JP2006090781A - Biosensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バイオセンサー及びそれを用いた生体分子間の相互作用を分析する方法に関する。特に本発明は、表面プラズモン共鳴バイオセンサーに用いるためのバイオセンサー及びそれを用いた生体分子間の相互作用を分析する方法に関する。 The present invention relates to a biosensor and a method for analyzing an interaction between biomolecules using the biosensor. In particular, the present invention relates to a biosensor for use in a surface plasmon resonance biosensor and a method for analyzing an interaction between biomolecules using the biosensor.
現在、臨床検査等で免疫反応など分子間相互作用を利用した測定が数多く行われているが、従来法では煩雑な操作や標識物質を必要とするため、標識物質を必要とすることなく、測定物質の結合量変化を高感度に検出することのできるいくつかの技術が使用されている。例えば、表面プラズモン共鳴(SPR)測定技術、水晶発振子マイクロバランス(QCM)測定技術、金のコロイド粒子から超微粒子までの機能化表面を使用した測定技術である。SPR測定技術はチップの金属膜に接する有機機能膜近傍の屈折率変化を反射光波長のピークシフト又は一定波長における反射光量の変化を測定して求めることにより、表面近傍に起こる吸着及び脱着を検知する方法である。QCM測定技術は水晶発振子の金電極(デバイス)上の物質の吸脱着による発振子の振動数変化から、ngレベルで吸脱着質量を検出できる技術である。また、金の超微粒子(nmレベル)表面を機能化させて、その上に生理活性物質を固定して、生理活性物質間の特異認識反応を行わせることによって、金微粒子の沈降、配列から生体関連物質の検出ができる。 Currently, many measurements using intermolecular interactions such as immune reactions are performed in clinical examinations, etc., but conventional methods require complicated operations and labeling substances, so measurement without the need for labeling substances Several techniques that can detect a change in the amount of a substance bound with high sensitivity are used. For example, surface plasmon resonance (SPR) measurement technology, quartz crystal microbalance (QCM) measurement technology, and measurement technology using functionalized surfaces from gold colloidal particles to ultrafine particles. SPR measurement technology detects adsorption and desorption near the surface by measuring the refractive index change in the vicinity of the organic functional film in contact with the metal film of the chip by measuring the peak shift of the reflected light wavelength or the change in the amount of reflected light at a fixed wavelength. It is a method to do. The QCM measurement technique is a technique that can detect the adsorption / desorption mass at the ng level from the change in the oscillation frequency of the oscillator due to the adsorption / desorption of a substance on the gold electrode (device) of the crystal oscillator. In addition, by functionalizing the surface of gold ultrafine particles (nm level), immobilizing a physiologically active substance on the surface, and performing a specific recognition reaction between the physiologically active substances, it is possible to obtain a living body from the sedimentation and arrangement of gold fine particles. Related substances can be detected.
上記した技術においては、いずれの場合も、生理活性物質を固定化する表面が重要である。以下、当技術分野で最も使われている表面プラズモン共鳴(SPR)を例として、説明する。 In any of the above techniques, the surface on which the physiologically active substance is immobilized is important. Hereinafter, the surface plasmon resonance (SPR) most used in this technical field will be described as an example.
一般に使用される測定チップは、透明基板(例えば、ガラス)、蒸着された金属膜、及びその上に生理活性物質を固定化できる官能基を有する薄膜からなり、その官能基を介し、金属表面に生理活性物質を固定化する。該生理活性物質と検体物質間の特異的な結合反応を測定することによって、生体分子間の相互作用を分析する。 A commonly used measurement chip is composed of a transparent substrate (eg, glass), a deposited metal film, and a thin film having a functional group capable of immobilizing a physiologically active substance thereon, and the metal surface is interposed through the functional group. Immobilize physiologically active substances. The interaction between biomolecules is analyzed by measuring a specific binding reaction between the physiologically active substance and the analyte substance.
生理活性物質を固定化できる官能基を有する薄膜としては、金属と結合する官能基、鎖長の原子数が10以上のリンカー、及び生理活性物質と結合できる官能基を有する化合物を用いて、生理活性物質を固定化した測定チップが報告されている(特許文献1を参照)。また、金属膜と、該金属膜の上に形成されたプラズマ重合膜からなる測定チップが報告されている(特許文献2を参照)。 As a thin film having a functional group capable of immobilizing a physiologically active substance, a functional group capable of binding to a metal, a linker having a chain length of 10 or more atoms, and a compound having a functional group capable of binding to a physiologically active substance, A measurement chip in which an active substance is immobilized has been reported (see Patent Document 1). In addition, a measurement chip comprising a metal film and a plasma polymerization film formed on the metal film has been reported (see Patent Document 2).
上記のような測定チップ(バイオセンサー)の表面を作成する場合、水中でカルボン酸アミドを形成させる場合が多い(ポリマーとリンカーの反応、さらにタンパク質等の被検出物質との結合)。この反応を行うためには通常、水溶性カルボジイミドである1-(3-Dimethylaminopropyl)-3 ethylcarbodiimide(EDC)とN-Hydroxysuccinimide(NHS)を用いてカルボン酸を活性化させた後、アミンと反応させることで、カルボン酸アミドを形成することが一般的に行われている。表面プラズモン共鳴分析(SPR)や水晶発振子マイクロバランス(QCM)がごときバイオセンサー表面を作成する場合にも、EDCとNHSの組み合わせにより、水中でアミド結合を形成することが報告されている(特許文献3及び4)。同様に、SPR表面作成については、http://www.biacore.co.jp/2_2_1.shtml#a(Biacore)に、QCM表面作成についてはhttp://www.initium2000.com/technology.html(イニシアム)に開示がある。 When creating the surface of a measurement chip (biosensor) as described above, a carboxylic acid amide is often formed in water (reaction between a polymer and a linker, and further binding with a substance to be detected such as a protein). In order to carry out this reaction, the carboxylic acid is usually activated with 1- (3-Dimethylaminopropyl) -3 ethylcarbodiimide (EDC) and N-Hydroxysuccinimide (NHS), which are water-soluble carbodiimides, and then reacted with an amine. Thus, it is common practice to form carboxylic acid amides. Even when surface plasmon resonance analysis (SPR) or quartz crystal microbalance (QCM) is used to create a biosensor surface, it is reported that an amide bond is formed in water by combining EDC and NHS (patent) References 3 and 4). Similarly, SPR surface creation is available at http://www.biacore.co.jp/2_2_1.shtml#a (Biacore), and QCM surface creation is available at http://www.initium2000.com/technology.html ( (Initial).
しかしながら、水中でEDCとNHSを混合した場合、「得られた活性エステルの安定性が充分ではなく、時間とともに加水分解してしまう」という問題があった。この問題は「反応収率の低下」を引き起こすため、カルボン酸に対して大過剰の活性化剤の使用が必要となる。 However, when EDC and NHS are mixed in water, there is a problem that “the stability of the obtained active ester is not sufficient and it is hydrolyzed with time”. This problem causes a “reduction in reaction yield” and requires the use of a large excess of activator relative to the carboxylic acid.
本発明は上記した従来技術の問題を解消することを解決すべき課題とした。即ち、本発明は、カルボン酸の活性化により生成した活性化エステルを安定化させる技術を提供することを解決すべき課題とした。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. That is, this invention made it the subject which should be solved to provide the technique which stabilizes the activated ester produced | generated by activation of carboxylic acid.
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、基板の表面に存在するカルボキシル基を、カルボジイミド誘導体又はその塩で活性化し、水酸基を有する含窒素ヘテロ芳香族化合物、電子吸引性基を有するフェノール誘導体又はチオール基を有する芳香族化合物のいずれかの化合物でエステルとすることによって、活性化エステルを安定化できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have activated a carboxyl group present on the surface of a substrate with a carbodiimide derivative or a salt thereof, a nitrogen-containing heteroaromatic compound having a hydroxyl group, electron withdrawing It has been found that the activated ester can be stabilized by esterifying with either a phenol derivative having a functional group or an aromatic compound having a thiol group, and the present invention has been completed.
即ち、本発明によれば、基板の表面に存在するカルボキシル基を、カルボジイミド誘導体又はその塩で活性化し、水酸基を有する含窒素ヘテロ芳香族化合物、電子吸引性基を有するフェノール誘導体又はチオール基を有する芳香族化合物のいずれかの化合物でエステルとした後に、アミンと反応させることによりカルボン酸アミド基が形成されている、バイオセンサーが提供される。 That is, according to the present invention, the carboxyl group present on the surface of the substrate is activated with a carbodiimide derivative or a salt thereof, and has a nitrogen-containing heteroaromatic compound having a hydroxyl group, a phenol derivative having an electron-withdrawing group, or a thiol group. Provided is a biosensor in which a carboxylic acid amide group is formed by reacting with an amine after esterification with any of the aromatic compounds.
好ましくは、カルボジイミド誘導体又はその塩は水溶性である。
好ましくは、カルボジイミド誘導体は化合物1〜3の何れかである。
Preferably, the carbodiimide derivative or salt thereof is water soluble.
Preferably, the carbodiimide derivative is any one of compounds 1-3.
好ましくは、水酸基を有する含窒素ヘテロ芳香族化合物は、化合物4〜12の何れかである。 Preferably, the nitrogen-containing heteroaromatic compound having a hydroxyl group is any one of compounds 4 to 12.
好ましくは、電子吸引性基を有するフェノール誘導体において、電子吸引性基のσ値は0.3以上である。
好ましくは、電子吸引性基を有するフェノール誘導体は、化合物13〜16の何れかである。
Preferably, in the phenol derivative having an electron withdrawing group, the σ value of the electron withdrawing group is 0.3 or more.
Preferably, the phenol derivative having an electron-withdrawing group is any one of compounds 13 to 16.
好ましくは、チオール基を有する芳香族化合物は、化合物17〜19の何れかである。 Preferably, the aromatic compound having a thiol group is any one of Compounds 17-19.
好ましくは、基板に疎水性高分子化合物がコーティングされており、該疎水性高分子化合物が有するカルボキシル基が、カルボジイミド誘導体又はその塩で活性化され、水酸基を有する含窒素ヘテロ芳香族化合物、電子吸引性基を有するフェノール誘導体又はチオール基を有する芳香族化合物のいずれかの化合物でエステルとされた後に、アミンと反応させることによりカルボン酸アミド基が形成されている。 Preferably, the substrate is coated with a hydrophobic polymer compound, and the carboxyl group of the hydrophobic polymer compound is activated with a carbodiimide derivative or a salt thereof, and a nitrogen-containing heteroaromatic compound having a hydroxyl group, electron withdrawing A carboxylic acid amide group is formed by reacting with an amine after being esterified with either a phenol derivative having a functional group or an aromatic compound having a thiol group.
好ましくは、疎水性高分子化合物のコーティング厚さは1オングストローム以上5000オングストローム以下である。
好ましくは、基板は金属表面あるいは金属膜である。
好ましくは、金属表面あるいは金属膜は、金、銀、銅、白金、及びアルミニウムからなる群より選ばれる自由電子金属からなるものである。
Preferably, the coating thickness of the hydrophobic polymer compound is 1 angstrom or more and 5000 angstrom or less.
Preferably, the substrate is a metal surface or a metal film.
Preferably, the metal surface or the metal film is made of a free electron metal selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum, and aluminum.
好ましくは、本発明のバイオセンサーは、非電気化学的検出に使用され、特に好ましくは表面プラズモン共鳴分析に使用される。 Preferably, the biosensor of the present invention is used for non-electrochemical detection, particularly preferably for surface plasmon resonance analysis.
本発明の別の側面によれば、表面にカルボキシル基を有する基板をカルボジイミド誘導体又はその塩で活性化し、水酸基を有する含窒素ヘテロ芳香族化合物、電子吸引性基を有するフェノール誘導体又はチオール基を有する芳香族化合物のいずれかの化合物でエステルとした後に、アミンと反応させることによりカルボン酸アミド基が形成する工程を含む、本発明のバイオセンサーの製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a substrate having a carboxyl group on its surface is activated with a carbodiimide derivative or a salt thereof, and has a nitrogen-containing heteroaromatic compound having a hydroxyl group, a phenol derivative having an electron-withdrawing group, or a thiol group. There is provided a method for producing a biosensor of the present invention, which comprises a step of forming a carboxylic acid amide group by reacting with an amine after esterification with any compound of an aromatic compound.
本発明のさらに別の側面によれば、生理活性物質が共有結合により表面に結合している、本発明のバイオセンサーが提供される。
本発明のさらに別の側面によれば、本発明のバイオセンサーと生理活性物質とを接触させて、該バイオセンサーの表面に該生理活性物質を共有結合により結合させる工程を含む、バイオセンサーに生理活性物質を固定化する方法が提供される。
According to still another aspect of the present invention, there is provided the biosensor of the present invention, wherein a physiologically active substance is covalently bonded to the surface.
According to still another aspect of the present invention, the biosensor includes a step of bringing the biosensor and the bioactive substance into contact with each other and covalently bonding the bioactive substance to the surface of the biosensor. A method for immobilizing an active substance is provided.
本発明のさらに別の側面によれば、生理活性物質が共有結合により表面に結合している本発明のバイオセンサーと被験物質とを接触させる工程を含む、該生理活性物質と相互作用する物質を検出または測定する方法が提供される。
好ましくは、生理活性物質と相互作用する物質は、非電気化学的方法により検出または測定され、さらに好ましくは表面プラズモン共鳴分析により検出または測定される。
According to still another aspect of the present invention, a substance that interacts with a physiologically active substance, comprising the step of bringing the biosensor of the present invention in which the physiologically active substance is covalently bonded to the surface with the test substance. A method of detecting or measuring is provided.
Preferably, the substance that interacts with the physiologically active substance is detected or measured by a non-electrochemical method, more preferably detected or measured by surface plasmon resonance analysis.
本発明により、バイオセンサーの製造において、カルボン酸の活性化により得られた活性化エステルを安定化させることが可能になった。本発明のバイオセンサーを用いることにより、センサー表面の非特異吸着量を抑制できると同時に生理活性物質の結合量を従来より向上させることができる。 The present invention makes it possible to stabilize an activated ester obtained by activating a carboxylic acid in the production of a biosensor. By using the biosensor of the present invention, the amount of non-specific adsorption on the sensor surface can be suppressed, and at the same time, the amount of physiologically active substance bound can be improved.
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明のバイオセンサーは、基板の表面に存在するカルボキシル基を、カルボジイミド誘導体又はその塩で活性化し、水酸基を有する含窒素ヘテロ芳香族化合物、電子吸引性基を有するフェノール誘導体又はチオール基を有する芳香族化合物のいずれかの化合物でエステルとした後に、アミンと反応させることによりカルボン酸アミド基が形成されていることを特徴とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The biosensor of the present invention activates a carboxyl group present on the surface of a substrate with a carbodiimide derivative or a salt thereof, a nitrogen-containing heteroaromatic compound having a hydroxyl group, a phenol derivative having an electron-withdrawing group, or an aromatic having a thiol group. A carboxylic acid amide group is formed by reacting with an amine after forming an ester with any one of the group compounds.
カルボジイミド誘導体又はその塩が水溶性であることが好ましく、具体的には、本明細書中上記した化合物1〜3を使用することができるが、これらに限定されるものではない。 The carbodiimide derivative or a salt thereof is preferably water-soluble, and specifically, the compounds 1 to 3 described above can be used in the present specification, but are not limited thereto.
水酸基を有する含窒素ヘテロ芳香族化合物における含窒素ヘテロ芳香族化合物の種類は特に限定されないが、窒素原子を少なくとも1個以上(例えば、1個、2個又は3個)含む5または7員の飽和または不飽和の単環または縮合環を挙げることができる。水酸基を有する含窒素ヘテロ芳香族化合物の具体例としては、本明細書中上記した化合物4〜12を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。 The kind of the nitrogen-containing heteroaromatic compound in the nitrogen-containing heteroaromatic compound having a hydroxyl group is not particularly limited, but 5- or 7-membered saturation containing at least one nitrogen atom (for example, 1, 2, or 3). Or an unsaturated monocyclic ring or condensed ring can be mentioned. Specific examples of the nitrogen-containing heteroaromatic compound having a hydroxyl group include, but are not limited to, compounds 4 to 12 described above in the present specification.
電子吸引性基を有するフェノール誘導体における電子吸引性基の具体例としては、−NO2、ハロゲン(−F、−Cl、−Br、又は−I)、−S(CH3)2X-(Xは一価のアニオン(例えば、F-、Cl-、Br-、I-、At-、BF4 -、AsF6 -、PF6 -、SbF6 -、SbCl6 -、SnCl6 2-、FeCl4 -、BiCl5 2-、CF3SO2 -、ClO4 -、FSO2 -、F2PO2 -等)を示す)、−COOH、−CN、又は−CHOなどを挙げることができる。また、電子吸引性基のσ値は0.3以上であることが好ましい。好ましくは電子吸引性基のσ値は0.5以上であり、さらに好ましくは0.7以上である。σ値は、たとえば、稲本直樹著「ハメット測」丸善(1983年)の付表に総括されている。電子吸引性基を有するフェノール誘導体の具体例としては、本明細書中上記した化合物13〜16を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。 Specific examples of the electron-withdrawing group in the phenol derivative having an electron-withdrawing group include —NO 2 , halogen (—F, —Cl, —Br, or —I), —S (CH 3 ) 2 X − (X Is a monovalent anion (for example, F − , Cl − , Br − , I − , At − , BF 4 − , AsF 6 − , PF 6 − , SbF 6 − , SbCl 6 − , SnCl 6 2− , FeCl 4). -, BiCl 5 2-, CF 3 SO 2 -, ClO 4 -, FSO 2 -, F 2 PO 2 - shows the like)), - COOH, may be mentioned -CN, or -CHO and the like. The σ value of the electron withdrawing group is preferably 0.3 or more. Preferably, the σ value of the electron-withdrawing group is 0.5 or more, more preferably 0.7 or more. The σ values are summarized in, for example, the appendix of Naoki Inamoto's “Hammett Kaku” Maruzen (1983). Specific examples of the phenol derivative having an electron-withdrawing group include compounds 13 to 16 described above in the present specification, but are not limited thereto.
チオール基(−SH)を有する芳香族化合物における芳香族化合物の種類は特に限定されず、アリール化合物(ベンゼン又はナフタレンなど)、又は少なくとも1以上のヘテロ原子を含むヘテロ環化合物でもよい。ヘテロ環化合物としては、窒素、酸素および硫黄原子からなる群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含む5または7員の飽和または不飽和の単環または縮合環であるものが挙げられ、例えば、ピリジン、キノリン、イソキノリン、ピリミジン、ピラジン、ピリダジン、フタラジン、トリアジン、フラン、チオフェン、ピロール、オキサゾール、ベンゾオキサゾール、チアゾール、ベンゾチアゾール、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、チアジアゾール、トリアゾール、ベンゾトリアゾール、7−アザベンゾトリアゾール、ベンゾトリアジン等が挙げられる。チオール基を有する芳香族化合物の具体例としては、本明細書中上記した化合物17〜19を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。 The kind of aromatic compound in the aromatic compound having a thiol group (—SH) is not particularly limited, and may be an aryl compound (such as benzene or naphthalene) or a heterocyclic compound containing at least one or more heteroatoms. Heterocyclic compounds include those that are 5- or 7-membered saturated or unsaturated monocyclic or condensed rings containing one or more heteroatoms selected from the group consisting of nitrogen, oxygen and sulfur atoms. Quinoline, isoquinoline, pyrimidine, pyrazine, pyridazine, phthalazine, triazine, furan, thiophene, pyrrole, oxazole, benzoxazole, thiazole, benzothiazole, imidazole, benzimidazole, thiadiazole, triazole, benzotriazole, 7-azabenzotriazole, benzo Examples include triazine. Specific examples of the aromatic compound having a thiol group include, but are not limited to, compounds 17 to 19 described above in the present specification.
基板の表面に存在するカルボキシル基を、カルボジイミド誘導体又はその塩で活性化し、水酸基を有する含窒素ヘテロ芳香族化合物、電子吸引性基を有するフェノール誘導体又はチオール基を有する芳香族化合物のいずれかの化合物でエステルとする方法は特に限定されず、当業者に公知の常法により行うことができる。具体的には、表面にカルボキシル基を有する基板に、カルボジイミド誘導体又はその塩と、水酸基を有する含窒素ヘテロ芳香族化合物、電子吸引性基を有するフェノール誘導体又はチオール基を有する芳香族化合物のいずれかの化合物とを含む溶液(例えば、水溶液)を接触させることにより、エステル化を行うことができる。 Any compound of a nitrogen-containing heteroaromatic compound having a hydroxyl group, a phenol derivative having an electron-withdrawing group, or an aromatic compound having a thiol group, wherein a carboxyl group present on the surface of the substrate is activated with a carbodiimide derivative or a salt thereof There are no particular limitations on the method used to form an ester, and it can be carried out by a conventional method known to those skilled in the art. Specifically, any of a carbodiimide derivative or a salt thereof, a nitrogen-containing heteroaromatic compound having a hydroxyl group, a phenol derivative having an electron-withdrawing group, or an aromatic compound having a thiol group on a substrate having a carboxyl group on the surface. The esterification can be performed by contacting a solution containing the compound (for example, an aqueous solution).
上記した化合物1から3及び化合物4から19は公知化合物であり常法により合成でき、又は市販品を使用することもできる。具体的には、化合物1から19は、例えば、国産化学、Aldrich、酒井興業、又は同仁化学などから市販されており、あるいは文献(Bull.Chem.Soc.Jpn., 60,2409 (1987)., J.Polym.Sci., Polym.Chem.Ed.,17
2013(1979). J.Polym.Sci., Polym.Chem.Ed.,16,475 (1978) )
に記載の方法により合成することができる。
The above-mentioned compounds 1 to 3 and compounds 4 to 19 are known compounds and can be synthesized by conventional methods, or commercially available products can also be used. Specifically, compounds 1 to 19 are commercially available from, for example, domestic chemistry, Aldrich, Sakai Kogyo, or Dojin Chemical, or literature (Bull. Chem. Soc. Jpn., 60 , 2409 (1987). , J. Polym. Sci., Polym. Chem. Ed., 17
2013 (1979). J. Polym. Sci., Polym. Chem. Ed., 16 , 475 (1978))
It can be synthesized by the method described in 1.
本発明のバイオセンサーにおいては、上記のようにして形成した活性エステルにアミンを反応させることによりカルボン酸アミド基が形成されている。アミンとの反応の方法は特に限定されず、当業者に公知の常法により行うことができる。例えば、エタノールアミン・HCl溶液を基板に接触させることにより反応を行えばよい。 In the biosensor of the present invention, a carboxylic acid amide group is formed by reacting an amine with the active ester formed as described above. The method of reaction with amine is not particularly limited, and can be performed by a conventional method known to those skilled in the art. For example, the reaction may be performed by bringing an ethanolamine / HCl solution into contact with the substrate.
本発明で言うバイオセンサーとは最も広義に解釈され、生体分子間の相互作用を電気的信号等の信号に変換して、対象となる物質を測定・検出するセンサーを意味する。通常のバイオセンサーは、検出対象とする化学物質を認識するレセプター部位と、そこに発生する物理的変化又は化学的変化を電気信号に変換するトランスデューサー部位とから構成される。生体内には、互いに親和性のある物質として、酵素/基質、酵素/補酵素、抗原/抗体、ホルモン/レセプターなどがある。バイオセンサーでは、これら互いに親和性のある物質の一方を基板に固定化して分子認識物質として用いることによって、対応させるもう一方の物質を選択的に計測するという原理を利用している。 The biosensor in the present invention is interpreted in the broadest sense, and means a sensor that measures and detects a target substance by converting an interaction between biomolecules into a signal such as an electrical signal. A normal biosensor is composed of a receptor site for recognizing a chemical substance to be detected and a transducer site for converting a physical change or chemical change generated therein into an electrical signal. In the living body, there are enzymes / substrates, enzymes / coenzymes, antigens / antibodies, hormones / receptors and the like as substances having affinity for each other. Biosensors use the principle that one of these substances having affinity with each other is immobilized on a substrate and used as a molecular recognition substance, thereby selectively measuring the other substance to be matched.
本発明の好ましい態様によれば、基板に疎水性高分子化合物がコーティングされており、該疎水性高分子化合物が有するカルボキシル基を、本明細書中上記した方法により活性化することができる。 According to a preferred embodiment of the present invention, the substrate is coated with a hydrophobic polymer compound, and the carboxyl group of the hydrophobic polymer compound can be activated by the method described above in this specification.
本発明で用いることができる疎水性高分子化合物は、吸水性を有しない高分子化合物であり、水への溶解度(25℃)が10%以下、より好ましくは1%以下、最も好ましくは0.1%以下である。 The hydrophobic polymer compound that can be used in the present invention is a polymer compound that does not absorb water, and has a solubility in water (25 ° C.) of 10% or less, more preferably 1% or less, and most preferably 0.8%. 1% or less.
疎水性高分子化合物を形成する疎水性単量体としては、ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、オレフィン類、スチレン類、クロトン酸エステル類、イタコン酸ジエステル類、マレイン酸ジエステル類、フマル酸ジエステル類、アリル化合物類、ビニルエーテル類、ビニルケトン類等から任意に選ぶことができる。疎水性高分子化合物としては、1種類のモノマーから成るホモポリマーでも、2種類以上のモノマーから成るコポリマーでもよい。 Hydrophobic monomers that form hydrophobic polymer compounds include vinyl esters, acrylic acid esters, methacrylic acid esters, olefins, styrenes, crotonic acid esters, itaconic acid diesters, and maleic acid diesters. , Fumaric acid diesters, allyl compounds, vinyl ethers, vinyl ketones and the like. The hydrophobic polymer compound may be a homopolymer composed of one type of monomer or a copolymer composed of two or more types of monomers.
本発明で好ましく用いられる疎水性高分子化合物としては、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルクロライド、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、ナイロンなどが挙げられる。 Examples of the hydrophobic polymer compound preferably used in the present invention include polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polymethyl methacrylate, polyester, and nylon.
疎水性高分子化合物の基板へのコーティングは常法によって行うことができ、例えば、スピン塗布(スピンコート法)、エアナイフ塗布、バー塗布、ブレード塗布、スライド塗布、カーテン塗布、さらにはスプレー法、蒸着法、キャスト法、浸漬法等によって行うことができる。上記のうち、スピン塗布(スピンコート法)と浸漬法についてさらに詳細に説明する。 Coating of the hydrophobic polymer compound onto the substrate can be performed by a conventional method, for example, spin coating (spin coating method), air knife coating, bar coating, blade coating, slide coating, curtain coating, spray method, vapor deposition. It can be performed by the method, the casting method, the dipping method or the like. Among these, the spin coating (spin coating method) and the dipping method will be described in more detail.
スピンコート法とは、回転する円盤上等の基板に、溶液を滴下し、薄膜を製造する方法であり、溶液の濃度、円盤の回転数、溶剤の蒸気圧等により膜厚を制御する方法である。 The spin coating method is a method of manufacturing a thin film by dropping a solution onto a substrate such as a rotating disk, and controlling the film thickness by adjusting the concentration of the solution, the number of rotations of the disk, the vapor pressure of the solvent, and the like. is there.
スピンコート法において使用される溶液中の疎水性高分子化合物の濃度は、0.001重量%以上50重量%以下が好ましく、0.01重量%以上10重量%以下がより好ましく、0.1重量%以上5重量%以下がさらに好ましい。 The concentration of the hydrophobic polymer compound in the solution used in the spin coating method is preferably 0.001 to 50% by weight, more preferably 0.01 to 10% by weight, and more preferably 0.1 to 5% by weight. Is more preferable.
スピンコート時の円盤の回転数は、10rpm以上10,000rpm以下が好ましく、50rpm以上7500rpm以下がより好ましく、100rpm以上5000rpm以下がさらに好ましい。 The rotational speed of the disk during spin coating is preferably 10 rpm or more and 10,000 rpm or less, more preferably 50 rpm or more and 7500 rpm or less, and further preferably 100 rpm or more and 5000 rpm or less.
スピンコート法において使用される溶剤は、スピンコートによる薄膜製造時の環境温度における蒸気圧が0.1kPa以上100kPa以下であることが好ましく、0.5kPa以上50kPa以下がより好ましく、1kPa以上30kPa以下がさらに好ましい。使用できる溶剤の具体例としては、メタノール、エタノール、i-プロパノール、n-ブタノール、t-ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、などが挙げられる。 The solvent used in the spin coating method preferably has a vapor pressure of 0.1 kPa or more and 100 kPa or less, more preferably 0.5 kPa or more and 50 kPa or less, and further preferably 1 kPa or more and 30 kPa or less, at an environmental temperature during thin film production by spin coating. . Specific examples of the solvent that can be used include methanol, ethanol, i-propanol, n-butanol, t-butanol, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethyl acetate, butyl acetate, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, and the like.
本発明のバイオセンサーの製造方法は、円盤上に保持されている基板表面に塗布液を滴下した後、円盤を回転させることが好ましい。 In the method for producing a biosensor of the present invention, it is preferable to rotate the disk after dropping the coating solution onto the surface of the substrate held on the disk.
また、塗布液を基板表面に滴下する際、基板表面に対する被覆率が80%以上100%以下であることが好ましく、90%以上100%以下であることがより好ましい。 Further, when the coating solution is dropped onto the substrate surface, the coverage with respect to the substrate surface is preferably 80% or more and 100% or less, and more preferably 90% or more and 100% or less.
浸漬法は、基板を疎水性高分子化合物溶液に接触させた後に、前記疎水性高分子化合物溶液を含まない液に接触させる方法でコーティングを行う。好ましくは、疎水性高分子化合物溶液の溶剤と疎水性高分子化合物を含まない液の溶剤とは、同一の溶剤である。 In the dipping method, coating is performed by bringing the substrate into contact with a hydrophobic polymer solution and then bringing the substrate into contact with a liquid not containing the hydrophobic polymer solution. Preferably, the solvent of the hydrophobic polymer compound solution and the solvent of the liquid not containing the hydrophobic polymer compound are the same solvent.
浸漬法では、疎水性高分子化合物のコーティング用溶剤を適切に選択することで、基板の凹凸、曲率、形状などに依らず基板表面に均一なコーティング厚みの疎水性高分子化合物層が得られる。 In the dipping method, a hydrophobic polymer compound layer having a uniform coating thickness can be obtained on the surface of the substrate by appropriately selecting a solvent for coating the hydrophobic polymer compound, regardless of the unevenness, curvature, and shape of the substrate.
浸漬法のコーティング用溶剤は特に限定されず、疎水性高分子化合物の一部を溶解すれものであれば任意の溶剤を用いることができる。例えば、N,N−ジメチルホルムアミド等のホルムアミド系溶剤、アセトニトリル等のニトリル系溶剤、フェノキシエタノール等のアルコール系溶剤、2−ブタノン等のケトン系溶剤、トルエン等のベンゼン系溶剤などを使用することができるが、これらに限定されない。 The coating solvent for the dipping method is not particularly limited, and any solvent can be used as long as it dissolves a part of the hydrophobic polymer compound. For example, a formamide solvent such as N, N-dimethylformamide, a nitrile solvent such as acetonitrile, an alcohol solvent such as phenoxyethanol, a ketone solvent such as 2-butanone, and a benzene solvent such as toluene can be used. However, it is not limited to these.
基板に接触させる疎水性高分子化合物の溶液は、疎水性高分子化合物が完全に溶解しても、疎水性高分子化合物の不溶解成分を含む懸濁液でもよい。液温は、疎水性高分子化合物の一部が溶解する液体状態であれば特に制限はないが、−20℃以上100℃以下が好ましい。基板を疎水性高分子化合物の溶液に接触させている間に液温を変動させても良い。溶液の疎水性高分子化合物濃度に特に制限はないが、好ましくは0.01%以上30%以下、さらに好ましくは0.1%以上10%以下である。 The solution of the hydrophobic polymer compound to be brought into contact with the substrate may be either a completely dissolved hydrophobic polymer compound or a suspension containing an insoluble component of the hydrophobic polymer compound. The liquid temperature is not particularly limited as long as a part of the hydrophobic polymer compound is dissolved, but is preferably −20 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. The liquid temperature may be varied while the substrate is in contact with the hydrophobic polymer compound solution. Although there is no restriction | limiting in particular in the hydrophobic polymer compound density | concentration of a solution, Preferably it is 0.01% or more and 30% or less, More preferably, it is 0.1% or more and 10% or less.
固体基板を疎水性高分子化合物溶液に接触させる時間は特に制限されないが、好ましくは1秒以上24時間以下、さらに好ましくは3秒以上1時間以下である。 The time for bringing the solid substrate into contact with the hydrophobic polymer solution is not particularly limited, but is preferably 1 second to 24 hours, more preferably 3 seconds to 1 hour.
疎水性高分子化合物を含まない液としては、溶剤自身のSP値(単位:(J/cm3)1/2)と疎水性高分子化合物のSP値との差が、1以上20以下であることが好ましく、3以上15以下であることがさらに好ましい。SP値は、分子間の凝集エネルギー密度の平方根で表され、溶解度パラメーターとも呼ばれる。本発明では、SP値δは下記式で算出した。各官能基の凝集エネルギーEcohとモル容積Vは、Fedorsが規定した値を使用した(R.F.Fedors、Polym.Eng.Sci.、14(2)、P147、P472(1974))。
δ=(ΣEcoh/ΣV)1/2
例として、疎水性高分子化合物および溶剤のSP値を挙げると、ポリメチルメタクリレート-ポリスチレンコポリマー(1:1):21.0に対する溶剤2−フェノキシエタノール:25.3、ポリメチルメタクリレート:20.3に対する溶剤アセトニトリル:22.9、ポリスチレン:21.6に対する溶剤トルエン:18.7である。
As the liquid not containing the hydrophobic polymer compound, the difference between the SP value of the solvent itself (unit: (J / cm 3 ) 1/2 ) and the SP value of the hydrophobic polymer compound is 1 or more and 20 or less. Preferably, it is 3 or more and 15 or less. The SP value is represented by the square root of the cohesive energy density between molecules and is also called a solubility parameter. In the present invention, the SP value δ is calculated by the following formula. As the cohesive energy Ecoh and the molar volume V of each functional group, values defined by Fedors were used (R. F. Fedors, Polym. Eng. Sci., 14 (2), P147, P472 (1974)).
δ = (ΣEcoh / ΣV) 1/2
By way of example, the SP values of hydrophobic polymer compounds and solvents are as follows: Polymethylmethacrylate-polystyrene copolymer (1: 1): for 21.0 Solvent 2-phenoxyethanol: 25.3, for Polymethylmethacrylate: 20.3 Solvent acetonitrile: 22.9, polystyrene: 21.6 with respect to polystyrene: 21.6.
基板を、疎水性高分子化合物を含まない液に接触させる時間は特に制限されないが、好ましくは1秒以上24時間以下、さらに好ましくは3秒以上1時間以下である。液温は、溶剤が液体状態であれば特に制限はないが、−20℃以上100℃以下が好ましい。基板を溶剤に接触させている間に液温を変動させてもよい。揮発させにくい溶剤を使用する場合、溶剤を除去する目的で、該溶媒に接触させた後、互いに溶解する揮発性溶剤で置換してもよい。 The time for contacting the substrate with the liquid not containing the hydrophobic polymer compound is not particularly limited, but is preferably 1 second or longer and 24 hours or shorter, more preferably 3 seconds or longer and 1 hour or shorter. The liquid temperature is not particularly limited as long as the solvent is in a liquid state, but is preferably −20 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. The liquid temperature may be varied while the substrate is in contact with the solvent. When using a solvent that is difficult to volatilize, for the purpose of removing the solvent, the solvent may be replaced with a volatile solvent that dissolves each other after contacting the solvent.
疎水性高分子化合物のコーティング厚さは0.1nm以上500nm以下であり、特に好ましくは1nm以上200nm以下である。 The coating thickness of the hydrophobic polymer compound is 0.1 nm or more and 500 nm or less, and particularly preferably 1 nm or more and 200 nm or less.
本発明のバイオセンサーは、金属表面又は金属膜を疎水性高分子化合物でコーティングしたものであることが好ましい。金属表面あるいは金属膜を構成する金属としては、例えば、表面プラズモン共鳴バイオセンサー用を考えた場合、表面プラズモン共鳴が生じ得るようなものであれば特に限定されない。好ましくは金、銀、銅、アルミニウム、白金等の自由電子金属が挙げられ、特に金が好ましい。それらの金属は単独又は組み合わせて使用することができる。また、上記基板への付着性を考慮して、基板と金属からなる層との間にクロム等からなる介在層を設けてもよい。 The biosensor of the present invention is preferably a metal surface or metal film coated with a hydrophobic polymer compound. The metal constituting the metal surface or metal film is not particularly limited as long as surface plasmon resonance can occur when, for example, a surface plasmon resonance biosensor is considered. Preferred examples include free electron metals such as gold, silver, copper, aluminum, and platinum, with gold being particularly preferred. These metals can be used alone or in combination. In consideration of adhesion to the substrate, an intervening layer made of chromium or the like may be provided between the substrate and the layer made of metal.
金属膜の膜厚は任意であるが、例えば、表面プラズモン共鳴バイオセンサー用を考えた場合、0.1nm以上500nm以下であるのが好ましく、特に1nm以上200nm以下であるのが好ましい。500nmを超えると、媒質の表面プラズモン現象を十分検出することができない。また、クロム等からなる介在層を設ける場合、その介在層の厚さは、0.1nm以上10nm以下であるのが好ましい。 Although the thickness of the metal film is arbitrary, for example, when considering use for a surface plasmon resonance biosensor, it is preferably 0.1 nm or more and 500 nm or less, particularly preferably 1 nm or more and 200 nm or less. If it exceeds 500 nm, the surface plasmon phenomenon of the medium cannot be sufficiently detected. Moreover, when providing the intervening layer which consists of chromium etc., it is preferable that the thickness of the intervening layer is 0.1 to 10 nm.
金属膜の形成は常法によって行えばよく、例えば、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法、電気めっき法、無電解めっき法等によって行うことができる。 The metal film may be formed by a conventional method, for example, sputtering, vapor deposition, ion plating, electroplating, electroless plating, or the like.
金属膜は好ましくは基板上に配置されている。ここで、「基板上に配置される」とは、金属膜が基板上に直接接触するように配置されている場合のほか、金属膜が基板に直接接触することなく、他の層を介して配置されている場合をも含む意味である。本発明で使用することができる基板としては例えば、表面プラズモン共鳴バイオセンサー用を考えた場合、一般的にはBK7等の光学ガラス、あるいは合成樹脂、具体的にはポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマーなどのレーザー光に対して透明な材料からなるものが使用できる。このような基板は、好ましくは、偏光に対して異方性を示さずかつ加工性の優れた材料が望ましい。 The metal film is preferably disposed on the substrate. Here, “arranged on the substrate” means that the metal film is arranged so as to be in direct contact with the substrate, and that the metal film is not directly in contact with the substrate, but through other layers. This also includes the case where they are arranged. As a substrate that can be used in the present invention, for example, when considering use for a surface plasmon resonance biosensor, generally, optical glass such as BK7, or synthetic resin, specifically, polymethyl methacrylate, polyethylene terephthalate, polycarbonate A material made of a material transparent to laser light such as a cycloolefin polymer can be used. Such a substrate is preferably made of a material that does not exhibit anisotropy with respect to polarized light and has excellent processability.
疎水性高分子化合物でコーティングした基板から成るバイオセンサーにおいては、基板の最表面に生理活性物質を固定化することができる官能基として−COOHを有することが好ましい。ここで言う「基板の最表面」とは、「基板から最も遠い側」という意味であり、さらに具体的には、「基板上にコーティングした疎水性高分子化合物中の基板から最も遠い側」という意味である。 In a biosensor comprising a substrate coated with a hydrophobic polymer compound, it is preferable to have —COOH as a functional group capable of immobilizing a physiologically active substance on the outermost surface of the substrate. Here, the “outermost surface of the substrate” means “the side farthest from the substrate”, and more specifically, “the side farthest from the substrate in the hydrophobic polymer compound coated on the substrate”. Meaning.
最表面に−COOH基を導入する方法としては、その前駆体を含有する疎水性高分子を金属表面あるいは金属膜上にコーティングした後、化学処理により最表面に位置する前駆体からそれらの官能基を生成させる方法が挙げられる。例えば−COOCH3基を含有する疎水性高分子化合物であるポリメチルメタクリレートを金属膜上にコーティングした後、その表面をNaOH水溶液(1N)に40℃16時間接触させると、最表面に−COOH基が生成する。 As a method of introducing —COOH groups on the outermost surface, a hydrophobic polymer containing the precursor is coated on a metal surface or a metal film, and then the functional group of the precursor is located on the outermost surface by chemical treatment. The method of producing | generating is mentioned. For example, after coating polymethyl methacrylate, which is a hydrophobic polymer compound containing —COOCH 3 groups, on a metal film, when the surface is brought into contact with an aqueous NaOH solution (1N) at 40 ° C. for 16 hours, —COOH groups are formed on the outermost surface. Produces.
上記のようにして得られたバイオセンサー用表面において、上記の−COOH基を、本発明の方法に従って活性化することによりカルボン酸アミド基を形成し、この活性化されたカルボン酸アミド基を介して生理活性物質を共有結合させることによって、金属表面又は金属膜に生理活性物質を固定化することができる。 In the biosensor surface obtained as described above, the —COOH group is activated according to the method of the present invention to form a carboxylic acid amide group, and through this activated carboxylic acid amide group, Thus, the physiologically active substance can be immobilized on the metal surface or metal film by covalently bonding the physiologically active substance.
本発明のバイオセンサー用表面上に固定される生理活性物質としては、測定対象物と相互作用するものであれば特に限定されず、例えば免疫蛋白質、酵素、微生物、核酸、低分子有機化合物、非免疫蛋白質、免疫グロブリン結合性蛋白質、糖結合性蛋白質、糖を認識する糖鎖、脂肪酸もしくは脂肪酸エステル、あるいはリガンド結合能を有するポリペプチドもしくはオリゴペプチドなどが挙げられる。 The physiologically active substance immobilized on the biosensor surface of the present invention is not particularly limited as long as it interacts with the measurement target, and examples thereof include immune proteins, enzymes, microorganisms, nucleic acids, low molecular organic compounds, non-molecular compounds, and the like. Examples include immune proteins, immunoglobulin-binding proteins, sugar-binding proteins, sugar chains that recognize sugars, fatty acids or fatty acid esters, or polypeptides or oligopeptides having ligand binding ability.
免疫蛋白質としては、測定対象物を抗原とする抗体やハプテンなどを例示することができる。抗体としては、種々の免疫グロブリン、即ちIgG、IgM、IgA、IgE、IgDを使用することができる。具体的には、測定対象物がヒト血清アルブミンであれば、抗体として抗ヒト血清アルブミン抗体を使用することができる。また、農薬、殺虫剤、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌、抗生物質、麻薬、コカイン、ヘロイン、クラック等を抗原とする場合には、例えば抗アトラジン抗体、抗カナマイシン抗体、抗メタンフェタミン抗体、あるいは病原性大腸菌の中でO抗原26、86、55、111 、157 などに対する抗体等を使用することができる。 Examples of immunity proteins include antibodies and haptens that use the measurement target as an antigen. As the antibody, various immunoglobulins, that is, IgG, IgM, IgA, IgE, IgD can be used. Specifically, when the measurement target is human serum albumin, an anti-human serum albumin antibody can be used as the antibody. In addition, when using pesticides, insecticides, methicillin-resistant Staphylococcus aureus, antibiotics, narcotics, cocaine, heroin, cracks, etc. as antigens, for example, anti-atrazine antibodies, anti-kanamycin antibodies, anti-methamphetamine antibodies, or pathogenic E. coli Among them, antibodies against O antigens 26, 86, 55, 111, 157 and the like can be used.
酵素としては、測定対象物又は測定対象物から代謝される物質に対して活性を示すものであれば、特に限定されることなく、種々の酵素、例えば酸化還元酵素、加水分解酵素、異性化酵素、脱離酵素、合成酵素等を使用することができる。具体的には、測定対象物がグルコースであれば、グルコースオキシダーゼを、測定対象物がコレステロールであれば、コレステロールオキシダーゼを使用することができる。また、農薬、殺虫剤、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌、抗生物質、麻薬、コカイン、ヘロイン、クラック等を測定対象物とする場合には、それらから代謝される物質と特異的反応を示す、例えばアセチルコリンエステラーゼ、カテコールアミンエステラーゼ、ノルアドレナリンエステラーゼ、ドーパミンエステラーゼ等の酵素を使用することができる。 The enzyme is not particularly limited as long as it shows activity against the measurement object or a substance metabolized from the measurement object, and various enzymes such as oxidoreductase, hydrolase, isomerase , A desorbing enzyme, a synthesizing enzyme, etc. Specifically, if the measurement object is glucose, glucose oxidase can be used, and if the measurement object is cholesterol, cholesterol oxidase can be used. In addition, when pesticides, insecticides, methicillin-resistant Staphylococcus aureus, antibiotics, narcotics, cocaine, heroin, cracks, etc. are used as measurement objects, they exhibit specific reactions with substances metabolized from them, such as acetylcholinesterase. Enzymes such as catecholamine esterase, noradrenaline esterase and dopamine esterase can be used.
微生物としては、特に限定されることなく、大腸菌をはじめとする種々の微生物を使用することができる。
核酸としては、測定の対象とする核酸と相補的にハイブリダイズするものを使用することができる。核酸は、DNA(cDNAを含む)、RNAのいずれも使用できる。DNAの種類は特に限定されず、天然由来のDNA、遺伝子組換え技術により調製した組換えDNA、又は化学合成DNAの何れでもよい。
低分子有機化合物としては通常の有機化学合成の方法で合成することができる任意の化合物が挙げられる。
The microorganism is not particularly limited, and various microorganisms including Escherichia coli can be used.
As the nucleic acid, one that hybridizes complementarily with the nucleic acid to be measured can be used. As the nucleic acid, either DNA (including cDNA) or RNA can be used. The type of DNA is not particularly limited, and may be any of naturally derived DNA, recombinant DNA prepared by gene recombination technology, or chemically synthesized DNA.
Examples of the low-molecular organic compound include any compound that can be synthesized by an ordinary organic chemical synthesis method.
非免疫蛋白質としては、特に限定されることなく、例えばアビジン(ストレプトアビジン)、ビオチン又はレセプターなどを使用できる。
免疫グロブリン結合性蛋白質としては、例えばプロテインAあるいはプロテインG、リウマチ因子(RF)等を使用することができる。
糖結合性蛋白質としては、レクチン等が挙げられる。
脂肪酸あるいは脂肪酸エステルとしては、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、ステアリン酸エチル、アラキジン酸エチル、ベヘン酸エチル等が挙げられる。
The non-immune protein is not particularly limited, and for example, avidin (streptavidin), biotin or a receptor can be used.
As the immunoglobulin-binding protein, for example, protein A or protein G, rheumatoid factor (RF) and the like can be used.
Examples of sugar-binding proteins include lectins.
Examples of the fatty acid or fatty acid ester include stearic acid, arachidic acid, behenic acid, ethyl stearate, ethyl arachidate, and ethyl behenate.
生理活性物質が抗体や酵素などの蛋白質又は核酸である場合、その固定化は、生理活性物質のアミノ基、チオール基等を利用し、金属表面の官能基に共有結合させることで行うことができる。 When the physiologically active substance is a protein or nucleic acid such as an antibody or an enzyme, the immobilization can be performed by covalently bonding to a functional group on the metal surface using the amino group, thiol group or the like of the physiologically active substance. .
上記のようにして生理活性物質を固定化したバイオセンサーは、当該生理活性物質と相互作用する物質の検出及び/又は測定のために使用することができる。 The biosensor on which a physiologically active substance is immobilized as described above can be used for detection and / or measurement of a substance that interacts with the physiologically active substance.
即ち、本発明によれば、生理活性物質が固定化された本発明のバイオセンサーを用いて、これに被験物質を接触させることにより、該バイオセンサーに固定化されている生理活性物質と相互作用する物質を検出及び/又は測定する方法が提供される。
被験物質としては例えば、上記した生理活性物質と相互作用する物質を含む試料などを使用することができる。
That is, according to the present invention, the biosensor of the present invention on which a physiologically active substance is immobilized is brought into contact with a test substance to thereby interact with the physiologically active substance immobilized on the biosensor. A method of detecting and / or measuring a substance to be provided is provided.
As the test substance, for example, a sample containing a substance that interacts with the above physiologically active substance can be used.
本発明では、バイオセンサー用表面に固定化されている生理活性物質と被験物質との相互作用を非電気化学的方法により検出及び/又は測定することが好ましい。非電気化学的方法としては、表面プラズモン共鳴(SPR)測定技術、水晶発振子マイクロバランス(QCM)測定技術、金のコロイド粒子から超微粒子までの機能化表面を使用した測定技術などが挙げられる。 In the present invention, it is preferable to detect and / or measure the interaction between the physiologically active substance immobilized on the biosensor surface and the test substance by a non-electrochemical method. Non-electrochemical methods include surface plasmon resonance (SPR) measurement technology, quartz crystal microbalance (QCM) measurement technology, measurement technology using functionalized surfaces from gold colloidal particles to ultrafine particles.
本発明の好ましい態様によれば、本発明のバイオセンサーは、例えば、透明基板上に配置される金属膜を備えていることを特徴とする表面プラズモン共鳴用バイオセンサーとして用いることができる。 According to a preferred aspect of the present invention, the biosensor of the present invention can be used as a surface plasmon resonance biosensor characterized by including a metal film disposed on a transparent substrate, for example.
表面プラズモン共鳴用バイオセンサーとは、表面プラズモン共鳴バイオセンサーに使用されるバイオセンサーであって、該センサーより照射された光を透過及び反射する部分、並びに生理活性物質を固定する部分とを含む部材を言い、該センサーの本体に固着されるものであってもよく、また脱着可能なものであってもよい。 The surface plasmon resonance biosensor is a biosensor used in the surface plasmon resonance biosensor, and includes a part that transmits and reflects light emitted from the sensor, and a part that fixes a physiologically active substance. And may be fixed to the main body of the sensor or may be removable.
表面プラズモン共鳴の現象は、ガラス等の光学的に透明な物質と金属薄膜層との境界から反射された単色光の強度が、金属の出射側にある試料の屈折率に依存することによるものであり、従って、反射された単色光の強度を測定することにより、試料を分析することができる。 The phenomenon of surface plasmon resonance is due to the fact that the intensity of monochromatic light reflected from the boundary between an optically transparent substance such as glass and the metal thin film layer depends on the refractive index of the sample on the metal exit side. Yes, so the sample can be analyzed by measuring the intensity of the reflected monochromatic light.
表面プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、被測定物質の特性を分析する表面プラズモン測定装置としては、Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙げられる(例えば特開平6−167443号公報参照)。上記の系を用いる表面プラズモン測定装置は基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されて試料液などの被測定物質に接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して表面プラズモン共鳴の状態、つまり全反射減衰の状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。 As a surface plasmon measuring device for analyzing the characteristics of a substance to be measured using a phenomenon in which surface plasmons are excited by light waves, an apparatus using a system called Kretschmann arrangement can be cited (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-167443). See the official gazette). A surface plasmon measuring apparatus using the above system basically includes a dielectric block formed in a prism shape, for example, and a metal film formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with a substance to be measured such as a sample liquid. A light source that generates a light beam; an optical system that causes the light beam to enter the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at an interface between the dielectric block and the metal film; and It comprises light detecting means for detecting the surface plasmon resonance state, that is, the state of total reflection attenuation by measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface.
なお上述のように種々の入射角を得るためには、比較的細い光ビームを入射角を変化させて上記界面に入射させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記界面に収束光状態であるいは発散光状態で入射させてもよい。前者の場合は、入射した光ビームの入射角の変化に従って、反射角が変化する光ビームを、上記反射角の変化に同期して移動する小さな光検出器によって検出したり、反射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサによって検出することができる。一方後者の場合は、種々の反射角で反射した各光ビームを全て受光できる方向に延びるエリアセンサによって検出することができる。 In order to obtain various incident angles as described above, a relatively thin light beam may be incident on the interface by changing the incident angle, or a component incident on the light beam at various angles is included. As described above, a relatively thick light beam may be incident on the interface in a convergent light state or a divergent light state. In the former case, a light beam whose reflection angle changes according to the change in the incident angle of the incident light beam is detected by a small photodetector that moves in synchronization with the change in the reflection angle, or the direction in which the reflection angle changes Can be detected by an area sensor extending along the line. On the other hand, in the latter case, it can be detected by an area sensor extending in a direction in which each light beam reflected at various reflection angles can be received.
上記構成の表面プラズモン測定装置において、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角で入射させると、該金属膜に接している被測定物質中に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属膜と被測定物質との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立しているとき、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行するので、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。この光強度の低下は、一般に上記光検出手段により暗線として検出される。なお上記の共鳴は、入射ビームがp偏光のときにだけ生じる。したがって、光ビームがp偏光で入射するように予め設定しておく必要がある。 In the surface plasmon measuring apparatus having the above configuration, when a light beam is incident on a metal film at a specific incident angle that is greater than the total reflection angle, an evanescent wave having an electric field distribution is generated in the substance to be measured in contact with the metal film. The evanescent wave excites surface plasmons at the interface between the metal film and the substance to be measured. When the wave number vector of the evanescent light is equal to the wave number of the surface plasmon and the wave number matching is established, both are in a resonance state, and the light energy is transferred to the surface plasmon. The intensity of the reflected light decreases sharply. This decrease in light intensity is generally detected as a dark line by the light detection means. The resonance described above occurs only when the incident beam is p-polarized light. Therefore, it is necessary to set in advance so that the light beam is incident as p-polarized light.
この全反射減衰(ATR)が生じる入射角、すなわち全反射減衰角(θSP)より表面プラズモンの波数が分かると、被測定物質の誘電率が求められる。この種の表面プラズモン測定装置においては、全反射減衰角(θSP)を精度良く、しかも大きなダイナミックレンジで測定することを目的として、特開平11−326194号公報に示されるように、アレイ状の光検出手段を用いることが考えられている。この光検出手段は、複数の受光素子が所定方向に配設されてなり、前記界面において種々の反射角で全反射した光ビームの成分をそれぞれ異なる受光素子が受光する向きにして配設されたものである。 If the wave number of the surface plasmon is known from the incident angle at which this total reflection attenuation (ATR) occurs, that is, the total reflection attenuation angle (θSP), the dielectric constant of the substance to be measured can be obtained. In this type of surface plasmon measurement apparatus, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-326194, in order to measure the total reflection attenuation angle (θSP) with high accuracy and a large dynamic range, It is considered to use detection means. This light detection means is provided with a plurality of light receiving elements arranged in a predetermined direction, and arranged so that different light receiving elements receive light beam components totally reflected at various reflection angles at the interface. Is.
そしてその場合は、上記アレイ状の光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の配設方向に関して微分する微分手段が設けられ、この微分手段が出力する微分値に基づいて全反射減衰角(θSP)を特定し、被測定物質の屈折率に関連する特性を求めることが多い。 In that case, there is provided differential means for differentiating the light detection signals output from the light receiving elements of the arrayed light detection means with respect to the arrangement direction of the light receiving elements, and based on the differential value output by the differential means. In many cases, the total reflection attenuation angle (θSP) is specified to obtain a characteristic related to the refractive index of the substance to be measured.
また、全反射減衰(ATR)を利用する類似の測定装置として、例えば「分光研究」第47巻 第1号(1998)の第21〜23頁および第26〜27頁に記載がある漏洩モード測定装置も知られている。この漏洩モード測定装置は基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形成されて、試料液に接触させられる光導波層と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを上記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックとクラッド層との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して導波モードの励起状態、つまり全反射減衰状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。 Moreover, as a similar measuring device using total reflection attenuation (ATR), for example, “Spectroscopic Research” Vol. 47, No. 1, (1998), pages 21 to 23 and pages 26 to 27 are described. Devices are also known. This leakage mode measuring device is basically a dielectric block formed in a prism shape, for example, a clad layer formed on one surface of the dielectric block, and formed on the clad layer to be in contact with the sample liquid. Optical waveguide layer to be generated, a light source for generating a light beam, and the light beam to the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the cladding layer. The optical system includes an incident optical system and light detection means for detecting the excitation state of the waveguide mode, that is, the total reflection attenuation state by measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface.
上記構成の漏洩モード測定装置において、光ビームを誘電体ブロックを通してクラッド層に対して全反射角以上の入射角で入射させると、このクラッド層を透過した後に光導波層においては、ある特定の波数を有する特定入射角の光のみが導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層に取り込まれるので、上記界面で全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。そして導波光の波数は光導波層の上の被測定物質の屈折率に依存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知ることによって、被測定物質の屈折率や、それに関連する被測定物質の特性を分析することができる。 In the leakage mode measuring apparatus having the above-described configuration, when a light beam is incident on the cladding layer through the dielectric block at an incident angle greater than the total reflection angle, the light waveguide layer transmits a specific wave number after passing through the cladding layer. Only light having a specific incident angle having a wave length propagates in the waveguide mode. When the waveguide mode is excited in this way, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer, resulting in total reflection attenuation in which the intensity of light totally reflected at the interface is sharply reduced. Since the wave number of guided light depends on the refractive index of the substance to be measured on the optical waveguide layer, knowing the specific incident angle at which total reflection attenuation occurs, the refractive index of the substance to be measured and the measurement object related thereto The properties of the substance can be analyzed.
なおこの漏洩モード測定装置においても、全反射減衰によって反射光に生じる暗線の位置を検出するために、前述したアレイ状の光検出手段を用いることができ、またそれと併せて前述の微分手段が適用されることも多い。 In this leakage mode measuring apparatus, the above-mentioned array-shaped light detecting means can be used to detect the position of the dark line generated in the reflected light due to the total reflection attenuation, and the above-described differentiating means is applied in conjunction therewith. Often done.
また、上述した表面プラズモン測定装置や漏洩モード測定装置は、創薬研究分野等において、所望のセンシング物質に結合する特定物質を見いだすランダムスクリーニングへ使用されることがあり、この場合には前記薄膜層(表面プラズモン測定装置の場合は金属膜であり、漏洩モード測定装置の場合はクラッド層および光導波層)上に上記被測定物質としてセンシング物質を固定し、該センシング物質上に種々の被検体が溶媒に溶かされた試料液を添加し、所定時間が経過する毎に前述の全反射減衰角(θSP)の角度を測定している。 In addition, the surface plasmon measurement device and the leakage mode measurement device described above may be used for random screening to find a specific substance that binds to a desired sensing substance in the field of drug discovery research. In this case, the thin film layer A sensing substance is fixed on the sensing substance on the sensing substance (a metal film in the case of a surface plasmon measuring apparatus, a clad layer and an optical waveguide layer in the case of a leakage mode measuring apparatus), and various analytes are placed on the sensing substance. A sample solution dissolved in a solvent is added, and the total reflection attenuation angle (θSP) is measured every time a predetermined time elapses.
試料液中の被検体が、センシング物質と結合するものであれば、この結合によりセンシング物質の屈折率が時間経過に伴って変化する。したがって、所定時間経過毎に上記全反射減衰角(θSP)を測定し、該全反射減衰角(θSP)の角度に変化が生じているか否か測定することにより、被検体とセンシング物質の結合状態を測定し、その結果に基づいて被検体がセンシング物質と結合する特定物質であるか否かを判定することができる。このような特定物質とセンシング物質との組み合わせとしては、例えば抗原と抗体、あるいは抗体と抗体が挙げられる。具体的には、ウサギ抗ヒトIgG抗体をセンシング物質として薄膜層の表面に固定し、ヒトIgG抗体を特定物質として用いることができる。 If the analyte in the sample liquid binds to the sensing substance, the refractive index of the sensing substance changes with time due to this binding. Therefore, by measuring the total reflection attenuation angle (θSP) every predetermined time and measuring whether or not the total reflection attenuation angle (θSP) has changed, the binding state of the analyte and the sensing substance is determined. It is possible to determine whether or not the analyte is a specific substance that binds to the sensing substance based on the result. Examples of the combination of the specific substance and the sensing substance include an antigen and an antibody, or an antibody and an antibody. Specifically, a rabbit anti-human IgG antibody can be immobilized on the surface of the thin film layer as a sensing substance, and a human IgG antibody can be used as the specific substance.
なお、被検体とセンシング物質の結合状態を測定するためには、全反射減衰角(θSP)の角度そのものを必ずしも検出する必要はない。例えばセンシング物質に試料液を添加し、その後の全反射減衰角(θSP)の角度変化量を測定して、その角度変化量の大小に基づいて結合状態を測定することもできる。前述したアレイ状の光検出手段と微分手段を全反射減衰を利用した測定装置に適用する場合であれば、微分値の変化量は、全反射減衰角(θSP)の角度変化量を反映しているため、微分値の変化量に基づいて、センシング物質と被検体との結合状態を測定することができる(本出願人による特願2000−398309号参照)。このような全反射減衰を利用した測定方法および装置においては、底面に予め成された薄膜層上にセンシング物質が固定されたカップ状あるいはシャーレ状の測定チップに、溶媒と被検体からなる試料液を滴下供給して、上述した全反射減衰角(θSP)の角度変化量の測定を行っている。 Note that, in order to measure the binding state between the subject and the sensing substance, it is not always necessary to detect the angle of the total reflection attenuation angle (θSP) itself. For example, a sample solution can be added to the sensing substance, and the amount of change in the total reflection attenuation angle (θSP) thereafter can be measured, and the binding state can be measured based on the magnitude of the amount of change in angle. If the above-described arrayed light detecting means and differentiating means are applied to a measuring apparatus using total reflection attenuation, the change amount of the differential value reflects the angle change amount of the total reflection attenuation angle (θSP). Therefore, the binding state between the sensing substance and the analyte can be measured based on the amount of change in the differential value (see Japanese Patent Application No. 2000-398309 by the present applicant). In such a measurement method and apparatus using total reflection attenuation, a sample liquid consisting of a solvent and an analyte is placed on a cup-shaped or petri-shaped measuring chip in which a sensing substance is fixed on a thin film layer formed in advance on the bottom surface. The amount of change in angle of the total reflection attenuation angle (θSP) described above is measured.
さらに、ターンテーブル等に搭載された複数個の測定チップの測定を順次行うことにより、多数の試料についての測定を短時間で行うことができる全反射減衰を利用した測定装置が、特開2001−330560号公報に記載されている。 Furthermore, a measuring apparatus using total reflection attenuation capable of measuring a large number of samples in a short time by sequentially measuring a plurality of measuring chips mounted on a turntable or the like is disclosed in JP-A-2001-2001. No. 330560.
本発明のセンサーチップを表面プラズモン共鳴分析に使用する場合、上記したような各種の表面プラズモン測定装置の一部として適用することができる。
以下の実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
When the sensor chip of the present invention is used for surface plasmon resonance analysis, it can be applied as a part of various surface plasmon measuring devices as described above.
The following examples further illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited to these examples.
実施例1:
本実施例は、金表面に塗布した疎水性ポリマー表面に存在するカルボキシル基に対し、各種の活性化剤を作用させた場合の、活性エステルの寿命を調べたものである。
Example 1:
In this example, the lifetime of the active ester was examined when various activators were allowed to act on the carboxyl group present on the surface of the hydrophobic polymer applied to the gold surface.
(1)金表面基板の作製
縦8mm×横80mm×厚さ0.5mmのガラス基板に、平行平板型6インチ用スパッタ装置(アルバック(株)社製SH−550)を用いて基板上にクロムの厚さが1nm、
さらにクロム上に金の厚さが50nmになるようにスパッタ製膜を行った。この基板をModel-208UV-オゾンクリーニングシステム(TECHNOVISION INC.)で30分処理し、金表面基板を作製した。
(1) Production of Gold Surface Substrate Chrome on a substrate using a parallel plate type 6-inch sputtering apparatus (SH-550 manufactured by ULVAC, Inc.) on a glass substrate having a length of 8 mm, a width of 80 mm, and a thickness of 0.5 mm. The thickness of 1 nm,
Further, a sputter film was formed on chromium so that the thickness of gold was 50 nm. This substrate was treated with Model-208UV-ozone cleaning system (TECHNOVISION INC.) For 30 minutes to produce a gold surface substrate.
(2)塗布液調製
ポリ(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-トリデカフルオロオクチルアクリレート)-ポリ(ベンジルメタクリレート)コポリマー(モノマー重量比4/6、重量平均分子量3万、以降ポリマーAと略記)1.5gをメチルイソブチルケトンに溶解し、液量が100mLになるようにメチルイソブチルケトンを添加した。このポリマーA溶液を0.45μmフィルターで濾過し塗布液Aを調製した。メチルイソブチルケトンは予めモレキュラーシーブス4A 1/16で16時間脱水処置したものを使用した。
(2) Preparation of coating solution Poly (3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridecafluorooctyl acrylate) -poly (benzyl methacrylate) copolymer (monomer weight 1.5 g was dissolved in methyl isobutyl ketone, and methyl isobutyl ketone was added so that the liquid volume became 100 mL. The polymer A solution was filtered through a 0.45 μm filter to prepare a coating solution A. Methyl isobutyl ketone was dehydrated for 16 hours in advance with Molecular Sieves 4A 1/16.
(3)ポリマーAコーティングチップの作製
前記基板を縦40mm×横120mm×深さ20mmの密閉構造を有するアルミニウム容器内にセットした。このアルミニウム容器を密閉式インナーカップを有するスピンコート機(MODEL SC408(特)、ナノテック社製)のインナーカップ上にガラス基板が中心から135mmの位置に円弧の接線方向が長軸となるよう固定した。マイクロピペットを用いてこのガラス基板上に塗布液Aを100μL滴下し、ガラス基板全面を塗布液Aで被覆した。アルミニウム容器を密閉し、200rpm回転させ、60秒間に停止した。基板は5分間密閉容器中に静置した後、密閉容器から取り出し室温で一晩常圧乾燥させ、ポリマーAコーティングチップを得た。
(3) Production of Polymer A Coating Chip The substrate was set in an aluminum container having a sealed structure of 40 mm length × 120 mm width × 20 mm depth. This aluminum container was fixed on the inner cup of a spin coater (MODEL SC408 (special), manufactured by Nanotech Co., Ltd.) having a hermetically sealed inner cup so that the tangential direction of the arc is the major axis at a position 135 mm from the center. . Using a micropipette, 100 μL of coating solution A was dropped on this glass substrate, and the entire glass substrate was coated with coating solution A. The aluminum container was sealed, rotated at 200 rpm, and stopped for 60 seconds. The substrate was allowed to stand in a sealed container for 5 minutes, then removed from the sealed container and dried at room temperature overnight at normal pressure to obtain a polymer A coated chip.
(4)バイオセンサーチップの作製
上記のように作成したポリマーAコーティングチップを60℃に保温した1N NaOH水溶液に2時間浸漬した後、純水の流水中で洗浄し、ポリマーAコーティング層表面にCOOH基が導入されたバイオセンサーチップを作製した。基板中央部を横方向に0.1mm間隔で幅75mmの膜厚分布をエリプソメトリー法(In-Situ Ellipsometer MAUS-101、ファイブラボ社製)により行ったところ、平均膜厚20nmであった。センサーチップのポリマーA層を走査電子顕微鏡(S-5200、日立ハイテクノロジース(株)社製)を
用いて加速電圧0.5kVで表面観察を行ったところ、ポリマーA層に欠陥は検出されなかった。
(4) Preparation of biosensor chip The polymer A coating chip prepared as described above was immersed in a 1N NaOH aqueous solution kept at 60 ° C. for 2 hours, then washed in running pure water, and COOH was applied to the surface of the polymer A coating layer. A biosensor chip into which a group was introduced was produced. When the film thickness distribution with a width of 75 mm at intervals of 0.1 mm in the center of the substrate was measured by ellipsometry (In-Situ Ellipsometer MAUS-101, manufactured by Fibravo), the average film thickness was 20 nm. When the surface of the polymer A layer of the sensor chip was observed with a scanning electron microscope (S-5200, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) at an acceleration voltage of 0.5 kV, no defects were detected in the polymer A layer. It was.
(5)活性化剤の性能評価(活性エステルの寿命)
25℃に保った実験室中で、化合物1の塩酸塩(同仁化学)とエステル形成化合物(化合物4〜19、あるいはNHSのいずれか)を各々1mMずつになるよう超純水(MilliQ)に溶解した。この溶液に、(4)で作成したセンサーチップを浸漬させた後、25℃の条件下で、1時間、4時間、16時間後のセンサーチップを超純水で5回水洗した後、蛍光色素であるCy-5-Hydrazide(Amersham製)の水溶液(0.50mg/L)に30分間浸漬した。このセンサーチップを超純水で5回水洗し、未反応のCy-5-Hydrazideをセンサーチップ表面から除去した後、フルオロイメージアナライザー(FLA8000、富士写真フイルム社製)を用いて、センサーチップ表面の蛍光強度の相対値を比較した(励起波長635nm、測定波長675nm)。センサーチップ表面の活性エステルがCy-5-Hydrazideと反応した場合にのみ、センサーチップ表面の蛍光が観察されるため、本手法は活性エステルの寿命を評価する有効な手法となる。得られた結果を表1に示す。
(5) Performance evaluation of activator (active ester lifetime)
In a laboratory maintained at 25 ° C., dissolve the hydrochloride salt of Compound 1 (Dojin Chemical) and the ester-forming compound (Compounds 4 to 19 or NHS) in ultrapure water (MilliQ) to 1 mM each. did. After immersing the sensor chip prepared in (4) in this solution, the sensor chip after 1 hour, 4 hours, and 16 hours was washed with ultrapure water 5 times at 25 ° C. Was immersed in an aqueous solution (0.50 mg / L) of Cy-5-Hydrazide (manufactured by Amersham) for 30 minutes. This sensor chip is washed with ultrapure water five times, and unreacted Cy-5-Hydrazide is removed from the sensor chip surface. Then, using a fluoro image analyzer (FLA8000, manufactured by Fuji Photo Film Co., Ltd.), The relative values of fluorescence intensity were compared (excitation wavelength: 635 nm, measurement wavelength: 675 nm). Since the fluorescence on the sensor chip surface is observed only when the active ester on the sensor chip surface reacts with Cy-5-Hydrazide, this method is an effective method for evaluating the lifetime of the active ester. The obtained results are shown in Table 1.
比較例であるNHSエステル(試料No.17)は、反応後16時間には完全に活性を失っていたのに対し、化合物4〜19を用いた本発明(試料No.1〜16)では、16時間後でも活性を維持していることが示された。 The NHS ester (sample No. 17), which is a comparative example, completely lost activity 16 hours after the reaction, whereas in the present invention (samples No. 1 to 16) using compounds 4 to 19, It was shown that the activity was maintained even after 16 hours.
実施例2
本実施例は、金表面に塗布した疎水性ポリマー表面に存在するカルボキシル基に対し、各種の活性化剤を作用させた場合の、バイオセンサーチップとしての性能を調べたものである。
Example 2
In this example, the performance as a biosensor chip when various activators are allowed to act on the carboxyl group present on the surface of the hydrophobic polymer applied to the gold surface is examined.
(1)非特異吸着防止性能
実施例1の(1)〜(4)の操作に従い、センサーチップを作成した。作成したセンサーチップに、1mMの化合物1、および1mMのエステル形成化合物(化合物4〜19、あるいはNHSのいずれか)を含む水溶液液を30分接触させ、次に50mM酢酸バッファー(pH4.5、ビアコア社製)で洗浄した。次に、エタノールアミン・HCl溶液(1M、pH8.5)を30分間接触させた後、50mM酢酸バッファー(pH4.5)で洗浄することにより、表面COOH基をブロックした。上記の手順で作成したセンサーチップをそれぞれ表面プラズモン共鳴測定装置(Applied Spectroscopy、 42(8)、 1375-1379(1988)の図5に記載のSPR共鳴装置)にセットした。センサーチップをセットする位置は、レーザー光の当たる中心位置が縦方向は中央に、横方向は端部から40mmの位置にセットした。チップ上にはポリプロピレン製の部材を被せることにより、幅(縦方向)1mm、長さ(横方法)7.5mm、深さ1mmのセルを作成した。測定セル内をHBS-EPバッファーで満たし、測定を開始した。なお、HBS-EPバッファーの組成は、HEPES(N-2-Hydroxyethylpiperazine-N'-2-ethanesulfonicAcid)0.01mol/l(pH7.4)、NaCl0.15mol/l、EDTA 0.003mol/l、Surfactant P20 0.005重量%である。セル内をBSA溶液(2mg/ml、HBS-EPバッファー(ビアコア社製、pH7.4))あるいはアビジン溶液(2mg/ml、HBS-EPバッファー)に置き換え、10分間静置した。その後、HBS-EPバッファーで洗浄し、3分後の共鳴シグナル(RU値)変化量を測定した。各蛋白質添加前に対するバッファー洗浄3分後の変化量を各蛋白質の非特異吸着量とし、未修飾金表面基板(試料No.35)での変化量に対する相対値で評価した。
(1) Non-specific adsorption preventing performance A sensor chip was prepared according to the operations of (1) to (4) of Example 1. The prepared sensor chip is brought into contact with an aqueous solution containing 1 mM of Compound 1 and 1 mM of an ester-forming compound (compounds 4 to 19 or NHS) for 30 minutes, and then 50 mM acetate buffer (pH 4.5, Biacore). Washed by the company). Next, after contacting with ethanolamine / HCl solution (1M, pH 8.5) for 30 minutes, the surface COOH groups were blocked by washing with 50 mM acetate buffer (pH 4.5). Each of the sensor chips prepared by the above procedure was set on a surface plasmon resonance measuring apparatus (Applied Spectroscopy, SPR resonance apparatus described in FIG. 5 of 42 (8), 1375-1379 (1988)). The sensor chip was set at a center position where the laser light hits in the center in the vertical direction and 40 mm from the end in the horizontal direction. By covering the chip with a polypropylene member, a cell having a width (vertical direction) of 1 mm, a length (horizontal method) of 7.5 mm, and a depth of 1 mm was produced. The measurement cell was filled with HBS-EP buffer and measurement was started. The composition of the HBS-EP buffer is as follows: HEPES (N-2-Hydroxyethylpiperazine-N'-2-ethanesulfonic Acid) 0.01 mol / l (pH 7.4), NaCl 0.15 mol / l, EDTA 0.003 mol / l, Surfactant P20 0.005 % By weight. The inside of the cell was replaced with a BSA solution (2 mg / ml, HBS-EP buffer (Biacore, pH 7.4)) or an avidin solution (2 mg / ml, HBS-EP buffer) and allowed to stand for 10 minutes. Thereafter, the plate was washed with HBS-EP buffer, and the amount of change in resonance signal (RU value) after 3 minutes was measured. The amount of change after 3 minutes of buffer washing before the addition of each protein was defined as the amount of non-specific adsorption of each protein, and evaluated by a relative value with respect to the amount of change on the unmodified gold surface substrate (sample No. 35).
(2)蛋白質・検体化合物間の相互作用
センサーチップにニュートラルアビジン(PIERCE製)を固定化し、D-ビオチン(ナカライテスク製)との相互作用測定を以下の方法で行った。
(2) Interaction between protein and analyte compound Neutral avidin (PIERCE) was immobilized on a sensor chip, and interaction with D-biotin (Nacalai Tesque) was measured by the following method.
実施例1の(1)〜(4)の操作に従い、センサーチップを作成した。作成したセンサーチップに、0.1mMの化合物1、および0.1mMのエステル形成化合物(化合物4〜19、あるいはNHSのいずれか)を含む水溶液液を30分接触させ、次にHBS-Nバッファー(ビアコア社製、pH7.4)で洗浄した。なお、HBS-Nバッファーの組成は、HEPES(N-2-Hydroxyethylpiperazine-N'-2-ethanesulfonicAcid)0.01mol/l(pH7.4)、NaCl0.15mol/lである。次にセンサーチップを本発明の表面プラズモン共鳴装置に設置した。センサーチップをセットする位置は、レーザー光の当たる中心位置が縦方向は中央に、横方向は端部から40mmの位置にセットした。チップ上にはポリプロピレン製の部材を被せることにより、幅(縦方向)1mm、長さ(横方法)7.5mm、深さ1mmのセルを作成した。セル内をニュートラルアビジン溶液(100μg/ml、HBS-Nバッファー)に置換し、30分静置後、HBS-Nバッファーに置換した。以上の操作により、N-アビジンをセンサーチップ表面に共有結合で固定化した。 A sensor chip was prepared according to the operations of (1) to (4) of Example 1. The prepared sensor chip is contacted with an aqueous solution containing 0.1 mM of Compound 1 and 0.1 mM of an ester-forming compound (Compounds 4 to 19 or NHS) for 30 minutes, and then HBS-N buffer (Biacore) And pH 7.4). The composition of the HBS-N buffer is HEPES (N-2-Hydroxyethylpiperazine-N′-2-ethanesulfonic Acid) 0.01 mol / l (pH 7.4) and NaCl 0.15 mol / l. Next, the sensor chip was installed in the surface plasmon resonance apparatus of the present invention. The sensor chip was set at a center position where the laser light hits in the center in the vertical direction and 40 mm from the end in the horizontal direction. By covering the chip with a polypropylene member, a cell having a width (longitudinal direction) of 1 mm, a length (horizontal method) of 7.5 mm, and a depth of 1 mm was produced. The inside of the cell was replaced with a neutral avidin solution (100 μg / ml, HBS-N buffer), allowed to stand for 30 minutes, and then replaced with HBS-N buffer. Through the above operation, N-avidin was immobilized on the sensor chip surface by covalent bond.
NHSエステル化されたセンサーチップ(試料No.34)について、ニュートラルアビジンの添加前と添加後HBS-Nバッファー置換終了から3分後の共鳴シグナル(RU値)変化量を結合量の基準として、化合物4〜19によりエステル化されたセンサーチップ(試料No.18〜33)のニュートラルアビジンの添加前と添加後HBS-Nバッファー置換終了から3分後の共鳴シグナル(RU値)変化量(すなわちニュートラルアビジンの結合量)を、相対値で評価した。 For the NHS esterified sensor chip (sample No. 34), the compound was determined using the amount of change in resonance signal (RU value) before and after neutral avidin addition and 3 minutes after the completion of HBS-N buffer substitution as a reference for the amount of binding. Resonance signal (RU value) change amount (ie, neutral avidin) after addition of neutral avidin of sensor chip (sample Nos. 18 to 33) esterified by 4 to 19 and 3 minutes after completion of HBS-N buffer substitution after addition The amount of binding) was evaluated as a relative value.
その後、セル内をエタノールアミン・HCl溶液(1M、pH8.5)に置換後、HBS-Nバッファーに置換することにより、ニュートラルアビジンと反応せずに残存したCOOH基をブロックした。 次に、セル内をD-ビオチン(1μg/ml、HBS-Nバッファー)に置換し、10分間静置後、HBS-Nバッファーに置換した。 Thereafter, the inside of the cell was replaced with an ethanolamine / HCl solution (1M, pH 8.5), and then replaced with an HBS-N buffer to block COOH groups remaining without reacting with neutral avidin. Next, the inside of the cell was replaced with D-biotin (1 μg / ml, HBS-N buffer), allowed to stand for 10 minutes, and then replaced with HBS-N buffer.
NHSエステル化されたセンサーチップ(試料No.34)について、D-ビオチンの添加前と洗浄実施の3分後の共鳴シグナル(RU値)変化量を結合量の基準として、化合物4〜19によりエステル化されたセンサーチップ(試料No.18〜33)のD-ビオチンの添加前と洗浄実施の3分後の共鳴シグナル(RU値)変化量(すなわちD-ビオチンの結合量)を、相対値で評価した。得られた結果を表2に示す。 NHS esterified sensor chip (sample No. 34) was esterified with compounds 4-19 using the amount of change in resonance signal (RU value) before addition of D-biotin and 3 minutes after washing as a reference for the amount of binding. The amount of change in the resonance signal (RU value) (ie, the amount of D-biotin binding) before addition of D-biotin and 3 minutes after the washing of the sensor chip (sample Nos. 18 to 33) was expressed as a relative value. evaluated. The obtained results are shown in Table 2.
比較例であるNHSエステル化されたセンサーチップをエタノールアミンと反応させた場合(試料No.34)は、未修飾金表面(試料No.35)と比較すると、非特異吸着防止能を有しているものの、その程度は充分ではない。これに対し、本発明である、化合物4〜19により活性化されたセンサーチップをエタノールアミンと反応させた場合(試料No.18〜33)は、充分な非特異吸着防止能を有していることが示された。 When the NHS esterified sensor chip, which is a comparative example, is reacted with ethanolamine (sample No. 34), it has a non-specific adsorption preventing ability compared with the unmodified gold surface (sample No. 35). However, the degree is not enough. On the other hand, when the sensor chip activated by the compounds 4 to 19, which is the present invention, is reacted with ethanolamine (sample No. 18 to 33), it has sufficient non-specific adsorption preventing ability. It was shown that.
一方、センサーチップ表面のカルボン酸を活性化し、アミド結合を介してニュートラルアビジンを結合させる実験では、比較例であるEDC/NHSにより活性化されたセンサーチップをニュートラルアビジンと反応させた場合(試料No.34)と比較して、本発明である、化合物4〜19によりエステル化されたセンサーチップをニュートラルアビジンと反応させた場合(試料No.18〜33)は、より多くのニュートラルアビジンをアミド結合を介して固定化することが可能となり、結果的に、より多くのD-ビオチンを検出可能であることが示された。
On the other hand, in the experiment of activating the carboxylic acid on the surface of the sensor chip and binding neutral avidin via an amide bond, the sensor chip activated by EDC / NHS as a comparative example was reacted with neutral avidin (sample No. .34), when the sensor chip esterified with compounds 4 to 19 according to the present invention is reacted with neutral avidin (sample No. 18 to 33), more neutral avidin is bonded with an amide bond. As a result, it was shown that more D-biotin can be detected.
Claims (19)
The method according to claim 17 or 18, wherein a substance that interacts with a physiologically active substance is detected or measured by surface plasmon resonance analysis.
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