JP2006284413A - Blocking agent for pigment sensitization type biosensor - Google Patents

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JP2006284413A JP2005105928A JP2005105928A JP2006284413A JP 2006284413 A JP2006284413 A JP 2006284413A JP 2005105928 A JP2005105928 A JP 2005105928A JP 2005105928 A JP2005105928 A JP 2005105928A JP 2006284413 A JP2006284413 A JP 2006284413A
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Hiromasa Tokutome
弘優 徳留
Yoko Yamada
陽子 山田
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Toto Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a blocking agent for working electrode processing capable of improving greatly detection sensitivity of a test material in specific detection of the test material using a photoelectric current generated by photoexcitation of a sensitizing pigment. <P>SOLUTION: A molecule including a phosphoric acid group in a molecular skeleton is used as the blocking agent used in the contact state with a working electrode 3 used for the specific detection of the test material 1 using the photoelectric current generated by photoexcitation of the sensitizing pigment 2, thereby greatly improving the detection sensitivity of the test material. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光電流を用いて、核酸、外因性内分泌攪乱物質、抗原等の特異的結合性を有する被検物質を特異的に検出する色素増感型バイオセンサにおいて、被検物質の電極表面への非特異的吸着を抑制するために用いられるブロッキング剤に関する。   The present invention relates to an electrode surface of a test substance in a dye-sensitized biosensor that specifically detects a test substance having specific binding properties such as a nucleic acid, an exogenous endocrine disrupting substance, and an antigen using a photocurrent. It is related with the blocking agent used in order to suppress nonspecific adsorption | suction to.

生体試料中のDNAを解析する遺伝子診断法が、各種病気の新たな予防および診断法として、有望視されている。このようなDNA解析を簡便かつ正確に行う技術として、以下のものが提案されている。   Gene diagnosis methods for analyzing DNA in biological samples are promising as new prevention and diagnosis methods for various diseases. The following are proposed as techniques for performing such DNA analysis simply and accurately.

被検体DNAを、これと相補的な塩基配列を有し、かつ蛍光物質を標識されたDNAプローブとハイブリダイズさせ、その際の蛍光シグナルを検出する、DNAの分析方法が知られている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。この方法にあっては、ハイブリダイゼーションによる二本鎖DNAの形成を色素の蛍光により検出する。   There is known a DNA analysis method in which a sample DNA is hybridized with a DNA probe having a base sequence complementary thereto and a fluorescent substance labeled, and a fluorescent signal at that time is detected (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). In this method, the formation of double-stranded DNA by hybridization is detected by fluorescence of the dye.

また、一本鎖に変性された遺伝子サンプルを、これに相補性を有する一本鎖の核酸プローブとハイブリダイゼーションさせた後、インターカレータ等の二本鎖認識体を添加して電気化学的に検出する方法が知られている(例えば、特許文献3および非特許文献1参照)。   In addition, a gene sample denatured into a single strand is hybridized with a complementary single-stranded nucleic acid probe, and then a double-stranded recognizer such as an intercalator is added for electrochemical detection. There are known methods (see, for example, Patent Document 3 and Non-Patent Document 1).

一方、近年、ダイオキシンを始めとする外因性内分泌撹乱物質(環境ホルモン)の生殖系および神経系等への障害が社会問題化している。現在、外因性内分泌撹乱毒性の検出は様々な方法によって行われているが、そのような物質はわずか10pptレベル程度の極めて低い濃度で毒性を示す。このため、そのような低濃度範囲における外因性内分泌撹乱物質の検出方法が望まれている。   On the other hand, in recent years, damage to the reproductive system and nervous system of exogenous endocrine disrupting substances (environmental hormones) such as dioxins has become a social problem. Currently, the detection of exogenous endocrine disrupting toxicity is carried out by various methods, but such substances are toxic at very low concentrations of the order of only 10 ppt. Therefore, a method for detecting an exogenous endocrine disrupting substance in such a low concentration range is desired.

特に、外因性内分泌撹乱物質は、受容体等のタンパク質を介して標的DNAに結合し、それにより当該DNAの発現等に影響を与え、毒性を生じる。すなわち、外因性内分泌撹乱物質は、DNAに直接的に結合するのではなく、受容体等のタンパク質を介して間接的DNAに結合する。そのため、DNA結合性を用いたプレスクリーニング等の従来の方法にあっては、その結合の評価は容易ではない。   In particular, an exogenous endocrine disrupting substance binds to a target DNA via a protein such as a receptor, thereby affecting the expression of the DNA and causing toxicity. That is, the exogenous endocrine disrupting substance does not directly bind to DNA but binds indirectly to DNA via a protein such as a receptor. Therefore, in conventional methods such as prescreening using DNA binding properties, the evaluation of the binding is not easy.

最近、被検物質とプローブ物質との直接または間接的な特異的結合を介して作用電極に増感色素を固定させ、この増感色素を光励起させて発生する光電流を検出するという色素増感型太陽電池の原理を応用した、極めて簡便に生体分子間の結合由来の特異的シグナルを検出可能な色素増感型バイオセンサが提案され、被検物質を高感度で簡便かつ正確に検出および定量出来ることが報告されている(例えば、特許文献4参照)。
特開平7−107999号公報 特開平11−315095号公報 特許公報第2573443号 特開2004−092672 表面科学Vol. 24, No. 11. Pp. 671-676, 2003
Recently, dye sensitization in which a sensitizing dye is immobilized on a working electrode through direct or indirect specific binding between a test substance and a probe substance, and the photocurrent generated by photoexcitation of the sensitizing dye is detected. A dye-sensitized biosensor that can detect a specific signal derived from the binding between biomolecules has been proposed, applying the principle of the solar cell, and detecting and quantifying analytes with high sensitivity and simplicity. It has been reported that it can be performed (for example, see Patent Document 4).
JP-A-7-107999 Japanese Patent Laid-Open No. 11-315095 Japanese Patent No. 2573443 JP 2004-092672 A Surface Science Vol. 24, No. 11. Pp. 671-676, 2003

本発明者らは、鋭意研究の結果、色素増感型バイオセンサにおいて、被検物質の電極表面への非特異的吸着を抑制する最適なブロッキング剤を用いることで、選択性・定量性に優れた生体関連物質のセンシングが可能であるという知見を得ている。   As a result of diligent research, the inventors of the present invention have excellent selectivity and quantification by using an optimal blocking agent that suppresses nonspecific adsorption of a test substance to the electrode surface in a dye-sensitized biosensor. We have obtained knowledge that sensing of living body related substances is possible.

したがって、本発明は、色素増感バイオセンサにおいて、特異的結合性を有する被検物質の選択的かつ定量的な検出および定量を可能とするブロッキング剤を提供することを目的としている。   Therefore, an object of the present invention is to provide a blocking agent that enables selective and quantitative detection and quantification of a test substance having specific binding properties in a dye-sensitized biosensor.

そして、本発明のブロッキング剤は、リン酸基を有することを特徴とする分子を含んでなるものである。   And the blocking agent of this invention comprises the molecule | numerator characterized by having a phosphate group.

したがって、本発明は、色素増感バイオセンサにおいて、非特異吸着反応を抑制することで、特異的結合性を有する被検物質の選択的かつ定量的な検出および定量を可能とするブロッキング剤を提供することを目的としている。   Therefore, the present invention provides a blocking agent that enables selective and quantitative detection and quantification of a test substance having specific binding properties by suppressing non-specific adsorption reaction in a dye-sensitized biosensor. The purpose is to do.

被検物質の非特異的吸着を抑制させるブロッキング剤
本発明によるブロッキング剤は、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられる作用電極への被検物質の非特異的な吸着を抑制する為に使用されるものである。増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出の詳細については後述するが、作用電極への被検物質の非特異的な吸着を抑制するための使用の例としては、ブロッキング剤を使用する際の工程として、好ましくは、ブロッキング剤を含む溶液を、前記プローブ物質を表面に備えた作用電極に接触させた後に、前記被検物質を直接または間接的に特異的に結合させる工程である。具体的には、プローブ物質を固定化した後の作用電極に対し、ブロッキング剤を溶解させた溶液を接触または浸漬することで固定化させる工程等が挙げられる。
Blocking agent that suppresses non-specific adsorption of test substance The blocking agent according to the present invention is used for the detection of a test substance on a working electrode used for specific detection of a test substance using a photocurrent generated by photoexcitation of a sensitizing dye. It is used to suppress non-specific adsorption. Details of the specific detection of the test substance using the photocurrent generated by photoexcitation of the sensitizing dye will be described later, but as an example of use to suppress nonspecific adsorption of the test substance to the working electrode, As a step when using the blocking agent, preferably, after the solution containing the blocking agent is brought into contact with the working electrode provided with the probe substance on the surface, the test substance is directly or indirectly specific. It is the process of combining. Specifically, a step of immobilizing the working electrode after immobilizing the probe substance by contacting or dipping a solution in which the blocking agent is dissolved may be mentioned.

本発明におけるブロッキング剤としては、分子骨格中にリン酸基を含むものであれば良く、色素増感型バイオセンサに用いる電極の電子受容層に何らかの結合により吸着できるものであれば良い。本発明にけるリン酸基を含む分子としては、リン酸基の他に骨格中に炭化水素を含む有機リン酸化合物や、リン酸が縮合したポリリン酸類等の無機リン酸化合物等の骨格中にリン酸が含まれるものであれば良い。本発明におけるブロッキング剤としては、有機リン酸化合物を好ましく用いることができ、より好ましくは、分子骨格中に、飽和炭化水素であるアルキル基、不飽和炭化水素であるアリル基、炭素、水素以外の元素が含まれる複素官能基を含むリン酸化合物を用いることができる。ここで、アルキル基とは、直鎖アルキル基や測鎖を有するアルキル基のどちらでもよく、好ましくは直鎖アルキル基が用いられる。   The blocking agent in the present invention is not particularly limited as long as it contains a phosphate group in the molecular skeleton, and any blocking agent can be used as long as it can be adsorbed to the electron accepting layer of the electrode used in the dye-sensitized biosensor. As a molecule containing a phosphate group in the present invention, in addition to the phosphate group, in the skeleton of an organic phosphate compound containing a hydrocarbon in the skeleton or an inorganic phosphate compound such as polyphosphoric acid condensed with phosphoric acid. Any material containing phosphoric acid may be used. As the blocking agent in the present invention, an organic phosphate compound can be preferably used. More preferably, in the molecular skeleton, an alkyl group which is a saturated hydrocarbon, an allyl group which is an unsaturated hydrocarbon, carbon, and hydrogen. A phosphoric acid compound containing a heterofunctional group containing an element can be used. Here, the alkyl group may be either a linear alkyl group or an alkyl group having a chain measurement, and a linear alkyl group is preferably used.

ここで、本発明におけるブロッキング剤に含まれるアルキル基としては、炭素鎖1以上18以下の直鎖アルキル基が好ましい。ここで、炭素数1以上18以下の直鎖アルキル基を有する分子は、その分子自体の双極子モーメントが大きい為、固体極性表面に対する吸着力が非常に強いことが期待できる。更に、直鎖アルキル基の炭素鎖が長いほど隣り合う分子間でのアルキル基のファンデルワールス力が強く働くようになるため、高密度な表面パッキングが可能となることから、被検物質の非特異的吸着を抑制効果の増大が期待できる。ここで、直鎖アルキル基を有するリン酸化合物としては、好ましくはメチルリン酸、エチルリン酸、n−プロピルリン酸、n−ブチルリン酸、n−ペンチルリン酸、n−ヘキシルリン酸、n−ヘプチルリン酸、n−オクチルリン酸、n−ノニルリン酸、n−デシルリン酸、n−ドデシルリン酸、n−テトラデシルリン酸、n−ヘキサデシルリン酸、n−オクタデシルリン酸と、それらの塩、すなわちアンモニウム塩やアルキルアンモニウム塩等の有機塩やナトリウム、カリウム等の無機塩が用いられる。ここで、直鎖アルキル基の炭素鎖が1未満であれば、例えば酸化チタン電極等の極性表面を有する材料を用いた場合、その双極子モーメントが小さくなる為、吸着量の減少につながり、また炭素鎖が19以上である場合、分子の疎水性が強くなりすぎる為、溶媒への溶解が極めて悪化する為、効率的な吸着が起こらない恐れがある。   Here, the alkyl group contained in the blocking agent in the present invention is preferably a linear alkyl group having 1 to 18 carbon chains. Here, a molecule having a linear alkyl group having 1 to 18 carbon atoms can be expected to have a very strong adsorption force on a solid polar surface because the molecule itself has a large dipole moment. Furthermore, the longer the carbon chain of the linear alkyl group, the stronger the van der Waals force of the alkyl group between adjacent molecules, which enables high-density surface packing. An increase in the effect of suppressing specific adsorption can be expected. Here, the phosphoric acid compound having a linear alkyl group is preferably methyl phosphoric acid, ethyl phosphoric acid, n-propyl phosphoric acid, n-butyl phosphoric acid, n-pentyl phosphoric acid, n-hexyl phosphoric acid, n-heptyl phosphoric acid, n -Octyl phosphate, n-nonyl phosphate, n-decyl phosphate, n-dodecyl phosphate, n-tetradecyl phosphate, n-hexadecyl phosphate, n-octadecyl phosphate and their salts, ie ammonium salts and alkyls Organic salts such as ammonium salts and inorganic salts such as sodium and potassium are used. Here, if the carbon chain of the linear alkyl group is less than 1, for example, when a material having a polar surface such as a titanium oxide electrode is used, the dipole moment is reduced, leading to a decrease in the amount of adsorption, and When the carbon chain is 19 or more, the hydrophobicity of the molecule becomes too strong, so that the dissolution in the solvent is extremely deteriorated, so that efficient adsorption may not occur.

また不飽和炭化水素であるアリル基としては、フェニル基、ナフチル基などの芳香族系官能基や、二重結合、三重結合を含む不飽和炭化水素系官能基のいずれでも構わない。ここで、アリル基に含まれる不飽和炭化水素の分子間で起こる相互作用、つまり疎水的相互作用やπ−π相互作用により、分子間での相互作用が強まることで、高密度な表面パッキングが可能となることから、被検物質の非特異的吸着を抑制効果の増大が期待できる。ここで、本発明におけるアリル基を含むブロッキング剤としては、フェニルリン酸、ナフチルリン酸と、それらの塩、すなわちアンモニウム塩やアルキルアンモニウム塩等の有機塩やナトリウム、カリウム等の無機塩が挙げられる。   The allyl group which is an unsaturated hydrocarbon may be an aromatic functional group such as a phenyl group or a naphthyl group, or an unsaturated hydrocarbon functional group containing a double bond or a triple bond. Here, the interaction between the molecules of the unsaturated hydrocarbon contained in the allyl group, that is, the hydrophobic interaction or the π-π interaction, strengthens the interaction between the molecules, thereby achieving a high-density surface packing. Since it becomes possible, an increase in the effect of suppressing nonspecific adsorption of the test substance can be expected. Here, examples of the blocking agent containing an allyl group in the present invention include phenylphosphoric acid, naphthylphosphoric acid, and salts thereof, that is, organic salts such as ammonium salts and alkylammonium salts, and inorganic salts such as sodium and potassium.

また、本発明におけるブロッキング剤としては、複素官能基を有するリン酸も好ましく用いることができ、その複素官能基に含まれる元素としは、炭素、水素、酸素、窒素、硫黄、リン、ホウ素、フッ素、塩素、臭素、沃素等の元素を含むものが挙げられる。ここで好適に用いられる複素官能基を有するリン酸化合物としては、オリゴヌクレオチド等の核酸を用いることができる。本発明におけるブロッキング剤として、DNA等の多価リン酸を用いることで、電子受容層に用いられる物質に多点で結合を形成することにより、より強力に電子受容層表面に吸着することが可能となる。   In addition, phosphoric acid having a heterofunctional group can also be preferably used as the blocking agent in the present invention, and the elements contained in the heterofunctional group include carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur, phosphorus, boron, fluorine. And those containing elements such as chlorine, bromine and iodine. A nucleic acid such as an oligonucleotide can be used as the phosphate compound having a heterofunctional group preferably used here. By using polyvalent phosphoric acid such as DNA as a blocking agent in the present invention, it is possible to more strongly adsorb to the surface of the electron accepting layer by forming bonds at multiple points to the substance used in the electron accepting layer. It becomes.

また、リン酸基と電子受容層に用いる物質の結合の種類としては、好ましくは共有結合、エステル結合、配位結合、イオン結合等が挙げられる。その結合の種類については、用いる電子受容層の表面物性により大きく変化することが知られており、例えば、表面の固体塩基性が強まるほど、共有結合からイオン結合的な要素が増大する。例えば、酸化チタン等の遷移金属酸化物を電子受容層として用いた場合、分子中に存在するリン酸基は、酸化チタン表面に存在する水酸基との間で脱水縮合によりTi-O-Pのような共有結合を形成することが知られている。   Moreover, as a kind of coupling | bonding of the substance used for a phosphate group and an electron-accepting layer, Preferably, a covalent bond, an ester bond, a coordination bond, an ionic bond etc. are mentioned. The type of bond is known to vary greatly depending on the surface physical properties of the electron-accepting layer used. For example, as the solid basicity of the surface increases, the number of covalently bonded elements increases. For example, when a transition metal oxide such as titanium oxide is used as the electron-accepting layer, the phosphate group present in the molecule is shared with the hydroxyl group present on the titanium oxide surface, such as Ti-OP, by dehydration condensation. It is known to form bonds.

本発明におけるブロッキング剤としては、分子骨格中に分子間での相互作用を誘起する官能基を含むことが好ましい。ここで、本発明における「分子間での相互作用が誘起される」とは、例えば電極表面上へのブロッキング剤分子の吸着が進行すると同時に、近傍に存在するブロッキング剤分子同士が、各々の官能基同士の電子的相互作用により、電極表面上で配向して会合するようになる、いわゆる“自己組織化”的な会合がおこることにより、より高密度なブロッキング剤同士の電極表面上での充填が可能となることを示している。よって、これにより、密なブロッキング分子層の形成がもたらされ、結果として、被検物質の電極への直接の吸着が抑制(ブロッキング)されることにより、非特異的吸着反応の減少につながる。ここで、本発明におけるブロッキング剤において、分子間で誘起される前記相互作用として、好ましくは、ファンデルワールス力、疎水的相互作用、π−π相互作用、水素結合などが挙げられる。またリン酸ユニットを多数含むポリリン酸等の高分子状化合物を用いても構わない。   The blocking agent in the present invention preferably contains a functional group that induces an intermolecular interaction in the molecular skeleton. Here, in the present invention, “interaction between molecules is induced” means, for example, that blocking agent molecules are adsorbed on the electrode surface, and at the same time, blocking agent molecules existing in the vicinity have their respective functionalities. Due to the electronic interaction between groups, the so-called “self-organizing” associations that become oriented and associate on the electrode surface will cause packing of higher density blocking agents on the electrode surface. Indicates that this is possible. Therefore, this leads to the formation of a dense blocking molecular layer, and as a result, the direct adsorption of the test substance to the electrode is suppressed (blocked), leading to a decrease in non-specific adsorption reaction. Here, in the blocking agent in the present invention, the interaction induced between molecules preferably includes van der Waals force, hydrophobic interaction, π-π interaction, hydrogen bond and the like. Moreover, you may use polymeric compounds, such as polyphosphoric acid containing many phosphoric acid units.

このようなブロッキング剤を用いることにより、測定対象物および作用電極の特性を阻害することなく、光電流による被検物質の検出感度を飛躍的に向上させることができる。   By using such a blocking agent, it is possible to dramatically improve the detection sensitivity of the test substance by the photocurrent without hindering the characteristics of the measurement object and the working electrode.

本発明の好ましい態様によれば、ブロッキング剤は溶媒に溶解させることにより、液相中で電極を接触または浸漬することで、電極上に固定化させることが可能である。この際、ブロッキング剤を溶解させる溶媒としては、もしくは有機溶媒のどちらでもよく、これらを混合した溶媒を用いても構わない。さらには、ブロッキング剤が液状である場合は、溶媒を加えずに直接ブロッキング剤と電極を反応させることも可能である。   According to a preferred embodiment of the present invention, the blocking agent can be immobilized on the electrode by dissolving or dissolving the blocking agent in a solvent and then contacting or immersing the electrode in the liquid phase. At this time, the solvent for dissolving the blocking agent may be either an organic solvent or a solvent in which these are mixed. Furthermore, when the blocking agent is liquid, it is possible to react the blocking agent and the electrode directly without adding a solvent.

本発明の好ましい態様によれば、ブロッキング剤を溶解させる溶媒としては、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、tert−ブタノール、アセトン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、ベンゼン、トルエン、クロロホルム、シクロヘキサンから選ばれる少なくとも一種の溶媒を含むものを用いることができる。また溶媒として、水を用いる場合、緩衝剤を含むものを用いても良い。   According to a preferred embodiment of the present invention, the solvent for dissolving the blocking agent is water, methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, tert-butanol, acetone, n-hexane, n-heptane, n-octane, benzene, Those containing at least one solvent selected from toluene, chloroform, and cyclohexane can be used. When water is used as the solvent, a solvent containing a buffer may be used.

本発明の好ましい態様によれば、ブロッキング剤を含む溶液の濃度としては、0.01mM〜1Mとするのが好ましく、より好ましくは0.1mM〜500mM、更に好ましくは10〜100mMである。   According to a preferred embodiment of the present invention, the concentration of the solution containing a blocking agent is preferably 0.01 mM to 1 M, more preferably 0.1 mM to 500 mM, and still more preferably 10 to 100 mM.

光電流を用いた被検物質の特異的検出
前述の通り、本発明のブロッキング剤は増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられる作用電極の処理に使用されるものである。この増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出方法について、以下に具体的に説明する。
Specific detection of a test substance using photocurrent As described above, the blocking agent of the present invention is used for processing a working electrode used for specific detection of a test substance using photocurrent generated by photoexcitation of a sensitizing dye. It is what is done. A specific detection method for a test substance using a photocurrent generated by photoexcitation of the sensitizing dye will be specifically described below.

この方法においては、まず被検物質を含む試料液と、作用電極と、対電極とを用意する。本発明に用いる作用電極は、被検物質と直接または間接的に特異的に結合可能なプローブ物質を表面に備えた電極である。すなわち、プローブ物質は、被検物質と直接、特異的に結合する物質のみならず、被検物質を受容体蛋白質分子等の媒介物質に特異的に結合させて得られる結合体と特異的に結合可能な物質であってよい。次いで、増感色素の共存下、試料液を作用電極に接触させて、プローブ物質に被検物質を直接または間接的に特異的に結合させ、この結合により増感色素を作用電極に固定させる。増感色素は、光励起に応じて作用電極に電子を放出可能な物質であり、被検物質あるいは媒介物質に予め標識させておくか、あるいは被検物質およびプローブ物質の結合体にインターカレーション可能な増感色素を用いる場合には試料液に単に添加すればよい。   In this method, first, a sample solution containing a test substance, a working electrode, and a counter electrode are prepared. The working electrode used in the present invention is an electrode provided on the surface with a probe substance capable of specifically binding directly or indirectly to a test substance. That is, the probe substance specifically binds not only to a substance that directly binds specifically to the test substance, but also to a conjugate obtained by specifically binding the test substance to a mediator such as a receptor protein molecule. It may be a possible substance. Next, in the presence of the sensitizing dye, the sample solution is brought into contact with the working electrode to specifically bind the test substance directly or indirectly to the probe substance, and the sensitizing dye is fixed to the working electrode by this binding. Sensitizing dyes are substances that can emit electrons to the working electrode in response to photoexcitation, and can be pre-labeled to the test substance or mediator, or intercalated to the conjugate of the test substance and the probe substance. When a sensitizing dye is used, it may be simply added to the sample solution.

そして、作用電極と対電極とを電解質媒体に接触させた後、作用電極に光を照射して増感色素を光励起させると、光励起された増感色素から電子受容物質へ電子移動が起こる。この電子移動に起因して作用電極と対電極との間に流れる光電流を検出することにより、被検物質を高い感度で検出することができる。また、この検出電流は試料液中の被検試料濃度との高い相関関係を有しているので、測定された電流量または電気量に基づき被検試料の定量測定を行うことができる。   Then, after bringing the working electrode and the counter electrode into contact with the electrolyte medium, when the sensitizing dye is photoexcited by irradiating the working electrode with light, electron transfer occurs from the photoexcited sensitizing dye to the electron acceptor. By detecting the photocurrent flowing between the working electrode and the counter electrode due to this electron movement, the test substance can be detected with high sensitivity. Further, since the detected current has a high correlation with the test sample concentration in the sample solution, the test sample can be quantitatively measured based on the measured current amount or electric quantity.

被検物質およびプローブ物質
本発明の方法における被検物質としては、特異的な結合性を有する物質であれば限定されず、種々の物質であってよい。このような被検物質であれば、被検物質と直接または間接的に特異的に結合可能なプローブ物質を作用電極表面に担持させておくことにより、被検物質をプローブ物質に直接または間接的に特異的に結合させて検出することが可能となる。
Test substance and probe substance
The test substance in the method of the present invention is not limited as long as it has a specific binding property, and various substances may be used. In such a test substance, the test substance is directly or indirectly attached to the probe substance by supporting on the surface of the working electrode a probe substance that can specifically or directly bind to the test substance. It becomes possible to detect it by specifically binding to.

すなわち、本発明の方法にあっては、被検物質およびプローブ物質として互いに特異的に結合可能なものを選択することができる。すなわち、本発明の好ましい態様によれば、特異的な結合性を有する物質を被検物質とし、被検物質と特異的に結合する物質をプローブ物質として作用電極に担持させるのが好ましい。これにより、作用電極上に被検物質を直接、特異的に結合させて検出することができる。この態様における、被検物質およびプローブ物質の組合せの好ましい例としては、一本鎖の核酸および核酸に対して相補性を有する一本鎖の核酸の組合せ、ならびに抗原および抗体の組合せが挙げられる。   That is, in the method of the present invention, it is possible to select a test substance and a probe substance that can specifically bind to each other. That is, according to a preferred embodiment of the present invention, it is preferable that a substance having specific binding properties be a test substance and a substance that specifically binds to the test substance be carried on the working electrode as a probe substance. As a result, the test substance can be directly bound and detected on the working electrode. Preferable examples of the combination of the test substance and the probe substance in this embodiment include a single-stranded nucleic acid and a combination of single-stranded nucleic acids having complementarity to the nucleic acid, and a combination of antigen and antibody.

本発明のより好ましい態様によれば、被検物質を一本鎖の核酸とし、プローブ物質を核酸に対して相補性を有する一本鎖の核酸とするのが好ましい。この態様における被検物質の作用電極への特異的結合の工程を図1(a)および(b)に示す。これらの図に示されるように、被検物質としての一本鎖の核酸1は、作用電極3上に担持されたプローブ物質としての相補性を有する一本鎖の核酸4とハイブリダイズされて、二本鎖の核酸7を形成する。   According to a more preferred embodiment of the present invention, it is preferable that the test substance is a single-stranded nucleic acid and the probe substance is a single-stranded nucleic acid having complementarity to the nucleic acid. The steps of specific binding of the test substance to the working electrode in this embodiment are shown in FIGS. As shown in these figures, a single-stranded nucleic acid 1 as a test substance is hybridized with a single-stranded nucleic acid 4 having complementarity as a probe substance carried on the working electrode 3, A double-stranded nucleic acid 7 is formed.

一本鎖の核酸を被検物質とする場合、プローブ物質である核酸と相補性部分を有していればよく、被検物質を構成する塩基対の長さは限定されないが、プローブ物質が核酸に対して15bp以上の相補性部分を有するのが好ましい。本発明の方法によれば、200bp、500bp、1000bpの塩基対を有する比較的鎖長の長い核酸であっても、高感度にプローブ物質と被検物質の核酸同士の特異的結合形成を光電流として検出することができる。   When a single-stranded nucleic acid is used as a test substance, it only needs to have a portion complementary to the nucleic acid that is the probe substance, and the length of the base pairs constituting the test substance is not limited. It preferably has a complementary portion of 15 bp or more. According to the method of the present invention, even when a nucleic acid having a base length of 200 bp, 500 bp, and 1000 bp is relatively long, a specific binding formation between the nucleic acid of the probe substance and the test substance can be performed with high sensitivity. Can be detected as

被検物質としての一本鎖の核酸を含む試料液は、末梢静脈血のような血液、白血球、血清、尿、糞便、精液、唾液、培養細胞、各種臓器細胞のような組織細胞等の、核酸を含有する各種検体試料から、公知の方法により核酸を抽出して作製することができる。このとき、検体試料中の細胞の破壊は、例えば、振とう、超音波等の物理的作用を外部から加えて担体を振動させることにより行なうことができる。また、核酸抽出溶液を用いて、細胞から核酸を遊離させることもできる。核酸溶出溶液の例としては、SDS、Triton-X、Tween-20のような界面活性剤、サポニン、EDTA、プロテア−ゼ等を含む溶液が挙げられる。これらの溶液を用いて核酸を溶出する場合、37℃以上の温度でインキュベ−トすることにより反応を促進することができる。   Sample liquids containing single-stranded nucleic acids as test substances are blood such as peripheral venous blood, white blood cells, serum, urine, feces, semen, saliva, cultured cells, tissue cells such as various organ cells, etc. Nucleic acids can be extracted from various specimen samples containing nucleic acids by a known method. At this time, destruction of the cells in the specimen sample can be performed, for example, by applying a physical action such as shaking or ultrasonic waves from the outside and vibrating the carrier. In addition, nucleic acid can be released from cells using a nucleic acid extraction solution. Examples of the nucleic acid elution solution include a solution containing a surfactant such as SDS, Triton-X, Tween-20, saponin, EDTA, protease, and the like. When nucleic acids are eluted using these solutions, the reaction can be accelerated by incubating at a temperature of 37 ° C. or higher.

本発明のより好ましい態様によれば、被検物質とする遺伝子の含有量が微量である場合には、公知の方法により遺伝子を増幅した後検出を行なうのが好ましい。遺伝子を増幅する方法としては、ポリメラ−ゼチェインリアクション(PCR)等の酵素を用いる方法が代表的であろう。ここで、遺伝子増幅法に用いられる酵素の例としては、DNAポリメラ−ゼ、Taqポリメラ−ゼのようなDNA依存型DNAポリメラ−ゼ、RNAポリメラ−ゼIのようなDNA依存型RNAポリメラ−ゼ、Qβレプリカ−ゼのようなRNA依存型RNAポリメラ−ゼが挙げられ、好ましくは温度を調節するだけで連続して増幅を繰り返すことができる点で、Taqポリメラ−ゼを用いるPCR法である。   According to a more preferred embodiment of the present invention, when the content of a gene as a test substance is very small, detection is preferably performed after the gene is amplified by a known method. A typical method for amplifying a gene would be a method using an enzyme such as polymerase chain reaction (PCR). Examples of enzymes used in the gene amplification method include DNA polymerases, DNA-dependent DNA polymerases such as Taq polymerase, and DNA-dependent RNA polymerases such as RNA polymerase I. And RNA-dependent RNA polymerases such as Qβ replicase, and the PCR method using Taq polymerase is preferred in that amplification can be repeated continuously only by adjusting the temperature.

本発明の好ましい態様によれば、上記増幅時に特異的に核酸を増感色素で標識することが出来る。一般的には、DNAにアミノアリル修飾dUTPを取り込ませることにより行うことができる。この分子は未修飾の dUTP と同じ効率で取り込まれる。次のカップリング段階において、N−ヒドロキシサクシンアミド(N-hydroxysuccinimide)により活性化された蛍光色素が修飾 dUTP と特異的に反応し、均一に増感色素で標識された被検物質が得られる。   According to a preferred embodiment of the present invention, the nucleic acid can be specifically labeled with a sensitizing dye during the amplification. Generally, it can be carried out by incorporating aminoallyl-modified dUTP into DNA. This molecule is incorporated with the same efficiency as unmodified dUTP. In the next coupling step, a fluorescent dye activated by N-hydroxysuccinimide specifically reacts with the modified dUTP, and a test substance uniformly labeled with a sensitizing dye is obtained.

本発明の好ましい態様によれば、上記のようにして得られた核酸の粗抽出液あるいは精製した核酸溶液をまず90〜98℃、好ましくは95℃以上の温度で熱変性を施し、一本鎖核酸を調製することができる。   According to a preferred embodiment of the present invention, the nucleic acid crude extract solution or purified nucleic acid solution obtained as described above is first subjected to heat denaturation at a temperature of 90 to 98 ° C., preferably 95 ° C. or higher, to obtain a single strand. Nucleic acids can be prepared.

本発明の方法にあっては、被検物質とプローブ物質が間接的に特異的に結合するものであってもよい。すなわち、本発明の別の好ましい態様によれば、特異的な結合性を有する物質を被検物質とし、この被検物質と特異的に結合する物質を媒介物質として共存させ、この媒介物質と特異的に結合可能な物質をプローブ物質として作用電極に担持させるのが好ましい。これにより、プローブ物質に特異的に結合できない物質であっても、媒介物質を介して作用電極上に間接的に特異的に結合させて検出することができる。この態様における、被検物質、媒介物質、およびプローブ物質の組合せの好ましい例としては、リガンド、このリガンドを受容可能な受容体蛋白質分子、およびこの受容体蛋白質分子と特異的に結合可能な二本鎖の核酸の組合せが挙げられる。リガンドの好ましい例としては、外因性内分泌攪乱物質(環境ホルモン)が挙げられる。外因性内分泌撹乱物質とは、受容体蛋白質分子を介してDNAに結合し、その遺伝子発現に影響して毒性を生じる物質であるが、本発明の方法によれば、被検物質によりもたらされる受容体等のタンパク質のDNAに対する結合性を簡便にモニタリングすることができる。この態様における被検物質の作用電極への特異的結合の工程を図2に示す。図2に示されるように、被検物質としてのリガンド10は、まず、媒介物質である受容体蛋白質分子11に特異的に結合する。そして、リガンドが結合された受容体蛋白質分子13が、プローブ物質としての二本鎖の核酸14に特異的に結合する。   In the method of the present invention, the test substance and the probe substance may indirectly bind specifically. That is, according to another preferred embodiment of the present invention, a substance having specific binding properties is used as a test substance, a substance that specifically binds to the test substance is used as a mediator, and It is preferable to carry a substance capable of binding to the working electrode as a probe substance. Thereby, even a substance that cannot specifically bind to the probe substance can be detected by specifically binding indirectly to the working electrode via the mediator substance. In this embodiment, preferred examples of the combination of the test substance, the mediator, and the probe substance include a ligand, a receptor protein molecule that can accept the ligand, and two molecules that can specifically bind to the receptor protein molecule. A combination of nucleic acids in a strand is mentioned. Preferable examples of the ligand include exogenous endocrine disrupting substances (environmental hormones). An exogenous endocrine disrupting substance is a substance that binds to DNA via a receptor protein molecule and produces toxicity by affecting its gene expression. According to the method of the present invention, the receptor produced by a test substance is used. It is possible to easily monitor the binding of a protein such as a body to DNA. The specific binding process of the test substance to the working electrode in this embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 2, a ligand 10 as a test substance first specifically binds to a receptor protein molecule 11 that is a mediator. Then, the receptor protein molecule 13 to which the ligand is bound specifically binds to a double-stranded nucleic acid 14 as a probe substance.

本発明では、1つのプローブに対し、由来の異なる複数の同一被検物質を同時に反応させ、サンプルの由来による被験物質量の差異を判断、定量することも可能である。   In the present invention, a plurality of identical test substances having different origins can be reacted simultaneously with one probe, and the difference in the amount of the test substance due to the origin of the sample can be judged and quantified.

具体的な適用例としては、マイクロアレイ上での競合的ハイブリダイゼーションによる発現プロフィール解析が挙げられる。これは、細胞間での特定遺伝子の発現パターンの差異を解析するため、別々の蛍光色素で標識された被験物質を同一プローブに対し競合的にハイブリダイゼーションを行わせるものである。本発明においては、同様の手法を用いることにより、細胞間での発現差異解析が電気化学的に行えるという従来にはなかったメリットをもたらす。   Specific application examples include expression profile analysis by competitive hybridization on a microarray. In this method, in order to analyze the difference in the expression pattern of a specific gene among cells, test substances labeled with different fluorescent dyes are competitively hybridized with the same probe. In the present invention, by using the same technique, there is an unprecedented advantage that an expression difference analysis between cells can be performed electrochemically.

増感色素
本発明の方法にあっては、被検物質の存在を光電流で検出するために、増感色素の共存下、プローブ物質に被検物質を直接または間接的に特異的に結合させて、該結合により増感色素を作用電極に固定させる。そのために、本発明の方法にあっては、図1(a)および図2に示されるように被検物質1あるいは媒介物質11に予め増感色素2,12で標識しておくことができる。また、図1(b)に示されるように被検物質およびプローブ物質の結合体7(例えばハイブリダイゼーション後の二本鎖核酸)にインターカレーション可能な増感色素8を用いる場合には、試料液に増感色素を添加することにより、プローブ物質に増感色素を固定させることができる。
Sensitizing dye
In the method of the present invention, in order to detect the presence of a test substance with a photocurrent, the test substance is directly or indirectly specifically bound to the probe substance in the presence of a sensitizing dye, The sensitizing dye is fixed to the working electrode by binding. Therefore, in the method of the present invention, the test substance 1 or the mediating substance 11 can be labeled with the sensitizing dyes 2 and 12 in advance as shown in FIG. 1 (a) and FIG. In addition, when using a sensitizing dye 8 that can be intercalated with a conjugate 7 (for example, a double-stranded nucleic acid after hybridization) of a test substance and a probe substance as shown in FIG. By adding a sensitizing dye to the solution, the sensitizing dye can be fixed to the probe substance.

本発明の好ましい態様によれば、被検物質が一本鎖の核酸の場合、被検物質1分子につき増感色素を一つ標識するのが好ましい。一本鎖の核酸における標識位置は、容易に被検物質とプローブ物質の特異的な結合を形成させる観点から、一本鎖の核酸の5’末端または3’末端のいずれかの位置とするのが好ましく、標識工程をさらに簡便にする観点から被検物質の5’末端とするのがさらに好ましい。   According to a preferred embodiment of the present invention, when the test substance is a single-stranded nucleic acid, it is preferable to label one sensitizing dye per molecule of the test substance. The labeling position in the single-stranded nucleic acid should be either the 5 ′ end or the 3 ′ end of the single-stranded nucleic acid from the viewpoint of easily forming a specific bond between the test substance and the probe substance. From the viewpoint of further simplifying the labeling step, the 5 ′ end of the test substance is more preferable.

また、本発明の別の好ましい態様によれば、被検物質1分子あたりの増感色素担持量を高める為、被検物質1分子につき2つ以上の増感色素を2つ以上標識するのが好ましい。これにより、電子受容物質の形成された作用電極における単位比表面積あたりの色素担持量をより多くすることができ、より高感度に光電流応答を観測することができる。   According to another preferred embodiment of the present invention, in order to increase the amount of sensitizing dye supported per molecule of the test substance, two or more sensitizing dyes are labeled per molecule of the test substance. preferable. As a result, the amount of dye supported per unit specific surface area of the working electrode on which the electron accepting material is formed can be increased, and the photocurrent response can be observed with higher sensitivity.

本発明に用いる増感色素は、光励起に応じて作用電極に電子を放出可能な物質であり、光源の照射による光励起状態への遷移が可能であり、かつ励起状態から作用電極に電子注入できる電子状態を採りうるものであればよい。したがって、用いる増感色素は、作用電極、特に電子受容層との間において上記電子状態をとることができるものであればよいことから、多種の増感色素が使用可能であり、高価な色素を使用する必要がない。   The sensitizing dye used in the present invention is a substance that can emit electrons to the working electrode in response to photoexcitation, can be changed to the photoexcited state by irradiation with a light source, and can be injected into the working electrode from the excited state. Anything that can take a state may be used. Therefore, any sensitizing dye can be used as long as it can take the above-described electronic state with the working electrode, particularly the electron accepting layer. Therefore, various sensitizing dyes can be used, and expensive dyes can be used. There is no need to use it.

複数の被検物質の個別検出を行う態様にあっては、各々の被検物質に標識する増感色素は、それぞれ異なる波長の光で励起できるものであればよく、例えば、照射光の波長を選択することにより各被検物質を個別に励起できればよい。例えば、複数の被検出物質に対応する複数の増感色素を用い、各増感色素毎に異なる励起波長の光を照射すると、複数のプローブが同一スポット上であっても個別に信号を検出することが可能となる。被検物質の数は、限定されないが、光源から照射される光の波長と増感色素の吸収特性を考慮すると、1〜5種類が適当である。   In the embodiment in which individual detection of a plurality of test substances is performed, the sensitizing dye that labels each test substance may be any one that can be excited by different wavelengths of light. It is only necessary that each test substance can be excited individually by selecting. For example, when a plurality of sensitizing dyes corresponding to a plurality of substances to be detected are used and light having different excitation wavelengths is irradiated for each sensitizing dye, signals are detected individually even if the plurality of probes are on the same spot. It becomes possible. The number of test substances is not limited, but 1 to 5 types are appropriate considering the wavelength of light emitted from the light source and the absorption characteristics of the sensitizing dye.

したがって、この態様において使用可能な増感色素は、照射光の波長領域内において光励起しさえすればよく、必ずしもその吸収極大が該波長領域にある必要はない。なお、特定波長における増感色素の光吸収反応の有無は、紫外可視スペクトロフォトメーター(例えば、島津製作所社製、UV−3150)を用いて測定することができる。   Therefore, the sensitizing dye that can be used in this embodiment only needs to be photoexcited in the wavelength region of the irradiation light, and the absorption maximum is not necessarily in the wavelength region. In addition, the presence or absence of the light absorption reaction of the sensitizing dye at a specific wavelength can be measured using an ultraviolet-visible spectrophotometer (for example, UV-3150 manufactured by Shimadzu Corporation).

増感色素の具体例としては、金属錯体や有機色素が挙げられる。金属錯体の好ましい例としては、銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニン等の金属フタロシアニン;クロロフィルまたはその誘導体;ヘミン、特開平1−220380 号公報や特表平5−504023 号公報に記載のルテニウム、オスミウム、鉄及び亜鉛の錯体(例えばシス−ジシアネート−ビス(2、2 ’−ビピリジル−4、4 ’−ジカルボキシレート)ルテニウム(II))があげられる。有機色素の好ましい例としては、メタルフリーフタロシアニン、9−フェニルキサンテン系色素、シアニン系色素、メタロシアニン系色素、キサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、アクリジン系色素、オキサジン系色素、クマリン系色素、メロシアニン系色素、ロダシアニン系色素、ポリメチン系色素、インジゴ系色素等が挙げられる。また、増感色素の別の好ましい例としては、アマシャムバイオサイエンス社製のCy3、Cy3.5、Cy5、Cy5.5、Cy7、Cy7.5、Cy9;モルキュラープローブ社製のAlexaFluor355、AlexaFluor405、AlexaFluor430、AlexaFluor488、AlexaFluor532、AlexaFluor546、AlexaFluor555、AlexaFluor568、AlexaFluor594、AlexaFluor633、AlexaFluor647、AlexaFluor660、AlexaFluor680、AlexaFluor700、AlexaFluor750;Dyomics社製のDY−610、DY−615、DY−630、DY−631、DY−633、DY−635、DY−636、EVOblue10、EVOblue30、DY−647、DY−650、DY−651、DYQ−660、DYQ−661が挙げられる。   Specific examples of the sensitizing dye include metal complexes and organic dyes. Preferred examples of metal complexes include metal phthalocyanines such as copper phthalocyanine and titanyl phthalocyanine; chlorophyll or derivatives thereof; hemin, ruthenium, osmium, iron described in JP-A-1-220380 and JP-A-5-504023, and Zinc complexes such as cis-dicyanate-bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylate) ruthenium (II)) are mentioned. Preferred examples of the organic dye include metal-free phthalocyanine, 9-phenylxanthene dye, cyanine dye, methocyanine dye, xanthene dye, triphenylmethane dye, acridine dye, oxazine dye, coumarin dye, Examples include merocyanine dyes, rhodacyanine dyes, polymethine dyes, and indigo dyes. As another preferred example of the sensitizing dye, Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, Cy7, Cy7.5, Cy9 manufactured by Amersham Biosciences; AlexaFluor 355, AlexaFluor 405, AlexaFluor 430 manufactured by Molecular Probes, Inc. , AlexaFluor 488, AlexaFluor 532, Alexa Fluor 546, Alexa Fluor 555, Alexa Fluor 568, Alexa Fluor 594, Alexa Fluor 633, Alexa Fluor 647, Alexa Fluor 660, Alexa Fluor 680, Alexa Fluor 680, Alexa Fluor 680, Alexa Fluor 680, Alex Fluor 680, Alex Fluor 680 633, DY-635, DY-636, EVOblue10, EVOblue30, DY-647, DY-650, DY-651, DYQ-660, DYQ-661 and the like.

二本鎖核酸にインターカレーション可能な増感色素の好ましい例としては、アクリジンオレンジ、エチジウムブロマイドが挙げられる。このような増感色素を用いる場合、核酸のハイブリダイゼーション後に試料液に添加するだけで増感色素で標識された二本鎖核酸が形成されるので、予め一本鎖の核酸を標識する必要が無い。   Preferable examples of the sensitizing dye capable of intercalating with a double-stranded nucleic acid include acridine orange and ethidium bromide. When such a sensitizing dye is used, a double-stranded nucleic acid labeled with a sensitizing dye is formed simply by adding to the sample solution after hybridization of the nucleic acid. Therefore, it is necessary to label the single-stranded nucleic acid in advance. No.

作用電極およびその製造
本発明に用いる作用電極は、上記プローブ物質を表面に備えた電極であり、プローブ物質を介して固定された増感色素が光励起に応じて放出する電子を受容可能な電極である。したがって、作用電極の構成および材料は、使用される増感色素との間で上記電子移動が生じるものであれば限定されず、種々の構成および材料であってよい。
Working electrode and its manufacture
The working electrode used in the present invention is an electrode having the probe substance on its surface, and is an electrode capable of receiving electrons emitted by a sensitizing dye immobilized via the probe substance in response to photoexcitation. Accordingly, the configuration and material of the working electrode are not limited as long as the above-described electron transfer occurs with the sensitizing dye to be used, and may be various configurations and materials.

本発明の好ましい態様によれば、作用電極が増感色素が光励起に応じて放出する電子を受容可能な電子受容物質を含んでなる電子受容層を有し、この電子受容層の表面にプローブ物質が備えられてなるのが好ましい。また、本発明のより好ましい態様によれば、作用電極が導電性基材をさらに含んでなり、この導電性基材上に電子受容層が形成されてなるのが好ましい。この態様の電極は図1および2に示される。図1および2に示される作用電極4は、導電性基材5と、この導電性基材上に形成され、電子受容物質を含んで成る電子受容層6とを備えてなる。そして、電子受容層6の表面にプローブ物質が担持される。   According to a preferred embodiment of the present invention, the working electrode has an electron accepting layer containing an electron accepting material capable of accepting electrons emitted by the sensitizing dye in response to photoexcitation, and a probe material is provided on the surface of the electron accepting layer. Is preferably provided. According to a more preferred aspect of the present invention, it is preferable that the working electrode further comprises a conductive substrate, and an electron accepting layer is formed on the conductive substrate. An electrode of this embodiment is shown in FIGS. The working electrode 4 shown in FIGS. 1 and 2 includes a conductive substrate 5 and an electron accepting layer 6 formed on the conductive substrate and containing an electron accepting substance. A probe substance is supported on the surface of the electron accepting layer 6.

本発明における電子受容層は、プローブ物質を介して固定された増感色素が光励起に応じて放出する電子を受容可能な電子受容物質を含んでなる。すなわち、電子受容物質は、光励起された標識色素からの電子注入が可能なエネルギー準位を取り得る物質であることができる。ここで、光励起された標識色素からの電子注入が可能なエネルギー準位(A)とは、例えば、電子受容性材料として半導体を用いる場合には、伝導体(コンダクションバンド:CB)を意味し、電子受容性材料として金属を用いる場合には、フェルミ準位を意味し、電子受容性材料として有機物もしくはC60等の分子状無機物を用いる場合には、最低非占有分子軌道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital:LUMO)を意味する。すなわち、本発明に用いる電子受容物質は、このAの準位が、増感色素のLUMOのエネルギー準位よりも卑な準位、換言すれば、増感色素のLUMOのエネルギー準位よりも低いエネルギー準位を有するものであればよい。   The electron-accepting layer in the present invention comprises an electron-accepting material that can accept electrons emitted by a sensitizing dye immobilized via a probe material in response to photoexcitation. That is, the electron-accepting substance can be a substance that can take an energy level in which electrons can be injected from the photoexcited labeling dye. Here, the energy level (A) capable of injecting electrons from the photoexcited labeling dye means, for example, a conductor (conduction band: CB) when a semiconductor is used as the electron-accepting material. When a metal is used as the electron-accepting material, it means the Fermi level. When an organic material or a molecular inorganic material such as C60 is used as the electron-accepting material, the lowest unoccupied molecular orbital (Lowest Unoccupied Molecular Orbital: LUMO). That is, in the electron acceptor used in the present invention, this A level is lower than the LUMO energy level of the sensitizing dye, in other words, lower than the LUMO energy level of the sensitizing dye. Any material having an energy level may be used.

電子受容物質の好ましい例としては、シリコン、ゲルマニウムなどの単体半導体;チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、タンタル等の酸化物半導体;チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等のペロブスカイト型半導体;カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、ビスマスの硫化物半導体;カドミウム、鉛のセレン化物半導体;カドミウムのテルル化物半導体;亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム等のリン化物半導体;ガリウムヒ素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物の化合物半導体;金、白金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム、ニッケル等の金属;ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール等の有機物ポリマー;C60、C70等の分子状無機物が挙げられ、より好ましくは、シリコン、TiO、SnO、FeO、WO、ZnO、NbO、チタン酸ストロンチウム、CdS、ZnS、PbS、BiS、CdSe、CdTe、GaP、InP、GaAs、CuInS、CuInSe、C60であり、さらに好ましくは、TiO、ZnO、SnO、FeO、WO、NbO、チタン酸ストロンチウム、CdS、PbS、CdSe、InP、GaAs、CuInS、CuInSeであり、最も好ましくはTiOである。 Preferred examples of the electron accepting material include simple semiconductors such as silicon and germanium; oxides such as titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, and tantalum. Semiconductors: Perovskite type semiconductors such as strontium titanate, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, potassium niobate; cadmium, zinc, lead, silver, antimony, bismuth sulfide semiconductors; cadmium, lead selenide semiconductors Cadmium telluride semiconductors; phosphide semiconductors such as zinc, gallium, indium and cadmium; gallium arsenide, copper-indium selenide, copper-indium-sulfide compound semiconductors; gold, platinum, silver, copper, aluminum Rhodium, indium, a metal such as nickel, polythiophene, polyaniline, polyacetylene, organic polymer polypyrrole; is C60, C70, etc. molecular inorganic, and more preferably include silicon, TiO 2, SnO 2, Fe 2 O 3, WO 3 , ZnO, Nb 2 O 5 , strontium titanate, CdS, ZnS, PbS, Bi 2 S 3 , CdSe, CdTe, GaP, InP, GaAs, CuInS 2 , CuInSe, C60, and more preferably TiO 2. ZnO, SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , Nb 2 O 5 , strontium titanate, CdS, PbS, CdSe, InP, GaAs, CuInS 2 , and CuInSe 2 , most preferably TiO 2 .

電子受容物質として半導体または金属を用いる場合、その半導体または金属は単結晶および多結晶のいずれであってもよいが、多結晶体が好ましく、さらに緻密なものよりも多孔性を有するものが好ましい。これにより、比表面積が大きくなり、被検物質および増感色素を多く吸着させて、より高い感度で被検物質を検出することができる。したがって、本発明の好ましい態様によれば、電子受容層が多孔性を有しており、各孔の径が3〜1000nmであるのが好ましく、より好ましくは、10〜100nmである。   When a semiconductor or metal is used as the electron-accepting substance, the semiconductor or metal may be single crystal or polycrystalline, but a polycrystalline body is preferable, and a porous material is more preferable than a dense material. As a result, the specific surface area is increased, and a large amount of the test substance and sensitizing dye can be adsorbed to detect the test substance with higher sensitivity. Therefore, according to the preferable aspect of this invention, it is preferable that the electron-accepting layer has porosity, and the diameter of each hole is 3-1000 nm, More preferably, it is 10-100 nm.

本発明の好ましい態様によれば、電子受容層を導電性基材上に形成した状態での表面積は、投影面積に対して10倍以上であることが好ましく、さらに100倍以上であることが好ましい。この表面積の上限には特に限定されないが、通常1000倍程度であろう。電子受容層を構成する電子受容物質の微粒子の粒径は、投影面積を円に換算したときの直径を用いた平均粒径で一次粒子として5〜200nmであることが好ましく、より好ましくは8〜100nmであり、さらに好ましくは20〜60nmである。また、分散物中の電子受容性物質の微粒子(二次粒子)の平均粒径としては0.01〜100μmであることが好ましい。また、入射光を散乱させて光捕獲率を向上させる目的で、粒子サイズの大きな、例えば300nm程度の電子受容物質の微粒子を併用して、電子受容層を形成してもよい。   According to a preferred aspect of the present invention, the surface area in a state where the electron-accepting layer is formed on the conductive substrate is preferably 10 times or more, more preferably 100 times or more with respect to the projected area. . The upper limit of the surface area is not particularly limited, but will usually be about 1000 times. The particle diameter of the fine particles of the electron accepting material constituting the electron accepting layer is preferably 5 to 200 nm as a primary particle in terms of an average particle diameter using a diameter when the projected area is converted into a circle, and more preferably 8 to It is 100 nm, More preferably, it is 20-60 nm. The average particle diameter of the electron-accepting substance fine particles (secondary particles) in the dispersion is preferably 0.01 to 100 μm. For the purpose of improving the light capture rate by scattering incident light, an electron-accepting layer may be formed by using fine particles of an electron-accepting material having a large particle size, for example, about 300 nm.

本発明の好ましい態様によれば、作用電極が導電性基材をさらに含んでなり、電子受容層が導電性基材上に形成されてなるのが好ましい。本発明に使用可能な導電性基板としては、チタン等の金属のように支持体そのものに導電性があるもののみならず、ガラスもしくはプラスチックの支持体の表面に導電材層を有するものであってよい。この導電材層を有する導電性基板を使用する場合、電子受容層はその導電層上に形成される。導電材層を構成する導電材の例としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等の金属;炭素、炭化物、窒化物等の導電性セラミックス;およびインジウム−スズ複合酸化物、酸化スズにフッ素をドープしたもの、酸化スズにアンチモンをドープしたもの、酸化亜鉛にガリウムをドープしたもの、または酸化亜鉛にアルミニウムをドープしたもの等の導電性の金属酸化物が挙げられ、より好ましくは、インジウム-スズ複合酸化物、酸化スズにフッ素をドープした金属酸化物である。   According to a preferred embodiment of the present invention, it is preferred that the working electrode further comprises a conductive substrate, and the electron accepting layer is formed on the conductive substrate. The conductive substrate that can be used in the present invention is not only a substrate having conductivity, such as a metal such as titanium, but also a substrate having a conductive material layer on the surface of a glass or plastic support. Good. When a conductive substrate having this conductive material layer is used, the electron accepting layer is formed on the conductive layer. Examples of the conductive material constituting the conductive material layer include metals such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, and indium; conductive ceramics such as carbon, carbide, and nitride; and indium-tin composite oxides, Examples include conductive metal oxides such as tin oxide doped with fluorine, tin oxide doped with antimony, zinc oxide doped with gallium, or zinc oxide doped with aluminum. Is an indium-tin composite oxide, a metal oxide in which tin oxide is doped with fluorine.

本発明の好ましい態様によれば、導電性基材が実質的に透明、具体的には、光の透過率が10%以上であるのが好ましく、より好ましくは50%以上であり、さらに好ましくは70%以上である。また、本発明の好ましい態様によれば、導電材層の厚みは、0.02〜10μm程度であるのが好ましい。さらに、本発明の好ましい態様によれば、導電性基材の表面抵抗が100Ω/cm以下であり、さらに好ましくは40Ω/cm以下であるのが好ましい。導電性基材の表面抵抗の下限は特に限定されないが、通常0.1Ω/cm程度であろう。 According to a preferred embodiment of the present invention, the conductive substrate is substantially transparent, specifically, the light transmittance is preferably 10% or more, more preferably 50% or more, and still more preferably. 70% or more. Moreover, according to the preferable aspect of this invention, it is preferable that the thickness of a electrically-conductive material layer is about 0.02-10 micrometers. Furthermore, according to the preferable aspect of this invention, it is preferable that the surface resistance of an electroconductive base material is 100 ohms / cm < 2 > or less, More preferably, it is 40 ohms / cm < 2 > or less. The lower limit of the surface resistance of the conductive substrate is not particularly limited, but will usually be about 0.1 Ω / cm 2 .

導電性基材上への電子受容層の好ましい形成方法の例としては、電子受容物質の分散液またはコロイド溶液を導電性支持体上に塗布する方法、半導体微粒子の前駆体を導電性支持体上に塗布し空気中の水分によって加水分解して微粒子膜を得る方法(ゾル−ゲル法)、スパッタリング法、CVD法、PVD法、蒸着法などが挙げられる。電子受容物質としての半導体微粒子の分散液を作成する方法としては、前述のゾル−ゲル法の他、乳鉢ですり潰す方法、ミルを使って粉砕しながら分散する方法、あるいは半導体を合成する際に溶媒中で微粒子として析出させそのまま使用する方法等が挙げられる。このときの分散媒としては水または各種の有機溶媒(例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ジクロロメタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸エチル等)が挙げられる。分散の際、必要に応じてポリマー、界面活性剤、酸、もしくはキレート剤などを分散助剤として使用してもよい。   Examples of a preferable method for forming an electron-accepting layer on a conductive substrate include a method of coating a dispersion or colloidal solution of an electron-accepting material on a conductive support, and a precursor of semiconductor fine particles on the conductive support. And a method of obtaining a fine particle film by being hydrolyzed with moisture in the air (sol-gel method), a sputtering method, a CVD method, a PVD method, and a vapor deposition method. As a method for preparing a dispersion of semiconductor fine particles as an electron acceptor, in addition to the sol-gel method described above, a method of grinding with a mortar, a method of dispersing while grinding using a mill, or a semiconductor synthesis Examples thereof include a method in which it is precipitated as fine particles in a solvent and used as it is. Examples of the dispersion medium include water or various organic solvents (for example, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, dichloromethane, acetone, acetonitrile, ethyl acetate, etc.). At the time of dispersion, a polymer, a surfactant, an acid, a chelating agent, or the like may be used as a dispersion aid as necessary.

電子受容物質の分散液またはコロイド溶液の塗布方法の好ましい例としては、アプリケーション系としてローラ法、ディップ法、メータリング系としてエアーナイフ法、ブレード法等、またアプリケーションとメータリングを同一部分でできるものとして、特公昭58−4589号公報に開示されているワイヤーバー法、米国特許2681294号、同2761419号、同2761791号等に記載のスライドホッパ法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、スプレー法が挙げられる。   Preferred examples of the application method of the electron acceptor dispersion or colloidal solution include the roller method as the application system, the dip method, the air knife method as the metering system, the blade method, etc., and the application and metering in the same part. The wire bar method disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-4589, the slide hopper method, the extrusion method, the curtain method, the spin method, and the spray method described in US Pat. Nos. 2,681,294, 2761419, 2761791, etc. Is mentioned.

本発明の好ましい態様によれば、電子受容層が半導体微粒子からなる場合、電子受容層の膜厚が0.1〜200μmであるのが好ましく、より好ましくは0.1〜100μmであり、さらに好ましくは1〜30μm、最も好ましくは2〜25μmである。これにより、単位投影面積当たりのプローブ物質および固定される増感色素量を増加して光電流量を多くするとともに、電荷再結合による生成した電子の損失をも低減することができる。また、導電性基材1m当たりの半導体微粒子の塗布量は0.5〜400gであるのが好ましく、より好ましくは5〜100gである。 According to a preferred aspect of the present invention, when the electron accepting layer is composed of semiconductor fine particles, the thickness of the electron accepting layer is preferably 0.1 to 200 μm, more preferably 0.1 to 100 μm, and still more preferably. Is 1-30 μm, most preferably 2-25 μm. As a result, the probe substance per unit projected area and the amount of sensitizing dye to be fixed can be increased to increase the photoelectric flow rate, and the loss of generated electrons due to charge recombination can also be reduced. The coating amount of the semiconductor fine particles per 1 m 2 of the conductive base material is preferably 0.5 to 400 g, more preferably 5 to 100 g.

本発明の好ましい態様によれば、半導体微粒子を導電性基材上に塗布した後に加熱処理を施すのが好ましい。これにより、粒子同士を電気的に接触させ、また、塗膜強度の向上や支持体との密着性を向上させることができる。好ましい加熱処理温度は、40〜700℃であり、より好ましくは100〜600℃である。また、好ましい加熱処理時間は10分〜10時間程度である。   According to a preferred embodiment of the present invention, it is preferable to apply heat treatment after coating the semiconductor fine particles on the conductive substrate. Thereby, particle | grains can be made to contact electrically and the improvement of coating-film intensity | strength and adhesiveness with a support body can be improved. A preferable heat treatment temperature is 40 to 700 ° C, more preferably 100 to 600 ° C. Moreover, preferable heat processing time is about 10 minutes-10 hours.

また、本発明の別の好ましい態様によれば、ポリマーフィルムなど融点や軟化点の低い導電性基材を用いる場合にあっては、熱による劣化を防止するため、高温処理を用いない方法により膜形成を行うのが好ましく、そのような膜形成方法の例として、プレス、低温加熱、電子線照射、マイクロ波照射、電気泳動、スパッタリング、CVD、PVD、蒸着等の方法が挙げられる。   According to another preferred embodiment of the present invention, when a conductive base material having a low melting point or softening point, such as a polymer film, is used, the film is formed by a method that does not use high-temperature treatment in order to prevent deterioration due to heat. The film is preferably formed, and examples of such a film forming method include a method such as pressing, low-temperature heating, electron beam irradiation, microwave irradiation, electrophoresis, sputtering, CVD, PVD, and vapor deposition.

こうして得られた作用電極の電子受容層の表面にはプローブ物質が担持される。作用電極へのプローブ物質の担持は公知の方法に従い行うことができる。本発明の好ましい態様によれば、プローブ物質として一本鎖の核酸を用いる場合には、作用電極表面に酸化層を形成させておき、この酸化層を介して核酸プロ−ブと作用電極とを結合させることにより行うことができる。このとき、核酸プローブの作用電極への固定化は、核酸の末端に官能基を導入することにより行うことができる。これにより、官能基が導入された核酸プロ−ブはそのまま固定化反応により担体上に固定化されることができる。核酸末端への官能基の導入は、酵素反応もしくはDNA合成機を用いて行なうことができる。酵素反応において用いられる酵素としては、例えば、タ−ミナルデオキシヌクレオチジルトランスフェラ−ゼ、ポリAポリメラ−ゼ、ポリヌクレオチドカイネ−ス、DNAポリメラ−ゼ、ポリヌクレオチドアデニルトランスフェラ−ゼ、RNAリガ−ゼを挙げることができる。また、ポリメラ−ゼチェインリアクション(PCR法)、ニックトランスレ−ション、ランダムプライマ−法により官能基を導入することもできる。官能基は、核酸のどの部分に導入されてもよく、3'末端、5'末端もしくはランダムな位置に導入することができる。   A probe substance is supported on the surface of the electron accepting layer of the working electrode thus obtained. Loading of the probe substance on the working electrode can be performed according to a known method. According to a preferred embodiment of the present invention, when a single-stranded nucleic acid is used as a probe substance, an oxidized layer is formed on the surface of the working electrode, and the nucleic acid probe and the working electrode are connected via the oxidized layer. This can be done by bonding. At this time, the nucleic acid probe can be immobilized on the working electrode by introducing a functional group at the end of the nucleic acid. As a result, the nucleic acid probe into which the functional group has been introduced can be immobilized on the carrier as it is by an immobilization reaction. Introduction of a functional group at the end of a nucleic acid can be performed using an enzymatic reaction or a DNA synthesizer. Examples of the enzyme used in the enzymatic reaction include terminal deoxynucleotidyl transferase, poly A polymerase, polynucleotide kinase, DNA polymerase, polynucleotide adenyl transferase, RNA ligase. Can be mentioned. Moreover, a functional group can also be introduce | transduced by a polymerase chain reaction (PCR method), a nick translation, and a random primer method. The functional group may be introduced at any part of the nucleic acid, and can be introduced at the 3 ′ end, 5 ′ end or at a random position.

本発明の好ましい態様によれば、核酸プローブの作用電極への固定化のため官能基として、アミン、カルボン酸、スルホン酸、チオール、水酸基、リン酸等が好適に使用できる。また、本発明の好ましい態様によれば、拡散プローブを作用電極に強固に固定化するためには、作用電極と拡散プローブの間を架橋する材料を使用することも可能である。そのような架橋材料の好ましい例としては、シランカップリング剤や、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性ポリマーが挙げられる。   According to a preferred embodiment of the present invention, amine, carboxylic acid, sulfonic acid, thiol, hydroxyl group, phosphoric acid and the like can be suitably used as the functional group for immobilizing the nucleic acid probe to the working electrode. Moreover, according to the preferable aspect of this invention, in order to fix | immobilize a diffusion probe firmly to a working electrode, it is also possible to use the material which bridge | crosslinks between a working electrode and a diffusion probe. Preferable examples of such a cross-linking material include silane coupling agents and conductive polymers such as polythiophene, polyacetylene, polypyrrole, and polyaniline.

本発明の好ましい態様によれば、核酸プロ−ブの固定化を物理吸着という、より簡単な操作で効率よく行うことも可能である。電極表面への核酸プロ−ブの物理吸着は、例えば、以下のように行なうことができる。まず、電極表面を、超音波洗浄器を用いて蒸留水およびアルコ−ルで洗浄する。その後、電極を核酸プロ−ブを含有する緩衝液に挿入して核酸プロ−ブを担体表面に吸着させる。また、核酸プローブの吸着後、ブロッキング剤を添加することにより、非特異的な吸着を抑制することができる。   According to a preferred embodiment of the present invention, the nucleic acid probe can be immobilized efficiently by a simple operation called physical adsorption. The physical adsorption of the nucleic acid probe to the electrode surface can be performed, for example, as follows. First, the electrode surface is cleaned with distilled water and alcohol using an ultrasonic cleaner. Thereafter, the electrode is inserted into a buffer containing the nucleic acid probe to adsorb the nucleic acid probe onto the surface of the carrier. Moreover, nonspecific adsorption | suction can be suppressed by adding a blocking agent after adsorption | suction of a nucleic acid probe.

本発明の好ましい態様によれば、作用電極上にプローブ物質が互いに分離された複数の領域毎に区分されて担持されてなり、光源による光照射が各領域に対して個別に行われるのが好ましい。これにより、複数の試料を一枚の作用電極上で測定することができるので、DNAチップの集積化等が可能となる。本発明のより好ましい態様によれば、作用電極上にプローブ物質が担持された、互いに分離された複数の領域がパターニングされており、光源から照射される光でスキャニングしながら、各領域の試料について被検物質の検出または定量を一度の操作で連続的に行うことが好ましい。   According to a preferred aspect of the present invention, it is preferable that the probe substance is divided and supported on each of the plurality of regions separated from each other on the working electrode, and the light irradiation by the light source is performed individually on each region. . Thereby, since a plurality of samples can be measured on one working electrode, integration of DNA chips and the like are possible. According to a more preferable aspect of the present invention, a plurality of regions separated from each other, on which a probe substance is supported on the working electrode, is patterned, and a sample in each region is scanned while scanning with light emitted from a light source. It is preferable that the detection or quantification of the test substance is continuously performed in one operation.

本発明のより好ましい態様によれば、作用電極上の互いに分離された複数の領域の各領域に複数種類のプローブ物質を担持させることができる。これにより、領域の個数に、各領域毎のプローブ物質の種類数を乗じた数の、多数のサンプルの測定を同時に行うことができる。   According to a more preferred aspect of the present invention, a plurality of types of probe substances can be carried on each of a plurality of regions separated from each other on the working electrode. As a result, a large number of samples can be simultaneously measured by multiplying the number of regions by the number of types of probe substances for each region.

本発明のより好ましい態様によれば、作用電極上の互いに分離された複数の領域の各領域毎に異なるプローブ物質を担持させることができる。これにより、区分された領域の数に相当する種類数のプローブ物質を担持させることができるので、多種類の被検物質の測定を同時に行うことができる。この態様は、各領域毎に異なる被検物質の分析が可能なため、一塩基多型の解析(SNPs)の多項目解析に好ましく利用することができる。   According to a more preferable aspect of the present invention, a different probe substance can be carried in each of a plurality of regions separated from each other on the working electrode. As a result, the number of types of probe substances corresponding to the number of the divided areas can be carried, so that multiple types of analytes can be measured simultaneously. This aspect can be preferably used for multi-item analysis of single nucleotide polymorphism analysis (SNPs) because different test substances can be analyzed for each region.

対電極
本発明に用いる対電極は、電解質媒体に接触させた場合に作用電極との間に電流が流れることができるものであれば特に限定されず、金属もしくは導電性の酸化物を蒸着したガラス、プラスチック、セラミックス等が使用可能である。また、対電極としての金属薄膜を5μm以下、好ましくは3nm〜3μmの範囲の膜厚になるように、蒸着やスパッタリングなどの方法により形成して作成することもできる。対電極に使用可能な材料の好ましい例としては、白金、金、パラジウム、ニッケル、カーボン、ポリチオフェン等の導電性ポリマー、酸化物、炭化物、窒化物等の導電性セラミックス等が挙げられ、より好ましくは、白金、カーボンであり、最も好ましくは白金である。
Counter electrode
The counter electrode used in the present invention is not particularly limited as long as a current can flow between it and the working electrode when it is brought into contact with an electrolyte medium. Glass or plastic on which a metal or a conductive oxide is deposited is used. Ceramics can be used. Moreover, the metal thin film as a counter electrode can be formed by a method such as vapor deposition or sputtering so as to have a film thickness of 5 μm or less, preferably 3 nm to 3 μm. Preferable examples of materials that can be used for the counter electrode include conductive polymers such as platinum, gold, palladium, nickel, carbon, and polythiophene, and conductive ceramics such as oxide, carbide, and nitride, and more preferably. Platinum and carbon, and most preferably platinum.

測定方法および装置
本発明の方法にあっては、増感色素の共存下、試料液を作用電極に接触させて、プローブ物質に被検物質を直接または間接的に特異的に結合させ、この結合により増感色素を前記作用電極に固定させる。
Measuring method and apparatus
In the method of the present invention, the sample liquid is brought into contact with the working electrode in the presence of the sensitizing dye, and the test substance is directly or indirectly specifically bound to the probe substance. Is fixed to the working electrode.

本発明の好ましい態様によれば、増感色素で予め標識された一本鎖の核酸を被検物質とする場合、プローブ物質である一本鎖核酸との間でハイブリダイゼーション反応を行なうことができる。ハイブリダイゼーション反応の好ましい温度は37〜72℃の範囲であるが、その最適温度は使用するプロ−ブの塩基配列や長さ等により異なる。   According to a preferred embodiment of the present invention, when a single-stranded nucleic acid previously labeled with a sensitizing dye is used as a test substance, a hybridization reaction can be performed with a single-stranded nucleic acid that is a probe substance. . The preferred temperature for the hybridization reaction is in the range of 37-72 ° C., but the optimum temperature varies depending on the base sequence and length of the probe used.

本発明の別の好ましい態様によれば、被検物質およびプローブ物質の結合体(例えばハイブリダイゼーション後の二本鎖核酸)にインターカレーション可能な増感色素を用いる場合には、試料液に増感色素を添加することにより結合体を特異的に増感色素で標識することができる。   According to another preferred embodiment of the present invention, when a sensitizing dye that can be intercalated is used for a conjugate of a test substance and a probe substance (for example, a double-stranded nucleic acid after hybridization), it is added to the sample solution. By adding a sensitizing dye, the conjugate can be specifically labeled with a sensitizing dye.

本発明の方法にあっては、被検物質が増感色素と共に固定された作用電極を、対電極と共に電解質媒体に接触させ、作用電極に光を照射して増感色素を光励起させ、光励起された増感色素から作用電極への電子移動に起因して作用電極と対電極との間に流れる光電流を検出する。   In the method of the present invention, a working electrode in which a test substance is fixed together with a sensitizing dye is brought into contact with an electrolyte medium together with a counter electrode, and the working electrode is irradiated with light to photoexcite the sensitizing dye, thereby being photoexcited. The photocurrent flowing between the working electrode and the counter electrode due to the electron transfer from the sensitizing dye to the working electrode is detected.

このような測定用セルの一例を図3に示す。図3に示される測定用セル21は、作用電極22と対電極23とにより挟まれて形成された空隙内に電解液24が充填されてなる。作用電極22は、導電性基材26と電子受容層27とを備えてなり、電子受容層27側を電解液24に接触させるように配置される。作用電極22と対電極23との間には絶縁スペーサ25が挿入されることにより、電解液24を収容する空間が確保されている。電極間の距離は酸化還元のサイクルを効率良く行わせるためには短い方が好ましく、工作的な精度との兼ね合いから数十μm であることが望ましい。また、いわゆるMEMS 的な製造方法を利用するのであれば、より近接した電極間距離とすることも可能である。   An example of such a measurement cell is shown in FIG. The measurement cell 21 shown in FIG. 3 is formed by filling an electrolyte solution 24 into a gap formed by being sandwiched between a working electrode 22 and a counter electrode 23. The working electrode 22 includes a conductive base material 26 and an electron accepting layer 27, and is disposed so that the electron accepting layer 27 side is in contact with the electrolytic solution 24. By inserting an insulating spacer 25 between the working electrode 22 and the counter electrode 23, a space for accommodating the electrolytic solution 24 is secured. The distance between the electrodes is preferably short in order to efficiently perform the oxidation-reduction cycle, and is preferably several tens of μm in view of work accuracy. Further, if a so-called MEMS-like manufacturing method is used, it is possible to make the distance between electrodes closer to each other.

本発明において用いる電解質媒体は、電解質、溶媒、および所望により添加物を含んでなるものであることができる。電解質の好ましい例としては、Iとヨウ化物の組み合わせ(ヨウ化物としてはLiI、NaI、KI、CsI、CaIなどの金属ヨウ化物、あるいはテトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイドなど4級アンモニウム化合物のヨウ素塩など)、Brと臭化物の組み合わせ(臭化物としてはLiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBrなどの金属臭化物、あるいはテトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイドなど4級アンモニウム化合物の臭素塩など)のほか、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩やフェロセン−フェリシニウムイオンなどの金属錯体、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィドなどのイオウ化合物、ビオロゲン色素、ヒドロキノン−キノン等が挙げられ、より好ましくは、IとLiIやピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイドなど4級アンモニウム化合物のヨウ素塩を組み合わせた電解質である。上述した電解質は混合して用いてもよい。 The electrolyte medium used in the present invention can comprise an electrolyte, a solvent, and optionally an additive. Preferable examples of the electrolyte include a combination of I 2 and iodide (as iodide, metal iodide such as LiI, NaI, KI, CsI, CaI 2 , tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide). Quaternary ammonium compounds such as iodine salts), Br 2 and bromide combinations (bromides include metal bromides such as LiBr, NaBr, KBr, CsBr, CaBr 2 , or quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium bromide and pyridinium bromide). Bromine salts), metal complexes such as ferrocyanate-ferricyanate and ferrocene-ferricinium ions, sulfur compounds such as sodium polysulfide, alkylthiol-alkyldisulfides, and viologens Examples thereof include dyes, hydroquinone-quinones, and the like. More preferable is an electrolyte in which I 2 and iodine salt of a quaternary ammonium compound such as LiI, pyridinium iodide, imidazolium iodide and the like are combined. The electrolytes described above may be used in combination.

本発明の好ましい態様によれば、電解液の電解質濃度は0.1〜15Mであるのが好ましく、より好ましくは0.2〜10Mである。また、電解質にヨウ素を添加する場合における、好ましいヨウ素の添加濃度は0.01〜0.5Mである。   According to the preferable aspect of this invention, it is preferable that the electrolyte concentration of electrolyte solution is 0.1-15M, More preferably, it is 0.2-10M. Further, when iodine is added to the electrolyte, a preferable iodine concentration is 0.01 to 0.5M.

好ましい溶媒の例としては、水、アルコール(メタノール、エタノール等)、非プロトン性の極性溶媒(例えばアセトニトリルなどのニトリル類、炭酸プロピレンや炭酸エチレンなどのカーボネート類、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、1,3−ジメチルイミダゾリノンや3−メチルオキサゾリジノン、ジアルキルイミダゾリウム塩などの複素環化合物、等)が挙げられる。   Examples of preferred solvents include water, alcohol (methanol, ethanol, etc.), aprotic polar solvents (eg, nitriles such as acetonitrile, carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, 1 , 3-dimethylimidazolinone, 3-methyloxazolidinone, heterocyclic compounds such as dialkylimidazolium salts, and the like.

本発明の好ましい態様によれば、電解質媒体はゲル化(固体化)させて使用することもできる。ゲル化の方法の例としては、ポリマー添加、オイルゲル化剤添加、多官能モノマー類を含む重合、ポリマーの架橋反応等の手法により行うことができる。ゲル電解質のマトリクスに使用されるポリマーの例としては、ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンフルオリド等が挙げられる。   According to a preferred embodiment of the present invention, the electrolyte medium can be used after gelation (solidification). Examples of the gelation method can be carried out by techniques such as addition of a polymer, addition of an oil gelling agent, polymerization including polyfunctional monomers, and a crosslinking reaction of the polymer. Examples of the polymer used in the matrix of the gel electrolyte include polyacrylonitrile and polyvinylidene fluoride.

図3に示されるように作用電極21の上方には光源28が光源カバー29を介して配置される。本発明に用いる光源としては、標識色素を光励起できる波長の光を照射できるものであれば限定されず、好ましい例としては、蛍光灯、ブラックライト、殺菌ランプ、白熱電球、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、キセノンランプ、水銀−キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、LED(白色、青、緑、赤)、レーザー光、太陽光を用いることができ、より好ましくは、蛍光灯、白熱電球、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、LED(白色、青、緑、赤)、太陽光等を挙げることができる。また、必要に応じて、分光器やバンドパスフィルタを用いて特定波長領域の光のみを照射してもよい。   As shown in FIG. 3, a light source 28 is disposed above the working electrode 21 via a light source cover 29. The light source used in the present invention is not limited as long as it can irradiate light having a wavelength capable of photoexciting the labeling dye. Preferred examples include fluorescent lamps, black lights, sterilizing lamps, incandescent lamps, low pressure mercury lamps, high pressure mercury Lamps, xenon lamps, mercury-xenon lamps, halogen lamps, metal halide lamps, LEDs (white, blue, green, red), laser light and sunlight can be used, more preferably fluorescent lamps, incandescent lamps, xenon lamps. , Halogen lamp, metal halide lamp, LED (white, blue, green, red), sunlight and the like. Moreover, you may irradiate only the light of a specific wavelength range using a spectroscope and a band pass filter as needed.

本発明の好ましい態様によれば、互いに異なる光波長で励起可能な二種以上の増感色素を用いて複数種類の被検物質を個別に検出する場合、光源から波長選択手段を介して特定波長の光を照射することにより、複数の色素を個別に励起することが可能である。波長選択手段の例としては、分光器、色ガラスフィルタ、干渉フィルタ、バンドパスフィルタ等が挙げられる。また、増感色素の種類に応じて異なる波長の光を照射可能な複数の光源を用いてもよく、この場合の好ましい光源の例としては、特定波長の光が照射されるレーザー光やLEDを用いてもよい。また、作用極に光を効率よく照射するため、石英、ガラス、液体ライトガイドを用いて導光してもよい。   According to a preferred aspect of the present invention, when two or more kinds of test substances are individually detected using two or more sensitizing dyes that can be excited at different light wavelengths, a specific wavelength is detected from the light source via the wavelength selection means. It is possible to excite a plurality of dyes individually by irradiating the light. Examples of the wavelength selection means include a spectroscope, a colored glass filter, an interference filter, a band pass filter, and the like. In addition, a plurality of light sources capable of irradiating light of different wavelengths depending on the type of sensitizing dye may be used. Examples of preferable light sources in this case include laser light and LED irradiated with light of a specific wavelength. It may be used. Further, in order to efficiently irradiate the working electrode with light, light may be guided using quartz, glass, or a liquid light guide.

本発明の好ましい態様によれば、光源から放射される光がもともと紫外線を実質的に含まないか、または光源からの光の照射が紫外線を除去する手段を介して行われるのが好ましい。これにより、照射光に400nm以下の波長の紫外線が含まれる場合に発生しうる電子受容物質自体の光励起によるバックグランド電流、すなわちノイズを効果的に抑制して、より精度の高い測定が可能となる。なお、増感色素は一般的に可視光の吸収により励起されることができるため、紫外線を除去したとしても可視光の照射により高い感度で光電流を検出することが可能である。   According to a preferred embodiment of the present invention, it is preferable that the light emitted from the light source is essentially free of ultraviolet light, or the light irradiation from the light source is performed through a means for removing the ultraviolet light. As a result, the background current due to photoexcitation of the electron-accepting substance itself, that is, noise, which can be generated when the irradiation light includes ultraviolet light having a wavelength of 400 nm or less can be effectively suppressed, and more accurate measurement can be performed. . In general, since sensitizing dyes can be excited by absorption of visible light, even if ultraviolet rays are removed, photocurrent can be detected with high sensitivity by irradiation with visible light.

紫外線を除去する手段の好ましい例としては、光学フィルタ、および分光器が挙げられる。光学フィルタまたは分光器を用いることにより、照射光の波長を制御することができ、作用電極自体の光励起を防止しつつ、増感色素のみを励起することが可能となる。好ましい光学フィルタの例としては、紫外線カットフィルタ等の色ガラスフィルタが挙げられる。好ましい分光器の例としては、厳密な波長制御が可能な点で、回折格子が内蔵された分光器が挙げられる。   Preferable examples of the means for removing ultraviolet rays include an optical filter and a spectroscope. By using an optical filter or a spectroscope, the wavelength of irradiation light can be controlled, and only the sensitizing dye can be excited while preventing the photoexcitation of the working electrode itself. Examples of preferred optical filters include colored glass filters such as ultraviolet cut filters. As an example of a preferable spectroscope, there is a spectroscope having a built-in diffraction grating in that precise wavelength control is possible.

もともと紫外線を実質的に含まない光を放出する光源の好ましい例としては、レーザ、無機エレクトロルミネッセンス(EL)素子、有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子、発光ダイオード(LED)が挙げられるが、最も好ましくは発光ダイオード(LED)である。LEDによれば、波長分布の狭い制御された光を照射することができ、小型、軽量、低消費電力、および長寿命といった利点も得られる。   Preferred examples of light sources that emit light that is essentially free of ultraviolet light include lasers, inorganic electroluminescence (EL) elements, organic electroluminescence (EL) elements, and light emitting diodes (LEDs), most preferably Light emitting diode (LED). According to the LED, it is possible to irradiate controlled light with a narrow wavelength distribution, and there are also advantages such as small size, light weight, low power consumption, and long life.

本発明のより好ましい態様によれば、使用する電子受容物質についての既知のバンドギャップを下記式に代入して算出される、表1に示されるカットオフ波長よりも短い波長の光を除去することが好ましい。これにより、電子受容物質の特性に応じて、バックグランド電流の発生を効果的に抑制できる。

バンドギャップ(eV) = hν = hc/λ = 1239.8/λ(mm)
(h:プランク定数、c:光速)
表 1
電子受容物質 バンドギャップ 好適なカットオフ波長
(eV) (nm)
ルチル型酸化チタン 3.2 387
アナターゼ型酸化チタン 3.0 413
酸化亜鉛 3.1 400
チタン酸ストロンチウム 3.2 387
酸化スズ 3.5 354
酸化タングステン 2.8 443
酸化ニオブ 3.1 400
酸化鉄 2.2 564
According to a more preferable aspect of the present invention, light having a wavelength shorter than the cutoff wavelength shown in Table 1 calculated by substituting the known band gap for the electron accepting material to be used in the following equation is removed. Is preferred. Thereby, generation | occurrence | production of a background current can be suppressed effectively according to the characteristic of an electron accepting substance.

Band gap (eV) = hν = hc / λ = 1239.8 / λ (mm)
(H: Planck constant, c: speed of light)
Table 1
Electron acceptor band gap Suitable cutoff wavelength
(EV) (nm)
Rutile type titanium oxide 3.2 387
Anatase type titanium oxide 3.0 413
Zinc oxide 3.1 400
Strontium titanate 3.2 387
Tin oxide 3.5 354
Tungsten oxide 2.8 443
Niobium oxide 3.1 400
Iron oxide 2.2 564

なお、電子受容物質には不純物準位を含む場合があるため、万全を期して、カットオフ波長を表1に示される波長よりも長波長側に設定しても構わない。また、作用電極が複数の電子受容物質で構成されている場合には、構成成分のうち最もバンドギャップが狭い成分のカットオフ波長よりも短い波長を除去するのが好ましい。   Note that since the electron-accepting material may contain an impurity level, the cutoff wavelength may be set longer than the wavelength shown in Table 1 for the sake of completeness. When the working electrode is composed of a plurality of electron accepting substances, it is preferable to remove wavelengths shorter than the cutoff wavelength of the component having the narrowest band gap among the constituent components.

図4に示されるように、作用電極21および対電極22間には電流計30が接続され、光照射により系内を流れる光電流が電流計により測定される。これにより、被検物質を検出することができる。その際の電流値は作用電極上にトラップされた増感色素の量を反映する。例えば、被検物質が核酸の場合、相補性のある核酸間で形成された二本鎖の量が、電流値となり反映される。したがって、得られた電流値から被検物質を定量することができる。したがって、本発明の好ましい態様によれば、電流計が、得られた電流量または電気量から試料液中の被検物質濃度を算出する手段をさらに備えてなるのが好ましい。   As shown in FIG. 4, an ammeter 30 is connected between the working electrode 21 and the counter electrode 22, and the photocurrent flowing through the system by light irradiation is measured by the ammeter. Thereby, the test substance can be detected. The current value at that time reflects the amount of sensitizing dye trapped on the working electrode. For example, when the test substance is a nucleic acid, the amount of double strands formed between complementary nucleic acids is reflected as a current value. Therefore, the test substance can be quantified from the obtained current value. Therefore, according to a preferred aspect of the present invention, it is preferable that the ammeter further comprises means for calculating the concentration of the test substance in the sample solution from the obtained amount of current or electricity.

本発明の好ましい態様によれば、光電流を検出する工程が、電流値を測定し、得られた電流値または電気量から試料液中の被検物質濃度を算出することができる。この被検物質濃度の算出は、予め作成された被検物質濃度と電流値または電気量との検量線と、得られた電流値または電気量とを対比することにより行うことができる。本発明の方法にあっては、電流値は作用電極上にトラップされた増感色素の量が反映されるので、被検物質濃度に対応した正確な電流値が得られるため、定量測定に適する。   According to a preferred aspect of the present invention, the step of detecting the photocurrent can measure the current value, and calculate the concentration of the test substance in the sample liquid from the obtained current value or electric quantity. The calculation of the test substance concentration can be performed by comparing a calibration curve between the test substance concentration and the current value or the electric quantity prepared in advance with the obtained current value or the electric quantity. In the method of the present invention, since the current value reflects the amount of the sensitizing dye trapped on the working electrode, an accurate current value corresponding to the concentration of the test substance can be obtained, which is suitable for quantitative measurement. .

本発明の別の好ましい態様によれば、予め増感色素で標識された被検物質を競合物質として用いて、増感色素で標識されていない、プローブ物質に特異的に結合可能な第二の被検物質を定量することができる。第二の被検物質はプローブ物質に標識済被検物質よりも特異的に結合しやすい性質を有するのが好ましい。これら二種類の被検物質を競合させてプローブ物質に特異的に結合させると、検出される電流値と第二の被検物質の濃度との間に相関関係が得られる。つまり、色素標識されていない第二の被検物質の数が増加するにつれ、プローブ物質に特異的に結合する競合物質の数が減少するため、第二の被検物質濃度の増加につれて、検出電流値が減少する検量線を得ることができる。したがって、増感色素で標識されていない第二の被検物質の検出および定量が可能となる。   According to another preferred embodiment of the present invention, a test substance previously labeled with a sensitizing dye is used as a competitor, and a second substance capable of specifically binding to a probe substance that is not labeled with a sensitizing dye. The test substance can be quantified. It is preferable that the second test substance has a property of easily binding to the probe substance more specifically than the labeled test substance. When these two kinds of test substances are made to compete and specifically bind to the probe substance, a correlation is obtained between the detected current value and the concentration of the second test substance. That is, as the number of second analytes that are not dye-labeled increases, the number of competitors that specifically bind to the probe substance decreases, so that the detection current increases as the second analyte concentration increases. A calibration curve with decreasing values can be obtained. Therefore, it is possible to detect and quantify the second test substance that is not labeled with a sensitizing dye.

本発明のより好ましい態様によれば、被検物質および第二の被検物質が抗原であり、プローブ物質が抗体であるのが好ましい。この態様における被検物質および第二の被検物質のプローブ物質への固定化工程を図5に示す。図5に示されるように、増感色素で標識された抗原41と、色素標識されていない抗原42とが競合して抗体43に特異的に結合する。したがって、色素標識されていない抗原42が増加するにつれ、抗体に特異的に結合する色素標識された抗原43が減少するため、第二の被検物質濃度の増加につれて、検出電流値が減少する検量線を得ることができる。   According to a more preferred embodiment of the present invention, the test substance and the second test substance are preferably antigens, and the probe substance is preferably an antibody. FIG. 5 shows the step of immobilizing the test substance and the second test substance on the probe substance in this embodiment. As shown in FIG. 5, the antigen 41 labeled with a sensitizing dye and the antigen 42 not labeled with the dye compete with each other and specifically bind to the antibody 43. Therefore, as the amount of the antigen 42 that is not dye-labeled increases, the amount of the dye-labeled antigen 43 that specifically binds to the antibody decreases. Therefore, the detection current value decreases as the second analyte concentration increases. You can get a line.

以下の実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
(例1)ブロッキング剤としてのn−オクチルリン酸
・被検物質およびプローブ物質の準備
色素標識された被検物質(以下、被検DNAともいう)として、5’末端をCy5で標識された、以下の塩基配列を有する25塩基の核酸塩基(5‘Cy5DNA−A)を用意した。また、プローブ物質(以下、プローブDNAともいう)として上記被検DNAと相補鎖を有する15塩基の核酸塩基(5’アミンDNA)を用意した。すなわち、このプローブDNAと被検DNAは、ハイブリダイゼーション反応により二本鎖DNAを形成することができる。またコントロールとして、プローブDNAと相補鎖を持たない24塩基の核酸塩基(5‘Cy5DNA−B)を用意した。
被検DNA(5’Cy5DNA−A):
3’TGGAAGTAGTTTTTGTAGTAGTAGG-Cy5-5’
プローブDNA(5’アミンDNA):
5’NH−ACCTTCATCAAAAACATCATCATCC-3´
コントロール(5’Cy5DNA−B):
3’GAATTGGTCCGACTTGAACGAGTT -Cy5-5’
The following examples further illustrate the present invention. The present invention is not limited to these examples.
(Example 1) Preparation of n-octyl phosphate / test substance and probe substance as blocking agent The 5 ′ end was labeled with Cy5 as a dye-labeled test substance (hereinafter also referred to as test DNA). A 25-base nucleobase (5′Cy5DNA-A) having the following base sequence was prepared. In addition, a 15-base nucleobase (5 ′ amine DNA) having a complementary strand to the test DNA was prepared as a probe substance (hereinafter also referred to as probe DNA). That is, this probe DNA and test DNA can form a double-stranded DNA by a hybridization reaction. As a control, a 24-base nucleobase (5′Cy5DNA-B) having no complementary strand to the probe DNA was prepared.
Test DNA (5′Cy5DNA-A):
3'TGGAAGTAGTTTTTGTAGTAGTAGG-Cy5-5 '
Probe DNA (5 ′ amine DNA):
5'NH 2 -ACCTTCATCAAAAACATCATCATCC-3'
Control (5'Cy5DNA-B):
3'GAATTGGTCCGACTTGAACGAGTT -Cy5-5 '

・作用電極の作製およびプローブ物質の担持
まず、チタニア微粉末(昭和タイタニウム社製、F2、平均粒径60nm、アナターゼ:ルチル=4:6)1gと、以下の配合を有する有機ビヒクル1gとを自動乳鉢で混練しながら、徐々に溶媒(αテルピネオール:ブチルカルビトール=重量比60:40)1gを添加して、酸化チタンペーストを得た。これら一連の混合は合計5時間行われた。
α−テルピネオール 65重量%
ブチルカルビトール 15重量%
ポリビニルブチラール 20重量%
-Production of working electrode and loading of probe substance First, 1 g of titania fine powder (manufactured by Showa Titanium Co., F2, average particle size 60 nm, anatase: rutile = 4: 6) and 1 g of an organic vehicle having the following composition were automatically While kneading in a mortar, 1 g of a solvent (α terpineol: butyl carbitol = weight ratio 60:40) was gradually added to obtain a titanium oxide paste. This series of mixing was carried out for a total of 5 hours.
α-Terpineol 65% by weight
Butyl carbitol 15% by weight
Polyvinyl butyral 20% by weight

フッ素ドープされた酸化スズ(F−SnO:FTO)コートガラス(エイアイ特殊硝子社製、U膜、シート抵抗:15Ω/□)の導電面上の縁枠を金属メタルスクリーンマスクでマスキングし、上記ペーストを用いて厚さ120μm、大きさ5mm×5mmの膜を作製した。得られた膜を60℃で3時間乾燥させた後、500℃で30分間焼成を行い、酸化チタン多孔質膜を電子受容層として備えた作用電極を得た。こうして得られた作用電極にBLBランプで一晩紫外線照射を施し、汚れおよび残存有機物の除去を行った。 Mask the edge frame on the conductive surface of fluorine-doped tin oxide (F-SnO 2 : FTO) coated glass (manufactured by AI Special Glass Co., Ltd., U film, sheet resistance: 15Ω / □) with a metal metal screen mask, and A film having a thickness of 120 μm and a size of 5 mm × 5 mm was produced using the paste. The obtained film was dried at 60 ° C. for 3 hours and then baked at 500 ° C. for 30 minutes to obtain a working electrode having a titanium oxide porous film as an electron-accepting layer. The working electrode thus obtained was irradiated with UV light overnight with a BLB lamp to remove dirt and residual organic matter.

次いで、プローブDNAとして5’アミンDNAを50mM HEPES(pH7.0)に溶解させて水溶液(DNA濃度50μM)を調製した。この溶液を、予め95℃で3分間保持した後、氷上(2℃)で3分間以上冷却させることにより、熱変性させておいた。   Subsequently, 5 'amine DNA as probe DNA was dissolved in 50 mM HEPES (pH 7.0) to prepare an aqueous solution (DNA concentration 50 μM). This solution was previously held at 95 ° C. for 3 minutes and then heat-denatured by cooling on ice (2 ° C.) for 3 minutes or more.

先に得られた作用電極の電子受容層上に、スペーサー用穴あきテープを貼り、ピンセットの先を用いてテープ接着面に残存する空気を除去した。このテープ上に、5mm×5mm角の大きさの開口部が形成されたシリコンシートを載置して密着させた。この開口部に先に調製した5’アミンDNA溶液(200μM)を25μl装填した。このとき、ピペットチップの先端を用いて、シリコンシールの開口部の四隅まで充分にDNA溶液が行き渡るようにした。続いて、DNA溶液中に気泡が極力入らないようにガラス板で真上から蓋をして、湿らせた紙等で蒸気圧が調整されたプラスチック容器に収容した。この容器中に60℃で6時間保持して、5’アミンDNAをインキュベートした。その後、DNA溶液を除去し、流水で軽く電極表面を2秒間洗浄した後、空気を吹き付けて残水を飛散させた。こうして、プローブDNAが担持された作用電極を得た。   A spacer-perforated tape was affixed on the electron-accepting layer of the working electrode obtained earlier, and air remaining on the tape adhesive surface was removed using the tip of a tweezers. On this tape, a silicon sheet having an opening of 5 mm × 5 mm square was placed and brought into close contact. This opening was charged with 25 μl of the previously prepared 5 ′ amine DNA solution (200 μM). At this time, the tip of the pipette tip was used so that the DNA solution was sufficiently distributed to the four corners of the opening of the silicon seal. Subsequently, the glass solution was covered with a glass plate so that air bubbles would not enter the DNA solution as much as possible, and then stored in a plastic container whose vapor pressure was adjusted with wet paper or the like. The 5 'amine DNA was incubated for 6 hours at 60 ° C in this vessel. Thereafter, the DNA solution was removed, and the electrode surface was gently washed with running water for 2 seconds, and then air was blown to scatter the remaining water. Thus, a working electrode carrying the probe DNA was obtained.

次いで、ブロッキング剤であるn−オクチルリン酸(和光純薬(株)製)を、エタノールと水の混合溶媒(体積比エタノール:水=4:1)に溶解させた濃度50mMのブロッキング溶液を調製した。そして、上記プローブ物質が担持された作用電極を、ブロッキング溶液5mlを入れた容量10mlの滅菌済プラスチック容器に浸漬し、そして、50℃で2時間保持して、ブロッキング剤をインキュベートした。反応終了後、電極をブロッキング溶液から取り出して、表面を流水で軽く2秒間洗浄した後、超純水10ml中に30分浸漬し、再度表面を流水で軽く2秒間洗浄した後、空気を吹き付けて残水を飛散させた。こうしてブロッキングが施された作用電極を得た。   Next, a blocking solution having a concentration of 50 mM is prepared by dissolving n-octyl phosphoric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a blocking agent in a mixed solvent of ethanol and water (volume ratio ethanol: water = 4: 1). did. Then, the working electrode carrying the probe substance was immersed in a sterilized plastic container having a capacity of 10 ml containing 5 ml of the blocking solution, and kept at 50 ° C. for 2 hours to incubate the blocking agent. After completion of the reaction, the electrode is taken out from the blocking solution, and the surface is gently washed with running water for 2 seconds, then immersed in 10 ml of ultrapure water for 30 minutes, and the surface is washed again with running water for 2 seconds, and then air is blown onto it. Residual water was scattered. Thus, a working electrode subjected to blocking was obtained.

・ハイブリダイゼーション
色素標識された被検DNAとして5’Cy5DNA−Aを、コントロールとして5’Cy5DNA−Bをそれぞれ50mM HEPES水溶液に溶解して、被検DNA及びコントロール溶液(DNA濃度10μM)を調製した。これらの溶液を、予め95℃で3分間保持した後、氷上(2℃)で3分間以上冷却させることにより、熱変性させておいた。
-Hybridization 5'Cy5DNA-A as a dye-labeled test DNA and 5'Cy5DNA-B as a control were each dissolved in a 50 mM HEPES aqueous solution to prepare a test DNA and a control solution (DNA concentration 10 μM). These solutions were kept at 95 ° C. for 3 minutes in advance, and then heat-denatured by cooling on ice (2 ° C.) for 3 minutes or more.

先に得られたプローブ物質及びブロッキング剤が固定化された作用電極に、スペーサー用穴あきテープを貼り、ピンセットの先を用いてテープ接着面に残存する空気を除去した。このテープ上に、5mm×5mm角の大きさの開口部が形成されたシリコンシートを載置して密着させた。この開口部に先に調製した被検DNA及びコントロールDNA溶液(50μM)を25μl装填した。このとき、ピペットチップの先端を用いて、シリコンシールの開口部の四隅まで充分にDNA溶液が行き渡るようにした。続いて、DNA溶液中に気泡が極力入らないようにガラス板で真上から蓋をして、湿らせた紙等で蒸気圧が調整されたプラスチック容器に収容した。こうして、60℃で15時間インキュベートさせて、ハイブリダイゼーションを行った。   A spacer-perforated tape was attached to the working electrode on which the probe substance and the blocking agent obtained above were immobilized, and air remaining on the tape adhesive surface was removed using the tip of a tweezers. On this tape, a silicon sheet having an opening of 5 mm × 5 mm square was placed and brought into close contact. The opening was charged with 25 μl of the previously prepared test DNA and control DNA solution (50 μM). At this time, the tip of the pipette tip was used so that the DNA solution was sufficiently distributed to the four corners of the opening of the silicon seal. Subsequently, the glass solution was covered with a glass plate so that air bubbles would not enter the DNA solution as much as possible, and then stored in a plastic container whose vapor pressure was adjusted with wet paper or the like. Thus, hybridization was performed by incubating at 60 ° C. for 15 hours.

こうしてハイブリダイゼーションが施された作用電極を洗浄液に浸し、ゆっくりと揺らしながら洗浄した。洗浄液としては下記表2に示されるものを使用し、各洗浄液について下記表に示される洗浄時間、洗浄回数、および温度で洗浄を行った。なお、洗浄液を変更する毎に洗浄容器を交換した。さらに、作用電極を水で5秒間洗い流し、素早く空気を吹き付けて残水を飛散させた。
表 2
洗浄液 洗浄時間 1回当たりの洗浄回数 温度
HEPES、0.1%Tween20 12分間 3回 室温
HEPES、0.1%Tween20 13分間 1回 60℃
HEPES 6分間 2回 室温
超純水 15分間 1回 室温
注)HEPES:同仁化学研究所製
0.1%Tween20:SERVA社製の界面活性剤 超純水に0.1vol%で希釈したもの
The working electrode thus hybridized was immersed in a washing solution and washed with gentle shaking. The cleaning liquid shown in the following Table 2 was used, and each cleaning liquid was cleaned at the cleaning time, the number of cleanings, and the temperature shown in the following table. The cleaning container was replaced every time the cleaning liquid was changed. Further, the working electrode was rinsed with water for 5 seconds, and air was quickly blown to scatter the remaining water.
Table 2
Cleaning fluid Cleaning time Number of cleanings per cleaning Temperature
HEPES, 0.1% Tween20 12 minutes 3 times, room temperature HEPES, 0.1% Tween20 13 minutes, 1 time 60 ° C
HEPES 6 minutes 2 times room temperature
Ultrapure water 15 minutes once Room temperature
Note) HEPES: 0.1% Tween 20 manufactured by Dojin Chemical Laboratory: Surfactant manufactured by SERVA Co. diluted to 0.1 vol% in ultrapure water

・測定用セルの組み立て
こうして得られた作用電極と、対電極としての白金電極とを、短絡を防ぐためのスペーサーを会して対向して張り合わせることでサンドイッチ型測定セルとした。このとき、白金電極の白金で被膜された端部にリード線を接続して、電流を取り出し可能に構成した。作用電極もリード線を介して電流計と接続した。電解液として、体積比が8:2のエチレンカーボネートとアセトニトリルの混合溶媒にヨウ素0.05Mとテトラプロピルアンモニウムヨーダイド0.5Mを溶解した混合液を用意した。この電解液を白金電極に5μL滴下した後、作用電極をその電子受容層が白金電極と対向するように、載置した。こうして、スペーサーおよび電解液を作用電極および対電極とで挟持されてなる、サンドイッチ型の測定セルを得た。
-Assembly of measuring cell A working electrode thus obtained and a platinum electrode as a counter electrode were bonded to each other while facing a spacer for preventing a short circuit to obtain a sandwich type measuring cell. At this time, a lead wire was connected to the end of the platinum electrode coated with platinum so that current could be taken out. The working electrode was also connected to an ammeter via a lead wire. As an electrolytic solution, a mixed solution was prepared by dissolving 0.05M iodine and 0.5M tetrapropylammonium iodide in a mixed solvent of ethylene carbonate and acetonitrile having a volume ratio of 8: 2. After 5 μL of this electrolytic solution was dropped on the platinum electrode, the working electrode was placed so that its electron-accepting layer was opposed to the platinum electrode. In this way, a sandwich type measurement cell was obtained in which the spacer and the electrolyte were sandwiched between the working electrode and the counter electrode.

・光電流の測定
作用電極のリード線と対電極のリード線とをポテンシオスタット(北斗電工社製、HSV−100)に接続した。赤色LED (CCS(株)製 TOL-50aURsCEs)を用いて、光を作用電極表面に照射した。このとき、作用電極と対電極との間に流れる電流値を電流計により経時的に測定した。電流値の測定は60秒間行ったが、光の照射は電流の測定開始10秒後から30秒間のみ行った。
(例2)ブロッキング剤としてのオリゴDNA
ブロッキング剤として、15量体のオリゴDNA(5'-AACGTCGTGACTGGG−3')の200μMの50mMHEPES水溶液を用いて反応させた以外は、例1と同様な手法で行った。
-Measurement of photocurrent The lead wire of the working electrode and the lead wire of the counter electrode were connected to a potentiostat (manufactured by Hokuto Denko Corporation, HSV-100). Using a red LED (TOL-50aURsCEs manufactured by CCS Co., Ltd.), the working electrode surface was irradiated with light. At this time, the current value flowing between the working electrode and the counter electrode was measured over time by an ammeter. The current value was measured for 60 seconds, but the light irradiation was performed only for 30 seconds after 10 seconds from the start of current measurement.
(Example 2) Oligo DNA as blocking agent
As a blocking agent, the same procedure as in Example 1 was carried out except that a reaction was performed using a 200-mer 50 mM HEPES aqueous solution of 15-mer oligo DNA (5′-AACGTCTGACTGGGG-3 ′).

(比較例)
ブロッキング処理を行わない以外は、例1と同様な手法で行った。
(Comparative example)
The procedure was the same as in Example 1 except that the blocking treatment was not performed.

プローブDNAに対し、相補的な塩基配列を有する被検DNA(5'Cy5DNA−A)で得られた光電流値と、相補的でないコントロールDNA(5'Cy5DNA−B)の光電流値との比からS(A)/N(B)比を算出した。その結果は表3に示される通りであった。
表 3
ブロッキング剤 S(A)/N(B)比
実施例1 n−オクチルリン酸 1.8
実施例2 15merDNA 1.9
比較例 なし 1.3
The ratio of the photocurrent value obtained with the test DNA (5′Cy5DNA-A) having a complementary base sequence to the probe DNA and the non-complementary control DNA (5′Cy5DNA-B) From this, the S (A) / N (B) ratio was calculated. The results were as shown in Table 3.
Table 3
Blocking agent S (A) / N (B) ratio
Example 1 n-octyl phosphate 1.8
Example 2 15mer DNA 1.9
Comparative example None 1.3

表3に示される結果から、ブロッキング剤として、リン酸基を含むn−オクチルリン酸、またはオリゴDNAを使用した場合、ブロッキング剤を用いない系と比べて、S/N比が格段に高いことが分かる。したがって、本発明のブロッキング剤であるn−オクチルリン酸、またはオリゴDNAは、プローブDNAと被検DNAとの塩基配列選択性に有利であると言える。

From the results shown in Table 3, when n-octyl phosphate containing a phosphate group or oligo DNA is used as a blocking agent, the S / N ratio is remarkably high compared to a system not using a blocking agent. I understand. Therefore, it can be said that n-octyl phosphate or oligo DNA, which is the blocking agent of the present invention, is advantageous for base sequence selectivity between probe DNA and test DNA.

被検物質が一本鎖の核酸であり、プローブ物質が前記核酸に対して相補性を有する一本鎖の核酸である場合における、被検物質のプローブ物質への固定化工程を示す図であり、(a)は被検物質が予め増感色素で標識されてなる場合を、(b)は二本鎖の核酸にインターカレーション可能な増感色素を添加した場合をそれぞれ示す。FIG. 4 is a diagram showing a process of immobilizing a test substance on a probe substance when the test substance is a single-stranded nucleic acid and the probe substance is a single-stranded nucleic acid complementary to the nucleic acid. (A) shows the case where the test substance is previously labeled with a sensitizing dye, and (b) shows the case where a sensitizing dye capable of intercalation is added to a double-stranded nucleic acid. 被検物質がリガンドであり、媒介物質が受容体蛋白質分子であり、プローブ物質が二本鎖の核酸である場合における、被検物質のプローブ物質への固定化工程を示す図である。It is a figure which shows the immobilization process to the probe substance of a test substance in case a test substance is a ligand, a mediator is a receptor protein molecule, and a probe substance is a double-stranded nucleic acid. 光源が配置された測定セルを示す図であり、図中の点線で囲まれる部分21が測定セルである。It is a figure which shows the measurement cell by which the light source is arrange | positioned, and the part 21 enclosed with the dotted line in a figure is a measurement cell. 図3に示される測定セルの平面図である。FIG. 4 is a plan view of the measurement cell shown in FIG. 3. 互いに競合する特異的結合性を有する被検物質および第二の被検物質が抗原であり、プローブ物質が抗体である場合の、被検物質のプローブ物質への固定化工程を示す図である。It is a figure which shows the fixation process to the probe substance of a test substance in case the test substance and the 2nd test substance which have the specific binding property which mutually compete are antigens, and a probe substance is an antibody.

Claims (18)

増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被験物質の特異的検出に用いられる作用電極との接触下で使用されるブロッキング剤であって、分子骨格中にリン酸基を有することを特徴とするブロッキング剤 A blocking agent used in contact with a working electrode used for specific detection of a test substance using a photocurrent generated by photoexcitation of a sensitizing dye, characterized by having a phosphate group in the molecular skeleton Blocking agent 分子骨格中に、分子間での相互作用を誘起する官能基を含むことを特徴とする、請求項1記載のブロッキング剤 2. The blocking agent according to claim 1, wherein the molecular skeleton contains a functional group that induces an interaction between molecules. 前記分子間での相互作用がファンデルワールス力であることを特徴とする、請求項2記載のブロッキング剤 The blocking agent according to claim 2, wherein the interaction between molecules is van der Waals force. 前記分子間での相互作用が疎水的相互作用であることを特徴とする、請求項2記載のブロッキング剤 The blocking agent according to claim 2, wherein the interaction between the molecules is a hydrophobic interaction. 前記分子間での相互作用がπ−π相互作用であることを特徴とする、請求項2記載のブロッキング剤 The blocking agent according to claim 2, wherein the interaction between the molecules is a π-π interaction. 前記分子間での相互作用が水素結合であることを特徴とする、請求項2記載のブロッキング剤 The blocking agent according to claim 2, wherein the interaction between the molecules is a hydrogen bond. 前記ブロッキング剤は有機リン酸化合物であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載のブロッキング剤 The blocking agent according to any one of claims 1 to 6, wherein the blocking agent is an organic phosphate compound. 前記ブロッキング剤は、分子骨格中にアルキル基を含むことを特徴とする、請求項7記載のブロッキング剤 The blocking agent according to claim 7, wherein the blocking agent contains an alkyl group in a molecular skeleton. 前記ブロッキング剤は分子骨格中にアリル基を含むことを特徴とする、請求項7記載のブロッキング剤 The blocking agent according to claim 7, wherein the blocking agent contains an allyl group in a molecular skeleton. 前記ブロッキング剤は分子骨格中に複素官能基を含むことを特徴とする、請求項7記載のブロッキング剤 The blocking agent according to claim 7, wherein the blocking agent contains a heterofunctional group in a molecular skeleton. 前記有機リン酸化合物が、アルキルリン酸であることを特徴とする請求項8記載の色素増感バイオセンサ用ブロッキング剤 The blocking agent for a dye-sensitized biosensor according to claim 8, wherein the organic phosphate compound is an alkyl phosphate. 前記アルキルリン酸のアルキル鎖が、炭素数1以上18以下の直鎖アルキル基であることを特徴とする請求項11記載の色素増感バイオセンサ用ブロッキング剤 The blocking agent for a dye-sensitized biosensor according to claim 11, wherein the alkyl chain of the alkyl phosphate is a linear alkyl group having 1 to 18 carbon atoms. 前記有機リン酸化合物が、フェニルホスホン酸であることを特徴とする請求項7記載のブロッキング剤 8. The blocking agent according to claim 7, wherein the organic phosphoric acid compound is phenylphosphonic acid. 前記ブロッキング剤が、オリゴDNAであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のブロッキング剤 The blocking agent according to claim 1, wherein the blocking agent is an oligo DNA. 前記増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出が、被検物質を含む試料液と、該被検物質と直接または間接的に特異的に結合可能なプローブ物質を表面に備えた作用電極と、対電極とを用意し、増感色素の共存下、前記試料液を前記作用電極に接触させて、前記プローブ物質に前記被検物質を直接または間接的に特異的に結合させ、該結合により前記増感色素を前記作用電極に固定させ、前記作用電極を洗浄液で洗浄し、前記作用電極と前記対電極とを電解質媒体に接触させ、そして、前記作用電極に光を照射して前記増感色素を光励起させ、該光励起された増感色素から前記作用電極への電子移動に起因して前記作用電極と前記対電極との間に流れる光電流を検出することを含んでなる工程により行われる、請求項1〜14のいずれか一項に記載のブロッキング剤 The specific detection of a test substance using a photocurrent generated by photoexcitation of the sensitizing dye comprises a sample solution containing the test substance and a probe substance capable of specifically binding directly or indirectly to the test substance. A working electrode provided on the surface and a counter electrode are prepared. In the presence of a sensitizing dye, the sample solution is brought into contact with the working electrode, and the test substance is directly or indirectly specific to the probe substance. The sensitizing dye is fixed to the working electrode by the bonding, the working electrode is washed with a cleaning solution, the working electrode and the counter electrode are brought into contact with an electrolyte medium, and light is applied to the working electrode. To photoexcite the sensitizing dye, and to detect a photocurrent flowing between the working electrode and the counter electrode due to electron transfer from the photoexcited sensitizing dye to the working electrode. Claims made by the process comprising Blocking agent according to any one of 1 to 14 前記増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出が、被検物質と直接または間接的に特異的に結合可能なプローブ物質を含む溶液を作用電極に接触させて、前記プローブ物質を表面に備えた作用電極を得る工程をさらに含んでなる、請求項15に記載のブロッキング剤 Specific detection of a test substance using a photocurrent generated by photoexcitation of the sensitizing dye is performed by bringing a solution containing a probe substance capable of specifically binding directly or indirectly with the test substance into contact with the working electrode, The blocking agent according to claim 15, further comprising a step of obtaining a working electrode having the probe substance on the surface. 前記ブロッキング剤を含む溶液を、前記プローブ物質を表面に備えた作用電極に接触または浸漬させた後に、前記被検物質を直接または間接的に特異的に結合させる工程を含んでなることを特徴とする、請求項15または16に記載のブロッキング剤 A step of contacting or immersing a solution containing the blocking agent on a working electrode provided with a surface of the probe substance and then specifically or indirectly binding the test substance. The blocking agent according to claim 15 or 16, 光電流を用いた被検物質の特異的検出が、被検物質が直接または間接的に特異的に結合したプローブ物質を表面に備え、かつ該結合により増感色素が固定されてなる作用電極と、対電極とを電解質媒体に接触させ、前記作用電極に光を照射して前記増感色素を光励起させ、該光励起された増感色素から前記作用電極への電子移動に起因して前記作用電極と前記対電極との間に流れる光電流を検出することを含んでなる工程により行われる、請求項1〜14のいずれか一項に記載のブロッキング剤

A specific detection of a test substance using a photocurrent includes a working electrode comprising a probe substance on the surface, to which a test substance is directly or indirectly specifically bound, and a sensitizing dye fixed by the binding. The counter electrode is brought into contact with an electrolyte medium, the working electrode is irradiated with light to photoexcite the sensitizing dye, and the working electrode is caused by electron transfer from the photoexcited sensitizing dye to the working electrode. The blocking agent as described in any one of Claims 1-14 performed by the process which comprises detecting the photocurrent which flows between between and the said counter electrode

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008192770A (en) * 2007-02-02 2008-08-21 Toto Ltd Sensor chip to be used for specifically detecting test substance using photocurrent, and measuring apparatus using the same
WO2011152098A1 (en) * 2010-06-04 2011-12-08 コニカミノルタエムジー株式会社 Developing solution for immunochromatography method, and measurement method using same
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