JP2005530176A - Coated metal surface on solid support for substitution reaction - Google Patents

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Abstract

置換反応用の固体担体上の被覆された金属表面
固体担体上の被覆された金属表面であって、該被覆が、オリゴ(エチレングリコール)末端を有するアミド基を含むアルキルチオールの自己集合した、チオール末端を経由して金属表面に堅く付加している単分子層(SAM)、およびアミド基を経由してSAM形成OEG分子に結合した低分子量抗原からなり、アルキル部分は1〜20個のメチレン基を有し、オリゴ(エチレングリコール)部分は1〜15エチレンオキシ単位を有し、抗原、例えば爆薬および麻薬、は所望により抗原に対して特異的な抗体に可逆的に結合する、被覆された金属表面を開示する。固体担体上の被覆された金属表面は、被覆の抗原よりも抗体に対して高い親和力を有する水溶液中のアナライト抗原を、被覆からの抗体の置換を監視することにより検出するための分析装置、例えば圧電結晶微量天秤装置または表面プラズモン共鳴バイオセンサー、の一部としてアナライト抗原の検出方法に使用できる。
Coated metal surface on a solid support for substitution reaction A coated metal surface on a solid support, wherein the coating is a self-assembled thiol of an alkyl thiol containing an amide group having an oligo (ethylene glycol) end It consists of a monolayer (SAM) that is tightly attached to the metal surface via the end, and a low molecular weight antigen attached to the SAM-forming OEG molecule via an amide group, where the alkyl moiety is 1-20 methylene groups A coated metal, wherein the oligo (ethylene glycol) moiety has 1 to 15 ethyleneoxy units, and antigens, such as explosives and narcotics, reversibly bind to antibodies specific for the antigen, if desired Disclose the surface. An analytical device for detecting an analyte antigen in an aqueous solution having a higher affinity for the antibody than the antigen of the coating by monitoring the displacement of the antibody from the coating, the coated metal surface on the solid support; For example, it can be used in a method for detecting an analyte antigen as part of a piezoelectric crystal microbalance device or a surface plasmon resonance biosensor.

Description

本発明は、可逆的に結合した、アナライト(analyte)に特異的な抗体を金属表面被覆から置換することにより、特に水溶液中のアナライトを検出するための、置換反応用の、固体担体上の被覆された金属表面に関する。水溶液中のアナライトの置換を、従って、その存在を検出することは、分析装置、例えば圧電結晶微量天秤(Piezoelectric Crystal Microbalance)(PCM)装置または表面プラズモン共鳴(Surface Plasmon Resonance)(SPR)バイオセンサー、で行う。   The present invention relates to a reversible binding on a solid support for a displacement reaction, particularly for detecting an analyte in an aqueous solution, by substituting an analyte-specific antibody from the metal surface coating. Relates to coated metal surfaces. Detecting the displacement of the analyte in the aqueous solution, and hence its presence, can be achieved by an analytical device, such as a Piezoelectric Crystal Microbalance (PCM) device or a Surface Plasmon Resonance (SPR) biosensor. And do it.

SPRバイオセンサーは、特定金属表面の近くにおける分子相互作用に関する情報を引き出すのに使用できる、敏感なリアル−タイム技術である。この技術により、濃度、会合および解離速度定数および親和力ならびにエピトープマッピングおよび相互作用特異性の測定が可能になる[B. Liedberg and K. Johansen, Affinity biosensing based on surface plasmon detection in 「Methods in Biotechnology, Vol. 7: Affinity Biosensors: Techniques and Protocols」, K.R. Rogers and A. Muchandani (Eds.), Humana Press Inc., Totowa, NJ, pp. 31-53]。この研究された反応に関与する成分の一つは、SPR実験の前または最中に金属表面上に固定される。固定された分子を連続流に露出し、その中に相互作用する化学種を注入することができる。この方法は、光学的検出に基づき、検知信号は、表面における誘電関数または屈折率の変化を反映する。これらの変化は、表面における分子の相互作用により引き起こされる。   SPR biosensors are sensitive real-time technologies that can be used to derive information about molecular interactions in the vicinity of specific metal surfaces. This technique allows measurement of concentration, association and dissociation rate constants and affinity, as well as epitope mapping and interaction specificity [B. Liedberg and K. Johansen, Affinity biosensing based on surface plasmon detection in “Methods in Biotechnology, Vol. 7: Affinity Biosensors: Techniques and Protocols ", KR Rogers and A. Muchandani (Eds.), Humana Press Inc., Totowa, NJ, pp. 31-53]. One of the components involved in this studied reaction is immobilized on the metal surface before or during the SPR experiment. The immobilized molecules can be exposed to a continuous stream and the interacting species can be injected therein. This method is based on optical detection and the sensing signal reflects a change in dielectric function or refractive index at the surface. These changes are caused by molecular interactions at the surface.

PCM技術は、微量天秤装置中の振動する圧電結晶に基づき、結晶は、例えば石英、窒化アルミニウム(AlN)またはニオブ酸ナトリウムカリウム(NKN)からなる。結晶が石英結晶である場合、その装置はQCM(石英結晶微量天秤)と呼ばれる。PCMおよびQCMは、重量センサーであり、従って、質量変化に敏感である。QCMは、圧電石英結晶板を備えてなり、その上に金属電極が両側に堆積している。そのような結晶板上に印加された交流電位差がせん断波を誘導する。厚さが半波長の奇数整数になるような特定周波数で、結晶は共鳴する[M. Rodahl, F. Hoeoek, A. Krozer, P. Brzezinski and B. Kasemo, Quartz crystal microbalance setup for frequency and Q-factor measurements in gaseous and liquid environments, Review of Scientific Instruments 66 (1995) pp. 3924-3930]。エネルギー的に最も好ましい半波長の数は1である。共鳴周波数は、結晶の厚さによって異なるが、通常はMHz領域にある。板の表面上における質量変化により、共鳴周波数が変化する。0.01Hzの周波数変化を容易に測定できることから、QCMは、質量変動を測定するための敏感なセンサーになる。多くの特許および他の文献が、圧電石英結晶(QCM)の、例えば様々な免疫測定技術、および細菌およびウイルスの検出における、親和力に基づく化学的センサー/検出器としての使用を記載している。これらの用途のほとんどで、QCM計器を、相互作用対、例えば抗体と抗原、間の相互作用の後における結晶の重量増加を分析するのに使用している。   The PCM technology is based on a vibrating piezoelectric crystal in a microbalance device, the crystal being made of, for example, quartz, aluminum nitride (AlN) or sodium potassium niobate (NKN). If the crystal is a quartz crystal, the device is called a QCM (quartz crystal microbalance). PCM and QCM are weight sensors and are therefore sensitive to mass changes. The QCM includes a piezoelectric quartz crystal plate on which metal electrodes are deposited on both sides. An alternating potential difference applied on such a crystal plate induces shear waves. The crystal resonates at a specific frequency such that the thickness is an odd integer of half wavelength [M. Rodahl, F. Hoeoek, A. Krozer, P. Brzezinski and B. Kasemo, Quartz crystal microbalance setup for frequency and Q- factor measurements in gaseous and liquid environments, Review of Scientific Instruments 66 (1995) pp. 3924-3930]. The most preferable half-wavelength in terms of energy is 1. The resonance frequency varies depending on the crystal thickness, but is usually in the MHz region. The resonance frequency changes due to the mass change on the surface of the plate. Since the frequency change of 0.01 Hz can be easily measured, the QCM becomes a sensitive sensor for measuring mass fluctuations. A number of patents and other documents describe the use of piezoelectric quartz crystals (QCM) as affinity-based chemical sensors / detectors, for example in various immunoassay techniques and in the detection of bacteria and viruses. In most of these applications, QCM instruments are used to analyze the weight gain of crystals after interaction pairs, eg, interaction between antibody and antigen.

小さな分子を従来の免疫センサーで分析することには、応答が遅い、すなわちセンサー結晶の重量変化が小さいために、明らかな難点がある。小さな分子の必要な検出を行うには、装置の感度を改良しなければならない。小さな分子の検出可能性を改良するには、小さな分子を大きな分子と、小さな分子と大きな分子との間の特異的な相互作用により反応させる必要がある。例えば、小さな抗原分子を抗体と反応させて抗体に特異的に結合させ、容易に検出できる抗原−抗体複合体を形成する。抗体に対する親和力がアナライト抗原より小さい抗原誘導体を表面に固定すると、これらの抗原に対して特異的な抗体を、固定された抗原に可逆的に結合することができる。次いで、溶液中にアナライト抗原が存在すると、固定された抗原から抗体が置換され、アナライト抗原との抗原−抗体複合体が形成される。抗体がマーカー、例えば蛍光標識、を有する場合、形成された複合体は、そのマーカーを利用して検出することができる。他方、固定された抗原が質量変化に敏感なバイオセンサーの表面に固定されると、その表面から抗体が置換されることにより、重量損失が起こる。そのような置換反応を本発明で使用する。   Analyzing small molecules with a conventional immunosensor presents obvious difficulties because of the slow response, i.e. the small change in weight of the sensor crystal. To perform the necessary detection of small molecules, the sensitivity of the instrument must be improved. In order to improve the detectability of small molecules, it is necessary to react small molecules with large molecules and specific interactions between small and large molecules. For example, a small antigen molecule is reacted with an antibody to specifically bind to the antibody to form an antigen-antibody complex that can be easily detected. When antigen derivatives having an affinity for antibodies smaller than the analyte antigen are immobilized on the surface, antibodies specific for these antigens can be reversibly bound to the immobilized antigen. Next, when an analyte antigen is present in the solution, the antibody is displaced from the immobilized antigen, and an antigen-antibody complex with the analyte antigen is formed. When the antibody has a marker, such as a fluorescent label, the complex formed can be detected using that marker. On the other hand, when the immobilized antigen is immobilized on the surface of the biosensor that is sensitive to mass change, the antibody is displaced from the surface, resulting in weight loss. Such substitution reactions are used in the present invention.

有機硫黄化合物、例えばアルキルチオール、は、十分に秩序付けられた、密に充填されたSAMを金基材上に形成するのに使用できる。硫黄と金との間の強力な化学結合が分子を表面に結びつける。基材に固定された(pinned)後(これは数秒間で起こる)、分子は、アルキル鎖間のファンデルワールス力のために、密に充填された構造に組織化し始める。この後者の過程は、時間がかかり、十分に秩序付けられたSAMが完成するまでに数時間ないし数日かかることもある。使用する分子の長さは、得られるSAMの特性に強い影響力を有する。すべてトランスのSAMは、完全に秩序付けられ、密に充填された単分子層であるのに対し、品質の悪いSAMは、完全な、または末端のゴーシュ(多かれ少なかれスパゲッティ状)のような欠陥を有する。SAM中の分子は、炭素鎖の固定(pinning)距離とファンデルワールス直径の大きさとの不適合のために、25〜40゜の鎖傾斜を示す[B. Liedberg and J.M. Cooper, Bioanalytical applications of self-assembled monolayers in "Immobilized Biomolecules in Analysis: A Practical Approach", T. Cass and F.S. Liegler (Eds.), Biosensors, Oxford university press, Oxford, pp. 55-78]。分子の遊離末端は、所望の基またはタンパク質にも結合することができる。このようにして、面白い、有用な特性を有する表面を設計することができる。異なったアルキルチオールを混合することにより、多様性がさらに増大する。しかし、装填溶液中のある種のチオール混合物は、同じ混合物のSAMを必ずしも形成しないことに注意すべきである。反対に、自己集合(self-assembly)中に起こる複雑な熱力学的過程のために、形成される方が希である。我々が知る限り、抗原に対して特異的な抗体が、固定された抗原に可逆的に結合し、水溶液中で解離し、その抗体に対する親和力が固定された抗原よりも高いアナライト抗原と結合するような置換反応用には、低分子量抗原と結合したSAMは開発されていない。   Organic sulfur compounds, such as alkyl thiols, can be used to form well-ordered, closely packed SAMs on gold substrates. A strong chemical bond between sulfur and gold ties the molecule to the surface. After being pinned to the substrate (which occurs in a few seconds), the molecules begin to organize into a tightly packed structure due to van der Waals forces between the alkyl chains. This latter process is time consuming and can take hours or days to complete a well-ordered SAM. The length of the molecule used has a strong influence on the properties of the resulting SAM. All-trans SAMs are fully ordered and closely packed monolayers, whereas poor quality SAMs have defects such as complete or terminal Gauche (more or less spaghetti). Have. Molecules in the SAM exhibit a chain tilt of 25-40 ° due to a mismatch between the carbon chain pinning distance and the van der Waals diameter [B. Liedberg and JM Cooper, Bioanalytical applications of self- assembled monolayers in "Immobilized Biomolecules in Analysis: A Practical Approach", T. Cass and FS Liegler (Eds.), Biosensors, Oxford university press, Oxford, pp. 55-78]. The free end of the molecule can also be attached to the desired group or protein. In this way, surfaces with interesting and useful properties can be designed. Mixing different alkyl thiols further increases diversity. However, it should be noted that certain thiol mixtures in the loading solution do not necessarily form a SAM of the same mixture. Conversely, it is rarer to form because of the complex thermodynamic processes that occur during self-assembly. As far as we know, an antibody specific for an antigen binds reversibly to an immobilized antigen, dissociates in aqueous solution, and binds to an analyte antigen that has a higher affinity for the antibody than the immobilized antigen. For such a substitution reaction, a SAM coupled with a low molecular weight antigen has not been developed.

発明の具体的な説明Detailed Description of the Invention

本発明は、被覆上の抗原に可逆的に結合した抗体が、解離およびアナライト抗原との反応により置換されるのを監視することにより、水溶液中でアナライト抗原を検出するための分析装置に有用な、固体担体上の被覆された金属表面を提供する。   The present invention provides an analyzer for detecting an analyte antigen in an aqueous solution by monitoring that the antibody reversibly bound to the antigen on the coating is displaced by dissociation and reaction with the analyte antigen. Useful coated metal surfaces on solid supports are provided.

本明細書および請求項では、抗体の用語は、抗体全体または抗体の、抗原と結合する部分または合成された抗原と結合する分子を含んでなる。   In the present description and claims, the term antibody comprises a whole antibody or a portion of an antibody that binds to an antigen or a molecule that binds to a synthesized antigen.

従って、本発明の一態様は、固体担体上の被覆された金属表面に関し、該被覆は、オリゴ(エチレングリコール)末端を有するアミド基を含むアルキル(OEG)チオールの自己集合した単分子層(SAM)からなる。OEGチオールは、金属表面に堅く付加したSH基、およびアミド基を経由してSAM形成OEGチオール分子に導入された低分子量抗原を含み、アルキル部分は1〜20個のメチレンを有し、OEG部分は1〜15エチレンオキシ単位を有し、抗原は所望により抗原に対して特異的な抗体に可逆的に結合する。   Accordingly, one aspect of the invention relates to a coated metal surface on a solid support, the coating comprising a self-assembled monolayer (SAM) of an alkyl (OEG) thiol comprising an amide group having an oligo (ethylene glycol) terminus. ). The OEG thiol contains a SH group tightly attached to the metal surface, and a low molecular weight antigen introduced to the SAM-forming OEG thiol molecule via an amide group, the alkyl moiety has 1-20 methylenes, and the OEG moiety Has 1-15 ethyleneoxy units, and the antigen reversibly binds to an antibody specific for the antigen, if desired.

本発明の一実施態様では、オリゴ(エチレングリコール)は4〜6個のエチレンオキシ単位を有し、アルキル基は15メチレン単位を有する。   In one embodiment of the invention, the oligo (ethylene glycol) has 4-6 ethyleneoxy units and the alkyl group has 15 methylene units.

低分子量抗原は、SAM形成の前に、抗原上の官能基をOEGチオールの末端官能基と反応させることにより、合成によりOEG分子に結合させる。これらの官能基は、カルボン酸、アミノおよび水酸基型でよい。抗原が反応のための官能基を持たない場合、反応の前に、低分子量抗原上に官能基を導入する必要があろう。   Low molecular weight antigens are conjugated synthetically to OEG molecules by reacting functional groups on the antigen with terminal functional groups of the OEG thiol prior to SAM formation. These functional groups may be carboxylic acid, amino and hydroxyl types. If the antigen does not have a functional group for the reaction, it may be necessary to introduce a functional group on the low molecular weight antigen prior to the reaction.

本発明の固体担体上の被覆された金属表面は、通常、使用の前は抗原に特異的な抗体とは別に保存する。しかし、置換分析に使用する時、固体担体上の被覆された金属表面は、被覆の抗原に可逆的に結合した特異的な抗体を含んでなる。   The coated metal surface on the solid support of the invention is usually stored separately from the antibody specific for the antigen before use. However, when used for displacement analysis, the coated metal surface on the solid support comprises a specific antibody reversibly bound to the antigen of the coating.

本発明の固体担体上の被覆された金属表面の金属は、好ましくは金、銀、アルミニウム、クロムおよびチタンからなる群から選択される。現在好ましい金属は金である。
被覆の抗原は、SAMへの結合を通して固定されていることを除いて、アナライト抗原と同一であるか、またはその誘導体である。例えば、被覆の抗原は、結合された抗体の水溶液中での解離を最適化するために誘導体化することができる。
The metal on the coated metal surface on the solid support of the present invention is preferably selected from the group consisting of gold, silver, aluminum, chromium and titanium. The presently preferred metal is gold.
The antigen of the coating is identical to or a derivative of the analyte antigen, except that it is immobilized through binding to the SAM. For example, the coated antigen can be derivatized to optimize the dissociation of the bound antibody in aqueous solution.

本発明の被覆のSAMに結合される抗原は、同一であるか、または異なる、すなわち抗原は、同じ特異的抗体に結合してもよいし、または異なった特異的抗体に結合する2種類以上の結合した抗原の混合物があり、水溶液中で幾つかの異なったアナライト抗原の存在を検出することもできる。抗体が異なったマーカー、例えば蛍光マーカー、を有する場合、異なった抗体の置換を検出することができる。しかし、幾つかの異なった抗体の混合物は、通常、試料の、標的抗原のいずれかに対するスクリーニング、例えば試料の、麻薬または爆薬のいずれかに対するスクリーニング、が十分である場合に使用する。互いに異なった親和力を有する、異なった抗原および抗体間の干渉を避けるには、固体担体上に異なった抗原を有する被覆の個別パッチまたはスポットの微小列を導入する必要があろう。
本発明の好ましい実施態様では、被覆の抗原を、所望により誘導体化した爆薬および麻薬からなる群から選択する。選択された被覆の抗原と特異的な抗体との結合が強すぎて、水溶液中での抗体の解離が妨害される場合、例えば官能基、例えばエステルまたはアミノ基、の変性により(本来の基を除去するか、または置き換えることにより)、あるいは抗原分子の一部を排除するか、または新しい官能基もしくは側鎖を抗原分子に導入することにより、抗原分子を化学的に変性し、その抗体に対する親和力を下げることができる。
The antigens that are bound to the SAMs of the coating of the invention are the same or different, ie the antigens may bind to the same specific antibody or two or more types that bind to different specific antibodies. There is a mixture of bound antigens and can also detect the presence of several different analyte antigens in aqueous solution. If the antibody has a different marker, such as a fluorescent marker, substitution of the different antibody can be detected. However, a mixture of several different antibodies is usually used when screening the sample for any of the target antigens is sufficient, eg, screening the sample for either a narcotic or an explosive. To avoid interference between different antigens and antibodies with different affinities from each other, it would be necessary to introduce individual patches or microarrays of spots with different antigens on a solid support.
In a preferred embodiment of the invention, the antigen of the coating is selected from the group consisting of optionally derivatized explosives and narcotics. If binding of the selected coating antigen to the specific antibody is too strong to prevent dissociation of the antibody in aqueous solution, for example by denaturation of a functional group such as an ester or amino group (the original group Removing or replacing), or excluding part of the antigen molecule, or introducing new functional groups or side chains into the antigen molecule to chemically modify the antigen molecule and its affinity for the antibody Can be lowered.

爆薬は、好ましくはトリニトロトルエン(TNT)、ジニトロトルエン(DNT)、ヘキサヒドロ−1,3,5−トリニトロ−1,3,5−トリアジン(RDX)、オクタヒドロ−1,3,5,7−テトラニトロ−1,3,5,7−テトラジン(HMX)、ペンタエリトリトールテトラニトレート(PETN)、およびニトログリセリン(NG)からなる群から選択され、麻薬は、好ましくはコカイン、ヘロイン、アンフェタミン、メタアンフェタミン、カンナビノール、テトラヒドロカンナビノール(THC)、およびメチレンジオキシ−N−メチルアンフェタミン(エクスタシー)からなる群から選択される。   The explosive is preferably trinitrotoluene (TNT), dinitrotoluene (DNT), hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine (RDX), octahydro-1,3,5,7-tetranitro- Selected from the group consisting of 1,3,5,7-tetrazine (HMX), pentaerythritol tetranitrate (PETN), and nitroglycerin (NG), the narcotic is preferably cocaine, heroin, amphetamine, methamphetamine, cannabi Selected from the group consisting of diol, tetrahydrocannabinol (THC), and methylenedioxy-N-methylamphetamine (ecstasy).

現在好ましい実施態様では、本発明の固体担体上の被覆された金属表面の固体担体は、圧電結晶電極またはガラス板またはプリズムであり、例えば圧電石英結晶電極上の被覆された金属表面はPCM装置で使用するのに好適であり、ガラス板またはプリズム上の被覆された金属表面はSPR装置で使用するのに好適である。   In a presently preferred embodiment, the solid support on the coated metal surface on the solid support of the present invention is a piezoelectric crystal electrode or a glass plate or prism, for example the coated metal surface on the piezoelectric quartz crystal electrode is a PCM device. Suitable for use, coated metal surfaces on glass plates or prisms are suitable for use in SPR devices.

本発明の別の態様は、本発明の固体担体上の被覆された金属表面の、被覆から抗体が置換されるのを監視することにより、特異的抗体に対する親和力が被覆の抗原より高いアナライト抗原を水溶液中で検出するための分析装置の一部としての使用に関する。   Another aspect of the invention is an analyte antigen having a higher affinity for a specific antibody than the antigen of the coating by monitoring the displacement of the coated metal surface on the solid support of the invention from the coating. Relates to the use as part of an analytical device for the detection in water solution.

本発明のさらに別の態様は、アナライト抗原を水溶液中で検出する方法であって、必要であれば、抗体が結合していない本発明の固体担体上の被覆された金属表面を、抗原に特異的な抗体を被覆された金属表面と水溶液中で接触させることにより、活性化すること、抗体を被覆の抗原に結合させること、過剰の抗体を除去すること、抗体に対する親和力が被覆の抗原より高いアナライト抗原を含む可能性がある水溶液を、被覆に可逆的に結合した抗体と接触させ、抗体を解離させ、アナライト抗原と反応させること、および分析装置を使用して被覆された金属表面上の質量損失を検出することを含んでなる方法に関する。   Still another embodiment of the present invention is a method for detecting an analyte antigen in an aqueous solution, and if necessary, a coated metal surface on the solid support of the present invention to which an antibody is not bound is used as an antigen. Activation by contacting a specific antibody with a coated metal surface in aqueous solution, binding of the antibody to the antigen of the coating, removal of excess antibody, affinity for the antibody is greater than that of the antigen of the coating. An aqueous solution that may contain high analyte antigens is contacted with an antibody reversibly bound to the coating, the antibody is dissociated and reacted with the analyte antigen, and the metal surface coated using an analytical device It relates to a method comprising detecting mass loss above.

本発明の方法の一実施態様では、分析装置は、圧電結晶微量天秤装置および表面プラズモン共鳴バイオセンサーからなる群から選択される。
現在好ましい実施態様では、分析装置は、本発明の固体担体上の被覆された金属表面が中に配置されているフローセルを備えてなる。
ここで本発明を幾つかの図面および実験の説明により例示するが、本発明は、具体的に説明する細部に限定されるものではない。
In one embodiment of the method of the present invention, the analytical device is selected from the group consisting of a piezoelectric crystal microbalance device and a surface plasmon resonance biosensor.
In a presently preferred embodiment, the analytical device comprises a flow cell in which is coated a coated metal surface on the solid support of the present invention.
The invention will now be illustrated by the description of several drawings and experiments, but the invention is not limited to the details specifically described.

実験の説明
2種類の分子(第一はタンパク質をはじき、第二はTNT類似体である)を含み、それによって、低レベルの非特異的結合を示す様々な量の類似体を含むSAMを得ることができる混合単分子層を製造した。
Experimental Description Contains two types of molecules (first repels proteins and second is a TNT analog), thereby obtaining a SAM containing various amounts of analogs that exhibit low levels of non-specific binding A mixed monolayer capable of being produced.

最初の工程は、オリゴ(エチレングリコール)(OEG)末端を有するアミド基を含むアルキルチオールから構築されたSAMの耐タンパク質特性を評価することであった。この目的に選択した2種類の分子は、EGおよびEGである(図4)。以前の報告は、これらの分子のはじく特性を示している[P. Harder, M. Grunze, R. Dahint, G.M. Whitesides and P.E. Laibinis, Molecular conformation in oligo(ethylene glycol)-terminated self-assembled monolayers on gold and silver surfaces determines their abilitiy to resist protein adsorption, Journal of Physical Chemistry B, 102 (1998) pp. 426-436]。それぞれ純粋なEGおよびEG、ならびにこれら2種類の異なった組成のSAMを、幾つかの技術、すなわちヌルエリプソメトリー、接触角度ゴニオメトリーおよび赤外線反射吸収分光法(IRAS)の使用により試験した。 The first step was to evaluate the protein resistance properties of SAMs constructed from alkylthiols containing amide groups with oligo (ethylene glycol) (OEG) ends. The two types of molecules selected for this purpose are EG 4 and EG 6 (FIG. 4). Previous reports have shown the repellent properties of these molecules [P. Harder, M. Grunze, R. Dahint, GM Whitesides and PE Laibinis, Molecular conformation in oligo (ethylene glycol) -terminated self-assembled monolayers on gold and silver surfaces determine their abilitiy to resist protein adsorption, Journal of Physical Chemistry B, 102 (1998) pp. 426-436]. Pure EG 4 and EG 6 , respectively, and these two different compositions of SAM were tested by the use of several techniques: null ellipsometry, contact angle goniometry and infrared reflection absorption spectroscopy (IRAS).

さらに、すべて2,4−ジニトロベンゼン末端基を含む3種類のTNT類似体分子(ANA1、ANA2およびANA3)(図5)を個別に、および上記のOEG組成物の中の好適な候補との様々な混合で試験した。次いで、これらの混合SAMを、純粋なOEGSAMに使用したのと同じ技術により試験した。さらに、100%類似体(1、2および3個別に)から製造されたSAMをX線光電子顕微鏡(XPS)で試験した。   In addition, three TNT analog molecules (ANA1, ANA2 and ANA3), all containing 2,4-dinitrobenzene end groups (FIG. 5), individually and variously as suitable candidates in the above OEG composition Tested with proper mixing. These mixed SAMs were then tested by the same technique used for pure OEGSAM. In addition, SAMs made from 100% analogs (1, 2, and 3 individually) were tested with an X-ray photoelectron microscope (XPS).

ヌルエリプソメトリーおよびIRASを使用し、ABTNTを結合する容量も、すべてのTNT類似体に対して様々な混合比で測定した。その上、TNTへの露出に応答するABTNTの置換強度を、SPRおよびQCMにより試験した。   Using null ellipsometry and IRAS, the capacity to bind ABTNT was also measured at various mixing ratios for all TNT analogs. Moreover, the substitution strength of ABTNT in response to exposure to TNT was tested by SPR and QCM.

化合物
EGおよびEG分子は、the division of Applied Physics and Chemistry, Department of Physics and Measurement Technology, Linkoeping University、ウエーデン、から入手し、ANA1、ANA2およびANA3は、the division of Chemistry, Department of Physics and Measurement Technology, Linkoeping University、ウエーデン、で合成した。ABTNTおよびTNTは、Biosensor Application Aweden ABから入手した。
Compound EG 4 and EG 6 molecules were obtained the division of Applied Physics and Chemistry, Department of Physics and Measurement Technology, Linkoeping University, Ueden, from, ANA1, ANA2 and ANA3 is, the division of Chemistry, Department of Physics and Measurement Synthesized by Technology, Linkoeping University, Weden. ABTNT and TNT were obtained from Biosensor Application Aweden AB.

試料の調製
シリコンウェハーをTL2(MilliQ水:25%過酸化水素:37%塩化水素6:1:1、85℃で10分間)中で洗浄し、MilliQ水中で十分にすすぎ、窒素ガス中で乾燥させてから、電子線蒸発により、5Åチタンおよび2000Å金の被覆を施した。使用した装置は、Balzers UMS 500 Pシステムである。蒸発速度は、チタンおよび金に対してそれぞれ1Å/sおよび10Å/sであった。少なくとも10−9の基本圧力を維持し、蒸発中、圧力は常に低い10−7のスケールにあった。この種の表面を、SPRおよびQCM測定以外のすべての実験に使用した。SPR表面(通常の金)は、Biacore AB, Uppsala, スエーデン、から、金被覆したQCM結晶はBiosensor Applications Swedenから入手した。SPR実験に使用した表面は、その他の実験に使用した表面と同等の表面粗さを有していたのに対し、QCM結晶の表面被覆は、はるかに粗いものであった。
Sample Preparation Silicon wafers were cleaned in TL2 (MilliQ water: 25% hydrogen peroxide: 37% hydrogen chloride 6: 1: 1, 85 ° C. for 10 minutes), rinsed thoroughly in MilliQ water and dried in nitrogen gas After that, a coating of 5% titanium and 2000 gold was applied by electron beam evaporation. The equipment used is a Balzers UMS 500 P system. The evaporation rates were 1 Å / s and 10 Å / s for titanium and gold, respectively. A basic pressure of at least 10 −9 was maintained and during evaporation the pressure was always on a low 10 −7 scale. This type of surface was used for all experiments except SPR and QCM measurements. SPR surfaces (ordinary gold) were obtained from Biacore AB, Uppsala, Sweden, and gold coated QCM crystals were obtained from Biosensor Applications Sweden. The surface used for the SPR experiment had a surface roughness comparable to that used for the other experiments, whereas the surface coating of the QCM crystal was much rougher.

チオール装填溶液に露出する前に、試料表面をTL1(MilliQ水:25%過酸化水素:30%アンモニア5:1:1、85℃で10分間)中で洗浄し、MilliQ水中で十分にすすいだ。99.5%エタノールを基剤とする装填溶液中のチオールの濃度は、純粋なチオール溶液ならびに混合チオール溶液に対して20μMであった。表面の温置は、室温条件で約40時間行った。試料を99.5%エタノール中で2回すすぎ、次いで3分間超音波処理(QCM結晶上の金被覆はこの工程に耐えられないので、この処理は省略した)し、99.5%エタノール中でさらに2回すすいだ。他に指示がない限り、これらの表面は、純粋な99.5%エタノール中で最高8時間保存してから、窒素ガス中で乾燥させ、分析した。IRASおよびヌルエリプソメトリーで検査した多くの試料も、室内条件で30分間、ABTNT濃度0.02g/Lで温置し、PBS(pH7.4)中で調製し、再度検査した。試料は常に、TL1洗浄したピンセットで取り扱った。   Prior to exposure to the thiol loading solution, the sample surface was washed in TL1 (MilliQ water: 25% hydrogen peroxide: 30% ammonia 5: 1: 1 at 85 ° C. for 10 minutes) and rinsed thoroughly in MilliQ water. . The concentration of thiols in the loading solution based on 99.5% ethanol was 20 μM for pure thiol solutions as well as mixed thiol solutions. The surface was incubated for about 40 hours at room temperature. Samples were rinsed twice in 99.5% ethanol, then sonicated for 3 minutes (the gold coating on the QCM crystals was not able to withstand this step, so this treatment was omitted) and in 99.5% ethanol Rinse twice more. Unless otherwise indicated, these surfaces were stored in pure 99.5% ethanol for up to 8 hours before being dried in nitrogen gas and analyzed. A number of samples examined by IRAS and null ellipsometry were also incubated at room conditions for 30 minutes at an ABTNT concentration of 0.02 g / L, prepared in PBS (pH 7.4) and examined again. Samples were always handled with TL1 washed tweezers.

表面プラズモン共鳴(SPR)
SPR実験には、Biacore ABから入手した、温度制御フローセルを備えた2種類の異なった計器を使用した。一連の実験を、2フローチャネルを備えたBiacoreX装置で行った。これらの実験に対して、流量は10μL/分に設定し、試料表面に、ABTNT(0.02g/L)70μL注入により装填した。続いて濃度100pg/μLおよび10ng//μLのTNT溶液を別のフローチャネル中に注入して置換を引き起こし、ABTNTを表面から解離させた。
Surface plasmon resonance (SPR)
For the SPR experiment, two different instruments with temperature controlled flow cells, obtained from Biacore AB, were used. A series of experiments were performed on a BiacoreX instrument equipped with 2 flow channels. For these experiments, the flow rate was set at 10 μL / min and the sample surface was loaded by injection of 70 μL ABTNT (0.02 g / L). Subsequent injection of TNT solutions at concentrations of 100 pg / μL and 10 ng // μL into another flow channel caused the substitution to dissociate ABTNT from the surface.

使用した第二の計器は、4フローチャネルを備えたBiacore2000であった。流量は50μL/分であり、注入量はすべて100μLであった。4フローチャネルは、常に連続的に流した。前と同様に、注入したABTNTは、濃度が0.02g/Lである。TNT注入濃度は1、10および100pg/μLであった。   The second instrument used was a Biacore 2000 with 4 flow channels. The flow rate was 50 μL / min, and all injection volumes were 100 μL. The four flow channels always flowed continuously. As before, the injected ABTNT has a concentration of 0.02 g / L. TNT injection concentrations were 1, 10 and 100 pg / μL.

すべての場合で、流した緩衝液はPBS(pH7.4)であり、ABTNTおよびTNT溶液はどちらも同じ媒体中で調製した。SPR実験に使用した試料表面は、約400Åの金で被覆したガラス板であり、フローセル温度は25℃に維持した。   In all cases, the flowed buffer was PBS (pH 7.4), and both ABTNT and TNT solutions were prepared in the same medium. The sample surface used for the SPR experiment was a glass plate coated with about 400 mm of gold, and the flow cell temperature was maintained at 25 ° C.

石英結晶微量天秤(QCM)
QCM測定は、Biosensor Applications Sweden ABから入手した、僅かに変形したフローセルシステムV2Bで室内条件で行った。使用したAT-cutQCM結晶は、共鳴周波数10MHzの厚させん断モード型であった。堆積させたチタンおよび金層の厚さは、それぞれ250〜300Åおよび400〜450Åであった。パラメータはすべて、Biacore2000による実験と同様に、すなわち流量50μL/分、注入量100μL、ABTNT濃度0.02g/L、TNT濃度1、10および100pg/μL、および流した緩衝液PBS(pH7.4)に設定した。ここで注意すべきは、TNT注入は、同じフローチャネルで順次行った、つまり事実上、TNTに露出していない表面には1pg/μLTNT注入だけを行った。
結果
Quartz crystal microbalance (QCM)
QCM measurements were performed at room conditions with a slightly modified flow cell system V2B obtained from Biosensor Applications Sweden AB. The AT-cutQCM crystal used was a thickness shear mode type having a resonance frequency of 10 MHz. The thickness of the deposited titanium and gold layers was 250-300 mm and 400-450 mm, respectively. All parameters were the same as in the experiment with Biacore 2000, ie flow rate 50 μL / min, injection volume 100 μL, ABTNT concentration 0.02 g / L, TNT concentrations 1, 10 and 100 pg / μL, and flushed buffer PBS (pH 7.4) Set to. It should be noted that TNT implantation was performed sequentially in the same flow channel, that is, only 1 pg / μLTNT implantation was performed on the surface that was not actually exposed to TNT.
result

OEG分子
OEG分子EGおよびEGを使用して金上にSAMを製造した。純粋なEGおよびEGSAMに加えて、両方の分子を含む2種類の混合SAMを調製し、試験した。後者は、75%および50%のEGを含み、残りがEGである。混合単分子層は、EG:EG3:1およびEG:EG1:1で表した。ヌルエリプソメトリーおよび接触角度ゴニオメトリーにより測定したEGおよびEGの様々な組成物のSAM特性を表1に示す。自己集合製法は、良好な反復性を示し、最近の知見[R. Valiokas, M. Oestblom S. Svedhem, S.C.T. Svensson, and B. Liedberg; Temperature-driven phase transitions in oligo(ethylene glycol)-terminated self-assembled monolayers, The Journal of Physical Chemistry B, 104(32)(2000)pp.7565-7569, REF.]と一致する結果を得た。接触角度ゴニオメトリー測定で得た小さな角度は、これらのSAMの疎水性が低いことを示しており、これは、はじく特性の多くの前提条件の一つである。EGの比率が増加するにつれて、厚さの僅かな増加が認められる。一般的に、疎水性表面は、タンパク質および細胞を引き付ける。さらに、低いヒステリシスの値は、非常に均質な表面を示唆している。
SAMs were produced on gold using the OEG molecules OEG molecules EG 4 and EG 6 . In addition to pure EG 4 and EG 6 SAM, two mixed SAMs containing both molecules were prepared and tested. The latter contains 75% and 50% EG 4 with the remainder being EG 6 . The mixed monolayer was represented by EG 4 : EG 6 3: 1 and EG 4 : EG 6 1: 1. The SAM properties of various compositions of EG 4 and EG 6 measured by null ellipsometry and contact angle goniometry are shown in Table 1. The self-assembling method shows good repeatability and the recent findings [R. Valiokas, M. Oestblom S. Svedhem, SCT Svensson, and B. Liedberg; Temperature-driven phase transitions in oligo (ethylene glycol) -terminated self- assembled monolayers, The Journal of Physical Chemistry B, 104 (32) (2000) pp.7565-7569, REF.]. The small angles obtained from contact angle goniometric measurements indicate that these SAMs are less hydrophobic, which is one of the many prerequisites for repelling properties. A slight increase in thickness is observed as the ratio of EG 6 increases. In general, hydrophobic surfaces attract proteins and cells. Furthermore, low hysteresis values suggest a very homogeneous surface.

Figure 2005530176
Figure 2005530176

TNT類似体
TNT類似体をEGと混合する前に、それらの類似体を、純粋なANA1、2および3をそれぞれ含む装填溶液から集合させたSAMで個別に試験した。エリプソメトリーおよび接触角度測定の結果を表2に示す。予想したように、類似体の厚さはOEG分子の厚さを超えている。3種類の類似体間の小さな差は、分子の長さの違いを反映しているが、図5に示すそれらの化学的構造を思い起こさせる。ここで認められた接触角度は、OEG分子に関して見られた角度より一般的に大きい。また、前進および後退角度間のヒステリシスも大きく、より粗い表面を表している。製造されるSAMに欠陥を導入する可能性がある比較的かさばったジニトロベンゼン末端基が表面から離れる方を向いていることを考えて、これは予想できる。
TNT analogs Prior to mixing TNT analogs with EG 4 , the analogs were individually tested with SAM assembled from a loading solution containing pure ANA1, 2 and 3, respectively. The results of ellipsometry and contact angle measurement are shown in Table 2. As expected, the thickness of the analog exceeds the thickness of the OEG molecule. The small difference between the three types of analogs reflects the difference in molecular length, but recalls their chemical structure shown in FIG. The contact angle observed here is generally greater than the angle seen for OEG molecules. Also, the hysteresis between forward and reverse angles is large, representing a rougher surface. This can be expected considering that the relatively bulky dinitrobenzene end groups that could introduce defects into the manufactured SAM are pointing away from the surface.

Figure 2005530176
Figure 2005530176

ABTNTの固定
ABTNTを結合する能力を、様々なTNT類似体に対してそれらの異なった混合比で評価した。幾つかの技術を使用したが、それらはよく一致していた。
The ability of ABTNT to bind immobilized ABTNT was evaluated at various different mixing ratios for various TNT analogs. Several techniques were used and they were in good agreement.

図6に示す2つのグラフは、IRASおよびエリプソメトリー測定に基づいており、様々な類似体およびそれらのEGとの混合比に対して固定されたABTNTの量を示す。IRASデータに関して、アミドIバンドの一部を、結合されたABTNTの尺度として使用し、1710〜1665cm−1の間で積分する。エリプソメトリーデータは、ABTNT中で温置した後の被膜厚さの増加を示す。ここで、EGはそのタンパク質をはじく特性を示す。固定されたABTNTの量は、事実上ゼロである。さらに、抗体の結合は大量の類似体を含む3種類のSAMに対して極めて類似している。1%類似体溶液から集合させたSAMは、一般的に低い固定度を示す。 Two graphs shown in FIG. 6 is based on the IRAS and ellipsometry measurements, indicating the amount of immobilized ABTNT to various analogs and mixing ratio of these EG 4. For IRAS data, a portion of the amide I band is used as a measure of bound ABTNT and integrated between 1710 and 1665 cm −1 . Ellipsometry data shows the increase in film thickness after incubation in ABTNT. Here, EG 4 shows the property to repel the protein. The amount of ABTNT fixed is virtually zero. Furthermore, antibody binding is very similar to the three SAMs, including large amounts of analogs. SAM assembled from a 1% analog solution generally exhibits a low degree of fixation.

官能性試験
3種類のTNT類似体の、それらの異なった混合比における官能性を考えられる2つの態様で評価した。第一は、それらのABTNT結合容量であり、第二は、TNT露出に応答するABTNTの解離である。両方の場合に、2種類のリアル−タイム技術、すなわちSPRおよびQCMを使用した。SPR測定では、応答単位(RU)の増加は、表面に結合したABTNT量の増加に対応するのに対し、QCM実験では、周波数低下がそれに等しい。3種類の類似体はすべて高い可能性を有するが、ANA1が他よりも僅かに高い性能を示したので、ANA1に焦点を合わせた。この項におけるすべての実験に対して、流れる緩衝液PBS(pH7.4)であり、ABTNTおよびTNT溶液の両方を同じ媒体中で調製した。ABTNT濃度は常に0.02g/Lであった。
ABTNT結合容量
Functionality testing The functionality of the three TNT analogs at their different mixing ratios was evaluated in two possible ways. The first is their ABTNT binding capacity and the second is the dissociation of ABTNT in response to TNT exposure. In both cases, two real-time technologies were used: SPR and QCM. In SPR measurements, an increase in response units (RU) corresponds to an increase in the amount of ABTNT bound to the surface, whereas in a QCM experiment, the frequency drop is equal to that. All three analogs have high potential, but ANA1 focused slightly on ANA1 because it performed slightly better than others. For all experiments in this section, running buffer PBS (pH 7.4), both ABTNT and TNT solutions were prepared in the same medium. The ABTNT concentration was always 0.02 g / L.
ABTNT coupling capacity

SPR実験には2種類の計器、すなわちBiacore ABから入手したBiacore2000およびBiacoreX装置を使用した。Biacore2000装置で行った測定では、流量は50μL/分に設定し、試料表面にABTNT100μLを注入して装填した。図7に、EGおよびANA1、およびそれらの混合物のABTNT結合容量を示す。純粋なEGのSAMでは非常に低い吸着が見られ、そのタンパク質をはじく特性をさらに支持している。異なった混合比間で同じ相互関係が、10μL/分およびABTNT注入量70μLで行ったBiacoreX計器における実験でも見られた(データは示していない)。 Two instruments were used for the SPR experiments: Biacore 2000 and Biacore X instruments obtained from Biacore AB. In the measurement performed with the Biacore 2000 apparatus, the flow rate was set at 50 μL / min, and 100 μL of ABTNT was injected and loaded on the sample surface. Figure 7 shows a ABTNT binding capacity of EG 4 and ANA1, and mixtures thereof. Pure EG 4 SAM shows very low adsorption, further supporting its protein repellent properties. The same correlation between different mixing ratios was also seen in experiments on a BiacoreX instrument performed at 10 μL / min and an ABTNT injection volume of 70 μL (data not shown).

QCM測定は、Biosensor Applications Sweden ABにより開発された、僅かに変形したフローセルシステムV2Bで室内条件で行った。すべてのパラメータは、Biacore2000による実験と同様に、すなわち流量50μL/分およびABTNT注入量100μLに設定した。EGおよびANA1およびそれらの混合物のABTNT結合容量を示す曲線を図8に示す。やはり、EGの低いABTNT結合容量が明らかに立証されている。 QCM measurements were performed at room conditions with a slightly modified flow cell system V2B developed by Biosensor Applications Sweden AB. All parameters were set as in the Biacore 2000 experiment, ie, a flow rate of 50 μL / min and an ABTNT injection volume of 100 μL. The curve representing ABTNT binding capacity of EG 4 and ANA1 and mixtures thereof is shown in FIG. Again, the low ABTNT binding capacity of EG 4 is clearly demonstrated.

ABTNTの、様々なSAMへの結合は、SPRおよびQCM実験で同様である。TNT類似体を最も多く含む3種類の表面は、すべてABTNTを表面に非常に良く結合し、抗体の解離は非常に遅い。新しい緩衝液に一定して露出されるので、ある程度のABTNTの解離が予想される、すなわち真の平衡には決して到達し得ない。
ABTNT置換
The binding of ABTNT to various SAMs is similar in SPR and QCM experiments. The three surfaces with the most TNT analogs all bind ABTNT very well to the surface and the dissociation of the antibody is very slow. Because of constant exposure to fresh buffer, some degree of ABTNT dissociation is expected, i.e., true equilibrium can never be reached.
ABTNT replacement

EGとANA1の様々な混合比に対する、TNT注入1、10および100pg/μLに応答するABTNT脱着を示すSPR曲線(Biacore2000、流量50μL/分)を図9に示す。これらの表面は、ABTNT100μLの注入により予め装填した。 SPR curves (Biacore 2000, flow rate 50 μL / min) showing ABTNT desorption in response to TNT injections 1, 10 and 100 pg / μL for various mixing ratios of EG 4 and ANA1 are shown in FIG. These surfaces were preloaded by injection of 100 μL ABTNT.

図9における曲線の外観は、ANA1含有量の低いSAMにはABTNT結合が弱く、そのために置換反応が起こり易くなることを示している。これは、抗体の原子価が2であること、およびそれらの、表面との相互作用の結果であろう。ANA1の含有量が高い程、ABTNTが、2個(各エピトープに1個ずつ)のTNT類似体を見つけ出して結合する機会が多くなる。EG:ANA1が99:1である場合、単純にANA1が少ないために、これはあまり起きないであろう。抗体の結合強度は、そのエピトープの一方だけが、または両方が抗原に結合しているかによって大きく異なるので、この特徴は相関性が高い。 The appearance of the curve in FIG. 9 indicates that a SAM with a low ANA1 content has a weak ABTNT bond, and thus a substitution reaction is likely to occur. This may be a result of the antibody valence of 2 and their interaction with the surface. The higher the content of ANA1, the greater the chance that ABTNT will find and bind two (one for each epitope) TNT analog. If EG 4 : ANA1 is 99: 1, this will not happen much simply because there is less ANA1. This feature is highly correlated because the binding strength of an antibody varies greatly depending on whether only one of its epitopes or both are bound to an antigen.

図10および11には、QCM測定(流量50μL/分、注入量100μL)から得た対応する結果を示す。TNT注入により引き起こされる質量損失は、共鳴周波数の増加として観察される。濃度に比例する周波数の微分df/dtも含まれており、通常、より鮮明な検出信号を与える。   10 and 11 show the corresponding results obtained from the QCM measurement (flow rate 50 μL / min, injection volume 100 μL). Mass loss caused by TNT injection is observed as an increase in resonance frequency. A differential df / dt of a frequency proportional to the density is also included, and usually provides a clearer detection signal.

図1は、幾つかの麻薬、すなわちコカイン、ヘロイン、アンフェタミン、エクスタシー、メタアンフェタミン、カンナビノールおよびテトラヒドロカンナビノール(THC)の化学式を示す。FIG. 1 shows the chemical formulas for several narcotics, namely cocaine, heroin, amphetamine, ecstasy, methamphetamine, cannabinol and tetrahydrocannabinol (THC). 図2は、トリニトロトルエン(TNT)および2,4−ジニトロトルエン(2,4−DNT)の化学式を示す。FIG. 2 shows the chemical formulas for trinitrotoluene (TNT) and 2,4-dinitrotoluene (2,4-DNT). 図3は、固体担体の金属表面、例えばQCM電極、上で起こる置換機構を図式的に示す。この図は原寸大ではない。実際には、抗体はTNT分子よりはるかに大きい。図に示すセンサー表面は、自己集合(SAM)技術により形成されている。誘導体化されたTNT分子、TNT類似体はSAMを経由して金属表面に共有結合され、TNTおよびTNT類似体に対して特異的なABTNT抗体は、最初は可逆的に、ゆるく、TNT類似体に結合し、溶液中のTNTに露出されると、ABTNTは解離し、TNTと複合体を形成する。FIG. 3 schematically shows the displacement mechanism that takes place on the metal surface of a solid support, eg a QCM electrode. This figure is not full scale. In practice, antibodies are much larger than TNT molecules. The sensor surface shown in the figure is formed by self-assembly (SAM) technology. The derivatized TNT molecule, TNT analog, is covalently attached to the metal surface via SAM, and the ABTNT antibody specific for TNT and TNT analog is reversibly loose at first and becomes TNT analog. Once bound and exposed to TNT in solution, ABTNT dissociates and forms a complex with TNT. 図4は、EGおよびEGの化学構造を示す。FIG. 4 shows the chemical structures of EG 4 and EG 6 . 図5は、ANA1、ANA2およびANA3の化学構造を示す。FIG. 5 shows the chemical structures of ANA1, ANA2 and ANA3. 図6は、ABTNT(0.02g/L)中で30分間温置した後の、EGとの様々な混合比における、様々なTNT類似体への抗体の吸着を示す。2種類の技術、すなわちIRASおよびヌルエリプソメトリー、の間で優れた一致が観察される。FIG. 6 shows the adsorption of antibodies to various TNT analogs at various mixing ratios with EG 4 after incubation in ABTNT (0.02 g / L) for 30 minutes. Excellent agreement is observed between the two techniques: IRAS and null ellipsometry. 図7は、リアル−タイム技術SPR(Biacore2000)により、EGおよびANA1、およびそれらの混合物に対して観察されるABTNT結合容量を示す。流量は50μL/分に設定し、100μL量のABTNT(0.02g/L)を注入した。SAM上へのEGの吸着が低いことに注意する。Figure 7 is a real - the time art SPR (Biacore 2000), shows a ABTNT binding capacity observed for EG 4 and ANA1, and mixtures thereof. The flow rate was set to 50 μL / min, and 100 μL of ABTNT (0.02 g / L) was injected. Note the low adsorption of EG 4 on the SAM. 図8は、リアル−タイム技術QCM(V2B)により、EGおよびANA1、およびそれらの混合物に対して観察されるABTNT結合容量を示す。流量は50μL/分に設定し、100μL量のABTNT(0.02g/L)を注入した。SAM上へのEGの吸着が低いことに注意する。Figure 8 is a real - the time art QCM (V2B), shows a ABTNT binding capacity observed for EG 4 and ANA1, and mixtures thereof. The flow rate was set to 50 μL / min, and 100 μL of ABTNT (0.02 g / L) was injected. Note the low adsorption of EG 4 on the SAM. 図9は、EGおよびANA1、およびそれらの混合物のSAMに対してTNT注入1、10および100pg/μLに対するSPR応答を示すBiacore2000計器による実験を示す。表面は、100μLのABTNTを注入することにより、予め装填した。流量は50μL/分に設定した。FIG. 9 shows an experiment with a Biacore 2000 instrument showing SPR responses to TNT injections 1, 10 and 100 pg / μL against SAM of EG 4 and ANA1, and mixtures thereof. The surface was preloaded by injecting 100 μL of ABTNT. The flow rate was set to 50 μL / min. 図10は、変形V2Bフローセル機構に対して行ったQCM測定を示す。流量は50μL/分に設定し、TNT注入量はすべて100μLであった。表面は、100μLを注入することにより、ABTNT(0.02g/L)で予め装填した。SAMは、100%および50%ANA1を含む装填溶液から集合させた。注入におけるTNT濃度は1、10および100pg/μLであり、これらは連続的に行い、TNTに予め露出した表面に対して第二および第三のTNT注入を行った。矢印は注入を示す。FIG. 10 shows the QCM measurements made on the modified V2B flow cell mechanism. The flow rate was set to 50 μL / min and all TNT injection volumes were 100 μL. The surface was preloaded with ABTNT (0.02 g / L) by injecting 100 μL. The SAM was assembled from a loading solution containing 100% and 50% ANA1. The TNT concentrations in the injection were 1, 10 and 100 pg / μL, which were performed continuously, and the second and third TNT injections were performed on the surface previously exposed to TNT. Arrow indicates injection. 図11は、変形V2Bフローセル機構に対して行ったQCM測定を示す。流量は50μL/分に設定し、TNT注入量はすべて100μLであった。表面は、100μLを注入することにより、ABTNT(0.02g/L)で予め装填した。SAMは、10%および1%ANA1を含む装填溶液から集合させた。注入におけるTNT濃度は1、10および100pg/μLであり、これらは連続的に行い、TNTに予め露出した表面に対して第二および第三のTNT注入を行った。矢印は注入を示す。FIG. 11 shows the QCM measurements made on the modified V2B flow cell mechanism. The flow rate was set to 50 μL / min and all TNT injection volumes were 100 μL. The surface was preloaded with ABTNT (0.02 g / L) by injecting 100 μL. The SAM was assembled from a loading solution containing 10% and 1% ANA1. The TNT concentrations in the injection were 1, 10 and 100 pg / μL, which were performed continuously, and the second and third TNT injections were performed on the surface previously exposed to TNT. Arrow indicates injection.

Claims (11)

固体担体上の被覆された金属表面であって、
前記被覆が、オリゴ(エチレングリコール)末端を有するアミド基を含むアルキルチオールの自己集合した、チオール末端を経由して金属表面に堅く付加している単分子層(SAM)と、およびアミド基を経由して前記SAM形成OEG分子に結合した低分子量抗原とからなり、
前記アルキル部分が1〜20個のメチレン基を有し、
前記オリゴ(エチレングリコール)部分が1〜15エチレンオキシ単位を有し、
前記抗原が所望により前記抗原に対して特異的な抗体に可逆的に結合してなるものである、被覆された金属表面。
A coated metal surface on a solid support,
A self-assembled alkylthiol containing an amide group having an oligo (ethylene glycol) terminus, the coating being tightly attached to the metal surface via the thiol terminus, and via the amide group A low molecular weight antigen bound to the SAM-forming OEG molecule,
The alkyl moiety has 1 to 20 methylene groups;
The oligo (ethylene glycol) moiety has 1 to 15 ethyleneoxy units;
A coated metal surface, wherein the antigen is optionally reversibly bound to an antibody specific for the antigen.
前記金属が、金、銀、アルミニウム、チタンおよびクロムからなる群から選択される、請求項1に記載の固体担体上の被覆された金属表面。   The coated metal surface on a solid support according to claim 1, wherein the metal is selected from the group consisting of gold, silver, aluminum, titanium and chromium. 前記抗原が、同一であるかまたは異なるものであり、前記固体担体上の同じ単分子層にまたはパッチ状の異なった単分子層に結合してなり、所望により誘導体化された爆薬および麻薬からなる群から選択される、請求項1または2に記載の固体担体上の被覆された金属表面。   The antigens are the same or different and consist of explosives and narcotics, optionally derivatized, bound to the same monolayer on the solid support or to different monolayers in a patch form Coated metal surface on a solid support according to claim 1 or 2, selected from the group. 前記爆薬が、トリニトロトルエン(TNT)、ジニトロトルエン(DNT)、ヘキサヒドロ−1,3,5−トリニトロ−1,3,5−トリアジン(RDX)、オクタヒドロ−1,3,5,7−テトラニトロ−1,3,5,7−テトラジン(HMX)、ペンタエリトリトールテトラニトレート(PETN)、およびニトログリセリン(NG)からなる群から選択される、請求項3に記載の固体担体上の被覆された金属表面。   The explosive is trinitrotoluene (TNT), dinitrotoluene (DNT), hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine (RDX), octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1 Coated metal surface on a solid support according to claim 3, selected from the group consisting of 1,3,5,7-tetrazine (HMX), pentaerythritol tetranitrate (PETN), and nitroglycerin (NG). . 前記麻薬が、コカイン、ヘロイン、アンフェタミン、メタアンフェタミン、カンナビノール、テトラヒドロカンナビノール(THC)、およびメチレンジオキシ−N−メチルアンフェタミン(エクスタシー)からなる群から選択される、請求項3に記載の固体担体上の被覆された金属表面。   4. The solid of claim 3, wherein the narcotic is selected from the group consisting of cocaine, heroin, amphetamine, methamphetamine, cannabinol, tetrahydrocannabinol (THC), and methylenedioxy-N-methylamphetamine (ecstasy). Coated metal surface on support. 前記固体担体が、圧電結晶電極またはガラス板またはプリズムである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の固体担体上の被覆された金属表面。   Coated metal surface on a solid support according to any one of the preceding claims, wherein the solid support is a piezoelectric crystal electrode or a glass plate or a prism. 前記オリゴ(エチレングリコール)が4〜6エチレンオキシ単位を有し、
前記アルキル基が15メチレン単位を有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の固体担体上の被覆された金属表面。
The oligo (ethylene glycol) has 4-6 ethyleneoxy units,
Coated metal surface on a solid support according to any one of the preceding claims, wherein the alkyl group has 15 methylene units.
請求項1〜7のいずれか一項に記載の固体担体上の被覆された金属表面の使用であって、
前記被覆から前記抗体が置換されるのを監視することにより、抗体に対する親和力が前記被覆の抗原より高いアナライト抗原を水溶液中で検出するための分析装置の一部としての使用。
Use of a coated metal surface on a solid support according to any one of claims 1-7,
Use as part of an analytical device to detect in an aqueous solution an analyte antigen that has a higher affinity for the antibody than the antigen of the coating by monitoring the displacement of the antibody from the coating.
アナライト抗原を水溶液中で検出する方法であって、
必要であれば、抗体が結合していない請求項1〜7のいずれか一項に記載の固体担体上の被覆された金属表面を、抗原に特異的な抗体を前記被覆された金属表面と水溶液中で接触させることにより活性化することと、
前記抗体を前記被覆の前記抗原に結合させることと、
過剰の前記抗体を除去することと、
前記被覆に可逆的に結合した前記抗体の接触において、前記抗体に対する親和力が前記被覆の前記抗原より高い前記アナライト抗原を含む可能性がある前記水溶液を移動することと、
前記抗体を解離し、かつ、前記アナライト抗原と反応させることと、および
分析装置を使用して前記被覆された金属表面上の質量損失を検出することとを含んでなる、方法。
A method for detecting an analyte antigen in an aqueous solution,
If necessary, an antibody is not bound to the coated metal surface on the solid support according to any one of claims 1 to 7, and the antigen-specific antibody is coated with the coated metal surface and an aqueous solution. Activating by contacting in,
Binding the antibody to the antigen of the coating;
Removing excess of the antibody;
In contact with the antibody reversibly bound to the coating, moving the aqueous solution that may contain the analyte antigen that has a higher affinity for the antibody than the antigen of the coating;
Dissociating the antibody and reacting with the analyte antigen, and using an analytical device to detect mass loss on the coated metal surface.
前記分析装置が、圧電結晶微量天秤装置および表面プラズモン共鳴バイオセンサーからなる群から選択される、請求項9に記載の方法。   The method of claim 9, wherein the analytical device is selected from the group consisting of a piezoelectric crystal microbalance device and a surface plasmon resonance biosensor. 前記分析装置が、請求項1〜7いずれか一項に記載の固体担体上の被覆された金属表面が中に配置されているフローセルを備えてなる、請求項9または10に記載の方法。   11. A method according to claim 9 or 10, wherein the analytical device comprises a flow cell in which a coated metal surface on a solid support according to any one of claims 1-7 is arranged.
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