JP2003514224A - Biosensing using surface plasmon resonance - Google Patents

Biosensing using surface plasmon resonance

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ホリウェイ,ウィリアム・ディー
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Abstract

(57)【要約】 本発明は表面プラズモン共鳴(SPR)に基づいた検出アッセイ促進のための方法および試薬を提供する。本方法および試薬は固形支持体を使用する任意の分子認識アッセイで使用できる。本発明はまた、イメージング様式で働くSPR装置も提供する。   (57) [Summary] The present invention provides methods and reagents for enhancing surface plasmon resonance (SPR) based detection assays. The methods and reagents can be used in any molecular recognition assay using a solid support. The present invention also provides an SPR device that works in an imaging mode.

Description

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

【0001】技術分野 本発明は一般的に表面プラズモン共鳴センサーに関している。特に、本発明は
表面プラズモン共鳴応答を増幅し、およびその感度、融通性、スループット、特
異性および範囲を増加させるための装置、方法および試薬に関している。背景技術 表面プラズモン共鳴(SPR)は金属薄膜表面近傍の屈折率変化をセンシング
(sensing)するための一般的分光学的方法である。これらの変化に対す
るその感受性は、もしその化学がうまく設計されているとしたら、金属/溶液界
面での化学反応の観察および定量化に利用できる足がかりを提供する。この技術
の普遍性のゆえ、バイオセンシングを含む種々の化学系への応用を導いてきた(
特異的に設計された市販の装置が利用可能な場合)。
[0001] Technical Field The present invention generally concerns a surface plasmon resonance sensor. In particular, the invention relates to devices, methods and reagents for amplifying the surface plasmon resonance response and increasing its sensitivity, flexibility, throughput, specificity and range. BACKGROUND ART Surface plasmon resonance (SPR) is a general spectroscopic method for sensing a change in refractive index near the surface of a metal thin film. Its susceptibility to these changes provides a foothold that can be used to observe and quantify chemical reactions at the metal / solution interface, if the chemistry is well designed. The universality of this technology has led to its application to various chemical systems including biosensing (
Specific commercially available equipment is available).

【0002】 SPRは、表面に拘束された生体分子および液相で生まれた化学種間の相互作
用により生じた屈折率の小さな変化の検出を可能にする。例えば、センサー表面
への蛋白質の固定化は屈折率の変化、従って金属薄膜の角度依存性反射能の変化
が現われる蛋白質結合の検出を可能にする。この型のSPRセンシングは典型的
には、センサー表面としてのAuフィルム上にカルボキシル化デキストランゲル
を使用する市販の装置で実施され、ここでゲルは表面に拘束された結合相手のた
めのホストとして働いている。しかしながら、多数の化学を同時に迅速に問いた
だすことができるイメージングSPRを含む、多くの他の様式でもSPRは応用
されてきた。同様に、種々の他の表面化学が生体分子相互作用測定のための足が
かりとして使用されてきた。
SPR allows the detection of small changes in refractive index caused by interactions between surface-bound biomolecules and chemical species generated in the liquid phase. For example, immobilization of proteins on the sensor surface allows the detection of protein binding, which results in changes in the refractive index and thus in the angle-dependent reflectivity of thin metal films. This type of SPR sensing is typically performed in a commercial device using a carboxylated dextran gel on an Au film as the sensor surface, where the gel acts as a host for a surface bound binding partner. ing. However, SPR has also been applied in many other ways, including imaging SPR that can rapidly query multiple chemistries simultaneously. Similarly, various other surface chemistries have been used as a foothold for measuring biomolecular interactions.

【0003】 SPRは自由電子金属(例えば、Ti、Crまたはメルカプトシランの薄い接
着層によりガラス支持体へ繋ぎ止められたAu、Ag、AlまたはCuの50n
m厚フィルム)表面モードの光学的励起に依存している。全内部反射の臨界角よ
り大きなある角度での、プムリズ−結合フィルムの後部―側、p−偏光化照射は
、金属−溶液界面でのプラズモン励起を生じる。プラズモン励起は、最適カップ
リング角で、光学吸収の増加(屈折率の減少)として観察される。このことは次
に、SPRプロフィール(反射能と角度のプロット)の極小を生じ、それはプラ
ズモン角度(θp)と称されている。SPRによるセンシングは、金属表面付近
での屈折率の変化に対するθpの感受性のため可能である。金属−溶液界面で起
こる吸着、脱離および分子−分子相互作用がそのような変化を起こし、それによ
りプラズモン角度のシフトを誘導する。これらの変化はリアルタイムでモニター
でき、SPRを動的センシングに適したものにしている。
SPR is 50 n of Au, Ag, Al or Cu anchored to a glass support by a thin adhesive layer of a free electron metal (eg Ti, Cr or mercaptosilane).
m thick film) relies on optical excitation of surface modes. Back-side, p-polarized irradiation of the Pumriz-bonded film at an angle greater than the critical angle of total internal reflection results in plasmon excitation at the metal-solution interface. Plasmon excitation is observed as an increase in optical absorption (decrease in refractive index) at the optimum coupling angle. This in turn gives rise to a local minimum in the SPR profile (reflectivity vs. angle plot), which is termed the plasmon angle (θ p ). Sensing by SPR is possible because of the sensitivity of θ p to changes in the refractive index near the metal surface. Adsorption, desorption and molecular-molecular interactions that occur at the metal-solution interface cause such changes, thereby inducing a shift in the plasmon angle. These changes can be monitored in real time, making SPR suitable for dynamic sensing.

【0004】 SPRを使用する化学のもっとも広く研究されている分野は多分、蛋白質−蛋
白質相互作用であり、結合が起こったことによる信号変換を従来の光学的分光法
で達成することは困難または不可能である。非特異的結合を減少させるため、お
よび生体分子の表面充填を増加させるため、市販の装置上で実施されるSPR実
験は、表面のセンシングと関連して伸長されたカップリングマトリックスを通常
使用する。そのような測定は典型的には、薄く蒸着したAuフィルムの上部に層
積したカルボキシル化デキストラン(または“伸長したカップリング)マトリッ
クスを含む有標基体上に固定した一つの蛋白質から始められる(即ち、フィルム
と試料の間)。結果はAuフィルムの表面から約200nm離れて拡がっている
伸長された3次元アレイである。デキストラン層の屈折率に小さな変化を導く蛋
白質結合は、角度依存性の弱められた全屈折における相応する小さな変化を通し
て検出される。デキストランマトリックスにより提供される信号増幅にもかかわ
らず、小さな分子(<1000MW)の検出はまだ市販の装置には大変な仕事で
ある。いくつかの場合、2,000−10,000MW範囲の種の検出さえも難
しいと立証できる。
Perhaps the most widely studied area of chemistry that uses SPR is protein-protein interactions, and signal transduction due to binding occurring is difficult or impossible to achieve with conventional optical spectroscopy. It is possible. To reduce non-specific binding and to increase surface loading of biomolecules, SPR experiments performed on commercially available devices usually use extended coupling matrices in connection with surface sensing. Such measurements typically begin with a single protein immobilized on a labeled substrate containing a carboxylated dextran (or "extended coupling") matrix layered on top of a thin vapor deposited Au film (ie, , Between the film and the sample). The result is a stretched three-dimensional array extending approximately 200 nm away from the surface of the Au film. Detected through corresponding small changes in total refraction provided.Detection of small molecules (<1000 MW) is still a daunting task for commercial devices, despite the signal amplification provided by the dextran matrix. In the case of, even the detection of species in the 2,000-10,000 MW range can prove to be difficult.

【0005】 カップリングマトリックスの使用には、信号を支配する生体分子との非特異的
相互作用および大きな分子の排除を含む多くの付加的な欠点が付随する。さらに
、マトリックス内の生体分子の不適切な配向はしばしば生体分子の低い活性を導
く(特に蛋白質)。マトリックス中に固定された分子への大量輸送は通常pH依
存的であるため、マトリックス内への試薬の最適な拡散には別の工程がアッセイ
の間に必要とされる。これらの短所は、アッセイの設計において著しい困難をも
たらしている。二機能性有機クロスリンカーの単一層で修飾されたAuフィルム
のような平面SPR基体を使用することにより(即ち、上に層積するマトリック
スなしで)、これらの問題を避けることが望ましであろう。しかしながら、これ
らのより同型の基体内のSPR反射率変化は、実際のアッセイで測定するにはし
ばしば非常に小さい。
The use of coupling matrices is associated with a number of additional drawbacks, including non-specific interactions with signal-directing biomolecules and elimination of large molecules. Moreover, improper orientation of biomolecules within the matrix often leads to low activity of biomolecules (especially proteins). Since mass transport to molecules immobilized in the matrix is usually pH-dependent, another step is required during the assay for optimal diffusion of reagents into the matrix. These shortcomings have led to significant difficulties in assay design. It would be desirable to avoid these problems by using a planar SPR substrate such as an Au film modified with a monolayer of a bifunctional organic crosslinker (ie, without an overlying matrix). Let's do it. However, the SPR reflectance changes within these more homogenous substrates are often very small to measure in actual assays.

【0006】 SPRの応用性および有効性は、もしリガンド結合が屈折率により明白な変化
、および、そのためプラズモン角により明白なシフトを生じるとしたら、顕著に
拡張することができる。そのように感度を高くすると、本技術を低分子量薬剤候
補の高スループットスクリーニングへ広く応用可能にできる。
The applicability and effectiveness of SPR can be significantly extended if the ligand binding causes a pronounced change in refractive index, and thus a noticeable shift in plasmon angle. With such high sensitivity, the present technology can be widely applied to high throughput screening of low molecular weight drug candidates.

【0007】 化学アッセイ、特に捕捉試薬(例えば、抗体)の単一層または亜単一層で被覆
した平面SPR基体上での生体分子認識アッセイにおいて、SPR屈折率変化増
幅のための装置、方法および試薬を提供するのが本発明の目的である。超高感度
で、PCRに基づかないDNA検出アッセイのための方法および試薬を提供する
のも本発明の目的である。さらに、3−オングストロームの分解能で、1から5
00nmのスケールの表面拘束物体間距離を測定するためのSPRに基づいた方
法を記述するのも、本発明の目的である。
Devices, methods and reagents for SPR refractive index change amplification in chemical assays, particularly biomolecular recognition assays on planar SPR substrates coated with a monolayer or submonolayer of capture reagents (eg, antibodies), have been developed. It is an object of the invention to provide. It is also an object of the present invention to provide methods and reagents for ultrasensitive, non-PCR based DNA detection assays. Furthermore, with a resolution of 3-A, 1 to 5
It is also an object of the present invention to describe an SPR-based method for measuring the distance between surface constrained bodies on the 00 nm scale.

【0008】 増幅イメージングSPRにより高スループットスクリーニング反応(一次およ
び二次の両方で)を可能にするのも本発明の付加的な目的である。 本分野で使用されている、扱いにくい蒸着法と置き換えて(または代わりに)
、SPR(または他の表面分光学法)のためのAuフィルム合成のための“湿式
化学”法を提供するのも本発明のさらに別の目的である。
It is also an additional object of the present invention to allow high throughput screening reactions (both primary and secondary) with amplified imaging SPR. Replace (or instead of) the awkward deposition methods used in the field
It is yet another object of the present invention to provide a "wet chemistry" method for Au film synthesis for SPR (or other surface spectroscopy).

【0009】 最後に、固定された入射角でのフィルム反射率における空間的差を描写できる
イメージングSPR装置を提供するのが本発明の目的であり、ここで空間的差は
異なる屈折率またはフィルム厚(即ち、異なる化学修飾)により誘導される。本
発明により提供されるイメージングSPR装置は多重生物学的“チップ”アッセ
イ形式でSPRを使用することを可能にする。例えば、イメージングSPR装置
は、異なった標的検体のためのリガンドが特定の位置に結合されている固形支持
体を使用する多標的検体の同時検出に不可欠であろう。
[0009] Finally, it is an object of the present invention to provide an imaging SPR device capable of depicting the spatial difference in film reflectance at a fixed angle of incidence, where the spatial difference is different refractive index or film thickness. (Ie different chemical modifications). The imaging SPR device provided by the present invention allows the use of SPR in a multiplex biological "chip" assay format. For example, an imaging SPR device would be essential for the simultaneous detection of multiple target analytes using a solid support in which ligands for different target analytes are bound to specific locations.

【0010】 本発明の装置、方法および試薬は、先例のない感度および選択性の化学アッセ
イ(多重バイオセンシングアッセイ)を可能にする。発明の要約 本発明はSPR屈折率変化増幅のための装置、方法および試薬を提供する。一
つの一連の態様において、SPRに基づいたセンシングアッセイのための光学的
標識としてコロイド状−金属ナノ粒子が使用される。これらの態様は、金属フィ
ルムのSPR応答がフィルム表面へのそのようなコロイド状−金属ナノ粒子の局
在化により劇的に変化するという観察に依存している。コロイド状金属ナノ粒子
の吸着により起こるフィルム表面のSPR応答の劇的変化は、分子認識の発生(
例えば、抗体への抗原の結合、リガンドのその受容体への結合、または相補的核
酸分子のハイブリダイゼーション)に依存するアッセイに活用できる。多くの可
能な手段の一つにおいて、分子認識に関与する一つの分子がSPR基体の金属フ
ィルム表面上に固定化される(または金属フィルムに完全に結合される)。固定
化分子との相互作用に関与する別の分子−固定化分子へ直接的に結合することに
よるか、または第三の分子へ結合し、それが順に固定化分子へ直接的に結合する
ことにより−はコロイド状金属ナノ粒子で標識される。関与する分子間の結合は
コロイド状金属吸着を導き、フィルムのSPR応答に付随する変化を伴う。溶液
中で単分散コロイド状金属ナノ粒子を製造するための方法は本分野ではよく知ら
れており、生物学的活性の損失なく、金属ナノ粒子へ生体分子を結合させる方法
である。いくつかの態様において、コロイド状Auナノ粒子の使用はSPR感度
の100,000倍の増加を導いている。
The devices, methods and reagents of the present invention enable unprecedented sensitivity and selectivity of chemical assays (multiplex biosensing assays). SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides devices, methods and reagents for SPR index change amplification. In one series of embodiments, colloidal-metal nanoparticles are used as optical labels for SPR-based sensing assays. These aspects rely on the observation that the SPR response of metal films is dramatically altered by the localization of such colloidal-metal nanoparticles to the film surface. The dramatic change in SPR response on the film surface caused by the adsorption of colloidal metal nanoparticles is caused by the occurrence of molecular recognition (
For example, it can be utilized in assays that rely on the binding of an antigen to an antibody, the binding of a ligand to its receptor, or the hybridization of complementary nucleic acid molecules. In one of many possible ways, one molecule involved in molecular recognition is immobilized on (or completely bound to) the metal film surface of the SPR substrate. Another molecule involved in the interaction with the immobilization molecule-by directly binding to the immobilization molecule or by binding to a third molecule, which in turn directly binds to the immobilization molecule. -Is labeled with colloidal metal nanoparticles. Bonding between the involved molecules leads to colloidal metal adsorption, with accompanying changes in the SPR response of the film. Methods for producing monodisperse colloidal metal nanoparticles in solution are well known in the art and are methods for attaching biomolecules to metal nanoparticles without loss of biological activity. In some embodiments, the use of colloidal Au nanoparticles has led to a 100,000-fold increase in SPR sensitivity.

【0011】 例えば、コロイド状Auナノ粒子は標的検体のリガンドへ容易に結合できる。
その後、標的検体がSPRフィルムの表面(またはその上に固定化されたリガン
ド)へ局在化し始めた時、Au標識化リガンドが表面へもたらされ、標的検体へ
リガンドが結合した場合、SPR反射率に増幅された変化を導く。信号の増幅は
、平面SPR基体(二官能性有機クロスリンカーで修飾されたAuフィルムのよ
うな)が使用できるほど十分に大きく、従って、市販のデキストランに基づいた
マトリックスに付随するいくつかの問題を避けている。
For example, colloidal Au nanoparticles can easily bind to the ligand of the target analyte.
Then, when the target analyte begins to localize to the surface of the SPR film (or the ligand immobilized on it), the Au-labeled ligand is brought to the surface, and when the ligand binds to the target analyte, the SPR reflection Leads to an amplified change in the rate. Signal amplification is large enough to allow the use of planar SPR substrates (such as Au films modified with bifunctional organic crosslinkers), thus avoiding some of the problems associated with commercially available dextran-based matrices. I'm avoiding it.

【0012】 上で議論したような著しい制限にもかかわらず、デキストランに基づいたSP
R基体はいくつかの型のアッセイには十分な能力がある。このため、本発明はま
たデキストランに基づいたマトリックス内のSPR反射能増幅のための方法も提
供する。本発明のいくつかの態様において、リガンドへ結合されたAuナノ粒子
は最初にマトリックスへもたらされ、アッセイの基礎をなす生体分子の相互作用
を通してそこで保持される。ナノ粒子は、ネットワーク内への効率の良い拡散を
可能にするため十分に小さな直径であるように選択される。しかしながら、この
大きさのナノ粒子はSPR反射率の変化を最適には増幅しない。その結果、増幅
を最適化するためには、ナノ粒子はAgめっき溶液の添加により大きくされる。
Dextran-based SP despite significant limitations as discussed above
The R substrate is sufficient for some types of assays. Thus, the present invention also provides a method for SPR reflectivity amplification within a dextran-based matrix. In some embodiments of the invention, the Au nanoparticles attached to the ligand are first brought to a matrix and retained there through the interaction of the biomolecules underlying the assay. The nanoparticles are chosen to be small enough in diameter to allow efficient diffusion into the network. However, nanoparticles of this size do not optimally amplify the change in SPR reflectance. As a result, the nanoparticles are enlarged by the addition of Ag plating solution in order to optimize the amplification.

【0013】 別の態様において、本発明はAu表面上に無機フィルムを層積することにより
、コロイド状Au増幅SPR反射率をさらに促進させる方法を提供する。金属製
ナノ粒子および金属表面間の距離は、SPR反射率に著しい影響力を持っている
。好適な態様において、SiO2の30nm厚フィルムが50nmAu表面に蒸
着される。コロイド状金ナノ粒子がこの表面に結合された場合−直接的に、また
は例えば、蛋白質−蛋白質相互作用により−、SiO2層はAuナノ粒子および
Au表面間のカップリング距離を最適化するためのスペーサーとして働いている
。これはSiO2フィルム無しでコロイド状Auナノ粒子およびAu表面を使用
して観察されるよりも、プラズモン角(即ち、最小反射能の角度)の大きなシフ
トを導いている。この向上は、Au表面が非常に低レベルのコロイド状Auへ結
合されている場合でさえも(例えば、1%未満の表面被覆度)観察される。
In another aspect, the present invention provides a method for further enhancing colloidal Au-amplified SPR reflectance by layering an inorganic film on the Au surface. The distance between the metallic nanoparticles and the metallic surface has a significant influence on the SPR reflectivity. In a preferred embodiment, a 30 nm thick film of SiO 2 is deposited on a 50 nm Au surface. When colloidal gold nanoparticles were attached to the surface - either directly or, for example, a protein - a protein interaction -, the SiO 2 layer to optimize the coupling distance between Au nanoparticles and Au surface It works as a spacer. This leads to a larger shift in the plasmon angle (ie the angle of minimum reflectivity) than observed using colloidal Au nanoparticles and Au surface without SiO 2 film. This enhancement is observed even when the Au surface is bound to very low levels of colloidal Au (eg surface coverage less than 1%).

【0014】 別の一連の態様において、本方法は“サンドイッチ”イムノアッセイを提供す
るために使用される。特に、標的検体に対する一次“捕捉”抗体はSPR基体の
表面上、Au表面それ自身かまたは層積されているSiO2フィルム(または他
の物質)に固定化されている。標的検体に対する二次抗体は、種々の方法の一つ
によりコロイド状Auナノ粒子と複合されている。Auナノ粒子およびSPR基
体をその後、標的検体を含んでいると疑われる生物体液と接触させる。もし存在
すれば、標的検体は固定化捕捉抗体との相互作用を通してSPR基体と結合され
るようになり、およびコロイド状Auは二次抗体および結合された標的献体間の
相互作用を通してSPRへ局在化するようになるであろう。その結果、プラズモ
ン角の増幅された変化が観察されるようになり、二次抗体がコロイド状Auナノ
粒子へ複合されない場合に観察される角シフトに関して増幅される。いくつかの
場合、本方法はデキストランに基づいたマトリックスを使用する通常のSPRア
ッセイと比較して100,000倍またはそれ以上のSPR信号増強を提供し、
70fM未満の蛋白質濃度を検出する能力を提供する。そのようなアッセイは分
離された工程で実施できることは当業者には明白であり、ここで検体含有溶液は
最初に表面に暴露され、非特異的結合を除くために洗浄工程が実施される。次に
、第二の工程において、コロイド状Au:抗体複合体が導入される。
In another series of embodiments, the method is used to provide a “sandwich” immunoassay. In particular, the primary "capture" antibody to the target analyte is immobilized on the surface of the SPR substrate, either on the Au surface itself or on a layered SiO 2 film (or other substance). The secondary antibody to the target analyte is conjugated to the colloidal Au nanoparticles by one of various methods. The Au nanoparticles and SPR substrate are then contacted with a biological fluid suspected of containing the target analyte. If present, the target analyte becomes bound to the SPR substrate through interaction with the immobilized capture antibody, and the colloidal Au localizes to SPR through the interaction between the secondary antibody and bound target donor. Will be changed. As a result, an amplified change in plasmon angle becomes observable, amplified with respect to the angular shift observed when the secondary antibody is not conjugated to colloidal Au nanoparticles. In some cases, the method provides 100,000-fold or more SPR signal enhancement compared to a conventional SPR assay using a dextran-based matrix,
It provides the ability to detect protein concentrations below 70 fM. It will be apparent to those skilled in the art that such an assay can be performed in a separate step, where the analyte-containing solution is first exposed to the surface and a washing step is performed to remove non-specific binding. Next, in the second step, the colloidal Au: antibody complex is introduced.

【0015】 別の一連の態様において、本発明の方法は標的核酸配列を検出するために応用
される。例えば、“第一の核酸プローブ”は平面SPR基体の表面上に固定化さ
れ、および“第二の核酸プローブ”はコロイド状Auナノ粒子へ複合化される。
標的配列の存在下、両方のプローブが会合するようになるように、プローブは少
なくとも部分的に標的核酸配列と相補的な(またはいくつかの他の相互作用がで
きる)領域を持っている。その結果、第二の核酸プローブへ複合されたコロイド
状Auナノ粒子はSPR基体へ局在化するようになり、増幅されたプラズモン角
シフトが存在する。本発明の方法は約5桁のダイナミックレンジで、24−me
rオリゴヌクレオチドに対して8x107分子/cm2より良好な定量限界を可能
にする。これは本発明の増幅法を使用しないで観察された感度の1000倍以上
の改良である。この態様においてはその上、第二の核酸プローブの導入は標的配
列導入の前でも、同時でも、または後でもよい。
In another series of embodiments, the method of the invention is applied to detect a target nucleic acid sequence. For example, a "first nucleic acid probe" is immobilized on the surface of a planar SPR substrate, and a "second nucleic acid probe" is conjugated to colloidal Au nanoparticles.
The probes have regions that are at least partially complementary (or capable of some other interaction) with the target nucleic acid sequence such that both probes become associated in the presence of the target sequence. As a result, the colloidal Au nanoparticles conjugated to the second nucleic acid probe become localized to the SPR substrate, and there is an amplified plasmon angle shift. The method of the present invention has a dynamic range of about 5 digits and a 24-me
Allows a quantitation limit of better than 8 × 10 7 molecules / cm 2 for r oligonucleotides. This is an improvement of over 1000 times the sensitivity observed without using the amplification method of the present invention. In addition, in this embodiment, the introduction of the second nucleic acid probe may be before, simultaneously with, or after the introduction of the target sequence.

【0016】 本発明はまた、走査様式というよりもむしろイメージング様式で働くことがで
きるSPR装置を提供する。走査様式SPRは、特定された範囲内で入射角の各
々の角度(および/または入射光の波長)で全SPR基体に対する単一のSPR
反射率を測定する。イメージング様式装置は、一つまたはそれ以上の前もって決
定された入射角の角度で、SPR基体を通過する局所SPR反射率を描くイメー
ジを提供するために電荷結合素子(CCD)を使用する。選択された入射角の角
度は、SPR反射率でアッセイされる出来事(例えば、固定化されたリガンドの
その標的への結合により)の発生によりSPR反射率の最も大きな変化が観察さ
れる角度である。このことは多重アッセイの目的のため、マイクロアレイ様式で
の検出の基礎としてSPRを使用することを可能にする。そのようなアッセイに
おいて、SPR装置は、標識検体を含んでいると疑われる液体の添加後にSPR
基体の規格化された反射能イメージを捕捉する。得られたイメージにおいて、基
体上の各々の“スポット”においての反射能信号強度は、その位置に存在する標
的検体量についての情報を与える。本明細書に説明したイメージングSPR装置
は大量の試料の簡単な導入を可能にする(50mmx50mmマイクロアレイ基
体までの、市販品として利用可能な光学素子を使用して)。さらに、特注光学素
子では、より大きな表面(例えば、6インチx6インチ)が使用できる。従来記
載されているSPR装置と異なり、本発明のイメージング装置は独特の水平試料
幾何学的配置を提供するので、それは基体取り扱いおよび液体送達を調節するた
めのロボット的操作を可能にする。この幾何学的配置は、従来の技術の装置で必
要とされたような、垂直のSPR基体上へ溶液を流す必要性を回避している。
The present invention also provides an SPR device that can work in an imaging mode rather than a scanning mode. The scanning modal SPR is a single SPR for all SPR substrates at each angle of incidence (and / or wavelength of incident light) within a specified range.
Measure reflectance. Imaging modalities use a charge coupled device (CCD) to provide an image depicting the local SPR reflectance through an SPR substrate at one or more pre-determined angles of incidence. The angle of incidence selected is the angle at which the greatest change in SPR reflectance is observed due to the occurrence of an event that is assayed for SPR reflectance (eg, due to the binding of immobilized ligand to its target). . This allows SPR to be used as the basis for detection in a microarray format for the purposes of multiplex assays. In such an assay, the SPR device uses SPR after addition of a liquid suspected of containing labeled analyte.
Capture a normalized reflectivity image of the substrate. In the image obtained, the reflectivity signal intensity at each "spot" on the substrate gives information about the amount of target analyte present at that location. The imaging SPR device described herein allows easy introduction of large quantities of sample (using commercially available optics up to 50 mm x 50 mm microarray substrate). In addition, custom optics can use larger surfaces (eg, 6 inches by 6 inches). Unlike previously described SPR devices, the imaging device of the present invention provides a unique horizontal sample geometry, which allows robotic manipulation to regulate substrate handling and liquid delivery. This geometry avoids the need to flush the solution onto a vertical SPR substrate as was required with prior art devices.

【0017】 粒子および/または表面への修飾は、SPRの感度および選択性を増加させる
ことを目的としており、以下のものの使用を含んでいる:(i)表面への両性カ
ップリングの波長−依存性成分を最適化するように設計されたAuS/Au芯−
殻粒子のような新型の金属ナノ粒子;(ii)減少した非特異的結合を示し、お
よび粒子へ結合された生体分子の数の調節を可能にする精巧な表面機能化を持つ
粒子;(iii)局所場促進を提供するように設計された副波長孔を持つ基体;
および(iv)粒子−表面カップリングの距離依存成分を最適化する酸化物−被
覆金属フィルム。感度を増加させるための装置的取り組みには、同調した励起波
長の使用、SPRと平行の角度−依存性表面プラズモン散乱の測定、および干渉
法的SPRが含まれる。SPR感度を改良するための第三の態様手順は、二つの
二次的信号増幅スキームの使用が含まれる。一つは粒子“発育”に基づいており
、そこでは、固定化粒子の寸法を成長させるために選択的化学が使用される;第
二はカスケード効果に基づいており、そこでは、一つの金属ナノ粒子の分子認識
−誘導結合は、溶液からのいくつかの他のものによる選択的沈積を導く。
Modifications to particles and / or surfaces are aimed at increasing the sensitivity and selectivity of SPR and include the use of: (i) Wavelength-dependence of amphoteric coupling to the surface. AuS / Au core designed to optimize sexual components-
New types of metal nanoparticles such as shell particles; (ii) particles that exhibit reduced non-specific binding and have sophisticated surface functionalization that allows for the regulation of the number of biomolecules bound to the particles; (iii) ) Substrates with subwavelength holes designed to provide local field enhancement;
And (iv) an oxide-coated metal film that optimizes the distance-dependent component of the particle-surface coupling. Instrumental efforts to increase sensitivity include the use of tuned excitation wavelengths, angle-dependent surface plasmon scattering measurements parallel to SPR, and interferometric SPR. A third aspect procedure for improving SPR sensitivity involves the use of two secondary signal amplification schemes. One is based on particle "growth", where selective chemistry is used to grow the size of immobilized particles; the second is based on the cascade effect, where one metal nanoparticle is used. Molecular recognition-inducible binding of particles leads to selective deposition from solution by some others.

【0018】 異なった化学のためのSPR基体領域の境界を限定するため、一つの方法が印
刷された回路板の使い捨てレプリカを製造するために開発されている。得られる
“ナノビーカー”(ポリジメチルシロキサンまたはPDMSから仕上げられた)
は小さな表面で、多数の空間的に別個の領域を個々に扱うことを可能にする。そ
のようなマイクロウェルアッセイの使用は、0.1%未満の単一層のAu粒子被
度における変化がイメージングSPRにより容易に検出されることを例証してい
る。発明の詳細な説明 本発明は、この一般化されたセンシングスキームにより可能にされた超高感度
バイオセンシングアッセイのための多くの詳細なプロトコールを提供する。しか
しながら、本発明の理解を助けるため、SPR基体の金属フィルム上へのコロイ
ド状金属吸着(分子相互作用を経た)で観察されるSPR応答促進の詳細な説明
もまた提供される。以下の定義もまた提供される: “SPR基体”とは、表面プラズモン共鳴現象(即ち、プリズムへ結合された
場合の自由電子金属における表面モード(プラズモン)の光学的励起)が観察で
きる任意の物質を意味している。好適な態様において、SPR基体はガラス表面
上に沈着された、または蒔かれた自由電子金属フィルムを含んでいる。自由電子
金属にはAu、Ag、AlおよびCuが含まれるが、それらに限定されるわけで
はない。本発明はまた、合金または金属の混合物の使用も企図している。
To define the boundaries of SPR substrate regions for different chemistries, one method has been developed for making disposable replicas of printed circuit boards. The resulting "nano-beaker" (finished from polydimethylsiloxane or PDMS)
Is a small surface that allows to individually treat many spatially distinct regions. The use of such a microwell assay illustrates that changes in monolayer Au particle coverage of less than 0.1% are easily detected by imaging SPR. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a number of detailed protocols for ultrasensitive biosensing assays enabled by this generalized sensing scheme. However, to aid in understanding the present invention, a detailed description of the SPR response enhancement observed on colloidal metal adsorption (via molecular interaction) on SPR-based metal films is also provided. The following definitions are also provided: "SPR substrate" refers to any substance in which surface plasmon resonance phenomena (ie, optical excitation of surface modes (plasmons) in free electron metals when coupled to a prism) can be observed. Means In a preferred embodiment, the SPR substrate comprises a free electron metal film deposited or plated on the glass surface. Free electron metals include, but are not limited to, Au, Ag, Al and Cu. The present invention also contemplates the use of alloys or mixtures of metals.

【0019】 “SPR反射能”(または“反射率”)とは、SPR基体が結合されているプ
リズムから反射された光強度の変調を意味している。SPR反射能は、表面プラ
ズモンがSPR基体で励起された場合に最小である。SPR反射能値は入射照度
の初期強度の0%から100%の範囲であり得る。
By “SPR reflectivity” (or “reflectance”) is meant the modulation of the light intensity reflected from a prism to which an SPR substrate is bonded. SPR reflectivity is minimal when surface plasmons are excited on the SPR substrate. The SPR reflectivity value can range from 0% to 100% of the initial intensity of incident illuminance.

【0020】 “SPRプロフィール”とは、種々の入射角度での(または入射光の種々の波
長での)SPR基体のSPR反射能値を意味している。SPRプロフィールはし
ばしば入射角度に対する(または入射光の波長に対する)SPR反射能としてグ
ラフに描かれる。“入射角度”とは、プリズムに光が入り込む時、SPR基体が
結合されているプリズム面に出会う角度を意味している。
By “SPR profile” is meant the SPR reflectivity value of an SPR substrate at various angles of incidence (or at various wavelengths of incident light). SPR profiles are often plotted as SPR reflectivity versus angle of incidence (or versus wavelength of incident light). The "incident angle" means the angle at which the prism surface to which the SPR substrate is bonded is encountered when light enters the prism.

【0021】 “プリズム”とは、SPR基体と結合された光学的要素であり、それを通して
入射光が方向付けられる、例えば、磨かれたSF11ガラス、その上にAuフィ
ルムが蒸着されている。本発明の好適なプリズムには三角形プリズム(最も好適
には70°−70°−40°の幾何学的外形を持つ)、および半球形プリズムが
含まれる。
A “prism” is an optical element associated with an SPR substrate through which incident light is directed, eg, polished SF11 glass, on which is deposited an Au film. Preferred prisms of the present invention include triangular prisms (most preferably having a 70 ° -70 ° -40 ° geometry) and hemispherical prisms.

【0022】 本明細書の多くの実施例および態様はAuフィルムおよびコロイド状Auナノ
粒子の使用を説明しているが、SPR応答を持つ他の金属(合金および金属の混
合物を含んで)もまた企図され、本発明の範囲内であることを理解するべきであ
る。同様に、本明細書に説明されている本発明の方法の実施例はしばしばバイオ
センシングアッセイに向けられているが、本方法はまた、SPRに基づいた他の
センシング形式にも応用可能である。
Although many examples and aspects herein describe the use of Au films and colloidal Au nanoparticles, other metals with SPR response, including alloys and mixtures of metals, are also available. It should be understood that it is contemplated and within the scope of the present invention. Similarly, although the embodiments of the methods of the invention described herein are often directed to biosensing assays, the methods are also applicable to other SPR-based sensing formats.

【0023】 本発明の重要な特色は、本発明のSPR技術を使用する多重アッセイの能力で
ある。空間的多重化(即ち、アレイ化)が金属基体上の試薬の物理的分離により
可能にできる。しかしながら、追加の多重化は金属ナノ粒子の特性を変化させる
ことにより達成できる。変化するものには、金属コロイド状ナノ粒子のサイズお
よび組成の変化が含まれる。そのような多重化は従来のSPRを使用して最もよ
く調べられ、フィルムの反射能(並びにそれらからの散乱)がすべての入射角度
で容易に測定できる。しかしながら、多重化は、可能なら光反射率および散乱の
両方を連結して、および理想的には反射率を入射角の関数として測定した後に、
イメージングSPRを使用して実施できる。
An important feature of the present invention is the ability of multiplex assays using the SPR technology of the present invention. Spatial multiplexing (ie arraying) can be enabled by physical separation of reagents on a metal substrate. However, additional multiplexing can be achieved by changing the properties of the metal nanoparticles. Changes include changes in the size and composition of the metal colloidal nanoparticles. Such multiplexing is best investigated using conventional SPR, and the reflectivities of the films (as well as the scatter from them) can be easily measured at all angles of incidence. However, multiplexing can be done by concatenating both light reflectance and scattering if possible, and ideally after measuring reflectance as a function of angle of incidence,
It can be performed using imaging SPR.

【0024】 図1はAuフィルムへのコロイド状Au吸着を伴うSPR応答の変化を示して
いる。SPRプロフィール(入射角の関数としての反射率)を描くため、50n
m厚Auフィルムは二機能性有機リンカー、2−メルカプトエチルアミン(ME
A)で修飾された。MEAのチオール基はAuフィルムへ結合され、遊離アミノ
基を表面上に露出して残している。実線は43.7°の角度で鋭いプラズモン最
小(最小反射率値)を示している。Auフィルムが11nm−直径コロイド状A
uの17nM溶液へ1分間暴露された場合、Au粒子はこれらの遊離アミン基を
通してAuフィルムへ結合する。図1で点線で示したように、このことは最小反
射率値の有意な増加、SPRプロフィールの広がり、およびプラズモン角度の0
.2°のシフトを生じる。
FIG. 1 shows the change in SPR response with colloidal Au adsorption on Au film. 50n to plot the SPR profile (reflectance as a function of angle of incidence)
The m-thick Au film is a bifunctional organic linker, 2-mercaptoethylamine (ME
Modified with A). The thiol groups of MEA are attached to the Au film, leaving free amino groups exposed on the surface. The solid line shows the sharp plasmon minimum (minimum reflectance value) at an angle of 43.7 °. Au film is 11 nm-diameter colloidal A
When exposed to a 17 nM solution of u for 1 minute, the Au particles bind to the Au film through these free amine groups. As indicated by the dotted line in FIG. 1, this results in a significant increase in minimum reflectance value, broadening of the SPR profile, and zero plasmon angle.
. A shift of 2 ° is produced.

【0025】 Auフィルムのコロイド状Auナノ粒子への暴露をより長い時間にすると、こ
れらの変化の程度が増加することが観察された。従って、60分の暴露では、プ
ラズモン角度が2.6°シフトし(即ち、46.3°へ)、局在化コロイド状A
uナノ粒子なしのAuフィルム(“裸の”Auフィルム)の最小反射率値よりも
ほぼ40%ほどその値が増加した。図1のSPRプロフィールを発生させるため
に使用された材料および方法のより完全な議論は実施例1に提供されている。
It was observed that longer exposure of the Au film to the colloidal Au nanoparticles increased the extent of these changes. Thus, 60 minutes exposure shifted the plasmon angle by 2.6 ° (ie to 46.3 °) and localized colloidal A
The minimum reflectance value of Au film without u nanoparticles ("naked" Au film) increased by almost 40%. A more complete discussion of the materials and methods used to generate the SPR profile of FIG. 1 is provided in Example 1.

【0026】 これらの結果は、Ag表面上へ蒸着された薄い炭素被覆により誘導された劇的
なシフトに似ており、そこではフィルムの強い吸着力が著しい程度のプラズモン
減衰を誘導する。単一の理論または機構に縛られるのを望むわけではないが、A
u−コロイド吸着によるSPR変化は、これらの粒子は非ゼロの想像上の誘電成
分を持っているので、類似の吸着減衰過程が原因であると思われる。第二の可能
な(排他的ではない)減衰の機構は、粗くしたAuフィルムおよび他の粒子修飾
フィルムで観察された効果に類似した状況である、コロイドの局在化表面プラズ
モンとAuフィルム中の伝搬しているプラズモンとのカップリングを含んでいる
These results resemble the dramatic shifts induced by thin carbon coatings deposited on Ag surfaces, where the strong adsorption of the film induces a significant degree of plasmon damping. I don't want to be bound by a single theory or mechanism,
The SPR change due to u-colloid adsorption appears to be due to a similar adsorption decay process, as these particles have a non-zero imaginary dielectric component. The second possible (but not exclusive) mechanism of decay is a situation similar to the effect observed with roughened Au films and other grain-modified films, where localized surface plasmons of colloids and Au films Includes coupling with propagating plasmons.

【0027】 反射率変化の時間経過を最小反射率でモニターした場合、>1%反射率変化は
コロイド吸着の最初の100msで容易に観察される。この時点での表面被度は
密に充填された単一層のおおよそ0.1%である。もし、プラズモン角変化が表
面被度に直線的に変化し(低被度に対しては合理的な仮定)、装置角分解能限界
が0.005°だとしたら、表面被度の40倍の(0.2°/0.005°)減
少が検出可能である。従って、12nm−直径コロイド状Au単一層の0.00
25%(2.0x107粒子/cm2)が容易に観察できる。以下に議論するよう
に、さらにより低い被度が、より大きな直径のAuコロイドを使用して観察可能
である。時間の関数としての反射率の時間変化は図1に挿入されて示されている
When the time course of reflectance change is monitored at minimum reflectance,> 1% reflectance change is readily observed in the first 100 ms of colloid adsorption. The surface coverage at this point is approximately 0.1% of the densely packed monolayer. If the plasmon angle changes linearly with the surface coverage (a reasonable assumption for low coverage) and the device angular resolution limit is 0.005 °, then 40 times the surface coverage ( A decrease of 0.2 ° / 0.005 ° is detectable. Therefore, 0.001 of 12 nm-diameter colloidal Au monolayer
25% (2.0 × 10 7 particles / cm 2 ) can be easily observed. As discussed below, even lower coverage is observable using larger diameter Au colloids. The time course of reflectance as a function of time is shown inset in FIG.

【0028】 Auフィルム基体のSPR応答におけるコロイド状Au吸着の影響は、コロイ
ド状ナノ粒子のサイズに劇的に依存している。図2の実線はMEAで被覆し、そ
の後続いて同数の密度(1.3±0.15x109粒子/cm2)の30、35、
45および59nmの直径のコロイド状Auで被覆した47nm厚Auフィルム
のSPR応答を示している。比較的低い数の密度にも関わらず、SPRプロフィ
ールは粒子サイズで劇的に変化し、2倍未満の直径の増加で最小反射率は10%
から35%へ増加した。実際、最も大きな粒子サイズ(59nm)では、SPR
プロフィールは裸の蒸着フィルムのものとはほとんど似ていない;プロフィール
は浅くおよび幅広く、SPRで典型的に観察される明確なプラズモン最小を持っ
ていない。図2のSPRプロフィールを発生させるために使用された材料および
方法のより完全な議論は実施例1に提供されている。
The effect of colloidal Au adsorption on the SPR response of Au film substrates is dramatically dependent on the size of colloidal nanoparticles. The solid line in FIG. 2 is coated with MEA, followed by the same number of densities (1.3 ± 0.15 × 10 9 particles / cm 2 ) 30, 35,
Figure 5 shows the SPR response of 47nm thick Au films coated with 45 and 59nm diameter colloidal Au. Despite a relatively low number of densities, the SPR profile varies dramatically with particle size, with a minimum reflectance of 10% for diameter increases of less than two-fold.
From 35% to 35%. In fact, at the largest particle size (59 nm), SPR
The profile closely resembles that of the bare evaporated film; the profile is shallow and broad, without the well-defined plasmon minimum typically observed in SPR. A more complete discussion of the materials and methods used to generate the SPR profile of FIG. 2 is provided in Example 1.

【0029】 単位領域当たりのコロイド状Au粒子の数は図2に示されたデータでは一定に
保たれたが、分割表面被度は粒子サイズで変化していることに注目することは重
要である。言い換えれば、等しい数の二つの異なったサイズの粒子は異なった幾
何学的領域を覆うであろう。このことを考慮に入れると、30、35、45およ
び59nm直径のAu粒子の分割被度は、各々密に充填された単一層の1.2、
1.6、2.6および4.5%である。
Although the number of colloidal Au particles per unit area was kept constant in the data shown in FIG. 2, it is important to note that the split surface coverage varies with particle size. . In other words, an equal number of two different sized particles will cover different geometric regions. Taking this into account, the split coverage of 30, 35, 45 and 59 nm diameter Au particles is 1.2, respectively for densely packed monolayers.
1.6, 2.6 and 4.5%.

【0030】 図3は35nm(図3A)および45nm(図3B)直径コロイド状Au粒子
についての表面濃度(粒子数/cm2で表現されている)に関して、SPRプロ
フィールで起こった変化を示している。35nm粒子の場合、低い数の粒子密度
は比較的小さなプラズモン角シフトおよび反射率変化を誘導している。数密度が
増加するにつれて、最小反射能の位置および程度の変化が大きくなり、最後には
、約7°の全プラズモンシフトおよび>40%の反射率増加に達した。いくぶん
より大きな角シフトが45nm直径コロイドAu粒子に関して観察される;プラ
ズモン角の最初の変化は著しく、表面濃度を増加させるにつれ急速に増加する。
しかしながら、SPRプロフィールの形は45nm直径粒子の場合にはさらに急
速に進展し、最も低い表面濃度で>30%反射率が観測される。この傾向は他の
サイズのコロイド状Au粒子でも同様であった−より小さい摂動が30nm直径
粒子で観察され、およびより大きな初期反射率変化が59nm直径粒子で観察さ
れる。
FIG. 3 shows the changes that occurred in the SPR profile for surface concentration (expressed in number of particles / cm 2 ) for 35 nm (FIG. 3A) and 45 nm (FIG. 3B) diameter colloidal Au particles. .. For 35 nm particles, a low number of particle densities induces relatively small plasmon angle shifts and reflectance changes. As the number density increased, the change in position and degree of minimum reflectivity increased, eventually reaching a total plasmon shift of about 7 ° and a reflectance increase of> 40%. A somewhat larger angular shift is observed for 45 nm diameter colloidal Au particles; the first change in plasmon angle is significant and increases rapidly with increasing surface concentration.
However, the shape of the SPR profile evolves even more rapidly for 45 nm diameter particles, with> 30% reflectance observed at the lowest surface concentration. This trend was similar for other sizes of colloidal Au particles-smaller perturbations are observed for 30 nm diameter particles and larger initial reflectance changes are observed for 59 nm diameter particles.

【0031】 実際的な観点からは、SPRセンシング形式で重要であるのはプロフィールの
全体の摂動ではなく、プラズモン角シフトまたは反射率で観察できる最大変化(
増加または減少)である。図2および3に示されたデータから、より高い表面被
覆では、正確なプラズモン角を求めるのにSPRプロフィールはむしろ広がりす
ぎていることが明らかである。従って好適な態様においては、装置的および感度
両方の観点から、反射率変化それ自身は界面の誘電特性の点からは明瞭な物理的
意味を持っていないという事実にも関わらず、単一角度で反射率変化を測定する
ことがより実際的である。
From a practical point of view, it is not the overall perturbation of the profile that is important in the SPR sensing format, but the maximum observable change in plasmon angle shift or reflectance (
Increase or decrease). From the data presented in Figures 2 and 3, it is clear that at higher surface coverages, the SPR profile is rather too broad to determine the exact plasmon angle. Therefore, in a preferred embodiment, both from a device and sensitivity point of view, the reflectance change itself does not have a clear physical meaning in terms of the dielectric properties of the interface, despite the fact that at a single angle. It is more practical to measure reflectance changes.

【0032】 好適な態様において、反射率を測定するために選択された角度は、Auフィル
ムへのコロイド状Auナノ粒子の結合により最大反射率変化を起こす角度である
。最大反射率変化はAuコロイド−修飾フィルムおよび非修飾フィルムのSPR
プロフィール間の差を考慮することにより決定できる。図4は図3に示したデー
タから計算された差プロフィールを示している。35nm直径粒子(図4A)お
よび45nm直径粒子(図4B)の両方で、反射率の最大増加が43.7°で観
察された。この結果は、非修飾フィルムのSPRプロフィールの最小がAuコロ
イド−修飾フィルムに対する最適観察角度であることを示唆している。ここで観
察された、大きなサイズの反射率変化は、より低い表面濃度が観察可能であるこ
とを示唆している。実際、45nm直径粒子において、1.3x109粒子/c
2の数密度は40%の反射率変化を生じる。現在の走査型SPR装置は<0.
1%の反射率変化を検出できるので、低被度での直線的SPR応答を仮定すると
、400分の1低い表面被度を検出することが可能である(3x106粒子/c
2、単一層の0.0065%に相当する)。
In a preferred embodiment, the angle selected to measure reflectance is the angle that causes the maximum reflectance change upon binding of colloidal Au nanoparticles to the Au film. Maximum reflectance change is SPR of Au colloid-modified film and unmodified film
It can be determined by considering the difference between the profiles. FIG. 4 shows the difference profile calculated from the data shown in FIG. A maximum increase in reflectance was observed at 43.7 ° for both the 35 nm diameter particles (Figure 4A) and the 45 nm diameter particles (Figure 4B). This result suggests that the minimum of the SPR profile of the unmodified film is the optimal viewing angle for the Au colloid-modified film. The large size reflectance changes observed here suggest that lower surface concentrations are observable. In fact, for 45 nm diameter particles, 1.3 × 10 9 particles / c
A number density of m 2 gives a reflectance change of 40%. Current scanning SPR devices are <0.
Assuming a linear SPR response at low coverage, it is possible to detect surface coverage that is 1/400 lower (3x10 6 particles / c), since a 1% reflectance change can be detected.
m 2 , corresponding to 0.0065% of the monolayer).

【0033】 図5において、反射率の最大変化が、30nm、35nm、45nmおよび5
9nm直径コロイド状Au粒子について、数密度の関数としてプロットされてい
る。すべての粒子直径について、差プロフィールのピークは約43.7°であり
、再び理想的角度は粒子サイズによらず同一であることを示している。最も大き
な信号が観察されるであろう角度をアッセイの実施に先立って知ることができる
ので、アッセイおよびセンシング応用に関して、このことは粒子促進の明白な利
点である。いくつかの場合、このことは、固定化物質の量を決定するための高分
解能走査の必要性をなくすことができる。特定の角度におけるパーセント反射率
の測定はまた、より高い表面被度では絶対プラズモン角の決定が困難になるので
、より誤りを少なくする。
In FIG. 5, the maximum changes in reflectance are 30 nm, 35 nm, 45 nm and 5
Plotted as a function of number density for 9 nm diameter colloidal Au particles. For all particle diameters, the peak of the difference profile is about 43.7 °, again indicating that the ideal angles are the same regardless of particle size. For assay and sensing applications, this is a clear advantage of particle facilitation, as the angle at which the greatest signal will be observed can be known prior to performing the assay. In some cases this can eliminate the need for high resolution scans to determine the amount of immobilized material. Measuring percent reflectance at a particular angle is also less error-prone at higher surface coverage, as absolute plasmon angles are difficult to determine.

【0034】 本発明の焦点はSPRであるが、特徴付けを助けるために使用された他の分析
技術を含むことに注目しなければならず、他の技術はそれ自身で感度のよいDN
A検出を提供できる。従って、著しい非特異的粒子結合不在下では、単一のナノ
粒子は容易に原子間力顕微鏡法、フィールド発光走査型電子顕微鏡法または近距
離走査型光学顕微鏡法により可視化される。もし、DNAに必要とされる検出限
界がSPRにより達成できないならば、他の技術が利用できる。バイオセンシングアッセイ形式 本発明の方法を容易に使用できる一つのアッセイ形式は、本分野でよく知られ
ている“サンドイッチ”アッセイである。サンドイッチアッセイは一般的に以下
のように組織化される:固形支持体上に固定化されたリガンドAは標的検体Bへ
結合でき、それは同時にリガンドCを結合できる。接触させた時、固形支持体上
に、A、BおよびC間で複合体が形成される。もし、リガンドCが検出可能な“
タグ”で標識されているとすると、次に固形支持体上に存在する検出可能タグの
信号を測定することにより標的検体Bの量が定量できる。この基本的スキームに
は多くの変化が可能であることが理解されるであろう。“標的検体”はアッセイ
の主題である任意の検体である;本発明の好適な標的は、核酸、蛋白質、ホルモ
ン、糖および代謝物を含む(これらに限定されるわけではない)生体分子である
。“リガンド”とは標的へ結合できる任意の種である;本発明の好適なリガンド
には、抗体および核酸が含まれるが、これらに限定されるわけではない。サンド
イッチアッセイ形式は、通常イムノアッセイで使用され、ここで“リガンド”は
標的検体に向けて方向付けられた抗体である。
It should be noted that although the focus of the present invention is SPR, it also includes other analytical techniques used to aid characterization, which are themselves sensitive DN.
A detection can be provided. Thus, in the absence of significant non-specific particle binding, single nanoparticles are readily visualized by atomic force microscopy, field emission scanning electron microscopy or short range scanning optical microscopy. If the detection limit required for DNA cannot be achieved by SPR, other techniques are available. Biosensing Assay Format One assay format in which the methods of the invention can be readily used is the "sandwich" assay, which is well known in the art. The sandwich assay is generally organized as follows: ligand A immobilized on a solid support can bind to target analyte B, which can simultaneously bind ligand C. When contacted, a complex is formed between A, B and C on the solid support. If ligand C can be detected
If labeled with a "tag", then the amount of target analyte B can be quantified by measuring the signal of the detectable tag present on the solid support. Many variations on this basic scheme are possible. It will be understood that a "target analyte" is any analyte that is the subject of an assay; suitable targets of the present invention include, but are not limited to, nucleic acids, proteins, hormones, sugars and metabolites. A "ligand" is any species capable of binding to a target; suitable ligands of the present invention include, but are not limited to, antibodies and nucleic acids. The sandwich assay format is commonly used in immunoassays, where the "ligand" is an antibody directed against a target analyte.

【0035】 図6はサンドイッチ形式の例を示しており、そこでは抗原に対する第一抗体が
Auフィルム上に固定化されている。抗原に対する第二抗体はコロイド状Auナ
ノ粒子へ対結合されている。接触させた場合、第一抗体、抗原およびコロイド状
Auナノ粒子へ対結合された第二抗体間で複合体が固形支持体上に形成される。
FIG. 6 shows an example of a sandwich format in which the first antibody against the antigen is immobilized on Au film. A second antibody to the antigen is paired to the colloidal Au nanoparticles. When contacted, a complex is formed on the solid support between the first antibody, the antigen and the second antibody paired to the colloidal Au nanoparticles.

【0036】 図7は平面SPR基体(即ち、薄く覆うマトリックスがない伝導性フィルムか
ら成る)を使用し、図6に示した形式でのアッセイからのデータを示している。
このデータを得るためには、50nm厚Auフィルムは最初に3−メルカプトプ
ロピオン酸(MPA)で修飾され、それによりカルボン酸終結自己集合化単一層
(SAM)を形成する。この修飾フィルム単独で得られたSPRプロフィールは
図7Aの実線で示されている。次に、γ鎖−特異的モノクローナルヤギ抗ヒトI
gG抗体〔a−h−IgG(γ)〕(“第一抗体”または“一次抗体”)を抗体
の遊離アミノ部分へのカルボジイミドカップリングによりカルボキシル化単一層
へカップリングさせた。修飾フィルムとヒトIgG〔h−IgG;150kD〕
(“標的抗原”)の0.09mg/mL溶液とのインキュベーションは、プラズ
モン角に0.04°のみのシフトを生み出した。このことは図7Aの点線により
示されている。実際、プラズモン角シフトはそれほど小さいので、抗原(h−I
gG)存在下のSPRプロフィールは修飾フィルム単独から得られたSPRプロ
フィールとほとんど重なっている。このフィルムをさらにFc特異的モノクロー
ナルヤギ抗ヒト免疫グロブリンG抗体〔a−h−IgG(Fc)〕(“第二抗体
”または“二次抗体”)の8.4mg/ml溶液に暴露しても、小さな(0.0
6°)プラズモン角シフトしか生じない。このことは図7Aに長い点線で示され
ている。しかしながら、二次抗体が10nm直径Au粒子との静電的対結合体〔
a−h−IgG(Fc)−Au〕として存在している場合、プラズモン角の1.
7°シフトが観察され、最小反射率の2%の増加、およびSPRプロフィールの
検知できる広がりを伴っている。このことは図7Bに長い点線で示されている。
このコロイド誘導1.7°シフトは、同一の平面基体を使用する非増幅アッセイ
で観察されたシフト(即ち、図7Aで長い点線で示されているような0.06°
)より28倍大きい。従って、このバイオセンシング態様での蛋白質−Auコロ
イド対結合体の使用により、著しい感度の増加が与えられる。生化学的特異性も
またこれらの条件下で最大にされる−a−h−IgG(γ)で修飾された表面は
ヒト血清(IgGを除いた)、ヒト免疫グロブリンAおよび〔a−h−IgG(
c)−Au〕とはほとんどまたは全く反応性を示さない。a−h−IgG(γ
)−h−IgG修飾表面もまた高度に特異的であり、ヤギ抗ヒト免疫グロブリン
G1(a−h−IgG1−Au)を持つ10nm直径Au対結合体へ暴露しても
、小さな(0.08°)プラズモンシフトしか導かない。このイムノアッセイで
使用された材料および方法のより完全な議論は実施例2に提供されている。
FIG. 7 shows data from an assay in the format shown in FIG. 6 using a planar SPR substrate (ie consisting of a conductive film without a laminating matrix).
To obtain this data, a 50 nm thick Au film is first modified with 3-mercaptopropionic acid (MPA), thereby forming a carboxylic acid terminated self-assembled monolayer (SAM). The SPR profile obtained with this modified film alone is shown by the solid line in FIG. 7A. Next, γ-chain-specific monoclonal goat anti-human I
The gG antibody [ah-IgG (γ)] ("primary antibody" or "primary antibody") was coupled to the carboxylated monolayer by carbodiimide coupling to the free amino portion of the antibody. Modified film and human IgG [h-IgG; 150 kD]
Incubation with a 0.09 mg / mL solution of (“target antigen”) produced a shift in plasmon angle of only 0.04 °. This is indicated by the dotted line in Figure 7A. In fact, the plasmon angle shift is so small that the antigen (h-I
The SPR profile in the presence of gG) almost overlaps with the SPR profile obtained from the modified film alone. Exposed to 8.4 mg / ml solution of the film more F c specific monoclonal goat anti-human immunoglobulin G antibody [a-h-IgG (F c ) ] ( "secondary antibody" or "secondary antibody") Even small (0.0
6 °) Only plasmon angle shift occurs. This is shown by the long dashed line in FIG. 7A. However, the secondary antibody [10] has an electrostatic pair conjugate [10 nm diameter Au particle].
a-h-IgG (F c ) -Au], the plasmon angle of 1.
A 7 ° shift is observed, with a 2% increase in minimum reflectance and a detectable broadening of the SPR profile. This is shown by the long dashed line in FIG. 7B.
This colloid-induced 1.7 ° shift is the shift observed in the unamplified assay using the same planar substrate (ie, 0.06 ° as shown by the long dashed line in FIG. 7A).
28 times larger than Therefore, the use of protein-Au colloid pair conjugates in this biosensing embodiment provides a significant increase in sensitivity. Biochemical specificity is also maximized under these conditions -a-h-IgG (γ) modified surface is human serum (excluding IgG), human immunoglobulin A and [a-h- IgG (
F c) -Au] exhibit no reactivity little or the. a-h-IgG (γ
) -H-IgG modified surface is also highly specific and is small (0.08% upon exposure to a 10 nm diameter Au pair conjugate with goat anti-human immunoglobulin G1 (a-h-IgG1-Au). °) Only leads to plasmon shift. A more complete discussion of the materials and methods used in this immunoassay is provided in Example 2.

【0037】 前に述べたように、好適な態様において、本アッセイは前もって決定された入
射角でのSPR基体中での反射率変化を測定することにより実施される。最適角
は、検出されている生物学的出来事の発生により最も大きい反射率の変化が観察
される角度である。サンドイッチアッセイにおいて、この生物学的出来事は一次
抗体−抗原−二次抗体“サンドイッチ”の形成である。最適角を決定するため、
差SPRプロフィール(入射角に対する反射率の変化)が、二次抗体および抗原
工程で得られたSPRプロフィール間の差を計算することにより準備される。差
プロフィールのピークは二つのスペクトル間の最も大きな差で生じ、それ故、反
応間の反射率変化をモニタリングするための最適角を表している。
As mentioned previously, in a preferred embodiment, the assay is performed by measuring the reflectance change in the SPR substrate at a previously determined angle of incidence. The optimum angle is the angle at which the largest change in reflectance is observed due to the occurrence of the biological event being detected. In the sandwich assay, this biological event is the formation of the primary antibody-antigen-secondary antibody "sandwich". To determine the optimum angle,
The differential SPR profile (change in reflectance with respect to the angle of incidence) is prepared by calculating the difference between the SPR profiles obtained with the secondary antibody and antigen steps. The peak of the difference profile occurs at the largest difference between the two spectra and therefore represents the optimum angle for monitoring reflectance changes between reactions.

【0038】 図8は図7で提供されたデータの差SPRプロフィールを示している。a−h
−IgG(Fc)添加の場合、約2%のみの反射率の最大減少が54.3°の入
射角で得られる(図8の長い点線)。対照的に、a−h−IgG(Fc)−Au
添加の場合、同一の入射角で反射率の〜50%減少が観察される(図8の実線)
。従って、10nmAu−対結合二次抗体は非対結合二次抗体と比較して25倍
の感度の増加を導いている。
FIG. 8 shows the differential SPR profile of the data provided in FIG. ah
-IgG (F c) For the addition, the maximum reduction in the reflectance of only approximately 2% is obtained at an incident angle of 54.3 ° (long dotted FIG. 8). In contrast, a-h-IgG (F c) -Au
With addition, a -50% decrease in reflectance is observed at the same angle of incidence (solid line in Figure 8).
. Therefore, the 10 nm Au-paired secondary antibody leads to a 25-fold increase in sensitivity compared to the unpaired secondary antibody.

【0039】 図9は非対結合およびAu−対結合二次抗体の両方の固定化に対する反射率時
間経過を示している。反応をプラズモン角(53.4°50%反射率)より小さ
な角度でモニターした時、>40%の反射率変化がAu−対結合二次抗体の場合
に観察され(図9で“抗体:Au”と記した線)、一方、同一に調製した表面へ
の非対結合抗体の固定化は<2%未満の反射率変化しか生じない(図9で“遊離
抗体”と記した線)。このことは、生物特異的相互作用のリアルタイムモニタリ
ングに頼るアッセイにおける感度増強を例示している。この増強は、蛋白質−A
u対結合が遊離抗体よりも6桁以上希釈されているにもかかわらず得られること
に注目しなければならない(17nM対56mM)。
FIG. 9 shows the reflectance time course for immobilization of both unpaired and Au-paired secondary antibodies. When the reaction was monitored at an angle smaller than the plasmon angle (53.4 ° 50% reflectance), a reflectance change of> 40% was observed in the case of Au-paired secondary antibody (see “Antibody: Au in FIG. 9”). Immobilization of unpaired bound antibody on identically prepared surfaces, on the other hand, results in reflectance changes of <2% (line marked as "free antibody" in Figure 9). This illustrates the enhanced sensitivity in assays that rely on real-time monitoring of biospecific interactions. This enhancement is protein-A
It should be noted that u pair binding is obtained despite being diluted more than 6 orders of magnitude over the free antibody (17 nM vs 56 mM).

【0040】 本発明の粒子増強方法論の効用は、低濃度の抗原で最も目立つようになる。図
10はコロイド状Au−誘導プラズモン角の変化をh−IgG濃度の関数として
示している。使用されたh−IgG濃度は3mM(図10A)、0.3mM(図
10B)、3.0nM(図10C)および6.7pM(図10D)である。各々
の図において、実線はa−h−IgG(γ)修飾フィルムのSPRプロフィール
を示しており;長い点線はh−IgGのみの存在下でのa−h−IgG(γ)修
飾フィルムのSPRプロフィールを示しており;点線はh−IgGおよびa−h
−IgG(Fc)−Au両方の存在下でのa−h−IgG(γ)修飾フィルムを
示している。予想されるように、溶液抗原濃度をほとんど6桁にわたって変化さ
せると(3.0μMから6.7pMへ)、観察されたプラズモンシフトは減少す
る。最も低いh−IgG抗原濃度−3.0nM(図10C)および6.7pM(
図10D)−では、a−h−IgG(Fc)−Au不在下では検出できないSP
R変化を誘導する。これらの低抗原濃度にもかかわらず、10nmAu−対結合
二次抗体が使用された場合には、粒子固定化による著しいシフトがなお明瞭であ
る。調べられたh−IgGの最も低い濃度でさえ(6.7pM=1.0ng/m
l)、0.33°の容易に検出可能なシフトが生じる(図10D)。このシフト
が分析される容易さは、10nmAu対結合二次抗体の実際の検出限界はピコモ
ル範囲よりもさらに低いことを示している。
The utility of the particle enhancement methodologies of the present invention becomes most noticeable at low concentrations of antigen. FIG. 10 shows the change in colloidal Au-induced plasmon angle as a function of h-IgG concentration. The h-IgG concentrations used were 3 mM (Figure 10A), 0.3 mM (Figure 10B), 3.0 nM (Figure 10C) and 6.7 pM (Figure 10D). In each figure, the solid line shows the SPR profile of the ah-IgG (γ) modified film; the long dotted line shows the SPR profile of the ah-IgG (γ) modified film in the presence of h-IgG only. Is shown; the dotted lines are h-IgG and a-h
3 shows an ah-IgG (γ) modified film in the presence of both -IgG (F c ) -Au. As expected, changing the solution antigen concentration over almost 6 orders of magnitude (from 3.0 μM to 6.7 pM) reduces the observed plasmon shift. Lowest h-IgG antigen concentration-3.0 nM (Figure 10C) and 6.7 pM (
Figure 10D) - In, a-h-IgG (F c) -Au can not be detected in the absence SP
Induce R change. Despite these low antigen concentrations, a marked shift due to particle immobilization is still apparent when 10 nm Au-paired secondary antibody is used. Even the lowest concentration of h-IgG tested (6.7 pM = 1.0 ng / m
l), an easily detectable shift of 0.33 ° (FIG. 10D). The ease with which this shift is analyzed indicates that the actual detection limit of the 10 nm Au versus bound secondary antibody is even below the picomolar range.

【0041】 上で説明したイムノセンシング態様はすべて平面SPR基体を使用している(
即ち、一次抗体が共有結合で結合されることになる二機能性有機リンカーの単一
層で修飾されたAuフィルム)。背景技術で議論したように、市販品として利用
可能なSPRアッセイは、典型的には、一次抗体のような捕捉分子を濃縮するた
め、伸長されたカルボキシル化デキストランマトリックス(例えば、200−4
00nm厚)で被覆されたAuフィルムを使用している。フィルム表面に局在化
されるべき分子(例えば、一次抗体)はデキストランマトリックスにより共有結
合で結合されており、表面から〜200nm離れて伸びている分子の3次元アレ
イの形成を生じている。背景技術で概説したように、そのようなマトリックスを
使用するのは多くの欠点が存在する。本発明の方法はそのような従来技術の感度
を劇的にしのいでいる。例えば、平面SPR基体上で10nm Au−対結合二
次抗体を使用すると、非対結合二次抗体を使用するデキストランマトリックスで
実施される同一のアッセイと比較して、検出限界が3,000倍に増強されてい
る。
The immunosensing embodiments described above all use planar SPR substrates (
That is, an Au film modified with a monolayer of a bifunctional organic linker to which the primary antibody will be covalently attached). As discussed in the background section, commercially available SPR assays are typically used to extend capture carboxylated dextran matrix (eg 200-4) to concentrate capture molecules such as primary antibodies.
00 nm thick) coated Au film is used. Molecules to be localized on the film surface (eg, primary antibodies) are covalently bound by a dextran matrix, resulting in the formation of a three-dimensional array of molecules extending ~ 200 nm away from the surface. As outlined in the background art, there are many drawbacks to using such a matrix. The method of the present invention dramatically surpasses the sensitivity of such prior art. For example, the use of a 10 nm Au-paired secondary antibody on a planar SPR substrate gives a 3,000-fold limit of detection compared to the same assay performed with dextran matrix using an unpaired secondary antibody. Has been enhanced.

【0042】 本発明のいくつかの態様において、直径が10nmより大きなコロイド状Au
ナノ粒子を使用することにより、さらに大きな増大が得られている。例えば、上
記のイムノアッセイが41nm Au−対結合二次抗体および平面SPR基体を
使用して実施されるとすると、11nm Au−対結合二次抗体を使用する同一
のアッセイよりも30倍の感度増幅が得られる。デキストランマトリックスを使
用する通常のSPRアッセイと比較すると、このことは感度の100,000倍
の増加を意味している。実際、41nm Au−対結合二次抗体および平面SP
R基体を使用すると、10pg/mlほどの低濃度でh−IgGを検出すること
が可能である。
In some embodiments of the invention, colloidal Au having a diameter greater than 10 nm.
Even greater increases have been obtained with the use of nanoparticles. For example, if the immunoassays described above were performed using a 41 nm Au-pair-conjugated secondary antibody and a planar SPR substrate, a 30-fold sensitivity amplification would be obtained over the same assay using an 11 nm Au-pair-conjugated secondary antibody. can get. This represents a 100,000-fold increase in sensitivity when compared to a conventional SPR assay using a dextran matrix. In fact, 41 nm Au-pair bound secondary antibody and planar SP
With the R substrate, it is possible to detect h-IgG at concentrations as low as 10 pg / ml.

【0043】 本発明のいくつかの態様において、通常のデキストランに基づいたマトリック
スがコロイド状Au−促進SPR検出のための基体として使用される。しかしな
がら、マトリックス孔サイズに依存して、上で使用されたコロイド状Au粒子は
立体障害によりマトリックスの内部から排除されるであろう。そのような態様に
対しては異なった方法論が必要とされる:マトリックスへ進入するために十分小
さなコロイド状Auナノ粒子を使用し、次に、それらがマトリックス内へ入った
後、Au3+およびNH2OH、または好適には市販のAgメッキ溶液のような金
属メッキ溶液の添加により、それらを選択的に大きくする。この方法により、A
uナノ粒子を、SPR応答を著しく促進するサイズへ、メッキ溶液を加えること
によりマトリックス内で大きくできる。例えば、前記サンドイッチイムノアッセ
イに対しては、1.8nmコロイド状Auが二次抗体へ対結合できる。得られた
対結合体は、検出されるべき標的検体と一緒に、マトリックス(その中では一次
抗体が共有結合で結合されている)内へ拡散できる。マトリックス内での(一次
抗体)−(標的抗原)−(二次抗体)複合体作製に続いて、Agメッキ溶液をフ
ィルム上に流してコロイドサイズを大きくする。市販のAgメッキ溶液を使用す
ると、新規粒子の核形成なしに、対結合Auナノ粒子を選択的に大きくすること
が可能である。好適な態様において、デキストランが上に乗っているAuフィル
ム基体は、Agメッキ溶液がデキストランマトリックスの孔を通して直接的にA
uフィルムをAgメッキすることを防ぐため、最初に6−メルカプトヘキサノー
ルのような短鎖アルカンチオールで前処理される。この方法が前記h−IgGイ
ムノアッセイを実施するために使用された場合、41nm Au−対結合二次抗
体で実施される同一のアッセイよりも30倍の促進が得られる。非対結合Au二
次抗体を使用して実施される同一のデキストランに基づいたアッセイと比較する
と、106倍の促進が得られる。
In some aspects of the invention, a conventional dextran-based matrix is used as a substrate for colloidal Au-stimulated SPR detection. However, depending on the matrix pore size, the colloidal Au particles used above will be excluded from the interior of the matrix by steric hindrance. Different methodologies are required for such embodiments: use colloidal Au nanoparticles that are small enough to enter the matrix and then, after they enter the matrix, Au 3+ and They are selectively made larger by the addition of NH 2 OH, or a metal plating solution, preferably a commercially available Ag plating solution. By this method,
The u nanoparticles can be enlarged in the matrix by adding a plating solution to a size that significantly enhances the SPR response. For example, for the sandwich immunoassay, 1.8 nm colloidal Au can be paired to a secondary antibody. The resulting counter-conjugate can diffuse into the matrix, in which the primary antibody is covalently bound, along with the target analyte to be detected. Following preparation of the (primary antibody)-(target antigen)-(secondary antibody) complex in the matrix, the Ag plating solution is flown over the film to increase the colloid size. Using commercially available Ag plating solutions, it is possible to selectively enlarge paired Au nanoparticles without nucleation of new particles. In a preferred embodiment, the Au film substrate on which the dextran is overlaid is such that the Ag plating solution is directly exposed through the pores of the dextran matrix.
To prevent Ag plating of the u film, it is first pretreated with a short chain alkanethiol such as 6-mercaptohexanol. When this method is used to perform the h-IgG immunoassay, a 30-fold enhancement is obtained over the same assay performed with a 41 nm Au-paired binding secondary antibody. A 10 6 fold enhancement is obtained when compared to the same dextran-based assay performed using an unpaired Au secondary antibody.

【0044】 すべての前記イムノセンシング態様は、適した一次および二次抗体が利用可能
な任意の標的検体の検出に適合できる。加えて、説明した方法は、分子認識にお
ける関係種の一つが平面SPR基体上へ固定化でき、および別の関係種がコロイ
ド状Auナノ粒子へ対結合できる、任意の分子認識アッセイへ応用可能である。
例えば、レセプター−リガンド相互作用は、レセプターを平面SPR基体上へ固
定化し、次にリガンドを直接コロイド状Auへ対結合することによるか、または
、リガンドへ結合できるコロイド状Au−対結合化抗体を使用することによりア
ッセイできる。さらに、本発明の方法は、相互作用−駆動吸着よりむしろ、Au
フィルムからのAu−コロイドタグ付け試薬の脱離を研究するために使用できる
All of the above immunosensing embodiments are compatible with the detection of any target analyte for which suitable primary and secondary antibodies are available. In addition, the described method is applicable to any molecular recognition assay in which one of the related species in molecular recognition can be immobilized on a planar SPR substrate and another related species can pair-bond to colloidal Au nanoparticles. is there.
For example, the receptor-ligand interaction may be by immobilizing the receptor on a planar SPR substrate and then pair-binding the ligand directly to colloidal Au, or by providing a colloidal Au-paired antibody capable of binding the ligand. It can be assayed by using. Moreover, the method of the present invention allows Au-rather than interaction-driven adsorption.
It can be used to study the release of Au-colloid tagging reagents from the film.

【0045】 ここに説明された方法は、分子認識に基礎付けられた、SPRに基づいたアッ
セイの二つの例を提供する:(1)認識に関係する分子の一つが誘導体化、平面
SPR Auフィルム基体上に固定化されており、および認識に関係する別の分
子が〜10−150nmのサイズのコロイド状Auへ対結合されているアッセイ
;または(2)認識に関係する分子の一つがAuフィルム上に横たわっているデ
キストランマトリックス内に固定化されており、および認識に関係する別の分子
が、対結合された試薬がデキストランマトリックス内へ拡散することを可能にす
るのに十分に小さな直径のコロイド状Auへ対結合されており;マトリックス内
への対結合体の拡散に続いて、Agメッキ溶液の添加によりAuナノ粒子が大き
くされるアッセイ。両方の方法とも信号増幅の独特の方法を提供し、よりよい方
法はいくつかの一般的基準を評価することにより最も良好に決定される。以下に
示される基準に加え、特定の目的のための、最良の方法の決定において他の基準
が当業者には明らかになるであろう。
The methods described herein provide two examples of SPR-based assays based on molecular recognition: (1) one of the molecules involved in recognition is derivatized, a planar SPR Au film. An assay that is immobilized on a substrate and another molecule involved in recognition is paired to colloidal Au of size 10-150 nm; or (2) one of the molecules involved in recognition is an Au film. Immobilized within the overlying dextran matrix, and another molecule involved in recognition, is a colloid of sufficiently small diameter to allow the paired reagents to diffuse into the dextran matrix. Paired to Au-like Au; Au nanoparticles are enlarged by addition of Ag plating solution following diffusion of the paired conjugate into the matrix Assay. Both methods provide unique methods of signal amplification, and the better method is best determined by evaluating some general criteria. In addition to the criteria set forth below, other criteria will be apparent to those skilled in the art in determining the best method for a particular purpose.

【0046】 最も重要なことは固定化されるべき捕捉分子(例えば、“リガンドA”または
“一次抗体”)および検体のサイズおよび性質である。大きな分子はデキストラ
ン内への拡散から排除されるであろう;従って、最も敏感な領域(表面近傍)で
利用不可能である。同様に検体が大きいと、固定化レセプターへの拡散が不可能
である。デキストランマトリックスはまた、DNAハイブリダイゼーションまた
は膜研究の場合のように、レセプター結合のために捕捉試薬の特定の配向が必要
だとしたら実用的ではない。平らな表面上にDNA、二重膜または蛋白質を正し
く配向させる多くのプロトコールが本分野で知られている。
Most important is the size and nature of the capture molecule (eg “Ligand A” or “primary antibody”) and the analyte to be immobilized. Large molecules will be excluded from diffusion into dextran; thus, are unavailable in the most sensitive areas (near the surface). Similarly, if the sample is large, diffusion to the immobilized receptor is impossible. Dextran matrices are also impractical if a specific orientation of the capture reagent is required for receptor binding, as in DNA hybridization or membrane studies. Many protocols are known in the art to orient DNA, bilayers or proteins on a flat surface.

【0047】 標的分子の濃度もまた考慮しなければならない。h−IgGに関しては、低濃
度(100ng/ml−100pg/ml)が11−nm直径Auコロイドでの
平面フィルム上のAu促進によく適している;およびより低濃度はより大きなコ
ロイドを必要とする。しかしながら、後者の種はより変性しやすいようである(
通常は観察されない)。また、蛋白質−結合粒子および表面間の多相互作用の可
能性が増加する。対照的に、1.8−nm直径Auコロイド対結合体は1:1の
蛋白質対コロイド比を与える(ほとんどの場合)。このことは定量化を助け、お
よび、Agメッキ溶液への最適化された暴露により、非常に低濃度(<100p
g/ml)での検出ができる。しかしながら、Agメッキ後、さらなる免疫化学
的操作は不可能である。最後に、両方の表面とも標準技術を使用して再生を受け
ることができることに注目すべきである。
The concentration of the target molecule must also be considered. For h-IgG, low concentrations (100 ng / ml-100 pg / ml) are well suited to promote Au on planar films with 11-nm diameter Au colloids; and lower concentrations require larger colloids. . However, the latter species appear to be more susceptible to degeneration (
Not usually observed). It also increases the likelihood of multiple interactions between protein-bound particles and the surface. In contrast, the 1.8-nm diameter Au colloid to conjugate gives a protein to colloid ratio of 1: 1 (in most cases). This aids quantification and due to optimized exposure to the Ag plating solution, very low concentrations (<100p
(g / ml) can be detected. However, no further immunochemical manipulation is possible after Ag plating. Finally, it should be noted that both surfaces can be subjected to regeneration using standard techniques.

【0048】 SPR角シフトのより大きな変化が、Auフィルム中の表面プラズモンへより
効率的にカップリングすることができる粒子に期待される。それ故、本発明の一
つの態様はSPRタグとしての使用のため、調整可能な吸収スペクトルを持つ粒
子を発生させることに関している。Auナノ粒子による光の吸収は、粒子に基づ
いた表面プラズモンの励起を導く(サイズ依存性である効果)。それ故、SPR
タグのために吸収スペクトルを調整する、一つの簡単な手段は異なったサイズの
Auナノ粒子を使用することである。より大きなコロイド状Auナノ粒子(即ち
、35nmより大きな直径を持つもの)に伝統的に付随する二つの問題は多分散
性および不安定性であった(より小さい粒子と比較して)。コロイド粒子の安定
性はサイズが大きくなるにつれて減少することが知られているので、不安定性の
問題の一部は改良された単分散性を通して解決することができることになる。さ
らに、Auナノ粒子が試薬である応用のためには、“試薬等級”(即ち、比較的
純粋である)物質を持つことが必須である。
Larger changes in SPR angle shift are expected for particles that can be more efficiently coupled to surface plasmons in Au films. Therefore, one aspect of the invention relates to generating particles with tunable absorption spectra for use as SPR tags. Absorption of light by Au nanoparticles leads to particle-based surface plasmon excitation (size-dependent effect). Therefore, SPR
One simple way to tailor the absorption spectrum for a tag is to use differently sized Au nanoparticles. Two problems traditionally associated with larger colloidal Au nanoparticles (ie, those with diameters greater than 35 nm) were polydispersity and instability (compared to smaller particles). Since the stability of colloidal particles is known to decrease with increasing size, some of the instability problems could be solved through improved monodispersity. Furthermore, for applications where Au nanoparticles are reagents, it is essential to have "reagent grade" (ie, relatively pure) materials.

【0049】 より大きな粒子ではより大きな反射能の変化が観察されることを理解するのは
容易であるが(多分、粒子当たり、より多くのAu金属との結合に付随する散乱
および誘電のより大きな変化の両方のためであろう)、非常に小さな分子Auク
ラスターでは著しい変化は期待されなかった。より小さな粒子はより大きなAu
タグで観察されるよりも少ない劇的シフトを与えるが、それらのより小さい“足
跡”は表面のより高度の標識を可能にし、単一粒子の結合が単一生物学的結合に
対応するように配置することをより容易にしている。減少させた粒子タグサイズ
の追加の利点は、タグ化生体分子の拡散が改良されることである。
It is easy to understand that a larger change in reflectivity is observed with larger particles (perhaps per particle, the larger scattering and dielectric properties associated with binding with more Au metal). Probably due to both changes), no significant changes were expected with very small molecular Au clusters. Smaller particles are larger Au
While giving less dramatic shifts than observed with tags, their smaller "footprints" allow for a higher degree of surface labeling, allowing single particle binding to correspond to single biological binding. It is easier to place. An additional benefit of reduced particle tag size is improved diffusion of tagged biomolecules.

【0050】 生化学的SPR実験におけるコロイド状Au試薬による効能の別の例には、コ
ロイド状Au−タグ付け蛋白質の結合および置換が含まれる。本発明のこの態様
の実施例において、抗−ビオチンが平面SPR基体へ共有結合で結合されている
。ビオチニル化コロイド状Au(ビオチニル化BSAの10−nm Auへの吸
着により製造される)の導入は、対結合体の低被度を示す反射能の小さな変化を
導き、それは順に表面上の少量の活性抗−ビオチンを示している。抗体:抗原−
Au複合体が高濃度のビオシチン(抗−ビオチンに結合するビオチンの水溶性類
似体)に暴露された場合、コロイド状Auタグ付けビオチンは置換され、SPR
反射能はその本来の位置へ戻る。これらの実験は、SPR表面へのコロイド状A
u対結合体の結合は可逆的であり、リガンド置換による低MW種の結合を検出す
るためにSPRの使用を可能にすることを示している。
Another example of efficacy with colloidal Au reagents in biochemical SPR experiments involves binding and displacement of colloidal Au-tagged proteins. In an embodiment of this aspect of the invention, anti-biotin is covalently attached to a planar SPR substrate. Introduction of biotinylated colloidal Au (produced by adsorption of biotinylated BSA onto 10-nm Au) led to small changes in reflectivity indicative of low coverage of the paired conjugate, which in turn resulted in small amounts on the surface. Active anti-biotin is shown. Antibody: Antigen
When the Au complex was exposed to high concentrations of biocytin, a water-soluble analogue of biotin that binds anti-biotin, the colloidal Au-tagged biotin was displaced and the SPR
Reflexivity returns to its original position. These experiments show that colloidal A on the SPR surface
It has been shown that the binding of the u-pair conjugate is reversible, allowing the use of SPR to detect binding of low MW species due to ligand displacement.

【0051】 モデル系として標準IgGイムノアッセイを使用して、Au−粒子増幅がSP
R感度の非常に大きな改良を導けることを示してきたが、この技術はいくつかの
他の系へ応用されている、例えば、血清中の生物学的に重要な可溶性因子を検出
するために;例えば、サイトカイン インターロイキン−5(IL−5)。IL
−5はTリンパ球により産生され、好酸球増加症の調節に含まれている主なサイ
トカインであるようである。好酸球はアレルギーに重要であるので、IL−5は
アレルギー性疾患(例えば、喘息)の発症において鍵となる重要性を持っている
と考えられている。IL−5および他のサイトカインが薬学的に重要なため、こ
れらの分子はバイオセンシングの良好な標的である。Auフィルム上のプロテイ
ンA/抗−IL−5に対するIL−5:Au対結合体の選択性が図15に示され
ている。観察された角シフトは、非特異的互作用(ST4:Au対結合体)より
も特異的相互作用に対するものがはるかに大きかったST4:Auでは非特異的
結合の小さな量(0.1°)であった。特異的相互作用は最小で1.6°シフト
した(0.5%Blottoが非特異的結合を阻害するためにこれらの実験で使
用された)。この実験はAu−増幅感度およびこのアッセイの選択性の両方を例
示しているが、生物学的試料は遊離サイトカイン、サイトカイン:Au対結合体
ではない、を含んでいるであろう。そのような試料中のIL−5を検出するため
、擬−競合的アッセイが使用される。この実験において、プロテインA/抗−I
L−5被覆Auフィルムは血清を模倣するため、最初に高濃度のヒト血清アルブ
ミン存在下で遊離IL−5へ暴露される。SPR曲線を集めた後、表面はIL−
5:Au対結合体へ暴露される。抗IL−5/IL−5相互作用の遅い解離動力
学のため、対結合体への暴露によっても、あったとしてもほんの少しのIL−5
しか表面から置換されず、むしろ、IL−5:Auは表面上の“開かれた”抗体
にのみ結合する。それ故、対結合体への暴露により生じる角シフトの量は、最初
の(“血清”)試料中の検体量に逆比例する。
Using standard IgG immunoassays as model system, Au-particle amplification is SP
Although it has been shown to lead to enormous improvements in R sensitivity, this technique has been applied to several other systems, for example to detect soluble factors of biological importance in serum; For example, the cytokine interleukin-5 (IL-5). IL
-5 is produced by T lymphocytes and appears to be the major cytokine involved in the regulation of eosinophilia. Since eosinophils are important for allergies, IL-5 is believed to have a key importance in the development of allergic disorders (eg asthma). These molecules are good targets for biosensing because IL-5 and other cytokines are pharmaceutically important. The selectivity of the IL-5: Au pair conjugate for Protein A / anti-IL-5 on Au film is shown in FIG. The observed angular shifts were much greater for specific interactions than for non-specific interactions (ST4: Au vs. conjugates). Small amounts of non-specific binding (0.1 °) for ST4: Au. Met. The specific interaction was shifted a minimum of 1.6 ° (0.5% Blotto was used in these experiments to block non-specific binding). Although this experiment illustrates both the Au-amplification sensitivity and the selectivity of this assay, the biological sample will contain free cytokine, cytokine: Au vs. conjugate. A pseudo-competitive assay is used to detect IL-5 in such samples. In this experiment, protein A / anti-I
Since L-5 coated Au films mimic serum, they are first exposed to free IL-5 in the presence of high concentrations of human serum albumin. After collecting SPR curves, the surface was IL-
5: Au exposed to conjugate. Due to the slow dissociation kinetics of the anti-IL-5 / IL-5 interaction, exposure to paired conjugates produced little, if any, IL-5.
Only is displaced from the surface, rather IL-5: Au binds only to "open" antibodies on the surface. Therefore, the amount of angular shift caused by exposure to the pair conjugate is inversely proportional to the amount of analyte in the original (“serum”) sample.

【0052】 本発明の好適な態様において、コロイド状Au−対結合SPR応答のさらなる
促進が、Auナノ粒子およびAuフィルム間のカップリング距離を最適化するこ
とにより得られる。いくつかの態様において、無機スペーサー、好適には熱蒸着
により沈着されたSiO2が、コロイド状AuおよびAuフィルム間の距離を増
加させるためにAuフィルムの表面上に置かれる。別の態様において、カップリ
ング距離の最適化は、静電的相互作用により積み重ねられた、一つまたはそれ以
上のポリマー層、好適にはポリスチレンスルホナートおよび/またはポリアリル
アミン塩酸塩をAuフィルムに層積することにより達成される。特に好適な態様
において、30−40nm厚のSiO2層が12nmコロイド状Auと共に使用
される。図11は、Auフィルムが15nm(図11A)、24nm(図11B
)および33nm(図11C)厚のSiO2層で被覆され、その上に12nmコ
ロイド状Auを持っている場合に起こるSPR応答の漸進的促進を示している。
各々の図において、線AはSiO2層または局在化AuコロイドなしでのAuフ
ィルムのSPRプロフィールであり;線BはSiO2層のみを持つAuフィルム
のSPRプロフィールであり;線CはSiO2層およびAuコロイドが付着した
AuフィルムのSPRプロフィールである。スペーサー層積の厚さは、(i)A
uフィルムの厚さ;(ii)フィルムの組成(例えば、Agフィルムでは異なっ
た結果が得られるであろう);(iii)励起波長;(iii)コロイド状Au
粒子のサイズ;(iv)コロイドの組成(例えば、コロイド状Agでは異なった
結果が得られるであろう);および(v)表面被度に依存し、ある種の量の固定
化されたコロイドに対して最大のシフトを生み出すことが理解される。加えて、
金属酸化物、硫化物、窒化物または陽性酸化状態の金属イオンを含む任意のその
他の物質を含む(これらに限定されるわけではない)、適したスペーサーであり
得る多くの他の物質が存在することが理解されるであろう。
In a preferred embodiment of the invention, further enhancement of the colloidal Au-paired SPR response is obtained by optimizing the coupling distance between Au nanoparticles and Au film. In some embodiments, inorganic spacers, preferably SiO 2 deposited by thermal evaporation, are placed on the surface of the Au film to increase the distance between the colloidal Au and the Au film. In another aspect, optimization of the coupling distance is achieved by layering one or more polymer layers, preferably polystyrene sulfonate and / or polyallylamine hydrochloride, stacked on the Au film by electrostatic interaction. It is achieved by stacking. In a particularly preferred embodiment, a 30-40 nm thick SiO 2 layer is used with 12 nm colloidal Au. FIG. 11 shows that the Au film is 15 nm (FIG. 11A) and 24 nm (FIG. 11B).
) And 33 nm (FIG. 11C) thick SiO 2 layers and have 12 nm colloidal Au on them, showing progressive enhancement of SPR response.
In each figure, line A is the SPR profile of an Au film without a SiO 2 layer or localized Au colloid; line B is the SPR profile of an Au film with only a SiO 2 layer; line C is SiO 2 3 is an SPR profile of an Au film with layers and Au colloid deposited. The thickness of the spacer layer product is (i) A
u film thickness; (ii) film composition (eg, Ag film may give different results); (iii) excitation wavelength; (iii) colloidal Au.
The size of the particles; (iv) the composition of the colloid (for example, different results may be obtained with colloidal Ag); and (v) depending on the surface coverage, to some amount of immobilized colloid. It is understood that it produces the maximum shift. in addition,
There are many other materials that can be suitable spacers, including (but not limited to) metal oxides, sulfides, nitrides or any other material containing metal ions in the positive oxidation state. It will be understood.

【0053】 SiO2層積では、30nm厚が感度を3倍改良する。同様の結果が別のカチ
オン性およびアニオン性ポリマーから成るポリマー性スペーサー層で観察されて
いる。この開発は検出限界の改良を導くのみでなく、ガラス表面上で使用される
すべての付着化学にも可能性を広げ、フィルム安定性を改良できる。
In the SiO 2 layer stack, a 30 nm thickness improves the sensitivity by a factor of 3. Similar results have been observed with polymeric spacer layers consisting of different cationic and anionic polymers. Not only does this development lead to improved detection limits, but it also extends the possibilities to all attachment chemistries used on glass surfaces, which can improve film stability.

【0054】 SiO2被覆(薄くおよび間違いなくいくぶん多孔性であるが)はまた、化学
的攻撃から下に横たわっている金属を保護するためにも働いている。Auフィル
ムには反応性は関係ないが、酸化はSPRでのAg金属の使用を妨げるであろう
。Agフィルムはより鋭い角−依存性反射能曲線を持っていることが知られてい
るので、その急速な酸化がなければより良い選択であろう。
The SiO 2 coating (thin and arguably somewhat porous) also serves to protect the underlying metal from chemical attack. Reactivity is not relevant for Au films, but oxidation will preclude the use of Ag metal in SPR. Ag films are known to have sharper angle-dependent reflectivity curves, so would be a better choice without their rapid oxidation.

【0055】 金属フィルムからのコロイド状ナノ粒子の距離をSPR検出により本質的に測
定できることが、本発明の重要な特性であろう。この特性のため、フィルム表面
上で実施されているアッセイは、コロイド状ナノ粒子の存在または不在を要求す
る必要がない。むしろ、本発明に従うと、検体の存在が金属フィルム表面からの
コロイド状ナノ粒子の距離を増加または減少するように働くことのアッセイを実
施することが可能である。
It would be an important property of the present invention that the distance of colloidal nanoparticles from the metal film could be essentially measured by SPR detection. Due to this property, the assay performed on the film surface does not need to require the presence or absence of colloidal nanoparticles. Rather, according to the invention, it is possible to carry out an assay in which the presence of an analyte acts to increase or decrease the distance of the colloidal nanoparticles from the metal film surface.

【0056】 本発明の好適な態様は金属SPR基体のSPRプロフィールを促進させるため
にコロイド状Auナノ粒子を使用する。しかしながら、金属ナノ粒子はAg、C
u、Alまたは二つまたはそれ以上のAu、Al、AgおよびCuから成る合金
を含んだ(これらに限定されるわけではない)、複雑な屈折率を持つ他の物質を
含むことができることを理解するべきである。別の態様において、金属ナノ粒子
は、任意の金属、任意の酸化物、任意の硫化物、任意の燐化物、または任意の有
機または無機ポリマーの殻により実質的に被覆されたAg、Al、AuまたはC
u(または二つまたはそれ以上のこれらの金属による合金)の芯から成っている
。加えて、好適な態様は実質的に球形の金属ナノ粒子を用いるが、他の形もまた
企図されていることを理解するべきである。
A preferred embodiment of the present invention uses colloidal Au nanoparticles to enhance the SPR profile of metallic SPR substrates. However, the metal nanoparticles are Ag, C
It is understood that other materials with complex refractive indices may be included, including (but not limited to) u, Al or alloys of two or more Au, Al, Ag and Cu. Should do. In another embodiment, the metal nanoparticles are Ag, Al, Au substantially coated with a shell of any metal, any oxide, any sulfide, any phosphide, or any organic or inorganic polymer. Or C
It consists of a core of u (or an alloy of two or more of these metals). In addition, although the preferred embodiment uses substantially spherical metal nanoparticles, it should be understood that other shapes are also contemplated.

【0057】 広範囲の波長“調整性”がAuS芯/Au殻粒子で可能であり、それはHau
sおよびHalasのグループにより記載されている。例えば、Averitt
et al.,Phys.Rev.Lett 78:4217−4220(1
997)を参照されたい。製造条件を変化させることにより、第二のλmaxの位
置(殻に対する芯のサイズ比の調節指標)を調整することが可能である。図16
はこれらの粒子のいくつかのバッチに対する光学スペクトルを示している。63
2nmに著しい吸収を持っている粒子が特に好適であり、それはSPR研究で最
も普通に用いられるレーザー波長であるからである。表面プラズモンのこの波長
での強い吸収は程度の高いフィルム−ナノ粒子カップリングを生じ、それは順に
、より大きいSPR応答および促進された感度を導く。
A wide range of wavelength “tunability” is possible with AuS core / Au shell particles, which is Hau
s and Halas group. For example, Avertit
et al. , Phys. Rev. Lett 78: 4217-4220 (1
997). By changing the manufacturing conditions, it is possible to adjust the position of the second λ max (adjustment index of the size ratio of the core to the shell). FIG.
Shows the optical spectra for several batches of these particles. 63
Particles that have a significant absorption at 2 nm are especially preferred as they are the most commonly used laser wavelengths in SPR studies. The strong absorption of surface plasmons at this wavelength results in a high degree of film-nanoparticle coupling, which in turn leads to a greater SPR response and enhanced sensitivity.

【0058】 粒子製造における多分散性は、増幅が粒子サイズの関数であるので、SPRデ
ータの説明において困難を生じる。コロイド状Auに使用された方法と類似の方
法(即ち、厳格な清潔度、限外濾過溶媒、迅速な試薬添加、急速撹拌および還流
)によるAuS/Au殻粒子の合成は、単分散性への著しい改良を導く。吸光係
数の定量的測定が得られたAuS/Au粒子に対し、溶液中および表面上で行わ
れた。表面上、粒子被覆度がAFMおよびFE−SEMによりあいまいなく確立
された。溶液中、SおよびAu原子吸光が、すべての粒子が凝集/遠心分離によ
り取り除かれているように調製された溶液試料で実施された。このことは加えら
れたAuの100%が分散可能な粒子へ変換されたかどうかを決定することを可
能にする。続いて、TEMイメージ分析および静的光散乱の組み合わせが、平均
粒子サイズおよび分散性を確立するために使用される。これらの数字は順に、溶
液での粒子濃度を計算するために使用できる。両方の組の測定に対し、観察され
たデータは、芯−殻吸収および散乱を計算するためのBohrenのプログラム
を使用して理論と関係づけられる。
Polydispersity in particle production causes difficulties in describing SPR data because amplification is a function of particle size. Synthesis of AuS / Au shell particles by methods similar to those used for colloidal Au (ie, strict cleanliness, ultrafiltration solvent, rapid reagent addition, rapid stirring and reflux) was developed to monodispersity. Leads to significant improvements. A quantitative measurement of the extinction coefficient was performed in solution and on the surface for the obtained AuS / Au particles. On the surface, particle coverage was unambiguously established by AFM and FE-SEM. In solution, S and Au atomic absorption was performed on solution samples prepared such that all particles had been removed by aggregation / centrifugation. This makes it possible to determine if 100% of the added Au has been converted into dispersible particles. Subsequently, a combination of TEM image analysis and static light scattering is used to establish average particle size and dispersibility. These numbers, in turn, can be used to calculate the particle concentration in solution. For both sets of measurements, the observed data are correlated with theory using Bohren's program for calculating core-shell absorption and scattering.

【0059】 超高感度SPR応用における芯/殻粒子の最適条件を決定するため、多波長で
SPRスペクトルが集められ、粒子の光学スペクトルに基づいて期待される挙動
と結果が比較される。もちろん各々の波長で、異なったAuフィルム厚および異
なった採集角度が最適化される;これらのパラメーター間の関係はFresne
l式により与えられ、利用可能なソフトウェアーを使用して非常に効率的にモデ
ル化できる。DNAハイブリダイゼーションの超高感度SPR検出 ある種の好適な態様において、本発明のコロイド状Au促進法はDNAハイブ
リダイゼーションを検出するために使用される。本発明の一つの態様において、
標的DNA配列を含んでいると疑われる溶液が、溶液内の核酸へコロイド状Au
を対結合する試薬で処理される。対結合後、核酸の溶液は、標的DNA配列と相
補的な配列を持っているオリゴヌクレオチドプローブで修飾されている、平面S
PRAuフィルム基体と接触させる。もし標的が存在するならば、それは固定化
プローブへハイブリダイズし、それによりコロイド状AuをAuフィルムの表面
へ結合する。フィルムのSPR応答に生じる変化はモニターでき、標的の存在が
検出される。金属フィルムへ核酸を付着させるための方法は、本分野ではよく知
られている。例えば、アミン修飾核酸はカルボン酸基への1−エチル−3−(3
−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド/N−ヒドロキシスルホスクシンイ
ミド架橋を経て16−メルカプトヘキサデカン酸−誘導化表面へ付着できる。A
uフィルムへのDNA付着のための方法はHerne et al.,J.Am
.Chem.Soc.119:8916−8920(1997)に提供されてい
る(全体が参照文献として本明細書へ組み入れられる)。
To determine the optimal conditions for core / shell particles in ultrasensitive SPR applications, SPR spectra are collected at multiple wavelengths and the results are compared with the expected behavior based on the optical spectra of the particles. Of course, at each wavelength different Au film thickness and different collection angles are optimized; the relationship between these parameters is Fresne
It can be modeled very efficiently using the available software given by the equation l. Ultrasensitive SPR Detection of DNA Hybridization In certain preferred embodiments, the colloidal Au-enhanced method of the invention is used to detect DNA hybridization. In one aspect of the invention,
The solution suspected of containing the target DNA sequence will not colloid Au into the nucleic acid in the solution.
Is treated with a reagent that couples with. After pairing, the solution of nucleic acid is modified with an oligonucleotide probe having a sequence complementary to the target DNA sequence, the plane S
Contact with PRAu film substrate. If the target is present, it hybridizes to the immobilized probe, thereby binding the colloidal Au to the surface of the Au film. Changes that occur in the SPR response of the film can be monitored and the presence of target detected. Methods for attaching nucleic acids to metal films are well known in the art. For example, an amine-modified nucleic acid has a 1-ethyl-3- (3
It can be attached to a 16-mercaptohexadecanoic acid-derivatized surface via a (dimethylaminopropyl) carbodiimide / N-hydroxysulfosuccinimide bridge. A
Methods for DNA attachment to u-film are described by Herne et al. J. Am
. Chem. Soc. 119: 8916-8920 (1997) (incorporated herein by reference in its entirety).

【0060】 いくつかの好適な態様において、“サンドイッチアッセイ”−型ハイブリダイ
ゼーション形式がDNA検出に使用される;例は図により図12に示されている
。この例において、標的DNA配列(S2)の第一の部分と相補的な配列を持つ
オリゴヌクレオチドプローブ(S1)は、平面SPR基体の表面に固定化されて
いる。SPR基体は次に、標的DNA配列(S2)を含んでいると疑われる溶液
と、およびまた、標的配列の第二の部分と相補的な配列を持っているコロイド状
Au−対結合オリゴヌクレオチド(S3:Au)と接触させる。S1およびS3
:Auの配列は、標的(S2)存在下で配列S1、S2およびS3:Auが三連
ハイブリダイゼーション複合体を形成するように設計される。この方法により、
コロイド状Auは、もし標的配列(S2)が存在する場合にのみAuフィルムの
表面に持ち込まれる。生じるフィルムのSPR応答の変化は、標的配列の存在を
検出するためにモニターできる。
In some preferred embodiments, a “sandwich assay” -type hybridization format is used for DNA detection; an example is shown graphically in FIG. In this example, an oligonucleotide probe (S1) having a sequence complementary to the first part of the target DNA sequence (S2) is immobilized on the surface of a planar SPR substrate. The SPR substrate is then treated with a solution suspected of containing the target DNA sequence (S2) and also with a colloidal Au-pair binding oligonucleotide having a sequence complementary to the second portion of the target sequence ( S3: Contact with Au). S1 and S3
The sequence of: Au is designed such that the sequences S1, S2 and S3: Au form a triplex hybridization complex in the presence of the target (S2). By this method,
Colloidal Au is brought to the surface of the Au film only if the target sequence (S2) is present. The resulting change in SPR response of the film can be monitored to detect the presence of the target sequence.

【0061】 コロイド状Auは本分野では既知の多くの方法によりオリゴヌクレオチド(S
3)へ対結合できる。例えば、チオール標識DNAが製造でき、チオール基はM
irkin et al.,Nature 382:607−609(1996
)、Elghanian et al.,Science 277:1078−
1081(1997)、Storhoff el al.,J.Am.Chem
.Soc.120:1959−1964(1998)、Storhoff an
d Mirkin,Chem.Rev.99:1849−1862(1999)
およびMucic et al.,J.Am.Chem.Soc.120:12
674−12675(1998)(各々の全体が参照文献として本明細書へ組み
入れられる)、に記載されているようにAuへのDNAのカップリングに働くこ
とができる。もしくは、ビオチニル化DNAが製造でき、続いて、ストレプトア
ビジン:Au対結合体へ対結合される。実施例3はそのような対結合体製造のた
めの詳細なプロトコールを提供している。いくつかの態様において、SPR基体
はメルカプトヘキサノールで処理され、それは物理吸着を減少させることにより
、固定化されたプローブDNAが“起立”するのを助けている。
Colloidal Au can be prepared from oligonucleotides (S) by many methods known in the art.
It can be paired to 3). For example, thiol-labeled DNA can be produced, and the thiol group is M
irkin et al. , Nature 382: 607-609 (1996).
), Elghian et al. , Science 277: 1078-
1081 (1997), Storhoff el al. J. Am. Chem
. Soc. 120: 1959-1964 (1998), Storhoff an.
d Mirkin, Chem. Rev. 99: 1849-1862 (1999)
And Mucic et al. J. Am. Chem. Soc. 120: 12
674-12675 (1998), each of which is incorporated herein by reference in its entirety, and may serve to couple DNA to Au as described in US Pat. Alternatively, biotinylated DNA can be prepared and subsequently ligated into a streptavidin: Au pair conjugate. Example 3 provides a detailed protocol for making such paired conjugates. In some embodiments, the SPR substrate is treated with mercaptohexanol, which helps to "stand up" the immobilized probe DNA by reducing physisorption.

【0062】 図13は前記のアッセイ形式を使用して得られたSPRプロフィールの例を示
している。この例において、標的(S2)は24−merオリゴヌクレオチドで
ある。S1およびS3:Auは12merプローブオリゴヌクレオチドであり、
その各々はS2の半分の一つと相補的である。S1は5’アミン基を持ち、それ
を通して前記のようにAuフィルムへ固定化されている。S3は3’チオール基
を持ち、それにコロイド状Auが付着される。S1、S2およびS3は以下の配
列を持っている: 5’-H2N-C6H12-CGC ATT CAG GAT-3’ S1 5’-TAC CAG TTG AGA ATC CTG AAT GCG- 3’ S2 5’-TCT CAA CTC GTA-C6H12-SH-3’ S3 図13の線Aは、他の試薬不在下でのS1対結合AuフィルムのSPR応答を示
している。線BはS3:Au不在下でのS2へのS1のハイブリダイゼーション
は、SPR反射能最小の非常に小さな置換(0.1°)しか導かないことを示し
ている。線CはS3:Au対結合体が加えられた場合、明白なプラズモン角シフ
トがあることを示しており、それはS3:Au不在下で観察された応答と比較し
て、約18倍増加したSPR応答に相当している。
FIG. 13 shows an example of an SPR profile obtained using the above assay format. In this example, the target (S2) is a 24-mer oligonucleotide. S1 and S3: Au are 12mer probe oligonucleotides,
Each of them is complementary to one of the halves of S2. S1 has a 5'amine group through which it is immobilized on the Au film as described above. S3 has a 3'thiol group to which colloidal Au is attached. S1, S2 and S3 have the following sequences: 5'-H 2 NC 6 H 12 -CGC ATT CAG GAT-3 'S1 5'-TAC CAG TTG AGA ATC CTG AAT GCG-3' S2 5'- line a of TCT CAA CTC GTA-C 6 H 12 -SH-3 'S3 Fig. 13 shows the SPR response S1 pairing Au film under other reagents absent. Line B shows that hybridization of S1 to S2 in the absence of S3: Au leads to very small substitutions (0.1 °) with minimal SPR reflectivity. Line C shows that there is a pronounced plasmon angle shift when the S3: Au pair conjugate is added, which shows an approximately 18-fold increased SPR compared to the response observed in the absence of S3: Au. Corresponds to the response.

【0063】 ある種の好適な態様において、Auフィルムは前記のように、Auフィルムお
よびコロイド状Au間のカップリング距離を最適化するためにスペーサーがかぶ
せられる。好適なスペーサーはSiO2層である。
In certain preferred embodiments, the Au film is capped with spacers to optimize the coupling distance between the Au film and the colloidal Au, as described above. The preferred spacer is a SiO 2 layer.

【0064】 Au−コロイドSPR促進方法論の応用を、前記のプローブ形態でのDNA検
出アッセイに限定する必要がないことが理解されるであろう。二つの中心要素:
(1)問題とする標的DNA配列の一部と配列が相補的である固定化プローブ(
またはプローブ類);および(2)固定化プローブと直接的かまたは間接的に会
合することになる分子へ対結合された検出可能タグ、に頼る特異的DNA配列検
出のためには多くのアッセイ形式が存在することが本分野では知られている。こ
れら二つの要素に頼る任意のアッセイ形式での標的核酸配列のSPR検出を可能
にするため、当業者は本発明の方法を容易に適合できることが理解されるであろ
う。さらに、同一の方法論が、プローブおよび/または標的が他の核酸(例えば
、RNA)、核酸類似体(例えば、ペプチド核酸)またはそれらの組み合わせか
ら成っている形態に応用できる。
It will be appreciated that the application of Au-colloid SPR-enhancing methodologies need not be limited to DNA detection assays in the probe form described above. Two core elements:
(1) An immobilized probe whose sequence is complementary to a part of the target DNA sequence of interest (
Or probes); and (2) a number of assay formats for the detection of specific DNA sequences that rely on a detectable tag pair-bound to a molecule that will directly or indirectly associate with an immobilized probe. Is known in the art to exist. It will be appreciated that one of skill in the art can readily adapt the methods of the invention to enable SPR detection of target nucleic acid sequences in any assay format that relies on these two elements. Furthermore, the same methodology is applicable to forms in which the probe and / or target consist of other nucleic acids (eg RNA), nucleic acid analogs (eg peptide nucleic acids) or combinations thereof.

【0065】 SPRに基づいたアッセイの独特な特性の一つは、結合データが反応の進行を
モニターするためにリアルタイムで獲得できることである。図13の挿入図は、
時間の関数として、固定した入射角(53.2°)でSPR反射能をモニタリン
グすることによる、第二のハイブリダイゼーション工程(即ち、表面拘束オリゴ
ヌクレオチドへのプローブ:Au対結合体結合)の反応速度論的プロットを示し
ている。予想されるように、信号変化は最初の5分で劇的であり、ハイブリダイ
ゼーション過程は60分後にはほとんど完了している。
One of the unique properties of SPR-based assays is that binding data can be acquired in real time to monitor the progress of the reaction. The inset of FIG. 13 is
Reaction of the second hybridization step (ie, probe: Au vs. conjugate binding to surface-constrained oligonucleotides) by monitoring SPR reflectivity at a fixed angle of incidence (53.2 °) as a function of time. A kinetic plot is shown. As expected, the signal change is dramatic in the first 5 minutes and the hybridization process is almost complete after 60 minutes.

【0066】 AuフィルムのSPR応答の変化は、DNA“融解”(即ち、基体を加熱する
ことによる脱ハイブリダイゼーション)、またはAuナノ粒子を放出する部位で
の三連複合体のDNA消化により逆転できる。再び、融解およびDNA消化は速
度論的データを得るためにリアルタイムでモニターできる。DNA融解研究の場
合において、パルスまたは連続的レーザー照射により誘導される金属フィルムで
の正確な温度変化が正確に計算できる。単一ヌクレオチド多形(SNP)の検出
、それに対するハイブリダイゼーション/脱ハイブリダイゼーション熱力学およ
び速度論は高度に温度感受性である、はAuフィルム表面上の正確なレーザー−
誘導温度変化に対応したAuフィルムのSPR応答のモニタリングにより達成で
きる。DNA消化の場合、表面拘束オリゴヌクレオチド/プローブ:Au複合体
の切断−一本鎖かまたは二本鎖領域−は、結合されたコロイド金が放出されるの
で、プラズモン角のシフトとして観察されるであろう。
Changes in the SPR response of Au films can be reversed by DNA “melting” (ie, dehybridization by heating the substrate), or by DNA digestion of the triplex complex at the site of releasing Au nanoparticles. . Again, melting and DNA digestion can be monitored in real time to obtain kinetic data. In the case of DNA melting studies, the exact temperature changes in metal films induced by pulsed or continuous laser irradiation can be calculated exactly. The detection of single nucleotide polymorphisms (SNPs), the hybridization / dehybridization thermodynamics and kinetics thereof, are highly temperature sensitive, which is a precise laser-on Au film surface.
This can be achieved by monitoring the SPR response of Au film in response to induced temperature changes. In the case of DNA digestion, cleavage of the surface-constrained oligonucleotide / probe: Au complex-single-stranded or double-stranded region-can be observed as a shift in the plasmon angle as bound colloidal gold is released. Ah

【0067】 上で議論したように、走査型SPRを使用する本発明に方法は、45nm直径
Au−コロイドナノ粒子に対して3x106粒子/cm2未満での検出を可能にす
る。もし各々の粒子が上記のように核酸プローブへ対結合されていたら、3x1
6標的核酸コピー/cm2を検出することが可能である。DNAハイブリダイゼ
ーションアッセイはBowtell,Nat.Genet.Suppl.2 1
:20−24(1999)(全体が参照文献として本明細書へ組み入れられる)
、に記載されているように、通常約50μm直径の試薬スポットを使用するマイ
クロアレイ形式で実施される。50μmのスポットサイズを仮定すると、本明細
書で提供されたAu−コロイドSPR促進法は60コピーほどの少ない標的核酸
を検出できることを意味している。>45nm直径のより大きなAuコロイドナ
ノ粒子を使用したさらに低いレベルが期待できる。このレベルの感度は本分野で
は先例がない。ここに提供された方法は、PCRを使用しないハイブリダイゼー
ションバイオセンサーおよび一般的なDNA診断のための新しい機会を提供する
イメージングSPRおよびマイクロアレイアッセイ イメージングSPRの技術が、Auフィルムに基づいたSPR基体上のDNA
プローブマイクロアレイのようなマイクロアレイへの検体の結合をモニターする
ため、いくつかの態様において使用される。通常の走査型SPRにおいては、S
PRが起こる角度範囲内で入射角を変化させてSPR反射能を測定する。このた
め、各々の入射角で全SPR基体SPR反射能の一個の測定値が得られる。対照
的に、イメージングSPR態様においては、固定された入射角が使用され、全内
部反射を受ける光が、好適には電荷結合素子(CCD)の表面上にイメージされ
る。得られたイメージは空間的にSPR反射能変化を描いている。SPR反射能
の変化は、SPR基体表面付近の屈折率の局在化変化により生じる;これらの後
者の変化は順にSPR基体表面での物質の吸着または脱離から生じる。この故、
反射率イメージは、そのような吸着または脱離が起こったSPR基体上の部位を
明らかにする。
As discussed above, the method of the present invention using scanning SPR allows detection at less than 3 × 10 6 particles / cm 2 for 45 nm diameter Au-colloid nanoparticles. If each particle is pair-bonded to a nucleic acid probe as described above, 3x1
It is possible to detect 0 6 target nucleic acid copies / cm 2 . DNA hybridization assays are described in Bowtel, Nat. Genet. Suppl. Two one
: 20-24 (1999) (incorporated herein by reference in its entirety).
, And is typically performed in a microarray format using reagent spots of approximately 50 μm diameter. Assuming a spot size of 50 μm, it means that the Au-colloid SPR-enhancing method provided herein can detect as few as 60 copies of target nucleic acid. Lower levels can be expected using larger Au colloidal nanoparticles with> 45 nm diameter. This level of sensitivity is unprecedented in the field. The methods provided herein offer new opportunities for PCR-less hybridization biosensors and general DNA diagnostics. Imaging SPR and Microarray Assays The technology of imaging SPR is based on Au film-based DNA on SPR substrates.
Used in some embodiments to monitor the binding of analytes to microarrays such as probe microarrays. In a normal scanning SPR, S
The SPR reflectivity is measured by changing the incident angle within the angular range where PR occurs. Therefore, one measurement of the total SPR substrate SPR reflectivity is obtained at each angle of incidence. In contrast, in the imaging SPR embodiment, a fixed angle of incidence is used and light undergoing total internal reflection is imaged, preferably on the surface of a charge coupled device (CCD). The image obtained spatially depicts the SPR reflectivity change. Changes in SPR reflectivity result from localized changes in refractive index near the surface of the SPR substrate; these latter changes, in turn, result from adsorption or desorption of substances at the surface of the SPR substrate. Therefore,
The reflectance image reveals the sites on the SPR substrate where such adsorption or desorption occurred.

【0068】 好適な態様において、前記のコロイド状Au試薬がイメージングSPRの対比
剤として使用される。イメ−ジは好適には、Auフィルムへのコロイド状Auタ
グ付き試薬の結合により、反射能の最も大きな増加が観察される角度で捕捉され
る。得られたイメ−ジにおいて、最も高い強度の領域は、反射能に最も大きな増
加を受けた、およびそれ故、最も多い量のコロイド状Auが結合されたAuフィ
ルムの範囲を表している。前記のように、最大反射能変化の角度(反射能の最大
増加および最大減少)は、コロイド状AuがAuフィルムへ結合した場合に得ら
れるSPRプロフィールから“裸の”Auフィルム(即ち、結合されたコロイド
なしの)のSPRプロフィールを差し引くことにより容易に決定できる。
In a preferred embodiment, the colloidal Au reagent described above is used as a contrast agent for imaging SPR. The image is preferably captured by binding the colloidal Au-tagged reagent to the Au film at the angle at which the greatest increase in reflectivity is observed. In the resulting image, the areas of highest intensity represent the areas of the Au film that received the greatest increase in reflectivity, and therefore the highest amount of colloidal Au bound. As mentioned above, the angle of maximum reflectivity change (maximum increase and decrease in reflectivity) was determined from the SPR profile obtained when colloidal Au was bound to the Au film (ie, the "naked" Au film (ie, bound). It can be easily determined by subtracting the SPR profile (without the colloid).

【0069】 好適な態様において、CCDカメラが“裸の”Auフィルムが反射率イメージ
で黒に見えるように配置される。この方法で、反射率の変化がAuフィルムの“
バックグラウンド”反射率より高く容易に観察できる。
In a preferred embodiment, a CCD camera is placed so that the “bare” Au film appears black in the reflectance image. In this way, the change in reflectance is
Higher than background "reflectivity and easily observable.

【0070】 好適な態様において、SPR基体は、コロイド状Au吸着により観察される反
射率が最大に増加する入射角でイメージされる。しかしながら、コロイド状Au
吸着により観察される反射率が最大に減少する入射角でもイメージできることが
明らかになるであろう。
In a preferred embodiment, the SPR substrate is imaged at an angle of incidence where the reflectance observed by colloidal Au adsorption maximizes. However, colloidal Au
It will be clear that one can also image at the angle of incidence where the reflectance observed by adsorption is maximally reduced .

【0071】 イメージングSPRは多数の分離したAuフィルム領域の反射率データを同時
に与えるので、この技術は実施されるべきSPRに基づいたマイクロアレイアッ
セイを可能にする。これらの態様において、試薬−抗体、DNAプローブなどの
ような−はAuフィルムの特異的な分離された領域に局在化されている。好適な
態様において、異なった試薬が各々の分離された領域に固定化されている。固形
支持体上にこのような様式で生体分子をアレイ化する方法は本分野ではよく知ら
れている。問題とする標的を含んでいると疑われる液体は続いて、前記のように
Auフィルム、並びにコロイド状Au対結合化試薬と接触させる。Auフィルム
は次にイメージングSPR装置を使用してイメージ化される。Auフィルム上の
各々の領域での規格化反射率強度は、それに結合されている標的の量を明らかに
する;反射率信号の位置は標的の同一性を明らかにする。この方法において、多
数の標的を同時に定量することが可能である。さらに、本発明の方法を使用して
、多数の標的(例えば、DNA多形)の速度論的データを同時に得ることも可能
である。
Since the imaging SPR simultaneously provides reflectance data for multiple discrete Au film areas, this technique allows for SPR-based microarray assays to be performed. In these embodiments, the reagents-such as antibodies, DNA probes, etc.-are localized to specific discrete regions of the Au film. In a preferred embodiment, different reagents are immobilized in each separate area. Methods for arraying biomolecules in this manner on a solid support are well known in the art. The liquid suspected of containing the target of interest is then contacted with an Au film, as described above, as well as a colloidal Au pairing reagent. The Au film is then imaged using an imaging SPR device. The normalized reflectance intensity in each region on the Au film reveals the amount of target bound to it; the location of the reflectance signal reveals the identity of the target. In this way, it is possible to quantify multiple targets simultaneously. Furthermore, it is also possible to obtain kinetic data for multiple targets (eg DNA polymorphisms) simultaneously using the method of the invention.

【0072】 本発明のいくつかの態様において、アッセイは一つ以上のサイズコロイド状A
uナノ粒子の混合物を使用して実施される。ナノ粒子サイズで最大反射率変化の
角度が変わるので、そのような態様においては、一つ以上の入射角でSPR基体
をイメージすることが必要である。例えば、50nm厚Auフィルムを使用する
と、10nmコロイド状AuがAuフィルムに局在化されるようになった場合、
70°で大きな反射率変化が観察されるが、35nmAuコロイドがフィルムに
局在化されるようになった場合、この角度では何の変化も観察されない。しかし
ながら、もし入射角度が73°に上げられたなら、35nm Au−コロイドで
大きな反射率増加が観察されるが、10nm Au−コロイドでは観察されなか
った。それ故、両方の角度での測定が存在する各々の粒子型の量を決定するため
に使用される。
In some embodiments of the invention, the assay comprises one or more size colloidal A
It is carried out using a mixture of u nanoparticles. In such embodiments, it is necessary to image the SPR substrate at one or more angles of incidence, since the angle of maximum reflectance change varies with nanoparticle size. For example, if using a 50 nm thick Au film, 10 nm colloidal Au becomes localized in the Au film,
A large reflectance change is observed at 70 °, but when the 35 nm Au colloid becomes localized in the film, no change is observed at this angle. However, if the incident angle was raised to 73 °, a large reflectance increase was observed with 35 nm Au-colloid, but not with 10 nm Au-colloid. Therefore, measurements at both angles are used to determine the amount of each particle type present.

【0073】 好適な態様において、イメージングSPR装置は、SPR基体が水平に配向す
るように使用される。このことはプリズム底面を直立させて水平面に面するよう
に置くことにより可能である。SPR基体はプリズム底面の上部に置くことがで
き、例えば、浸漬油の一滴を使用して光学的にプリズムと連結する。特に好適な
態様において、入射角の調節に適応させるため、プリズムは回転台に乗せられる
In a preferred embodiment, the imaging SPR device is used such that the SPR substrate is horizontally oriented. This is possible by placing the prism bottom upright and facing the horizontal. The SPR substrate can be placed on top of the bottom of the prism and is optically coupled to the prism using, for example, a drop of immersion oil. In a particularly preferred embodiment, the prism is mounted on a turntable to accommodate the adjustment of the angle of incidence.

【0074】 本発明により提供される水平プリズムの幾何学的配置は、本分野のSPR装置
に二つの著しい改良を可能にする。第一に、レーザー台と平行なSPR基体の位
置取りは(即ち、水平で、顔が上を向いた方向付け)、試料表面への溶液および
試薬の迅速で平行した導入を可能にする。実際、非常に単純な実験が、試料の小
滴に含まれた、すべての溶液化学により実施される。溶液が基体へ流し込まれな
ければならなかった従来の技術の垂直な試料の位置取りと反対に、液体試薬はま
たこの幾何学配置ではロボット的に導入される。第二に、液体の導入のための複
雑なフローセルがなく、イメージを取得するためにはプリズムの頂上に試料を置
くだけである。この配置では、基体は連続的様式で迅速に調べることができ、9
6ウェルがプレートリーダーに導入されるのと同じ様式である。従って、従来の
技術の垂直試料配向よりもこの水平配置では基体のロボット的導入の可能性が非
常に高い。
The horizontal prism geometry provided by the present invention allows for two significant improvements to SPR devices in the field. First, the positioning of the SPR substrate parallel to the laser stage (ie, horizontal, face-up orientation) allows for rapid and parallel introduction of solutions and reagents onto the sample surface. In fact, a very simple experiment is performed with all the solution chemistry contained in the sample droplet. Liquid reagents are also introduced robotically in this geometry, as opposed to the vertical sample positioning of the prior art where the solution had to be cast into the substrate. Second, there is no complicated flow cell for the introduction of liquid, only the sample is placed on top of the prism to capture the image. In this arrangement, the substrate can be quickly interrogated in a continuous fashion,
The same way 6 wells are introduced into a plate reader. Therefore, the possibility of robotic introduction of the substrate is much higher in this horizontal arrangement than in the vertical sample orientation of the prior art.

【0075】 図14は上に概説したイメージングSPR配置の好適な態様の正面透視図を説
明している。装置は光学台13に乗せられている。励起源1は好適にはレーザー
、より好適には1mW HeNeレーザー(632.8nm、500:1偏光)
または多波長励起が可能なAr+/Kr+レーザーである。レーザー光は中性密度
フィルター2を通過し、続いて線形偏光子3を通過してさらに偏光吸光度を増加
する。偏光は水平面に関して平行であり、それ故、水平に配向されたプリズム/
試料集合体8でp偏光される。二つの鏡4および5は、光学台13表面から空間
フィルター6内へ、光線を上向きに向けている(好適には20°の角度で)。空
間フィルター6は光線を広げ、その点で光線の中心は平凸レンズ7により平行に
される。空間フィルター6は好適には5μmの小さな穴を持つ60X顕微鏡対物
レンズから成り、好適には光線を〜4.5インチの直径に広げている。平凸レン
ズ7は、好適には広げられた光線を3インチの直径に平行化する。この劇的な光
線拡大は、非常にわずかな空間的強度のゆらぎしか持たない波動前部で試料を照
射することを可能にすることに注目するのは重要である。このことで獲得された
イメージにおける、潜在的なバックグラウンド差し引きの曖昧さを避けている。
FIG. 14 illustrates a front perspective view of the preferred embodiment of the imaging SPR arrangement outlined above. The device is mounted on an optical bench 13. Excitation source 1 is preferably a laser, more preferably a 1 mW HeNe laser (632.8 nm, 500: 1 polarization).
Alternatively, it is an Ar + / Kr + laser capable of multi-wavelength excitation. The laser light passes through the neutral density filter 2 and then through the linear polarizer 3 to further increase the polarization absorbance. The polarization is parallel with respect to the horizontal plane and therefore the horizontally oriented prisms /
The sample assembly 8 is p-polarized. The two mirrors 4 and 5 direct the light rays upwards (preferably at an angle of 20 °) from the surface of the optical table 13 into the spatial filter 6. The spatial filter 6 spreads the rays, at which point the centers of the rays are made parallel by a plano-convex lens 7. Spatial filter 6 preferably consists of a 60X microscope objective with small holes of 5 μm and preferably spreads the light beam to a diameter of ˜4.5 inches. The plano-convex lens 7 preferably collimates the expanded light rays to a diameter of 3 inches. It is important to note that this dramatic ray broadening makes it possible to illuminate the sample with a wave front that has very little spatial intensity fluctuations. This avoids potential background-subject ambiguity in the acquired image.

【0076】 平行化された光線はレンズ7を去り、プリズム/試料集合体8へ入る。20°
上向き光線角度はプリズム/試料集合体8で70°の入射角を提供し、それは薄
いAuフィルムの高コントラストSPRイメージングに最適である。好適な態様
において、プリズム/試料集合体は、その底面が光学台13と平行でおよび離れ
て向き合っているように位置している70°−70°−40°プリズムから成っ
ている。SPR基体(好適には、顕微鏡スライド上に蒸着された50−nm−厚
Auフィルムから成っている)は浸漬油の小滴でプリズム底面と光学的に調和さ
せる。試料保持器の粗い位置取りはプリズム/試料集合体8を垂直に据えつけら
れたレール上で滑らせることにより達成され、一方、微圧力調節はマイクロメー
ター作動移動台で行われた。拡大された光線の減弱化全内部反射が起こり、装置
の採取部への、下に向けた光線の通過が生じる。この鋭くないイメージング角度
では、反射した光線は図14に示されているようにほとんど一次元に押し縮めら
れる。これは1対の半円筒形平凸レンズ10および11によるイメージの再拡大
および平行化により補正される。光線は次に電荷結合素子(CCD)カメラ12
に再び焦点をあわせ、採取される。
The collimated light rays leave the lens 7 and enter the prism / sample assembly 8. 20 °
The upward ray angle provides a 70 ° angle of incidence at the prism / sample assembly 8, which is optimal for high contrast SPR imaging of thin Au films. In the preferred embodiment, the prism / sample assembly consists of a 70 ° -70 ° -40 ° prism whose bottom surface is positioned parallel and away from the optical bench 13. The SPR substrate, which preferably consists of a 50-nm-thick Au film deposited on a microscope slide, is optically matched to the prism bottom surface with a droplet of immersion oil. Coarse positioning of the sample holder was achieved by sliding the prism / sample assembly 8 on a vertically mounted rail, while fine pressure adjustment was made on a micrometer actuated carriage. Attenuation of the expanded light beam Total internal reflection occurs, causing a downward passage of the light beam to the sampling portion of the device. At this non-sharp imaging angle, the reflected ray is compressed almost in one dimension as shown in FIG. This is corrected by remagnification and collimation of the image by a pair of semi-cylindrical plano-convex lenses 10 and 11. The beam then passes through a charge coupled device (CCD) camera 12
It is refocused and collected.

【0077】 光線は鏡4および5により表面光学台13から上に向けて偏向されるので、図
14の光学要素5から12は、好適には強固な構造を提供するため、高安定性レ
ールシステム上に乗せられる。好適な態様において、鏡4および5およびレール
システムは全有用SPR範囲(即ち、約45°から約80°)にわたって、入射
および採取角を変化させるように調整できる。
Since the light rays are deflected upwards from the surface optics table 13 by the mirrors 4 and 5, the optical elements 5 to 12 of FIG. 14 preferably provide a robust structure and thus a high stability rail system. Can be placed on top. In the preferred embodiment, mirrors 4 and 5 and the rail system are adjustable to change the incidence and collection angles over the entire useful SPR range (ie, about 45 ° to about 80 °).

【0078】 イメージングSPR装置は一般的に走査型SPR装置よりも感度が悪いと考え
られている。しかしながら、本発明のイメージングSPR装置およびAu−コロ
イド(12nm)促進法を使用すると、5桁より大きなダイナミックレンジで、
多スポットアレイ中、約8x107オリゴヌクレオチド/cm2の信頼できる検出
を可能にする。この結果は、ハイブリダイゼーション効率を最適化することなく
得られており、Au−コロイド促進がない走査型SPR装置の文献で提供されて
いる値と比較すると、2から4桁の感度の改良を示している。Auコロイド促進
を持つマイクロアレイ走査型SPRの非最適化感度は、少なくとも、マイクロア
レイにおける標的DNA配列検出のための、通常の発蛍光団に基づいた方法の感
度と少なくとも同等である。しかしながら、本発明の装置、方法および試薬の使
用は発蛍光団に基づいたシステムを上回る感度を提供するであろう。Auコロイ
ド選択(例えば、サイズ、形状、組成その他)およびハイブリダイゼーションプ
ロトコール(例えば、プローブ、アニーリング条件その他)の改良の最適化は、
当業者の通常の仕事であろう。
Imaging SPR devices are generally considered to be less sensitive than scanning SPR devices. However, using the imaging SPR device of the present invention and the Au-colloid (12 nm) enhancement method, with a dynamic range greater than 5 orders of magnitude,
Allows reliable detection of approximately 8 × 10 7 oligonucleotides / cm 2 in a multi-spot array. This result was obtained without optimizing the hybridization efficiency and shows a 2 to 4 orders of magnitude improvement in sensitivity when compared to the values provided in the literature for scanning SPR devices without Au-colloid promotion. ing. The non-optimized sensitivity of microarray scanning SPR with Au colloid enhancement is at least comparable to that of conventional fluorophore-based methods for target DNA sequence detection in microarrays. However, use of the devices, methods and reagents of the invention will provide greater sensitivity than fluorophore-based systems. Optimization of Au colloid selection (eg size, shape, composition etc.) and hybridization protocol (eg probe, annealing conditions etc.)
It will be the normal work of one of ordinary skill in the art.

【0079】 表面プラズモンを作り出すための幾何的形状および方法において著しい改良が
あった。これらの態様のいくつかの実施に向けられた本発明の態様が以下に説明
されている。
There have been significant improvements in geometry and methods for creating surface plasmons. Aspects of the invention directed to the practice of some of these aspects are described below.

【0080】 単純SPR干渉計が文献に記載されている。例えば、Kabashin an
d Nikitinの仕事において、光線はKretchsmann型配置表面
プラズモン励起に先立って分配され、反射光と再び合体される。Kabashi
n and Nikitin.Opt.Comm.150:5−8(1998)
。生じた干渉パターンはCCDを用いてイメージ化される。43.7°の共鳴角
において、検出できた屈折率の最小変化はΔn=4x10-8であり、角度のシフ
トの測定により検出できるものより2桁低かった。本発明の一つの態様において
、測定は12−nm直径コロイド状Au増幅を使用して実施でき、Auの被度は
角度のシフトで検出するには低すぎたが(AFMデータに基づくと明らかに存在
している)、干渉法的には検出できる。検出できるほどの散乱は、小さなナノ粒
子のそのような低い被度では期待されない。
Simple SPR interferometers have been described in the literature. For example, Kabashin an
In the work of d Nikitin, the light rays are distributed prior to Kretchsmann-type configuration surface plasmon excitation and recombined with the reflected light. Kabashi
n and Nikitin. Opt. Comm. 150: 5-8 (1998)
. The resulting interference pattern is imaged using a CCD. At the resonance angle of 43.7 °, the minimum change in refractive index that could be detected was Δn = 4 × 10 −8 , which was two orders of magnitude lower than what could be detected by measuring the angle shift. In one embodiment of the invention, the measurements could be performed using 12-nm diameter colloidal Au amplification, although Au coverage was too low to be detected by angular shift (apparently based on AFM data. It exists) and can be detected interferometrically. No detectable scattering is expected at such low coverage of small nanoparticles.

【0081】 本発明の別の態様において、コロイド状Au−増幅SPRの感度は“劣った光
子結晶”の使用により改良される。光子結晶はある種の波長では完全に不透明で
あり、他では完全に透過性の物質である。表面プラズモンは薄いAgフィルム中
の副波長ホールアレイを通した光学的透過を促進することが示されている。二つ
の異常な効果が観察されている:第一に、光子バンド−ギャップ物質で予測され
るような、明確な透過極小および極大が存在する。第二に、ホールを通った透過
は、標準穴理論により予測されるよりも1000倍多い。このことはホールでの
光の流れが表面プラズモンとのカップリングにより促進されていることを示して
いる。本発明はホールおよびホール内部の金属ナノ粒子間の促進されたカップリ
ングを利用する。それを行うには、ホール(100nm直径)のアレイを持つガ
ラス上の薄いAgフィルムが文献に記載されているように調製される。Ag表面
は次に、ホールの下のガラスが捕捉抗体で選択的に誘導化されるのを可能にする
ため、有機チオールSAMで被覆する。続いて、コロイド状Au粒子でタグ付け
された第二抗体で、サンドイッチイムノアッセイが実施される。コロイド状Au
粒子の導入は、ホールのアレイの光学的特性に大きな変化を導いた(例えば、反
射能、透過率)。ホールをほとんど埋めるような、粒子の電気的ではない成長で
より大きな変化が観察される。フィルムは有機チオールSAMで被覆されている
ので、金属は粒子状でのみ成長するであろう。
In another aspect of the invention, the sensitivity of colloidal Au-amplified SPR is improved by the use of "poor photonic crystals". Photonic crystals are materials that are completely opaque at some wavelengths and completely transparent at others. Surface plasmons have been shown to promote optical transmission through subwavelength hole arrays in thin Ag films. Two anomalous effects have been observed: First, there are distinct transmission minima and maxima, as expected for photon band-gap materials. Second, the transmission through the holes is 1000 times more than predicted by standard hole theory. This indicates that the light flow in the holes is promoted by the coupling with the surface plasmons. The present invention utilizes facilitated coupling between holes and metal nanoparticles within the holes. To do that, a thin Ag film on glass with an array of holes (100 nm diameter) is prepared as described in the literature. The Ag surface is then coated with an organic thiol SAM to allow the glass under the holes to be selectively derivatized with the capture antibody. A sandwich immunoassay is then performed with the secondary antibody tagged with colloidal Au particles. Colloidal Au
The introduction of particles led to large changes in the optical properties of the array of holes (eg reflectivity, transmittance). Greater changes are observed with non-electrical growth of the particles, which almost fills the holes. Since the film is coated with the organic thiol SAM, the metal will only grow in particulate form.

【0082】 本発明の別の態様において、2πにわたるコロイド状Au−SPR散乱および
角度の関数としての反射率の同時測定が可能である。CCDは回転台に乗せられ
、半球形プリズムとともに移動でき、すべての角度で散乱光が測定できる。その
結果、各々の反射能データポイントに対する全散乱イメージが存在する。三つの
データ特性が重要である。第一に、フォトダイオードは散乱されたおよび反射さ
れた光の両方を集めるので、与えられた入射角で、CCDに到達している散乱強
度の測定は、散乱されたおよび反射された光を区別することを可能にする。散乱
および反射成分の両方を示す、固定化された大きな粒子を持つ表面でのSPR反
射能を理解するには、これは必須の前必要条件である。第二に、散乱イメージそ
れ自身、表面に結合されたコロイド状Auナノ粒子のサイズを決定するため、な
らびに結合されている粒子の数を定量するために使用される。第三に、散乱には
角度依存性および空間的分布が存在する。流離サイズおよびレーザー励起角の両
方が、散乱強度に大いに強い影響を与える。Auフィルムの湿式化学合成 高スループットSPR基体作製のための、特異的な薄さの蒸着されたAuに対
する要求には著しい障壁が存在する。この問題を処理するため、本発明は薄いA
uフィルムを得るための迅速な湿式−化学的方法を提供する。本方法は“播種”
機構を使用する。好適な態様において、前もって形成されているコロイド状Au
粒子の自己集合単一層上、水性溶液からのAu3+イオンの選択的還元により、種
をまかれたフィルムが製造される。薄いAuフィルムの湿式化学“播種”のため
の詳細なプロトコールは実施例4に提供されている。PDMSマイクロウェルアッセイ 同一表面上での多数の化学をすばやく処理するため、各々の独特の化学的相互
作用を物理的に分離し、各々の問いかけを個別にできるための方法が必要とされ
ている。本発明の一つの態様は、ポリマー性で、均等に分布したマイクロウェル
アレイの製作および実施に関している。ウェルのアレイは生物適合性で、非常な
融通性であり、非常に低い化学反応性しか持っていず、接着剤なしで任意の基質
に結合でき、安価に製作され、容易に入手可能な物質である。これらの特性はア
レイ化化学の実施および分析においてアレイを非常に融通性のある道具にし、表
面プラズモン共鳴(SPR)による多表面化学の同時分析の実施可能にしている
。そのようなマイクロウェルアレイは紫外−可視分光法(UV−vis)、表面
促進ラマン散乱(SERS)および他の表面感受性分析技術による分析にも有用
である。
In another aspect of the invention, simultaneous measurement of colloidal Au-SPR scattering over 2π and reflectance as a function of angle is possible. The CCD is mounted on a turntable and can move with the hemispherical prism to measure scattered light at all angles. As a result, there is a total scatter image for each reflectivity data point. Three data characteristics are important. First, because the photodiode collects both scattered and reflected light, a measurement of the scattered intensity reaching the CCD at a given angle of incidence will distinguish the scattered and reflected light. To be able to do. This is an essential pre-requisite for understanding SPR reflectivity at surfaces with immobilized large particles, which exhibit both scattered and reflected components. Second, the scatter image itself is used to determine the size of the colloidal Au nanoparticles bound to the surface as well as to quantify the number of bound particles. Third, there is an angular dependence and spatial distribution in scattering. Both the separation size and the laser excitation angle have a strong influence on the scattering intensity. Wet-Chemical Synthesis of Au Films There is a significant barrier to the requirement for a specific thickness of evaporated Au for high throughput SPR substrate fabrication. To address this problem, the present invention uses a thin A
A rapid wet-chemical method for obtaining u-film is provided. This method is "seeding"
Use the mechanism. In a preferred embodiment, preformed colloidal Au
On the self-assembled monolayer of particles, the selective reduction of Au 3+ ions from aqueous solution produces a seeded film. A detailed protocol for wet chemical "seeding" of thin Au films is provided in Example 4. PDMS Microwell Assay In order to rapidly process multiple chemistries on the same surface, there is a need for a method that physically separates each unique chemical interaction and allows each question to be individually addressed. One aspect of the invention relates to the fabrication and implementation of polymeric, evenly distributed microwell arrays. The array of wells is biocompatible, highly flexible, has very low chemical reactivity, can be bonded to any substrate without adhesives, is inexpensive to manufacture and is a readily available material. is there. These properties make the array a very versatile tool in performing and analyzing arrayed chemistries, enabling the simultaneous analysis of multiple surface chemistries by surface plasmon resonance (SPR). Such microwell arrays are also useful for analysis by ultraviolet-visible spectroscopy (UV-vis), surface enhanced Raman scattering (SERS) and other surface sensitive analytical techniques.

【0083】 最近、化学において道具としての使用が著しく増加してきた。高スループット
スクリーニングにおける、コンビナトリアル化学およびその応用の急速に増大し
ている使用は化学におけるアレイ使用の大多数を説明している。コンビナトリア
ル化学は薬剤および無機化合物発見および新規物質合成のような多様な化学領域
で利用されている。アレイもまた、化学混合物中の別個の化合物の分析を実施す
るためのセンサーとして使用されることが増大しており、独特の化合物を検出す
るために各々個々のセンサーが使用される。もしくは、個々のセンサーをセンサ
ーアレイ中で他のものと合同させ、処理される試料中の成分のライブラリーを形
成させる。マイクロチップ上に配列されたキャピラリー電気泳動カラムは分析技
術へのアレイ適応の例である。
Recently, the use of tools in chemistry has increased significantly. The rapidly growing use of combinatorial chemistry and its applications in high throughput screening accounts for the vast majority of array uses in chemistry. Combinatorial chemistry is used in diverse chemical areas such as drug and inorganic compound discovery and new substance synthesis. Arrays are also increasingly used as sensors to perform analyzes of distinct compounds in a chemical mixture, each individual sensor being used to detect a unique compound. Alternatively, individual sensors are combined with others in a sensor array to form a library of components in the sample to be treated. Capillary electrophoresis columns arranged on a microchip are an example of array adaptation to analytical techniques.

【0084】 ポリジメチルシロキサン(PDMS)は、マイクロウェルアレイに望ましい特
性を持っている、市販品として入手可能で、安価なポリマーである。PDMSの
生物適合性は、移植物、人工関節、コンタクトレンズおよび血管および皮膚移植
片のような医学使用にそれを理想的なものにしている。工業的応用には、電気被
覆、絶縁体、消泡剤、カーボンペースト電極の媒質、微細機械加工、および微量
接触印刷(pCP)による微細制作およびキャピラリー中の微細成形(MIMI
C)が含まれる。本発明のPDMSマイクロウェルアレイの製作は、中心に0.
046インチの直径の穴を0.092インチの間隔で持つ正方形パターンで電気
ブレッドボードの区分を切断することから始まる。PDMSプレポリマーをブレ
ッドボード型に流し込み、プラスチックペトリ皿中でプレポリマーを放置して硬
化させる。PDMS−ブレッドボード複合物をペトリ皿から取りだし、構成部品
を手で分離する。このスケールのアレイの再現での一つの可能性のある問題は、
いくつかのポストがアレイの残りから分離されるようになることである。これを
防ぐには、はく離剤(例えば、Dow Corning230液)の光コーティ
ングがブレッドボード型に使用できる。加えて、ポリマーの薄層は型の裏側で硬
化され、安全カミソリ刃で容易に削りとることができる。PDMS“ポストアレ
イ”は次に型として使用される。再び、型はペトリ皿中におろされ(ポストが下
)、PDMSを上に注ぐ。ポスト上部とペトリ皿表面の適切な接触を確かにする
ため型に重しを乗せる。再びプレポリマーを硬化させる。PDMS“サンドイッ
チ”をペトリ皿から除き、分離する。新しいマイクロウェルアレイは次に石鹸水
、続いてメタノール中で、各々10分間超音波処理する。図17は各々の成形工
程の結果を示している。
Polydimethylsiloxane (PDMS) is a commercially available and inexpensive polymer with desirable properties for microwell arrays. The biocompatibility of PDMS makes it ideal for medical uses such as implants, artificial joints, contact lenses and vascular and skin grafts. Industrial applications include electrocoating, insulators, defoamers, carbon paste electrode media, micromachining, and microfabrication by microcontact printing (pCP) and microfabrication in capillaries (MIMI.
C) is included. The fabrication of the PDMS microwell array of the present invention is centered around 0.
Begin by cutting the sections of an electric breadboard in a square pattern with 046 inch diameter holes spaced 0.092 inch apart. Pour the PDMS prepolymer into a breadboard mold and leave the prepolymer in a plastic petri dish to cure. The PDMS-breadboard composite is removed from the Petri dish and the components are separated by hand. One potential problem with reproducing arrays of this scale is:
Some posts will become separated from the rest of the array. To prevent this, an optical coating of a release agent (eg Dow Corning 230 solution) can be used on the breadboard mold. In addition, a thin layer of polymer is cured on the back side of the mold and can be easily scraped off with a safety razor blade. The PDMS "post array" is then used as a mold. Again, the mold is lowered into a Petri dish (post down) and PDMS is poured up. Place a weight on the mold to ensure proper contact between the top of the post and the surface of the Petri dish. The prepolymer is cured again. Remove PDMS "sandwich" from Petri dish and separate. The new microwell array is then sonicated in soapy water, then methanol, each for 10 minutes. FIG. 17 shows the result of each molding process.

【0085】 接着試験がガラス、ドープシリコン、ポリカーボネートおよびガラスに蒸着し
た金で実施された。ウェルアレイは手でそれらを表面に押しつけ、静電的接着を
起こすことにより清浄な基質へ付着した。指定されたウェルは次にピペットを用
いて0.01Mブロモクレゾールブルー水溶液を満たした。接着安定性が10、
20、60および720分間隔で記録された。720分後でさえも、与えられた
表面に結合しており、ブロモクレゾールブルー漏出の証拠はどの基質でも観察さ
れなかった(図18)。
Adhesion tests were performed on glass, doped silicon, polycarbonate and gold deposited on glass. Well arrays were attached to a clean substrate by manually pressing them against the surface and causing electrostatic adhesion. The designated wells were then pipetted with 0.01 M aqueous bromocresol blue solution. Adhesion stability is 10,
Recorded at 20, 60 and 720 minute intervals. Even after 720 minutes, binding to a given surface, no evidence of bromocresol blue leakage was observed with any of the substrates (Figure 18).

【0086】 ウェルアレイマスターは顕著な完全性を示し、いくつかのポストマスターがウ
ェルアレイを複製するために多数回使用されたが、外観上、構造欠陥は増加しな
かった。ポストマスターがいくつかの異なったサイズおよびパターンで複製され
たが、同じように成功し、欠陥は現れなかった。穴サイズは0.001インチか
ら0.5インチ、好適には0.025インチから0.1インチの直径範囲であり
、穴密度は平方インチ当たり400までである。ウェルアレイはお互いの上に重
ねることができ、より長いポストを持つポストマスターを形成させるために使用
でき、それからはより深いウェルを持つアレイが続いて製造される。色素を硬化
前にエラストマー内へ導入してもよく、着色したウェルアレイが製造される。着
色アレイの使用は、迷光および反射光を削減し、それ故、光源が個々のウェルを
通して照射されている場合の分析により有効である。
Well array masters showed significant integrity and several post masters were used multiple times to replicate well arrays, but did not appear to increase structural defects in appearance. The postmaster was replicated in several different sizes and patterns, but was equally successful and showed no defects. Hole sizes range from 0.001 inch to 0.5 inch, preferably 0.025 inch to 0.1 inch in diameter, with hole densities up to 400 per square inch. Well arrays can be stacked on top of each other and used to form postmasters with longer posts, from which arrays with deeper wells are subsequently manufactured. The dye may be introduced into the elastomer prior to curing, producing a colored well array. The use of a colored array reduces stray and reflected light and is therefore more efficient for analysis when the light source is illuminated through individual wells.

【0087】 本発明のPDMSウェル基質は、基質上で個々の化学を物理的に分離する容易
な製作および実施法として働く。これらのウェルの各々は個々に処理でき、交叉
汚染なしで表面化学相互作用を分析できる。従って、これらのアレイは容易に実
質上任意の表面分析技術に適応できる。バックグラウンド信号の減少 SPR測定における主たるノイズ源はバックグラウンド信号、即ち、コロイド
状Auの非特異的結合である。コロイド試薬の質をさらに改良する一つの方法は
、HS(CH215CO2H(10%)およびHS(CH210CH2OH(90%
)の混合物(基体を被覆するために使用されたチオールと同一の組成)から形成
されたSAMによるAuナノ粒子の被覆を含んでいる。粒子上のカルボン酸は多
くの炭素により突き出されるであろうので、EDCにより容易に活性化できるが
、表面上のアルコールの大きな重量は非特異的結合を排除するであろう。また、
適したカルボン酸の希釈により、利用可能な生体分子結合部位の数を調節するこ
とが可能である。加えて、時間による生体分子:コロイド状Au対結合体量の変
化の可能性を回避するため、生体分子:粒子プローブは凍結乾燥される。
The PDMS well substrate of the present invention serves as an easy fabrication and implementation method to physically separate the individual chemistries on the substrate. Each of these wells can be treated individually and surface chemical interactions can be analyzed without cross-contamination. Therefore, these arrays are readily adaptable to virtually any surface analysis technique. Background Signal Reduction The main source of noise in SPR measurements is the background signal, ie non-specific binding of colloidal Au. One way to further improve the quality of the colloidal reagent is HS (CH 2 ) 15 CO 2 H (10%) and HS (CH 2 ) 10 CH 2 OH (90%
), The same composition as the thiol used to coat the substrate), coating the Au nanoparticles with a SAM. Since the carboxylic acid on the particles will be extruded by many carbons, it can be easily activated by EDC, but the large weight of alcohol on the surface will eliminate non-specific binding. Also,
It is possible to control the number of biomolecule binding sites available by appropriate dilution of the carboxylic acid. In addition, the biomolecule: particle probe is lyophilized to avoid the possibility of varying the amount of biomolecule: colloidal Au vs. conjugate over time.

【0088】 特にDNAハイブリダイゼーション実験において、非特異的結合を減少させる
他の手段には:温度の制御、非相補的配列の添加、塩濃度の調節、および表面オ
リゴへのハイブリダイゼーション間のDNA:Au対結合体の溶液濃度を減少さ
せることが含まれる。さらに非特異性を減少させるため、DNAおよび表面間の
より長いリンカーを、コロイド状Au粒子上およびAuフィルム上の両方に使用
してもよい。加えて、ポリエチレングリコール部分がカルボキシ−終端SAMへ
共有結合で結合できる。二次増幅による感度の増加 反射能におけるAuナノ粒子−媒介変化の程度を増加させることは、信号の直
接的増幅により達成されるであろう。このことは、結合反応を経てSPRフィル
ムの近傍へ持ち込まれる、コロイド状Auナノ粒子のサイズを増加させることに
より行われる。Au3+およびAg+の両方(および適切な還元剤)を使用して、
固定化コロイド状Auナノ粒子を成長させるいくつかの異なった方法が示されて
いる。
Other means of reducing non-specific binding, especially in DNA hybridization experiments, are: controlling temperature, adding non-complementary sequences, adjusting salt concentration, and DNA during hybridization to surface oligos: Reducing the solution concentration of Au vs. conjugate is included. To further reduce non-specificity, longer linkers between the DNA and the surface may be used both on the colloidal Au particles and on the Au film. In addition, the polyethylene glycol moiety can be covalently attached to the carboxy-terminated SAM. Increased sensitivity with secondary amplification Increasing the degree of Au nanoparticle-mediated changes in reflectivity would be achieved by direct amplification of the signal. This is done by increasing the size of the colloidal Au nanoparticles that are brought into the vicinity of the SPR film via the binding reaction. Using both Au 3+ and Ag + (and a suitable reducing agent),
Several different methods of growing immobilized colloidal Au nanoparticles have been shown.

【0089】 直接増幅する別の方法は、粒子結合カスケードを使用することであり、そこで
は、単一粒子の結合が、特異的核酸(例えば、DNA)相互作用を経て、続いて
の粒子結合の引き金になる。一つの例において、コロイド状Au“検出粒子”(
DP)が問題とする抗原を認識するモノクローナル抗体および30−塩基一本鎖
DNAオリゴヌクレオチド(A)の両方で被覆される。二つの一本鎖オリゴヌク
レオチド(A’およびB’)で被覆された金コロイドから成る第一の増幅粒子(
AP−1)も製造され(例えば、ストレプトアビジン:Auへビオチニル化オリ
ゴの混合物を添加することにより)、ここでA’は検出粒子上のオリゴヌクレオ
チドと全く相補的であり、一方、B’は全く非相補的である。捕捉抗体への抗原
の結合はDPの結合を導く。溶液内への続いてのAP−1の導入は、多AP−1
粒子のDPへの結合を生じる。B’と相補的である一本鎖オリゴヌクレオチド(
B)で被覆した第二の増幅粒子(AP−2)が次に導入され、それはAP−1粒
子への多AP−2粒子の結合を生じる。実際、このカスケードスキームは追加の
粒子を含むように拡大される。
Another method of direct amplification is to use a particle binding cascade, where the binding of a single particle undergoes specific nucleic acid (eg, DNA) interactions, followed by subsequent particle binding. Triggers. In one example, colloidal Au "detection particles" (
DP) is coated with both a monoclonal antibody that recognizes the antigen of interest and a 30-base single-stranded DNA oligonucleotide (A). A first amplification particle consisting of gold colloid coated with two single-stranded oligonucleotides (A 'and B') (
AP-1) was also prepared (eg, by adding a mixture of streptavidin: Au to biotinylated oligo), where A'is wholly complementary to the oligonucleotide on the detection particle, while B'is It is totally non-complementary. Binding of the antigen to the capture antibody leads to DP binding. Subsequent introduction of AP-1 into the solution resulted in multiple AP-1
This results in the binding of particles to DP. A single-stranded oligonucleotide ((
A second amplification particle (AP-2) coated with B) is then introduced, which results in the binding of multi-AP-2 particles to AP-1 particles. In fact, this cascade scheme is expanded to include additional particles.

【0090】 反射能および散乱vs.粒子サイズの非線形的応答は増幅が同様に非線形であ
ることを意味していることに注目するのは重要である:非常に密接して結合され
ている3つの粒子が光学的に単一の大きな粒子のように挙動すると、3つの単離
された小さな粒子の結合で観察される変化よりも遙かに大きな変化を生じるであ
ろう。さらに、単一の結合された粒子へ結合するように粒子のネットワークを誘
導するのは可能であるが、そのようなネットワークは、DPそれ自身ではネット
ワーク形成を誘導できないので、DPへの結合に先立ってネットワークが必然的
に存在していなければならない。DP、AP−1またはAP−2の非特異的結合
は存在しないことが必須であるので、ナノ粒子のカスケードが連続的に構築され
る方法は、凝集体の非特異的結合を除去するための課題としては好適である。
Reflectivity and Scatter vs. It is important to note that the non-linear response of particle size means that the amplification is also non-linear: three particles that are very closely coupled are optically single large Behaving like a particle would result in a much larger change than that observed with the binding of three small isolated particles. Furthermore, it is possible to induce a network of particles to bind to a single bound particle, but such a network cannot induce network formation by DP itself, thus prior to binding to DP. Network must inevitably exist. Since it is essential that there is no non-specific binding of DP, AP-1 or AP-2, the method by which the cascade of nanoparticles is constructed sequentially provides a method for eliminating non-specific binding of aggregates. It is suitable as a subject.

【0091】 増幅粒子の連続的添加を必要としない別のカスケードスキームを使用してもよ
い。このことは、増幅粒子へ結合されるオリゴヌクレオチドを、お互いに相補的
ではないが、核酸(例えば、DNA)の別の一本鎖セグメントと相補的であるよ
うに設計することにより達成される。この相補的オリゴヌクレオチドは、増幅粒
子の結合を生じるカスケードを活性化するために溶液内へ導入することができる
。例えば、AP−1はお互いにまたはA(DP上に被覆される)と相補的ではな
い一本鎖オリゴヌクレオチドBおよびCで被覆される。上記のように、捕捉抗体
への抗原の結合はDPの結合を生じるであろう。しかしながら、溶液中に存在す
るAP−1は、一本鎖オリゴヌクレオチドA’B’(オリゴAおよびBと相補的
)が導入されるまではDPへ結合しないであろう。従って、AP−2(これもま
た溶液中に存在する)、一本鎖オリゴヌクレオチドDで被覆されている、も一本
鎖オリゴヌクレオチドC’D’(オリゴCおよびDと相補的)が導入されるまで
はDPへ結合しないであろう。上のように、このカスケードスキームは追加の増
幅粒子の添加を含むように拡大される。この別のスキームの利点は、増幅粒子は
連続的に加える必要なないことであり、最初から溶液に存在していてもよい。コンビナトリアルライブラリーの高スループットスクリーニング 本発明の一つの態様において、粒子−促進SPRが小さな分子のライブラリー
のための高スループットアッセイに使用される。薬剤送達のコンビナトリアル化
学の範例は、現在、機能性アッセイの設計が律速である状況を作り出しており、
あるとしても、非常に少ない一般的な応用可能な解決法しか提供されていない。
SPRの単純性、およびイメージング様式を使用する能力は、SPRを優れた選
択にしている。
Alternative cascade schemes may be used that do not require continuous addition of amplifying particles. This is accomplished by designing the oligonucleotides that are attached to the amplification particles so that they are not complementary to each other, but to another single-stranded segment of nucleic acid (eg, DNA). This complementary oligonucleotide can be introduced into solution to activate the cascade resulting in binding of the amplified particles. For example, AP-1 is coated with single-stranded oligonucleotides B and C that are not complementary to each other or to A (coated on DP). As mentioned above, binding of antigen to the capture antibody will result in binding of DP. However, AP-1 present in solution will not bind to DP until the single stranded oligonucleotide A'B '(complementary to oligos A and B) has been introduced. Therefore, AP-2 (also present in solution), a single-stranded oligonucleotide C'D '(complementary to oligos C and D), coated with single-stranded oligonucleotide D, was introduced. It will not bind to DP until. As above, this cascade scheme is expanded to include the addition of additional amplification particles. The advantage of this alternative scheme is that the amplification particles do not have to be added continuously and may be present in solution from the beginning. High-Throughput Screening of Combinatorial Libraries In one embodiment of the invention, particle-stimulated SPR is used in a high-throughput assay for libraries of small molecules. The paradigm of combinatorial chemistry for drug delivery currently creates a situation where the design of functional assays is rate limiting,
If any, very few general applicable solutions are offered.
The simplicity of SPR and the ability to use imaging modalities make SPR an excellent choice.

【0092】 高スループット応用はSPR測定により高い部位密度を要求する。PDMSマ
イクロウェルアレイ(平方インチ当たり>100の“ビーカー”密度)はそのよ
うな高密度の部位を提供する。そのような少量の反復ピペッティングは手で行う
のは不都合(または不可能)であるので、アレイヤーロボットの使用により達成
される。本方法は、HS(CH211CO2Hの小さなスポットを置くためにロボ
ットの8つの分配針を使用する。この分子は基質上の分離した位置(即ち、分配
針が非常に近くにくる所)でSAMを形成する。基質の残りはHS(CH215
CH3で満たし各々の(親水性)スポットの周りに疎水性環境を作り出す。アレ
イヤーロボットが水性溶液を分配した場合、それは親水性パッチ上に小滴を形成
し、それは高部位密度で働くために必要な境界を提供する。別の解決法は、それ
らと類似の形状を形作るための(しかし先端部分は大きい)ロボットの分配針を
使用することであり、それは溶媒で満たすことができる。実施例1 蒸着AuフィルムおよびAuコロイドの製造 以下の材料および方法が図1−5に示されたデータを得るために使用された。
High throughput applications require higher site density due to SPR measurements. PDMS microwell arrays (> 100 "beaker" density per square inch) provide such high density sites. Such small amount of repetitive pipetting is inconvenient (or impossible) to perform by hand and is accomplished by the use of an arrayer robot. The method uses the robot's eight dispensing needles to place a small spot of HS (CH 2 ) 11 CO 2 H. This molecule forms a SAM at discrete locations on the substrate (ie where the dispensing needle comes very close). The rest of the substrate is HS (CH 2 ) 15
Fill with CH 3 to create a hydrophobic environment around each (hydrophilic) spot. When the arrayer robot dispenses an aqueous solution, it forms droplets on the hydrophilic patch, which provides the necessary boundaries to work at high site density. Another solution is to use robotic dispensing needles to shape them (but the tip is large), which can be filled with solvent. Example 1 Preparation of evaporated Au films and Au colloids The following materials and methods were used to obtain the data shown in Figures 1-5.

【0093】 <12nmの直径のAuコロイドはGrabar et al.,J.Ana
l.Chem.67:735−743(1995)およびGrabar et
al.,J.Am.Chem.Soc.118:1148−1153(1996
)(各々の全体が参照文献として本明細書へ組み入れられる)、に記載されてい
るように、HAuCl4・3H2Oのクエン酸還元により製造された。
Au colloids with a diameter of <12 nm are described by Grabar et al. J. Ana
l. Chem. 67: 735-743 (1995) and Grabar et.
al. J. Am. Chem. Soc. 118: 1148-1153 (1996)
) (Each of which is incorporated herein by reference in its entirety), by citrate reduction of HAuCl 4 .3H 2 O.

【0094】 >12nmの直径のAuコロイドは“種コロイド”技術を改良して製造された
。1mL中の12nmコロイド(長軸12nm±2nmおよび短軸11nm±1
nm、758粒子のサイズ分けから)とともに、100mL、0.01%HAu
Cl4および500mLの38.8mMクエン酸溶液、が出発材料として使用さ
れた。得られた試料は透過型電子顕微鏡(TEM)により分析され、試料とされ
た274粒子から、45nm±5nmの長軸および37nm±4nmの短軸が示
された。100mLの0.02%HAuCl4および1.0mLの38.8mM
クエン酸溶液を使用して製造された、大きなコロイドの第二のバッチは、424
粒子から、59nm±14nmの長軸および52nm±11nmの短軸が示され
た。同様のプロトコールから以下の次元を持つの粒子のバッチが製造された:3
73粒子のサイズ分けから30nm±3nm(長軸)x25nm±2nm(短軸
)、および112粒子のサイズ分けから35nm±3nm(長軸)x30nm±
3nm(短軸)。これらの製造は100mLの0.01%HAuCl4および5
00mLの38.8mMクエン酸溶液が使用され、3mLおよび2mLの直径1
2nmのコロイド状“種”が各々加えられた。平均粒子直径および標準偏差はN
IH Image:v.1.62ソフトウェアーを使用するTEM Image
の粒子サイズ分析により決定された。
Au colloids with diameters> 12 nm were produced by improving the “seed colloid” technique. 12 nm colloid in 1 mL (long axis 12 nm ± 2 nm and short axis 11 nm ± 1
nm, from 758 particle sizing), with 100 mL, 0.01% HAu
Cl 4 and 500 mL of 38.8 mM citric acid solution were used as the starting material. The resulting sample was analyzed by Transmission Electron Microscopy (TEM) and the sampled 274 particles showed a long axis of 45 nm ± 5 nm and a short axis of 37 nm ± 4 nm. 100 mL of 0.02% HAuCl 4 and 1.0 mL of 38.8 mM
A second batch of large colloids produced using a citric acid solution has 424
The particles showed a long axis of 59 nm ± 14 nm and a short axis of 52 nm ± 11 nm. A batch of particles with the following dimensions was produced from a similar protocol: 3
From the size classification of 73 particles, 30 nm ± 3 nm (long axis) × 25 nm ± 2 nm (short axis), and from the size classification of 112 particles, 35 nm ± 3 nm (long axis) × 30 nm ±
3 nm (short axis). These were prepared with 100 mL of 0.01% HAuCl 4 and 5
00 mL of 38.8 mM citric acid solution was used, 3 mL and 2 mL diameter 1
2 nm of colloidal "seed" was added each. Average particle diameter and standard deviation are N
IH Image: v. TEM Image using 1.62 software
Was determined by particle size analysis.

【0095】 薄い(47−50nm)Auフィルムは、拡散ポンプで吸引したEdward
s Auto306薄フィルム製作システム中、抵抗性加熱モリブデン舟形の容
器 (Kurt.J.Lesker)からのAuショット(99.99%,Jo
hnson Mathey)の熱蒸発により製造された。蒸発基質は1インチx
1インチx0.02インチ、ガラスへのAuの吸着を増加させるため、10%(
v/v)(3−メルカプトプロピオニル)−トリメトキシシラン/CH3OH溶
液に30分暴露された研磨SF11ガラス(n=1.78,Schott Gl
ass Technologies)片であった。Auは均質な被覆を確実にす
るために0.5nm/sで試料を一定に回転させ、1x106ミリバールの圧力
で被覆された。蒸発後、蒸着した層の表面のざらつきを減少させるため、一定流
量のアルゴン下、自家製オーブン中、300℃で5−10分間フィルムを焼きな
ましした。
The thin (47-50 nm) Au film was evacuated by a diffusion pump, Edward
AuShot from a resistively heated molybdenum boat (Kurt. J. Lesker) in an Auto 306 thin film fabrication system (99.99%, Jo
Hnson Mathey). Evaporation substrate is 1 inch x
1 inch x 0.02 inch, 10% (to increase the adsorption of Au on the glass
v / v) Polished SF11 glass (n = 1.78, Schott Gl) exposed to a (3-mercaptopropionyl) -trimethoxysilane / CH 3 OH solution for 30 minutes.
ass Technologies) pieces. Au was coated at a pressure of 1 × 10 6 mbar, rotating the sample constantly at 0.5 nm / s to ensure a homogeneous coating. After evaporation, the film was annealed at 300 ° C. for 5-10 minutes in a homemade oven under a constant flow of argon to reduce the surface roughness of the deposited layer.

【0096】 焼きなまししたAuフィルムはアルカンチオール(2−メルカプトエチルアミ
ン(MEA)または3−メルカプトプロピオン酸(MPA))の10mMエタノ
ール溶液で30分修飾した。より長い浸漬時間は、続いての誘導体化工程の効率
または密度を目立つほど改良しなかった。コロイド状Auのアミン修飾(MEA
被覆)表面への固定化は、室温にて、非希釈水性溶液で実施された。アミン修飾
表面は、アミン窒素の不対電子の利用可能性、ならびに陰性に荷電した粒子との
イオン的相互作用のため、コロイド状Au粒子の強い吸着を誘導した。
The annealed Au film was modified with a 10 mM ethanol solution of alkanethiol (2-mercaptoethylamine (MEA) or 3-mercaptopropionic acid (MPA)) for 30 minutes. Longer soak times did not noticeably improve the efficiency or density of subsequent derivatization steps. Amine modification of colloidal Au (MEA
Immobilization to the (coated) surface was carried out at room temperature with an undiluted aqueous solution. The amine modified surface induced strong adsorption of colloidal Au particles due to the availability of unpaired electrons in the amine nitrogen, as well as ionic interactions with negatively charged particles.

【0097】 SPRデータは走査型SPR装置を使用して得られた。表面プラズモンの励起
はKretchsmann型配置を使用して達成され、ここで1インチの直径の
半球形プリズム(SF11ガラス,Esco Products)はAuが前に
説明したように蒸着されているSF11基質と屈折率整合された(Cargil
le浸漬油 n=1.78)。この集合体は次にAuフィルムが溶液に暴露され
る自家製フローセル(容量〜100mL)へ加えられた。SPR励起源は円筒形
5mW、500:1偏光吸光度HeNeレーザー(632.8nm,Melle
s Griot)であり、それは500:1可視−最適化線形偏光子(Newp
ort 10LP−VIS)によりさらに偏光された。光学チョッパー(Sta
nford Research Systems)が光学信号を2kHzの周波
数で変調するために使用され、それは次にロックイン増幅器(Stanford
Research Systems,SR530)を経て検出と相関された。
光線は100−mm焦点距離(fl)平凸(PCX)レンズにより焦点を合わさ
れ,25−mm fl PCXレンズにより再び平行にされ、それにより光線サ
イズを0.4mm±0.1mmの直径に減少された。半球形レンズが次に、半球
形プリズム−試料集合体により再平行化されるように、光線の焦点を合わせるた
めに使用される。反射された光線は絞りを通過し、シリコンフォトダイオード検
出器(Thor Labs)上で焦点を合わされ、それからの信号はロックイン
増幅器で測定され、それは励起源と同位相である。試料の角位置決めは、二つの
高分解能(0.001°)サーボモーター−駆動回転台(Newport,RT
M80CCおよびRTM160CC環状回転台)から成る自家製θ−2θ台によ
り達成され、それらは回転軸が同一線上になるように一緒に取り付けられる。プ
リズム/試料/フローセル集合体が次に、Au/ガラス試料の中心が回転軸であ
るようにθ−2θ台に取り付けられる。台回転およびデータ収集はLabVIE
Wプログラミング言語を使用して開発されたコンピューターインターフェースを
通して制御される(バージョン4.01,National Instrume
nts)。典型的なSPRスキャンは0.1または0.01°分解能、0.5°
s−1台回転速度、および0.3sのロックイン時定数、で行われる。
SPR data was obtained using a scanning SPR instrument. Excitation of surface plasmons was achieved using a Kretchsmann-type configuration, where a 1-inch diameter hemispherical prism (SF11 glass, Esco Products) was used with an SF11 substrate on which Au was deposited as previously described and a refractive index. Matched (Cargil
le soaking oil n = 1.78). This assembly was then added to a home-made flow cell (volume -100 mL) where the Au film was exposed to the solution. The SPR excitation source was a cylindrical 5 mW, 500: 1 polarized absorbance HeNe laser (632.8 nm, Melle).
s Griot), which is a 500: 1 visible-optimized linear polarizer (Newp
ort 10LP-VIS). Optical chopper (Sta
nforde Research Systems) is used to modulate the optical signal at a frequency of 2 kHz, which in turn is a lock-in amplifier (Stanford).
Correlation with detection via Research Systems, SR 530).
The rays were focused by a 100-mm focal length (fl) plano-convex (PCX) lens and re-collimated by a 25-mm fl PCX lens, which reduced the ray size to a diameter of 0.4 mm ± 0.1 mm. It was The hemispherical lens is then used to focus the beam of light so that it is re-collimated by the hemispherical prism-sample assembly. The reflected beam passes through the diaphragm and is focused on a silicon photodiode detector (Thor Labs), the signal from which is measured with a lock-in amplifier, which is in phase with the excitation source. Two high resolution (0.001 °) servo motors-driven rotary table (Newport, RT)
Achieved by a home-made θ-2θ platform consisting of M80CC and RTM160CC annular rotary platform, which are mounted together such that the axes of rotation are collinear. The prism / sample / flow cell assembly is then mounted on the θ-2θ stage such that the center of the Au / glass sample is the axis of rotation. LabVIE for platform rotation and data collection
Controlled through a computer interface developed using the W programming language (Version 4.01, National Instrument)
nts). Typical SPR scan is 0.1 or 0.01 ° resolution, 0.5 °
s-1 unit rotation speed, and lock-in time constant of 0.3 s.

【0098】 粒子密度はタッピングモード原子間力顕微鏡(TM−AFM)を使用して決定
され、イメージは1.5Hzの取得周波数および512のライン密度を持つタッ
ピングモードで働いているDigital Instruments Nano
seopeIIIAを使用して取得された。標準200nm蝕刻シリコンプロー
ブが被度決定の目的に使用された。少なくとも4つのイメージが各々の試料の2
つの異なった領域から得られた。表面被度が均一であることを確認するため、2
つの5μmx5μmイメージが〜0.5mm離れてとられた。各々の位置におい
て、より高分解能イメージを得るため、1μmx1μmスキャンがとられた。粒
子計数は捕捉されたイメージから人力で行われた。報告された数字は、2から3
イメ−ジから得られた平均被度値である。
Particle densities were determined using a tapping mode atomic force microscope (TM-AFM) and the images were operated in Digital Instruments Nano with tapping mode with an acquisition frequency of 1.5 Hz and a line density of 512.
Obtained using seope IIIA. A standard 200 nm etched silicon probe was used for coverage determination purposes. At least 4 images, 2 for each sample
Obtained from three different areas. To confirm that the surface coverage is uniform, 2
Two 5 μm x 5 μm images were taken ~ 0.5 mm apart. At each position, a 1 μm × 1 μm scan was taken to obtain a higher resolution image. Particle counting was done manually from the captured images. Numbers reported are 2-3
It is the average coverage value obtained from the image.

【0099】 すべての実験において、SPRおよびTM−AFT両方で、特定試料の同一領
域を調べていることを確実にするための注意が払われた。従って、SPR実験の
間、照射された領域周辺でボックスにかき傷をつけた。その領域内での表面被度
が次にAFMにより測定され、それにより、大きな規模にわたる同等ではない表
面誘導による誤差を軽減した。溶液撹拌が粒子−直径−非依存性被度値を得るこ
とにおいて重要な工程であることに注意するのは重要である。短い暴露時間(<
1時間)および同一の溶液粒子濃度で、ほとんど等しい粒子表面濃度がコロイド
直径に依存しないで得られる。このことは表面付着の拡散依存性を除去し、付着
確率(粒子直径にほんのわずか影響される)を結果として生じた粒子数密度にお
ける決定因子として残している。実施例2 サンドイッチイムノアッセイ 以下の材料および方法が図6−10に示したデータを得るために使用された。
In all experiments, care was taken to ensure that we were looking at the same region of a particular sample with both SPR and TM-AFT. Therefore, during the SPR experiment, the box was scratched around the irradiated area. The surface coverage in that region was then measured by AFM, which reduced errors due to unequal surface induction over large scales. It is important to note that solution agitation is an important step in obtaining particle-diameter-independent coverage values. Short exposure time (<
1 hour) and the same solution particle concentration, almost equal particle surface concentrations are obtained independent of colloid diameter. This removes the diffusion dependence of surface attachment, leaving attachment probability (which is only slightly affected by particle diameter) as a determinant in the resulting particle number density. Example 2 Sandwich Immunoassay The following materials and methods were used to obtain the data shown in Figures 6-10.

【0100】 AuフィルムおよびAuコロイドは前記のように製造された。ヒトIgG(h
−IgG)、γ−鎖特異的モノクローナルヤギ抗ヒトIgG抗体〔a−h−Ig
G(γ)〕およびFc特異的モノクローナルヤギ抗ヒト免疫グロブリンG抗体〔
a−h−IgG(Fc)〕はSigma Immunochemicalsから
入手された。
Au films and Au colloids were prepared as described above. Human IgG (h
-IgG), γ-chain specific monoclonal goat anti-human IgG antibody [ah-Ig
G (γ)] and F c -specific monoclonal goat anti-human immunoglobulin G antibody [
a-h-IgG (F c )] was obtained from Sigma Immunochemicals.

【0101】 蛋白質−Au対結合体は、a−h−IgG(Fc)を5mLのpH調整コロイ
ドへ加え、続いて氷上で穏やかに撹拌しながら1時間のインキュベーションによ
り合成された。対結合体は1.5mL微量遠心分離チューブに1mL分画に分割
し、12,500gで45分遠心分離した(Heraeus picoBiof
uge)。透明からピンク色の上清を除き、軟ペレットはH2Oまたは40mM
リン酸緩衝液(pH7.0)内へ〜3の光学密度で再懸濁した。対結合体は2か
ら8℃の間で、活性を失うことなく数日保存できる。
Protein-Au pair conjugates were synthesized by adding ah-IgG (F c ) to 5 mL of pH-adjusted colloid, followed by 1 hour incubation on ice with gentle agitation. The pair conjugate was divided into 1 mL fractions in a 1.5 mL microcentrifuge tube and centrifuged at 12,500 g for 45 minutes (Heraeus picoBiof.
age). Remove the pink supernatant from the clear and remove the soft pellet from H2O or 40 mM
Resuspended in phosphate buffer (pH 7.0) at an optical density of ~ 3. Paired conjugates can be stored between 2 and 8 ° C for several days without loss of activity.

【0102】 フロキュレーションプロフィールは、Au粒子の外部を被覆するために必要な
蛋白質量を決定するため、およびそれによりコロイド凝集阻害するため、a−h
−IgG(Fc)−Auコロイド対結合体について構築された。溶液は、a−h
−IgG(Fc)の0.75mg/mL保存溶液の一部(0−72μg)を6μ
gづつ増加させて、0.1M NaOHを使用してpH8.0に調整した(EM
Scienceカラー−pHast指示小板、pH2−9)、1.0mLの10
mm直径コロイド溶液に加えた。試料は脱イオンH2Oで1.150mLに容量
調整し、150μLの1.0M NaClを各々に加えた。溶液を撹拌し、光学
スペクトルを10分後に記録した。10mmコロイドに対し、凝集を阻害するに
は31.5μgのa−h−IgG(Fc)/mLコロイドが決定された。
The flocculation profile was used to determine the amount of protein required to coat the exterior of the Au particles, and thereby inhibit colloid aggregation, ah
It was constructed for -IgG (F c) -Au colloidal versus conjugates. The solution is ah
-A portion (0-72 μg) of a 0.75 mg / mL stock solution of IgG (F c ) was added to 6 μ
Adjusted to pH 8.0 using 0.1M NaOH in increments of g (EM
Science Color-pHast Indicating Plate, pH 2-9), 1.0 mL of 10
mm diameter colloid solution. The sample was adjusted to volume 1.150 mL with deionized H 2 O and 150 μL of 1.0 M NaCl was added to each. The solution was stirred and the optical spectrum was recorded after 10 minutes. For 10 mm colloid, 31.5 μg ah-IgG (F c ) / mL colloid was determined to inhibit aggregation.

【0103】 a−h−IgG(γ)(および他の蛋白質)をAuフィルムに固定化するため
、Au表面上にカルボン酸基を導入するために前記のようにMPAでAu表面が
修飾された。Au表面での活性エステルの形成は、100μLの100mM、p
H5.5、(1−エチル−3−(3−(ジメチルアミノ)プロピル)カルボ−ジ
イミド塩酸塩(EDC)溶液をカルボキシル化Au表面と15分反応させること
により達成された。イミド部分の置換により反応性表面を安定化させるため、5
0μLのスルホ−N−ヒドロキシスクシンイミド(S−NHS)(40mM、p
H7)が続いてフローセル内へ注入される。S−NHSと15分インキュベーシ
ョン後、セルを10mLの緩衝液(85mM、リン酸、pH7)ですすぎ、固定
化されるべき蛋白質の1.0mg/mL溶液を注入する。表面は蛋白質溶液と3
0分間インキュベートし、別の10mLのリン酸緩衝液で洗浄する。表面上の未
反応部位はウシ血清アルブミンの10mg/mL溶液と反応させることによりブ
ロックする。さらに緩衝液で洗浄した後、免疫化学的反応を実施する;抗原およ
び対結合体溶液に対する典型的インキュベーション時間は5から30分の範囲で
ある。すべてのSPRプロフィールは、蛋白質溶液間に存在するであろうわずか
な屈折率相違を除去するため緩衝液中で、実施例1で説明したように得られた。 実施例3 DNA検出 以下の材料および方法が図13に示したデータを得るために使用された。
[0103]   To immobilize ah-IgG (γ) (and other proteins) on Au film
In order to introduce a carboxylic acid group on the Au surface, the Au surface is treated with MPA as described above.
Qualified The formation of the active ester on the Au surface is 100 μL of 100 mM, p
H5.5, (1-ethyl-3- (3- (dimethylamino) propyl) carbodi
Reacting an imide hydrochloride (EDC) solution with a carboxylated Au surface for 15 minutes
Achieved by To stabilize the reactive surface by substituting the imide moiety, 5
0 μL of sulfo-N-hydroxysuccinimide (S-NHS) (40 mM, p
H7) is subsequently injected into the flow cell. S-NHS and 15 minutes incubation
After rinsing, the cell is rinsed with 10 mL of buffer solution (85 mM, phosphoric acid, pH 7) and fixed.
Inject a 1.0 mg / mL solution of the protein to be solubilized. The surface is a protein solution and 3
Incubate for 0 minutes and wash with another 10 mL phosphate buffer. Not on the surface
The reaction site was blocked by reacting with a 10 mg / mL solution of bovine serum albumin.
Lock it. After further washing with buffer, immunochemical reactions are carried out;
Typical incubation times for solution and conjugate solutions range from 5 to 30 minutes
is there. All SPR profiles are likely to exist between protein solutions
It was obtained as described in Example 1 in buffer to remove significant refractive index differences. Example 3 DNA detection   The following materials and methods were used to obtain the data shown in Figure 13.

【0104】 クエン酸三ナトリウム二水和物、ポリ(エチレングリコ−ル)ビス(3−アミ
ノプロピル)終結(PEG)、16−メルカプトヘキサデカン酸(90%)(M
HA)、3−メルカプト−プロピオン酸(MPA)、エチレンジアミン四酢酸(
EDTA)、およびNaOHはAldrichから得られた。HAuCl4・3
2OはAcrosから得られた。NaH2PO4、Na2HPO4、ドデシル硫酸
ナトリウム(SDS,95%)、NaCl、KCl、濃HCl、HNO3、H2
4および30%H22はJ.T.Baker Inc.から購入された。3−
メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン(MPMDMS)および3−アミノ
プロピル−トリメトキシシラン(APTMS)はUnited Chemica
l Technologiesから購入された。MgCl2、スペクトル用CH3 COH、およびCH3OCH3はEM Scienceから得られた。CH3CH 2 OHはPharmcoから購入された。1−エチル−3−(3−ジメチルアミ
ノプロピル)カルボジイミド(EDC)、N−ヒドロキシスルホスクシンイミド
(NHS)およびストレプトアビジンはPierceから得られた。制限酵素H
infIはBiolabsから購入された。HPLC精製オリゴヌクレオチドは
Integrated DNA TechnologyまたはPensylva
nia State University Nucleic Acid Fa
cility(チャートI)から購入された。すべての試薬はさらに精製するこ
となく、受け取ったままで使用された。使用されたH2Oは蒸留され、続いてB
arnstead Nanopureシステムを使用して精製された。ハイブリ
ダイゼーション緩衝液は0.3M NaClを含む10mMリン酸(pH7.0
)緩衝液として調製された。10μM非相補的12−merオリゴヌクレオチド
がブロッキング試薬として加えられた。25mMトリス−HCl(pH7.8)
、100mM KCl、10mM MgCl2が混合され、酵素緩衝液として使
用された。蒸発に使用されたAu(99.99%)ショットおよびCrワイヤー
はJohnson−Matthey Corp.から得られた。SF11ガラス
スライド(Schott Glass Technologies,n=1 .
78)はSPR走査実験に使用され、Fisher Precleaned顕微
鏡スライド(BK:7,n=1.515)はイメージング実験に使用された。
[0104]   Trisodium citrate dihydrate, poly (ethylene glycol) bis (3-amido)
Nopropyl) terminated (PEG), 16-mercaptohexadecanoic acid (90%) (M
HA), 3-mercapto-propionic acid (MPA), ethylenediaminetetraacetic acid (
EDTA), and NaOH were obtained from Aldrich. HAuClFour・ 3
H2O was obtained from Acros. NaH2POFour, Na2HPOFour, Dodecyl sulfate
Sodium (SDS, 95%), NaCl, KCl, concentrated HCl, HNO3, H2S
OFourAnd 30% H2O2J. T. Baker Inc. Purchased from. 3-
Mercaptopropylmethyldimethoxysilane (MPMDMS) and 3-amino
Propyl-trimethoxysilane (APTMS) is a united chemical
1 Purchased from Technologies. MgCl2, Spectrum CH3 COH and CH3OCH3Was obtained from EM Science. CH3CH 2 OH was purchased from Pharmco. 1-ethyl-3- (3-dimethylamido
Nopropyl) carbodiimide (EDC), N-hydroxysulfosuccinimide
(NHS) and streptavidin were obtained from Pierce. Restriction enzyme H
infl was purchased from Biolabs. HPLC purified oligonucleotide
Integrated DNA Technology or Pensylva
nia State University Nucleic Acid Fa
Purchased from Cility (Chart I). All reagents should be further purified.
It was used as received. H used2O is distilled, followed by B
Purified using the arnstead Nanopure system. Hybrid
The lysis buffer was 10 mM phosphoric acid (pH 7.0) containing 0.3 M NaCl.
) Prepared as a buffer. 10 μM non-complementary 12-mer oligonucleotide
Was added as a blocking reagent. 25 mM Tris-HCl (pH 7.8)
, 100 mM KCl, 10 mM MgCl2Are mixed and used as enzyme buffer.
Was used. Au (99.99%) shot and Cr wire used for evaporation
Is Johnson-Matthey Corp. Obtained from SF11 glass
Slides (Schott Glass Technologies, n = 1.
78) was used for SPR scanning experiments and was performed using Fisher Precleaned Microscopy.
Mirror slides (BK: 7, n = 1.515) were used for imaging experiments.

【0105】 DNA:Au対結合体製造。12−nm直径コロイド状Auは実施例1に説明
したようにHAuCl4・3H2Oのクエン酸還元により製造された。平均粒子直
径は透過型電子顕微鏡(TEM)で決定され、それは10%未満の標準偏差を示
した。コロイド状Au溶液の光学スペクトルがHP8453分光光度計を使用し
て記録された。
DNA: Au pair conjugate production. 12-nm diameter colloidal Au was prepared by citrate reduction of HAuCl 4 · 3H 2 O as described in Example 1. The average particle diameter was determined by transmission electron microscopy (TEM), which showed a standard deviation of less than 10%. The optical spectrum of the colloidal Au solution was recorded using a HP8453 spectrophotometer.

【0106】 チオール標識DNA:Au対結合体はMirkin et al.,Natu
re 382:607−609(1996)、Elghanian et al
.,Science 277:l078−1081(1997)、Storho
ff et al..J,Am.Chem.Soc.120:1959−196
4(1998)、Storhoff & Mirkin.Chem,Rev.9
9:1849−1862(1999)およびMucic et al,,J.A
m.Chem.Soc.120:12674−12675(1998)(各々の
全体が参照文献として本明細書へ組み入れられる)に記載されているプロトコー
ルに従って製造された。36μMの12−mer(100μM)オリゴヌクレオ
チド プローブS3が1mlのAuコロイド溶液に加えられた。16時間放置後
、溶液は0.1M NaCl溶液(pH7、10mMリン酸緩衝液)中で2日間
放置した。DNA:Au対結合体は過剰の試薬を除くため、遠心分離により(4
5分、12,500xg)洗浄した。上清は廃棄し、続いて赤色ペレットを0.
1M NaCl溶液で洗浄した。2回目の遠心分離後、ペレットは0.3M N
aCl/リン酸ハイブリダイゼーション溶液中に、本来の濃度で戻した。対結合
体は調製したら新鮮な内に使用し、溶液濃度が一致していることを確かにするた
め光学スペクトルをいつも記録する。
Thiol-labeled DNA: Au pair conjugates are described by Mirkin et al. , Natu
re 382: 607-609 (1996), Elghhanian et al.
. , Science 277: 1078-1081 (1997), Storho.
ff et al. . J, Am. Chem. Soc. 120: 1959-196
4 (1998), Storhoff & Mirkin. Chem, Rev. 9
9: 1849-1862 (1999) and Mucic et al., J. Am. A
m. Chem. Soc. 120: 12674-12675 (1998), each of which is incorporated herein by reference in its entirety. 36 μM 12-mer (100 μM) oligonucleotide probe S3 was added to 1 ml of Au colloid solution. After standing for 16 hours, the solution was left for 2 days in a 0.1 M NaCl solution (pH 7, 10 mM phosphate buffer). The DNA: Au pair conjugate was removed by centrifugation (4
5 minutes, 12,500 xg) was washed. The supernatant is discarded, then the red pellet is reconstituted to 0.
It was washed with 1M NaCl solution. After the second centrifugation, the pellet is 0.3M N
Reconstituted at the original concentration in the aCl / phosphate hybridization solution. Paired conjugates are used fresh when prepared and optical spectra are always recorded to ensure that the solution concentrations are consistent.

【0107】 ビオチニル化DNA:Au対結合体は、ストレプトアビジン:Au対結合体か
ら製造できる。H2Oで1:1に希釈し、0.1M NaClでpH8.5に調
整されたAu粒子の溶液を40RIの1mg/mlストレプトアビジン保存溶液
に加えた。氷上で1時間インキュベートした後、非結合蛋白質を分離するために
溶液を遠心分離した(12,500xg、45分)。200μLのビオチニル化
オリゴプローブ(10μM)を30分対結合体とインキュベートし、続いて、2
回目の遠心分離を行って上清を除き、ハイブリダイゼーション緩衝液へ再懸濁し
た。再び、チオール標識DNA対結合体で実施したように、溶液濃度の一致を確
かにするために光学スペクトルがとられた。
Biotinylated DNA: Au pair conjugates can be prepared from streptavidin: Au pair conjugates. A solution of Au particles diluted 1: 1 with H 2 O and adjusted to pH 8.5 with 0.1 M NaCl was added to a 40 mg 1 mg / ml streptavidin stock solution. After incubation on ice for 1 hour, the solution was centrifuged to separate unbound protein (12,500 xg, 45 minutes). 200 μL of biotinylated oligo probe (10 μM) was incubated with the conjugate for 30 minutes followed by 2
The supernatant was removed by performing a second centrifugation and resuspended in a hybridization buffer. Again, optical spectra were taken to ensure agreement of solution concentrations, as was done with the thiol-labeled DNA pair conjugate.

【0108】 Auコロイドの表面上へのオリゴヌクレオチドプローブ取り込みの成功は、M
irkin et al.,Nature 382:607−609(1996
)、Elghanian et al.,Science 277:l078−
1081(1997)、Storhoff et al..J,Am.Chem
.Soc.120:1959−1964(1998)、およびStorhoff
& Mirkin.Chem,Rev.99:1849−1862(1999
)(各々の全体が参照文献として本明細書へ組み入れられる)に記載されている
方法を使用して確認された。簡単には、S3:Au対結合体溶液をS3の二つの
異なったコピーにハイブリダイズできる連結オリゴヌクレオチドと混合し、次に
、連結オリゴヌクレオチドをモニターすることによりフロキュレーションが誘導
された。混合物の光学スペクトルは524nmにAuコロイドの特徴的な吸収を
示したが、連結オリゴヌクレオチドの添加は強度の著しい減少を伴ったλmax
赤色移動を導いた。このことはナノ粒子凝集体の形成によるものである。DNA
二重体の融点の上まで徐々に溶液温度を上げていくことにより、脱ハイブリダイ
ゼーションが起こり、コロイド状Auネットワークの解離を生じる。結果として
、260nm(溶液中での遊離オリゴヌクレオチドの特徴的吸収)での光学強度
の増加が観察された。可逆的フロキュレーションを示さないDNA:Au対結合
体はこの試験では廃棄された。
Successful incorporation of the oligonucleotide probe onto the surface of the Au colloid was confirmed by M
irkin et al. , Nature 382: 607-609 (1996).
), Elghian et al. , Science 277: 1078-
1081 (1997), Storhoff et al. . J, Am. Chem
. Soc. 120: 1959-1964 (1998), and Storhoff.
& Mirkin. Chem, Rev. 99: 1849-1862 (1999
), Each of which is hereby incorporated by reference in its entirety. Briefly, flocculation was induced by mixing the S3: Au pair conjugate solution with a ligating oligonucleotide capable of hybridizing to two different copies of S3, and then monitoring the ligating oligonucleotide. The optical spectrum of the mixture showed the characteristic absorption of Au colloid at 524 nm, but the addition of the linking oligonucleotide led to a red shift of λ max with a marked decrease in intensity. This is due to the formation of nanoparticle aggregates. DNA
By gradually raising the solution temperature above the melting point of the duplex, dehybridization occurs, causing dissociation of the colloidal Au network. As a result, an increase in optical intensity at 260 nm (the characteristic absorption of free oligonucleotide in solution) was observed. DNA: Au pair binders that do not exhibit reversible flocculation were discarded in this test.

【0109】 表面は実施例1に詳述したように製造される。10mM MHA/C25OH
溶液に一夜浸漬することにより自己集合単一層がAu表面に張り付けられた。標
的S2の半分と相補的配列を持つアミン標識12−merオリゴヌクレオチド(
S1)はEDC/NHS架橋を経て表面上のカルボン酸基へ結合された。次に、
未反応部位をブロックするためアミン標識PEG(1%)が導入され、続いて洗
浄、ハイブリダイゼーション緩衝液中での標的検体(24−merDNA(S2
))との2時間のインキュベーションを行った。非増幅実験において、S2の他
の半分と相補的配列を持つタグ付けされていないDNAプローブ(S3)が加え
られ、表面とインキュベートされた。増幅実験においては、SPR表面はAu粒
子−タグ付けS3プローブが加えられ、表面とインキュベートした。両方の場合
とも、ハイブリダイゼーションは1時間実施され、0.2%SDS/0.1M
NaClでよくすすがれた。
The surface is manufactured as detailed in Example 1. 10 mM MHA / C 2 H 5 OH
A self-assembled monolayer was applied to the Au surface by immersion in the solution overnight. Amine-labeled 12-mer oligonucleotide (having a sequence complementary to half of target S2 (
S1) was attached to the carboxylic acid groups on the surface via EDC / NHS crosslinking. next,
Amine-labeled PEG (1%) was introduced to block unreacted sites, followed by washing and target analyte (24-mer DNA (S2
)) Was incubated for 2 hours. In unamplified experiments, an untagged DNA probe (S3) with a complementary sequence to the other half of S2 was added and incubated with the surface. In amplification experiments, SPR surfaces were loaded with Au particle-tagged S3 probe and incubated with the surface. In both cases, hybridization was carried out for 1 hour, 0.2% SDS / 0.1M
Rinse well with NaCl.

【0110】 走査型SPRデータは実施例1で説明したような装置を使用してデータが集め
られた。ミニペリスタポンプ(Intech Laboratories.In
c.)が検体溶液の試料を0.1ml/分で試料セルへ送達するために使用され
た。1ml/分での5分間の洗浄がSPR測定値を集める前にいつも実施された
。DNA融解、そこでは試料セルの温度は温かい脱ハイブリダイゼーション緩衝
液(水浴で測定すると80℃)を20分流すことにより上昇させた、を除いて、
すべての実験は室温で完了した。液体送達装置における熱勾配のため、より高い
温度、表面拘束DNA二重鎖の融点の27℃上、がここでは応用された。表面で
の実際の温度は60から70℃の間であると見積もられた。試料セルはSPR測
定の前に室温まで冷却された。固定角(53.2°)で、インキュベーション時
間の関数としてSPR反射能変化をモニターすることにより、速度論的研究が実
施された。
Scanning SPR data was collected using the apparatus as described in Example 1. Mini Perista Pump (Intech Laboratories.In
c. ) Was used to deliver a sample of the analyte solution at 0.1 ml / min to the sample cell. A 5 minute wash at 1 ml / min was always performed before collecting SPR measurements. DNA melting, where the temperature of the sample cell was raised by running warm dehybridization buffer (80 ° C as measured in a water bath) for 20 minutes,
All experiments were completed at room temperature. Due to the thermal gradient in the liquid delivery device, a higher temperature was applied here, 27 ° C. above the melting point of the surface bound DNA duplex. The actual temperature at the surface was estimated to be between 60 and 70 ° C. The sample cell was cooled to room temperature before SPR measurement. Kinetic studies were performed by monitoring SPR reflectivity changes as a function of incubation time at a fixed angle (53.2 °).

【0111】 イメージングSPRは前に説明した装置を使用して実施された。データはSP
R基体表面の空間的強度地図としてプロットされ、ここで強度の増加はSPR応
答の増加を示している。空間的強度地図から各々の試料セルからの積算強度が計
算され、ベースライン強度は差し引かれ、および各々の信号は試料セルの領域に
対して規格化された。
Imaging SPR was performed using the apparatus described previously. The data is SP
Plotted as a spatial intensity map of the R substrate surface, where increasing intensity indicates increasing SPR response. The integrated intensity from each sample cell was calculated from the spatial intensity map, the baseline intensity was subtracted, and each signal was normalized to the area of the sample cell.

【0112】 UV−Vis吸収分光法:UV−VisスペクトルがHP89090Aペルチ
エ温度調節器を備えたHP8453ダイオードアレイ分光光度計を使用して集め
られた。溶液温度を25−65℃で変化させることにより(1℃/段階)、DN
A融解アッセイが260nmでの光学強度変化をモニターすることにより試験さ
れた。ハイブリダイゼーション緩衝液が対照として使用された。実施例4 薄いAuフィルムの湿式化学合成 ガラスカバーグラス(n=1.515,Fisher)を‘ピラニア’浴(3
0%H22が1:4の比で濃硫酸H2SO4と混合されている。その著しい酸化性
のためこの溶液を取り扱うときは注意しなければならない)に沈めることにより
洗浄した。清浄なガラススライドを、1−10mMのシランのエタノール溶液に
暴露することにより自己集合した(3−メルカプトプロピル)メチルジメトキシ
シラン(MPMDM,United Chemical Technologi
es)で官能基化した。官能基化したスライドは、520nmで0.1AUの吸
光度を与える表面被度が得られるまで12mm直径コロイド状Auの17nM溶
液中に置いた。コロイド状Au−修飾表面は次に、500mLの0.5mM N
2OH.HCl(Aldrich)水溶液中に置き、軌道振とう器上、150
revs/分で撹拌しながら100mLの0.06%HAuCl4(Acros
)を添加した。撹拌を20分間続けると、単一層上になめらかで、反射性のAu
表面が生み出された。実施例5 PDMSマイクロウェルアレイの合成 フィルム厚は実施例1で説明したように、標準200nm蝕刻シリコンプロー
ブ、1.5Hzの取得周波数および512のライン密度を使用する、タッピング
モード原子間力顕微鏡(TM−AFM)により表面上の刻みつけられたスポット
でのステップ高を測定することにより決定された。
UV-Vis Absorption Spectroscopy: UV-Vis spectra were collected using a HP8453 Diode Array Spectrophotometer equipped with a HP89090A Peltier temperature controller. By changing the solution temperature at 25-65 ° C (1 ° C / step), DN
The A melting assay was tested by monitoring the change in optical intensity at 260 nm. Hybridization buffer was used as a control. Example 4 Wet-Chemical Synthetic Glass Cover Glasses (n = 1.515, Fisher) of thin Au film in a'piranha 'bath (3
0% H 2 O 2 is mixed with concentrated sulfuric acid H 2 SO 4 in a ratio of 1: 4. Care must be taken when handling this solution due to its highly oxidizing nature). (3-Mercaptopropyl) methyldimethoxysilane (MPMDM, United Chemical Technology) self-assembled by exposing clean glass slides to an ethanol solution of 1-10 mM silane.
es) for functionalization. The functionalized slides were placed in a 17 nM solution of 12 mm diameter colloidal Au until a surface coverage was obtained giving an absorbance of 0.1 AU at 520 nm. The colloidal Au-modified surface was then treated with 500 mL of 0.5 mM N 2
H 2 OH. Place in HCl (Aldrich) aqueous solution, orbital shaker, 150
100 mL of 0.06% HAuCl 4 (Acros) with stirring at revs / min.
) Was added. Stirring is continued for 20 minutes, with a smooth, reflective Au on the monolayer.
The surface was created. Example 5 Synthetic film thickness of PDMS microwell array is as described in Example 1, using a standard 200 nm etched silicon probe, an acquisition frequency of 1.5 Hz and a line density of 512, tapping mode atomic force microscope (TM). -AFM) was determined by measuring the step height at the engraved spot on the surface.

【0113】 PDMS(Dow Corning Sylgard 184、エラストマー
と硬化剤の比が10:1)を混合し、真空デシケーターを使用して脱ガスし、お
よび1インチ平方の電気ブレッドボードマスター上へ注ぎ、小さなペトリ皿へ入
れ、この複合物は真空デシケーターを使用して脱ガスし、50℃のオーブン中で
一夜硬化させた。冷却後、新PDMS“マスター”を電気ブレッドボードからは
がし取る。この新“マスター”はPDMSの最終鋳型を形成させるために使用さ
れた。追加のPDMSが新マスターおよびペトリ皿間に注がれ、脱ガスし、オー
ブン中で一夜硬化させた。ペトリ皿底への一定の接触を確実にするために、ガラ
ス顕微鏡スライドへついているアルミニウムブロックを重りとして一番上に置く
。このPDMSサンドイッチをオーブンから取り出し、冷却し、およびはがし取
ってPDMSレプリカをあらわにする。
PDMS (Dow Corning Sylgard 184, 10: 1 elastomer to curing agent ratio) was mixed, degassed using a vacuum dessicator, and poured onto a 1 inch square electric breadboard master and a small petri dish. Placed in a dish, the composite was degassed using a vacuum desiccator and cured overnight in an oven at 50 ° C. After cooling, remove the new PDMS "master" from the electric breadboard. This new "master" was used to form the final template for PDMS. Additional PDMS was poured between the new master and petri dishes, degassed and cured overnight in the oven. To ensure constant contact with the bottom of the Petri dish, place the aluminum block on the glass microscope slide on top as a weight. The PDMS sandwich is removed from the oven, cooled, and peeled off to reveal the PDMS replica.

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

【図1】 図1は11nm直径のコロイド状Auナノ粒子の吸着により生じ
る50nm厚AuフィルムSPR基体のSPRプロフィールにおける変化を示し
ている。
FIG. 1 shows the change in SPR profile of a 50 nm thick Au film SPR substrate caused by adsorption of 11 nm diameter colloidal Au nanoparticles.

【図2】 図2はサイズ30nm−59nmのコロイド状Auナノ粒子の吸
着により47nm厚AuフィルムのSPRプロフィールがどのように変化するの
かを示している。
FIG. 2 shows how adsorption of colloidal Au nanoparticles of size 30 nm-59 nm changes the SPR profile of 47 nm thick Au film.

【図3】 図3は35nm(図3A)および45nm(図3B)コロイド状
Auナノ粒子の異なった表面被度でAuフィルムのSPRプロフィールがどのよ
うに変化するのかを示している。
FIG. 3 shows how the SPR profile of Au films changes with different surface coverage of 35 nm (FIG. 3A) and 45 nm (FIG. 3B) colloidal Au nanoparticles.

【図4】 図4は図3で示されたデータに対する差SPRプロフィール(入
射角対反射率のパーセンテージ変化(Δ))を示している。
FIG. 4 shows the differential SPR profile (incident angle versus percentage change in reflectance (Δ)) for the data shown in FIG.

【図5】 図5は30nm−59nmの直径のコロイド状Auナノ粒子に対
する数密度の関数としての反射率の最大変化をプロットしている。
FIG. 5 plots the maximum change in reflectance as a function of number density for colloidal Au nanoparticles of diameter 30 nm-59 nm.

【図6】 図6はサンドイッチ イムノセンシング アッセイの例を図的に
示している。
FIG. 6 schematically shows an example of a sandwich immunosensing assay.

【図7】 図7は二次抗体(図7A)およびコロイド状Auナノ粒子へ対結
合された二次抗体を使用して得られたサンドイッチイムノアッセイSPRプロフ
ィールを示している。
FIG. 7 shows a sandwich immunoassay SPR profile obtained using a secondary antibody (FIG. 7A) and a secondary antibody pair-coupled to colloidal Au nanoparticles.

【図8】 図8は図7で示されたデータに対する差SPRプロフィール(Δ
パーセント反射率対入射角)を示している。
8 is a differential SPR profile (Δ for the data shown in FIG. 7).
The percent reflectance versus incident angle) is shown.

【図9】 図9は非−対結合およびAu−対結合二次抗体両方の固定化に対
する、反射率時間変化を示している。
FIG. 9 shows reflectance time change for immobilization of both un-paired and Au-paired secondary antibodies.

【図10】 図10はイムノセンシングにおいて、種々の濃度の標的検体で
のコロイド状Au誘導プラズモンシフトの変化を示している。
FIG. 10 shows changes in colloidal Au-induced plasmon shift with various concentrations of target analytes in immunosensing.

【図11】 図11はAuフィルムがSiO2の15nm(図11A)、2
4nm(図11B)および33nm(図11C)薄層で被覆され、およびその上
に吸着された12nmコロイド状Auを持つ場合に起こるSPR応答の漸進的促
進を示している。
FIG. 11 shows that the Au film has SiO 2 of 15 nm (FIG. 11A), 2
11 shows the gradual enhancement of the SPR response that occurs with 12 nm colloidal Au coated on and adsorbed on 4 nm (FIG. 11B) and 33 nm (FIG. 11C) thin layers.

【図12】 図12は核酸ハイブリダイゼーションアッセイの例を図的に示
している。
FIG. 12 schematically shows an example of a nucleic acid hybridization assay.

【図13】 図13は図12のスキームを使用して実施された核酸ハイブリ
ダイゼーションアッセイのSPRプロフィールを示している。
FIG. 13 shows the SPR profile of nucleic acid hybridization assays performed using the scheme of FIG.

【図14】 図14は本発明により提供されたイメージングSPR装置の例
を図的に示している。
FIG. 14 schematically shows an example of an imaging SPR device provided by the present invention.

【図15】 図15Aは以下の修飾に対するSPR最小を示している、混合
SAM(90% 11−メルカプト−1−ウンデカノール:10% 16−メル
カプトヘキサデカン酸/Au:静電的に固定化されたプロテインA/抗IL−5
複合体(a);0.6ng/mL IL5/25ng/mL HAS(b);I
l−5:Au(0.5%Blottブロッカーと)(c)。図15Bは同様の実
験におけるSPR最小を示している、しかし、600ng/mL/25mg/m
L HSAが導入されている。
FIG. 15A shows the SPR min for the following modifications: mixed SAM (90% 11-mercapto-1-undecanol: 10% 16-mercaptohexadecanoic acid / Au: electrostatically immobilized protein. A / anti-IL-5
Complex (a); 0.6 ng / mL IL5 / 25 ng / mL HAS (b); I
1-5: Au (with 0.5% Blott blocker) (c). FIG. 15B shows the SPR minimum in a similar experiment, but 600 ng / mL / 25 mg / m.
LHSA has been introduced.

【図16】 図16はNa2O3とHavClyを異なった比:(a)1.
3:1、(b)1.2:1、(c)1.4:1および(d)2.0:1、で混合
することにより作製されたコロイド状分散液のUV−Visスペクトルを示して
いる。
16 shows different ratios of Na2O3 and HavCly: (a) 1.
Figure 3 shows a UV-Vis spectrum of a colloidal dispersion made by mixing 3: 1, (b) 1.2: 1, (c) 1.4: 1 and (d) 2.0: 1. ing.

【図17】 図17はPDMSマイクロウェルアレイの製作過程の構成要素
を示している、左から右へ:(A)1インチ平方電気ブレッドボード“マスター
”、(B)PDMSポスト“マスター”、および(C)電気ブレッドボードのP
DMSウェルアレイレプリカ。構成要素は、無色PDMSから形成された特性を
促進するため暗いバックグラウンドに対して置かれている。
FIG. 17 shows the components of a PDMS microwell array fabrication process, from left to right: (A) 1 inch square electric breadboard “master”, (B) PDMS post “master”, and (C) Electric breadboard P
DMS well array replica. The component is placed against a dark background to promote the properties formed from colorless PDMS.

【図18】 図18はPDMSアレイの選択されたウェルにおけるブロモク
レゾールブルーの時間経過写真を示している;(A)時間=0、(B)時間=3
0分、(C)時間=60分、および(D)時間=24時間。
FIG. 18 shows a time course photograph of bromocresol blue in selected wells of a PDMS array; (A) time = 0, (B) time = 3.
0 minutes, (C) time = 60 minutes, and (D) time = 24 hours.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 21/33 G01N 33/543 595 33/543 595 37/00 103 37/00 103 C12N 15/00 F (31)優先権主張番号 09/629,790 (32)優先日 平成12年7月31日(2000.7.31) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK ,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE, GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,J P,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR ,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK, MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,R O,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,UZ,VN, YU,ZA,ZW (72)発明者 グッドリッチ,グレン アメリカ合衆国ペンシルバニア州16801, ステイト・カレッジ,シェラーズ・ベンド 3181,ナンバー 5 (72)発明者 ヘ,リン アメリカ合衆国カリフォルニア州94087, サニーヴェイル,グランジャー・テラス 515,ユニット 3 (72)発明者 リオン,エル・アンドリュー アメリカ合衆国ジョージア州30066,マリ エッタ,ブルーザード・ウェイ 1675 (72)発明者 ムシク,マイケル・ディー アメリカ合衆国ペンシルバニア州,ハンテ ィンドン・ヴァレー,メドウブルック・ド ライブ 616 (72)発明者 ホリウェイ,ウィリアム・ディー アメリカ合衆国ジョージア州30308,アト ランタ,マートル・ストリート 848,ナ ンバー 10 Fターム(参考) 2G057 AA02 AB01 AB03 AB04 AB07 AC01 BA01 BA03 BB06 2G059 AA05 BB12 BB13 CC16 EE05 EE12 FF04 GG01 GG04 GG08 HH02 HH03 HH06 JJ01 JJ11 JJ12 JJ19 KK01 KK04 MM02 MM03 4B024 AA11 AA19 CA01 CA09 CA11 HA13 HA14 4B029 AA07 BB20 CC01 CC02 CC03 CC08 FA12 FA15 4B063 QA01 QQ42 QQ52 QR32 QR35 QR38 QR55 QR56 QR82 QS34 QS39 QX10 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G01N 21/33 G01N 33/543 595 33/543 595 37/00 103 37/00 103 C12N 15/00 F ( 31) Priority claim number 09 / 629,790 (32) Priority date July 31, 2000 (July 31, 2000) (33) Priority claiming country United States (US) (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE, TR), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZW), EA (AM AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, BZ, CA, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP , KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, R O, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, TZ, UA, UG, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Goodrich, Glen State of Pennsylvania, USA 16801, State College , Shellers Bend 3181 , Number (72) Inventor He, Lin, USA 94087, California, 94087, Sunnyvale, Granger Terrace 515, Unit 3 (72) Inventor, Rion, El Andrew, Georgia 30066, Marietta, Brusade Way 1675 (72) Inventor Musik, Michael Dee Huntingdon Valley, Pennsylvania, USA Meadowbrook Drive 616 (72) Inventor Hollyway, William Dee, United States Georgia 30308, Atlanta, Myrtle Street 848, Nanver 10 F Term (reference) 2G057 AA02 AB01 AB03 AB04 AB07 AC01 BA01 BA03 BB06 2G059 AA05 BB12 BB13 CC16 EE05 EE12 FF04 GG01 GG04 GG08 HH02 HH03 HH06 JJ01 JJ11 JJ12 JJ19 KK01 KK04 MM02 MM03 4B024 AA11 AA19 CA01 CA09 CA11 HA13 HA14 4B029 AA07 BB20 CC01 CC02 CC03 CC08 FA12 FA15 4B063 QA01 QQ42 QQ52 QR32 QR35 QR38 QR55 QR56 QR8 2 QS34 QS39 QX10

Claims (48)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多数の空間的に分離した微容量ウェルから成るマイクロウェ
ルアレイ、ここで該アレイはPDMSから成っている。
1. A microwell array comprising a number of spatially separated microvolume wells, wherein the array comprises PDMS.
【請求項2】 10から200の間のウェルから成る請求項1に記載のマイ
クロウェルアレイ。
2. The microwell array of claim 1, comprising between 10 and 200 wells.
【請求項3】 該アレイが該多数のウェルの底表面として働く薄い金属フィ
ルムを付随する請求項1に記載のマイクロウェルアレイ。
3. The microwell array of claim 1, wherein the array is associated with a thin metal film that serves as the bottom surface of the multiple wells.
【請求項4】 該薄い金属フィルムが表面プラズモン共鳴活性金属である請
求項3に記載のマイクロウェルアレイ。
4. The microwell array of claim 3, wherein the thin metal film is a surface plasmon resonance active metal.
【請求項5】 該薄い金属フィルムがAu、Ag、AlおよびCuから成る
群より選択される請求項4に記載のマイクロウェルアレイ。
5. The microwell array of claim 4, wherein the thin metal film is selected from the group consisting of Au, Ag, Al and Cu.
【請求項6】 該薄い金属フィルムでガラス表面上が被覆されている請求項
3に記載のマイクロウェルアレイ。
6. The microwell array according to claim 3, wherein a glass surface is coated with the thin metal film.
【請求項7】 表面の空間的に分離した領域上に多数の試薬を付随させる方
法であって: 表面上にマイクロウェルアレイ鋳型を提供し、ここで該マイクロウェルアレイ
はPDMSから成り、およびここでアレイは多数の空間的に分離したウェルを提
供しおよび各々のウェルの底は該表面の領域である; 表面を付随する該ウェル内へ試薬を導入し;および 該鋳型を除去することから成っている方法。
7. A method of attaching a number of reagents onto spatially separated areas of a surface, comprising: providing a microwell array template on the surface, wherein the microwell array consists of PDMS, and Where the array provides a number of spatially separated wells and the bottom of each well is an area of the surface; consisting of introducing a reagent into the wells associated with the surface; and removing the template. How you are.
【請求項8】 該表面が薄い金属フィルムである請求項7に記載の方法。8. The method of claim 7, wherein the surface is a thin metal film. 【請求項9】 該薄い金属フィルムが表面プラズモン共鳴活性金属である請
求項8に記載の方法。
9. The method of claim 8 wherein the thin metal film is a surface plasmon resonance active metal.
【請求項10】 該薄い金属フィルムがAu、Ag、AlおよびCuから成
る群より選択される請求項9に記載の方法。
10. The method of claim 9, wherein the thin metal film is selected from the group consisting of Au, Ag, Al and Cu.
【請求項11】 該薄い金属フィルムでガラス表面上が被覆されている請求
項8に記載の方法。
11. The method of claim 8 wherein the thin metal film is coated on a glass surface.
【請求項12】 検体を含んでいるであろう試験溶液中の該検体に対するア
ッセイを実施する方法であって:表面プラズモン共鳴活性表面を提供し;分子を
該表面と付随させ、ここで該分子はコロイド状金属ナノ粒子を付随している; 該表面と該試験溶液を接触させ、ここで該検体の存在または不在は、表面およ
び該ナノ粒子間の相対的距離を変化させる;および SPRプロフィールを測定することにより該距離を検出することから成ってい
る方法。
12. A method of performing an assay for an analyte in a test solution that will contain the analyte: providing a surface plasmon resonance active surface; associating a molecule with the surface, wherein the molecule is Is associated with colloidal metal nanoparticles; contacting the surface with the test solution, where the presence or absence of the analyte changes the relative distance between the surface and the nanoparticles; and the SPR profile. A method comprising detecting the distance by measuring.
【請求項13】 該表面プラズモン共鳴活性表面が薄い金属フィルムである
請求項12に記載の方法。
13. The method of claim 12, wherein the surface plasmon resonance active surface is a thin metal film.
【請求項14】 該薄い金属フィルムがAu、Ag、AlおよびCuから成
る群より選択される請求項13に記載の方法。
14. The method of claim 13, wherein the thin metal film is selected from the group consisting of Au, Ag, Al and Cu.
【請求項15】 該薄い金属フィルムでガラス表面上が被覆されている請求
項13に記載の方法。
15. The method of claim 13 wherein the thin metal film is coated on a glass surface.
【請求項16】 該コロイド状金属ナノ粒子がAu、Ag、AlおよびCu
から成る群より選択される金属から成る請求項12に記載の方法。
16. The colloidal metal nanoparticles are Au, Ag, Al and Cu.
13. The method of claim 12, comprising a metal selected from the group consisting of:
【請求項17】 該コロイド状金属ナノ粒子が実質的に球形である請求項1
2に記載の方法。
17. The colloidal metal nanoparticles are substantially spherical.
The method described in 2.
【請求項18】 該コロイド状金属ナノ粒子が1nmから150nmの直径
である請求項17に記載の方法。
18. The method of claim 17, wherein the colloidal metal nanoparticles have a diameter of 1 nm to 150 nm.
【請求項19】 検体を含んでいるであろう試験溶液中の多数の該検体に対
する多数のアッセイを実施する方法であって: 表面プラズモン共鳴活性表面を提供し;該検体に対する多数のリガンドを該表
面へ付随させ; 該表面と該試験溶液を接触させ、ここで検体の存在または不在は、該表面にま
たは近傍に特定の型のリガンドを付随している、特定の型のコロイド状金属ナノ
粒子生じる;および SPRプロフィールを測定することにより該特定の型のリガンドと該特定の型
のコロイド状金属ナノ粒子間の該付随を決定する、ここでSPRプロフィールは
異なった型のコロイド状金属ナノ粒子間で区別可能である、ことから成っている
方法。
19. A method of performing a multiplicity of assays for a multiplicity of said analytes in a test solution that will contain the analytes: providing a surface plasmon resonance active surface; Associated with a surface; contacting the surface with the test solution, wherein the presence or absence of an analyte is associated with a specific type of ligand at or near the surface, a particular type of colloidal metal nanoparticles Occurs; and measuring the SPR profile determines the association between the particular type of ligand and the particular type of colloidal metal nanoparticles, where the SPR profile is between different types of colloidal metal nanoparticles. A method that consists of being distinguishable by.
【請求項20】 コロイド状金属ナノ粒子の型がそれらのサイズにより区別
される請求項19に記載の方法。
20. The method of claim 19, wherein the types of colloidal metal nanoparticles are distinguished by their size.
【請求項21】 コロイド状金属ナノ粒子の型がそれらの組成により区別さ
れる請求項19に記載の方法。
21. The method of claim 19, wherein the types of colloidal metal nanoparticles are distinguished by their composition.
【請求項22】 該表面プラズモン共鳴活性表面が薄い金属フィルムである
請求項19に記載の方法。
22. The method of claim 19, wherein the surface plasmon resonance active surface is a thin metal film.
【請求項23】 該薄い金属フィルムがAu、Ag、AlおよびCuから成
る群より選択される請求項22に記載の方法。
23. The method of claim 22, wherein the thin metal film is selected from the group consisting of Au, Ag, Al and Cu.
【請求項24】 該薄い金属フィルムでガラス表面上が被覆されている請求
項22に記載の方法。
24. The method of claim 22, wherein the thin metal film is coated on a glass surface.
【請求項25】 該コロイド状金属ナノ粒子がAu、Ag、AlおよびCu
から成る群より選択される金属から成る請求項19に記載の方法。
25. The colloidal metal nanoparticles are Au, Ag, Al and Cu.
20. The method of claim 19, comprising a metal selected from the group consisting of:
【請求項26】 該コロイド状金属ナノ粒子が実質的に球形である請求項1
9に記載の方法。
26. The colloidal metal nanoparticles are substantially spherical.
9. The method according to 9.
【請求項27】 該コロイド状金属ナノ粒子が1nmから150nmの直径
である請求項26に記載の方法。
27. The method of claim 26, wherein the colloidal metal nanoparticles are 1 nm to 150 nm in diameter.
【請求項28】 検体を含んでいるであろう試験溶液中の該検体に対するア
ッセイを実施する方法であって: 表面プラズモン共鳴活性表面を提供し; 該アッセイを該表面でまたは近傍で実施し、ここでコロイド状金属ナノ粒子の
存在または不在は、該試験溶液中の該検体の存在または不在を示し; 干渉計SPRで該表面のSPRプロフィールを測定することにより該ナノ粒子
の該存在または不在を検出することから成っている方法。
28. A method of performing an assay for an analyte in a test solution that will contain the analyte: providing a surface plasmon resonance active surface; performing the assay at or near the surface, The presence or absence of colloidal metal nanoparticles here indicates the presence or absence of the analyte in the test solution; measuring the presence or absence of the nanoparticles by measuring the SPR profile of the surface with an interferometer SPR. A method consisting of detecting.
【請求項29】 該表面プラズモン共鳴活性表面が薄い金属フィルムである
請求項28に記載の方法。
29. The method of claim 28, wherein the surface plasmon resonance active surface is a thin metal film.
【請求項30】 該薄い金属フィルムがAu、Ag、AlおよびCuから成
る群より選択される請求項29に記載の方法。
30. The method of claim 29, wherein the thin metal film is selected from the group consisting of Au, Ag, Al and Cu.
【請求項31】 該薄い金属フィルムでガラス表面上が被覆されている請求
項29に記載の方法。
31. The method of claim 29, wherein the thin metal film is coated on a glass surface.
【請求項32】 該コロイド状金属ナノ粒子がAu、Ag、AlおよびCu
から成る群より選択される金属から成る請求項28に記載の方法。
32. The colloidal metal nanoparticles are Au, Ag, Al and Cu.
29. The method of claim 28, comprising a metal selected from the group consisting of:
【請求項33】 該コロイド状金属ナノ粒子が実質的に球形である請求項2
8に記載の方法。
33. The colloidal metal nanoparticles are substantially spherical.
The method according to 8.
【請求項34】 該コロイド状金属ナノ粒子が1nmから150nmの直径
である請求項33に記載の方法。
34. The method of claim 33, wherein the colloidal metal nanoparticles are 1 nm to 150 nm in diameter.
【請求項35】 検体を含んでいるであろう試験溶液中の該検体に対するア
ッセイを実施する方法であって: 表面プラズモン共鳴活性表面を提供し; 該アッセイを該表面でまたは近傍で実施し、ここでコロイド状金属ナノ粒子の
存在または不在は、該溶液中の該検体の存在または不在を示し;およびここで該
コロイド状金属ナノ粒子はAuS/Au殻粒子から成っている;および 該表面のSPRプロフィールを測定することにより該ナノ粒子の該存在または
不在を検出することから成っている方法。
35. A method of performing an assay for an analyte in a test solution that will contain the analyte: providing a surface plasmon resonance active surface; performing the assay at or near the surface, The presence or absence of colloidal metal nanoparticles here indicates the presence or absence of the analyte in the solution; and where the colloidal metal nanoparticles consist of AuS / Au shell particles; and of the surface A method comprising detecting the presence or absence of the nanoparticles by measuring the SPR profile.
【請求項36】 該表面プラズモン共鳴活性表面が薄い金属フィルムである
請求項35に記載の方法。
36. The method of claim 35, wherein the surface plasmon resonance active surface is a thin metal film.
【請求項37】 該薄い金属フィルムがAu、Ag、AlおよびCuから成
る群より選択される請求項36に記載の方法。
37. The method of claim 36, wherein the thin metal film is selected from the group consisting of Au, Ag, Al and Cu.
【請求項38】 該薄い金属フィルムでガラス表面上が被覆されている請求
項36に記載の方法。
38. The method of claim 36, wherein the thin metal film is coated on a glass surface.
【請求項39】 該コロイド状金属ナノ粒子がAu、Ag、AlおよびCu
から成る群より選択される金属から成る請求項35に記載の方法。
39. The colloidal metal nanoparticles are Au, Ag, Al and Cu.
36. The method of claim 35, comprising a metal selected from the group consisting of:
【請求項40】 該コロイド状金属ナノ粒子が実質的に球形である請求項3
5に記載の方法。
40. The colloidal metal nanoparticles are substantially spherical.
The method according to 5.
【請求項41】 該コロイド状金属ナノ粒子が1nmから150nmの直径
である請求項40に記載の方法。
41. The method of claim 40, wherein the colloidal metal nanoparticles are 1 nm to 150 nm in diameter.
【請求項42】 前もって選択された活性に陽性応答を持っている化合物を
同定するための、コンビナトリアル ライブラリーの高スループットスクリーニ
ング法であって: 表面プラズモン共鳴活性表面を提供し; 該表面上で多数のスクリーニングアッセイを接触させ、それにより該コンビナ
トリアル ライブラリーの多数の構成物が該表面に付随され、およびここで該前
もって選択された活性の陽性応答は、該表面を持つコロイド状金属ナノ粒子の存
在または不在を付随している;および 該前もって選択された活性に陽性応答を持っている化合物を同定するため、該
表面のSPRプロフィールを測定することにより該ナノ粒子の該存在または不在
を検出することから成っている方法。
42. A high throughput screening method for combinatorial libraries for identifying compounds having a positive response to a preselected activity: providing a surface plasmon resonance active surface; Of the combinatorial library, whereby multiple components of the combinatorial library are attached to the surface, and where the positive response of the preselected activity is the presence of colloidal metal nanoparticles bearing the surface. Or associated with the absence; and detecting the presence or absence of the nanoparticles by measuring the SPR profile of the surface to identify compounds that have a positive response to the preselected activity. A method made of.
【請求項43】 該表面プラズモン共鳴活性表面が薄い金属フィルムである
請求項42に記載の方法。
43. The method of claim 42, wherein the surface plasmon resonance active surface is a thin metal film.
【請求項44】 該薄い金属フィルムがAu、Ag、AlおよびCuから成
る群より選択される請求項43に記載の方法。
44. The method of claim 43, wherein the thin metal film is selected from the group consisting of Au, Ag, Al and Cu.
【請求項45】 該薄い金属フィルムでガラス表面上が被覆されている請求
項43に記載の方法。
45. The method of claim 43, wherein the thin metal film is coated on a glass surface.
【請求項46】 該コロイド状金属ナノ粒子がAu、Ag、AlおよびCu
から成る群より選択される金属から成る請求項42に記載の方法。
46. The colloidal metal nanoparticles are Au, Ag, Al and Cu.
43. The method of claim 42, comprising a metal selected from the group consisting of:
【請求項47】 該コロイド状金属ナノ粒子が実質的に球形である請求項4
2に記載の方法。
47. The colloidal metal nanoparticles are substantially spherical.
The method described in 2.
【請求項48】 該コロイド状金属ナノ粒子が1nmから150nmの直径
である請求項47に記載の方法。
48. The method of claim 47, wherein the colloidal metal nanoparticles are 1 nm to 150 nm in diameter.
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