ファージが引き金を引くイオン・カスケードの検出法（ＳＥＰＴＩＣ）
本発明は、細菌を検出する方法およびギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部、および１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料内の同族体標的に接触した場合に検出可能な電場変動の引き金を引くギャップにおけるまたはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを有するナノ−ウエルデバイスを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にイオン検出法の分野、そしてさらに具体的には、ファージ誘導イオンチャンネルを使用する細菌の検出および同定の装置、方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の範囲を限定はしないが、その背景を細菌検出に関連して記述する。バクテリオファージは、細菌を殺すウイルスである。大部分のバクテリオファージは明確な宿主特異性、すなわち病原性細菌の型決定のためのバクテリオファージの広範な使用に導いた特性を有する（「ファージ型決定」に関しては、引用文献１〜３、６、８、１１、１２参照）。二本鎖ＤＮＡファージは、３種の主要な形態型：収縮性尾部を有するミオファージ（ｍｙｏｐｈａｇｅ）；柔軟で非収縮性尾部を有するシフォファージ（ｓｉｐｈｏｐｈａｇｅ）；短く「ずんぐりした」尾部を有するポドファージ（ｐｏｄｏｐｈａｇｅ）に分類できる。
【０００３】
バクテリオファージは、最も数が多い生物学的実体であり、生物界内で１０３１と推定され、そして想像出来ないほどの多数の種がある。ファージは、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）の一部の株のみに感染するλのような狭い宿主範囲のファージから、すべての腸内細菌および粘液細菌内にそのＤＮＡを注入できるＰ１のようなゼネラリストまで、広範囲の宿主特異性をもって存在する。その結果、ファージは、臨床微生物学環境内で細菌の型決定するための「ローテク」法として使用されてきた。病原性細菌の検出および同定においてファージの特異性を利用する試みは、標的細菌の培養、感染されたカルチャーの培養、および子孫ビリオンの産生のアッセイへの要求、すなわち少なくとも数時間を要しそして培養条件の知識を必要とするようなプロセスが重荷となっていた。
【０００４】
バクテリオファージ感染に要求される段階は不可逆吸着である。二本鎖ＤＮＡ（ｄｓＤＮＡ）ファージに対して、特異性吸着装置、通常は尾部ファイバーと宿主細胞の表面上の特異性受容体との相互作用からの結果である。ｄｓＲＮＡファージの３種の主要形態型の２種：収縮性尾部を有するミオファージ、および柔軟尾部を有するシフォファージでは、宿主細胞内へのＤＮＡの注入は迅速に行われそしてファージＤＮＡが標的細胞質内に入るチャンネルの一時的形成を含む。注入と同時に、短寿命の膜脱分極および感染細胞あたりに速度約１０６／秒の細胞質からのＫ＋の流出が起こり、次いで理解が十分されていない再閉止プロセスが起き、膜の再エネルギー付与および感染プログラムの開始を可能とさせる。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、細菌の検出および同定のための装置、システムおよび方法（例えばバイオチップ）である。本発明の一つの利点は、細菌の検出が細菌標的へのファージビリオンの不可逆的付着を要求するのみであることにある。吸着が起きると、直ちに注入イベントが、電場内の局所的攪乱を構成するイオンの一時的漏洩を起こす。従って、それらの設計は、細菌の増殖または繁殖に対するファージの能力を要求しない。
【０００６】
多くの場合に、細菌は、ＤＮＡの吸着および吸着をファージに可能とさせるがしかし引き続いて注入されたＤＮＡを破壊しそしてファージ増殖を防止する「制限システム」を有する。細菌を検出するためにファージの増殖を用いる全てのシステムにはこの制限が課せられるが、しかし本設計にはそうではない。本イベントは、細菌が増殖するかどうかには関係なく起きる。完全に開発されたシステムで自然的に生まれる他の利点は、可搬性、速度、信頼度／精度、および低コストである。本システムは、検出されるべき各細菌株に対
して特異性のバクテリオファージを必要とするが、しかし、本発明は新しいバクテリオファージの単離および特性決定を可能とする。
【０００７】
一つの態様では、本発明は、ギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を含んでなるナノ−ウエルデバイス、およびギャップにおけるまたはその周囲におけるバクテリオファージもしくは細菌または両者を含む細菌および／またはウイルス（例えばバクテリオファージ）の検出のための装置および方法を含み、ここでギャップにおける流体内の電場変動は、バクテリオファージに暴露された細菌が存在しない現状を示す。
【０００８】
本発明は、細菌検出のためのナノ−ウエルデバイスおよび方法を含む。本発明は、ギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を有するナノ−ウエルデバイス、および１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料内の同族体標的と接触した場合に検出可能な電場変動の引き金を引く、ギャップにおけるおよび／またはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを含む装置を含む。
【０００９】
本発明は、細菌を検出するための方法も提供する。該方法は、ギャップにおいてまたはその周囲において１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを有するキャップ周囲における１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を有するナノ−ウエルデバイスを液体試料と接触させ、そして、１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが試料内の同族体標的と接触した場合に生成される１個もしくはそれ以上の電場変動を検出することを含み、これによりギャップにおける試料内の１個もしくはそれ以上の電場変動が、試料内に同族体標的が存在しない現状を示す。
【００１０】
本発明は、基体および基体上に配置されたナノウエル・デバイスを有するナノ−ウエルセンサーを含む。ナノウエル・デバイスは、ギャップ周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部および１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料内の同族体標識を接触した場合に検出可能な電場変動の引き金を引くギャップにおけるもしくはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを含む。
【００１１】
ナノ−ウエル・センサーを作製するための方法も含まれる。ナノ−ウエル・センサーは、基体上にギャップ周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を形成することにより製作される。１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが流体試料内の同族体標的と接触した場合に、検出可能な電場変動の引き金を引く１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが、ギャップにおいてまたはその周囲において備えられる。
【発明の詳細な説明】
【００１２】
本発明の種々の態様の作製および使用は、以下に詳細に記載するが、本発明が特定の範囲で広く変化して実現できる多数の適用可能な発明的概念を提供することは認められるべきである。本明細書内で考察する特定の態様は、本発明を作製および使用する際の特定の方法の単なる例示でありそして本発明の範囲を限定はしない。
【００１３】
本発明の理解を容易とするために、多数の用語を以下に定義する。本明細書内で定義される用語は、本明細書内では、本発明に関連する領域内の通常の熟練者により通常理解される意味を有する。「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」の用語は、単一の実体のみに言及するのみならず、さらに特定の例が例示として使用できる一般的な分類を含むことを意図する。本明細書内の用語は、発明の特定の態様を記述するために使用されるが、しかしそれらの使用は、特許請求範囲で輪郭を述べられたものを除いて、本発明を限定するものではない。
【００１４】
本明細書内で使用される場合に、「デポジットする」の用語とは、層の配置もしくは設
置またはプロセスによる敷設もしくは残置を指す。各種の機構が１枚もしくはそれ以上の層をデポジットするために使用されてもよく、それには電気メッキ、蒸着、スピンコーティング、コーティング、スパッタリング、現場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）重合またはそれらの組合せを含んでなる１個もしくはそれ以上の層が含まれる。層は性質が均質でも不均質でもよい。さらに、デポジットされる層は、金属、非金属、ポリマー、組成物、レジスト、樹脂、炭素ナノチューブ、プラスチックまたはそれらの組合せであってもよい。
【００１５】
本明細書中に使用される場合に、「金属」、または「金属を含む」の用語とは、金、銀、白金、銅、アルミニウム、タングステン、チタン、タンタル、モリブデン、クロム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、ニッケルなど、それらの合金または組合せを指す。金属化合物は、窒化チタン、チタン・タングステン、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化モリブデンなどであってもよい。本明細書中に使用される場合に、「エッチング」の用語は、表面からその全体または一部を切り込むまたは取り除くことを指し、例えば反応性イオンエッチングである。
【００１６】
本明細書中に使用される場合に、「暴露する」または「暴露」の用語とは、１個もしくはそれ以上の領域の一部の除去として定義される。領域は１個もしくはそれ以上のピンの側部上、ピンの先端上またはそれらの組合せであってもよい。除去は、化学的および／または機械的平面化、レーザーアブレーションまたは化学的除去を介して起きてもよい。
【００１７】
本明細書中に使用される場合に、「基体」の用語とは、下に置かれる層であってそしてその表面に或る材料がデポジットされるとして定義される。基体は、ガラス、プラスチック、ポリマー、石英またはそれらの組合せを含む部分的透明物質であってもよい。基体は、１種もしくはそれ以上の生物活性物、生分解性物、導電体、熱伝導体、多孔体、誘発可能物、またはそれらの組合せを含んでもよい。
【００１８】
本発明のパッドは、多数の公知の接合技術のいずれか、例えば、それらに限定はされないが、ワイヤ接合、フリップチップ接合およびテープ自動化接合を使用して接合されてもよい。「プローブ」の一部として使用される場合には、それらの接触パッドは、一般に、プローブ表面で検出されるシグナルを最大化するように広い表面積を有する。一つの例では、アルミニウム、金、銅、ハンダ、または同様の物質から成るボールまたはハンダ接合が、接触パッドに接合される。ワイア接合する場合には、接触の部位はチゼル接合と呼ばれる。接触パッド（単数および複数）は、暴露され覆われていない。接触パッドおよび／またはそれから形成される層は、導電性材料、例えば半導体および／または導電性金属、例えばアルミニウムおよび／または銅から作製されてもよい。接触パッド層の下に補強層を配置することが通常である。補強層の例は、強い「無反応性」金属、例えばチタン、窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、ニッケル、窒化ニッケル、タンタル、窒化タンタル、窒化タンタルケイ素、およびそれらの組合せ／合金から作製されたものである。
【００１９】
本発明に関連して使用されてもよいファージの例は、当該技術分野の熟練者には公知のように公知の細菌標的と共に入手可能であるかまたは可能となるすべてのものを含む。例えば、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｔｙｐｅ
Ｃｕｌｔｕｒｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）（ＡＴＣＣ）から、細菌およびバクテリオファージのカタログとして公開されて入手できるファージ型の表である。その他のかかる寄託機関も、それらのカタログに同様のデータを公開しており、そしてそれは本方法で使用するために可能性があるファージを同定するために使用されてもよい、ファージは、なかでも、水性またはその他の浮遊液内で使用されそして冷凍乾燥形態、噴霧乾燥、真空乾燥およびその他の形態で供給されてもよく、それは例えば本発明の入力／出力パッドをウエル内に含むマイクロタイタープレートの一部である。一般に、ファージは溶解性であり、標
的生物体の溶解に導いてもよいが、しかし一定の用途では、ファージは不完全でありそしてそれらの標的の細胞質に接触およびその中への注入に際して発生される所要のイオン性シグナルを提供するのみであてもよい。
【００２０】
本発明はナノ−ウエルデバイスおよび細菌を検出するための方法を含む。本発明はナノ−ウエルデバイスを含む装置を含み、ここで、１個もしくはそれ以上のバクテリオファージは、１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料内の同族体標的と接触すると検出可能な電場変動の引き金を引く。
【００２１】
本発明は、生きている細菌を数分間以内に特異性をもって同定できる、細菌検出および同定方法「ファージが引き金を引くイオン・カスケードの検出法（ＳＥＰＴＩＣ）」を提供する。本方法は、バクテリオファージ感染の後、細菌が約１０８個のイオンを周囲流体内に放出しそしてこのイオン放出により誘導される電圧変動が、数ミクロンの大きさの２枚の薄い金属膜電極を用いて検出できるという事実を利用する。
【００２２】
例えば、本発明はギャップ周囲に１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を有するナノ−ウエル・デバイスおよび１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料中で同族体標的に接触すると検出可能な電場変動の引き金を引く、ギャップにおけるまたはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを含む装置を提供する。ギャップは約５０〜約５００ナノメートルでありそして１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部は、ボール接合、ワイア接合、テープ接合、チゼル接合およびそれらの組合せを用いて結合されたＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＯＳＦＥＴ、もしくはＳＰＲセンサーを含む。さらに、１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部は、増幅器、前置増幅器、接触部、スイッチ、トランジスターおよびそれらの組合せと電気通信状態である。
【００２３】
１個もしくはそれ以上のバクテリオファージと同族体標的との間の接触は、種々の時間および振幅スケールを有する無作為的波を起こす。発生する検出可能な電場変動は、ほぼ１／ｆ、１／ｆ２形およびそれらの組合せのパワー密度スペクトルを含む。１個もしくはそれ以上のバクテリオファージと同族体標識との間の接触は、周波数範囲約１Ｈｚ〜約１０Ｈｚ内でほぼ１／ｆ２形を有するパワースペクトルを有する１個もしくはそれ以上の確率論的変動を起こす。
【００２４】
ファージに対する同族体標的は、エシェリキア（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ）、エンテロバクター（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ）、サルモネラ（Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ）、スタフィロコッカス（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ）、シゲラ（Ｓｈｉｇｅｌｌａ）、リステリア（Ｌｉｓｔｅｒｉａ）、アエロバクター（Ａｅｒｏｂａｃｔｅｒ）、クレブシエラ（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ）、プロテウス（Ｐｒｏｔｅｕｓ）、シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、ストレプトコッカス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ）、クラミジア（Ｃｌａｍｙｄｉａ）、マイコプラズマ（Ｍｙｃｏｐｌａｓｍａ）、ニューモコッカス（Ｐｎｅｕｍｏｃｏｃｃｕｓ）、ネイッセリア（Ｎｅｉｓｓｅｒｉａ）、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）、コリネバクテリウム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、マイコバクテリウム（Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、カンピロバクター（Ｃａｍｐｙｌｏｂａｃｔｅｒ）、ビブリオ（Ｖｉｂｒｉｏ）、セラチア（Ｓｅｒｒａｔｉａ）、プロビデンシア・ファージ（Ｐｒｏｖｉｄｅｎｃｉａ ｐｈａｇｅ）、クロモバクテリウム（Ｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、ブルセラ（Ｂｒｕｃｅｌｌａ）、イェルシニア（Ｙｅｒｓｉｎｉａ）、ヘモフィルス（Ｈａｅｍｏｐｈｉｌｕｓ）、ボルデテラ（Ｂｏｒｄｅｔｅｌｌａ）およびそれらの組合せを含み、そして１個もしくはそれ以上のバクテリオファージは、Ｓ．ムタンス（ｍｕｔａｎｓ）ファージ、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）ファージΦ２９、アクチノミセス（Ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅｓ）ファージ、バクテリオファージＭ１０２、バクテリオファージｅ１０、バクテリオファージ
ｆ１、バクテリオファージλ、バクテリオファージＰＩ、球形ファージＰｈｉＸ１７４、球形ファージＧ４、球形ファージＳ１３、バクテリオファージＴ１、バクテリオファージＴ２、バクテリオファージＴ３、バクテリオファージＴ４、バクテリオファージＴ５、バクテリオファージＴ６、バクテリオファージＴ７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＭＳ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＲ１７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージｆ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＱベータおよびそれらの組合せを含む。
【００２５】
本発明は、ギャップにおけるまたはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを有するギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を有するナノ−ウエルデバイスを、液体試料と接触させ、そして１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが試料内の同族体標的に接触した場合に発生する１個もしくはそれ以上の電場変動を検出することにより細菌を検出する方法であって、ここでギャップにおける試料内の１個もしくはそれ以上の電場変動が、試料内に同族体標的が存在しない現状を示す方法も提供する。
【００２６】
１個もしくはそれ以上のバクテリオファージと同族体標的との接触が、周波数範囲約１Ｈｚ〜約１０Ｈｚ内でほぼ１／ｆ２形を有するパワースペクトルを含んでなる１個もしくはそれ以上の確率論的変動を起こす。同族体標的は、エシェリキア、エンテロバクター、サルモネラ、スタフィロコッカス、シゲラ、リステリア、アエロバクター、クレブシエラ、プロテウス、シュードモナス、ストレプトコッカス、クラミジア、マイコプラズマ、ニューモコッカス、ネイッセリア、クロストリジウム、バチルス、コリネバクテリウム、マイコバクテリウム、カンピロバクター、ビブリオ、セラチア、プロビデンシア・ファージ、クロモバクテリウム、ブルセラ、イェルシニア、ヘモフィリス、ボルデテラおよびそれらの組合せから選択される１個もしくはそれ以上の細菌を含みそしてバクテリオファージは、Ｓ．ムタンス・ファージ、バチルス・ファージΦ２９、アクチノミセス・ファージ、バクテリオファージＭ１０２、バクテリオファージｅ１０、バクテリオファージｆ１、バクテリオファージλ、バクテリオファージＰＩ、球形ファージＰｈｉＸ１７４、球形ファージＧ４、球形ファージＳ１３、バクテリオファージＴ１、バクテリオファージＴ２、バクテリオファージＴ３、バクテリオファージＴ４、バクテリオファージＴ５、バクテリオファージＴ６、バクテリオファージＴ７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＭＳ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＲ１７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージｆ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＱベータおよびそれらの組合せを含む。
【００２７】
本発明は、基体および基体上に配置されたナノウエルデバイスを有するナノ−ウエルセンサーを含む。ナノウエルデバイスは、ギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部、および１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料内の同族体標的に接触した場合に検出可能な電場変動の引き金を引くギャップにおけるまたはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを含む。
【００２８】
本発明は、ギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を基体上に形成し、そして１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料内の同族体標的と接触した場合に検出可能な電場変動の引き金を引くギャップにおけるまたはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを提供することによるナノ−ウエルセンサーを製作する方法を提供する。
【００２９】
基体は、ガラス、プラスチック、ポリマー、石英、シリコン、サファイア、石英、シリカ、炭化ケイ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、ゲルマニウム、窒化ガリウム、ひ化ガリウム、リン化ガリウムもしくは金属またはそれらの組合せを含み、そして１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部は、電気メッキ、蒸着、スピンコーティング、コーティング、スパッタリング、現場重合またはそれらの組合せにより形成されてもよい
。１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部は、金属、非金属、ポリマー、組成物、レジスト、樹脂、炭素ナノ−チューブ、プラスチックまたはそれらの組合せを含んでなる。さらに、液体試料に暴露するために位置されたギャップを有する１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部の少なくとも一部の上に絶縁層がデポジットされた。
【００３０】
ファージに対する同族体標的は、エシェリキア、エンテロバクター、サルモネラ、スタフィロコッカス、シゲラ、リステリア、アエロバクター、クレブシエラ、プロテウス、シュードモナス、ストレプトコッカス、クラミジア、マイコプラズマ、ニューモコッカス、ネイッセリア、クロストリジウム、バチルス、コリネバクテリウム、マイコバクテリウム、カンピロバクター、ビブリオ、セラチア、プロビデンシア・ファージ、クロモバクテリウム、ブルセラ、イェルシニア、ヘモフィリス、ボルデテラおよびそれらの組合せから選択された１種もしくはそれ以上の細菌を含みそして１個もしくはそれ以上のバクテリオファージは、Ｓ．ムタンス・ファージ、バチルス・ファージΦ２９、アクチノミセス・ファージ、バクテリオファージＭ１０２、バクテリオファージｅ１０、バクテリオファージｆ１、バクテリオファージλ、バクテリオファージＰＩ、球形ファージＰｈｉＸ１７４、球形ファージＧ４、球形ファージＳ１３、バクテリオファージＴ１、バクテリオファージＴ２、バクテリオファージＴ３、バクテリオファージＴ４、バクテリオファージＴ５、バクテリオファージＴ６、バクテリオファージＴ７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＭＳ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＲ１７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージｆ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＱベータおよびそれらの組合せを含む。
【００３１】
図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃは、３種の異なるバクテリオファージ形態を示す電子顕微鏡写真である。図１Ａは、約４８．５ｋｂ ＤＮＡおよび１５０ｎｍの柔軟な尾部を有する５０ｎｍ正二十面体頭部を有するバクテリオファージλ「シフォファージ」である。バクテリオファージλは、４個の側方尾部ファイバーを有する。図１Ｂは、約４０ｋｂ ＤＮＡおよび２０ｎｍのずんぐりした尾部を有する６０ｎｍ正二十面体頭部を有するバクテリオファージＴ７「ポドファージ」である。バクテリオファージＴ７は、尾部スパイクおよび６個の尾部ファイバーを有する。図１Ｃは、約１７０ｋｂ ＤＮＡおよび１１５ｎｍ収縮性尾部を有する８０ｎｍ Ｘ１１０ｎｍの細長い正二十面体頭部を有するバクテリオファージＴ４「ミオファージ」である。バクテリオファージＴ４は、６個の尾部の短ファイバーおよび６個の長い尾部ファイバーを有する。バクテリオファージλ、バクテリオファージＴ７およびバクテリオファージＴ４に加えて、その他のバクテリオファージも本発明に使用されてもよく、例えば、Ｓ．ムタンス・バクテリオファージ、アクチノミセス・バクテリオファージ、バチルス・バクテリオファージΦ２９、バクテリオファージＭ１０２、バクテリオファージｅ１０、バクテリオファージｆ１、バクテリオファージＰＩおよびそれらの組合せである。それに加えて、熟練者は、所望の細胞／株を誘引するために本発明に使用されてもよい多数のその他のバクテリオファージを認めるであろう。
【００３２】
それらすべてのファージ型に対して、細菌細胞表面への吸着は、簡単な二体衝突動力学により規定され、ここで速度定数は約１０−１０〜約１０−１２ｍｌ／（細胞・秒）の範囲である。従って、約１０９ファージ粒子／ｍｌの容易に到達できる濃度において、標的細菌の約９０％以上が、細菌細胞濃度とは関係なくそして完全な特異性をもって、数秒間ないし数分間以内で感染され得る（すなわち、非標的細菌は吸着速度および特異性に影響しない）。ミオファージおよびシフォファージでは、ファージＤＮＡが細菌細胞エンベロープを通って輸送されるプロセスは迅速かつ高度に効率的である（７）。
【００３３】
それらの型のファージ（ポドファージを除く）にとって、透過型電子顕微鏡よび電気生理学を含む多数の系統の証拠が、ＤＮＡが通る細胞質膜内に形成される一時的チャンネルがあることを示す。このチャンネルは、宿主細胞質膜の一時的脱分極を起こし、それは正常では約−１８０ｍＶに維持されている（外面が正）（５、９）。ＤＮＡが細胞質に到達
した後、ファージ粒子はチャンネルを閉めさせ、宿主膜をエネルギー化の正常状態へ復帰させ、そして感染サイクルが進行する。チャンネルが開いている期間内に、推測すると、このチャンネルを通って、膜を貫通しそして外部液体内へのかなりのイオンの流れが起きる（４）。
【００３４】
放出されたイオンは細菌の周囲で早いブラウン運動を受けそして多数が細胞の近辺から逃げることができる。この事実および異なるイオン全体の放出の電荷不均衡が細菌の一時的帯電および時間的変動を起こすであろう。この一時的な中和されない荷電およびタイミングの無作為性およびイオン放出の空間的方向、および放出イオンのブラウン運動のそれらが、ミクロンまたはサブミクロンの大きさの確率論的な空間時間的電場変動を生成する。バクテリオファージ感染の数十年にわたる研究に基づくと、それらの電場変動はナノスケール検出器の構造により検出できることが示される。
【００３５】
感染関連イオン流出を再現しそして一般性を確立するために、最初の研究は、宿主として低い運動性の大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）Ｗ３１１０（ΔｆｈｕＡ）株（λｓ）を用いて、バクテリオファージλ（λΔｓｔｆ ｔｆａ：：ｃａｔ ｃＩ８５７ Ｓ１０５、尾部ファイバーを欠く）、およびＵｒ−λ（λ ｗｔ、尾部ファイバーを有する）を用いて行われた。耐性株として同質遺伝子系宿主変異株λＲ（大腸菌Ｗ３１１０ΔｆｈｕＡ ΔｌａｍＢ）が使用され、ここで適当なファージ受容体はなかった。ｌａｍＢ遺伝子の欠失は、ファージに絶対的な耐性を与え、従ってイオンの注入漏洩は予想されなかった。一つの例では、バクテリオファージＴ５、野生型大腸菌株Ｗ３１１０を感受性宿主（Ｔ５ｓ）として、そして同質遺伝子系宿主変異株大腸菌Ｗ３１１０（ΔｆｈｕＡ）を耐性株（Ｔ５Ｒ）として使用した。ＢｏｕｌａｎｇｅｒおよびＬｅｔｅｌｌｉｅｒ（１９８８）の古典的な研究に基づくプロトコールに従った。この基本プロトコールは、精製したファージ原料（例えば約２ｘ１０１０ｐｆｕ／ｍｌ）を宿主細胞（例えば中間対数相細胞、洗浄しそして５ｍＭ ＭｇＳＯ４中に再浮遊）を等しい比率で時間０において混合し、種々の時間、３７℃でインキュベーションし、チップにアリコート（例えば５μｌ）を加え、そして一定時間（例えば２分間）におけるイオン放出により変動を測定することを含んでいた。
【００３６】
本発明は、特別に設計されたナノ−ウエルデバイスを含み、そして約１００ｎｍのギャップ大きさを有するチタン電極の横型ミクロンサイズの蓄電器を含み、良く研究された実験室細菌である大腸菌の細菌細胞の近辺における流体中の電場変動を測定する。細菌の感染の前には電場変動は小さくそしてそれらのパワー密度スペクトルはほぼ１／ｆ形を有していた。ファージ侵入の後には、種々の時間および振幅スケールを有する大きくてゆっくりとした確率論的波が観察された。それらの変動は、約１〜約１０Ｈｚの周波数範囲内で近似的に１／ｆ２形を有するパワースペクトルを有していた。試験ファージに耐性である細菌（すなわち、細菌表面において特異性ファージ受容体を持たない細菌）を用いる重要な対照研究は、変動の増加もまたはゆるやかな波動変動動力学も示さなかった。
【００３７】
電場変動は、特定目的のナノ−ウエルデバイスにより検出された。ナノ−ウエルセンサーデバイスのパターン形成は、二つのプロセスを含む：第一は、電子ビームリトグラフィー（ＥＢＬ）がナノ−ウエル（１５０ｍｍ＊６０ｍｍ）を書き込むために使用された；次いで接触フォトリトグラフィーが二個の大きい接触パッド（５ｎｍ＊５ｎｍ）および２個のパッドを連結するブリッジ（１００μｍ＊４μｍ）をパターン形成するために使用された。パッドは、外部回路との電気的連結のために使用され、一方ブリッジは、パッドとナノ−ウエルとを連結する。
【００３８】
チップの側面図と平面図を図２Ａおよび２Ｂに示す。図２Ａは、ナノスケール検出器の一つの態様の側面図である。ナノスケール検出器１０は、前置増幅器モジュール１２、シ
グナル受信モジュール１４およびナノウエルセンサーデバイス１６を含む。シグナル受信モジュール１４は、前置増幅器モジュール１２と通信状態にある。通信は直接に配線されるか、ネットワークを介して接続されるか（例えば無線または有線）、または後で送信するために電子メディア上に記憶される。前置増幅器モジュール１２は、少なくとも第一プローブ１８および第二プローブ２０に接続され、それらはナノ−ウエルセンサー１６と通信状態である。前置増幅器モジュール１２は、多数のプローブ、例えば１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１またはそれ以上のプローブに接続されてもよい。第一プローブ１８は、少なくとも部分的にフォトレジスト被覆２２を部分的に貫通して第一接触パッド２４と接触する。第二プローブ２０は、少なくとも部分的にフォトレジスト被覆２２を部分的に貫通して第二接触パッド２６と接触する。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６は、基体２８の上にある。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６は、基体２８の上に位置して電極ギャップ３０を形成する。フォトレジスト被覆２２は、第一プローブ１８と第二プローブ２０を分離するフォトレジストギャップ３２を有する。一つの例では、シグナル受信モジュール１４は、ＭＬ７５０ Ｐｏｗｅｒｌａｂ／４ｓｐであり、そして前置増幅器モジュール１２はＳＲ５６０である。しかし、熟練者は、その他の前置増幅器およびシグナル受信モジュールも使用できることを認めるであろう。
【００３９】
一つの例におけるフォトレジストギャップ３２は８μｍである。しかし、フォトレジストギャップ３２は２μｍ〜１６μｍの間にあってもよい。電極ギャップ３０は１５０ｎｍであるがしかし特定の用途によっては約１００ｎｍ〜約２００ｎｍの間であってもよい。フォトレジストギャップ３２および電極ギャップ３０は、液体試料に接触するように位置される。
【００４０】
図２Ｂは、本ナノスケール検出器を用いる回路を示す。図２Ｂは、本発明のナノ−ウエルセンサーデバイス１６の平面図である。フォトレジスト被覆２２は、第一接触パッド２０および第二接触パッド２６を少なくとも部分的に覆っている。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６は、基体層（図示せず）上にある。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６は、基体層（図示せず）上に位置して電極ギャップ３０を形成する。フォトレジスト被覆２２は、第一接触パッドチップ３６および第二接触パッドチップ３８とを分離する第二接触チップ３８を有し、それらは一方では第一プローブ（図示せず）と第二プローブ（図示せず）とを分離する。第一プローブ（図示せず）および第二プローブ（図示せず）は前置増幅器モジュール（図示せず）または他の回路（図示せず）の形に電気回路に接続される。ナノ−ウエルは、実際にはブリッジの中央にある幅１５０ｎｍおよび長さ４μｍのギャップであり、図２Ｂに示される。フォトレジストギャップ３２および電極ギャップ３０は、液体試料に接触するように位置される。
【００４１】
一つの例におけるフォトレジストギャップ３２は８μｍである。しかし、フォトレジストギャップ３２は２μｍ〜１６μｍの間であってもよい。電極ギャップ３０は１５０ｎｍであるが、しかし特定の用途に応じて約１００ｎｍ〜約２００ｎｍの間であってもよい。分析物ウインドウ３４は、第一接触パッド２４の一部である第一接触パッドチップ３６および第二接触パッド２６の一部である第二接触パッドチップ３８の上のフォトレジスト被覆２２内に位置される。第一接触パッドチップ３６および第二接触パッドチップ３８の少なくとも一部は分析物ウインドウ３４内に伸びている。第一接触パッドチップ３６および第二接触パッドチップ３８は、必要とされるいかなる寸法、例えば幅約４μｍおよび長さ約８μｍであってもよい。一般に、分析物ウインドウ３４は８μｍＸ６μｍである。しかし熟練者は、ウインドウはさらに大きくてもまたはさらに小さくても良いことを認めるであろう。
【００４２】
電場によりナノ−ウエルデバイス１６上に誘導される電圧変動は、高い入力インピーダンス（約１００Ｍオーム）を有する低ノイズ前置増幅器１２ ＳＲ５６０により増幅され
そしてシグナル受信装置１４ ＭＬ７５０ ＰｏｗｅｒＬａｂ／４ＳＰ内に送られ、それは図２に示されている。変動のパワー密度スペクトルは、Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｉｇｎａｌ
Ａｎａｌｙｚｅｒ ＳＲ７８５（図示せず）により決定された。一つの態様では、ナノ−ウエルデバイス１６は二重スクリーニングボックス（Ａｍｕｎｅａｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｒｐ）（図示せず）内に配置される。二重スクリーニングボックス（図示せず）および前置増幅器１４は、振動防止台１００ＢＭ−２（Ｎａｎｏ−Ｋ）（図示せず）上に設置されて振動により起きる可能性がある人工的な影響を避ける。パワー密度スペクトルＳｕ（ｆ）の決定の時間ウインドウは、約２分間である。
【００４３】
チップの側面図および平面図を図３Ａおよび３Ｂに示す。図３Ａは、ナノスケール検出器の別の態様の側面図である。ナノスケール検出器１０は、前置増幅器モジュール１２、シグナル受信モジュール１４およびナノ−ウエルセンサーデバイス１６を含む。シグナル受信モジュール１４は前置増幅器モジュール１２と通信状態にある。通信は、直接配線、ネットワークを介する接続（例えば無線または有線）または後で通信するために電子メディア上に記憶される。前置増幅器モジュール１２は、第一または後で送信するために電子メディアに記憶される。前置増幅器モジュール１２は、少なくとも第一プローブ１８および第二プローブ２０に接続され、それらはナノ−ウエルセンサーデバイス１６と通信状態にある。前置増幅器モジュール１２は、多数のプローブ、例えば１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１またはそれ以上のプローブと接続されてもよい。第一プローブ１８は、少なくとも部分的に第一接触パッド２４と接触する。第二プローブ２０は、少なくとも部分的に第二接触パッド２６と接触する。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６は基体層２８の上にある。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６は、基体層２８の上に位置して電極ギャップ３０を形成する。一つの例では、シグナル受信モジュール１４は、ＭＬ７５０ Ｐｏｗｅｒｌａｂ／４ｓｐであり、そして前置増幅器モジュール１２はＳＲ５６０である。しかし、熟練者は、その他の前置増幅器およびシグナル受信モジュールも使用できることを認めるであろう。電極ギャップ３０は液体試料と接触するように配置される。
【００４４】
図３Ｂは、本発明のナノ−ウエルセンサーデバイス１６の平面図である。第一接触パッド２０および第二接触パッド２６は、基体層上にある（図示せず）。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６は、基体層（図示せず）上に位置して電極ギャップ３０を形成する。電極ギャップ３０は、液体試料に接触するように位置される。
【００４５】
電極ギャップ３０は１００μｍであるが、しかし特定の用途に応じて約６０ｎｍ〜約２００ｎｍの間であってもよい。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６はギャップ電極３０を形成する。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６の少なくとも一部が分析物または液体試料（図示せず）と接触する。
【００４６】
一つの例において、基体層２８はシリコン基体である。しかし、基体層２８は、ガラス、プラスチック、ポリマー、石英、シリコン、サファイア、石英、シリカ、炭化ケイ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、ゲルマニウム、窒化ガリウム、ひ化ガリウム、リン化ガリウムもしくは金属またはそれらの組合せであってもよい。さらに、基体は生物活性、導電性、熱伝導性、多孔性、またはそれらの組合せである１種もしくはそれ以上の薬剤を含んでもよい。
【００４７】
第一接触パッド２４および／または第一接触パッド２６はチタンである。しかし、接触パッドは、個別に金属、非金属、ポリマー、組成物、レジスト、樹脂、炭素ナノ−チューブ、プラスチックまたはそれらの組合せであってもよい。追加して、１枚もしくはそれ以上の層は、生物活性、生分解性、導電性、熱電導性、多孔性、誘発可能性またはそれらの組合せであってもよい。さらに、１枚を越える層がデポジットされてもよい。例えば、材
料の第二層は接触層上にデポジットされてもよくそして材料は異なる材料であってもよい。あるいは、接触層は異なる材料であってもよく、異なる材料の第一接触パッドおよび第二接触パッドが作製される。接触層は、例えば電気メッキ、蒸着、スピンコーティング、コーティング、スパッタリング、現場重合またはそれらの組合せを含む各種の方法を介してデポジットされてもよい。
【００４８】
本発明の一つの態様では、チタンが、接触層および他方では第一接触パッドおよび第二接触パッドの材料として使用されてもよい。しかし他の金属、合金、含浸材料、導電性ポリマーまたは金属を含む化合物を使用してもよく、例えば金、銀、白金、銅、アルミニウム、タングステン、タンタル、モリブデン、クロム、ニッケルなど、それらの合金またはそれらの組合せである。金属化合物も窒化チタン、チタン タングステン、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化モリブデンなどであってもよい。
【００４９】
さらに、本発明は、フォトレジスト被覆２２を含んでもよく、それは一つの例ではＨｅｋｉｓｕｔｏ Ｋ．Ｋ．，の商標名ＡＺ５２１４である。しかし熟練者は、フォトレジスト被覆は、光画像性（ｐｈｏｔｏｉｍａｇａｂｌｅ）ポリイミド、光画像性ベンゾシクロブテン、光画像性エポキシ、ノヴォラックに基づくポジティブ・フォトレジスト、カード（ｃａｒｄｏ）タイプフォトポリマー、Ａ４１１０、ＡＺ１３７０などであってもよいことを認めるであろう。
【００５０】
一定の工程でエッチングが行われそして熟練者には公知のいずれかの適合する技術、例えば反応性イオンエッチング、Ｃｆ４／Ｏ２プラズマを介して達成されてもよい。例えば、Ｐｌａｓｍａ−Ｔｈｅｒｍ７９０ Ｓｙｓｔｅｍが、約１５０ミリバール、毎分１６標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）のＣＦ４および平方ｃｍあたりに０．１２ワットで全体で約５〜１０分間のエッチング条件で使用されてもよく、また別の適するパラメーターも使用できる。
【００５１】
本発明のナノメートルスケールの設計（例えばナノ−ウエル設計）に加えて、本発明はさらに大きい検出器、例えばミクロ−ウエルも含む。ミクロ−ウエルはナノ−ウエルと類似するが、しかし流体と前置増幅器との間の流電カプリングを伴う接触面積が５００，０００倍大きい。図３は、ミクロ−ウエルチップの側面図および平面図を示す。ナノ−ウエルでは、非吸着性ファージおよび細胞の存在下で、電場変動は小さく、ほぼ１／ｆ形のパワー密度スペクトルを示す（図４）。
【００５２】
図４は、尾部ファイバーを欠くバクテリオファージλおよびバクテリオファージＴ５の結果のグラフである。インキュベーション時間は５分間であった。ネガティブ応答の場合（λＲおよびＴ５Ｒ）、ナノ−ウエル内の電圧変動のスペクトルは、ほぼ１／ｆ形に従っている。ポジティブ応答の場合（λＳおよびＴ５Ｓ）、変動は増加し、１／ｆ２形のより急な勾配のスペクトルとなった。
【００５３】
バクテリオファージが侵入した後、大きくゆっくりとした確率論的波が種々の時間および振幅スケールで検出された。それらの変動は、約１〜１０Ｈｚの周波数範囲内でほぼ１／ｆ２形のパワースペクトルを有していた。検出の真の機能性は、尾部ファイバーを有するバクテリオファージの場合に予期される。Ｕｒ−λを用いる研究は、約１分間〜５分間のインキュベーション前時間の間に高い電気的変動をもたらし、限定された時間内のみでの迅速な吸着プロセスを示す（図５）。尾部ファイバーの存在は、受容体への効率的な付着を加速するに違いない。
【００５４】
図５は、尾部ファイバーを有するバクテリオファージＵｒ−λを用いた結果のグラフである。大腸菌Ｗ３１１０（ΔＦｈｕＡ、ΔｌａｍＢ）株（λＲ）を用いた非注入の場合に
は、スペクトルは再び１／ｆ様であった。注入イベントが起きると、約１分間またはそれ以上のインキュベーション時間に対して強い１／ｆ２形スペクトルが現れた。
【００５５】
さらに、すべてのポジティブおよびネガティブの場合のスペクトルは、ナノ−ウエルデバイス中でもミクロ−ウエルデバイス中でも同様であった。図６参照。この結果は、変動が空間および時間に関して無作為的であることを示す。それらは大きい検出器内では平均化されるので、ナノ−ウエルまたはそれより小さい検出器システムがそれらを観察するために必要である。
【００５６】
図６は、ミクロ−ウエルデバイスで測定されたスペクトルが、バクテリオファージ感染に対していかなる観察可能な依存性も示さないことを示すグラフである。この事実は、電場変動および電荷密度変動が空間および時間で無作為的であり、大きい検出器を用いると平均化されることを示す。
【００５７】
図７Ａ〜７Ｅは、本発明のバイオチップの作製における段階を示す。要約すると、一連のリソグラフおよびエッチング段階が図示のように続いてナノ−ウエルデバイス１６が形成される。図７Ａは、基体層２８の上にデポジットされた接触層４０の側面図を示す。犠牲リソグラフ層４２が接触層４０の上にプリントされる。図７Ｂに示すように、接触層４０を貫通して基体層２８に至るような開口を作るために、方向性エッチングプロセスが使用される。図７Ｃは、接触層４０の上へのレジスト層４４配置の側面図である。方向性エッチングプロセスが、接触層４０の一部を基体層２８まで除去するために使用され、それは図７Ｄに示される。レジスト層４４が除去されると、第一接触パッド２４および第二接触パッド２６が基体層２８の上に電極ギャップ３０により分離されて残留し、それは図７Ｅに示される。一つの例では、基体層２８はシリコンであり、そして接触層４０はチタンである。犠牲リソグラフ層は、接触層４０の上にプリントされたポリメチルメタクリレートであり、そして方向性エッチングは、接触層４０を通って基体層２８に至る開口を作るために使用される。一つの例では、チタンの１００ｎｍ層がデポジットされそして電子ビームリソグラフィーおよび活性イオンエッチングが幅１５０ｎｍ、長さ６０μｍの溝をパターン形成するために使用される。さらに、電子ビームリソグラフィーおよび活性イオンエッチングは、幅４μ、長さ１００μｍのブリッジをパターン形成するために使用される。溝とブリッジとの交点は、幅１５０ｎｍ、長さ４μｍのナノ−ウエルを形成する。
【００５８】
図８は、本発明のナノ−ウエルセンサーデバイス１６の光学写真の平面写真である。フォトレジスト被覆２２は、第一接触パッド２４および第二接触パッド２６の少なくとも一部を覆う。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６は、基体層（図示せず）の上にある。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６は、基体層（図示せず）の上に位置して電極ギャップ３０を形成する。フォトレジスト被覆２２は、第一接触パッドチップ３６と第二接触パッドチップ３８とを分離するフォトレジストギャップ３２を有し、それらは一方では第一プローブ１８と第二プローブ２０とを分離する。第一プローブ１８および第二プローブ２０は、前置増幅器１２またはその他の回路（図示せず）の形態の電気回路に接続される。ナノ−ウエルは、実際には、図８に示すように、ブリッジの中央部にある幅１５０ｎｍおよび長さ４μｍギャップである。
【００５９】
図９は、本ナノスケール検出器を使用する回路を示す。図９は、本発明のナノ−ウエルセンサーデバイス１６の平面図である。フォトレジスト被覆２２は第一接触パッド２４および第二接触パッドの少なくとも一部を覆う。第一接触パッド２４および第二接触パッドは基体層（図示せず）上にある。第一接触パッド２４および第二接触パッドは基体層（図示せず）上に位置して電極ギャップ３０を形成する。フォトレジスト被覆２２は、第一接触パッドチップ３６および第二接触パッドチップ３８を分離し、それは一方では第一プローブ１８と第二プローブ２０を分離するフォトレジストギャップ３２を有する。第一プロ
ーブ１８および第二プローブ２０は、前置増幅器１２の形態の電気回路またはその他の回路に接続される。ナノ−ウエルは、実際には、図９に示すように、ブリッジの中央部にある実際には幅１５０ｎｍおよび長さ４μｍギャップである。
【００６０】
一定の段階でエッチングが行われそして熟練者には公知のいずれかの適合する技術、例えばＣｆ４／Ｏ２プラズマを介して達成されてもよい。例えば、Ｐｌａｓｍａ−Ｔｈｅｒｍ ７９０Ｓｙｓｔｅｍが、約１５０ミリバール、毎分１６標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）のＣＦ４および平方ｃｍあたりに０．１２ワットで全体で約５〜１０分間のエッチング条件で使用されてもよく、また別の適するパラメーターも使用できる。
【００６１】
犠牲リソグラフ層は、犠牲リソグラフ層として使用されてもよいいかなる適合する物質も含んでもよい。一つの例では、基体層２８は、シリコン基体である。しかし基体層２８は、ガラス、プラスチック、ポリマー、石英、シリコン、サファイア、石英、シリカ、炭化ケイ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、ゲルマニウム、窒化ガリウム、ひ化ガリウム、リン化ガリウム、もしくは金属またはそれらの組合せであってもよい。さらに、基体は、生物活性、導電性、熱伝導性、多孔性またはそれらの組合せである１個もしくはそれ以上の薬剤を含んでもよい。
【００６２】
接触層４０は、第一接触パッド２４および／または第二接触パッド２６であってもよく、チタンであるが、しかし、接触パッドは、個別に、金属、非金属、ポリマー、組成物、レジスト、樹脂、炭素ナノ−チューブ、プラスチックまたはそれらの組合せであってもよい。さらに、１個もしくはそれ以上の層は、生物活性、生分解性、導電性、熱伝導性、多孔性、誘発可能、またはそれらの組合せであってもよい。さらに、１枚を越える層がデポジットされてもよい。例えば、材料の第二層は、接触層上にデポジットされてもよくそして材料は異なる材料であってもよい。あるいは、接触層は異なる材料の第一接触パッドおよび第二接触パッドが作製されるように異なる材料であってもよい。接触層は、例えば、電気メッキ、蒸着、スピンコーティング、コーティング、スパッタリング、現場重合またはそれらの組合せを含む種々の方法によりデポジットされてもよい。
【００６３】
本発明の一つの態様では、チタンが、接触層およびさらに第一接触パッドおよび第二接触パッドの材料として使用されてもよい。しかし他の金属、合金、含浸材料、導電性ポリマーまたは金属を含む化合物も使用してもよく、例えば金、銀、白金、銅、アルミニウム、タングステン、タンタル、モリブデン、クロム、ニッケルなど、それらの合金またはそれらの組合せである。金属化合物は窒化チタン、チタンタングステン、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化モリブデンなどであってもよい。
【００６４】
さらに、本発明は、フォトレジスト被覆２２を含み、それは一つの例ではＨｅｋｉｓｕｔｏ Ｋ．Ｋ．，の商標名のＡＺ５２１４である。しかし熟練者は、フォトレジスト被覆は、光画像性ポリイミド、光画像性ベンゾシクロブテン、光画像性エポキシ、ノヴォラックに基づくポジティブ・フォトレジスト、カードタイプフォトポリマー、Ａ４１１０、ＡＺ１３７０などであってもよいことを認めるであろう。
【００６５】
一般に、電解質中のデバイ距離（静電遮蔽距離）は、ミクロンよりはるかに小さい。いずれの静電電場も、デバイ距離を越えると指数関数的に減衰するテイルのように遮蔽され、イオン化された対象物が検出電極のごく近辺にない場合には、電解質内の物理的条件が好ましくないことを示す。例えば、約１０６細菌／ｍｍ３の細菌の濃度を有する約１０ミクロンの大きさの四角形の薄膜電極は、平均して１０ミクロンの立方体内に細菌１個が存在する。従って、電極の近辺にはただ１個の細菌が存在するのみであり、電極からの細菌の平均距離が数ミクロンなので、細菌はごく近辺には存在しない。従って、電場はデバイ長さをはるかに越えると指数関数的に減衰するので、例えば直接接触よりは一桁低い非常
に低いイオンシグナルが予想される。
【００６６】
しかし、２枚の電極の間の電解質を通って直流電流を流すと、状況は根本的に変化しそしてデバイ理論が適用できずそして定常的な長距離電場が電解質を通って広がる。この電場は、細菌が表面と直接接触できる電極まで荷電（例えば感染）した細菌を引き寄せることができる。本方法の大きい利点は、それがＳＥＰＴＩＣ検出方法に関して活性（例えばイオン放出）な細菌だけを誘引することである。与えられた細菌がそのイオン放出を終えそしてその過剰な電荷が中和されると、直ちに電場とのその相互作用が停止しそして電極から拡散して去る。
【００６７】
本方法の物理的解析および実行可能性。細菌のイオン放出の動力学および電荷分布の詳細は完全には知られていないが、簡単な物理的考察で、ＳＥＰＴＩＣ技術の感度の上昇の有効性に関するいくらかの粗い推定が可能である。拡散定数、拡散時間および平衡イオン化数はすでに報告されそしてそれ以外の考察は新規である。
【００６８】
粘度ηを有する流体内の半径ｒを有する球体の拡散定数は、ストークスの法則により与えられる。
【００６９】
【数１】
【００７０】
直径１ミクロンの球状細菌に対して、水中の拡散定数は下記である。
【００７１】
【数２】
【００７２】
従って、上記の例を採用すると、１０ミクロンの大きさの立方体（上記参照）を通過する拡散時間は、下記である（〔３〕も参照のこと）。
【００７３】
【数３】
【００７４】
この実際的例において、１０ミクロンの大きさの立方体内に細菌は平均して１個が存在するので、この結果は、直流電流がない場合に、ＳＥＰＴＩＣ測定の典型的な期間（例えば約１２０秒間）の間に、我々は一個の細菌からのイオンを測定できるのみであることを意味する。さらに低い濃度では、我々はいかなる細菌シグナルも得ることができないであろう。
【００７５】
荷電した細菌は、ファージ感染の後に約１０８個のイオンを放出するが、しかし、ネットの電荷は、クーロンエネルギーにより強く制限される。例えば、細菌はＺＢｑ（ここでｑは電気素量そしてＺＢはイオン化数である）に荷電され、従ってそれに必要な全エネルギーは、以下のように見積もられる。
【００７６】
【数４】
【００７７】
さらに荷電を増加しそしてΔＺＢだけイオン化数を増やすために必要なエネルギーは、以下のように近似できる。
【００７８】
【数５】
【００７９】
従って、ミクロンの大きさの細菌の上記の例において、イオン化数を１だけ増やすと、下記のエネルギーとなる。
【００８０】
【数６】
【００８１】
第一に、実際の状況に適合する最低限界である熱活性化イオン化プロセスを仮定すると、
【００８２】
【数７】
【００８３】
従って〔１３〕、
【００８４】
【数８】
【００８５】
となる。
【００８６】
しかし、〔１３〕中で考慮されていなかったことは、被動（ｄｒｉｖｅｎ）非平行系はこの限界を持たないので、実際のイオン化数はかなり大きいであろうという事実である。イオン放出が１ｅＶの特性エネルギーを有する電気化学力により駆動されるとすると、
【００８７】
【数９】
【００８８】
および
【００８９】
【数１０】
【００９０】
となり、１ミクロンの大きさの細菌の極大イオン化数は１０００〜３０，０００の範囲内である。
【００９１】
イオン化数に対する電気的輸送性の推定。移動度と拡散定数との間のアインシュタイン式の適用は下記となる。
【００９２】
【数１１】
【００９３】
直流電場Ｅｄｃ内の荷電細菌のドリフト速度は下記である。
【００９４】
【数１２】
【００９５】
１０，０００ｑに荷電された１ミクロン大きさの細菌に対する１Ｖ／ｍ電場では、下記となる。
【００９６】
【数１３】
【００９７】
１０００Ｖ／ｍ電場、例えば０．１Ｖの電圧で１００ミクロンの距離スケールでは、ドリフト速度は０．１８ｍｍ／秒であり、１００ミクロンの距離内のすべての細菌は１秒以内に電極で捕捉されるであろう。従って、細菌は流体を通ってドリフトできそして早い速度で電極で捕捉される。
【００９８】
細菌数の電流密度は下記である。
【００９９】
【数１４】
【０１００】
直流電流Ｉが流体内の背景イオン流れにより支配されるとすると、下記となる。
【０１０１】
【数１５】
【０１０２】
すなわち、細菌電流密度は次式を満足する。
【０１０３】
【数１６】
【０１０４】
シグナル増加の推定は、イオンカスケードの生成の機構およびそれに対する電場の可能な影響を正確に知らない限り容易ではない。しかし、簡単な推定は、観察された変動が１／ｆ２形のパワー密度スペクトルを有するという事実を利用すると可能である。従って、増加する電流による細菌流れの加速は、加速された変動に帰することができる。スペクトルＡ／ｆ２を有する記録された１／ｆ２ノイズは、ｆ→Ｋｆ変換のためにＫの因子だけ増加される速度をもってプレイバックされる場合に、ｋ２Ａ／ｆ２のスペクトルを有する。従って、上記の議論から、スペクトルは下記のようにスケーリングされる。
【０１０５】
【数１７】
【０１０６】
電流が増加すると、それよりも速く変動が増加する。電極は、イオンカスケードの寿命内で多数の細菌を蓄積し、それは相互相関効果により変動の振幅が増加することも意味する。この増加が細菌流れＪＢと線型にスケーリングされるとすると、その効果はパワー密度スペクトルのＩ２によるスケーリングももたらす。従って、二つの別々の効果のために、下記となる。
【０１０７】
【数１８】
【０１０８】
さらに、上記の二つの効果は、単一物理機構の二つの側面であろう（例えば細菌の空間電荷とは無関係ではなくまたは別の場合に、第二の効果は一定の電流密度、周波数および特性飽和時間の後に飽和するであろう）、従って、推定を下記のように結論することが適当である。
【０１０９】
【数１９】
【０１１０】
式中、２≦Ｘ≦４である。
【０１１１】
式１９により記述されたパワースペクトルのスケーリング／増加は、デバイ遮蔽の排除によりすでに増加したシグナルに該当し、それは直流電流が存在する場合に「活性」細菌が電極に接触するからである。例えば、０．２５ミクロンのデバイ遮蔽距離および直流電流が存在しないと、電極から細菌まで３ミクロンの有効距離の場合には、電極に接触する細菌に伴う直流電流状態は、約ｅｘｐ〔３／０．２５〕≒１５，０００倍増加した電場を与える。デバイ遮蔽排除による増幅は、次の層がデバイ遮蔽の増加を受けるので、電極上の細菌の第一層までのみ全長で作用する。
【０１１２】
最後に、この簡単な描写が、固定された電流および電極大きさの場合に、電極間のギャップ大きさの増加は、この増加技術に効率の上昇をもたらすであろうことを示唆する。
【０１１３】
直流発電機により電極に給電する技術、すなわち直流電流を電極に通すことにより、Ｓ
ＥＰＴＩＣの感度を数桁増加できる。この結果は、ギャップの大きさがナノメートル範囲である必要はなくそしてより大きいギャップ大きさは増加をさらに効率的にできることを示す。
【０１１４】
最後に、本推定／計算が大きく簡略化されておりそしてデバイ電気泳動理論を考慮するとそれが著しく洗練されることを認めることが重要である。
【０１１５】
本発明に使用される基体は、ガラス、プラスチック、ポリマーまたはそれらの組合せを含む一般的に透明な材料であってもよい。一般的に使用される材料は、下記の１種もしくはそれ以上を含む：基質と第一層の間、層の間またはそれらの組合せにデポジットされるＳｉ、単結晶Ｓｉ、窒化ケイ素組成物（ＳｉＮｘ）、酸化ケイ素組成物（ＳｉＯｘ）、またはチタン（Ｔｉ）。
【０１１６】
本発明に従って、広範囲の光画像性ポリマー、例えば光画像性ポリイミド、光画像性ベンゾシクロブテン、光画像性エポキシ、ノボラックに基づくポジティブフォトレジスト、カードタイプフォトポリマー、などが使用されてもよい。二官能性エポキシ化合物も、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（例えば、Ｓｈｅｌｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から商標名”Ｅｐｏｎ ８２８”、”Ｅｐｏｎ １００４”、”Ｅｐｏｎ １００１Ｆ”、”Ｅｐｏｎ ＳＵ−８”および”Ｅｐｏｎ １０１０”、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｃｏ．から”ＤＥＲ−３３１”、”ＤＥＲ−３３２”、および”ＤＥＲ−３３４”）として入手できるもの、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキセン カルボキシラート（例えばＵｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｃｏｒｐ．からの”ＥＲＬ−４２２１”）、３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキセン カルボキシラート（例えばＵｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｃｏｒｐ．からの”ＥＲＬ−４２０１”）、ビス（３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル）アジパート（例えばＵｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｃｏｒｐ．からの”ＥＲＬ−４２８９”）、ビス（２，３−エポキシシクロペンチル）エーテル（例えばＵｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｃｏｒｐ．からの”ＥＲＬ−０４００”）を含み使用されたもよい。
【０１１７】
追加して、変動の増加は、熱的ノイズでも熱的平衡過程でもない。変動は、エネルギーの過剰な源により生成されそして熱平衡エネルギー変動によるものではない。典型的には、電流は、約１０〜１３Ｓであり、すなわちナノウエル電極中へ約１０６電子／秒である。流体を有するナノウエルの導電率は約１００倍大きいとすると、それは流体内で約１０８有効イオン／秒の輸送に相当する。例えば、
増幅器入力（ケーブルを介して）：
【０１１８】
【数２０】
【０１１９】
１０８オームに対して、我々が最強のファージ反応で測定したよりも１Ｈｚおいて５倍大きいＳｕを与え、そしてネガティブ実験で我々が測定したものより１００倍大きい。ネガティブ実験は平衡系と考えられるので、この結果は、ナノ−ウエル中でＲｅｆｆが１Ｈｚで約１Ｍオームであることを示す。流体中のイオンのｍ種の異なる種類を有する導電率：
【０１２０】
【数２１】
【０１２１】
Ｒｅｆｆ∝１／σでありそして水中の当初のイオンの濃度がファージ感染により低下しないとすると、導電率は増加できるのみであり、その結果、抵抗および熱的ノイズは低下できるのみである。
【０１２２】
本明細書中に記載のいずれかの装置およびその変形を使用して、本発明は、適合するバクテリオファージの利用性を前提としていずれの細菌でも検出および同定する系および方法に使用されてもよい。本方法は、１分間で起きる感染に対して非常に迅速である。全部の電子機器は、デバイスがペン位に小さくなるように、バイオチップ上に一体化できる。従ってデバイスは多目的可搬装置であることができる。さらに、熟練者は、多数の他のアーキテクチャー、例えばＪＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＯＳＦＥＴまたはＳＰＲセンサーを使用できることを認めるであろう。
【０１２３】
本明細書中に記載の特定の態様は例示のために記載したものであって本発明の限定ではないことは理解されるべきである。本発明の主要な特徴は、本発明の範囲を外れることなく種々の態様として使用できる。当該技術分野の熟練者は、日常的を越えない実験を用いて、本明細書中に記載の特定の方法に多数の等価物を認めるか、または確認できるであろう。かかる等価物は、本発明の範囲内に入りそして特許請求により包含されると考える。
【０１２４】
本明細書中に言及したすべての出版物および特許出願は、本発明が該当する技術分野の熟練者のレベルの表示である。すべての出版物および特許出願は、それぞれの出版物または特許出願が引用することにより編入されるように特別にそして個別に指定されたと同様に、同様の範囲まで引用することにより本明細書に編入される。
【０１２５】
本明細書中に開示および特許請求されたすべての組成物および／または方法は、本開示を参照すると不当な実験を行うことなく作製および実施できる。本発明の組成物および方法は好ましい態様として記述されているが、変更が組成物および／または方法および本明細書中に記載の段階もしくは段階の連続に、本発明の概念、精神および範囲から外れることなく適用できることを当該技術分野の熟練者は認めるであろう。さらに特定すると、化学的および生理学的に関連する一定の薬剤が本明細書中に記載の薬剤により置換されて同一もしくは類似の結果に到達するであろうことは明らかである。すべてのかかる類似の置換および変更は、当該技術分野の熟練者には明白でありそして添付の特許請求範囲で定義される本発明の精神、範囲および概念内に入ると考えられる。
【０１２６】
【表１】
【０１２７】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
本発明の特徴および利益のさらに完全な理解のために、本発明の詳細な説明のために以下の図面を参照する。
【図１】図１は、３種類の異なるファージ形態を示す。
【図２】ナノ−ウエル、接触パッド、およびパッドとナノ−ウエルを連結するブリッジを有するチップの図２Ａは側面図でありそして図２Ｂは平面図である。
【図３】ブリッジ構造がない１００μｍギャップおよび接触パッドを有するミクロ−ウエル有する接触パッドを有するチップの図３Ａは側面図でありそして図３Ｂは平面図である。
【図４】図４は、バクテリオファージラムダを用いた結果のグラフである。
【図５】図５は、ＵＲ−ラムダファージを用いた結果のグラフである。
【図６】図６は、ミクロ−ウエルスペクトルのグラフである。
【図７】図７Ａ〜Ｅは、ナノウエルの形成の段階を示す。
【図８】図８は、ナノウエル検出器の顕微鏡写真である。そして
【図９】図９は、本ナノスケール検出器を用いる回路を示す。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にイオン検出法の分野、そしてさらに具体的には、ファージ誘導イオンチャンネルを使用する細菌の検出および同定の装置、方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の範囲を限定はしないが、その背景を細菌検出に関連して記述する。バクテリオファージは、細菌を殺すウイルスである。大部分のバクテリオファージは明確な宿主特異性、すなわち病原性細菌の型決定のためのバクテリオファージの広範な使用に導いた特性を有する（「ファージ型決定」に関しては、引用文献１〜３、６、８、１１、１２参照）。二本鎖ＤＮＡファージは、３種の主要な形態型：収縮性尾部を有するミオファージ（ｍｙｏｐｈａｇｅ）；柔軟で非収縮性尾部を有するシフォファージ（ｓｉｐｈｏｐｈａｇｅ）；短く「ずんぐりした」尾部を有するポドファージ（ｐｏｄｏｐｈａｇｅ）に分類できる。
【０００３】
バクテリオファージは、最も数が多い生物学的実体であり、生物界内で１０３１と推定され、そして想像出来ないほどの多数の種がある。ファージは、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）の一部の株のみに感染するλのような狭い宿主範囲のファージから、すべての腸内細菌および粘液細菌内にそのＤＮＡを注入できるＰ１のようなゼネラリストまで、広範囲の宿主特異性をもって存在する。その結果、ファージは、臨床微生物学環境内で細菌の型決定するための「ローテク」法として使用されてきた。病原性細菌の検出および同定においてファージの特異性を利用する試みは、標的細菌の培養、感染されたカルチャーの培養、および子孫ビリオンの産生のアッセイへの要求、すなわち少なくとも数時間を要しそして培養条件の知識を必要とするようなプロセスが重荷となっていた。
【０００４】
バクテリオファージ感染に要求される段階は不可逆吸着である。二本鎖ＤＮＡ（ｄｓＤＮＡ）ファージに対して、特異性吸着装置、通常は尾部ファイバーと宿主細胞の表面上の特異性受容体との相互作用からの結果である。ｄｓＲＮＡファージの３種の主要形態型の２種：収縮性尾部を有するミオファージ、および柔軟尾部を有するシフォファージでは、宿主細胞内へのＤＮＡの注入は迅速に行われそしてファージＤＮＡが標的細胞質内に入るチャンネルの一時的形成を含む。注入と同時に、短寿命の膜脱分極および感染細胞あたりに速度約１０６／秒の細胞質からのＫ＋の流出が起こり、次いで理解が十分されていない再閉止プロセスが起き、膜の再エネルギー付与および感染プログラムの開始を可能とさせる。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、細菌の検出および同定のための装置、システムおよび方法（例えばバイオチップ）である。本発明の一つの利点は、細菌の検出が細菌標的へのファージビリオンの不可逆的付着を要求するのみであることにある。吸着が起きると、直ちに注入イベントが、電場内の局所的攪乱を構成するイオンの一時的漏洩を起こす。従って、それらの設計は、細菌の増殖または繁殖に対するファージの能力を要求しない。
【０００６】
多くの場合に、細菌は、ＤＮＡの吸着および吸着をファージに可能とさせるがしかし引き続いて注入されたＤＮＡを破壊しそしてファージ増殖を防止する「制限システム」を有する。細菌を検出するためにファージの増殖を用いる全てのシステムにはこの制限が課せられるが、しかし本設計にはそうではない。本イベントは、細菌が増殖するかどうかには関係なく起きる。完全に開発されたシステムで自然的に生まれる他の利点は、可搬性、速度、信頼度／精度、および低コストである。本システムは、検出されるべき各細菌株に対
して特異性のバクテリオファージを必要とするが、しかし、本発明は新しいバクテリオファージの単離および特性決定を可能とする。
【０００７】
一つの態様では、本発明は、ギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を含んでなるナノ−ウエルデバイス、およびギャップにおけるまたはその周囲におけるバクテリオファージもしくは細菌または両者を含む細菌および／またはウイルス（例えばバクテリオファージ）の検出のための装置および方法を含み、ここでギャップにおける流体内の電場変動は、バクテリオファージに暴露された細菌が存在しない現状を示す。
【０００８】
本発明は、細菌検出のためのナノ−ウエルデバイスおよび方法を含む。本発明は、ギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を有するナノ−ウエルデバイス、および１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料内の同族体標的と接触した場合に検出可能な電場変動の引き金を引く、ギャップにおけるおよび／またはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを含む装置を含む。
【０００９】
本発明は、細菌を検出するための方法も提供する。該方法は、ギャップにおいてまたはその周囲において１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを有するキャップ周囲における１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を有するナノ−ウエルデバイスを液体試料と接触させ、そして、１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが試料内の同族体標的と接触した場合に生成される１個もしくはそれ以上の電場変動を検出することを含み、これによりギャップにおける試料内の１個もしくはそれ以上の電場変動が、試料内に同族体標的が存在しない現状を示す。
【００１０】
本発明は、基体および基体上に配置されたナノウエル・デバイスを有するナノ−ウエルセンサーを含む。ナノウエル・デバイスは、ギャップ周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部および１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料内の同族体標識を接触した場合に検出可能な電場変動の引き金を引くギャップにおけるもしくはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを含む。
【００１１】
ナノ−ウエル・センサーを作製するための方法も含まれる。ナノ−ウエル・センサーは、基体上にギャップ周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を形成することにより製作される。１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが流体試料内の同族体標的と接触した場合に、検出可能な電場変動の引き金を引く１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが、ギャップにおいてまたはその周囲において備えられる。
【発明の詳細な説明】
【００１２】
本発明の種々の態様の作製および使用は、以下に詳細に記載するが、本発明が特定の範囲で広く変化して実現できる多数の適用可能な発明的概念を提供することは認められるべきである。本明細書内で考察する特定の態様は、本発明を作製および使用する際の特定の方法の単なる例示でありそして本発明の範囲を限定はしない。
【００１３】
本発明の理解を容易とするために、多数の用語を以下に定義する。本明細書内で定義される用語は、本明細書内では、本発明に関連する領域内の通常の熟練者により通常理解される意味を有する。「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」の用語は、単一の実体のみに言及するのみならず、さらに特定の例が例示として使用できる一般的な分類を含むことを意図する。本明細書内の用語は、発明の特定の態様を記述するために使用されるが、しかしそれらの使用は、特許請求範囲で輪郭を述べられたものを除いて、本発明を限定するものではない。
【００１４】
本明細書内で使用される場合に、「デポジットする」の用語とは、層の配置もしくは設
置またはプロセスによる敷設もしくは残置を指す。各種の機構が１枚もしくはそれ以上の層をデポジットするために使用されてもよく、それには電気メッキ、蒸着、スピンコーティング、コーティング、スパッタリング、現場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）重合またはそれらの組合せを含んでなる１個もしくはそれ以上の層が含まれる。層は性質が均質でも不均質でもよい。さらに、デポジットされる層は、金属、非金属、ポリマー、組成物、レジスト、樹脂、炭素ナノチューブ、プラスチックまたはそれらの組合せであってもよい。
【００１５】
本明細書中に使用される場合に、「金属」、または「金属を含む」の用語とは、金、銀、白金、銅、アルミニウム、タングステン、チタン、タンタル、モリブデン、クロム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、ニッケルなど、それらの合金または組合せを指す。金属化合物は、窒化チタン、チタン・タングステン、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化モリブデンなどであってもよい。本明細書中に使用される場合に、「エッチング」の用語は、表面からその全体または一部を切り込むまたは取り除くことを指し、例えば反応性イオンエッチングである。
【００１６】
本明細書中に使用される場合に、「暴露する」または「暴露」の用語とは、１個もしくはそれ以上の領域の一部の除去として定義される。領域は１個もしくはそれ以上のピンの側部上、ピンの先端上またはそれらの組合せであってもよい。除去は、化学的および／または機械的平面化、レーザーアブレーションまたは化学的除去を介して起きてもよい。
【００１７】
本明細書中に使用される場合に、「基体」の用語とは、下に置かれる層であってそしてその表面に或る材料がデポジットされるとして定義される。基体は、ガラス、プラスチック、ポリマー、石英またはそれらの組合せを含む部分的透明物質であってもよい。基体は、１種もしくはそれ以上の生物活性物、生分解性物、導電体、熱伝導体、多孔体、誘発可能物、またはそれらの組合せを含んでもよい。
【００１８】
本発明のパッドは、多数の公知の接合技術のいずれか、例えば、それらに限定はされないが、ワイヤ接合、フリップチップ接合およびテープ自動化接合を使用して接合されてもよい。「プローブ」の一部として使用される場合には、それらの接触パッドは、一般に、プローブ表面で検出されるシグナルを最大化するように広い表面積を有する。一つの例では、アルミニウム、金、銅、ハンダ、または同様の物質から成るボールまたはハンダ接合が、接触パッドに接合される。ワイア接合する場合には、接触の部位はチゼル接合と呼ばれる。接触パッド（単数および複数）は、暴露され覆われていない。接触パッドおよび／またはそれから形成される層は、導電性材料、例えば半導体および／または導電性金属、例えばアルミニウムおよび／または銅から作製されてもよい。接触パッド層の下に補強層を配置することが通常である。補強層の例は、強い「無反応性」金属、例えばチタン、窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、ニッケル、窒化ニッケル、タンタル、窒化タンタル、窒化タンタルケイ素、およびそれらの組合せ／合金から作製されたものである。
【００１９】
本発明に関連して使用されてもよいファージの例は、当該技術分野の熟練者には公知のように公知の細菌標的と共に入手可能であるかまたは可能となるすべてのものを含む。例えば、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｔｙｐｅ
Ｃｕｌｔｕｒｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）（ＡＴＣＣ）から、細菌およびバクテリオファージのカタログとして公開されて入手できるファージ型の表である。その他のかかる寄託機関も、それらのカタログに同様のデータを公開しており、そしてそれは本方法で使用するために可能性があるファージを同定するために使用されてもよい、ファージは、なかでも、水性またはその他の浮遊液内で使用されそして冷凍乾燥形態、噴霧乾燥、真空乾燥およびその他の形態で供給されてもよく、それは例えば本発明の入力／出力パッドをウエル内に含むマイクロタイタープレートの一部である。一般に、ファージは溶解性であり、標
的生物体の溶解に導いてもよいが、しかし一定の用途では、ファージは不完全でありそしてそれらの標的の細胞質に接触およびその中への注入に際して発生される所要のイオン性シグナルを提供するのみであてもよい。
【００２０】
本発明はナノ−ウエルデバイスおよび細菌を検出するための方法を含む。本発明はナノ−ウエルデバイスを含む装置を含み、ここで、１個もしくはそれ以上のバクテリオファージは、１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料内の同族体標的と接触すると検出可能な電場変動の引き金を引く。
【００２１】
本発明は、生きている細菌を数分間以内に特異性をもって同定できる、細菌検出および同定方法「ファージが引き金を引くイオン・カスケードの検出法（ＳＥＰＴＩＣ）」を提供する。本方法は、バクテリオファージ感染の後、細菌が約１０８個のイオンを周囲流体内に放出しそしてこのイオン放出により誘導される電圧変動が、数ミクロンの大きさの２枚の薄い金属膜電極を用いて検出できるという事実を利用する。
【００２２】
例えば、本発明はギャップ周囲に１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を有するナノ−ウエル・デバイスおよび１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料中で同族体標的に接触すると検出可能な電場変動の引き金を引く、ギャップにおけるまたはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを含む装置を提供する。ギャップは約５０〜約５００ナノメートルでありそして１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部は、ボール接合、ワイア接合、テープ接合、チゼル接合およびそれらの組合せを用いて結合されたＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＯＳＦＥＴ、もしくはＳＰＲセンサーを含む。さらに、１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部は、増幅器、前置増幅器、接触部、スイッチ、トランジスターおよびそれらの組合せと電気通信状態である。
【００２３】
１個もしくはそれ以上のバクテリオファージと同族体標的との間の接触は、種々の時間および振幅スケールを有する無作為的波を起こす。発生する検出可能な電場変動は、ほぼ１／ｆ、１／ｆ２形およびそれらの組合せのパワー密度スペクトルを含む。１個もしくはそれ以上のバクテリオファージと同族体標識との間の接触は、周波数範囲約１Ｈｚ〜約１０Ｈｚ内でほぼ１／ｆ２形を有するパワースペクトルを有する１個もしくはそれ以上の確率論的変動を起こす。
【００２４】
ファージに対する同族体標的は、エシェリキア（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ）、エンテロバクター（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ）、サルモネラ（Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ）、スタフィロコッカス（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ）、シゲラ（Ｓｈｉｇｅｌｌａ）、リステリア（Ｌｉｓｔｅｒｉａ）、アエロバクター（Ａｅｒｏｂａｃｔｅｒ）、クレブシエラ（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ）、プロテウス（Ｐｒｏｔｅｕｓ）、シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、ストレプトコッカス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ）、クラミジア（Ｃｌａｍｙｄｉａ）、マイコプラズマ（Ｍｙｃｏｐｌａｓｍａ）、ニューモコッカス（Ｐｎｅｕｍｏｃｏｃｃｕｓ）、ネイッセリア（Ｎｅｉｓｓｅｒｉａ）、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）、コリネバクテリウム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、マイコバクテリウム（Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、カンピロバクター（Ｃａｍｐｙｌｏｂａｃｔｅｒ）、ビブリオ（Ｖｉｂｒｉｏ）、セラチア（Ｓｅｒｒａｔｉａ）、プロビデンシア・ファージ（Ｐｒｏｖｉｄｅｎｃｉａ ｐｈａｇｅ）、クロモバクテリウム（Ｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、ブルセラ（Ｂｒｕｃｅｌｌａ）、イェルシニア（Ｙｅｒｓｉｎｉａ）、ヘモフィルス（Ｈａｅｍｏｐｈｉｌｕｓ）、ボルデテラ（Ｂｏｒｄｅｔｅｌｌａ）およびそれらの組合せを含み、そして１個もしくはそれ以上のバクテリオファージは、Ｓ．ムタンス（ｍｕｔａｎｓ）ファージ、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）ファージΦ２９、アクチノミセス（Ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅｓ）ファージ、バクテリオファージＭ１０２、バクテリオファージｅ１０、バクテリオファージ
ｆ１、バクテリオファージλ、バクテリオファージＰＩ、球形ファージＰｈｉＸ１７４、球形ファージＧ４、球形ファージＳ１３、バクテリオファージＴ１、バクテリオファージＴ２、バクテリオファージＴ３、バクテリオファージＴ４、バクテリオファージＴ５、バクテリオファージＴ６、バクテリオファージＴ７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＭＳ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＲ１７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージｆ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＱベータおよびそれらの組合せを含む。
【００２５】
本発明は、ギャップにおけるまたはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを有するギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を有するナノ−ウエルデバイスを、液体試料と接触させ、そして１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが試料内の同族体標的に接触した場合に発生する１個もしくはそれ以上の電場変動を検出することにより細菌を検出する方法であって、ここでギャップにおける試料内の１個もしくはそれ以上の電場変動が、試料内に同族体標的が存在しない現状を示す方法も提供する。
【００２６】
１個もしくはそれ以上のバクテリオファージと同族体標的との接触が、周波数範囲約１Ｈｚ〜約１０Ｈｚ内でほぼ１／ｆ２形を有するパワースペクトルを含んでなる１個もしくはそれ以上の確率論的変動を起こす。同族体標的は、エシェリキア、エンテロバクター、サルモネラ、スタフィロコッカス、シゲラ、リステリア、アエロバクター、クレブシエラ、プロテウス、シュードモナス、ストレプトコッカス、クラミジア、マイコプラズマ、ニューモコッカス、ネイッセリア、クロストリジウム、バチルス、コリネバクテリウム、マイコバクテリウム、カンピロバクター、ビブリオ、セラチア、プロビデンシア・ファージ、クロモバクテリウム、ブルセラ、イェルシニア、ヘモフィリス、ボルデテラおよびそれらの組合せから選択される１個もしくはそれ以上の細菌を含みそしてバクテリオファージは、Ｓ．ムタンス・ファージ、バチルス・ファージΦ２９、アクチノミセス・ファージ、バクテリオファージＭ１０２、バクテリオファージｅ１０、バクテリオファージｆ１、バクテリオファージλ、バクテリオファージＰＩ、球形ファージＰｈｉＸ１７４、球形ファージＧ４、球形ファージＳ１３、バクテリオファージＴ１、バクテリオファージＴ２、バクテリオファージＴ３、バクテリオファージＴ４、バクテリオファージＴ５、バクテリオファージＴ６、バクテリオファージＴ７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＭＳ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＲ１７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージｆ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＱベータおよびそれらの組合せを含む。
【００２７】
本発明は、基体および基体上に配置されたナノウエルデバイスを有するナノ−ウエルセンサーを含む。ナノウエルデバイスは、ギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部、および１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料内の同族体標的に接触した場合に検出可能な電場変動の引き金を引くギャップにおけるまたはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを含む。
【００２８】
本発明は、ギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を基体上に形成し、そして１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料内の同族体標的と接触した場合に検出可能な電場変動の引き金を引くギャップにおけるまたはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを提供することによるナノ−ウエルセンサーを製作する方法を提供する。
【００２９】
基体は、ガラス、プラスチック、ポリマー、石英、シリコン、サファイア、石英、シリカ、炭化ケイ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、ゲルマニウム、窒化ガリウム、ひ化ガリウム、リン化ガリウムもしくは金属またはそれらの組合せを含み、そして１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部は、電気メッキ、蒸着、スピンコーティング、コーティング、スパッタリング、現場重合またはそれらの組合せにより形成されてもよい
。１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部は、金属、非金属、ポリマー、組成物、レジスト、樹脂、炭素ナノ−チューブ、プラスチックまたはそれらの組合せを含んでなる。さらに、液体試料に暴露するために位置されたギャップを有する１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部の少なくとも一部の上に絶縁層がデポジットされた。
【００３０】
ファージに対する同族体標的は、エシェリキア、エンテロバクター、サルモネラ、スタフィロコッカス、シゲラ、リステリア、アエロバクター、クレブシエラ、プロテウス、シュードモナス、ストレプトコッカス、クラミジア、マイコプラズマ、ニューモコッカス、ネイッセリア、クロストリジウム、バチルス、コリネバクテリウム、マイコバクテリウム、カンピロバクター、ビブリオ、セラチア、プロビデンシア・ファージ、クロモバクテリウム、ブルセラ、イェルシニア、ヘモフィリス、ボルデテラおよびそれらの組合せから選択された１種もしくはそれ以上の細菌を含みそして１個もしくはそれ以上のバクテリオファージは、Ｓ．ムタンス・ファージ、バチルス・ファージΦ２９、アクチノミセス・ファージ、バクテリオファージＭ１０２、バクテリオファージｅ１０、バクテリオファージｆ１、バクテリオファージλ、バクテリオファージＰＩ、球形ファージＰｈｉＸ１７４、球形ファージＧ４、球形ファージＳ１３、バクテリオファージＴ１、バクテリオファージＴ２、バクテリオファージＴ３、バクテリオファージＴ４、バクテリオファージＴ５、バクテリオファージＴ６、バクテリオファージＴ７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＭＳ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＲ１７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージｆ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＱベータおよびそれらの組合せを含む。
【００３１】
図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃは、３種の異なるバクテリオファージ形態を示す電子顕微鏡写真である。図１Ａは、約４８．５ｋｂ ＤＮＡおよび１５０ｎｍの柔軟な尾部を有する５０ｎｍ正二十面体頭部を有するバクテリオファージλ「シフォファージ」である。バクテリオファージλは、４個の側方尾部ファイバーを有する。図１Ｂは、約４０ｋｂ ＤＮＡおよび２０ｎｍのずんぐりした尾部を有する６０ｎｍ正二十面体頭部を有するバクテリオファージＴ７「ポドファージ」である。バクテリオファージＴ７は、尾部スパイクおよび６個の尾部ファイバーを有する。図１Ｃは、約１７０ｋｂ ＤＮＡおよび１１５ｎｍ収縮性尾部を有する８０ｎｍ Ｘ１１０ｎｍの細長い正二十面体頭部を有するバクテリオファージＴ４「ミオファージ」である。バクテリオファージＴ４は、６個の尾部の短ファイバーおよび６個の長い尾部ファイバーを有する。バクテリオファージλ、バクテリオファージＴ７およびバクテリオファージＴ４に加えて、その他のバクテリオファージも本発明に使用されてもよく、例えば、Ｓ．ムタンス・バクテリオファージ、アクチノミセス・バクテリオファージ、バチルス・バクテリオファージΦ２９、バクテリオファージＭ１０２、バクテリオファージｅ１０、バクテリオファージｆ１、バクテリオファージＰＩおよびそれらの組合せである。それに加えて、熟練者は、所望の細胞／株を誘引するために本発明に使用されてもよい多数のその他のバクテリオファージを認めるであろう。
【００３２】
それらすべてのファージ型に対して、細菌細胞表面への吸着は、簡単な二体衝突動力学により規定され、ここで速度定数は約１０−１０〜約１０−１２ｍｌ／（細胞・秒）の範囲である。従って、約１０９ファージ粒子／ｍｌの容易に到達できる濃度において、標的細菌の約９０％以上が、細菌細胞濃度とは関係なくそして完全な特異性をもって、数秒間ないし数分間以内で感染され得る（すなわち、非標的細菌は吸着速度および特異性に影響しない）。ミオファージおよびシフォファージでは、ファージＤＮＡが細菌細胞エンベロープを通って輸送されるプロセスは迅速かつ高度に効率的である（７）。
【００３３】
それらの型のファージ（ポドファージを除く）にとって、透過型電子顕微鏡よび電気生理学を含む多数の系統の証拠が、ＤＮＡが通る細胞質膜内に形成される一時的チャンネルがあることを示す。このチャンネルは、宿主細胞質膜の一時的脱分極を起こし、それは正常では約−１８０ｍＶに維持されている（外面が正）（５、９）。ＤＮＡが細胞質に到達
した後、ファージ粒子はチャンネルを閉めさせ、宿主膜をエネルギー化の正常状態へ復帰させ、そして感染サイクルが進行する。チャンネルが開いている期間内に、推測すると、このチャンネルを通って、膜を貫通しそして外部液体内へのかなりのイオンの流れが起きる（４）。
【００３４】
放出されたイオンは細菌の周囲で早いブラウン運動を受けそして多数が細胞の近辺から逃げることができる。この事実および異なるイオン全体の放出の電荷不均衡が細菌の一時的帯電および時間的変動を起こすであろう。この一時的な中和されない荷電およびタイミングの無作為性およびイオン放出の空間的方向、および放出イオンのブラウン運動のそれらが、ミクロンまたはサブミクロンの大きさの確率論的な空間時間的電場変動を生成する。バクテリオファージ感染の数十年にわたる研究に基づくと、それらの電場変動はナノスケール検出器の構造により検出できることが示される。
【００３５】
感染関連イオン流出を再現しそして一般性を確立するために、最初の研究は、宿主として低い運動性の大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）Ｗ３１１０（ΔｆｈｕＡ）株（λｓ）を用いて、バクテリオファージλ（λΔｓｔｆ ｔｆａ：：ｃａｔ ｃＩ８５７ Ｓ１０５、尾部ファイバーを欠く）、およびＵｒ−λ（λ ｗｔ、尾部ファイバーを有する）を用いて行われた。耐性株として同質遺伝子系宿主変異株λＲ（大腸菌Ｗ３１１０ΔｆｈｕＡ ΔｌａｍＢ）が使用され、ここで適当なファージ受容体はなかった。ｌａｍＢ遺伝子の欠失は、ファージに絶対的な耐性を与え、従ってイオンの注入漏洩は予想されなかった。一つの例では、バクテリオファージＴ５、野生型大腸菌株Ｗ３１１０を感受性宿主（Ｔ５ｓ）として、そして同質遺伝子系宿主変異株大腸菌Ｗ３１１０（ΔｆｈｕＡ）を耐性株（Ｔ５Ｒ）として使用した。ＢｏｕｌａｎｇｅｒおよびＬｅｔｅｌｌｉｅｒ（１９８８）の古典的な研究に基づくプロトコールに従った。この基本プロトコールは、精製したファージ原料（例えば約２ｘ１０１０ｐｆｕ／ｍｌ）を宿主細胞（例えば中間対数相細胞、洗浄しそして５ｍＭ ＭｇＳＯ４中に再浮遊）を等しい比率で時間０において混合し、種々の時間、３７℃でインキュベーションし、チップにアリコート（例えば５μｌ）を加え、そして一定時間（例えば２分間）におけるイオン放出により変動を測定することを含んでいた。
【００３６】
本発明は、特別に設計されたナノ−ウエルデバイスを含み、そして約１００ｎｍのギャップ大きさを有するチタン電極の横型ミクロンサイズの蓄電器を含み、良く研究された実験室細菌である大腸菌の細菌細胞の近辺における流体中の電場変動を測定する。細菌の感染の前には電場変動は小さくそしてそれらのパワー密度スペクトルはほぼ１／ｆ形を有していた。ファージ侵入の後には、種々の時間および振幅スケールを有する大きくてゆっくりとした確率論的波が観察された。それらの変動は、約１〜約１０Ｈｚの周波数範囲内で近似的に１／ｆ２形を有するパワースペクトルを有していた。試験ファージに耐性である細菌（すなわち、細菌表面において特異性ファージ受容体を持たない細菌）を用いる重要な対照研究は、変動の増加もまたはゆるやかな波動変動動力学も示さなかった。
【００３７】
電場変動は、特定目的のナノ−ウエルデバイスにより検出された。ナノ−ウエルセンサーデバイスのパターン形成は、二つのプロセスを含む：第一は、電子ビームリトグラフィー（ＥＢＬ）がナノ−ウエル（１５０ｍｍ＊６０ｍｍ）を書き込むために使用された；次いで接触フォトリトグラフィーが二個の大きい接触パッド（５ｎｍ＊５ｎｍ）および２個のパッドを連結するブリッジ（１００μｍ＊４μｍ）をパターン形成するために使用された。パッドは、外部回路との電気的連結のために使用され、一方ブリッジは、パッドとナノ−ウエルとを連結する。
【００３８】
チップの側面図と平面図を図２Ａおよび２Ｂに示す。図２Ａは、ナノスケール検出器の一つの態様の側面図である。ナノスケール検出器１０は、前置増幅器モジュール１２、シ
グナル受信モジュール１４およびナノウエルセンサーデバイス１６を含む。シグナル受信モジュール１４は、前置増幅器モジュール１２と通信状態にある。通信は直接に配線されるか、ネットワークを介して接続されるか（例えば無線または有線）、または後で送信するために電子メディア上に記憶される。前置増幅器モジュール１２は、少なくとも第一プローブ１８および第二プローブ２０に接続され、それらはナノ−ウエルセンサー１６と通信状態である。前置増幅器モジュール１２は、多数のプローブ、例えば１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１またはそれ以上のプローブに接続されてもよい。第一プローブ１８は、少なくとも部分的にフォトレジスト被覆２２を部分的に貫通して第一接触パッド２４と接触する。第二プローブ２０は、少なくとも部分的にフォトレジスト被覆２２を部分的に貫通して第二接触パッド２６と接触する。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６は、基体２８の上にある。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６は、基体２８の上に位置して電極ギャップ３０を形成する。フォトレジスト被覆２２は、第一プローブ１８と第二プローブ２０を分離するフォトレジストギャップ３２を有する。一つの例では、シグナル受信モジュール１４は、ＭＬ７５０ Ｐｏｗｅｒｌａｂ／４ｓｐであり、そして前置増幅器モジュール１２はＳＲ５６０である。しかし、熟練者は、その他の前置増幅器およびシグナル受信モジュールも使用できることを認めるであろう。
【００３９】
一つの例におけるフォトレジストギャップ３２は８μｍである。しかし、フォトレジストギャップ３２は２μｍ〜１６μｍの間にあってもよい。電極ギャップ３０は１５０ｎｍであるがしかし特定の用途によっては約１００ｎｍ〜約２００ｎｍの間であってもよい。フォトレジストギャップ３２および電極ギャップ３０は、液体試料に接触するように位置される。
【００４０】
図２Ｂは、本ナノスケール検出器を用いる回路を示す。図２Ｂは、本発明のナノ−ウエルセンサーデバイス１６の平面図である。フォトレジスト被覆２２は、第一接触パッド２０および第二接触パッド２６を少なくとも部分的に覆っている。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６は、基体層（図示せず）上にある。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６は、基体層（図示せず）上に位置して電極ギャップ３０を形成する。フォトレジスト被覆２２は、第一接触パッドチップ３６および第二接触パッドチップ３８とを分離する第二接触チップ３８を有し、それらは一方では第一プローブ（図示せず）と第二プローブ（図示せず）とを分離する。第一プローブ（図示せず）および第二プローブ（図示せず）は前置増幅器モジュール（図示せず）または他の回路（図示せず）の形に電気回路に接続される。ナノ−ウエルは、実際にはブリッジの中央にある幅１５０ｎｍおよび長さ４μｍのギャップであり、図２Ｂに示される。フォトレジストギャップ３２および電極ギャップ３０は、液体試料に接触するように位置される。
【００４１】
一つの例におけるフォトレジストギャップ３２は８μｍである。しかし、フォトレジストギャップ３２は２μｍ〜１６μｍの間であってもよい。電極ギャップ３０は１５０ｎｍであるが、しかし特定の用途に応じて約１００ｎｍ〜約２００ｎｍの間であってもよい。分析物ウインドウ３４は、第一接触パッド２４の一部である第一接触パッドチップ３６および第二接触パッド２６の一部である第二接触パッドチップ３８の上のフォトレジスト被覆２２内に位置される。第一接触パッドチップ３６および第二接触パッドチップ３８の少なくとも一部は分析物ウインドウ３４内に伸びている。第一接触パッドチップ３６および第二接触パッドチップ３８は、必要とされるいかなる寸法、例えば幅約４μｍおよび長さ約８μｍであってもよい。一般に、分析物ウインドウ３４は８μｍＸ６μｍである。しかし熟練者は、ウインドウはさらに大きくてもまたはさらに小さくても良いことを認めるであろう。
【００４２】
電場によりナノ−ウエルデバイス１６上に誘導される電圧変動は、高い入力インピーダンス（約１００Ｍオーム）を有する低ノイズ前置増幅器１２ ＳＲ５６０により増幅され
そしてシグナル受信装置１４ ＭＬ７５０ ＰｏｗｅｒＬａｂ／４ＳＰ内に送られ、それは図２に示されている。変動のパワー密度スペクトルは、Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｉｇｎａｌ
Ａｎａｌｙｚｅｒ ＳＲ７８５（図示せず）により決定された。一つの態様では、ナノ−ウエルデバイス１６は二重スクリーニングボックス（Ａｍｕｎｅａｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｒｐ）（図示せず）内に配置される。二重スクリーニングボックス（図示せず）および前置増幅器１４は、振動防止台１００ＢＭ−２（Ｎａｎｏ−Ｋ）（図示せず）上に設置されて振動により起きる可能性がある人工的な影響を避ける。パワー密度スペクトルＳｕ（ｆ）の決定の時間ウインドウは、約２分間である。
【００４３】
チップの側面図および平面図を図３Ａおよび３Ｂに示す。図３Ａは、ナノスケール検出器の別の態様の側面図である。ナノスケール検出器１０は、前置増幅器モジュール１２、シグナル受信モジュール１４およびナノ−ウエルセンサーデバイス１６を含む。シグナル受信モジュール１４は前置増幅器モジュール１２と通信状態にある。通信は、直接配線、ネットワークを介する接続（例えば無線または有線）または後で通信するために電子メディア上に記憶される。前置増幅器モジュール１２は、第一または後で送信するために電子メディアに記憶される。前置増幅器モジュール１２は、少なくとも第一プローブ１８および第二プローブ２０に接続され、それらはナノ−ウエルセンサーデバイス１６と通信状態にある。前置増幅器モジュール１２は、多数のプローブ、例えば１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１またはそれ以上のプローブと接続されてもよい。第一プローブ１８は、少なくとも部分的に第一接触パッド２４と接触する。第二プローブ２０は、少なくとも部分的に第二接触パッド２６と接触する。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６は基体層２８の上にある。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６は、基体層２８の上に位置して電極ギャップ３０を形成する。一つの例では、シグナル受信モジュール１４は、ＭＬ７５０ Ｐｏｗｅｒｌａｂ／４ｓｐであり、そして前置増幅器モジュール１２はＳＲ５６０である。しかし、熟練者は、その他の前置増幅器およびシグナル受信モジュールも使用できることを認めるであろう。電極ギャップ３０は液体試料と接触するように配置される。
【００４４】
図３Ｂは、本発明のナノ−ウエルセンサーデバイス１６の平面図である。第一接触パッド２０および第二接触パッド２６は、基体層上にある（図示せず）。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６は、基体層（図示せず）上に位置して電極ギャップ３０を形成する。電極ギャップ３０は、液体試料に接触するように位置される。
【００４５】
電極ギャップ３０は１００μｍであるが、しかし特定の用途に応じて約６０ｎｍ〜約２００ｎｍの間であってもよい。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６はギャップ電極３０を形成する。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６の少なくとも一部が分析物または液体試料（図示せず）と接触する。
【００４６】
一つの例において、基体層２８はシリコン基体である。しかし、基体層２８は、ガラス、プラスチック、ポリマー、石英、シリコン、サファイア、石英、シリカ、炭化ケイ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、ゲルマニウム、窒化ガリウム、ひ化ガリウム、リン化ガリウムもしくは金属またはそれらの組合せであってもよい。さらに、基体は生物活性、導電性、熱伝導性、多孔性、またはそれらの組合せである１種もしくはそれ以上の薬剤を含んでもよい。
【００４７】
第一接触パッド２４および／または第一接触パッド２６はチタンである。しかし、接触パッドは、個別に金属、非金属、ポリマー、組成物、レジスト、樹脂、炭素ナノ−チューブ、プラスチックまたはそれらの組合せであってもよい。追加して、１枚もしくはそれ以上の層は、生物活性、生分解性、導電性、熱電導性、多孔性、誘発可能性またはそれらの組合せであってもよい。さらに、１枚を越える層がデポジットされてもよい。例えば、材
料の第二層は接触層上にデポジットされてもよくそして材料は異なる材料であってもよい。あるいは、接触層は異なる材料であってもよく、異なる材料の第一接触パッドおよび第二接触パッドが作製される。接触層は、例えば電気メッキ、蒸着、スピンコーティング、コーティング、スパッタリング、現場重合またはそれらの組合せを含む各種の方法を介してデポジットされてもよい。
【００４８】
本発明の一つの態様では、チタンが、接触層および他方では第一接触パッドおよび第二接触パッドの材料として使用されてもよい。しかし他の金属、合金、含浸材料、導電性ポリマーまたは金属を含む化合物を使用してもよく、例えば金、銀、白金、銅、アルミニウム、タングステン、タンタル、モリブデン、クロム、ニッケルなど、それらの合金またはそれらの組合せである。金属化合物も窒化チタン、チタン タングステン、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化モリブデンなどであってもよい。
【００４９】
さらに、本発明は、フォトレジスト被覆２２を含んでもよく、それは一つの例ではＨｅｋｉｓｕｔｏ Ｋ．Ｋ．，の商標名ＡＺ５２１４である。しかし熟練者は、フォトレジスト被覆は、光画像性（ｐｈｏｔｏｉｍａｇａｂｌｅ）ポリイミド、光画像性ベンゾシクロブテン、光画像性エポキシ、ノヴォラックに基づくポジティブ・フォトレジスト、カード（ｃａｒｄｏ）タイプフォトポリマー、Ａ４１１０、ＡＺ１３７０などであってもよいことを認めるであろう。
【００５０】
一定の工程でエッチングが行われそして熟練者には公知のいずれかの適合する技術、例えば反応性イオンエッチング、Ｃｆ４／Ｏ２プラズマを介して達成されてもよい。例えば、Ｐｌａｓｍａ−Ｔｈｅｒｍ７９０ Ｓｙｓｔｅｍが、約１５０ミリバール、毎分１６標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）のＣＦ４および平方ｃｍあたりに０．１２ワットで全体で約５〜１０分間のエッチング条件で使用されてもよく、また別の適するパラメーターも使用できる。
【００５１】
本発明のナノメートルスケールの設計（例えばナノ−ウエル設計）に加えて、本発明はさらに大きい検出器、例えばミクロ−ウエルも含む。ミクロ−ウエルはナノ−ウエルと類似するが、しかし流体と前置増幅器との間の流電カプリングを伴う接触面積が５００，０００倍大きい。図３は、ミクロ−ウエルチップの側面図および平面図を示す。ナノ−ウエルでは、非吸着性ファージおよび細胞の存在下で、電場変動は小さく、ほぼ１／ｆ形のパワー密度スペクトルを示す（図４）。
【００５２】
図４は、尾部ファイバーを欠くバクテリオファージλおよびバクテリオファージＴ５の結果のグラフである。インキュベーション時間は５分間であった。ネガティブ応答の場合（λＲおよびＴ５Ｒ）、ナノ−ウエル内の電圧変動のスペクトルは、ほぼ１／ｆ形に従っている。ポジティブ応答の場合（λＳおよびＴ５Ｓ）、変動は増加し、１／ｆ２形のより急な勾配のスペクトルとなった。
【００５３】
バクテリオファージが侵入した後、大きくゆっくりとした確率論的波が種々の時間および振幅スケールで検出された。それらの変動は、約１〜１０Ｈｚの周波数範囲内でほぼ１／ｆ２形のパワースペクトルを有していた。検出の真の機能性は、尾部ファイバーを有するバクテリオファージの場合に予期される。Ｕｒ−λを用いる研究は、約１分間〜５分間のインキュベーション前時間の間に高い電気的変動をもたらし、限定された時間内のみでの迅速な吸着プロセスを示す（図５）。尾部ファイバーの存在は、受容体への効率的な付着を加速するに違いない。
【００５４】
図５は、尾部ファイバーを有するバクテリオファージＵｒ−λを用いた結果のグラフである。大腸菌Ｗ３１１０（ΔＦｈｕＡ、ΔｌａｍＢ）株（λＲ）を用いた非注入の場合に
は、スペクトルは再び１／ｆ様であった。注入イベントが起きると、約１分間またはそれ以上のインキュベーション時間に対して強い１／ｆ２形スペクトルが現れた。
【００５５】
さらに、すべてのポジティブおよびネガティブの場合のスペクトルは、ナノ−ウエルデバイス中でもミクロ−ウエルデバイス中でも同様であった。図６参照。この結果は、変動が空間および時間に関して無作為的であることを示す。それらは大きい検出器内では平均化されるので、ナノ−ウエルまたはそれより小さい検出器システムがそれらを観察するために必要である。
【００５６】
図６は、ミクロ−ウエルデバイスで測定されたスペクトルが、バクテリオファージ感染に対していかなる観察可能な依存性も示さないことを示すグラフである。この事実は、電場変動および電荷密度変動が空間および時間で無作為的であり、大きい検出器を用いると平均化されることを示す。
【００５７】
図７Ａ〜７Ｅは、本発明のバイオチップの作製における段階を示す。要約すると、一連のリソグラフおよびエッチング段階が図示のように続いてナノ−ウエルデバイス１６が形成される。図７Ａは、基体層２８の上にデポジットされた接触層４０の側面図を示す。犠牲リソグラフ層４２が接触層４０の上にプリントされる。図７Ｂに示すように、接触層４０を貫通して基体層２８に至るような開口を作るために、方向性エッチングプロセスが使用される。図７Ｃは、接触層４０の上へのレジスト層４４配置の側面図である。方向性エッチングプロセスが、接触層４０の一部を基体層２８まで除去するために使用され、それは図７Ｄに示される。レジスト層４４が除去されると、第一接触パッド２４および第二接触パッド２６が基体層２８の上に電極ギャップ３０により分離されて残留し、それは図７Ｅに示される。一つの例では、基体層２８はシリコンであり、そして接触層４０はチタンである。犠牲リソグラフ層は、接触層４０の上にプリントされたポリメチルメタクリレートであり、そして方向性エッチングは、接触層４０を通って基体層２８に至る開口を作るために使用される。一つの例では、チタンの１００ｎｍ層がデポジットされそして電子ビームリソグラフィーおよび活性イオンエッチングが幅１５０ｎｍ、長さ６０μｍの溝をパターン形成するために使用される。さらに、電子ビームリソグラフィーおよび活性イオンエッチングは、幅４μ、長さ１００μｍのブリッジをパターン形成するために使用される。溝とブリッジとの交点は、幅１５０ｎｍ、長さ４μｍのナノ−ウエルを形成する。
【００５８】
図８は、本発明のナノ−ウエルセンサーデバイス１６の光学写真の平面写真である。フォトレジスト被覆２２は、第一接触パッド２４および第二接触パッド２６の少なくとも一部を覆う。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６は、基体層（図示せず）の上にある。第一接触パッド２４および第二接触パッド２６は、基体層（図示せず）の上に位置して電極ギャップ３０を形成する。フォトレジスト被覆２２は、第一接触パッドチップ３６と第二接触パッドチップ３８とを分離するフォトレジストギャップ３２を有し、それらは一方では第一プローブ１８と第二プローブ２０とを分離する。第一プローブ１８および第二プローブ２０は、前置増幅器１２またはその他の回路（図示せず）の形態の電気回路に接続される。ナノ−ウエルは、実際には、図８に示すように、ブリッジの中央部にある幅１５０ｎｍおよび長さ４μｍギャップである。
【００５９】
図９は、本ナノスケール検出器を使用する回路を示す。図９は、本発明のナノ−ウエルセンサーデバイス１６の平面図である。フォトレジスト被覆２２は第一接触パッド２４および第二接触パッドの少なくとも一部を覆う。第一接触パッド２４および第二接触パッドは基体層（図示せず）上にある。第一接触パッド２４および第二接触パッドは基体層（図示せず）上に位置して電極ギャップ３０を形成する。フォトレジスト被覆２２は、第一接触パッドチップ３６および第二接触パッドチップ３８を分離し、それは一方では第一プローブ１８と第二プローブ２０を分離するフォトレジストギャップ３２を有する。第一プロ
ーブ１８および第二プローブ２０は、前置増幅器１２の形態の電気回路またはその他の回路に接続される。ナノ−ウエルは、実際には、図９に示すように、ブリッジの中央部にある実際には幅１５０ｎｍおよび長さ４μｍギャップである。
【００６０】
一定の段階でエッチングが行われそして熟練者には公知のいずれかの適合する技術、例えばＣｆ４／Ｏ２プラズマを介して達成されてもよい。例えば、Ｐｌａｓｍａ−Ｔｈｅｒｍ ７９０Ｓｙｓｔｅｍが、約１５０ミリバール、毎分１６標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）のＣＦ４および平方ｃｍあたりに０．１２ワットで全体で約５〜１０分間のエッチング条件で使用されてもよく、また別の適するパラメーターも使用できる。
【００６１】
犠牲リソグラフ層は、犠牲リソグラフ層として使用されてもよいいかなる適合する物質も含んでもよい。一つの例では、基体層２８は、シリコン基体である。しかし基体層２８は、ガラス、プラスチック、ポリマー、石英、シリコン、サファイア、石英、シリカ、炭化ケイ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、ゲルマニウム、窒化ガリウム、ひ化ガリウム、リン化ガリウム、もしくは金属またはそれらの組合せであってもよい。さらに、基体は、生物活性、導電性、熱伝導性、多孔性またはそれらの組合せである１個もしくはそれ以上の薬剤を含んでもよい。
【００６２】
接触層４０は、第一接触パッド２４および／または第二接触パッド２６であってもよく、チタンであるが、しかし、接触パッドは、個別に、金属、非金属、ポリマー、組成物、レジスト、樹脂、炭素ナノ−チューブ、プラスチックまたはそれらの組合せであってもよい。さらに、１個もしくはそれ以上の層は、生物活性、生分解性、導電性、熱伝導性、多孔性、誘発可能、またはそれらの組合せであってもよい。さらに、１枚を越える層がデポジットされてもよい。例えば、材料の第二層は、接触層上にデポジットされてもよくそして材料は異なる材料であってもよい。あるいは、接触層は異なる材料の第一接触パッドおよび第二接触パッドが作製されるように異なる材料であってもよい。接触層は、例えば、電気メッキ、蒸着、スピンコーティング、コーティング、スパッタリング、現場重合またはそれらの組合せを含む種々の方法によりデポジットされてもよい。
【００６３】
本発明の一つの態様では、チタンが、接触層およびさらに第一接触パッドおよび第二接触パッドの材料として使用されてもよい。しかし他の金属、合金、含浸材料、導電性ポリマーまたは金属を含む化合物も使用してもよく、例えば金、銀、白金、銅、アルミニウム、タングステン、タンタル、モリブデン、クロム、ニッケルなど、それらの合金またはそれらの組合せである。金属化合物は窒化チタン、チタンタングステン、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化モリブデンなどであってもよい。
【００６４】
さらに、本発明は、フォトレジスト被覆２２を含み、それは一つの例ではＨｅｋｉｓｕｔｏ Ｋ．Ｋ．，の商標名のＡＺ５２１４である。しかし熟練者は、フォトレジスト被覆は、光画像性ポリイミド、光画像性ベンゾシクロブテン、光画像性エポキシ、ノヴォラックに基づくポジティブ・フォトレジスト、カードタイプフォトポリマー、Ａ４１１０、ＡＺ１３７０などであってもよいことを認めるであろう。
【００６５】
一般に、電解質中のデバイ距離（静電遮蔽距離）は、ミクロンよりはるかに小さい。いずれの静電電場も、デバイ距離を越えると指数関数的に減衰するテイルのように遮蔽され、イオン化された対象物が検出電極のごく近辺にない場合には、電解質内の物理的条件が好ましくないことを示す。例えば、約１０６細菌／ｍｍ３の細菌の濃度を有する約１０ミクロンの大きさの四角形の薄膜電極は、平均して１０ミクロンの立方体内に細菌１個が存在する。従って、電極の近辺にはただ１個の細菌が存在するのみであり、電極からの細菌の平均距離が数ミクロンなので、細菌はごく近辺には存在しない。従って、電場はデバイ長さをはるかに越えると指数関数的に減衰するので、例えば直接接触よりは一桁低い非常
に低いイオンシグナルが予想される。
【００６６】
しかし、２枚の電極の間の電解質を通って直流電流を流すと、状況は根本的に変化しそしてデバイ理論が適用できずそして定常的な長距離電場が電解質を通って広がる。この電場は、細菌が表面と直接接触できる電極まで荷電（例えば感染）した細菌を引き寄せることができる。本方法の大きい利点は、それがＳＥＰＴＩＣ検出方法に関して活性（例えばイオン放出）な細菌だけを誘引することである。与えられた細菌がそのイオン放出を終えそしてその過剰な電荷が中和されると、直ちに電場とのその相互作用が停止しそして電極から拡散して去る。
【００６７】
本方法の物理的解析および実行可能性。細菌のイオン放出の動力学および電荷分布の詳細は完全には知られていないが、簡単な物理的考察で、ＳＥＰＴＩＣ技術の感度の上昇の有効性に関するいくらかの粗い推定が可能である。拡散定数、拡散時間および平衡イオン化数はすでに報告されそしてそれ以外の考察は新規である。
【００６８】
粘度ηを有する流体内の半径ｒを有する球体の拡散定数は、ストークスの法則により与えられる。
【００６９】
【数１】
【００７０】
直径１ミクロンの球状細菌に対して、水中の拡散定数は下記である。
【００７１】
【数２】
【００７２】
従って、上記の例を採用すると、１０ミクロンの大きさの立方体（上記参照）を通過する拡散時間は、下記である（〔３〕も参照のこと）。
【００７３】
【数３】
【００７４】
この実際的例において、１０ミクロンの大きさの立方体内に細菌は平均して１個が存在するので、この結果は、直流電流がない場合に、ＳＥＰＴＩＣ測定の典型的な期間（例えば約１２０秒間）の間に、我々は一個の細菌からのイオンを測定できるのみであることを意味する。さらに低い濃度では、我々はいかなる細菌シグナルも得ることができないであろう。
【００７５】
荷電した細菌は、ファージ感染の後に約１０８個のイオンを放出するが、しかし、ネットの電荷は、クーロンエネルギーにより強く制限される。例えば、細菌はＺＢｑ（ここでｑは電気素量そしてＺＢはイオン化数である）に荷電され、従ってそれに必要な全エネルギーは、以下のように見積もられる。
【００７６】
【数４】
【００７７】
さらに荷電を増加しそしてΔＺＢだけイオン化数を増やすために必要なエネルギーは、以下のように近似できる。
【００７８】
【数５】
【００７９】
従って、ミクロンの大きさの細菌の上記の例において、イオン化数を１だけ増やすと、下記のエネルギーとなる。
【００８０】
【数６】
【００８１】
第一に、実際の状況に適合する最低限界である熱活性化イオン化プロセスを仮定すると、
【００８２】
【数７】
【００８３】
従って〔１３〕、
【００８４】
【数８】
【００８５】
となる。
【００８６】
しかし、〔１３〕中で考慮されていなかったことは、被動（ｄｒｉｖｅｎ）非平行系はこの限界を持たないので、実際のイオン化数はかなり大きいであろうという事実である。イオン放出が１ｅＶの特性エネルギーを有する電気化学力により駆動されるとすると、
【００８７】
【数９】
【００８８】
および
【００８９】
【数１０】
【００９０】
となり、１ミクロンの大きさの細菌の極大イオン化数は１０００〜３０，０００の範囲内である。
【００９１】
イオン化数に対する電気的輸送性の推定。移動度と拡散定数との間のアインシュタイン式の適用は下記となる。
【００９２】
【数１１】
【００９３】
直流電場Ｅｄｃ内の荷電細菌のドリフト速度は下記である。
【００９４】
【数１２】
【００９５】
１０，０００ｑに荷電された１ミクロン大きさの細菌に対する１Ｖ／ｍ電場では、下記となる。
【００９６】
【数１３】
【００９７】
１０００Ｖ／ｍ電場、例えば０．１Ｖの電圧で１００ミクロンの距離スケールでは、ドリフト速度は０．１８ｍｍ／秒であり、１００ミクロンの距離内のすべての細菌は１秒以内に電極で捕捉されるであろう。従って、細菌は流体を通ってドリフトできそして早い速度で電極で捕捉される。
【００９８】
細菌数の電流密度は下記である。
【００９９】
【数１４】
【０１００】
直流電流Ｉが流体内の背景イオン流れにより支配されるとすると、下記となる。
【０１０１】
【数１５】
【０１０２】
すなわち、細菌電流密度は次式を満足する。
【０１０３】
【数１６】
【０１０４】
シグナル増加の推定は、イオンカスケードの生成の機構およびそれに対する電場の可能な影響を正確に知らない限り容易ではない。しかし、簡単な推定は、観察された変動が１／ｆ２形のパワー密度スペクトルを有するという事実を利用すると可能である。従って、増加する電流による細菌流れの加速は、加速された変動に帰することができる。スペクトルＡ／ｆ２を有する記録された１／ｆ２ノイズは、ｆ→Ｋｆ変換のためにＫの因子だけ増加される速度をもってプレイバックされる場合に、ｋ２Ａ／ｆ２のスペクトルを有する。従って、上記の議論から、スペクトルは下記のようにスケーリングされる。
【０１０５】
【数１７】
【０１０６】
電流が増加すると、それよりも速く変動が増加する。電極は、イオンカスケードの寿命内で多数の細菌を蓄積し、それは相互相関効果により変動の振幅が増加することも意味する。この増加が細菌流れＪＢと線型にスケーリングされるとすると、その効果はパワー密度スペクトルのＩ２によるスケーリングももたらす。従って、二つの別々の効果のために、下記となる。
【０１０７】
【数１８】
【０１０８】
さらに、上記の二つの効果は、単一物理機構の二つの側面であろう（例えば細菌の空間電荷とは無関係ではなくまたは別の場合に、第二の効果は一定の電流密度、周波数および特性飽和時間の後に飽和するであろう）、従って、推定を下記のように結論することが適当である。
【０１０９】
【数１９】
【０１１０】
式中、２≦Ｘ≦４である。
【０１１１】
式１９により記述されたパワースペクトルのスケーリング／増加は、デバイ遮蔽の排除によりすでに増加したシグナルに該当し、それは直流電流が存在する場合に「活性」細菌が電極に接触するからである。例えば、０．２５ミクロンのデバイ遮蔽距離および直流電流が存在しないと、電極から細菌まで３ミクロンの有効距離の場合には、電極に接触する細菌に伴う直流電流状態は、約ｅｘｐ〔３／０．２５〕≒１５，０００倍増加した電場を与える。デバイ遮蔽排除による増幅は、次の層がデバイ遮蔽の増加を受けるので、電極上の細菌の第一層までのみ全長で作用する。
【０１１２】
最後に、この簡単な描写が、固定された電流および電極大きさの場合に、電極間のギャップ大きさの増加は、この増加技術に効率の上昇をもたらすであろうことを示唆する。
【０１１３】
直流発電機により電極に給電する技術、すなわち直流電流を電極に通すことにより、Ｓ
ＥＰＴＩＣの感度を数桁増加できる。この結果は、ギャップの大きさがナノメートル範囲である必要はなくそしてより大きいギャップ大きさは増加をさらに効率的にできることを示す。
【０１１４】
最後に、本推定／計算が大きく簡略化されておりそしてデバイ電気泳動理論を考慮するとそれが著しく洗練されることを認めることが重要である。
【０１１５】
本発明に使用される基体は、ガラス、プラスチック、ポリマーまたはそれらの組合せを含む一般的に透明な材料であってもよい。一般的に使用される材料は、下記の１種もしくはそれ以上を含む：基質と第一層の間、層の間またはそれらの組合せにデポジットされるＳｉ、単結晶Ｓｉ、窒化ケイ素組成物（ＳｉＮｘ）、酸化ケイ素組成物（ＳｉＯｘ）、またはチタン（Ｔｉ）。
【０１１６】
本発明に従って、広範囲の光画像性ポリマー、例えば光画像性ポリイミド、光画像性ベンゾシクロブテン、光画像性エポキシ、ノボラックに基づくポジティブフォトレジスト、カードタイプフォトポリマー、などが使用されてもよい。二官能性エポキシ化合物も、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（例えば、Ｓｈｅｌｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から商標名”Ｅｐｏｎ ８２８”、”Ｅｐｏｎ １００４”、”Ｅｐｏｎ １００１Ｆ”、”Ｅｐｏｎ ＳＵ−８”および”Ｅｐｏｎ １０１０”、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｃｏ．から”ＤＥＲ−３３１”、”ＤＥＲ−３３２”、および”ＤＥＲ−３３４”）として入手できるもの、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキセン カルボキシラート（例えばＵｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｃｏｒｐ．からの”ＥＲＬ−４２２１”）、３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキセン カルボキシラート（例えばＵｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｃｏｒｐ．からの”ＥＲＬ−４２０１”）、ビス（３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル）アジパート（例えばＵｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｃｏｒｐ．からの”ＥＲＬ−４２８９”）、ビス（２，３−エポキシシクロペンチル）エーテル（例えばＵｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｃｏｒｐ．からの”ＥＲＬ−０４００”）を含み使用されたもよい。
【０１１７】
追加して、変動の増加は、熱的ノイズでも熱的平衡過程でもない。変動は、エネルギーの過剰な源により生成されそして熱平衡エネルギー変動によるものではない。典型的には、電流は、約１０〜１３Ｓであり、すなわちナノウエル電極中へ約１０６電子／秒である。流体を有するナノウエルの導電率は約１００倍大きいとすると、それは流体内で約１０８有効イオン／秒の輸送に相当する。例えば、
増幅器入力（ケーブルを介して）：
【０１１８】
【数２０】
【０１１９】
１０８オームに対して、我々が最強のファージ反応で測定したよりも１Ｈｚおいて５倍大きいＳｕを与え、そしてネガティブ実験で我々が測定したものより１００倍大きい。ネガティブ実験は平衡系と考えられるので、この結果は、ナノ−ウエル中でＲｅｆｆが１Ｈｚで約１Ｍオームであることを示す。流体中のイオンのｍ種の異なる種類を有する導電率：
【０１２０】
【数２１】
【０１２１】
Ｒｅｆｆ∝１／σでありそして水中の当初のイオンの濃度がファージ感染により低下しないとすると、導電率は増加できるのみであり、その結果、抵抗および熱的ノイズは低下できるのみである。
【０１２２】
本明細書中に記載のいずれかの装置およびその変形を使用して、本発明は、適合するバクテリオファージの利用性を前提としていずれの細菌でも検出および同定する系および方法に使用されてもよい。本方法は、１分間で起きる感染に対して非常に迅速である。全部の電子機器は、デバイスがペン位に小さくなるように、バイオチップ上に一体化できる。従ってデバイスは多目的可搬装置であることができる。さらに、熟練者は、多数の他のアーキテクチャー、例えばＪＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＯＳＦＥＴまたはＳＰＲセンサーを使用できることを認めるであろう。
【０１２３】
本明細書中に記載の特定の態様は例示のために記載したものであって本発明の限定ではないことは理解されるべきである。本発明の主要な特徴は、本発明の範囲を外れることなく種々の態様として使用できる。当該技術分野の熟練者は、日常的を越えない実験を用いて、本明細書中に記載の特定の方法に多数の等価物を認めるか、または確認できるであろう。かかる等価物は、本発明の範囲内に入りそして特許請求により包含されると考える。
【０１２４】
本明細書中に言及したすべての出版物および特許出願は、本発明が該当する技術分野の熟練者のレベルの表示である。すべての出版物および特許出願は、それぞれの出版物または特許出願が引用することにより編入されるように特別にそして個別に指定されたと同様に、同様の範囲まで引用することにより本明細書に編入される。
【０１２５】
本明細書中に開示および特許請求されたすべての組成物および／または方法は、本開示を参照すると不当な実験を行うことなく作製および実施できる。本発明の組成物および方法は好ましい態様として記述されているが、変更が組成物および／または方法および本明細書中に記載の段階もしくは段階の連続に、本発明の概念、精神および範囲から外れることなく適用できることを当該技術分野の熟練者は認めるであろう。さらに特定すると、化学的および生理学的に関連する一定の薬剤が本明細書中に記載の薬剤により置換されて同一もしくは類似の結果に到達するであろうことは明らかである。すべてのかかる類似の置換および変更は、当該技術分野の熟練者には明白でありそして添付の特許請求範囲で定義される本発明の精神、範囲および概念内に入ると考えられる。
【０１２６】
【表１】
【０１２７】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
本発明の特徴および利益のさらに完全な理解のために、本発明の詳細な説明のために以下の図面を参照する。
【図１】図１は、３種類の異なるファージ形態を示す。
【図２】ナノ−ウエル、接触パッド、およびパッドとナノ−ウエルを連結するブリッジを有するチップの図２Ａは側面図でありそして図２Ｂは平面図である。
【図３】ブリッジ構造がない１００μｍギャップおよび接触パッドを有するミクロ−ウエル有する接触パッドを有するチップの図３Ａは側面図でありそして図３Ｂは平面図である。
【図４】図４は、バクテリオファージラムダを用いた結果のグラフである。
【図５】図５は、ＵＲ−ラムダファージを用いた結果のグラフである。
【図６】図６は、ミクロ−ウエルスペクトルのグラフである。
【図７】図７Ａ〜Ｅは、ナノウエルの形成の段階を示す。
【図８】図８は、ナノウエル検出器の顕微鏡写真である。そして
【図９】図９は、本ナノスケール検出器を用いる回路を示す。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部含んでなるナノ−ウエルデバイス、および１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料内の同族体標的に接触した場合に検出可能な電場変動の引き金を引く、ギャップにおけるまたはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージ
を含んでなる装置。
【請求項２】
ギャップが約５０〜約５００ナノメートルの間である、請求項１の装置。
【請求項３】
１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部が、ＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＯＳＦＥＴ、またはＳＰＲセンサーを含んでなる、請求項１の装置。
【請求項４】
１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部が、増幅器、前置増幅器、接触部、スイッチ、トランジスターおよびそれらの組合せを有する電気コミュニケーション内にある、請求項１の装置。
【請求項５】
１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部が、ボール接合、ワイヤ接合、テープ接合、チゼル接合、およびそれらの組合せを含んでなる、請求項１の装置。
【請求項６】
検出可能な電場変動が、ほぼ１／ｆ、１／ｆ２形およびそれらの組合せのパワー密度スペクトルを含んでなる、請求項１の装置。
【請求項７】
１個もしくはそれ以上のバクテリオファージと同族体標的との間の接触が、種々の時間および振幅スケールを有する確率論的波を起こす、請求項１の装置。
【請求項８】
１個もしくはそれ以上のバクテリオファージと同族体標的との間の接触が、周波数範囲約１Ｈｚ〜約１０Ｈｚ内でほぼ１／ｆ２形を有するパワースペクトルを含んでなる１個もしくはそれ以上の確率論的変動を起こす、請求項１の装置。
【請求項９】
ファージの同族体標的が、エシェリキア、エンテロバクター、サルモネラ、スタフィロコッカス、シゲラ、リステリア、アエロバクター、クレブシエラ、プロテウス、シュードモナス、ストレプトコッカス、クラミジア、マイコプラズマ、ニューモコッカス、ネイッセリア、クロストリジウム、バチルス、コリネバクテリウム、マイコバクテリウム、カンピロバクター、ビブリオ、セラチア、プロビデンシア・ファージ、クロモバクテリウム、ブルセラ、イェルシニア、ヘモフィリス、ボルデテラおよびそれらの組合せを含んでなる、請求項１の装置。
【請求項１０】
１種もしくはそれ以上のバクテリオファージが、Ｓ．ムタンス・ファージ、バチルス・ファージΦ２９、アクチノミセス・ファージ、バクテリオファージＭ１０２、バクテリオファージｅ１０、バクテリオファージｆ１、バクテリオファージλ、バクテリオファージＰＩ、球形ファージＰｈｉＸ１７４、球形ファージＧ４、球形ファージＳ１３、バクテリオファージＴ１、バクテリオファージＴ２、バクテリオファージＴ３、バクテリオファージＴ４、バクテリオファージＴ５、バクテリオファージＴ６、バクテリオファージＴ７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＭＳ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＲ１７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージｆ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＱベータおよびそれらの組合せを含んでなる、請求項１の装置。
【請求項１１】
ギャップにおいてまたはその周囲において１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを有する、ギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を含んでなるナノ
−ウエルデバイスを、液体試料と接触させ、そして１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが試料内の同族体標的に接触した場合に発生する１個もしくはそれ以上の電場変動を検出する段階を含んでなる、細菌を検出する方法であって、ここでギャップにおける試料内の１個もしくはそれ以上の電場変動が、試料内に同族体標的が存在しない現状を示す方法。
【請求項１２】
１個もしくはそれ以上のバクテリオファージと同族体標的との接触が、周波数範囲約１Ｈｚ〜約１０Ｈｚ内でほぼ１／ｆ２形を有するパワースペクトルを含んでなる１個もしくはそれ以上の確率論的変動を起こす、請求項１１の方法。
【請求項１３】
同族体標的が、エシェリキア、エンテロバクター、サルモネラ、スタフィロコッカス、シゲラ、リステリア、アエロバクター、クレブシエラ、プロテウス、シュードモナス、ストレプトコッカス、クラミジア、マイコプラズマ、ニューモコッカス、ネイッセリア、クロストリジウム、バチルス、コリネバクテリウム、マイコバクテリウム、カンピロバクター、ビブリオ、セラチア、プロビデンシア・ファージ、クロモバクテリウム、ブルセラ、イェルシニア、ヘモフィリス、ボルデテラおよびそれらの組合せから選択される１種もしくはそれ以上の細菌を含んでなる、請求項１１の方法。
【請求項１４】
ファージの同族体標的が、エシェリキア、エンテロバクター、サルモネラ、スタフィロコッカス、シゲラ、リステリア、アエロバクター、クレブシエラ、プロテウス、シュードモナス、ストレプトコッカス、クラミジア、マイコプラズマ、ニューモコッカス、ネイッセリア、クロストリジウム、バチルス、コリネバクテリウム、マイコバクテリウム、カンピロバクター、ビブリオ、セラチア、プロビデンシア・ファージ、クロモバクテリウム、ブルセラ、イェルシニア、ヘモフィリス、ボルデテラおよびそれらの組合せを含んでなる、請求項１１の方法。
【請求項１５】
１種もしくはそれ以上のバクテリオファージが、Ｓ．ムタンス・ファージ、バチルス・ファージΦ２９、アクチノミセス・ファージ、バクテリオファージＭ１０２、バクテリオファージｅ１０、バクテリオファージｆ１、バクテリオファージλ、バクテリオファージＰＩ、球形ファージＰｈｉＸ１７４、球形ファージＧ４、球形ファージＳ１３、バクテリオファージＴ１、バクテリオファージＴ２、バクテリオファージＴ３、バクテリオファージＴ４、バクテリオファージＴ５、バクテリオファージＴ６、バクテリオファージＴ７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＭＳ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＲ１７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージｆ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＱベータおよびそれらの組合せを含んでなる、請求項１１の方法。
【請求項１６】
基体；基体上に配置されたナノ−ウエルデバイスを含んでなるナノ−ウエルセンサーであって、ここで、ナノ−ウエルデバイスがギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部、および１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料内の同族体標的に接触した場合に検出可能な電場変動の引き金を引くギャップにおけるまたはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを含んでなる
ナノ−ウエルセンサー。
【請求項１７】
ギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を基体上に形成し、そして１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料内の同族体標的に接触した場合に検出可能な電場変動の引き金を引くギャップにおけるまたはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを提供する、
段階を含んでなるナノ−ウエルセンサーを製作する方法。
【請求項１８】
基体が、ガラス、プラスチック、ポリマー、石英、シリコン、サファイア、石英、シリ
カ、炭化ケイ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、ゲルマニウム、窒化ガリウム、ひ化ガリウム、リン化ガリウムもしくは金属またはそれらの組合せを含んでなる、請求項１７の方法。
【請求項１９】
１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を基体上に形成する段階が、電気メッキ、蒸着、スピンコーティング、コーティング、スパッタリング、現場重合またはそれらの組合せを含んでなる、請求項１７の方法。
【請求項２０】
１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部が、金属、非金属、ポリマー、組成物、レジスト、樹脂、炭素ナノ−チューブ、プラスチックまたはそれらの組合せを含んでなる、請求項１７の方法。
【請求項２１】
ギャップが液体試料への暴露のために位置される、請求項１７の方法。
【請求項２２】
１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部の少なくとも一部の上にデポジットされた絶縁層をさらに含んでなる、請求項１７の方法。
【請求項２３】
同族体標的が、エシェリキア、エンテロバクター、サルモネラ、スタフィロコッカス、シゲラ、リステリア、アエロバクター、クレブシエラ、プロテウス、シュードモナス、ストレプトコッカス、クラミジア、マイコプラズマ、ニューモコッカス、ネイッセリア、クロストリジウム、バチルス、コリネバクテリウム、マイコバクテリウム、カンピロバクター、ビブリオ、セラチア、プロビデンシア・ファージ、クロモバクテリウム、ブルセラ、イェルシニア、ヘモフィリス、ボルデテラおよびそれらの組合せから選択される１種もしくはそれ以上の細菌を含んでなる、請求項１７の装置。
【請求項２４】
ファージの同族体標的が、エシェリキア、エンテロバクター、サルモネラ、スタフィロコッカス、シゲラ、リステリア、アエロバクター、クレブシエラ、プロテウス、シュードモナス、ストレプトコッカス、クラミジア、マイコプラズマ、ニューモコッカス、ネイッセリア、クロストリジウム、バチルス、コリネバクテリウム、マイコバクテリウム、カンピロバクター、ビブリオ、セラチア、プロビデンシア・ファージ、クロモバクテリウム、ブルセラ、イェルシニア、ヘモフィリス、ボルデテラおよびそれらの組合せを含んでなる、請求項１７の方法。
【請求項２５】
１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが、Ｓ．ムタンス・ファージ、バチルス・ファージΦ２９、アクチノミセス・ファージ、バクテリオファージＭ１０２、バクテリオファージｅ１０、バクテリオファージｆ１、バクテリオファージλ、バクテリオファージＰＩ、球形ファージＰｈｉＸ１７４、球形ファージＧ４、球形ファージＳ１３、バクテリオファージＴ１、バクテリオファージＴ２、バクテリオファージＴ３、バクテリオファージＴ４、バクテリオファージＴ５、バクテリオファージＴ６、バクテリオファージＴ７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＭＳ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＲ１７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージｆ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＱベータおよびそれらの組合せを含んでなる、請求項１７の方法。
【請求項１】
ギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部含んでなるナノ−ウエルデバイス、および１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料内の同族体標的に接触した場合に検出可能な電場変動の引き金を引く、ギャップにおけるまたはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージ
を含んでなる装置。
【請求項２】
ギャップが約５０〜約５００ナノメートルの間である、請求項１の装置。
【請求項３】
１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部が、ＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＯＳＦＥＴ、またはＳＰＲセンサーを含んでなる、請求項１の装置。
【請求項４】
１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部が、増幅器、前置増幅器、接触部、スイッチ、トランジスターおよびそれらの組合せを有する電気コミュニケーション内にある、請求項１の装置。
【請求項５】
１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部が、ボール接合、ワイヤ接合、テープ接合、チゼル接合、およびそれらの組合せを含んでなる、請求項１の装置。
【請求項６】
検出可能な電場変動が、ほぼ１／ｆ、１／ｆ２形およびそれらの組合せのパワー密度スペクトルを含んでなる、請求項１の装置。
【請求項７】
１個もしくはそれ以上のバクテリオファージと同族体標的との間の接触が、種々の時間および振幅スケールを有する確率論的波を起こす、請求項１の装置。
【請求項８】
１個もしくはそれ以上のバクテリオファージと同族体標的との間の接触が、周波数範囲約１Ｈｚ〜約１０Ｈｚ内でほぼ１／ｆ２形を有するパワースペクトルを含んでなる１個もしくはそれ以上の確率論的変動を起こす、請求項１の装置。
【請求項９】
ファージの同族体標的が、エシェリキア、エンテロバクター、サルモネラ、スタフィロコッカス、シゲラ、リステリア、アエロバクター、クレブシエラ、プロテウス、シュードモナス、ストレプトコッカス、クラミジア、マイコプラズマ、ニューモコッカス、ネイッセリア、クロストリジウム、バチルス、コリネバクテリウム、マイコバクテリウム、カンピロバクター、ビブリオ、セラチア、プロビデンシア・ファージ、クロモバクテリウム、ブルセラ、イェルシニア、ヘモフィリス、ボルデテラおよびそれらの組合せを含んでなる、請求項１の装置。
【請求項１０】
１種もしくはそれ以上のバクテリオファージが、Ｓ．ムタンス・ファージ、バチルス・ファージΦ２９、アクチノミセス・ファージ、バクテリオファージＭ１０２、バクテリオファージｅ１０、バクテリオファージｆ１、バクテリオファージλ、バクテリオファージＰＩ、球形ファージＰｈｉＸ１７４、球形ファージＧ４、球形ファージＳ１３、バクテリオファージＴ１、バクテリオファージＴ２、バクテリオファージＴ３、バクテリオファージＴ４、バクテリオファージＴ５、バクテリオファージＴ６、バクテリオファージＴ７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＭＳ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＲ１７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージｆ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＱベータおよびそれらの組合せを含んでなる、請求項１の装置。
【請求項１１】
ギャップにおいてまたはその周囲において１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを有する、ギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を含んでなるナノ
−ウエルデバイスを、液体試料と接触させ、そして１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが試料内の同族体標的に接触した場合に発生する１個もしくはそれ以上の電場変動を検出する段階を含んでなる、細菌を検出する方法であって、ここでギャップにおける試料内の１個もしくはそれ以上の電場変動が、試料内に同族体標的が存在しない現状を示す方法。
【請求項１２】
１個もしくはそれ以上のバクテリオファージと同族体標的との接触が、周波数範囲約１Ｈｚ〜約１０Ｈｚ内でほぼ１／ｆ２形を有するパワースペクトルを含んでなる１個もしくはそれ以上の確率論的変動を起こす、請求項１１の方法。
【請求項１３】
同族体標的が、エシェリキア、エンテロバクター、サルモネラ、スタフィロコッカス、シゲラ、リステリア、アエロバクター、クレブシエラ、プロテウス、シュードモナス、ストレプトコッカス、クラミジア、マイコプラズマ、ニューモコッカス、ネイッセリア、クロストリジウム、バチルス、コリネバクテリウム、マイコバクテリウム、カンピロバクター、ビブリオ、セラチア、プロビデンシア・ファージ、クロモバクテリウム、ブルセラ、イェルシニア、ヘモフィリス、ボルデテラおよびそれらの組合せから選択される１種もしくはそれ以上の細菌を含んでなる、請求項１１の方法。
【請求項１４】
ファージの同族体標的が、エシェリキア、エンテロバクター、サルモネラ、スタフィロコッカス、シゲラ、リステリア、アエロバクター、クレブシエラ、プロテウス、シュードモナス、ストレプトコッカス、クラミジア、マイコプラズマ、ニューモコッカス、ネイッセリア、クロストリジウム、バチルス、コリネバクテリウム、マイコバクテリウム、カンピロバクター、ビブリオ、セラチア、プロビデンシア・ファージ、クロモバクテリウム、ブルセラ、イェルシニア、ヘモフィリス、ボルデテラおよびそれらの組合せを含んでなる、請求項１１の方法。
【請求項１５】
１種もしくはそれ以上のバクテリオファージが、Ｓ．ムタンス・ファージ、バチルス・ファージΦ２９、アクチノミセス・ファージ、バクテリオファージＭ１０２、バクテリオファージｅ１０、バクテリオファージｆ１、バクテリオファージλ、バクテリオファージＰＩ、球形ファージＰｈｉＸ１７４、球形ファージＧ４、球形ファージＳ１３、バクテリオファージＴ１、バクテリオファージＴ２、バクテリオファージＴ３、バクテリオファージＴ４、バクテリオファージＴ５、バクテリオファージＴ６、バクテリオファージＴ７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＭＳ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＲ１７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージｆ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＱベータおよびそれらの組合せを含んでなる、請求項１１の方法。
【請求項１６】
基体；基体上に配置されたナノ−ウエルデバイスを含んでなるナノ−ウエルセンサーであって、ここで、ナノ−ウエルデバイスがギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部、および１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料内の同族体標的に接触した場合に検出可能な電場変動の引き金を引くギャップにおけるまたはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを含んでなる
ナノ−ウエルセンサー。
【請求項１７】
ギャップの周囲の１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を基体上に形成し、そして１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが液体試料内の同族体標的に接触した場合に検出可能な電場変動の引き金を引くギャップにおけるまたはその周囲における１個もしくはそれ以上のバクテリオファージを提供する、
段階を含んでなるナノ−ウエルセンサーを製作する方法。
【請求項１８】
基体が、ガラス、プラスチック、ポリマー、石英、シリコン、サファイア、石英、シリ
カ、炭化ケイ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、ゲルマニウム、窒化ガリウム、ひ化ガリウム、リン化ガリウムもしくは金属またはそれらの組合せを含んでなる、請求項１７の方法。
【請求項１９】
１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部を基体上に形成する段階が、電気メッキ、蒸着、スピンコーティング、コーティング、スパッタリング、現場重合またはそれらの組合せを含んでなる、請求項１７の方法。
【請求項２０】
１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部が、金属、非金属、ポリマー、組成物、レジスト、樹脂、炭素ナノ−チューブ、プラスチックまたはそれらの組合せを含んでなる、請求項１７の方法。
【請求項２１】
ギャップが液体試料への暴露のために位置される、請求項１７の方法。
【請求項２２】
１個もしくはそれ以上の入力／出力接続部の少なくとも一部の上にデポジットされた絶縁層をさらに含んでなる、請求項１７の方法。
【請求項２３】
同族体標的が、エシェリキア、エンテロバクター、サルモネラ、スタフィロコッカス、シゲラ、リステリア、アエロバクター、クレブシエラ、プロテウス、シュードモナス、ストレプトコッカス、クラミジア、マイコプラズマ、ニューモコッカス、ネイッセリア、クロストリジウム、バチルス、コリネバクテリウム、マイコバクテリウム、カンピロバクター、ビブリオ、セラチア、プロビデンシア・ファージ、クロモバクテリウム、ブルセラ、イェルシニア、ヘモフィリス、ボルデテラおよびそれらの組合せから選択される１種もしくはそれ以上の細菌を含んでなる、請求項１７の装置。
【請求項２４】
ファージの同族体標的が、エシェリキア、エンテロバクター、サルモネラ、スタフィロコッカス、シゲラ、リステリア、アエロバクター、クレブシエラ、プロテウス、シュードモナス、ストレプトコッカス、クラミジア、マイコプラズマ、ニューモコッカス、ネイッセリア、クロストリジウム、バチルス、コリネバクテリウム、マイコバクテリウム、カンピロバクター、ビブリオ、セラチア、プロビデンシア・ファージ、クロモバクテリウム、ブルセラ、イェルシニア、ヘモフィリス、ボルデテラおよびそれらの組合せを含んでなる、請求項１７の方法。
【請求項２５】
１個もしくはそれ以上のバクテリオファージが、Ｓ．ムタンス・ファージ、バチルス・ファージΦ２９、アクチノミセス・ファージ、バクテリオファージＭ１０２、バクテリオファージｅ１０、バクテリオファージｆ１、バクテリオファージλ、バクテリオファージＰＩ、球形ファージＰｈｉＸ１７４、球形ファージＧ４、球形ファージＳ１３、バクテリオファージＴ１、バクテリオファージＴ２、バクテリオファージＴ３、バクテリオファージＴ４、バクテリオファージＴ５、バクテリオファージＴ６、バクテリオファージＴ７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＭＳ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＲ１７、ｓｓＲＮＡバクテリオファージｆ２、ｓｓＲＮＡバクテリオファージＱベータおよびそれらの組合せを含んでなる、請求項１７の方法。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図８】
【図９】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２００８−５２１４０７（Ｐ２００８−５２１４０７Ａ）
【公表日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５４３５５３（Ｐ２００７−５４３５５３）
【出願日】平成１７年１１月２３日（２００５．１１．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４２８３２
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０５８２６３
【国際公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【出願人】（５０７１７０２１７）ザ・テキサス・エイアンドエム・ユニバーシテイ・システム (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２３日（２００５．１１．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４２８３２
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０５８２６３
【国際公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【出願人】（５０７１７０２１７）ザ・テキサス・エイアンドエム・ユニバーシテイ・システム (1)
【Ｆターム（参考）】
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