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WO2020250559A1 - 触媒反応の生成物の電気化学的検出方法、電気化学検出装置およびトランスデューサ - Google Patents

触媒反応の生成物の電気化学的検出方法、電気化学検出装置およびトランスデューサ Download PDF

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WO2020250559A1
WO2020250559A1 PCT/JP2020/016080 JP2020016080W WO2020250559A1 WO 2020250559 A1 WO2020250559 A1 WO 2020250559A1 JP 2020016080 W JP2020016080 W JP 2020016080W WO 2020250559 A1 WO2020250559 A1 WO 2020250559A1
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WO
WIPO (PCT)
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catalytic reaction
reaction product
liquid mass
liquid
holding material
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2020/016080
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English (en)
French (fr)
Inventor
亮太 國方
篤史 須田
林　泰之
浩介 伊野
末永　智一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Original Assignee
Tohoku University NUC
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Publication date
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Priority to EP24181195.9A priority patent/EP4403619A3/en
Priority to EP20822801.5A priority patent/EP3985091A4/en
Priority to CN202080042214.9A priority patent/CN113966385A/zh
Publication of WO2020250559A1 publication Critical patent/WO2020250559A1/ja
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    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G—PHYSICS
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    • G01N27/27—Association of two or more measuring systems or cells, each measuring a different parameter, where the measurement results may be either used independently, the systems or cells being physically associated, or combined to produce a value for a further parameter
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/557—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor using kinetic measurement, i.e. time rate of progress of an antigen-antibody interaction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/001—Enzyme electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a technique for electrochemically detecting a product produced by a catalytic reaction that proceeds in a solution and dissolved in the solution.
  • the detection sensitivity of a catalytic reaction product produced by a catalytic reaction such as an enzymatic reaction and dissolved in a solution is determined by the concentration of the product in the solution.
  • concentration of the product in the solution for example, a longer catalytic reaction time is preferred, or a smaller volume of the solution is preferred.
  • Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 disclose a configuration that can avoid evaporation of the solution.
  • Patent Document 1 is a technique related to ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay), in which droplets of a hydrophilic solvent, which is an enzyme reaction field, are placed in a storage portion (well), and the storage portion is placed. A configuration that is sealed with a hydrophobic solvent is disclosed.
  • ELISA Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay
  • Non-Patent Document 1 describes, in a technique related to ELISA, a droplet (that is, an enzyme reaction field) located in a pattern of a hydrophilic region by forming a pattern of the hydrophilic region by forming a hydrophobic region on a hydrophilic surface. Discloses a configuration in which the oil is covered with oil.
  • the evaporation of the solution can be prevented by covering the solution which is the catalytic reaction field with a liquid different from the solution. Therefore, it is possible to avoid the problem that the volume of the solution is reduced due to evaporation and detection becomes impossible.
  • the state in which the solution is covered with the liquid must be maintained stably and appropriately in the process of proceeding with the catalytic reaction and the process of detecting the product of the catalytic reaction. For example, when vibration or impact is applied and the liquid-liquid interface between the solution and the liquid is disturbed, or when the shape of the solution changes significantly, the progress of the catalytic reaction or the detection process is affected, and as a result, the detection accuracy Will decrease, or detection errors will occur.
  • An object of the present invention is to provide a technique capable of stably performing highly sensitive detection of a product of a catalytic reaction.
  • the technical matters described herein are not intended to expressly or implicitly limit the invention described in the claims, and further, other than those who benefit from the present invention (for example, the applicant and the right holder). It is not an expression of the possibility of accepting such a limitation by a person, but is merely described for the sake of easy understanding of the gist of the present invention.
  • the outline of the present invention from another point of view can be understood from, for example, the claims at the time of filing of this patent application.
  • the technique disclosed herein is a technique in which a technique of covering a first liquid mass in which a catalytic reaction proceeds with a second liquid mass is applied to an electrochemical detection technique. This technique uses a liquid tank that houses the working electrode, the counter electrode, the first liquid mass, and the second liquid mass.
  • the first liquid mass has conductivity.
  • the working electrode is located in the first liquid mass.
  • the first liquid mass is held by a liquid mass holding material through which the first liquid mass can permeate and can hold the first liquid mass.
  • the liquid mass holding material is located near the working electrode.
  • the second liquid mass has conductivity.
  • the first liquid mass and the second liquid mass form a liquid-liquid interface, and the product of the catalytic reaction is insoluble in the second liquid mass.
  • the counter electrode is located in the second liquid mass. The redox reaction between the product of the catalytic reaction and the working electrode detects the current flowing through the working electrode.
  • the state in which the first liquid mass is covered with the second liquid mass is stably and appropriately maintained by the liquid mass holding material, so that highly sensitive detection of the product of the catalytic reaction is stable. Can be implemented.
  • the product produced by the catalytic reaction proceeding in the first liquid mass (that is, the mass of the solution which is the catalytic reaction field) and dissolved in the first liquid mass is electrochemically detected.
  • FIG. 1 schematically shows a configuration example of the detection device 1 of the embodiment.
  • the detection device 1 includes a liquid tank 10, a working electrode 40, a counter electrode 50, a reference electrode 60, and a potentiostat 80.
  • the liquid tank 10 houses the first liquid mass 20 and the second liquid mass 30.
  • the first liquid mass 20 and the second liquid mass 30 form a liquid-liquid interface (that is, an interface between the liquid phases). As shown in FIG. 1, the first liquid mass 20 is located on the bottom surface 11 of the liquid tank 10 and is covered with the second liquid mass 30.
  • the working electrode 40 is installed on the bottom surface 11 of the liquid tank 10 and is covered with the first liquid mass 20. That is, the working electrode 40 is in contact with the first liquid mass 20, but is not in contact with the second liquid mass 30.
  • the counter electrode 50 and the reference electrode 60 are installed in the second liquid mass 30, and are electrically connected to the working electrode 40 via the liquid-liquid interface between the first liquid mass 20 and the second liquid mass 30. Has been done.
  • reference numeral 70 indicates a salt bridge.
  • the working pole 40, counter pole 50 and reference pole 60 are connected to the potentiostat 80 in this example.
  • the potentiometer 80 functions as a constant voltage power supply and includes a variable power supply 81, a voltmeter 82, and an ammeter 83.
  • the product of the catalytic reaction is confined in the first liquid mass 20 and does not dissolve in the second liquid mass 30 (that is, the product does not move from the first liquid mass 20 to the second liquid mass 30). ).
  • An electric current flows through the working electrode 40 by a redox reaction between the product of the catalytic reaction and the working electrode 40. By detecting this current, the product of the catalytic reaction is detected or quantitatively analyzed.
  • the detection device 1 includes two or more working poles 40, the detection device 1 includes two or more first liquid masses 20. Each of the two or more working poles 40 is covered by a corresponding one of the two or more first liquid masses 20.
  • the individual first liquid lumps 20 are independent liquid lumps, and the different first liquid lumps 20 are separated by the second liquid lump 30.
  • the second liquid mass 30 is one liquid mass. Each of the two or more first liquid lumps 20 and the second liquid lump 30 form a liquid-liquid interface. Each of the two or more first liquid masses 20 is covered by a second liquid mass 30.
  • ELISA for example, detection of an antigen-antibody complex or by labeling an antigen or antibody (ie, immunoglobulin) contained in a sample with an enzyme and detecting the product obtained by the reaction of the enzyme with the substrate.
  • Quantitative analysis is performed. For example, in a combination of sandwich ELISA (sandwich ELISA protocol) and an electrochemical detection method, the following operations are performed. However, the explicit description of operations such as washing and incubation (leaving at a constant temperature) was omitted.
  • (1) Adsorption of the capture antibody to the solid phase (however, the solid phase includes the surface of the working electrode or the surface of a solid located in the vicinity of the working electrode).
  • the second liquid mass 30 is a liquid that is insoluble in the conductive first liquid mass 20 and has conductivity.
  • the first liquid mass 20 is usually an aqueous solution having a buffering ability, so that the second liquid mass 30 is, for example, insoluble in water and can dissolve the supporting electrolyte for obtaining conductivity. It is an organic solvent.
  • a liquid that is easy to handle as a solvent for electrochemical detection that is, a liquid that is liquid at room temperature and has low reactivity with water and an electrode material (gold, platinum, etc.) within the detection potential range.
  • a supporting electrolyte that is soluble in these organic solvents and can impart conductivity to the organic solvent
  • a supporting electrolyte used for electrochemical detection in a general non-aqueous solution can be adopted.
  • chloride ion chloride ion
  • bromide ion bromide ion
  • iodide ion iodide ion
  • sulfate ion sulfate ion
  • nitrate ion nitrate ion
  • perchloric acid ion hypochloric acid ion
  • fluoroboric acid ion tetrafluoroboric acid ion
  • hexafluorophosphoric acid ion hexafluorophosphoric acid ion
  • sulfonic acid ion sulfonic acid ion
  • lithium ion lithium ion and sodium.
  • ions sodium ion
  • potassium ion potassium ion
  • rubidium ion rubidium ion
  • rubidium ion rubidium ion
  • cesium ion cesium ion
  • ammonium ion ammonium ion
  • tetraalkylammonium ion having an arbitrary alkyl chain length.
  • a salt having any one of them as a cation is preferable.
  • the combination of the labeling enzyme and the substrate a combination having electrochemical activity and capable of producing a product soluble in the first liquid mass 20 and insoluble in the second liquid mass 30 is selected.
  • the combination of the labeling enzyme and the substrate is, for example, alkaline phosphatase and p-aminophenyl phosphate.
  • a combination of (phosphoric acid 4-aminophenylester) or a combination of western wasabi peroxidase (horseradish peroxydase) and potassium ferricyanide (potassium ferricyanide) is preferable.
  • liquid mass holding material for stably and appropriately maintaining a state in which the first liquid mass 20 is covered with the second liquid mass 30 will be described.
  • the liquid mass retainer is formed prior to step (1).
  • the liquid mass holding material is simply referred to as a holding material.
  • the holding material is capable of permeating the first liquid mass 20 and holding the first liquid mass 20.
  • a porous body having a hydrophilic surface (however, the "surface” is retained). It is a part that comes into contact with air when the material is placed in the air, including the surface inside the pores), or it is a dry gel formed by a polymer that forms a hydrogel by water content.
  • the holding material is installed in a place where the first liquid mass 20 is located inside the liquid tank 10, that is, in a local space facing the working electrode 40.
  • FIGS. 2 and 3 show some examples of holding materials.
  • only one working pole 40 is shown from an easy-to-understand illustration point of view, which in this example has a circular surface.
  • reference numeral 100 indicates a substrate on which the working electrode 40 is formed.
  • the holding material 91 is a porous body.
  • the material of the porous body is, for example, cellulose (cellulose), nitrocellulose (nitrocellulose), cellulose acetate (acetylcellulose) having a pore size of about 0.1 to 10 ⁇ m, polyvinylidene difluoride which has been appropriately hydrophilized, and the like. It is a material made of the organic polymer of the above, or an inorganic material such as silica (silica), silicon (silicon), and alumina (silicon dioxide).
  • the holding material 91 which is a porous body of an organic polymer, is prepared by dissolving the raw material polymer in an appropriate solvent, arranging the solution 91'on the working electrode 40 by a method such as spotting, screen printing, or inkjet printing. It is formed by drying the solvent.
  • the solvent contains a suitable cross-linking agent, if necessary.
  • a droplet of a solution 91'in which nitrocellulose is dissolved in a methyl isobutyl ketone (4-methyl-2-pentanone) solvent is dropped onto the working electrode 40 using a micropipette, and then the solvent is removed by natural drying.
  • the holding material 91 which is a porous body of nitrocellulose, is formed.
  • the holding material 91 which is a porous body of an inorganic material, has, for example, a method of forming porous silica on the working electrode 40 by a sol-gel method or a method of forming porous silicon or porous alumina on the working electrode 40 by an anodizing method. It is formed by the method of
  • the holding material 92 is a porous body.
  • the above-mentioned porous body is formed in advance as a small piece 92'by molding, and the small piece 92'is attached on the working electrode 40 as a holding material 92.
  • a porous body is formed in a sheet shape on the substrate 100 on which the working electrode 40 is located.
  • the first liquid mass 20 and the second liquid mass 30 are impregnated with an insoluble resin to form a resin-impregnated sheet-like porous body 93 in which all the pores are filled with the resin.
  • the holding material 94 which is a porous body, is formed.
  • a solution of nitrocellulose dissolved in a methyl isobutyl ketone solvent is coated on a substrate 100 on which the working electrode 40 is located by spin coating, and then the solvent is removed by natural drying to form a sheet-like porous body. .. Further, a negative type photosensitive resin is dropped onto the porous body to impregnate the porous body with the photosensitive resin. By selectively removing only the photosensitive resin on the working electrode 40 by photolithography, the holding material 94 which is a porous body is formed.
  • Fig. 2D> A resin insoluble in the first liquid mass 20 and the second liquid mass 30 is spotted on the sheet-like porous body 93'described in the third example by spotting, screen printing, inkjet printing, or the like, except for the working electrode 40.
  • the holding material 94 is formed by selectively impregnating the region of.
  • reference numeral 93 indicates a resin-impregnated sheet-like porous body.
  • the porous body can be formed by agglomerated fine particles.
  • agglomerated fine particles For example, polystyrene fine particles having a diameter of about 0.1 to 10 ⁇ m, silica fine particles, alumina fine particles, magnetic fine particles used for separating and purifying proteins, or agarose used as a carrier for an affinity column.
  • the holding material 95 which is a porous body, is formed by aggregating fine particles and the like on the working electrode 40.
  • a binder molecule for binding fine particles to each other can be used.
  • the binder molecule and the fine particles are suspended in an appropriate solvent, droplets of the suspension 95'are dropped onto the working electrode 40, and then the solvent is dried to form a holding material 95 which is an aggregate of the fine particles. ..
  • a molecule whose binding process proceeds by an operation such as heating or light irradiation is used as the binder molecule, these operations are performed before or after the solvent is dried.
  • Fine particles may be aggregated on the working electrode 40 to which a DC voltage or an AC voltage is applied by using an electrophoretic force or a dielectrophoretic force.
  • the holding material 96 is formed by a polymer that forms a hydrogel by water content.
  • Macromolecules that form hydrogels by water content include, for example, polyacrylamide (poly (2-propenamide)), agarose, sodium alginate (sodium alginate), collagen (collagen), and the like.
  • a solution 96'in which the raw material polymer is dissolved in an appropriate solvent is placed on the working electrode 40 by a technique such as spotting, screen printing, or inkjet printing, and then the solvent is dried to obtain a holding material 96 which is a dry gel. It is formed.
  • the solvent contains a suitable cross-linking agent, if necessary.
  • a solution 96'in which collagen as a polymer and glutaraldehyde (1,5-pentanedial) as a cross-linking agent are dissolved in a phosphate buffer solution onto the working electrode 40 using a micropipette.
  • a collagen hydrogel is obtained.
  • the holding material 96 is formed by air-drying this hydrogel.
  • the polymer solution 91', 96' or the fine particle suspension 95' is dropped onto the working electrode 40. Will cause the droplets to spread to areas other than the desired area. In order to prevent this, a well may be formed on the bottom surface 11 of the liquid tank 10.
  • FIG. 4 shows an example in which the well 105 is formed on the substrate 100 located on the bottom surface 11 of the liquid tank 10.
  • the working electrode 40 is located in the well 105.
  • the well 105 is formed, for example, by arranging a hydrophobic resin insoluble in the first liquid mass 20 and the second liquid mass 30 on the substrate 100 by a technique such as photolithography or screen printing.
  • reference numeral 106 indicates a cured resin layer.
  • FIG. 4 shows an example in which the holding material 91 is formed by drying the polymer solution 91', as in the example of FIG. 2A. The solution 91'is added dropwise to the well 105. As a result, the holding material 91 is installed inside the well 105.
  • the holding materials 91, 92, 94, 95 and 96 are collectively referred to as the holding material 90.
  • the first liquid mass 20 is permeable, the first liquid mass 20 can be held, and the insoluble holding material 90 acts on the first liquid mass 20 and the second liquid mass 30. By providing it on the pole 40, the first liquid mass 20 is strongly held on the working pole 40.
  • the holding material 90 is provided for each of the plurality of working poles 40.
  • the well 105 and the holding material 90 are provided for each of the plurality of working poles 40.
  • the second liquid mass 30 is poured into the liquid tank 10 after dropping the first liquid mass 20 onto the holding material 90.
  • the progress of the enzymatic reaction and the detection of the product of the enzymatic reaction in ELISA are performed in a state where the first liquid mass 20 is held by the holding material 90 for each working electrode 40.
  • the progress of the enzymatic reaction corresponding to the working electrode 40 is independent of each other, that is, does not affect each other.
  • the product detections corresponding to the working poles 40 are independent of each other, that is, they do not affect each other.
  • the first liquid mass 20 Since the first liquid mass 20 is strongly held on the working electrode 40 by the holding material 90, the first liquid mass 20 becomes the second liquid mass even if vibration or impact is applied to the liquid tank 10.
  • the state covered by 30 is maintained stably and appropriately. Therefore, high-precision detection is performed stably.
  • the holding material 90 which is a three-dimensional structure, has a large surface area as compared with the flat surface which is the electrode surface, the amount of catalyst supported can be significantly increased. Therefore, the catalytic reaction proceeds efficiently and the detection sensitivity is remarkably improved.
  • the product of the catalytic reaction is electrochemically detected. Therefore, the holding material 90 holding material 90, which can secure the material diffusion and the conduction path like the porous body or the gel, does not adversely affect the catalytic reaction field.
  • the conditions for implementation are as follows. a) The product of the catalytic reaction that proceeds in the first liquid mass 20 is the detection target. b) As the catalytic reaction progresses, the concentration of the catalytic reaction product in the first liquid mass 20 increases. c) The product of the catalytic reaction can be detected electrochemically, and d) The second liquid mass 30 in which the product of the catalytic reaction does not dissolve can be selected.
  • an enzyme is used as a catalyst, but the catalyst is not limited to the enzyme.
  • the catalyst include metal catalysts, ribozymes, cells having enzymes on the surface or inside, organelles, fine particles artificially adsorbed or artificially bound to these, vesicles, and the like. ..
  • the catalyst is indirectly adsorbed on the solid phase by forming a complex of a supplementary antibody, an antigen, a primary antibody, and an enzyme-labeled secondary antibody, but the method for adsorbing the catalyst is not limited to this. ..
  • the catalyst is indirectly connected to the solid phase. May be adsorbed.
  • the catalyst is produced by interacting with an antigen, peptide, sugar chain, etc. previously adsorbed on the surface of the solid phase with an antibody, lectin, etc. that is specifically adsorbed on these molecules and labeled with a catalyst. May be indirectly adsorbed on the solid phase.
  • Such an adsorption method is already well known in expression analysis using a DNA chip or a protein chip.
  • the catalyst when measuring the activity of the catalyst itself, the catalyst may be directly adsorbed on the solid phase surface.
  • the transducer of the embodiment has a configuration in which a liquid tank 120 capable of accommodating a solution 110 is mounted on an LSI chip (large scale integrated chip) 130.
  • a hole 121 is formed in the center of the liquid tank 120, and the LSI chip 130 is arranged at the lower end of the hole 121 to close the hole 121.
  • the LSI chip 130 and the liquid tank 120 are fixed to the substrate 140, and a wiring pattern 141 for connecting the LSI chip 130 to an external device that controls the transducer is formed on the substrate 140.
  • reference numeral 150 indicates a bonding wire that connects the LSI chip 130 and the wiring pattern 141.
  • a sensor region 131 is formed on the upper surface of the LSI chip 130.
  • the sensor region 131 is located in the hole 121 on the bottom surface of the liquid tank 120.
  • 400 ⁇ 40 ⁇ m electrodes 132 that function as working electrodes are formed in the sensor region 131.
  • the 400 electrodes 132 form a 20 ⁇ 20 array at 250 ⁇ m intervals.
  • FIG. 8 shows a part of the sensor region 131 in which the electrode 132 is formed.
  • the material of the electrode 132 is gold in this example, and a silicon nitride film is formed on the upper surface of the LSI chip 130 including at least the sensor region 131 excluding the electrode 132.
  • the LSI chip 130 has a function of detecting a current generated by a redox reaction between each electrode 132 and a substance to be detected and amplifying each of the detected currents.
  • the LSI chip 130 has a structure in which a holding material 90 capable of transmitting an aqueous solution and holding the aqueous solution is provided on each electrode 132, or a well 105 arranged in an array in a sensor region 131.
  • the electrodes 132 are located in each of the wells 105, and the holding material 90 is provided inside each well 105. Therefore, this transducer can strongly hold the first liquid mass in which the catalytic reaction is carried out on each electrode 132.
  • the solution 110 is a second liquid mass covering the first liquid mass, and the illustration of the first liquid mass is omitted.
  • the counter electrode 160 and the reference electrode 170 are not necessarily essential components of the transducer. The counter electrode 160 and the reference electrode 170 are charged into the second liquid mass before carrying out the method of the embodiment.

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Abstract

液槽１０に第１の液塊２０と、第１の液塊２０と液液界面を形成して接する第２の液塊３０とを収容し、第１の液塊２０内で触媒反応を進行させて生成された触媒反応生成物を第１の液塊２０内に閉じ込めつつ、第１の液塊２０内に配置した作用極４０と第２の液塊３０内に配置した対極５０とを用いて触媒反応生成物を電気化学的に検出する触媒反応生成物の電気化学的検出方法において、液槽１０の内部に第１の液塊２０が透過可能であって第１の液塊２０を保持することができる保持材９０を設置し、第１の液塊２０を保持材９０に保持させた状態で触媒反応の進行と触媒反応生成物の検出とを行う。

Description

触媒反応の生成物の電気化学的検出方法、電気化学検出装置およびトランスデューサ
　この発明は、溶液内で進行する触媒反応によって生成され且つ当該溶液に溶解している生成物を電気化学的に検出する技術に関する。
　酵素反応などの触媒反応によって生成され且つ溶液に溶解している触媒反応の生成物の検出感度は、溶液中の生成物の濃度によって決まる。溶液中の生成物の濃度を向上させるために、例えば、より長い触媒反応時間が好ましい、あるいは、溶液のより小さい体積が好ましい。
　しかし、溶液の体積が極微小であると、溶液の蒸発によって溶液の体積が減少し、検出できなくなる。このような問題は、長い触媒反応時間の場合に顕著に発生する。
　溶液の蒸発を回避できる構成が特許文献１および非特許文献１に開示されている。特許文献１は、ＥＬＩＳＡ（Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay：酵素結合免疫吸着法）に関連する技術において、酵素反応場である親水性溶媒の液滴を収容部（ウェル）内に置き、当該収容部を疎水性溶媒によって密閉する構成を開示している。
　非特許文献１は、ＥＬＩＳＡに関連する技術において、親水性表面に疎水性領域を形成することによって親水性領域のパターンを形成し、親水性領域のパターンに位置する液滴（つまり酵素反応場）をオイルで覆う構成を開示している。
ＷＯ２０１２／１２１３１０号公報
S. Sakakihara et al., "A Single-molecule enzymatic assay in a directly accessible femtoliter droplet array", Lab Chip, 2010, 10, 3355-3362
　上述したように、触媒反応場である溶液を、当該溶液と異なる液体で覆うことによって、溶液の蒸発を防ぐことができる。よって、蒸発によって溶液の体積が減少し、検出が不可能になるという問題の発生を回避できる。
　溶液が液体によって覆われている状態は、触媒反応の進行過程や触媒反応の生成物の検出過程において、安定かつ適切に維持されていなければならない。例えば振動あるいは衝撃が加わり、溶液と液体の液液界面が乱れる状況、あるいは、溶液の形状が大きく変化する状況が生じると、触媒反応の進行あるいは検出処理はその影響を受け、この結果、検出精度が低下し、あるいは、検出ミスが生じるであろう。
　ウェルを用いる場合であっても、振動あるいは衝撃によって、溶液の一部がウェルの外へ流出し、あるいは、液体がウェルに流入するという事態が生じえる。
　この発明の目的は、触媒反応の生成物の高感度検出を安定して実施できる技術を提供することである。

　ここで述べる技術事項は、請求の範囲に記載された発明を明示的にまたは黙示的に限定するためではなく、さらに、本発明によって利益を受ける者（例えば出願人と権利者である）以外の者によるそのような限定を容認する可能性の表明でもなく、単に、本発明の要点を容易に理解するために記載される。他の観点からの本発明の概要は、例えば、この特許出願の出願時の請求の範囲から理解できる。
　ここに開示される技術は、触媒反応が進行する第１の液塊を第２の液塊で覆う技術を電気化学的検出技術に適用した技術である。
　この技術は、作用極と対極と第１の液塊と第２の液塊を収容する液槽を用いる。
　第１の液塊は導電性を有する。第１の液塊内に作用極が位置している。第１の液塊は、第１の液塊が透過可能であり且つ第１の液塊を保持できる液塊保持材に保持されている。液塊保持材は、作用極の近傍に位置する。
　第２の液塊は導電性を有する。第１の液塊および第２の液塊は液液界面を形成しており、且つ、触媒反応の生成物は第２の液塊に不溶である。第２の液塊内に対極が位置している。　触媒反応の生成物と作用極との間の酸化還元反応によって作用極に流れる電流が検出される。
　この発明によると、第１の液塊が第２の液塊によって覆われている状態が液塊保持材によって安定かつ適切に維持されるので、触媒反応の生成物の高感度検出を安定して実施できる。
実施形態の電気化学検出装置の概要を説明するための図である。 保持材の第１の例を説明するための図である。 保持材の第２の例を説明するための図である。 保持材の第３の例を説明するための図である。 保持材の第４の例を説明するための図である。 保持材の第５の例を説明するための図である。 保持材の第６の例を説明するための図である。 ウェルに設置される保持材を説明するための図である。 実施形態のトランスデューサの平面図である。 図５Ａに示すトランスデューサの断面図である。 図５Ａに示すトランスデューサの斜視図である。 図５Ａに示すトランスデューサにおける電極の配列を説明するための図である。
　この発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
　実施形態では、第１の液塊（つまり、触媒反応場である溶液の塊）内で進行する触媒反応によって生成され且つ第１の液塊に溶解している生成物が、電気化学的に検出される。図１は、実施形態の検出装置１の構成例を模式的に示している。
　検出装置１は、液槽１０と、作用極４０と、対極５０と、参照極６０と、ポテンショスタット８０を含む。液槽１０は、第１の液塊２０と第２の液塊３０を収容している。第１の液塊２０と第２の液塊３０は液液界面（つまり、液相と液相の間の界面）を形成する。第１の液塊２０は、図１に示すように、液槽１０の底面１１上に位置しており、第２の液塊３０によって覆われている。
　作用極４０は、液槽１０の底面１１に設置されており、第１の液塊２０によって覆われている。つまり、作用極４０は、第１の液塊２０と接触しているが、第２の液塊３０と接触していない。対極５０および参照極６０は、第２の液塊３０内に設置されており、第１の液塊２０と第２の液塊３０の液液界面を経由して作用極４０と電気的に接続されている。図１中、符号７０は塩橋を示す。
　作用極４０、対極５０および参照極６０は、この例ではポテンショスタット８０に接続されている。ポテンショスタット８０は、定電圧電源装置として機能し、可変電源８１と電圧計８２と電流計８３を含む。
　触媒反応の生成物は、第１の液塊２０内に閉じ込められ、第２の液塊３０に溶解しない（つまり、生成物は、第１の液塊２０から第２の液塊３０に移動しない）。触媒反応の生成物と作用極４０との間の酸化還元反応によって作用極４０に電流が流れる。この電流を検出することによって、触媒反応の生成物の検出または定量分析が行われる。
　図１では１個の作用極４０だけが図示されているが、通例、例えばアレイ状に配置された２個以上の作用極４０が基板に設置されており、この基板が液槽１０の底面１１に位置される。検出装置１が２個以上の作用極４０を含む場合、検出装置１は２個以上の第１の液塊２０を含む。２個以上の作用極４０のそれぞれは、２個以上の第１の液塊２０のうちの対応する一つによって覆われている。個々の第１の液塊２０は互いに独立した液塊であり、互いに異なる第１の液塊２０は第２の液塊３０によって分離されている。第２の液塊３０は１個の液塊である。２個以上の第１の液塊２０のそれぞれと第２の液塊３０は液液界面を形成する。２個以上の第１の液塊２０のそれぞれは、第２の液塊３０によって覆われている。
　以下、ＥＬＩＳＡに適用した実施形態の電気化学的検出方法を説明する。
　ＥＬＩＳＡによると、例えば、試料中に含まれる抗原または抗体（つまり、免疫グロブリン）を酵素で標識し、酵素と基質との反応によって得られる生成物を検出することによって、抗原抗体複合体の検出あるいは定量分析が行われる。例えば、サンドイッチＥＬＩＳＡ（sandwich ELISA protocol）と電気化学的検出方法の組み合わせでは、下記の操作が行われる。ただし、洗浄、インキュベーション（incubation；定温放置）などの操作の明示を省略した。
　（１）捕捉抗体の固相への吸着（ただし、固相は、作用極の表面または作用極の近傍に在る固体の表面を含む）
　（２）固相のブロッキング処理
　（３）抗原（検出対象である蛋白質）の添加
　（４）一次抗体の添加
　（５）酵素標識された二次抗体の添加
　（６）基質を含む第１の液塊の添加（酵素反応によって作用極の近傍に酵素反応の生成物が蓄積する）　
　（７）酵素反応による生成物の、作用極を用いる電気化学的検出
　実施形態では、図１に示すように、第１の液塊２０全体を第２の液塊３０で覆う操作が追加される。
　第２の液塊３０は、導電性を有する第１の液塊２０に不溶であり、且つ、導電性を有する液体である。ＥＬＩＳＡにおいて第１の液塊２０は通例、緩衝能を有する水溶液であるので、第２の液塊３０は、例えば、水に不溶であり、且つ、導電性を得るための支持電解質を溶解可能な有機溶媒である。
　このような有機溶媒として、電気化学的検出の溶媒として扱いやすい、即ち、常温において液状であり、且つ、検出電位範囲内において水および電極材料（金や白金等）との反応性が低い液体が好ましい。例えば、ニトロベンゼン（nitrobenzene）、1,2-ジクロロベンゼン（1,2-dichlorobenzene）、2-ニトロフェニルオクチルエーテル（1-nitro-2-(n-octyloxy)benzene）、1,2-ジクロロエタン（1,2-dichloroethane）、1,4-ジクロロブタン（1,4-dichlorobutane）、1,6-ジクロロヘキサン（1,6-dichlorohexane）、1-オクタノール（1-octanol）、1,9-デカジエン（1,9-decadiene）が好適である。
　また、これらの有機溶媒に可溶であり、且つ、有機溶媒に導電性を付与できる支持電解質として、一般的な非水溶液中での電気化学的検出に使用される支持電解質を採用できる。例えば、塩化物イオン（chloride ion）、臭化物イオン（bromide ion）、ヨウ化物イオン（iodide ion）、硫酸イオン（sulfate ion）、硝酸イオン（nitrate ion）、過塩素酸イオン（hyperchloric acid ion）、テトラフルオロホウ酸イオン（tetrafluoroboric acid ion）、ヘキサフルオロリン酸イオン（hexafluorophosphoric acid ion）およびスルホン酸イオン（sulfonic acid ion）のうち、いずれか１つをアニオンとして有し、リチウムイオン（lithium ion）、ナトリウムイオン（sodium ion）、カリウムイオン（potassium ion）、ルビジウムイオン（rubidium ion）、セシウムイオン（cesium ion）、アンモニウムイオン（ammonium ion）および任意のアルキル鎖長を有するテトラアルキルアンモニウムイオン（tetraalkylammonium ion）のうち、いずれか１つをカチオンとして有する塩が好適である。
　標識酵素および基質の組み合わせとして、電気化学活性を有し、且つ、第１の液塊２０に可溶で第２の液塊３０に不溶な生成物を生成できる組み合わせが選択される。第１の液塊２０が水溶液であり、且つ、第２の液塊３０が前述した有機溶媒である場合、標識酵素と基質の組み合わせとして、例えばアルカリホスファターゼ（alkaline phosphatase）とｐ－アミノフェニルリン酸（phosphoric acid 4-aminophenyl ester）の組み合わせ、あるいは、西洋わさびぺルオキシダーゼ（horseradish peroxydase）とフェリシアン化カリウム（potassium ferricyanide）の組み合わせが好適である。
　次に、第１の液塊２０が第２の液塊３０によって覆われている状態を安定かつ適切に維持するための液塊保持材について説明する。上述のＥＬＩＳＡの例において、液塊保持材は、ステップ（１）の前に形成される。以下、液塊保持材を単に保持材と呼称する。
　保持材は、第１の液塊２０が透過可能であり、且つ、第１の液塊２０を保持できるものであり、例えば、表面が親水性の多孔質体（ただし、「表面」は、保持材を空気中に置いた状態で空気が触れる部分であり、孔の内部の表面も含まれる）、あるいは、含水によってハイドロゲルを形成する高分子によって形成された乾燥ゲルである。保持材は、図１では図示を省略しているが、液槽１０の内部において第１の液塊２０が位置する場所、つまり、作用極４０が面する局所的な空間に設置される。
　図２及び図３は、保持材のいくつかの例を示している。図２及び図３では、分かり易い図示の観点から、１個の作用極４０だけが示されており、作用極４０はこの例では円形の表面を有している。図２および図３において、符号１００は作用極４０が形成されている基板を示す。
＜第１例：図２Ａ＞
　保持材９１は多孔質体である。多孔質体の材料は、例えば、孔径０．１～１０μｍ程度のセルロース（cellulose）、ニトロセルロース（nitrocellulose）、酢酸セルロース（acetylcellulose）、親水化処理を適宜に施したポリフッ化ビニリデン（polyvinylidene difluoride）などの有機高分子からなる材料、あるいは、シリカ（silica）、シリコン（silicon）、アルミナ（silicon dioxide）などの無機材料である。
　有機高分子の多孔質体である保持材９１は、原料の高分子を適当な溶媒に溶解させ、溶液９１’をスポッティング、スクリーン印刷、インクジェット印刷などの手法で作用極４０上に配置した後、溶媒を乾燥させることによって形成される。溶媒は、必要に応じて適当な架橋剤を含む。
　例えば、ニトロセルロースをメチルイソブチルケトン（4-methyl-2-pentanone）溶媒に溶解させた溶液９１’の液滴をマイクロピペットを用いて作用極４０上に滴下した後、自然乾燥によって溶媒を除去することによって、ニトロセルロースの多孔質体である保持材９１が形成される。
　無機材料の多孔質体である保持材９１は、例えば、ゾルゲル法によって多孔質シリカを作用極４０上に形成する手法や、陽極酸化法によって多孔質シリコンまたは多孔質アルミナを作用極４０上に形成する手法によって形成される。
＜第２の例：図２Ｂ＞
　保持材９２は多孔質体である。この例では、上述の多孔質体を成型によって小片９２’として予め形成し、小片９２’を保持材９２として作用極４０上に貼り付ける。
＜第３の例：図２Ｃ＞
　例えばスピンコーティングの手法によって、作用極４０が位置する基板１００上に多孔質体をシート状に形成する。多孔質体に第１の液塊２０及び第２の液塊３０に不溶な樹脂を含浸させて全ての孔に樹脂を充填した樹脂含浸シート状多孔質体９３を形成する。この後、適当な溶剤によって作用極４０上の樹脂のみを選択的に除去する。この結果、多孔質体である保持材９４が形成される。
　例えば、ニトロセルロースをメチルイソブチルケトン溶媒に溶解させた溶液をスピンコーティングによって作用極４０が位置する基板１００上にコートした後、自然乾燥によって溶媒を除去することによってシート状の多孔質体を形成する。さらに、多孔質体上にネガ型の感光性樹脂を滴下し、感光性樹脂を多孔質体に含浸させる。フォトリソグラフィによって作用極４０上の感光性樹脂のみを選択的に除去することによって、多孔質体である保持材９４が形成される。
＜第４の例：図２Ｄ＞
　第３の例で説明したシート状多孔質体９３’に、第１の液塊２０及び第２の液塊３０に不溶な樹脂をスポッティング、スクリーン印刷、インクジェット印刷などの手法によって、作用極４０以外の領域に選択的に含浸させることによって保持材９４が形成される。図２Ｄ中、符号９３は樹脂含浸シート状多孔質体を示す。
＜第５の例：図３Ａ＞
　多孔質体は、凝集した微粒子によって形成できる。例えば、直径０．１～１０μｍ程度のポリスチレン（polystyrene）微粒子、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、タンパク質の分離と精製などに用いられる磁性微粒子、あるいは、アフィニティーカラム（affinity column）の担体として用いられるアガロース（agarose）微粒子などを作用極４０上で凝集させることによって多孔質体である保持材９５が形成される。
　微粒子の凝集のために、例えば微粒子同士を結着させるためのバインダー分子を用いることができる。バインダー分子と微粒子を適当な溶媒に懸濁し、懸濁液９５’の液滴を作用極４０上に滴下した後、溶媒を乾燥させることによって、微粒子の凝集体である保持材９５が形成される。バインダー分子として加熱あるいは光照射などの操作によって結着過程が進行する分子を用いる場合、溶媒乾燥前あるいは乾燥後に、これらの操作が実行される。
　直流電圧あるいは交流電圧を印加した作用極４０上に、電気泳動力あるいは誘電泳動力を用いて微粒子を凝集させてもよい。
＜第６の例：図３Ｂ＞
　含水によってハイドロゲルを形成する高分子によって保持材９６が形成される。含水によってハイドロゲルを形成する高分子は、例えば、ポリアクリルアミド（poly(2-propenamide)）、アガロース、アルギン酸ナトリウム（sodium alginate）、コラーゲン（collagen）などである。原料の高分子を適当な溶媒に溶解させた溶液９６’をスポッティング、スクリーン印刷、インクジェット印刷などの手法によって作用極４０上に配置した後、溶媒を乾燥させることによって乾燥ゲルである保持材９６が形成される。溶媒は、必要に応じて適当な架橋剤を含む。
　例えば、高分子としてのコラーゲンおよび架橋剤としてのグルタルアルデヒド（1,5-pentanedial）をリン酸緩衝液に溶解させた溶液９６’の液滴をマイクロピペットを用いて作用極４０上に滴下した後、室温にて架橋反応を進行させることによって、コラーゲンのハイドロゲルが得られる。このハイドロゲルを自然乾燥することによって保持材９６が形成される。
　図２Ａに示す第１の例や図３Ａ，Ｂに示す第５及び第６の例において、高分子の溶液９１’，９６’あるいは微粒子の懸濁液９５’を作用極４０上に滴下することによって、液滴が所望の領域以外の領域に広がってしまう。このことを防ぐため、液槽１０の底面１１上にウェルを形成してもよい。
　図４は、液槽１０の底面１１に位置する基板１００上にウェル１０５が形成された例を示している。作用極４０はウェル１０５に位置している。ウェル１０５は、例えば、第１の液塊２０及び第２の液塊３０に不溶な疎水性樹脂をフォトリソグラフィあるいはスクリーン印刷などの手法によって基板１００上に配置することによって形成される。図４中、符号１０６は硬化した樹脂層を示す。図４では、図２Ａの例と同様、高分子の溶液９１’を乾燥することによって保持材９１が形成される例を示している。溶液９１’はウェル１０５に滴下される。この結果、保持材９１はウェル１０５の内部に設置される。
　以下の説明において、保持材９１，９２，９４，９５及び９６は、保持材９０と総称される。第１の液塊２０が透過可能であり、且つ、第１の液塊２０を保持することができ、且つ、第１の液塊２０及び第２の液塊３０に不溶な保持材９０を作用極４０上に設けることによって、第１の液塊２０が作用極４０上に強力に保持される。
　保持材９０は、複数の作用極４０の各々に対して設けられる。あるいは、ウェル１０５及び保持材９０は、複数の作用極４０の各々に対して設けられる。
　第２の液塊３０は、保持材９０に第１の液塊２０を滴下した後に液槽１０に流し入れられる。ＥＬＩＳＡにおける酵素反応の進行と酵素反応の生成物の検出は、作用極４０ごとに、第１の液塊２０が保持材９０に保持された状態で行われる。作用極４０に対応する酵素反応の進行は、互いに独立している、つまり、互いに影響を及ぼさない。同様に、作用極４０に対応する生成物検出は、互いに独立している、つまり、互いに影響を及ぼさない。
　実施形態の電気化学的検出方法によると、以下の効果が得られる。
　１）保持材９０によって第１の液塊２０は作用極４０上に強力に保持されるので、液槽１０に振動または衝撃などが加わったとしても第１の液塊２０が第２の液塊３０によって覆われている状態が安定かつ適切に維持される。よって、高精度検出が安定して行われる。
　２）３次元構造体である保持材９０は、電極表面である平面と比較して表面積が大きいので、触媒の担持量を大幅に増加できる。したがって、触媒反応が効率よく進行し、検出感度が顕著に向上する。
　実施形態から明らかなように、触媒反応の生成物は、電気化学的に検出される。したがって、多孔質体あるいはゲルのように物質拡散と導通経路を確保できる保持材９０保持材９０は、触媒反応場に悪影響を及ぼさない。
　上述の実施形態に限定されず、実施のための条件は下記のとおりである。
ａ）第１の液塊２０中で進行する触媒反応の生成物が検出対象であること、
ｂ）触媒反応の進行に伴って、触媒反応の生成物の第１の液塊２０中での濃度が増大すること、
ｃ）触媒反応の生成物を電気化学的に検出できること、および
ｄ）触媒反応の生成物が溶解しない第２の液塊３０を選べること。
　ＥＬＩＳＡでは触媒として酵素を用いるが、触媒は酵素に限らない。触媒として、金属触媒、リボザイム（ribozyme）、酵素を表面あるいは内部に有する細胞、オルガネラ（organelle）、これらを人工的に吸着した或いはこれらと人工的に結合した微粒子、ベシクル（vesicle）などを例示できる。
　サンドイッチＥＬＩＳＡでは、補足抗体と抗原と一次抗体と酵素標識された二次抗体とによる複合体を形成することによって、触媒を固相に間接的に吸着させるが、触媒の吸着方法はこれに限らない。例えば、予め固相表面に吸着させたプローブＤＮＡに対して、プローブＤＮＡと相補的であって且つ触媒で標識された一本鎖ＤＮＡをハイブリダイゼーション（hybridization）させることによって、触媒を固相に間接的に吸着させてもよい。
　あるいは、予め固相表面に吸着させた抗原、ペプチド、糖鎖などに対して、これら分子に特異的に吸着し且つ触媒で標識された抗体、レクチン（lectin）などを相互作用させることによって、触媒を固相に間接的に吸着させてもよい。
　このような吸着方法は、ＤＮＡチップまたはプロテインチップを用いた発現解析において既によく知られている。
　あるいは、触媒そのものの活性を測定する場合、触媒を直接、固相表面に吸着させてもよい。
　次に、上述した触媒反応の生成物の電気化学的検出に好適なトランスデューサの実施形態を、図５-７を参照しながら説明する。
　実施形態のトランスデューサは、溶液１１０を収容できる液槽１２０がＬＳＩチップ（large scale integrated chip）１３０に搭載された構成を持つ。液槽１２０の中央に穴１２１が形成されており、ＬＳＩチップ１３０は、穴１２１の下端に配置されており、穴１２１を塞いでいる。
　ＬＳＩチップ１３０および液槽１２０は、基板１４０に固定されており、ＬＳＩチップ１３０をトランスデューサの制御を行う外部装置と接続するための配線パターン１４１が基板１４０に形成されている。図５Ｂ中、符号１５０はＬＳＩチップ１３０と配線パターン１４１とを接続するボンディングワイヤを示す。
　ＬＳＩチップ１３０の上面にセンサ領域１３１が形成されている。センサ領域１３１は、液槽１２０の底面の穴１２１に位置している。
　図５Ａ，５Ｂ，６では詳細の図示を省略しているものの、この例では、センサ領域１３１に、作用極として機能する４００個のφ４０μｍの電極１３２が形成されている。４００個の電極１３２は、２５０μｍ間隔で２０×２０アレイを構成する。図８は、電極１３２が形成されているセンサ領域１３１の一部を示している。電極１３２の材料はこの例では金であり、電極１３２を除く、少なくともセンサ領域１３１を含むＬＳＩチップ１３０の上面に、シリコン窒化膜が形成されている。ＬＳＩチップ１３０は、各電極１３２と検出対象物質との間の酸化還元反応によって生じる電流を検出し、検出された電流のそれぞれを増幅する機能を備えている。
　ＬＳＩチップ１３０は、この例では、水溶液が透過可能であり、且つ、水溶液を保持できる保持材９０が各電極１３２の上に設けられた構成、あるいは、センサ領域１３１にアレイ状に配列するウェル１０５のそれぞれに電極１３２が位置しており、且つ、各ウェル１０５の内部に保持材９０が設けられた構成を持つ。したがって、このトランスデューサは、触媒反応が営まれる第１の液塊を各電極１３２上に強く保持できる。図５及び図６において溶液１１０は第１の液塊を覆う第２の液塊であり、第１の液塊の図示は省略している。対極１６０及び参照極１７０は、必ずしもトランスデューサの必須構成要素ではない。対極１６０および参照極１７０は、実施形態の方法を実施する前に第２の液塊に投入される。
＜補遺＞
　例示的な実施形態を参照して本発明を説明したが、当業者は本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行い、その要素を均等物で置き換えることができることを理解するであろう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定のシステム、デバイス、またはそのコンポーネントを本発明の教示に適合させるために、多くの修正を加えることができる。したがって、本発明は、本発明を実施するために開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の請求の範囲に含まれるすべての実施形態を含むものとする。
　さらに、「第１」、「第２」などの用語の使用は順序や重要性を示すものではなく、「第１」、「第２」などの用語は要素を区別するために使用される。本明細書で使用される用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定することを意図するものでは決してない。用語「含む」とその語形変化は、本明細書および/または添付の請求の範囲で使用される場合、言及された特徴、ステップ、操作、要素、および/またはコンポーネントの存在を明らかにするが、1つまたは複数の他の特徴、ステップ、操作、要素、コンポーネント、および/またはそれらのグループの存在または追加を排除しない。「および/または」という用語は、それがもしあれば、関連するリストされた要素の1つまたは複数のありとあらゆる組み合わせを含む。請求の範囲および明細書において、特に明記しない限り、「接続」、「結合」、「接合」、「連結」、またはそれらの同義語、およびそのすべての語形は、例えば互いに「接続」または「結合」されているか互いに「連結」している二つの間の一つ以上の中間要素の存在を必ずしも否定しない。
　特に断りが無い限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書で定義されている用語などの用語は、関連技術および本開示の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、明示的に定義されていない限り、理想的にまたは過度に形式的に解釈されるものではない。
　本発明の説明において、多くの技法およびステップが開示されていることが理解されるであろう。これらのそれぞれには個別の利点があり、それぞれ他の開示された技法の一つ以上、または場合によってはすべてと組み合わせて使用することもできる。したがって、煩雑になることを避けるため、本明細書では、個々の技法またはステップのあらゆる可能な組み合わせを説明することを控える。それでも、明細書および請求項は、そのような組み合わせが完全に本発明および請求項の範囲内であることを理解して読まれるべきである。
　以下の請求項において手段またはステップと結合したすべての機能的要素の対応する構造、材料、行為、および同等物は、それらがあるとすれば、他のクレームされた要素と組み合わせて機能を実行するための構造、材料、または行為を含むことを意図する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更と変形が許される。選択され且つ説明された実施形態は、本発明の原理およびその実際的応用を解説するためのものである。本発明は様々な変更あるいは変形を伴って様々な実施形態として使用され、様々な変更あるいは変形は期待される用途に応じて決定される。そのような変更および変形のすべては、添付の請求の範囲によって規定される本発明の範囲に含まれることが意図されており、公平、適法および公正に与えられる広さに従って解釈される場合、同じ保護が与えられることが意図されている。
１０　液槽　　　　　　　　　　　　　　　
１１　底面
２０　第１の液塊　　　　　　　　　　　　
３０　第２の液塊
４０　作用極　　　　　　　　　　　　　　
５０　対極
６０　参照極　　　　　　　　　　　　　　
７０　塩橋
８０　ポテンショスタット　　　　　　　　
８１　可変電源
８２　電圧計　　　　　　　　　　　　　　
８３　電流計
９０，９１，９２，９４，９５，９６　保持材
９１’， ９６’　溶液　　　　　　　　　　
９２’　小片
９３　樹脂含浸シート状多孔質体　　　　　
９３’　シート状多孔質体
９５’　懸濁液　　　　　　　　　　　　　
１００　基板
１０５　ウェル　　　　　　　　　　　　　
１０６　樹脂層
１１０　溶液　　　　　　　　　　　　　　
１２０　液槽
１２１　穴　　　　　　　　　　　　　　　
１３０　ＬＳＩチップ
１３１　センサ領域　　　　　　　　　　　
１３２　電極
１４０　基板　　　　　　　　　　　　　　
１４１　配線パターン
１５０　ボンディングワイヤ　　　　　　　
１６０　対極
１７０　参照極

Claims (19)

  1. 　液槽に、第１の液塊と、前記第１の液塊と液液界面を形成して接する第２の液塊とを収容し、前記第１の液塊内で触媒反応を進行させて生成された触媒反応生成物を前記第１の液塊内に閉じ込めつつ、前記第１の液塊内に配置した作用極と前記第２の液塊内に配置した対極とを用いて前記触媒反応生成物を電気化学的に検出する触媒反応生成物の電気化学的検出方法であって、
    　前記液槽の内部に、前記第１の液塊が透過可能であって前記第１の液塊を保持することができる保持材を設置し、
    　前記第１の液塊を前記保持材に保持させた状態で、前記触媒反応の進行と前記触媒反応生成物の検出とを行うことを特徴とする触媒反応生成物の電気化学的検出方法。
  2. 　請求項１に記載の触媒反応生成物の電気化学的検出方法において、
    　前記保持材に前記第１の液塊を滴下した後に前記第２の液塊を前記液槽に流し入れる準備工程を有することを特徴とする触媒反応生成物の電気化学的検出方法。
  3. 　請求項１又は２に記載の触媒反応生成物の電気化学的検出方法において、
    　前記保持材は、表面が親水性の多孔質体で構成されることを特徴とする触媒反応生成物の電気化学的検出方法。
  4. 　請求項１又は２に記載の触媒反応生成物の電気化学的検出方法において、
    　前記保持材は、含水によってハイドロゲルを形成する高分子で構成されることを特徴とする触媒反応生成物の電気化学的検出方法。
  5. 　請求項１から４までの何れかに記載の触媒反応生成物の電気化学的検出方法において、
    　前記保持材に触媒を担持させることを特徴とする触媒反応生成物の電気化学的検出方法。
  6. 　請求項１から５までの何れかに記載の触媒反応生成物の電気化学的検出方法において、
    　前記保持材を、前記液槽の底面上に構成したウェルの内部に設置することを特徴とする触媒反応生成物の電気化学的検出方法。
  7. 　請求項１から５までの何れかに記載の触媒反応生成物の電気化学的検出方法において、
    　１つの前記液槽の内部に、複数の前記作用極と、前記作用極の各々に対応する複数の前記保持材とを設けて、複数の相互に独立した前記触媒反応の進行及び前記触媒反応生成物の検出を行うことを特徴とする触媒反応生成物の電気化学的検出方法。
  8. 　請求項６に記載の触媒反応生成物の電気化学的検出方法において、
    　１つの前記液槽の内部に、複数の前記作用極と、前記作用極の各々に対応する複数の前記ウェル及び前記保持材とを設けて、複数の相互に独立した前記触媒反応の進行及び前記触媒反応生成物の検出を行うことを特徴とする触媒反応生成物の電気化学的検出方法。
  9. 　第１の液塊内で触媒反応を進行させて生成された触媒反応生成物を電気化学的に検出することができる電気化学検出装置であって、
    　液槽と、
    　前記液槽の内部に設けられた作用極と、
    　前記液槽の内部の、前記作用極が面する局所的な空間に設置され、前記第１の液塊が透過可能であって前記第１の液塊を保持することができる保持材とを備えることを特徴とする電気化学検出装置。
  10. 　請求項９に記載の電気化学検出装置において、
    　前記保持材は、表面が親水性の多孔質体で構成されていることを特徴とする電気化学検出装置。
  11. 　請求項９に記載の電気化学検出装置において、
    　前記保持材は、含水によってハイドロゲルを形成する高分子で構成されていることを特徴とする電気化学検出装置。
  12. 　請求項９から１１までの何れかに記載の電気化学検出装置において、
    　前記保持材は、触媒を担持することができることを特徴とする電気化学検出装置。
  13. 　請求項９から１２までの何れかに記載の電気化学検出装置において、
    　前記液槽の底面上にウェルが構成され、
    　前記保持材は前記ウェルの内部に設置されていることを特徴とする電気化学検出装置。
  14. 　請求項９から１２までの何れかに記載の電気化学検出装置において、
    　前記液槽の内部に、複数の前記作用極と、前記作用極の各々に対応する複数の前記保持材とが設けられていることを特徴とする電気化学検出装置。
  15. 　請求項１３に記載の電気化学検出装置において、
    　前記液槽の内部に、複数の前記作用極と、前記作用極の各々に対応する複数の前記ウェル及び前記保持材とが設けられていることを特徴とする電気化学検出装置。
  16. 　溶液を収容することができる液槽がＬＳＩチップ上に搭載された構造を有し、前記溶液内で進行する触媒反応によって生成される触媒反応生成物の電気化学的検出に用いるトランスデューサであって、
    　前記液槽の底面に画定されたセンサ領域には、前記ＬＳＩチップにアレイ状に配列されて設けられている複数の電極が位置し、
    　前記複数の電極の各々の上には、水溶液が透過可能であって前記水溶液を保持することができる保持材が個別に備えられていることを特徴とするトランスデューサ。
  17. 　請求項１６に記載のトランスデューサにおいて、
    　前記保持材は、表面が親水性の多孔質体で構成されていることを特徴とするトランスデューサ。
  18. 　請求項１６に記載のトランスデューサにおいて、
    　前記保持材は、含水によってハイドロゲルを形成する高分子で構成されていることを特徴とするトランスデューサ。
  19. 　請求項１６から１８までの何れかに記載のトランスデューサにおいて、
    　前記センサ領域には、アレイ状に配列された複数のウェルが形成されており、
    　前記複数の電極の各々は前記複数のウェルの各々に位置しており、
    　前記保持材は前記複数のウェルの各々の内部に備えられていることを特徴とするトランスデューサ。
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