JP2011033539A - 生体分子固定基板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも第1の表面及び第2の表面を有する基板と;炭化水素鎖と当該炭化水素鎖の一方末端に上記第1の表面と選択的に結合しうる官能基とを有し、上記官能基を介して上記第1の表面に結合した第1のリンカー分子と;上記第1のリンカー分子の炭化水素鎖と結合しうる反応基を有し、上記反応基と上記炭化水素鎖との結合を介して第1のリンカー分子と結合した第2のリンカー分子と;上記第2のリンカー分子を介して結合した生体分子とを備える生体分子固定基板。
【選択図】図1
Description
(1)少なくとも第1の表面及び第2の表面を有する基板と、炭化水素鎖と、当該炭化水素鎖の一方末端、又は側鎖に上記第1の表面と選択的に結合しうる官能基とを有し、上記官能基を介して上記第1の表面に結合した第1のリンカー分子と、上記第1のリンカー分子の炭化水素鎖と結合しうる反応基を有し、上記反応基と上記炭化水素鎖との結合を介して第1のリンカー分子と結合した第2のリンカー分子と、上記第2のリンカー分子を介して結合した生体分子とを備える生体分子固定基板。
(7)上記第1のリンカー分子の炭素水素鎖が化3の側鎖にリン酸基を有する高分子鎖であることを特徴とする(3)又は(5)記載の生体分子固定基板。
(23)上記第1のリンカー分子の炭素水素鎖が化7の側鎖にリン酸基を有する高分子鎖であることを特徴とする(19)又は(21)記載の生体分子固定基板の製造方法。
本実施例では、比較事例を適宜参照しながら説明する。まず、図1に示した構成の生体分子固定基板における蛍光増強体12としてAuを、足場11としてTiO2を、基板13にSiO2を用いる場合を考え、これら3種類の表面に対して選択的に生体分子を導入した結果について説明する。
まず、Au、TiO2、SiO2の3種類の基板表面を準備した。Au膜及びTiO2膜をそれぞれSiO2基板上にスパッタ法により成膜した。Au膜及びTiO2膜の厚さは10nm程度とした。SiO2は合成石英基板を用いた。酸素ガスを用いた反応性ドライエッチ(RIE)により基板表面を洗浄すると同時に、水酸基を導入した。RIE処理はICPドライエッチ装置を用いて実施した。RIE条件は出力100W、酸素ガス圧力1Pa、ガス流量10cm3/分、エッチング時間60〜180秒とした。
第1のリンカー分子として、アルキル鎖とTiO2に結合させるためのリン酸基を有するアルキルリン酸を用いた。アルキルリン酸としては、具体的に炭素鎖12の1-Dodecylphosphonic Acidを用いた(下記構造式を参照)。本実施例においては、炭素鎖12のアルキルリン酸を用いたが、Poly(vinyl phosphonic Acid)のような高分子鎖を用いてTiO2に結合してもよい。
ストレプトアビジンを有する蛍光色素であるAlexa Fluor(登録商標) 532を弱塩基性の炭酸バッファーに溶解させ、上述したAu膜及びTiO2膜を有するSiO2基板を浸漬させることで、基板表面に導入した第2のリンカー分子に含まれるビオチンと蛍光色素に含まれるストレプトアビジンと結合させ、基板上に蛍光色素を固定した。その後、超純水で洗浄することで、過剰なAlexa Fluor 532を除去した。そして、Au膜及びTiO2膜を有するSiO2基板表面の蛍光観察を行い、蛍光由来の輝点数を測定した。その結果を図7に示す。なお、図7(a)はSiO2基板上のTiO2膜の表面を撮像した結果であり、図7(b)はSiO2基板の表面及びSiO2基板上のAu膜の表面を撮像した結果を示している。図7(a)から分かるように、TiO2膜には観察領域内において1輝点/μm2以上の輝点を確認することができた。一方、図7(b)から分かるように、SiO2基板の表面及びAu膜の表面からは0.1輝点/μm2以下の輝点しか観察されなかった。この結果から、第1のリンカー分子及び第2のリンカー分子をTiO2膜の表面に選択的に導入することができ、SiO2基板の表面及びAu膜の表面には導入されず、蛍光色素をTiO2膜の表面にのみ固定できたことが理解できる。
本実施例では、実施例1と同様に図2に示した構成の生体分子固定基板における蛍光増強体12としてAuを、足場11としてTiO2を、基板13にSiO2を用いる場合を考え、これら3種類の表面に対して選択的に生体分子を導入した結果について説明する。
まず、Au、TiO2、SiO2の3種類の基板表面を準備した。Au膜及びTiO2膜をそれぞれSiO2基板上にスパッタ法により成膜した。Au膜及びTiO2膜の厚さは10nm程度とした。SiO2は合成石英基板を用いた。酸素ガスを用いた反応性ドライエッチ(RIE)により基板表面を洗浄すると同時に、水酸基を導入した。RIE処理はICPドライエッチ装置を用いて実施した。RIE条件は出力100W、酸素ガス圧力1Pa、ガス流量10cm3/分、エッチング時間60〜180秒とした。
第1のリンカー分子として、アルキル鎖を主鎖とし、かつ、TiO2に結合させるためのリン酸基を側鎖に有するPoly(vinyl phosphonic Acid)を用いた。ポリビニルリン酸としては、具体的に分子量24,000のものを用いた(下記構造式を参照)。本実施例においては、分子量24,000のPoly(vinyl phosphonic Acid)用いたが、特に限定されるものではなく、より大きな分子量、又は、より小さな分子量のPoly(vinyl phosphonic Acid)を用いてもよい。
実施例1と同様に、ストレプトアビジンを有する蛍光色素であるAlexa Fluor(登録商標) 532を弱塩基性の炭酸バッファーに溶解させ、上述したAu膜及びTiO2膜を有するSiO2基板を浸漬させることで、基板表面に導入した第2のリンカー分子に含まれるビオチンと蛍光色素に含まれるストレプトアビジンと結合させ、基板上に蛍光色素を固定した。その後、超純水で洗浄することで、過剰なAlexa Fluor 532を除去した。そして、Au膜及びTiO2膜を有するSiO2基板表面の蛍光観察を行い、蛍光由来の輝点数を測定した。その結果を図8に示す。なお、図8(a)はSiO2基板上のTiO2膜の表面を撮像した結果であり、図8(b)はSiO2基板の表面及びSiO2基板上のAu膜の表面を撮像した結果を示している。図8(a)から分かるように、TiO2膜には観察領域内において1輝点/μm2以上の輝点を確認することができた。一方、図8(b)から分かるように、SiO2基板の表面及びAu膜の表面からは0.1輝点/μm2以下の輝点しか観察されなかった。この結果から、第1のリンカー分子及び第2のリンカー分子をTiO2膜の表面に選択的に導入することができ、SiO2基板の表面及びAu膜の表面には導入されず、蛍光色素をTiO2膜の表面にのみ固定できたことが理解できる。
比較例1では、第1のリンカー分子として、末端にアミノ基とTiO2に結合させるためのリン酸基を有するアミノアルキルリン酸を用いた以外は実施例1と同様に、Au膜及びTiO2膜を有するSiO2基板に第1のリンカー分子を導入した。本比較例において、具体的にアミノアルキルリン酸としては炭素鎖3からなる3-Aminopropylphosphonic Acidを用いた。3-Aminopropylphosphonic Acidを超純水に溶解させた溶液に、Au膜及びTiO2膜を有するSiO2基板を48時間浸漬した。その後、超純水で洗浄した後、基板の表面状態を評価するために、基板表面のリンの吸着量をX線光電子分光法(XPS法)を用いて定量した。
Claims (31)
- 少なくとも第1の表面及び第2の表面を有する基板と、
炭化水素鎖と、当該炭化水素鎖の一方末端、又は側鎖に上記第1の表面と選択的に結合しうる官能基とを有し、上記官能基を介して上記第1の表面に結合した第1のリンカー分子と、
上記第1のリンカー分子の炭化水素鎖と結合しうる反応基を有し、上記反応基と上記炭化水素鎖との結合を介して第1のリンカー分子と結合した第2のリンカー分子と、
上記第2のリンカー分子を介して結合した生体分子と
を備える生体分子固定基板。 - 上記第1の表面は金属酸化物であり、上記第2の表面は貴金属であることを特徴とする請求項1記載の生体分子固定基板。
- 上記第1の表面は金属酸化物であり、上記第1の表面と選択的に結合しうる官能基はリン酸基及び/又はシラノール基であることを特徴とする請求項1記載の生体分子固定基板。
- 上記第1の表面は自然酸化膜を有する金属であり、上記第2の表面は二酸化ケイ素あるいはサファイアであることを特徴とする請求項1記載の生体分子固定基板。
- 上記第1の表面は自然酸化膜を有する金属であり、上記第1の表面と選択的に結合しうる官能基はリン酸基及び/又はシラノール基であることを特徴とする請求項1記載の生体分子固定基板。
- 上記リン酸基を有する高分子鎖の数平均分子量が、1,000〜500,000であることを特徴とする請求項7記載の生体分子固定基板。
- 上記第1の表面は貴金属であり、上記第2の表面は二酸化ケイ素であることを特徴とする請求項1記載の生体分子固定基板。
- 上記第1の表面は貴金属であり、上記第1の表面と選択的に結合しうる官能基はチオール基であることを特徴とする請求項1記載の生体分子固定基板。
- 上記第2のリンカー分子における反応基は、上記炭化水素鎖と結合しうる潜伏性反応基であることを特徴とする請求項1記載の生体分子固定基板。
- 上記潜伏性反応基は、アントラチオン基、アントラキノン基、ベンゾフェノン基、アジド基及びこれらの誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種の光反応性化合物であることを特徴とする請求項12記載の生体分子固定基板。
- 上記第2のリンカー分子は、上記生体分子又は上記生体分子に結合した反応基と選択的に結合しうる反応基を更に有していることを特徴とする請求項1記載の生体分子固定基板。
- 上記第2のリンカー分子に含まれるビオチンと上記生体分子に導入されるビオチンとが、アビジンを介して結合していることを特徴とする請求項1記載の生体分子固定基板。
- 少なくとも第1の表面及び第2の表面を有する基板に対して、炭化水素鎖と当該炭化水素鎖の一方末端、又は側鎖に上記第1の表面と選択的に結合しうる官能基とを有する第1のリンカー分子を接触させる工程と、
少なくとも、上記第1のリンカー分子が結合した上記第1の表面に対して、上記第1のリンカー分子の炭化水素鎖と結合しうる反応基を有する第2のリンカー分子を接触させる工程と、
生体分子を接触させることで、当該生体分子を上記第2のリンカー分子を介して結合させる工程とを含む、生体分子固定基板の製造方法。 - 上記第2のリンカー分子を接触させる工程の後、少なくとも上記第2のリンカー分子が結合した上記第1の表面以外の領域に生体分子の吸着を阻害する吸着阻害分子を接触させ、当該領域に吸着阻害層を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項16記載の生体分子固定基板の製造方法。
- 上記第1の表面は金属酸化物であり、上記第2の表面は貴金属であることを特徴とする請求項16記載の生体分子固定基板の製造方法。
- 上記第1の表面は金属酸化物であり、上記第1の表面と選択的に結合しうる官能基はリン酸基及び/又はシラノール基であることを特徴とする請求項16記載の生体分子固定基板の製造方法。
- 上記第1の表面は自然酸化膜を有する金属であり、上記第2の表面は二酸化ケイ素あるいはサファイアであることを特徴とする請求項16記載の生体分子固定基板の製造方法。
- 上記第1の表面は自然酸化膜を有する金属であり、上記第1の表面と選択的に結合しうる官能基はリン酸基及び/又はシラノール基であることを特徴とする請求項16記載の生体分子固定基板の製造方法。
- 上記リン酸基を有する高分子鎖の数平均分子量が、1,000〜500,000であることを特徴とする請求項23記載の生体分子固定基板の製造方法。
- 上記第1の表面は貴金属であり、上記第2の表面は二酸化ケイ素であることを特徴とする請求項16記載の生体分子固定基板の製造方法。
- 上記第1の表面は貴金属であり、上記第1の表面と選択的に結合しうる官能基はチオール基であることを特徴とする請求項16記載の生体分子固定基板の製造方法。
- 上記第2のリンカー分子における反応基は、上記炭化水素鎖と結合しうる潜伏性反応基であることを特徴とする請求項16記載の生体分子固定基板の製造方法。
- 上記潜伏性反応基は、アントラチオン基、アントラキノン基、ベンゾフェノン基、アジド基及びこれらの誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種の光反応性化合物であることを特徴とする請求項28記載の生体分子固定基板の製造方法。
- 上記第2のリンカー分子は、上記生体分子又は上記生体分子に結合した反応基と選択的に結合しうる反応基を更に有していることを特徴とする請求項16記載の生体分子固定基板の製造方法。
- 上記第2のリンカー分子に含まれるビオチンと上記生体分子に導入されるビオチンとが、アビジンを介して結合していることを特徴とする請求項16記載の生体分子固定基板の製造方法。
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