JP2007248206A - Quantitative method of functional group on surface of base material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for quantifying the number of functional groups present on the surface of a glass base material optimum to a biochip. <P>SOLUTION: This quantitative method of the functional groups on the surface of the base material is composed of the following processes A-E: a process A: the process for forming a semi-hermetically closed space with an average thickness of 500 μm or below and a micro-volume wherein the area of the base material (11) is 100-10,000 mm<SP>2</SP>on the base material (11), a process B: the process for filling the space with a liquid containing a substance reacting with the functional groups on the base material, a process C: the process for quantitatively reacting the functional groups on the base material with the substance, a process D: the process for recovering the liquid after reaction and a process E: the process for quantifying the substance in the recovered liquid to calculate difference. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は基材表面の官能基の定量方法、より具体的にはバイオチップ基材表面の官能基の定量方法に関する。   The present invention relates to a method for quantifying functional groups on the surface of a substrate, and more specifically to a method for quantifying functional groups on the surface of a biochip substrate.

バイオチップなどに用いるガラス基材表面はその効果を発現するためには、種々の化学修飾を行う必要がある。しかしながら、従来はガラス基材表面の化学修飾によって付加された官能基の定量的な分析は行われてこなかった。これは、そのような測定が非常に困難であることが一つの要因である。さらに、二番目の要因としては、基材表面の化学修飾による基材表面全体の物性の変化が確認できれば、基材表面の分子レベルでの定量的な把握ができていなくても、基材材料の表面特性に関して大きな問題は生じず、バイオチップ用基材材料としては充分であったことが挙げられる。基材表面全体の物性の変化の確認には、例えば、水の接触角や透過率の変化、防汚性能などの評価試験が用いられる(非特許文献1)。   The surface of a glass substrate used for biochips or the like needs to be subjected to various chemical modifications in order to exhibit the effect. However, conventionally, quantitative analysis of functional groups added by chemical modification of the glass substrate surface has not been performed. This is partly because such a measurement is very difficult. Furthermore, as a second factor, if the change in physical properties of the entire substrate surface due to chemical modification of the substrate surface can be confirmed, the substrate material can be obtained even if the molecular level of the substrate surface cannot be grasped quantitatively. There is no major problem with respect to the surface characteristics of the above, and it can be mentioned that it was sufficient as a base material for biochips. For confirmation of the change in physical properties of the entire substrate surface, for example, an evaluation test such as a contact angle of water or a change in transmittance and antifouling performance is used (Non-Patent Document 1).

しかし、近年開発が盛んになっているバイオチップでは、低発現と呼ばれる発現濃度の低い遺伝子まで網羅的、定量的に測定できることが求められており(特許文献1)、そのための基材材料としては、基材材料表面に存在する官能基数を定量的に把握することが重要である。しかし、基材表面の物理化学的物性とバイオチップとしての性能を直接的に比較することは極めて困難であった。   However, biochips that have been actively developed in recent years are required to be able to comprehensively and quantitatively measure genes with low expression concentrations called low expression (Patent Document 1). It is important to quantitatively grasp the number of functional groups present on the surface of the base material. However, it has been extremely difficult to directly compare the physicochemical properties of the substrate surface with the performance as a biochip.

そこでガラス基材表面の官能基量を測定することによりバイオチップの性能との相関を得ようとして種々の試みがなされていた。しかし、従来はガラス基材表面の官能基量を定性的に測定することしかできず、したがって、バイオチップなどに最適なガラス基材の官能基量を正確に制御することは行われていなかった。表面の官能基量の定性的な分析手法としては、FT−IR、ESCA、蛍光イメージ走査法などが用いられていたが、これらの手法では定性的に官能基量の多寡はわかるものの、定量的な官能基量の把握は困難であった。   Therefore, various attempts have been made to obtain a correlation with the performance of the biochip by measuring the functional group amount on the surface of the glass substrate. However, conventionally, it was only possible to qualitatively measure the amount of functional groups on the surface of the glass substrate, and therefore, it was not possible to accurately control the amount of functional groups on the glass substrate optimal for biochips and the like. . FT-IR, ESCA, fluorescence image scanning, etc. were used as qualitative analysis methods for the amount of functional groups on the surface. Although these methods can qualitatively determine the amount of functional groups, they are quantitative. It was difficult to grasp the amount of functional groups.

特開2006−29953号公報JP 2006-29953 A 技術情報協会「“ぬれ性”と制御 〜表面改質・界面の制御,評価,接触角〜」2000年1月発刊第3章「ぬれの測定と接触角」Technical Information Association "" Wettability "and Control-Surface Modification / Interface Control, Evaluation, Contact Angle-" January 2000, Chapter 3 "Measurement and Contact Angle of Wetness"

本発明の課題は、従来技術では困難であった基材表面の官能基を少量の液量であっても、定量的に評価することが可能な手法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a technique capable of quantitatively evaluating a functional group on a substrate surface, which has been difficult with the prior art, even with a small amount of liquid.

本発明は下記工程A〜Eを含むことを特徴とする基材表面の官能基の定量方法を提供する。
工程A:基材上に平均厚さが500μm以下で、該基材の面積が100平方mm〜10000平方mmである微量容積の半密閉の空間を形成する工程。
工程B:上記空間に上記基材上の官能基と反応する物質を含む液体を満たす工程。
工程C:上記基材上の官能基と上記物質を定量的に反応させる工程。
工程D:上記反応後の液体を回収する工程。
工程E:回収した上記液体中の上記物質を定量し、差分を求める工程。
The present invention provides a method for quantifying a functional group on a substrate surface, which comprises the following steps A to E.
Step A: A step of forming a semi-enclosed space of a minute volume having an average thickness of 500 μm or less on the substrate and an area of the substrate of 100 square mm to 10,000 square mm.
Step B: A step of filling the space with a liquid containing a substance that reacts with the functional group on the substrate.
Step C: a step of quantitatively reacting the functional group on the substrate with the substance.
Step D: A step of recovering the liquid after the reaction.
Step E: A step of quantifying the substance in the recovered liquid and obtaining a difference.

さらに、本発明は検出すべき官能基がアミノ基である上記の基材表面の官能基の定量方法、アミノ基と反応する物質がイソチオシアネート基およびフェニル基を含む物質である定量方法、イソチオシアネート基およびフェニル基を含む物質がフェニレンイソチオシアネートである基材表面の官能基の定量方法、アミノ基と反応する物質の検出方法は高速液体クロマトグラフィーを用いることを特徴とする基材表面の官能基の定量方法、さらに上記液体中の溶媒がジメチルホルムアルデヒドまたはN−メチルピロリドンである基材表面の官能基の定量方法および上記液体中に不揮発性の3級アミンをさらに含む基材表面の官能基の定量方法、また、内部標準物質として、アミノ基と反応せず、高速液体クロマトグラフィーで定量できる基材表面の官能基の定量方法、その場合の内部標準物質がジメチルアニリンである基材表面の官能基の定量方法、定量すべき基材がアミノシランで表面処理された基材である基材表面の定量方法および基材がバイオチップ基板であり、定量すべき基材がアミノシランで表面処理された基材である基材表面の定量方法も提供する。   Furthermore, the present invention relates to a method for quantifying the functional group on the surface of the substrate, wherein the functional group to be detected is an amino group, a quantification method in which the substance that reacts with the amino group is a substance containing an isothiocyanate group and a phenyl group, and an isothiocyanate. The functional group on the substrate surface is characterized in that high-performance liquid chromatography is used for the method for quantifying the functional group on the surface of the substrate, wherein the substance containing a group and a phenyl group is phenylene isothiocyanate, and the method for detecting the substance that reacts with an amino group And a method for quantifying the functional group on the substrate surface, wherein the solvent in the liquid is dimethylformaldehyde or N-methylpyrrolidone, and the functional group on the substrate surface further containing a non-volatile tertiary amine in the liquid. Substrate surface that does not react with amino groups and can be quantified by high-performance liquid chromatography as an internal standard. Quantitative method of functional group, quantification method of functional group on substrate surface whose internal standard substance is dimethylaniline, quantification method of substrate surface whose substrate to be quantified is a substrate surface-treated with aminosilane, and There is also provided a method for quantifying the surface of a substrate, wherein the substrate is a biochip substrate, and the substrate to be quantified is a substrate surface-treated with aminosilane.

本発明の基材表面の官能基の定量方法を用いれば、基材表面の官能基を定量的に測定することが可能となり、バイオチップなどに用いられるガラス基材として最適な官能基量の基材を提供することが可能となる。   By using the method for quantifying functional groups on the substrate surface of the present invention, it is possible to quantitatively measure the functional groups on the substrate surface, and the group having an optimal functional group amount as a glass substrate used for biochips and the like. It becomes possible to provide the material.

工程Aにおける基材上に平均厚さが500μm以下で、該基材の面積が100〜10000平方mmである微量容積の空間を形成する工程では、厚さは500μm以下であればよいが、より厚さが薄いほど、工程Bにおける基材上の官能基と反応する物質と、基材上の官能基とが、拡散距離以内に接近する機会が増えることで、工程Cにおける定量的な反応を促進することが出来、また空間の容積が減ることで、工程Bにおける基材上の官能基と反応する物質を含む液体の濃度を濃く出来、工程Eにおいて定量するまでの、吸着などによる誤差を少なくすることが出来るためよいので、100μm以下が好適である。さらに50μm以下がより好適である。微量容積の空間の厚さが5μm未満になると、工程Dにおける液体の回収が困難になるため、また、高速液体クロマトグラフィー(以下HPLC)のサンプリングも困難になるため、厚さは5μm以上が好適である。さらに10μm以上がより好適である。 In the step of forming a minute volume space in which the average thickness is 500 μm or less on the substrate in step A and the area of the substrate is 100 to 10,000 square mm 2 , the thickness may be 500 μm or less. The thinner the thickness, the more the opportunity for the substance that reacts with the functional group on the base material in Step B and the functional group on the base material to approach within the diffusion distance. By reducing the volume of the space, the concentration of the liquid containing the substance that reacts with the functional group on the base material in the process B can be increased, and an error due to adsorption or the like until it is quantified in the process E Is preferably 100 μm or less. Furthermore, 50 μm or less is more preferable. If the thickness of the space with a very small volume is less than 5 μm, it becomes difficult to recover the liquid in Step D, and sampling of high performance liquid chromatography (hereinafter referred to as HPLC) is also difficult. Therefore, the thickness is preferably 5 μm or more. It is. Furthermore, 10 μm or more is more preferable.

上記微量容積の空間は上記空間に官能基と反応する液体を満たした場合に、官能基の反応時間中は液体を保持し、液体が揮散しないような空間であればよい。このような空間は、例えば、図1に示すようにスライドガラスなどの基材上に平均厚みが500μm以下の凸部が両縁に形成されているカバーガラスを基材上に重ねることによって得ることが可能である。   The space of the minute volume may be a space that holds the liquid during the reaction time of the functional group and does not volatilize the liquid when the space is filled with the liquid that reacts with the functional group. Such a space is obtained by, for example, stacking a cover glass having convex portions having an average thickness of 500 μm or less on both edges on a base material such as a slide glass as shown in FIG. Is possible.

工程Bにおける上記空間に上記基材上の官能基と反応する物質(以下官能基反応性物質)を含む液体を満たす工程はどのような方法を用いてもよいが、スポイトやシリンジなど通常の手段を用いて行ってもよい。   Any method may be used for filling the space containing a substance that reacts with the functional group on the base material (hereinafter referred to as a functional group-reactive substance) into the space in Step B. However, a normal means such as a syringe or a syringe may be used. May be used.

工程Cにおいては、上記基材上の官能基と官能基反応性物質を定量的に反応させる工程であるので、上記基材上の官能基と官能基反応性物質が充分に反応することが必要となるので、反応が充分進むための時間が工程Dの回収前に必要となる。この時間は上記基材上の官能基と上記官能基反応性物質に依存する。   In Step C, since the functional group on the base material and the functional group reactive substance are quantitatively reacted, it is necessary that the functional group on the base material and the functional group reactive substance sufficiently react with each other. Therefore, the time required for the reaction to proceed sufficiently is required before the recovery of step D. This time depends on the functional group on the substrate and the functional group reactive substance.

工程Dの上記反応後の液体を回収する工程では、微量容積の液体を工程Eで回収した上記液体中の官能基反応性物質を定量し、差分を求められる程度の量が回収されればよい。回収の方法は種々存在するが、簡便には、上記微量容積の空間が基材とカバーガラスで構成されている場合には、カバーガラスを開きシリンジなどで回収することが可能ある。回収する量は下記の工程Eで上記液体中の上記官能基反応性物質を定量し、差分を求める工程で、差分を求められるような装置で検出できる量であればよい。   In the step of recovering the liquid after the reaction in the step D, the functional group-reactive substance in the liquid obtained by recovering a small volume of the liquid in the step E is quantified, and an amount enough to obtain the difference may be recovered. . There are various methods of recovery, but for convenience, when the space of the minute volume is composed of a base material and a cover glass, it is possible to open the cover glass and recover with a syringe or the like. The amount to be recovered may be an amount that can be detected by an apparatus that can determine the difference in the step of quantifying the functional group reactive substance in the liquid in the following step E and determining the difference.

工程Eで回収した上記液体中の上記物質を定量し、反応前の反応性物質の定量結果との差分を求める工程では、差分を求められるような装置であればよく、HPLCやガスクロマトグラフィー(以下GC)などが使用可能である。   In the step of quantifying the substance in the liquid recovered in the step E and obtaining the difference from the quantification result of the reactive substance before the reaction, any apparatus capable of obtaining the difference may be used, such as HPLC or gas chromatography ( GC) etc. can be used.

上記基材の検出すべき官能基は、特に特定の官能基である必要はないが、バイオチップでは、基材表面にDNAや蛋白質を固定化しやすいため、また、より強固にDNAや蛋白質を固定化するための官能基を基材表面に構築するための反応点として用いられることも多いため、上記官能基にはアミノ基が好ましく使用できる。   The functional group to be detected of the base material does not need to be a specific functional group. However, in the biochip, DNA and protein are easily immobilized on the surface of the base material, and DNA and protein are more firmly fixed. In many cases, an amino group can be preferably used as the functional group because it is often used as a reaction point for constructing a functional group for conversion into a substrate surface.

上記官能基がアミノ基である場合には、アミノ基と反応する物質は少なくともアミノ基と特異的に反応することが知られている官能基、およびHPLCなどの光学検出による試験装置で検出が可能なように、フェニル基などの光(紫外線)吸収特性もしくは蛍光特性をもつ部位を含む物質(以下アミノ基反応物質)を用いるのが好ましい。具体的には、ニトロアリールハライド基を持つNBD−FやNBD−Cl、酸クロリド基を持つDMEQ−COClやSulforhodamine101AcidChloride、スクシイミド部位を持つ5−FAMや6−TAMRA、イソチオシアネート基を持つフルオレセインイソチオシアネートやフェニレンイソチオシアネート、その他、オルトフタルアルデヒドとN−アセチルシステインとの組み合わせや、ニンヒドリンなどが使用できるが、上記物質に限定されるものではない。   When the functional group is an amino group, the substance that reacts with the amino group can be detected with at least a functional group that is known to react specifically with the amino group, and a test device using optical detection such as HPLC. Thus, it is preferable to use a substance (hereinafter referred to as an amino group reactive substance) containing a site having light (ultraviolet ray) absorption characteristics or fluorescence characteristics such as a phenyl group. Specifically, NBD-F and NBD-Cl having a nitroaryl halide group, DMEQ-COCl and Sulforhodamine 101 Acid Chloride having an acid chloride group, 5-FAM and 6-TAMRA having a succinimide moiety, and fluorescein isothiocyanate having an isothiocyanate group In addition, phenylene isothiocyanate, other combinations of orthophthalaldehyde and N-acetylcysteine, ninhydrin, and the like can be used, but are not limited to the above substances.

その中でも特にフェニレンイソチオシアネート(以下PITC)を用いることが、アミノ基と特異的に反応する官能基と、紫外線を吸収するベンゼン環との、最小限の構成であるために、アミノ基が高密度で機材表面に存在している場合でも、アミノ基反応物質自身の体積によって、本発明による定量結果が飽和してしまうのを避けられるし、PITCはアミノ酸のラベル化や蛋白質分析において特性がよく知られていて、類似の分野で実績がある、などの点から好適である。この場合には、上記工程Cにおける反応が進むための時間は1〜8時間程度が必要となる。基板上のアミノ基とPITCとが完全に反応するには、室温で4時間ないし8時間を要するが、反応時間が過大に延長されると、PITCの自己分解やDMFの揮発などの誤差因子が拡大するため、実用的にはアミノ基とPITC反応が充分に進行し、かつ、測定上の定量性を向上させるには3時間程度の反応時間が好適である。   Among them, the use of phenylene isothiocyanate (hereinafter referred to as PITC) is a minimum configuration of a functional group that specifically reacts with an amino group and a benzene ring that absorbs ultraviolet rays. Even if it is present on the surface of the equipment, the volume of the amino group reactant itself can avoid saturating the quantitative results according to the present invention, and PITC is well known for its properties in amino acid labeling and protein analysis. It is preferable in that it has a track record in similar fields. In this case, it takes about 1 to 8 hours for the reaction in Step C to proceed. It takes 4 to 8 hours at room temperature for the amino group on the substrate to completely react with PITC, but if the reaction time is excessively extended, error factors such as PITC autolysis and DMF volatilization may occur. In order to expand, practically, the amino group and PITC reaction proceed sufficiently, and a reaction time of about 3 hours is suitable for improving the quantitativeness in measurement.

アミノ基と反応する物質の検出方法は、微量サンプルの測定の簡便さと、各化合物を分離し、定量することが可能であればよいので、GCやHPLCを用いていることが可能である。検出感度の点ではGCが優れているが、HPLCを用いるほうが、定量性の点で実績があり、波長254nmにおける光吸収を検出することで、より特異的にPITCを定量することができる。   As a method for detecting a substance that reacts with an amino group, GC or HPLC can be used because it is only necessary to measure a small amount of sample and to be able to separate and quantify each compound. Although GC is superior in terms of detection sensitivity, the use of HPLC has a track record in terms of quantification, and PITC can be quantified more specifically by detecting light absorption at a wavelength of 254 nm.

上記液体中の溶媒は、アミノ基反応物質を均一に溶解し、かつアミノ基およびアミノ基反応物質との相互作用が少ないような溶媒であればよい。具体的には、ジメチルスルフォオキシド、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、ジメチルホルムアルデヒド、またはN−メチルピロリドンなどが使用できるが、これらに限定されるものではない。その中でもジメチルホルムアルデヒドまたはN−メチルピロリドンが、揮発性が低いため上記工程BおよびDにおける正確な操作が容易であり、アミノ基反応物質の溶解性が高く、機材表面に対する濡れ性が適度であり、さらに、特にPITCをアミノ基反応物質として用いる場合には、PITCの機材表面のアミノ基との結合以外による分解を最小限に抑える目的で、無水グレードの溶媒が入手しやすいこと、などから好適に用いられる。   The solvent in the liquid may be any solvent that uniformly dissolves the amino group reactant and has little interaction with the amino group and the amino group reactant. Specifically, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, tetrahydrofuran, methanol, ethanol, dimethylformaldehyde, N-methylpyrrolidone, or the like can be used, but is not limited thereto. Among them, dimethylformaldehyde or N-methylpyrrolidone is low in volatility, so that an accurate operation in the above steps B and D is easy, the solubility of the amino group reactant is high, and the wettability with respect to the equipment surface is appropriate. Furthermore, especially when PITC is used as an amino group reactant, it is preferable because anhydrous grade solvents are readily available for the purpose of minimizing decomposition other than bonding with amino groups on the surface of PITC equipment. Used.

さらに、上記液体中に3級アミンをさらに含ませることも可能である。上記液体中に3級アミンをさらに含ませると、アミノ基反応物質のアミノ基との反応性を向上させることが期待される。   Furthermore, it is possible to further include a tertiary amine in the liquid. When a tertiary amine is further contained in the liquid, it is expected to improve the reactivity with the amino group of the amino group reactant.

さらに3級アミンの置換基がアルキル基である場合は、光吸収が少ないため、上記工程EにおけるHPLC分析において分析を妨げにくい。このような物質としては、例えばトリエチルアミンなどが好適に使用できる。その使用量としては上記溶液中にフェニレンイソチオシアネートを用いた場合には、上記溶液中の0.01〜1体積%が好ましい。0.01体積%以下ではその効果が見られず、1体積%超の使用ではPITCの自己分解を促進する問題が生じるので、1体積%以下の使用が望ましい。   Further, when the substituent of the tertiary amine is an alkyl group, the light absorption is small, so that it is difficult to hinder the analysis in the HPLC analysis in the above step E. As such a substance, for example, triethylamine can be preferably used. The amount used is preferably 0.01 to 1% by volume in the solution when phenylene isothiocyanate is used in the solution. The effect is not seen at 0.01% by volume or less, and the use of more than 1% by volume causes a problem of promoting the self-decomposition of PITC.

定量すべき基材の検出すべき官能基がアミノ基である場合は、アミノ基を有するシランカップリング剤(アミノシラン)で表面処理された基材を用いることが望ましい。使用可能なアミノシランとしては、有機性官能基をR、無機材料と反応する加水分解性基をXとすると、RSiX化学構造を有するもので、有機性官能基Rの末端のうち少なくとも一つがアミノ基であり、Xは塩素とアルコキシ基などが好ましく挙げられる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、などが例示される。 When the functional group to be detected of the substrate to be quantified is an amino group, it is desirable to use the substrate surface-treated with a silane coupling agent (aminosilane) having an amino group. As the usable aminosilane, R has an organic functional group and X represents a hydrolyzable group that reacts with an inorganic material, and has an RSiX 3 chemical structure. At least one of the ends of the organic functional group R is amino. X is preferably a chlorine, alkoxy group or the like. Examples of the alkoxy group include methoxy group, ethoxy group, propoxy group, butoxy group, pentyloxy group, hexyloxy group, and the like.

アミノシランの例としては、N−(2−アミノエチル)−3アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシランなどがあげられるがこれらに限定されるものではない。中でも特に3−アミノプロピルトリメトキシシランが、構造がシンプルで、取り扱いが容易なため、好適に用いられる。   Examples of aminosilanes include, but are not limited to, N- (2-aminoethyl) -3aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, and 3-aminopropyltrimethoxysilane. . Among these, 3-aminopropyltrimethoxysilane is particularly preferable because it has a simple structure and is easy to handle.

基材に用いるガラスは、シランカップリング剤を表面に結合させられるものであればどのような種類のガラスでも使用可能である。入手の容易さの点と、バイオチップ用途における実績の点で、合成石英、ホウ珪酸ガラス、ソーダライムガラスのようなガラスが好ましいが、金属または金属酸化物あるいは金属窒化物からなる、または、これらをスパッタや蒸着などにより表面にコーティングさせた、基材であってもよい。本基材は本発明の定量方法により、表面のアミノ基などの官能基量が定量されているので、バイオチップの用途に応じた品質の高いバイオチップ基板を作製することが可能となる。   As the glass used for the substrate, any kind of glass can be used as long as the silane coupling agent can be bonded to the surface. Glasses such as synthetic quartz, borosilicate glass, and soda lime glass are preferable in terms of availability and achievements in biochip applications, but they are made of metal, metal oxide, or metal nitride, or these May be a substrate whose surface is coated by sputtering or vapor deposition. Since the amount of functional groups such as amino groups on the surface of the substrate is quantified by the quantification method of the present invention, it is possible to produce a high-quality biochip substrate according to the use of the biochip.

また、本発明の液体中には内部標準物質としては、アミノ基と反応せず、基材表面への吸着が少なく、高速液体クロマトグラフィーで定量できる物質を含有していてもよい。内部標準物質が上記液体中に含有すると、基材上のアミノ基の定量性を向上させることが可能となる場合もあるからである。内部標準物質としては、例えば、トルエン、ピリジン、アセトアミノフェン、N−フェニルアセトアミン、ジメチルアニリンなどの物質を用いることが可能であるが、これらに限定されるものではない。   Further, the liquid of the present invention may contain a substance that does not react with an amino group, has little adsorption to the substrate surface, and can be quantified by high performance liquid chromatography as an internal standard substance. This is because when the internal standard substance is contained in the liquid, it may be possible to improve the quantitativeness of the amino group on the substrate. As the internal standard substance, for example, substances such as toluene, pyridine, acetaminophen, N-phenylacetamine, dimethylaniline can be used, but are not limited thereto.

25mm×76mm×厚さ1mmのソーダライムガラス基板を10%NaCl水溶液中で10分間超音波処理し、純水で3回リンスし、サンプル0を得た。さらにこの基板を、3−アミノプロピルトリメトキシシラン(以下アミノシラン)1%(v/v)のHO:MeOH=1:1溶液に浸漬し、室温で一晩置いた。その後MeOHで3回リンスした後乾燥させ、120℃のオーブンで2時間焼成し、サンプル1を得た。 A soda-lime glass substrate having a size of 25 mm × 76 mm × thickness 1 mm was sonicated in a 10% NaCl aqueous solution for 10 minutes and rinsed three times with pure water to obtain Sample 0. Further, this substrate was immersed in a solution of 3-aminopropyltrimethoxysilane (hereinafter referred to as aminosilane) 1% (v / v) in H 2 O: MeOH = 1: 1 and left overnight at room temperature. Thereafter, the sample was rinsed three times with MeOH, dried, and baked in an oven at 120 ° C. for 2 hours to obtain Sample 1.

25mm×76mm×厚さ1mmの合成石英ガラス基板を1%塩酸中で10分間超音波処理し、純水で3回リンスした。この基板を、3−アミノプロピルトリメトキシシランの1%(v/v)MeOH/H2O溶液に浸漬し、室温で一晩置いた。その後MeOHで3回リンスした後乾燥させ、120℃のオーブンで2時間焼成し、サンプル2を得た。   A synthetic quartz glass substrate having a size of 25 mm × 76 mm × thickness 1 mm was sonicated in 1% hydrochloric acid for 10 minutes and rinsed three times with pure water. The substrate was immersed in a 1% (v / v) MeOH / H 2 O solution of 3-aminopropyltrimethoxysilane and left overnight at room temperature. Thereafter, it was rinsed three times with MeOH, dried, and baked in an oven at 120 ° C. for 2 hours to obtain Sample 2.

このサンプルの測定に用いる高速液体クロマトグラフ装置(以下HPLC)を次の条件で準備した。(1)検出波長:254nm、(2)カラム:Imtakt社製CadenzaCD−C18、(3)流速:1.0mL/min、(4)溶媒:HO:アセトニトリル=4:6。これらの条件のもとで0.1%トリエチルアミン(v/v)を含むジメチルホルムアミド溶液(以下DMF溶液)を用意し、PITCをDMF溶液で125000倍希釈し、テスト液1を得た。このテスト液1の100μLには、およそ6.75×10−9mol(以下テスト液濃度とする)のPITCが含まれていることになる。 A high performance liquid chromatograph (hereinafter referred to as HPLC) used for measurement of this sample was prepared under the following conditions. (1) Detection wavelength: 254 nm, (2) Column: Cadenza CD-C18 manufactured by Imtakt, (3) Flow rate: 1.0 mL / min, (4) Solvent: H 2 O: Acetonitrile = 4: 6. Under these conditions, a dimethylformamide solution containing 0.1% triethylamine (v / v) (hereinafter referred to as DMF solution) was prepared, and PITC was diluted 125,000 times with DMF solution to obtain Test Solution 1. 100 μL of the test solution 1 contains approximately 6.75 × 10 −9 mol (hereinafter referred to as test solution concentration) of PITC.

サンプル0、1および2(以下各サンプル)の上に、面積が10平方cmのカバーガラスで厚さ20μmのスペーサを持つ松浪硝子社製「ギャップカバーガラス(商品名)」を置き、各サンプルとカバーガラスとの間に挟まれる空間1の体積が20μLになるようにした。この空間1に20μLのテスト液1を、20μL用のマイクロピペットを用い、カバーガラスの平面の端部にピペットチップの先端を接触させながら毛管現象を利用してゆっくりと満たし(以下満たした容積を投入容積とする)、この時を時間0とし、各サンプルとカバーガラスとからなる全体を、それぞれ個別にポリプロピレン製の密閉容器に入れた。   “Gap cover glass (trade name)” made by Matsunami Glass Co., Ltd., having a cover glass with an area of 10 square cm and a spacer having a thickness of 20 μm is placed on samples 0, 1 and 2 (hereinafter referred to as each sample). The volume of the space 1 sandwiched between the cover glass was set to 20 μL. Fill the space 1 with 20 μL of the test solution 1 slowly using capillary action while using the micropipette for 20 μL and bringing the tip of the pipette tip into contact with the flat end of the cover glass (hereinafter referred to as the filled volume). This time was set to time 0, and the whole of each sample and the cover glass was individually put into a sealed container made of polypropylene.

テスト液1は、調製後自然放置によってもPITCが分解していくため、これに起因する誤差を以下の手順によって差し引くことで、定量精度を確保する。すなわち、テスト液1の一部は調製後速やかに、空間1と同体積(20μL)ずつ、HPLC用サンプル瓶4〜5本に小分けし(以下無操作テスト液)、できるだけ速やかにHPLC分析する。また、後述する各サンプルの空間1から回収するテスト液の直前あるいは直後、もしくは直前直後などの、時間0から適当な時間(1時間、2時間など)が経過したときにも、HPLC分析する。すべてのHPLC分析が終了後、無操作テスト液のPITCピークエリアを、時間0からのHPLC分析時間までの経過時間を横軸に取り指数関数で近似し予測曲線とする。各サンプルのPITCピークエリアについては、予測曲線上の、各サンプルの分析時刻(時間0からの経過時間)における予想エリアとの差を算出し、この差を予想エリアで除した数を、各サンプルの表面においてアミノシランのアミノ基とPITCとが反応した正味量(以下正味減少率)とした。   Since the test liquid 1 is decomposed by natural standing after preparation, PITC is decomposed, so that the error due to this is subtracted by the following procedure to ensure quantitative accuracy. That is, a part of the test liquid 1 is quickly divided into 4 to 5 HPLC sample bottles (hereinafter referred to as “no-operation test liquid”) by the same volume (20 μL) as the space 1 after preparation, and subjected to HPLC analysis as quickly as possible. Further, HPLC analysis is also performed when an appropriate time (1 hour, 2 hours, etc.) has elapsed from time 0, such as immediately before, immediately after, or immediately before or after a test solution collected from the space 1 of each sample described later. After the completion of all the HPLC analyses, the PITC peak area of the non-operating test solution is approximated by an exponential function with the elapsed time from the time 0 to the HPLC analysis time taken as a predicted curve. For the PITC peak area of each sample, the difference from the expected area at the analysis time (elapsed time from time 0) of each sample on the prediction curve is calculated, and the number obtained by dividing this difference by the predicted area is calculated for each sample. The net amount by which the amino group of aminosilane and PITC reacted on the surface (hereinafter referred to as net reduction rate).

時間0から3時間が経過したとき、各サンプルの空間1からそれぞれテスト液1を次の方法で回収した。すなわち、カバーガラスの一辺にピンセットを当てて持ち上げ、持ち上げた辺と反対側の辺がガラス基板に接触したままの状態にすると、空間1中にあったテスト液1は、表面張力により、ガラス基板とカバーガラスとが接触している辺の周囲に集まるので、ここに20μL用のマイクロピペットの先端を当て慎重に吸いとった。吸いとったテスト液1をHPLC用サンプル瓶に移し、HPLC分析してPITCのピークエリアを求め、上記の計算方法により正味減少率を評価した。さらに、次の計算によって、ガラス基板の表面積を、アミノシランがどれだけ覆っているか(以下アミノ基密度)を評価した。すなわち、アミノシランの分子模型から、アミノシランのアルキル鎖部位がガラス基板表面の平面に対して垂直に存在していると仮定し、それをガラス基板表面の平面に垂直な上方から見た場合の、最も広い幅を0.5nmと見なし、これを1辺とする正方形の面積を、本定量法における、アミノシラン1分子がガラス基板表面を被覆する面積、と定義した。左記の状態を仮定した正方形が単層を成して理論密度で10cmのガラス基板表面に敷き詰められた場合、正方形の数は6.64×10−9molと推定された。 When 3 hours passed from time 0, test solution 1 was collected from space 1 of each sample by the following method. That is, when tweezers are applied to one side of the cover glass and lifted, and the side opposite to the lifted side remains in contact with the glass substrate, the test liquid 1 in the space 1 is transferred to the glass substrate by surface tension. As a result, the tip of a micropipette for 20 μL was applied and carefully sucked. The sucked test liquid 1 was transferred to an HPLC sample bottle and subjected to HPLC analysis to obtain the peak area of PITC, and the net reduction rate was evaluated by the above calculation method. Further, by the following calculation, how much aminosilane covers the surface area of the glass substrate (hereinafter referred to as amino group density) was evaluated. That is, from the molecular model of aminosilane, it is assumed that the alkyl chain site of aminosilane exists perpendicular to the plane of the glass substrate surface, and it is the most when viewed from above perpendicular to the plane of the glass substrate surface. The area of a square having a wide width of 0.5 nm and having this as one side was defined as the area where one aminosilane molecule covers the glass substrate surface in this quantitative method. When squares assuming the state described on the left were formed on a glass substrate surface having a theoretical density of 10 cm 2 in a single layer, the number of squares was estimated to be 6.64 × 10 −9 mol.

式:アミノ基密度=テスト液濃度×投入容積×正味減少率/細密アミノ基密度、によって、各サンプルのアミノ基密度を求めた。その結果を表1に示す。サンプル0においてもアミノ基密度が1.99%を示しており、アミノ基が存在しないはずの基材でも定量操作によりこのように減少する。しかしアミノシランで処理したサンプル1およびサンプル2では、サンプル0と比較して明らかに有意にアミノ基密度が示されていることから、本反応法および器具により、ガラス基板上にコーティングされた化学的に有効であったアミノ基に対してPITCを反応させることが出来たといえる。   The amino group density of each sample was determined by the formula: amino group density = test solution concentration × input volume × net decrease rate / fine amino group density. The results are shown in Table 1. In sample 0, the amino group density is 1.99%, and even the base material that should not have amino groups is reduced in this manner by the quantitative operation. However, sample 1 and sample 2 treated with aminosilane clearly show significantly greater amino group density compared to sample 0, so that this reaction method and instrumentation allowed the chemically coated glass substrate to be chemically treated. It can be said that PITC could be reacted with an amino group that was effective.

サンプル アミノ基密度(mol/10cm) アミノ基密度(%)
サンプル0 1.32×10−10 1.99
サンプル1 6.63×10−10 9.98
サンプル2 9.78×10−10 14.7
Sample Amino group density (mol / 10 cm 2 ) Amino group density (%)
Sample 0 1.32 × 10 −10 1.99
Sample 1 6.63 × 10 −10 9.98
Sample 2 9.78 × 10 −10 14.7

本発明の基材材料表面の官能基の定量方法を用いれば、バイオチップなどに必要な官能基量が定量できるため、高品質な基材を提供できる。   If the method for quantifying functional groups on the surface of a substrate material of the present invention is used, the amount of functional groups required for a biochip or the like can be quantified, so that a high-quality substrate can be provided.

本発明での空間の形成方法の一例を示す図The figure which shows an example of the formation method of the space in this invention

符号の説明Explanation of symbols

11:スライドガラス
12:ギャップカバーガラス
13:ギャップカバーガラスに付属のスペーサー
11: Slide glass 12: Gap cover glass 13: Spacer attached to the gap cover glass

Claims (9)

下記工程A〜Eを含むことを特徴とする基材表面の官能基の定量方法。
工程A:基材上に平均厚さが500μm以下で、該基材の面積が100〜10000mmである微量容積の空間を形成する工程。
工程B:上記空間に上記基材上の官能基と反応する官能基反応性物質を含む液体を満たす工程。
工程C:上記基材上の官能基と上記官能基反応性物質を定量的に反応させる工程。
工程D:上記反応後の液体を回収する工程。
工程E:回収した上記液体中の上記反応性物質を定量し、差分を求める工程。
A method for quantifying a functional group on a substrate surface, comprising the following steps A to E.
Process A: The process of forming the space of the trace volume whose average thickness is 500 micrometers or less on a base material, and the area of this base material is 100-10000 mm < 2 >.
Step B: Filling the space with a liquid containing a functional group-reactive substance that reacts with a functional group on the substrate.
Step C: a step of quantitatively reacting the functional group on the substrate with the functional group-reactive substance.
Step D: A step of recovering the liquid after the reaction.
Step E: A step of quantifying the reactive substance in the recovered liquid and obtaining a difference.
検出すべき官能基がアミノ基である請求項1記載の定量方法。   The method according to claim 1, wherein the functional group to be detected is an amino group. アミノ基と反応する物質がイソチオシアネート基およびフェニル基を含む請求項2記載の定量方法。   The method according to claim 2, wherein the substance that reacts with an amino group contains an isothiocyanate group and a phenyl group. イソチオシアネート基およびフェニル基を含む物質がフェニレンイソチオシアネートである請求項3記載の定量方法。   The method according to claim 3, wherein the substance containing an isothiocyanate group and a phenyl group is phenylene isothiocyanate. アミノ基と反応する物質の検出方法は高速液体クロマトグラフィーを用いることを特徴とする請求項3および4記載の定量方法。   5. The method according to claim 3, wherein high-performance liquid chromatography is used as a method for detecting a substance that reacts with an amino group. 上記液体中の溶媒がジメチルホルムアルデヒドまたはN−メチルピロリドンである請求項2〜5のいずれかに記載の定量方法。   6. The method according to claim 2, wherein the solvent in the liquid is dimethylformaldehyde or N-methylpyrrolidone. 上記液体中に3級アミンをさらに含む請求項2〜6のいずれかに記載の定量方法。   The quantification method according to claim 2, further comprising a tertiary amine in the liquid. 定量すべき基材がアミノシランで表面処理された基材である請求項2〜7のいずれかに記載の定量方法。   The quantification method according to any one of claims 2 to 7, wherein the substrate to be quantified is a substrate surface-treated with aminosilane. 基材がバイオチップ基板である請求項8記載の定量方法。
The quantitative determination method according to claim 8, wherein the base material is a biochip substrate.
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