JP2006208069A - Apparatus and method for detecting biomolecular interaction using plasmon resonance fluorescence - Google Patents
Apparatus and method for detecting biomolecular interaction using plasmon resonance fluorescence Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、表面プラズモン共鳴(Surface Plasmon Resonance、以下SPRとも記す)
法と、それによって発生する表面プラズモン光による表面プラズモン励起増強蛍光分光(Surface Plasmon Fluorescence Spectroscopy、以下SPFSとも記す)法とを用い、細
胞培養における細胞分化の過程などにおける生体分子相互作用を観測することが可能な生体分子相互作用検出装置及び検出方法に関する。
The present invention is a surface plasmon resonance (hereinafter also referred to as SPR).
The interaction of biomolecules in the cell differentiation process in cell culture using the surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (Surface Plasmon Fluorescence Spectroscopy, hereinafter also referred to as SPFS) method The present invention relates to a biomolecule interaction detection apparatus and detection method capable of performing the above.
生体分子と細胞との相互作用を調べる方法として、表面プラズモン共鳴を使用した分光分析法が知られている。例えば、下記特許文献1には、表面プラズモン共鳴測定及び蛍光測定によって得られた信号を個別に分析することによって、被検体の固相への結合を判定する装置及びその方法が開示されている。
As a method for examining the interaction between a biomolecule and a cell, a spectroscopic analysis method using surface plasmon resonance is known. For example,
また、下記特許文献2、3、5には、表面プラズモン共鳴を用いた2次元イメージグ装置が開示されている。
また、下記特許文献4には、表面プラズモン共鳴測定、及び発生した蛍光が生じる第2のプラズモン共鳴を用いた表面プラズモン蛍光顕微鏡が開示されている。
しかし、上記特許文献2、3、5では、SPRを使用しているため、信号が比較的小さく測定感度が低い問題がある。また、薄膜への吸着による反射光の強度変化を測定するので、薄膜から離れた場所での反応を検出することができない。
However, the
上記特許文献3では、円錐プリズムを用いてSPRによる測定の感度を向上させることはできるが、円錐プリズムの頂点付近でのみ観測可能であり、所定の面積範囲を測定するには、円錐プリズムの頂点を走査させる必要があり、測定に時間がかる。
In the
また、上記特許文献1〜5の何れにおいても、観測対象の反応によって薄膜への吸着が起こっていることは検出できても、特異吸着であるのか非特異吸着であるのかを区別することができない。
In any of the
本発明は、上記の課題を解決すべく、抗原抗体反応などの生体分子相互作用を高精度で検出することができ、細胞分化の過程などで発生する生体分子を検出することが可能な、SPR法及びSPFS法を用いた生体分子相互作用検出装置及び検出方法を提供することを目的とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention can detect biomolecule interactions such as antigen-antibody reaction with high accuracy and can detect biomolecules generated in the process of cell differentiation. It is an object of the present invention to provide a biomolecule interaction detection apparatus and detection method using the SPFS method and the SPFS method.
本発明の目的は、以下の手段によって達成される。 The object of the present invention is achieved by the following means.
即ち、本発明に係る生体分子相互作用検出装置(1)は、プリズムと、該プリズムの表
面に形成された金属を含む薄膜及び該薄膜の表面に形成された被検体検出層とを有する被検体検出手段と、レーザー発生手段と、第1光検出手段及び第2光検出手段と備え、前記被検体検出層が、一方の端部に蛍光分子及び抗体が直接又は間接に結合された鎖状の高分子材料を含み、前記高分子材料の他方の端部が、直接または間接に前記薄膜の表面に固定され、前記レーザー発生手段から前記プリズムを介して、第1の入射角度で前記薄膜に入射されたレーザー光の反射強度を、前記第1光検出手段で検出し、前記レーザー発生手段から前記プリズムを介して、第2の入射角度で前記薄膜に入射されたレーザー光によって生じるプラズモン光によって励起された前記蛍光分子が出力する蛍光を、前記第2光検出手段で検出することを特徴としている。
That is, the biomolecule interaction detection device (1) according to the present invention includes a prism, a thin film containing a metal formed on the surface of the prism, and an object detection layer formed on the surface of the thin film. A detection means; a laser generation means; a first light detection means; and a second light detection means, wherein the analyte detection layer has a chain shape in which a fluorescent molecule and an antibody are directly or indirectly bound to one end. A polymer material, and the other end of the polymer material is directly or indirectly fixed to the surface of the thin film, and is incident on the thin film at a first incident angle from the laser generating means via the prism. The reflected intensity of the laser beam is detected by the first light detecting means, and excited by the plasmon light generated by the laser light incident on the thin film at a second incident angle from the laser generating means through the prism. The fluorescence fluorescent molecules output which is is characterized by detecting by the second light detecting means.
また、本発明に係る生体分子相互作用検出装置(2)は、上記の生体分子相互作用検出装置(1)において、前記第2の入射角度が、前記反射強度が極小となるときの前記第1の入射角度よりも小さいことを特徴としている。 Moreover, the biomolecule interaction detection apparatus (2) according to the present invention is the biomolecule interaction detection apparatus (1), wherein the second incident angle is the first when the reflection intensity is minimum. It is characterized by being smaller than the incident angle.
また、本発明に係る生体分子相互作用検出装置(3)は、上記の生体分子相互作用検出装置(1)又は(2)において、前記薄膜が約30nm以上60nm以下の厚さであり、前記高分子材料によって形成される膜の厚さが約50nm以下であることを特徴としている。 The biomolecule interaction detection device (3) according to the present invention is the biomolecule interaction detection device (1) or (2) described above, wherein the thin film has a thickness of about 30 nm to 60 nm. The thickness of the film formed of the molecular material is about 50 nm or less.
また、本発明に係る生体分子相互作用検出装置(4)は、上記の生体分子相互作用検出装置(1)〜(3)の何れかにおいて、前記高分子材料が、ポリエチレングリコール、ポリグルタミン酸、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、及び2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンからなる群の中から選択される材料であることを特徴としている。 The biomolecule interaction detection device (4) according to the present invention is the biomolecule interaction detection device (1) to (3) described above, wherein the polymer material is polyethylene glycol, polyglutamic acid, 2 It is a material selected from the group consisting of -hydroxyethyl methacrylate and 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine.
また、本発明に係る生体分子相互作用検出装置(5)は、上記の生体分子相互作用検出装置(1)〜(4)の何れかにおいて、前記第2光検出手段が、2次元画像撮像手段であることを特徴としている。 The biomolecule interaction detection device (5) according to the present invention is the biomolecule interaction detection device (1) to (4) described above, wherein the second light detection means is a two-dimensional image imaging means. It is characterized by being.
また、本発明に係る生体分子相互作用検出装置(6)は、上記の生体分子相互作用検出装置(1)〜(5)の何れかにおいて、前記薄膜が、金を用いて40nm以上60nm以下の厚さに形成され、前記高分子材料が、分子量が約200,000以下のポリエチレングリコールであり、前記蛍光分子が、Cy5又はAlexaFluor647であり、前記抗体に結合され、前記レーザー光が、波長が632.8nmのHe−Neレーザーであり、前記被検体検出層が、前記薄膜の上に形成された自己組織化膜と、該自己組織化膜に結合した第1のビオチンと、該第1のビオチンに結合したストレプトアビジンと、該ストレプトアビジンに結合した第2のビオチンとを含み、前記高分子材料の前記他方の端部が、前記第2のビオチンに結合することによって、前記高分子材料が間接に前記薄膜に固定されることを特徴としている。 The biomolecule interaction detection device (6) according to the present invention is the biomolecule interaction detection device (1) to (5) according to any one of the above-described biomolecule interaction detection devices (1) to (5). The polymer material is polyethylene glycol having a molecular weight of about 200,000 or less, the fluorescent molecule is Cy5 or AlexaFluor 647, bound to the antibody, and the laser beam has a wavelength of 632. .8 nm He—Ne laser, wherein the analyte detection layer has a self-assembled film formed on the thin film, a first biotin bound to the self-assembled film, and the first biotin And the second biotin bound to the streptavidin, and the other end of the polymer material binds to the second biotin. By the polymeric material is characterized in that it is fixed to the thin film indirectly.
また、本発明に係る生体分子相互作用検出方法(1)は、プリズムの表面に形成された薄膜と該薄膜の表面に形成された被検体検出層とを有する被検体検出手段を備え、前記被検体検出層が、一方の端部に抗体が結合された鎖状の高分子材料を含み、蛍光分子が前記抗体又は前記一方の端部に結合され、前記高分子材料の他方の端部が、直接または間接に前記薄膜の表面に固定されている生体分子相互作用検出装置を用い、前記被検体検出手段に投入された生体分子と前記抗体との相互作用を検出する方法であって、レーザー光を前記プリズムを介して第1の入射角度で前記薄膜に入射させ、反射強度を検出する処理を、前記第1の入射角度を変化させて繰り返す第1ステップと、前記反射強度が極小となる前記第1の入射角度を候補角度として決定する第2ステップと、前記候補角度から所定の角度だけ減算して得られる角度を入射角度として、レーザー光を前記プリズムを介して前記薄膜に入射し、該入射によって生じるプラズモン光によって励起された前記蛍光分子が出
力する蛍光を検出する第3ステップとを含むことを特徴としている。
The biomolecule interaction detection method (1) according to the present invention comprises an analyte detection means having a thin film formed on the surface of a prism and an analyte detection layer formed on the surface of the thin film. The analyte detection layer includes a chain-like polymer material in which an antibody is bound to one end, a fluorescent molecule is bound to the antibody or the one end, and the other end of the polymer material is A method for detecting an interaction between a biomolecule introduced into the analyte detection means and the antibody using a biomolecule interaction detection device fixed directly or indirectly on the surface of the thin film, comprising: a laser beam Is incident on the thin film through the prism at a first incident angle, and the process of detecting the reflection intensity is repeated by changing the first incident angle, and the reflection intensity is minimized. The first angle of incidence as the candidate angle A laser beam is incident on the thin film through the prism and is excited by plasmon light generated by the incident, with an incident angle defined as an angle obtained by subtracting a predetermined angle from the candidate angle. And a third step of detecting the fluorescence output from the fluorescent molecule.
また、本発明に係る生体分子相互作用検出方法(2)は、上記の生体分子相互作用検出方法(1)において、前記被検体検出手段に投入された前記生体分子を洗浄する第4ステップをさらに含み、前記第4ステップの前後で前記第3ステップを実行して、前記蛍光分子が出力する蛍光を測定し、前記第4ステップの前後で得られた蛍光強度を比較して、特異的結合の発生を検出することを特徴としている。 The biomolecule interaction detection method (2) according to the present invention further includes a fourth step of washing the biomolecule input to the analyte detection means in the biomolecule interaction detection method (1). Including performing the third step before and after the fourth step to measure the fluorescence output by the fluorescent molecule, comparing the fluorescence intensities obtained before and after the fourth step, and It is characterized by detecting occurrence.
また、本発明に係る生体分子相互作用検出方法(3)は、上記の生体分子相互作用検出方法(1)又は(2)において、前記被検体検出層が、複数種類の抗体を含み、前記高分子材料の前記一方の端部に結合された前記抗体の種類に応じて蛍光波長が異なる蛍光分子が、前記一方の端部に結合され、各々の前記蛍光分子に応じた波長の複数のレーザー光を用い、前記レーザー光の波長ごとに、前記第1〜第3ステップを実行することを特徴としている。 The biomolecule interaction detection method (3) according to the present invention is the biomolecule interaction detection method (1) or (2) described above, wherein the analyte detection layer includes a plurality of types of antibodies. Fluorescent molecules having different fluorescence wavelengths according to the type of the antibody bound to the one end of the molecular material are bound to the one end, and a plurality of laser beams having wavelengths corresponding to the respective fluorescent molecules And the first to third steps are executed for each wavelength of the laser beam.
また、本発明に係る生体分子相互作用検出方法(4)は、上記の生体分子相互作用検出方法(1)〜(3)の何れかにおいて、前記第3ステップにおいて、前記蛍光の2次元分布を測定することを特徴としている。 Moreover, the biomolecule interaction detection method (4) according to the present invention is the biomolecule interaction detection method (1) to (3) described above, wherein in the third step, the two-dimensional distribution of the fluorescence is obtained. It is characterized by measuring.
本発明によれば、SPR及びSPFSを用いて生体分子の相互作用を高い検出感度で、且つ効率的に検出することができる。 According to the present invention, the interaction of biomolecules can be detected efficiently with high detection sensitivity using SPR and SPFS.
また、被検体検出層の抗体にのみ蛍光修飾しておけばよく、検出対象の生体分子や、抗原が融合された細胞に対する蛍光修飾が不要であり、相互作用の測定が容易となる。 Further, only the antibody of the analyte detection layer needs to be fluorescently modified, and the fluorescent modification of the detection target biomolecule or the cell fused with the antigen is unnecessary, and the measurement of the interaction becomes easy.
また、生体分子の相互作用のうち、抗原抗体反応のように特異的結合を、in situで、
精度良く検出することが可能である。従って、細胞の裏側の抗原抗体反応の観測に有用である。特に、培養過程において分化し、細胞膜上に時間経過に伴って異なる抗原が発現するような細胞に対して、本発明は、従来の方法のように細胞を培地からとりだして調べることなく、培養した検出部上において、そのまま抗原の出現の時間経過をトレースし、in
situで抗原を特定するのに有効である。
In addition, among the interactions of biomolecules, specific binding, such as antigen-antibody reaction, in situ,
It is possible to detect with high accuracy. Therefore, it is useful for observation of antigen-antibody reaction on the back side of cells. In particular, for cells that differentiate during the culture process and express different antigens on the cell membrane over time, the present invention was cultured without removing the cells from the medium and examining them as in the conventional method. On the detection part, trace the time course of the appearance of the antigen as it is,
It is effective for identifying an antigen in situ.
また、蛍光分布を2次元画像として撮像することができ、走査することなく、効率的に生体分子の相互作用を検出することができる。 In addition, the fluorescence distribution can be captured as a two-dimensional image, and the interaction of biomolecules can be detected efficiently without scanning.
また、種類の異なる複数の抗体を用い、抗体の種類毎に蛍光波長が異なる蛍光分子で修飾し、対応する波長の複数のレーザー光を使用することによって、複数種類の抗原に対して同時に又は時間経過に応じて相互作用を検出することができる。さらに、1つの被検体検出部全体に対して被検体が含まれた溶液を注入すればよく、抗体の種類毎に、対応する小さい被検体検出層を区分してアレイ状に配列し、それぞれの区分領域に被検体が含まれた溶液を注入する作業が不要であり、非常に効率的に測定を行なうことができる。 In addition, by using multiple antibodies of different types, modifying with different fluorescent molecules for each antibody type, and using multiple laser beams of the corresponding wavelengths, it can be performed simultaneously or for multiple types of antigens. Interaction can be detected over time. Furthermore, a solution containing the analyte may be injected into one entire analyte detection unit, and for each type of antibody, a corresponding small analyte detection layer is divided and arranged in an array. There is no need to inject a solution containing the analyte in the segmented region, and the measurement can be performed very efficiently.
以下、本発明に係る実施の形態を、添付した図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係る生体分子相互作用検出装置の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る生体分子相互作用検出装置は、プリズム1、プリズム1の上に形成された、検出対象の生体分子(以下、被検体と記す)を含む試料を保持する被検体検出部(以下、検出部と記す)2と、レーザー発生装置3と、レーザー発生装置3か
ら出力されるレーザー光Lの光路上に配置された偏光板41、絞り42、シャッタ43、回転ミラー44及びレンズ45で構成される光制御部4と、光検出手段である第1及び第2CCDカメラ5、6と、第1及び第2フィルター7、8とを備えている。図2は、プリズム1の上に形成される検出部2の構成の一例を示す断面図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a biomolecule interaction detection apparatus according to an embodiment of the present invention. The biomolecule interaction detecting apparatus according to the present embodiment includes an object detection unit (holding a sample including a detection target biomolecule (hereinafter referred to as an object)) formed on the
プリズム1には、高屈折率の45度直角プリズムを用いることができる。検出部2は、プリズム1の表面にスパッター法あるいは蒸着法により30〜60nm(ナノメートル)(望ましくは40〜60nm、より望ましくは43〜53nm)の厚さに形成された金薄膜21と、金薄膜21表面上にスペーサ23によって周囲を囲まれて形成された、抗原と反応させる抗体を含む被検体検出層(以下、検出層と記す)24と、石英基板25と、これらを固定する固定具22とを備えている。ここで、スペーサ23、検出層24及び石英基板25によって、バッファ空間27が形成されており、石英基板25には貫通孔によって流路26a、26bが形成されている。流路26a、26bは、試料溶液をバッファ空間27に注入するために使用され、例えば、試料溶液を、流路26aからチューブ(図示せず)を介してバッファ空間27に注入し、流路26bから別のチューブ(図示せず)を介してバッファ空間27から排出させる。検出層24は、所定の蛍光分子及び抗体を結合させたポリエチレングリコール(polyethylene glycol、以下PEGと記す)を含んでい
る。さらに、蛍光分子及び抗体は共に、PEGの一方の端部に結合されており、PEGの他方の端部は、直接若しくは間接に金薄膜21表面に固定されている。尚、抗体、蛍光分子及びPEGの結合順序は任意であり、抗体及び蛍光分子がPEGの一方の端部に位置するように結合していればよい。さらに、それらの間に、別の比較的小さい高分子材料が介在していてもよい。
As the
第1CCDカメラ5は、金薄膜による反射レーザー光を観測するためのものであり、第1フィルター7を介して反射レーザー光を受光可能な位置に配置されている。一方、第2CCDカメラ6は、検出層24に含まれている蛍光分子からの蛍光を検出するためのものであり、観測波長に適した蛍光用高感度CCDカメラと第2フィルター8とが、検出部2の上方に設置されている。ここで、第1CCDカメラ5は、少なくとも反射光強度を測定することができれば良く、2次元撮像ができなくてもよく、フォトダイオードであってもよい。
The
レーザー発生装置3には、例えば、He−Neレーザーを使用することができる。また、回転ミラー44は、ミラーの角度を変更することが可能であり、レーザー光Lの金薄膜21への入射角θを、例えば、θ=28〜62(度)の範囲で変化させることができる。尚、図1において、レーザー光Lが通過するプリズム表面での光路の屈曲は省略している。
For the
レーザー発生装置3から出力されるレーザー光Lは、偏光板41によってP偏光され、絞り42を通過し、シャッタ43が開いている間、回転ミラー44、レンズ45及びプリズム1を介して検出部2の金薄膜21に入射され、その反射光が、レンズ45及びフィルタ7を介して第1CCDカメラ5で測定される。また、検出層24内の蛍光分子からの蛍光は、第2CCDカメラ6で測定される。
Laser light L output from the
次に、本生体分子相互作用検出装置を用いた生体分子相互作用の検出方法を、図3に示すフローチャートを用いて説明する。予め、検出部2のバッファ空間27に、検出層24に含まれる抗体に対する抗原を持つ細胞を含む溶液を注入し、この検出部2が水平に設置されているとする。
Next, a biomolecule interaction detection method using the present biomolecule interaction detection apparatus will be described with reference to the flowchart shown in FIG. It is assumed that a solution containing cells having an antigen against the antibody contained in the
ステップS1において、初期設定として、入射角度θに最小値θminを設定する。 In step S1, a minimum value θmin is set as the incident angle θ as an initial setting.
ステップS2において、レーザー発生装置3から出力されるレーザー光Lを、回転ミラー44のミラー表面の角度を固定し、上記のようにプリズム1を介して検出部2の金薄膜21に入射させ、その反射光を第1CCDカメラ5で測定し、反射強度を記録する。周知のように、偏光板41を介してP偏光されたレーザー光Lは、金薄膜21中の電子振動とカップリングしてSPR現象を生じた場合、反射光の強度が減少する。
In step S2, the angle of the mirror surface of the
ステップS3において、入射角度θが予め設定した最大値θmax以下であるか否かを判
断する。入射角度θが最大値θmax以下である場合、ステップS4に移行して、入射角度
θをΔθだけ増大させた後、ステップS2に戻る。ステップS2では、新たに決定されたθに応じて、回転ミラー44の角度を変更し、ステップS2において、反射光の強度を測定する。入射角度θが最大値θmax以下でない場合、ステップS5に移行する。これによ
って、θ=θmin〜θmaxの範囲を所定の刻みΔθの間隔で変化させて、反射光の強度を測定することができる。
In step S3, it is determined whether or not the incident angle θ is equal to or less than a preset maximum value θmax. When the incident angle θ is equal to or smaller than the maximum value θmax, the process proceeds to step S4, and after increasing the incident angle θ by Δθ, the process returns to step S2. In step S2, the angle of the
ステップS5において、以上のステップで得られた測定値から反射強度が極小となるときの入射角度θdipを求める。図4は、測定した反射強度から入射光強度を基準とした反
射率を求め、入射角度θに関してプロットして得られるグラフの一例を示す図である。図4に示すように、反射率は、金薄膜21の厚さやプリズム1の屈折率などに応じた所定の角度で極小値となる。この極小となるときの角度θをθdipとして決定する。尚、図4に
は、金薄膜21の厚さが異なる場合や、金薄膜21の表面に付着物が形成された場合などに、反射率が極小値となる角度θdipが変化することを破線で示している。
In step S5, the incident angle θdip at which the reflection intensity is minimized is obtained from the measurement values obtained in the above steps. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a graph obtained by obtaining the reflectance based on the incident light intensity from the measured reflection intensity and plotting it with respect to the incident angle θ. As shown in FIG. 4, the reflectance has a minimum value at a predetermined angle corresponding to the thickness of the gold
ステップS6において、ステップS5で求めた角度θdipから所定の角度δを減算し、
角度θ1を求める。ここで、δは0.1〜2(度)の範囲の値である。このように、ステップS5で求めた角度θdipよりも少し小さい角度θ1を求めるのは、後述する蛍光強度のピーク位置が角度θ=θdipよりも少し小さい入射角度で生じるからである。
In step S6, a predetermined angle δ is subtracted from the angle θdip obtained in step S5,
Find the angle θ1. Here, δ is a value in the range of 0.1 to 2 (degrees). The reason why the angle θ1 that is slightly smaller than the angle θdip obtained in step S5 is obtained is that the peak position of the fluorescence intensity described later occurs at an incident angle that is slightly smaller than the angle θ = θdip.
ステップS7において、レーザー光Lの金薄膜21への入射角度θがステップS6で求めた角度θ1になるように回転ミラー44を調節し、レーザー発生装置3からのレーザー
光Lを金薄膜21に入射する。これによって、SPRによるプラズモン光によって、検出層24内の蛍光分子が励起され、蛍光を発生する。発生した蛍光を、検出部2の上方に位置する第2CCDカメラ6で測定、即ち2次元撮像する。得られた2次元画像における各画素の輝度が、検出層上の各場所での蛍光強度に対応する。
In step S7, the rotating
このとき、蛍光分子の金薄膜21表面からの距離に依存して、第2CCDカメラ6で観測できる蛍光強度は図5に示したグラフのように変化する。図5において、横軸は金薄膜表面から蛍光分子までの距離、縦軸は観測される蛍光の相対強度である。従って、検出層24の中でPEGに付された抗体が抗原と結合し、界面方向にPEGが伸長された場合、PEGの抗体が付された側と同じ端部に付されている蛍光分子が金薄膜21表面から遠ざかるので、より強い蛍光が観測される。
At this time, depending on the distance of the fluorescent molecule from the surface of the gold
図6に、PEGが伸長することによって、蛍光分子からの蛍光が大きく観測される様子を模式的に示す。図6の左側に示したように、PEGが縮んでおり、金薄膜21の表面近傍にある状態では、下向きの矢印で示したように、蛍光分子が発する蛍光は金薄膜21に励起エネルギー移動がおこって殆ど消光されてしまう。しかし、右側に示したようにPEGが伸長して金薄膜21の表面から遠ざかると、金薄膜21へのエネルギー移動効率が減少し、上向きの矢印で示したように、蛍光は外部に放出され、検出可能となる。図5のグラフから、PEGが伸長することによって蛍光分子が金薄膜表面から遠ざかる距離の最大値は、約50nm以下であることが望ましく、従ってPEGの長さは約50nm以下であることが望ましい。即ち、PEGの分子量は、約200,000以下であることが望まし
く、数万以下であることがより望ましい。PEGを間接に金薄膜表面に固定する場合には、固定に使用する材料の厚さも含めた値が約50nm以下であることが望ましい。
FIG. 6 schematically shows how fluorescence from fluorescent molecules is greatly observed as PEG expands. As shown on the left side of FIG. 6, when the PEG is contracted and in the vicinity of the surface of the gold
ステップS8において、終了の有無を判断し、終了しない場合にはステップS1に戻る。例えば、所定時間経過した後に再びステップS1〜S7の処理を行い、第2CCDカメラ6による撮像を行なう。これによって、蛍光強度の経時変化、即ち抗原抗体反応の経時変化を観測することができる。また、所定時間経過の後に検出部を洗浄(以下、リンスとも記す)し、再びステップS1〜S7の処理を行い、第2CCDカメラ6による撮像を行なってもよい。抗原を持つ細胞を注入する前よりも増強した蛍光強度が洗浄後にも維持されていれば、相互作用が安定であること、即ち抗原抗体反応であるといえる。 In step S8, it is determined whether or not the process is finished. If not finished, the process returns to step S1. For example, after a predetermined time elapses, the processes in steps S1 to S7 are performed again and the second CCD camera 6 performs imaging. As a result, a change in fluorescence intensity with time, that is, a change with time in the antigen-antibody reaction can be observed. Further, after the predetermined time has elapsed, the detection unit may be washed (hereinafter also referred to as “rinse”), and the processing of steps S1 to S7 may be performed again, and imaging by the second CCD camera 6 may be performed. If the fluorescence intensity enhanced before the injection of cells having antigen is maintained after washing, it can be said that the interaction is stable, that is, an antigen-antibody reaction.
以上によって、第2CCDカメラ6による蛍光強度の測定によって、検出層24に形成した抗体と、注入した溶液中の抗原との相互作用を検出することができる。従って、例えば既知の抗体を用いて形成した検出層に対して、細胞を含む溶液を接触させることによって、その細胞の出すタンパク質(抗原)を特定することができる。
As described above, the interaction between the antibody formed in the
蛍光分子としては、レーザー光の波長などを考慮して適切な蛍光分子を使用すればよい。例えば、光源として波長632.8nmのHe−Neレーザーを使用する場合、Cy5、AlexaFluor647などを使用することができる。 As the fluorescent molecule, an appropriate fluorescent molecule may be used in consideration of the wavelength of laser light. For example, when a He-Ne laser having a wavelength of 632.8 nm is used as the light source, Cy5, AlexaFluor 647, or the like can be used.
また、上記では、PEGを用いる場合を説明したが、これに限定されず、端部に蛍光分子及び抗体を結合させることができ、長さが数〜数十nmの柔らかい鎖状の高分子材料であればよい。使用する抗体や蛍光分子に応じて適切な高分子材料を使用することができ、例えば、ポリグルタミン酸、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、あるいは2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンなどを使用することができる。 Moreover, although the case where PEG was used was demonstrated above, it is not limited to this, A fluorescent molecule | numerator and an antibody can be couple | bonded with an edge part, A soft chain-like high molecular material whose length is several to several dozen nm If it is. An appropriate polymer material can be used according to the antibody or fluorescent molecule to be used. For example, polyglutamic acid, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine, or the like can be used.
また、プリズム表面に形成される薄膜は、金薄膜に限定されず、その他の金属(銀など)や、金属酸化物(SiO2、TiO2、Al2O3、Ag2Oなど)の薄膜であってもよい。 In addition, the thin film formed on the prism surface is not limited to a gold thin film, and may be a thin film of other metal (such as silver) or metal oxide (such as SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , Ag 2 O). There may be.
また、上記では、流路を有する石英基板及びスペーサを備えた検出部を説明したが、これに限定されない。金薄膜表面上に被検体検出層が形成され、被検体の生体分子を保持することができる構造であればよい。 Moreover, although the detection part provided with the quartz substrate and spacer which have a flow path was demonstrated above, it is not limited to this. Any structure may be used as long as the analyte detection layer is formed on the gold thin film surface and can hold the biomolecules of the analyte.
また、上記では、SPFS測定時のレーザー入射角度θ1を、SPRで観測した反射強
度の極小値に対応する入射角度θdipよりも少し小さい角度とする場合を説明したが、こ
れに限定されず、θdipに近い角度であればよく、θ1≧θdipであってもよい。θ1がθdipよりも少し小さいことが望ましいが、θ1がθdipに近い値(等しい場合を含む)であれ
ば、十分な強度の信号を観測することができる。
In the above description, the laser incident angle θ1 at the time of SPFS measurement is described as being slightly smaller than the incident angle θdip corresponding to the minimum value of the reflection intensity observed by SPR. However, the present invention is not limited to this. It is sufficient that the angle is close to 0, and θ1 ≧ θdip may be satisfied. Although it is desirable that θ1 is slightly smaller than θdip, if θ1 is a value close to θdip (including the case where they are equal), a sufficiently strong signal can be observed.
また、上記では1つの検出層を備える場合を説明したが、金薄膜上に、異なる抗体を含む複数の検出層をアレイ状に配列して検出部を形成してもよい。その場合、同じ生体分子に対して、複数の抗体との相互作用を、一度に観測することができる。 Moreover, although the case where one detection layer was provided was demonstrated above, you may form a detection part by arranging the several detection layer containing a different antibody on an gold | metal thin film in an array form. In that case, interaction with a plurality of antibodies can be observed at a time for the same biomolecule.
また、上記においては、1種類の蛍光分子を用いる場合を説明したが、これに限定されず、複数種類の抗体と、抗体の種類毎に、蛍光波長の異なる蛍光分子を結合させて検出部を形成してもよい。この場合、SPR測定及びSPFS測定は、蛍光分子の種類に応じた波長の異なる複数のレーザー光あるいは各種フィルタを挿入したランプを用いて行なう。この検出部を用いれば、複数種類の抗原に対して同時に又は時間経過に応じて抗原抗体反応を検出することができる。特に、培養過程において分化するような細胞の場合、細胞膜
上に時間経過に伴って、異なる抗原が発現することがあるが、従来の方法のように細胞を培地からとりだして調べるのではなく、本発明では、培養を行う検出部上で、そのまま抗原の出現の時間経過をトレースすることができ、in situで抗原を特定するのに有効であ
る。この場合、1つの検出部全体に対して被検体が含まれた溶液を注入すればよく、抗体の種類毎に、対応する小さい検出層を区分してアレイ状に配列し、それぞれの区分領域に被検体が含まれた溶液を注入する作業が不要であり、非常に効率的に測定を行なうことができる。
In the above description, the case of using one type of fluorescent molecule has been described. However, the present invention is not limited to this, and a detection unit is formed by combining multiple types of antibodies and fluorescent molecules having different fluorescence wavelengths for each type of antibody. It may be formed. In this case, the SPR measurement and the SPFS measurement are performed by using a plurality of laser beams having different wavelengths according to the type of fluorescent molecule or a lamp having various filters inserted therein. By using this detection unit, an antigen-antibody reaction can be detected for a plurality of types of antigens simultaneously or over time. In particular, in the case of cells that differentiate during the culturing process, different antigens may be expressed on the cell membrane over time, but this is not the case when cells are removed from the medium and examined as in the conventional method. In the invention, the time course of the appearance of the antigen can be traced as it is on the detection unit for culturing, which is effective for specifying the antigen in situ. In this case, it suffices to inject a solution containing the analyte into one entire detection unit, and for each type of antibody, a corresponding small detection layer is divided and arranged in an array, and each divided region is arranged in an array. An operation of injecting a solution containing the subject is unnecessary, and measurement can be performed very efficiently.
また、蛍光の2次元分布を測定する手段(第2CCDカメラ6)は、上記したCCDカメラに限定されず、所定の波長の蛍光を測定可能な2次元画像撮像装置であればよい。 The means for measuring the two-dimensional distribution of fluorescence (second CCD camera 6) is not limited to the above-described CCD camera, and may be any two-dimensional imaging device capable of measuring fluorescence of a predetermined wavelength.
以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをより一層明確にする。 Examples are shown below to further clarify the features of the present invention.
(本発明に係る検出部の作製)
まず、作製した本発明に係る検出部に関して説明する。
(Preparation of the detector according to the present invention)
First, the manufactured detection unit according to the present invention will be described.
図2に示したように、プリズム1として、高屈折率の45度直角プリズムであるSCHOTT GLASS社製のLaSFN9(屈折率n=1.85)を用い、その底面にスパッター法により膜厚約48nmの金薄膜21を形成し、流路26a、26bが形成された石英基板25を、厚さ2mmのシリコンゴムのスペーサ23で挟んで金薄膜21の上に設置した。これに、ポンプを用いて、PBS緩衝液(りん酸緩衝液、pH=7.2)を注入した。このときのセル容積はおよそ160μL(マイクロリットル)であった。
As shown in FIG. 2, LaSFN9 (refractive index n = 1.85) manufactured by SCHOTT GLASS, which is a high-refractive-index 45-degree right-angle prism, is used as the
11-Amino-1-undecanethiolと(+)-Biotin N-hydroxysuccinimide ester (NHS-Biotin)(何れもDojindo社製)とを、2:1のモル比で反応させ、Biotin化アルカンチオールの0.25mMPBS緩衝液を調製した。このPBS緩衝液をポンプにより、石英基板25を形成した段階の検出部に注入して約1時間放置し、金属薄膜21の表面に自己組織化膜を形成させた。
11-Amino-1-undecanethiol and (+)-Biotin N-hydroxysuccinimide ester (NHS-Biotin) (both manufactured by Dojindo) were reacted at a molar ratio of 2: 1 to obtain 0.25 mM PBS of biotinylated alkanethiol. A buffer was prepared. This PBS buffer solution was injected by a pump into the detection part at the stage where the
その後3〜4mLのPBS緩衝液でリンスし、続いて3μMのStreptavidinPBS緩衝液を注入した。約1時間後、Biotin(ビオチン)と結合したStreptavidin(ストレプトアビジン)の層が自己組織化膜の上に形成された。 Thereafter, it was rinsed with 3 to 4 mL of PBS buffer, followed by injection of 3 μM Streptavidin PBS buffer. After about 1 hour, a layer of Streptavidin bound to Biotin was formed on the self-assembled membrane.
これを、再びリンスした後、予め次の方法で調製しておいたCy5修飾Anti-GFP-PEG-BiotinのPBS緩衝液を注入した。Cy5修飾Anti-GFP-PEG-BiotinのPBS緩衝液は、まず、Anti-GFPにCy5 Antibodyラベリングキット(アマシャム社)を用いて蛍光分子としてCy5修
飾し、カラムによって単離し、次に、得られた濃度0.1mg/mLのCy5修飾Anti-GFP
0.3mLと、NHS-PEG-Biotin(分子量3400、Shearwater社)0.34mgとを混合し、ときどき攪拌しながら約半日放置することで得た。使用直前にこれをPBS緩衝液で3倍に希釈した。
This was rinsed again, and then a PBS buffer solution of Cy5-modified Anti-GFP-PEG-Biotin prepared in advance by the following method was injected. The PBS buffer of Cy5-modified Anti-GFP-PEG-Biotin was first modified with Cy5 as a fluorescent molecule using Cy5 Antibody Labeling Kit (Amersham) and isolated by column Cy5-modified Anti-GFP at a concentration of 0.1 mg / mL
It was obtained by mixing 0.3 mL and 0.34 mg of NHS-PEG-Biotin (molecular weight 3400, Shearwater) and leaving it to stand for about half a day with occasional stirring. Immediately before use, it was diluted 3 times with PBS buffer.
Cy5修飾Anti-GFP-PEG-Biotinを注入してから約1時間後、再びリンスを行い、Streptavidinに結合したものだけを残存させた。これによって、図7に示すように、金薄膜の上に
、自己組織化膜、Streptavidin、Cy5修飾Anti-GFP-PEG-Biotinの順で積層された検出層24を形成し、検出部の作製を完了した。
About 1 hour after the injection of Cy5-modified Anti-GFP-PEG-Biotin, rinsing was performed again, leaving only those bound to Streptavidin. As a result, as shown in FIG. 7, a
(被検出対象の調整)
次に、被検出対象とした、GFP融合膜蛋白含有膜画分の調製について説明する。
(Adjustment of detection target)
Next, preparation of a membrane fraction containing a GFP fusion membrane protein as a detection target will be described.
EGFP−N1ベクター(Clontech社)よりEGFP遺伝子を切り出し、GluR2のアミノ末端から、シグナル配列に続けて、MycタグとEGFP遺伝子を導入し、その後にGluR2の3番目の膜貫通領域からカルボキシル末端までを含むたんぱく質をコードする遺伝子(以下、GFP−tGluR2と記す)を作成した。このGFP−tGluR2を含む発現ベクターをA6細胞にトランスフェクションし、安定発現細胞を作成した。 The EGFP gene was excised from the EGFP-N1 vector (Clontech), and the Myc tag and EGFP gene were introduced from the amino terminus of GluR2, followed by the signal sequence, and then from the third transmembrane region to the carboxyl terminus of GluR2. A gene encoding the protein to be contained (hereinafter referred to as GFP-tGluR2) was prepared. An expression vector containing this GFP-tGluR2 was transfected into A6 cells to prepare stably expressing cells.
この安定発現細胞を培養し、膜画分を次のように調製した。即ち、安定発現細胞をPBSに懸濁し、これを超音波破砕し、遠心分離した(1000gで10分間)。その上澄みを回収し、再度遠心分離(8000gで30分間)し、沈殿を再度PBSに懸濁し、実験に用いた。 The stably expressing cells were cultured, and a membrane fraction was prepared as follows. That is, stably expressing cells were suspended in PBS, sonicated and centrifuged (1000 g for 10 minutes). The supernatant was collected, centrifuged again (8000 g for 30 minutes), and the precipitate was suspended again in PBS and used for the experiment.
(SPR測定及びSPFS測定)
以上のように形成された検出部に、GFP融合膜蛋白含有膜画分を濃度0.69mg/mLで適用し、図3を用いて説明したように、SPR測定及びSPFS測定(2次元イメージング)を行なった。レーザー光源にはHe−Neレーザーを使用し、波長が632.8.nmのレーザー光を使用した。また、SPFS測定においては、蛍光強度が最も感度よく検出できるように、δ=0.5(度)とし、SPR測定によって決定された角度θdipを用いて、θ1=θdip−0.5(度)に入射角を固定し、蛍光強度を測定した。尚、上
記検出部の作製において、各層の形成キネティクスと最終膜厚を、SPR測定により追跡することで、確認した。
(SPR measurement and SPFS measurement)
The GFP fusion membrane protein-containing membrane fraction was applied to the detection unit formed as described above at a concentration of 0.69 mg / mL, and as described with reference to FIG. 3, SPR measurement and SPFS measurement (two-dimensional imaging) Was done. A He—Ne laser is used as the laser light source, and the wavelength is 632.8. nm laser light was used. In SPFS measurement, δ = 0.5 (degrees) and θ1 = θdip−0.5 (degrees) using an angle θdip determined by SPR measurement so that the fluorescence intensity can be detected with the highest sensitivity. The incident angle was fixed to, and the fluorescence intensity was measured. In the production of the detection part, the formation kinetics and final film thickness of each layer were confirmed by tracking them by SPR measurement.
測定結果を図8に示す。図8において、横軸及び横軸はそれぞれ時間(分)及び蛍光強度である。図8に丸(●)で示したように、時間とともに蛍光強度が増大した。これは、ランダムコイル状の柔らかい鎖のPEG鎖が膜画分との結合によって、界面方向へ引っ張られ、その結果蛍光分子が金薄膜より離れたためと考えられる。図9は、この状態を示す模式図である。また、検出部へのGFP融合膜蛋白含有膜画分の適用を開始してから約1時間後、リンスを行ったが、図8から、蛍光強度が、GFP融合膜蛋白含有膜画分の投入を行なう前の値の200%以上に増大していることが分かる。このことは、蛍光強度の増大の原因、即ち、検出層と投与した膜画分との反応状態が、検出部から除去されずに残存していることを意味する。即ち、その反応が、特異的結合(抗原抗体反応)であったことが分かる。 The measurement results are shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal and horizontal axes represent time (minutes) and fluorescence intensity, respectively. As indicated by a circle (●) in FIG. 8, the fluorescence intensity increased with time. This is presumably because the PEG chain of a random coil-like soft chain is pulled toward the interface by binding with the membrane fraction, and as a result, the fluorescent molecule is separated from the gold thin film. FIG. 9 is a schematic diagram showing this state. In addition, rinsing was carried out about 1 hour after the start of application of the GFP fusion membrane protein-containing membrane fraction to the detection unit. From FIG. 8, the fluorescence intensity was added to the GFP fusion membrane protein-containing membrane fraction. It can be seen that the value has increased to 200% or more of the value before performing. This means that the cause of the increase in fluorescence intensity, that is, the reaction state between the detection layer and the administered membrane fraction remains without being removed from the detection unit. That is, it can be seen that the reaction was specific binding (antigen-antibody reaction).
図8には、比較実験として、GFPが融合していない膜画分を調整し、上記で作製した本発明に係る検出部に対して適用し、上記と同様にSPR測定及びSPFS測定を行なった結果を、四角(□)で示している。図8において、GFPが融合していない膜画分に関しても、GFPが融合した膜画分と同様に、膜画分の投入時から蛍光強度が増大している。これは、GFPが融合していない膜画分と検出層との非特異吸着によって、PEG鎖の形態や運動性が影響を受けたことが原因と考えられる。非特異吸着が起こっていることは、GFPが融合していない膜画分に関しても、SPRのディップの広角シフト、即ち、角度θdipが大きくなる現象が見られることで、確認された。 In FIG. 8, as a comparative experiment, a membrane fraction not fused with GFP was prepared and applied to the detection unit according to the present invention prepared above, and SPR measurement and SPFS measurement were performed in the same manner as described above. The results are indicated by squares (□). In FIG. 8, as for the membrane fraction not fused with GFP, the fluorescence intensity is increased from the time of introduction of the membrane fraction, similarly to the membrane fraction fused with GFP. This is presumably because the non-specific adsorption between the membrane fraction not fused with GFP and the detection layer affected the morphology and motility of the PEG chain. The occurrence of non-specific adsorption was confirmed by the fact that a wide-angle shift of the SPR dip, that is, a phenomenon that the angle θdip becomes large was also observed for the membrane fraction not fused with GFP.
また、GFPが融合していない膜画分に関しては、リンスを行なった後には蛍光強度が減少している。従ってこの場合、抗原抗体反応による特異的結合は起こっておらず、PEG鎖の形態や運動性に影響を与えていた膜画分がリンスによって除去され、PEGが元の状態に戻ったことが分かる。 Further, regarding the membrane fraction not fused with GFP, the fluorescence intensity decreases after rinsing. Therefore, in this case, specific binding due to the antigen-antibody reaction did not occur, and it was found that the membrane fraction that had affected the morphology and motility of the PEG chain was removed by rinsing, and PEG returned to its original state. .
以上のように、本発明に係る検出部を用いて、リンス前後にSPR測定及びSPFS測定を行なうことによって、特異的結合(抗原抗体反応)が生じたか否かを検出することができる。通常の顕微鏡観察では基板に吸着あるいは結合したものを見たときに結合部分で
ある細胞の裏側は観測することが難しいが、このように、SPFS測定を用いた本発明によれば、これまでの方法では分からなかった細胞の裏側の抗原抗体反応のin situ観測に
有用である。また、検出層にさえ蛍光修飾すればよく、抗原が融合された細胞への蛍光修飾が不要なことも大きな利点である。
As described above, it is possible to detect whether specific binding (antigen-antibody reaction) has occurred by performing SPR measurement and SPFS measurement before and after rinsing using the detection unit according to the present invention. In normal microscopic observation, it is difficult to observe the back side of the cell, which is a binding part, when looking at what is adsorbed or bound to the substrate. Thus, according to the present invention using SPFS measurement, This method is useful for in situ observation of antigen-antibody reaction on the backside of cells, which was not known by the method. In addition, it is only necessary that the detection layer be fluorescently modified, and it is also a great advantage that the fluorescent modification to the cells fused with the antigen is unnecessary.
上記した本発明に係る検出部と異なる検出部を作製し、比較実験を行なった。 A detection unit different from the detection unit according to the present invention described above was produced and a comparative experiment was performed.
(比較実験用検出部の作製)
Biotin化PEGアルカンチオール、Streptavidin、Cy5修飾Anti-GFP-Biotinをそれぞれ次
のように結合させた。
(Preparation of detection part for comparative experiments)
Biotinylated PEG alkanethiol, Streptavidin, and Cy5-modified Anti-GFP-Biotin were conjugated as follows.
まず、11-Amino-1-undecanethiolの1mMPBS緩衝溶液を、上記と同様に石英基板25を形成した段階の検出部に注入し、金属薄膜21の表面に自己組織化膜を形成させた。リンス後、1mMのNHS-PEG-Biotin(分子量3400、Shearwater社製)を注
入し、反応させてBiotin化PEGアルカンチオールを作製した。PBS緩衝液によるリンス
後、3μMのStreptavidinを注入し、Biotinと結合させた。最後にBiotin-Anti-GFP(コ
スモバイオ社製)にCy5 Antibodyラベリングキットを用いてCy5修飾したCy5修飾Anti-GFP-Biotinを注入し、リンスを行い、比較実験用検出部として完了させた。ここで、実施例
1との大きな違いは、本比較実験用検出部では、GFP抗体とPEGとが直接結合されていないことである。
First, a 1 mM PBS buffer solution of 11-Amino-1-undecanethiol was injected into the detection part at the stage where the
この比較実験用検出部に、実施例1と同様に、GFP融合膜画分を投与し、SPR測定及びSPFS測定を行なった。その結果、蛍光強度は、上記のGFP融合膜画分を加えた後も増大しなかった。これは、PEGと抗体とが直接つながっておらず、GFPとの結合によって抗体が細胞膜の方向へ引っ張られる現象が起こらなかったためと考えられる。 In the same manner as in Example 1, the GFP fusion membrane fraction was administered to the detection part for comparative experiments, and SPR measurement and SPFS measurement were performed. As a result, the fluorescence intensity did not increase even after the GFP fusion membrane fraction was added. This is probably because the PEG and the antibody were not directly connected, and the phenomenon that the antibody was pulled toward the cell membrane due to the binding with GFP did not occur.
このことから、抗原抗体反応が起こる細胞観測に関して有効である検出部は、PEG鎖と抗体とが結合しており、且つ抗体と蛍光分子とが同じ側のPEGの端部に結合されている(抗体に直接蛍光修飾されていてもよい)検出部であるといえる。 From this, in the detection part effective for cell observation in which an antigen-antibody reaction occurs, the PEG chain and the antibody are bound, and the antibody and the fluorescent molecule are bound to the end of the PEG on the same side ( It may be said that it is a detection part (which may be directly fluorescently modified to an antibody).
1 プリズム
2 被検体検出部
3 レーザー発生装置
4 光制御部
5 第1CCDカメラ
6 第2CCDカメラ
7 第1フィルタ
8 第2フィルタ
21 金薄膜
22 固定具
23 スペーサ
24 被検体検出層
25 石英基板
26a、26b 流路
27 バッファ空間
41 偏光板
42 絞り
43 シャッタ
44 回転ミラー
45 レンズ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
該プリズムの表面に形成された金属を含む薄膜及び該薄膜の表面に形成された被検体検出層とを有する被検体検出手段と、
レーザー発生手段と、
第1光検出手段及び第2光検出手段と備え、
前記被検体検出層が、一方の端部に蛍光分子及び抗体が直接又は間接に結合された鎖状の高分子材料を含み、
前記高分子材料の他方の端部が、直接または間接に前記薄膜の表面に固定され、
前記レーザー発生手段から前記プリズムを介して、第1の入射角度で前記薄膜に入射されたレーザー光の反射強度を、前記第1光検出手段で検出し、
前記レーザー発生手段から前記プリズムを介して、第2の入射角度で前記薄膜に入射されたレーザー光によって生じるプラズモン光によって励起された前記蛍光分子が出力する蛍光を、前記第2光検出手段で検出することを特徴とする生体分子相互作用検出装置。 Prism,
An analyte detection means having a thin film containing metal formed on the surface of the prism and an analyte detection layer formed on the surface of the thin film;
Laser generating means;
A first light detection means and a second light detection means;
The analyte detection layer includes a chain-like polymer material in which a fluorescent molecule and an antibody are directly or indirectly bound to one end,
The other end of the polymeric material is directly or indirectly fixed to the surface of the thin film;
The first light detection means detects the reflection intensity of the laser light incident on the thin film at a first incident angle through the prism from the laser generation means,
Fluorescence output from the fluorescent molecules excited by plasmon light generated by laser light incident on the thin film at a second incident angle from the laser generating means through the prism is detected by the second light detecting means. A biomolecular interaction detection device characterized by:
前記高分子材料によって形成される膜の厚さが約50nm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の生体分子相互作用検出装置。 The thin film has a thickness of about 30 nm to 60 nm;
The biomolecule interaction detection device according to claim 1 or 2, wherein a film formed of the polymer material has a thickness of about 50 nm or less.
ルメタクリレート、及び2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンからなる群の
中から選択される材料であることを特徴とする請求項1〜3の何れかの項に記載の生体分子相互作用検出装置。 4. The polymer material according to claim 1, wherein the polymer material is a material selected from the group consisting of polyethylene glycol, polyglutamic acid, 2-hydroxyethyl methacrylate, and 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine. The biomolecule interaction detection apparatus according to the section.
前記高分子材料が、分子量が約200,000以下のポリエチレングリコールであり、
前記蛍光分子が、Cy5又はAlexaFluor647であり、前記抗体に結合され、
前記レーザー光が、波長が632.8nmのHe−Neレーザーであり、
前記被検体検出層が、前記薄膜の上に形成された自己組織化膜と、該自己組織化膜に結合した第1のビオチンと、該第1のビオチンに結合したストレプトアビジンと、該ストレプトアビジンに結合した第2のビオチンとを含み、
前記高分子材料の前記他方の端部が、前記第2のビオチンに結合することによって、前記高分子材料が間接に前記薄膜に固定されることを特徴とする請求項1〜5の何れかの項に記載の生体分子相互作用検出装置。 The thin film is formed to a thickness of 40 nm or more and 60 nm or less using gold,
The polymer material is polyethylene glycol having a molecular weight of about 200,000 or less;
The fluorescent molecule is Cy5 or AlexaFluor 647, bound to the antibody,
The laser beam is a He-Ne laser having a wavelength of 632.8 nm,
The analyte detection layer includes a self-assembled film formed on the thin film, a first biotin bonded to the self-assembled film, streptavidin bonded to the first biotin, and the streptavidin A second biotin bound to
6. The polymer material is indirectly fixed to the thin film by binding the other end of the polymer material to the second biotin. The biomolecule interaction detection device according to Item.
レーザー光を前記プリズムを介して第1の入射角度で前記薄膜に入射させ、反射強度を
検出する処理を、前記第1の入射角度を変化させて繰り返す第1ステップと、
前記反射強度が極小となる前記第1の入射角度を候補角度として決定する第2ステップと、
前記候補角度から所定の角度だけ減算して得られる角度を入射角度として、レーザー光を前記プリズムを介して前記薄膜に入射し、該入射によって生じるプラズモン光によって励起された前記蛍光分子が出力する蛍光を検出する第3ステップとを含むことを特徴とする生体分子相互作用検出方法。 An analyte detection means having an analyte detection layer formed on the surface of the prism and an analyte detection layer formed on the surface of the thin film, the analyte detection layer having a chain in which an antibody is bound to one end; A biomolecule interaction, wherein a fluorescent molecule is bound to the antibody or the one end, and the other end of the polymer material is directly or indirectly fixed to the surface of the thin film. A method for detecting an interaction between the antibody and a biomolecule charged into the analyte detection means using a detection device,
A first step of repeating laser light incident on the thin film at a first incident angle through the prism and detecting a reflection intensity by changing the first incident angle;
A second step of determining, as a candidate angle, the first incident angle at which the reflection intensity is minimal;
Fluorescence output from the fluorescent molecules excited by the plasmon light that is incident on the thin film through the prism, with the angle obtained by subtracting a predetermined angle from the candidate angle as the incident angle. And a third step of detecting the biomolecule interaction detection method.
前記第4ステップの前後で前記第3ステップを実行して、前記蛍光分子が出力する蛍光を測定し、前記第4ステップの前後で得られた蛍光強度を比較して、特異的結合の発生を検出することを特徴とする請求項7に記載の生体分子相互作用検出方法。 A fourth step of washing the biomolecule charged into the analyte detection means;
Execute the third step before and after the fourth step, measure the fluorescence output by the fluorescent molecule, compare the fluorescence intensities obtained before and after the fourth step, and generate specific binding. The biomolecule interaction detection method according to claim 7, wherein the detection is performed.
前記高分子材料の前記一方の端部に結合された前記抗体の種類に応じて蛍光波長が異なる蛍光分子が、前記一方の端部に結合され、
各々の前記蛍光分子に応じた波長の複数のレーザー光を用い、
前記レーザー光の波長ごとに、前記第1〜第3ステップを実行することを特徴とする請求項7又は8に記載の生体分子相互作用検出方法。 The analyte detection layer includes a plurality of types of antibodies,
Fluorescent molecules having different fluorescence wavelengths depending on the type of the antibody bound to the one end of the polymer material are bound to the one end,
Using a plurality of laser beams with wavelengths according to each of the fluorescent molecules,
The biomolecule interaction detection method according to claim 7 or 8, wherein the first to third steps are executed for each wavelength of the laser beam.
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