JP2004125462A - Biochip - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a biochip for measuring SPR for immobilizing a biomolecular or a biological molecule aggregate to a combined site, while maintaining activity almost without non-specific adsorption at a background section. <P>SOLUTION: The biochip is used to immobilize the biomolecular or the biological molecule aggregate to the surface. A substance, that becomes the starting point for immoblilization or a substance having a functional group, is immobilized to a section (immobilization site) for immobilizing the biomolecular or the biological molecule aggregate. A hydrophilic macromolecule is immobilized to a background section, other than the immobilization site. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
物質間の相互作用を評価できるバイオチップに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、DNAや蛋白質などの生体分子の機能を調べるあるいは、発現遺伝子、蛋白質を明らかにする手段として、生体分子間の相互作用を評価する試みがなされている。その一つとして分子を固体表面に固定化して測定する方法が知られている。固相に生体分子を固定化する方法として、表面に導入した官能基を起点とし、共有結合、イオン結合によって固定化する手段が挙げられる。あるいはビオチンやストレプトアビジンなどの特異性の高い結合相手をもつ分子を表面に固定化しておき、ペアとなる分子を導入した生体分子を表面に固定化する方法も挙げられる。
【0003】
しかし、従来の技術ではチップ全体に官能基あるいは結合分子を導入するものがほとんどであり、生体分子を固定化していない状態では固定化部位とバックグラウンド部の区別がない。そのため、バックグラウンド部に存在する官能基や結合蛋白へ、サンプルが非特異的吸着するのを無視できない場合がある。また、微少量だけ特定の位置に生体分子溶液をスポットする技術も必須であり、高価なスポッティング装置が必要となる。
【0004】
米国特許では、固定化部位に生体分子を固定化し、バックグラウンド部に起点となる官能基あるいは結合分子が存在しない親水性高分子を固定化したアレイを作製する手段が開示されている(例えば、特許文献1参照)。この発明では、生体分子もしくは生物分子集合体を表面に固定化する際にはバックグラウンド部は可逆性疎水性保護基が固定化されており、スポッティングが容易である。しかし、生体分子もしくは生物分子集合体を表面に固定化したのちに塩基性有機溶媒を用いて疎水性保護基を除去し、親水性高分子を固定化する操作が必要であり、非常に煩雑かつ、塩基性有機溶媒が生体分子もしくは生物分子集合体に悪影響を与えることが懸念される。また、親水性高分子を固定化する際に固定化した生体分子もしくは生物分子集合体に悪影響を与えることが懸念される。具体的には親水性高分子が固定化生体分子に結合し、生体分子の機能が損なわれる点である。
【0005】
そこで、バックグラウンド部には非特異的吸着がほとんどなく、固定化部位に生体分子もしくは生物分子集合体を、活性を保ったまま固定化できるバイオチップが望まれている。
【0006】
本発明はバックグラウンド部には非特異的吸着を抑制する親水性高分子を固定化し、固定化部位には固定化させるための起点となる物質もしくは官能基を有する物質が固定化されているバイオチップを得ることを可能とする。
【0007】
【特許文献1】
米国特許6127129号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、バックグラウンド部には非特異的吸着がほとんどなく、固定化部位に生体分子もしくは生物分子集合体を、活性を保ったまま固定化できるバイオチップを得ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出した。
【0010】
1.生体分子もしくは生物分子集合体を表面に固定化するためのバイオチップであり、該生体分子もしくは生物分子集合体を固定化する部分(固定化部位)には固定化させるための起点となる物質もしくは官能基を有する物質が固定化され、かつ固定化部位以外のバックグラウンド部には、親水性高分子が固定化されていることを特徴とするバイオチップ。
【0011】
2.固定化部位の大きさが2500μm2以上であることを特徴とする1記載のバイオチップ。
【0012】
3.金を蒸着した透明ガラスもしくは透明プラスチックを基板として用いることを特徴とする1又は2に記載のバイオチップ。
【0013】
4.バイオチップが、表面プラズモン共鳴(SPR)現象を用いて、チップに固定化されている生体分子もしくは生物分子集合体への反応を解析するためのものであることを特徴とする1〜3のいずれかに記載のバイオチップ。
【0014】
5.バイオチップが、チップに複数の生体分子もしくは生物分子集合体を固定化し、SPRイメージング法によって同時に複数の反応を解析するためのものであることを特徴とする1〜4のいずれかに記載のバイオチップ。
【0015】
6.固定化部位の起点となる物質がビオチン、グルタチオン、ストレプトアビジン、アミロース、抗体よりなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする1〜5のいずれかに記載のバイオチップ。
【0016】
7.固定化部位の起点となる官能基を有する物質の官能基がカルボキシル基、アミノ基、チオール基、マレイミド基、スクシンイミド基、ニトロソ三酢酸基よりなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする1〜6のいずれかに記載のバイオチップ。
【0017】
8.バックグラウンド部に固定化される親水性高分子がポリエチレングリコールであることを特徴とする1〜7のいずれかに記載のバイオチップ。
【0018】
9.ポリエチレングリコールの分子量が1000以上であることを特徴とする8記載のバイオチップ。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。バイオチップは生体分子もしくは生物分子集合体を表面に固定化し、相互作用解析や発現遺伝子、蛋白質などのスクリーニングに有効である。本発明では生体分子もしくは生物分子集合体を固定化する部分(固定化部位)と、固定化部位以外のバックグラウンド部は明確に区別されている。固定化部位には固定化させるための起点となる物質もしくは官能基を有する物質が固定化されている。生体分子もしくは生物分子集合体は起点物質あるいは官能基を介して水素結合、共有結合、イオン結合あるいは疎水結合によって表面に固定化される。バックグラウンド部には固定化部位に高密度で存在する起点物質もしくは官能基は基本的に存在せず、サンプル内に存在する物質の非特異的吸着を抑制するために親水性高分子が固定化されている。
【0020】
固定化部位に導入される結合分子あるいは官能基は特に限定されるものではないが、結合の起点として容易に目的の生体分子あるいは生物分子集合体を結合し固定化できるものが好ましい。結合分子としてはビオチン、ストレプトアビジン、グルタチオン、アミロース、抗体が好ましい。ビオチンとストレプトアビジンはそれぞれが強固に結合することが知られている。グルタチオンにはグルタチオン−S−トランスフェラーゼ融合蛋白、アミロースにはマルトース結合蛋白、抗体として抗マウス抗体を用いた場合、マウス由来の抗体を結合することができる。
【0021】
固定化部位の起点となる官能基としてはカルボキシル基、アミノ基、チオール基、マレイミド基、スクシンイミド基、ニトロソ三酢酸基が好ましい。
【0022】
固定化部位の起点となる結合分子もしくは官能基の導入方法は特に限定されるものではないが、金蒸着表面の場合はチオールを末端にもつ化合物を利用して、表面に直接あるいは間接に導入することができる。あるいはガラス表面の場合はシランカップリング剤を用いることで表面に物質を導入することができる。また、別の方法として結合分子あるいは官能基をもつ物質をスピンコートにより表面にコーティングすることも可能である。
【0023】
本発明では固定化部位に固定化される生体分子もしくは生物分子集合体を結合して固定化することが容易であるが、バックグラウンド部には固定化部位に存在する起点物質もしくは官能基が基本的に存在しないため、生体分子もしくは生物分子集合体が固定化できない。固定化部位とバックグラウンド部が明確にすることによって、より精密な解析が可能となる。固定化部位とバックグラウンド部を分ける手段としては光照射によるパターン化技術や、スタンプ技術などが挙げられる。
【0024】
バイオチップの素材としてはガラスあるいは透明プラスチックが好ましい。金を蒸着したガラスや透明プラスチックは金−硫黄結合によって官能基や結合分子を導入することが容易であり特に好ましい。結合分子や官能基を末端にもつアルカンチオールを金表面に結合させることができる。あるいは、ベースとなる官能基や結合分子を末端にもつアルカンチオールを金表面に結合させ、導入するべき結合分子もしくは官能基をもつ化合物を表面に存在する結合分子あるいは官能基に結合させて固定化する方法、あるいは複数のステップで架橋剤などを用いて結合分子もしくは官能基を導入する手段などが考えられる。
【0025】
また、光を照射してパターン化する手法は金表面に応用することができ、紫外線により金−硫黄結合を酸化して洗浄除去し、新たにアルカンチオールを金表面に結合させることができる。
【0026】
非特異的吸着を抑制する親水性高分子は非イオン性であることが好ましい。イオン結合による非特異吸着を抑制するためである。具体的にはポリエチレングリコールやポリビニルアルコールなどの合成高分子、デキストランなどの糖類が挙げられるが、ポリエチレングリコールが特に好ましい。さらに分子量1000以上の方が非特異的吸着を抑制する効果があり好ましい。固定化する方法は表面に直接あるいは間接でもよい。金表面に直接固定化する場合、チオール基末端の親水性高分子を固定化する方法などが挙げられる。金表面に間接的に固定化する場合、一旦、末端に官能基をもつアルカンチオールを金表面に固定化し、その次にアルカンチオールが有する官能基を起点として親水性高分子を固定化することができる。あるいは親水性高分子を表面にコーティングする方法も可能である。
【0027】
透明基板上に金薄層を蒸着したチップは、一般的な蛍光やラジオアイソトープなどによるラベル化で相互作用解析が可能であるだけでなく、表面プラズモン共鳴(SPR)による検出が可能である。SPRはラベルフリーかつリアルタイムに相互作用解析が可能な技術でありSPR共鳴角付近で光の反射光をモニターする。
【0028】
特にSPRイメージングはチップ全体に光を当て、その反射光をCCDカメラで撮影する手法であり、本発明のチップを用いて複数の生体分子あるいは生物分子集合体を固定化し、複数の相互作用を同時に解析することが可能である。
【0029】
SPRイメージングで観察するためには固定化部位の大きさは2500μm以上が好ましい。それ以下であると像がはっきりせず、観察が困難なためである。
【0030】
【実施例】
以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【0031】
[実施例]
厚さ1mm、18mm×18mmのSF10製透明ガラス基板上にクロム1nmを蒸着した後、金を45nm蒸着した。蒸着の厚みは水晶発振子にてモニターした。金が表面に蒸着された基板を8−Amino−1−Octanethiol, Hydrochrolide(8−AOT,同仁化学研究所製)の1mMエタノール溶液に16時間浸漬し、8−AOTの自己組織化表面を形成させた。
【0032】
分子量2000のスクシンイミド基末端ポリエチレングリコール(mPEG−SPA,Sheawater Polymers社製)をリン酸緩衝液に10mg/mlで溶解し、金表面の8−AOTに2時間反応させ、PEGを表面に固定化した。水晶上にクロムでパターンを描いたフォトマスクを基板上に置き、Oriel社製1000Wキセノンアークランプにて一時間照射してパターン化を行った。フォトマスクのパターンは500μm×500μmの四角形が100個並んだものである。
【0033】
照射後、ミリQ水とエタノールで洗浄したのち、7−Carboxy−1−Heptanethiol(7−CHT、同仁化学研究所製)の1mMエタノール溶液に16時間浸漬し、光を照射した部分に7−CHTの自己組織化表面を形成させた。次に0.2M水溶性カルボジイミド(ナカライテスク社製)、0.05M N−ヒドロキシスクシンイミド(ナカライテスク社製)をリン酸緩衝液に溶解させ、15分間反応させ、7−CHTのカルボキシル基を活性化させた。すぐに1mMのAB−NTA(同仁化学研究所製)を30分反応させ、ニトロソ三酢酸(NTA)基を固定化部位に導入した。未反応のスクシンイミド基は1Mエタノールアミン溶液(pH8.5)でブロッキングした。こうして得られたバイオチップは固定化部位にNTA基を有し、バックグラウンドは親水性高分子であるポリエチレングリコールが固定化されている。
【0034】
このバイオチップを2.5mM塩化ニッケル(II)のリン酸緩衝液溶液に一時間浸漬し、NTA−Niキレートを形成させたのち、Hisタグ付きMycペプチドとHisタグ付きFlagペプチド、Hisタグ付き不活性化チロシンヒドロキシナーゼ(TH)を図1に示すパターンでチップの中央に4箇所ならべてスポッティングし、5分後ただちにSPRイメージング機器(SPRImager:GWC instruments社製)にセットした。観察は10mM Hepes、150mM NaCl、0.005%ノニデットP−40、pH7.2の緩衝液中で実施した。1μg/mlの抗Myc抗体(Santa Cruz社製)を入れる前と入れて15分後の写真を撮影し、前後の画像の差をとった結果を図2に示す(図内の点線枠はスポット位置)。また、抗Flag抗体(Sigma社製)を入れる前と入れた後の画像の差を図3(図内の点線枠はスポット位置)に示す。抗Myc抗体がMycペプチドに、抗Flag抗体がFlag抗体に選択的に結合しているのを観察することができた。
【0035】
[比較例1]
実施例と同様の金蒸着基板を7−CHTの1mMエタノール溶液に16時間浸漬し、全面に7−CHTの自己組織化表面を形成させた。次に0.2M水溶性カルボジイミド、0.05M N−ヒドロキシスクシンイミドをリン酸緩衝液に溶解させ、15分間反応させ、7−CHTのカルボキシル基を活性化させた。すぐに1mMのAB−NTAを30分反応させ、NTA基を固定化部位に導入した。未反応のスクシンイミド基は1Mエタノールアミン溶液(pH8.5)でブロッキングした。こうして得られたバイオチップは基板全面にNTA基を有している。
【0036】
このバイオチップを2.5mM塩化ニッケル(II)のリン酸緩衝液溶液に一時間浸漬し、NTA−Niキレートを形成させたのち、ヒスチジンタグ付き蛋白をスポッティングした。しかし、スポット形状は一定でなく観察しにくい。また、蛋白が結合していない部分にもNTA−Niキレートが形成されているため、バックグラウンド部がブランクとして機能せず、データが取りづらい。
【0037】
[比較例2]
実施例と同様の金蒸着基板を8−AOTの1mMエタノール溶液に16時間浸漬し、8−AOTの自己組織化表面を形成させた。1mgのFmoc−OSu(Nova Biochem社製)をDMSO300μlに溶解し、pH7の100mM TEA緩衝液200μl加え、基板上で反応させ、表面をFmocで覆った。実施例と同様にフォトマスクを用いて一時間照射しパターン化を行った。照射後、ミリQ水とエタノールで洗浄したのち、8−AOTの1mMエタノール溶液に16時間浸漬し、光を照射した部分に8−AOTの自己組織化表面を形成させた。次にSulfo−SMCC(Pierce社製)をリン酸緩衝液に溶解させ、スポッティングを行って15分間反応させ、スポット部の表面をマレイミド基とした。
【0038】
次に5‘チオール末端DNAを16時間反応させて、DNAを固定化した。0.9mlのTris(2−Aminoethyl)Amineと5.1mlのDimethyl Formamideを混合した塩基性有機溶媒を基板上に与え、バックグラウンド部のFmocを除去した。最後に分子量2000のスクシンイミド基末端ポリエチレングリコール(mPEG−SPA,SheawaterPolymers社製)をリン酸緩衝液に10mg/mlで溶解し、金表面の8−AOTに2時間反応させ、PEGを表面に固定化した。この方法は非常に手間がかかるだけでなく、固定化した物質に負担がかかる。Fmocを除去する際の有機溶媒の固定化物質への影響、PEGの固定化物質への反応性が問題となる。特に蛋白質を表面に固定化する場合に適応するのは困難である。
【0039】
【発明の効果】
本発明のSPR用バイオチップは、バックグラウンド部には非特異的吸着がほとんどなく、固定化部位に生体分子もしくは生物分子集合体を、活性を保ったまま固定化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例のSPR用バイオチップのMyc、Flag、THスポッティングパターンを示す図
【図2】抗Myc抗体を入れる前と入れた後の画像の差をとった結果図
【図3】抗Flag抗体を入れる前と入れた後の画像の差をとった結果図
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a biochip capable of evaluating an interaction between substances.
[0002]
[Prior art]
In recent years, attempts have been made to examine the functions of biomolecules such as DNA and proteins, or to evaluate the interaction between biomolecules as a means for clarifying expressed genes and proteins. As one of the methods, a method of measuring a molecule by immobilizing the molecule on a solid surface is known. As a method of immobilizing a biomolecule on a solid phase, there is a method of immobilizing a biomolecule by a covalent bond or an ionic bond, starting from a functional group introduced on the surface. Alternatively, a method is also possible in which a molecule having a highly specific binding partner such as biotin or streptavidin is immobilized on the surface, and a biomolecule into which a paired molecule is introduced is immobilized on the surface.
[0003]
However, in most of the conventional techniques, a functional group or a binding molecule is introduced into the entire chip, and there is no distinction between an immobilized site and a background portion in a state where the biomolecule is not immobilized. Therefore, non-specific adsorption of a sample to a functional group or a binding protein present in the background may not be ignored. In addition, a technique of spotting a biomolecule solution at a specific position in a very small amount is also indispensable, and an expensive spotting device is required.
[0004]
U.S. Patents disclose a means for preparing an array in which a biomolecule is immobilized on an immobilization site and a hydrophilic polymer having no functional group or binding molecule as a starting point in a background portion is immobilized (for example, Patent Document 1). According to the present invention, when a biomolecule or a biomolecule aggregate is immobilized on a surface, a reversible hydrophobic protecting group is immobilized on a background portion, and spotting is easy. However, after the biomolecules or biomolecule aggregates are immobilized on the surface, it is necessary to remove the hydrophobic protecting groups using a basic organic solvent, and immobilize the hydrophilic polymer. There is a concern that the basic organic solvent may adversely affect the biomolecules or biomolecule aggregates. In addition, there is a concern that the immobilization of the hydrophilic polymer may adversely affect the immobilized biomolecules or biomolecule aggregates. Specifically, the point is that the hydrophilic polymer binds to the immobilized biomolecule, and the function of the biomolecule is impaired.
[0005]
Therefore, there is a demand for a biochip which has almost no non-specific adsorption in the background portion and can immobilize a biomolecule or biomolecule aggregate at an immobilization site while maintaining its activity.
[0006]
The present invention provides a biomolecule in which a hydrophilic polymer that suppresses nonspecific adsorption is immobilized on a background portion, and a substance or a substance having a functional group serving as a starting point for immobilization is immobilized on the immobilization site. It is possible to get chips.
[0007]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 6,127,129 [0008]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a biochip which has almost no non-specific adsorption on a background portion and can immobilize a biomolecule or a biomolecule aggregate on an immobilization site while maintaining its activity.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by the following means.
[0010]
1. A biochip for immobilizing a biomolecule or a biomolecule assembly on a surface, and a portion (immobilization site) for immobilizing the biomolecule or the biomolecule assembly is a substance or a starting point for immobilization. A biochip, wherein a substance having a functional group is immobilized, and a hydrophilic polymer is immobilized on a background portion other than the immobilization site.
[0011]
2. 2. The biochip according to 1, wherein the size of the immobilization site is 2500 μm 2 or more.
[0012]
3. 3. The biochip according to 1 or 2, wherein a transparent glass or a transparent plastic on which gold is deposited is used as a substrate.
[0013]
4. A biochip for analyzing a reaction to a biomolecule or a biomolecule aggregate immobilized on the chip using a surface plasmon resonance (SPR) phenomenon; A biochip as described in Crab.
[0014]
5. The biochip according to any one of claims 1 to 4, wherein the biochip is for immobilizing a plurality of biomolecules or biomolecule aggregates on the chip and analyzing a plurality of reactions simultaneously by SPR imaging. Chips.
[0015]
6. 6. The biochip according to any one of 1 to 5, wherein the substance serving as a starting point of the immobilization site is at least one selected from the group consisting of biotin, glutathione, streptavidin, amylose, and antibody.
[0016]
7. The functional group of the substance having a functional group as a starting point of the immobilization site is at least one selected from the group consisting of a carboxyl group, an amino group, a thiol group, a maleimide group, a succinimide group, and a nitrosotriacetic acid group. 7. The biochip according to any one of 1 to 6, wherein
[0017]
8. 8. The biochip according to any one of 1 to 7, wherein the hydrophilic polymer immobilized on the background is polyethylene glycol.
[0018]
9. 9. The biochip according to 8, wherein the molecular weight of polyethylene glycol is 1,000 or more.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail. The biochip immobilizes biomolecules or biomolecule aggregates on the surface, and is effective for interaction analysis and screening of expressed genes and proteins. In the present invention, a portion for immobilizing a biomolecule or a biomolecule assembly (immobilization site) and a background portion other than the immobilization site are clearly distinguished. A substance serving as a starting point for immobilization or a substance having a functional group is immobilized on the immobilization site. The biomolecule or biomolecule aggregate is immobilized on the surface by a hydrogen bond, a covalent bond, an ionic bond or a hydrophobic bond via a starting substance or a functional group. In the background area, there is basically no starting substance or functional group present at a high density at the immobilization site, and a hydrophilic polymer is immobilized to suppress non-specific adsorption of substances existing in the sample. Have been.
[0020]
The binding molecule or functional group to be introduced into the immobilization site is not particularly limited, but is preferably one that can easily bind and immobilize the target biomolecule or biomolecule assembly as a starting point of the binding. Preferred binding molecules are biotin, streptavidin, glutathione, amylose and antibodies. It is known that biotin and streptavidin bind tightly to each other. When glutathione-S-transferase fusion protein is used for glutathione, maltose binding protein is used for amylose, and when an anti-mouse antibody is used as an antibody, a mouse-derived antibody can be used.
[0021]
The functional group serving as the starting point of the immobilization site is preferably a carboxyl group, an amino group, a thiol group, a maleimide group, a succinimide group, or a nitrosotriacetic acid group.
[0022]
The method for introducing a binding molecule or a functional group serving as a starting point of the immobilization site is not particularly limited. In the case of a gold-deposited surface, a thiol-terminated compound is used to directly or indirectly introduce the compound to the surface. be able to. Alternatively, in the case of a glass surface, a substance can be introduced to the surface by using a silane coupling agent. As another method, a substance having a binding molecule or a functional group can be coated on the surface by spin coating.
[0023]
In the present invention, it is easy to bind and immobilize a biomolecule or a biomolecule assembly immobilized on an immobilization site, but the background substance is basically composed of a starting substance or a functional group present in the immobilization site. Biomolecules or biomolecule aggregates cannot be immobilized. By clarifying the immobilization site and the background part, more precise analysis becomes possible. Means for separating the immobilization site from the background portion include a patterning technique by light irradiation, a stamp technique, and the like.
[0024]
As a material of the biochip, glass or transparent plastic is preferable. Glass or transparent plastic on which gold is deposited is particularly preferable because it is easy to introduce a functional group or a bonding molecule through a gold-sulfur bond. Alkanethiols having a binding molecule or a functional group at the end can be bound to the gold surface. Alternatively, an alkanethiol having a base functional group or binding molecule at the end is bound to the gold surface, and a binding molecule or compound having a functional group to be introduced is bound to the binding molecule or functional group present on the surface and immobilized. Or a means for introducing a binding molecule or a functional group using a crosslinking agent or the like in a plurality of steps.
[0025]
In addition, the method of patterning by irradiating light can be applied to the gold surface, and the alkanethiol can be newly bonded to the gold surface by oxidizing and removing the gold-sulfur bond by ultraviolet rays.
[0026]
The hydrophilic polymer that suppresses nonspecific adsorption is preferably nonionic. This is for suppressing non-specific adsorption due to ionic bonds. Specific examples include synthetic polymers such as polyethylene glycol and polyvinyl alcohol, and saccharides such as dextran, and polyethylene glycol is particularly preferable. Further, those having a molecular weight of 1,000 or more have an effect of suppressing nonspecific adsorption, and are therefore preferable. The method of immobilization may be direct or indirect on the surface. In the case of immobilization directly on the gold surface, a method of immobilizing a hydrophilic polymer at the terminal of a thiol group may be used. When indirectly immobilizing on a gold surface, it is necessary to first immobilize an alkanethiol having a functional group at the terminal on the gold surface, and then immobilize a hydrophilic polymer starting from the functional group of the alkanethiol. it can. Alternatively, a method of coating the surface with a hydrophilic polymer is also possible.
[0027]
A chip in which a thin gold layer is deposited on a transparent substrate can not only be analyzed for interaction by labeling with general fluorescence or radioisotope, but also can be detected by surface plasmon resonance (SPR). SPR is a label-free technique capable of real-time interaction analysis, and monitors reflected light near the SPR resonance angle.
[0028]
In particular, SPR imaging is a method of irradiating the entire chip with light and capturing the reflected light with a CCD camera. Using the chip of the present invention, a plurality of biomolecules or biomolecule aggregates are immobilized, and a plurality of interactions are simultaneously performed. It is possible to analyze.
[0029]
For observation by SPR imaging, the size of the immobilized site is preferably 2500 μm 2 or more. If it is less than this, the image is not clear and observation is difficult.
[0030]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to Examples.
[0031]
[Example]
After depositing 1 nm of chromium on a transparent glass substrate made of SF10 having a thickness of 1 mm and 18 mm × 18 mm, gold was deposited to a thickness of 45 nm. The thickness of the evaporation was monitored with a crystal oscillator. The substrate on which gold was deposited was immersed in a 1 mM ethanol solution of 8-Amino-1-Octanethiol, Hydrochloride (8-AOT, manufactured by Dojindo Laboratories) for 16 hours to form a self-assembled surface of 8-AOT. Was.
[0032]
Succinimide group-terminated polyethylene glycol having a molecular weight of 2,000 (mPEG-SPA, manufactured by Sheawater Polymers) was dissolved in a phosphate buffer at 10 mg / ml, reacted with 8-AOT on the gold surface for 2 hours, and PEG was immobilized on the surface. . A photomask in which a pattern was drawn with chromium on quartz was placed on the substrate, and irradiation was performed with a 1000 W xenon arc lamp manufactured by Oriel for one hour to perform patterning. The pattern of the photomask is one in which 100 squares of 500 μm × 500 μm are arranged.
[0033]
After irradiation, the plate was washed with Milli-Q water and ethanol, immersed in a 1 mM ethanol solution of 7-Carboxy-1-Heptanethiol (7-CHT, manufactured by Dojindo Laboratories) for 16 hours, and the irradiated portion was irradiated with 7-CHT. Formed a self-assembled surface. Next, 0.2 M water-soluble carbodiimide (manufactured by Nacalai Tesque) and 0.05 M N-hydroxysuccinimide (manufactured by Nacalai Tesque) are dissolved in a phosphate buffer and reacted for 15 minutes to activate the carboxyl group of 7-CHT. It was made. Immediately, 1 mM AB-NTA (manufactured by Dojindo Laboratories) was reacted for 30 minutes to introduce a nitrosotriacetic acid (NTA) group into the immobilization site. Unreacted succinimide groups were blocked with a 1 M ethanolamine solution (pH 8.5). The biochip thus obtained has an NTA group at the immobilization site, and the background is immobilized with polyethylene glycol, which is a hydrophilic polymer.
[0034]
This biochip was immersed in a phosphate buffer solution of 2.5 mM nickel (II) chloride for 1 hour to form NTA-Ni chelate, and then His-tagged Myc peptide, His-tagged Flag peptide, and His-tagged Activated tyrosine hydroxylase (TH) was spotted at four locations in the center of the chip in the pattern shown in FIG. 1 and immediately set on an SPR imaging device (SPRImager: manufactured by GWC instruments) 5 minutes later. The observation was performed in a buffer of 10 mM Hepes, 150 mM NaCl, 0.005% Nonidet P-40, pH 7.2. Photographs were taken before and after the addition of 1 μg / ml anti-Myc antibody (manufactured by Santa Cruz) and 15 minutes after the addition, and the difference between the images before and after was shown in FIG. 2. position). Further, the difference between the images before and after the anti-Flag antibody (manufactured by Sigma) is inserted is shown in FIG. 3 (the dotted frame in the figure is the spot position). It was possible to observe that the anti-Myc antibody selectively bound to the Myc peptide and the anti-Flag antibody selectively bound to the Flag antibody.
[0035]
[Comparative Example 1]
The same gold-deposited substrate as in the example was immersed in a 1 mM ethanol solution of 7-CHT for 16 hours to form a self-assembled surface of 7-CHT on the entire surface. Next, 0.2 M water-soluble carbodiimide and 0.05 M N-hydroxysuccinimide were dissolved in a phosphate buffer and reacted for 15 minutes to activate the carboxyl group of 7-CHT. Immediately, 1 mM AB-NTA was reacted for 30 minutes to introduce an NTA group into the immobilization site. Unreacted succinimide groups were blocked with a 1 M ethanolamine solution (pH 8.5). The biochip thus obtained has NTA groups on the entire surface of the substrate.
[0036]
This biochip was immersed in a phosphate buffer solution of 2.5 mM nickel (II) chloride for 1 hour to form an NTA-Ni chelate, and then a histidine-tagged protein was spotted. However, the spot shape is not constant and is difficult to observe. In addition, since the NTA-Ni chelate is also formed in the portion where the protein is not bound, the background portion does not function as a blank, making it difficult to collect data.
[0037]
[Comparative Example 2]
The same gold-deposited substrate as in the example was immersed in a 1 mM ethanol solution of 8-AOT for 16 hours to form a self-assembled surface of 8-AOT. 1 mg of Fmoc-OSu (manufactured by Nova Biochem) was dissolved in 300 μl of DMSO, 200 μl of 100 mM TEA buffer at pH 7 was added, and the reaction was performed on a substrate, and the surface was covered with Fmoc. Irradiation was performed for one hour using a photomask to perform patterning in the same manner as in the example. After irradiation, the substrate was washed with Milli-Q water and ethanol, and then immersed in a 1 mM ethanol solution of 8-AOT for 16 hours to form a self-assembled surface of 8-AOT on the irradiated portion. Next, Sulfo-SMCC (manufactured by Pierce) was dissolved in a phosphate buffer, spotted, and reacted for 15 minutes to make the surface of the spot portion a maleimide group.
[0038]
Next, the DNA was immobilized by reacting the 5 ′ thiol-terminal DNA for 16 hours. A basic organic solvent obtained by mixing 0.9 ml of Tris (2-aminoethyl) Amine and 5.1 ml of dimethylformamide was applied to the substrate, and Fmoc in the background was removed. Finally, succinimide group-terminated polyethylene glycol having a molecular weight of 2,000 (mPEG-SPA, manufactured by Sheawater Polymers) is dissolved at 10 mg / ml in a phosphate buffer, and reacted with 8-AOT on the gold surface for 2 hours to immobilize PEG on the surface. did. This method is not only very laborious, but also burdens the immobilized material. The effect of the organic solvent on the immobilized substance and the reactivity of PEG to the immobilized substance when removing Fmoc are problematic. In particular, it is difficult to adapt to the case where proteins are immobilized on the surface.
[0039]
【The invention's effect】
The biochip for SPR of the present invention has almost no non-specific adsorption in the background portion, and can immobilize a biomolecule or a biomolecule aggregate on an immobilization site while maintaining its activity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing Myc, Flag, and TH spotting patterns of a biochip for SPR of an example. FIG. 2 is a diagram showing a difference between images before and after an anti-Myc antibody is inserted. FIG. Figure showing the difference between the images before and after the Flag antibody was added

Claims (9)

生体分子もしくは生物分子集合体を表面に固定化するためのバイオチップであり、該生体分子もしくは生物分子集合体を固定化する部分(固定化部位)には固定化させるための起点となる物質もしくは官能基を有する物質が固定化され、かつ固定化部位以外のバックグラウンド部には、親水性高分子が固定化されていることを特徴とするバイオチップ。A biochip for immobilizing a biomolecule or a biomolecule assembly on a surface, and a portion (immobilization site) for immobilizing the biomolecule or the biomolecule assembly is a substance or a starting point for immobilization A biochip, wherein a substance having a functional group is immobilized, and a hydrophilic polymer is immobilized on a background portion other than the immobilization site. 固定化部位の大きさが2500μm以上であることを特徴とする請求項1記載のバイオチップ。The biochip according to claim 1, wherein the size of the immobilization site is 2500 µm 2 or more. 金を蒸着した透明ガラスもしくは透明プラスチックを基板として用いることを特徴とする請求項1又は2に記載のバイオチップ。3. The biochip according to claim 1, wherein a transparent glass or a transparent plastic on which gold is deposited is used as a substrate. バイオチップが表面プラズモン共鳴(SPR)現象を用いて、チップに固定化されている生体分子もしくは生物分子集合体への反応を解析するためのものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のバイオチップ。4. The biochip according to claim 1, wherein the biochip is used for analyzing a reaction to a biomolecule or a biomolecule aggregate immobilized on the chip using a surface plasmon resonance (SPR) phenomenon. The biochip according to any one of the above. バイオチップが、チップに複数の生体分子もしくは生物分子集合体を固定化し、SPRイメージング法によって同時に複数の反応を解析するためのものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のバイオチップ。The biochip is for immobilizing a plurality of biomolecules or biomolecule aggregates on the chip and analyzing a plurality of reactions simultaneously by SPR imaging. Biochip. 固定化部位の起点となる物質がビオチン、グルタチオン、ストレプトアビジン、アミロース、抗体よりなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のバイオチップ。The biochip according to any one of claims 1 to 5, wherein the substance serving as a starting point of the immobilization site is at least one selected from the group consisting of biotin, glutathione, streptavidin, amylose, and an antibody. 固定化部位の起点となる官能基を有する物質の官能基がカルボキシル基、アミノ基、チオール基、マレイミド基、スクシンイミド基、ニトロソ三酢酸基よりなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1項1〜6のいずれかに記載のバイオチップ。The functional group of the substance having a functional group as a starting point of the immobilization site is at least one selected from the group consisting of a carboxyl group, an amino group, a thiol group, a maleimide group, a succinimide group, and a nitrosotriacetic acid group. The biochip according to any one of claims 1 to 6, wherein the biochip is used. バックグラウンド部に固定化される親水性高分子がポリエチレングリコールであることを特徴とする請求項1項1〜7のいずれかに記載のバイオチップ。The biochip according to any one of claims 1 to 7, wherein the hydrophilic polymer immobilized on the background portion is polyethylene glycol. ポリエチレングリコールの分子量が1000以上であることを特徴とする請求項8記載のバイオチップ。The biochip according to claim 8, wherein the molecular weight of the polyethylene glycol is 1,000 or more.
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