(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応物の化学反応を速める方法であって、
（ａ）マイクロ波加熱を受けやすい固体材料および前記固体材料に熱的に近接している結合分子を含む複合物を、前記反応物が前記結合分子に特異的に結合するのに十分な時間、反応物含有溶液と接触させるステップと、
（ｂ）溶液から複合物−反応物複合体を分離するステップと、
（ｃ）前記複合物にマイクロ波を印加して前記固体材料にマイクロ波加熱を生じさせ、当該反応物を加熱された固体材料からの熱移動によって加熱するステップと、
（ｄ）それによって前記反応物を生成物に変換させる反応を速めるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
さらに、反応進行度を測定し、前記測定された反応進行度に応じてマイクロ波の印加を制御するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記印加されるマイクロ波の波長が、５ｃｍ〜１ｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記化学反応が、加水分解、均一開裂または化学ルミネセンス反応である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記固体材料が、炭素、木炭、アモルファス炭素、カーボンブラック、粘土およびニッケルからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記固体材料が、酸化銅、酸化ケイ素、酸化ニオブおよび酸化マンガンからなる群から選択される酸化物である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記固体材料が、チタン酸バリウムおよび無機チタン酸塩からなる群から選択されるチタン酸塩である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記固体材料が、アルミナ−マグネタイト、またはアルミニウム−エポキシ複合物からなる群から選択されるアルミナ化合物である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記固体材料が、酸化物セラミックもしくは非酸化物セラミック、フェライト、強誘電性ポリマーまたは有機ポリマーである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記固体材料が、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｍｇ、ＦｅＳｉ、またはＣｒ２Ｏ３を添加したアルミナ、ムライト、ジルコン、ＭｇＯ、またはＳｉ３Ｎ４からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記固体材料が、Ｆｅ３Ｏ４、ＭｎＯ２、ＮｉＯ、またはアルミン酸カルシウムを添加したＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、またはＭｇＯからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記固体材料が、導電性材料と絶縁体との混合物である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記導電性材料がＮｂ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＭｏＳｉ２、ＣｕまたはＦｅであり、前記絶縁体がＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３またはＡｌ２Ｏ３である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記導電性材料が金属であり、前記金属の形状が顆粒状、フレーク状、球状、針状または繊維状である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記反応物のための特異的結合分子が、分子インプリンティングポリマー、ゼオライト、抗体、改質された抗体、酵素、改質された酵素、キャビタンド、キラルリガンド、低分子量有機合成受容体、一本鎖の核酸および二本鎖の核酸からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記反応物が、抗原、受容体リガンド、酵素阻害剤、酵素基質、酵素生成物およびオリゴヌクレオチドからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記反応物が、小分子と、分子インプリンティングポリマー、ゼオライト、抗体、改質された抗体、酵素、改質された酵素、キャビタンド、キラルリガンド、低分子量有機合成受容体、一本鎖の核酸および二本鎖の核酸からなる群から選択される分子との共有結合複合物である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記マイクロ波が、０．９〜２５ＧＨｚの周波数で印加される、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記マイクロ波が、０．９〜６ＧＨｚの周波数で印加される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記マイクロ波が、０．９〜２．５ＧＨｚの周波数で印加される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記マイクロ波が、０．９１５、２．４５、５．８５および２２．１２５ＧＨｚからなる群から選択される周波数で印加される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記複合物が、粒子の形態である、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記複合物が、平面的な基体である、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
マイクロ波加熱に応答する固体材料、前記固体材料と熱的に近接して結合され、反応物分子と特異的に結合することができる結合分子、及び前記固体材料及び前記結合分子を覆う多孔性断熱性被覆を含む複合物であって、
（ａ）前記固体材料は、前記結合分子に比べて、波長が５ｃｍから１ｍの間のマイクロ波による加熱により応答しやすく、さらに、前記固体材料は、炭素、木炭、アモルファス炭素、カーボンブラック、粘土、ニッケル、酸化銅、酸化ケイ素、酸化ニオブ、酸化マンガン、チタン酸バリウム、無機チタン酸塩、アルミナ−マグネタイト、アルミニウム−エポキシ複合物、酸化物セラミックもしくは非酸化物セラミック、フェライト、強誘電性ポリマー、有機ポリマー、及びＳｉＣ、Ｓｉ、Ｍｇ、ＦｅＳｉ、またはＣｒ２Ｏ３を添加したアルミナ、ムライト、ジルコン、ＭｇＯ、またはＳｉ３Ｎ４、及びＦｅ３O４、ＭｎO２、ＮｉＯ、またはアルミン酸カルシウムを添加したＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、またはＭｇＯからなる群の１つからなり、
（ｂ）前記結合分子は、分子インプリンティングポリマー、ゼオライト、抗体、改質された抗体、酵素、改質された酵素、キャビタンド、キラルリガンド、低分子量有機合成受容体、一本鎖の核酸および二本鎖の核酸からなる群から選択され、前記反応物分子が、抗原、受容体リガンド、酵素阻害剤、酵素基質、酵素生成物およびオリゴヌクレオチドからなる群から選択され、
（ｃ）前記多孔性断熱性被覆は、前記反応物分子が前記結合分子に接触することが可能になる多孔性を有する、
複合物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、人工酵素および人工タンパク質受容体の技術分野に関する。本発明は、また、マイクロ波化学の技術分野にも関する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０００年１０月３日出願の米国特許出願第６０／２３７１９２号の一部継続出願である。
【０００３】
（発明の背景）
今日まで、人工酵素／抗体の分野と誘電化学の分野とを結び付けた者はいない。これら２つの異なる分野（マイクロ波化学および人工酵素／受容体）における技術の水準は、以下のとおりである。
【０００４】
マイクロ波化学
マイクロ波（無線周波数またはＲＦ電磁放射を含む）は、一般に無線通信装置に用いられる。マイクロ波通信は、衛星および通信産業（例えば、携帯電話やワイヤレスインターネット）における最近の驚異的な技術的発展に伴い、進歩してきている。
【０００５】
マイクロ波は、また通常の調理用電気器具においてよく知られている。水はマイクロ波エネルギーを熱エネルギーに変換する効率が高いので、マイクロ波オーブンは、水を含む食品を素早く加熱する。調理用マイクロ波オーブンは、充分に水のマイクロ波吸収スペクトルの範囲内にある２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を放射する。この水の吸収スペクトルの範囲外の周波数は、同様には食品を加熱しないものである。
【０００６】
もう１つのマイクロ波の用途は、化学反応への応用にある（Ｂｏｓｅ等，１９９７；Ｂｒａｄｌｅｙ，２００１）。マイクロ波化学とは、化学反応を速めるためにマイクロ波を使用することをいう。反応は、通常、マイクロ波放射を用いて反応物を含むバルク溶液を加熱させることによって実施される（ＭｉｎｇｏｓおよびＢａｇｈｕｒｓｔ，１９９１；Ｚｌｏｔｏｒｚｙｎｓｋｉ，１９９５）。これらの反応は，しばしば非水溶媒で実施される。バルク反応溶液のマイクロ波化学を実施する用途向けに設計されたマイクロ波オーブンは、市場にて入手可能である（ＣＥＭ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｍａｔｈｅｗｓ，ＮＣ），Ｍｉｌｅｓｔｏｎｅ，Ｉｎｃ．（Ｍｏｎｒｏｅ，ＣＴ），Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ＡＢ（Ｕｐｐｓａｌａ，スウェーデン））。
【０００７】
マイクロ波促進反応は、しばしば溶媒を含まないアルミナやシリカなどの支持体上で実施される（Ｖａｒｍａ，２００１；Ｂｏｓｅ，１９９７）。支持体は、例えば、廃棄物を無毒化する際に試薬でドープ処理することができる。これらの支持体が選ばれるのは、目的の試薬を非特異的に吸着／抽出する、廉価で再利用可能な材料だからである。（抗体などによる）特異的結合は、試薬を捕捉するのに使用されない。
【０００８】
マイクロ波増進触媒反応も文献に記載されている（ＲｏｕｓｓｙおよびＰｅａｒｃｅ，１９９５）。「マイクロ波増進触媒反応」という語は、水溶液中での酵素様の結合ポケットで起こる触媒反応ではなく、通常の触媒反応を指すのに用いられている。かかる「マイクロ波増進触媒反応」という用語の使用の一例は、金属性のＰｔ／Ａｌ2Ｏ3触媒を用いる液体ヘキサンの異性化である。もう１つの例は、ＣａＯおよびＭｇＯでドープされたＳｍＬｉＯ2の酸化物である触媒を用いたメタン気体の部分的酸化である（ＲｏｕｓｓｙおよびＰＥＡＲＣＥ，１９９５）。
【０００９】
化学反応を促進するマイクロ波のもう１つの応用例は、マイクロ波吸収粒子を用いて、バルク溶液の加熱を増進させることである（Ｈｏｌｚｗａｒｔｈ等，１９９８）。この場合、分散されたコバルトおよびマグネタイトのナノ粒子がマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）吸収材として使用され、バルク・キシレン溶液を加熱させる。キシレンは、２．４５ＧＨｚのマイクロ波ではあまり加熱されない非極性溶媒である。そのような一例では、マイクロ波は酵素触媒反応の速度を上げるのに用いられた（Ｋｉｄｗａｉ等，１９９８）。しかしながら、この場合、マイクロ波は、方向付けされておらず、バルク溶液を加熱するのに用いられた。
【００１０】
もう一つの応用例では、マイクロ波は、固相組み合わせ化学でバルク溶媒を加熱するのに使用されてきた（Ｋａｐｐｅ，２００１；Ｂｒａｄｌｅｙ，２００１）。これらの場合では、通常の樹脂（たとえば、ポリスチレン）が、化学反応の固相の足場である。このバルク溶液がマイクロ波加熱の標的であった。
【００１１】
もう１つの場合、マイクロ波は、貴金属と発色試薬との発色反応を速めるのに用いられた。この分析反応は、溶液中でフロー・インジェクション分析（ＦＩＡ）によって行われた（Ｊｉｎ等，１９９９）。この反応は、標的の誘電体の加熱よりもバルク溶媒加熱に依存していた。
【００１２】
もう１つの場合、マイクロ波を用いて、アルミニウムの蛍光錯体の溶液相形成を増進させた（Ｋｕｂｒａｋｏｖａ，２０００）。蛍光強度を用いて、溶液中のアルミニウムイオンを測定することができた。この場合も、反応は、溶媒のバルク加熱に依存していた。
【００１３】
人工的酵素／受容体
自然界では、生きている有機体の機能に必要な特定の反応を触媒するために、酵素と呼ばれる特定の形で折りたたまれたタンパク質が用いられる。自然界ではまた、他の生物学的なプロセスを実施するために、受容体や抗体など、非触媒性のタンパク質が用いられる。触媒性タンパク質および非触媒性のタンパク質はどちらも、表面に目立ったポケットを有し、そのポケットは適切な分子と鋭敏な特異性で結合する。酵素の場合は、適切な分子が結合ポケット（「活性部位」と呼ばれる）に結合した場合、化学反応が起こり、分子（基質）が化学的に異なる分子（生成物）に変化する。反応生成物は、活性部位から解離し、（無変化の）酵素が結合してほかの反応「ターンオーバ」を触媒できるようになる。
【００１４】
タンパク質をベースとする酵素、受容体および抗体は、しばしば試薬として産業、薬剤および診断に使われる。例えば、抗体は、治療薬としてガンや関節リウマチを含めた様々な疾病に使用される。酵素は、デニム製のブルージーンズの「色落し」および高果糖のコーンシロップの調製に使用される。抗体および酵素は、医療の診断で免疫検定法に使用される。天然の抗体および酵素が広範に使用されているにもかかわらず、人工の抗体、受容体および酵素を作りだそうと多くの研究がなされてきた。天然のタンパク質または改質された天然のタンパク質を使用することの実際的な欠点の１つは、タンパク質は特に安定な分子ではないことである。人工の試薬は、非生理的な温度、ｐＨ値、非水性の溶媒および塩濃度でより大きな安定性を有するはずである。さらに、天然のタンパク質は、他のタンパク質を加水分解で切断し、且つ非活性化するプロテアーゼと呼ばれる酵素による汚染により、劣化を受けやすい。その上、理想的な保存条件（適切なバッファ中で冷却保存）でも、タンパク質の有効期間は極めて短いことがある。最後に、多くの場合、対応する天然の抗体や酵素が知られていない結合性または触媒性の試薬が望まれている。例えば、メタノールのような極めて小さい分子に結合する抗体が望まれ、またはファインケミカルの調製の際に選択された立体特異的反応を実施する酵素が望まれることがある。
【００１５】
天然タンパク質の上記の欠点のため、抗体や酵素と同じように機能する非タンパク質の生体模倣化合物が多くの研究室で開発されてきた。広範囲のクラスの化学構造が人工のタンパク質として有用であることが示されてきた。全ての場合、人工の生体分子は、特異的に目標の分子に結合する結合ポケットを有する。これらには、それだけには限定されないが、分子インプリンティングポリマー（ｍｏｌｅｃｕｌａｒｌｙ  ｉｍｐｒｉｎｔｅｄ  ｐｏｌｙｍｅｒｓ）（Ｄａｉ等，１９９９；ＤｉｃｋｅｒｔおよびＴｈｉｅｒｅｒ，１９９６；ＬｅｏｎｈａｒｄｔおよびＭｏｓｂａｃｈ，１９８７）、キラルリガンド（Ｍａｕｇｈ  １９８３ａ）、キャビタンド（Ｍａｕｇｈ  １９８３ｂ，Ｂｒｅｓｌｏｗ等，１９８３）およびゼオライト、ならびに他の低分子量の有機合成受容体（ＢｏｒｃｈａｒｔおよびＣｌａｒｋ，１９９４）が含まれる。さらに、（熱またはその他の）安定性が強化された天然のタンパク質が、しばしば探し求められ、あるいは改質されてきた（Ｍａｕｇｈ，１９８３ｃ）。
【００１６】
人工の酵素または抗体／受容体を作製した者たちは、指向性マイクロ波エネルギーが、生体模倣の結合部位中の化学反応速度を上昇させるために使用できる可能性について言及することはなかった。
【００１７】
本発明は、これまで関連付けられていなかったこの２つの分野の顕著な特徴を結び付けるものである。これらの分野の所定の側面を結び付けることにより、マイクロ波放射のエネルギーと天然の酵素の優れた部位特異性および立体特異性とを用いることにより、化学反応の速度を高めることができることが見出された。
【００１８】
本発明は、選択された化学反応を特異的に速めるマイクロ波エネルギーを用いる新規な手段を提供する。この反応の特異性は、所望の反応物のための特定の結合部位を含む損失性の物質（ｌｏｓｓｙ  ｍａｔｅｒｉａｌ）（定義は下記を参照）にマイクロ波が向けられることに由来する。本発明は、マイクロ波放射の新しい使用法を明らかにする。今までは、同様の分子および／または異なる分子の混合物中の特定の分子の反応を速めるために誘電加熱をどのように方向付けるかについては、一切開示がなかった。このようにして、本発明は人工酵素の新しい形態を提供する。これらの結果は、選択されたマイクロ波放射周波数で、水よりも相当に優れた加熱特性を有する誘電体を用いることにより得られる。反応物のための特異的結合分子が、選択的に加熱される誘電体と組み合わされ、結合した反応物の反応を増進させる。
【００１９】
（発明の目的）
本発明は、特定の化学反応の速度を高めるための改良された手段を提供することを目的とする。本発明のほかの目的は、ある反応に、所望の酵素様の部位特異性および立体特異性を付与することである。本発明のさらなる目的は、かかる改良された反応速度および特異性を多様な数およびタイプの化学反応に与えることである。本発明のもう１つの目的は、反応の速度が制御可能であり、反応を使用者が意のままにオン・オフ、または調節できるようにすることである。本発明のさらにもう１つの目的は、特定の反応が、均質もしくは不均質溶液または懸濁液中で行われるか、固体の支持体（表面やビーズなど）に結合もしくは会合しているかにかかわらず、その反応を速めることができるようにすることである。本発明のさらにもう１つの目的は、所望の反応物に構造的に類似しているが、ほとんど反応しない他の化合物の存在下で、選択された反応を速める方法を提供することである。
【００２０】
（発明の概要）
本発明は、（触媒性または化学量論的）化学反応を速めることができ、かつ酵素様の鋭敏な特異性を得ることができる手段を提供する。この反応は、好ましくは固相または表面（以下、本明細書では、まとめて「固体支持体」と呼ぶ）で起こる。好適な固体支持体には、好ましくは（マイクロ波吸収性の）誘電体、特異的な結合試薬（人工抗体や人工酵素など）、および、任意に設けられるものであるが、試薬透過性の断熱性多孔性被覆がある。固体支持体は、多くの形態が可能であり、ビーズや平らな表面が最も好ましい。この固体支持体を、好ましくは、選択された試薬を含む水溶液または有機溶液に浸す。次に、用途に応じて、この固体支持体を、好ましくは溶媒中に放置するか、例えば空気中に取り出す。次にマイクロ波を固体表面に放射する。固体支持体を溶媒中に放置する場合、溶媒よりも誘電体を加熱する周波数でマイクロ波を放射する。計器におけるマイクロ波放射のパワー、周波数および時間は、実験段階で、事前に決定する。マイクロ波加熱の後、反応物からの生成物の形成中に起きる物理−化学的変化によって、試薬の変化を認識することができる。調製および分析の応用例では、特定の化学反応の促進が使用できる。分析の応用例では、その反応は、例えば、医療の診断において、反応に伴う物理−化学変化（例えば色の変化）の観測によって、モニタおよび定量できる。
【００２１】
本発明の原理によれば、人工酵素で被覆された、あるいは人工酵素を含有する固体支持体上の反応は、（１）固体支持体上の多数の特異的結合部位に結合させることで反応物の濃度を調節すること、または（２）誘電体／人工酵素とバルク溶液間の温度差を調節することによって、速めることができる。
【００２２】
詳細には、本発明は、ある表面に特異的に結合した反応物の化学反応を速める方法を提供する。この方法は、
（ａ）複合物を反応物と接触させるステップであって、前記複合物は誘電加熱を受けやすい固体材料および反応物のための特異的結合分子を含むものであるステップと、
（ｂ）前記複合物に電磁界を印加して前記固体材料に誘電加熱を生じさせるステップと、
（ｃ）前記加熱された反応物を反応させ、それによって反応を速めるステップとを含む。
【００２３】
本発明はさらに、ある表面に特異的に結合した反応物の化学反応を速める方法に関する。この方法は、
（ａ）誘電加熱を受けやすい固体の材料および反応物のための特異的結合分子を含む複合物を、反応物が複合物に結合するのに十分な時間、反応物含有溶液と接触させるステップと、
（ｂ）溶液から複合物−反応物複合体を分離するステップと、
（ｃ）前記複合物に電磁界を印加して前記固体材料に誘電加熱を生じさせるステップと、
（ｄ）前記反応物を生成物に変換させ、それによって反応を速めるステップとを含む。
【００２４】
本発明はさらに、反応進行度を測定し、前記測定された反応進行度に応じて電磁界の印加を制御するステップを含み、および／または前記接触させるステップが、前記反応物を含有する溶液に前記複合物を混合することを含み、および／またま前記接触させるステップが、前記複合物を含有する液体に前記反応物を混合することを含む、前記方法の各実施態様に関する。
【００２５】
本発明はさらに、前記印加される電磁界の波長が、５ｃｍ〜１００ｍであり、および前記化学反応が、加水分解、均一開裂または化学ルミネセンス反応である、前記方法の各実施態様に関する。
【００２６】
本発明はさらに、前記方法の以下のような各実施態様に関する。
１．固体材料が、炭素、木炭、アモルファス炭素、カーボンブラック、粘土およびニッケルからなる群から選択され、
２．固体材料が、酸化銅、酸化クロム、酸化ケイ素、酸化ニオブおよび酸化マンガンからなる群から選択される酸化物であり、
３．固体材料が、チタン酸バリウム、無機チタン酸塩からなる群から選択されるチタン酸であり、
４．固体材料が、アルミナ−マグネタイト、アルミニウム−エポキシ複合物およびアルミン酸カルシウムからなる群から選択されるアルミナ複合物であり、
５．固体材料が、酸化物セラミックもしくは非酸化物セラミック、フェライト、強誘電性高分子または有機ポリマーであり、および／または、
６．固体材料が、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｍｇ、ＦｅＳｉ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｆｅ3Ｏ4、ＭｎＯ2、ＮｉＯからなる群から選択される。
【００２７】
本発明はさらに、固体材料が、導電性材料と絶縁体との混合物であり、とりわけ、導電体粉末がＮｂ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＭｏＳｉ2、Ｃｕ、またはＦｅであり、絶縁体がＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3またはＡｌ2Ｏ3である、前記方法の各実施態様に関する。導電性材料は、金属でもよく、形状が顆粒状（すなわち、粉末状）、フレーク状、球状、針状または繊維状でもよい。
【００２８】
本発明はさらに、特異的な反応物結合分子が、分子インプリンティングポリマー、ゼオライト、抗体、改質された抗体、酵素、改質された酵素、キャビタンド、キラルリガンド、低分子量有機合成受容体、一本鎖の核酸および二本鎖の核酸からなる群から選択される、前記方法の各実施態様に関する。
【００２９】
本発明はさらに、特異的な反応物結合分子が、反応物のための少なくとも１つの結合部位を有し、該結合部位が複数の反応ターンオーバまたは１つの反応ターンオーバを促進する、前記方法の各実施態様に関する。
【００３０】
本発明はさらに、電磁界が約０．９〜約２５ＧＨｚの周波数、とりわけ電磁界が約０．９〜約６ＧＨｚの周波数、または電磁界が０．９〜２．５ＧＨｚの周波数で印加される、前記方法の各実施態様に関する。本発明は、とりわけ電磁界が０．９１５、２．４５、５．８５および２２．１２５ＧＨｚからなる群から選択される周波数で印加される、前記方法の各実施態様に関する。
【００３１】
本発明はさらに、複合物が粒子または平面的な基質の形態である、前記方法の各実施態様に関する。
【００３２】
本発明はさらに、誘電加熱に応答する固体材料、および反応物分子と特異的に結合することができる結合分子を含む複合物に関する。
【００３３】
本発明はさらに、前記複合物の以下のような各実施態様に関する。
１．固体材料が、炭素、木炭、アモルファス炭素、カーボンブラック、粘土およびニッケルからなる群から選択され、
２．固体材料が、酸化銅、酸化クロム、酸化ケイ素、酸化ニオブおよび酸化マンガンからなる群から選択される酸化物であり、
３．固体材料が、チタン酸バリウムおよび無機チタン酸塩からなる群から選択されるチタン酸であり、
４．固体材料が、アルミナ−マグネタイト、アルミニウム−エポキシ複合物およびアルミン酸カルシウムからなる群から選択されるアルミナ化合物であり、
５．固体材料が、酸化物セラミックもしくは非酸化物セラミック、フェライト、強誘電性高分子または有機ポリマーであり、および／または、
６．固体材料が、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｍｇ、ＦｅＳｉ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｆｅ3Ｏ4、ＭｎＯ2、ＮｉＯからなる群から選択される。
【００３４】
本発明はさらに、固体材料が、導電性材料および絶縁体の混合物であり、とりわけ、導電体粉末がＮｂ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＭｏＳｉ2、Ｃｕ、またはＦｅであり、絶縁体がＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3またはＡｌ2Ｏ3である、かかる複合物の実施態様に関する。導電性材料は、金属でもよく、形が顆粒状（すなわち、粉末状）、フレーク状、球状、針状、または繊維状でもよい。
【００３５】
本発明はさらに、結合分子が、分子インプリンティングポリマー、ゼオライト、抗体、改質された抗体、酵素、改質された酵素、キャビタンド、キラルリガンド、低分子量有機合成受容体、１本鎖の核酸および２本鎖の核酸からなる群から選択される、前記複合物の各実施態様に関する。
【００３６】
本発明はさらに、複合物が粒子または平面的な基質の形態である、前記複合物の各実施態様に関する。
【００３７】
本発明はさらに、複合物が多孔性断熱性被覆をさらに含み、とりわけ被覆が固体材料と結合分子を覆う、前記複合物の各実施態様に関する。
【００３８】
本発明はさらに、結合分子が固体材料に結合し、多孔性被覆が結合分子を覆い、被覆の多孔性により反応物が結合分子に接触することが可能になる、前記複合物の各実施態様に関する。
【００３９】
本発明はさらに、複合物が、特定の反応物に結合した特異的な反応物結合分子をさらに含み、および／または被覆が固体材料および結合分子を覆う、前記複合物の各実施態様に関する。本発明はさらに、結合分子が固体材料に結合し、多孔性被覆が結合分子を覆い、被覆の多孔性により反応物が結合分子に接触することが可能になる、前記複合物の各実施態様に関する。
【００４０】
本発明はさらに、結合分子が、分子インプリンティングポリマー、ゼオライト、抗体、改質された抗体、酵素、改質された酵素、キャビタンド、キラルリガンド、低分子量有機合成受容体、一本鎖の核酸および二本鎖の核酸からなる群から選択され、および／または断熱材料が、橋かけデキストラン、ゼラチン、アガロース、ポリアクリルアミド、ポリアクリレート、シリカおよびポリ（スチレン−ジビニルベンゼン）からなる群から選択される、前記複合物の各実施態様に関する。
【００４１】
（定義）
速める：  化学反応の速度を、好ましくは、１０％以上、より好ましくは、５０％以上、最も好ましくは、１００％以上、増加させること。
水溶液：  ５０体積％超が水である液体媒体。
人工抗体（または受容体）：  結合する分子と形態的および／または電荷的に相補的になるように設計された結合ポケットを含む合成的に作製された分子。小さい有機分子など単一分子、または人工のポリマーでできていてもよく、またはアクリルポリマー粒子やシリカの表面などのバルク物質でもよい。人工の生体分子が特異的に該相補的分子に結合する。
人工酵素：  もう１つの分子と形態的／電荷的に相補的な、１つまたは複数の結合部位を有する合成的に作製された分子。人工酵素は、相補的分子と結合し、結合した分子に化学的変換を受けさせる。
化学反応：  １つまたは複数の分子（反応物）を化学的に変換して、１つまたは複数の分子（生成物）を形成すること。
複合物：  ２種類以上の異なる材料または分子から作製された固体。
誘電加熱：  （電気的に絶縁された）誘電体を約５ｃｍ〜１００ｍの波長の電磁放射によって加熱すること。
損失性材料：  吸収したマイクロ波エネルギーを熱の形で失う（誘電体の）材料。
ＭＡＴＴＲ：  「マイクロ波により促進・標的・誘発された反応」技術
（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ−Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ  Ｔａｒｇｅｔｅｄ  Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）。
マイクロ波：  １０8〜１０11Ｈｚ（１ｍ〜１ｃｍ）の電磁放射。誘電加熱はこの範囲で起こるが、より長い（無線）波長（１００ｍまで）でも起こり、どちらかを使用できる。全体として、誘電加熱周波数は、波長が約５ｃｍ〜１００ｍの範囲である。
マイクロ波オーブン：  マイクロ波放射を所定の波長で内部のチャンバに放出する装置。該チャンバは、マイクロ波が漏れないように密封されている。
分子インプリンティング：  選択された標的（インプリンティング）分子に対する特異的な結合部位が合成材料に導入されるプロセス。結合材料は、通常、有機ポリマーである。一般的に、官能化および架橋性モノマーが、分子鋳型として働くインプリンティング分子の存在下で共重合される。続いて鋳型分子を取り除くと、インプリンティング分子と形状およびサイズが相補的な結合部位が現れる。このようにして、分子記憶がポリマーに導入されて、ポリマーがインプリンティング分子と高い特異性で再結合することが可能になる。
有機溶液：  ５０体積％超が有機溶媒である液体媒体。
多孔性：  水および他の液体分子が通過できる通路を含有する固体材料。
熱的近接：  １つの物質が第２の物質に十分近接しており、それらの間に実質的な熱移動が起こることを可能とする状態。好ましい実施形態では、第１と第２の物質が水溶液または有機溶液に浸される。多くの場合、より低温のバルク物質は、第１の物質と熱的に近接しておらず、したがって実質的な熱移動を受けない。
熱電対：  一端で互いに結合した２つの異なる金属からなる温度測定センサ。これらの金属は、所定の温度で小さな一意的な電圧を生成する。該電圧を熱電対温度計で測定し、解釈する。
ゼオライト：  化学反応を触媒するのに使用される多孔性無機固体。ゼオライトは、酸素原子によって結合されたアルミン酸塩とケイ酸塩四面体との規則的繰り返しパターンに基づく剛構造物である。
【００４２】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
背景：  酵素、抗体、および非触媒性反応
しばしば、選択された単一の化学物質の特定の反応を、他の非選択の化学物質の存在下で速めることが望ましいことがある。調製化学の例では、医薬品製造において、バルクのラセミ混合物中で１つの鏡像異性体の化学反応（例えば、エステル加水分解）を速めることが、しばしば望ましい。分析化学の例では、医療診断で、特定の化学反応を速め、様々なタイプの分子が数多くある中で１つの特定のタイプの分子の存在を知らせることが望ましい。これらは、分子のタイプの混合物の存在下における化学反応の特定的な促進の多くの例のほんの２例である。特定の化学反応を速める改良された手段は、調製化学と分析化学のどちらにも多くの実用的な応用例を有するものである。
【００４３】
分析に有用な反応には、色、ルミネセンス、蛍光、電気化学または他の検出可能な物理特性の変化を生成するものが含まれる。調製反応は、数が多くて列挙できないが、加水分解および／または立体選択反応が含まれる。水溶液におけるどのような調製反応も、ここに記載した方法に適合できる。
【００４４】
特定の化学反応を促進する自然界の最も知られた方法は、酵素を使用するものである。酵素は、二段階プロセスによって触媒として働くタンパク質である。第１段階では、反応物（「基質」（Ｓ））は、酵素（Ｅ）の「活性部位」と呼ばれる特異的な領域と可逆的に結合して、非共有結合複合体（ＥＳ）を形成する。第２段階では、酵素は、基質の特定の化学反応を促進して、生成物（Ｐ）を形成する。このプロセスは、次のように示すことができる。
【化１】
0004833498.tif 000002
【００４５】
第２段階（化学的ステップ）は、エネルギーが自由エネルギー障壁を越えることを必要とする。自由エネルギー障壁の最高点は、反応の遷移状態、すなわち、反応経路に沿ってエネルギー的に最も不利な点である。酵素は、遷移状態と強く結合し、それを安定化させるように機能する。遷移状態安定化により、自由エネルギー障壁が低下し、反応を進行させて生成物を形成することが促進される。したがって、酵素は、結合エネルギーを用いることにより、自由エネルギー障壁を越えるのに必要な自由エネルギーの量を減少させる働きをする。
【００４６】
非触媒性反応もまた、自由エネルギー障壁を越える。自由エネルギー障壁を下げる酵素などの触媒がないので、非触媒性反応は、エネルギー的に非常に不利になるかもしれない。しかし、非触媒性反応もまた速めることができる。非触媒性反応では、自由エネルギー障壁を下げられなくても、反応内への外部からのエネルギーの追加により、高い頻度で反応の遷移状態に達することができる。最も一般的には、熱を加えることにより、非触媒性反応を速めることができる。熱エネルギーは、反応物分子をより頻繁に遷移状態のエネルギーに到達させ、自由エネルギー障壁を越えさせて生成物を形成させる。非触媒性反応のプロセスは、次の通りである（Ｒは、反応物、Ｐは生成物）。
【化２】
0004833498.tif 000003
【００４７】
抗体は、酵素と同様に、タンパク質である。しかしながら、酵素とは違って抗体は化学反応を速めることはない。酵素は、特異的に反応の遷移状態に結合して、反応速度を上げる。他方、抗体は、化学反応の基底状態に結合する。このため、抗体は、化学反応の自由エネルギー障壁を低下させず、したがって酵素的に化学反応を速めることはない。さらに、抗体は、化学反応を促進する外部エネルギー（熱など）を供給できる機構を有しない。したがって、抗体は単に特定の物質に結合するだけで、化学反応を促進しない。抗体（Ａｂ）が抗原（Ａｇ）と結合するプロセスは次の通りである。
【化３】
0004833498.tif 000004
【００４８】
課題：  特定の基底状態を指向性の熱エネルギーと組み合わせて「人工酵素」を創造する方法
多くの科学者が、選択された反応の推測遷移状態に対する結合相補性を有する分子を作ることにより、人工酵素を創作することを試みてきた。創作された人工酵素には、触媒性抗体、触媒性プラスチックポリマー、および触媒性小分子が含まれる。しかしながら、これらの方法はいずれも広範な実用的用途がないことが判明している。主要な理由の１つは、非常に不安定であり単離または直接に観測できない仮定的反応遷移状態に正確に相補的な触媒を作ることが困難だからである。
【００４９】
上記の説明からわかるように、人工酵素を作るもう一つの方法は、抗体の鋭敏な結合特性を、熱などの外部からのある種のエネルギーの入力と組み合わせることである。この方法が持つ困難さは、加えられたエネルギーを結合された反応物に向けなければならないということである。例えば、熱を単純に反応混合物に加えた場合、熱は無差別に全ての化学反応を等しく速めることになる。したがって、本発明が解決しようとする主要な課題は、加えられたエネルギーを特異的に結合した反応物に向けることである。エネルギーは、次に示す通り、結合した反応物に特異的に向けられる（Ｂは結合分子（抗体やプラスチックポリマーなど）であり、Ｒは反応物であり、Δは熱（エネルギー）であり、Ｐは生成物である）。
【化４】
0004833498.tif 000005
【００５０】
誘電加熱：
人類の歴史において最近まで、通常のバルク加熱（火など）が温度を上昇させる（かつ、化学反応を速める）唯一の方法であった。過去半世紀において、誘電（マイクロ波）加熱と呼ばれる、新しく根本的に異なった加熱の形式が開発された。誘電加熱では、マイクロ波放射をサンプルに当てる。サンプル内の、誘電体である化合物は、加えられた周波数のマイクロ波を吸収して温度が上昇する。誘電体は、周波数と加熱能力との関係で特有のスペクトル特性を有し、異なる物質は、異なる周波数で効果的に加熱される。最も重要な観点は、外側から加熱し内側に移動する従来の加熱とは対照的に、誘電加熱は、特徴的に適切な誘電特性を持つ材料に向けられることである。本明細書では、誘電加熱とはマイクロ波加熱を指すが、無線周波数でも起こすことができる。本発明はそれらの効果を含むものである。
【００５１】
アレニウスの式に従えば、反応速度は、活性化エネルギーを減らす（すなわち、酵素によるような反応機構の変化）か、あるいは指数関数の前の係数を増やすこと（これは、反応粒子間の衝突の周波数および効率を反映する）により増大させることができる。この２番目の手段は、マイクロ波の物質への作用の機構に密接に関係したものであり、マイクロ波場において化学反応プロセスが相当に速まる主な理由となる（Ｋｕｂｒａｋｏｖａ，２０００）。
【００５２】
誘電加熱は、マイクロ波照射の周波数およびその周波数における誘電体の吸収特性を含めたいくつもの要因によって左右される。全ての誘電体は、特有の吸収スペクトル（周波数に対する加熱能力）を有している。例えば、通常の調理用マイクロ波オーブンでは、マイクロ波周波数（２．４５ＧＨｚ）は、水を加熱するのに最適であるが、他の材料（例えば、水を入れているカップ）を加熱するのには適当ではない。マイクロ波放射の周波数を変更すれば、理論的には、（水とカップの相対的な誘電吸収特性に応じて）水ではなくカップを加熱できるはずである。したがって、誘電加熱を用いて、水を加熱せずに水中の材料を加熱することが可能である。もちろん、いったん材料が加熱されると、加熱された材料が断熱層で覆われてない場合、熱は近傍の水に移動することになる。
【００５３】
誘電体は、（最初は文献により、または化合物の選別により）選択され、結合分子によって（例えば、共有結合、吸着、捕捉（マクロ孔質またはメソ孔質絶縁層の内側に）などによって）覆われ、この層を多孔層で覆うことができる。この誘電体を、反応物の水溶液または有機溶液に加える。マイクロ波照射が起こると、適切な生成物が形成される。
【００５４】
本発明の好ましい実施形態の物理的構成要素：
本発明の好ましい実施形態の物理的構成要素は、以下の通りである。
１）  マイクロ波／無線周波数源。  反応は、好ましくはマイクロ波発生器のチャンバ内で行う。マイクロ波放射は、３００ＭＨｚ〜３００，０００ＭＨｚ（約３ｍ〜３ｃｍ）の範囲内である。誘電加熱は、より長い（無線）波長でも（１００ｍまで）起こり、それを代わりに使用することもできる。全体として、誘電加熱の周波数は、波長が約３ｃｍ〜１００ｍにわたる。この範囲の誘電加熱は、本発明の一部分とみなされる。使用される正確な周波数は、加熱される誘電体に依存することになる。誘電体は、選択された周波数では、溶媒よりもかなり損失性が高いということになる。
【００５５】
本発明にとって実際的な周波数は、０．９１５ＧＨｚ、２．４５ＧＨｚ、５．８５ＧＨｚおよび２２．１２５ＧＨｚである。米国政府は現在これらの周波数を、産業、科学および医療の用途に認可している（ＢｏｏｎおよびＫｏｋ，１９８９）。（マイクロ波の通信用途との干渉をさけるために）チャンバ内の放射が十分に遮蔽されれば、他の周波数もまた実際的である。「周波数可変」マイクロ波オーブンも作製することができ、本発明に使用できる（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｅｎｔｅｒ，Ｅａｇａｎ，ＭＮ；Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃ．，Ｌａｕｒｅｌ，ＭＤ）。ほとんどの市場で有用なマイクロ波は、家庭の調理用マイクロ波を含めて、２．４５０ＧＨｚで放射されるが、他の周波数のものも自由に市場より入手可能である。例えば、Ｍｉｃｒｏｄｒｙ，Ｉｎｃ．（Ｃｒｅｓｔｗｏｏｄ，ＫＹ）およびＣｏｂｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  （Ｎｏｒｗａｌｋ，ＣＴ）は、０．９１５ＧＨｚのマイクロ波を市販している。上記に列挙した周波数の内、水への応用例には０．９１５ＧＨｚが最も実際的である。というのは、水はこの周波数で誘電加熱の影響を最も受けにくいからである（Ｌａｓｌｏ，１９８０）。
【００５６】
【表１】
0004833498.tif 000006
【００５７】
反応は、液体の反応混合物中に誘電体／結合材複合物を沈めて、マイクロ波生成オーブン内で実施できると想定する。目的の反応物は、好ましくは溶液内に置いておく。マイクロ波加熱を反応混合物中の誘電体にかけることにより、多数のターンオーバ（触媒作用）が、液体／固体界面で可能になる。
【００５８】
あるいは、多数のターンオーバが必要とされない場合、誘電体／結合材分子固体支持体を、固相が所望の反応物を捕捉するのに十分な時間の後、溶液から取り出すようにしてもよい。次に、マイクロ波を誘電体／結合材複合材に（例えば、空気中で）印加する。バルク溶液がないので、この反応は特異的な結合部位で多数のターンオーバなしに起こることになる。このタイプの非触媒性反応は、分析的応用例（例えば、医療診断）に有用である。診断では、反応物溶液は、患者からの体液を含んでいるかもしれない。所望分子の捕捉の後、検出をマイクロ波促進反応で容易にすることができる。例えば、マイクロ波は検体中で色の変化を引き起こすことができる。あるいは、標識付けされた抗検体抗体などのシグナル分子を加えることができる。抗体上の標識は、マイクロ波照射による反応を受けて、着色または蛍光指標を形成することになる。
【００５９】
２）  誘電体。  誘電体は、好ましくは、液体反応物溶液に接触している固体支持体である。該支持体は、任意の様々な幾何形状を有するものでよい。これは、平らな表面（例えば、被覆の一部分、チャンバの壁、またはチップもしくはカートリッジの表面）でもよい。適切な平らな誘電体は、マルチ検体使い捨て生物アッセイ・チップ（タンパク質チップまたはＤＮＡチップ）などのチップでもよい。かかるチップは、一般に誘電体をその表面上に１つまたは複数のスポットとして有することができ、あるいは連続層を含むこともできる（図２）。さらに、誘電体は、ビーズなどの粒子の形態の懸濁液でもよい。
【００６０】
図１は、指向性マイクロ波化学のための粒子をベースとする材料を示す図である。２つの主要な特徴は、（１）周囲の溶媒（水性または有機溶媒）とは異なる周波数のマイクロ波を吸収する誘電体粒子／ビーズ、および（２）目標の反応物を特異的に捕捉する結合表面である。粒子はまた、誘電体からバルク溶媒への熱の移動を低減させるための多孔性断熱被覆の特徴を任意に有する。実際には、多くのビーズを使用することができる（１００万個以上）。ビーズは、試薬を含む液体媒体中に懸濁できる。粒子および媒体に、マイクロ波オーブンのチャンバ内で、マイクロ波周波数の照射を加える。ある応用例では、マイクロ波照射の前に溶媒から粒子を取り除くことができる。
【００６１】
図２は、指向性マイクロ波化学のための平らな表面をベースとする材料を示す図である。主要な特徴は、図１の記載に述べた通りである。この図は、好ましい反応の間、マイクロ波オーブンのチャンバ内に封じ込められたものを示す。ある応用例では、平らな表面は、マイクロ波照射の前に溶媒から取り出すことができる。
図２中、ａ）は、反応の間、マイクロ波オーブンのチャンバ内に何が封じ込められるかを示す図である。マイクロ波オーブン内で、表面は、永久誘電体、またはカートリッジやカセットなどのように使い捨てのデバイスでもよい。ある応用例では、平らな表面は、マイクロ波照射の前に溶媒から取り出すことができる。
ｂ）は、指向性マイクロ波化学用のチップを示す図である。この場合、表面（チップまたは他の本質的に平らな物体）は、支持体（例えば、ガラスまたはテフロン（登録商標））、点在する誘電体および膜、または他の試薬を捕捉する表面を含む。
ｃ）は、指向性マイクロ波化学用のチップを示す図である。誘電体が点在状ではなく層状であること以外は、ｂ）と同様である。
【００６２】
３）  反応物分子に特異的に結合する分子。  反応物分子に特異的に結合する分子は、好ましくは誘電体の表面に付着する。かかる結合分子は、例えば、抗体（またはそれの誘導体）、受容体、受容体リガンド、酵素（またはそれの誘導体）、核酸、分子インプリンティングポリマー、ゼオライト、キャビタンド、または反応物に特異的に結合する他の高分子量分子や低分子量分子でもよい。結合分子は、好ましくは誘電体に熱的に近接している。結合分子は、誘電体に吸着され、物理的にトラップされ、共有結合し、あるいはその他の方法で結合することができる。あるいは、誘電体と接触するように膜などの層を、誘電体上に成型し、または配置することができる。例えば、ニトロセルロースやナイロン膜がＤＮＡを捕捉するのに使用できる（図２ｃ）。捕捉試薬（抗体やＤＮＡなど）は、膜にスポットとして吸着される。使用できる様々な膜が市販されている。捕捉試薬を有する粒子がしばしば膜中でトラップされる（Ｊｏｎｅｓ，２００１）。
【００６３】
４）  任意に設けられる多孔性断熱層。  誘電体／結合分子層に接触し、またはそれを囲む多孔性断熱層を任意に設けることができる。この層は、反応物分子の移動を可能にするが、誘電体からバルク水または他の溶媒への熱のバルク移動を減少させるものである。例えば、この断熱層は、マクロ孔質またはメソ孔質でもよい。少なくとも１つの例、分子インプリンティングポリマー、においては、断熱層と結合分子は同じものでもよい。
【００６４】
５）  任意に設けられる特別の容器。  任意に設けられる多孔性断熱層に機能的に代わり得るものは、反応溶液を入れておく任意に設けられる容器を有することである。この容器は、溶液を冷却する点で「特別」である。したがって、容器の内側は、ペルチェ冷却デバイス、または氷水内層、またはバルク溶液から熱を取り去る他の手段を含むことができる。かかる冷却容器の効果は、マイクロ波をより選択的に誘電体に向け、バルク溶液に向けないようにすることである。誘電体からバルク溶液に移動した熱は、冷却される容器の内側に移動することになる。冷却容器は、低温分光研究に使用される分光光度計など多くの計器でよく知られている。
【００６５】
６）  任意に用いられるモニタ方法。  反応は、反応物からの生成物の形成に伴う物理−化学的変化をたどることによりモニタできる。モニタ方法は、色、蛍光、ルミネセンス、重量、またはその他のどのような検出可能な特性の変化でもよい。選択される検出方法は、選択された反応およびその反応の規模に強く依存する。適切な検出方法はよく知られている。
【００６６】
７）  さらに、場合によっては、誘電体の温度をモニタおよび／または制御することが望ましいことがある。誘電体が構造的に適している場合（例えば、チップをベースとする誘電体の場合）、熱電対を誘電体の温度の測定に使用することができる。一例は、誘電体が使い捨てのチップ（すなわち、顕微鏡のスライド）に被覆されている場合である。熱電対は、加熱中にチップと接触し、温度をモニタするのに使用することができる。さらに、熱電対の温度測定は、マイクロ波オーブンのパワーを制御することにより、温度を制御するのに使用することができる。誘電体の温度があるレベル、例えば３００℃に到達した場合、マイクロ波を自動的に遮断できる。温度が例えば２９０℃に低下した場合、熱電対によりマイクロ波は再び加熱を開始することになる。かかる熱電対に基づいた温度制御は、よく知られた技術である（ＨｕｈｍｅｒおよびＬａｎｄｅｒｓ，２０００；ＡＳＴＭ，１９９３；Ｋｒｅｉｄｅｒ，１９８９）。別法では、温度は非接触の分光法技術を用いて測定できる（Ｓｌｙａｎｅｖ等，２００１）。熱電対および分光法のどちらもマイクロチップの温度の測定に使用されてきた（ＨｕｈｍｅｒおよびＬａｎｄｅｒｓ，２０００；Ｓｌｙａｎｅｖ等２００１）。
【００６７】
したがって、本発明における主な変数的要件は、（１）使用されるマイクロ波の条件（周波数、時間、パワーなど）、（２）誘電体の材料組成、（３）実施される反応、および（４）反応物と結合する分子である。さらに、多孔性絶縁層の選択も考慮することができる。これらはそれぞれ、種々の応用例により異なることになる。変数的要件のそれぞれについて、以下、個別に説明する。
【００６８】
１）  マイクロ波周波数：  電磁エネルギーを他の形態のエネルギー（熱）に変換する誘電体の能力を言い表すパラメータは、散逸率または損失正接（Ｔａｎδ）である。どのような材料でもＴａｎδは、周波数に依存する。選択された溶媒よりも（所与の周波数で）高いＴａｎδの値を有する材料が、本発明にとり重要である。周波数は、Ｔａｎδ（誘電体）／Ｔａｎδ（溶媒）比が最適になるように選択することができる。したがって、本発明がその最大限の効果を発生するには、マイクロ波周波数、ならびに誘電体の吸収特性（高い吸収性が望ましい）および溶媒の吸収特性（低い吸収性が望ましい）が最適化されなければならない。多数のターンオーバ（触媒作用）が望まれる応用例では、誘電体を反応物溶液に浸している間に、マイクロ波照射を行うことができ、Ｔａｎδ（誘電体）／Ｔａｎδ（溶媒）比がより重要になる。多数のターンオーバが所望でない場合（すなわち、反応が化学量論比より低いか、同じである場合）、マイクロ波放射の前に誘電体を溶媒から取り出すことができる。したがって、例えば空気中でマイクロ波を印加するとき、Ｔａｎδ（誘電体）／Ｔａｎδ（溶媒）比は重要でなくなる。
【００６９】
２）  誘電体：  １）で述べたように、水性の反応では、（触媒作用が望ましい場合）溶媒より高い損失正接を有する誘電体を用いることが望ましい。（溶媒としての）水より高いＴａｎδの値を有する材料のリストを下記に示す。これらの材料を全て（およびリストされていない他のもの）を本発明で使用することができる。（注意：実験担当者間の違いは、通常、データを収集する際の違いによる。）
【００７０】
【表２】
0004833498.tif 000007
【００７１】
固体の温度に対するマイクロ波加熱の影響−１分の加熱
水：        （５６０Ｗ、２．４５ＧＨｚオーブン）８１  ℃
炭素：      （５００Ｗ、２．４５ＧＨｚオーブン）１２８３  ℃
ニッケル：  （５００Ｗ、２．４５ＧＨｚ）３８４  ℃
酸化銅：    （５００Ｗ、２．４５ＧＨｚ）７０１  ℃（０．５分の加熱）
【００７２】
材料*          Ｔａｎδ  ９１５ＭＨｚ     Ｔａｎδ  ２４５０ＭＨｚ
チタン酸バリウム      ０．２０                      ０．３０
粘土（２０％水）      ０．４７                      ０．２７
酸化マンガン          ０．０９                      ０．１７
水                    ０．０４３                    ０．１２
*ＢｕｆｆｌｅｒおよびＲｉｓｍａｎ，１９９６
【００７３】
誘電率が高い材料は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）である。その誘電率は（水の８０と比較して）２００〜１６，０００である。チタン酸バリウムは、フィルムに形成でき、分析デバイスで使用されている（Ｅｗａｒｔ等の米国特許第５，９２２，５３７号）。さらに、チタン酸バリウムに加えて、他の強誘電体の薄いフィルムおよび厚いフィルムを低温で形成する方法は、着実に改善されている。知られている高い誘電率の無機チタン酸塩、ニオブ酸塩および強誘電体ポリマーは、低温化学蒸着法、レーザーフォトアブレーション蒸着、ゾルゲル法、ＲＦマグネトロン・スパッタリング、スクリーン印刷および焼成、（ポリマーの場合は）スピン・コーティングおよび他の方法（Ｙａｎｇ等，１９９８）を含めた多くの方法により形成できる。
【００７４】
自然の粘土も、成形可能な誘電体（上記の表を参照）として使用できる。さらに、アルミナ−マグネタイト（Ａｌ2Ｏ3−Ｆｅ3Ｏ4）の１：１（重量／重量）混合物が、強力に加熱する誘電体支持体として使用できる（Ｂｒａｍ等，１９９１）。粘土は、２４５０ＭＨｚの時よりも９１５ＭＨｚの時の方が、マイクロ波吸収体として水との違いがはっきりする（上記の表で比較のこと）。使用できるもう１つの材料は炭素である。炭素の誘電体としての使用は、本明細書中の別の箇所で説明する。
【００７５】
多くの更なる誘電体が、マイクロ波照射の際に水などの溶媒よりも相当に速く加熱する能力を誘電体が持っているかどうかをスクリーニングすることにより、同定することができる。クラスＩの誘電体（誘電率が通常１５０未満）およびクラスＩＩの誘電体（誘電率が通常６００〜１８，０００）を使用することができる（技術パンフレット，Ｎｏｖａｃａｐ，Ｉｎｃ．，Ｖａｌｅｎｃｉａ  ＣＡ）。他の適切な材料には、有機ポリマー、アルミニウム−エポキシ複合物、および酸化ケイ素が含まれる。マイクロ波の周波数も変化させることができる。この単純なスクリーニング手順により、加熱を誘電体に向け、実質的に水を加熱しない条件（周波数および材料）がもたらされることになる。実際、Ｓｙｍｙｘ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（ｗｗｗ．ｓｙｍｙｘ．ｃｏｍ）という会社は、新規な材料の組み合わせ合成を実施して、特有の誘電体特性などの有用な性質を有する材料を発見している（Ｓｃｈｕｌｔｚ等の米国特許第５，９８５，３５６号）。
【００７６】
ＲＦ照射によって相当に加熱されるさらに他の材料には、フェライトおよび強誘電体が含まれる。
【００７７】
マイクロ波の照射によって劇的に加熱されるよく知られた他のタイプの材料は、様々なセラミックであり、例えば、酸化物セラミック（例えば、Ａｌ2Ｏ3）、非酸化物セラミック（例えば、ＣｒＢおよびＦｅ2Ｂ）、および複合物セラミック（例えば、ＳｉＣ／ＳｉＯ2）。多くの材料が、マイクロ波加熱特性を利用することにより、加工（焼結など）された（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  ＵＳＡ，１９９４）。
【００７８】
マイクロ波で複合材料を加熱することができる。例えば、マイクロ波を通常透過させる材料に、極性の液体または導電性の粒子を加えることによって加熱することができる。アルミナ、ムライト、ジルコン、ＭｇＯまたはＳｉ3Ｎ4などの耐熱性酸化物は、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｍｇ、ＦｅＳｉおよびＣｒ2Ｏ3の導電性粒子を添加することにより、マイクロ波と効果的に結び付けられることになる。Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2およびＭｇＯの酸化物は、Ｆｅ3Ｏ4、ＭｎＯ2、ＮｉＯおよびアルミン酸カルシウムなどの損失性材料を添加することにより、効果的に加熱される。Ｎｂ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＭｏＳｉ2、ＣｕおよびＦｅなどの導電性粉末とＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、およびＡｌ2Ｏ3などの絶縁体との混合物は、マイクロ波とよく結び付けられている。良好なカップラである溶液中での様々な材料（オキシ硝酸ジルコニウム、硝酸アルミニウムおよび硝酸イットリウム）はまた、添加されて粉末の絶縁性酸化物のマイクロ波吸収を増進する。
【００７９】
粉末、フレーク、球状、針状、チップまたはファイバを含めた様々な形状の導電性材料の添加により、低損失材料に加熱が生じる。例えば、０．１〜１００μｍの大きさのカーボンブラックまたは金属片を介在物として用いた場合、加熱特性を増加させることができる。かかる材料の性質および濃度は、必要以上の実験なしに最適化できる（Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ他，１９９４）。
【００８０】
３）  実施される反応は、反応物を特異的結合試薬に結合させることのできる実質的にどのような化学反応でもよい。それには全ての既知の酵素触媒反応および全ての既知のゼオライト反応が含まれる。それには、自然の触媒では触媒作用をすることが知られていない反応も含まれる。主要な特徴は、（１）反応物が特異的に結合されることができること、および（２）反応が熱によって速められることができることである。
【００８１】
４）  反応物結合分子は、特異的に試薬と結合できるどのような分子でもよい。複数のターンオーバが必要な場合、結合分子はまた熱的にも安定であるべきである。この分子は、低分子量でも高分子量でもよく、自然物でも人工物でもよい。通常の結合分子は、分子インプリンティングポリマーおよびゼオライトである。誘電体への様々な付着の態様のどれでも使用できる。例えば、分子インプリンティングポリマーは、誘電体ビーズまたは粒子の周囲で重合することができる。あるいは、分子インプリンティングポリマーは、表面上に薄層として形成できる（Ｓｈｉ等，１９９９；Ｇｌａｄ等，１９８５；Ｋｅｍｐｅ等，１９９５；ＢｕｒｏｗおよびＭｉｎｏｕｒａ，１９９６；Ｍａｔｈｅｗ−ＫｒｏｔｚおよびＳｈｅ，１９９５；Ｄａｉ等，１９９９；Ｎｏｒｒｌｏｗ等，１９８４）。ゼオライト結晶は、誘電体表面上に成長させ、またはディップ・コーティング技術で被覆することができる（ｖａｎ  Ｂｅｋｋｕｍ等，１９９４；Ｊａｎｓｅｎ等，１９９４）。
【００８２】
５）  任意に設けられる多孔層は、反応物および生成物の通過を可能とし、いくらかの断熱特性を有するどのような材料でもよい。本質的に、この層の目的は、誘電体からバルク水相への熱伝導を遅くすることである。この層は、特に誘電体の量が水の体積と比較して小さい場合は、必要でないものとすることができる。多くのタイプの多孔材料が、ポリマーである。
【００８３】
一般に、多孔層は、表面中の孔を通して反応物を特異的な結合部位に到達させるどのような材料でもよい。多孔層は、断熱特性を有する材料で作るべきであるが、水の拡散を遅らす能力があれば好都合である。使用できる材料には、橋かけ結合された、もしくは表面上に形成された有機ポリマー、または吸着および橋かけデキストラン、ゼラチンもしくはアガロースがある。他のものには、アクリラート、ポリアクリルアミド、シリカおよびポリ（スチレン−ジビニルベンゼン）などの合成ポリマーが含まれる。
【００８４】
好ましい方法と物質の組成：
本発明を実施する方法は多数ある。変数的要件を幾つか挙げると、マイクロ波の周波数およびパワーの変更、マイクロ波の影響を受けやすい材料そのものの改変、反応表面形状（平面または球状）の改変、試薬捕捉機構（抗体、ＤＮＡ、共有結合、非共有結合など）の変更、促進すべき反応そのものの改変、および実際的な応用例（分析、生物分析、調製など）がある。下記に記載したものは、いくつかの変数的要件およびその実際的な応用例の概要である。さらに、マイクロ波により促進された標的反応を実施する現在の最善の方法も記載する。
【００８５】
本発明にとって非常に注目すべき形式の１つは、「チップ」上で、すなわち顕微鏡のスライド（例えば、１インチ×３インチ（２．５×７．５ｃｍ）の長方形のガラス、または５インチ×５インチ（１２．５ｃｍ×１２．５ｃｍ）のガラス板）上にしばしば形成される使い捨ての平らな表面上で、本発明を使用することである。ジェット印刷または他の微細付着（ｆｉｎｅ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を使用して、スポットを打つことにより、１個から何千個の反応スポットを生成させる。図２に示すように、チップは、マイクロ波の影響を受けやすい材料を、スポットを含めた様々な形状で、または隣接層を設けることによって、チップ上に有することができる。かかるいわゆる「マイクロチップ」上の少量分析（Ｓｃｈｍａｌｚｉｎｇ等，２０００）により、単一のチップ上で莫大な数のアッセイを実施することが可能になる。チップ上のアレイまたは「マイクロアレイ」は、分析の目的に使用することができる。この技術分野で知られた広く市販されている付着技術を用いて単一チップ上で何千ものアッセイを実施することができる（Ｐａｓｉｎｅｔｔｉ，２００１；Ｌｅｎｎｏｎ，２０００；Ｃｏｏｐｅｒ，２００１；Ｄｒａｇｈｉｃｉ，２００１；Ｚｕｂｒｉｔｓｋｙ，２００１）。例えば、スポットのアレイは、無数の遺伝子中の遺伝的変異を検出するのに用いることができる。本発明を用いて作製されるチップは、それだけには限らないが、生化学の研究、医療診断、水質テスト、食物病原菌テストおよび化学／生物戦争作用剤テストを含めた多くの分析の応用例に使用できる。
【００８６】
チップの他の用途は、組み合わせ化学の分野である（Ｄｏｌｌｅ，２０００）。多くの独特の化合物がチップ上でｉｎ  ｓｉｔｕで合成できる。例えば、何千もの異なるペプチドを通常の固相手順によりチップ上で調製できる。次に組み合わせ化学チップを、分析的に使用して固相の化学ライブラリをアッセイする。例えば、チップを化学ルミネセンスで標識付けされた酵素溶液に浸すことができ、結合を検出することができる。かかるアッセイの形式を使用して、酵素の阻害剤を発見することができる。同様に、潜在的に可能なリガンドの組み合わせライブラリと受容体との結合を行うことができる。
【００８７】
このチップ（または、代わりの誘電体表面）はまた、バルク溶液からの検体の固相抽出用の材料で被覆することもできる。固相抽出は、非特異的（吸着）でもよく、免疫吸収でもよく、また分子インプリンティングポリマーを用いることによって行うこともできる（ＦｌｅｉｓｈｅｒおよびＢｏｏｓ，２００１；ＫｒｉｓｈｎａｎおよびＩｂｒａｈａｍ，１９９４）。
【００８８】
マイクロ波の標的になる反応の可能性のある注目すべき用途は、多くがバイオテクノロジー／医学の分野にある。こうした場合、測定される検体は、生物学的機能を有する。免疫アッセイまたはＤＮＡプローブ・アッセイなど、どのような従来からのアッセイも、本明細書で述べた技術で実施することができる。これらのアッセイでは、よく知られた化学的変換が起こり、幾つかの標識で検出可能な物理化学的変化を引き起こす。例えば、発色性、蛍光性、またはルミネセンス反応である。
【００８９】
使用できるもう１つのアッセイ形式は、分子ビーコン技術である（Ｒｏｂｉｎｓｏｎ，２０００）。分子ビーコンを使用する場合、核酸のハイブリッド鎖を、末端が標識付けされた核酸プローブにより蛍光の発光および消光によって検出する。一方の端部はフルオロフォア（蛍光体）を有し、他方がクエンチャ（消光剤）を有する。ハイブリッド形成により、両端が分離し、蛍光が検出可能になる。マイクロ波加熱を用いることにより、プローブがある温度で遊離して溶液中に戻ることができる。分離の温度（融点）は、遊離による蛍光の消光によって決定できる。最も注目すべき検出形式は、化学ルミネセンス（ＣＬ）である。これらは、下記の医療サンプルの実際的応用例について記載する部分でより詳細に述べる。
【００９０】
この手順を実施する好ましい方法は、炭素粒子を誘電体として使用することである。炭素は、活性炭／木炭（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．）、カーボンブラック（Ｃｏｌｕｍｂｉａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｍａｒｉｅｔｔａ，ＧＡ；Ｒｅａｄｅ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｐｒｏｖｉｄｅｎｃｅ，ＲＩ）、黒鉛化された炭素粒子（Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｉｎｃ．Ｗａｒｒｉｎｇｔｏｎ，ＰＡ）、またはデキストラン被覆の木炭ビーズ（Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ，Ｉｎｃ．）でもよい。炭素ビーズは、反応物をインプリンティングしたポリマーで被覆することが好ましい（理想的には、炭素の周囲で重合させる）。
【００９１】
マイクロ波化学は、化学反応を、従来のバルク加熱を用いるのではなく、マイクロ波放射を用いて促進する分野である。従来の発明では、バルク媒体が通常加熱される。バルク媒体は通常、水性ではなく有機溶媒である。特異的な結合が加熱の構成要素であったものはない。さらに、近接した反応物分子を選択的に反応させるために固体誘電体に加熱を向けたものはなかった。
【００９２】
単一の選択された化学物質の特定の反応を、他の非選択の化学物質の存在下で、促進することが多くの場合望ましい。調製化学の例においては、医薬品の製造では、しばしば１つの鏡像異性体の化学反応（例えば、エステルの加水分解）を多種類の分子の混合物（例えば、バルクのラセミ混合物）の存在下で、促進することが望ましい。分析化学の例においては、医学診断で、様々な他のタイプの分子がある中で、ある特定のタイプの分子の存在を示す信号を出させるために、特定の化学反応を促進することが望ましい。本発明は、特定の化学反応を促進する改良された手段を提供し、調製化学および分析化学の両方に多くの実用的な用途を有する。
【００９３】
分析に有用な反応には、色、ルミネセンス、蛍光、電気化学または他の検出可能な物理特性の変化を生じるものが含まれる。調製に有用な反応には、加水分解および／または立体選択反応などが含まれる。水溶液または有機溶液中の同様な調製用反応も本発明に適合できる。分析の応用例の場合と同様に、調製用反応は、色、ルミネセンス、蛍光または他の検出可能な物理特性の変化によってモニタすることもできる。
【００９４】
好ましい反応は、ルミノールと過酸化水素との化学ルミネセンス反応である。下記のように、この反応は、医療診断や生物医学の研究など様々な分野に使用されるよく知られた信号反応である。この反応は、温度依存性であり、ｐＨを最適点（実施例９参照）より低い点に合わせることにより、適切な温度制御になるように減速できる。
【００９５】
ルミノール−過酸化物反応などの化学ルミネセンス反応は、フィルム（例えば、Ｘ線フィルム）の使用、あるいは光電子増倍管（ＰＭＴ）または電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラの電子的使用を含めて、多くの方法でモニタおよび定量することができる。ＰＭＴをベースとする計器は、光を測定するための窓を有するマイクロ波オーブンを必要とする。ＰＭＴまたはＣＣＤカメラを用いる測定は、パーソナル・コンピュータおよび通常の市販のデータ取得／解析ソフトウェア（例えば、ＬａｂＶＩＥＷ）を用いて収集し、解析する。現在のところ、フィルムを使用する方法が好ましい。
【００９６】
上記のように、誘電体は、様々な形式のものでよい。現在、最も好ましい形式は、チップ上のスポットまたは層によるものである。「誘電体チップ」の使用により、多くの検体の高感度な検出が可能になる。実際、マイクロアレイ・チップまたはマイクロチップは、本発明の注目すべき応用例である。
【００９７】
例示的な実用的応用例の説明：
標的に向けてトリガされたマイクロ波反応には、多くの実用的な用途がある。多くは、分析化学および調製化学の分野での用途であるが、いくつかは非分析的分野での用途である。例えば、反応を毒素（神経ガスなど）に向け、特異的に該毒素を不活性化することができる。本発明は、化学反応が望まれるどのような実用的用途にも有用であり、反応が選択された分子に対して特異的であることが重要である。
【００９８】
生物医学の分析に非常に注目すべき用途がある。生体分子の分析は、診断／予後評価にとって非常に重要である。さらに、科学的研究は、特定の生体分子を検出および評価する能力に依存している。かかる生体分子には、それだけには限らないが、タンパク質（免疫アッセイ検出）および核酸（ハイブリッド形成検出）が含まれる。
【００９９】
他の技術との比較
医学または研究環境でのマイクロ波促進化学ルミネセンス（ＣＬ）分析は、一般に使用されている技術にまさる幾つかの利点を有する。チップ上のマイクロ波促進ＣＬをベースとする分析を本明細書では、「マイクロ波により促進・標的・トリガされた反応」技術（ＭＡＴＴＲ）と称する。
【０１００】
ＭＡＴＴＲ技術は、バイオテクノロジーにおける指向性マイクロ波化学の第１番目の用途である。生体分析の画期的な手段として、ＭＡＴＴＲは、既存の方法にまさる明らかな利点を有する。２タイプの同等の技術がある。
【０１０１】
第１のものは、主流の化学ルミネセンス分析技術である（Ｂｏｗｉｅ等，１９９６；Ｒｏｄａ等，２０００）。これらの技術を市場に供している会社には、酵素をベースとするＣＬ記録器を販売するＴｒｏｐｉｘ（ＰＥ  Ｃｏｒｐ．の系列会社）、およびＣＬをベースとするゲル吸着検出システムを販売するＡｍｅｒｓｈａｍ  Ｐｈａｒｍａｃｉａ  Ｂｉｏｔｅｃｈが含まれる。従来のＣＬをベースとする製品を扱う他の会社には、Ｌｕｍｉｇｅｎ、Ｌｉｆｅｃｏｄｅｓ、Ｖｅｃｔｏｒ、ＩｎｖｉｔｒｏｇｅｎおよびＰｉｅｒｃｅが含まれる。従来のＣＬ分析方法にまさるＭＡＴＴＲの注目すべき点を、下記の表１に示す。ＣＬ反応は、一般に「フラッシュ・タイプ」または「グロー・タイプ」である。フラッシュ・タイプの反応は、瞬間に行われるものであり、そのため迅速な試薬の混合および分析が要求される。グロー・タイプのＣＬ反応は、長期間（分または時間）にわたり低レベルの発光をする。
【０１０２】
【表３】
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【０１０３】
通常のグロー・タイプ反応は、化学ルミネセンスのジオキセタン化合物の加水分解を伴うものである。図３は、アダマンチリデンアダマンチン１，２−ジオキセタンの半減期と温度の関係を示す図である。この図は、ジオキセタンの半減期が温度に強く依存することを示す（ジオキセタン分解は、ＣＬを開始する）。なお、横座標のスケールは対数である。図３に示されるように、加水分解のジオキセタン・ルミネセンスは、温度依存性が高い。したがって、ジオキセタンは優れたＭＡＴＴＲ標識になる。通常のフラッシュ・タイプの反応は、化学ルミネセンスのアクリジニウムエステルを伴うものである。アクリジニウムエステルのＣＬのフラッシュは、化学開始剤と混合させることにより化学的にトリガされる。開始剤の濃度を下げることにより、反応速度は感知できないほど遅い速度に低下する。マイクロ波加熱は、速い反応速度を回復させ、化学ルミネセンス・フラッシュを起こす（Ｗｏｏｄ，１９８４）。
【０１０４】
ＭＡＴＴＲ技術は、次に述べる幾つかの基準を満たし、そのため、ＭＡＴＴＲが画期的な生体分析技術として、また従来のＣＬをベースとする生体分析に対する重要な改良として際立ったものになっている：
・（試薬の混合によらず電子的に）「要求に応じて」シグナル生成を提供するＣＬ技術。ＭＡＴＴＲでは、要求に応じてマイクロ波が印加され、ＣＬ反応を、急速な物理的混合によってではなく、電子的にトリガする。
・コストを削減し、メインテナンスを最小限に抑える物理的に単純な分析計器。ＭＡＴＴＲは、マイクロ波の入力を必要とするが、それは拡散性であり、すなわち収束光の入力（蛍光または分光測定法）を必要とする技術よりも単純である。・非常に高感度で、極めて迅速な分析。急速な、標的に向けたマイクロ波加熱は、確立された高感度のＣＬ化学を用いることにより、ＣＬ光のバーストを生成する。
・多重のマイクロチップをベースとするアッセイを可能とする技術。マイクロ波加熱は、例えば、パターン化された誘電体のスポットにより、マイクロアレイ・チップ上の特定の領域に空間的に向けることができる。広く使用可能な技術で、多くのタイプのアッセイに有用である。ＭＡＴＴＲが確立されたルミネセンス標識を組み込んでいるので、従来のＣＬの全ての形式、さらに他のものも使用できる。免疫アッセイおよびＤＮＡプローブ・アッセイに有用となる見込みがある。
【０１０５】
生物医学分析でのＭＡＴＴＲの計器の設定
上記のように、ＭＡＴＴＲチップからのＣＬは、フィルム上でまたは（ＰＭＴまたはＣＣＤカメラを用いて）電子的に測定できる。ＰＭＴまたはカメラが用いられた場合、「ＭＡＴＴＲ計器」を使用する。好ましいＭＡＴＴＲ計器の基本的構成要素を、図４に示す。図４は、ＭＡＴＴＲ計器を示す図である。計器の構成部品は、ＭＡＴＴＲ使い捨てチップ用の内蔵ホルダを有するマイクロ波オーブンである。チップは、マイクロ波加熱で発光し、その光をＰＭＴ（あるいは、直接窓を通すこと、または光ファイバ）によって捕捉する。マイクロ波生成、カメラ録画および画像解析は、パーソナル・コンピュータを用いて行う。好ましい計器は、チップからの発光をＰＭＴまたはカメラによって検出する窓を有するマイクロ波オーブンである。マイクロ波照射の開始（ＣＬ反応の促進）、光の測定およびデータの解析を、例えば、標準のパーソナル・コンピュータと適切なソフトウェアを用いて実施する。適切なデータ取得／解析ソフトウェアは、当技術分野では一般的であり、広く知られている。
【０１０６】
チップ上のサイトカインを測定するように構成できる１つのタイプのＭＡＴＴＲ計器について以下説明する。
・適切なマイクロ波オーブンを、マイクロ波蒸気／固体分析器（ｍｏｄｅｌ  Ｍ２，Ｄｅｎｖｅｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  Ｃｏ．，Ａｒｖａｄａ，ＣＯ）から作製する。このオーブンは、好ましくは、単一モードのマイクロ波チャンバを有し、均質なパワー密度を提供する。かかるオーブンのマイクロ波チャンバは、小さく円筒状で、エネルギーがサンプルに集中される。マイクロ波放射の周波数は２４５０ＭＨｚであり、マイクロ波の出力パワーは、５５０Ｗである。電源は、１１５Ｖ、６０Ｈｚである。
・オーブン・チャンバの内側に、光ファイバケーブルと整列させたチップ・ホルダをはめ込む。光ファイバは、マイクロ波オーブンの内側からオーブンの外側のＰＭＴに延びている。チップ・ホルダは、様々なサイズ（例えば、１×３インチ（２．５×７．５ｃｍ）から５×５インチ（１２．５×１２．５ｃｍ））の使い捨ての誘電体アッセイ・チップを支える。
・光ファイバ検出システムにより、マイクロ波チャンバ内のチップの撮像が可能になる。光ファイバは、チップから光記録光増倍管（ＰＭＴ，ハママツ  モデル  Ｈ５７８４−０１）に至り、これはＣＬ反応からの発光を捕捉する。
・パーソナル・コンピュータは、ＰＭＴとマイクロ波源を制御および同期化することが好ましい。コンピュータはまた、ＬａｂＶＩＥＷソフトウェア（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｃｏｒｐ．）など、汎用のデータ取得、制御、解析およびプレゼンテーション・ソフトウェアを実行することが好ましい。
【０１０７】
生体分析アッセイ用のＭＡＴＴＲの化学ルミネセンスの化合物
効率的に発光し、生体分析の目的に使用できる、化学ルミネセンス反応は非常に多く知られている。ＣＬ反応の幾つかのクラス（各クラスはそれぞれ多くの構造的に異なるものを含む）を挙げると、１，２−ジオキセタン、シュウ酸アリール、アクリジニウムエステル、ルミノール、およびルシゲニンがある。これらのクラスはすべて、免疫アッセイの標識として、または化学ルミネセンスの酵素基質として分析的に使用されている。ほとんどの場合、起こる発光化学反応は、二分子反応で、酸化剤をしばしば必要とする。過酸化水素および水酸化ナトリウムは、一般的な第２試薬である。これらの反応はすべて、昇温によって促進できる。遊離のＣＬ化合物、および免疫アッセイで使用するタンパク質改変用のリンカーで標識付けしたＣＬ化合物のこうした化合物のどちらも供給するメーカーがある。
【０１０８】
ＭＡＴＴＲのＣＬ反応に非常に有用なＣＬ反応物クラスの１つのタイプは、１，２−ジオキセタン反応である。ジオキセタンは、過酸化水素などの第２試薬がなくても発光する。さらに、ジオキセタンＣＬ反応は、図３に示されるように著しく温度依存性である。ジオキセタンは、酵素免疫アッセイならびにアルカリホスフォターゼ、グルクロニダーゼ、グルコシダーゼおよびベータ−ガラクトシダーゼ（Ｔｒｏｐｉｘ，Ｆｏｓｔｅｒ  Ｃｉｔｙ，ＣＡ）の酵素アッセイでグロー・タイプの試薬として使用される。図３から理解されるように、ジオキセタンは高温にすることにより、グロー・タイプの試薬からフラッシュ・タイプの試薬に変換することができる。様々なジオキセタンが、Ｔｒｏｐｉｘおよび他の供給元から市販されており、ジオキセタンをタンパク質と結合させる方法が、発表されている。さらにＴｒｏｐｉｘは、タンパク質に結合できる複合物を販売している。
【０１０９】
アクリジニウムエステルは、ＭＡＴＴＲに有用なＣＬ試薬のもう１つのクラスである。これらの化合物は、酸化剤の存在下で酸および塩基と反応し、フラッシュ・タイプのＣＬを生ずる。いくつかのアクリジニウムエステルが市販されている。Ｌｕｍｉｇｅｎ，Ｉｎｃ．（Ｓｏｕｔｈｆｉｅｌｄ，ＭＩ）により、単純な化学反応によってトリガされて、すばやいフラッシュとしてＣＬを生ずる、化学ルミネセンス標識付け用の小型の水溶性アクリジニウムエステルが販売されている。これらの化合物は、タンパク質、核酸および他の生体分子と共有結合できるよう改質される。これらの化合物の化学反応速度は、トリガ試薬を慎重に希釈することによって遅くできる。フラッシュＣＬは、マイクロ波加熱によって回復される。もう１つの会社Ａｓｓａｙ  Ｄｅｓｉｇｎｓ，Ｉｎｃ．（Ａｎｎ  Ａｒｂｏｒ，ＭＩ）も、アクリジニウムエステル標識付けキットを販売している。これらのアクリジニウムエステルは、ＮＨＳエステル官能基を介してタンパク質と結合する。Ａｓｓａｙ  Ｄｅｓｉｇｎは、発光に影響を与えるトリガ溶液も販売している。
【０１１０】
ＭＡＴＴＲチップをベースとする免疫アッセイ
ＭＡＴＴＲをベースとする免疫アッセイは、広範囲のどのような形式でも行うことができる。例えば、特定の捕捉分子が表面上にあるＭＡＴＴＲチップを検体溶液に浸し、続いて（必要なら）第２の抗体結合、および（必要なら）洗浄を行う（図５）。図５は、ＭＡＴＴＲをベースとするサンドイッチ免疫アッセイ（ＴＮＦα免疫アッセイ）を示す図である。マイクロ波加熱すると、多数のＣＬ標識からの発光が検体ＴＮＦαの存在を信号で伝える。免疫アッセイは、競合またはサンドイッチ免疫アッセイ形式を用いて実施する。信号標識、低分子量の化学ルミネセンス伝達分子が適切な表面結合分子上に存在する。結合および洗浄が完了するとすぐに、チップをＭＡＴＴＲ計器内に置き、分析を実施する。
【０１１１】
血管形成成長因子の免疫アッセイ検出
ＭＡＴＴＲ技術の応用例の１つは、ガンに関係する血管形成タンパク質の、免疫アッセイをベースとする検出である。血管形成は、血管新生とも呼ばれ、健康な体でも、外傷が治る間、女性の毎月の生殖周期および妊娠の際に起こる。血管形成は、体内で一連の「オン」および「オフ」スイッチを介して制御されるが、主要な「オン」スイッチは血管形成成長因子（サイトカイン）として知られ、一方、主要な「オフ」スイッチは内因性血管形成阻害剤として知られる。健康な体では、血管成長が適切になるように血管形成因子と抗血管形成因子との間にバランスが保たれている。
【０１１２】
腫瘍は、大量の血管形成成長因子を発現し、それ自体の血液の供給を補充する。充実性腫瘍は、一定の血管の供給を必要とし、それによりガン細胞はその成長の優位性を保つことが可能となる。腫瘍細胞により比較的大量の血管形成因子が分泌されるので、腫瘍脈管構造は、異常に広い管腔、異常な血流、うっ血の領域、および高い透過性を有する。多くの異なる血管由来のタンパク質があり、マルチ検体チップをベースとする検出および測定用として注目すべきものである。血管由来因子の分析は、生物医学の研究、およびガンを含む様々な疾病の治療における診断において重要である。
【０１１３】
抗血管形成治療により、有望な抗ガン戦略が提供される（Ｆｏｌｋｍａｎ，１９９７）。血管形成を阻害すると、血管の成長をさらに妨げ、転移を減らし、そのため腫瘍の成長を阻害することになる。この原理は、広く推進されている。現在、２０種を超える驚くほど多様な抗血管形成薬が臨床試験の評価を受けており（Ｓａａｒｉｓｔｏ等，２０００）、また、より多くのものが様々な研究開発の段階にある。
【０１１４】
免疫アッセイの一例は腫瘍壊死因子アルファ（ＴＮＦα）に対するものである。ＴＮＦαは、血管形成成長因子タンパク質である。高品質が必要とされる試薬、ＴＮＦαおよび適切な抗体ペアの市場供給源がいくつかある。Ｒ＆Ｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮ）は、このタンパク質のＣＬをベースとするアッセイを市販しており、これはＭＡＴＴＲをベースとするアッセイに使用できる。このアッセイは、サンドイッチ酵素免疫アッセイである。ＭＡＴＴＲを使用する場合、この技術分野で知られている手段により、化学ルミネセンス化合物の多数のコピーで第２の抗体を標識付けする。
【０１１５】
ＭＡＴＴＲチップをベースとする核酸プローブ・アッセイ：  ガン細胞遺伝子発現分析
誘電体チップ上のマイクロ波促進化学ルミネセンスのもう一つの実用的応用例は、ガン細胞の核酸の検出である。分子腫瘍学は、診断および予後の目的で多数のバイオマーカをますます使用する方向に進んでいる（Ｓｉｄｒａｎｓｋｙ，１９９７；ＡｂａｔｉおよびＬｉｏｔｔａ，１９９６；Ｍａｒｘ，２０００）。個々の腫瘍がいかに成長し、治療に反応するかを理解するのは、細胞分子がいかに相互作用し、細胞成長、転移および抗腫瘍剤に対する反応に影響するかを理解することに基づいている。ガンは非常に個別的な疾病であり、１つではなく何百の疾病であるので、１つや２つの腫瘍マーカだけではなく、多数の腫瘍マーカを同時に検出できることが将来非常に大切になるであろう。個人化された腫瘍学の分野は、２つの特徴を必要とする。１）ガン・タンパク質の複雑な分子の役割を理解すること、および２）腫瘍の個別的な特性を決定する、多くの重要な分子を検出および測定できることである。ＭＡＴＴＲは、両方の面において重要な役割を果たすことができる。ＭＡＴＴＲチップは、研究者が腫瘍の経路をマッピングするのを助け、ガン患者に対して効果的なオーダーメードの治療をするのに必要な重要な情報を医師に提供する。長期的には、ＭＡＴＴＲをベースとする遺伝子発現プロファイリングには、ガンのスクリーニング、診断、段階分け、監視および治療モニタにおいて潜在的に重要な役割が存在する。
【０１１６】
ＭＡＴＴＲはまた、ガンの段階分けのアッセイ・パネルの検出に、また微小残存病変（ＭＲＤ）の検出にも応用できる。ガンが診断された後、治療計画を決定する前に、ガンの程度、すなわち「段階」を決める。腫瘍の段階分け（腫瘍のサイズ／程度）、節の段階分け（リンパ節の関与）および転移の段階分け（転移の有無）を決める試験を実施する。段階分けは、血液および前哨リンパ節中の腫瘍細胞の分子試験を一部分使用することによって行う。腫瘍の段階分けは、ＭＡＴＴＲアレイ試験の非常に注目すべき応用例である。というのは、腫瘍の段階分けは、医師が治療戦略、特に合併療法を処方するかどうか、を決めることを可能にするからである。
【０１１７】
ＭＡＴＴＲチップの第２の予測し得る核酸診断応用例は、微小残存病変（ＭＲＤ）の検出である。他の方法では検出できない低レベルの循環ガン細胞を検出できるマルチ検体ｃＤＮＡパネル表示によって、治療の決定がおおいに改善されることになる。ＭＡＴＴＲを用いると、臨床および病理的な緩解期にある何人かの患者では、明らかな病理および治療的な意味を有する、「分子的疾病」の証拠が見出される。分子的診断は、ＭＲＤを同定する上で大きな潜在的可能性を有する。
【０１１８】
今後の検査は、ガン関連のバイオマーカ・アレイの検出および測定を伴うことになるは明らかである。マルチ検体パネルは、単一の検体テストと比較して明らかに優位性を有する。多数のマーカを用いることにより、陽性／陰性の誤りの可能性が相当に小さくなる。さらに、たぶん最も重要なことには、多数のバイオマーカによって、腫瘍の特性のより明確で完全な全体像が得られる。例えば、薬剤耐性の可能性または転移可能性を確実に決定することができる。たいていのガンでは、これらの決定を行うための理想的なパネルは、まだ明らかになっていない。ＭＡＴＴＲチップ技術はまた、強力な臨床試験および基礎研究手段になる可能性がある。多用途のアレイは、重要な分析的アレイを開発するのに有用であろう。
【０１１９】
ＭＡＴＴＲ技術は、幾つかの重要なガン・タンパク質のうちのどれが産生されているか決定するために、ガン細胞中でのｍＲＮＡを検出するのに使用できる。細胞ｍＲＮＡからＲＴ−ＰＣＲによって調製したｃＤＮＡについて分析が行われる。ＲＴ−ＰＣＲは、特定の細胞のｍＲＮＡを増幅する強力で高感度な方法（Ｌａｔｃｈｍａｎ，１９９５）であり、定性的および定量的分子診断の強力な方法（Ｆｒｅｅｍａｎ等，１９９９）になりつつある。ＲＴ−ＰＣＲでは、ｍＲＮＡを単離する（全部かポリアデニル化されたＲＮＡ）。次にＲＮＡを、レトロウィルスの酵素、逆転写酵素（「ｒｔ」）を用いて、相補性のＤＮＡ（ｃＤＮＡ）に逆転写する。プライマー（遺伝子特異的または汎用）が、逆転写を開始するために必要である。生成物ｃＤＮＡを、ポリメラーゼ連鎖反応（「ＰＣＲ」）などの場合と同様に増幅して、検出可能な量のｃＤＮＡを得る。ＲＴ−ＰＣＲは、ガン遺伝子発現を検出するのにしばしば使用される確立された方法（概説として、ＳｅｉｄｅｎおよびＳｋｌａｒ，１９９６を参照のこと）である。ガン遺伝子発現のＲＴ−ＰＣＲ分析のほとんど全ての公表報告では、単一のタイプのｍＲＮＡだけが検出されてきており、検出は電気泳動、および放射標識または染色によるものである。
【０１２０】
現在、個々の遺伝子変異および発現の単一検査が、腫瘍細胞の検出のために腫瘍学で臨床的に使用されている。いつか膨大なｃＤＮＡマイクロアレイが全ゲノムのレベルで腫瘍細胞を検出および特徴付けするのに一般的に使用されるであろう（Ｓｃｈｅｎａ等，１９９５；Ｈａｒｋｉｎ，２０００）。短期的には、選択的試験のより小さいパネルが、腫瘍細胞の高感度の検出および特徴付けに非常に価値をもつようになるであろう。ガン遺伝子発現のアレイ試験は、より信頼できる診断を提供するだけでなく、患者の予後についてのより多くの情報の全体像を提供するであろう。
【０１２１】
核酸の分析
ＭＡＴＴＲをベースとする核酸の分析は、同じ技術による免疫アッセイ分析と多くの共通点を有する。主要な相違点をここに述べる。アッセイは、以下のように行うことができる。
【０１２２】
（１）特異的な捕捉分子が表面上にあるＭＡＴＴＲチップ（図６）を検体溶液に浸すと、検体が表面に結合する。図６は、ＭＡＴＴＲをベースとする核酸のマイクロアレイ・アッセイを示す図である。マイクロ波加熱すると、多数のＣＬ標識からの発光が検体の存在を信号で伝える。アッセイの一タイプでは、捕捉された検体を検出することができる。というのは、その検体自体がＣＬ分子で前もって標識付けされているからである（Ｓｃｈｅｎａ等，１９９５）。標的ｃＤＮＡは、多くのよく知られた方法および試薬を用いて標識付けすることができる（Ｔｒｉｌｉｎｋ  ＢｉｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ；Ｇｌｅｎ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐ．，Ｓｔｅｒｌｉｎｇ，ＶＡ）。標的を多くのＣＬ記録グループで標識付けすることが好ましい。例えば、ＤＮＡは化学的にビオチン化でき、ビオチン化ＤＮＡ分子は、多数のルミノール分子で標識付けされたストレプトアビジンと結合できる（図６）。あるいは、第２のプローブを使用するサンドイッチタイプの形式を採用することもできる（Ｋｒｉｃｋａ，１９９９）。この形式では、チップ上に固定された第１のプローブが、未標識の標的分子を捕捉し、その標的分子がＣＬ標識付けされた第２のプローブを捕捉する。
【０１２３】
捕捉分子層を、ナイロン膜上にスポットする（図６）。このナイロンは、フルサイズの保護膜でも小円に打ち抜いたものでもよい。実際のスポット化プロセスは、手動のマイクロアレイ・スポッタで実施し（Ｘｅｎｏｐｏｒｅ  Ｃｏｒｐ．）、これは、１”×３”（２．５×７．５ｃｍ）の顕微鏡スライド上にスポットを付着することができる。手動のマイクロアレイヤは、単純な作業台上デバイスで、大きさはほんの５”×５”（１２．５×１２．５ｃｍ）であり、重さは３ポンド（１．４ｋｇ）未満である。外部の動力源は必要としない。被膜なしまたは誘導体化した顕微鏡用ガラススライド、カバーガラス、多孔膜、ゲルまたはプラスチックが用いられる。
【０１２４】
（２）いったん結合が完了すると、チップをＭＡＴＴＲ計器中のチップ・ホルダに置き、測定を行う。なお、予想される通り、マイクロ波の生成熱によって、検体は変性されるが、信号は影響を受けないことに注目すべきである。
【０１２５】
特定のｍＲＮＡの分析の説明
腫瘍細胞株中での特定のガン遺伝子の発現は、例えば、ＲＴ−ＰＣＲが腫瘍細胞株中のＥＧＦＲ  ｍＲＮＡを検出するのに用いられたＬｅｉｔｚｅｌ等（１９９８）の方法の改良法を用いて検出できる。ＥＧＦＲは、乳ガンにおける注目すべき予後マーカである。
【０１２６】
ＥＧＦＲを発現する適切な細胞株は、対照細胞株と同様に、培養Ａ４３１上皮ガン細胞（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｔｉｓｓｕｅ  Ｃｕｌｔｕｒｅ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，Ｍａｎａｓｓａｓ，ＶＡ）である。ＭＡＴＴＲチップ上に使用し、ＥＧＦＲ  ｃＤＮＡの検出を実証できる、適切なハイブリッド形成プライマーが、Ｌｅｉｔｚｅｌ等（１９９８）によって開示されている。全ＲＮＡを細胞から単離し、ＲＴ−ＰＣＲを実施する。ＲＴ−ＰＣＲの間、確立された手順でｃＤＮＡはビオチンで標識付けする。ビオチン化されたｃＤＮＡを、特異的なプライマーによりナイロンコートされたＭＡＴＴＲチップ上に捕捉する。次に、ルミノール標識付けされたストレプトアビジンを添加すると、それは、捕捉されたビオチンに結合する。少量の過酸化物を添加し、マイクロ波照射を行うと、発光が生じ、これをフィルムまたは電子的手段で検出する。
【０１２７】
以上、本発明を概括的に説明したが、下記の実施例の参照を通して本発明はより容易に理解されるであろう。これらの実施例は例示として提供するものであり、特に明記しない限り、本発明を限定するものではない。
【０１２８】
（実施例）
実施例１：  水中に懸濁させた炭素粒子に選択的に向けられるマイクロ波
水中の炭素粒子がそれを懸濁している水よりも相当に速く熱くなるかどうかをテストするために実験を実施した。実験では、通常の調理用マイクロ波オーブン（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ  ＮＮ−Ｓ９４９，出力１１００Ｗ，２．４５ＧＨＺ）を使用した。放射周波数では、炭素は水より損失性であることが知られている。したがって、（約１００ｍｌの）水中の（約２００ｍｇの）炭素懸濁液は、純水よりも速く熱くなるはずである。（１００ｍｌの）水を粉末炭素（木炭ブリケット（Ｓｕｐｅｒ  Ｇ，Ｌａｎｄｏｖｅｒ，ＭＤ）を乳鉢と乳棒を用いて粉末にすりつぶした）の存在下またはそれなしで加熱した。マイクロ波照射１分後、炭素含有水（８３°Ｆ（２８．３℃））は、９°Ｆ（５℃）だけ、水単独（７４°Ｆ（２３．３℃））より温かかった。（加熱された炭素の熱は水に移動し、その水の熱を測定した。）実験を繰り返し、同様の結果（炭素の存在下で９°Ｆ（５℃）熱い）が見出された。このことにより、誘電加熱によって水中で物質を選択的に加熱できることが示される。別の方法として、２．４５ＧＨｚで炭素よりも速く熱くなる誘電体も使用でき、または水をあまり加熱しない異なる周波数も使用できる（あるいは両方の方法を用いてもよい）。
【０１２９】
実施例２：  含水粘土に選択的に向けられるマイクロ波
３つの実験を実施して、含水粘土が水より相当に速く熱くなるかどうかをテストした。ＢｕｆｆｌｅｒおよびＲｉｓｍａｎ（１９９６）による報告では、とりわけ９１５ＭＨｚで粘土が水より速く熱くなるということである。粘土は成形可能で、ビーズ中でコア誘電体として、またはカートリッジ中で平らな表面として使用できる。この仮説をテストするために、２４５０ＭＨｚのマイクロ波を放射するオーブンを使用した。ＢｕｆｆｌｅｒおよびＲｉｓｍａｎの報告に基づくと、これらの（２４５０ＭＨｚ）実験において何らかの肯定的な結果が得られれば、９１５ＭＨｚではさらにより良い結果が得られることになる。
【０１３０】
実験１：  泉水を約１００ｍｌ、マイクロ波適応プラスチック・カップ中で６０秒間、実施例１で記載したものと同じマイクロ波で加熱した。温度は、２５．０℃から９２．５℃に上昇した。約２００ｍｇの粘土（ベントナイト２００クレイ、乾燥した粉末として、Ｇｒｅａｔ  Ｌａｋｅｓ  Ｃｌａｙ  ａｎｄ  Ｓｕｐｐｌｙ  Ｃｏ．，Ｃａｒｐｅｎｔｅｒｓｖｉｌｌｅ，ＩＬから供給される）を含んだ同量の水も、マイクロ波で加熱した。温度は、２５．０℃から９４．５℃に上昇した。この実験により、粘土は水より熱くなりやすく、粘土の存在下での温度変化は、（熱い）粘土粒子からバルク水への（わずかな）熱の移動によるものであることが示された。
【０１３１】
実験２：  泉水を約２００ｍｌ、マイクロ波適応プラスチック・カップ中で４５秒間、同じマイクロ波で加熱した。その温度は、１９．０℃から４９．０℃に上昇した。約５０ｍｇの粘土（ベントナイト２００クレイ）を含む同量の水をマイクロ波で加熱した。その温度は、１９．０℃から５２．０℃に上昇した。この実験により、粘土は水より熱くなりやすく、粘土の存在下での温度の変化は、（熱い）粘土粒子からバルク水への（わずかな）熱の移動によるものである証拠が得られた。
【０１３２】
実験３：  室温の泉水を約５０ｍｌ、マイクロ波適応プラスチック・カップ中で３０秒間、同じマイクロ波で加熱した。その温度は６８℃に上昇した。同体積の室温の水和されたベントナイト２００クレイ（最小の液体水）もマイクロ波で加熱した。温度は８４．０℃に上昇した。この実験は、２４５０ＭＨｚ（１１１０Ｗ）マイクロ波照射にさらされた場合、粘土は水より速く熱くなることを証明している。これはまた、実験１および２の粘土含有水の温度の増加は、相当に熱い粘土から冷たい水への（わずかな）熱の移動によるものであったことを示唆する。マイクロ波加熱は、水の存在下で粘土に向けた。
【０１３３】
実施例３：  Ｌ−フェニルアラニン−ｐ−ニトロアニリドと結合する炭素含有分子インプリンティングポリマー粒子の調製
人工生体分子がマイクロ波により加熱される誘電体と熱的に近接している可能性のある物理的形式が多数ある。形式の１つのタイプは、ビーズや粒子である。ここに記載する実施形態では、炭素粒子（誘電体）と分子インプリンティングポリマー（人工的な生体分子）が、複合物粒子を形成する。
【０１３４】
このポリマーは、プリンティング（鋳型）分子を共に含む溶液中のモノマーと架橋剤から作り出す。懸濁液中に炭素粒子も存在する。重合が生じるにつれ、成長する架橋ポリマーが鋳型分子および炭素粒子の両方を取り込む。ポリマー／炭素粒子複合物を、小さな砕片に砕く。この、ポリマー中の炭素粒子およびインプリンティングされた結合部位は、近接して存在する。
【０１３５】
この実施例では、誘電体／人工生体分子複合材料の調製を詳細に記載する。この複合物は、Ｌ−およびＤ−鏡像異性体の混合物からＬ−フェニルアラニン−ｐ−ニトロアニリドを選択的に加水分解するのに使用することができる。
【０１３６】
Ｄ−およびＬ−フェニルアラニン−ｐ−ニトロアニリドの合成（Ｏ'Ｓｈａｎｎｅｓｓｙ等，１９８９ａ）
Ｄ−およびＬ−フェニルアラニンアニリドは、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド中で、縮合剤として１，３−ジシクロヘキシルカルボジイミド／１−ヒドロキシベンゾトリアゾールを用いて、対応するＢＯＣ誘導体をアニリンと結合させることにより合成される。トリフルオロ酢酸による脱保護の後、生成した固体を０．１Ｍの塩酸で可溶化し、濾過し、トルエンで抽出する。１ＭのＮａＯＨの添加により、水相のｐＨを９に調整し、アニリドの遊離塩基を酢酸エチルで抽出した。次に、このアニリドの遊離塩基を１−プロパノール／ヘキサンから結晶化する。
【０１３７】
炭素粒子の調製
小粒径の炭素粒子は、上記の実施例１に記載したように木炭から調製することができる。あるいは、活性炭（Ｄａｒｃｏ（登録商標）ＫＢ，１００メッシュ，Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）を用いることができる。いずれの場合でも、乳棒と乳鉢を用いて炭素をすりつぶして微細な粒子を作り出す。炭素粒子をクロロホルム中に懸濁させ、１０μｍのふるいにかける。ふるいを通過したクロロホルムを相当に濃い炭素粒子の懸濁液が得られるまで蒸発させる。この炭素懸濁液を、分子インプリンティング重合中に溶媒として使用する。
【０１３８】
分子インプリンティングポリマー／炭素複合物の調製（Ｏ'Ｓｈａｎｎｅｓｓｙ等，１９８９ａ；Ｏ'Ｓｈａｎｎｅｓｓｙ等，１９８９ｂ）
上記の炭素粒子含有のクロロホルムを溶媒として使用する。５０ｍｌのガラス管中に、プリンティング分子Ｌ−フェニルアラニン−ｐ−ニトロアニリド（ＰＰＮＡ）を１．９５６ｍｍｏｌ、官能化モノマーメタクリル酸（ＭＭＡ）を７．８６ｍｍｏｌ、架橋剤エチレングリコールジメチルアクリラート（ＥＤＭＡ）を３９．３ｍｍｏｌ、溶媒を１２ｍｌ、開始剤２，２'−アゾビス（２−メチルプロピオニトリル）（ＡＩＢＮ）を０．５７ｍｍｏｌを加える。ガラス管を封じ、超音波処理により、完全に可溶化させる。混合物を超音波処理によって脱気し、窒素を５分間注入する。この混合物を４℃に冷却する。この温度で、懸濁した炭素粒子の沈殿を避けるために混合物を非常に穏やかに攪拌しながら、標準の実験室用ＵＶ源（３６６ｎｍ）を用いて一晩、照射する。
【０１３９】
生成したポリマー（固体）を小さな豆粒サイズの断片に砕き、次に乳棒と乳鉢を用いて粉末にすりつぶす。この粉末をクロロホルムに懸濁させ、次に１００μｍのふるいを通して濾過する。焼結ガラス漏斗を用いて、プリンティング分子を溶媒交換によって除去する。３０：７０の水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）とアセトニトリル（ＣＨ3ＣＮ）との混合液を用い、続いてＣＨ3ＣＮ単体を用いる。最後に複合物粒子を乾燥する。
【０１４０】
実施例４：  Ｌ−フェニルアラニン−ｐ−ニトロアニリドのマイクロ波加水分解；反応物溶液に接触した分子インプリンティングポリマー誘電体粒子
Ｌ−フェニルアラニン−ｐ−ニトロアニリド（Ｌ−ＰＰＮＡ）の加水分解を実施例３に記載のインプリンティングされた複合物粒子の存在下で実施する。この粒子（０．２ｇ）をＬ−ＰＰＮＡの５０ｍｌ溶液（０．１ｍＭ）中に懸濁させる。Ｌ−ＰＰＮＡの溶媒は、８０％ＣＨ3ＣＮ／２０％Ｈ2Ｏである（水は中性のｐＨ）。
【０１４１】
粒子／基質溶液を１１００Ｗ／２．４５０ＧＨｚマイクロ波内に置く。マイクロ波を粒子表面の反応を促進するのに十分な時間の間発生させる。対照として、同じ実験（Ｌ−ＰＰＮＡ溶液にマイクロ波を当てる）を粒子なしで繰り返す。
【０１４２】
ｐ−ニトロアニリンの量の分析を分光分析またはＨＰＬＣ分析によって実施する（どちらの分析法も、当分野の技術者には知られている）。その結果から、粒子の存在下でより多くのｐ−ニトロアニリンが生成されていることがわかる。
【０１４３】
マイクロ波加水分解がＬ−ＰＰＮＡの粒子への非特異的な結合の結果ではないことを示すために、Ｄ−ＰＰＮＡを用いて実験を繰り返す。その結果から、同一の条件下で、Ｄ−ＰＰＮＡよりＬ−ＰＰＮＡの方が多く加水分解されることが示される。これらの結果により、加水分解結合部位はＬ−ＰＰＮＡに対して鏡像異性体特異性を有することが示される。
【０１４４】
触媒としての分子インプリンティングポリマー（人工酵素）については、先行する記述がある（ＬｅｏｎｈａｒｄｔおよびＭｏｓｂａｃｈ，１９８７；Ｂｙｓｔｒｏｍ等，１９９３）が、本明細書は、触媒作用がマイクロ波による指向性加熱によって促進される人工酵素について最初に記述したものである。
【０１４５】
実施例５：  Ｌ−フェニルアラニン−ｐ−ニトロアニリドのマイクロ波加水分解；空気と接触した分子インプリンティングポリマー誘電体粒子
Ｌ−フェニルアラニン−ｐ−ニトロアニリド（Ｌ−ＰＰＮＡ）の加水分解を実施例３に記載のインプリンティングされた複合物粒子の存在下で実施する。この粒子（０．２ｇ）をＬ−ＰＰＮＡの５０ｍｌ溶液（０．１ｍＭ）中に懸濁させる。Ｌ−ＰＰＮＡの溶媒は、８０％ＣＨ3ＣＮ／２０％Ｈ2Ｏである（水は中性のｐＨ）。
【０１４６】
Ｌ−ＰＰＮＡが分子インプリンティングポリマーと結合平衡に達するのに十分な時間の後、複合物粒子を反応物溶液から濾過し、簡単に水で洗い、過剰な反応物を取り除く。
【０１４７】
濾過した粒子を１１００Ｗ／２．４５０ＧＨｚマイクロ波内に置く。マイクロ波を粒子表面の反応を促進するのに十分な時間の間発生させる。対照として、同じ実験（Ｌ−ＰＰＮＡ溶液にマイクロ波を当てる）を粒子なしで繰り返す。
【０１４８】
ｐ−ニトロアニリンの量の分析を分光分析またはＨＰＬＣ分析によって実施する（どちらの分析のタイプも、当分野の技術者には知られている）。結果により、対照の（インプリンティングされてない）粒子と比較して、インプリンティングされた粒子の存在下でより多くのｐ−ニトロアニリンが生成していることがわかる。
【０１４９】
マイクロ波加水分解がＬ−ＰＰＮＡの粒子への非特異的な結合の結果ではないことを示すために、Ｄ−ＰＰＮＡを用いて実験を繰り返す。結果により、同一の条件下で、Ｄ−ＰＰＮＡよりＬ−ＰＰＮＡの方が多く加水分解されていることが示される。これらの結果により、加水分解結合部位はＬ−ＰＰＮＡに対して鏡像異性体の特異性を有することが示される。
【０１５０】
実施例６：  ゼオライト被覆した粘土誘電体表面の調製
ゼオライトは、原油からガソリンへの変換ならびにＣＯ、ＮＯｘおよび炭化水素を排気ガスから取り除くための自動車のマフラ（Ｒｏｕｈｉ，２０００）を含めて多くの応用例で特定の化学反応を触媒するのに使用される多孔性無機固体である。反応は、ゼオライト中の密閉されたキャビティ内で起こる。いかなる化学反応とも同様に、ゼオライト空間内の反応速度は、温度とともに上昇する。
【０１５１】
ゼオライトは、誘電性のマイクロ波応答性材料の表面を含めた多孔性および非多孔性固体表面上（ｖａｎ  Ｂｅｋｋｕｍ等，１９９４；Ｊａｎｓｅｎ等，１９９４）に固定できる。ゼオライトの被覆は、フィルムでも層でもよい。フィルムは、支持体に平行モードで配向した細孔結晶の連続的な固相である。層は、支持体上に多かれ少なかれ無秩序に配向した細孔結晶の（非）連続的な固相である。ゼオライト被覆の調製はよく知られている（Ｊａｎｓｅｎ等，１９９４）。被覆は、形成したゼオライトの塗布により、または表面上にゼオライトを成長させることにより形成することができる。
【０１５２】
本実施例では、Ｙゼオライト（Ｚｅｏｌｙｓｔ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｖａｌｌｅｙ  Ｆｏｒｇｅ，ＰＡ）は、約０．５ｃｍ×０．５ｃｍのベントナイト２００粘土表面に、ディップ・コーティングの技術で付着させる（あるいは、支持体として炭素などの他の誘電体を使用できる）。ディップ・コーティングは、ゼオライトを表面に塗布する効率的で実証済みの方法であり、ほとんどの支持体表面に使用できる（ｖａｎ  Ｂｅｋｋｕｍ等，１９９４）。Ｙゼオライトは溶解されたポリマー材料を含むスラリにでき、これは溶媒除去の後、連続相層を形成する。一般的に添加される結合剤は、硬化させると、表面上に強力に結合したゼオライト層の形成を促進する。
【０１５３】
実施例７：  ゼオライトＹが被覆された粘土誘電体表面上の１−ナフチルフェニルアセテートのマイクロ波促進均一開裂
ゼオライトＹが被覆された粘土チップ（実施例６）を５０ｍｌビーカーの底に置く。１−ナフチルフェニルアセテート（ＮＰ）（１０ｍＭ）を含有するヘキサン２０ｍｌを添加する（Ｇｕ等，１９９９）。該ビーカーをマイクロ波オーブン（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ  ＮＮ−Ｓ９４９，出力１１００Ｗ，２．４５ＧＨＺ）内に置き、ゼオライト表面上に反応が起こるまで、マイクロ波を発生させる。照射に続いて、バルクのヘキサン溶液を記載のように（Ｇｕ等，１９９９）、ガスクロマトグラフィで特徴付けする。表面のゼオライトを純ヘキサンで抽出し、抽出物もＧＣで特徴付けする。ＮＰの反応の進行度は、ゼオライト抽出物中の方が、バルクヘキサン溶液中よりも高かった（生成物／反応物の濃縮比がより高い）。
【０１５４】
第２の実験では、２つのゼオライト被覆された粘土チップを、ヘキサン中に１０ｍＭのＮＰを含有する別々のビーカーに浸す。一方のビーカーをマイクロ波照射にさらし、他方のビーカーはさらさない。ゼオライト−粘土チップをヘキサン中に抽出し、ＧＣで分析する。マイクロ波照射されたゼオライトは、マイクロ波を当てないゼオライトより高い生成物／反応物比を含んでいることになる。
【０１５５】
実施例８：  断熱性メソ多孔性シリカ層による誘電性分子インプリンティングポリマーの被覆
誘電体／人工酵素複合物をさらにカプセルに包むことが必要な場合がある。多孔性断熱性カプセルまたは層は、誘電体からバルク溶媒への熱移動を減少させることになる。（なお、同等の結果が冷却された容器を用いてバルク溶液を冷やすことによって得られる。）
【０１５６】
数多くの材料、主にポリマーは、断熱層として使用できるものである。かかる材料の要件は、熱移動を減少させなければならないことであり、一方、少なくとも最小限に反応物の通過を可能にすることである。多孔層の厚さは、触媒される反応、使用される材料のタイプおよび所望の特定の用途を含む様々な要因に応じて最適化することができる。
【０１５７】
分子インプリンティングポリマーの場合、１つの技術は、インプリンティングされたポリマー表面を、プリンティング分子のない同じポリマーで被覆することである。したがって、材料の順序は、誘電体／インプリンティングされたポリマー／インプリンティングされてないポリマー／バルク溶液となる。上述したように、ポリマー層を形成することは、当技術分野で知られている。
【０１５８】
本実施例は、多孔性シリカ層がどのように誘電体／人工酵素複合物を被覆し，且つ断熱するのに使用することができるかを記載する。分子インプリンティングポリマー層で被覆された誘電体表面は、シリカで被覆される。インプリンティングされたポリマーをシリカ層で被覆するために、まずストック溶液を調製する（Ｍａｋｏｔｅ等，１９９８）。この溶液は、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、フェニルトリメトキシシラン（ＰＴＯＭＳ）、エトキシエタノール（ＥＥ）、水および０．１Ｍの塩酸を含む。ＴＭＯＳとＰＴＭＯＳの比は、１０：１である。溶液のｐＨは、水酸化カリウムを用いて、７に高める。３０分後、溶液を誘電体／分子インプリンティングポリマー上にコーティングする。コーティング法は、スピンコータ（Ｍａｋｏｔｅ等，１９９８）を使用しても、スプレイまたはディップ・コーティングによってもよい。生成した被覆された表面は、室温でデシケータ中で乾燥させる。シリカ被覆の断熱特性をさらに向上させるために、コーティング・プロセスを多数回繰り返し、多数の層を形成することができる。
【０１５９】
実施例９：  マイクロ波促進化学ルミネセンスの、フィルムをベースとする検出
化学ルミネセンス反応を用いて本発明をテストするために、多数の実験を実施した。実験では、顕微鏡のスライドを、その上でルミノール／過酸化物反応が起こって発光する「チップ」として調製した。チップは、素材（ガラス）そのままであり、または誘電体を有していた。用いられた誘電体は、チタン酸バリウムまたは活性炭であった。マイクロ波照射によってまたはそれなしで、フィルムを用いてＣＬ反応からの光を検出した。
【０１６０】
実験：
チップ：  誘電体チップを、通常の顕微鏡スライド（１インチ（２．５ｃｍ）×３インチ（７．５ｃｍ）×１ｍｍ）（ＶＷＲ  Ｍｉｃｒｏ  Ｓｌｉｄｅｓ）から作製した。２つのタイプのチップを作製した。一方のタイプは、誘電体スラリを顕微鏡スライドにスポットすることによって作製した。スポットの直径は約０．５ｃｍであった。次に、ＣＬ反応を直接に誘電体の上面で（それに接して）実施させた。もう一方のタイプのチップは、スライド間に何もない（対照チップ）、またはスライド間に誘電体フィルムを密接して挿入した２枚の顕微鏡スライドのサンドイッチであった。この「サンドイッチ・チップ」で、ＣＬ反応を誘電体層と接していない方のガラススライドの上側で実施した。使用した誘電体は、チタン酸バリウム（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，２０，８１０−８）および活性炭（Ｓｉｇｍａ  Ｃｈｅｍ．Ｃｏ．Ｃ４３８６）であった。濃い誘電体スラリを水と混合することによって調製した。チタン酸バリウムは、濃いペーストを形成し、木炭はより薄い混合物を形成した。
【０１６１】
化学ルミネセンス反応：  ルミノール（３−アミノフタルヒドラジド・モノナトリウム塩、Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ  ４４００７）は、アルカリ性のｐＨで過酸化水素と反応する。ルミノールの溶液を約７．９〜１０．２の様々なｐＨで調製する。溶液は、硫酸銅（ＩＩ）五水和物および緩衝剤（重炭酸ナトリウム）も含んでいた。様々な濃度およびｐＨ値で試したが、最終的にｐＨ８．０を用いることに決定し、ルミノールのルミノール濃度は４．４ｍＭであった（ストック溶液、これを１：１で過酸化物溶液と混合して反応を開始させた）。より高いｐＨでは、反応は速く進みすぎて、最初の１分で明らかに半分以上完了していた。より低いｐＨでは、この反応ははるかに遅く進行した。より低いルミノール濃度でも実現可能であるが、フィルム上に明るいスポットを得るためには４．４ｍＭが望ましかった。
【０１６２】
ルミノール溶液を等体積の希釈過酸化水素と混合してＣＬ反応を開始させた。３％過酸化水素を１：２０で希釈した。これがストック溶液（０．１５％）であった。
【０１６３】
チップ上で、スポットの全体積は、６．０μｌ（ルミノールと過酸化物がそれぞれ３．０）または３．０μｌ（それぞれ１．５）であった。
【０１６４】
データ記録：  最も高感度であるためには、当技術ではＣＣＤまたはＰＭＴ検出およびＣＬ光の分析を用いる。あるいは、特に、定量化が重要でなく、ある信号の定性的な測定が必要な場合、フィルムを使用すると便利である。さらに、フィルムをベースとするシステムは、たとえばＣＣＤカメラではなく、使い捨て可能な物が必要な場合には、重宝である。
【０１６５】
データをＡｍｅｒｓｈａｍ  Ｈｙｐｅｒ  ＥＣＬフィルムの各シート上に記録し、通常の方法に従って現像した。全ての場合、マイクロ波照射の下でまたはそれなしで、フィルムを２０秒間ＣＬチップにさらした。フィルム現像は、通常の手段によって行った（Ｋｏｄａｋ  Ｄ−１９現像器）。
【０１６６】
チップ・ホルダ：  チップ・ホルダは、音楽のＣＤケースで作製した。その透明なメチルメタクリル・ケースは、断熱材として機能し、フィルムが熱くなるのを防いだ。チップ・ホルダはまた、フィルムが反応表面と接触することを防いだ。ＣＤケースには、チップが動くことを防ぐため厚紙でできた挿入物を中に入れてあった。フィルムの端部を、チップの上でＣＤ箱の外側にテープで軽く貼り、ＣＤ箱を遮光性厚紙箱中に置いた。次に、この箱をマイクロ波オーブン内に置いた（オーブンの説明については実施例１を参照のこと）。
【０１６７】
実施した実験と結果：  全ての場合で、チップは１度使用し、廃棄した。マイクロ波照射は、回転トレイ上で行い、不均一な加熱を減らした。不均一な加熱によるアーチファクトの証拠は観測されなかった（多数の実験で、互いに一致する結果を得た）。
【０１６８】
１）  スポットされたチップ。スポットされたチップでの最初の研究は、はっきりしない結果を与えた。これは、試薬が直接に誘電体上にスポットされたことによるものと思われる。この反応物は、誘電体層にいくらか浸透したか、あるいは不均一に広がったかもしれない。この理由のため、炭素誘電体層およびチタン酸バリウム誘電体層の両方を用いて、実験の成功または失敗を決定することが難しかった。なお、誘電体と結合試薬との直接的な接触は本発明の要件ではない（図２参照）。
【０１６９】
２）  サンドイッチ・チップ。いわゆるサンドイッチ・チップでの結果は、スポットされたチップよりかなり良好であった。上記のように、サンドイッチ・チップは３つの層、すなわち、顕微鏡スライド、中間の誘電体層およびもう１つの顕微鏡スライド、を含む。これらのチップは、上記で用いられたスポットされたチップにまさる２つの大きな利点を有する。第１の利点は、反応が、不均一な誘電体スポット上ではなく、ガラス（周知の表面）上で起こることである。第２の利点は、誘電体層が大きく、１×３インチ（２．５×７．５ｃｍ）のスライド表面全体を被覆していることである。この誘電体の量が多いということは、チップをより熱くできることを意味する（なお、サンドイッチ・チップの表面は、追加の非連続層を加えることにより、熱いゾーンと冷たいゾーンにと分割できる）。
【０１７０】
ａ）  第１の実験では、３μｌのルミノール・ストック溶液を３μｌの過酸化物ストック溶液と混合した。３つのチップ、すなわち、ガラス（誘電体なし）チップ、チタン酸バリウムチップおよび活性炭チップ、のそれぞれの上にスポットを２つ置いた。チップをチップ・ホルダ中に並べて置き、ホルダにフィルムをテープで貼った。チップを２０秒間マイクロ波加熱し、フィルムを現像した。現像されたフィルムから、ガラスチップからはいくらか発光（２スポット見ることができた）があるが、チタン酸バリウムチップおよび活性炭チップからはより多くの発光があることが明らかになった。実際、活性炭チップは、散乱した大量の光を生じ、熱（２０秒）が強く、試薬スポットが飛散したことを示唆した。マイクロ波照射に続いて、チップ・ホルダを開けると、チップは全てそのまま目に見える状態であり、誘電体チップは、触れると対照チップより非常に熱かった。
【０１７１】
ｂ）  第２の実験では、ａ）で記載された実験を繰り返した。本質的に同じ結果が得られた。
【０１７２】
ｃ）  第３の実験では、この場合も３つのチップにスポットしたが、今度はルミノールと過酸化物をアッセイごとにそれぞれ１．５μｌ（前記で用いた半分の量）とした。ルミネセンスが室温で数分間ずっと輝いていることが肉眼で観察された。このため、チップは最初に室温でアッセイし（フィルムに２０秒さらす）、次に新しいフィルムとともにマイクロ波オーブン内に置き、もう２０秒間マイクロ波にさらした。現像後、２つのフィルムを比較した。マイクロ波照射前にチップに（２０秒）さらしたフィルムは、３つのチップすべての上でＣＬ反応に対応する光スポットを示した（全てかなりかすかであるが、チタン酸バリウムのチップは対照実験で一貫してより濃いスポットを与え、その誘電体の白色が光を上方のフィルムに反射していることを示唆している）。マイクロ波照射中にスライドにさらされたフィルムは、非常に異なって見えた。ガラス（誘電体なし）チップは、室温でさらしたものと違いがなかった。すなわち、スポットは淡かった。しかしながら、誘電体チップ上ではフィルムは劇的により多くの光を捕捉した。チタン酸バリウムのチップは、対照（室温）実験におけるものよりも濃いスポットを与えた。先に述べたように、活性炭のスポットの像は、非常に強く散乱しており、非常に大量の発光が生じ、温度がとても高かったかもしれないことを示唆した。この実験は、上記のようにマイクロ波加熱が誘電体チップ上でのＣＬ反応を促進することを実証している。
【０１７３】
ｄ）  ｃ）に記載された実験を繰り返し、実質的に同じ結果を得た。室温のスポットはかすかであるが、マイクロ波のスポット（対照スポットを除いて）は、フィルム上で濃い像を与えた。これらのデータは、明らかにマイクロ波標的促進反応を実施できることを実証している。
【０１７４】
ｅ）  フィルム上に見られる濃いスポットが本当にＣＬ反応からのもので、チップ自体の所産でないことを確認するために実験を行った。対照（２枚の顕微鏡スライドガラス）、チタン酸バリウム、活性炭および（粉末と脱イオン水から調製された）ベントナイト粘土を含むもう１つの誘電体チップの４つのチップを調製した。ＣＬ試薬はチップ上に置かなかった。４つのチップをチップ・ホルダに置き、Ｘ線フィルムを取り付け、ホルダにマイクロ波を２０秒間当てた。現像されたフィルムは完全にブランクであり、フィルム上に見られた全ての色の濃さは、ＣＬ発光から由来することを示した。
【０１７５】
ｆ）  ｃ）およびｄ）で述べた実験を２つの変更点を除いて繰り返した。１つの変更点は、チップ中で使用する活性炭の量を少なくしたこと。もう一方の変更点は、３つのチップの代わりに４つのチップを用いたことであり、すなわち、ベントナイト粘土誘電体チップを加えたことである。図７に、その結果を示す。図７は、マイクロ波によって促進され、トリガされる化学ルミネセンス反応を実証するための図である。この図は、「ブランクの」ガラスの顕微鏡スライドをベースとするチップと比較して、チタン酸バリウム、活性炭またはベントナイト粘土を含有する誘電体チップが、マイクロ波の照射により相当にルミノール／過酸化物の化学ルミネセンス反応を促進することを実証している。それぞれの縦のレーンは、１つの顕微鏡スライドをベースとするチップからの像である。フィルム上で、対照のレーンに２つのかすかなスポットを見ることができる。これらは、ガラスだけのチップ上の２つのアッセイ・スポットからのＣＬ発光を表す。他のチップ、すなわち、チタン酸バリウム、活性炭およびベントナイト粘土のスポットは、より強い発光を示す。これらの材料はすべて、チップ上での化学反応を促進するのに使用できる。
【０１７６】
参照文献：
下記のものは、本出願で引用された出版物のリストである。
【０１７７】
誘電加熱／材料
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Ｋｒｉｓｈｎａｎ，Ｔ．Ｒ．およびＩｂｒａｈａｍ，Ｉ．（１９９４）Ｊ．Ｐｈａｒｍ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ａｎａｌ．１２，２８７−２９４．
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Ｒｏｕｈｉ，Ａ．Ｍ．（２０００）Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｎｅｗｓ  ７８（３４）４０．
Ｓｈｉ等（１９９９）Ｎａｔｕｒｅ  ３９８，５９３．
Ｖａｎ  Ｂｅｋｋｕｍ，Ｈ．等（１９９４）ｉｎ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｚｅｏｌｉｔｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｊ．Ｃ．Ｊａｎｓｅｎ等，ｅｄｓ．，ｐｐ．５０９−５４２，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ．
【０１７９】
マクロ孔質コーティング
Ｊｉａｎｇ，Ｐ．等（１９９９）Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２１，１１６３０．
Ｍｏｋａｙａ，Ｒ．（１９９９）Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．３８，２９３０．
【０１８０】
マイクロチップ／マイクロアレイおよびアッセイ
Ｃｏｏｐｅｒ，Ｃ．Ｓ．（２００１）Ｂｒｅａｓｔ  Ｃａｎｃｅｒ  Ｒｅｓ．３，１５８−１７５．
Ｌｅｎｎｏｎ，Ｇ．Ｇ．（２０００）Ｄｒｕｇ  Ｄｉｓｃｏｖ．Ｔｏｄａｙ  ５，５９−６６．
Ｐａｓｉｎｅｔｔｉ，Ｇ．Ｍ．（２００１）  Ｊ．Ｎｅｕｒｏｓｃｉ．Ｒｅｓ．６５，４７１−４７６．
Ｄｒａｇｈｉｃｉ，Ｓ．等（２００１）Ｃｕｒｒ．Ｏｐｉｎ．Ｄｒｕｇ  Ｄｉｓｃｏｖ．Ｄｅｖ．（２００１）４，３３２−３３７．
Ｓｃｈｍａｌｚｉｎｇ，Ｄ．等（２０００）Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ  ２１，３９１９−３９３０．
Ｚｕｂｒｉｔｓｋｙ，Ｅ．（２００１）  Ｍｏｄｅｒｎ  Ｄｒｕｇ  Ｄｉｓｃｏｖ．，Ｍａｙ  ｉｓｓｕｅ，５９−７１．
Ｄｏｌｌｅ，Ｒ．Ｅ．（２０００）Ｊ．Ｃｏｍｂ．Ｃｈｅｍ．２，３８３−４３３．
Ｒｏｂｉｎｓｏｎ，Ｊ．Ｋ．（２０００）Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２８−３４．
【０１８１】
生物医学での実用的用途
Ｂｏｗｉｅ，Ａ．Ｒ．，Ｓａｎｄｅｒｓ，Ｍ．Ｇ．，およびＷｏｒｓｆｏｌｄ，Ｐ．Ｊ．（１９９６）Ｊ．Ｂｉｏｌｕｍｉｎ．Ｃｈｅｍｉｌｕｍｉｎ．１１，６１−９０．
Ｒｏｄａ，Ａ．，Ｐａｓｉｎｉ，Ｐ．，Ｇｕａｒｄｉｇｌｉ，Ｍ．，Ｂａｒａｌｄｉｎｉ，Ｍ．，Ｍｕｓｉａｎｉ，Ｍ．，およびＭｉｒａｓｏｌｉ，Ｍ．（２０００）Ｆｒｅｓｅｎｉｕｓ  Ｊ．Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．３６６，７５２−９．
Ｗｏｏｄ，Ｗ．Ｇ．（１９８４）Ｊ．Ｃｌｉｎ．Ｃｈｅｍ．Ｃｌｉｎ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．２２，９０５−９１８．
Ｆｏｌｋｍａｎ，Ｊ．（１９９７）ＥＸＳ  ７９，１−８．
Ｓａａｒｉｓｔｏ，Ａ．，Ｋａｒｐａｎｅｎ，Ｔ．，ａｎｄ  Ａｌｉｔａｌｏ，Ｋ．（２０００）Ｏｎｃｏｇｅｎｅ  １９，６１２２−６１２９．
Ｓｉｄｒａｎｓｋｙ，Ｄ．（１９９７）Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２７８，１０５４−１０５８．
Ａｂａｔｉ，Ａ．およびＬｉｏｔｔａ，Ｌ．Ａ．（１９９６）Ｃａｎｃｅｒ  ７８，１−３．
Ｍａｒｘ，Ｊ．（２０００）Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２８９，１６７０−１６７２．
Ｌａｔｃｈｍａｎ，Ｄ．Ｓ．（１９９５）  ＰＣＲ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｐａｔｈｏｌｏｇｙ．
Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ．ＮＹ，Ｏｘｆｏｒｄ  Ｕｎｉｖ．Ｐｒｅｓｓ．
Ｆｒｅｅｍａｎ，Ｗ．Ｍ．，Ｗａｌｋｅｒ，Ｓ．Ｊ．，およびＶｒａｎａ，Ｋ．Ｅ．（１９９９）ＢｉｏＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ２６，１１２−１２５．
Ｓｅｉｄｅｎ，Ｍ．Ｌ．およびＳｋｌａｒ，Ｊ．Ｌ．（１９９６）ｉｎ  Ｉｍｐｏｒｔａｎｔ  Ａｄｖａｎｃｅｓ  Ｉｎ  Ｏｎｃｏｌｏｇｙ，Ｄ．Ｔ．ＤｅＶｉｔａ，ｅｄ．，Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，Ｌｉｐｐｉｎｃｏｔｔ−Ｒａｖｅｎ．
Ｓｃｈｅｎａ，Ｍ．，Ｓｈａｌｏｎ，Ｄ．，Ｄａｖｉｓ，Ｒ．Ｗ．，およびＢｒｏｗｎ，Ｐ．Ｏ．（１９９５）Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２７０，４６７−４７０．
Ｈａｒｋｉｎ，Ｄ．Ｐ．（２０００）Ｏｎｃｏｌｏｇｉｓｔ  ５，５０１−７．
Ｋｒｉｃｋａ，Ｌ．Ｊ．（１９９９）Ｃｌｉｎ．Ｃｈｅｍ．４５，４５３−８．
Ｌｅｉｔｚｅｌ，Ｋ．，Ｌｉｅｕ，Ｂ．，Ｃｕｒｌｅｙ，Ｅ．，Ｓｍｉｔｈ，Ｊ．，Ｃｈｉｎｃｈｉｌｌｉ，Ｖ．，Ｒｙｃｈｌｉｋ，Ｗ．，およびＬｉｐｔｏｎ，Ａ．（１９９８）Ｃｌｉｎ．Ｃａｎｃｅｒ  Ｒｅｓ．４，３０３７−３０４３．
【０１８２】
本明細書で言及する全ての刊行物および特許は、それぞれの個々の刊行物または特許が参照により具体的かつ個別に組み込まれると明記されている場合と同様に、参照により本明細書に組み込まれる。
【０１８３】
本発明は、その特定の実施形態に関連して説明してきたが、さらに変更が可能であることが理解されるであろう。本出願は、本発明が属する技術分野の範囲内の既知または通例の慣例に含まれる、また前記で説明した本質的な特徴に適用することができる、かかる本開示からの逸脱も含めて、本発明の原理に一般に従う、本発明のどのような変更、使用または適用も包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  指向性マイクロ波化学のための粒子をベースとする材料を示す図である。
【図２】  指向性マイクロ波化学のための平らな表面をベースとする材料を示す図である。
【図３】  アダマンチリデンアダマンチン１，２−ジオキセタンの半減期と温度の関係を示す図である。
【図４】  ＭＡＴＴＲ計器の構成を示す図である。
【図５】  ＭＡＴＴＲをベースとするサンドイッチ免疫アッセイ（ＴＮＦα免疫アッセイ）を示す図である。
【図６】  ＭＡＴＴＲをベースとする核酸のマイクロアレイ・アッセイを示す図である。
【図７】  マイクロ波によって促進され、トリガされる化学ルミネセンス反応を実証するための実験結果を示す図である。
【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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