JP2008164348A

JP2008164348A - 検査キット、検査キットの製造方法、及び検査方法

Info

Publication number: JP2008164348A
Application number: JP2006351896A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Haruta; 洋孝春田; Maki Tejima; 真希手島; Takao Okada; 孝夫岡田
Original assignee: RES INST OF BIOMOLECULE METROL; Research Institute of Biomolecule Metrology Co Ltd
Current assignee: RES INST OF BIOMOLECULE METROL; Research Institute of Biomolecule Metrology Co Ltd
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: JP4828399B2

Abstract

【課題】微小なビーズを利用して化学反応を検査できる検査キットを提供する。
【解決手段】流路11が設けられた基板10、基板10の流路11に配置され、溶液を通過させる複数の導水部31a〜31hが設けられたフィルタ131、流路11においてフィルタ131に堰き止められた複数の堰き止め用ビーズ41a〜41c、及び複数の導水部31a〜31hをそれぞれ通過可能な大きさを有し、流路11において複数の堰き止め用ビーズ41a〜41cに堰き止められた複数の検査用ビーズ51a〜51cを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は化学物質の検査技術に係り、特に検査キット、検査キットの製造方法、及び検査方法に関する。

生体内では複数の生体分子が複雑に反応し合い、反応系を形成している。そのため個々の生体分子の機能を解明するためには、特異的に反応する別の生体分子を探索することが重要となる。例えば受容体の機能を解明するためには、受容体と結合するリガンドが探索される。探索研究においては、それぞれ受容体で修飾された複数のビーズが基板の流路に設けられたフィルタに堰き止められ、リガンドの候補物質が流路に流される（例えば特許文献1参照。）。また、抗原抗体反応の高選択性と高親和性を利用するイムノアッセイは、生体試料中のタンパク質やホルモン等の微量物質の分析法として幅広く活用されており、医療診断や生化学研究などの分野において不可欠な分析法である。イムノアッセイにおいてはそれぞれ抗原に対する抗体で修飾された複数のビーズが基板の流路に設けられたフィルタに堰き止められ、抗原が流路に流される（例えば特許文献2参照。）。複数のビーズのそれぞれの粒径が小さいほど、複数のビーズの表面積の総和が大きくなるため、受容体とリガンド、あるいは抗原と抗体の反応の検出は容易となる。しかし粒径をフィルタの導水部よりも大きくしなければ、複数のビーズのそれぞれをフィルタで堰き止めることはできない。フィルタはガラスや樹脂を成形して形成されるため、導水部を小さくするには限度がある。そのため、フィルタで堰き止められる複数のビーズのそれぞれの粒径を小さくするにも限度がある。
特開2006-201091号公報特開2001-4628号公報

本発明は、微小なビーズを利用して化学反応を検査できる検査キット、検査キットの製造方法、及び検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第1の特徴は、（イ）流路が設けられた基板と、（ロ）基板の流路に配置され、溶液を通過させる導水部が設けられたフィルタと、（ハ）流路においてフィルタに堰き止められた複数の堰き止め用ビーズと、（ニ）導水部をそれぞれ通過可能な大きさを有し、流路において複数の堰き止め用ビーズに堰き止められた複数の検査用ビーズとを備える検査キットであることを要旨とする。本発明の第1の特徴に係る検査キットにおいては、小さくするには加工限度があるフィルタの導水部よりもそれぞれ小さい複数の検査用ビーズが流路に堰き止められている。流路に堰き止められた複数の検査用ビーズのそれぞれが微小であればあるほど、複数の検査用ビーズのそれぞれの表面積の総和は大きくなる。したがって、複数の検査用ビーズの表面で化学物質どうしを反応させた場合、流路の単位体積あたりで生じる反応が多くなるため、反応の検出が容易となる。

本発明の第2の特徴は、（イ）フィルタが設けられた流路に複数の堰き止め用ビーズを流すステップと、（ロ）複数の堰き止め用ビーズを、フィルタで堰き止めるステップと、（ハ）流路に、フィルタの導水部をそれぞれ通過可能な大きさを有する複数の検査用ビーズを流すステップと、（ニ）複数の検査用ビーズを、堰き止められた複数の堰き止め用ビーズで堰き止めるステップとを備える検査キットの製造方法であることを要旨とする。

本発明の第3の特徴は、（イ）複数の検査用ビーズのそれぞれを捕捉物質で修飾するステップと、（ロ）フィルタが設けられた流路に複数の堰き止め用ビーズを流すステップと、（ハ）複数の堰き止め用ビーズを、フィルタで堰き止めるステップと、（ニ）流路に、フィルタの導水部をそれぞれ通過可能な大きさを有する複数の検査用ビーズを流すステップと、（ホ）複数の検査用ビーズを、堰き止められた複数の堰き止め用ビーズで堰き止めるステップと、（ヘ）捕捉物質で捕捉される被験物質を標識試薬で標識するステップと、（ト）流路に被験物質を流し、複数の検査用ビーズのそれぞれを修飾する捕捉物質で被験物質を捕捉するステップと、（チ）捕捉物質で捕捉された被験物質を標識する標識試薬を検出するステップとを備える検査方法であることを要旨とする。

本発明の第4の特徴は、（イ）複数の検査用ビーズのそれぞれを捕捉物質で修飾するステップと、（ロ）フィルタが設けられた流路に複数の堰き止め用ビーズを流すステップと、（ハ）複数の堰き止め用ビーズを、フィルタで堰き止めるステップと、（ニ）流路に、フィルタの導水部をそれぞれ通過可能な大きさを有する複数の検査用ビーズを流すステップと、（ホ）複数の検査用ビーズを、堰き止められた複数の堰き止め用ビーズで堰き止めるステップと、（ヘ）流路に捕捉物質で捕捉される被験物質を流し、複数の検査用ビーズのそれぞれを修飾する捕捉物質で捕捉するステップと、（ト）被験物質を捕捉するアンカー物質を標識試薬で標識するステップと、（チ）流路に標識されたアンカー物質を流し、標識されたアンカー物質で被験物質を捕捉するステップと、（リ）被験物質を捕捉したアンカー物質を標識する標識試薬を検出するステップとを備える検査方法であることを要旨とする。

本発明によれば、微小なビーズを利用して化学反応を検査できる検査キット、検査キットの製造方法、及び検査方法を提供可能である。

次に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。なお以下の示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において種々の変更を加えることができる。

本発明の実施の形態に係る検査キットは、図1に示す流路11が設けられた透明な基板10、及び基板10の流路11に配置されたフィルタ131を備える。例えば流路11は、A-A方向からみた断面図である図2に示すように、基板10に設けられた溝である。図1に示す基板10の流路11の一端には、流路11に流す溶液が注入される注入ウェル21が設けられている。また基板10の流路11の他端には、流路11を流れた溶液を貯める注出ウェル22が設けられている。基板10上には、図3に示すように、蓋板60が配置される。フィルタ131には、図4及びA-A方向からみた断面図である図5に示すように、それぞれ溶液を通過させる複数の導水部31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g, 31hが設けられている。複数の導水部31a〜31hのそれぞれの断面形状は長方形であり、短辺の長さd₁は例えば18μmである。基板10、フィルタ131、及び蓋板60のそれぞれの材料としては、酸化ケイ素(SiO₂)及びアクリル樹脂等の透明物質が使用可能である。基板10とフィルタ131は一体となっていてもよい。流路11が設けられた基板10及びフィルタ131は、エッチング法及び射出成形法等で製造可能である。

実施の形態に係る検査キットは、流路11においてフィルタ131に堰き止められた複数の堰き止め用ビーズ41a, 41b, 41c…、及び複数の導水部31a〜31hをそれぞれ通過可能な大きさを有し、流路11において複数の堰き止め用ビーズ41a〜41cに堰き止められた複数の検査用ビーズ51a, 51b, 51c…をさらに備える。複数の堰き止め用ビーズ41a〜41cのそれぞれの直径は、複数の導水部31a〜31hのそれぞれの短辺の長さd₁よりも大きく、例えば30μmである。また複数の検査用ビーズ51a〜51cのそれぞれの直径は、複数の導水部31a〜31hのそれぞれの短辺の長さd₁よりも小さく、例えば10μmである。複数の堰き止め用ビーズ41a〜41c及び複数の検査用ビーズ51a〜51cそれぞれの材料としては、酸化ケイ素(SiO₂)及びラテックス等が使用可能である。

複数の検査用ビーズ51a〜51cそれぞれの表面には、例えばアルデヒド(-CHO)基、カルボキシル(-COOH)基、及び図6に示すアミノ(-NH₂)基等の官能基53が導入されている。官能基53は、例えば図7に示す両端でアミノ(-NH₂)基と反応するビスサルフォスクシンイミジルスベレート(Bis [Sulfo succinimidyl] suberate : BS³)等の架橋剤54と、図8に示すように結合している。さらに架橋剤54には、例えば、受容体、リガンド、アンタゴニスト、抗体、あるいは抗原等のタンパク質である図9に示す捕捉物質55が、リジン(Lys)のアミノ(-NH₂)基を介して結合している。

なお架橋剤54として、他に、両端でアミノ(-NH₂)基と反応するジスクシンイミジルスベレート(Disuccinimidyl suberate : DSS)、ジメチルスベルイミデート(Dimethyl suberimidate・HCl : DMS)、ジスクシンイミジルグルタレート(Disuccinimidyl glutarate : DSG)、ローマン試薬(Loman's Reagent)、 3, 3' - ジチオビスサルフォスクシンイミジルプロピオネート(3, 3' - Dithiobis [sulfo succinimidyl propionate] : DTSSP)、及びエチレングリコールビススクシンイミジルスクシネート(Ethylene glycol bis [succinimidylsuccinate] : EGS)等が使用可能である。

捕捉物質55が、カルボキシル(-COOH)基を有するアスパラギン酸(Asp)及びグルタミン酸(Glu)を含む場合は、架橋剤54としてアミノ(-NH₂)基とカルボキシル(-COOH)基と反応する1-エチル - 3 - [3 - ジメチルアミノプロピル]カルボジイミドヒドロクロライド(1 - Ethyl - 3 - [3 - Dimethylaminopropyl] carbodiimide Hydrochloride : EDC)等が使用可能である。

捕捉物質55が、チオール(-SH)基を有するシステイン(Cys)を含む場合は、架橋剤54として、アミノ(-NH₂)基とチオール(-SH)基と反応するm-マレイミドベンジル-N-ヒドロキシスクシンイミドエステル(m - Maleimidobenzyl - N - hydroxy succinimide ester : MBS)、スクシンイミジル4 - [N - マレイミドメチル] - シクロヘキサン - 1 - カルボキシレート(Succinimidyl 4 - [N - maleimidomethyl] - cyclohexane - 1 - carboxylate : SMCC)、スクシンイミジル 4 - [p - マレイミドフェニル] - ブチレート(Succinimidyl 4 - [p - maleimidophenyl] - buthrate : SMPB)、 N-スクシンイミジル3-(2-ピリジルジチオ)プロピオネート(N - Succinimidyl 3 - [2 - pyridyldithio] propionate : SPDP)、N-(γ-マレイミドブチリルオキシ)サルフォスクシンイミドエステル(N - [γ - Maleimidobutyloxy] sulfo succinimide ester : Sulfo - GMBS)、サルフォスクシンイミジル6 - [3' (2 - ピリジルジチオ) - プロピオンアミド] ヘキサノエート(Sulfo succinimidyl 6 - [3' (2 - pyridyldithio) - propionamide] hexanoate : Sulfo - LC - SPDP)、m-マレイミドベンゾイル-N-ヒドロキシサルフォスクシンイミドエステル(m - Maleimidebenzoyl - N - hydoroxysulfo - succinimide ester : Sulfo - MBS)、サルフォスクシンイミジル-4-(N-マレイミドメチル)シクロヘキサン-1-カルボキシレート(Sulfo succinimidyl 4 [N - maleimidomethyl] - cyclohexane - 1 - carboxylate : Sulfo - SMCC)、サルフォスクシンイミジル-4-(p-マレイミドフェニル)ブチレート(Sulfo succinimidy 4 - [p - maleimidophenyl] - butyrate : Sulfo - SMPB)等が使用可能である。

次に実施の形態に係る検査方法について説明する。

(a) まず図6に示すように、それぞれアミノ(-NH₂)基等の官能基53が導入された複数の検査用ビーズ51a〜51cを含む検査ビーズ含有液を100μl準備する。次に濃度5m mol/lで図7に示す架橋剤54としてビスサルフォスクシンイミジルスベレートを含むpH8.0のリン酸緩衝液500μlを検査ビーズ含有液に添加し、室温で10分間混合させ、図8に示すように複数の検査用ビーズ51a〜51cのそれぞれの表面にN-ヒドロキシサルフォスクシンイミド(N-hydroxy sulfo succinimide)を導入する。

(b) 濃度4.15mg/mlで捕捉物質55として抗リゾチーム抗体を含むpH8.0のリン酸緩衝液400μlを検査ビーズ含有液に添加し、4℃で2時間混合させ、図9に示すように複数の検査用ビーズ51a〜51cのそれぞれに捕捉物質55を結合する。次に、ウシ血清アルブミン(BSA)を検査ビーズ含有液に添加し、未反応の官能基53及び架橋剤54をブロックする。

(c) 図10に示す流路11にフィルタ131が設けられた基板10を用意する。次に複数の堰き止め用ビーズ41a〜41cを含む堰き止めビーズ含有液を流路11に流し、図11に示すように複数の堰き止め用ビーズ41a〜41cをフィルタ131で堰き止める。その後、検査ビーズ含有液を流路11に流し、それぞれ捕捉物質55が結合された複数の検査用ビーズ51a〜51cを、図4に示すように複数の堰き止め用ビーズ41a〜41cで堰き止める。図12は明視野観察された流路11中のフィルタ131、複数の堰き止め用ビーズ41a〜41c、及び複数の検査用ビーズ51a〜51cである。

(d) 捕捉物質55である抗リゾチーム抗体に捕捉される被験物質としてリゾチーム1mgをpH8.0のリン酸緩衝液500μlに溶解し、抗原溶液を調製する。また標識試薬としてN-ヒドロキシスクシンイミド-イソチオシアン酸フルオレセイン（NHS-FITC）0.1mgをpH8.0のリン酸緩衝液500μlに溶解し、標識溶液を調製する。次に抗原溶液と標識溶液とを1時間混和させ、標識試薬で標識された被験物質を含む被験溶液を調製する。その後、ゲル濾過カラム等を用いて被験溶液から未反応の標識試薬を除去する。

(e) 標識試薬で標識された被験物質を濃度1μg/mlで含む被験溶液100μlを図4に示す流路11に流し、複数の検査用ビーズ51a〜51cのそれぞれに結合している捕捉物質55で、標識試薬で標識された被験物質を捕捉する。次に0.05%の体積濃度で界面活性剤(Tween20)を含むリン酸緩衝液200μlを流路11に流し、捕捉されなかった被験物質を洗浄する。その後、波長495nmの励起光を照射し、図13に示すように標識試薬の蛍光を観察する。その後、蛍光の強度に基づいて被験物質の濃度を算出し、実施の形態に係る検査方法を終了する。

流路のフィルタに抗体で修飾されたビーズを直接堰き止める従来の方法では、ビーズがフィルタの導水部を通過できない大きさでなければならなかった。しかし、エッチング法及び射出成形法等で形成されるフィルタの導水部を小さくするには限度がある。これに対し、実施の形態に係る検査方法によれば、図4に示すフィルタ131の複数の導水部31a〜31hのそれぞれよりも小さな複数の検査用ビーズ51a〜51cを流路11に堰き止めることが可能となる。そのため、流路の単位体積あたりに堰き止められる複数の検査用ビーズ51a〜51cの表面積の総和を、複数の導水部31a〜31hの加工限度に制限されることなく増やすことが可能となる。したがって、単位体積あたりで生じる捕捉物質と被験物質との結合反応が増えるため、結合反応の検出が容易となる。

（変形例）
例えば被験物質は、標識試薬で標識せずに流路11に流してもよい。この場合、被験物質を捕捉する物質であるアンカー物質を用意し、アンカー物質を標識試薬で標識する。次に標識されたアンカー物質を流路11に流し、複数の検査用ビーズ51a〜51cのそれぞれの上に捕捉された被験物質を捕捉させる。その後、アンカー物質を標識する標識試薬を検出すればよい。アンカー物質としては、抗体、受容体、アプタマー等が使用可能である。またアンカー物質は、必ずしも被験物質を直接捕捉しなくともよい。例えば、ビオチンで修飾され、被験物質と結合する抗体で被験物質を捕捉し、さらに標識試薬で修飾されたストレプトアビジンをアンカー物質として流路に流し、ビオチンと結合させてもよい。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。例えば実施の形態では、捕捉物質はタンパク質であると説明したが、デオキシリボ核酸(DNA)、リボ核酸(RNA)、及びペプチド核酸(PNA)等の核酸、あるいは生体分子に限定されず、その他の化学物質であってもよい。標識試薬としては、Cy3等も使用可能である。また図5で、複数の導水部31a〜31hのそれぞれの断面形状は長方形であると説明したが、これに限定されないのは勿論である。以上示したように、この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明からは妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施の形態に係る検査キットの上面図である。本発明の実施の形態に係る検査キットの第１の断面図である。本発明の実施の形態に係る検査キットの第２の断面図である。本発明の実施の形態に係る検査キットの拡大上面図である。本発明の実施の形態に係る検査キットの拡大断面図である。本発明の実施の形態に係る検査用ビーズの模式図である。本発明の実施の形態に係る架橋剤の化学式である。本発明の実施の形態に係る架橋剤と結合した検査用ビーズの模式図である。本発明の実施の形態に係る捕捉物質と結合した検査用ビーズの模式図である。本発明の実施の形態に係る検査キットの製造工程を示す第１の上面図である。本発明の実施の形態に係る検査キットの製造工程を示す第２の上面図である。本発明の実施の形態に係る検査方法の工程を示す第１の上面図である。本発明の実施の形態に係る検査方法の工程を示す第２の上面図である。

符号の説明

10…基板
11…流路
21…注入ウェル
22…注出ウェル
31a〜31h…導水部
41a〜41c…堰き止め用ビーズ
51a〜51c…検査用ビーズ
53…官能基
54…架橋剤
55…捕捉物質
60…蓋板
131…フィルタ

Claims

流路が設けられた基板と、
前記基板の流路に配置され、溶液を通過させる導水部が設けられたフィルタと、
前記流路において前記フィルタに堰き止められた複数の堰き止め用ビーズと、
前記導水部をそれぞれ通過可能な大きさを有し、前記流路において前記複数の堰き止め用ビーズに堰き止められた複数の検査用ビーズ
とを備えることを特徴とする検査キット。
前記複数の検査用ビーズのそれぞれは、捕捉物質で修飾されていることを特徴とする請求項１に記載の検査キット。
前記捕捉物質は、抗体であることを特徴とする請求項２に記載の検査キット。
前記捕捉物質は、受容体であることを特徴とする請求項２に記載の検査キット。
前記捕捉物質は、アプタマーであることを特徴とする請求項２に記載の検査キット。
フィルタが設けられた流路に複数の堰き止め用ビーズを流すステップと、
前記複数の堰き止め用ビーズを、前記フィルタで堰き止めるステップと、
前記流路に、前記フィルタの導水部をそれぞれ通過可能な大きさを有する複数の検査用ビーズを流すステップと、
前記複数の検査用ビーズを、前記堰き止められた複数の堰き止め用ビーズで堰き止めるステップ
とを備えることを特徴とする検査キットの製造方法。
前記複数の検査用ビーズのそれぞれを捕捉物質で修飾するステップを更に備えることを特徴とする請求項６に記載の検査キットの製造方法。
前記捕捉物質は、抗体であることを特徴とする請求項７に記載の検査キットの製造方法。
前記捕捉物質は、受容体であることを特徴とする請求項７に記載の検査キットの製造方法。
前記捕捉物質は、アプタマーであることを特徴とする請求項７に記載の検査キットの製造方法。
複数の検査用ビーズのそれぞれを捕捉物質で修飾するステップと、
フィルタが設けられた流路に複数の堰き止め用ビーズを流すステップと、
前記複数の堰き止め用ビーズを、前記フィルタで堰き止めるステップと、
前記流路に、前記フィルタの導水部をそれぞれ通過可能な大きさを有する前記複数の検査用ビーズを流すステップと、
前記複数の検査用ビーズを、前記堰き止められた複数の堰き止め用ビーズで堰き止めるステップと、
前記捕捉物質で捕捉される被験物質を標識試薬で標識するステップと、
前記流路に前記被験物質を流し、前記複数の検査用ビーズのそれぞれを修飾する前記捕捉物質で前記被験物質を捕捉するステップと、
前記捕捉物質で捕捉された前記被験物質を標識する前記標識試薬を検出するステップ
とを備えることを特徴とする検査方法。
前記捕捉物質は、抗体であることを特徴とする請求項１１に記載の検査方法。
前記捕捉物質は、受容体であることを特徴とする請求項１１に記載の検査方法。
前記捕捉物質は、アプタマーであることを特徴とする請求項１１に記載の検査方法。
前記標識試薬は、蛍光試薬であることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の検査方法。
前記検出された標識試薬に基づいて、前記被験物質の濃度を算出するステップを更に備えることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の検査方法。
複数の検査用ビーズのそれぞれを捕捉物質で修飾するステップと、
フィルタが設けられた流路に複数の堰き止め用ビーズを流すステップと、
前記複数の堰き止め用ビーズを、前記フィルタで堰き止めるステップと、
前記流路に、前記フィルタの導水部をそれぞれ通過可能な大きさを有する前記複数の検査用ビーズを流すステップと、
前記複数の検査用ビーズを、前記堰き止められた複数の堰き止め用ビーズで堰き止めるステップと、
前記流路に前記捕捉物質で捕捉される被験物質を流し、前記複数の検査用ビーズのそれぞれを修飾する前記捕捉物質で捕捉するステップと、
前記被験物質を捕捉するアンカー物質を標識試薬で標識するステップと、
前記流路に前記標識されたアンカー物質を流し、前記標識されたアンカー物質で前記被験物質を捕捉するステップと、
前記被験物質を捕捉した前記アンカー物質を標識する前記標識試薬を検出するステップ
とを備えることを特徴とする検査方法。
前記捕捉物質は、抗体であることを特徴とする請求項１７に記載の検査方法。
前記捕捉物質は、受容体であることを特徴とする請求項１７に記載の検査方法。
前記捕捉物質は、アプタマーであることを特徴とする請求項１７に記載の検査方法。
前記アンカー物質は、抗体であることを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の検査方法。
前記アンカー物質は、受容体であることを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の検査方法。
前記アンカー物質は、アプタマーであることを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の検査方法。
前記標識試薬は、蛍光試薬であることを特徴とする請求項１７乃至２３のいずれか１項に記載の検査方法。
前記検出された標識試薬に基づいて、前記被験物質の濃度を算出するステップを更に備えることを特徴とする請求項１７乃至２４のいずれか１項に記載の検査方法。