アッセイ測定のための方法および装置
正規化された曝露量を確立する共振デバイスの表面のかなりの面積にわたって複数の結合で材料エレメントを結合することを含むアッセイを実施する方法および装置。この方法および装置はさらに、材料エレメントに適用される外部影響を第１期間にわたって制御することと、表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化を示す信号を第２期間にわたって測定することとを含む。場合によっては、測定された信号を時間で積分して、表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、アッセイ測定を行う方法および装置に関し、詳細には生物アッセイ測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景技術）
アッセイ測定技術の目標は、溶解している標的分析物の量を、１つには、少なくとも１つの捕捉作用物質または捕捉プローブ（本明細書では捕捉作用物質と称する）を用いて標的分析物を捕捉することによって測定することである。ある種のケースでは、第１の、すなわち主要な捕捉作用物質をセンサ表面または微粒子表面などの表面に固定する。サンドイッチアッセイの場合と同様に、第２捕捉作用物質を使用してそれを同時に（特異的に、または非特異的に、あるいは交差反応会合により）分析物と結合させることができる。試料中に分析物が存在しないときでも、非特異的な表面会合のために、試料中の材料が少量ではあるが結合し得る。結合した標的分析物の量は通常、結合工程および洗浄工程（例えば、非標的材料を洗浄して除去する工程）を実施した後で記録された信号の大きさと、分析物を含む試料に上記表面を曝露する前に記録された基底信号とを比較することによって定量化される。
【０００３】
従来方式のアッセイ測定技術で用いられる定量法は精度の点で限界がある。というのは、こうした定量法では、例えば、複数の異なる装置の出力変動が補償されず、アッセイを実施する時間にわたって複数の測定値を提供する有効な手段や、障害となるバックグラウンド材料を動作中の装置から除去する信頼性のある手段が提供されないからである。さらに、ある種のアッセイ測定技術は、追加のハードウエアを使用して複数の異なる装置の出力変動を補償する手の込んだ技術を必要とする。
【０００４】
また、従来方式のアッセイ測定技術には、試料調製の誤り、流体混合の間違い、アッセイ材料の物理的性質の変化、および流体の流れの変動などによるアッセイ不良を識別するための適切な手段もない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、改善されたアッセイ測定用の装置および方法、ならびに、品質保証および品質管理用の方法および装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の要旨）
本発明は、一態様では、アッセイ測定装置に流体が導入されたかどうかを判定する方法に関するものである。この方法は、共振デバイスの表面に流体を送ることを含む。この方法はさらに、共振デバイスによって出力された（例えば、時間の関数としての）電気信号をモニターすることを含む。この電気信号の性質は、共振デバイスの表面と接触する流体の物理的な性質に基づいて変化する。この方法はさらに、共振デバイスによって出力された電気信号が、流体の存在を示す所定の条件を満たすかどうかを判定することを含む。
【０００７】
ある種の実施形態では、この方法は、共振デバイスの表面に第２流体を送ることと、共振デバイスによって出力された電気信号を時間の関数としてモニターすることと、共振デバイスによって出力された電気信号が第２の所定の条件を満たすかどうかを判定することとを含む。ある種の実施形態では、共振デバイスによって出力された電気信号は、電気信号の値が指定された値よりも大きいか、または小さい場合に所定の条件を満たす。ある種の実施形態では、共振デバイスによって出力された電気信号は、電気信号の値が最小値と最大値との間にある場合に所定の条件を満たす。共振デバイスによって出力された電気信号の様々な性質をモニターすることができる。ある種の実施形態では、共振デバイスによって出力された電気信号の変化率をモニターして、例えば、流体の流量、ポンプの動作、または共振デバイスの表面近傍の流体の流れのパターンに問題があるかどうかを判定する。
【０００８】
ある種の実施形態では、流体は磁性粒子を含む。ある種の実施形態では、流体は生物学的試料を含む。ある種の実施形態では、流体を送ることは、チャネルを通して、または共振デバイスの表面の上で流体をポンプで送ることを含む。
【０００９】
本発明は、別の態様では、アッセイ測定装置に流体が導入されたかどうかを判定する方法に関するものである。この方法は、共振デバイスの表面に第１流体を送ることを含む。この方法はさらに、第１流体が共振デバイスの表面と接触することに応答して、共振デバイスによって出力された第１電気信号をモニターすることを含む。この方法はさらに、共振デバイスの表面に第２流体を送ることを含む。この方法はさらに、第２流体が共振デバイスの表面と接触することに応答して、共振デバイスによって出力された第２信号をモニターすることを含む。この方法はさらに、共振デバイスによって出力された第１信号および第２信号が所定の条件を満たすかどうかを判定することを含む。
【００１０】
ある種の実施形態では、共振デバイスによって出力された第１信号および第２信号は、第１信号と第２信号との間の値の差が最小値と最大値との間にある場合に所定の条件を満たす。ある種の実施形態では、第１流体および第２流体を送ることは、チャネルを通して第１流体および第２流体をポンプで送ることを含む。
【００１１】
本発明は、別の態様では、アッセイ測定装置内の流体の流量を決定する方法に関するものである。この方法は、共振デバイスの表面に流体を送るチャネルに流体を導入することを含み、共振デバイスは、共振デバイスの表面と接触する物質の物理的な性質に基づいて電気信号を出力する。この方法はさらに、共振デバイスによって出力された（例えば、時間の関数としての）電気信号をモニターすることを含む。この方法はさらに、チャネルの幾何学的性質および共振デバイスによって出力された電気信号に基づいて流体の流量を決定することを含む。
【００１２】
この流体は粒子を含み得る。ある種の実施形態では、流体の流量を決定することは、流体がチャネルに導入された後で粒子が共振デバイスの表面と接触する時間を決定することを含む。ある種の実施形態では、粒子が共振デバイスの表面と接触する時間は、共振デバイスによって出力された電気信号がいつ変化するかに基づいて決定される。ある種の実施形態では、流体の流量を決定することは、流体がチャネルに導入された後で、共振デバイスによって出力された電気信号がいつ変化するかに基づいて、流体が共振デバイスの表面と接触する時間を決定することを含む。
【００１３】
本発明は、別の態様では、アッセイ測定装置を特徴とする。このアッセイ測定装置は、流体が入る少なくとも１つの開口を有する流体チャンバを備える。このアッセイ測定装置は、流体チャンバの少なくとも１つの内面の少なくとも一部を規定する共振デバイスを備える。このアッセイ測定装置は、共振デバイスによって出力された少なくとも１つの信号をモニターするための手段を備える。このアッセイ測定装置は、共振デバイスによって出力された電気信号が特定の流体の存在を示す所定の条件を満たすかどうかを判定するための手段も備える。
【００１４】
本発明は、別の態様では、流体の流量を決定する方法に関するものである。この方法は、分析物を含む流体と、分析物に親和性を有する捕捉作用物質を含む複数の磁性粒子とを混合して、少なくとも一部の分析物に結合した少なくとも一部の磁性粒子を生成することを含む。この方法はさらに、混合された流体をチャネルを通して流体チャンバ中に方向付けることを含み、共振デバイスの少なくとも１つの表面は、流体チャンバ内の流体と流体連通する。この方法はさらに、共振デバイス近傍に第１磁束を生成して、複数の結合した磁性粒子の少なくとも一部を共振デバイスの少なくとも１つの表面に磁気的に引き寄せることを含む。この方法はさらに、チャネルおよび流体チャンバの幾何学的性質ならびに共振デバイスによって出力された電気信号に基づいて、チャネルおよび流体チャンバを通過する流体の流量を決定することを含む。
【００１５】
ある種の実施形態では、流体の流量を決定することは、流体がチャネルに導入された後で、共振デバイスによって出力された電気信号がいつ変化するかに基づいて、流体が共振デバイスの表面と接触する時間を決定することを含む。ある種の実施形態では、共振デバイスによって出力された電気信号は、磁性粒子が共振デバイスの少なくとも１つの表面と接触するときに変化する。
【００１６】
本発明は、別の態様では、アッセイ測定準備方法に関するものである。この方法は、分析物を含む流体と、分析物に親和性を有する捕捉作用物質を含む複数の磁性粒子とを混合して、分析物に結合した磁性粒子を生成することを含む。この方法はさらに、混合された流体をチャネルを通して流体チャンバ中に方向付けることを含み、共振デバイスの少なくとも１つの表面は、流体チャンバ内の流体と流体連通する。この方法はさらに、共振デバイス近傍に第１磁束を生成して、磁性粒子を共振デバイスの少なくとも１つの表面に磁気的に引き寄せることを含む。この方法はさらに、共振デバイスによって出力される電気信号に基づいて、分析物を含む流体が所定量の磁性粒子と混合されたかどうかを判定することを含む。
【００１７】
本発明は、別の態様では、分析物を含む流体に磁性粒子が適切にドーズされたかどうかを判定することを含む。この方法は、分析物を含む流体と、分析物に親和性を有する捕捉作用物質を含む所定数の磁性粒子とを混合して、分析物に結合した磁性粒子を生成することを含む。この方法はさらに、混合された流体を共振デバイスの表面に送ることを含む。この方法はさらに、共振デバイス近傍に第１磁束を生成して、磁性粒子を共振デバイスの少なくとも１つの表面に磁気的に引き寄せることを含む。この方法はさらに、共振デバイスから出力される電気信号に基づいて、分析物を含む流体に磁性粒子が適切にドーズされたかどうかを判定することを含む。ある種の実施形態では、分析物を含む流体に磁性粒子が適切にドーズされたかどうかを判定する方法はさらに、共振デバイスから出力される電気信号に基づいて、分析物を含む正しい体積の流体と、所定数の磁性粒子が混合されたかどうかを判定することを含む。
【００１８】
本発明は、一態様では、アッセイを実施する方法に関するするものである。この方法は、正規化された曝露量を確立する共振デバイスの表面のかなりの面積にわたって複数の結合で材料エレメントを結合することを含む。この方法はさらに、材料エレメントに適用される外部影響を第１期間にわたって変化させることを含む。この方法はさらに、第２期間にわたって信号を時間で積分して、表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定することを含む。
【００１９】
本発明は、別の態様では、アッセイを行う前にアッセイ測定装置の較正を必要としないアッセイを実施する方法を特徴とする。
【００２０】
本発明は、別の態様では、アッセイを実施する方法に関するものである。この方法は、正規化された曝露量を確立する共振デバイスの表面のかなりの面積にわたって複数の結合で材料エレメント（例えば、磁性粒子、常磁性粒子、金粒子、マイクロスフェア、またはビーズ）を結合することを含む。この方法はさらに、材料エレメントに適用される外部影響を第１期間にわたって制御することを含む。この方法はさらに、表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化を示す信号を第２期間にわたって測定することを含む。
【００２１】
ある種の実施形態では、この方法はさらに、第２期間中に表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化に基づいて、材料エレメントと表面との間に存在する物質の濃度を決定することを含む。材料エレメントと表面との間に存在する物質により、材料エレメントは表面に結合し得る。ある種の実施形態では、この方法はさらに、外部影響に応答して表面から放出（分離）される材料エレメントの量と外部影響とを相関させることを含む。ある種の実施形態では、この方法はさらに、測定された信号の値を時間で積分して、表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定することを含む。
【００２２】
外部影響を制御することは外部影響を変化させることを含み得る。ある種の実施形態では、この方法はさらに、表面に結合する材料エレメントの量の変化を外部影響の変化に相関させることを含む。外部影響を適用することは、例えば、材料エレメントの上か、材料エレメントを通過してか、あるいは材料エレメントを横切って流体を流すことを含み得る。外部影響を適用することは、材料エレメントと表面との間に相対的な加速を作り出すことも含み得る。
【００２３】
ある種の実施形態では、材料エレメントは磁性体であり、外部影響を適用することは、材料エレメントと反対の磁場勾配を適用することを含む。ある種の実施形態では、外部影響を適用することは、一定か、または時間変化する電場に材料エレメントを曝露して、材料エレメントに作用する電気泳動力または誘電泳動力を誘起することを含む。ある種の実施形態では、外部影響を適用することは、共振デバイスによって生成される音響場または流体の流れ場に材料エレメントを曝露することを含む。
【００２４】
ある種の実施形態では、外部影響を適用することは、材料エレメントと表面との間の結合力の強さを変化させることを含む。結合力の強さを変化させることは、流体のｐＨを変化させること、材料エレメントの上に変性剤を流すこと、流体の温度を変化させること、あるいはこれらの組合せを含み得る。ある種の実施形態では、材料エレメントに外部影響を適用することは、材料エレメントと表面との間の相対変位（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）の大きさを大きくすることを含む。ある種の実施形態では、材料エレメントに外部影響を適用することは、第２期間にわたって外部影響を変化させることを含む。ある種の実施形態では、外部影響を適用することは、材料エレメントにかかる力を生成することを含み、前記力は、材料エレメントと表面との間の結合と競合するものである。
【００２５】
ある種の実施形態では、第２期間中に信号を測定することは、表面プラズモン共鳴装置、共振デバイス、音響デバイス、たわみ板波（ｆｌｅｘｕｒａｌ ｐｌａｔｅ ｗａｖｅ）デバイス、水晶微量天秤（ｑｕａｒｔｚ ｃｒｙｓｔａｌ ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）デバイス、および顕微鏡からなる群から選択した装置を使用して実施される。この表面はこの装置の表面である。
【００２６】
第２期間中に信号を測定することは、第２期間中に表面に結合する材料エレメントの量の変化を連続的に測定することを含み得る。ある種の実施形態では、表面に結合する材料エレメントの量の変化を測定することは、第１期間中に材料エレメントが表面に結合する速度を測定することを含む。第１期間は第２期間に部分的に、または完全に重なり合うことがある。結合は、特異的会合、非特異的会合、交差反応会合、イオン結合、共有結合、ファンデルワールス結合、水素結合、または極性結合とし得る。
【００２７】
ある種の実施形態では、材料エレメントは、共振デバイスの表面に材料エレメントを結合させる前に試料中の物質に曝露される。ある種の実施形態では、この方法はさらに、材料エレメントと表面との間にある物質の濃度に基づいて、試料中にある物質の濃度を決定することを含む。
【００２８】
本発明は、別の態様では、アッセイを実施する装置を特徴とする。この装置は、表面を有する共振デバイスを備える。この装置はさらに、複数の材料エレメント（例えば、磁性粒子、常磁性粒子、金粒子、マイクロスフェア、またはビーズ）を表面に結合し、かつ複数の材料エレメントと表面との間に物質を挟むことができ、それによって、物質と複数の材料エレメントとの間に複数の結合が形成され、かつ正規化された曝露量が確立される結合物質または結合のための手段を備える。この装置はさらに、第１期間にわたって材料エレメントに外部影響を適用するための供給源を備える。この装置はさらに、表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化を示す信号を測定する測定デバイスを備える。
【００２９】
ある種の実施形態では、外部影響を適用するための供給源は、材料エレメントの上の、または材料エレメントを通過する、あるいは材料エレメントを横切る流体の流れを制御する。ある種の実施形態では、材料エレメントは磁性体であり、外部影響を適用するための供給源は、材料エレメントと反対の磁場勾配を適用する。ある種の実施形態では、外部影響を適用するための供給源は、一定か、または時間変化する電場に材料エレメントを曝露して、材料エレメントに作用する電気泳動力または誘電泳動力を誘起する。ある種の実施形態では、外部影響を適用するための供給源は、共振デバイスによって生成される音響場または流体の流れ場に材料エレメントを曝露する。
【００３０】
共振デバイスは、例えば、音響デバイス、たわみ板波デバイス、表面音響波デバイス、ラム波デバイス、共鳴カンチレバーデバイス、シアーハーモニック表面音響波デバイス、音響プレートモードデバイス、または水晶微量天秤デバイスとし得る。ある種の実施形態では、測定デバイスは、表面プラズモン共鳴装置、共振デバイス、音響デバイス、たわみ板波デバイス、水晶微量天秤デバイス、または顕微鏡である。ある種の実施形態では、外部影響を適用するための供給源は測定デバイスでもある。
【００３１】
本発明は、別の態様では、アッセイを実施する方法に関するものである。この方法は、正規化された曝露量を確立する表面のかなりの面積にわたって複数の結合で材料エレメントを結合することを含む。この方法はさらに、第１期間にわたって材料エレメントに外部影響を適用することを含む。この方法はさらに、表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化を示す光学信号を第２期間にわたって測定することを含む。この方法はさらに、光学信号の値を時間で積分して、表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定することを含む。
【００３２】
ある種の実施形態では、この方法はさらに、第２期間中に表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化に基づいて、材料エレメントと表面との間に存在する元の試料中の物質の濃度を決定することを含む。ある種の実施形態では、材料エレメントと表面との間に存在する物質により、材料エレメントは表面に結合する。
【００３３】
ある種の実施形態では、この方法はさらに、外部影響に応答して表面から放出される材料エレメントの量と外部影響とを相関させることを含む。外部影響を適用することは、材料エレメントの上か、材料エレメントを通過してか、あるいは材料エレメントを横切って流体を流すことを含み得る。ある種の実施形態では、外部影響を適用することは、一定か、または時間変化する電場に材料エレメントを曝露して、材料エレメントに作用する電気泳動力または誘電泳動力を誘起することを含む。ある種の実施形態では、外部影響を適用することは、共振デバイスによって生成される音響場または流体の流れ場に材料エレメントを曝露することを含む。
【００３４】
ある種の実施形態では、外部影響を適用することは、材料エレメントと表面との間の結合力の強さを変化させることを含む。結合力の強さを変化させることは、流体のｐＨを変化させること、材料エレメントの上に変性剤を流すこと、流体の温度を変化させること、あるいはこれらの組合せを含み得る。
【００３５】
ある種の実施形態では、第２期間中に光学信号を測定することは、表面プラズモン共鳴装置、顕微鏡、または（非共鳴散乱装置（例えば、蛍光測定装置）を含む）光散乱測定装置からなる群から選択した装置を使用して実施される。この表面はこの装置の表面とし得る。
【００３６】
粒子は、例えば、磁性粒子、常磁性粒子、金粒子、マイクロスフェア、またはビーズとし得る。ある種の実施形態では、粒子は蛍光性である。ある種の実施形態では、光学信号を測定することは、粒子または粒子に結合した物質の反射率、透過率、または蛍光を測定することを含む。
【００３７】
本発明は、別の態様では、アッセイを実施する装置を特徴とする。この装置は表面を備え、結合物質または結合のための手段は、複数の材料エレメントを表面に結合し、かつ複数の材料エレメントと表面との間に物質を挟むことができ、それによって、物質と複数の材料の間に複数の結合が形成され、かつ正規化された曝露量が確立される。この装置はさらに、第１期間にわたって材料エレメントに外部影響を適用するための供給源を備える。この装置はさらに、表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化を示す信号を測定する光学測定デバイスを備える。光学信号の値を時間で積分して、表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定する。
【００３８】
ある種の実施形態では、外部影響を適用するための供給源は、材料エレメントの上の、または材料エレメントを通過する、あるいは材料エレメントを横切る流体の流れを制御する。ある種の実施形態では、材料エレメントは磁性体であり、外部影響を適用するための供給源は、材料エレメントと反対の磁場勾配を適用する。光学測定デバイスは、例えば、表面プラズモン共鳴装置、顕微鏡、または（非共鳴散乱装置（例えば、蛍光測定装置）を含む）光散乱測定装置からなる群から選択した装置とし得る。
【００３９】
ある種の実施形態では、外部影響を適用するための供給源は、一定か、または時間変化する電場に材料エレメントを曝露して、材料エレメントに作用する電気泳動力または誘電泳動力を誘起する。ある種の実施形態では、外部影響を適用するための供給源は、共振デバイスによって生成される音響場または流体の流れ場に材料エレメントを曝露する。粒子は、例えば、磁性粒子、常磁性粒子、金粒子、マイクロスフェア、またはビーズとし得る。
【００４０】
本発明は、別の態様では、アッセイを実施する装置を特徴とする。この装置は、正規化された曝露量を確立する共振デバイスの表面のかなりの面積にわたって複数の結合で材料エレメントを結合する手段を備える。この装置はさらに、材料エレメントに適用される外部影響を第１期間にわたって制御する手段を備える。この装置はさらに、表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化を示す信号を第２期間にわたって測定する手段を備える。
【００４１】
本発明の上記その他の目的、特徴、および利点、ならびに本発明自体は、以下の説明を添付の図面と併せ読めばより完全に理解されよう。ただし、図面は必ずしも原寸に比例していない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
（例示的な実施形態の詳細な説明）
本発明は、複数の材料エレメントの表面と第２の表面との間の結合（または会合）強度と分離（または解離）強度を、これらの表面の一方または両方に作用する外部影響の存在下で比較することを含むアッセイ測定法を対象としている。この外部影響は、材料エレメントと第２表面の結合と競合するものである。本発明の特定の実施形態は、例えば、第２表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化を示す信号を測定することも含む。本発明の別の実施形態は、測定された信号を時間で積分して、第２表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定することも含む。
【００４３】
本発明の実施形態では、アッセイ測定装置の絶対較正が不要である。例えば、ある種の実施形態では、複数の材料エレメントが結合する表面は、共振デバイスの表面である。この共振デバイスは、装置の相対周波数シフトを測定し、アッセイ測定装置電子回路の周波数または振幅の絶対較正を必要としない。さらに、この方法は、複数の時点で信号を比較することによって単一の装置に蓄積された材料の量の相対変化を測定することを含むので、装置（例えば、ＦＰＷ装置）自体の、その表面に蓄積する材料に対する応答は、例えば、生物試薬のばらつきの較正を除き、アッセイを実施する前に較正する必要がない。生物試薬のばらつきの較正はロットごとに行うことがあり、制御装置を必要とする。この較正を除き、本発明の実施形態は、アッセイ測定装置（信号変換手段）に求められる較正の量を減らすことができるという利点を有する。そのため、組立および試験中に較正ステップが不要なので装置の製造コストを下げることができる。
【００４４】
さらに、本発明の方法により、アッセイが、特定の分析物と結合させるか、特定の分析物を捕捉するために試料と相互作用させる、または（例えば、ピペットによって）混合する材料エレメント（例えば、ビーズ）の量の変動を受けにくくなる。この方法では、蓄積期間中に装置の表面に集まる材料エレメントの総量で正規化するので、この方法は一般にこれらの変動に対して鈍感である。
【００４５】
共振デバイスを含むアッセイ測定装置の較正の必要性が低くなることは、分散型測定システムでは特に有利である。実験室環境外で行うアッセイが認められるには、システムは日常の較正なしで動作しなければならない。直接較正なしで動作することができ、追加された試薬（例えば、ビーズ）の変動に対する不感受性が改善されることにより、アッセイ測定方法が改善される。
【００４６】
様々な測定アッセイ用のフォーマットおよび装置が本発明の範囲内で企図されている。例えば、表面の一方または両方に捕捉作用物質を配置することができる。例えば、複数の材料エレメント（例えば、ビーズ）の表面が特定の物質（例えば、特定の分析物）を結合し得る捕捉作用物質で被覆されたサンドイッチアッセイを実施することができる。この捕捉作用物質で被覆された材料エレメントは、特定の分析物を含む試料に曝露される。第２表面（例えば、共振デバイスの表面または光学的な表面）は、やはり特定の分析物と結合し得る捕捉作用物質で被覆される。捕捉作用物質で被覆された材料エレメントは、第２表面に曝露される。次いで、適切なアッセイ測定装置（例えば、共振デバイスに基づく測定装置または表面プラズモン共鳴装置）を使用して、例えば、第２表面に結合した特定の分析物の存在の有無を検出する。
【００４７】
競合アッセイは、本発明の方法を適用することにより効果が得られるように実施し得る別のアッセイフォーマットの例である。複数の材料エレメント（例えば、ビーズ）の表面は、特定の物質（例えば、特定の分析物）と結合し得る捕捉作用物質で被覆される。捕捉作用物質で被覆された材料エレメントは、特定の分析物を含む試料に曝露される。第２表面（例えば、共振デバイスの表面または光学的な表面）は、これらの材料エレメントと結合し得る捕捉作用物質で被覆される。捕捉作用物質で被覆された材料エレメントは、第２表面に曝露される。特定の分析物が付着しない捕捉作用物質で被覆された材料エレメントは、第２表面に結合しやすい。特定の分析物が付着する捕捉作用物質で被覆された材料エレメントは、第２表面と結合しにくい。そのため、試料が大量の特定の分析物を含む場合、第２表面に結合する捕捉作用物質で被覆された材料エレメントの正味強度は小さくなる。
【００４８】
本発明の一実施形態では、流体試料中の物質（例えば、分析物）は、材料エレメント（例えば、磁性ビーズ）の表面に結合して物質−材料エレメントの複合体を形成する。この複合体は、システムに傾斜磁場を加えることによって移動し、装置の表面（例えば、共振デバイスの表面）に局在化する。この磁場は、材料エレメントの磁性材料内で、局所磁力線に整列した分極を誘起する。材料エレメントは、この傾きの方向に正味の力を受け、そのため、材料エレメントは磁場の強さが大きい領域に向かって移動する。この磁場の分布は、流体試料中の複合体を装置表面に向けて引き寄せ、これらの複合体が装置表面全体にわたって分布するように調整される。流体試料中の無関係なバックグラウンド成分（例えば、細胞、タンパク質といった標的成分ではない成分）の磁気感受率は一般に、磁性材料エレメントの磁気感受率よりもはるかに低く、そのため、磁場がこれらのバックグラウンド成分に及ぼす影響は大きくない。したがって、装置表面と相互作用するバックグラウンド成分材料は極めて少ない。
【００４９】
本発明の原理を組み込んだアッセイ測定装置の使用の例には、臨床診断、バイオアナリシス、バイオプロセス、工業分野での検出、防衛応用が含まれる。例えば、本発明を利用して、試料中で検出された分析物のレベルに基づいて、疾患を診断し、また、疾患の進展のリスクを評価することができる。さらに、本発明を利用して、例えば、試料中に存在する１つまたは複数の心臓マーカのレベルに基づいて患者が心臓発作を起こしたかなど、患者の症状を評価することができる。本発明を利用して、（例えば、細菌性、ウィルス性、または寄生性の）感染を検出し、かつ／または、その感染がどのくらい進んでいるのかを検出することができる。本発明により、分析物をリアルタイムで（すなわち、試料の分析中に）検出することができる。さらに、本発明を診察の時点で用いて、生物学的かつ／または臨床学的に関連する分析物を、（例えば、離れた試験施設に試料を送ることに関連する）遅れなく測定し、それによって、治療をカスタマイズし、患者のコンプライアンスレベルを上げることができる。
【００５０】
図１Ａは、本発明による、アッセイ測定を実施するのに使用するアッセイ測定装置１００の一実施形態の概略図である。システム１００は、様々な試験溶液（本明細書では「試験流体」または「流体」とも称する）をアッセイ装置１０４の表面１４３に輸送するチャネル１０２の網状構造を備える。下記の米国特許および米国特許出願には、本発明のアッセイ測定装置１００で使用するのに適した様々なタイプのアッセイ装置の例が記載されている。これらは、米国特許第５１２９２６２号、米国特許第５１８９９１４号、米国特許第６６８８１５８Ｂ２号、米国特許第６８５１２９７号、米国特許第５６６８３０３号、米国特許第５８３６２０３号、および米国特許出願公開第２００４−００３８１９５号であり、これらすべてを参照によりここに組み込む。
【００５１】
例えば、米国特許第５１２９２６２号には、ラム波伝播媒体を形成する材料の薄い平面シートを有する超音波センサが記載されている。板モード波としても知られるラム波は、有限厚さの材料を通過する形でしか伝播し得ない。表面音響波（ＳＡＷ）は、伝播するＳＡＷの波長の数百倍程度の厚さを有する伝播媒体を必要とするが、それとは異なり、ラム波は、最大でも数波長程度、典型的には、伝播するラム波の波長の何分の一かの厚さの伝播媒体を必要とする。このシートの厚さは約２０μｍ以下である。ラム波生成器はこの平面シート内でラム波を発生させ、出力装置はこのシートに沿って伝播するラム波の伝播特性を表す電気信号を生成する。測定デバイスは、出力された電気信号の特性のうち選択されたものを測定する。この平面シートは、このシートに関わる測定値に依存するある種の物理的な特性を有し、この物理的な特性により、このシートに沿って伝播するラム波の伝播特性が決まる。出力装置からの電気信号は伝播特性を表すので、この電気信号はシートに関わる測定値も表す。
【００５２】
米国特許第５１２９２６２号に記載のラム波デバイスは、例えば、生物を感知するのに使用することができる。上記で説明した平面シートは、捕捉作用物質であらかじめ被覆することができ、それによって、この捕捉作用物質と結合し得る分析物を含む液体に浸されるか、あるいは接触すると、この装置の周波数が変化する。伝播媒体の表面での分析物への捕捉作用物質の付着は、シート中でのラム波の波動速度を変化させるように作用する。波動速度の変化により、この装置の遅延線発振器の形態で振動周波数が変化する。また、捕捉作用物質と分析物の付着を速めるために、このシートは、多孔性かつ浸透性の材料で作製してもよく、それによって、シートのより大きな表面積に捕捉作用物質を被覆することができ、かつ、膜を貫通して液体を含む分析物を流すことができる。他の生物相互作用を感知することもできる。追加の応用例には、イムノアッセイ、検査室での臨床試験、ｉｎ ｖｉｖｏ生物医学モニタリング、および生物医学研究などがある。
【００５３】
ここで説明する実施形態で使用する試験溶液には、例えば、阻止溶液１０６、試料１０８、および緩衝液１１０があるが、これらは貯留容器１１２から供給される。各貯留器１１２からのチャネル経路はバルブ１１４で開閉されて、アッセイ装置１０４の入口ポート１１８につながる合流点１１６への特定の試験溶液の流れが制御される。試験溶液は、アッセイ装置１０４を通過して流れ、出口ポート１２０から排出され、ポンプ１２２に至る。ポンプ１２２は、チャネル１０２の網状構造およびアッセイ装置１０４を通して試験溶液を引き込み、廃棄受け１２４に試験溶液を送る。
【００５４】
図１Ｂに、アッセイ測定装置１００の別の実施形態を示す。この実施形態では、アッセイ装置１０４およびそれに関連する流体チャンバ１６０をカートリッジ１０３（すなわち、取り外して交換し得る消耗品）としてパッケージする。ある種の実施形態は、装置１０４を通過する流れを変化させる栓、障壁、またはバフルなどの流体制御装置１０１も含み得る。一実施形態では、流体制御装置１０１は、流体制御装置１０１がない場合よりも、装置１０４を通過する流体の流れが表面１４３の近くを通過するように動作する。さらに、入力流体チャンバ１０５として図に示す入力試験溶液の供給源は、試験溶液をカートリッジ１０３の入口１０９に送る出口１０７を有する。ある種の実施形態では、まず磁性粒子が入力流体チャンバ１０５内に配置され、入力流体チャンバ１０５内で分析物を含む流体と磁性粒子が混合され、次いで、装置１０４が配置されているカートリッジ１０３に送られる。磁性粒子は、入力流体チャンバ１０５内で、ある装置によって（例えば、ポンプまたは磁気攪拌機の動作によって）分析物を含む流体と混合させることもできる。
【００５５】
図１Ｂにはさらに、カートリッジ１０３の出口１１５から流体を受ける入口１１３を備えた出力流体チャンバ１１１が示されている。この出力流体チャンバ１１１は、本明細書で説明する流体制御装置の１つまたは複数を含み得る。また、出力流体チャンバ１１１は、廃棄流体を溜め、かつ／または処理するための１つまたは複数の機構も含み得る。ある種の実施形態では、装置１００はチャンバ１６０を含まない。ある種の実施形態では、流体は、装置１０４の表面１４３への流体の流れを支えるのに適した単一の直線状の流体チャネルまたは流路によって装置１０４の表面１４３に提供される。
【００５６】
少なくとも１つの実施形態では、入力流体チャンバ１０５の出口１０７とカートリッジ１０３の入口１０９とが交わる接合部は、接続および分離が繰り返し行い得るように構築され配置される。同様に、カートリッジ１０３の出口１１５と出力流体チャンバ１１１の入口１１３とが交わる接合部は、接続および分離が繰り返し行い得るように構築され配置される。ある種の実施形態では、これらの接合部は、接続および分離用の工具、例えば、結合および分離に関わるスパナまたは類似の工具を必要とするねじ付き継ぎ手を必要とするように構築され配置される。他の実施形態では、これらの接合部は、特別な工具や付属品なしで手作業での接続および分離が迅速かつ容易に行われるように構築され配置される。このような継ぎ手は、工具を必要とするものもしないものも当技術分野では周知のものである。ある種の実施形態では、入力流体チャンバおよび出力流体チャンバが複数ある。ある種の実施形態では、１つまたは複数の入力および／または出力用の流体チャンバはカートリッジ１０３の一部になっている。さらに、ある種の実施形態では、１つまたは複数の磁束供給源がカートリッジ１０３の一部になっている。
【００５７】
図２に、図１Ａおよび図１Ｂの装置１０４をより詳細に示す。この実施形態では、アッセイ装置１０４はＦＰＷ装置である。ＦＰＷ装置１０４では、曲げおよび引張りの形で歪みエネルギーが伝えられる。ある種の実施形態では、ＦＰＷ装置１０４の厚さと波長の比は１未満であることが望ましく、ある種の実施形態では、１よりもかなり小さいことが望ましい。一般に、ＦＰＷ装置１０４の波長「λ」は、本明細書で説明するくし形電極のピッチにほぼ等しい。一実施形態では、ＦＰＷ装置１０４の厚さと波長の比は２μｍ／３８μｍである。他の実施形態では、ＦＰＷ装置１０４はこの装置に関連する、特定のモード（例えば、ゼロ次モードから高次モードまでの任意のモード）またはモードの帯域を分離するように設計される。例えば、上記で説明した厚さ／波長が２μｍ／３８μｍのＦＰＷ装置１０４は、ＦＰＷ装置１０４の８０次モードを分離する。ＦＰＷ装置１０４は、くし形電極の特定のパターンを選択し、それを装置に被着させることによってこの効果を実現するように設計し得る。一実施形態では、ＦＰＷ装置１０４の形状は矩形である。あるいは、ＦＰＷ装置１０４は、円形または楕円形あるいは他の何らかの平面形状とし得る。
【００５８】
一般に、ＦＰＷ装置１０４は、当技術分野で周知の微細加工技術を利用してシリコンウエハ１３０から構築される。ここで説明する実施形態では、エッチングにより窪み１３２がウエハ１３０に形成され、それによって、長さ約１．６ｍｍ、幅約０．４ｍｍ、厚さ約２μｍの薄い懸架膜１３４が生成される。ウエハ１３０の全体的な厚さは約５００μｍであり、そのため、窪み１３２の深さは、ウエハ１３０の厚さよりもわずかに小さくなる。図２Ａの拡大挿入図に示すように、膜１３４の外面（すなわち、窪み１３２の反対側の表面）に厚さ０．５μｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の層を被着させる。ＡｌＮ層上に２組のくし形金属電極１３８を被着させる。膜１３４の内面（すなわち、窪み１３２に面する表面）に金の薄い（約５００Å）層１４０を被着させて、（本明細書でより詳細に説明する）捕捉作用物質の固定がうまくいくようにする。ある種の実施形態では、２組のくし形電極の一方は、膜１３４の（図２で見て）左半分に配置された作動部分または送出部分である。２組のくし形電極の他方は、膜１３４の（図２で見て）右半分に配置された感知部分または受信部分である。ある種の実施形態では、２組のくし形電極は、膜１３４の（図２の左から右に見た）長さに沿って並んで配置され、これら２組の一方は作動部分または送出部分であり、これら２組の他方は感知部分または受信部分である。
【００５９】
ある種の実施形態では、（例えば、ＭＥＭＳ処理を利用して）微細加工した装置が好ましい。というのは、こうした装置は、容易かつ確実に濡らすことができるほぼ平面の感知区域（例えば、表面１４３）を有するように製作し得るからである。ある種の実施形態では、装置の表面に被覆または表面処理を施して表面の濡れ性を向上させる。図２および図２Ａを参照すると、表面１４３付近の流体チャネルの幾何形状は、例えばＤＲＩＥエッチング処理または制御型ＫＯＨエッチング処理を利用して窪みをエッチングする微細加工処理によって正確に規定される。正確な体積流量の流体が外部影響として、装置１００の表面１４３にもたらされる。流体の流れを制御することと、流体チャネルを規定することを組み合わせることにより、センサ表面全体にわたって高精度な流速が得られる。このように流れを高精度に制御すると、装置の表面に付着する様々な粒子の会合強度のわずかな違いを区別することができる。
【００６０】
ＦＰＷ装置（例えば、図２の装置１０４）は薄く、それによって、曝露された流体中に大きな磁場勾配を生成する装置のところで、あるいは装置の近くで磁場を緊密に作用させることができるので、アッセイ測定を行うのに有利である。磁場勾配が大きいと、材料エレメント（例えば、常磁性粒子）に対する引付け力が強くなり、それによって、曝露された試料からこれらの粒子を、それらが低濃度であってもより効率的に抽出することができる。磁場勾配が大きければ、装置の表面への非特異的な付着（例えば、細胞の付着）を低減するトランスデューサ表面にこれらの材料エレメントを引き寄せながら、流れがより強い状態でアッセイを実施することもできる。粒子をより低濃度で使用することができると、粒子の単位面積当たり捕捉される分析物をより多くすることができ、それによってセンサ表面による測定可能な会合／解離効果がより強くなるので、検出限界を下げることができる。
【００６１】
動作においては、装置／制御電子回路１２６（図１Ａ参照）は、少なくとも一方の組の電極１３８に時間変化する電気信号を印加して、懸架膜１３４内に振動を生じさせる。また、装置／制御電子回路１２６は、少なくとも第２の組の電極１３８からセンサ信号を受け取ることによって膜１３４の振動特性をモニターする。膜１３４の窪み１３２側に液体が接触すると、板構造の最大応答は約１５〜２５ＭＨｚになる。装置／制御電子回路１２６は、基準信号と、第２の組の電極からのセンサ信号とを比較して、センサ信号の相対的な大きさと位相角の変化を周波数の関数として決定する。装置／制御電子回路１２６は、これらの変化を解釈して特定の標的分析物の存在の有無を検出する。ある種の実施形態では、この装置／制御電子回路は、例えば、膜１３４の内面１４３上での分析物の濃度も決定する。
【００６２】
ある種の実施形態では、共鳴型センサシステムが有利である。というのは、共鳴型センサシステムでは、センサ表面近傍の材料物質との相互作用の空間的な積分を、共振デバイスのモード形状に対して重み付けした形で表すリアルタイム信号が得られるからである。このタイプの信号は、フレームごとの光学画像列よりも有利なことがある。というのは、各フレームでの材料物質の量を評価するにはフレームを後処理しなければならないからである。リアルタイム信号により、中程度から高程度の忠実度で時間観察を行い、材料エレメントまたは分析物が共振デバイスの表面に結合（会合）する相対速度、ならびに材料エレメントまたは分析物が共振デバイスの表面から放出（解離）される速度を積分することができる。こうすると、外部影響が制御された状態で材料が表面と会合し、表面から解離する統計的な性質が観察され、かつ長時間にわたって蓄積され、それによって正規化された時間総計信号が得られる。
【００６３】
本明細書で説明するように、対象とする分析物を標的にする捕捉作用物質は、膜１３４の内面を覆う金の薄い層１４０上で固定される。一実施形態では、チオール終端アルキル鎖は、金の表面に結合して自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を形成する。当技術分野では周知の生化学処理工程を利用して捕捉作用物質とＳＡＭ鎖との共有結合を得るために、ＳＡＭ鎖のごく一部を反応性基（例えば、カルボキシル基）で終端させる。ＳＡＭ鎖の残りの部分は、非反応性基、好ましくは非特異的な結合をしにくい親水性を有するもの（例えば、オリゴノマーまたはエチレングリコール）で終端させる。他の表面の化学的操作は文献に記載されており、捕捉表面を生成するのに利用し得る。
【００６４】
ＦＰＷ装置１０４は、膜１３４の外面の電極１３８が電気的に接続されるようにパッケージ化される。さらに、ＦＰＷ装置１０４は、チャネルブロック１４２で機械的に支持され、それによって膜１３４の内面が試験溶液と接触し、センサ表面１４３と液体試料が接触する界面が得られる。チャネルブロック１４２により、入力ポート１１８から膜１３４の内面を通過して出口ポート１２０から出るように試験溶液を流すための経路（例えば、図１Ｂの流体チャンバ１６０）が生成される。ＦＰＷ装置１０４とチャネルブロック１４２の間にシール１４４が形成され、それによって、ＦＰＷ装置１０４とチャネルブロック１４２の組立品の中に形成されたチャネル１０２から試験溶液が流出しないようにする。このようにチャネルブロック１４２は流体チャンバを形成し、この流体チャンバの内壁の１つはＦＰＷ装置１０４である。
【００６５】
ＦＰＷ装置１０４とチャネルブロック１４２の組立品を貫通するチャネル１０２の直径は約０．５ｍｍである。チャネルブロック１４２は様々な材料で形成することができるが、とりわけ、プラスチック、金属、またはセラミックが挙げられる。
【００６６】
装置１００は、少なくとも１つの流体の性質、いくつか例を挙げると、システム１００内での流量、圧力、または軌跡を変化させる１つまたは複数の流体制御装置を備える。図１Ａに示すポンプ１２２およびバルブ１１４は、様々な試験溶液が装置を通過し、表面１４３を流れるように方向づけ、かつ制御する（試験手順を実施するのに必要とされる）ものであり、どれも流体制御装置の例である。一般に、流体制御装置は、装置１０４の流体チャンバ１６０内の少なくとも１つの表面の近傍で少なくとも１つの流体の性質を変化させる。これは一般に、表面１４３の少なくとも一部に沿って磁性粒子を分布させるためになされる。先に述べたように、ある種の実施形態では、流体制御装置はポンプ（例えば、蠕動ポンプ、遠心ポンプ、回転ポンプ、電気浸透ポンプ）である。ある種の実施形態では、このポンプは流体チャンバの入口側に配置され、他の実施形態では、このポンプは流体チャンバの出口側に配置される。ある種の実施形態では、この装置は、流体チャンバの少なくとも１つの内面近傍で流体の流れを変化させるように流体チャンバに対して配設される分流器（例えば、栓、障壁、またはバフル）である。
【００６７】
図１Ａを参照すると、単一のポンプ１２２は、アッセイ装置１０４の廃棄側に置かれる。ポンプ１２２が作り出す吸引力により、緩衝液１１０または試料１０８中の分析物が、装置１０４の供給側のそれぞれの貯留容器１１２から引き出される。バルブ１１４は、試験手順中の任意の時点でいずれかの試験溶液を表面１４３に送るよう制御するように装置１０４の供給側に置かれる。ポンプ１２２は、この試験の流量を制御する。
【００６８】
温度を管理する装置（例えば、熱電冷却機）を装置１０４およびチャネルブロック１４２に付随させてもよい。このように、比較的一定で既知の温度に装置１０４を維持することによって、装置１０４の出力に対する環境状態変化の影響が小さくなる。代替実施形態では、温度センサを、例えば装置１０４の一部として装置１００に含める。温度変動の影響を受けない信号を生成するために、特定の時点で（あるいは、ある期間中に）温度センサの出力に基づいて装置１０４からのセンサ信号を拡大縮小する。この拡大縮小処理は、数学モデルまたは解析モデル、あるいは数学モデルと解析モデルの何らかのハイブリッド的な組合せに基づいて行うことができる。
【００６９】
装置１００のある種の実施形態では、試験溶液の経路にフィルタを備えて、特定のサイズの粒子（例えば、磁性粒子や生体材料）を選択的に濾過し、それによって、これらの粒子が流体チャンバに入らないようにする。例として、特定の試験手順は、試験中にフィルタを変更する工程を含み得る。こうすると、試験の異なる部分で異なるタイプ（すなわち、サイズ）の分析物および磁性粒子を流体チャンバに送り、装置１００によって試験することができる。
【００７０】
一実施形態では、材料エレメントは、表面が捕捉作用物質で被覆された磁性粒子（例えば、常磁性または超常磁性のビーズまたはマイクロスフェア）であり、これらの材料エレメントは、分析物を含む試料と混合される。規定の混合時間を経た後で、分析物−材料エレメントの複合体１４６が、非特異材料に結合した粒子１４７および何も結合していない粒子１４８と合わせて得られる。粒子１４６、１４７、１４８は試料貯留漕１１２内に置かれている。
【００７１】
装置１００はさらに、膜１３４の近傍で磁束を生成する磁場誘起構造１５０を備える。図１Ａでは、磁束源は、通常は装置１０４の膜１３４のすぐ近くに配置された後退可能な磁石１５０である。磁石１５０を膜１３４のすぐ近くに置くと、磁石１５０は膜１３４の近傍で大きな傾きの磁場を生成する。装置／制御電子回路１２６の制御により、後退可能な磁石１５０は、膜１３４近傍の磁場を大きく下げるのに十分な距離だけ膜１３４から離して後退させることができる。一実施形態では、磁石１５０を膜１３４のすぐ近くに置くときには、膜１３４の表面１４３から約２００μｍの位置にあるようにする。別の実施形態では、磁石１５０を膜のすぐ近くに置くときには、膜１３４の表面１４３から約５０μｍ〜約１００μｍの位置にあるようにする。
【００７２】
磁石１５０を膜１３４のすぐ近くに置くと、磁石１５０は、試料から表面１４３に磁性粒子を引き寄せる磁束源となる。分析物−粒子の複合体１４６、ならびに非特異的に結合した材料を伴う粒子１４７および何も結合していない粒子１４８は、液体試料から移動し、表面１４３にぶつかる。分析物は、表面１４３上の捕捉作用物質と結合する。そのため、磁性粒子と表面との間で分析物による結合が形成される。非特異的に結合した材料を伴う粒子１４７および何も結合していない粒子１４８は、磁場によって表面１４３に保持される。さらに、弱い結合力が粒子１４６、１４７、１４８と、表面１４３との間に作用し得る。（本明細書でより詳細に説明する）手順の洗浄工程の間、磁石１５０は後退させられて、表面１４３に蓄積した粒子が受ける磁力が減少する。洗浄流量を増加させて、分析物によって表面１４３に結合していない粒子１４７および１４８を取り除く。非特異的に結合した材料を伴う粒子１４７ならびに何も結合していない粒子１４８は、分析物−粒子の複合体１４６よりも表面１４３に結合する力が弱いので、これらは、より低い洗浄流量（および対応する流体力学的な力）で表面１４３から放出される。したがって、磁石１５０を取り除く（すなわち、表面１４３において粒子１４６、１４７、および１４８が受ける磁力を大きく減少させる）ことを利用して、分析物１４６を伴う粒子と、分析物１４６を伴わない粒子（粒子１４７および１４８）とを区別する。磁石１５０を出し入れする１つのやり方は、（図示しない）カム機構によって作動する（図示しない）カートリッジに磁石１５０を取り付けることである。
【００７３】
磁石１５０の材料、幾何形状、および表面１４３からの距離により、磁場形状および磁場勾配、したがって、分析物−粒子の複合体１４６が受ける力が決まる。後退可能な磁石１５０として使用する高強度永久磁石は市販されているものがある。例えば、いくつかの販売業者（例えば、Ｄｅｘｔｅｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社）から直径１ｍｍの円筒形ＮｄＦｅＢ磁石を購入することができる。一実施形態では、直径１ｍｍ、長さ５ｍｍのＮｄＦｅＢ磁石１５０を作用させるときには、磁石１５０を表面１４３から０．１ｍｍ以内に配置する。後退させたときには、磁石１５０は、表面１４３から少なくとも０．５ｍｍのところにあるようにする。装置１０４の膜１３４は極めて薄く（２μｍ）、非磁性材料（例えば、シリコン、窒化アルミニウム、または金）でできているので、膜１３４により、装置１０４の表面１４３側で磁場が大きく乱れることはない。その結果、収集効率を高めるのに必要な極めて強い磁場および大きな磁場勾配を実現することができる。
【００７４】
チャネル１０２を通る試料の流量は、収集効率をよくするのに必要な（例えば、操作者が指定した）滞留時間によって決まる。試料の流量は、表面１４３上での平均速度が約１〜約５ｍｍ／秒になるように調整される。直径約３μｍの酸化鉄の常磁性粒子では、５０％近い収集効率が得られることがある。
【００７５】
他の構成の磁束の供給源１５０（すなわち磁石）を用いてもよい。例えば、永久磁石の代わりに電磁石を使用することができる。この電磁石は、装置１０４の表面１４３近傍で磁束を収束させるように延びる磁極片を備える。
【００７６】
あるいは、磁化可能な材料を作製し、表面１４３に隣接して（０．１ｍｍ以内に）配置することができ、この磁化可能材料の開放面と別の磁石を組み合わせて磁化可能材料中に磁場を誘起する。この材料中に誘起された磁場は、表面１４３近傍で所望の磁場勾配が得られるように働く。こうすると、材料の作製のしかたによっては、低コストの大きな磁石を使用することができ、単一の磁石を使用して複数のセンサに対応することができる。この目的に有用な材料の例は、純鉄、合金４９（高ニッケル含有鉄）などの高μ金属、シリコン鋼（シリコン１〜２％：代表値）である。このような磁化可能材料とそれに付随する磁石を使用することの利点は、センサアセンブリを簡略化することができることであり、それによって製造コストが下げることができる。磁石は、強磁性コアと接触させ、また完全に引っ込めるだけでよいので、磁石の出し入れに低精度のアクチュエータを使用することができる。磁石１５０を表面１４３のすぐ近くに位置決めする上記で説明した実施形態では、アッセイ再現性をよくするためには、より高レベルの精度が必要とされる。この手法では磁場強度にいくらかの損失があるが、良好な（例えば、１０％よりも大きい）捕捉効率を実現する全体システムを設計することは依然として可能である。
【００７７】
磁場誘起構造（例えば、磁石または強磁性材料）の先端の形状を調整して、装置１０４の表面１４３における磁場勾配を強化し、かつ／または集中することができる。装置１０４のサイズ（例えば、０．３ｍｍ×１．６ｍｍ）は、典型的には、従来のやり方で形成した磁石または機械加工したインダクタよりも小さいので、膜１３４に隣接する磁場誘起構造の部分をテーパ加工して、表面１４３の１つまたは複数の場所で磁場を集中させることができる。先端のテーパ加工は、局所的な磁場の大きさおよび局所的な磁場勾配をともに大きくするように働く。例えば、先端をくさび形にすることは、図２に示す装置の幾何形状によく適している。
【００７８】
装置１００の一実施形態は、第１磁束源１５０に完全にあるいは部分的に対向する任意選択の磁束の第２磁束源１５０ａを備える。この第２磁束源１５０ａを使用して、表面１４３に付着した磁性粒子の一部を移動させることができる。こうすると、例えば、分析物が結合していない磁性粒子１４８を移動させることができる。こうした磁性粒子は、分析物と結合した粒子１４６ほど強く表面１４３に付着していない。ある種の実施形態では、第１磁束源１５０が、電源をオフにされるか、または表面１４３から離され、次いで、第２磁束源１５０ａが、流体チャンバの少なくとも１つの表面に対して位置決めされ、それによって、磁性粒子が選択的に除去される。これは、例えば、分析物が結合しておらず、したがって、表面１４３にそれほど強く結合していない磁性粒子１４８を除去するために行うことができる。こうすると、流体の流れを強めて分析物が結合していない磁性粒子１４８を除去するのと類似の効果が実現される。
【００７９】
装置１０４の表面１４３上で分析物−粒子の複合体１４６の分布を制御すると、装置の性能を改善することができる。というのは、装置１０４は懸架膜１３４を有し、膜１３４のすべての部分が検出可能な共鳴の移動質量に均等に寄与するわけではないからである。例えば、装置１００は、装置１０４の１／３の幅の範囲で、膜１３４の長軸の中心線の中央の２／３に沿って分析物−粒子の複合体１４６を分布させるように構築し配置することができる。流れ場の効果を考慮に入れると、磁場誘起構造（例えば、磁石１５０）の先端の形状は、センサ膜１３４の上の流れの方向に磁場の大きさおよび磁場勾配が増すようにすることができる。すなわち、分析物−粒子の複合体１４６は、境界層から分析物が部分的になくなる下流領域では、上流領域で分析物−粒子の複合体１４６が受けるよりも大きい磁場および磁場勾配を受ける。
【００８０】
一般に、装置１００は、表面１４３の１つまたは複数の特定の領域において磁性粒子が集中するように構築し配置することができる。装置１０４の応答は、製作材料の特性または装置設計の細部のせいで、表面１４３全体にわたって均一でないことがある。そのため、装置１０４の高感度領域は、不均一であり、装置１０４の長軸および短軸の中心線に対して非対称なことがある。そのため、磁場誘起構造の先端は、感度が最も高い１つまたは複数の領域に磁性粒子を集中させるような形状にすることができる。
【００８１】
装置１０４を通過する流量を変化させることによって、所与の磁場分布に対する分析物−粒子の複合体１４６の適用範囲をより均一にすることもできる。所与の磁場では、磁性粒子と表面１４３の相互作用はバルク流体の流量によって決まる。これは、弾道体が重力による物体力の存在下で落下するのとほぼ同じである。ただし、この場合は磁場誘起力が支配的である。流量を変化させることによって、分析物−粒子の複合体１４６と表面１４３を、流れの方向に沿って実質的に異なる場所で相互作用させることができる。さらに、磁性粒子が堆積する場合（磁性粒子が表面１４３に曝露される場合には望ましくない出来事）、この堆積物を引きちぎって、より多くの粒子を表面１４３全体にわたって分布させるために、流れを逆流させ、その後、パルス状に前進させることができる。装置１００の一実施形態では、例えば、磁束源１５０と、表面１４３に沿う流体の流れの１つまたは複数の性質の一方または両方を検出手順を通して選択的に変化させることによって、表面１４３に沿って磁性粒子を選択的に配置させる。
【００８２】
装置１００の一実施形態は、表面１４３に付着した、または引き寄せられた磁性粒子の少なくとも１つの性質を特徴づける装置（例えば、光学装置または磁気装置）を備える。この装置は、装置１０４と一体になった部分とすることもできるし、磁石１５０の一部とすることもできる。あるいは、装置１００の他の構成要素とは別の離散的な構成要素とすることもできる。このような装置を使用して粒子の存在の有無を検出し、さらに、その粒子に関係するパラメータ、例えば、表面１４３に引き寄せられた粒子のサイズ、量、濃度、または密度を決定することもできる。
【００８３】
装置１００の一実施形態は、操作者またはコンピュータが装置１００またはこのシステムの特定の構成要素（例えば、図１Ｂのカートリッジ１０３）を識別して、このシステムまたは構成要素の使用を追跡することができる識別装置を備える。この識別装置は、バーコード、識別番号、または他の識別マークなどの記号または画像を含み得る。この識別装置は、ＲＦＩＤタグ、集積回路、または識別情報を提供するための当技術分野で周知の他の構成要素などの実際の構成要素を含み得る。こうした構成要素は、受動的であっても能動的であってもよい。企図される任意の識別装置を使用することができるが、このような装置の多くは当技術分野で周知のものである。
【実施例】
【００８４】
（実施例：較正器におけるＰＳＡ）
例として、本発明の原理に従って図１Ａのアッセイ測定装置１００を使用してデータを取得する実験を実施した。Ｄｙｎａｌ社のトシル活性化超常磁性ビーズを抗前立腺特異抗原（ＰＳＡ）捕捉作用物質（製品番号９０２０５、米国カリフォルニア州サンディエゴ所在のＳｃｒｉｐｐｓ研究所）で機能化し、それを試料に曝露した。試料は、１倍のＰＢＳ（リン酸緩衝食塩水）および１％ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）に、約０ｐｇ／ｍＬ、１０ｐｇ／ｍＬ、１００ｐｇ／ｍＬ、および５００ｐｇ／ｍＬの遊離型ＰＳＡ［Ｆｉｔｚｇｅｒａｌｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社、米国マサチューセッツ州コンコード所在］をスパイクしたものを用いた。実験では、試料に対するビーズ濃度を約２×１０４ビーズ／ｍＬ程度とした。このようにスパイクした試料をビーズとともに穏やかに連続して攪拌しながら１時間インキュベートした。（図示しない）カートリッジ内の単一チップ上に設けられた８個の図２のたわみ板波（ＦＰＷ）装置１０４を、まず０．０５％のＴＷＥＥＮ（登録商標）２０（モノラウリン酸ポリエチレングリコールソルビタン［Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社、米国ミズーリ州セントルイス所在］を含む１倍のＰＢＳを与えた後で、無料の抗ＰＳＡ抗体（製品番号９０１９７、米国カリフォルニア州サンディエゴ所在のＳｃｒｉｐｐｓ研究所）で機能化した。（本明細書で先に述べたものと同様に）基準信号に対する追跡センサ位相にそれぞれ対応する８種類の個別の周波数の基底測定を約１７８００秒の時点で行った。追跡位相は、各装置ごとにその装置の共鳴帯域内に入るように、応答の大きさがピーク値に近く、かつ周波数変化に対して位相応答の線形範囲が大きい周波数近傍で最初に選択する。センサ位相を追跡するとき、各時点で、個々の装置の追跡周波数を以下のようにして見つける。１）周波数範囲にわたって各装置を掃引し、基準信号に対して各励起周波数での応答の位相を記録する、２）各装置ごとに励起周波数を測定位相に関係づける関数をフィッティングする、３）この関数を使用して前に求めた追跡位相に対応する追跡周波数を計算する。この実施形態では、これらの装置を２０ＭＨｚ付近で動作させ、掃引範囲は約２０ｋＨｚとする。この範囲全体にわたって、位相特性はほぼ線形であり、そのため、フィッティング関数は線形になる。各装置ごとの基準信号は、励起によって同時に駆動される抵抗器およびコンデンサといった受動電気コンポーネント回路網の出力を含む。基準回路網は、共鳴付近の装置について減衰に見合うように、かつ、好ましい位相シフトが提供されるように選択される。基底周波数は、追跡する周波数と照らし合わせ、それによって正規化され、選択した時点での百万分率（ｐｐｍ）として示される。
【００８５】
各装置１０４の感知表面１４３を捕捉作用物質で機能化した。典型的な処理条件を約２分間につき約５０Ｗとする酸素プラズマ源を使用して金被覆チップを清浄にした。その後、これらのチップを純エタノールに３０分間浸した。次いで、これらのチップをビオチンＰＥＧジスルフィドのエタノール溶液（カタログ番号４１１５１−０８９５、Ｐｏｌｙｐｕｒｅ社、ノルウェー国オスロ所在）の０．５ｍＭ溶液に移し、一晩インキュベートした。これらのチップを純エタノールに戻し３０分間浸した。最後に、これらのチップを短時間水洗いし、窒素流を吹き付けて乾燥させた。調製条件を変化させて、類似の結果を得ることができる。このようにして得られたビオチン化された装置１０４の表面をニュートラアビジン（Ｎｅｕｔｒａｖｉｄｉｎ）（製品番号３１０００、Ｐｉｅｒｃｅ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社、米国イリノイ州Ｒｏｃｋｆｏｒｄ所在）で被覆した。これは、ニュートラアビジンの１０μｇ／ｍｌ溶液をビオチン化した表面上で１時間流すことによって行った。製造者の指示（製品番号Ｆ−６３４７、Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ社、米国カリフォルニア州Ｃａｒｌｓｂａｄ所在）に従って抗体をビオチン化し、次いで、ニュートラアビジン化された表面に結合した。これは、ビオチン化された抗体の５μｇ／ｍｌ溶液（１倍のＰＢＳ０．１％ＢＳＡ緩衝液に希釈）をニュートラアビジンで被覆した表面上で１時間流すことによって行った。
【００８６】
図３は、時間に対して得られたデータをプロットしてグラフ３００にしたものであり、本発明の原理に従ってデータを処理する前のものである。グラフ３００のＹ軸３０４は、（本明細書で先に述べたものと同様に、設定された追跡位相に対応する）追跡周波数の変化であり、選択した時点での追跡周波数と照らし合わせ、それによって正規化されている。グラフ３００のＸ軸３０６は時間であり、その単位は秒である。曲線３１０、３１４、３１８、３２２、３２６、３３０、３３４、および３３８は、試験した８個の装置のそれぞれに関連する実験結果の離散データ点のグラフである。曲線３１０および３１４は、約０ｐｇ／ｍｌの遊離型ＰＳＡを含む試料についてのグラフである。曲線３１８および３２２は、約１０ｐｇ／ｍｌの遊離型ＰＳＡを含む試料についてのグラフである。曲線３２６および３３０は、約１００ｐｇ／ｍｌの遊離型ＰＳＡを含む試料についてのグラフである。曲線３３４および３３８は、約５００ｐｇ／ｍｌの遊離型ＰＳＡを含む試料についてのグラフである。ある種の実施形態では、例えばこれらの曲線において観察された正常なばらつき範囲外のデータ点は割愛してある。例えば、隣接するデータ点に対して相対的に値が１桁よりも大きく変化する偽データ点は、後続の解析では除外してあることがある。こうしたデータ点は、例えば操作者によって、あるいはコンピュータプログラムによってデータから取り除くことができる。
【００８７】
ＰＳＡ試料を導入し、それと同時にセンサ表面１４３近傍に磁場を約１７９００秒から約１８２００秒まで発生させた。約０ｐｇ／ｍＬ、１０ｐｇ／ｍＬ、１００ｐｇ／ｍＬ、および５００ｐｇ／ｍＬの遊離型ＰＳＡの試料をそれぞれ２つの異なる装置１０４（全部で８個の装置）に与えた。これらの試料を約１００μＬ／分の割合でセンサ上を流し、センサ上を１回の分析に合計で体積５００μＬの試料を流した。このようにして、遊離型ＰＳＡで被覆したＤｙｎａｌ社のトシル活性化超常磁性ビーズを装置１０４の実質的な表面（表面１４３）に結合させた。複数の結合によって各ビーズを装置１０４の表面１４３に結合させた。複数の結合それぞれにより、他とは区別される力が生じ、その力によって各ビーズが装置の表面に結合する。各試料ごとのビーズの集合の会合および解離の特性により、その試料中の分析物の濃度が決まる。
【００８８】
約１８２００秒で、試料をプライミング緩衝液（１倍のＰＢＳ、０．０５％ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０（モノラウリン酸ポリエチレングリコールソルビタン）と入れ換えた。図３に示すように、曲線３１０、３１４、３１８、３２２、３２６、３３０、３３４、および３３８に関連する各信号の変化を１８２００秒から１８４００秒まで観察した。この変化は、試料流体から緩衝液流体に戻す切替えに関連するバルク流体の性質の変化を表している。約１８４００秒で、磁場を取り除いた。緩衝液流体（０．０５％ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０（モノラウリン酸ポリエチレングリコールソルビタン）を含む１倍のＰＢＳ）の流速は、約１８２００秒から１８４００秒まで約５０μＬ／分であった（これは、センサ表面１４３では流速約１．５ｍｍ／秒に対応する）。
【００８９】
流速は後続の４５０秒で（約１８４００秒から約１８８５０秒で）、約５０μＬ／分から約３００μＬ／分に直線的に増加した（流速は、４５０秒の間３０秒ごとに約１７μＬ／分増加し、次いで、流速は約５０μＬ／分に減少した）。このようにして、約１８４００秒から約１８８５０秒まで流速を増加させることによって、制御された外部影響（すなわち、この実施形態では流速）をビーズに加えた。曲線３１０、３１４、３１８、３２２、３２６、３３０、３３４、および３３８の約１８４００秒から約１８８５０秒までの部分は、この期間にわたってセンサ表面１４３に結合していたビーズ（および他の非特異性材料）の量の変化を示す信号を表す。
【００９０】
本発明の原理を組み込む装置および方法により、アッセイ測定システム内の流体の流量を決定することもできる。共振デバイスによって出力される電気信号は、共振デバイス（例えば、図１Ａ、図２、および図２Ａのアッセイ装置１０４の表面１４３）の表面と接触する流体および他の物質（例えば、粒子または磁性粒子）に応答して変化するので、操作者またはコンピュータのプロセッサは、アッセイ中に流体が流れるチャネルまたは導管の幾何学的な性質および電気信号が変化する期間に基づいて流体の流量を決定することができる。
【００９１】
図３に示す実験では、約１７８１０秒でチャネルの入力ポート１１８に磁性粒子を含む流体を導入した。共振デバイスによって出力される電気信号の値は、約１７９００秒で（入力ポート１１８にビーズを導入してから約９０秒後に）、第１磁束源（例えば、図１Ａの第１磁束源１５０）によって共振デバイスの表面に引き寄せられる磁性粒子が存在するために変化し始める。チャネルの平均断面積は、入力ポート１１８から、共振デバイス１０４の表面１４３のうち磁性粒子が引き寄せられる場所までの間で約０．２５ｍｍ２であった。チャネルの有効長は、入力ポート１１８と、共振デバイス１０４の表面１４３のうち磁性粒子が引き寄せられる場所との間で約６００ｍｍであった。平均断面積、有効長、および磁性粒子が入力ポート１１８から共振デバイスの表面まで移動するのにかかる時間に基づいて流体の流量を計算し、約１００μｌ／分が得られた。
【００９２】
このようにして、アッセイ測定装置内での流体の流量を決定することが可能である。ある種の実施形態では、流体の流量は、入力ポートに２種類の異なる流体を順次導入することに基づいて決定することができる。というのは、共振デバイスによって出力される電気信号は、これらの流体の物理的な性質（例えば、粘度、密度、または流体中での音速）に応答して変化するからである。
【００９３】
本発明の原理を組み込む装置および方法により、アッセイ測定について流体試料と磁性粒子の体積の比が正しいかどうかを判定することもできる。試料に対する磁性粒子のドーズ量は、全体的なアッセイ信号を決めるのに用いられる変数である。様々な方法を用いて、磁性粒子のドーズ量を決定することができる。
【００９４】
例として、抗体が固定された粒子を使用するイムノアッセイの性能は、粒子の総表面積と試料の体積の比の影響を受ける。したがって、初期試料体積が制御されている場合、試料にドーズする（例えば、試料と混合する）粒子の数を制御することも必要である。これを行う理由は、各粒子に結合する分析物分子の数が、試料体積中の粒子の数および試料中の分析物の濃度によって決まるからである。他の因子も、例えばタンパク質、小分子、およびホルモンに対するイムノアッセイの性能に影響を及ぼすことが当業者には理解されるであろう。
【００９５】
例えば、１つの方法は、流量を増加させる条件下で共振デバイスの表面から解離する磁性粒子を観察することによって、共振デバイス（例えば、ＦＰＷ装置）への磁性粒子の結合強度を観察するというものである。
【００９６】
加えられるドーズ量を分析する別の方法は、部分占有モデルを利用することである。例えば、式１により、（Ｒ．Ｅｋｉｎｓ、「Ａｍｂｉｅｎｔ Ａｎａｌｙｔｅ Ａｓｓａｙ」、第３章、Ｔｈｅ Ｉｍｍｕｎｏａｓｓａｙ Ｈａｎｄｂｏｏｋ、監修 Ｄ．Ｗｉｌｄ、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ社、ボストン、２００５年、４６〜６０頁に記載されているように）１つのモデルが与えられる（この文献の内容を参照により本明細書に組み込む）。この文献では、大気分析物アッセイにおける捕捉作用物質の部分占有率Ｆは、曝露される流体の体積中の曝露される標的分析物の濃度［Ａｎ］に対する捕捉作用物質の有効濃度［Ａｂ］に依存する。
【００９７】
【数１】
ここで、Ｋは分析物−捕捉作用物質の結合親和性、［Ａｂ］は有効捕捉作用物質濃度、［Ａｎ］は標的分析物濃度である。部分占有率Ｆは、捕捉作用物質濃度が約０．０１／Ｋよりも大きいとき、捕捉作用物質の有効濃度［Ａｂ］によって決まる。
【００９８】
例として、本明細書で与えられたＰＳＡ試料（図３および図４参照）では、（磁性粒子に結合した）捕捉作用物質の有効濃度は、次式で与えられる。
【００９９】
【数２】
式２中の試料体積（ＳａｍｐｌｅＶｏｌｕｍｅ）は相殺され、ビーズと捕捉プローブの配合を一定に保つ場合、ビーズ表面密度（ＢｅａｄＳｕｒｆａｃｅＤｅｎｓｉｔｙ）を均一とすると、有効捕捉作用物質濃度［Ａｂ］は、最初のドーズ量の中に存在する磁性粒子の濃度に正比例する。したがって、磁性粒子濃度が高い場合、磁性粒子濃度は、部位の部分占有率、したがって、磁性粒子とセンサ表面（例えば、共振デバイスの表面）とのサンドイッチ結合強度に影響を及ぼすことになる。例えば図３に関しては、１ミリリットル当たり２ｅ４個のビーズと各流体試料とを混合した。１ミリリットル当たりのビーズの数をこのようにすると、試料１ミリリットル当たり捕捉作用物質が１ｅ１０〜１０ｅ１０個程度の有効抗体濃度が得られる。１ｅ−１０モル程度の捕捉親和性では、有効捕捉作用物質濃度は０．０１／Ｋよりも大きくなり、これは、ビーズ表面部分占有率が試料中のビーズ濃度によって決まることを意味する。これは、概念的には、温度計がその測定対象温度に影響を及ぼすほど十分に大きい状態で、溶液に温度計を浸してその溶液の温度を測定する概念と似ている。ビーズ表面部分占有率、したがって最終的なビーズ表面結合密度が影響を受けるので、測定を行い、ビーズが適切に試料にドーズされていることを確認することが（例えば、品質管理および品質保証には）有利である。
【０１００】
この実施例では、先に述べたように、０ｐｇ／ｍＬ、１０ｐｇ／ｍＬ、１００ｐｇ／ｍＬ、および５００ｐｇ／ｍＬの遊離型ＰＳＡがそれぞれ、２つの異なる装置１０４（全部で８個の装置）に与えられた。（磁性粒子を伴う）試料流体が、約１７９００秒から約１８０２０秒までは流体流量１００μｌ／分で、約１８０２０秒から約１８２００秒までは５０μｌ／分で共振デバイス１０４の表面１４３に送られ、各共振デバイス１０４の表面１４３を約３５０μｌの試料に曝露した。したがって、各共振デバイス１０４の表面１４３は、流体試料中の約７０００個のビーズに曝露されたことになる。
【０１０１】
蓄積効率（表面を通過して流された磁性粒子の総数の一部が共振デバイスの表面に蓄積される）は、共振デバイスの表面に磁場を印加した状態で様々な流体流量についてなされた実験的な観察に基づいて５０％と予想される。さらに、この実施例で使用する共振デバイスのゲージ率は、類似の共振デバイスを使用して実施された実験では、光学的なビーズ直接計数によって観察され、かつ類似の磁性粒子使用量の条件下で観察された電気信号変化に相関する１つのビーズ当たりの追跡周波数変化で百万分の一（ｐｐｍ）程度である。共振デバイスの表面に曝露された流体試料中のビーズ数（１ｍｌ当たり２ｅ４個のビーズ３５０μｌで約７０００個のビーズが得られる）、蓄積効率５０％、および共振デバイスのゲージ率（１つのビーズ当たり１ｐｐｍ）に基づいて、各共振デバイスの表面上に蓄積されるビーズは３５００個と予想され、これを図３の約１８２００秒のところに示す。正常な進行過程では効率およびゲージ率は変化することがあり、この変化の原因には、装置のタイプの変化、装置に出入りする流れの構成の変化、装置表面の近くに配置され、また装置表面から離れたところに退避する場合の磁場の構成の変化が挙げられる。
【０１０２】
したがって、例えば、流体試料にビーズが半数しか導入されていないか、あるいは逆に、使用した試料流体の体積が誤って２倍になっていないかを判定することが可能である。この場合、共振デバイスを使用して測定した平均蓄積量は、１８２００秒では予想値の約半分になる。使用したビーズが適切の数の半分であり、かつ使用した試料が適切な体積の２倍である場合、アッセイ品質管理測定の結果は、予想結果からさらに大きく変化することになる。別のケースで、使用したビーズの数が２倍であったか、逆に、使用した試料流体の体積が半分であった場合、共振デバイスを使用して測定された平均蓄積量は予想値の約２倍になる。このようにして、例えば試料調製の誤りおよび／またはビーズ試薬ドーズ量の誤差（例えば、試料流体体積または磁性粒子数が多すぎるか、または少なすぎること）によるアッセイ不良を識別することが可能である。
【０１０３】
図４は、図３において時間に対して得られたデータをプロットしてグラフ４００にしたものであり、本発明の原理に従ってデータを処理した後のものである。図４の処理済み曲線４１０、４１４、４１８、４２２、４２６、４３０、４３４、および４３８は、図３の未処理曲線３１０、３１４、３１８、３２２、３２６、３３０、３３４、および３３８にそれぞれ対応する。グラフ４００のＹ軸４０４は、装置１０４の共鳴点近くの追跡センサ位相における、装置１０４によって出力された信号の相対的な大きさの変化（百万分率）である。グラフ４００のＸ軸４０６は時間であり、単位は秒である。
【０１０４】
処理済みの曲線４１０、４１４、４１８、４２２、４２６、４３０、４３４、および４３８は、まず、未処理曲線（３１０、３１４、３１８、３２２、３２６、３３０、３３４、および３３８）に関連するデータを正規化することによって求めた。追跡周波数の百万分率で示す各曲線（３１０、３１４、３１８、３２２、３２６、３３０、３３４、および３３８）ごとのデータを、その曲線の値によって約１８３５０秒のところでさらに正規化し、試料流体の導入前に測定された基底周波数と照らし合わせた。それによって、各データ曲線は、試料の導入時の値から約１８３５０秒における１００％の値に拡大縮小される。次いで、約１８４００秒のところで磁場を取り除いた後で、正規化された各曲線に関連するデータを４５０秒（約１８４００秒〜約１８８５０秒）にわたって積分した。この積分は、それぞれの装置信号レベルについて各間隔のレベルにそれぞれの間隔の時間を掛けて、それらを蓄積し、最終的な和をこの加算を行った時間で割ることによって実施した。こうすると、装置の表面１４３に結合した材料エレメント（ビーズ）の時間正規化量が得られ、これらの値を各試料に関連する分析物の濃度の大きさとして図に示す。このようにして、約１８４００秒から約１８８５０秒までの間に各装置１０４の表面１４３に結合した材料エレメントの量の変化に基づいて分析物の濃度が決定される。図４に示すように、約１０ｐｇ／ｍＬの遊離型ＰＳＡが、このシステムに試料を導入する約９分よりも短い時間で検出された。
【０１０５】
本発明の代替実施形態では、正規化および積分の方法を代えることができる。例えば、各装置の出力を装置ごとに蓄積量に対して正規化するのではなく、単一チップ上の同一群の中の単一の装置の応答によって一群の装置を正規化してもよい。この場合、試料を流す間に加えられる材料エレメントの、異なる装置間の相対的な速度を考慮に入れて結果を導く。代替積分方法は、別々に分割した期間にわたって信号を蓄積することと、得られた結果をそれぞれの期間によって正規化することと、さらにこれら分割区間を重みづけして加算することとを含み得る。別の例では、制御された外部影響の期間後の特定の時点で観察された信号が正規化された状態で、正規化され積分された分割期間の和をとることができる。こうした方法により、外部影響の突然の変化によって生じ得る信号の異常によるバイアスならびに偽の環境効果を小さくすることができる。
【０１０６】
他の実施形態では、流量（例えば、１〜１０００μＬ／分）を正確に制御することができ、その結果、バックグラウンド測定に比べて検出限界がより低くなり、測定のダイナミックレンジが広がる。ある種の実施形態では、流量は増加し続け、その結果、関連する材料エレメント（例えば、微小粒子）に対する外部影響が変化し続ける。ある種の実施形態では、流量を非線形に増加させ（例えば、１μＬ／分から１０００μＬ／分まで対数的な増分で流量を増加させ）、それによって、より少ない流量では積分時間を長くすることができ、その結果、信号対雑音比が改善し、ダイナミックレンジが広がる。
【０１０７】
本発明の代替実施形態では、使用するアッセイ測定装置または装置の構成要素のタイプを代えることができる。ある種の実施形態では、材料エレメント（例えば、ビーズ、マイクロスフェア、常磁性粒子、磁性粒子、または金粒子）が共振デバイスの表面に結合する。共振デバイスは、例えば、音響デバイス、たわみ板波デバイス、表面音響波デバイス、ラム波デバイス、共鳴カンチレバーデバイス、シアーハーモニック表面音響波デバイス、音響プレートモードデバイス、または水晶微量天秤デバイスとし得る。
【０１０８】
表面に結合した材料エレメントの量の変化を示す信号の測定に使用する様々な装置が企図されている。使用し得る装置には、例えば、表面プラズモン共鳴装置、共振デバイス、音響デバイス、たわみ板波デバイス、水晶微量天秤デバイス、蛍光測定装置、および顕微鏡が含まれる。ある種の実施形態では、材料エレメントが結合する表面は、結合した材料エレメントの数の変化を測定するのに使用する装置の表面でもある。
【０１０９】
ある種の実施形態では、表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化を示す光学信号測定を行う。この場合、本発明の方法は、例えば、材料エレメントを画像化し計数することと、材料エレメントから放出された蛍光を空間的に積分して測定することと、材料エレメントで散乱した光を空間的に積分して測定することと、材料エレメントからの表面プラズモン共鳴変化を測定するか、あるいは、表面から反射する、または表面を透過する光の減衰を測定することを含み得る。
【０１１０】
材料エレメント、材料エレメントが結合する表面、あるいは、材料エレメントと表面との間に配設される物質または結合材料に適用する外部影響として様々な影響を利用することができる。本明細書で先に述べたように、外部影響は、表面に結合した複数の材料エレメントを通過してか、または材料エレメントの上か、あるいは材料エレメントを横切って流れる流体とし得る。ある種の実施形態では、材料エレメントと表面との間で相対加速度が形成される。ある種の実施形態では、材料エレメントは磁性体であり、例えば、図１Ａの任意選択の供給源１５０ａを用いて反対の磁場勾配が材料エレメントに適用される。
【０１１１】
ある種の実施形態では、材料エレメントと表面との間で相対変位の大きさが増加する。ある種の実施形態では、材料エレメントは、一定か、または時間変化する電場によって生成される電気泳動力または誘電泳動力に応答する。ある種の実施形態では、外部影響は、材料エレメントと表面との間の結合力の強さに影響を及ぼす。これは、例えば、流体のｐＨの変化、変性剤の導入、または表面上の材料エレメント近傍の温度変化によって実現し得る。ある種の実施形態では、材料エレメントが表面に結合する共振デバイスは、その共振デバイスの表面に材料エレメントと表面との間の結合力に対抗するように作用する音響場または流れ場を作り出す。
【０１１２】
図５は、時間に対して得られたデータをプロットしてグラフ５００にしたものである。グラフ５００のＹ軸５０４は、（本明細書で先に述べたものと同様に、設定された追跡位相に対応する）追跡周波数の変化である。グラフ５００のＸ軸５０８は時間であり、単位は秒である。曲線５１２、５１６、５２０、５２４、５２８、５３２、５３６、および５４０は、試験した８個のたわみ板波デバイスのそれぞれに関連する実験結果の離散データ点をプロットしたものである。この実験では、アッセイ測定装置のチャネル、例えば、図１Ａのアッセイ測定装置１００のチャネル１０２に様々な流体を導入した。次いで、これらの流体をチャネル１０２を通してチャンバ１６０にポンプで送り、そこでこれらの流体を共振デバイスの表面（例えば、図２の装置１０４の膜１３４の表面１４３）と接触させた。各共振デバイス１０４は、共振デバイス１０４の表面１４３と接触する流体の物理的性質（例えば、密度、粘度、流体中の音速）に基づいて変化する信号を出力した。
【０１１３】
この実験では、０．１％ＴＥＲＧＩＴＯＬ（登録商標）ＮＰ４０非イオン界面活性剤（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社、米国ミシガン州所在）を伴う脱イオン水をアッセイ測定装置に導入し、２１３９．１秒から約２２００秒まで共振デバイスの表面に送った。０．０５％ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０（モノラウリン酸ポリエチレングリコールソルビタン）［Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社、米国ミズーリ州セントルイス所在］を伴う０．０１Ｍリン酸緩衝食塩水を、約２２００秒から約２８５０秒まで共振デバイスの表面に送った。０．０１Ｍリン酸緩衝食塩水は、８ｇのＮａＣｌ、０．２ｇのＫＣｌ、１．４４ｇのＮａ２ＨＰＯ４、および０．２４ｇのＫＨ２ＰＯ４を８００ｍｌの蒸留Ｈ２Ｏに溶解して作製した。この溶液のｐＨは、必要な場合には、所望のｐＨが得られるまで、酸（例えば、塩酸）または塩基（例えば、水酸化ナトリウム）を滴定することによって７．４に調整した。次いで、この溶液に追加の蒸留Ｈ２Ｏを添加して総体積１Ｌの流体を生成した。次いで、この溶液を加圧滅菌した。
【０１１４】
０．１％ＴＥＲＧＩＴＯＬ（登録商標）ＮＰ４０非イオン界面活性剤を伴う脱イオン水を共振デバイスの表面に約２８５０秒から約３１００秒まで送った。０．０５％ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０を伴う０．０２Ｍリン酸緩衝食塩水（本明細書で説明したのと同様に作製して０．０２Ｍにしたもの）を共振デバイスの表面に約３１００秒から約３３００秒まで送った。０．１％ＴＥＲＧＩＴＯＬ（登録商標）ＮＰ４０非イオン界面活性剤を伴う脱イオン水を共振デバイスの表面に約３３００秒から約３６００秒まで送った。０．０５％ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０を伴う０．０５Ｍリン酸緩衝食塩水（本明細書で説明したのと同様に作製して０．０２Ｍにしたもの）を共振デバイスの表面に約３６００秒から約３９５０秒まで送った。
【０１１５】
０．１％ＴＥＲＧＩＴＯＬ（登録商標）ＮＰ４０非イオン界面活性剤を伴う脱イオン水を共振デバイスの表面に約３９５０秒から約４３００秒まで送った。５％エタノールの脱イオン水溶液を共振デバイスの表面に約４３００秒から約４６００秒まで送った。０．１％ＴＥＲＧＩＴＯＬ（登録商標）ＮＰ４０非イオン界面活性剤を伴う脱イオン水を共振デバイスの表面に約４６００秒から約５３５０秒まで送った。０．１％ＴＥＲＧＩＴＯＬ（登録商標）ＮＰ４０非イオン界面活性剤を伴う脱イオン水を共振デバイスの表面に約５３５０秒から約５５６８．６秒まで送った。
【０１１６】
０．１％ＴＥＲＧＩＴＯＬ（登録商標）ＮＰ４０非イオン界面活性剤を伴う脱イオン水を共振デバイスの表面に送ったときに、追跡周波数の約百万分の０．０の変化が測定された。０．０５％ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０を伴う０．０１Ｍリン酸緩衝食塩水を共振デバイスの表面に送ったときに、追跡周波数の約百万分の−１０００の変化が測定された。０．０５％ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０を伴う０．０２Ｍリン酸緩衝食塩水を共振デバイスの表面に送ったときに、追跡周波数の約百万分の−２５００の変化が測定された。０．０５％ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０を伴う０．０５Ｍリン酸緩衝食塩水を共振デバイスの表面に送ったときに、追跡周波数の約百万分の−５０００の変化が測定された。５％エタノールの脱イオン水溶液を共振デバイスの表面に送ったときに、追跡周波数の約百万分の２５００の変化が測定された。
【０１１７】
例として、操作者、あるいはコンピュータプロセッサ上で動作する自動処理アルゴリズムは、共振デバイスによって出力された電気信号に基づいて、アッセイ装置の表面と接触している流体のタイプを識別することができた。例えば、この実験では、追跡周波数の百万分の２５００の変化は、０．１％ＴＥＲＧＩＴＯＬ（登録商標）ＮＰ４０非イオン界面活性剤を伴うものから０．０５％ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０を伴う０．０２Ｍリン酸緩衝食塩水に変化する流体が共振デバイスの表面と接触していることを示す。さらに、共振デバイスによって出力される電気信号が所定の条件を満たす（例えば、電気信号の値が指定値よりも大きい、または指定値よりも小さい、あるいは、最小値と最大値との間にある）ときに、使用者は、特定のタイプの流体がアッセイ装置の表面と接触していることを示す数値境界を設けることができる。
【０１１８】
共振デバイスの表面と接触している流体のタイプを判定することができれば、例えば、１種または複数種の正しい流体がアッセイ測定装置に導入されたかどうかを判定する助けになり得る。ある種の実施形態では、本発明の方法は、流体が正しい順序でアッセイ測定装置に導入されたかどうかを判定するのに有用である。さらに、共振デバイスによって出力される電気信号は時間の関数として測定されるので、ある種の実施形態では、特定の流体がアッセイ中の正しい時点で導入されたかどうかを判定することも可能である。例えば、血液の成分を分析する自動アッセイシステムでは、類似の共振デバイス電気信号変化が、未処理の試料または希釈した試料を洗浄緩衝液に（またはその逆）変えるときに観察されることになる。このアッセイシステムは、この変化をモニターして試料または洗浄緩衝液の導入を確認するように構成することができよう。さらに、電気信号のこの変化を利用して、試料または洗浄緩衝液が導入された時点を追跡することもできよう。
【０１１９】
当業者なら、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、本明細書で説明したものの変形形態、改変形態、および他の実施形態を想起するであろう。そのため、これらの形態は本発明に包含されるものと見なされる。したがって、本発明は、上記の図を用いた説明だけで定義されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１Ａ】図１Ａは、アッセイ測定を実施するのに使用するアッセイ測定装置の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、アッセイ測定装置の別の実施形態の概略図である。
【図２】図２は、図１Ａおよび図１Ｂに示すアッセイ測定装置の一部の拡大図である。図２Ａは、図２の一部の拡大図である。
【図３】図３は、本発明の方法を適用する前のアッセイ測定データと時間の関係をグラフで表したものである。
【図４】図４は、本発明の方法を適用した後のアッセイ測定データと時間の関係をグラフで表したものである。
【図５】図５は、共振デバイスの表面に送られる様々な流体についてのアッセイ測定データをグラフで表したものである。
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、アッセイ測定を行う方法および装置に関し、詳細には生物アッセイ測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景技術）
アッセイ測定技術の目標は、溶解している標的分析物の量を、１つには、少なくとも１つの捕捉作用物質または捕捉プローブ（本明細書では捕捉作用物質と称する）を用いて標的分析物を捕捉することによって測定することである。ある種のケースでは、第１の、すなわち主要な捕捉作用物質をセンサ表面または微粒子表面などの表面に固定する。サンドイッチアッセイの場合と同様に、第２捕捉作用物質を使用してそれを同時に（特異的に、または非特異的に、あるいは交差反応会合により）分析物と結合させることができる。試料中に分析物が存在しないときでも、非特異的な表面会合のために、試料中の材料が少量ではあるが結合し得る。結合した標的分析物の量は通常、結合工程および洗浄工程（例えば、非標的材料を洗浄して除去する工程）を実施した後で記録された信号の大きさと、分析物を含む試料に上記表面を曝露する前に記録された基底信号とを比較することによって定量化される。
【０００３】
従来方式のアッセイ測定技術で用いられる定量法は精度の点で限界がある。というのは、こうした定量法では、例えば、複数の異なる装置の出力変動が補償されず、アッセイを実施する時間にわたって複数の測定値を提供する有効な手段や、障害となるバックグラウンド材料を動作中の装置から除去する信頼性のある手段が提供されないからである。さらに、ある種のアッセイ測定技術は、追加のハードウエアを使用して複数の異なる装置の出力変動を補償する手の込んだ技術を必要とする。
【０００４】
また、従来方式のアッセイ測定技術には、試料調製の誤り、流体混合の間違い、アッセイ材料の物理的性質の変化、および流体の流れの変動などによるアッセイ不良を識別するための適切な手段もない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、改善されたアッセイ測定用の装置および方法、ならびに、品質保証および品質管理用の方法および装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の要旨）
本発明は、一態様では、アッセイ測定装置に流体が導入されたかどうかを判定する方法に関するものである。この方法は、共振デバイスの表面に流体を送ることを含む。この方法はさらに、共振デバイスによって出力された（例えば、時間の関数としての）電気信号をモニターすることを含む。この電気信号の性質は、共振デバイスの表面と接触する流体の物理的な性質に基づいて変化する。この方法はさらに、共振デバイスによって出力された電気信号が、流体の存在を示す所定の条件を満たすかどうかを判定することを含む。
【０００７】
ある種の実施形態では、この方法は、共振デバイスの表面に第２流体を送ることと、共振デバイスによって出力された電気信号を時間の関数としてモニターすることと、共振デバイスによって出力された電気信号が第２の所定の条件を満たすかどうかを判定することとを含む。ある種の実施形態では、共振デバイスによって出力された電気信号は、電気信号の値が指定された値よりも大きいか、または小さい場合に所定の条件を満たす。ある種の実施形態では、共振デバイスによって出力された電気信号は、電気信号の値が最小値と最大値との間にある場合に所定の条件を満たす。共振デバイスによって出力された電気信号の様々な性質をモニターすることができる。ある種の実施形態では、共振デバイスによって出力された電気信号の変化率をモニターして、例えば、流体の流量、ポンプの動作、または共振デバイスの表面近傍の流体の流れのパターンに問題があるかどうかを判定する。
【０００８】
ある種の実施形態では、流体は磁性粒子を含む。ある種の実施形態では、流体は生物学的試料を含む。ある種の実施形態では、流体を送ることは、チャネルを通して、または共振デバイスの表面の上で流体をポンプで送ることを含む。
【０００９】
本発明は、別の態様では、アッセイ測定装置に流体が導入されたかどうかを判定する方法に関するものである。この方法は、共振デバイスの表面に第１流体を送ることを含む。この方法はさらに、第１流体が共振デバイスの表面と接触することに応答して、共振デバイスによって出力された第１電気信号をモニターすることを含む。この方法はさらに、共振デバイスの表面に第２流体を送ることを含む。この方法はさらに、第２流体が共振デバイスの表面と接触することに応答して、共振デバイスによって出力された第２信号をモニターすることを含む。この方法はさらに、共振デバイスによって出力された第１信号および第２信号が所定の条件を満たすかどうかを判定することを含む。
【００１０】
ある種の実施形態では、共振デバイスによって出力された第１信号および第２信号は、第１信号と第２信号との間の値の差が最小値と最大値との間にある場合に所定の条件を満たす。ある種の実施形態では、第１流体および第２流体を送ることは、チャネルを通して第１流体および第２流体をポンプで送ることを含む。
【００１１】
本発明は、別の態様では、アッセイ測定装置内の流体の流量を決定する方法に関するものである。この方法は、共振デバイスの表面に流体を送るチャネルに流体を導入することを含み、共振デバイスは、共振デバイスの表面と接触する物質の物理的な性質に基づいて電気信号を出力する。この方法はさらに、共振デバイスによって出力された（例えば、時間の関数としての）電気信号をモニターすることを含む。この方法はさらに、チャネルの幾何学的性質および共振デバイスによって出力された電気信号に基づいて流体の流量を決定することを含む。
【００１２】
この流体は粒子を含み得る。ある種の実施形態では、流体の流量を決定することは、流体がチャネルに導入された後で粒子が共振デバイスの表面と接触する時間を決定することを含む。ある種の実施形態では、粒子が共振デバイスの表面と接触する時間は、共振デバイスによって出力された電気信号がいつ変化するかに基づいて決定される。ある種の実施形態では、流体の流量を決定することは、流体がチャネルに導入された後で、共振デバイスによって出力された電気信号がいつ変化するかに基づいて、流体が共振デバイスの表面と接触する時間を決定することを含む。
【００１３】
本発明は、別の態様では、アッセイ測定装置を特徴とする。このアッセイ測定装置は、流体が入る少なくとも１つの開口を有する流体チャンバを備える。このアッセイ測定装置は、流体チャンバの少なくとも１つの内面の少なくとも一部を規定する共振デバイスを備える。このアッセイ測定装置は、共振デバイスによって出力された少なくとも１つの信号をモニターするための手段を備える。このアッセイ測定装置は、共振デバイスによって出力された電気信号が特定の流体の存在を示す所定の条件を満たすかどうかを判定するための手段も備える。
【００１４】
本発明は、別の態様では、流体の流量を決定する方法に関するものである。この方法は、分析物を含む流体と、分析物に親和性を有する捕捉作用物質を含む複数の磁性粒子とを混合して、少なくとも一部の分析物に結合した少なくとも一部の磁性粒子を生成することを含む。この方法はさらに、混合された流体をチャネルを通して流体チャンバ中に方向付けることを含み、共振デバイスの少なくとも１つの表面は、流体チャンバ内の流体と流体連通する。この方法はさらに、共振デバイス近傍に第１磁束を生成して、複数の結合した磁性粒子の少なくとも一部を共振デバイスの少なくとも１つの表面に磁気的に引き寄せることを含む。この方法はさらに、チャネルおよび流体チャンバの幾何学的性質ならびに共振デバイスによって出力された電気信号に基づいて、チャネルおよび流体チャンバを通過する流体の流量を決定することを含む。
【００１５】
ある種の実施形態では、流体の流量を決定することは、流体がチャネルに導入された後で、共振デバイスによって出力された電気信号がいつ変化するかに基づいて、流体が共振デバイスの表面と接触する時間を決定することを含む。ある種の実施形態では、共振デバイスによって出力された電気信号は、磁性粒子が共振デバイスの少なくとも１つの表面と接触するときに変化する。
【００１６】
本発明は、別の態様では、アッセイ測定準備方法に関するものである。この方法は、分析物を含む流体と、分析物に親和性を有する捕捉作用物質を含む複数の磁性粒子とを混合して、分析物に結合した磁性粒子を生成することを含む。この方法はさらに、混合された流体をチャネルを通して流体チャンバ中に方向付けることを含み、共振デバイスの少なくとも１つの表面は、流体チャンバ内の流体と流体連通する。この方法はさらに、共振デバイス近傍に第１磁束を生成して、磁性粒子を共振デバイスの少なくとも１つの表面に磁気的に引き寄せることを含む。この方法はさらに、共振デバイスによって出力される電気信号に基づいて、分析物を含む流体が所定量の磁性粒子と混合されたかどうかを判定することを含む。
【００１７】
本発明は、別の態様では、分析物を含む流体に磁性粒子が適切にドーズされたかどうかを判定することを含む。この方法は、分析物を含む流体と、分析物に親和性を有する捕捉作用物質を含む所定数の磁性粒子とを混合して、分析物に結合した磁性粒子を生成することを含む。この方法はさらに、混合された流体を共振デバイスの表面に送ることを含む。この方法はさらに、共振デバイス近傍に第１磁束を生成して、磁性粒子を共振デバイスの少なくとも１つの表面に磁気的に引き寄せることを含む。この方法はさらに、共振デバイスから出力される電気信号に基づいて、分析物を含む流体に磁性粒子が適切にドーズされたかどうかを判定することを含む。ある種の実施形態では、分析物を含む流体に磁性粒子が適切にドーズされたかどうかを判定する方法はさらに、共振デバイスから出力される電気信号に基づいて、分析物を含む正しい体積の流体と、所定数の磁性粒子が混合されたかどうかを判定することを含む。
【００１８】
本発明は、一態様では、アッセイを実施する方法に関するするものである。この方法は、正規化された曝露量を確立する共振デバイスの表面のかなりの面積にわたって複数の結合で材料エレメントを結合することを含む。この方法はさらに、材料エレメントに適用される外部影響を第１期間にわたって変化させることを含む。この方法はさらに、第２期間にわたって信号を時間で積分して、表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定することを含む。
【００１９】
本発明は、別の態様では、アッセイを行う前にアッセイ測定装置の較正を必要としないアッセイを実施する方法を特徴とする。
【００２０】
本発明は、別の態様では、アッセイを実施する方法に関するものである。この方法は、正規化された曝露量を確立する共振デバイスの表面のかなりの面積にわたって複数の結合で材料エレメント（例えば、磁性粒子、常磁性粒子、金粒子、マイクロスフェア、またはビーズ）を結合することを含む。この方法はさらに、材料エレメントに適用される外部影響を第１期間にわたって制御することを含む。この方法はさらに、表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化を示す信号を第２期間にわたって測定することを含む。
【００２１】
ある種の実施形態では、この方法はさらに、第２期間中に表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化に基づいて、材料エレメントと表面との間に存在する物質の濃度を決定することを含む。材料エレメントと表面との間に存在する物質により、材料エレメントは表面に結合し得る。ある種の実施形態では、この方法はさらに、外部影響に応答して表面から放出（分離）される材料エレメントの量と外部影響とを相関させることを含む。ある種の実施形態では、この方法はさらに、測定された信号の値を時間で積分して、表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定することを含む。
【００２２】
外部影響を制御することは外部影響を変化させることを含み得る。ある種の実施形態では、この方法はさらに、表面に結合する材料エレメントの量の変化を外部影響の変化に相関させることを含む。外部影響を適用することは、例えば、材料エレメントの上か、材料エレメントを通過してか、あるいは材料エレメントを横切って流体を流すことを含み得る。外部影響を適用することは、材料エレメントと表面との間に相対的な加速を作り出すことも含み得る。
【００２３】
ある種の実施形態では、材料エレメントは磁性体であり、外部影響を適用することは、材料エレメントと反対の磁場勾配を適用することを含む。ある種の実施形態では、外部影響を適用することは、一定か、または時間変化する電場に材料エレメントを曝露して、材料エレメントに作用する電気泳動力または誘電泳動力を誘起することを含む。ある種の実施形態では、外部影響を適用することは、共振デバイスによって生成される音響場または流体の流れ場に材料エレメントを曝露することを含む。
【００２４】
ある種の実施形態では、外部影響を適用することは、材料エレメントと表面との間の結合力の強さを変化させることを含む。結合力の強さを変化させることは、流体のｐＨを変化させること、材料エレメントの上に変性剤を流すこと、流体の温度を変化させること、あるいはこれらの組合せを含み得る。ある種の実施形態では、材料エレメントに外部影響を適用することは、材料エレメントと表面との間の相対変位（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）の大きさを大きくすることを含む。ある種の実施形態では、材料エレメントに外部影響を適用することは、第２期間にわたって外部影響を変化させることを含む。ある種の実施形態では、外部影響を適用することは、材料エレメントにかかる力を生成することを含み、前記力は、材料エレメントと表面との間の結合と競合するものである。
【００２５】
ある種の実施形態では、第２期間中に信号を測定することは、表面プラズモン共鳴装置、共振デバイス、音響デバイス、たわみ板波（ｆｌｅｘｕｒａｌ ｐｌａｔｅ ｗａｖｅ）デバイス、水晶微量天秤（ｑｕａｒｔｚ ｃｒｙｓｔａｌ ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）デバイス、および顕微鏡からなる群から選択した装置を使用して実施される。この表面はこの装置の表面である。
【００２６】
第２期間中に信号を測定することは、第２期間中に表面に結合する材料エレメントの量の変化を連続的に測定することを含み得る。ある種の実施形態では、表面に結合する材料エレメントの量の変化を測定することは、第１期間中に材料エレメントが表面に結合する速度を測定することを含む。第１期間は第２期間に部分的に、または完全に重なり合うことがある。結合は、特異的会合、非特異的会合、交差反応会合、イオン結合、共有結合、ファンデルワールス結合、水素結合、または極性結合とし得る。
【００２７】
ある種の実施形態では、材料エレメントは、共振デバイスの表面に材料エレメントを結合させる前に試料中の物質に曝露される。ある種の実施形態では、この方法はさらに、材料エレメントと表面との間にある物質の濃度に基づいて、試料中にある物質の濃度を決定することを含む。
【００２８】
本発明は、別の態様では、アッセイを実施する装置を特徴とする。この装置は、表面を有する共振デバイスを備える。この装置はさらに、複数の材料エレメント（例えば、磁性粒子、常磁性粒子、金粒子、マイクロスフェア、またはビーズ）を表面に結合し、かつ複数の材料エレメントと表面との間に物質を挟むことができ、それによって、物質と複数の材料エレメントとの間に複数の結合が形成され、かつ正規化された曝露量が確立される結合物質または結合のための手段を備える。この装置はさらに、第１期間にわたって材料エレメントに外部影響を適用するための供給源を備える。この装置はさらに、表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化を示す信号を測定する測定デバイスを備える。
【００２９】
ある種の実施形態では、外部影響を適用するための供給源は、材料エレメントの上の、または材料エレメントを通過する、あるいは材料エレメントを横切る流体の流れを制御する。ある種の実施形態では、材料エレメントは磁性体であり、外部影響を適用するための供給源は、材料エレメントと反対の磁場勾配を適用する。ある種の実施形態では、外部影響を適用するための供給源は、一定か、または時間変化する電場に材料エレメントを曝露して、材料エレメントに作用する電気泳動力または誘電泳動力を誘起する。ある種の実施形態では、外部影響を適用するための供給源は、共振デバイスによって生成される音響場または流体の流れ場に材料エレメントを曝露する。
【００３０】
共振デバイスは、例えば、音響デバイス、たわみ板波デバイス、表面音響波デバイス、ラム波デバイス、共鳴カンチレバーデバイス、シアーハーモニック表面音響波デバイス、音響プレートモードデバイス、または水晶微量天秤デバイスとし得る。ある種の実施形態では、測定デバイスは、表面プラズモン共鳴装置、共振デバイス、音響デバイス、たわみ板波デバイス、水晶微量天秤デバイス、または顕微鏡である。ある種の実施形態では、外部影響を適用するための供給源は測定デバイスでもある。
【００３１】
本発明は、別の態様では、アッセイを実施する方法に関するものである。この方法は、正規化された曝露量を確立する表面のかなりの面積にわたって複数の結合で材料エレメントを結合することを含む。この方法はさらに、第１期間にわたって材料エレメントに外部影響を適用することを含む。この方法はさらに、表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化を示す光学信号を第２期間にわたって測定することを含む。この方法はさらに、光学信号の値を時間で積分して、表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定することを含む。
【００３２】
ある種の実施形態では、この方法はさらに、第２期間中に表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化に基づいて、材料エレメントと表面との間に存在する元の試料中の物質の濃度を決定することを含む。ある種の実施形態では、材料エレメントと表面との間に存在する物質により、材料エレメントは表面に結合する。
【００３３】
ある種の実施形態では、この方法はさらに、外部影響に応答して表面から放出される材料エレメントの量と外部影響とを相関させることを含む。外部影響を適用することは、材料エレメントの上か、材料エレメントを通過してか、あるいは材料エレメントを横切って流体を流すことを含み得る。ある種の実施形態では、外部影響を適用することは、一定か、または時間変化する電場に材料エレメントを曝露して、材料エレメントに作用する電気泳動力または誘電泳動力を誘起することを含む。ある種の実施形態では、外部影響を適用することは、共振デバイスによって生成される音響場または流体の流れ場に材料エレメントを曝露することを含む。
【００３４】
ある種の実施形態では、外部影響を適用することは、材料エレメントと表面との間の結合力の強さを変化させることを含む。結合力の強さを変化させることは、流体のｐＨを変化させること、材料エレメントの上に変性剤を流すこと、流体の温度を変化させること、あるいはこれらの組合せを含み得る。
【００３５】
ある種の実施形態では、第２期間中に光学信号を測定することは、表面プラズモン共鳴装置、顕微鏡、または（非共鳴散乱装置（例えば、蛍光測定装置）を含む）光散乱測定装置からなる群から選択した装置を使用して実施される。この表面はこの装置の表面とし得る。
【００３６】
粒子は、例えば、磁性粒子、常磁性粒子、金粒子、マイクロスフェア、またはビーズとし得る。ある種の実施形態では、粒子は蛍光性である。ある種の実施形態では、光学信号を測定することは、粒子または粒子に結合した物質の反射率、透過率、または蛍光を測定することを含む。
【００３７】
本発明は、別の態様では、アッセイを実施する装置を特徴とする。この装置は表面を備え、結合物質または結合のための手段は、複数の材料エレメントを表面に結合し、かつ複数の材料エレメントと表面との間に物質を挟むことができ、それによって、物質と複数の材料の間に複数の結合が形成され、かつ正規化された曝露量が確立される。この装置はさらに、第１期間にわたって材料エレメントに外部影響を適用するための供給源を備える。この装置はさらに、表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化を示す信号を測定する光学測定デバイスを備える。光学信号の値を時間で積分して、表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定する。
【００３８】
ある種の実施形態では、外部影響を適用するための供給源は、材料エレメントの上の、または材料エレメントを通過する、あるいは材料エレメントを横切る流体の流れを制御する。ある種の実施形態では、材料エレメントは磁性体であり、外部影響を適用するための供給源は、材料エレメントと反対の磁場勾配を適用する。光学測定デバイスは、例えば、表面プラズモン共鳴装置、顕微鏡、または（非共鳴散乱装置（例えば、蛍光測定装置）を含む）光散乱測定装置からなる群から選択した装置とし得る。
【００３９】
ある種の実施形態では、外部影響を適用するための供給源は、一定か、または時間変化する電場に材料エレメントを曝露して、材料エレメントに作用する電気泳動力または誘電泳動力を誘起する。ある種の実施形態では、外部影響を適用するための供給源は、共振デバイスによって生成される音響場または流体の流れ場に材料エレメントを曝露する。粒子は、例えば、磁性粒子、常磁性粒子、金粒子、マイクロスフェア、またはビーズとし得る。
【００４０】
本発明は、別の態様では、アッセイを実施する装置を特徴とする。この装置は、正規化された曝露量を確立する共振デバイスの表面のかなりの面積にわたって複数の結合で材料エレメントを結合する手段を備える。この装置はさらに、材料エレメントに適用される外部影響を第１期間にわたって制御する手段を備える。この装置はさらに、表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化を示す信号を第２期間にわたって測定する手段を備える。
【００４１】
本発明の上記その他の目的、特徴、および利点、ならびに本発明自体は、以下の説明を添付の図面と併せ読めばより完全に理解されよう。ただし、図面は必ずしも原寸に比例していない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
（例示的な実施形態の詳細な説明）
本発明は、複数の材料エレメントの表面と第２の表面との間の結合（または会合）強度と分離（または解離）強度を、これらの表面の一方または両方に作用する外部影響の存在下で比較することを含むアッセイ測定法を対象としている。この外部影響は、材料エレメントと第２表面の結合と競合するものである。本発明の特定の実施形態は、例えば、第２表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化を示す信号を測定することも含む。本発明の別の実施形態は、測定された信号を時間で積分して、第２表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定することも含む。
【００４３】
本発明の実施形態では、アッセイ測定装置の絶対較正が不要である。例えば、ある種の実施形態では、複数の材料エレメントが結合する表面は、共振デバイスの表面である。この共振デバイスは、装置の相対周波数シフトを測定し、アッセイ測定装置電子回路の周波数または振幅の絶対較正を必要としない。さらに、この方法は、複数の時点で信号を比較することによって単一の装置に蓄積された材料の量の相対変化を測定することを含むので、装置（例えば、ＦＰＷ装置）自体の、その表面に蓄積する材料に対する応答は、例えば、生物試薬のばらつきの較正を除き、アッセイを実施する前に較正する必要がない。生物試薬のばらつきの較正はロットごとに行うことがあり、制御装置を必要とする。この較正を除き、本発明の実施形態は、アッセイ測定装置（信号変換手段）に求められる較正の量を減らすことができるという利点を有する。そのため、組立および試験中に較正ステップが不要なので装置の製造コストを下げることができる。
【００４４】
さらに、本発明の方法により、アッセイが、特定の分析物と結合させるか、特定の分析物を捕捉するために試料と相互作用させる、または（例えば、ピペットによって）混合する材料エレメント（例えば、ビーズ）の量の変動を受けにくくなる。この方法では、蓄積期間中に装置の表面に集まる材料エレメントの総量で正規化するので、この方法は一般にこれらの変動に対して鈍感である。
【００４５】
共振デバイスを含むアッセイ測定装置の較正の必要性が低くなることは、分散型測定システムでは特に有利である。実験室環境外で行うアッセイが認められるには、システムは日常の較正なしで動作しなければならない。直接較正なしで動作することができ、追加された試薬（例えば、ビーズ）の変動に対する不感受性が改善されることにより、アッセイ測定方法が改善される。
【００４６】
様々な測定アッセイ用のフォーマットおよび装置が本発明の範囲内で企図されている。例えば、表面の一方または両方に捕捉作用物質を配置することができる。例えば、複数の材料エレメント（例えば、ビーズ）の表面が特定の物質（例えば、特定の分析物）を結合し得る捕捉作用物質で被覆されたサンドイッチアッセイを実施することができる。この捕捉作用物質で被覆された材料エレメントは、特定の分析物を含む試料に曝露される。第２表面（例えば、共振デバイスの表面または光学的な表面）は、やはり特定の分析物と結合し得る捕捉作用物質で被覆される。捕捉作用物質で被覆された材料エレメントは、第２表面に曝露される。次いで、適切なアッセイ測定装置（例えば、共振デバイスに基づく測定装置または表面プラズモン共鳴装置）を使用して、例えば、第２表面に結合した特定の分析物の存在の有無を検出する。
【００４７】
競合アッセイは、本発明の方法を適用することにより効果が得られるように実施し得る別のアッセイフォーマットの例である。複数の材料エレメント（例えば、ビーズ）の表面は、特定の物質（例えば、特定の分析物）と結合し得る捕捉作用物質で被覆される。捕捉作用物質で被覆された材料エレメントは、特定の分析物を含む試料に曝露される。第２表面（例えば、共振デバイスの表面または光学的な表面）は、これらの材料エレメントと結合し得る捕捉作用物質で被覆される。捕捉作用物質で被覆された材料エレメントは、第２表面に曝露される。特定の分析物が付着しない捕捉作用物質で被覆された材料エレメントは、第２表面に結合しやすい。特定の分析物が付着する捕捉作用物質で被覆された材料エレメントは、第２表面と結合しにくい。そのため、試料が大量の特定の分析物を含む場合、第２表面に結合する捕捉作用物質で被覆された材料エレメントの正味強度は小さくなる。
【００４８】
本発明の一実施形態では、流体試料中の物質（例えば、分析物）は、材料エレメント（例えば、磁性ビーズ）の表面に結合して物質−材料エレメントの複合体を形成する。この複合体は、システムに傾斜磁場を加えることによって移動し、装置の表面（例えば、共振デバイスの表面）に局在化する。この磁場は、材料エレメントの磁性材料内で、局所磁力線に整列した分極を誘起する。材料エレメントは、この傾きの方向に正味の力を受け、そのため、材料エレメントは磁場の強さが大きい領域に向かって移動する。この磁場の分布は、流体試料中の複合体を装置表面に向けて引き寄せ、これらの複合体が装置表面全体にわたって分布するように調整される。流体試料中の無関係なバックグラウンド成分（例えば、細胞、タンパク質といった標的成分ではない成分）の磁気感受率は一般に、磁性材料エレメントの磁気感受率よりもはるかに低く、そのため、磁場がこれらのバックグラウンド成分に及ぼす影響は大きくない。したがって、装置表面と相互作用するバックグラウンド成分材料は極めて少ない。
【００４９】
本発明の原理を組み込んだアッセイ測定装置の使用の例には、臨床診断、バイオアナリシス、バイオプロセス、工業分野での検出、防衛応用が含まれる。例えば、本発明を利用して、試料中で検出された分析物のレベルに基づいて、疾患を診断し、また、疾患の進展のリスクを評価することができる。さらに、本発明を利用して、例えば、試料中に存在する１つまたは複数の心臓マーカのレベルに基づいて患者が心臓発作を起こしたかなど、患者の症状を評価することができる。本発明を利用して、（例えば、細菌性、ウィルス性、または寄生性の）感染を検出し、かつ／または、その感染がどのくらい進んでいるのかを検出することができる。本発明により、分析物をリアルタイムで（すなわち、試料の分析中に）検出することができる。さらに、本発明を診察の時点で用いて、生物学的かつ／または臨床学的に関連する分析物を、（例えば、離れた試験施設に試料を送ることに関連する）遅れなく測定し、それによって、治療をカスタマイズし、患者のコンプライアンスレベルを上げることができる。
【００５０】
図１Ａは、本発明による、アッセイ測定を実施するのに使用するアッセイ測定装置１００の一実施形態の概略図である。システム１００は、様々な試験溶液（本明細書では「試験流体」または「流体」とも称する）をアッセイ装置１０４の表面１４３に輸送するチャネル１０２の網状構造を備える。下記の米国特許および米国特許出願には、本発明のアッセイ測定装置１００で使用するのに適した様々なタイプのアッセイ装置の例が記載されている。これらは、米国特許第５１２９２６２号、米国特許第５１８９９１４号、米国特許第６６８８１５８Ｂ２号、米国特許第６８５１２９７号、米国特許第５６６８３０３号、米国特許第５８３６２０３号、および米国特許出願公開第２００４−００３８１９５号であり、これらすべてを参照によりここに組み込む。
【００５１】
例えば、米国特許第５１２９２６２号には、ラム波伝播媒体を形成する材料の薄い平面シートを有する超音波センサが記載されている。板モード波としても知られるラム波は、有限厚さの材料を通過する形でしか伝播し得ない。表面音響波（ＳＡＷ）は、伝播するＳＡＷの波長の数百倍程度の厚さを有する伝播媒体を必要とするが、それとは異なり、ラム波は、最大でも数波長程度、典型的には、伝播するラム波の波長の何分の一かの厚さの伝播媒体を必要とする。このシートの厚さは約２０μｍ以下である。ラム波生成器はこの平面シート内でラム波を発生させ、出力装置はこのシートに沿って伝播するラム波の伝播特性を表す電気信号を生成する。測定デバイスは、出力された電気信号の特性のうち選択されたものを測定する。この平面シートは、このシートに関わる測定値に依存するある種の物理的な特性を有し、この物理的な特性により、このシートに沿って伝播するラム波の伝播特性が決まる。出力装置からの電気信号は伝播特性を表すので、この電気信号はシートに関わる測定値も表す。
【００５２】
米国特許第５１２９２６２号に記載のラム波デバイスは、例えば、生物を感知するのに使用することができる。上記で説明した平面シートは、捕捉作用物質であらかじめ被覆することができ、それによって、この捕捉作用物質と結合し得る分析物を含む液体に浸されるか、あるいは接触すると、この装置の周波数が変化する。伝播媒体の表面での分析物への捕捉作用物質の付着は、シート中でのラム波の波動速度を変化させるように作用する。波動速度の変化により、この装置の遅延線発振器の形態で振動周波数が変化する。また、捕捉作用物質と分析物の付着を速めるために、このシートは、多孔性かつ浸透性の材料で作製してもよく、それによって、シートのより大きな表面積に捕捉作用物質を被覆することができ、かつ、膜を貫通して液体を含む分析物を流すことができる。他の生物相互作用を感知することもできる。追加の応用例には、イムノアッセイ、検査室での臨床試験、ｉｎ ｖｉｖｏ生物医学モニタリング、および生物医学研究などがある。
【００５３】
ここで説明する実施形態で使用する試験溶液には、例えば、阻止溶液１０６、試料１０８、および緩衝液１１０があるが、これらは貯留容器１１２から供給される。各貯留器１１２からのチャネル経路はバルブ１１４で開閉されて、アッセイ装置１０４の入口ポート１１８につながる合流点１１６への特定の試験溶液の流れが制御される。試験溶液は、アッセイ装置１０４を通過して流れ、出口ポート１２０から排出され、ポンプ１２２に至る。ポンプ１２２は、チャネル１０２の網状構造およびアッセイ装置１０４を通して試験溶液を引き込み、廃棄受け１２４に試験溶液を送る。
【００５４】
図１Ｂに、アッセイ測定装置１００の別の実施形態を示す。この実施形態では、アッセイ装置１０４およびそれに関連する流体チャンバ１６０をカートリッジ１０３（すなわち、取り外して交換し得る消耗品）としてパッケージする。ある種の実施形態は、装置１０４を通過する流れを変化させる栓、障壁、またはバフルなどの流体制御装置１０１も含み得る。一実施形態では、流体制御装置１０１は、流体制御装置１０１がない場合よりも、装置１０４を通過する流体の流れが表面１４３の近くを通過するように動作する。さらに、入力流体チャンバ１０５として図に示す入力試験溶液の供給源は、試験溶液をカートリッジ１０３の入口１０９に送る出口１０７を有する。ある種の実施形態では、まず磁性粒子が入力流体チャンバ１０５内に配置され、入力流体チャンバ１０５内で分析物を含む流体と磁性粒子が混合され、次いで、装置１０４が配置されているカートリッジ１０３に送られる。磁性粒子は、入力流体チャンバ１０５内で、ある装置によって（例えば、ポンプまたは磁気攪拌機の動作によって）分析物を含む流体と混合させることもできる。
【００５５】
図１Ｂにはさらに、カートリッジ１０３の出口１１５から流体を受ける入口１１３を備えた出力流体チャンバ１１１が示されている。この出力流体チャンバ１１１は、本明細書で説明する流体制御装置の１つまたは複数を含み得る。また、出力流体チャンバ１１１は、廃棄流体を溜め、かつ／または処理するための１つまたは複数の機構も含み得る。ある種の実施形態では、装置１００はチャンバ１６０を含まない。ある種の実施形態では、流体は、装置１０４の表面１４３への流体の流れを支えるのに適した単一の直線状の流体チャネルまたは流路によって装置１０４の表面１４３に提供される。
【００５６】
少なくとも１つの実施形態では、入力流体チャンバ１０５の出口１０７とカートリッジ１０３の入口１０９とが交わる接合部は、接続および分離が繰り返し行い得るように構築され配置される。同様に、カートリッジ１０３の出口１１５と出力流体チャンバ１１１の入口１１３とが交わる接合部は、接続および分離が繰り返し行い得るように構築され配置される。ある種の実施形態では、これらの接合部は、接続および分離用の工具、例えば、結合および分離に関わるスパナまたは類似の工具を必要とするねじ付き継ぎ手を必要とするように構築され配置される。他の実施形態では、これらの接合部は、特別な工具や付属品なしで手作業での接続および分離が迅速かつ容易に行われるように構築され配置される。このような継ぎ手は、工具を必要とするものもしないものも当技術分野では周知のものである。ある種の実施形態では、入力流体チャンバおよび出力流体チャンバが複数ある。ある種の実施形態では、１つまたは複数の入力および／または出力用の流体チャンバはカートリッジ１０３の一部になっている。さらに、ある種の実施形態では、１つまたは複数の磁束供給源がカートリッジ１０３の一部になっている。
【００５７】
図２に、図１Ａおよび図１Ｂの装置１０４をより詳細に示す。この実施形態では、アッセイ装置１０４はＦＰＷ装置である。ＦＰＷ装置１０４では、曲げおよび引張りの形で歪みエネルギーが伝えられる。ある種の実施形態では、ＦＰＷ装置１０４の厚さと波長の比は１未満であることが望ましく、ある種の実施形態では、１よりもかなり小さいことが望ましい。一般に、ＦＰＷ装置１０４の波長「λ」は、本明細書で説明するくし形電極のピッチにほぼ等しい。一実施形態では、ＦＰＷ装置１０４の厚さと波長の比は２μｍ／３８μｍである。他の実施形態では、ＦＰＷ装置１０４はこの装置に関連する、特定のモード（例えば、ゼロ次モードから高次モードまでの任意のモード）またはモードの帯域を分離するように設計される。例えば、上記で説明した厚さ／波長が２μｍ／３８μｍのＦＰＷ装置１０４は、ＦＰＷ装置１０４の８０次モードを分離する。ＦＰＷ装置１０４は、くし形電極の特定のパターンを選択し、それを装置に被着させることによってこの効果を実現するように設計し得る。一実施形態では、ＦＰＷ装置１０４の形状は矩形である。あるいは、ＦＰＷ装置１０４は、円形または楕円形あるいは他の何らかの平面形状とし得る。
【００５８】
一般に、ＦＰＷ装置１０４は、当技術分野で周知の微細加工技術を利用してシリコンウエハ１３０から構築される。ここで説明する実施形態では、エッチングにより窪み１３２がウエハ１３０に形成され、それによって、長さ約１．６ｍｍ、幅約０．４ｍｍ、厚さ約２μｍの薄い懸架膜１３４が生成される。ウエハ１３０の全体的な厚さは約５００μｍであり、そのため、窪み１３２の深さは、ウエハ１３０の厚さよりもわずかに小さくなる。図２Ａの拡大挿入図に示すように、膜１３４の外面（すなわち、窪み１３２の反対側の表面）に厚さ０．５μｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の層を被着させる。ＡｌＮ層上に２組のくし形金属電極１３８を被着させる。膜１３４の内面（すなわち、窪み１３２に面する表面）に金の薄い（約５００Å）層１４０を被着させて、（本明細書でより詳細に説明する）捕捉作用物質の固定がうまくいくようにする。ある種の実施形態では、２組のくし形電極の一方は、膜１３４の（図２で見て）左半分に配置された作動部分または送出部分である。２組のくし形電極の他方は、膜１３４の（図２で見て）右半分に配置された感知部分または受信部分である。ある種の実施形態では、２組のくし形電極は、膜１３４の（図２の左から右に見た）長さに沿って並んで配置され、これら２組の一方は作動部分または送出部分であり、これら２組の他方は感知部分または受信部分である。
【００５９】
ある種の実施形態では、（例えば、ＭＥＭＳ処理を利用して）微細加工した装置が好ましい。というのは、こうした装置は、容易かつ確実に濡らすことができるほぼ平面の感知区域（例えば、表面１４３）を有するように製作し得るからである。ある種の実施形態では、装置の表面に被覆または表面処理を施して表面の濡れ性を向上させる。図２および図２Ａを参照すると、表面１４３付近の流体チャネルの幾何形状は、例えばＤＲＩＥエッチング処理または制御型ＫＯＨエッチング処理を利用して窪みをエッチングする微細加工処理によって正確に規定される。正確な体積流量の流体が外部影響として、装置１００の表面１４３にもたらされる。流体の流れを制御することと、流体チャネルを規定することを組み合わせることにより、センサ表面全体にわたって高精度な流速が得られる。このように流れを高精度に制御すると、装置の表面に付着する様々な粒子の会合強度のわずかな違いを区別することができる。
【００６０】
ＦＰＷ装置（例えば、図２の装置１０４）は薄く、それによって、曝露された流体中に大きな磁場勾配を生成する装置のところで、あるいは装置の近くで磁場を緊密に作用させることができるので、アッセイ測定を行うのに有利である。磁場勾配が大きいと、材料エレメント（例えば、常磁性粒子）に対する引付け力が強くなり、それによって、曝露された試料からこれらの粒子を、それらが低濃度であってもより効率的に抽出することができる。磁場勾配が大きければ、装置の表面への非特異的な付着（例えば、細胞の付着）を低減するトランスデューサ表面にこれらの材料エレメントを引き寄せながら、流れがより強い状態でアッセイを実施することもできる。粒子をより低濃度で使用することができると、粒子の単位面積当たり捕捉される分析物をより多くすることができ、それによってセンサ表面による測定可能な会合／解離効果がより強くなるので、検出限界を下げることができる。
【００６１】
動作においては、装置／制御電子回路１２６（図１Ａ参照）は、少なくとも一方の組の電極１３８に時間変化する電気信号を印加して、懸架膜１３４内に振動を生じさせる。また、装置／制御電子回路１２６は、少なくとも第２の組の電極１３８からセンサ信号を受け取ることによって膜１３４の振動特性をモニターする。膜１３４の窪み１３２側に液体が接触すると、板構造の最大応答は約１５〜２５ＭＨｚになる。装置／制御電子回路１２６は、基準信号と、第２の組の電極からのセンサ信号とを比較して、センサ信号の相対的な大きさと位相角の変化を周波数の関数として決定する。装置／制御電子回路１２６は、これらの変化を解釈して特定の標的分析物の存在の有無を検出する。ある種の実施形態では、この装置／制御電子回路は、例えば、膜１３４の内面１４３上での分析物の濃度も決定する。
【００６２】
ある種の実施形態では、共鳴型センサシステムが有利である。というのは、共鳴型センサシステムでは、センサ表面近傍の材料物質との相互作用の空間的な積分を、共振デバイスのモード形状に対して重み付けした形で表すリアルタイム信号が得られるからである。このタイプの信号は、フレームごとの光学画像列よりも有利なことがある。というのは、各フレームでの材料物質の量を評価するにはフレームを後処理しなければならないからである。リアルタイム信号により、中程度から高程度の忠実度で時間観察を行い、材料エレメントまたは分析物が共振デバイスの表面に結合（会合）する相対速度、ならびに材料エレメントまたは分析物が共振デバイスの表面から放出（解離）される速度を積分することができる。こうすると、外部影響が制御された状態で材料が表面と会合し、表面から解離する統計的な性質が観察され、かつ長時間にわたって蓄積され、それによって正規化された時間総計信号が得られる。
【００６３】
本明細書で説明するように、対象とする分析物を標的にする捕捉作用物質は、膜１３４の内面を覆う金の薄い層１４０上で固定される。一実施形態では、チオール終端アルキル鎖は、金の表面に結合して自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を形成する。当技術分野では周知の生化学処理工程を利用して捕捉作用物質とＳＡＭ鎖との共有結合を得るために、ＳＡＭ鎖のごく一部を反応性基（例えば、カルボキシル基）で終端させる。ＳＡＭ鎖の残りの部分は、非反応性基、好ましくは非特異的な結合をしにくい親水性を有するもの（例えば、オリゴノマーまたはエチレングリコール）で終端させる。他の表面の化学的操作は文献に記載されており、捕捉表面を生成するのに利用し得る。
【００６４】
ＦＰＷ装置１０４は、膜１３４の外面の電極１３８が電気的に接続されるようにパッケージ化される。さらに、ＦＰＷ装置１０４は、チャネルブロック１４２で機械的に支持され、それによって膜１３４の内面が試験溶液と接触し、センサ表面１４３と液体試料が接触する界面が得られる。チャネルブロック１４２により、入力ポート１１８から膜１３４の内面を通過して出口ポート１２０から出るように試験溶液を流すための経路（例えば、図１Ｂの流体チャンバ１６０）が生成される。ＦＰＷ装置１０４とチャネルブロック１４２の間にシール１４４が形成され、それによって、ＦＰＷ装置１０４とチャネルブロック１４２の組立品の中に形成されたチャネル１０２から試験溶液が流出しないようにする。このようにチャネルブロック１４２は流体チャンバを形成し、この流体チャンバの内壁の１つはＦＰＷ装置１０４である。
【００６５】
ＦＰＷ装置１０４とチャネルブロック１４２の組立品を貫通するチャネル１０２の直径は約０．５ｍｍである。チャネルブロック１４２は様々な材料で形成することができるが、とりわけ、プラスチック、金属、またはセラミックが挙げられる。
【００６６】
装置１００は、少なくとも１つの流体の性質、いくつか例を挙げると、システム１００内での流量、圧力、または軌跡を変化させる１つまたは複数の流体制御装置を備える。図１Ａに示すポンプ１２２およびバルブ１１４は、様々な試験溶液が装置を通過し、表面１４３を流れるように方向づけ、かつ制御する（試験手順を実施するのに必要とされる）ものであり、どれも流体制御装置の例である。一般に、流体制御装置は、装置１０４の流体チャンバ１６０内の少なくとも１つの表面の近傍で少なくとも１つの流体の性質を変化させる。これは一般に、表面１４３の少なくとも一部に沿って磁性粒子を分布させるためになされる。先に述べたように、ある種の実施形態では、流体制御装置はポンプ（例えば、蠕動ポンプ、遠心ポンプ、回転ポンプ、電気浸透ポンプ）である。ある種の実施形態では、このポンプは流体チャンバの入口側に配置され、他の実施形態では、このポンプは流体チャンバの出口側に配置される。ある種の実施形態では、この装置は、流体チャンバの少なくとも１つの内面近傍で流体の流れを変化させるように流体チャンバに対して配設される分流器（例えば、栓、障壁、またはバフル）である。
【００６７】
図１Ａを参照すると、単一のポンプ１２２は、アッセイ装置１０４の廃棄側に置かれる。ポンプ１２２が作り出す吸引力により、緩衝液１１０または試料１０８中の分析物が、装置１０４の供給側のそれぞれの貯留容器１１２から引き出される。バルブ１１４は、試験手順中の任意の時点でいずれかの試験溶液を表面１４３に送るよう制御するように装置１０４の供給側に置かれる。ポンプ１２２は、この試験の流量を制御する。
【００６８】
温度を管理する装置（例えば、熱電冷却機）を装置１０４およびチャネルブロック１４２に付随させてもよい。このように、比較的一定で既知の温度に装置１０４を維持することによって、装置１０４の出力に対する環境状態変化の影響が小さくなる。代替実施形態では、温度センサを、例えば装置１０４の一部として装置１００に含める。温度変動の影響を受けない信号を生成するために、特定の時点で（あるいは、ある期間中に）温度センサの出力に基づいて装置１０４からのセンサ信号を拡大縮小する。この拡大縮小処理は、数学モデルまたは解析モデル、あるいは数学モデルと解析モデルの何らかのハイブリッド的な組合せに基づいて行うことができる。
【００６９】
装置１００のある種の実施形態では、試験溶液の経路にフィルタを備えて、特定のサイズの粒子（例えば、磁性粒子や生体材料）を選択的に濾過し、それによって、これらの粒子が流体チャンバに入らないようにする。例として、特定の試験手順は、試験中にフィルタを変更する工程を含み得る。こうすると、試験の異なる部分で異なるタイプ（すなわち、サイズ）の分析物および磁性粒子を流体チャンバに送り、装置１００によって試験することができる。
【００７０】
一実施形態では、材料エレメントは、表面が捕捉作用物質で被覆された磁性粒子（例えば、常磁性または超常磁性のビーズまたはマイクロスフェア）であり、これらの材料エレメントは、分析物を含む試料と混合される。規定の混合時間を経た後で、分析物−材料エレメントの複合体１４６が、非特異材料に結合した粒子１４７および何も結合していない粒子１４８と合わせて得られる。粒子１４６、１４７、１４８は試料貯留漕１１２内に置かれている。
【００７１】
装置１００はさらに、膜１３４の近傍で磁束を生成する磁場誘起構造１５０を備える。図１Ａでは、磁束源は、通常は装置１０４の膜１３４のすぐ近くに配置された後退可能な磁石１５０である。磁石１５０を膜１３４のすぐ近くに置くと、磁石１５０は膜１３４の近傍で大きな傾きの磁場を生成する。装置／制御電子回路１２６の制御により、後退可能な磁石１５０は、膜１３４近傍の磁場を大きく下げるのに十分な距離だけ膜１３４から離して後退させることができる。一実施形態では、磁石１５０を膜１３４のすぐ近くに置くときには、膜１３４の表面１４３から約２００μｍの位置にあるようにする。別の実施形態では、磁石１５０を膜のすぐ近くに置くときには、膜１３４の表面１４３から約５０μｍ〜約１００μｍの位置にあるようにする。
【００７２】
磁石１５０を膜１３４のすぐ近くに置くと、磁石１５０は、試料から表面１４３に磁性粒子を引き寄せる磁束源となる。分析物−粒子の複合体１４６、ならびに非特異的に結合した材料を伴う粒子１４７および何も結合していない粒子１４８は、液体試料から移動し、表面１４３にぶつかる。分析物は、表面１４３上の捕捉作用物質と結合する。そのため、磁性粒子と表面との間で分析物による結合が形成される。非特異的に結合した材料を伴う粒子１４７および何も結合していない粒子１４８は、磁場によって表面１４３に保持される。さらに、弱い結合力が粒子１４６、１４７、１４８と、表面１４３との間に作用し得る。（本明細書でより詳細に説明する）手順の洗浄工程の間、磁石１５０は後退させられて、表面１４３に蓄積した粒子が受ける磁力が減少する。洗浄流量を増加させて、分析物によって表面１４３に結合していない粒子１４７および１４８を取り除く。非特異的に結合した材料を伴う粒子１４７ならびに何も結合していない粒子１４８は、分析物−粒子の複合体１４６よりも表面１４３に結合する力が弱いので、これらは、より低い洗浄流量（および対応する流体力学的な力）で表面１４３から放出される。したがって、磁石１５０を取り除く（すなわち、表面１４３において粒子１４６、１４７、および１４８が受ける磁力を大きく減少させる）ことを利用して、分析物１４６を伴う粒子と、分析物１４６を伴わない粒子（粒子１４７および１４８）とを区別する。磁石１５０を出し入れする１つのやり方は、（図示しない）カム機構によって作動する（図示しない）カートリッジに磁石１５０を取り付けることである。
【００７３】
磁石１５０の材料、幾何形状、および表面１４３からの距離により、磁場形状および磁場勾配、したがって、分析物−粒子の複合体１４６が受ける力が決まる。後退可能な磁石１５０として使用する高強度永久磁石は市販されているものがある。例えば、いくつかの販売業者（例えば、Ｄｅｘｔｅｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社）から直径１ｍｍの円筒形ＮｄＦｅＢ磁石を購入することができる。一実施形態では、直径１ｍｍ、長さ５ｍｍのＮｄＦｅＢ磁石１５０を作用させるときには、磁石１５０を表面１４３から０．１ｍｍ以内に配置する。後退させたときには、磁石１５０は、表面１４３から少なくとも０．５ｍｍのところにあるようにする。装置１０４の膜１３４は極めて薄く（２μｍ）、非磁性材料（例えば、シリコン、窒化アルミニウム、または金）でできているので、膜１３４により、装置１０４の表面１４３側で磁場が大きく乱れることはない。その結果、収集効率を高めるのに必要な極めて強い磁場および大きな磁場勾配を実現することができる。
【００７４】
チャネル１０２を通る試料の流量は、収集効率をよくするのに必要な（例えば、操作者が指定した）滞留時間によって決まる。試料の流量は、表面１４３上での平均速度が約１〜約５ｍｍ／秒になるように調整される。直径約３μｍの酸化鉄の常磁性粒子では、５０％近い収集効率が得られることがある。
【００７５】
他の構成の磁束の供給源１５０（すなわち磁石）を用いてもよい。例えば、永久磁石の代わりに電磁石を使用することができる。この電磁石は、装置１０４の表面１４３近傍で磁束を収束させるように延びる磁極片を備える。
【００７６】
あるいは、磁化可能な材料を作製し、表面１４３に隣接して（０．１ｍｍ以内に）配置することができ、この磁化可能材料の開放面と別の磁石を組み合わせて磁化可能材料中に磁場を誘起する。この材料中に誘起された磁場は、表面１４３近傍で所望の磁場勾配が得られるように働く。こうすると、材料の作製のしかたによっては、低コストの大きな磁石を使用することができ、単一の磁石を使用して複数のセンサに対応することができる。この目的に有用な材料の例は、純鉄、合金４９（高ニッケル含有鉄）などの高μ金属、シリコン鋼（シリコン１〜２％：代表値）である。このような磁化可能材料とそれに付随する磁石を使用することの利点は、センサアセンブリを簡略化することができることであり、それによって製造コストが下げることができる。磁石は、強磁性コアと接触させ、また完全に引っ込めるだけでよいので、磁石の出し入れに低精度のアクチュエータを使用することができる。磁石１５０を表面１４３のすぐ近くに位置決めする上記で説明した実施形態では、アッセイ再現性をよくするためには、より高レベルの精度が必要とされる。この手法では磁場強度にいくらかの損失があるが、良好な（例えば、１０％よりも大きい）捕捉効率を実現する全体システムを設計することは依然として可能である。
【００７７】
磁場誘起構造（例えば、磁石または強磁性材料）の先端の形状を調整して、装置１０４の表面１４３における磁場勾配を強化し、かつ／または集中することができる。装置１０４のサイズ（例えば、０．３ｍｍ×１．６ｍｍ）は、典型的には、従来のやり方で形成した磁石または機械加工したインダクタよりも小さいので、膜１３４に隣接する磁場誘起構造の部分をテーパ加工して、表面１４３の１つまたは複数の場所で磁場を集中させることができる。先端のテーパ加工は、局所的な磁場の大きさおよび局所的な磁場勾配をともに大きくするように働く。例えば、先端をくさび形にすることは、図２に示す装置の幾何形状によく適している。
【００７８】
装置１００の一実施形態は、第１磁束源１５０に完全にあるいは部分的に対向する任意選択の磁束の第２磁束源１５０ａを備える。この第２磁束源１５０ａを使用して、表面１４３に付着した磁性粒子の一部を移動させることができる。こうすると、例えば、分析物が結合していない磁性粒子１４８を移動させることができる。こうした磁性粒子は、分析物と結合した粒子１４６ほど強く表面１４３に付着していない。ある種の実施形態では、第１磁束源１５０が、電源をオフにされるか、または表面１４３から離され、次いで、第２磁束源１５０ａが、流体チャンバの少なくとも１つの表面に対して位置決めされ、それによって、磁性粒子が選択的に除去される。これは、例えば、分析物が結合しておらず、したがって、表面１４３にそれほど強く結合していない磁性粒子１４８を除去するために行うことができる。こうすると、流体の流れを強めて分析物が結合していない磁性粒子１４８を除去するのと類似の効果が実現される。
【００７９】
装置１０４の表面１４３上で分析物−粒子の複合体１４６の分布を制御すると、装置の性能を改善することができる。というのは、装置１０４は懸架膜１３４を有し、膜１３４のすべての部分が検出可能な共鳴の移動質量に均等に寄与するわけではないからである。例えば、装置１００は、装置１０４の１／３の幅の範囲で、膜１３４の長軸の中心線の中央の２／３に沿って分析物−粒子の複合体１４６を分布させるように構築し配置することができる。流れ場の効果を考慮に入れると、磁場誘起構造（例えば、磁石１５０）の先端の形状は、センサ膜１３４の上の流れの方向に磁場の大きさおよび磁場勾配が増すようにすることができる。すなわち、分析物−粒子の複合体１４６は、境界層から分析物が部分的になくなる下流領域では、上流領域で分析物−粒子の複合体１４６が受けるよりも大きい磁場および磁場勾配を受ける。
【００８０】
一般に、装置１００は、表面１４３の１つまたは複数の特定の領域において磁性粒子が集中するように構築し配置することができる。装置１０４の応答は、製作材料の特性または装置設計の細部のせいで、表面１４３全体にわたって均一でないことがある。そのため、装置１０４の高感度領域は、不均一であり、装置１０４の長軸および短軸の中心線に対して非対称なことがある。そのため、磁場誘起構造の先端は、感度が最も高い１つまたは複数の領域に磁性粒子を集中させるような形状にすることができる。
【００８１】
装置１０４を通過する流量を変化させることによって、所与の磁場分布に対する分析物−粒子の複合体１４６の適用範囲をより均一にすることもできる。所与の磁場では、磁性粒子と表面１４３の相互作用はバルク流体の流量によって決まる。これは、弾道体が重力による物体力の存在下で落下するのとほぼ同じである。ただし、この場合は磁場誘起力が支配的である。流量を変化させることによって、分析物−粒子の複合体１４６と表面１４３を、流れの方向に沿って実質的に異なる場所で相互作用させることができる。さらに、磁性粒子が堆積する場合（磁性粒子が表面１４３に曝露される場合には望ましくない出来事）、この堆積物を引きちぎって、より多くの粒子を表面１４３全体にわたって分布させるために、流れを逆流させ、その後、パルス状に前進させることができる。装置１００の一実施形態では、例えば、磁束源１５０と、表面１４３に沿う流体の流れの１つまたは複数の性質の一方または両方を検出手順を通して選択的に変化させることによって、表面１４３に沿って磁性粒子を選択的に配置させる。
【００８２】
装置１００の一実施形態は、表面１４３に付着した、または引き寄せられた磁性粒子の少なくとも１つの性質を特徴づける装置（例えば、光学装置または磁気装置）を備える。この装置は、装置１０４と一体になった部分とすることもできるし、磁石１５０の一部とすることもできる。あるいは、装置１００の他の構成要素とは別の離散的な構成要素とすることもできる。このような装置を使用して粒子の存在の有無を検出し、さらに、その粒子に関係するパラメータ、例えば、表面１４３に引き寄せられた粒子のサイズ、量、濃度、または密度を決定することもできる。
【００８３】
装置１００の一実施形態は、操作者またはコンピュータが装置１００またはこのシステムの特定の構成要素（例えば、図１Ｂのカートリッジ１０３）を識別して、このシステムまたは構成要素の使用を追跡することができる識別装置を備える。この識別装置は、バーコード、識別番号、または他の識別マークなどの記号または画像を含み得る。この識別装置は、ＲＦＩＤタグ、集積回路、または識別情報を提供するための当技術分野で周知の他の構成要素などの実際の構成要素を含み得る。こうした構成要素は、受動的であっても能動的であってもよい。企図される任意の識別装置を使用することができるが、このような装置の多くは当技術分野で周知のものである。
【実施例】
【００８４】
（実施例：較正器におけるＰＳＡ）
例として、本発明の原理に従って図１Ａのアッセイ測定装置１００を使用してデータを取得する実験を実施した。Ｄｙｎａｌ社のトシル活性化超常磁性ビーズを抗前立腺特異抗原（ＰＳＡ）捕捉作用物質（製品番号９０２０５、米国カリフォルニア州サンディエゴ所在のＳｃｒｉｐｐｓ研究所）で機能化し、それを試料に曝露した。試料は、１倍のＰＢＳ（リン酸緩衝食塩水）および１％ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）に、約０ｐｇ／ｍＬ、１０ｐｇ／ｍＬ、１００ｐｇ／ｍＬ、および５００ｐｇ／ｍＬの遊離型ＰＳＡ［Ｆｉｔｚｇｅｒａｌｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社、米国マサチューセッツ州コンコード所在］をスパイクしたものを用いた。実験では、試料に対するビーズ濃度を約２×１０４ビーズ／ｍＬ程度とした。このようにスパイクした試料をビーズとともに穏やかに連続して攪拌しながら１時間インキュベートした。（図示しない）カートリッジ内の単一チップ上に設けられた８個の図２のたわみ板波（ＦＰＷ）装置１０４を、まず０．０５％のＴＷＥＥＮ（登録商標）２０（モノラウリン酸ポリエチレングリコールソルビタン［Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社、米国ミズーリ州セントルイス所在］を含む１倍のＰＢＳを与えた後で、無料の抗ＰＳＡ抗体（製品番号９０１９７、米国カリフォルニア州サンディエゴ所在のＳｃｒｉｐｐｓ研究所）で機能化した。（本明細書で先に述べたものと同様に）基準信号に対する追跡センサ位相にそれぞれ対応する８種類の個別の周波数の基底測定を約１７８００秒の時点で行った。追跡位相は、各装置ごとにその装置の共鳴帯域内に入るように、応答の大きさがピーク値に近く、かつ周波数変化に対して位相応答の線形範囲が大きい周波数近傍で最初に選択する。センサ位相を追跡するとき、各時点で、個々の装置の追跡周波数を以下のようにして見つける。１）周波数範囲にわたって各装置を掃引し、基準信号に対して各励起周波数での応答の位相を記録する、２）各装置ごとに励起周波数を測定位相に関係づける関数をフィッティングする、３）この関数を使用して前に求めた追跡位相に対応する追跡周波数を計算する。この実施形態では、これらの装置を２０ＭＨｚ付近で動作させ、掃引範囲は約２０ｋＨｚとする。この範囲全体にわたって、位相特性はほぼ線形であり、そのため、フィッティング関数は線形になる。各装置ごとの基準信号は、励起によって同時に駆動される抵抗器およびコンデンサといった受動電気コンポーネント回路網の出力を含む。基準回路網は、共鳴付近の装置について減衰に見合うように、かつ、好ましい位相シフトが提供されるように選択される。基底周波数は、追跡する周波数と照らし合わせ、それによって正規化され、選択した時点での百万分率（ｐｐｍ）として示される。
【００８５】
各装置１０４の感知表面１４３を捕捉作用物質で機能化した。典型的な処理条件を約２分間につき約５０Ｗとする酸素プラズマ源を使用して金被覆チップを清浄にした。その後、これらのチップを純エタノールに３０分間浸した。次いで、これらのチップをビオチンＰＥＧジスルフィドのエタノール溶液（カタログ番号４１１５１−０８９５、Ｐｏｌｙｐｕｒｅ社、ノルウェー国オスロ所在）の０．５ｍＭ溶液に移し、一晩インキュベートした。これらのチップを純エタノールに戻し３０分間浸した。最後に、これらのチップを短時間水洗いし、窒素流を吹き付けて乾燥させた。調製条件を変化させて、類似の結果を得ることができる。このようにして得られたビオチン化された装置１０４の表面をニュートラアビジン（Ｎｅｕｔｒａｖｉｄｉｎ）（製品番号３１０００、Ｐｉｅｒｃｅ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社、米国イリノイ州Ｒｏｃｋｆｏｒｄ所在）で被覆した。これは、ニュートラアビジンの１０μｇ／ｍｌ溶液をビオチン化した表面上で１時間流すことによって行った。製造者の指示（製品番号Ｆ−６３４７、Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ社、米国カリフォルニア州Ｃａｒｌｓｂａｄ所在）に従って抗体をビオチン化し、次いで、ニュートラアビジン化された表面に結合した。これは、ビオチン化された抗体の５μｇ／ｍｌ溶液（１倍のＰＢＳ０．１％ＢＳＡ緩衝液に希釈）をニュートラアビジンで被覆した表面上で１時間流すことによって行った。
【００８６】
図３は、時間に対して得られたデータをプロットしてグラフ３００にしたものであり、本発明の原理に従ってデータを処理する前のものである。グラフ３００のＹ軸３０４は、（本明細書で先に述べたものと同様に、設定された追跡位相に対応する）追跡周波数の変化であり、選択した時点での追跡周波数と照らし合わせ、それによって正規化されている。グラフ３００のＸ軸３０６は時間であり、その単位は秒である。曲線３１０、３１４、３１８、３２２、３２６、３３０、３３４、および３３８は、試験した８個の装置のそれぞれに関連する実験結果の離散データ点のグラフである。曲線３１０および３１４は、約０ｐｇ／ｍｌの遊離型ＰＳＡを含む試料についてのグラフである。曲線３１８および３２２は、約１０ｐｇ／ｍｌの遊離型ＰＳＡを含む試料についてのグラフである。曲線３２６および３３０は、約１００ｐｇ／ｍｌの遊離型ＰＳＡを含む試料についてのグラフである。曲線３３４および３３８は、約５００ｐｇ／ｍｌの遊離型ＰＳＡを含む試料についてのグラフである。ある種の実施形態では、例えばこれらの曲線において観察された正常なばらつき範囲外のデータ点は割愛してある。例えば、隣接するデータ点に対して相対的に値が１桁よりも大きく変化する偽データ点は、後続の解析では除外してあることがある。こうしたデータ点は、例えば操作者によって、あるいはコンピュータプログラムによってデータから取り除くことができる。
【００８７】
ＰＳＡ試料を導入し、それと同時にセンサ表面１４３近傍に磁場を約１７９００秒から約１８２００秒まで発生させた。約０ｐｇ／ｍＬ、１０ｐｇ／ｍＬ、１００ｐｇ／ｍＬ、および５００ｐｇ／ｍＬの遊離型ＰＳＡの試料をそれぞれ２つの異なる装置１０４（全部で８個の装置）に与えた。これらの試料を約１００μＬ／分の割合でセンサ上を流し、センサ上を１回の分析に合計で体積５００μＬの試料を流した。このようにして、遊離型ＰＳＡで被覆したＤｙｎａｌ社のトシル活性化超常磁性ビーズを装置１０４の実質的な表面（表面１４３）に結合させた。複数の結合によって各ビーズを装置１０４の表面１４３に結合させた。複数の結合それぞれにより、他とは区別される力が生じ、その力によって各ビーズが装置の表面に結合する。各試料ごとのビーズの集合の会合および解離の特性により、その試料中の分析物の濃度が決まる。
【００８８】
約１８２００秒で、試料をプライミング緩衝液（１倍のＰＢＳ、０．０５％ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０（モノラウリン酸ポリエチレングリコールソルビタン）と入れ換えた。図３に示すように、曲線３１０、３１４、３１８、３２２、３２６、３３０、３３４、および３３８に関連する各信号の変化を１８２００秒から１８４００秒まで観察した。この変化は、試料流体から緩衝液流体に戻す切替えに関連するバルク流体の性質の変化を表している。約１８４００秒で、磁場を取り除いた。緩衝液流体（０．０５％ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０（モノラウリン酸ポリエチレングリコールソルビタン）を含む１倍のＰＢＳ）の流速は、約１８２００秒から１８４００秒まで約５０μＬ／分であった（これは、センサ表面１４３では流速約１．５ｍｍ／秒に対応する）。
【００８９】
流速は後続の４５０秒で（約１８４００秒から約１８８５０秒で）、約５０μＬ／分から約３００μＬ／分に直線的に増加した（流速は、４５０秒の間３０秒ごとに約１７μＬ／分増加し、次いで、流速は約５０μＬ／分に減少した）。このようにして、約１８４００秒から約１８８５０秒まで流速を増加させることによって、制御された外部影響（すなわち、この実施形態では流速）をビーズに加えた。曲線３１０、３１４、３１８、３２２、３２６、３３０、３３４、および３３８の約１８４００秒から約１８８５０秒までの部分は、この期間にわたってセンサ表面１４３に結合していたビーズ（および他の非特異性材料）の量の変化を示す信号を表す。
【００９０】
本発明の原理を組み込む装置および方法により、アッセイ測定システム内の流体の流量を決定することもできる。共振デバイスによって出力される電気信号は、共振デバイス（例えば、図１Ａ、図２、および図２Ａのアッセイ装置１０４の表面１４３）の表面と接触する流体および他の物質（例えば、粒子または磁性粒子）に応答して変化するので、操作者またはコンピュータのプロセッサは、アッセイ中に流体が流れるチャネルまたは導管の幾何学的な性質および電気信号が変化する期間に基づいて流体の流量を決定することができる。
【００９１】
図３に示す実験では、約１７８１０秒でチャネルの入力ポート１１８に磁性粒子を含む流体を導入した。共振デバイスによって出力される電気信号の値は、約１７９００秒で（入力ポート１１８にビーズを導入してから約９０秒後に）、第１磁束源（例えば、図１Ａの第１磁束源１５０）によって共振デバイスの表面に引き寄せられる磁性粒子が存在するために変化し始める。チャネルの平均断面積は、入力ポート１１８から、共振デバイス１０４の表面１４３のうち磁性粒子が引き寄せられる場所までの間で約０．２５ｍｍ２であった。チャネルの有効長は、入力ポート１１８と、共振デバイス１０４の表面１４３のうち磁性粒子が引き寄せられる場所との間で約６００ｍｍであった。平均断面積、有効長、および磁性粒子が入力ポート１１８から共振デバイスの表面まで移動するのにかかる時間に基づいて流体の流量を計算し、約１００μｌ／分が得られた。
【００９２】
このようにして、アッセイ測定装置内での流体の流量を決定することが可能である。ある種の実施形態では、流体の流量は、入力ポートに２種類の異なる流体を順次導入することに基づいて決定することができる。というのは、共振デバイスによって出力される電気信号は、これらの流体の物理的な性質（例えば、粘度、密度、または流体中での音速）に応答して変化するからである。
【００９３】
本発明の原理を組み込む装置および方法により、アッセイ測定について流体試料と磁性粒子の体積の比が正しいかどうかを判定することもできる。試料に対する磁性粒子のドーズ量は、全体的なアッセイ信号を決めるのに用いられる変数である。様々な方法を用いて、磁性粒子のドーズ量を決定することができる。
【００９４】
例として、抗体が固定された粒子を使用するイムノアッセイの性能は、粒子の総表面積と試料の体積の比の影響を受ける。したがって、初期試料体積が制御されている場合、試料にドーズする（例えば、試料と混合する）粒子の数を制御することも必要である。これを行う理由は、各粒子に結合する分析物分子の数が、試料体積中の粒子の数および試料中の分析物の濃度によって決まるからである。他の因子も、例えばタンパク質、小分子、およびホルモンに対するイムノアッセイの性能に影響を及ぼすことが当業者には理解されるであろう。
【００９５】
例えば、１つの方法は、流量を増加させる条件下で共振デバイスの表面から解離する磁性粒子を観察することによって、共振デバイス（例えば、ＦＰＷ装置）への磁性粒子の結合強度を観察するというものである。
【００９６】
加えられるドーズ量を分析する別の方法は、部分占有モデルを利用することである。例えば、式１により、（Ｒ．Ｅｋｉｎｓ、「Ａｍｂｉｅｎｔ Ａｎａｌｙｔｅ Ａｓｓａｙ」、第３章、Ｔｈｅ Ｉｍｍｕｎｏａｓｓａｙ Ｈａｎｄｂｏｏｋ、監修 Ｄ．Ｗｉｌｄ、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ社、ボストン、２００５年、４６〜６０頁に記載されているように）１つのモデルが与えられる（この文献の内容を参照により本明細書に組み込む）。この文献では、大気分析物アッセイにおける捕捉作用物質の部分占有率Ｆは、曝露される流体の体積中の曝露される標的分析物の濃度［Ａｎ］に対する捕捉作用物質の有効濃度［Ａｂ］に依存する。
【００９７】
【数１】
ここで、Ｋは分析物−捕捉作用物質の結合親和性、［Ａｂ］は有効捕捉作用物質濃度、［Ａｎ］は標的分析物濃度である。部分占有率Ｆは、捕捉作用物質濃度が約０．０１／Ｋよりも大きいとき、捕捉作用物質の有効濃度［Ａｂ］によって決まる。
【００９８】
例として、本明細書で与えられたＰＳＡ試料（図３および図４参照）では、（磁性粒子に結合した）捕捉作用物質の有効濃度は、次式で与えられる。
【００９９】
【数２】
式２中の試料体積（ＳａｍｐｌｅＶｏｌｕｍｅ）は相殺され、ビーズと捕捉プローブの配合を一定に保つ場合、ビーズ表面密度（ＢｅａｄＳｕｒｆａｃｅＤｅｎｓｉｔｙ）を均一とすると、有効捕捉作用物質濃度［Ａｂ］は、最初のドーズ量の中に存在する磁性粒子の濃度に正比例する。したがって、磁性粒子濃度が高い場合、磁性粒子濃度は、部位の部分占有率、したがって、磁性粒子とセンサ表面（例えば、共振デバイスの表面）とのサンドイッチ結合強度に影響を及ぼすことになる。例えば図３に関しては、１ミリリットル当たり２ｅ４個のビーズと各流体試料とを混合した。１ミリリットル当たりのビーズの数をこのようにすると、試料１ミリリットル当たり捕捉作用物質が１ｅ１０〜１０ｅ１０個程度の有効抗体濃度が得られる。１ｅ−１０モル程度の捕捉親和性では、有効捕捉作用物質濃度は０．０１／Ｋよりも大きくなり、これは、ビーズ表面部分占有率が試料中のビーズ濃度によって決まることを意味する。これは、概念的には、温度計がその測定対象温度に影響を及ぼすほど十分に大きい状態で、溶液に温度計を浸してその溶液の温度を測定する概念と似ている。ビーズ表面部分占有率、したがって最終的なビーズ表面結合密度が影響を受けるので、測定を行い、ビーズが適切に試料にドーズされていることを確認することが（例えば、品質管理および品質保証には）有利である。
【０１００】
この実施例では、先に述べたように、０ｐｇ／ｍＬ、１０ｐｇ／ｍＬ、１００ｐｇ／ｍＬ、および５００ｐｇ／ｍＬの遊離型ＰＳＡがそれぞれ、２つの異なる装置１０４（全部で８個の装置）に与えられた。（磁性粒子を伴う）試料流体が、約１７９００秒から約１８０２０秒までは流体流量１００μｌ／分で、約１８０２０秒から約１８２００秒までは５０μｌ／分で共振デバイス１０４の表面１４３に送られ、各共振デバイス１０４の表面１４３を約３５０μｌの試料に曝露した。したがって、各共振デバイス１０４の表面１４３は、流体試料中の約７０００個のビーズに曝露されたことになる。
【０１０１】
蓄積効率（表面を通過して流された磁性粒子の総数の一部が共振デバイスの表面に蓄積される）は、共振デバイスの表面に磁場を印加した状態で様々な流体流量についてなされた実験的な観察に基づいて５０％と予想される。さらに、この実施例で使用する共振デバイスのゲージ率は、類似の共振デバイスを使用して実施された実験では、光学的なビーズ直接計数によって観察され、かつ類似の磁性粒子使用量の条件下で観察された電気信号変化に相関する１つのビーズ当たりの追跡周波数変化で百万分の一（ｐｐｍ）程度である。共振デバイスの表面に曝露された流体試料中のビーズ数（１ｍｌ当たり２ｅ４個のビーズ３５０μｌで約７０００個のビーズが得られる）、蓄積効率５０％、および共振デバイスのゲージ率（１つのビーズ当たり１ｐｐｍ）に基づいて、各共振デバイスの表面上に蓄積されるビーズは３５００個と予想され、これを図３の約１８２００秒のところに示す。正常な進行過程では効率およびゲージ率は変化することがあり、この変化の原因には、装置のタイプの変化、装置に出入りする流れの構成の変化、装置表面の近くに配置され、また装置表面から離れたところに退避する場合の磁場の構成の変化が挙げられる。
【０１０２】
したがって、例えば、流体試料にビーズが半数しか導入されていないか、あるいは逆に、使用した試料流体の体積が誤って２倍になっていないかを判定することが可能である。この場合、共振デバイスを使用して測定した平均蓄積量は、１８２００秒では予想値の約半分になる。使用したビーズが適切の数の半分であり、かつ使用した試料が適切な体積の２倍である場合、アッセイ品質管理測定の結果は、予想結果からさらに大きく変化することになる。別のケースで、使用したビーズの数が２倍であったか、逆に、使用した試料流体の体積が半分であった場合、共振デバイスを使用して測定された平均蓄積量は予想値の約２倍になる。このようにして、例えば試料調製の誤りおよび／またはビーズ試薬ドーズ量の誤差（例えば、試料流体体積または磁性粒子数が多すぎるか、または少なすぎること）によるアッセイ不良を識別することが可能である。
【０１０３】
図４は、図３において時間に対して得られたデータをプロットしてグラフ４００にしたものであり、本発明の原理に従ってデータを処理した後のものである。図４の処理済み曲線４１０、４１４、４１８、４２２、４２６、４３０、４３４、および４３８は、図３の未処理曲線３１０、３１４、３１８、３２２、３２６、３３０、３３４、および３３８にそれぞれ対応する。グラフ４００のＹ軸４０４は、装置１０４の共鳴点近くの追跡センサ位相における、装置１０４によって出力された信号の相対的な大きさの変化（百万分率）である。グラフ４００のＸ軸４０６は時間であり、単位は秒である。
【０１０４】
処理済みの曲線４１０、４１４、４１８、４２２、４２６、４３０、４３４、および４３８は、まず、未処理曲線（３１０、３１４、３１８、３２２、３２６、３３０、３３４、および３３８）に関連するデータを正規化することによって求めた。追跡周波数の百万分率で示す各曲線（３１０、３１４、３１８、３２２、３２６、３３０、３３４、および３３８）ごとのデータを、その曲線の値によって約１８３５０秒のところでさらに正規化し、試料流体の導入前に測定された基底周波数と照らし合わせた。それによって、各データ曲線は、試料の導入時の値から約１８３５０秒における１００％の値に拡大縮小される。次いで、約１８４００秒のところで磁場を取り除いた後で、正規化された各曲線に関連するデータを４５０秒（約１８４００秒〜約１８８５０秒）にわたって積分した。この積分は、それぞれの装置信号レベルについて各間隔のレベルにそれぞれの間隔の時間を掛けて、それらを蓄積し、最終的な和をこの加算を行った時間で割ることによって実施した。こうすると、装置の表面１４３に結合した材料エレメント（ビーズ）の時間正規化量が得られ、これらの値を各試料に関連する分析物の濃度の大きさとして図に示す。このようにして、約１８４００秒から約１８８５０秒までの間に各装置１０４の表面１４３に結合した材料エレメントの量の変化に基づいて分析物の濃度が決定される。図４に示すように、約１０ｐｇ／ｍＬの遊離型ＰＳＡが、このシステムに試料を導入する約９分よりも短い時間で検出された。
【０１０５】
本発明の代替実施形態では、正規化および積分の方法を代えることができる。例えば、各装置の出力を装置ごとに蓄積量に対して正規化するのではなく、単一チップ上の同一群の中の単一の装置の応答によって一群の装置を正規化してもよい。この場合、試料を流す間に加えられる材料エレメントの、異なる装置間の相対的な速度を考慮に入れて結果を導く。代替積分方法は、別々に分割した期間にわたって信号を蓄積することと、得られた結果をそれぞれの期間によって正規化することと、さらにこれら分割区間を重みづけして加算することとを含み得る。別の例では、制御された外部影響の期間後の特定の時点で観察された信号が正規化された状態で、正規化され積分された分割期間の和をとることができる。こうした方法により、外部影響の突然の変化によって生じ得る信号の異常によるバイアスならびに偽の環境効果を小さくすることができる。
【０１０６】
他の実施形態では、流量（例えば、１〜１０００μＬ／分）を正確に制御することができ、その結果、バックグラウンド測定に比べて検出限界がより低くなり、測定のダイナミックレンジが広がる。ある種の実施形態では、流量は増加し続け、その結果、関連する材料エレメント（例えば、微小粒子）に対する外部影響が変化し続ける。ある種の実施形態では、流量を非線形に増加させ（例えば、１μＬ／分から１０００μＬ／分まで対数的な増分で流量を増加させ）、それによって、より少ない流量では積分時間を長くすることができ、その結果、信号対雑音比が改善し、ダイナミックレンジが広がる。
【０１０７】
本発明の代替実施形態では、使用するアッセイ測定装置または装置の構成要素のタイプを代えることができる。ある種の実施形態では、材料エレメント（例えば、ビーズ、マイクロスフェア、常磁性粒子、磁性粒子、または金粒子）が共振デバイスの表面に結合する。共振デバイスは、例えば、音響デバイス、たわみ板波デバイス、表面音響波デバイス、ラム波デバイス、共鳴カンチレバーデバイス、シアーハーモニック表面音響波デバイス、音響プレートモードデバイス、または水晶微量天秤デバイスとし得る。
【０１０８】
表面に結合した材料エレメントの量の変化を示す信号の測定に使用する様々な装置が企図されている。使用し得る装置には、例えば、表面プラズモン共鳴装置、共振デバイス、音響デバイス、たわみ板波デバイス、水晶微量天秤デバイス、蛍光測定装置、および顕微鏡が含まれる。ある種の実施形態では、材料エレメントが結合する表面は、結合した材料エレメントの数の変化を測定するのに使用する装置の表面でもある。
【０１０９】
ある種の実施形態では、表面に結合した材料エレメントの量の、正規化された曝露量に対する変化を示す光学信号測定を行う。この場合、本発明の方法は、例えば、材料エレメントを画像化し計数することと、材料エレメントから放出された蛍光を空間的に積分して測定することと、材料エレメントで散乱した光を空間的に積分して測定することと、材料エレメントからの表面プラズモン共鳴変化を測定するか、あるいは、表面から反射する、または表面を透過する光の減衰を測定することを含み得る。
【０１１０】
材料エレメント、材料エレメントが結合する表面、あるいは、材料エレメントと表面との間に配設される物質または結合材料に適用する外部影響として様々な影響を利用することができる。本明細書で先に述べたように、外部影響は、表面に結合した複数の材料エレメントを通過してか、または材料エレメントの上か、あるいは材料エレメントを横切って流れる流体とし得る。ある種の実施形態では、材料エレメントと表面との間で相対加速度が形成される。ある種の実施形態では、材料エレメントは磁性体であり、例えば、図１Ａの任意選択の供給源１５０ａを用いて反対の磁場勾配が材料エレメントに適用される。
【０１１１】
ある種の実施形態では、材料エレメントと表面との間で相対変位の大きさが増加する。ある種の実施形態では、材料エレメントは、一定か、または時間変化する電場によって生成される電気泳動力または誘電泳動力に応答する。ある種の実施形態では、外部影響は、材料エレメントと表面との間の結合力の強さに影響を及ぼす。これは、例えば、流体のｐＨの変化、変性剤の導入、または表面上の材料エレメント近傍の温度変化によって実現し得る。ある種の実施形態では、材料エレメントが表面に結合する共振デバイスは、その共振デバイスの表面に材料エレメントと表面との間の結合力に対抗するように作用する音響場または流れ場を作り出す。
【０１１２】
図５は、時間に対して得られたデータをプロットしてグラフ５００にしたものである。グラフ５００のＹ軸５０４は、（本明細書で先に述べたものと同様に、設定された追跡位相に対応する）追跡周波数の変化である。グラフ５００のＸ軸５０８は時間であり、単位は秒である。曲線５１２、５１６、５２０、５２４、５２８、５３２、５３６、および５４０は、試験した８個のたわみ板波デバイスのそれぞれに関連する実験結果の離散データ点をプロットしたものである。この実験では、アッセイ測定装置のチャネル、例えば、図１Ａのアッセイ測定装置１００のチャネル１０２に様々な流体を導入した。次いで、これらの流体をチャネル１０２を通してチャンバ１６０にポンプで送り、そこでこれらの流体を共振デバイスの表面（例えば、図２の装置１０４の膜１３４の表面１４３）と接触させた。各共振デバイス１０４は、共振デバイス１０４の表面１４３と接触する流体の物理的性質（例えば、密度、粘度、流体中の音速）に基づいて変化する信号を出力した。
【０１１３】
この実験では、０．１％ＴＥＲＧＩＴＯＬ（登録商標）ＮＰ４０非イオン界面活性剤（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社、米国ミシガン州所在）を伴う脱イオン水をアッセイ測定装置に導入し、２１３９．１秒から約２２００秒まで共振デバイスの表面に送った。０．０５％ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０（モノラウリン酸ポリエチレングリコールソルビタン）［Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社、米国ミズーリ州セントルイス所在］を伴う０．０１Ｍリン酸緩衝食塩水を、約２２００秒から約２８５０秒まで共振デバイスの表面に送った。０．０１Ｍリン酸緩衝食塩水は、８ｇのＮａＣｌ、０．２ｇのＫＣｌ、１．４４ｇのＮａ２ＨＰＯ４、および０．２４ｇのＫＨ２ＰＯ４を８００ｍｌの蒸留Ｈ２Ｏに溶解して作製した。この溶液のｐＨは、必要な場合には、所望のｐＨが得られるまで、酸（例えば、塩酸）または塩基（例えば、水酸化ナトリウム）を滴定することによって７．４に調整した。次いで、この溶液に追加の蒸留Ｈ２Ｏを添加して総体積１Ｌの流体を生成した。次いで、この溶液を加圧滅菌した。
【０１１４】
０．１％ＴＥＲＧＩＴＯＬ（登録商標）ＮＰ４０非イオン界面活性剤を伴う脱イオン水を共振デバイスの表面に約２８５０秒から約３１００秒まで送った。０．０５％ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０を伴う０．０２Ｍリン酸緩衝食塩水（本明細書で説明したのと同様に作製して０．０２Ｍにしたもの）を共振デバイスの表面に約３１００秒から約３３００秒まで送った。０．１％ＴＥＲＧＩＴＯＬ（登録商標）ＮＰ４０非イオン界面活性剤を伴う脱イオン水を共振デバイスの表面に約３３００秒から約３６００秒まで送った。０．０５％ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０を伴う０．０５Ｍリン酸緩衝食塩水（本明細書で説明したのと同様に作製して０．０２Ｍにしたもの）を共振デバイスの表面に約３６００秒から約３９５０秒まで送った。
【０１１５】
０．１％ＴＥＲＧＩＴＯＬ（登録商標）ＮＰ４０非イオン界面活性剤を伴う脱イオン水を共振デバイスの表面に約３９５０秒から約４３００秒まで送った。５％エタノールの脱イオン水溶液を共振デバイスの表面に約４３００秒から約４６００秒まで送った。０．１％ＴＥＲＧＩＴＯＬ（登録商標）ＮＰ４０非イオン界面活性剤を伴う脱イオン水を共振デバイスの表面に約４６００秒から約５３５０秒まで送った。０．１％ＴＥＲＧＩＴＯＬ（登録商標）ＮＰ４０非イオン界面活性剤を伴う脱イオン水を共振デバイスの表面に約５３５０秒から約５５６８．６秒まで送った。
【０１１６】
０．１％ＴＥＲＧＩＴＯＬ（登録商標）ＮＰ４０非イオン界面活性剤を伴う脱イオン水を共振デバイスの表面に送ったときに、追跡周波数の約百万分の０．０の変化が測定された。０．０５％ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０を伴う０．０１Ｍリン酸緩衝食塩水を共振デバイスの表面に送ったときに、追跡周波数の約百万分の−１０００の変化が測定された。０．０５％ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０を伴う０．０２Ｍリン酸緩衝食塩水を共振デバイスの表面に送ったときに、追跡周波数の約百万分の−２５００の変化が測定された。０．０５％ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０を伴う０．０５Ｍリン酸緩衝食塩水を共振デバイスの表面に送ったときに、追跡周波数の約百万分の−５０００の変化が測定された。５％エタノールの脱イオン水溶液を共振デバイスの表面に送ったときに、追跡周波数の約百万分の２５００の変化が測定された。
【０１１７】
例として、操作者、あるいはコンピュータプロセッサ上で動作する自動処理アルゴリズムは、共振デバイスによって出力された電気信号に基づいて、アッセイ装置の表面と接触している流体のタイプを識別することができた。例えば、この実験では、追跡周波数の百万分の２５００の変化は、０．１％ＴＥＲＧＩＴＯＬ（登録商標）ＮＰ４０非イオン界面活性剤を伴うものから０．０５％ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０を伴う０．０２Ｍリン酸緩衝食塩水に変化する流体が共振デバイスの表面と接触していることを示す。さらに、共振デバイスによって出力される電気信号が所定の条件を満たす（例えば、電気信号の値が指定値よりも大きい、または指定値よりも小さい、あるいは、最小値と最大値との間にある）ときに、使用者は、特定のタイプの流体がアッセイ装置の表面と接触していることを示す数値境界を設けることができる。
【０１１８】
共振デバイスの表面と接触している流体のタイプを判定することができれば、例えば、１種または複数種の正しい流体がアッセイ測定装置に導入されたかどうかを判定する助けになり得る。ある種の実施形態では、本発明の方法は、流体が正しい順序でアッセイ測定装置に導入されたかどうかを判定するのに有用である。さらに、共振デバイスによって出力される電気信号は時間の関数として測定されるので、ある種の実施形態では、特定の流体がアッセイ中の正しい時点で導入されたかどうかを判定することも可能である。例えば、血液の成分を分析する自動アッセイシステムでは、類似の共振デバイス電気信号変化が、未処理の試料または希釈した試料を洗浄緩衝液に（またはその逆）変えるときに観察されることになる。このアッセイシステムは、この変化をモニターして試料または洗浄緩衝液の導入を確認するように構成することができよう。さらに、電気信号のこの変化を利用して、試料または洗浄緩衝液が導入された時点を追跡することもできよう。
【０１１９】
当業者なら、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、本明細書で説明したものの変形形態、改変形態、および他の実施形態を想起するであろう。そのため、これらの形態は本発明に包含されるものと見なされる。したがって、本発明は、上記の図を用いた説明だけで定義されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１Ａ】図１Ａは、アッセイ測定を実施するのに使用するアッセイ測定装置の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、アッセイ測定装置の別の実施形態の概略図である。
【図２】図２は、図１Ａおよび図１Ｂに示すアッセイ測定装置の一部の拡大図である。図２Ａは、図２の一部の拡大図である。
【図３】図３は、本発明の方法を適用する前のアッセイ測定データと時間の関係をグラフで表したものである。
【図４】図４は、本発明の方法を適用した後のアッセイ測定データと時間の関係をグラフで表したものである。
【図５】図５は、共振デバイスの表面に送られる様々な流体についてのアッセイ測定データをグラフで表したものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正規化された曝露量を確立する共振デバイスの表面のかなりの面積にわたって複数の結合で材料エレメントを結合する工程と、
該材料エレメントに適用される外部影響を第１期間にわたって制御する工程と、
該表面に結合した材料エレメントの量の、該正規化された曝露量に対する変化を示す信号を第２期間にわたって測定する工程と
を含む、アッセイを実施するための方法。
【請求項２】
前記第２期間中に前記表面に結合した前記材料エレメントの量の、前記正規化された曝露量に対する変化に基づいて、該材料エレメントと該表面との間に存在する物質の濃度を決定する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記材料エレメントと前記表面との間に存在する前記物質により、該材料エレメントは該表面に結合する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記外部影響に応答して前記表面から放出される材料エレメントの量と該外部影響とを相関させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記測定された信号の値を時間で積分して、前記表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記外部影響を制御する工程は、該外部影響を変化させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記表面に結合する材料エレメントの量の変化を前記外部影響の変化に相関させる工程を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
外部影響を適用する工程は、前記材料エレメントの上か、材料エレメントを通過してか、あるいは材料エレメントを横切って流体を流す工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
外部影響を適用する工程は、前記材料エレメントと前記表面との間に相対的な加速を作り出す工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記材料エレメントは、磁性体であり、外部影響を適用する工程は、該材料エレメントと反対の磁場勾配を適用する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
外部影響を適用する工程は、一定か、または時間変化する電場に前記材料エレメントを曝露して、該材料エレメントに作用する電気泳動力または誘電泳動力を誘起する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
外部影響を適用する工程は、前記共振デバイスによって生成される音響場または流体の流れ場に前記材料エレメントを曝露する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
外部影響を適用する工程は、前記材料エレメントと前記表面との間の結合力の強さを変化させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
結合力の強さを変化させる工程は、流体のｐＨを変化させる工程、前記材料エレメントの上に変性剤を流す工程、流体の温度を変化させる工程、あるいはこれらの組合せを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
外部影響を適用する工程は、前記材料エレメントと前記表面との間の相対変位の大きさを大きくする工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
第２期間中に信号を測定する工程は、表面プラズモン共鳴装置、共振デバイス、音響デバイス、たわみ板波デバイス、水晶微量天秤デバイス、および顕微鏡からなる群から選択した装置を使用して実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記表面は、前記装置の表面である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記外部影響を適用する工程は、前記第２期間にわたって前記外部影響を変化させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
測定する工程は、前記第２期間中に前記表面に結合する材料エレメントの量の変化を連続的に測定する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記表面に結合する材料エレメントの量の変化を測定する工程は、前記第１期間中に該材料エレメントが該表面に結合する速度を測定する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１期間は、前記第２期間に重なり合う、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記材料エレメントは、磁性粒子、常磁性粒子、金粒子、マイクロスフェア、またはビーズである、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記結合は、特異的会合、非特異的会合、交差反応会合、イオン結合、共有結合、ファンデルワールス結合、水素結合、または極性結合を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記材料エレメントは、前記共振デバイスの前記表面に該材料エレメントを結合させる前に試料中の前記物質に曝露される、請求項２に記載の方法。
【請求項２５】
前記材料エレメントと前記表面との間にある前記物質の濃度に基づいて、前記試料中にある前記物質の濃度を決定する工程を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
外部影響を適用する工程は、前記材料エレメントにかかる力を生成する工程を含み、該材料エレメントにかかる力は、該材料エレメントと前記表面との間の前記結合と競合する、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
正規化された曝露量を確立する共振デバイスの表面のかなりの面積にわたって複数の結合で材料エレメントを結合する工程と、
該材料エレメントに適用される外部影響を第１期間にわたって変化させる工程と、
第２期間にわたって信号を時間で積分して、該表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定する工程と
を含む、アッセイを実施するための方法。
【請求項２８】
表面を有する共振デバイスであって、結合物質または結合のための手段が、複数の材料エレメント該記表面に結合し、かつ該複数の材料エレメントと前記表面との間に物質を挟むことができ、それによって、該物質と該複数の材料エレメントとの間に複数の結合が形成され、かつ正規化された曝露量が確立される、共振デバイスと、
第１期間にわたって該材料エレメントに外部影響を適用するための供給源と、
該表面に結合した材料エレメントの量の、該正規化された曝露量に対する変化を示す信号を測定するための測定デバイスと
を備える、アッセイを実施するための装置。
【請求項２９】
外部影響を適用するための前記供給源は、前記材料エレメントの上か、該材料エレメントを通過するか、あるいは該材料エレメントを横切る流体の流れを制御する、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記材料エレメントは、磁性体であり、外部影響を適用するための前記供給源は、該材料エレメントと反対の磁場勾配を適用する、請求項２８に記載の装置。
【請求項３１】
外部影響を適用するための前記供給源は、一定か、または時間変化する電場に前記材料エレメントを曝露して、該材料エレメントに作用する電気泳動力または誘電泳動力を誘起する、請求項２８に記載の装置。
【請求項３２】
外部影響を適用するための前記供給源は、前記共振デバイスによって生成される音響場または流体の流れ場に前記材料エレメントを曝露する、請求項２８に記載の装置。
【請求項３３】
前記共振デバイスは、音響デバイス、たわみ板波デバイス、表面音響波デバイス、ラム波デバイス、共鳴カンチレバーデバイス、シアーハーモニック表面音響波デバイス、音響プレートモードデバイス、または水晶微量天秤デバイスである、請求項２８に記載の装置。
【請求項３４】
前記測定デバイスは、表面プラズモン共鳴装置、共振デバイス、音響デバイス、たわみ板波デバイス、水晶微量天秤デバイス、または顕微鏡である、請求項２８に記載の装置。
【請求項３５】
前記材料エレメントは、磁性粒子、常磁性粒子、金粒子、マイクロスフェア、またはビーズである、請求項２８に記載の装置。
【請求項３６】
外部影響を適用するための前記供給源は、前記測定デバイスでもある、請求項２８に記載の装置。
【請求項３７】
正規化された曝露量を確立する表面のかなりの面積にわたって複数の結合で材料エレメントを結合する工程と、
第１期間にわたって該材料エレメントに外部影響を適用する工程と、
該表面に結合した材料エレメントの量の、該正規化された曝露量に対する変化を示す光学信号を第２期間にわたって測定する工程と、
該光学信号の値を時間で積分して、該表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定する工程と
を含む、アッセイを実施するための方法。
【請求項３８】
前記第２期間中に前記表面に結合した前記材料エレメントの量の、前記正規化された曝露量に対する変化に基づいて、該材料エレメントと該表面との間に存在する物質の濃度を決定する工程を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記材料エレメントと前記表面との間に存在する前記物質により、該材料エレメントは該表面に結合する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記外部影響に応答して前記表面から放出される材料エレメントの量と該外部影響とを相関させる工程を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
外部影響を適用する工程は、前記材料エレメントの上か、該材料エレメントを通過してか、あるいは該材料エレメントを横切って流体を流す工程を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
外部影響を適用する工程は、一定か、または時間変化する電場に前記材料エレメントを曝露して、前記材料エレメントに作用する電気泳動力または誘電泳動力を誘起する工程を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４３】
外部影響を適用する工程は、前記共振デバイスによって生成される音響場または流体の流れ場に前記材料エレメントを曝露する工程を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４４】
外部影響を適用する工程は、前記材料エレメントと前記表面との間の結合力の強さを変化させる工程を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４５】
結合力の強さを変化させる工程は、流体のｐＨを変化させる工程、前記材料エレメントの上に変性剤を流す工程、流体の温度を変化させる工程、あるいはこれらの組合せを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
第２期間中に光学信号を測定する工程は、表面プラズモン共鳴装置、顕微鏡、または蛍光測定装置からなる群から選択した装置を使用して実施される、請求項３７に記載の方法。
【請求項４７】
前記表面は前記装置の表面である、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記材料エレメントは、磁性粒子、常磁性粒子、金粒子、マイクロスフェア、またはビーズである、請求項３７に記載の方法。
【請求項４９】
前記材料エレメントは、蛍光性である、請求項３７に記載の方法。
【請求項５０】
光学信号を測定する工程は、前記粒子または該粒子に結合した物質の反射率、透過率、または蛍光を測定する工程を含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
表面であって、結合物質または結合のための手段は、複数の材料エレメントを該表面に結合し、かつ該複数の材料エレメントと該表面との間に物質を挟むことができ、それによって、該物質と該複数の材料エレメントとの間に複数の結合が形成され、かつ正規化された曝露量が確立される、表面と、
第１期間にわたって該材料エレメントに外部影響を適用するための供給源と、
該表面に結合した該材料エレメントの量の、該正規化された曝露量に対する変化を示す信号を測定するための光学測定デバイスであって、該光学信号の値を時間で積分して、該表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定する、光学測定デバイスと
を備える、アッセイを実施するための装置。
【請求項５２】
外部影響を適用するための前記供給源は、前記材料エレメントの上か、該材料エレメントを通過するか、あるいは該材料エレメントを横切る流体の流れを制御する、請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
前記材料エレメントは、磁性体であり、外部影響を適用するための前記供給源は、該材料エレメントと反対の磁場勾配を適用する、請求項５１に記載の装置。
【請求項５４】
外部影響を適用するための前記供給源は、一定か、または時間変化する電場に前記材料エレメントを曝露して、該材料エレメントに作用する電気泳動力または誘電泳動力を誘起する、請求項５１に記載の装置。
【請求項５５】
外部影響を適用するための前記供給源は、共振デバイスによって生成される音響場または流体の流れ場に前記材料エレメントを曝露する、請求項５１に記載の装置。
【請求項５６】
前記光学測定デバイスは、表面プラズモン共鳴装置、顕微鏡、または蛍光測定装置からなる群から選択した装置である、請求項５１に記載の装置。
【請求項５７】
前記粒子は、磁性粒子、常磁性粒子、金粒子、マイクロスフェア、またはビーズである、請求項５１に記載の装置。
【請求項５８】
正規化された曝露量を確立する共振デバイスの表面のかなりの面積にわたって複数の結合で材料エレメントを結合する手段と、
該材料エレメントに適用される外部影響を第１期間にわたって制御する手段と、
該表面に結合した材料エレメントの量の、該正規化された曝露量に対する変化を示す信号を第２期間にわたって測定する手段と
を備える、アッセイを実施するための装置。
【請求項５９】
アッセイ測定装置に流体が導入されたかどうかを判定するための方法であって、
共振デバイスの表面に流体を送る工程と、
該共振デバイスによって出力された電気信号をモニターする工程であって、該電気信号の性質は、該共振デバイスの該表面と接触する該流体の物理的な性質に基づいて変化する、工程と、
該共振デバイスによって出力された該電気信号が、該流体の存在を示す所定の条件を満たすかどうかを判定する工程と
を含む、方法。
【請求項６０】
前記共振デバイスによって出力された前記電気信号は、時間の関数としてモニターされる、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記共振デバイスの前記表面に第２流体を送る工程と、該共振デバイスによって出力された前記電気信号を時間の関数としてモニターする工程と、該共振デバイスによって出力された該電気信号が第２の所定の条件を満たすかどうかを判定する工程とを含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記共振デバイスによって出力された前記電気信号は、該電気信号の値が指定された値よりも大きいか、または小さい場合に前記所定の条件を満たす、請求項５９に記載の方法。
【請求項６３】
前記共振デバイスによって出力された前記電気信号は、該電気信号の値が最小値と最大値との間にある場合に前記所定の条件を満たす、請求項５９に記載の方法。
【請求項６４】
前記流体は、磁性粒子を含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６５】
前記流体は、生物学的試料を含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６６】
前記流体を送る工程は、チャネルを通して該流体をポンプで送る工程を含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６７】
共振デバイスの表面に第１流体を送る工程と、
該第１流体が該共振デバイスの該表面と接触することに応答して、該共振デバイスによって出力された第１電気信号をモニターする工程と、
該共振デバイスの該表面に第２流体を送る工程と、
該第２流体が該共振デバイスの該表面と接触することに応答して、該共振デバイスによって出力された第２信号をモニターする工程と、
該共振デバイスによって出力された該第１信号および該第２信号が所定の条件を満たすかどうかを判定する工程と
を含む、アッセイ測定装置に流体が導入されたかどうかを判定するための方法。
【請求項６８】
前記共振デバイスによって出力された前記第１信号および前記第２信号は、該第１信号と該第２信号との間の値の差が最小値と最大値との間にある場合に前記所定の条件を満たす、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
前記第１流体および前記第２流体を送る工程は、チャネルを通して該第１流体および該第２流体をポンプで送る工程を含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項７０】
共振デバイスの表面に流体を送るチャネルに該流体を導入する工程であって、該共振デバイスは、該共振デバイスの該表面と接触する物質の物理的な性質に基づいて電気信号を出力する、工程と、
該共振デバイスによって出力された該電気信号をモニターする工程と、
該チャネルの幾何学的性質および該共振デバイスによって出力された該電気信号に基づいて該流体の流量を決定する工程と
を含む、アッセイ測定装置内の流体の流量を決定するための方法。
【請求項７１】
前記共振デバイスによって出力された前記電気信号は、時間の関数としてモニターされる、請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
前記流体は、粒子を含む、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
前記流体の流量を決定する工程は、該流体が前記チャネルに導入された後で前記粒子が前記共振デバイスの前記表面と接触する時間を決定する工程を含む、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
前記粒子が前記共振デバイスの前記表面と接触する時間は、該共振デバイスによって出力された前記電気信号がいつ変化するかに基づいて決定される、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記流体の流量を決定する工程は、該流体が前記チャネルに導入された後で、前記共振デバイスによって出力された前記電気信号がいつ変化するかに基づいて、該流体が該共振デバイスの前記表面と接触する時間を決定する工程を含む、請求項７１に記載の方法。
【請求項７６】
流体が入る少なくとも１つの開口を有する流体チャンバと、
該流体チャンバの少なくとも１つの内面の少なくとも一部を規定する共振デバイスと、
該共振デバイスによって出力された少なくとも１つの信号をモニターするための手段と、
該共振デバイスによって出力された該電気信号が特定の流体の存在を示す所定の条件を満たすかどうかを判定するための手段と
を備える、アッセイ測定装置。
【請求項７７】
分析物を含む流体と、該分析物に親和性を有する捕捉作用物質を含む複数の磁性粒子とを混合して、少なくとも一部の分析物に結合した少なくとも一部の磁性粒子を生成する工程と、
該混合された流体をチャネルを通して流体チャンバ中に方向付ける工程であって、共振デバイスの少なくとも１つの表面は、該流体チャンバ内の該流体と流体連通する、工程と、
該共振デバイス近傍に第１磁束を生成して、該複数の結合した磁性粒子の少なくとも一部を該共振デバイスの少なくとも１つの表面に磁気的に引き寄せる工程と、
該チャネルおよび流体チャンバの幾何学的性質ならびに該共振デバイスによって出力された電気信号に基づいて、該チャネルおよび流体チャンバを通過する該流体の流量を決定する工程と
を含む、流体の流量を決定するための方法。
【請求項７８】
前記流体の流量を決定する工程は、該流体が前記チャネルに導入された後で、前記共振デバイスによって出力された前記電気信号がいつ変化するかに基づいて、該流体が該共振デバイスの前記表面と接触する時間を決定する工程を含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
前記共振デバイスによって出力された前記電気信号は、前記磁性粒子が前記共振デバイスの少なくとも１つの表面と接触するときに変化する、請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
分析物を含む流体と、該分析物に親和性を有する捕捉作用物質を含む複数の磁性粒子とを混合して、分析物に結合した磁性粒子を生成する工程と、
該混合された流体をチャネルを通して流体チャンバ中に方向付ける工程であって、共振デバイスの少なくとも１つの表面は、該流体チャンバ内の該流体と流体連通する、工程と、
該共振デバイス近傍に第１磁束を生成して、該結合した磁性粒子を該共振デバイスの少なくとも１つの表面に磁気的に引き寄せる工程と、
該共振デバイスによって出力される電気信号に基づいて、分析物を含む該流体が所定量の磁性粒子と混合されたかどうかを判定する工程と
を含む、アッセイ準備方法。
【請求項１】
正規化された曝露量を確立する共振デバイスの表面のかなりの面積にわたって複数の結合で材料エレメントを結合する工程と、
該材料エレメントに適用される外部影響を第１期間にわたって制御する工程と、
該表面に結合した材料エレメントの量の、該正規化された曝露量に対する変化を示す信号を第２期間にわたって測定する工程と
を含む、アッセイを実施するための方法。
【請求項２】
前記第２期間中に前記表面に結合した前記材料エレメントの量の、前記正規化された曝露量に対する変化に基づいて、該材料エレメントと該表面との間に存在する物質の濃度を決定する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記材料エレメントと前記表面との間に存在する前記物質により、該材料エレメントは該表面に結合する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記外部影響に応答して前記表面から放出される材料エレメントの量と該外部影響とを相関させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記測定された信号の値を時間で積分して、前記表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記外部影響を制御する工程は、該外部影響を変化させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記表面に結合する材料エレメントの量の変化を前記外部影響の変化に相関させる工程を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
外部影響を適用する工程は、前記材料エレメントの上か、材料エレメントを通過してか、あるいは材料エレメントを横切って流体を流す工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
外部影響を適用する工程は、前記材料エレメントと前記表面との間に相対的な加速を作り出す工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記材料エレメントは、磁性体であり、外部影響を適用する工程は、該材料エレメントと反対の磁場勾配を適用する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
外部影響を適用する工程は、一定か、または時間変化する電場に前記材料エレメントを曝露して、該材料エレメントに作用する電気泳動力または誘電泳動力を誘起する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
外部影響を適用する工程は、前記共振デバイスによって生成される音響場または流体の流れ場に前記材料エレメントを曝露する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
外部影響を適用する工程は、前記材料エレメントと前記表面との間の結合力の強さを変化させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
結合力の強さを変化させる工程は、流体のｐＨを変化させる工程、前記材料エレメントの上に変性剤を流す工程、流体の温度を変化させる工程、あるいはこれらの組合せを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
外部影響を適用する工程は、前記材料エレメントと前記表面との間の相対変位の大きさを大きくする工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
第２期間中に信号を測定する工程は、表面プラズモン共鳴装置、共振デバイス、音響デバイス、たわみ板波デバイス、水晶微量天秤デバイス、および顕微鏡からなる群から選択した装置を使用して実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記表面は、前記装置の表面である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記外部影響を適用する工程は、前記第２期間にわたって前記外部影響を変化させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
測定する工程は、前記第２期間中に前記表面に結合する材料エレメントの量の変化を連続的に測定する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記表面に結合する材料エレメントの量の変化を測定する工程は、前記第１期間中に該材料エレメントが該表面に結合する速度を測定する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１期間は、前記第２期間に重なり合う、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記材料エレメントは、磁性粒子、常磁性粒子、金粒子、マイクロスフェア、またはビーズである、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記結合は、特異的会合、非特異的会合、交差反応会合、イオン結合、共有結合、ファンデルワールス結合、水素結合、または極性結合を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記材料エレメントは、前記共振デバイスの前記表面に該材料エレメントを結合させる前に試料中の前記物質に曝露される、請求項２に記載の方法。
【請求項２５】
前記材料エレメントと前記表面との間にある前記物質の濃度に基づいて、前記試料中にある前記物質の濃度を決定する工程を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
外部影響を適用する工程は、前記材料エレメントにかかる力を生成する工程を含み、該材料エレメントにかかる力は、該材料エレメントと前記表面との間の前記結合と競合する、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
正規化された曝露量を確立する共振デバイスの表面のかなりの面積にわたって複数の結合で材料エレメントを結合する工程と、
該材料エレメントに適用される外部影響を第１期間にわたって変化させる工程と、
第２期間にわたって信号を時間で積分して、該表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定する工程と
を含む、アッセイを実施するための方法。
【請求項２８】
表面を有する共振デバイスであって、結合物質または結合のための手段が、複数の材料エレメント該記表面に結合し、かつ該複数の材料エレメントと前記表面との間に物質を挟むことができ、それによって、該物質と該複数の材料エレメントとの間に複数の結合が形成され、かつ正規化された曝露量が確立される、共振デバイスと、
第１期間にわたって該材料エレメントに外部影響を適用するための供給源と、
該表面に結合した材料エレメントの量の、該正規化された曝露量に対する変化を示す信号を測定するための測定デバイスと
を備える、アッセイを実施するための装置。
【請求項２９】
外部影響を適用するための前記供給源は、前記材料エレメントの上か、該材料エレメントを通過するか、あるいは該材料エレメントを横切る流体の流れを制御する、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記材料エレメントは、磁性体であり、外部影響を適用するための前記供給源は、該材料エレメントと反対の磁場勾配を適用する、請求項２８に記載の装置。
【請求項３１】
外部影響を適用するための前記供給源は、一定か、または時間変化する電場に前記材料エレメントを曝露して、該材料エレメントに作用する電気泳動力または誘電泳動力を誘起する、請求項２８に記載の装置。
【請求項３２】
外部影響を適用するための前記供給源は、前記共振デバイスによって生成される音響場または流体の流れ場に前記材料エレメントを曝露する、請求項２８に記載の装置。
【請求項３３】
前記共振デバイスは、音響デバイス、たわみ板波デバイス、表面音響波デバイス、ラム波デバイス、共鳴カンチレバーデバイス、シアーハーモニック表面音響波デバイス、音響プレートモードデバイス、または水晶微量天秤デバイスである、請求項２８に記載の装置。
【請求項３４】
前記測定デバイスは、表面プラズモン共鳴装置、共振デバイス、音響デバイス、たわみ板波デバイス、水晶微量天秤デバイス、または顕微鏡である、請求項２８に記載の装置。
【請求項３５】
前記材料エレメントは、磁性粒子、常磁性粒子、金粒子、マイクロスフェア、またはビーズである、請求項２８に記載の装置。
【請求項３６】
外部影響を適用するための前記供給源は、前記測定デバイスでもある、請求項２８に記載の装置。
【請求項３７】
正規化された曝露量を確立する表面のかなりの面積にわたって複数の結合で材料エレメントを結合する工程と、
第１期間にわたって該材料エレメントに外部影響を適用する工程と、
該表面に結合した材料エレメントの量の、該正規化された曝露量に対する変化を示す光学信号を第２期間にわたって測定する工程と、
該光学信号の値を時間で積分して、該表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定する工程と
を含む、アッセイを実施するための方法。
【請求項３８】
前記第２期間中に前記表面に結合した前記材料エレメントの量の、前記正規化された曝露量に対する変化に基づいて、該材料エレメントと該表面との間に存在する物質の濃度を決定する工程を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記材料エレメントと前記表面との間に存在する前記物質により、該材料エレメントは該表面に結合する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記外部影響に応答して前記表面から放出される材料エレメントの量と該外部影響とを相関させる工程を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
外部影響を適用する工程は、前記材料エレメントの上か、該材料エレメントを通過してか、あるいは該材料エレメントを横切って流体を流す工程を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
外部影響を適用する工程は、一定か、または時間変化する電場に前記材料エレメントを曝露して、前記材料エレメントに作用する電気泳動力または誘電泳動力を誘起する工程を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４３】
外部影響を適用する工程は、前記共振デバイスによって生成される音響場または流体の流れ場に前記材料エレメントを曝露する工程を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４４】
外部影響を適用する工程は、前記材料エレメントと前記表面との間の結合力の強さを変化させる工程を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４５】
結合力の強さを変化させる工程は、流体のｐＨを変化させる工程、前記材料エレメントの上に変性剤を流す工程、流体の温度を変化させる工程、あるいはこれらの組合せを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
第２期間中に光学信号を測定する工程は、表面プラズモン共鳴装置、顕微鏡、または蛍光測定装置からなる群から選択した装置を使用して実施される、請求項３７に記載の方法。
【請求項４７】
前記表面は前記装置の表面である、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記材料エレメントは、磁性粒子、常磁性粒子、金粒子、マイクロスフェア、またはビーズである、請求項３７に記載の方法。
【請求項４９】
前記材料エレメントは、蛍光性である、請求項３７に記載の方法。
【請求項５０】
光学信号を測定する工程は、前記粒子または該粒子に結合した物質の反射率、透過率、または蛍光を測定する工程を含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
表面であって、結合物質または結合のための手段は、複数の材料エレメントを該表面に結合し、かつ該複数の材料エレメントと該表面との間に物質を挟むことができ、それによって、該物質と該複数の材料エレメントとの間に複数の結合が形成され、かつ正規化された曝露量が確立される、表面と、
第１期間にわたって該材料エレメントに外部影響を適用するための供給源と、
該表面に結合した該材料エレメントの量の、該正規化された曝露量に対する変化を示す信号を測定するための光学測定デバイスであって、該光学信号の値を時間で積分して、該表面に結合した材料エレメントの時間平均量を決定する、光学測定デバイスと
を備える、アッセイを実施するための装置。
【請求項５２】
外部影響を適用するための前記供給源は、前記材料エレメントの上か、該材料エレメントを通過するか、あるいは該材料エレメントを横切る流体の流れを制御する、請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
前記材料エレメントは、磁性体であり、外部影響を適用するための前記供給源は、該材料エレメントと反対の磁場勾配を適用する、請求項５１に記載の装置。
【請求項５４】
外部影響を適用するための前記供給源は、一定か、または時間変化する電場に前記材料エレメントを曝露して、該材料エレメントに作用する電気泳動力または誘電泳動力を誘起する、請求項５１に記載の装置。
【請求項５５】
外部影響を適用するための前記供給源は、共振デバイスによって生成される音響場または流体の流れ場に前記材料エレメントを曝露する、請求項５１に記載の装置。
【請求項５６】
前記光学測定デバイスは、表面プラズモン共鳴装置、顕微鏡、または蛍光測定装置からなる群から選択した装置である、請求項５１に記載の装置。
【請求項５７】
前記粒子は、磁性粒子、常磁性粒子、金粒子、マイクロスフェア、またはビーズである、請求項５１に記載の装置。
【請求項５８】
正規化された曝露量を確立する共振デバイスの表面のかなりの面積にわたって複数の結合で材料エレメントを結合する手段と、
該材料エレメントに適用される外部影響を第１期間にわたって制御する手段と、
該表面に結合した材料エレメントの量の、該正規化された曝露量に対する変化を示す信号を第２期間にわたって測定する手段と
を備える、アッセイを実施するための装置。
【請求項５９】
アッセイ測定装置に流体が導入されたかどうかを判定するための方法であって、
共振デバイスの表面に流体を送る工程と、
該共振デバイスによって出力された電気信号をモニターする工程であって、該電気信号の性質は、該共振デバイスの該表面と接触する該流体の物理的な性質に基づいて変化する、工程と、
該共振デバイスによって出力された該電気信号が、該流体の存在を示す所定の条件を満たすかどうかを判定する工程と
を含む、方法。
【請求項６０】
前記共振デバイスによって出力された前記電気信号は、時間の関数としてモニターされる、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記共振デバイスの前記表面に第２流体を送る工程と、該共振デバイスによって出力された前記電気信号を時間の関数としてモニターする工程と、該共振デバイスによって出力された該電気信号が第２の所定の条件を満たすかどうかを判定する工程とを含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記共振デバイスによって出力された前記電気信号は、該電気信号の値が指定された値よりも大きいか、または小さい場合に前記所定の条件を満たす、請求項５９に記載の方法。
【請求項６３】
前記共振デバイスによって出力された前記電気信号は、該電気信号の値が最小値と最大値との間にある場合に前記所定の条件を満たす、請求項５９に記載の方法。
【請求項６４】
前記流体は、磁性粒子を含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６５】
前記流体は、生物学的試料を含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６６】
前記流体を送る工程は、チャネルを通して該流体をポンプで送る工程を含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６７】
共振デバイスの表面に第１流体を送る工程と、
該第１流体が該共振デバイスの該表面と接触することに応答して、該共振デバイスによって出力された第１電気信号をモニターする工程と、
該共振デバイスの該表面に第２流体を送る工程と、
該第２流体が該共振デバイスの該表面と接触することに応答して、該共振デバイスによって出力された第２信号をモニターする工程と、
該共振デバイスによって出力された該第１信号および該第２信号が所定の条件を満たすかどうかを判定する工程と
を含む、アッセイ測定装置に流体が導入されたかどうかを判定するための方法。
【請求項６８】
前記共振デバイスによって出力された前記第１信号および前記第２信号は、該第１信号と該第２信号との間の値の差が最小値と最大値との間にある場合に前記所定の条件を満たす、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
前記第１流体および前記第２流体を送る工程は、チャネルを通して該第１流体および該第２流体をポンプで送る工程を含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項７０】
共振デバイスの表面に流体を送るチャネルに該流体を導入する工程であって、該共振デバイスは、該共振デバイスの該表面と接触する物質の物理的な性質に基づいて電気信号を出力する、工程と、
該共振デバイスによって出力された該電気信号をモニターする工程と、
該チャネルの幾何学的性質および該共振デバイスによって出力された該電気信号に基づいて該流体の流量を決定する工程と
を含む、アッセイ測定装置内の流体の流量を決定するための方法。
【請求項７１】
前記共振デバイスによって出力された前記電気信号は、時間の関数としてモニターされる、請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
前記流体は、粒子を含む、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
前記流体の流量を決定する工程は、該流体が前記チャネルに導入された後で前記粒子が前記共振デバイスの前記表面と接触する時間を決定する工程を含む、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
前記粒子が前記共振デバイスの前記表面と接触する時間は、該共振デバイスによって出力された前記電気信号がいつ変化するかに基づいて決定される、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記流体の流量を決定する工程は、該流体が前記チャネルに導入された後で、前記共振デバイスによって出力された前記電気信号がいつ変化するかに基づいて、該流体が該共振デバイスの前記表面と接触する時間を決定する工程を含む、請求項７１に記載の方法。
【請求項７６】
流体が入る少なくとも１つの開口を有する流体チャンバと、
該流体チャンバの少なくとも１つの内面の少なくとも一部を規定する共振デバイスと、
該共振デバイスによって出力された少なくとも１つの信号をモニターするための手段と、
該共振デバイスによって出力された該電気信号が特定の流体の存在を示す所定の条件を満たすかどうかを判定するための手段と
を備える、アッセイ測定装置。
【請求項７７】
分析物を含む流体と、該分析物に親和性を有する捕捉作用物質を含む複数の磁性粒子とを混合して、少なくとも一部の分析物に結合した少なくとも一部の磁性粒子を生成する工程と、
該混合された流体をチャネルを通して流体チャンバ中に方向付ける工程であって、共振デバイスの少なくとも１つの表面は、該流体チャンバ内の該流体と流体連通する、工程と、
該共振デバイス近傍に第１磁束を生成して、該複数の結合した磁性粒子の少なくとも一部を該共振デバイスの少なくとも１つの表面に磁気的に引き寄せる工程と、
該チャネルおよび流体チャンバの幾何学的性質ならびに該共振デバイスによって出力された電気信号に基づいて、該チャネルおよび流体チャンバを通過する該流体の流量を決定する工程と
を含む、流体の流量を決定するための方法。
【請求項７８】
前記流体の流量を決定する工程は、該流体が前記チャネルに導入された後で、前記共振デバイスによって出力された前記電気信号がいつ変化するかに基づいて、該流体が該共振デバイスの前記表面と接触する時間を決定する工程を含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
前記共振デバイスによって出力された前記電気信号は、前記磁性粒子が前記共振デバイスの少なくとも１つの表面と接触するときに変化する、請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
分析物を含む流体と、該分析物に親和性を有する捕捉作用物質を含む複数の磁性粒子とを混合して、分析物に結合した磁性粒子を生成する工程と、
該混合された流体をチャネルを通して流体チャンバ中に方向付ける工程であって、共振デバイスの少なくとも１つの表面は、該流体チャンバ内の該流体と流体連通する、工程と、
該共振デバイス近傍に第１磁束を生成して、該結合した磁性粒子を該共振デバイスの少なくとも１つの表面に磁気的に引き寄せる工程と、
該共振デバイスによって出力される電気信号に基づいて、分析物を含む該流体が所定量の磁性粒子と混合されたかどうかを判定する工程と
を含む、アッセイ準備方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図２Ａ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１Ｂ】
【図２】
【図２Ａ】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２００９−５１７６６１（Ｐ２００９−５１７６６１Ａ）
【公表日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５４２４０９（Ｐ２００８−５４２４０９）
【出願日】平成１８年１１月２１日（２００６．１１．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４５０５７
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０６２０３８
【国際公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【出願人】（５０８１５３７０７）バイオスケール， インコーポレイテッド (4)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２１日（２００６．１１．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４５０５７
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０６２０３８
【国際公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【出願人】（５０８１５３７０７）バイオスケール， インコーポレイテッド (4)
【Ｆターム（参考）】
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