく、吸収性層の
表面に歪みを与え、ピストンの直ぐ下の領域からピスト
ンの外側の領域への分子の輸送を減少させるのに十分な
圧縮を行うのが特に好ましい。通常は、この距離は、部
分的には吸収性層の厚さ、その組成並びに結果の精度に
対する圧縮の影響によって決定される。例えば、圧縮の
量は約０％〜50％、通常は約２％〜50％、更に一般的に
は約５％〜50％の範囲で変化することができる。紙層の
場合には、圧縮を加えるとすれば、通常は高い値の範囲
であり、ニトロセルロースのような更に堅い膜の場合に
は、より低い範囲である。一般的には吸収性層または膜
は約10μ〜100μとなり、支持体を含む全構造の厚さは
約500μに増加する。
いてもよい。例えば、吸収性層上で各種化学反応を行う
ことによって分析を行ない、試料中の分析物の量に関し
て検出可能な信号を生じる試薬を提供するようにするこ
とができるであろう。この層は、室中に嵌め込み、ピス
トンによって圧縮することができる形状にする。ピスト
ンが吸収性層の表面に接触するだけでなく、吸収性層の
表面に歪みを与え、ピストンの直ぐ下の領域からピスト
ンの外側の領域への分子の輸送を減少させるのに十分な
圧縮を行うのが特に好ましい。通常は、この距離は、部
分的には吸収性層の厚さ、その組成並びに結果の精度に
対する圧縮の影響によって決定される。例えば、圧縮の
量は約０％〜50％、通常は約２％〜50％、更に一般的に
は約５％〜50％の範囲で変化することができる。紙層の
場合には、圧縮を加えるとすれば、通常は高い値の範囲
であり、ニトロセルロースのような更に堅い膜の場合に
は、より低い範囲である。一般的には吸収性層または膜
は約10μ〜100μとなり、支持体を含む全構造の厚さは
約500μに増加する。
ストリップを各種方法で用いてもよい。上記のよう
に、標識された抗体のその補助的リガントへの結合、洗
浄、現像溶液またはその他の検出可能な信号を供給する
溶液での含浸などで総ての化学操作はストリップ上で行
うことができる。あるいは、現像溶液が室内にあって、
層が室中に導入されたときにこの層が速やかに現像溶液
を吸収するようにしてもよい。もう一つの可能性として
は、室から伸び出している層の部分を現像溶液に含浸す
ることによって溶液をピストン部位へ毛細管作用によっ
て移動させる方法がある。
に、標識された抗体のその補助的リガントへの結合、洗
浄、現像溶液またはその他の検出可能な信号を供給する
溶液での含浸などで総ての化学操作はストリップ上で行
うことができる。あるいは、現像溶液が室内にあって、
層が室中に導入されたときにこの層が速やかに現像溶液
を吸収するようにしてもよい。もう一つの可能性として
は、室から伸び出している層の部分を現像溶液に含浸す
ることによって溶液をピストン部位へ毛細管作用によっ
て移動させる方法がある。
それぞれの場合に、反応はピストン部位で起こり、こ
れが信号を生じ、この信号をセンサーによって測定する
ことができる。測定は、特定のプロトコールによって速
度の測定または平衡の測定であってもよい。
れが信号を生じ、この信号をセンサーによって測定する
ことができる。測定は、特定のプロトコールによって速
度の測定または平衡の測定であってもよい。
吸収性ストリップは、試薬を室内へ導入するのに用い
ることもできる。例えば、積層された２以上の層を用い
て、一つの層上に試料を置き、試薬を試料層の部位に輸
送するために他の層を使用し、この積層された層がセル
内にあるようにすることができる。次に、ピストンを移
動させて、試料層をセンサーに向かって押して、信号を
生じさせることができる。他のプロトコールも考えるこ
とができる。
ることもできる。例えば、積層された２以上の層を用い
て、一つの層上に試料を置き、試薬を試料層の部位に輸
送するために他の層を使用し、この積層された層がセル
内にあるようにすることができる。次に、ピストンを移
動させて、試料層をセンサーに向かって押して、信号を
生じさせることができる。他のプロトコールも考えるこ
とができる。
セルは比較的大容積から比較的小容積まで変えること
ができ、一般的には少なくとも20の率、更に一般的には
少なくとも、100の率で変わり、104以上の率を達成する
こともできる。容積の差は、可動性ピストンまたはカ
ム、弾性シート、可動性フランジ、そらせ板、空気装置
（pneumatics）などによって達成することができる。例
えば、本発明の装置および方法は、比較的速やかに容積
の変化を行い、比較的大容積をセルに導入してプロトコ
ールの特定の工程を行い、セルの寸法を減少させること
によってセルから容積の大部分を取り出すことができ
る。容積を減少させると、信号生成成分の拡散半径が減
少する。従って、信号生成成分は動作電極の近傍に止ど
まるように制限される。
ができ、一般的には少なくとも20の率、更に一般的には
少なくとも、100の率で変わり、104以上の率を達成する
こともできる。容積の差は、可動性ピストンまたはカ
ム、弾性シート、可動性フランジ、そらせ板、空気装置
（pneumatics）などによって達成することができる。例
えば、本発明の装置および方法は、比較的速やかに容積
の変化を行い、比較的大容積をセルに導入してプロトコ
ールの特定の工程を行い、セルの寸法を減少させること
によってセルから容積の大部分を取り出すことができ
る。容積を減少させると、信号生成成分の拡散半径が減
少する。従って、信号生成成分は動作電極の近傍に止ど
まるように制限される。
この方法は、リガンドおよび／またはリセプターの凝
集および集合を含む、広範囲のリガンドおよびリセプタ
ーに使用することができる。例えば、合成および天然薬
剤、ホルモンなどのハプテン；有害生物駆除剤、除草
剤、殺虫剤などの殺生物剤；糖および多糖類；脂肪酸、
脂肪酸エステル、リン脂質、ステロイド例えばコレステ
ロール、胆汁酸などの脂質；免疫グロブリン、血液因
子、リンホカイン、インターフェロン、成長因子、変体
因子、腫瘍遺伝子などのタンパク;DNAおよびRNAのよう
な核酸が分析物として用いることができる。クラウン・
エーテルのようなキレート剤を用いてイオンを検出する
ことができる。大規模では、ウイロイド、ウイルス、染
色体、オルガネラ、病原体、腫瘍細胞、正常に分化した
細胞、細菌、原生動物、後生動物、繊毛虫などの原核細
胞および真核細胞およびそれらの溶菌生成物またはかか
る溶菌生成物の分画、例えば膜分画を分析物として用い
ることもできる。
集および集合を含む、広範囲のリガンドおよびリセプタ
ーに使用することができる。例えば、合成および天然薬
剤、ホルモンなどのハプテン；有害生物駆除剤、除草
剤、殺虫剤などの殺生物剤；糖および多糖類；脂肪酸、
脂肪酸エステル、リン脂質、ステロイド例えばコレステ
ロール、胆汁酸などの脂質；免疫グロブリン、血液因
子、リンホカイン、インターフェロン、成長因子、変体
因子、腫瘍遺伝子などのタンパク;DNAおよびRNAのよう
な核酸が分析物として用いることができる。クラウン・
エーテルのようなキレート剤を用いてイオンを検出する
ことができる。大規模では、ウイロイド、ウイルス、染
色体、オルガネラ、病原体、腫瘍細胞、正常に分化した
細胞、細菌、原生動物、後生動物、繊毛虫などの原核細
胞および真核細胞およびそれらの溶菌生成物またはかか
る溶菌生成物の分画、例えば膜分画を分析物として用い
ることもできる。
本発明の方法の実施においては、試料を含む分析媒質
中の分析物はバルク媒質から分離される。この分離は特
異的結合対の複合体形成によって達成され、特異的結合
対の要素の一方が固形支持体に結合される。あるいは、
分離は、濾過または遠心分離のような機械的手段によっ
て達成される。場合によっては、吸着またはキレート化
を用いることもできる。
中の分析物はバルク媒質から分離される。この分離は特
異的結合対の複合体形成によって達成され、特異的結合
対の要素の一方が固形支持体に結合される。あるいは、
分離は、濾過または遠心分離のような機械的手段によっ
て達成される。場合によっては、吸着またはキレート化
を用いることもできる。
特異的結合対要素では、特異的結合対の要素の一方は
通常は、上記のような固形表面に結合される。次に、溶
液を大容積または拡張した状態のセルに導入することが
できる。流体で部分的または完全にセルを満たす。この
流体は特定の成分については比較的希薄であり、固形物
表面に結合された要素に対して相補的または相同的特異
的結合要素である。それ故、適当な時間インキュベーシ
ョンを行うことにより、媒質中に存在する分析物は、表
面が結合した相補的要素に結合するようになることによ
って濃縮される。このようにして、流体応答性の表面に
近接する表面上で相補的要素が濃縮されるので、比較的
大容積の分析物の希薄な溶液を処理することができる。
十分な反応またはインキュベーション時間の後、セルの
容積を減少させ、表面に結合した特異的結合要素間の複
合体を含む液体の薄いフィルムを残して液体をセルから
取り出すことができる。
通常は、上記のような固形表面に結合される。次に、溶
液を大容積または拡張した状態のセルに導入することが
できる。流体で部分的または完全にセルを満たす。この
流体は特定の成分については比較的希薄であり、固形物
表面に結合された要素に対して相補的または相同的特異
的結合要素である。それ故、適当な時間インキュベーシ
ョンを行うことにより、媒質中に存在する分析物は、表
面が結合した相補的要素に結合するようになることによ
って濃縮される。このようにして、流体応答性の表面に
近接する表面上で相補的要素が濃縮されるので、比較的
大容積の分析物の希薄な溶液を処理することができる。
十分な反応またはインキュベーション時間の後、セルの
容積を減少させ、表面に結合した特異的結合要素間の複
合体を含む液体の薄いフィルムを残して液体をセルから
取り出すことができる。
追加の試料溶液をセル中に導入して、工程を繰り返
し、または他の溶液を導入して非特異的結合性反応物を
洗浄してバックグランドを除去し、更に別の試薬を添加
することなどもできる。プロトコールにおける工程の数
は特定の用いるプロトコールで変わる。
し、または他の溶液を導入して非特異的結合性反応物を
洗浄してバックグランドを除去し、更に別の試薬を添加
することなどもできる。プロトコールにおける工程の数
は特定の用いるプロトコールで変わる。
分離に機械的手段を用いるときには、分析媒質を室中
の膜を通過させ、粒子６凝集物の一部分、細胞、ウイル
スまたは他の分離可能な物体である分析物を膜によって
捕集することができる。次に、膜を上記のように１種類
以上の溶液で処理した後、向かい合っている電極の一方
または両方を移動させることによって動作電極に対して
圧縮して、２個の電極が膜を間に挾んで近接して併置さ
れるようにする。遠心分離では、試料を室中に導入し
て、装置を遠心分離して粒子が電極の一方の表面に押し
られるようにすることができる。
の膜を通過させ、粒子６凝集物の一部分、細胞、ウイル
スまたは他の分離可能な物体である分析物を膜によって
捕集することができる。次に、膜を上記のように１種類
以上の溶液で処理した後、向かい合っている電極の一方
または両方を移動させることによって動作電極に対して
圧縮して、２個の電極が膜を間に挾んで近接して併置さ
れるようにする。遠心分離では、試料を室中に導入し
て、装置を遠心分離して粒子が電極の一方の表面に押し
られるようにすることができる。
あるいは、分析媒質を浸漬棒またはビックリング棒に
おけるような大型の構造の一部である膜に接触させるか
または通過させることができる。次に、この膜を分析プ
ロトコールに従って処理してもよい。最終的段階では、
向かい合っている電極と検出可能な信号を提供するのに
適当な媒質とを有する室中に膜を導入して、電極を合わ
せることによって膜を動作電極に押し付けることができ
る。
おけるような大型の構造の一部である膜に接触させるか
または通過させることができる。次に、この膜を分析プ
ロトコールに従って処理してもよい。最終的段階では、
向かい合っている電極と検出可能な信号を提供するのに
適当な媒質とを有する室中に膜を導入して、電極を合わ
せることによって膜を動作電極に押し付けることができ
る。
動作電極は媒質の電位またはその他の検出可能な信号
の変化に応答する。電位の変化はpHの変化、酸化または
還元を受けやすい化合物の濃度の変化などの結果と考え
られる。測定される信号は光の放射または対照電極の電
位の変化を包含することができる。流体応答性電極の面
に媒質を通してまたは媒質上に光を照射する場合には、
信号の変化は媒質の吸収能または輻射能の変化の結果と
考えられる。
の変化に応答する。電位の変化はpHの変化、酸化または
還元を受けやすい化合物の濃度の変化などの結果と考え
られる。測定される信号は光の放射または対照電極の電
位の変化を包含することができる。流体応答性電極の面
に媒質を通してまたは媒質上に光を照射する場合には、
信号の変化は媒質の吸収能または輻射能の変化の結果と
考えられる。
文献には、異なる信号を提供する多種多様な標識を含
む多数のプロトコールが記載されている。標識が用いら
れる場合には、これらの標識には酵素などの触媒、レド
ックス試薬、イオン種等がある。特定の標識は、分析に
要する感度、流体応答性電極の性状、試薬の調製の利用
可能性および容易さなどによって変わる。場合によって
は、細胞のように、媒質中での変化を提供するために標
識の必要のないものもある。例えば、栄養媒質中の細胞
は媒質のpHを変化させ、pHの変化を流体応答性電極によ
って検出することができる。
む多数のプロトコールが記載されている。標識が用いら
れる場合には、これらの標識には酵素などの触媒、レド
ックス試薬、イオン種等がある。特定の標識は、分析に
要する感度、流体応答性電極の性状、試薬の調製の利用
可能性および容易さなどによって変わる。場合によって
は、細胞のように、媒質中での変化を提供するために標
識の必要のないものもある。例えば、栄養媒質中の細胞
は媒質のpHを変化させ、pHの変化を流体応答性電極によ
って検出することができる。
標識の例は米国特許第3,791,932号、第3,817,837号、
第3,935,074号、第3,998,943号、第4,233,402号、第4,2
08,479号、第4,233,401号、第4,275,149号、第4,277,43
7号および第4,278,300号明細書に記載されている。標識
のみならずプロトコールについても、詳細はこれらの特
許明細書を参照されたい。
第3,935,074号、第3,998,943号、第4,233,402号、第4,2
08,479号、第4,233,401号、第4,275,149号、第4,277,43
7号および第4,278,300号明細書に記載されている。標識
のみならずプロトコールについても、詳細はこれらの特
許明細書を参照されたい。
本発明の方法を行う場合に、特異的結合対要素では、
動作電極表面のような表面に結合したリガンドまたはリ
セプターを有する室を設ける。次に、試料を導入して、
特異的結合対の相補的要素を表面に結合させる。十分に
インキュベーションまたは反応させた後、電極を互いに
近接させて極小容積だけが残るようにすることにより、
流体を取り出すことができた。次に、電極を離して室容
積を増加させ、表面に結合した要素に対して相補的な結
合要素に接合した標識を有する試薬を加え、または分析
物が複数のエピトープ性部位を有する場合には分析物が
表面に結合するエピトープ部位とは異なるエピトープ部
位に特異的なリセプターを含んでなる標識された試薬を
加えることができる。次に、試薬媒質の大部分を排除
し、必要ならば洗浄溶液を導入して洗浄し、次いで洗浄
溶液を除き、所望ならば信号を生成する試薬を加えるこ
とができる。例えば、酵素が標識である場合には、酵素
用の基質を導入することができる。変化が分析物の量に
関係するときには、動作電極によって媒質からの信号の
変化を測定し、媒質中の分析物の量を計測することがで
きる。
動作電極表面のような表面に結合したリガンドまたはリ
セプターを有する室を設ける。次に、試料を導入して、
特異的結合対の相補的要素を表面に結合させる。十分に
インキュベーションまたは反応させた後、電極を互いに
近接させて極小容積だけが残るようにすることにより、
流体を取り出すことができた。次に、電極を離して室容
積を増加させ、表面に結合した要素に対して相補的な結
合要素に接合した標識を有する試薬を加え、または分析
物が複数のエピトープ性部位を有する場合には分析物が
表面に結合するエピトープ部位とは異なるエピトープ部
位に特異的なリセプターを含んでなる標識された試薬を
加えることができる。次に、試薬媒質の大部分を排除
し、必要ならば洗浄溶液を導入して洗浄し、次いで洗浄
溶液を除き、所望ならば信号を生成する試薬を加えるこ
とができる。例えば、酵素が標識である場合には、酵素
用の基質を導入することができる。変化が分析物の量に
関係するときには、動作電極によって媒質からの信号の
変化を測定し、媒質中の分析物の量を計測することがで
きる。
分析物の生細胞である場合には、生細胞の媒質に対す
る作用を用いて細胞の存在を検出することができる。例
えば、表面膜タンパクまたはＯ−抗原などの特定の決定
部位に対する抗体を動作電極に結合させることができ
る。試料を比較的大容積の電極に導入して溶液をインキ
ュベーションし、好適な抗原を有する細胞を表面に結合
した抗体と反応させ、測定セルから溶液を除去して容積
を減少させて光応答性電極表面を覆う薄いフィルムとす
ることができる。次いで、細胞を媒質中で栄養を代謝さ
せて、pHの変化を生じさせることができる。pHの変化
は、特定の細胞の存在を示すものとして検出することが
できる。所望ならば、測定を行う前に適当な媒質で洗浄
して非特異的結合の存在を減少させまたは除去すること
ができる。異なる栄養媒質を特定の順序で用いることに
よって、例えば、病原性細菌の存在を決定することがで
きるだけでなく、特定の種および場合によっては菌株に
特異的な抗体によらないで菌株を決定することもでき
る。また、上記のように、細胞はフィルター膜によって
補集しまたは遠心分離して細胞を電極表面の近傍に集め
ることによって濃縮することができる。
る作用を用いて細胞の存在を検出することができる。例
えば、表面膜タンパクまたはＯ−抗原などの特定の決定
部位に対する抗体を動作電極に結合させることができ
る。試料を比較的大容積の電極に導入して溶液をインキ
ュベーションし、好適な抗原を有する細胞を表面に結合
した抗体と反応させ、測定セルから溶液を除去して容積
を減少させて光応答性電極表面を覆う薄いフィルムとす
ることができる。次いで、細胞を媒質中で栄養を代謝さ
せて、pHの変化を生じさせることができる。pHの変化
は、特定の細胞の存在を示すものとして検出することが
できる。所望ならば、測定を行う前に適当な媒質で洗浄
して非特異的結合の存在を減少させまたは除去すること
ができる。異なる栄養媒質を特定の順序で用いることに
よって、例えば、病原性細菌の存在を決定することがで
きるだけでなく、特定の種および場合によっては菌株に
特異的な抗体によらないで菌株を決定することもでき
る。また、上記のように、細胞はフィルター膜によって
補集しまたは遠心分離して細胞を電極表面の近傍に集め
ることによって濃縮することができる。
装置は、溶液電位を制御する手段と電流を送る低抵抗
手段を有し、電流が対照とする部位の溶液の電位を実質
的に変化させないようにすることを特徴とする。電流は
交流でもまたは直流電流でもよい。
手段を有し、電流が対照とする部位の溶液の電位を実質
的に変化させないようにすることを特徴とする。電流は
交流でもまたは直流電流でもよい。
媒質の動作電極に対する効果を測定するのに用いられ
る２つの方式は、光応答方式と容量方式とである。半導
体動作電極の表面電位に対する媒質の効果を検出するの
に用いられる方式によって、各種の回路、電極の形態、
および電極のバイアス化を用いて電位または電流を測定
することができる。回路は分析媒質と電極との間に電子
の移動があることもまたはないこともある。
る２つの方式は、光応答方式と容量方式とである。半導
体動作電極の表面電位に対する媒質の効果を検出するの
に用いられる方式によって、各種の回路、電極の形態、
および電極のバイアス化を用いて電位または電流を測定
することができる。回路は分析媒質と電極との間に電子
の移動があることもまたはないこともある。
光応答方式では、基準電極と協同して電位差測定を用
いる場合には、次のような形態のものが用いられる。す
なわち、（１）電子回路に伝達性結合した伝導性制御電
極、または（２）基準または別個の伝導性制御電極によ
って制御される容量性対照電極（φ）。第二の態様で
は、伝導性制御電極が媒質と接触している場合には、コ
ンデンサーを介して制御駆動体、例えばポテンショスタ
ットまたは地面に接続することができる。媒質と接触す
る伝導性制御電極が薄い絶縁性表面層を有する場合に
は、伝導性電極は直接制御駆動体または地面へ接続する
ことができる。
いる場合には、次のような形態のものが用いられる。す
なわち、（１）電子回路に伝達性結合した伝導性制御電
極、または（２）基準または別個の伝導性制御電極によ
って制御される容量性対照電極（φ）。第二の態様で
は、伝導性制御電極が媒質と接触している場合には、コ
ンデンサーを介して制御駆動体、例えばポテンショスタ
ットまたは地面に接続することができる。媒質と接触す
る伝導性制御電極が薄い絶縁性表面層を有する場合に
は、伝導性電極は直接制御駆動体または地面へ接続する
ことができる。
基準電極がない場合には、電極は溶液に対して伝導性
でなければならず、すなわち溶液のフィルミ水準に結合
し、例えばフェリフェロシアン化物のようなレドックス
化合物を用いなければならず且つ制御駆動体に伝導的に
結合しなければならない。
でなければならず、すなわち溶液のフィルミ水準に結合
し、例えばフェリフェロシアン化物のようなレドックス
化合物を用いなければならず且つ制御駆動体に伝導的に
結合しなければならない。
電流測定法（レドックス）では、基準電極を必要と
し、制御駆動体に伝導的に結合した制御電極が必要であ
る。
し、制御駆動体に伝導的に結合した制御電極が必要であ
る。
容量性方式を基準電極と協同で用いる場合には、それ
ぞれの電極を独立に刺激し、または周波数規定されるそ
れぞれの部位について伝導性対照電極が用いられ、また
は容量性制御電極を用いて基準または別個の対照電極が
電位φを制御する。後者の形態では、伝導性電極は変調
源に容量的に結合しているかまたは薄い絶縁性表面層で
コーティングした伝導性電極が変調源に結合していても
よい。基準電極がない場合には、形態は溶液に対して伝
導性である伝導性電極を有し、溶液のフェルミ水準に結
合（フェロフェリシアン化物）し、対照電極駆動体に伝
導的に結合している。
ぞれの電極を独立に刺激し、または周波数規定されるそ
れぞれの部位について伝導性対照電極が用いられ、また
は容量性制御電極を用いて基準または別個の対照電極が
電位φを制御する。後者の形態では、伝導性電極は変調
源に容量的に結合しているかまたは薄い絶縁性表面層で
コーティングした伝導性電極が変調源に結合していても
よい。基準電極がない場合には、形態は溶液に対して伝
導性である伝導性電極を有し、溶液のフェルミ水準に結
合（フェロフェリシアン化物）し、対照電極駆動体に伝
導的に結合している。
好ましくは、動作電極上の基準部位はあらゆる形態で
用いられ、熱的な、電極又はその他の経時的変化から生
じる偏差を減少させる。
用いられ、熱的な、電極又はその他の経時的変化から生
じる偏差を減少させる。
液体を輸送するには、フロー・セルおよびビッキング
を含む各種物理的態様が用いられる。装置は膜を備えて
いてもよく、この膜は分析の成分例えば細胞または粒子
を濃縮するのに用いられ、測定中に膜が動作電極の方向
に押圧される。
を含む各種物理的態様が用いられる。装置は膜を備えて
いてもよく、この膜は分析の成分例えば細胞または粒子
を濃縮するのに用いられ、測定中に膜が動作電極の方向
に押圧される。
糸、ワイヤー、テープまたその他の連続的支持体を用
いて測定セルの外側または内側の化学反応を行い、信号
が測定セル中に生成するようにすることができる。拡張
した支持体をロールに提供し、これを連続的または断続
的にリールに供給する。
いて測定セルの外側または内側の化学反応を行い、信号
が測定セル中に生成するようにすることができる。拡張
した支持体をロールに提供し、これを連続的または断続
的にリールに供給する。
上記の要素の外に装置の構成は、単一または複数の取
り入れ口および取り出し口およびセルの容積を変化させ
る手段を有する。用いられる手段には、ピストン、ダイ
アフラム、カム、ベロー、高ガス圧等がある。
り入れ口および取り出し口およびセルの容積を変化させ
る手段を有する。用いられる手段には、ピストン、ダイ
アフラム、カム、ベロー、高ガス圧等がある。
第１図には、光応答性動作電極を用いる電気化学的セ
ルの例を模式的横断面図で表したものが示され、第２図
および第３図にはセル10の詳細な横断面図が示されてい
る。セル10は容器12、ピストン14、動作電極16および動
作電極を支持する透明支持板18を有する。光源20が支持
板18を通して動作電極16を照明する。透明な指示板18は
動作電極16の表面上に部位に集光するように形状を有す
る。ただ１個の光源を示しているが、複数の光源が存在
して各光源が動作電極16の特定部位を照明するようにし
てもよい。入り口22および24を設けて、特定の必要に応
じて取り入れ口または取り出し口として利用することが
できる。
ルの例を模式的横断面図で表したものが示され、第２図
および第３図にはセル10の詳細な横断面図が示されてい
る。セル10は容器12、ピストン14、動作電極16および動
作電極を支持する透明支持板18を有する。光源20が支持
板18を通して動作電極16を照明する。透明な指示板18は
動作電極16の表面上に部位に集光するように形状を有す
る。ただ１個の光源を示しているが、複数の光源が存在
して各光源が動作電極16の特定部位を照明するようにし
てもよい。入り口22および24を設けて、特定の必要に応
じて取り入れ口または取り出し口として利用することが
できる。
ピストン14は往復して、一般的には上昇した「上」位
置（第２図）または一般的には低下したまたは「下」位
置（第３図）となるようにすることができる。容器12は
動作電極16と密封嵌合している。容器は、その中に中空
体として入り口部分30aおよび30bを有し、流体を導入し
たりまたは引き抜いたりすることができる小室を提供
し、この小室は大きな室40と連絡している。その他の小
室は室を通って外側へ通じるチャンネル入り口を有し
て、各種溶液を導入したり取り出したりまたは１個以上
の参照またはその他の電極に接近するようにしてもよ
い。
置（第２図）または一般的には低下したまたは「下」位
置（第３図）となるようにすることができる。容器12は
動作電極16と密封嵌合している。容器は、その中に中空
体として入り口部分30aおよび30bを有し、流体を導入し
たりまたは引き抜いたりすることができる小室を提供
し、この小室は大きな室40と連絡している。その他の小
室は室を通って外側へ通じるチャンネル入り口を有し
て、各種溶液を導入したり取り出したりまたは１個以上
の参照またはその他の電極に接近するようにしてもよ
い。
第１〜３図において、容器はＯ−リング32を備えて洩
れを防いでいる。同様に、ピストン14はＯ−リング36に
よって容器12の壁と密封嵌合している。
れを防いでいる。同様に、ピストン14はＯ−リング36に
よって容器12の壁と密封嵌合している。
室40の容積は、室中で比較的大容積となり得るピスト
ン14の上位置から、ピストン底部42が動作電極の上部表
面44に近接併置している下位置まで移動することによっ
て調整される。ピストン底部42と上部表面44は下位置に
おいて実質的に均一な間隔「Ｄ」および上位置において
距離「ｄ」を有する。
ン14の上位置から、ピストン底部42が動作電極の上部表
面44に近接併置している下位置まで移動することによっ
て調整される。ピストン底部42と上部表面44は下位置に
おいて実質的に均一な間隔「Ｄ」および上位置において
距離「ｄ」を有する。
大抵の場合、ピストン底部42および上部表面44は平ら
であり、他の表面は円筒状、球状、傾斜状などの形を取
ることができる。ピストン底部42と上部表面44との間の
間隔または試料深さは0.1μｍ程度まで小さくすること
ができ、通常は約5mm以下であり、通常は約1mm以下であ
り且つ約0.05mm未満であることが多い。
であり、他の表面は円筒状、球状、傾斜状などの形を取
ることができる。ピストン底部42と上部表面44との間の
間隔または試料深さは0.1μｍ程度まで小さくすること
ができ、通常は約5mm以下であり、通常は約1mm以下であ
り且つ約0.05mm未満であることが多い。
ピストン14は、ピストン底部42に配置されている中央
電極70が回路または地面に電気的に接続することができ
る限り、各種剛性材料の如何なるもので形成されていて
もよい。電極材料は、対象とする測定、典型的には金属
−酸素反応以外のことに関連した信号を避けるため、環
境に対して化学的に不活性であるべきである。所望なら
ば、ピストン14に光源を設けて、試料を通して動作電極
16を照射するようにしてもよい。
電極70が回路または地面に電気的に接続することができ
る限り、各種剛性材料の如何なるもので形成されていて
もよい。電極材料は、対象とする測定、典型的には金属
−酸素反応以外のことに関連した信号を避けるため、環
境に対して化学的に不活性であるべきである。所望なら
ば、ピストン14に光源を設けて、試料を通して動作電極
16を照射するようにしてもよい。
ピストン14の往復運動を制御する特定の方法は臨界的
なものではなく、ピストンの正確な運動を定義するため
の多数の機械的、電気的および空気力がある。本図で
は、ストップ・カラー38を用いて、下位置での間隔を調
整している。
なものではなく、ピストンの正確な運動を定義するため
の多数の機械的、電気的および空気力がある。本図で
は、ストップ・カラー38を用いて、下位置での間隔を調
整している。
光源20は、白熱灯、中空陰極灯、気体蒸気灯、発光ダ
イオード・レーザー、半導体ダイオード・レーザー、可
変染料レーザーなどの各種光源のいずれてあってもよ
い。好ましくは、光源20は時間と共に変化する光信号を
供給する。例えば、光の強度は、既知の技法によって電
気的に変調させ、照射期間中、光源20の出力を正弦波的
にまたは約10Hz〜100kHz、通常は100Hz〜50kHz、更に通
常には、１〜20kHzの範囲の決定された周波数の波形で
変化させることができる。あるいは、光源を変調するこ
とができない場合には、動作電極16に伝達される光の強
度をチョッパー、シャッターなどの機械的手段によって
変調してもよい。光源20の強度が変調される場合には、
光応答性動作電極16に由来する電子信号を、既知技法に
よって同期周波数および／または相検出法、周波数選択
される電子的濾過、ゲート増幅器等で選択的に検出する
かまたは測定することができる。
イオード・レーザー、半導体ダイオード・レーザー、可
変染料レーザーなどの各種光源のいずれてあってもよ
い。好ましくは、光源20は時間と共に変化する光信号を
供給する。例えば、光の強度は、既知の技法によって電
気的に変調させ、照射期間中、光源20の出力を正弦波的
にまたは約10Hz〜100kHz、通常は100Hz〜50kHz、更に通
常には、１〜20kHzの範囲の決定された周波数の波形で
変化させることができる。あるいは、光源を変調するこ
とができない場合には、動作電極16に伝達される光の強
度をチョッパー、シャッターなどの機械的手段によって
変調してもよい。光源20の強度が変調される場合には、
光応答性動作電極16に由来する電子信号を、既知技法に
よって同期周波数および／または相検出法、周波数選択
される電子的濾過、ゲート増幅器等で選択的に検出する
かまたは測定することができる。
所望ならば、光をレーザー、発光ダイオードなどの所
望な波長範囲を提供する光源を用いることによって選択
された波長または波長の範囲に限定することも、または
波長を例えば回析格子、プリズム、フィルター、モノク
ロメーター等で選択することもできる。波長範囲の選択
は、実施される測定または実験のタイプあるいは光応答
性電極が感受性を有する特定の波長範囲に関することが
できる。
望な波長範囲を提供する光源を用いることによって選択
された波長または波長の範囲に限定することも、または
波長を例えば回析格子、プリズム、フィルター、モノク
ロメーター等で選択することもできる。波長範囲の選択
は、実施される測定または実験のタイプあるいは光応答
性電極が感受性を有する特定の波長範囲に関することが
できる。
動作電極16はモノリシック・ウェーハーまたは単一の
連続的プレートとして示されるが、動作電極は形態を変
化させることができる。単一のウェーハーではなく複数
のチップを用いることができ、それらは互いに電気的に
連続していてもあるいはしていなくともよい。例えば、
チップはそれぞれ、電気的に互いに絶縁されていて共通
の回路または検出のための異なる回路に接続されていて
もよい。同じまたは異なる材料を複数のチップに用い
て、動作電極を同一の環境に対して異なって応答させる
ようにしてもよい。同一の電極を異なる部位で異なる状
態に加工して異なる応答を供給するようにしてもよい。
連続的プレートとして示されるが、動作電極は形態を変
化させることができる。単一のウェーハーではなく複数
のチップを用いることができ、それらは互いに電気的に
連続していてもあるいはしていなくともよい。例えば、
チップはそれぞれ、電気的に互いに絶縁されていて共通
の回路または検出のための異なる回路に接続されていて
もよい。同じまたは異なる材料を複数のチップに用い
て、動作電極を同一の環境に対して異なって応答させる
ようにしてもよい。同一の電極を異なる部位で異なる状
態に加工して異なる応答を供給するようにしてもよい。
第１〜３図の示した装置を用いて測定を行う場合に
は、ピストンを上位置にしてチャンネル52が注射針63を
収容しており、この針は小室30bに出ている状態で、試
料を取り入れ口52に導入することができる。試料溶液は
注射針63によって室40中へ導入され、分析測定のための
反応が行われる。１種類以上の溶液を測定に適当なだけ
導入してよい。所望ならば、添加後にピストン14を下げ
て溶液がチャンネル54を通って外側へ排出されるように
することによって試薬を排出することができる。適当な
反応が起こって標識を表面44に結合させた後、ピストン
14を第３図に示したように下げて対照電極42と動作電極
16の上部表面との間の距離がＤとなるようにする。動作
電極16に光源20からの光を照射することによって、電極
16および42に近接している標識の性状と相関を有する信
号を得ることができる。標識の量および標識が動作電極
伝導体に対して有する効果を分析物の量に関係させるこ
とができる。
は、ピストンを上位置にしてチャンネル52が注射針63を
収容しており、この針は小室30bに出ている状態で、試
料を取り入れ口52に導入することができる。試料溶液は
注射針63によって室40中へ導入され、分析測定のための
反応が行われる。１種類以上の溶液を測定に適当なだけ
導入してよい。所望ならば、添加後にピストン14を下げ
て溶液がチャンネル54を通って外側へ排出されるように
することによって試薬を排出することができる。適当な
反応が起こって標識を表面44に結合させた後、ピストン
14を第３図に示したように下げて対照電極42と動作電極
16の上部表面との間の距離がＤとなるようにする。動作
電極16に光源20からの光を照射することによって、電極
16および42に近接している標識の性状と相関を有する信
号を得ることができる。標識の量および標識が動作電極
伝導体に対して有する効果を分析物の量に関係させるこ
とができる。
本発明のもう一つの態様は第４図に示され、電気化学
的セル10は、室40に対して入り口および出口を供給する
逆止弁60および62を有する。ピストン14が上昇すると、
流体は室40に流入し、反対にピストン14が低下すると、
流体は逆止弁62を通って室40から出て行く。逆止弁は、
ボール弁、丁番弁などのような各種弁の如何なるもので
あることもできる。ピストン14を往復させることによっ
て、溶液を連続的に順次導入し排出して、反応、洗浄、
複合体結合の逆転などのような各種処理を十分な時間行
なわせることができる。例えば、自動化したサイクル化
を行うことによって、ピストン14の往復運動と協同し
て、試料の変更に対して、洗浄および処理溶液を供する
ことができる。
的セル10は、室40に対して入り口および出口を供給する
逆止弁60および62を有する。ピストン14が上昇すると、
流体は室40に流入し、反対にピストン14が低下すると、
流体は逆止弁62を通って室40から出て行く。逆止弁は、
ボール弁、丁番弁などのような各種弁の如何なるもので
あることもできる。ピストン14を往復させることによっ
て、溶液を連続的に順次導入し排出して、反応、洗浄、
複合体結合の逆転などのような各種処理を十分な時間行
なわせることができる。例えば、自動化したサイクル化
を行うことによって、ピストン14の往復運動と協同し
て、試料の変更に対して、洗浄および処理溶液を供する
ことができる。
本発明の装置は少なくとも動作電極と対照電極を有す
るが、好ましくは標準カロメル電極、銀−塩化銀電極ま
たは標準電位を供給するその他の電極のような基準電極
（図示せず）を有する。基準電極は、試料溶液と電気的
に接触させるために設けられる。基準電極は試料溶液か
ら離れており、ブリッジを設け、または例えばチャンネ
ル54のような溝を通して試料溶液と直接接触させること
もできる。好適な基準電極と配設技術は、例えば米国特
許第4,020,830号明細書に記載されている。
るが、好ましくは標準カロメル電極、銀−塩化銀電極ま
たは標準電位を供給するその他の電極のような基準電極
（図示せず）を有する。基準電極は、試料溶液と電気的
に接触させるために設けられる。基準電極は試料溶液か
ら離れており、ブリッジを設け、または例えばチャンネ
ル54のような溝を通して試料溶液と直接接触させること
もできる。好適な基準電極と配設技術は、例えば米国特
許第4,020,830号明細書に記載されている。
動作電極16は好ましくは光応答性電極であり、光応答
性電極16の両側には照射表面66と溶液対向表面44を有す
る。既に記載したごとく、ピストンが光源を有する場合
には、照射表面と溶液対向表面は同じである。
性電極16の両側には照射表面66と溶液対向表面44を有す
る。既に記載したごとく、ピストンが光源を有する場合
には、照射表面と溶液対向表面は同じである。
三電極配置での他の電極は電気化学的に不活性な制御
用電極70であり、ピストン14の底部と同様に動作電極16
からの試料領域40の両側に配設されるのが好ましい。
用電極70であり、ピストン14の底部と同様に動作電極16
からの試料領域40の両側に配設されるのが好ましい。
光応答性動作電極16は、好適な制御電極70に関して分
極されていないかまたは分極されている。光応答性電極
16は反転または前進バイアスのいずれかを用いて分極寸
することができ、電流は電気的に連絡している非金属媒
質、通常は極性流体媒質、例えば水性媒質中を流れるの
を阻害されたり流されたりする。分極生光応答性電極16
に好適な方法および回路は知られており、例えば国際特
許公告第W085/04018号明細書に記載されている。
極されていないかまたは分極されている。光応答性電極
16は反転または前進バイアスのいずれかを用いて分極寸
することができ、電流は電気的に連絡している非金属媒
質、通常は極性流体媒質、例えば水性媒質中を流れるの
を阻害されたり流されたりする。分極生光応答性電極16
に好適な方法および回路は知られており、例えば国際特
許公告第W085/04018号明細書に記載されている。
光応答性電極16は好ましくは半導体電極であり、そこ
から参考電極について測定した電気的信号が、照射の効
果に依存し且つ光応答性電極16の表面44の表面電位に依
存して、誘導されるかまたは変化する。光応答性電極16
は、ベース18の表面66の一部に配設されまたはコーティ
ングされたウェーハーまたはコーティングであってもよ
い。
から参考電極について測定した電気的信号が、照射の効
果に依存し且つ光応答性電極16の表面44の表面電位に依
存して、誘導されるかまたは変化する。光応答性電極16
は、ベース18の表面66の一部に配設されまたはコーティ
ングされたウェーハーまたはコーティングであってもよ
い。
光応答性電極16は、例えば支持板18の表面66上にコー
ティングされた薄い伝導性の金属相でまたは当業界に知
られているように支持板18を通過したリードで適当な電
気回路（例えば、以下に説明する第５図）に接続するこ
とができる。第２図および第３図の配置では、光応答性
電極16の照射表面66は支持板18に対向している。光応答
性電極16の照射によって得られる電気信号は試料領域40
に含まれる溶液の処理および成分によって影響され、以
下において更に詳細に説明するように溶液における物質
の存在、濃度またはその他の特性あるいは対象とするそ
の他の溶液特性を測定するのに用いることができる。
ティングされた薄い伝導性の金属相でまたは当業界に知
られているように支持板18を通過したリードで適当な電
気回路（例えば、以下に説明する第５図）に接続するこ
とができる。第２図および第３図の配置では、光応答性
電極16の照射表面66は支持板18に対向している。光応答
性電極16の照射によって得られる電気信号は試料領域40
に含まれる溶液の処理および成分によって影響され、以
下において更に詳細に説明するように溶液における物質
の存在、濃度またはその他の特性あるいは対象とするそ
の他の溶液特性を測定するのに用いることができる。
上記のように、動作電極16は半導体材料であり、光応
答性であってもよい。半導体材料には、ケイ素、ヒ化ガ
リウム、セレン化ガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム
などがある。半導体材料は適当に、ｐ−またはｎ−型の
いずれかであり、固有のものであってもまたはホウ素、
アルミニウム、リン、ヒ素、アンチモンなどのようなド
ープ剤を用いてもよい。ドーピングの程度は広範囲に変
化することができ、多種多様な市販のドーピングしたウ
ェーハーを用いることができる。ドープ剤の濃度は通常
は経験的に変化して、所望な光応答を提供し、しばしば
便宜上から通常は約1010〜1020原子/ccの範囲であり、
ケイ素についてはその割合は約５〜20オーム/cmとな
る。光応答性材料は塩化ガリウムフタロシアニンを有す
る。リーク（Rieke）及びアームストロング（Armstoron
g）、J.Am.Chem.Soc.、1984年、第106巻、47〜50頁。
答性であってもよい。半導体材料には、ケイ素、ヒ化ガ
リウム、セレン化ガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム
などがある。半導体材料は適当に、ｐ−またはｎ−型の
いずれかであり、固有のものであってもまたはホウ素、
アルミニウム、リン、ヒ素、アンチモンなどのようなド
ープ剤を用いてもよい。ドーピングの程度は広範囲に変
化することができ、多種多様な市販のドーピングしたウ
ェーハーを用いることができる。ドープ剤の濃度は通常
は経験的に変化して、所望な光応答を提供し、しばしば
便宜上から通常は約1010〜1020原子/ccの範囲であり、
ケイ素についてはその割合は約５〜20オーム/cmとな
る。光応答性材料は塩化ガリウムフタロシアニンを有す
る。リーク（Rieke）及びアームストロング（Armstoron
g）、J.Am.Chem.Soc.、1984年、第106巻、47〜50頁。
各種電気回路を用いて、溶液の増加分の状態の変化か
ら生じる光応答性電極16の光応答性の変化を測定するこ
とができる。かかる回路の一例を第５図について以下に
説明する。これらの電気回路は主として光電位および光
電流またはそれらの組合わせから成る光応答性の変化を
測定することができる。回路を選択して、溶液の状態で
小さな変化を検出する最大感度を提供するようにする。
これらの測定は通常は光応答性として表される。
ら生じる光応答性電極16の光応答性の変化を測定するこ
とができる。かかる回路の一例を第５図について以下に
説明する。これらの電気回路は主として光電位および光
電流またはそれらの組合わせから成る光応答性の変化を
測定することができる。回路を選択して、溶液の状態で
小さな変化を検出する最大感度を提供するようにする。
これらの測定は通常は光応答性として表される。
回路から観察される信号は、直流電流の変化、交流電
流の結果であるかまたは直流電流の交流電流に対する効
果の結果であることができる。
流の結果であるかまたは直流電流の交流電流に対する効
果の結果であることができる。
ウェーハーを動作電極16に用いる場合には、それらは
チップ寸法とは異なり、各種の寸法および形状になって
その最大寸法は約0.1mmであり、またウェーハー寸法は1
00mmであってもよいが、通常は最大寸法は約75mm以下で
ある。光応答性電極は、通常は少なくとも１個の滑らか
な表面または表面の滑らかな部分であって、好ましくは
平坦であり照射部位として用いれら、光源から最大効率
の照射を受けるように配置されているものを有する。ウ
ェーハーは円形、矩形、長方形等でもよい。ウェーハー
の厚さは通常は約1mm以下であり通常は約2mm未満であ
り、一般的には約0.05μ以上、通常は約0.1mm以上であ
り、照射表面が試料領域に向かい合っているときには低
い部分の範囲にある。
チップ寸法とは異なり、各種の寸法および形状になって
その最大寸法は約0.1mmであり、またウェーハー寸法は1
00mmであってもよいが、通常は最大寸法は約75mm以下で
ある。光応答性電極は、通常は少なくとも１個の滑らか
な表面または表面の滑らかな部分であって、好ましくは
平坦であり照射部位として用いれら、光源から最大効率
の照射を受けるように配置されているものを有する。ウ
ェーハーは円形、矩形、長方形等でもよい。ウェーハー
の厚さは通常は約1mm以下であり通常は約2mm未満であ
り、一般的には約0.05μ以上、通常は約0.1mm以上であ
り、照射表面が試料領域に向かい合っているときには低
い部分の範囲にある。
光応答性電極16の試料に対向する表面44は、例えば膜
タンパク、抗体、酵素、リガンドなどの各種生理活性タ
ンパクまたはその他の基質を含む各種物質と反応させて
修飾して、光応答性電極の所望な応答を選択的に変更す
ることができる。これに代えて、またはこれと組み合わ
せて、試料に対向する表面44を各種有機シラン、詳細に
はハロゲン化物またはエステルと反応させ、表面の有機
コーティングを提供することができる。適用することが
できるコーティングの方法および型は、ケイ素表面につ
いて国際特許公開第W083/026669号明細書に記載されて
おり、詳細は上記文献を参照されたい。かかるコーティ
ングは単独でもまたは適当な極性、化学的特性または反
応特性を有する例えばカルボン酸塩、リン酸塩、アンモ
ニウム、カルボン酸エステル、リン酸モノー、ジーまた
はトリエステルなどの他の官能基と組み合わせて用いる
こともできる。光応答性電極の表面に結合した反応性基
は更にタンパク、酵素、モノクローン抗体またはポリク
ローン抗体、酵素基質、補酵素等と反応させることによ
って修飾することができる。炭化水素基、詳細には約６
〜24個の炭素原子を有する飽和または不飽和の脂肪族基
が光応答性電極の表面に付着しているときには、第二の
層を用いて二層膜を提供することができる。あるいは両
方の層に脂質形成安定ラメラ膜を用いて、表面に共有結
合が形成されるのを回避することもできる。かかる基の
例には、リン脂質、スフィンゴミエリン、ガングリオシ
ド、コレステロール性化合物、ホスファチジル・イノシ
トール、アシルグリセロール、ワックス等があり、異な
る基を用いる場合には、詳細にはコレステロール性化合
物を混合して用いる。
タンパク、抗体、酵素、リガンドなどの各種生理活性タ
ンパクまたはその他の基質を含む各種物質と反応させて
修飾して、光応答性電極の所望な応答を選択的に変更す
ることができる。これに代えて、またはこれと組み合わ
せて、試料に対向する表面44を各種有機シラン、詳細に
はハロゲン化物またはエステルと反応させ、表面の有機
コーティングを提供することができる。適用することが
できるコーティングの方法および型は、ケイ素表面につ
いて国際特許公開第W083/026669号明細書に記載されて
おり、詳細は上記文献を参照されたい。かかるコーティ
ングは単独でもまたは適当な極性、化学的特性または反
応特性を有する例えばカルボン酸塩、リン酸塩、アンモ
ニウム、カルボン酸エステル、リン酸モノー、ジーまた
はトリエステルなどの他の官能基と組み合わせて用いる
こともできる。光応答性電極の表面に結合した反応性基
は更にタンパク、酵素、モノクローン抗体またはポリク
ローン抗体、酵素基質、補酵素等と反応させることによ
って修飾することができる。炭化水素基、詳細には約６
〜24個の炭素原子を有する飽和または不飽和の脂肪族基
が光応答性電極の表面に付着しているときには、第二の
層を用いて二層膜を提供することができる。あるいは両
方の層に脂質形成安定ラメラ膜を用いて、表面に共有結
合が形成されるのを回避することもできる。かかる基の
例には、リン脂質、スフィンゴミエリン、ガングリオシ
ド、コレステロール性化合物、ホスファチジル・イノシ
トール、アシルグリセロール、ワックス等があり、異な
る基を用いる場合には、詳細にはコレステロール性化合
物を混合して用いる。
各種の他の材料を試料に対向する表面44と共に用いる
ことができ、それらの材料は共有結合的にまたは非共有
結合的に結合していてもよく、または表面に対向する溶
液に隣接する位置に機械的に固定されていてもよい。こ
れらの材料は天然のまたは合成あるいはそれらの組み合
わせでもよい。これらの材料には、厚さが通常は約0.25
〜50ミルの多孔性材料があり、通常は極性材料、例えば
ニトロセルロース、部分加水分解されたポリ酢酸ビニ
ル、ポリアクリレート、タンパク、多糖類例えばアガロ
ース、セルロース性材料例えばフィルター紙などであ
る。これらの層は独立な一体性または支持用の光応答性
装置に依存する。
ことができ、それらの材料は共有結合的にまたは非共有
結合的に結合していてもよく、または表面に対向する溶
液に隣接する位置に機械的に固定されていてもよい。こ
れらの材料は天然のまたは合成あるいはそれらの組み合
わせでもよい。これらの材料には、厚さが通常は約0.25
〜50ミルの多孔性材料があり、通常は極性材料、例えば
ニトロセルロース、部分加水分解されたポリ酢酸ビニ
ル、ポリアクリレート、タンパク、多糖類例えばアガロ
ース、セルロース性材料例えばフィルター紙などであ
る。これらの層は独立な一体性または支持用の光応答性
装置に依存する。
光応答性電極は試料に対向する表面44と照射表面66を
有し、それぞれ約1cm2〜約50cm2、通常は約5cm2〜約25c
m2の表面積を有する。照射表面66および含まれる試料対
向表面44の範囲は、光電気化学的電池10の物性、例えば
試料領域の寸法、照射される面積などに対応するように
選択される。通常は、試料対向表面44と光応答性電極16
の照射表面66が同じ表面でない場合には、二つの表面は
ほぼ等しく延びていることもしないこともある。
有し、それぞれ約1cm2〜約50cm2、通常は約5cm2〜約25c
m2の表面積を有する。照射表面66および含まれる試料対
向表面44の範囲は、光電気化学的電池10の物性、例えば
試料領域の寸法、照射される面積などに対応するように
選択される。通常は、試料対向表面44と光応答性電極16
の照射表面66が同じ表面でない場合には、二つの表面は
ほぼ等しく延びていることもしないこともある。
電極の照射表面66上の光応答性電極16は、試料領域40
に対向する光応答性電極16の側部（光応答性電極16の溶
液対向表面44）（例えば第４図）または試料領域40と反
対側の光応答性電極の側部（例えば第２図および第３
図）に照射してもよい。しかしながら、照射表面66が試
料対向表面と反応側の光応答性電極16の側部（第２図お
よび第３図）である場合には、光応答性電極16から成る
ウェーハーまたはコーティングは通常は薄くて、少量の
担体拡散層程度以下であり、通常は約0.01〜5mmであ
る。通常はこの場合には、光応答性電極16の厚さは約0.
05μ〜0.5mmである。
に対向する光応答性電極16の側部（光応答性電極16の溶
液対向表面44）（例えば第４図）または試料領域40と反
対側の光応答性電極の側部（例えば第２図および第３
図）に照射してもよい。しかしながら、照射表面66が試
料対向表面と反応側の光応答性電極16の側部（第２図お
よび第３図）である場合には、光応答性電極16から成る
ウェーハーまたはコーティングは通常は薄くて、少量の
担体拡散層程度以下であり、通常は約0.01〜5mmであ
る。通常はこの場合には、光応答性電極16の厚さは約0.
05μ〜0.5mmである。
第２図および第３図に示された電気化学的セル10の態
様では、補償電極70は不活性な電気伝導性材料、例えば
白金、金、イリジウム、ロジウムなどの貴金属であっ
て、対象とする媒質に電気化学的に不活性であり、測定
条件下では酵素と反応しないものから形成することがで
きる。
様では、補償電極70は不活性な電気伝導性材料、例えば
白金、金、イリジウム、ロジウムなどの貴金属であっ
て、対象とする媒質に電気化学的に不活性であり、測定
条件下では酵素と反応しないものから形成することがで
きる。
制御電極70は、例えばSi,GaAsなどの不活性な半導体
材料である試料溶液と接触する表面を有するように形成
させることもできる。制御電極70は、例えば白金含浸テ
フロン（登録商標名）のような複合材料から完全にまた
は部分的に形成させることもできる。制御電極70が透明
であることが望ましい場合、例えば試料領域40および／
または光応答性電極16を第２図および第３図のピストン
14を通して照射することが望ましい態様では、制御電極
70は光応答性電極16の照射に好適な孔または透明部分を
有するピストン底部42上の層となるように形成すること
ができる。あるいは、かかる態様では、半透明、半ば透
明または透明な制御電極70を用いることができ、次に、
照射および電極応答の効率を最大にするため、制御電極
70を底部42の総てを被覆するようにすることができる。
好適な光伝導性制御電極は、金、白金等で部分的に金属
化した薄い底部42から形成することができる。
材料である試料溶液と接触する表面を有するように形成
させることもできる。制御電極70は、例えば白金含浸テ
フロン（登録商標名）のような複合材料から完全にまた
は部分的に形成させることもできる。制御電極70が透明
であることが望ましい場合、例えば試料領域40および／
または光応答性電極16を第２図および第３図のピストン
14を通して照射することが望ましい態様では、制御電極
70は光応答性電極16の照射に好適な孔または透明部分を
有するピストン底部42上の層となるように形成すること
ができる。あるいは、かかる態様では、半透明、半ば透
明または透明な制御電極70を用いることができ、次に、
照射および電極応答の効率を最大にするため、制御電極
70を底部42の総てを被覆するようにすることができる。
好適な光伝導性制御電極は、金、白金等で部分的に金属
化した薄い底部42から形成することができる。
また、制御電極70は、例えば酸化スズ、酸化インジウ
ム、二酸化チタン、または三酸化ストロンチウムタチン
のような透明または部分的に透明な半導体材料から成る
こともできる。制御電極70は、底部42上の光伝導性ポリ
マー性半導体のコーティングから形成することもでき、
好適な用いられるポリマー性物質にはポリアセチレン、
ドーピングしたポリアセチレン、金属をドーピングした
ポリアクリロニトリル、ポリピロール、ポリアルカジエ
ンなどがある。好適なドープ剤には、ヨウ素、硫酸、五
フッ化ヒ素、五塩化アンチモン、六フッ化ニトロアンチ
モンなどがあり、かかるポリマー性物質の伝導率は電気
化学的酸化を用いて改質することもできる。制御電極70
の材料は、酸素および対象とする流体媒質と相溶性を有
するように選択される。
ム、二酸化チタン、または三酸化ストロンチウムタチン
のような透明または部分的に透明な半導体材料から成る
こともできる。制御電極70は、底部42上の光伝導性ポリ
マー性半導体のコーティングから形成することもでき、
好適な用いられるポリマー性物質にはポリアセチレン、
ドーピングしたポリアセチレン、金属をドーピングした
ポリアクリロニトリル、ポリピロール、ポリアルカジエ
ンなどがある。好適なドープ剤には、ヨウ素、硫酸、五
フッ化ヒ素、五塩化アンチモン、六フッ化ニトロアンチ
モンなどがあり、かかるポリマー性物質の伝導率は電気
化学的酸化を用いて改質することもできる。制御電極70
の材料は、酸素および対象とする流体媒質と相溶性を有
するように選択される。
光応答またはその他の電気化学的セルから生じる電気
的信号の測定に好適な回路は、制御電極70と動作電極16
との間の電位を自動的に変化させて、動作電極16の照射
表面66の正弦波照射に応答して制御電極70を通して一定
振幅の正弦波電流を維持するようにすることから成る。
例えば、動作電極16の近傍の化学的環境における変動
は、一定電流を維持するのに必要な電位を測定すること
によって計測することができる。この測定方式を定常振
幅法と呼ぶ。
的信号の測定に好適な回路は、制御電極70と動作電極16
との間の電位を自動的に変化させて、動作電極16の照射
表面66の正弦波照射に応答して制御電極70を通して一定
振幅の正弦波電流を維持するようにすることから成る。
例えば、動作電極16の近傍の化学的環境における変動
は、一定電流を維持するのに必要な電位を測定すること
によって計測することができる。この測定方式を定常振
幅法と呼ぶ。
電気化学的セル10で生じた光応答またはその他の電気
的信号の測定用の第二の好適な回路は、電流が動作電極
16の表面66の正弦波状照射によって誘起される場合に
は、制御電極70と動作電極16との間の電位の掃引と回路
中の交流電流の振幅の測定から成る。こうして得られる
整列である加えた電位対光電流の振幅をデジタル・エレ
クトロニクスで分析して、加えた電位に対する光電流振
幅のプロットの最大傾斜の点に相当する加えた電位を決
定する。この電位は、動作電極16の付近の化学的環境に
おける変動と定量的に依存する。この測定方式は、定常
電位法と呼ばれる。
的信号の測定用の第二の好適な回路は、電流が動作電極
16の表面66の正弦波状照射によって誘起される場合に
は、制御電極70と動作電極16との間の電位の掃引と回路
中の交流電流の振幅の測定から成る。こうして得られる
整列である加えた電位対光電流の振幅をデジタル・エレ
クトロニクスで分析して、加えた電位に対する光電流振
幅のプロットの最大傾斜の点に相当する加えた電位を決
定する。この電位は、動作電極16の付近の化学的環境に
おける変動と定量的に依存する。この測定方式は、定常
電位法と呼ばれる。
例示的回路のブロック図を模式的に第５図に示し、こ
の図ではケイ素ウェーハー動作電極16、制御電極70およ
び基準電極78が示されている。ポテンショスタット74
は、基準電極78を介して溶液電位を監視して、制御電極
70に必要な電位を加えることによって水性溶液84と動作
電極16との間の電位を制御する。76の交流電流計は動作
電極16を通る交流電流と出力80に対するこの電流の振幅
に比例する電位を出力する。この信号は定常電位法で用
いられる。この方式では、スイッチ86は開いている。ス
イッチ86が閉じると、ポテンショスタット74に対するフ
ィードバック・ループが形成され、ポテンショスタット
74が溶液から動作電極16への電位を維持して、定常的な
光誘起交流電流を動作電極16中に維持することができる
ようにする。この定常振幅法ではポテンショスタット74
は、溶液84から動作電極16への電位に比例する電圧を供
給する出力82を供給する。
の図ではケイ素ウェーハー動作電極16、制御電極70およ
び基準電極78が示されている。ポテンショスタット74
は、基準電極78を介して溶液電位を監視して、制御電極
70に必要な電位を加えることによって水性溶液84と動作
電極16との間の電位を制御する。76の交流電流計は動作
電極16を通る交流電流と出力80に対するこの電流の振幅
に比例する電位を出力する。この信号は定常電位法で用
いられる。この方式では、スイッチ86は開いている。ス
イッチ86が閉じると、ポテンショスタット74に対するフ
ィードバック・ループが形成され、ポテンショスタット
74が溶液から動作電極16への電位を維持して、定常的な
光誘起交流電流を動作電極16中に維持することができる
ようにする。この定常振幅法ではポテンショスタット74
は、溶液84から動作電極16への電位に比例する電圧を供
給する出力82を供給する。
電気的応答としてキャパシタンスが用いられる場合に
は、キャパシタンスの変化を低周波数電位掃引で重ねら
れる電位変調から生じる交流電流から計測することがで
きる。
は、キャパシタンスの変化を低周波数電位掃引で重ねら
れる電位変調から生じる交流電流から計測することがで
きる。
キャパシタンス信号の説明については、米国特許出願
第768,977号明細書を参照されたい。
第768,977号明細書を参照されたい。
既に述べた如く、光応答性電極はピストンの底部表面
または試料室の底部であってもよく、制御電極は光応答
性動作電極に対抗したままになる。電極の光伝導性によ
って、光は光ファイバー、光ガイドなどの各種手段によ
って光応答性電極の表面である試料と接触している表
面、または光応答性電極の反対表面に向かう。
または試料室の底部であってもよく、制御電極は光応答
性動作電極に対抗したままになる。電極の光伝導性によ
って、光は光ファイバー、光ガイドなどの各種手段によ
って光応答性電極の表面である試料と接触している表
面、または光応答性電極の反対表面に向かう。
場合によっては、第二の光源を備えて、２個の光源が
異なる波長を有するようにすることが好ましい。２個の
光源を例えば異なる周波数で、別個に変調することによ
って、２個の光源から生じる光応答性電極から誘導され
る電気的信号を好適な脱変調、濾過、同期検波またはそ
の他の技法によって分離することができる。
異なる波長を有するようにすることが好ましい。２個の
光源を例えば異なる周波数で、別個に変調することによ
って、２個の光源から生じる光応答性電極から誘導され
る電気的信号を好適な脱変調、濾過、同期検波またはそ
の他の技法によって分離することができる。
本発明のもう一つの態様は第６図および第７図に示さ
れており、この場合拡張可能なまたは弾性材料を用いら
れ、弾性材料を拡張しながら試料を導入し、反応を起こ
させ、試料材料を排除して容積を減少させ、測定を行う
ことができる。この態様は第６図および第７図に示さ
れ、器具100は屈曲性カバー102と、試料室の壁として働
くスペーサー104と、室の床として働くベースプレート1
06と、光源108と、取り入れ溝110と取り出し溝112を有
する。屈曲性カバーは、加圧下および圧放出時に拡張お
よび収縮することができ如何なる好都合な材料であって
もよい。取り入れ口110は、好都合な手段で液体源に接
続されて、室116に導入するようにすることができ、取
り出し口溝112はなかに好都合な廃棄用容器に接続され
ていてもよい。
れており、この場合拡張可能なまたは弾性材料を用いら
れ、弾性材料を拡張しながら試料を導入し、反応を起こ
させ、試料材料を排除して容積を減少させ、測定を行う
ことができる。この態様は第６図および第７図に示さ
れ、器具100は屈曲性カバー102と、試料室の壁として働
くスペーサー104と、室の床として働くベースプレート1
06と、光源108と、取り入れ溝110と取り出し溝112を有
する。屈曲性カバーは、加圧下および圧放出時に拡張お
よび収縮することができ如何なる好都合な材料であって
もよい。取り入れ口110は、好都合な手段で液体源に接
続されて、室116に導入するようにすることができ、取
り出し口溝112はなかに好都合な廃棄用容器に接続され
ていてもよい。
スペーサー104は所望な試料の深さを供するように選
択され、測定中に試料の容積を制御する働きをする。ス
ペーサー104の厚さは、約0.1mm〜約1mであり、通常は約
0.5mm未満である。屈曲性カバー102はドーピングを行
い、制御電極として働くようにすることができれば、如
何なる弾性材料でもよい。各種伝導性材料を屈曲性カバ
ー102として用いることができる。屈曲性のカバー102ま
で光を伝達することができるように透明である限り動作
電極114をベースプレート106にコーティングすることが
できる。リードをベースプレート106にコーティングし
て、スペーサー104下で延長して動作電極114を外部回路
に接続することができる。屈曲性カバーも上記回路と同
様な回路を用いて適当なリードによって外部回路に接続
することもできる。
択され、測定中に試料の容積を制御する働きをする。ス
ペーサー104の厚さは、約0.1mm〜約1mであり、通常は約
0.5mm未満である。屈曲性カバー102はドーピングを行
い、制御電極として働くようにすることができれば、如
何なる弾性材料でもよい。各種伝導性材料を屈曲性カバ
ー102として用いることができる。屈曲性のカバー102ま
で光を伝達することができるように透明である限り動作
電極114をベースプレート106にコーティングすることが
できる。リードをベースプレート106にコーティングし
て、スペーサー104下で延長して動作電極114を外部回路
に接続することができる。屈曲性カバーも上記回路と同
様な回路を用いて適当なリードによって外部回路に接続
することもできる。
次の態様は第８図に示され、この図はカートリッジ器
具と呼ばれる器具を模式的に示いている。カードリッジ
器具120は、供給スプール112と取り出しスプール124を
有する。供給スプール上の担体材料は多孔性および／ま
たは吸収性の各種材料であり、貫通孔を有するマイラ
ー、フィルター材料、綿またはナイロン糸材料、または
その他のフィルム、糸等を形成することができる材料で
あり、連続的または断続的な多孔性または吸収性層を支
持することができるものである。供給スプール上の材料
は実施される化学反応の担体として働き、これら化学反
応を阻害せず、分析に必要な所望な特性を供するように
選択される。
具と呼ばれる器具を模式的に示いている。カードリッジ
器具120は、供給スプール112と取り出しスプール124を
有する。供給スプール上の担体材料は多孔性および／ま
たは吸収性の各種材料であり、貫通孔を有するマイラ
ー、フィルター材料、綿またはナイロン糸材料、または
その他のフィルム、糸等を形成することができる材料で
あり、連続的または断続的な多孔性または吸収性層を支
持することができるものである。供給スプール上の材料
は実施される化学反応の担体として働き、これら化学反
応を阻害せず、分析に必要な所望な特性を供するように
選択される。
担体材料は、担体を導入すると同時に試料室128から
溶液が洩れ出すのを防止する働きをする第一のガイド12
6を通して供給される。本発明の態様では、担体は試料
溶液を通過するように示されている。または、注射器が
あって試料の液滴を試薬が存在するまたは存在しない担
体上の所定の位置に置くことができる。この試料を加熱
またはその他の処理によって乾燥して試料を担体に張り
付けることもできる。
溶液が洩れ出すのを防止する働きをする第一のガイド12
6を通して供給される。本発明の態様では、担体は試料
溶液を通過するように示されている。または、注射器が
あって試料の液滴を試薬が存在するまたは存在しない担
体上の所定の位置に置くことができる。この試料を加熱
またはその他の処理によって乾燥して試料を担体に張り
付けることもできる。
上記のように、担体は多数のコーティングを有する
が、２個のコーティング130および132だけを図示してい
る。これらのコーティングは、スポット、線、パッドな
どとして存在してもよく、１種類以上の試薬を有して、
試料室の試料と相互作用させることができる。例えば、
コーティングスポット130および132は異なる２個の抗体
であるかまたは２個の異なるリガンドなどであってもよ
い。一つのスポットは試料に関するものであり、もう一
方のスポットは対照を提供するものであってもよい。
が、２個のコーティング130および132だけを図示してい
る。これらのコーティングは、スポット、線、パッドな
どとして存在してもよく、１種類以上の試薬を有して、
試料室の試料と相互作用させることができる。例えば、
コーティングスポット130および132は異なる２個の抗体
であるかまたは２個の異なるリガンドなどであってもよ
い。一つのスポットは試料に関するものであり、もう一
方のスポットは対照を提供するものであってもよい。
複数の洗浄および試薬溶液室134,136および138を用い
て、室134では複数のガイド棒140が存在するようにして
もよい。ガイド棒は担体材料の伸長した通路を準備し、
担体材料が室134に保持される期間を延長するようにす
る。洗浄および試薬溶液室のそれぞれは隔離ガイド144
によって隔離され、担体材料142が連続的に移動でき、
一つの室から次の室の溶液が混合するのを防止すること
ができるようになっている。セパレーター142は各種シ
リコンゴムまたは同様なガスケット、弾性輪などであっ
て、洩れを防止するだけでなく、担体材料を絞り出し
て、一つの室から次の室へ送られる量を最低限にするこ
とができる。
て、室134では複数のガイド棒140が存在するようにして
もよい。ガイド棒は担体材料の伸長した通路を準備し、
担体材料が室134に保持される期間を延長するようにす
る。洗浄および試薬溶液室のそれぞれは隔離ガイド144
によって隔離され、担体材料142が連続的に移動でき、
一つの室から次の室の溶液が混合するのを防止すること
ができるようになっている。セパレーター142は各種シ
リコンゴムまたは同様なガスケット、弾性輪などであっ
て、洩れを防止するだけでなく、担体材料を絞り出し
て、一つの室から次の室へ送られる量を最低限にするこ
とができる。
担体材料が洗浄および試薬溶液室を通過した後担体材
料は反応室146へ入る。反応室の底部は、動作電極とし
てのシリコンウェーハー148を有するように示されてい
る。ピストン150は伝導性であり、好ましくは薄い絶縁
体でコーティングされており、複数の機能を有する。洩
れ防止するために、ピストン150はＯ−リング152を有し
て、溶液が損失しないように密封してある。ピストン15
0はオリフィス154を有し、反応室146とピストン室156と
の間で連絡している。ピストン室156の内部には、基準
電極158がリード160によって回路（図示していない）に
結合されている。LED162aおよび162bはシリコンウェー
ハー148の下に配置され、担体142上のコーティング130
および132の下のシリコンウェーハーの領域を照明す
る。
料は反応室146へ入る。反応室の底部は、動作電極とし
てのシリコンウェーハー148を有するように示されてい
る。ピストン150は伝導性であり、好ましくは薄い絶縁
体でコーティングされており、複数の機能を有する。洩
れ防止するために、ピストン150はＯ−リング152を有し
て、溶液が損失しないように密封してある。ピストン15
0はオリフィス154を有し、反応室146とピストン室156と
の間で連絡している。ピストン室156の内部には、基準
電極158がリード160によって回路（図示していない）に
結合されている。LED162aおよび162bはシリコンウェー
ハー148の下に配置され、担体142上のコーティング130
および132の下のシリコンウェーハーの領域を照明す
る。
器具120全体はカートリッジ・ハウジング164に嵌まる
ように構成することができる。
ように構成することができる。
制御電極としてのピストン150および動作電極として
のウェーハー148は、上記のように参考電極158が結合し
ている回路へ結合することがきる。
のウェーハー148は、上記のように参考電極158が結合し
ている回路へ結合することがきる。
分析を行う場合には、担体材料に特定の試薬例えば抗
体をスポットする。複数のスポットを用いてもよく、抗
体は同じでもまたは異なっていてもよい。試薬スポット
は特定のプロトコールに従って分離され、試料室128へ
試料の導入及びこれからの試料を取り出し可能となる。
例えば、予め計画された方法によって、ポンプを用いて
試料を導入し、試料を除去し、試料室128を洗浄し、次
いで新規試料を導入する。試薬スポットが試料室に止ど
まっている時間は、吸収スプール124の速度と室中の試
薬スポットの通路の長さによって制御される。勿論、吸
収スプールは連続的である必要はなく、断続的に移動し
て、各種位置での時間を予め決められた計画または各測
定と関連した計画にしたがって変化させてもよい。
体をスポットする。複数のスポットを用いてもよく、抗
体は同じでもまたは異なっていてもよい。試薬スポット
は特定のプロトコールに従って分離され、試料室128へ
試料の導入及びこれからの試料を取り出し可能となる。
例えば、予め計画された方法によって、ポンプを用いて
試料を導入し、試料を除去し、試料室128を洗浄し、次
いで新規試料を導入する。試薬スポットが試料室に止ど
まっている時間は、吸収スプール124の速度と室中の試
薬スポットの通路の長さによって制御される。勿論、吸
収スプールは連続的である必要はなく、断続的に移動し
て、各種位置での時間を予め決められた計画または各測
定と関連した計画にしたがって変化させてもよい。
例示される方法では、試薬スポットは２種類の異なる
抗体であり、試料が唯一つのリガンドを含むことが知ら
れている場合には、他のスポットは対照またはネガティ
ブして働く。２個のスポットは試料室に入り、存在する
リガンドと反応させることができる。試料室から、反応
したスポットが反応室に移動し、この反応室は担体上の
スポットの抗体が結合するのとは異なるリガンド上のエ
ピトープ部位に特異的なモノクローン抗体を含む。滞留
時間は担体が棒の周りに移動して反応室134の通路が延
長されることによって延長される。
抗体であり、試料が唯一つのリガンドを含むことが知ら
れている場合には、他のスポットは対照またはネガティ
ブして働く。２個のスポットは試料室に入り、存在する
リガンドと反応させることができる。試料室から、反応
したスポットが反応室に移動し、この反応室は担体上の
スポットの抗体が結合するのとは異なるリガンド上のエ
ピトープ部位に特異的なモノクローン抗体を含む。滞留
時間は担体が棒の周りに移動して反応室134の通路が延
長されることによって延長される。
反応室134から担体は第二の反応室136へ移動し、この
反応室は例えば抗マウス抗体に接合したウレアーゼのよ
うな酵素を含み、第二の抗体はマウス免疫グロブリンで
あった。例えば、リガンドに結合するマウス抗体はサン
ドイッチ分析法を提供し、接合体によって結合され、担
体に結合するウレアーゼの量は、試料中のリガンドの量
に比例する。
反応室は例えば抗マウス抗体に接合したウレアーゼのよ
うな酵素を含み、第二の抗体はマウス免疫グロブリンで
あった。例えば、リガンドに結合するマウス抗体はサン
ドイッチ分析法を提供し、接合体によって結合され、担
体に結合するウレアーゼの量は、試料中のリガンドの量
に比例する。
反応室136から、担体は洗浄室138へ移動し、非特異的
に結合した酵素接合体は担体から取り除かれ、担体上の
反応スポットに結合している酵素の量は特異的に結合し
ていることが保証される。次に担体は、洗浄室138から
反応室146へ移動する。反応室146は酵素の試薬の基質も
含む。ウレアーゼの場合には、これは一般的に酵素にと
って最適であるpHでは尿素であるが、媒質は比較的軽度
に緩衝化されており、例えば、約50mM未満であり、通常
は約1mM未満であり、典型的には100μＭであり、尿素の
加水分解時のpH変化を妨げないようになっている。
に結合した酵素接合体は担体から取り除かれ、担体上の
反応スポットに結合している酵素の量は特異的に結合し
ていることが保証される。次に担体は、洗浄室138から
反応室146へ移動する。反応室146は酵素の試薬の基質も
含む。ウレアーゼの場合には、これは一般的に酵素にと
って最適であるpHでは尿素であるが、媒質は比較的軽度
に緩衝化されており、例えば、約50mM未満であり、通常
は約1mM未満であり、典型的には100μＭであり、尿素の
加水分解時のpH変化を妨げないようになっている。
反応スポットが反応室へ移動するとそれらはLED162a
および162b上に配置されて、そこに停止される。次にピ
ストン150を押し下げて、ウェーハー148に対して担体14
2を押圧し、スポットから水酸化物イオンがその中に拡
散した液体媒質のほとんどを除去する。担体材料は十分
な量の媒質を保持しており、酵素反応が進行しウレアー
ゼの場合には、酵素の存在によってpHが実質的に変化す
るようになる。
および162b上に配置されて、そこに停止される。次にピ
ストン150を押し下げて、ウェーハー148に対して担体14
2を押圧し、スポットから水酸化物イオンがその中に拡
散した液体媒質のほとんどを除去する。担体材料は十分
な量の媒質を保持しており、酵素反応が進行しウレアー
ゼの場合には、酵素の存在によってpHが実質的に変化す
るようになる。
LEDを交互に作動させることによって、一方の部位で
のpHがもう一方の部位のpHと比較して上昇することは、
特定の部位に抗体関連するリガンドが存在することを示
している。測定を行ってしまった後、ピストンを上昇さ
せ、吸収スプールは反応室から消費された反応物部位を
除去するように旋回して、反応室が次の反応物スポット
を収容するようにする。
のpHがもう一方の部位のpHと比較して上昇することは、
特定の部位に抗体関連するリガンドが存在することを示
している。測定を行ってしまった後、ピストンを上昇さ
せ、吸収スプールは反応室から消費された反応物部位を
除去するように旋回して、反応室が次の反応物スポット
を収容するようにする。
反応室で最初は基室の容積が比較的大きいことによっ
て、反応物スポットで起こった小さな反応は希釈されて
しまうので、基質溶液を変えることなく複数の測定を行
うことができる。この方法では、カートリッジを比較的
小型にして適当な回路とスプールを移動させる機械を有
する装置に嵌め込み、スプールが消費されてしまった
ら、所望ならば、カートリッジを廃棄しまたは取り外し
てもよい。連続分析では、各種室を流して、連続的また
断続的な溶液の補給を行うことができる。
て、反応物スポットで起こった小さな反応は希釈されて
しまうので、基質溶液を変えることなく複数の測定を行
うことができる。この方法では、カートリッジを比較的
小型にして適当な回路とスプールを移動させる機械を有
する装置に嵌め込み、スプールが消費されてしまった
ら、所望ならば、カートリッジを廃棄しまたは取り外し
てもよい。連続分析では、各種室を流して、連続的また
断続的な溶液の補給を行うことができる。
次の第９図における態様はフィルター・フロー・セル
である。この態様では、細胞、ウイルス、膜フラグメン
ト、合成粒子などを対象とする粒子をフィルター膜上で
濃縮することができ、この膜は動作電極に近接して、通
常は約100μｍ以下で配置することができる。フィルタ
ー・フロー・セル170はピストン172と、伝導性棒176に
よって外部回路に接続した制御電気174を有する。ピス
トンの周りの洩れはＯ−リング178によって防止され
る。フィルター膜180は制御電気174と好ましくはシリコ
ンウェーハーである動作電極182との間に配置される。
ハウジング184は入り口チャンネル186を有し、このチャ
ンネルはフィルター膜の下に取り出し口188を有する。
である。この態様では、細胞、ウイルス、膜フラグメン
ト、合成粒子などを対象とする粒子をフィルター膜上で
濃縮することができ、この膜は動作電極に近接して、通
常は約100μｍ以下で配置することができる。フィルタ
ー・フロー・セル170はピストン172と、伝導性棒176に
よって外部回路に接続した制御電気174を有する。ピス
トンの周りの洩れはＯ−リング178によって防止され
る。フィルター膜180は制御電気174と好ましくはシリコ
ンウェーハーである動作電極182との間に配置される。
ハウジング184は入り口チャンネル186を有し、このチャ
ンネルはフィルター膜の下に取り出し口188を有する。
シリンダー190はハウジング184に嵌まり、ピストン17
2を収容し、支持体192および194と共にフィルター膜180
を配置する働きをする。シリンダーはハウジングから外
すことが可能であり、それぞれ膜を使用した後、シリン
ダーはハウジングから取り出され、消費した膜を廃棄し
て新しい膜が192および194に配置され、シリンダー190
によって所定位置に固定される。反応室196はピストン1
72の移動に連れて容積が変わり、ピストンは一般的に反
応中は上位置にあり且つ測定中は動作電極に対してフィ
ルター膜180を押圧する下位置にある。反応室196は出口
チャンネル198を有し、そこから過剰の液体が反応室196
から除かれる。各種Ｏ−リングを配し、ハウジングまた
はシリダーを通る洩れを最少限にしているが、個々につ
いて説明の必要はない。
2を収容し、支持体192および194と共にフィルター膜180
を配置する働きをする。シリンダーはハウジングから外
すことが可能であり、それぞれ膜を使用した後、シリン
ダーはハウジングから取り出され、消費した膜を廃棄し
て新しい膜が192および194に配置され、シリンダー190
によって所定位置に固定される。反応室196はピストン1
72の移動に連れて容積が変わり、ピストンは一般的に反
応中は上位置にあり且つ測定中は動作電極に対してフィ
ルター膜180を押圧する下位置にある。反応室196は出口
チャンネル198を有し、そこから過剰の液体が反応室196
から除かれる。各種Ｏ−リングを配し、ハウジングまた
はシリダーを通る洩れを最少限にしているが、個々につ
いて説明の必要はない。
２個のセルを縦に配置して、第二のセルが第一のセル
から濾過された媒質を収容するようにすることができ
る。第二のセルは膜を有する必要はないが、試料セルで
の系の正確な再現性を供するには、膜を有していること
ができる。濾過された媒質を対照セルおよび２個のセル
に対する共通回路を使用することによって、２つのセル
の間の信号の差は、試料セル中の分析物の存在と相関す
ることになる。
から濾過された媒質を収容するようにすることができ
る。第二のセルは膜を有する必要はないが、試料セルで
の系の正確な再現性を供するには、膜を有していること
ができる。濾過された媒質を対照セルおよび２個のセル
に対する共通回路を使用することによって、２つのセル
の間の信号の差は、試料セル中の分析物の存在と相関す
ることになる。
分析を行うには、ピストンを上昇した位置にして、試
料を取り入れ口チャンネル186を通して室196に導入し比
較的大容積の流体が室196を通過し、出口チャンネル198
からでて行くようにする。試料が反応室196を通過した
後、更に試薬溶液、洗浄溶液などの反応室中を通過さ
せ、フィルター膜180によって捕集された分析物の存在
に関連した各種反応が起こる。ピストン172を下位置に
下げ、フィルター膜180を動作電極182に接近させる。次
に、基室溶液を入り口チャンネル186を通過して導入し
て、反応室の容積が小さいまま、基質溶液をフィルター
膜と接触させる。フィルター膜材料を適当に選択するこ
とによって室の容積を更に減少させるため、ピストンを
下方に一杯に下げ、フィルター膜180を動作電極182の表
面200に押圧させることができる。この方法では、試薬
は動作電極に近接しており、測定を最低限度の容積で行
うことができる。更に、フィルター膜は測定中に水分を
保持し、媒質によって取り巻かれている。
料を取り入れ口チャンネル186を通して室196に導入し比
較的大容積の流体が室196を通過し、出口チャンネル198
からでて行くようにする。試料が反応室196を通過した
後、更に試薬溶液、洗浄溶液などの反応室中を通過さ
せ、フィルター膜180によって捕集された分析物の存在
に関連した各種反応が起こる。ピストン172を下位置に
下げ、フィルター膜180を動作電極182に接近させる。次
に、基室溶液を入り口チャンネル186を通過して導入し
て、反応室の容積が小さいまま、基質溶液をフィルター
膜と接触させる。フィルター膜材料を適当に選択するこ
とによって室の容積を更に減少させるため、ピストンを
下方に一杯に下げ、フィルター膜180を動作電極182の表
面200に押圧させることができる。この方法では、試薬
は動作電極に近接しており、測定を最低限度の容積で行
うことができる。更に、フィルター膜は測定中に水分を
保持し、媒質によって取り巻かれている。
取り出し口に基準電極を配設して、上記のように回路
を設けるのが好ましい。光応答性電極を用いるときに
は、光源を用いるかまたはシリコンウェーハー中での容
量性要素に対する媒質の効果によって容量性測定を行う
ことができる。
を設けるのが好ましい。光応答性電極を用いるときに
は、光源を用いるかまたはシリコンウェーハー中での容
量性要素に対する媒質の効果によって容量性測定を行う
ことができる。
次の態様では、上記装置と同様に多くの要素を有する
ウィッキング（Wicking）装置を用いる。第９図のフィ
ルター・フロー・セルと同様に、ウィッキング装置210
はハウジング212、ウィッキング材料214および制御電極
としても働くピストン216を有する。内部壁218は、ピス
トン室として働き且つフィルター膜220を光応答性電極2
22の近位の位置に固定する。基準電極224が設られ、こ
れはウィッギング材料214を介して湿ったフィルター膜2
20と接触している。Ｏ−リングを設けて洩れを防いでい
る。ピストン216は試薬室226及びオリフィス228を有
し、このオリフィスを通して試薬がフィルター膜220と
接触する。２個のLED230が示されているが、これらは第
10c図に示されるように、含浸することができまたは異
なる部位でフィルター膜220上に存在することができる
異なる化合物に関連したシリコンウェーハーの特異的部
位を照明するのに複数のLEDを用いることができるとい
う事実を単に例示するものである。
ウィッキング（Wicking）装置を用いる。第９図のフィ
ルター・フロー・セルと同様に、ウィッキング装置210
はハウジング212、ウィッキング材料214および制御電極
としても働くピストン216を有する。内部壁218は、ピス
トン室として働き且つフィルター膜220を光応答性電極2
22の近位の位置に固定する。基準電極224が設られ、こ
れはウィッギング材料214を介して湿ったフィルター膜2
20と接触している。Ｏ−リングを設けて洩れを防いでい
る。ピストン216は試薬室226及びオリフィス228を有
し、このオリフィスを通して試薬がフィルター膜220と
接触する。２個のLED230が示されているが、これらは第
10c図に示されるように、含浸することができまたは異
なる部位でフィルター膜220上に存在することができる
異なる化合物に関連したシリコンウェーハーの特異的部
位を照明するのに複数のLEDを用いることができるとい
う事実を単に例示するものである。
各種電極を適当な回路に接続して、光応答性電極222
の表面で起きる反応に関連してシリコンウェーハーから
得られる光応答性信号を変化させる媒質での変化を測定
してもよい。
の表面で起きる反応に関連してシリコンウェーハーから
得られる光応答性信号を変化させる媒質での変化を測定
してもよい。
第10a図では、オリフィス228で終わっている室226を
ピストン216が囲んでいる。上から見れば、ピストンは
オリフィス228を有する壁216として見える。
ピストン216が囲んでいる。上から見れば、ピストンは
オリフィス228を有する壁216として見える。
分析を行う場合に、各種の部位に適当な化学を有する
フィルター膜220を配置する。第10c図に示されるよう
に、６個の化合物が異なる位置のドット232によって示
されている。また、それぞれのドット232は異なるリセ
プター例えば抗体または異なるリガンドまたはそれらの
組み合わせを有すると考えることができる。ドット232
はシリンダー216の下になるように配置される。
フィルター膜220を配置する。第10c図に示されるよう
に、６個の化合物が異なる位置のドット232によって示
されている。また、それぞれのドット232は異なるリセ
プター例えば抗体または異なるリガンドまたはそれらの
組み合わせを有すると考えることができる。ドット232
はシリンダー216の下になるように配置される。
分析を行うには、試料溶液、試薬溶液および洗浄溶液
を適当なプロトコールによって、特定の溶液に依存して
次々とまたは一度に加えることができ、溶液は、オリフ
ィス228を通過して、ピストン216の下の領域234中に伸
び、溶液をフィルター膜220によって吸収されるであろ
う。次に、媒質は毛細管作用によって膜220を通してウ
ィッキング材料214に移動し、ウィッキング材料は流体
を吸収して、次の流体を添加することができるようにす
る。それぞれの流体は同じ通路を移動し、ウィッキング
材料中で完全人消費される。ピストン216は固定しても
よくまたは好ましくは可動性であってもよく、ピストン
がフィルター膜220をシリコンウェーハー222に向かって
絞り、シリコンウェーハー222と接触する液体の容積を
最少限にすることができる。次に、関連のLEDによりス
ポットの下の領域を順次照射することによってスポット
232のそれぞれを個別に検査することができる。この方
法では、複数の測定を容易に行うことができる。装置を
解体して、消費されたフィルター膜220を廃棄して新し
いフィルター膜を導入して、工程を繰り返すことができ
る。
を適当なプロトコールによって、特定の溶液に依存して
次々とまたは一度に加えることができ、溶液は、オリフ
ィス228を通過して、ピストン216の下の領域234中に伸
び、溶液をフィルター膜220によって吸収されるであろ
う。次に、媒質は毛細管作用によって膜220を通してウ
ィッキング材料214に移動し、ウィッキング材料は流体
を吸収して、次の流体を添加することができるようにす
る。それぞれの流体は同じ通路を移動し、ウィッキング
材料中で完全人消費される。ピストン216は固定しても
よくまたは好ましくは可動性であってもよく、ピストン
がフィルター膜220をシリコンウェーハー222に向かって
絞り、シリコンウェーハー222と接触する液体の容積を
最少限にすることができる。次に、関連のLEDによりス
ポットの下の領域を順次照射することによってスポット
232のそれぞれを個別に検査することができる。この方
法では、複数の測定を容易に行うことができる。装置を
解体して、消費されたフィルター膜220を廃棄して新し
いフィルター膜を導入して、工程を繰り返すことができ
る。
もう一つの態様は、第11図に示され剛性フィルター装
置と呼ばれる。第11a図では、装置250は制御電極として
も働く溝付きピストン252を有する。装置のベースは動
作電極254であり、好ましくはシリコンウェーハーであ
る。シリンダー256は溝付きピストン252を収容して、底
部はフィルター膜258で囲まれている。装置本体260は各
種試料、試薬溶液および洗浄溶液を導入することができ
る入り口チャンネル262を有する。装置本体はＯ−リン
グ264を有して、動作電極254に洩れ防止シールを配して
いる。第11b図は複数の溝266を有する溝付ピストン252
の平面図である。溝は装置本体260と動作電極254によっ
て定義される室から流体が流出できるようにしている。
置と呼ばれる。第11a図では、装置250は制御電極として
も働く溝付きピストン252を有する。装置のベースは動
作電極254であり、好ましくはシリコンウェーハーであ
る。シリンダー256は溝付きピストン252を収容して、底
部はフィルター膜258で囲まれている。装置本体260は各
種試料、試薬溶液および洗浄溶液を導入することができ
る入り口チャンネル262を有する。装置本体はＯ−リン
グ264を有して、動作電極254に洩れ防止シールを配して
いる。第11b図は複数の溝266を有する溝付ピストン252
の平面図である。溝は装置本体260と動作電極254によっ
て定義される室から流体が流出できるようにしている。
この装置では、膜を曲げて動作電極254に対して押圧
する必要はないので、膜が堅く且つ脆いかまたは屈曲性
であってもよい点を除けば、第９図に示した装置と同様
に作動する。分析を行うには、試料溶液を取り入れ口26
2を通して室268に導入し、粒子例えば細菌細胞をフィル
ター膜258上に集める。比較的大きな試料を室268に導入
して、フィルター膜258を通過されることができる。試
料の導入が完了したら、pHの変化を起こすことのできる
成分を有する栄養媒質を導入してもよい。次に、シリン
ダー256を押し下げて圧縮してシリンダーを装置本体260
の壁内を滑らせ、膜258を動作電極254に押圧する。ピス
トン制御電極252を次に下げてフィルターを押圧し、動
作電極254に隣接する反応容積を最低にする。フィルタ
ー膜258上に集められた細胞の代謝の結果としてのpHの
変化を、検出することができる。
する必要はないので、膜が堅く且つ脆いかまたは屈曲性
であってもよい点を除けば、第９図に示した装置と同様
に作動する。分析を行うには、試料溶液を取り入れ口26
2を通して室268に導入し、粒子例えば細菌細胞をフィル
ター膜258上に集める。比較的大きな試料を室268に導入
して、フィルター膜258を通過されることができる。試
料の導入が完了したら、pHの変化を起こすことのできる
成分を有する栄養媒質を導入してもよい。次に、シリン
ダー256を押し下げて圧縮してシリンダーを装置本体260
の壁内を滑らせ、膜258を動作電極254に押圧する。ピス
トン制御電極252を次に下げてフィルターを押圧し、動
作電極254に隣接する反応容積を最低にする。フィルタ
ー膜258上に集められた細胞の代謝の結果としてのpHの
変化を、検出することができる。
次の装置は、第12図に示され、ダイアフラム装置と呼
ばれる。この装置は、ダイアフラムとセンサーアを介し
て溶液を送り且つピストンなどでフロー・セルの容積を
減少させる空気圧を用いる。この装置は更に、容量性測
定並びに光測定に適合する配置を示す。別個にワイヤー
を付けた制御電極を用いると、制御電極のそれぞれの電
位を変調し、生成する交流電流を測定することによって
LEDなしにウェーハー上の離れた部位を監視することが
できる。この装置のもう一つの特徴は、参考セルを配設
したことである。同一のシリコン片に２個のセルを配設
することによって、試料と対照の読みを複合的にするこ
とができる。対照の読みを用いて、基準電極、シリコ
ン、エレクトロニクス装置またはその他の装置の成分の
熱的ドリフトのごとき、温度または他の要素が試料に無
関係な信号に変化を生じるドリフトを差し引くのに用い
ることができる。共通の基準電極は、試料および基準セ
ルでの同じ溶液電位を保証する。
ばれる。この装置は、ダイアフラムとセンサーアを介し
て溶液を送り且つピストンなどでフロー・セルの容積を
減少させる空気圧を用いる。この装置は更に、容量性測
定並びに光測定に適合する配置を示す。別個にワイヤー
を付けた制御電極を用いると、制御電極のそれぞれの電
位を変調し、生成する交流電流を測定することによって
LEDなしにウェーハー上の離れた部位を監視することが
できる。この装置のもう一つの特徴は、参考セルを配設
したことである。同一のシリコン片に２個のセルを配設
することによって、試料と対照の読みを複合的にするこ
とができる。対照の読みを用いて、基準電極、シリコ
ン、エレクトロニクス装置またはその他の装置の成分の
熱的ドリフトのごとき、温度または他の要素が試料に無
関係な信号に変化を生じるドリフトを差し引くのに用い
ることができる。共通の基準電極は、試料および基準セ
ルでの同じ溶液電位を保証する。
この装置では、試料の化学物質は制御電極または一方
のセルでのシリコン表面では固定化されるが、他の電池
では固定化されない。総ての溶液を試料セルを通して順
次基準電池へと送液し、取り出し口から排出する。２個
の空気圧口に空気圧と真空を順次適正に適用することに
よって、同じ溶液が両方の電池に同じ順序で同じ時間量
だけ保持される。空気圧を両方のダイアフラムに適用し
て読む。この方法では、対照セルは非特異的結合または
背景信号をも制御する。
のセルでのシリコン表面では固定化されるが、他の電池
では固定化されない。総ての溶液を試料セルを通して順
次基準電池へと送液し、取り出し口から排出する。２個
の空気圧口に空気圧と真空を順次適正に適用することに
よって、同じ溶液が両方の電池に同じ順序で同じ時間量
だけ保持される。空気圧を両方のダイアフラムに適用し
て読む。この方法では、対照セルは非特異的結合または
背景信号をも制御する。
第12図に示されるダイアフラム装置280は、それぞれ
ハウジング286および288に第一および第二の空気充満室
282および284を有する。流体290を入り口292を通って導
入し、反応室290、導管292を通って、対照反応室294中
へと流れる。流体は取り出し口295を通して除去するこ
とができる。
ハウジング286および288に第一および第二の空気充満室
282および284を有する。流体290を入り口292を通って導
入し、反応室290、導管292を通って、対照反応室294中
へと流れる。流体は取り出し口295を通して除去するこ
とができる。
弁296および298は流体の導入および除去あを制御す
る。第一および第二の空気圧口304および306を設けて、
送液および読取りのための制御電極支持体の高さを制御
する。
る。第一および第二の空気圧口304および306を設けて、
送液および読取りのための制御電極支持体の高さを制御
する。
絶縁性制御電極支持体308および310はそれらの辺縁部
でダイアフラム312および314に接続され、それらのダイ
アフラムは完全にセル支持体を取り囲み、空気室を流体
領域316および空気領域318に分割する。それぞれの室で
は、複数の制御電極320が制御電極支持体308および310
上に配設され、リード322によって、図示されてはいな
いが、回路に接続される。リード324は基準電極300を同
じ回路に接続する。
でダイアフラム312および314に接続され、それらのダイ
アフラムは完全にセル支持体を取り囲み、空気室を流体
領域316および空気領域318に分割する。それぞれの室で
は、複数の制御電極320が制御電極支持体308および310
上に配設され、リード322によって、図示されてはいな
いが、回路に接続される。リード324は基準電極300を同
じ回路に接続する。
それぞれの制御電極320に対して、LEDが設けられ、動
作電極326の特定部分にあって、動作電極320の特定領域
に対向する部分を検査する。第12a図では、ダイアフラ
ムと制御電極組み立て体の横断面図が示され、ダイアフ
ラム312の求心的溝が各種リングによって描かれ、制御
電極320は支持体308によって支持される。
作電極326の特定部分にあって、動作電極320の特定領域
に対向する部分を検査する。第12a図では、ダイアフラ
ムと制御電極組み立て体の横断面図が示され、ダイアフ
ラム312の求心的溝が各種リングによって描かれ、制御
電極320は支持体308によって支持される。
第13図には、ストリップを用いる装置が表されてお
り、このストリップは、適当な空間的関係でストリップ
上に各種の異なる化学物質を加えることによって、複数
の測定に用いられる。この装置では、それぞれの部位で
動作電極の表面に対して多孔性ストリップを押圧するの
にピストンが用いられる。これらの化学物質は単一の多
孔性層上に存在してもよく、またはそれぞれの要素が多
孔性または非多孔性支持体上に支持されていてもよい。
この方法では装置の外側で各種段階の分析を行い、スト
リップを装置に導入し、適当な溶液に浸漬し、観察され
る信号に影響を与える生成物を生じさせる。
り、このストリップは、適当な空間的関係でストリップ
上に各種の異なる化学物質を加えることによって、複数
の測定に用いられる。この装置では、それぞれの部位で
動作電極の表面に対して多孔性ストリップを押圧するの
にピストンが用いられる。これらの化学物質は単一の多
孔性層上に存在してもよく、またはそれぞれの要素が多
孔性または非多孔性支持体上に支持されていてもよい。
この方法では装置の外側で各種段階の分析を行い、スト
リップを装置に導入し、適当な溶液に浸漬し、観察され
る信号に影響を与える生成物を生じさせる。
ストリップ測定装置340は、信号を供給する生成物を
生じる発色溶液を収容する室344を有するハウジング342
を有する。ストリップ348は受容口350およびチャンネル
352を通って室344に導入される。複数の制御電極354を
配置して、測定のための試料および／または対照部位を
整合させる。動作電極として働く半導体電極356は室344
の一つの壁として働き、ガスケット357によって所定位
置に固定される。ハウジング342は対照電極ウェル358を
有し、この中へ図示されていないが対照電極を導入して
発色溶液と電気的に接触させる。この対照電極室を、対
照電極ウェル358をチャンネル360から分離するフリット
・ディスクと嵌合させる。ウェル358は、1MのKClで満た
され、Ag/AgCl対照電極と協同して用いるのが好都合で
ある。チャンネル360は、弁364と嵌合した出口361から
出て行く。ピストンシリンダー棒364はウェル366に嵌合
して、ピストンがウェル344中に伸びていてもよい。ワ
イヤー・コイル368はシリンダー棒364を取り巻き、制御
電極354を移動させる働きをして、ストリップ348を動作
電極356に押圧するようにする。ピストン364はウェル36
6をＯ−リング374で密封する。特定の態様では、制御電
極354はリード372によって回路（図示せず）に接続され
ている。ピストン棒364を、室366を被覆するカラー370
と嵌合する。
生じる発色溶液を収容する室344を有するハウジング342
を有する。ストリップ348は受容口350およびチャンネル
352を通って室344に導入される。複数の制御電極354を
配置して、測定のための試料および／または対照部位を
整合させる。動作電極として働く半導体電極356は室344
の一つの壁として働き、ガスケット357によって所定位
置に固定される。ハウジング342は対照電極ウェル358を
有し、この中へ図示されていないが対照電極を導入して
発色溶液と電気的に接触させる。この対照電極室を、対
照電極ウェル358をチャンネル360から分離するフリット
・ディスクと嵌合させる。ウェル358は、1MのKClで満た
され、Ag/AgCl対照電極と協同して用いるのが好都合で
ある。チャンネル360は、弁364と嵌合した出口361から
出て行く。ピストンシリンダー棒364はウェル366に嵌合
して、ピストンがウェル344中に伸びていてもよい。ワ
イヤー・コイル368はシリンダー棒364を取り巻き、制御
電極354を移動させる働きをして、ストリップ348を動作
電極356に押圧するようにする。ピストン364はウェル36
6をＯ−リング374で密封する。特定の態様では、制御電
極354はリード372によって回路（図示せず）に接続され
ている。ピストン棒364を、室366を被覆するカラー370
と嵌合する。
ストリップ348はその一端に分析パッド376を有し、分
析物と分析系の成分とが相互作用するのに必要な試薬を
供する。
析物と分析系の成分とが相互作用するのに必要な試薬を
供する。
分析を行う場合には、ストリップ348は試料および必
要な試薬と結合して、適当な化学反応をパッド376で起
こさせる。次に、ストリップを入り口350に通して溝352
に導入し、ストリップを移動させ、パッド376を適当な
試薬を含むウェル344に配置する。例えば、分析プロト
コールが酵素をパッドに結合させることを含む場合に
は、ウェルは基質を含むことができる。
要な試薬と結合して、適当な化学反応をパッド376で起
こさせる。次に、ストリップを入り口350に通して溝352
に導入し、ストリップを移動させ、パッド376を適当な
試薬を含むウェル344に配置する。例えば、分析プロト
コールが酵素をパッドに結合させることを含む場合に
は、ウェルは基質を含むことができる。
もう一つの態様では、分析を行う場合には、ストリッ
プ348は試料またはパッド376で適当な化学反応を起こす
のに必要な試薬を収容する。次に、ストリップを入り口
358を通ってチャンネル352に導入し、パッド376を適当
な試薬または試料を含むウェル344にそれぞれ配置す
る。更にもう一つの本発明の態様では、分析を行うに
は、ストリップ348は試料またはパッド376で適当な化学
反応を起こすのに必要な試料を含む。次に、このストリ
ップを入り口315を通って溝352に導入して、パッド376
を、所望ならば、試薬溶液を含むウェル344に配置す
る。この態様では、ストリップ348は適当な試薬または
試料を含み、それぞれウィッキングまたは毛細管作用に
よってパッド376に移動して、パッド376で適当な化学反
応を起こす。
プ348は試料またはパッド376で適当な化学反応を起こす
のに必要な試薬を収容する。次に、ストリップを入り口
358を通ってチャンネル352に導入し、パッド376を適当
な試薬または試料を含むウェル344にそれぞれ配置す
る。更にもう一つの本発明の態様では、分析を行うに
は、ストリップ348は試料またはパッド376で適当な化学
反応を起こすのに必要な試料を含む。次に、このストリ
ップを入り口315を通って溝352に導入して、パッド376
を、所望ならば、試薬溶液を含むウェル344に配置す
る。この態様では、ストリップ348は適当な試薬または
試料を含み、それぞれウィッキングまたは毛細管作用に
よってパッド376に移動して、パッド376で適当な化学反
応を起こす。
ピストン364は室366にあって、シリダーは引っ込んだ
位置にあり、制御電極がウェル344から取り除かれる。
ストリップを配置した後、コイル368を活性化し、ピス
トンが内側に駆動してパッド376を半導体電極356に対し
て押圧するようにする。光（図示せず）を用いて、異な
る時間に半導体電極356の反対側を照射して照射光源が
パッド部位の正反対側になるように配置される。上記し
た回路を用いることにより、酵素生成物の半導体電極の
表面電位に対する影響を測定して試料媒質中の分析物の
量に関連づける。コイル366を、次に賦活してシリンダ
ー棒364を引っ込める。次に、ストリップ348をハウジン
グ342から取り除き、所望ならばウェル344を洗浄し、次
に試験のために準備することができる。
位置にあり、制御電極がウェル344から取り除かれる。
ストリップを配置した後、コイル368を活性化し、ピス
トンが内側に駆動してパッド376を半導体電極356に対し
て押圧するようにする。光（図示せず）を用いて、異な
る時間に半導体電極356の反対側を照射して照射光源が
パッド部位の正反対側になるように配置される。上記し
た回路を用いることにより、酵素生成物の半導体電極の
表面電位に対する影響を測定して試料媒質中の分析物の
量に関連づける。コイル366を、次に賦活してシリンダ
ー棒364を引っ込める。次に、ストリップ348をハウジン
グ342から取り除き、所望ならばウェル344を洗浄し、次
に試験のために準備することができる。
ウレアーゼによって触媒される尿素の加水分解の結果
として、pHの変化を検出する場合に、各種容積の装置の
感度に対する影響を検討した。第１図の装置に匹敵する
装置で、以下の規格を有するものを用いた。
として、pHの変化を検出する場合に、各種容積の装置の
感度に対する影響を検討した。第１図の装置に匹敵する
装置で、以下の規格を有するものを用いた。
ｐ型Siウェーハー20オーム・cm、 LED赤外870nm、 ピストンは0.25″Kel Fロッドで、中央に存在するP+
ロッドであった。銀／塩化銀対照電極を用いた。PBS中
でのウレアーゼ（2mg/ml）を室中で10分間インキュベー
ションすることによって、酵素が半導体表面に結合し
た。順次、洗浄の後、ウレアーゼ基室溶液をフロー・セ
ル中に導入し、Si電極の表面とシリコン表面に隣接する
ピストン末端との間の距離として計測した各種高さにピ
ストンを調整した。定常振幅方式での電子回路を用い
て、バイアス電位の変化を時間の関数として監視した。
様々なピストンの高さについては、ピストンを上昇さ
せ、新しい基質を導入し、ピストンの高さを適正に調整
した。pH変化の則との計算は、標準緩衝液を用いて計測
した50mV/pHに基づいた。これらの測定に基づいて、ピ
ストンの高さを約400μから約14μの高さへ変化させる
と、pHは1.5pH単位／時から約220pH単位／時へと変化率
が増加した。
ロッドであった。銀／塩化銀対照電極を用いた。PBS中
でのウレアーゼ（2mg/ml）を室中で10分間インキュベー
ションすることによって、酵素が半導体表面に結合し
た。順次、洗浄の後、ウレアーゼ基室溶液をフロー・セ
ル中に導入し、Si電極の表面とシリコン表面に隣接する
ピストン末端との間の距離として計測した各種高さにピ
ストンを調整した。定常振幅方式での電子回路を用い
て、バイアス電位の変化を時間の関数として監視した。
様々なピストンの高さについては、ピストンを上昇さ
せ、新しい基質を導入し、ピストンの高さを適正に調整
した。pH変化の則との計算は、標準緩衝液を用いて計測
した50mV/pHに基づいた。これらの測定に基づいて、ピ
ストンの高さを約400μから約14μの高さへ変化させる
と、pHは1.5pH単位／時から約220pH単位／時へと変化率
が増加した。
次の検討は、一般的には第９図に示した装置におい
て、上記実験と同様の規格で行った。電位を、定常振幅
方式での電子回路を用いて、時間の関数として測定し
た。細菌の栄養媒質を分析室に導入し、信号を300秒間
測定して装置ベース・ラインを確立した。次に106個の
Ｅ・コーリー（E.COli）をピストンを引っ込めたセル中
に満たし、次いで同じ媒質に加え、ピストンを下げて30
0秒間信号を観察し、緩衝液濃度の0.1倍を含む細菌媒質
を用いて同じ系列の工程を繰り返した。１回の導入から
の細菌について、データーは、多数回の読取りを行うこ
とができることを示した。この方法では、各種媒質に対
する細菌の応答性を測定して、特定の種または菌株を決
定することができる。
て、上記実験と同様の規格で行った。電位を、定常振幅
方式での電子回路を用いて、時間の関数として測定し
た。細菌の栄養媒質を分析室に導入し、信号を300秒間
測定して装置ベース・ラインを確立した。次に106個の
Ｅ・コーリー（E.COli）をピストンを引っ込めたセル中
に満たし、次いで同じ媒質に加え、ピストンを下げて30
0秒間信号を観察し、緩衝液濃度の0.1倍を含む細菌媒質
を用いて同じ系列の工程を繰り返した。１回の導入から
の細菌について、データーは、多数回の読取りを行うこ
とができることを示した。この方法では、各種媒質に対
する細菌の応答性を測定して、特定の種または菌株を決
定することができる。
次の検討では、膜を使用しなかったことを除き、第９
図の装置を用いた。10μg/mlのウレアーゼ/PBSを分析室
中で５分間インキュベーションした後、過剰の酵素を洗
浄によって除去し、定常振幅方式で電子回路を用いて電
位を時間の関数として測定した。次に、16mMの尿素を含
む食塩溶液でEDTAを10から0.1mMまで変化させて測定を
行った。総ての測定はピストンを下げて行った。異なる
濃度を読取りによって区別することができた。濃度が0.
1mM未満の緩衝液を用いることは好都合ではないので、
電極間の間隔は十分な感度を得るには約１μｍより大き
くなってはならない。
図の装置を用いた。10μg/mlのウレアーゼ/PBSを分析室
中で５分間インキュベーションした後、過剰の酵素を洗
浄によって除去し、定常振幅方式で電子回路を用いて電
位を時間の関数として測定した。次に、16mMの尿素を含
む食塩溶液でEDTAを10から0.1mMまで変化させて測定を
行った。総ての測定はピストンを下げて行った。異なる
濃度を読取りによって区別することができた。濃度が0.
1mM未満の緩衝液を用いることは好都合ではないので、
電極間の間隔は十分な感度を得るには約１μｍより大き
くなってはならない。
本発明によれば、詳細には分析物が極めて低い濃度で
含まれまたは極めて少量で存在する場合に、感受性の高
い分析を行う装置および技術が提供される。分析物が濾
過、沈澱、凝集、特異的結合、それらの組み合わせなど
によって濃縮することができる場合には、分析物の存在
から生じる信号は、極めて小容積で極めて小さな面積に
限定することができる。従って、検出可能な信号からは
大きな振幅か得られ、極めて低濃度での存在または材料
の絶対量を検出することができる。
含まれまたは極めて少量で存在する場合に、感受性の高
い分析を行う装置および技術が提供される。分析物が濾
過、沈澱、凝集、特異的結合、それらの組み合わせなど
によって濃縮することができる場合には、分析物の存在
から生じる信号は、極めて小容積で極めて小さな面積に
限定することができる。従って、検出可能な信号からは
大きな振幅か得られ、極めて低濃度での存在または材料
の絶対量を検出することができる。
特に興味深いことは、酵素系を用いて半導体要素によ
って検出することができる生成物を提供し、これは光ま
たは容量性効果にも応答することである。動作電極はpH
の変化、レドックス電位、またはその他の検出可能な信
号に応答することができる。装置は小型化して単一の測
定または同時に複数の試料の測定に使用することがで
き、自動化することができあるいは手動で操作すること
ができる。適当な配置を用いることによって、試料媒質
に非常に似ている対照物を工夫して、条件が変化するこ
とによる誤差が実質的にない値を提供することができ
る。本発明の装置および方法は、分析実験室、医師の診
療室、家庭等での広範囲の用途が見出されている。
って検出することができる生成物を提供し、これは光ま
たは容量性効果にも応答することである。動作電極はpH
の変化、レドックス電位、またはその他の検出可能な信
号に応答することができる。装置は小型化して単一の測
定または同時に複数の試料の測定に使用することがで
き、自動化することができあるいは手動で操作すること
ができる。適当な配置を用いることによって、試料媒質
に非常に似ている対照物を工夫して、条件が変化するこ
とによる誤差が実質的にない値を提供することができ
る。本発明の装置および方法は、分析実験室、医師の診
療室、家庭等での広範囲の用途が見出されている。
上記の発明を理解し解釈するために、図面と実施例と
によって幾分詳細に説明したが、変化および改質を特許
請求の範囲内で実施し得ることは明らかであろう。
によって幾分詳細に説明したが、変化および改質を特許
請求の範囲内で実施し得ることは明らかであろう。
第１図は、本発明による第一の例示的電気化学的セルの
模式的横断面図であり、 第２図は、第一の例示的電気化学的セルの横断面図であ
って、プランジャーが「持ち上がった」位置にあること
を示し、 第３図は、第一の例示的電気化学的セルの横断面図であ
って、プランジャーが「下がった」位置にあることを示
し、 第４図は、本発明による第一の例示的電気化学的セルの
改変されたものの一部分の詳細な横断面図であり、 第５図は、本発明による電気化学的セルで使用する例示
的な模式的回路であり、 第６図は、本発明の第二の態様の平面図であり、 第７図は、第６図の区分７−７に沿って取った本発明の
第二の態様の横断面図であり、 第８図は、カートリッジ装置の模式図であり、 第９図は、フィルター・フロー・セルの模式図であり、 第10図は、ウィッキング（Wicking）装置の模式図であ
り、第10a図はピストンの平面図であり、第10b図はピス
トンの底で上を見上げた図であり、第10c図は例示的フ
ィルター膜の平面図であり、 第11a図は、堅いフィルター装置の模式図であり、第11b
図は溝付きピストンの横断面図であり、 第12図は、ダイアフラム装置の模式図であり、第12a図
は、ダイアフラムの底から上を見上げた場合のダイアフ
ラムと電極支持体の模式的平面図であり、 第13a図〜第13c図は、浸漬棒（dipstick）リーダーの態
様の模式的側立面図であり、第13a図はＡ−Ａに沿った
横断面図であり、第13b図はピストンシリンダーの模式
図であり、第13c図は浸漬棒の平面図である。 10……セル、12……容器、 14……ピストン、16……動作電極、 18……支持板、20……光源、 22,24,30a,30b……入り口、 32……Ｏ−リング、 38……ストップ・カラー、 40……室、42……ピストン底部、 44……動作電極の上部表面、 52,54……チャンネル、60,62……逆止弁、 63……注射針、66……照射表面、 74……ポテンショスタット、 78……参考電極、80,82……出力、 84……溶液、86……スイッチ、 102……屈曲性カバー、104……スペーサー、 106……ベースプレート、 120……カートリッジ器具、 126……ガイド、128……試料室、 130……コーティング、 140……ガイド棒、146……反応室、 148……シリコンウェーハー、 210……ビッキング装置。
模式的横断面図であり、 第２図は、第一の例示的電気化学的セルの横断面図であ
って、プランジャーが「持ち上がった」位置にあること
を示し、 第３図は、第一の例示的電気化学的セルの横断面図であ
って、プランジャーが「下がった」位置にあることを示
し、 第４図は、本発明による第一の例示的電気化学的セルの
改変されたものの一部分の詳細な横断面図であり、 第５図は、本発明による電気化学的セルで使用する例示
的な模式的回路であり、 第６図は、本発明の第二の態様の平面図であり、 第７図は、第６図の区分７−７に沿って取った本発明の
第二の態様の横断面図であり、 第８図は、カートリッジ装置の模式図であり、 第９図は、フィルター・フロー・セルの模式図であり、 第10図は、ウィッキング（Wicking）装置の模式図であ
り、第10a図はピストンの平面図であり、第10b図はピス
トンの底で上を見上げた図であり、第10c図は例示的フ
ィルター膜の平面図であり、 第11a図は、堅いフィルター装置の模式図であり、第11b
図は溝付きピストンの横断面図であり、 第12図は、ダイアフラム装置の模式図であり、第12a図
は、ダイアフラムの底から上を見上げた場合のダイアフ
ラムと電極支持体の模式的平面図であり、 第13a図〜第13c図は、浸漬棒（dipstick）リーダーの態
様の模式的側立面図であり、第13a図はＡ−Ａに沿った
横断面図であり、第13b図はピストンシリンダーの模式
図であり、第13c図は浸漬棒の平面図である。 10……セル、12……容器、 14……ピストン、16……動作電極、 18……支持板、20……光源、 22,24,30a,30b……入り口、 32……Ｏ−リング、 38……ストップ・カラー、 40……室、42……ピストン底部、 44……動作電極の上部表面、 52,54……チャンネル、60,62……逆止弁、 63……注射針、66……照射表面、 74……ポテンショスタット、 78……参考電極、80,82……出力、 84……溶液、86……スイッチ、 102……屈曲性カバー、104……スペーサー、 106……ベースプレート、 120……カートリッジ器具、 126……ガイド、128……試料室、 130……コーティング、 140……ガイド棒、146……反応室、 148……シリコンウェーハー、 210……ビッキング装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 27/46 ３８６Ｚ (56)参考文献 特開 昭59−61772（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−17347（ＪＰ，Ａ) 国際公開85／4018（ＷＯ，Ａ１)
Claims (12)
- 【請求項１】分析物を含むと推定される試料における分
析物の存在を動作電極及び制御電極を用いて決定する方
法であって、 該電極で検出することができる測定可能な要素を固体支
持体上に濃縮し（但し、上記測定可能な要素は上記試料
中に存在する分析物の量に関係した量で濃縮物中に存在
する）、 上記濃縮物と拡散連結する液体分析媒質の容積を減少さ
せることにより該濃縮された測定可能な要素を該動作電
極及び／又は制御電極と接触又は接近させ、そして 上記測定可能な要素が有する上記いずれかの電極に対す
る効果によって上記測定可能な要素を検出することを含
んで成る方法。 - 【請求項２】上記減少によって上記測定可能な要素が上
記電極の表面に近接併置されるようになる、特許請求の
範囲第１項記載の方法。 - 【請求項３】上記効果を上記動作電極の光応答によって
測定する、特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項４】上記測定可能な要素が酵素であり、そして
該酵素により触媒される反応の基質又は生成物が上記電
極により直接的又は間接的に測定可能であることを特徴
とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】上記効果が上記動作電極の光応答によって
決定される、特許請求の範囲第４項記載の方法。 - 【請求項６】動作電極の電位に影響を与えることができ
る物質を液体分析媒質中で測定する装置であって、 分析室と、 上記動作電極、及び上記分析室の壁の少なくとも部分に
ある制御電極と、 上記動作電極と拡散連絡する液体測定媒質の容積を減少
させるように、上記両電極を遠位から相対する近位に動
かす手段と、 上記分析室と上記電極とを連絡している少なくとも１個
のチャンネルと、 上記電極を外部回路に接続する手段とを含んで成る装
置。 - 【請求項７】上記動作電極の少なくとも１部位に光を照
射するように配置された照射手段を有する、特許請求の
範囲第６項記載の装置。 - 【請求項８】動作電極の電位に影響を与えることができ
る物質を液体分析媒質中で測定する吸収性材料の器具を
有する装置であって、 分析室であって、該室中へ上記器具を導入する入り口を
有する室と、 上記器具の表面に併置されて配置される上記室の一つの
壁の少なくとも一部分としての動作電極と 上記室の第二の壁の少なくとも一部分としての制御電極
と、 一方の電極を他方の電極に近づけることにより前記液体
分析媒質の容積を減少させて上記器具を上記動作電極と
接触させる手段と、 上記電極を外部回路に接続する手段とを含んで成る装
置。 - 【請求項９】上記動作電極の少なくとも一部位に光を照
射するように配置された照射手段を有する、特許請求の
範囲第８項記載の吸収性材料の器具を有する装置。 - 【請求項１０】動作電極の電位に影響を与えることがで
きる分析物を液体分析媒質中で測定する浸漬棒分析装置
であって、 分析室と、 上記分析室の一つの壁の少なくとも一部分にある動作電
極と、 上記動作電極から遠位に配置された少なくとも一つの制
御電極と、 上記分析物が濃縮付着する浸漬棒を上記分析室へ導入す
る入り口と、 上記制御電極を遠位から、上記浸漬棒を該動作電極に押
圧する位置に移動させることにより液体分析媒体の容量
を減少させる手段と、 上記分析室と上記電極とを連絡している少なくとも１個
のチャンネルと、 上記電極を外部回路に接続する手段とを含んで成る装
置。 - 【請求項１１】上記浸漬棒上の種々の部位に配置された
複数の制御電極を有する、特許請求の範囲第10項記載の
浸漬棒分析装置。 - 【請求項１２】上記１又は複数の制御電極と上記動作電
極とを連絡するチャンネルを更に有する、特許請求の範
囲第10項に記載の浸漬棒分析装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US876925 | 1986-06-20 | ||
| US06/876,925 US4915812A (en) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | Zero volume cell |
| US07/065,418 US4911794A (en) | 1986-06-20 | 1987-06-18 | Measuring with zero volume cell |
| US65418 | 1987-06-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6373145A JPS6373145A (ja) | 1988-04-02 |
| JP2656926B2 true JP2656926B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=26745579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62152441A Expired - Lifetime JP2656926B2 (ja) | 1986-06-20 | 1987-06-20 | 電気化学的セル及びその使用 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4911794A (ja) |
| EP (2) | EP0510725B1 (ja) |
| JP (1) | JP2656926B2 (ja) |
| AU (1) | AU598820B2 (ja) |
| CA (1) | CA1283447C (ja) |
| DE (2) | DE3787771T2 (ja) |
Families Citing this family (202)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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