JP2007225521A - Metal ion sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属イオンセンサに関するものである。 The present invention relates to a metal ion sensor.
近年、酵素やDNA、抗体等の生体分子が関与する生体反応を、in vivoではなく、in vitroにて、リアルタイムに検出可能なセンサの需要が高まっている。
特に、ゲノム解析終了後、ゲノム解析からDNA鎖の機能解析に比重が移っており、とりわけ、DNA鎖から発現される酵素、抗体などのタンパク質の機能解析、その機能に沿った創薬ターゲットの最適化が重要となっている。
In recent years, there has been an increasing demand for sensors that can detect biological reactions involving biomolecules such as enzymes, DNA, and antibodies in real time, not in vivo, in vitro.
In particular, after the completion of genome analysis, the specific gravity has shifted from genome analysis to functional analysis of DNA strands. In particular, functional analysis of proteins such as enzymes and antibodies expressed from DNA strands, and optimal drug discovery targets in line with those functions Is becoming important.
これらの解析を効率よく行うためには、DNAチップ、プロテインチップのようなセンサの利用が有効である。このセンサには、生体反応の情報から、有用な情報パラメータを選択して増幅し、これを検出パラメータに変換した後、検出手段に伝達する機能が求められる。
このようなセンサの一つとして、酵素を利用した電気化学的検出装置が開発されている。例えば、グルコースの酸化反応を触媒する酸化酵素(グルコースオキシダーゼやグルコースデヒドロゲナーゼ)を含有する反応層を、電極基板に固定した血糖測定装置が提案されている(例えば、特許文献1、2参照。)。
In order to efficiently perform these analyses, it is effective to use a sensor such as a DNA chip or a protein chip. This sensor is required to have a function of selecting and amplifying useful information parameters from biological reaction information, converting them into detection parameters, and transmitting them to detection means.
As one of such sensors, an electrochemical detection device using an enzyme has been developed. For example, a blood glucose measuring device in which a reaction layer containing an oxidase (glucose oxidase or glucose dehydrogenase) that catalyzes an oxidation reaction of glucose is fixed to an electrode substrate has been proposed (for example, see Patent Documents 1 and 2).
この血糖測定装置では、血液中のグルコースを反応層に拡散させ、前記酸化酵素によって酸化して、この際、発生する電子を電流値として検出することにより、血液中のグルコース濃度を測定する。
このように、現在、血液等の液体試料中の各種物質を検出可能なセンサの開発が行われているが、金属イオンを簡便かつ正確に検出し得るセンサ(金属イオンセンサ)は、未だ開発されていない。
In this blood glucose measurement device, glucose in the blood is diffused into the reaction layer and oxidized by the oxidase, and at this time, the generated electrons are detected as a current value, thereby measuring the glucose concentration in the blood.
As described above, a sensor capable of detecting various substances in a liquid sample such as blood has been developed. However, a sensor capable of detecting metal ions simply and accurately (metal ion sensor) has not yet been developed. Not.
本発明の目的は、簡便かつ正確に金属イオンの量を測定し得る金属イオンセンサを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a metal ion sensor that can easily and accurately measure the amount of metal ions.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の金属イオンセンサは、液体試料中の測定対象の金属イオンの量を測定する金属イオンセンサであって、
前記液体試料を収納する試料収納空間と、
少なくとも一部が前記試料収納空間に露出し、前記測定対象の金属イオンを内部に取り込み得る金属貯蔵タンパク質を含む金属イオン受容層と、
該金属イオン受容層の前記試料収納空間と反対側に設けられた第1の電極と、
少なくとも一部が前記試料収納空間に露出し、前記第1の電極との間に電圧を印加する第2の電極と、
前記金属貯蔵タンパク質内に取り込まれた前記測定対象の金属イオンの価数が第1の価数から第2の価数に変化するのに伴って放出される電子を、前記第1の電極との間に流れる電流値として検出するための第3の電極とを有することを特徴とする。
これにより、簡便かつ正確に金属イオンの量を測定し得る金属イオンセンサを得ることができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The metal ion sensor of the present invention is a metal ion sensor that measures the amount of metal ions to be measured in a liquid sample,
A sample storage space for storing the liquid sample;
A metal ion receiving layer containing a metal storage protein that is at least partially exposed to the sample storage space and capable of taking in the metal ions to be measured;
A first electrode provided on the opposite side of the metal ion receiving layer from the sample storage space;
A second electrode that is at least partially exposed to the sample storage space and applies a voltage to the first electrode;
Electrons emitted as the valence of the metal ion to be measured incorporated into the metal storage protein changes from the first valence to the second valence, And a third electrode for detecting a current value flowing therebetween.
Thereby, the metal ion sensor which can measure the quantity of a metal ion simply and correctly can be obtained.
本発明の金属イオンセンサでは、前記金属貯蔵タンパク質は、前記測定対象の金属イオンと同種の金属イオンを内包し、前記内包された前記金属イオンの価数は、前記第2の価数または前記第1の価数および前記第2の価数とは異なる第3の価数であり、前記第1の電極と前記第2の電極との間に、前記測定対象の金属イオンの量を測定する際の電圧と逆の電圧を印加することにより、前記内包された金属イオンの少なくとも一部を放出するものであることが好ましい。
これにより、金属イオンの量の測定終了後、逆電圧を印加すれば、金属イオン受容層を測定前の状態に戻すことができる。すなわち、金属イオンセンサを初期状態に戻すことができる。このため、金属イオンセンサを繰り返し使用することができるようになる。
In the metal ion sensor of the present invention, the metal storage protein includes a metal ion of the same type as the metal ion to be measured, and the valence of the included metal ion is the second valence or the second valence. A third valence different from the valence of 1 and the second valence, and when measuring the amount of the metal ion to be measured between the first electrode and the second electrode It is preferable that at least a part of the encapsulated metal ions is released by applying a voltage opposite to the above voltage.
Thereby, if a reverse voltage is applied after completion | finish of the measurement of the quantity of metal ion, a metal ion acceptance layer can be returned to the state before a measurement. That is, the metal ion sensor can be returned to the initial state. For this reason, a metal ion sensor can be used repeatedly.
本発明の金属イオンセンサでは、前記測定対象の金属イオンは、Fe2+であり、
前記金属貯蔵タンパク質は、フェリチンを主成分とするものであることが好ましい。
フェリチンは、極めて多くのFe3+を内包しており、Fe2+を効率よく取り込み、Fe3+に変化させることができる。また、Fe3+がFe2+に変化すると、Fe2+を確実に分子外に放出する。そして、このフェリチンにおいて、価数の異なる鉄イオンの出し入れは、極めて迅速かつ高精度に行われることから好ましい。
In the metal ion sensor of the present invention, the metal ion to be measured is Fe 2+ .
It is preferable that the metal storage protein is mainly composed of ferritin.
Ferritin contains an extremely large amount of Fe 3+ and can efficiently take in Fe 2+ and change it into Fe 3+ . Further, when the Fe 3+ changes to Fe 2+, reliably discharged outside the molecule Fe 2+. In this ferritin, iron ions with different valences are preferably taken in and out very quickly and with high accuracy.
本発明の金属イオンセンサでは、前記金属イオン受容層中における前記金属貯蔵タンパク質の含有量は、10〜60wt%であることが好ましい。
これにより、液体試料中に測定対象の金属イオンが含まれる場合、この金属イオンを金属貯蔵タンパク質に効率よく取り込ませることができ、その量を正確に測定することができる。
In the metal ion sensor of the present invention, the content of the metal storage protein in the metal ion receiving layer is preferably 10 to 60 wt%.
Thereby, when the metal ion of a measuring object is contained in a liquid sample, this metal ion can be efficiently taken in into a metal storage protein, and the quantity can be measured correctly.
本発明の金属イオンセンサでは、前記金属イオン受容層において、前記金属貯蔵タンパク質は、前記試料収納空間側に偏在していることが好ましい。
これにより、液体試料と金属貯蔵タンパク質とを確実に接触させることができ、液体試料中の金属イオンを金属貯蔵タンパク質により効率よく取り込ませることができるようになる。
本発明の金属イオンセンサでは、前記金属イオン受容層において、前記金属貯蔵タンパク質は、固定物質により固定されていることが好ましい。
これにより、金属貯蔵タンパク質が液体試料中に拡散するのを防止することができ、金属イオンの量をより正確に測定することができる。
In the metal ion sensor of the present invention, in the metal ion receiving layer, the metal storage protein is preferably unevenly distributed on the sample storage space side.
Thereby, a liquid sample and a metal storage protein can be made to contact reliably, and the metal ion in a liquid sample can be taken in more efficiently by a metal storage protein.
In the metal ion sensor of the present invention, it is preferable that the metal storage protein is fixed by a fixing substance in the metal ion receiving layer.
As a result, the metal storage protein can be prevented from diffusing into the liquid sample, and the amount of metal ions can be measured more accurately.
本発明の金属イオンセンサでは、前記固定物質は、前記第1の電極に結合する第1の結合性基と、前記金属貯蔵タンパク質に結合する第2の結合性基とを有する化合物であることが好ましい。
これにより、第1の電極の上面から金属貯蔵タンパク質を前記化合物の鎖長分だけ確実に離間させることができる。その結果、金属貯蔵タンパク質が第1の電極に接触して、変性、失活するのを好適に防止することができる。
本発明の金属イオンセンサでは、前記固定物質は、生体由来高分子またはその変性物を主成分とするものであることが好ましい。
これらの高分子を固定物質として用いることにより、金属貯蔵タンパク質が容易に変性、失活するのを好適に防止することができる。
In the metal ion sensor of the present invention, the immobilizing substance may be a compound having a first binding group that binds to the first electrode and a second binding group that binds to the metal storage protein. preferable.
Thereby, the metal storage protein can be reliably separated from the upper surface of the first electrode by the chain length of the compound. As a result, it is possible to suitably prevent the metal storage protein from contacting with the first electrode and being denatured or deactivated.
In the metal ion sensor of the present invention, it is preferable that the immobilizing substance is mainly composed of a biological polymer or a modified product thereof.
By using these polymers as a fixing substance, it is possible to suitably prevent the metal storage protein from being easily denatured and inactivated.
本発明の金属イオンセンサでは、前記金属イオン受容層は、前記金属貯蔵タンパク質と前記第1の電極との間での電子の移動を媒介する媒介物質を含むことが好ましい。
これにより、金属貯蔵タンパク質と第1の電極との間で効率よく電子を移動させることができる。
In the metal ion sensor of the present invention, it is preferable that the metal ion accepting layer includes a mediator that mediates transfer of electrons between the metal storage protein and the first electrode.
Thereby, electrons can be efficiently transferred between the metal storage protein and the first electrode.
本発明の金属イオンセンサでは、前記媒介物質は、一部のものがスペーサ分子を介して前記第1の電極に固定されていることが好ましい。
このような構成において、差長が比較的短いスペーサ分子を用いることにより、一部の媒介物質を、第1の電極の近傍に確実に位置させることができ、また、残りの媒介物質を、金属イオン受容層中において分散した状態とすることができる。その結果、例えば、金属貯蔵タンパク質から放出された電子を、層中に分散した状態の媒介物質、さらに第1の電極の近傍に位置する媒介物質へと受け渡し、より円滑に第1の電極に移動させることができる。このようなことから、金属イオンセンサの応答速度の向上を図ることができる。
本発明の金属イオンセンサでは、前記金属イオン受容層中における前記媒介物質の含有量は、0.1〜10wt%であることが好ましい。
これにより、金属貯蔵タンパク質と第1の電極との間で、電子を確実かつ迅速に移動させることができる。
In the metal ion sensor of the present invention, it is preferable that a part of the mediator is fixed to the first electrode via a spacer molecule.
In such a configuration, by using spacer molecules having a relatively short difference length, it is possible to ensure that some mediators are positioned in the vicinity of the first electrode, and the remaining mediators are made of metal. It can be in a dispersed state in the ion receiving layer. As a result, for example, electrons emitted from the metal storage protein are transferred to a mediator dispersed in the layer, and further to a mediator located in the vicinity of the first electrode, and transferred to the first electrode more smoothly. Can be made. For this reason, the response speed of the metal ion sensor can be improved.
In the metal ion sensor of the present invention, the content of the mediator in the metal ion receiving layer is preferably 0.1 to 10 wt%.
Thereby, an electron can be moved reliably and rapidly between metal storage protein and a 1st electrode.
以下、本発明の金属イオンセンサを、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の金属イオンセンサの構成を模式的に示す縦断面図、図2は、図1に示す金属イオンセンサの動作を説明するための模式図、図3は、図1に示す金属イオンセンサが備える金属貯蔵タンパク質の一例を示す模式図、図4は、図1に示す金属イオンセンサの製造方法を説明するための縦断面図、図5は、金属イオン受容層の他の構成例を示す模式図である。なお、以下の説明では、図1、図2、図4および図5中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
Hereinafter, a metal ion sensor of the present invention will be described in detail based on a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.
1 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of the metal ion sensor of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of the metal ion sensor shown in FIG. 1, and FIG. 3 is shown in FIG. 4 is a schematic view showing an example of a metal storage protein provided in the metal ion sensor, FIG. 4 is a longitudinal sectional view for explaining a method for producing the metal ion sensor shown in FIG. 1, and FIG. 5 is another configuration of the metal ion receiving layer. It is a schematic diagram which shows an example. In the following description, the upper side in FIGS. 1, 2, 4 and 5 is referred to as “upper”, and the lower side is referred to as “lower”.
図1に示す金属イオンセンサ1は、液体試料20を収納する試料収納空間2と、作用電極(第1の電極)3と、対電極(第3の電極)4と、参照電極(第2の電極)5と、金属イオン受容層6とを有しており、これらの各部が基板8上に積層されて構成されている。この金属イオンセンサ1は、試料収納空間2に供給された液体試料20中の金属イオン(測定対象イオン)の量を、一対の電極3、4間に流れる電流値として検出するものである。
A metal ion sensor 1 shown in FIG. 1 includes a
ここで、液体試料20としては、例えば、血液、尿、汗、リンパ液、髄液、胆汁、唾液等の体液、これらの体液や飲食物に各種処理を施した処理済み液、工業排水、家庭排水、地下水等が挙げられる。
測定対象とする金属イオンとしては、例えば、鉄(Fe)イオン、銅(Cu)イオン、マンガン(Mn)イオン、コバルト(Co)イオン、ルテニウム(Ru)イオン、ニッケル(Ni)イオン、亜鉛(Zn)イオン、パラジウム(Pd)イオン、クロム(Cr)など、さらに重金属イオン等、いかなるものであってもよい。
Here, examples of the
Examples of metal ions to be measured include iron (Fe) ions, copper (Cu) ions, manganese (Mn) ions, cobalt (Co) ions, ruthenium (Ru) ions, nickel (Ni) ions, and zinc (Zn). ) Ions, palladium (Pd) ions, chromium (Cr), and the like, and any other heavy metal ions.
基板8は、金属イオンセンサ1を構成する各部を支持するものである。
基板8の構成材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアクリル酸、エポキシ樹脂のような各種樹脂材料、各種ガラス材料、各種セラミックス材料等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、複合材料からなる基板8としては、例えば、ガラス繊維とエポキシ樹脂とで構成される難燃性のプリント基板等が挙げられる。
The
Examples of the constituent material of the
基板8上には、作用電極3が設けられている。
この作用電極3、後述する対電極4および参照電極5の構成材料としては、それぞれ、例えば、金、銀、銅、プラチナ、白金またはこれらを含む合金のような金属材料、ITOのような金属酸化物系材料、カーボンのような炭素系材料等が挙げられる。
作用電極3上には、金属イオン受容層6が設けられている。
A working
As the constituent material of the working
A metal
この金属イオン受容層6は、金属貯蔵タンパク質61を含んでおり、その少なくとも一部(上面)が試料収納空間2に露出するように設けられている。
ここで、金属貯蔵タンパク質61は、液体試料20中に含まれる金属イオンを内部に取り込み、取り込んだ金属イオンを酸化する機能を有する。そして、この金属イオンの酸化反応に伴って、電子(e−)が放出される。
The metal
Here, the metal storage protein 61 has a function of taking in the metal ions contained in the
また、この金属貯蔵タンパク質61には、測定対象の金属イオンと価数の異なる同種の金属イオンを内包し、後述するように、作用電極3と参照電極5との間に、金属イオンの量を測定する際の電圧と逆の電圧を印加することにより、その内部に取り込んだ金属イオンと価数の等しい金属イオンを放出するものを用いるのが好ましい。これにより、金属イオンの量の測定終了後、逆電圧を印加すれば、金属イオン受容層6を測定前の状態に戻すことができる。すなわち、金属イオンセンサ1を初期状態に戻すことができる。このため、金属イオンセンサ1を繰り返し使用することができるようになる。
Further, the metal storage protein 61 contains the same kind of metal ion having a different valence from the metal ion to be measured, and the amount of metal ion is set between the working
測定対象の金属イオンがFe2+(鉄2価イオン)である場合、金属貯蔵タンパク質61には、例えば、フェリチン、ヘモシデリンのような鉄貯蔵タンパク質を用いることができるが、特に、フェリチンを主成分とするものを用いるのが好ましい。
このフェリチンは、肝細胞、骨髄等に幅広く存在する分子量約45万のタンパク質である。図3に示すように、フェリチンは、直径13nm程度の球形構造を有しており、24個のポリペプチドサブユニットによって外殻が形成されている。またサブユニットはH鎖とL鎖の2種類がある。
When the metal ion to be measured is Fe 2+ (iron divalent ion), for example, an iron storage protein such as ferritin or hemosiderin can be used as the metal storage protein 61. In particular, ferritin is the main component. It is preferable to use those that do.
This ferritin is a protein having a molecular weight of about 450,000, which is widely present in hepatocytes, bone marrow and the like. As shown in FIG. 3, ferritin has a spherical structure with a diameter of about 13 nm, and an outer shell is formed by 24 polypeptide subunits. There are two types of subunits, H chain and L chain.
フェリチンは、極めて多くのFe3+を内包しており、Fe2+を効率よく取り込み、Fe3+に変化させることができる。また、Fe3+がFe2+に変化すると、Fe2+を確実に分子外に放出する。そして、このフェリチンにおいて、価数の異なる鉄イオンの出し入れは、極めて迅速かつ高精度に行われることから好ましい。
また、測定対象の金属イオンがFe2+以外のものである場合、金属貯蔵タンパク質61には、前記鉄貯蔵タンパク質が貯蔵する鉄イオンを、測定対象の金属イオンと価数の異なる同種の金属イオンに置換して用いればよい。これにより、他の金属イオンに置換された鉄貯蔵タンパク質は、置換された金属イオンに対応する金属イオンを選択的に内部に取り込むようになる。
Ferritin contains an extremely large amount of Fe 3+ and can efficiently take in Fe 2+ and change it into Fe 3+ . Further, when the Fe 3+ changes to Fe 2+, reliably discharged outside the molecule Fe 2+. In this ferritin, iron ions with different valences are preferably taken in and out very quickly and with high accuracy.
In addition, when the metal ion to be measured is other than Fe 2+ , the metal storage protein 61 converts the iron ion stored in the iron storage protein into the same kind of metal ion having a different valence from the metal ion to be measured. What is necessary is just to substitute and use. Thereby, the iron storage protein substituted by other metal ions selectively takes in the metal ions corresponding to the substituted metal ions.
金属イオン受容層6中における金属貯蔵タンパク質61の含有量は、20〜80wt%程度であるのが好ましく、40〜60wt%程度であるのがより好ましい。これにより、液体試料20中に測定対象の金属イオンが含まれる場合、この金属イオンを金属貯蔵タンパク質61に効率よく取り込ませることができ、その量を正確に測定することができる。
また、金属イオン受容層6において、金属貯蔵タンパク質61は、固定物質により固定されているのが好ましい。これにより、金属貯蔵タンパク質61が液体試料20中に拡散するのを防止することができ、金属イオンの量をより正確に測定することができる。
この固定物質としては、作用電極3に結合する第1の結合性基と、金属貯蔵タンパク質61に結合する第2の結合性基とを有する化合物を用いるのが好ましい。図2に示す構成では、かかる化合物を介して、金属貯蔵タンパク質61が作用電極3の上面に固定されている。
The content of the metal storage protein 61 in the metal
In the metal
As this fixed substance, it is preferable to use a compound having a first binding group that binds to the working
このようにして、金属貯蔵タンパク質61を固定することにより、作用電極3の上面から金属貯蔵タンパク質61を前記化合物の鎖長分だけ確実に離間させることができる。その結果、金属貯蔵タンパク質61が作用電極3に接触して、変性、失活するのを好適に防止することができる。
また、金属イオン受容層6において、金属貯蔵タンパク質61が試料収納空間2側に偏在することになるため、液体試料20と金属貯蔵タンパク質61とを確実に接触させることができ、液体試料20中の金属イオンを金属貯蔵タンパク質61により効率よく取り込ませることができるようになる。
かかる固定物質として用いる化合物は、炭素数50〜100(特に、60〜80)の直鎖状の構造を含むものが好ましい。これにより、作用電極3の上面から金属貯蔵タンパク質61を十分に離間させることができ、金属貯蔵タンパク質61が作用電極3に接触して、変性、失活するのをより確実に防止することができる。
By fixing the metal storage protein 61 in this manner, the metal storage protein 61 can be reliably separated from the upper surface of the working
In addition, since the metal storage protein 61 is unevenly distributed on the side of the
The compound used as such a fixing substance is preferably a compound having a linear structure having 50 to 100 (particularly 60 to 80) carbon atoms. Thereby, the metal storage protein 61 can be sufficiently separated from the upper surface of the working
ここで、第1の結合性基としては、作用電極3の構成材料に応じて適宜選択され、特に限定されないが、作用電極3の構成材料が、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)等である場合、チオール基、チオスフフォネート基等が挙げられ、作用電極3の構成材料が、金属酸化物(例えばITO等)の場合、チオール基、ハロゲン基、アルコキシシリル基、ハロゲン化シリル基、リン酸基等が挙げられる。
Here, the first binding group is appropriately selected according to the constituent material of the working
一方、第2の結合性基としては、例えば、N−サクシミドエステル基、アミノ基、ジスルフィド基、チロシン(ヒドロキシル基)等が挙げられる。
例えば、N−サクシミドエステル基は、金属貯蔵タンパク質61が有するアミノ基に置換することにより、金属貯蔵タンパク質61と前記化合物とが結合する。また、アミノ基は、金属貯蔵タンパク質61が有するカルボキシル基とアミド結合を形成することにより、金属貯蔵タンパク質61と前記化合物とが結合する。
以上のような化合物の具体例としては、例えば、次のようなポリエチレングリコール系の化合物が挙げられる。
On the other hand, examples of the second binding group include an N-succinimide ester group, an amino group, a disulfide group, and tyrosine (hydroxyl group).
For example, the N-succinimide ester group is substituted with the amino group of the metal storage protein 61, whereby the metal storage protein 61 and the compound are bonded. Further, the amino group forms an amide bond with the carboxyl group of the metal storage protein 61, whereby the metal storage protein 61 and the compound are bonded.
Specific examples of the compound as described above include the following polyethylene glycol compounds.
ただし、前記式中、Xは、第1の結合性基を示し、nは、1以上の整数を示す。
かかるポリエチレングリコール系化合物は、これが含む酸素原子に非共有電子対が存在する。このため、隣接する分子同士の間において、非共有電子対が互いに影響を及ぼし合い立体障害(回転障壁)が大きくなる。これにより、固定物質の剛直性が増大し、結果として、金属イオン受容層6の膜強度が比較的大きくなる。その結果、金属貯蔵タンパク質61と作用電極3とが接触するのを確実に防止して、金属貯蔵タンパク質61が変性、失活するのをより確実に防止することができ、液体試料20中に測定対象の金属イオンの量を正確に測定することができる。なお、かかる効果は、前記nを11以上とすることにより、より顕著に発揮されるようになる。
また、ポリエチレングリコール系化合物は、それ自体が生体親和性に優れることからも、金属貯蔵タンパク質61の変性、失活を防止することができる。
However, in said formula, X shows a 1st bonding group and n shows an integer greater than or equal to 1.
Such a polyethylene glycol-based compound has an unshared electron pair in the oxygen atom contained therein. For this reason, between the adjacent molecules, the unshared electron pair affects each other and the steric hindrance (rotation barrier) increases. Thereby, the rigidity of the fixing substance is increased, and as a result, the film strength of the metal
In addition, since the polyethylene glycol compound itself is excellent in biocompatibility, the denaturation and inactivation of the metal storage protein 61 can be prevented.
また、金属イオン受容層6は、金属貯蔵タンパク質61と作用電極3との間で電子の移動を媒介するメディエータ(媒介物質)62を含むのが好ましい。これにより、金属貯蔵タンパク質61と作用電極3との間で効率よく電子を移動させることができる。
メディエータ62としては、例えば、フェリシアン化カリウム、フェロセンまたはフェロセン誘導体、ニッケロセンまたはニッケロセン誘導体、キノンまたはキノン誘導体(例えばp−ベンゾキノン、ピロロキノリンキノン等)、フラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)のようなフラビン誘導体、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD)、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸(NADP)のようなニコチンアミド誘導体、フェナジンメトサルファート、2,6−ジクロロフェノールインドフェノール、ヘキサシアノ鉄(III)酸塩、オクタシアノタングステンイオン等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
The metal
Examples of the
金属イオン受容層6がメディエータ62を含む場合、その含有量は、0.01〜5.0wt%程度であるのが好ましく、0.1〜1.0wt%程度であるのがより好ましい。メディエータ62の含有量を前記範囲とすることにより、金属貯蔵タンパク質61と作用電極3との間で、電子を確実かつ迅速に移動させることができる。
また、メディエータ62は、一部のものがスペーサ分子を介して作用電極3に固定されているのが好ましい。このような構成において、差長が比較的短いスペーサ分子を用いることにより、一部のメディエータ62を、作用電極3の近傍に確実に位置させることができ、また、残りのメディエータ62を、金属イオン受容層6中において分散した状態とすることができる。その結果、例えば、金属貯蔵タンパク質61から放出された電子を、層6中に分散した状態のメディエータ62、さらに作用電極3の近傍に位置するメディエータ62へと受け渡し、より円滑に作用電極3に移動させることができる。このようなことから、金属イオンセンサ1の応答速度の向上を図ることができる。
When the metal
Further, it is preferable that a part of the
かかる観点から、スペーサ分子は、その鎖長が前記固定物質として用いる化合物の鎖長より短いものが好ましい。具体的には、スペーサ分子は、炭素数5〜40(特に、10〜25)の直鎖状の構造を含むものが好ましい。
このようなスペーサ分子が結合したメディエータ62としては、前述したのと同様の理由から、例えば、次のようなポリエチレングリコール系の化合物が好適に用いられる。
From this point of view, the spacer molecule is preferably one whose chain length is shorter than the chain length of the compound used as the fixing substance. Specifically, the spacer molecule preferably includes a linear structure having 5 to 40 carbon atoms (particularly 10 to 25).
As the
ただし、前記式中、Xは、作用電極3への結合性基を示し、nは、1以上の整数を示す。
また、以上のような構成の金属イオン受容層6では、末端に水酸基やカルボキシル基を含み、作用電極3に結合した化合物を含んでいてもよい。かかる化合物を含むことにより、金属イオン受容層6への非特異的なタンパク質の吸着を防止(阻止)することができる。その結果、金属イオンの量を測定する際に、金属貯蔵タンパク質61が放出した電子以外に起因した電流が検出されるのを防止または低減することができ、より正確な電流値(金属イオンの量)の測定が可能となる。
このような化合物の具体例としては、前述したのと同様の理由から、例えば、次のようなポリエチレングリコール系の化合物が好適に用いられる。
In the above formula, X represents a binding group to the working
Further, the metal
As specific examples of such a compound, for the same reason as described above, for example, the following polyethylene glycol compounds are preferably used.
ただし、前記式中、Xは、作用電極3への結合性基を示し、nは、1以上の整数を示す。
対電極(第3の電極)4は、その少なくとも一部(本実施形態では、下面)が試料収納空間2に露出するように、作用電極3に対向して配置されている。この対電極4は、金属貯蔵タンパク質61内に取り込まれた金属イオンの酸化反応に伴って放出される電子を、作用電極3との間に流れる電流値として検出するための電極である。
参照電極(第2の電極)5は、その一部が試料収納空間20内に位置するように、封止部(隔壁部)10に固定されている。この参照電極5は、作用電極3との間に電圧を印加する電極である。
In the above formula, X represents a binding group to the working
The counter electrode (third electrode) 4 is disposed so as to face the working
The reference electrode (second electrode) 5 is fixed to the sealing part (partition wall part) 10 so that a part thereof is located in the
以上のような金属イオンセンサ1では、試料収納空間2内に液体試料20を供給した状態で、例えば、一定の速度で、作用電極3と参照電極5との間に印加する電圧の値を変化させて(電圧掃引して)、CV(cyclic voltametry)測定を行う。
このとき、液体試料20中に金属イオン(以下、Fe2+で代表する)が含まれる場合、このFe2+が、金属イオン受容層6の金属貯蔵タンパク質61(以下、フェリチンで代表する)に取り込まれ、タンパク質シェル内においてFe3+に酸化され、電子が放出される。
この放出された電子は、金属イオン受容層6内のメディエータ62を介して、作用電極3に移動し、作用電極3と対電極4とを接続する外部回路に取り出され、電流(酸化電流)値として測定される。
In the metal ion sensor 1 as described above, the value of the voltage applied between the working
At this time, when the metal sample (hereinafter represented by Fe 2+ ) is contained in the
The emitted electrons move to the working
具体的に、液体試料20中に含まれるFe2+の量の測定は、例えば、次のようにして行われる。
まず、実測定に先立って、調製液(緩衝液)を試料収納空間2内に供給してCV測定を行う。これにより、バックグラウンド電流を計測しておく。
次に、実際の液体試料20を試料収納空間2内に供給してCV測定を行う。そして、この際現れるCV曲線と、バックグラウンドCV曲線とを比較(図4参照)することにより、液体試料20中のFe2+の量(濃度)を見積もることができる。
なお、CV曲線中、ピーク値が現れる電圧に固定して、その電圧値で測定される電流値を比較してFe2+の量(濃度)を見積もる方法が好ましい。これにより、電流値の差がより明確となるため、より正確にFe2+の量の測定を行うことができる。
Specifically, the measurement of the amount of Fe 2+ contained in the
First, prior to actual measurement, a preparation solution (buffer solution) is supplied into the
Next, the actual
It is preferable to fix the voltage at which the peak value appears in the CV curve and compare the current value measured at the voltage value to estimate the amount (concentration) of Fe 2+ . Thereby, since the difference in current value becomes clearer, the amount of Fe 2+ can be measured more accurately.
このようにして、本発明の金属イオンセンサ1によれば、簡便かつ正確にFe2+(金属イオン)の量を測定し得る。
また、作用電極3と参照電極5との間に、Fe2+の量を測定する際の電圧と逆の電圧を印加すると、フェリチン内部のFe3+が作用電極3から、メディエータ62を介して注入された電子により還元され、Fe2+としてフェリチン外に放出される。
このため、作用電極3と参照電極5との間の印加電圧は、Fe2+の量の測定の際は、プラス側に0.6V程度、マイナス側に0.3V程度とするのが好ましい。
Thus, according to the metal ion sensor 1 of the present invention, the amount of Fe 2+ (metal ion) can be measured easily and accurately.
When a voltage opposite to the voltage for measuring the amount of Fe 2+ is applied between the working
For this reason, the applied voltage between the working
測定終了後は、数分間、作用電極3と参照電極5との間に、所定の値のマイナス電圧(−0.5V程度)を印加することにより、フェリチンに取り込まれた過剰なFe3+をFe2+に還元、離脱させて、フェリチン内部のFe3+量を標準レベルにまで復帰させる。なお、これは、測定終了後の液体試料20を除いて、再度、調製液を試料収納空間2内に供給してCV測定を行うことにより、この際のCV曲線がバックグラウンド曲線とほぼ一致することを確認すればよい。
このような状態とすることにより、金属イオンセンサ1の再使用が可能となる。
After the measurement is completed, an excess Fe 3+ incorporated in ferritin is removed from Fe by applying a predetermined negative voltage (about −0.5 V) between the working
By setting it as such a state, the metal ion sensor 1 can be reused.
このような金属イオンセンサ1は、例えば、次のようにして製造することができる。
[1] まず、図5(a)に示すように、基板8を用意する。
そして、図5(b)に示すように、この基板8上に、作用電極3を形成する。この作用電極3は、次のようにして形成することができる。
まず、基板8の上面(電極形成面)を覆うように金属膜(金属層)を形成する。これは、例えば、プラズマCVD、熱CVD、レーザーCVDのような化学蒸着法(CVD)、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、MOD法、金属箔の接合等により形成することができる。
Such a metal ion sensor 1 can be manufactured as follows, for example.
[1] First, as shown in FIG. 5A, a
Then, the working
First, a metal film (metal layer) is formed so as to cover the upper surface (electrode formation surface) of the
次いで、この金属膜上に、レジスト材料を塗布(供給)した後、硬化させて、作用電極3の形状に対応する形状のレジスト層を形成する。
次いで、このレジスト層をマスクとして、金属膜の不要部分を除去する。この金属膜の除去には、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
Next, a resist material is applied (supplied) on the metal film and then cured to form a resist layer having a shape corresponding to the shape of the working
Next, unnecessary portions of the metal film are removed using the resist layer as a mask. For the removal of the metal film, for example, one or more of physical etching methods such as plasma etching, reactive ion etching, beam etching, and optical assist etching, and chemical etching methods such as wet etching are used. They can be used in combination.
その後、レジスト層を除去することにより、作用電極3が得られる。
なお、金属膜のパターニングが不要な場合、レジスト層の形成工程および金属膜の除去工程等を省略することができる。
また、作用電極3は、例えば、導電性粒子を含む導電性材料を基板8上に塗布(供給)した後、必要に応じて、この塗膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施すことにより形成することもできる。
Thereafter, the working
Note that, when the patterning of the metal film is unnecessary, the resist layer forming step, the metal film removing step, and the like can be omitted.
In addition, the working
ここで、塗布法には、例えば、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット法、マイクロコンタクトプリンティング法等のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Here, the coating method includes, for example, a spin coating method, a casting method, a micro gravure coating method, a gravure coating method, a bar coating method, a roll coating method, a wire bar coating method, a dip coating method, a spray coating method, and a screen printing method. , Flexographic printing method, offset printing method, ink jet method, microcontact printing method and the like can be used alone or in combination.
[2] 次に、作用電極3上に、金属イオン受容層6を形成する。
[2−1] まず、図5(c)に示すように、前述したようなポリエチレングリコール系の化合物を用いて単分子膜を形成する。
これは、例えば、次のようにして行われる。
まず、ポリエチレングリコール系の化合物を溶媒に溶解して液状材料を調製する。
[2] Next, the metal
[2-1] First, as shown in FIG. 5C, a monomolecular film is formed using the polyethylene glycol-based compound as described above.
This is performed, for example, as follows.
First, a polyethylene glycol compound is dissolved in a solvent to prepare a liquid material.
この溶媒としては、例えば、無水エタノール、無水ジクロロメタン、無水クロロフォルム、無水THF、無水DMF等が挙げられ、これらを単独または混合液として用いることができる。
また、液状材料中に、必要に応じて、メディエータ62を添加しておく。
液状材料中におけるポリエチレングリコール系の化合物の濃度(含有量)は、0.1〜30mM程度であるのが好ましく、1〜15mM程度であるのがより好ましい。
Examples of the solvent include anhydrous ethanol, anhydrous dichloromethane, anhydrous chloroform, anhydrous THF, anhydrous DMF and the like, and these can be used alone or as a mixed solution.
Further, a
The concentration (content) of the polyethylene glycol-based compound in the liquid material is preferably about 0.1 to 30 mM, and more preferably about 1 to 15 mM.
次いで、この液状材料を作用電極3の上面に接触させた状態で一定時間放置した後、洗浄、乾燥する。これにより、作用電極3の上面に、ポリエチレングリコール系の化合物の単分子膜が得られる。
液状材料を作用電極3の上面に接触させる方法としては、液状材料中に、作用電極3を形成した基板8を浸漬する方法(浸漬法)が好適である。
Next, the liquid material is allowed to stand for a certain period of time in contact with the upper surface of the working
As a method for bringing the liquid material into contact with the upper surface of the working
この場合、液状材料の温度は、4〜40℃程度であるのが好ましく、10〜25℃程度であるのがより好ましい。
また、基板8の浸漬時間は、30〜200分間程度であるのが好ましく、60〜150分間程度であるのがより好ましい。
なお、液状材料を作用電極3の上面に接触させる方法としては、液状材料を作用電極3上に塗布する方法(塗布法)、噴霧する方法(噴霧法)を用いることもできる。
In this case, the temperature of the liquid material is preferably about 4 to 40 ° C, and more preferably about 10 to 25 ° C.
The immersion time of the
As a method of bringing the liquid material into contact with the upper surface of the working
[2−2] 次に、図5(d)に示すように、単分子膜上に、金属貯蔵タンパク質61を配設する。
まず、金属貯蔵タンパク質61を溶媒に溶解して液状材料を調製する。
この溶媒としては、例えば、純水、超純水、イオン交換水、蒸留水、RO水のような各種水、またはこの水に塩類を溶解した各種緩衝液等が挙げられる。
液状材料中における金属貯蔵タンパク質61の濃度(含有量)は、0.1〜30μM程度であるのが好ましく、1〜15μM程度であるのがより好ましい。
[2-2] Next, as shown in FIG. 5D, the metal storage protein 61 is disposed on the monomolecular film.
First, the metal storage protein 61 is dissolved in a solvent to prepare a liquid material.
Examples of the solvent include various kinds of water such as pure water, ultrapure water, ion exchange water, distilled water, and RO water, or various buffers in which salts are dissolved in this water.
The concentration (content) of the metal storage protein 61 in the liquid material is preferably about 0.1 to 30 μM, and more preferably about 1 to 15 μM.
次いで、この液状材料を、単分子膜の上面に接触させた状態で一定時間放置した後、洗浄、乾燥する。これにより、単分子膜の上面に、金属貯蔵タンパク質61が配設される。
また、ポリエチレングリコール系の化合物が、その末端に、金属貯蔵タンパク質61との結合性基を有する場合、前記化合物と金属貯蔵タンパク質61とが結合する。
液状材料を単分子膜の上面に接触させる方法としては、前記塗布法が好適である。
この場合、液状材料の温度、および雰囲気の温度は、それぞれ、4〜40℃程度であるのが好ましく、10〜25℃程度であるのがより好ましい。
Next, this liquid material is allowed to stand for a certain period of time in contact with the upper surface of the monomolecular film, and then washed and dried. Thereby, the metal storage protein 61 is arrange | positioned on the upper surface of a monomolecular film.
Further, when the polyethylene glycol compound has a binding group with the metal storage protein 61 at the terminal, the compound and the metal storage protein 61 are bonded.
As a method for bringing the liquid material into contact with the upper surface of the monomolecular film, the coating method is suitable.
In this case, the temperature of the liquid material and the temperature of the atmosphere are each preferably about 4 to 40 ° C, more preferably about 10 to 25 ° C.
放置時間は、10〜150分間程度であるのが好ましく、30〜100分間程度であるのがより好ましい。
なお、液状材料を単分子膜の上面に接触させる方法としては、浸漬法、噴霧法を用いることもできる。
以上のようにして、単分子膜上に金属貯蔵タンパク質61が配設されてなる金属イオン受容層6が得られる。
The standing time is preferably about 10 to 150 minutes, and more preferably about 30 to 100 minutes.
As a method for bringing the liquid material into contact with the upper surface of the monomolecular film, an immersion method or a spray method can also be used.
As described above, the metal
[3] 次に、図5(e)に示すように、作用電極3に対向するように、対電極4を配置するとともに、参照電極5を所定の箇所に配置した状態で、例えば、接着剤を外周部に供給した後、硬化させることにより、封止部10を形成する。これにより、金属イオン受容層6と対電極4と封止部10とで、試料収納空間2が画成される。
接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ゴム系接着剤等が挙げられる。
なお、このとき、封止部10には、液体試料20を試料収納空間2内に供給するための注入口(供給口)101を形成しておく。
以上の工程により、図1に示す金属イオンセンサ1が得られる。
[3] Next, as shown in FIG. 5E, the counter electrode 4 is disposed so as to face the working
Examples of the adhesive include an epoxy adhesive, an acrylic adhesive, and a rubber adhesive.
At this time, an inlet (supply port) 101 for supplying the
Through the above steps, the metal ion sensor 1 shown in FIG. 1 is obtained.
次に、金属イオン受容層6の他の構成例について説明する。
以下、図6に示す金属イオン受容層6について、図2に示す金属イオン受容層6との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図6に示す金属イオン受容層6は、高分子(固定物質)で構成されたマトリクス(基材)中に、金属貯蔵タンパク質61と、メディエータ62とを含んで(含浸させて)構成されている。これにより、金属貯蔵タンパク質61やメディエータ62が他の層や液体試料20中に拡散するのを防止することができ、金属貯蔵タンパク質61と作用電極3との間で電子をより確実に移動させる(受け渡す)ことができる。
Next, another configuration example of the metal
Hereinafter, the metal
The metal
マトリクスを構成する高分子としては、特に限定されないが、例えば、生体関連高分子(動物由来の高分子)や植物由来の高分子のような天然の高分子、合成高分子(合成樹脂)、またはこれらの変性物等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、マトリクスを構成する高分子としては、生体由来高分子またはその変性物を主成分とするものが好ましい。これらのものを高分子としてマトリクスを構成することにより、金属貯蔵タンパク質61が容易に変性、失活するのを好適に防止することができる。 The polymer constituting the matrix is not particularly limited. For example, a natural polymer such as a bio-related polymer (animal-derived polymer) or a plant-derived polymer, a synthetic polymer (synthetic resin), or These modification | denaturation things etc. are mentioned, Among these, it can use combining 1 type (s) or 2 or more types. Among them, the polymer constituting the matrix is preferably a polymer mainly composed of a bio-derived polymer or a modified product thereof. By constituting a matrix using these as a polymer, it is possible to suitably prevent the metal storage protein 61 from being easily denatured and inactivated.
このような生体関連高分子としては、例えば、アルブミン(例えば、ウシ血清アルブミン:BSA)、グロブリン、ミオグロビン、カルボキシメチルセルロースとBSAとの混合ポリマー、ポリビニルピロリドンとBSAとの混合ポリマー、ポリエチレングリコールとBSAとの混合ポリマー等が挙げられる。
また、その変性物としては、前記生体関連高分子の疎水結合、水素結合、イオン結合を破壊する処理を施したもの等が挙げられる。かかる処理としては、例えば、熱処理、加圧処理、pH調整処理、変性剤による処理等が挙げられる。
Examples of such bio-related polymers include albumin (for example, bovine serum albumin: BSA), globulin, myoglobin, a mixed polymer of carboxymethyl cellulose and BSA, a mixed polymer of polyvinyl pyrrolidone and BSA, polyethylene glycol and BSA. And a mixed polymer.
Examples of the modified product include those subjected to treatment for breaking the hydrophobic bond, hydrogen bond, and ionic bond of the biological polymer. Examples of such treatment include heat treatment, pressure treatment, pH adjustment treatment, treatment with a denaturing agent, and the like.
また、マトリクスには、架橋構造が形成されているのが好ましい。これにより、金属貯蔵タンパク質61やメディエータ62を当該マトリクスに強固に保持(担持)することができる。また、金属イオン受容層6の機械的強度の向上にも寄与する。
マトリクスに架橋構造を形成する架橋剤としては、高分子としてペプチドを主成分とするものを用いる場合には、例えば、グルタルアルデヒド、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド、トリニトロメタン等が挙げられ、これらの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
このような金属イオン受容層6は、まず、金属貯蔵タンパク質61、メディエータ62および、必要に応じて、架橋剤を溶媒に溶解して液状材料を調製する。
この溶媒としては、例えば、純水、超純水、イオン交換水、蒸留水、RO水のような各種水、またはこの水に塩類を溶解した各種緩衝液等が挙げられる。
The matrix preferably has a cross-linked structure. Thereby, the metal storage protein 61 and the
As the cross-linking agent that forms a cross-linked structure in the matrix, for example, when a polymer having a peptide as a main component is used, for example, glutaraldehyde, 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide, trinitromethane These can be used, and one or more of these can be used in combination.
For such a metal
Examples of the solvent include various kinds of water such as pure water, ultrapure water, ion exchange water, distilled water, and RO water, or various buffers in which salts are dissolved in this water.
次いで、この液状材料を、作用電極3の上面に接触させた状態で一定時間放置した後、洗浄、乾燥する。これにより、作用電極3の上面に、金属イオン受容層6が得られる。
液状材料を金属イオン受容層6の上面に接触させる方法としては、前記塗布法が好適である。
この場合、液状材料の温度、および雰囲気の温度は、それぞれ、4〜40℃程度であるのが好ましく、10〜25℃程度であるのがより好ましい。
放置時間は、10〜150分間程度であるのが好ましく、30〜100分間程度であるのがより好ましい。
なお、液状材料を金属イオン受容層6の上面に接触させる方法としては、浸漬法、噴霧法を用いることもできる。
Next, this liquid material is allowed to stand for a certain period of time in contact with the upper surface of the working
As the method for bringing the liquid material into contact with the upper surface of the metal
In this case, the temperature of the liquid material and the temperature of the atmosphere are each preferably about 4 to 40 ° C, more preferably about 10 to 25 ° C.
The standing time is preferably about 10 to 150 minutes, and more preferably about 30 to 100 minutes.
In addition, as a method for bringing the liquid material into contact with the upper surface of the metal
また、金属イオン受容層6と作用電極3との間には、金属貯蔵タンパク質61の作用電極3への接触を防止する目的や、金属イオン受容層6と作用電極3との密着性を向上させる目的等として、中間層を設けるようにしてもよい。
前者の目的で設ける中間層としては、例えば、本実施形態の金属イオン受容層6から金属貯蔵タンパク質61を除いた構成の層が挙げられる。
また、後者の目的で設ける中間層としては、例えば、炭素数1〜5のアミノアルカンチオール、ヒドロキシアルカンチオール等のうちの1種または2種以上を組み合わせて構成される層が挙げられる。
Further, between the metal
Examples of the intermediate layer provided for the former purpose include a layer having a configuration in which the metal storage protein 61 is removed from the metal
Moreover, as an intermediate | middle layer provided for the latter objective, the layer comprised combining 1 type (s) or 2 or more types in C1-C5 aminoalkanethiol, hydroxyalkanethiol, etc. is mentioned, for example.
以上のような金属イオンセンサ1は、前述したように、簡便かつ正確に金属イオンの量を測定し得る。特に、金属イオンとしてFe2+の量を測定するものでは、鉄欠乏性貧血や再生不良性貧血等の発生要因と考えられる血中のFe2+の量を経時的にモニタリングを可能がとなる。このため、これらの病状の進行や治療効果をより簡便かつ正確に判定することができるようになる。 The metal ion sensor 1 as described above can easily and accurately measure the amount of metal ions as described above. In particular, in the case of measuring the amount of Fe 2+ as a metal ion, it becomes possible to monitor the amount of Fe 2+ in the blood over time, which is considered to be a cause of iron deficiency anemia, aplastic anemia, and the like. For this reason, it becomes possible to more easily and accurately determine the progress and therapeutic effect of these disease states.
以上、本発明の金属イオンセンサを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明の金属イオンセンサを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。
また、例えば、各層の間には、金属イオンセンサの特性の低下を招かない範囲で、任意の目的(密着性の向上)の層を1層以上設けるようにしてもよい。
As mentioned above, although the metal ion sensor of this invention was demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to these.
For example, each part which comprises the metal ion sensor of this invention can be substituted with the thing of the arbitrary structures which can exhibit the same function.
Further, for example, one or more layers for any purpose (adhesion improvement) may be provided between the layers within a range that does not cause deterioration of the characteristics of the metal ion sensor.
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1.センサの作製
(実施例1)
<1A> まず、ガラス基板を用意し、真空蒸着により、平均厚さ200nmの作用電極を形成した。
Next, specific examples of the present invention will be described.
1. Production of sensor (Example 1)
<1A> First, a glass substrate was prepared, and a working electrode having an average thickness of 200 nm was formed by vacuum deposition.
<2A> 次に、下記化5、化6および化7の3種の化合物を用意し、モル比で2:1:7となるように、無水ジクロロメタンに溶解して、溶液を調製した。なお、この溶液中における化合物の合計濃度を3mMとした。また、この溶液中には、所定量のフェリシアン化カリウムを添加した。
そして、この溶液中に、ガラス基板を20℃で2時間浸漬した。その後、溶液から取り出し、純水で洗浄後、窒素ブローにて乾燥した。これにより、単分子膜を得た。
<2A> Next, the following three compounds of Chemical Formula 5,
And the glass substrate was immersed in this solution at 20 degreeC for 2 hours. Then, it took out from the solution, washed with pure water, and dried by nitrogen blowing. Thereby, a monomolecular film was obtained.
<3A> 次に、フェリチン(金属貯蔵タンパク質)を純水に溶解して、フェリチン含有溶液を調製した。なお、フェリチン含有溶液中におけるフェリチン濃度を10μMとした。
そして、このフェリチン含有溶液を、単分子膜上に滴下して液状被膜を形成し、液状被膜が乾燥しないようにしつつ20℃で1時間放置した。その後、純水で洗浄後、窒素ブローにて乾燥した。これにより、金属貯蔵タンパク質を配設して、金属イオン受容層を得た。
なお、金属イオン受容層において、フェリチンの含有量は、30wt%、フェロセンとフェリシアン化カリウムの合計の含有量は、31wt%であった。
<3A> Next, ferritin (metal storage protein) was dissolved in pure water to prepare a ferritin-containing solution. The ferritin concentration in the ferritin-containing solution was 10 μM.
Then, this ferritin-containing solution was dropped on the monomolecular film to form a liquid film, which was left at 20 ° C. for 1 hour while preventing the liquid film from drying. Then, after washing with pure water, it was dried by nitrogen blowing. Thereby, metal storage protein was arrange | positioned and the metal ion acceptance layer was obtained.
In the metal ion receiving layer, the ferritin content was 30 wt%, and the total content of ferrocene and potassium ferricyanide was 31 wt%.
<4A> 次に、作用電極に対向するように、プラチナ製の対電極を配置するとともに、カーボン製の参照電極を所定の箇所に配置した状態で、エポキシ系接着剤を外周部に供給した後、硬化させることにより、封止部を形成した。これにより、金属イオン受容層と対電極と封止部とで、試料収納空間が画成される。
なお、このとき、封止部には、液体試料を試料収納空間内に供給するための注入口を形成しておいた。
以上のようにして、センサを得た。
<4A> Next, after arranging the counter electrode made of platinum so as to face the working electrode and supplying the epoxy adhesive to the outer peripheral portion with the carbon reference electrode arranged at a predetermined location The sealing portion was formed by curing. Thereby, a sample storage space is defined by the metal ion receiving layer, the counter electrode, and the sealing portion.
At this time, an inlet for supplying the liquid sample into the sample storage space was formed in the sealing portion.
A sensor was obtained as described above.
(実施例2)
<1B> まず、ガラス基板を用意し、真空蒸着により、平均厚さ200nmの作用電極を形成した。
<2B> 次に、アミノエタンチオールを無水ジクロロメタンに溶解して、溶液を調製した。なお、この溶液中におけるアミノエタンチオールの濃度を3mMとした。
そして、この溶液中に、ガラス基板を20℃で2時間浸漬した。その後、溶液から取り出し、純水で洗浄後、窒素ブローにて乾燥した。これにより、単分子膜を得た。
(Example 2)
<1B> First, a glass substrate was prepared, and a working electrode having an average thickness of 200 nm was formed by vacuum deposition.
<2B> Next, aminoethanethiol was dissolved in anhydrous dichloromethane to prepare a solution. The concentration of aminoethanethiol in this solution was 3 mM.
And the glass substrate was immersed in this solution at 20 degreeC for 2 hours. Then, it took out from the solution, washed with pure water, and dried by nitrogen blowing. Thereby, a monomolecular film was obtained.
<3B> 次に、変性ウシ血清アルブミン(BSA)と、グルタルアルデヒドとを、純水に溶解して、溶液を調製した。
そして、この溶液を、単分子膜上に滴下して液状被膜を形成し、液状被膜が乾燥しないようにしつつ20℃で1時間放置した。その後、純水で洗浄後、窒素ブローにて乾燥した。これにより、BSA層を得た。
<3B> Next, denatured bovine serum albumin (BSA) and glutaraldehyde were dissolved in pure water to prepare a solution.
Then, this solution was dropped on the monomolecular film to form a liquid film, which was left at 20 ° C. for 1 hour while preventing the liquid film from drying. Then, after washing with pure water, it was dried by nitrogen blowing. Thereby, a BSA layer was obtained.
<4B> 次に、フェリチン(金属貯蔵タンパク質)と、変性ウシ血清アルブミン(固定物質)と、グルタルアルデヒド(架橋剤)と、フェリシアン化カリウム(メディエータ)とを純水に溶解して、溶液を調製した。
なお、この溶液中におけるフェリチンの濃度、変性ウシ血清アルブミンの濃度、グルタルアルデヒドの濃度、フェリシアン化カリウムの濃度は、それぞれ0.5wt%、2.0wt%、0.5wt%、1.0wt%となるように混合した。
そして、この溶液を、BSA層上に滴下して液状被膜を形成し、液状被膜が乾燥しないようにしつつ20℃で1時間放置した。その後、純水で洗浄後、窒素ブローにて乾燥した。これにより、金属イオン受容層を得た。
<4B> Next, ferritin (metal storage protein), denatured bovine serum albumin (fixed substance), glutaraldehyde (crosslinking agent), and potassium ferricyanide (mediator) were dissolved in pure water to prepare a solution. .
The concentration of ferritin, the concentration of denatured bovine serum albumin, the concentration of glutaraldehyde, and the concentration of potassium ferricyanide in this solution are 0.5 wt%, 2.0 wt%, 0.5 wt%, and 1.0 wt%, respectively. Mixed.
Then, this solution was dropped on the BSA layer to form a liquid film, and left at 20 ° C. for 1 hour while preventing the liquid film from drying. Then, after washing with pure water, it was dried by nitrogen blowing. As a result, a metal ion receiving layer was obtained.
<5B> 次に、作用電極に対向するように、プラチナ製の対電極を配置するとともに、カーボン製の参照電極を所定の箇所に配置した状態で、エポキシ系接着剤を外周部に供給した後、硬化させることにより、封止部を形成した。これにより、金属イオン受容層と対電極と封止部とで、試料収納空間が画成される。
なお、このとき、封止部には、液体試料を試料収納空間内に供給するための注入口を形成しておいた。
以上のようにして、センサを得た。
<5B> Next, after arranging the counter electrode made of platinum so as to face the working electrode and supplying the epoxy adhesive to the outer peripheral portion with the carbon reference electrode arranged at a predetermined location The sealing portion was formed by curing. Thereby, a sample storage space is defined by the metal ion receiving layer, the counter electrode, and the sealing portion.
At this time, an inlet for supplying the liquid sample into the sample storage space was formed in the sealing portion.
A sensor was obtained as described above.
2.評価
各実施例のセンサを複数用いて、それぞれ、既知の濃度のFe2+溶液について、作用電極と参照電極との間の電圧を変化させて、CV測定を行った。
その結果、調製液でCV測定を行った場合に比べ、測定される電流値が大きくなり、また、Fe2+濃度と電流値との間に相関関係があることが確認された。
なお、前述したような方法により、フェリチン内部の鉄イオンを、銅イオン、コバルトイオン、ニッケルイオンに置換したものを調製し、前記実施例と同様にしてセンサを作製し、前記と同様にしてCV測定を行ったところ、内包する金属イオンに対応した金属イオンの量を測定できることが判った。
2. Evaluation Using a plurality of sensors of each Example, CV measurement was performed on the Fe 2+ solution having a known concentration by changing the voltage between the working electrode and the reference electrode.
As a result, it was confirmed that the measured current value was larger than that in the case where CV measurement was performed with the prepared solution, and there was a correlation between the Fe 2+ concentration and the current value.
By the method described above, ferritin-containing iron ions were replaced with copper ions, cobalt ions, and nickel ions, and a sensor was prepared in the same manner as in the above examples. As a result of measurement, it was found that the amount of metal ions corresponding to the metal ions contained therein can be measured.
1‥‥金属イオンセンサ 2‥‥試料収納空間 20‥‥液体試料 3‥‥作用電極 4‥‥対電極 5‥‥参照電極 6‥‥金属イオン受容層 61‥‥金属貯蔵タンパク質 62‥‥メディエータ 8‥‥基板 10‥‥封止部 101‥‥注入口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (11)
前記液体試料を収納する試料収納空間と、
少なくとも一部が前記試料収納空間に露出し、前記測定対象の金属イオンを内部に取り込み得る金属貯蔵タンパク質を含む金属イオン受容層と、
該金属イオン受容層の前記試料収納空間と反対側に設けられた第1の電極と、
少なくとも一部が前記試料収納空間に露出し、前記第1の電極との間に電圧を印加する第2の電極と、
前記金属貯蔵タンパク質内に取り込まれた前記測定対象の金属イオンの価数が第1の価数から第2の価数に変化するのに伴って放出される電子を、前記第1の電極との間に流れる電流値として検出するための第3の電極とを有することを特徴とする金属イオンセンサ。 A metal ion sensor for measuring the amount of metal ions to be measured in a liquid sample,
A sample storage space for storing the liquid sample;
A metal ion receiving layer containing a metal storage protein that is at least partially exposed to the sample storage space and capable of taking in the metal ions to be measured;
A first electrode provided on the opposite side of the metal ion receiving layer from the sample storage space;
A second electrode that is at least partially exposed to the sample storage space and applies a voltage to the first electrode;
Electrons emitted as the valence of the metal ion to be measured incorporated into the metal storage protein changes from the first valence to the second valence, A metal ion sensor comprising: a third electrode for detecting a current value flowing therebetween.
前記金属貯蔵タンパク質は、フェリチンを主成分とするものである請求項2に記載の金属イオンセンサ。 The metal ion to be measured is Fe 2+
The metal ion sensor according to claim 2, wherein the metal storage protein has ferritin as a main component.
Priority Applications (1)
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JP2006049084A JP2007225521A (en) | 2006-02-24 | 2006-02-24 | Metal ion sensor |
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JP2010071846A (en) * | 2008-09-19 | 2010-04-02 | Seiko Epson Corp | Biosensor and method for manufacturing same |
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