JP2008209378A - Biosensor board - Google Patents

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Toshihide Ezoe
利秀 江副
Koji Kuruma
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biosensor board useful for suppressing the nonspecific adsorption of a protein or compound having a positive charge. <P>SOLUTION: The biosensor board is modified with a hydrophilic high polymer containing dissociative groups with a pKa (acid dissociation constant) of up to 8. A ligand is fixed to the hydrophilic high polymer to bond to a tag molecule at Kd (binding constant) of up to 10<SP>-12</SP>M, and thereafter, the biosensor board is blocking-treated substantially not to be electrically charged. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、バイオセンサー基板及びそれを用いた生体分子間の相互作用を分析する方法に関する。特に本発明は、表面プラズモン共鳴バイオセンサーに用いるためのバイオセンサー基板及びそれを用いた生体分子間の相互作用を分析する方法に関する。   The present invention relates to a biosensor substrate and a method for analyzing an interaction between biomolecules using the biosensor substrate. In particular, the present invention relates to a biosensor substrate for use in a surface plasmon resonance biosensor and a method for analyzing an interaction between biomolecules using the biosensor substrate.

現在、臨床検査等で免疫反応など分子間相互作用を利用した測定が数多く行われているが、従来法では煩雑な操作や標識物質を必要とするため、標識物質を必要とすることなく、測定物質の結合量変化を高感度に検出することのできるいくつかの技術が使用されている。例えば、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である。SPR測定技術はチップの金属膜に接する有機機能膜近傍の屈折率変化を反射光波長のピークシフト又は一定波長における反射光量の変化を測定して求めることにより、表面近傍に起こる吸着及び脱着を検知する方法である。QCM測定技術は水晶発振子の金電極(デバイス)上の物質の吸脱着による発振子の振動数変化から、ngレベルで吸脱着質量を検出できる技術である。また、金の超微粒子(nmレベル)表面を機能化させて、その上に生理活性物質を固定して、生理活性物質間の特異認識反応を行わせることによって、金微粒子の沈降、配列から生体関連物質の検出ができる。   Currently, many measurements using intermolecular interactions such as immune reactions are performed in clinical examinations, etc., but conventional methods require complicated operations and labeling substances, so measurement without the need for labeling substances Several techniques that can detect a change in the amount of a substance bound with high sensitivity are used. For example, surface plasmon resonance (SPR) measurement technology, quartz crystal microbalance (QCM) measurement technology, and measurement technology using functionalized surfaces from gold colloidal particles to ultrafine particles. SPR measurement technology detects adsorption and desorption near the surface by measuring the refractive index change in the vicinity of the organic functional film in contact with the metal film of the chip by measuring the peak shift of the reflected light wavelength or the change in the amount of reflected light at a fixed wavelength. It is a method to do. The QCM measurement technique is a technique that can detect the adsorption / desorption mass at the ng level from the change in the oscillation frequency of the oscillator due to the adsorption / desorption of a substance on the gold electrode (device) of the crystal oscillator. In addition, by functionalizing the surface of gold ultrafine particles (nm level), immobilizing a physiologically active substance on the surface, and performing a specific recognition reaction between the physiologically active substances, it is possible to obtain a living body from the sedimentation and arrangement of gold fine particles. Related substances can be detected.

上記した技術においては、いずれの場合も、生理活性物質を固定化する表面が重要である。以下、当技術分野で最も使われている表面プラズモン共鳴(SPR)を例として、説明する。   In any of the above techniques, the surface on which the physiologically active substance is immobilized is important. Hereinafter, the surface plasmon resonance (SPR) most used in this technical field will be described as an example.

一般に使用される測定チップは、透明基板(例えば、ガラス)、蒸着された金属膜、及びその上に生理活性物質を固定化できる官能基を有する薄膜からなり、その官能基を介し、金属表面に生理活性物質を固定化する。該生理活性物質と検体物質間の特異的な結合反応を測定することによって、生体分子間の相互作用を分析する。   A commonly used measurement chip is composed of a transparent substrate (eg, glass), a deposited metal film, and a thin film having a functional group capable of immobilizing a physiologically active substance thereon, and the metal surface is interposed through the functional group. Immobilize physiologically active substances. The interaction between biomolecules is analyzed by measuring a specific binding reaction between the physiologically active substance and the analyte substance.

特許第3071823号には、バイオセンサー表面にアビジンを介してビオチン化蛋白を固定することが記載されている。また、特許第2815120号には、金基板に自己組織化膜(SAM)を介してデキストランを結合させ、さらにブロモ酢酸を繰り返し反応させることで、デキストランにカルボキシル基を導入することが記載されている。この蛋白固定化膜は、3次元マトリクスを形成しているので、多量の蛋白を固定化できるメリットを有している。しかしながら、解離性基であるカルボキシル基を多く含有しており、通常のブロッキング処理を行っても、一定量のカルボキシル基が残存する。一般に、アビジンを介してビオチン化蛋白を固定化する場合、さらに、そのビオチン化蛋白質に対するアナライトの結合測定を行う場合は、その固定化膜のカルボキシル基は解離して、基板表面はマイナス荷電を有することになる。そのため、特にプラス荷電を有するビオチン化蛋白、アナライトそのもの、あるいは種々の夾雑物が基板に非特異吸着を起し、正確な結合測定に支障をきたすことがあった。   Japanese Patent No. 3071823 describes that a biotinylated protein is immobilized on the biosensor surface via avidin. Japanese Patent No. 2815120 describes that a carboxyl group is introduced into dextran by binding dextran to a gold substrate via a self-assembled film (SAM) and further reacting with bromoacetic acid repeatedly. . Since this protein-immobilized film forms a three-dimensional matrix, it has an advantage that a large amount of protein can be immobilized. However, it contains a large amount of carboxyl groups that are dissociable groups, and a certain amount of carboxyl groups remains even after ordinary blocking treatment. In general, when immobilizing a biotinylated protein via avidin, and when measuring the binding of an analyte to the biotinylated protein, the carboxyl group of the immobilized membrane is dissociated and the substrate surface is negatively charged. Will have. For this reason, biotinylated protein having a positive charge, analyte itself, or various contaminants may cause non-specific adsorption on the substrate, thereby hindering accurate binding measurement.

特許第3071823号Japanese Patent No. 3071823 特許第2815120号Japanese Patent No. 2815120

本発明は上記した従来技術の問題を解消することを解決すべき課題とした。即ち、本発明は、プラス荷電を有するタンパク質又は化合物の非特異吸着を抑制したバイオセンサー基板を提供することを解決すべき課題とした。特に本発明は、マイナスのベースライン変動が小さく、低分子検体の結合検出が可能であるバイオセンサー基板を提供することを解決すべき課題とした。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. That is, an object of the present invention is to provide a biosensor substrate in which nonspecific adsorption of a positively charged protein or compound is suppressed. In particular, an object of the present invention is to provide a biosensor substrate with small negative baseline fluctuation and capable of detecting binding of a low-molecular-weight analyte.

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、pKa(酸解離定数)が8以下である解離性基を含む親水性高分子化合物で修飾された基板において、該親水性高分子に、タグ分子とKd(結合定数)が10-12M以下の結合を形成するリガンドを固定した後に、該バイオセンサー基板を実質的に荷電を有しないようにブロッキング処理することによって、生理活性物質を固定化し得るバイオセンサー基板を製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the hydrophilicity of a substrate modified with a hydrophilic polymer compound containing a dissociable group having a pKa (acid dissociation constant) of 8 or less. After immobilizing a ligand that forms a bond with a tag molecule and a Kd (binding constant) of 10 -12 M or less on a polymer, the biosensor substrate is subjected to a blocking treatment so as not to have a substantial charge. The present inventors have found that a biosensor substrate capable of immobilizing an active substance can be produced, and the present invention has been completed.

即ち、本発明によれば、pKa(酸解離定数)が8以下である解離性基を含む親水性高分子化合物で修飾された基板からなるバイオセンサー基板において、該親水性高分子に、タグ分子とKd(結合定数)が10-12M以下の結合を形成するリガンドを固定した後に、該バイオセンサー基板が実質的に荷電を有しないようにブロッキング処理されていることを特徴とするバイオセンサー基板が提供される。 That is, according to the present invention, in a biosensor substrate comprising a substrate modified with a hydrophilic polymer compound containing a dissociable group having a pKa (acid dissociation constant) of 8 or less, the hydrophilic polymer contains tag molecules. And a Kd (binding constant) of a ligand that forms a bond of 10 -12 M or less is fixed, and then the biosensor substrate is subjected to a blocking treatment so as not to have a substantial charge. Is provided.

好ましくは、タグ分子はビオチンであり、リガンドはビオチン結合蛋白質である。
好ましくは、ビオチン結合蛋白質はアビジン類である。
好ましくは、解離性基はカルボキシル基である。
Preferably, the tag molecule is biotin and the ligand is a biotin binding protein.
Preferably, the biotin binding protein is an avidin.
Preferably, the dissociable group is a carboxyl group.

好ましくは、本発明のバイオセンサー基板は、非電気化学的検出に使用され、さらに好ましくは光学的検出に使用され、特に好ましくは表面プラズモン共鳴分析に使用される。   Preferably, the biosensor substrate of the present invention is used for non-electrochemical detection, more preferably used for optical detection, and particularly preferably used for surface plasmon resonance analysis.

本発明の別の側面によれば、タグ分子で修飾された生理活性物質が該リガンドに結合している、上記した本発明のバイオセンサー基板が提供される。   According to another aspect of the present invention, there is provided the biosensor substrate of the present invention described above, wherein a physiologically active substance modified with a tag molecule is bound to the ligand.

本発明のさらに別の側面によれば、タグ分子で修飾された生理活性物質が該リガンドに結合している上記した本発明のバイオセンサー基板と、被験物質とを接触させる工程を含む、該生理活性物質と相互作用する物質を検出または測定する方法が提供される。   According to still another aspect of the present invention, the method includes a step of bringing the biosensor substrate of the present invention, in which a physiologically active substance modified with a tag molecule is bound to the ligand, into contact with a test substance. A method is provided for detecting or measuring a substance that interacts with an active substance.

好ましくは、生理活性物質と相互作用する物質を非電気化学的方法により検出または測定し、さらに好ましくは生理活性物質と相互作用する物質を表面プラズモン共鳴分析により検出または測定する。   Preferably, the substance that interacts with the physiologically active substance is detected or measured by a non-electrochemical method, and more preferably, the substance that interacts with the physiologically active substance is detected or measured by surface plasmon resonance analysis.

本発明のさらに別の側面によれば、上記した本発明のバイオセンサー基板を含む、バイオセンサーが提供される。   According to still another aspect of the present invention, there is provided a biosensor including the above-described biosensor substrate of the present invention.

本発明のバイオセンサー基板は、荷電を実質的に有しないような処理を施されているので、種々のタンパク質や化合物の非特異吸着が抑制される。特に本発明のバイオセンサー基板によれば、マイナスのベースライン変動が小さく、低分子検体の結合検出が可能である。   Since the biosensor substrate of the present invention has been treated so as not to have a substantial charge, nonspecific adsorption of various proteins and compounds is suppressed. In particular, according to the biosensor substrate of the present invention, the negative baseline fluctuation is small and the binding detection of a low molecular weight analyte is possible.

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明のバイオセンサー基板は、pKa(酸解離定数)が8以下である解離性基を含む親水性高分子化合物で修飾された基板からなり、該親水性高分子に、タグ分子とKd(結合定数)が10-12M以下の結合を形成するリガンドを固定した後に、該バイオセンサー基板が実質的に荷電を有しないようにブロッキング処理されていることを特徴とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The biosensor substrate of the present invention comprises a substrate modified with a hydrophilic polymer compound containing a dissociable group having a pKa (acid dissociation constant) of 8 or less, and a tag molecule and Kd (bonding) are attached to the hydrophilic polymer. After fixing a ligand that forms a bond with a constant) of 10 −12 M or less, the biosensor substrate is blocked so as not to have a substantial charge.

本発明におけるpKa(酸解離定数)が8以下である解離性基としては、カルボン酸(カルボキシル基)、スルホン酸、リン酸などを挙げることができ、好ましくはカルボン酸(カルボキシル基)である。   Examples of the dissociable group having a pKa (acid dissociation constant) of 8 or less in the present invention include carboxylic acid (carboxyl group), sulfonic acid, phosphoric acid and the like, preferably carboxylic acid (carboxyl group).

本発明で用いる、pKa(酸解離定数)が8以下である解離性基を含む親水性高分子の具体例としては、蛋白質(アルブミン、カゼインなど)、セルロース化合物(カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロースなど)、多糖類及びその誘導体(アガロース、デキストラン、カラギーナン、アルギン酸、アルギン酸ナトリウム、デンプン、デンプン誘導体、キチン、キトサンなど)、合成親水性高分子(ポリビニルアルコール、ポリ−N−ビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸など)などが挙げられる。   Specific examples of hydrophilic polymers containing a dissociable group having a pKa (acid dissociation constant) of 8 or less used in the present invention include proteins (albumin, casein, etc.), cellulose compounds (carboxymethylcellulose, hydroxymethylcellulose, etc.), Polysaccharides and their derivatives (agarose, dextran, carrageenan, alginic acid, sodium alginate, starch, starch derivatives, chitin, chitosan, etc.), synthetic hydrophilic polymers (polyvinyl alcohol, poly-N-vinylpyrrolidone, polyacrylamide, polyacrylic acid) Etc.).

好ましくは、pKa(酸解離定数)が8以下である解離性基を含む親水性高分子として、カルボキシル基含有合成ポリマーおよびカルボキシル基含有多糖類を用いることが可能である。カルボキシル基含有合成ポリマーとしては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、およびこれらの共重合体、例えば特開昭59−44615号、特公昭54−34327号、特公昭58−12577号、特公昭54−25957号、特開昭59−53836号、特開昭59−71048号明細書に記載されているようなメタクリル酸共重合体、アクリル酸共重合体、イタコン酸共重合体、クロトン酸共重合体、マレイン酸共重合体、部分エステル化マレイン酸共重合、水酸基を有するポリマーに酸無水物を付加させたものなどが挙げられる。カルボキシル基含有多糖類は、天然植物からの抽出物、微生物発酵の生産物、酵素による合成物、または化学合成物の何れであってもよく、具体的には、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ヘパリン、デルマタン酸硫酸、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、セロウロン酸、カルボキシメチルキチン、カルボキシメチルデキストラン、カルボキシメチルデンプン等が挙げられる。カルボキシル基含有多糖類は、市販の化合物を用いることが可能であり、具体的には、カルボキシメチルデキストランであるCMD、CMD−L、CMD−D40(名糖産業社製)、カルボキシメチルセルロースナトリウム(和光純薬社製)、アルギン酸ナトリウム(和光純薬社製)、等を挙げることができる。   Preferably, a carboxyl group-containing synthetic polymer and a carboxyl group-containing polysaccharide can be used as the hydrophilic polymer containing a dissociable group having a pKa (acid dissociation constant) of 8 or less. Examples of the carboxyl group-containing synthetic polymer include polyacrylic acid, polymethacrylic acid, and copolymers thereof, for example, JP-A-59-44615, JP-B-54-34327, JP-B-58-12777, JP-B-54- No. 25957, JP-A-59-53836, JP-A-59-71048, methacrylic acid copolymer, acrylic acid copolymer, itaconic acid copolymer, crotonic acid copolymer , Maleic acid copolymers, partially esterified maleic acid copolymers, and those obtained by adding an acid anhydride to a polymer having a hydroxyl group. The carboxyl group-containing polysaccharide may be any one of an extract from a natural plant, a product of microbial fermentation, an enzymatic synthesis, or a chemical synthesis. Specifically, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, heparin, Examples include dermatanic acid sulfuric acid, carboxymethylcellulose, carboxyethylcellulose, ceurouronic acid, carboxymethylchitin, carboxymethyldextran, and carboxymethyl starch. As the carboxyl group-containing polysaccharide, a commercially available compound can be used. Specifically, CMD, CMD-L, CMD-D40 (manufactured by Meisho Sangyo Co., Ltd.), sodium carboxymethylcellulose (Japanese) Kogaku Pharmaceutical Co., Ltd.), sodium alginate (Wako Pure Chemicals Co., Ltd.), and the like.

カルボキシル基含有ポリマーは、好ましくはカルボキシル基含有多糖類であり、より好ましくはカルボキシメチルデキストランである。
本発明に用いるカルボキシル基含有ポリマーの分子量は特に制限されないが、平均分子量が1000〜5000000であることが好ましく、平均分子量が10000〜3000000であることがより好ましく平均分子量が100000〜2000000であることがさらに好ましい。この範囲より平均分子量が小さい場合には生理活性物質の固定量が小さくなってしまい、この範囲より平均分子量が大きい場合には高い溶液粘度のため取り扱いが困難となる。
The carboxyl group-containing polymer is preferably a carboxyl group-containing polysaccharide, and more preferably carboxymethyldextran.
The molecular weight of the carboxyl group-containing polymer used in the present invention is not particularly limited, but the average molecular weight is preferably 1000 to 5000000, the average molecular weight is more preferably 10,000 to 3000000, and the average molecular weight is 100,000 to 2000000. Further preferred. When the average molecular weight is smaller than this range, the fixed amount of the physiologically active substance becomes small, and when the average molecular weight is larger than this range, the handling becomes difficult due to the high solution viscosity.

また、本発明に使用する親水性高分子は、水溶液中の膜厚が1nm以上300nm以下であることが好ましい。膜厚が薄いと生理活性物質固定量が減少し、またセンサー表面の水和層が薄くなるため生理活性物質自身の変性で被検体物質との相互作用が検出しにくくなる。膜厚が厚いと被検体物質が膜内に拡散する障害となり、また特にセンサー基板の親水性高分子固定面の反対側から相互作用を検出する場合は検出表面から相互作用形成部までの距離が長くなり、検出感度が低くなる。水溶液中の親水性高分子膜厚はAFM、エリプソメトリーなどで評価することができる。   The hydrophilic polymer used in the present invention preferably has a film thickness in an aqueous solution of 1 nm to 300 nm. If the film thickness is thin, the amount of the physiologically active substance immobilized decreases, and the hydrated layer on the sensor surface becomes thin, so that the interaction with the analyte substance becomes difficult to detect due to the denaturation of the physiologically active substance itself. When the film thickness is thick, it becomes an obstacle that the analyte substance diffuses into the film, and the distance from the detection surface to the interaction forming part is particularly large when detecting the interaction from the opposite side of the hydrophilic polymer fixing surface of the sensor substrate. Longer and lower detection sensitivity. The hydrophilic polymer film thickness in the aqueous solution can be evaluated by AFM, ellipsometry, or the like.

カルボキシル基含有ポリマーを活性化する方法としては、公知の手法、例えば、水溶性カルボジイミドである1-(3-Dimethylaminopropyl)-3 ethylcarbodiimide(EDC)とN-Hydroxysuccinimide(NHS)により活性化、あるいはEDCのみで活性化する方法、特開2006−58071号公報に記載の方法(即ち、特定の構造を有するウロニウム塩、ホスホニウム塩、又はトリアジン誘導体のいずれかの化合物を用いてカルボキシル基を活性化する方法)、特開2006−90781号公報に記載の方法(即ち、カルボジイミド誘導体又はその塩で活性化し、水酸基を有する含窒素ヘテロ芳香族化合物、電子吸引性基を有するフェノール誘導体又はチオール基を有する芳香族化合物のいずれかの化合物を用いてカルボキシル基を活性化する方法)等を好ましく用いることができる。   As a method for activating the carboxyl group-containing polymer, it is activated by a known method such as 1- (3-Dimethylaminopropyl) -3 ethylcarbodiimide (EDC) and N-Hydroxysuccinimide (NHS) which are water-soluble carbodiimides, or only EDC. And a method described in JP-A-2006-58071 (that is, a method of activating a carboxyl group using a uronium salt, phosphonium salt, or triazine derivative having a specific structure) And the method described in JP-A-2006-90781 (ie, a nitrogen-containing heteroaromatic compound having a hydroxyl group, activated with a carbodiimide derivative or a salt thereof, a phenol derivative having an electron-withdrawing group, or an aromatic compound having a thiol group The method of activating the carboxyl group using any one of the compounds That.

例えば、以下のカルボジイミド誘導体は化合物

Figure 2008209378
下記一般式(Ia)又は(Ib)で表される含窒素化合物
Figure 2008209378
[式中、R1及びR2は、互いに独立して置換基を有しても良いカルボニル基、炭素原子、窒素原子を表し、R1及びR2は結合により5〜6員環を形成しても良く、Aは置換基を有する炭素原子またはリン原子を表し、Mは(n-1)価の元素を表し、Xはハロゲン原子を表す]
下記一般式(III)で表される含窒素化合物
Figure 2008209378
[式中、Aは置換基を有する炭素原子またはリン原子を表し、Y及びZは、互いに独立してCH、または窒素原子を表し、Mは(n-1)価の元素を表し、Xはハロゲン原子を表す]
下記式で表される電子吸引性基を有するフェノール誘導体(好ましくは電子吸引性基のσ値が0.3以上)
Figure 2008209378
を用いて活性化することができる。
これらの手法で活性化されたカルボキシル基含有ポリマーを、アミノ基を有する基板と反応させることで、本発明のバイオセンサーを製造することが可能となる。 For example, the following carbodiimide derivatives are compounds 1 to 3
Figure 2008209378
Nitrogen-containing compounds represented by the following general formula (Ia) or (Ib)
Figure 2008209378
[Wherein, R 1 and R 2 each independently represent a carbonyl group, a carbon atom or a nitrogen atom which may have a substituent, and R 1 and R 2 may form a 5- to 6-membered ring by a bond. Well, A represents a carbon atom or a phosphorus atom having a substituent, M represents an (n-1) valent element, and X represents a halogen atom.
Nitrogen-containing compounds represented by the following general formula (III)
Figure 2008209378
[In the formula, A represents a carbon atom or a phosphorus atom having a substituent, Y and Z each independently represent CH or a nitrogen atom, M represents an (n-1) -valent element, and X represents Represents a halogen atom]
A phenol derivative having an electron withdrawing group represented by the following formula (preferably an σ value of the electron withdrawing group is 0.3 or more)
Figure 2008209378
Can be used to activate.
By reacting the carboxyl group-containing polymer activated by these methods with a substrate having an amino group, the biosensor of the present invention can be produced.

本発明において、バインディングマトリックスである親水性高分子と金属表面との結合法については、公知の手法を用いることが可能である。本明細書中に以下に説明するような疎水性ポリマーを介してバインディングマトリックスを金属表面に結合する方法(特開2004−271514号公報を参照))、特許第2815120号に開示されている、X−R−Y(Xは金属に結合し、Yはバインディングマトリックスと結合する)の密に詰め込まれた単層を介してバインディングマトリックスを金属表面に結合する方法、などを適用することができる。好ましくは、末端に反応性基を有するアルカンチオール(あるいはその酸化体であるジスルフィド)を用いて金属表面に密な層を形成させた後、アルカンチオール末端の反応性基と親水性高分子を反応させる結合法である。   In the present invention, a known method can be used as a method for bonding the hydrophilic polymer as the binding matrix to the metal surface. A method of binding a binding matrix to a metal surface via a hydrophobic polymer as described herein below (see JP 2004-271514 A), X 2815120, A method of bonding the binding matrix to the metal surface through a tightly packed monolayer of -R-Y (X is bonded to the metal and Y is bonded to the binding matrix) can be applied. Preferably, after forming a dense layer on the metal surface using alkanethiol having a reactive group at the terminal (or disulfide which is an oxidant thereof), the reactive group at the terminal of the alkanethiol and the hydrophilic polymer are reacted. This is a coupling method.

また、本発明のバイオセンサー基板においては、親水性高分子に、タグ分子とKd(結合定数)が10-12M以下の結合を形成するリガンドが固定されている。タグ分子/リガンドの組み合わせとしては、ビオチン/ビオチン結合蛋白質、ジゴキシゲニン/ジゴキシゲニン抗体、さらにはSCIENCE,280,708-711(1998)に記載のD-Ala-D-Ala誘導体/バンコマイシン3量体誘導体などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。ビオチン結合蛋白質の具体例としては、アビジン類(アビジン、ストレプトアビジン、又はそれらの改変体など)を挙げることができる。 In the biosensor substrate of the present invention, a ligand that forms a bond with a tag molecule and a Kd (binding constant) of 10 −12 M or less is fixed to the hydrophilic polymer. Examples of tag molecule / ligand combinations include biotin / biotin-binding protein, digoxigenin / digoxigenin antibody, and D-Ala-D-Ala derivative / vancomycin trimer derivative described in SCIENCE, 280,708-711 (1998). However, it is not limited to these. Specific examples of the biotin-binding protein include avidins (such as avidin, streptavidin, or a modified form thereof).

本発明によれば、親水性高分子は、pKa(酸解離定数)が8以下である解離性基を含む親水性高分子であり、リガンドは、該解離性基を介して親水性高分子に固定することができる。   According to the present invention, the hydrophilic polymer is a hydrophilic polymer containing a dissociable group having a pKa (acid dissociation constant) of 8 or less, and the ligand is converted to the hydrophilic polymer via the dissociable group. Can be fixed.

本発明のバイオセンサー基板においては、該親水性高分子に、タグ分子とKd(結合定数)が10-12M以下の結合を形成するリガンドを固定した後に、該バイオセンサー基板が実質的に荷電を有しないようにブロッキング処理されている。ブロッキング処理は、バイオセンサー基板が実質的に荷電を有しないようできる処理であれば特に限定されないが、例えば、荷電を有する解離性基を化学反応により荷電を持たないように化学変化させる方法、解離性基と反対荷電を有する化合物をイオン結合させることにより解離性基の荷電を中和する方法が挙げられる。 In the biosensor substrate of the present invention, the biosensor substrate is substantially charged after immobilizing a ligand that forms a bond with a tag molecule and a Kd (binding constant) of 10 −12 M or less on the hydrophilic polymer. Blocking treatment is performed so as not to have. The blocking process is not particularly limited as long as the biosensor substrate can be substantially free of charge. For example, a method of chemically changing a dissociable group having a charge so as not to have a charge by a chemical reaction, dissociation The method of neutralizing the charge of a dissociative group by ion-bonding the compound which has a charge opposite to a sex group is mentioned.

前者の例としては、解離性基としてマイナス荷電を有するカルボキシル基を有する親水性高分子基板に対して、アミンカップリング法でアミノ化合物と共有結合を形成する方法がある。好ましくは、ブロッキング剤として、1級アミン化合物が用いられ、さらに好ましくは直鎖の1級アミン化合物が用いられる。具体的には、エタノールアミン、プロパノールアミン、ポリエチレングリコールアミンが挙げられる。具体的なブロッキング操作としては、例えば、カルボキシル基を有する親水性高分子基板に対して、1−エチル−2,3−ジメチルアミノプロピルカルボジイミドとN−ヒドロキシスクシンイミドとの混合液を添加し、一定時間反応後、洗浄し、次に、エタノールアミン・HCl溶液を添加し、一定時間反応後、洗浄する操作を挙げることができる。   As an example of the former, there is a method of forming a covalent bond with an amino compound by an amine coupling method on a hydrophilic polymer substrate having a negatively charged carboxyl group as a dissociable group. Preferably, a primary amine compound is used as a blocking agent, and a linear primary amine compound is more preferably used. Specific examples include ethanolamine, propanolamine, and polyethylene glycolamine. As a specific blocking operation, for example, a liquid mixture of 1-ethyl-2,3-dimethylaminopropylcarbodiimide and N-hydroxysuccinimide is added to a hydrophilic polymer substrate having a carboxyl group for a certain period of time. After the reaction, washing may be performed, and then an ethanolamine / HCl solution may be added and the reaction may be performed after the reaction for a certain time.

後者の例としては、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基などのマイナス荷電を有する解離性基を有する親水性高分子基板に対して、カチオン性基を有する親水性化合物が好ましく用いられ、さらに好ましくはアンモニウム基、ピリジニウム基、ホスホニウム基、スルホニウム塩基を有する親水性化合物が用いられる。具体的には、塩化O-[2-ヒドロキシ-3-(トリメチルアンモニオ)プロピル]デキストラン、テトラブチルアンモニウムが挙げられる。具体的なブロッキング操作としては、カチオン性親水性化合物の水溶液を添加し、一定時間反応後、洗浄する操作を挙げることができる。   As an example of the latter, a hydrophilic compound having a cationic group is preferably used for a hydrophilic polymer substrate having a negatively-dissociable group such as a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group. Preferably, a hydrophilic compound having an ammonium group, a pyridinium group, a phosphonium group, or a sulfonium base is used. Specific examples include O- [2-hydroxy-3- (trimethylammonio) propyl] dextran chloride and tetrabutylammonium chloride. As a specific blocking operation, an operation of adding an aqueous solution of a cationic hydrophilic compound, washing after reacting for a predetermined time can be exemplified.

実質的に荷電を有しないとは、表面荷電を有した蛋白質が、上記のような親水性高分子基板に対して静電的に濃縮されないことをいう。具体的には、本発明の光学バイオセンサーを用いて、蛋白質が荷電を有するようなpHに調整したバッファー系で、蛋白質の親水性高分子基板への濃縮度合いを測定することができる。蛋白質が荷電を有しないpHと蛋白質が荷電を有するpHの比較において、蛋白質の濃縮量に有意差がない場合に、その親水性高分子基板は実質的に荷電を有しないとみなすことができる。   “Substantially free of charge” means that a protein having surface charge is not electrostatically concentrated with respect to the hydrophilic polymer substrate as described above. Specifically, using the optical biosensor of the present invention, the degree of concentration of a protein on a hydrophilic polymer substrate can be measured with a buffer system adjusted to a pH such that the protein is charged. In the comparison between the pH at which the protein is not charged and the pH at which the protein is charged, if there is no significant difference in the protein concentration, the hydrophilic polymer substrate can be regarded as having substantially no charge.

本発明のバイオセンサー基板の表面に対し、タグ分子で修飾された生理活性物質を接触させることにより、バイオセンサー基板のリガンドと、生理活性物質に結合しているタグ分子が相互作用することにより、バイオセンサー基板に対して生理活性物質を固定化することが可能となる。   By bringing a bioactive substance modified with a tag molecule into contact with the surface of the biosensor substrate of the present invention, the ligand of the biosensor substrate and the tag molecule bound to the bioactive substance interact, It becomes possible to immobilize the physiologically active substance on the biosensor substrate.

タグ分子で修飾された生理活性物質を固定化する時に用いるバッファー、あるいは、タグ分子で修飾された生理活性物質への低分子検体の結合を測定する時に用いるバッファーとしては、中性領域のバッファーを用いることが好ましい。pH6.0〜pH8.0が好ましく、pH6.5〜pH7.5がさらに好ましい。具体的には、以下のバッファー剤が好ましく用いられる。リン酸、MES(2-Morpholinoethanesulfonic acid, momohydrate)、Bis-Tris(Bis(2-hydroxyethyl)iminotris(hydroxymethyl)methane)、PIPES(Piperazine-1,4-bis(2-ethanesulfonic acid)、MOPSO(2-Hydroxy-3-morpholinopropanesulfonic acid)、BES(N,N-Bis(2-hydroxyethyl)-2-aminoethanesulfonic acid)、MOPS(3-Morpholinopropanesulfonic acid)、HEPES(2-[4-(2-Hydroxyetyl)-1-piperazinyl]ethanesulfonic acid)、POPSO(Piperazine-1,4-bis(2-hydroxy-3-propanesulfonic acid),dihydrate)、HEPPSO(2-Hydroxy-3-[4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazinyl]propanesulfonic acid,monohydrate)、EPPS(3-[4-(2-Hydroxyethyl)-1-piperazinyl]propanesulfonic acid)。バッファー剤の濃度は、1mM〜200mMで用いることが好ましく、5mM〜100mMがより好ましい。適宜、NaClを添加することができる。NaCl濃度は、10mM〜500mMで用いることが好ましく、50mM〜200mMがより好ましい。また、EDTA等のキレート試薬を添加することができる。さらに、生理活性物質の活性調整のため、Ca、K、Na、Mn、Fe、Zn等の金属イオンを添加することができる。   As a buffer used when immobilizing a physiologically active substance modified with a tag molecule, or a buffer used when measuring the binding of a low molecular weight analyte to a physiologically active substance modified with a tag molecule, a buffer in a neutral region is used. It is preferable to use it. The pH is preferably 6.0 to pH 8.0, and more preferably pH 6.5 to pH 7.5. Specifically, the following buffer agents are preferably used. Phosphoric acid, MES (2-Morpholinoethanesulfonic acid, momohydrate), Bis-Tris (Bis (2-hydroxyethyl) iminotris (hydroxymethyl) methane), PIPES (Piperazine-1,4-bis (2-ethanesulfonic acid), MOPSO (2- Hydroxy-3-morpholinopropanesulfonic acid), BES (N, N-Bis (2-hydroxyethyl) -2-aminoethanesulfonic acid), MOPS (3-Morpholinopropanesulfonic acid), HEPES (2- [4- (2-Hydroxyetyl) -1- piperazinyl] ethanesulfonic acid), POPSO (Piperazine-1,4-bis (2-hydroxy-3-propanesulfonic acid), dihydrate), HEPPSO (2-Hydroxy-3- [4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazinyl] propanesulfonic acid, monohydrate), EPPS (3- [4- (2-Hydroxyethyl) -1-piperazinyl] propanesulfonic acid). The concentration of the buffer agent is preferably 1 mM to 200 mM, more preferably 5 mM to 100 mM. The NaCl concentration is preferably 10 mM to 500 mM, more preferably 50 mM to 200 mM, and a chelating reagent such as EDTA can be added. For adjustment may be added Ca, K, Na, Mn, Fe, metal ions such as Zn.

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、親水性高分子は、金属層に、直接又は中間層を介して結合している。中間層としては、疎水性高分子化合物又は自己組織化膜から成る層などを使用することができる。以下、疎水性高分子化合物、及び自己組織化膜について説明する。   In the present invention, the hydrophilic polymer is bonded to the metal layer directly or through an intermediate layer. As the intermediate layer, a layer made of a hydrophobic polymer compound or a self-assembled film can be used. Hereinafter, the hydrophobic polymer compound and the self-assembled film will be described.

疎水性高分子化合物は、吸水性を有しない高分子化合物であり、水への溶解度(25℃)が10%以下、より好ましくは1%以下、最も好ましくは0.1%以下である。   The hydrophobic polymer compound is a polymer compound that does not absorb water, and has a solubility in water (25 ° C.) of 10% or less, more preferably 1% or less, and most preferably 0.1% or less.

疎水性高分子化合物を形成する疎水性単量体としては、ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、オレフィン類、スチレン類、クロトン酸エステル類、イタコン酸ジエステル類、マレイン酸ジエステル類、フマル酸ジエステル類、アリル化合物類、ビニルエーテル類、ビニルケトン類等から任意に選ぶことができる。疎水性高分子化合物としては、1種類のモノマーから成るホモポリマーでも、2種類以上のモノマーから成るコポリマーでもよい。   Hydrophobic monomers that form hydrophobic polymer compounds include vinyl esters, acrylic acid esters, methacrylic acid esters, olefins, styrenes, crotonic acid esters, itaconic acid diesters, and maleic acid diesters. , Fumaric acid diesters, allyl compounds, vinyl ethers, vinyl ketones and the like. The hydrophobic polymer compound may be a homopolymer composed of one type of monomer or a copolymer composed of two or more types of monomers.

本発明で好ましく用いられる疎水性高分子化合物としては、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルクロライド、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、ナイロンなどが挙げられる。   Examples of the hydrophobic polymer compound preferably used in the present invention include polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polymethyl methacrylate, polyester, and nylon.

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.

浸漬法は、基板を疎水性高分子化合物溶液に接触させた後に、前記疎水性高分子化合物溶液を含まない液に接触させる方法でコーティングを行う。好ましくは、疎水性高分子化合物溶液の溶剤と疎水性高分子化合物を含まない液の溶剤とは、同一の溶剤である。   In the dipping method, coating is performed by bringing the substrate into contact with a hydrophobic polymer solution and then bringing the substrate into contact with a liquid not containing the hydrophobic polymer solution. Preferably, the solvent of the hydrophobic polymer compound solution and the solvent of the liquid not containing the hydrophobic polymer compound are the same solvent.

浸漬法では、疎水性高分子化合物のコーティング用溶剤を適切に選択することで、基板の凹凸、曲率、形状などに依らず基板表面に均一なコーティング厚みの疎水性高分子化合物層が得られる。   In the dipping method, a hydrophobic polymer compound layer having a uniform coating thickness can be obtained on the surface of the substrate by appropriately selecting a solvent for coating the hydrophobic polymer compound, regardless of the unevenness, curvature, and shape of the substrate.

浸漬法のコーティング用溶剤は特に限定されず、疎水性高分子化合物の一部を溶解すれものであれば任意の溶剤を用いることができる。例えば、N,N−ジメチルホルムアミド等のホルムアミド系溶剤、アセトニトリル等のニトリル系溶剤、フェノキシエタノール等のアルコール系溶剤、2−ブタノン等のケトン系溶剤、トルエン等のベンゼン系溶剤などを使用することができるが、これらに限定されない。   The coating solvent for the dipping method is not particularly limited, and any solvent can be used as long as it dissolves a part of the hydrophobic polymer compound. For example, a formamide solvent such as N, N-dimethylformamide, a nitrile solvent such as acetonitrile, an alcohol solvent such as phenoxyethanol, a ketone solvent such as 2-butanone, and a benzene solvent such as toluene can be used. However, it is not limited to these.

基板に接触させる疎水性高分子化合物の溶液は、疎水性高分子化合物が完全に溶解しても、疎水性高分子化合物の不溶解成分を含む懸濁液でもよい。液温は、疎水性高分子化合物の一部が溶解する液体状態であれば特に制限はないが、−20℃以上100℃以下が好ましい。基板を疎水性高分子化合物の溶液に接触させている間に液温を変動させても良い。溶液の疎水性高分子化合物濃度に特に制限はないが、好ましくは0.01%以上30%以下、さらに好ましくは0.1%以上10%以下である。   The solution of the hydrophobic polymer compound to be brought into contact with the substrate may be either a completely dissolved hydrophobic polymer compound or a suspension containing an insoluble component of the hydrophobic polymer compound. The liquid temperature is not particularly limited as long as a part of the hydrophobic polymer compound is dissolved, but is preferably −20 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. The liquid temperature may be varied while the substrate is in contact with the hydrophobic polymer compound solution. Although there is no restriction | limiting in particular in the hydrophobic polymer compound density | concentration of a solution, Preferably it is 0.01% or more and 30% or less, More preferably, it is 0.1% or more and 10% or less.

固体基板を疎水性高分子化合物溶液に接触させる時間は特に制限されないが、好ましくは1秒以上24時間以下、さらに好ましくは3秒以上1時間以下である。   The time for bringing the solid substrate into contact with the hydrophobic polymer solution is not particularly limited, but is preferably 1 second to 24 hours, more preferably 3 seconds to 1 hour.

疎水性高分子化合物を含まない液としては、溶剤自身のSP値(単位:(J/cm3)1/2)と疎水性高分子化合物のSP値との差が、1以上20以下であることが好ましく、3以上15以下であることがさらに好ましい。SP値は、分子間の凝集エネルギー密度の平方根で表され、溶解度パラメーターとも呼ばれる。本発明では、SP値δは下記式で算出した。各官能基の凝集エネルギーEcohとモル容積Vは、Fedorsが規定した値を使用した(R.F.Fedors、Polym.Eng.Sci.、14(2)、P147、P472(1974))。
δ=(ΣEcoh/ΣV)1/2
例として、疎水性高分子化合物および溶剤のSP値を挙げると、ポリメチルメタクリレート-ポリスチレンコポリマー(1:1):21.0に対する溶剤2−フェノキシエタノール:25.3、ポリメチルメタクリレート:20.3に対する溶剤アセトニトリル:22.9、ポリスチレン:21.6に対する溶剤トルエン:18.7である。
As a liquid not containing a hydrophobic polymer compound, the difference between the SP value of the solvent itself (unit: (J / cm 3 ) 1/2 ) and the SP value of the hydrophobic polymer compound is 1 or more and 20 or less. Preferably, it is 3 or more and 15 or less. The SP value is represented by the square root of the cohesive energy density between molecules and is also called a solubility parameter. In the present invention, the SP value δ is calculated by the following formula. As the cohesive energy Ecoh and the molar volume V of each functional group, the values specified by Fedors were used (R. F. Fedors, Polym. Eng. Sci., 14 (2), P147, P472 (1974)).
δ = (ΣEcoh / ΣV) 1/2
By way of example, the SP values of hydrophobic polymer compounds and solvents are as follows: Polymethylmethacrylate-polystyrene copolymer (1: 1): for 21.0 Solvent 2-phenoxyethanol: 25.3, for Polymethylmethacrylate: 20.3 Solvent acetonitrile: 22.9, polystyrene: 21.6 with respect to polystyrene: 21.6.

基板を、疎水性高分子化合物を含まない液に接触させる時間は特に制限されないが、好ましくは1秒以上24時間以下、さらに好ましくは3秒以上1時間以下である。液温は、溶剤が液体状態であれば特に制限はないが、−20℃以上100℃以下が好ましい。基板を溶剤に接触させている間に液温を変動させてもよい。揮発させにくい溶剤を使用する場合、溶剤を除去する目的で、該溶媒に接触させた後、互いに溶解する揮発性溶剤で置換してもよい。   The time for contacting the substrate with the liquid not containing the hydrophobic polymer compound is not particularly limited, but is preferably 1 second or longer and 24 hours or shorter, more preferably 3 seconds or longer and 1 hour or shorter. The liquid temperature is not particularly limited as long as the solvent is in a liquid state, but is preferably −20 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. The liquid temperature may be varied while the substrate is in contact with the solvent. When using a solvent that is difficult to volatilize, for the purpose of removing the solvent, the solvent may be replaced with a volatile solvent that dissolves each other after contacting the solvent.

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.

次に、自己組織化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。本発明では、例えば、自己組織化化合物として、6-ヒドロキシ-1-ヘキサンチオール、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。   Next, the self-assembled 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. In the present invention, for example, as a self-assembling compound, 6-hydroxy-1-hexanethiol, 7-carboxy-1-heptanethiol, 10-carboxy-1-decanethiol, 4,4′-dithiodibutylic acid, 11 -Hydroxy-1-undecanethiol, 11-amino-1-undecanethiol and the like can be used.

また、本発明において使用可能な自己組織化化合物として、一般式A−1(一般式A−1において、nは3から20の整数を示し、Xは官能基を示す)に示すアルカンチオール誘導体を好ましく用いることができる。一般式A−1において例えば、X=NH2である化合物を用いて自己組織化膜を形成させることで、アミノ基を有する有機層で金表面を被覆することが可能となる。 Further, as a self-assembling compound usable in the present invention, an alkanethiol derivative represented by the general formula A-1 (in the general formula A-1 , n represents an integer of 3 to 20 and X represents a functional group) It can be preferably used. In the general formula A-1 , for example, by forming a self-assembled film using a compound where X = NH2, the gold surface can be covered with an organic layer having an amino group.

Figure 2008209378
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末端にアミノ基を有するアルカンチオールを使用する場合、アルキル鎖を介してチオール基とアミノ基が連結している化合物(一般式1−1)(一般式1−1において、nは3から20の整数を示す)でもよく、末端にカルボキシル基を有するアルカンチオール(一般式1−21−3)(一般式1−2においてnは3から20の整数を示し、一般式4においてnはそれぞれ独立に1から20の整数を示す)と大過剰のヒドラジドまたはジアミンを反応させた化合物でもよい。末端にカルボキシル基を有するアルカンチオールと大過剰のヒドラジドまたはジアミンとの反応は、溶液状態で行ってもよく、また、末端にカルボキシル基を有するアルカンチオールを基板表面に結合した後、大過剰のヒドラジドまたはジアミンを反応させてもよい。 When an alkanethiol having an amino group at the terminal is used, a compound in which the thiol group and the amino group are linked via an alkyl chain (general formula 1-1 ) (in general formula 1-1 , n is 3 to 20 An alkanethiol having a carboxyl group at the terminal (general formulas 1-2 and 1-3 ) (in general formula 1-2 , n represents an integer of 3 to 20, and in general formula 4, n represents each Independently represents an integer of 1 to 20) and a large excess of hydrazide or diamine may be used. The reaction between the alkanethiol having a carboxyl group at the terminal and a large excess of hydrazide or diamine may be carried out in a solution state, or after binding the alkanethiol having a carboxyl group at the terminal to the substrate surface, a large excess of hydrazide. Or you may make diamine react.

Figure 2008209378
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1−11−3のアルキル基の繰返し数は、3以上20以下が好ましく、さらに3以上16以下が好ましく、4以上8以下が最も好ましい。アルキル鎖が短いと自己組織化膜を形成しにくく、アルキル鎖が長いと水溶性が低下し、ハンドリングが困難になる。 The repeating number of the alkyl group of 1-1 to 1-3 is preferably 3 or more and 20 or less, more preferably 3 or more and 16 or less, and most preferably 4 or more and 8 or less. When the alkyl chain is short, it is difficult to form a self-assembled film, and when the alkyl chain is long, water solubility is lowered and handling becomes difficult.

本発明に用いるジアミンとしては、任意の化合物を用いることが可能であるが、バイオセンサー表面に用いる場合、水溶性ジアミンが好ましい。水溶性ジアミンとしては具体的に、エチレンジアミン、テトラエチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ピペラジン、トリエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、ジヘキサメチレントリアミン、1.4−ジアミノシクロヘキサン等の脂肪族ジアミン、パラフェニレンジアミン、メタフェニレンジアミン、パラキシリレンジアミン、メタキシリレンジアミン、4,4’−ジアモノビフェニル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルケトン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン酸等の芳香族ジアミンが挙げられる。バイオセンサー表面の親水性を向上させるという観点から、2つのアミノ基をエチレングリコールユニットで連結した化合物(一般式1−4)を用いることも可能である。本発明に用いるジアミンとしては、好ましくはエチレンジアミンまたは一般式1−4(一般式1−4において、n及びmは、それぞれ独立に1から20の整数を示す)で表される化合物であり、より好ましくは、エチレンジアミンまたは1,2-ビス(アミノエトキシ)エタン(一般式1−4において、n=2,m=1)である。 As the diamine used in the present invention, any compound can be used, but when used on the biosensor surface, a water-soluble diamine is preferred. Specific examples of water-soluble diamines include aliphatic diamines such as ethylenediamine, tetraethylenediamine, octamethylenediamine, decamethylenediamine, piperazine, triethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetraamine, dihexamethylenetriamine, and 1.4-diaminocyclohexane. , Paraphenylenediamine, metaphenylenediamine, paraxylylenediamine, metaxylylenediamine, 4,4'-diamonobiphenyl, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenyl ketone, 4,4'- Aromatic diamines such as diaminodiphenylsulfonic acid can be mentioned. From the viewpoint of improving the hydrophilicity of the biosensor surface, it is also possible to use a compound (general formula 1-4 ) in which two amino groups are linked by an ethylene glycol unit. The diamine used in the present invention is preferably a compound represented by ethylenediamine or general formula 1-4 (in general formula 1-4 , n and m each independently represents an integer of 1 to 20), and more Ethylenediamine or 1,2-bis (aminoethoxy) ethane (in formula 1-4 , n = 2, m = 1) is preferable.

Figure 2008209378
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これらのアルカンチオールは、単独で自己組織化膜を形成することも可能であり、また、他の種類のアルカンチオールと混合して自己組織化膜を形成することも可能である。バイオセンサー表面に用いる場合、他の種類アルカンチオールとしては、生理活性物質の非特異吸着を抑制可能な化合物を用いることが好ましい。生理活性物質の非特異吸着を抑制可能な自己組織化膜に関しては、前述のWhitesides教授らにより詳細に検討されており、親水性基を有するアルカンチオールから形成された自己組織化膜が非特異吸着抑制に有効であることが報告されている(Langmuir,17,2841-2850, 5605-5620, 6336-6343 (2001))。例えば、アミノ基を有するアルカンチオールと混合単分子膜を形成するアルカンチオールは、前記論文に記載された化合物を好ましく用いることが可能である。非特異吸着抑制能に優れ、入手が容易であることから、アミノ基を有するアルカンチオールと混合単分子膜を形成するアルカンチオールとしては、水酸基を有するアルカンチオール(一般式1−5)あるいはエチレングルコールユニットを有するアルカンチオール(一般式1−6)(一般式1−5において、nは3から20の整数を示し、一般式1−6において、n及びmは、それぞれ独立に1から20の整数を示す)を用いることが好ましい。 These alkanethiols can form a self-assembled film alone, or can be mixed with other types of alkanethiols to form a self-assembled film. When used on the biosensor surface, it is preferable to use a compound capable of suppressing non-specific adsorption of a physiologically active substance as the other kind of alkanethiol. The self-assembled membrane that can suppress non-specific adsorption of physiologically active substances has been studied in detail by the aforementioned Professor Whitesides et al. The self-assembled membrane formed from alkanethiol having a hydrophilic group is non-specifically adsorbed It is reported to be effective for suppression (Langmuir, 17,2841-2850, 5605-5620, 6336-6343 (2001)). For example, as the alkanethiol that forms a mixed monomolecular film with an alkanethiol having an amino group, the compounds described in the paper can be preferably used. As alkanethiol that forms a mixed monomolecular film with an alkanethiol having an amino group is excellent in non-specific adsorption inhibiting ability and is easily available, alkanethiol having a hydroxyl group (general formula 1-5 ) or ethylene group in alkanethiol (general formula 1-6) (general formula 1-5 with a call unit, n represents an integer of from 3 to 20, in the general formula 1-6, n and m are from 1 to 20 independently It is preferable to use an integer.

Figure 2008209378
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アミノ基を有するアルカンチオールを他のアルカンチオールと混合して自己組織化膜を形成する場合、1−11−3のアルキル基の繰返し数は、4以上20以下が好ましく、さらに4以上16以下が好ましく、4以上10以下が最も好ましい。また、1-5,1-6のアルキル基の繰返し数は、3以上16以下が好ましく、さらに5以上12以下が好ましく、5以上10以下が最も好ましい。 When an alkanethiol having an amino group is mixed with another alkanethiol to form a self-assembled film, the repeating number of the alkyl group of 1-1 to 1-3 is preferably 4 or more and 20 or less, and more preferably 4 or more and 16 The following is preferable, and 4 or more and 10 or less are most preferable. The number of repeating alkyl groups 1-5 and 1-6 is preferably 3 or more and 16 or less, more preferably 5 or more and 12 or less, and most preferably 5 or more and 10 or less.

混合単分子膜の場合、例えば、アミノ基を有するアルカンチオールと親水性基を有するアルカンチオールは、任意の割合で混合することが可能であるが、アミノ基を有するアルカンチオールの割合が少ない場合には活性化されたカルボキシル基含有ポリマーの結合量が低下し、親水性基を有するアルカンチオールの割合が少ない場合には非特異吸着抑制能が減少する。それゆえ、アミノ基を有するアルカンチオールと親水性基を有するアルカンチオールの混合比は、1/1〜1/1,000,000の範囲であることが好ましく、1/4〜1/10,000の範囲であることがより好ましく、1/10〜1/1,000の範囲であることがさらに好ましい。活性化されたカルボキシル基を含有するポリマーと反応する場合の立体障害低減の観点から、アミノ基を有するアルカンチオールの分子長は、親水性基を有するアルカンチオールの分子長よりも長いことが好ましい。   In the case of a mixed monomolecular film, for example, an alkanethiol having an amino group and an alkanethiol having a hydrophilic group can be mixed at an arbitrary ratio, but when the ratio of the alkanethiol having an amino group is small. Decreases the binding amount of the activated carboxyl group-containing polymer, and the nonspecific adsorption suppression ability decreases when the proportion of alkanethiol having a hydrophilic group is small. Therefore, the mixing ratio of the alkanethiol having an amino group and the alkanethiol having a hydrophilic group is preferably in the range of 1/1 to 1 / 1,000,000, and preferably 1/4 to 1 / 10,000. Is more preferable, and the range of 1/10 to 1/1000 is more preferable. From the viewpoint of reducing steric hindrance when reacting with a polymer containing an activated carboxyl group, the molecular length of the alkanethiol having an amino group is preferably longer than the molecular length of the alkanethiol having a hydrophilic group.

本発明で用いるアルカンチオールは、Northwestern大学のGrzybowski教授らによる総説(Curr. Org. Chem., 8, 1763-1797(2004).)およびその引用文献に基づいて合成された化合物を用いても良く、また市販の化合物を用いてもよい。これらの化合物は、同仁化学(株)、Aldrich社、SensoPath Technologies社、Frontier Scientific Inc.社等から購入可能である。本発明においてアルカンチオールの酸化生成物であるジスルフィド化合物は、アルカンチオールと同様に用いることが可能である。   The alkanethiol used in the present invention may be a compound synthesized based on a review by Prof. Grzybowski et al. Of Northwestern University (Curr. Org. Chem., 8, 1763-1797 (2004).) And its cited references. Commercially available compounds may also be used. These compounds can be purchased from Dojindo Co., Ltd., Aldrich, SensoPath Technologies, Frontier Scientific Inc., etc. In the present invention, the disulfide compound that is an oxidation product of alkanethiol can be used in the same manner as alkanethiol.

本発明のセンサー用基板に固定される生理活性物質としては、測定対象物と相互作用するものであれば特に限定されず、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。   The physiologically active substance immobilized on the sensor substrate of the present invention is not particularly limited as long as it interacts with the measurement object. For example, immune proteins, enzymes, microorganisms, nucleic acids, low molecular organic compounds, non-immune proteins And immunoglobulin binding proteins, sugar binding proteins, sugar chains that recognize sugars, fatty acids or fatty acid esters, polypeptides or oligopeptides having ligand binding ability, and the like.

免疫蛋白質としては、測定対象物を抗原とする抗体やハプテンなどを例示することができる。抗体としては、種々の免疫グロブリン、即ちIgG、IgM、IgA、IgE、IgDを使用することができる。具体的には、測定対象物がヒト血清アルブミンであれば、抗体として抗ヒト血清アルブミン抗体を使用することができる。また、農薬、殺虫剤、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌、抗生物質、麻薬、コカイン、ヘロイン、クラック等を抗原とする場合には、例えば抗アトラジン抗体、抗カナマイシン抗体、抗メタンフェタミン抗体、あるいは病原性大腸菌の中でO抗原26、86、55、111 、157 などに対する抗体等を使用することができる。   Examples of immunity proteins include antibodies and haptens that use the measurement target as an antigen. As the antibody, various immunoglobulins, that is, IgG, IgM, IgA, IgE, IgD can be used. Specifically, when the measurement target is human serum albumin, an anti-human serum albumin antibody can be used as the antibody. In addition, when using pesticides, insecticides, methicillin-resistant Staphylococcus aureus, antibiotics, narcotics, cocaine, heroin, cracks, etc. as antigens, for example, anti-atrazine antibodies, anti-kanamycin antibodies, anti-methamphetamine antibodies, or pathogenic E. coli Among them, antibodies against O antigens 26, 86, 55, 111, 157 and the like can be used.

酵素としては、測定対象物又は測定対象物から代謝される物質に対して活性を示すものであれば、特に限定されることなく、種々の酵素、例えば酸化還元酵素、加水分解酵素、異性化酵素、脱離酵素、合成酵素等を使用することができる。具体的には、測定対象物がグルコースであれば、グルコースオキシダーゼを、測定対象物がコレステロールであれば、コレステロールオキシダーゼを使用することができる。また、農薬、殺虫剤、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌、抗生物質、麻薬、コカイン、ヘロイン、クラック等を測定対象物とする場合には、それらから代謝される物質と特異的反応を示す、例えばアセチルコリンエステラーゼ、カテコールアミンエステラーゼ、ノルアドレナリンエステラーゼ、ドーパミンエステラーゼ等の酵素を使用することができる。   The enzyme is not particularly limited as long as it shows activity against the measurement object or a substance metabolized from the measurement object, and various enzymes such as oxidoreductase, hydrolase, isomerase , A desorbing enzyme, a synthesizing enzyme and the like can be used. Specifically, if the measurement object is glucose, glucose oxidase can be used, and if the measurement object is cholesterol, cholesterol oxidase can be used. In addition, when pesticides, insecticides, methicillin-resistant Staphylococcus aureus, antibiotics, narcotics, cocaine, heroin, cracks, etc. are used as measurement objects, they exhibit specific reactions with substances metabolized from them, such as acetylcholinesterase. Enzymes such as catecholamine esterase, noradrenaline esterase and dopamine esterase can be used.

微生物としては、特に限定されることなく、大腸菌をはじめとする種々の微生物を使用することができる。
核酸としては、測定の対象とする核酸と相補的にハイブリダイズするものを使用することができる。核酸は、DNA(cDNAを含む)、RNAのいずれも使用できる。DNAの種類は特に限定されず、天然由来のDNA、遺伝子組換え技術により調製した組換えDNA、又は化学合成DNAの何れでもよい。
低分子有機化合物としては通常の有機化学合成の方法で合成することができる任意の化合物が挙げられる。
The microorganism is not particularly limited, and various microorganisms including Escherichia coli can be used.
As the nucleic acid, one that hybridizes complementarily with the nucleic acid to be measured can be used. As the nucleic acid, either DNA (including cDNA) or RNA can be used. The type of DNA is not particularly limited, and may be any of naturally derived DNA, recombinant DNA prepared by gene recombination technology, or chemically synthesized DNA.
Examples of the low molecular weight organic compound include any compound that can be synthesized by an ordinary organic chemical synthesis method.

非免疫蛋白質としては、特に限定されることなく、例えばアビジン(ストレプトアビジン)、ビオチン又はレセプターなどを使用できる。
免疫グロブリン結合性蛋白質としては、例えばプロテインAあるいはプロテインG、リウマチ因子(RF)等を使用することができる。
糖結合性蛋白質としては、レクチン等が挙げられる。
脂肪酸あるいは脂肪酸エステルとしては、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、ステアリン酸エチル、アラキジン酸エチル、ベヘン酸エチル等が挙げられる。
The non-immune protein is not particularly limited, and for example, avidin (streptavidin), biotin or a receptor can be used.
As the immunoglobulin-binding protein, for example, protein A or protein G, rheumatoid factor (RF) and the like can be used.
Examples of sugar-binding proteins include lectins.
Examples of the fatty acid or fatty acid ester include stearic acid, arachidic acid, behenic acid, ethyl stearate, ethyl arachidate, and ethyl behenate.

これらの生理活性物質は、生理活性物質を含む溶液を親水性高分子が固定された基板上に塗布し、乾燥することによって固定化することが好ましい。   These physiologically active substances are preferably immobilized by applying a solution containing the physiologically active substance onto a substrate on which a hydrophilic polymer is immobilized and drying.

生理活性物質を含む溶液(塗布液)の濃度は、基板表面に固定する生理活性物質の濃度が高い方が好ましい。生理活性物質により異なるが、0.1mg/mLから10mg/mLで使用することが好ましく、さらに好ましくは1mg/mLから10mg/mLである。   The concentration of the solution (coating solution) containing the physiologically active substance is preferably higher in the concentration of the physiologically active substance immobilized on the substrate surface. Although it varies depending on the physiologically active substance, it is preferably 0.1 mg / mL to 10 mg / mL, more preferably 1 mg / mL to 10 mg / mL.

生理活性物質を含む溶液の乾燥過程において、生理活性物質は塗布した溶液の外周部または、塗布液が乾固直前まで液が残った部分に析出する傾向がある。これにより基板表面に固定される生理活性物質の量に分布が発生し好ましくない。基板表面の生理活性物質固定量を均一にするため、塗布液の粘度は生理活性物質の基板表面への結合を阻害しない範囲で高くすることが好ましい。塗布液粘度を高くすることで、乾燥過程における塗布液中の生理活性物質の基板表面に対して水平方向の移動が抑えられ、結果として生理活性物質固定量のばらつきを抑えられる。乾燥過程における塗布液の粘度は0.9cP以上に保つことが好ましい。   In the drying process of a solution containing a physiologically active substance, the physiologically active substance tends to be deposited on the outer periphery of the applied solution or on the portion where the liquid remains until just before the coating solution is dried. This undesirably causes a distribution in the amount of the physiologically active substance immobilized on the substrate surface. In order to make the amount of the physiologically active substance immobilized on the substrate surface uniform, it is preferable to increase the viscosity of the coating solution as long as the binding of the physiologically active substance to the substrate surface is not inhibited. By increasing the viscosity of the coating solution, the horizontal movement of the physiologically active substance in the coating solution in the drying process with respect to the substrate surface can be suppressed, and as a result, variations in the amount of physiologically active substance fixed can be suppressed. The viscosity of the coating solution in the drying process is preferably kept at 0.9 cP or higher.

本発明の乾燥する工程とは、生理活性物質を含む溶液の塗布後、その溶液を、静置することによる自然乾燥や、加熱や送風などによって溶液が乾燥する速度を上げ、意図的に乾燥させる工程をいう。ここで、生理活性物質を含む溶液(塗布液)の乾燥速度を上げることは生理活性物質固定量のばらつきを抑えることに効果がある。乾燥速度を上げ、生理活性物質の水平方向の移動速度に対して、十分早く乾燥を終了させることで、生理活性物質が実質的に移動する前に乾燥が終了し、ばらつきを抑えることが可能となる。乾燥速度を上げる方法は特に限定されないが、塗布液温度、乾燥環境温度を上げる、赤外線、レーザーなどの照射で蒸発エネルギーを加える、送風などで乾燥時の溶媒蒸気圧を下げる、溶液を薄層塗布して塗布量に対する蒸発面積を大きくするなどの方法が挙げられる。特に、塗布液が水を含む場合、乾球温度と湿球温度差の大きい環境で乾燥させることで乾燥速度は早くなる。乾球温度と湿球温度との温度差が7℃以上の環境で乾燥させることが好ましく、さらに好ましくは10℃以上、さらに好ましくは13.5℃以上である。また、製造工程上、乾燥時間としては10分以内が好ましく、より好ましくは5分以内、特に好ましくは1分以内である。   The drying step of the present invention means that after application of a solution containing a physiologically active substance, the solution is naturally dried by standing, or the solution is dried by heating or blowing, and the solution is intentionally dried. Refers to a process. Here, increasing the drying rate of a solution (coating solution) containing a physiologically active substance is effective in suppressing variations in the amount of physiologically active substance immobilized. By increasing the drying speed and finishing the drying sufficiently quickly with respect to the horizontal movement speed of the physiologically active substance, it is possible to finish the drying before the physiologically active substance substantially moves and to suppress variations. Become. The method of increasing the drying speed is not particularly limited, but the coating solution temperature and drying environment temperature are increased, the evaporation energy is applied by irradiation with infrared rays, laser, etc., the solvent vapor pressure during drying is lowered by blowing, the solution is applied in a thin layer And a method of increasing the evaporation area with respect to the coating amount. In particular, when the coating solution contains water, the drying speed is increased by drying in an environment having a large difference between the dry bulb temperature and the wet bulb temperature. It is preferable to dry in an environment where the temperature difference between the dry bulb temperature and the wet bulb temperature is 7 ° C or higher, more preferably 10 ° C or higher, and further preferably 13.5 ° C or higher. Further, in the production process, the drying time is preferably within 10 minutes, more preferably within 5 minutes, and particularly preferably within 1 minute.

生理活性物質を含む溶液を塗布する方法としては、特に塗布液を定量吐出するディスペンサーを使用する方法が挙げられる。ディスペンサーの吐出口を基板上で一定速度、一定間隔で動作させることで基板上の任意の場所に均一塗布することが可能である。ディスペンサーで塗布する場合、基板と吐出口の間隔を極力狭くし、塗布液厚みを薄くすることで生理活性物質の厚みを均一にすることができ、また乾燥速度を上げることができ、好ましい。また生理活性物質を含む溶液を塗布する好ましい方法として、スピンコートも挙げられる。この方法は、特に塗布膜厚を薄くする場合に好ましい。均一厚みの溶液を形成した後に乾燥させるため、スピンコーターは回転中の溶媒の蒸発を防ぐことが好ましい。このため、回転時に基板を密閉容器に入れておくなどの方法で、基板周辺の溶媒濃度が高い環境に保つことで、回転中の薄膜形成と薄膜形成後の乾燥速度を制御できるため、特に好ましい。これらの塗布工程後、温度・湿度を一定に保った条件下で乾燥させることが好ましい。   Examples of a method for applying a solution containing a physiologically active substance include a method using a dispenser that dispenses a coating solution in a fixed amount. By operating the discharge port of the dispenser on the substrate at a constant speed and a constant interval, it is possible to uniformly apply to any place on the substrate. In the case of applying with a dispenser, the distance between the substrate and the discharge port is made as narrow as possible, and the thickness of the physiologically active substance can be made uniform by reducing the thickness of the coating solution, and the drying speed can be increased, which is preferable. A preferred method for applying a solution containing a physiologically active substance is spin coating. This method is particularly preferable when the coating film thickness is reduced. In order to dry after forming a solution having a uniform thickness, the spin coater preferably prevents evaporation of the solvent during rotation. For this reason, it is particularly preferable because the thin film formation during the rotation and the drying speed after the thin film formation can be controlled by maintaining the environment in which the solvent concentration around the substrate is high by a method such as placing the substrate in a sealed container during rotation. . After these coating steps, it is preferable to dry under conditions where the temperature and humidity are kept constant.

生理活性物質と被検体物質との相互作用を検出する場合、センサー表面の生理活性物質の固定量の変動は相互作用の定量的、速度論的評価の誤差の原因となる。この誤差を最小限に抑える目的で、生理活性物質の固定量を均一にすることが好ましい。相互作用の検出に使用される基板表面の生理活性物質の固定量のばらつきがCV値(変動係数)(標準偏差/平均値)で15%以下が好ましく、さらに好ましくは10%以下である。CV値は、基板表面の少なくとも2点以上、好ましくは10点以上、さらに好ましくは100点以上の固定量から算出することができる。均一性は、生理活性物質を固定する前後のセンサー基板上の物質の量を定量することでも評価可能であるが、生理活性物質と結合することが知られている物質を蛍光標識して、この標識物質をセンサー基板に固定した後に蛍光顕微鏡などを用いて蛍光強度を測定することでも可能である。また、SPRイメージャー、エリプソメーター、TOF−SIMS、ATR−IR装置などで生理活性物質の定量も可能である。   When detecting the interaction between the physiologically active substance and the analyte, the variation in the amount of the physiologically active substance immobilized on the sensor surface causes an error in the quantitative and kinetic evaluation of the interaction. For the purpose of minimizing this error, it is preferable to make the fixed amount of the physiologically active substance uniform. The variation of the fixed amount of the physiologically active substance on the substrate surface used for the detection of the interaction is preferably 15% or less, more preferably 10% or less in terms of CV value (variation coefficient) (standard deviation / average value). The CV value can be calculated from a fixed amount of at least 2 points on the substrate surface, preferably 10 points or more, more preferably 100 points or more. Uniformity can also be evaluated by quantifying the amount of the substance on the sensor substrate before and after immobilizing the physiologically active substance, but this is done by fluorescently labeling a substance known to bind to the physiologically active substance. It is also possible to measure the fluorescence intensity using a fluorescence microscope after fixing the labeling substance to the sensor substrate. In addition, physiologically active substances can be quantified using an SPR imager, ellipsometer, TOF-SIMS, ATR-IR apparatus or the like.

また、本発明において、基板上に固定化した生理活性物質の保存安定性を向上させる目的で、水素結合を形成しうる残基を有する化合物(以下、化合物Sとする)を使用してもよい。   In the present invention, a compound having a residue capable of forming a hydrogen bond (hereinafter referred to as Compound S) may be used for the purpose of improving the storage stability of a physiologically active substance immobilized on a substrate. .

一般に蛋白質などの生理活性物質は水溶液中で水分子が配位することで三次元構造を維持しているが、乾燥されると三次元構造を保持できず失活する。また、基板表面の親水性高分子中に担持されている場合には、乾燥されることで生理活性物質同士が接近し凝集が発生する。本発明の水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sは、水分子に代って生理活性物質の三次元構造を保持することで失活を抑制、または生理活性物質を被覆して立体効果で凝集を抑制する目的で使用することができる。   In general, physiologically active substances such as proteins maintain a three-dimensional structure by coordinating water molecules in an aqueous solution. However, when dried, they cannot retain the three-dimensional structure and are deactivated. Moreover, when it is carried in the hydrophilic polymer on the surface of the substrate, the physiologically active substances come close to each other and aggregate due to drying. The compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond according to the present invention suppresses inactivation by retaining the three-dimensional structure of the physiologically active substance instead of the water molecule, or covers the physiologically active substance to provide a steric effect. Can be used for the purpose of suppressing aggregation.

本発明において水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sは、水溶液で基板上の生理活性物質を固定した層に添加することが好ましい。添加方法としては、生理活性物質との混合溶液として基板表面に塗布しても良く、生理活性物質を基板表面に固定した後オーバーコートなどによりして添加しても良い。化合物Sと生理活性物質との混合溶液として塗布した場合、生理活性物質の固定量ばらつきを抑えることもできる。化合物S水溶液は薄膜状態で基板に添加することが好ましい。基板上に薄膜を形成させる方法は、公知の方法を用いることが可能であるが、具体的には、エクストルージョンコート法、カーテンコート法、キャスティング法、スクリーン印刷法、スピンコート法、スプレーコート法、スライドビードコート法、スリットアンドスピン方式、スリットコート方式、ダイコート法、ディップコート法、ナイフコート法、ブレードコート法、フローコート法、ロールコート法、ワイヤバーコート方式、転写印刷法、等を用いることが可能である。膜厚制御された塗布膜を簡便に作成可能であることから、本発明において基板上に薄膜を形成させる方法としては、スプレーコート法またはスピンコート法が好ましく、スピンコート法がさらに好ましい。   In the present invention, the compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond is preferably added to a layer in which a physiologically active substance on a substrate is fixed with an aqueous solution. As an addition method, it may be applied to the substrate surface as a mixed solution with a physiologically active substance, or may be added by overcoating after fixing the physiologically active substance on the substrate surface. When applied as a mixed solution of Compound S and a physiologically active substance, variation in the amount of the physiologically active substance immobilized can be suppressed. Compound S aqueous solution is preferably added to the substrate in a thin film state. As a method for forming a thin film on a substrate, known methods can be used. Specifically, an extrusion coating method, a curtain coating method, a casting method, a screen printing method, a spin coating method, and a spray coating method. , Slide bead coating method, slit and spin method, slit coating method, die coating method, dip coating method, knife coating method, blade coating method, flow coating method, roll coating method, wire bar coating method, transfer printing method, etc. It is possible. Since a coating film with a controlled film thickness can be easily produced, the method for forming a thin film on a substrate in the present invention is preferably a spray coating method or a spin coating method, and more preferably a spin coating method.

化合物Sの塗布液濃度は塗布性、生理活性物質を含む層への浸透の問題がない範囲で特に限定されないが、0.1重量%以上5重量%以下であることが好ましい。また、塗布液は、塗布性、pH調整の観点で界面活性剤、緩衝剤、有機溶剤、塩などを添加してもよい。   The concentration of the coating solution of Compound S is not particularly limited as long as there is no problem of coating properties and penetration into a layer containing a physiologically active substance, but is preferably 0.1% by weight or more and 5% by weight or less. In addition, a surfactant, a buffering agent, an organic solvent, a salt, or the like may be added to the coating solution from the viewpoint of coating properties and pH adjustment.

水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sとしては、常温常圧で不揮発性のものが好ましく、平均分子量が350より大きく500万より小さいものが好ましく、さらに好ましくは1200以上200万以下であり、最も好ましくは1200以上7万以下である。分子内に水酸基を含む化合物Sは糖類が好ましく、糖類は、単糖、多糖類でも良い。n糖類の場合nが4以上1200以下であることが好ましく、さらに好ましくはnが20以上600以下である。   The compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond is preferably a non-volatile compound at normal temperature and normal pressure, preferably having an average molecular weight of more than 350 and less than 5 million, more preferably 1200 or more and 2 million or less. Most preferably, it is 1200 or more and 70,000 or less. The compound S containing a hydroxyl group in the molecule is preferably a saccharide, and the saccharide may be a monosaccharide or a polysaccharide. In the case of n-saccharides, n is preferably 4 or more and 1200 or less, and more preferably n is 20 or more and 600 or less.

化合物Sの平均分子量が低いと基板表面で結晶化して、生理活性物質を固定した親水性高分子層の破壊および生理活性物質の三次元構造の破壊の原因となり、反対に平均分子量が高いと生理活性物質の基板への固定の障害となったり、生理活性物質を含む層に含浸できない、層分離を発生するなどの問題が発生する。   If the average molecular weight of Compound S is low, it will crystallize on the surface of the substrate, causing the destruction of the hydrophilic polymer layer to which the physiologically active substance is immobilized and the three-dimensional structure of the physiologically active substance. Problems such as an obstacle to fixing the active substance to the substrate, impregnation into a layer containing a physiologically active substance, and occurrence of layer separation occur.

基板上に固定した生理活性物質の劣化を抑制する目的で、前記水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sは、デキストラン骨格、又はポリエチレンオキシド骨格を有することが好ましく、本発明の目的を達成する範囲において、どの置換基を使用してもよい。また、基板上に固定した生理活性物質の劣化を抑制する目的で、解離性基を有しないノニオン性化合物であることが好ましい。また、前記水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sは水分子との親和性の高い化合物が好ましく、水とn-オクタノールとの分配係数LogP値が1以上であることが好ましい。LogP値は、JIS規格のZ7260−107(2000)「分配係数(1-オクタノール/水)の測定―振とう法」などに記載の方法で測定することができる。   For the purpose of suppressing the deterioration of the physiologically active substance immobilized on the substrate, the compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond preferably has a dextran skeleton or a polyethylene oxide skeleton, thereby achieving the object of the present invention. Any substituent may be used as long as it is within the range. Moreover, it is preferable that it is a nonionic compound which does not have a dissociable group for the purpose of suppressing deterioration of the bioactive substance fixed on the board | substrate. The compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond is preferably a compound having a high affinity for water molecules, and the partition coefficient LogP value between water and n-octanol is preferably 1 or more. The LogP value can be measured by a method described in JIS standard Z7260-107 (2000) "Measurement of distribution coefficient (1-octanol / water)-shaking method".

具体的な水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sとしては、ポリビニルアルコールなどの多価アルコール類、コラーゲン、ゼラチン、アルブミンなどのタンパク質、ヒアルロン酸、キチン、キトサン、デンプン、セルロース、アルギン酸、デキストランなど多糖類、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレンオキシド、プルロニックなどポリエチレンキシ-ポリプロピレンオキシド縮合物などのポリエーテル類、トゥイーン20、トゥイーン40、トゥイーン60、トゥイーン80などの2種以上の残基から成る化合物、またはこれら化合物の誘導体および重合体などが挙げられる。その内、多糖類、ポリエーテル類が好ましく、多糖類がより好ましい。具体的には、デキストラン、セルロース、トゥイーン20、トゥイーン40、トゥイーン60、トゥイーン80が好ましく用いられる。さらに、特開2006−170832に記載の不揮発性モノマー、不揮発性水溶性オリゴマーを用いることもできる。例えば不揮発性モノマーとしては水酸基が保護基で保護されていてもよいテトロース、ペントース、ヘプトース、ヘキトース及びそのグリコキシドでも良く、メチルグルコシドや水酸基が保護基で保護されていてもよいサイクリトール類でもよい。また不揮発性水溶性オリゴマーが、式(1)、(2)または(3) -[CH2-CH(CONH2)-]n- (1) -[CH2-CH2-O-]n- (2) -[CH2-CH(OH)-]n- (3)(式(1)〜(3)中、nは10〜200のいずれかの整数を示す。)で表されるオリゴマー、水酸基が保護基で保護されていてもよいn糖(但し、2≦n≦10)のオリゴ糖を用いることもできる。さらに、US2003/0175827、DE20306476A1に記載の糖類、例えば、トレハロース、スクロース、マルトース、ラクトース、キシリトール、フルクトース、マニトール、グルコース、キシロール、マルトデキストラン、サッカロース、ポリビニルピロリドンなどを使用しても良い。また、これらの化合物Sは、本発明において使用している親水性高分子の基本骨格と実質同一であることが好ましい。ここで、基本骨格とは、例えば、糖の環構造のことをいい、官能基や長さが異なっていても、環構造が同一であれば、実質同一であるという。   Specific examples of the compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond include polyhydric alcohols such as polyvinyl alcohol, proteins such as collagen, gelatin, and albumin, hyaluronic acid, chitin, chitosan, starch, cellulose, alginic acid, and dextran. Polysaccharides such as polysaccharides, polyethylene glycol, polyethylene oxide, polypropylene glycol, polypropylene oxide, pluronics, and other polyethers such as polyethylene xylene-polypropylene oxide condensates, two or more residues such as tween 20, tween 40, tween 60, tween 80 Or a derivative and a polymer of these compounds. Of these, polysaccharides and polyethers are preferable, and polysaccharides are more preferable. Specifically, dextran, cellulose, tween 20, tween 40, tween 60, and tween 80 are preferably used. Furthermore, the non-volatile monomer and non-volatile water-soluble oligomer described in JP-A-2006-170832 can also be used. For example, the non-volatile monomer may be tetrose, pentose, heptose, hexose and its glycoxide whose hydroxyl group may be protected with a protecting group, or methyl glucoside or cyclitols whose hydroxyl group may be protected with a protecting group. In addition, the nonvolatile water-soluble oligomer is represented by the formula (1), (2) or (3)-[CH2-CH (CONH2)-] n- (1)-[CH2-CH2-O-] n- (2)- [CH2-CH (OH)-] n- (3) (in the formulas (1) to (3), n represents any integer of 10 to 200), and the hydroxyl group is a protecting group. It is also possible to use oligosaccharides of n sugars (where 2 ≦ n ≦ 10) which may be protected. Furthermore, saccharides described in US 2003/0175827, DE 20306476A1, for example, trehalose, sucrose, maltose, lactose, xylitol, fructose, mannitol, glucose, xylol, maltodextran, saccharose, polyvinylpyrrolidone, and the like may be used. These compounds S are preferably substantially the same as the basic skeleton of the hydrophilic polymer used in the present invention. Here, the basic skeleton refers to, for example, a sugar ring structure, and is substantially the same if the ring structures are the same even if the functional groups and lengths are different.

基板上の、水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sの含有量としては、平均分子量の比で、親水性高分子の平均分子量に対する前記化合物Sの平均分子量の割合が0.005以上0.2以下であることが好ましい。割合がこれよりも低い場合は化合物Sが結晶化しやすく、高い場合は親水性高分子層への浸透が困難であり、この範囲内に設定することでこれらの問題を解消し、生理活性物質の失活抑制効果、凝集抑制効果をより高く得ることができる。   The content of the compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond on the substrate is a ratio of the average molecular weight, and the ratio of the average molecular weight of the compound S to the average molecular weight of the hydrophilic polymer is 0.005 or more and 0. .2 or less is preferable. When the ratio is lower than this, the compound S is easily crystallized, and when it is higher, the penetration into the hydrophilic polymer layer is difficult. By setting the ratio within this range, these problems can be solved, and the physiologically active substance The deactivation suppression effect and the aggregation suppression effect can be obtained higher.

上記のようにして生理活性物質を固定化したバイオセンサーは、当該生理活性物質と相互作用する物質の検出及び/又は測定のために使用することができる。   The biosensor on which a physiologically active substance is immobilized as described above can be used for detection and / or measurement of a substance that interacts with the physiologically active substance.

本発明では、センサー用基板に固定化されている生理活性物質と被験物質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, it is preferable to detect and / or measure the interaction between the physiologically active substance immobilized on the sensor substrate and the test substance 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, so that the entire energy is transferred to the interface between the dielectric block and the metal film. 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.

また、上述した表面プラズモン測定装置や漏洩モード測定装置は、創薬研究分野等において、所望のセンシング物質に結合する特定物質を見いだすランダムスクリーニングへ使用されることがあり、この場合には前記薄膜層(表面プラズモン測定装置の場合は金属膜であり、漏洩モード測定装置の場合はクラッド層および光導波層)上に上記被測定物質としてセンシング物質を固定し、該センシング物質上に種々の被検体が溶媒に溶かされた試料液を添加し、所定時間が経過する毎に前述の全反射減衰角(θSP)の角度を測定している。   In addition, the surface plasmon measurement device and the leakage mode measurement device described above may be used for random screening to find a specific substance that binds to a desired sensing substance in the field of drug discovery research. In this case, the thin film layer A sensing substance is fixed on the sensing substance on the sensing substance (a metal film in the case of a surface plasmon measuring apparatus, a clad layer and an optical waveguide layer in the case of a leakage mode measuring apparatus), and various analytes are placed on the sensing substance. A sample solution dissolved in a solvent is added, and the total reflection attenuation angle (θSP) is measured every time a predetermined time elapses.

試料液中の被検体が、センシング物質と結合するものであれば、この結合によりセンシング物質の屈折率が時間経過に伴って変化する。したがって、所定時間経過毎に上記全反射減衰角(θSP)を測定し、該全反射減衰角(θSP)の角度に変化が生じているか否か測定することにより、被検体とセンシング物質の結合状態を測定し、その結果に基づいて被検体がセンシング物質と結合する特定物質であるか否かを判定することができる。このような特定物質とセンシング物質との組み合わせとしては、例えば抗原と抗体、あるいは抗体と抗体が挙げられる。具体的には、ウサギ抗ヒトIgG抗体をセンシング物質として薄膜層の表面に固定し、ヒトIgG抗体を特定物質として用いることができる。   If the analyte in the sample liquid binds to the sensing substance, the refractive index of the sensing substance changes with time due to this binding. Therefore, by measuring the total reflection attenuation angle (θSP) every predetermined time and measuring whether or not the total reflection attenuation angle (θSP) has changed, the binding state of the analyte and the sensing substance is determined. It is possible to determine whether or not the analyte is a specific substance that binds to the sensing substance based on the result. Examples of the combination of the specific substance and the sensing substance include an antigen and an antibody, or an antibody and an antibody. Specifically, a rabbit anti-human IgG antibody can be immobilized on the surface of the thin film layer as a sensing substance, and a human IgG antibody can be used as the specific substance.

なお、被検体とセンシング物質の結合状態を測定するためには、全反射減衰(θSP)の角度そのものを必ずしも検出する必要はない。例えばセンシング物質に試料液を添加し、その後の全反射減衰角(θSP)の角度変化量を測定して、その角度変化量の大小に基づいて結合状態を測定することもできる。前述したアレイ状の光検出手段と微分手段を全反射減衰を利用した測定装置に適用する場合であれば、微分値の変化量は、全反射減衰角(θSP)の角度変化量を反映しているため、微分値の変化量に基づいて、センシング物質と被検体との結合状態を測定することができる(本出願人による特願2000−398309号参照)。このような全反射減衰を利用した測定方法および装置においては、底面に予め成された薄膜層上にセンシング物質が固定されたカップ状あるいはシャーレ状の測定チップに、溶媒と被検体からなる試料液を滴下供給して、上述した全反射減衰角(θSP)の角度変化量の測定を行っている。   Note that in order to measure the binding state between the subject and the sensing substance, it is not always necessary to detect the angle of total reflection attenuation (θSP) itself. For example, a sample solution can be added to the sensing substance, and the amount of change in the total reflection attenuation angle (θSP) thereafter can be measured, and the binding state can be measured based on the magnitude of the angle change. If the above-described arrayed light detecting means and differentiating means are applied to a measuring device using total reflection attenuation, the change amount of the differential value reflects the angle change amount of the total reflection attenuation angle (θSP). Therefore, the binding state between the sensing substance and the analyte can be measured based on the amount of change in the differential value (see Japanese Patent Application No. 2000-398309 by the present applicant). In such a measurement method and apparatus using total reflection attenuation, a sample liquid consisting of a solvent and an analyte is placed on a cup-shaped or petri-shaped measuring chip in which a sensing substance is fixed on a thin film layer formed in advance on the bottom surface. The amount of change in angle of the total reflection attenuation angle (θSP) described above is measured.

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。
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。
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.
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.

また、本発明のバイオセンサーは、例えば基板表面に導波路構造を保持した、屈折率変化を導波路を用いて検出するバイオセンサーとして用いることができる。この場合、基板表面の導波構造物は、回折格子と場合によっては付加層とを有している、この導波構造物は、薄い誘電層からなる平面的な導波体から成る。導波体に集光された光線は全反射によりこの薄い層内に導かれる。この導かれる光波(以降モードと呼ぶ)の伝播速度は、C/Nの値をとる。ここでCは、真空中での光速であり、Nは導波体内を導かれるモードの有効屈折率である。有効屈折率Nは、一面では導波体の構成により、他面では薄い導波層に隣接する媒体の屈折率により決まる。光波の伝導は、薄い平面層内のみでなく、別の導波構造物、特にストリップ状の導波体によっても行われる。その場合は、導波構造物はストリップ状のフィルムの形状にされる。有効屈折率Nの変化は、導波層に隣接する媒体の変化と導波層自身もしくは導波層に隣接する付加層の屈折率および厚さの変化とにより生じることがバイオセンサーにとって重要な要素である。   The biosensor of the present invention can be used as a biosensor that detects a change in refractive index using a waveguide, for example, having a waveguide structure on the substrate surface. In this case, the waveguide structure on the surface of the substrate has a diffraction grating and possibly an additional layer. The waveguide structure consists of a planar waveguide made of a thin dielectric layer. Light rays collected in the waveguide are guided into this thin layer by total reflection. The propagation speed of the guided light wave (hereinafter referred to as mode) takes the value of C / N. Here, C is the speed of light in vacuum, and N is the effective refractive index of the mode guided in the waveguide. The effective refractive index N is determined by the configuration of the waveguide on one side and the refractive index of the medium adjacent to the thin waveguide layer on the other side. Light wave conduction is performed not only in a thin planar layer, but also by another waveguide structure, in particular a strip-shaped waveguide. In that case, the waveguide structure is in the form of a strip-like film. An important factor for a biosensor is that the change in the effective refractive index N is caused by a change in the medium adjacent to the waveguide layer and a change in the refractive index and thickness of the waveguide layer itself or an additional layer adjacent to the waveguide layer. It is.

この方式のバイオセンサーの構成については、例えば特公平6−27703号公報4ページ48行目から14ページ15行目および第1図から第8図、米国特許第 6,829,073号のcolumn6の31行目からcolumn7の47行目および第9図A,Bに記載されている。   Regarding the configuration of the biosensor of this system, for example, from Japanese Patent Publication No. 6-27703, page 4, line 48 to page 14, line 15 and FIG. 1 to FIG. 8, US Pat. No. 6,829,073, column 6, line 31 It is described in the 47th line of column7 and FIGS. 9A and B.

例えば、一つの実施形態として、薄層が平面状の導波路層が基材(たとえばパイレックス(登録商標)・ガラス)上に設けられている構造がある。導波路層と基材とは、一緒にいわゆる導波体を形成する。導波路層は、たとえば酸化物層(SiO2,SnO2、Ta2O5,TiO2,TiO2-SiO2,HfO2,ZrO2,Al2O3,Si3N4,HfON,SiON,酸化スカンジウムまたはこれらの混合物)、プラスチック層(例えばポリスチレン、ポリエチレン、ポリカーボネートなど)、など多層の積層体が可能である。光線が全反射により導波路層内を伝播するには、導波路層の屈折率が隣接媒体(たとえば基材や後述の付加層)の屈折率より大でなければならない。基材もしくは測定物質に向いた導波路層表面もしくは導波路層体積内には、回折格子が配置されている。回折格子は、型押し、ホログラフィまたはその他の方法によって基板内に形成することができる。次いでより高い屈折率を有する薄い導波路膜を回折格子の上表面に被覆する。回折格子は導波路層への入射光線を集束したり、既に導波路層内を導かれているモードを放出したり、そのモードの一部を進行方向へ透過させ、一部を反射させたりする機能を持つ。導波路層は、格子域を付加層でカバーしておく。付加層は必要に応じて多層膜とすることができる。この付加層は、測定物質に含まれている物質の選択的検知を可能にする機能を持たせることができる。好ましい態様として付加層の最表面に、検知機能を持つ層を設けることができる。このような検知機能を持つ層として、生理活性物質を固定化し得る層を用いることができる。   For example, as one embodiment, there is a structure in which a waveguide layer having a flat thin layer is provided on a base material (for example, Pyrex (registered trademark) glass). The waveguide layer and the substrate together form a so-called waveguide. The waveguide layer is, for example, an oxide layer (SiO2, SnO2, Ta2O5, TiO2, TiO2-SiO2, HfO2, ZrO2, Al2O3, Si3N4, HfON, SiON, scandium oxide or a mixture thereof), a plastic layer (for example, polystyrene, polyethylene, A multilayer laminate such as polycarbonate) is possible. In order for light rays to propagate through the waveguide layer by total reflection, the refractive index of the waveguide layer must be greater than the refractive index of an adjacent medium (for example, a base material or an additional layer described later). A diffraction grating is disposed on the surface of the waveguide layer or the volume of the waveguide layer facing the substrate or the measurement substance. The diffraction grating can be formed in the substrate by embossing, holography or other methods. A thin waveguide film having a higher refractive index is then coated on the upper surface of the diffraction grating. The diffraction grating focuses incident light to the waveguide layer, emits a mode already guided in the waveguide layer, transmits part of the mode in the traveling direction, and reflects part of the mode. Has function. The waveguide layer covers the grating region with an additional layer. The additional layer can be a multilayer film as required. The additional layer can have a function that enables selective detection of a substance contained in the measurement substance. As a preferred embodiment, a layer having a detection function can be provided on the outermost surface of the additional layer. As a layer having such a detection function, a layer capable of immobilizing a physiologically active substance can be used.

別の実施形態として、回折格子導波路のアレイがマイクロプレートのウェル内に組み込まれる形態も可能である(特表2007-501432)。すなわち回折格子導波路がマイクロプレートのウェル底面にアレイ状に配列されていれば、スループットの高い薬物または化学物質のスクリーニングを可能にすることができる。   As another embodiment, a configuration in which an array of diffraction grating waveguides is incorporated in a well of a microplate is also possible (Japanese Patent Publication No. 2007-501432). That is, if the diffraction grating waveguides are arranged in an array on the bottom surface of the well of the microplate, it is possible to screen a drug or chemical substance with high throughput.

回折格子導波路は、回折格子導波路の上層(検知領域)上の生理活性物質検出を可能にするために、入射光線、および反射光を検出して屈折特性の変化を検出する。この目的のため、1つまたはそれより多くの光源(例えば、レーザ、ダイオード)及び1つまたはそれより多くの検出器(例えば、分光計、CCDカメラまたはその他の光検出器)を用いることができる。屈折率変化を測定するための方法として、2つの異なる動作モード−分光法、及び角度法がある。分光法においては、入射光として広帯域ビームが回折格子導波路に送られ、反射光が集められて、例えば分光計で測定される。共鳴波長(ピーク)のスペクトル位置を観測することにより、回折格子導波路の表面またはその近傍での屈折率変化すなわち結合を測定することができる。また、角度法においては、公称上単一波長の光がある範囲の照射角を生じるように集束されて、回折格子導波路内に向けられる。反射光がCCDカメラまたはその他の光検出器によって測定される。回折格子導波路によって反射された共鳴角の位置を測定することにより、回折格子導波路の表面またはその近傍での屈折率変化すなわち結合を測定することができる。   In order to enable detection of a physiologically active substance on the upper layer (detection region) of the diffraction grating waveguide, the diffraction grating waveguide detects incident light and reflected light to detect a change in refractive characteristics. For this purpose, one or more light sources (eg lasers, diodes) and one or more detectors (eg spectrometers, CCD cameras or other photodetectors) can be used. . There are two different modes of operation—spectroscopy and angle methods for measuring refractive index changes. In spectroscopy, a broadband beam is sent as incident light to a diffraction grating waveguide and the reflected light is collected and measured, for example, with a spectrometer. By observing the spectral position of the resonance wavelength (peak), the refractive index change, that is, the coupling at or near the surface of the diffraction grating waveguide can be measured. Also, in the angle method, nominally single wavelength light is focused to produce a range of illumination angles and directed into the diffraction grating waveguide. The reflected light is measured by a CCD camera or other photodetector. By measuring the position of the resonance angle reflected by the diffraction grating waveguide, it is possible to measure the refractive index change, ie, coupling, at or near the surface of the diffraction grating waveguide.

以下の実施例により、本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。   The following examples further illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited to these examples.

以下の実験は、特願2006−167855号明細書の段落0025から0049と図1から図8に記載の装置を用いて行った。具体的には、以下の装置である。   The following experiment was performed using the apparatus described in paragraphs 0025 to 0049 and FIGS. 1 to 8 of Japanese Patent Application No. 2006-167855. Specifically, the following apparatus is used.

本実施形態のスクリーニング装置としてのバイオセンサー10は、金属膜の表面に発生する表面プラズモンを利用して、生理活性物質Dと化合物との相互作用を測定する、いわゆる表面プラズモンセンサーである。本実施形態では、このバイオセンサー10を、生理活性物質Dと特異的に結合する化合物を大量の化合物Aの中から選別するために使用される。   The biosensor 10 as a screening device of this embodiment is a so-called surface plasmon sensor that measures the interaction between a physiologically active substance D and a compound using surface plasmons generated on the surface of a metal film. In the present embodiment, the biosensor 10 is used to select a compound that specifically binds to the physiologically active substance D from a large amount of the compound A.

図1に示すように、バイオセンサー10は、トレイ保持部12、搬送部14、容器載置台16、液体吸排部20、光学測定部54及び制御部60を備えている。   As shown in FIG. 1, the biosensor 10 includes a tray holding unit 12, a transport unit 14, a container mounting table 16, a liquid suction / discharge unit 20, an optical measurement unit 54, and a control unit 60.

トレイ保持部12は、載置台12A及びベルト12Bを含んで構成されている。載置台12Aは、矢印Y方向に架け渡されたベルト12Bに取り付けられており、ベルト12Bの回転により矢印Y方向に移動可能とされている。載置台12A上には、2枚のトレイTが位置決めして載置される。トレイTには、センサースティック40が8本収納されている。センサースティック40は、生理活性物質Dが固定されるチップであり、詳細については後述する。載置台12Aの下には、センサースティック40を後述するスティック保持部材14Cの位置まで押し上げるための押上機構12Dが配置されている。   The tray holding unit 12 includes a mounting table 12A and a belt 12B. The mounting table 12A is attached to a belt 12B spanned in the arrow Y direction, and is movable in the arrow Y direction by the rotation of the belt 12B. Two trays T are positioned and mounted on the mounting table 12A. In the tray T, eight sensor sticks 40 are stored. The sensor stick 40 is a chip to which the physiologically active substance D is fixed, and details will be described later. Under the mounting table 12A, a push-up mechanism 12D for pushing up the sensor stick 40 to a position of a stick holding member 14C described later is disposed.

センサースティック40は、図2及び図3に示すように、誘電体ブロック42、流路部材44、及び、保持部材46、で構成されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the sensor stick 40 includes a dielectric block 42, a flow path member 44, and a holding member 46.

誘電体ブロック42は、光ビームに対して透明な透明樹脂等で構成されており、断面が台形の棒状とされたプリズム部42A、及び、プリズム部42Aの両端部にプリズム部42Aと一体的に形成された被保持部42Bを備えている。プリズム部42Aの互いに平行な2面の内の広い側の上面には、金属膜57が形成されている。誘電体ブロック42は、いわゆるプリズムとして機能し、バイオセンサー10での測定の際には、プリズム部42Aの対向する互いに平行でない2つの側面の内の一方から光ビームが入射され、他方から金属膜57との界面で全反射された光ビームが出射される。   The dielectric block 42 is made of transparent resin or the like that is transparent to the light beam, and has a prism portion 42A having a trapezoidal cross section, and the prism portion 42A integrally with both ends of the prism portion 42A. The formed held portion 42B is provided. A metal film 57 is formed on the upper surface on the wide side of the two parallel surfaces of the prism portion 42A. The dielectric block 42 functions as a so-called prism. When the measurement is performed by the biosensor 10, a light beam is incident from one of two opposing non-parallel sides of the prism portion 42A, and a metal film is formed from the other. The light beam totally reflected at the interface with 57 is emitted.

金属膜57の表面には、図4に示すように、リンカー層57Aが形成されている。リンカー層57Aは、生理活性物質Dを金属膜57上に固定化するための層である。   A linker layer 57A is formed on the surface of the metal film 57 as shown in FIG. The linker layer 57A is a layer for immobilizing the physiologically active substance D on the metal film 57.

プリズム部42Aの両側面には、上側の端辺に沿って保持部材46と係合される係合凸部42Cが形成されている。また、プリズム部42Aの下側には、側端辺に沿って図示しない搬送用レールと係合されるフランジ部42Dが形成されている。   On both side surfaces of the prism portion 42A, engaging convex portions 42C that are engaged with the holding member 46 are formed along the upper side edges. Further, a flange portion 42D that is engaged with a transport rail (not shown) is formed along the side end side below the prism portion 42A.

図3に示すように、流路部材44は、6個のベース部44Aを備え、ベース部44Aの各々に4本の円筒部材44Bが立設されている。ベース部44Aは、3個のベース部44A毎に、立設された円筒部材44Bのうちの1本の上部が連結部材44Dによって連結されている。流路部材44は、軟質で弾性変形可能な材料、例えば非晶質ポリオフィレンエラストマーで構成されている。   As shown in FIG. 3, the flow path member 44 includes six base portions 44A, and four cylindrical members 44B are erected on each of the base portions 44A. In the base portion 44A, for each of the three base portions 44A, one upper portion of the standing cylindrical members 44B is connected by a connecting member 44D. The flow path member 44 is made of a soft and elastically deformable material, for example, an amorphous polyolefin elastomer.

ベース部44Aには、図5及び図6に示すように、底面側に略S字状の2本の流路溝44Cが形成されている。流路溝44Cは、端部の各々が1の円筒部材44Bの中空部と連通されている。ベース部44Aは、底面が誘電体ブロック42の上面と密着され、流路溝44Cと誘電体ブロック42の上面との間に構成される空間と前記中空部とで、液体流路45が構成される。1個のベース部44Aには、2本の液体流路45が構成される。各々の液体流路45において、円筒部材44Bの上端面に液体流路45の出入口43が構成される。   As shown in FIGS. 5 and 6, two substantially S-shaped channel grooves 44 </ b> C are formed on the bottom surface side of the base portion 44 </ b> A. Each of the channel grooves 44C communicates with the hollow portion of one cylindrical member 44B. The bottom surface of the base portion 44A is in close contact with the upper surface of the dielectric block 42, and the liquid channel 45 is configured by the space formed between the channel groove 44C and the upper surface of the dielectric block 42 and the hollow portion. The Two liquid channels 45 are formed in one base portion 44A. In each liquid channel 45, an inlet / outlet port 43 of the liquid channel 45 is formed on the upper end surface of the cylindrical member 44B.

ここで、2本の液体流路45のうち、1本は測定流路45Aとして用いられ、他の1本は参照流路45Rとして用いられる。測定流路45Aの金属膜57上には生理活性物質Dが固定され、参照流路45Rの金属膜57上には生理活性物質Dが固定されない状態で測定が行われる。測定流路45A及び参照流路45Rには、図5に示すように、各々光ビームL1、L2が入射される。光ビームL1、L2は、ベース部44Aの中心寄りに配置されるS字の屈曲部分に照射される。以下、流路45Aにおける光ビームL1の照射領域を測定領域E1、流路45Rにおける光ビームL2の照射領域を参照領域E2という。参照領域E2は、生理活性物質Dの固定された測定領域E1から得られるデータを補正するための測定を行う領域である。   Here, one of the two liquid channels 45 is used as the measurement channel 45A, and the other one is used as the reference channel 45R. The physiologically active substance D is fixed on the metal film 57 of the measurement channel 45A, and the measurement is performed in a state where the physiologically active substance D is not fixed on the metal film 57 of the reference channel 45R. As shown in FIG. 5, light beams L1 and L2 are incident on the measurement channel 45A and the reference channel 45R, respectively. The light beams L1 and L2 are applied to an S-shaped bent portion disposed near the center of the base portion 44A. Hereinafter, the irradiation region of the light beam L1 in the flow channel 45A is referred to as a measurement region E1, and the irradiation region of the light beam L2 in the flow channel 45R is referred to as a reference region E2. The reference area E2 is an area for performing measurement for correcting data obtained from the measurement area E1 where the physiologically active substance D is fixed.

保持部材46は、長尺とされ、上面部材47及び2枚の側面板48が蓋状に構成された形状とされている。側面板48には、誘電体ブロック42の係合凸部42Cと係合される係合孔48C、及び、光ビームL1、L2の光路に対応する部分に窓48Dが形成されている。保持部材46は、係合孔46Cと係合凸部42Cとが係合されて、誘電体ブロック42に取り付けられる。なお、流路部材44は、後述するように保持部材46と一体成形されており、保持部材46と誘電体ブロック42の間に配置される。   The holding member 46 is long and has a shape in which an upper surface member 47 and two side plates 48 are formed in a lid shape. The side plate 48 is formed with an engagement hole 48C engaged with the engagement convex portion 42C of the dielectric block 42, and a window 48D at a portion corresponding to the optical path of the light beams L1 and L2. The holding member 46 is attached to the dielectric block 42 with the engagement hole 46 </ b> C and the engagement protrusion 42 </ b> C engaged. As will be described later, the flow path member 44 is integrally formed with the holding member 46 and is disposed between the holding member 46 and the dielectric block 42.

上面部材47には、流路部材44の円筒部材44Bに対応する位置に、受部49が形成されている。受部49は、図4に示すように、略円筒状とされ、中空の下部分に円筒部材44Bが配置されている。また、前記中空の円筒部材44Bよりも上側に、出入口43と連通する凹部49Aが構成されている。凹部49Aには、ピペットチップ50が挿入される。   A receiving portion 49 is formed on the upper surface member 47 at a position corresponding to the cylindrical member 44 </ b> B of the flow path member 44. As shown in FIG. 4, the receiving portion 49 has a substantially cylindrical shape, and a cylindrical member 44 </ b> B is disposed in a hollow lower portion. Further, a concave portion 49A communicating with the entrance / exit 43 is formed above the hollow cylindrical member 44B. The pipette tip 50 is inserted into the recess 49A.

保持部材46は、流路部材44よりも硬質の材料、例えば、晶質ポリオフィレンで構成されている。   The holding member 46 is made of a material harder than the flow path member 44, for example, crystalline polyolefin.

ピペットチップ50は、図6に示すように、略錐筒状とされ、先端部51、本体部52、及び保持部53で構成されている。先端部51は円筒状とされ、挿入方向の最先端に液体を吐出または吸入する開口51Aが構成されている。本体部52は、先端部51より外周が大径の錐筒状とされ、先端部51との間に外周段差部52Aが構成されている。外周段差部52Aは、先端部51側が小径のテーパー状とされている。保持部53は、本体部52よりも外周が大径とされ、本体部52との間に保持段差部53Aが構成されている。保持段差部53Aは、不図示の保持孔の構成された上面板を有するピペットチップストッカにピペットチップ50を保持する際に用いられる部分である。   As shown in FIG. 6, the pipette tip 50 has a substantially conical cylinder shape, and includes a distal end portion 51, a main body portion 52, and a holding portion 53. The tip 51 is cylindrical, and an opening 51A for discharging or sucking liquid is formed at the forefront of the insertion direction. The main body 52 has a conical cylinder shape whose outer periphery is larger than that of the distal end portion 51, and an outer peripheral stepped portion 52 </ b> A is formed between the main body portion 52 and the distal end portion 51. 52 A of outer periphery level | step-difference parts are made into the taper shape where the front-end | tip part 51 side is small diameter. The holding portion 53 has a larger outer diameter than the main body portion 52, and a holding step portion 53 </ b> A is formed between the holding portion 53 and the main body portion 52. The holding step 53A is a portion used when holding the pipette tip 50 in a pipette tip stocker having an upper surface plate with holding holes (not shown).

受部49の凹部49Aは、流路部材44側の第1内壁部49B及び、第2内壁部49Cで囲まれて構成されている。第1内壁部49Bは、ピペットチップ50の挿入方向Zが、ピペットチップ50の先端部51よりも僅かに長く、先端部51の外径よりも僅かに大径とされ、先端部51に沿った形状とされている。   The recess 49A of the receiving portion 49 is configured to be surrounded by a first inner wall portion 49B and a second inner wall portion 49C on the flow path member 44 side. In the first inner wall portion 49B, the insertion direction Z of the pipette tip 50 is slightly longer than the tip portion 51 of the pipette tip 50, slightly larger than the outer diameter of the tip portion 51, and is along the tip portion 51. It is made into a shape.

第2内壁部49Cは、第1内壁部49Bとの間の内周段差部49D、内周段差部49Dと隣接する中央内壁部49E、最上部の上部内壁部49Fで構成されている。内周段差部49Dは、第1内壁部49Bから連続され、ピペットチップ50の外周段差部52Aに沿って上方が大径となるテーパー状とされている。中央内壁部49Eは、内周段差部49Dと連続され、ピペットチップ50の上方が大径となるテーパー状とされている。上部内壁部49Fは、中央内壁部49Eと連続され、ピペットチップ50の上方がさらに大径となるテーパー状とされている。   The second inner wall portion 49C includes an inner circumferential step portion 49D between the first inner wall portion 49B, a central inner wall portion 49E adjacent to the inner circumferential step portion 49D, and an uppermost upper inner wall portion 49F. The inner circumferential step portion 49D is continuous from the first inner wall portion 49B, and has a tapered shape with the upper portion having a large diameter along the outer circumferential step portion 52A of the pipette tip 50. The central inner wall portion 49E is continuous with the inner peripheral stepped portion 49D, and has a tapered shape with a large diameter above the pipette tip 50. The upper inner wall portion 49F is continuous with the central inner wall portion 49E, and has a tapered shape with a larger diameter above the pipette tip 50.

保持部材46と流路部材44とは、同一金型内で異材料同士を組み合わせて成形する、いわゆる二色成形法(ダブルモールド)によって一体成形されている。   The holding member 46 and the flow path member 44 are integrally molded by a so-called two-color molding method (double mold) in which different materials are molded in the same mold.

図1に示すように、バイオセンサー10の搬送部14は、上部ガイドレール14A、下部ガイドレール14B、及び、スティック保持部材14C、を含んで構成されている。上部ガイドレール14A及び下部ガイドレール14Bは、トレイ保持部12及び光学測定部54の上部で、矢印Y方向と直交する矢印X方向に水平に配置されている。上部ガイドレール14Aには、スティック保持部材14Cが取り付けられている。スティック保持部材14Cは、センサースティック40の両端部の被保持部42Bを保持可能とされていると共に、上部ガイドレール14Aに沿って移動可能とされている。スティック保持部材14Cに保持されたセンサースティック40の係合溝42Eと下部ガイドレール14Bとが係合され、スティック保持部材14Cが矢印X方向に移動することにより、センサースティック40が光学測定部54上の測定部56に搬送される。また、測定部56には、測定時にセンサースティック40を押さえる押さえ部材58が備えられている。押さえ部材58は、図示しない駆動機構によりZ方向に移動可能とされ、測定部56に配置されたセンサースティック40を上側から押圧する。   As shown in FIG. 1, the transport unit 14 of the biosensor 10 includes an upper guide rail 14A, a lower guide rail 14B, and a stick holding member 14C. The upper guide rail 14 </ b> A and the lower guide rail 14 </ b> B are horizontally disposed in the arrow X direction perpendicular to the arrow Y direction, above the tray holding unit 12 and the optical measurement unit 54. A stick holding member 14C is attached to the upper guide rail 14A. The stick holding member 14C can hold the held parts 42B at both ends of the sensor stick 40 and can move along the upper guide rail 14A. The engagement groove 42E of the sensor stick 40 held by the stick holding member 14C and the lower guide rail 14B are engaged, and the stick holding member 14C moves in the arrow X direction, so that the sensor stick 40 is placed on the optical measurement unit 54. To the measurement unit 56. The measuring unit 56 is provided with a pressing member 58 that presses the sensor stick 40 during measurement. The pressing member 58 is movable in the Z direction by a driving mechanism (not shown), and presses the sensor stick 40 disposed in the measurement unit 56 from above.

容器載置台16には、アナライト溶液プレート17、バッファー液ストック容器18、廃液容器19が載置されている。アナライト溶液プレート17は、マトリクス状に区画されており、各種のアナライト溶液がストックされている。バッファー液ストック容器18は、複数の容器で構成されており、複数種類の異なる屈折率のバッファー液がストックされている。バッファー液ストック容器18には、後述するピペットチップ50を挿入可能な開口Kが形成されている。廃液容器19は、複数の容器で構成されており、バッファー液ストック容器と同様にピペットチップ50を挿入可能な開口Kが形成されている。   On the container mounting table 16, an analyte solution plate 17, a buffer liquid stock container 18, and a waste liquid container 19 are mounted. The analyte solution plate 17 is partitioned in a matrix shape, and various types of analyte solutions are stocked. The buffer liquid stock container 18 is composed of a plurality of containers, and a plurality of types of buffer liquids having different refractive indexes are stocked. The buffer solution stock container 18 is formed with an opening K into which a pipette tip 50 described later can be inserted. The waste liquid container 19 is composed of a plurality of containers, and an opening K into which the pipette tip 50 can be inserted is formed in the same manner as the buffer liquid stock container.

液体吸排部20は、図1に示すように、ヘッド24、及び、吸排駆動部26を含んで構成されている。ヘッド24は、図示しない搬送レールに沿って矢印Y方向(図1参照)に移動可能とされている。また、ヘッド24は、ヘッド24内部の図示しない駆動機構により、鉛直方向(矢印Z方向)にも移動可能とされている。   As shown in FIG. 1, the liquid suction / discharge section 20 includes a head 24 and a suction / discharge drive section 26. The head 24 is movable in the direction of arrow Y (see FIG. 1) along a conveyance rail (not shown). The head 24 is also movable in the vertical direction (arrow Z direction) by a drive mechanism (not shown) inside the head 24.

ヘッド24での液体流路45への液体の供給は、2本のピペットチップ50を1つの液体流路45の2つの開口へ各々挿入し、一方のピペットチップ50から液体を吐出させると共に、他方のピペットチップ50で液体流路45中の液体を吸引することにより行われる。   The supply of the liquid to the liquid flow path 45 by the head 24 is performed by inserting two pipette tips 50 into two openings of one liquid flow path 45 to discharge the liquid from one pipette tip 50 and the other. The pipette tip 50 is used to suck the liquid in the liquid channel 45.

なお、本実施形態においてはセンサースティック40への液体供給はピペットチップ50により行われるが、ピペットチップの代わりに、一端が上記各溶液プレートに接続され、他端がセンサースティック40に接続可能とされたインジェクションチューブを設け、送液ポンプにより液体の供給を行ってもよい。   In this embodiment, the liquid is supplied to the sensor stick 40 by the pipette tip 50. Instead of the pipette tip, one end is connected to the solution plate and the other end can be connected to the sensor stick 40. An injection tube may be provided, and the liquid may be supplied by a liquid feed pump.

光学測定部54は、図7に示すように、光源54A、第1光学系54B、第2光学系54C、受光部54D、信号処理部54Eを含んで構成されている。光源54Aからは、発散状態の光ビームLが出射される。光ビームLは、第1光学系54Bを介して、2本の光ビームL1、L2となり、測定部56に配置された誘電体ブロック42の測定領域E1と参照領域E2に入射される。測定領域E1及び参照領域E2において、光ビームL1、L2は、金属膜50と誘電体ブロック42との界面に対して種々の入射角成分を含み、かつ全反射角以上の角度で入射される。光ビームL1、L2は、誘電体ブロック42と金属膜50との界面で全反射される。全反射された光ビームL1、L2も、種々の反射角成分をもって反射される。この全反射された光ビームL1、L2は、第2光学系54Cを経て受光部54Dで受光されて、各々光電変換され、光検出信号が信号処理部54Eへ出力される。信号処理部54Eでは、入力された光検出信号に基づいて所定の処理が行なわれ、測定領域E1の測定データG1及び参照領域E2の参照データG2が求められる。この測定データG1、参照データG2が制御部60へ出力される。   As shown in FIG. 7, the optical measurement unit 54 includes a light source 54A, a first optical system 54B, a second optical system 54C, a light receiving unit 54D, and a signal processing unit 54E. A divergent light beam L is emitted from the light source 54A. The light beam L becomes two light beams L1 and L2 via the first optical system 54B, and is incident on the measurement region E1 and the reference region E2 of the dielectric block 42 arranged in the measurement unit 56. In the measurement region E1 and the reference region E2, the light beams L1 and L2 include various incident angle components with respect to the interface between the metal film 50 and the dielectric block 42 and are incident at an angle greater than the total reflection angle. The light beams L 1 and L 2 are totally reflected at the interface between the dielectric block 42 and the metal film 50. The totally reflected light beams L1 and L2 are also reflected with various reflection angle components. The totally reflected light beams L1 and L2 are received by the light receiving unit 54D through the second optical system 54C, are photoelectrically converted, and a light detection signal is output to the signal processing unit 54E. In the signal processing unit 54E, predetermined processing is performed based on the input light detection signal, and the measurement data G1 of the measurement region E1 and the reference data G2 of the reference region E2 are obtained. The measurement data G1 and reference data G2 are output to the control unit 60.

制御部60は、バイオセンサー10の全体を制御する機能を有し、図7に示すように、光源54A、信号処理部54E及びバイオセンサー10の図示しない駆動系と接続されている。制御部60は、図8に示すように、バスBを介して互いに接続される、CPU60A、ROM60B、RAM60C、メモリ60D、及びインターフェースI/F60Eを有し、各種の情報を表示する表示部62及び、各種の指示、情報を入力するための入力部64と接続されている。   The control unit 60 has a function of controlling the entire biosensor 10, and is connected to a light source 54A, a signal processing unit 54E, and a drive system (not shown) of the biosensor 10 as shown in FIG. As shown in FIG. 8, the control unit 60 includes a CPU 60A, a ROM 60B, a RAM 60C, a memory 60D, and an interface I / F 60E that are connected to each other via a bus B, and a display unit 62 that displays various types of information. These are connected to an input unit 64 for inputting various instructions and information.

メモリ60Dには、バイオセンサー10を制御するための各種プログラムや、各種データが記憶されている。   The memory 60D stores various programs for controlling the biosensor 10 and various data.

〔実施例1〕
(1)金表面基板の作成
6-ヒドロキシ-1-ヘキサンチオール(Aldrich社製)の2mM水溶液を作成した。次に、ゼオネックス(日本ゼオン社製)を射出成型して得られたプラスチックプリズムの上面に以下の方法で金薄膜を製膜した。スパッタ装置の基板ホルダにプリズムを取付け、真空(ベースプレッシャー1×10-3Pa以下)に引いてからArガスを導入し(1Pa)、基板ホルダを回転(20rpm)させながら、基板ホルダにRFパワー(0.5kW)を約9分間印加してプリズム表面をプラズマ処理する。次に、Arガスを止めて真空に引き、Arガスを再び導入し(0.5Pa)、基板ホルダを回転(10〜40rpm)させながら、8inchのCrターゲットにDCパワー(0.2kW)を約30秒間印加して2nmのCr薄膜を成膜する。次に。Arガスを止めて再び真空に引き、Arガスを再び導入し、(0.5Pa)、基板ホルダを回転(20rpm)させながら、8inchのAuターゲットにDCパワー(1kW)を約50秒間印加して50nm程度のAu薄膜を成膜した。
[Example 1]
(1) Creation of gold surface substrate
A 2 mM aqueous solution of 6-hydroxy-1-hexanethiol (Aldrich) was prepared. Next, a gold thin film was formed on the upper surface of a plastic prism obtained by injection molding ZEONEX (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) by the following method. A prism is attached to the substrate holder of the sputtering device, and vacuum is applied (base pressure 1 × 10 -3 Pa or less), then Ar gas is introduced (1 Pa), and the substrate holder is rotated (20 rpm) while RF power is applied to the substrate holder. (0.5kW) is applied for about 9 minutes to plasma-treat the prism surface. Next, Ar gas was stopped and vacuum was drawn, Ar gas was introduced again (0.5 Pa), and DC power (0.2 kW) was applied to the 8-inch Cr target for about 30 seconds while rotating the substrate holder (10 to 40 rpm). This is applied to form a 2 nm Cr thin film. next. Stop Ar gas, evacuate again, introduce Ar gas again (0.5 Pa), rotate the substrate holder (20 rpm), and apply DC power (1 kW) to an 8-inch Au target for about 50 seconds to 50 nm About Au thin film was formed.

得られたAu薄膜を成膜した試料を、6-ヒドロキシ-1-ヘキサンチオール(Aldrich社製)の2mM水溶液に25℃16時間浸漬し、超純水で10回洗浄した。   The sample on which the obtained Au thin film was formed was immersed in a 2 mM aqueous solution of 6-hydroxy-1-hexanethiol (manufactured by Aldrich) at 25 ° C. for 16 hours and washed 10 times with ultrapure water.

(2)解離性基を含有する親水性高分子修飾基板の作成
0.1重量%のCMD(名糖産業製:分子量100万)溶液4.95mlを溶解した後、全量反応した場合にカルボキシル基の2%が活性化される計算量のEDC(1-Ethyl-3-[3-Dimethylaminopropyl]carbodiimide Hydrochloride)(0.4M) / NHS(N-hydroxysulfosuccinimide)(0.1M)混合溶液50μlを加え、室温で攪拌した。
(2) Preparation of hydrophilic polymer-modified substrate containing a dissociable group
After dissolving 4.95 ml of 0.1% by weight CMD (name sugar industry: 1 million molecular weight) solution, 2% of carboxyl groups are activated when the whole amount is reacted (1-Ethyl-3- [ 3-Dimethylaminopropyl] carbodiimide hydrochloride (0.4M) / NHS (N-hydroxysulfosuccinimide) (0.1M) mixed solution (50 μl) was added and stirred at room temperature.

(1)で作成した試料の金表面側に、(2)で作成された活性エステル化されたCMD溶液を500μl滴下し、1000 rpmで45 秒スピンコートすることで、アミノ基を有する基板上に活性エステル化されたカルボキシメチルデキストラン薄膜を形成させた。室温で1 時間反応させた後、0.1 N NaOHで5回、超純水で5回洗浄することで、解離性基を含有する親水性高分子修飾基板試料を得た。   On the gold surface side of the sample prepared in (1), 500 μl of the active esterified CMD solution prepared in (2) is dropped and spin coated at 1000 rpm for 45 seconds on the substrate having amino groups. An active esterified carboxymethyl dextran thin film was formed. After reacting at room temperature for 1 hour, a hydrophilic polymer-modified substrate sample containing a dissociable group was obtained by washing 5 times with 0.1 N NaOH and 5 times with ultrapure water.

(3)ニュートラルアビジンの固定化
SPR測定装置に、上記の試料をセットし、以下の手順でニュートラルアビジン(PIERCE社製)を固定化した。
酢酸バッファー(pH5.5)を用いて、ニュートラルアビジン100μg/ml溶液を調製した。次に、ランニングバッファー(50mMリン酸バッファー(pH7.4)/150mM NaCl)を添加し、ベースラインをとった。次に、1−エチル−2,3−ジメチルアミノプロピルカルボジイミド(400mM)とN−ヒドロキシスクシンイミド(100mM)との混合液を添加し、7分間静置後、ランニングバッファーで洗浄した。次に、作成したニュートラルアビジン溶液を添加し30分間静置後、ランニングバッファー(pH7.4)で洗浄した。次に、残存している活性エステル基をブロッキングするために、エタノールアミン・HCl溶液(1M,pH8.5)を添加し7分静置後、10mM NaOHランニングバッファーで3回洗浄、さらにランニングバッファーで3回洗浄した。
(3) Immobilization of neutral avidin The above-mentioned sample was set in an SPR measuring apparatus, and neutral avidin (manufactured by PIERCE) was immobilized by the following procedure.
A neutral avidin 100 μg / ml solution was prepared using an acetate buffer (pH 5.5). Next, a running buffer (50 mM phosphate buffer (pH 7.4) / 150 mM NaCl) was added to take a baseline. Next, a mixed solution of 1-ethyl-2,3-dimethylaminopropylcarbodiimide (400 mM) and N-hydroxysuccinimide (100 mM) was added, allowed to stand for 7 minutes, and then washed with a running buffer. Next, the prepared neutral avidin solution was added and allowed to stand for 30 minutes, and then washed with a running buffer (pH 7.4). Next, in order to block the remaining active ester groups, an ethanolamine / HCl solution (1M, pH 8.5) was added and allowed to stand for 7 minutes, then washed 3 times with 10 mM NaOH running buffer, and further with running buffer. Washed 3 times.

(4)解離性基のブロッキング処理
上記のニュートラルアビジンを固定化した試料に対して、以下に示す解離性基のブロッキング処理を行う。このブロッキング処理の回数を表1に示すように実施し、試料1〜3を得た。
(4) Blocking treatment of dissociable group The following dissociable group blocking treatment is performed on the sample on which the neutral avidin is immobilized. The number of times of this blocking treatment was carried out as shown in Table 1, and Samples 1 to 3 were obtained.

SPR測定装置に試料をセットし、1−エチル−2,3−ジメチルアミノプロピルカルボジイミド(400mM)とN−ヒドロキシスクシンイミド(100mM)との混合液を添加し、7分間静置後、ランニングバッファーで洗浄した。次に、エタノールアミン・HCl溶液(1M,pH8.5)を添加し7分静置後、ランニングバッファーで3回洗浄した。   Set the sample in the SPR measuring device, add a mixture of 1-ethyl-2,3-dimethylaminopropylcarbodiimide (400 mM) and N-hydroxysuccinimide (100 mM), let stand for 7 minutes, then wash with running buffer did. Next, an ethanolamine / HCl solution (1 M, pH 8.5) was added and the mixture was allowed to stand for 7 minutes, and then washed with a running buffer three times.

(5)表面荷電の評価
酸性雰囲気下で、正荷電を示すKanamycinを用いて、以下の手順で上記試料表面の負荷電の量を相対評価した。
(5) Evaluation of surface charge Relative evaluation of the amount of negative charge on the sample surface was performed in the following procedure using Kanamycin showing positive charge in an acidic atmosphere.

上記のニュートラルアビジンを固定化した試料をSPR測定装置にセットし、酢酸バッファー(pH5.0)を添加し、ベースラインをとった。続いて、0.1mg/mlの濃度のKanamycin溶液(酢酸バッファー(pH5.0)に溶解)を添加し、2分間静置した。最初のベースラインからの信号変化分を表面の荷電量(RU)とした。試料1に対する荷電量を1として、試料2、3の荷電量を相対値として表1に記載した。   The sample on which neutral avidin was immobilized was set in an SPR measuring device, acetate buffer (pH 5.0) was added, and a baseline was taken. Subsequently, a Kanamycin solution (dissolved in acetate buffer (pH 5.0)) having a concentration of 0.1 mg / ml was added, and the mixture was allowed to stand for 2 minutes. The amount of signal change from the first baseline was defined as the surface charge (RU). Table 1 shows the charge amount of Sample 1 as 1, and the charge amounts of Samples 2 and 3 as relative values.

(6)カルボニックアンハイドラーゼのビオチン化
カルボニックアンハイドラーゼ(Bovine由来、SIGMA製)を以下の手順でビオチン化した。2mg/ml カルボニックアンハイドラーゼの1×PBS(pH7.4)溶液が0.5ml入った1.5mlマイクロチューブに0.045mg/ml SNHS-LC-LC-Biotin(PIERCE製) の1×PBS(pH7.4)溶液0.5mlを4℃で加え、4℃で2時間反応させた。反応液をマイクロチューブ上に載せたMicroconフィルター(Millipore製YM-10)に0.5ml入れ、4℃/14000g/60分遠心させた。マイクロチューブに落ちた溶液を捨て、フィルター上に0.2mlの1×PBS(pH7.4)を入れ、4℃/14000g/30分遠心させた。マイクロチューブに落ちた溶液を捨て、フィルター上に0.2mlの1×PBS(pH7.4)を入れ、4℃/14000g/30分遠心させた。フィルターを上下反転させて新しいマイクロチューブにセットし、4℃/1000g/3分遠心させてフィルター上に残った溶液を回収した。更にフィルターに0.1mlの1×PBS(pH7.4)を入れ、4℃/1000g/3分遠心させた。回収した溶液を合わせ、ビオチン化カルボニックアンハイドラーゼ溶液を得た。Microconフィルター操作により、未反応のビオチン化試薬が除かれる。カルボニックアンハイドラーゼ1分子に対して約1分子のビオチン化試薬が修飾された(ビオチン化比率約1)。蛋白の回収率はおよそ70%であった。
(6) Biotinylation of carbonic anhydrase Carbonic anhydrase (derived from Bovine, manufactured by SIGMA) was biotinylated by the following procedure. 1 x PBS (pH 7.4) of 0.045 mg / ml SNHS-LC-LC-Biotin (manufactured by PIERCE) in a 1.5 ml microtube containing 0.5 ml of 1 mg PBS (pH 7.4) of 2 mg / ml carbonic anhydrase. ) 0.5ml of the solution was added at 4 ° C and reacted at 4 ° C for 2 hours. 0.5 ml of the reaction solution was placed in a Microcon filter (YM-10 manufactured by Millipore) placed on a microtube and centrifuged at 4 ° C./14000 g / 60 minutes. The solution dropped in the microtube was discarded, 0.2 ml of 1 × PBS (pH 7.4) was placed on the filter, and centrifuged at 4 ° C./14000 g / 30 minutes. The solution dropped in the microtube was discarded, 0.2 ml of 1 × PBS (pH 7.4) was placed on the filter, and centrifuged at 4 ° C./14000 g / 30 minutes. The filter was turned upside down and set in a new microtube, and centrifuged at 4 ° C./1000 g / 3 minutes to recover the solution remaining on the filter. Further, 0.1 ml of 1 × PBS (pH 7.4) was added to the filter and centrifuged at 4 ° C./1000 g / 3 minutes. The collected solutions were combined to obtain a biotinylated carbonic anhydrase solution. Microreactor operation removes unreacted biotinylation reagent. About one biotinylation reagent was modified with respect to one carbonic anhydrase molecule (biotinylation ratio: about 1). Protein recovery was approximately 70%.

(7)ビオチン化カルボニックアンハイドラーゼの固定化
上記の試料1〜3に対して、以下の手順でビオチン化カルボニックアンハイドラーゼを固定化した。
ランニングバッファー(50mMリン酸バッファー(pH7.4)/150mM NaCl)を添加し、ベースラインをとった。次に、作成したビオチン化カルボニックアンハイドラーゼ溶液を添加し30分間静置後、ランニングバッファー(pH7.4)で洗浄した。最初のベースラインからの信号変化分をビオチン化カルボニックアンハイドラーゼの固定量(RU)とした。試料1に対するビオチン化カルボニックアンハイドラーゼの固定量を1として、試料2、3に対して固定化したビオチン化カルボニックアンハイドラーゼの固定量を相対値として表1に記載した。
(7) Immobilization of biotinylated carbonic anhydrase Biotinylated carbonic anhydrase was immobilized on the above samples 1 to 3 by the following procedure.
Running buffer (50 mM phosphate buffer (pH 7.4) / 150 mM NaCl) was added to take a baseline. Next, the prepared biotinylated carbonic anhydrase solution was added and allowed to stand for 30 minutes, and then washed with a running buffer (pH 7.4). The amount of signal change from the initial baseline was defined as the fixed amount (RU) of biotinylated carbonic anhydrase. Table 1 shows the amount of biotinylated carbonic anhydrase immobilized on sample 1 as 1, and the amount of biotinylated carbonic anhydrase immobilized on samples 2 and 3 as relative values.

(8)ベースライン変動の測定
ビオチン化カルボニックアンハイドラーゼを固定化した試料1〜3に対して、以下の手順でベースラインの変動を測定した。
ランニングバッファー(50mMリン酸バッファー(pH7.4)/150mM NaCl)を添加しベースライン値(RU)を記録した。そのまま静置して10分後に再度ベースライン値(RU)を記録した。そのベースライン値の差をベースライン変動値とし、表1に記載した。
(8) Measurement of Baseline Variation Baseline variation was measured for samples 1 to 3 on which biotinylated carbonic anhydrase was immobilized by the following procedure.
Running buffer (50 mM phosphate buffer (pH 7.4) / 150 mM NaCl) was added and the baseline value (RU) was recorded. The baseline value (RU) was recorded again 10 minutes after standing still. The difference between the baseline values is defined as the baseline fluctuation value and is shown in Table 1.

ベースライン変動値(RU)=10分後のベースライン値(RU)−初期のベースライン値(RU)
10分間のベースライン変動が5RUを超えると、低分子検体の結合測定に大きな支障をきたす。
Baseline fluctuation value (RU) = Baseline value after 10 minutes (RU) −Initial baseline value (RU)
When the baseline fluctuation for 10 minutes exceeds 5 RU, the binding measurement of the low molecular weight analyte is greatly hindered.

(9)低分子検体の結合測定
ビオチン化カルボニックアンハイドラーゼを固定化した試料1〜3に対して、以下の手順でIndapamide(SIGMA製)の結合測定を行った。Indapamideは、カルボニックアンハイドラーゼに特異的に結合することが知られている低分子阻害剤である。まず、ランニングバッファー(50mMリン酸バッファー(pH7.4)/150mM NaCl/DMSO 10容量%)を調整した。ランニングバッファーで、Indapamideが10μMになるように溶解した。
(9) Measurement of binding of low molecular weight analyte Indapamide (manufactured by SIGMA) was measured by the following procedure for samples 1 to 3 on which biotinylated carbonic anhydrase was immobilized. Indapamide is a small molecule inhibitor known to bind specifically to carbonic anhydrase. First, a running buffer (50 mM phosphate buffer (pH 7.4) / 150 mM NaCl / DMSO 10% by volume) was prepared. Indapamide was dissolved in the running buffer to a concentration of 10 μM.

表面プラズモン共鳴測定装置に、ビオチン化カルボニックアンハイドラーゼを固定化した試料1〜3をセットし、ランニングバッファーを添加し、ベースラインをとった。次に、調製したIndapamide溶液を添加して10分間静置し、さらにランニングバッファーを添加した直後の信号変化(RU)を記録した。以下の式によりIndapamide結合量(RU)を算出し、表1に記載した。
Indapamide結合量(RU)=洗浄後の信号値(RU)−初期のベースライン値(RU)
Samples 1 to 3 on which biotinylated carbonic anhydrase was immobilized were set in a surface plasmon resonance measuring apparatus, a running buffer was added, and a baseline was taken. Next, the prepared Indapamide solution was added and allowed to stand for 10 minutes, and the signal change (RU) immediately after the running buffer was added was recorded. The Indapamide bond amount (RU) was calculated according to the following formula and listed in Table 1.
Indapamide binding amount (RU) = signal value after washing (RU) −initial baseline value (RU)

Figure 2008209378
Figure 2008209378

表1の結果から、試料1はマイナスのベースライン変動が極めて大きく、低分子検体の結合検出が困難なことがわかる。このベースライン変動は、ビオチン化カルボニックアンハイドラーゼが、試料1表面の多量のカルボキシル基が原因で非特異吸着しており、それが徐々に解離するために起こるものと推測される。本発明の試料2、3では、マイナスのベースライン変動は極めて小さく、低分子検体の結合検出が可能である。   From the results in Table 1, it can be seen that Sample 1 has a very large negative baseline fluctuation, and it is difficult to detect the binding of a low-molecular weight analyte. This baseline fluctuation is presumed to occur because biotinylated carbonic anhydrase is non-specifically adsorbed due to a large amount of carboxyl groups on the surface of the sample 1 and gradually dissociates. In Samples 2 and 3 of the present invention, the negative baseline fluctuation is extremely small, and binding detection of a low molecular weight analyte is possible.

本実施形態にかかるバイオセンサーの全体斜視図である。It is a whole perspective view of the biosensor concerning this embodiment. 本実施形態にかかるセンサースティックの斜視図である。It is a perspective view of the sensor stick concerning this embodiment. 本実施形態のセンサースティックの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the sensor stick of this embodiment. 本実施形態のセンサースティックの1の液体流路部分の断面図である。It is sectional drawing of the 1 liquid flow path part of the sensor stick of this embodiment. 本実施形態のセンサースティックの測定領域、参照領域へ光ビームが入射している状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which the light beam is injecting into the measurement area | region and reference area | region of the sensor stick of this embodiment. 本実施形態にかかるピペットの斜視図である。It is a perspective view of the pipette concerning this embodiment. 本実施形態にかかるバイオセンサーの光学測定部付近の概略図である。It is the schematic of the optical measurement part vicinity of the biosensor concerning this embodiment. 本実施形態にかかる制御部とその周辺の概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the control part concerning this embodiment and its periphery.

符号の説明Explanation of symbols

10 バイオセンサー
40 センサースティック
54 光学測定部
60D メモリ
60 制御部
D 生理活性物質
G1 測定データ
G2 参照データ
10 Biosensor 40 Sensor Stick 54 Optical Measurement Unit 60D Memory 60 Control Unit D Bioactive Substance G1 Measurement Data G2 Reference Data

Claims (12)

pKa(酸解離定数)が8以下である解離性基を含む親水性高分子化合物で修飾された基板からなるバイオセンサー基板において、該親水性高分子に、タグ分子とKd(結合定数)が10-12M以下の結合を形成するリガンドを固定した後に、該バイオセンサー基板が実質的に荷電を有しないようにブロッキング処理されていることを特徴とするバイオセンサー基板。 In a biosensor substrate comprising a substrate modified with a hydrophilic polymer compound containing a dissociable group having a pKa (acid dissociation constant) of 8 or less, the hydrophilic polymer has a tag molecule and a Kd (binding constant) of 10 A biosensor substrate, wherein after fixing a ligand that forms a bond of -12 M or less, the biosensor substrate is subjected to a blocking treatment so as not to have a substantial charge. タグ分子がビオチンであり、リガンドがビオチン結合蛋白質である、請求項1に記載のバイオセンサー基板。 The biosensor substrate according to claim 1, wherein the tag molecule is biotin and the ligand is a biotin-binding protein. ビオチン結合蛋白質がアビジン類である、請求項2に記載のバイオセンサー基板。 The biosensor substrate according to claim 2, wherein the biotin-binding protein is an avidin. 解離性基がカルボキシル基である、請求項1から3の何れかに記載のバイオセンサー基板。 The biosensor substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the dissociable group is a carboxyl group. 非電気化学的検出に使用される、請求項1から4の何れかに記載のバイオセンサー基板。 The biosensor substrate according to any one of claims 1 to 4, which is used for non-electrochemical detection. 光学的検出に使用される、請求項1から5の何れかに記載のバイオセンサー基板。 The biosensor substrate according to any one of claims 1 to 5, which is used for optical detection. 表面プラズモン共鳴分析に使用される、請求項1から6の何れかに記載のバイオセンサー基板。 The biosensor substrate according to any one of claims 1 to 6, which is used for surface plasmon resonance analysis. タグ分子で修飾された生理活性物質が該リガンドに結合している、請求項1から7の何れかに記載のバイオセンサー基板。 The biosensor substrate according to any one of claims 1 to 7, wherein a physiologically active substance modified with a tag molecule is bound to the ligand. タグ分子で修飾された生理活性物質が該リガンドに結合している請求項1から7の何れかに記載のバイオセンサー基板と、被験物質とを接触させる工程を含む、該生理活性物質と相互作用する物質を検出または測定する方法。 The biosensor substrate according to any one of claims 1 to 7, wherein a bioactive substance modified with a tag molecule is bound to the ligand, and a step of bringing the test substance into contact with the bioactive substance. A method for detecting or measuring substances to be detected. 生理活性物質と相互作用する物質を非電気化学的方法により検出または測定する、請求項9に記載の方法。 The method according to claim 9, wherein a substance that interacts with a physiologically active substance is detected or measured by a non-electrochemical method. 生理活性物質と相互作用する物質を表面プラズモン共鳴分析により検出または測定する、請求項9又は10に記載の方法。 The method according to claim 9 or 10, wherein a substance that interacts with a physiologically active substance is detected or measured by surface plasmon resonance analysis. 請求項1から8の何れかに記載のバイオセンサー基板を含む、バイオセンサー。 A biosensor comprising the biosensor substrate according to claim 1.
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