(57)【要約】  流体サンプル内の分析物を検出するための方法が開示される。本方法は、ａ）測定領域及び参照領域を設けること、を含む。前記測定領域には分析物を結合するための受容体が与えられる。本方法は更に、ｂ）測定領域及び参照領域に沿って進行するように、少なくとも１つの光ビームを設けること、ｃ）少なくとも測定領域内に流体サンプルを提供すること、ｄ）測定領域及び参照領域に沿って進行した後の少なくとも１つの光ビームによって提供される光パターンを、検出器によって検出すること、ｅ）検出された光パターンから流体サンプル内の分析物の存在を導出すること、を含み、前記ｃ）の前に、遮断流体が、測定領域及び参照領域に沿って提供される。
2013509581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体サンプル内の分析物を検出するための方法であって、
ａ）測定領域及び参照領域を設けること、を含み、前記測定領域には前記分析物を結合するための受容体が与えられ、
前記方法は更に、
ｂ）前記測定領域及び前記参照領域に沿って進行するように、少なくとも１つの光ビームを設けること、
ｃ）少なくとも前記測定領域内に前記流体サンプルを提供すること、
ｄ）前記測定領域及び前記参照領域に沿って進行した後の前記少なくとも１つの光ビームによって提供される光パターンを、検出器によって検出すること、
ｅ）前記検出された光パターンから前記流体サンプル内の前記分析物の存在を導出すること、を含み、
前記ｃ）の前に、遮断流体が、前記測定領域及び前記参照領域に沿って提供される、流体サンプル内の分析物を検出するための方法。
【請求項２】
前記流体サンプルは、前記測定領域及び前記参照領域内に提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記測定領域及び前記参照領域に沿って進行した後の前記少なくとも１つの光ビームによって提供される参照光パターンを、前記検出器によって、前記ｃ）の前に検出することを含み、
前記ｄ）は、少なくとも前記測定領域内への前記流体サンプルの提供中又は提供後に少なくとも１回実施され、
前記ｅ）は、
前記参照光パターンの特性を、前記ｄ）で検出された前記光パターンの前記特性と比較し、該比較から前記分析物の存在を得ることを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記光パターン及び前記参照光パターンの前記特性は、前記光パターンの空間周波数スペクトル内に周波数成分の位相を含み、該周波数成分は、前記測定領域に沿って進行した前記少なくとも１つの光ビームと前記参照領域に沿って進行した前記少なくとも１つの光ビームとの間の干渉からのものである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
第２の参照領域が設けられ、
前記ｄ）は、前記参照領域と前記第２の参照領域との間の偏差を測定することを更に含み、
前記ｅ）は、前記参照領域と前記第２の参照領域との間の、前記ｄ）で測定された前記偏差から、乱れを推定し、該推定された乱れについて前記分析物の存在に関する前記情報を補正することを更に含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記ｃ）は、少なくとも前記第２の参照領域に沿って参照流体を提供することを更に含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記乱れは、前記測定領域と前記参照領域との間のドリフトを含み、
前記ｃ）の前に、第１のドリフトが、前記測定領域と前記参照領域との間で測定され、第２のドリフトが、前記参照領域と前記第２の参照領域との間で測定され、ドリフト関係が、前記第１のドリフトと前記第２のドリフトとの間で確定され、
前記測定領域と前記参照領域との間の前記ドリフトは、前記確定されたドリフト関係、及び前記参照領域と前記第２の参照領域との間の、前記ｄ）で測定された前記偏差から推定される、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
第３の参照領域が設けられ、
前記ｄ）は、前記第２の参照領域と前記第３の参照領域との間の偏差を測定することを更に含み、
ｅ）は、前記第２の参照領域と前記第３の参照領域との間の、前記ｄ）で測定された前記偏差から、更なる乱れを推定し、該推定された乱れについて前記参照領域と前記第２の参照領域との間の前記偏差を補正することを更に含む、請求項５〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記更なる乱れは、非特異的結合の効果を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
第４の参照領域が設けられ、
前記ｄ）は、前記第３の参照領域と前記第４の参照領域との間の偏差を測定することを更に含み、
前記ｅ）は、前記第３の参照領域と前記第４の参照領域との間の、前記ｄ）で測定された前記偏差から、なお更なる乱れを推定し、該推定された乱れについて前記参照領域と前記第２の参照領域との間及び前記第２の参照領域と前記第３の参照領域との間の前記偏差を補正することを更に含む、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記なお更なる乱れは、前記サンプル溶液と前記遮断流体及び／又は参照流体との間のバルク効果を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ｅ）は、測定曲線の初期傾斜を確定し、該確定された初期傾斜から前記分析物の存在を導出することを含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記測定曲線の前記初期傾斜は、該初期傾斜を異なる分析物濃度に関連付ける所定の較正データと比較される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
除去プロセスによって前記受容体層から前記分析物の少なくとも一部を除去する更なるステップを含み、前記光パターンは、前記除去の前及び後に検出される、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
参照流体が、前記参照領域に沿って付着され、前記除去プロセスは、前記参照領域に沿って更に実施される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記参照流体は、前記第２の参照領域に沿って更に付着され、前記除去プロセスは、前記第２の参照領域に沿って更に実施され、前記ｅ）は、前記参照領域と前記第２の参照領域との間で測定されたドリフトから前記測定領域と前記参照領域との間のドリフトを導出し、前記測定領域と前記参照領域との間の前記導出されたドリフトについて前記分析物の存在に関する情報を補正することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記光ビームは、少なくとも２つのスペクトル的に別個の波長範囲を含み、前記検出は、該波長範囲のそれぞれについて実施される、請求項１から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
３つの別個の波長範囲が光ビームに含まれ、前記ｅ）は、前記波長のそれぞれについて、前記検出された光パターンから分析物結合、非特異的結合、及びバルク屈折率を確定することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記光ビームは、スーパーコンティニウム波長範囲を含み、前記ｅ）は、少なくとも前記測定領域のセンサー表面からナノメートル距離の、ごく近傍で起こる監視プロセスを含む、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも前記ｄ）は、前記光ビームの異なる偏光状態を利用して繰返され、前記検出は、各偏光状態について実施される、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記測定領域及び前記参照領域から光の散乱を検出し、該検出された光散乱をｅ）において前記分析物の存在を導出するために、前記検出された光パターンと組合せることを更に含む、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記測定領域及び前記参照領域を通って進行する光の空間強度分布を検出し、前記検出された局所強度分布を、前記ｅ）において前記分析物の存在を導出するために、前記検出された光パターンと組合せることを更に含む、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記測定領域及び前記参照領域は、平面構造上に又は平面構造内に設けられる、請求項１から２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記流体サンプル及び／若しくは前記参照流体及び／若しくは前記遮断流体又は他の流体は、流体供給部によって前記測定領域及び前記参照領域の少なくとも一方の中に提供され、前記方法は、ホルダーによって前記平面構造及び前記流体供給部を保持し、該ホルダーによって該流体供給部を少なくとも前記測定領域に整列させることを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
少なくとも２つの測定領域が設けられ、該測定領域にはそれぞれ、それぞれの分析物を結合させるためのそれぞれの受容体が与えられる、請求項１〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
流体サンプル内の分析物を検出するための測定システムであって、
測定領域及び参照領域であって、該測定領域には前記分析物を結合するための受容体が与えられる、測定領域及び参照領域と、
少なくとも１つの光ビームを生成するための光源と、
前記測定領域及び前記参照領域に沿って前記光ビームを誘導する光誘導手段と、
前記流体サンプル及び／若しくは前記参照流体及び／若しくは前記遮断流体又は他の流体を前記測定領域及び／又は前記参照領域内に提供するための流体供給部と、
前記測定領域及び前記参照領域に沿って進行した後の前記少なくとも１つの光ビームによって提供される光パターンを検出するための検出器と、
前記検出された光パターンから前記流体サンプル内の前記分析物の存在を導出するためのデータ処理デバイスと、
を備える、流体サンプル内の分析物を検出するための測定システム。
【請求項２７】
少なくとも前記測定領域及び前記参照領域はチップ構造上に設けられ、前記測定システムは、前記チップ構造及び前記流体供給部を保持するホルダーであって、該流体供給部を前記測定領域及び前記参照領域に整列させる、ホルダーを備える、請求項２６に記載の測定システム。
【請求項２８】
使い捨て測定構造であって、
測定領域及び参照領域を備えるチップ構造と、
前記測定領域及び前記参照領域に沿って光ビームを誘導する光誘導手段と、
流体サンプルを前記測定領域及び／又は前記参照領域内に誘導するための流体供給部と、
前記チップ構造及び前記流体供給部を保持するためのホルダーであって、該流体供給部を前記測定領域及び前記参照領域に整列させる、ホルダーと、
を備える、使い捨て測定構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体サンプル内の分析物を検出するための方法及び測定システムに関する。さらに、本発明は、使い捨て測定構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物、たんぱく質、ＤＮＡ分子等のような種々のタイプの分析物を検出し、サンプル液体、例えば体液、ミルク（乳）、飲料水、若しくは廃水等のような所与の流体サンプル溶液、蒸気サンプル、又は気体サンプル内でのそれらの分析物の濃度を測定するために必要とされる高感度な方法の必要性が高まりつつある。この数年で、医療診断、食品及び水の安全性、セキュリティ用途、動植物健康監視、環境監視等においてセンサーの使用が益々重要になっている。センサーデバイスにおいて、センサー表面上に不動化される、受容体層、例えば抗体層は、所与のサンプル溶液内に存在する特定の分析物と選択的に結合及び／又は相互作用する重要な成分である。受容体層の役割は、他の非特定の成分、例えばたんぱく質及びＤＮＡ分子も存在する、血清、血液、ミルク等のようなサンプル内で、特定の分析物が検出される必要があるときに、特に重要になる。近年、例えば非特異的相互作用を防止及び／又は低減することによって、受容体−分析物相互作用の特異性を提供／改善する様々なコーティング手順が開発された。臨床用途及び食品用途において、非特定の成分が特定の分析物の濃度よりずっと高い、血清、血液、ミルク等のような通常複雑なサンプルが分析される必要がある。血液又は他の関連する体液内の非常に低い濃度のバイオマーカーの検出を一例とすることができ、この検出によって、早期疾患検出診断及び防止／処置をもたらすことができる。臨床サンプル内での高いバックグラウンドの存在は、これらのセンサーの特異性の低下をもたらす可能性がある。特異性が低くなることは、更に、センサーの精度及び感度の減少を意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、分析物の検出を改善することを意図する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題を達成するために、本発明による方法は、
ａ）測定領域及び参照領域を設けることを含み、前記測定領域には分析物を結合するための受容体が与えられ、
該方法は更に、
ｂ）前記測定領域及び前記参照領域に沿って進行するように、少なくとも１つの光ビームを提供すること、
ｃ）少なくとも前記測定領域内に流体サンプルを提供すること、
ｄ）前記測定領域及び前記参照領域に沿って進行した後の前記少なくとも１つの光ビームによって提供される光パターンを、検出器によって検出すること、
ｅ）前記検出された光パターンから前記流体サンプル内の前記分析物の存在を導出すること、
を含む。
【０００５】
光学光ビームは、種々の方法で測定領域及び参照領域を横切って進行する。例えば、ビームは、デバイダー又は他のスプリッターによって、それぞれ測定領域及び参照領域を横切って進行する、測定ビーム及び参照ビームに分割することが可能である。代替的に、測定領域及び参照領域は一緒に、２つ以上の伝搬モードでのビームの通過を可能にする導波路構造を形成することが可能である。測定領域及び参照領域は、それにより、導波路構造のそれぞれの部分に割当てることができ、その例は以下で提供される。測定領域及び参照領域からの光学放射は、その後、例えば干渉によって互いに相互作用することができ、検出器の表面上に干渉パターン等のパターンをもたらす。受容体層をコーティングされる測定領域のセンサー表面上での分析物（例えば、分子、分子のアセンブリ、又は分子グループ、ウィルス、細菌、細胞等）の結合の結果として、各領域の光学挙動が変わることになり、各領域からの光ビームの特性の変化（例えば、位相変化）又は光ビーム伝搬モードの変化をもたらす。その結果として、干渉パターンは、変化を示すことになり、結果として得られるパターンは、検出器によって検出され、分析される。そこから分析物の存在（例えば、濃度、濃度の変化、発生、結合反応速度、受容体に対する親和性等）を導出することができる。
【０００６】
検出された光学パターンから流体サンプル内の分析物の存在を導出することは、測定領域と参照領域との間の差分信号を測定することを含むことができる。差分信号を測定することによって、測定領域及び参照領域の両方で発生する同様の作用が、実質的に互いに補償されることになる。検出器において、測定領域に沿って進行したビームと干渉領域に沿って進行したビームとの間の干渉からの干渉パターン等の光学パターンが生じる。干渉パターンは、検出器によって検出され、検出された干渉パターンに関してフーリエ変換（例えば、高速フーリエ変換ＦＦＴ）を実施すること等によって処理される。処理されたデータから、値（単一の値等）を導出することができる。例えば、フーリエ変換された干渉パターンから、問題の２つの領域間の干渉に関連する空間周波数ピークが選択され、選択された空間周波数ピークの位相は、単一の値で表される。それぞれの関連する領域の対について、複数の領域が使用される場合、その対の領域間の干渉を表す空間周波数ピークが選択される。それぞれのチャネルの対に対応する位相値は、所与の空間周波数におけるＦＦＴの位相部で抽出される。
【０００７】
中でも（a.o.）、受容体の非特異的結合部位に対する結合及び／又はセンサー表面に対する非特異的結合に由来する可能性がある非特異的結合は、通常、特異的結合と同時に発生し、また、測定領域の光学挙動の変化をもたらし、それにより、測定の特異性を減少させる検出パターンの更なる変化をもたらす。
【０００８】
測定の特異性を改善するために、前記ｃ）の前に、遮断流体（blocking fluid）を、測定領域及び参照領域に沿って提供することができる。遮断流体は、例えば、好ましくは分析物に結合する受容体層の能力を著しく変えることなく測定領域における非特異的結合を可能にし、かつ参照領域における非特異的結合を可能にする成分を含むことができる。遮断流体の例は、例えば、分析物を含まない血清、又は、非特異的結合を可能にするが、分析物を含まない成分を含む任意の他の流体を含む。この実施の形態では、参照チャネルはサンプルを備えることができるが、必ずしも備える必要はない。代わりに、流体サンプルは、測定領域だけに提供することもできる。それにより、参照流体（血清等、他の例は本明細書の他の箇所で提供される）を、参照チャネルに付着させることができる。明確にするために、遮断流体のより具体的な例は、たんぱく質Ａ、ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ：bovine serum albumine）、カゼイン、若しくはゼラチン、又はこれらの組合せが含まれるが、それに限定されない。理想的な条件下で、遮断流体はまた、非特定の受容体を含むことになり、非特定の受容体は、例えば、関心分析物に非特異的な抗体か、関心の分析物に特異的でないオリゴ（ＤＮＡ／ＲＮＡ）分子／ストリングか、又は関心分析物に特異的でない酵素とすることができる。参照領域及び測定領域における非特異的遮断についての状況をできる限り厳密に模倣すると、理想的には、唯一の差は、測定領域における特異的結合部位の存在である。換言すれば、参照領域及び測定領域をともに、最初に、遮断流体、例えば遮断流体に含まれる豊富なたんぱく質Ａでコーティングして、参照領域と同様に測定領域のセンサー表面に対する非特異的結合を減少させることができる。遮断流体は、それにより、（測定領域だけに存在する）受容体において、及び／又は、一般に測定領域及び／又は参照領域のセンサー表面において、例えば非特異的結合部位の大部分を飽和させることができる。こうした遮断流体の付着によって、測定領域及び参照領域はともに、最初に、非特定の成分でコーティングされ、検出される分析物をおそらく含む流体を提供することは、遮断流体の付着によって、非特異的結合が既にかなりの程度まで起こっているため、大抵は、特異的結合だけをもたらすことができる。遮断流体は、受容体が測定領域に提供される前又は提供された後に付着させることができる。例えば遮断流体がたんぱく質Ａを含む場合、受容体の提供前に測定領域に遮断流体を提供することによって、測定領域における受容体の改善された配向及びアンカリングをもたらすことができる。一方、測定領域に受容体を提供した後に遮断流体が付着される場合、実質的に測定チャネル内の受容体の特異的結合部位だけを開放したままにするために、受容体自体の上の非特異的結合部位を、遮断流体によって飽和させることができる。
【０００９】
さらに、修飾された受容体を参照領域内に提供することも可能であり、修飾された受容体は、分析物に結合するためのその特異的結合能力が除去される点で修飾される。それにより、測定領域と参照領域との間の類似性は、測定結果に及ぼす非特異的結合の影響を更に低減するように、更に改善することができる。
【００１０】
光ビームは、任意の適切なビーム、例えば、実質的にコヒーレントなビーム、実質的に単色のビーム、複数波長ビーム、又は、波長範囲にわたって実質的に連続して延在するスペクトルを有するビーム（白色光又は他のスーパーコンティニウム等）等を含むことができる。ビームは、任意の適切な波長範囲、例えば可視又は近赤外、赤外、紫外にあることができ、レーザー、半導体レーザーダイオード、スーパールミネセントダイオード、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器型（vertical-cavity）面発光レーザー）、偏光フィルター等の適切なフィルターを装備した発光ダイオード等のような任意の適切な光学源によって生成することができる。検出器は、ＣＣＤ（電荷結合素子）、又はＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）等の他の適切なカメラを備えることができ、また、例えばラインアレイ又は２次元ピクセルアレイによって形成することができる。検出されたパターンの処理は、適切なソフトウェアを備えた任意の適切な処理デバイス（例えば、マイクロコントローラー、マイクロプロセッサ、埋め込みコントローラー、パーソナルコンピューター、単一ボードコンピューター、携帯情報端末等）によって、又は、適切な専用電子回路によって実施することができる。処理は、画像捕捉中にリアルタイムに実施することができ、例えば、リアルタイム反応速度測定若しくはインライン生産分析の実施又は後の時点での実施を可能にする。適切な処理の例は、例えばS.Nakadate(1988)J.Opt.Soc.Am.A5,1258-1264に記載される。
【００１１】
白色光又はスーパーコンティニウムは、分析のナノメートル領域で、例えば検知表面のナノメートル距離でより多くの（正確な）情報が得られることを可能にすることができる。他の光ビームは、例えば、検知窓からより遠い距離で情報を得るのにより適することができる。
【００１２】
本発明の一実施の形態によれば、測定結果に及ぼす非特異的結合の影響は、低減することができる。その理由は、サンプル流体が測定領域（例えば、測定チャネル）並びに参照領域（例えば、参照チャネル）にもたらされることによって、特異的結合並びに非特異的結合がともに測定領域だけで起こる既知の構成と対照的に、非特異的結合が、両方のチャネルで起こることになるからである。測定領域並びに参照領域における非特異的結合の発生の結果として、検出器によって検出されるパターンに及ぼす非特異的結合の影響は、測定領域と参照領域との間の差分信号が主に特異的結合の影響に起因する場合があるため、少なくとも部分的に互いに補償することができる。結果として、非特異的結合に対する低い感度が生じ、したがって、測定の感度を改善することができる。
【００１３】
遮断流体が測定領域及び参照領域（例えばチャネル）内にもたらされ、流体サンプルが測定領域及び参照領域内にもたらされる場合、高精度の測定を提供することができる。遮断流体で測定領域だけでなく参照領域もコーティングすることによって、センサー表面上の非特異的結合部位に対する遮断流体成分の結合による同様の非特定の層は、測定領域及び参照領域の両方に不動化されることになる。この場合、測定領域で起こる結合イベント中に存在する可能性があるかく乱因子、例えば温度変化等は、参照領域の（光学）層構造が測定領域の（光学）層構造に可能な限り同じになるため、測定領域と参照領域との間でよりよく補償することができる。したがって、参照領域の温度変化によって生じる信号は、参照領域で遮断流体が使用されない状況と比較して、測定領域の温度変化によって生じる信号に近くすることができる。したがって、温度変化による信号の補償／打ち消しは、遮断流体が測定領域だけでなく、参照領域にも提供されると、より効果的にすることができる。この結果は、測定領域だけが遮断流体を与えられる状況と比較して、測定領域及び参照領域がともに遮断流体を与えられるときに、特異的結合について、より安定した差分信号を測定することができる。
【００１４】
特異的結合について測定されるセンサー信号の安定性に影響を及ぼす可能性がある別のかく乱因子は、弱く結合されている場合がある成分、例えば遮断流体の、測定領域のセンサー表面からの脱離／剥離であるが、抗体層からの脱離／剥離でもある。この因子は、上述した干渉ベースデバイス内で発生するため、特にフローシステムがセンサー表面のコーティング及び分析物サンプルの付着のために使用されるときに重要になる場合がある。参照領域に遮断流体を提供することは、測定領域のセンサー表面からの遮断流体成分の脱離／剥離による信号をほとんど補償する／打ち消す可能性がある、参照領域のセンサー表面からの遮断流体成分の脱離／剥離による匹敵する信号をもたらし、特異的結合に対応する、より安定した差分信号をもたらすことができる。
【００１５】
一実施の形態では、測定領域及び参照領域の両方に遮断流体を付着した後に、サンプル流体が、測定領域及び参照領域の両方に付着される。サンプル流体が、測定チャネル内だけでなく参照チャネル内にも提供される場合（測定チャネル及び参照チャネルはともに遮断流体で以前にコーティングされている）、上記で示したより安定した差分信号に次いで、サンプル流体と遮断流体との間のバルク効果の低減／補償を提供することができる。これは、サンプル流体の付着後のまさに最初の数分の間で分析物の存在を導出するために使用される、より正確な測定、例えば結合曲線の初期傾斜（傾き）の正確な推定をもたらすことができる。バルク効果という用語は、測定領域及び参照領域における同じ流体の代わりに、或る流体が測定領域内に付着され、異なる流体が参照領域内に付着されるときに、例えば遮断流体及びサンプル流体が付着されるときに生じる信号（すなわち、干渉パターンの差）として規定される。さらに、サンプル流体が、測定領域及び参照領域の両方に提供されるとき、特定の分析物以外の、サンプル流体成分によって生じる可能性がある更なる非特異的結合が、測定領域と参照領域との間で補償されることになり、したがって、特異的結合に対応する、より正確な差分信号に寄与する。測定領域に受容体を提供した後に遮断流体が付着される場合、実質的に測定チャネル内の受容体の特異的結合部位だけを開放したままにするために、受容体自体の上の非特異的結合部位を、遮断流体によって飽和させることができる。
【００１６】
一実施の形態では、差分測定が実施される。上記で説明したように、測定領域及び参照領域に沿って進行した光ビームから干渉パターンが得られる。差分信号を測定することによって、測定領域及び参照領域の両方で起こる同様の影響が、実質的に互いに補償されることになる。更なる実施の形態では、差分信号の経時的変化が測定され、それにより、干渉パターンの経時的変化が測定される。換言すれば、一実施の形態では、光学パターンは、測定領域及び／又は参照領域にサンプル流体を提供する前又は提供した後に前記ｄ）に従って検出され、前記ｅ）は、測定領域及び／又は参照領域にサンプル流体を提供する前又は提供した後に検出された光学パターンの変化から流体サンプル内の分析物の存在を導出することを含む。測定領域及び参照領域における同様の影響が実質的に互いに補償するため、また、好ましい実施の形態では、遮断流体が測定領域及び参照領域の両方にもたらされ、サンプル流体もまた測定領域及び参照領域の両方にもたらされるため、同様な条件が測定領域及び参照領域に提供され、結果として、干渉パターンにおいて観測されるいずれの変化も、測定領域内の関心分析物の存在（蓄積）に（ほぼ）完全に帰されるべきである。関心分析物が参照領域において特異的に結合しないため、また、測定領域における特異的に結合した分析物の存在によって、参照領域で起こらない測定領域の位相変化が生じるため、測定領域と参照領域との間の位相変化のこの差によって、干渉パターンの変化が生じる。その干渉パターンは、経時的に分析することができ、その変化は、測定領域内の関心分析物の濃度と直接的な関係を有する。（特に、遮断流体が測定領域及び参照領域にもたらされ、サンプル流体もまた測定領域及び参照領域にもたらされるときの）測定領域及び参照領域における同様な条件の結果として、かく乱因子は、かなりの程度まで互いに補償することになり、それにより、干渉パターンの変化は、測定領域における分析物の蓄積にほぼ完全に起因することになる。したがって、基礎になる方法の目的は、測定領域と参照領域との間に光学挙動の差を課すことであり、それにより、この差は、理想的には、測定領域内の関心分析物の特異的結合に完全に帰されるべきである。
【００１７】
より一般的な表現では、上記の原理を以下のように説明することができる。一実施の形態では、前記測定領域及び前記参照領域に沿って進行した後の前記少なくとも１つの光ビームによって提供される参照光パターンを、前記検出器によって、前記ｃ）の前に検出することを含み、
前記ｄ）は、少なくとも前記測定領域内への前記流体サンプルの提供中又は提供後に少なくとも１回実施され、
前記ｅ）は、
前記参照光パターンの特性を、前記ｄ）で検出された前記光パターンの前記特性と比較し、該比較から前記分析物の存在を得ることを含む。
【００１８】
関心分析物が参照領域において特異的に結合しないため、また、測定領域における特異的に結合した分析物の存在によって、参照領域で起こらない測定領域の位相変化が生じるため、測定領域と参照領域との間の位相変化のこの差によって、光学パターン（例えば干渉パターン）の変化が生じる。その光学パターンを経時的に分析し、流体サンプルを付着させる前に得られた（参照）光学パターンと比較することができ、その変化は、測定領域内の関心分析物の濃度と直接的な関係を有する可能性がある。（排他的ではないが、特に、遮断流体が測定領域及び参照領域にもたらされ、サンプル流体もまた測定領域及び参照領域にもたらされるときの）測定領域及び参照領域における比較的同様な条件の結果として、かく乱因子は、かなりの程度まで互いに補償することになり、それにより、干渉パターンの変化は、測定領域における分析物の蓄積にほぼ完全に起因することになる。上の段落で述べた更なる影響は、本実施の形態に同様に適用することができる。参照光学パターンは、本明細書では、測定領域（及びおそらく参照領域）内への流体サンプルの付着前に検出される光学パターン若しくは干渉パターン又は任意の他の同様な表現としても呼ぶことができることが留意される。したがって、参照光学パターンという用語は、前記ｃ）においてサンプル流体を提供する前に検出される光学パターンとして理解される。
【００１９】
パターンを迅速に分析しながら正確な結果を達成するために、一実施の形態では、前記光パターン及び前記参照光パターンの前記特性は、前記光パターンの（例えば高速フーリエ変換によって取得された）空間周波数スペクトル内に周波数成分の位相を含み、該周波数成分は、前記測定領域に沿って進行した前記少なくとも１つの光ビームと前記参照領域に沿って進行した前記少なくとも１つの光ビームとの間の干渉からのものである。
【００２０】
センサーデバイスの感度をしばしば制限する別のかく乱因子は、例えば分析される必要があるサンプル溶液がセンサー表面にもたらされるときに起こる、例えば温度変化によるドリフトの存在である。ドリフトはまた、環境の温度変化、結合イベント中の熱交換等によって生じる可能性もある。ドリフトによる信号は、特異的結合による信号と同時に起こるため、結合イベントの時間枠の間に、特異的結合信号とドリフト信号とを区別することは、ほとんど不可能である。これによって、センサーの特異性及び感度の更なる減少が生じる場合がある。
【００２１】
本方法の更なる実施の形態では、第２の参照領域が設けられ、前記ｄ）は、前記参照領域と前記第２の参照領域との間の偏差（deviation）を測定することを更に含み、前記ｅ）は、前記参照領域と前記第２の参照領域との間の、前記ｄ）で測定された前記偏差から、乱れを推定し、該推定された乱れについて前記分析物の存在に関する情報を補正することを更に含む。
【００２２】
この概念を使用して、（例えば、温度の影響による）ドリフト等の乱れ、非特異的結合の影響、又は他の影響は、参照領域と第２の参照領域との間の測定値を使用してこの乱れを補正するために適用することができる情報を得ることによって、少なくとも部分的に補正することができる。
【００２３】
例として、ドリフトの影響は、参照領域と第２の参照領域との間のドリフトを測定し、参照領域と第２の参照領域との間の測定されたドリフトから測定領域と参照領域との間のドリフトを推定することによって、少なくとも部分的に補償することができる。
【００２４】
正確な推定を行うために、流体サンプルを提供する前に、すなわち、前記ｃ）の前に、第１のドリフトを測定領域と参照領域との間で測定することができ、第２のドリフトを参照領域と第２の参照領域との間で測定することができる。それにより、ドリフトの関係を、第１のドリフトと第２のドリフトとの間で確定することができる。これらのドリフト測定は、領域のそれぞれにおいて同様の条件を得るために、領域の１つ又は複数で、好ましくは領域のそれぞれ１つで参照流体によって実施することができる。それにより、参照流体を、実際には、サンプル流体をできる限り厳密に模倣するように選択し、理想的には、参照流体とサンプル流体との間の唯一の差を、サンプル流体内の分析物の存在の可能性に起因させるようにすることができる。ドリフト測定を実施した後、サンプルは、少なくとも測定領域に提供される。参照領域に対する測定領域の測定が実施される。さらに、第２の参照領域に対する参照領域の測定が実施される。このとき、測定領域と参照領域との間の測定中に起こるドリフトは、確定されたドリフトの関係、及び、参照領域と第２の参照領域との間の測定（参照領域と第２の参照領域との間の測定中に起こるドリフトを表す）から推定することができる。このとき、測定領域と参照領域との間の測定（理想的には、分析物の結合のみを表すべきである）は、これらの領域間の推定されたドリフトについて補正することができ、これによって測定精度に対するドリフトの悪影響を低減することができる。換言すれば、参照領域と第２の参照領域との間で測定されるドリフト信号を、測定領域と参照領域との間で起こるドリフトを確定又は推定するために使用することができるため、特異的結合信号におけるドリフトの影響を低減することができる。これは、例えば、分析物を含む流体サンプルの付着前に、領域のそれぞれの対について、測定された信号間の関係を確定することによって達成することができる。参照流体の例は、限定はしないが、分析物を含まない血清、たんぱく質Ａ又はＢＳＡを含む溶液を含むか、又は、更にはＰＢＳ（リン酸緩衝食塩水（phosphate buffered saline））等の純粋緩衝液からなることができる。明確にするために、実際のサンプル―おそらく分析物を含む―は、（第１の）参照領域及び測定領域に導入されるが、好ましくは第２の参照領域に導入されないことになる。この第２の参照領域は、好ましくは参照流体にさらされることになり、それにより、参照流体は、（第１の）参照領域及び測定領域でサンプルが導入されるときの間、第２の参照領域に同時に又は順次にもたらされる。
【００２５】
第２の参照領域を提供するという上記概念は、２つ以上の乱れを考慮することができるように第３の参照領域の追加等によって繰返すことができる。
【００２６】
一実施の形態では、第３の参照領域が設けられ、
前記ｄ）は、前記第２の参照領域と前記第３の参照領域との間の偏差を測定することを更に含み、
前記ｅ）は、前記第２の参照領域と前記第３の参照領域との間の、前記ｄ）で測定された前記偏差から、更なる乱れを推定し、前記測定領域と前記参照領域との間の該推定された乱れについて前記参照領域と前記第２の参照領域との間の前記偏差を補正することを更に含む。
【００２７】
例として、測定中、第２の参照領域及び第３の参照領域は参照流体を提供され、一方、測定領域及び参照領域はサンプルを提供される。第２の参照領域と第３の参照領域との間の偏差の測定は、ドリフトの影響の指示を提供する。（第１の）参照領域と第２の測定領域との間の偏差の測定は、（サンプルが参照領域だけに存在するため）ドリフトの影響及び非特異的結合が影響の結合したものを提供する。このとき、測定領域と参照領域との間の測定は、ドリフトの推定（おそらく、上述した確定済みドリフト関係と組合せて、第２の参照チャネルと第３の参照チャネルとの間の測定から得られる）について、及び非特異的結合の影響について補正することができる。
【００２８】
明確にするために、こうした実施の形態では、おそらく分析物を含むサンプルは、好ましくは、第２または第３の参照領域に導入されないことになる。これらの参照領域は、好ましくは、参照流体に暴露される。第２の参照領域と第３の参照領域との間で測定されるドリフト信号を、測定領域と（第１の）参照領域との間で起こるドリフトを確定又は推定するために使用することができるため、特異的結合信号におけるドリフトの影響は低減することができる。同様に、特異的結合信号に対する（第１の）参照領域内の分析物の考えられる非特異的結合の寄与は、（第１の）参照領域と第２の参照領域との間のドリフト信号を補正／低減することによって低減することができる。
【００２９】
これは、例えば、分析物を含む流体サンプルの付着前に、領域のそれぞれの対について、測定された信号間の関係を確定することによって達成することができる。
【００３０】
更なる実施の形態では、前記ｅ）は、測定曲線の初期傾斜（傾き）を確定し、確定された初期傾斜から分析物の存在を導出することを含む。それにより、初期傾斜は、分析物の濃度を外挿するために使用することができる。
【００３１】
通常、受容体に対する分析物の結合は、ゆっくりであり、結合の飽和が達成されるまでに、最大数時間かかる場合がある。（検出されたパターンから導出される）測定領域と参照領域との間の分析物結合曲線等の測定曲線の初期傾斜を確定することによって、数分等の比較的短い時間枠内で初期傾斜から分析物の存在及び／又は濃度を導出することを可能にすることができる。したがって、測定曲線の飽和は、分析物の濃度を迅速に確定するために必要とされない場合があり、一方、初期傾斜の急峻さは、濃度に直接関連する。これは、以下で更に説明される。
【００３２】
なお更なる実施の形態では、本方法は、除去プロセスによって前記受容体層から前記分析物の少なくとも一部を除去する更なるステップを含み、前記光パターンは、前記除去の前及び後に検出される。それにより、測定が分析物の除去の前及び後で実施されるため、精度を更に向上させることができる。分析物の除去は、除去によって得られる信号変化が除去プロセスによって剥離された分析物粒子の量に帰すことができるため、分析物の結合の影響と、非特異的結合、ドリフト、及び他の因子とを区別する能力を改善する。任意の適切な除去プロセス、例えば、ＨＣｌ酸性溶液又はイオン勾配溶液又は競合分子を含む溶液等の専用溶液を提供することを適用することができ。こうした実施の形態では、参照流体を参照領域に沿って付着させることができ、参照領域及び測定領域に沿って、例えば同時に、除去プロセスを更に実施することができる。それにより、除去プロセス中の測定領域からの非特定の成分の考えられる除去は、参照領域からの非特定の成分の除去によって補償することができる。
【００３３】
こうした実施の形態の別の構成では、前記参照流体が、前記第２の参照領域に沿って更に付着され、前記除去プロセスが、前記第２の参照領域に沿って更に実施され、前記ｅ）が、前記参照領域と前記第２の参照領域との間で測定されたドリフトから前記測定領域と前記参照領域との間のドリフトを導出し、前記測定領域と前記参照領域との間の前記導出されたドリフトについて前記分析物の存在に関する情報を補正することを含むことが更に可能である。それにより、第２の参照領域が適用される上述した実施の形態と類似して、参照領域と第２の参照領域との間の差分信号（温度変化及び他のかく乱因子によって生じる可能性がある）を、測定領域と参照領域との間のドリフト信号を補正するために更に使用することができる。
【００３４】
なお更なる実施の形態では、前記光ビームは、少なくとも２つのスペクトル的に別個の波長範囲又は偏光範囲を含み、前記検出は、該波長範囲又は該偏光範囲のそれぞれについて実施される。その範囲は、例えばそれぞれ、特定の波長及び／又は偏光を含むことができる。異なる波長及び／又は異なる偏光の場合、結合をもたらす種々の成分（例えば、ウィルス、たんぱく質、タンパク質アセンブリ又はたんぱく質グループ、細菌、細胞）が異なる寸法を有する可能性があるため、種々の結合イベントについて異なる感度を得ることができる。複数の波長及び／又は偏光を使用するとき、異なる波長及び／又は偏光において異なる応答から異なる寄与（特異的結合、非特異的結合等）の影響を確定するために、異なる感度を適用することができる。これらの感度の差を利用して、一実施の形態では、３つの別個の波長範囲が、光ビームに含まれ、前記ｅ）は、波長のそれぞれについて、検出された光学パターンから、分析物結合、非特異的結合、及びバルク屈折率を確定することを含む。
【００３５】
一実施の形態では、本方法は、前記測定領域及び前記参照領域から光の散乱を検出し、該検出された光散乱及び／又は局所強度分布を、前記ｅ）において前記分析物の存在を導出するために、前記検出された光パターンと組合せることを更に含む。それにより、測定領域内の特異的結合イベントに関する更なる情報を、散乱信号及び空間輝度分布から得ることができ、測定精度及び感度の更なる改善を可能にする。
【００３６】
本発明の更なる実施の形態によれば、バルク効果の補償を提供することができる。それに対して、測定領域と参照領域との間のバルク効果が測定され、サンプル流体が測定領域にもたらされ、参照流体が参照領域にもたらされ、測定領域と参照領域との間の干渉パターンが検出され、メモリに記憶される（例えば、パターンを記憶することによる、又は、高速フーリエ変換スペクトルの周波数ピークの位相値等の、干渉パターンの高速フーリエ変換から得られる関連情報を記憶することによる）。測定が実施され、それにより、サンプルが測定領域内にあり、参照流体が参照領域内にあるとき、バルク効果を表す記憶済み情報は、バルク効果を補正するために、すなわち、干渉パターンに対する異なる流体の寄与のために適用することができる。
【００３７】
例として、参照領域において、ＲＮＡストリング（プローブ）を有するＰＢＳ緩衝液がもたらされる。測定領域において、ＲＮＡストリング（プローブ）及びおそらくその存在が検出される相補的ストリングを含むサンプル（血清等）がもたらされる。抗体が、測定領域と参照領域に提供される。ＲＮＡストリング、及び存在する場合、相補的ストリングは、標識（ｔａｇ）によって抗体に結合される。測定領域及び参照領域における異なる流体の影響を表す記憶済み値（複数の場合もあり）は、測定された干渉パターンを補正するために適用して、それによって干渉パターン及び測定に対する異なる流体の影響を実質的に除去し、分析物の結合の寄与がより正確に測定されるようにすることができる。測定領域と参照領域の両方において、ＲＮＡプローブは、標識によって抗体に結合する。しかし、測定チャネルにおいてだけ、相補的ＲＮＡ／ＤＮＡ（すなわち、分析物）がプローブに結合し、そのプローブが標識を有する。この標識は、その後、チップ表面上の抗体に結合される。
【００３８】
上記方法では、血清等のサンプル流体は、両方の領域内の状況をできる限り近い状態に維持するために、測定領域及び参照領域の両方にもたらされる可能性もある。その場合、参照領域内のプローブは、参照領域内での分析物のどんな結合をも回避するためにダミーであるべきである。両方の測定方法は、より多くの情報を、その後、より高い精度を得るために、同時に適用することもできる（それにより、これも以下で述べるように、２つの参照領域が必要とされる）。
【００３９】
本発明の更なる態様によれば、流体サンプル内の分析物を検出するための測定システムであって、
測定領域及び参照領域であって、該測定領域には前記分析物を結合するための受容体が与えられる、測定領域及び参照領域と、
前記測定領域及び前記参照領域に沿って進行するように少なくとも１つの光ビームを生成するための光源と、
前記参照流体及び／又は前記流体サンプルを前記測定領域及び前記参照領域内に提供するための流体供給部と、
前記測定領域及び前記参照領域に沿って進行した後に、前記少なくとも１つの光ビームによって提供される光パターンを検出するための検出器と、
前記検出された光パターンから前記流体サンプル内の前記分析物の存在を導出するためのデータ処理デバイスと、
を備える、流体サンプル内の分析物を検出するための測定システムが提供される。
【００４０】
測定システムによって、同じ又は同様の利点を、本発明による方法の場合と同様に達成することができる。さらに、同じ又は同様の実施の形態を提供することができ、それぞれが、本発明による方法の場合と同様に同じ又は同様の利点を提供する。
【００４１】
一実施の形態では、少なくとも測定領域及び参照領域が、平面構造（チップ構造とも呼ばれる）上に設けられ、測定システムは、チップ構造を置換可能に保持する保持手段を備える。それにより、多用途測定システムを作成することができ、測定は、測定される特定の分析物について適した受容体をそれぞれが備える対応するチップ構造を利用することによって、様々な分析物について実施することができる。種々のサンプルは、それぞれのチップ構造上にサンプルをそれぞれ設け、チップ構造を（例えば次々に）測定システム内に設置することによって、それぞれのチップ構造によって分析することができる。サンプルの相互汚染は、異なるサンプルがそれぞれ異なるチップに付着される点で防止することができる。全く同じチップ上の異なる（測定）部分に異なるサンプルを付着させることもできる。
【００４２】
平面構造（チップ構造とも呼ばれる）は、半導体材料パターニング及びエッチングプロセスで部分的に製造することができ、それにより、適度なコストでそれらを供給することを可能にする。代替的に、他の（光学的に）適した材料を適用することができる。種々の分析物を検出するために、こうしたチップのそれぞれの測定領域上に異なる受容体を設けることができる。比較的コストが低いことによって、使い捨てが可能になり、それにより、扱いが容易になり、それぞれの測定後の再生／クリーニングが不要になる。
【００４３】
流体供給部は、リザーバー、例えば分析される流体の（少）量を保持するためのマイクロリザーバーを備えることができ、流体は、その後、例えば、チップの一部を形成し、また、１つの参照領域／チャネル又は１つの測定領域／チャネル、（マイクロ）流体ポンプ、ガス圧を特にアドレス指定される／それらに結合される（マイクロ）流体チャネルを備える（マイクロ）流体システムを通して、毛管力によって測定及び／又は参照領域／チャネルに提供される。流体は、チップの１つ又は複数の特定の部分の上を連続して流すことができる。チップは、以下で説明するように、使い捨てとすることも、再使用を可能にすることもできる。測定領域及び参照領域がチップ構造上に設けられ、測定システムが、チップ構造を置換可能に保持するための保持手段を備えるという特徴は、本発明による測定システムだけでなく、任意の他の干渉計ベース測定システムでも適用することができる。したがって、こうした測定システムはまた、
流体サンプル内の分析物を検出するための測定システムであって、
測定領域及び参照領域であって、該測定領域には分析物を結合するための受容体が与えられる、測定領域及び参照領域と、
前記測定領域及び前記参照領域に沿って進行させるために少なくとも１つの光ビームを生成するための光源と、
少なくとも測定領域内に前記流体サンプルを提供するための流体供給部と、
前記測定領域及び前記参照領域に沿って進行した後の前記少なくとも１つの光ビームによって提供される光パターンを検出するための検出器と、
前記検出された光パターンから前記流体サンプル内の前記分析物の存在を導出するためのデータ処理デバイスと、
を備え、
少なくとも測定領域及び参照領域は、チップ構造上に設けられ、該測定システムは、チップ構造を置換可能に保持するための保持手段を備える、流体サンプル内の分析物を検出するための測定システムとして述べることもできる。
【００４４】
流体供給部は、（置換可能な）チップ構造に接続するか又は該チップ構造内に含めることもでき、それにより、例えば流体供給部内の以前のサンプルの残りによって次のサンプルが汚染されることを防止するために、少なくとも部分的に（チップによって）置換可能である。流体供給部のリザーバーは、各チップがそれ自身のリザーバーを有するようにチップに接続するか又は該チップに含めることができる。しかし、代替として、別個のリザーバーを設けてもよい。
【００４５】
ホルダーによって流体供給部を少なくとも測定領域に整列させるために、チップ構造及び流体供給部をホルダーによって保持することができる。
【００４６】
本発明の上記の及び他の実施の形態では、例えば、前処理し、液体、例えばＰＢＳ緩衝液内に希釈することができる、流体サンプル溶液、例えば身体／動物／植物流体（血清、血漿、血液、痰等）、ミルク（乳）、飲料若しくは廃水等の液体、蒸気又は空気等のガスにおいて高度に特異的でかつ高感度の分析物検出のための方法及び測定システムが提供される。ガスサンプル内に存在する分析物は、こうして、液体内に溶解され、これをその後分析することができる。
【００４７】
ガスは、所与のガス成分、例えばＣＯ２、有害ガス等に対して特異的であるガス吸収層を使用して検出することもできる。
【００４８】
本発明の更なる利点、実施形態、及び効果は、本発明の非制限的な実施形態が述べられる、添付図面及び対応する説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１Ａ】干渉ベースセンサー及び干渉ベースセンサーで起こる分析物結合の全体的な概略図である。
【図１Ｂ】干渉ベースセンサー及び干渉ベースセンサーで起こる分析物結合の全体的な概略図である。
【図２Ａ】本発明の種々の実施形態を示すための様々な測定方式のうちの１つにおける分析物結合の概略図である。
【図２Ｂ】本発明の種々の実施形態を示すための様々な測定方式のうちの１つにおける分析物結合の概略図である。
【図２Ｃ】本発明の種々の実施形態を示すための様々な測定方式のうちの１つにおける分析物結合の概略図である。
【図２Ｄ】本発明の種々の実施形態を示すための様々な測定方式のうちの１つにおける分析物結合の概略図である。
【図２Ｅ】本発明の種々の実施形態を示すための様々な測定方式のうちの１つにおける分析物結合の概略図である。
【図３】本発明の種々の実施形態を適用することができるヤング干渉計ベースセンサーの概略図である。
【図４】本発明の種々の実施形態を適用することができるマッハツェンダー干渉計ベースセンサーの概略図である。
【図５】本発明の種々の実施形態を適用することができるマルチモード干渉ベースセンサーの概略図である。
【図６Ａ】本発明の種々の実施形態を示すための様々な測定方式のうちの１つにおける分析物結合の概略図である。
【図６Ｂ】本発明の種々の実施形態を示すための様々な測定方式のうちの１つにおける分析物結合の概略図である。
【図６Ｃ】本発明の種々の実施形態を示すための様々な測定方式のうちの１つにおける分析物結合の概略図である。
【図６Ｄ】本発明の種々の実施形態を示すための様々な測定方式のうちの１つにおける分析物結合の概略図である。
【図７】本発明の実施形態を示すための分析物結合の概略図である。
【図８】本発明の種々の実施形態を示すための干渉検知構成の概略図である。
【図９】本発明の実施形態による測定システムの概略図である。
【図１０Ａ】本発明の実施形態で適用されるラブオンチップシステムの実施形態を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施形態で適用されるラブオンチップシステムの実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態による可搬型検出器の概略図である。
【図１２Ａ】本発明の実施形態による分析物の検出の時間表である。
【図１２Ｂ】本発明の実施形態による分析物の検出の時間表である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
非特異的結合の評価／低減
図１Ａは、干渉ベースセンサーの全体的な図の平面図を示す。干渉ベースセンサーでは、（単色）光源ＬＳＯ、例えばレーザーからの光ビームは、通常、光学（チャネル）導波路構造ＷＧＳに結合される。通常、３つの層、すなわち、基板層ＳＵＢ、コア層ＣＯＲ、及びカバー層ＣＯＶ（図１Ｂに示す導波路構造ＷＧＳの側面図を参照）からなる導波路構造ＷＧＳにおいて、光の誘導は、コア層とクラッディング（図１Ｂに示す基板層ＳＵＢ及びカバー層ＣＯＶ）との間の適切な屈折率コントラストにより実施される。コア層の高い屈折率は、（スラブ）導波路を通した光の伝搬を可能にするように、コア−クラッディング界面における光の全反射を可能にする。
【００５１】
導波路構造の上部で、複数の、例えば２つの検知領域を、例えば上部カバー層ＣＯＶを局所的に除去することによって実装することができる。検知領域の一方は測定領域ＭＲＧの役割を果たすことができ、他方は、参照領域ＲＲＧとして使用することができる。測定領域ＭＲＧ及び参照領域ＲＲＧを通って伝搬する光ビームは、例えばスクリーン（この例では、光学検出器ＤＥＴの表面）上で互いに干渉し、干渉パターンを生成する。測定領域は、通常、抗体等の受容体ＲＥＣでコーティングされて、流体システムを介して測定領域を通して流される所与の溶液内に存在する分析物ＡＮＡの特異的な検出を可能にする。図１Ｂを参照すると、導波モードＭＯＤのエバネセント場によってプロービングされる、測定領域内の抗体をコーティングした導波路表面に結合する特定の分析物ＡＮＡは、干渉パターンの変化として測定される対応する位相変化を生じる。干渉パターンの分析は、測定領域上で結合した分析物の量に関する情報をもたらすことができる。干渉パターン（複数の場合もあり）のこの分析は、関心分析物（複数の場合もあり）を含む可能性があるサンプルを、光導波路構造の表面（の特定の領域）に提供する前、提供する間、提供した後に干渉パターンを比較することからなることができる。干渉ベースデバイスの種々の構成は、例えば、C.Stamm他(1993)Sensors and Actuators B 11,177-181、R.G.Heidman他(1993)Sensors and Actuators B 10,209-217、A.Brandenburg他(1994)Applied Optics 33(25),5941-5947、H.Helmers他(1996)Applied Optics 35(4),676-680、A.Ymeti他(2003)Applied Optics 42,5649-5660、G.H.Cross他(2003)Biosensors and Bioelectronics 19(4),383-390に記載されている。
【００５２】
複数の検知領域を有する（バイオ）センサーデバイスにおいて、検知領域のうちの１つの表面は、最初に、受容体層（測定領域）でコーティングすることができる。本明細書では、受容体という用語は、分析物に特に結合する物質として理解されうる。分析物という用語は、例えば化学的又は生物学的成分（限定はしないが、微生物、たんぱく質、ペプチド、ＤＮＡ／ＲＮＡ、又はその組合せ）を指すことができる。（バイオ）センサーデバイスにおいて、センサー表面に不動化される、受容体層、例えば、抗体層、特定の分析物に相補的であるＤＮＡ／ＲＮＡ断片、酵素、又は他の特に分析物結合する物質が、分析される必要がある所与のサンプル溶液内に存在する特定の分析物粒子と選択的に結合／相互作用するために使用される。別の例は、受容体層におけるＣＯ２（ガス）結合である。受容体層の機能は、他の非特定の成分、例えばたんぱく質、（ウィルス、細菌、酵母等のような）微生物、ＤＮＡ分子、鉱物イオン等も存在する、血清、血液、ミルク（乳）等のような非常に複雑なサンプル内で特定の分析物が検出される必要があるときに特に重要である。用途、構成、及び他の状況に応じて、受容体層は、安定であり、非特異的結合部位を持っていないか又はそれが最小であり、再現性よく不動化することができ、高密度の活性受容体を有することが望ましい場合がある。
【００５３】
測定領域における受容体層の不動化は、チップ材料に依存する異なる技法を使用して実施することができる。例えば、シリコン（Ｓｉ）に基づくチップの場合、たんぱく質Ａをコーティングしたセンサー表面に対する結合を使用することができる。たんぱく質Ａをコーティングしたセンサー表面は、結合を促進し、更なる分析物結合のために受容体の適切な配向を高めるべく使用することができる。さらに、たんぱく質Ａでセンサー表面をコーティングすることによって、センサー表面に対する非特異的結合の減少をもたらすことができる。たんぱく質Ａは例として与えられる。他のたんぱく質又は物質は、たんぱく質Ａと同じ又は同様の機能を示すことができ、すなわち、Ｓｉ表面におけるカバー層を形成し、それにより、この表面に対する非特異的結合を低減し、所望の方法で受容体を結合させ配向させるための、抗体等の受容体のための適切なアンカーポイントとして働く。受容体層の不動化のための他の技法、例えば、センサー表面上での物理吸収もまた使用することができる。物理吸収は、中でも、例えばシラン化処理されたセンサー表面に対する疎水性相互作用及び水素結合又は共有結合に基づく。
【００５４】
測定領域が特定の受容体でコーティングすることができるのに対し、更なる第２の領域（参照領域とも呼ばれる）は、たんぱく質Ａ又はたんぱく質Ａと同様の機能を示す別のたんぱく質若しくは分子だけでコーティングすることができる。これは、遮断流体として上述される。体液サンプル、例えばバイオマーカー等の特定の分析物を含む血清は、図２Ａに概略的に示すように、両方の領域に（同時に）付着させることができる。参照領域ＲＲＧのセンサー表面をたんぱく質Ａでコーティングすることはまた、この血清成分の場合、測定領域ＭＲＧと類似して、非特異的結合の低減に寄与することができる。通常、サンプルが測定領域だけに付着され、したがって、センサー表面上で不動化された受容体層に対する分析物の特異的結合によって生じるセンサー信号と、センサー表面に対するサンプル溶液内の他の成分の結合によって生じる非特異的信号とを区別することが可能でない、既知の測定手法と比較して、この方式は、測定領域と同様にたんぱく質Ａでそのセンサー表面をコーティングすることによって同様に低減される、参照領域で起こる非特異的結合が、測定領域で同時に起こる非特異的結合をほとんど補償できるという有利な効果を提供する。したがって、測定領域と参照領域との間で測定される差分信号は、これらの両方の領域内でのセンサー表面に対するサンプル内の他の成分の匹敵する非特異的結合を考慮して、主に、測定領域内の受容体層上の分析物の特異的結合によって生じる。
【００５５】
更なる実施形態が、図２Ｂを参照して示される。この測定方式の更なる用途において、測定領域ＭＲＧ及び参照領域ＲＲＧはともに、例えば、この場合、測定領域及び参照領域の両方において、センサー表面に対する非特異的結合を低減するために、最初に遮断流体でコーティングし、その後、非特異的結合部位を遮断するために使用される、参照流体（複数の場合もあり）の１つ又は組合せ（同時又は順次）からなる、「清浄な（clean）」血清サンプル（測定される特定の分析物を持たない血清）又は他の（ポスト）遮断剤／溶液でコーティングすることができる。一般的に使用される遮断剤／溶液には、ＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）、血清、脱脂粉乳、カゼイン、ＰＢＳ内のゼラチン等が含まれるが、それに限定されない。こうして、センサー表面上の及び／又は受容体の非特異的結合部位に対する非特異的結合を、なお更に低減することができる。次に、体液サンプル、例えば特定の分析物を含む血清を、両方の領域に付着させることができる。この構成において、測定領域及び参照領域の両方が、「清浄な」血清サンプル内に存在する非特定の成分で、最初に完全にコーティングされるため、特定の分析物を含む血清の添加は、測定領域内で不動化された抗体層に対する特定の分析物の結合によって生じるセンサー信号を主にもたらすことができる。一方、サンプル内の他の成分の結合によって生じる更なる非特異的信号は、非特異的結合領域／部位の大部分が既に占有／遮断されているため、特異的結合に比べて無視できる又はずっと低いと予想される。こうして、この測定方式では、測定領域と参照領域との間で更に補償される低い非特異的信号が、したがって、特異的結合に対応するより正確な信号に寄与することができる。
【００５６】
更なる実施形態が、図２Ｃを参照して説明される。更なる測定方式において、例えばたんぱく質Ａでプレコーティングされた、更なる第２の参照領域ＲＲＧ２を、「清浄な」血清サンプルで更にコーティングすることができる。ここでたんぱく質Ａをコーティングすることは、センサー表面に対する非特異的結合を低減すること、及び／又は、受容体分子を適切に配向させること等の、測定領域ＭＲＧ及び参照領域ＲＲＧの場合と同様の目的を有しうる。清浄血清に対する更なる暴露は、参照領域及び測定領域における場合と同様に、結果として得られる任意の非特異的結合をまた更に低減することができる。参照領域ＲＲＧと第２の参照領域ＲＲＧ２との間で生じる場合がある差分信号は、主に、いわゆるドリフトをもたらすこれらの領域間の温度差に起因する。他の因子は、光学セットアップにおけるアライメントのドリフトを含むことができる。温度差は、環境の温度変化、例えば通風によって生じる可能性がある。これらの領域に流されるサンプル溶液の温度差は、領域間の温度差ももたらす場合がある。さらに、温度差は、例えば、周囲との熱交換が起こる場合がある測定領域で結合イベントが起こるために起こる可能性がある。測定領域のドリフトによる信号は、結合イベントの時間枠内で特異的結合による信号と同時に起こるため、特異的結合による信号とドリフトによる信号とを区別することはほとんど不可能である。この測定方式において、参照領域と第２の参照領域との間で測定されるドリフト信号を使用して、測定領域の特異的信号に加えて、測定領域と参照領域との間で同時に起こるドリフト信号を補正／推定することができる。これは、例えば、特定の分析物を含むサンプル溶液の付着の前に検知領域のそれぞれの対について信号間の関係を確定することによって達成することができる。したがって、この測定方式におけるドリフト信号の補正／低減は、特異的結合について測定される信号の精度の更なる改善をもたらすことができる。
【００５７】
ドリフト補正は、少なくとも３つの検知（１つの測定及び２つの参照）領域を有する（バイオ）センサーデバイスにおいて適用することができる。この補正は、測定領域と２つの参照領域との間の差分信号が、例えば同時に又は順次に取得される場合に可能とすることができる。サンプル（おそらく分析物を含む）が、好ましくは、第２の参照領域に接触させられず、一方、このサンプルが、好ましくは、第１の参照領域及び測定領域（複数の場合もあり）に接触させられることが留意される。
【００５８】
更なる実施形態が、図２Ｄを参照して示される。更なる測定方式において、遮断流体で（例えば、たんぱく質Ａで）プレコーティングされる、更なる第３の参照領域ＲＲＧ３を、「清浄な」血清サンプルで更にコーティングすることができる。ここでたんぱく質Ａでコーティングすることは、測定領域、参照領域、及び第２の参照領域の場合と同様の目的、すなわち、これらの領域のセンサー表面に対する非特異的結合を低減するという目的を有する。
【００５９】
第２の参照領域ＲＲＧ２と第３の参照領域ＲＲＧ３との間で生じる場合がある差分信号は、主に、いわゆるドリフトをもたらすこれらの領域間の温度差及び他のかく乱因子に起因し、一方、参照領域と第２の参照領域との間の差分信号は、ドリフト信号をもたらすこれらの領域間の温度差及び他のかく乱因子、並びに、参照領域のセンサー表面における分析物の何らかの非特異的結合に起因する。
【００６０】
測定領域と参照領域との間で生じる場合がある差分信号は、測定領域のセンサー表面における分析物の特異的結合、測定領域と参照領域との間のドリフト信号、並びに参照領域のセンサー表面における分析物の非特異的結合に起因する。測定領域と参照領域との間のドリフトによる信号は、結合イベントの時間枠内で、測定領域における分析物の特異的結合及び参照領域における分析物の非特異的結合による信号と同時に起こるため、測定領域における分析物の特異的結合、参照領域における分析物の非特異的結合によるセンサー信号と、測定領域と参照領域との間のドリフトによるセンサー信号とを区別することはほとんど不可能である。この測定方式において、第２の参照領域と第３の参照領域との間で測定されるドリフト信号を使用して、測定領域と参照領域との間で起こるドリフト信号のみならず、参照領域と第２の参照領域との間で同時に起こるドリフト信号を補正／推定することができる。これは、例えば、特定の分析物を含むサンプル溶液の付着の前に、領域のそれぞれの対について信号間の関係を確定することによって達成することができる。参照領域と第２の参照領域との間のドリフト信号を補正／低減することによって、参照領域における分析物の非特異的結合を推定することができる。さらに、測定領域と参照領域との間のドリフト信号を補正し、参照領域における分析物の非特異的結合を推定することによって、この測定方式は、測定領域における分析物の特異的結合について測定される信号の精度の更なる改善をもたらすことができる。
【００６１】
この方式は、この少なくとも４つの検知（１つの測定及び３つの参照）領域を有する（バイオ）センサーデバイスにおいて、また、測定領域と３つの参照領域との間の干渉信号が、例えば同時に又は順次に取得される場合に適用することができる。
【００６２】
そのため、上記実施形態において、検出される分析物をおそらく含むサンプルは、好ましくは、第２の参照領域及び第３の参照領域に接触させられず、一方、このサンプルは、好ましくは、第１の参照領域及び測定領域（複数の場合もあり）に暴露されることになる。
【００６３】
更なる測定方式において、例えば、少なくとも５つの検知領域／チャネル（１つの測定領域／チャネル及び４つの参照領域／チャネル）を有するマルチチャネルＹＩベースセンサー又は任意の他の干渉構成内の更なる第４の参照チャネルが、遮断／参照流体、例えばたんぱく質Ａで（プレ）コーティングされ、それは、測定チャネル、（第１の）参照チャネル、第２の参照チャネル、及び第３の参照チャネルの場合と同じ目的、すなわち、これらのチャネルのセンサー表面に対する非特異的結合を低減するという目的を有する。第４の参照領域において、分析物を含まないサンプルを流すことができる（図２Ｅの概略図を参照）。
【００６４】
第２の参照チャネルと第３の参照チャネルとの間で生じる場合がある差分信号は、主に、いわゆるドリフトをもたらすこれらのチャネル間の温度差及び他のかく乱因子に起因し、一方、第３の参照チャネルと第４の参照チャネルとの間の差分信号は、第３の参照チャネルと第４の参照チャネルとの間の温度差及び第４の参照チャネル内を流れる（分析物を含まない）サンプルと第３の参照チャネル内を流れる遮断／参照流体との間のバルク信号に起因する。さらに、（第１の）参照チャネルと第２の参照チャネルとの間の差分信号は、ドリフト信号をもたらすこれらのチャネル間の温度差及び他のかく乱因子、（第１の）参照チャネル内を流れる（分析物を含む）サンプルと第３の参照チャネル内を流れる遮断／参照流体との間のバルク信号、並びに（第１の）参照チャネルのセンサー表面における分析物の何らかの非特異的結合に起因する。最後に、測定チャネルと（第１の）参照チャネルとの間で生じる場合がある差分信号は、前の測定方式の場合と同様に、測定チャネルのセンサー表面における分析物の特異的結合、測定チャネルと（第１の）参照チャネルとの間のドリフト信号、並びに（第１の）参照チャネルのセンサー表面における分析物の非特異的結合に起因する。
【００６５】
この測定方式において、第２の参照チャネルと第３の参照チャネルとの間で測定されるドリフト信号を使用して、測定チャネルと（第１の）参照チャネルとの間で起こるドリフト信号のみならず、第３の参照チャネルと第４の参照チャネルとの間、及び（第１の）参照チャネルと第２の参照チャネルとの間で（同時に）起こるドリフト信号を補正／推定することができる。これは、例えば、特定の分析物を含むサンプル溶液の付着の前に、チャネルのそれぞれの対について信号間の関係を確定することによって達成することができる。第３の参照チャネルと第４の参照チャネルとの間のドリフト信号を補正することによって、第４の参照チャネル内を流れる（分析物を含まない）サンプルと第３の参照チャネル内を流れる遮断／参照流体との間のバルク信号を推定することができる。そのバルク信号は、（第１の）参照チャネル内を流れるサンプルと第２の参照チャネル内を流れる遮断／参照流体との間のバルク信号に匹敵する。さらに、（第１の）参照チャネルと第２の参照チャネルとの間のドリフト信号及び（第１の）参照チャネル内を流れるサンプルと第２の参照チャネル内を流れる遮断／参照流体との間のバルク信号を補正することによって、（第１の）参照チャネルにおける分析物の非特異的結合を推定することができる。最後に、測定チャネルと（第１の）参照チャネルとの間のドリフト信号を補正し、（第１の）参照チャネルにおける分析物の非特異的結合を推定することによって、この測定方式は、測定チャネルにおける分析物の特異的結合について測定される信号の精度の更なる改善をもたらすことができる。この方式は、測定チャネルと４つの参照チャネルとの間の干渉信号が、同時に又は順次に得ることができる場合に適用することができる。
【００６６】
代替の測定方式は、上述した分析物を含まないサンプルの代わりに、分析物を含む、好ましくはサンプル溶液の場合と同じ濃度を有する遮断／参照流体が、第４の参照チャネル内に流れるときに適用することができる。この方式では、上記方式と同様の結果を得ることができる。
【００６７】
全ての上記の方式において、参照チャネルは、互いに交換することができ、例えば、分析物を含むサンプル溶液は、測定チャネル及び第１、第２、第３、又は第４の参照チャネル内に流すことができる。
【００６８】
ヤング干渉計（ＹＩ）ベースセンサーは、A.Brandenburg他(1994)Applied Optics 33(25),5941-5947、H.Helmers他(1996),Applied Optics 35(4),676-680、A.Brandenburg他(1997)Sensors and Actuators B 38-39,266-271、A.Ymeti他(2003)Applied Optics 42,5649-5660、G.H.Cross他(2003)Biosensors and Bioelectronics 19(4),383-390に記載されている。ＹＩベースセンサーにおいて、（例えば単色）光源ＬＳＯ、例えばレーザーからの光ビームは、通常、入力（チャネル）導波路構造ＯＰＣ内に結合し、また、通常、Ｙ接合部のネットワーク（図３に概略的に示す）、ＭＭＩカプラー、スターカプラー等のようなビームスプリッターによって、少なくとも２つのビームに分割（split）される。２つのビームは、導波路構造のそれぞれの測定チャネルＭＣＨ及び参照チャネルＲＣＨ１、ＲＣＨ２、ＲＣＨ３を通して伝搬し、測定チャネル及び参照チャネルは、測定領域及び参照領域の例をそれぞれ形成する。出力される発散ビームは、互いに重なり、最終的な干渉パターンは、それぞれが特定のチャネル対の発散ビームの重なりを表す個々の干渉パターンの重ね合わせであり、特定のチャネル対は、例えば２つ以上のチャネルを有する構成において、そのチャネル間の特有の距離を有することができる。干渉パターンは、この例ではＣＣＤ（電荷結合素子）によって提供される、導波路構造の端面から所与の距離に設置される検出器によって記録することができる。ＣＣＤは、検出された干渉パターンに関連するデータを処理するためにコンピューターシステムに結合される。コンピューターは、例えばＦＦＴ（高速フーリエ変換）に基づく分析アルゴリズムを、このデータに適用し、それによって、チャネルの各対についての位相情報を（同時に又は順次に）確定することができる。
【００６９】
図４は、マッハツェンダー干渉計ベースセンサー構成を概略的に示す。その例がE.F.Schipper他(1997)Sensors and Actuators B 40, 147-153に開示されるマッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）ベースセンサーにおいて、（例えば単色）光源ＬＳＯ、例えばレーザーからの光ビームは、例えばＹ接合部を使用して分割されて、測定領域及び参照領域の例をそれぞれ形成する測定チャネルＭＣＨ及び参照チャネルＲＣＨ内に伝搬し、導波路構造ＯＰＣを通って伝搬した後に、光ビームは、再びＹ接合部を使用して結合される。出力結合された光強度は、検出器、この例ではフォトダイオードＰＨＤによって記録される。
【００７０】
ＹＩ若しくはＭＺＩ又は測定チャネル及び参照チャネルを有する任意の他の干渉計構成に基づくセンサー構成において、各出力チャネルは、分析される流体サンプルの付着を可能にするための検知窓を備えることができる。上述した第１の測定方式を適用するために、出力チャネルのうちの１つの検知窓は、例えばたんぱく質Ａを使用する抗体層等の受容体層でコーティングすることができる（測定チャネル）。たんぱく質Ａをコーティングしたセンサー表面を使用して、結合を促進し、更なる分析物結合のために受容体の適切な配向を高めることができる。さらに、たんぱく質Ａでセンサー表面をコーティングすることは、センサー表面に対する非特異的結合の減少をもたらす。更なる（参照）チャネルは、たんぱく質Ａだけでコーティングすることができる。体液サンプル、例えばバイオマーカー等の特定の分析物を含む血清は、測定チャネル及び参照チャネルの両方に（同時に）付着させることができる（図２Ａの図を参照）。参照チャネルのセンサー表面をたんぱく質Ａでコーティングすることはまた、この血清成分の場合、測定チャネルと類似して、非特異的結合の低減に寄与することができる。通常、サンプルが測定チャネルだけに付着され、したがって、センサー表面上で不動化された受容体層に対する分析物の特異的結合によって生じるセンサー信号と、センサー表面に対するサンプル溶液内の他の成分の結合によって生じる非特異的信号とを区別することが可能でない、使用される測定手法と比較して、この方式は、測定チャネルと同様にたんぱく質Ａでそのセンサー表面をコーティングすることによって同様に低減される、参照チャネルで起こる非特異的結合が、測定チャネルで（同時に）起こる非特異的結合をほとんど補償できるという有利な効果を提供する。したがって、測定チャネルと参照チャネルとの間の差分信号は、測定チャネル及び参照チャネルの両方においてサンプル内に存在する他の成分の匹敵する非特異的結合を考慮して、ほぼ確実に、測定チャネル内で不動化された抗体層上への分析物の特異的結合によって生じる。
【００７１】
ＹＩ若しくはＭＺＩ又は他の干渉計ベースセンサー構成におけるこの測定方式の更なる用途において、測定チャネル及び参照チャネルはともに、たんぱく質Ａ、又は、たんぱく質Ａと同様の機能、例えば、この場合測定チャネル及び参照チャネルの両方におけるセンサー表面に対する非特異的結合の低減を示す別のたんぱく質若しくは分子でコーティングし、それに続いて、非特異的結合部位を遮断するために使用される、参照流体（複数の場合もあり）の１つ又は組合せ（同時又は順次）からなる、「清浄な」血清サンプル（すなわち、測定される特定の分析物を持たない血清）又は他の（ポスト）遮断剤／溶液でコーティングすることができる。一般的に使用される遮断剤／溶液には、ＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）、血清、脱脂粉乳、カゼイン、ＰＢＳ内のゼラチン等が含まれるが、それに限定されない。次に、体液サンプル、例えば特定の分析物を含む血清を、両方のチャネルに付着させることができる（図２Ｂを参照）。この構成において、測定チャネル及び参照チャネルの両方が、「清浄な」血清サンプル内に存在する非特定の成分で、最初に完全にコーティングされるため、特定の分析物を含む血清の添加は、測定チャネル内で不動化された抗体層に対する特定の分析物の結合によって生じるセンサー信号を主にもたらすことができる。一方、サンプル内の他の成分の結合によって生じる更なる非特異的信号は、非特異的結合領域／部位のほとんどが既に占有／遮断されているため、無視できるか又は特異的結合よりもずっと低いと予想される。こうして、測定チャネルと参照チャネルとの間で更に補償される、低い非特異的信号が、したがって、特異的結合に対応する、より正確な信号に寄与することができる。
【００７２】
更なる測定方式において、例えば、図３に概略的に示すようなマルチチャネルＹＩベースセンサー、又は、少なくとも３つのチャネル、すなわち１つの測定チャネル及び２つの参照チャネルを有する任意の他の干渉計構成における、例えばたんぱく質Ａでプレコーティングされる第２の参照チャネルは、「清浄な」血清サンプルで更にコーティングすることができる（図２Ｃの概略図を参照）。ここでたんぱく質Ａでコーティングすることは、測定チャネル及び参照チャネルの場合に有することができるのと同じ目的、すなわち、センサー表面に対する非特異的結合を低減するという目的を有することができる。参照チャネルと第２の参照チャネルとの間で生じる場合がある差分信号は、主に、いわゆるドリフトをもたらすこれらのチャネル間の温度差及び他のかく乱因子に起因する。これらのチャネル内で流されるサンプル溶液の温度差はまた、チャネル間の温度差をもたらす場合がある。さらに、温度差は、例えば、周囲との熱交換が起こる場合がある測定チャネルで結合イベントが起こるために起こる可能性がある。測定チャネルのドリフトによる信号は、結合イベントの時間枠内で特異的結合による信号と同時に起こるため、特異的結合によるセンサー信号とドリフトによる信号とを区別することはほとんど不可能である。この測定方式において、参照チャネルと第２の参照チャネルとの間で測定されるドリフト信号を使用して、測定チャネルの特異的信号に加えて、測定チャネルと参照チャネルとの間で同時に起こるドリフト信号を補正／推定することができる。これは、例えば、特定の分析物を含むサンプル溶液の付着の前にチャネルのそれぞれの対について信号間の関係を確定することによって達成することができる。ドリフト信号を補正／低減することによって、この測定方式は、特異的結合について測定される信号の精度の更なる改善をもたらすことができる。この方式は、測定チャネルと２つの参照チャネルとの間の干渉信号が、同時に又は順次に取得される場合に可能とすることができる。
【００７３】
この実施形態において、サンプル（おそらく分析物を含む）が、好ましくは、第２の参照チャネルに接触させられず、一方、このサンプルが、好ましくは、第１の参照チャネル及び測定チャネル（複数の場合もあり）に接触させられることが留意される。
【００７４】
更なる測定方式において、例えば、図３に概略的に示すマルチチャネルＹＩベースセンサーにおける、たんぱく質Ａでプレコーティングされる第３の参照チャネルは、「清浄な」血清サンプルで更にコーティングすることができる（図２Ｄの概略図を参照）。ここでたんぱく質Ａでコーティングすることは、測定チャネル、参照チャネル、及び第２の参照チャネルの場合と同じ目的、すなわち、これらのチャネルのセンサー表面に対する非特異的結合を低減するという目的を有しうる。
【００７５】
第２の参照チャネルと第３の参照チャネルとの間で生じる場合がある差分信号は、主に、いわゆるドリフトをもたらすこれらのチャネル間の温度差及び他のかく乱因子に起因する。一方、参照チャネルと第２の参照チャネルとの間の差分信号は、ドリフトをもたらすこれらのチャネル間の温度差及び他のかく乱因子、並びに、参照チャネルのセンサー表面における分析物の何らかの非特異的結合に起因する。
【００７６】
測定チャネルと参照チャネルとの間で生じる場合がある差分信号は、測定チャネルのセンサー表面における分析物の特異的結合、測定チャネルと参照チャネルとの間のドリフト信号、並びに参照チャネルのセンサー表面における分析物の非特異的結合に起因する。測定チャネルと参照チャネルとの間のドリフトによる信号は、結合イベントの時間枠内で、測定チャネルにおける分析物の特異的結合及び参照チャネルにおける分析物の非特異的結合による信号と同時に起こるため、測定チャネルにおける分析物の特異的結合、参照チャネルにおける分析物の非特異的結合によるセンサー信号と、測定チャネルと参照チャネルとの間のドリフトによる信号とを区別することはほとんど不可能である。この測定方式において、第２の参照チャネルと第３の参照チャネルとの間で測定されるドリフト信号を使用して、測定チャネルと参照チャネルとの間で起こるドリフト信号のみならず、参照チャネルと第２の参照チャネルとの間で同時に起こるドリフト信号を補正／推定することができる。これは、例えば、特定の分析物を含むサンプル溶液の付着の前に、チャネルのそれぞれの対について信号間の関係を確定することによって達成することができる。参照チャネルと第２の参照チャネルとの間のドリフト信号を補正／低減することによって、参照チャネルにおける分析物の非特異的結合を推定することができる。さらに、測定チャネルと参照チャネルとの間のドリフト信号を補正し、参照チャネルにおける分析物の非特異的結合を推定することによって、この測定方式は、測定チャネルにおける分析物の特異的結合について測定される信号の精度のまた更なる改善をもたらすことができる。この測定方式は、測定チャネルと３つの参照チャネルとの間の干渉信号が、同時に又は順次に得られる場合に適用することができる。
【００７７】
この方式において、おそらく分析物を含むサンプルが、好ましくは、第２及び第３の参照チャネルに接触させられず、一方、このサンプルが、好ましくは、第１の参照チャネル及び測定チャネル（複数の場合もあり）に接触させられることが留意される。
【００７８】
同様に、上述した測定方式は、複数の検知領域を有するＭＭＩ（マルチモード干渉）ベース干渉センサーデバイスで適用することができる（国際公開第２０１０／０９０５１４号及びオランダ国特許出願公開第２００９／２００２４９１号参照）。ＭＭＩベースセンサーにおいて、（単色）光源、例えばレーザーからの光ビームは、異なる伝搬モードの伝搬を可能にするようにマルチモード干渉構造を配列することができるＭＭＩカプラーに結合される。伝搬経路に沿って、少なくとも測定領域及び参照領域が設けられる（図５）。流体内の分析物粒子と、測定領域に沿って提供される抗体等の特異的受容体との結合は、モードのうちの少なくとも１つの伝搬の変化をもたらすことができ、モード間の干渉の変化を提供することができる。結果として、例えばマルチモード構造の端面に配置することができる検出器上の、異なるモードによって提供される光パターンの変化を生じることができ、したがって、検出器上に提供されたパターンの分析によって伝搬特性を検出することが可能になる。
【００７９】
各測定領域は、分析される流体サンプルの付着を可能にするための検知窓を備えることができる。上述した第１の測定方式を適用するために、検知領域のうちの１つの検知窓は、例えばたんぱく質Ａを使用する抗体層等の受容体層でコーティングすることができる（測定領域）。たんぱく質Ａをコーティングしたセンサー表面を使用して、結合を促進し、更なる分析物結合のために受容体の適切な配向を高めることができる。さらに、たんぱく質Ａでセンサー表面をコーティングすることは、センサー表面に対する非特異的結合の減少をもたらすことができる。更なる第２の（すなわち参照）領域は、たんぱく質Ａだけでコーティングすることができる。体液サンプル、例えばバイオマーカー等の特定の分析物を含む血清は、測定チャネル及び参照チャネルの両方に（同時に）付着させることができる（図２Ａの図を参照）。参照領域のセンサー表面をたんぱく質Ａでコーティングすることはまた、この血清成分の場合、測定領域と類似して、非特異的結合の低減に寄与することができる。通常、サンプルが測定領域だけに付着され、したがって、センサー表面上で不動化された受容体層に対する分析物の特異的結合によって生じるセンサー信号と、センサー表面に対するサンプル溶液内の他の成分の結合によって生じる非特異的信号とを区別することが可能でない、使用される測定手法と比較して、この方式は、測定領域と同様にたんぱく質Ａでそのセンサー表面をコーティングすることによって同様に低減される、参照領域で起こる非特異的結合が、測定領域で同時に起こる非特異的結合をほとんど補償できるという有利な効果を提供する。したがって、測定領域と参照領域との間の差分信号は、測定領域及び参照領域の両方においてサンプル内に存在する他の成分の匹敵する非特異的結合を考慮して、ほぼ確実に、測定領域内で不動化された抗体層上への分析物の特異的結合によって生じる。
【００８０】
ＭＭＩベース干渉センサーにおけるこの測定方式の更なる用途において、測定領域及び参照領域はともに、たんぱく質Ａ、又は、たんぱく質Ａと同様の機能、例えば、この場合測定領域及び参照領域の両方におけるセンサー表面に対する非特異的結合の低減を示す別のたんぱく質若しくは分子でコーティングし、その後、非特異的結合部位を遮断するために使用される、参照流体（複数の場合もあり）の１つ又は組合せ（同時又は順次）からなる、「清浄な」血清サンプル（測定される特定の分析物を持たない血清）又は他の（ポスト）遮断剤／溶液でコーティングすることができる。一般的に使用される遮断剤／溶液には、ＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）、血清、脱脂粉乳、カゼイン、ＰＢＳ内のゼラチン等が含まれるが、それに限定されない。次に、体液サンプル、例えば特定の分析物を含む血清を、両方の領域に付着させることができる（図２Ｂを参照）。この構成において、測定領域及び参照領域の両方が、「清浄な」血清サンプル内に存在する非特定の成分で、最初に完全にコーティングされるため、特定の分析物を含む血清の添加は、測定領域内で不動化された抗体層に対する特定の分析物の結合によって生じるセンサー信号を主にもたらすことができる。一方、サンプル内の他の成分の結合によって生じる更なる非特異的信号は、無視できると予想される。こうして、測定領域と参照領域との間で更に補償される、低い非特異的信号が、したがって、特異的結合に対応する、より正確な信号に寄与することができる。
【００８１】
更なる測定方式において、例えば、たんぱく質ＡでプレコーティングされるＭＭＩベース干渉センサーの第２の参照領域は、「清浄な」血清サンプルで更にコーティングすることができる（図２Ｃの概略図を参照）。ここでたんぱく質Ａでコーティングすることは、測定領域及び参照領域の場合と同じ目的、すなわち、センサー表面に対する非特異的結合を低減するという目的を有する。参照領域と第２の参照領域との間で生じる場合がある差分信号は、主に、いわゆるドリフトをもたらすこれらの領域間の温度差及び他のかく乱因子に起因する。これらの領域を通して流されるサンプル溶液の温度差はまた、領域間の温度差をもたらす場合がある。さらに、温度差は、例えば、周囲との熱交換が起こる場合がある測定領域で結合イベントが起こるために起こる可能性がある。測定領域のドリフトによる信号は、結合イベントの時間枠内で特異的結合による信号と同時に起こるため、特異的結合によるセンサー信号とドリフトによる信号とを区別することはほとんど不可能である。この測定方式において、参照領域と第２の参照領域との間で測定されるドリフト信号を使用して、測定領域の特異的信号に加えて、測定領域と参照領域との間で同時に起こるドリフト信号を補正／推定することができる。これは、例えば、特定の分析物を含むサンプル溶液の付着の前に領域のそれぞれの対について信号間の関係を確定することによって達成することができる。ドリフト信号の補正／低減は、特異的結合について測定される信号の精度の更なる改善をもたらすことができる。この方式は、測定領域と２つの参照領域との間の干渉信号が、例えば同時に又は順次に取得される場合に可能とすることができる。
【００８２】
更なる測定方式において、例えば、たんぱく質Ａでプレコーティングされる、図５に概略的に示す第３の参照領域ＲＲＧ３は、「清浄な」血清サンプルで更にコーティングすることができる（図２Ｄの概略図を参照）。ここでたんぱく質Ａをコーティングすることは、測定領域、参照領域、及び第２の参照領域の場合と同じ目的、すなわち、これらの領域のセンサー表面に対する非特異的結合を低減するという目的を有する。
【００８３】
第２の参照領域ＲＲＧ２と第３の参照領域ＲＲＧ３との間で生じる場合がある差分信号は、主に、いわゆるドリフトをもたらすこれらの領域間の温度差及び他のかく乱因子に起因する。一方、参照領域ＲＲＧと第２の参照領域ＲＲＧ２との間の差分信号は、ドリフトをもたらすこれらの領域間の温度差及び他のかく乱因子に起因し、参照領域ＲＲＧと第２の参照領域ＲＲＧ２との間の差分信号は、ドリフト信号をもたらすこれらの領域間の温度差及び他のかく乱因子、並びに、参照領域のセンサー表面における分析物の何らかの非特異的結合に起因する。
【００８４】
測定領域ＭＲＧと参照領域ＲＲＧとの間で生じる場合がある差分信号は、測定領域のセンサー表面における分析物の特異的結合、測定領域と参照領域との間のドリフト信号、並びに参照領域のセンサー表面における分析物の非特異的結合に起因する。測定領域と参照領域との間のドリフトによる信号は、結合イベントの時間枠内で、測定領域における分析物の特異的結合及び参照領域における分析物の非特異的結合による信号と同時に起こるため、測定領域における分析物の特異的結合、参照領域における分析物の非特異的結合によるセンサー信号と、測定領域と参照領域との間のドリフトによる信号とを区別することはほとんど不可能である。この測定方式において、第２の参照領域と第３の参照領域との間で測定されるドリフト信号を使用して、測定領域と参照領域との間で起こるドリフト信号のみならず、参照領域と第２の参照領域との間で同時に起こるドリフト信号を補正／推定することができる。これは、例えば、特定の分析物を含むサンプル溶液の付着の前に、領域のそれぞれの対について信号間の関係を確定することによって達成することができる。参照領域と第２の参照領域との間のドリフト信号を補正／低減することによって、参照領域における分析物の非特異的結合を推定することができる。さらに、測定領域と参照領域との間のドリフト信号を補正し、参照領域における分析物の非特異的結合を推定することによって、この測定方式は、測定領域における分析物の特異的結合について測定される信号の精度の更なる改善をもたらすることができる。この方式は、測定領域と３つの参照領域との間の干渉信号が、例えば同時に又は順次に取得される場合に適用することができる。
【００８５】
（バイオ）センサーにおいて、抗体等の受容体と特定の分析物との間の結合は通常、ゆっくりであり、結合曲線の完全飽和が起こる前に、最大数時間かかる可能性がある。しかし、分析物結合曲線の（数分以内の）初期傾斜（傾き）を分析することによって、サンプル内に存在した分析物の量を正確に確定することができる。したがって、測定されるサンプル内にどれだけの量の分析物が存在するかを確定できるようにするために、完全飽和に達するまで結合曲線が記録される必要はない。そうするために、それぞれの受容体−分析物の組合せについて、結合曲線の傾斜が最初に分析されなければならない。次に、試験サンプル内に存在する分析物の量を正確に確定できるようにする等のために、分析物の正確な量が、結合曲線の傾斜に関係付けられる必要がある。さらに、干渉パターンの分析のために使用されるソフトウェアは、検知窓内の手近にあるその特異的受容体に関して分析物の各セットについて調節され、プリプログラムされなければならない。さらに、ソフトウェアは、検知窓内に存在するその特異的受容体に対する分析物の結合について結合曲線の傾斜を解釈するために調整することができる。
【００８６】
上述した全ての方式の別の利点は、特定の分析物を含むサンプルを、測定領域／チャネル及び参照領域／チャネルにおいて同時に付着させることによって、異なる屈折率を有する異なるサンプル溶液がセンサー表面に連続して付着されるときに生じるバルク屈折率信号が、これらの領域／チャネル間で補償することができることである。結果として、測定領域／チャネル上へのサンプルの付着後の最初の数分の間に得られる分析物結合曲線の傾斜は、主に、測定領域／チャネルのセンサー表面上で不動化された抗体層に対する特定の分析物の結合によって生じる。結合イベントが始動した後の最初の数分の間に達成される傾斜は、サンプル溶液内の特定の分析物の異なる濃度についてセンサー信号を確定することによって得ることができる所定の較正曲線に基づいて特定の分析物の濃度を推定するために使用されるため、バルク屈折率によって生じる信号の補償／低減は、特定の分析物の濃度の迅速（数分以内の）推定のために使用されるセンサー信号の精度の更なる改善に寄与することができる。
【００８７】
代替の測定方式において、測定領域のセンサー表面は、受容体であって、抗体に次いで、ＤＮＡストリング、酵素、機能たんぱく質、又は他の特異的に分析物に結合する物質とすることができる、受容体で最初にコーティングされ、後で、特定の分析物、例えばバイオマーカーを含む血清サンプルが付着される。次に、専用溶液、例えばＨＣｌ酸性溶液又はイオン勾配溶液を、センサー表面上に非特異的に結合される血清成分ではなく、好ましくは特定の分析物粒子だけを除去するように流すことができる。参照領域に対して測定される信号変化／減少は、抗体層から剥離される分析物粒子の量に対応することができる（図６Ａ参照）。
【００８８】
この測定方式の更なる用途において、参照領域を、「清浄な」血清サンプル（測定される特定の分析物を含まない血清）でコーティングすることができる。次に、測定領域及び参照領域はともに、専用溶液、例えばＨＣｌ酸性溶液又はイオン勾配溶液で同時に洗浄することができる（図６Ｂ参照）。これらの２つの領域間の差分信号は、測定領域上で抗体層に最初に特異的に結合し、後で抗体層から剥離された分析物粒子の量に対応するより正確な信号をもたらすことができる。その理由は、測定領域からの血清成分の考えられる除去を、参照領域からの血清成分の同時の除去によって補償することができるからである。
【００８９】
図２Ｃで示す、上述した測定方式に類似して、第２の参照領域が、「清浄な」血清（測定される特定の分析物を含まない血清）でコーティングされ、ＨＣｌ酸性溶液等の専用溶液で、測定領域及び他の参照領域と同時に洗浄することができる。参照領域と第２の参照領域との間の温度変化及び他のかく乱因子（ドリフト）によって主に生じる、これらの領域間の差分信号を更に使用して、第１の（測定）領域と参照領域との間のドリフト信号を補正することができ、したがって、それは、図２Ｃに示す測定方式と全く類似して、測定領域内での特異的結合に対応する信号の精度を更に改善することができる。
【００９０】
図６に示し、図６を参照して述べる測定方式は、図２に示し、図２を参照して述べた測定方式と組合せることができる。例えば、図２Ｃに示す測定方式は、図６Ｄに提示するように、図６Ｃに示す測定方式と組合せることができる。すなわち、測定領域の第１のセンサー表面が、受容体層でコーティングされ、それに続いて、「清浄な」血清サンプルで、測定領域、参照領域、及び第２の参照領域がコーティングされる。次に、分析物を含むサンプルが、測定領域及び参照領域において付着される。測定領域と参照領域との間で測定されるセンサー信号は、測定領域内で不動化された抗体層に対する特定の分析物の結合によって主に生じ、一方、サンプル内の他の成分の結合によって生じる更なる非特異的信号は、非特異的結合領域／部位の大部分が、「清浄な」血清サンプルによるコーティング中に既に占有／遮断されているため、無視できるか、又は特異的結合に比べてずっと低いと予想される。参照領域と第２の参照領域との間で測定されるドリフト信号を使用して、測定領域と参照領域との間で同時に起こるドリフト信号を補正／推定することができる。これは、例えば、特定の分析物を含むサンプル溶液の付着の前に領域のそれぞれの対について信号間の関係を確定することによって達成することができ、測定領域内の特異的結合に対応する信号の精度を改善する可能性がある。
【００９１】
最後に、測定領域、参照領域、及び第２の参照領域は、ＨＣｌ酸性溶液等の専用溶液で同時に洗浄することができる。測定領域と参照領域との間の差分信号は、測定領域内の抗体層に最初に特異的に結合し、後で抗体層から剥離された分析物粒子の量に対応することができる。その理由は、測定領域からの血清成分の考えられる除去は、参照領域からの血清成分の同時の除去によって補償することができるからである。参照領域と第２の参照領域との間の温度変化及び他のかく乱因子（ドリフト）によって主に生じる、これらの領域間の差分信号を更に使用して、測定領域と参照領域との間のドリフト信号を補正することができ、したがって、それは、測定領域内での特異的結合に対応する信号の精度を更に改善することができる。
【００９２】
この結合型測定方式において、測定領域内で不動化された抗体層に対する特定の分析物の結合に対応するセンサー信号に関してより多くの（正確な）情報を得ることができ、より高い特異性及び感度をもたらす可能性がある。
【００９３】
上述した測定方式は、複数の波長及び／又は偏光の使用と更に組合せることができる。それぞれの波長／偏光について、詳細に上述された全ての測定方式を、同じように適用することができる。２つ以上の波長／偏光を使用して、非特異的結合の寄与及びドリフト等の他のかく乱因子を補償／低減することによる、特異的結合に対応する信号の精度の改善に加えて、測定領域／チャネルのセンサー表面上に不動化された受容体層に対する分析物の特異的結合について測定されるセンサー信号は、更に改善することができる。この新しい測定方式は、身体／動物／植物流体（血清、血漿、血液、痰等）、ミルク（乳）、廃水流等の複合培地内の、ウィルス、細菌、及び細胞等の比較的大きな分析物粒子の特異的検出に特に有用であり得る。複数の波長及び／又は偏光を使用することによって、ウィルス、細菌、及び細胞等の大きな分析物粒子の特異的結合と、複合培地内に存在する成分、例えばたんぱく質、ＤＮＡ分子等の非特異的結合とをよりよく区別する可能性を提供することができる。
【００９４】
例えば、３つの異なる波長、例えば４８８ｎｍ、５６８ｎｍ、及び６４７ｎｍを使用すると、分散現象に起因して、測定領域／チャネルと参照領域／チャネルとの間の３つの異なる位相変化信号を、互いに独立にかつ（準）同時に測定することができる。その結果、３つの独立した式の連立方程式を得ることができ、その系に基づいて、３つの異なる寄与、例えば大きな分析物粒子の特異的結合、複合培地内に存在する他の成分の非特異的結合、及びバルク屈折率を同時に確定することができる。
【００９５】
たんぱく質の非特異的結合及びウィルス又は細菌の特異的結合の同時検出は、異なる波長についてのたんぱく質（約１０ｎｍ）、ウィルス（約１００ｎｍ）、及び細菌又は細胞（約１０００ｎｍ）に対する感度係数の差に起因して可能である。２つ以上の波長／偏光が使用されるときの、非特異的結合の寄与を更に減算／低減することによって、特異的結合について測定されるセンサー信号の精度が、更に改善されることになり、一層高い特異性及び感度をもたらす可能性がある。
【００９６】
さらに、複数の波長及び／又は偏光の使用は、結合イベントに関してより多くの情報が獲得されるため、センサー信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）の増加をもたらすことができる。
【００９７】
更なる波長の使用は、他の考えられる寄与の推定を可能にすることができ、例えば、これらの寄与の１つは、例えばＤＮＡ／ＲＮＡ又は別の受容体との、免疫反応中に又は同様な反応中に起こる温度変化とすることができる。
【００９８】
光散乱との統合及びチップ内の干渉の画像形成
上記で述べた測定方式の適用及び複数の波長／偏光の使用に加えて、図８に概略的に示す光学導波路チップＯＰＣの上部の検知領域／窓からの光散乱を同時に取得し、これを使用して検知領域／チャネル内で起こる特異的結合イベントに関する更なる情報を提供し、それにより、特異的結合に対応する信号の精度を更に改善することができる。この実施形態は、ＭＭＩタイプ干渉計構成並びに他の干渉計構成で使用することができる。
【００９９】
検知領域上で分析物粒子が結合すると、これらの領域からの散乱光の強度が変化することになり、それは、更に、検知領域上で結合した分析物粒子の量に関する指示を与えることができる。さらに、たんぱく質、ウィルス、又は細菌等の分析物粒子のサイズに基づく区別は、散乱信号が、粒子サイズ及び屈折率等の光学特性に依存するため可能とすることができる。この情報は、前述の測定方式及び複数の波長／偏光を使用して達成される区別／推定に加えて、例えば、ウィルス、細菌、及び細胞等の大きな分析物粒子の特異的結合と、分析される体液サンプル内に存在する可能性があるたんぱく質の非特異的結合とをよりよく区別するために使用することができる。散乱を検出するために、ミラーＭＩＲ又は他の適した光学部品を、光学チップＯＰＣの上下にそれぞれ（above respectively under）配置されて、散乱光の少なくとも一部を検出器ＣＣＤ（例えばその一分）上に向けることができる。
【０１００】
さらに、例えばＭＭＩベースセンサーのマルチモード構造における異なる励起モード間の干渉パターンの強度分布は、ＭＭＩマルチモード構造の上部の検知領域上で起こる結合イベントを監視する特別の更なる情報として使用することができる。所与の検知領域上に特定の分析物が結合すると、強度分布が局所的に変化することになる。この変化が分析物濃度に依存するため、ＭＭＩマルチモード構造における強度分布の画像形成は、この強度変化のオンライン監視を可能にすることができ、その結果、分析物濃度の推定を可能にすることができる。
【０１０１】
干渉パターンの分析から得られる信号、分析物粒子からの光散乱、及びチップ内での干渉の画像形成を組合せることは、非特異的結合及び／又は温度変化等の他のかく乱因子を低減／補正することによって、特異的な分析物−受容体相互作用に関するより正確な情報を提供することができ、センサーのより高い特異性、精度、及び感度をもたらすことができる。同様に、この方式は、結合イベントに関するより多くの情報が獲得されるため、センサー信号のより高いＳＮＲを提供することができる。
【０１０２】
本文書で述べる実施形態のそれぞれ１つにおいて、液体サンプルに次いで、又はその代わりに、蒸気及びガスサンプル（例えば空気）が、例えば、ガスが、前処理され、濃縮され、希釈されて、液体、例えばＰＢＳ緩衝液になると、分析することができる。これは、例えば、病院、急病診療所等においてウィルス及び細菌等の空気伝達の病原性微生物を検出するのに有用とすることができる。予備濃縮ステップが、所与の容積内の濃度を検出可能な値まで増加させるとともに、統計的に関連したデータを得るために必要とされる場合がある。予備濃縮ステップはまた、大容積、例えば水、ビール等が分析される必要があるときに、液体サンプルに適用することができる。
【０１０３】
ガス、例えばＣＯ２、有毒ガス等もまた、所与のガス成分に対して特異的であるガス吸収層を使用することによって検出することができる。
【０１０４】
固体サンプルもまた、これらのサンプルが希釈／懸濁されて、液体、例えばＰＢＳ緩衝液になると、分析することができる。
【０１０５】
（バイオ）センサーデバイスは、（可搬型）測定システムＰＯＤ及びラブオンチップ（ＬＯＣ）システムを備える。ＬＯＣ（その実施形態が図１０Ａに示される）は、入口ＩＮＬと、流体供給部（この例では、（マイクロ）流体キュベットＦＣＶを備える）と、測定領域及び参照領域を備える検知部ＳＲＧとを備え、ほとんどの事例では、検知部内へのサンプルの供給の結果として流体又は処理用空気又は他のガスを処理するための出口ＯＴＬで完全なものにされる。（マイクロ）流体部はまた、可搬型測定システムに部分的に又は完全に含めることができる。測定領域及び／又は参照領域（複数の場合もあり）は、チップを１つの特定の分析物にとって選択的にするために、抗体、ＤＮＡストリング、酵素、機能たんぱく質、又は他の特異的に分析物に結合する物質等の特異的受容体分子でプレコーティングすることができる。プレコーティングは、実際の測定に十分に先んじて実施することができ、プレコーティングされたチップは、パッキングし、出荷することができるが、プレコーティングはまた、実際の測定にまさに先行することができ、一方、センサーデバイスは、チップをコーティングする（流体を流す）手段を提供することができる。したがって、「チップローダー（chip loader）」の機能は、可搬型測定システムによって達成することもできる。可搬型（バイオ）測定システムの作動原理は、図９に概略的に提示される。最初に、分析されるサンプル（図９においてＳＡＭで非常に概略的に示される）は、ラブオンチップシステムの入口に送出される。或る特定のサンプルは、例えば緩衝液（チップ内に事前パッキングすることができる）、例えばＰＢＳで希釈されて、（バイオ）センサーの検知領域／窓に向かうサンプル流を改善することができる（１）。サンプルは、（マイクロ）流体チャネルを介して（ＬＯＣ）入口から検知領域／窓まで流れることになる。これは、例えば、毛管力を提供する（マイクロ）流体チャネル構成を使用することによって、又は、ＬＯＣ入口から検知領域に向かって流体を押出すマイクロポンプを使用することによって達成することができる。（マイクロ）流体チャネル構成、例えば高さ、幅等は、検知領域／窓内の種々の成分（例えば、流体サンプル溶液内に存在する場合がある特定の分析物及び非特定の成分）の異なる結合反応速度を生成する等のために、変動させることができる。異なる構成を有する（マイクロ）流体チャネル内の特定の分析物と非特定の成分との間の結合反応速度の差（所与の構成について推定することができる）は、分析物の特異的結合と他の成分の非特異的結合とを更に区別することを可能にすることができる。さらに、流速を変動させる、例えば異なる（マイクロ）流体チャネルにおいて異なる流速を生成して、流体サンプル溶液及び／若しくは参照流体及び／若しくは遮断流体又は他の流体が検知領域／窓内に付着されると、特定の分析物と非特定の成分との間の結合反応速度の更なる差が生じることを可能にすることができる。
【０１０６】
可搬型測定システム内にＬＯＣシステムを挿入する（２）と、測定が、（自動的に）開始し、分析物結合が記録されることになる。最初の数分の結合曲線の分析によって、分析物濃度が提供されることになり、一方、チップ内にプレコーティングされた受容体層によって、検出される分析物のタイプに関する情報がもたらされる。分析物の例には、バイオマーカー、ＤＮＡ分子、ウィルス、細菌、細胞等が含まれるが、それに限定されない（３）。診断用途に次いで、この測定方式は、迅速な反応が特に重要である、例えば空港、急病診療所、又は感染エリアにおいて、スクリーニングのためにも好ましい場合がある。
【０１０７】
ラボ  オン  ア  チップ（ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）システムはまた、連続サンプル監視のためにも使用することができる。この場合、サンプルは、所与の期間、（バイオ）センサーの検知領域／窓を通してＬＯＣ上を流すことができる。この測定方式は、例えば処理又は生成ユニットから収集されるサンプルが、或る特定の分析物、例えば、（飲料／廃）水内の農薬、ミルク（乳）内の抗体、又はビール内の酵母の存在について、連続して、おそらくインラインで監視されなければならないときに有用とすることができる。（連続又は連続でない）前処理（例えば、濃縮、混合等の）ステップが、実際の測定に先行することができる。
【０１０８】
好ましい構成において、ラボ  オン  ア  チップシステムは、チップホルダーＣＰＨによって保持されうる。チップホルダーＣＰＨは、例えば、プラスチック材料、例えばデルリン（Delrin）で作製することができ、その上部には、光学導波路チップが存在する。後者（光学導波路チップ）は、例えばシリコン又は他の適切な光学材料で作製することができる。ＬＯＣの（マイクロ）流体部は、例えば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、又は別の生体適合性材料で作製することができる。全てのこれらのＬＯＣ部は、１つのチップシステムに統合することができる（図１０参照）。ＬＯＣシステム内への（マイクロ）流体部の統合は、例えば、サンプルが光学チップの検知領域／窓を通して流されるときに起こる可能性があるサンプル漏洩の最小化にとって好ましい場合がある。サンプル漏洩の最小化は、ＬＯＣシステムの汚染及びＬＯＣがそこで読み出される可搬型測定システムの汚染を防止するために更に好ましく、それは、オペレータの安全の改善を更にもたらすことができる。この構成において、光学導波路チップのサイズはできる限り小さく維持することができ、これによって、感度及び安定性等の検知性能、並びに、この最小化チップレイアウトにおいても複数の測定領域が存在することができることを意味する多重化能力を低下させることなく、１試験当たりのコストの最小化に寄与することができる。換言すれば、１つのＬＯＣは、複数の検知領域／窓を有し、したがって、（例えば、パネル試験のために）（種々の）複数の分析物を同時に検出することができる。各測定領域は、例えば、上記で述べた測定方式の適用を可能にするために、１つ又は複数の参照領域に結合することができる。代替的に、１つの参照領域はまた、１つ又は複数の測定領域に結合することもできる。最小コストは、ＬＯＣを一度限りの使い捨て用品として提供するために必要であるが、ＬＯＣはまた、再使用可能であるように設計することもできる（以下を参照）。
【０１０９】
ホルダーは、光学チップの上部に（マイクロ）流体キュベットを配置すると（図１０ＢのＬＯＣシステムの各構成要素及び統合システムの概略例参照）、キュベットの流体チャネルが、光学チップ上で実現される検知領域／窓に対して適切に整列するように設計することができる。そうするために、ホルダーは、（マイクロ）流体キュベットを、図１０Ｂに示すようにホルダー上に配置することができるように、エッチングするか又はその他の方法で構成することができる。光学チップは、例えば、光学チップより少し広いチャネルをエッチングすることによって、（プラスチック）ホルダーのエッチングされた構造の底部に配置することができる。そのように、光学チップの横方向配置を得ることができる。他の方向に沿う配置（より重要でない可能性がある）は、（プラスチック）ホルダーの端面に対して配列することができる。エッチングされた構造の底部における光学チップの整列が達成された後、（マイクロ）流体キュベットは、（マイクロ）流体キュベットを光学チップに接触するまで構造の上部から下に押し、ホルダーと整列させることによって、この構造内に挿入することができる。考えられるファイバ−チップ結合に関する詳細は、以下に提供される。光学チップが（プラスチック）ホルダーに対して整列し、同様に（マイクロ）流体キュベットがホルダーに対して整列するため、（マイクロ）流体キュベットは、光学チップに対して自動的に整列することになる。結果として、キュベットの流体チャネルは、光学チップの検知領域／窓に対して整列することになる。一旦（プラスチック）ホルダーに対して整列すると、光学チップはまた、例えば接着技法を使用して（プラスチック）ホルダー上に永久的に配置することができる。
【０１１０】
ラボ  オン  ア  チップシステムは、交換可能とすることができるように構築することができる。ＬＯＣシステムとの流体接続は、迅速な交換可能性を可能にする等のために配列することができ、例えば、ＬＯＣシステムとの流体接続は、可搬型測定システム内にラボ  オン  ア  チップシステムを挿入すると、迅速に配置することができるモジュール式ユニットとして構成することができ、したがって、迅速な試験測定の実施を可能にする。この構成は、可搬型測定システム内にシステムを挿入した後に、光学導波路チップ内への（レーザー）光ビームのより迅速でかつよりよい結合を可能にする自動整列法との組合せで好ましい場合がある。さらに、チップをプレコーティングするために使用される受容体層は、こうした統合型閉システムにおいてよりよく保存することができる。こうした閉システムは、抗体等の受容体が（急速に）低下することから保護し、プレコーティングプロセス後でかつ分析物サンプルの付着前の検知領域／窓の汚染をも防止することができる。
【０１１１】
交換可能なラボ  オン  ア  チップシステムは、使い捨てとすることができ、測定されなければならない各サンプルについて新しいシステムの使用を意味し、それは、例えば、ウィルス等の伝染性病原体を含むサンプルが分析される必要があるとき、安全のために好ましい場合がある。使い捨てＬＯＣシステムにおいて、ＬＯＣ入口に最初に送出されるサンプルは、例えば毛管力を提供する（マイクロ）流体チャネル構成を使用することによって、検知領域／窓まで更に流すことができる。この構成は、伝染性病原体を含むサンプルが分析される必要があるときに好ましい。その理由は、外部リザーバーから検知領域／窓へサンプルをもたらすために使用される流れシステム、例えばチューブ、コネクタ等が汚染されないからである。
【０１１２】
ＬＯＣシステムはまた、例えば、結合した分析物粒子のみが、専用溶液、例えばＨＣｌ酸性溶液又はイオン勾配溶液を使用して除去される再生手順を使用して、又は、抗体層及び分析物がともに、所与の清浄手順、例えば１００％ＨＮＯ３等の強酸性溶液による洗浄を使用してセンサー表面から完全に除去されるときに再使用可能とすることができる。
【０１１３】
測定システムにおいて、光源、例えばレーザーダイオード等の、ＬＯＣシステムを読み出すために使用される（光学）セットアップの異なる構成要素；インカップリングオプティクス（incoupling optics）、例えば偏光子、レンズ、光学チップ内への自動化された光結合のためのフィードバックシステム、例えばピエゾシステム、及び／又はファイバ−チップ結合システム；チップホルダー；特定のチップチャネルの検知領域／窓に流体を付加するための、（マイクロ）流体ポンプに結合した又は結合しない流体供給部；検出器、例えばＣＣＤカメラ（ＣＣＤチップを光学チップ端面上に搭載することができるときに使用することができる、レンズ、フィルター、又はマッチングオイル等の、光学チップからＣＣＤアレイチップへの光の最適アウトカップリングを得るために使用される構成要素を含む）、単一ボードコンピューター、タッチスクリーン、電子回路、及び電源を、測定システム内に統合することができる（図１１参照）。データ収集及び分析のために使用することができるコンピューターボードは、全体のセンサーデバイス制御を実施することができる安価な解決策である。別の構成では、携帯情報端末（ＰＤＡ）がまた、デバイス動作を実施するために使用されることができ、それは、例えばより低い電力消費を有する、よりコンパクトな測定システムをもたらすことができる。測定システムは、独立型動作を可能にするために、電池式とすることができる。図１１に示す実施形態では、ポンプ及び弁を有する流体供給システムは、別個のモジュールとして提供されることができ、それにより、（マイクロ）流体部は、チップ上に、或いは、少なくとも部分的に測定システム上に又は測定システム内に統合することができる。この実施形態では、各チャネルは、個々にかつ明確にアドレス指定される。
【０１１４】
測定システムのこの閉じた構成は、バックグラウンド光源並びに外部環境によって生じる温度及び湿度の変動等の異なるかく乱因子を防止又は低減するために好ましい場合がある。さらに、コンパクトな可搬型測定システムは、オンサイトフィールド用途にとって、並びに、精巧な研究所施設に対する容易なアクセスがない遠隔領域又は開発領域において潜在的に非常に有用である。
【０１１５】
本明細書において、測定領域、測定チャネル、測定窓、検知窓、及び検知領域という用語は、同じ又は同様なアイテムを指すように理解されるべきである。同様に、参照領域、参照チャネル、及び参照窓という用語は、同じ又は同様なアイテムを指すように理解されるべきである。同様に、導波路構造、平面構造、光学チップ、及びラボ  オン  ア  チップという用語は、同じ又は同様なアイテムを指すと考えることができる。
【０１１６】
分析物粒子から散乱された光の信号に次いで、分析物粒子の特定の標識、例えば蛍光、磁気等から得られる信号を、専用光学方式を使用して同様な方法で取得することができることが述べられる。特定の標識による信号は、分析物の特異的結合に対応するセンサー信号に関する更なる情報を提供することができ、したがって、センサーの精度及び感度を更に改善する。
【０１１７】
さらに、抗原もまた、例えば所与のサンプル溶液内の抗体の存在を検出するための受容体の役割を果たすことができることが述べられる。これは、センサー表面を抗原層でコーティングし、抗体を含むサンプル溶液を、抗原をコーティングされたセンサー表面に付着させることによって達成することができる。
【０１１８】
なお更に、白色スーパーコンティニウム源は、センサー表面から数ナノメートル内の領域内における変化、例えば屈折率の変化によって生じるセンサー信号と、センサー表面から数ナノメートルと例えば数百ナノメートルとの間の領域で起こる変化によって生じる信号との高分解能の区別を可能にすることができることが述べられる。これは、生体分子の立体構造変化、たんぱく質凝集等のような、センサー表面のごく近傍で起こる場合があるプロセスに関するより正確な情報を得るために好ましい場合がある。
【０１１９】
なおまた更に、開示される方法及び測定システムは、流体サンプル内の分析物の検出に次いで、たんぱく質−たんぱく質、たんぱく質−ＤＮＡ、受容体−リガンド等のような種々の生体分子相互作用の親和性及び反応速度の定量的測定のために使用することもできる。
【０１２０】
図１２Ａは、ｘ軸上の時間Ｔに対するｙ軸上のセンサー信号Ｓｓ（すなわち、位相信号）を示し、それに基づいて、本発明の実施形態の効果が示されることになる。センサー信号は、経時的な測定領域と参照領域との差を表す差分信号を含む。それぞれの示す曲線は、測定チャネルと参照チャネルとの間の差分信号を示す。測定チャネルには受容体が与えられる。位相信号は、上記で説明したように、干渉パターンの高速フーリエ変換における空間周波数ピークの位相を示すことが留意される。
【０１２１】
本発明の実施形態に従って、測定チャネル及び参照チャネルがともに、遮断流体でコーティングされるときの干渉センサーのセンサー信号の安定性の改善は、実験測定から得られるデータを有する図１２Ａ及び図１２Ｂに示される。この図において、サンプル流体の測定中に測定チャネルと参照チャネルとの間で測定される差分信号が提示される。図１２Ａは、完全な結合曲線の測定を提示し、図１２Ｂは、測定チャネルにおけるサンプル流体の付着前の及び付着直後のセンサー信号ベースラインの接近図である。曲線Ｂは、測定チャネル及び参照チャネルがともに遮断流体でコーティングされるときの測定チャネルと参照チャネルとの間で測定される差分信号を示す。曲線Ａは、測定チャネルだけが遮断流体を備えるときの測定チャネルと参照チャネルとの間で測定される差分信号を示す。サンプルは、（例えば遮断流体、参照流体、又は他の流体と交換するために）Ｔａで付着され、洗浄は、Ｔｗで実施される。
【０１２２】
図を見て明らかにわかるように、測定チャネル及び参照チャネルがともに遮断流体を与えられるときに測定される差分信号（曲線Ｂ）は、測定チャネルだけが遮断流体を与えられるときの差分信号（曲線Ａ）と比較してずっと安定している。したがって、Ｔａにおける分析物サンプルの付着前でかつＴｗにおける洗浄ステップ後の信号ベースラインを比較することによって確定される、特異的結合に対応する差分信号は、測定チャネル及び参照チャネルがともに遮断流体を与えられるときに、より高い精度で推定することができ、より高い感度を更にもたらす。そのため、サンプルの付着前に得られる（参照）光学パターンの特性は、サンプルの提供中及び／又は提供後に得られる光学パターンの特性と比較される。
【０１２３】
本発明の更なる実施形態によれば、サンプル流体は、両方のチャネルに遮断流体を提供した後に、測定チャネル及び参照チャネルの両方に付着される。これは、曲線Ｃに示される。
【０１２４】
測定チャネル内だけでなく、参照チャネル内にもサンプル流体が提供される場合（測定チャネル及び参照チャネルはともに前に遮断流体でコーティングされている）、上記で示したより安定した差分信号に次いで、サンプル流体と遮断流体との間のバルク効果（図１２Ａでは、Ｄｅｌｔａ２として参照され、一方、分析物の結合の効果はＤｅｌｔａ１として参照される）の低減／補償も存在することができる。これは、サンプル流体の付着後のまさに最初の数分の間に分析物の存在を導出するために使用することができる結合曲線の初期傾斜（傾き）のより正確な推定をもたらすことができる。
【０１２５】
図１２Ａでは、（両方のチャネルが遮断流体でコーティングされた後に）サンプル流体が両方のチャネルに提供されるときの測定チャネルと参照チャネルとの間で測定される差分信号が、曲線Ｃとして示される。
【０１２６】
図１２Ａは、完全な結合曲線の測定を示す。予想されるように、サンプル流体が、測定チャネル及び参照チャネルの両方に提供されるときに測定される結合傾斜（曲線Ｃ）は、サンプル流体が測定チャネル内だけに提供されるときに存在する、遮断流体とサンプル流体との間のバルク効果（曲線Ｂ）を補正される。
【０１２７】
さらに、サンプル流体が、測定チャネル及び参照チャネルの両方に提供されることになると、分析物の特異的結合以外の、サンプル流体成分によって生じる場合がある更なる非特異的結合を、測定チャネルと参照チャネルとの間で補償することができ、したがって、関心分析物の特異的結合に（ほぼ）１対１で対応する、より正確な差分信号に寄与する。
【０１２８】
図１２Ｂは、
−測定チャネルだけが遮断流体を提供され、サンプル流体が測定チャネルだけに付着される場合（曲線Ａ）、
−測定チャネル及び参照チャネルがともに、遮断流体を提供され、サンプル流体が、測定チャネルだけに（曲線Ｂ）又は測定チャネル及び参照チャネルの両方に（曲線Ｃ）付着される場合、
の初期結合傾斜（傾き）ＳＬの拡大詳細図を示す。
【０１２９】
図１２Ｂでは、曲線Ａは、２つの他の曲線Ｂ及びＣとよりよく比較するために、（図１２Ａと比較して）ｙ軸に沿って上にシフトされている。
【０１３０】
測定チャネルだけが遮断流体を提供され、サンプルが測定チャネルだけに付着される（曲線Ａ）と、（曲線Ｂにも存在する）遮断流体とサンプル流体との間のバルク効果に起因する（曲線Ｃと比較して）大きな傾斜に次いで、不安定な信号も存在し、その不安定な信号は、例えば、特異的結合に対応する結合傾斜を確定する精度を低下させる温度ドリフトによって生じる可能性があり、更に低い感度をもたらす可能性がある。
【０１３１】
今までのところ実験的に達成された本発明による検出限界は、平均的な中間サイズのたんぱく質Ｓ１００βについて約１ｆｇ／ｍｌであり、約２００ｎｍのエバネセント場の侵入深さを考慮して、約１０−３ｆｇ／ｍｍ２と同等である。本方法の感度は、依然として雑音レベルより一桁大きいことが留意されるべきである。これは、信号対雑音比が画像解析アルゴリズムによって改善されると、感度が一層高くなることを意味する。
【図１Ａ】
2013509581.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
2013509581.tif 000005
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
2013509581.tif 000009
【図３】
2013509581.tif 000010
【図４】
2013509581.tif 000011
【図５】
2013509581.tif 000012
【図６Ａ】
2013509581.tif 000013
【図６Ｂ】
2013509581.tif 000014
【図６Ｃ】
2013509581.tif 000015
【図６Ｄ】
2013509581.tif 000016
【図７】
2013509581.tif 000017
【図８】
2013509581.tif 000018
【図９】
2013509581.tif 000019
【図１０Ａ】
2013509581.tif 000020
【図１０Ｂ】
2013509581.tif 000021
【図１１】
2013509581.tif 000022
【図１２Ａ】
2013509581.tif 000023
【図１２Ｂ】
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【国際調査報告】
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