(57)【要約】【課題】従来の化学・生化学反応を用いたセンシング装置では、感度、検出速度、安定性に課題があった。【解決手段】被験物質１０７と結合する性能を有する第１の物質１０５、および、酸化剤１１０によりエッチングされる物質で構成されたモニタリング体１０３を有する基板の面上に、試料を供給した後、過酸化物１０９を還元し酸化剤１１０を生成する触媒１０８を担持し、被験物質１０７と結合する性能を有する第２の物質１０４を供給し、その後基板上を洗浄し、次いで、過酸化物１０９を供給し、その後、過酸化物１０９が触媒１０８により還元されることで生成した酸化剤１１０によりモニタリング体１０３がエッチングされることに起因する所定のデータ変化をモニタリングする被験物質センシング方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板の第１の面上に、被験物質と結合する性能を有する第１の物質を有する第１のセンシング装置を準備するセンシング装置準備工程と、
前記第１のセンシング装置準備工程の後に、前記第１の面上に、試料を供給する試料供給工程と、
前記試料供給工程の後に、前記第１の面上に、過酸化物を還元し酸化剤を生成する触媒を担持し、前記被験物質と結合する性能を有する第２の物質を供給する第２の物質供給工程と、
前記第２の物質供給工程の後に、前記第１の面を洗浄することで、前記第２の物質を洗い流す第２の物質洗い流し工程と、
前記第２の物質洗い流し工程の後に、前記第１の面上に、過酸化物を供給する過酸化物供給工程と、
前記過酸化物供給工程の後に、第２の基板の第２の面上に酸化剤によりエッチングされる物質で構成されたモニタリング体を有する第２のセンシング装置の前記第２の面上に、前記第１の面上の溶液を供給する試験溶液供給工程と、
前記試験溶液供給工程の後に、前記モニタリング体のエッチングに起因する所定のデータ変化をモニタリングするモニタリング工程と、を有する被験物質センシング方法。
【請求項２】
請求項１に記載の被験物質センシング方法において、
前記試料中に前記被験物質が含まれている場合、
前記試料供給工程では、前記第１の物質と前記被験物質とが結合し、
前記第２の物質供給工程では、前記第１の物質に結合している前記被験物質と、前記第２の物質とが結合し、
前記第２の物質洗い流し工程では、前記第１の物質に結合している前記被験物質、および、この被験物質に結合している前記第２の物質は洗い流されず残存し、
前記過酸化物供給工程では、前記被験物質に結合している前記第２の物質が担持している前記触媒により前記過酸化物が還元されることで酸化剤が生成され、
前記試験溶液供給工程では、前記酸化剤により、前記モニタリング体がエッチングされる被験物質センシング方法。
【請求項３】
第１の基板の第１の面上に、被験物質と結合する性能を有する第１の物質を有する第１のセンシング装置を準備するセンシング装置準備工程と、
過酸化物を還元し酸化剤を生成する触媒を担持し、前記被験物質と結合する性能を有する第２の物質と、試料とを混合した混合物を製造する混合物製造工程と、
前記混合物製造工程の後に、前記第１の面上に、前記混合物を供給する混合物供給工程と、
前記混合物供給工程の後に、前記第１の面を洗浄することで、前記混合物を洗い流す混合物洗い流し工程と、
前記混合物洗い流し工程の後に、前記第１の面上に、過酸化物を供給する過酸化物供給工程と、
前記過酸化物供給工程の後に、第２の基板の第２の面上に酸化剤によりエッチングされる物質で構成されたモニタリング体を有する第２のセンシング装置の前記第２の面上に、前記第１の面上の溶液を供給する試験溶液供給工程と、
前記試験溶液供給工程の後に、前記モニタリング体のエッチングに起因する所定のデータ変化をモニタリングするモニタリング工程と、を有する被験物質センシング方法。
【請求項４】
請求項３に記載の被験物質センシング方法において、
前記試料中に前記被験物質が含まれている場合、
前記混合物製造工程では、前記第２の物質と前記被験物質とが結合し、
前記混合物供給工程では、前記第１の物質と前記被験物質とが結合し、
前記混合物洗い流し工程では、前記第１の物質に結合している前記被験物質、および、この被験物質に結合している前記第２の物質は洗い流されず残存し、
前記過酸化物供給工程では、前記被験物質に結合している前記第２の物質が担持している前記触媒により前記過酸化物が還元されることで酸化剤が生成され、
前記試験溶液供給工程では、前記酸化剤により、前記モニタリング体がエッチングされる被験物質センシング方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の被験物質センシング方法において、
前記第２のセンシング装置は前記第１のセンシング装置であり、前記第２の基板の前記第２の面は、前記第１の基板の前記第１の面である被験物質センシング方法。
【請求項６】
請求項３または４に従属する請求項５に記載の被験物質センシング方法において、
前記センシング装置準備工程では、
前記触媒を担持した前記第２の物質を保持し、前記試料が注入される試料調整部と、
前記試料調整部と接続し、液体の流路となる試料展開部と、
前記流路の途中に設けられ、前記第１の物質および前記モニタリング体が設けられている前記第１の基板の前記第１の面が、前記流路の内壁の一部を構成している試料検出部と、を有するセンシング装置を準備する被験物質センシング方法。
【請求項７】
請求項６に記載の被験物質センシング方法において、
前記混合物製造工程は、前記試料を前記試料調整部に注入することで行われ、
前記混合物供給工程は、前記混合物が、メンブレンで構成された前記試料展開部を浸透力により移動していくことで実現され、
前記混合物洗い流し工程は、前記混合物が、メンブレンで構成された前記試料展開部を浸透力により、前記試料検出部を超えて移動していくことで実現され、
前記過酸化物供給工程は、前記試料検出部に過酸化物を注入することで行われる被験物質センシング方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の被験物質センシング方法において、
前記第２の基板の前記第２の面上に、同等の特性を有する前記モニタリング体を２つ以上有し、
第１の前記モニタリング体は、表面が、酸化剤によりエッチングされない材料で被覆され、第２の前記モニタリング体は、表面が露出しており、
前記モニタリング工程では、前記第１のモニタリング体および前記第２のモニタリング体それぞれのエッチングに起因する所定のデータ変化の差異をセンシングする被験物質センシング方法。
【請求項９】
請求項８に記載の被験物質センシング方法において、
前記第２のセンシング装置は、
前記第１のモニタリング体および前記第２のモニタリング体の各々と接続し、前記２つのモニタリング体から出力された信号の差をセンシングする差動増幅回路をさらに有し、
前記モニタリング工程では、前記差動増幅回路を用いて、前記第１のモニタリング体および前記第２のモニタリング体から出力された信号の差をセンシングする被験物質センシング方法。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか１項に記載の被験物質センシング方法において、
前記モニタリング工程では、前記モニタリング体の電気的特性の変化、質量の変化、または、形状の変化をモニタリングする被験物質センシング方法。
【請求項１１】
請求項１から５のいずれか１項に記載の被験物質センシング方法において、
前記第２のセンシング装置は、
前記第２の基板の前記第２の面上に設けられた導電性の電極と、
酸化剤によりエッチングされる物質であって、前記電極よりも導電性の劣る物質で構成され、前記電極の表面を覆うように設けられた前記モニタリング体と、を有し、
前記モニタリング工程では、
前記モニタリング体を介してコンタクトし、測定される前記電極の電気的特性の変化をモニタリングする被験物質センシング方法。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の被験物質センシング方法において、
前記過酸化物供給工程、前記試験溶液供給工程、および、前記モニタリング工程の中のいずれか１つ以上の工程は、
前記モニタリング体に定電圧を印加した状態で行われる被験物質センシング方法。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の被験物質センシング方法において、
前記過酸化物は、過酸化水素、ハイドロぺルオキシド、および、ペルオキシカルボン酸の中のいずれか１つ以上を含む被験物質センシング方法。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の被験物質センシング方法において、
前記触媒は、銀、白金、パラジウム、鉄、銅、コバルト、マンガンからなる第１群の中のいずれか１つ以上、前記第１群の中のいずれか１つ以上を含む合金もしくは酸化物、カタラーゼ、および、ペルオキジダーゼのいずれか１つ以上を含む被験物質センシング方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の被験物質センシング方法において、
前記触媒は、光触媒を含む被験物質センシング方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の被験物質センシング方法において、
前記触媒は、酸化チタン、酸化亜鉛、および、酸化チタンもしくは酸化亜鉛の合金の中のいずれか１つ以上を含む被験物質センシング方法。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の被験物質センシング方法において、
前記触媒は、
酸化チタン、酸化亜鉛、および、これらの合金の中のいずれか１つ以上と、
銀、白金、パラジウム、鉄、銅、コバルト、マンガンからなる第１群の中のいずれか１つ以上、前記第１群の中のいずれか１つ以上を含む合金もしくは酸化物、カタラーゼ、および、ペルオキジダーゼの中のいずれか１つ以上と、を含む被験物質センシング方法。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか１項に記載の被験物質センシング方法において、
前記モニタリング体を構成する物質は、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金、および、ゲルマニウムもしくはゲルマニウム合金に不純物を注入したものの中のいずれか１つ以上を含む被験物質センシング方法。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか１項に記載の被験物質センシング方法において、
前記第１の物質および前記第２の物質は、抗体、レクチン、酵素、および、アプタマーの中のいずれか１つ以上を含む被験物質センシング方法。
【請求項２０】
試料中に含まれている可能性がある被験物質をセンシングするための装置であって、
基板と、
前記基板の前記第１の面上に設けられた、酸化剤によりエッチングされる物質で構成されたモニタリング体、および、被験物質と結合する性能を有する第１の物質と、を有するセンシング装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載のセンシング装置において、
前記モニタリング体は、アレイ状に配置されているセンシング装置。
【請求項２２】
請求項２０または２１に記載のセンシング装置において、
前記モニタリング体は、幅１００μｍ以下、長さ１００μｍ以下、かつ、厚さ１μｍ以下の形状であるセンシング装置。
【請求項２３】
試料中に含まれている可能性がある被験物質をセンシングするための装置であって、
過酸化物を還元し酸化剤を生成する触媒を担持し、被験物質と結合する性能を有する第２の物質を保持するとともに、前記試料を注入される試料調整部と、
前記試料調整部と接続し、液体の流路となる試料展開部と、
前記流路の途中に請求項２０から２２のいずれか１項に記載のセンシング装置を備え、前記基板の前記第１の面が、前記流路の内壁の一部を構成している試料検出部と、を有するセンシング装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載のセンシング装置において、
前記試料展開部は、メンブレンで構成されているセンシング装置。
【請求項２５】
請求項２０から２４のいずれか１項に記載のセンシング装置において、
前記基板の前記第１の面上に、同等の特性を有する前記モニタリング体を２つ以上有し、
第１の前記モニタリング体は、表面が、酸化剤によりエッチングされない材料で被覆され、第２の前記モニタリング体は、表面が露出しているセンシング装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載のセンシング装置において、
前記第１のモニタリング体および前記第２のモニタリング体の各々と接続し、前記２つのモニタリング体から出力された信号の差をセンシングする差動増幅回路をさらに有するセンシング装置。
【請求項２７】
試料中に含まれている可能性がある被験物質をセンシングするための装置であって、
基板と、
前記基板上に設けられた導電性の電極と、
酸化剤によりエッチングされる物質であって、前記電極よりも導電性の劣る物質で構成され、前記電極の表面を覆うように設けられたモニタリング体と、
を有するセンシング装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載のセンシング装置において、
前記基板上に、さらに、被験物質と結合する性能を有する第１の物質を有するセンシング装置。
【請求項２９】
請求項２０から２８のいずれか１項に記載のセンシング装置において、
前記モニタリング体を構成する物質は、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金、および、ゲルマニウムもしくはゲルマニウム合金に不純物を注入したものの中のいずれか１つ以上を含むセンシング装置。
【請求項３０】
請求項２０から２９のいずれか１項に記載のセンシング装置において、
前記第１の物質は、抗体、レクチン、酵素、および、アプタマーの中のいずれか１つ以上を含むセンシング装置。
【請求項３１】
請求項２０から３０のいずれか１項に記載のセンシング装置と、
過酸化物を還元し酸化剤を生成する触媒を担持し、前記被験物質と結合する性能を有する第２の物質と、を有するセンシングセット。
【請求項３２】
請求項３１に記載のセンシングセットにおいて、
前記第２の物質は、抗体、レクチン、酵素、および、アプタマーの中のいずれか１つ以上を含むセンシングセット。
【請求項３３】
請求項３１または３２に記載のセンシングセットにおいて、
前記触媒は、銀、白金、パラジウム、鉄、銅、コバルト、マンガンからなる第１群の中のいずれか１つ以上、前記第１群の中のいずれか１つ以上を含む合金もしくは酸化物、カタラーゼ、および、ペルオキジダーゼのいずれか１つ以上を含むセンシングセット。
【請求項３４】
請求項３１から３３のいずれか１項に記載のセンシングセットにおいて、
前記触媒は、光触媒を含むセンシングセット。
【請求項３５】
請求項３４に記載のセンシングセットにおいて、
前記触媒は、酸化チタン、酸化亜鉛、および、酸化チタンもしくは酸化亜鉛の合金の中のいずれか１つ以上を含むセンシングセット。
【請求項３６】
請求項３４または３５に記載のセンシングセットにおいて、
前記触媒は、
酸化チタン、酸化亜鉛、および、これらの合金の中のいずれか１つ以上と、
銀、白金、パラジウム、鉄、銅、コバルト、マンガンからなる第１群の中のいずれか１つ以上、前記第１群の中のいずれか１つ以上を含む合金もしくは酸化物、カタラーゼ、および、ペルオキジダーゼの中のいずれか１つ以上と、を含むセンシングセット。
【請求項３７】
第１の基板の第１の面上に、過酸化物によりエッチングされる物質で構成されたモニタリング体を有するセンシング装置を準備するセンシング装置準備工程と、
前記センシング装置準備工程の後に、前記第１の面上に、試料を供給する試料供給工程と、
前記試料供給工程の後に、前記モニタリング体のエッチングに起因する所定のデータ変化をモニタリングするモニタリング工程と、を有する被験物質センシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被験物質センシング方法、センシング装置、および、センシングセットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、爆発物や銃火器などの危険物を用いたテロ、覚醒剤、麻薬などの禁止薬物の流通、新型インフルエンザや未知の感染性病原体の発生、食品の汚染、大気汚染、水質汚染など、様々な脅威の存在が安全、安心な社会的生活を脅かしている。
【０００３】
それらの脅威の根源となる物質・分子を対象とするセンシング技術は、安心・安全な社会形成のため不可欠なものである。特に、誰でも気軽に使えるような、安価で簡単な方式やセンシング装置の開発が希求されている。
【０００４】
現在、微量な物質を検査、検出する方法には、蛍光Ｘ線分析、質量分析器（ＭＳ：Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）、イオンモビリティスペクトロメトリ（ＩＭＳ：Ｉｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）、ガスクロマトグラフィ（ＧＣ：Ｇａｓ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）、液体クロマトグラフィ（ＬＣ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）、化学反応を用いた化学発光法、化学的染色法、抗体や酵素、アプタマーなどの生体反応物質を使った免疫クロマトグラフィ、酵素免疫測定（ＥＬＩＳＡ：Ｅｎｚｙｍｅ−Ｌｉｎｋｅｄ  Ｉｍｍｕｎｏｓｏｒｂｅｎｔ  Ａｓｓａｙ）法、水晶振動子マイクロバランス（ＱＣＭ：Ｑｕａｒｔｚ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）法、表面弾性波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）センサー、バイオ発光法などの方法、焼結半導体式、定電位電解式、ガルバニ式、赤外線吸収式、などの各種ガスセンサーなど、多種多様の方法が存在する。
【０００５】
微量な物質・分子を検出する方法には様々な手法があるが、ＭＳやＧＣ、ＬＣのような物理的な手法に比べ、化学・生物反応に基づく手法は、高い感度と分子種の選択性を備えている上に、比較的コンパクトで安価にセンシング系を構成できる特徴があり、様々な用途で利用されている。
【０００６】
この化学・生物的なセンシング手法には、分子ラベリングを用いる「ラベリング法」と、用いない「ノンラベリング法」がある。
【０００７】
ラベリング法は、ターゲットの物質を捕らえるための分子認識の機能を有する材料に、さらに物質の固定や、固定量の定量など他の機能を付け加えるためのラベリング材を組み合わせる方法で、化学発光法、化学的染色法、免疫クロマトグラフィ、酵素免疫測定などがあたる。
【０００８】
ラベリング材としては、ＬＡＴＥＸ、貴金属コロイド、半導体ナノ粒子、蛍光分子、ラジオアイソトープ等が広く用いられる。特に高感度のアッセイを行う場合、酵素が用いられる。酵素以外のラベリング材では、ターゲット分子とラベリング剤（信号）が１対１でしか対応しないが、酵素を用いて基質を反応させ大量の反応生成物を生じせしめることで、信号増幅によるアッセイの高感度化が実現できるからである。
【０００９】
酵素ラベリングの１例として、「酵素免疫測定」ではペルオキシダーゼ等の酵素からの生成物を用いて発色剤の酸化を行い、比色法により検量する（非特許文献１、ｐ．４６）。この場合、照射光光源、光学系、受光器等の装置が必要となる。
【００１０】
これ以外に、酵素からの生成物自身を直接電気化学的に検出する、「酵素センサー」と呼ばれる方法も報告されている（非特許文献１、ｐ．５１）。アンペロメトリック手法とポテンシオメトリック手法の２種が利用できる。
【００１１】
酵素以外のラベリングを用いる高感度測定の例として、「発光センサー」（非特許文献１、ｐ．５３）も上げられる。触媒反応の結果、ルミノール、シュウ酸ジエステル、アクリジニウム塩等の発色試薬が酸化され発光を呈す。基本的に信号増幅効果が無く、発光の寿命も酵素などと比較すると短いため、高感度化を図るには信号蓄積が必要である。この場合ペルチェ素子等で受光器を冷却し熱雑音の低減が必要である。
【００１２】
化学・生物的なセンシング手法のもう一方、ノンラベリング法では、アンペロメトリック手法とポテンシオメトリック手法の２種が利用できる。
【００１３】
アンペロメトリック手法は、ターゲット物質を電極上で直接酸化／還元反応させ、そのときに生じる電荷移動量でターゲット物質の濃度を直接測定する方法で、ポテンシオメトリック手法は、ｐＨメータなどのように電極電位からターゲット物質の濃度を測定する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−２４７４２号公報
【特許文献２】特開２００２−９８６３１号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】軽部征夫監修、「バイオセンサー」、第１版、シーエムシー出版、２００２年５月２７日、ｐ.４６−５５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
化学・生化学反応を用いたセンサーは、比較的小型で安価にシステムを構成できる点で優位性がある。しかし実用性を検討した場合、従来手法では以下で述べるような感度、検出速度と安定性に課題が残されている。
【００１７】
［ラベリング法］
「酵素免疫測定法」では、照射光光源、光学系、受光器等が必要であり、装置の小型化に限界がある。また測定のためのプロセス数が非常に多く、場合によっては数時間以上を要する。
【００１８】
また、特許文献１には、「酵素免疫測定法」を微小な流路内で処理し、流路内に作製した過酸化水素測定電極として用いる金属の酸化ないしは還元に伴う電流を測定することで、電気的に検出する方法が開示されている。この方法は、ＥＬＩＳＡで一般的に利用される化学発色の代わりに、アンペロメトリック手法を用いて検出を行うものである。
【００１９】
この文献の実施例では、金電極に吸着させた酵素反応の生成物であるチオコリン量を還元脱離法によって測定している。従って、金電極表面積分のチオール分子を蓄積し、吸着反応が終了してから測定することで反応量の積分値を一括して測定できる利点がある。しかし、実際は再現性よく還元脱利を行うためには、溶媒を塩基性にし、さらに溶存酸素を除去する必要があるため実用上、問題がある。
【００２０】
「酵素センサー」は、電気的検出手法を用いているためシステム小型化は容易であるが、ポテンシオメトリック手法では電極近傍に存在するおよそ一層分の被検出物量が信号量を制限することや、アンペロメトリック手法では被検出物量を連続的に検出するため信号の蓄積効果を利用できないこと等の理由より高感度化には限界がある。
【００２１】
酵素以外のラベリングを用いる「発光センサー」では照射光光源は不要であるが、受光器冷却のためのペルチェ素子や、それに伴う排熱処理機構や大容量電源等が必要であり、システムの小型化には限界がある。
【００２２】
酵素以外のラベリングを用いる高感度測定の他の例として、免疫クロマトグラフィと呼ばれる、簡易に抗原抗体反応による検査が行える手法がある。しかし、検査時間が通常約１５分〜３０分かかることと、ＥＬＩＳＡなどと比較すると増幅効果を備えない分、検出感度が低いことなどの課題がある。たとえば、特許文献２では、レーザーを用いた光学的検出装置を備えた試料濃度測定装置が開示されている。しかし、レーザー光学系を備えることでセンサーの大きさと価格が増えてしまう、光学的検出により定量性は向上するが、目視によるチェックと比べて感度が大きく向上しない、などの課題は解決されていない。
【００２３】
また、酵素を利用する場合に共通する課題として、活性を安定に保つため、保存期間やｐＨなどの測定環境が限られること、酵素自身を分子認識に用いる場合は、抗体や受容体に比べて選択性が低く、また目的のターゲットに合わせて酵素をカスタマイズすることも技術的に困難であるため汎用性が低いことなどの問題がある。
【００２４】
［ノンラベリング法］
上記［ラベリング法］で述べたように、アンペロメトリック手法やポテンシオメトリック手法では、感度の点で限界がある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明によれば、第１の基板の第１の面上に、被験物質と結合する性能を有する第１の物質を有する第１のセンシング装置を準備するセンシング装置準備工程と、前記第１のセンシング装置準備工程の後に、前記第１の面上に、試料を供給する試料供給工程と、前記試料供給工程の後に、前記第１の面上に、過酸化物を還元し酸化剤を生成する触媒を担持し、前記被験物質と結合する性能を有する第２の物質を供給する第２の物質供給工程と、前記第２の物質供給工程の後に、前記第１の面を洗浄することで、前記第２の物質を洗い流す第２の物質洗い流し工程と、前記第２の物質洗い流し工程の後に、前記第１の面上に、過酸化物を供給する過酸化物供給工程と、前記過酸化物供給工程の後に、第２の基板の第２の面上に酸化剤によりエッチングされる物質で構成されたモニタリング体を有する第２のセンシング装置の前記第２の面上に、前記第１の面上の溶液を供給する試験溶液供給工程と、前記試験溶液供給工程の後に、前記モニタリング体のエッチングに起因する所定のデータ変化をモニタリングするモニタリング工程と、を有する被験物質センシング方法が提供される。
【００２６】
また、本発明によれば、第１の基板の第１の面上に、被験物質と結合する性能を有する第１の物質を有する第１のセンシング装置を準備するセンシング装置準備工程と、過酸化物を還元し酸化剤を生成する触媒を担持し、前記被験物質と結合する性能を有する第２の物質と、試料とを混合した混合物を製造する混合物製造工程と、前記混合物製造工程の後に、前記第１の面上に、前記混合物を供給する混合物供給工程と、前記混合物供給工程の後に、前記第１の面を洗浄することで、前記混合物を洗い流す混合物洗い流し工程と、前記混合物洗い流し工程の後に、前記第１の面上に、過酸化物を供給する過酸化物供給工程と、前記過酸化物供給工程の後に、第２の基板の第２の面上に酸化剤によりエッチングされる物質で構成されたモニタリング体を有する第２のセンシング装置の前記第２の面上に、前記第１の面上の溶液を供給する試験溶液供給工程と、前記試験溶液供給工程の後に、前記モニタリング体のエッチングに起因する所定のデータ変化をモニタリングするモニタリング工程と、を有する被験物質センシング方法が提供される。
【００２７】
また、本発明によれば、試料中に含まれている可能性がある被験物質をセンシングするための装置であって、基板と、前記基板の前記第１の面上に設けられた、酸化剤によりエッチングされる物質で構成されたモニタリング体、および、被験物質と結合する性能を有する第１の物質と、を有するセンシング装置が提供される。
【００２８】
また、本発明によれば、試料中に含まれている可能性がある被験物質をセンシングするための装置であって、基板と、前記基板上に設けられた導電性の電極と、酸化剤によりエッチングされる物質であって、前記電極よりも導電性の劣る物質で構成され、前記電極の表面を覆うように設けられたモニタリング体と、を有するセンシング装置が提供される。
【００２９】
また、本発明によれば、第１の基板の第１の面上に、過酸化物によりエッチングされる物質で構成されたモニタリング体を有するセンシング装置を準備するセンシング装置準備工程と、前記センシング装置準備工程の後に、前記第１の面上に、試料を供給する試料供給工程と、前記試料供給工程の後に、前記モニタリング体のエッチングに起因する所定のデータ変化をモニタリングするモニタリング工程と、を有する被験物質センシング方法が提供される。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、感度、検出速度、安定性に優れた被験物質のセンシングが行える。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態のセンシング装置の一例を模式的に示す図である。
【図２】本実施形態の被験物質のセンシング方法の一例を説明するための図である。
【図３】本実施形態の被験物質のセンシング方法の作用効果を説明するための図である。
【図４】本実施形態の被験物質のセンシング方法の作用効果を説明するための図である。
【図５】本実施形態の被験物質のセンシング方法の一例を説明するための図である。
【図６】本実施形態のセンシング装置の一例を模式的に示す図である。
【図７】本実施形態のセンシング装置の一例を模式的に示す図である。
【図８】本実施形態のセンシング装置の一例を模式的に示す図である。
【図９】本実施形態の被験物質のセンシング方法の作用効果を説明するための図である。
【図１０】本実施形態の被験物質のセンシング方法の作用効果を説明するための図である。
【図１１】本実施形態の被験物質のセンシング方法の一例を説明するための図である。
【図１２】触媒をラベリングされた本実施形態の第２の抗体の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の構造図は全て本発明の実施の形態を模式的に示すものであり、特にことわりがない限り、構成要素の図面上の比率により、本発明による構造の寸法を規定するものではない。また、すべての図面において同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３３】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ）に本発明のセンシング装置の第１の実施の形態を示す。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ´線における断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）に示すＢ−Ｂ´線における断面図である。
【００３４】
図示するように、基板（例：シリコン基板１０１）上に酸化膜（例：シリコン酸化膜１０２）が形成され、該シリコン酸化膜１０２上に、ゲルマニウム薄膜からなるモニタリング体１０３が形成される。また、シリコン酸化膜１０２上には、被験物質の一部をエピトープとして認識する第１の抗体１０５が固定されている。また、モニタリング体１０３両端には電極１０６によりコンタクトが取られている。
【００３５】
モニタリング体１０３は、ゲルマニウム薄膜の他、ゲルマニウム合金の薄膜またはこれらに不純物を注入した薄膜とすることもできる。
【００３６】
図２に、図１に示されたセンシング装置を用いた被験物質のセンシング方法の一例を示す。ここでは、被験物質としてＰＳＡ（Ｐｒｏｓｔａｔｅ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ａｎｔｉｇｅｎ）を用いているが、被験物質はこれに限定されない。図１で示されるセンシング装置に、ＰＳＡ１０７を含有する溶液を滴下すると、溶液中のＰＳＡ１０７と第１の抗体（例：２次抗体）１０５との結合物が形成される（図２（ａ））。この後、必要に応じて、洗浄液で洗い流すことにより未結合のＰＳＡ１０７の除去を行ってもよい（図２（ｂ））。次に、ＰＳＡ１０７の他のエピトープを認識する第２の抗体（例：１次抗体）１０４を導入する。第２の抗体１０４には銀ナノ粒子１０８がラベリングされている。第２の抗体１０４はＰＳＡ１０７と結合物を形成し（図２（ｃ））、未結合の第２の抗体１０４はその後の洗浄工程により除去される（図２（ｄ））。次に、過酸化物（例：過酸化水素１０９）を含有する反応液を滴下すると、銀（銀ナノ粒子１０８）の触媒作用により過酸化水素１０９が還元され、酸化剤１１０が生成される。酸化剤１１０は溶液中を拡散しゲルマニウム薄膜からなるモニタリング体１０３に到達し、モニタリング体１０３をエッチングする（図２（ｅ））。このエッチングにより、モニタリング体１０３の電気抵抗が増加したり、質量が減少したり、形状が変化したりする。
【００３７】
なお、上記過酸化物は、過酸化水素の他、ハイドロぺルオキシド、ペルオキシカルボン酸などの有機過酸化物を１種類以上含んだものとすることができる。
【００３８】
また、第２の抗体１０４にラベリングする触媒としては、銀、白金、パラジウム、鉄、銅、コバルト、マンガンからなる第１群の中のいずれか１つ以上、前記第１群の中のいずれか１つ以上を含む合金もしくは酸化物、カタラーゼ、および、ペルオキジダーゼのいずれか１つ以上とすることができる。
【００３９】
さらに、図２（ａ）に示すようにモニタリング体１０３と第１の抗体１０５とを同一の基板の同一の面上に設けるのは一例であり、モニタリング体１０３と第１の抗体１０５とを別々の基板上または別々の面上に設けてもよい。かかる場合、例えば、第１の抗体１０５を設けた基板上に被験物質が含有している可能性のある試料を供給し、次いで、第２の抗体１０４および過酸化物を供給した後、基板上の溶液を、モニタリング体１０３が設けられている基板上に供給することで、上記と同様の効果を実現することができる。
【００４０】
さらに、第１の抗体１０５および第２の抗体１０４は、抗体、レクチン、酵素、および、アプタマーの中のいずれか１つ以上とすることができる。
【００４１】
ここで、モニタリング体１０３の抵抗変化量は酸化剤とゲルマニウムの反応総量に対応するため、信号の時間積分効果が組み込まれているため高感度である。例えば、反応量が少ない場合は、反応時間を長くとることで信号を蓄積し検出することが可能である。従来のアンペロメトリック手法やポテンシオメトリック手法でも酸化剤濃度に応じた信号が得られるが、時間積分効果は有しない。
【００４２】
なお、銀、白金等の貴金属あるいは酸化チタン等の光触媒による過酸化水素分解の結果生じる反応生成物に関し、ゲルマニウムのエッチング作用の報告は無かったが、実験的に検証可能である。図３は、ガラス１１１上のゲルマニウム薄膜（膜厚５０ｎｍ）１１２上に直径２ｍｍの銀ボール１１４を置き、０．３％の過酸化水素を含有するＰＢＳ緩衝液１１３を滴下した様子である。この写真は、滴下後５分４０秒経過した時のスナップショットであるが、銀の触媒作用により過酸化物が生成され、その結果銀ボール１１４近傍のゲルマニウムがエッチングされ、ガラス面が露出している様子がわかる。本発明者は、銀以外にも同様の効果を、白金、パラジウム、紫外線照射時の酸化チタン等を含む多くの材料で確認している。
【００４３】
図１に示すセンシング装置は以下の手順にて作製可能である。
【００４４】
市販のシリコン基板に、酸化あるいは化学気相成長法にて、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度の厚さのシリコン酸化膜１０２を成長させる。次に、シリコン酸化膜１０２上に、フォトレジストを塗布し、半導体リソグラフィー法によりフォトレジストのパターンニングを行う。次に、レジストパターンの上から、真空蒸着法あるいはスパッタ法にて、数ｎｍ以上数１００ｎｍ以下の厚さのゲルマニウムを成長させる。この後、アセトン等の有機溶剤を用いてレジストパターンを溶解させ、該レジストパターン上のゲルマニウムのリフトオフにより、モニタリング体１０３を形成する。その後、シリコン酸化膜１０２およびモニタリング体１０３の上に、再度フォトレジストを塗布し、半導体リソグラフィー法によりパターンニングを行う。次に、レジストパターンの上から、真空蒸着法あるいはスパッタ法にて、金を１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下程度の厚さに成長させる。続いて、上記と同様にアセトン等でリフトオフすることで電極１０６を形成する。次に、３−ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ（ＡＰＴＥＳ）を用いてシリコン酸化膜１０２表面にアミノ基を付加し、引き続きｇｌｕｔａｒａｌｄｅｈｙｄｅ処理を行った後、第１の抗体（例：抗ＰＳＡ抗体）１０５の固定を行う。
【００４５】
＜実施例＞
次に、具体的実施例を用いて本発明の第１の実施の形態の構成及び動作を説明する。シリコン基板としてホウ素が１３５ｃｍ−３程度の濃度を含有する（１００）基板を用い、その上に、ＬＰＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を１００ｎｍの厚さに成長させた。この後、シリコン酸化膜の上に２ミクロン膜厚のフォトレジストを塗布し、紫外線露光機にてフォトレジストのパターンニングを行った。引き続き、レジストパターンの上から、真空蒸着法にて５０ｎｍの膜厚のゲルマニウムの成長を行った。この後、アセトンでレジストパターンの除去を行い、ゲルマニウムをリフトオフすることでモニタリング体の形成を行った。この後、窒素雰囲気中で５００℃、２時間の加熱処理を行った。引き続き、シリコン酸化膜およびモニタリング体の上に、２ミクロン膜厚のフォトレジストを塗布し、紫外線露光機にてフォトレジストのパターンニングを行った。その後、レジストパターンの上から、１００ｎｍの金の蒸着を行った後、アセトンによるリフトオフで電極形成を行った。このような方法により、幅１ミクロン、長さ（金電極間距離）１００ミクロンのモニタリング体を得た。この時の抵抗値は約１０ＭΩであった。次に、ＡＰＴＥＳを用いてシリコン酸化膜表面にアミノ基を付加し、引き続きｇｌｕｔａｒａｌｄｅｈｙｄｅ処理を行った後、第１の抗体として、抗ＰＳＡ抗体の固定を行った。
【００４６】
次に、第２の抗体として、ＰＳＡの別のエピトープを認識するサンドイッチＥＬＩＳＡ向け抗ＰＳＡ抗体を用意し、当該抗体を市販の銀ナノコロイド（５０ｎｍ径）に固定し、抗ＰＳＡ抗体（第２の抗体）−銀ナノコロイド複合体を形成した。なお、第２の抗体の種類は被験物質に応じて選択される。
【００４７】
ＰＳＡの検出は以下のように行った。市販のＰＳＡをＰＢＳ緩衝液（ｐＨ＝７．４）で調整し１ｎｇ／ｍＬのＰＳＡ溶液を得た。本溶液をモニタリング体上に滴下し、室温における約１時間のインキュベーションの後、ＰＢＳ緩衝液で洗浄し、未反応ＰＳＡの除去を行った。引き続き、上述した抗ＰＳＡ抗体（第２の抗体）−銀ナノコロイド複合体を含有する溶液を滴下し、室温において１時間のインキュベーションを行い、続いて再度ＰＢＳ緩衝液にて洗浄を行い、未反応の抗ＰＳＡ抗体（第２の抗体）−銀ナノコロイド複合体の除去を行った。この後、過酸化水素を０．３％含有するＰＢＳ緩衝液を滴下し、銀ナノコロイドによる触媒反応を喚起した。図４は反応前後のモニタリング体の抵抗値変化を示している。反応開始直後から抵抗値は上昇を始め、約１分で抵抗変化は５０００倍を超え計測限界外まで大きくなり、モニタリング体の電気的切断が確認された。同様の実験を、上記ＰＳＡ溶液を用いる代わりにＰＳＡを含有しないＰＢＳ緩衝液を用いて行ったところ、抵抗値は４０％程度の上昇を示すものの電気的切断には至らなかった。
【００４８】
以上より、本実施形態のセンシング装置が有するモニタリング体１０３の形状変化に起因する特性変化（抵抗値の変化）を基に、ＰＳＡの検出が可能であることが確認された。
【００４９】
ここで、モニタリング体のエッチングに起因する変化をモニタリングする対象は、モニタリング体の電気抵抗の他、静電容量、交流インピーダンス、質量または形状であってもよい。これらの特性変化からも、ＰＳＡの検出が可能である。なお、質量変化または形状変化をモニタリングする際は、図１に示す電極１０６は設けなくてもよい。これらの前提は、以下のすべての実施の形態において同様である。
【００５０】
また、モニタリング体は、幅１００μｍ以下、長さ１００μｍ以下、かつ、厚さ１μｍ以下、とすることができる。モニタリング体をこのような大きさとしても、上述したモニタリングは十分に実現することができ、また、モニタリング体を小さくすることで、センシング装置の小型化、コストダウンなどを実現することができる。
【００５１】
上記実施例ではＰＳＡの検出例を示したが、他の物質についても同様の手順で検出できる。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態のセンシング装置および被験物質のセンシング方法によれば、ＥＬＩＳＡなどの従来手法と同様に、触媒を用いることによる信号増幅効果を有し、触媒反応の結果をモニタリング物質のエッチング量として蓄積することができるため、高い感度の測定が可能である。
【００５３】
従来手法には無い利点としては、まず、Ａｇなどの生体材料以外の触媒を用いることができるため、反応時の溶液のｐＨなど条件が大きく広がること、長期保存時でも触媒活性が低下する心配が少ないことが挙げられる。
【００５４】
次に、電気的に検出を行うことができるために、測定装置自身をより小型で安価に製造できる利点がある。また、検出結果がモニタリング物質の形状変化として固定されるため、溶液中の発色剤の量として検出するＥＬＩＳＡなどと比較すると、結果の保存性が高い、溶液フリーで測定できるなどの利点がある。
【００５５】
さらに感度や精度の上でも利点がある。通常ＥＬＩＳＡは、２次元アレイ状に配置したウェル（小型反応漕）内で反応を行う。実験室レベルでは、１サンプル辺り１００〜３００μＬ程度の液量を使って処理し、測定を行うが、より少量のサンプルについて検査を行う場合は、系の体積を小さくするか、希薄なサンプルでも測定できるように測定の感度を高める必要がある。
【００５６】
しかし、光学的に検出する従来のＥＬＩＳＡ法では、系の体積やサンプル濃度に応じて、光学検出系の大きさや感度を大きく変更することが難しいため、何れの手段もＳ／Ｎ比の低下を招く。
【００５７】
一方、モニタリング物質の形状変化として反応量を記録、蓄積する本実施の形態の場合、反応系の体積に合わせて、モニタリング物質の体積も用意にスケールダウンすることが可能で、測定に関しても精度を落とすことなく行うことができる。そのため、極少量、多サンプルの試験を行う場合に非常に有効である。
【００５８】
ここで説明した本実施形態のセンシング装置および被験物質のセンシング方法の効果は、以下のすべての実施形態も同様に実現することができる。
【００５９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００６０】
装置の構成は第１の実施の形態に準じるが、ＰＳＡの検出手順を以下のようにすることができる。即ち、第１の実施の形態と同様にして図２（ｃ）に示す状態を得た後、本実施の形態では、過酸化物を含有する洗浄液を用いて未結合の第２の抗体１０４の除去を行う。そして、本実施の形態では、この過酸化物を含有する洗浄液により、酸化剤１１０の生成を行う。この場合、第１の実施の形態と同様の効果が得られる上、洗浄液と反応液の入れ替えが不要になるため手順の簡略化が図れる。
【００６１】
なお、過酸化物による未結合の第２の抗体１０４の洗い流しを十分な速度で行うことで、未結合の第２の抗体１０４にラベリングされている触媒による過酸化物の還元、および、この還元により生成された酸化剤によるモニタリング体１０３のエッチングの影響を無視することが可能となる。すなわち、被験物質のセンシングを十分な精度で行うことができる。
【００６２】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００６３】
本実施の形態は、第１の実施の形態で第２の抗体１０４にラベリングした銀の全部または一部に代えて、光触媒、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、および、酸化チタンもしくは酸化亜鉛の合金の中のいずれか１つ以上を用いる。酸化チタンとしては、ルチル型よりも光触媒活性の強いアナターゼ型結晶が好ましい。ＰＳＡ検出手順は第１の実施の形態に準じるが、酸化物生成のために３９０ｎｍ付近の紫外線を照射する。
【００６４】
＜実施例＞
５０ｎｍの直径を有するアナターゼ型酸化チタンナノ粒子で第２の抗体１０４をラベリングした点以外は、第１の実施の形態で説明した実施例と同様にして図２（ｄ）に示す状態を得た後、過酸化水素１０９を含有する反応液を滴下した。次いで、水銀ランプを用いてＵＶ光を照射することにより、酸化剤の生成を行った。その結果、約１分４０秒でモニタリング体１０３の電気的切断が確認された。
【００６５】
以上より、本実施形態のセンシング装置が有するモニタリング体１０３の形状変化に起因する特性変化（抵抗値の変化）を基に、ＰＳＡの検出が可能であることが確認された。
【００６６】
なお、本実施の形態では酸化チタンをラベリング材として用いたが、光触媒作用を有する他の材料でも同様の効果が得られる。また、材料によっては、ＵＶ光ではなく可視光照射によっても同様の効果を得ることができる。さらに、本実施の形態は、第２の実施の形態と組み合わせることもできる。
【００６７】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について図面を用いて説明する。装置の構成は第１の実施の形態に準じるが、被験物質の検出手順を図５のようにすることもできる。まず、被験物質の一例であるＰＳＡ１０７と、銀ナノ粒子１０８でラベリングされた第２の抗体１０４を用意する。第２の抗体１０４はＰＳＡ１０７よりも過剰に存在するようにその濃度を調整する。次に、ＰＳＡ１０７と第２の抗体１０４との混合を行い、ＰＳＡ１０７−第２の抗体１０４−銀ナノ粒子１０８複合体を形成する（図５（ａ））。その後、本複合体溶液を、図１で示すセンシング装置に滴下する。その結果、複合体と第１の抗体１０５に結合が生じる（図５（ｂ））。その後、未結合複合体は、第１の実施の形態と同様の洗浄工程により除去される（図５（ｃ））。次に、過酸化水素１０９を含有する反応液を滴下すると、銀（銀ナノ粒子１０８）の触媒作用により過酸化水素１０９が還元され酸化剤１１０が生成される。酸化剤１１０は溶液中を拡散しゲルマニウム薄膜からなるモニタリング体１０３に到達し、モニタリング体１０３をエッチングする（図５（ｄ））。
【００６８】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が得られる上、第１の実施の形態に比べ、手順数が少なくなるという効果が得られる。なお、本実施の形態は、第２の実施の形態および／または第３の実施の形態と組み合わせることもできる。
【００６９】
（第５の実施の形態）
図６（ａ）に本発明のセンシング装置の第５の実施の形態を示す。図６（ｂ）は、図６（ａ）における１セルの拡大図（図６（ａ）中、破線の円で表示）である。シリコン基板１０１上にＸ選択回路１１５、および、Ｙ選択回路１１６が存在する。両選択回路とも半導体メモリで用いられるセル選択回路と同等のものであり、公知の技術により容易に作製可能である。Ｘ選択回路１１５には１つ以上のＸ線１１７、Ｙ選択回路１１６には１つ以上のＹ線１１８が接続される。また、図示するように、各モニタリング体１０３の両端には、Ｘ線１１７とＹ線１１８が接続される。このような回路構成をとることで、半導体メモリの場合と同様、個々のモニタリング体の抵抗値を読み取ることができる。
【００７０】
図６（ｃ）は、図６（ｂ）のＡ−Ａ´線断面図の一例である。シリコン基板１０１上に１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下程度の第１のシリコン酸化膜１１９が存在し、この上にアルミニウム等の導通部材からなるＸ線１１７が形成される。これらの上には、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下程度の膜厚の第２のシリコン酸化膜１２１が存在し、Ｘ線１１７とモニタリング体１０３の交点部分に両者を接続するためのプラグ１２０が設けられる。第２のシリコン酸化膜１２１上にはＹ線１１８が形成され、プラグ１２０とＹ線１１８をブリッジするようにこれらと接続したモニタリング体１０３が配置される。本構造の作製にあたっては標準的ＩＣ製造法を利用できる。
【００７１】
被験物質の検出手順は、第１〜４の実施の形態に準じるが、本実施の形態の場合、モニタリング体が複数ある点が異なる。Ｘ、Ｙ選択回路１１５、１１６を用いてアドレス指定を行い個々の抵抗値を読み取ることができる。本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が得られる上、複数の計測結果の統計処理を施すことで、より正確なＰＳＡの検量が可能となる。
【００７２】
本実施の形態は、第２の実施の形態から第４の実施の形態のいずれか１つ以上と組み合わせることもできる。
【００７３】
（第６の実施の形態）
本発明のセンシング装置の第６の実施の形態では、同一の電気特性を有す２つのモニタリング体１０３を用いる点以外は、第１の実施の形態と同様である。２つのモニタリング体１０３の一つは、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の酸化剤に対して化学的に安定した材料で被覆され、他の一つは、前述のような被覆を施さない。かかる場合、一方のモニタリング体１０３は酸化剤１１０によりエッチングされないが、他方は酸化剤１１０によりエッチングされることとなる。
【００７４】
そして、本実施の形態では、２つのモニタリング体１０３がオペアンプに接続され差動増幅回路が構成される。このような構成の本実施形態のセンシング装置によれば、第１の実施の形態と同様の効果が得られる上、２つのモニタリング体１０３の電気的特性を比較することで、モニタリング体１０３の抵抗変化を高精度に検出できる。
【００７５】
なお、２つのモニタリング体１０３は、同一のセンシング装置に設けられるのが望ましい。このようにすれば、比較する２つのモニタリング体１０３各々の周囲の環境をほぼ同条件にすることができ、測定の精度が向上する。
【００７６】
本実施の形態は、第２の実施の形態から第５の実施の形態のいずれか１つ以上と組み合わせることもできる。
【００７７】
（第７の実施の形態）
図７（ａ）に本実施の形態のセンシング装置を示す。図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＡ−Ａ´線断面図である。樹脂からなる支持基盤２０１上に、メンブレン膜からなる試料展開部２０２が配置され、該試料展開部２０２の一端側に試料調整部２０３が配置される。試料調整部２０３には、銀ナノ粒子でラベリングされた第２の抗体１０４が多量含まれる。また、試料展開部２０２の他端側には試料回収部２０４が配置される。試料調整部２０３と試料回収部２０４との間にある試料展開部２０２上には、第１〜６の実施の形態で記載されたセンシング装置が配置されセンシング部２０５を構成している。この場合、モニタリング体１０３と試料展開部２０２は対面するように配置される。
【００７８】
モニタリング体１０３からの出力は電極２０６に接続され、該電極２０６は外部からアクセスしやすい位置に配置される。なお、モニタリング体１０３から出力された信号は、センシング部２０６上に形成される増幅器やＡ／Ｄ変換器による信号処理後、電極２０６に入力されてもよい。本実施例では、試料導入工程及び洗浄工程がワンステップで行え、操作の大幅な簡略化を図ることができる。
【００７９】
次に、一例として、被験物質としてＰＳＡを用いた本イムノクロマトグラムの使用法について述べる。血清等のＰＳＡを含有する液体試料を試料調整部２０３上へ滴下する。試料中のＰＳＡは、試料調整部２０３内に含まれる第２の抗体１０４と結合し、ＰＳＡ−第２の抗体１０４−銀ナノ粒子複合体を形成する。第２の抗体１０４は過剰に存在するため、導入したほとんどのＰＳＡは複合体を形成する。本複合体及び未結合の第２の抗体１０４は、浸透力により試料回収部２０４の方向に向かって試料展開部２０２中を移動し、やがてセンシング部２０５に到達する。すると、センシング部２０５表面に固定された第１の抗体１０５により複合体は捕捉されるが、捕捉されなかった複合体や未結合の第２の抗体１０４は、試料回収部２０４に向けメンブレン膜を移動、あるいは試料回収部２０４に吸収される。この後、過酸化水素をセンシング部２０５上の試料展開部２０２に滴下することで触媒反応を喚起し、上記実施形態と同様にしてＰＳＡの検量を行う。
【００８０】
＜実施例＞
以下のようにして動作の確認を行った。第１の実施の形態で作製したセンシング装置を樹脂板に形成された溝に装着後、５ｍｍ×５０ｍｍ裁断した厚さ０．２ｍｍのニトロセルロースメンブレンを樹脂基板上に接着剤で接着し試料展開部とした。この際、センシング装置上には接着剤が付着しないよう留意しながら組み立てを行った。次に、銀ナノ粒子をラベリングした第２の抗体（抗ＰＳＡ抗体）を含ませたグラスファイバーパッドをメンブレン膜の一端に貼付け試料調整部とし、未処理のグラスファイバーパッドを他端に貼付け試料回収部とした。用いた試料はＰＳＡを１ｎｇ／ｍＬ含有したＰＢＳ緩衝液であり、これを試料調整部上に滴下した。滴下後１０分経過してから、０．３％の過酸化水素を含有するＰＢＳ緩衝液をセンシング部位置のメンブレン膜上に滴下した。滴下後、約５分でモニタリング体の抵抗上昇を観測した。
【００８１】
以上より、本実施形態のセンシング装置が有するモニタリング体の形状変化に起因する特性変化（抵抗値の変化）を基に、ＰＳＡの検出が可能であることが確認された。
【００８２】
上記の実施例では過酸化水素を別途添加したが、ＰＳＡ含有ＰＢＳ緩衝液に予め含有させておくこともできる。
【００８３】
（第８の実施の形態）
本発明の第８の実施の形態について図８を参照して詳細に説明する。図８は第１の実施の形態と異なる測定データをモニタリングすることで、被験物質の検出を行う。以下、説明する。
【００８４】
まず、センシング装置の構成について、図８を用いて説明する。基板３０１にはガラスやプラスチック、酸化シリコンなどの平坦で絶縁性の基板３０１を使用することが可能である。基板上にまず電極として利用する金属を蒸着する。電極材料としては、例えば金（Ａｕ）を使用する。パターニングは、例えば第１の実施の形態と同様のリフトオフ法を用いることができる。
【００８５】
次に、測定装置とのコンタクトを取る側のパッド３０３をフォトレジストでマスクして、ノンドープのＧｅ膜（モニタリング体）３０４を、例えば厚さ５０ｎｍ程度に蒸着する。なお、金電極３０２のパターニング後にＧｅを全面に蒸着して、コンタクト側パッド３０３部分のＧｅ膜だけをエッチングにより除去することも可能である。
【００８６】
次に、測定時の安定性を考え、コンタクト側パッド３０３と測定用電極側の間の部分のＧｅ膜３０４上にパシベーション（保護）膜３０６を作製する。保護膜にはシリコン酸化膜、シリコーン樹脂などを使用することができる。
【００８７】
なお、図示しないが、図８に示すセンシング装置の適当な位置に、被験物質と結合する性能を有する第１の抗体（例：２次抗体）１０５が設けられる。
【００８８】
続いて、測定原理を説明する。本実施形態では、高抵抗のＧｅを絶縁性の膜として利用し、測定用パッド部３０５のＧｅ膜３０４がエッチングされた結果、膜厚の減少や、膜の一部の欠損する状況を、電極３０２を用いて電気的に検出するものである。そして、この検出結果を基に、被験物質を検出する。
【００８９】
まず、図８に示すセンシング装置に対して、実施形態１と同様にして、ＰＳＡ１０７を含有する溶液を滴下し、溶液中のＰＳＡ１０７と第１の抗体（例：２次抗体）１０５との結合物を形成した後、洗浄液で未結合のＰＳＡ１０７の除去を行う。次に、銀ナノ粒子１０８がラベリングされており、かつ、ＰＳＡ１０７の他のエピトープを認識する第２の抗体（例：１次抗体）１０４を導入する。すると、第２の抗体１０４は、ＰＳＡ１０７と結合物を形成する。その後、未結合の第２の抗体１０４を除去する。
【００９０】
次に、本実施の形態では、図８に示すセンシング装置を測定用の電極とし、対極および参照電極とともに、電解質に浸漬する。次いで、この電解質の中に過酸化物を注入すると、この過酸化物が、測定用の電極（センシング装置）に、第２の抗体１０４を介して付着している銀ナノ粒子１０８による触媒作用により還元され、酸化剤を生成する。すると、この酸化剤により、Ｇｅ膜（モニタリング体）３０４がエッチングされ、電極３０２の電気的特性が変化する。
【００９１】
なお、本実施形態では、電極３０２は計測に使用すると同時に、Ｇｅ膜のエッチング速度を調節するための制御用電極として使用することもできる。Ｇｅの酸化膜は水溶性であるため、測定には関係の無い酸化剤によっても、酸化、エッチング反応が進む。この反応により生じる電荷は電極３０２により計測することが可能であるため、実際にはこの電荷量が０になるように電極３０２に制御電圧Ｖｃを印加する。その結果、バックグラウンドのエッチング反応を抑制し、実際の測定において、目的の反応を効率よく検出することができる。
【００９２】
Ｇｅ膜のエッチング量の検出には、直流抵抗、容量、交流インピーダンス、電気化学反応など各種の測定方法を用いることができる。
【００９３】
＜実施例＞
図９（ａ）は、交流インピーダンス測定によるＧｅ膜の膜圧変化の様子を調べた結果である。
【００９４】
まず、センシング装置に、試料および第２の抗体を供給することで、第１の抗体、被験物質および第２の抗体を介して、銀ナノ粒子を担持させた。
【００９５】
次いで、２０ｍＭ、ｐＨ７．５のＨＥＰＥＳ緩衝液に、測定用の電極（上記センシング装置）、対極としてＰｔ線、参照電極としてＡｇ／ＡｇＣｌ電極を浸漬し、予め測定しておいた制御電圧Ｖｃを測定用電極に印加した状態にしておく。さらに、Ｖｃに加えて、周期１０００Ｈｚ、振幅１０ｍＶの交流波を５秒置きに印加し、直流抵抗成分と容量成分の変化をモニターしておく。
【００９６】
ここに、最終濃度が０．０１％になるように過酸化水素を添加すると、添加直後から抵抗、容量とも変化し始め、およそ３０分で変化が収束した。３０分後にはＧｅ膜はエッチングされてなくなっていた。一方、過酸化水素を添加しない場合は、３０分を過ぎても抵抗、容量とも優位な変化は無かった。
【００９７】
このように制御電圧Ｖｃを印加することにより、エッチング反応の有無を、より精度よく評価することができた。
【００９８】
以上より、本実施形態の抵抗変化検出方法によれば、センシング装置が有するＧｅ膜の形状変化に起因する特性変化（Ｇｅ膜に覆われていた電極の電気的特性）を基に、ＰＳＡの検出が可能であることが確認された。
【００９９】
本実施の形態は、第２の実施の形態から第７の実施の形態のいずれか１つ以上と組み合わせることもできる。
【０１００】
（第９の実施の形態）
本発明のセンシング装置の第９の実施の形態は、第８の実施の形態で説明したセンシング装置に、さらに測定側パッド部３０５に触媒効果を有する銀微粒子を付加する点が異なる。
【０１０１】
＜実施例＞
図８の測定側パッド部３０５に電子ビーム蒸着装置を用いて膜圧２ｎｍのＡｇ膜を蒸着したものを作製した。このとき、Ａｇは一様な膜とならずに、数ｎｍの微粒子としてＧｅ膜３０４上に点在する。図９（ｂ）は、Ａｇ微粒子を付加したセンサーを用いて過酸化水素の検出を行った結果である。
【０１０２】
第８の実施の形態と同様にして測定を行い、最終濃度０．０１％の過酸化水素の添加後の抵抗、容量をモニターした結果、添加直後から抵抗、容量とも変化し始め、およそ１０分で変化が収束した。１０分後にはＧｅ膜はエッチングされてなくなっていた。
【０１０３】
以上より、本実施形態によれば、第８の実施の形態と同様の効果が得られる上、Ａｇ微粒子を触媒に用いることで、エッチング速度を効果的に促進できることが確認された。
【０１０４】
（第１０の実施の形態）
本発明のセンシング装置の第１０の実施の形態を、図１０を用いて説明する。
【０１０５】
＜実施例＞
図１０（ａ）および（ｂ）は第８の実施の形態で説明したセンシング装置（図８参照）の測定用パッド部３０５の断面図に相当する。図１０（ａ）は基板３０１上に金電極３１１と、それを覆うＧｅ膜３０４とを作製したものを電解質３１０に浸漬している状態を模式的に示した図である。
【０１０６】
電解質３１０は２０ｍＭ、ｐＨ７．５のＨＥＰＥＳ緩衝液に、酸化還元反応物質として１ｍＭのフェロシアン化カリウムを添加したものを用いた。電極３１１には、第８の実施形態と同様に制御電圧Ｖｃを印加しておく。
【０１０７】
電解質３１０に浸漬直後の金電極３１１に対し、フェロシアンの酸化反応による電流測定を行うと、測定のための電圧を印加したことによるＧｅ膜３０４のエッチング電流によるフラットなＩＶ特性が得られた。
【０１０８】
次に、過酸化水素を基質とする触媒反応によりＧｅ膜３０４が除去された領域３１３が現れた状態（図１０（ｂ）参照）で、同様の測定を行うと、フェロシアンの酸化によるピークが現われた。このピークの強度は、Ｇｅ膜３０４の被覆率に比例して大きくなった。
【０１０９】
実際の測定では、常時制御電圧Ｖｃを印加し、フェロシアンの酸化ピークに対応する＋０．２〜０．３Ｖ付近の測定電圧を１０秒間隔で１０ｍｓｅｃのパルスとして印加した。このときの応答電流の変化量から、Ｇｅ膜３０４の被覆率を定量することができた。
【０１１０】
本実施の形態は、第８実施の形態および／または第９の実施の形態に適用することができる。
【０１１１】
（第１１の実施の形態）
本発明のセンシング装置の第１１の実施の形態を、図１１を用いて説明する。
【０１１２】
＜実施例＞
図１１は、過酸化水素の有無を光学的に簡単に検出する方法を開示するものである。基板３２０として、光（特に白光や日光）を透過するガラス基板やプラスチック基板を使う。ここでは、厚さ５００μｍのガラス基板を用いた。
【０１１３】
基板上には、所定のパターン（図の場合、ストライプ状のパターン）を形成したＧｅグレーティング膜３２１を成膜する。パターンの形成方法は、厚さ２０ｎｍのＧｅ膜を成膜後、レーザー干渉露光法を用いて作製したレジストパターンを、ドライエッチングでＧｅ膜に転写する方法を用いた。パターンの周期は２００ｎｍ、線幅は５０ｎｍとし、基板中央の４×６ｍｍの領域に作製した。この他にもパターンのデザイン、精度、設定コストに応じて、フォトマスクを使ったフォトリソグラフィ、Ｅ−ｂｅａｍ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ）やナノインプリントリソグラフィを使って作製することが可能である。作製したＧｅグレーティング膜３２１に、白色ＬＥＤ光を入射し、フォトダイオードで透過率を測定したところ、約９０％の透過率を得ることができた。
【０１１４】
次に、Ｇｅグレーティング膜３２１を有する基板３２０を１００ｐｐｍの過酸化水素に１分間浸漬した。浸漬後、上記と同様にして透過率を測定したところ、透過率は約６０％であった。過酸化水素の濃度や、エッチング処理時間を変えると、それに応じて透過率が変化した。このように、予め濃度と時間を軸にした透過率変化マトリックスを作製しておくことで、正確に、基板３２０に付着している過酸化水素の濃度の定量を行うことができる。
【０１１５】
また、Ｇｅグレーティング膜３２１の一部を保護層で覆うことで、透過率測定の基準に用いることが可能であった。さらに、目視による評価の基準としても用いることができた。
【０１１６】
さらに、第９の実施の形態と同様に、Ａｇ微粒子を基板上に作製することで、エッチング速度を促進することが可能であった。
【０１１７】
また、第１の実施の形態と同様に、基板上に第１の抗体を固定しておき、Ａｇ微粒子を標識した第２の抗体と被検物質を含んだ溶液で処理することで、被検物質の定量を行うことが可能であった。
【０１１８】
本実施の形態は、第１の実施の形態から第１０の実施の形態のいずれか１つ以上と組み合わせることができる。
【０１１９】
（第１２の実施の形態）
次に、本発明の第１２の実施の形態を、図１２を参照して説明する。
【０１２０】
本実施の形態は、第１の実施の形態で第２の抗体１０４にラベリングした銀の一部または全部に代えて、酸化チタン、酸化亜鉛、および、これらの合金の中のいずれか１つ以上と、銀、白金、パラジウム、鉄、銅、コバルト、マンガンからなる第１群の中のいずれか１つ以上、前記第１群の中のいずれか１つ以上を含む合金もしくは酸化物、カタラーゼ、および、ペルオキジダーゼの中のいずれか１つ以上と、の複合体を用いる点以外は、第１の実施の形態と同様である。例えば、本実施形態では、銀と酸化チタンの複合体を用いることができる。
【０１２１】
＜実施例＞
まず、平均粒径１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下の酸化チタンナノ粒子３３０を合成し、大気中４５０度で一昼夜焼成し、表面の有機物層を除去する。次に、１％のポリエチレングリコール（ＰＥＧ３００）、１０％エタノールを含む水溶液に、酸化チタンナノ粒子を０．１重量％添加し、冷暗所に置き攪拌子で激しく攪拌する。ここに酸化チタンとモル等倍量になるように数ｍｏｌ／ｌ程度の濃い硝酸銀水溶液を加え、弱い紫外線を照射しながら、一晩反応させることで、酸化チタンの一部に銀皮膜３３１が析出した複合ナノ微粒子を作製した。
【０１２２】
作製した複合ナノ微粒子は、遠心器を使い上澄み液を除去し、脱イオン水を使ってウォッシュする工程を１回、エタノールを使ってウォッシュする工程を２回行った後、１ｍＭカルボキシヘキサンチオールのエタノール溶液で１時間、１０ｍＭのエチルジメチルアミノポロピルカルボジイミド（ＥＤＣ）と１０ｍＭのＮ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）の混合水溶液で３０分、かつ、１μｇ／ｍｌの抗ＰＳＡ抗体を含むＨＥＰＥＳ緩衝溶液で３０分処理することで、チオール膜３３２を介して、抗ＰＳＡ抗体３３３を固定した複合ナノ微粒子標識を施した第２の抗体１０４を作製した（図１２）。
【０１２３】
このようにして作製した第２の抗体１０４を用い、第１の実施の形態で示した手順（図２）に従いアッセイを進め反応液を滴下した。なお、水銀ランプによりＵＶ光を照射することにより、酸化剤の生成を行った。その結果、約１分４０秒でモニタリング体の切断が確認された。
【０１２４】
以上より、本実施形態のセンシング装置が有するモニタリング体の形状変化に起因する特性変化（抵抗値の変化）を基に、ＰＳＡの検出が可能であることが確認された。
【０１２５】
なお、本実施の形態では、銀をラベリング材と触媒の両方に用いるが、触媒としての効果を最大限に高めるため、検出時には酸化チタンの光触媒効果によって、チオール膜を分解脱離させて触媒活性の高い銀のベアな表面を露出させるものである。光触媒作用を有する他の材料でも同様の効果が得られる。また、材料によっては、ＵＶ光ではなく可視光照射によっても同様の効果を得ることができる。
【０１２６】
本実施の形態は、第２の実施の形態から第１１の実施の形態のいずれか１つ以上と組み合わせることもできる。
【符号の説明】
【０１２７】
１０１  シリコン基板
１０２  シリコン酸化膜
１０３  モニタリング体
１０４  第２の抗体
１０５  第１の抗体
１０６  電極
１０７  ＰＳＡ
１０８  銀ナノ粒子
１０９  過酸化水素
１１０  酸化剤
１１１  ガラス
１１２  ゲルマニウム薄膜
１１３  過酸化水素含有ＰＢＳ緩衝液
１１４  銀ボール
１１５  Ｘ選択回路
１１６  Ｙ選択回路
１１７  Ｘ線
１１８  Ｙ線
１１９  第１のシリコン酸化膜
１２０  プラグ
１２１  第２のシリコン酸化膜
２０１  支持基盤
２０２  試料展開部
２０３  試料調整部
２０４  試料回収部
２０５  センシング部
２０６  電極
３０１  基板
３０２  電極
３０３  コンタクト側パッド
３０４  Ｇｅ（ゲルマニウム）膜
３０５  測定用パッド部
３０６  パシベーション膜
３１０  電解質
３１１  金電極
３１３  電極露出領域
３２０  ガラス基板
３２１  Ｇｅグレーティング膜
３３０  酸化チタンナノ微粒子
３３１  銀被膜
３３２  チオール膜
３３３  抗ＰＳＡ抗体
【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】
2011214860.tif 000011
【図１０】
2011214860.tif 000012
【図１１】
2011214860.tif 000013
【図１２】
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