JP2003270154A - Fluorescent dye molecule-containing silica ball - Google Patents

Fluorescent dye molecule-containing silica ball

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JP2003270154A
JP2003270154A JP2002380371A JP2002380371A JP2003270154A JP 2003270154 A JP2003270154 A JP 2003270154A JP 2002380371 A JP2002380371 A JP 2002380371A JP 2002380371 A JP2002380371 A JP 2002380371A JP 2003270154 A JP2003270154 A JP 2003270154A
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fluorescent dye
silica
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dye molecule
sphere
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Japanese (ja)
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Koichi Miyoshi
弘一 三好
Noriyasu Nakamura
教泰 中村
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Techno Network Shikoku Co Ltd
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  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluorescent dye molecule-containing silica ball with superior performance and stability in manufacturing. <P>SOLUTION: The fluorescent dye molecule-containing silica ball is prepared by using a fluorescent dye molecule represented by structural formula 1 or R-CO-NH-(CH<SB>2</SB>)<SB>3</SB>-Si-(C<SB>2</SB>H<SB>5</SB>O)<SB>3</SB>(in the formula, R is a substance capable of having NHS in a side chain). <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、検出系試薬として
有用な標識分子含有シリカ球に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a labeled molecule-containing silica sphere useful as a detection system reagent.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
蛍光色素を含む微粒子を利用した生化学的検査手法が各
種研究されている。例えば、バッカード社によりアルフ
ァスクリーン技法が商品化されている。これは、直径2
50nmのラテックス製ドナーとアクセクタービーズ
(登録商標)を使用したもので、ドナービーズとアクセ
クタービーズが結合した後、ドナービーズをレーザーで
励起すると、内部の蛍光分子からの蛍光で一重項酸素分
子が生成し、これがアクセクタービーズ中の蛍光物質と
化学反応して化学発光を生じ、これを観測するというも
のである。
2. Description of the Related Art In recent years,
Various studies on biochemical examination methods using fine particles containing a fluorescent dye have been conducted. For example, the alpha screen technique has been commercialized by Wackard. This is diameter 2
A 50 nm latex donor and Accector beads (registered trademark) are used. After the donor beads and Accector beads are bound, when the donor beads are excited by a laser, the fluorescence from the internal fluorescent molecules causes singlet oxygen molecules to be emitted. Is generated, which chemically reacts with the fluorescent substance in the axe sector beads to generate chemiluminescence, which is observed.

【0003】一方、内部に蛍光色素分子を入れたシリカ
球の製法も各種提案されており、代表的なものとして、
予めAPS(γ−アミノプロピルオルソシリケート)に
直接FITC(フルオロセインイソチオシアネート)を
結合させて調製したものがあり(J. Phys. Chem. B 199
9,103, 1408-1415)、この種の製法の中で最も高濃度の
蛍光色素分子をシリカ球内部に保持している。しかし、
その最大濃度では、シリカ球内部で消光が起こることも
報告されている。このように、蛍光色素分子をシリカで
囲うことで、外部因子による消光(生化学的高分子等に
よる励起エネルギーの吸収)がなく、各種検査に応用さ
れることが期待されている。
On the other hand, various methods for producing silica spheres containing fluorescent dye molecules inside have been proposed, and as typical ones,
There is one prepared by directly binding FITC (fluorocein isothiocyanate) directly to APS (γ-aminopropyl orthosilicate) (J. Phys. Chem. B 199).
9,103, 1408-1415), which holds the highest concentration of fluorescent dye molecules in silica spheres in this type of manufacturing method. But,
It has also been reported that quenching occurs inside the silica sphere at its maximum concentration. Thus, by surrounding the fluorescent dye molecule with silica, there is no quenching by an external factor (absorption of excitation energy by a biochemical polymer), and it is expected to be applied to various tests.

【0004】ところが、本発明者らが更に検討を進めた
結果、上記のシリカ球の製造上、FITCとAPSの結合性が
高くなく、製造効率が悪いと共に、得られた粒子サイズ
が単一で数百ナノメーターである等の欠点があった。
However, as a result of further investigations by the present inventors, in the production of the above silica spheres, the binding property of FITC and APS is not high, the production efficiency is poor, and the obtained particle size is uniform. There were drawbacks such as several hundred nanometers.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来技術
の課題に鑑みなされたものであり、製造上の安定性に優
れ、性能にも優れた蛍光色素分子含有シリカ球の提供を
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a fluorescent dye molecule-containing silica sphere which is excellent in manufacturing stability and performance. To do.

【0006】本発明者らは、かかる目的を達成するため
鋭意検討した結果、蛍光色素分子含有シリカ球に特定の
化合物を導入することが極めて有効であることを見出
し、本発明を完成するに至った。
The inventors of the present invention have conducted extensive studies to achieve such an object, and as a result, have found that it is extremely effective to introduce a specific compound into silica spheres containing fluorescent dye molecules, and have completed the present invention. It was

【0007】即ち本発明は、下記構造式(1) で示される
蛍光色素分子を使って調製した蛍光色素分子含有シリカ
球である。
[0007] That is, the present invention is a fluorescent dye molecule-containing silica sphere prepared by using a fluorescent dye molecule represented by the following structural formula (1).

【0008】 R−CO−NH−(CH23−Si−(C25O)3 (1) (式中、RはNHSを側鎖に有することができる物質で
ある。) 好ましくは、RはFITC(フルオロセインイソチオシ
アネート)、色素、磁性物質およびフリーラジカルより
選ばれた物質である。
R—CO—NH— (CH 2 ) 3 —Si— (C 2 H 5 O) 3 (1) (In the formula, R is a substance capable of having NHS in the side chain.) Preferably , R is a substance selected from FITC (fluorocein isothiocyanate), a dye, a magnetic substance and a free radical.

【0009】特にFITC-CO-NH-(CH23-Si
-(C25O)3 (1')が好ましい。式(1')中、FITC
はフルオロセインイソチオシアネートを示す。
In particular, FITC-CO-NH- (CH 2 ) 3 -Si
- (C 2 H 5 O) 3 (1 ') is preferable. In formula (1 '), FITC
Represents fluoroscein isothiocyanate.

【0010】FITCは1例であって、その代わりにロ
ーダミンなどの他の色素、酸化鉄などの磁性物質、スピ
ンラベル剤などの安定フリーラジカルなど、RはNHS
を側鎖に有することができる物質をすべて含む。
FITC is an example, and instead, other dyes such as rhodamine, magnetic substances such as iron oxide, stable free radicals such as spin labeling agents, R is NHS.
Include all substances that can have a.

【0011】更に、本発明は上記蛍光色素分子含有シリ
カ球の表面を化学処理することにより表層修飾し、各種
機能を付与したシリカ球を提供するものである。
Further, the present invention provides a silica sphere having various functions provided by surface-modifying the surface of the above-mentioned fluorescent dye molecule-containing silica sphere by chemical treatment.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下に本発明を詳しく説明する。
本発明は、従来提案されている蛍光色素分子含有シリカ
球である「FITC−APS−シリカ」の製造過程で、
FITCに側鎖としてNHS(N−ハイドロキシサクシ
ンイミドエステル)を持つFITC−NHSを使用し、
APSのアミン基とFITCのCO基との強固な結合能
を利用してFITC−CO−APSを調製したものであ
り、これによりその製造安定性等を顕著に改善したもの
である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention is described in detail below.
The present invention is a process for producing “FITC-APS-silica” which is a conventionally proposed fluorescent sphere-containing silica sphere,
FITC-NHS having NHS (N-hydroxysuccinimide ester) as a side chain is used for FITC,
FITC-CO-APS was prepared by utilizing the strong binding ability between the amine group of APS and the CO group of FITC, and the production stability thereof was remarkably improved.

【0013】本発明の蛍光色素分子含有シリカ球の製造
方法は、上記従来技術のものと同様でよい。即ち、N−
ハイドロキシサクシンイミドエステルを側鎖に持つフル
オロセインイソチオシアネートまたはビオチン分子を原
料として使用し、これとシランカップリング剤である3
−アミノプロピルオルソシリケートの結合により生成し
た化合物を核として、Stoberの方法に従って、即
ち、エタノール水溶液中でのテトラオルソシリケートの
アンモニアによる加水分解と重縮合により、室温で大気
下、4:1のエタノール水溶液中で、テトラオルソシリ
ケートを使って蛍光色素分子含有シリカ球を製造するこ
とができる。
The method for producing the fluorescent sphere-containing silica spheres of the present invention may be the same as that of the above-mentioned prior art. That is, N-
Fluorescein isothiocyanate or biotin molecule having hydroxysuccinimide ester as a side chain is used as a raw material and is a silane coupling agent.
-With the compound formed by the binding of aminopropyl orthosilicate as the nucleus, according to the method of Stober, that is, by hydrolysis and polycondensation of tetraorthosilicate with ammonia in aqueous ethanol solution at room temperature in the atmosphere of 4: 1 ethanol. Tetraorthosilicate can be used in aqueous solution to produce silica spheres containing fluorescent dye molecules.

【0014】より詳細には、FITC−NHS−APS
のDMSO溶液5mlを、水6mlに加えて、エタノー
ル20mlと水溶液の比率を4:1として、これにテト
ラオルソシリケート0.3mlと約30%のアンモニア
水2mlを加えて、一日撹拌しながら放置する。
More specifically, FITC-NHS-APS
DMSO solution (5 ml) was added to water (6 ml), the ratio of ethanol (20 ml) to the aqueous solution was 4: 1, and tetraorthosilicate (0.3 ml) and about 30% ammonia water (2 ml) were added to the mixture. To do.

【0015】この場合、テトラオルソシリケートの濃度
とこの熟成の回数を変えることによって、得られるシリ
カ球のサイズを、直径数nmから数百nmへ、更にはμ
mオーダーへと自在に調整できる。
In this case, by changing the concentration of tetra-orthosilicate and the number of times of this aging, the size of the silica spheres obtained is changed from several nm in diameter to several hundreds nm, and further, μ.
Can be freely adjusted to m-order.

【0016】また、テトラオルソシリケートに代えて、
γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン(MPS)
を用いて製造することも可能である。上記の方法におい
てテトラオルソシリケート0.3mlに代りに5M MPS
0.3mlを加えることにより同様にシリカ球が形成さ
れ、その蛍光色素の含有効率ならびに表層の被修飾効率
は非常に高い。この様にAPS以外のシランカップリング
剤を用いて有効なシリカ球が形成される場合も、高い蛍
光色素を含有することが期待され、その表層修飾能の向
上や性質変化が期待される。
Further, instead of tetraorthosilicate,
γ-Mercaptopropyltriethoxysilane (MPS)
It is also possible to manufacture using. In the above method, instead of 0.3 ml of tetra-orthosilicate, 5M MPS
Silica spheres are similarly formed by adding 0.3 ml, and the efficiency of containing the fluorescent dye and the efficiency of modifying the surface layer are very high. As described above, even when an effective silica sphere is formed by using a silane coupling agent other than APS, it is expected to contain a high fluorescent dye, and its surface modification ability and property change are expected.

【0017】また、得られたシリカ球については、周知
のウルトラフィルトレーションメソッドを用いて共存イ
オンを取り除いて精製したり、希望する粒子径分布に調
整する。
The silica spheres thus obtained are purified by removing coexisting ions by a well-known ultrafiltration method or adjusted to a desired particle size distribution.

【0018】本発明の蛍光色素分子含有シリカ球は、上
記の通り、数ナノメーターサイズと数十ナノメーターサ
イズとすることができ、その表面にNHSを調製すること
でタンパク質に結合した場合に外れにくく、消光を受け
にくい検出系試薬として有用である。また、従来の「F
ITC−NHS」分子は安定性が悪いため、抗体のタン
パク質に結合するFITCは4分子程度であり、感度が
低く、シャーレ上の決まった形のものにしか適用できな
い、即ち、実用性能に劣るものであったのに対し、本発
明の蛍光色素分子含有シリカ球は、シリカ球内に数千個
のFITCが濃度消光することなく密集しているため、
レーザー照射したときの発光が強く、感度が高いという
優れた効果を有する。
As described above, the silica sphere containing a fluorescent dye molecule of the present invention can have a size of several nanometers and several tens of nanometers, and when it is bound to a protein by preparing NHS on its surface, the silica spheres are removed. It is useful as a detection system reagent that is difficult to undergo and is not easily quenched. In addition, the conventional "F
The "ITC-NHS" molecule has poor stability, so the FITC that binds to the protein of the antibody is only about 4 molecules, and the sensitivity is low, and it can be applied only to the fixed shape on the dish, that is, it has poor practical performance. On the other hand, in the fluorescent dye molecule-containing silica spheres of the present invention, since thousands of FITCs are densely packed in the silica spheres without concentration quenching,
It has an excellent effect that it emits strong light when irradiated with laser and has high sensitivity.

【0019】また、本発明の蛍光色素分子含有シリカ球
の場合、シリカは、化学的に不活性であると共に、その
修飾が容易であることから、例えば、その表面をメソポ
ーラスにしたり、新たに特定のタンパク質と結合するた
めのアクセプター分子を表面に固定することが可能であ
る。
Further, in the case of the fluorescent sphere-containing silica spheres of the present invention, silica is chemically inactive and easily modified, so that, for example, its surface is made mesoporous or newly specified. It is possible to immobilize on the surface an acceptor molecule for binding to the protein.

【0020】即ち、ナノ粒子の機能付加は、ナノレベル
での物質の制御、機能特性の向上のために重要である。
ナノ粒子の機能付加の重要な課題としてナノ粒子の表面
の修飾が挙げられるが、本発明の蛍光色素分子含有シリ
カ球の場合、表面を化学処理することにより、その表層
に様々な物質を修飾することが可能である。
That is, the functional addition of nanoparticles is important for controlling substances at the nano level and improving functional characteristics.
Modification of the surface of the nanoparticles is mentioned as an important issue for the functional addition of the nanoparticles. In the case of the fluorescent dye molecule-containing silica sphere of the present invention, various substances are modified on the surface layer by chemically treating the surface. It is possible.

【0021】このような目的で用いられる物質として
は、γ−アミノプロピルオルソシリケート(APS)、
γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン(MPS)
等の各種シランカップリング剤とそれらの各種クロスリ
ンキング剤との共役体、各種プロテイン、各種DNA等
が挙げられ、具体的な化学処理(修飾処理)の手法とし
ては、蛍光色素分子含有シリカ球を上記物質の水溶液中
で撹拌する等の方法で良い。
The substances used for such purpose include γ-aminopropyl orthosilicate (APS),
γ-Mercaptopropyltriethoxysilane (MPS)
Examples include various silane coupling agents such as silane coupling agents and their various cross-linking agents, various proteins, various DNAs, and the like. Specific chemical treatments (modification treatments) include fluorescent dye molecule-containing silica spheres. A method such as stirring in an aqueous solution of the above substance may be used.

【0022】このようなシリカ球の修飾処理により、多
種多様な機能付加を行うことができ、かかる機能付加シ
リカ球は、その形状、包容性、表面修飾特性から、各種
の応用技術へのより多様な適用が可能となる。
By such a modification treatment of silica spheres, a wide variety of functional additions can be carried out, and such functionalized silica spheres are more versatile for various application techniques due to their shape, inclusion and surface modification characteristics. Various applications are possible.

【0023】先ず、その形状から生物学的にウィルス、
細菌といった微生物、動物の細胞を再構成することが考
えられる。例えばウィルスの表面蛋白を球表面に結合、
提示させ、外郭はそのウィルスと類似するが問題となる
遺伝子を持たない「偽ウィルス」の作成が挙げられ、こ
れはアジュバンドなどを必要としない動物の免疫やワク
チンに応用できる可能性がある。また、内部に蛍光を含
有させた「偽ウィルス」とPCT/JP/11573に
記載の「凝集反応の測定方法」の技術を用いて抗体価の
測定を行うことも可能である。更に、ウィルスの臓器特
異的感染能を用いて「偽ウィルス」をドラッグデリバリ
ーの手段として用いることも可能である。
First of all, from its shape, biologically,
It may be possible to reconstitute microorganisms such as bacteria and animal cells. For example, a virus surface protein binds to the surface of a sphere,
For example, a "pseudovirus" whose outline is similar to the virus but does not have the gene of interest is proposed, which may be applied to immunization or vaccine of animals that do not require adjuvant. It is also possible to measure the antibody titer using the "pseudovirus" containing fluorescence inside and the technique of "Measuring method of agglutination reaction" described in PCT / JP / 11573. Furthermore, it is also possible to use the "pseudovirus" as a means of drug delivery by utilizing the organ-specific infectivity of the virus.

【0024】また、表面に抗体やT細胞レセプターを結
合、提示させることにより、B細胞やT細胞と類似した
「免疫シリカ球」の作成も可能で、研究のみならず、
癌、免疫疾患において診断、治療への応用が期待でき
る。更に、シリカ球においてレセプターやシグナル分
子、遺伝子発現システムの再構成が可能になれば、イン
スリンを分泌する膵臓β細胞を人工的に再現した細胞な
ど「シリカ(β)細胞」にも利用できると考えられる。
Also, by binding and presenting antibodies and T cell receptors on the surface, "immunized silica spheres" similar to B cells and T cells can be prepared, and not only for research,
It can be expected to be applied to diagnosis and treatment in cancer and immune diseases. Furthermore, if it becomes possible to reconstitute the receptor, signal molecule, and gene expression system in the silica sphere, it is considered that it can be used for “silica (β) cells” such as cells artificially reproducing pancreatic β cells that secrete insulin. To be

【0025】表面被修飾特性は、上記の如く任意の蛋
白、遺伝子などの物質を結合させ、その機能を提示しう
るという性質をシリカ球に与え得ることができる。しか
し、このことは単に結合という性質から展開されるもの
だけに限定されるものではない。即ち、球体という孤立
した単位に、後記実施例に示す如く、効率的に物質と結
合し、その物質を球表面に濃縮しうるという特性も含ん
でいる。このことは、例えば、多段階反応を触媒する多
種の酵素をシリカ球上に結合、濃縮させ反応効率を向上
させるといった用法(反応強化シリカ球)、抗体をシリ
カ球上にて多重化させることにより結合特性を向上させ
るといった用法(結合強化シリカ球)などにより発揮さ
れうると考えられる。
The surface-modified property can give the silica sphere the property of binding substances such as arbitrary proteins and genes and presenting its function as described above. However, this is not limited to what develops solely from the nature of binding. That is, the isolated unit of a sphere also has the property that it can efficiently bind to a substance and concentrate the substance on the surface of the sphere, as will be shown in Examples below. This can be achieved, for example, by binding various enzymes that catalyze multi-step reactions onto silica spheres and concentrating them to improve reaction efficiency (reaction-enhanced silica spheres), by multiplexing antibodies on silica spheres. It is considered that it can be exerted by the usage (bond-reinforced silica spheres) for improving the bonding property.

【0026】また、アルコールデヒドロゲナーゼ(AD
H)表面にシランカップリング試薬(APS)を付けた
後、活性シリカ溶液(27%SiO2含有)を用いて、A
DHをシリカでおおうことで、シリカ球内部にADHを
固定することができる(機能性蛋白の修飾)このADH
含有シリカ球は、エタノールと補酵素(NAD)の存在
で、酵素活性を示し、NADHの生成をその蛍光ピーク
より確認することができる。
Alcohol dehydrogenase (AD
H) After attaching the silane coupling reagent (APS) to the surface, an activated silica solution (containing 27% SiO 2 ) was used to
By covering DH with silica, ADH can be fixed inside the silica sphere (modification of functional protein).
The contained silica spheres show enzyme activity in the presence of ethanol and coenzyme (NAD), and production of NADH can be confirmed from its fluorescence peak.

【0027】また、液体中に拡散する物質をシリカ球に
吸着させ濃縮するといった用法(物質濃縮(回収)シリ
カ球)も挙げられ、後記実施例はこの特性の結果とも解
釈できる。
Further, a method of adsorbing a substance diffusing in a liquid to silica spheres and concentrating it (substance-concentrating (recovering) silica spheres) can be mentioned, and the examples described later can be interpreted as the result of this characteristic.

【0028】これらの効果は、シリカ球の直接の特性に
限定されず、抗原を表面修飾したシリカ球を用いた抗体
の濃縮、アビジンを表面修飾したシリカ球を用いたビチ
オン化蛋白の濃縮など、間接的、多段階な用法において
も発揮される。
These effects are not limited to the direct characteristics of silica spheres, such as concentration of antibodies using silica spheres surface-modified with antigen, concentration of biotinylated proteins using silica spheres surface-modified with avidin, etc. It is also effective in indirect and multi-stage usage.

【0029】また、元来、共役が困難な2種類以上の物
質を、シリカ球を介して共役するという用法(接着シリ
カ球)としての性質も考えられる。
Further, the property as a usage (adhesive silica sphere) of conjugating two or more kinds of substances which are originally difficult to conjugate through silica spheres is also conceivable.

【0030】また、別の応用技術として、例えば、バー
コード標識手法が考えられる。多種の機能付加を行った
シリカ球(例えば多様な抗体やぺプチドを表面に提示さ
せライブラリーとしたもの等)において、それらを速や
かに区別することは機能性シリカ球の応用に多大な利便
性をもたらすと考えられ、その方法の一つとしてバーコ
ード標識が挙げられる。具体的には、2種あるいはそれ
以上の蛍光を標識した本発明の蛍光色素分子含有シリカ
球を種々の配合比で混合することにより多用な蛍光特性
を持つバーコード標識シリカ球が作成でき、フローサイ
トメトリーや蛍光顕微鏡で区別し得る。更に、上記表面
修飾技術を用いて表層に色素、蛋白、遺伝子等を多様な
配合比で修飾することによってもバーコード標識化する
ことができる。特に近年、遺伝子配列解読技術が簡便化
されつつあるため、特定の遺伝子配列をシリカ球表面に
結合させておき、必要に応じてPCRなどで増幅し塩基
配列を読むことにより識別することも可能となる。
As another application technique, for example, a bar code labeling method can be considered. In silica spheres to which various functions have been added (for example, various antibodies and peptides are displayed on the surface as a library, etc.), it is extremely convenient for the application of functional silica spheres to quickly distinguish them. Is one of the methods, and a bar code label is one of the methods. Specifically, by mixing two or more types of fluorescently labeled fluorescent dye molecule-containing silica spheres of the present invention at various mixing ratios, barcode-labeled silica spheres having versatile fluorescent characteristics can be prepared and flow It can be distinguished by cytometry or fluorescence microscopy. Further, the surface can be labeled with a barcode by modifying the surface layer with a dye, a protein, a gene or the like at various mixing ratios using the surface modification technique. In particular, in recent years, gene sequencing technology has been simplified, and it is possible to identify a specific gene sequence by binding it to the surface of silica spheres and, if necessary, amplifying it by PCR and reading the base sequence. Become.

【0031】[0031]

【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。 実施例1 N−ハイドロキシサクシンイミドエステルを側鎖に持つ
フルオロセインイソチオシアネートまたはビオチン分子
を原料として使用し、シランカップリング剤である3−
アミノプロピルオルソシリケートの結合により生成した
化合物を核として、Stoberの方法に従って、即
ち、エタノール水溶液中でテトラオルソシリケートのア
ンモニア水による加水分解と重縮合により室温で大気
下、4:1のエタノール水溶液中で、テトラオルソシリ
ケートを使って蛍光色素分子含有シリカ球を製造した。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples. Example 1 Fluorescein isothiocyanate or biotin molecule having N-hydroxysuccinimide ester as a side chain was used as a raw material, and a silane coupling agent, 3-
Using the compound formed by the binding of aminopropyl orthosilicate as a nucleus, according to the method of Stober, that is, by hydrolysis and polycondensation of tetraorthosilicate with ammonia water in an ethanol aqueous solution at room temperature in the atmosphere in a 4: 1 ethanol aqueous solution. Then, silica spheres containing fluorescent dye molecules were prepared using tetraorthosilicate.

【0032】このようにして調製した、ビオチン/シリ
カ粒子を、アビジン鎖を持つタンパク質と混合したとこ
ろ、同試料のビオチンによって、アビジン−タンパク質
の凝集が観測できた。
When the biotin / silica particles thus prepared were mixed with a protein having an avidin chain, avidin-protein aggregation could be observed by the biotin of the same sample.

【0033】また、同様にして、フルオロセインイソチ
オシアネート分子を含むビオチン−シリカ粒子を調製
し、同様の観察を行ったところ、同様の凝集が観測で
き、フルオロセインイソチオシアネート−シリカ粒子に
よるタンパク質ラベルが確認できた。 実施例2 実施例1で調製した蛍光色素分子含有シリカ球(A:1
st Growth,B:2nd Growth)の水溶液
中の吸収スペクトルを図1に示す。1st Growth
溶液の色は濃い黄色を呈しており、1ヶ月を経ても安定
であった。これは、試料調製時の溶液pHが強アルカリ
性であり、その状態のまま、シリカ球の内部に存在して
いることを示している。両者とも典型的な吸収ピークが
490nmに観測でき、2nd Growthの吸収スペ
クトルは短波長側に向かって吸収が増大する、大きな粒
子に基づく散乱効果が観測された。
Further, similarly, when biotin-silica particles containing a fluorescein isothiocyanate molecule were prepared and the same observation was carried out, the same agglutination was observed, and the protein labeling by the fluorescein isothiocyanate-silica particles was confirmed. It could be confirmed. Example 2 Silica spheres containing fluorescent dye molecules prepared in Example 1 (A: 1
FIG. 1 shows an absorption spectrum of an aqueous solution of (st Growth, B: 2nd Growth). 1st Growth
The color of the solution was deep yellow and was stable even after 1 month. This indicates that the solution pH at the time of sample preparation is strongly alkaline and remains in that state inside the silica spheres. In both cases, a typical absorption peak can be observed at 490 nm, and in the 2nd Growth absorption spectrum, a scattering effect based on large particles in which the absorption increases toward the short wavelength side was observed.

【0034】分子吸光係数から推定されるフルオロセイ
ンイソチオシアネートの濃度は、1st Growthの
場合、0.075mMであった。さらに、蛍光スペクト
ルを測定すると、両者とも典型的な蛍光ピークを有して
いた。
The concentration of fluoroscein isothiocyanate estimated from the molecular extinction coefficient was 0.075 mM in the case of 1st Growth. Furthermore, when the fluorescence spectra were measured, both had a typical fluorescence peak.

【0035】また、蛍光寿命測定の結果(図2)による
と、水溶液中でのフリーな状態なもの(3.8nse
c)とほぼ同じであったことから、本試料では自己消光
は起こっていないことがわかった。
Further, according to the result of the fluorescence lifetime measurement (FIG. 2), a free state in an aqueous solution (3.8 nse
Since it was almost the same as that in c), it was found that self-quenching did not occur in this sample.

【0036】また、同試料を透過型電子顕微鏡で観察す
ると、数nmから数百nmの粒子が観測でき、1st G
rowthの方(図3)は表面に凹凸があり、メソポー
ラス様を呈しており、2nd Growthの方(図4)
は表面が滑らかであった。 実施例3(アミン表層修飾シリカ球の作製と表面被修飾
特性) 実施例1で調製した蛍光色素分子含有シリカ球を5mM
のAPS(γ−アミノプロピルオルソシリケート)水溶
液中で撹拌することにより、表層にAPSを付着させN
2を表面に提示するシリカ球を作製することができ
た。このアミン表層修飾シリカ球は他の特殊な試薬を必
要とせずに蛋白溶液と混合するだけで表層に蛋白、DN
Aを吸着した。 a)蛋白修飾 シリカ球をGreen fluorescein pr
otein(GFP)と混和したところ、その直後より
シリカ球がGFPの蛍光を発することを蛍光顕微鏡下で
確認することができた。 b)遺伝子修飾 シリカ球を蛍光修飾したDNA(PCR用プライマー
FITC−GST−AS(FITC−5’−GGCAG
ATCGTCAGTCAGTCAC−3’))と混和し
たところ、その直後よりシリカ球がFITCの蛍光を発
することを蛍光顕微鏡下で確認することができた。 実施例4(SH表層修飾シリカ球の作製と表面被修飾特
性) 実施例1で調製した蛍光色素分子含有シリカ球を5mM
のMPS(γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラ
ン)水溶液中で撹拌することにより、表層にMPSを付
着させSHを表面に提示するシリカ球を作製することが
できた。このSH表層修飾シリカ球とGFPと混和した
ところ、その直後よりシリカ球がGFPの蛍光を発する
ことを蛍光顕微鏡下で確認することができた。 実施例5(蛋白表層修飾シリカ球の作製) a)蛋白のカルボキシル基固定 実施例3で調製したアミン表層修飾シリカ球に、クロス
カップリング試薬である1−エチル−3−(3−ジメチ
ルアミノプロピル)カルボジイミドを加えたところ、シ
リカ球表面のアミノ基と蛋白質のカルボキシル基を強固
に結合させることができた。 b)蛋白のアミノ基固定 実施例3で調製したアミン表層修飾シリカ球に、クロス
カップリング試薬であるサクシノミジルトランス−4−
(マレイミジルメチル)シクロヘキサン−1−カルボキ
シレートを加えたところ、シリカ球表面のアミノ基と蛋
白質のアミノ基を強固に結合させることができた。 実施例6(検出反応への応用) a)シリカ球上検出 Rhodamine−NHS−APSのDMSO溶液5mlを、
水6mlに加えて、エタノール20mlと水溶液の比率
を4:1として、これに5Mのγ−メルカプトプロピル
トリエトキシシラン(MPS)0.3mlと約30%の
アンモニア水2mlを加えて、一日撹拌しながら放置し
て、蛍光色素分子含有シリカ球を調製した。このものの
透過型電子顕微鏡写真と蛍光顕微鏡像を図5a、図5b
に示す。
When the same sample was observed with a transmission electron microscope, particles of several nm to several hundred nm were observed, and 1st G
The person with low ghth (Fig. 3) has unevenness on the surface and has a mesoporous appearance, and the person with 2 nd growh (Fig. 4)
Had a smooth surface. Example 3 (Preparation of amine surface-modified silica spheres and surface-modified properties) 5 mM of the fluorescent dye molecule-containing silica spheres prepared in Example 1 was used.
Of APS (γ-aminopropyl orthosilicate) aqueous solution to attach APS to the surface layer and N
It was possible to make silica spheres that present H 2 on the surface. This amine surface-modified silica sphere does not require any other special reagent and can be mixed with a protein solution to form a protein or DN on the surface.
A was adsorbed. a) Protein-modified silica spheres are attached to Green fluorescein pr
Immediately after mixing with the protein (GFP), it was possible to confirm that the silica spheres emitted GFP fluorescence immediately after that under a fluorescence microscope. b) DNA obtained by fluorescently modifying gene-modified silica spheres (PCR primer)
FITC-GST-AS (FITC-5'-GGCAG
When mixed with ATCGTCAGTTCAGTCAC-3 ')), it was confirmed immediately after that that the silica spheres emit FITC fluorescence under a fluorescence microscope. Example 4 (Preparation of SH surface-modified silica sphere and surface modification property) 5 mM of the silica dye containing a fluorescent dye molecule prepared in Example 1 was used.
By agitating in the MPS (γ-mercaptopropyltriethoxysilane) aqueous solution of, it was possible to fabricate silica spheres in which MPS was attached to the surface layer and SH was presented on the surface. When this SH surface layer-modified silica sphere was mixed with GFP, it was possible to confirm that the silica sphere emits GFP fluorescence immediately after that, under a fluorescence microscope. Example 5 (Preparation of protein surface layer-modified silica spheres) a) Immobilization of carboxyl group of protein The amine surface layer-modified silica spheres prepared in Example 3 were cross-coupled with 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl). ) When carbodiimide was added, the amino group on the surface of the silica sphere and the carboxyl group of the protein could be firmly bound. b) Immobilization of amino group of protein On the amine surface-modified silica spheres prepared in Example 3, succinomidyl trans-4- which is a cross-coupling reagent.
When (maleimidylmethyl) cyclohexane-1-carboxylate was added, the amino groups on the surface of the silica sphere and the amino groups of the protein could be firmly bound. Example 6 (Application to detection reaction) a) Detection on silica spheres 5 ml of DMSO solution of Rhodamine-NHS-APS,
In addition to 6 ml of water, the ratio of 20 ml of ethanol to the aqueous solution was 4: 1, and 0.3 ml of 5M γ-mercaptopropyltriethoxysilane (MPS) and 2 ml of about 30% ammonia water were added to this, and stirred for one day. While standing still, silica spheres containing fluorescent dye molecules were prepared. A transmission electron micrograph and a fluorescence microscopic image of this product are shown in FIGS. 5a and 5b.
Shown in.

【0037】次に、上記製法で蛍光色素分子含有シリカ
球を作成し、表面にRhodamine標識したグルタチオン−
S−トランスフェラーゼ(GST)蛋白を結合させた
(図6a)。蛍光顕微鏡にてシリカ球にRhodamineの蛍
光が確認できた(図6b)。次にMPSを用いた製法で蛍
光色素を含有しないシリカ球を作成しRhodamine標識G
ST蛋白を結合させた(図7a)。ウシ血清アルブミンで
ブロッキングを行った後、遠心分離器を用いて洗浄し
た。洗浄後のGST表面修飾シリカ球を、FITCによ
り標識した抗GST抗体と反応させ、蛍光顕微鏡にて観
察を行った結果、図7bに示すように、シリカ球にFI
TCの蛍光を認め、シリカ球上で抗GST抗体が抗原で
あるGSTと結合していることが確認できた。
Next, silica spheres containing fluorescent dye molecules were prepared by the above-mentioned method, and Rhodamine-labeled glutathione-labeled on the surface.
S-transferase (GST) protein was attached (Fig. 6a). Rhodamine fluorescence was confirmed on the silica spheres by a fluorescence microscope (Fig. 6b). Next, silica spheres containing no fluorescent dye were prepared by a method using MPS, and Rhodamine labeled G
The ST protein was bound (Fig. 7a). After blocking with bovine serum albumin, it was washed using a centrifuge. The washed GST surface-modified silica spheres were reacted with an anti-GST antibody labeled with FITC and observed with a fluorescence microscope. As a result, as shown in FIG.
Fluorescence of TC was observed, and it was confirmed that the anti-GST antibody was bound to the antigen GST on the silica sphere.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 実施例1で調製した蛍光色素分子含有シリカ
球(A:1st Growth,B:2nd Growt
h)の水溶液中の吸収スペクトルを示す図である。
FIG. 1 is a silica sphere containing a fluorescent dye molecule prepared in Example 1 (A: 1st Growth, B: 2nd Growth).
It is a figure which shows the absorption spectrum in the aqueous solution of h).

【図2】 実施例1で調製した蛍光色素分子含有シリカ
球(A:1st Growth,B:2nd Growt
h)の蛍光減衰曲線を示す図である。
FIG. 2 Silica spheres containing fluorescent dye molecules prepared in Example 1 (A: 1st Growth, B: 2nd Growth)
It is a figure which shows the fluorescence decay curve of h).

【図3】 実施例1で調製した蛍光色素分子含有シリカ
球(1st Growth)のTEM写真(×90,000)で
ある。
3 is a TEM photograph (× 90,000) of the fluorescent dye molecule-containing silica spheres (1st Growth) prepared in Example 1. FIG.

【図4】 実施例1で調製した蛍光色素分子含有シリカ
球(2st Growth)のTEM写真(×15,000)で
ある。
FIG. 4 is a TEM photograph (× 15,000) of the fluorescent dye molecule-containing silica spheres (2st Growth) prepared in Example 1.

【図5】 実施例6で調製した蛍光色素分子含有シリカ
球のTEM写真(×10,000)(図5a)とそのSH表層
修飾シリカ球とGFPとを混和した蛍光顕微鏡下での所
見である(×400)(図5b)。
5 is a TEM photograph (× 10,000) of the fluorescent dye molecule-containing silica spheres prepared in Example 6 (FIG. 5a) and a finding under a fluorescence microscope in which the SH surface-modified silica spheres and GFP were mixed (×). 400) (Fig. 5b).

【図6】 実施例6で調製した蛍光色素分子含有シリカ
球(a)上にRhodamineグルタチオン−S−トランスフェラ
ーゼ(GST)蛋白を付着させた所見(b)である(×40
0)。
FIG. 6 is a finding (b) in which Rhodamine glutathione-S-transferase (GST) protein was attached onto the fluorescent dye molecule-containing silica spheres (a) prepared in Example 6 (× 40).
0).

【図7】 蛍光色素分子を含有していないシリカ球上に
Rhodamineグルタチオン−S−トランスフェラーゼ(G
ST)蛋白を付着させた後(a)、FITC標識抗GST抗体を結
合させた所見(b)である(×400)。
FIG. 7: On a silica sphere containing no fluorophore
Rhodamine glutathione-S-transferase (G
(ST) Protein is attached (a) and then FITC-labeled anti-GST antibody is bound (b) (x400).

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記構造式(1) で示される蛍光色素分子
を使って調製した蛍光色素分子含有シリカ球。 R−CO−NH−(CH23−Si−(C25O)3 (1) (式中、RはNHSを側鎖に有することができる物質で
ある。)
1. A fluorescent dye molecule-containing silica sphere prepared using a fluorescent dye molecule represented by the following structural formula (1). R-CO-NH- (CH 2 ) 3 -Si- (C 2 H 5 O) 3 (1) ( wherein, R is a substance that may have an NHS in a side chain.)
【請求項2】 RがFITC(フルオロセインイソチオ
シアネート)、色素、磁性物質およびフリーラジカルよ
り選ばれた物質である請求項1記載の蛍光色素分子含有
シリカ球。
2. The fluorescent dye molecule-containing silica sphere according to claim 1, wherein R is a substance selected from FITC (fluorocein isothiocyanate), a dye, a magnetic substance and a free radical.
【請求項3】 請求項1又は2記載の蛍光色素分子含有
シリカ球の表面を化学処理することにより表層修飾した
シリカ球。
3. A silica sphere whose surface layer is modified by chemically treating the surface of the fluorescent sphere-containing silica sphere according to claim 1 or 2.
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