JP3506703B2 - 光干渉による分析対象の検出装置およびその方法 - Google Patents

光干渉による分析対象の検出装置およびその方法

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Description

【発明の詳細な説明】 関連出願 本出願は下記アメリカ特許出願のうちのいずれか一以
上の一部継続出願である:GarretModdelらが1992年７月3
1日に出願したアメリカ出願第07/924,343号、Garret Mo
ddelらが1989年９月18日に出願し現在放棄しているアメ
リカ出願第07/408,291号の一部継続出願であり現在係属
中の、Garret Moddelらの1992年４月24日出願になるア
メリカ出願第07/873,097号;Jeffrey Etterらが1991年２
月11日に出願し現在係属中の、アメリカ出願第07/653,0
64号;Jeffrey Etterらが1986年２月25日に出願し現在係
属中の、アメリカ出願第07/653,052号;Nygrenらが1986
年２月25日に出願し現在放棄しているアメリカ出願第07
/832,682号の一部継続出願であって現在継続中の、Nygr
enらの1988年10月20日出願になるアメリカ出願第07/26
0,317号；現在放棄しているアメリカ出願第07/408,296
号の一部継続出願であり、1991年３月20日に出願（アメ
リカ合衆国を指定）のPCT出願US 91/01781号に基づきJe
ffrey Etterらが1992年７月31日に出願した、アメリカ
出願（連続番号）；そして本出願はDiana Maulらが1991
年10月１日に出願し現在継続中の、ヨーロッパ出願第EP
91308968.6号から外国への優先権主張の権利を有する。
上記出願（図面を含めて）はすべて本出願の一部を構成
しており、参考までにここに纏めて記載する。
発明の分野 本発明は本装置に衝突する光のスペクトル特性を薄膜
現象により検知可能に減衰させる装置に関する。
発明の背景 「Applied Optics」24巻の472頁（1985年）でSandstr
omらは、誘電膜として作られた一酸化ケイ素および二酸
化ケイ素をケイ素の光学的基板に使用することが記載し
てある。彼らは、膜厚を変えると光学的基板の性質が変
わり、膜厚により異なる色調が得られると指摘してい
る。すなわち、膜厚はその色調に関連があり、光学的基
板の上部に設ける膜は目に見える色調の変化を生じる。
彼らは、数理モデルを使用して色調の変化を定量化する
ことが可能であること、および「コンピューターモデル
を使用して実施した計算によれば、多層構造にしても光
学的性能には殆んど得るところがない・・・・しかし、
表面上の生物層（biolayer）の構造は、光学的性質が主
として多層構造内部の界面で決まるので、このような構
造での反射は極く僅かしか変化しない・・・・結論をい
えば、やや驚くべきことに、生物層を検出するための最
も敏感な系は単一層コーチングであり、他方その他の大
抵の用途には誘電層を追加すれば性能を改善することが
可能である。」と指摘している。
Sandstromらはさらに、金属酸化物で作った金属上の
スライドには欠点があること、および金属イオンの存在
すると生化学的用途にはまた有害になる可能性が多いと
指摘している。彼らは、理想的な表面上部の誘電膜は一
酸化ケイ素の膜が周辺雰囲気中で析出する時自然的に形
成される２〜3nm厚の二酸化ケイ素であること、および4
0〜60nm厚の一酸化ケイ素層上の70〜95nm厚の二酸化ケ
イ素層がガラスまたはプラスチック基板に使用可能であ
ることを指摘している。また彼らは、一酸化ケイ素を選
択的にエッチングすること、ジクロロジメチルシランで
二酸化ケイ素表面を処理すること、および抗原および抗
体の生物層を適用することにより、一酸化ケイ素のウエ
ッヂを形成すると記述している。このウエッヂ構造によ
り彼らは偏光解析計で膜厚を測定することができ、そし
て“最大のコントラストは干渉色が紫から青色に変わる
約65nmの変域で見られた”と記載している。このような
系の感度は、抗体によりタンパク質の抗原を検出する場
合に適用しても充分高い値であると指摘している。“デ
ザインは広範囲の用途に充分な感度である。材料のガラ
ス、ケイ素および酸化ケイ素は化学的に不活性で、生化
学反応には影響を及ぼさない。上記の算定法を使用すれ
ば別の用途に最適なスライドをデザインすることができ
る。このスライドは製造可能で、その品質は保証でき、
そして二つのデザインが現在市販されている。感度が良
く、融通性があり、かつ低廉なこれらの道具により、免
疫学および生化学において簡単な方法の開発が促進され
るだろうことを希望している。”と彼らは結論づけてい
る。
「J.Immunol.Methods」59巻の145頁（1983年）でNygr
enらは上記のものと同じ系につき記述している。それに
は、抗人血清（HSA）の検出に特定の抗人血清抗体を使
用している。この出版物中の第２図によれば、10-5mg/m
lのHSAは16時間の培養で検出可能であるが、10-6mg/ml
のHSAはこの系では検出不可能であったと指摘してい
る。また、彼らは“72時間の培養後、検出限界は低く
（1mg/mlに低下）なったが、しかし反応はその後非特定
反応には感度がより良好になった”と述べている。アメ
リカ特許第4,558,012号において、Nygrenらは、525〜60
0nM範囲の波長の非単色または白色につき層の総合配列
を反射を低減させるようにする以外は同じ系について記
述している。
発明の要約 本発明は、試料中の分析対象の存在有無または量を検
出するための装置の改良、およびこのような装置を使用
する方法の改良を特徴とするものである。従来の装置と
は対照的に、本発明の装置は試料中の極く少量の分析対
象を検出することができる。僅か0.1nM、0.1ng/mlまた
は２×103の生物、あるいは数分間だけの迅速測定で僅
か50fgの量まで測定できる。測定の総所要時間は測定手
続きの開始から（すなわち、分析対象が装置に接触する
時点から）一時間から数分間である。事実、本発明の装
置によれば、従来の装置と方法とで連鎖球菌Ａ抗原の測
定等で可能であったより30％以上もより多くの試料を検
出できる。本発明は、Sandstromら（上記参照）の記載
のものと比較して、より優秀な構成のものを見つけた結
果によるものであり、その詳細を以下に説明する。この
装置は機器で構成されている。また、これらは色の変化
の目視できる場合、特にその色変化が、例えば金色から
暗紫色または青色に変化する等、非常に説明し易い場合
は有用である。
このように、第一の本発明の特徴は、分析対象の量ま
たは存在有無を検知する装置を提供することである。こ
の装置には、これに衝突する光で第一の色調を示す、光
学的に活性な表面を有する基板を備えている。この第一
の色は光のスペクトル分布によると定義される。また、
基板は第一の色とは違った第二の色調を示す（第一の色
中に存在する組合わせとは違った光の波長の組合わせで
あるか、違ったスペクトル分布であるか、または第一の
色中に存在するのとは違った一以上の波長の強度を有す
る）。このような装置により、0.1ng、0.1nM、0.1ng/m
l、50fgまたは２×103の生物の量の検出に際し感度良好
な方法が得られるのである。事実、好適な具体例による
検出量は10倍、100倍または1,000倍とかなり少量まで検
出可能である。ある色から他の色への変色は計器または
肉眼を使用して測定できる。このような好感度の検出結
果は上記SandstromおよびNygrenで記述した装置と比較
して可成り進歩しており、かつこの装置を使用しても商
売上競争できる。事実、この装置の感度は現行の技術を
遥かに凌いでおり、本発明の装置および方法が勝ってい
る。
“光学的に活性な表面”とは、表面に衝突する光が何
かで変えられるような、光学的効果の発生に関与する表
面のことである。このような光学的に活性な表面は多色
光（例えば白色）のみでなく、単色光（例えば、本質的
に偏光されるレーザー光）にも反応するようにできる。
本発明の装置は好適にも、不反応テスト表面および反応
テスト表面の背景の干渉色と明確な対照を志江す、色の
シグナルを生じる。テスト面には、試料中の分析対照の
濃度の半定量的測定に対応する、色の種々のシェードま
たは強度が生じ、そして目視または計器で測定できる。
このような装置により薄膜測定系の定量的に機器分析で
きる。
一具体例として、光学的に活性な表面は非鏡面である
か、または光学的に活性な表面を目視できる非鏡面で透
明な層を備える。表面があまり重要に見えない角度を形
成するので本発明でこの具体例は有用である。用語の
“非鏡面”とは表面が鏡のようには作用せず、光に対し
散乱することを意味する。一般的に、高さが100nmから1
00μｍの間で変動する不規則表面からなるものである。
第一の利点は、乱反射により光に関し広範囲の角度にわ
たる色変化が目視できることである。
さらに具体例として、基板には窒化ケイ素、酸化ケイ
素、二酸化チタン、オキシ窒化ケイ素または硫化カドミ
ウム等から作った干渉膜が含まれている。この膜は光を
干渉させるように作用して特定の光を基板表面に生じさ
せる。この膜は基板上の他の層と相互に作用し、分析対
照が装置上にある時は色変化または波長強度の変化が観
察できる。より好適な具体例として、分析対照に特有の
受容分子を結合させる取付け層を設けられる。シグナル
が装置上で得られるように、この取付け層に可成の受容
材料を取付けできるということは本発明では重要であ
る。その他の関連する具体例として、一旦分析対照が取
付け層に取付けられると、その他の層が対照的に特定の
方法で装置上に析出され、色のシグナルまたはより明確
な色のシグナルが得られるような方法で本装置が使用で
きる。
目視で分析できる装置であることが好ましいが、本発
明の装置はまた偏光解析計、反射計、プロフィロメー
タ、改良形偏光解析計等が使用可能である。
他の関連する面から（下記でより詳細に記述する）、
本発明の特徴は、上記の装置や本発明で使用する特定の
装置を使用する方法、および、各層の最も望ましい厚み
が即座に決定できるように、各成分層が種々の厚みで光
学的に活性な表面を有する基板を形成することにより本
発明の装置を最適使用する方法を提供することにある。
特に、本発明は基板がデンドリマー、スターポリマ
ー、分子状自己集合ポリマー、重合シロキサン、および
膜形成ラテックスからなる群から選んだ化学品から作製
した取付け層を有する装置を特徴とする；基板自体は単
結晶性ケイ素、ガラス上に不定形ケイ素、プラスチク上
に不定形ケイ素、セラミック、多結晶性ケイ素およびこ
れら材料の複合物からなる群から選んだ材料で作製す
る；そして基板には窒化ケイ素、ケイ素／二酸化ケイ素
の複合物、オキシ窒化ケイ素、二酸化チタン、チタン酸
塩、ダイアモンド、ジルコニウムの酸化物および炭化ケ
イ素から選んだ材料で作製した光学的薄膜を有する。
特に好適な具体例として、第二の色は分析対象が装置
と接触した後一時間以内に識別できる；分析対象物が0.
1nM、0.1ng/ml、50fg、２×103の生物から選んだ量だけ
表面に存在する時は、光に対する反応が観察される；表
面は鏡面であるか、鏡面でないか、または光学的活性面
が見られるようにした鏡面でない表面を有する透明層で
ある；基板は固体の支持体、可撓性支持体、プラスチッ
ク、ガラス、金属および非金属からなる群から選ばれ
る；基板は光反射性か光透過性である；光は単色光、多
色光、紫外光、赤外光である；分析対象はリウマチ因
子、樺花粉に特有のIgE抗体、癌胚抗原、連鎖球菌群Ａ
抗原、ウイルス性抗原、自己免疫性病気に関連する抗
原、アレルギー、腫瘍または感染性微生物、連鎖球菌群
Ｂ抗原、HIV IまたはHIV IIの抗原、または前記ウイル
スに対する抗体、RSVに特有の抗原またはウイルスに対
する抗体、抗体、抗原、酵素、ホルモン、多糖類、蛋白
質、脂質、炭水化物、麻薬または核酸、髄膜炎の誘因生
物、ナイセリア髄膜炎群Ａ、Ｂ、Ｃ、ＹおよびW135、連
鎖球菌肺炎、E.coli KI、ハエモヒラス流感型Ｂ、微生
物から誘導した抗原、ハプテン、麻薬（許可または免許
なしで不法に使用する麻薬を含む）、治療薬、環境用薬
剤、および肺炎に特有の抗原からなる群から選ばれる；
鏡面でない表面はプロフィロメータで2700から3295の読
みである。この値は表面構造の平均ピーク高さでRMS粗
さを除したものであり、そしてHeNeレーザ光源により測
定した鏡面反射率は約50％以下である；基板はガラス、
プラスチックからなる群から選ばれ、その表面に不定形
ケイ素の層を設ける。このようにして光学的活性表面が
形成される；光学的活性表面は多結晶性ケイ素またには
金属が含まれる；さらに基板は不定形ケイ素の層を有す
る金属である；分析対象を受容する受容層は分析対象に
特定の結合相手を備えている；受容層は抗原、抗体、オ
リゴヌクレオチド、キレート化剤、酵素、バクテリア、
バクテリアの繊毛、バクテリアの鞭毛、核酸、多糖類、
脂質、蛋白質、炭水化物、金属、ウイルス、ホルモン、
および前記材料の受容体からなる群から選んだ材料で作
製される；第一の色は外観が金色で、第二の色は肉眼で
外観は紫色または青色である。
他の好適な具体例において、本装置は多色光に対し肉
眼で検出できるようなシンボルが得られるよう配列され
ている；そして光学的膜は装置に480Åから520Åの厚み
にコートされている；そして分析対象は受容材料と結合
剤との間に挟まれている。
その他、本発明の特徴は分析対象の光学的測定で使用
する装置を提供することであり、基本材の層、アルミニ
ウム、クロムまたは透明な伝導性酸化物の伝導性金属
層、および不定形ケイ素の層、で作られた多層基質が含
まれる。ここで金属層は不定形ケイ素の付近に配置され
る。その他、本装置は、基本材の層（光学的活性層を設
けた固体材料）と基本材付近の不定形ケイ素の層とを有
する多層構造の基板を備えている。好適な具体例におい
て本装置には基板上面に非反射層を付着させる。この層
は、基板上面に付着可能な光学的材料と、基板上面から
最も離して位置させかつテストされる流体中で分析対象
を結合させる特定の材料から選ばれた受容材料と、を備
えている；基本材はガラス、シリカ、プラスチック、半
導体、セラミックおよび金属の群から選ばれ、そして堅
いか可撓性かである；そして取付け層は光材料と受容材
料の間に挿入される。
その他、本発明の特徴はガラス、プラスチック、ケイ
素および不定形ケイ素から選んだ基板、窒化ケイ素、ケ
イ素／酸化ケイ素の複合物、チタン酸塩、炭化ケイ素、
ダイアモンド、硫化カドミウムおよび酸化チタンから選
んだ非反射層、重合シラン、重合シロキサン、膜形成ラ
テックスまたはデンドリマーから選んだ取付け層、およ
び分析対象に特定の結合層で作製された、分析対象を検
出する光学的測定装置を提供することである。
好適な具体例において、不定形ケイ素層は約900から1
100nmの厚みを有する；約1800と2200Åの間の厚みのア
ルミニウム層がガラス上に設けられる；窒化ケイ素、ケ
イ素／酸化ケイ素の複合物、チタン酸塩または二酸化チ
タンの膜は約480から515Åの間の厚みを有する；取付け
層は約90から110Åの間の厚みを有する、アミノアルキ
ル−Ｔ−構造の有枝シロキサンである；そして受容材料
は約30から60Åの間の厚みを有する抗体層である。
より好適な具体例で、基板は第一の色から第二の色へ
の変化がいずれも偏光解析計等の計器の出力で指示され
るように配列されている；表面から反射または透過する
光の強度が変化する；衝突する光は装置で反射され、こ
の反射光は楕円状または直線的に偏光させられる；単
色、多色、非偏光、可視、紫外または赤外またはこれら
の組合わせた光である；基板は光学的に活性な表面を支
持するか、それ自身光学的に活性である。
その他、本発明の特徴は試料中の分析対象の存在有無
またはその量を検出する方法を提供するものであり、そ
の方法には上記装置を用意する行程と、光学的に活性な
表面を分析対象を含んだ試料に接触させる行程とが含ま
れる。分析対象が活性表面と相互に作用して活性面に第
二色が表わされる。第二の色の変化の測定に光学的読取
り装置が使用される。光学的読取り装置は下記計器群の
うちの一からなる；偏光解析計、反射計、比較反射計、
プロフィロメータ、薄膜分析器またはその改良品であ
る。
好適な具体例につき、分析対象を受容材料（例えば、
抗体または抗原）および第二結合剤（例えば、抗体また
は抗原）の間に挟ませる；分析対象は結合して直接検出
される；分析対象は間接的なシグナルの発生で検出され
る；試料は尿、血清、血漿、脊髄液、痰、全血、唾液、
尿生殖器分泌物、便の抽出物、心膜、胃（gastric）、
ペリトンール、胸膜洗浄物、膣分泌物、および喉の綿
棒、からなる群から選ばれる；そしてこの方法では反射
計を使用して色または強度の測定を行う。
特に好適な具体例による方法では、基板を分析対象を
含むテスト試料と接触させる。基板は第二の色を表わす
ものとする；そしてこの装置は、第一の色が特定の波長
または光の波長範囲の背景の強度を表わし、第二色が第
一色に対する一以上の光の波長の強度の変化を表わす反
射計のセットである；またこの装置は、第一色が分析器
を通り検出器まで透過する光の背景の強度を表わし、第
二の色が第一色に関連して分析器を通り検出器に透過す
る光の強度の変化を表わす薄膜分析計のセットである；
またこの装置は、第一色が目視可能な干渉光で、第二色
が第一色に対する色の変化を表わすものである。
その他、本発明の特徴は基板、一以上の光学的層、取
付け層および受容層を有し、これらの層の一以上をスピ
ンコーティングした光学的測定装置を提供することにあ
る。
好適な具体例として、この方法は基板の表面に光学的
薄膜をスピンコーティングする。この膜は；ポリシリザ
ン、酸化アルミニウム、珪酸塩、チタン酸塩、ジルコン
酸塩およびＴ−樹脂シロキサン、からなる群に一以上か
ら作製され、そしてこの膜は250から550Åの厚みがあ
る；この方法では装置の光表面に取付け層をスピンコー
ティングし、最も好適には非線形有枝重合シロキサン、
膜形成ラテックスおよびデドリマーからなる群の一以上
から選んで作製し、厚さが25から250Åであればよい；
そして受容材料を取付け層にスピンコートまたは溶液コ
ートする。
他の観点から、本発明の特徴は台上に支持されかつ第
一コンテナ内に保持された活性受容面を有する光学的測
定装置を提供することである；ここで第一コンテナは、
台の基礎に設けられ、かつ表面からの液ドレンを吸収す
るように配列された第一吸収材料を備え、第二コンテナ
は第一コンテナの一側部にヒンジ連結されていて第二吸
収材料を備えている。ここで第二コンテナはヒンジで回
して第一コンテナに閉止することができ、このように閉
止することにより第二吸収材料をその表面に接触させ
る。
好適な具体例として、第二コンテナにはさらに第二吸
収材料をこれが表面と接触する位置に対し移動させるよ
うに配列したハンドルが設けられている；この装置はさ
らに第二コンテナ内に可動式フラップを備えており、第
二吸収材料が第二コンテナから移動しないように配列さ
れている；フラップは第一または第二コンテナにヒンジ
連結され、表面または第二吸収材料に接近できるように
一以上の隙間が設けられている。
これに関連して、本発明の特徴はベース上に支持され
て複数の光学的活性表面を有する光学的測定装置を提供
することである。このベースには表面からの液ドレンを
吸収するように配列した第一吸収材料が設けられ、そし
て摺動可能な蓋には装置使用中に光学的活性表面に接触
するように配列した一以上の吸収区域が設けられてい
る。
好適な具体例の装置では、ベースに対して蓋を階段的
移動させるための手段が設けられている；蓋には一連の
開口が設けられ、装置を使用時には表面に選択的に接近
できるようにする；蓋には細長い開口がある。ここでベ
ースは一連の印しが設けられ、かつ細長開口は印しと協
働して装置の使用法を指示する；分析対象は免疫不全ビ
ールス（HIV）Ｉ、IIまたはその組合わせ、連鎖球菌群
Ａ、連鎖球菌群Ｂ、RSV、Ｂ型肝炎、クラミデア種、HS
V、抗体、抗原、核酸、オリゴヌクレオチド、キレート
化剤、酵素、バクテリア、ウイルス、ホルモンまたはこ
れらの受容体である；そして装置は連鎖球菌群Ａ抗原、
連鎖球菌群Ｂ、RSV、クラミデアまたは肝炎の抗原の存
在量を測定できるように配列される；そして光学的活性
受容表面を有する。
その他、本発明の光学的装置は、一分析対象に対し表
面の複数の試料の同時測定ができるように配列した光学
的活性受容表面と、表面に試料および薬剤の溶液を分配
するように配列した自動液取扱い装置（例えばピペット
装置）とを有することを特徴とする。
好適な装置にはさらに各測定の結果の光学的読取り装
置を備えている；そして装置には表面を乾燥させるよう
に配列したブロー手段を備えている；そしえ装置はかけ
られた試料の定量的かつ定性的評価を提供する。
他の観点から、本発明の特徴は分析対象を検出する方
法を提供することである。この方法の行程は、取付け層
で一以上の層（特に分析対象と接触する受容材料を添え
る）を支持して光を反射または透過する基板を有する検
出装置を準備し、分析対象が受容材料と結合する条件で
分析対象を含んだ試料と装置を反応させ、そしてこの結
合分析対象を装置の表面で質量変化させる薬剤と反応さ
せるのである。
好適な具体例において、装置は免疫学的に活性な材料
の取付け層を支持する平たい反射性材料の基板を有す
る；この基板は平坦な反射性材料からなる；基板および
取付け層は反射時に放線を偏光させる；薬剤は装置上の
質量を増減させる。例えば、薬剤は酵素であるか、また
は分析対象に特有の第二受容材料に付着される膜形成ス
チレンブタジエンコポリマー等の重合ラテックスがあ
る；最も好適には、薬剤は抗バクテリアー抗体−酵素の
錯体を含む共役酵素がよい；薬剤は例えば3,3',5,5'−
テトラメチルベンチヂンを含む酵素の基板等の沈殿剤に
より沈殿させる。
これに関連して、本発明の特徴は、分析対象と反応す
る光学的活性表面を備えるテスト装置を有する分析対象
の光学的測定装置を提供することであり、分析対象と反
応するようにした薬剤は表面に結合して表面の質量を変
える。好適にはこの薬剤は共役酵素または重合ラテック
スにする。
その他の観点から、本発明の特徴は試料中の分析対象
を検出する方法を提供することにある。その行程は；基
板を有し、上下面を有し、かつ基板に結合した抗体の
層、試料の分析対象を含んだ一以上の層、分析対象と錯
体を形成した共役酵素を有する層を少なくとも一層支持
した分析対象含有層、をその上面で支持する薄膜の光学
的免疫測定装置を準備し；共役酵素を沈殿剤と接触さ
せ；沈殿剤と酵素との相互作用から生成物を沈殿させる
に充分な時間だけ放置し；テスト試料中の分析対象の量
の指標として、共役酵素層および抗体層の質量変化を光
学的に測定する。
好適には、共役酵素にはパーオキサイド、または抗バ
クテリアー抗体セイヨウワサビパーオキサイドの錯体が
よい；またはこの共役酵素はアルカリ性ホスファターゼ
であり、抗バクテリアー抗体アルカリ性ホスファターゼ
の錯体を構成する；そして沈殿剤は５−ブロモ−４−ク
ロロ−３−インドリル燐酸塩を含む基板である。
他の観点から、本発明の特徴は分析対象の存在有無ま
たはその量を検出するため光学的装置の基板上に配列し
た計器を提供することにある。この計器には、基板に対
しブリュースタの角度以外の角度で配置されて直線的に
偏光する単色抗原、および基板からの反射偏光を検知す
るに適する位置と基板に関連する角度とで配置された分
析器を有する。この分析器は、質量変化が非反応面に関
する基板で生じる時、分析器を通して透過された基板か
らの反射光の強度をほぼ最大にするように構成されてい
る。
その他、本発明の特徴は分析対象の光学適測定装置を
最適化する方法を提供することにある。その方法の行程
は；光学的活性層の選ばれた厚みを有する基板を設け；
コーティング上に選ばれた厚みの取付け層を設け；分析
対象に対し選ばれた厚みを有する受容層を設け（ここ
で、光学的活性層、取付け層および受容層の厚さの少な
くとも一層を複数の層厚が得られるように変更す
る。）；受容層の質量増加が得られるような条件で分析
対象を受容層と接触させ；そして一以上の層の厚さの光
学的厚さを測定する。好適には光学的コーチングの厚さ
は基板の長さにより変化する。
出願人は、クレームした装置の最適化のために有用な
一つの特徴は基板上面に取付けた非反射層を有しかつ屈
折率が解っている、基板を使用することであることを知
った。この非反射層は基板上面に付着できる材料による
一以上の層、上面から最も離して配置しかつテストされ
る流体中で分析対象と特に結合する材料から選んだ受容
材料の一以上の層から構成される。非反射層はそれに近
接する基板表面材料の既知の屈折率のほぼ平方根である
屈折率を有することおよび装置上の光の波長の1/4の奇
数倍以下の厚みを有することが大切である。
すなわち、本発明の装置を最適化するためには以前か
ら開発されている数学的アナゴリズム（“Handbook of
Optics"の第３表参照、Water G.DriscollとWilliam Vau
ghan、出版人MacGraw−Hill Book Co.、８−48から８−
49頁）から離れることが必要であることを出願人は知見
した（「発明の背景」参照）。このように、数学的公式
はむしろ感度のよくない装置に有用であろう一般的な厚
みの指標を提供するが、本発明の方法は可成りかつ驚く
ほど高い感度の装置を提供するものである。
本発明の光学的テスト表面の構成に有用な最適の材料
および方法が得られる方法論の指標を下記にて説明す
る。概して、肉眼で検出できる着色シグナルの発生によ
るかまたは機器分析によるかに拘わらず、本発明では分
析対象を直接検出するための新規な光学的活性テスト面
が存在する。これらのテスト面には取付け層を介してテ
スト面に結合される特定の受容材料が設けられる。この
ように、本発明では、光学的基板を選定し、分析対象に
特有の受容材料を基板上面に取付け、この受容材料を分
析対象を含む試料流体と接触させ、それから、第一の色
の変化を観察することによりコートされた表面に生じる
反射と透過の変化を試験する。
本発明は広範囲に応用でき、そして種々の特定の測定
法に採用できる。例えば、本発明の装置は抗原または抗
体を検出する免疫測定法に使用可能である。本装置は直
接、間接または比較検出計画に使用して、核酸の検出の
みならず、酵素活性度の測定、有機性小分子の検出（例
えば麻薬、環境薬剤）にも利用できる。
本発明の特徴はテスト表面が測定を実施するのに適し
ていることである。この表面は種々の基板、非反射性材
料、取付け材料および受容材料から開発可能である。こ
のような材料はユーザが広範囲にかつ手短かに採用可能
である。単一の測定からでも多くのテスト結果が得ら
れ、しかもテストされる多くの分析対象が単一の試料で
簡単に得られる。
本発明の装置はまたこの程度の感度を必要としない測
定に対しても貢献する性能を提供する。この改善された
性能は測定時間の短縮、説明の容易さ、および測定法や
手続きの融通性をもたらすように貢献する。
本発明のその他の特徴および利点は下記の好適な具体
例の説明およびクレームから明白になるであろう。
好適な具体例の説明 最初にまず図面について簡単に説明する。
図面 第１図は本発明の装置および方法の中枢をなす干渉現
象の略図である。
第２図は鏡面、および非鏡面または散乱性の基板表面
の略図である。
第３図は本発明の装置で使用する最適な干渉膜を選定
する方法の略図である。
第４図は光学的表面への３−アミノプロピルトリエト
キシシランの取付け状態を表示したものである。
第５図は本発明の装置の作製に有用な多価シロキサン
の取付け状態の略図である；ここで、Ｒは化学的に活性
な基の光学的表面に存在するケイ素原子への付着に干渉
せず、かつ受容体（生物学的）部分の付着にも干渉しな
い、多数の基のいずれか一つであり、例えば、このよう
なＲ基には第一、第二、第三アミン、アルコール類、エ
トキシ基、フェニル基および芳香族基等がある。
第６図は計器読取り結果または目視読取り結果に有用
である本発明の装置の略断面図である。
第７図は、光学的表面に薬剤を付与することにより光
シグナルが得られかつ強化される本発明の方法の略図で
ある；例えば、ラテックスビードを有する抗体を使用す
るか、または酸素の抗体を使用して基板上に生成物を析
出させる。
第8A図〜8G図は本発明の装置の斜視図および分解組立
て図である；特に、第8A、8B、8Cおよび8D図はそれぞれ
装置の平面図、底面図、斜視側面図および側面図、第8E
図は測定のために開放した装置の斜視図、第8F図は装置
のテスト面分解組立て図、そして第8G図は装置内部の各
種構成品を示す分解組立て図である。
第9A〜9E図は本発明の多重テスト装置の斜視図および
その他であり、特に、第9A、9Bおよび9C図はそれぞれ装
置の平面図、斜視図および分解組立て図、第9D図は装置
の前面蓋の背部を示し、そして第9E図は前面蓋を外した
装置の平面図である。
第10図は第8A〜8G図に示した装置を使用する方法の各
行程を示す略図である。
第11図は第9A〜9E図に示したと同じ装置を使用する方
法を示す略図である。
第12図は回分サンプリング方式の略図である。
第13図は従来の偏光解析計の光路の略図である。
第14A図は本発明に有用な薄膜分析計の略図であり、
単色光源および感光性半導体素子またはアレイを使用す
る。
第14B図は多色光源および光電子倍増管検出計の略図
である。
第15図は従来の偏光解析計の光路の改造型の略図であ
り、シグナル検出の新規の方法を表示する。
第16図は光路長の短い偏光解析計の略図である。
第17図は従来の蛍光法に対する蛍光測定法における反
射性基板の利点の略図である。
第18図は第５世代スターポリマーまたはデンドリマー
（分子状自己集合ポリマー）の略図である。
テスト装置 偏光解析法、多角反射解析法、干渉分光学器使用術、
プロフィロメトリー、表面プラスモン共鳴、消散液、お
よびその他の方式や偏光分析法、反射解析法、分光学と
分光測定法の組合わせ、を含めた多くのタイプの光学的
薄膜測定技術が本発明には有用である。本発明はこれら
の技術の応用に関するもので、適宜選定した結合材料表
面上の分析対象の濃縮固定化による薄膜の厚み、密度ま
たは質量の変化を検出し測定するものである。かかる薄
膜測定技術は対象物を直接検出または定量化し、従来の
固相測定に取って替わるものである。薄膜の技術的課題
は、従来の診断その他の測定用具市場の競合に値するよ
うな測定用具の開発を妨害していた。
特定の結合層と光学的材料を組合わせる本発明の装置
のテスト表面の構造には種々の重要な特徴がある。より
詳細には、特定の結合層を非反射性または干渉性膜と組
合わせるには特別の配慮が要求される。これらの特徴を
下記で検討するが、概して、最終的な測定装置への要求
ばかりでなく、光学的基板、任意の光学的薄膜や干渉膜
や非反射性膜および取付け相と、複合テスト表面に使用
される受容材料との間の相互関係をも評価しなければな
らない。目視／定性的、計器的／定量的、計器的／定性
的等のエンドユーザーの所望要素は適当な感度と性能特
性の有用なテスト装置の製造時に選択される。
第１図について説明すると、本発明の一具体例の効用
の中枢をなす光干渉の一般的現象を示してある。この現
象は通常テスト装置の顕微鏡的な表面特性とは無関係で
ある。例えば、この装置により表面から反射する光を変
化させるということのみが重要で、表面に回折格子その
他の何か特別のパターンを設ける必要がない。このよう
に、概して表面は平坦であり、特別のパターンは何ら備
えていない。しかし、表面は人間の目に有効であるよう
な形やデザインにする。非反応テスト面では装置に入射
する白色光を金色光で反射させるが、他方、分析対象と
結合する付加物にり、反応テスト面は入射白色光を紫ま
たは青色で反射させる。金色から紫または青色への変化
は反応および非反応テスト表面の干渉の差を表わしてい
る。
第６図は本発明を採用した装置のテスト面の種々の一
般的構造を略図で示してある。計器読取り装置の場合は
表面に基板、取付け層、および受容材料層が設けられ、
そして任意に不定形ケイ素および／または金属膜も設け
られる。これに対し、目視で読み取りできる装置では、
取付け層および受容材料層と共に、複合干渉膜を形成し
た光学的薄膜（または干渉膜）を設ける必要がある。こ
れら種々の層およびその相互作用を具体例を使用して検
討する。
基板 表面上の一以上の薄膜はその表面で入射光を減衰さ
せ、反射または透過で測定される入射光を変化させる。
反射は光が付近の媒体でなく異なる屈折率の媒体に遭遇
するときに生じる。この付近の媒体は通常屈折率が1.0
の空気である。透過なる一般用語は入射光が入射面以外
の側の表面または媒体から離れるプロセスのことであ
る。媒体の透過率は入射光に対する透過光の割合であ
る。反射光と透過光とは共に肉眼で検知でき、また計器
で測定できる。本発明では試料中の分析対象の量の尺度
として装置内のかかる光の減衰を使用することができ
る。しかし、装置の実際の構造は反射または透過のモー
ドを所望するかどうか、およびその結果の分析を肉眼で
か計器でするかによって決まる。このような特定の組合
わせは基板の選定と関係があり、下記で記述する。
反射モード、肉眼による解明 本発明で使用する現象の一例として、アスファルト面
で水の上の油を見る時に観察される干渉色がある。この
ような干渉効果は至極一般的なことであり、一片の多層
構造雲母、一片の氷、引伸ばしたプラスチック鞄または
セッケンの膜で見られる。色の変化は材料の厚さの局所
的変化によるものである。水上の油で観察される色は特
に濃く、水と油の屈折率の差により肉眼で容易に観察さ
れる。水は鏡面反射するので色はさらの濃くなる。アス
ファルト表面は透過光を吸収し逆反射を抑えて、観察さ
れる色調を和らげる傾向がある。肉眼は強度の変化より
コントラストに敏感であり、このため、材料を選定する
場合は表面にける質量たは厚みの変化の結果として良好
な対照を示すような色が得られるようすべきである。材
料の表面に膜を形成して一以上の波長または波長の帯の
反射率を変えるのである。このよなタイプの材料はサン
グラス、カメラのレンズおよび窓ガラスの製造で使用さ
れている。
テスト面が肉眼で見えるようにデザインされている場
合は、光学的基板は屈折率が既知のもので、かつその表
面は最上面でのみ反射するものでなければならない。研
磨した単結晶性のケイ素、金属およびあるセラミックや
黒色ガラスの表面はこの用途に直接適用できる。このよ
うな材料は目に見えるシグナルを発生させて、光学的に
活性であると考えられる。
ガラスまたはプラスチック等の材料は、この方法で有
効に利用する前に別に処理しておく必要がある。ガラス
等の材料は上面と背面とで反射する。これを回避しかつ
このような材料を使用するため、最上面に膜を付加させ
ねばならない。不定形ケイ素、金属の薄膜、またはこれ
らの材料の組合わせが使用できる。この場合ガラスは固
体の支持体として作用し、観察される色の発生には本質
的に関与しない。このため光学的には受け身であると考
えられる。
単一の基板材料またはより複雑な構造を使用する時、
光学的薄膜または非反射性コーチングを選定するには、
最上面の屈折率のみが大切である（下記参照）。予め選
定した基板に適合する非反射性材料は“Handbook of Op
tics"第３表の８−48から８−49頁の計算を参考にすべ
きである。単結晶性ケイ素はこれを最上面に、透明ガラ
スはこの表面を無定形ケイ素その他の材料でコートす
る。非反射性膜の膜厚の調整は下記のウエッジの実験結
果を使用して行なう。肉眼で識別できる色の変化を得る
ために反射性基板を使用する場合、適当な屈折率および
厚みの膜を付加することが絶対に必要である。
光学的基板材料は鏡面反射を形成し、またはシグナル
を見る場合に角度に依らない乱反射を生じるように処理
できる。
透過モード、肉眼による解明 この方法では、光が表面を透過するので色は反射光中
には見られない。このような異なる波長の光の選択的透
過はサングラス、カメラレンズ、窓ガラスおよびnarrow
bandpassフィルターの製造に使用されている。材料が異
なる波長の光を選択的に反射および透過する。このフィ
ルターは光の波長の大きな束を反射し、特定の一波長を
中心した波長の小さな束のみを選択的に透過する。この
フィルターは一側面を光の多くの波長を反射する材料で
コートした光学的ガラスで構成されている。このガラス
にコートした材料の厚みの変化はフィルターの有用な範
囲を変更させる。
このため、光学的基板は光の可視波長に対し透過性が
なければならない。このため、単結晶性ケイ素、金属、
あるプラスチックおよびセラミックは、極度に薄く透明
でなければ適用できない。ガラスおよびある種の透明プ
ラスチックはこの用途には最も有用である。この方法で
は基板は光学的に活性である。目視できる色の変化を生
じさせるためであるので、基板の屈折率は非反射性タイ
プの膜には逆効果を与える。一以上の透過面でのシグナ
ルの散乱を避けるするためこの用途には表面は均一で円
滑でなければならない。
不定形ケイ素層が充分薄ければ、この不定形ケイ素層
でコートした基板はある角度で可視光線を透過できる。
このことはガラス基板上の非常に薄い金属層でも事実で
ある。このタイプのテスト表面は不定形ケイ素がテスト
ピースの背面（すなわち、目視面の反対側）にあるよう
に配置しなければならない。
反射モード、計器による解明 計器による検出を採用する場合は、非反射性または光
学的薄膜を使用することは任意である。反射計ではシグ
ナルを生じせるために色が変化するか、または光度（強
度）が変化することが要求される。計器では強度の変化
を記録し、コントラストのための最大限の変化を必要と
しないので、この色の変化は目視可能なように選択する
場合の色の変化とは異なることである。非反射性膜厚
は、分析対象結合の要因としての強度の最大の変化が得
られるように調整することが好ましい。さらに、反射計
を採用すればまたこれで鏡面反射または乱反射面での色
／強度の変化が測定できる。
偏光解析計タイプの計器を使用する場合は、光学的基
板は鏡面反射するものにすべきである。反射は最上表面
からのみ生じる。既に検討したように、ガラスはこの場
合支持体としてのみ作用し、光学的に受け身であるか、
検出されるシグナルの発生には関与しない。計器による
検出では薄膜との相互作用による光の強度変化を測定す
る。光はそれがどのような波長の単色光、多色光でも楕
円状または直線的に偏光する。
透過モード、計装解釈 入射光に対し透過的であればどの光学基板でも、その
入射光が多色光か単色光か、線形偏光か楕円偏光か、あ
るいは望ましいどの波長であろうと関係なく、この用途
に使用することができる。この用途におけるAR膜の使用
は任意であるが、屈折計用に必要な場合は、目による解
釈のために提示した規則がここでも適用される。したが
って、光学基板の屈折率はAR被膜の選択に影響する。屈
折計の設計は、反射測定または透過測定を行なえるよう
に容易に変更することができる。
色に関係なく透過光を変化させるときには、AR膜は必
要ない。この用途における基板の唯一の要件は、入射光
の１つまたは複数の成分が透過することであり、試験片
の最上部表面の質量または特性が変化すると、透過光が
検出可能な方法で変化することである。イーストマン・
コダックによって製造されているIrtranシリーズなどの
材料は、これらの膜の赤外（IR）特性の変化を監視する
ために、この用途に使用することができる。
したがって、「基板」という用語は、以下で述べる層
を保持するための固体表面だけでなく、光学薄膜をはじ
めとする光学活性基板をも含む。明瞭性を期すために、
基板のこれらの２つの部分を別個に論じるが、本発明で
重要なことは、層（アタッチメント層およびその他の層
が接着される層）が光学的に活性であって、上述のよう
にこれらの層の厚さまたは質量の検出可能な変化を提供
することであることを、当業者は認識されよう。
光学基板は固体材料であるか、あるいは光学的に作用
する１層の材料を支持するかのいずれかである。これら
の材料は、光学薄膜と結合して干渉効果を生起させる場
合には、既知の屈折率を持たなければならない。したが
って、後で述べるように、これは、反射性または反射性
にされるどのような所望の材料からでも形成することが
できる。計器に使用する場合、透過光が分析されるよう
に、基板を透明（例えばガラスやプラスチック）にする
ことができる。
本発明は、最終使用者のニーズに適合する様々な光学
基板の材料および形態の使用に適している。光学基板
は、拡散反射または鏡面反射をする材料から形成する
か、あるいはそうした材料を基板上に塗布することがで
き、剛性または可撓性、反射性または透過性のどちらで
もよく、試験表面の光学機能コンポーネントを形成する
ことができ、あるいはまた光学的に受容的な支持体とし
て作用すること（および光学活性層を設けること）がで
きる。計装分析用に設計されたデバイスは基板上に反射
防止被膜（光学薄膜）を必要とせず、目視観察用に設計
されたものはそうした被膜が必要である。計装用途、ま
たは色信号発生用途の目視観察用の光学基板を選択する
のに有用な判断基準を、以下に提示する。
ガラス、溶融シリカ、プラスチック、セラミック、金
属、および半導体材料をはじめとする広範囲の剛性材料
で、光学基板を形成することができる。可撓性光学基板
としては、プラスチック等の薄板がある。大半の基板
は、その後の層を基板上に沈積する前に、当業者にとっ
て周知である標準溶剤、プラズマ・エッチング、または
酸洗浄が必要なだけである。
目視可能な色信号を発生する場合、反射防止被覆材が
必要である。マイラー（ポリエチレン・テレフタレー
ト）および表面エネルギの低いその他の材料のポリマー
膜は、そうした材料にはよく接着しないことがあり、こ
の層が沈積できるようにするには、その前に追加処理が
必要になることがある。接着力を改善するために、これ
らの光学基板は、半導体処理における酸素プラズマ洗浄
で標準的な条件下で、酸素プラズマでエッチングするこ
とができる。
ガラスや、けい素などの半導体材料、金属等の多くの
固体材料の表面は、研磨すると充分に滑らかになり、鏡
面反射が得られる。反射による分析に使用する場合、光
学基板の選択における重要な要件は、上面だけで反射が
発生するか、または発生させられることである。これ
は、干渉膜を含み、目視観察されるデバイスの場合、特
に重要である。これは、当業者に周知の技法で、基板上
に薄い金属膜を蒸着し、その後の層を接着を行なうこと
によって、容易に達成される。例えば、ガラス基板の最
上部表面は、下層表面からの望ましくない反射を防止す
るために、層を被覆することができる。
金属層 基板を反射モードで使用する場合、基板が部分的また
は完全に透明であるときは、透過光を遮断し、上部表面
だけで反射が起きるようにするために、不透明材料を被
覆することができる。例えば、ガラス基板は、アルミニ
ウムを充填したタングステン・ボートに向けて真空チャ
ンバ内に取り付けることによって、アルミニウム、クロ
ム、またはその他の透明な導電性酸化物の層を被覆する
ことができる。チャンバは、１×10-5トルの圧力にまで
真空排気される。タングステン・ボートに電流が流れ、
ボードの温度が上昇する。アルミニウムが20Å／秒の率
で基板に沈積する温度で100秒間沈積させ、ガラスに200
0Åの厚さを持つ不透明なアルミニウムの層を被覆す
る。背面反射を防止するために、これより薄いアルミニ
ウムまたはクロムの層を用いることもできる。金属膜の
沈積には非導電沈積技法を使用することもできる。
アモルファス・シリコン 上述のアルミ被膜ガラスは、光学的に受動的と考えら
れる。したがって、水素添加アモルファス・シリコン
（ａ−Si:H）の層を被覆すると、基板の光学特性がａ−
Si:Hのみから誘導される。アルミニウム被覆ガラスが必
要なのは、アモルファス・シリコン沈積プロセスに導電
性表面が必要な場合だけである。アモルファス・シリコ
ンの沈積に導電性表面の使用を必要としない技術が知ら
れている。この基板を生成するには、プラズマ・エンハ
ンス化学蒸着システム内の２つの対置する電極の一方
に、アルミニウム被覆ガラスを取り付ける。システムを
真空排気し、基板を250℃に加熱する。チャンバ内への
一定流量のシラン（SiH4）ガスを0.5トルの圧力に上昇
する。10mW/cm2のRF電力を電極に印加することによって
プラズマが衝突する。ａ−Si:Hの膜が基板に沈積し、約
75分間で約1000nmの厚さにまで成長する。こうして形成
されたａ−Si:Hは、試験表面の最初の光学機能層を形成
することができる。
ａ−Si:Hだけを被覆した（アルミニウム層を持たな
い）ガラス基板も本発明に有用である。ガラス、溶融シ
リカ、サファイヤ、および多くのプラスチックなどの透
明な基板は、追加修正を行なわずに、計器透過測定に使
用することができる。目視可能な色信号生成は透過性基
板を用いて達成でき、被膜の反射防止特性は透過光から
決定される。
薄膜測定に充分な反射表面を持つ基板の多くは、金属
から形成される。これらの金属の例として、鉄、ステン
レス鋼、ニッケル、コバルト、亜鉛、近、胴、アルミニ
ウム、銀、チタン等、およびこれらの合金がある。金属
は、計器検出法を採用するとき、特に有用な基板であ
る。計装測定システムの場合、主な要件は、基板が反射
し、平面であることである。対照的に、目視可能な色信
号生成の場合、金属の反射率に適切な反射防止被膜を整
合させることは、不可能ではないが、非常に難しい。最
適な干渉色の生成するために、光学基板の反射率と使用
される光学薄膜とを整合させなければならない。したが
って、色生成用に設計されるデバイスは一般に、他の基
板から、または前に述べたようにアモルファス・シリコ
ン被膜金属基板から形成される。
非鏡面 図２を参照すると、鏡面基板（表面が鏡状またはほぼ
鏡状である基板）を提供するのではなく、むしろ図２に
図解的に示し、かつ符号Ｂで表わすように、表面が不規
則な***を形成するような方法で製造される本発明の一
般概念の略図を示す。これらの***は、図ではかなり誇
張されているが、一般には1nmから100μｍの間の大きさ
であり、最も望ましくは約100nmから100μｍの間であ
る。繰り返すが、これらの***は（回折格子の形のよう
に）規則的に設けられたものではなく、表面に入射した
光の一般散乱が生じるように設けられたにすぎない。こ
のような***を設けることにより、光がどの角度方向か
ら基板に入射するかは重要でなくなり、図１に示す色変
化は、基板を入射光または観察する目に対し任意の角度
で保持することによって、観察することができる。計器
表面および目視可能な色信号生成表面はどちらも、鏡面
基板または拡散反射基板により構成することができる。
拡散反射を行なう表面は、物理的研磨、化学的研磨、
または材料の塗布など、様々な方法で得ることができ
る。鏡面基板は、炭化けい素の粒子を含む化合物を用い
る物理的研磨によって荒削りして、拡散表面を形成する
ことができる。代替的に、材料を化学的に研磨すること
もできる。例えば、単結晶シリコン・ウェハは、80℃の
30％水酸化カリウム（重量）の水溶液でエッチングし
て、ピラミッド構造から成る粗表面を形成することがで
きる。研磨工程の後で、当業者に周知の等方性エッチン
グにより、拡散反射を生じる不規則表面を形成すること
ができる。
基板の拡散特性は、被覆によって生起することもでき
る。例えば、直径２ミクロンのポリスチレン球を、ポリ
アミド含有溶液などの流体中に浮遊させる。ガラス・ス
ライドをスピン・コータに真空搭載し、スライドの中心
部が溶液で覆われるようにする。スピン・コータのスイ
ッチを3000rpmで数秒間オンにし、溶液中の球を表面全
体に均等に分散させる。流体を乾燥させると、拡散反射
を生じる表面が得られる。
本発明の実施例は、拡散光反射を生じる不規則表面を
持つ光学基板の使用を含む。また、光拡散材料またはテ
クスチャード・プラスチック（textured plastic）など
の光変更材料を被覆したり、上にかぶせたり、またはそ
れらを介して観察される滑らかな光学基板の使用も含
む。そうしたプラスチックを介して観察すると、上述と
同様の効果が得られる。一例として、光学基板は単結晶
から形成され、単結晶を成長させて直径４インチに押し
出した後、ダイヤモンド・ソーで切断してウェハにす
る。このウェハを化学エッチング液で処理して、表面を
円滑にし、傷を減少する。このウェハを、タルク・スラ
リー内のアルミニウム酸化物、チタン酸化物、または炭
化けい素の粒子で研磨または研削する。初期粒径は大き
く、徐々に小さい粒径を用いて、徐々により円滑な表面
にしていく。ウェハの両面にこの処理を施す。最終研磨
工程の後、非常に強度の拡散反射表面が得られる。
ウェハの研磨が終了した後、次の工程またはその既知
の変形法を用いてウェハを洗浄する。すなわち、ウェハ
を、陽イオン活性剤で音波洗浄し、その後18メガオーム
の水ですすぎ洗浄する。次に、それらを陰イオン活性剤
で洗浄した後、18メガオームの水ですすぎ洗浄する。こ
れらを、370mlの30％H2O2、250mlのアンモニア水、およ
び９ガロンの水から成るアンモニア水溶液で超音波洗浄
し、0.1ミクロンの濾過水を最終すすぎ水とする多段階
の水ですすぎ洗浄する。次にこれらをスピン乾燥させ、
光学被覆できるようにする。この方法に代わる別の方法
として、Polymer Surfaces and Interfaces（edited by
W.J.Feast and H.S.Munro,Johon Wiley and Sons,N.
Y.,N.Y.,page 212,1987）に記述されている「RCA洗浄」
がある。
ガラスの場合、表面特性の程度つまり不規則性は、光
沢で論議される。ここで述べる表面の拡散反射能力と
は、反射が純粋鏡面反射に比べて散乱する程度である。
拡散性は表面トポグラフィの関数であり、相対トポグラ
フィは干渉膜またはバイオフィルムよりずっと大きいの
で、あいまいさ（fuzziness）は、異なる特定の結合剤
に対し大きく変化するとは考えられない。目視可能な色
信号生成の場合、膜は反射光の明度または色に影響する
が、その拡散特性には影響しない。色信号を生成する拡
散表面は、反射計に特に便利である。
表面トポグラフィは、デク−タクＲ（カリフォルニア
州サンタモニカ、ソローン・テクノロジー社）などの表
面プロフィロメータによって特性化することができ、し
たがってあいまいさまたは不規則性もしかりである。デ
クータクＲは、表面特徴間の分離または距離に関する読
み、および表面の定義された領域における表面特徴の高
さの平均値を提供する。表面の一つの有効な尺度は、二
乗平均平方根（RMS）または平均表面粗度をを平均ピー
ク間隔で割った値であり、ピークはRMS粗度の少なくと
も50％の高さを持つ突起と定義する。粗度は反射率対角
度の関数であるので、反射率の角度依存性を測定するこ
とによって定量化することができる。法線から30度で入
射する光源の場合、フォトダイオードの反射光の強度
は、０度から90度までの角度の関数として測定しなけれ
ばならない。選択されたウェハは、観察角度範囲全体に
わたり円滑に変化する反射率を示すのが最適である。He
Neレーザ光源を使用した場合、本発明で有用な荒い表面
からの表面鏡面反射率は、研磨ウェハが100％反射する
と仮定して、５％未満でなければならない。
本発明の一実施例では、非鏡面つまり不規則な表面を
持つ品物は、約2700から3295の間のピーク値によって特
徴付けられ、好適な測定値は約2995である。この値は、
RMS粗度をテクスチャの平均ピークで割った値を表わ
す。
研磨処理の他に、広範囲な化学またはプラズマ・エッ
チング技術が、基板の拡散特性を得るのに適している。
例えば、ガラスは、つや消しガラスの製造時に使用され
るHFエッチングを利用して、拡散光反射表面に変えるこ
とができる。
色信号生成の場合、基板選択は、その後の被覆段階に
使用される反射防止材の特性を決定する。以下に、初期
基板選択に基づく反射防止材の選択について述べる。
基板材料は、切断、ソーイング、スククライビング、
レーザ・スクライビング、またはその他の方法で処理し
て所望の試験片の形状にすることができる。単独使用分
析に適した試験片は、0.5cm2ないし1cm2であり、好適に
は0.75cm2である。代替形態で実質的に多少反応性試験
表面が必要にあることがあるので、試験片の大きさは上
記に限定されない。
任意選択的光学薄膜材料 図１を参照すると、単層光学薄膜の最も単純な説明と
して、基板を薄い層の材料で被覆し、膜の外表面からの
反射と基板の外表面からの反射が、破壊的干渉によって
相互に打ち消すようにする。第１に、反射は180度ずれ
ていなければならず、第２に、これらは同一振幅または
同一強度でなければならない。
反射モードでは、本発明のデバイスの被覆の光学薄膜
特性は、ある波長の光の反射を抑制し、別の波長の光の
反射を増強する。これにより、入射光の抑制された波長
は、基板または基板上の不透明の被覆に入り、そこで吸
収される。反射が抑制されない他の波長の光の多くは被
覆された基板に入らず、反射するが、幾つかの成分は吸
収される。被覆の光学厚さが変化すると、反射光の波長
の範囲が変化する。透過モードでは、被覆の特性は、反
射モードの場合と同様に、幾つかの波長の光の反射を抑
制し、他の波長の光の反射を増強する。これにより、入
射光の抑制された波長は基板に入り、透過する。反射が
あまり大きく抑制されない他の波長の光は反射し、透過
の程度は小さくなる。被覆の光学厚さが変化すると、透
過光の波長の範囲が変化する。
目視可能な色信号生成が必要な場合（図６の右側参
照）、最終分析結果は計器によって測定することもでき
る。理想的には、以下で述べる特定の結合剤だけおよび
光学基板を使用して完全干渉膜を生成するには、基板
は、受容体層（以下参照）の屈折率の二乗の屈折率、つ
まり（1.5）２つまり2.25を持たなければならない。こ
の数字が異なっても、以下で述べるように、本発明の有
用なデバイスが得られる。選択される材料は、以後の工
程に対し機械的に安定しており、反射し、既知の屈折率
でなければならない。光学基板を、例えば生物学的膜な
ど特定の膜に整合させることは、常に可能なわけではな
い。そのような場合、適切な光学基板の欠如を補償する
ために、中間光学薄膜を使用しなければならない。目視
可能な色信号生成の場合、基板材料は次の２つの制約を
受ける。第１に、それは光学薄膜材料に接着しなければ
ならない。第２に、最も単純な例では、基板の屈折率が
その直接上の材料の屈折率の二乗にほぼ等しくなければ
ならず、より複雑な試験表面では、基板の屈折率が「光
学ハンドブック」のpp8−48ないしpp8−49の表３の式の
一つにほぼ当てはまるように選択しなければならない。
例えば、約4.1の屈折率を持つシリコン・ウェハを使用
すると、試験表面は、広範囲の対応する光学薄膜または
反射防止材料を用いて設計することができる。この材料
は、減衰させる波長の４分の１波長の厚さに、または表
３に示す式の変化例の厚さにまで被覆しなければならな
い。当業者は、様々なその他の材料が、上記基準を満た
すならば、試験表面として使用するのに同様に適してい
ることを理解されよう。
光学薄膜被覆は、既知の被覆技術によって基板の表面
に沈積する。例えば、真空チャンバ内でのスパッタリン
グや蒸着などによって実行する。様々なその他の便利な
被覆技術が当業者には周知である。光学薄膜被覆として
有用な材料は、利用される厚さでかなり透過的な透明材
料から形成され、基板を被覆したときに、ある波長の反
射光を抑制する。膜は、いったん光学基板に沈積される
と、その後の工程にも安定である。
この試験表面は少数の光学層を有することが望ましい
が、以下に述べる変化によって、表３に示す式に対応す
るより多くの層を有するより複雑な試験表面を設けるこ
ともできる。すでに述べた通り、材料選択の出発点は、
理論計算である。理論的な考慮点を用いて、どの材料が
事前に選択された基板と互換性があるかを決定すること
ができる。被覆の厚さは、予け決められた４分の１波長
の厚さに、または事前に選択された干渉色に合わせて設
定することができる。しかし、本発明の特定の結合剤光
学膜複合物を構成するには、初期被覆に多数の調整が必
要である。これらの調整を以下で述べる。
例えば、研磨シリコン・ウェハなどの基板は、約4.1
の屈折率を持つ。表１の第１方程式に従って、試験方面
の効用を最大にするには、選択される光学薄膜材料が2.
02（つまり、4.1の二乗平方根）の屈折率を持たなけれ
ばならない。最大「みかけの」色変化は、シリコンの場
合、窒化けい素（Si3N4）またはけい素／二酸化けい素
複合体など、ほぼ2.0の屈折率を持つ材料により達成さ
れる。同様の屈折率を持つ他の光学薄膜材料として、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、シリコン・オキ
シニトリド（SixOyNz）、酸化ほう素、フッ化リチウ
ム、および酸化チタンなどがある。
窒化けい素 窒化けい素の沈積の１つの方法として、前にａ−Si:H
の沈積で述べたのと同様のプラズマ・エンハンス化学蒸
着法がある。この技術およびこの技術の変形は、多数の
材料の沈積に適することが認識されている。例えば、Si
3N4を生成する場合、アンモニア（NH3）ガスをシラン・
ガスに添加する。窒化けい素は、単結晶シリコンや多結
晶シリコンの基板上の光学薄膜として、または光学的に
受動的な基板上のアモルファス・シリコンや多結晶シリ
コン上の光学薄膜として、よく機能する。窒化けい素沈
積工程とａ−Si:H沈積工程との互換性は、非常に費用効
率のよい組合せを達成する。２つの膜を次のように沈積
することができる。ガラス基板を蒸着システムに取り付
け、前に述べたように、厚さ2000Åのアルミニウムの層
をガラスに沈積する。次に、基板をプラズマ・エンハン
ス化学蒸着システムに取り付け、前に述べたように、厚
さ１ミクロンのａ−Si:Hの層を沈積した後、窒化けい素
の層を沈積する。この方法により、安価な反射モード試
験表面がガラス基板上に形成される。この方法は、1962
年12月12日にコールマンに発行された米国特許第3,068,
510号に記載された誘電体および可撓性基板上の被覆の
沈積に延長することができる。窒化けい素の屈折率、ま
たは類推によりけい素／二酸化けい素複合体の屈折率
は、蒸着工程で制御することができる。ガスの比率を変
化させることができ、あるいは沈積率を変化させること
ができ、当業界に周知の様々な他の方法を用いて、沈積
する光学薄膜の屈折率を制御または選択することができ
る。
多層膜 多層光学薄膜被膜は、電子ビーム蒸着によって沈積す
ることができる。基板を真空蒸着室に取り付け、蒸着さ
れる様々な材料の２つまたはそれ以上のるつぼの上に懸
下させる。次に、各るつぼを電子ビーム銃で加熱し、結
晶厚さモニタで蒸着率を監視する。各るつぼは、可動シ
ャッタで覆われている。シャッタを交互に開閉すること
により、所望の多層の積重ねが沈積されるまで、または
多重成分膜が沈積されるまで、基板は各蒸気流に順次露
出される。上述の手順は、複数層の様々な光学薄膜材料
または特定の屈折率が得られるように特別調整した多重
成分膜を沈積するために、３つ以上のるつぼを使用する
ように普遍化することができる。
窒化けい素膜を特定の厚さに被覆した試験表面は、可
視光の青領域の特定の波長を抑制し、したがって黄−金
干渉色を反射する。以下の例では黄−金干渉色を用いる
が、試験表面の干渉色は、光のスペクトルにおけるどの
適切な色にもすることができる。色は、選択された基板
材料、選択された光学層の化学成分および屈折率、なら
びに被覆層の厚さよおよび数に依存する。これらの設計
技術を用いて、光のスペクトルの紫外または赤外領域の
信号または背景を持つ試験表面を生成することができる
が、これらの試験表面は、結合分析（bound analyte）
の計装検出でしか使用できない。
例えば、フッ化リチウムは、多層積重ねの１成分を形
成することができる。これは可視光に対し1.39の屈折率
を持ち、したがって925Åの厚さで緑光に対する４分の
１の波長層を形成する。これは、約900℃のプラチナる
つぼから蒸着することができる。
チタン膜 チタン膜は、光学膜の形成に特に有用である。こうし
た膜は、SiH4など、他の光学材料より安全に処理され沈
積される材料を使用するので、有利である。この適用方
法も、必要な計装が少なくてすみ、費用効果が高く、高
速である。
二酸化チタンは可視光に対し約2.2の屈折率を持ち、
したがって585Åの厚さで緑光に対して４分の１波長層
を形成する。二酸化チタンは加熱するとより低級な酸化
物に分解するので、蒸着膜は化学量論的（stoichiometr
ic）ではない。化学量論的二酸化チタンを蒸着するに
は、電子ビームのパルスを発生させなければならない。
蒸着は約2000℃で発生する。
有機チタン酸塩は、早期重合やチタン酸塩の凝縮を防
止する条件下で加水分解して、二酸化チタン（TiO2）と
することができる。後者の反応（早期重合やチタン酸塩
の凝縮）は塩基触媒作用である。有機チタン酸塩は、水
溶性溶媒システムや界面活性剤と混合することができ
る。選択された溶媒／界面活性剤システムは高い固体含
有量に耐え、すぐれた平滑化または展着能力を持ち、水
と相互溶解しなければならない。アルコールや3M（ミネ
ソタ州）によって製造されるフルオロサーファクタント
は、この方法に特に有用である。有機チタン酸塩の加水
分解は、重合や凝縮の前に発生しなければならず、溶媒
システムは、望ましくない重合反応を防止するために酸
性でなければならない。酸によって供給される対立イオ
ンは、チタン−酢酸の溶解性を改良するために使用する
ことができ、塩化水素酸が望ましい。非水溶性溶媒シス
テムは使用できるが、有機チタン酸塩が早期加水分解し
ないようにしなければならない。溶媒は、被覆溶液の安
定性を改良するために、無水物でなければならない。適
切な溶媒として、トルエン、ヘプタン、およびヘキサン
がある。界面活性剤は（水溶性溶媒システムの場合のよ
うに）使用する必要は無いが、被覆の特性をさらに改善
することがある。
有機チタン酸塩および溶媒システムを混合した後、ス
ピン塗布技術を用いて、この溶液の予め決められた量を
光学基板に塗布する。有機チタン酸塩を非水溶性溶媒シ
ステムと混合する場合は、溶液を動的送出しによって光
学基板に塗布する。動的送出し法で、基板をスピン・コ
ータに取り付け、4000ないし5000rpmで回転させる。溶
液は旋回する基板に塗布され、基板は均等な膜が得られ
るまで旋回し続ける。水溶性溶媒システムの場合、溶液
の動的または静的送出しが可能である。静的送出しの場
合、溶液が基板に塗布された後、旋回が開始される。必
要な旋回速度は、溶液の固体含有率（パーセント）、基
板に塗布される量、および基板の大きさによって異な
る。生成されるチタン層の厚さは、固体含有率、塗布さ
れる量、および旋回速度の関数である。
二酸化チタン層は、多くの技術によって基板に硬化す
ることができる。二酸化チタン層の屈折率は、硬化時の
基板の温度、およびそれより程度は低いが硬化工程の長
さによって制御される。硬化工程は炉、赤外加熱ラン
プ、ホット・プレート、または電子レンジを使用するこ
とができる。
二酸化チタンは、この用途に多数の利点を提供する。
1.広範囲の光学基板に安価にかつ容易に適用でき、また
製造における危険性が無い。
2.屈折率を制御することができ、1.6から2.2の範囲を網
羅する。したがって、これを用いることにより2.0屈折
率を持つ窒化けい素と同等の材料を得ることができる。
3.表面に形成されるチタノールは、その後の誘導プロセ
ス（derivatization process）におけるシラノートと同
様に化学反応する。
チタン酸塩の他に、けい酸塩、酸化アルキル・アルミ
ニウム、およびジルコニウムの対応する類似物を用い
て、この方法によって光学薄膜を生成することができ
る。
二酸化チタンのスピン・コーティングの他に、ポリシ
ラザン（polysilazanes）を用いて、スピン・コーティ
ングによる窒化けい素被覆を生成することができる。こ
れらのプロトコルは、この技術に適用することもでき
る。光学薄膜を生成するために、ポリメチルシルセスキ
オキサン（polymethylsilsesquioxane）やポリフェニル
シルセスキオキサン（polyphenylsilsesquioxane）（一
般式RiO1.5）などのＴ樹脂を光学基板または支持板上に
スピン・コーティングし、炭化けい素の表面に適切な屈
折率を得ることができる。
最適化手順 基板、光学薄膜（AR膜）、付着層及び受容性材料の特
別な組合せのため、最適な背景干渉色を選択するための
モデルが開発された。現在までに開発された数学的モデ
ルは本発明の有用な装置を提供するのに効果的ではない
ので、これらのモデルは装置構築の開始点としてのみ利
用される。最適化は本発明の装置を提供するために必要
である。説明目的のためだけではあるが、選択される基
板はシリコンウェーハとして、選択される最適材料は窒
化ケイ素とした。観察された最もコントラストの高い色
は、テスト表面上の質量の増加につれてマゼンタに変化
するイエローゴールドであった。
図３において、本発明の装置に対する各層の最適の厚
みを選択する方法が、シリコン上の窒化ケイ素膜のため
に開示されている。ステップ１において、シリコン基板
が鏡面もしくは非鏡面のいずれかで設けられる。窒化ケ
イ素膜はステップ２、３に示すようにこの表面上に設け
られ、加熱及び適切な溶液内でかき混ぜることにより段
階的に侵食される。各ステップのタイミングは最長期間
侵食に賦される部分が青白い金属を呈するように、他方
侵食に曝されない部分が濃い青色を呈するように選択さ
れる。ステップ５、６では各々検出される検体用の付着
層及び受容性材料層が窒化ケイ素上に設けられる。これ
らの層は経験に基づいて決定されてもよいし、あるいは
所望であれば、同様に（例えば、この段階的な方法で）
最適化することもできる。ステップ７において、陰性の
応答、弱い応答及び強い応答を記録できるように、スト
リップの３つの部分が異なる方法で処理される分析評価
が実施される。その結果がステップ７に示され、テスト
において最強の弱い陽性の応答を提供するセクションに
よって、発明における有用な窒化ケイ素の厚みを決定す
ることができる。
特に、シリコンウェーハを、ウェーハが濃い青に見え
るように、窒化ケイ素の厚いコーティング（800Å）で
調製した。それから干渉色の光学くさびを作るために、
光学薄膜材料を熱い燐酸浴の中でウェーハから離してエ
ッチングした。光学材料は、300Åが光学くさびの一端
に残り、700Åが光学くさびの他端に残るようにエッチ
ングした。（180℃で窒化ケイ素はおよそ毎分20Åで除
去された。） エッチングされ、くさびで止められたテスト表面を付
着材料で被覆し、その後受容性材料で被覆した。反射性
表面を陰性の、弱い陽性の、そして強い陽性の試料で分
析した。そして光学材料の厚みを、最も際だった色変化
もしくは視覚的コントラストを提供するように思われる
光学くさびセグメントで測定した。最適膜厚は複合テス
ト表面分析に基づいて最も簡単に選択される。このプロ
セスは特別な検体のために得られる視覚的コントラスト
を最大限活用する。
この経験的評価に必要な厚みの光学くさびを作るため
に、窒化ケイ素は容易にエッチングできる。多くの材料
は酸エッチングもしくは塩基エッチングプロセスに影響
されやすい。材料をエッチングする他の化学的方法も可
能である。膜が簡単に破壊されるので、特別な光学基板
から所望の光学膜を容易に取り除けない場合、あるいは
光学基板が必要なエッチング液に対して安定しない場
合、光学くさびを生じさせる別の方法も使用できる。例
えば、単結晶性シリコンは塩基性溶液に長時間曝される
と安定しない。シリコン上の光学膜が塩基性エッチング
液を必要とする場合、光学くさびは化学的アプローチを
用いて発生させることができない。
いくつかの代替案がある：（１）光学膜を光学基板上
に溶着させ、時間をかけて段階的に被覆チャンバーに導
入する。新たに露出される各セクションは前に露出され
たセクションより薄いコーティングを受け入れる。
（２）基板にマスキングを施し、時間をかけて段階的に
マスクを取り除く。（３）各々異なる厚みの光学材料を
作り出す幾つかの異なる被覆作業を行ってもよい。
（４）特定の材料をエッチングするためにイオンミリン
グを使用しても良い。
所定の光学基板及び元の光学薄膜と同じ屈折率の代替
光学薄膜のために、この最適化を繰り返す必要はない。
上記の方法を使用して、屈折率2.0を持つ窒化ケイ素（S
i3N4）の480−520Å膜が結合分析評価において使用され
るシリコンウェーハ（光学基板）用に必要であると設定
した（実施例２を参照）。同じ付着層と受容性材料を用
いて、二酸化チタン（TiO2）が屈折率2.0で480−520Å
の被膜を必要とすることが示された。屈折率が元の材料
のものと正確に同じでない場合、わずかな厚み調節が必
要であるかもしれない。
このように、光学薄膜の被覆のために設定される方式
が、特定の結合分析評価にふさわしいテスト表面の製造
のためだけのガイドラインとして使用される。予め選択
された基板用に、光学薄膜の平方根従属を用いて適切な
光学材料を選別する。本発明にとっては、完全な平方根
従属からの少しばかりの逸脱は受け入れられる。光学被
覆の四分の一波長の使用は被覆厚みに対する初期ガイド
にすぎない。光学薄膜の厚みはこのように特別な結合材
料を考慮して経験的に引き出されなければならない。本
発明の特異的な複合結合光学薄膜は該かる膜を製造する
ために理論上必要な条件を満たしていない。厚み及び屈
折率の規則にも従わない。驚くべきことに、これらの受
け入れられる方式からの該かる逸脱は、質量の変化ある
いは厚みの変化に対して非常に敏感なテスト表面を結果
的に生じる。
あまり重要ではないが、特別な付着層及び受容性材料
層用の最終テスト装置を最適化するために、光学薄膜層
だけでなく各層の相対的厚みを上述したように変更させ
てもよい。
付着層 本発明は更に光学基板もしくは光学薄膜に特異的な結
合層を付着させる層を作り出すための材料及び方法に関
する。特に、発明は官能性密度、安定度、及びその層に
固定される受容性材料の実行可能性を最適にする付着層
を作り出す方法に関係する。選択される付着材料は生物
学的材料もしくは受容性材料と両立しなければならず、
（光学薄膜が含まれていようと、なかろうと）上部テス
ト表面に物理的に粘着もしくは共有的に付着しなければ
ならず、好ましくはテスト表面の所望の薄膜特性を妨げ
ないものでなければならず、また次に続く処理ステップ
に充分耐え得るものでなければならない。
固定される受容性材料（もしくは、ある場合には、酵
素）の密度及び安定度は、分析評価テスト表面の性能を
最適化するように制御されねばならない。
本発明の有用な装置を得る際の問題点の１つは、他の
従来の固相分析評価材料の微視的回旋状の表面特徴と比
較して、薄膜分析評価に使用されるテスト膜の非常に制
限された巨視的及び／もしくは微視的表面領域である
と、出願人は判断した。多くの場合、光学基板は反射的
基板の有毒な影響から受容性材料を保護する連続付着層
で均一に被覆されなければならない。
従来の固相分析評価では、マイクロタイター井戸等の
一般に使用される大きなテスト表面は、薄膜基板に対し
てより大きな全体表面領域及び微視的回旋状の表面を持
つ。このように、固定される受容性材料の量が、固定化
プロセスにより生じる構造上のあるいは化学的変化から
生じる視野の希薄、あるいは実行可能性（検体を結合す
る能力）の損失を補償する。更にそれは乏しい配向ゆえ
に結合のために利用できないかもしれない受容性材料も
補償する。こうして、出願人は、直接的な薄膜分析評価
において、表面領域の制限は受容性材料の官能性密度、
実行可能性、安定度及び入手のしやすさを最大限活用す
るために計画される特別な材料及び手順の使用もしくは
開発を必要とすることを見い出した。
特異的な結合分子の保持のためにケイ質材料を応用す
るための初期作業の多くは、親和クロマトグラフィーの
応用及び使用されるシリカ（SiO2）ゲル、及びガラス等
の固体支持台に起因する。シリカの結合材料に対する初
期活性化は、ジクロロジメチルシランを用いた処理によ
って達成された。シランを適用するために使用されるプ
ロセスの如何に関わらず、シラン化は化学的手段によっ
て分子を共有付着させることができる基を導入すること
ができる。
以前は、光学的活性表面は、２個のメチル基をその表
面に付着させるために、シリカ表面で水酸基と結合する
ジクロロジメチルシラン（C2H6Cl2）を使用して、疎水
性にされていた。こうして、わずかな疎水性が生じる。
出願人は該かる反応は最適な表面反応度を生じないと判
断した。図４において、基板上に存在するシリカ基に結
合するはるかに有用なシラン材料の結合を図式で示して
いる。表面に対する該かるシラン分子の結合だけが、受
容性分子との結合用のアミン基等の利用可能な基を提供
する。この図から、この方法で結合できる生物学的分子
の最大数は、シランとの相互作用に利用できるシリカ基
の数に等しいことが明らかである。対象的に、図５に示
すように、本発明のはるかに有用な付着分子は基板上に
存在する（こうして、より強い結合を提供する）シリカ
基に関して多価であるだけでなく、図に示したＲ基の各
々が多価であることができるので、受容性分子に結合で
き、また更に所望であれば、シロキサンで結合すること
もできる基に関しても多価である。当業者であれば、特
別なシリコン含有基板もしくは他の基板上で結合され得
る受容体分子の量を増加させるために、付着層として使
用できる等価シロキサンもしくは他の分子を容易に判断
することができるであろう。
出願人は、シリコンが次に行われる付着用の固体支持
台もしくは基板としてシリカと置き代わる時、本発明に
おいては従来のシラン化は不適切であることを発見し
た。シランは表面に付着するためにシラノール残渣の存
在が必要である。単結晶性シリコンと共に、シラノール
密度は固定反応のために望ましい官能基の密度を生じる
ためには不十分であり、従って、最適の受容性材料でな
いものがテスト表面に付着されるであろう（図４参
照）。シリカ及び多くのガラスは高いシラノール含有量
を持ち、あるいは高シラノール含有量を提供するように
容易に処理できる。しかしながら、シリコンも、シリカ
もしくはガラスでは見られない、生体分子にとって有害
もしくは不利益である表面の影響を持ち込む。該かるシ
ラン化プロセスも処分を必要とし、多くの場合、監視及
び制御するが退屈で困難である危険な材料を生じさせ
る。このシラン化プロセスはあるレベルの反応度を提供
する一方、多くの応用に必要なレベルの感度を提供しな
い。それに加えて、アミン含有シランは多くの独特の困
難を導き出す。その１つはアミン官能化シランが水溶性
であり、アミン基が改質表面からシランの加水分解を触
媒することである。出願人は、重合体で改質されたシラ
ン、例えば、PEI改質シランまたはその当量は、本発明
の装置において官能的に優れていることを発見した（図
５）。
好ましい態様において、付着層は均一の方法でスピン
コートもしくはエーロゾルスプレーコートされる。様々
な中間材料が５Åから500Åの間の厚み（それより多い
良も使用できる）で基板に被覆される。該かる層は以下
の機能を果たし、以下の特徴を持つ材料で形成すること
ができる：受容性材料のために好ましい環境を作り、受
容性材料が（好ましくは費用効果的な方法によって）活
発な官能度で結合されるようにし、光学基板にしっかり
と粘着し、均一に被覆され得る。
直接的な目視による検出方法論のために理想的には、
表面活性化技術は基板の表面に非常に緻密な均一もしく
は等角の膜を導入する一方で、安定性のために表面の共
有改質を提供するべきである。共有付着のない強く吸着
された等角膜が適切であるかもしれない、例えば、単結
晶性シリコン、巨視的に平面で均一の光学ガラス、金属
化ガラス及びプラスチック等の適当な基板は、光学層
（つまり、SiO、SiO2、SixNy等）で被覆されていようと
なかろうと、共有付着のために利用できる反応基が不足
しているが、本発明では有用である。一度塗布される
と、付着層は共有もしくは吸着性相互作用により、緻密
で機能的である特異的な結合層の粘着を支える環境を提
供すべきである。この付着層は初期光学基板の有毒な影
響から特異的な結合層を分離するため、充分な厚みを持
っていなければならない。
このテスト表面の製造に使用できるであろう材料の３
種類の例について説明する。図５において、非線形分岐
重合体シロキサンが基板に対する共有付着の要件を満た
すことができ、反応性及び安定性膜において受容性材料
を粘着させるであろう。これらの重合体は典型的に、
（ペトラルカシステムによって製造される）アミノアル
キル、カルボキシプロピル、クロロプロピル、エポキシ
シクロヘキシルエチル、メルカプトプロピル、フェネチ
ル、フェネチルスルホナート、ビニル、メチル、及びメ
タクリロキシプロピルを含む、多くの異なる官能性
（Ｒ）を表面に導入することができる２〜３の分岐点を
含む。少しばかりのシラノールでも付着に利用できるの
で、これらの重合体シロキサンは窒化ケイ素層が上部表
面である時に特に有益である。分岐の末端で官能性を有
するＴ構造のポリジメチルシロキサンはカルボキシ、プ
ロピル、及びビニル基（ペトラルカシステム）を含む。
これら材料の代表的な例が米国特許4,208,506、3,530,1
59、4,369,268に記載されており、参照のためここに挿
入した。
これらのテスト表面の製造において有用性を示す材料
の第２群は、一般にスチレン／ポリブタジエンの混合物
で構成される共重合体で、等角の表面活性剤もしくは膜
形成ラテックスである。これらの調製品は溶液中では粒
子として作用するが、表面で、あるいは乾燥された時
に、粒子状の性質を保持してはいない。これらの材料は
表面の微視構造に強く粘着するように作られる。Serady
nが販売するTC7及びTC3粒子、及びBangs Laboratories
もしくはRhone−Poulencが販売する表面活性剤（アミド
もしくはカルボン酸）は、本出願に特に良く適合する。
類似する膜形成ラテックスもしくはスチレン／ブタジエ
ン／他の共重合体も使用できる。
この種のテスト表面の製造に有用である別の綱の化合
物は、デンドリマー、スターポリマー、もしくは分子自
己組立ポリマーである。これらの重合体は一度乾燥させ
た表面に強く粘着する。これらの材料は周期的な方法で
作り出され、各周期が材料の新しい世代を作り出す。ど
の材料世代も本出願において使用することができるが、
（図17に図式的に示す）世代５は最良の反応性を提供す
ることを示している。これらの材料は米国特許＃4,507,
466;＃4,588,120;＃4,568,737;＃4,587,329号に記載さ
れた材料で作られ、これらの材料で構成される。三元デ
ンドリマーの代表は図17に示したポリアミドアミンであ
る。この図において、Ｙは二価アミド部分を表す。−CH
2CH2CONHCH2CH2−及びYNが反復単位である。末端基は図
17に示すようにアミンであってもよいが、次の世代のた
めに樹脂状結晶分岐として作用する活性基であれば何で
あってもよい。他の適当な二価部分はアルキレン、酸化
アルキレン、アルキレンアミン等を含み、末端はアミ
ン、カルボキシ、アジリジニル、オキサゾリニル、ハロ
アルキル、オキシラン、ヒドロキシ、カルボン酸エステ
ル、もしくはイソシアナト基である。
これらの材料の全ては、固体支持台上の展伸能力を改
善する有機溶剤に対して安定している。これにより、付
着層が制御しやすく、大量に製造できるスピンコート技
術により作られるようになる。別の塗布方法はディップ
コート、スプレーコート、もしくは他のエーロゾル技術
を含む。硬化プロセス（一般的に熱処理）の後、受容性
材料と接触する有機溶剤が残らないので、有機溶剤の使
用も可能である。硬化プロセスは光学テスト表面に対す
る付着層の粘着を向上させ、重合及び凝結プロセスの操
作を助ける。これらの材料及びこれらの付着層の正確な
製造方法の各々の評価を下記の実施例５、６、７に示
す。
シロキサン本出願において有益である材料の一般的な
綱を指している。シロキサンは水溶性ではなく、水性コ
ーティング溶液もしくは試料と接触しても加水分解しな
い。分岐構造及び重合体という特徴の故に、重合体構造
はシランとして単一の孤立した島を形成する（図４）の
ではなく、テスト表面上に連続膜（図５）を形成する。
シロキサンの高度に交差結合した構造は全体の表面視野
を増加させる。シロキサン膜の屈折率は制御することが
でき、あるいはシロキサンの側鎖の中に組み込まれる官
能基と共に変化することができ、それによって他の層と
相互作用させて適切な干渉膜を作り上げる。
シロキサンは基板を共有改質するが、その後の層間剥
離なしに表面に粘着し、機械的操作に対して安定である
その他の材料も有用であるので、これは本質的な特徴で
はない。重合体を基板に被覆する方法は半導体製造業者
の間で公知である。
必要ではないが、所望の特性を伝える付加的な材料を
付着層に付着させてもよい。この層は受容性材料の配
向、例えば抗体を配向するためにタンパク質Ａ及びタン
パク質Ｇの使用を改善することができるであろう。他に
使用できる材料としては、アビジン・ビオチン、合成タ
ンパク質もしくは組換えタンパク質A/タンパク質Ｇ断
片、あるいはペプチドまたは結合A/Gペプチド等があ
る。
受容性材料を付着層に付着させるための固定化化学は
付着層及び受容性材料両方の特性に基づいて選択され
る。受容性材料はこの材料に共有的あるいは受動的に付
着することができる。付着層が共有付着のために特に適
合される場合、付着層を活性化させるための付加的なス
テップが必要となろう。様々な活性化及び結合手順を使
用することができ、例えば、受容性材料を粘着させるた
めに光活性ビオチンを使用できる。通常、それは受容性
材料を付着層に受動的に吸着させるのに充分であり、従
って、固定化化学手順の時間と費用を節約する。
受容性材料 受容性材料は特異的な結合対の一部分として限定さ
れ、次のものを含むが、それらに限定されることはな
い：抗原／抗体、酵素／基板、オリゴヌクレオチド/DN
A、キレーター／金属、酵素／抑制剤、細菌／受容体、
ウイルス／受容体、ホルモン／受容体、DNA/RNA、RNA/R
NA、オリゴヌクレオチド/RNA、及び他の化学種に対する
これらの化学種の結合と共に、無機化学種とこれらの化
学種の相互作用。
付着層に結合される受容性材料は特に関係のある検体
を結び付ける能力によって特徴付けられる。受容性材料
として使用できる種々の材料は、二次的パートナーと
（選ばれる試料に関して）選択的に結合するであろう材
料の種類によってのみ制限される。受容性材料の全体的
な綱に含まれる材料の亜綱には、毒素、抗体、抗原、ホ
ルモン受容体、寄生虫、細胞、ハプテン、代謝産物、ア
レルゲン、核酸、核材料、自己抗体、血液タンパク質、
細胞の残骸、酵素、組織タンパク質、酵素基板、補酵
素、ニューロン伝達子、ウイルス、ウイルス粒子、微生
物、タンパク質、多糖類、キレーター、薬剤、及び特異
的な結合対の他のメンバーがある。このリストは薄膜分
析評価システムを作るために、付着層に被覆することが
できる多くの異なる材料の幾つかを含むだけである。関
係のある選択された検体がどのようなものであれ、受容
性材料は特に関係のある検体と結合するように計画され
る。関係のある検体を含むマトリックスは、流体、固
体、気体、もしくは粘液、唾液、尿、排せつ物、組織、
骨髄、脳螺旋流体、リンパ液、血しょう、全血、たん、
緩衝液、抽出液、***、膣の分泌液、及び心膜の、胃
の、腹膜の、胸膜の、あるいは他の洗浄剤等であってよ
い。関係のある検体は抗原、抗体、酵素、DNAの断片、
損なわれていない遺伝子、RNAの断片、小分子、金属、
毒素、環境動因、核酸、細胞質成分、毛または鞭毛の成
分、タンパク質、多糖類、薬剤、あるいは表Ａに記した
ような他の材料であってよい。例えば、表Ａに記した細
菌のための受容性材料は、特に表面薄膜成分−タンパク
質もしくは脂質、多糖類、核酸あるいは酵素を結合する
ことができる。細菌に対する特異的な検体は多糖類、酵
素、核酸、薄膜成分、あるいは細菌に応じて宿主により
作られる抗体であってよい。検体の存在は（細菌性もし
くはウイルス性の）伝染病、癌もしくは他の代謝障害ま
たは状態を指示するかもしれない。検体の存在は食品中
毒もしくは他の有毒曝露を示すものであるかもしれな
い。検体は薬剤の濫用を指示し、あるいは治療剤のレベ
ルを監視することができる。
この技術を利用できる最も一般的に遭遇する分析評価
プロトコールは免疫分析評価である。下記の受容性材料
層の構築のために為された議論は特に免疫分析評価を重
点的に取り上げている。しかしながら、一般的な研究は
核酸消息子、酵素／基板、及び他の配位子／受容体分析
評価フォーマットに適用される。免疫分析評価のため
に、抗体は受容性材料として作用してもよいし、あるい
は関係のある検体であってもよい。受容性材料、例えば
抗体は安定した、緻密な反応層をテスト装置の付着層に
形成しなければならない。抗原が検出されることになっ
ており、抗体が受容性材料である場合、抗体は関係のあ
る抗原にとって特異的なものでなければなならいし；抗
体（受容性材料）はテスト表面に抗原を保持する充分な
結合性で抗原（検体）を結合しなければならない。ある
場合には、検体は受容性材料を単に結合するだけではな
く、受容性材料の検出可能な改質を発生させるかもしれ
ない。この相互作用はテスト表面で質量の増加を引き起
こすか、あるいはテスト表面上で受容性材料の量の減少
を引き起こすことができるであろう。後者の例は、分解
性酵素または材料の特異的な固定化基板との相互作用で
あり、実施例13を参照のこと。結合、異種交配、あるい
は検体の受容性材料との相互作用が発生する特異なメカ
ニズムは、本発明によって重要ではないが、最終的な分
析評価プロトコールにおいて使用される反応条件に衝撃
を与えるかもしれない。
一般に、受容性材料は付着層に受動的に粘着され得
る。必要であれば、付着層によりテスト表面上に導入さ
れる遊離官能基を、受容性材料のテスト表面への共有付
着のために使用することができる。受容性材料の付着の
ために利用できる化学は、当業者に公知である。
受容性材料を付着層に粘着させるために広範囲の技術
を使用することができる。テスト表面は、所定期間の間
溶液に全体的に浸漬することにより；不連続な配列また
はパターンで溶液の塗布により；スプレー、インクジェ
ットまたは他の刻印づけ方法により；あるいは適切な溶
剤系からのスピンコートにより、受容性材料で被覆する
ことができる。選択される技術は、多数のテスト表面を
被覆するために必要な受容性材料の量を最小にし、塗布
中に受容性材料の安定性／官能性を維持すべきである。
更に技術は非常に均一かつ再生可能な方法で、付着層に
受容性材料を塗布または粘着しなければならない。
コーティング溶液の組成は塗布方法及び利用される受
容性材料の種類に依存する。スピンコート技術を使用す
る場合、界面活性剤は光学基板または支持台全体に亙っ
て受容性材料の均一性を向上させることができる。一般
に、コーティング溶液は受容性材料の付着層に対する受
動的粘着を増進するようなpH、組成、及びイオン強度で
の緩衝水溶液であろう。選択される正確な条件は開発中
の分析評価のために使用される受容性材料の種類に依存
するであろう。一旦特別な種類の受容性材料、例えば、
多クローン性抗体のためにコーティング条件が設定され
ると、これらの条件は該かる受容性材料に基づく全ての
分析評価にとって適切なものとなる。しかしながら、化
学的に独特な受容性材料、例えば、多クローン性抗体及
び核酸は、同じ緩衝及び塗布条件の下では付着層に均等
にうまく被覆しないかもしれない。
受容性材料が抗体である時、付着層がＴ構造のシロキ
サンである場合、適切な粘着が得られることが示されて
きた。Ｔ構造のシロキサンは抗体の相互作用のために非
常に均一な疎水性表面を提供する。実施例６を参照のこ
と。
驚くべきことに、膜形成ラテックスは一般にシロキサ
ンよりも、抗原に対するはるかに良好な付着を提供す
る。固体化抗原との抗体の相互作用はシロキサン改質表
面上で改善される一方、基板との酵素反応はシロキサン
改質表面に対して、ラテックス改質表面上で改善され
る。
上記の材料及び方法は特異的な結合テスト表面の構築
を可能にする。テスト表面は光学基板または支持台、任
意の光学薄膜、付着層、及び最後に受容性材料層で構成
される。特異的な結合発生または相互作用の視覚的測定
のため、複合干渉膜が光学薄膜、付着層及び受容性材料
を含むように実際上設計される。付着層及び受容性材料
が光学薄膜に被覆される時、選択される初期干渉色が維
持されなければならない。図３を参照のこと。一度表面
が受容性材料で被覆されると、関係のある検体を含む調
製品の小さなスポットが表面に塗布される。これは数分
間培養され、すすいだ後、窒素流の下で乾燥される。こ
れは分析評価される試料が陽性であろうと陰性であろう
と、展開される手順管理を発生させる。この管理により
エンドユーザーに対して、正確に分析評価プロトコール
に従い、キット内の全ての試薬が正しく作用しているこ
とが保証される。手順管理はあらゆる所望のパターンに
おいて適用できる。
手順管理と同様に、受容性材料をパターンに適用する
ことができる。このように、装置は光学薄膜が光学基板
に塗布された時に、多色光に応じて目視により検出可能
な記号を提供する。受容性材料を含むコーティング溶液
はマスクで覆われた表面に塗布されてよい。マスクはコ
ーティング溶液に曝されている部分においてのみ、受容
性材料が付着層に固定化されるようにする。受容性材料
で均一に被覆される表面をマスクで覆い、受容性材料を
選択的に不活性化することができる。受容性材料の不活
性化にとって適切な多くの技術がある。生物学的材料に
とって最も簡単な技術の１つは、その材料を不活性化す
るために充分な時間の間、受容性材料の部分を紫外線放
射に曝すことである。マスクは結果の解釈においてエン
ドユーザーを助けるであろうパターンならどのようなパ
ターンにも設計できる。
受容性材料のパターンを発生させるために、押印、イ
ンクジェット印刷、超音波ディスペンサー、及び他の液
体調剤装置等の技術が適切である。受容性材料はこれら
の技術によってパターンに塗布され、所定期間培養さ
れ、その後表面からすすがれる。付着材料の露出部分は
受容性材料に類似する不活性材料で被覆することができ
る。
干渉色の特に有益な組合せは、テスト表面背景もしく
は開始点のための黄色／金色の干渉色を頼りとする。一
度質量の増加が表面で発生すると、質量は厚み及び濃度
の直接的な関数であるが、反応領域は干渉色を紫／青色
に変化させる。上述したように、生物学的テスト表面の
構築において必要な層を補い、所望の開始干渉色を維持
するために、光学薄膜を調節・最適化することができ
る。
質量の増大 特異的な結合対の直接的判定を行う薄膜検出方法は、
蛍光、発光、及び熱量の測定等による検出計画、もしく
は他のタグ依存検出計画を含む、放射性もしくは酵素的
手段に関して重大な利点を提供する。薄膜システムは小
分子の検出に応用できる。しかしながら、該かる検体は
直接目視による、あるいは器具による検出に対して充分
な厚みもしくは光学的密度を作り出せない。出願人は、
質量増大のための手段が必要であることを発見した。し
かしながら、薄膜検出システムは膜の完全性が維持され
る時、最適に作用する。このように、該かるシステムに
おける拡大のための方法は、検出システムにより課され
る制限条件を満たす、最も簡単な可能性のある構造であ
るべきであると共に、厚みもしくは質量の増加を提供
し、膜の完全性を維持するべきである。
C.Fredrik Mandenires及びK.Mosbach、170 Anal.Bioc
hem.68、1988は楕円偏光法的分析評価において、コンカ
ナバリンＡもしくは耐−IgG抗体で被覆された微小シリ
カ粒子を用いる方法を説明している。シリカ粒子は濃度
依存方法で生物層の見掛け厚みを増すような、生物層に
充分近い屈折率を提供する。これらの粒子は性質上硬質
であるが、膜の完全性を維持しない。従って、光散乱が
発生する。
拡大技術は関係のある検体の濃度に直接関係してもよ
いし、あるいは拮抗的もしくは阻害分析評価フォーマッ
トにおけるように、関係のある検体の濃度に反比例して
もよい。質量増大もしくは拡大試薬の結合は、テスト表
面に対する検体結合の特異的な関数であり、信号発生試
薬の一部として考慮してもよい。
図７において、本発明の装置上の検体の存在を信号増
幅により検出できる２つの方法を図式的に示している。
例えば、受容性材料をラテックス粒子で分類された検体
に接触させることにより、あるいはその２つを結合させ
ると、受容体検体層の厚みを増大させる他の手段によ
り、信号を増幅することができよう。あるいはその代わ
りに、検体は二次的結合剤を通して酵素で分類されても
よく、その場合、その酵素に対する基板の準備によって
受容体−検体−酵素の組合せが検出されないかもしれな
いが、テスト装置の上に製品を置き、目視で検出でき
る。出願人は、基板からの製品の配置を促進するように
装置表面が帯電されることを保証することが有利である
ことを発見した。
質量増大試薬は二次的受容性材料に受動的もしくは共
有付着ができなけばならない。質量増大試薬に対する受
動的付着の例は、表面活性剤粒子上への抗体の吸着であ
る。質量増大試薬の二次的受容性材料に対する共有付着
の例は、抗体に対するセイヨウワサビ・ペルオキシダー
ゼ（HRP、または別の酵素）の接合である。使用するメ
カニズムに関わりなく、質量増大試薬は二次的受容性材
料と共に安定した製品または付加物を形成すべきであ
る。選択される結合プロトコールは非特異的な結合効果
をテスト表面に残すべきではないし、導入すべきでもな
い。質量増大試薬は更に検体との直接的かつ特異的な相
互作用が可能である。
このように、発明は薄膜検出方法に依存する分析評価
システムにおいて、信号増幅のための方法を特徴とす
る。該かる方法には、楕円偏光法、干渉効果、プロフィ
ルメトリー、走査トンネル顕微鏡法、原子力顕微鏡法、
インターフェロメトリー、光散乱、全反射、もしくは反
射率計技術等があるが、それらに制限されない。これら
のタイプのシステムにおける使用のために選択される材
料は、好ましくは溶液中である程度の粒子状特性を維持
し、表面もしくは支持台と接触すると同時に安定した薄
膜を形成する。膜は基板の所望の滑らかさまたは組織を
維持するために、好ましくはテスト表面に対して等角で
ある。表面組織の特徴は使用する検出方法に依存する。
選択される材料も共有または受動的相互作用を通して、
受容性材料または特異的な結合対の一部を粘着させるこ
とができなければならない。二次的受容性材料もしくは
結合試薬は、その二次的受容性材料の反応性及び安定性
を保持する方法で、信号増幅材料または粒子に粘着され
ることが好ましい。粒子に塗布される二次的受容性材料
は、テスト表面に固定化される受容性材料と同じであっ
てもよいし、あるいは適合するものであってよい。二次
的受容性材料または結合試薬と付加的材料との組合せ
は、粒子、酵素等であれ、質量増大または信号発生試薬
を形成する。
一般に、増幅を必要とする光学分析評価は、その特性
及び特徴が使用される検出方法のタイプにより決定され
る基板、光学的二次光学材料、付着層、受容性材料層、
及び質量増大試薬で構成される。一般的な分析評価プロ
トコールは、関係のある検体を含むと考えられる試料
が、細胞質抗原の抽出等の必要な処理を通して処理さ
れ、その後二次的試薬または増幅試薬と混合されること
を求める。この混合物のアリコートは受容性材料被覆基
板に塗布される。適当な培養期間の後、物理的すすぎ／
乾燥プロトコールにより、あるいはすすぎ／乾燥ステッ
プを含む装置で、未結合の材料が反応膜から分離され
る。その後目視または器具により信号を判断する。二次
的試薬もしくは増幅試薬の導入は、試料採集もしくは塗
布装置において凍結乾燥された材料、または分析評価装
置に埋め込まれた材料として、試料に対する試薬の添加
により達成される。
重合体固体 本発明において有用な重合体は等角（膜形成）であ
り、特別な特徴を表面に持ち込まない。広範囲のスチレ
ン−ブタジエン共重合体は凝集分析評価、免疫分析評
価、及びクロマトグラフィーの応用において利用でき
る。一般に使用されるラテックスは高度に交差結合され
た、硬質の共重合体である。これらの応用におけるラテ
ックス粒子の最も一般的な使用法は、所望の検体の捕獲
及び分離のための固体支持台としてである。低い交差結
合によるスチレン−ブタジエン共重合体は表面活性剤ま
たは膜形成ラテックス粒子と指定されている。これらの
調製品は溶液の中では粒子としてふるまうが、表面と接
触すると等角膜に対して乾燥状態になる。これらの膜形
成スチレン−ブタジエン共重合体は広範囲に亙る官能性
結合基を含むことができる。
更に、硬質のポリスチレン粒子も染料の添加による信
号発生のために使用されてきた。これらの粒子は信号発
生のためのタグまたはラベルの導入のための代替方法に
すぎない。凝集分析評価及びメンブレンを基礎とする分
析評価用の着色または染色されたラテックスの使用は、
広く利用されてきた（再検討のために、L.B.Bangs,Amer
ican Clinical Laboratory News、May 1990を参照）。
前者の場合、これらの粒子のための主要な要件は、凝集
分析評価において視認性のためにそれらの構造を維持
し、メンブレンを基礎とするテストの細孔を遮断するよ
うにゆがまないことである。共有付着が特定の相互作用
する化学種に特別な利点を提供する一方、ラテックスに
対する受容性材料の受動的吸着が適切であることがしば
しばある。
適当な拡大膜形成ラテックス粒子の製造においては、
捕獲される検体の見掛け厚みまたは密度を増すために、
膜形成粒子、もしくは二次的反応種と両立し充分な大き
さを持つ表面活性剤の選択が必要である。
二次的反応種は所定時間、適切な温度での培養によ
り、表面活性剤粒子上に固定化できる。選択される温度
は二次的反応種を粒子に付着させるために利用される化
学、反応種の性質、及び粒子の組成により影響される。
温度に加えて、培養期間の長さ、固定化化学、緩衝液組
成（pH及びインオン強度）、及び二次的反応材料の量が
特定の応用のために最適化されなければならない。
下記に示す特殊な例（14、15）は膜形成拡大試薬の製
造に使用される方法のタイプを示すためのものである。
記載された条件は該かる拡大試薬の製造に制限を加える
ためのものではない。スチレン／ブタジエン／ビニル共
重合体は好ましい膜形成ラテックスの組成である。しか
しながら、膜形成特性を維持する如何なるスチレン／ブ
タジエン共重合体も使用できる。官能基は二次的結合試
薬の粘着または相互作用を支持するであろう化学組成の
ものであればよく、二次的結合試薬は関係のある検体と
本質的に結合するであろう。Seradynが販売するTC7及び
TC3の調合物、及びBangs LaboratoriesまたはRhone−Po
ulencが販売する表面活性剤調合物が好ましい（そのカ
タログを参照のため挿入する）。従来からのラテックス
粒子（S/B/V−CONH2、S/B/V−COOH、S/V−CONH2、S/R−
NH2、S/HYDRAZINE、S/V−COOH、S/B−COOH、S/B−CONH
2、PS、S/VBC、S/A/B−COOH、PMMA−COOH、S/A−OH、S/
R−OH、及びS/R−SHOと称する）は本発明においてある
種の有用性を表示したが、膜形成ラテックスより散漫な
信号を作り出す傾向がある。
固体の触媒製造 出願人は、薄膜表面に不溶解性の析出生成物を作る酵
素／基板の対によって、より感度の高い光学薄膜分析評
価を得ることができることを発見した。この拡大技術の
触媒性は該方法の感度を改善する。本発明において有用
な酵素は、グルコースオキシダーゼ、ガラクトシダー
ゼ、アルカリホスファターゼ等である。しかしながら、
受容性材料に付着され得る特殊な成分を提供し、析出膜
生成物への基板の転化を触媒することができるプロセス
であれば、何でもこの技術にとって適当である。テスト
表面に固定化された抗体−抗原−抗体−HRPの錯体が存
在する時、不溶解性の反応生成物が生じる。生成物はア
ルギン酸、硫酸デキストラン、メチルビニルエーテル／
無水マレイン酸共重合体、もしくはカラゲーニン等と、
TMB（３、3'、５、5'−テトラメチルベンジジン）と酸
素遊離基との相互作用により形成される生成物との組合
せ等の析出剤の作用によって析出される。この特別な基
板は遊離基がTMBと接触する時はいつでも不溶解性の生
成物を形成する。他にクロロナフトール、ジアミノベン
ジジン、テトラ塩酸塩、アミノエチルカルバゾール、オ
ルトフェニレンジアミン等の物質も使用できる。これら
は約10〜100mMの濃度で使用される。質量の測定可能な
増加は酵素共役層と共に発生する。色信号は基板溶液中
に存在する発色団の基本色による影響を受けない。表面
に析出される質量を増加させる種々の酵素基板系または
触媒系が使用できる。
髄膜症や連鎖球菌等、人における細菌感染に対して一
般的に責任のある細菌群から引き出された多糖類抗原の
低レベルの検出のために、薄膜分析評価における酵素に
より分類されたこのような抗体方法の例を実施例16、1
7、18に示す。
図６において、その上部表面に様々な層が被覆された
基板を持つ多層装置の横断面を表すグラフが示されてい
る。１例では、これらの層は上部光学基板層に直接隣接
する窒化ケイ素の層、重合体シロキサン等の付着層、及
び細菌抗原分析評価に対する抗体である受容性材料を含
む。図７において、検体が存在する場合、酵素により分
類された抗体及び検体を持つ錯体がテスト表面に同時に
形成される。前述の生成物析出物を形成させるために基
板が加えられるのはこの塊の上である。
所望であれば、関係のある検体は同時または連続添加
プロセスのいずれかにおいて、質量増大試薬及び固定化
された受容性材料と組み合わされてもよい。いずれのメ
カニズムもテスト表面に固定化される検体／質量増大試
薬錯体の形成を生じる。このように、質量増大試薬は試
料と直接混合されてもよい。この混合物は次に反応性テ
スト表面に塗布され、必要な期間培養される。これは同
時分析評価フォーマットである。
ある場合には、付加的な感度は試料の連続添加を行
い、続いて質量増大試薬を添加することにより得られ
る。如何なるメカニズムあるいは特異的な相互作用も、
質量増大試薬の発生のため利用できる。例えば、核酸は
金属等の多数の材料及びある種の染料をしっかりと結合
する、あるいは挿入することが知られている。これらの
材料は特別に固定化される核酸に質量を導入する働きを
するであろう。
生成物層の増加は視覚的手段、もしくは楕円偏光法等
の器具の使用や光強度差が増加した厚みにより生じてい
る場所等により判定することができる。受容性材料酵素
錯体はこのように、関係のある検体との直接的相互作用
が可能であり、より詳細には、抗原等の検体の証拠であ
る。この変化は光学厚みを測定することにより検出で
き、必ずしも基板材料の光反射力に依存しない。該かる
器具の１つは、米国特許4,332,476、4,655,595、4,647,
207、4,558,012に記載されているSagax Ellipsometerで
あり、その開示を完全に挿入し、この明細書の一部とす
る。
装置 装置フォーマットにおいて上記の多層テスト表面の幾
つかの配列が可能である。最も簡単な分析評価フォーマ
ットは単一使用、単一試料装置である。より複雑な装置
は１つの試料が多数の検体の存在のために審査されるよ
うにする。付加的な装置は多数の試料を１つの検体また
はバッチテストのために審査できるようにする。
単一使用装置は、感染症テスト、妊娠または多産反応
等の広範囲の分析評価に適合可能なフォーマットを使用
しやすくする。これらの単一テスト装置を使用するため
のプロトコールは非常に簡単である。密閉された装置が
開けられ、反応性テスト表面を露出させる。試料がテス
ト表面に塗布され、短時間の間、例えば２分間培養され
る。試料は例えば細菌からの抗原抽出等の前処理を必要
としても、しなくてもよい。テスト表面への塗布の前に
試料に二次的試薬を添加することが必要であってもよ
い。培養期間が完了すると、無反応の試料が水ですすぐ
ことにより除去される。装置はテスト表面を乾燥させる
ために吸い取られる。使用されるテスト及び質量増大／
拡大方法に応じて、分析評価が完了し、あるいは分析評
価は付加的な培養／洗浄／乾燥サイクルを必要とするか
もしれない。テスト装置及びプロトコールは医師の事務
所、臨床研究室、家庭またはフィールドテスト用環境に
うまく適合する。装置のまわりに、例えばポリスチレ
ン、ポリプロピレン、ポリエチレン等、成形装置または
射出成形装置に容易に形成される材料で構成される保護
シェルが設けられることが好ましい。多検体もしくは多
試料装置は同様のプロセスを用いて、同様の材料で作る
ことができる。
単一使用装置 該かる装置の特定の例を図に示す。
例えば、一般的に図8A−8Gにおいて、単一使用装置は
如何なる大きさの成形装置にも納められるが、この例で
は、装置を閉じた時の大きさは長さ1.74インチ、幅2.22
インチ、深さ0.375インチである。装置はテスト表面を
保持する基部と、洗浄液と余分な試料を保持するための
吸収性パッドで構成される。装置の蓋はテスト表面から
過度の湿気を取り除くブロッターパッドを保持するよう
に設計される。装置の基部にある吸収性パッドあるいは
蓋の中のブロッターを固定するため、プラスチックの薄
片がリビングヒンジによって装置の各部に付けられる。
装置の基部と蓋はリビングヒンジによってつながれる。
しかしながら、多数の開閉サイクルを可能にする如何な
る留め金または蝶番の組合せも使用できる。吸収性パッ
ド及びブロッターを装置の中に置き、これらのカバーを
閉じて材料をしっかりと締める。これらのプラスチック
カバーは、吸収性材料の中に含まれる洗浄液及び余分な
試料の露出を防止することにより、エンドユーザーに対
する保護を提供する。装置の蓋は留め金が付いていても
付いていなくてもよいが、密閉シールがあることが好ま
しい。装置は容易に配置され、あるいは貯蔵のために便
利な大きさであるべきである。装置の全ての構成要素
は、反応性テスト表面を除き、必要であれば殺菌でき
る。
上部ブロッターパッドには幾つかの独特の要件があ
る。複合ブロッター材料はテスト表面の真上に装置の蓋
の中に設置されなければならない。蓋が閉じられ、すす
がれたテスト表面がブロッターパッドと接触すると、テ
スト表面はブロッターパッドに充分圧縮され、テスト表
面から溶液を垂直に選択的に吸い取らなければならな
い。ブロッターパッドは、付加的な洗浄／乾燥ステップ
のために、新鮮な乾燥材料がテスト表面に補給されるよ
うに、小さなプラスチックスライドの上に取り付けるこ
とができる。ブロッターの初期材料は表面から水を垂直
に急速に吸い取るように、つまり紙が高い吸収率を持つ
ように選択される一方、次の材料は高い吸収能力を持
ち、テスト表面から水平に溶液を取り除く。表面の隣の
ブロッター材料は光学テスト表面を流してはならない
し、こすってもいけない。Whatmanのグレード1Chrペー
パーはこの機能を非常にうまく果たすが、代わりの材料
でもよい。高度に吸収性のある材料がブロッターパッド
の付加層として使用され得る。２つの付加パッドがグレ
ード1Chr層との組合せで、２段階乾燥プロセスにとって
最適であることが見い出された。層は遊離していても、
共に積層されていてもよい。多段すすぎ／乾燥が必要な
場合、ブロッティング材料を支持するスライドがテスト
表面の上に新しいブロッターを置くためのハンドルを持
つ。このハンドルは、ブロッターがテスト表面と接触す
る時に、移動するのを防止するため、装置の基部の上の
保護シールドの中の開口部に収められる。
反応性テスト表面は装置の基部の上に伸びるピラミッ
ド型の支持台の上に取り付けられる。すすぎ溶液はテス
ト表面上を流れ、支持台の表面を下り、吸収性パッドに
捕らえられる。更に、支持台は蓋が閉じられた時に、テ
スト表面がブロッティング材料の中に圧縮されるよう
に、テスト表面を配置する。支持台の上に取り付けられ
るテスト表面は0.5cm2〜1.0cm2の大きさであり、好まし
くは0.75cm2である。目視分析評価のためのテスト表面
の大きさに関する唯一の制限は、無反応のテスト表面が
反応領域と対照して目に見えることである。干渉色変化
もしくは陽性の応答に対して生み出される他の信号は永
久的であるので、テスト装置を密閉し、永久記録として
保存することができる。
図8A−8Gにおいて、本発明の単一使用装置を示す。特
に、装置20は容易に成形可能な硬質プラスチック材（ク
リップ22付き）で形成され、装置内にあるテスト表面に
対する損傷を防止し、装置の構成要素の適切な配置を確
実にする。テスト表面が（図8Fに示すように）他の内部
構成要素に対して浮揚するように、装置の下部表面がく
ぼみ24にくぼませられ、そこでテスト表面26がピラミッ
ド状構造物28の上に乗せられる。縁の向かい合ったクリ
ップ22の上に蝶番30が設けられ、装置の上半分32を下半
分34に対して上下できるようにする。
特に図8Eにおいて、テスト表面26は前述のようにピラ
ミッド28の上に乗せられて、装置の下半分34に設けら
れ、表面26の上に置かれた液体が表面からピラミッド28
の下へと流れ、回りの壁38と同じ高さで配置される上表
面を持つプレート36の下の囲まれた領域に流れ込む。プ
レート36は下半分34の１方の側42に蝶番40によって取り
付けられる。
装置の上半分32には、１方の縁50に沿った上半分32に
蝶番48によって取り付けられる第２のプレート46が設け
られる。２つのアパーチャ47と48がプレート46の中に設
けられる。プレート46の下には、矢印58で示すように、
アパーチャ48（Ｉ）の右手側の位置からそのアパーチャ
内の左手位置（II）へと移動させることができるハンド
ル56を備えた可動プレートに沿って濾過紙52がある。こ
のような動きは濾過紙52の移動を引き起こす。
次に図8Gにおいて、プレート36及び46はそれぞれ蝶番
40と44のまわりの回転により、図8Eに示した位置から取
り除くことができる。プレート36の下には、ピラミッド
28から流れる液体を吸収するための厚いフィルターパッ
ド（吸収材）60がある。アパーチャ62はプレート36の中
に設けられ、プレート36がピラミッド28の上に当てはめ
られるようにする。プレート46の下には、濾過紙52、54
及び64が設けられる。濾過紙52、54、64は前述のように
図8Eにおける位置ＩからIIへと、ハンドル56の動きによ
り蝶番48に対して左から右へと動かされる。アパーチャ
42、44はプレート36の中に設けられ、位置Ｉと位置IIに
ある時、ハンドル56と協動し、装置10が装置の使用中閉
じられるようにする。特に、濾過紙52の露出度は、装置
が閉じられている時、濾過紙52の表面がテスト装置26の
表面と接触し、その表面上の液体を吸収するような程度
である。ハンドル56（及び装着されたプレート66）の動
きは、装置を再度閉じた時に、濾過紙52の新しい部分が
テスト表面26と接触できるようにする。
この装置は標準の手順を用いて製造できる。特に、一
度プラスチック鋳型が形成されると、濾過紙52、54、64
は装置の上部部分内に置かれ、プレート46がこれらの紙
の上に固定されて、上部部分32内にこれらの紙を保持す
る。同様に、プレート36を固定することにより、濾過紙
60を下部部分34内に固定することができる。両プレート
36、46には、これらのプレートを適所に保持するため
に、各々リップ部分68、70と係合するように適合される
（図示しない）縁に沿って、複数の小さな突き出しが設
けられる。更に、上部部分32内に棚72が設けられ、プレ
ート46がその棚の上に乗せられ、内部空間74の中で濾過
紙52、54、64が動けるようにする。テスト表面26は接着
剤または他の手段により、ピラミッド28に容易に取り付
けられる。
使用法 図10において、本発明の方法において装置20を使用で
きる方法が示されている。特に、ステップ１において、
試料が適切な方法で得られ、処理されて、テスト表面へ
の塗布のために準備される。このような塗布は装置を開
いて行われる。ステップ２において、試料は、試料に存
在する検体が受容体層と反応できるように培養される。
ステップ３において、試料はテスト表面が洗浄され、余
分な液体はテスト装置を保持するピラミッドの下のフィ
ルターの中へ流される。この段階で、上部フィルター材
料の位置はＩである。ステップ４において装置は閉じら
れが、フィルターがテスト表面を吸い取るように締めら
れる。ステップ５において、適切な基板が加えられ、培
養されて、再び上述のようにすすがれる。この時点で、
上部フィルター材は位置Ｉから位置IIへと動かされ、装
置は再び閉じられて、テスト表面が乾燥される。この時
点で、装置は再び開かれ、結果が読み取られる。
多重テスト装置 一般的に図9A−9E及び11において、多検体用に１つの
試料を調べる装置は単一使用装置の特徴の多くを具備し
ている。装置の最初の位置は多くのテスト表面を露出さ
せ、各々が異なる受容性材料で均一に被覆される。装置
はエンドユーザーを助けるために、上部表面上に刻印さ
れるテストプロトコールを有する。装置にはテスト表面
が幾つでも取り付けられるが、５つの独立した分析評価
が非常に簡単に行われる。試料はテスト表面の各々に塗
布され、培養される。培養期間の後、テスト表面は水で
すすがれる。テスト表面はすすぎ液と余分な試料を装置
の下部にある吸収性パッドに排水する傾斜した凹地の上
に取り付けられる。蓋が持ち上げられて、第２の位置に
進められる。これはブロッターパッドを各テスト表面と
接触させ、単一使用装置において説明したように、それ
らを乾燥させる。蓋が持ち上げられ、テスト表面が再び
露出される。単一使用装置の場合と同様に、テストはこ
の時点で結果が読まれてもよく、あるいは付加的な培養
／すすぎ／乾燥サイクルを必要としてもよい。装置は必
要な多数のステップを収容するために容易に延長するこ
とができる。このタイプの装置は薬品の濫用、アレルギ
ー審査、脳膜炎審査、性的伝染病、TORCHパネル等のた
めに患者を調べる際に特に有用であろう。テストプロト
コールはかなり簡単であり、医師の事務所、医療研究所
及び関連研究所のテストに適しているであろう。フィー
ルド使用は、尿もしくは全血が被審査試料である場合な
ら可能であろう。この例のために、各反応性テスト表面
が受容性材料で均一に被覆された別個の0.75cm2のテス
ト片として装置内に表示される。各受容性材料をテスト
片の表面を横切る不連続な線またはスポットで塗布する
ことが可能である。そうすればテスト装置は単一使用装
置のサイズに近付くであろう。
更に、単一使用装置に非常に近い多数の架台を持つ装
置を設計することも可能である。この場合、リビングヒ
ンジで留められた蓋は架台の上に取り付けられた各テス
ト表面の上に正確に位置付けられる特定の入口を含むで
あろう。洗浄液と余分な試料は各架台を囲む吸収性パッ
ドの中に集められるか、あるいは多孔質の固体架台を通
り下に置かれた貯水槽に流れることができよう。
光学基板もしくは支持台は所望の如何なるサイズにも
切断することができ、こうして反応性テスト片は必要な
如何なるサイズであってもよい。均一に被覆されたテス
ト表面は標準のマイクロタイター井戸フォーマットが設
計され得る充分な大きさであることができる。井戸は相
互汚染の無い試料塗布のために貯水槽を提供し、現在の
EIA分析評価自動化技術を開拓する。テスト装置は、予
め設定されたｘ、ｙ座標に受容性材料が配置される、如
何なる大きさでもよい、簡単なプレートであってよく、
試料の塗布がこれらの座標から離れて行われる。試料間
の相互汚染は、反応領域を囲む疎水性井戸、他のタイプ
の物理的障壁、あるいはマイクロスポットサンプリング
技術によって制御できるであろう。これらのタイプの多
試料・単検体テスト装置は、半自動化もしくは完全に自
動化された器具使用に適合されるであろう。図12を参
照。バッチテスト用には、目視による判断より器具を使
用しての判断が勧められる。バッチテスト表面はブロッ
ターデザイン、ヒートランプまたは他のこのような装置
を用いて乾燥させてもよいし、あるいは強制空気または
窒素乾燥方法を具備してもよい。試料の残渣及び汚染さ
れたすすぎ液は貯水槽に排水し、そこで処分される前に
処理することができるであろう。あるいは、余分な試料
とすすぎ液をテスト装置の密閉されたセクションに引っ
張ることもできるであろう。
バッチもしくは多試料装置は定性、半定量、もしくは
定量テストフォーマットで設計することができる。バッ
チテスト用表面は如何なるサイズであってもよい。サイ
ズは単一分析評価で行われるべきコントロール及び試料
の数によって決定される。自動化試料処理装置及び試料
塗布装置がテスト表面のサイズに強い影響を与える。自
動化試料処理及びバッチテストの応用には、血液銀行用
の血液審査と共に医療及び関連研究所用のものが含まれ
る。これらの研究所は大量かつ限度のあるテストメニュ
ー；大量かつ大きなテストメニュー；あるいは少量かつ
大きなテストメニューを必要とするかもしれない。テス
ト表面デザイン上の柔軟性はこれらの要件全てが単一光
学検出方法で満たされることを可能にする。試料の量も
しくは実施されるテスト数を増加させるために、付加的
な試料処理及びテスト装置操作が必要とされるかもしれ
ない。
特に、図9A−9Eにおいて、本発明の多テスト装置が図
式で表示されている。この特殊な例は、大腸菌、連鎖球
菌Ｂ、連鎖球菌肺炎、H.インフルエンザ、N.髄膜症の存
在を突き止めるためのテスト用に設計された。一般に、
この装置は複数のテスト装置、つまり５個のテスト装
置、100、102、104、106、及び108で構成される。装置
は上部の摺動可能なカバー110、及びワイヤーループ116
を使用してセクション112から取り外し可能な、大きな
分厚いフィルター材料114を含む下部の棚部分112を有す
る。上部カバーには５個のアパーチャが連続したものが
３個、120、122、124と、大きな方形のアパーチャ126が
設けられる。その下面には、フィルター材料で作られる
２つの吸収性スポンジ128と130が設けられ、カバー110
の下部表面に接着剤で固着される。146、148、150で示
すような一般的な標識をカバー表面に設けてもよい。
更に、カバー110の内部表面からおよそ4mm伸びる、13
2、134、136、138、140、142で分類される、３個づつ連
続した円筒形伸張部分が設けられる。上部カバーの各列
のアパーチャがテスト装置の上に、あるいは必要に応じ
て、下部部分112にある他の標識の上に特別に配置でき
るように、円筒形伸張部分は部分112の下部部分に設け
られた空間152と係合するように適合される。この動き
は図9Bにおいて一般的に矢印154と156で示される。
下部部分112には更に、テスト表面100、102、104、10
6及び108上の余分な液体が部分112内に排水され、フィ
ルター114によって吸収されるように配置されるアパー
チャ158が設けられる。下部部分112はは更に、160で示
される一連の指令が設けられ、それらは摺動可能な部分
164に沿った空間152に対する、円筒形の伸張部分132、1
34、136、138、140及び142の係合により指図されるよう
な段階的な方法でカバー110が移動するにつれて順に現
れ、装置のユーザーが発明の分析評価を実施するために
どのようなステップが必要であるかの指示を得られるよ
うにする。上部及び下部部分は、濾過紙128、130を分析
評価手順において適切な時に、各テスト装置の表面と接
触させるように構成される。
図11において、図９に示した多分析装置の使用法を図
式で示している（上部部分対下部部分の伸張部分は特に
示していない）。ステップ１では、試料が集められ、適
切な試薬がそれに混合される。試料は各テスト装置に塗
布され、装置はテスト表面が該かる塗布に賦されるよう
に１刻み動かされる（つまり、１つの円筒形伸張部分が
矢印156に沿って次の空間152に動かされる）。ステップ
２において、第１のフィルター材料130がテスト表面と
接触するように、表面が再び動かされる。このステップ
の前に、テスト表面が洗浄され、洗浄液はアパーチャ15
8を通りフィルター114に排水されるようになる。ブロッ
ティングの後、装置は再び１刻み動かされ、テスト表面
へのアクセスを可能にし、基板が塗布される。もう一
度、適切な培養期間の後、これらの表面は洗い流され、
洗浄液はフィルター114に排水される。次に、上部表面
が１刻み動かされ、フィルター128がテスト表面と接触
する。２つの表面がお互いに対してもう一度移動する
と、結果の判別が可能になる。プロセスの各ステップに
おいて、アパーチャ126はユーザーが取るべきステップ
を指示し、こうして装置の誤った使用を防止する。
図12は本発明において有用な３つのバッチサンプリン
グコンセプトを図式で示している。第１の装置（図12の
上部）は前述したように準備された、光学的に活性な検
体反応性テスト表面＃１を含む。テスト表面＃１は個々
の試料井戸＃３を作り出すプラスチック装置＃２に溶融
接合されるか、糊付けされる。最終的な装置は96の井戸
マイクロタイタープレートと全く同じ方法で形成され処
理される。このテスト表面＃１の配置は如何なる市販の
マイクロタイターに基づく処理システムにも容易に適合
され得る。
バッチテスト用の第２の配置は単一使用装置に非常に
類似した装置であり、クィックパネル審査分析評価（図
12の中間を参照）において特に有用であろう。装置は蝶
番＃７によって底部容器＃５に蝶番式に取り付けられる
蓋＃１を含むように形成される。底部容器＃５は余分な
試料と洗浄液を吸収するための吸収材＃６を保持する。
蓋＃１は分析評価プロトコールにおいてテスト表面＃４
を乾燥させるために使用されるブロッター＃２を含む。
テスト表面は架台＃３の上に装着され、洗浄工程を容易
にする。保護カバー＃８と＃９がブロッター＃２と吸収
材＃６を装置内の適所に保持する。
第３のコンセプトは＃２で表される反応性領域を含
む、光学的に活性な検体反応性テスト表面＃１を含む
（図12の下部参照）。反応性領域＃２はスポットコーテ
ィングにより、受容性層の選択的不活性化、もしくは反
応領域間の物理的障壁により作ることができる。試料は
反応領域（＃２）に塗布され、次にすすぎ液と余分な試
料が排水口＃３を通して流し出される。
別の配置では、テスト表面は縦の縁の片方もしくは両
方にあるフィルター材で一連の縦のストリップとして作
ることができ、96井戸の配置の中に適合するように配置
される。
器具使用 試料がテスト装置の表面と接触した後、器具を用いて
検体結合を検出することができる。該かる器具の１つは
Sagax Ellipsometerである（米国特許4,332,476、4,65
5,595、4,647,207、及び4,558,012を参照、その開示を
ここに完全に挿入し、本明細書の一部とする）。この技
術にふさわしい別の器具は伝統的なナル楕円偏光計、薄
膜アナライザー（図14参照）、プロフィルメーター、偏
光計等を含む。干渉膜がテスト表面構造に含まれる場
合、定量分析には単純な反射率計（図14参照）が適切で
ある。
図13において、光とテスト表面の相互作用を検出する
先行技術の方法が示されている。先行技術においては、
該かる検出を可能にするために２つの偏光子が設けられ
る。特に、＃１はこの先行技術の器具において使用され
る白い光源に相当する。多色光を発生させるために標準
的なハロゲンランプが使用される。光は位置＃２におい
て偏光子に入射し、次に直線的に偏光される。直線偏光
された光は、テスト表面＃４に対して70゜である基準表
面＃３に衝突する。直線偏光された光は楕円形に偏光さ
れた光として、基準表面＃３から反射される。次に光は
テスト表面（＃４）に衝突し、位置＃５にある第２の偏
光子に反射される。テスト表面（＃４）と光の相互作用
は楕円形に偏光された光のｓ−及びｐ−成分を逆転させ
る。位置＃２と＃５における偏光子は調和し、＃５は＃
２に対して90゜回転される。基準表面＃３から反射され
たものと調和するテスト表面＃４から反射された光は、
偏光子＃５を通過し、検出器（＃６）において完全に消
される。表面＃４と＃３の表面特性に何等かの差があれ
ば、残りの楕円率が強度の増加を生じさせ、検出器＃６
で測定されるであろう。
薄膜及び膜特性の変化の分析に有用である該かる器具
は、米国特許4,332,476、4,655,595、及び4,647,207に
記載されたComparison Ellipsometer（比較楕円偏光
計）でる。該かる器具の光路は前述のように、図13に示
されている。この器具は表面を横切る厚みの光学くさび
を含む基準表面を使用することができる。厚みの値が光
学くさび上に刻みつけられると、テスト表面の厚みは光
学くさびに対して決定される。テスト表面の厚みは光が
検出器において消される点における光学くさびの厚みに
等しい。
器具は直線偏光多色光の反射により生じる楕円形の偏
光度を２つの表面間で比較することに基づいて操作され
る。入射多色光はコリメートされ、直線偏光される。偏
光された光は、テスト片のものと同様の、または全く同
じ光学特性を持つ反射基板である、基準表面から斜角で
反射される。反射光は次に反射の結果、楕円形に偏光さ
れる。楕円形に偏光された光はその後テスト表面から反
射される。テスト表面及び基準表面はお互いに対して垂
直に配置され、テスト表面からの反射の後、光が再び直
線偏光され、そこでテスト表面と基準表面が光学的に同
一になる。それらの厚み、及び／もしくは屈折率が同一
でなければ、その光はある種の楕円形の性質を保持して
いる。楕円率は屈折率及び厚みの差の関数である。次に
第２の偏光子を使用して光を濾過し、同一膜に対応する
直線偏光された光を取り除く。楕円率の増加は第２の偏
光子を通過する光透過の増大を招く。こうして、厚みも
しくは屈折率の変化は光度の変化に変換され、それは次
に従来の技術を用いて測定できる。この方法で比較楕円
偏光計を使用して、＋／−5Aまでの解像度が達成でき
る。従来からの楕円偏光計と異なり、比較楕円偏光計は
幅広い視野測定を可能にするように設計されている。こ
の特徴は反応領域全体の同時測定を可能にする。従っ
て、異質結合もしくは反応パターンによる測定誤差は生
じない。
本発明の応用にとって、より有用な基準表面は均一な
ものである。分析されるテスト表面が視覚的解釈のため
に着色信号発生用の全ての要素を持っている場合、基準
表面も光学薄膜コーティングを包含しなければならな
い。この付加的なコーティングは器具を使用する分析に
は不必要である。テスト表面上の厚みもしくは質量の変
化により生じる信号を最大限活用するために、基準規格
なテスト表面、基板、付着層、及び受容性材料よりおよ
そ50〜100A薄くするべきである。これら２つの表面があ
まりに近接して調和すると、厚みもしくは質量の小さな
変化が強度に生じさせるのは、元の背景強度に対してわ
ずかな増加だけである。背景強度がある最低より上であ
るか、あるいは充分に明るい時、わずかな厚み変化に対
して強度の変化は劇的に増加する。この基準表面で、厚
みもしくは質量の全ての変化は、テスト表面の初期の読
みに対して検出器で測定される光の強度において劇的な
変化を生じさせる。強度の変化は塗布次第で厚みの増加
あるいは減少を反映することができる。実施例８、12、
13、16、及び17を参照。器具を使用した読みプロトコー
ルは実施例21に示している。
テスト表面上での特異的な結合反応の分析のために、
多数の修正により比較楕円偏光計の性能が大いに改善さ
れる。元のデザインは表面検査のために観察者の目に頼
っている。
図14において、偏光子が全く設けられない２つの装置
が示され、その場合薄膜は１つのフォトダイオード、フ
ォトダイオードアレイ、もしくはCCD検出器配列か、あ
るいは反射率計、光電子増倍検出器のいずれかにより分
析できる。
検出器は接眼レンズが元の器具に配置される場所に取
り付けられる。更にそれは光の一部を検出器に反射さ
せ、残りを試料の視覚的配列のために接眼レンズに反射
させるため、部分的に銀めっきされた鏡またはビームス
プリッターセットを45゜に組み込むことにより、光路側
に対して90゜に取り付けられる。鏡が光路に挿入された
場合、検出器に達するスポット強度は利用できる光の断
片にすぎなくなる。検出器が鏡なしに光路の中に直接置
かれる場合、試料強度の100％が検出器に達する。ビー
ムスプリッター及び接眼レンズが装置の中に含まれる場
合、注意しないと、検出器上の光学信号入射を低下させ
る漂遊光が導入されることがある。
フォトダイオードアレイは個々のフォトダイオードを
反応領域もしくはスポットの強度を測定するために供す
るようにプログラムすることができる一方、他のフォト
ダイオードアレイが背景を測定したり、あるいは領域を
制御する。スポット強度及び背景強度の同時測定によ
り、テスト表面背景のために各々の読みが正確に訂正さ
れる。
線形アレイもしくはマトリックスアレイのいずれも使
用することができる。線形アレイはアレイにおいて利用
できるサイズ及び解像度に依存する、１つの予め設定さ
れた試料スポットの軸に沿った測定だけを行うことがで
きる。マトリックスアレイは全反応スポットと背景の測
定を行うことができよう。
器具は更に、如何なる背景信号も捕らえることなく、
異なるスポットがフォトダイオードを満たすことができ
るように、可変拡大機能もしくはズームレンズを含むよ
うに修正することができる。
特に、２つの該かる器具が図14a及び14bに図式的に示
されている。薄膜アナライザー（図14a）は単色光源＃
１を使用する。光が充分直線偏光されない場合、位置＃
２にある偏光子が光を偏光するために使用される。偏光
子＃２は光の最大強度がテスト表面＃３へと通過できる
ようにするために配置されなければならない。初期偏光
子を相殺することにより、入射面に対して垂直に偏光さ
れた光成分が、入射面に対して平行に偏光された光に加
えて、表面と相互作用できるようになる。光は法線から
50〜75゜外れ、ブルースター角から充分に外された角度
でテスト表面＃３に衝突する。偏光子／検出器はテスト
表面に対する入射光源と同じ法線からの角度で設定され
る。偏光子は全体の光の吸光度のために偏光子を配列す
るセッティングを越える２゜〜15゜に設定される。法線
から30゜〜40゜外れた入射角は非常に希釈した試料の適
切な解像度を提供するが、全ての応用に対して充分な範
囲を提供することはできないかもしれない。第２の偏光
子、もしくはアナライザー偏光子は、光が65゜以上の角
度で表面に入射する場合、背景信号を適切に最小限にす
ることはできない。しかしながら、動的範囲は背景信号
に於ける電子的減少のために準備するのに充分である。
光は検出器＃５まで測定される前に、テスト表面＃３か
ら位置＃４において偏光子／アナライザーを通って反射
される。検出器は１つのフォトダイオードであっても、
あるいはフォトダイオードアレイであってもよい。ブラ
ンクのテスト表面が試料位置に置かれ、第２の偏光子を
配列するために使用される。第２の偏光子は、最低限
（検出器への光の最大吸光度）から少しだけ外れるよう
に、第１の偏光子に対する角度で配置されるべきであ
る。このように、テスト表面の背景は低い検出可能な信
号を生み出すが、光強度の変化は今や厚みの変化の関数
である。実施例26を参照。
反射率計（図14b）は色の変化または強度の変化の測
定を可能にする非常に簡単な器具である。位置＃１にお
いて、標準的なハロゲン光源が使用される。これは多色
光を提供する。光源＃１は最大強度の入射光がテスト表
面＃２に衝突するように、テスト表面＃２に対して配置
される。検出器＃３は増倍型光電管等であってよい。光
がテスト表面＃２に衝突する角度は、検出器＃３がテス
ト表面＃２に対して配置される角度を決定する。
図15において、１つの特殊な例では、半反射鏡がズー
ムレンズと接眼レンズの間に45゜で導入された。視野の
中間に、焦点を合わせて適切に配置された接眼レンズ内
に、楕円の十字線が設定された。十字線は平均試料スポ
ットサイズに合うように選択された。光路の中心線上
に、光学軸から90゜反射されて、十字線のサイズに合う
マスクが設定された。十字線に対する鏡の中心からの距
離は、マスクに対する鏡の中心からの距離に等しい。鏡
は、十字線内に見られる画像がマスク内に現れる画像と
同一であるように、ねじを調節して取り付けられた。数
ミリメートルの距離で、マスクの背後に、マスクを通過
する光、及び従って選択された画像からの光を読み取る
ためにだけ配置される光電性セルが装着された。半反射
鏡は二次画像が第２の表面から現れるような厚みのもの
である。これはビームスプリッターとして適切に被覆さ
れた薄いマイラーメンブレンを用いて除去される。
白光または単色の一定の光源が、フィードバック能力
を持つ電源を用いて提供される。ランプの光出力を監視
するフォトレジスターが、元の器具のランプハウス／ヒ
ートシンクの内部に装着される。光出力が変化すると、
対応する抵抗変化が発生し、それによりランプに送られ
る電流／電圧に影響を与える。
電源はフォトレジスターが遮断される間に、ランプに
＋15VDCを送るように設定される。フォトレジスターが
接続されると、電源は＋15Vの電源で作られるレベルで
光出力を維持する。器具が定量分析に使用される場合、
一定の光源が必要である。更に、器具はフォトダイオー
ド検出器増幅器の出力が、コンピューターまたは他の専
用装置におけるアナログ・デジタル変換機ボードに出力
できるようにする、BNCポートで修正されてもよい。専
用装置もしくはコンピューターは入力信号を読み、指名
し、入力を記憶し、指名された入力を操作し、つまり、
統計的分析等を行い、そして入力データ及び入力から引
き出されたその他の必要な計算を印刷する。
特に、図15は図13に示した先行技術の器具の修正を図
式的に示している。一定の電源が位置＃１で使用され
る。電源は白い光源＃２と検出器＃12の両方に供給す
る。白い光源は標準的なハロゲンランプであり、多色光
を提供する。前述したように、光は位置＃３で偏光子を
通過し、直線偏光される。偏光子＃６は位置＃３にある
偏光子に対して適合し、交差するように置かれる。基準
表面＃４とテスト表面＃５は前述した通りである。この
器具では、光が偏光子＃６を通過する時、光は位置＃７
にあるビームスプリッターに衝突する。このビームスプ
リッターは、光の一部が検出器＃12で受け取られ、一部
が位置＃11にあるCCDカメラで受け取られるように、光
を分離させる。CCD＃11はユーザーがテスト表面＃５を
器具の視野の中心に配置できるようにする。検出器に分
離される光は位置＃９でマスクに衝突する。マスクはテ
スト表面＃５上の試料スポットが十字線＃10の中心に正
しく置かれる時、マスク＃９を通り検出器＃12へと通過
する光が試料スポットからのみ反射されるように、位置
＃10で十字線に合わされる。位置＃８のズームレンズは
十字線に対する試料スポットの位置付けを助ける。
上述の比較器具のために使用される光路は多数の応用
のために望まれるものより大きい。以下の修正案では光
路を減少させることが可能である。レーザー光源（ガス
レーザーまたはレーザーダイオード）から放出される光
は既にコリメートされ、偏光されているので、コリメー
ティングレンズシステムは簡略化もしくは省略できる。
直線偏光子が光源に近接して配置される。この偏光子は
レーザーがしばしば偏光されるので必要でないかもしれ
ない。基準表面は試料表面に対して60゜〜70゜に配置さ
れる。基準表面及び試料表面の入射面はお互いに直交す
る。アナライザー偏光子は最大吸光度が基準位置と試料
位置に置かれる２つの同じ表面のために発生するように
配向される。両偏光子はそれらの表面が光ビームに対し
て垂直に配置されることが重要である。信号を集め、処
理し、記憶するために、適切に小さな検出器とエレクト
ロニクスを使用することができる。高精度を得るため
に、偏光子は105の吸光度以上を供給するべきである。
図16を参照。偏光子は光源と検出器の表側に建てられて
いるが、図ではラベルによる分類はされていない。
薄いアラナイザーは前述の器具の基準表面の要件を取
り除き、サイズの縮小を容易にする。比較に基づく器具
は特別な基準表面が使用される各タイプのテスト表面の
ために設計されることを求める。基準表面を変化させる
手段が提供されない限り、これは光学基板の範囲、及び
所定の器具と互換性のある光学薄膜の範囲を制限する。
この新しい器具はアナライザーの簡単な調節により、薄
膜と光学基板の如何なる組合せをも容易に収容する。器
具は厚みの優れた解像度を提供するかもしれない。この
器具と修正された比較楕円偏光計では、9Vの電池もしく
は他の再充電可能な電源により電力を供給することがで
きる。このプロトタイプは開口数、画像の明るさ及び焦
点における増加を可能にする。そのため、使用される倍
率のレベルをより高くすることができ、それはより小さ
なスポットサイズでの作業にとって重要である。更に、
試料は比較楕円偏光計で可能であるよりもっとお互いに
近接して塗布されてもよい。
特に、図16は図13の先行技術による器具の改良を図式
的に示している。この場合、多色光源＃１が使用され
る。小型レーザーが使用される。偏光子は位置＃１にお
いて光源の真横に置かれる。図13においてテスト表面＃
４の視覚検査を提供するために、先行技術の器具におい
て使用されるレンズ系は取り除かれ、全光路において減
少を達成できるようにする。テスト表面は位置２におい
て試料台に休止するように配置される。光は基準表面＃
３に衝突し、図13の先行技術の器具に関して前述したよ
うに、楕円状に偏光される。光は基準表面＃３から、試
料台＃２の上に置かれたテスト表面に反射する。一定の
電源を供給し、検出器＃５を制御するために、小さなエ
レクトロニクス制御ユニット（＃４）が組み込まれる。
１つのフォトダイオードが検出器＃５として使用され
る。位置＃６にあるダイヤルは試料台＃２を動かし、テ
スト表面の位置を制御するために使用される。試料台＃
２は試料スポットを検出器＃５に整列させる予め決めら
れた停止位置を持っている。試料スポットからの信号だ
けが検出決により測定されるように、試料スポットが配
置され、検出器＃５がマスクで覆われる。第２の偏光子
が検出器＃５の直前に置かれる。
蛍光方法 更に、これらの光学的に活性な基板、もしくは固体支
持台が重点的に取り上げられる、器具を使用する態様は
反射蛍光方法である。ブルームは均質フォーマット、異
質フォーマット、拮抗的フォーマット、もしくは直接的
フォーマットにおける免疫分析評価、酵素分析評価、核
酸分析評価において生み出される。信号発生はこの方法
において膜厚に依存しないが、該方法は現在の入射光の
経路長を二倍にすると共に、検出器における収集効率を
高める。光学的に活性の基板、もしくは固体支持台はシ
リコンウェーハ等の磨かれた反射材料であってよい。
標準的な蛍光分光学において、励起光は一度試料を通
過する。図17を参照。反射基板が使用される場合、蛍光
種の励起は入射点及び反射点で発生する。一般に、主と
して検出器のデザインを簡略化するため、蛍光放射があ
らゆる方向に放射されても、放射（ブルーム）は励起軸
から90゜外れて検出される。例えば、ポイント検出器で
は、励起エネルギーは検出器に突き当たらないようにさ
れるべきである。回折格子が励起源と共にしばしば使用
され、最大ブルームは励起波長から区別される程度に動
かすことはできない。これは高強度の励起源からの影
響、及び溶液と細胞壁からの散乱を減少させるために要
求される。反射基板では、検出器及び入射光は法線から
等しい角度である。
試料を通る励起光の通過数を増加させることにより、
蛍光分析評価の感度を高めるための試みが為されてき
た。このアプローチは焦点調節のためにより複雑な光
学、高い出力光源、及び大きな収集光学を必要とする。
この方法は更に細胞からの背景ブルーム、及び干渉生分
子または固有の生分子を増加させる傾向がある。試料の
容量及び／もしくは光路長を増加させることにより、感
度の向上も達成できる。本発明の方法はこれらの方法に
見られる複雑さなしに、感度の向上を提供する。
英国特許GB 2 065 298 Aは、蒸発工程により生じる反
射性金属基板を使用する、蛍光分析評価について記載し
ている。検体の結合及び蛍光ラベルに結合される第３の
生物種のために、捕獲層には特に反射性生物粒子を使用
している。金属基板は励起粒子をトラップ（多重反射）
に向けさせ、検出器から遠ざけるように向け直すために
配置される。
この特許は、励起粒子が金属基板により暗い囲いに向
けて反射されるようにするため、光子計数システムを基
板から離して配置する。囲いは囲いを打つ全ての光子を
吸収し、それは検出器におけるノイズを減少させる一
方、基板から誘導される多くの信号が反射のために光子
計数システムに移動する。検体は湿気のある培養におい
て反応させられる。
このアプローチのため、光源から始まり、暗い囲いの
壁で終わる励起格子の通路には、高い反射性の金属表面
と生物粒子以外は何も存在してはならない。入射角が反
射角に等しく、信号検出システムが基板に対して垂直
で、基板からある距離を置いて配置されることにより、
励起粒子は検出システムに向かって散乱しないであろ
う。
本発明は反射基板と受容性の生物層の間の付着層に依
存する。この基板と生物層の間の重合体層は蛍光信号の
発生に影響を与えない。付着層は次の化学薬品から選択
することができる：デンドリマー、スターポリマー、分
子自己組立ポリマー、重合体シロキサン、及び膜形成ラ
テックス。これらの表面の製造方法は実施例５に記載さ
れている。反射基板もしくは支持台（光学的に活性な表
面）は、単結晶性シリコン、ガラス／アモルファスシリ
コン複合材、金属、セラミック、多結晶性シリコン、プ
ラスチック／アモルファスシリコン複合材、及びこれら
の材料の複合材から選択できる。これらの材料の製造方
法は上述した通りである。この方法は試料の量を二倍に
することなく、励起通路長を二倍にする。それに加え
て、反射基板を励起光に対して耐反射性材料で被覆する
ことで、蛍光方法に関連してしばしば発生するノイズを
除去するが、吸光度が空気と膜の界面のみで発生するの
で、励起を可能にする。適切な材料としては、窒化ケイ
素、ケイ素／二酸化ケイ素複合材、オキシ窒化ケイ素、
二酸化チタン、チタン酸塩、ダイヤモンド、ジルコニウ
ムの酸化物、及び炭化ケイ素がある。材料及び材料の厚
みは励起波長の光を抑制するように選択される。選択さ
れる励起波長は特殊な染料（発蛍光団）もしくは使用さ
れるラベルに依存する。これらの材料は上述したように
製造される。入射励起の角度が険しくなると、検出器に
達する励起光の量を減少させる助けをする。
本態様では如何なる数の蛍光分子も使用できる。プル
オレセイン、ローダミン、及びローザミンを含むキサン
テン染料等の蛍光分子は本出願に適している。それに加
えて、これらの染料のアミノ及びカルボン酸、もしくは
イソチオシアネート代理品も適している。１−ジメチル
アミノナフチル−５−スルホナート、１−アニリノ−８
−ナフタレンスルホナート、及び２−ｐ−トルイジニル
−６−ナフタレンスルホナート等のナフチルアミンも有
用である。生物分子に対するこれらの化合物用の接合プ
ロトコールは、当業者に公知である。二次抗体、酵素基
板、核酸プローブに対して、あるいは関係のある検体用
の適切に選択される、特異的な受容性材料に対してラベ
ルを添付してもよい。
本発明において、光学的に活性な、もしくは反射性支
持台は、光学コーティングまたはAR膜があろうとなかろ
うと、適切な重合体で被覆されるであろう。次に重合体
層は関係のある検体、つまり抗体に対して特異的な受容
性材料で被覆されるであろう。生物学的に反応性かつ反
射性基板は関係のある検体を含むと思われる試料と接触
させられ、検体を表面に結合するのに充分な時間の間培
養されるであろう。検体は表面に接触すると同時に、あ
るいは逐次、蛍光材料のラベルが付けられた二次的受容
性材料と混合されてもよい。いずれの場合にも、ラベル
は検体ブリッジを通り表面に固定化される。固体化され
たラベルは励起光源に露出され、検出器が蛍光度を測定
するであろう。ブルームの量は関係のある検体の濃度に
対して直接的に、逆に、あるいは間接的に測定できる。
酵素の活動もしくは核酸の検出のための同様の計画が当
業者によって容易に考えられるであろう。光源及び検出
器は標準的な蛍光光学要素の組合せから選択できる。
検体 連鎖球菌属 グループＢ連鎖球菌（GBS）、無乳症連鎖球菌は新生
児及び母親の症病率、死亡率の主要な原因である。新生
児の感染は敗血症及び髄膜炎を含む一方、分娩後の生体
は子宮内膜炎、しゅう毛羊膜炎、及び敗血症を含む。新
生児にとって、初期発病疾患が誕生から１週間の間に発
生する。疾患は呼吸困難、敗血症、及びショックにより
特徴付けられる。米国だけで1000人の出生当り1.9〜3.7
例があり、死亡率は26％〜50％であり、感染した幼児の
30％が髄膜炎を起こしている。後者のグループでは、50
％が持続的な神経的損傷に苦しんでいる。年間約2000人
の新生児の死亡の原因がGBSの感染であり、米国だけで
年間ヘルスケアにかかる費用は５億ドルを越えると概算
されている。母親の頚部／膣のGBS運搬と幼児の感染と
の直接的な相互関係が論証されている。
GBSは更に、誕生後３カ月以内に発生する末期発病疾
患を発生させる。これらの場合の病気は中性神経系の障
害、髄膜炎、及び菌血症によって特徴付けられる。これ
らの疾患による死亡が幼児死亡率の約20％を占めてい
る。
母親の感染は主として頚部／膣及び肛門である。妊娠
中の婦人の５％〜30％がGBSで感染されている。母親の
感染は早産、難産、早期羊膜破裂、分娩時の熱、未熟児
出産と共に初期発病疾患の原因となることがある。母親
の出産前の処置が新生児の結果を大きく改善し、GBSの
垂直伝染を除去することができる。しかしながら、母親
の頻繁な再感染のため、診断／治療プログラムが妊娠初
期であれば、母親のGBS感染の診断、及びその後の処置
は垂直伝染を除去することができないかもしれない。初
期診断はGBS感染のため危険に曝されている新生児を特
定することができる。しかし、分娩時にGBSの素早い、
敏感かつ正確な診断のために文書化する必要がある。該
かる診断上の道具が利用できれば、母親の予防処置が分
娩発生時に開始でき、幼児に対する処置は誕生時に始め
ることができるであおう。これは新生児に対する危険を
かなり減少させることが論証されている。
GBSは５つの血清型から成る。これらはI a、I b、I
c、II、IIIと称される。５つ全ての血清型は臨床感染に
包含されている。５つ全ての血清型は独得である特異的
な多糖類属を含み、加えて血清型を唯一特定する光源を
も含む。特異的な多糖類属が全ての血清型を特定するに
つれて、この光源はGBSの特定のための免疫学的方法の
焦点となってきた。GBS診断のための「ゴールドスタン
ダード」はいまだに培養特定である。このプロセスはGB
Sの正確な特定のために24〜72時間かかる。危険の大き
い妊娠はしばしば培養結果が利用できるずっと前に分娩
を完了するであろう。
GBSの検出のために多くの市販されている様々な免疫
学的テストがある。これらの方法の臨床評価は12％〜9
2.3％の範囲の臨床感度を実証し、平均臨床感度は50％
〜60％である。分析的感度は7.6×105〜2.1×107セルの
範囲であると報告されている。これらの方法は素早い診
断を提供する一方、時機を得たGBSの特定のために臨床
上の必要性を重点的に取り上げるために必要な感度を備
えてはいない。
例えば、WO 9219969はGBS用の分析評価を記載してお
り、そこでは固体支持台がグループＢの特異的な多糖類
の１エピトープである、トリラムノースエピトープと特
に相互作用する単クローン性抗体で被覆される。モノラ
ムノースエピトープに対して特異的である多クローン性
抗体が１つの発生ラベルに接合される。この方法の分析
的感度は３×104セルに設定される。感度は捕獲剤の厳
重な選択性を通してのみ得られる。該方法はGBSの優勢
なエピトープにのみ専念する。「抗原捕獲剤はGBS多糖
類抗原のトリラムノースエピトープに特に結合するため
の親和力を持つ」、そしてこの抗原捕獲剤は更に「独占
的もしくは少なくとも優勢的にトリラムノースエピトー
プと相互作用することができ、この捕獲剤とグループＢ
連鎖球菌多糖類抗原の他の成分との間の相互作用は、非
常に低率であるか、もしくは無視できる程度である（つ
まり、トリラムノースエピトープとの相互作用はGBS多
糖類抗原またはGBS感染の検出及び／診断目的のために
充分特異的である」。分析評価は綿棒を抗原捕獲剤で被
覆された容器の中に置くことを必要とする。容器は非常
に高い領域／容量率を持つ。抗原は酸抽出プロトコール
を用いて、５〜20分かけて綿棒から抽出される。トリス
及びトゥイーンを含む緩衝液がそれに添加され、綿棒が
取り除かれる。抗原マーカー剤が添加され、混合物は更
に10〜15分間培養される。次に容器は完全に洗浄され、
基板が10〜20分間添加される。それから反応が停止さ
れ、その結果が分光測定光法により読み取られる。
本発明において記載されるGBS検出法は、30分以内で
得られる感度を達成する。テスト結果は解釈しやすく、
病床あるいは分娩室での使用に適している。本発明の光
学テスト表面は独特な付着層の故に改良された感度を提
供し、如何なる属の特異的な多クローン性抗体あるいは
単クローン性抗体ともうまく作用する。抗体は必要な臨
床感度を達成するために異なるエピトープ特異性を呈す
る必要がない。GBS抗原に対する様々な特異性及び親和
性の組合せである抗体調製品は、サンドイッチフォーマ
ットの両サイドとうまく作用する。しかしながら、異な
るエピトープ特異性を持つ抗原が本発明においては有用
である。
クラミジア クラミジアトラコーマティスは生きている細胞で培養
されなければならない、つまり組織培養が必要な真正細
胞内生物である。クラミジアは15のserovarを持ち、主
としてトラコーマ、結膜炎、リンパ肉芽腫、性病、非淋
菌の尿道炎及び肛門炎等の、人の眼の疾患及び性殖器の
疾患を起こさせる。米国で年間およそ３〜400万のクラ
ミジアの症例がある。非常に専門的な研究所のみがクラ
ミジアを培養するのに成功しているが、収率は低く、汚
染問題が深刻である。貯蔵状態が培養のための生物の生
存能力に影響を及ぼす。推薦される培養プロトコールは
McCoy細胞で処理されたシクロヒキシミドの接種、盲通
路、及び封入体の蛍光着色を含む。接種前に試料の渦化
及びソニケーションは陽性の培養収率を増加させる。サ
ンプリングはサンプリング場所を囲む細胞及び粘液を含
む。
培養技術に加えて、多くの直接的な免疫蛍光法及びEL
ISA法が開発されている。これらの技術は低レベルのク
ラミジア感染をしている患者を検出するため、もしくは
無症候性である個人にとっては不適切な感度を提供す
る。100IFU（包接形成単位）以下を含む試料に対して、
培養に対する44％の全体的な感度が報告されている。利
用可能な方法は100IFU以上を含む試料に対して82％の感
度を実証している。
更に、多くのグラム陰性細菌も、クラミジアによって
作られるものに類似する生物特異的リポ多糖類（LPS）
を作り出す。生物の検出及び特定はこの抗原の免疫学的
反応に基づいて為される。生物特異的多糖類も有用であ
るかもしれない。グラム陰性細菌はクラミジアプシタ
チ、大腸菌、プソイドモナス蛍光、アゾトバクターヴィ
ネランディ、アイロゲネス菌、淋菌、トレポネーマパリ
ードス、葡萄状球菌、シゲラ、ヒドロゲノモナス種、サ
ルモネラ、ヘモフィルスインフルエンザ、カンピロバク
ター、ヘリオバクター、及びレジオネラを含むが、それ
らに限定されない。
米国特許4,497,899は、シリカ、シリコーン、ガラ
ス、金属、もしくはプラスチックビーズ等の露出した固
体支持台に対する抗原の非特異的吸着に基づく分析評価
を記載している。固体支持台に対する抗原の化学的もし
くは免疫学的結合はない。分析評価プロトコールは抗原
を遊離させるために溶解された試料とビーズの混合を含
む。抗原のビーズに対する吸着の後、ビーズはすすが
れ、新しい担体に送られる。クラミジア抗原に特異的な
抗体が添加され、所定の時間培養され、ビーズがすすぎ
落とされる。信号発生ラベルに接合される、耐クラミジ
ア抗体に対して特異的な別の抗体がビーズと混合され、
培養され、すすぎステップが続き、その後基板で培養さ
れる。
米国特許4,497,900は非特異的抗原吸着のために露出
した固体支持台を用いた、淋菌のための分析評価を記載
している。固体支持台は好ましくは炭化水素重合体、ポ
リスチレン、シリカ、シリコーン、ガラスまたは金属
の、露出された、未処理の、被覆されていない支持台で
ある。
米国特許4,959,303はグラム陰性細菌の検出方法を記
載している。使用される固体支持台は特異的な結合タン
パク質がなく、本質的にタンパク質がない。固体支持台
は正の電荷を所有することができる、露出した疎水正支
持台である。分析評価プロトコールは、抗原が非特異的
に表面上に捕獲された耐クラミジア抗体と混合されるこ
とを求める。耐クラミジア抗体に対して特異的であり、
信号発生器に接合される抗体が添加され、次に基板が添
加され、その後検出が行われる。支持台は水分を吸収し
やすい、無孔質の水に不溶な材料であれば何であっても
よい。
米国特許5,030,561はアミジン改質ラテックス粒子も
しくはポリスチレンを固体支持台として使用することに
よる上記アプローチの修正を記載している。抗原は非特
異的に支持台に粘着し、粒子が濾過の通して液体相から
固体相を分離するために使用される。濾過工程において
使用されるメンブレンは、分析評価において使用される
前に、界面活性剤及びカゼインで洗浄されなければなら
ない。基板の視認性はメンブレンに発生する。
米国特許第５、047、325号には、プラス電荷が印加さ
れる露出式あるいは被膜式固支持体を使ってクラミジア
や淋菌の抗原菌を検出する方法が詳細に記述されてい
る。その固支持体は、ガラス、セルロース、ポリマーな
どから成る。プラス電荷体は、幅広いPH値において電荷
を維持できるような原子塩が好ましい。前記固支持体上
には、非特定抗体捕捉源が載置されており、陽イオン界
面活性剤にてその表面を洗浄して除去する必要がある。
なおサンプルは、細胞片を取り除くための予備フィルタ
ー処理しておく必要がある。
また、米国特許５、075、220号では、固支持体のLPS
抗原のイオン相互活動作用を支援できるよう陽イオン面
基をもつポリマー支持体が利用されている。支持体は、
抗原菌の反応測定動作前には、抗体や生物化合物などで
汚れていないよう注意する必要がある。
本発明のクラミジア試験では、LPSや抗原菌を非特定
に捕捉することができるような疎水性面を作成するた
め、重合シロキサン被膜をもつ固支持体が使われる。こ
の構成により、LPS源の確認もできる。しかも、実験か
ら、抗原菌の捕捉動作前に少量の抗体またはタンパク質
のような非特定の生物質で疎水性面を被膜した場合、均
一で最良の反応が行なえることが判明した。この追加の
被膜処理は、EIA、FIA、RIAなどの検知方法にも利用で
きる。本発明の方法においては、この非特定の生物質層
により、沈着基体系との均一接着が可能となる。特に、
疎水性支持体などの固支持体などの固支持体と沈着基体
系の組合せに依存するようないかなるシステム装備に
も、本測定試験構成の利点が適用できる。
RSV 呼吸系合胞ウィルス（RSV）つまりミクソウィルス
は、幼児や児童などの下部呼吸気道の疾病に関与してい
る。成人の場合、RSVは通常、良性で無熱性の上部呼吸
気道感染である。幼児期の最初の６ヵ月間において、細
気管支炎全体の32〜75％、そして肺炎の３〜39％はRSV
が原因で起こっている。これらのウィルスは、しばしば
生命を脅かすものである。その有機物はまた、気管支炎
や咽頭炎のような急性発熱性の呼吸系疾病に関与してい
る。そのような有機物は冷凍保存あるいは高温射熱され
る前の所定のサンプルを培養して生成され、鼻中または
咽頭内の分泌液から検出されるものである。そのサンプ
ルはHeLa、あるいはHep2細胞の接種に使用され、結果が
でるまで３〜14日を必要とする。なお、RSVは晩秋から
初冬、そして晩冬から初春にかけて発生し、各発生ごと
に３〜５ヵ月間生存する。
初期のウィルスの診断で、医師たちは患者の症状を推
察し、呼吸系疾病の病因を確認することができる。ウィ
ルス性疾病の確認には３種類の診断法を用いることが可
能である。まず第一は、プロトコル確認に従った培養隔
離法である。第二に、ウィルス感染に対する宿主反応を
検知する血清学的測定法、そして第三には直接ウィルス
抗原検知法がある。
RSVの培養方法は、サンプルの収集およびガラスビー
ズとの混合からなる。それには、通常には気管の分泌物
と気管支肺胞の洗浄サンプルが利用される。ビーズは、
搬送媒体へのにウィルスの分散のため、音波破壊や渦巻
効果によるサンプル細胞の破壊に利用される。このサン
プルの一部分は、細胞培養の育成に使われる。利用する
試験法には、補体結合反応作用と中和反応作用とが含ま
れる。
血清学的測定法は、ウィルスに対する宿主反応、つま
りIpGの生成に基づくものである。しかし、IgGは数週間
では生成できず、さらに感染が数か月から数年は持続す
るため、診断確認が困難になる。直接抗原検知法は、進
行性感染に対してはより効果的であるが、RSVに対して
は前記の培養法や確認測定法と比較して反応が悪い。直
接検知法には、免疫蛍光検査法、電子顕微鏡検査法、酵
素連結免疫吸着剤法（ELISA）、および培養処理が含ま
れる。
HIV 免疫不全ウィルス（HIV）には、gp41、gp160、gp12
0、p66、p24、およびp18で示されるいくつかの特徴があ
る。p24ペプチドはHIV−１の核を備える４つのヌクレオ
カプシドのうちのひとつであり、24、000ダルトンの分
子量を有する。HIVウィルスの特定感染性は、gp120抗原
に関係あるが、gp41は、宿主細胞内へのウィルスの直接
侵入を必要とする特徴をもつ。現在のスクリーニング測
定法は、これらマーカのうち一つ以上に対する宿主反
応、つまり抗体生成検知法に依存している。現存する免
疫学的検定法は、直接抗原検知法に十分な過敏性を与え
るものではない。
現在では、HIV感染の最終的な確定は、ウエスタン
（免疫性）ブロット分析法が基本となっているが、これ
らの試験は、判断の難しさはもちろんのこと、多くの費
用、および技術力が必要とされる。また、これらの方法
が、現場条件にて実施される場合、関連実験施設での実
施条件と比べて、通常その作用は劣っている。ウエスタ
ンブロット分析法は、ウィルス殻開口タンパク質p17、p
24、あるいはp55、ポリメラーゼタンパク質p31、p51、
あるいはp66、そしてエンベロープタンパク質gp41、gp1
20、あるいはgp160からそれぞれ一つ以上を検知できる
ように構成されている。赤十字検査では、各グループに
つき１つ、３つの陽性群が必要とされる。陽性結果を報
告するためには、CDC検査ではp24,p31,gp41および／あ
るいはgp120/160を含む少なくとも２つの陽性群が必要
とされるが、一方、FDA検査はp24、p31、pg41、および
／あるいはgp120/160が陽性となることが必要である。
本発明は、１つ以上のHIVの特定抗原に対する宿主反応
の検知のための、適切な光学プラットホームを提供する
ものである。なお、抗原は、組合せあるいは個別に試験
表面上に付与される。
肝炎ウィルス 臨床的には、多種のウィルス性肝炎を区別することは
困難である。それゆえ、原因となる因子の診断には、血
清学的測定法が必須である。肝炎には５種類の分離型ウ
ィルスが関与しており、それぞれＡ型、Ｂ型、Ｃ型、Ｄ
型、そしてＥ型と称されている。本来は、Ｃ型肝炎が非
Ａ型、非Ｂ型として見なされていたが、最近では非Ａ、
非Ｂ型の肝炎として認知されている。Ａ型、および、Ｅ
型肝炎は***物や経口から感染し、急性感染を起こす。
Ｂ型、Ｃ型、Ｄ型の肝炎は経口以外から感染し、急性や
慢性の感染を起こす。HCVは、多くの場合には輸血によ
る肝炎の原因となっている。個体に感染した多くのHBV
は、無症候性で感染しやすく、またHBV感染は肝硬変や
肝臓癌とも関連がある。肝炎における血清学的測定法の
一例が、「学外薬学」誌、92巻、55〜68ページ、1992年
に掲載されている。肝炎所有（Ags）抗原の各形態はウ
ィルスの各形態と比べると独特で、HAVはHAVAgを、HBV
は表面抗原（HBsAg）、殻抗原（HBcAg）、そしてヌクレ
オカプシドの内的構成要素（HEbAg）を有し、HCVは殻抗
原の主要抗原性領域である殻ペプチドのＮ終端ととも
に、C100、５−１−１、C22−３（殻）、C33c（殻）を
有する。さらに、HDVはデルタ抗原を備えているので、H
BsAgの陽性反応から検知できる。HEVに関しては、その
特性はあまり明らかになっていたい。肝炎の形態は抗原
検知、あるいは宿主抗体反応に基づいて決定判断される
ものである。直接抗原検知法では過敏性が必要とされる
ため、現在の診断測定法では、特定抗原に対する抗体反
応性により検知される。宿主反応はIgMまたは／あるい
はIgGを生成し、感染の活性状態を作るため、抗体反応
からの分離を必要とする。例えば、IgM抗HAVは急性感染
を示すが、IpG抗HAVは既往感染を示す。
本発明は、肝炎の診断のための有益なプラットホーム
検知法を提供するものである。まず、抗原の一つの組合
せを、それら抗原に対する宿主反応を検知するため、試
験表面上で不動化処理する。表面抗原、殻抗原、あるい
は、ｅ抗原などの一つ、あるいはそれ以上を被膜処理し
た試験表面により、HBVなどの肝炎ウィルスを特定する
抗原群を検知する。または、単一サンプルを使用してい
るHAV、HBV、HCV、HDV、およびHEV間を識別できる１種
類以上の抗原で、試験パネルを被膜処理してもよい。そ
のようなスクリーニング試験は、可視法、定性分析法、
あるいは全自動装置のいずれの方法ででも実施すること
ができる。抗体検知は、特にIgG、IgM、または両方に対
処できる。
以下の実施例は、本発明の試験装置を最善に作動させ
るための方法であって、機器や目視読取記録に利用でき
る前記のそれぞれの被膜の効果的な組合せ作用例が記述
されている。それら方法が、本発明と同様の結果をもた
らすような試験装置を最適に動作させるのに適用できる
のは、当業者にとっては明白であろう。
実施例1:拡散面 多様なレベルの拡散反射を生成するための異なったサ
イズの粒子で覆われたシリコンウェファを、窒化シリコ
ンで被膜して、厚さが500オングストロームで屈折率が
2.0のARウェファを作成した。この結果、金色の干渉色
層が生成できる。最初に、ウェファの反射量と残留鏡面
特性とを調べた。次に、これらウェファに下記のように
アミノシレンを塗布してから、抗Ａ型連鎖球菌ポリクロ
ーン性抗体で抗体被膜を作成する。
試験面を、下記のような方法で、Ｎ−（２−アミノエ
チル）−３−アミノプロピルトリメソキシレンを添加す
ることにより化学的活性化した。
1.前記のARウェファを、DC175ミリアンペアで250RFワッ
トの陽極電流にて、0.7torrの酸素圧力で真空中で５分
間酸素エッチング処理した。
2.ウェファを水晶ラックに載置して、５マイクロリッタ
のＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリ
メソキシレンの入った容器で真空乾燥器に挿入した。真
空を30分0.06torrにて、１時間のあいだ乾燥器の温度を
100度に上げて、アミノシレンの蒸着層を作成した。
3. 20mlのPBS（燐酸塩緩衝サリン）溶液内の20マイク
ログラム/mlのポリクローン性抗Ａ型連鎖球菌と、10mM
の燐酸カリウムと、0.8％のNaCl（pH7.2）と、１容量％
のグルタルアルデヒドとを混合して、受容剤溶液を作成
した。ウェファをペトリ皿上に置いて、前記の受容液を
加えた。
4.そして、室温（約20℃）で攪拌浴内で15時間ウェファ
を培養した。
5.培養の後、ウェファを脱イオン水で洗浄して、不要な
抗体を除去した。
6.安定化溶液で培養してから、試験面を１時間攪拌浴内
で培養した。安定溶液は、PBS内の２％（w/v）のスクロ
ースと、2ug/mlの酸性加水分解カセインと、１％の（v/
v）のグリセロールとから作成されている。
7.安定化処理の後、試験面を脱イオン水で洗浄して窒素
噴流で乾燥させた。ウェファを、室温で２分間培養し
て、実施例14および15に記述されているラテックス２次
試薬と、多様なレベルのＡ型連鎖球菌群抗原を備えるサ
ンプルとを反応させた。スライド部は、脱イオン水で洗
浄して、窒素噴流で乾燥させた。混合したシラン、ある
いは加えられた抗体の容量には、何の変化も見られなか
った。
その結果は、表１および表２に示されており、それに
よる非鏡面は、どの角度からでも鏡面以上の高い感度で
観察することが可能であることが分かる。
実施例2:ガラス基板 直径４インチのホウケイ酸塩ナトリウムのガラスに、
そのガラスの反射量を効果的に増加させて、後面反射を
遮断できるよう、厚さが10〜50オングストロームのアル
ミニウム（クロムでも可）の薄膜層を塗布した。その上
に前記のような熱蒸着法によって無定形シリコンを被膜
して、厚さが500±３％オングストロームの窒化シリコ
ンの層を作成した。
前記の試験表面上に、実施例11にて記述されているよ
うな抗体被膜層を作った。本実施例では、その試験表面
の抗体被膜層には、Ａ型連鎖球菌群（GAS）に対するポ
リクローン性抗体を使用した。100μｌのGAS抗原希釈液
あるいは非希釈液と、50μｌの非GAS表面活性剤粒子と
を混合して、実施例11にて記述されるような方法で検査
した。それからGAS測定法により、シリコンウェファ上
の窒化シリコン被膜に対する試験面との比較を行なっ
た。その結果は、表３に示されており、ガラスはシリコ
ンと同様に基板として利用できることが分かる。
実施例3:AR試験面の作成 本実施例では単結晶シリコンの光学的基板を、ARフィ
ルムに必要な平方根依存性値に近似した窒化シリコンな
どの厚膜層（750〜800オングストローム）で被膜した。
その厚膜層を、前記のように基質に対して約50オングス
トロームの厚さの化学エッチング処理を数回行なって選
択的に除去した。つまり、基板表面全体に干渉色段階の
くさび形状を生成した（図３参照）。それから基板を装
着層と受容剤で被膜し、陰性、低陽性、および中間陽性
のサンプルを使用して測定を行なった。
装着層、受容剤、測定プロトコルのどのような組合わ
せでも、この分析方法を行なうことができる。本発明の
実施例において、実施例５で記述されるように、Ｔ構造
をもつシロクサンで被膜したシリコン上にある窒化シリ
コンのくさび形状を使用した。そしてARフィルムを覆う
シロクサンを、実施例11で記述されるように、ポリクロ
ーン性Ａ型非連鎖球菌抗体で被膜処理した。その測定プ
ロトコルについては、実施例19にて記述されている。測
定サンプルは、各くさび形状（異なる厚膜層）の中心部
に配置した。本測定の終了後、単数あるいは複数のくさ
び形状の選定のため基板全体を検査した。それらくさび
形状の特性は、１）最明瞭陰性反応性、つまり最も検知
しにくい非特定結合性、２）最高感度性、そして、３）
最強視覚コントラスト性である。50オングストロームの
厚膜を選択した場合、基板を均一に被膜することによ
り、最初の実験で選択した最も厚い厚膜（550オングス
トローム）では、10オングストロームの厚さでエッチン
グ処理が行なわれたものに比べて、より高い解像度が得
られた。この方法では、生物質の組合せに因る最も「明
確」な色変化が得られる必要光学厚膜の選択が速やかに
できる。
実施例4:TiO光学被膜の作成 すべての測定法は、使用物質の容量が基本となってい
る。有機チタン酸塩はデュポン社から入手でき、その製
品名はタイザー（Tyzor）TPE（テトライソプロピルチタ
ネート）であるが、その代わりにテトラｎブチルチタネ
ートを使うこともできる。1mlのTPTと、3mlの氷酢酸
と、3mlのアルコールと3mlの脱イオン水と、10μｌの3M
のFC171フルオロサーファクタントとを混合した。本出
願例では、イソプロパノール、ｔ−アミル、アルコー
ル、エタノール、あるいはアセトンを水と共に使用して
もかまわない。エタノールはチタンの沈澱の原因となる
ため、避けたほうがよい。
300〜500マイクロリッタの混合液を、静電スピン被膜
作成法により形成した均一フィルムと光学基板に加え
た。フィルムの厚さは、495±15オングストロームとす
る。そして基板を250℃で２時間のあいだ加熱するか、
あるいは400ワットで２分間マイクロウェーブ熱処理す
ることで、そのフィルムを硬化させた。本実施例では、
光学基板として、単結晶体シリコンウェファを使用し
た。そのため、許容温度限度値も使用される光学基板の
種類によって異なる。プラスチックの場合、250℃硬化
処理に耐えられないが、ガラスでは耐えられる。ここで
選択された硬化条件においては、本出願例に適切とされ
る屈折率が2.0（±３％）のフィルムが作成される。
光学基板は清浄な状態、つまり不要な微粒子の無い状
態でなければならず、被膜溶液内に微粒子が存在しない
よう注意する必要がある。スピン被膜作成法を実施する
場合、微粒子がフィルムの被膜不良を起こすためであ
る。
実施例5:装着層の生成 ここで説明する装着層材料の名称の定義は、以下のと
おりである。
1.PEI−（トリメトオキシリプロピル）ポリエチレンイ
ミン。
2.PEI/DMDCS−PEI＋ジメチルジクロシラン。
3.ポリスチレン 4.MSA−スターバースト、第５世代。
5.Tポリマー・アミノアルキルＴ構造ブランチ点ポリジ
メチルシロキサン。
6.TC7A−フィルム形成ラテックス。
7.DMDPS−ジメチルジフェニルシロキサン共重合体。
8.Mercapto−メルカプトプロピルメチルジメチルシロキ
サン。
9.BAS−Ｎ−（２−アミノエチル−３−アミノプロピ
ル）−トリメトオキシシラン。
10.PBD−トリメトオキシシリル調製ポリブタジエン。
11.PAPDS−（メチルフェニル）メチルドデシル−メチル
アミノプロピル−メチルシロキサン。
これら化学物質を、以下の装着層を形成するため使用
した。
1.PEI（ペトラルカ、ペンシルバニア州ブリストル） 備蓄シランの1:500の希釈液をメタノールで生成し
た。300マイクロリッタのこの溶液を、100mmの処女使用
シリコンウェファ上にマイクロパペットで点滴した。こ
の場合、自動のエアロゾル装置やスプレー装置を使って
もよいけれども、ウェファがフォトレジストスピン被膜
装置上を７、000rpmで回転しているので、マイクロパペ
ットを使用すべきである。スピン被膜装置は、多数の基
板を迅速かつ簡単に自動加工処理することが可能であ
る。ここでは、前記の装着層を作成するためにスピン被
膜装置を使っているが、本発明においては、それに限定
されるものではない。その他の溶解沈着や真空沈着など
の方法が利用できるのも、当業者にとっては明白であろ
う。PEI被膜基板は、100℃で0.1mmHg条件にて60分で硬
化した。周知の楕円偏光測定法で測定する最終装着層
は、80オングストロームが好ましいが、その他の厚さで
も構わない。
2.PEI/DMDCS;（シグマ化学、ミズリー州セントルイス） PEI被膜基板は、さらにDMDCSで加工処理される。これ
により、線状PEI鎖にそったブランチ点が生成され、Ｔ
ポリマー被膜面の働きをもつ試験表面が形成できる。２
％のDMDCSの100ミリリッタ溶液を、１、１、１−トリク
ロロエタン（v/v）に作成した。PEI被膜基板を、25℃の
DMDCS被膜溶液に60分のあいだ浸漬した。浸漬後、前記
基板をDMDCS被膜溶液から取出し、95％のエタノールで
洗浄して、窒素噴流で乾燥させた。周知の楕円偏光測定
法で測定する最終装着層は、200オングストロームの厚
さが望ましいが他の厚さでもかまわない。
3.ポリスチレン（ベクトン ディッキンソン、カリフォ
ルニア州オックスフォード） 約0.05グラムのポリスチレンを、２ミリリッタのトル
エンで溶解した。その溶液を、前記スピン被膜技術にて
処理した。基板は、その使用前に25℃で60分のあいだ硬
化処理を行なった。最終装着層は、200オングストロー
ムの厚さになることが望ましいが、他の厚さでもかまわ
ない。
4.MSA−スターバーストポリマー（ポリサイエンス、ペ
ンシルバニア州ワーリントン） 第５世代スターバースト（0.5％固体）の1:4希釈液を
メタノールで生成した。200ミリリッタのその希釈液
を、回転速度3500rpmのスピン被膜作成法にて基板に付
着させた。この装着層を、25℃で120分間のあいだ硬化
処理を行なった。最終装着層は、40オングストロームの
厚さになることが望ましいが他の厚さでもかまわない。
5.Tポリマー（ペトラーチ、ペンシルバニア州ブリスト
ル） Ｔポリマーの1:300（v/v）希釈液を２−メチル−２−
ブタノールで生成した。装着層は、スピン被膜作成法に
て基板に被膜され、さらに使用前に、140℃で24時間の
あいだ硬化処理を行なった。最終装着層は、100〜160オ
ングストロームの厚さになることが望ましい。
6.TC7A（セラディン、インディアナ州インディアナポリ
ス） 30％の保存溶液をメタノールの固体0.5％に希釈し
た。300マイクロリッタのその溶液を、スピン被膜作成
法にて基板に付着させ、さらに使用前に、37℃で120分
間のあいだ硬化処理を行なった。この物質の最終的な厚
さは240オングストロームになることが望ましい。
7.DMDPS（ペトラーチ） シロキサンの1:100（v/v）保存溶液をトルエンで生成
し、スピン被膜作成法にて基板に付着させ、さらに使用
前に37℃で120分間のあいだ硬化処理を行なった。最終
装着層の厚さは、200オングストロームになることが望
ましい。
8.メルカプト（ペトラーチ） シロキサンの1:300（v/v）保存溶液をトルエンで生成
した。被膜、および硬化処理プロトコルは、PEIで記述
したのと同じように実行した。最終装着層の厚さは、20
0オングストロームになることが望ましい。
9.BAS（ペトラーチ） シランの1:100（v/v）溶液をトルエンで生成した。20
0マイクロリッタのこの溶液を、前記のスピン被膜プロ
トコルにて処理した。さらにウェファを140℃の0.1mmHg
状況下で２時間のあいだ硬化処理した。最終装着層の厚
さは、30オングストロームになることが望ましい。
10.PBD（ペトラーチ） 27.5マイクロリッタの保存シランを、3275マイクロリ
ッタのトルエンと混合した。300マイクロリッタのこの
溶液をスピン被膜処理し、さらにウェファを120℃で60
分のあいだ硬化処理した。最終装着層の厚さは、100オ
ングストロームになることが望ましい。
11.PAPDS（ペトラーチ） シロキサンの1:100（v/v）の希釈液をトルエンで生成
し、200マイクロリッタのこの溶液をスピン被膜処理
し、さらに使用前にウェファを100℃で120分間のあいだ
硬化処理した。最終装着層の厚さは、200オングストロ
ームになることが望ましい。
前記の濃度、容量、重量、スピン被膜速度、緩衝剤、
培養時間、および培養状態、その他すべての試薬や処理
方法は、本発明の好適実施例として記述されており、本
発明を限定するものではない。
実施例6:抗原の装着層材の比較 受容材としての抗体の単結晶シリコン基板への装着に
おける装着層材の効率性の分析測定を行った。この方法
を使えば、本発明のその他の装置を最適に利用すること
ができる。高濃度な抗体の反応層を作成するのは、厳格
な配向条件が必要なせいで受容材の層を作成するより難
しいことが判明している。装着層の評価を行えるのが、
ELISA法である。単クローン性抗西洋ワサビ過酸化酵素
（HRP）を試験受容材として装着層に添付して、その試
験表面に異なったレベル値の西洋ワサビ過酸化酵素（HR
P）を載置して標準曲線を作成した。同様条件にて微細
滴定孔に制御剤としての抗体被膜処理を施した。
全試験表面を、20μg/mlの単クローン性抗HRP（シグ
マ化学、ミズリー州セントルイス）を含む7.4pHの0.05M
のPBS溶液で25℃で16時間のあいだ抗体被膜処理した。
前記の被膜処理基板は、その被膜溶液に浸漬させた。そ
の過酸化酵素（シグマ化学、ミズリー州セントルイス）
の濃縮分を、37℃で30分のあいだ試験表面つまり微細滴
定孔と反応させてから、脱イオン水で洗浄して不要な過
酸化酵素を除去した。そして試験表面上の各点からの流
体物を、停止試薬を有する被膜されていない微細滴定孔
に移して、450nmにおける光学濃度値を記録した。停止
試薬を、比較基板の微細滴定孔に直接添加して、同様に
測定値を読み取った。
本実施例の結果は、表４に示されているとおりであ
る。それには、試験表面のダイナミックレンジと感度
（負制御値に対する低濃度の分解能）が評価されてい
る。制御処理を行うため、各装着層をウサギのIgGで被
膜して、過酸化酵素法にて検査した。その結果、ウサギ
のIgGで被膜した装着層では、過酸化酵素の著しい相互
作用は観察されなかった。同じ条件で未処理シリコン基
板も試験したが、試験表面に付着した活性受容剤はわず
かなものであった。（前記データは、450nmでの光学濃
度測定に基づくものである。） 本実験例では、基板をPEIまたはBASで処理する作用に
おける、薄膜基板上の装着層のシロキサンの有効性が示
されている。同様に、各シロキサンの利用においての多
様性があるため、シロキサンの作用基は受容材の反応特
性に影響することが判る。また、分子自己結合ポリマー
も、BASに対する装着層としての作用機能の増加を示し
ているが、シロキサン材ほど有効ではない。TC7A表面活
性剤はこの測定方法ではあまり作用してないが、以下の
実験例では有効性が見られる。
実施例7:抗体の装着層材の比較 本分析実験では、異なった装着層を、7.4pHの0.05Mの
PBSのウサギのIgG（シグマ化学、ミズリー州セントルイ
ス）の20μg/ml溶液に25℃で16時間のあいだ浸漬して被
膜処理した。また、ヤギ用抗（全分子）ウサギIgG抗体
というラベルの付いた異なったレベル値のHRP（シグマ
化学、ミズリー州セントルイス）にて、37℃で15分のあ
いだ試験表面を培養した。それから、脱イオン水で洗浄
して不要物を除去した。試験表面にTMB基板溶液を塗布
して、25℃で２分のあいだ反応させてから、溶液を停止
剤を有する被膜のない微細滴定孔に移した。（この実験
での光学濃度値は、450mmで測定されている。）その結
果は、表５に示したとおりである。
この実験例では、抗体補足の検知における装置の有効
性が、様々な試験表面を使って確認されている。ここで
は、シロキサン装着層と分子自己結合装着層のどちらも
が同様に作用結果が良かった。装着層の被膜のない基板
では、受容剤の有効作用つまり反応がわずかしかなく、
装着層の必要性が判明した。
実施例8:比較方法の形式 DNPは、小さな分子体であって、治療用薬品、有害薬
品、殺虫薬残留物、有機残留物などのような分子範囲に
おける特異なものではない。そのような小さな分子体を
測定するために、比較形式測定法が使われている。
本実験例では、DNPの濃度の定量測定とその結果を説
明している。まず試験表面を、ハプテン、または、ハプ
テンと結合した担体にて被膜処理した。ハプテンは、適
当な化学薬品が入手可能なら直接に試験表面に固定する
か、あるいは、受動的に表面に添付するか、いずれでも
かまわない。同じことが、ハプテン／担体を利用した場
合もいえる。
試験サンプルを、その中の自由ハプテンとだけでなく
固定ハプテンとも反応するような物質と混合した。最も
普通に使われる物質のひとつに、ハプテン特有抗体があ
る。抗体の代わりに、高比結合試薬を使ってもよい。そ
のような試薬の補足作用は、元の試験サンプル内の自由
ハプテンの濃度に反比例する。本実施例は定量または定
性の分析結果を作成することを目的としている。
下記のような材料と試薬とを準備した。
1.直径が４インチで、ｎ＝4.02、処女試験品質、片側研
磨、１−０−０結晶配向の単結晶シリコンウェファを、
屈折率が2.0（±0.05）で最終厚さが550オングストロー
ム（±10）の一酸化シリコンにて被膜処理した。この材
料から作成された薄膜の干渉色層は金色であった。ウェ
ファへの一酸化シリコンの被膜は、従来の化学蒸着法に
て行った。
2.ウェファを、実施例１に記述してあるビスアミノシレ
ン蒸着処理にて活性化させた。
3.そのアミン誘導処理試験表面を、ファルコン製100mm
組織培養皿内の、人体血清アルブミン（HSA）と結合し
た5mg/mlのDNP（DNP−HSA）と7.2pHの燐酸塩緩衝サリン
（PBS）とを含む30ml溶液内に置いた。そして、試験表
面上に40オングストロームのDNP−HSAが装着するまで、
湿度98％で37℃（±２）の温度でウェファを被膜処理し
た。作成層の厚さの測定には、ガートナー製の楕円偏光
測定器を使用した。ウェファの被膜処理溶液を除去し
て、脱イオン水で洗浄して、窒素噴流にて乾燥させた。
4.ヤギ用抗DNPをPBSと混合して、1.2mg/mlの濃度にして
から、DNPを水に溶かした。そして抗体とDNPとを、1:1
の割合で混合した。続いて、その混合物の20μｌを被膜
表面に塗布して、10分のあいだ室温で培養した。脱イオ
ン水で不要物を試験表面から洗浄除去して、窒素噴流で
乾燥した。スライド部を目視検査してから、サガックス
製の比較楕円偏光測定器の改良型を使って光量を変化さ
せて、試験表面の質量変化を測定した（図15参照）。そ
の読取用プロトコルは、実施例21に記述されている。目
視検査の結果、試験物を基準曲線と比較した場合の濃度
の半定量値の測定評価が得られた。
その結果は、表６に記載してある。
実施例9:微細分子の検知 所定波長における屈折率が4.02の４インチ単結晶シリ
コンのウェファを、オキシ窒化シリコンで被膜処理し
た。このオキシ窒化シリコン層の屈折率は、約540オン
グストロームの厚さにおいて1.98であった。
次にウェファを、フォトレジスト効果を作成できる従
来のウェファスピン被膜技法を使い、50±２オングスト
ロームていどのポリエチレンイニミン（ペトラッチシス
テム、ペンシルバニア州ブリストル）を添加して化学的
活性化させた。そして、２時間±0.1のあいだ14℃の炉
内で、ウェファを硬化させた。
少量の分析剤、トリニトロベンセン・スルフォン酸
（TNBS）、の未使用の１％溶液を脱イオン水内に用意し
た。そして、25μｌの脱イオン水（制御用）と同量のTN
BS溶液とをアミン被膜ウェファの試験表面上に載置し
た。それらを、５秒間だけ試験表面と反応させてから水
で清浄して、圧縮空気で乾燥した。多色光を照射した目
視検査の結果、TNBSを接触する区域は赤紫色であった。
TNBS結合に因る試験表面上での厚さ変化は、ほぼ20オ
ングストロームであった。これは、TNBS結合の区域内に
おける可視認識可能な色変化を発生させるには、十分な
量である。
実施例10:酵素検知 ４インチの単結晶シリコンウェファに、525オングス
トローム±３％の窒化物のAR被膜（屈折率1.97±0.05）
を作成した。
深金色のウェファを、100±２オングストロームてい
どのアミノアルキル（ｔ構造）ポリシロキサン（ペトラ
ッチシステム、ペンシルバニア州ブリストル）にて被膜
処理した。そして金色のウェファを、140℃で２時間の
あいだ硬化させると、ウェファにはうすい紫色が表れ
た。
シロキサン被膜ウェファを、酸溶解コラーゲンを含む
燐酸塩緩衝液内に載置した。そのコラーゲン溶液は、以
下の方法で調整されたものである。まず、子牛の皮から
の酸溶解性Ｉ型コラーゲン（シグマ化学、ミズリー州セ
ントルイス）を、5mg/mlの濃度でpH4に調整された１モ
ル酢酸に溶かした。そして、20μg/mlの酸溶解コラーゲ
ンを含んだpH6.8の0.1モル燐酸塩緩衝サリンを生成し
た。この溶液を使って、ウェファを室温で２時間のあい
だ被膜処理した。この溶液30mlをファルコン製組織培養
皿に入れて、ウェファをそれに浸漬した。その後、ウェ
ファを水で洗浄して圧縮空気で乾燥した。ウェファの色
は暗い紫緑色であった。次に、コラーゲン被膜ウェファ
を評価測定するために、50mMのカルシウムイオンを含む
pH7.2の0.1モルTris−Hcl緩衝剤中のコラーゲン酵素溶
液（ボーリンジャー−マンヘイム）を1mlにつき０〜１
作用単位分作成した。１単位とは、25℃においてFALGPA
を毎分１μモルだけ加水分解できる酵素量に等しい。本
実験例では、酵素によりウェファ上のコラーゲンが劣化
され、膜厚が減少した。膜厚の減少は、本発明で説明す
る他の実施例に対抗するものであって、その結果として
色変化が起こった。
1mlにつき0.5単位の濃度のコラーゲン酵素を25μｌだ
け投与して、５分間コラーゲン被膜ウェファと反応させ
た。その後、ウェファを脱イオン水で洗浄して圧縮空気
で乾燥した。可視検査の結果、酵素の接触する区域は金
色に変化したが、その周囲は暗い赤紫色のままであっ
た。その検査結果は、表７に図示されている。
実施例11:装着層の評価 シリコン基板は、ラップ処理などの当業者には周知の
作成方法により単結晶シリコンのインゴットからウェフ
ァをダイアモンド刃で切り出して作成した。切り出した
ウェファに、研磨材によるラップ処理、均一平坦表面作
成のための酸またはその他腐食溶液を使ったエッチング
処理、および、さらに微細表面粗さ仕上げのためのラッ
プ処理を施した。この実験例では、平均が15ミクロンで
あるような12〜21ミクロンの酸化アルミニウムの粉末の
研磨剤を使って、拡散性反射表面を作成した。また、こ
の実験例では、上記の方法で作成された基板上に、550
オングストロームの厚さの窒化シリコンの被膜を形成し
た。前記の材料の組合せは自由であって、本発明におけ
るAR材の厚さを変更しても構わない。そして試験表面
に、実施例５に記述されているように複数の装着層を形
成させた。
前記の試験表面を、pH6.5の0.1MのHEPES内のウサギＡ
型抗連鎖球菌体（ストレップＡ）の抗体の20μg/ml溶液
にて25℃で60分のあいだ被膜処理した。そして、試験表
面を、ラテックス質量増加試薬（実施例14参照）と同じ
ストレップＡ抗原を含む、あるいは、含まない10マイク
ロリッタの制御溶液に入れて、室温で２分のあいだ培養
させて反応をみた。試験表面を脱イオン水で洗浄してか
ら、窒素噴流で乾燥させた。
１部の2MのNaNOの１部の2Mの酢酸を混ぜて、0.66NのN
aOHで中性化して陰性制御剤を作成した。陽性制御剤
は、市販されている溶媒ストレップＡ細胞から抽出され
た抗原の緩衝調整剤を使い、使用前に抽出媒体液で希釈
した。試験表面に添付する前に、サンプルを２次ラテッ
クス試薬と1:2の割合で混合した。その結果は表８に記
載されており、陰性制御剤上で可視化可能な陽性制御剤
の高度希釈液としての特徴が見られる。
本実験例では、結果が拡散反対基板上の可視信号とし
て示される抗原捕捉方法における装着層の有効性が判明
した。BASやPEIの場合、作用上の受容材結合はあまり見
られなかった。個々のシロキサンでは、受容材に付着す
る様々な能力を示した。最高反応結果を示したのは、Ｔ
ポリマーシロキサンであった。分子自己結合装着層とTC
7Aの表面活性剤のどちらも、やはり本方法の実験例装置
においての有効性をもっている。
実施例12:器材利用 この実験例での単結晶シリコン基板は、研磨表面をも
つウェファである。装着層を実験例５と同じように処理
してから、実験例11のように、抗体を付着させた。この
評価測定も、実験例11と同じである。使用した陽性制御
剤は、Ａストレップ抗原の希釈液を含んでいる。乾燥さ
せた後、反応試験表面をサガックス製の比較楕円偏光測
定器で調べて、反射光の強度を光学分析量をミリボルト
単位の数値で記録した。（表９参照）。
試験した装着層はすべて、PEI、MSA、Ｔポリマーにて
の実験例法の有効性を示し、最良結果を生み出した。
実験例13:コラゲナーゼ活動 実験例５のような方法でTC7A試験表面を作成して、単
結晶シリコンウェファを直接被膜処理した。その試験表
面を、4.9μg/mlの１型人体コラーゲンを含むpH9.0の0.
1MのTris−HCl溶液（シグマ化学、ミズリー州セントル
イス）内に浸漬した。試験表面は、25℃で60分のあいだ
被膜処理させた。そして、脱イオン水で表面を洗浄し
て、使用前に窒素噴流で乾燥した。その結果、不動化コ
ラーゲンの143オングストローム層が作成された。0.005
MのCaClとpH7.6の0.1MのTris−HClとを含んだ緩衝剤
で、コラゲナーゼ（ボーリンジャー・マンヘイム、イン
ディアナ州インディアナポリス）の異なった割合の希釈
液を調整した。コラゲナーゼの希釈液を５マイクロリッ
タ、それぞれ試験表面に点適して室温で５分のあいだ培
養させた。反応試験表面を脱イオン水で洗浄して、窒素
噴流で乾燥した。その反応試験表面をサガックス製の比
較楕円偏光測定器で調べて、反射光の強度を記録した。
本実験例では、受容材の層がコラゲナーゼにて劣化さ
れ、コラゲナーゼの活動や濃度を増加させるような作用
を示す陰性信号である孔が受容材に形成された。コラゲ
ナーゼの活動は、10/mlの単位で記録されている。活動
測定の光強度の単位はミリボルトである。（表10参照） 本実験例では、酵素活動を検知できる試験表面の作成
例が示されている。この場合、その活動状況は低下して
いるが、合成的活動の観点からの酵素活動を測定できる
構成の存在が確認できる。この実験例では、TC7A装着層
におけるＴポリマーシロキサンに対する受容材の受容度
合は、３倍ほど増加していることが判る（ただし、結果
は図示されていない）。
実施例14:質量強大 本実験例では、質量ラベル付け抗体の使用と質量作成
試薬の選定について説明している。本発明の他の構成に
おいての最適質量ラベル決定の際にも、前記の選択方法
利用できる。
そのような表面活性剤粒子は、インディアナ州カルメ
ルのバング研究所の、アミド粒子、ロット番号L910108
（SA−015/758）やロット番号901015J（B7−015FF18
1）、カルボキシル酸塩粒子、ロット番号9004108（B7−
015FF/787）などが入手できる。その他、インディアナ
州インディアナポリスのセラディン社のTC3、TC3X、TC
7、TC7Xのフィルム形成粒子も同様に適用できる。それ
らTC型の薬剤はすべて、スチレン−ブタジエン−コポリ
マーを含むカルボキシル酸である。これら薬剤のうちTC
7だけを、特に詳しく調べた。TC3は、タンパク色フィル
ムを形成するので使用しなかった。検査したセラディン
社の粒子材は、TC−7A、製品番号CML、ロット番号IK3
0、TC−7X、ロット番号1M92、TC−７、ロット番号1V18
（F040690）、TC−3X、ロット番号1R35、TC−３、ロッ
ト番号1J44である。表面活性剤処理の結果、カルボキシ
ル酸塩とアミドの両方の粒子が存在するため、化学的不
動状態がよりフレキシブルになった。米国特許第４、42
1、896号に記載されているように、アミノ粒子は簡単に
ヒドラジド粒子に変換できる。
この実験例では、単結晶シリコンの処女試験ウェファ
を直接に使用した。それらウェファには、スピン被膜装
置を使って保存シロキサンの２メチル２ブタノールでの
1:300（v/v）希釈液300マイクロリッタを添加して、Ｔ
ポリマーシロキサン（ペトラーチ・システム、ペンシル
バニア州ブリストル、カタログ番号PS401）の被膜処理
をした。そしてＴポリマーを、120℃で120分のあいだ熱
処理して硬化させて、ウェファ試験表面を形成した。活
性化させた基板を、pH6.0の1MのHEPES緩衝液内の、Ａ型
連鎖球菌に対するウサギポリクローン性抗体が20マイク
ログラム/ml含まれた溶液に浸漬した。そして、そのウ
ェファを25℃で60分のあいだ前記抗体溶液に浸した後、
脱イオン水で洗浄して窒素噴流で乾燥させた。サガック
ス製の比較楕円偏光測定器にて反応ウェファを検査した
ら、層厚つまり光学濃度の変化が確認された。
前記のさまざまな被膜をもつフィルム形成粒子材の検
査結果が、表11に示されている。表11では、抗体濃縮、
粒子濃縮、必要に応じたブロック剤の添加を説明してい
る。フィルム形成粒子を被膜処理するのに使われた抗体
は、楕円偏光測定ウェファ上の受容材に使われたものと
同じである。粒子材表面への抗体の被膜処理は、25℃で
16時間のあいだ混合物を培養することにより行った。TC
7材を、保存溶液の希釈液として準備し、水に対して透
析して、抗体との反応作用前に混合ベッドレジンで処理
した。
最終濃度１％（w/v）のカルボジイミド（１−シクロ
ヘキシル−３−（２−モルホリノエチルカルボジイミド
メト−ｐ−トルエンスルホネート;Aldrich Chemical,C
o.,Milwaukee,WI,カタログNo.C10、640−２、ロットNo.
09915PW）を加えることにより、抗体の共有結合形付加
をカルボキシレート粒子に関して検討した。抗体を添加
する前にカルボジイミドを加えた。抗体を加える直前に
ヒドラジド処理したアミド粒子を最終濃度0.05％のグル
タルアルデヒドで処理して、粒子表面への抗体の共有結
合形付加を導くこともできる。特に記載がない限り、pH
7.2の0.01Mリン酸緩衝生理食塩水中において粒子を抗体
で被覆した。
陽性対照の作製のために使用したストレプＡ抗体試料
は市販のものであった。この抗体を2M NaNO2、2M酢酸、
0.66N NaOHの1:1:1混合物中で1:600の希釈レベルまで希
釈した。同じ試料の抗体を含まないものを陰性対照とし
て用いた。増幅試薬を表11に示したような様々な比率で
陽性および陰性対照と混合し、５μｌを抗体被覆したオ
ブラートの表面に塗布した。サンプルを25℃で２分間イ
ンキュベートして洗浄し、その後窒素流下で乾燥させ
た。反応させたオブラートを修正Sagax Ellipsometerで
検査し、その厚さをミリボルトで測定した強度の変化と
して記録した。
これらのデータは、増幅試薬中の極めて高い粒子密度
はその試薬と被検表面との非特異的結合を導くことを示
している。補助たんぱくあるいは界面活性剤を加えても
抗体被覆した粒子の成績は改善されない。表面活性剤よ
りもわずかに硬性であるTC−７粒子も同様にこの特定適
用に関して作用しないが、他のいくつかのラテックス製
剤に比べると、TC−７粒子は有意の反応性を示す。温度
上昇は粒子への抗体の取り込みのレベルを改善する、従
って遊離抗体のレベルを低下させると思われる。これら
の粒子から遊離抗体は取り除かれなかったが、限外濾過
のような技法によって非結合抗体を除去することは有用
であると考えられる。アミド粒子も良好に作用するが、
ヒドラジド誘導アミド粒子は最良の全体的反応性を与え
ると思われる。表面活性剤であるカルボキシレート粒子
はアミド粒子ほどには働かない。
実施例15:ラテックス この試験では、増幅フィルム形成粒子を実施例14にお
けると同様にして調製し、実施例14と同様にして検定を
行なった。使用した基質は、12〜20ミクロン（平均粒子
サイズ15ミクロン）の酸化アルミニウム粒子で被覆し
て、半導体産業の当業者には周知の工程を用いて粗構造
の表面を創造した、半結晶性珪素オブラートであった。
この基質を窒化珪素の薄膜で被覆した。350〜550Åの窒
化珪素フィルムはこの適用のための標準品であるが、ど
のような厚さのフィルムも使用可能である。光学的スラ
イドガラスのＴポリマー処理は実施例５および14の中で
述べた。
結果を表12に示す。視覚的結果は楕円体測定システム
で行なった観察とは異なっている。非常に高い粒子密度
は明らかな陰性結果をもたらすが、強い陽性の視覚的シ
グナルは生じない。粒子に取り込まれたより高濃度の抗
体は、機器を用いた検定で認められるように、より低レ
ベルの抗体よりも強いシグナルを生じる。この試験は、
粒子の抗体被覆が不十分であると、ラテックス粒子と被
検表面との非特異的結合が生じることを示唆している。
ひとたび抗体被覆が十分になると、しかしながら、陽性
および陰性の結果は容易に検出可能且つ識別可能とな
る。
実施例16:酵素増幅 ホースラディッシュペルオキシダーゼ（Sigmaグレー
ドVI）を、髄膜炎菌Ａ、Ｃ、Ｙ、W135の培養物からの細
胞懸濁液をあらかじめ注射しておいたウサギの貯留高力
価血清からのカプリル酸沈降反応によって精製した免疫
グロブリンに化学的に結合した。結合は、試薬Ｓ−アセ
チルチオ酢酸Ｎ−ヒドロキシスクシニミドを使用し、An
alytical Bio−chemistry132（1983）68−73に述べられ
ている方法に従って行なった。結果として生じた複合体
は、MOPS緩衝液、50mM、pH7.0中でペルオキシダーゼ（1
04μＭ）と免疫グロブリン（35μＭ）を含んでいた。ペ
ルオキシダーゼ−免疫グロブリン複合体をカゼイン（5m
g/ml）と共にMOPS緩衝液中で希釈し、等量の髄膜炎菌培
養物からの細胞不含濾液の希釈溶液と混合した。
該混合物（25μｌ）を、窒化珪素、Ｔポリマーシロキ
サンおよび同じ髄膜炎菌に対するウサギ抗体試料からの
精製免疫グロブリンの層で被覆した珪素オブラートの表
面にピペットで滴下した。抗体を、50mM MOPS、pH7.0中
10μg/mlの抗体を含む溶液から、Ｔポリマー／珪素オブ
ラートに被覆した。オブラートを室温で１時間抗体中に
放置し、脱イオン水で洗浄して、窒素流下で乾燥させ
た。抗体被覆した基質を、室温で１時間、50mM MOPS、p
H7.0中0.5mg/mlの加水分解したカゼインと共にインキュ
ベートし、その後洗浄して乾燥させた。
サンプルを1:1の割合で複合体と混合した。10μｌを
被検表面に塗布した。２分後、サンプルを水で洗い流
し、オブラートを窒素流下で乾燥させるか、もしくは濾
過装置で吸い取った。TMブルー沈降基質（TMブルーは市
販の製品で、Transgenic Sciences,Inc.の商標であり、
米国特許5,013,646に開示されている）をオブラートの
同じ部分に適用し、５分間そのまま放置した。オブラー
トを洗浄し、乾燥させた。反応が起こった部分では紫色
の斑点が見えた。その後、この生じた沈殿物を肉眼と偏
光解析装置で読取り、髄膜炎菌の存在を確認した。抗体
の1:20,000の希釈溶液は肉眼で陰性の結果から明瞭に解
像される（表13参照）。
上記の検定に基づき試験キットが作製できる。このキ
ットは50回までの光学的迅速免疫測定法を実施するため
に必要なすべての成分を含んでいる。キットは、必要と
される適切な洗浄と乾燥のステップを容易にするように
デザインされた固体支持試験拠点を特徴とする。対象と
する複合分析物に特異的な１〜５（またはそれ以上）の
非反応性試験表面を含むスライドガラスを試験拠点上に
置く。最初の反応が終了すると、スライドは操作者から
離れて前方に傾く。試験表面は洗浄液で力強く洗浄さ
れ、その洗浄液は傾いた表面から下の貯水槽内に流れ込
む。（貯水槽は殺菌剤で処理された酢酸セルロースの固
体吸収塊を含む）。スライドはその後水平位置に戻り、
１枚の吸取り紙が試験表面上に直接置かれる。数秒間の
接触時間によって十分な吸取りが可能になる。吸取り紙
は、試験キットの前面に便利に位置する個々の切り離し
紙のパッドとして供給されるが、洗浄／乾燥工程は毛細
管作用のようなその他の手段によって実現することもで
きる。さらに、酵素標識物質、すなわち対象とする分析
物（抗原など）に特異的な酵素標識抗体が、適切に緩衝
され、希釈されて供給される。最後に、市販のTMブルー
液の容器のような沈降手段が、１〜３滴またはそれ以上
が１滴づつ滴下されて酵素的にもたらされる質量変化を
引き起こし、洗浄前に沈降反応を生じさせることができ
るように、都合のよい容量で供給される。該表面に基質
を添加することにより第２のインキュベーションが開示
され、洗浄／乾燥工程が繰り返されて試験が完了する。
２つの異なるタイプの珪素オブラートを使用した;1つ
は金色の窒化珪素で被覆したオブラートであり、もう１
つは窒化物被覆なしの銀色の珪素オブラートであった。
１つの可能性は、窒化珪素上のペルオキシダーゼ／沈降
基質系に関して認められた可視色が、厳密に表面上に沈
殿した染料の吸光度によるものであるということであ
る。この場合に相当し、且つ沈殿した染料が薄層として
働かなければ、銀色の珪素オブラートはTMブルーのみの
深青色の視覚的シグナルを生じさせることになる。
Ｔポリマー被覆したオブラートを５つの別個の試験の
ために抗体で処理した：髄膜炎菌A,C,Y,W135;髄膜炎菌
B;連鎖球菌B;インフルエンザ菌B;肺炎連鎖球菌。各々の
試験のために作製した最初の試薬は、先に述べたように
付着層（Ｔポリマーシロキサン）で被覆した金色と銀色
のオブラートであった。オブラートを適切な溶液中に室
温で１時間液浸して、５個の抗体全部を50mM MOPS、pH
7.0中10μg/mlの抗体濃度でこれらのタイプのオブラー
トに被覆した。実施例１に述べたようにしてオブラート
を洗浄し、乾燥させ、ブロックした。
必要な第二の試薬は、上に述べた方法を用いて抗体−
ホースラディッシュペルオキシダーゼ複合物を作製する
ため、同じ５個の抗体試料を使用した。複合体の原液試
料を用いて、5mg/mlのカゼインを含む50mM MOPS,pH7.0
中で最終的な複合体比率1:100に希釈することにより作
業用複合体を作製した。作業用複合体溶液を標準抗原試
料と1:1の割合で混合し、20μｌサンプルを適当な抗体
被覆オブラートに塗布した。
２分間のインキュベーション、次いで洗浄と乾燥、そ
の後オブラート表面上に産物を形成させるために５分間
の基質インキュベーションを用いて迅速なプロトコール
を実施した。洗浄と吸取り乾燥後、サンプルを裸眼と偏
光解析装置で読み取った。肉眼で著明に見える紫色の斑
点が金色の窒化珪素被覆したオブラート上に発現し、窒
化物被覆していない銀色の珪素オブラートで灰色の斑点
を認めた。窒化珪素被覆した表面上では、非常に強い陽
性が白色の干渉色を生じさせた。厚さの上昇は偏光解析
装置を用いて直ちに測定することができた。すべての場
合に銀色オブラート上に発現した可視色は、沈殿した産
物が真の薄膜として働き、AR被覆なしでも干渉効果を生
じさせることを示している。発現する色は染料の吸光度
特性には依存しない。
色素原が認められる可視反応の産生に寄与しないこと
のさらなる証拠が次の実験によって得られた。TMB/H2O2
産物を反応停止試薬、H2SO4で処理すると黄色の沈殿物
が生じる。ここで検討している光学的支持体に関して観
察される可視反応が単に色素原のみによるものであれ
ば、表面の沈殿物を反応停止試薬で処理すれば黄色の斑
点が生じるはずである。固定化した表面沈殿物を硫酸で
処理しても、窒化珪素被覆したオブラート上に生じる強
い紫色あるいは青色の斑点には変化を及ぼさない。従っ
て、生じるシグナルは全面的に薄膜の形成に依存する。
窒化珪素の表面から沈殿物を取り除く接着剤の細片を用
いて追加的な確認が得られた。接着剤で除去した沈殿物
は、赤色成分を含まない微灰色／青色であった。認めら
れる干渉効果は、強い赤色成分を伴う明紫色／青色を呈
する。このことは、薄膜形成が認められる呈色作用産生
の原因であることを裏付けている。
表14は、細菌抗原検定の全範囲について、質量増大検
定とWellcome Diagnosticsが製造しているラテックス凝
集検定との比較から得られた結果を示している。
表15aと15bに示した結果は、触媒性質量増大法と酵素
結合免疫吸着検定法（ELISA）との比較である。データ
は、TMBを基質として使用し、髄膜炎菌A,C,Y,W135に関
してELISAに比べ酵素増幅検定法の高い効率を示してい
る。ELISAの試験表面と光学試験表面の作製を以下に述
べる。
これらの技法には２つの大きな違いがある。まず第一
に、本発明の方法が抗体の固相吸着のために研磨した珪
素オブラートを使用するのに対し、ELISAは透明なポリ
スチレンのマイクロタイタープレートを用いる。第二
に、そしてより重要な相違として、この触媒法の場合に
は、反応を発現させるために使用する基質は研磨珪素オ
ブラートの表面上に沈着する不溶性産物を生じるが、EL
ISAの基質はマイクロタイタープレートのウエル中に着
色した溶液を生じる。この触媒法によって得られる結果
の感受性がより高いのは、この重要な相違のためであ
る。ELISAが色素原から生じる可視色に依存するのに対
し、本発明の装置は装置上に沈着する色素原の薄層にの
み依存する。
詳しく述べると、一方の表面は研磨した珪素オブラー
ト（OIA）であり、他方の表面は透明ポリスチレンのマ
イクロタイタープレート（ELISA）である。両方の表面
に10μg/mlの抗体溶液を室温で１時間適用し、脱イオン
化水で洗浄して、0.5mg/mlのカゼイン阻止溶液を室温で
10分間適用し、最後に脱イオン化水で洗浄する。
検定において、抗原の希釈は次の通りであった1:5,00
0;1:10,000;1:20,000;1:40,000;1:80,000;1:160,000;ま
た複合体溶液は、5mg/mlのカゼインと50mM MOPSO、pH7.
0を含むHRP標識抗体の1:100希釈溶液であった。使用の
直前に各々の抗原希釈溶液を複合体溶液と1:1の割合で
混合し、各表面に適用した。これを室温で２分間反応さ
せ、次に各表面を脱イオン化水で洗浄した。その後各表
面に基質を添加した。珪素オブラートにTMブルー、ELIS
AプレートにTMBを添加した。これを室温で５分間反応さ
せた。この時点で反応を終了させ、珪素オブラートを脱
イオン化水で洗浄し、窒素で乾燥させた。ELISAはH2SO4
で停止させた。視覚的読取りを行なって、陰性と識別し
うる最小抗原希釈を判定し、表面上に沈着した不溶性産
物を含む試験表面を偏光解析装置に入れてそれぞれの電
圧量を測定した。1:10,000〜1:20,000の希釈までしか読
取れなかったELISA（停止せず）に比べ、OIAは1:40,000
の抗原希釈溶液まで読取ることができた。一方ELISA
（停止）は肉眼で1:5,000〜1:10,000希釈までしか読取
れなかった。機器を用いた読取りの結果を表15aと15bに
示す。
実施例17:ラテックスと触媒性増大検定 酵素標識検定を用いて連鎖球菌Ａから抗原を検出し、
アミド変性表面活性剤ラテックス、0.161μｍ（Rhone−
Poulenc）を使用した検定と同じ珪素オブラートに関し
て比較した。
いずれの技法も、抗原の1:80希釈を限界とする市販
（Wellcome Diagnostics）のラテックス凝集技法よりは
感受性が高い。２つの技法の直接機器読取りの比較を以
下の表16に示す。ここに示したミリボルト読取りは、修
正Sagax Comparison Ellipsometerで記録された光の強
さの変化の関数である。
実施例18:複数分析物プロトコール 試験表面と複合抗体試料を、次の微生物のそれぞれに
ついて実施例16で述べたように作製した：髄膜炎菌、イ
ンフルエンザ菌Ｂ群、肺炎連鎖球菌、連鎖球菌Ｂ群、大
腸菌K1。試験装置をこれら５つの試験表面を収容するよ
うにデザインし、試験表面を装置内の高くなった台上に
のせた（図９および11参照）。次の微生物のそれぞれに
ついて一定量の各複合体試料を調製した：髄膜炎菌、イ
ンフルエンザ菌Ｂ群、肺炎連鎖球菌、連鎖球菌Ｂ群、大
腸菌K1。
等量（75μｌ）の脳脊髄液（CSF）サンプルとこの複
合体試料を混合し、５つの抗体被覆した試験表面のそれ
ぞれにピペットで１滴（25μｌ）滴下した。CSFサンプ
ルは、実施例16で述べたように、試験微生物から誘導し
た抗原の既知レベルおよび既知の組合せに関して調製し
た。サンプルを２分間インキュベートし、その後試験オ
ブラートを脱イオン化水で洗浄して吸取り乾燥させた。
基質（TMB沈降反応試薬）を各表面に添加して、５分間
インキュベートした。オブラートを脱イオン化水で洗浄
し、吸取り乾燥して、読取りを行なった。このように、
１またはそれ以上の分析物が存在する場合でも単一サン
プルが容易に分析できた。この複数特異的試薬は単一特
異的試薬に関して認められる特異性を保持していた。偽
陽性反応は認めず、また陽性反応は単一特異的試験工程
で生じるシグナルと同等であった。
実施例19:ストレプＡ検定装置 図8A〜8Gに示した装置の作製の詳細をここで述べる。
直径100mm、一方の側を研磨した20ミル±２ミルの単結
晶性珪素オブラートを半導体供給業者から購入した。オ
ブラートを、上に述べた工程を用いて495ű15Åの窒
化珪素または二酸化チタンで被覆した。各々のオブラー
トに、0.75cm2切片のパターンを作りながら3.5ミルの深
さまで切り目を入れた。これによってオブラートはその
後のプロセシングの間も無傷のままとなる。次にオブラ
ートを実施例５で述べたようにＴポリマーシロキサンで
被覆した。最終的なポリマーの厚さ100ű５Åを使用
する。ポリマー被覆したオブラートを145℃±５℃で24
±２時間保存する。
ポリマー被覆したオブラートを、0.1M HEPES（Ｎ−
［２−ヒドロキシエチル］ピペラジン−N'−［２−エタ
ンスルホン酸］）、pH8.0中５μg/mlの親和性精製ウサ
ギ抗ストレプＡ抗体を含む溶液中に浸した。オブラート
を２℃〜８℃で16〜20時間、抗体溶液により被覆した。
オブラートを脱イオン化水で洗浄し、その後窒素流下で
乾燥させた工程上の対照を、x,y翻訳段階を用いてそれ
ぞれの0.75cm2の中心に適用した。１〜２μｌの斑点を
適用し、室温（20℃）で３分間インキュベートした。使
用した抗原の濃度は、中間的な色の変化を生じるように
経験的に決定した。抗原を脱イオン化水中に混合した。
抗原溶液を脱イオン化水で表面から洗い流し、その後窒
素流下で乾燥させた。次にオブラートを、50mM MOPS
（３−［Ｎ−モルホリノ］プロパンスルホン酸）、pH7.
0中0.5％の分解したゼラチンを含む溶液中に室温で20分
間浸した。オブラートを溶液から取り出し、窒素流下で
乾燥させた。ゼラチン層は抗体被覆を安定化させる役割
を果たし、装置の保存を助ける。オブラートは紫色であ
る。オブラートを30秒間蒸気に接触させてゼラチン層を
十分に水化させた。次にオブラートを空気乾燥させた。
オブラートはもとの金色に戻るはずである。その後該オ
ブラートを各0.75cm2の試験片に解体した。
図8A〜8Gを参照すると、成形した試験装置はあらかじ
め切断した吸収パッドが底に置かれており、その保護カ
バーがしっかりはめ込まれている。装置の蓋には吸取り
材料が上部に積層されており、保護カバーがきっちりと
はまっている。装置の中心の高くなった台座に小量のエ
ポキシを適用し、試験表面を適用する。接着剤を固まら
せ、その後装置を閉じてキット内に入れる。
表面を被覆するのに使用した抗体試料あるいは別個の
抗体試料を、ナカネが述べている標準過ヨウ素酸化学作
用を用いてHRPに結合した。質量増大試薬において使用
する結合抗体の正確な希釈は、HRPの取り込みのレベル
ならびに使用する抗体試料の親和性と抗体結合力に依存
する。複合体試料を、50mM MOPSO（３−［Ｎ−モルホリ
ノ］−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸）、pH7.0、
標準アルカリ処理カゼイン20mg/ml、0.3％（v/v）トゥ
イーン20、および0.5％（v/v）プロクリン300（Rohm an
d Haas）を含む中で希釈した。複合体溶液をWheaton Na
turalのポリエチレン点滴びんに入れた。供給される滴
の大きさは約30μｌであった。他のすべての試薬も同様
にWheaton Natural点滴びんに入れた。
2.3M NaNO2と0.01％イソプロパノールを含む溶液100
μｌをポリエチレンチューブに入れ、溶液をチューブ上
で乾燥させることにより、抽出チューブを作製した。こ
れは循環空気の下に室温で、または45℃で乾燥させるこ
とにより達成されうる。
試薬の組成は次の通りであった： 試薬No.1:0.25M酢酸と0.035mg/lのブロムクレゾールグ
リーン 試薬No.2:1.5M MOPSO,pH＝7.3と0.2％（v/v）トゥイー
ン20、0.5％（v/v）プロクリン300および20mM EDTA 試薬No.3:複合体 試薬No.4:0.1％プロクリン300を含む脱イオン化水 試薬No.5:沈降反応TMBの市販製剤 この装置の使用のための試験工程は次の通りであっ
た： 1.試薬を低温保存から取り出し、室温に暖まるまで放置
する。
2.キットから乾燥試薬を含む抽出チューブを取り出し、
それをラックまたはホールダーに垂直に立てる。
3.抽出チューブおよび試験装置に適切な患者情報のラベ
ルを貼付する。検定を実施している間は試験装置を水平
な表面上に置く。
4.試薬１を３滴抽出チューブ内に添加し、静かに振盪し
て底にある乾燥試薬を溶解させる。溶解し、適切に混合
した時には液体は淡緑色になるはずである。血液の混じ
った標本の場合には抽出チューブの色の変化が明白でな
いこともあるが、検定の成績には影響を及ぼさない。
5.1分以内に、標本または陽性対照を含む管口スワブを
チューブ内に入れる。液体がファイバーチップから中に
移動していくように、スワブを回しながらチューブの側
面にスワブを押しつける。スワブを抽出液中で２分間以
上インキュベートさせる。
6.スワブの柄を側面に保持し、試薬２を３滴直接抽出チ
ューブに加える。溶液の色が緑色から青色に変わるま
で、スワブを使って試薬と抽出物を混合する。
7.スワブを引き出す時、チューブの側面を押しながら抽
出チューブの壁にスワブを押し当てて回すことにより、
スワブから抽出液を分離する。スワブを廃棄し、チュー
ブの内容物を取っておく。スワブからできるだけ多くの
液体から取っておくようにする。
8.試薬３を１滴抽出物に加え、十分に混合する。30分間
以上放置してはならない。
9.清潔なピペットを使って該溶液１滴を対応する試験装
置の表面の中心上に直接移す。試験装置の表面全体をお
おってはならない。
10.試験表面上の滴を２〜５分間インキュベートする。
11.1〜２秒間力強く洗浄することが重要である。装置の
周囲の吸収性物質の容量を超えないように注意しなが
ら、試薬４の洗浄液を使って装置の表面を洗い流す。
12.吸取り装置がNo.1の位置にあることを確認する。少
しの間装置の蓋を閉じ、残存する湿気を表面から除去す
る。吸取りのたびに清潔な表面で吸取ることが必要であ
る。初めて吸取りを行う時には、吸取り紙はＩの位置に
あるはずである。IIの位置にあれば、２回目の吸取りの
ためにＩの位置まで動かす。同じ位置で吸取りを反復す
ることは試験結果を損なう可能性がある。
13.蓋を開き、試薬５を１滴直接試験装置の表面の中心
に適用し、４〜10分間インキュベートする。最初の滴下
が直接装置の中心上に行われなかった場合には、試薬５
の滴を最初の滴下部分に直接移動させる。
14.試薬４の洗浄液を用いて１〜２秒間装置の表面を力
強く洗い流す。
15.吸取り紙を装置の上部のNo.2の位置まで動かし、少
しの間装置の蓋を閉じて表面から残存する湿気を除去す
る。蓋を開き、試験表面を色の変化に関して検査する。
陽性結果： いかなる強さであっても一様な青色／紫色の反応円が装
置表面の中心部に現われる。
陰性結果： いかなる強さでも、青色／紫色の反応円が試験表面上に
現われない。
工程上の対照は各試験表面上に存在する。各々の陽性
または陰性試験の終了時に試験表面の中心に小さな青色
／紫色の点として現われる。陰性試験結果は工程対照の
みを示す。陽性対照結果は反応円の中に工程対照を示
す。非常に強い陽性結果の場合には、工程対照は反応円
内であまり明白でないこともある。
工程対照が現われなければ、指示に従って工程を反復
することができる。反応した試験表面および陽性反応に
結びついた色の変化は時間が経過しても劣化しない。従
って、試験装置は永続的記録とみなしうる。試験装置を
参考のために取っておく場合には、蓋の中の吸取り材料
を取り出して、生物災害容器に廃棄する。保存のため装
置は閉じておくべきである。
実施例20:OIA装置の感受性 ストレプA OIAの分析感受性を、既知の濃度の細胞懸
濁液を使用し、各々のキットの検定プロトコールに従っ
てこの懸濁液の一部を抽出することにより、市販のスト
レプＡキットと比較した。化膿連鎖球菌、ランスフィー
ルド分類Ａ群を、斜面培養管での一次培養としてAmeric
an Type Culture Collection（ATCC No.12344）から入
手した。細胞懸濁液は滅菌通常生理食塩水から作製し、
通常生理食塩水で無菌的に希釈した。試験からの結果
は、本発明のOIA装置が少なくとも６種類の市販試験キ
ットと比べて少なくとも10〜100倍感受性が高いことを
示している。
表17は、ストレプA OIAの臨床的感受性をいくつかの
市販の迅速ストレプＡ検定の製品取り扱い説明書の記載
と比較したものである。これらの迅速検定の大部分は、
ストレプＡコロニー計数が20未満のサンプルはすべて切
り捨てるが、ストレプA OIA検定で示された数字におい
ては、いかなるサンプルも差し引かれなかった。ストレ
プA OIAはこれらの迅速試験に比べて感受性の有意の改
善を示す。
スワブ１本と標準採集技法を用いて咽頭炎の症状を呈
する患者からスワブを収集した。この試験では、４つの
独立した検査施設を使用した。標本採集後直ちにスワブ
を輸送チューブに戻し、輸送媒体を含むカプセルを押し
砕いた。各施設で５％ヒツジ血液寒天（SBA）プレート
に標本を接種し、次に35℃〜37℃でインキュベートし
た。４施設の内２施設では嫌気的条件下でプレートを24
〜48時間インキュベートし、２施設では二酸化炭素強化
環境でプレートをインキュベートした。各施設は結果を
陰性または陽性として報告し、陽性に関してはセロタイ
ピング法によって確認した。
接種後、スワブを輸送チューブに戻し、ストレプＡ
OIA試験工程に従って検定した。溶液を生じる酸を３滴
抽出チューブに加え、よく混合して乾燥試薬を溶解し
た。スワブを抽出チューブに入れ、抽出試薬で十分に飽
和させ、溶液中で２分間インキュベートした。中和溶液
３滴を抽出チューブに加え、スワブを使って試薬を混合
した。抽出したスワブをチューブの側面に押しつけて絞
りだし、その後廃棄した。この抽出技法はほとんどの迅
速GAS試験に共通するもので、細菌からGAS抗原を遊離さ
せる。
触媒１滴を抽出物に加え、十分に混合した。この溶液
１滴を試験片（図8A〜8G）の中心に適用した。サンプル
を試験表面上で２分間インキュベートし、その後試験表
面を水で洗い流し、蓋を閉じて吸取り乾燥した。質量増
大剤１滴を試験表面の中心に適用し、４分間インキュベ
ートした。表面を再び水で洗い流し、先と同様に吸取っ
た。試験結果は培養結果の知識なしに判定した。
増大培養法を、細菌の存在を確認するようにデザイン
した。この方法では、すべての輸送チューブから外科用
綿撒糸（輸送媒体とスワブを分離する栓子）を取り出
し、トッド・ヒューウィット培地に入れて、35℃〜37℃
で24〜48時間インキュベートした。細菌に一致する増殖
パターンが認められれば、コロニーを選択し、必要であ
れば再分離して、市販の連鎖球菌セロタイピングキット
を用いて確認した。
臨床試験では、４施設から合計778サンプルを検査し
た。SBA培養法は70標本を陽性と判定し、これらの標本
の内４つは増大培養法によると陰性と判定された。増大
培養法は92標本を陽性と判定した。SBA培養の感受性
は、検討した頻度と個体群に関して増大培養法に比し7
1.7％であった。これらのデータは、従来のSBA培養法が
増大培養法よりも感受性が低いことを示す先の文献の結
果を裏付けている。従って、従来のSBA培養法を「ゴー
ルドスタンダード」とみなすことは再評価されるべきで
ある。
OIAの結果をSBA培養法と増大培養法の両方に関して評
価した。ストレプＡ OIAは検討した頻度と個体群につ
いて92.9％の感受性、94.8％の特異性、94.6％の正確度
を生じた。ストレプＡ OIAはSBA培養法に比べ特異性が
低いと思われる。しかしながら、ストレプＡ OIAでの2
6の見かけ上の偽陽性は実際には真性陽性であったの
で、本当の限界はSBA培養技法の方に存在する。培養に
関するストレプＡ OIAの感受性は、４つのSBA陽性結果
がストレプＡ OIAでは陰性であったために低いように
思われる。これらの結果はその後増大培養法で培養非分
離株であると判定された。ストレプＡ OIAは92の増大
培養陽性のうち91を検出し、98.9％の感受性を生じた。
能率結果はコロニー計数にかかわりなく収集したすべて
のデータを含むことに注意することが重要である。
実施例21:機器による読取りのプロトコール １）フォトダイオード修正比較偏光解析装置 上記に述べたように比較偏光解析装置を修正した。接
眼鏡をCCDカメラに接続し、サンプルを楕円十字線内の
中心に置いた。サンプルの斑点が楕円内に完全に納まる
ようにズームを調節した。
検定に使用した試験細片は幅1cm、長さ４〜5cmであっ
た。これらの寸法は手で取り扱いやすい。適切なデザイ
ンのサンプル位置定め装置があればどのような寸法の試
験片も使用できる。サンプルを、スライドの長さに沿っ
て均一な間隔で20μｌの滴として適用した。試験表面の
背景測定のために１切片を残した。サンプルをこれまで
の実施例の中でで述べたように検定した。
試験細片を機器のサンプル台の上に乗せ、表面の背景
切片を楕円の中心に置いた。サンプル台はx,y位置受け
能力を持つ。試験表面が位置付けられれば、フォトダイ
オードで背景の読取りを行った。LEDは背景切片の背景
強度をボルトで表示する。コンピュータのソフトウェア
も背景強度を記録するようにデザインされていることも
ある。この測定が終了した後、台を進めて陰性サンプル
からの読取りを記録した。電圧量を直接記録したが、サ
ンプルから背景を差し引いたものを記録してもよい。す
べてのサンプルが測定されるまで台を前進させた。
機器による読取りは、あらかじめセットされたシグナ
ルに関してイエスまたはノーの定性的回答を与えること
ができる。検定は陰性対照と低陽性、あるいは遮断濃度
を含み、この閾値に関してサンプルを客観的に評価す
る。
検定が定量的であれば、試験表面あるいは試験装置は
陰性対照と１またはそれ以上の既知の陽性対照を測定す
ることができる。定量のためにサンプルの数値をこの曲
線と比較する。考慮している適用に半定量的回答が適し
ていれば、陽性対照はいくつかの広範囲をカバーしう
る。
単色光源比較偏光解析装置 この機器は、照準を合わせた光源の使用によるより小
さな光路、より小さな参考表面、より小さなサンプル
台、光源のすぐ隣に位置する偏光子、および検出器を有
しており、表面の視覚検査に必要なレンズ系が排除され
ている。
この特殊機器の読取りのプロトコールは、５つの別個
のサンプル、あるいは４つの対照と１サンプル、２対照
と３サンプル、等々に適応する。サンプルスライドを、
スライドの位置を制御する回転柱に接続する。整列は視
覚による位置付けではなく、試験表面上へのサンプルの
配置と台の前進によって達成される。x,y位置付け台を
修正することにより、試験表面のどのような配列も使用
できる。このことは、多数のサンプルを検査することの
できる試験表面の使用を可能にする。
この機器は、一定のサンプルサイズに適合するように
遮蔽されたフォトダイオード検出器を使用しており、ス
ライドの位置付けとサンプル適用によってサンプルの斑
点が遮蔽を満たす。読取りは機器のカバーのLED表示か
ら行う。読取りはミリボルトである。
実施例22:B群連鎖球菌 多クローン性または単クローン性のいずれかの抗GBS
抗体を前に述べたシロキサン被覆表面に固定化すること
により、光学的に活性な試験表面を作製した。抗体は群
特異的であったが、GBS多糖類に関して認められる群特
異的エピトープのいずれに対しても特異的であると考え
られる。使用した多クローン性試料は、全細胞に吸着さ
せたＧたんぱく精製IgG分画であった。被覆抗体濃度は1
00mmオブラートにつき抗体150〜500μｇの範囲であり、
２〜８℃で12〜16時間被覆した。100mmオブラートは495
Å窒化珪素被覆があってもなくてもよい。特に、単クロ
ーン性抗体は50mM酢酸ナトリウム、pH5.0を含む緩衝液
中200〜300μg/オブラートで最も良好に被覆することを
認めた。多クローン性抗体は、同様であるが0.1M HEPE
S、pH8.0を含む緩衝液中で良好に表面被覆することを認
めた。5.0〜9.0のpH範囲をカバーする緩衝液は有効な抗
体被覆を与えることが示されている。ひとたび抗体が試
験表面上に固定化されれば、50mM MOPS、pH7.0中0.5％
分解ゼラチンのオーバーコートを前に述べたように適用
する。抗体被覆した試験表面を使用前に試験装置のひと
つに置いた。
GBS検定の質量増大のため、ナカネの過ヨウ素酸塩法
を用いて群特異的多クローン性抗体試料をHRPに結合し
た。9.75以上の高いpHでのHRPへの抗体の結合は、非特
異的結合の上昇を生じた。最適の結合pHは9.0〜9.75と
確認された。
GPS群特異的抗原を、酸抽出プロトコールを用いて微
生物から抽出した。0.25M酢酸と2.3M亜硝酸ナトリウム
の混合物を使用して次亜硝酸を生成した。酢酸は0.1M〜
1.0Mの範囲でGBS抗原を有効に抽出することを認めた。
２分間抗原を微生物から抽出した。ここで述べるすべて
の結果はATCC菌株No.12386を使用した。1.5M MOPSO、p
H7.3、0.2％トゥイーン20、0.5％プロクリン300および2
0mM EGTAを含む緩衝液を使用し、等量の中和緩衝液を加
えることのよって溶液を中和した。最終的なpHの範囲は
6.0〜7.5が望ましい。
抽出した抗原を、50mM MOPSO、pH7.0、アルカリ処理
カゼイン20mg/ml、0.3％トゥイーン20および0.5％プロ
クリン300を含む複合体試料の1:150希釈溶液と5:1の割
合（サンプル：複合体）で混合した。3:1から10:1の間
のサンプル：複合体比率が受け入れ可能であった。サン
プル／複合体混合物を室温で５分間インキュベートし、
その後混合物20μｌを試験装置に適用して、室温で５分
間インキュベートした。装置を前に述べたように使用し
て試験表面を洗浄し、乾燥させた。試験表面が乾いた
後、TMB沈降反応基質１滴を装置に適用し、室温で５分
間インキュベートした。洗浄／乾燥プロトコールが完了
した後、試験結果を解釈した。機器による結果が望まし
い時には、試験表面を脱イオン化水流の下で洗浄し、窒
素流下で乾燥することにより洗浄／乾燥プロトコールを
実施する。サンプル／複合体の最初のインキュベーショ
ンは必要ではなかったが、検定の感受性を上昇させるこ
とが認められた。インキュベーションの時間を追加すれ
ば検定の感受性はさらに上昇すると考えられた。
現行のGBS検定は最終抽出pHの変化に対してすぐれた
耐性を示した。低陽性の視覚化は6.75から8.0の範囲に
わたるpHの変化によって影響されなかった。表19参照。
評点結果のために視覚尺度を確立した。１＋または２＋
は金色の背景に非常に弱い紫色の斑点であった。10＋の
数値は非常に強い青色の結果である。
実施例23:クラミジアの検出 495Å窒化珪素被覆を施した、または施さない光学的
に活性な試験表面を、前に述べたように重合体シロキサ
ン、Ｔポリマーで被覆した。これらの重合体被覆した支
持体を、100mM炭酸ナトリウム、pH9.6中１〜10μg/mlの
ウシ血清アルブミン（BSA）溶液により、２〜８℃で12
〜16時間さらに被覆した。次に試験表面を50mM MOPS、
pH7.0中0.5％分解ゼラチンにより室温で20分間被覆し、
その後窒素流下で乾燥させた。被覆した試験表面を前に
述べた単回使用試験装置に乗せた。
サンプルの採集に使用した合成ファイバースワブを0.
1％（w/v）ケノデオキシコール酸（CDOC）とナトリウム
塩を含む0.01M PBS溶液（約120μｌ）中に液浸するこ
とにより、スワブからクラミジア特異的LPS抗原を抽出
した。前記の溶液は、あらかじめ1.0N NaOHの緩衝液10
μl/mlで最終pH11.5にアルカリ化しておいた。最初に、
CDOCを無水メタノール中0.2g/mlで可溶化した。スワブ
を、理想的にはこの溶液中で約10秒間渦状攪拌し、その
後室温で５分間インキュベートした。次に弾性抽出チュ
ーブ（ポリプロピレン）に圧迫を加えてスワブから残留
溶液を絞り出した。0.1％CDOCを含む等量の100mM Na2H
PO2、pH7.0を加えて最終pHを7.0〜7.5に調整した。
ナカネの方法を用いて抗クラミジアLPS抗体をHRPに結
合することにより、質量増大試薬を調製した。複合体原
液を、50mM MOPSO、pH7.0、アルカリ処理カゼイン20mg
/ml、0.3％トゥイーン20および0.5％プロクリン500を含
む希釈剤中で1:75〜1:200に希釈した。
抽出したサンプル約30μｌをBSA/重合体シロキサンの
試験表面上に乗せ、室温で５〜10分間インキュベートし
た。次に、HRPに結合した抗クラミジアLPS抗体約30μｌ
を試験表面上のサンプル斑点に添加し、室温で１〜５分
間インキュベートした。試験表面を水１〜2mlで洗浄
し、前に述べたように装置内で乾燥させた。TMB沈降反
応基質約30μｌを表面に適用し、室温で10〜15分間イン
キュベートした。試験装置を前に述べたように洗浄し、
乾燥させた。
上記の代わりに、抗原試料を0.01M PBS、pH7.4中で
1:100〜1:320に連続的に希釈した。これらの希釈溶液５
μｌを、10mM NaOHを含む0.01MPBS中0.1％ケノデオキ
シコール酸500μｌに加えた（最終pHは11.5であっ
た）。これらを渦状攪拌し、室温で５分間放置した。10
0mMリン酸緩衝液（一塩基と二塩基混合）500μｌを加え
て抽出緩衝液を中和し、この溶液15μｌをオブラート表
面に添加した。これを室温で10分間、表面上でインキュ
ベートした。抗LPS抗体−HRP複合体の1:75希釈溶液の部
分標本15μｌを表面上の抗原斑点に直接加え、指定され
た時間室温でインキュベートした。オブラートを脱イオ
ン化水で洗浄し、窒素流下で吹付乾燥した。基質（30μ
ｌ）を抗原／複合体斑点に適用し、指定された時間イン
キュベートした。オブラートを前記のように洗浄して乾
燥させ、捕獲した抗原の強度をフォトダイオード修正比
較偏光解析装置で記録した。データを背景に関して矯正
した。読取りはミリボルトで、２回の読取りの平均値で
ある。表20参照。表20は検定の感受性への培養時間上昇
の影響を示したものである。
実施例24:ヒト抗HIV検出 直径100mmの珪素オブラートを前に述べたようにして
ポリブタジエン（PBD）で被覆した。PBD被覆した光学的
試験表面を、ウシ血清アルブミン（BSA）に結合したHIV
ウイルスのGP41に相当する合成ペプチド20μg/mlで被覆
した。この抗原試料を10mMリン酸カリウム、0.85％NaC
l、pH7.0中で希釈し、試験表面を室温で２〜３時間、攪
拌しながら抗原で被覆した。試験表面を被覆溶液から取
り出し、脱イオン化水で洗浄して、窒素流下で乾燥させ
た。GP41たんぱくは非常に疎水性が高く、疎水性PBD表
面によく結合する。
一連の漿液陰性および漿液陽性のヒト血清サンプルを
使用してGP41/BSA被覆表面を試験した。血清の５μｌサ
ンプルを試験表面に適用し、室温で15分間インキュベー
トした。CCDカメラの付いた修正比較偏光解析装置を用
いて抗原表面上の抗体捕獲を測定した。結果はグレース
ケール単位で報告した。
12.15グレースケール単位（陰性＋３標準偏差）の数
値を陽性反応とし、漿液陰性血清について報告された平
均値は5.85±2.1グレースケール単位であった。漿液陽
性サンプルについて報告された様々なレベルのグレース
ケールは様々な抗体力価を反映している。
HIVウイルスのGP41とP24の融合である組換え抗原試料
も同様に、本発明の光学的試験表面のための被覆材料と
して評価した。直径100mmの珪素オブラートを前に述べ
たようにしてPEIで被覆した。50mM炭酸ナトリウム、pH
8.0中2.5μg/mlの融合たんぱくを含む被覆溶液中にこの
光学的試験表面を浸し、室温で３時間インキュベートし
た。その後光学的試験表面を脱イオン化水で洗浄し、窒
素流下で乾燥させた。光学的試験表面を血清対照に対す
る反応に関して試験した：陰性、低度、中等度、および
高度陽性抗HIV。各血清サンプル５μｌを表面に適用
し、室温で15分間インキュベートした。表面を脱イオン
化水で洗い流し、窒素流下で乾燥させた。上記に述べた
ようにして修正比較偏光解析装置で結果を得た。
実施例25:RSV検出 光学的に活性な試験表面を前に述べたようにして重合
体シロキサンで被覆した。これらの表面を多クローン性
抗RSV抗体溶液10μg/ml中に入れた。次のものを含めた
多数の緩衝液を抗体被覆ステップにおいて検討した:HEP
ES,pH8.0;アセテート、pH5.0;炭酸塩、pH9.5;ホウ酸
塩、pH8.0;およびリン酸塩、pH7.4。緩衝液はすべて0.1
Mの濃度であった。0.1M炭酸ナトリウム、pH9.5が最適で
あることを認めた。系列検定を用いて表面試料を分析し
た。陽性対照の部分標本20μｌを表面に適用し、室温で
10分間インキュベートした。表面を脱イオン化水で洗い
流し、窒素流下で乾燥させた。抗体−HRP複合体（20μ
ｌ）を試験表面に適用し、10分間インキュベートして洗
浄・乾燥し、次に沈降反応基質20μｌを10分間適用して
洗浄／乾燥ステップを行った。２〜８℃で12〜16時間抗
体を被覆した。表面を洗い流し、0.5％分解ゼラチン、5
0mM MOPS、pH7.0を含む溶液中室温で20分間インキュベ
ートして、その後窒素流下で乾燥させた。
質量増大試薬をナカネの方法によって調製した。RSV
の核ペプチドに対する単クローン性抗体をHRPに結合し
た。複合体原液を、50mM MOPSO、pH7.0、アルカリ処理
カゼイン20mg/ml、0.3％トゥイーン20および0.5％プロ
クリン300を含む溶液中で1:30〜1:250に希釈した。
もうひとつの検定プロトコールは、鼻腔洗浄液30μｌ
とPBS中10％トゥイーン20を30μｌ、複合体の1:40希釈
溶液30μｌを十分に混合することを含んだ。このサンプ
ルの部分標本30μｌを試験表面に適用し、室温で12分間
インキュベートした。単回使用試験装置について述べた
洗浄と乾燥のプロトコールを使用した。TMB沈降反応基
質を表面に適用し、室温で８分間インキュベートして、
洗浄し、乾燥させて解釈した。
RSVの長菌株からのUV不活性化抗原試料を購入した。
これは合計２×105PFUを含んだ。この抗原試料を緩衝液
中1:1に希釈し、上記に述べたように検定した。それぞ
れのサンプル15μｌを表面に適用し、これは使用しうる
総抗原の7.5％に相当した。
実施例26:薄膜アナライザー（Thin Film Analyzer）の
波長依存性 Lundstromらの米国特許第4,521,522号には、入射光が
偏光子を通過し、測定される物質に対してブルースター
角で膜から反射される装置が記載されている。その入射
光は入射面と入射角に対し平行に偏光される。この装置
は一つの偏光子しか使用する必要がないが、第二の偏光
子を用いる場合は、第二偏光子は第一偏光子に対して正
確に90゜に設置しなければならない。入射光が反射され
るとき偏り（polarization）に変化が全くないので、単
一の偏光子が必要なもののすべてである。この偏りにつ
いて、入射角に対する偏りに変化がないということは、
偏光子が入射光または反射光のいづれかに設ければよい
ということによって実証される。試料に対する入射光お
よび入射面に対して平行に偏光された反射光の両者のご
く一部だけが測定される。
この方法は、入射面に平行に偏光された光が、誘電媒
体間の界面に入射するとき、この角度で観察される反射
率が最小であることに基づいている。この現象はブルー
スター角においてのみ観察される。屈折率が高い基板が
必要である。反射性は高いが屈折率が低い金属は、この
方法に対してレフレクションミニマム（reflection min
imum）が浅すぎる。
小さい厚みの変化によりすぐれたシグナルレゾリュー
ション（Signao resolution）を得るには、上記の方法
には、最小の読取り値を偏光について観察される反射曲
線に容認できる状態にシフトして、小さな厚みの変化で
反射光強度の大きな変化を起こさせるため、基板を酸化
物の層で覆う必要がある。接着層がある場合は、この層
はレフレクタンスミニマム（reflectance minimum）に
対して基板を最適化するために設けられているもので受
容材料（receptive material）の性能を増大するための
ものではない。
Lundstromが報告している純粋な平行偏光（ｐ−偏
光）を用いると、被検体（analyte）を取付けた場合の
反射率（％）の変化が非常に小さいことが観察され、光
偏りに変化が全くない。本発明では、入射光には、ｐ−
偏光に加えて直角偏光（ｓ−偏光）の成分がある。薄膜
との相互作用によって偏光の回転に非常に大きな変化が
みとめられ、そして偏光の回転のこれらの変化は強度の
変化とともに測定される。
入射光の角度が非常に大きい場合、本発明を使用する
と、試験面から反射される光にある程度の楕円偏光性
（ellipticity）が生じる場合がある。本発明によれ
ば、付加された集合体（mass）によって反射される場合
の偏りの回転の変化が最大になり、これに伴い、反射率
が最小になることはない。本発明によって観察される反
射時の偏りの回転は、純粋平行偏光の場合全くない。本
発明の別の利点は、本発明はブルースター角には依存し
ていないので、ほとんどすべての基板と誘電薄膜を用い
ることができるということである。また入射光の角度は
重要ではなく、かつ基板の材料の種類によって変える必
要がない。
本発明は、レーザーのような単色平行光源を用いる。
また本発明には、光源と試験面との間に、ｐ−偏光成分
とｓ−偏光成分の両者が試験面上に入射するように配置
された偏光子が含まれている。その光源が充分に偏光さ
れている場合はこの偏光子は不要である。試験面から反
射された光は第二の偏光子（アナライザー）を通過して
ホトダイオードに入る。ｓ−偏光の一部分が選択され
て、そのシグナル変化を厚みの関数として最大にい、一
方低いバックグランド光の強度を維持する。その光は反
射時に楕円偏光され、偏りの楕円偏光性と回転角はその
面の光学的特性に非常に鋭敏に依存している。次にその
光は、米国特許第4,332,476号、同第4,665,595号および
同第4,647,207号に記載されているような比較エリプソ
メーター（comparison ellipsometer）内で参照面で反
射され、その参照面は、試料の面と光学的に同一である
領域で楕円偏光性を消去する。本発明は、与えられた材
料の正確な物理的な厚みまたは屈折率を確かめるよう設
計されていないので参照面を必要としない。かわりに、
アナライザーを通過した光の強度が、楕円偏光性には付
随する偏りの回転の尺度になり、その結果、その面の光
学的特性の相対的尺度になる。したがって上記光の強度
は、表面材料の厚みと屈折率の変化を測定するための簡
単な手段になる。
測定のプロトコルは、読取りを行う場所を決定する
ｘ、ｙ位置決めプラットホームを用いる上記装置の場
合、ほとんど変えなくてもよい。しかし分析を行う偏光
子（analyzing polarizer）は、初期読取りを行う前に
バックグランドに対して予め選択された値まで回転させ
ねばならない。好ましい実施態様ではアナライザーの近
くに偏光子を備えている。光はアナライザーを通過して
検出器に入る。読取り値は、ボルトもしくはミリボルト
の単位で記録される。読取り値は、LEDもしくは他の表
示装置に表示してもよく、またはデータ処理パッケージ
で捕獲してもよい。
薄膜の明度に対する衝撃および、シリコンから反射さ
れる光の波長依存性を、コンピュータシミュレーション
でモデル化した。屈折率が1.459の薄膜の応答を、シリ
コンの表面を用い、かつ厚みを０から12nmまで変えてモ
デル化した。試験した波長の範囲は、400〜420nm、540
〜560nmおよび680〜700nmであった。最小明度から最大
明度まで明度が増大することは、厚みの増大の関数とし
て光の強度が増大することを示す。明度は光の強度の対
数関数である。このデータから、厚みの関数として最大
の感度の変化は540〜560nmの光源で得られた。これらの
データは70゜の入射角を用いて得たが、その値は入射角
によってわずかに変化する。
これらの観察結果を確認するため、実施例28に記載さ
れている９分間抗原検定法（9 minute assay）を用い
て、標準抗原希釈曲線を作成した。その抗原希釈曲線か
らの強度を、ホトダイオードを改変した比較エリプソメ
ーター（comparison Ellipsometer）を用いて、入射光
の波長の関数として測定した。薄膜アナライザーは比較
エリプソメーターを簡略化したものであるから、類似の
試験結果が得られるであろう。各種の波長の入射光は、
白色光を狭い帯域フィルターでフィルターし、特定の波
長光を選択することによって得た。フィルターはすべて
Corin P70シリーズのフィルターであった。
実施例27:薄膜アナライザーの角度依存性 図14aに示す薄膜アナライザーは、672nmのダイオード
光源およびセットアップダイアグラム化された二元偏光
子（dual polarizer set−up diagrammed）を使用し
た。レーザーダイオードとホトダイオードはともに、入
射光の法線角（normal angle of incidence）に対して
入射と検出の角度を正確に測定するよう設置した。スト
レップＡ（sorep A:（連鎖状球菌Ａ）抗原の希釈曲線を
使用してアナライザーの角度依存性について試験した。
薄膜アナライザーとともに使用した検出器は予め飽和
し、実際のダイナミックレンジは3500＋mVである。参考
のため上記抗原曲線も、672nmのレーザーダイオード源
を備えた小型の比較エリプソメーターで試験した。
30゜〜40゜の範囲の入射角で薄膜アナライザーは優れ
た感度を示し、そして観察されたダイナミックレンジ
は、限定された範囲の必要条件での検定に適している。
50゜〜60゜の角度が感度とダイナミックレンジの両者の
必要条件に適合している。バックグランドは、65゜を超
える角度の場合、単一の偏光子では充分最小にすること
はできない。このバックグランドは電子的手段によって
減らすことができる。これらの角度のダイナミックレン
ジはかような修正機構を作動させるのに充分なものであ
る。
実施例28:ストレップＡ検定に対する比較エリプソメー
ターの感度 低陽性の試料の読取り易さをさらに高めるストレップ
Ａ検定法のプロトコルが開発された。試料（ストレップ
Ａ抗原）を接合体（conjugate）と混合し、次に室温で
３分間インキュベートした。この混合物の20μｌを試験
面に塗布し、３分間インキュベートした。すすぎ／乾燥
のプロトコルを先の述べたようにして、一回使用の器具
もしくは窒素気流下で行った。基質を塗布し、３分間イ
ンキュベートし、続いてすすぎ／乾燥のプロトコルを実
施した。抗原希釈曲線についての試験結果を、窒素ケイ
素がある場合とない場合（可視：非可視）について試験
面で得た。可視の試験結果は、パープルが薄いパープル
から暗青色に色相が濃くなるのを採点した。窒素ケイ素
なしの面は反応させ、すすぎ、次いで一回使用の器具内
に入れることなく乾燥した。これらの面を、ホトダイオ
ードを改変した比較エリプソメーターで試験した。読取
り値はmVの単位で報告し、かつバックグランド測定値に
ついて修正した。抗原希釈試験に基づいた装置による検
出によって、ストレップＡ OIA検定法の性能が８倍に
増大することが観察された。合計５個の曲線を試験し
た。
本願に記載された試験キット、免疫検定装置、下塗り
コーティングおよび検出法は、記載された検定方式、ま
たは各種の試薬に対照物、キャリブレータ（calibrato
r）について示した容積、濃度もしくは特定の成分によ
って限定されない。また層、層コーティングまたは各種
の試薬、添加物、対照物およびキャリブレータのいずれ
かに使用した成分の類似の化学的機能もしくは他の機能
を有する均等物は、本発明の範囲内で利用できると解す
べきである。
上記の実施例は、基板、AR材料、活性化剤および受容
材料からなる予め作製したスライドを使用して各種の被
検体を検出し、被検体結合のシグナルとして干渉色を変
化させる上記の方法の効率を有用性を示すのに役立って
いる。
先行実施例で利用した基板の形態もしくは材料に束縛
されることなく、その表面にAR材料を結合させることが
できるかまたは、活性化されて受容材料を結合すること
ができる機能的に均等な代替品である基板形態および基
板材料の多様な組合せを利用することができる。
本願に記載の発明の懸念は異なる実施態様をもってお
り、後記の特許請求の範囲は、本発明のこのような別の
実施態様のすべてを、従来技術によって限定されている
ものを除いて含んでいると解すべきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モウル、ダイアナ・エム アメリカ合衆国80221コロラド、トーン トン、ウエスト・ワンハンドレッドファ ースト・コート、1971番 (72)発明者 イッター、ジェフリー・ビー アメリカ合衆国80302コロラド、ボウル ダー、ディアー・トライル・ロード1318 番 (72)発明者 クロスビー、マーク アメリカ合衆国80301コロラド、ボウル ダー、ルックアウト・ロード6655番 (72)発明者 ミラー、ジョン・ビー アメリカ合衆国80301コロラド、ボウル ダー、フォー・リバース・ロード7223番 (72)発明者 ブレッシング、ジェームズ アメリカ合衆国80301コロラド、ボウル ダー、ケイ101、シンギング・ヒル・ド ライブ7412番 (72)発明者 ケリー、ハワード アメリカ合衆国80301コロラド、ボウル ダー、フォー・リバース・ロード7181番 (72)発明者 サンドストレム、トールビヨルン スウェーデン国エス―435 43モールニ ュルケ、バーンヴェーゲン56番 (72)発明者 スティブレルト、ラーシュ スウェーデン国エス―412 70イェーテ ボリ、デルショーベーゲン51番 (56)参考文献 特開 昭64−43758（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−39555（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−32150（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−23126（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−6864（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−262566（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−58141（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−258104（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−196651（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−120928（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−129503（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−126106（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−1557（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−308946（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−138443（ＪＰ，Ａ) 米国特許4521522（ＵＳ，Ａ) 国際公開92／004617（ＷＯ，Ａ１) 国際公開91／006862（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/74 ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ) 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) ＥＵＲＯＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ)

Claims (28)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光学デバイスの表面上の光学厚さの変化を
    測定する偏光解析型測定装置であって、 前記表面の法線に対してブルースター角以外の固定角度
    の入射角で前記表面に単色直線偏光を入射させる単色直
    線偏光放射源と、 前記固定角度と実質的に等しい角度で配置され、前記表
    面からの反射光を受ける検出器と、 前記表面と検出器との間に配置された光軸を有する分析
    用偏光子とからなり、 前記分析用偏光子が、光学厚さの変化の測定中、前記分
    析用偏光子が前記光軸に対して、前記検出器へ到達する
    反射光の強度変化が光学厚さの変化の関数となる角度に
    固定されていることを特徴とする、装置。
  2. 【請求項２】前記分析用偏光子が、前記検出器へ到達す
    る反射光の強度が光学厚さの増加に伴って単調増加する
    角度に固定されている、請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】前記分析用偏光子が、前記表面に光学厚さ
    の変化のないとき前記検出器が受ける前記表面で反射さ
    れた光を全て消光させる角度から２〜15度の角度だけそ
    の光軸回りに回転させて固定されている、請求項１に記
    載の装置。
  4. 【請求項４】前記単色直線偏光放射源が、単色光源から
    なる、請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】前記単色直線偏光放射源が、直線偏光単色
    光源からなる、請求項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】前記単色直線偏光放射源が、非偏光単色光
    源と第一偏光子とからなる、請求項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】前記単色直線偏光放射源が、多色光源と、
    単色光を生じさせるフィルターと、第一偏光子とからな
    る、請求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】前記単色直線偏光が、入射面に対して垂直
    な第一偏光成分を含む、請求項１〜７のいずれか一に記
    載の装置。
  9. 【請求項９】前記単色直線偏光が、入射面に対して垂直
    な第一偏光成分と入射面に対して水平な第二偏光成分と
    を含む、請求項１〜７のいずれか一に記載の装置。
  10. 【請求項１０】前記検出器が、単一のフォトダイオード
    である、請求項１〜９のいずれか一に記載の装置。
  11. 【請求項１１】前記検出器が、フォトダイオードアレイ
    である、請求項１〜９のいずれか一に記載の装置。
  12. 【請求項１２】光学厚さの変化が、前記光学装置の表面
    上の被検体の存在又は量の尺度である、請求項１〜11の
    いずれか一に記載の装置。
  13. 【請求項１３】光学デバイスの表面で、前記表面の法線
    に対してブルースター角以外の固定角度の入射角で前記
    表面に単色直線偏光を入射させる単色直線偏光放射源
    と、前記固定角度と実質的に等しい角度で配置され、前
    記表面からの反射光を受ける検出器と、前記表面と検出
    器との間に配置された光軸を有する分析用偏光子とから
    なる、光学厚さの変化を測定する偏光解析型測定装置を
    用意し、 前記分析用偏光子を、前記検出器へ到達する反射光の強
    度の変化が前記光学厚さの変化の関数となる角度に調整
    し、該分析用偏光子を前記光軸回りの前記角度に固定す
    ることを特徴とする、 光学デバイスの表面上の光学厚さの変化の測定方法。
  14. 【請求項１４】前記分析用偏光子が、前記検出器へ到達
    する反射光の強度が光学厚さの増加に伴って単調増加す
    る角度に固定されている、請求項13に記載の方法。
  15. 【請求項１５】前記分析用偏光子が、前記表面に光学厚
    さの変化のないとき前記検出器が受ける前記表面で反射
    された光を全て消光させる角度から２〜15度の角度だけ
    その光軸回りに回転させて固定されている、請求項13に
    記載の方法。
  16. 【請求項１６】前記単色直線偏光放射源が、単色光源か
    らなる、請求項13に記載の方法。
  17. 【請求項１７】前記単色光源が、直線偏光単色光源から
    なる、請求項14に記載の方法。
  18. 【請求項１８】前記単色直線偏光放射源が、非偏光単色
    光源と第一偏光子とからなる、請求項13に記載の方法。
  19. 【請求項１９】前記単色直線偏光放射源が、多色光源
    と、単色光を生じさせるフィルターと、第一偏光子とか
    らなる、請求項13に記載の方法。
  20. 【請求項２０】前記単色直線偏光が、入射面に対して垂
    直な第一偏光成分を含む、請求項13〜19のいずれか一に
    記載の方法。
  21. 【請求項２１】前記単色直線偏光が、入射面に対して垂
    直な第一偏光成分と入射面に対して水平な第二偏光成分
    とを含む、請求項13〜19のいずれか一に記載の方法。
  22. 【請求項２２】前記検出器が、単一のフォトダイオード
    である、請求項13〜21のいずれか一に記載の方法。
  23. 【請求項２３】前記検出器が、フォトダイオードアレイ
    である、請求項13〜21のいずれか一に記載の方法。
  24. 【請求項２４】光学厚さの変化が、前記光学装置の表面
    上の被検体の存在又は量の尺度である、請求項13〜23の
    いずれか一に記載の方法。
  25. 【請求項２５】光学活性面を含む基板を備えた光学デバ
    イスを、被検体を含む可能性のある試料と接触させて試
    料中の被検体の前記光学活性面への結合により前記光学
    活性面の光学厚さを変化させ、 前記光学活性面の法線に対してブルースター角以外の固
    定角度の入射角で前記光学活性面に単色直線偏光を入射
    させ、 前記固定角度と実質的に等しい角度で配置された検出器
    で前記光学活性面からの反射光を検出し、 前記光学活性面と検出器との間に配置された光軸を有す
    る分析用偏光子を、前記検出工程中、前記分析用偏光子
    が前記光軸に対して、前記検出器へ到達する反射光の強
    度変化が被検体の結合による光学厚さの変化の関数とな
    る角度に固定し、前記検出器からの信号により前記対象
    被検体の存在又は量を検出することを特徴とする、 対象被検体の存在又は量の検出方法。
  26. 【請求項２６】前記被検体が、リューマチ因子、カバノ
    キの花粉に特異的なIgE抗体、癌胎児性抗原、Ａ群連鎖
    球菌抗原、ウイルス抗原、自己免疫疾患に関係する抗
    原、アレルゲン、腫瘍もしくは伝染病微生物、Ｂ群連鎖
    球菌抗原、HIV IもしくはHIV II抗原または該ウイルス
    に対する宿主応答、RSVに特異的な抗原または該ウイル
    スに対する宿主応答及び肝炎ウイルスに特異的な抗原ま
    たは該ウイルスに対する宿主対応からなる群から選択さ
    れる、請求項25記載の方法。
  27. 【請求項２７】前記被検体が、尿、血清、血漿、脊髄
    液、たん、全血、唾液、泌尿生殖器系分泌液、糞便抽出
    液、心膜洗浄物、胃洗浄物、腹膜洗浄物、肋膜洗浄物、
    結腸洗浄物、鼻腔／咽喉洗浄物、呼吸器官排出物及び膣
    分泌物からなる群から選択される、請求項25記載の方
    法。
  28. 【請求項２８】光学デバイスの表面上の光学厚さの変化
    による被検体の存在又は量を測定する偏光解析型測定装
    置であって、 前記光学デバイスが、反射面を有する基板と、該基板上
    に形成された結合層と、該結合層上に形成され被検体の
    結合による前記光学厚さの変化を生じさせる受容層を含
    み、 前記装置が、前記表面の法線に対してブルースター角以
    外の固定角度の入射角で前記表面に単色直線偏光を入射
    させる単色直線偏光放射源と、前記固定角度と実質的に
    等しい角度で配置され前記表面からの反射光を受ける検
    出器と、前記表面と検出器との間に配置された光軸を有
    する分析用偏光子とからなり、 前記分析用偏光子が、光学厚さの変化の測定中、前記分
    析用偏光子が前記光軸に対して、前記検出器へ到達する
    反射光の強度変化が被検体の結合による光学厚さの変化
    の関数となる角度に固定されていることを特徴とする、 装置。
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