JP2010025681A - フローセル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】透明基板の一面にプリズムを配置し、該基板の他面には金属薄膜からなる作用電極を設け、さらに該基板の作用電極面側に開口部を設けたスペーサーを介して試料導入孔及び試料排出孔を有する上部部材を配置することにより、試料液の流路を形成してなる電気化学測定用フローセル。
【選択図】図2
Description
一方、電気化学測定法は、酵素の触媒活性などを比較的高感度に測定可能な手法として知られているが、相互作用解析には不向きである。したがって、これまで表面プラズモン共鳴測定と電気化学測定は、個別に行われてきた。
1.透明基板の一面にプリズムを配置し、該基板の他面には金属薄膜からなる作用電極を設け、さらに該基板の作用電極面側に開口部を設けたスペーサーを介して試料導入孔及び試料排出孔を有する上部部材を配置することにより、試料液の流路を形成してなる電気化学測定用フローセル。
2.前記上部部材に試料液の流路に接続して参照電極と対向電極を設けたことを特徴とする1に記載の電気化学測定用フローセル。
3.前記上部部材に設けられた金属ピンが作用電極と接触して導通可能に基板に固定されたことを特徴とする1または2に記載の電気化学測定用フローセル。
4.前記スペーサーを交換することにより、試料液の流路形状や線流速を変更可能としたことを特徴とする1〜3のいずれかに記載の電気化学測定用フローセル。
5.前記作用電極を金薄膜により形成したことを特徴とする1〜4のいずれかに記載の電気化学測定用フローセル。
6.前記基板やプリズムを、ガラスもしくは偏光特性が保持されるプラスチックから選択された材料により構成したことを特徴とする1〜5のいずれかに記載の電気化学測定用フローセル。
また、電気化学的に酸化還元した際の金属表面の誘電率変化を同時に計測可能であり、光電気化学の研究にも有効である。さらに、金や銀等の貴金属とチオール化合物を介して固定した生体分子を、電気化学的に還元もしくは酸化させることにより脱離させ、表面を繰り返し使用できる。
透明基板へ形成する金属薄膜は、表面プラズモン共鳴がおこる金属が適しており、可視光を用いる際には金や銀が適している。これら金属をスパッタリング法や蒸着法により堆積させるが、その厚さはエバネッセント波の染み出しを考慮すると50nm程度が好ましい。また、透明基板と金もしくは銀薄膜との密着性が弱い際には、チタンやクロムを介して堆積させることも可能である。
その後、流路を形成するための穴を開けたスペーサーを介して、参照電極並びに対向電極を具備する上部部材を押し当てる。なお、該部材は試料導入及び廃液用の貫通孔ならびに、作用電極となる金属薄膜とポテンシオスタットとの導通を得るための金属ピンも有している。該部材は溶液の圧力変化等により移動しないように、ネジにより固定化することが望ましい。
(実施例1)
本発明のフローセルを構成する各部材の模式図を図1に示す。また本フローセルを表面プラズモン共鳴測定器へ組み立てた際の断面模式図を図2に示す。
この例では、表面プラズモン共鳴測定器(NTTアドバンステクノロジ社製)のガラス製のプリズム1へ、屈折率マッチングオイル2を塗布後、ガラス基板3を装着した。このガラス基板3へは、スパッタリング法によりチタンを2nm、さらに金を48nm程度堆積させることにより、薄膜金属電極4を形成している。該薄膜金属電極4は、直径3mmの円形部分と矩形の部分とからなり、円形部分が作用電極並びに表面プラズモン共鳴測定面となり、矩形部分は該円形部分と導通を得るための配線パターンとなる。なお本実施例では、薄膜金属電極4の円形部分上へ西洋わさびペルオキシターゼを含むオスミウムポリビニルビピリジン錯体(BAS社製)を7μL滴下し、冷蔵庫内(4℃)で一晩乾燥させた。この乾燥時間内に上記錯体は、薄膜金属電極4上で水に不溶な膜を形成する。
ガラスプリズム1へは、表面プラズモン共鳴測定のための入射光12をくさび形に薄膜金属電極4に照射し、反射光13をリニアCCDで測定することにより表面プラズモン共鳴角度の算出を行うことが可能となる。また、これらの組み立てに際して、アクリル製ブロック6を、ネジ14により表面プラズモン共鳴測定器の筐体15を介して押しつけることにより固定化しているため、取り付け及び取り外しが容易である。電気化学測定の際には、薄膜金属電極4と導通をとった金属ピン11及び、参照電極7、対向電極8をポテンシオスタット(図示せず)に接続し、金属薄膜電極4の電極電位を制御した。
(実施例2)
まず、実施例1と同様に、表面プラズモン共鳴測定器のプリズム1へ、屈折率マッチングオイル2を介して、ガラス基板3を装着し、さらに、楕円形に孔をあけたスペーサー5を載せ、さらに上部部材としてアクリル製ブロック6を載せた。その後、本発明のフローセルへ0.1 mg/mLのポリリジン(蒸留水中)及び0.1 mg/mLのポリスチレンスルホン酸(蒸留水中)を、流速20μL/分で5分ごとに交互に導入することにより金薄膜4上へ積層膜を形成した。本積層膜は、各々の高分子電解質のイオン性相互作用により吸着することで、帯電を失い不溶化することにより形成される。さらに本積層膜は、カルボキシル基を有するため、これを活性化するカルボジイミドカップリング法により抗原タンパクを固定化した。
具体的には以下のように行った。0.4 mg/mLのN-ethyl-N'-(3-dimethyl aminopropyl)
carbodiimide hydrochloride(Pierce社製)及び1.1 mg/mL のhydroxysuccinimide(Pierce社製)を含む10mM 酢酸緩衝液溶液(pH5.5)を本発明のフローセルに流速20μL/分で15分間導入し、積層膜のカルボキシル基を活性化させる。その後、酢酸緩衝液をフローセルへ導入することで洗浄し、さらに抗原タンパクであるTNF-α(濃度2μg/mL、酢酸緩衝液中)を流速20μL/分でフローセルに2分間導入した。これによりTNF-αのアミノ基と、積層膜上の活性エステルが結合し、積層膜にTNF-αが固定化される。さらに、未反応の活性エステルが残余している可能性があるため、0.1Mのアミノエタノール(酢酸緩衝液中)を流速20μL/分で5分間フローセルに導入することで、残余活性エステルを不活性化した。
図4に、上述したように本発明のフローセルを用いて、電気化学測定法よって抗原抗体量の評価を行った結果を示す。電気化学測定法での応答(図中の丸印)は、5mV/秒で電極電位を−0.2Vから+0.35Vへ掃引した際のピーク電流密度を示している。両者共に良好な検量線を得ることが出来、またほぼ同型の検量線を得ることが出来た。これにより、本発明のフローセルを用いることにより、生体相互作用を異なる2つの手法で、精緻に評価可能であることが判った。
本発明のフローセルを構成する部材の一部となる、プラスチック製プリズムの模式図を図5に示す。本プラスチックプリズムは、光学用ポリカーボネート樹脂(帝人社製、型番SP−1715)を射出成形することにより作製し、さらに120℃で2時間アニーリングを行った。本アニーリングは、プリズムの歪みを除くためである。その後、プラスチックプリズムの平面側へ真空中でスパッタリング法により金薄膜を形成した。得られたプラスチックプリズムを、ガラスプリズムを取り除いた表面プラズモン共鳴測定器へ取り付け、その後実施例1と同様にアクリル製ブロックを取り付けたところ、ガラスレンズを用いたときと同様に測定が可能であった。本発明のフローセルにプラスチックプリズムを用いることにより、実施例1の屈折率マッチングオイルを塗布する作業を省略可能であり、より簡便に計測可能である。また、ガラスプリズムに比べ射出成形法で作製したプラスチックプリズムは安価に量産可能である長所を有する。
2 屈折率マッチングオイル
3 ガラス基板
4 薄膜金属電極
5 スペーサー
6 アクリル製ブロック(上部部材)
7 参照電極
8 対向電極
9 試料導入チューブ
10 廃液用チューブ
11 金属ピン
12 入射光
13 反射光
14 ネジ
15 表面プラズモン共鳴測定器の筐体部分
Claims (6)
- 透明基板の一面にプリズムを配置し、該基板の他面には金属薄膜からなる作用電極を設け、さらに該基板の作用電極面側に開口部を設けたスペーサーを介して試料導入孔及び試料排出孔を有する上部部材を配置することにより、試料液の流路を形成してなる電気化学測定用フローセル。
- 前記上部部材に試料液の流路に接続して参照電極と対向電極を設けたことを特徴とする請求項1に記載の電気化学測定用フローセル。
- 前記上部部材に設けられた金属ピンが作用電極と接触して導通可能に基板に固定されたことを特徴とする請求項1または2に記載の電気化学測定用フローセル。
- 前記スペーサーを交換することにより、試料液の流路形状や線流速を変更可能としたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電気化学測定用フローセル。
- 前記作用電極を金薄膜により形成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電気化学測定用フローセル。
- 前記基板やプリズムを、ガラスもしくは偏光特性が保持されるプラスチックから選択された材料により構成したことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の電気化学測定用フローセル。
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