(57)【要約】  被検物質（１３２）の検出用装置（２００）は、アッセイポリマー（２１４）で被覆した熱電対（２１０）を含む。アッセイポリマーは、被検物質に結合するように処方され、アッセイポリマーの熱伝達特性がそれに結合した被検物質の量に応答して変動する。センサの形成方法は、熱電対をアッセイポリマーで被覆するステップを含む。被検物質の検出方法は、被検物質を含有する液体をアッセイポリマーで被覆した熱電対の近傍に通過させるステップと、被検物質をアッセイポリマーに結合させるステップと、熱電対の温度を検出するステップと、液体中の被検物質の濃度を、アッセイポリマーの熱伝達特性に少なくとも一部基づいて計算するステップと、を含む。【選択図】図２Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アッセイポリマー（２１４）で被覆した熱電対（２１０）を含み、前記アッセイポリマーは、被検物質（１３２）に結合するように処方され、前記アッセイポリマーの熱伝達特性がそれに結合した前記被検物質の量に応答して変動することを特徴とする被検物質（１３２）の検出用装置（２００）。
【請求項２】
前記熱電対と電気的に接触した処理装置（２２３）をさらに含み、前記処理装置は、前記アッセイポリマーに結合した前記被検物質の量を計算するようにプログラム化されている請求項１に記載の被検物質の検出用装置。
【請求項３】
前記処理装置が、前記アッセイポリマーに結合した前記被検物質の量に少なくとも一部基づいて、アッセイポリマーと接触した液体中の前記被検物質の濃度を計算するようにプログラム化されている請求項２に記載の被検物質の検出用装置。
【請求項４】
前記処理装置が、熱伝達要素での熱波と前記熱電対での減衰した熱波との間の位相シフトを検出するようにプログラム化されている請求項３に記載の被検物質の検出用装置。
【請求項５】
前記処理装置が、前記熱伝達要素での熱波と前記熱電対での減衰した熱波との間の振幅の違いに少なくとも一部基づいて、前記液体中の前記被検物質の濃度を計算するようにプログラム化されている請求項４に記載の被検物質の検出用装置。
【請求項６】
前記熱電対の上に基材（２１２）をさらに含み、前記アッセイポリマーが、前記基材の表面に固定される請求項１に記載の被検物質の検出用装置。
【請求項７】
前記アッセイポリマーが分子インプリントポリマーを含む請求項１に記載の被検物質の検出用装置。
【請求項８】
前記アッセイポリマーが、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、並びにそれらの一部およびアナログからなる群より選択される材料を含む請求項１に記載の被検物質の検出用装置。
【請求項９】
前記アッセイポリマーは、前記液体が前記アッセイポリマーと接触した際に、前記液体中の被検物質に結合するように処方される請求項１に記載の被検物質の検出用装置。
【請求項１０】
前記アッセイポリマーは、前記熱電対の上にあるか、または前記熱電対と接触している請求項１に記載の被検物質の検出用装置。
【請求項１１】
前記アッセイポリマーは、前記熱電対を取り囲む請求項１に記載の被検物質の検出用装置。
【請求項１２】
熱電対（２１０）をアッセイポリマー（２１２）で被覆するステップを含み、前記アッセイポリマーは、前記アッセイポリマーの熱伝達特性がそれに結合した被検物質（１３２）の量に応答して変動するように、前記被検物質（１３２）に結合するように処方されるセンサ（２００）の形成方法。
【請求項１３】
前記熱電対を前記アッセイポリマーで被覆するステップが、前記熱電対の上におよび前記熱電対と接触した分子インプリントポリマーを与えることを含む請求項１２に記載のセンサの形成方法。
【請求項１４】
前記熱電対を前記アッセイポリマーで被覆するステップが、前記熱電対を取り囲む分子インプリントポリマーを与えることを含む請求項１２に記載のセンサの形成方法。
【請求項１５】
前記熱電対の表面を基材（２１２）で被覆するステップをさらに含み、前記熱電対を前記アッセイポリマーで被覆するステップが、前記アッセイポリマーを前記基材に固定することを含む請求項１２に記載のセンサの形成方法。
【請求項１６】
前記アッセイポリマーを前記基材に固定する前に、前記基材をそのガラス転移温度に加熱することをさらに含む請求項１５に記載のセンサの形成方法。
【請求項１７】
前記基材をガラス転移温度未満に冷却して、前記基材を結晶化させ、その上の前記アッセイポリマーの少なくとも一部を保持するステップをさらに含む請求項１６に記載のセンサの形成方法。
【請求項１８】
前記熱電対を洗浄して、前記基材の表面から前記アッセイポリマーの保持されていない部分を除去するステップをさらに含む請求項１７に記載のセンサの形成方法。
【請求項１９】
前記アッセイポリマーを前記基材に固定するステップが、前記基材がガラス転移温度に到達した後に、前記熱電対を、前記アッセイポリマーを含む粉末中で転がすことを含む請求項１６に記載のセンサの形成方法。
【請求項２０】
アッセイポリマー（２１４）で被覆した熱電対（２１０）の近傍に、および接触するように被検物質（１３２）を含む液体（１２４）を通過させるステップと、
前記被検物質を前記アッセイポリマーに結合させるステップと、
前記熱電対の温度を検出するステップと、
前記液体中の前記被検物質の濃度を、前記アッセイポリマーの熱伝達特性に少なくとも一部基づいて計算するステップと、を含み、
前記アッセイポリマーの熱伝達特性は、それに結合した被検物質の量に応答して変動するように定められることを特徴とする被検物質の検出方法。
【請求項２１】
前記液体の温度の変化を含む熱波をもたらすステップをさらに含む請求項２０に記載の被検物質の検出方法。
【請求項２２】
前記液体中の前記被検物質の濃度を計算するステップが、前記液体と前記アッセイポリマーとの界面での熱波と、前記熱電対での減衰した熱波との間の振幅の違いを決定することを含む請求項２１に記載の被検物質の検出方法。
【請求項２３】
前記液体中の前記被検物質の濃度を計算するステップが、前記液体中の生物学的な被検物質の濃度を計算することを含む請求項２０に記載の被検物質の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、概して、熱電対上にポリマー材料を有する熱電対を用いて被検物質を検出する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分子インプリントポリマー（ＭＩＰ）は、複雑な混合物中の化学物質を検出するのに使用できる。現代の研究では、これらのポリマーの生物分析用途での関心が増加している。これらのＭＩＰを使用する利点としては、容易および安価な製造；機械的、化学的、および熱的な安定性；再利用可能性；および長い保存期間が挙げられる。近年、分子インプリンティングのコンセプトが、マイクロメーターサイズの細胞での薄いポリマーフィルムの表面インプリンティングに拡張されて、タンパク質、糖タンパク質、植物ウイルス、ヒトウイルス、細菌、花粉、酵母細胞、および哺乳類赤血球の検出用のいわゆる「表面インプリントポリマー」（ＳＩＰ）が製造されている。ＳＩＰは、表面に刻み目があり、望ましい標的の形態及び機能が適合する部分を有するポリマー材料である。ＳＩＰは、ＭＩＰの孔を通して素早く拡散しないより大きい物体（例えば、細胞、細菌など）を結合するのに適している。インプリンティングは、ポリマー軟化による重合後に生じ得る。文献に記載されたバイオセンサを用いる細胞の検出は、典型的には重量測定検出、電子読み出しプラットフォームまたはマイクロ流体技術によって行われる。しかしながら、これらの技術は、多くの場合、時間がかかるか、分析を困難にするか、または高価な装置を必要とする。
【０００３】
例えば、被検物質の濃度に基づいたＭＩＰが結合している基板の耐温度性は、２０１４年１月９日公開の米国特許出願公開第２０１４／００１１１９８Ａ１号明細書（“Ｈｅａｔ−Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｂａｓｅｄ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｂｉｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ”）に記載されており、そのすべての開示内容を参照により本明細書に援用する。
【０００４】
細胞を形状、サイズ、およびそれらの表面上の官能基の官能性のわずかな違いで区別できる低コストのセンサプラットフォームが、現代の研究および産業に有益なツールであるだろう。
【発明の概要】
【０００５】
一部の実施形態では、被検物質検出用装置は、アッセイポリマーで被覆した熱電対を含む。アッセイポリマーは、被検物質に結合するように処方され、アッセイポリマーの熱伝達特性が、それに結合した被検物質の量に応答して変動する。
【０００６】
センサの形成方法は、熱電対をアッセイポリマーで被覆するステップを含む。アッセイポリマーは、被検物質に結合するように処方される。また、アッセイポリマーは、その熱伝達特性がそれに結合した被検物質の量に応答して変動するように処方される。
【０００７】
特定の実施形態では、被検物質の検出方法は、アッセイポリマーで被覆した熱電対に隣接し、接触するように被検物質を含有する液体を通過させるステップと、被検物質をアッセイポリマーに結合させるステップと、熱電対の温度を検出するステップと、液体中の被検物質の濃度を、アッセイポリマーの熱伝達特性に少なくとも一部基づいて計算するステップと、を含む。アッセイポリマーの熱伝達特性は、それに結合した被検物質の量に応答して変動するように定められる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】被検物質検出用装置を示す略式図である。
【図２】図２Ａ〜図２Ｃは、どのように図１の装置が被検物質を検出するのに使用され得るかを示す略式図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、図２Ａ〜図２Ｃに示される条件の下で被検物質に曝された際に他の装置がどのように反応するかを比較して示す略式図である。
【図４】熱波が図１〜図２Ｃの装置内でどのように移動するかを示す簡易拡大図である。
【図５】本開示の実施形態に従って測定したドーパミンについての結合等温線を示すグラフである。
【図６】図６Ａは、図１〜図３Ｃに示される装置を通過するドーパミンの異なる濃度に対する所要動力を示すグラフである。図６Ｂは、図１〜図３Ｃに示される装置を通過するドーパミンの異なる濃度に対する温度を示すグラフである。
【図７】本開示の実施形態に従う装置の応答を比較する用量反応曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書に示される図は、いずれの特定の装置または方法の実際の図ではなく、本開示の例示の実施形態を表すのに使用される理想的な表現に過ぎない。図面間で共通の要素は、同じ数字表示を取り続け得る。
【００１０】
本明細書で、「テンプレート分子」は、分子インプリントポリマー（ＭＩＰ）または表面インプリントポリマー（ＳＩＰ）を形成するのに使用される分子を指す。そのようなＭＩＰまたはＳＩＰは、ＭＩＰまたはＳＩＰを形成するのに使用されるテンプレート分子に少なくとも部分的に対応する形状を有する「標的分子」または「結合パートナー」を検出できる。
【００１１】
本明細書で、「得る（ｍａｙ）」は、「できる（ｃａｎ）」を包含し、「であり得る（ｍａｙ  ｂｅ）」は、文脈に応じて「である（ｉｓ）」または「である（ａｒｅ）」を包含する。さらに、「得る（ｍａｙ）」の存在は、限定することなく、開示を実施または実行する選択肢を説明するものである。
【００１２】
図１は、被検物質を検出する装置２００を示す略式図である。一部の実施形態では、装置２００は、標的分子、ＤＮＡおよび／またはＲＮＡなどの核酸、ＤＮＡおよび／またはＲＮＡの単一ヌクレオチド多型（ＳＮＰ）、小分子、タンパク質などを検出するように構成され得る。
【００１３】
装置２００は、任意の基材２１２およびアッセイポリマー２１４を表面上に被覆した熱電対２１０を含み得る（例えば、熱電対２１０の表面上に直接、または熱電対２１０の表面上の別の材料上に形成される）。例えば、基材２１２は、熱電対２１０の概して円筒状の表面上で、熱電対２１０のすべての端が囲まれるように形成され得る。一部の実施形態では、熱電対２１０の外面は、円、四角、長方形などのいずれの適切な断面形状を有し得る。すなわち、熱電対２１０は、円筒状である必要はなく、「リボン」形状などを有し得る。熱電対２１０は、電気的接触２１６、２１８の間の温度依存性電圧を与えるように処方される２つの材料の間の接合を含み得る。一部の実施形態では、熱電対２１０は、１種以上の金属（例えば、白金、金、イリジウム、パラジウムなど）または合金（例えば、ニッケル合金、銅合金、ロジウム合金、レニウム合金、鉄合金、モリブデン合金など）を含み得る。熱電対２１０は、例えば、タイプＥ熱電対（すなわち、クロメルおよびコンスタンタン）；タイプＪ熱電対（すなわち、鉄およびコンスタンタン）；タイプＫ熱電対（すなわち、クロメルおよびアルミニウム）；タイプＭ熱電対（すなわち、ナイクロシルおよびナイシル）；タイプＴ熱電対（すなわち、銅およびコンスタンタン）；タイプＢ、Ｒ、またはＳ熱電対（すなわち、白金−ロジウム合金）；タイプＣ、Ｄ、またはＧ熱電対（すなわち、タングステン−レニウム合金）；タイプＰ熱電対（すなわち、パラジウム−金−白金合金）などのいずれの市販の標準の熱電対であり得る。
【００１４】
基材２１２は、ＰＬＬＡと当分野で称し得るポリ乳−（Ｌ）−酸などのポリマー材料であり得る。ＰＬＬＡは、透明であり、環境的に再生可能な資源（例えば、デンプンまたは糖含有農産物）から安価に製造され、生分解性であり、生体適合性である。さらに、ＰＬＬＡは、クロロホルムに可溶であり、熱電対２１０への塗布を可能にする。基材２１２は、ＰＬＬＡの代わりに、望ましい特性に基づいて別の材料であるように選択され得る。一部の実施形態では、基材２１２は、ポリウレタン、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリ（乳酸グリコール酸共重合体）、ポリ（Ｄ,Ｌ−ラクチド−Ｃｏ−グリコリド）、または別の選択されるポリマーを含み得る。基材２１２は、熱電対２１０の外装上の薄い、滑らかな、均質のコーティングの形態であり得る。基材２１２の均一性は、装置２００が再現性のある結果を得ることを可能にし得る。基材２１２の厚さは、熱電対２１０に対するまたは熱電対２１０から離れた熱流量に対する基材２１２の耐熱性で比例的に変動し得る。したがって、より薄い基材２１２が、速い応答が望ましいか、または温度差動が小さい用途に有益であり得る。
【００１５】
基材２１２は、装置２００が、基材２１２を破壊することなく熱電対２１０の曲げを可能にするように柔軟であり得るような弾性であるように選択され得る。これは、装置２００を、密な間隔または曲げを必要とする用途（例えば、カテーテルでの生体内での使用）に使用できるようにし得る。
【００１６】
アッセイポリマー２１４は、基材２１２の表面上にあり得る。一部の実施形態では、アッセイポリマー２１４は、熱電対２１０の表面に直接結合し得、基材２１２は省略し得る。すなわち、アッセイポリマー２１４は、熱電対２１０の上にあり得、かつ接触し得る。典型的には、アッセイポリマー２１４は、熱電対２１０を取り囲み得る。アッセイポリマー２１４は、熱伝達特性が結合した被検物質の量に応答して変動する材料を含み得る。例えば、アッセイポリマー２１４の熱伝導性、熱拡散率、熱容量、または別の特性は、その表面上の被検物質の濃度で変動し得る。
【００１７】
一部の実施形態では、アッセイポリマー２１４は、分子インプリントポリマー（ＭＩＰ）または表面インプリントポリマー（ＳＩＰ）などのインプリントポリマーを含み得る。また、ＭＩＰおよびＳＩＰは、当分野で「プラスチック」抗体とも称し得る。ＭＩＰは、典型的には特定の結合パートナーに対する高い親和性を有し、それ故に、そのような結合パートナーがＭＩＰと接触した際に、分子がＭＩＰと結合する。ＭＩＰは、それらのそれぞれの標的分子に対する高い親和性のナノキャビティを含有する合成受容体である。インプリンティング（すなわち、ナノキャビティの形成）は、多くの場合、重合プロセスの一部である。ＭＩＰは、小さいイオンから複雑なマトリックスの大型細胞までの異なる標的を特異的に結合することができる。分子のＭＩＰへの結合は、熱特性、機械的特性、電気的特性などのＭＩＰのいくつかの特性を変化し得る。したがって、ＭＩＰを使用して、そのような分子を比較的低い濃度で検出し得る。ＭＩＰは、例えば、２００９年１１月１２日に公開された米国特許出願公開第２００９／０２８１２７２Ａ１号（“Ｍｏｎｏｄｉｓｐｅｒｓｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｌｙ  Ｉｍｐｒｉｎｔｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｂｅａｄｓ”）に記載されており、そのすべての開示内容を参照により本明細書に援用する。
【００１８】
同様に、ＳＩＰは、典型的には特定の結合パートナーに対する高い親和性を有するが、ＭＩＰの孔を通して素早く拡散しない比較的より大きい物体（例えば、細胞、細菌など）に典型的には結合する。ＳＩＰは、表面上へ形成されたポリマー材料であり得、その後、ポリマーの軟化による重合後にインプリントされ得る。
【００１９】
装置２００は、被検物質を持つ液体と接触し、被検物質の一部はアッセイポリマー２１４に結合し得、それらの熱伝達特性を変化させる。
【００２０】
特定の実施形態では、アッセイポリマー２１４は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、またはそれらの一部もしくはアナログ（例えば抗体）を含み得る。例えば、装置２００は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、ポリペプチド、核酸ポリマー、プローブ、またはそれらの一部もしくはアナログ（例えば相補的ＤＮＡ）などのアッセイポリマー２１４で官能化された基材２１２（例えば、菱形表面）を含み得る。アッセイポリマー２１４は、特定の結合パートナーに対する高い親和性を有するように構成され得、それ故に、そのような結合パートナーが熱電対２１０の表面と接触した際に、分子がアッセイポリマー２１４と結合する。一部の実施形態では、アッセイポリマー２１４は、１０個の繰り返し単位またはそれより多いといった少なくとも約７個の繰り返し単位を含み得る。
【００２１】
一部の実施形態では、装置２００は、熱電対２１０と電気的に接触し、アッセイポリマー２１４に結合した被検物質の量を計算するようにプログラム化された処理装置２２３を含み得る。処理装置２２３は、アッセイポリマー２１４に結合した被検物質の量に少なくとも一部基づいて、装置２００と接触した液体中の被検物質の濃度を計算し得る。例えば、処理装置２２３は、２０１４年１月９日公開の米国特許出願公開第２０１４／００１１１９８Ａ１号明細書（“Ｈｅａｔ−Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｂａｓｅｄ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｂｉｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ”）、または２０１４年８月２８日公開の米国特許出願公開第２０１４／０２４２６０５Ａ１号明細書（“Ｈｅａｔ−Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｂａｓｅｄ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｂｉｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ”）に開示される方法によって、被検物質の量を計算し得、それぞれのすべての開示内容を参照により本明細書に援用する。特定の実施形態では、処理装置２２３は、ヒートシンクでのまたはヒートシンクから生じる熱波と、熱電対２１０での減衰した熱波との間の位相シフトを検出するのに使用され得る。その後、処理装置２２３は、ヒートシンクでの熱波と熱電対２１０での減衰した熱波との間の振幅の違いに少なくとも一部基づいて液体中の被検物質の濃度を計算する。
【００２２】
図２Ａ〜図２Ｃは、図１に示される装置２００が液体１２４中の被検物質１３２を検出するのにどのように使用され得るかを図示する。液体１２４は、熱電対２１０の近傍を通過し得る。液体１２４は、アッセイポリマー２１４に特異的に結合する被検物質１３２を含み得、上記のようにそれらの熱特性を変化させる。ヒートシンク２３０は、液体１２４に熱を与え得る。簡潔さのためにヒート「シンク」と称されるが、ヒートシンク２３０は、液体１２４に熱を与えるか、または熱を除去するように構成され得、それ故に、熱伝達要素２３０とも特徴付けられ得る。ヒートシンクまたは熱伝達要素２３０は、遷移金属（例えば、銅、銀など）またはそれらの合金もしくは混合物などの高い熱伝導性を有する材料であり得る。ヒートシンク２３０は、ヒートシンク２３０の温度を検出するように構成された温度センサ２３２（例えば、熱電対または別の装置）、およびヒートシンク２３０の温度を維持するように構成された温度変更装置２３４に熱的に連結し得る。ヒートシンク２３０の特性が既知である場合（例えば、変更装置２３４への制御信号とヒートシンク２３０の温度との間の関係がよく特徴付けられている場合）、温度センサ２３２は省略し得る。一部の実施形態では、温度センサ２３２は温度変更装置２３４に不可欠であり得る。例えば、温度変更装置２３４の抵抗自体を測定して、その温度を決定し得る。温度変更装置２３４としては、例えば、熱電装置、熱交換器、ファン、抵抗ヒーターなどが挙げられ得る。温度センサ２３２は、温度によって変化する抵抗を有するレジスタであり得る。液体１２４の温度は、ヒートシンク２３０の温度と異なり得、被検物質１３２の存在または非存在および液体１２４中のその濃度に少なくとも一部基づいて変動し得る。
【００２３】
温度センサ２３２および温度変更装置２３４は、温度変更装置２３４を制御して、ヒートシンク２３０から液体１２４を通じて熱電対２１０まで発生する熱波をヒートシンク２３０に生じさせるようにプログラム化した処理装置２３６に接続し得る。例えば、処理装置２３６は、電気信号を受け取り、かつ提供するように構成された入出力カードを有するコンピュータ、またはいずれの他の適したコントローラであり得る。処理装置２３６は、ヒートシンク２３０の温度を比較的短い時間スケールで少量変更することが可能である比例・積分・微分（ＰＩＤ）制御器であり得る。例えば、処理装置２３６は、ヒートシンク２３０の温度を約０．５℃以下、約０．２℃以下、または約０．０５℃以下変化させるようにプログラム化され得る。したがって、熱波は、約１．０℃以下、約０．４℃以下、または約０．１０℃以下の振幅を有し得る。処理装置２３６は、温度変更装置２３４により１つの設定点から別の設定点まで、かつ約０．００５〜約０．１Ｈｚ、または約０．０１〜約０．０５Ｈｚといった約０．００１〜約０．５Ｈｚの周波数を有する熱波を形成するように戻るようにヒートシンク２３０の温度を変更することが可能であり得る。一部の実施形態では、処理装置２３６、温度変更装置２３４、およびヒートシンク２３０は、一緒に可変の周波数を有する熱波を生じ得る。温度センサ２３２（存在する場合）からの測定に基づいて、温度変更装置２３４への既知の入力、または他の手段、熱波の特性は既知であり得る（例えば、相、振幅、特定の時間での周波数、周波数変化率など）。
【００２４】
図２Ａに示されるように、液体１２４は、所定の被検物質１３２をある時点で実質的に含まなくてもよく、アッセイポリマー２１４もその時被検物質１３２を実質的に含まなくてもよい。したがって、被検物質１３２と結合していないアッセイポリマー２１４の熱伝達特性に関係している速度で、熱（図２Ａ中矢印で示す）をヒートシンク２３０から液体１２４を通して熱電対２１０へ、熱電対２１０に沿って移し得る（熱電対２１０それ自体が最小の耐熱性を与え得るので）。
【００２５】
図２Ｂに示される別の時点では、液体１２４は、非ゼロ濃度の被検物質１３２を有し得、被検物質１３２の一部がアッセイポリマー２１４に結合し得る。したがって、ヒートシンク２３０から液体１２４を通して熱電対２１０へ、図２Ａに示されるのと異なる速度で熱を移し得る（図２Ｂ中矢印で示す）。図２Ｃに示されるさらに別の時間では、液体１２４は、図２Ｂに示されるものより高い濃度の被検物質１３２を有し得、被検物質１３２のより多くがアッセイポリマー２１４に結合し得る。したがって、ヒートシンク２３０から液体１２４を通して熱電対２１０へ、図２Ａおよび図２Ｂに示されるのと異なる速度で熱を移し得る。例えば、アッセイポリマー２１４に結合した被検物質の量１３２が増加すると、アッセイポリマー２１４を通しての熱電対２１０への熱伝達速度が減少し得る。
【００２６】
液体１２４中の被検物質の濃度１３２は、アッセイポリマー２１４の熱伝達特性に少なくとも一部基づいて計算し得る（例えば、時間の関数として熱電対２１０へ移した熱量に基づいて推定し得る）。
【００２７】
比較のために、図３Ａ〜図３Ｃは、被検物質１３２に対する親和性を有さないポリマー２１４’（例えば、非インプリントポリマー）を有する熱電対２１０’が図２Ａ〜図２Ｃに示されるものと類似の条件下でどのように振る舞い得るのかを図示する。図３Ａでは、液体１２４は、所定の被検物質１３２をある時点で実質的に含まなくてもよく、ポリマー２１４’もその時点で被検物質１３２を実質的に含まない。図３Ｂに示される別の時間では、液体１２４は、非ゼロ濃度の被検物質１３２を有し得るが、被検物質１３２の相当量は、ポリマー２１４’に結合しなくてもよい。したがって、熱（図３Ａ中矢印で示す）を、ヒートシンク２３０から液体１２４を通して熱電対２１０へ、図３Ａに示されるのと同じ速度で移し得る。図３Ｃに示されるさらに別の時間では、液体１２４は、図３Ｂに示されるものより高い被検物質１３２の濃度を有し得るが、被検物質１３２の相当量は、依然としてポリマー２１４’に結合してなくてもよい。被検物質１３２のある程度の部分が、特に液体１２４中の被検物質１３２の高い濃度で、ポリマー２１４’に結合し得るが、結合した被検物質１３２の量は、類似の濃度で、アッセイポリマー２１４に結合した量よりはるかに小さいものであり得る（図２Ｃ）。ヒートシンク２３０から液体１２４を通して熱電対２１０’へ、液体１２４中の被検物質１３２のどの濃度でも実質的に同じ速度で熱を移し得る。
【００２８】
再び図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、処理装置２３６（図１に示される処理装置２２３であり得るか、処理装置２２３を含み得、または処理装置２２３と電子通信し得る）は、液体１２４を通して発生する熱波に少なくとも一部基づいて、液体１２４中の被検物質１３２の濃度を計算するようにプログラム化され得る。例えば、ヒートシンク２３０は、液体１２４の温度の変化を引き起こし得、液体１２４を通して熱波を生じ得る。処理装置２３６は、ヒートシンク２３０によって与えられる熱波と、熱電対２１０での減衰した熱波との間の振幅および／または相の違いを決定し得る。振幅および／または相の違いを使用して、アッセイポリマー２１４に結合した被検物質の量１３２を決定し得、次にそれを使用して、液体１２４中の被検物質１３２の濃度を決定する。
【００２９】
一部の実施形態では、処理装置２３６は、ヒートシンク２３０によって生成した熱波の周波数変化を実行し得る。その後、処理装置２３６は、熱波がアッセイポリマー２１４および基材２１２を通して熱電対２１０まで通過した後の、ヒートシンク２３０によって生成した熱波と液体１２４中の減衰した熱波との間の位相シフトを検出し得る。
【００３０】
図４は、図１の装置２００内へ、および装置２００内にて熱波がどのように移動し得るかを示す概略図である。図４は、図１および図２Ａ〜図２Ｃに示される構成要素の一部を含むが、構成要素を通して、および構成要素の間を移動する熱波の表現を可能にするように分離されたそれらを示す。特に、図４は、処理装置２３６に接続される、温度変更装置２３４および温度センサ２３２に熱的に連結したヒートシンク２３０を示す。
【００３１】
ヒートシンク２３０は、熱波２０２を生成し得、熱波２０２を液体１２４へ、熱電対２１０上のアッセイポリマー２１４に向けて移し得る。例えば、ヒートシンク２３０が３７℃の一定の温度で最初に維持されている場合、熱波２０２は、ヒートシンク２３０を３７.１℃の温度に加熱し、その後、ヒートシンク２３０を３６.９℃の温度に冷却することによって生成し得る。温度変更装置２３４によって駆動される、ヒートシンク２３０の加熱および冷却は、アッセイポリマー２１４および熱電対２１０を対応する様式で加熱させ得、冷却させ得る。熱波２０２は、振幅α１および周波数φ１を有し得る。振幅α１および／または周波数φ１は、時間とともに変動し得る。例えば、熱波２０２は、連続的に変動する周波数φ１を有し得る。
【００３２】
上述したように、アッセイポリマー２１４上の被検物質１３２の存在または非存在が、アッセイポリマー２１４の熱伝導性、熱拡散率、熱容量、または別の特性を変化し得る。アッセイポリマー２１４は、少なくとも被検物質の一部１３２と相互作用するように適合しているキャビティをアッセイポリマー２１４中に定め得る。いずれの特定の理論に縛られるものではないが、キャビティは、被検物質１３２を特異的に結合するように作用するように構成され得る。したがって、アッセイポリマー２１４は、液体１２４中の被検物質１３２の濃度に基づいて、複数のキャビティの一部において、液体１２４から被検物質１３２の粒子または分子を受け取り得る。液体１２４およびアッセイポリマー２１４は、被検物質１３２が等しい比率でアッセイポリマー２１４に結合し、分離するように、所与の温度で平衡に達し得る。アッセイポリマー２１４の熱特性は、被検物質１３２の粒子または分子に結合したキャビティの部分に一部依存し得る。
【００３３】
アッセイポリマー２１４および／またはその上の被検物質１３２は、それらを通過する熱波２０２を変化させて、減衰した熱波２０４を形成し得る。減衰した熱波２０４は、熱電対２１０によって検出し得、処理装置２３６によって記録し得る。減衰した熱波２０４は、熱波２０２の振幅α１および周波数φ１と異なり得る振幅α２および周波数φ２を有し得る。振幅α１、α２および／または周波数φ１、φ２の違いは、アッセイポリマー２１４に結合した被検物質の量１３２と相関し得、したがって、液体１２４中の被検物質１３２の濃度と相関し得る。振幅α１、α２および／または周波数φ１、φ２の違いの測定によって、熱電対２１０の温度を定常状態で測定する方法と比べて、装置２００が、アッセイポリマー２１４に結合した被検物質１３２の比較的より低い量（液体１２４中の被検物質１３２のより低い濃度に対応する）を検出できるようにし得る。
【００３４】
再び図１を参照すると、装置２００を形成するために、熱電対２１０は、基材２１２で被覆し得る。例えば、熱電対２１０は、熱電対２１０の一部を基材２１２またはその前駆体を含有する液体に浸漬することによって、基材２１２で浸漬被覆し得る。浸漬被覆は、他の方法と比較して比較的高い均一性で効率的に実施し得、大量のものを製造するように調整され得る。ワイヤの浸漬被覆は、例えば、１９９０年５月８日に許可された米国特許第４,９２４,０３７号明細書（“Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃａｂｌｅ”）に記載されており、そのすべての開示内容を参照により本明細書に援用する。浸漬被覆は、基材２１２がポリマーのより厚い層より比較的低い固有の熱抵抗率を有するように、基材２１２を比較的薄く形成し得る。例えば、基材２１２は、約０．０５ｍｍ〜約０．５ｍｍなどの約０．０１ｍｍ〜約１ｍｍの厚さを有し得る。
【００３５】
熱電対は、基材２１２上および基材２１２に固定されるか（例えば、基材２１２の表面上に直接または基材２１２の表面上の別の材料上に）、または熱電対２１０の表面上へ直接、アッセイポリマー２１４を用いて被覆し得る。一部の実施形態では、熱電対２１０上に基材２１２を有する熱電対２１０は、基材２１２が軟化するように加熱され得る。例えば、基材２１２は、そのガラス転移温度（Ｔｇ）を超える温度に加熱され得る。その後、熱電対２１０および基材２１２のコーティングは、アッセイポリマー２１４の粉末中で転がされて、アッセイポリマー２１４を基材２１２に付着させ得る。次に、基材２１２は、例えば基材２１２をＴｇ未満の温度に冷却することによって、アッセイポリマー２１４の粒子を保持するように冷却され得る。アッセイポリマー２１４の粒子の付着と基材２１２の冷却との間の時間は、ポリマー２１２で覆われるようにならずに、アッセイポリマー２１４の粒子が基材２１２にしっかりと埋め込まれるように、比較的短く保たれ得る。例えば、熱電対２１０は、冷蔵庫に入れられて、アッセイポリマー２１４でのコーティングから約１秒〜約６０秒の時間内で、基材２１２を冷却し得る。熱電対２１０は、基材２１２が固体相（例えば、結晶性）になるまで冷蔵庫内にとどまり得る。例えば、熱電対２１０は、約１分間〜約２０分間、冷蔵庫内にとどまり得る。冷却後、熱電対２１０は、液体（例えば、水、アルコールなど）で洗浄して、緩く結合した、または結合していないアッセイポリマー２１４の粒子を基材２１２の表面から除去し得る。
【００３６】
いずれの特定の理論に縛られるものではないが、Ｔｇを超えると、ポリマーは軟化し、可塑化すると思われ、これは、熱電対２１０がＴｇを超えている時間によって、アッセイポリマー２１４の粒子が基材２１２に浸透できるか、または結合できるようにし得ることを意味する。
【００３７】
処理装置２３６（例えば、ＰＩＤ制御器）は、温度変更装置２３４に電気的に接続して、ヒートシンク２３０の温度を駆動し、温度変更装置２３４にヒートシンク２３０の温度を変化させて熱波２０２を生成するのに十分な動力を与え得る（図４）。
【００３８】
熱電対２１０は、測定されるべき液体１２４の流れ中に配置され得る。ヒートシンク２３０は、液体１２４が通過する導管に固定され得るか、または液体１２４の流れ中に配置され得る。処理装置２３６は、熱電対２１０および温度センサ２３２の温度を連続的に検出し、ヒートシンク２３０によって生成した熱波２０２（図４）と熱電対２１０での減衰した熱波２０４（図４）との間の位相シフトに少なくとも一部基づいて液体１２４中の被検物質１３２の濃度を計算するように構成され得る。
【００３９】
本明細書に示され、説明されている装置２００は、幅広い範囲の選択される被検物質１３２のいずれも検出するように構成され得る。例えば、装置２００は、液体１２４中の生物学的な被検物質または他の化学物質を検出するか、感知するか、または定量するのに使用され得る。被検物質１３２は、液体１２４に溶解しているか、または混合されているガス、液体、または固体であり得る。例えば、装置２００は、被検物質、抗体、抗原、特定の配列の核酸（例えば、ＳＮＰ）を含む核酸（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡなど）、タンパク質、小分子（例えば、ドーパミン、ヒスタミンなど）または他の物質を検出し、感知し、定量するのに使用され得る。一部の実施形態では、装置２００は、ヒスタミン、ドーパミン、セロトニン、アドレナリン、メチルフェニデートなどを検出するのに使用され得る。
【００４０】
本明細書に開示される分子インプリンティング法の多くの魅力的な特徴の１つは、多様な被検物質に適用できる方法である。小さい有機分子（例えば、医薬品、殺虫剤、アミノ酸およびペプチド、ヌクレオチド塩基、ステロイド、糖など）のインプリンティングは、例えば、Ｋ．ＨａｕｐｔおよびＫ．Ｍｏｓｂａｃｈ，“Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｌｙ  Ｉｍｐｒｉｎｔｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ｕｓｅ  ｉｎ  Ｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃ  Ｓｅｎｓｏｒｓ，”Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．１００，２４９５−２５０４（２０００）；並びにＧ．ＭｕｓｔａｆａおよびＰ．Ｌｉｅｂｅｒｚｅｉｔ，“ＭＩＰ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｗａｙ  ｔｏ  Ｒｅａｌ−Ｗｏｒｌｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，”ｉｎ  Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｓｅｒｉｅｓ  ｏｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ，ｖｏｌ．１２，ｐｐ．１６７−１８７（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２０１２）に記載されている。幾分大きい有機化合物（例えば、ペプチド）も同様のアプローチによりインプリントできる。タンパク質、細胞、および鉱物結晶などのより大きい構造物のインプリンティングのためのプロトコールは、例えば、Ｍ．Ｋｅｍｐｅ，Ｍ．Ｇｌａｄ，ａｎｄ  Ｋ．Ｍｏｓｂａｃｈ，“Ａｎ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  Ｔｏｗａｒｄｓ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｅｎｚｙｍｅ  Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ  Ａ，”Ｊ．Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，８，３５−３９（１９９５）；Ｓ．Ｈｊｅｒｔｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｇｅｌｓ  Ｍｉｍｉｃｋｉｎｇ  Ａｎｔｉｂｏｄｉｅｓ  ｉｎ  Ｔｈｅｉｒ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｒｏｔｅｉｎｓ，”Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉａ  ４４，２２７−２３４（１９９７）；Ｈ．Ｓｈｉ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｔｅｍｐｌａｔｅ−Ｉｍｐｒｉｎｔｅｄ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，”Ｎａｔｕｒｅ  ３９８，５９３−５９７（１９９９）；Ａ．Ａｈｅｒｎｅ  ｅｔ  ａｌ．“Ｂａｃｔｅｒｉａ−Ｍｅｄｉａｔｅｄ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ，”Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１８，８７７１−８７７２（１９９６）；並びにＳ．Ｍ．Ｄ’Ｓｏｕｚａ，ｅｔ  ａｌ．，“Ｄｉｒｅｃｔｅｄ  Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃａｌｃｉｔｅ  ａｔ  ａ  Ｃｒｙｓｔａｌ−Ｉｍｐｒｉｎｔｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｕｒｆａｃｅ，”Ｎａｔｕｒｅ  ３９８，３１２−３１６（１９９９）にて提案されている。薬物の先進薬物送達への橋渡しとしての分子インプリンティングが、Ｂ．Ｓｅｌｌｅｒｇｒｅｎ  ａｎｄ  Ｃ．Ａｌｌｅｎｄｅｒ，“Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｌｙ  Ｉｍｐｒｉｎｔｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ：Ａ  Ｂｒｉｄｇｅ  ｔｏ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｄｒｕｇ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ，”Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｄｒｕｇ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｒｅｖｉｅｗｓ  ５７，１７３３−１７４１（２００５）に記載されている。本段落で引用された文献それぞれのすべての開示内容を参照により本明細書に援用する。
【００４１】
被検物質１３２を検出するために、被検物質１３２を含有する液体１２４は、熱電対２１０上のアッセイポリマー２１４に隣接した導管を通過し得る。被検物質１３２の粒子または分子がアッセイポリマー２１４に結合し、アッセイポリマー２１４の１つ以上の熱特性を変化させる。液体１２４は、検出の間、アッセイポリマー２１４の近傍で連続的に流れ得るか、または検出開始前に流れが終了し得る。液体１２４が流れていても、停滞していても、熱波２０２（図４）および減衰した熱波２０４が、液体１２４を通して移動し得る。液体１２４の熱特性は、流れおよび液溜まり１２４によって異なり得るが、流動特性に基づいて決定し得る。一部の実施形態では、液体１２４は、被検物質１３２の検出前に試験温度になり得る。上述したように、アッセイポリマー２１４は、所定の特定の被検物質１３２を結合するように処方される分子インプリントポリマーであり得る。
【００４２】
熱波２０２（図４）が、調整可能なヒートシンク２３０から熱電対２１０へアッセイポリマー２１４を通して提供される。処理装置２３６（例えば、ＰＩＤ制御器）は、例えばヒートシンク２３０の温度を事前に選択した量および事前に選択した周波数で上昇させ、低下させることによって、温度変更装置２３４によりヒートシンク２３０の温度を変化させ得る。ヒートシンク２３０の温度の変化は、同時に発生し得る他の測定を顕著に妨げないほど十分に小さいものであり得る。例えば、たとえヒートシンク２３０の温度が変動していても、平均温度測定の時間スケールが変動の周波数より長いか、かつ／または温度変動の量が、被検物質１３２とアッセイポリマー２１４との相互作用によって誘導される温度変化と比較して小さい限り、液体１２４の平均温度は測定し得る。一部の実施形態では、ヒートシンク２３０は、約０．００５〜約０．１Ｈｚ、または約０．０１〜約０．０５Ｈｚなどの約０．００１〜約０．５Ｈｚの周波数を有する熱波２０２をもたらし得る。さらに、熱波２０２の周波数は、試験の間変動し得る（例えば、周波数は、低い周波数から高い周波数へ連続的に変動し得、逆もまた同様である）。熱波２０２は、約１．０℃以下、約０．４℃以下、または約０．１０℃以下の振幅を有し得る。
【００４３】
熱電対の温度２１０を試験し得、結果をヒートシンク２３０の温度（熱電対２３２で測定される）と比較し得る。
【００４４】
液体１２４中の被検物質１３２の濃度は、ヒートシンク２３０によって生成した熱波２０２と熱電対２１０での減衰した熱波２０４との間の位相シフトに少なくとも一部基づいて計算し得る。熱波２０２と減衰した熱波２０４の比較は、既知の濃度の液体の応答に基づいて、処理装置２３６によって実施し得る。一部の実施形態では、熱波２０２と減衰した熱波２０４との比較は、振幅、位相シフト、または別の特性に少なくとも一部基づき得る。
【００４５】
熱波の測定は、アッセイポリマー２１４の全体の温度を顕著に変えることなく耐熱性の測定を可能にする。いずれの特定の理論に縛られるものではないが、そのような測定は、電子装置の分野におけるキャパシタンスまたはインダクタンスの測定との熱的な類似物であるようにみえる。例えば、抵抗の測定は、電子装置または材料についてのいくつかの情報を明らかにするが、キャパシタンスまたはインピーダンスの測定は、装置または材料が負荷にどのように応答するかなど、追加の情報を明らかにする。同様に、本明細書に開示される方法による耐熱性の測定は、定常状態の温度の違いが測定できない追加の情報を明らかにし得る。
【００４６】
例えば、熱波を適用する場合、異なるタイプの情報が、標的の受容体への結合時の振幅、周波数および／または減衰した熱波の相の変化という形で利用可能である。位相シフトは、入力の周波数に基づいて変動し得る。熱波によって提供された情報の量は、定常状態分析より多く、情報は、さらなる様々な材料の検出または区別を可能にし得る。
【００４７】
さらに、再びいずれの特定の理論に縛られるものではないが、アッセイポリマー２１４の熱質量の増加が、被検物質１３２のその受容体（すなわち、アッセイポリマー中のキャビティ）上への結合時に起こり得る。被検物質１３２の結合前に、キャビティを液体で満たし得る。被検物質１３２のその受容体への結合時、液体は、被検物質１３２で置換され得、したがって、すべての被覆した熱電対２１０の熱質量が増加する。
【実施例】
【００４８】
実施例１：ドーパミンを検出するテンプレートを有するＭＩＰの調製。
エチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭ）、メタクリル酸（ＭＡＡ）、ドーパミン塩酸塩（９９％）、およびメタノールをＡｃｒｏｓ  Ｏｒｇａｎｉｃｓ社（Ｌｏｕｇｈｂｏｒｏｕｇｈ，英国）から購入した。重合前に、ＭＡＡおよびＥＧＤＭの安定化剤をアルミナでの濾過によって除去した。４，４’−アゾビス（４−シアノ吉草酸酸）およびセロトニンクレアチニン硫酸塩一水和物（９８％）をＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社（Ｇｉｌｌｉｎｇｈａｍ，英国）から購入した。
【００４９】
ＭＡＡ（０．５４ｇ、６．６ｍｍｏｌ）、ＥＧＤＭ（２．９６ｇ、１４．９ｍｍｏｌ）、および４，４’−アゾビス（４−シアノ吉草酸酸）（６５ｍｇ）の混合物をメタノール（３．６７ｍｌ）および水（０．５７ｍｌ）に、ドーパミン（０．０６３ｇ、０．３３ｍｍｏｌ）、テンプレート分子と共に溶解した。この混合物をＮ２で脱気し、加熱して、重合を開始した。反応の十分な完了を可能にするために、混合物を６５℃で１２時間保持した。重合後、バルクポリマーをすりつぶし、篩分けして、直径１０μｍ未満の微粒子を得た。ドーパミンをメタノールおよび水の５０／５０混合物での連続した抽出によってＭＩＰ粉末から除去した。６時間後、Ｔｈｅｒｍｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社（Ｌｏｕｇｈｂｏｒｏｕｇｈ，英国）のＮＩＣＯＬＥＴ（商標）３８０ＦＴ−ＩＲ装置を用いるＡＴ−ＩＲ分光法によって検証したところ、ＭＩＰは、ドーパミンを実質的に含まなかった。その後、ＭＩＰ粉末をオーブンで１２時間、１００℃で乾燥した。対照として、非インプリントポリマー（ＮＩＰ）を、同じ方法に従うが、ドーパミンなしで合成した。
【００５０】
実施例２：ドーパミンを検出するＭＩＰの試験
ＭＩＰおよびＮＩＰ粒子の特異性および結合等温線をＡｇｉｌｅｎｔ  ８４５３  ＵＶ−可視分光光度計（Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）を用いる光学的バッチ再結合実験によって決定した。再結合実験のために、２０ｍｇのＭＩＰまたはＮＩＰ粉末を５ｍｌの水性ドーパミン溶液に０.３〜１.０ｍＭの濃度で添加した。生じた懸濁液を、揺動テーブル上で、室温で１２時間振盪した。その後、懸濁液をろ過し、ドーパミンの遊離濃度（Ｃｆ）をＵＶ−ｖｉｓ分光法によって決定した。ドーパミンの結合した濃度（Ｓｂ）をＭＩＰおよびＮＩＰのｇ当たりで計算し、結合等温線を図５に示す。結合等温線を適合させることによって、テンプレートドーパミンに対するＭＩＰの特異性を決定した。選択性を試験するために、構造がドーパミンに非常に類似していることから、競合分子セロトニンを使用した。これらの実験のために、２０ｍｇのＭＩＰ粉末を５ｍｌの水性セロトニン溶液に添加し、結合等温線を懸濁液の濾過後に決定した。
【００５１】
図５は、ＭＩＰとその参照であるＮＩＰとの間で、結合における顕著な違いがあることを示す。特異性を決定するために、インプリント・ファクター（ｉｍｐｒｉｎｔ  ｆａｃｔｏｒ）（ＩＦ）を使用した。これは、参照ＮＩＰに選択される濃度で結合した量で割ったＭＩＰに結合した量である。結合等温線を以下のタイプの２パラメータ適合で適合させて、インプリント・ファクターを特定の濃度で分析した（等式１）：
【数１】
2019518937.tif 000003
【００５２】
等式１は、フロイントリッヒ等温線に対応し、結合部位および親和性定数の分布が異種であると仮定される場合、ＭＩＰ結合等温線の適合に使用され得る。Ｃｆ＝０.３ｍＭでは、ＩＦは３.１±０.１であり、一方で、より高い濃度では、結合部位の飽和によりわずかに低いＩＦ値（~２.５）が得られた。結果は、文献での他のドーパミンのＭＩＰと同等であった。競合セロトニンは参照と有意に異なるものではなく、これは、システムの選択性を実証する。
【００５３】
実施例３：ＭＩＰ被覆熱電対の調製
ＰＬＬＡを、６０℃、水の還流の下で１２０分間クロロホルムと混合して、ＰＬＬＡの分解を確実にし、クロロホルムの損失を無視できるようにした。生じた溶液の濃度は２００μｇ／ｍＬであった。
【００５４】
直径０．５ｍｍ、長さ３０ｃｍの鉱物絶縁タイプＫ熱電対をＴＣ  Ｄｉｒｅｃｔ社（Ｎｅｄｅｒｗｅｅｒｔ，オランダ国）から得た。熱電対をＰＬＬＡ−クロロホルム溶液に１０秒間浸漬し、０．３９ｃｍ／分の速度で引き抜いた。クロロホルムを蒸発させて、熱電対上に厚さ約０．０９ｍｍ（９０μｍ）ＰＬＬＡのコーティングを残した。
【００５５】
ＰＬＬＡ被覆熱電対を、ＰＬＬＡポリマーのガラス転移温度、６５℃〜７５℃に加熱した。熱電対を手動で転がして、実施例１で形成したＭＩＰまたはＮＩＰ粉末で被覆した。その後、被覆した熱電対を４℃の冷蔵庫に約５分間入れて、ＰＬＬＡポリマーがその結晶状態に戻るようにした。次に、緩く結合しているか、または過剰なＭＩＰまたはＮＩＰ粒子を洗い流して、しっかりと結合したＭＩＰまたはＮＩＰ粒子を残すために熱電対をイソプロパノールで洗浄した。
【００５６】
実施例４：ＭＩＰ被覆熱電対によるドーパミンの熱伝達による検出方法
１ｘリン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）溶液を、Ｏｘｏｉｄ  Ｌｉｍｉｔｅｄ社（Ｂａｓｉｎｇｓｔｏｋｅ，英国）から入手したダルベッコタブレットで調製した。ＭＩＰ被覆およびＮＩＰ被覆の熱電対を、一定濃度のドーパミンのリン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）緩衝液溶液に、フロー・セル中で連続的に曝した。０．５μＭ、１μＭ、２μＭ、５μＭ、１０μＭ、１５μＭ、２０μＭ、２５μＭ、および５０μＭの濃度のドーパミンの溶液を、上昇する並びで注入した。最初に、フロー・セルをＰＢＳで洗い流し、少なくとも４５分間放置して、温度が安定化するようにした。その後、３ｍｌの最も低い濃度（０．５μＭ）のものを０．２５ｍｌ／分の一定速度で１２分にわたって添加した。次の濃度の添加前に、フロー・セルを放置して３０分間平衡化した。したがって、一定な注入による１２分の添加および３０分の安定化のパターンを各測定の間中保った。溶液と接触したフロー・セルの銅加熱要素を、銅加熱要素と熱的に接触するレジスタを通る電圧を制御することによって３７℃に維持した。温度を維持するのに必要な電圧の変化を記録し、図６Ａに示す。
【００５７】
図６Ｂで見られるように、ドーパミンの濃度の増加は、ＭＩＰ被覆熱電対の温度（Ｔ２  ＭＩＰ）増加に対応する。さらに、銅要素を３７℃に維持するのに必要な（Ｖ  ＭＩＰ）電圧は、ドーパミン濃度の増加と同時に減少する。銅加熱要素を３７℃の温度に維持した場合、フロー・セル中の緩衝液溶液が約３２.５℃の温度に維持され、ＭＩＰコーティング上の受容体部位が空いている。また、図６Ｂに示されるように、ＮＩＰ被覆熱電対の温度（Ｔ２  ＮＩＰ）は、実験の間中一定に維持された。さらに、銅要素を３７℃に維持するのに必要な電圧（Ｖ  ＮＩＰ）が、ドーパミンの濃度が増加した際に低下しなかった。ＭＩＰ実験を２回以上繰り返して、使用した結合法の再現性を調べ、同様の結果が得られた。
【００５８】
図６Ａおよび６Ｂは、いずれのドーパミン−ＰＢＳ添加に対するＮＩＰ被覆熱電対による有意な応答がないことを示す。これは、ＭＩＰコーティングが、ＭＩＰ被覆熱電対とＮＩＰ被覆熱電対との間で見られた温度バリエーションの源であることを示す。
【００５９】
ＭＩＰ被覆熱電対（Ｔ２  ＭＩＰ）での温度は、最初のドーパミン−ＰＢＳの４つの添加では約３２.５℃で一定であった。１０μＭドーパミンの添加により、Ｔ２の有意な増加があり、後のより高い濃度で続いた。これは、ＭＩＰの受容体の耐熱性の変化によって説明できる。熱損失が空いている受容体を通じて生じ、これは、ＭＩＰ被覆熱電対への最初の４つのドーパミン−ＰＢＳ添加に加えて、ＮＩＰ被覆熱電対へのすべての添加について存在するように見える。ドーパミンによるＭＩＰの占有により、絶縁体層が生成され、熱電対を通じての熱損失が減少するように見える。それ故に、フロー・セルの全体の温度が、２０μＭを超えるＤＡ濃度で最大３３.５℃に上昇する。ＭＩＰ被覆熱電対によって測定された温度の増加は、絶縁層による熱エネルギーの保持によって説明され得る。
【００６０】
測定した温度の増加（Ｔ２）は、電力レジスタ（Ｖ  ＭＩＰ）上での電圧の減少を伴い、これは、フロー・セルからの熱損失が減少したことから、一定の３７℃に銅要素を保つのに、より少ない力が必要とされることを意味する。一方で、Ｖ  ＮＩＰは、実験の間中一定のままである。周囲温が室温で安定であることが見られ、これは、Ｔ２の変化が、周囲温度の変化に起因できたものではないことを意味する。したがって、Ｔ２の増加が、ドーパミンによるＭＩＰの占有に対応するように見える。
【００６１】
さらに、Ｖ  ＭＩＰがＴ２の変化と関連していることから、液体中のドーパミンの濃度が、Ｖ  ＭＩＰ単独、Ｔ２単独、またはＶ  ＭＩＰおよびＴ２両方の組み合わせの測定に基づいて推定され得る。
【００６２】
図７は、様々な濃度のドーパミンに曝された際のＭＩＰおよびＮＩＰで被覆した熱電対についての用量反応曲線を比較する。ＭＩＰでは、ドーパミン濃度の増加による応答の増加がある。データは、実施例３で調製したＭＩＰ被覆熱電対によるドーパミンの検出の限界が約５μＭのドーパミンであり得、ＭＩＰの飽和が約２０μＭ〜２５μＭのドーパミンに到達し得ることを示唆する。ＮＩＰ被覆熱電対は、ドーパミン濃度の増加に対するいずれの有意な応答を示さなかった。
【００６３】
本明細書に記載の熱電対およびセンサは、従来のセンサと比較して利点をもたらし得る。例えば、浸漬被覆などの方法の製造量、均一な（再現性のある）特性を保ちつつ、拡大し得ることから、熱電対は、調製が比較的より容易であり得る。さらに、熱電対は、平坦状基材よりはるかに小さい表面領域を有し得るが、表面の単位当たりの熱電対の検出感度が、平坦状基板の検出感度より高くなり得る。したがって、熱電対は、より小さく、かつより敏感であり得る。したがって、熱電対およびセンサは、平坦状基板が実用的ではない可能性があるマイクロ流体工学および生体内試験に使用され得る。熱電対のコーティングは、液体の容積がより小さいものであり得ることから、平坦状基板のコーティングより比較的容易であり得る。
【００６４】
本明細書にて本開示を特定の実施形態を例示して説明したが、当業者であれば、それらに本開示が制限されないことを認識し、理解する。むしろ、例示した実施形態への多くの付加、削除、および改変を、法的な均等物を含む特許請求の範囲に記載の本開示の範囲を逸脱することなく行うことができる。加えて、１つの実施形態からの特徴は、本発明者らによって検討される本開示の範囲内に依然として含まれながら、別の実施形態の特徴と組み合わせ得る。さらに、本開示の実施形態は、異なるおよび様々な検出装置および方法との有用性を有する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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