特許 7544804 匂いの物理化学的分類を可能にする電子鼻のための検出システムおよびそのようなシステムを備える電子鼻

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-26

(45)【発行日】2024-09-03

(54)【発明の名称】匂いの物理化学的分類を可能にする電子鼻のための検出システムおよびそのようなシステムを備える電子鼻

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/41 20060101AFI20240827BHJP

   G01N 21/45 20060101ALI20240827BHJP

   G01N 27/00 20060101ALI20240827BHJP

   G01N 29/02 20060101ALI20240827BHJP

   G01N 5/02 20060101ALI20240827BHJP

【ＦＩ】

G01N21/41 101

G01N21/45 Z

G01N27/00 K

G01N29/02

G01N5/02 A

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2022502052

(86)(22)【出願日】2020-07-08

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-09-16

(86)【国際出願番号】 FR2020051212

(87)【国際公開番号】W WO2021009440

(87)【国際公開日】2021-01-21

【審査請求日】2023-05-01

(31)【優先権主張番号】1907884

(32)【優先日】2019-07-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】502124444

【氏名又は名称】コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ

(73)【特許権者】

【識別番号】522013153

【氏名又は名称】アリベール

(73)【特許権者】

【識別番号】506316557

【氏名又は名称】サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィック

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ヤンシア・ホウ－ブロウティン

(72)【発明者】

【氏名】ソフィー・ブレネ

(72)【発明者】

【氏名】アルノー・ビュオ

(72)【発明者】

【氏名】ティエリー・リヴァシュ

(72)【発明者】

【氏名】シリル・エリエ

(72)【発明者】

【氏名】トリスタン・ルセル

【審査官】田中 洋介

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０５３３６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１５８４５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１５－５０８１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５３４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００２／００６４８１７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】Jong Hyun Lim，A peptide receptor-based bioelectronic nose for the real-time determination of seafood quality，Biosensors and Bioelectronics，2013年，Vol.39，pp.244-249

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００－２１／６１

Ｇ０１Ｎ ２７／００－２７／２４

Ｇ０１Ｎ ２９／００－２９／５２

Ｇ０１Ｎ ５／００－５／０４

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス状サンプル内に存在する可能性の高い揮発性化合物のセットを検出および同定することができる電子鼻のための検出システムであって、前記検出システムが、前記セットの前記揮発性化合物に対して交差反応性を有するｎ個のセンサを備え、ｎが３以上の整数であり、各センサが、基板上に配置され、前記セットの前記揮発性化合物のうちの少なくとも１つとのその物理化学的相互作用が検出可能な信号を生成する受容体によって官能基化された感応部を備え、
前記センサの前記感応部が一般式（Ｉ）、
Ｘ－（Ｅｓｐ）_ｍ－Ｚ （Ｉ）
の受容体によって官能基化されることであって、
ここで、Ｘが前記基板の表面上の前記受容体の固定化を確実にする官能基または少なくとも１つのそのような基を含む化合物の残基を表し、
ｍが０または１に等しく、
Ｅｓｐがスペーサアームを表し、
Ｚがα－アミノ酸の繰り返しによって形成された配列を表す、官能基化されることと、
センサの第１のシリーズに属する１つのセンサの受容体のα－アミノ酸が親水性であり、前記第１のシリーズに属する別のセンサの受容体のα－アミノ酸が疎水性であることと、
センサの第２のシリーズに属する２つのセンサの受容体のα－アミノ酸が、それぞれｐＩ１およびｐＩ２である、少なくとも１ｐＨ単位だけ互いに異なる等電点を有し、これらの２つのセンサのうちの少なくとも１つが、前記第１のシリーズに属さないことと
を特徴とする、
検出システム。

【請求項2】

ｐＩ１およびｐＩ２が、少なくとも２ｐＨ単位だけ互いに異なる、請求項１に記載の検出システム。

【請求項3】

前記配列Ｚが、アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、システイン、グルタミン酸、グルタミン、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、スレオニン、トリプトファン、チロシン、またはバリンから選択されるα－アミノ酸の繰り返しによって形成される、請求項１または２に記載の検出システム。

【請求項4】

前記α－アミノ酸が、Ｚにおいて、１から１９回、好ましくは３から１５回、より好ましくは５から９回繰り返される、請求項１から３のいずれか一項に記載の検出システム。

【請求項5】

Ｘが、チオール、アミン、ヒドロキシル、カルボキシル、ニトリル、セレノール、ホスフェート、スルホン酸塩、シラノール、エポキシ、ビニル、アルキン、もしくはトリアジド基、または少なくとも１つのチオール、アミン、ヒドロキシル、カルボキシル、ニトリル、セレノール、ホスフェート、スルホン酸塩、シラノール、エポキシ、ビニル、アルキン、もしくはトリアジド基を含む化合物の残基である、請求項４に記載の検出システム。

【請求項6】

ｍが１であり、Ｅｓｐが、１から２０個の炭素原子と、オプションで１つまたは複数のヘテロ原子とを含む直鎖または分岐の、飽和または不飽和炭化水素基である、請求項１から５のいずれか一項に記載の検出システム。

【請求項7】

Ｘがα－アミノ酸の残基であり、ｍが１に等しく、Ｅｓｐが、α－アミノ酸の残基、またはα－アミノ酸の残基の鎖を含み、Ｚがα－ペプチド配列である、請求項１から６のいずれか一項に記載の検出システム。

【請求項8】

Ｘがシステインの残基であり、Ｚがヘキサペプチド配列である、請求項７に記載の検出システム。

【請求項9】

前記親水性α－アミノ酸および前記疎水性α－アミノ酸が、絶対値の合計が少なくとも１に等しいＲ．Ｍ． ＳｗｅｅｔおよびＤ． Ｅｉｓｅｎｂｅｒｇの疎水性尺度による疎水性指数を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の検出システム。

【請求項10】

センサの第３のシリーズに属する１つのセンサの受容体のα－アミノ酸が芳香族であり、前記第３のシリーズに属する別のセンサの受容体のα－アミノ酸が脂肪族であり、これらのセンサの少なくとも１つが、前記第１のシリーズにも前記第２のシリーズにも属さない、請求項１から９のいずれか一項に記載の検出システム。

【請求項11】

センサの第４のシリーズに属する２つのセンサの受容体のα－アミノ酸が、少なくとも２５ｇ／ｍｏｌ、好ましくは少なくとも５０ｇ／ｍｏｌだけ互いに異なる相対分子量を有し、これらのセンサの少なくとも１つが、前記第１のシリーズにも前記第２のシリーズにも属さない、請求項１から９のいずれか一項に記載の検出システム。

【請求項12】

前記センサが、抵抗式センサ、圧電式センサ、機械式センサ、音響式センサ、および／または光学式センサである、請求項１から１１のいずれか一項に記載の検出システム。

【請求項13】

前記センサが、表面プラズモン共鳴光学センサまたは干渉式光学センサである、請求項１２に記載の検出システム。

【請求項14】

前記センサが微細加工超音波トランスデューサセンサである、請求項１２に記載の検出システム。

【請求項15】

請求項１から１４のいずれか一項に記載の検出システムを備えることを特徴とする、ガス状サンプル内に存在する可能性が高い化合物のセットを検出および同定することができる電子鼻。

【請求項16】

前記セットの前記化合物が、揮発性有機化合物、硫化水素、およびアンモニアである、請求項１５に記載の電子鼻。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子鼻の分野に関する。

【0002】

より詳細には、本発明は、匂いの物理化学的分類を可能にする、すなわち、これらの匂いを構成する揮発性化合物または臭気分子の物理化学的特性に応じた電子鼻のための検出システムに関する。

【0003】

本発明は、そのような検出システムを備える電子鼻にも関する。

【背景技術】

【0004】

本発明は、多くの用途を有し、特に、
たとえば、部分的（嗅覚減退）もしくは全体的（嗅覚脱失）な嗅覚の喪失に苦しむ人々に嗅覚の代替物を提供するため、または糖尿病、特定の癌（前立腺癌、肺癌、卵巣癌など）、および特定の微生物感染症などの、生体液または呼気中の揮発性臭気化合物の存在を伴う疾患の進展を診断もしくは追跡するための、健康分野における用途、
たとえば、製造および／もしくは流通チェーンにおける可能性のある汚染を検出するため、または原材料もしくは完成品における品質管理を実行するための、食品、化粧品、医薬品産業における用途、
アロマおよびフラグランスの分野における用途、
たとえば、潜在的に危険な揮発性物質を製造、貯蔵、取り扱う場所、および／もしくは潜在的に危険な揮発性物質によって汚染される可能性がある場所を監視するため、爆発物もしくは毒物などの危険物質、もしくは麻薬などの違法物質の存在を検出するため、または破片もしくは瓦礫の下に埋まった人を捜索するための、財産および人の安全の分野における用途、ならびに、
たとえば、空気の質、もしくは多かれ少なかれ閉じ込められた雰囲気を監視するため、または産業もしくは農業由来の嗅覚汚染を監視および分析するための、環境の分野における用途
を有する。

【0005】

従来技術の状態
嗅覚は、哺乳類、特に人間が備え、ガス状媒体、特に周囲の空気中に存在する揮発性化合物を検出および分析することを可能にする感覚である。

【0006】

今日、嗅覚を模倣することができる携帯型器具に対して大きい需要が存在する。これらの器具は、電子鼻と呼ばれる。

【0007】

電子鼻による揮発性化合物の検出は、高速かつ確実でなければならないという事実に加えて、多目的、すなわち、できるだけ多くの揮発性化合物をカバーしなければならない。目的は、揮発性化合物ごとにガス状媒体の分析を行うことではなく、非常に類似した化学組成の臭気を区別することを可能にするのに十分に細かいこの媒体内に存在する揮発性化合物間の区別を行うことである。

【0008】

今日、嗅覚は、生物学、物理化学、および認知を組み合わせた非常に複雑な感覚であるので、嗅覚を模倣することができることは、依然として科学的および技術的な課題である。この感覚は、長い間ほとんど研究されず、その機能もほとんど知られていない。

【0009】

１９９１年において、Ｌ． ＢｕｃｋおよびＲ． Ａｘｅｌは、嗅覚受容体（またはＯＲ）の遺伝子を同定および配列決定することに初めて成功した。彼らの研究は、嗅覚の機能の一般的なメカニズムを確立することを可能にした。

【0010】

生物学において通常目にする相互作用モデルとは異なり、ＯＲによる揮発性化合物の検出および同定は、キーロックモデル（生物学的に活性な分子がそれに特異的なリガント、たとえば、生物学的に活性な分子が抗原である場合は抗体によって認識されるモデル）に依存するだけでなく、交差反応性の原理にも基づき、
各ＯＲは、異なる親和性を有するいくつかの揮発性化合物を認識することができ、
各揮発性化合物は、いくつかのＯＲと物理化学的に相互作用することができ、
異なる揮発性化合物は、すべてのＯＲの異なる組合せによって認識される。

【0011】

したがって、電子鼻が設計されたのは、臭覚の生物学的メカニズムからインスピレーションを得たからであった。

【0012】

その生物学的類似物と同様に、電子鼻は、主に３つのシステム、すなわち、
（１）電子鼻の外側とその鼻の内側との間でガス状媒体のサンプルを輸送するための流体システムであって、このシステムが呼吸器系として機能する、流体システムと、
（２）ガス状サンプル内に存在する揮発性化合物に対して交差反応性を有するセンサのアレイを備える検出システムであって、センサが人間の鼻のＯＲとして機能する、検出システムと、
（３）センサによって信号の形態において発せられる応答を処理および分析するためのコンピュータシステムであって、このシステムが人間の脳として機能する、コンピュータシステムと
から構成される。

【0013】

過去３０年間、電子鼻の開発は、センサの感応部（すなわち、揮発性化合物と物理化学的に相互作用するセンサの部分）と、様々な変換方法（すなわち、センサの感応部と揮発性化合物との間で発生する物理化学的相互作用を使用可能な信号に変換することを可能にすること）とによって大きな進展があった。

【0014】

しかしながら、これらの電子鼻の性能は、特に同様の化学組成の匂いを区別する能力に関して、人間の鼻の性能よりも依然としてはるかに低い。

【0015】

大部分の既存の電子鼻において、センサの感応部、すなわち、揮発性化合物と相互作用する部分は、半導体金属酸化物（またはＭＯＳ）および半導体ポリマーなどの非生物学的材料で構成される。これらの材料は、概して高い感度を有するが、それらの物理化学的特性の低い変動により、それらが揮発性化合物と相互作用するメカニズム（ＭＯＳの場合、主に物理吸着型であり、半導体ポリマーの場合、ファンデルワールス相互作用および物理吸着型である）は、匂いの区別を可能にするにはあまりにも限定されている。それに加えて、ＭＯＳは、高い動作温度（２００℃から３００℃の範囲）を有するという欠点を有し、半導体ポリマーは、空気の湿度に敏感で、これは、検出の再現性に影響を与える。

【0016】

電子鼻をより効率的にするために、センサの感応部を、生物学的であるかどうかにかかわらず、低分子量で、様々な物理化学的特性を有し、容易に合成され、可能であれば、再現性のある官能基化を有するナノメートル厚の薄膜を得るために表面工学によって自己組織化され得る有機分子で作製することが提案されている。

【0017】

これは、
様々な化学基（芳香族基、カルボン酸、エステルなど）によって終端されたアルカン分子であって、これらの分子がカーボンナノチューブ、シリコンナノワイヤ、または金ナノ粒子上に堆積される、アルカン分子と、
カーボンナノチューブ、グラフェン、およびグラフェンナノ結晶に付着したオリゴヌクレオチドと、
ペプチドと
を使用するために提案された方法である。

【0018】

ペプチドに関して、共振カンチレバーセンサにおいて、各々が２３個のα－アミノ酸で形成された３つのペプチドを使用し、これらのα－アミノ酸の一部がカーボンナノチューブ上にこれらのペプチドを固定化するために使用され、別の部分が揮発性化合物と相互作用することを意図したＬ． Ａ． Ｂｅａｒｄｓｌｅｅらの研究（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ （ＭＥＭＳ） ２０１１年、９６４～９６７頁、以降、参考文献［１］）に参照がなされ得る。後者は、７回繰り返されたα－アミノ酸で構成され、このα－アミノ酸は、第１のペプチドではアルギニンであり、第２のペプチドではヒスチジンであり、第３のペプチドではスレオニンである。これらの３つのα－アミノ酸は、極性であり、センサは、エタノールおよびトルエンに曝露され、これらの著者は、ペプチド、特に８個のスレオニン残基を含むペプチドが、無極性のトルエンに関して、それ自体が極性のエタノールよりも高い親和性を有することを示している。彼らは、適切なペプチド官能基化を使用することによって、揮発性化合物に対するセンサの親和性をこれらの化合物の極性に応じて調整することが可能であろうとそこから結論付けている。しかしながら、彼らは、この適応された官能基化が何であり得るかを指定していない。

【0019】

チオグリコール酸、グルタチオン、システイン、および２つのジペプチド（γグルタミルシステインおよびシステイニルグリシン）とヘキサペプチドとを含む３つのペプチドによって官能基化された金ナノ粒子に基づくセンサのアレイを構築したＤ． Ｃｏｍｐａｇｎｏｎｅらの研究（Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ２０１３年、４２、６１８～６２５頁、以降、参考文献［２］）にも参照がなされ得る。異なる長さではあるが、これらの３つのペプチドは、グルタチオンと構造的に関連しているので、同様の物理化学的特性を有する。

【0020】

最後に、感応部が異なる物理化学的特性を有する生体模倣ペプチドおよびチオール化分子からなる受容体によって官能基化されたセンサのアレイが、異なる化学クラス（アルコール、エステル、カルボン酸、ケトン、炭化水素、アルデヒド、およびアミン）に属する揮発性化合物を区別して認識することができ、したがって、物理化学的尺度なしでこれらの化合物の区別を行う可能性を提供することを示しているＳ． Ｂｒｅｎｅｔらの研究（Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ２０１８年、９０、９８７９～９８８７頁、以降、参考文献［３］）について言及がなされるべきである。

【0021】

しかしながら、この参考文献は、受容体を形成する生体模倣ペプチドとチオール化分子の両方の化学組成について完全に沈黙しており、その結果、揮発性化合物の区別がどの物理化学的基盤に基づいて得られるかを知ることはできないことがわかる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0022】

【文献】Ｌ． Ａ． Ｂｅａｒｄｓｌｅｅら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ （ＭＥＭＳ） ２０１１年、９６４～９６７頁

【文献】Ｄ． Ｃｏｍｐａｇｎｏｎｅら、Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ２０１３年、４２、６１８～６２５頁

【文献】Ｓ． Ｂｒｅｎｅｔら、Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ２０１８年、９０、９８７９～９８８７頁

【文献】Ｒ．Ｍ． ＳｗｅｅｔおよびＤ． Ｅｉｓｅｎｂｅｒｇ、Ｊ． Ｍｏｌ． Ｂｉｏｌ． １９８３年、１７１、４７９～４８８頁

【文献】「Ｌｅｈｎｉｎｇｅｒ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」、ｃｈａｐｔｅｒ ３、４ｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ、２００４年

【文献】Ａ． Ｌｏｕｆｔｉら、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｆｏｏｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１５年、１４、１０３～１１１頁

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0023】

本発明は、ガス状サンプル内に存在する可能性の高い揮発性化合物のセットＥを検出および同定することができ、これらの揮発性化合物のそれらの物理化学的特性に応じた物理化学的分類を可能にする電子鼻のための検出システムを提案することによって、先行技術の欠点を克服することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0024】

この検出システムは、セットＥの揮発性化合物に対して交差反応性を有する複数のセンサを備え、各センサは、基板上に配置され、セットＥの揮発性化合物のうちの少なくとも１つとのその物理化学的相互作用が検出可能な信号を生成する受容体によって官能基化された感応部を備え、
ｎ個のセンサを備え、ｎが３以上の整数であり、感応部が一般式（Ｉ）、
Ｘ－（Ｅｓｐ）_ｍ－Ｚ （Ｉ）
の受容体によって官能基化されることであって、
ここで、Ｘが基板の表面上の受容体の固定化を確実にする官能基またはそのような基を含む化合物の残基を表し、
ｍが０または１に等しく、
Ｅｓｐがスペーサアームを表し、
Ｚがα－アミノ酸の繰り返しによって形成された配列を表す、官能基化されることと、
センサの第１のシリーズのセンサの受容体のα－アミノ酸が親水性であり、第１のシリーズの別のセンサの受容体のα－アミノ酸が疎水性であることと、
センサの第２のシリーズの２つのセンサの受容体のα－アミノ酸が、それぞれｐＩ１およびｐＩ２である、少なくとも１ｐＨ単位だけ互いに異なる等電点を有し、これらの２つのセンサのうちの少なくとも１つが、第１のシリーズに属さないことと
を特徴とする。

【0025】

したがって、本発明によれば、揮発性化合物の物理化学的分類は、それらの物理化学的特性のうちの少なくとも２つ、すなわち、一方では、それらの親水性または疎水性の特性、他方では、それらの酸性、中性、または塩基性の特性に応じて得られ、これは、電子鼻検出システムに、α－アミノ酸の繰り返しによって形成された配列を備える受容体によってその感応部が各々官能基化された少なくとも３つのセンサを設け、各配列のα－アミノ酸を、
以下ではセンサＣ１と呼ばれる第１のセンサの受容体のα－アミノ酸が親水性であり、以下ではセンサＣ２と呼ばれる第２のセンサの受容体のα－アミノ酸が疎水性であり、
２つのセンサの受容体のα－アミノ酸が、少なくとも１ｐＨ単位だけ互いに異なる等電点を有し、これらの２つのセンサの一方がセンサＣ１またはセンサＣ２であり得るが、これらのセンサの他方がセンサＣ１およびＣ２とは異なるセンサである
ように選択することによって得られる。

【0026】

言い換えれば、電子鼻検出システムは、少なくとも、
揮発性化合物を分類する能力が、物理化学的特性の２つの尺度、すなわち、センサＣ１およびＣ２が関係する親水性／疎水性尺度と、センサＣ１およびＣ２とセンサＣ３とのうちの一方が関係する酸性度／塩基性度尺度とに基づく、それぞれセンサＣ１、Ｃ２、およびＣ３の３つのセンサか、または
揮発性化合物を分類する能力が、物理化学的特性の２つの前述の尺度に基づき、センサＣ１およびＣ２が第１の（親水性／疎水性）尺度に関係し、センサＣ３およびＣ４が第２の（酸性度／塩基性度）尺度に関係する、それぞれセンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、およびＣ４の４つのセンサ
のいずれかを備える。

【0027】

本発明によれば、配列Ｚがα－アミノ酸の繰り返しによって形成される場合、このα－アミノ酸は、好ましくは、一般に「標準的」として知られる２０のα－アミノ酸、すなわち、アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、システイン、グルタミン酸、グルタミン、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、スレオニン、トリプトファン、チロシン、およびバリンから選択されるが、Ｎ^２－アセチルリジン、Ｎ^６－アセチルリジン、Ｎ^６－メチルリジン、５－ヒドロキシリジン、４－ヒドロキシプロリン、ピロリシン、セレノシステイン、Ｏ－ホスホセリン、Ｏ－ホスホスレオニン、Ｏ－ホスホチロシン、ノルロイシン、またはシトルリンなどの他のα－アミノ酸も使用され得ることが理解される。

【0028】

さらに、このα－アミノ酸は、Ｌ配置またはＤ配置とは無関係であり得、ホモペプチドの形態において受容体内に存在する限り、Ｌ配置とＤ配置の両方においてこのペプチドを見出すことができる。

【0029】

有利には、α－アミノ酸は、配列Ｚが２から２０倍の同じα－アミノ酸を含むように、配列Ｚにおいて１から１９回繰り返される。

【0030】

好ましくは、α－アミノ酸は、配列Ｚが同じα－アミノ酸を４から１６倍含むように、配列Ｚにおいて３から１５回繰り返される。

【0031】

より好ましくは、α－アミノ酸は、配列Ｚが同じα－アミノ酸を６から１０倍含むように、配列Ｚにおいて５から９回繰り返される。

【0032】

本発明によれば、基板上の受容体の固定化は、物理的吸着、化学的吸着、共有結合グラフト化、基板上での合成、薄層の堆積、分子自己組織化などの、当業者に知られている表面官能基化技法のいずれかによって実行され得、この技法の選択は、基板の表面の化学的性質に依存することが理解される。

【0033】

したがって、Ｘは、これらの技法のうちの１つによって基板上に受容体を固定化することを可能にする任意の官能基もしくは任意の化学官能（２つの表現は、同義と見なされる）、またはこれらの技法のうちの１つによって基板上に受容体を固定することを可能にする１つまたは複数の官能基を備える化合物の残基であり得る。したがって、Ｘは、１つまたは複数の化学結合機能を含むことができる。

【0034】

この点に関して、化合物の「残基」または「残留部分）という用語は、基Ｅｓｐまたは配列Ｚへの共有結合の後に基Ｅｓｐ上（ｍが１に等しい場合）または配列Ｚ上（ｍが０に等しい場合）に残っている化合物の部分を意味することが指定されている。

【0035】

したがって、Ｘは、特に、チオール、アミン、ヒドロキシル、カルボキシル、ニトリル、セレノール、ホスフェート、スルホン酸塩、シラノール、エポキシ、ビニル、アルキン、またはトリアジド基、または少なくとも１つのそのような基を含む化合物の残基であり得る。

【0036】

前述の官能基化技法の中で、本発明の範囲内では、特にその再現性のために、分子自己組織化に優先度が与えられ、その場合、Ｘは、特に、
基板の表面が金、白金、銀、パラジウム、または銅で作られている場合、チオール基、もしくは一方では少なくとも１つのチオール基と、他方では基Ｅｓｐもしくは配列Ｚへのその共有結合を可能にする基とを含む化合物の残基であって、化合物が特にシステインまたはＮ－チオール－グリシンであり得る、化合物の残基、または
基板の表面が金、白金、銀、パラジウム、または銅で作られている場合、アミン基、もしくは一方では１つのアミン基と、他方では基Ｅｓｐもしくは配列Ｚへのその共有結合を可能にする基とを含む化合物の残基であって、化合物が特にアミノ酸であり得、特に２０の標準的α－アミノ酸のうちの１つであり得る、化合物の残基、または
基板の表面がガラス、石英、シリコン、またはシリカで作られている場合、シラノール基、もしくは一方では少なくとも１つのシラノール基と、他方では基Ｅｓｐもしくは配列Ｚへのその共有結合を可能にする基とを含む化合物の残基であり得る。

【0037】

本発明によれば、ｍは、好ましくは１に等しく、これは、基Ｅｓｐが存在することを意味し、この場合、この基は、特に、１から２０個の炭素原子と、オプションで１つまたは複数のヘテロ原子とを含む直鎖または分岐の、飽和または不飽和炭化水素基であり得、この（これらの）ヘテロ原子は、典型的には、酸素、窒素、硫黄、およびシリコンから選択される。

【0038】

したがって、基Ｅｓｐは、たとえば、１から２０個の炭素原子、好ましくは１から１２個の炭素原子、より好ましくは１から６個の炭素原子を含む二価のアルキレン基、α－アミノ酸の残基、または１つもしくは複数のα－アミノ酸の残基の鎖（最大２０個の炭素原子）であり得る。

【0039】

本発明の特に好ましい配置によれば、
Ｘは、α－アミノ酸の残基であり、好ましくは、そのチオール基のためにシステインであり、
ｍは、１に等しく、基Ｅｓｐは、アミノ酸の残基、たとえば、グリシンの残基、またはα－アミノ酸の残基の鎖、たとえば、グリシン残基の鎖であり、一方、
配列Ｚは、α－ペプチド配列、好ましくはヘキサペプチドである。

【0040】

したがって、受容体は、α－ペプチドである。

【0041】

前に示されているように、センサＣ１の受容体のα－アミノ酸は、親水性であり、センサＣ２の受容体のα－アミノ酸は、疎水性である。

【0042】

前述および後述において、α－アミノ酸は、Ｒ．Ｍ． ＳｗｅｅｔおよびＤ． Ｅｉｓｅｎｂｅｒｇ（Ｊ． Ｍｏｌ． Ｂｉｏｌ． １９８３年、１７１、４７９～４８８頁、以降、参考文献［４］）の疎水性尺度による０．２６以下の疎水性指数を有する場合、親水性であると見なされ、α－アミノ酸は、この同じ疎水性尺度による０．２９以上の疎水性指数を有する場合、疎水性であると見なされる。標準的α－アミノ酸についてＲ． Ｍ． Ｓｗｅｅｔ ａｎｄおよびＤ． Ｅｉｓｅｎｂｅｒｇによって確立された疎水性指数は、付録に添付されている図１に示されている。

【0043】

したがって、この図に示されているように、したがって、この図に示されるように、チロシン、プロリン、スレオニン、セリン、ヒスチジン、アスパラギン、グルタミン酸、グルタミン、アスパラギン酸、リジン、およびアルギニンが、本発明の範囲内で親水性α－アミノ酸であると見なされ、イソロイシン、フェニルアラニン、バリン、ロイシン、トリプトファン、メチオニン、アラニン、グリシン、およびシステインが、疎水性α－アミノ酸と見なされる。

【0044】

本発明によれば、センサＣ１およびＣ２の受容体のα－アミノ酸は、比較的離れた疎水性指数を有することが好ましい。「比較的離れた疎水性指数」という用語は、Ｒ． Ｍ． Ｓｗｅｅｔ ａｎｄおよびＤ． Ｅｉｓｅｎｂｅｒｇによって確立されたこれらの指数の絶対値の合計が少なくとも１に等しいことを意味する。

【0045】

したがって、たとえば、
センサＣ１の受容体が、親水性α－アミノ酸について、疎水性指数がＲ． Ｍ． Ｓｗｅｅｔ ａｎｄおよびＤ． Ｅｉｓｅｎｂｅｒｇの尺度によれば０．１２であるプロリンを有する場合、センサＣ２の受容体のα－アミノ酸は、好ましくは、疎水性指数がＲ． Ｍ． Ｓｗｅｅｔ ａｎｄおよびＤ． Ｅｉｓｅｎｂｅｒｇの尺度によれば少なくとも１．０６に等しいα－アミノ酸から選択され（ロイシン、バリン、フェニルアラニン、イソロイシンの場合）、
センサＣ１の受容体が、親水性α－アミノ酸について、疎水性指数がＲ． Ｍ． Ｓｗｅｅｔ ａｎｄおよびＤ． Ｅｉｓｅｎｂｅｒｇの尺度によれば－０．７４であるアスパラギンを有する場合、センサＣ２の受容体のα－アミノ酸は、疎水性指数がＲ． Ｍ． Ｓｗｅｅｔ ａｎｄおよびＤ． Ｅｉｓｅｎｂｅｒｇの尺度によれば少なくとも０．２９に等しいすべてのα－アミノ酸から選択され得る。

【0046】

また先に述べられているように、センサＣ３の受容体のα－アミノ酸およびセンサＣ４の受容体のα－アミノ酸は、その酸性特性または塩基性特性に応じて検出システムによって識別される可能性のある揮発性化合物の数を拡大するために、少なくとも１ｐＨ単位だけ、好ましくは少なくとも２ｐＨ単位だけ互いに異なる等電点を有する。

【0047】

α－アミノ酸の等電点は、多くの生化学の本において示されており、代替的には、等電点電気泳動（ＩＥＦ）によって決定され得る。

【0048】

例として、付録に添付されている図１は、「Ｌｅｈｎｉｎｇｅｒ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」という本のｃｈａｐｔｅｒ ３、４^ｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ、２００４年、以降、参考文献［５］の、ｐＩと示された等電点を有する。

【0049】

有利には、センサの第３のシリーズのセンサの受容体のα－アミノ酸は、芳香族であり、第３のシリーズの別のセンサの受容体のα－アミノ酸は、脂肪族であり、これらのセンサは、両方とも第１のシリーズにも第２のシリーズにも属さない。

【0050】

代替的には、またはそれに加えて、センサの第４のシリーズの２つのセンサの受容体のα－アミノ酸は、少なくとも２５ｇ／ｍｏｌだけ、好ましくは少なくとも５０ｇ／ｍｏｌだけ互いに異なる、それぞれＭｒ_１およびＭｒ_２である相対分子量を有し、これらのセンサは、両方とも第１のシリーズにも第２のシリーズにも属さない。

【0051】

したがって、電子鼻検出システムによる揮発性化合物の物理化学的分類は、揮発性化合物の１つまたは２つの追加の物理化学的特性に応じて取得され得る。

【0052】

「芳香族α－アミノ酸」という用語は、側鎖が芳香族基を含む任意のα－アミノ酸を意味し、「芳香族基」という用語は、ヒュッケル則に準拠し、したがって、４ｎ＋２に等しいいくつかの非局在化π電子を有する基を意味し、「脂肪族α－アミノ酸」という用語は、側鎖がちょうど定義されたような芳香族基を有さない任意のα－アミノ酸を意味する。

【0053】

したがって、たとえば、ヒスチジン、フェニルアラニン、チロシン、およびトリプトファンが芳香族α－アミノ酸であり、アラニン、アルギニン、アスパラギン酸、システイン、グルタミン酸、グリシン、イソロイシン、ロイシン、リジン、メチオニン、プロリン、セリン、スレオニン、およびバリンが脂肪族α－アミノ酸である。

【0054】

等電点と同様に、α－アミノ酸の相対分子量は、多くの生化学の本において利用可能であり、代替的には、これらのα－アミノ酸の化学式から容易に決定され得る。

【0055】

例として、付録に添付されている図１は、参考文献［５］から取られた標準的α－アミノ酸の、Ｍｒと示された相対分子量を示す。

【0056】

電子鼻検出システムが、センサの第３のシリーズを備えるが、第４のシリーズがない場合、両方ともセンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、およびＣ４とは異なる、それぞれセンサＣ５およびＣ６である２つのセンサか、またはセンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、およびＣ４のうちの１つと共にセンサＣ５およびＣ６のうちの１つが第３のシリーズに属することができる。

【0057】

同様に、電子鼻検出システムが、センサの第４のシリーズを備えるが、第３のシリーズがない場合、両方ともセンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、およびＣ４とは異なる、それぞれセンサＣ７およびＣ８である２つのセンサか、またはセンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、およびＣ４のうちの１つと共にセンサＣ７およびＣ８のうちの１つが第４のシリーズに属することができる。

【0058】

最後に、電子鼻検出システムがセンサの第３のシリーズと第４のシリーズの両方を備える場合、
２つのセンサＣ５およびＣ６か、またはセンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ７、もしくはＣ８のうちの１つと共にセンサＣ５およびＣ６のうちの１つが第３のシリーズに属することができ、
２つのセンサＣ７およびＣ８か、またはセンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、もしくはＣ６のうちの１つと共にセンサＣ７およびＣ８のうちの１つが第４のシリーズに属することができる。

【0059】

以下の表Ｉは、様々な可能な構成を示す。

【0060】

【表1】

【0061】

本発明によれば、検出システム内に含まれるセンサの各々は、それ自体の測定システムもしくはトランスデューサを備えるか、または他のセンサとそれらに共通する測定システムを共有することができる。両方の場合、測定システムは、気体状態の化合物とセンサの感応部との間の物理化学的相互作用の間に使用可能な信号を生成することを可能にする任意の測定システムであり得、特に、抵抗タイプ、圧電タイプ、機械タイプ、音響タイプ、または光学タイプであり得る。言い換えれば、センサは、抵抗式センサ、圧電式センサ、機械式センサ、音響式センサ、および／または光学式センサであり得る。

【0062】

好ましくは、センサは、表面プラズモン共鳴光学センサ、干渉計センサ、または微細加工超音波トランスデューサセンサ、特に、容量性微細加工超音波トランスデューサ（またはＣＭＵＴ）センサまたは圧電微細加工超音波トランスデューサ（またはＰＭＵＴ）センサである。

【0063】

さらに、センサは、表面プラズモン共鳴光学センサであることが好ましい。それ自体が知られているこのタイプのトランスデューサは、概して、プラズモン励起を起こすための、たとえば、ＬＥＤタイプの光源と、プラズモン共鳴から結果として生じる信号を記録するＣＣＤカメラとを組み合わせる。したがって、センサによって発せられた信号は、使用されるＣＣＤカメラの画像を構成するすべてのピクセルの信号変動を追跡することにある画像化モードにおいて追跡されることが最も特に好ましい。

【0064】

基板は、測定システムに適した材料で構成される。したがって、測定が表面プラズモン共鳴によって行われる場合、基板は、好ましくはガラスプリズムを備え、ガラスプリズムの１つの面は、典型的には１０ｎｍから１００ｎｍ厚の金属層、好ましくは金または銀で覆われる。

【0065】

本発明は、ガス状サンプル中に存在する可能性の高い化合物のセットＥを検出および同定することができる電子鼻にも関し、電子鼻は、前述のような検出システムを備えることを特徴とする。

【0066】

本発明によれば、電子鼻は、好ましくは、揮発性有機化合物、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）、およびアンモニア（ＮＨ_３）の検出および同定に専用にされ、これらの化合物は、あるいは、ガス状サンプル中に単独でまたは混合して見出される。

【0067】

前述および後述において、「揮発性有機化合物」は、１９９９年３月１１日のＥｕｒｏｐｅａｎ ＣｏｕｎｃｉｌのＤｉｒｅｃｔｉｖｅ １９９９／１３／ＥＣに従って定義され、
揮発性有機化合物とは、「２９３．１５Ｋ（すなわち２０℃）の温度において０．０１ｋＰａ（すなわち、９．８７．１０^－５ａｔｍ以上の蒸気圧を有する任意の有機化合物、または特定の使用条件の下で対応する揮発性を有する任意の有機化合物」（Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅの第２条１７項を参照）であり、
有機化合物とは、「炭素酸化物、無機炭酸塩、および重炭酸塩を除く、少なくとも炭素元素と、以下の要素、すなわち、水素、ハロゲン、酸素、硫黄、リン、シリコン、または窒素のうちの１つまたは複数とを含む任意の化合物である」（Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅの第２条１６項を参照）である。

【0068】

したがって、特に揮発性有機化合物として、エタン、プロパン、ｎ－ブタン、ｎ－ヘキサン、エチレン、プロピレン、１，３－ブタジエン、およびアセチレンなどの特定の飽和または不飽和非環状炭化水素、シクロプロパン、シクロペンタン、およびシクロヘキサンなどの特定の非芳香族飽和または不飽和環状炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン、およびエチルベンゼンなどの特定の芳香族炭化水素、ジクロロメタン、トリクロロメタン、クロロエタン、トリクロレチレン、およびテトラクロレチレンなどの特定のハロゲン化炭化水素、メタノール、エタノール、１－プロパノール、２－プロパノール、エチレングリコール、およびプロピレングリコールなどの特定のアルコール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロパナール、および２－プロペナール（またはアクロレイン）などの特定のアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン、２－ブタノン、およびメチルビニルケトンなどの特定のケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、および酪酸イソアミルなどの特定のエステル、ジエチルエーテル、ｎ－エチレングリコールブチルエーテル（ＥＧＢＥ）、および１，４ジオキサンなどの特定のエーテル、酢酸およびプロパン酸などの特定の酸、エチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、ジエチルアミン、およびアミルアミンなどの特定のアミン、ジメチルホルムアミドなどの特定のアミド、メチルメルカプタン（またはメタンチオール）およびエチルメルカプタン（またはエタンチオール）などの硫黄化合物、ならびにアセトニトリルおよびアクリロニトリルなど特定のニトリルなどが考えられる。

【0069】

本発明の他の特徴および利点は、本発明を検証することを可能にした実験に関連し、添付の図を参照して与えられる以下の追加の説明から明らかになるであろう。

【0070】

しかしながら、この追加の説明は、本発明の主題の例示としてのみ与えられ、決してこの主題の限定として解釈されるべきではないことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【0071】

【図1】すでにコメントされている、標準的α－アミノ酸のＲ．Ｍ． ＳｗｅｅｔおよびＤ． Ｅｉｓｅｎｂｅｒｇの尺度による疎水性指数と、ｐＩと示された等電点と、Ｍｒと示された相対分子量とをそれらの１文字コードとして示す表である。

【図2】本発明を実験的に検証するために役立ったセンサのアレイの感応部を示す表面プラズモン共鳴イメージング（ＳＰＲｉ）によって取得された差分画像であり、これらの感応部は、共通基板の表面上に配置され、感応部ごとに１つのペプチドの割合で、１９の異なるペプチドによって官能基化される。

【図3】一方で、図２のセンサのアレイを各々が揮発性化合物を含むガス状サンプルに曝露することを目的とするテスト中にこのセンサのアレイによって提供された応答から構成されたデータベースの階層的クラスタリングによる分析によって取得された樹状図を示し、他方で、センサの感応部を形成するペプチドと、これらのペプチドの配列Ｚを形成するα－アミノ酸の親水性または疎水性の特性とを対応させているこの樹状図の凡例を示す図である。

【図4】図２のセンサのアレイを各々が６つの揮発性化合物のうちの１つを含むガス状サンプルに曝露することを目的とするテスト中にこのセンサのアレイによって提供された応答から構成されたデータベースから取得された２つの物理化学的特性に従うこれらの揮発性化合物の分類を示すグラフであり、このグラフにおいて、横軸は、標準的α－アミノ酸の、ｐＩと示された等電点に対応し、縦軸は、これらの同じα－アミノ酸の疎水性指数に対応する。

【図5】図２のセンサのアレイを各々が揮発性化合物を含むガス状サンプルに曝露する目的のテスト中にこのセンサのアレイによって提供された応答から構成されたデータベースの、ＰＣ１およびＰＣ２と示された主成分分析１および２によって取得されたマップを示す図であり、この図において、ＰＣ１およびＰＣ２の各々に関連する変動の割合が軸上に示されている。

【図6】図２のセンサのアレイを各々が揮発性化合物を含むガス状サンプルに曝露する目的のテスト中にこのセンサのアレイによって提供された応答から構成されたデータベースの、ＰＣ１およびＰＣ２と示された、主成分分析１および２によって取得された相関の第１の円、ならびにテストされた揮発性化合物の物理化学的特性とこれらの主成分との相関の図である。

【図7】図２のセンサのアレイを各々が揮発性化合物を含むガス状サンプルに曝露する目的のテスト中にこのセンサのアレイによって提供された応答から構成されたデータベースの、ＰＣ１およびＰＣ３と示された、主成分分析１および３によって取得された相関の第１の円、ならびにテストされた揮発性化合物の物理化学的特性とこれらの主成分との相関の図である。

【発明を実施するための形態】

【0072】

本発明は、以下に説明されている実験によって検証された。

【0073】

これらの実験は、
一方で、感応部が共通基板上に配置され、ペプチド受容体によって官能基化された７６個のセンサのアレイと、
他方で、すべてのセンサに共通の表面プラズモン共鳴（またはＳＰＲ）光トランスデューサと
を備える検出システムを備える電子鼻を使用して行われた。

【0074】

１つの面において金層（≒５０ｎｍ厚）で覆われたガラスプリズムが基板として使用され、式Ｃ－Ｇ－Ｚの１９の異なるペプチドがペプチド受容体として使用され、
Ｃは、α－アミノ酸システインを表し、
Ｇは、α－アミノ酸グリシンを表し、
Ｚは、以下のα－アミノ酸、すなわち、アラニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、フェニルアラニン、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、リジン、ロイシン、メチオニン、アスパラギン、プロリン、グルタミン、アルギニン、セリン、スレオニン、バリン、トリプトファン、およびチロシンのうちの１つから構成されたヘキサペプチド配列を表す。

【0075】

これらのペプチドは、以下ならびに図３において、配列Ｚを形成するα－アミノ酸の１文字コードによって示され、このコードは、図１の表において示されている。

【0076】

したがって、たとえば、ペプチドＡは、式Ｃ－Ｇ－Ａ－Ａ－Ａ－Ａ－Ａ－Ａのペプチドに対応し、ペプチドＴは、式Ｃ－Ｇ－Ｔ－Ｔ－Ｔ－Ｔ－Ｔ－Ｔのペプチドに対応する。

【0077】

ペプチドの構成に入るすべてのα－アミノ酸は、Ｌ配置である。

【0078】

センサの感応部の各々は、１つの同じペプチドのいくつかの分子の自己組織化層から構成される。

【0079】

１°）センサのアレイの準備
ペプチドは、０．１ｍｍｏｌ／Ｌの濃度においてジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）中に溶解され、次いで、このようにして得られたペプチド溶液は、非接触マイクロスポッターロボット（Ｓｃｉｅｎｉｏｎ ＡＧ、ドイツ）を使用して、感応部あたり数ｎＬの割合において基板の金層上に堆積された。

【0080】

各ペプチド溶液は、検出における統計的不確実性を低減するために、各センサが４重に表現されるように、基板の金層の４つの異なる領域において堆積された。

【0081】

さらに、同じくマイクロスポッターによって、ＤＭＳＯ中に１Ｈ、１Ｈ、２Ｈ、２Ｈ－パーフルオロデカンチオールを含む数ｎＬの溶液を堆積させることによって、いくつかのネガティブコントロールゾーンも基板の金層上に作成された。

【0082】

次いで、基板は、チオール－金化学反応のため（チオールは、ペプチドのα－アミノ酸システインによって提供される）自己組織化によってペプチド分子がこの基板の金層上に固定化されることを可能にするために、密閉室内に１８時間置かれた。次いで、基板は、固定化されていないペプチド分子を除去するために洗浄され、最後に、アルゴン流下で乾燥された。

【0083】

このようにして、揮発性化合物と相互作用する可能性が高い７６個の感応部と、いくつかのネガティブコントロール部分とを備える基板が取得された。

【0084】

これらのセンサが揮発性化合物に曝露される前の、センサのアレイの感応部のＳＰＲｉによって取得された差分画像が図２に示されている。

【0085】

２°）センサのアレイの機能性をチェックする
アレイのセンサは、以下の化学族、すなわち、アルコール、カルボン酸、アミン、アミド、エステル、アルカン、アルデヒド、硫化物、および芳香族化合物のうちの１つに属する揮発性化合物を各々が含むガスサンプルのシリーズに曝露された。

【0086】

各曝露は、１０分間続き、センサにガス状サンプルを供給するための流体システムのパージが、２つの連続する曝露の間に体系的に行われた。

【0087】

センサの感応部と揮発性化合物との間の相互作用は、ＳＰＲｉによってリアルタイムで監視された。ＳＰＲｉ画像によって収集されたデータは、４つの同一センサのグループごとに平均化された、Δ％Ｒと示された反射率変動値に変換され、次いで、収集されたデータに対するガス状サンプル内の有機化合物の濃度の影響を低減するために正規化された。

【0088】

このようにして正規化されたΔ％Ｒからデータベースが作成された。

【0089】

このデータベースは、階層的クラスタリングによって分析された。

【0090】

階層的クラスタリングは、「類似性基準」に応じて、最も類似したデータを一緒にクラスにグループ化し、逆に、類似していないデータを別のクラスに分離するデータ分析の方法である。この場合、類似性基準は、センサの応答、言い換えれば、センサの感応部とこれらのセンサが曝露された揮発性化合物との間に発生した相互作用に対応する。

【0091】

この分析から結果として生じる樹状図または分類ツリーが図３に示されており、横軸において、センサのアレイの感応部を形成するペプチド（Ｙ、Ｐ、Ａ、Ｔ、Ｄ、Ｅ、Ｎ、Ｑ、Ｒ、Ｋ、Ｈ、Ｖ、Ｌ、Ｉ、Ｆ、Ｗ、Ｍ、およびＧ）が示され、縦軸において、ペプチドの異なるクラス間のユークリッド距離が示されている。横軸上にも存在する「ＲＯ」および「Ａｕ」という文字は、それぞれ、ネガティブコントロールと基板の非不動態化領域とに対応する。

【0092】

この樹状図の上部から開始して、各枝は、ペプチドを異なるクラスに分離し、木が下に行くほど、ますます類似する。したがって、最後に形成されたクラスは、最も近いセンサの応答につながるペプチドを一緒にグループ化する。

【0093】

樹状図ならびに、図３にも示されているこの樹状図の凡例に示されているように、親水性α－アミノ酸ペプチドおよび疎水性α－アミノ酸ペプチドは、アラニンを除いて互いによく分離されており、一方、同じ化学的性質のペプチドは、よくグループ化されている。

【0094】

これらの結果は、ペプチドの物理化学的特性がセンサのアレイの製造中に変更されなかったことを実証する。

【0095】

それらは、同じ化学的性質のペプチドが、異なる化学族に属する揮発性化合物と同様の相互作用を有し、逆に、異なる化学的性質のペプチドが、これらの化合物と異なる相互作用を有することを実証する。したがって、ペプチドの物理化学的特性の多様性は、センサのアレイにおいてよく表されており、この多様性は、いくつかの物理化学的尺度による揮発性化合物の絶対的な分類を可能にすることができる。

【0096】

３°）２つの物理化学的特性による揮発性化合物の分類
上記のポイント２°）において取得されたデータを、縦軸と横軸に２つの異なる物理化学的特性についてα－アミノ酸によって提示された値を有するグラフにおいて報告することによって、有機化合物自体が有する物理化学的特性に応じたこれらの化合物の順序をグラフ上に取得することができた。

【0097】

したがって、たとえば、図４は、横軸がα－アミノ酸の等電点に対応し、縦軸がα－アミノ酸の疎水性指数に対応するグラフ上に、６つの揮発性化合物、すなわち、酢酸、吉草酸、ブタノール、アンモニア、硫化ジメチル、およびオクタンについて取得された順序を示す。

【0098】

図４に示されているように、揮発性化合物の各々は、グラフ上でよく順序付けられており、一方で、その酸または塩基の特性（横軸に対応する）と、他方で、その疎水性の特性の多寡（縦軸に対応する）とに応じて区別され得る。

【0099】

したがって、２つの物理化学的特性に応じた揮発性化合物の絶対的な分類が取得される。

【0100】

４°）３つ以上の物理化学的特性による揮発性化合物の分類
多種多様な物理化学的特性に応じた匂いの絶対的な分類を可能にする本発明による検出システムの能力を検証するために、センサのアレイは、以下の９つの揮発性化合物、すなわち、
酢酸（ＣＨ_３－ＣＯＯＨ）、以下ＡｃＯＨと表記される、
ブタン酸（ＣＨ_３（ＣＨ_２）_２ＣＯＯＨ）、以下ＢＴＡと表記される、
トリエチルアミン（Ｎ（ＣＨ_２ＣＨ_３）_３）、以下ＴＥＡと表記される、
トリメチルアミン（Ｎ（ＣＨ_３）_３）、以下ＴＭＡと表記される。
ｎ－ペンチルアミン（ＣＨ_３（ＣＨ_２）_４ＮＨ_２）、以下ｎ－ＰＡと表記される、
１，４－ジアミノブタン（ＮＨ_２（ＣＨ_２）_４ＮＨ_２）、以下ＤＡＢと表記される、
１，５－ジアミノペンタン（ＮＨ_２（ＣＨ_２）_５ＮＨ_２）、以下ＤＡＰと表記される、
ジメチルスルフィド（Ｓ（ＣＨ_３）_２）、以下ＤＭＳと表記される、および
ジプロピルスルフィド（Ｓ（ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_３）_２）、以下ＤＰＳと表記される
のうちの１つを各々が含むガス状サンプルのシリーズに曝露された。

【0101】

ここでも、各曝露は、１０分間続き、センサにガス状サンプルを供給するための流体システムのパージが、２つの連続する曝露の間に体系的に行われた。センサの感応部と揮発性化合物との間の相互作用は、ＳＰＲｉによってリアルタイムで追跡され、ＳＰＲｉ画像によって収集されたデータは、上記のポイント２°）で前述されているように処理された。

【0102】

揮発性化合物ごとにセンサのアレイの１０回の曝露が行われ、データベースが構成された揮発性化合物ごとに１０個のプロファイルが取得された。

【0103】

このデータベースは、主成分分析（またはＰＣＡ）を受けた。

【0104】

ＰＣＡは、特に寸法の縮小のために、電子鼻の分野において一般的に使用されるデータの要因分析の方法である（たとえば、Ａ． Ｌｏｕｆｔｉら、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｆｏｏｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１５年、１４、１０３～１１１頁、以降、参考文献［６］を参照）。これは、できるだけ多くの情報を保持しながら、複数の初期変動の線形結合であり、「主成分」と呼ばれ、主成分１をＰＣ１、主成分２をＰＣ２、主成分３をＰＣ３などと表記した複数の要因軸に従って多数の定量的データを表すことを可能にする。

【0105】

センサのアレイが曝露された揮発性化合物のプロファイルから構成されたデータベースに適用されたＰＣＡは、軸ＰＣ１およびＰＣ２に沿ってプロファイルを表し、最も近いプロファイル、特に、揮発性化合物ごとに取得された１０のプロファイルのグループ化と、離れたプロファイルの異なるグループへの分離とを示す図５のマップを取得することを可能にした。

【0106】

したがって、たとえば、このマップは、ジアミン（ＤＡＢおよびＤＡＰ）のプロファイルがよくグループ化され、ジアルキルスルフィド（ＤＭＳおよびＤＰＳ）のプロファイルもよくグループ化されている場合、後者がジアミンのプロファイルから大きく離れていることを示す。

【0107】

次いで、揮発性化合物の物理化学的特性は、図５におけるマップの構成要素ＰＣ１およびＰＣ２と相関された。これらの相関について、
ｌｏｇＰと表記されるｎ－オクタノール／水配分係数であり、これら２つの溶媒への化合物の溶解度の比に対応し、成分の親水性または疎水性の特性の指標を与え、実際、成分は、そのｌｏｇＰが高くなるにつれて、より疎水性になり、より親水性でなくなり、
Ｍと表記され、ｇ／ｍｏｌにおいて表されるモル質量、
μと表記され、デバイ（Ｄ）において表される双極子モーメントのノルムであり、双極子モーメントは、原子結合または分子の分極状態を特徴付けるベクトル量であり、このベクトルのノルムが大きいほど、分子は、より極性が高くなり、
ＬＨ_Ｄと表記される水素結合供与部位の数であり、それらは、炭素原子よりも電気陰性であり、水素結合を形成するために供与される可能性が高い原子に結合した水素原子であり、
ＬＨ_Ａと表記される水素結合受容部位の数であり、それらは、水素結合を受け取る可能性が高い、非結合電子のペアを担持する電気陰性原子であり、
Ｓ_Ｐと示され、Ａ^２において表される極性表面であり、酸素、窒素、または硫黄などの極性原子ならびに結合した水素原子の表面積の合計として定義され、
Ｐ_ｓａｔと示され、Ｋｐａにおいて表される飽和蒸気圧、
ｎと示される純粋な化合物の屈折率、
化合物が含む、ＮＣと示される炭素原子の数、および
化合物が含むヘテロ原子のΣχと示される電気陰性度の合計（Ｏの場合はχ＝３．５、Ｎの場合はχ＝３、Ｓの場合はχ＝２．５）
が考慮された。

【0108】

これらの物理化学的特性の値は、揮発性化合物の各々について以下の表ＩＩにおいて提示されている。

【0109】

【表2】

【0110】

このようにして、図６に示されている相関の円が取得された。

【0111】

この点に関して、相関の円は、半径１の円であり、その２つの垂直な直径は、図６の場合、２つの主成分ＰＣ１およびＰＣ２を表すことが想起される。記述子、すなわち、図６の場合は揮発性化合物の物理化学的パラメータは、この円内に配置され、主成分へのそれらの投影は、これらの成分との相関係数を与える。

【0112】

したがって、ＰＣ２に対するｌｏｇＰの投影は、約０．８であり、これは、この物理化学的パラメータとＰＣ２との間の正の相関を示す。相関が正であるので、揮発性化合物のｌｏｇＰが高くなるほど、ＰＣ２におけるこの化合物の座標が高くなる。したがって、最も疎水性の高い揮発性化合物は、図５のマップの上部に見られ、最も親水性の高い揮発性化合物は、このマップの下部に見られる。したがって、センサのアレイは、揮発性化合物をその親水性または疎水性の特性に応じて区別し、それらを親水性／疎水性尺度において分類することが可能である。

【0113】

同様に、図６は、水素結合供与部位のＬＨ_Ｄ数もＰＣ２に相関することを示す。したがって、センサアレイは、水素結合を形成する能力に応じて揮発性化合物を区別し、それらをｐＨ尺度において分類することが可能である。

【0114】

図７は、揮発性化合物の物理化学的パラメータを、図５のマップの成分ＰＣ１と、同様にＰＣＡ分析によってされたが、このマップ上に表されていない成分ＰＣ３とに相関させることによって取得された相関の別の円を示す。この図は、双極子モーメントのノルムμならびに極性表面Ｓ_ＰがＰＣ３とよく相関していることを示し、これは、センサのアレイが、揮発性化合物をそれらの極性に応じて区別し、それらを極性の尺度において分類することができることを意味する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】