JP2007085970A - Biosensor - Google Patents

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Hirohiko Tsuzuki
博彦 都築
Takayuki Yamada
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biosensor capable of evaluating the charge of a molecule of a protein or the like included in a measuring sample, and a method for analyzing the charge of a material to be measured using it. <P>SOLUTION: This biosensor comprises a substrate having the surface wherein the charge is changed according to a portion. Preferably, a functional group imparting the charge is introduced into the substrate surface, and the introduction rate of the functional group is changed according to a portion, and thereby the charge on the substrate surface is changed according to the portion. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、測定試料中に含まれるタンパク質などの分子の荷電を分析するためのバイオセンサー、及びそれを用いた分子の荷電の分析方法に関する。より詳細には、本発明は、表面プラズモン共鳴分析などを用いて分子の荷電を分析するためのバイオセンサー、及びそれを用いた分子の荷電の分析方法に関する。   The present invention relates to a biosensor for analyzing the charge of a molecule such as a protein contained in a measurement sample, and a method for analyzing the charge of a molecule using the biosensor. More specifically, the present invention relates to a biosensor for analyzing the charge of a molecule using surface plasmon resonance analysis and the like, and a method for analyzing the charge of a molecule using the same.

表面プラズモン共鳴(SPR)センサーの開発において、センシング部の金属薄膜に修飾を施すことが必要である。例えば、SPRセンサーをバイオセンサーに応用するためには、官能基を有するポリマーで金属薄膜を修飾することが行われている。金属薄膜として金の薄膜を使用する場合、金へのチオール又はスルフィド類の自己吸着性(Self-Assembly)を利用する修飾法が知られている。例えば、SPRバイオセンサーにおけるセンサー表面へのリガンドの固定化のためには、金薄膜上に自己吸着したアルカンチオールをリンカー層として、カルボキシメチルデキストラン(CMD)層を導入し、そのCMD層にリガンドを固定化する方法が報告されている。ここで用いるCMD層の役割は、固定化するリガンド量の増加、金薄膜への生体分子の非特異的結合の防止などである。チオール又はスルフィド類による修飾方法は簡単な方法であり、例えば、Claire E. Jordanらの論文(非特許文献1)では1mMのチオールのエタノール溶液に金薄膜を1時間浸すだけで90%の吸着率を示すことが記載されている。また、吸着の評価は、X線電子分光法やSPR角変化の測定により行うことができる。   In the development of a surface plasmon resonance (SPR) sensor, it is necessary to modify the metal thin film of the sensing part. For example, in order to apply an SPR sensor to a biosensor, a metal thin film is modified with a polymer having a functional group. When a gold thin film is used as the metal thin film, a modification method using self-adsorptivity (self-assembly) of thiols or sulfides to gold is known. For example, in order to immobilize a ligand on the sensor surface in an SPR biosensor, a carboxymethyl dextran (CMD) layer is introduced using a self-adsorbed alkanethiol as a linker layer on a gold thin film, and the ligand is added to the CMD layer. A method of immobilization has been reported. The role of the CMD layer used here is to increase the amount of ligand to be immobilized and to prevent nonspecific binding of biomolecules to the gold thin film. The modification method with thiol or sulfides is a simple method. For example, in Claire E. Jordan et al. (Non-patent Document 1), an adsorption rate of 90% is obtained by immersing a gold thin film in an ethanol solution of 1 mM thiol for 1 hour. Is described. Further, the adsorption can be evaluated by X-ray electron spectroscopy or measurement of SPR angle change.

また、特許文献1には、金属表面に結合する層の上にヒドロゲルなどの生体適合性多孔質マトリックス層を設けてなる検出表面が記載されている。特許文献2には、二官能性又は多官能性分子を用いたセンサーユニットが記載されている。特許文献3には、センサー表面にリガンドが結合したセンサーを用いる巨大分子の特性の決定方法が記載されている。特許文献4には、可逆的結合受容体を含む固定化された結合パートナーを含む固体支持体を用いて試料中の関心のある分析対象物を検出する方法及び装置が記載されている。さらに、特許文献5には、自己吸着性単層膜(Self-Assembled Monolayer)上に膜形成蛋白質又は脂質を結合させた基質表面の製造方法が記載されている。   Patent Document 1 describes a detection surface in which a biocompatible porous matrix layer such as a hydrogel is provided on a layer bonded to a metal surface. Patent Document 2 describes a sensor unit using a bifunctional or polyfunctional molecule. Patent Document 3 describes a method for determining the characteristics of a macromolecule using a sensor having a ligand bound to the sensor surface. US Pat. No. 6,057,049 describes a method and apparatus for detecting an analyte of interest in a sample using a solid support comprising an immobilized binding partner comprising a reversible binding receptor. Furthermore, Patent Document 5 describes a method for producing a substrate surface in which a film-forming protein or lipid is bound on a self-adsorptive monolayer.

また、特許文献6には、生体分子もしくは生物分子集合体を固定化する部分(固定化部位)と固定化部位以外のバックグラウンド部を有する表面プラズモン共鳴(SPR)測定用バイオチップであり、分子量が2000以上20000以下のポリ−L−グルタミン酸を1mg/mlの濃度で溶解しているpH7.4のリン酸緩衝液が30℃にてチップ表面に10分間接触させた後に、リン酸緩衝液で10分間洗浄した場合において、固定化部位に結合するポリ−L−グルタミン酸によって得られるSPRによるシグナルと、固定化部位以外のバックグラウンド部への非特異吸着によるシグナルのシグナル比が2以上であるSPR測定用バイオチップが記載されている。このSPR測定用バイオチップは、バックグラウンド部には非特異的吸着がほとんどなく、結合部位に生体分子もしくは生物分子集合体の活性を保ったまま固定化できることを特徴とするものである。   Patent Document 6 discloses a biochip for measuring surface plasmon resonance (SPR) having a portion for immobilizing a biomolecule or a biomolecule assembly (an immobilization site) and a background portion other than the immobilization site. A phosphate buffer solution having a pH of 7.4 in which poly-L-glutamic acid having a concentration of 2000 to 20000 is dissolved at a concentration of 1 mg / ml is brought into contact with the chip surface at 30 ° C. for 10 minutes, and then the phosphate buffer solution is used. An SPR in which the signal ratio of the signal due to SPR obtained by poly-L-glutamic acid binding to the immobilization site and the signal due to nonspecific adsorption to a background part other than the immobilization site is 2 or more when washed for 10 minutes A biochip for measurement is described. This biochip for SPR measurement is characterized in that there is almost no non-specific adsorption in the background part and can be immobilized while maintaining the activity of the biomolecule or biomolecule assembly at the binding site.

しかしながら、上記した何れの文献にも、バイオセンサーを用いて分子の荷電を分析することについては記載がない。   However, none of the above-mentioned documents describes the analysis of molecular charge using a biosensor.

Jordan, C.E. et al., Langmuir, 1994, 10, 3642-3648Jordan, C.E. et al., Langmuir, 1994, 10, 3642-3648 特表平4−501605号公報Japanese National Patent Publication No. 4-501605 特表平4−501606号公報Japanese National Patent Publication No. 4-501606 特表平4−501607号公報Japanese National Patent Publication No. 4-501607 特表平7−507865号公報Japanese National Patent Publication No. 7-507865 国際公開WO96/10178号公報International Publication WO96 / 10178 特開2004−125625号公報JP 2004-125625 A

本発明は、測定試料中に含まれるタンパク質などの分子の荷電を評価することが可能なバイオセンサー、及びそれを用いた被測定物質の荷電を分析する方法を提供することを解決すべき課題とした。   An object of the present invention is to provide a biosensor capable of evaluating the charge of a molecule such as a protein contained in a measurement sample, and a method for analyzing the charge of a substance to be measured using the biosensor. did.

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、荷電が部位により変化している表面を有する基板からなるバイオセンサーを作製し、当該バイオセンサーの表面に荷電を有するタンパク質を接触させ、センサーチップ表面の各部位へのタンパク質の濃縮の程度を調べることによって、荷電が部位により変化している表面を有する基板からなるバイオセンサーを用いたSPR測定により、タンパク質の荷電を評価できることを見出した。本発明はこれらの知見に基づいて完成したものである。   As a result of intensive investigations to solve the above problems, the present inventors have produced a biosensor comprising a substrate having a surface whose charge varies depending on the site, and brought the charged protein into contact with the surface of the biosensor. By investigating the degree of protein concentration to each part of the sensor chip surface, it was found that the charge of the protein can be evaluated by SPR measurement using a biosensor comprising a substrate having a surface whose charge varies depending on the part. It was. The present invention has been completed based on these findings.

即ち、本発明によれば、荷電が部位により変化している表面を有する基板からなるバイオセンサーが提供される。   That is, according to the present invention, there is provided a biosensor composed of a substrate having a surface whose charge varies depending on the site.

好ましくは、荷電を与える官能基が基板の表面に導入されており、該官能基の導入率が部位により変化していることにより、基板の表面の荷電が部位により変化している。
好ましくは、基板は、金属表面又は金属膜から成る基板である。
好ましくは、金属表面あるいは金属膜は、金、銀、銅、白金、及びアルミニウムからなる群より選ばれる自由電子金属からなるものである。
Preferably, a functional group that imparts charge is introduced on the surface of the substrate, and the introduction rate of the functional group varies depending on the site, whereby the charge on the surface of the substrate varies depending on the site.
Preferably, the substrate is a substrate made of a metal surface or a metal film.
Preferably, the metal surface or the metal film is made of a free electron metal selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum, and aluminum.

好ましくは、基板は、疎水性高分子化合物又は水溶性高分子化合物でコーティングした金属表面又は金属膜であるか、あるいは自己組織化膜を有する金属表面又は金属膜である。   Preferably, the substrate is a metal surface or metal film coated with a hydrophobic polymer compound or a water-soluble polymer compound, or a metal surface or metal film having a self-assembled film.

好ましくは、本発明のバイオセンサーは、荷電を与える官能基を有する高分子化合物を基板の表面にコートすることによって作成される。
好ましくは、荷電を与える官能基は、カルボキシル基、硫酸エステル基、リン酸エステル基、又はスルホン酸基である。
Preferably, the biosensor of the present invention is produced by coating the surface of a substrate with a polymer compound having a functional group that imparts a charge.
Preferably, the functional group that imparts a charge is a carboxyl group, a sulfate group, a phosphate group, or a sulfonate group.

好ましくは、本発明のバイオセンサーは、被測定物質の荷電を分析するために使用される。
好ましくは、表面プラズモン共鳴分析により被測定物質の荷電を分析する。
Preferably, the biosensor of the present invention is used for analyzing the charge of a substance to be measured.
Preferably, the charge of the substance to be measured is analyzed by surface plasmon resonance analysis.

本発明の別の側面によれば、被測定物質を本発明のバイオセンサーの表面に接触させ、該被測定物質と該表面との相互作用の有無を検出することを含む、被測定物質の荷電を分析する方法が提供される。
好ましくは、表面プラズモン共鳴分析により該被測定物質と該表面との相互作用の有無を検出する。
According to another aspect of the present invention, the charge of the substance to be measured includes contacting the substance to be measured with the surface of the biosensor of the present invention and detecting the presence or absence of the interaction between the substance to be measured and the surface. A method of analyzing the is provided.
Preferably, presence / absence of interaction between the substance to be measured and the surface is detected by surface plasmon resonance analysis.

本発明のバイオセンサーによれば、測定試料中に含まれるタンパク質などの分子の荷電を評価することが可能である。   According to the biosensor of the present invention, it is possible to evaluate the charge of molecules such as proteins contained in a measurement sample.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明のバイオセンサーは、荷電が部位により変化している表面を有する基板からなることを特徴とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The biosensor of the present invention is characterized by comprising a substrate having a surface whose charge is changed depending on a site.

生理活性物質は、その等電点以外のpHを有する緩衝液に溶解した場合はプラスあるいはマイナスいずれかの荷電を帯びる。これに対して、同時に同じ緩衝液中で荷電を持つポリマーを用意した場合、静電引力によって生理活性物質がポリマー上に濃縮される。この際、ポリマーがもつ荷電の量やプラス、マイナスを変化させた場合、生理活性物質の荷電量に応じて、ポリマーへの濃縮度合いが変化する。SPRセンサー表面にこのようなポリマーを用意すれば、ポリマーへの濃縮度合いを検出できる。すなわち、荷電を変化させた膜を有するバイオセンサーにより、測定サンプルに含まれる生理活性物質の荷電を評価することが可能となる。生理活性物質として蛋白質を考えた場合、タンパクの荷電を評価する方法として等電点電気泳動があるが、本発明では、まったく新しい原理に基づいて測定サンプルに含まれるタンパク質の荷電を評価することができる。   A physiologically active substance is either positively or negatively charged when dissolved in a buffer having a pH other than its isoelectric point. On the other hand, when a charged polymer is prepared in the same buffer at the same time, the physiologically active substance is concentrated on the polymer by electrostatic attraction. At this time, when the charge amount or the plus or minus value of the polymer is changed, the degree of concentration to the polymer changes according to the charge amount of the physiologically active substance. If such a polymer is prepared on the surface of the SPR sensor, the degree of concentration in the polymer can be detected. That is, it is possible to evaluate the charge of the physiologically active substance contained in the measurement sample by using a biosensor having a membrane whose charge is changed. When a protein is considered as a physiologically active substance, there is isoelectric focusing as a method for evaluating the charge of the protein. In the present invention, the charge of the protein contained in the measurement sample can be evaluated based on a completely new principle. it can.

荷電が部位により変化している表面を有する基板としては、同じ荷電を有する複数の基板を同一平面上に並べることにより、荷電が部位により変化している表面を有する基板を構築してもよいし、あるいは一枚の基板において、その部位により荷電が変化している表面を有する基板を作製してもよい。   As a substrate having a surface whose charge varies depending on the part, a substrate having a surface whose charge varies depending on the part may be constructed by arranging a plurality of substrates having the same charge on the same plane. Alternatively, in a single substrate, a substrate having a surface whose charge is changed depending on the portion may be manufactured.

膜に荷電を与える官能基としては、好ましくは、カルボキシル基、硫酸エステル基、リン酸エステル基、スルホン酸基のいずれかである。   The functional group that gives charge to the membrane is preferably any of a carboxyl group, a sulfate ester group, a phosphate ester group, and a sulfonic acid group.

本発明に用いられるポリマーに対する膜に荷電を与える官能基の導入方法は特に限定されず、通常のモノマー分子と荷電を与える官能基を有するモノマーとの共重合反応を行って重合体(ポリマー)を製造してもよいし、予め重合体を製造した後にいわゆる高分子反応により、前記の荷電を与える官能基を導入してもよい。本発明に用いられるポリマーは、荷電を与える官能基モノマー成分以外に、他のモノマー成分が共重合されていてもよい。 There is no particular limitation on the method of introducing a functional group that gives charge to the membrane for the polymer used in the present invention, and a polymer (polymer) is obtained by carrying out a copolymerization reaction between a normal monomer molecule and a monomer having a functional group that gives charge. The functional group which gives the above-mentioned charge may be introduced by a so-called polymer reaction after the polymer has been produced in advance. The polymer used in the present invention may be copolymerized with other monomer components in addition to the functional group monomer component that imparts a charge.

荷電を変化させた膜を製造するためには、荷電をもつ官能基を、水溶性高分子が結合している表面、疎水性高分子が結合している表面、又は自己組織化単分子膜に、濃度勾配をつけて官能基を導入することができる。   In order to produce a membrane with a changed charge, a functional group having a charge is attached to a surface to which a water-soluble polymer is bound, a surface to which a hydrophobic polymer is bound, or a self-assembled monolayer. A functional group can be introduced with a concentration gradient.

荷電を変化させた膜を製造するためには、荷電をもつ官能基の導入時、膜表面の一点から荷電をもつ官能基を導入することにより、拡散速度の差により、濃度勾配を作成する方法を用いることができる。   In order to produce a membrane with varying charge, a method of creating a concentration gradient based on the difference in diffusion rate by introducing a functional group having a charge from one point on the membrane surface when a charged functional group is introduced. Can be used.

荷電を変化させた膜を製造するためには、荷電をもつ官能基の導入時、官能基の濃度を変化させて、官能基を導入する方法を用いることができる。また、荷電を変化させた膜を製造するためには、荷電をもつ官能基の導入時、官能基の種類を変化させる方法を用いることもできる。   In order to produce a membrane with a changed charge, a method of introducing a functional group by changing the concentration of the functional group when introducing a functional group having a charge can be used. Further, in order to produce a membrane with changed charge, a method of changing the type of functional group at the time of introduction of a functional group having charge can be used.

さらに、荷電を変化させた膜を製造するためには、荷電をもつ官能基の導入時、水溶性高分子、あるいは疎水性高分子、又は自己組織化単分子膜と官能基との反応時間を変化させる方法を用いることもできる。   Furthermore, in order to produce a membrane with a changed charge, the reaction time between the water-soluble polymer, the hydrophobic polymer, or the self-assembled monolayer and the functional group should be reduced when the charged functional group is introduced. A changing method can also be used.

本発明で言うバイオセンサーとは最も広義に解釈され、生体分子間の相互作用を電気的信号等の信号に変換して、対象となる物質を測定・検出するセンサーを意味する。通常のバイオセンサーは、検出対象とする化学物質を認識するレセプター部位と、そこに発生する物理的変化又は化学的変化を電気信号に変換するトランスデューサー部位とから構成される。生体内には、互いに親和性のある物質として、酵素/基質、酵素/補酵素、抗原/抗体、ホルモン/レセプターなどがある。バイオセンサーでは、これら互いに親和性のある物質の一方を基板に固定化して分子認識物質として用いることによって、対応させるもう一方の物質を選択的に計測するという原理を利用している。   The biosensor referred to in the present invention is interpreted in the broadest sense, and means a sensor that measures and detects a target substance by converting an interaction between biomolecules into a signal such as an electrical signal. A normal biosensor is composed of a receptor site for recognizing a chemical substance to be detected and a transducer site for converting a physical change or chemical change generated therein into an electrical signal. In the living body, there are enzymes / substrates, enzymes / coenzymes, antigens / antibodies, hormones / receptors and the like as substances having affinity for each other. Biosensors use the principle that one of these substances having affinity with each other is immobilized on a substrate and used as a molecular recognition substance, thereby selectively measuring the other substance to be matched.

本発明のバイオセンサーでは、金属表面又は金属膜を基板として用いることができる。金属表面あるいは金属膜を構成する金属としては、例えば、表面プラズモン共鳴バイオセンサー用を考えた場合、表面プラズモン共鳴が生じ得るようなものであれば特に限定されない。好ましくは金、銀、銅、アルミニウム、白金等の自由電子金属が挙げられ、特に金が好ましい。それらの金属は単独又は組み合わせて使用することができる。また、上記基板への付着性を考慮して、基板と金属からなる層との間にクロム等からなる介在層を設けてもよい。   In the biosensor of the present invention, a metal surface or a metal film can be used as a substrate. The metal constituting the metal surface or metal film is not particularly limited as long as surface plasmon resonance can occur when, for example, a surface plasmon resonance biosensor is considered. Preferred examples include free electron metals such as gold, silver, copper, aluminum, and platinum, with gold being particularly preferred. These metals can be used alone or in combination. In consideration of adhesion to the substrate, an intervening layer made of chromium or the like may be provided between the substrate and the layer made of metal.

金属膜の膜厚は任意であるが、例えば、表面プラズモン共鳴バイオセンサー用を考えた場合、0.1nm以上500nm以下であるのが好ましく、特に1nm以上200nm以下であるのが好ましい。500nmを超えると、媒質の表面プラズモン現象を十分検出することができない。また、クロム等からなる介在層を設ける場合、その介在層の厚さは、0.1nm以上、10nm以下であるのが好ましい。   Although the thickness of the metal film is arbitrary, for example, when considering use for a surface plasmon resonance biosensor, the thickness is preferably 0.1 nm to 500 nm, particularly preferably 1 nm to 200 nm. If it exceeds 500 nm, the surface plasmon phenomenon of the medium cannot be sufficiently detected. Moreover, when providing the intervening layer which consists of chromium etc., it is preferable that the thickness of the intervening layer is 0.1 to 10 nm.

金属膜の形成は常法によって行えばよく、例えば、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法、電気めっき法、無電解めっき法等によって行うことができる。   The metal film may be formed by a conventional method, for example, sputtering, vapor deposition, ion plating, electroplating, electroless plating, or the like.

金属膜は好ましくは基板上に配置されている。ここで、「基板上に配置される」とは、金属膜が基板上に直接接触するように配置されている場合のほか、金属膜が基板に直接接触することなく、他の層を介して配置されている場合をも含む意味である。本発明で使用することができる基板としては例えば、表面プラズモン共鳴バイオセンサー用を考えた場合、一般的にはBK7等の光学ガラス、あるいは合成樹脂、具体的にはポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマーなどのレーザー光に対して透明な材料からなるものが使用できる。このような基板は、好ましくは、偏光に対して異方性を示さずかつ加工性の優れた材料が望ましい。   The metal film is preferably disposed on the substrate. Here, “arranged on the substrate” means that the metal film is arranged so as to be in direct contact with the substrate, and that the metal film is not directly in contact with the substrate, but through other layers. This also includes the case where they are arranged. As a substrate that can be used in the present invention, for example, in the case of a surface plasmon resonance biosensor, generally, optical glass such as BK7, or synthetic resin, specifically polymethyl methacrylate, polyethylene terephthalate, polycarbonate A material made of a material transparent to laser light such as a cycloolefin polymer can be used. Such a substrate is preferably made of a material that does not exhibit anisotropy with respect to polarized light and has excellent processability.

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

本発明で用いることができる疎水性高分子化合物は、一般的には吸水性を有しないか吸水性が低い高分子化合物であり、水への溶解度(25℃)は好ましくは10%以下であり、より好ましくは1%以下であり、最も好ましくは0.1%以下である。   The hydrophobic polymer compound that can be used in the present invention is generally a polymer compound that has no water absorption or low water absorption, and its solubility in water (25 ° C.) is preferably 10% or less. More preferably, it is 1% or less, and most preferably 0.1% or less.

疎水性高分子としては、具体的には、ポリアクリル酸誘導体、ポリメタクリル酸誘導体、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリブタジエン、ポリメチルペンテン、シクロオレフィンポリマー、ポリスチレン(PS)、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン共重合体(ABS)、スチレン/無水マレイン酸共重合体・ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ナイロン6、ナイロン66、酢酸セルロース(TAC)、ポリカーボネート(PC)、変性ポリフェニレンエーテル(m−PPE)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)などを挙げることができる。これら疎水性高分子表面に、荷電を与える官能基を導入した場合も、生理活性物質を2次元表面にその物質がもつ荷電により種別することが可能となる。   Specific examples of the hydrophobic polymer include polyacrylic acid derivatives, polymethacrylic acid derivatives, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polybutadiene, polymethylpentene, cycloolefin polymer, polystyrene (PS), acrylonitrile / butadiene. / Styrene copolymer (ABS), styrene / maleic anhydride copolymer / polyvinyl chloride (PVC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), nylon 6, nylon 66, cellulose acetate (TAC), Polycarbonate (PC), modified polyphenylene ether (m-PPE), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ketone (PEK), polyether ether ketone (PEEK), polysulfone (PSF), polyether Sulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS), and the like a liquid crystal polymer (LCP). Even when a functional group imparting charge is introduced into the surface of these hydrophobic polymers, it becomes possible to classify the physiologically active substance by the charge of the substance on the two-dimensional surface.

疎水性高分子化合物の基板へのコーティングは常法によって行うことができ、例えば、スピン塗布、エアナイフ塗布、バー塗布、ブレード塗布、スライド塗布、カーテン塗布、さらにはスプレー法、蒸着法、キャスト法、浸漬法等によって行うことができる。   Coating of the hydrophobic polymer compound on the substrate can be performed by a conventional method, for example, spin coating, air knife coating, bar coating, blade coating, slide coating, curtain coating, spraying, vapor deposition, casting, It can be performed by an immersion method or the like.

疎水性高分子化合物のコーティング厚さは特に限定されないが、好ましくは0.1nm以上500nm以下であり、特に好ましくは1nm以上300nm以下である。   The coating thickness of the hydrophobic polymer compound is not particularly limited, but is preferably 0.1 nm to 500 nm, particularly preferably 1 nm to 300 nm.

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

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

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

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

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

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

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

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

自己組織化膜(自己組織化単分子膜)について説明する。チオールやジスルフィド類などの硫黄化合物は金等の貴金属基板上に自発的に吸着し単分子サイズの超薄膜を与える。またその集合体は基板の結晶格子や吸着分子の分子構造に依存した配列を示すことから自己組織化膜と呼ばれている。自己組織化単分子膜としては、金表面のアルカンチオール類、ガラス表面のアルキルシラン類、シリコン表面のアルコール類等が挙げられる。アルカンチオール類の具体例としては、7−カルボキシ−1−ヘプタンチオール、10-カルボキシ-1-デカンチオール、4,4'-ジチオジブチリックアシッド、11-ヒドロキシ-1-ウンデカンチオール、11-アミノ-1-ウンデカンチオールなどを使用することができる。   The self-assembled film (self-assembled monomolecular film) will be described. Sulfur compounds such as thiols and disulfides spontaneously adsorb on a noble metal substrate such as gold to give an ultra-thin film of single molecular size. The aggregate is called a self-assembled film because it shows an arrangement depending on the crystal lattice of the substrate and the molecular structure of adsorbed molecules. Examples of the self-assembled monolayer include alkanethiols on the gold surface, alkylsilanes on the glass surface, alcohols on the silicon surface, and the like. Specific examples of alkanethiols include 7-carboxy-1-heptanethiol, 10-carboxy-1-decanethiol, 4,4′-dithiodibutyric acid, 11-hydroxy-1-undecanethiol, 11-amino- 1-undecanethiol and the like can be used.

本発明における被測定物質としては、例えば免疫蛋白質、酵素、微生物、核酸、低分子有機化合物、非免疫蛋白質、免疫グロブリン結合性蛋白質、糖結合性蛋白質、糖を認識する糖鎖、脂肪酸もしくは脂肪酸エステル、あるいはリガンド結合能を有するポリペプチドもしくはオリゴペプチドなどが挙げられる。   Examples of the substance to be measured in the present invention include immune proteins, enzymes, microorganisms, nucleic acids, low molecular organic compounds, non-immune proteins, immunoglobulin binding proteins, sugar binding proteins, sugar chains that recognize sugars, fatty acids or fatty acid esters. Or a polypeptide or oligopeptide having a ligand binding ability.

本発明では、被測定物質と該表面との相互作用を、非電気化学的方法により検出及び/又は測定することが好ましい。非電気化学的方法としては、表面プラズモン共鳴(SPR)測定技術、水晶発振子マイクロバランス(QCM)測定技術、金のコロイド粒子から超微粒子までの機能化表面を使用した測定技術などが挙げられる。   In the present invention, the interaction between the substance to be measured and the surface is preferably detected and / or measured by a non-electrochemical method. Non-electrochemical methods include surface plasmon resonance (SPR) measurement technology, quartz crystal microbalance (QCM) measurement technology, measurement technology using functionalized surfaces from gold colloidal particles to ultrafine particles.

本発明の好ましい態様によれば、本発明のバイオセンサーは、例えば、透明基板上に配置される金属膜を備えていることを特徴とする表面プラズモン共鳴用バイオセンサーとして用いることができる。   According to a preferred aspect of the present invention, the biosensor of the present invention can be used as a surface plasmon resonance biosensor characterized by including a metal film disposed on a transparent substrate, for example.

表面プラズモン共鳴用バイオセンサーとは、表面プラズモン共鳴バイオセンサーに使用されるバイオセンサーであって、該センサーより照射された光を透過及び反射する部分、並びに生理活性物質を固定する部分とを含む部材を言い、該センサーの本体に固着されるものであってもよく、また脱着可能なものであってもよい。   The surface plasmon resonance biosensor is a biosensor used in the surface plasmon resonance biosensor, and includes a part that transmits and reflects light emitted from the sensor, and a part that fixes a physiologically active substance. And may be fixed to the main body of the sensor or may be removable.

表面プラズモン共鳴の現象は、ガラス等の光学的に透明な物質と金属薄膜層との境界から反射された単色光の強度が、金属の出射側にある試料の屈折率に依存することによるものであり、従って、反射された単色光の強度を測定することにより、試料を分析することができる。   The phenomenon of surface plasmon resonance is due to the fact that the intensity of monochromatic light reflected from the boundary between an optically transparent substance such as glass and the metal thin film layer depends on the refractive index of the sample on the metal exit side. Yes, so the sample can be analyzed by measuring the intensity of the reflected monochromatic light.

表面プラズモン共鳴測定装置とは、表面プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、被測定物質の特性を分析するための装置である。本発明で用いられる表面プラズモン共鳴測定装置は、金属膜と、光ビームを発生させる光源と、前記光ビームを金属膜との界面で全反射条件が得られるように、かつ、種々の入射角成分を含むようにして入射させる光学系と、前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して表面プラズモン共鳴の状態を検出する光検出手段とを備える。   A surface plasmon resonance measuring apparatus is an apparatus for analyzing the characteristics of a substance to be measured using a phenomenon in which surface plasmons are excited by light waves. The surface plasmon resonance measuring apparatus used in the present invention is provided with a metal film, a light source for generating a light beam, a total reflection condition at the interface between the light beam and the metal film, and various incident angle components. And an optical system for detecting the surface plasmon resonance state by measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface.

表面プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、被測定物質の特性を分析する表面プラズモン測定装置としては、Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙げられる(例えば特開平6−167443号公報参照)。上記の系を用いる表面プラズモン測定装置は基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されて試料液などの被測定物質に接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して表面プラズモン共鳴の状態、つまり全反射減衰の状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。   As a surface plasmon measuring device for analyzing the characteristics of a substance to be measured using a phenomenon in which surface plasmons are excited by light waves, there is an apparatus using a system called Kretschmann arrangement (for example, JP-A-6-167443). See the official gazette). A surface plasmon measuring apparatus using the above system basically includes a dielectric block formed in a prism shape, for example, and a metal film formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with a substance to be measured such as a sample liquid. A light source that generates a light beam; an optical system that causes the light beam to enter the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at an interface between the dielectric block and the metal film; and It comprises light detecting means for detecting the surface plasmon resonance state, that is, the state of total reflection attenuation by measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface.

なお上述のように種々の入射角を得るためには、比較的細い光ビームを入射角を変化させて上記界面に入射させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記界面に収束光状態であるいは発散光状態で入射させてもよい。前者の場合は、入射した光ビームの入射角の変化に従って、反射角が変化する光ビームを、上記反射角の変化に同期して移動する小さな光検出器によって検出したり、反射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサによって検出することができる。一方後者の場合は、種々の反射角で反射した各光ビームを全て受光できる方向に延びるエリアセンサによって検出することができる。   In order to obtain various incident angles as described above, a relatively thin light beam may be incident on the interface by changing the incident angle, or a component incident on the light beam at various angles is included. As described above, a relatively thick light beam may be incident on the interface in a convergent light state or a divergent light state. In the former case, a light beam whose reflection angle changes according to the change in the incident angle of the incident light beam is detected by a small photodetector that moves in synchronization with the change in the reflection angle, or the direction in which the reflection angle changes Can be detected by an area sensor extending along the line. On the other hand, in the latter case, it can be detected by an area sensor extending in a direction in which each light beam reflected at various reflection angles can be received.

上記構成の表面プラズモン測定装置において、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角で入射させると、該金属膜に接している被測定物質中に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属膜と被測定物質との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立しているとき、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行するので、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。この光強度の低下は、一般に上記光検出手段により暗線として検出される。なお上記の共鳴は、入射ビームがp偏光のときにだけ生じる。したがって、光ビームがp偏光で入射するように予め設定しておく必要がある。   In the surface plasmon measuring apparatus having the above configuration, when a light beam is incident on a metal film at a specific incident angle that is greater than the total reflection angle, an evanescent wave having an electric field distribution is generated in the measured substance in contact with the metal film. The evanescent wave excites surface plasmons at the interface between the metal film and the substance to be measured. When the wave number vector of the evanescent light is equal to the wave number of the surface plasmon and the wave number matching is established, both are in a resonance state and the energy of the light is transferred to the surface plasmon. The intensity of the reflected light decreases sharply. This decrease in light intensity is generally detected as a dark line by the light detection means. The resonance described above occurs only when the incident beam is p-polarized light. Therefore, it is necessary to set in advance so that the light beam is incident as p-polarized light.

この全反射減衰(ATR)が生じる入射角、すなわち全反射減衰角(θSP)より表面プラズモンの波数が分かると、被測定物質の誘電率が求められる。この種の表面プラズモン測定装置においては、全反射減衰角(θSP)を精度良く、しかも大きなダイナミックレンジで測定することを目的として、特開平11−326194号公報に示されるように、アレイ状の光検出手段を用いることが考えられている。この光検出手段は、複数の受光素子が所定方向に配設されてなり、前記界面において種々の反射角で全反射した光ビームの成分をそれぞれ異なる受光素子が受光する向きにして配設されたものである。   If the wave number of the surface plasmon is known from the incident angle at which this total reflection attenuation (ATR) occurs, that is, the total reflection attenuation angle (θSP), the dielectric constant of the substance to be measured can be obtained. In this type of surface plasmon measurement apparatus, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-326194, in order to measure the total reflection attenuation angle (θSP) with high accuracy and a large dynamic range, It is considered to use detection means. This light detection means is provided with a plurality of light receiving elements arranged in a predetermined direction, and arranged so that different light receiving elements receive light beam components totally reflected at various reflection angles at the interface. Is.

そしてその場合は、上記アレイ状の光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の配設方向に関して微分する微分手段が設けられ、この微分手段が出力する微分値に基づいて全反射減衰角(θSP)を特定し、被測定物質の屈折率に関連する特性を求めることが多い。   In that case, there is provided differential means for differentiating the light detection signals output from the light receiving elements of the arrayed light detection means with respect to the arrangement direction of the light receiving elements, and based on the differential value output by the differential means. In many cases, the total reflection attenuation angle (θSP) is specified to obtain a characteristic related to the refractive index of the substance to be measured.

また、全反射減衰(ATR)を利用する類似の測定装置として、例えば「分光研究」第47巻 第1号(1998)の第21〜23頁および第26〜27頁に記載がある漏洩モード測定装置も知られている。この漏洩モード測定装置は基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形成されて、試料液に接触させられる光導波層と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを上記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックとクラッド層との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して導波モードの励起状態、つまり全反射減衰状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。   Moreover, as a similar measuring device using total reflection attenuation (ATR), for example, “Spectroscopic Research” Vol. 47, No. 1, (1998), pages 21 to 23 and pages 26 to 27 are described. Devices are also known. This leakage mode measuring device is basically a dielectric block formed in a prism shape, for example, a clad layer formed on one surface of the dielectric block, and formed on the clad layer to be in contact with the sample liquid. Optical waveguide layer to be generated, a light source for generating a light beam, and the light beam to the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the cladding layer. The optical system includes an incident optical system and light detection means for detecting the excitation state of the waveguide mode, that is, the total reflection attenuation state by measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface.

上記構成の漏洩モード測定装置において、光ビームを誘電体ブロックを通してクラッド層に対して全反射角以上の入射角で入射させると、このクラッド層を透過した後に光導波層においては、ある特定の波数を有する特定入射角の光のみが導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層に取り込まれるので、上記界面で全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。そして導波光の波数は光導波層の上の被測定物質の屈折率に依存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知ることによって、被測定物質の屈折率や、それに関連する被測定物質の特性を分析することができる。   In the leakage mode measuring apparatus having the above-described configuration, when a light beam is incident on the cladding layer through the dielectric block at an incident angle greater than the total reflection angle, the light waveguide layer transmits a specific wave number after passing through the cladding layer. Only light having a specific incident angle having a wave length propagates in the waveguide mode. When the waveguide mode is excited in this way, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer, resulting in total reflection attenuation in which the intensity of light totally reflected at the interface is sharply reduced. Since the wave number of guided light depends on the refractive index of the substance to be measured on the optical waveguide layer, knowing the specific incident angle at which total reflection attenuation occurs, the refractive index of the substance to be measured and the measurement object related thereto The properties of the substance can be analyzed.

なおこの漏洩モード測定装置においても、全反射減衰によって反射光に生じる暗線の位置を検出するために、前述したアレイ状の光検出手段を用いることができ、またそれと併せて前述の微分手段が適用されることも多い。   In this leakage mode measuring apparatus, the above-mentioned array-shaped light detecting means can be used to detect the position of the dark line generated in the reflected light due to the total reflection attenuation, and the above-described differentiating means is applied in conjunction therewith. Often done.

さらに、ターンテーブル等に搭載された複数個の測定チップの測定を順次行うことにより、多数の試料についての測定を短時間で行うことができる全反射減衰を利用した測定装置が、特開2001−330560号公報に記載されている。   Furthermore, a measuring apparatus using total reflection attenuation capable of measuring a large number of samples in a short time by sequentially measuring a plurality of measuring chips mounted on a turntable or the like is disclosed in JP-A-2001-2001. No. 330560.

本発明のバイオセンサーを表面プラズモン共鳴分析に使用する場合、上記したような各種の表面プラズモン測定装置の一部として適用することができる。   When the biosensor of the present invention is used for surface plasmon resonance analysis, it can be applied as a part of various surface plasmon measurement devices as described above.

以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。   The following examples further illustrate the present invention, but the present invention is not limited to the examples.

実施例1:タンパク質の荷電を評価するためのセンサーチップの作製
(1)試料1の作成(比較例)
カルボキシメチルデキストランが結合した表面として、Biacore社センサーチップCM-5(research grade)を、そのまま用いた。
Example 1: Preparation of sensor chip for evaluating protein charge (1) Preparation of sample 1 (comparative example)
Biacore sensor chip CM-5 (research grade) was used as it was as the surface to which carboxymethyldextran was bound.

(2)試料2、3及び4の作成(実施例)
荷電を変化させた膜を表面に有するセンサーを製造するために、Biacore社センサーチップCM-5(research grade)のカルボキシル基を、タウリンで置換した表面を用いた。
(2) Preparation of samples 2, 3 and 4 (Example)
In order to produce a sensor having a membrane with a changed charge on the surface, a surface in which the carboxyl group of Biacore sensor chip CM-5 (research grade) was replaced with taurine was used.

CM-5を Biacore社製の表面プラズモン共鳴装置であるBiacore3000にセットし、0.4MのEDC(1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide:同仁化学製)および2.8mMのHODhbt (3,4-Dihydro-3-hydroxy-4-oxo-1,2,3-benzotriazine:東京化成)を含む水溶液と5分接触させ、さらにタウリン(2-アミノエタン-1-スルホン酸:和光純薬製)の1.0M溶液(NaOHにてpH10.0に調整)との接触させることでカルボキシメチルデキストランのカルボキシル基がスルホン酸基に一部置換された表面が作製される。この際、接触時間を5分(試料2)、10分(試料3)、20分(試料4)と変化させることでスルホン酸基への置換率を変化させたCM-5を用意した。EDC/HODhbtによる活性化時間、タウリンの反応時間、さらにこの操作の繰り返し回数により、スルホン酸基への置換率を制御することが可能である。   CM-5 was set in Biacore3000, a surface plasmon resonance device manufactured by Biacore, and 0.4M EDC (1- (3-Dimethylaminopropyl) -3-ethylcarbodiimide: Dojindo) and 2.8mM HODhbt (3,4- Contact with an aqueous solution containing Dihydro-3-hydroxy-4-oxo-1,2,3-benzotriazine (Tokyo Kasei) for 5 minutes, and 1.0M of taurine (2-aminoethane-1-sulfonic acid: Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) By contacting with a solution (adjusted to pH 10.0 with NaOH), a surface in which the carboxyl groups of carboxymethyldextran are partially substituted with sulfonic acid groups is produced. At this time, CM-5 was prepared in which the contact time was changed to 5 minutes (sample 2), 10 minutes (sample 3), and 20 minutes (sample 4) to change the substitution rate to sulfonic acid groups. The substitution rate to the sulfonic acid group can be controlled by the activation time by EDC / HODhbt, the reaction time of taurine, and the number of repetitions of this operation.

カルボン酸のpKaより低いpH1.5のグリシンバッファー中では、カルボキシル基はプラスに帯電し、スルホン酸基はマイナスに帯電している。よって試料1、2、3、4となるにしたがって、マイナス荷電が多くなっている。試料1ではプラス荷電である。上記の通り、荷電を変化させた膜を4枚作成できた。   In a glycine buffer having a pH of 1.5 lower than the pKa of carboxylic acid, the carboxyl group is positively charged and the sulfonic acid group is negatively charged. Therefore, as the samples 1, 2, 3, and 4, the negative charge increases. Sample 1 is positively charged. As described above, four films with different charges could be produced.

実施例2:タンパク質溶液の作製
荷電を評価するタンパク質としては、p53(Calbiochem製)とp38(Upstate製)を用いた。二つの蛋白の等電点(pI)は、ATTO社のAE-8150を用いた電気泳動実験で、同時測定したマーカー(Broad pI Kit, pH 3.5-9.3:Amersham Biosciences社製)との比較から、p53はpI=4.0程度であり、p38はpI=5.6程度であることを確認した。
Example 2: Preparation of protein solution As proteins to be evaluated for charge, p53 (Calbiochem) and p38 (Upstate) were used. The isoelectric point (pI) of the two proteins was compared with a marker (Broad pI Kit, pH 3.5-9.3: Amersham Biosciences) simultaneously measured in an electrophoresis experiment using AE-8150 of ATTO. It was confirmed that p53 was about pI = 4.0, and p38 was about pI = 5.6.

1mgのp53を1mlのHBS-EPバッファー(ビアコア社製、pH7.4)に溶解した溶液を10μl秤量し、90μlのグリシンバッファー(ビアコア社製、pH1.5)を加えることで、0.1mg/mlのp53溶液(pH1.5, 0.1mg/ml)を調整した。   10 μl of a solution of 1 mg of p53 dissolved in 1 ml of HBS-EP buffer (Biacore, pH 7.4) is weighed and 90 μl of glycine buffer (Biacore, pH 1.5) is added to give 0.1 mg / ml P53 solution (pH 1.5, 0.1 mg / ml) was prepared.

1mgのp38を1mlのHBS-EPバッファー(ビアコア社製、pH7.4)に溶解した溶液を10μl秤量し、90μlのグリシンバッファー(ビアコア社製、pH1.5)を加えることで、0.1mg/mlのp38溶液(pH1.5, 0.1mg/ml)を調整した。   10 μl of a solution of 1 mg of p38 dissolved in 1 ml of HBS-EP buffer (Biacore, pH 7.4) was weighed, and 90 mg of glycine buffer (Biacore, pH 1.5) was added to give 0.1 mg / ml. P38 solution (pH 1.5, 0.1 mg / ml) was prepared.

実施例3:センサーチップ表面への蛋白質の濃縮
実施例1で作製したセンサーチップ(試料1、2、3、4)のそれぞれを順次Biacore社製の表面プラズモン共鳴装置であるBiacore3000にセットし、p53とp38を、各々90秒流し、センサーチップ表面への蛋白質の濃縮について検討した。p53についての結果を図1に示し、p38についての結果を図2に示す。
Example 3: Concentration of protein on the surface of the sensor chip Each of the sensor chips (samples 1, 2, 3, and 4) prepared in Example 1 was sequentially set in a Biacore 3000 surface plasmon resonance apparatus manufactured by Biacore, and p53 And p38 were allowed to flow for 90 seconds each, and protein concentration on the surface of the sensor chip was examined. The results for p53 are shown in FIG. 1, and the results for p38 are shown in FIG.

p53は試料1のセンサーでは濃縮がみられず、試料2、3、4となるに従い、濃縮が多くなった。これはpH1.5中では、p53はプラス荷電となり、センサー表面のマイナス荷電が多くなるにしたがって濃縮効果が大きくなるからである。   Concentration of p53 was not observed in the sensor of sample 1, and the concentration increased as samples 2, 3, and 4 increased. This is because in pH 1.5, p53 is positively charged, and the concentration effect increases as the negative charge on the sensor surface increases.

p38も試料1のセンサーでは濃縮がみられず、試料2、3、4となるに従い、濃縮が多くなった。これもpH1.5中では、p38はプラス荷電となることによる。   Concentration of p38 was not observed in the sensor of sample 1, and the concentration increased as samples 2, 3, and 4 were obtained. This is also because p38 is positively charged in pH 1.5.

試料2及び3でのp53とp38の濃縮効果を比較した場合、p38の方がより濃縮効果が高かった。これはp38の方が等電点が高いため、同じpH1.5中でもp53と比べてより強くプラスに帯電しているためと結論づけられた。   When the concentration effects of p53 and p38 in Samples 2 and 3 were compared, p38 had a higher concentration effect. It was concluded that p38 has a higher isoelectric point and is therefore more strongly positively charged than p53 even at the same pH of 1.5.

以上の結果より、荷電を変化させた膜を用いたSPR測定により、測定サンプルに含まれるタンパクの荷電を評価できることが証明された。   From the above results, it was proved that the charge of the protein contained in the measurement sample can be evaluated by the SPR measurement using the membrane whose charge is changed.

図1は、試料1〜4のセンサーチップにp53を流した場合のセンサーチップ表面への蛋白濃縮について検討した結果を示す。FIG. 1 shows the results of examining protein concentration on the sensor chip surface when p53 was passed through the sensor chips of samples 1 to 4. 図2は、試料1〜4のセンサーチップにp38を流した場合のセンサーチップ表面への蛋白濃縮について検討した結果を示す。FIG. 2 shows the results of examining protein concentration on the sensor chip surface when p38 is passed through the sensor chips of Samples 1 to 4.

Claims (11)

荷電が部位により変化している表面を有する基板からなるバイオセンサー。 A biosensor comprising a substrate having a surface whose charge varies depending on the site. 荷電を与える官能基が基板の表面に導入されており、該官能基の導入率が部位により変化していることにより、基板の表面の荷電が部位により変化している、請求項1に記載のバイオセンサー。 The functional group which gives electric charge is introduce | transduced into the surface of the board | substrate, The charge of the surface of a board | substrate is changing with the site | parts by the introduction rate of this functional group changing with the site | parts. Biosensor. 基板が、金属表面又は金属膜から成る基板である、請求項1又は2に記載のバイオセンサー。 The biosensor according to claim 1 or 2, wherein the substrate is a substrate made of a metal surface or a metal film. 金属表面あるいは金属膜が、金、銀、銅、白金、及びアルミニウムからなる群より選ばれる自由電子金属からなるものである、請求項3に記載のバイオセンサー。 The biosensor according to claim 3, wherein the metal surface or the metal film is made of a free electron metal selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum, and aluminum. 基板が、疎水性高分子化合物又は水溶性高分子化合物でコーティングした金属表面又は金属膜であるか、あるいは自己組織化膜を有する金属表面又は金属膜である、請求項1から4の何れかに記載のバイオセンサー。 5. The substrate according to claim 1, wherein the substrate is a metal surface or metal film coated with a hydrophobic polymer compound or a water-soluble polymer compound, or a metal surface or metal film having a self-assembled film. The biosensor described. 荷電を与える官能基を有する高分子化合物を基板の表面にコートすることによって作成される、請求項1から5の何れかに記載のバイオセンサー。 The biosensor according to any one of claims 1 to 5, which is prepared by coating a surface of a substrate with a polymer compound having a functional group that imparts a charge. 荷電を与える官能基が、カルボキシル基、硫酸エステル基、リン酸エステル基、又はスルホン酸基である、請求項1から6の何れかに記載のバイオセンサー。 The biosensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the functional group that imparts charge is a carboxyl group, a sulfate ester group, a phosphate ester group, or a sulfonic acid group. 被測定物質の荷電を分析するために使用される、請求項1から7の何れかに記載のバイオセンサー。 The biosensor according to any one of claims 1 to 7, which is used for analyzing the charge of a substance to be measured. 表面プラズモン共鳴分析により被測定物質の荷電を分析する、請求項8に記載のバイオセンサー。 The biosensor according to claim 8, wherein the charge of the substance to be measured is analyzed by surface plasmon resonance analysis. 被測定物質を請求項1から9の何れかに記載のバイオセンサーの表面に接触させ、該被測定物質と該表面との相互作用の有無を検出することを含む、被測定物質の荷電を分析する方法。 10. Analyzing the charge of a substance to be measured, comprising contacting the substance to be measured with the surface of the biosensor according to any one of claims 1 to 9 and detecting the presence or absence of an interaction between the substance to be measured and the surface. how to. 表面プラズモン共鳴分析により該被測定物質と該表面との相互作用の有無を検出する、請求項10に記載の方法。


The method according to claim 10, wherein presence or absence of interaction between the substance to be measured and the surface is detected by surface plasmon resonance analysis.


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