(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止サンプル中の標的分子の存在を検出するセンサ装置であって、
検出可能な標識を含む第１の他のモイエティに選択的に結合する第１のモイエティを含む測定センサであって、前記第１のモイエティに結合する前記第１の他のモイエティの量は、前記サンプル中に存在する標的分子の量に関連する、測定センサと、
他の検出可能な標識を含む第２の他のモイエティに選択的に結合する第２のモイエティを含む基準センサと、
を有し、
前記センサ装置は、前記第１のモイエティに結合される前記第１の他のモイエティにおける検出可能な標識の検出から、第１の検出信号を生成し、前記第２のモイエティに結合される前記第２の他のモイエティにおける他の検出可能な標識の検出から、第２の検出信号を生成し、
少なくとも前記センサ装置の動作中、前記第２の他のモイエティは、前記第２のモイエティに対する前記第２の他のモイエティの結合反応が期待通りに生じる場合に前記第２の検出信号の値が期待される信号値ウィンドウ内に入るように、予め規定された量で存在することが期待され、
前記第１の他のモイエティは、前記第２のモイエティに親和性を有さず、前記第２の他のモイエティは、前記第１のモイエティに親和性を有しない、
センサ装置。
【請求項２】
前記測定センサは、第１の測定チャンバ内に位置し、前記基準センサは、第２の測定チャンバ内に位置する、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
更に、乾燥した形で前記第２の他のモイエティを含む、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記第２のモイエティ及び前記第２の他のモイエティは、例えばビオチン−抗ビオチン、フルオレセインイソチオシアネート−抗フルオレセインイソチオシアネート及びテキサスレッド−抗テキサスレッドのようなハプテン−抗体ペア、抗体−抗抗体ペア、並びにアビジン−ビオチンのような小分子−タンパク質ペア、のグループから選択される、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記第２の他のモイエティは更に、さまざまな濃度の標的分子を含むことが考えられるサンプル中に、一定の濃度を有する基準分子を含む、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記センサ装置は磁気センサ装置であり、前記標識は、磁性粒子を含み、前記他の標識は、他の磁性粒子を含み、前記磁気センサ装置は、前記磁性粒子及び前記他の磁性粒子を個々の前記センサに引き寄せる磁界生成器を有する、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記第１のモイエティ及び前記第２のモイエティは、キャリアの個々の結合表面にアタッチされ、前記センサ装置は更に、
入力光ビームが前記結合表面の少なくとも１つにおける検査領域において内部全反射されるように、キャリアに該入力光ビームを放出する光源であって、前記標識及び／又は前記他の標識が、巨視的に散乱する及び／又は吸収する磁性粒子である場合、前記内部全反射される光ビームが妨げられて、その結果、前記内部全反射される光強度の低下をもたらす、光源と、
前記漏れ内部全反射光の少なくとも一部を含む出力光ビームの光の量を決定する光検出器であって、前記第１の検出信号及び前記第２の検出信号のうち少なくとも一方を生成するように構成される光検出器と、
を有する、請求項６に記載のセンサ装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のセンサ装置と、
前記センサ装置から前記第２の検出信号を受け取るように結合される信号プロセッサステージと、
を有し、前記信号プロセッサステージは、前記第２の検出信号から基準信号値を決定し、前記基準信号値に基づいて出力信号を生成する、装置。
【請求項９】
前記基準信号値は、前記第２の検出信号の時間変化する挙動に基づいて時間変化する値である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記信号プロセッサステージが更に、前記基準信号値を、前記第２の他のモイエティの期待される量に基づく期待値と比較するように構成され、前記出力信号が前記比較に基づく、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記信号プロセッサステージが更に、
前記期待値と前記基準信号値との間の差から補正ファクタを決定し、
前記第１の検出信号から測定値を決定し、
前記補正ファクタ及び前記測定値から標的分子濃度を決定する、
ように構成され、前記出力信号が、前記決定される標的分子濃度を含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の装置の作動方法であって、
前記第１のモイエティに結合される前記第１の他のモイエティにおける前記検出可能な標識の検出から、第１の検出信号を生成するステップと、
前記第２のモイエティに結合される前記第２の他のモイエティにおける前記他の検出可能な標識の検出から、第２の検出信号を生成するステップと、
前記第２の検出信号から基準信号値を決定するステップと、
前記基準信号値に基づいて出力信号を生成するステップと、
を含む方法。
【請求項１３】
前記基準信号値を前記第２の他のモイエティの期待される量に基づく期待値と比較するステップと、
前記期待値と前記基準信号値との間の差から補正ファクタを決定するステップと、
前記第１の検出信号を生成するステップと、
前記第１の検出信号から測定値を決定するステップと、
前記測定値及び前記補正ファクタから標的分子濃度を決定するステップと、
を含み、前記出力信号は、前記決定される標的分子濃度を含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプル中の標的分子の存在を検出するセンサ装置であって、標的分子及び検出可能な標識を含む第１の他のモイエティと選択的に結合する第１のモイエティを担持する測定表面領域を有し、第１のモイエティと結合される他のモイエティの検出可能な標識から、第１の検出信号を生成するように構成されるセンサ装置に関する。
【０００２】
本発明は更に、このようなセンサ装置を有する装置に関する。
【０００３】
本発明は更に、このようなセンサ装置の作動方法に関する。
【０００４】
本発明は更に、このようなセンサ装置と共に使用されるサンプルに関する。
【背景技術】
【０００５】
医用診断の分野において、アッセイベースのセンサ装置は、関心のあるサンプル中の様々なアナライトの存在及び濃度を正確に判定することが可能な展望のため、急速に人気を得ている。この点に関して、アナライトは、熱量測定基板又は磁性粒子を変換するための酵素でありうる、蛍光又は化学的プローブのような検出可能な標識にアタッチされる。検出可能な標識にアタッチされるアナライト又は他のエンティティは、選択的な結合、すなわち例えばセンサ装置のセンサ領域にアタッチされる抗体との高度に特異的な結合を形成し、それにより、アナライトの濃度が、例えばプローブを電子的に励起するための適切な波長を有する電磁放射線に蛍光を曝露することによって、又は化学発光反応を開始するために適当な触媒（例えば熱）に化学発光プローブを曝露し、両方の例の放出された光の強度を測定することによって、又は（電子）磁界中に磁性粒子を配置し、この磁界と粒子のインタラクションを測定することによって、高度に特異的な結合の形成時に、センサ領域内の検出可能な標識の存在から検出されることができるようにする。例えば、粒子は、光ビーム内に配置されることができ、この場合、磁性粒子とのインタラクションによって引き起こされる光ビームの散乱の量は、反射光ビームの強度を測定することによって、定量化されることができる。
【０００６】
強い結合カップルのような多くの適切な特異的結合ペアの候補は、知られており、それらは、一般に、レセプタ分子と例えば薬剤のような分子との間のロック及びキータイプのインタラクションに基づく。これは、アッセイベースのセンサ装置を、特に、特定のタンパク質及びＤＮＡ、ＲＮＡ、ホルモン、代謝物、薬剤等の他の生物学的化合物の存在又は不存在を判定する、又はタンパク質、ペプチド、プリオン、酵素、アプタマ、リボザイム及びデオキシリボザイムのような活性の触媒的生体分子の活動性及び機能を判定する、のに適している。例えば、免疫測定法は、他の診断及び処置を助けるために身体流体中の特定のタンパク質の特定の量を判定するためにすでに使用されている。
【０００７】
いくつかの異なるタイプのアッセイが存在する。免疫測定法の一例は、酵素結合免疫吸着アッセイ（enzyme-linked immunosorbent assay、ELISA）であり、このアッセイでは、抗原上の２つの別個の重なり合わないエピトープを結合する２つの抗体が使用される。これは、異なる離散的な部位に選択的に結合する２つのモノクローナル抗体を使用することによって、又は抗原上の異なるエピトープに対して増加される親和精製されたポリクローナル抗体を使用することによって、達成されることができる。抗体のうちの１つは、センサ表面に結合され、他の抗体は、酵素によって標識化される。抗原濃度は、結合反応及び非結合材料を洗い流すための結合部位のリンスに続いて、第２の抗体にアタッチされる酵素標識により変換される測色基板の量を測定することによって、判定されることができる。２つの抗体の要求のため、このようなアッセイは、一般に、サンドイッチアッセイと呼ばれる。この理由は、関心のあるアナライトが、これらの２つの異なる抗体の間にサンドイッチされるからである。
【０００８】
競合アッセイは、免疫測定法の他の例である。ここで、標的分子のエピトープは、検出可能な標識又はセンサ表面上のパラトープに結合するための同様のエピトープを有することが期待される同族体と競合する。第１のケースにおいて、同族体は、センサ表面にアタッチされる。他方のケースにおいて、同族体は、検出可能な標識にアタッチされる。標的分子の濃度は、結合部位上で検出される標識濃度から間接的に決定される。このようなアッセイは、特に、単一のエピトープのみを有する標的分子の検出のために有用であり、それにより、これらの標的分子は、サンドイッチアッセイを使用して検出されることができない。既知のアッセイの他の例は、例えば国際公開第２００７／０６０６０１号パンフレットに見ることができるが、他の例も当業者には明らかであろう。
【０００９】
アッセイベースのセンサは、医用診断の分野において、有望な新しい機会を提供する。例えば磁界の印加は、結合反応が短い時間スパン内に完了されることができるように、測定部位上での高度に特異的な結合の形成を加速できるので、生体分子上の磁性標識の存在を利用するセンサ装置は、特に関心があり、これは、医療専門家の存在を必要とすることなく、診断目的のアッセイベースのセンサ装置を、訓練されていないスタッフ、非技術要員等又は直接に患者に提供する可能性を開く。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
任意のタイプのアッセイベースの装置の例のように、装置の間違った使用は、信頼できない診断結果を生じさせる可能性がある。例えば、結合カップルの第１の部分としてセンサ表面にアタッチされる生体分子は、センサ装置が悪い環境条件にさらされる又は他の形でダメージを与えられる場合、分解しうる。更に、サンプルを準備し及び／又はサンプルを適用するための正しいプロシージャが、成し遂げられないことがあり、例えばサンプルが、不正確に準備される、サンプルの誤った量が付加される、等の可能性があり、これもまた、誤った測定信号を引き起こすことがありうる。
【００１１】
規制要求は、このようなアプリケーションドメインにおける医用装置の流通に関して、例えば装置が信頼できなくなったことをユーザに示すための、フェイルセーフ機構が装置内に存在することを示している。例えば、ＣＬＩＡｗａｉｖｅｄの規制認可は、例えば心臓発作を診断するためのテストに関して好ましい。この理由は、これが医用装置の訓練されていないオペレータがテストを実施することを可能にするからである。この認可は、このようなフェイルセーフ機構の存在を条件とする。このようなフェイルセーフ機構の存在は、センサ装置が臨床判定を行なうために使用される他の緊急状況においても等しく非常に重要である。それゆえ、アッセイベースのセンサ装置によって得られる診断結果の正確さを予測することが可能である必要がある。
【００１２】
本発明は、サンプル中の標的分子の存在を検出するセンサ装置であって、フェイルセーフ機構が含まれたセンサ装置を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明は更に、このようなセンサ装置を有する装置を提供することを目的とする。
【００１４】
本発明は更に、このようなセンサ装置を作動させる方法を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明は更に、このようなセンサ装置により生成される測定信号の正確さを判定する方法を提供することを目的とする。
【００１６】
本発明は更に、このようなセンサ装置により使用されるサンプルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１の見地によれば、静止サンプル中の標的分子の存在を検出するためのセンサ装置であって、検出可能な標識を含む第１の他のモイエティに選択的に結合する第１のモイエティを担持する測定表面領域であって、第１のモイエティに結合する第１の他のモイエティの量は、前記サンプル中に存在する標的分子の量に関する、測定表面領域と、他の検出可能な標識を含む第２の他のモイエティに選択的に結合する第２のモイエティを担持する基準表面領域と、を有し、前記センサ装置は、第１のモイエティに結合される第１の他のモイエティにおける検出可能な標識の検出から、第１の検出信号を生成し、第２のモイエティに結合される第２の他のモイエティにおける検出可能な標識の検出から、第２の検出信号を生成するように適応され、少なくともセンサ装置の動作中、第２のモイエティに対する第２の他のモイエティの結合反応が期待通りに生じる場合に、第２の検出信号の値が、期待される信号値ウィンドウ内に入るように、第２の他のモイエティが、予め規定された量で存在することが期待される、センサ装置が提供される。
【００１８】
本発明は、静止サンプル中、すなわち検出測定中にセンサ領域上をフローしないサンプル中の標的分子の存在を検出するためのアッセイを含むセンサ装置において、測定結合部位に結合される標的分子の量又は標識化された粒子が測定結合部位に結合することを阻止する標的分子の量に対応する検出信号の正確さは、第２の検出信号の生成中に既知の量で存在することが期待される他の標的に結合することが期待される他のアッセイから、第２の検出信号を生成することによって、検証されることができるという認識に基づく。
【００１９】
従って、第２の検出信号は、既知の期待値を有し、第２の検出信号の実際の値は、その期待値と比較されることができる。これは、例えば、第２の検出信号値が許容範囲内に入るかどうかをチェックするために使用されることができる。これは、広範囲にわたる不良の検出を容易にする。例えば、センサ表面にアタッチされるそれぞれの結合カップルの一部として生体分子を使用する場合のように、第１のモイエティ及び第２のモイエティが、同等の安定特性を有する場合、その期待値からの第２の検出信号の偏差（ずれ）は、この場合、センサ表面の結合部位がもはや信頼性がないことを示す。更に、サンプルの不正確な準備又は投与は、誤った標識化されたモイエティの存在のため、サンプルからの標識化されたモイエティの除外又はサンプルの不正確な量の投与のため、例えばその期待値からの第２の測定信号の偏差をもたらす。
【００２０】
検出されることが可能な他のエラーは、エピトープ及びパラトープ間の結合反応において、結合反応及び不規則性の早すぎる終了を含む。このようなエラーは、結合反応の間、第２の検出信号の時間依存の期待値からの偏差から導き出されることができ、こうして、結合カップルが、安定した、すなわち再現可能な反応定数を有する傾向があるという事実を利用する。
【００２１】
一実施形態において、検出可能な標識及び他の検出可能な標識は、同じであり、第１の他のモイエティは、標的分子と、第２の他のモイエティと、を有する。本実施形態において、測定表面領域は、標的分子を結合させるためのサンドイッチアッセイの一部を形成しうる。第２の他のモイエティは、サンドイッチアッセイを完了するための二次抗体を含むことができる。本実施形態において、第２の他のモイエティがセンサ装置の使用中に十分過剰に存在するように注意が払われなければならず、これは、基準表面領域の第２の他のモイエティ及び標的分子の間の結合反応レート及び第２のモイエティ及び第２の他のモイエティの間の結合反応レートが、第２の他のモイエティの利用可能性により制限されないことを確実にする。
【００２２】
代替の実施形態において、第１の他のモイエティは、第２のモイエティとの有意な親和性をもたず、第２の他のモイエティは、第１のモイエティとの有意な親和性をもたない。これは、それぞれのセンサ部位上の結合反応は、他のセンサ部位で結合することが意図されるモイエティにより影響されないので、第２の他のモイエティの過剰な量が存在する必要がないという利点をもつ。強い結合カップルの組み合わせ又は他の適切な選択的な結合ペアを含む多くの選択的な結合反応物が、測定センサ及び基準センサのために使用されることができる。好適には、高度に特異的な結合ペアは、例えばビオチン−抗ビオチン、フルオレセインイソチオシアネート(fluorescinisothiocyanate)−抗フルオレセインイソチオシアネート及びテキサスレッド−抗テキサスレッドのようなハプテン−抗体ペア、抗体−抗抗体ペア及びアビジン−ビオチンのような小分子−タンパク質ペアのグループから選択されるが、他のタイプの特異的な又は選択的な結合コンビネーションもまた適切でありうる。
【００２３】
測定表面領域は、第１の測定チャンバに位置することができ、基準表面領域は、第２の測定チャンバに位置しうる。これは、第２の他のモイエティと測定アッセイとの不利なインタラクションが回避されるという利点を有する。代替として、測定表面領域及び基準表面領域は、同じ測定チャンバに位置することができ、これは、基準測定及びターゲット測定のためのサンプル条件が同じであるように、両方の領域が同時にサンプルに対し曝露され、それにより不良評価のロバストネスを改善するという利点を有する。
【００２４】
一実施形態において、第２の他のモイエティは、乾燥した形でセンサ装置内に存在する。これは、基準測定の間に存在する他のモイエティの量が正確に制御されることができ、それにより、サンプルに対する第２の他のモイエティの不正確な量の添加のため、センサ装置が誤って不合格にされるリスクを低減するという利点を有する。代替として、他の第２のモイエティの知られている量が、サンプルに添加されることができる。
【００２５】
一実施形態において、第２の他のモイエティは、さまざまな濃度の標的分子を含むと思われるサンプル中に、実質的に一定の濃度を有する基準分子を含む。これは、第２の他のモイエティが、第２の他のモイエティ及び基準分子の標識化された前駆体を含む結合カップルの形成によって、インサイチュで形成されることができるという利点を有する。
【００２６】
一実施形態において、センサ装置は、磁気センサ装置であり、標識は、磁性粒子を含み、他の標識は、他の磁性粒子を含む。磁気センサ装置は、すでに説明したように、特に訓練された専門家以外の人による診断用途に適している。
【００２７】
好適な実施形態において、第１のモイエティ及び第２のモイエティは、キャリアの個々の結合表面にアタッチされ、センサ装置は、キャリアに入力光ビームを放出する光源を更に有し、従って、光ビームは、前記結合表面の少なくとも１つにおける検査領域で内部全反射され、標識及び／又は他の標識が巨視的な散乱及び／又は吸収性をもつ磁性粒子である場合、内部全反射される光ビームは妨害されることになり、その結果、内部全反射された光強度の減少をもたらす。センサ装置は更に、内部全反射された光の少なくとも一部を含む出力光ビームの光の量を測定する光検出器を有し、前記光検出器は、第１の検出信号及び第２の検出信号の少なくとも一方を生成するように構成される。
【００２８】
このようなセンサ装置は、高い感度及び正確さを伴って、磁性粒子を検出することが可能である。
【００２９】
他の見地によれば、本発明のセンサ装置と、センサ装置から第２の検出信号を受け取るように結合される信号プロセッサと、を有する装置であって、前記信号プロセッサは、前記第２の検出信号から基準信号値を決定し、前記基準信号値に基づいて出力信号を生成するように構成される、装置が提供される。出力信号は、例えば装置のディスプレイ上での表示のように、可視又は可聴の形でユーザに提示されることができるとともに、装置のユーザが、装置により生成される診断所見の信頼性の評価を行なうためにこの値を基準信号の期待値と比較することができるような、単純な基準信号値でありうる。
【００３０】
代替として、信号プロセッサは更に、基準信号値を、第２の他のモイエティの期待される量に基づく期待値と比較するように構成され、前記出力信号は前記比較に基づく。例えば、出力信号は、比較に基づく合否標示でありえ、従って、装置のユーザは、自分でこの評価を行なう必要がない。これは、出力信号の誤った解釈のリスクを低減する。
【００３１】
一実施形態において、基準信号値は、第２の検出信号の時間変化する挙動に基づく時間変化する値であり、これは、一般に、第２のモイエティと第２の他のモイエティとの間の結合反応の反応動力学を表すものである。この情報は、例えば較正情報として使用されることができ、これに関して、信号プロセッサは更に、期待値と基準信号値との間の差から補正ファクタを決定し、測定信号から測定値を決定し、スケーリングファクタ及び測定値の積から標的分子の濃度を決定するように構成されることができ、前記出力信号は、決定された標的分子の濃度を含む。これは、その期待値からの第２の検出信号値の偏差が、装置の不合格に自動的にはつながらず、従って、このような装置の不必要な不合格を回避する又は少なくとも低減する利点を有する。
【００３２】
本発明の更に他の見地によれば、本発明の装置を作動させる方法であって、第１のモイエティに結合される第１の他のモイエティの検出可能な標識の検出から、第１の検出信号を生成するステップと、第２のモイエティに結合される第２の他のモイエティ濃度の他の検出可能な標識の検出から、第２の検出信号を生成するステップと、前記第２の検出信号から基準信号値を決定するステップと、前記基準信号値に基づいて出力信号を生成するステップであって、それによって、センサ装置の品質評価を容易にするステップと、を含む方法が提供される。
【００３３】
一実施形態において、方法は更に、基準信号値を期待値と比較するステップと、期待値と基準信号値との間の差から補正ファクタを決定するステップと、第１の検出信号を生成するステップと、第１の検出信号から測定値を決定するステップと、測定値及び補正ファクタから、標的分子の濃度を決定するステップと、を含み、前記出力信号が、決定された標的分子の濃度を含む。上述したように、これは、センサ装置の不必要な不合格を回避する。
【００３４】
本発明の他の見地によれば、本発明のセンサ装置と共に使用されるサンプルであって、第１の他のモイエティの第１の濃度及び第２の他のモイエティの第２の濃度を含み、少なくとも前記第２の濃度が非ゼロであり知られている、サンプルが提供される。このようなサンプルは、基準表面領域における不良解析を容易にする。
【００３５】
本発明の実施形態は、添付の図面を参照してより詳しく、非限定的な例示により記述される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】サンドイッチアッセイベースのセンサ装置を概略的に示す図。
【図２】競合アッセイベースのセンサ装置を概略的に示す図。
【図３】本発明の一実施形態によるアッセイベースのセンサ装置を概略的に示す図。
【図４】本発明の別の実施形態によるアッセイベースのセンサ装置を概略的に示す図。
【図５】アッセイベースのセンサ装置の好適な実施形態を概略的に示す図。
【図６】本発明の一実施形態による装置を概略的に示す図。
【図７】本発明の一実施形態による方法の１つの見地のフローチャート。
【図８】本発明の一実施形態による方法の別の見地のフローチャート。
【図９】本発明の実施形態によるアッセイベースの磁気センサ装置から得られる基準信号を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図面は、概略的なものにすぎず、一定の縮尺で描かれているわけではないことが理解されるべきである。更に、同一の参照番号が、同じ又は同様の部分を示すために図面全体にわたって使用されていることが理解されるべきである。
【００３８】
本発明において、「標的分子」は、濃度又は存在が決定されることができる任意の分子でありうる。標的分子の例は、例えばタンパク質、酵素、ホルモン、ペプチド及び核酸のような分子ターゲット、並びに病原性細胞、細菌細胞及び菌類細胞のような細胞標的である。標的分子は、解析されるサンプル中にそのようなものとして存在することができ、又は例えば装置内で行われる反応を通じて、センサ装置内にインサイチュで形成されることができる。センサが、反応を監視するために使用される場合、標的は、例えば反応又は反応生成物の開始生成物でありうる。
【００３９】
「溶液中」と言及される場合、反応又はアッセイが液体環境において実施されることを意味する。関与する試薬は、流体媒体中に溶解されている必要はなく、懸架された又は分散された状態で存在してもよい。
【００４０】
選択的な結合は、２つのモイエティの間の特異的結合による、２つのモイエティ（分子）の、すなわちモイエティＡ及び他のモイエティＢの、組み合わせによって形成される。モイエティは、他の分子に対するよりも強く又は優先的に他のモイエティに結合し、他の分子との交差反応を示さず又はほとんど示さない。概して、モイエティＡとＢとの間の特異的結合のための親和定数（Ｋａ）は、少なくとも１０６ｌ／ｍｏｌであり、より好適には少なくとも１０１０ｌ／ｍｏｌであり、より好適には少なくとも１０１１ｌ／ｍｏｌであり、より好適には少なくとも１０１２ｌ／ｍｏｌであり、より好適には１０１３乃至１０１７ｌ／ｍｏｌである。
【００４１】
基準センサ表面領域の他の選択的結合を形成する第２の他のモイエティＤ及び第２のモイエティＣは、標的分子又はモイエティＡ及びＢに対する親和性を示さず又はほとんど示さない。本発明のコンテクストにおいて、「親和性を示さず又はほとんど示さない」とは、１０３ｌ／ｍｏｌ未満の親和定数（Ｋａ）を有するものとして規定される。第２の他のモイエティが第１の他のモイエティにも含まれる場合、例えば、第２の他のモイエティが、サンドイッチアッセイの二次抗体であり、基準センサに結合する抗体でもある場合、第２の他のモイエティは、標的分子に対するその結合反応が、基準センサ部位における第２のモイエティに対する結合との競合又はその逆により影響されないように、十分に過剰に存在しなければならない。
【００４２】
本発明のさまざまな見地及び実施形態は、第１及び第２の他のモイエティの磁性標識を利用する磁気センサ装置を使用して記述される。これは、非限定的な例を用いて、単に簡潔さのために行われる。本発明の原理は、それぞれ異なるタイプの標識を使用するアッセイベースのセンサ装置に同等に適用されることが重ねて強調される。
【００４３】
図１は、サンドイッチアッセイに基づくセンサ装置を概略的に示している。第１のモイエティ１６は、センサ装置の基板表面１０の領域にアタッチされる。第１のモイエティ１６は、標的分子２０のエピトープ２４に特異的に結合することが可能であり、標的分子２０は更に、例えば他のモイエティ前駆体３０上のパラトープのような活性部位３２との別の特異的結合を形成することが可能な他のエピトープ２２を含む。他のモイエティ前駆体３０は、例えば磁性粒子のような標識４０にアタッチされている。例えばコバレント、イオン、協調、静電気結合等の化学結合のような、他のモイエティ３０を標識４０にアタッチするための任意の適切な方法が、使用されることができる。このアタッチメントの特定の実施形態は、本発明の範囲外である。エピトープ２２及び活性部位３２が係合する場合、すなわち他のモイエティ前駆体３０が標的分子２０にアタッチされる場合、他のモイエティが形成される。他のモイエティが第１のモイエティ１６に結合すると、センサ表面１０上の標識４０の存在は、生成される刺激との標識４０とのインタラクションを測定することによって、検出器１２により検出されることができる。刺激発生器は、明確さの理由で、図１から省かれている。検出信号１４の強度は、標的分子２０を介して表面１０にアタッチされる標識４０の量を示し、それにより、標的分子２０の濃度が、検出信号１４の強度又は強さから導き出されることができる。
【００４４】
図２は、競合アッセイに基づくセンサ装置を概略的に示している。この例では、標的分子２０は、標的分子２０を第１のモイエティに結合するために使用されなければならない単一の（適切な）エピトープ２４のみを有する。こうして、同様に第１のモイエティ１６に特異的に結合することが可能なエピトープ２４'を含む他のモイエティ３０'が提供される。標的分子２０の同族体でありうる他のモイエティ３０'は、例えば磁性粒子のような標識４０にアタッチされる。他のモイエティ３０'は、標的分子２０と、基板１０の表面上の第１のモイエティ１６により提供される利用可能な結合部位について競合する。ここでも、検出信号１４の強度は、標的分子２０を介して表面１０にアタッチされた標識４０の量を表す。この例では、標的分子２０の濃度は、検出信号１４の強さ又は強度から間接的に得られる。その理由は、この信号の強度が、第１の他のモイエティ３０'によって占められる第１のモイエティ１６により提供される結合部位の数に依存するからである。
【００４５】
サンドイッチアッセイ及び競合アッセイは、本発明のセンサ装置のために使用されうるアッセイタイプの非限定的な例である。任意の適切なアッセイタイプが使用されうることが重ねて強調される。
【００４６】
このようなアッセイの正確な動作は、第１のモイエティ１６とエピトープ２２との間の特異的結合のための再現可能な反応動力学の信頼性に基づく。例えば、図１のセンサのサンドイッチアッセイに関する結合レートｄＮ／ｄｔは、以下のように表されることができる：
【数１】
0005728005.tif 000002
ここで、Ａは、センサ表面（ｍ２）の面積であり、ｋｏｎは、結合反応（ｍ３／ｓ）の会合定数であり、［Ｃａｐ］は、センサ表面（ｍ―２）上の第１のモイエティ１６により提供される捕捉部位の濃度であり、Ｔは、センサ表面のすぐ上のターゲット（ｍ―３）の濃度である。
【００４７】
いかなる理由であっても、この特異的結合の会合反応が、この反応速度から期待されるものからずれる場合は、問題が生じる。このような理由の例は以下を含む：
アッセイが、完全には完了されていなかった；
十分な流体がテストに添加されていなかった；
アッセイの動作プロトコルが正しく適用されなかった；
磁性粒子がカートリッジに存在しない；
乾燥試薬が、適切に分散されていなかった；
磁性粒子の異常に高いクラスタ化が生じた；
大きな試薬の劣化が生じた；
使い捨て可能なカートリッジが、適切に保管されておらず（例えばあまりに高い温度又は相対湿度）、一体化された試薬が、時間とともに劣化した；
アッセイカートリッジが損傷を受け、例えば流体の漏出を引き起こした。
【００４８】
これらの問題は、視覚的に検出されることができるが、アッセイベースのセンサ装置の訓練されていないユーザがこのような徴候を無視してしまう重大なリスクがある。明らかに、目に見える徴候が存在しない場合、訓練されていないユーザは、単に欠陥のある装置を使用し、不良の測定値を信頼してしまう可能性が非常に高い。
【００４９】
本発明の一実施形態により、図３に示されるようなフェイルセーフアッセイベースのセンサ装置１が提供される。装置１は、図１に示すのと基本的に同じアッセイベースのセンサである第１のセンサ２を有する。第１のセンサ２は、例えば唾液、汗、尿又は血液のような体液サンプルであるサンプル中のモイエティ２０の存在を判定するためのアッセイを提供する。センサ２は、センサ装置１のキャリア１０、例えば基板、の予め決められたエリアをカバーする。エピトープ２４とパラトープ１６との間及びエピトープ２２とパラトープ３２との間の特異的結合の形成に応じて、磁性粒子４０は、信号検出ステージ１２の近傍で固定され、それにより、例えば刺激発生器（図示せず）による電磁場のような刺激の生成時、この刺激と磁性粒子４０との間のインタラクションにより誘導される、この刺激に対する反応が、信号検出ステージ１２により検出される。
【００５０】
上述したように、基板表面エリアの予め決められた範囲及び第１の他のモイエティ１６の密度の組み合わせは、例えば信号判定ステージ１２により生成される信号１４の強度と、基板１０にアタッチされる第１のモイエティ２０の量との相関付けを容易にする。本発明のコンテクストにおいて、「存在」という語は、イエス／ノー結果を有するバイナリ測定と、サンプル中の第１のモイエティ２０の濃度が判定される測定と、の両方をカバーすることが意図される。
【００５１】
センサ装置１は更に、予め決められた密度で基板１０の予め決められた他のエリアをカバーする第２のモイエティ５０を有する第２センサ３を有する。第２のセンサ３は更に、基準検出信号１４'を生成するための他の検出ステージ１２'を有する。第２のモイエティ５０によってカバーされるエリアは、第１のモイエティ１６によってカバーされる基板１０のエリアと重なるべきでなく、少なくとも第１の検出ステージ１２及び第２の検出ステージ１２の検出ウィンドウ内にはない。第２のモイエティ５０は、第２の他のモイエティ５２に特異的に結合することが可能であり、第２の他のモイエティ５２は更に、磁性粒子４０'を含み、例えば磁性粒子４０'にアタッチされる。磁性粒子４０'は、磁性粒子４０と同じサイズの粒子でありうるが、これは必要でない。一実施形態において、第２の他のモイエティ５２は更に、第１の他のモイエティの一部を形成しうる。例えば、第２の他のモイエティは、第１の他のモイエティ前駆体３０と同じでもよい。本実施形態において、第２の他のモイエティ５２は、少なくともセンサ装置１の動作中、過剰な量で存在すべきであり、それにより、第２の他のモイエティ５２と標的分子２０との間の結合反応、及び第２の他のモイエティ５２と基準センサ部位における第２のモイエティ５０との間の結合反応、の個々の反応速度は、互いに影響を受けない。
【００５２】
本発明の概念は、アッセイベースの基準センサ３が、標識化されたモイエティとの特異的結合を形成し、例えばアナライトが、センサ装置１のカートリッジに知られている量で存在し又はセンサ装置１のカートリッジに導入されたサンプル中に知られている濃度で存在する場合、第２の他のモイエティ５２により形成される第２のモイエティ５０に対する特異的結合の形成が期待通りに行われる場合、基準センサ３の第２の信号検出ステージ１２'は、期待される信号値ウィンドウ内に入る強度又は値を有する第２の検出信号１２'を生成するという洞察に基づく。
【００５３】
これは、適切な結合カップルが形成される結合反応が、非常に安定した結合速度定数及び高い親和定数を有するという理由による。この理由のため、特異的結合が、高い安定性を有し、特異的結合を形成するモイエティが、複数の又は異なる領域で互いに結合することができ、良好な利用可能性を有し、低いバッチ間変動を示すことができることが好ましい。
【００５４】
この点で、複数のアッセイを有するセンサ装置はそれ自体知られており、これらの従来の装置のいずれも、標識化されたモイエティの既知量（例えば濃度）を決定する目的で基準アッセイを含めることを教示していないことに注意されたい。そのかわりに、従来技術の装置は、サンプル中の検体の未知の量を決定する目的でのアッセイの使用を教示している。
【００５５】
更に、本発明のセンサ装置は、静止サンプルの測定のために使用されることが企図され、これは、より少ないサンプルボリュームが必要とされるという、ラテラルフローサンプル装置より優れた効果がある。これは、例えば、指先を突くことにより収集される血液サンプルのような、数滴だけのサンプル中の標的分子の存在の正確な測定を可能にする。これは更に、実際の測定及び基準測定が、ラテラルフローセンサ装置の複数部位における逐次の測定とは異なって、並行に実施されることを可能にし、従って、測定を完了するために必要とされる所要時間を低減する。
【００５６】
測定センサ２及び基準センサ３は、それぞれ異なる測定チャンバに位置することができ、標識化されたモイエティ５２は、乾燥した形で基準センサ３の測定チャンバに存在する。本実施形態では、測定センサ領域において、特異的結合反応と干渉する第２の他のモイエティ５２が、選択されることができるので、これは、第２の他のモイエティ５２の選択の制限を緩和する。付加的に、異なるアッセイバッファが、各々のアッセイを個別に最適化するように選ばれることができる。サンプルと同時に注入される別個の基準流体を適用することが必要でありうる。この例では、基準センサは、材料劣化に関する有益な情報を提供するが、それぞれ異なるチャンバにおいてそれぞれ異なる流体を使用するという理由で、測定チャンバへの流体の正しい添加に関する情報を提供するにはあまり適していないことが理解される。
【００５７】
第１のモイエティ１６及び第２のモイエティ５０を担持する個々のセンサ領域は、同じ基板１０上又は異なる基板上に位置しうる。これは、例えば磁性粒子４０と磁性粒子４０'の集合によって、標識化されたモイエティが、測定センサ２の第１の検出ステージ１２の検出を妨げ得ないという利点を有する。
【００５８】
代替の実施形態において、フェイルセーフアッセイとして働く基準アッセイは、測定アッセイと同じチャンバ内で実施されることができる。このために、測定アッセイと干渉しないフェイルセーフアッセイが、選択されることができ、すなわち、第１の他のモイエティのエピトープ２４は、第２のモイエティ５０との有意な親和性を有さず、第２の他のモイエティ５２は、第１のモイエティ１６との有意な親和性を有しない。
【００５９】
第１のモイエティ１６及び第２のモイエティ５０を含む個々のセンサ領域は、外的影響に対して同様の安定性及びロバストネスを有することが重要であり、それにより、第１のモイエティ１６の劣化時に、その期待値からの測定信号１４'の偏差が観察される。この理由のため、第１のモイエティ１６を含む測定センサ領域のロバストネスは、第２のモイエティ５０を含む測定センサ領域のロバストネスと少なくとも同程度良好であるべきであり、例えば、他のエンティティに特異的に結合するパラトープを含むエンティティは、互換性のあるエピトープを含む。
【００６０】
一実施形態において、強いボンディングカップルが、基準センサ３における特異的結合のために使用されることができる。適切なボンディングカップルの非限定的な例は、例えばビオチン−抗ビオチン、ＦＩＴＣ−抗ＦＩＴＣ及びテキサスレッド−抗テキサスレッドのようなハプテン−抗体ペア、特に、結合反応の再現性及び反応速度を改善するために、抗体の複数領域上の軽鎖及び重鎖の両方と結合できる抗抗体のような、抗体−抗抗体ペア、並びに小分子−タンパク質ペアを含む。小分子−タンパク質ペアの特に好適な例は、その多価性質のため、アビジン−ビオチンである。
【００６１】
上述したように、磁性粒子４０'を含む第２の他のモイエティ５２は、乾燥した形でセンサ装置１に存在することが好ましい。これは、第２の他のモイエティ５２の湿潤が、センサ装置１に入られるサンプルの流体の量に依存するという利点をもつ。更に、基準センサ３のフェイルセーフアッセイは、測定センサ２の実際のアッセイと同じ条件下で完了される。これは、更に詳しく後述される。
【００６２】
任意の適切なアッセイタイプが、基準センサ３のために使用されることができる。図３において、アッセイは、直接的な特異的結合反応により形成され、他の生体分子が、磁性粒子４０'をセンサ３の検出エリアに固定することは必要とされない。このようなアッセイは、ブランクアッセイと呼ばれることができる。図４は、本発明のセンサ装置１の代替の実施形態を示し、ここで、基準センサ３のアッセイの特異的結合ペアの片方を形成する第２の他のモイエティは、生体分子６０のエピトープ６２と、磁性粒子４０'にアタッチされる第２の他のモイエティ前駆体のパラトープ６４と、の間の特異的結合により形成される。生体分子６０は更に、基準センサ３の検出エリア上の第２のモイエティ５０と特異的に結合するためのエピトープ５２を含む。言い換えると、基準センサ３のアッセイは、この非限定的な例において、サンドイッチアッセイである。測定センサ２のアッセイの特異的結合ペアの一部のみが、明確さの理由で図４に示されていることが強調される。
【００６３】
上述したサンドイッチアッセイ、競合アッセイ及び抑制アッセイのようなアッセイの任意の適切なタイプが使用されることができることが重ねて強調される。抑制アッセイでは、標的分子は、センサ表面に結合しないが、その代わりに、センサ表面上のモイエティに他のモイエティが結合することを阻止し、それにより、標的分子の増大する濃度が、センサ表面に結合する他のモイエティ（及び標識）の量の低減をもたらす。抑制アッセイの場合、他のモイエティの抑制された量の決定を可能にするために、他のモイエティの予め規定された量が存在しなければならない。
【００６４】
サンドイッチアッセイの場合、又は一般に磁性粒子４０'にアタッチされるエンティティが、生体分子６０を通じて第２のモイエティ５０を含む検出領域に結合される任意のタイプのアッセイの場合、生体分子６０及び磁性粒子４０'を含むエンティティの濃度は共に、予測可能な検出信号１４'を生成するために知られている。これは例えば、アナライト２０の濃度が一般に変動するサンプル中で、実質的に一定の濃度を有する生体分子６０を選択することにより達成されることができる。（患者が血清組成に影響を及ぼす疾患に罹患していない限り）血中の血清濃度は通常はほぼ安定しているので、適切な生体分子６０の非限定的な例は、血液サンプル中の血清アルブミンである。
【００６５】
図５は、好適なセンサ装置の一般的なセットアップを示している。この装置の主要なコンポーネントは、例えばガラス又はポリスチレンのような透明なプラスチックから作られることが可能であるキャリア１０である。キャリア１０は、サンプルチャンバ（図示せず）の隣に位置し、サンプルチャンバには、検出されるべき標的コンポーネント（例えば薬剤、抗体、ＤＮＡ等）を有するサンプル流体が供給されることができる。サンプルは更に、上述したように測定センサ及び基準センサの第１のモイエティ１６及び第２のモイエティ５０に特異的に結合できる個々のモイエティ（図示せず）の一部として、上述したように超常磁性ビーズのような磁性粒子４０及び他の磁性粒子４０'を含む。
【００６６】
センサ装置は、第１のモイエティ１６及び第２のモイエティ５０により形成される個々の結合表面に磁界Ｂを制御可能に生成するために、例えばコイル及びコアを有する電磁石のような磁界生成器９を有する。この磁界は、これらの結合表面上のサンプルチャンバの隣接する空間に及ぶ。磁界Ｂの存在は、磁性粒子４０及び４０'の操作を可能にし、すなわち、勾配をもつ磁界が使用される場合は、これらの粒子の磁化及び移動を可能にする。例えば、前記表面に対する関連する標的コンポーネントの結合を加速するために、磁性粒子４０、４０'を測定センサ及び基準センサの結合表面に引き寄せることが可能である。
【００６７】
センサ装置は更に、各々の結合表面ごとに、各々が例えばレーザ又はＬＥＤでありうる個々の光源６及び６'を有する。各々の光源は、キャリア１０に送信される入力光ビームＬ１を生成する。入力光ビームＬ１は、内部全反射（ＴＩＲ）の臨界角θｃより大きい角度で、その意図された結合表面に入り、従って「出力光ビーム」Ｌ２として内部全反射される。個々の出力光ビームＬ２は、別の表面を通ってキャリア１０を去り、個々の光検出器１２及び１２'により検出され、例えばフォトダイオードでありうる。光検出器１２は、（例えばスペクトルの全スペクトル又は一部のこの光ビームの光強度により表現される）入射出力光ビームＬ２の光の量を測定する。検出器１２は、第１の検出信号１４を生成するように構成され、検出器１２'は、第２の検出信号１４'を生成するように構成される。個々の信号は、好適には電気信号であり、例えば上述した光強度を示す電流又は電圧である。検出信号１４及び１４'は、評価のための信号処理ユニット（図示せず）に送られることができる。
【００６８】
個々の光源６及び６'において、市販のＤＶＤ（λ＝６５８ｎｍ）のレーザーダイオードが使用されることができる。コリメータレンズは、入力光ビームＬ１を平行にするために使用されることができ、例えば０．５ｍｍのピンホール８が、ビーム直径を低減するために使用されることができる。正確な測定のために、高度に安定した光源が必要とされる。しかしながら、完全に安定した電力源を用いる場合でも、レーザにおける温度変化は、出力のドリフト及びランダムな変化を引き起こしうる。
【００６９】
この問題に対処するために、光源６及び６'は、レーザの出力レベルを測定するために一体化された入力光監視センサ７を任意に有することができる。監視センサ７の（ローパスフィルタされた）出力は、検出信号１４及び１４'を処理する信号プロセッサでありうる制御ユニット（図示せず）に結合されることができ、制御ユニットは、検出器からの検出信号を対応するセンサ７の出力で除算できる。改善された信号対雑音比の場合、結果として得られる信号は、時間平均されることができる。除算は、パワー変動によるレーザ出力の揺らぎの影響を除去し、これは、温度ドリフトと同様に、安定化された電源が必要でないという利点を有し、これは、ペルティエ素子のような予防策が必要でないという利点を有する。代替として、センサ７の出力は、センサ７により測定されるその出力をある時間にわたって安定に保つために、光源用のフィードバック制御ループ内で使用されることができる。
【００７０】
レーザ出力自体が測定されるのではなく、個々の光源６及び６'の最終の出力が測定される場合、更なる改善が達成されることができる。図５が概略的に示すように、光出力の或る割合のみがピンホール８を出る。この割合の光出力のみが、キャリア１０の実際の測定のために使用され、それゆえ、最も直接的なソース信号である。明らかに、この割合は、例えば集積センサ７により決定されるように光源の出力に関連するが、光経路における任意の機械的変化又は不安定性によって、影響を受ける、レーザビームプロファイルは、ガウス分布を有する、すなわち全く均一でない、ほぼ楕円形である。従って、個々の光源６及び６'の各々のピンホール８の後及び／又は最終の他の光学的コンポーネントの後の入力光ビームＬ１の光の量を測定することは、有利である。これは、多くのやり方で行われることができる。例えば：
平行のガラスプレート（図示せず）が、光ビームＬ１に対して４５°以下で配置されることができ、又はビームスプリッタキューブ（例えば９０％の透過、１０％の反射）が、別個の入力光監視センサ（図示せず）に向けて光ビームのわずかな割合を屈折させるために、各々のピンホール８の後ろの光経路Ｌ１に挿入されることができる；各々のピンホール８又は入力光ビームＬ１のエッジにおける小型ミラーが、検出器（図示せず）に向けてビームのほんの一部を屈折させるために使用されうる。
【００７１】
図５には、別個の光源６及び６'が、非限定的な例により示されている。例えば単一光源６が使用される実施形態のような代替の実施形態が同等に実行可能であり、光源の位置は、第１のモイエティ１６を含むキャリアエリアと第２のモイエティ５０を含むキャリアエリアとの間でそのインタラクションを切り替えるように変更可能でありうる。他の代替の実施形態において、単一光源６が、両方のセンサエリアを同時に照明するために使用される。他の設計変更が、当業者に明らかである。
【００７２】
図５に記述されるセンサ装置は、磁性粒子４０、４０'及び標的コンポーネントを検出するために光学手段を適用し、その検出が実際に重要である。（例えば唾液、血液等のサンプル流体の）バックグラウンドの影響を除去し又は少なくとも最小限にするために、検出技術は、好適には、表面に特異的である。これは、以下に説明される漏れ内部全反射(frustrated total internal reflection)の原理を使用することにより達成される。
【００７３】
スネルの屈折の法則に従って、２つの媒体ＡとＢとの間のインタフェースの法線に対する角度θＡ及びθＢは、以下の式を満たす：
ｎＡ  ｓｉｎθＡ＝ｎＢ  ｓｉｎθＢ
ここで、ｎＡ、ｎＢは、それぞれ媒体Ａ及びＢの屈折率である。高い屈折率（例えばｎＡ＝２を有するガラス）を有する媒体Ａ中の光線は、例えば空気（ｎＢ≒１）又は水（ｎＢ≒３）のようなより低い屈折率を有する媒体Ｂとのインタフェースにおいて、法線に対して角度θＢをなして屈折する。入射光の一部は、入射角度θＡと同じ角度でインタフェースにおいて反射される。入射角度θＡが、徐々に増大されると、屈折角θＢは、それが９０°に達するまで増大する。対応する入射角は、臨界角（θｃ）と呼ばれ、ｓｉｎθｃ＝ｎＢ／ｎＡによって、与えられる。より大きい入射角では、すべての光は、媒体Ａ（ガラス）内で反射され、ゆえにそれは「内部全反射」と呼ばれる。しかしながら、媒体Ａ（ガラス）と媒体Ｂ（空気又は水）との間のインタフェースの非常に近くでは、エバネッセント波が、媒体Ｂ中に形成され、表面から離れるにつれて指数的に減衰する。表面からの距離ｚの関数としてのフィールド振幅は、以下のように表現されることができる：
【数２】
0005728005.tif 000003
ここで、ｋ＝２π／λであり、θＡは、内部全反射されたビームの入射角度であり、ｎＡ及びｎＢは、個々の関連する媒体の屈折率である。
【００７４】
例えばλ＝６５０ｎｍのような波長λの典型的な値並びにｎＡ＝１．５３及びｎＢ＝１．３３に関して、フィールド振幅は、約２２８ｎｍの距離ｚの後で、その元の値のｅｘｐ（−１）≒０．３７に減少する。このエバネッセント波が、図５のセットアップにおける磁性粒子４０、４２のような別の媒体とインタラクトする場合、入射光の一部は、サンプル流体に結合される。これは、「漏れ内部全反射」と呼ばれ、反射強度が低減される。他方、クリーンなインタフェースであり、インタラクションがない場合、反射される強度は１００％である。外乱の量、すなわち結合表面１２上の又はそれに非常に近い、例えば約２００ｎｍ以内にある、磁性ビーズ４０、４０'の量に依存して、反射強度は低下する。この強度の低下は、結合された磁性ビーズ４０、４０'の量の、及びゆえに標的分子の濃度の、直接的な尺度である。
【００７５】
約２００ｎｍのエバネッセント波の前述のインタラクション距離が、抗体、標的分子及び磁性ビーズの一般的な寸法と比較される場合、バックグラウンドの影響が最小であることは明白である。より大きい波長λは、インタラクション距離を増大するが、バックグラウンド液体の影響は、なお非常に小さい。
【００７６】
一般的なアプリケーションの材料の場合、キャリア１０の媒体Ａは、１．５２に近い一般的な屈折率を有するガラス及び／又は透明プラスチックでありうる。サンプルチャンバ内の媒体Ｂは、通常、水性であり、１．３に近い屈折率を有する。これは、６０°の臨界角θｃに対応する。従って、７０°の入射角は、いくらかより大きい屈折率を有する流体媒体を可能にする実際的な選択である（ｎＡ＝１．５２とすると、ｎＢは、最大１．４３まで許容される）。ｎＢのより高い値は、より大きいｎＡ及び／又はより大きい入射角を必要とする。このようなセンサ装置の他の実施形態は、国際公開第２００８／０７２１５６号パンフレットに見られることができ、その内容は、参照によって、全体としてここに含まれるものとする。
【００７７】
図６は、本発明のセンサ装置１の一実施形態を含む装置１００の例示の実施形態を示している。装置は、測定検出信号１４及び基準検出信号１４'を処理するための信号処理ステージ１１０を有する。信号処理ステージ１１０は、アナログ又はデジタル検出信号を処理するように構成されることができる。更に、処理ステージ１１０は、測定検出信号１４及び基準検出信号１４'の両方を処理する単一プロセッサによって、又は各々がこれらの信号の１つを処理するための専用の異なるプロセッサによって、実現されることができる。処理ステージ１１０は、測定検出信号１４及び基準検出信号１４'を処理するための信号処理命令がソフトウェアで実現される多機能処理ユニットとして実現されることができる。代替として、これらの信号処理命令は、処理ステージ１１０にハードコードされてもよい。処理ステージ１１０は、測定センサ２及び測定センサ３と同じ基板１０上に提供されることができ、又はそれぞれ異なる基板上に提供されることができ、異なる基板が、プリント回路基板のような同じキャリア上に又はそれぞれ異なるキャリア上に搭載されることができる。他の実施形態は、当業者に明らかである。
【００７８】
一実施形態において、信号処理ステージ１１０は、基準センサ３の基準検出信号１４'を基準検出信号１４'の期待値と比較するように構成される。基準センサ３のアッセイの特異的結合が、例えばエピトープ５２を含むモイエティのような第２の他のモイエティの知られている量、特異的結合反応の知られている反応速度、パラトープ５０を含む第２のモイエティによってカバーされる検出エリア、及び検出エリアの第２のモイエティの密度から、期待通りに形成される場合、期待値は、本質的に、基準検出信号１４'が含むべきである値である。この期待値は、信号処理ステージ１１０によって、アクセス可能である任意の適切な記憶装置（図示せず）に記憶されることができる。第２の他のモイエティ５２が、測定の間、過剰な量で存在する場合、期待値が、基準センサの実質的にすべての結合部位が第２の他のモイエティ５２に特異的に結合している場合に得られる信号値に対応することは明らかである。
【００７９】
信号処理ステージ１１０により実現される処理方法の一実施形態が、図７に示されている。基準信号１４'の値が、ステップ６１０において決定され、ステップ６２０において、その期待値と比較される。ステップ６３０において、基準信号１４'の値とその期待値との間の差が許容範囲内に入るかどうかが判定される。これらの範囲は、第２のモイエティに対する第２の他のモイエティの結合反応が期待通りに行われ、これが、関心のあるアナライト２０の存在を判定するための正しく機能するセンサ装置１及び正しく調製されたサンプルを示す場合、検出された基準信号１４'が入る期待される信号値ウィンドウとみなされることができる。検出された基準信号１４'の値が、期待される信号値ウィンドウの範囲外である場合、センサ装置１が信頼できないものであることを知らせる標示が、ステップ６４０において、生成され、それにより、ユーザは、測定センサ２の測定結果を無視するように通知される。代替として、不良警告が無視され、信頼できない測定が診断目的で使用されるリスクをなんとしても回避するために、信号処理ステージ１１０は、測定結果がユーザに利用可能にされることを妨げることができる。ステップ６３０において、検出される基準信号１４'の値が、期待される信号値ウィンドウ内にあると判定される場合、測定センサ２のアッセイにより実施される測定は、信頼できるものであり、この効果に対する標示が、ステップ６５０において、生成されることが達成される。これは単に、測定結果の供給でありえ、又は好適にはセンサ装置１がフェイルセーフテストに合格していることの標示を含む。
【００８０】
信号処理ステージ１１０は、例えばスピーカ（図示せず）によって可聴信号に変換される信号、又は例えばディスプレイ（図示せず）によって可視信号に変換される信号のような、フェイルセーフテストの結果を示す出力信号１２０を生成するように構成されることができる。装置のユーザにセンサ装置１の測定結果の信頼性を知らせる他の適切な方法は、当業者には直ちに明らかになる。
【００８１】
代替の実施形態において、信号処理ステージ１１０は、その期待値からの基準検出信号１４'の偏差に基づいて、測定検出信号１４を較正するための較正信号を生成するように構成される。これは例えば、基準検出信号１４'の時間依存の漸進的変化を評価する場合に適用可能でありえ、この場合、過渡状態の形状から、特異的結合反応が、ずれた信号強度であるが、期待される反応動力学を示すことが明らかでありうる。
【００８２】
このような処理方法の例示の実施形態が、図８に示されており、前述のようにステップ６１０及び６２０の後、ステップ７１０において、補正ファクタが、基準検出信号１４'の実際の値とその期待値との間の差から計算され、その後、測定センサ２からの測定検出信号１４の値が、ステップ７２０において決定される。更にその後、ステップ７３０において、サンプル中のアナライト２０の濃度の決定が、決定された測定信号値及び補正ファクタを使用して行われる。明らかに、ステップ７２０は、例えばステップ６１０、６２０及び７１０の任意のものと並列に、任意の適切な時間に実行されることができる。
【００８３】
本発明のコンテクストにおいて、「期待値」という語句は更に、基準検出信号１４'の時間依存の漸進的変化を規定する複数の値をカバーすることに注意すべきである。事実、基準検出信号１４'の時間依存の漸進的変化は、図９を用いて説明されるように、センサ装置１のアッセイのさまざまな異なる潜在的な問題に関する有用な情報を提供できる。ここで、時間の関数としての基準検出信号１４'の漸進的変化の特有の曲線は、基準センサ３の表面に固定化されるビオチン−ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）モイエティ及び抗ビオチンにアタッチされる磁性粒子４０を含む基準アッセイに関して表される。
【００８４】
この信号曲線は、以下の潜在的な問題に関する価値ある情報を与えるように解釈されることができる：
−サンプル調製、及び特にサンプルのプレインキュベーション／混合ステップ。信号部分８１０が、この調製フェーズ中に信号強度の異常に大きな変化を示す場合、これは、磁性粒子がクラスタ化した標示であり、それによって、基準センサ３の検出エリアにおける堆積を形成する。
−結合カップル形成ステップの後の最大の信号８５０は、粒子濃度及びサンプル粘性に関する情報を提供する。これは、粒子の不完全な再分散、カートリッジリーク、テスト中の磁性粒子の不存在、不正確なテスト液体、その他の検出を容易にする。
【００８５】
−基準検出信号１４'の最大及び最小の振幅の間の差８３０は、検出信号１４'に影響を及ぼす磁性粒子４０'の粒子濃度及び単分散に関する情報を提供する。変調の振幅は、溶液中の単分散粒子の数によって、増減する。従って、この信号は、測定信号に影響を与えうるさまざまな不良メカニズムについてチェックするために使用されることがありうる。製造中、多くのビーズがカートリッジに添加される場合、これは、信号の変調振幅を増大する。粒子のいくつかが正しく溶解しない場合、これは、より低い変調振幅をもたらす。クラスタは、単一のビーズほどは自由には移動することができず、これは変調振幅を低下させるので、ビーズのクラスタ化が更に検出されることができる。
【００８６】
−基準センサ３の強い結合カップルが形成される結合反応のスロープ８２０は、アッセイの機能に関する情報を提供する。測定は、一般に動力学的状況において行われるので、スロープは、会合定数に比例する時間の関数として結合の数に比例し、これはアッセイの機能の尺度である。
−最大の信号変化８４０は、粒子濃度及び特異的結合反応の効果に関する情報を提供する。後者は、センサ装置１の生物学的な完全性に関する情報を提供する。
【００８７】
−結合反応が完了した後又は固定の時間量の後、適切である場合、センサ２及び３は、結合していない磁性粒子４０、４０'を除去するために洗浄され、それにより、測定検出信号１４及び基準検出信号１４'は、個々の検出領域にのみ結合される磁性粒子によって影響を及ぼされる。洗浄した後の信号は、基準アッセイが十分に機能的であるどうかについて絶対的な情報、例えば、非再分散、リークにつながるカートリッジ損傷、誤ったサンプルタイプ、不十分なボリューム、事実上の生物学的劣化等を示す情報、を提供する。更に、結合反応の反応速度は温度依存であるので、テスト中の事実上の温度変化は、その期待値と大幅に異なる洗浄後の基準検出信号１４'を与える。
【００８８】
−最後に、センサ装置１により実施される測定が信頼できるものであるために、信号曲線のすべての部分が存在しなければならない。これは、正しいアクチュエーションプロトコルが使用され、完了された標示である。
【００８９】
好適には、センサ装置は、この曲線のさまざまな部分の検出を容易にするために、磁性粒子をセンサ表面に引き寄せる磁界生成器を有する。磁界の印加時に、この磁界中の磁性粒子の挙動が評価されることができる。この評価が更に、基準として使用されることができる。
【００９０】
上述の実施形態は、本発明を説明するものであり、制限するものではなく、当業者は、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく多くの代替の実施形態を設計することが可能であることに注意すべきである。請求項において、括弧内に示される任意の基準符号は、請求項を制限するものとして解釈されるべきではない。「含む、有する」という語は、請求項に列挙されるもの以外の構成要素又はステップの存在を除外しない。構成要素に先行する「a」又は「an」という語は、このような構成要素の複数の存在を除外しない。本発明は、幾つかの相互に異なる構成要素を含むハードウェアにより実現されることができる。幾つかの手段を列挙している装置の請求項において、これらの手段のうち幾つかは、同じ一つのハードウェアアイテムによって、具体化されることができる。特定の手段が相互に異なる依存請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。
【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】
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