JP2010101661A - Method for immobilizing substance - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タンパク質、ペプチド、核酸、等の所望の物質を固定化する方法に関する。 The present invention relates to a method for immobilizing a desired substance such as a protein, peptide, nucleic acid or the like.
従来より、抗体又は抗原をプレート上に固定化した、免疫測定のためのイムノプレートや、核酸をチップ上に固定化したDNAチップ等が広く用いられている。従来、基体上にタンパク質や核酸を固定化する方法の1つとして、物理吸着が広く用いられている。すなわち、例えばポリスチレンのような疎水性の基体と、基体上に固定化すべきタンパク質や核酸の水溶液とを接触させて放置することにより、物理吸着によってタンパク質や核酸が基体上に固定化される。 Conventionally, an immunoplate for immunoassay in which an antibody or antigen is immobilized on a plate, a DNA chip in which a nucleic acid is immobilized on a chip, and the like are widely used. Conventionally, physical adsorption has been widely used as one method for immobilizing proteins and nucleic acids on a substrate. That is, when a hydrophobic substrate such as polystyrene and an aqueous solution of protein or nucleic acid to be immobilized on the substrate are left in contact with each other, the protein or nucleic acid is immobilized on the substrate by physical adsorption.
しかしながら、物理吸着を用いる方法では、基体と固定化物質との結合が弱く、物質を固定化した基板の安定性が不十分であるという問題がある。また、目的のタンパク質や核酸で被覆されなかった領域への非特異的吸着を防止するために、ウシ血清アルブミン(BSA)、カゼイン、スキムミルク等のタンパク質(タンパク質を固定化する場合)や、サケ精子DNA等のDNA(DNAを固定化する場合)でブロッキングすることが行われているが、ブロッキングによる非特異的吸着の防止効果も必ずしも満足できるものではない。 However, the method using physical adsorption has a problem that the bond between the substrate and the immobilized substance is weak, and the stability of the substrate on which the substance is immobilized is insufficient. In addition, in order to prevent non-specific adsorption to areas not covered with the target protein or nucleic acid, proteins such as bovine serum albumin (BSA), casein, skim milk, etc. (when proteins are immobilized), salmon sperm Although blocking with DNA such as DNA (when immobilizing DNA) is performed, the effect of preventing nonspecific adsorption due to blocking is not always satisfactory.
また、基板上の官能基と、固定化すべきタンパク質や核酸の官能基とを共有結合させることにより基板上にタンパク質や核酸を固定化することも行われている。しかしながら、この方法でも、物理吸着の場合と同様、基板全面に官能基が存在するために、ブロッキングにより非特異的吸着が防止されているが、その防止効果は必ずしも満足できるものではない。 In addition, proteins and nucleic acids are also immobilized on a substrate by covalently bonding a functional group on the substrate and a functional group of a protein or nucleic acid to be immobilized. However, even in this method, as in the case of physical adsorption, since the functional group is present on the entire surface of the substrate, non-specific adsorption is prevented by blocking, but the prevention effect is not always satisfactory.
一方、光反応性基を利用して物質を基板に固定化することも知られている(特許文献1〜3及び非特許文献1)。しかしながら、この方法では、非特異的吸着を防止するための配慮は特にされてはいない。 On the other hand, it is also known that a substance is immobilized on a substrate using a photoreactive group (Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 1). However, in this method, no special consideration is given to prevent nonspecific adsorption.
その後、基板上に種々の固定化すべき物質を共有結合により固定化することができ、かつ、非特異的吸着の防止効果に優れた、物質固定化剤、それを用いた物質固定化方法及びそれを用いた物質固定化基体の発明も行われたが、更なる感度アップは永遠の課題である。特に、低分子のペプチド固定における感度アップは重要な課題である。
従って、本発明の目的は、感度アップの為の物質固定化方法、特に低分子被固定化物の高感度固定化方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a substance immobilization method for increasing sensitivity, in particular, a high-sensitivity immobilization method for a low-molecule immobilization product.
本願発明者らは、鋭意研究の結果、分子全体として電気的に中性な水溶性ポリマーからなる非特異的吸着防止材を基体上に塗布し、次いで1分子中に少なくとも光反応性基とアミノ基と室温反応性の官能基を有する固定化剤、及び被固定化物質をスポットすることにより、感度アップが図れることを見出し本発明を完成した。 As a result of diligent research, the inventors of the present application applied a nonspecific adsorption-preventing material consisting of an electrically neutral water-soluble polymer as a whole molecule on a substrate, and then at least a photoreactive group and an amino acid in one molecule. The present invention was completed by finding that the sensitivity can be improved by spotting a fixing agent having a functional group reactive with a group at room temperature and a substance to be immobilized.
すなわち、本発明は、分子全体として電気的に中性な水溶性ポリマーからなる非特異的吸着防止材を基体上に塗布し、次いで1分子中に少なくとも光反応性基とアミノ基と室温反応性の官能基を有する固定化剤、及び被固定化物質をスポットすることから、少なくともなる物質固定化方法を提供する。従来の1分子中に少なくとも2個の光反応性基を有する光架橋剤による光固定化法はランダム固定であり、特に低分子被固定化物に対して感度が問題であったが、本発明の物質固定化方法は光配向固定化法であり、高感度で優れた特性を有し、特に低分子被固定化物に対して有効である。 That is, in the present invention, a non-specific adsorption preventing material composed of an electrically neutral water-soluble polymer as a whole molecule is coated on a substrate, and then at least a photoreactive group, an amino group, and room temperature reactivity in one molecule. A material immobilization method comprising at least a fixing agent having a functional group and a substance to be immobilized is spotted. The conventional photofixation method using a photocrosslinking agent having at least two photoreactive groups in one molecule is random fixation, and the sensitivity is a problem particularly with respect to a low-molecule immobilization product. The substance immobilization method is a photo-alignment immobilization method, has high sensitivity and excellent characteristics, and is particularly effective for a low-molecule immobilization object.
本発明によれば、固定化すべき物質を共有結合により固定化することができ、安定な固定化基板を得ることができる。また、本発明の方法を用いて物質を固定化すると、非特異的吸着が効果的に防止される。さらに、配向固定のため高感度で、S/N比の優れた物質固定化基板が得られることになる。 According to the present invention, a substance to be immobilized can be immobilized by covalent bonding, and a stable immobilized substrate can be obtained. Further, when the substance is immobilized using the method of the present invention, nonspecific adsorption is effectively prevented. Furthermore, a substance-immobilized substrate with high sensitivity and excellent S / N ratio can be obtained because of the orientation fixation.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail based on examples.
基体としては特に限定されず、マイクロプレート等で広く用いられているポリスチレンをはじめ、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートやポリプロピレン等の有機物から成るものを例示することができる。ガラス板等も用いることができ、金表面をチオール処理したSPRやQCM用の基体についても好ましく用いられる。また、基体の形態は何ら限定されるものではなく、マイクロアレイ用基板のような板状のものや、ビーズ状、繊維状のもの等を用いることができる。さらに、板に設けられた穴や溝、例えば、マイクロプレートのウェル等も用いることができる。本発明は、これらのうち、特にマイクロアレイ、SPR及びQCM用に適している。 The substrate is not particularly limited, and examples thereof include those made of organic substances such as polystyrene, acrylic resin, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, polycarbonate, and polypropylene, which are widely used in microplates and the like. A glass plate or the like can also be used, and it is also preferably used for a substrate for SPR or QCM in which the gold surface is thiol-treated. Further, the form of the substrate is not limited at all, and a plate-like one such as a microarray substrate, a bead-like shape, a fiber-like shape, or the like can be used. Furthermore, holes and grooves provided in the plate, for example, wells of a microplate can be used. Of these, the present invention is particularly suitable for microarrays, SPR and QCM.
非特異的吸着防止材として使用可能な水溶性ポリマーとしては、ホスホリルコリン含有ポリマーなどの両極性ポリマー及びノニオン性ポリマーがある。ノニオン性ポリマーとしては、ポリエチレングリコール(PEG)やポリプロピレングリコールのようなポリアルキレングリコール;ビニルアルコール、メチルビニルエーテル、ビニルピロリドン、ビニルオキサゾリドン、ビニルメチルオキサゾリドン、2-ビニルピリジン、4-ビニルピリジン、N-ビニルサクシンイミド、N-ビニルホルムアミド、N-ビニル-N-メチルホルムアミド、N-ビニルアセトアミド、N-ビニル-N-メチルアセトアミド、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、N-iso-プロピルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、メチロールアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、アクリロイルピロリジン、アクリロイルピペリジン、スチレン、クロロメチルスチレン、ブロモメチルスチレン、酢酸ビニル、メチルメタクリレート、ブチルアクリレート、メチルシアノアクリレート、エチルシアノアクリレート、n-プロピルシアノアクリレート、iso-プロピルシアノアクリレート、n-ブチルシアノアクリレート、iso-ブチルシアノアクリレート、tert-ブチルシアノアクリレート、グリシジルメタクリレート、エチルビニルエーテル、n-プロピルビニルエーテル、iso-プロピルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、iso-ブチルビニルエーテル、tert-ブチルビニルエーテルなどのモノマー単位を単独か混合物を構成成分とするノニオン性のビニル系高分子;ゼラチン、カゼイン、コラーゲン、アラビアガム、キサンタンガム、トラガントガム、グアーガム、プルラン、ペクチン、アルギン酸ナトリウム、ヒアルロン酸、キトサン、キチン誘導体、カラギーナン、澱粉類(カルボキシメチルデンプン、アルデヒドデンプン)、デキストリン、サイクロデキストリン等の天然高分子、メチルセルロース、ビスコース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースのような水溶性セルロース誘導体等の天然高分子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。また、これらのポリマーをベースにした光架橋型水溶性ポリマーの市販品、例えばポリビニルアルコールをベースにした東洋合成工業社製「AWP」などを使用することも可能である。これらのうち、特に好ましいものは、ポリエチレングリコール系ポリマーであり、更にはポリエチレングリコール(メタ)アクリレートのビニル重合体である。 Examples of water-soluble polymers that can be used as non-specific adsorption inhibitors include ambipolar polymers such as phosphorylcholine-containing polymers and nonionic polymers. Nonionic polymers include polyalkylene glycols such as polyethylene glycol (PEG) and polypropylene glycol; vinyl alcohol, methyl vinyl ether, vinyl pyrrolidone, vinyl oxazolidone, vinyl methyl oxazolidone, 2-vinyl pyridine, 4-vinyl pyridine, N-vinyl. Succinimide, N-vinylformamide, N-vinyl-N-methylformamide, N-vinylacetamide, N-vinyl-N-methylacetamide, 2-hydroxyethyl methacrylate, polyethylene glycol methacrylate, polyethylene glycol acrylate, acrylamide, methacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, N-iso-propylacrylamide, diacetoneacrylamide, methylolacrylamide, acryloylmorpholine, acryloylpi Loridine, acryloylpiperidine, styrene, chloromethylstyrene, bromomethylstyrene, vinyl acetate, methyl methacrylate, butyl acrylate, methyl cyanoacrylate, ethyl cyanoacrylate, n-propyl cyanoacrylate, iso-propyl cyanoacrylate, n-butyl cyanoacrylate, Single or mixed monomer units such as iso-butyl cyanoacrylate, tert-butyl cyanoacrylate, glycidyl methacrylate, ethyl vinyl ether, n-propyl vinyl ether, iso-propyl vinyl ether, n-butyl vinyl ether, iso-butyl vinyl ether, tert-butyl vinyl ether Nonionic vinyl-based polymers containing bismuth as a constituent; gelatin, casein, collagen, gum arabic, xanthan gum, tragacanth gum, gum Argam, pullulan, pectin, sodium alginate, hyaluronic acid, chitosan, chitin derivatives, carrageenan, starch (carboxymethyl starch, aldehyde starch), dextrin, cyclodextrin and other natural polymers, methylcellulose, viscose, hydroxyethylcellulose, hydroxyethyl Natural polymers such as water-soluble cellulose derivatives such as methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and hydroxypropyl cellulose can be exemplified, but are not limited thereto. It is also possible to use a commercially available product of a photocrosslinking water-soluble polymer based on these polymers, for example, “AWP” manufactured by Toyo Gosei Co., Ltd. based on polyvinyl alcohol. Among these, particularly preferred are polyethylene glycol polymers, and further vinyl polymers of polyethylene glycol (meth) acrylate.
本発明の物質固定化剤に使用される水溶性ポリマーは、分子全体として電気的に中性な水溶性ポリマーである。ここで、「分子全体として電気的に中性」とは、中性付近のpH(pH6〜8)の水溶液中で電離してイオンになる基を有さないか、又は有していても陽イオンになるものと陰イオンになるものを有していて、その電荷の合計が実質的に0になることを意味する。ここで「実質的に」とは、電荷の合計が0になるか、又は0にはならないとしても本発明の効果に悪影響を与えない程度に小さいことを意味する。 The water-soluble polymer used in the substance fixing agent of the present invention is a water-soluble polymer that is electrically neutral as a whole molecule. Here, “electrically neutral as a whole molecule” means that it does not have or does not have a group that becomes ionized by ionization in an aqueous solution having a pH near pH (pH 6 to 8). It has an ion and an anion, and it means that the total charge becomes substantially zero. Here, “substantially” means that the total charge becomes 0 or is small enough not to adversely affect the effect of the present invention even if it does not become 0.
本発明に用いられる水溶性ポリマーの水に対する溶解度(水100gに溶解するグラム数)は、好ましくは5以上である。 The water solubility of the water-soluble polymer used in the present invention (the number of grams dissolved in 100 g of water) is preferably 5 or more.
「ノニオン性」とは、中性付近のpH(pH6〜8)の水溶液中で電離してイオンになる基を実質的に有さないことを意味する。ここで「実質的に」とは、このような基を全く含まないか、又は含んでいるとしても本発明の効果に悪影響を与えない程度に微量(例えば、このような基の数が炭素数の1%以下)であることを意味する。 “Nonionic” means having substantially no group that becomes ionized by ionization in an aqueous solution having a pH close to neutrality (pH 6 to 8). Here, “substantially” means that such a group is not contained at all, or even if such a group is contained, it is so small that the effect of the present invention is not adversely affected (for example, the number of such groups is the number of carbon atoms). 1% or less).
ノニオン性水溶性ポリマーの分子量(平均分子量、以下同じ)は、特に限定されず、通常、1000〜5000万程度であるが、ノニオン性水溶性ポリマーの分子量が大きくなり過ぎると、水溶性に限界が生じてくる。また、分子量が小さいと効率よく固定化が行えなくなるので、1万〜5000万程度が好ましい。水溶性ポリマーの使用時の濃度は、特に限定されない。 The molecular weight (average molecular weight, the same applies hereinafter) of the nonionic water-soluble polymer is not particularly limited and is usually about 1000 to 50 million. However, if the molecular weight of the nonionic water-soluble polymer becomes too large, the water solubility is limited. Will arise. Moreover, since immobilization cannot be performed efficiently when the molecular weight is small, about 10,000 to 50 million is preferable. The concentration at the time of using the water-soluble polymer is not particularly limited.
非特異的吸着防止材として使用する際は、上記水溶性ポリマーに光反応基を導入しても良いが、1分子中に少なくとも2個の光反応性基を有する光架橋剤を、分子全体として電気的に中性な水溶性ポリマーに添加して使用することが簡便で望ましい。 When used as a nonspecific adsorption preventing material, a photoreactive group may be introduced into the water-soluble polymer, but a photocrosslinking agent having at least two photoreactive groups in one molecule is used as the whole molecule. It is convenient and desirable to use it by adding it to an electrically neutral water-soluble polymer.
1分子中に少なくとも2個の光反応性基を有する光架橋剤の添加量としては、特に制限はないが、好ましくは水溶性ポリマーに対して0.1〜50重量%とするのが好ましく、より好ましくは1〜30重量%、更に好ましくは1〜20重量%である。 The addition amount of the photocrosslinking agent having at least two photoreactive groups in one molecule is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 50% by weight based on the water-soluble polymer, More preferably, it is 1-30 weight%, More preferably, it is 1-20 weight%.
光架橋剤が有する光反応性基の好ましい例として、アジド基(-N3)を挙げることができるがこれに限定されるものではない。光架橋剤としては、アジド基を2個有するジアジド化合物が好ましく、特に水溶性ジアジド化合物が好ましい。本発明に用いられる光架橋剤の好ましい例として、下記一般式[I]、[II]で表されるジアジド化合物を挙げることができる。
一般式[I]中、Rは単結合又は任意の基を示す。-R-は、2個のフェニルアジド基を連結するだけの構造であるから、ジアジド化合物が必要な水溶性(後述)を有することになるものであれば特に限定されない。好ましい-R-の例として、単結合(すなわち、2個のフェニルアジド基が直接連結される)、炭素数1〜6のアルキレン基(1個又は2個の炭素間不飽和結合を含んでいてもよく、1個又は2個の炭素原子が酸素と二重結合してカルボニル基を構成していてもよい)(特に好ましくはメチレン基)、-O-、-SO2-、-S-S-、-S-、-R2・・・Y・・・R3-(ただし、・・・は単結合又は二重結合を示し、Yは炭素数3〜8のシクロアルキレン基、R2及びR3は互いに独立に炭素数1〜6のアルキレン基(1個又は2個の炭素間不飽和結合を含んでいてもよく、該アルキレン基の基端の炭素原子とYとの結合が二重結合であってもよく)、1個又は2個の炭素原子が酸素と二重結合してカルボニル基を構成していてもよい)を示し、シクロアルキレン基は、1個又は2個以上の任意の置換基で置換されていてもよく(置換されている場合、好ましくはシクロアルキレン基を構成する炭素原子のうち、1個若しくは2個が酸素と二重結合してカルボニル基を構成し、及び/若しくは1個若しくは2個の炭素数1〜6のアルキル基で置換されている)を挙げることができ、また、一般式[I]中のそれぞれのベンゼン環は、1個又は2個以上の任意の置換基(好ましくはハロゲン、炭素数1〜4のアルコキシル基、スルホン酸若しくはその塩等の親水性基)で置換されていてもよい。好ましい-R-の具体例として次のものを例示することができる。-CH2-、-O-、-SO2-、-S-S-、-S-、-CH=CH-、-CH=CH-CO-、-CH=CH-CO-CH=CH-、-CH=CH-。
好ましいジアジド化合物の具体例として、下記のものを例示することができる。
本発明に用いられる光架橋剤の内、特に好ましいのは水溶性のものである。光架橋剤についての「水溶性」とは、0.5mM以上、好ましくは2mM以上の濃度の水溶液を与えることができることを意味する。光架橋剤の使用時の濃度は、特に限定されない。 Among the photocrosslinking agents used in the present invention, particularly preferred are water-soluble ones. “Water-soluble” for the photocrosslinking agent means that an aqueous solution having a concentration of 0.5 mM or more, preferably 2 mM or more can be provided. The concentration at the time of using the photocrosslinking agent is not particularly limited.
尚、本発明に係る非特異的吸着防止材は、その使用に際し、水、燐酸緩衝生理食塩水(PBS)等の緩衝溶液等、適宜の溶媒を含んで使用される。基体への塗布を容易にするためである。このとき水溶性ポリマーの濃度は、特に限定されるものではないが、溶液(懸濁液)全体に対し0.005重量%〜20重量%とするのが好ましく、0.04重量%〜10重量%とするのがより好ましい。この場合の光架橋剤の濃度は上記のように、水溶性ポリマーに対して0.1〜50重量%とするのが好ましく、より好ましくは1〜30重量%、更に好ましくは1〜20重量%である。 In addition, the nonspecific adsorption | suction prevention material which concerns on this invention is used including appropriate solvents, such as buffer solutions, such as water and phosphate buffered saline (PBS), in the case of the use. This is to facilitate application to the substrate. At this time, the concentration of the water-soluble polymer is not particularly limited, but is preferably 0.005% by weight to 20% by weight, and preferably 0.04% by weight to 10% by weight with respect to the entire solution (suspension). % Is more preferable. As described above, the concentration of the photocrosslinking agent in this case is preferably 0.1 to 50% by weight, more preferably 1 to 30% by weight, and still more preferably 1 to 20% by weight with respect to the water-soluble polymer. It is.
また、本発明に係る物質固定化剤は、ポリオキシモノラウレート(Tween20(登録商標))等の界面活性剤を含んでもよい。特に、緩衝溶液及び界面活性剤の両方を含むことにより、相乗効果として、バックグラウンド値を小さくする効果が得られ、これは特に血清などを使用して検出する際に有用である。この界面活性剤の添加量としては、溶液(懸濁液)全体に対し0.1〜20%が好ましい範囲である。更に、有機溶媒を含んでいてもよい。この有機溶媒としては、水と任意の割合で混じり合う低級アルコール(好ましくはエタノール)などを用いることができる。 Moreover, the substance fixing agent according to the present invention may contain a surfactant such as polyoxymonolaurate (Tween 20 (registered trademark)). In particular, by including both the buffer solution and the surfactant, an effect of reducing the background value is obtained as a synergistic effect, which is particularly useful when detecting using serum or the like. The addition amount of the surfactant is preferably 0.1 to 20% with respect to the entire solution (suspension). Furthermore, an organic solvent may be included. As this organic solvent, a lower alcohol (preferably ethanol) or the like mixed with water at an arbitrary ratio can be used.
被固定化物質とともに使用される1分子中に光反応性基とアミノ基と室温反応性の基を有する固定化剤としては次のものが好ましい。すなわち、光反応性基としてはアジド基、ジアジリン基が好ましく、室温反応性基としては、エポキシ基、サクシンイミドエステルのような活性エステルが好ましい。具体的には、N-[4-[3-(トリフルオロメチル)-3H-ジアジリン-3-yl]フェニル]オキシラン、N-[4-[3-(トリフルオロメチル)-3H-ジアジリン-3-yl]ベンゾキシル]サクシンイミド、5-アジド-2-ニトロベンゾイックアシッドN-ヒドロキシサクシンイミドエステルなどが好ましく用いられる。 As the immobilizing agent having a photoreactive group, an amino group and a room temperature reactive group in one molecule used together with the substance to be immobilized, the following are preferable. That is, the photoreactive group is preferably an azido group or a diazirine group, and the room temperature reactive group is preferably an active ester such as an epoxy group or a succinimide ester. Specifically, N- [4- [3- (trifluoromethyl) -3H-diazirine-3-yl] phenyl] oxirane, N- [4- [3- (trifluoromethyl) -3H-diazirine-3 -yl] benzoxyl] succinimide, 5-azido-2-nitrobenzoic acid N-hydroxysuccinimide ester and the like are preferably used.
被固定化物質と混合して用いられる場合、1分子中に光反応性基とアミノ基と室温反応性の基を有する固定化剤の添加量としては特に制限はないが、被固定化物質に対して0.001重量%〜100重量%が好もしく、特に0.01重量%〜10重量%が好ましい。1分子中に光反応性基とアミノ基と室温反応性の基を有する固定化剤の使用時の濃度は、特に制限されない。 When used in combination with a substance to be immobilized, the amount of the immobilizing agent having a photoreactive group, amino group, and room temperature reactive group in one molecule is not particularly limited. On the other hand, 0.001 to 100% by weight is preferable, and 0.01 to 10% by weight is particularly preferable. The concentration of the immobilizing agent having a photoreactive group, an amino group, and a room temperature reactive group in one molecule is not particularly limited.
本発明にかかる1分子中に光反応性基とアミノ基と室温反応性の基を有する固定化剤は、溶媒を含んで適用される。溶媒としては、水、水と任意の割合で混じり合う低級アルコール、ジメチルホルムアミド(DMF)及びこれらの混合物を用いることができる。 The immobilizing agent having a photoreactive group, an amino group, and a room temperature reactive group in one molecule according to the present invention is applied including a solvent. As the solvent, water, lower alcohol mixed with water at an arbitrary ratio, dimethylformamide (DMF), and a mixture thereof can be used.
本発明の非特異的吸着防止材に含まれる光架橋剤、水溶性ポリマー、及び1分子中に光反応性基とアミノ基と室温反応性の基を有する固定化剤は、それ自体公知であり、公知の製造方法により製造可能であり、また、市販されているものもある。 The photocrosslinking agent, the water-soluble polymer, and the immobilizing agent having a photoreactive group, an amino group, and a room temperature reactive group in one molecule are known per se. These can be produced by known production methods, and some are commercially available.
本発明により固定化される物質は、特に限定されないが、アミノ基を有するタンパク質、ペプチド、核酸などを例示することができる。 The substance immobilized by the present invention is not particularly limited, and examples thereof include proteins having amino groups, peptides, and nucleic acids.
本発明の光反応性基として用いられるアジド基或いはジアジリン基は、光を照射することにより窒素分子が離脱すると共に窒素ラジカル或いは炭素ラジカルが生じ、この窒素ラジカル或いは炭素ラジカルは、アミノ基やカルボキシル基等の官能基のみならず、有機化合物を構成する炭素原子とも結合することが可能であるので、ほとんどの有機物と架橋することが可能である。すなわち、非特異的吸着防止材に含まれる光架橋剤は、基体及び非特異的吸着防止材の水溶性ポリマーを効果的に架橋し、本発明にかかる固定化剤は効果的に非特異的吸着防止材と架橋する。 The azide group or diazirine group used as the photoreactive group of the present invention is a nitrogen radical or a carbon radical that is released when irradiated with light, and a nitrogen radical or a carbon radical is generated. It is possible to bond not only to functional groups such as, but also to carbon atoms constituting organic compounds, so that it can crosslink with most organic substances. That is, the photocrosslinking agent contained in the nonspecific adsorption inhibitor effectively crosslinks the substrate and the water-soluble polymer of the nonspecific adsorption inhibitor, and the immobilizing agent according to the present invention effectively nonspecifically adsorbs. Crosslinks with the inhibitor.
一方、1分子中に光反応性基とアミノ基と室温反応性の基を有する固定化剤中のエポキシ基或いは活性エステルは、被固定化物質のアミノ基と選択的に反応し、基体上に被固定化物質の配向固定化を可能にする。 On the other hand, the epoxy group or active ester in the immobilizing agent having a photoreactive group, an amino group, and a room temperature reactive group in one molecule selectively reacts with the amino group of the substance to be immobilized, on the substrate. This makes it possible to fix the orientation of the material to be immobilized.
本発明により、基板上に所望の物質を固定化することは、次のようにして行うことができる。先ず、基体上に非特異的吸着防止材をコーティングし、その上に固定化すべき物質と1分子中に光反応性基とアミノ基と室温反応性の基を有する固定化剤の混合物をスポッティングし、次いで室温反応後、基体の全面に光照射してもよいし、非特異的吸着防止材上に1分子中に光反応性基とアミノ基と室温反応性の基を有する固定化剤をまずスポットし、光照射後、固定化すべき物質をその上にスポットし、その後室温反応をしてもよい。 According to the present invention, immobilization of a desired substance on a substrate can be performed as follows. First, a non-specific adsorption inhibitor is coated on a substrate, and a mixture of a substance to be immobilized thereon and a fixing agent having a photoreactive group, an amino group, and a room temperature reactive group in one molecule is spotted. Then, after the reaction at room temperature, the entire surface of the substrate may be irradiated with light, or a fixing agent having a photoreactive group, an amino group, and a room temperature reactive group in one molecule on the nonspecific adsorption preventing material is firstly prepared. After spotting and light irradiation, the substance to be immobilized may be spotted thereon and then reacted at room temperature.
非特異的吸着防止材の膜厚に特に制限はないが、通常0.01〜10μm、好ましくは0.05〜1μmである。被固定化物質の濃度についても特に制限はないが、通常0.01〜10%、好ましくは0.05〜1%である。 Although there is no restriction | limiting in particular in the film thickness of a nonspecific adsorption | suction prevention material, Usually, 0.01-10 micrometers, Preferably it is 0.05-1 micrometer. The concentration of the substance to be immobilized is not particularly limited, but is usually 0.01 to 10%, preferably 0.05 to 1%.
照射する光は、用いる光反応性基がラジカルを生じさせることができる光であり、光反応性基としてアジド基或いはジアジリン基を用いる場合には、300〜400nmの紫外線が好ましい。照射する光線の線量は、特に限定されないが、通常、1cm2当たり1mW〜100mW程度である。 The light to be irradiated is light that allows the photoreactive group to be used to generate radicals. When an azide group or a diazirine group is used as the photoreactive group, ultraviolet rays of 300 to 400 nm are preferable. The dose of the irradiated light is not particularly limited, but is usually about 1 mW to 100 mW per 1 cm 2 .
非特異的吸着防止材に光を照射することにより、光反応性基がラジカルを生じ、基体と水溶性ポリマーが共有結合する。その上に、固定化すべき物質と1分子中に光反応性基とアミノ基と室温反応性の基を有する固定化剤の混合物をスポットし、室温反応する事で1分子中に光反応性基とアミノ基と室温反応性の基を有する固定化剤と、固定化すべき物質が共有結合し、次いで光を照射することにより、1分子中に光反応性基とアミノ基と室温反応性の基を有する固定化剤の光反応性基がラジカルを生じ、水溶性ポリマーと共有結合する。その結果、基板上に固定化すべき物質が配向固定されることになる。また、1分子中に光反応性基とアミノ基と室温反応性の基を有する固定化剤を、まず非特異的吸着防止材上にスポットし光照射後、固定化すべき物質をその上にスポットして室温反応させてもよい。特に、この2段スポット法は、固定化すべき物質の溶液に緩衝溶液などを含む場合に有効である。通常の1段スポット法では、緩衝溶液などを含む場合は感度が低くなるが、この2段スポット法では感度低下がない。なお、本発明の方法では、固定化すべき物質は、1分子中に光反応性基とアミノ基と室温反応性の基を有する固定化剤の室温反応性基と結合するため、配向固定されることになる。そのため、固定化すべき物質を、従来の光反応性基によるラジカルで固定化する特定の部位と結合しないランダム固定化方法と比較して、高感度化が可能になる。 By irradiating light to the non-specific adsorption preventing material, the photoreactive group generates a radical, and the substrate and the water-soluble polymer are covalently bonded. On top of that, a mixture of a substance to be immobilized and a fixing agent having a photoreactive group, an amino group, and a room temperature reactive group in one molecule is spotted, and a photoreactive group is contained in one molecule by reacting at room temperature. And a fixing agent having an amino group and a room temperature reactive group and a substance to be immobilized are covalently bonded, and then irradiated with light, whereby a photoreactive group, an amino group, and a room temperature reactive group are contained in one molecule. The photoreactive group of the immobilizing agent having a radical generates a radical and is covalently bonded to the water-soluble polymer. As a result, the substance to be immobilized on the substrate is oriented and fixed. In addition, an immobilizing agent having a photoreactive group, an amino group, and a room temperature reactive group in one molecule is first spotted on a non-specific adsorption preventing material, and after irradiation with light, a substance to be immobilized is spotted thereon. And may be allowed to react at room temperature. In particular, the two-step spot method is effective when a buffer solution or the like is included in the solution of the substance to be immobilized. In the normal one-step spot method, the sensitivity decreases when a buffer solution or the like is included, but the sensitivity does not decrease in the two-step spot method. In the method of the present invention, the substance to be immobilized is oriented and fixed because it binds to the room temperature reactive group of the immobilizing agent having a photoreactive group, an amino group, and a room temperature reactive group in one molecule. It will be. Therefore, the sensitivity can be increased as compared with a random immobilization method in which a substance to be immobilized is not bonded to a specific site that is immobilized with a radical by a conventional photoreactive group.
本発明の方法は、抗体若しくは抗原を固定化した免疫測定用プレートの作製、DNAやRNAを基板上に固定化した核酸チップ、ペプチドや蛋白質を固定化したマイクロアレイ等の作製に好適に用いることができるが、これらに限定されるものではない。 The method of the present invention can be suitably used for preparation of immunoassay plates on which antibodies or antigens are immobilized, nucleic acid chips on which DNA or RNA is immobilized on a substrate, microarrays on which peptides or proteins are immobilized, and the like. However, it is not limited to these.
以下、本発明を実験例に基づきより具体的に説明する。もっとも、本発明は下記実験例に限定されるものではない。
<実験例1及び比較例1>
1.水溶性ポリマーの調製
ポリエチレングリコールモノメタクリレート(ポリエチレングリコール部分子量350)26.3gを200mlの酢酸エチルに溶解し、AIBNを開始剤として61.6mg加え、還流下で6時間反応させた。反応液はエバポレーターにて溶媒を取り除いた後、水で溶解し、限外ろ過を行い未反応のモノマーを取り除いた。ゲル濾過クロマトグラフィー(GPC)にてポリマー生成を確認した。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on experimental examples. However, the present invention is not limited to the following experimental examples.
<Experimental Example 1 and Comparative Example 1>
1. Preparation of water-soluble polymer 26.3 g of polyethylene glycol monomethacrylate (polyethylene glycol part molecular weight 350) was dissolved in 200 ml of ethyl acetate, 61.6 mg of AIBN was added as an initiator, and the mixture was reacted for 6 hours under reflux. After removing the solvent with an evaporator, the reaction solution was dissolved in water and subjected to ultrafiltration to remove unreacted monomers. Polymer formation was confirmed by gel filtration chromatography (GPC).
2.非特異的吸着防止材の形成及び固定化
4,4'-ジアジドスチルベン-2,2'-ジスルホン酸ナトリウム(市販品)を光架橋剤として用いた。光架橋剤の濃度が0.0125%、上記水溶性ポリマーの濃度が0.25%となるように混合した。得られた水溶液を、アクリル樹脂基板上に、10×10mm2の面積に10μL注入し、乾燥した(膜厚約0.2μm)後、UV照射(ブラックライトで7分間)した。次いで、ペプチド(アミノ酸配列H-CIKHIATNAVLFFGRCVSP-NH2)0.1%及び固定化剤N-[4-[3-(トリフルオロメチル)-3H-ジアジリン-3-yl]フェニル]オキシラン(市販品)0.01%になるように混合したDMF−水(1:1)溶液を20nLスポットした。37℃で2時間反応後、UV照射(ブラックライトで7分間)によりペプチドを固定化した。
2. Formation and immobilization of non-specific adsorption inhibitor
Sodium 4,4′-diazidostilbene-2,2′-disulfonate (commercially available) was used as a photocrosslinking agent. Mixing was performed so that the concentration of the photocrosslinking agent was 0.0125% and the concentration of the water-soluble polymer was 0.25%. The obtained aqueous solution was injected onto an acrylic resin substrate in an area of 10 × 10 mm 2 , dried (film thickness: about 0.2 μm), and then irradiated with UV (black light for 7 minutes). Next, peptide (amino acid sequence H-CIKHIATNAVLFFGRCVSP-NH2) 0.1% and immobilizing agent N- [4- [3- (trifluoromethyl) -3H-diazirine-3-yl] phenyl] oxirane (commercially available) 0.01% 20 nL of the DMF-water (1: 1) solution thus mixed was spotted. After reacting at 37 ° C. for 2 hours, the peptide was immobilized by UV irradiation (black light for 7 minutes).
一方、比較例として、ペプチド(アミノ酸配列H-CIKHIATNAVLFFGRCVSP-NH2)0.1%及び光架橋剤4,4'-ジアジドスチルベン-2,2'-ジスルホン酸ナトリウム0.01%になるように混合した水溶液を20nLスポットした。乾燥後、UV照射(ブラックライトで7分間)によりペプチドを固定化した。 On the other hand, as a comparative example, 20 nL of an aqueous solution mixed so that the peptide (amino acid sequence H-CIKHIATNAVLFFGRCVSP-NH2) 0.1% and the photocrosslinking agent 4,4′-diazidostilbene-2,2′-sodium disulfonate 0.01% Spotted. After drying, the peptide was immobilized by UV irradiation (black light for 7 minutes).
3.測定
PBS(0.1% Tween20(登録商標))で洗浄後、アレルギー犬の血清と室温で20分間反応させた。PBS(0.1% Tween20(登録商標))で洗浄後、セイヨウワサビペルオキシダーゼ(HRP)標識二次抗体(市販品)と室温で20分間反応させた。PBS(0.1% Tween20(登録商標))で洗浄後、化学発光試薬を添加し、発光強度を測定した。
3. Measurement
After washing with PBS (0.1% Tween20 (registered trademark)), it was reacted with allergic dog serum at room temperature for 20 minutes. After washing with PBS (0.1% Tween20 (registered trademark)), it was reacted with a horseradish peroxidase (HRP) -labeled secondary antibody (commercially available) at room temperature for 20 minutes. After washing with PBS (0.1% Tween20 (registered trademark)), a chemiluminescent reagent was added, and the luminescence intensity was measured.
4.結果
測定した発光強度を下記表1に示す。また、表1の下段には比較例1の結果を示す。
<実験例2及び3>
1.水溶性ポリマーの調製
実験例1と同様に処理した。
<Experimental Examples 2 and 3>
1. Preparation of water-soluble polymer The same treatment as in Experimental Example 1 was performed.
2.非特異的吸着防止材の形成及び固定化
<実験例2>
4,4'-ジアジドスチルベン-2,2'-ジスルホン酸ナトリウム(市販品)を光架橋剤として用いた。光架橋剤の濃度が0.15%、上記水溶性ポリマーの濃度が3%となるように混合した。得られた水溶液を、ハイインパクトポリスチレン樹脂基板上に、スピンコートし、乾燥した(膜厚約0.1μm) 後、UV照射(ブラックライトで7分間)した。次いで、固定化剤5-アジド-2-ニトロベンゾイックアシッドN-ヒドロキシサクシンイミドエステル(市販品)0.001%のDMF−水(1:1)溶液を0.2μLスポットし、乾燥した後、UV照射(ブラックライトで7分間)した。その後、ペプチド(アミノ酸配列H-CIKHIATNAVLFFGRCVSP-NH2)0.1%水溶液を0.2μLスポットし、37℃で2時間反応させペプチドを固定化した。
<実験例3>
実験例2の0.1%ペプチドの水溶液をPBS溶液とする以外は、すべて同様に実施した。
2. Formation and immobilization of non-specific adsorption inhibitor <Experimental example 2>
Sodium 4,4′-diazidostilbene-2,2′-disulfonate (commercially available) was used as a photocrosslinking agent. Mixing was performed so that the concentration of the photocrosslinking agent was 0.15% and the concentration of the water-soluble polymer was 3%. The obtained aqueous solution was spin-coated on a high impact polystyrene resin substrate, dried (film thickness: about 0.1 μm), and then irradiated with UV (black light for 7 minutes). Next, 0.2 μL of 0.001% DMF-water (1: 1) solution of the fixing agent 5-azido-2-nitrobenzoic acid N-hydroxysuccinimide ester (commercial product) was spotted, dried, and then irradiated with UV ( (Black light for 7 minutes). Thereafter, 0.2 μL of a peptide (amino acid sequence H-CIKHIATNAVLFFGRCVSP-NH2) 0.1% aqueous solution was spotted and reacted at 37 ° C. for 2 hours to immobilize the peptide.
<Experimental example 3>
All were carried out in the same manner except that the 0.1% peptide aqueous solution of Experimental Example 2 was used as a PBS solution.
3.測定
PBS(0.1% Tween20(登録商標))で洗浄後、抗OVA(オホ゛アルフ゛ミン)抗体(市販品)と室温で20分間反応させた。PBS(0.1% Tween20(登録商標))で洗浄後、セイヨウワサビペルオキシダーゼ(HRP)標識二次抗体(市販品)と室温で20分間反応させた。PBS(0.1% Tween20(登録商標))で洗浄後、化学発光試薬を添加し、発光強度を測定した。
3. Measurement
After washing with PBS (0.1% Tween20 (registered trademark)), the mixture was reacted with an anti-OVA (ovalbumin) antibody (commercially available) at room temperature for 20 minutes. After washing with PBS (0.1% Tween20 (registered trademark)), it was reacted with a horseradish peroxidase (HRP) -labeled secondary antibody (commercially available) at room temperature for 20 minutes. After washing with PBS (0.1% Tween20 (registered trademark)), a chemiluminescent reagent was added, and the luminescence intensity was measured.
4.結果
測定した結果を下記表2に示す。
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。 In addition, this invention is not limited to the Example mentioned above, A various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention.
本発明によれば、固定化すべき物質を共有結合により固定化することができ、安定な固定化基板を得ることができる。また、本発明の方法を用いて物質を固定化すると、非特異的吸着が効果的に防止される。さらに、配向固定のため高感度で、S/N比の優れた物質固定化基板が得られることになる。 According to the present invention, a substance to be immobilized can be immobilized by covalent bonding, and a stable immobilized substrate can be obtained. Further, when the substance is immobilized using the method of the present invention, nonspecific adsorption is effectively prevented. Furthermore, a substance-immobilized substrate with high sensitivity and excellent S / N ratio can be obtained because of the orientation fixation.
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