(57)【要約】【課題】  対象とする被検物質の正確な測定を可能とする、簡略化されかつ再生可能なセンサー設計を備えたセンサーを提供する。【解決手段】  センサー用のポリマー層であって、該ポリマー層に認識特性およびエネルギー変換特性を付与するナノ粒子がその内部に埋め込まれている前記ポリマー層、かかるポリマー層を含むセンサー、ならびに標的被検物質を検出および／または定量するための該センサー。【選択図】  図１  
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
認識特性およびエネルギー変換特性を有するポリマー層を含むセンサーであって、これらの特性が該ポリマー層内に埋め込まれた１種以上のナノ粒子に含まれる認識成分およびエネルギー変換成分により提供される、前記センサー。
【請求項２】
前記ポリマー層が、認識成分を含む第１ナノ粒子およびエネルギー変換成分を含む第２ナノ粒子を包埋する、請求項１記載のセンサー。
【請求項３】
前記ポリマー層が、認識成分とエネルギー変換成分の両方を含むナノ粒子を包埋する、請求項１記載のセンサー。
【請求項４】
前記認識成分が生物活性成分である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項５】
前記生物活性成分が、酵素、合成酵素および遺伝子操作された酵素からなる群より選択される、請求項４記載のセンサー。
【請求項６】
前記生物活性成分がグルコースオキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、サルコシンオキシダーゼおよびそれらの混合物からなる群より選択される酸化酵素である、請求項５記載のセンサー。
【請求項７】
前記酸化酵素がグルコースオキシダーゼである、請求項６記載のセンサー。
【請求項８】
前記エネルギー変換成分が光エネルギー変換成分である、請求項１〜７のいずれか1項に記載のセンサー。
【請求項９】
前記光エネルギー変換成分が発光色素からなる、請求項８記載のセンサー。
【請求項１０】
前記発光色素が、［Ru(ジフェニルフェナントロリン)3］、オクタエチル-Pt-ポルフィリン、オクタエチル-Pt-ポルフィリンケトン、テトラベンゾ-Pt-ポルフィリン、テトラフェニル-Pt-ポルフィリン、メソ-テトラフェニル-テトラベンゾ-Pt-ポルフィリン、テトラシクロヘキセニル-Pt-ポルフィリン、オクタエチル-Pt-クロリン、テトラフェニル-Pt-クロリンおよびそれらの混合物からなる群より選択される、請求項９記載のセンサー。
【請求項１１】
前記ナノ粒子がポリマー性ナノ粒子である、請求項１〜１０のいずれか1項に記載のセンサー。
【請求項１２】
前記ナノ粒子のポリマー材料が、ポリオレフィン、ビニルポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリシロキサンならびにそれらのコポリマーおよび混合物からなる群より選択される、請求項１１記載のセンサー。
【請求項１３】
前記ナノ粒子の平均粒径が10〜500 nmである、請求項１〜１２のいずれか1項に記載のセンサー。
【請求項１４】
前記ポリマー層が、ポリオレフィン、ビニルポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリウレタンならびにそれらのコポリマーおよび混合物からなる群より選択されるポリマーからなる、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項１５】
前記ポリマー層が1種以上のポリウレタンからなる、請求項１４記載のセンサー。
【請求項１６】
前記認識成分と前記エネルギー変換成分が、前記ポリマー層内に埋め込まれた１種以上のナノ粒子に内包されているか、コンジュゲートされているか、またはそれらと結合している、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項１７】
（ａ）  光伝達性基質、
（ｂ）  認識特性および光エネルギー変換特性を有するポリマー層であって、これらの特性が（ａ）上に配置された該ポリマー層内に埋め込まれた１種以上のナノ粒子に含まれる認識成分および光エネルギー変換成分によって提供される前記ポリマー層、ならびに
（ｃ）  前記ポリマー層上に配置されたメンブレン層、
を含む請求項1〜１６のいずれか1項に記載のセンサー。
【請求項１８】
標的被検物質を検出および／または定量するための、請求項１〜１７のいずれか1項に記載のセンサーの使用。
【請求項１９】
前記標的被検物質が、グルコース、乳酸、サルコシン、クレアチニンおよびそれらの混合物からなる群より選択される、請求項１８記載の使用。
【請求項２０】
前記標的被検物質がグルコースである、請求項１９記載の使用。
【請求項２１】
体液試料中の標的被検物質を検出および／または定量する、請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の使用。
【請求項２２】
認識特性およびエネルギー変換特性を有するポリマー層であって、これらの特性が該ポリマー層内に埋め込まれた1種以上のナノ粒子に含まれる認識成分およびエネルギー変換成分によって提供される、前記ポリマー層。
【請求項２３】
前記認識成分が生物活性成分である、請求項２２記載のポリマー層。
【請求項２４】
前記エネルギー変換成分が光エネルギー変換成分である、請求項２２または２３記載のポリマー層。
【請求項２５】
認識特性とエネルギー変換特性を有するポリマー層を含むセンサーの製造方法であって、以下の工程（ａ）〜（ｃ）：
（ａ）  光伝達性基質を提供する工程、
（ｂ）  請求項２２〜２４のいずれか１項に記載のポリマー層を前記基質上に配置する工程、および
（ｃ）  前記ポリマー層上をメンブレン層で覆う工程、
を含む前記製造方法。
【請求項２６】
前記メンブレン層の内部にカーボンブラックが組み込まれている、請求項２５記載の製造方法。
【請求項２７】
請求項１〜１７のいずれか1項に記載のセンサーまたは請求項２２〜２４のいずれか1項に記載のポリマー層における、認識成分および／もしくはエネルギー変換成分を含むナノ粒子の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサー用のポリマー層であって、該ポリマー層に認識特性およびエネルギー変換特性を付与するナノ粒子がその内部に埋め込まれている前記ポリマー層、かかるポリマー層を含むセンサー、ならびに標的被検物質を検出および／または定量するための該センサーの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象とする物質を定性的および定量的様式で測定するためのセンサーについては、これまでにも数多く記載されている。特に、環境および食品技術、医学ならびにバイオテクノロジーの分野では、正確な分析手段および方法の開発に高い関心が寄せられている。例えば、電気化学エネルギーまたは光エネルギーの変換を利用する酵素ベースのセンサーは、血中やその他の体液中の被検物質を測定するために広く用いられている。
【０００３】
一般に、古典的なセンサーは多層構造を有する。例えば特許文献１には、以下の一連の層（ａ）〜（ｃ）：（ａ）光伝達性酸素透過性マトリックス中に発光色素を含有する酸素感受性の層、（ｂ）水和性酸素透過性マトリックス中に酸化酵素を含有する酵素層、および（ｃ）該酵素層上に配置された急速水和性気体透過性被覆層、を含む多層構造を有する酵素ベースの光センサーが記載されている。
【０００４】
こうした多層構造型センサーの主な欠点は、再生可能な拡散手段を維持するための、複数の層同士の被覆適合性、平面上で利用しうる機能成分の限界密度、および各層の厚みを正確に制御することの難しさにおいて問題を抱える、センサーの複雑な堆積構造にある。このような拡散手段は、不十分なセンサー応答およびシグナル収率の低下を招く。
【０００５】
特許文献２では、２種の非混和性の層、1種の界面活性物質および1種の認識成分からミセル認識系を作製し、さらにこの系を単層に組み込むことにより、物質測定用の単層構造について別のアプローチが為されている。その際、対象とする物質は該認識成分との相互作用およびエネルギー変換工程（いずれも前記単層内で生じる）を経て検出される。しかし特許文献２に記載された該単層構造の仕組みは複雑であり、また適切なミセルを形成する必要があるため、かかる系の柔軟性および適用分野は限られている。従って、前述の古典的多層構造センサーと比較して、十分な簡略化に成功したとは言えない。
【特許文献１】米国特許第6, 107, 083号
【特許文献２】米国特許第6, 238, 930号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、対象とする被検物質の正確な測定を可能とする、簡略化されかつ再生可能なセンサー設計を有するセンサーを提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の基盤となった上記問題点は、認識特性およびエネルギー変換特性を有するポリマー層を含むセンサーであって、これらの特性が該ポリマー層内に埋め込まれた１種以上のナノ粒子に含まれる認識成分とエネルギー変換成分によって提供される前記センサーにより解決される。
【０００８】
本発明は、前記認識成分および前記エネルギー変換成分を単一層内に提供することにより、センサー内における層の数を減らし、またその結果として簡略化されたセンサーの製造を可能にした。さらに、該認識成分と該エネルギー変換成分とを単一層内で近接して組み合わせることにより迅速なセンサー応答を可能とし、また該センサーの効率が層の厚みに左右されにくくすることで改善された被覆再生性を得た。特に、前記層に認識特性およびエネルギー変換特性を付与するナノ粒子を提供することで、該ナノ粒子の構成成分や設計を変更することによって該センサー系をその種々の用途に合わせて簡便に調整できるようにした。例えば、各成分のサイズや密度、および配置を変更することができる。この方法により、例えば前記ポリマー層内に存在する認識成分やエネルギー変換成分の総量を調整することができる。その上、機能化ナノ粒子を本発明のポリマー層に用いると、該ポリマー層内のナノ粒子密度を変更することによってその感度およびダイナミック・レンジを調整することが可能となる。本発明のセンサーの更なる利点は、該ポリマー層の再生が容易であるため、複数の測定を行うのに適していることである。
【０００９】
本発明の改良型センサーは、薬学、医学、バイオテクノロジー、環境および食品技術ならびに飲料水および排水管理分野で使用するのに適している。その際には、本発明のセンサーと検出しようとする物質を含有する試料とを合わせて、この被検物質と前記ポリマー層内の前記認識成分との相互作用を生じさせる。該認識成分と該被検物質との相互作用により、該ポリマー層内に生成物が得られるかまたは該ポリマー層内部の条件に変化が生じる。以後、この相互作用を認識工程と称する。前記認識成分の近辺には、該認識工程で得られた生成物または条件変化に対して感受性の成分からなるエネルギー変換成分が提供されている。該生成物または該条件変化に対する「感受性」とは、該エネルギー変換成分の特性が該生成物または種々の周囲条件による影響を受けて変化し、かつその変化が検出可能であることを意味する。
【００１０】
酸化酵素の反応をベースとする酸化可能物質検出用センサーは、特に有用である。こうした酵素酸化反応では、該酵素周辺の酸素が消費されて前記ポリマー層内の酸素濃度が変化し、この変化は試料内の被検物質の量と直接関連する。。酸素濃度の変化は、例えば酸素感受性発光色素を用いて可視化することができる。こうした色素を利用し、該色素の発光における変化を測定することにより、試料中の被検物質の量を検知することができる。一般に、酸素が存在すると発光は消滅する。従って、酸素の消費はより強い発光をもたらし、またその結果生じた発光強度の変化は前記試料中の被検物質量の関数として検出することができる。
【００１１】
本発明のセンサーにおける単一ポリマー層中における認識特性およびエネルギー変換特性の組合せは、該ポリマー層内に機能化ナノ粒子を埋め込むことによって実現した。この際、２種の機能化ナノ粒子を使用できる。つまり、認識成分とエネルギー変換成分とを含むナノ粒子、およびこれら２成分のうち一方のみを含むナノ粒子である。これら２種のナノ粒子は所望により組み合わせることができるが、前記ポリマー層が認識特性とエネルギー変換特性とを併せ持つように選択しなくてはならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のある好適な実施形態では、前記センサー中のポリマー層には、認識成分を含む第１ナノ粒子およびエネルギー変換成分を含む第２ナノ粒子が埋め込まれている。
【００１３】
本発明の第２の好適な実施形態では、前記センサー中のポリマー層に、認識成分とエネルギー変換成分の両方を含むナノ粒子が埋め込まれている。
【００１４】
本発明においては、前記認識成分は、認識工程において被検物質と選択的に相互作用しうる化学的または生化学的物質である。この相互作用を介することで、該被検物質を検出および／または定量することができる。例えば、前記認識工程は前記認識成分と該被検物質との間の反応またはカップリングであり、その結果として検出可能な物質消費、検出可能な生成物の形成、または周囲条件の検出可能な変化が生じる。
【００１５】
好ましくは、前記認識成分は生物活性成分または生細胞もしくは生細菌である。特に、該生物活性成分は、酵素、合成酵素、遺伝子操作された酵素、抗体、ペプチド、炭水化物、レクチン、脂質およびそれらの混合物からなる群より選択される。さらに好ましくは、該生物活性成分は、検出しようとする物質に応じてヒドロラーゼ、プロテアーゼおよびオキシダーゼから選択される酵素である。オキダーゼが特に適している。例えばグルコース、コレステロール、乳酸（lactate）またはサルコシン（sarcosinate）などの酵素酸化しうる被検物質は、酸化酵素を用いて検出することができる。かかる酸化酵素は、グルコースオキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、サルコシンオキシダーゼおよびそれらの混合物からなる群より選択することができる。
【００１６】
本発明においては、前記認識成分は、数種の化学物質および／または生物学的物質から成る、カスケード認識系を形成しうる。該認識系は、対象とする被検物質が該認識成分と相互作用しても検出可能および定量可能なシグナルを直接生じない場合に特に有用である。この場合、２番目以降の認識成分が先の認識工程で得られた生成物と反応または相互作用することによって適切な生成物または周囲条件変化を生じ、これがシグナルを生じる。
【００１７】
本発明のエネルギー変換成分は、前記認識工程の成分または該工程で生じた周囲条件変化に対して感受性の成分からなる。該エネルギー変換成分は光エネルギーまたは電気化学エネルギー変換成分であってもよく、この場合に得られる測定変数はそれぞれ、光シグナルおよび電気シグナルである。
【００１８】
光エネルギー変換成分は、そのスペクトル特性が前記認識工程で生じた周囲条件変化に応じて変化しうる成分から成る。該特性は、pH変化、特定のイオンまたは分子の存在、酸化剤または還元剤によって変化しうる。例えば、前記光エネルギー変換成分が発する放射線の強度変化は前記認識工程で消費または生成された化合物の影響を受ける可能性があるため、対象とする物質の存在および／またはその量と関連付けることができる。こうした強度変化は、例えば酸素による消光を原因とする場合がある。発光強度の低下または上昇（前記認識工程が酸素を生成するかまたは消費するかに依存する）を検出することにより、被検物質のタイプおよび／またはその量に関する情報が得られる。通常、一旦放出された放射線が消滅する（すなわち酸素が存在する）と発光強度は低下し、また酸素が消費されると該強度は上昇する。さらに、前記光エネルギー変換成分は、最初のうちは光シグナルを生じないが、前記認識工程で得られた生成物または周囲条件変化によって変換されると光シグナルを生じる物質で構成されていてもよい。
【００１９】
電気化学エネルギー変換成分は、例えば、前記認識工程で生じた電流、電位または電気伝導率の変化に反応する。
【００２０】
本発明の好適な実施形態では、前記センサー中の前記エネルギー変換成分は光エネルギー変換成分である。好ましくは、該光エネルギー変換成分は、前記認識工程で消費されるかまたは形成される成分に対して感受性の色素からなる。さらに好ましくは、発光色素を使用する。本発明のセンサーで使用するのに適した色素は、2,2’-ビピリジン、1,10-フェナントロリン、4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン、4,7-ジメチル-1,10-フェナントロリン、4,7-ジスルホン化-ジフェニル-1,10-フェナントロリン、5-ブロモ-1,10-フェナントロリン、5-クロロ-1,10-フェナントロリン、2,2’-ビ-2-チアゾリン、2,2’-ジチアゾールと錯体を形成したルテニウム(II)、オスミウム(II)、イリジウム(III)、ロジウム(III)およびクロミウム(III)イオン、ポルフィリン、クロリンおよびフタロシアニンと錯体を形成したVO2+、Cu2+、Zn2+、Pt2+、Pd2+、ならびにそれらの混合物からなる群より選択される。好適な実施形態では、該発光色素は［Ru(ジフェニルフェナントロリン)3］、オクタエチル-Pt-ポルフィリン、オクタエチル-Pt-ポルフィリンケトン、テトラベンゾ-Pt-ポルフィリン、テトラフェニル-Pt-ポルフィリン、メソ-テトラフェニル-テトラベンゾ-Pt-ポルフィリン、テトラシクロヘキセニル-Pt-ポルフィリン、オクタエチル-Pt-クロリン、テトラフェニル-Pt-クロリンまたはそれらの混合物である。
【００２１】
その他に考えられるエネルギー変換成分としては、例えば、指示薬の酸化／還元によって光シグナルを生じるレドックス指示薬、プロトン濃度の変化に応答するpH指示薬などの指示薬、ならびに前記認識工程で形成されたイオンおよび／または分子と光学的に検出可能なキレートまたは錯体を形成するイオノフォアや他の適切なキレート剤がある。
【００２２】
前記認識成分および／または前記エネルギー変換成分を含む前記ナノ粒子は、好ましくは固体または半固体の粒子である。より好ましくは、固体ポリマー材料などの固体材料を使用する。こうした固体または半固体粒子の材料は通常、任意の無機または有機の合成または天然材料から選択することができる。好ましくは、前記ナノ粒子をポリマー材料または半導体材料（例えば、いわゆる量子ドット）から作製する。適切な無機材料の例としては、SiO2、BaSO4、ガラスなどがある。有機材料は合成および天然ポリマーから選択することができる。天然ポリマーの例としては、アルギン酸塩、セルロースまたはセルロース誘導体がある。
【００２３】
適切なポリマーの具体例としては、ポリオレフィン、ビニルポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリシロキサンならびにそれらのコポリマーおよび混合物がある。前記ナノ粒子は特に、ポリスチレン、ポリ(t-ブチルスチレン)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリイソブテンならびにそれらのコポリマーおよび混合物から作製する。
【００２４】
酸化酵素を認識成分として使用する場合、前記ナノ粒子は好ましくは酸素高透過性のポリマーまたはコポリマーから作製する。適切なポリマーの具体例としては、シリコン、ポリブタジエン、ポリ-(t-ブチルスチレン)がある。
【００２５】
前記ナノ粒子は、物理特性（例えば、密度、屈折率）や活性成分の特性を改変するための成分を含んでいてもよい。該ナノ粒子のサイズは、平均粒径にして10〜500 nmの範囲で変更しうる。好ましくは、該ナノ粒子の平均粒径は30〜300 nmであり、より好ましくは100〜200 nmである。該ナノ粒子のサイズは、例えば該ナノ粒子内に組み込もうとする活性成分の量や該ナノ粒子内における活性成分の所要密度に応じて決定される。
【００２６】
前記認識成分および／または前記エネルギー変換成分は、それぞれが前記ナノ粒子もしくは前記ナノ粒子材料に内包されているか、コンジュゲートされているか、またはそれらと結合している。
【００２７】
例えば、前記認識成分および／または前記エネルギー変換成分が前記ナノ粒子に内包されている場合、これらの成分は該ナノ粒子材料と共有結合しているわけではなく、物理的包括によってその内部に保持されているに過ぎない。特に前記活性成分は、該ナノ粒子内に均一に分配されている。前記認識成分および／または前記エネルギー変換成分を、該ナノ粒子の表面および／または該ナノ粒子の内部にて該ナノ粒子にコンジュゲートすることもできる。コンジュゲートは静電相互作用、誘起力および水素結合またはイオン結合などの分子間力により生じる。さらに、前記成分を該ナノ粒子表面および／または該ナノ粒子内のナノ粒子材料に結合、すなわち共有結合させることもできる。
【００２８】
本発明の好適な実施形態では、前記エネルギー変換成分は前記ナノ粒子に内包されており、また前記認識成分は前記ナノ粒子の表面に共有結合している。
【００２９】
本発明の別の好適な実施形態では、同一のナノ粒子が前記エネルギー変換成分と前記認識成分との両方を含んでおり、さらにここで該エネルギー変換成分は該ナノ粒子に内包されており、かつ該認識成分は該ナノ粒子の表面に共有結合している。
【００３０】
本発明のセンサーでは、先に記載したナノ粒子をポリマー層内に埋め込むことにより該層に認識特性およびエネルギー変換特性を付与する。埋め込みは、該ナノ粒子の該ポリマー層への物理的包括および／または共有結合および／またはコンジュゲートにより達成される。好ましくは、該ナノ粒子は該ポリマー層内に分散されており、かつ物理的包括によってその内部に保持されている。
【００３１】
前記ナノ粒子を前記ポリマー層内に均一に分散させることもできるが、かかる単一ポリマー層内にナノ粒子が種々の密度で存在している方が望ましい場合もある。例えば、前記センサーの接触表面付近に該ポリマー層の内部または他方の面よりも多くのナノ粒子が存在している方が好ましい場合もある。
【００３２】
一般に、前記ポリマー層は任意の無機または有機の天然または合成ポリマーから作製することができるが、この場合は該ポリマーが急速に水和可能であることが好ましい。また、特に酸素がエネルギー変換工程に関与する場合は、該ポリマー層は酸素透過性であることが好ましい。
【００３３】
本発明のセンサーに使用する前記ポリマー層として適したポリマーの例は、好ましくはポリオレフィン、ビニルポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリウレタン、ならびにそれらのコポリマーおよび混合物からなる群より選択される。該ポリマー層は、好ましくは１種以上のポリウレタンからなる。
【００３４】
本発明のセンサーの利点は、前記ポリマー層内のナノ粒子密度や各ナノ粒子内の認識成分および／もしくはエネルギー変換成分の量を変更することにより、該センサーの感度およびダイナミック・レンジを調整できることである。従って、例えば該ポリマー層内に高密度のナノ粒子を配することにより、迅速なセンサー応答を達成することができる。
【００３５】
本発明の具体的な実施形態は、（ａ）光伝達性基質、（ｂ）認識特性および光エネルギー変換特性を有するポリマー層であって、これらの特性が（ａ）の上に配置された該ポリマー層内に含まれる認識成分と光エネルギー変換成分によって提供される前記ポリマー層、ならびに（ｃ）該ポリマー層上に配置されたメンブレン層、を含むセンサーである。
【００３６】
本発明の前記実施形態における前記光伝達性基質としては、前記光エネルギー変換成分（好ましくは発光色素）を励起するための放射線を伝達可能なものを使用すべきである。また検出のためには、該エネルギー変換成分から放出された放射線が反対側の該光伝達性基質を通過しなくてはならない。好ましくは、該光伝達性基質として気体、特に酸素に対する透過性が低いものを使用する。特に、気体に対する感受性（特に酸素感受性）を示すエネルギー変換成分を用いると、該エネルギー変換成分の応答時のゆがみを防止することができる。該光伝達性基質として適した材料としては、有機または無機材料、特にポリマー材料、例えばガラス、特にMYLAR（商標）ガラス、ポリエチレンテレフタラート（PET）およびポリ塩化ビニリデン（PVO）がある。
【００３７】
前記の層の上には先に記載したポリマー層が配置されており、さらにメンブレン層（ｃ）が該ポリマー層を覆っている。
【００３８】
前記メンブレン層は、好ましくは光学アイソレーションを提供するものであり、前記ポリマー層を覆うことで拡散過程を調整する。該メンブレン層は特定の物質、例えば検出しようとする被検物質だけが通過できるよう構築することが可能であり、また該層は急速に水和可能であることが好ましい。
【００３９】
前記メンブレン層に使用しうる材料は水不溶性ポリマーであり、好ましくはポリウレタン、ポリアクリルアミド、ポリスチレン、ポリビニルエステルおよびそれらのコポリマー（例えばブタジエンとスチレンとのコポリマー）から選択される。好ましくは、前記メンブレン層中には、光学アイソレーションのためにカーボンブラックが組み込まれている。
【００４０】
本発明の好適な実施形態は、試料中のグルコースを検出するためのセンサーである。この実施形態では、前記認識成分は酸化酵素・グルコースオキシダーゼであり、前記光エネルギー変換成分は発光色素である。前記試料中に存在するグルコースがグルコースオキシダーゼと酸素により酸化されると、前記ポリマー層内の酸素が消費される。酸素感受性である発光色素からなる前記エネルギー変換成分は酸素の枯渇に応答してその発光強度を増大させるため、これを分光器で検出することができる。
【００４１】
本発明のセンサーの更なる利点は、該センサーが迅速に再生可能なことである。例えば、酸化酵素ベースのセンサーとして使用する場合、該センサー中のポリマー層内部の酸素濃度は、標的被検物質との酵素反応中に低下するが、これは直ちに回復させることができる。
【００４２】
本発明の他の具体的な実施形態は、１工程では酵素酸化することができないクレアチニンなどの被検物質を検出するのに適したセンサーである。この場合、前記認識成分は数種の酵素から成り、そのうちの第１酵素をによってクレアチニンは酸化可能な中間物質（サルコシン）に変換され、次いで酸化酵素（サルコシンオキシダーゼ）によって酸化される。この酵素酸化反応における酸素の消費は酸素感受性色素によって検出することが可能であり、この点は上記のグルコースセンサーと類似している。
【００４３】
本発明のセンサーは、体液試料などの試料を定性的または定量的に分析する際に非常に有用である。
【００４４】
従って、本発明のさらなる実施形態は、標的被検物質を検出および／または定量するための本発明のセンサーの使用である。例えば、本発明のセンサーを、環境、食品、排水、飲料水および医薬試料中の特定物質を検出するために、またはバイオテクノロジー分野における分析のために使用することができる。本発明のセンサーは、血液または血清、尿および唾液などの体液試料中に純粋な状態または希釈された状態で存在する標的被検物質の検出および／または定量などの医学的用途において、特に有用である。対象とする標的被検物質は特にグルコース、乳酸、サルコシン、クレアチニンおよびそれらの混合物からなる群より選択され、本発明のセンサーはグルコースの検出および／または定量の際に特に有用である。
【００４５】
本発明のさらなる実施形態は、認識特性およびエネルギー変換特性を有するポリマー層であって、これらの特性が該ポリマー層内に埋め込まれた1種以上のナノ粒子に含まれる認識成分およびエネルギー変換成分によって提供される、前記ポリマー層である。
【００４６】
適切なポリマー材料、エネルギー変換成分および認識成分の具体例については既に記載してある。
【００４７】
前記ポリマー層を、上記センサー内に組み込むと特に有用である。
【００４８】
本発明のさらに別の実施形態は、認識特性およびエネルギー変換特性を有するポリマー層を含むセンサーの製造方法であり、該方法は（ａ）光伝達性基質を提供する工程、（ｂ）認識特性およびエネルギー変換特性を有するポリマー層であって、これらの特性が該ポリマー層内に埋め込まれた1種以上のナノ粒子に含まれる認識成分およびエネルギー変換成分によって提供される前記ポリマー層を前記基質上に配置する工程、ならびに（ｃ）該ポリマー層上をメンブレン層で覆う工程、を含む。
【００４９】
好ましくは、前記工程（ｂ）のポリマー層を、カーボンブラックを組み込んだメンブレン層で覆う（前記工程（ｃ））。この被覆工程により、光学アイソレーションが提供され、また拡散過程が調整される。
【００５０】
本発明のさらに別の実施形態は、本発明のセンサーまたはポリマー層における認識成分および／またはエネルギー変換成分を含むナノ粒子の使用である。
【００５１】
本発明を、別途提出した図面および後述の実施例を用いてさらに詳しく説明する。
【実施例】
【００５２】
実施例１
図1Bに示す通りにグルコースセンサーを構築した。該センサーには、ルテニウム錯体［Ru(ジフェニルフェナントロリン)3］を添加したポリ(t-ブチルスチレン)ナノ粒子30mg、およびポリウレタンマトリックス中に分散させたグルコースオキシダーゼにコンジュゲートされたポリスチレン性ナノ粒子50mgが含まれていた。
【００５３】
次に、この多機能層の上部を、光学アイソレーションおよび拡散過程の調整を目的として、カーボンブラックを組み込んだメンブレンで覆った。
【００５４】
下記表１は、トノメーターで150トールの酸素分圧に調整した対照溶液における、種々の濃度のグルコースに対する蛍光シグナル応答[動力学的測定：１秒当たりの蛍光強度変化(△I／秒)]を示したものである。
【表１】
2005151972.tif 000003
【００５５】
各対照溶液を注入した後、前記センサーカセットをトノメーターで90トールの酸素分圧に調整したOptiバッファで手作業にて５回洗浄し、その後再較正のために90トール酸素を含有する気体で外部から吹き流した（再較正に要した時間は60秒未満であった）。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、本発明の２つの好適な実施形態を説明するための概略図である。（Ａ）は発光色素が添加され、かつ酸化酵素にコンジュゲートされたナノ粒子を含む本発明のポリマー層を表す。（Ｂ）もまた本発明の１実施形態を表しているが、この場合は２種のナノ粒子集団、すなわち発光色素が添加されたナノ粒子集団と酸化酵素にコンジュゲートされたナノ粒子集団とが、同一のポリマー層内に埋め込まれている。
【図２】図２は、従来の多層構造型センサー表す。該センサーでは、認識成分（酵素）およびエネルギー変換成分（酸素感受性）は別個の層に含まれている。
【図１】
2005151972.tif 000004
【図２】
2005151972.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月8日(2004.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
認識特性およびエネルギー変換特性を有するポリマー層を含むセンサーであって、これらの特性が該ポリマー層内に埋め込まれた１種以上のナノ粒子に含まれる認識成分およびエネルギー変換成分により提供される、前記センサー。
【請求項２】
前記ポリマー層が、認識成分を含む第１ナノ粒子およびエネルギー変換成分を含む第２ナノ粒子を包埋する、請求項１記載のセンサー。
【請求項３】
前記ポリマー層が、認識成分とエネルギー変換成分の両方を含むナノ粒子を包埋する、請求項１記載のセンサー。
【請求項４】
前記認識成分と前記エネルギー変換成分が、前記ポリマー層内に埋め込まれた１種以上のナノ粒子に内包されているか、コンジュゲートされているか、またはそれらと結合している、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項５】
（ａ）  光伝達性基質、
（ｂ）  認識特性および光エネルギー変換特性を有するポリマー層であって、これらの特性が（ａ）上に配置された該ポリマー層内に埋め込まれた１種以上のナノ粒子に含まれる認識成分および光エネルギー変換成分によって提供される前記ポリマー層、ならびに
（ｃ）  前記ポリマー層上に配置されたメンブレン層、
を含む請求項1〜４のいずれか1項に記載のセンサー。
【請求項６】
標的被検物質を検出および／または定量するための、請求項１〜５のいずれか1項に記載のセンサーの使用。
【請求項７】
認識特性およびエネルギー変換特性を有するポリマー層であって、これらの特性が該ポリマー層内に埋め込まれた1種以上のナノ粒子に含まれる認識成分およびエネルギー変換成分によって提供される、前記ポリマー層。
【請求項８】
認識特性とエネルギー変換特性を有するポリマー層を含むセンサーの製造方法であって、以下の工程（ａ）〜（ｃ）：
（ａ）  光伝達性基質を提供する工程、
（ｂ）  請求項７に記載のポリマー層を前記基質上に配置する工程、および
（ｃ）  前記ポリマー層上をメンブレン層で覆う工程、
を含む前記製造方法。
【外国語明細書】
2005151972000001.pdf