(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の液体中に存在する対象の検体を検出する方法であって、その方法が、以下のステップ、すなわち、
前記対象の液体が第１の面（２４）に接触されるステップであって、前記第１の面（２４）が、少なくとも１つの検出面（３１）と間隙をもって平行に配置するステップと、
電気的制御の影響下で、液体誘電泳動によって、液体のフィンガが前記第１の面（２４）に形成されるステップであって、前記液体のフィンガは、前記第１の面（２４）に配置されている２つの略同一平面上の電極（４０，４１）に沿って前記検出面（３１）には接触せずに伸びており、前記電極（４０，４１）は、前記少なくとも１つの検出面（３１）に対向する少なくとも１つの液滴形成ゾーン（４２）を含むステップと、
前記液体のフィンガが毛管現象によって壊れて、前記液滴形成ゾーン（４２）のうちの１つに少なくとも１つの液滴を生成するように、前記電気的制御が停止されるステップであって、前記少なくとも１つの液滴が、前記少なくとも１つの検出面（３１）に接触するような十分な厚さを有しているステップと、
前記少なくとも１つの液滴中に存在する前記対象の検体が、前記少なくとも１つの検出面（３１）と連動する検出手段（７０，７１；７２，７３；７４；７５；７６）によって検出されるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記対象の検体に結合することが可能であるプローブ要素が、少なくとも部分的に前記少なくとも１つの検出面（３１）を覆うように、その検出面に接合される、請求項１に記載の検出方法。
【請求項３】
前記液体動電極（４０，４１）は、前記電気的制御が停止されたときに、前記液体のフィンガが、各々が前記液滴形成ゾーン（４２）のうちの１つに位置している複数の液滴に分かれて、各液滴が、前記対応する検出面（３１）に接触することとなるように、それぞれが個別の検出面（３１）に対向して配置されている複数の液滴形成ゾーン（４２）を含む、請求項１または請求項２に記載の検出方法。
【請求項４】
前記液体動電極（４０，４１）は、前記電気的制御が停止されたときに、前記液体のフィンガが、各々が前記液滴形成ゾーン（４２）のうちの１つに位置している複数の液滴に分かれて、各液滴が、同じ検出面（３１）に接触することとなるように、前記同じ検出面（３１）に対向して配置されている複数の液滴形成ゾーン（４２）を含む、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の検出方法。
【請求項５】
前記動電極（４０，４１）は、それぞれ、内縁部（４０Ｉ，４１Ｉ）および外縁部（４０Ｅ，４１Ｅ）を含み、内縁部（４０Ｉ，４１Ｉ）は、互いに略対向して配置され、および外縁部（４０Ｅ，４１Ｅ）は、距離２Ｒだけ互いに離間されている略直線状の部分を有し、および、液滴形成ゾーン（４２）は、距離Ｒの８〜１０倍の距離だけ互いに離間される、請求項３または請求項４に記載の検出方法。
【請求項６】
前記液体動電極（４０，４１）は、前記電気的制御が停止されたときに、前記液体のフィンガが、前記液滴形成ゾーン（４２）に位置する単一の液滴に分かれて、前記液滴が、前記検出面（３１）に接触することとなるように、単一の検出面（３１）に直面している単一の液滴形成ゾーン（４２）を含む、請求項１または請求項２に記載の検出方法。
【請求項７】
前記動電極（４０，４１）は、絶縁層（２２）で被覆される、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の検出方法。
【請求項８】
前記第１の面（２４）は疎水性であり、また、前記少なくとも１つの検出面（３１）は、少なくとも部分的に親水性である、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の検出方法。
【請求項９】
前記検出面（３１）は、振動可能な平らな電気機械的ｋ（３０）の１つの面である、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の検出方法。
【請求項１０】
前記検出ステップは、次のサブステップ、すなわち、
オシレータ（３０）が、所定の周波数で、および所定の振動モードに従って振動するように設定されるサブステップと、
オシレータ（３０）の実効振動周波数が測定されるサブステップと、
測定された振動周波数と、所定の振動周波数の相違が算出されるサブステップと、
を含む、請求項９に記載の検出方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの作動電極（６０，６１）が、前記オシレータ（３０）の縁部に対向して配置され、
オシレータ（３０）を振動させるための前記設定は、前記オシレータ（３０）と、前記少なくとも１つの作動電極（６０，６１）との間に交番電界を発生させることにより、オシレータ（３０）と、前記少なくとも１つの作動電極（６０，６１）との間の静電結合によって実施される、請求項１０に記載の検出方法。
【請求項１２】
測定電極（７０，７１）が、前記オシレータ（３０）の縁部に対向して配置され、
オシレータ（３０）の振動周波数を測定する前記ステップは、前記測定電極（７０，７１）から流れる電流を測定することを含み、前記電流は、オシレータ（３０）と、前記測定電極（７０，７１）との容量性結合によって生成される、請求項１０または請求項１１に記載の検出方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの検出面（３１）は、参照電極を形成する導電性材料からなる層（３２）を含み、および絶縁圧電材料からなる層（３３）で被覆され、後者（３３）は、少なくとも１つの測定電極（７２，７３）によって少なくとも部分的に覆われ、
オシレータ（３０）の振動周波数を測定する前記ステップは、前記測定電極（７２；７３）から流れる電流を測定することを含み、前記電流は、測定電極（７２；７３）と参照電極（３２）との容量性結合によって生成され、後者は、オシレータ（３０）の振動による圧電層（３３）の分極によって所定の電位状態にされる、請求項１０または請求項１１に記載の検出方法。
【請求項１４】
前記圧電層（３３）は、各々が金属製トラックで形成され、および互いに略平行に配置されている２つの測定電極（７２，７３）によって、少なくとも部分的に覆われており、
オシレータ（３０）の振動周波数を測定する前記ステップは、前記測定電極（７２，７３）の少なくとも一方からの第２の電流を測定することも含み、前記第２の電流は、前記測定電極（７２，７３）間の容量性結合によって生成される、請求項１３に記載の検出方法。
【請求項１５】
チャネル（７４）を形成する電極が、前記オシレータ（３０）の縁部に対向して配置され、前記チャネル（７４）を形成する電極は、第１の一定の電位状態にされるソース（７４Ｓ）を形成する電極と、第２の電位状態にされるドレイン（７４Ｄ）を形成する電極とに接続され、
オシレータ（３０）の振動周波数を測定する前記ステップは、チャネル（７４）を形成する前記電極中を流れる電流の変化を測定することを含み、前記変化は、オシレータ（３０）と、チャネル（７４）を形成する前記電極との間の電界効果によって誘発される、請求項１０または請求項１１に記載の検出方法。
【請求項１６】
前記オシレータ（３０）は、チャネルを形成する電極であり、および第１の一定の電位状態にされるソース（７５Ｓ）を形成する電極と、第２の電位状態にされるドレイン（７５Ｄ）を形成する電極とに接続され、
オシレータ（３０）の振動周波数を測定する前記ステップは、チャネルを形成する前記オシレータ内を流れる電流の変化を測定することを含み、前記変化は、オシレータ（３０）の検出面（３１）に堆積されている対象の検体による電界効果によって誘発される、請求項１０または請求項１１に記載の検出方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの検出面（３１）は、前記少なくとも１つの液滴によって覆われるように意図されている親水性ゾーンを有し、前記親水性ゾーンの輪郭は、前記オシレータに加えられる振動モードに従って、前記オシレータの節線と略一致している、請求項９〜請求項１６のいずれか一項に記載の検出方法。
【請求項１８】
前記検出面（３１）は、各々が、第１の一定の電位状態にされるソース（７５Ｓ）を形成する電極と、第２の一定の電位状態にされるドレイン（７５Ｄ）を形成する電極とに接続された複数のナノワイヤ（７６）を含み、
対象の検体を検出する前記ステップは、前記ナノワイヤ（７６）内を流れる電流の変化を測定することを含み、前記変化は、前記検出面（３１）に堆積されている対象の検体による電界効果によって誘発される、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の検出方法。
【請求項１９】
対象の液体中に存在する対象の検体を検出する方法であって、次のステップ、すなわち、液体のフィンガが、電気的制御の影響下で、液体誘電泳動によって基板（１０）の表面で形成された主面に形成されるステップであって、前記液体のフィンガは、前記主面に配置されている２つの略同一平面上にある動電極（４０，４１）に沿って伸び、前記電極（４０，４１）は、オシレータ（３０）の検出面（３１）に設けられている少なくとも１つの液滴形成ゾーン（４２）を含むステップと、
前記液体が、前記主面と、前記主面と同一平面上の、検出面（３１）を形成する平らなオシレータ（３０）の表面と、前記主面と同一平面上の、前記基板（１０）に対してオシレータ（３０）を支持する手段（５０）の表面とに接触されるステップと、
前記電気的制御は、前記液体のフィンガが毛管現象によって壊れて、前記液滴形成ゾーン（４２）のうちの１つに少なくとも１つの液滴を生成するように停止されるステップと、前記少なくとも１つの液滴中に存在する前記対象の検体は、前記少なくとも１つの検出面（３１）と連動する電気的検出手段（７０，７１）によって検出されるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記対象の検体に結合することが可能な前記プローブ要素は、前記少なくとも１つの検出面（３１）を少なくとも部分的に覆うように前記検出面に接合される、請求項１９に記載の検出方法。
【請求項２１】
前記オシレータは、振動可能な平らな電気機械的オシレータであり、前記検出ステップは、次のサブステップ、すなわち、
オシレータ（３０）が、所定の周波数で、および所定の振動モードに従って振動するように設定されるサブステップと、
オシレータ（３０）の実効振動周波数が測定されるサブステップと、
測定された振動周波数と、前記所定の振動周波数の相違が算出されるサブステップと、
を含む、請求項１９または請求項２０に記載の検出方法。
【請求項２２】
少なくとも１つの作動電極（６０；６１）が、前記オシレータ（３０）の縁部に対向して配置され、
オシレータ（３０）を振動させるための前記設定は、前記オシレータ（３０）と、前記少なくとも１つの作動電極（６０；６１）との間に交番電界を発生させることにより、オシレータ（３０）と、前記少なくとも１つの作動電極（６０；６１）との静電結合によって実施される、請求項２１に記載の検出方法。
【請求項２３】
測定電極（７０；７１）が、前記オシレータ（３０）の縁部に対向して配置され、
オシレータ（３０）の振動周波数を測定する前記ステップは、前記測定電極から流れる電流を測定することを含み、前記電流が、オシレータ（３０）と前記測定電極（７０；７１）との容量性結合によって生成される、請求項２１または請求項２２に記載の検出方法。
【請求項２４】
請求項１〜請求項１８のいずれか一項に記載の前記検出方法を実施するための検出装置であって、
第１の面（２４）および少なくとも１つの検出面（３１）であって、前記第１の面（２４）が、前記少なくとも１つの検出面（３１）と平行であり、および前記検出面から所定の距離に配置されている第１の面および少なくとも１つの検出面と、
前記液体を前記第１の面（２４）に接触させることができるように配置された対象の液体のタンク（２５）と、
液体誘電泳動により、第１の面（２４）の前記タンク（２５）からの液体のフィンガを形成する電気的手段であって、前記第１の面（２４）に配置され、および前記少なくとも１つの検出面（３１）に対向する少なくとも１つの液滴形成ゾーン（４２）を含む２つの略同一平面上にある動電極（４０，４１）を含む電気的手段と、
前記少なくとも１つの検出面（３１）に接触している前記液滴中の対象の検体を検出する手段（７０，７１；７２，７３；７４；７５；７６）であって、前記少なくとも１つの検出面（３１）と連動する検出手段と、
を含むことを特徴とする検出装置。
【請求項２５】
請求項１９〜請求項２３のいずれか一項に記載の前記検出方法を実施するための検出装置であって、
基板（１０）、少なくとも１つの平らな電気機械的オシレータ（３０）、および前記基板（１０）に対して各オシレータ（３０）を支持する手段（５０）であって、主面が、前記基板（１０）の表面で形成され、前記オシレータ（３０）の表面が、検出面（３１）と、前記支持手段（５０）の表面とを形成している基板、オシレータおよび支持手段と、
前記液体を前記主面に接触させることができるように配置された対象の液体のタンクと、液体誘電泳動により、前記主面上の前記タンクからの液体のフィンガを形成する電気的手段であって、前記主面に配置され、および各々が前記検出面（３１）に設けられた少なくとも１つの液滴形成ゾーン（４２）を含む２つの略同一平面上にある動電極（４０，４１）を含む電気的手段と、
前記少なくとも１つの検出面（３１）に接触している前記液滴中の対象の検体を検出する手段（７０；７１）であって、前記少なくとも１つの検出面（３１）と連動する検出手段と、
を含むことを特徴とする検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象の液体中に存在する対象の検体の検出に関する一般的な分野に関する。
【０００２】
これらの対象の検体は、化学的標的および／または生物学的標的、例えば、巨大分子、細胞、細胞小器官、病原菌またはインターカレーションにすることができる。
（従来技術）
【０００３】
多くの分野において、液滴中に存在する可能性のある化学的および／または生物学的タイプの対象の検体を検出するための試みがなされている。
【０００４】
これは、例えば、生物学的または医学的な診断を確立するための、または、遺伝子工学または食品産業の分野におけるケースにすることができる。特に、巨大分子、細胞、細胞小器官、病原菌またはインターカレーションを検出または測定するための試みを行うことができる。
【０００５】
一般的には、少量の液体サンプルを、短時間で、最もシンプルで可能な限り干渉の程度が低い方法で分析するための試みがなされる。
【０００６】
実例として、分子生物学の分野において、核酸（ＤＮＡおよび／またはＲＮＡ）のハイブリッド形成、または、抗原／抗体、たんぱく質／リガンド、たんぱく質／たんぱく質、酵素／基質等のタイプの相互作用を分析するためのマイクロシステムを構成するバイオチップが挙げられる。それらの化学的相互作用に関連する動力学的パラメータまたは平衡定数を得るための試みを行うことができる。
【０００７】
一般的に、生物学的および／または化学的なタイプの対象の検体は、分析すべき液体サンプルがその中を流れる微小流路内のセンサを用いて検出することができる。重量法による検出および電界効果による検出等のいくつかの検出方法を用いることができる。
【０００８】
本出願人の名で出願された特許出願ＷＯ２００９／１４１５１５には、液状媒体、特に生体分子中の粒子の重量測定検出のための装置が記載されている。該装置は、電気機械的オシレータを含み、その振動周波数は、該オシレータの表面に堆積した対象の検体の量に依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許出願ＷＯ２００９／１４１５１５号明細書
【００１０】
より正確に言えば、該装置は、微小流路を含み、その中で、対象の検体を含む液体が流れる。該微小流路の内部には、例えば、四角いプレート状の平らな電気機械的オシレータが配置されている。該プレートの面の１つは、検体検出面を画成し、その機能性は、従来の、対象の検体に結合することが可能なプローブの接合によって得ることができる。
【００１１】
該オシレータは、定位置に保持され、および該プレートの４つの頂点に配置され、かつそれぞれ、該微小流路がその中に形成されている基板に接続されているビームによって、その平面内で振動することが可能である。
【００１２】
該オシレータを作動させる手段は、該プレート近傍に配置され、および該プレートと同一平面上にある隣接する２つの電極を含むことができる。該オシレータは、それら２つ作動電極を介した静電結合によって、その固有の共振周波数で振動するように形成される。これを実行するために、該オシレータは、一定の電位状態にされる。
【００１３】
検出手段は、該プレート近傍に配置され、および前記作動電極に対向する少なくとも１つの電極を含む。該オシレータと該測定電極との間の静電容量を変調させると、該オシレータの振動によって、前記電極において、動電流と呼ばれる容量性電流が生成される。
【００１４】
この電流を測定することにより、および特にそのスペクトル応答により、該オシレータの振動周波数、および該オシレータの実効振動周波数と初期周波数との相違が推定される。該オシレータの検出面に堆積される対象の検体の質量は、この周波数の相違と直接的に相関している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、従来技術による重量法によるこの検出装置は、いくつかの欠点を有している。
【００１６】
例えば、液体サンプル中の対象の検体の濃度は、該微小流路内の液体のフローに存在する流体力によって大幅に影響を及ぼされる。実際には、該微小流路の測微法的寸法は、粘着力を非常に高くする。その結果、該微小流路の壁部近傍、および特に縁部に存在する検体は、その粘着力によって実質的に引き止められ、それにより、センサまで有効に至る検体の濃度が低くなる傾向がある。
【００１７】
また、該微小流路の壁部は、対象の液体を汚染し、および潜在的に、該センサの上流で該検体と、または、該検出面のプローブ要素と相互作用する可能性がある化学的要素を含んでいる可能性があり、それによって、該センサの検出感度に干渉する可能性がある。
【００１８】
加えて、該プレートは、対象の液体中に浸される。また、該液体は、特に、該プレートの振動ゾーン内に、すなわち、容量性結合による変換の場合においては、該プレートと、側電極との間に存在しており、それによって、「スクイーズ減衰」と呼ばれる振動の減衰が生じ、その減衰には粘性減衰も加わり、両減衰とも、該センサの品質係数を大幅に低下させる。このようなセンサの品質係数は、通常、その共振ピークの先鋭度に相当する。また、品質係数は、検出の感度に相関することが分かっている。換言すれば、共振ピークが鋭ければ鋭いほど、品質係数は、より大きく増加し、および該センサの検出の感度は、より大きく増加することになる。品質係数は、一般的に、振幅を振動周波数の関数として表すグラフにおける、中間高さにおける共振ピークの幅によって決まる。しかし、共振ピークの先鋭度に相当する他のどのような指標も用いることができる。
【００１９】
また、対象の液体中に浸される、容量性変換を伴う重量測定センサの場合、該作動電極および検出電極の表面を絶縁層で覆うことが必要である。実際に、この層がない場合には、対象の液体が導電性である場合、電気分解の危険性がある。一方、この絶縁層の存在は、同じ振動振幅を得るための作動電圧を増加させてしまう。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の目的は、従来技術の実施に関連する上述した欠点を少なくとも部分的に克服する、液体中に存在する対象の検体を検出する方法を提示することである。
【００２１】
この目的のために、本発明は、対象の液体中に存在する対象の検体を検出する方法であって、以下のステップ、すなわち、
前記対象の液体が第１の面に接触されるステップであって、前記面が、少なくとも１つの検出面と平行であるステップと、
電気的制御の影響下で、液体誘電泳動によって、液体のフィンガが前記第１の面に形成されるステップであって、該液体のフィンガは、前記第１の面に配置されている２つの略同一平面動の電極に沿って伸びており、前記電極は、前記少なくとも１つの検出面に対向する少なくとも１つの液滴形成ゾーンを含むステップと、
該液体のフィンガが毛管現象によって壊れて、前記液滴形成ゾーンのうちの１つに少なくとも１つの液滴を生成するように、前記電気的制御が停止されるステップであって、前記少なくとも１つの液滴が、前記少なくとも１つの検出面に接触するような十分な厚さを有しているステップと、
前記少なくとも１つの液滴中に存在する前記対象の検体が、前記少なくとも１つの検出面と連動する検出手段によって検出されるステップと、
を含む方法に関連している。
【００２２】
液体誘電泳動（ｌｉｑｕｉｄ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ：ＬＤＥＰ）は、電気絶縁性または導電性の液体への電気力の印加であり、該力は、不均一な振動電界によって生成されると理解されたい。液体誘電泳動による液体のフィンガの形成は、特に、“Ｌｉｑｕｉｄ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｍｉｃｒｏｓｃａｌｅ”（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔ．，５１−５２（２００１），２９０−２９９）というタイトルのＪｏｎｅｓの論文に記載されている。該液体が電界内にある場合、該液体の分子は、非ヌル双極子を得て分極される。電界が不均一である限りにおいて、クーロン力が生じ、および該クーロン力が、該液体の、および全ての液体の分子の最大場への動きを誘発する。
【００２３】
該電気的制御が停止されると、該液体のフィンガは不安定な状態になることに留意すべきである。その結果、毛細管の不安定性が急速に増加して、該フィンガを１つ以上の液滴に分け、それによって、該液体の界面エネルギを低下させることを可能にする。
【００２４】
このようにして、本発明による方法は、該検出面に接触している液滴中に存在する対象の検体の検出を実現できる。また、該方法は、多数の液滴を同時に形成することも可能にする。該液滴は、単一の検出面または個別の検出面と接触することができる。
【００２５】
上述した従来技術とは対照的に、該検体は、微小流路内を流れる液体によってだけではなく、第１の面と接触している液体のフィンガによっても運ばれる。したがって、粘着力の影響は、接液壁部の全表面がかなり小さくなる程度まで大幅に低減される。したがって、該壁部の近傍、ここでは、第１の面の近傍で「捕捉される」検体の量はかなり少なく、それによって、該検出面まで有効に運ばれる検体の量が増える。
【００２６】
また、接液壁部の全表面が小さくなることにより、汚染された面との接触により、該対象の液体を汚染する危険性が大幅に低下する。加えて、該検出面は、液滴が該検出面に接触すると、該液体のみに接触し、それによって、接触する化学的物質によって、該検出面を汚染する危険性がかなり低下する。
【００２７】
また、そのうちの１つの面が検出面を形成する、上述したような電気機械的オシレータの場合、該振動ゾーン内に液体がないことが、「スクイーズ減衰」タイプの振動の減衰を回避することを可能にしている。その結果、その品質係数が維持される。
【００２８】
複数の液滴が、該液体のフィンガから同時に形成されて、面当たり１つの液滴で複数の検出面に接触する場合、前記検出面は、異なる種類の検体を検出するのに用いることができ、それによって、異なる種類の大量の検体を正確かつ迅速に検出することが可能になる。
【００２９】
対象の液体がガスで包囲されている場合には、１つの検出面の作動は、異なる対応オシレータが液体に浸されていない限りにおいて、隣接する検出面における検出には影響を及ぼさないことに留意すべきである。該振動ゾーンがその平面内で振動している場合は、該ガスのみが各オシレータの振動ゾーン内に存在している。該振動ゾーンが、その平面の外部で振動している場合は、このことが、隣接するオシレータの振動に干渉することなく、対応する検出面の液滴のみが変形される。
【００３０】
好ましくは、前記動電極は、略矩形状で同一平面上にあり、および互いにほぼ平行である。
【００３１】
前記第１の面と、前記少なくとも１つの検出面は、該液体のフィンガの最大厚さよりも大きく、かつ前記少なくとも１つの液滴の最大厚さよりも小さい高さだけ、互いに離間されている。
【００３２】
したがって、該液体のフィンガは、前記少なくとも１つの検出面に触れることなく、第１の面に形成される。少なくとも１つの液滴が、該流体フィンガの毛細管破砕によって生成されると、該液滴は、該液滴が、２つの面を隔てる距離よりも大きい最大厚さを有する限りにおいて、必然的に該検出面に接触することになる。
【００３３】
有利には、該対象の検体に結合することが可能な該プローブ要素は、前記少なくとも１つの検出面を少なくとも部分的に覆うように、その検出面に接合される。
【００３４】
これらの接合されるプローブ要素は、例えば、抗体、核酸のためのプローブ、または、印刷ポリマーとすることができる。
【００３５】
一実施形態によれば、前記液体動電極は、それぞれ、個別の検出面に対向して配置されている複数の液滴形成ゾーンを含んでいる。該電気的制御が停止されると、該液体のフィンガは、各々が、前記液滴形成ゾーンのうちの１つに位置している複数の液滴に分かれ、各液滴は、対応する検出面に接触することになる。
【００３６】
該液滴形成ゾーンは、同一平面上にある電極の枝部に対応することが可能である。好ましくは、半円盤の形態である。
【００３７】
したがって、該方法は、複数の液滴を形成することを可能にする。それらの液滴は、同時に形成されて、対応する検出面に同時に接触することとなる。
【００３８】
また、該液滴の配置は、各駅敵が、該動電極の該液滴形成ゾーン上に形成される限りにおいて、完全に制御される。
【００３９】
加えて、該液滴は全て、較正された容積を有している。各液滴が、同一容積を有することが可能である。
【００４０】
各液滴の容積は、該液滴形成ゾーンのサイズ、特に幅と、該液体のフィンガの幅と、第１の面の親水性とに依存している。
【００４１】
該流体フィンガが、該検出面に対向する第１の面に形成される場合は、該液滴の容積は、第１の面と該検出面とを隔てる距離にも依存する。
【００４２】
該流体フィンガの幅は、該動電極の外縁部の直線状部分間の距離２Ｒに略等しい。
【００４３】
各検出面は、考慮されている検出面に従って、異なる対象の検体に結合することが可能なプローブ要素を含むことができる。その結果、該プローブ要素の種類に従って、異なる種類の検体の検出を進めることが可能である。
【００４４】
別の実施形態によれば、前記液体動電極は、同じ検出面に対向して配置されている複数の液滴形成ゾーンを含む。該電気的制御が停止されると、該液体のフィンガは、各々が、前記液滴形成ゾーンのうちの１つに位置している複数の液滴に分かれ、各液滴は、前記対応する検出面に接触することとなる。
【００４５】
既に述べたように、該液滴は、同時に形成され、および較正された容積を有している。各液滴の容積は、同一にすることも可能である。
【００４６】
有利には、前記動電極は、それぞれ、内縁部および外縁部を含み、該内縁部は、互いに略対向して配置され、および該外縁部は、略直線状の部分を有している。
【００４７】
前記直線状部分は、距離２Ｒだけ互いに離間され、また、前記液滴形成ゾーンは、有利には、距離Ｒの８〜１０倍の距離、および好ましくは、距離Ｒの９倍程度の距離、および好ましくは、９．０１６Ｒの距離だけ互いに離間されている。
【００４８】
この距離は、該液体のフィンガの最も不安定な波長にほぼ等しい。
【００４９】
一実施形態によれば、前記液体動電極は、単一の検出面に直面している単一の液滴形成ゾーンを含む。該電気的制御が停止されると、前記液体のフィンガは、前記液滴形成ゾーン上に位置する単一の液滴に分かれ、前記液滴は、前記検出面に接触することとなる。
【００５０】
好ましくは、前記動電極は、絶縁層で被覆されている。
【００５１】
好ましくは、前記第１の面は疎水性であり、また、前記少なくとも１つの検出面は、少なくとも部分的に親水性である。
【００５２】
本発明の第１の好適な実施形態によれば、前記検出面は、振動することが可能である平らな電気機械的オシレータの１つの面である。
【００５３】
その場合、前記検出ステップは、次のサブステップ、すなわち、
該オシレータが、所定の周波数で、および所定の振動モードに従って振動するように設定されるサブステップと、
該オシレータの実効振動周波数が測定されるサブステップと、
測定された振動周波数と、所定の振動周波数の相違が算出されるサブステップと、
を含むことができる。
【００５４】
この相違は、該検出面に堆積した該液滴の質量によるものである。該検出面が、固有のプローブで機能的に形成されている場合、該相違も、対象の液体中に存在するターゲットと、該プローブとの相互作用によるものとなる。「重量測定検出」という用語を用いることもできる。
【００５５】
好ましくは、少なくとも１つの作動電極が、好ましくは、前記オシレータと平行に、および有利には、該オシレータと同一平面上に、該オシレータの縁部に対向して配置される。該オシレータを振動させるための前記設定は、前記オシレータと、前記少なくとも１つの作動電極との間に交番電界を発生させることにより、該オシレータと、前記少なくとも１つの作動電極との間の静電結合によって実施される。
【００５６】
したがって、前記オシレータは、一定の電位状態にすることができ、また、交流電圧を前記少なくとも１つの作動電極に印加することができる。
【００５７】
測定電極は、好ましくは、前記オシレータと平行に、および有利には、該オシレータと同一平面上に、前記オシレータの縁部に対向して配置される。該オシレータの振動周波数を測定する前記ステップは、前記測定電極から流れる電流を測定することを含み、前記電流は、該オシレータと、前記測定電極の容量性結合によって生成される。いくつかの測定電極を配置することができ、その場合、それらの測定電極は、該オシレータに容量結合される。
【００５８】
別法として、対象の検体は、圧電気によって検出される。前記少なくとも１つの検出面は、参照電極を形成する導電性材料からなる層を含み、および絶縁圧電材料で被覆され、後者は、少なくとも１つの測定電極によって少なくとも部分的に覆われる。該オシレータの振動周波数を測定する前記ステップは、前記測定電極から流れる電流を測定することを含み、前記電流は、該参照電極と該測定電極との容量性結合によって生成され、後者は、該オシレータの振動による該圧電層の分極によって、所定の電位状態にされる。
【００５９】
変形例によれば、前記圧電層は、各々が金属製トラックで形成され、および互いに略平行に配置されている２つの測定電極によって、少なくとも部分的に覆われている。該オシレータの振動周波数を測定する前記ステップは、前記測定電極の少なくとも一方からの第２の電流を測定することも含み、前記第２の電流は、前記測定電極間の容量性結合によって生成される。
【００６０】
別法として、対象の検体は、該オシレータが、共振電気格子を形成する方法によって検出される。チャネルを形成する電極は、好ましくは、そのチャネルに平行で、および有利には、そのチャネルと同一平面上にある前記オシレータの縁部に対向して配置され、前記チャネルを形成する電極は、第１の一定の電位状態にされるソースを形成する電極と、第２の電位状態にされるドレインを形成する電極とに接続される。該オシレータの振動周波数を測定する前記ステップは、チャネルを形成する該電極中を流れる電流の変化を測定することを含み、前記変化は、該オシレータと、該チャネルを形成する電極との間の電界効果によって誘発される。
【００６１】
別法として、対象の検体は、該オシレータが共振電気チャネルを形成する、電界効果による検出方法によって検出される。前記オシレータは、チャネルを形成する電極であり、および第１の一定の電位状態にされる、ソースを形成する電極と、第２の電位状態にされる、ドレインを形成する電極とに接続される。該オシレータの振動周波数を測定する前記ステップは、チャネルを形成する該電極内を流れる電流の変化を測定することを含み、前記変化は、該オシレータの検出面に堆積されている対象の検体により、電界効果によって誘発される。
【００６２】
有利には、前記少なくとも１つの検出面は、前記少なくとも１つの液滴によって覆われるように意図されている親水性ゾーンを有し、該親水性ゾーンの輪郭は、該オシレータに加えられる振動モードに従って、該オシレータの節線と略一致している。
【００６３】
本発明の好適な第２の実施形態によれば、前記検出面は、各々が、直流電圧が印加されるソースを形成する電極と、直流電圧が印加されるドレインを形成する電極とに接続された複数のナノワイヤを含む。対象の検体を検出する前記ステップは、前記ナノワイヤ内を流れる電流の変化を測定することを含み、前記変化は、前記検出面に堆積されている対象の検体による電界効果によって誘発される。
【００６４】
また、本発明は、対象の液体中に存在する対象の検体を検出する方法であって、次のステップ、すなわち、
前記液体が、基板の表面で形成された主面と、検出面を形成する平らな検出器の表面と、前記基板に対して該オシレータを支持する手段の表面とに接触されるステップと、
液体のフィンガが、電気的制御の影響下で、液体誘電泳動によって前記主面に形成されるステップであって、該液体のフィンガは、前記主面に配置されている２つの動電極に沿って伸び、前記電極は、各々が該検出器の前記検出面に配置されている少なくとも１つの液滴形成ゾーンを含むステップと、
前記電気的制御は、該液体のフィンガが毛管現象によって壊れて、前記液滴形成ゾーンのうちの１つに少なくとも１つの液滴を生成するように停止されるステップと、
前記少なくとも１つの液滴中に存在する前記対象の検体は、前記少なくとも１つの検出面と連動する電気的検出手段によって検出されるステップと、
を含む方法に関する。
【００６５】
前述した方法とは対照的に、ここでは、該液体のフィンガがその上に形成される面と、該少なくとも１つの検出面は、同一平面上にある。
【００６６】
有利には、該対象の検体に結合することが可能な該プローブ要素は、前記少なくとも１つの検出面を少なくとも部分的に覆うように、該検出面に接合される。
【００６７】
前記検出面は、振動可能な平らな電気機械的オシレータの面である。その場合、前記検出ステップは、次のサブステップ、すなわち、
該オシレータが、所定の周波数で、および所定の振動モードに従って振動するように設定されるサブステップと、
該オシレータの実効振動周波数が測定されるサブステップと、
測定された振動周波数と、該所定の振動周波数の相違が算出されるサブステップと、
を含むことができる。
【００６８】
この相違は、該検出面に堆積されている液滴の質量によるものである。該検出面が、固有のプローブによって機能的に形成されている場合、該相違もまた、該対象の液体中に存在するターゲットと、該プローブとの相互作用によるものである。「重量測定検出」という用語を用いることもできる。
【００６９】
好ましくは、少なくとも１つの作動電極が、好ましくは、前記オシレータと平行に、および有利には、該オシレータと同一平面上で、該オシレータの縁部に対向して配置される。該オシレータを振動させるための前記設定は、前記オシレータと、前記少なくとも１つの作動電極との間に交番電界を発生させることにより、該オシレータと、前記少なくとも１つの作動電極との静電結合によって実施される。例えば、該オシレータは、一定の電位状態にされ、交流電圧が前記少なくとも１つの作動電極に印加される。
【００７０】
測定電極は好ましくは、前記オシレータと平行に、および有利には、該オシレータと同一平面上で、該オシレータの縁部に対向して配置される。該オシレータの振動周波数を測定する前記ステップは、前記測定電極から流れる電流を測定することを含み、前記電流は、備えられたオシレータと前記測定電極との容量性結合によって生成される。
【００７１】
上述したオシレータ（圧電オシレータ、共振格子または共振チャネルを有するオシレータ）もまた、この実施形態に用いることができる。
【００７２】
また、本発明は、上記の特徴のうちの１つに従って、同一平面上にない液滴形成面および検出面を用いた検出方法を実施するように、対象の検体を検出するための装置に関する。該検出装置は、
第１の面および少なくとも１つの検出面であって、前記第１の面が、前記少なくとも１つの検出面と平行であり、および該検出面から所定の距離に配置されている第１の面および少なくとも１つの検出面と、
前記液体を前記第１の面に接触させることができるように配置された対象の液体のタンクと、
液体誘電泳動により、第１の面の前記タンクからの液体のフィンガを形成する電気的手段であって、前記第１の面に配置され、および前記少なくとも１つの検出面に対向する少なくとも１つの液滴形成ゾーンを含む２つの略同一平面上にある動電極を含む電気的手段と、
前記少なくとも１つの検出面に接触している前記液滴中の対象の検体を検出する手段であって、前記少なくとも１つの検出面と連動する検出手段と、
を含む。
【００７３】
そしてまた、本発明は、上記の特徴のうちの１つに従って、同一平面上にある液滴形成面および検出面を用いた検出方法を実施するように、対象の検体を検出するための装置に関する。該検出装置は、
基板、少なくとも１つの平らな電気機械的オシレータ、および前記基板に対して各オシレータを支持する手段であって、主面が、前記基板の表面で形成され、前記オシレータの表面が、検出面と、前記支持手段の表面とを形成している基板、該オシレータおよび該支持手段と、
前記液体を前記主面に接触させることができるように配置された対象の液体のタンクと、
液体誘電泳動により、該主面上の前記タンクからの液体のフィンガを形成する電気的手段であって、前記主面に配置され、および各々が前記検出面に設けられた少なくとも１つの液滴形成ゾーンを含む２つの略同一平面上にある動電極を含む電気的手段と、
前記少なくとも１つの検出面に接触している前記液滴中の対象の検体を検出する手段であって、前記少なくとも１つの検出面と連動する検出手段と、
を含む。
【００７４】
本発明のその他の効果および特徴は、以下の非限定的な詳細な説明において明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
次に、本発明の実施形態を非限定的な実施例として、添付図面を参照しながら説明する。
【図１】は、その検出方法が重量測定である本発明の第１の好適な実施形態による検出装置の長手方向断面における概略図である。
【図２Ａ】は、図１に示す装置のカバーを形成する基板の下から見た概略図であり、該カバーには、２つの動電極が備えられている。
【図２Ｂ】は、図２Ａに示す動電極の一部の詳細図である。
【図３】は、図１に示す検出装置の一部の詳細な横断面図である。
【図４Ａ】は、図１に示す検出装置の一部の概略斜視図である。
【図４Ｂ】は、図４Ａに示す検出装置の一部の、作動電極と測定電極によって囲まれている平らな電気機械的オシレータの概略平面図である。
【図５Ａ】は、液滴の形成を示す、図１に示す検出装置の長手方向断面における概略図である。
【図５Ｂ】は、液滴の形成を示す、図１に示す検出装置の長手方向断面における概略図である。
【図５Ｃ】は、液滴の形成を示す、図１に示す検出装置の長手方向断面における概略図である。
【図６Ａ】図６Ａおよび図６Ｂは、検出方法が圧電式である、第１の好適な実施形態の変形例による検出装置の一部の横断面図（図６Ａ）および平面図（図６Ｂ）である。
【図６Ｂ】図６Ａおよび図６Ｂは、検出方法が圧電式である、第１の好適な実施形態の変形例による検出装置の一部の横断面図（図６Ａ）および平面図（図６Ｂ）である。
【図７】は、オシレータが共振電気格子を形成している、第１の好適な実施形態の変形例による検出装置の一部の概略斜視図である。
【図８】は、オシレータが共振電気チャネルを形成している、第１の好適な実施形態の変形例による検出装置の一部の概略斜視図である。
【図９】は、検出面が複数のナノワイヤを含む、第２の好適な実施形態による検出装置の一部の概略図である。
【図１０】は、液滴形成面と検出面とが同一平面上にある、本発明の第３の実施形態による検出装置の一部の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００７６】
図１は、本発明の第１の実施形態による、液体中に存在する対象の検体を検出するための装置を示す。
【００７７】
検出装置１は、互いに対向して配置されている、下方基板１０と、カバーを形成している上方基板２０とを含む。
【００７８】
カバー２０は、絶縁層２２および疎水性層２３で形成された下方面を有する。前記疎水性層の自由表面は、第１の面２４と呼ばれている。
【００７９】
下方基板１０は、振動するように設定されることが可能な複数の電気機械的オシレータ３０を含む。前記オシレータ３０については、以下で詳細に説明する。各オシレータ３０の上方面３１は、検出面３１と呼ばれ、およびカバー２０の第１の面２４に対向している。
【００８０】
以下の全ての説明においては、慣例により、図１に示すように、デカルト座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における直接正規直交枠が用いられる。平面（Ｘ，Ｙ）は、前記面と平行であり、また、方向Ｚは、検出面３１から該カバーの第１の面２４へ向いている。
【００８１】
「上方」および「下方」という用語は、ここでは、前記枠の方向Ｚが進む方向の観点から理解すべきである。
【００８２】
前記検出面３１は、同一平面上にあり、および所定の距離Ｈだけ第１の面２４から離れている。
【００８３】
カバー２０は、第１の面２４を貫通して、該面内に開口している開口部２５を含む。開口部２５は、液体で満たすことができ、その中には、対象の検体が存在することが可能であり、その結果、液体タンク２５を形成することができる。
【００８４】
該液体は、数μＳ．ｃｍ−１〜数ｍＳ．ｃｍ−１、例えば、１μＳ．ｃｍ−１〜１００ｍＳ．ｃｍ−１、好ましくは、１０ｍＳ．ｃｍ−１程度の導電性を有している。
【００８５】
検出装置１は、液体誘電泳動により、カバー２０の第１の面２４で液体のフィンガを形成する電気的手段を含む。
【００８６】
それらの手段は、ＡｈｍｅｄおよびＪｏｎｅｓによる“Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ  ｌｉｑｕｉｄ  ＤＥＰ  ｄｒｏｐｌｅｔ  ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ”というタイトルの論文（Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．  Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．，１７（２００７），１０５２−１０５８）に提示されているものと同様である。
【００８７】
したがって、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、２つの動電極４０，４１が、第１の面２４に配置され、および各々が異なる検出面に対向している複数の液滴形成ゾーン４２を含んでいる。
【００８８】
電極４０，４１は、それぞれ、金属製トラックで形成されている。それらは、互いに平行であり、同一平面上にあり、および略直線形状である。
【００８９】
図２Ｂがより詳細に図示しているように、各トラック４０，４１は、内縁部４０Ｉ，４１Ｉと、外縁部４０Ｅ，４１Ｅとを含んでいる。内縁部４０Ｉ，４１Ｉは、互いに対向して配置されている。
【００９０】
前記液滴形成ゾーン４２は、各動電極４０，４１の外側に伸びている平らな突出部または平らなバンプ４２−０および４２−１で形成されている。バンプ４２−０および４２−１は、電極４０，４１の一部であり、およびそれらの電極と同一平面上にある。
【００９１】
バンプ４２−０および４２−１は、ここでは、互いに対称的に配置され、およびそれぞれ、異なる動電極４０，４１の一部である。
【００９２】
このようにして、動電極４０，４１は、直線状部分４３と、前記直線状部分４３によって互いに接続されている液滴形成ゾーン４２とを含んでいる。
【００９３】
動電極４０，４１の内縁部４０Ｉ，４１Ｉは、互いに距離ｇだけ離間している。直線状部分４３は、幅ｗを有し、および各バンプ４２−０，４２−１は、半径Ｒｂの半円盤状であり、その中心は、直線状部分４３の外縁部４０Ｅ，４１Ｅの延長線上に位置している。これらの様々な距離の表記は、上記のＡｈｍｅｄおよびＪｏｎｅｓによる論文で用いられているものと同様である。
【００９４】
２Ｒは、動電極４０，４１の直線状部分４３の外縁部４０Ｅ，４１Ｅを隔てている距離である。
【００９５】
液滴形成ゾーン４２は、互いに等距離に配置され、その距離は、好ましくは、８Ｒ〜１０Ｒ、および好ましくは、９．０１６Ｒである。
【００９６】
以下に詳細に説明するように、液滴形成ゾーン４２を隔てている距離は、動電極４０，４１に沿って伸びる液体のフィンガの最も不安定な波長λｍａｘに略等しい。
【００９７】
動電極４０，４１は、電極４０，４１間に電位差を加えることが可能な電圧源４４（図２Ａ）に接続されている。
【００９８】
印加される該電圧は交流電圧であり、その周波数は、例えば、数キロヘルツ〜数メガヘルツ、例えば、１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ、および１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚであり、また、該電圧は、数ＲＭＳボルト〜数百ＲＭＳボルトの好適な電圧である。
【００９９】
そして、図１を参照して上述したように、絶縁層２２は、カバー２０の下面２１と、動電極４０，４１を被覆するように設けられている。疎水性層２３は、絶縁層２２を覆っている。有利には、該絶縁層および該疎水性層は、同じ材料からなる単一の層とすることができる。
【０１００】
下方基板１０は、振動するように設定されることが可能な平らな電気機械的オシレータ３０（図１）の形態の複数の検出器を含む。各オシレータ３０は、検出面３１と呼ばれる上面を有している。
【０１０１】
それらの検出面３１は、同一平面上にあり、およびカバー２０の第１の面２４から距離Ｈだけ離れている。
【０１０２】
オシレータ３０は、上記の国際出願ＷＯ２００９／１４１５１５に記載されているのと同様または同一とすることができ、または、当業者には周知の他の何らかの重量測定検出器（ビーム、カンチレバー等）とすることができる。
【０１０３】
図３に示すように、各オシレータ３０は、ここでは、動電極４０，４１の液滴形成ゾーン４２に直面して配置されている四角いプレートである。しかし、該オシレータは、他の形態、例えば、ディスク状、リング状または多角形状とすることができる。
【０１０４】
プレート３０は、該プレートをその平面の内外で振動させることが可能なキャビティ１１の上に配置されている。
【０１０５】
図４Ａおよび図４Ｂに示すように、プレート３０は、支持手段５０、ここではビームによって、該下方基板上に取り付けられており、それらの支持手段は、該オシレータの４つの頂点に配置され、および該下方基板の対角線をたどる方向に向けられて配置されている。これらのビームは、例えば、シリコン、ポリシリコン、タングステン、ニッケル、または、微小電気機械システムまたはナノ電気機械システム（ＭＥＭＳ，ＮＥＭＳ）の分野で使用される他のいずれかの材料から成ることが可能である。
【０１０６】
各オシレータを振動させるように設定するために、作動手段が設けられている。
【０１０７】
少なくとも１つの作動電極６０が、好ましくは、前記オシレータ３０と平行に、および有利には、該オシレータと同一平面上に、該オシレータの縁部に対向して配置される。
【０１０８】
図４Ｂは、オシレータ３０の近傍に配置されている、２つの隣接する作動電極６０，６１を示す。
【０１０９】
作動電極６０，６１は、数百ナノメータ程度の距離、例えば、１００ｎｍまたは３００ｎｍだけオシレータ３０から離れている。
【０１１０】
電圧源（図示せず）は、所定の周波数の交流電圧を、作動電極６０，６１のそれぞれに印加するために該作動電極に接続され、その結果、オシレータ３０は、一定の電位状態にされる。設定すべき電圧のパラメータを選定するために、制御手段（図示せず）が該電圧源に接続されている。その印加電圧の周波数は、有利には、該オシレータの固有振動周波数に等しい。
【０１１１】
オシレータ３０は、好ましくは、その平面内で、ラーメモード、ボリュームエクステンションモード、「ワイングラスモード」と呼ばれるモード、または、他のいずれかの輪郭のモードから選択された所定の振動モードに従って振動することができることに留意すべきである。
【０１１２】
以下に詳細に説明するように、オシレータ３０は、一定の電位状態にされるオシレータ３０と、所定の周波数の交流電圧が印加される前記作動電極６０，６１との静電結合によって振動するように設定される。
【０１１３】
該対象の検体は、ここでは、重量測定によって検出される。
【０１１４】
図４Ｂに示すように、２つの隣接する測定電極７０，７１は、好ましくは、前記オシレータ３０に平行に、および有利には、該オシレータと同一平面上で、該オシレータの縁部に対向して配置される。これらの測定電極は、作動電極６０，６１と同じ、該測定電極とオシレータ３０を隔てている距離を有している。
【０１１５】
以下に詳細に説明するように、該オシレータの振動周波数を測定する前記ステップは、前記測定電極７０，７１から流れる電流を測定することを含む。この電流は、オシレータ３０と測定電極７０，７１との容量性結合によって生成される。
【０１１６】
そして、測定された電気信号を記憶および分析する手段（図示せず）が、生成された電流を測定する該手段と、該作動電極を制御する手段とに接続される。該手段は、一方においては、該オシレータの実効振動周波数を計算することを可能にし、また、測定された振動周波数と、最初に設定された所定の振動周波数との相違から該対象の検体を検出することを可能にする。
【０１１７】
オシレータ３０の検出面３１は、有利には、前記液滴によって覆われるように意図されている親水性ゾーンを有することに留意すべきである。該親水性ゾーンの輪郭は、有利には、該オシレータに加えられる振動モードに従って、該オシレータの節線と略一致することが可能である。このことは、該液滴の三重線の振動によって引き起こされたエネルギ散逸を弱めることが可能であり、その場合、この振動は、無視できるほどの振幅である。
【０１１８】
また、該対象の検体に結合することが可能な該プローブ要素は、前記検出面を少なくとも部分的に覆うように、前記検出面に接合することができる。これらの接合されたプローブ要素は、例えば、抗体、核酸のためのプローブ、または、印刷ポリマーとすることができる。
【０１１９】
該プローブ要素は、該検出面により異ならせることが可能である。そのため、各検出面は、異なる種類の対象の検体を受け入れるように意図されている。
【０１２０】
下方基板１０は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ダイヤモンド、窒化ケイ素、酸化ケイ素、ニッケル、タングステンまたはプラチナ等の材料で実施することができる。上方基板２０の材料は、上述した材料から選択することができるが、ポリカーボネートまたはＰＥＥＫ等のガラス、パイレックス（登録商標）または有機材料が好適であろう。該上方基板は、有利には、透明である。該上方基板の厚さは、数百ミクロン〜数ミリメートルとすることができる。
【０１２１】
動電極４０，４１は、金属材料、例えば、金またはアルミニウムで実施することができる。電極４０，４１は、２０μｍ程度の幅ｗを有することができ、および互いに２０μｍ程度の距離ｇだけ離間させることができる。その結果、該液体のフィンガの幅は、Ｒ＝ｗ＋ｇ／２＝３０μｍ程度になる。該バンプは、Ｒｂ＝０．９８Ｒの半円盤状とすることができる。
【０１２２】
動電極４０，４１を覆っている絶縁層２２は、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＳｉＮとすることができ、および１００ｎｍ〜数ミクロンの厚さを有することができる。これにより、該液体が、動電極４０，４１に直接接触している場合でも、該液体の電気分解を回避することが可能である。
【０１２３】
第１の面２４を形成している疎水性層２３は、ＳｉＯＣ、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）またはパリレンからなることが可能であり、および数ミクロンの厚さを有することができる。
【０１２４】
オシレータ３０は、５μｍ〜数百ミクロンの幅からなる四角いプレートである。その厚さは、典型的には、その幅の十分の一以下である。該プレートは、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ダイヤモンド、窒化ケイ素、酸化ケイ素、ニッケル、タングステンまたはプラチナから選択された材料で実施される。
【０１２５】
第１の面２４と検出面３１を隔てる距離Ｈは、数十ミクロン程度、例えば、５０μｍとすることができる。
【０１２６】
各検出面３１は、形成された液滴を受容れるように意図されているゾーンに対応する親水性ゾーンを有する。この親水性ゾーンは、該検出面に既に堆積されている疎水性層を構造化することによって形成することができる。別法として、該親水性ゾーンは、疎水性シランおよび親水性シランから始める化学的処理によって形成することができる。
【０１２７】
本発明の第１の好適な実施形態による検出装置１は、図５Ａ〜図５Ｃに関して次のように作動する。
【０１２８】
第１のステップ（図５Ａ）に従って、該対象の液体が、液体タンク２５から第１の面２４に接触される。
【０１２９】
電気的制御の影響下で、２つの動電極４０，４１に適切な電圧を印加することにより、振動する不均一な電界が生成される。
【０１３０】
次いで、静電力が該液体に加えられて、液体誘電泳動によって、前記第１の面２４での液体のフィンガの形成が引き起こされる（図５Ｂ）。
【０１３１】
該液体のフィンガは、２つの動電極４０，４１に沿って伸びている。該液体が動く速度は速く、１０ｃｍ／ｓ程度であることに留意すべきである。したがって、動電極４０，４１の長さが５ｍｍ程度である場合は、該液体のフィンガを形成するには、５０ｍｓで十分である。
【０１３２】
該液体のフィンガは、動電極４０，４１の全長にわたって該電極をほぼ覆い、その幅は、電極４０，４１の直線状部分における該電極の外縁部を隔てている距離に相当する、上記のように定義された距離２Ｒに略等しい。
【０１３３】
次に、該電気的制御が停止されると（図５Ｃ）、該液体のフィンガは、毛管現象によって、各々が液滴形成ゾーン上にある複数の液滴に分かれる。
【０１３４】
実際には、該液体のフィンガは、静電力がない場合には、本質的に不安定である。該フィンガは、レイリー・プラトー型の流体力学的不安定性の影響下で分かれる。実際には、該フィンガの複数の液滴へのこの分裂は、該液体の界面エネルギを低減することを可能にする。
【０１３５】
その不安定性は、毛管現象と慣性の競り合いであり、最も不安定な波長は、ｋｍａｘＲ＝１／√２であり、ただし、ｋｍａｘは、波数である。したがって、該最も不安定な波長は、λｍａｘ＝９．０１６Ｒと表される。
【０１３６】
また、該液滴形成ゾーンは、λｍａｘに略等しい距離だけ、互いに離間されている。該液滴形成ゾーンは、λｍａｘ波長における該液体のフィンガの接触面を変形させて、それによって、所望の波長を予め選択することを可能にする。
【０１３７】
このようにして、該液滴は、同時に形成され、それぞれ、１つの液滴形成ゾーン内に配置される。
【０１３８】
各液滴は、較正された容積を有している。該容積は、該液体のフィンガの幅２Ｒと、該液滴形成ゾーン間の距離λｍａｘとに依存している。
【０１３９】
形成される該液滴は、対応する検出面３１に接触するのに十分な厚さを有している。
【０１４０】
また、第１の面２４と各検出面３１を隔てている距離Ｈと、動電極４０，４１の横方向の寸法ｇおよびｗは、該液体のフィンガが、距離Ｈよりも小さい最大厚さを有し、および形成される各液滴が、この距離Ｈよりも大きい最大厚さを有するように適合される。
【０１４１】
該液体のフィンガは、検出面３１に接触することなく、第１の面２４のみを濡らす。該フィンガが分かれると、形成される該液滴は、自然に前記検出面３１に接触する。
【０１４２】
各平らな電気機械的オシレータ３０は、該作動電極と静電結合することによって、所定の周波数および所定の振動モードに従って振動するように設定される。
【０１４３】
前記設定される所定の周波数は、好ましくは、オシレータ３０の共振周波数である。
【０１４４】
このため、オシレータ３０の共振周波数に等しい周波数の交流電圧が、互いに位相差πで該作動電極に印加される。このようにして、ラーメの振動モードが得られる。
【０１４５】
また、ボリュームエクステンションモードまたは「ワイングラス」モードも、国際出願ＷＯ２００９／１４１５１５に詳細に示されているように、作動電極の異なる分極によって得ることができる。
【０１４６】
その結果、オシレータ３０の実効振動周波数が測定される。該周波数は、実際には、該液滴の質量と、適切な場合に、該検出面が機能的に形成されている場合に、該オシレータの該検出面に接合される対象の検体の量とに依存する。
【０１４７】
該オシレータと、２つの測定電極との間の静電容量の変調が、これら２つの電極から流れる電流を生成する。
【０１４８】
該記憶および分析手段は、該測定電極において測定された電流の測定値から始めて、該オシレータの実効振動周波数を判断することを可能にする。
【０１４９】
該手段は、最初に設定された周波数と、測定された周波数との相違を計算し、それから該オシレータの表面に堆積している対象の検体の存在を推測する。
[発明の効果]
【０１５０】
このようにして、本発明による方法は、液体中に存在する可能性がある対象の検体を正確かつ迅速に検出することを可能にしている。
【０１５１】
該液体は、迅速に該検出面に運ばれることに留意すべきである。
【０１５２】
該液体のフィンガの形成は、実際に、１０ｃｍ／ｓ程度の該液体の動く速度であり、非常に急速である。５ｍｍの液体のフィンガを形成するのに、５０ｍｓしか要しない。加えて、液体密度ρ＝１０００ｋｇ／ｍ３、フィンガの半値幅Ｒ＝５０μｍ、液体／空気の表面張力σ＝０．０７２Ｎｍである場合に、毛細管現象／慣性不安定性の特性時間が、
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であるか、または、０．０５ｍｓである限りにおいて、該液滴はより急速に形成される。
【０１５３】
また、該液滴は、同時に形成され、および該検出面に完璧に配置される。それらの液滴は、同一の、較正された容積であり、すなわち、πＲ２λｍａｘ／２に略等しくすることができる。
【０１５４】
また、該液体は、すぐに第１の面に接触するため、該液体が該検出面に送られる間に汚染される危険性は、大幅に限定される。
【０１５５】
本発明の第１の好適な実施形態の重量測定検出の場合、該液体は、該検出面に配置される液滴の形態になっている。上述した従来技術による実施例とは対照的に、該オシレータが液体に浸されることはない。また、該オシレータは、もはや該液体によって減衰されることはなく、それにより、該オシレータの固有の品質係数が、この種の全ての劣化から守られる。
【０１５６】
また、該液滴の三重線は、該検出面の親水性ゾーンの輪郭と、および該オシレータの振動モードの節線とに一致する。すなわち、該オシレータのゼロ運動線上にあるということである。このことは、該振動オシレータと該液体との相互作用を最小限にすることを可能にし、具体的には、前記相互作用の影響は、該オシレータの品質係数を低下させる発熱性消散である。このようにして、該液滴の存在により、該オシレータの品質係数の低下が最小限に抑えられる。
【０１５７】
各電気機械的オシレータは、代替的に、ビームの形態にすることができることに留意すべきである。該ビームは、二重に固定する、すなわち、その２つの端部において支持手段に取り付けることができる。また、該ビームは、その中心で固定することもでき、すなわち、その中間部において、２つの支持手段に取り付けることができ、または、各々が、該中間部と、該ビームの端部との間に設けられた４つの支持手段に取り付けられることによって、４箇所で固定することもできる。後者の場合、該支持手段は、振動波長の４分の１で該オシレータに接続され、および所定の振動モードの節に配置されている横方向ビームである。
【０１５８】
本発明の第１の好適な実施形態の第１の変形例によれば、重量測定検出は、容量性結合によってではなく、圧電的方法で実施される。
【０１５９】
液体誘電泳動によって形成される液体のフィンガが分かれることによる液滴の形成は、ここでは、上述したことと同様であることに留意すべきである。
【０１６０】
同様に、該電気機械的オシレータの作動は、第１の好適な実施形態と同様にすることができる。
【０１６１】
図６Ａおよび図６Ｂが示すように、前記検出面３１は、それぞれ、導電性材料からなる層３２を含み、該層は、参照電極を構成し、および例えば、モリブデンで実施される。
【０１６２】
参照電極３２は、誘電圧電材料、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から成る層で被覆されている。この材料物質は、該モリブデン層上に、結晶方位＜００２＞を有する。また、この結晶方位のため、ＡｌＮ層３３の分極によって生じる電界の強度は、同じ機械的応力の強度の場合、より大きくなる。
【０１６３】
ＡｌＮ層３３は、一定の逆電位状態にされる２つの測定電極７２，７３によって、少なくとも部分的に覆われている。電極７２，７３は、ジグザグ状に該検出面を交差する金属製トラックであり、および２つの桁５０上に伸びている。これらの電極は、互いに平行であり、および一定の距離だけ離間されている。
【０１６４】
測定電極７２，７３は、絶縁層で被覆されている。
【０１６５】
該検出面は、該検出面上での該液滴の位置をチェックすることを可能にするために、親水性ゾーンを有することができる。
【０１６６】
該オシレータが振動すると、ＡｌＮ層３３が変形して分極される。そして、参照電極３２が、ＡｌＮ層３３を介して、所定の電位状態にされる。
【０１６７】
オシレータ３０の機械的振動による、参照電極３２と、各測定電極７２，７３との間の静電容量の変化は、測定電極７２，７３内を流れる電流の発生を引き起こす。
【０１６８】
該電流を測定することにより、オシレータ３０の実効振動周波数が推定される。
【０１６９】
この結果、測定された周波数と、最初に設定された周波数との相違を計算して、それから、検出面３１に堆積している対象の検体の存在を推定することが可能となる。
【０１７０】
また、オシレータ３０の機械的振動は、２つの測定電極７２，７３を互いに隔てる距離の変動を誘発する。この変動は、それら２つの電極７２，７３間の静電容量の変化を引き起こして、第２の電流の発生を引き起こす。
【０１７１】
第１の電流の測定および分析に加えて、第２の電流の測定および分析が、該オシレータの実効振動周波数をより正確に推定することを可能にし、それによって、対象の検体の検出をさらに有効なものとする。
【０１７２】
本発明の第１の好適な実施形態の第２の変形例によれば、検出装置１の各オシレータ３０は、電界効果トランジスタとの類似性により、共振格子を形成する。
【０１７３】
液体誘電泳動によって形成される液体のフィンガが分かれることによる液滴の形成は、ここでは、上述したことと同様であることに留意すべきである。
【０１７４】
同様に、該電気機械的オシレータの作動は、第１の好適な実施形態と同じである。
【０１７５】
図７が示すように、チャネルを形成する測定電極７４は、作動電極６０，６１と、オシレータ３０との間隔に等しい該オシレータからの距離に、すなわち、数百ナノメータの距離に、好ましくは、前記オシレータ３０と平行に、および有利には、該オシレータと同一平面上で、該オシレータの縁部に対向して配置されている。
【０１７６】
チャネル７４を形成する該電極は、一方の端部において、第１の一定の電位状態にされる、ソース７４Ｓを形成する電極に接続され、また、反対側の端部において、第２の電位状態にされる、ドレイン７４Ｄを形成する電極に接続されている。これら２つの電位は異なっている。したがって、チャネル７４を形成する該電極には、直流電圧が印加される。
【０１７７】
また、オシレータ３０も、一定の電位状態にすることができる。
【０１７８】
オシレータ３０が、その共振周波数で振動するように設定されている場合、該オシレータは、共振格子を構成している。
【０１７９】
振動するように設定されている該オシレータの共振周波数での電界効果によって生成されるソース・ドレイン間電流、およびより正確には、該電流の変動が測定される。これらの電流変動は、オシレータ３０と、チャネル７４を形成する電極との容量性結合によって誘電される。
【０１８０】
これらの変動の測定から、該検出面に堆積されている対象の検体の存在が推測される。
【０１８１】
本発明の第１の好適な実施形態の第３の変形例によれば、該検出装置の各オシレータは、電界効果トランジスタとの類似性により、共振チャネルを形成する。
【０１８２】
液体誘電泳動によって形成される液体のフィンガが分かれることによる液滴の形成は、ここでは、上述したことと同様であることに留意すべきである。
【０１８３】
同様に、該電気機械的オシレータの作動は、第１の好適な実施形態と同じである。
【０１８４】
図８が示すように、各オシレータ３０は、チャネルを形成する電極であり、および一方の端部においては、第１の一定の電位状態にされる、ソース７５Ｓを形成する電極に接続され、また、反対側の端部においては、第２の電位状態にされる、ドレイン７５Ｄを形成する電極に接続されている。これら２つの電位は異なっている。このようにして、該オシレータには、直流電圧が印加される。
【０１８５】
ソース電極７５Ｓおよびドレイン電極７５Ｄは、基板１０上に配置することができ、および導電性支持ビーム５０によって、オシレータ３０に接続することができる。
【０１８６】
オシレータ３０内を流れるソース・ドレイン間電流、具体的には、オシレータ３０の検出面３１に堆積されている対象の検体による電界効果によって誘電される電流変動が測定される。
【０１８７】
これらの変動の測定から、検出面３１に堆積されている対象の検体の存在が推測される。
【０１８８】
本発明の第２の好適な実施形態によれば、該検出面は、電気機械的オシレータの面ではなく、下方基板１０の上面の所定のゾーンである。
【０１８９】
この場合、検出面３１は、該検出面を少なくとも部分的に覆う複数のナノワイヤ７６を含む。
【０１９０】
ナノワイヤ７６は、半導体材料、例えば、ナノチューブの形態のシリコンまたはカーボンで実施される。
【０１９１】
ナノワイヤ７６は、それぞれ、一方の端部においては、第１の一定の電位状態にされる、ソース７５Ｓを形成する電極に接続され、および他方の端部においては、第２の一定の電位状態にされる、ドレイン７５Ｄを形成する電極に接続されている。したがって、各ナノワイヤには、直流電圧が印加される。
【０１９２】
電界効果トランジスタとの類似性により、該ナノワイヤは、自由キャリア（該チャネルのドーピングの性質および種類により電子またはホール）がその中を通るチャネルを形成する。
【０１９３】
したがって、ソース・ドレイン間の所定の電位降下で、該ナノワイヤに流れる電流、およびより具体的には、その表面に堆積された対象の検体の存在による電界効果によって誘電された該電流の変化が測定される。それらの検体は、その電荷により、該トランジスタの格子電位を実際に変調させる。
【０１９４】
したがって、対象の検体の検出が、測定された電流の変動から推測される。
【０１９５】
液体誘電泳動によって形成される液体のフィンガから液滴を形成する方法は、上述したことと同じであり、ここでは繰り返さない。
【０１９６】
本発明の第３の実施形態によれば、該検出装置は、同一平面上にある液滴形成面と検出面とを含んでいる。
【０１９７】
該検出装置は、少なくとも１つの検出器３０を含む基板１０を含んでいる。そのため、検出器は、平らな電気機械的オシレータとすることができる。支持手段５０は、各オシレータ３０が、基板１０に対して確実に保持されるようにする。
【０１９８】
図１０は、単一のオシレータ３０を含む、そのような検出装置の一部を示す。
【０１９９】
それらを作動電極６０，６１によって振動させるように設定する電気機械的オシレータ１０と、測定電極７０，７１による、重量測定による検出は、本発明の第１の好適な実施形態を参照して既に記載されていることと同様である。
【０２００】
主面と呼ばれる、該液体のフィンガを形成するための、および検出のための面は、前記基板１０の表面と、検出面３１を形成している前記オシレータ３０の表面と、前記支持手段５０の表面とで形成されている。
【０２０１】
第１の好適な実施形態の場合と同様に、対象の液体のタンク（図示せず）が、前記液体を前記主面に接触させることが可能なように配置されている。該タンクは、該基板を貫通し、および該主面内に開口している開口部によって形成することができる。
【０２０２】
動電極４０，４１は、該主面の高さで、前記タンクから伸びている。これらの電極は、液滴形成ゾーン４２を含んでいる。
【０２０３】
それらの電極は、該基板の表面に伸びており、および支持ビーム５０を介して、それぞれが検出面３１を形成するオシレータ３０の表面に続いている。
【０２０４】
該液体のフィンガを形成する方法は、上述したのと同じである。該液体のフィンガは、液体誘電泳動によって形成され、および対応する支持ビーム５０を介して、基板１０およびオシレータ３０の上に拡がる。
【０２０５】
液滴形成ゾーン４２は、各検出面３１の上に配置されている。
【０２０６】
したがって、該電気的制御が停止されると、該液体のフィンガは、毛管現象によって複数の液滴に分かれ、各液滴は、液滴形成ゾーン４２上に、および対応するオシレータ３０の検出面３１上に配置される。
【０２０７】
各オシレータ３０は、オシレータ３０の縁部に対向して配置されている作動電極６０，６１との容量性結合により、好ましくは、その共振周波数で振動するように設定される。
【０２０８】
検体は、第１の好適な実施形態に関連して説明したように、オシレータ３０と、オシレータ３０の縁部に対向して配置されている２つの測定電極７０，７１との容量性結合により、該液滴中で検出される。
【０２０９】
測定された電流から、実効振動周波数と、最初に設定された周波数との周波数の相違が推測される。
【０２１０】
対象の検体の存在は、この計算された相違から、または、前記計算された相違として検出される。
【０２１１】
当然のことながら当業者により、単に非限定的な実施例として、ここまで説明してきた本発明に対する様々な変更が可能である。
【０２１２】
上述した様々な実施形態の変形例として、対象の検体は、該検出面と連動する光学的手段によって検出することができる。
【０２１３】
該検出面は、下方基板の１つの面とすることができ、および分析すべき該液滴と接触するように意図されている親水性部分を含むことができる。この基板のこの検出面は、透明な材料で実施することができる。また、この面に対向する該基板の部分も、透明な材料で実施される。この検出面は、光源によって照らすことができ、および光検知器に結合することができる。
【０２１４】
また、該検出面は、細胞膜を通過するイオン電流のための電気生理学的記録センサの表面と同じにすることができる。
【０２１５】
その場合、該検出面は、１００ｎｍ〜数ミリメートルの直径の多孔質膜であり、その細孔の直径は、数ナノメートル〜数ミクロンである。
【０２１６】
このような膜は、１〜数百以上の細孔を含むことが可能である。
【０２１７】
該膜は、絶縁材料、例えば、窒化ケイ素、酸化ケイ素、パリレンを用いて実施される。
【０２１８】
該膜の上面、すなわち、集められた液滴と接触している面と、該上面の反対側にある、該膜の下面との圧力差のためである。
【０２１９】
該検出面の同一平面上にある該基板は、前記面に、流体チャンバとして機能する開口部を有し、その壁部のうちの１つは、該膜の下面である。
【０２２０】
このようにして、該膜は、集められた液滴を該微小流体チャンバから隔てている。
【０２２１】
この微小流体チャンバは、生理食塩水バッファで満たすことができる。
【０２２２】
電位差は、通常、該膜の一方の面および他方の面に印加される。
【０２２３】
好ましくは、圧力制御手段が、該膜の一方の面および他方の面に、該液滴が、平面を有するピペットと同様の構造により、該膜に接触して保持されるような圧力差を加えることを可能にする。
【０２２４】
このようにして、該検出面に形成されている液滴が細胞を含む場合、該細胞は、該液滴が存在する場合に、該圧力差によって及ぼされる吸着力の影響により、および該膜の一方の面および他方の面に存在する電位差の影響により、該膜上に凝集されて嵌入され、後者の影響は、誘電泳動による引力という名称で知られている。
【０２２５】
また、該膜の一方の面および他方の面に配置されている２つの測定点間の電位差も利用可能である。
【０２２６】
該細胞の外膜は、２つの帯電面によって表される脂質二重層から成り、それら２つの面は、絶縁体から成る層によって隔てられていることが分かっている。
【０２２７】
このことは、それら２つの層を形成する該脂質の極性頭部の親水性によってもたらされる。したがって、細胞の各面は、コンデンサでモデル化することができる。
【０２２８】
該細胞がその中に浸される液状媒質が、該脂質二重層内に含まれている膜タンパクがそれと相互に作用しやすい分子を含んでいる場合、該脂質二重層は、改質することができ、および具体的には、部分的に開口することができ、その場合、該膜の一方の面および他方の面に印加される電位差のため、イオン種が、該細胞の内部と、該流体チャンバとの間の膜を通過することを可能にする。
【０２２９】
このイオン電流は、上述した電位差を測定するための手段によって数値化することができる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図４Ｂ】
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