(57)【要約】本発明はごく微量の対象とする物質（たとえば対象とする化学または生物物質）における質量変化事象を測定する方法に関する。質量変化事象はたとえば特異結合またはヌクレオチドの相補でよく、他の（非特異的な）事象に対し識別されてよい。
2004529358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
局所環境における対象とする物質の質量変化事象を測定するための方法であって、前記方法が：
（Ａ）対象とする物質における質量変化事象によって引き起こされる局所環境における変    化に対し、計測可能な応答を示すことが可能なセンサー成分を具備したセンサー装置    を提供すること；
（Ｂ）前記対象とする物質を前記局所環境内に導入すること；
（Ｃ）前記対象とする物質における前記質量変化事象を誘導すること；
（Ｄ）ある時間範囲にわたり、前記センサー成分から出力を発生すること；
（Ｅ）前記時間範囲にわたり、出力特性の応答を測定すること；および
（Ｆ）前記時間範囲にわたる前記出力特性の応答を、前記質量変化事象に関係づけること    、を含んでなる方法。
【請求項２】
段階（Ｄ）が：前記センサー成分を電磁放射線を用いて照射して、ある時間範囲にわたり出力を発生すること、を含んでなる請求項第１項に記載の方法。
【請求項３】
前記質量変化事象が化学的な質量変化事象である、請求項第１または２項に記載の方法。
【請求項４】
前記質量変化事象が特異的な分子（または原子）の相互作用である、請求項第３項に記載の方法。
【請求項５】
前記質量変化事象が特異的な会合性または解離性の分子相互作用である、請求項第４項に記載の方法。
【請求項６】
前記質量変化事象が結合事象である、請求項第１項ないし第５項のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記質量変化事象が特異的結合事象である、請求項第１項ないし第６項のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記結合事象が結合形成または結合切断事象である、請求項第１項ないし第６項のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記結合事象が会合性事象または解離性事象である、請求項第１項ないし第６項のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記結合事象が分子組成物の形成かまたは分子組成物の分解である、請求項第９項に記載の方法。
【請求項１１】
前記対象とする物質が生物分子である、請求項第６項ないし第１０項のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記生物分子が抗原であり、前記結合事象が抗体／抗原特異結合対の形成である、請求項第１１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記質量変化事象が前記対象とする物質の構造変化である、請求項第１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記構造変化が分子の再配列である、請求項第１３項に記載の方法。
【請求項１５】
前記対象とする物質がヌクレオチドであり、前記質量変化事象が有効なヌクレオチドの相補である、請求項第１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記質量変化事象が物理的な質量変化事象である、請求項第１項または第２項に記載の方法。
【請求項１７】
前記質量変化事象が凝集である、請求項第１６項に記載の方法。
【請求項１８】
段階（Ｃ）が：前記質量変化事象を誘導するためなどの条件を賦課することを含んでなる、先行するいずれかの請求項に記載の方法。
【請求項１９】
前記条件が選ばれた温度、圧力、酸性度、溶媒、および湿度からなる群より選ばれる、請求項第１８項に記載の方法。
【請求項２０】
前記センサー装置が干渉センサー装置である、先行するいずれかの請求項に記載の方法。
【請求項２１】
前記センサー成分が：
（ａ）前記局所環境において前記質量変化事象により引き起こされる変化に対し計測可能な応答を二次導波路内に誘導することが可能な一以上のセンシング層か、または（ｂ）前記局所環境において前記質量変化事象により引き起こされる変化に対し計測可能な応答を示すことができるセンシング導波路、
のいずれかを包含する導波路構造である、請求項第２０項に記載の方法。
【請求項２２】
前記センサー成分が：
（ａ）前記局所環境において前記質量変化事象により引き起こされる変化に対し計測可能な応答を二次導波路内に誘導することが可能な一以上のセンシング層、および前記局所環境において前記質量変化事象により引き起こされる変化に対し計測可能な応答を誘導することができない不活発な二次導波路か、または（ｂ）前記局所環境において前記質量変化事象により引き起こされる変化に対し計測可能な応答を示すことができるセンシング導波路、および前記局所環境において前記質量変化事象により引き起こされる変化に対し計測可能な応答を実質的に示すことができない不活発な導波路、
のいずれかを包含する導波路構造である、請求項第２０項または第２１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記センサー成分の前記センシング導波路または二次導波路の各々がプラナー導波路である、請求項第２０項ないし第２２項に記載の方法。
【請求項２４】
前記質量変化事象が前記センサー成分の実効屈折率の変化に貢献するものである、先行するいずれかの請求項に記載の方法。
【請求項２５】
前記出力の特性がポジション特性である、請求項第２０項ないし第２４項のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
前記出力が干渉フリンジのパターンである、請求項第２５項に記載の方法。
【請求項２７】
段階（Ｅ）が：干渉フリンジの前記パターンにおける動きを前記時間範囲にわたり測定すること、を含んでなる請求項第２６項に記載の方法。
【請求項２８】
段階（Ｅ）がさらに：干渉フリンジの前記パターンにおける動きから前記時間範囲にわたり位相を算定すること、を含んでなる請求項第２７項に記載の方法。
【請求項２９】
前記出力特性が非ポジショナル特性である、請求項第２０項ないし第２４項のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
干渉フリンジの前記パターンの非ポジショナル特性がコントラストである、請求項第２９項に記載の方法。
【請求項３１】
段階（Ｄ）がＴＭモードにおいて電磁放射線を用いて行なわれるものである、請求項第２項ないし第３０項のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
段階（Ｄ）がＴＥモードにおいて電磁放射線を用いて行なわれるものである、請求項第２項ないし第３１項のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
段階（Ｄ）が：
（Ｄ１）前記センサー成分をＴＥモードにおいて電磁放射線を用いて照射して、干渉フリ    ンジの第１のパターンを生じること；
（Ｄ２）前記センサー成分をＴＭモードにおいて電磁放射線を用いて照射して、干渉フリ    ンジの第２のパターンを生じること、を含んでなり；
さらに段階（Ｅ）が：
（Ｅ１）干渉フリンジの前記第１のパターンにおける動きを計測すること；および
（Ｅ２）干渉フリンジの前記第２のパターンにおける動きを計測すること、を含んでなる請求項第２項ないし第３２項のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
段階（Ｅ）が、
（Ｅ３）干渉フリンジの前記第１のパターンにおける動きから、ＴＭモードにおけるセン    サー成分の位相のずれを算定すること；
（Ｅ４）干渉フリンジの前記第２のパターンにおける動きから、ＴＥモードにおけるセン    サー成分の位相のずれを算定すること、をさらに含んでおり；
さらに段階（Ｆ）は、
ＴＭモードにおける前記センサー成分の位相のずれおよびＴＥモードにおける前記センサー成分の位相のずれを、前記質量変化事象に関連づけること、を含んでなる請求項第３３項に記載の方法。
【請求項３５】
段階（Ｅ）が：
（Ｅ３）干渉フリンジの前記第１のパターンにおける動きから、ＴＭモードにおける前記    センサー成分の位相のずれを算定すること；
（Ｅ４）干渉フリンジの前記第２のパターンにおける動きから、ＴＥモードにおける前記    センサー成分の位相のずれを算定すること；
（Ｅ５）ＴＥモードにおける前記センサー成分の位相のずれに対する、ＴＭモードにおけ    る前記センサー成分の位相のずれを算定すること、をさらに含んでなり；
さらに段階（Ｆ）が、
ＴＭモードにおける前記センサー成分の位相のずれに対するＴＥモードにおける前記センサー成分の位相のずれを、前記質量変化事象に関連づけること、である請求項第３３項または第３４項に記載の方法。
【請求項３６】
ＴＥモードにおける前記センサー成分の位相のずれに対するＴＭモードにおける前記センサー成分の位相のずれが、ＴＥモードにおけるセンサー成分の位相のずれに対するＴＭモードにおけるセンサー成分の位相のずれの比である、請求項第３５項に記載の方法。
【請求項３７】
（Ｇ１）干渉フリンジの前記第１のパターンおよび干渉フリンジの前記第２のパターンにおける動きを、固有の屈折率および／または体積における変化に関連づけること；および
（Ｇ２）分子密度における変化を算定すること；および
（Ｇ３）任意に質量における変化を算定すること、をさらに含んでなる請求項第３３項ないし第３６項のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
段階（Ｇ１）が：
（Ｇ１）干渉フリンジの前記第１のパターンおよび干渉フリンジの前記第２のパターンにおける動きを、前記固有の屈折率および／またはセンシング層またはセンシング導波路の厚さに関連づけること、を含んでなる請求項第３７項に記載の方法。
【請求項３９】
前記センサー装置がさらに：前記センサー成分のセンシング層またはセンシング導波路の少なくとも一部（または各々）を密に暴露するための手段、を含んでなり、前記手段が５０マイクロリットル以下の体積を有する局所環境を規定している、請求項第２０項ないし第３８項のいずれかに記載の方法。
【請求項４０】
段階（Ｄ）が：前記センサー成分から、ある時間範囲にわたり少なくとも２回出力を発生すること、を含んでなる先行するいずれかの請求項に記載の方法。
【請求項４１】
段階（Ｄ）が：前記センサー成分から、ある時間範囲にわたり連続的に出力を発生すること、を含んでなる請求項第４０項に記載の方法。
【請求項４２】
段階（Ｄ）が：前記センサー成分を電気機械的に振動させて、ある時間範囲にわたり出力を発生させることを含んでなる、請求項第１項に記載の方法。
【請求項４３】
前記センサー成分が水晶である、請求項第４２項に記載の方法。
【請求項４４】
段階（Ｄ）が：前記センサー成分をエネルギー粒子を用いて照射して、ある時間範囲にわたり出力を発生させることを含んでなる、請求項第１項に記載の方法。
【請求項４５】
前記エネルギー粒子が中性子、α−粒子、またはβ−粒子である、請求項第４４項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象とする物質（たとえば化学または生物物質）における質量変化の事象を測定するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量変化は、２個以上の分子が、特異的な相互作用（たとえばタンパク質結合系またはＤＮＡハイブリダイゼーション）において会合または解離するときに生じるであろう。しかしながら、非特異的な性質の会合性または解離性の相互作用（たとえば、ロンドン力および分散現象などの弱い化学的な力の結果生じる）もまた、質量変化をもたらし、結果として望ましくないバックグラウンド・ノイズとなって現われる。このことは計測値の解釈を複雑にし、２個の分子間の相互作用の程度およびその後の挙動を測定することは非常に困難であるといってよい。相互作用の程度は（たとえば）、ヌクレオチド配列における差異がしばしば非常に小さいＤＮＡフラグメントの分析においては特に重要である。さらに、タンパク質などの分子の分子挙動を測定することは、生物学的プロセスの総合的な理解にとり重要不可欠である。
【０００３】
生体液中には多数のタンパク質があるといってよいが、それらの性質および挙動は不明である。かかる多数のタンパク質は、しばしば「非特異的結合事象」として記述される事象でバイオセンサーと無差別に相互作用するだろう。これらの非特異的な結合事象は、所望の相互作用（「特異的結合事象」）から結果として生じるシグナルと区別され得ないシグナルに寄与している。かかる非特異的結合事象は、計測における信頼の度合を低減すること（およびある状況においては測定を不可能にすること）により、生物工学者を妨害し、検出器／センサープラットフォームに基づく生化学系の有用性を制限する。結果として使用者は、特異的結合事象の測定前に、不要のタンパク質または他の外来性物質を除去するべく、生体液に対し厳密な「クリーンアップ（浄化）」処置を行なうことが強いられる。
【０００４】
多くの無機および有機物質は、物理的刺激（たとえば温度、溶媒和、またはｐＨ）または化学的刺激に対する暴露の結果として、特異的な挙動を示す。これらの刺激はしばしば対象とする刺激とは無関係である。たとえかかる刺激が対象とする刺激と関係がある場合でも、計測された応答を解釈することは（不可能ではないにしても）困難であるといってよい。このことは、よく見ても不正確な計測値を、最悪の場合には計測法の完全な崩壊をもたらす。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、分子レベルでの質量変化事象に対するある種のセンサー装置の感度を開発することにより、対象とする物質の質量特性の測定を改良しようとする。さらに詳細には、本発明は対象とする物質における質量変化を、対象とする該物質が暴露されるセンサー装置の時間的応答を計測することによって測定する方法に関する。
【０００６】
したがって、一つの観点によれば、本発明は局所環境における対象とする物質の質量変化事象を測定するための方法を提供し、前記方法は：
（Ａ）対象とする物質における質量変化事象によって引き起こされる局所環境における変    化に対し、計測可能な応答を示すことが可能なセンサー成分を具備したセンサー装置    を提供すること；
（Ｂ）対象とする物質を前記局所環境内に導入すること；
（Ｃ）対象とする物質における前記質量変化事象を誘導すること；
（Ｄ）ある時間範囲にわたり、前記センサー成分から出力を発生すること；
（Ｅ）前記時間範囲にわたり、出力特性の応答を測定すること；および
（Ｆ）前記時間範囲にわたる前記出力特性の応答を、前記質量変化事象に関係づけること、
を含んでなる。
【０００７】
センサー成分の出力特性の時間的応答は、質量変化事象のタイプに決定的に依存する。異なる質量変化事象の識別を可能にする、一時的な応答における計測可能な変動をもたらすものは、センサー成分の感度である。
【０００８】
センサー成分は、実効屈折率、比誘電率、粘弾性、振動周波数、吸／放熱パラメーター、透過性、エネルギーまたはエネルギー粒子（Ｘ線、ガンマ線、β−線、電子、中性子、イオン、光、マイクロ波、弾性波など）の吸収、または粒子サイズから選ばれたパラメーターにおいて、計測可能な応答を示すことができるといってよい。たとえば、センサー装置は以下の一以上のタイプであってよい：表面プラズモン共鳴センサー装置、共鳴ミラーセンサー装置、弾性波装置（水晶および表面弾性波装置（たとえば周波数減衰技術の使用による））、または電気センサー装置（（たとえば）ＲＦまたはマイクロ波周波数におけるインピーダンスの計測が可能）。好ましくは、パラメーターは実効屈折率である。
【０００９】
好ましい態様においては、段階（Ｄ）は：（Ｄ）ある時間範囲にわたり出力を発生するべく、電磁放射線によりセンサー成分を照射すること、を含んでなる。
【００１０】
質量変化事象は、化学的（すなわち非物理的）な質量変化事象であってよい。
【００１１】
分子が特異的な方法で相互作用（たとえば結合）する際には、一般に分子密度の増加があるが、一方、分子が非特異的な方法で相互作用するときには、分子密度の有意な変化はない。時間的応答を計測することにより、本発明はかかる事象を識別することが可能である。したがって、好ましい態様においては、質量変化事象は、特異的な分子（または原子）の相互作用である。たとえば、質量変化事象は、特異的な結合性または解離性の分子相互作用である。
【００１２】
いかなる理論的な考えにも縛られることを望まないとすれば、（一般に）２個以上の分子が化学的に活性に相互作用（たとえば結合）するとき、個々の分子の分子密度に関しては、分子密度は変化（典型的には増加）することが注目される。結合形成事象（ｂｏｎｄｉｎｇ  ｅｖｅｎｔ）（またはしばしば結合事象（ｂｉｎｄｉｎｇ  ｅｖｅｎｔ）と呼ばれる）の後に分子密度に影響を及ぼす因子は、結合の強さと性質、および結果として生じる何らかの構造変化を包含する。（一方）もし、２個の分子が化学的に非活性に相互作用すれば、結びつけられた分子質量は増加するが、全体の体積もまた増加するため、分子密度は大体変わらないままである。時間的応答を計測することにより、本発明はこの二つのタイプの相互作用を識別することが可能である。同様に、化学結合の切断は結果として分子密度の変化（典型的には減少）を生じることが可能であり、それは化学的に非活性な変化と区別されることが可能である。起きている相互作用のタイプについて独特の特徴（サイン）を提供することにより、本発明は、バックグラウンドの計測がしばしば厳しく計測の有用性を制限する、特にバイオセンシングの分野において著しく有用であろう。
【００１３】
本発明の方法の一つの好ましい態様においては、質量変化事象は結合事象（たとえば化学的、生化学的、または生物学的な結合事象）である。質量変化事象は、特異結合事象か、または非特異結合事象であってよい。好ましくは、質量変化事象は特異結合事象である。
【００１４】
結合事象は、結合形成または結合切断事象であってよい。結合事象は、会合性事象（たとえば分子組成の形成）または解離事象（たとえば分子組成の分解）であってよい。分子密度の変化は結合事象の性質に特異的であり、それゆえ本発明は対象とする化学結合または分子組成の形成を類似の化学結合または分子組成から有利に区別するべく、用いられることが可能である。このような方法で、本発明は結合事象により形成された分子または組成の独特のサインを提供する。
【００１５】
この態様は、対象とする物質が複雑な生体分子（たとえばタンパク質またはＤＮＡ）などの複雑な分子である場合、特に有利である。対象とする物質は抗原であってよく、特異結合事象は抗体／抗原特異結合対の形成であってよい。例として、抗体が（たとえばセンシング導波路またはセンシング層内の）センサー成分へ結合された対象とする物質である場合、抗原の特異結合は分子密度に有意な変化を引き起こす。一方、非特異的結合は分子密度に重要ではない変化を生じる。これらの効果を識別可能にすることで、本発明のこの態様は生物化学系への有効な統合を可能にする。
【００１６】
本発明の方法の好ましい態様においては、質量変化事象は対象とする物質（たとえば対象とする化学または生物物質）の構造変化である。たとえば、構造変化は、（たとえば結合事象または周囲の環境における変化に続く）分子の再配列であってよい。
【００１７】
この態様は、性質は非常に類似しているが、異なる構造をもつ対象とする物質（たとえば分子）、たとえば、プリオンまたは、正常および突然変異型のα−シヌクレンといったタンパク質を識別可能にする。対象とする物質は、温度、ｐＨの変化により、あるいは賦課的な種との相互作用により、構造変化を受けるタンパク質であってよい。特別の例として（理論により束縛されることを望まないが）、（たとえばセンシング導波路またはセンシング層内の）センサー成分上のヘキサキナーゼ（ｈｅｘａｋｉｎａｓｅ）は、グルコースの存在下に構造変化を受け、分子密度に変化をきたす。本発明は立体構造における変化が測定されるようにするべく、分子密度の変化に敏感である。
【００１８】
本発明の方法の好ましい態様においてば、対象とする物質はヌクレオチドであり、質量変化事象はヌクレオチドの相補、好ましくは有効なヌクレオチドの相補（たとえば相補過程におけるＤＮＡ配列の相互作用、またはＤＮＡ増幅の終点の決定）である。例として（理論により束縛されることを望まないが）、対象とする物質はセンサー成分上の（たとえばセンシング導波路またはセンシング層内の）ヌクレオチド鎖であり、有効なヌクレオチド相補を受けると分子密度に変化を生じる。本発明は分子レベルでの密度変化に対して敏感であり、有効なヌクレオチド相補が測定されるようにする。したがって、有効なヌクレオチド相補の程度が測定されるだろう。
【００１９】
質量変化事象は、物理的な（すなわち非化学的な）質量変化事象でよい。物理的な質量変化事象は、凝集であってよい。
【００２０】
好ましい態様においては、段階（Ｃ）は：質量変化事象を誘導するためなどの条件を賦課することを含む。その条件は、選ばれた温度、圧力、酸性度、溶媒、または湿度であってよい。
【００２１】
段階（Ｂ）の前または後に、本方法は：
（１）センサー成分に電磁放射線を照射して第１の出力を発生させるようにすること；
（２）第１の出力特性を計測すること、を含んでよく、
また段階（Ｅ）および（Ｆ）は：
（Ｅ）第１の出力特性に対する一定の時間範囲にわたる出力特性の応答を計測すること；および
（Ｆ）第１の出力特性に対する一定の時間範囲にわたる出力特性の応答を、質量変化事象    と関係づけること、
である。
【００２２】
段階（１）および（２）は、始動時に行なわれてもよい。結果は電子的に（たとえばキャリブレーションデータとして）記憶されてよい。
【００２３】
好ましい態様においては、センサー装置は干渉センサー装置である。干渉センサー装置のセンサー成分は、少なくとも一つの導波路（たとえばスラブまたはチャンネル導波路）か、またはファイバ光学成分を含んでよい。たとえば、センサー成分は導波路構造であってよい。導波路構造は一般に、ＷＯ−Ａ−９８／２２８０７またはＷＯ−Ａ−０１／３６９４５において開示されたプラナー型のものであってよい。
【００２４】
好ましくは、センサー成分は：
（ａ）局所環境において質量変化事象により引き起こされる変化に対し計測可能な応答を二次導波路内に誘導することができる一つまたはそれより多いセンシング層か、または（ｂ）局所環境において質量変化事象により引き起こされる変化に対し計測可能な応答を示すことができるセンシング導波路、
のいずれかを包含する導波路構造である。
【００２５】
この態様においては、質量変化事象はセンサー成分の実効屈折率における変化に寄与する。導波路構造は分子密度における変化に対して特に敏感であり、このことは質量変化事象を識別するべく、有利に利用される。
【００２６】
特に好ましくは、センサー成分は：
（ａ）局所環境において質量変化事象により引き起こされる変化に対し計測可能な応答を二次導波路内に誘導することが可能な一以上のセンシング層、および局所環境において質量変化事象により引き起こされる変化に対し計測可能な応答を誘導することができない不活発な（たとえば非活性可された）二次導波路か、または（ｂ）局所環境において質量変化事象により引き起こされる変化に対し計測可能な応答を示すことができるセンシング導波路、および局所環境において質量変化事象により引き起こされる変化に対し計測可能な応答を実質的に示すことができない不活性の（たとえば非活性化された）導波路、
のいずれかを包含する導波路構造である。
【００２７】
好ましくは、センサー成分のセンシング導波路または二次導波路（または参照導波路などの賦課的な導波路）の各々は、プラナー導波路（すなわち、平面内の任意のどの方向での光の伝播も可能である導波路）である。特に好ましくは、各々のプラナー導波路はスラブ導波路である。
【００２８】
好ましくはセンサー成分は、ＷＯ−Ａ−９８／２２８０７およびＷＯ−Ａ−０１／３６９４５（ファーフィールド・センサーズ・リミティッド（Ｆａｒｆｉｅｌｄ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｌｉｍｉｔｅｄ））において開示された型の、多層構造を構成する。好ましい態様においては、多層のセンサー成分内の複数の層の各々は、ＰＥＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、その他といった既知のプロセスにより、基板（たとえばシリコン）の上に造られる。所望であれば、中間の透明層（たとえば二酸化珪素）が加えられてよい。典型的には、センサー成分は厚さ０.２〜１０ミクロンの範囲の多層構造である。多層構造は、層が密に近接することを有利に可能にする（たとえば、センシング導波路および不活性（参照）導波路は互いに密に近接してよく、温度または他の環境因子による有害な影響を最小限にするようにする）。好ましくは、センサー成分は積み重ねられた透明な絶縁体の層を含んでなり、層は密に近接して配される。好ましくは各層は、構造内のガイドモードの同時励起によって等量の電磁放射線が伝播することを可能にするべく製される。
【００２９】
出力の特性はポジション特性であってよい。好ましくは、出力は干渉フリンジのパターンであり、通常の計測手段（たとえばＷＯ−Ａ−９８／２２８０７参照）、たとえば電磁放射線の強さを計測する光検出器などの一つまたはそれより多い検出器により（段階（Ｅ））測定されてよい。好ましくは、段階（Ｅ）は：干渉フリンジのパターンにおける動きを一定の時間範囲にわたり計測することを含む。特に好ましい段階（Ｅ）はさらに：一定の時間範囲にわたる干渉フリンジのパターンにおける動きから、位相のずれを算出することを含む。
【００３０】
出力の特性は非ポジション特性であってもよい。好ましい態様においては、干渉フリンジのパターンの非ポジション特性はコントラスト（たとえば外側のフリンジエンベロープと内側のフリンジエンベロープとの間の強さの差異）である。たとえば、コントラストはパターン中の対応するポジションにおける外側のフリンジエンベロープと内側のフリンジエンベロープとの間の強さの差であってよい。好ましくは、コントラストは外側のフリンジエンベロープの最大値と内側のフリンジエンベロープの最大値との間の強さの差であってよい。
【００３１】
干渉パターンの非ポジション特性の計測は、ファーフィールド・センサーズ・リミティッドの英国特許同時係属出願第０２０７１６７.８号に開示されている。
【００３２】
好ましくは、センサー成分は遮蔽モードまたは全導波路モードにおいて使用可能となるべく適用される。
【００３３】
したがって、第１の態様においては、センサー成分は、局所環境において質量変化事象により引き起こされる変化に対し計測可能な応答を二次導波路内に誘導することが可能な一つまたはそれより多いセンシング層を包含する。この第１の態様においては、センサー装置は、遮蔽性の成分を最適化して二次導波路に計測可能な応答を誘導するようにするべく有利に適応される。センサー成分は、異なる局所環境における質量変化事象の測定を可能にするべく、複数の別々のセンシング層を含んでよい。
【００３４】
好ましい態様においては、センシング層は吸収性の物質（たとえばポリメタクリル酸メチル、ポリシロキサン、ポリ−４−ビニルピリジンといった高分子物質）か、または生物活性物質（たとえば抗体、酵素、ＤＮＡ断片、機能タンパク質、または全細胞を含む）を含んでなる。吸収性の物質は、対象とする化学物質を含んでいる気体、液体、または蒸気を吸収することができてよい。生物活性物質は、液体または気体相のバイオセンシングに適切であるといってよい。たとえば、センシング層は抗体、酵素、ＤＮＡ断片、機能タンパク質、または全細胞を用いて任意にバイオファンクショナライズされた（ｂｉｏｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｓｅｄ）多孔性のシリコン物質を含んでなってよい。
【００３５】
本発明の好ましい方法においては、二次導波路は窒化酸化ケイ素または窒化ケイ素を含んでなる。
【００３６】
第２の態様においては、センサー成分は、局部環境において質量変化事象により引き起こされる変化に対し計測可能な応答を示すことが可能なセンシング導波路を包含する。この第２の態様においては、センサー装置は遮蔽性の成分を最小化するべく適応され、全導波路モードにおいて有利に使用されてよい。
【００３７】
好ましい態様においては、センシング導波路は吸収性の物質（たとえばポリメタクリル酸メチル、ポリシロキサン、ポリ−４−ビニルピリジンといった高分子物質）か、または生物活性物質（たとえば抗体、酵素、ＤＮＡ断片、機能タンパク質、または全細胞を含む）を含んでなる。吸収性の物質は、対象とする化学物質を含んでいる気体、液体、または蒸気を吸収することができてよい。生物活性物質は、液体または気体相のバイオセンシングに適切であるといってよい。たとえば、センシング導波路は抗体、酵素、ＤＮＡ断片、機能タンパク質、または全細胞を用いて任意にバイオファンクショナライズされた多孔性のシリコン物質を含んでなってよい。
【００３８】
センサー成分が、全導波路モードにおける使用に適合されたセンシング導波路を含んでなるとき、ある刺激を区別するための膜（たとえば）としての使用のために、保護膜の形状の吸収層が存在してもよい。
【００３９】
第１の態様の性能を最適化するべく、センサー成分は不活発な二次導波路をさらに含んでよく、そこではセンシング層は局所環境において質量変化事象により引き起こされる変化に対し計測可能な応答を示すことができない。不活発な二次導波路は、参照層としての役割を務めることができる。二次導波路と不活発な二次導波路とは局所環境において質量変化事象により引き起こされる変化に対する応答を除き、同じ性質をもつことが好ましい。例として、二次導波路および不活発な二次導波路は、窒化酸化ケイ素製である。
【００４０】
第２の態様の性能を最適化するべく、センサー成分は、局部環境において質量変化事象により引き起こされる変化に対し計測可能な応答を実質的に示すことができない不活発な（たとえば非活性化された）導波路をさらに含んでよい。不活発な導波路は、参照層としての役割を務めることができる。センシング導波路および不活発な導波路の物理的、生物学的、および化学的な性質は、できる限り類似している（局所環境において質量変化事象により引き起こされる変化に対する応答を除いて）。典型的には不活発な導波路は窒化酸化ケイ素製である。
【００４１】
質量変化事象の結果として、センシング導波路またはセンシング層の誘電特性（たとえば実効屈折率）に変化が生じる。このことは計測可能な応答を引き起こし（すなわち全導波路モードかまたは遮蔽フィールドモードにある二次導波路において、センシング導波路（または複数の導波路）を電磁放射線が透過する際の変化）、そのことが（一つの態様においては）干渉フリンジの動きとして現われる。このことは、センサー成分がＴＥモードで求められるか、またはＴＭモードで求められるかによって異なる。
【００４２】
例として、干渉フリンジのパターンの動きは、電磁放射線がセンサー成分を通過する間にセンシング導波路またはセンシング層に起こる位相を算定するべく使用されてよい。位相のずれは事実上、センシング導波路またはセンシング層の実効屈折率に生じる変化に直接的に比例し、センサー成分がＴＥモードにより求められるか、またはＴＭモードで求められるかによって異なる。
【００４３】
干渉フリンジのパターン（たとえば、各々ＴＥおよびＴＭモード用の）は、センサー成分からの電磁放射線が自由空間内へ接続される際に発生されてよく、通常の方法で記録されてよい（たとえばＷ０−Ａ−９８／２２８０７参照）。局所環境における変化に対するセンサー成分の応答は、干渉パターンにおけるフリンジの動きから計測されてよい。センサー成分における電磁放射線の位相のずれ（たとえば遮蔽フィールドモードにおいて二次導波路内に誘導されるか、または全導波路モードにおいてセンシング導波路内に示される）が算定されてよい。次いで、実効屈折率における変化に寄与する分子密度の変化が算定されてよい。
【００４４】
干渉フリンジにおける動きは、電磁放射線の強さの変化を計測する一つの検出器か、または多数のフリンジにおいて起こっている変化または全体の干渉パターンをモニターする複数のかかる検出器のいずれかを用いて計測されてよい。一つまたはそれより多い検出器は、一つまたはそれより多い光検出器（たとえば光ダイオード）を含んでよい。一以上の光検出器が使用される場合、これはアレイとして配置されてよい。アレイフォーマットにおいては、ＴＭモードにおいて計測可能な応答およびＴＥモードにおいて計測可能な応答を、質量変化事象に関連づけることが可能な連関手段が、空間的に分解された様式で配置されてよい。かかる空間的な分解は、（たとえば）原子マイクロプローブの場合のような、リモートイメージングまたはリソグラフィーか、または測定プローブの走査により遂行されることが可能である。
【００４５】
本発明の方法の好ましい態様においては、段階（Ｄ）はＴＭモードにおいて電磁放射線を用いて行なわれる。
【００４６】
本発明の方法の好ましい態様においては、段階（Ｄ）はＴＥモードにおいて電磁放射線を用いて行なわれる。
【００４７】
本発明の方法の好ましい態様においては、段階（Ｄ）は：
（Ｄ１）センサー成分をＴＥモードにおいて電磁放射線を用いて照射して、干渉フリンジ    の第１のパターンを生じること；
（Ｄ２）センサー成分をＴＭモードにおいて電磁放射線を用いて照射して、干渉フリンジ    の第２のパターンを生じること、を含んでおり；
さらに段階（Ｅ）は：
（Ｅ１）干渉フリンジの第１のパターンにおける動きを計測すること；および
（Ｅ２）干渉フリンジの第２のパターンにおける動きを計測すること、を含む。
【００４８】
本発明の方法の特に好ましい段階（Ｅ）は、
（Ｅ３）干渉フリンジの第１のパターンにおける動きから、ＴＭモードにおけるセンサー    成分の位相のずれを算定すること；
（Ｅ４）干渉フリンジの第２のパターンにおける動きから、ＴＥモードにおけるセンサー    成分の位相のずれを算定すること、をさらに含んでおり；
さらに段階（Ｆ）は、
ＴＭモードにおけるセンサー成分の位相のずれおよびＴＥモードにおけるセンサー成分の位相のずれを、質量変化事象に関連づけることである。
【００４９】
さらに好ましくは、本発明の方法の特に好ましい段階（Ｅ）は、
（Ｅ３）干渉フリンジの第１のパターンにおける動きから、ＴＭモードにおけるセンサー    成分の位相のずれを算定すること；
（Ｅ４）干渉フリンジの第２のパターンにおける動きから、ＴＥモードにおけるセンサー    成分の位相のずれを算定すること；
（Ｅ５）ＴＥモードにおけるセンサー成分の位相のずれに比較して、ＴＭモードにおけるセンサー成分の位相のずれを算定すること、をさらに含んでおり；
さらに段階（Ｆ）は、
ＴＥモードにおけるセンサー成分の位相のずれに対するＴＭモードにおけるセンサー成分の位相のずれを、質量変化事象に関連づけることである。
【００５０】
好ましくは、 ＴＥモードにおけるセンサー成分の位相のずれに対するＴＭモードにおけるセンサー成分の位相のずれは、ＴＥモードにおけるセンサー成分の位相のずれに対するＴＭモードにおけるセンサー成分の位相のずれの比である。
【００５１】
段階（Ｄ）は：ある時間範囲にわたり少なくとも２回センサー成分から出力を発生することを含んでよい。好ましくは段階（Ｄ）は：ある時間範囲にわたり、連続的にセンサー成分から出力を発生することを含む。
【００５２】
質量変化事象は典型的には定量的に測定されるが、分子密度または質量における変化の見地から定量的に測定されてもよい。
【００５３】
したがって好ましい態様においては、本方法はさらに：
（Ｇ１）ある時間範囲にわたる出力特性の応答を固有の屈折率および／または体積におけ    る変化に関連づけること；および
（Ｇ２）分子密度における変化を算定すること；および
（Ｇ３）任意に質量における変化を算定すること、を含んでなる。
【００５４】
好ましくは本方法はさらに：
（Ｇ１）干渉フリンジの第１のパターンおよび干渉フリンジの第２のパターンにおける動    きを、固有の屈折率および／または体積における変化に関連づけること；および
（Ｇ２）分子密度における変化を算定すること；および
（Ｇ３）任意に質量における変化を算定すること、を含む。
【００５５】
特に好ましい態様においては、段階（Ｇ１）は：
（Ｇ１）干渉フリンジの第１のパターンおよび干渉フリンジの第２のパターンにおける動きを、固有の屈折率および／またはセンシング層またはセンシング導波路の厚さにおける変化に関連づけること、を含む。
【００５６】
好ましくは、センサー装置はさらに：計測可能な応答を、局所環境における分子密度の変化に関連づけることが可能な連関手段、を含んでなる。
【００５７】
連関手段は、計測可能な応答が分子密度に直接的に関連づけられるか、または分子密度に間接的に（たとえば体積などの大きさおよび質量へ）関連づけられることを可能にし、たとえば圧電センシング系（計測された共鳴周波数は質量へ、また自由振動の減衰時間定数はディメンションへ関連づけられる）か、または偏光解析法といった他の分析技術に基づく装置と組み合わされた表面プラズモン共鳴装置などの光学系であってよい。
【００５８】
体積が直接または間接的に計測される場合には、このことは一つまたはそれより多い関連するディメンションの測定によるか、または体積を囲んでいる媒体を置き換えることによって行われてよい。
【００５９】
本方法の好ましい態様においては、前記センサー装置はさらに：
センサー成分を電磁放射線を用いてＴＭモードにおいて照射するための第１の照射手段；
センサー成分を電磁放射線を用いてＴＥモードにおいて照射するための第２の照射手段；
ＴＭモードにおけるセンサー成分の計測可能な応答を計測するため、およびＴＥモードにおけるセンサー成分の計測可能な応答を計測するための計測手段；および
ＴＭモードにおけるセンサー成分の計測可能な応答と、およびＴＥモードにおけるセンサー成分の計測可能な応答とを、局所環境における分子密度の変化に関連づけることの可能な連関手段、を含む。
【００６０】
第１および第２の照射手段は、同じかまたは異なってよい。計測手段は、一つのアレイ内の一以上の検出器であってよい。
【００６１】
好ましくは、センサー装置はさらに：
第１の照射および第２の照射手段による計測手段を同期化して、ＴＥモードにおけるセンサー成分の計測可能な応答と、ＴＭモードにおけるセンサー成分の計測可能な応答との計測値とを、各々ＴＥおよびＴＭモードにおける電磁放射線を用いたセンサー成分の照射に互いに関連づけるようにするための同期化手段、を含む。
【００６２】
特に好ましくは、同期化手段はＴＥモードにおけるセンサー成分の位相のずれおよび、ＴＭモードにおけるセンサー成分の位相のずれを算定することが可能である。
【００６３】
特に好ましくは、同期化手段は干渉フリンジの第１のパターンおよび、干渉フリンジの第２のパターンにおける動きを、質量変化事象へ関連づけることが可能である。
【００６４】
第１および第２の照射手段は、ＴＥまたはＴＭモードにおける電磁放射線を用いて、センサー成分を連続的に、または同時に照射するべく適合されてよい。第１および第２の照射手段は、同じかまたは異なってよい。電磁放射線の異なる供給源が用いられる場合には、これら二つの間を敏速に切り替えるべく、光学スイッチ（たとえば回転ミラー）が使用されてよい。別法として、単一の電磁放射線の線源が使用され、（たとえば）直線的に偏光された線源の偏光ベクトルを、センサー成分のセンシング導波路またはセンシング層の面に対して一定の角度で一列に整列させることにより、センサー成分のＴＥおよびＴＭモードを同時に励起するようにしてもよい。各々の所望のＴＭまたはＴＥ出力についてのデータ捕捉の間に、不要のＴＥまたはＴＭモードの照射を交互に除去するべく、活性の分析器系が使用されてよい。活性の分析器系は、分析器に対して直列に配置された電気光学半波板を含んでよい。
【００６５】
好ましい態様においては、干渉フリンジの第１のパターンと、干渉フリンジの第２のパターンを別々に計測するべく、調節可能な分析器が用いられていてよい。計測は、位相のずれの情報がＴＥおよびＴＭ励起と互いに関係づけられることを確証するべく、励起および／または偏光処理と同期化されてよい。
【００６６】
コントローラーが、一以上の電磁放射線線源と一以上の検出器を同期化するべく用いられてよい。たとえば、コントローラーは光検出器（たとえば光ダイオード）のアレイからのデータを捕捉してよい。該（または各々の）電磁放射線の線源の発射は、コントローラーにより、ＴＭモードおよびＴＥモードにおいて発生された干渉フリンジの第１および第２のパターンについての交互の捕捉と同期化されてよい。コントローラーは、ＴＥおよびＴＭモードにおける位相のずれを、独立して算定するべく適合されてよい。
【００６７】
通常の線源から発生される電磁放射線は、多くの方法でセンサー成分内へ伝播されてよい。好ましい態様においては、電磁放射線は単にセンサー成分の末端面から入力される（これは、時には「末端発射法」として記述される）。好ましくは電磁放射線線源は、光学的な範囲内に入る波長を有する入射電磁放射線を提供する。伝播手段は、実質的に同時に複数の導波路内への入射電磁放射線を伝播するために用いられてよい。たとえば、一以上の結合格子またはミラーが用いられていよい。最も低い導波路内に放射線を伝播するべく、結合格子またはミラーよりもむしろテーパー末端カプラーが用いられてよい。好ましくは、センシング導波路／不活性な導波路における、または二次導波路／不活性な二次導波路における電磁放射線の量は相等しい。
【００６８】
入射電磁放射線は、適当な偏光手段を用いて所望の方向へ向きを合わされてよい（たとえば平面偏光）。入射電磁放射線は、所望であればレンズまたは類似のマイクロフォーカシング手段を用いて焦点を合わされてよい。
【００６９】
複数の電磁放射線検出器ユニット（たとえばアレイにて）および／または複数の電磁放射線線源が、質量変化事象により引き起こされる、局所環境における変化に対する応答を、センサー成分の別々の領域において同時に計測するべく使用されてよい。別法として、電磁放射線検出器および電磁放射線線源の、センサー成分に対する相対的なポジションは、センサー成分の別々の領域における応答に関する情報を提供するべく変えられてよい。たとえば、異なる質量変化事象によって局部環境において引き起こされる変化に対する別々の応答は、センサー成分の別々の領域において計測されてよい。この目的のため、好ましいアセンブリーは減衰モードの多能性を利用し、複数の別々のセンシング層または領域を含んでなる。
【００７０】
センサー成分はその幅を横切って励起されてよく、二次元の光ダイオードのアレイ（またはその他）がセンサー成分の「区画」（たとえばアレイセンサー）を有効に調べるべく用いられてよい。このことは、センサー成分上の質量変化事象に関して空間的に解明された情報を提供するべく、一以上の軸を横切って同時に、または連続的に行なわれてよい。
【００７１】
好ましくは、センサー装置は：
センサー成分のセンシング層またはセンシング導波路の、少なくとも一部（または各々）を、局所環境に対して密に暴露するための手段を含んでなる。
【００７２】
好ましい態様においては、局所環境に対し、センサー成分のセンシング層またはセンシング導波路の、少なくとも一部を密に暴露するための手段は、センサー成分上に統合される。
【００７３】
好ましくは、センサー成分のセンシング層またはセンシング導波路の、少なくとも一部（または各々）を、局所環境に対して密に暴露するための手段は、ＷＯ−Ａ−０１／３６９４５において記述されたとおりである。該手段は、使用者の関与の必要な程度を減じるべく、自動化されてよい。
【００７４】
好ましくは、センシング層またはセンシング導波路の、少なくとも一部を、局所環境に対して密に暴露するための手段は、対象とする物質を含んでいる分析物の連続的な導入を可能にするべく適合される（すなわち動的な系）。たとえば、それは局所環境内への不連続の流れ（たとえば一連の不連続の部分として）における、対象とする物質の連続的な導入を可能にしてよい。このことは、毛管作用によるか、または別の推進性の手段により成就されてよい。
【００７５】
好ましくは、センシング層またはセンシング導波路の、少なくとも一部を、局所環境に対して密に暴露するための手段は、対象とする化学または生物物質を含んでいる静的な分析物において、質量変化事象（たとえば反応）を誘導すべく適合される。この意味において、該系は動的であるとみなされてよい。質量変化事象（すなわち反応）は、熱または放射線によるといったどの通常の方法で誘導されてもよい。
【００７６】
センシング層またはセンシング導波路の、少なくとも一部（または各々）を、局部環境に対して密に暴露するための手段は、一部は、センサー成分の表面上に、およびセンサー成分との密接な接触の中に、配置可能な微小構造であってよい。
【００７７】
好ましくは微小構造は、一以上のマイクロチャネルおよび／またはマイクロチャンバーの形状における局所環境に対し、少なくとも一部のセンシング層またはセンシング導波路を密に暴露するための手段を含んでなる。たとえば、対象とする化学物質を含んでいる分析物は、マイクロチャネルを通して送り込まれるか、またはマイクロチャンバーに局在された対象とする物質を含んでいる分析物に、質量変化事象（たとえば化学反応）が起きてもよい。対象とする化学物質を含んでいる分析物は、毛管作用によりマイクロチャネル内へ送り込まれるか、または推進性の手段によりポジティブに送り込まれてよい。
【００７８】
好ましい態様においては、局所環境に対し、少なくとも一部（または各々）のセンシング層またはセンシング導波路を密に暴露するための手段は、クラッド層中に包含される。たとえば、マイクロチャネルおよび／またはマイクロチャンバーは、クラッド層内に刻みつけられてよい。クラッド層は、センシング導波路またはセンシング層の境界線における有意な不連続性を防止するといった光学的機能か、またはセンシング導波路またはセンシング層へのある種類の接近を制限するなどの化学的機能を果たしてよい。クラッド層はセンサー成分の上に統合されてよい。
【００７９】
好ましくは、いかなる賦課的な機能性の全体または一部も、クラッド層中に包含されてよい。一つの態様においては、センシング層自体がクラッド層中に取り込まれてよい（たとえば、吸収性の物質の形状で）。特に好ましくは、賦課的な機能性のすべてがクラッド層中に供給されてよく、たとえば直角電界または他のマイクロフルイドセンシング装置を包含する。クラッド層は電磁線源（たとえばレーザー）および／または電磁放射線を検出するための手段（下文に詳しく述べられた型の）を取り込んでよい。クラッド層は化学的分離手段（たとえばＨＰＬＣを基盤とする装置）を取り込んでよい。
【００８０】
好ましくは、センサー成分の少なくとも一部（または各々）のセンシング層またはセンシング導波路を、局所環境に対し暴露するための手段は、センサーセルである。好ましくは、センサーセルは小さい体積を有する（たとえば５０マイクロリットル以下）。セルの体積を小さく保つことによって、本発明の方法は妨害されず、消費されるタンパク質は有利に最小化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８１】
本発明の方法の一つの態様を実施するためのセンシングは、図１に図式的に示されている。平面偏光電磁放射線は、第１の電磁放射線線源（１１）を用いてＴＭモードで、また第２の電磁放射線線源（１２）を用いてＴＥモードで、センサー成分（１３）に関して発生される。センサー成分（１３）は、ＷＯ−Ａ−９８／２２９０７および図６に記述されたような多層型である。
【００８２】
干渉パターンは、光ダイオードまたは光ダイオードアレイ（１４）により捕捉される。二つの電磁放射線線源（１１および１２）は、コントローラー（１５）により電子工学的に調節されるが、それはまた光ダイオードアレイ（１４）からのデータも捕捉する。電磁放射線線源（１１）および（１２）の各々の発射は、コントローラー（１５）により同期化され、ＴＭモードおよびＴＥモードに置ける干渉パターンが交互に捕捉されるようにする。コントローラー（１５）は、各モードにおける位相のずれを算定し、ＴＥおよびＴＭの位相のずれは、分子密度における変化を計測するべく比較される。このデータは直接的に記録されるか、またはさらなる分析のための二次的な系に利用されるようにしてもよい。
【００８３】
さらなる態様は図２に図式的に示されており、ここでは各々センサー成分（１３）の照射のための第１および第２の電磁放射線線源（２１）および（２２）からの、ＴＥモードおよびＴＭモードにおける電磁放射線の間を敏速に切り替えるべく、回転ミラー（２６）が用いられる。コントローラー（２５）は、電磁放射線線源（２１）および（２２）、光学スイッチ（２６）、および光ダイオードアレイ（２４）を同期化するべく配置される。
【００８４】
図３においては、単一の電磁放射線線源（３１）がセンサー成分（１３）を、ＴＥおよびＴＭモードの電磁放射線を用いて同時に照射するべく用いられる。このことは、直線偏光された光源の偏光ベクトルを、センサー成分（１３）のセンシング層またはセンシング導波路の平面に対し、一定の角度で整列させることにより遂行される。自動分析器系（３７）は、所望のＴＭまたはＴＥ放射線の出力を捕捉する間の、ＴＥまたはＴＭ放射線の不要の出力を除去するべく用いられる。このことは、分析器と直列に置かれた電気−光半波プレートからなってよい。コントローラー（３５）は、線源（３１）、分析器系（３７）、および光ダイオードアレイ（３４）を同期化するべく配置される。
【００８５】
以下の実施例において使用されるセンサー装置の干渉センサー成分（１３）は、図６に示されている。干渉センサー成分（１３）は、二酸化ケイ素のスペーサー（２）によって参照導波路（３）から分離された吸収性のセンシング層（１）からなる積層構造である。さらなる二酸化ケイ素のスペーサー（４）は、オキシ窒化ケイ素の参照導波路（３）をシリコンの基盤（５）から分離する。
【実施例】
【００８６】
実 施 例   １
プレ−シラン化されたオリゴヌクレオチドの固定：
［（３−メルカプトプロピル）−トリメトキシシラン］は、酢酸ナトリウム緩衝液（３０ｍＭ、ｐＨ４.３）中で、５ｍＭの保存溶液まで希釈された。３μｌのチオール標識されたオリゴ（チオール、３nＭｏｌ）は３μｌの５ｍＭメルカプトシラン溶液および５４μｌの酢酸緩衝液とともに室温において２時間インキュベートされた。センサー成分は１０％水酸化ナトリウム中に３０分間浸され、蒸留水で完全に洗浄され、８０℃において少なくとも１５分間乾燥された。
【００８７】
オリゴヌクレオチド鎖をセンサー成分の表面へ化学的に付着させるため、シラン化された核酸がセンサー成分上にピペットで移され、室温において１５分間インキュベートされ、さらに５０℃で５分間乾燥された。センサー成分は、非共有結合により結合されたオリゴヌクレオチドを除去するべく熱水中に浸され（８０℃、３０秒）、さらに５０℃で乾燥された。
【００８８】
非相補的なオリゴヌクレオチドの非特異的な結合を調べるべく、２００μｌの１μＭオリゴ７Ａ３Ｈがサンプルループ内へ注入された。センサー成分の表面をテスト溶液で完全に覆った後、フローは２０分間にわたり停止された。
【００８９】
相補的なオリゴヌクレオチドのハイブリダイゼーションに先立ち、非強固に結合された非相補的なオリゴヌクレオチドは、安定なベースラインに達するまで２ｘＳＳＣを用いて表面を洗浄することにより除去された。続いて、２００μｌの相補鎖ＲＰ４Ｔが注入され、センサー表面上で２０分間インキュベートされた。これに、ランニング緩衝液を用いた洗浄の段階が続けられた。表面上の二重鎖を変性するべく５０ｍＭの水酸化ナトリウムが適用され、第２のハイブリダイゼーション反応に利用できるようにした。
【００９０】
ハイブリダイゼーションの開始は図４に示されており、相補鎖は２５００秒後に添加されている。この結合は、４０００秒後にオリゴヌクレオチドのない緩衝溶液がセンサー成分の全部を洗浄する際にそれが取り消されないことから、安定である。
【００９１】
ｐＨの変化または温度の上昇はハイブリダイゼーションを破壊する。図４に見られるように、６３００秒後に水酸化ナトリウム溶液が添加され、徹底的に流され、それによりハイブリダイズした相補鎖を除去し、有効に表面を再生させる。
【００９２】
図４は、ＴＥ応答がＴＭ応答よりも大きいことを示している。このことは、センサー成分の表面上につぶれているハイブリダイズした二重らせん構造形式から予期されるように、薄膜の表面形態における有意な構造変化（すなわち厚さの減少）を暗示している。さらに、この応答は、ＴＭ応答の方がＴＥ応答より大きい非特異的な分子付着という意味に対し、反対の意味のものである。
【００９３】
特異的な結合事象に関連した質量の増加による厚さの減少という効果は、結果としてセンシング層の分子密度の実質的な増加を生じる。比較による非特異的な分子付着は、結果として層の厚さおよび質量の双方の増加を生じ、また実質的に同じ分子密度を生じる。分子密度に対するセンシング層の感度は（質量とは対照的に）、特異および非特異結合の間の識別を可能にし、信号対雑音比およびそれゆえセンサー素子（プローブ）の有用性を大いに増大する。このことはいかなる結合事象についても一般的に正しいが、二重らせん構造の創製が、観察され得る最大の分子密度の変化の一つであるＤＮＡハイブリダイゼーションの場合には、特にそうである。特異および非特異結合のさらに一般的な例は、下文に記述されている。
【００９４】
実 施 例   ２
代謝経路における特異および非特異結合の測定：
植物における脂肪酸の生合成は、単一の活性を含んでいる各々のタンパク質分子をもつ数多くの可溶性の酵素により行なわれる。しかしながら、代謝の連鎖における一連の酵素は、生体内（インビボ）で相互作用しており、そのためそれらの間を、化学的な中間体が基質チャネリングとして知られるプロセスでパスされるという証拠が増えつつある。
【００９５】
脂肪酸合成に関与する機構について詳細に理解することによって、これらのプロセス操作が可能となるであろう。植物はすでに、有用分子および植物から収穫される食料の合成のためのバイオリアクターとして使用されている。合成経路を乱すことにより、（またはおそらく別のタンパク質を置換することにより）、これらの植物生産物は、特定の植物において現在は作られていない有用な化合物を包含するべく、あるいは現行のそれらの収量を改善するべく、拡張されることが可能であった。
【００９６】
図５は、４００秒後に、化学的に活性化されたセンサー成分上に固定されたエノールレダクターゼ（ＥＮＲ−脂肪酸生合成に関与する酵素）を示す。センサー成分の表面は次いで、１７００秒後にリゾチームによりブロックされる。２６００秒後、Ｃｒｏ−ａｃｐ（酵素の基質）がまず導入される。これは、補助因子ＮＡＤ＋なしに結合することは予期されないが、そうするように見えており、非特異的な事象であることを示唆している。３６００秒後、ＮＡＤ＋が添加され、この低分子のいくらかは該構造に結合する。Ｃｒｏ−ａｐが再度添加されると、さらに多くが表面に結合する。
【００９７】
ＴＥおよびＴＭモードの電磁放射線の助けにより、この実験を通じて起こっている一連の事象は、定性的に解釈されることが可能である。ＥＮＲは表面上に薄膜として形をなし、リゾチームは薄膜内に吸着するように見え、ほとんどは再び洗い流される。最初のＣｒｏ−ａｃｐは薄膜の分子密度をそれ程著しくは変えない（ＴＥ／ＴＭ比は一定）が、２回目のＣｒｏ−ａｃｐの添加後（ＮＡＤ＋の添加後）は、薄膜の顕著な密度増加を引き起こす（ＴＥ／ＴＭ比は鋭く減少する）。したがって非特異的な付着は、補助因子ＮＡＤ＋の導入により生じる特異結合から区別されることが可能である。
【００９８】
実 施 例   ３
ＥＭフィールド理論を用いたスラブ導波路構造の分析：
一般に、固有の屈折率および厚さは、実効屈折率の計測から、結合されたセンシング系および分析物を通した電磁放射線の伝播についてのマクスウェル（Ｍａｘｗｅｌｌ）の等式を解くことにより、解明されることが可能である。
【００９９】
（Ａ−３層の導波路構造）
一般的な３層の（スラブ）導波路構造については、各々の偏光について固有方程式を引き出すことが可能である。ＴＥモードについては：
【数１】
2004529358.tif 000003
式中、ｍはモード順であり、さらに、
【数２】
2004529358.tif 000004
（式中、コア層は１であり、基盤およびクラッド層２および３、コア層の厚さｔおよび自由空間波数ｋ０＝２π／λ０である。）
【０１００】
ＴＭモードについて、等式は：
【数３】
2004529358.tif 000005
である。
【０１０１】
一般に、これらの等式は、実効屈折率値のため、屈折率および厚さのパラメーターについての既知のセットが与えられた数的技術によって解かれる。別法として、もし絶対実効インデックス値が既知であるなら、各々の等式について、その系の一つの変数について解くことは、他の３つが既知であれば可能である。
【０１０２】
センサーでは、系の固有の屈折率および厚さのパラメーターが既知であることから、出発時の実効屈折率値（ｎｅｆｆ（０））がわかる。このことは、関連する偏光について上記のいずれかを数的に解くことによって得られるであろう。したがってセンサーは、新しいクラッド層が導入されるに際し（たとえば結合事象）、有効屈折率の差異（Δｎｅｆｆ）を記録することとなる。絶対有効インデックス  ｎｅｆｆ（１）＝ｎｅｆｆ（０）＋Δｎｅｆｆ  は、クラッド層の屈折率について解くべく、上記の二つの等式のいずれかに入れられることが可能であろう。
【０１０３】
（Ｂ−４層以上の導波路構造）
パラメーターの数が任意に大きいことが可能な、さらに複雑な構造を分析することは、複雑さを減じるためマトリックス法を必要とする。解くための等式は：
【数４】
2004529358.tif 000006
となり、
式中、αｓおよびαcは、基盤およびクラッドのための項を指し、その二つの外側の表紙の層の内では、フィールドは衰退していく指数の形状をとる。それらは：
【数５】
2004529358.tif 000007
と書かれる。
【０１０４】
項ｍｉｊは、２×２マトリックスの要素であり、それは各層についての個々特有のマトリックスを乗じることにより結果として形成されるマトリックスである。したがって、スタック（積み重ね）の中の各層（表紙の層ではない）については、本発明者らはＴＥモードについて；
【０１０５】
【数６】
2004529358.tif 000008
【０１０６】
式中、ｔｉは各層の厚さであり、各層の指数は；
【数７】
2004529358.tif 000009
である。
【０１０７】
スタック全体についての特有のマトリックス（Ｍ）は、以下のような乗法により得られる；
【０１０８】
【数８】
2004529358.tif 000010
【０１０９】
ＴＭモード用には、本発明者らは、各層に特有のマトリックス内の項を修正する。
【０１１０】
等式は、既知の構造を用い、ＴＥ実効屈折率を算定することにより、まず数的に解かれねばならない。次いでセンサーは、層の沈積の後に新たなＴＥ実効屈折率を提供することとなる。これが多層の等式に入れられ、他のパラメーターを可変範囲としてセットして、薄膜の一つのパラメーター（厚さまたは屈折率のいずれか）について解かれる。類似のプロセスが、対応するＴＭの結果を用いて行なわれることが可能となる。固有の屈折率と厚さとの唯一の組合せは、図７に示されたようなＴＥおよびＴＭの結果を互いに関係づけることにより見つけられるであろう。交差する点が、組み合わされたセンサーおよび分析物系のための、固有の屈折率および厚さについての唯一の解答である。
【０１１１】
固有の屈折率から密度を測定することが可能であり、絶対厚さは体積へ直接的に関係づけられ、そこから絶対質量が生じる（密度＊体積＝質量）。さらに、タンパク質は質量により識別されてよいことが一般に知られており、それは、もし先の実例により厚さが測定されていれば、算定された密度から測定されることが可能である。
【０１１２】
固有の屈対率は、密度には直接関係づけられないが、もし本発明者らが、研究中の系に関する仮説（たとえば、水は屈折率１.３３においてはタンパク質はゼロであり、既知のタンパク質（たとえばストレプトアビジン）は既知の密度について１.４５の屈折率を有する）を確かめれば、一般的に屈折率をパーセントタンパク質濃度の変化に帰することができる：
【数９】
2004529358.tif 000011
絶対分子密度は、任意の分子の基本的な特性であり、それゆえその測定および識別は、識別性の分子のサインとして使用されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の一つの態様における使用のためのセンサー装置を概略的に説明した平面図である。
【図２】本発明の一つの態様における使用のためのセンサー装置を概略的に説明した平面図である。
【図３】本発明の一つの態様における使用のためのセンサー装置を概略的に説明した平面図である。
【図４】アナライト・バイオ２５０（ＡｎａＬｉｇｈｔ  Ｂｉｏ２５０）（ファーフィールド・センサーズ・リミティッド（Ｆａｒｆｉｅｌｄ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｌｉｍｉｔｅｄ））を用いた２０オリゴヌクレオチドＤＮＡのハイブリダイゼーションを示している。
【図５】アナライト・バイオ２５０上での代謝経路についての研究を示している。
【図６】実施例において使用されたセンサー装置を示した略図である。
【図７】固有の屈折率と厚さとの独特の唯一の組合せを決定するためのＴＥ対ＴＭを示している。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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