(57)【要約】【課題】他の化合物が存在していたとしてもチオールを検出することが可能なチオール分析物を検出するためのセンサ、センサアレイおよびチオール分析物の検出方法を提供すること。【解決手段】本発明に係るチオール分析物用センサは、チオール分析物との相互作用により物理的な性質が変化を受けるレドックス活性タンパク質と、レドックス活性タンパク質に物理的な性質の変化が生じると当該物理的な性質の変化を電気的な信号に変換するトランスデューサと、を備える。【選択図】図１
2010088429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チオール分析物との相互作用により物理的な性質が変化を受けるレドックス活性タンパク質と、
前記レドックス活性タンパク質に物理的な性質の変化が生じると当該物理的な性質の変化を電気的な信号に変換するトランスデューサと、
を備えることを特徴とする、チオール分析物用センサ。
【請求項２】
前記物理的な性質は、前記レドックス活性タンパク質の酸化還元状態、電気的な伝導性または抵抗性、電流、電位、静電容量、吸光度、光透過度、反射力、屈折率、蛍光、リン光、発光、質量測定または質量感応の共鳴法により測定された質量、熱量測定により測定された熱量、立体配座、および、生理学的活性からなる群から選択される性質であることを特徴とする、請求項１に記載のチオール分析物用センサ。
【請求項３】
前記レドックス活性タンパク質は、電子を可逆に伝達するタンパク質であることを特徴とする、請求項１または２に記載のチオール分析物用センサ。
【請求項４】
前記レドックス活性タンパク質は、
２つのシステイン残基間に位置するジスルフィド結合が可逆に形成されたチオレドキシンのようなタンパク質、
モノアミンオキシダーゼと同様なフラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤ）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドフォスフェート（ＮＡＤＰ）およびフラビンヌクレオチド（ＦＭＮ）のような配合団を有するタンパク質、
スーパーオキシドジスムターゼのような銅を含む金属タンパク質、
フェレドキシンのような非ヘム鉄を含む金属タンパク質、
シトクロームｃ、ワサビペルオキシダーゼ、ミオグロビン、ヘモグロビン、カタラーゼのようなヘム結合鉄を含む金属タンパク質、および、
シトクロームｃオキシダーゼのようなレドックス活性基を含む膜タンパク質
からなる群から選択されるタンパク質であることを特徴とする、請求項３に記載のチオール分析物用センサ。
【請求項５】
前記物理的な性質は、吸光度、光透過度、反射力、屈折率、蛍光、リン光、または発光であり、
前記トランスデューサは、前記吸光度、光透過度、反射力、屈折率、蛍光、リン光、または発光の変化を電気的な信号に変換し、
前記トランスデューサは、光度計、分光光度計、または、光の強度を測定可能な他の装置である
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のチオール分析物用センサ。
【請求項６】
前記物理的な性質は、前記レドックス活性タンパク質の酸化還元状態であり、
前記トランスデューサは、前記酸化還元状態の変化を電気的な信号に変換し、
前記トランスデューサは、電極であり、
前記電極上には、前記レドックス活性タンパク質が固定されており、
前記レドックス活性タンパク質は、化学吸着または物理吸着により固定されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のチオール分析物用センサ。
【請求項７】
前記電極は、金、合金、スズ酸化物のような金属酸化物、グラファイトまたはカーボンナノチューブのような炭素材料、ポリアニリンのような導電性高分子、または、有機的に連結された金属ナノ粒子フィルムのような複合材料であることを特徴とする、請求項６に記載のチオール分析物用センサ。
【請求項８】
前記レドックス活性タンパク質は、前記チオール分析物用センサ中に、当該チオール分析物用センサの第１層として、または、１もしくは複数のスポットとして存在しており、
前記レドックス活性タンパク質は、好ましくは、前記電極または電気的に不導体である基板上の第１層として固定されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のチオール分析物用センサ。
【請求項９】
前記チオール分析物用センサは、前記第１層または１もしくは複数のスポットを覆うコーティング層を更に備え、
前記コーティング層は、酵素を含み、
好ましくは、前記酵素は、レドックス不活性分析物をレドックス活性化合物へと変換可能な酵素、または、チオールのようなレドックス不活性分析物との反応によりＨ２Ｏ２のようなレドックス活性化合物を生成可能な酵素であり、
更に好ましくは、前記レドックス活性タンパク質は、前記レドックス活性化合物と相互作用することにより、前記請求項１〜８のいずれかに記載のような物理的な性質が変化することを特徴とする、請求項８に記載のチオール分析物用センサ。
【請求項１０】
前記チオール分析物は、Ｃ１〜Ｃ２０の脂肪族チオール、芳香族チオール、システインのようなアミノ酸の側鎖、グルタチオンのようなチオール基を有するポリペプチドの側鎖、溶媒に溶けたチオール化合物、および、気相中の揮発したチオールからなる群より選択されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のチオール分析物用センサ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載されたチオール分析物用センサを複数備えたセンサアレイ。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のチオール分析物用センサ、または、請求項１１に記載のセンサアレイを、チオール分析物の含有が疑われるサンプルに晒すステップと、
前記物理的な性質の変化によって前記トランスデューサで生成された電気的な信号の有無を測定するステップと、
を含み、
前記電気的な信号の存在および前記電気的な信号の大きさが、それぞれ前記サンプル中のチオール分析物の存在および存在量を示唆することを特徴とする、チオール分析物の検出方法。
【請求項１３】
前記サンプルは、１または複数の更なるチオール分析物と、アミン、アルコール、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、または水のような他の化学物質、または、前記他の化学物質の混合物を更に含むことを特徴とする、請求項１２に記載のチオール分析物の検出方法。
【請求項１４】
前記サンプルは、気体、液体または固体であることを特徴とする、請求項１２または１３に記載のチオール分析物の検出方法。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のチオール分析物の検出方法の、医学的な分析、健康管理上の分析、食品品質の検査、農業に関する検査、爆発物、毒物または有害な物質の安全検査、及び／又は、環境の監視への利用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チオール分析物用センサ、センサアレイおよびチオール分析物の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、チオール検出は、チオール化合物に関する物理的な状態または障害を検査する医学的な応用など、様々な分野で利用されている。チオール化合物の徴候がある源は、息、唾液、血液、尿、血漿、脳脊髄液または膿などである。例えば、息の検査は、口臭の検出や、食品産業における食品の鮮度や製法検査や、固定式および移動式の環境の監視（水、汚水、空気）などに利用可能である。
【０００３】
チオール検査に用いられる手段としては、例えば、分析法、化学センサ、バイオセンサ（一般的には、液相で利用される。）、類似した検出原理に基づくチオール以外の他の分析物用のバイオセンサ（一般的には、液相で利用される。）などがある。
【０００４】
分析法の例としては、例えば、質量分析と併用されるガスクロマトグラフィがある。この方法では、揮発性の物質からなる複雑な混合物を分析することが可能である。異なる物質は、クロマトグラフィにより分離され、続いて、質量分析により特定される。これらの手段は、通常、非常に高価であり、これらの手段を操作するにあたっては、高度な経験が要求される。
【０００５】
化学センサの例としては、例えば、以下のものがある。
・ガスセンサと組み合わされたガスクロマトグラフィ
・化学センサやセンサアレイを備える様々な電子嗅覚（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｎｏｓｅ：ｅＮｏｓｅ）。これらは、数個の研究室ベースの装置および試作機である。
・金属酸化物センサ
・電流測定に基づく電気化学的な装置
・導電性高分子
・高分子でコーティングされた質量感応のピエゾセンサに基づくＱＣＭデバイス
・有機色素と視覚的な検知
【０００６】
バイオセンサの例としては、例えば、以下のものがある。
・酵素によって触媒作用を及ぼされる反応と、当該反応による生成物の存在または抽出物の消費、例えば、フラビン（ｆｌａｖｉｎ）がコーティングされたモノオキジゲナーゼ（ｍｏｎｏｏｘｙｇｅｎａｓｅ）またはモノアミンオキシダーゼまたはスルフヒドリルオキシダーゼ（ｓｕｌｆｈｙｄｒｙｌ  ｏｘｉｄａｓｅ）、の検出。
・ワサビペルオキシダーゼ（ｈｏｒｓｅｒａｄｉｓｈ  ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ）のような、チオールによって干渉される測定可能な反応の引き金となる酵素。この際、チオールは、酵素の中間体と反応し、酵素の見かけの活性を減少させる。
【０００７】
類似した検出原理に基づくチオール以外の他の分析物用のバイオセンサの例としては、例えば、以下のものがある。
・例えば、生理学的に置換されたグルコースを検出するために利用されるグルコースオキシダーゼ。検出は、グルコースから補因子ＦＡＤへと変換された電子の個数を計測することで実現される。
【０００８】
より進歩的なチオールセンサの応用のためには、センサは、複雑な環境下であっても確実に動作可能でなければならず、アミン、アルコール、水など他の化合物が存在していたとしてもチオール化合物を検出できなければならない。多くの化学センサは、交差反応性のために、他の化合物だけでなくチオールにも反応を示してしまう。このような交差反応性は、例えば、センサ自体を除いて、追加的な装置が必要となる事前の分離処理によって、低減したり避けたりすることができる。他の可能性は、センサアレイとパターン認識アルゴリズムによって、交差反応自身を測定してしまうことである。従来における他のアプローチとしては、複雑な混合物のチオール分析物を特別に認識する酵素を利用するものがある。酵素によりチオールを検出するアプローチは、チオールの転化反応と酵素を触媒として利用する点に基づいている。生成物の生成または抽出物の消費は、サンプル中のチオールの存在、及び／又は、合計量を示唆している。しかしながら、いずれの場合においても、このアプローチは、デバイス中に共存する特定の共反応物の制御と、特定の反応条件に依存している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、他の化合物が存在していたとしてもチオールを検出することが可能なチオール分析物（ｔｈｉｏｌ  ａｎａｌｙｔｅ）を検出するためのセンサ、センサアレイおよびチオール分析物の検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、チオール分析物との相互作用により物理的な性質が変化を受けるレドックス活性タンパク質と、前記レドックス活性タンパク質に物理的な性質の変化が生じると当該物理的な性質の変化を電気的な信号に変換するトランスデューサと、を備えるチオール分析物用センサが提供される。
【００１１】
前記物理的な性質は、前記レドックス活性タンパク質の酸化還元状態、電気的な伝導性または抵抗性、電流、電位、静電容量（ｃａｐａｃｉｔｙ）、吸光度（ｌｉｇｈｔ  ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ）、光透過度（ｌｉｇｈｔ  ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）、反射力（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）、屈折率（ｒｅｌｆａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ）、蛍光、リン光、発光、質量測定または質量感応の共鳴法により測定された質量、熱量測定により測定された熱量（ｈｅａｔ）、立体配座（ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）、および、生理学的活性からなる群から選択される性質であってもよい。
【００１２】
前記レドックス活性タンパク質は、電子を可逆に伝達するタンパク質であってもよい。
【００１３】
前記レドックス活性タンパク質は、２つのシステイン残基間に位置するジスルフィド結合が可逆に形成されたタンパク質、配合団を有するタンパク質、銅を含む金属タンパク質、非ヘム鉄を含む金属タンパク質、ヘム結合鉄を含む金属タンパク質およびレドックス活性基を含む膜タンパク質からなる群より選択されるタンパク質であってもよい。
【００１４】
２つのシステイン残基間に位置するジスルフィド結合が可逆に形成されたタンパク質は、例えば、チオレドキシンのようなタンパク質である。配合団を有するタンパク質は、例えば、モノアミンオキシダーゼと同様なフラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤ）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドフォスフェート（ＮＡＤＰ）およびフラビンヌクレオチド（ＦＭＮ）のようなタンパク質である。銅を含む金属タンパク質は、例えば、スーパーオキシドジスムターゼのようなタンパク質である。非ヘム鉄を含む金属タンパク質は、例えば、フェレドキシンのようなタンパク質である。ヘム結合鉄を含む金属タンパク質は、例えば、シトクロームｃ、ワサビペルオキシダーゼ、ミオグロビン、ヘモグロビン、カタラーゼのようなタンパク質である。レドックス活性基を含む膜タンパク質は、例えば、シトクロームｃオキシダーゼのようなタンパク質である。
【００１５】
前記物理的な性質は、吸光度、光透過度、反射力、屈折率、蛍光、リン光、または発光であり、前記トランスデューサは、前記吸光度、光透過度、反射力、屈折率、蛍光、リン光、または発光の変化を電気的な信号に変換し、前記トランスデューサは、光度計、分光光度計、または、光の強度を測定可能な他の装置であってもよい。
【００１６】
前記物理的な性質は、前記レドックス活性タンパク質の酸化還元状態であり、前記トランスデューサは、前記酸化還元状態の変化を電気的な信号に変換し、前記トランスデューサは、電極であり、前記電極上には、前記レドックス活性タンパク質が固定されていてもよい。また、前記レドックス活性タンパク質は、化学吸着または物理吸着により電極に固定されていることが好ましい。
【００１７】
前記電極は、金、合金、スズ酸化物のような金属酸化物、グラファイトまたはカーボンナノチューブのような炭素材料、ポリアニリンのような導電性高分子、または、有機的に連結された金属ナノ粒子フィルムのような複合材料であってもよい。
【００１８】
前記レドックス活性タンパク質は、前記チオール分析物用センサ中に、当該チオール分析物用センサの第１層として、または、１もしくは複数のスポットとして存在していてもよく、前記レドックス活性タンパク質は、前記電極または電気的に不導体である基板上の第１層として固定されていることが好ましい。
【００１９】
前記チオール分析物用センサは、前記第１層または１もしくは複数のスポットを覆うコーティング層を更に備え、前記コーティング層は、酵素を含んでいてもよい。前記酵素は、レドックス不活性分析物をレドックス活性化合物へと変換可能な酵素、または、チオールのようなレドックス不活性分析物との反応によりＨ２Ｏ２のようなレドックス活性化合物を生成可能な酵素であることが好ましく、前記レドックス活性タンパク質は、前記レドックス活性化合物と相互作用することにより、上述のような物理的な性質が変化することが更に好ましい。
【００２０】
前記チオール分析物は、Ｃ１〜Ｃ２０の脂肪族チオール、芳香族チオール、システインのようなアミノ酸の側鎖、グルタチオンのようなチオール基を有するポリペプチドの側鎖、溶媒に溶けたチオール化合物、および、気相中の揮発したチオールからなる群より選択されるものであってもよい。
【００２１】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上述のチオール分析物用センサを複数備えたセンサアレイが提供される。
【００２２】
また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、上述のチオール分析物用センサ、または、上述のセンサアレイを、チオール分析物の含有が疑われるサンプルに晒すステップと、前記物理的な性質の変化によって前記トランスデューサで生成された電気的な信号の有無を測定するステップと、を含み、前記電気的な信号の存在および前記電気的な信号の大きさが、それぞれ前記サンプル中のチオール分析物の存在および存在量を示唆するチオール分析物の検出方法が提供される。
【００２３】
前記サンプルは、１または複数の更なるチオール分析物と、アミン、アルコール、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、または水のような他の化学物質、または、前記他の化学物質の混合物を更に含んでもよい。
【００２４】
前記サンプルは、気体、液体または固体であってもよい。
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、上述のチオール分析物の検出方法の、医学的な分析、健康管理上の分析、食品品質の検査、農業に関する検査、爆発物、毒物または有害な物質の安全検査、及び／又は、環境の監視への利用が提供される。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように本発明にかかるチオール分析物用センサは、他の化合物が存在していたとしてもチオールを検出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係るセンサの原理を説明するための説明図である。
【図２】メソポーラスＳｎＯ２上に静電相互作用により固定されたシトクロームｃを示した説明図である。
【図３】酸化および還元されたシトクロームｃの吸収スペクトルを示したグラフ図である。
【図４】ＤＴＴ濃度とシトクロームｃのスペクトル強度との間の関係を示したグラフ図である。
【図５】ＤＴＴ添加の前後におけるシトクロームｃが導入された電極の時間依存電流について示したグラフ図である。
【図６】シトクロームｃが導入された電極により観測されたアノード電流の強度とＤＴＴの濃度との関係を示したグラフ図である。
【図７】酸化および還元されたミオグロビンの吸収スペクトルを示したグラフ図である。
【図８】ＤＴＴの濃度とミオグロビンのスペクトル強度の変化との関係を示したグラフ図である。
【図９】ミオグロビンが導入された電極により観測されたアノード電流の強度とＤＴＴの濃度との関係を示したグラフ図である。
【図１０】スルフヒドリルオキシダーゼが導入された電極により観測されたアノード電流の強度とＤＴＴの濃度との関係を示したグラフ図である。
【図１１】２つの分析物Ａおよび分析物Ｂのための２つのセンサシステムを説明するための説明図である。
【図１２】アルコールを検出する場合の例について説明するための説明図である。
【図１３】同実施形態に係るセンサを説明するための説明図である。
【図１４】同実施形態に係るコーティング層を説明するための説明図である。
【図１５】ガス状態のサンプル中に含まれるメチルメルカプタンを検出するセンサについて説明するための説明図である。
【図１６】ガス状態のサンプル中に含まれるメチルメルカプタンを検出するセンサについて説明するための説明図である。
【図１７】エタノールを検出するセンサについて説明するための説明図である。
【図１８】同実施形態に係るセンサを実装しうる装置について説明するための説明図である。
【図１９】本実施形態に係るセンサをヘルスケアまたは環境の測定に用いる場合の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００２９】
＜本実施形態の概要＞
本発明の実施形態に係るチオール分析物用センサは、チオール分析物との相互作用により物理的な性質が変化を受けるレドックス活性タンパク質（ｒｅｄｏｘ  ａｃｔｉｖｅ  ｐｒｏｔｅｉｎ）と、レドックス活性タンパク質に物理的な性質（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｙ）の変化が生じると当該物理的な性質の変化を電気的な信号に変換するトランスデューサ（変換器）と、を備える。
【００３０】
ある実施形態において、上記レドックス活性タンパク質は、上記トランスデューサに直接連結されている。ここで、「直接連結されている」とは、上記タンパク質とトランスデューサとの間が、直接物理的に接触していることを意味する。直接連結されている場合の例として、例えば、トランスデューサ上に上記タンパク質が固定されている（ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｅ）場合を挙げることができる。
【００３１】
ある実施形態において、上記トランスデューサは、ヒドキノン（ｈｙｄｒｏｑｕｉｎｏｎｅ）のような電子伝達化合物を介在させたり用いたりすることなく、レドックス活性タンパク質の物理的な性質の変化を変換する。
【００３２】
ある実施形態において、上記物理的な性質は、例えば、レドックス活性タンパク質の酸化還元状態（ｒｅｄｏｘ  ｓｔａｔｅ）、電気的な伝導性または抵抗性、電流、電位、静電容量（ｃａｐａｃｉｔｙ）、吸光度（ｌｉｇｈｔ  ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ）、光透過度（ｌｉｇｈｔ  ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）、反射力（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）、屈折率（ｒｅｌｆａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ）、蛍光、リン光、発光、質量測定または質量感応の共鳴法により測定された質量、熱量測定により測定された熱量（ｈｅａｔ）、立体配座（ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）、および、生理学的活性からなる群から選択される性質である。
【００３３】
ある実施形態において、上記レドックス活性タンパク質は、電子を可逆に伝達する（ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｙ  ｔｒａｎｓｆｅｒｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ）タンパク質である。
【００３４】
ある実施形態において、上記レドックス活性タンパク質は、
２つのシステイン残基間に位置するジスルフィド結合が可逆に形成されたチオレドキシンのようなタンパク質、
モノアミンオキシダーゼと同様なフラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤ）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドフォスフェート（ＮＡＤＰ）およびフラビンヌクレオチド（ＦＭＮ）のような配合団を有するタンパク質、
スーパーオキシドジスムターゼのような銅を含む金属タンパク質、
フェレドキシンのような非ヘム鉄を含む金属タンパク質、
シトクロームｃ、ワサビペルオキシダーゼ、ミオグロビン、ヘモグロビン、カタラーゼのようなヘム結合鉄を含む金属タンパク質、および、
シトクロームｃオキシダーゼのようなレドックス活性基を含む膜タンパク質
からなる群から選択されるタンパク質である。
【００３５】
また、ある実施形態において、上記物理的な性質は、吸光度、光透過度、反射力、屈折率、蛍光、リン光、または発光であり、上記トランスデューサは、吸光度、光透過度、反射力、屈折率、蛍光、リン光、または発光の変化を電気的な信号に変換し、上記トランスデューサは、光度計、分光光度計、または、光の強度もしくは上述の光学的な性質を測定可能な他の装置であってもよい。
【００３６】
この際、上記物理的な性質は、光の吸光度または先に挙げた他の光学的な性質のいずれかであり、上記レドックス活性タンパク質は、透明電極または反射電極上に固定されているか、ガラスのような電気的に非伝導性の透明な基板または反射基板上に固定されていることが好ましい。透明な電極の例として、フッ素がドープされたスズ酸化物（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ−ｄｏｐｅｄ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：ＦＴＯ）、または、インジウムがドープされたスズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）を挙げることができる。この「光学的な」実施形態では、上述の光学的な性質の変化は、電気的な信号へと変換され、もし酸化還元状態に変化があるのであれば、追加的に、この酸化還元状態の変化も、電気的な信号に変換してもよい。
【００３７】
ある実施形態において、上記物理的な性質は、上記レドックス活性タンパク質の酸化還元状態の変化であり、上記トランスデューサは、上記酸化還元状態の変化を電気的な信号に変換する。ここで、上記トランスデューサは電極であり、この電極上には、上記レドックス活性タンパク質が固定されている。ここで、上記固定は、化学吸着（ｃｈｅｍｉｓｏｒｐｔｉｏｎ）または物理吸着（ｐｈｙｓｉｓｏｒｐｔｉｏｎ）であることが好ましい。
【００３８】
ある実施形態において、上記電極は、金、合金のような金属、例えばＦＴＯまたはＩＴＯに例示されるスズ酸化物のような金属酸化物、グラファイトまたはカーボンナノチューブのような炭素材料、ポリアニリンのような導電性高分子、または、有機的に連結された金属ナノ粒子フィルムのような複合材料から選択された素材で形成される。
【００３９】
ある実施形態において、上記レドックス活性タンパク質は、センサ中に、当該センサの第１層として、または、１もしくは複数のスポットとして存在しており、レドックス活性タンパク質は、好ましくは、電極または電気的に不導体である基板上の第１層として固定されている。更に好ましくは、この電極は、先に定義したように、トランスデューサとして機能する。
【００４０】
ある実施形態において、上記センサは、上述の第１層または１もしくは複数のスポットを覆うコーティング層を更に備え、このコーティング層は、酵素を含む。好ましくは、酵素は、レドックス不活性分析物をレドックス活性化合物へと変換可能な酵素、または、チオール、アルコールのようなレドックス不活性分析物との反応によりＨ２Ｏ２、ＮＡＤ／ＮＡＤＨ、ＮＡＤＰ／ＮＡＤＰＨのようなレドックス活性化合物を生成可能な酵素である。好ましくは、このレドックス活性タンパク質は、このレドックス活性化合物と相互作用し、先に説明したように、その物理的な性質が変化を受ける。
【００４１】
ある実施形態において、上記コーティング層は、ポリサッカライド（ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ）、ポリペプチド、ならびに、ポリサッカライドおよびポリペプチドではない高分子からなる群より選択される重合体（ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌ）である。
【００４２】
ポリサッカライドの例として、澱粉、アガロース、アルギナート、キトサン、アラビアゴム（ｇｕｍｍｉ  ａｒａｂｉｃｕｍ）等を挙げることができる。ポリペプチドの例として、ゼラチンを挙げることができる。ポリサッカライドおよびポリペプチドではない高分子の例として、ポリアクリルアミド、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリエステル、ポリアミン、ポリオキシド、ポリスルホン、ポリスチレン、ポリエーテル、ポリイミド、または、これらのポリマーの共重合体を挙げることができる。
【００４３】
ある実施形態において、上記コーティング層中の酵素は、上記コーティング層中のレドックス活性タンパク質とは異なっており、好ましくは、チオールオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、アミンオキシダーゼ、アルデヒドオキシダーゼ、サルファイトオキシダーゼ（ｓｕｌｆｉｔｅ  ｏｘｉｄａｓｅ）、ヌクレオシドオキシダーゼ（ｎｕｃｌｅｏｓｉｄ  ｏｘｉｄａｓｅ）、ヘキソースオキシダーゼ（ｈｅｘｏｓｅ  ｏｘｉｄａｓｅ）、アミノ酸オキシダーゼ、ニトロアルカンオキシダーゼ、エタノールアミンオキシダーゼ、コリンオキシダーゼ、レチナールオキシダーゼ、チアミンオキシダーゼ、プトレシンオキシダーゼ（ｐｕｔｒｅｓｃｉｎｅ  ｏｘｉｄａｓｅ）、サルコシンオキシダーゼ（ｓａｒｃｏｓｉｎｅ  ｏｘｉｄａｓｅ）、ピルビン酸オキシダーゼ（ｐｙｒｕｖａｔ  ｏｘｉｄａｓｅ）、リンゴ酸オキシダーゼ（ｍａｌａｔ  ｏｘｉｄａｓｅ）、グリコール酸オキシダーゼ（ｇｌｙｏｘｙｌａｔ  ｏｘｉｄａｓｅ）、シュウ酸オキシダーゼ（ｏｘａｌａｔ  ｏｘｉｄａｓｅ）、乳酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、エクジソンオキシダーゼ（ｅｃｄｙｓｏｎｅ  ｏｘｉｄａｓｅ）、スーパーオキシドジスムターゼ（ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅ  ｄｉｓｍｕｔａｓｅ）、カルボニルデヒドロゲナーゼ、カルボン酸レダクターゼ（ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ  ａｃｉｄ  ｒｅｄｕｃｔａｓｅ）、トルエンジオキシゲナーゼ、亜酸化窒素レダクターゼ（ｎｉｔｒｏｕｓ  ｏｘｉｄｅ  ｒｅｄｕｃｔａｓｅ）、一酸化窒素レダクターゼ（ｎｉｔｒｉｃ  ｏｘｉｄｅ  ｒｅｄｕｃｔａｓｅ）、および、窒素酸化物レダクターゼ（ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｏｘｉｄｅ  ｒｅｄｕｃｔａｓｅ）等から選択される。
【００４４】
ある実施形態において、上記チオール分析物は、例えば、Ｃ１〜Ｃ２０の脂肪族チオール、芳香族チオール、システインのようなアミノ酸の側鎖、グルタチオンのようなチオール基を有するポリペプチドの側鎖、溶媒に溶けたチオール化合物、および、気相中の揮発したチオールからなる群より選択される。
【００４５】
本実施形態に係るセンサアレイは、上述のチオール分析物用センサを複数備える。
【００４６】
本実施形態に係るチオール分析物の検出方法は、上述のチオール分析物用センサ、または、上述のセンサアレイを、チオール分析物の含有が疑われるサンプルに晒すステップと、物理的な性質の変化によってトランスデューサで生成された電気的な信号の有無を測定するステップと、を含み、電気的な信号の存在および電気的な信号の大きさは、それぞれサンプル中のチオール分析物の存在および存在量を示唆するものである。
【００４７】
ある実施形態において、上記サンプルは、１または複数の更なるチオール分析物と、アミン、アルコール、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、または水のような他の化学物質、または、これら他の化学物質の混合物を更に含む。
【００４８】
ある実施形態において、このサンプルは、気体、液体、または固体である。
【００４９】
また、本実施形態によれば、上述のチオール分析物の検出方法の、医学的な分析、健康管理上の分析、食品品質の検査、農業に関する検査、爆発物、毒物または有害な物質の安全検査、及び／又は、環境の監視への利用が提供される。
【００５０】
また、本実施形態によれば、センサの特性をある分析物から他の分析物へと変化させる方法が提供される。この方法は、以下のステップを含む。
【００５１】
ａ）本実施形態に係るセンサであり、かつ、コーティング層を有していないものを準備するステップ
ｂ）上記センサに、酵素を含むコーティング層を加えるステップ。ここで、酵素およびコーティング層は、先だって説明した酵素およびコーティング層である。
【００５２】
ある実施形態において、このセンサの特性を変化させる方法は、更に以下のステップを含む。
【００５３】
ｃ）上記コーティング層および上記酵素を、上記センサから除去するステップ
ｄ）上記センサに、異なるコーティング層を加えるステップ。ここで、異なるコーティング層は、異なる酵素を含み、異なる酵素および異なるコーティング層は、ステップｂ）に示した酵素およびコーティング層とは異なる、先だって説明した酵素およびコーティング層である。
【００５４】
また、本実施形態によれば、本実施形態に係りセンサであり、かつ、コーティング層を有していないものと、コーティング層を上記センサに加える手段と、を含むキットが提供される。ここで、上記コーティング層は、酵素を含み、このコーティング層および酵素は、先だって説明したコーティング層および酵素である。また、上記手段は、先だって説明した重合体と、酵素とを含む。
【００５５】
また、本実施形態によれば、分析物を検出する方法が提供される。この分析物の検出方法は、本実施形態に係るコーティング層を備えたセンサ、または、このセンサを複数備えたセンサアレイを、分析物の含有が疑われるサンプルへと晒すステップと、物理的な性質の変化によってトランスデューサで生成された電気的な信号の有無を測定するステップと、を含み、電気的な信号の存在および電気的な信号の大きさは、それぞれサンプル中の分析物の存在および存在量を示唆するものである。
【００５６】
かかるセンサおよび検出方法が適用可能な分析物として、例えば、チオール類、アルコール類、アミン類、カルボニル化合物、カルボン酸、アミノ酸、炭化水素、硫黄酸化物、脂肪酸化合物、芳香族化合物等がある。かかる分析物のより詳細な一例として、トルエン、ベンゼン、メタン、エタン、Ｎ２Ｏ、ＮＯおよびＮＯ２等を挙げることができる。
【００５７】
ここで、「レドックス活性タンパク質」という用語は、可逆的に電子を伝達可能なタンパク質を意味する。レドックス活性タンパク質は、還元および酸化が可逆的に行われることが可能なタンパク質である。また、「トランスデューサ」という用語は、レドックス活性タンパク質の物理的な性質の変化を、検出可能な電気的信号へと変換することが可能なあらゆる手段を意味する。このトランスデューサの例として、電極、光度計（ｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ）、分光光度計（ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ）、光電子増倍管（ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）、フォトダイオード、蛍光顕微鏡、蛍光分光光度計、ＳＰＲ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）分光器、他の分光器、熱量計（ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ）、水晶天秤（ｑｕａｒｔｚ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）、および、重量分析装置（ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ  ｄｅｖｉｃｅ）を挙げることができる。また、「可逆的に電子が伝送される」という用語は、レドックス活性タンパク質が、反応の相手と、１または複数の電子を受容または供与すること、および、レドックス活性タンパク質が１または複数の電子を供与および受容すること、を意味する。
【００５８】
また、本実施形態によれば、本実施形態に係るセンサまたはセンサアレイを備える電子機器が提供される。かかる機器は、例えば、コンピュータ、携帯電話、携帯音楽プレーヤ、ＭＰ３プレーヤ、リモートコントローラ、カメラ、ＧＰＳ装置、または、ディスプレイであることが好ましい。センサまたはセンサアレイは、日常的に使用される物品、例えば、織物、衣服、歯ブラシのような個人的な衛生用品等に統合してもよい。
【００５９】
レドックス活性タンパク質とチオール分析物との相互作用が生じると、レドックス活性タンパク質は、１つまたはいくつかの物理的な性質が変化を受ける。例えば、その変化は、吸光特性の変化であったり、または、分子量の変化であったり、または、酸化還元状態の変化であったりする。同様に、レドックス活性タンパク質は、チオール分析物との相互作用によって、例えば吸光特性および酸化還元状態のように、同時にいくつかの物理的な性質が変化を受けるかもしれない。トランスデューサは、物理的な性質のどのような変化をも、電気的な信号へと変換する。レドックス活性タンパク質とチオール分析物との相互作用によって変化を受ける物理的な性質の種類にもよるが、トランスデューサは、様々な形態をとりうるものであり、トランスデューサの具体例は、先だって例示したとおりである。ある実施形態において、レドックス活性タンパク質の酸化還元状態が変化し（すなわち、ある意味では、電気的に変化し）、その変化自体が、トランスデューサによって電気的な信号へと変換される。
【００６０】
すなわち、本実施形態は、チオールとタンパク質との間の特別な反応に基づいてチオールを検出するチオール検出装置に関するものである。それに関し、上述のタンパク質は、電荷移動によりチオール化合物と直接的に相互作用する。タンパク質の変化した後の酸化還元状態は、質的にも量的にも、チオールの存在を示唆するものである。タンパク質のポリペプチド鎖またはタンパク質の強く結合した補因子（ｔｉｇｈｔｌｙ  ｂｏｕｎｄ  ｃｏｆａｃｔｏｒ）のどちらが変化してもよい。化学受容体物質（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｒｅｃｅｐｔｏｒ  ｍａｔｅｒｉａｌ）と比較して、本実施形態では、チオール認識のために、レドックス活性タンパク質を利用している。他のタンパク質を仲介としたアプローチと比べ、本実施形態は、タンパク質を反応触媒として用いているにも関わらず、タンパク質の酸化還元状態の変化を直接的に読み出したものを利用している。それに関し、共反応物を制御しながら利用する必要性が回避されている（図１）。読み出した動因（ｒｅａｄｏｕｔ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）の単純さは、特に、気相分析に関心を引き起こす。
【００６１】
本実施形態ではまた、レドックス活性タンパク質は、チオール変換反応において、触媒的にではなく酵素として利用される。すなわち、ある実施形態において、レドックス活性タンパク質は、ある生物の生体内における、チオールを変換したり、または、チオール変換を触媒したりする生理学的な機能を有さない。本実施形態では、レドックス活性タンパク質が生体内におけるチオール変換反応に関する生理学的な機能を有さないという事実ゆえに、レドックス活性タンパク質自体、補因子、または、レドックス活性タンパク質に関連する配合団を除いて、チオール変換反応に関係する共反応物の存在は必要ではない。
【００６２】
驚くべきことに、生体内における生理学的な機能としてチオールを変換しないというタンパク質は、デバイスに利用することが可能である。例えば、シトクロームｃは、２つの膜貫通タンパク質複合体間で電子を伝達するタンパク質であることが知られている。例えばチオールのような代謝物を変換するという酵素的な機能は、チトクロームｃには知られていない。
【００６３】
しかしながら、本実施形態に係るアプローチでは、タンパク質は、タンパク質とチオールとの間での酸化還元反応の１つのパートナーとして単純にみなすことができる。例えばタンパク質および酸素のように、他のレドックスペアも同様に関係があるとみなす必要があるかもしれない。酸素によるタンパク質の酸化は、チオールによる還元によって生成された信号を消滅させる。驚くべきことに、酸素による信号の消滅は、本実施形態では観測されなかった。
【００６４】
本実施形態に係るセンサでは、複雑な混合物中のチオール分析物を選択的に検出することも可能となる。すなわち、チオールに加えて、アミン、アルコールまたは水といった他の化学物質が含まれている混合物であっても、チオール分析物を選択的に検出することも可能である。
【００６５】
レドックス活性タンパク質の例は、以下の通りである。
・シトクロームｃ、ワサビペルオキシダーゼ、ミオグロビン、ヘモグロビン、カタラーゼ、マイクロペルオキシダーゼのようなヘム結合鉄を含む金属タンパク質
・フェレドキシンのような非ヘム鉄を含む金属タンパク質
・スーパーオキシドジスムターゼのような銅を含む金属タンパク質
・スルフヒドリルオキシダーゼ（ｓｕｌｆｈｙｄｒｙｌ  ｏｘｉｄａｓｅ）、モノアミンオキシダーゼに例示されるＦＡＤ（フラビンアデニンジヌクレオチド）のような有機補因子、または、フラビン含有モノオキシゲナーゼのようなＦＭＮ（ｆｌａｖｉｎ  ｍｏｎｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ）、または、ＮＡＤ（Ｐ）（ｎｉｃｏｔｉｎａｍｉｄｅ  ａｄｅｎｉｎｅ  ｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ（ｐｈｏｓｐｈａｔｅ））
・シトクロームｃオキシダーゼのような天然に見出される脂質二重層（膜タンパク質）であるレドックス活性タンパク質
・化学修飾または変異したような、全ての種類のこれらのタンパク質の誘導体
【００６６】
このように、「レドックス活性タンパク質」という用語は、上述のタンパク質の誘導体も含む。このような誘導体は、例えば砂糖、脂質等のような他の化合物、または、特別な化学的機能性がタンパク質に付加された、化学的に修飾されたタンパク質であってもよい。このような化学的に修飾されたタンパク質の例は、Ｔｈｏｍａｓ  Ｅ．Ｃｒｅｉｇｈｔｏｎ，Ｆｒｅｅｍａｎ（１９９３）による「タンパク質」という書物に記載されており、いわゆる当業者に周知のものである。同様に、上述のタンパク質の誘導体は、突然変異体を含んでもよい。この突然変異体は、たんぱく質のアミノ酸配列のアミノ酸残基が削除され、変化したアミノ酸または余分なアミノ酸が、挿入されたり付加したりしたものである。この変異は、オリジナルのレドックス活性プロテインと少なくとも７０％一致していることが好ましく、更に好ましくは８０％一致しており、更に好ましくは９０％一致しており、更に好ましくは９５％一致しており、最も好ましくは９９％一致している。
【００６７】
ある実施形態によれば、レドックス活性タンパク質は、レドックス活性タンパク質を含むトランスデューサ素材の一部であってもよい。
【００６８】
このトランスデューサ素材として、例えば以下のものを挙げることができる。
・金または合金に例示される金属のような導電性材料
・スズ酸化物に例示される金属酸化物のような半導体材料
・グラファイトまたはカーボンナノチューブのような炭素材料
・導電性高分子
・有機的に連結された金属ナノ粒子のような複合材料
【００６９】
このトランスデューサ素材は、以下に示すような任意の技術により準備することが可能である。
・交互積層法（ｌａｙｅｒ−ｂｙ−ｌａｙｅｒ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）（ディッピング、フローセル、コーティング）
・コーティング（例えば、スピンコーティング、ディップコーティング、ドロップコーティング、スプレーコーティング）
・化学気相成長法または物理気相成長法
・焼結（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）
・自己組織化
・印刷（例えば、インクジェットプリンティング、スクリーン印刷）
・スタンピング（ｓｔａｍｐｉｎｇ）
・浸漬（ｉｍｍｅｒｓｉｎｇ）
【００７０】
ある実施形態において、レドックス活性タンパク質は、先に説明した第１層のような、本実施形態に係るセンサに設けられた層中、または、層として存在する。同様に、レドックス活性タンパク質は、センサ内の１または複数のスポットとして存在していてもよい。このような層およびスポットは、センサ内またはセンサ上の表面に設けられ、好ましくは、トランスデューサの表面に位置している。
【００７１】
ある実施形態において、チオール分析物は、例えば以下のようなものであってもよい。
・例えばＣ１〜Ｃ２０のチオールのように、短い鎖長または長い鎖長の脂肪酸チオール
・芳香族チオール
・グルタチオンのようなポリペプチドの側鎖
・システインのようなアミノ酸の側鎖
・溶媒中に溶解したチオール
・気相中の揮発したチオール
【００７２】
チオールおよび非チオールの選択性は、タンパク質とチオール化合物との間の好ましい電荷移動に基づいている。
【００７３】
異なるチオール間での選択性は、例えば以下のようなチオールの反応性に基づく。
・立体障害
・チオール基のｐＫ値
・チオール化合物の非チオール部分での電気的特性
【００７４】
ある実施形態において、タンパク質の酸化還元状態の変化は、以下に示すような適した技術および変換原理の後に生じるものである。
・伝導性／抵抗性
・電流（直接電荷移動による電流測定）
・電位（電位測定）
・静電容量
・色変化、吸光度、光透過度
・反射力
・屈折率の変化
・蛍光またはリン光
・発光
・熱量（熱量測定）
・立体配座の変化
・生理学的活性の変化
・重量測定
【００７５】
通常、検出装置の幾何学的配置（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）の詳細な記述は、必要ではない。ある実施形態において、センサは、以下のような場所に設けることができる。
・任意の形状の平坦面
・粗い表面
・ロッド状構造、球状構造またはスポンジ状構造が集まったようなポーラス材料（ｐｏｒｏｕｓ  ｍａｔｅｒｉａｌ）
・検出材料の単層
・検出材料の近傍に位置する保護膜または電解質膜を含む多層
【００７６】
本発明の実施形態に係るセンサは、以下のような応用に用いることができる。
・物理的な状態または障害を調べるための医学への応用。疑われる揮発化合物の源としては、息、唾液、血液、尿、血漿、脳脊髄液または膿等がある。例えば、息の分析、または、口臭、ガン、もしくは細菌感染を調べるためのヘッドスペース（ｈｅａｄｓｐａｃｅ）分析等である。マーカー化合物の有無により、特定の生理学的な状態、化学物質への曝露、口臭などの障害を検出することができる。薬の代謝の監視を行うための医学への応用も可能である。固定式および移動式の応用も可能である。
・食品の鮮度を検査するための食品関係への応用
・農業的な試験への応用
・チオールを含む爆発物、毒物または他の有害なチオールを検出する安全に関する応用
・環境の測定への応用（例えば、水、汚水、空気など）
・チオールへの曝露を測定する労働医学（ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ  ｍｅｄｉｃｉｎｅ）への応用
【００７７】
＜本実施形態の詳細な説明＞
レドックス活性タンパク質は、電子を可逆に伝達可能なタンパク質である。レドックス活性タンパク質は、可逆に還元されたり酸化されたりする。例えば電極表面のような表面へのレドックス活性タンパク質の固定は、いわゆる当業者に公知の様々な方法を適用することが可能である。この固定は、化学吸着（すなわち、共有結合を介しての吸着）または物理吸着（すなわち、共有結合を介さない吸着）であることが好ましい。共有結合を介する吸着は、他の化学的な機能と反応して共有結合を形成することが可能な官能基をタンパク質に持たせることで実現可能である。レドックス活性タンパク質の電極表面への導入は、表面をタンパク質に単純に晒す、タンパク質溶液に表面を浸す、スピンコーティング、スプレーコーティング、ドクターブレード、ラングミュア−ブロジェット（ＬＢ）技術等の様々な方法で行ってもよい。ある実施形態では、電極は、金や合金に例示される金属、ＦＴＯを含むスズ酸化物のような金属酸化物、グラファイトまたはカーボンナノチューブのような炭素素材、ポリアニリンのような導電性高分子、または、有機的に連結された金属ナノ粒子フィルムのような複合材料等により製造されてもよい。
【００７８】
本実施形態に係るセンサおよびセンサアレイが適用されうる分析物（以下では、レドックス不活性分析物とも称することがある。）は、チオールだけでなく、アルコール、アミン、カルボニル化合物、カルボン酸、アミノ酸、炭化水素、ＳＯ２のような硫黄酸化物、脂肪酸化合物および芳香族化合物を挙げることができる。これらチオール以外の化合物の更に具体的な一例として、トルエン、ベンゼン、メタン、エタン、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２等を挙げることができる。チオール分析物の例として、Ｃ１〜Ｃ２０の脂肪族チオール、芳香族チオール、システインのようなアミノ酸の側鎖、グルタチオンのようなチオール基を有するポリペプチドの側鎖、溶媒に溶けたチオール化合物、および、気相中の揮発したチオール等を挙げることができる。また、この分析されるサンプルは、更に、１または複数の上述した分析物や、アルデヒド、ケトン、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、もしくは水、または、これらの混合物といった他の化合物を、更に含有している。本実施形態に係るサンプルは、気体であっても、液体であっても、固体であってもよい。
【００７９】
トランスデューサは、ここでは、検出されたレドックス活性タンパク質の物理的な性質の変化を、電気的な信号へと変換することができる何らかの手段を意味する。トランスデューサの例として、電極、光度計（ｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ）、分光光度計（ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ）、光電子増倍管（ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）、フォトダイオード、蛍光顕微鏡、蛍光分光光度計、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）分光器、他の分光器、熱量計（ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ）、水晶天秤（ｑｕａｒｔｚ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）、および、重量分析装置（ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ  ｄｅｖｉｃｅ）を挙げることができる。また、「可逆的に電子が伝送される」という用語は、レドックス活性タンパク質が、反応の相手のようなどこか他のものから１または複数の電子を受容した後に、どこか他のものが１または複数の電子を供与すること、または、レドックス活性タンパク質が、どこか他のものに１または複数の電子を供与した後に、どこか他のものが１または複数の電子を受容することを意味する。
【００８０】
本発明の実施形態では、先だって詳細に説明したレドックス活性タンパク質とトランスデューサを含む基本的なセンサ、および、欧州特許出願０８  ０１７  ５１０に開示されている、様々な分析物に適用可能でありもはやチオールのみに適用されているセンサプラットホームのようなレドックス活性タンパク質とトランスデューサを含む基本的なセンサを、利用することが可能である。他方、欧州特許出願０８  ０１７  ５１０に開示されているセンサプラットホームは、チオール分析物に特化したものであり、本発明の実施形態に係るセンサは、より広い範囲の分析物を検出することが可能である。これは、先述の基本的なプラットホームセンサを覆い、レドックス不活性分析物をレドックス活性化合物へと変換することが可能な酵素を含むコーティング層を用いることで達成される。レドックス活性化合物は、その後、プラットホームセンサに存在するレドックス活性タンパク質と相互作用し、レドックス活性タンパク質の物理的な性質の変化をもたらし、この変化が電気的な信号へと変換される。基本センサが同一であるためにどの分析物かに関わらず検出してしまうこととなるが、一方で、分析物の特異性／多様性（ｓｐｅｃｉｆｉｃｉｔｙ／ｖｅｒｓａｔｉｌｉｔｙ）は上述の分析物に特化した酵素を含むコーティング層によって達成されるため、結果として、センサは、非常に多様性を有したものとなり、異なる分析物に対して同様の動作条件で利用することができる。このため、センサプラットホームは、検出した分析物の種類に関わらず、同様の出力信号を生成する。酵素を含むコーティング層は、要求された特異性を供給し、また、異なる分析物のセンサに適用するために容易に変更を行うことができる。ここで、レドックス不活性分析物という用語は、コーティング層が存在した場合に、レドックス活性タンパク質と直ちに反応しない化合物を意味する。レドックス不活性分析物は、酸化剤（ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ  ｒｅａｇｅｎｅｔ）または還元剤（ｒｅｄｕｃｉｎｇ  ｒｅａｇｅｎｔ）ではない。好ましい実施形態では、レドックス不活性分析物は、チオール、アルコール、アミン、カルボニル化合物、カルボン酸、アミノ酸、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、硫黄酸化物、脂肪族化合物および芳香族化合物から選択される。これらのレドックス不活性分析物の更に具体的な一例として、トルエン、ベンゼン、メタン、エタン、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２等を挙げることができる。
【００８１】
レドックス活性化合物は、過酸化水素、レドックス対ＮＡＤＨ・ＮＡＤのような化合物を意味する。
本発明の実施形態では、コーティング層は、例えばセンサプラットホームの電極表面のような表面からの除去およびかかる表面への導入といった、取り扱いが容易な重合体から形成されることが好ましい。好ましくは、コーティング層は、高分子材料から形成される。このような高分子材料は、ポリマー状態、または、後で重合可能な前駆体の状態で用いられてもよい。コーティング層が形成された後に、高分子材料の架橋を行ってもよい。ある実施形態では、高分子材料は、ポリサッカライド、ポリペプチド、ならびに、ポリサッカライドおよびポリペプチドではないポリマーから選択される。
【００８２】
ポリサッカライドの典型的な例として、澱粉、アラビアゴム、アガロース、キトサン、アルギナート等を挙げることができる。ポリペプチドの典型的な例として、ポリリシンや、ゼラチンや、Ｆｍｏｃ−ジフェニルアラニン、両親媒性ペプチド、自己補完イオン性ペプチド、ポリマー性ベータペプチド、アミロイドペプチド等の自己組織化ペプチドを挙げることができる。
【００８３】
ポリサッカライドおよびポリペプチドではない高分子の例として、ポリアクリルアミド、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミン、ポリオキシド、ポリスルホン、ポリスチレン、ポリエーテル、ポリイミド等を挙げることができる。
【００８４】
ある分析物から他の分析物へと特異性（ｓｐｅｃｉｆｉｃｉｔｙ）を変えることは、ある酵素を含むコーティング層を他の酵素を含む他のコーティング層へと交換することで行うことが可能である（図１４を参照。）。本実施形態では、コーティング層は、センサプラットホームからの除去、及び／又は、異なる酵素を含む他のコーティング層への交換、を行うことが可能である。これにより、レドックス活性タンパク質およびトランスデューサを含むセンサプラットホームは、特定の分析物に特化した酵素活性を有するこのようなコーティング層と、互換性を有する。他方、本実施形態に係るセンサプラットホームおよび欧州特許出願０８  ０１７  ５１０に開示されている従来のセンサプラットホームは、チオール分析物に感度の良いものである。本実施形態では、レドックス活性タンパク質およびトランスデューサを含むセンサプラットホームの上端に酵素を含むコーティング層を設けることで、センサにより検出できる分析物の範囲をより広範なものとすることができる。
【００８５】
センサプラットホームと、上端の上述のコーティング層とを有するこのようなセンサは、（コーティング層および酵素を介して）特定の分析物だけでなく、（センサプラットホームを介して）チオールにも応答すると思うかもしれない。しかしながら、この予想に反して、コーティング層は、センサをほぼ完全にチオールに反応しないようにさせるある種のフィルタのように機能する（図１４も参照。）。従って、特定の酵素を含むコーティング層を用いて、チオールから他の種類の分析物へとセンサの特異性／多様性を変化させると同時に、センサは、チオールに反応しなくなる。本発明の実施形態に係るコーティング層は、生理学的な環境と同様となるような環境を酵素に提供する多くの水を含んでいる。このようなコーティング層は、チオールを活性センサ表面から妨げる強力な障壁となるようである。しかしながら、チオールに特化した酵素を有するコーティング層を設けることで、チオールへの反応性は、達成しうる。アルコールやアミン等のチオール以外の分析物は、コーティング層に良く溶解し、または、少なくともコーティング層中に転化する。コーティング層に用いられている高分子材料が更に水を含む場合、水に可溶の化合物がコーティング層中の酵素と分析物との反応として用いられる際に、有利である。分析物自体が、例えばトルエンやベンゼンのように水に不溶または難溶のものである場合、特に有利である。このようなコーティング層の利用は、コーティング層中でより少ない揮発性化合物となる揮発性分析物を含むガス状のサンプルにも、有利である。
【００８６】
多様性の増加に加えて、コーティング層を用いることで、コーティング層がコーティング材料中の分析物を濃縮することで事前濃縮特性（ｐｒｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ  ｐｒｏｐｅｒｔｙ）を有するようになるという有利な効果を備えるようになる。同様に、コーティング層がセンサプラットホームを覆うことで、センサ表面への近づき具合を減少または促進し、絶対的な信号強度を変調する。コーティング層が水を含む高分子材料を含む場合、このようなコーティング層は、水の容器として機能し、生体分子により長期間の安定性を供給する安定な環境を提供する。もし望むのであれば、コーティング層は、電気的な導電性を変えてもよく、また、分析物の事前分離のためにクロマトグラフィ特性を与えてもよい。
【００８７】
本実施形態に係るセンサは、複雑な化学化合物を含むサンプルを分析することで物理的な状態または障害を検査する医学への応用に利用することができる。疑われる揮発化合物の源としては、息、唾液、血液、尿、血漿、脳脊髄液または膿等がある。例えば、息の分析、または、口臭、ガン、もしくは細菌感染を調べるためのヘッドスペース（ｈｅａｄｓｐａｃｅ）分析等である。マーカー化合物の有無により、特定の生理学的な状態、口臭などの障害を検出することができる。同様に、本実施形態に係るセンサは、薬の代謝や薬物治療の進み具合の測定にも適用可能である。更に、センサは、食品の品質と鮮度を検査する食品関係への応用も可能である。更に、爆発物、毒物または他の有害な分析物を検出する安全性に関係する応用も可能である。更に、本実施形態に係るセンサは、水、汚水、空気といった環境の測定、および、例えば、分析物への曝露および有害な物質の最大許容量の測定といった労働医学への応用も可能である。
【００８８】
本実施形態に係るセンサは、上述のセンサプラットホーム上に、望ましい酵素を含む望ましいコーティング層を導入することで、迅速に与えられた分析物に適用することが可能となる。この変更は、残りのセンサ部分の全てが変更されていないため、迅速、かつ容易に行うことができる。同様に、信号出力および動作パラメータは、デバイスおよび装置を単純なままに保つ。これにより、素人でも操作が可能となる。同様にして、本実施形態によれば、デバイスの一部は異なるセンサで一般的に用いられるものであるため、センサデバイスの製造は、安価に行うことができる。また、たった一つの出力機構で、多数のサンプルの走査を順番に迅速な方法で行うことが可能となるセンサアレイを提供することも可能である。更に、コーティング層を交換できることは、異なる集合状態での分析物のセンサ測定を促進する。例えば、アルコール分析物を検出可能とする酵素とレドックス活性タンパク質との組み合わせがある。気化物質中のアルコールガスの測定には、最良のセンサ構成であり、水中に溶解したアルコールを測定するためにも最良の方法である。両者の構成の違いがコーティング層中に提供されるのであれば、コーティング層を変更することで、アルコールの異なる状態を検出するセンサを迅速に適合させることができる。溶液中および気相中の分析物を測定する別の測定法は、用いられているコーティング層を保護する追加的な特性を与える一つのデバイスで可能となる。更に、コーティング層が汚染された場合、または、異なるサンプルの相互汚染を避けなくてはならない場合、または、サンプルとセンサとのインターフェースを取り替えるという衛生的な要請が存在する場合、コーティング層を交換できることは、センサの再利用を促進する。
【００８９】
欧州特許出願０８  ０１７  ５１０に開示されているように、センサプラットホーム中のレドックス活性タンパク質と分析物との相互作用、または、酵素を含むコーティング層が存在する場合における、酵素と分析物との酵素的な反応により生成されるレドックス活性化合物とレドックス活性タンパク質との相互作用、により、レドックス活性タンパク質は、１または複数の物理的な性質が変化を受ける。例えば、吸光特性が変化するかもしれないし、分子量が変化するかもしれないし、酸化還元状態が変化するかもしれない。同様に、レドックス活性タンパク質は、コーティング層中での分析物と酵素との酵素的な反応によって生成されるレドックス活性化合物と相互作用することにより、いくつかの物理的な特性が同時に変化を受けるかもしれない。例えば、吸光特性と酸化還元状態の双方が変化を受ける例を挙げることができる。トランスデューサは、いずれの物理的な特性の変化をも、電気的な信号に変換する。レドックス活性タンパク質とレドックス活性化合物との相互作用により変化した物理的な性質の種類に依存して、トランスデューサは、様々な形態をとりうる。トランスデューサの具体例は、先だって説明した通りである。ある実施形態においては、タンパク質の酸化還元状態の変化（すなわち、ある意味では、電気的な変化）自体が、トランスデューサによって電気的な信号に変換される。
【００９０】
欧州特許出願０８  ０１７  ５１０．２に開示されている基本的なセンサプラットホームは、例えばチオールのようなレドックス活性分析物との間の特定の反応に基づいている。それに関し、タンパク質は、レドックス活性分析物との間で電荷移動を行うことで、直接相互作用を行う。変化後のタンパク質の酸化還元状態は、質的にも量的にも分析物の存在を示すものとして検出される。タンパク質のポリペプチド鎖またはタンパク質の強く結合した補因子のどちらが変化してもよい。化学受容体物質（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｒｅｃｅｐｔｏｒ  ｍａｔｅｒｉａｌ）と比較して、本実施形態では、チオール認識のために、レドックス活性タンパク質を利用している。他のタンパク質を仲介としたアプローチと比べ、本実施形態は、タンパク質を反応触媒として用いているにも関わらず、タンパク質の酸化還元状態の変化を直接的に読み出したものを利用している。それに関し、共反応物を制御しながら利用する必要性が回避されている。読み出した動因（ｒｅａｄｏｕｔ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）の単純さは、特に、気相分析に関心を引き起こす。
【００９１】
レドックス不活性分析物は、化合物の存在もしくは化合物の量またはその双方が未知であって、分析的に興味のある化学物質であり、これらを決定する必要のある化学物質である。しかしながら、この化学物質はレドックス不活性であり、物質は、電極上に好ましくは固定されているレドックス活性タンパク質と、実験的な条件下では直接反応することができない。実験的な条件は、センサの構造（例えば、レドックス活性タンパク質上の保護コーティング層）、および、センサの動作条件（例えば、電極に印加する電圧、動作温度）、および、分析結果が得られるまでに要する時間枠を含む。レドックス不活性分析物の具体例は、先だって詳細に記載したとおりである。
【００９２】
レドックス活性化合物は、直接は分析的に興味の無い化学物質である。この物質の存在もしくは存在量またはその双方は、レドックス不活性分析物の存在もしくは存在量またはその双方を決定するためだけに興味がある。レドックス活性化合物は、レドックス不活性分析物が関わる反応により生成されるものである。レドックス活性化合物は、レドックス不活性分析物の誘導体であってもよく、上述の反応に関与する第３の化合物の誘導体であってもよい。レドックス不活性分析物とは逆に、レドックス活性化合物は、電極上に好ましくは固定されているレドックス活性タンパク質と、実験的な条件下で直接反応することができる。実験的な条件は、センサの構造（例えば、レドックス活性タンパク質上の保護コーティング層）、および、センサの動作条件（例えば、電極に印加する電圧、動作温度）、および、分析結果が得られるまでに要する時間枠を含む。レドックス活性化合物の具体例は、先だって詳細に記載したとおりである。
【００９３】
レドックス活性分析物は、化合物の存在もしくは化合物の量またはその双方が未知であって、分析的に興味のある化学物質であり、これらを決定する必要のある化学物質である。この化学物質は、レドックス活性であり、電極上に好ましくは固定されているレドックス活性タンパク質と、実験的な条件下で直接反応することができる。実験的な条件は、センサの構造（例えば、レドックス活性タンパク質上の保護コーティング層）、および、センサの動作条件（例えば、電極に印加する電圧、動作温度）、および、分析結果が得られるまでに要する時間枠を含む。
【００９４】
以下では、図面について説明する。
図１は、本実施形態に係るセンサの原理ついて示しており、チオール分析物は、電荷移動によりレドックス活性タンパク質と直接相互作用する。酸化還元状態の変化は、光検出、または、タンパク質が固定されたレドックス活性タンパク質を有する電極のいずれかにより直接検出され、最終的に電気的な信号へと変換される。
【００９５】
図２は、メソポーラスＳｎＯ２上に静電相互作用により固定されたシトクロームｃを示している。ＳｎＯ２は、電極として機能する。タンパク質と電極との密接な接触は、電荷移動を生じさせる。チオールは、電子移動により酸化されたシトクロームｃと反応し、シトクロームｃを還元する。光は、特徴的なことに、タンパク質により吸収される。
【００９６】
図３は、シトクロームｃのＦｅ（ＩＩＩ）状態での吸収スペクトルと、Ｆｅ（ＩＩ）状態での吸収スペクトルとを示しており、性質が異なることがわかる。完全に酸化された状態と完全に還元された状態でのシトクロームｃの推移を観測することが可能である。還元は、チオールにより、または、電気化学的に行われる。図の右上には、図の中央に示したスペクトルよりも広範な波長範囲における、還元および酸化されたシトクロームｃの紫外可視スペクトルを示している。座標軸は、中央の図の場合と同様である。中央の図は、右上のスペクトルにおいて丸で囲った領域の詳細なスペクトルを示したものである。
【００９７】
図４は、ＤＴＴ濃度と、シトクロームｃのスペクトル強度との間の関係を示した図である。ＤＴＴとは、ジチオトレイトール（ｄｉｔｈｉｏｔｈｒｅｉｔｏｌ：Ｃ４Ｈ１０Ｏ２Ｓ２）の略称である。信号は、ＤＴＴによって誘起されたシトクロームｃのＦｅ（ＩＩＩ）状態からＦｅ（ＩＩ）状態への変化によって生じる５５０ｎｍのスペクトル変化によって発生し、添加したＤＴＴの量に対してプロットされている。線形的な関係がデータから見て取れる。
【００９８】
図５は、ＤＴＴ添加の前後におけるシトクロームｃが導入された電極の時間依存電流について示している。Ａｇ／ＡｇＣｌ電極に対して＋８０ｍＶの一定電圧を、電極に対して印加した。ＤＴＴの添加は、シトクロームｃの還元を引き起こす。電子は、電極へと移動し、その後増加した電流が観測される。
【００９９】
図６は、シトクロームｃが導入された電極により観測されたアノード電流の強度とＤＴＴの濃度との関係を示している。ＤＴＴによるシトクロームｃの還元によって生じた定常状態での電流強度と、それに続く電極による再酸化が信号として観測されており、添加されたＤＴＴ濃度に対してプロットされている。線形的な関係がデータから見て取れる。
【０１００】
図７は、ミオグロビンのＦｅ（ＩＩＩ）状態での吸収スペクトルと、Ｆｅ（ＩＩ）状態での吸収スペクトルとを示しており、性質が異なることがわかる。酸化されたミオグロビンおよび還元されたミオグロビン間の推移が観測されている。還元は、ＤＴＴによって生じる。
【０１０１】
図８は、ＤＴＴの濃度と、ミオグロビンのスペクトル強度の変化との関係を示している。ＤＴＴは、ジチオトレイトール（ｄｉｔｈｉｏｔｈｒｅｉｔｏｌ：Ｃ４Ｈ１０Ｏ２Ｓ２）の略称である。信号は、ＤＴＴによって誘起されたミオグロビンのＦｅ（ＩＩＩ）状態からＦｅ（ＩＩ）状態への変化によって生じる５００ｎｍのスペクトル変化によって発生し、添加したＤＴＴの量に対してプロットされている。線形的な関係がデータから見て取れる。
【０１０２】
図９は、ミオグロビンが導入された電極により観測されたアノード電流の強度とＤＴＴの濃度との関係を示している。ＤＴＴによるミオグロビンの還元によって生じた定常状態での電流強度と、それに続く電極による再酸化が信号として観測されており、添加されたＤＴＴ濃度に対してプロットされている。線形的な関係がデータから見て取れる。
【０１０３】
図１０は、スルフヒドリルオキシダーゼが導入された電極により観測されたアノード電流の強度とＤＴＴの濃度との関係を示している。ＤＴＴによるスルフヒドリルオキシダーゼの還元によって生じた定常状態での電流強度と、それに続く電極による再酸化が信号として観測されており、添加されたＤＴＴ濃度に対してプロットされている。線形的な関係がデータから見て取れる。
【０１０４】
図１１は、２つの分析物Ａおよび分析物Ｂのための２つのセンサシステムを図示している。各分析物は、上述のステップにより中間化合物へと変換され、その後、更に第２の酵素により変換される。第１の酵素は、測定可能な出力信号の生成に直接は関わっていない。
【０１０５】
図１２は、アルコールオキシダーゼとワサビペルオキシダーゼとが互いに作用し合い、過酸化水素を中間体とすることでアルコールを検出する例を示している。
【０１０６】
図１３は、本実施形態に係るセンサを示したものであり、レドックス活性タンパク質とトランスデューサとを含むセンサプラットホームに、特定の酵素を含むコーティング層が適用されたセンサを示している。特定の分析物へのセンサの特異性は、コーティング層中の酵素を適切に選択することで達成される。図の右側には、センサの層構造を図示している。レドックス活性タンパク質は、トランスデューサ上に固定されており、酵素は、コーティング層の一部となっている。
【０１０７】
図１４は、コーティング層を示しており、欧州特許出願０８  ０１７  ５１０に開示されたチオールセンサにコーティング層を適用するとコーティング層はフィルタとして機能し、センサは、チオールにほとんど反応しなくなる。更に、センサの特異性は、コーティング層中の酵素を適切に選択することで、チオールから他の種類の分析物へと変更することができる。更に、センサの特異性は、現状のコーティング層を更に別の種類のコーティング層へと交換することで、ある分析物から更に異なる種類の分析物へと変更することができる。
【０１０８】
図１５は、ガス状態のサンプル中に含まれるメチルメルカプタンを検出するセンサを示している。図中のグラフの一方は、シトクロームｃの５５０ｎｍにおける吸光度を時間に対してプロットしたものである。また、他のグラフは、５５０ｎｍにおける吸光度の１分ごとの変化を測定して分析物の濃度に対してプロットしたものであり、センサの応答性を示している。
【０１０９】
図１６は、図１５に示したセンサに、追加のコーティング層として、ゼラチン（または、先に説明したような他の適切な高分子材料）を設けた場合について図示しており、このコーティング層は、センサがガス状態のサンプル中に含まれるメチルメルカプタンに反応しないように変換する。図中のグラフは、シトクロームｃの５５０ｎｍにおける吸光度を時間に対してプロットしたものである。
【０１１０】
図１７は、図１６に示したセンサに、特定の分析物のための酵素（分析物であるエタノールのためのアルコールオキシダーゼ）を含み、この分析物（エタノール）をレドックス活性化合物（過酸化水素）に変換するコーティング層を設けた場合について図示している。図中のグラフの一方は、シトクロームｃの５５０ｎｍにおける吸光度を時間に対してプロットしたものである。また、他のグラフは、５５０ｎｍにおける吸光度の１分ごとの変化を測定して分析物の濃度に対してプロットしたものである。
【０１１１】
図１８は、本実施形態に係るセンサを実装しうる装置を示しており、図１９は、本実施形態に係るセンサをヘルスケアまたは環境の測定に用いる場合の流れ図を示している。本実施形態に係る製品は、先に説明したセンサを含む電子装置から成り立っている。この装置は、センサに加えて、サンプラー、ＣＰＵ、およびディスプレイを備えることが好ましい。また、装置は、センサ装置専用の装置であってよい。また、装置は、センサ機能以外に、他の機能を更に有していてもよい。本実施形態に係るセンサを含む電子機器の例として、センサ、携帯型電子機器およびディスプレイ等を挙げることができる。より詳細な例として、携帯電話、ノートブック型コンピュータ、ラップトップ型コンピュータ、携帯型音楽プレーヤ、ＭＰ３プレーヤ、リモートコントローラ、ｅ−ｃａｒｄ、ｅ−ｂｏｏｋ、ｅ−ｒｅａｄｅｒ、携帯型ＣＤプレーヤ、携帯型ＤＶＤプレーヤ、カメラ、デジタルカメラ、ＧＰＳ装置、電子機器および携帯型センサ装置に統合されたディスプレイ等を挙げることができる。更に、本実施形態に係るセンサを制御する装置またはセンサ自体は、織物や着物などの日常的に用いられる道具に接続されたり統合されたりしてもよい。
【０１１２】
（実施例）
以下では、本発明に係るセンサについて、実施例を示しながら詳細に説明する。しかしながら、以下に示す実施例は、本発明に係るセンサのあくまでも一例であって、本発明に係るセンサが以下に示す例に限定されるわけではない。
【０１１３】
＜実施例１：ジチオトレイトールを検出するためのＳｎＯ２上にシトクロームｃが存在する光学センサ＞
透明電極として、メソポーラスＳｎＯ２上にシトクロームｃを固定した（図２）。所定の電位（例えば、＋２００ｍＶ  ｖｓ．  Ａｇ／ＡｇＣｌ）を印加すると、シトクロームは、酸化された状態（ヘムＦｅ（ＩＩＩ））となる。Ｆｅ（ＩＩＩ）状態のシトクロームｃは、Ｆｅ（ＩＩ）状態の吸収スペクトルとは異なる特徴的な吸収スペクトルを示した（図３）。シトクロームｃをＤＴＴ（チオール）と接触させると、シトクロームｃがＦｅ（ＩＩＩ）からＦｅ（ＩＩ）へと還元され、吸収スペクトルに変化が観測された。スペクトル強度の変化は、添加したＤＴＴ濃度に比例している（図４）。校正後に、信号の変化の強度から、ＤＴＴの濃度を決定可能である。アミン、アルコールおよび水は、シトクロームｃの酸化還元状態に何ら影響を及ぼさない。センサは可逆に動作し、シトクロームｃを酸化する電位を印加することで、センサをはじめの状態までリセットすることが可能である。
【０１１４】
＜実施例２：ジチオトレイトールを検出するためのＳｎＯ２上にシトクロームｃが存在する電気化学的センサ＞
透明電極として、メソポーラスＳｎＯ２上にシトクロームｃを固定した（図２）。所定の電位（例えば、＋８０ｍＶ  ｖｓ．  Ａｇ／ＡｇＣｌ）を印加することで、所定の割合で酸化された（Ｆｅ（ＩＩＩ））シトクロームｃおよび還元された（Ｆｅ（ＩＩ））シトクロームｃが準備される。シトクロームｃをＤＴＴ（チオール）と接触させると、シトクロームｃがＦｅ（ＩＩＩ）からＦｅ（ＩＩ）へと還元される。電位がＦｅ（ＩＩＩ）およびＦｅ（ＩＩ）間の比率を決定するため、ＤＴＴからＦｅ（ＩＩＩ）へと移動した電子は、アノード電流の増加として観測される（図５）。アノード電流の強度は、添加したＤＴＴの濃度に比例している（図６）。校正後に、アノード電流の強度からＤＴＴの濃度を決定可能である。アミン、アルコールおよび水は、シトクロームｃの酸化還元状態に何ら影響を及ぼさない。センサは可逆に動作する。
【０１１５】
＜実施例３：ジチオトレイトールを検出するためのＳｎＯ２上にミオグロビンが存在する電気化学的センサ＞
透明電極として、メソポーラスＳｎＯ２上にミオグロビンを固定した（図２と同様）。所定の電位（例えば、＋８０ｍＶ  ｖｓ．  Ａｇ／ＡｇＣｌ）を印加することで、所定の割合で酸化された（Ｆｅ（ＩＩＩ））ミオグロビンおよび還元された（Ｆｅ（ＩＩ））ミオグロビンが準備される。ミオグロビンをＤＴＴ（チオール）と接触させると、ミオグロビンがＦｅ（ＩＩＩ）からＦｅ（ＩＩ）へと還元される。このプロセスは、溶解したミオグロビンを用いて分光学的な手法を用いても観測することができる（図７および図８）。電位がＦｅ（ＩＩＩ）およびＦｅ（ＩＩ）間の比率を決定するため、ＤＴＴからＦｅ（ＩＩＩ）へと移動した電子は、アノード電流の増加として観測される。アノード電流の強度は、添加したＤＴＴの濃度に比例している（図９）。校正後に、アノード電流の強度からＤＴＴの濃度を決定可能である。センサは可逆に動作する。
【０１１６】
＜実施例４：ジチオトレイトールを検出するためのＳｎＯ２上にスルフヒドリルオキシダーゼが存在する電気化学的センサ＞
透明電極として、メソポーラスＳｎＯ２上にスルフヒドリルオキシダーゼを固定した（図２と同様）。タンパク質をＤＴＴ（チオール）に接触させると、ジスルフィド架橋が還元されて電子がＦＡＤ補因子へと伝達され、更に電極へと伝達される。電位の印加およびタンパク質との電気的な接触により、電極は最終的な電子受容体となる。このプロセスは、アノード電流を生じさせ、アノード電流の強度は、添加したＤＴＴの濃度に比例する。校正後に、アノード電流の強度からＤＴＴの濃度が決定される（図１０）。センサは可逆に動作する。
【０１１７】
チオール分析物を認識する要素としてタンパク質を用いることで、本実施形態に係る線さは、改良された特異性およびチオール検出を提供する。更に、本実施形態に係るセンサは、例えば、酸素または水の存在下といった複雑なセンサ環境においても動作可能である。というのも、驚くべきことに、酸素の存在は、測定された信号の大きさに影響を与えないからである。酸素による信号の消滅は、本実施形態では観測されなかった。本実施形態に係るセンサは、気相および液相中の分析物に対して利用可能であり、出力の単純さ（直接的な出力により、他の共反応物に関するパラメータの制御が不要となる）は、センサ装置として特に興味深い。検出処理の単純さは、センサの小型化および可逆的な利用を可能にする。本実施形態に係るセンサは、タンパク質の酸化還元状態の変化を直接的に検出することにより、改良された感度を提供する。更に、本実施形態に係るセンサは、現時点で公開されている、例えば酸素のような更に少なくとも１つの反応物に依存するセンサよりも、より少ない反応物でよい。多くのセンサは、小型化された装置、携帯型装置、長寿命の装置または多用途へ応用できる装置といった装置に集約することが困難である流体システムに基づいている。更に、本実施形態に係るセンサは、リアルタイム分析が可能であり、特別な技術や更なるハードウェアを用いることなく操作することができる。
【０１１８】
＜実施例５：ガスサンプル中のメチルメルカプタンを検出するためのセンサ（ＦＴＯ電極上にシトクロームｃが導入されたスズ酸化物が存在）＞
センサ構造は、図１５に模式的に示したように、ＦＴＯ基板上にシトクロームｃが導入されたスズ酸化物が設けられている。シトクロームｃは、メチルメルカプタンと直接相互作用し、その結果、５５０ｎｍの吸収が増加する。図１５右上のグラフは、シトクロームｃの５５０ｎｍにおける吸収を、時間に対してプロットしたものである。参照サンプルである湿った空気から、１００ｐｐｍの湿ったメチルメルカプタンガスへと切り替えた時点を、グラフ中に矢印で示している。図１５右下のグラフは、センサ応答性を示したものであり、シトクロームｃの５５０ｎｍにおける吸収の１分ごとの変化を、湿った空気中の異なるメチルメルカプタンの濃度に対してプロットしたものである。
【０１１９】
＜実施例６＞
実施例１に示したセンサの一番上の層にゼラチンを設け、ガスサンプル中のメチルメルカプタンに反応しないようにした（図１６）。図１６左側には、ＦＴＯ（フッ素がドープされたスズ酸化物）基板上にシトクロームｃが導入されたスズ酸化物を設けた、センサの模式的な構造が記載されている。シトクロームｃは、メチルメルカプタンと相互作用することができない。というのも、ゼラチンのコーティング層により、メチルメルカプタンとの相互作用が妨げられるからである。これが、図１６右側に示した５５０ｎｍにおける吸収が一定である理由である。グラフは、シトクロームｃの５５０ｎｍにおける吸収を、時間に対してプロットしたものである。参照サンプルである湿った空気から、１００ｐｐｍの湿ったメチルメルカプタンガスへと切り替えた時点を、グラフ中に矢印で示している。
【０１２０】
＜実施例７＞
実施例２に示したセンサにアルコールオキシダーゼを追加し、エタノールに反応するようにした（図１７）。図１７左側には、ＦＴＯ基板上にシトクロームｃが導入されたスズ酸化物を設けた、センサの模式的な構造が記載されている。シトクロームｃは、過酸化水素と相互作用し、その結果、５５０ｎｍにおける吸収が減少する。過酸化水素は、エタノールが変換されることで生成される。エタノールの変換は、ゼラチンコーティング層に埋め込まれたアルコールオキシダーゼの触媒作用によって生じる。図１７右上のグラフは、シトクロームｃの５５０ｎｍにおける吸収を、時間に対してプロットしたものである。参照サンプルである湿った空気から、１００ｐｐｍの湿ったエタノールガスへと切り替えた時点を、グラフ中に矢印で示している。図１７右下のグラフは、センサ応答性を示したものであり、シトクロームｃの５５０ｎｍにおける吸収の１分ごとの変化を、湿った空気中の異なるエタノールの濃度に対してプロットしたものである。
【０１２１】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、他の化合物が存在していたとしてもチオールを検出することが可能なチオール分析物（ｔｈｉｏｌ  ａｎａｌｙｔｅ）を検出するためのセンサが提供される。また、本発明の実施形態によれば、交差反応性のない、または、交差反応性が非常に少ないチオール分析物用のセンサが提供される。更に、本発明の実施形態によれば、複雑な環境下であっても動作するチオール分析物用のセンサが提供される。また、本発明の実施形態によれば、気相および液相の分析物に適用可能なセンサが提供される。また、本発明の実施形態によれば、リアルタイム分析を可能とするセンサが提供される。また、本発明の実施形態によれば、共反応物に関する測定の必要を省略できるセンサが提供される。また、本発明の実施形態によれば、様々な分析物に適用可能なセンサが提供される。
【０１２２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１８】
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【図１９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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