JP2006090948A - Screening method using biosensor - Google Patents

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信彦 小倉
Katsumi Hayashi
克巳 林
Toshihide Ezoe
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method carrying out screening materials to be examined by detecting or measuring a material which interacts with a physiologically active substance immobilized on a biosensor, and by analyzing the influence of the material on the biological activity of the physiologically active substance. <P>SOLUTION: The method for screening the materials to be examined comprises a step (1) of bringing the materials to be examined to contact with the biosensor, on which the physiologically active substance is immobilized and detecting the material to be examined which interacts with the physiologically active substance, by using a surface plasmon resonance analysis or a local plasmon resonance analysis; and a step (2) of measuring the biological activity of the physiologically active substance under the presence of the material to be examined. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、バイオセンサーを用いたスクリーニング方法に関する。より詳細には、本発明は、バイオセンサーに固定化した生理活性物質と相互作用する物質の検出または測定と、該生理活性物質の生物学的活性の測定の両方を行うことを特徴とする、被験物質のスクリーニング方法に関する。   The present invention relates to a screening method using a biosensor. More specifically, the present invention is characterized in that both detection or measurement of a substance that interacts with a physiologically active substance immobilized on a biosensor and measurement of biological activity of the physiologically active substance are performed. The present invention relates to a test substance screening method.

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.

表面プラズモン共鳴(SPR)分析において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。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)。   A measurement chip generally used in surface plasmon resonance (SPR) analysis includes a transparent substrate (for example, glass), a deposited metal film, and a thin film having a functional group capable of immobilizing a physiologically active substance thereon. A physiologically active substance is immobilized on the metal surface via a functional group. The interaction between biomolecules is analyzed by measuring a specific binding reaction between the physiologically active substance and the analyte substance. 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).

上記の通り、従来の表面プラズモン共鳴(SPR)測定においては、測定チップに固定化された生理活性物質と相互作用する物質の検出または測定が行われていたが、該生理活性物質の生物学的活性の測定を行われていなかったため、生理活性物質と相互作用する物質が、該生理活性物質の生物学的活性に影響を及ぼすかどうかを分析することはできなかった。   As described above, in the conventional surface plasmon resonance (SPR) measurement, a substance that interacts with a physiologically active substance immobilized on a measurement chip has been detected or measured. Since the activity was not measured, it was not possible to analyze whether a substance that interacts with the physiologically active substance affects the biological activity of the physiologically active substance.

特許第2815120号Japanese Patent No. 2815120 特開平9−264843号JP-A-9-264843

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、バイオセンサーに固定化した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とともに、該物質が生理活性物質の生物学的活性に及ぼす影響を分析することによって、被験物質をスクリーニングする方法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, the present invention detects or measures a substance that interacts with a physiologically active substance immobilized on a biosensor, and analyzes the influence of the substance on the biological activity of the physiologically active substance, thereby analyzing the test substance. Providing a screening method was an issue to be solved.

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、生理活性物質を基板に固定化したバイオセンサーを用いて該生理活性物質と相互作用する物質の検出または測定を行い、さらに該生理活性物質の生物学的活性の測定を行うことによって被験物質をスクリーニングすることで上記課題を解決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 detected or measured a substance that interacts with the physiologically active substance using a biosensor in which the physiologically active substance is immobilized on a substrate. The present inventors have found that the above problem can be solved by screening a test substance by measuring the biological activity of the physiologically active substance, and have completed the present invention.

即ち、本発明によれば、(1)生理活性物質を基板に固定化したバイオセンサーに被験物質を接触させることにより、該生理活性物質と相互作用する被験物質を表面プラズモン共鳴分析又はローカルプラズモン共鳴分析により検出する工程;及び
(2)該被験物質の存在下において該生理活性物質の生物学的活性の測定を行う工程:
を含む、被験物質のスクリーニング方法が提供される。
That is, according to the present invention, (1) by bringing a test substance into contact with a biosensor in which a physiologically active substance is immobilized on a substrate, the test substance that interacts with the physiologically active substance is subjected to surface plasmon resonance analysis or local plasmon resonance. A step of detecting by analysis; and (2) a step of measuring the biological activity of the physiologically active substance in the presence of the test substance:
A method for screening a test substance is provided.

好ましくは、1分子の生理活性物質に対し、1〜10分子の被験物質が結合する。
好ましくは、表面プラズモン共鳴分析又はローカルプラズモン共鳴分析による複数の被験物質の検出を、並列検出で行う。
好ましくは、バイオセンサーへの生理活性物質の固定化と、該生理活性物質と相互作用する被験物質の検出とを異なる位置で行う。
Preferably, 1 to 10 molecules of a test substance binds to one molecule of a physiologically active substance.
Preferably, detection of a plurality of test substances by surface plasmon resonance analysis or local plasmon resonance analysis is performed by parallel detection.
Preferably, immobilization of the physiologically active substance on the biosensor and detection of a test substance that interacts with the physiologically active substance are performed at different positions.

好ましくは、結合量、結合定数、結合速度定数又は解離速度定数の何れかに基づいて、生理活性物質と相互作用する被験物質を表面プラズモン共鳴分析又はローカルプラズモン共鳴分析により検出する。   Preferably, the test substance that interacts with the physiologically active substance is detected by surface plasmon resonance analysis or local plasmon resonance analysis based on any of the binding amount, the binding constant, the binding rate constant, or the dissociation rate constant.

好ましくは、生理活性物質の生物学的活性は、レセプター活性量、酵素活性量、抗体活性、代謝活性量、膜電位、イオン放出量、又は遺伝子発現量の何れかである。   Preferably, the biological activity of the physiologically active substance is any of receptor activity, enzyme activity, antibody activity, metabolic activity, membrane potential, ion release, or gene expression.

好ましくは、工程(1)の前にさらに、被験物質に対してバーチャルスクリーニングを実施し、スクリーニングに供する被験物質の数を低減する。   Preferably, before the step (1), a virtual screening is further performed on the test substance to reduce the number of test substances to be subjected to the screening.

好ましくは、予め基準値が入力されているスクリーニング装置を用いてスクリーニングを自動的に行う。   Preferably, screening is automatically performed using a screening apparatus in which a reference value is input in advance.

本発明のスクリーニング方法によれば、少量の蛋白質で結合と酵素反応の2種類の測定が可能である。また、本発明のスクリーニング方法によれば、活性測定することで結合した化合物が活性部位に対する結合であるか否かを判断することが可能である。   According to the screening method of the present invention, it is possible to measure two types of binding and enzymatic reaction with a small amount of protein. Further, according to the screening method of the present invention, it is possible to determine whether or not the bound compound is binding to the active site by measuring the activity.

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明による被験物質のスクリーニング方法は、(1)生理活性物質を基板に固定化したバイオセンサーに被験物質を接触させることにより、該生理活性物質と相互作用する被験物質を表面プラズモン共鳴分析又はローカルプラズモン共鳴分析により検出する工程;及び(2)該被験物質の存在下において該生理活性物質の生物学的活性の測定を行う工程:を含むことを特徴とする。本発明では、生理活性物質と相互作用する物質の検出または測定と、該生理活性物質の生物学的活性の測定の両方を行うことにより、例えば、生理活性物質に結合した被験物質が生理活性物質の活性部位に結合したのかどうかを判断することが可能になり、被験物質が生理活性物質の生物学的活性に及ぼす影響を分析することができる。なお、ローカルプラズモン(局所的表面プラズモン)は、金属微粒子や金属針先端に存在するプラズモンである。その局在する領域は微粒子や針先端の広がり程度であり、光の波長より十分小さくすることができる。ローカルプラズモンの周波数は、微粒子の形状・金属原子の種類に強く依存するので、散乱スペクトルが微粒子毎に変化する。微粒子表面に生理活性物質(蛋白など)を固定しておき、散乱スペクトルの変化により生理活性物質と結合する被験物質を分析することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The test substance screening method according to the present invention comprises: (1) surface plasmon resonance analysis or local plasmon resonance analysis of a test substance that interacts with the bioactive substance by bringing the test substance into contact with a biosensor in which the bioactive substance is immobilized on a substrate. Detecting by plasmon resonance analysis; and (2) measuring the biological activity of the physiologically active substance in the presence of the test substance. In the present invention, by performing both detection or measurement of a substance that interacts with a physiologically active substance and measurement of the biological activity of the physiologically active substance, for example, a test substance bound to the physiologically active substance becomes a physiologically active substance. It is possible to determine whether or not the active substance has bound to the active site, and the influence of the test substance on the biological activity of the bioactive substance can be analyzed. Note that local plasmons (local surface plasmons) are plasmons that exist at the tips of metal fine particles and metal needles. The localized region is about the extent of the fine particles and the tip of the needle, and can be made sufficiently smaller than the wavelength of light. Since the frequency of local plasmons strongly depends on the shape of fine particles and the type of metal atom, the scattering spectrum changes for each fine particle. A physiologically active substance (protein or the like) is immobilized on the surface of the fine particles, and a test substance that binds to the physiologically active substance can be analyzed by changing the scattering spectrum.

本発明においては、生理活性物質は固相化されている。固相化の方法としては、公知の方法が用いられる。また、蛋白質などの生理活性物質の固相化を行うユニットと、固相化した生理活性物質と被験物質との相互作用測定を行うユニットとは分離されていることが好ましい。本発明のスクリーニングを行うための装置構成の一例を図1に示す。蛋白の固相化を行うユニットと、相互作用測定を行うユニットを分離することにより、測定処理能力が大幅に向上する。また、図1に示す通り、本発明では好ましくは、表面プラズモン共鳴分析又はローカルプラズモン共鳴分析による複数の被験物質の検出を、並列検出で行うことができる。   In the present invention, the physiologically active substance is immobilized. As a solid phase immobilization method, a known method is used. Moreover, it is preferable that the unit for immobilizing a physiologically active substance such as protein is separated from the unit for measuring the interaction between the immobilized physiologically active substance and the test substance. An example of an apparatus configuration for performing the screening of the present invention is shown in FIG. By separating the unit for immobilizing the protein and the unit for measuring the interaction, the measurement processing capability is greatly improved. As shown in FIG. 1, in the present invention, preferably, detection of a plurality of test substances by surface plasmon resonance analysis or local plasmon resonance analysis can be performed by parallel detection.

本発明でスクリーニングに供される被験物質の数は、1000種以上であることが好ましく、10000種以上であることがより好ましく、100000種以上であることがさらに好ましい。   The number of test substances subjected to screening in the present invention is preferably 1000 or more, more preferably 10,000 or more, and further preferably 100,000 or more.

本発明で用いる被験物質としては例えば、本明細書中以下に記載するような生理活性物質(リガンド)と相互作用する物質であれば特に限定されないが、低分子有機化合物、高分子化合物、DNA等の核酸、蛋白質(抗体などを含む)、ペプチド又はその断片、糖、アミノ酸などが挙げられる。   The test substance used in the present invention is not particularly limited as long as it is a substance that interacts with a physiologically active substance (ligand) as described below in the present specification, but a low molecular organic compound, a high molecular compound, DNA, etc. And nucleic acids, proteins (including antibodies), peptides or fragments thereof, sugars, amino acids and the like.

本発明の好ましい態様では、予め基準値が入力されているスクリーニング装置を用いてスクリーニングを自動的に行うことができる。即ち、スクリーニング装置に予め、選択したい範囲の基準値(例えば、生理活性物質と相互作用する被験物質のスクリーニングにおいては結合量、結合定数、結合速度定数又は解離速度定数など;また、生理活性物質の生物学的活性においては、レセプター活性量、酵素活性量、代謝活性量、膜電位、イオン放出量、又は遺伝子発現量など)を入力しておき、その範囲に入る被験物質が自動選別されることが好ましい。選別された被験物質は、表示装置に視覚的に区別されるように表示されることが好ましい。視覚的な区別の方法は特に限定されないが、例えば、文字の大きさ、色、文字の点滅、文字の色、アンダーライン、枠で囲む、などの方法が挙げられる。   In a preferred embodiment of the present invention, screening can be automatically performed using a screening apparatus in which a reference value is input in advance. That is, a reference value in a range to be selected in advance in the screening device (for example, in screening of a test substance that interacts with a physiologically active substance, a binding amount, a binding constant, a binding rate constant, a dissociation rate constant, etc .; In biological activity, receptor activity, enzyme activity, metabolic activity, membrane potential, ion release, gene expression, etc. are entered, and test substances that fall within that range are automatically selected. Is preferred. The selected test substance is preferably displayed on the display device so as to be visually distinguished. The visual distinction method is not particularly limited, and examples thereof include a method of character size, color, character blinking, character color, underline, and framed.

本発明においては、生理活性物質と相互作用する被験物質を選別する第一の工程と、第一の工程で選別された被験物質の存在下において生理活性物質の生物学的活性を測定する第二の工程によるスクリーニングを行う。第一の工程において、予め装置に入力された基準値の選別範囲に入る被験物質が自動選別され、それら選別された被験物質について自動的に第二の工程の測定が行われることが好ましい。さらには、第二の工程において、予め装置に入力された生物学的活性を反映する基準値(レセプター活性量、酵素活性量、代謝活性量、膜電位、イオン放出量、又は遺伝子発現量など)の選別範囲に入る被験物質が自動選別されることが好ましい。   In the present invention, a first step of selecting a test substance that interacts with a physiologically active substance, and a second step of measuring the biological activity of the physiologically active substance in the presence of the test substance selected in the first step Screening according to the process is performed. In the first step, it is preferable that test substances that fall within the selection range of the reference value input in advance in the apparatus are automatically selected, and the measurement in the second step is automatically performed on the selected test substances. Furthermore, in the second step, a reference value (receptor activity amount, enzyme activity amount, metabolic activity amount, membrane potential, ion release amount, gene expression amount, etc.) reflecting the biological activity previously input to the apparatus. It is preferable that test substances that fall within the selection range are automatically selected.

さらに本発明では、上記した第一の工程の前にさらに、被験物質に対してバーチャルスクリーニングを実施し、スクリーニングに供する被験物質の数を低減することができる。   Furthermore, in the present invention, virtual screening can be further performed on the test substance before the first step described above, and the number of test substances to be subjected to screening can be reduced.

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.

本発明で用いるバイオセンサーでは、金属表面又は金属膜を基板として用いることができる。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。   In the biosensor used in the present invention, a metal surface or a metal film can be used as a substrate. 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、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のが好ましく、特に10オングストローム以上2000オングストローム以下であるのが好ましい。5000オングストロームを超えると、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、1オングストローム以上、100オングストローム以下であるのが好ましい。   Although the thickness of the metal film is arbitrary, for example, when considering the use for a surface plasmon resonance biosensor, it is preferably 1 angstrom or more and 5000 angstrom or less, and particularly preferably 10 angstrom or more and 2000 angstrom or less. If it exceeds 5000 angstroms, the surface plasmon phenomenon of the medium cannot be sufficiently detected. When an intervening layer made of chromium or the like is provided, the thickness of the intervening layer is preferably 1 angstrom or more and 100 angstrom or less.

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.

本発明において好ましくは、基板は、疎水性高分子化合物又はポリヒドロキシ高分子化合物でコーティングした金属表面又は金属膜であるか、あるいは自己組織化膜を有する金属表面又は金属膜である。以下、疎水性高分子化合物、ポリヒドロキシ高分子化合物及び自己組織化膜について説明する。   In the present invention, the substrate is preferably a metal surface or metal film coated with a hydrophobic polymer compound or a polyhydroxy polymer compound, or a metal surface or metal film having a self-assembled film. Hereinafter, the hydrophobic polymer compound, the polyhydroxy polymer compound, and the self-assembled film will be described.

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 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 0.1% 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、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。   Coating of the hydrophobic polymer compound on the substrate can be performed by a conventional method, for example, spin coating, air knife coating, bar coating, blade coating, slide coating, curtain coating, spraying, vapor deposition, casting, It can be performed by an immersion method or the like.

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特に限定されないが、好ましくは1オングストローム以上5000オングストローム以下であり、特に好ましくは10オングストローム以上3000オングストローム以下である。   The coating thickness of the hydrophobic polymer compound is not particularly limited, but is preferably 1 angstrom or more and 5000 angstrom or less, and particularly preferably 10 angstrom or more and 3000 angstrom or less.

本発明で用いるポリヒドロキシ高分子化合物としては、例えば多糖類(例えばアガロース、デキストラン、カラギーナン、アルギン酸、デンプン、セルロース)、または合成高分子化合物(例えばポリビニルアルコール)などを挙げることができる。本発明においては、多糖類が好ましく用いられ、デキストランが最も好ましい。   Examples of the polyhydroxy polymer compound used in the present invention include polysaccharides (eg, agarose, dextran, carrageenan, alginic acid, starch, cellulose), or synthetic polymer compounds (eg, polyvinyl alcohol). In the present invention, polysaccharides are preferably used, and dextran is most preferred.

本発明においては、好ましくは、平均分子量1万以上200万以下のポリヒドロキシ高分子化合物が用いられる。好ましくは2万以上200万以下、さらに好ましくは3万以上100万以下、最も好ましくは20万以上80万以下のポリヒドロキシ高分子化合物を用いることができる。   In the present invention, a polyhydroxy polymer compound having an average molecular weight of 10,000 to 2,000,000 is preferably used. Preferably, a polyhydroxy polymer compound having a molecular weight of 20,000 to 2,000,000, more preferably 30,000 to 1,000,000, and most preferably 200,000 to 800,000 can be used.

ポリヒドロキシ高分子化合物は、例えば塩基性条件下でブロモ酢酸と反応させることでカルボキシ化できる。反応条件の制御により、ポリヒドロキシ化合物が初期状態で含有するヒドロキシ基の一定の割合をカルボキシ化できる。本発明においては例えば、1〜90%のヒドロキシ基をカルボキシ化することができる。なお、任意のポリヒドロキシ高分子化合物で表面被覆された表面について、例えば、以下の方法でカルボキシ化率を算出することができる。膜表面をジ−tert−ブチルカルボジイミド/ピリジン触媒を用いてトリフルオロエタノールで50℃、16時間、気相修飾し、ESCA(electron spectroscopy for chemical analysis)でトリフルオロエタノール由来のフッ素量を測定し、膜表面の酸素量との比率(以下、F/O値と呼ぶ)を算出する。全てのヒドロキシ基がカルボキシ化された場合の理論的なF/O値をカルボキシ化率100%とし、任意の条件でカルボキシ化した時のF/O値を測定することで、その時のカルボキシ化率を算出することができる。   The polyhydroxy polymer compound can be carboxylated, for example, by reacting with bromoacetic acid under basic conditions. By controlling the reaction conditions, it is possible to carboxylate a certain proportion of the hydroxy groups that the polyhydroxy compound contains in the initial state. In the present invention, for example, 1 to 90% of hydroxy groups can be carboxylated. In addition, about the surface coat | covered with arbitrary polyhydroxy polymer compounds, a carboxylation rate is computable with the following method, for example. The membrane surface was gas-phase modified with trifluoroethanol at 50 ° C. for 16 hours using a di-tert-butylcarbodiimide / pyridine catalyst, and the amount of fluorine derived from trifluoroethanol was measured by ESCA (electron spectroscopy for chemical analysis). A ratio with the amount of oxygen on the film surface (hereinafter referred to as F / O value) is calculated. Carboxylation rate at that time by measuring the F / O value when carboxylation is carried out under arbitrary conditions with the theoretical F / O value when all hydroxy groups are carboxylated as 100% carboxylation rate Can be calculated.

ポリヒドロキシ高分子化合物は有機分子X1−R1−Y1を介して金属膜に付着させることができる。有機分子X1−R1−Y1について詳細に説明する。 The polyhydroxy polymer compound can be attached to the metal film via the organic molecule X 1 —R 1 —Y 1 . The organic molecule X 1 —R 1 —Y 1 will be described in detail.

1は金属膜に対する結合性を有する基である。具体的には、非対称又は対称スルフィド(−SSR1111、−SSR1Y1)、スルフィド(−SR1111、−SR1Y1)、ジセレニド(−SeSeR1111、−SeSeR1Y1)、セレニド(SeR1111、−SeR1Y1)、チオール(−SH)、ニトリル(−CN)、イソニトリル、ニトロ(−NO2)、セレノール(−SeH)、3価リン化合物、イソチオシアネート、キサンテート、チオカルバメート、ホスフィン、チオ酸またはジチオ酸(−COSH、−CSSH)が好ましく用いられる。 X 1 is a group having a binding property to the metal film. Specifically, asymmetric or symmetric sulfide (—SSR 11 Y 11 , —SSR 1 Y 1 ), sulfide (—SR 11 Y 11 , —SR 1 Y 1 ), diselenide (—SeSeR 11 Y 11 , —SeSeR 1 Y) 1 ), selenide (SeR 11 Y 11 , —SeR 1 Y 1 ), thiol (—SH), nitrile (—CN), isonitrile, nitro (—NO 2 ), selenol (—SeH), trivalent phosphorus compound, iso Thiocyanate, xanthate, thiocarbamate, phosphine, thioacid or dithioacid (-COSH, -CSSH) is preferably used.

1(とR11)は場合によりヘテロ原子により中断されており、好ましくは適当に密な詰め込みのため直鎖(枝分かれしていない)であり、場合により二重及び/又は三重結合を含む炭化水素鎖である。鎖の長さは10原子を越えることが好ましい。炭素鎖は場合により過弗素化されることができる。 R 1 (and R 11 ) is optionally interrupted by a heteroatom, preferably straight-chain (unbranched) for reasonably close packing, and optionally carbon containing double and / or triple bonds It is a hydrogen chain. The chain length is preferably greater than 10 atoms. The carbon chain can optionally be perfluorinated.

1とY11はポリヒドロキシ高分子化合物を結合させるための基である。Y1とY11は好ましくは同一であり、ポリヒドロキシ高分子化合物に直接又は活性化後結合できるような性質を持つ。具体的にはヒドロキシル、カルボキシル、アミノ、アルデヒド、ヒドラジド、カルボニル、エポキシ、又はビニル基などを用いることができる。 Y 1 and Y 11 are groups for binding the polyhydroxy polymer compound. Y 1 and Y 11 are preferably the same and have the property that they can be bonded directly or after activation to the polyhydroxy polymer compound. Specifically, hydroxyl, carboxyl, amino, aldehyde, hydrazide, carbonyl, epoxy, vinyl group, or the like can be used.

有機分子X1−R1−Y1の具体例としては、10-カルボキシ-1-デカンチオール、4,4'-ジチオジブチリックアシッド、11-ヒドロキシ-1-ウンデカンチオール、11-アミノ-1-ウンデカンチオールなどが挙げられる。 Specific examples of the organic molecule X 1 -R 1 -Y 1 include 10-carboxy-1-decanethiol, 4,4′-dithiodibutylic acid, 11-hydroxy-1-undecanethiol, 11-amino-1- And undecanethiol.

チオールやジスルフィド類などの硫黄化合物は金等の貴金属基板上に自発的に吸着し単分子サイズの超薄膜を与える。またその集合体は基板の結晶格子や吸着分子の分子構造に依存した配列を示すことから自己組織化膜と呼ばれている。本発明では、例えば、自己組織化化合物として、7−カルボキシ−1−ヘプタンチオール、10-カルボキシ-1-デカンチオール、4,4'-ジチオジブチリックアシッド、11-ヒドロキシ-1-ウンデカンチオール、11-アミノ-1-ウンデカンチオールなどを使用することができる。   Sulfur compounds such as thiols and disulfides spontaneously adsorb on a noble metal substrate such as gold to give an ultra-thin film of single molecular size. The aggregate is called a self-assembled film because it shows an arrangement depending on the crystal lattice of the substrate and the molecular structure of adsorbed molecules. In the present invention, for example, as a self-assembling compound, 7-carboxy-1-heptanethiol, 10-carboxy-1-decanethiol, 4,4′-dithiodibutylic acid, 11-hydroxy-1-undecanethiol, 11 -Amino-1-undecanethiol and the like can be used.

本発明で用いる基板はさらに、一般式(A)で表される化合物を基板に結合するためのリンカーを有していてもよい。
本発明で使用するリンカーの具体例としては下記式(4)で表される化合物が挙げられる。
20―L20―Y20 (4)
(式中、X20は、疎水性高分子化合物、ポリヒドロキシ高分子化合物又は自己組織化膜における官能基と反応しうる基を示し、L20は2価の連結基を示し、Y20は一般式(A)で表される化合物と反応して共有結合を形成できる基を示す。)
The substrate used in the present invention may further have a linker for bonding the compound represented by the general formula (A) to the substrate.
Specific examples of the linker used in the present invention include a compound represented by the following formula (4).
X 20 -L 20 -Y 20 (4)
(Wherein X 20 represents a group capable of reacting with a functional group in the hydrophobic polymer compound, polyhydroxy polymer compound or self-assembled film, L 20 represents a divalent linking group, and Y 20 represents a general group. A group capable of reacting with the compound represented by the formula (A) to form a covalent bond.

式(4)において、X20は疎水性高分子化合物、ポリヒドロキシ高分子化合物又は自己組織化膜における官能基と反応しうる基を表し、好ましくは、ハロゲン原子、アミノ基、もしくは保護基により保護されたアミノ基、カルボキシル基、もしくは脱離基を有するカルボニル基、水酸基、保護基により保護された水酸基、アルデヒド基、-NHNH2、-N=C=O、-N=C=S、エポキシ基、又はビニル基である。 In the formula (4), X 20 represents a group capable of reacting with a functional group in a hydrophobic polymer compound, a polyhydroxy polymer compound or a self-assembled film, preferably protected by a halogen atom, an amino group, or a protecting group. Amino group, carboxyl group, or carbonyl group having a leaving group, hydroxyl group, hydroxyl group protected by a protecting group, aldehyde group, —NHNH 2 , —N═C═O, —N═C═S, epoxy group Or a vinyl group.

ここでいう保護基とは、反応系内で脱保護して官能基を形成させる事のできる基であり、例えばアミノ基の保護基としては、tertブチルオキシカルボニル基(Boc)、9-フルオレニルメチルオキシカルボニル基(Fmoc)、ニトロフェニルスルフェニル基(Nps)、ジチアスクシニル基(Dts)等が挙げられる。   The protecting group here is a group that can be deprotected in the reaction system to form a functional group. For example, the protecting group for amino group includes tertbutyloxycarbonyl group (Boc), 9-fluorene group. Examples include nylmethyloxycarbonyl group (Fmoc), nitrophenylsulfenyl group (Nps), dithiasuccinyl group (Dts) and the like.

また、水酸基の保護基としては、アシル基等が挙げられる。
ここでいう脱離基は、ハロゲン原子、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、アリールカルボニルオキシ基、ハロゲン化アルキルカルボニルオキシ基、アルキルスルホニルオキシ基、ハロゲン化アルキルスルホニルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基等を挙げることができる。
また、脱離基としては、カルボン酸と既知の脱水縮合試薬(例えばカルボジイミド類)とN-ヒドロキシ化合物を組み合わせて生成されるエステル基も好ましく用いられる。
Moreover, an acyl group etc. are mentioned as a hydroxyl-protecting group.
The leaving group here is a halogen atom, alkoxy group, aryloxy group, alkylcarbonyloxy group, arylcarbonyloxy group, halogenated alkylcarbonyloxy group, alkylsulfonyloxy group, halogenated alkylsulfonyloxy group, arylsulfonyloxy Groups and the like.
As the leaving group, an ester group produced by combining a carboxylic acid, a known dehydration condensation reagent (for example, carbodiimides) and an N-hydroxy compound is also preferably used.

式(4)において、L20は2価の連結基を表し、Lの総原子数は、2〜1000であることが好ましい。さらに、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルキレンオキシ基、置換もしくは無置換のアリーレンオキシ基、もしくは式(4)のX20と別の分子のY20が結合し、構成が連続する2価の連結基であることが好ましい。 In Formula (4), L 20 represents a divalent linking group, and the total number of atoms of L is preferably 2 to 1000. In addition, a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkyleneoxy group, a substituted or unsubstituted aryleneoxy group, or X 20 of formula (4) and Y 20 of another molecule are bonded to form a continuous structure. It is preferable that it is a bivalent coupling group.

式(4)において、Y20は一般式(A)で表される化合物と反応して共有結合を形成できる基を表し、好ましくは、ハロゲン原子、アミノ基、もしくは保護基により保護されたアミノ基、カルボキシル基、もしくは脱離基を有するカルボニル基、水酸基、保護基により保護された水酸基、アルデヒド基、-NHNH2、-N=C=O、-N=C=S、エポキシ基、又はビニル基である。
保護基、脱離基は、前述のものと同様なものを用いることができる。
In the formula (4), Y 20 represents a group capable of reacting with the compound represented by the general formula (A) to form a covalent bond, preferably a halogen atom, an amino group, or an amino group protected by a protecting group , A carbonyl group having a carboxyl group or a leaving group, a hydroxyl group, a hydroxyl group protected by a protecting group, an aldehyde group, —NHNH 2 , —N═C═O, —N═C═S, an epoxy group, or a vinyl group It is.
As the protecting group and the leaving group, the same as those described above can be used.

本発明におけ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。   The biosensor according to the present invention preferably has 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.

上記のようにして得られたセンサー用基板は、上記の一般式(A)中の官能基であるY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。   The sensor substrate obtained as described above has a physiologically active substance bonded to the metal surface or metal film by covalently bonding the physiologically active substance via Y which is a functional group in the general formula (A). Can be immobilized.

バイオセンサー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し、かつそれ自体が何らかの生理活性を有する物質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。上記の中でもタンパク質が好ましく、酵素が特に好ましい。   The physiologically active substance immobilized on the biosensor is not particularly limited as long as it interacts with the measurement target and itself has some physiological activity. For example, immune proteins, enzymes, microorganisms, nucleic acids, small molecules Examples include organic compounds, non-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. Among these, proteins are preferable, and enzymes are particularly preferable.

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。   The microorganism is not particularly limited, and various microorganisms including Escherichia coli can be used.

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。   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.

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。   Examples of the low molecular weight 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。
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.

糖結合性蛋白質としては、レクチン等が挙げられる。   Examples of sugar-binding proteins include lectins.

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。   Examples of the fatty acid or fatty acid ester include stearic acid, arachidic acid, behenic acid, ethyl stearate, ethyl arachidate, and ethyl behenate.

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被験物質の検出及び/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 test substance that interacts with the physiologically active substance.

本発明では好ましくは、1分子の生理活性物質に対し、1〜10分子の被験物質が結合することができる。   In the present invention, preferably, 1 to 10 molecules of a test substance can bind to one molecule of a physiologically active substance.

本発明では、センサー用基板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 sensor substrate 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、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 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(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 total reflection attenuation (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.

本発明で用いるバイオセンサー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。   When the biosensor used in the present invention is used for surface plasmon resonance analysis, it can be applied as a part of the various surface plasmon measuring devices as described above.

さらに、本発明の測定方法においては、上記のように表面プラズモン共鳴分析等の手法により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とともに、該生理活性物質の生物学的活性の測定を行う。   Furthermore, in the measurement method of the present invention, a substance that interacts with a physiologically active substance is detected or measured by a technique such as surface plasmon resonance analysis as described above, and the biological activity of the physiologically active substance is measured. .

本発明で言う生物学的活性としては、酵素活性、抗体活性、レセプター活性、代謝活性量、膜電位、イオン放出量、又は遺伝子発現量等がある。   The biological activity referred to in the present invention includes enzyme activity, antibody activity, receptor activity, metabolic activity, membrane potential, ion release, gene expression, and the like.

酵素とは、食物の消化をはじめ体の中で起こるいろいろな化学反応をスムーズに進める触媒の作用を持っているタンパク質の総称である。触媒とは、一般に化学反応を効率よく進めるための仲立ちの働きをもつものを言う。   Enzyme is a general term for proteins that act as a catalyst that smoothly promotes various chemical reactions that occur in the body, including digestion of food. A catalyst generally has a mediating function to efficiently advance a chemical reaction.

酵素活性の測定原理については蛋白質、酵素の基礎実験法(堀尾武一、山下仁平)第IV章に記載されている。また、検出方法としては (1)分光学的測定法、(2)蛍光法 (3)電極法、(4)発光法等があり、例えば新生化学実験講座 タンパク質 V、酵素免疫測定法 第3版、エンザイムイムノアッセイ 生化学実験法等に記載されている方法等も使用することができる。   The principle of measuring enzyme activity is described in Chapter IV of basic experimental methods for proteins and enzymes (Takeichi Horio and Nihei Yamashita). As detection methods, there are (1) spectroscopic measurement method, (2) fluorescence method, (3) electrode method, (4) luminescence method, etc., for example, New Chemistry Experiment Course Protein V, Enzyme Immunoassay 3rd Edition Enzyme immunoassays The methods described in biochemical experimental methods and the like can also be used.

例えば、蛍光法により酵素活性を測定する場合には、酵素に特異的な基質(酵素による分解物のみが蛍光を発する基質)を反応させ、分解物の蛍光測定を行うころにより酵素活性を測定することができる。   For example, when the enzyme activity is measured by a fluorescence method, the enzyme activity is measured by reacting with a substrate specific to the enzyme (a substrate in which only the degradation product of the enzyme emits fluorescence) and measuring the fluorescence of the degradation product. be able to.

分光学的測定法により酵素活性を測定する場合には、基質と生成物との間に分光学的性質の差があることを利用して、その時間的変化を測定し、酵素反応の初速度を求めることで酵素活性を測定することができる。
電極法により酵素活性を測定する場合には、自動滴定装置を利用した方法で、酵素反応を含めて化学反応に伴って生成される酸あるいは塩基による試料溶液のpH変化を電気的に検出することで酵素活性を測定することができる。
発光法により酵素活性を測定する場合には、抗体ないし抗原に酵素標識しておき、抗原抗体反応後、酵素に特異的な化学発光基質(酵素による分解物のみが化学発光する基質)を反応させ、分解物の化学発光測定することで酵素活性を測定することができる。
When enzyme activity is measured by spectroscopic measurement, the temporal change is measured using the difference in spectroscopic properties between the substrate and the product, and the initial rate of the enzyme reaction is measured. The enzyme activity can be measured by obtaining.
When measuring enzyme activity by the electrode method, it is possible to electrically detect the pH change of the sample solution due to acids or bases generated by chemical reactions including enzymatic reactions by a method using an automatic titrator. To measure enzyme activity.
When enzyme activity is measured by the luminescence method, the antibody or antigen is enzyme-labeled, and after the antigen-antibody reaction, the enzyme-specific chemiluminescent substrate (substrate that chemiluminescents only the enzyme degradation product) is reacted. The enzyme activity can be measured by measuring the chemiluminescence of the degradation product.

抗体活性を測定する場合には、ELISA用プラスチックプレートの各穴の内壁に目的抗原を結合させ、そこに測定したい抗体を含む被検物を加えて反応させる。抗体は固相の抗原に結合する。その結合量は、被検物中の抗体量が多いほど多くなる。さらに、酵素標識した抗免疫イムノグロブリン抗体をさせる。標識抗体は、固相に結合している抗体に結合する。標識抗体の結合量は抗体が多いほど多くなる。未反応の標識抗体を除去し、その酵素の作用を受けて発色するような基質を加える。基質は酵素量に応じて発色するから結合している酵素標識抗体が多いほど強い色調を呈する。この溶液の色の強さを比色計で測定することで被検物の抗体量を知ることができる。既知量の抗体を段階希釈したものそれぞれについて測定しておけば、その値と比較することで被検物中の抗体量を定量化できる。   When measuring the antibody activity, the target antigen is bound to the inner wall of each hole of the plastic plate for ELISA, and a test substance containing the antibody to be measured is added and reacted. The antibody binds to the solid phase antigen. The amount of binding increases as the amount of antibody in the specimen increases. In addition, an enzyme-labeled anti-immunoglobulin antibody is caused. The labeled antibody binds to the antibody that is bound to the solid phase. The amount of labeled antibody binding increases as the amount of antibody increases. The unreacted labeled antibody is removed, and a substrate that develops color under the action of the enzyme is added. Since the substrate develops color depending on the amount of enzyme, the more the enzyme-labeled antibody is bound, the stronger the color tone. By measuring the color intensity of this solution with a colorimeter, the antibody amount of the test substance can be known. By measuring each of serially diluted antibodies of a known amount, the amount of antibody in the test substance can be quantified by comparing with that value.

レセプター活性を測定する場合には、支持体上に固定されている1種類以上のレセプターまたはリガンドと抗原標識されたリガンドまたはレセプターを含む検体とを接触させた後に、支持体上に固定されている1種類以上のレセプターまたはリガンドに結合した抗原標識されたリガンドまたはレセプターと、該抗原に対する抗体(例えば、検出のための酵素で標識した抗体など)とを接触させて抗原抗体反応を行い、これにより結合した抗体の存在を検出することにより、検体中のリガンドまたはレセプターを検出すことができる。   When measuring receptor activity, one or more kinds of receptors or ligands immobilized on a support are contacted with an antigen-labeled ligand or a specimen containing the receptor, and then immobilized on the support. An antigen-labeled ligand or receptor bound to one or more receptors or ligands and an antibody against the antigen (for example, an antibody labeled with an enzyme for detection) are contacted to perform an antigen-antibody reaction, thereby By detecting the presence of the bound antibody, the ligand or receptor in the sample can be detected.

代謝活性量、膜電位、イオン放出量、及び遺伝子発現量の測定も全て公知の方法により行うことができる。   The measurement of metabolic activity, membrane potential, ion release, and gene expression can all be performed by known methods.

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。   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:アフィニティ−による化合物の選別
図1に記載のスクリーニング用SPRシステムを用いて、リガンドの固定、化合物の結合測定および化合物の選別を行った。
(1)センサチップの作製
金膜の厚さが500オングストロームになるように金を蒸着した1cm(1cmのカバーガラスをModel-208UV−オゾンクリーニングシステム(TECHNOVISION INC.)で30分処理した後、スピンコート機(MODEL ASS-303、ABLE製)にセットし1000rpmにて回転させ、金蒸着カバーガラス中央にポリメチルメタクリレートのメチルエチルケトン溶液(2mg/ml)を50μl滴下し、2分後に回転を止めた。エリプソメトリー法(In-Situ Ellipsometer MAUS-101、Five Lab製)により膜厚を測定したところ、ポリメタクリル酸メチル膜の厚さは200オングストロームであった。このサンプルをPMMA表面チップと呼ぶ。このPMMA表面チップをNaOH水溶液(1N)に40℃16時間浸漬した後、水で3回洗浄した。このサンプルをPMMA/COOH表面チップと呼ぶ。このPMMA/COOH表面チップを1−エチル−2,3−ジメチルアミノプロピルカルボジイミド(400mM)とN−ヒドロキシスクシンイミド(100mM)との混合液2mlに60分浸漬した後、α-アミノ-ポリエチレンオキシ-ω-カルボン酸(平均分子量5000)水溶液(10mM)2mlに16時間浸漬した。最後に水で5回洗浄した。得られたセンサーチップを以下で用いた。
Example 1 Selection of Compounds by Affinity- Using the SPR system for screening shown in FIG. 1, ligand fixation, compound binding measurement, and compound selection were performed.
(1) Manufacture of sensor chip 1cm (1cm cover glass with gold deposited so that the thickness of the gold film is 500 angstroms is treated with Model-208UV-ozone cleaning system (TECHNOVISION INC.) For 30 minutes, then spin It was set on a coater (MODEL ASS-303, manufactured by ABLE) and rotated at 1000 rpm, and 50 μl of a methyl ethyl ketone solution (2 mg / ml) of polymethyl methacrylate was dropped on the center of the gold vapor deposition cover glass, and the rotation was stopped after 2 minutes. When the film thickness was measured by ellipsometry (In-Situ Ellipsometer MAUS-101, manufactured by Five Lab), the thickness of the polymethyl methacrylate film was 200 angstrom.This sample is called PMMA surface chip. The surface chip was immersed in an aqueous NaOH solution (1 N) at 40 ° C. for 16 hours and then washed with water three times.This sample is called a PMMA / COOH surface chip. An aqueous solution of α-amino-polyethyleneoxy-ω-carboxylic acid (average molecular weight 5000) is immersed in 2 ml of a mixed solution of til-2,3-dimethylaminopropylcarbodiimide (400 mM) and N-hydroxysuccinimide (100 mM) for 60 minutes. (10 mM) It was immersed in 2 ml for 16 hours, and finally washed with water 5 times.

(2)トリプシンの固定化
上記(1)で作製したセンサチップに、1−エチルー2,3ジメチルアミノプロピルカルボジイミド(400mM)とN−ヒドロキシスクシンイミド(100mM)との混合液を添加し、20分間静置後、10mM CaCl2 含有HBS−Nバッファーで洗浄した。次にトリプシン(1mg/ml、10mM CaCl2 含有HBS−Nバッファー)を添加し、30分間静置後、10mM CaCl2 含有HBS−Nバッファーで洗浄した。
(2) Immobilization of trypsin A mixed solution of 1-ethyl-2,3-dimethylaminopropylcarbodiimide (400 mM) and N-hydroxysuccinimide (100 mM) was added to the sensor chip prepared in (1) above, and the mixture was allowed to stand for 20 minutes. Then, the plate was washed with HBS-N buffer containing 10 mM CaCl2. Next, trypsin (1 mg / ml, 10 mM CaCl 2 -containing HBS-N buffer) was added, allowed to stand for 30 minutes, and then washed with 10 mM CaCl 2 -containing HBS-N buffer.

更に、エタノールアミン・HCl溶液(1M,pH8.5)測定チップに添加後、HBS−Nバッファー(ビアコア社製)で洗浄した。
以上の操作により、トリプシンをセンサチップ表面に共有結合で固定した。
Furthermore, the ethanolamine / HCl solution (1M, pH 8.5) was added to a measurement chip, and then washed with an HBS-N buffer (Biacore).
Through the above operation, trypsin was covalently fixed to the surface of the sensor chip.

(2)化合物の結合検出
トリプシンを固定したセンサチップをHBS−Nバッファーで洗浄後、SPRリーダー部で、それぞれロイペプチン溶液(2μM)、ニトロフラントイン溶液(2μM)、キモスタチン溶液(2μM)を添加し、10分間静置後、共鳴シグナル(RU値)変化量をトリプシンに対する各化合物の結合量とした。
(2) Detection of Compound Binding After washing the trypsin-fixed sensor chip with HBS-N buffer, the leupeptin solution (2 μM), the nitrofurantoin solution (2 μM), and the chymostatin solution (2 μM) were added to the SPR leader part, respectively. After standing for 10 minutes, the amount of change in resonance signal (RU value) was defined as the amount of each compound bound to trypsin.

(3)化合物の選別
表1に示すように、結合が観測されたロイペプチンとニトロフラントインを選別した。
(3) Selection of compounds As shown in Table 1, leupeptin and nitrofurantoin in which binding was observed were selected.

実施例2:生物学的活性による化合物の選別
トリプシンを固定したセンサチップ結合量を用いて、上記化合物の存在下でトリプシンの酵素活性測定を行った。具体的には、トリプシンに特異的な基質(ベンゾイルーL−アルギニンー4メチルクマリンー7アミド 以下Bz-Arg-MCAと表記する;(株)ペルチド研究所)を反応させ分解物の蛍光測定を行った。
Example 2: Selection of compound by biological activity Using the amount of sensor chip bound to trypsin, the enzyme activity of trypsin was measured in the presence of the above compound. Specifically, a substrate specific for trypsin (benzoyl-L-arginine-4 methylcoumarin-7 amide, hereinafter referred to as Bz-Arg-MCA; Peltide Laboratory Co., Ltd.) was reacted to measure fluorescence of the degradation product.

(1)Bz−Arg−MCAの反応
実施例1の(2)で作成したトリプシンを固定したセンサチップ結合量を用いて、それぞれロイペプチン溶液(4μM)と0.2mM Bz−Arg−MCAの1:1混合液、ニトロフラントイン溶液(4μM)+0.2mM Bz−Arg−MCAの混合液、0.1mM Bz−Arg−MCA溶液を添加し、10,30,60,120分間反応させた。
(1) Reaction of Bz-Arg-MCA Using the sensor chip binding amount to which trypsin prepared in (2) of Example 1 was immobilized, leupeptin solution (4 μM) and 0.2 mM Bz-Arg-MCA were respectively 1: One mixed solution, a mixed solution of nitrofurantoin solution (4 μM) +0.2 mM Bz-Arg-MCA, and 0.1 mM Bz-Arg-MCA solution were added and reacted for 10, 30, 60, 120 minutes.

(2)蛍光測定
各時間の蛍光測定をBMGLabTechnologies FLUOstar 測定装置を使用し(Excitation380nm,Emission460nm)蛍光測定を行った。
(2) Fluorescence measurement The fluorescence measurement of each time was performed using the BMGLab Technologies FLUOstar measuring apparatus (Excitation380nm, Emission460nm).

(3)化合物の選別
表1に示すように、トリプシンの酵素活性を阻害したロイペプチンを選別した。
(3) Selection of compounds As shown in Table 1, leupeptin that inhibited the enzyme activity of trypsin was selected.

Figure 2006090948
Figure 2006090948

図1は、本発明のスクリーニング方法を行うためのSPRシステムの一例を示す。FIG. 1 shows an example of an SPR system for performing the screening method of the present invention.

Claims (8)

(1)生理活性物質を基板に固定化したバイオセンサーに被験物質を接触させることにより、該生理活性物質と相互作用する被験物質を表面プラズモン共鳴分析又はローカルプラズモン共鳴分析により検出する工程;及び
(2)該被験物質の存在下において該生理活性物質の生物学的活性の測定を行う工程:
を含む、被験物質のスクリーニング方法。
(1) a step of detecting a test substance that interacts with the bioactive substance by surface plasmon resonance analysis or local plasmon resonance analysis by bringing the test substance into contact with a biosensor in which the bioactive substance is immobilized on a substrate; 2) A step of measuring the biological activity of the physiologically active substance in the presence of the test substance:
A method for screening a test substance.
1分子の生理活性物質に対し、1〜10分子の被験物質が結合する、請求項1に記載のスクリーニング方法。 The screening method according to claim 1, wherein 1 to 10 molecules of a test substance binds to 1 molecule of a physiologically active substance. 表面プラズモン共鳴分析又はローカルプラズモン共鳴分析による複数の被験物質の検出を、並列検出で行う、請求項1又は2に記載のスクリーニング方法。 The screening method according to claim 1 or 2, wherein detection of a plurality of test substances by surface plasmon resonance analysis or local plasmon resonance analysis is performed by parallel detection. バイオセンサーへの生理活性物質の固定化と、該生理活性物質と相互作用する被験物質の検出とを異なる位置で行う、請求項1から3の何れかに記載のスクリーニング方法。 The screening method according to any one of claims 1 to 3, wherein immobilization of a physiologically active substance on a biosensor and detection of a test substance that interacts with the physiologically active substance are performed at different positions. 結合量、結合定数、結合速度定数又は解離速度定数の何れかに基づいて、生理活性物質と相互作用する被験物質を表面プラズモン共鳴分析又はローカルプラズモン共鳴分析により検出する、請求項1から4の何れかに記載のスクリーニング方法。 The test substance that interacts with the physiologically active substance is detected by surface plasmon resonance analysis or local plasmon resonance analysis based on any of the binding amount, the binding constant, the binding rate constant, or the dissociation rate constant. The screening method according to claim 1. 生理活性物質の生物学的活性が、レセプター活性量、酵素活性量、抗体活性、代謝活性量、膜電位、イオン放出量、又は遺伝子発現量の何れかである、請求項1から5の何れかに記載のスクリーニング方法。 The biological activity of the physiologically active substance is any one of receptor activity, enzyme activity, antibody activity, metabolic activity, membrane potential, ion release, or gene expression. A screening method according to 1. 工程(1)の前にさらに、被験物質に対してバーチャルスクリーニングを実施し、スクリーニングに供する被験物質の数を低減する、請求項1から6の何れかに記載のスクリーニング方法。 The screening method according to any one of claims 1 to 6, wherein a virtual screening is further performed on the test substance before the step (1) to reduce the number of test substances to be subjected to the screening. 予め基準値が入力されているスクリーニング装置を用いてスクリーニングを自動的に行う、請求項1から7の何れかに記載のスクリーニング方法。



The screening method according to claim 1, wherein screening is automatically performed using a screening apparatus in which a reference value is input in advance.



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