(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファラデー作用電極と、
異なる容量を有する第１および第２の容量性対向電極と、
ＥＣＬ部分および被分析物に対する標識結合パートナーもしくは被分析物の標識アナログを含む分析実施物質とを含む電気化学セルからなる装置であって、
前記電気化学セルは、同一のセル内に該ファラデー作用電極と該容量性対向電極とを備える装置。
【請求項２】
前記第１および第２の容量性対向電極が酸化物層を有する半導体材料を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記ファラデー作用電極が超ミクロ電極であることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記ＥＣＬ部分がオスミウムおよびルテニウムから選ばれた金属イオンを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
ＥＣＬ共反応物をさらに含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記ＥＣＬ共反応物が第三級アミンを含むことを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記ＥＣＬ共反応物が親水性官能基を含む第三級アミンを含むことを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項８】
前記ファラデー作用電極と前記第１および第２の容量性対向電極とに流体接続するフィルターをさらに含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
支持体に連結した前記被分析物のための結合パートナーをさらに含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記支持体が磁化可能ビーズであることを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記ファラデー作用電極の表面に磁化可能ビーズを集めるための磁石をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記磁石が、前記ファラデー作用電極の下の位置から可逆的に移動することを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記ファラデー作用電極上の発光を検出するために、該電極に、および／または該電極の近くに配置される光検出器をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
液体の移動を可能とするべく、前記ファラデー作用電極を横切るようにまたは該電極上に配置されるポンプをさらに含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記ファラデー作用電極と前記第１および第２の容量性対向電極とがフローセル中に位置し、
前記ファラデー作用電極の表面から離れる少なくとも１つの酸化生成物および少なくとも１つの還元生成物の動きを、前記フローセルを通る電解質の流れで促進することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
（ａ）必要により試料をろ過する前処理、および／または試料と試薬とを混合する前処理をする工程；
（ｂ）ファラデー作用電極を、必要により前処理された前記試料とＥＣＬ部分と電解質とを含む溶液に接触させる工程；
（ｃ）異なる容量の第１および第２の容量性対向電極を前記溶液と接触させる工程；
（ｄ）前記ファラデー作用電極でファラデー電荷移動を行うに十分な電気エネルギーを、該ファラデー作用電極と前記第１または第２の容量性対向電極との間に供給する工程；および
（ｅ）（ｉ）光、（ii）電流、（iii）電圧および（iv）電荷の少なくとも１つを測定し、前記試料中の被分析物の存在または量を決定する工程
を含むことを特徴とする、試料中の被分析物の存在または量を決定する方法。
【請求項１７】
前記ファラデー作用電極を横切って移動する前記ファラデー電荷が、前記第１および第２の容量性対向電極を横切って移動する前記ファラデー電荷の少なくとも１０倍であり、その結果、前記第１および第２の容量性対向電極で極めて少量の電気化学副生物を生成し、
印加電気エネルギーが極性を交互に変えて変化し、前記ファラデー作用電極において少なくとも１つの酸化生成物と少なくとも１つの還元生成物とを生成することを特徴とする、
対向電極できわめて少量の電気化学副生物を生成する一方、作用電極で少なくとも１つの電気化学生成物を生成する請求項１６に記載の試料中の被分析物の存在または量を決定する方法。
【請求項１８】
前記分析実施物質を取り囲む蒸気バリアをさらに含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１および第２の容量性対向電極に電解質溶液を接触させる機構をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１５および請求項１８のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はファラデー作用電極と容量性対向電極とを有する電気化学セルを含む電気化学装置、およびセルの使用法に関する。電気化学セルは生成する酸化還元生成物および／または酸化還元生成物発生のタイミングの制御に有用である。ある実施形態では、電気化学セルは電気化学発光の発生とその使用とに有用である。
【背景技術】
【０００２】
電気化学発光（ＥＣＬ）法およびシステムは、医療診断、食品および飲料試験、環境モニター、製造品質管理、医薬発見および基礎科学研究を含む様々な用途に有用である。分析測定のためにＥＣＬを利用するいくつかの市販装置がある。
【０００３】
ＥＣＬを発するために導入される化学種（ＥＣＬ部分）が、様々な試験法におけるＥＣＬラベルとして使用されてきた。ＥＣＬラベルによって発生する光を、診断法におけるレポーター信号として用いることができる（Bardら、米国特許第５，２３８，８０８号）。たとえば、ＥＣＬラベルを抗体または核酸プローブ等の結合剤と共有結合させることができ、結合相互作用における結合剤の沈殿をＥＣＬラベルから発するＥＣＬを測定することによりモニターすることができる。または、ＥＣＬ活性化合物からのＥＣＬ信号が化学的環境を示唆するものであり得る（たとえばＥＣＬ共反応物の生成または分解をモニターするＥＣＬ分析を記述する米国特許第５，６４１，６２３号参照）。
【０００４】
ＥＣＬの更なる背景について、ＥＣＬ分析およびＥＣＬ分析装置は米国特許第５，０９３．２６８号、５，１４７，８０６号、５，３２４，４５７号、５，５９１，５８１号、５，５９７，９１０号、５，６４１，６２３号、５，６４３，７１３号、５，６７９，５１９号、５，７０５，４０２号、５，８４６，４８５号、５，８６６，４３４号、５，７８６，１４１号、５，７３１，１４７号、６，０６６，４４８号、６，１３６，２６８号、５，７７６，６７２号、５，３０８，７５４号、５，２４０，８６３号、６，２０７，３６９号および５，５８９，１３６号；ならびに国際公報第９９／６３３４７号パンフレット、国際公報第２０００／０３２３３号パンフレット、国際公報第９９／５８９６２号パンフレット、国際公報第９９／３２６６２号パンフレット、国際公報第９９／１４５９９号パンフレット、国際公報第９８／１２５３９号パンフレット、国際公報第９７／３６９３１号パンフレットおよび国際公報第９８／５７１５４号パンフレット参照。
【０００５】
市販ＥＣＬ装置はその優れた感度、ダイナミックレンジ、精度および複合試料マトリックスの許容度を含めた理由で広く使用されている。市販装置の多くは永久に再使用可能なフローセルを有するフローセル系設計を用いている。永久フローセルの使用により多くの利点が得られるが、たとえば分析スループットにおいてある程度の限界がある。ある用途、たとえば潜在的治療薬のための化学ライブラリーのスクリーニングでは、分析装置は少量の試料で多数の分析を高速で行わなければならない。
【０００６】
分析スループットを増加し試料サイズを小さくするために様々な技術が開発された。複数ウエル分析プレートを使用することにより、プレートの複数のウエルに分布した多数の試料の並行処理および分析が可能になる。典型的には、試料および試薬を複数ウエルプレートにて保存、処理および／または分析することができる（マイクロプレートまたはマイクロタイタープレートとしても知られる）。複数ウエル分析プレートは様々な形式、サイズおよび形を取り得る。高スループット分析のための試料を処理するために使用されるある装置では、便宜上ある標準が示されている。複数ウエルプレートは典型的には標準のサイズおよび形、ならびにウエルの標準配置で製作される。ウエルの確立された配置には９６ウエルプレート（ウエルの１２×８のアレイ）、３８４ウエルプレート（ウエルの２４×１６のアレイ）および１５３６ウエルプレート（ウエルの４８×３２のアレイ）が含まれる。Society for Biomolecular ScreeningおよびＡＮＳＩは、様々なプレートフォーマットのためのマイクロプレートの仕用書を出版している（htpp://sbspnline.org参照）。
【０００７】
より小さい試料容積、より安価で迅速かつ高感度を必要とするＥＣＬ分析システムおよび他の電気化学法に基づく分析システムが要求されている。これらの要求を満たすためにはこれらの分析がナノスケールに移行するので、作用電極を対向電極から分離することがますます困難になっている。作用電極と対向電極とが同じセル内でより近くなるので、対向電極で形成された望ましくない酸化還元副産物が作用電極の化学種と相互作用し得る。
【０００８】
現在、１個の容量性電極と１個のファラデー電極とを用いるセルが固相システムで、たとえば電荷を発光有機ポリマーの薄層中に注入して分光学的性質の観察を助けるために使用されている。このようなシステムでは、１つの電極はポリマー層に接触し、もう一方の電極は不純物または空気の約１０ｎｍの絶縁層によってポリマー層から分離された小さなチップである。たとえばAdamsら、J.Phys.Chem．B、２０００、１０４、６７２８参照。これらの電子は電気化学セルでなく、電解質溶液を使用せず、電解質溶液を含むように設計されていない。容量性電極と参照電極とを含む形状が二重層効果を調べるために使用されている。たとえばGraham、Chem.Rev.、１９４７、４１、４４１参照。これらの研究は分極電極の重要性に焦点を当てている。参照電極におけるファラデー効果は重要でなく、無視されていた。
【０００９】
電気化学的に発生する副生物の試料中への導入を減少させる電気化学装置が必要である。
【００１０】
酸化と還元との生成物の発生のタイミングを別々に制御する電気化学装置が必要である。
【発明の開示】
【００１１】
本発明はファラデー作用電極と容量性対向電極とを含む電気化学セルを含む装置を提供し、電気化学セルは該ファラデー作用電極と該容量性対向電極とに同時に接触し得る電解質溶液を受容することができる。
【００１２】
また、本発明は、以下の工程を有する、試料中の被分析物の存在または量を決定する方法を提供する：
（ａ）必要により試料を前処理する工程；
（ｂ）ファラデー作用電極を、必要により前処理された試料と電解質とを含む溶液に接触させる工程；
（ｃ）容量性対向電極を溶液と接触させる工程；
（ｄ）ファラデー作用電極でファラデー電荷移動を行うに十分な電気エネルギーを、ファラデー作用電極と容量性対向電極との間に供給する工程；および
（ｅ）（ｉ）光、（ii）電流、（iii）電圧および（iv）電荷の少なくとも１つを測定し、試料中の被分析物の存在または量を決定する工程。
【００１３】
また、本発明は、以下の工程を有する、作用電極で少なくとも１つの電気化学生成物を発生する一方、対向電極で極めて少量の電気化学副産物を発生する方法を提供し：
ファラデー作用電極を電解質溶液と接触させる工程；
容量性対向電極を電解質溶液と接触させる工程；および
ファラデー作用電極と容量性対向電極との間に電気エネルギーを印加する工程；
ここでファラデー作用電極を横切って移動するファラデー電荷移動は、容量性対向電極を横切って移動するファラデー電荷移動の少なくとも約１０倍であり、その結果対向電極で極めて少量の電気化学副産物を発生する。
【００１４】
この方法および本明細書に開示または特許請求したいかなる方法においても、ファラデー電極および容量性電極を電解質または試料溶液と任意の順番で接触して設置し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
発明の詳細な説明
以下の記述は付属する図面に関し、相反した図示がない場合は異なった図面中の同じ番号は類似の要素を表す。以下の記述中の説明は、特許請求された発明の原理と一致した全ての説明ではない。むしろ、それらはこれらの原理と一致するシステムおよび方法のある例にすぎない。上記の一般的記述および以下の詳細な記述の双方は、例として説明するためのみであり、特許請求された本発明を制約するものでないことを理解されたい。
【００１６】
１．定義
本明細書に用いる以下の語句および文節は、それらが使用される文脈がそれ以外を示す場合以外は概して以下に示す意味を有することを意図する。これらの定義は読者の便宜のために本セクションに置かれる。本出願の他のセクションに見出され得る用語、語句および文節は、また、それらが用いられる文脈が他を示す場合を除いて、意図する意味も記載する。
【００１７】
Ａ．一般的定義
本明細書に用いる用語「脂肪族」はThe American Heritage（登録商標）Dictionary of English Language、第４版、著作権２０００に定義され、炭素原子が開放鎖中に結合している有機化合物を包含する。開放鎖は１〜２０炭素原子、または１〜１３炭素原子、または１〜６炭素原子を含む。脂肪族基が不飽和の場合、１〜１０、または１〜６、または１〜３点の不飽和であり得る。脂肪族基中の炭素原子数は「Ｃ」の下付き文字で示すことができる（たとえば「Ｃ3脂肪族」は３個の炭素原子を有する脂肪族基を表す）。同様に、範囲を下付き文字で表すことができる。たとえば「Ｃ1-10脂肪族」は１〜１０個の炭素原子を含む脂肪族基を包含する。脂肪族基の例にはメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、２−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、２−ヘキシル、３−ヘキシル、３−メチルペンチル、エテン、プロペン、エチン、ブテン、プロピン、ブチン等が含まれるが、それらに限定されない。特定の数の炭素を有する脂肪族基が添字を付けたＣの表記法を用いて命名される場合、その数の炭素を有する全ての同族体も包含するものとする。脂肪族基を必要あれば本明細書で定義する少なくとも１個の親水性官能基で置換することができる。さらに、ＥＣＬ部分およびＥＣＬ共反応物として有用な脂肪族基も別な官能基を有し、１個（すなわち一座配位子）または複数個（すなわち二座またはポリ配位子）の結合点を有し得る。このような脂肪族基は公知であり、Electrogenerated Chemiluminescence、Bard編集、Marcel Decker（２００４）、Knight、A.およびGreenway、G.、Analyst１１９：８７９〜８９０、１９９４に記載されている。
【００１８】
用語「親水性官能基」は、水中で分子の溶解度を促進するまたは増加する官能基に関する。それらの例にはヒドロキシル（−ＯＨ）、アルデヒド（−Ｃ（Ｏ）Ｈ）、ヒドロキシカルボニル（−Ｃ（ＯＨ）（Ｃ＝Ｏ）Ｈ）、アミノ（−ＮＨ2）、アミノカルボニル（−ＣＯＮＨ2）、アミジン（−Ｃ（＝ＮＨ）ＮＨ2）、イミノ（−Ｃ＝ＮＨ）、シアノ（−ＣＮ）、ニトロ（−ＮＯ2）、ナイトレート（−ＮＯ3）、サルフェート（−ＳＯ4）、スルフォネート（−ＳＯ3Ｈ）、ホスフェート（−ＰＯ4）、ホスフォネート（−ＰＨ2Ｏ3）、シリケート（ＳｉＨＯ3）、カルボキシレート（−ＣＯＯＨ）、ボレート（ＢＯ3）、グアニジウム（ＨＮ−Ｃ（＝ＮＨ）−ＮＨ2）、カルバミド（−ＮＨＣ（Ｏ）ＮＨ2）、カルバメート（−ＮＨＣ（Ｏ）ＮＨ2）、カーボネート（−ＣＯ3）、スルファミド（−Ｓ（Ｏ）2ＮＨ2）、シリル（−ＳｉＨ3および／または−Ｓｉ（ＯＨ）3）、シロキシ（−ＯＳｉＨ3および／または−Ｓｉ（ＯＨ）3）、アミド等が含まれるが、それらに限定されない。
【００１９】
本明細書に用いる用語「結合パートナー」は、目的の被分析物に特異的に結合し得る物質を意味する。一般に、特異的結合は相対的に高い親和性および相対的に低〜中程度のキャパシタンスが特徴である。非特異的結合は通常、中〜高キャパシタンスの低親和性を有する。典型的には、親和定数Ｋａが約１０6Ｍ-1より高い場合、結合は特異的であると考えることができる。たとえば、親和定数が約１０8Ｍ-1より高い場合、結合は特異的であると考えることができる。より高い親和定数はより大きい親和性、したがって典型的にはより高い特異性を示す。たとえば、典型的には抗体は抗原と１０6Ｍ-1〜１０9Ｍ-1以上の範囲の親和定数で抗原と結合する。
【００２０】
結合パートナーの例には相補核酸配列（たとえば相互にハイブリダイゼーションする２個のＤＮＡ配列；相互にハイブリダイゼーションする２個のＲＮＡ配列；相互にハイブリダイゼーションするＤＮＡおよびＲＮＡ配列）、抗体および抗原、受容体および配位子（たとえばＴＮＦおよびＴＮＦｒ−１、ＣＤ１４２およびＶＩＩａ因子、Ｂ７−２およびＣＤ２８、ＨＩＶ−１およびＣＤ４、ＡＴＲ／ＴＥＭ８またはＣＭＧおよび炭疽毒素の保護抗原部分）、酵素および基質、または分子および結合蛋白質（たとえばビタミンＢ１２および内因性因子、葉酸および葉酸結合蛋白質）が含まれる。
【００２１】
上記のように、抗体は結合パートナーの一例である。本明細書で用いる用語「抗体」は免疫グロブリンまたはその一部を意味し、その起源、製造法またはその他の特性に関わらず抗原結合部位を有する任意のポリペプチド（糖部分（単糖および多糖）によりさらに修飾されているかされていない）を包含する。たとえばその用語にはポリクローナル、モノクローナル、単一特異性、多重特異性、ヒト化、単一鎖、キメラ、合成、組み換え、ハイブリッド、突然変異およびＣＤＲグラフト抗体、ならびに融合蛋白質が含まれる。抗体の一部は、Ｆａｂ、Ｆａｂ’、Ｆ（ａｂ’）2、Ｆａｃｂ、Ｆｖ、ＳｖＦｖ、Ｆｄ、ＶHおよびＶLを含むがそれらに限定されない、抗原と結合し得る任意のフラグメントを含み得る。
【００２２】
Biochemicals and Reagent for Life Science Research、Sigma Aldrich Co.、P.O. Box１４５０８、St. Louis、MO ６３１７８（１９９９）；the Life Technologies Catalog、Life Technologies、Galthersburg、Md；およびPierce Catalog、Pierce Chemical Company、PO Box 117、Rockford、III. ６１１０５（１９９４）等の様々なリストに例示されるような、目的とする様々な被分析物と結合する多数のモノクローナル抗体が利用可能である。
【００２３】
他のモノクローナル抗体の例にはβ−アクチン、ＤＮＡ、ジゴキシン、インスリン、プロゲステロン、ヒトリンパ球マーカー、ヒトインターロイキン−１０、ヒトインターフェロン、ヒトフィブリノゲン、ｐ５３、Ｂ型肝炎ウイルスまたはその一部、ＨＩＶウイルスまたはその一部、腫瘍壊死因子またはＦＫ−５０６と結合するものが含まれる。ある実施形態では、モノクローナル抗体はＴ４、Ｔ３、遊離Ｔ３、遊離Ｔ４、ＴＳＨ（胸腺刺激ホルモン）、サイログロブリン、ＴＳＨ受容体、プロラクチン、ＬＨ（黄体形成ホルモン）、ＦＳＨ（卵胞刺激ホルモン）、テストステロン、プロゲステロン、エストラジオール、ｈＣＧ（ヒト絨毛性性腺刺激ホルモン）、ｈＣＧ＋β、ＳＨＢＧ（性ホルモン結合グロブリン）、ＤＨＥＡ−Ｓ（デヒドロエピアンドロステロン硫酸）、ｈＧＨ（ヒト成長ホルモン）、ＡＣＴＨ（副腎皮質刺激ホルモン）、コルチゾール、インスリン、フェリチン、葉酸、ＲＢＣ（赤血球）葉酸、ビタミンＢ１２、ビタミンＤ、Ｃ−ペプチド、トロポニンＴ、ＣＫＭＢ（クレアチンキナーゼ−ミオグロビン）、ミオグロビン、プロＢＮＰ（脳ナトリウム排泄ペプチド）、ＨｂｓＡｇ（Ｂ型肝炎表面抗原）、ＨｂｅＡｇ（Ｂｅ型肝炎抗原）、ＨＩＶ抗原、結合ＨＩＶ、ピロリ、β−ＣｒｏｓｓＬａｐｓ、オステオカルシン、ＰＴＨ（副甲状腺ホルモン）、ＩｇＥ、ジゴキシン、ジギトキシン、ＡＦＰ（α−フェト蛋白質）、ＣＥＡ（癌胎児性抗原）、ＰＳＡ（前立腺特異性抗原）、遊離ＰＳＡ、ＣＡ（癌抗原）１９−９、ＣＡ１２−５、ＣＡ−７２−４、ｃｙｆｒａ２１−１、ＮＳＥ（神経特異性エノラーゼ）、Ｓ−１００、Ｐ１ＮＰ（１型プロコラーゲンＮ−プロペプチド）、ＰＡＰＰ−Ａ（妊娠関連血漿蛋白質Ａ）、Ｌｐ−ＰＬＡ２（リポ蛋白質関連ホスフォリパーゼＡ２）、ｓＣＤ４０Ｌ（可溶性ＣＤ４０配位子）、ＩＬ１８およびサービビンの少なくとも１つと特異的に結合する抗体から選ばれる。
【００２４】
他のモノクローナル抗体の例には抗ＴＰＯ（抗甲状腺ペルオキシダーゼ抗体）、抗ＨＢｃ（Ｂｃ型肝炎抗原）、抗ＨＢｃ／ＩｇＭ、抗ＨＡＶ（Ａ型肝炎ウイルス）、抗ＨＡＶ／ＩｇＭ、抗ＨＣＶ（Ｃ型肝炎ウイルス）、抗ＨＩＶ、抗ＨＩＶｐ−２４、抗風疹ＩｇＧ、抗風疹ＩｇＭ、抗トキソプラズマ症ＩｇＧ、抗トキソプラズマ症ＩｇＭ、抗ＣＭＶ（サイトメガロウイルス）ＩｇＧ、抗ＣＭＶ  ＩｇＭ、抗ＨＶＧ（Ｇ型肝炎ウイルス）および抗ＨＴＬＶ（ヒトＴリンパ球向性ウイルス）が含まれる。
【００２５】
結合パートナーのまた別な例には結合蛋白質があり、たとえばビタミンＢ１２結合蛋白質、基本ドメインのスーパープラス等のＤＮＡ結合蛋白質、亜鉛配位ＤＮＡ結合蛋白質、ヘリックス回転ヘリックス、副溝接触ベータ骨格因子および抗体でない他の転写因子が含まれる。
【００２６】
本明細書で用いる用語「標識結合パートナー」とは、原子、部分、官能基または検出可能信号を発生、修飾または調整可能な分子を意味する。たとえば、放射線化学分析では標識結合パートナーをヨウ素の放射性同位体で標識し得る。または、標識結合パートナー抗体を酵素、たとえば比色分析で使用できるセイヨウワサビペルオキシダーゼで標識し得る。また、標識結合パートナーを蛍光測定、時間分解蛍光測定または蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）測定に有用な蛍光団等の蛍光団で標識し得る。報告者の例はHemmilaら、J. Biochem. Biophys. Method.、２６巻、ｐｐ２８３〜２９０（１９９３）；Kakabakosら、Clin. Chem．、３８巻、ｐ３３８〜３４２（１９９２）；Xuら、Clin. Chem．、ｐ２０３８〜２０４３（１９９２）；Hemmilaら、Scand. J. Clin. Lab. Invest.、４８巻ｐ３８９〜４００（１９８８）；Bioluminescence and Chemiluminescence Proceedings of the 9th International Symposium、１９９６、J. W. Hastingsら編集、Wiley、New York、１９９６；Bioluminescence and Chemiluminescence Instruments and Applications、Knox Van Dyre編集、CRC Press、Boca Raton、１９８５；I. Hemmila、Applications of Fluorescence in Immunoassay、Chemical Analysis、１１７巻、Wiley、New York、１９９１；およびBlackbumら、Clin. Chem.、３７巻、ｐ１５３４（１９９１）に開示されている。
【００２７】
標識結合パートナーの別な例には電気化学発光部分（ＥＣＬ部分）、官能基または電気化学発光（ＥＣＬ）分析で信号を発生するために有用な分子で標識された結合パートナーが含まれる。ＥＣＬ部分は電気エネルギー源に直接曝すことにより電磁放射線を繰り返し発光するために導入され得る任意の化合物であってよい。このような部分、官能基または分子は米国特許第５，９６２，２１８号、５，９４５，３４４号、５，９３５，７７９号、５，８５８，６７６号、５，８４６，４８５号、５，８１１，２３６号、５，８０４，４００号、５，７９８，０８３号、５，７７９，９７６号、５，７７０，４５９号、５，７４６，９７４号、５，７４４，３６７号、５，７３１，１４７号、５，７２０，９２２号、５，７１６，７８１号、５，７１４，０８９号、５，７０５，４０２号、５，７００，４２７号、５，６８６，２４４号、５，６７９，５１９号、５，６４３，７１３号、５，６４１，６２３号、５，６３２，９５６号、５，６２４，６３７号、５，６１０，０７５号、５，５９７，９１０号、５，５９１，５８１号、５、５４３，１１２号、５，４６６，４１６号、５，４５３，３５６号、５，３１０，６８７号、５，２９６，１９１号、５，２４７，２４３号、５，２３８，８０８号、５，２２１，６０５号、５，１８９，５４９号、５，１４７，８０６号、５，０９３，２６８号、５，０６８，０８８号、５，０６１，４４５号および６,８０８０３９号;Dong, L.ら、Anal. Biochem.、第２３６巻、ｐ３４４〜３４７（１９９６）；Blohmら、Biomedical Products,第２１巻、Ｎｏ．４：６０（１９９６）；Jameisonら、Anal. Chem.、第６８巻、ｐ１２９８〜１３０２（１９９６）；Kibbeyら、Nature Biotechnology、第１４巻、Ｎｏ．３、ｐ２５９〜２６０（１９９６）；Yuら、Applied and Environmental Microbiology、第６２巻、Ｎｏ．２、ｐ５８７〜５９２（１９９６）；Williams, American Biotechnology、ｐ２６、（１９９６年１月）；Darsleyら、Products、第２１巻、Ｎｏ．１、ｐ１３３（１９９６年１月）；Kobrynskiら、Clinical and Diagnostic Laboratory Immunology、第３巻、Ｎｏ．１，ｐ４２〜４６（１９９６年１月）；Williams、IVD Technology、ｐ２８〜３１（１９９５年１１月）；Deaver, Nature、第３７７巻、ｐ７５８〜７６０（１９９５年１０月２６日）；Yuら、BioMedical Products、第２０巻、Ｎｏ．１０、ｐ２０（１９９５年１０月）；Kibbeyら、BioMedical Products, 第２０巻、No.９，ｐ１１６（１９９５年９月）；Schutzbankら、Journal of Clinical Microbiology、第３３巻、ｐ２０３６〜２０４１（１９９５年８月）；Stemら、Clinical Biochemistry、第２８巻、ｐ４７０〜４７２（１９９５年８月）；Carlowicz, Clinical Laboratory News、第２１巻、Ｎｏ．８，ｐ１〜２（１９９５年８月）；Gatto-Menkingら、Biosensors & Bioelectronics、第１０巻、ｐ５０１〜５０７（１９９５年７月）；Yuら、Journal of Bioluminescence and chemoluminescence、第１０巻、ｐ２３９〜２４５（１９９５）；Van Gemenら、Journal of Virology Methods第４９巻、ｐ１５７〜１６８（１９９４）；Yangら、Bio/Technology、第１２巻、ｐ１９３〜１９４（１９９４）；Kentenら、Clinical Chemistry、第３８巻、ｐ８７３〜８７９（１９９２）；Kenten, Non-radioactive Labeling and Detection of Biomolecules, Kasseler編集,Springer, Berlin、ｐ．１７５〜１７９（１９９２）；Gudibande ら、Journal of Molecular and Cellular Probes、第６巻、ｐ４９５〜５０３（１９９２）；Kentenら、Clinical Chemistry, 第３７巻、ｐ１６２６〜１６３２（１９９１）；Blackburnら、Clinical Chemistry, 第３７巻、ｐ１５３４〜１５３９（１９９１）；Electrogenerated Chemiluminescence, Bard編集、Marcel Dekker（２００４）；および米国特許第５，９３５，７７９号に開示されている。ある実施形態では、電気化学発光基はルテニウムまたはオスミウム等の金属を含有し得る。ある実施形態では、結合パートナーをルテニウム（II）トリス−ビピリジン（［Ｒｕ（ｂｐｙ）3］2+）等のトリス−ビピリジル−ルテニウム基等のルテニウム部分で標識できる。
【００２８】
本明細書で用いる用語「被分析物」は試料中に見出される任意の分子、または細胞またはウイルスの細胞成分を含む分子凝集体を意味する。結合パートナーが特異的に結合し得る被分析物の例にはバクテリア毒素、ウイルス、バクテリア、蛋白質、ホルモン、ＤＮＡ、ＲＮＡ、薬剤、抗生物質、神経毒素およびそれらの代謝生成物が含まれる。また用語「被分析物」の範囲に含まれるものは、試料中に見出される任意の分子の断片である。被分析物が有機化合物、有機金属化合物または無機化合物であってよい。被分析物が核酸（たとえばＤＮＡ、ＲＮＡ、プラスミド、ベクターまたはオリゴヌクレオチド）、蛋白質（たとえば抗体、抗原、受容体、受容体配位子またはペプチド）、リポ蛋白質、糖蛋白質、リボまたはデオキシリボヌクレオ蛋白質、ペプチド、多糖、リポ多糖、脂質、脂肪酸、ビタミン、アミノ酸、医薬化合物（たとえばトランキラオザー、バルビチュレート、アヘン剤、アルコール、３環式抗うつ剤、ベンゾジアゼピン、抗ウイルス剤、抗カビ剤、抗生物質、ステロイド、強心グリコシドまたは上記の任意の代謝物）、ホルモン、成長因子、酵素、補酵素、アポ酵素、ハプテン、レクチン、基質、細胞代謝物、細胞成分またはオルガネラ（たとえば膜、細胞壁、リボソーム、クロモソーム、ミトコンドリアまたは細胞骨格成分）であってよい。定義には毒素、農薬、除草剤および環境汚染物も含まれる。定義にはさらに、本定義内に示した任意の例の１つ以上を含む複合体も含まれる。
【００２９】
被分析物のまた別な例にはアエロモナス細菌（Aeromonas hydrophila）および他の種（ｓｐｐ）等のバクテリア病原体；炭疽菌（Bacillus anthracis）；セレウス菌（Bacillus cereus）；クロストリジウム属（Clostridium）のボツリヌス（Botulinum）神経毒素生産種；ウシ流産菌（Brucella abortus）；マルタ熱菌（Brucella melitensis）；ブタ流産菌（Brucella suis）；鼻疽菌（Burkholderia mallei）（以前はＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｍａｌｌｅｉ）；Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ  ｐｓｅｕｄｏｍａｌｌｅｉ（以前はＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｓｅｕｄｏｍａｌｌｅｉ）；Ｃａｍｐｙｌｏｂａｃｔｅｒ  ｊｅｊｕｎｉ；オウム病クラミジア（Chlamydia psittaci）；ボツリヌス菌（Clostridium botulinum）；ウェルシュ菌（Clostridium perfringens）；Ｃｏｗｄｒｉａ  ｒｕｍｉｎａｎｔｉｕｍ（熱水）；コクシエラ・バーネッティ（Coxiella Burnetii）；大腸菌（Escherichia coli）−毒素原性大腸菌等の病原性（Enterovirulent）グループ（ＥＥＣグループ）；大腸菌−毒素原性大腸菌（ＥＰＥＣ）；大腸菌−Ｏ１５７：Ｈ７出血性大腸菌（ＥＨＥＣ）；および大腸菌−侵入性（ＥＩＥＣ）；エールリヒア属（Ehrlichia spp.）（Ｅｈｒｌｉｃｈｉａ  ｃｈａｆｆｅｅｎｓｉｓ等）；野兎病菌（Francisella tukarensis）；Ｌｅｇｉｏｎｅｌｌａ  Ｐｎｅｕｍｏｐｈｉｌｉａ；Ｌｉｂｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ａｆｒｉｃａｎｕｓ；Ｌｉｂｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ａｓｉａｔｉｃｕｓ；リステリア・モノサイトゲネス（Listeria monocytogenes）；クレブシエラ（Klebsiella）、エンテロバクター（Enterobacter）、プロテウス（Proteus）、アエロバクター（Aerobacter）、プロビデンシア（Providencia）およびセラシア（Serratia）等の様々な腸内細菌；ウシ結核菌（Mycobacterium bovis）；ヒト結核菌（Mycobacterium tuberculosis）；Ｍｙｃｏｐｌａｓｍａ  ｃａｐｒｉｃｏｌｕｍ；Ｍｙｃｏｐｌａｓｍａ  ｍｙｃｏｉｄｅｓ  ｓｓｐ  ｍｙｃｏｉｄｅｓ；Ｐｅｒｏｎｏｓｃｌｅｒｏｓｐｏｒａ  ｐｈｉｌｉｐｐｉｎｅｎｓｉｓ；Ｐｈａｋｏｐｓｏｒａ  ｐａｃｈｙｒｈｉｚｉ；Ｐｌｅｓｉｏｍｏｎａｓ  ｓｈｉｇｅｌｌｏｉｄｅｓ；Ｒａｌｓｔｏｎｉａ  ｓｏｌａｎａｃｅａｒｕｍ  ｒａｃｅ３、ビオバル２；発疹チフス・リケッチア（Rickettsia prowazekii）；リケッチア・リケッチイ（Rickettsia rikettsii）；サルモネラ亜種（Salmonella ssp）；Ｓｃｈｌｅｒｏｐｈｔｈｏｒａ  ｒａｙｓｓｉａｅ  ｖａｒ  ｚｅａｅ；シゲラ亜種（Shigella spp）；黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）；連鎖球菌（Streptococcus）；Ｓｙｎｃｈｙｔｒｉｕｍ  ｅｎｄｏｂｉｏｔｉｃｕｍ；コレラ菌（Vibrio cholerae）ｎｏｎ−Ｏ１；コレラ菌Ｏ１；腸炎ビブリオ（Vibrio parahaemolyticus）および他のビブリオ（Vibrios）；Ｖｉｂｒｉｏ  ｖｕｌｎｉｆｉｃｕｓ；Ｘａｎｔｈｏｍｏｎａｓ  ｏｒｙｚａｅ；Ｘｙｌｅｌｌａ  ｆａｓｔｉｄｏｓａ（柑橘類斑入ｃｈｌｏｒｏｓｉｓ株）；腸炎エルシニア（Yersinia enterocolitica）および仮性結核菌（Yersinia pseudotubeculosis）；およびペスト菌（Yersinia pestis）が含まれる。
【００３０】
被分析物のさらに別な例にはアフリカ馬病ウイルス、アフリカブタ発熱ウイルス、アカバウイルス、トリインフルエンザウイルス（高病原性）、Ｂｈａｎｊａウイルス、ブルータングウイルス（外来性）、ラクダポックスウイルス、Ｃｅｒｃｏｐｉｔｈｅｃｉｎｅヘルペスウイルス１、Ｃｈｉｋｕｎｇｕｎｙａウイルス、古典ブタ発熱ウイルス、コロナウイルス（ＳＡＲＳ）、Ｃｒｉｍｉａｎ−Ｃｏｎｇｏウイルス出血性発熱ウイルス、デングウイルス、Ｄｕｇｂｅウイルス、エボラウイルス、イースタンウマ脳炎ウイルス、日本脳炎ウイルス、マレーバレー脳炎ウイルスおよびベネズエラウマ脳脊髄炎ウイルス等の脳炎ウイルス、ウマｍｏｒｂｉｌｉウイルス、Ｆｌｅｘａｌウイルス、口蹄疫ウイルス、ジャーミストンウイルス、ヤギポックスウイルス、ハンターンまたは他のハンタウイルス、ハンドラウイルス、イシククールウイルス、Ｋｏｕｔａｎｇｏウイルス、ラッサ熱ウイルス、跳躍病ウイルス、塊状皮膚秒ウイルス、リンパ球脈絡髄膜炎ウイルス、悪性カタル性熱ウイルス（外来性）、マールブルグウイルス、マヤロウイルス、メナングルウイルス、モンキーポックスウイルス、ムカンボウイルス、ニューカッスル病ウイルス（ＶＶＮＤ）、ニパウイルス、ノーウォークウイルス群、Ｏｒｏｐｏｕｃｈｅウイルス、Ｏｒｕｎｇｏウイルス、Ｐｅｓｔｅ  Ｄｅｓ  Ｐｅｔｉｓ反芻動物ウイルス、Ｐｉｒｙウイルス、プラムポックスウイルス、ポリオウイルス、ジャガイモウイルス、Ｐｏｗａｓｓａｎウイルス、リフトバレー熱ウイルス、牛疫ウイルス、ロタウイルス、セミリキ森林ウイルス、ヒツジポックスウイルス、Ｆｌｅｘａｌ、Ｇｕａｎａｒｉｔｏ、Ｊｕｎｉｎ、ＭａｃｈｕｐｏおよびＳａｂｉａウイルス等の南米出血熱ウイルス等のウイルス、Ｓｐｏｎｄｗｅｎｉウイルス、ブタ小水疱性ウイルス、中央ヨーロッパダニ媒介脳炎ウイルス、極東ダニ媒介脳炎ウイルス、ロシア春夏脳炎ウイルス、Ｋｙａｓａｎｕｒ森林秒ウイルスおよびＯｍｓｋ出血熱ウイルス等のダニ媒介脳炎複合（ｆｌａｖｉ）ウイルス、大痘瘡ウイルス（Ｓｍａｌｌｐｏｘ  ｖｉｒｕｓ）、小痘瘡ウイルス（Ａｌａｓｔｒｉｍ）、水胞性口内炎ウイルス（外来性）、Ｗｅｓｓｅｌｂｏｒｎウイルス、西ナイルウイルス、黄熱病ウイルス、ＳＶ４０、ＪＣおよびＢＫ等のポリオウイルスを含み、パピロマウイルス（たとえばＨＰＶ）を含むパポバウイルス科由来のウイルス、パルボウイルス（たとえばＢ１９およびＲＡ−１）、およびランノウイルスおよびＣｏｘｓａｃｋｉｅ  Ｂを含むピコルナウイルス科由来のウイルスが含まれる。標的核酸配列を含み得る他のウイルスには、アデノウイルス科、アレナウイルス科、アレナウイルス科、アルテリウイルス科、アストロウイルス科、バキュロウイルス科、バドナウイルス科、バルナウイルス科、ビルナウイルス科、ブロモウイルス科、ブンヤウイルス科、カリシウイルス科、カピロウイルス、カルラウイルス、カウリモウイルス、シルコウイルス科、クロステロウイルス科、コモウイルス科、コロナウイルス科、コルティコウイルス科、シストウイルス科、デルタウイルス、ディアントウイルス、エナモウイルス、フィロウイルス科、フラビウイルス科、フロウイルス科、フセロウイルス科、ジ���ミニウイルス科、ヘパンドナウイルス科、ヘルペスウイルス科、ホルデイウイルス、ハイポウイルス科、イダエオウイルス、イノウイルス科、イリドウイルス科、レビウイルス科、リポスリックスウイルス科、ルテオウイルス、マクロモウイルス、マラフィウイルス、ミクロウイルス科、ミオウイルス科、ネクロウイルス、ノダウイルス科、オルソミキソウイルス科、パラミキソウイルス科、パルティティウイルス科、パルボウイルス科、フィコドナウイルス科、プラスマウイルス科、ポドウイルス科、ポリドナウイルス科、ポテックスウイルス科、ポティウイルス科、ポックスウイルス科、レオウイルス科、レトロウイルス科、ラブドウイルス科、リジディオウイルス科、セクイウイルス科、シホウイルス科、ソベモウイルス、テクティウイルス科、テヌイウイルス、テトラウイルス科、トバモウイルス、トガウイルス科、トンバスウイルス科、トティウイルス科、チモウイルスおよびアンブラウイルスに属する上記以外の種が含まれる。
【００３１】
被分析物のさらに別な例にはアブリン、アフラトキシン、ボツリヌス神経毒素、Ｃｉｇｕａｔｅｒａ毒素、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｐｅｒｆｒｉｎｇｅｎｓイプシロン毒素、コノトキシン、ジアセトキシシルペノール、ジフテリア毒素、グラヤノトキシン、ａｍａｎｉｔｉｎｓ、ｇｙｒｏｍｉｔｒｉｎおよびｏｒｅｌｌａｎｉｎｅ等のキノコ毒素、フィトヘマグルチニン、ピロリジンアルカロイド、リシン、サキシトキシン、アカダイ酸、ディノフィシス毒素、ペクテノトキシン、イエッソトキシン、ブレベトキシンおよびドモイ酸等の貝毒素（麻痺性、下痢性、神経毒性または健忘性）、シガ毒素、シガ様リボソーム不活性化蛋白質、ヘビ毒素、ブドウ球菌エンテロトキシン、Ｔ−２毒素およびテトロドトキシン等の毒素が含まれる。
【００３２】
被分析物のさらに別な例にはウシ海綿体脳障害剤等のプリオン蛋白質が含まれる。
【００３３】
被分析物のさらに別な例にはアカントアメーバー（Acanthamoeba）および他の自由生活アメーバー、アニサキス（Anisakis）種および他の関連寄生虫、回虫（Ascaris lumbricoides）およびヒト鞭虫（Trichuris trichiura）、Ｃｒｙｐｔｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ  ｐａｒｖｕｍ、Ｃｙｃｌｏｓｐｏｒａ  ｃａｙｅｔａｎｅｎｓｉｓ、裂頭条虫属（Diphyllobothrium）種、赤痢アメーバー（Entamoeba histolytica）、Ｅｕｓｔｒｏｎｇｙｌｉｄｅｓ種、ランブル鞭毛虫（Giardia lamblia）、Ｎａｎｏｐｈｙｅｔｕｓ種、Ｓｈｉｓｔｏｓｏｍａ種、トキソプラズマ原虫（Toxoplasma gondii）および旋毛虫属（Trichinella）等の寄生プロトゾアおよび寄生虫が含まれる。
【００３４】
被分析物のさらに別な例にはアスペルギルス亜種、ブラストミセス・デルマチチジス（Blastomyces dermatitidis）、カンジダ菌（Candida）、コクシジオイデス・イミティス（Coccidioides immitis）、Ｃｏｃｃｉｃｉｏｉｄｅｓ  ｐｏｓａｄａｓｉｉ、Ｃｒｙｐｒｏｃｏｃｃｕｓ  ｎｅｏｆｏｒｍａｎｓ、ヒストプラズマ・カプスラーツム（Histoplasma capsulatum）、トウモロコシさび病カビ、コメブラストカビ、コメ褐色斑点病カビ、Ｓｐｏｒｏｔｈｒｉｘ  ｓｃｈｅｎｃｋｉｉおよびコムギカビ等の真菌類が含まれる。
【００３５】
被分析物のさらに別な例には以下の遺伝要素、組み換え核酸および組み替え生物が含まれる：
（１）任意の選ばれた試薬の感染および／または複製適性形態をコードできる核酸（宿主染色体または発現ベクター中の合成または天然起源、かつ連続性またはフラグメント化）；
（２）核酸が
（ｉ）ベクターまたは宿主染色体中にある場合、
（ii）インビボまたはインビトロで発現できる場合、または
（iii）ベクターまたは染色体中にあり、インビボまたはインビトロで発現できる場合、列記した任意の毒素の機能形態をコードする核酸（合成または天然起源）；
（３）細胞調節現象の位置にある核酸−蛋白質複合体；
（ｉ）ウイルス複製への前駆体であるウイルス核酸−蛋白質複合体；
（ii）ＲＮＡの構造を修飾し、蛋白質転写現象を調節するＲＮＡ−蛋白質複合体；または
（iii）ホルモンまたは２次細胞信号分子によって調節される核酸−蛋白質複合体；
（４）遺伝的に修飾されたウイルス、バクテリア、真菌類および毒素。
【００３６】
被分析物のさらに別な例にはＩｇＡ、ＩｇＤ、ＩｇＥ、ＩｇＧおよびＩｇＭ等の上記被分析物の例に対する免疫反応分子が含まれる。
【００３７】
本明細書で用いる用語「被分析物のアナログ」とは、結合パートナーへの結合に関して目的とする被分析物と競合する物質を指す。被分析物のアナログは、試料中に存在する目的とする被分析物の特異的結合パートナーへの結合に関してアナログと競合するように加えられる、目的とする被分析物自身の既知の量であってよい。被分析物のアナログの例にはＨＩＶ逆転写酵素へ結合するヌクレオチドのアナログであるアジドチミジン（ＡＺＴ）、アミノアシルｔＲＮＡの末端アミノアシルアデノシン部分のアナログであるプロマイシン、およびテトラヒドロ葉酸のアナログであるメトトラキサンが含まれる。他のアナログは目的とする被分析物の誘導体であってよい。本明細書で用いる用語「被分析物の標識アナログ」とは、標識結合パートナーと類似の方法で定義される。
【００３８】
本明細書で用いる用語「支持体」とは膜、ビーズ、粒子、電極または容器の表面の壁等、当該技術分野で公知の、結合パートナーの固定化のための任意の方法を指す。支持体はニトロセルロース、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＥＶＡ、ガラス、炭素、無定形炭素、カーボンブラック、カーボンナノチューブまたは原線維、白金、パラジウム、金、銀、塩化銀、イリジウム、ロジウム、またはこのリスト中の金属元素を有する合金等、結合パートナーが常套的に固定化される任意の材料を含んでよい。ある実施形態では、支持体はポリスチレンビーズまたは磁化可能ビーズ等のビーズである。本明細書で用いる用語「磁化可能ビーズ」は磁性、常磁性およびスーパー常磁性ビーズおよび／または粒子である。様々な実施形態で、ビーズはいくつかの異なったサイズ、たとえば約３ｍｍ以上、約３ｍｍ未満、約１ｍｍ未満、約０．１ｍｍ未満、約１００μｍ未満、約１０μｍ未満、約５μｍ未満、約２．８μｍ未満、約１μｍ未満、約０．５μｍ未満、約０．１μｍ、または約０．１μｍ未満のサイズを有し得る。ビーズのサイズは約０．１μｍ〜約５ｍｍ、または約０．１μｍ〜約３ｍｍ、または約１μｍ〜約３μｍ、または約２．８μｍ〜約５μｍの範囲であり得る。ビーズサイズの組み合わせも使用し得る。ある実施形態では、支持体はミクロ遠心分離管または複数の壁のプレートの少なくとも１つの壁である。
【００３９】
本明細書で用いる用語「乾燥組成物」は、組成物の全重量に対して約５重量％以下の水分含有量を有することを意味する。乾燥組成物の例には組成物の全重量に対して約３重量％以下の水分含有量を有する組成物、組成物の全重量に対して約１重量％以下の水分含有量を有する組成物、および組成物の全重量に対して約１％〜約３％の水分含有量を有する組成物が含まれる。
【００４０】
本発明のある実施形態では、分析実行物質が乾燥組成物である。本発明のある実施形態では、ＥＣＬ部分が乾燥組成物である。
【００４１】
本発明で用いる用語「試料」は被分析物を含み得る液体を包含する。本明細書で用いる用語「液体」は、液体のより伝統的な定義に加えて、液体中の粒子のコロイド、スラリー、懸濁および分散を包含し、粒子は約１ｍｍ／ｓ未満の地球の重力による沈降速度を有する。試料を分析が所望される任意の源から引き入れることができる。たとえば、試料は生体または血液、血漿、血清、ミルク、精液、羊水、脳脊髄液、痰、気管支洗浄液、涙、唾液、尿または糞等の他の生体液から生じ得る。または、試料は湖または河川等の水から得られた水試料であってよい。また、試料を水または緩衝水溶液等の液体中に溶解または懸濁して調製することもできる。試料源が表面拭い液であってよく、たとえば、表面を拭い、表面拭い液を液体で洗浄し、それにより被分析物を表面から液体中に移してよい。試料源は空気であってよい。たとえば空気を濾過し、フィルターを液体で洗浄し、それにより被分析物を空気から液体中に移動させることができる。
【００４２】
本明細書で用いる用語「試料マトリックス」とは、被分析物を除いて資料中の全てのものを指す。
【００４３】
本明細書で用いる用語「磁場源」には永久磁石および電磁石が含まれ、Ｎ−Ｓ磁極が定める分離した個別の実態である。「双極子」は１つの磁場源を含む。
【００４４】
本明細書で用いる用語「サンドイッチ磁石」とは、その対向する磁場が重なり合うか反発するように配置された複数の磁場源を含む磁石を指す。これは、磁場源の反発する磁極（Ｎ−ＮまたはＳ−Ｓ）を引き合う磁極（Ｎ−Ｓ）より相互により近づけるように置くことで行うことができる。たとえば、Ｎ−Ｓ−Ｓ−ＮまたはＳ−Ｎ−Ｎ−Ｓ配置で並べられた２個の双極子磁石はサンドイッチ磁石を形成し得る。
【００４５】
本明細書で用いる「チャネル磁石」とは、Ｕ字形チャネルの形で高度に磁化し得る材料に接着した単一磁場源を指す。このような配置では、磁化し得る材料はそれが接着した磁極の延長となる。
【００４６】
Ｂ．ＥＣＬ部分
用語「ＥＣＬ部分」とは、電気エネルギー源に曝すことにより電磁波を繰り返し発生するように誘導し得る任意の化合物である、電気化学発光部分を指す。代表的なＥＣＬ部分はElectrogenerated Chemiluminescence、Bard編集、MarcelDekker（２００４）;Kinght、AおよびGreenway、G．、Analyst １１９：８７９−８９０、１９９４；および米国特許第５，２２１，６０５号、５，５９１，５８１号、５，８５８，６７６号および６，８０８，９３９号に記載されている。ＥＣＬ部分を含むプライマーの調製は、たとえば米国特許第６，１７４，７０９号に記載されるように公知である。あるＥＣＬ部分が発光する電磁波は可視スペクトルであり、他のものは赤外または紫外光、Ｘ線、マイクロ波等の他のタイプの電磁波を発光し得る。本発明に関連する用語「電気化学発光」、「電気化学発光による」、「電気化学発光（electrochemiluminesce）」、「発光」、「発光性」および「発光する」とは、発光が光である必要はなく、電磁波の他の形態である発光も含む。
【００４７】
ＥＣＬ部分は遷移金属であってよい。たとえば、ＥＣＬ部分は金属含有有機化合物を含んでよく、たとえば金属はルテニウム、オスミウム、レニウム、イリジウム、ロジウム、白金、パラジウム、モリブデンおよびテクネチウムから選び得る。たとえば金属はルテニウムまたはオスミウムであってよい。たとえば、ＥＣＬ部分はルテニウムキレートまたはオスミウムキレートであってよい。たとえば、ＥＣＬ部分はビス（２，２’−ビピリジル）ルテニウム（II）およびトリス（２，２’−ビピリジル）ルテニウム（II）を含み得る。たとえば、ＥＣＬ部分はルテニウム（II）トリスビピリジン（［Ｒｕ（ｂｐｙ）3］2+）であってよい。たとえば金属をセリウム、ジスプロジウム、エルビウム、ユーロピウム、ガドリニウム、ホロニウム、ランタン、ルテチウム、ネオジミウム、プラセオジミウム、プロメチウム、テルビウム、ツリウムおよびイッテルビウムを含むがそれらに限定されない希土類元素から選ぶこともできる。たとえば、金属はセリウム、ユーロピウム、テルビウムまたはイッテルビウムであり得る。
【００４８】
金属含有ＥＣＬ部分は以下の式を有し得る：
Ｍ（Ｐ）m（Ｌ１）n（Ｌ２）o（Ｌ３）p（Ｌ４）q（Ｌ５）r（Ｌ６）s
ここでＭは金属であり；ＰはＭの多座配位子であり；Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５およびＬ６はＭの配位子であり、それぞれが相互に同一であるか異なり；ｍは１に等しいかより大きい整数であり；ｎ、ｏ、ｐ、ｑ、ｒおよびｓはゼロに等しいかより大きい整数であり；Ｐ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５およびＬ６はＥＣＬ部分が電磁波を発生するように誘導され得、Ｍの配位子により提供されるＭに対する結合の総数がＭの配位数と等しい組成および数である。たとえば、Ｍはルテニウムであってよい。またはＭはオスミウムであってよい。
【００４９】
ＥＣＬ部分のいくつかの例では、Ｍの１つの多座配位子を有し得る。ＥＣＬ部分は１つ以上の多座配位子も有し得る。Ｍの１つ以上の多座配位子を有する例では、多座配位子は同じでも異なってもよい。多座配位子は芳香族または脂肪族配位子であり得る。適当な芳香族多座配位子は芳香族複素環配位子であり得、たとえばビピリジル、ビピラジル、テルピリジル、１，１０−フェナンスロリンおよびポルフィリン等の窒素含有であり得る。
【００５０】
適当な多座配位子は未置換であるか、または多数の公知の置換基のいずれかで置換されていてよい。適当な置換基にはアルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール、アラルキル、置換アラルキル、カルボキシレート、カルボキシアルデヒド、カルボキシアミド、シアノ、アミノ、ヒドロキシ、イミノ、ヒドロキシカルボニル、アミノカルボニル、アミジン、グアニジニウム、ウレイド、マレイミド、硫黄含有基、燐含有基およびＮ−ヒドロキシスクシニミドのカルボキシレートエステルが含まれるが、それらに限定されない。
【００５１】
ある実施形態では、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５およびＬ６の少なくとも１つは多座芳香族複素環配位子であり得る。様々な実施形態で、これらの多座芳香族複素環は配位子の少なくとも１つは窒素を含み得る。適当な多座配位子はビピリジル、ビピラジル、ターピリジル、１，１０−フェナンスロリン、ポルフィリン、置換ビピリジル、置換ビピラジル、置換ターピリジル、置換１，１０−フェナンスロリンまたは置換ポルフィリンであり得るが、それらに限定されない。これらの置換多座配位子をアルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール、アラルキル、置換アラルキル、カルボキシレート、カルボキシアルデヒド、カルボキシアミド、シアノ、アミノ、ヒドロキシ、イミノ、ヒドロキシカルボニル、アミノカルボニル、アミジン、グアニジニウム、ウレイド、メラミン、硫黄含有基、燐含有基またはＮ−ヒドロキシスクシニミドのエステルで置換することができる。
【００５２】
ＥＣＬ部分のいくつかは２つの二座配位子を含むことができ、そのそれぞれはビピリジル、ビピラジル、ターピラジル、１，１０−フェナンスロリン、置換ビピリジル、置換ビピラジル、置換ターピリジルまたは置換１，１０−フェナンスロリンであり得る。
【００５３】
ＥＣＬ部分のいくつかは三座配位子を含むことができ、そのそれぞれはビピリジル、ビピラジル、ターピラジル、１，１０−フェナンスロリン、置換ビピリジル、置換ビピラジル、置換ターピリジルまたは置換１，１０−フェナンスロリンであり得る。たとえば、ＥＣＬ部分はルテニウム、２個の二座ビピリジル配位子、および１個の置換二座配位子を含むことができる。たとえば、ＥＣＬ部分はポルフィリンまたは置換ポルフィリン等の四座配位子を含むことができる。
【００５４】
ある実施形態では、ＥＣＬ部分は１つ以上の一座配位子を有し得、様々な一座配位子が当該技術分野で公知である。適当な一座配位子はたとえば一酸化炭素、シアニド、イソシアニド、ハライド、脂肪族、芳香族および複素環ホスフィン、アミン、スチビンおよびアルシンであり得る。
【００５５】
ある実施形態では、Ｍの１つ以上の配位子をたとえば放射性同位元素、蛍光成分等の別な化学ラベル、または別なルテニウムもしくはオスミウム含有中心に結合することができる。
【００５６】
たとえばＥＣＬ部分はトリス（２，２’−ビピリジル）ルテニウム（II）テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレートであり得る。たとえばＥＣＬ部分はビス［（４，４’−カルボメトキシ）−２，２’−ビピリジン］−２−［３−（４−メチル−２，２’−ビピリジン−４−イル）プロピル］−１，３−ジオキソランルテニウム（II）であり得る。たとえばＥＣＬ部分はビス（２，２’−ビピリジン）［４−（ブタン−１−アル）−４’−メチル−２，２’−ビピリジン］ルテニウム（II）であり得る。たとえば、ＥＣＬ部分はビス（２，２’−ビピリジン）［４−（４’−メチル−２、２’−ビピリジン−４’−イル）酪酸］ルテニウム（II）であり得る。たとえばＥＣＬ部分は（２、２’−ビピリジン）［シス−ビス（１，２−ジフェニルホスフィノ）エチレン］｛２−［３−（４−メチル−２，２’−ビピリジン−４’−イル）プロピル］−１，３−ジオキソラン｝オスミウム（II）であり得る。たとえばＥＣＬ部分はビス（２，２’−ビピリジン）［４−（４’−メチル−２，２’−ビピリジン）ブチルアミン］ルテニウム（II）であり得る。たとえばＥＣＬ部分はビス（２，２’−ビピリジン）［１−ブロモ−４−（４’−メチル−２，２’−ビピリジン−４−イル）ブタン］ルテニウム（II）であり得る。たとえばＥＣＬ部分はビス（２，２’−ビピリジン）マレイミドヘキサン酸、４−メチル−２，２’−ビピリジン−４’−ブチルアミンルテニウム（II）であり得る。
【００５７】
本発明のある実施形態では分析実施物質が使用され、その分析実行物質は（ｉ）ＥＣＬ部分と（ii）被分析物に対する標識結合パートナーまたは被分析物の標識アナログとを含む。
【００５８】
本発明のある実施形態では、分析実行物質はＥＣＬ部分を含む。
【００５９】
ある実施形態では、ＥＣＬ部分はオスミウムとルテニウムとから選ばれた金属イオンを含む。
【００６０】
ある実施形態では、ＥＣＬ部分はトリスビピリジルルテニウム（II）［Ｒｕ（ｂｐｙ）32+］の誘導体を含む。
【００６１】
ある実施形態では、ＥＣＬ部分は［Ｒｕ（スルフォ−ｂｐｙ）2ｂｐｙ］2+であり得、その構造は以下の通りである：
【化１】
0005590796.tif 000002
式中、ＷはＮＨＳエステル、活性化カルボキシル、アミノ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ヒドラジド、マレイミドまたはホスフォラミダイト等の官能基である。この官能基は生物材料、結合試薬、酵素基質または分析試薬と反応して共有結合を生成し得る。
【００６２】
ある実施形態では、ＥＣＬ部分は金属を含まない、このような非金属ＥＣＬ部分はルブレンおよび９，１０−ジフェニルアントラセンであり得るが、それらに限定されない。
【００６３】
Ｃ．ＥＣＬ共反応物
本明細書で用いる「ＥＣＬ共反応物」は、それ自体で、またはその電気化学還元酸化生成物（単数または複数）を通じてＥＣＬ反応過程にある役割を果たす化合物に関係する。簡単のため、本明細書で用いるＥＣＬ共反応物は酸塩基反応を考慮せずに記載され、上記化合物の全ての酸−塩基形態も予想して特許請求される。
【００６４】
ＥＣＬ共反応物は、ＥＣＬを発生する、および／またはＥＣＬ強度を改善するための類似の手段の使用を可能にする（たとえば、二工程の酸化−還元サイクルの半分のみを使用）。ある実施形態では、ＥＣＬ共反応物は電気化学的酸化／還元において、直接またはさらに反応すると、溶液中に強い酸化または還元化学種を生成する化合物であり得る。ＥＣＬ共反応物は不可逆的に電気還元されて酸化性ＳＯ4*-イオンを生成するパーオキソジサルフェート（すなわちＳ2Ｏ62-）であり得る。ＥＣＬ共反応物は不可逆的に電気酸化されて還元性ＣＯ2*-イオンを生成する蓚酸イオン（すなわちＣ2Ｏ42-）であり得る。還元剤として作用し得るＥＣＬ共反応物のクラスは、たとえばトリ−ｎ−プロピルアミン（たとえばＮ（ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2）3、ＴＰＡ）を含むアミンまたはアミン基を含有する化合物である。ある実施形態では、３級アミンが２級アミンより良いＥＣＬ共反応物であり得る。ある実施形態では、２級アミンが１級アミンより良いＥＣＬ共反応物であり得る。
【００６５】
ある実施形態では、本発明の電気化学セルはさらにＥＣＬ共反応物を含む。
【００６６】
ある実施形態では、ＥＣＬ共反応物は３級アミンを含む。
【００６７】
ある実施形態では、ＥＣＬ共反応物は親水性官能基を有する３級アミンを含む。
【００６８】
ある実施形態では、ＥＣＬ共反応物はＮＲ1Ｒ2Ｒ3の構造を有するアミンであり、式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3はＣ1-10脂肪族基であり、少なくとも１つのＣ1-10脂肪族基が少なくとも１つの親水性官能基で置換されている。ある実施形態では、親水性官能基は帯電基、たとえば負荷電基である。親水性官能基はヒドロキシル、ヒドロキシカルボニル、アミノ、アミノカルボニル、アミジン、イミノ、シアノ、ニトロ、ナイトレート、サルフェート、ホスフェート、ホスフォネート、シリケート、カルボキシレート、ボレート（Ｂ（ＯＨ）3）、グアニジウム、カルバミド、カルバメート、カーボネート、スルファミド、シリル、シロキシおよびアミドであり得る。
【００６９】
ある実施形態では、ＥＣＬ共反応物は（ｎ−プロピル）2Ｎ（ＣＨ2）n1Ｒ*の構造を有し、式中、ｎ１は１〜１０の整数であり、Ｒ*は上記に定義した親水性官能基である。ある実施形態では、ｎ１は２である。ある実施形態ではｎ１は３である。ある実施形態ではｎ１は４である。
【００７０】
ある実施形態では、ＥＣＬ共反応物は以下の式を有する：
【化２】
0005590796.tif 000003
式中、Ｘは−（ＣＨ2）−、−（ＣＨＲ11）−、−（ＣＲ11Ｒ12）−、ヘテロ原子および−Ｎ（Ｒ11）−から選ばれ；Ｒは少なくとも１個の親水性官能基で置換されたＣ1-10脂肪族基であり；Ｒ11およびＲ12はそれぞれ独立に、必要あれば少なくとも１個の親水性官能基で置換されたＣ1-10脂肪族基であり；ｎおよびｍは独立に１〜１０の整数である。
【００７１】
ある実施形態では、ヘテロ原子はたとえば−Ｏ−または−Ｓ−であり得る。
【００７２】
ある実施形態ではｎは２である。ある実施形態ではｎは３である。ある実施形態ではｎは４である。ある実施形態ではｍは２である。ある実施形態ではｍは３である。ある実施形態ではｍは４である。
【００７３】
ある実施形態では、Ｒ11はＣ1-4脂肪族基である。
【００７４】
ある実施形態では、Ｒは少なくとも１つの親水性官能基で置換されたＣ1-4脂肪族基である。
【００７５】
Ｘが−Ｎ（Ｒ11）−である場合、Ｒ11はたとえば−（ＣＨ2）n3−Ｒ13であり得、ｎ３は３〜２０の整数であるか、またはたとえば３〜１０の整数であり、Ｒ13はＨ、脂肪族基または親水性官能基である。ある実施形態では、ｎ３は３であり、ある実施形態ではｎ３は４である。
【００７６】
ある実施形態では、Ｒは−（ＣＨ2）n2−Ｒ12であり、ｎ２は３〜２０たとえば３〜１０の整数である。
【００７７】
ある実施形態ではｎ２は３であり、ある実施形態ではｎ２は４であり、ある実施形態ではｎ２は５である。
【００７８】
ある実施形態では、Ｒ12は親水性官能基である。ある実施形態では、Ｒ12はカルボキシレートまたはスルフォネートである。
【００７９】
親水性官能基を有するＥＣＬ共反応物（特に中性ｐＨで両性イオンであるＥＣＬ共反応物）の使用は、ＥＣＬ共反応物として作用するその能力とは関係のない様々な利点を有する。これらの化学種は高水溶性であり、蒸気圧が低い傾向がある。この理由で、使用するために必要あれば希釈し得る濃縮度の高い貯蔵溶液を製造することができる。また、共反応物が蒸気相中に失われる不確実性がなく、ＥＣＬを含む乾燥試薬を調製することができる。さらに、乾燥状態にある場合、ＥＣＬ共反応物は最小の容積ですばやく溶解する。
【００８０】
ＥＣＬ共反応物にはリンコマイシン、クリンダマイシン−２−ホスフェート、エリスロマイシン、１−メチルピロリドン、ジフェニドール、アトロピン、トラゾドン、ヒドロフルメチアジド、ヒドロクロロチアジド、クリンダマイシン、テトラサイクリン、ストレプトマイシン、ゲンタミン、レセルピン、トリメチルアミン、トリ−ｎ−ブチルホスフィン、ピペリジン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、フェニラミン、ブロモフェニラミン、クロロフェニラミン、ジフェニルヒドラミン、２−ジメチルアミノピリジン、ピリラミン、２−ベンジルアミノピリジン、ロイシン、バリン、グルタミン酸、フェニルアラニン、アラニン、アルギニン、ヒスチジン、システイン、トリプトファン、チロシン、ヒドロキシプロリン、アスパラギン、メチオニン、トレオニン、セリン、シクロチアジド、トリクロロメチアジン、１，３−ジアミノプロパン、ピペラジン、クロロチアジン、バルビチュール酸、パーサルフェート、ペニシリン、１−ピペリジニルエタノール、１，４−ジアミノブタン、１，５−ジアミノペンタン、１，６−ジアミノヘキサン、エチレンジアミン、ベンゼンスルフォナミド、テトラメチルスルフォン、エチルアミン、ｎ−ヘキシルアミン、硫酸ヒドラジン、グルコース、ｎ−メチルアセタミド、ホスフォノ酢酸および／またはその塩が含まれるが、それらに限定されない。
【００８１】
ＥＣＬ共反応物には１−エチルピペリジン、２，２−ビス（ヒドロキシメチル）−２、２’、２’’−ニトリロトリエタノール（ＢＩＳ−ＴＲＩＳ）、１，３−ビス［トリス（ヒドロキシメチル）メチルアミノ］プロパン（ビス−トリスプロパン）（ＢＩＳ−ＴＲＩＳプロパン）、２−モルフォリノエタンスルフォン酸（ＭＥＳ）、３−（Ｎ−モルフォリノ）プロパンスルフォン酸（ＭＯＰＳ）、３−モルフォリノ−２−ヒドロキシプロパンスルフォン酸（ＭＯＰＳＯ）、４−（２−ヒドロキシエチル）ピペラジン−１−（２−ヒドロキシプロパンスルフォン酸）（ＨＥＰＰＳＯ）、４−（２−ヒドロキシエチル）ピペラジン−１−プロパンスルフォン酸（ＥＰＰＳ）、４−（Ｎ−モルフォリノ）ブタンスルフォン酸（ＭＯＢＳ）、Ｎ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシエチル）グリシン（ＢＩＣＩＮＥ）、ＤＡＢ−ＡＭ−１６、プロピレンイミンヘキサデカアミンデンドリマー（ＤＡＢ−ＡＭ−１６）、ＤＡＢ−ＡＭ−３２、ポリプロピレンイミンドトリアコンタアミンデンドリマー（ＤＡＢ−ＡＭ−３２）、ＤＡＢ−ＡＭ−４、ポリプロピレンイミンテトラアミンデンドリマー（ＤＡＢ−ＡＭ−４）、ＤＡＢ−ＡＭ−６４、ポリプロピレンイミンテトラヘキサコンタアミンデンドリマー、ＤＡＢ−ＡＭ−８、ポリプロピレンイミンオクタアミンデンドリマー（ＤＡＢ−ＡＭ−８）、ジエチルアミン、ジヒドロニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤＨ）、ジイソブチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジ−ｎ−ブチルアミン、ジ−ｎ−ペンチルアミン、ジ−ｎ−プロピルアミン、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、グリシルグリシン（Ｇｌｙ−Ｇｌｙ）、Ｎ−（２−アセタミド）イミノジ酢酸（ＡＤＡ）、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）ピペラジン−Ｎ’−（２-エタンスルフォン酸）（ＨＥＰＥＳ）、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）ピペラジン−Ｎ’−（４−ブタンスルフォン酸）（ＨＥＰＢＳ）、Ｎ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシエチル）−３−アミノ−２−ヒドロキシプロパンスルフォン酸（ＤＩＰＳＯ）、Ｎ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシエチル）タウリン（ＢＥＳ）、Ｎ−エチルモルフォリン、蓚酸、ピペラジン−１，４−ビス（２−ヒドロキシプロパンスルフォン酸）（ＰＯＰＳＯ）、ｓ−ブチルアミン、スパルテイン、ｔ−ブチルアミン、トリエタノールアミン、トリエチルアミン、トリイソブチルアミン、トリイソプロピルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、トリ−ｎ−ペンチルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラプロピル−１，３−ジアミノプロパン、蓚酸塩、パーオキソジサルフェート、ピペラジン−１，４−ビス（２−エタンスルフォン酸）（ＰＩＰＥＳ）、トリ−ｎ−プロピルアミン、３−ジメチルアミノ−１−プロパノール、３−ジメチルアミノ−２−プロパノール、１，３−ビス（ジメチルアミノ）−２−プロパノール、１，３−ビス（ジエチルアミノ）−２−プロパノール、１，３−ビス（ジプロピルアミノ）−２−プロパノール、Ｎ−トリス（ヒドロキシメチル）メチル−２−アミノエタンスルフォン酸（ＴＥＳ）、ピペラジン−Ｎ．Ｎ’−ビス−３−プロパンスルフォン酸（ＰＩＰＰＳ）、ピペラジン−Ｎ，Ｎ’−ビス−４−ブタンスルフォン酸（ＰＩＰＢＳ）��１，６−ジアミノヘキサン−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−四酢酸、４−（ジ−ｎ−プロピルアミノ）ブタンスルフォン酸、４−［ビス−（２−ヒドロキシエタン）アミノ］ブタンスルフォン酸、アゼパン−Ｎ−（３−プロパンスルフォン酸）、Ｎ，Ｎ−ビスプロピル−Ｎ−４−アミノブタンスルフォン酸、ピペラジン−Ｎ，Ｎ’−ビス−３−メチルプロパノエート、ピペラジン−Ｎ−２−ヒドロキシエタン−Ｎ’−３−メチルプロパノエート、ピペリジン−Ｎ−（３−プロパンスルフォン酸）、ピペリジン−Ｎ−（３−プロピオン酸）（ＰＰＡ）、３−（ジ−ｎ−プロピルアミノ）プロパンスルフォン酸、および／またはそれらの塩が含まれるが、それらに限定されない。
【００８２】
ある実施形態では、ＥＣＬ共反応物はピペラジン−１，４−ビス（２−エタンスルフォン酸）（ＰＩＰＥＳ）、トリ−ｎ−プロピルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラプロピル−１，３−ジアミノプロパン、１，３−ビス（ジプロピルアミノ）−２−プロパノール、およびそれらの塩または混合物から選ばれる。
【００８３】
ある実施形態では、ＲＣＬ共反応物は蓚酸塩またはトリ−ｎ−プロピルアミンから選ばれる。
【００８４】
Ｄ．電気化学セルおよび電極
用語「半電池」とは、電解セルまたはボルタセルの半分を指し、酸化または還元のいずれかが生じる。
【００８５】
用語「半電池反応」とは、半電池中の電極と電解質との間で電子が交換される場合に生じる反応を指す。陽極で半電池反応は酸化であり、陰極で半電池反応は還元である。
【００８６】
用語「半電池生成物」とは、半電池反応で生成した生成物を指す。
【００８７】
用語「作用電極」とは、１つの半電池反応が行われる電気化学セル中の試験または試料電極を指す。本発明の場合は作用電極もファラデー電極である。
【００８８】
用語「対向電極」とは、電荷が流れる電気化学セル中の電極を指し、その電荷は作用電極に流れる電荷の極性とは必ず反対の極性である。ある実施形態では、対向電極も容量性電極である。
【００８９】
用語「参照電極」とは、電位分析またはボルタンメトリー分析に用いられる、公知の高い再現性を有する非分極性電極を指す。参照電極は、それに対して作用電極の電圧が測定される安定な参照点を提供する。典型的な参照電極は銀／塩化銀電極およびカロメル電極である。参照電極の電位の高い安定性は、反応の全ての関連物質（通常２種類、酸化剤および還元剤）が高い濃度で存在する酸化−還元システムを用いることにより達成される。使用中、酸化剤または還元剤の濃度を変化させるかなりの電流は流れない。参照電極（ＲＥ）はファラデー電極とは異なる。
【００９０】
用語「ファラデー電極」とは、電気化学セルで使用中に一般にファラデーの法則に従う電極を指す。ファラデー電極は参照電極を除外する。ファラデー電極は酸化還元に関与する物質の幾分か、または全ての濃度を変化し得る、かなりの電流を流すことが可能である。たとえば、ファラデー電極は最初に酸化剤のみが存在し、還元剤を生成するシステム上で作動し得る。たとえば、ファラデー電極は最初に還元剤のみが存在し酸化剤を生成するシステム上で作動し得る。
【００９１】
ファラデー電極を白金シート電極、白金線電極、白金合金電極（Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｒ，Ｍｏ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｉｒ、ＲｈおよびＷ等の合金元素を含む）、イリジウム電極、イリジウム合金電極、（Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｐｔ、ＲｈおよびＷ等の合金元素を含む）、ロジウム電極、ロジウム合金電極（Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｉｒ、ＰｔおよびＷ等の合金元素を含む）、無定形炭素電極、グラファイト電極、炭素電極、炭素インク電極、金電極、銀電極、銀合金電極、ニッケル電極、ニッケル合金電極、ステンレススチール作用電極等の金属および半導体で製作することができる。たとえばBandおよびFaulkner、Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications：第２版（２０００）参照。
【００９２】
本発明のある実施形態では、ファラデー作用電極は炭素、金、金合金、白金、白金合金、イリジウム、イリジウム合金、銀、銀合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレススチールまたは水銀を含有する。
【００９３】
ある実施形態では、ファラデー作用電極は超微小電極である。
【００９４】
用語「容量性電極」とは、電解質溶液中への電子移送が制限された電極を指す。容量性電極の特徴は、電極内に捕捉電荷を生成し得ることである。電極内に捕捉された電荷は、電極表面／電極界面の電解質中のイオン種の生成または集積（いわゆる二重層）により安定化される。若干のガルバノ電流が測定可能であっても、その電極は容量性電極であると考えることができる。
【００９５】
容量性電極を特徴付ける方法の１つは、電極を流れ得る単位面積あたりのガルバノ電流の量による方法である。電流は時には「漏れ電流密度」と呼ばれる。簡単のため、漏れ電流を以下の方法で測定する。１．（ａ）幾何学面積０．１ｃｍ2を有する試験電極、（ｂ）参照電極の電気化学面積が試験電極面積の少なくとも１０倍であり、電極間の距離が参照電極の最大寸法以下である銀／塩化銀参照電極、および（ｃ）不活性な支持電解質：３Ｍ  ＫＣｌ水溶液、ｐＨ６〜８（ＨＣｌまたはＫＯＨで調節）を含むセルを使用する。休止電位（電流が流れない電位）から休止電位＋０．３２Ｖへ段階的に電圧を加える。電流を時間の関数として測定する。実験−１−時定数は、電流と電流減少の勾配が最大である時点の勾配との比率の絶対値である。２．工程１からの同じセルを用い、それぞれの最終濃度が１ｍＭとなるようにフェリシアニドとフェロシアニドとを加える、ただし、攪拌されたセルが１０-2の物資移動係数を有するように溶液を十分に攪拌することを条件とし、容積が実験−１−時定数に１００を掛け、それに物質移動係数を掛けた試験電極面積より大きいか等しいように、全溶液容積を使用し、工程１と同じ電圧波形を加える。「漏れ電流」は、２５の実験−１−時定数後の第２工程で測定された電流であると定義される。漏れ電流密度は、試験電極面積で割った漏れ電流であると定義される。
【００９６】
ある実施形態では、容量性電極はその電流密度が１０μＡ／ｃｍ2未満のものである。ある実施形態では、容量性電極はその電流密度が１μＡ／ｃｍ2未満のものである。ある実施形態では、容量性電極はその電流密度が１００ｎＡ／ｃｍ2未満のものである。ある実施形態では、容量性電極はその電流密度が１０ｎＡ／ｃｍ2未満のものである。ある実施形態では、容量性電極はその電流密度が１ｎＡ／ｃｍ2未満のものである。ある実施形態では、容量性電極はその電流密度が１００ｐＡ／ｃｍ2未満のものである。ある実施形態では、容量性電極はその電流密度が約１００ｐＡ／ｃｍ2〜約１０ｐＡ／ｃｍ2のものである。ある実施形態では、容量性電極はその電流密度が約１ｎＡ／ｃｍ2〜約１μＡ／ｃｍ2のものである。
【００９７】
容量性電極を特徴付ける１つの方法は、電極の時定数による方法である。時定数は電極抵抗と電極キャパシタンスとの積として定義される。これらの量を測定するために以下の装置が使用される（試験電極の性質をより良く確認するため、溶液と非試験電極とのインピーダンスを最小にすることを意図している）：（１）試験電極と、電気化学面積が試験電極の面積の少なくとも１０倍であるＡｇ／ＡｇＣｌ電極を有するセルであり、電極間の距離が参照電極の最大寸法より小さい；（２）７６０μＭのＫ4Ｆｅ（ＣＮ）6、７６０μＭのＫ3Ｆｅ（ＣＮ）6および１ＭのＫＣｌを必須とする水溶液（ｐＨ６〜８；ＫＯＨおよび／またはＨＣｌで調節）；および（３）休止電位（電流ゼロにおける電位）に等しいＤＣバイアス電圧と５９ｍＶのピーク正弦波とを印加する電圧発発生器、および電流計。複素インピーダンス（測定電流で割った印加電圧）の周波数依存性を測定するために、扱いやすいサイン法が用いられる。Ｚ１は周波数がゼロに近づく場合の複素インピーダンスの大きさの漸近値に等しいとする。ｚ２は高周波数限界における複素インピーダンスの大きさの漸近値に等しいとする。ωminは複素インピーダンスの位相角が負の最低値である放射周波数に等しいとする。電極抵抗はｚ１−ｚ２に等しい。電極容量は
【数１】
0005590796.tif 000004
に等しい。ある実施形態では、容量性電極はその時定数が１秒より大きいか等しい電極である。ある実施形態では、容量性電極はその時定数が１０秒より大きいか等しい電極である。ある実施形態では、容量性電極はその時定数が１００秒より大きいか等しい電極である。ある実施形態では、容量性電極はその時定数が１０００秒より大きいか等しい電極である。ある実施形態では、容量性電極はその時定数が１０，０００秒より大きいか等しい電極である。ある実施形態では、容量性電極はその時定数が約１秒〜約１００，０００秒の電極である。ある実施形態では、容量性電極はその時定数が約５秒〜約１０，０００秒の電極である。ある実施形態では、容量性電極はその時定数が約１０秒〜約１，０００秒の電極である。ある実施形態では、容量性電極はその時定数が約１０秒〜約１００秒の電極である。
【００９８】
容量性電極を特徴付ける１つの方法は、容量性電極の時定数と作用電極との時定数との比率による方法である。この比率は２つの電極で生成した電気化学生成物の量の比率に関係している。典型的には、容量性電極の時定数が作用電極の時定数に対して増加すると、作用電極に対する容量性電極で生成した電気化学生成物の量が減少する。この定義では、容量性電極は単独では定義され得ず、特定の作用電極に対して定義される。容量性電極の時定数と作用電極の時定数との比率を計算するため、先の節で説明した方法を用いてそれぞれの時定数を計算する。ある実施形態では、容量性電極はその時定数が作用電極の時定数より１０倍大きい電極である。ある実施形態では、容量性電極はその時定数が作用電極の時定数より１００倍大きい電極である。ある実施形態では、容量性電極はその時定数が作用電極の時定数より１，０００倍大きい電極である。ある実施形態では、容量性電極はその時定数が作用電極の時定数より１０，０００倍大きい電極である。
【００９９】
ある実施形態では、容量性対向電極は理想的には分極電極である。
【０１００】
ある実施形態では、容量性対向電極は酸化層を有する半導体材料を含む。
【０１０１】
ある実施形態では、容量性対向電極は酸化層を有する伝導材料を含む。
【０１０２】
ある実施形態では、容量性対向電極は２０℃で１０4Ωｍより大きい体積抵抗率を有する電気絶縁材料で覆われた、体積抵抗率が２０℃で約１０-2Ωｍ未満である材料を含み、その絶縁材料は約１μｍ未満の平均厚さを有する。
【０１０３】
ある実施形態では、絶縁材料は約２０℃で１０5Ωｍより大きい体積抵抗率を有し、約１００ｎｍ未満の厚さを有する。
【０１０４】
ある実施形態では、容量性対向電極はシリコン、チタン、アルミニウム、マグネシウム、ジルコニウムおよび／またはチタニウムの酸化物を含む。
【０１０５】
用語「電解質」とは、電気化学セルの電極間にイオン輸送機構を与える媒体を指す。一般に電解質は酸、塩基および塩等の溶液中でイオンに解離し、電気を伝えることができる物質である。
【０１０６】
用語「キャパシタンス」とは、伝導体間に電位差が存在する場合、電気的に分離した電荷を貯蔵し得る性質を指す。２端子キャパシターのキャパシタンスは、一端子にオーム接続され、結果として端子間に電位の差を生じる電荷間の比率であると定義される。本発明では、電極内に電荷を蓄積し、電極−電解質界面で反対電荷を集める場合、容量性電極はキャパシター様に作用する。
【０１０７】
用語「誘電率」は電場の強さ（Ｅ）で割った電束密度（Ｄ）に等しい。ある材料の誘電率は周波数で変わり得る。これらの電気化学用途では、関連する周波数範囲は低く、上限がｋＨｚの１０の位を越えることは稀である。平行板キャパシターのキャパシタンスは板間の材料の誘電率に板の１つの面積を掛け、板間の距離で割った値とほぼ等しい。
【０１０８】
電量測定法が公知であり、定量的に電子を系に加え、系から除くために使用することができる。電量測定法には、電極反応により化学種を溶液中に電気化学的に生成することが含まれる。ファラデー作用電極で発生する生成物の量（Ｎ0）を、ファラデーの法則で決められる電極を通過した電荷により制御できる：
Ｎ0＝ｑ／（ｎＦ）
式中、ｑは電極を通過する電荷であり、ｎは作用電極で１モルの生成物を得るために使用した電子の数であり、Ｆはファラデー定数である。電量測定法を使用する場合、電極のキャパシタンスを考慮する必要がある。
【０１０９】
容量性電極を酸化金属および半導体から製作することができる。容量性電極の別な例には２０℃で１０-2Ω／ｍ未満の体積抵抗率を有し、薄い（平均厚さ１０μｍ未満）絶縁材料で覆われた材料で製作した電極が含まれ、絶縁材料には二酸化シリコン、窒化シリコン、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＡｌＮ、ＴａＳｉＮ、ＳｒＴｉＯ3、Ｔａ2２Ｏ5、ＴｉＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＨｆＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＳｒＴｉＯ3、ＦＯｘ（登録商標）−１ｘおよびＦＯｘ（登録商標）−２ｘ（Dow Corning、Midland、MI）流動性酸化物ファミリー（水素シルセスキオキサンを含む）等の集積回路製造用の誘電体、ハンダマスク（標準ＩＰＣ−ＳＭ−８４０Ｃ：Quantification and Performance of permanent Solder Mask に記載）およびパリレンおよびＮｏｖｅｃ（商標）ＥＧＣ−１７００、ＥＧＣ−１７０２、ＥＧＣ−１７０４およびＥＧＣ−１７２０電子被覆（３Ｍ、ＭＩＮ）等の絶縁保護被覆（標準ＩＰＣ−ＳＭ−８４０  Quantification and Performance of Permanent Solder Maskに記載）が含まれる。
【０１１０】
容量性電極のまた別な例には、シリコン、チタン、アルミニウム、マグネシウム、ジルコニウムおよび／またはタンタルの酸化物等の薄い（１μｍ未満の平均厚さ）絶縁材料で覆われた、２０℃で１０-2Ωｍ未満の体積抵抗率を有する材料で製作した電極が含まれる。
【０１１１】
容量性電極のまた別な例には、化学蒸着またはスピンコーティングで蒸着した薄い（１μｍ未満の平均厚さ）絶縁材料で覆われた、２０℃で１０-2Ωｍ未満の体積抵抗率を有する材料で製作した電極が含まれる。
【０１１２】
容量性電極のまた別な例には、２０℃で１０4Ωｍ以上の体積抵抗率を有する薄い（１μｍ未満の平均厚さ）絶縁材料で覆われた、２０℃で１０-2Ωｍ未満の体積抵抗率を有する材料で製作した電極が含まれる。より薄い絶縁層は所与の電極面積でより大きいキャパシタンスを与えることができるが、絶縁膜中のピンホールの存在または誘電破壊により、より薄い絶縁層は漏れ電流が増加する結果となり得る。ある実施形態では、容量性電極上の絶縁層の平均厚さは１０μｍ未満である。ある実施形態では、容量性電極上の絶縁層の平均厚さは１μｍ未満である。ある実施形態では、容量性電極上の絶縁層の平均厚さは１００ｎｍ未満である。ある実施形態では、容量性電極上の絶縁層の平均厚さは１０ｎｍ未満である。ある実施形態では、容量性電極上の絶縁層の平均厚さは１ｎｍ未満である。ある実施形態では、容量性電極上の絶縁層の平均厚さは約１ｎｍ〜約１０μｍである。ある実施形態では、容量性電極上の絶縁層の平均厚さは約１０ｎｍ〜約１μｍである。ある実施形態では、容量性電極上の絶縁層の平均厚さは約１０ｎｍ〜約１００ｎｍである。
【０１１３】
容量性電極のキャパシタンスは絶縁層の誘電率と共に増加する。ある実施形態では、絶縁層はフリースペースの誘電率とほぼ等しい誘電率を有する。ある実施形態では、絶縁層はフリースペースの誘電率より約１倍大きく、約３倍未満の誘電率を有する。ある実施形態では、絶縁層はフリースペースの誘電率より約３倍大きく、約５倍未満の誘電率を有する。ある実施形態では、絶縁層はフリースペースの誘電率より約５倍大きく、約１０倍未満の誘電率を有する。ある実施形態では、絶縁層はフリースペースの誘電率より約１０倍大きく、約１００倍未満の誘電率を有する。ある実施形態では、絶縁層はフリースペースの誘電率より約１００倍大きい誘電率を有する。
【０１１４】
II．セルおよび電極のいくつかの実施形態
本発明はファラデー作用電極と容量性対向電極とを含む電気化学セルを利用する方法および装置を対象とする。容量性対向電極はたとえば漏れ電流密度、時定数、および作用電極の時定数に対する時定数の比率で特徴付けられる。ある実施形態では、電気化学装置は作用電極で一定のファラデー電流が得られる一方、対向電極で酸化または還元生成物がほとんど生じない、またはまったく生じないような方法で操作される。ある実施形態では、電気化学装置は作用電極で一定のファラデー電流が得られる一方、対向電極で酸化または還元生成物の量を減少させるような方法で操作される。
【０１１５】
典型的な電気化学セルは陽極（酸化が行われる）および陰極（還元が行われる）の双方でファラデー電極を用いる。これらの電極のそれぞれで独立の半反応を生じ、それぞれの電極で異なった生成物（半電池生成物）を製造する。対応する電極におけるそれぞれの半電池反応により陰イオンおよび陽イオン種の等しい電荷を発生するので、溶液全体では常に電荷（イオン）の中性が保たれる。一般に作用電極における反応または生成物のみを目的とする。実際、対向電極は別な区画に置かれることが多く、イオン伝導「電極セパレーター」で分離されて各電極で生成した半電池生成物の混合を阻止している。塩橋およびイオン伝導セルセパレーターは当該技術分野で公知である。たとえばBardおよびFaulkner、Wiley、Electrochemical Method、Fundaments and Application、第２版、（２０００）参照。
【０１１６】
本発明をファラデー作用電極と容量性対向電極とを含む様々なサイズの電気化学セルで使用することができる。ファラデー作用電極のサイズの例には約０．１μｍ2〜約１０ｍ2、約１０μｍ2〜約１００００ｃｍ2、約１０μｍ2〜約１００ｃｍ2、約１００００μｍ2〜約１０ｃｍ2、約１ｍｍ2〜約１００ｍｍ2、および約１ｍｍ2〜約１０ｍｍ2の巨視的幾何学面積が含まれる。ファラデー作用電極のサイズの例には０．１μｍ2、１μｍ2、１０μｍ2、１００μｍ2、１０００μｍ2、１００００μｍ2、１ｍｍ2、１０ｍｍ2、１００ｍｍ2、１ｃｍ2、１０ｃｍ2、１００ｃｍ2、１０００ｃｍ2、１００００ｃｍ2、１ｍ2または１０ｍ2の巨視的幾何学面積が含まれる。容量性対向電極のサイズおよびサイズ範囲の例には、ファラデー作用電極のサイズに加え、このような実施形態を電極として適応するためのより大きいサイズが含まれる。
【０１１７】
ある実施形態では、電気化学セルは部分的に試料容積を取り込むことができる。たとえば、セルは複数ウエル分析プレート中のウエル、ビーカー、管、フローセルまたは他の形状およびサイズでよい。ある実施形態では、ファラデー電極および容量性対向電極はたとえばセル２００のような単一セル中にあってよい。ある実施形態では、対向電極と作用電極とは、塩橋、フリットまたは他の架橋手段により伝導性接続された個別のセル中にあってよく、当該技術分野で公知である。セルはファラデー作用電極および対向電極の１つのみがセル内に位置し、もう一つはセルに隣接して置かれているが、セル内の流体と接触しているように構成することもできる。さらに、セルはたとえば自動サンプリングシステムにおける複数ウエルプレートまたは複数の管の壁等の複数の単一または分割セルの一つであり得る。
【０１１８】
電気化学セルはフローセルであってもよい。フローセルは流体が入り口を通ってセル内に流入し、出口を通ってセルから流出するように構成することができる。電気化学発光フローセルおよびその使用法の例は米国特許第６，２００，５３１号に開示されている。
【０１１９】
ある実施形態では、電気化学セルは電解質溶液を受容できる。電気化学セルでファラデー作用電極と容量性対向電極とが接触し、電気エネルギーが電極間に印加された場合、この溶液はファラデー作用電極で電気化学反応に関与することができる。
【０１２０】
ある実施形態では、電気化学セルはさらに参照電極を有し得る。ある実施形態では、セルは参照電極を含まない。参照電極が存在する場合、容量性対向電極を横切る電位降下に係わらず、定電位装置の電圧コンプライアンス限界に達するまで、または容量性対向電極で誘電破壊を生じるまで、参照電極を、ファラデー作用電極を横切る電位降下をさらに制御するために用いることができる。
【０１２１】
III．装置の特定の実施形態
ある実施形態では、装置は（ａ）被分析物に対する標識結合パートナー、および（ｂ）被分析物の標識アナログの少なくとも１つを含む分析実施物質を含み得る。ある実施形態では分析実施物質は乾燥組成物であり得る。ある実施形態では、分析実施物質はＥＣＬ部分を含む。これらの実施形態において、装置は必要によりＥＣＬ共反応物を有してよい。
【０１２２】
ある実施形態では、たとえば液体組成物の蒸発を防ぐため、または乾燥組成物の溶融逆流を防ぐために装置はさらに分析実施物質を囲む蒸気バリアを含む。
【０１２３】
ある実施形態では、装置はファラデー作用電極と容量性対向電極とに流体接続するフィルターを含み得る。濾過は試料マトリックスの妨害成分を除去する１つの方法である。妨害成分を試料が電気化学セル中に入る前に試料マトリックスから除去することができる。このアプローチでは、フィルターのバリアは検出プロセスを妨害し得る粒子状成分を保持することができる。たとえばマトリックスの粒子状成分は、検出表面上に捕捉または堆積を必要とするある検出手法を妨害し得る。さらに、妨害成分の除去は被分析物を結合するために使用し得る表面の割合を減少させ得る。ある実施形態では、粒子状成分を捕捉したフィルターを処理して、検出プロセス用の被分析物を放出することができる。
【０１２４】
所与のサイズより大きい粒子を除外し得る物理的バリアを提供することにより、濾過はまず成分を溶液から分離する。これらのタイプのバリアを作成するために、濾過技術には多くの異なった方法（各方法は、原材料の機能を操る）がある。たとえば、極端に大きい粒子、たとえば５０ミクロンを越えるサイズの粒子を捕らえるために使用し得る織布スクリーンを製作するために、金属ワイヤーが一般的に使用される。より小さい空気由来の粒子を捕捉するためにより小さい直径の金属ワイヤースクリーンを使用し得るが、気流に対するインピーダンス（圧力損失）のために限界がある。ポリマー系膜は溶液からより小さい粒子を除去するために典型的に使用される。たとえば、ナイロンポリマーを相反転製膜プロセスで使用し、約１０ミクロンから約０．１ミクロンの定格ポアサイズに至る膜を製造することができる。他のポリマー系膜（たとえばポリエーテルスルフォン、ニトロセルロースまたは酢酸セルロース）を溶媒蒸発製膜プロセスによって製造できる。一般に、目的とする流体が制御されてフィルターバリアを通過できる保持器具中に、濾過媒体を組み込む。ある実施形態では、本発明はポリエチレンスルフォン（ＰＥＳ）ポリマーを用いるフィルター含有濾過媒体を使用することができる。特定の実施形態では、ＰＥＳフィルターを（ａ）注射器取り付け、（ｂ）ロボット自動化を容易にするために設計された廃棄可能な使い捨て部品、または（ｃ）複数の試料を濾過するために設計された廃棄可能な多重使用部品であるプラスチックハウジング中に収めることができる。
【０１２５】
濾過はまず成分を溶液からサイズで分離する。ほとんどのフィルターでは、フィルターを通る通路はまっすぐな孔でなく、ねじれた経路である。これによりフィルター孔サイズの記載をある程度実際の操作に適したものとし、用語「ポアサイズ定格」を生み出している。フィルターのポアサイズ定格を定める場合、フィルターは既知のサイズ（顕微鏡、光散乱またがインピーダンス測定のような二次手段で知られる）の既知の容積（または量）の粒子で試験される。次に粒子の複数のサイズにわたってフィルターの下流の粒子の量をフィルターの上流の粒子の数と比較する。所与の粒子の範囲に関して、下流粒子と上流粒子との比率が１以下に下がった場合、そのフィルターはそのサイズ範囲に関して除去能力があると云われる。典型的にはこれらの比率は除去の対数に基づく単位で記載される。たとえば、定格５ミクロンのフィルターは、典型的には５ミクロンより大きい下流粒子のレベルを比率０．９０（９０％除去または対数１の除去）から比率０．９９９（９９．９％除去または対数３の除去）に減少させる。フィルターのポアサイズを多くの因子に基づき選ぶことができる。ある実施形態では、ポアサイズはサイズが約１μｍである被分析物−炭疽菌胞子−を通過させるに十分な大きさであり得る。ある実施形態では、ポアサイズは妨害成分を試料マトリックスから阻止するのに十分な程度に小さくてよい。ポアサイズは膜を通る流速にも影響し得、より小さいポアは一般に流れに対する抵抗がより大きくなる。
【０１２６】
ある実施形態では、フィルターは５ミクロンの定格ポアサイズを有する。ある実施形態では、フィルターは０．１、０．２．０．５、１、２、３、４、７、１０、１５、２０、５０または１００ミクロンの定格ポアサイズを有する。ある実施形態では、フィルターは約１００ミクロンに等しいかそれより小さく、約１０ミクロンに等しいかそれより大きい定格ポアサイズを有する。ある実施形態では、フィルターは約１０ミクロンに等しいかそれより小さく、約１ミクロンに等しいかそれより大きい定格ポアサイズを有する。ある実施形態では、フィルターは約１ミクロンに等しいかそれより小さく、約０．１ミクロンに等しいかそれより大きい定格ポアサイズを有する。ある実施形態では、フィルターは約０．１ミクロンに等しいかそれより小さく、約０．０２ミクロンに等しいかそれより大きい定格ポアサイズを有する。
【０１２７】
ある実施形態では、装置は（ａ）ファラデー作用電極および容量性対向電極を含み、電解質溶液を受容できる電気化学セルと、（ｂ）参照電極と、少なくとも（ｉ）被分析物に対する標識結合パートナーおよび（ii）被分析物の標識アナログの少なくとも１つを含む分析実施物質と、ＥＣＬ共反応物と、フィルターとの任意の組み合わせとを含む。ある実施形態では、装置はたとえばより大きい機器が電解質溶液（検出すべき被分析物を含む試料を含有し得る）と接触するのを防止するためのより大きな機器中の使い捨てまたは交換可能要素である。これらに実施形態の特定のものでは、装置は乾燥組成物中の分析実施物質と、分析実施物質を取り囲む蒸気バリアとを有する。
【０１２８】
ある実施形態では、装置は上記の実施形態（たとえばファラデー作用電極と容量性対向電極とを含み、電気化学セルが当該ファラデー作用電極と当該容量性対向電極とに同時に接触し得る電解質溶液を受容できる装置）の任意の実施形態と、ファラデー作用電極と容量性対向電極とに電気的に接続可能な電気エネルギー源とを有する。本発明の原理と一致して、可能な電気エネルギー源は多数ある。電気化学セルに印加される電気エネルギーを定電位装置、定電流装置および／または類似の装置等の常套の装置を用いて発生させることができる。ある実施形態では、電圧源、電流源、電荷源および／または電源を一定またはオフセット、工程、傾斜、正弦波、およびそれらの組み合わせを有する時間変化波形で使用することができる。ある実施形態では、ファラデー作用電極を横切る電圧を制御するために、第３電極をフィードバック機構として使用することができる。ある実施形態では、バッテリー、スーパーキャパシター、フライホイールおよび／または炭化水素源（たとえばガソリンおよび／またはメタン）等のエネルギー源からエネルギーを得ることができる。ある実施形態では、光起電力装置がエネルギーを提供することができる。ある実施形態では、ＡＣ回線網からの電力を使用できる。ある実施形態では、電極に時間変化で印加される電荷、電圧および／または電流を制御するために半導体装置が貯蔵エネルギーを使用することができる。ある実施形態では、電気化学セルへの電気エネルギーの印加を制御するためにコンピューター装置（たとえばマイクロプロセッサー、マイクロコントローラーまたはコンピューター）が使用される。
【０１２９】
ある実施形態では、装置は上記実施形態の任意の実施形態（たとえば、１．ファラデー作用電極と容量性対向電極とを含み、当該ファラデー作用電極と当該容量性対向電極とに同時に接触し得る電解質溶液を受容できる電気化学セルと、２．ファラデー作用電極と容量性対向電極とに電気的に接続可能な電気エネルギー源とを含む装置）と、ファラデー作用電極に局在する磁化可能粒子に磁力を与えることができるように置かれた磁石とを含む。
【０１３０】
ある実施形態では、磁石により試料中の磁化可能ビーズに加えられた磁力を減少するために、磁石はファラデー電極の下の位置から可逆的に移動可能である。
【０１３１】
ある実施形態では、磁石は永久磁石または電磁石を含み得る。
【０１３２】
ある実施形態では、磁石は双極磁石、サンドイッチ磁石またはチャネル磁石を含み得る。
【０１３３】
ある実施形態では、装置は上記の実施形態の任意の実施形態（たとえば、１．ファラデー作用電極と容量性対向電極とを含み、当該ファラデー作用電極と当該容量性対向電極とに同時に接触し得る電解質溶液を受容できる電気化学セルと、２．ファラデー作用電極と容量性対向電極とに電気的に接続可能な電気エネルギー源とを含む装置）と、ファラデー作用電極上に放出される光を検出するために置かれた光検出器とを含む。ある実施形態では、光検出器は光電子倍増管、フォトダイオード、ＣＭＯＳ装置または電荷結合装置であり得る。
【０１３４】
ある実施形態では、装置は上記実施形態の任意の実施形態（たとえば、１．ファラデー作用電極と容量性対向電極とを含み、当該ファラデー作用電極と当該容量性対向電極とに同時に接触し得る電解質溶液を受容できる電気化学セルと、２．ファラデー作用電極と容量性対向電極とに電気的に接続可能な電気エネルギー源とを含む装置）と、液体を、ファラデー作用電極を横切って、またはその上に移動させ得るために配置されたポンプとを含む。ある実施形態では、ポンプは圧力源（たとえばインペラーポンプ、重力を用いるポンプまたは毛細管現象に基づくポンプ）または容積速度源（たとえばペリスタポンプ、シリンジポンプ、ギアポンプまたは容積移送ポンプ）として設計することができる。ある実施形態では、ポンプは液体を、ファラデー作用電極を横切って移動させる。ある実施形態では、ポンプは、正のゲージ圧力を用いて液体を、ファラデー作用電極を横切って、またはその上に移送できるように配置されている。ある実施形態では、ポンプは、負のゲージ圧力を用いて液体を、ファラデー作用電極を横切って、またはその上に移送できるように配置されている。フィルターを含むある実施形態では、フィルターから濾液を除去するためにポンプを使用できる；たとえば重力流または圧力によりフィルターを通って流体を移動でき、その場合に正のゲージ圧がフィルターの上流に加えられるか、または負のゲージ圧（真空）がフィルターの下流に加えられる。たとえばこの濾液を電気化学セル内およびファラデー作用電極上に分配することができる。フローセルを含むある実施形態では、流体をフローセルに出入りさせるためにポンプを使用し得る。
【０１３５】
電気化学セルを、セルと電極との間で相対運動を行わせるための自動駆動機構またはアラインメント装置等の様々な自動システムと組み合わせて使用することができる。容量性対向電極とファラデー作用電極とを含むフローセルを含む装置の例は、流体をフローセル中に、およびそこから吸引および／または分配するためのポンプと、電極を駆動するための電気エネルギー源とをさらに含むことができる。ある実施形態では、装置の例は１つ以上の試薬および／または気体および液体を含む１つ以上の試料を導入するための流体取り扱いステーションをさらに含むことができる。流体取り扱いステーションはフロー制御バルブの他、液体を１つ以上の場所からセル内に吸引／分配するためのピペッターを収容するためのマニホールドを含むことができる。更なるフロー制御バルブの他、試薬／気体検出器も存在し得る。
【０１３６】
ファラデー作用電極と容量性対向電極とを含む電気化学セルに電位が加えられる場合、電子がファラデー電極界面を横切り、容量性電極中に充電される。対向電極中の充電を、電気回路中のキャパシターのための式（ｑ／Ｖ＝Ｃ）で表すことができる。式中、ｑはキャパシター上の電荷（クーロン）であり、Ｖはキャパシターを横切る電位（ボルト）であり、Ｃはキャパシタンス（ファラッド）である。電極のキャパシタンスは系に加えられた電位の関数として変化し得る；たとえば二重層と電極との間の距離が、二重層中の電荷の量が増加するにつれて増加し得る。近似を良くするために、電極の容量能力は溶液に曝された表面積に比例する。この電気化学的表面積は、表面を粗くすることにより巨視的幾何学表面積より大きくすることができる。たとえば、電気化学的表面積の巨視的幾何学表面積に対する比率は、たとえば約１〜約１０００、または約１〜１０、または約１０〜約１００、または約１００〜約１０００であり得る。電気化学的表面積の巨視的幾何学表面積に対する比率はたとえば約１、約２、約３、約５、約１０、約３０、約１００、約３００または約１０００であり得る。粗さを増し、それにより電気化学表面積を増加する方法には、機械的研磨（たとえばサンドペーパーの使用および／または砂吹き付けによる）、プラズマエッチング、イオンおよび／または電子ビーム照射、粗被覆堆積（たとえば熱スプレー、メッキ、または電解堆積、インクジェット、スパタリング、化学蒸着等を用いる技法）、化学エッチング、レーザー切除および電気化学的表面修飾が含まれる。大きな粗さを得るための他の方法にはきわめて粗い出発原料、たとえば焼結粒子、白金ブラック、カーボンナノチューブおよびカーボンブラックインクを電極として使用することが含まれる。電気化学表面積を効率的に追加するため、イオンが全ての領域に容易に接触できるように粗さの特性寸法は約１ｎｍより大きい（必ずしも必要でない）ことが好ましい。
【０１３７】
容量性対向電極とファラデー作用電極とを駆動するために電圧源を使用する場合、電荷が対向電極に捕捉されるにつれて電流が時間と共に減少する（図２参照）。作用電極における電流量が、電気化学セルの作動中の印加電圧で対向電極中に含まれ得る、電極のキャパシタンスで決められる電荷量で制約されると予想されるが、本発明は、さらに多くの電流を必要とする場合、その電流を発生する方法を考えている。
【０１３８】
ある実施形態では、本装置は上記実施形態の任意の実施形態と、異なった容量性対向電極または同じ容量性対向電極の異なった領域に、ファラデー作用電極と接触する電解質溶液を接触させる機構とを含む。対向電極の新鮮な部分を曝すことにより、容量が増加し、その結果作用電極を通って流れ得る電流量が増加する。ある実施形態では、帯電した対向電極の部分をセルの使用可能な寿命の残分としては使用しなくてよい。ある実施形態では、帯電した対向電極の部分を、空気との接触、異なったセル中の別な溶液、電極の漏れ電流、または電流の方向の反転により放電することができる。対向電極の新鮮な部分を連続的に曝すことにより、作用電極におけるファラデー電流を作用電極で反応物によって制限される物質輸送とすることができる。
【０１３９】
図６は、溶液に曝された対向電極領域が時間と共に変化するセルの例示的な実施形態を示す。セル中でファラデー作用電極（２０１）は静止したままであり得るのに対し、容量性対向電極は電解質溶液を連続的に移動することができる。たとえば、図６に示されるように、薄い絶縁層（２０２）で被覆された伝導性ワイヤーまたはフィルムが固定バイアス下において電極（２０４）を通過することができる。負のバイアスが金属電極に加えられると陰イオン（２０３）が溶液から除かれ得、過剰の陽イオンが溶液中に残されて陰極ファラデー反応のための電気的中性を与えることができる。同様に、作用電極が陽極である場合、容量性対向電極で陽イオンが除かれ得る。または、電極が理想的な分極電極として挙動する電位領域で操作される場合、連続的に更新される表面を有する流動水銀電極を使用することができる。詳細はI.M.Kolthoff、J.J.Lingane、Polarography、第２版、第１巻、Interscience Piblishers、New York、 ｐ．３５７、１９５２参照。容量性対向電極は単一極性のイオンを除去（すなわち対イオンなしで）することができ、イオン電荷は電子電荷で補償され得る。
【０１４０】
上記の装置構成部品の組み合わせの例には、ファラデー作用電極と、容量性対向電極と電気エネルギー源とを含む電気化学セルが含まれる。ある実施形態では、本発明の目的は電解質溶液を受容できるセルと、ファラデー作用電極と、容量性対向電極とを含む電気化学セルを含む装置である。ある実施形態ではセルはフローセルである。
【０１４１】
上記の装置構成部品の組み合わせの例にはファラデー作用電極の表面における電気化学発光の測定に基づく試料中の被分析物の結合分析を行うために用いられる電気化学セルを含む装置が含まれ、電気化学セルは（ａ）被分析物を含む試料と、（ｂ）被分析物に対する標識結合パートナー−標識結合パートナーはＥＣＬ部分を含む−とを含む溶液を受容するセルと、ファラデー作用電極は試料含有容積に曝され、それに隣接して位置する電極表面を有するファラデー作用電極と、試料含有容積に曝され、それに隣接して位置する電極表面を有する容量性対向電極と、発光するのに十分な電気エネルギー源と、ファラデー作用電極表面に沿ってビーズを集めるための磁石と、発光量を測定し、それにより試料中の被分析物の量を測定する光検出器とを含む。
【０１４２】
上記の装置構成部品の組み合わせの例には１つ以上の被分析物を含むと予想される試料を分析するために用いられる電気化学セルを含む装置が含まれ、装置はサンプリング装置に流体接続するフィルターと、フィルターを横切って液体を駆動し得るように設置されたポンプと、１つ以上の被分析物を含むと予想される濾過された試料を受容するためのセルと、少なくとも１個の容量性対向電極と、試料中の被分析物の量を測定するための手段とを含む。
【０１４３】
IV．例示的方法
本発明はたとえば上記の装置の実施形態の使用も考慮している。これらの使用法には試料中の１つ以上の被分析物の存在または量を決定する方法と、対向電極で極めて少量の電気化学副産物を生成する一方、少なくとも１つの電気化学生成物を得る方法とが含まれる。
【０１４４】
ある実施形態では、試料中の１つ以上の被分析物の存在または量を決定する方法はファラデー作用電極と容量性対向電極との双方を試料と電解質とを含む溶液に接触させる工程と、ファラデー作用電極と容量性対向電極との間にファラデー作用電極でファラデー電荷移動を行うのに十分な電気エネルギーを供給する工程と、（ｉ）光、（ii）電流、（iii）電圧および（iv）電荷の少なくとも１つを測定して試料中の被分析物の存在または量を決定する工程とを有する。
【０１４５】
ある実施形態では、試料中の被分析物の存在または量を決定する方法は：
（ａ）必要あれば試料を前処理する工程と；
（ｂ）ファラデー作用電極を必要により前処理した試料と電解質とを含む溶液に接触させる工程と；
（ｃ）容量性対向電極を溶液に接触させる工程と；
（ｄ）ファラデー作用電極でファラデー電荷移動を行わせるに十分な電気エネルギーをファラデー作用電極と容量性対向電極との間に供給する工程と；
（ｅ）（ｉ）光、（ii）電流、（iii）電圧および（iv）電荷の少なくとも１つを測定して試料中の被分析物の存在または量を決定する工程とを含む。
【０１４６】
光の測定を利用する例示的方法には、蛍光、化学発光および電気化学発光分析を含む発光分析が含まれる。電流を利用する例示的方法には、ファラデー作用電極で消費される溶液中の電気化学反応種の生成速度の測定が含まれる。電圧測定を利用する例示的方法にはイオン選択性電極が含まれる。電荷の測定を利用する例示的方法には、たとえば優勢イオンの濃度および／または溶液のデバイ長さを見積もることができる容量性対向電極のキャパシタンスの測定が含まれる。これらの測定の組み合わせを利用する例示的方法には、電流と電圧との双方を測定して、たとえば溶液中の酸化還元挙動を調べることを含むサイクリックボルタンモグラムが含まれる。光、電流、電圧および／または電荷の様々な特性または特性の組み合わせ、たとえば波長、周波数、エネルギー、強度、極性、分極、振幅、波形および／または時間依存性を、試料中の被分析物の量の決定に用いることができる。
【０１４７】
ある実施形態では、試料中の被分析物の存在または量の決定に使用される溶液はさらにＥＣＬ部分、たとえばルテニウムまたはオスミウムを含むＥＣＬ部分を含む。ある実施形態では、溶液はＥＣＬ共成分、たとえば親水性官能基を持つか持たない３級アミン、必要あれば親水性官能基を有するアルキル基を有する３級アミン、３級アミンを有する生物緩衝液および／または蓚酸塩をさらに含む。ある実施形態では、ファラデー作用電極と容量性対向電極との間に供給される電気エネルギーは電気化学発光を含めば十分であり、試料中の被分析物の量は発光測定で決定される。ある実施形態では、溶液はさらに被分析物に対する標識結合パートナーと被分析物の標識アナログとの少なくとも１つを含む。ある実施形態では、溶液はさらに被分析物用の第２結合パートナーを含み、第２結合パートナーは支持体に結合している。ある実施形態では、支持体は磁化可能ビーズである。
【０１４８】
ある実施形態では、試料中の被分析物の存在または量を決定する方法は、試料を前処理する工程を含む。前処理はたとえばフィルターを通して試料を濾過し濾液を得ることができる。フィルターの定格ポアサイズの例には約１０μｍ〜約１００μｍの範囲、約１μｍ〜約１０μｍの範囲、約０．１μｍ〜約１μｍの範囲、および約０．０２μｍ〜約１μｍの範囲にあるポアサイズが含まれる。その他の前処理工程はたとえば試料をｐＨが８より大きく６より小さく、浸透圧が０．１ｏｓｍｏｌ／Ｌより大きいかそれに等しい試薬と混合する工程であり得る。その他の前処理工程はたとえば浸透圧が１．１ｏｓｍｏｌ／Ｌに等しいかそれより大きい試薬と混合する工程であり得る。
【０１４９】
ある実施形態では、分析法はＥＣＬ部分の存在で作用電極に電気化学発光誘導電気波形を印加することにより、溶液中のＥＣＬ部分の発光を誘導する工程と、ＥＣＬ部分が発する発光を測定する工程とを含み得る。ある実施形態では、分析法は支持体（たとえば磁化可能ビーズ）に結合した第２結合パートナーを加える工程を含み得る。ある実施形態では、その方法はファラデー作用電極の下の位置から必要あれば可逆的に移動し得る磁石（たとえば永久磁石または電磁石）を使用して、ファラデー作用電極の表面に沿って磁化可能ビーズを磁気的に集める工程を含み得る。
【０１５０】
ある実施形態では、分析法は容量性対向電極を横切る電位を低下させるために、ファラデー作用電極を通る方向が交互に変わるファラデー電流を用いることができる。
【０１５１】
本発明をたとえばミクロまたはナノスケール電気化学セル中の電量測定法に使用できる。ある実施形態では、本発明を電気化学セル中の対向電極における望ましくない、または破壊的生成物の発生を減少させるために使用できる。ある実施形態では、本発明を試料中の被分析物の量を作用電極で発生する光の量によって決定できる電気化学発光分析で、たとえば対向電極で生成した電気化学生成物が作用電極近傍で拡散に十分な時間を有し、分析を妨害し得るナノスケールＥＣＬ分析で使用することができる。
【０１５２】
本発明の電気化学セルを用いて分析し得る試料は少なくとも１つの被分析物を含み得る。試料中の被分析物の測定を、核酸ハイブリダイゼーション分析、核酸増幅分析、細胞培養系分析、凝集試験、免疫分析（または目的とするマーカーの特異的結合パートナーの使用に基づく他の分析フォーマット）、免疫クロマトグラフィー分析、酵素分析等を含むがそれらに限定されない、生物分析の技術分野で使用できる数多くの技術の任意の技術を用いて、試料中の被分析物を測定できる。検出法は免疫分析等の結合分析であり得、分析組成物を被分析物の１つ以上の結合パートナーと接触させて検出を行うことができる。ある実施形態では、分析はサンドイッチまたは競合結合分析フォーマットを用いる。試験片上で行われるサンドイッチ免疫分析の例はGrubbらの米国特許第４，１６８，１４６号およびTomらの米国特許第４，３６６，２４１号に記載されている。本発明で使用するに適した競合免疫分析装置の例には、Deutshらの米国特許第４，２３５，６０１号、Liottaらの米国特許第４，４４２，２０４号、およびBuechlerらの米国特許第５，２０８，５３５号に開示された装置が含まれる。ある実施形態では、このような分析で用いられる結合パートナーの少なくとも１つは支持体上に固定される。ある実施形態では、標識結合パートナーおよび／または被分析物の標識アナログが結合反応で使用される。ある実施形態では、標識結合パートナーはＥＣＬ部分を含む。
【０１５３】
結合パートナーを任意の従来の方法、たとえば吸着、吸収、非共有結合、架橋剤による共有結合、または支持体または結合パートナーのいずれか、または双方の化学的活性化で支持体上に固定化できる。ある実施形態では、支持体による結合パートナーの固定化を、結合ペアを用いて行うことができる。たとえば、結合ペアの１つのメンバー、たとえばストレプタビジンまたはアビジンを支持体に結合することができ、同じ結合ペアの他のメンバー、たとえばビオチンを最初の結合パートナーに結合することができる。支持体上に結合パートナーを固定化するための適当な手段は、たとえばPierce Catalog、Pierce Chemical Company、Ｐ．Ｏ  Ｂｏｘ  １１７、Ｒｏｃｋｆｏｒｄ、III．６１１０５、１９９４に開示されている。
【０１５４】
Ａ．いくつかの分析法
永久再使用可能フローセル、または使い捨ての交換可能セルによるフローセル系設計を用いる固相結合分析のための支持体としての磁化可能ビーズを用いて結合分析を行うことができる。磁化可能ビーズに結合したＥＣＬ部分を含む複合体を、たとえばサンドイッチ磁石、チャネル磁石および／または電磁石等の磁石を利用してフローセル中の電極上に集めることができる。集められたビーズ上の標識を、電極に電位を印加してＥＣＬを発光するように誘導し、標識の量を測定することができる。ＥＣＬ分析法はまた、ＥＣＬ−誘導電位を印加する前にＲＣＬ共反応物を導入する工程を含むこともできる。
【０１５５】
ある実施形態では、固相サンドイッチ免疫分析を本発明の電気化学セルを用いて行うことができる。被分析物を標的とする２つの抗体が用いられる：（ｉ）固相に結合した、または結合できる（たとえばビオチン−ストレプタビジン相互作用等の特異的結合ペアの生成による）捕捉抗体および（ｉｉ）標識、たとえばＥＣＬ部分に結合した、または結合できる（たとえばビオチン−ストレプタビジン相互作用等の特異的結合ペアの生成による）検出抗体。被分析物の存在で２つの抗体が被分析物に結合し、ラベルを有する固相上に「サンドイッチ複合体」を形成するように、可溶化被分析物を含む試料を２つの抗体および固相に接触させることができる。固相上の標識を測定して試料中の被分析物を測定することができる。
【０１５６】
試料を集めたままでセル中に導入するか、または試料に１つ以上の調製工程を加えることができる。たとえばThe Immunoassay Handbook、第３版、David Wildh編集、Elsevier、２００５参照。
【０１５７】
ある実施形態では、本発明は、電解質溶液と被分析物を含有し得る試料とを受容するセルを提供する工程と；電解質溶液をセル中に入れる工程と；試料をセル中に入れる工程と；ファラデー作用電極を試料と電解質溶液とに接触させる工程と；容量性対向電極を試料と電解質溶液とに接触させる工程と；電気化学生成物を発生し得るファラデー作用電極でファラデー電荷移動を行うのに十分な電気エネルギーを電極に供給する工程と；試料中の被分析物の量を決定する工程とを含む、試料中の被分析物の検出法を提供する。
【０１５８】
ある実施形態では、本発明は、（１）（ａ）試料、（ｂ）当該被分析物に特異的であり、標識がＥＣＬ部分である標識結合パートナー、（ｃ）磁化可能ビーズに結合した当該被分析物に対し特異的な結合パートナー、（ｄ）ＥＣＬ共反応物、および（ｅ）電解質を含む溶液を生成する工程と、（２）ファラデー作用電極と容量性対向電極とを溶液と接触させる工程と、（３）ファラデー作用電極に沿ってビーズを集める工程と、（４）ＥＣＬ部分に電気化学発光を繰り返し発生させるために、電気化学エネルギーを電極に供給する工程と、（５）当該電気化学発光を測定する工程と、（６）測定から当該被分析物の存在または量を決定する工程とを含む、試料中の非分析物の存在またはその量を測定する方法を提供する。
【０１５９】
ある実施形態では、本方法は複数の被分析物に対し試料を分析する方法であり得る。たとえば、ファラデー作用電極のアレイを１つ以上の容量性対向電極と共に使用することができ、１つ以上のファラデー作用電極由来の測定を各被分析物の測定に使用する。たとえば。１つ以上のファラデー作用電極を１つ以上の容量性対向電極と共に使用することができ、各ファラデー作用電極上で１つ以上の被分析物が測定される。
【０１６０】
ある実施形態では、作用電極で少なくとも１つの電気化学生成物を発生する一方で、対向電極で極めて少量の電気化学副生物を生成する方法は、ファラデー作用電極と容量性対向電極とを電解質溶液と接触させる工程と；ファラデー作用電極と容量性対向電極との間に電気エネルギーを印加し、ファラデー作用電極を横切って移動するファラデー電荷移動が容量性対向電極を横切って移動するファラデー電荷移動より大きい工程とを含む。
【０１６１】
生成した生成物に対する生成した副生物の量の不一致は、主として作用電極と対向電極とにおけるファラデー電荷移動の不一致の結果である。本発明の装置では、伝統的な電気化学装置と異なり、ファラデー作用電極における電荷移動の量は容量性対向電極おける電荷移動の量より大きい。作用電極と対向電極とにおけるファラデー電荷移動の差はたとえば、約５、約１０、約３０、約１００、約３００、約１，０００、約３，０００、約１０，０００、約１００，０００またはそれ以上の因子より大きいか、それに等しくてよい。ある実施形態では、ファラデー電荷移動の不一致は約５〜約１００，０００、または約５〜約１０，０００、または約５〜１，０００約、または約５〜約１００、または約１０〜約１００，０００、または約１０〜約１０，０００、または約１０〜約１，０００、または約１０〜約１００、または約３０〜約１００，０００、または約３０〜約１０，０００、または約３０〜約１，０００、または３０約〜約３００、または約１００〜約１００，０００、または約１００〜約１０，０００、または１００約〜約１，０００の範囲であり得る。
【０１６２】
当該技術分野で公知の電気化学セルでは、これらの各電極で生じる半電池反応が異なった数の電子を必要とする場合、作用電極で生成する生成物の量に対して対向電極で生成する副生物の量に差があり得る。ファラデー作用電極における電気化学生成物の量と、容量性対向電極における電気化学副生物の量との間の差は、関連する酸化還元反応の化学量論によって決定される。
【０１６３】
ファラデー電荷移動の不一致を考慮すると、半電池反応のそれぞれで異なった数の電子が必要であるという可能性、および生成する副生物の量に影響する任意の他のプロセスを考慮すると、生成物対副生物の比率が約２、約５、約１０、約３０、約１００、約３００、約１，０００、約３，０００、約１０，０００、約１００，０００、約２００，０００の因子またはそれ以上の因子に等しいかより大きい場合、きわめて少量の副生物が対向電極で生成する。たとえば、作用電極と対向電極とを横切って移動するファラデー電荷の量の比率が３０であり、対向電極における電気化学反応が１個の電子を必要とする一方、作用電極における電気化学反応が２個の電子を必要とする場合、副生物に対する生成物の比率は１５であると思われる。ある実施形態では、副生物に対する生成物の比率は約２０〜約２００，０００、または約２〜約２０，０００、または約２〜約２，０００、または約２〜約２００、または約５〜約２００，０００、または約５〜約２０，０００、または約５〜約２，０００、または約５〜約２００、または約１５〜約２００，０００、または約１５〜約２０，０００、または約１５〜約２，０００、または約１５〜約６００、または約５０〜約２００，０００、または約５０〜約２０，０００、または約５０〜約２，０００の範囲であり得る。
【０１６４】
少量の測定可能な量の化学種をシステム、たとえば超ミクロ電極（ＵＭＥ）を用いてナノシステムに加えるために電量測定法を使用できる。ナノシステムのサイズが小さいために、対向電極で生成した望ましくない生成物がシステム中に導入されることを阻止するために通常のセルセパレーターを用いることはできない。システムがファラデー作用電極と容量性対向電極とを利用することにより、双方の電極が１個のセル中で電解質溶液と接触することが可能である一方、望ましくない生成物の製造を減少させるか阻止することができる。
【０１６５】
電極に印加される電気エネルギーの極性が時間と共に変化する場合、電流は２つの方向に交互に流れることができる。たとえば、容量性対向電極が大きな電圧で充電される場合、電気エネルギーの極性を反転して容量性対向電極を放電することができる。必要があれば、対向電極を反対極性で充電することができる。この切り替えプロセス中、ファラデー作用電極は陽極および陰極として順次作用することができる（電流の方向に依存して）。２つのファラデー電極を使用することにより、異なった場所で陽極反応と陰極反応との双方を同時に生じさせるので、本発明は陽極反応と陰極反応とを同じ場所で異なった時間に生じさせることができる。この一時的分離はいくつかの環境で有用である。
【０１６６】
Ｂ．一時的分離法
対向電極と作用電極が十分に近く、１つの電極からの反応生成物が同時に生成した場合、それが拡散して他の電極における反応を妨害する場合、一時的分離が有用であり得る。たとえば、水溶液中の塩素イオンからの塩素ガスのインサイチュでの発生が、ファラデー対向電極でヒドロキシイオンの生成による次亜塩素酸塩の生成により弱められる。時間分離により、所望の生成物（たとえば塩素ガス）が使用され得るか、または緩和反応が生じる前に電極から除去され得る（たとえば拡散または変換により）。
【０１６７】
ある実施形態では、電極を通って液体を流すことにより一時的空間分離が行われ得る。電極の下流の液体は交互の陰極および陽極反応を弱めることができる。たとえば、溶存酸素ガスと塩素イオンとを含む溶液は電極の下流で交互に塩素ガスと過酸化水素とを発生し得る。この組み合わせをたとえば装置またはカートリッジの汚染除去に使用することができる。ある実施形態では、密度の異なる反応生成物（たとえばガスおよびイオン）を生成することにより一時的空間分離が行われ得る。イオンが生成する前に、作用電極から拡散除去される時間をガス生成物に与えることにより、反応生成物を分離することができる。
【０１６８】
ある実施形態では、一時的に分離された反応生成物は空間的に分離されたのではなく、それらがインサイチュで交互に使用され得る。たとえば、ヒドロキシまたはヒドロニウムイオンのファラデー反応により、反応セルのｐＨが１、２、３、４またはそれ以上のｐＨ単位で上下して交互に調節され得る。ある領域で科学的環境をサイクルすることは、いくつかの使用価値があり得る。たとえば、ＰＣＲで行われるような温度サイクルによらず、化学環境のサイクリングによりＤＮＡ増幅の新鮮な方法で核酸鎖の分離および復元を行うことができる。
【０１６９】
Ｃ．ある方法に有用な装置および分析の更なる実施形態
ある実施形態では、本発明はファラデー作用電極と、容量性対向電極と、電解質溶液を受容できる容器とを含む電気化学セルを含む装置を対象とする。
【０１７０】
ある実施形態では、電気化学セルは試料容積を少なくとも部分的に囲い込む。
【０１７１】
ある実施形態では、電気化学セルはさらに参照電極を含む。
【０１７２】
ある実施形態では、装置はさらに被分析物に対する標識結合パートナーまたは被分析物の標識アナログを含む分析実施物質を含む。
【０１７３】
ある実施形態では、装置はさらにファラデー作用電極と容量性対向電極とに流体接続するフィルターを含む。
【０１７４】
ある実施形態では、装置はさらにファラデー作用電極と容量性対向電極とに電気接続し得る電気エネルギー源を含む。
【０１７５】
ある実施形態では、装置はさらにファラデー作用電極に、またはその近くに発光した光を検出するための光検出器を含む。
【０１７６】
ある実施形態では、装置はさらにファラデー作用電極を横切って、またはその上に液体を送ることができるように配置されたポンプを含む。
【０１７７】
ある実施形態では、本発明は、以下の工程を有する、試料中の被分析物の存在またはその濃度を決定する方法を対象とする：
（ａ）必要あれば試料を前処理する工程；
（ｂ）必要により前処理された試料と、電解質とを含む溶液にファラデー作用電極とを接触させる工程；
（ｃ）容量性対向電極を溶液に接触させる工程；
（ｄ）ファラデー作用電極でファラデー電荷移動を行うに十分な電気エネルギーをファラデー作用電極と容量性対向電極との間に供給する工程；および
（ｅ）試料中の被分析物の存在または量を決定するために少なくとも（ｉ）光、（ii）電流、（iii）電圧および（iv）電荷を測定する工程。
【０１７８】
ある実施形態では、試料は前処理されない。
【０１７９】
ある実施形態では、試料をフィルターで濾過することにより前処理され、フィルターは約１００ミクロンより小さいか等しく、１０ミクロンより大きいか等しい定格ポアサイズを有する。
【０１８０】
ある実施形態では、試料はフィルターで濾過することにより前処理され、フィルターは約１０ミクロンより小さいか等しく、１ミクロンより大きいか等しい定格ポアサイズを有する。
【０１８１】
ある実施形態では、試料はフィルターで濾過することにより前処理され、フィルターは約１ミクロンより小さいか等しく、０．１ミクロンより大きいか等しい定格ポアサイズを有する。
【０１８２】
ある実施形態では、試料はフィルターで濾過することにより前処理され、フィルターは約０．１ミクロンより小さいか等しく、０．０２ミクロンより大きいか等しい定格ポアサイズを有する。
【０１８３】
ある実施形態によれば、溶液は被分析物に対する標識結合パートナーまたは被分析物の標識アナログを有する分析実施物質をさらに含む。
【０１８４】
ある実施形態によれば、被分析物に対する標識結合パートナーおよび／または被分析物の標識アナログの標識はＥＣＬ部分である。
【０１８５】
ある実施形態では、試料中の被分析物の量が、電気化学発光誘発電気波形をファラデー作用電極に印加することにより溶液中でＥＣＬ部分を活性化し、ＥＣＬ部分により発する発光を測定することにより決定される。
【０１８６】
ある実施形態では、溶液はさらに被分析物に対する第２結合パートナーを含み、第２結合パートナーは支持体に結合されている。
【０１８７】
ある実施形態では、支持体は磁化可能ビーズである。
【０１８８】
ある実施形態では、方法は複数の被分析物に対し試料を分析する方法である。
【０１８９】
ある実施形態では、被分析物または第１結合パートナーの検出を助ける試薬は電解質である。
【０１９０】
ある実施形態では、第１標識結合パートナーは標識結合パートナーである。
【０１９１】
ある実施形態では、標識結合パートナーはＥＣＬ部分を含む。
【０１９２】
ある実施形態では、被分析物または第１結合パートナーの検出を助ける試薬はＥＣＬ共反応物である。
【０１９３】
ある実施形態では、
（ａ）ＥＣＬ部分の存在で電気化学発光誘導電気波形を作用電極に印加することにより光を発するように溶液中でＥＣＬ部分を誘導し；
（ｂ）ＥＣＬ部分により発した発光を測定することにより、
ＥＣＬ部分で発した電気化学発光を測定することにより第１結合パートナーｗお測定する。
【０１９４】
ある実施形態では、その方法は工程（ｂ）の濾液に被分析物に第２結合パートナーを加える工程をさらに含み、第２結合パートナーは支持体に結合している。ある実施形態では、支持体は磁化可能ビーズである。
【０１９５】
ある実施形態では、上記方法はさらに、磁石の使用によりファラデー作用電極表面に沿って磁化可能ビーズを磁気的に集める工程を含む。
【０１９６】
ある実施形態では、ファラデー作用電極におけるファラデー電流の方向が変化し、容量性対向電極を横切る電位を減少する。
【０１９７】
ある実施形態では、本発明は、作用電極で少なくとも１つの電気化学生成物を生成する一方で、対向電極で極めて少量の電気化学副生物を生成する方法であり、その方法は
ファラデー作用電極を電解質溶液と接触させる工程と；
容量性対向電極を電解質溶液に接触させる工程と；
ファラデー作用電極と容量性対向電極との間に電気エネルギーを印加する工程と
を含み、ファラデー作用電極を横切って移動するファラデー電荷が、容量性対向電極を横切って移動するファラデー電荷の少なくとも１０倍である。
【０１９８】
ある実施形態では、ファラデー作用電極を横切って移動するファラデー電荷が、容量性対向電極を横切って移動するファラデー電荷の少なくとも１００倍である。
【０１９９】
ある実施形態では、ファラデー作用電極を横切って移動するファラデー電荷が、容量性対向電極を横切って移動するファラデー電荷の少なくとも１，０００倍である。
【０２００】
ある実施形態では、印加電気エネルギーが極性を交互に変化させ、作用電極で少なくとも１つの酸化生成物と少なくとも１つの還元生成物とを生成する。
【０２０１】
ある実施形態では、ファラデー作用電極と容量性対向電極とがフローセル中に位置し、ファラデー作用電極表面から酸化および還元生成物が離れる運動が、フローセルを通る電解質溶液の流れにより促進される。
【０２０２】
ある実施形態では、電極に印加される電気エネルギーの極性を交互に変える速度は、還元生成物が生成する前に酸化生成物を電極から離れさせるか、または酸化生成物が生成する前に還元生成物を電極から離れさせるのに十分である。
【０２０３】
ある実施形態では、電解質溶液は溶存酸素ガスと塩素イオンとを含む。
【０２０４】
ある実施形態では、酸化半電池反応または還元半電池反応の１つの生成物がガスであり、他方はイオンである。
【０２０５】
ある実施形態では、酸化生成物は塩素ガスを含み、還元生成物は過酸化水素を含む。
【０２０６】
ある実施形態では、酸化生成物と還元生成物とが汚染除去プロセスの一部として使用される。
【０２０７】
ある実施形態では、酸化生成物および還元生成物の一方はガスであり、他方はイオンである。
【０２０８】
ある実施形態では、電気化学生成物の量が、あらかじめ電解質溶液に曝されない対向電極のある領域を電解質溶液に曝すことにより、電気化学生成物の量が増加する。
【実施例】
【０２０９】
以下の実施例は上記発明を用いる方法をより完全に説明するためのものである。これらの説明が本発明の範囲を決して制限するものでなく、例示する目的で提示されるものである。以下の略号は以下の意味を有する。応用例の中に略号が定義されない場合、その略号は一般に受け入れられている意味を有する。
μｍ＝マイクロメーターまたはミクロン
Ａ＝アンペア
ｂｐｙ＝ビピリジル
ｃｍ＝センチメーター
ｅ．ｇ．＝たとえば
Ｆ＝ファラッド
Ｍ＝モル
ｍｉｎ＝分
ｍｍ＝ミリメーター
ｍＭ＝ミリモル
ｍＶ＝ミリボルト
ｎＡ＝ナノアンペア
ｎＦ＝ナノファラッド
ｎｍ＝ナノメーター
ｐＡ＝ピコアンペア
ＰＭＴ＝光電子倍増管
ｓ＝秒
ＴＰＡ＝トリ−ｎ−プロピルアミン
ＵＭＥ＝ウルトラマイクロ電極
Ｖ＝ボルト
【０２１０】
実施例１
容量性対向電極を有する電気化学セルの作用電極におけるファラデー電流の測定
ガラスＵＭＥ（１０２）中に封入した直径２５μｍのＰｔ線（１０１）がファラデー電極となり、容量性電極として機能する、ＳｉＯ2の薄い絶縁フィルムを有する単結晶Ｓｉウエハ（１００）上のＳｉＯ2フィルム（厚さ５００ｎｍ）に置かれた脱イオン水（ＭｉｌｌｉＱ）の直径数ｍｍの水滴と接触させた。ＳｉＯ2／Ｓｉ試料を化学蒸着によってＳＥＭＡＴＥＣＨ（Ａｕｓｔｉｎ、ＴＸ）で調製し、それ以上の処理を行わなかった。図１に模式的に示すように、バイアス下で水滴をＳｉＯ2表面に沿って動かす実験で、水の漏れを防ぐために直径２ｍｍのガラス管（１０３）を２５μｍのＰｔの先端にパラフィンで取り付けた。水滴（１０４）が管の先端に形成され、ＳｉＯ2表面と接触するように、管を若干水でオーバーフローさせ、酸化物表面の新鮮な部分と連続的に接触させるために液滴を水平に動かした。Ｐｔ電極に注入された全ファラデー電荷は以下の式で与えられる：
Ｑf＝∫ｉｄｔ−Ｑc,Pt＝∫ｉｄｔ−Ｃdt,PtＡPtΔＥ＝Ｃdl,SiＡSiΔＥ−Ｃdl,PtＡPtΔＥ  （１）
式中、Ｑfは注入された全ファラデー電荷であり、ｉは全電流であり、Ｑc,PtはＰｔ電極における容量性電荷であり、Ｃdt,PtはＰｔ電極の積分キャパシタンスであり、Ｃdl,SiはＳｉ電極の積分キャパシタンスであり、ＡPtおよびＡSiはそれぞれＰｔおよびＳｉ電極の面積であり、ΔＥは印加したバイアスである。
【０２１１】
電流が無視し得るほど小さくなると、外部回路が約８秒間遮断された。回路を同じバイアスで再接続すると、充電電流は図２に示すようにかなり小さくなったが（挿入図）、最初の鋭いスパイクは容量カップリングの結果である電子的産物であった。回路を１５〜２０秒等の長時間開放すると、再結合後の充電電流は図２の挿入図のものとまったく異なるとは見えなかった。このことは、外部電位によりＳｉＯ2界面に持ち込まれた電子およびイオン電荷が開放回路でわずかしか変化しなかったことを示す。
【０２１２】
実施例２
容量性対向電極を有する電気化学セルにおける移動作用電極におけるファラデー電流の測定
実施例１のセットアップを用い、一定バイアス下で水滴（１０４）と関連するＰｔ  ＵＭＥ（１０１）をＳｉＯ2表面を横切って動かした。移動の前に、先端に−１Ｖのバイアスを印加し、表面を完全に充電した。次に、バイアスを切らずに約０．５〜４ｃｍの距離にわたり約１ｃｍ／ｓの速度で、移動ステージ（１０５）を手動で押すことにより、先端を横へ動かし、電流が図３に示すように増加した。ｎＡレベルで電流は定常状態に達し、その状態を新鮮な表面に連続的に曝すことにより維持した。運動を止めるまで電流は低下せず、この位置での充電は飽和に達した（図３）。横方向の先端の運動中、ＳｉＯ2と水との接触面積は実質的に一定であった。定常状態電流は、新鮮な表面とどれだけ速く接触するかに依った。インチウォームモーターで制御された先端移動速度２５μｍ／ｓにおいて、定常状態電流は約３ｐＡであった（このような厚い酸化物層では漏れ電流は検出されなかった（ノイズベース＜１ｐＡ））。ＳｉＯ2による平行キャパシターが誘電材料であると仮定すると、１秒間に２５μｍの水の運動はキャパシタンス約５ｐＦに対応する新しい接触面積を生成した。換言すれば、１Ｖのバイアス下でＰｔ電極における電位降下と溶液の抵抗とを無視すれば、実際に観察された３ｐＡの電流と比較して最大電流約５ｐＡが得られることになる。先端の運動がこのように遅いことで、水滴がその以前のスポットから完全に移動するのに数分を要した。おそらく、ＳｉＯ2の２つの界面上の蓄積された電荷（溶液中のイオンおよびＳｉ中の電子電荷）は移動しなかったか、または水滴に追随するには余りにも遅く移動したと考えられる。観測された挙動は、系に加えられたバイアスの極性に依らなかった。０．１Ｍ  Ｎａ2ＳＯ4等の支援電解質を導入した場合、溶液の抵抗の減少のために系はより速く充電された。しかしながら、基本的な特徴は同じであった。
【０２１３】
図３に示す結果は異なった場所で何回も再現できた。同様な結果が図４に示すような段階的、停止−運動反復モードで先端が移動した場合も得られた。それぞれの場合で水滴が運動し始めると充電電流が増加し、定常状態充電電流が見られ、水滴が動きを止めると減少した。
【０２１４】
ＳｉＯ2の容量性電極の表面は親水性であり（純水との接触角約８７°）、水滴がスポットから移動した後に目に見える水の軌跡は残されなかった。ある場合は、水滴あらかじめデザインされたパターンで移動し、各停止位置を後に再訪問した。１０〜２０分後に水滴があらかじめ完全に充電されていたこれらのスポットに戻った場合、同じ充電条件で明らかな電荷は観測されず（充電電流は図１の挿入図に示されたものと同程度であった）、電荷がその最初の位置に残留し、どこへも移動しなかったことを確認した。さらに、貯蔵された電荷は約７．５ｍｍ離れた近隣スポットで放電されず、異なった場所で貯蔵された電荷間で連絡がないことを示した。充電履歴とは独立に、短絡条件下でＳｉを放電することにより、全てのスポットはその最初の状態に復元された。これらの発見は、金属電極を溶液中で充電し、バイアス下で真空中に移した後も溶液が形成した二重層が高真空室内でも存在することを示した金属電極を溶液から高い真空中へ持ち込む以前の実験と一致した。より詳細にはHansenら、J. Electroanal. Chem.、１９７８、９３、８７参照。
【０２１５】
先端が静止し、図３の挿入図に示す様に電位を１００ｍＶ／ｓの速度で掃引した場合、典型的な一定充電電流が見られた。この結果から計算された、６．９ｎＦ／ｃｍ2に対応する０．５７７ｎＦのキャパシタンス（Ｃ＝ｉ／ｖ、式中ｉおよびｖはそれぞれ電流および掃引速度である）は、水滴が接触する実際の面積に極めて近い直径３．２ｍｍのＳｉＯ2を誘電材料として用いる理想的な並行キャパシターの価（Ｃ＝εε0Ａ／ｄ、式中εは誘電材料の相対誘電率であり、ＳｉＯ2に対して３．９である；ε0は空間の誘電率；Ａは面積；ｄはＳｉＯ2の厚さで５００ｎｍ）と一致した。
【０２１６】
実施例３
誘電性対向電極を有する電気化学セルにおけるＥＣＬの測定
２５０μｍのＰｔ線を直角に曲げ、エポキシセメントで被覆し、光電子倍増管（ＰＭＴ、Ｒ４２２０ｐ、Ｈａｍａｍａｔｓｕ、Ｂｒｉｄｇｅｗａｔｅｒ、ＮＪ）に向き合う約０．０２ｍｍ2の面積を研磨して露出させた。面積約４０ｃｍ2で厚さ約５０ｎｍＳｉＯ2フィルムで被覆したＳｉ片を、０．１Ｍトリ−ｎ−プロピルアミン（ＴＰＡ）および０．１０Ｍ  Ｔｒｉｓ／０．１０Ｍ  ＬｉＣｌＯ4緩衝液（ｐＨ＝８）中の０．５ｍＭ  Ｒｕ（ｂｐｙ）32+［トリス（２、２’−ビピリジン）ルテニウム（II）］水溶液中で対向電極として使用した。Ｐｔを作用電極、対向電極としてＳｉバックコンタクトにより、Ａｕｔｏｌａｂポテンショスタット（Ｍｏｄｅｌ  ＰＧＳＴＡＴ  １００、ＥｃｏＣｈｅｍｉｅ、Ｕｔｒｅｃｈｔ、オランダ）を、印加電位を制御するために使用した。ポテンショスタット上の参照電極インプットを対向電極に接続した。ＥＣＬ発光および電流を測定中に同時に記録した。１．４Ｖ（３０秒）〜−０．５Ｖ（２０秒）をＰＴ／溶液／ＳｉＯ2／Ｓｉ系に印加した。ＥＣＬイメージを得るための別な実験で、０．２５μｍのＰｔ  ＵＭＥ先端を同じ溶液で、倒立顕微鏡（Ｎｉｋｏｎ、Ｍｏｄｅｌ  ＴＥ３００、Ｍｅｌｖｉｌｌｅ、ＮＹ）のステージ上に搭載した９ｃｍ2のＳｉ／ＳｉＯ2表面上で使用した。さらに別な実験オプションについてはBard, A.J.編集、Electrogenerated Chemiluminescence、Marcel Dekker、New York、２００４、およびMiaoら、J. Am. Chem. Soc.、２００２，１２４，１４４７８およびその中の引用文献参照。
【０２１７】
０．０２ｍｍ2のＰｔ電極とＳｉ／ＳｉＯ2（４０ｃｍ2）電極との間に印加した段階電位により、ＥＣＬを発光した。図５に示すように、１．４Ｖの電位パルスをＰｔ電極に印加し、ＳｉＯ2界面で負充電プロセスを誘発した後直ちに、ＥＣＬが検出された。充電電流が減少するとＥＣＬ発光強度が減少した。この場合の電流減少は、Ｐｔ電極における通常の反応物欠乏でなく、対向電極の充電を示す。予期されるように、Ｓｉ／ＳｉＯ2電極において界面を放電する（Ｐｔ電極における対応するファラデー反応により）ように働く−０．５Ｖの負のバイアス下ではＥＣＬは見られなかった。このサイクルは何回も繰り返すことができ、おそらくＰｔ電極表面近くの活性種の欠乏のためにＥＣＬ強度は毎回減少した。漏れ電流が無視できる保護電極ではＥＣＬは検出されなかった。一定バイアス下の１．４Ｖの下の同じＲｕ（ｂｐｙ）32+／ＴＰＡ溶液による９ｃｍ2のＳｉ／ＳｉＯ2電極上の２５μｍのＰｔ先端による異なった測定では、図５の挿入図中に示されるように、倒立顕微鏡によりＰｔ先端のＥＣＬイメージが明瞭に見られた。ＥＣＬの発生により、単一電極電気化学システムにおけるファラデープロセスに対する明瞭な証拠が得られ、対向電極反応からの妨害がなく、ミクロセル中でＥＣＬを発光し得ることが示される。
【０２１８】
本明細書で引用した全ての参考文献の全体を本明細書に援用して参照する。援用して参照された文献および特許または特許出願が本明細書に含まれる開示と矛盾する範囲では、本明細書はこのようないかなる矛盾する内容も置き換えることを意図する、および／または置き換える。
【０２１９】
明細書および請求項で用いられる成分、反応条件等の量を表す全ての数は全ての場合で用語「約」で修正されると理解すべきである。従って、それに反して指定しない限り、明細書および従属請求項に示された数値パラメーターは、本発明で得られたと考えられる望ましい性質に依存して変化し得る近似値である。最後に、請求項の範囲と同等な主張の応用を制限する意図ではなく、各数値は有意な桁数と通常の桁上げ処理の見地から解釈すべきである。
【０２２０】
本発明と矛盾がない可能な実施の先行する記述は、このような実施の全てのリストまたは記載された実施の変更を表すものではない。いくつの実施のみの記述は、他の実施を除外する意図として構成されるものではない。当業者は、添付の請求項から逸脱しない等価の方法および変法を用いて、以下の請求項を多くの方法でどのように実施するかを理解すると思われる。さらに、先行する記述と矛盾することが示されなければ、実施に記載された構成要素のいずれも本発明に必須のものではない。
【図面の簡単な説明】
【０２２１】
【図１】新鮮な接触表面を生じるために横方向のチップ運動の可能性を有するシステムＰｔ／水／ＳｉＯ2／Ｓｉを示す概略図。チップはインチウォームモーター、マイクロメーターまたは手動で移動し得る並進ステージに取り付けられた。
【図２】ＰｔとＳｉとの間に印加された１Ｖのバイアス下における、Ｐｔ／水／ＳｉＯ2／Ｓシステム中の時間の関数としての充電電流。充電電流がベースラインに到達した後、回路を約８時間切断し、まだ同じバイアス下にある間に再接続した。挿入図に見られるように、かなり小さい充電電流のみが見られた。
【図３】システムＰｔ／水／ＳｉＯ2／ＳｉにおけるＰｔとＳｉとの間に印加された−１Ｖのバイアス下における、相対運動中の記録された充電電流。横方向掃引速度約１ｃｍ／ｓ。挿入図：静止チップによる掃引速度１００ｍＶ／ｓにおけるバイアスの関数としての充電電流。
【図４】ＰｔとＳｉとの間の−１Ｖの一定バイアス下の、図３と同様の繰り返し工程中、すなわち停止−移動横方向運動中の充電電流。運動中に短い定常状態充電電流により、電流は水滴運動を開始すると増加し、運動が停止すると減少した。
【図５】０．５Ｍ  Ｒｕ（ｂｐｙ）32+、０．１０Ｍトリプロピルアミン（ＴＰＡ）および０．１０Ｍ  Ｔｒｉｓ／０．１０Ｍ  ＬｉＣｌＯ4緩衝液（ｐＨ＝８）中の充電電流（下）、およびＰｔとＳｉとの間の１．４Ｖ〜−０．５Ｖの連続印加電位パルスによるＰｔ／水／ＳｉＯ2／Ｓｉシステム中に発生した化学発光（上）。挿入図：１．４Ｖのバイアス下の同じシステムによる別な実験における、光学顕微鏡により得られた２５μｍＰｔチップからのＥＣＬ像の顕微鏡写真。
【図６】モーター駆動、移動、ブロック化対向電極を示す概略図、たとえば電極を含む溶液を通り、バイアス下において作用電極で連続ファラデー反応を行うための絶縁層で被覆した伝導性ワイヤーまたはテープ。
【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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