(57)【要約】  トランスデューサーマイクロアレイを選択的に機能化させるためのシステムおよび方法が提供される。上記方法は、共通した局所的な環境へ露出されたトランスデューサーの領域を有するマイクロアレイを提供する。複数のトランスデューサーのｐＨに、差異が形成される。その結果、トランスデューサーのｐＨに応じて、機能分子が選択的にトランスデューサーへ結合する。１つの局面では、上記マイクロアレイは、ｐＨ形成電極のトランスデューサーの領域と、対極とを提供し、各トランスデューサーに対して１つのｐＨ形成電極が対応する。複数のトランスデューサーにおけるｐＨの差異は、トランスデューサーに隣接する領域内のｐＨに差異を形成するために、ｐＨ形成電極と対極との間に選択的に電位を与えることによって形成される。
2011528783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスデューサーマイクロアレイを選択的に機能化させるための方法であって、
共通した環境へ露出された複数のトランスデューサーの領域を含むマイクロアレイを設ける工程と、
上記複数のトランスデューサーのｐＨに、第１の差異を形成する工程と、
上記複数のトランスデューサーのｐＨに応じて、当該複数のトランスデューサーに対して、第１の機能分子を選択的に結合させる工程と、を含む方法。
【請求項２】
上記マイクロアレイを設ける工程は、各トランスデューサーに対応したｐＨ形成電極、および、対極を設ける工程を含み、
上記複数のトランスデューサーのｐＨに、第１の差異を形成する工程は、上記ｐＨ形成電極と上記対極との間に、選択的に電位を与える工程と、上記複数のトランスデューサーに隣接した領域内に、ｐＨの差異を形成する工程とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記環境へ上記第１の機能分子を導入する工程を更に含み、
上記複数のトランスデューサーのｐＨに、第１の差異を形成する工程は、第２のトランスデューサーのｐＨを維持しながら、第１のトランスデューサーのｐＨを変更する工程を含み、
上記複数のトランスデューサーに対して、第１の機能分子を選択的に結合させる工程は、上記環境に由来する上記第１の機能分子を、上記第１のトランスデューサーへ結合させるが、上記第２のトランスデューサーへは結合させない工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記環境へ上記第１の機能分子を導入する工程を更に含み、
上記複数のトランスデューサーのｐＨに、第１の差異を形成する工程は、第２のトランスデューサーのｐＨを維持しながら、第１のトランスデューサーのｐＨを変更する工程を含み、
上記複数のトランスデューサーに対して、第１の機能分子を選択的に結合させる工程は、上記環境に由来する上記第１の機能分子を、上記第２のトランスデューサーへ結合させるが、上記第１のトランスデューサーへは結合させない工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記複数のトランスデューサーに対して、第１の機能分子を選択的に結合させる工程は、上記複数のトランスデューサーのｐＨに応じて、上記第１の機能分子とトランスデューサーの表面との間の結合を解離する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
上記複数のトランスデューサーに対して、第１の機能分子を選択的に結合させる工程は、上記第１の機能分子を第１のトランスデューサーおよび第２のトランスデューサーへ選択的に結合させる工程を含み、
上記方法は、更に、
上記環境へ第２の機能分子を導入する工程と、
上記第１のトランスデューサーのｐＨと上記第２のトランスデューサーのｐＨとの間に第２の差異を形成する工程と、
上記第１のトランスデューサーのｐＨに応じて、上記第１のトランスデューサー上で、上記第１の機能分子に対して上記第２の機能分子を選択的に結合させる工程とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記複数のトランスデューサーの領域を含むマイクロアレイを設ける工程は、結合した第２の分子を各々有する、第１のトランスデューサーおよび第２のトランスデューサーを設ける工程を含み、
上記方法は、更に、上記環境へ第３の分子を導入する工程を含み、
上記複数のトランスデューサーのｐＨに、第１の差異を形成する工程は、上記第１のトランスデューサーのｐＨと上記第２のトランスデューサーのｐＨとの間に差異を形成する工程を含み、
上記複数のトランスデューサーに対して、第１の機能分子を選択的に結合させる工程は、第３の分子によって上記第２の分子を活性化させて、上記第１のトランスデューサーに結合した上記第１の機能分子を選択的に形成する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記複数のトランスデューサーに対して、第１の機能分子を選択的に結合させる工程は、オリゴヌクレオチド、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＤＮＡ断片、ＲＮＡ断片、ペプチド、レセプター、抗体、酵素、全細胞、細胞断片、ビオチンおよびストレプトアビジンからなる群から選択される第１の機能分子を選択的に結合させる工程含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
上記マイクロアレイを設ける工程は、トランスデューサーの領域を設ける工程を含み、
上記各トランスデューサーは、隣接するｐＨ形成電極と対応している、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
上記複数のトランスデューサーの領域を含むマイクロアレイを設ける工程は、各々が第２の分子と結合している、第１のトランスデューサーおよび第２のトランスデューサーを設ける工程を含み、
上記方法は、更に、上記環境へ上記第１の機能分子を導入する工程を含み、
上記複数のトランスデューサーのｐＨに、第１の差異を形成する工程は、上記第１のトランスデューサーのｐＨと上記第２のトランスデューサーのｐＨとの間に差異を形成する工程を含み、
上記複数のトランスデューサーに対して、上記第１の機能分子を選択的に結合させる工程は、上記第２の分子を選択的に修飾して、上記第１のトランスデューサーおよび上記第２のトランスデューサーからなる群から選択される１つのトランスデューサー上で、上記第１の機能分子と修飾された上記第２の機能分子とを結合させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
トランスデューサーマイクロアレイを選択的に機能化させるためのシステムであって、
各トランスデューサーに隣接した対応するｐＨ形成電極を有する複数のトランスデューサーの領域、および、対極を含むマイクロアレイと、
上記複数のトランスデューサーの領域に共通した環境を提供するための空洞を有する液体チェンバーと、
上記液体チェンバーへ選択的に液体を供給するための液体デマルチプレクサーと、
上記マイクロアレイへ接続されて、上記対極と、選択されたトランスデューサーの上記ｐＨ形成電極との間に電位を形成する電圧マルチプレクサーと、を含み、
上記複数のトランスデューサーへ選択的に機能分子を結合させるために、上記複数のトランスデューサーに隣接する領域内のｐＨに応じて、上記複数のトランスデューサーのｐＨに差異が形成される、システム。
【請求項１２】
上記液体マルチプレクサーは、上記液体チェンバーへ第１の機能分子を導入し、
上記電圧デマルチプレクサーは、第２のトランスデューサーのｐＨを維持しながら、第１のトランスデューサーのｐＨを変更して、これによって、上記液体チェンバー内の上記第１の機能分子を、上記第１のトランスデューサーへ結合させるが、上記第２のトランスデューサーへは結合させない、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
上記液体マルチプレクサーは、上記液体チェンバーへ第１の機能分子を導入し、
上記電圧デマルチプレクサーは、第２のトランスデューサーのｐＨを維持しながら、第１のトランスデューサーのｐＨを変更して、これによって、上記液体チェンバー内の上記第１の機能分子を、上記第２のトランスデューサーへ結合させるが、上記第１のトランスデューサーへは結合させない、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
上記電圧デマルチプレクサーは、上記複数のトランスデューサーのｐＨに応じて、トランスデューサーの表面へ結合した機能分子の間の結合を解離する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
上記トランスデューサーの領域は、第１の機能分子と結合している第１のトランスデューサーと、第１の機能分子と結合している第２のトランスデューサーとを含み、
上記液体マルチプレクサーは、上記液体チェンバーの環境へ、第２の機能分子を導入し、
上記電圧デマルチプレクサーは、上記第１のトランスデューサーのｐＨと上記第２のトランスデューサーのｐＨとの間に差異を形成して、上記第１のトランスデューサー上で、上記第１の機能分子へ上記第２の機能分子を選択的に結合させる、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
上記トランスデューサーの領域は、第２の分子と結合している第１のトランスデューサーと、第２の分子と結合している第２のトランスデューサーとを含み、
上記液体マルチプレクサーは、上記液体チェンバーへ、第３の分子を導入し、
上記電圧デマルチプレクサーは、上記第１のトランスデューサーのｐＨと上記第２のトランスデューサーのｐＨとの間に差異を形成し、上記第３の分子によって上記第２の分子を選択的に活性化させて、上記第１のトランスデューサーに結合した第１の機能分子を形成する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
上記複数のトランスデューサーは、オリゴヌクレオチド、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＤＮＡ断片、ＲＮＡ断片、ペプチド、レセプター、抗体、酵素、全細胞、細胞断片、ビオチンおよびストレプトアビジンからなる群から選択される機能分子に結合している、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
上記トランスデューサーの領域は、第２の分子と結合している第１のトランスデューサーと、第２の分子と結合している第２のトランスデューサーとを含み、
上記液体マルチプレクサーは、上記液体チェンバーへ、第１の機能分子を導入し、
上記電圧デマルチプレクサーは、上記第１のトランスデューサーのｐＨと上記第２のトランスデューサーのｐＨとの間に差異を形成して、上記第２の分子を選択的に修飾するとともに、上記第１のトランスデューサー上で、上記修飾された第２の機能分子へ上記第１の機能分子を結合させる、請求項１１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して生物学的な試料（analyte）の測定に関し、より詳細には、多試料トランスデューサーマイクロアレイ（multiple-analyte transducer microarray）を機能化するための方法に関する。
【０００２】
〔背景技術〕
マイクロアレイの技術は、１つのサンプル中に存在する複数の試料のアッセイを可能にする、強力な研究ツールである（多重アッセイ形式）。このようなアッセイを行うために、マイクロアレイは、異なる生物学的な成分によって修飾された複数のトランスデューサー（transducer）を備える必要がある。特定のトランスデューサーへ所望の生物学的な成分を選択的に結合させることは、マイクロアレイ技術における最も偉大な挑戦の１つである。現在、マイクロアレイを多重化（multiplexing）させるための主な方法は、（ｉ）アレイ上に異なる生物学的な成分をスポット（spotting）する方法、（ｉｉ）ナノ流体の接続のセットによってトランスデューサーを物理的に分離するとともに、予め選択されたトランスデューサーを狙って、当該トランスデューサーへ生物学的な成分を送達する方法、（ｉｉｉ）生物学的なタグを特異的に捕捉し得る薬剤にて修飾されたアレイの表面上で、タグが付された生物学的な成分を自己集合（self-assembling）させる方法、および、（ｉｖ）トランスデューサーの表面上で、生物学的な成分の合成を制御する方法、である。これらの方法には全て、費用および大量生産の容易さの観点から、限界がある。
【０００３】
スポットする方法（ｉ）は、アレイ上の選択されたトランスデューサー（スポット）へ特定の生物学的な成分を狙って送達した後に、当該成分をアレイの表面に結合させることに基づいている。スポットする方法は、用いられ得るトランスデューサーの大きさおよび形状について、重大な制限を有している。マイクロ流体の接続セットまたはナノ流体の接続セットによって、アレイ上の選択されたトランスデューサーへ生物学的な成分の送達を制御する方法（ｉｉ）は、高価な設備を必要とする。自己集合させる方法（ｉｉｉ）は、特定のオリゴヌクレオチドタグによって修飾された生物学的な成分（抗体）を用いることによって、オリゴヌクレオチドアレイを抗体アレイ（immuno-array）へ変換する（K. Dill, K. Schwarzkopf, and A. Ghindilis, Multiplexed Analyte and Oligonucleotide Detection on Microarrays Using Several Redox Enzymes in Conjunction With Electrochemical Detection, Lab on a Chip, (2006) 6, 1052-1055）。生物学的な成分のタグと、アレイのオリゴヌクレオチドプローブとの特異的なハイブリダイゼーションは、アレイトランスデューサーの表面上への固定化を引き起こす。上記方法の利点は、アレイの変換を、一段階で容易に行い得ることである。しかしながら、上記技術は、非常に高価な半導体ベースの、ｉｎ  ｓｉｔｕにて合成されたオリゴヌクレオチドのアレイを必要とする。アレイの表面上で、生物学的な成分の合成を制御する方法（ｉｖ）は、フォトリソグラフィー（Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ（登録商標））、インクジェットプリンティング（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）または電気化学（ＣｏｍｂｉＭａｔｒｉｘ）に基づいている。全ての場合において、各アレイトランスデューサー上におけるブロッキング試薬を用いた操作によるホスホアミダイト化学（phosphoamidite chemistry）を制御するときに、多段階の工程が用いられる。現在、当該方法は、オリゴヌクレオチドアレイのｉｎ  ｓｉｔｕにおける合成にのみ適用され、当該合成自体は、非常に高価である。
【０００４】
多試料マイクロアレイ（multiple-analyte microarray）の選択されたトランスデューサー上へ生物学的な成分を結合させるための、より簡単でより費用効率が高い方法が、望まれている。
【０００５】
〔本発明の概略〕
本願には、ｐＨにて固定化を制御することによって、マイクロアレイの選択されたトランスデューサー上へ生物学的な成分を結合させるための方法および器具が開示されている。上記方法は、個別にアドレス可能な電極を各トランスデューサーの近傍に配置すること、または、トランスデューサーの表面への電気入力を直接的に可能にするトランスデューサーを設計すること、を利用している。ｐＨの制御は、トランスデューサーの近傍にて、電気化学的にプロトンまたはヒドロキシル基（hydroxyls）を形成することに基づいている。ｐＨが制御されている状況下における、様々な生物学的な成分の連続的な固定化は、所望の形態のアレイを製造することを可能にする。
【０００６】
それ故に、トランスデューサーマイクロアレイを選択的に機能化するための方法が提供される。上記方法は、共通した環境（好ましくは、共通した局所的な環境）へ露出されるトランスデューサーの領域を含むマイクロアレイを提供する。複数のトランスデューサーのｐＨにおいて、差異が形成される。その結果、トランスデューサーのｐＨに応じて、機能分子が選択的にトランスデューサーへ結合する。１つの局面において、マイクロアレイは、複数のトランスデューサーｐＨ形成電極を有する領域と、１つの対極とを備えており、各トランスデューサーに対して１つのｐＨ形成電極が対応している。複数のトランスデューサーのｐＨの差異は、ｐＨ形成電極と対極との間に電位を選択的に与えて、トランスデューサーに隣接する領域内のｐＨに差異を形成することによって形成される。
【０００７】
例えば、上記方法は、第１の機能分子を上記環境へ導入し得る。その結果、第２のトランスデューサーのｐＨが維持されたままで、第１のトランスデューサーのｐＨが変更される。その結果、上記環境に由来する第１の機能分子は、第１のトランスデューサーへ結合するが、上記環境に由来する第１の機能分子は、第２のトランスデューサーへは結合しない。別の局面では、複数のトランスデューサーへ機能分子を選択的に結合させる工程は、トランスデューサーのｐＨに応じて、機能分子とトランスデューサーの表面との間の結合を解離する工程を含む。
【０００８】
上述した、トランスデューサーマイクロアレイを選択的に機能化させるための方法およびシステムの更なる詳細を、以下に説明する。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態は、添付の図面を参照しながら、実例を挙げて説明される。
【００１０】
図１Ａ〜図１Ｄは、トランスデューサーの表面への機能分子の結合を示す概略図である。
【００１１】
図２は、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃまたは図１Ｄの機能化されたトランスデューサーと、生物学的な成分との相互作用を示す概略図である。
【００１２】
図３Ａおよび図３Ｂは、修飾された機能分子へ結合した、修飾された生物学的な成分の例を示している。
【００１３】
図４は、ハイブリダイズされた機能分子と生物学的な成分との結合を示す概略図である。
【００１４】
図５は、トランスデューサーの表面を多段階にて機能化させることを示す概略図である。
【００１５】
図６は、図５に示される多段階の工程の一例を示しており、まず初めに官能基が結合し、続いて、加えられた生物学的な成分が修飾される。
【００１６】
図７は、多段階の工程の別の例を示している。
【００１７】
図８Ａおよび図８Ｂは、トランスデューサーマイクロアレイを選択的に機能化させるためのシステムを示すブロック図である。
【００１８】
図９Ａおよび図９Ｂは、図８のマイクロアレイの、典型的なトランスデューサー、ｐＨ形成電極、および対極を示すブロック図である。
【００１９】
図１０は、ｐＨによって制御された、生物学的な成分の固定化の一例を示しており、上記成分は、最初から官能基Ｚ（group Z）と結合しているか、または、官能基Ｚによって機能化されている。
【００２０】
図１１は、図１０から始まる例を、引き続き示している。
【００２１】
図１２は、図１０に示されている方法とは別の、ｐＨによって制御された固定化を示している。
【００２２】
図１３は、電気化学的なｐＨ形成によって同時に生じた、適した（favorable）ｐＨ条件と制限された（restricting）ｐＨ条件との両方における、ｐＨによって制御された固定化の一例を示している。
【００２３】
図１４は、特異的なオリゴヌクレオチドタグによって修飾された生物学的な成分の、ｐＨによって制御された固定化の一例を示している。
【００２４】
図１５は、特異的なオリゴヌクレオチドタグによって修飾された生物学的な成分の、ｐＨによって制御された固定化の変形例を示している。
【００２５】
図１６は、特異的なオリゴヌクレオチドタグによって修飾された生物学的な成分の、ｐＨによって制御された固定化を示しており、上記成分は、トランスデューサーの表面上に既に形成されている。
【００２６】
図１７は、図１６から始まる工程を、引き続き示している。
【００２７】
図１８は、トランスデューサーマイクロアレイを選択的に機能化させるための方法を示すフローチャートである。
【００２８】
〔実施の形態〕
（トランスデューサーおよび検出部）
トランスデューサーは、トランスデューサーの表面の近傍における生物学的な環境または化学的な環境の変化に応じて物理的な信号（出力）を生成することができる検出器である。上記信号は、例えば、視覚的な信号、または電気的な信号であり得る。これらの変化は、トランスデューサーの表面へ結合された予め選択された生物学的な成分が、標的の試料（analyte）と特異的に相互作用したときに生じる（生物学的な認識工程）。生物学的な成分と一体化したトランスデューサーは、バイオセンサーの検出部を形成する。
【００２９】
（検出部の生物学的な成分：生物学的な認識成分）
生物学的な認識に関与する上記生物学的な成分は、標的である試料へ特異的に結合すること、標的である試料を特異的に変換すること、または、これらの両方が可能である分子である。試料は、分析操作（例えば、滴定など）によって決定された基質または化学物質である。例えば、免疫学的なアッセイにおいては、上記試料は、リガンドまたは結合剤（binder）であり得、血糖値試験（blood glucose testing）では、上記試料は、グルコースである。医薬では、用語「試料（analyte）」は、しばしば患者に施される試験のタイプを意図し、当該試験は、例えば、ヒトの体内の化学物質を決定している。試料は、通常は測定され得ず、試料の測定可能な特性が測定される。例えば、グルコースは測定され得ないが、グルコースの濃度は測定され得る。この例では、”グルコース”が上記成分であり、”濃度”が上記特性である。実験室および門外漢では、用語「特性（property）」は、しばしば省略されるが、当該省略は、どの特性が測定されるかということに関する不明確さを生じることはない。
【００３０】
生物学的な成分としては、オリゴヌクレオチド、ＤＮＡ／ＲＮＡ分子若しくはこれらの断片、ペプチド、レセプター、抗体、酵素、全細胞および細胞断片（cellular fragments）などを挙げることができる。幾つかの用途では、ビオチンおよびストレプトアビジンも生物学的な成分とみなすことが可能である。
【００３１】
（トランスデューサーの表面）
上記トランスデューサーの表面は、導電性（conductive）、半導体性（semi-conductive）、または、非導電性（non-conductive）であり得る。上記表面の材料は、金属または合金（例えば、金、プラチナ、アルミニウム若しくはクロム）、シリカ、炭素体（例えば、グラファイト若しくはガラス質の炭素（glassy carbon））、ガラス、セラミック、複合材料（例えば、窒化ケイ素若しくはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ））、または、プラスチック（例えば、ポリスチレン若しくはナイロン）であり得る。
【００３２】
（トランスデューサーの表面の修飾）
トランスデューサーの表面の最初の修飾では、別の生物学的な成分を検出部へ結合させることができる官能基（functional group）を導入する。トランスデューサーの表面に対する官能基の導入は、下記方法の１つにて行われ得る。つまり、（ｉ）トランスデューサーの表面を、直接、化学的に変換する方法。例えば、炭素体の表面（carbon-based surface）は、酸素プラズマまたは酸化剤（例えば、硝酸）によって酸化され得る。（ｉｉ）自身の構造内に官能基を有するポリマーを用いてコーティングすることによる、表面の修飾。上記ポリマーによるコーティングは、トランスデューサーの表面上へ官能基を導入する。上記ポリマーは、バイオポリマー（多糖、ゼラチンなど）、ポリエチレンイミン、ポリアクリル酸、ハイドロゲル（ポリビニルアルコール、シリカゲルなど）、ナイロンなどであり得る。
【００３３】
（機能化）
機能化（Functionalization）は、試料分子に対する特異的な生物学的認識が可能なバイオプローブ分子の結合による、トランスデューサーの表面の修飾を意図する。生物学的認識は、バイオプローブ分子が試料分子へ特異的に結合する能力、または、バイオプローブ分子が試料分子を触媒作用によって変換する能力である。
【００３４】
（官能基）
官能基は、分子内の原子のうちの特定の群を意図しており、これらの原子は、これら分子の化学反応の特性に関与する。同じ官能基は、当該官能基を部分として含む分子の大きさにかかわらず、同じまたは類似の化学反応を生じる。しかしながら、上記官能基の相対的な反応性は、近隣の官能基によって変更され得る。
【００３５】
（活性化）
活性化とは、対応する化学的条件および物理的条件を形成することによって、官能基が互いに相互作用できる工程である。例えば、カルボキシル基およびアミノ基は、互いに結合し得る。しかしながら、結合するためには、（ｉ）カルボジイミドが存在すること、および、（ｉｉ）媒体（medium）が特定のｐＨであること、の両方が必要である。それ故に、これらの条件の何れか１つが欠けている条件では、カルボキシル基は、アミノ基に結合できるようには活性化されない。カルボジイミドが存在するとともに媒体が特定のｐＨである場合にのみ、カルボキシル基が活性化される。幾つかの官能基は、第２の官能基へ結合するために、更なる化学的成分を必要としない。例えば、アルデヒド基は、更なる化学的成分を何一つ加えることなく、アミノ基へ結合することができる。しかしながら、ほとんどの場合、結合できるように官能基を活性化させるために、上記媒体のｐＨは、幾つかの特定の値に調節される必要がある。
【００３６】
（機能分子）
機能分子（functional molecule）とは、対応する官能基を有する別の分子へ結合し得る官能基を含む分子である。
【００３７】
図１Ａ〜図１Ｄは、トランスデューサーの表面への機能分子の結合を示す概略図である。機能分子１００は、２つの官能基Ｘおよび官能基Ｙからなっており、官能基Ｘおよび官能基Ｙは、スペーサーによって分離されている。官能基Ｘおよび官能基Ｙは、アミノ、カルボキル、アルデヒド、オキシ、チオール、ビオチン、オリゴヌクレオチド、ペプチドまたはストレプトアビジンなどであり得る。上記官能基Ｘおよび官能基Ｙは、上記スペーサーと同じ構成であってもよい。上記スペーサーは、炭化水素、糖（carbohydrate）、オリゴヌクレオチド、ペプチド、直鎖ポリマー、または、ストレプトアビジン／アビジンなどであり得る。上記官能基Ｘおよび官能基Ｙはまた、スペーサーを用いることなく、互いに結合され得る（図示せず）。
【００３８】
図１Ａに示すように、機能分子１００とトランスデューサー１０２の表面との相互作用は、トランスデューサーの表面への、官能基Ｙの吸着または親水性／疎水性の相互作用によって達成される。例えば、トランスデューサー１０２の表面がグラファイトである場合、上記官能基Ｙは、疎水性−（ＣＨ２）ｎＣＨ３テール（tail）であり得る。
【００３９】
図１Ｂでは、官能基Ｙと、トランスデューサー１０２の表面の官能基Ａとの化学的な相互作用によって、Ａ−Ｙ結合またはＡ−Ｙ複合体が形成される。例えば、トランスデューサー１０２の表面が酸化されたグラファイトである場合には、官能基Ｙは、カルボジイミドによって活性化された上記表面のＣＯＯ−基へ結合するアミノ基であり得る。
【００４０】
図１Ｃでは、上記官能基Ｙは、トランスデューサーの表面上へ組み込まれ得る。例えば、トランスデューサー１０２の表面が金である場合には、官能基Ｙは、硫黄と金との間のアフィニティーによって金の表面へ結合するＳＨ基であり得る。
【００４１】
図１Ｄでは、官能基Ｙと、トランスデューサー１０２の表面上のポリマーコーティング層１０４の官能基Ｂとの化学的な相互作用によって、Ｂ−Ｙ結合またはＢ−Ｙ複合体が形成される。例えば、トランスデューサー１０２の表面がポリエチレンイミンによって被われている場合には、官能基Ｙは、上記ポリマーのＮＨ２基へ結合してシッフ塩基（Schiff base）を形成するアルデヒドであり得る。上述した全ての場合において、機能分子１００は、Ｙ末端を介して、トランスデューサー１０２の表面へ結合する。官能基Ｘは、上記表面の外側（上記環境）へ露出される。
【００４２】
（トランスデューサーの表面における、生物学的な成分の固定化）
図２は、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃまたは図１Ｄの機能化されたトランスデューサーと、生物学的な成分２００との相互作用を示す概略図である。官能基Ｘによってトランスデューサー１０２の表面が予め修飾された後、次いで、当該官能基Ｘが生物学的な成分２００の官能基Ｚと相互作用することによって、Ｘ−Ｚ結合またはＸ−Ｚ複合体が形成される。上記官能基Ｚは、（ｉ）上記生物学的な成分である分子の一部分として、元々存在するもの（タンパク質のアミノ基およびカルボキシル基）；（ｉｉ）化学的／生物学的な修飾を介して、上記生物学的な成分である分子へ導入されるもの（タンパク質へ結合されたオリゴヌクレオチドタグ）；または、（ｉｉｉ）上記生物学的な成分を化学的に合成する幾つかの工程において上記分子内へ導入されるもの（合成オリゴヌクレオチドのアミノ基）、であり得る。上記官能基Ｚは、アミノ、カルボキシル、アルデヒド、オキシ、チオール、ビオチン、オリゴヌクレオチド、ペプチドまたはストレプトアビジンなどであり得る。
【００４３】
図３Ａおよび図３Ｂは、修飾された機能分子へ結合した、修飾された生物学的な成分の例を示している。図３Ａでは、トランスデューサー１０２の表面が、ＳＨ基を有する機能分子１００へ結合される。この官能基は、予め修飾された生物学的な成分２００（例えば、オリゴヌクレオチド）のジスルフィド基へ結合することによって、Ｓ−Ｓ結合を形成する。すなはち、機能分子１００は、修飾されることによって、修飾された機能分子３００を形成し、上記生物学的な成分２００は、修飾された生物学的な成分３０２になる。
【００４４】
図３Ｂでは、カルボジイミドによって活性化されたカルボキシルによって修飾された機能分子３００が、修飾された生物学的な成分である分子３０２（例えば、タンパク質）へ結合する。なお、当該分子３０２は、アミノ基を有している。
【００４５】
図４は、ハイブリダイズされた機能分子と生物学的な成分との結合を示す概略図である。トランスデューサー１０２の表面は、オリゴヌクレオチドである機能分子へ結合する。生物学的な成分２００の分子は、対応する相補的なオリゴヌクレオチドタグ４００を含んでいる。機能分子であるオリゴヌクレオチド１００と、生物学的な成分４００のタグ４００とのハイブリダイゼーションによって、成分４００が、トランスデューサー１０２の表面へ結合する。
【００４６】
図５は、  トランスデューサーの表面を多段階にて機能化させることを示す概略図である。実際には、トランスデューサーの表面へ高効率にて相互作用し得る官能基を生物学的な成分へ導入することは、必ずしも可能であるとは限らない。それ故に、表面を修飾する更なる工程が必要とされ得る。図５は、生物学的な成分を固定化させるための方法を示しており、当該方法は、更なる工程を含んでいる。まず初めに、スペーサーによって分離された官能基Ｃおよび官能基Ｄを有する分子５００が、トランスデューサー１０２の表面へ結合している機能分子１００と相互作用する。上記官能基Ｃが、官能基Ｘへ結合し、上記官能基Ｄが、トランスデューサーの表面の外側（上記環境）へ露出される。図２に記載されたものと同様の方法にて、次の工程が行われる。官能基Ｃ、官能基Ｄおよびスペーサーの化学的性質は、官能基Ｘおよび官能基Ｙを有する機能分子について既に記載した性質と同様である。
【００４７】
図６は、図５に示される多段階の工程の一例を示しており、まず初めに官能基が結合し、続いて、加えられた生物学的な成分が修飾される。トランスデューサー１０２の表面は、アミノ基を有する機能分子１００と結合する。上記アミノ基は、グルタルアルデヒド分子５００のアルデヒド基の１つと反応し、これによって、アルデヒド基３００が、トランスデューサー１０２の表面へ結合する。次いで、生物学的な成分２００のアミノ基が、トランスデューサーの表面のアルデヒド基と反応してシッフ塩基結合（Schiff base bonds）を形成する。すなわち、上記生物学的な成分は、修飾された生物学的な成分３０２になる。
【００４８】
図７は、多段階の工程の別の例を示している。トランスデューサー１０２の表面は、アミノ基１００と結合しており、生物学的な成分である分子２００は、チオール基（ＳＨ）を有している。マレイミド官能基およびスクシニミド官能基（maleimide and succinimide functional groups）の両方を有している分子ＳＭＣＣ５００が、次いで、トランスデューサー１０２の表面へ導入される。これによって、トランスデューサーの表面のアミノ基１００と、スクシニミド官能基とが反応し、生物学的な成分２００のチオール基と更に相互作用し得るマレイミド基を有する機能分子７００によって、表面が修飾される。
【００４９】
（固定化のｐＨ依存性）
化学結合または複合体の形成の何れかに帰着する官能基の相互作用は、反応媒体（reaction medium）のｐＨに依存する。例えば、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩（ＥＤＣ）は、相対的に狭い低ｐＨ（例えば３．５〜４．５）にて、カルボキシル基と反応し得る（Nakajima N, Ikada Y, Bioconjug Chem., Mechanism of amide formation by carbodiimide for bioconjugation in aqueous media, 1995 Jan-Feb;6(1):123-30）。高いｐＨ値では、ＥＤＣによるカルボキシル基の活性化は起こらない。それ故に、カルボキシル基とアミノ基との間の相互作用は、Ｎ−Ｃ結合を形成するために、特定のｐＨの反応媒体中にて行われる必要がある。例えば、図３Ｂに記載されている固定化工程は、狭いｐＨの領域内でのみ行われる。オリゴヌクレオチドタグのハイブリダイゼーションに基づいた生物学的な成分の固定化（図４）はまた、反応媒体のｐＨに対して非常に敏感である。中性よりも若干高い値のｐＨでさえ、オリゴヌクレオチドのハイブリダイゼーションは起こらない。更に、オリゴヌクレオチドタグのハイブリダイゼーションに基づいた生物学的な成分の固定化は、可逆的な工程である。ｐＨが高ければ、オリゴヌクレオチドの２重へリックスの水素結合が変性して、固定化された複合体の解離が生じる。それ故に、反応媒体のｐＨは、好適または限定的（favorable or restricting）の何れかであり得、トランスデューサーの表面上における生物学的な成分の固定化は、トランスデューサーの表面の近傍のｐＨを操作することによって調節され得る。
【００５０】
図８Ａおよび図８Ｂは、トランスデューサーマイクロアレイを選択的に機能化させるためのシステムを示すブロック図である。図８Ａにはじまって、システム８００は、各トランスデューサーに隣接する、対応したｐＨ形成電極を有するトランスデューサーの領域、および、対極８０６を有するマイクロアレイを備えている。トランスデューサー１０２ａ〜１０２ｎが示されており、このとき、ｎは限定された値ではない。
【００５１】
図９Ａおよび図９Ｂは、図８のマイクロアレイの、典型的なトランスデューサー、ｐＨ形成電極、および対極を示すブロック図である。図９Ａでは、トランスデューサー１０２は、ｐＨ形成電極９００によって囲まれているか、または、ｐＨ形成電極９００に隣接している。電圧源９０２は、ｐＨ形成電極９００と対極８０６との間に電位を形成する。図９Ｂでは、トランスデューサー１０２は、ｐＨ形成電極として機能する。
【００５２】
図８Ａへ戻って、システム８００は、更に液体チェンバー８０８（幻影（phantom）にて示す）を備えている。上記液体チェンバー８０８は、トランスデューサー８０４の領域のための共有された局所的な環境を提供するための空洞（８１０、図８B参照）を有している。上記液体チェンバー８０８は、部分的な断面図である図８Ｂ中にも見られる。
【００５３】
図８Ａへ戻って、液体マルチプレクサー８１２は、ライン８１４上の液体チェンバー８０８へ選択的に液体を供給するために用いられる。様々な液体（液体ａ〜ｚ）が、上記液体マルチプレクサーへ供給される。対極８０６と、選択されたトランスデューサーのｐＨ形成電極との間に電圧を形成するために、電圧デマルチプレクサー８１６（ＤＥＭＵＸ）がマイクロアレイへ連結される。電圧源９０２からライン８１８上のＤＥＭＵＸ８１６へ、電圧が供給される。上記電圧源９０２はまた、ライン８２０上の対極８０６へ連結される。逆多重化された電圧（demultiplexed voltage）を供給することに加えて、電圧源は、ライン８１８上およびライン８２０上の電圧について電位差および極性を変え得る。上記逆多重化された電圧は、トランスデューサーに隣接した領域のｐＨに応じて、トランスデューサーのｐＨに差異を形成する。これによって、機能分子がトランスデューサーへ選択的に結合する。
【００５４】
トランスデューサーへ結合され得る機能分子、または、液体チェンバー内へ導入され得る機能分子の幾つかの例としては、オリゴヌクレオチド、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＤＮＡ断片、ＲＮＡ断片、ペプチド、レセプター、抗体、酵素、全細胞、細胞断片、ビオチンおよびストレプトアビジンが挙げられる。
【００５５】
１つの局面では、上記液体マルチプレクサー８１２は、液体チェンバー８０８へ第１の機能分子（例えば、液体ａ）を導入する。上記電圧デマルチプレクサー８１６は、トランスデューサー１０２ｂのｐＨを維持しながら、トランスデューサー１０２aのｐＨを変更する。これによって、液体チェンバー８０８内の第１の機能分子をトランスデューサー１０２aへ結合させるが、第１の機能分子をトランスデューサー１０２ｂへ結合させることはない（図１Ａ〜図１Ｄ参照）。
【００５６】
別の形態としては、上述したように、上記電圧デマルチプレクサー８１６は、トランスデューサー１０２ｂのｐＨを維持しながら、トランスデューサー１０２aのｐＨを変更し得る。しかしながら、この局面では、液体チェンバー８０８内の第１の機能分子は、トランスデューサー１０２ｂへ結合するが、トランスデューサー１０２aへは結合しない。別の局面では、電圧デマルチプレクサー８１６は、トランスデューサーのｐＨに応じて、トランスデューサーの表面へ結合した第１の機能分子の間の結合を解離する（図１６参照）。
【００５７】
１つの局面において、トランスデューサー１０２ａおよびトランスデューサー１０２ｂは、両方とも第１の機能分子へ結合しており、上記液体マルチプレクサー８１２は、上記液体チェンバー８０８の環境へ第２の機能分子を導入する。上記電圧デマルチプレクサー８１６は、トランスデューサー１０２ａのｐＨとトランスデューサー１０２ｂのｐＨとの間に差異を形成する。そして、上記第２の機能分子は、トランスデューサー１０２ａの上記第１の機能分子へ選択的に結合するが（図１０参照）、トランスデューサー１０２ｂの上記第１の機能分子へは結合しない。
【００５８】
別の局面において、トランスデューサー１０２ａおよびトランスデューサー１０２ｂは、両方とも第２の機能分子へ結合しており、上記液体マルチプレクサー８１２は、上記液体チェンバー８０８へ第３の分子を導入する。上記電圧デマルチプレクサー８１６は、トランスデューサー１０２ａのｐＨとトランスデューサー１０２ｂのｐＨとの間に差異を形成する。そして、上記第３の分子によって上記第２の分子を選択的に活性化することによって、第１のトランスデューサーへ第１の機能分子を結合させる（図７参照）。この局面では、上記第１の機能分子は、トランスデューサー１０２ｂ上に形成されない。
【００５９】
１つの局面において、トランスデューサー１０２ａおよびトランスデューサー１０２ｂは、両方とも第２の分子へ結合しており、上記液体マルチプレクサー８１２は、上記液体チェンバー８０８へ第１の機能分子を導入する。上記電圧デマルチプレクサー８１６は、トランスデューサー１０２ａへ結合した上記第２の分子を選択的に修飾するために、トランスデューサー１０２ａのｐＨとトランスデューサー１０２ｂのｐＨとの間に差異を形成する。そして、修飾された第２の機能分子へ上記第１の機能分子が結合する。この局面では、トランスデューサー１０２ｂへ結合した上記第２の分子は、修飾されない（図６参照）。
【００６０】
別の局面において、トランスデューサー１０２ａおよびトランスデューサー１０２ｂは、両方とも第２の分子へ結合しており、上記液体マルチプレクサー８１２は、上記液体チェンバー８０８へ第３の分子を導入する。上記電圧デマルチプレクサー８１６は、トランスデューサー１０２ａのｐＨとトランスデューサー１０２ｂのｐＨとの間に差異を形成する。そして、上記第３の分子が選択的に活性化されるとともに、活性化された第３の分子が上記第２の分子へ結合して、上記第１のトランスデューサーへ第１の機能分子を結合させる。
【００６１】
（固定化を制御するための、電気化学的なｐＨの操作）
図９Ａおよび図９Ｂへ戻ると、対極８０６およびｐＨ形成電極９００が、上記ｐＨ形成電極へ電圧を供給することができる外部電圧源９０２へ連結されていることが観察され得る。上記対極が、回路を完成させるために用いられている。幾つかの場合には、上記トランスデューサー自体がｐＨ形成電極として用いられ得（図９Ｂ）、当該トランスデューサーの表面は導電性であり、当該導電性の適用は、生化学的なトランスデューサーの機能化を妨げない。上記ｐＨ形成電極９００へカソードの電圧（cathodic voltage）が与えられる場合には、下記反応１にしたがって、周囲の媒体のｐＨが増加する。つまり、
２Ｈ２Ｏ＋２ｅ→Ｈ２＋２ＯＨ−          反応１
アノードの電圧（anodic voltage）は、下記反応２にしたがって、プロトンを生成する。つまり、
２Ｈ２Ｏ−４ｅ→４Ｈ＋＋Ｏ２            反応２。
【００６２】
図１０は、ｐＨによって制御された、生物学的な成分２００の固定化の一例を示しており、上記成分２００は、最初から官能基Ｚと結合しているか、または、官能基Ｚによって機能化されている。アレイ８０２のトランスデューサー１０２ａおよびトランスデューサー１０２ｂは、官能基Ｘによって機能化されている（図２参照）。ｐＨによって制御される固定化は、トランスデューサー１０２ｂを変化させることなく、トランスデューサー１０２ａに対する生物学的な成分２００の特異的な結合を促進させる。このことを達成するために、トランスデューサー１０２ａの近傍にて、固定化に適したｐＨ値が形成される。トランスデューサー１０２ｂの近傍では、ｐＨ値は、固定化に適していない値に維持される。次いで、上記生物学的な成分２００が反応媒体へ導入され、当該成分２００が、トランスデューサー１０２ａにて独占的に固定化される。
【００６３】
図１１は、  図１０から始まる例を、引き続き示している。次いで、官能基Ｚにて修飾された、異なる生物学的な成分２００ｂが、トランスデューサー１０２ｂの表面に、ｐＨによって制御された同様の方法によって固定化される。結果的に、同じ官能基Ｚによって両方とも修飾されている、２つの異なる生物学的な成分２００ａおよび２００ｂが、所望のアレイ形態にて、異なるトランスデューサーへ連続して結合される。
【００６４】
図１２は、図１０に示されている方法とは別の、ｐＨによって制御された固定化を示している。この場合、生物学的な成分２００の固定化が望まれていないトランスデューサー１０２ａにおいて、制限されたｐＨが形成される。生物学的な成分２００の固定化は、望まれているトランスデューサー１０２ｂにおいてのみ生じる。ｐＨによって制御された固定化の連続的な工程は、あらゆる所望の形態のトランスデューサーアレイの形成を可能にする。
【００６５】
図１３は、電気化学的なｐＨ形成によって同時に生じた、適した（favorable）ｐＨ条件と制限された（restricting）ｐＨ条件との両方における、ｐＨによって制御された固定化の一例を示している。上記反応媒体は、いくつの異なるｐＨ値でも、同時にサポート（support）し得る。というのも、１つのトランスデューサーの近傍におけるｐＨ値は、隣接するトランスデューサーの表面近傍の固定化条件に影響しないからである。
【００６６】
図１４は、特異的なオリゴヌクレオチドタグ４００によって修飾された生物学的な成分２００の、ｐＨによって制御された固定化の一例を示している。上記トランスデューサー１０２ａおよびトランスデューサー１０２ｂの表面は、オリゴヌクレオチド１００によって修飾されている。タグ４００は、上記表面のオリゴヌクレオチド１００に対して相補的になるように設計されている。上記表面のオリゴヌクレオチドと、上記生物学的な成分２００のタグ４００とのハイブリダイゼーションは、オリゴヌクレオチド１００を介して、上記成分２００をトランスデューサーの表面上へ結合させる。上記工程は、オリゴヌクレオチドのハイブリダイゼーションに適したｐＨ条件下（中性のｐＨ値に近い）においてのみ生じる。上記反応媒体は、二本鎖構造の形成を妨げるｐＨ値（変性ｐＨ）を有している。ハイブリダイゼーションに適したｐＨ値は、トランスデューサー１０２ａの表面の近傍において、電気化学的に形成される。結果的に、上記生物学的な成分２００の固定化は、選択されたトランスデューサー１０２ａの表面においてのみ生じる。次いで、オリゴヌクレオチドタグ１００によって修飾された別の生物学的な成分を有する反応媒体が、上記アレイへ導入され得る。上記アレイ上の所望のトランスデューサーのセットへ別の生物学的な成分を結合させるために、ｐＨによって制御される固定化における次の工程が行われ得る。
【００６７】
図１５は、特異的なオリゴヌクレオチドタグによって修飾された生物学的な成分の、ｐＨによって制御された固定化の変形例を示している。図１４と比較して、この場合、生物学的な成分２００の固定化が望まれないトランスデューサー１０２ａでは、変性ｐＨが形成される。生物学的な成分２００の固定化は、所望のトランスデューサー１０２ｂにおいてのみ生じる。
【００６８】
図１６は、特異的なオリゴヌクレオチドタグ４００によって修飾された生物学的な成分１００の、ｐＨによって制御された固定化を示しており、上記成分１００は、トランスデューサー１０２ａの表面上に既に形成されている。オリゴヌクレオチドのハイブリダイゼーションは可逆的であるので、予めブロックされた（pre-blocked）トランスデューサーの表面の変性を制御することによって、オリゴヌクレオチドによってタグ化された生物学的な成分のｐＨ依存的な固定化が可能になる。図１６では、トランスデューサーの全領域に、オリゴヌクレオチド４００が、予めハイブリダイズしている。これらのオリゴヌクレオチドは、トランスデューサーが、機能分子をタグ化する他のオリゴヌクレオチドと結合することを妨げている（図１５に示される分子２００など）。
【００６９】
図１７は、図１６から始まる工程を、引き続き示している。図１６では、上記トランスデューサー１０２ａおよびトランスデューサー１０２ｂの表面は、オリゴヌクレオチド１００へ結合しており、当該トランスデューサー１０２ａおよびトランスデューサー１０２ｂの表面は、はじめにオリゴヌクレオチド４００と反応（incubated）する。上記オリゴヌクレオチド４００は、図１５に示す生物学的な成分のオリゴヌクレオチドタグと同じ構造を有している。上記反応によって、トランスデューサー１０２ｂ上にて、オリゴヌクレオチド１００とオリゴヌクレオチド４００との二本鎖複合体が形成される。図１７では、トランスデューサー１０２ａにて高いｐＨを形成することによって、ＤＮＡの二本鎖結合を変性させるとともに、ブロッキング分子を除去（knocks off）している。その後、トランスデューサー１０２ａは、非ブロッキング化されて、オリゴヌクレオチドタグ化分子（例えば、図１５の分子２００など）へ結合できるようになる。
【００７０】
図１８は、トランスデューサーマイクロアレイを選択的に機能化させるための方法を示すフローチャートである。明確にするために、上記方法は、番号が付された一連の工程として記載されている。しかしながら、上記番号は、必ずしも工程の順番を示しているわけではない。これらの工程のうちの幾つかは、省略されたり、同時に行われたり、または、厳密な順序に従うことなく行われ得る。上記方法は、工程１８００にて開始される。
【００７１】
工程１８０２では、共通した局所の環境へ露出される、複数のトランスデューサーの領域を有するマイクロアレイが設けられる。典型的には、トランスデューサーの各々は、隣接するｐＨ形成電極と結びついている。工程１８０４では、複数のトランスデューサーのｐＨに差異を形成する。工程１８０６では、トランスデューサーのｐＨに応じて、トランスデューサーへ選択的に第１の機能分子を結合させる。機能分子の幾つかの例としては、オリゴヌクレオチド、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＤＮＡ断片、ＲＮＡ断片、ペプチド、レセプター、抗体、酵素、全細胞、細胞断片、ビオチンおよびストレプトアビジンを挙げることが可能である。
【００７２】
１つの局面では、工程１８０２にてマイクロアレイを設けるときに、各トランスデューサーに対応したｐＨ形成電極、および、対極を設けてもよい。工程１８０４にて、複数のトランスデューサーのｐＨに差異を形成するときに、副工程（substeps）を設けてもよい。工程１８０４では、ｐＨ形成電極と対極との間に選択的に電位が与えられ、トランスデューサーに隣接する領域内のｐＨに差異が形成される。
【００７３】
１つの局面では、工程１８０３ａにて、上記環境へ第１の機能分子が導入される。次いで、工程１８０４にて複数のトランスデューサーのｐＨに差異が形成されるときに、第２のトランスデューサーのｐＨを維持しながら、第１のトランスデューサーのｐＨが変更される工程１８０６では、上記環境に由来する第１の機能分子が、第１のトランスデューサーへ結合するが、第２のトランスデューサーへは結合しない。別の形態では、工程１８０６にて、第１の機能分子がトランスデューサーへ選択的に結合するときに、上記環境に由来する第１の機能分子が、第２のトランスデューサーへ結合するが、第１のトランスデューサーへは結合しない。
【００７４】
別の局面では、工程１８０６にて、第１の機能分子がトランスデューサーへ選択的に結合するときに、トランスデューサーのｐＨに応じて、第１の機能分子とトランスデューサーの表面との間の結合が解離する。
【００７５】
１つの局面では、工程１８０６にて、第１の機能分子がトランスデューサーへ選択的に結合するときに、第１の機能分子が、第１のトランスデューサーおよび第２のトランスデューサーへ選択的に結合する。次いで、工程１８０８では、第２の機能分子が上記環境へ導入される。工程１８１０では、第１のトランスデューサーのｐＨと第２のトランスデューサーのｐＨとの間に第２の差異が形成される。工程１８１２では、第１のトランスデューサーのｐＨに応じて、第２の機能分子が、第１のトランスデューサー上の第１の機能分子へ選択的に結合する。この局面では、上記第２の機能分子は、第２のトランスデューサー上の第１の機能分子へは結合しない。
【００７６】
別の局面では、工程１８０２にて、第２の分子が結合している第１のトランスデューサーおよび第２のトランスデューサーが設けられる。工程１８０３ｂでは、第３の分子が上記環境へ導入される。工程１８０４では、第１のトランスデューサーのｐＨと第２のトランスデューサーのｐＨとの間に差異が形成され、工程１８０６では、上記第３の分子によって第２の分子が活性化されることによって、第１の機能分子を第１のトランスデューサーへ選択的に結合させる（第２のトランスデューサーへは結合しない）。
【００７７】
別の局面では、工程１８０２にて、両方とも第２分子に結合している第１のトランスデューサーおよび第２のトランスデューサーが設けられ、工程１８０３ａにて、上記第１の機能分子が上記環境へ導入される。工程１８０４では、第１のトランスデューサーのｐＨと第２のトランスデューサーのｐＨとの間に差異が形成され、工程１８０６では、上記第２の分子が選択的に修飾されて、当該修飾された第２の機能分子と上記第１の機能分子とが結合する。何れのトランスデューサーがｐＨを形成し、そして、当該ｐＨが反応に適したものであるか否かに応じて、修飾された第２の機能分子を、第１のトランスデューサーまたは第２のトランスデューサーの何れかに結合させることができる。
【００７８】
別の局面では、工程１８０２にて、両方とも第２分子に結合している第１のトランスデューサーおよび第２のトランスデューサーが設けられ、工程１８０３ｂにて、第３の分子が上記環境へ導入される。工程１８０４では、第１のトランスデューサーのｐＨと第２のトランスデューサーのｐＨとの間に差異が形成され、工程１８０６では、上記第３の分子が選択的に活性化されて、当該活性化された第３の分子と第２の分子とが結合し、これによって、第１の機能分子が第１のトランスデューサーへ結合する。
【００７９】
トランスデューサーマイクロアレイを機能化させるためのシステムおよび方法が、示されてきた。本発明を説明するために、特定の方法および材料の例が用いられている。しかしながら、本発明は、これらの例に限定されない。本発明の別の変形例および実施形態も、当業者の心に浮かぶであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１Ａ】トランスデューサーの表面への機能分子の結合を示す概略図である。
【図１Ｂ】トランスデューサーの表面への機能分子の結合を示す概略図である。
【図１Ｃ】トランスデューサーの表面への機能分子の結合を示す概略図である。
【図１Ｄ】トランスデューサーの表面への機能分子の結合を示す概略図である。
【図２】図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃまたは図１Ｄの機能化されたトランスデューサーと、生物学的な成分との相互作用を示す概略図である。
【図３Ａ】修飾された機能分子へ結合した、修飾された生物学的な成分の例を示している。
【図３Ｂ】修飾された機能分子へ結合した、修飾された生物学的な成分の例を示している。
【図４】ハイブリダイズされた機能分子と生物学的な成分との結合を示す概略図である。
【図５】トランスデューサーの表面を多段階にて機能化させることを示す概略図である。
【図６】図５に示される多段階の工程の一例を示しており、まず初めに官能基が結合し、続いて、加えられた生物学的な成分が修飾される。
【図７】多段階の工程の別の例を示している。
【図８Ａ】トランスデューサーマイクロアレイを選択的に機能化させるためのシステムを示すブロック図である。
【図８Ｂ】トランスデューサーマイクロアレイを選択的に機能化させるためのシステムを示すブロック図である。
【図９Ａ】図８のマイクロアレイの、典型的なトランスデューサー、ｐＨ形成電極、および対極を示すブロック図である。
【図９Ｂ】図８のマイクロアレイの、典型的なトランスデューサー、ｐＨ形成電極、および対極を示すブロック図である。
【図１０】ｐＨによって制御された、生物学的な成分の固定化の一例を示しており、上記成分は、最初から官能基Ｚ（group Z）と結合しているか、または、官能基Ｚによって機能化されている。
【図１１】図１０から始まる例を、引き続き示している。
【図１２】図１０に示されている方法とは別の、ｐＨによって制御された固定化を示している。
【図１３】電気化学的なｐＨ形成によって同時に生じた、適した（favorable）ｐＨ条件と制限された（restricting）ｐＨ条件との両方における、ｐＨによって制御された固定化の一例を示している。
【図１４】特異的なオリゴヌクレオチドタグによって修飾された生物学的な成分の、ｐＨによって制御された固定化の一例を示している。
【図１５】特異的なオリゴヌクレオチドタグによって修飾された生物学的な成分の、ｐＨによって制御された固定化の変形例を示している。
【図１６】特異的なオリゴヌクレオチドタグによって修飾された生物学的な成分の、ｐＨによって制御された固定化を示しており、上記成分は、トランスデューサーの表面上に既に形成されている。
【図１７】図１６から始まる工程を、引き続き示している。
【図１８】トランスデューサーマイクロアレイを選択的に機能化させるための方法を示すフローチャートである。
【図１Ａ】
2011528783.tif 000003
【図１Ｂ】
2011528783.tif 000004
【図１Ｃ】
2011528783.tif 000005
【図１Ｄ】
2011528783.tif 000006
【図２】
2011528783.tif 000007
【図３Ａ】
2011528783.tif 000008
【図３Ｂ】
2011528783.tif 000009
【図４】
2011528783.tif 000010
【図５】
2011528783.tif 000011
【図６】
2011528783.tif 000012
【図７】
2011528783.tif 000013
【図８Ａ】
2011528783.tif 000014
【図８Ｂ】
2011528783.tif 000015
【図９Ａ】
2011528783.tif 000016
【図９Ｂ】
2011528783.tif 000017
【図１０】
2011528783.tif 000018
【図１１】
2011528783.tif 000019
【図１２】
2011528783.tif 000020
【図１３】
2011528783.tif 000021
【図１４】
2011528783.tif 000022
【図１５】
2011528783.tif 000023
【図１６】
2011528783.tif 000024
【図１７】
2011528783.tif 000025
【図１８】
2011528783.tif 000026
【国際調査報告】
2011528783.tif 000027