JP2013029369A - Ionic functional group-modified local-field optical sensor chip and method for detecting analyte using ligand-carrying charged particle - Google Patents

Ionic functional group-modified local-field optical sensor chip and method for detecting analyte using ligand-carrying charged particle Download PDF

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英隆 二宮
Takatoshi Kaya
高敏 彼谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a further highly sensitive detection method of an analyte solving a problem that has been observed in a measuring method using magnetic particles and a magnetic force while effectively using an advantage of combining a homogeneous assay with a heterogeneous sensing (a detecting method of analytes using surface plasmon resonance generated on a metal thin film).SOLUTION: The method for detecting analytes includes the steps for: reacting ligand-carrying charged particles comprising at least charged particles that are charged inversely to a charged layer, and ligand bonded thereto, with analytes in medium, and forming a ligand-carrying charged particle-analyte complex; bringing the medium including the ligand-carrying charged particle-analyte complex into contact with the charged layer in a measuring area of a sensor chip; and applying measuring light to the measuring area and observing a signal based on the surface plasmon resonance generated on the metal thin film.

Description

本発明は、SPFSおよびSPRに代表される、局在場光(エバネッセント波)を利用するアナライトの検出方法用のセンサーチップ(局在場光センサーチップ)、および当該センサーチップを使用するアナライトの検出方法に関する。   The present invention relates to a sensor chip (local field light sensor chip) for an analyte detection method using localized field light (evanescent wave) represented by SPFS and SPR, and an analyte using the sensor chip. It relates to the detection method.

近年、生体分子や有機高分子などのアナライト(被検出物質)を、センサーチップ(典型的にはチップ状に作製されている測定部材)の表面で、当該アナライトとの間に特異的な分子間相互作用が働くリガンド(捕捉物質)を用いて捕捉し、それにより発せられる特有のシグナルを観測することにより、アナライトを直接的かつ定量的に検出する方法の研究開発が進められている。たとえば、あるタンパク質(抗原)をアナライトとする場合は、それと特異的に結合しうるタンパク質(抗体)がリガンドとして表面に固定化されているセンサーチップが使用される。   In recent years, analytes (substances to be detected) such as biomolecules and organic polymers can be detected on the surface of a sensor chip (typically a measurement member manufactured in a chip shape) between the analyte and the analyte. Research and development of a method for detecting analytes directly and quantitatively by capturing using a ligand (capture substance) with an intermolecular interaction and observing the specific signal emitted by the ligand is underway. . For example, when a certain protein (antigen) is used as an analyte, a sensor chip in which a protein (antibody) that can specifically bind to the protein is immobilized on the surface as a ligand is used.

ノンラベルで、すなわち放射性物質や蛍光体などの標識を用いずにアナライトを検出する方法としては、たとえば、つぎのようなSPR(Surface Plasmon Resonance:表面プラズモン共鳴法)が知られている。誘電体部材上に形成された金属薄膜に全反射が起きる所定の入射角度で測定光を照射すると、金属薄膜での表面プラズモン共鳴により反射光の強度が減衰し(全反射減衰:ATR)、ある入射角度で反射光の強度は極小となる。ここで、アナライトがセンサー(金属薄膜)上に捕捉されると誘電率が変化し、それにより反射光の強度が極小となる入射角度が変化する。SPRでは、当該入射角度をシグナルとして測定することにより、アナライトを検出することができる。   For example, the following SPR (Surface Plasmon Resonance) is known as a method for detecting an analyte without labeling, that is, without using a label such as a radioactive substance or a phosphor. When the measurement light is irradiated at a predetermined incident angle at which total reflection occurs on the metal thin film formed on the dielectric member, the intensity of the reflected light is attenuated due to surface plasmon resonance in the metal thin film (total reflection attenuation: ATR). The intensity of the reflected light is minimal at the incident angle. Here, when the analyte is captured on the sensor (metal thin film), the dielectric constant changes, and the incident angle at which the intensity of the reflected light is minimized changes. In SPR, an analyte can be detected by measuring the incident angle as a signal.

一方、蛍光体を用いてアナライトを検出する方法としては、たとえば、誘電体部材上に形成された金属薄膜に全反射減衰(ATR)が生じる角度で測定光(励起光)を照射し、金属薄膜を透過したエバネッセント波(非伝播光、局在場光)が金属薄膜の表面プラズモンとの共鳴により数十倍〜数百倍に増強されることを利用して、金属薄膜近傍に捕捉されたアナライトを標識している蛍光体を効率的に励起させ、その蛍光シグナルを測定することによりアナライトを検出する、SPFS(Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy:表面プラズモン励起増強蛍光分光法)も知られている。   On the other hand, as a method for detecting an analyte using a phosphor, for example, a metal thin film formed on a dielectric member is irradiated with measurement light (excitation light) at an angle at which total reflection attenuation (ATR) occurs, and a metal The evanescent wave (non-propagating light, localized field light) transmitted through the thin film is trapped in the vicinity of the metal thin film by utilizing the fact that it is enhanced several tens to several hundreds of times by resonance with the surface plasmon of the metal thin film. Also known is SPFS (Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy), which detects the analyte by efficiently exciting the phosphor labeled with the analyte and measuring the fluorescence signal. It has been.

このようなアナライトの検出方法は、一般的に、アナライトを含有する媒質(液相)と、リガンドが固定化された基板状のセンサーチップ(固相)とを接触させる、ヘテロジニアスなセンシングである。このような測定方法は、高感度ではあるが、基板状の固相と液相との界面のみでしかリガンドとアナライトとの反応が起きないため、アナライトの拡散が反応律速となり反応効率の制約が大きい。   In general, such an analyte detection method is a heterogeneous sensing in which an analyte-containing medium (liquid phase) is brought into contact with a substrate-like sensor chip (solid phase) on which a ligand is immobilized. It is. Although this measurement method is highly sensitive, the reaction between the ligand and the analyte occurs only at the interface between the substrate-like solid phase and the liquid phase. There are big restrictions.

一方、液相中のアナライトと、固相ではあっても液相中に分散している微粒子に担持させたリガンドとを接触させるような、ホモジニアスのアッセイは、前記ヘテロジニアスでの接触に比べて反応効率がよく、反応効率をさらに高めるための加速手段(たとえば撹拌、ボルテックス、振盪、超音波等)があるなどの利点を有する。   On the other hand, the homogeneous assay in which the analyte in the liquid phase is brought into contact with the ligand supported on the fine particles dispersed in the liquid phase even in the solid phase is compared with the heterogeneous contact. The reaction efficiency is good, and there is an advantage that there is an acceleration means (for example, stirring, vortexing, shaking, ultrasonic waves, etc.) for further increasing the reaction efficiency.

上記のようなヘテロジニアスな反応とホモジニアスな反応とを組み合わせた測定方法としては、磁性粒子および磁力を利用するものが知られている。
たとえば、特許文献1には、下記(a)〜(c)の工程により液体媒体中の抗原または抗体を定量的に測定する方法において、工程(a)における反応に伴う透過光もしくは散乱光の強度を測定することを特徴とする抗原又は抗体の測定方法が記載されている:
(a)測定しようとする抗原または抗体、該抗原または該抗体に対する抗体または抗原を担持させた不溶性磁性粒子を含む第1試薬、及び、該抗原または該抗体に対する抗体または抗原を担持させた不溶性標識粒子を含む第2試薬を液体媒体中で反応させる工程;
(b)工程(a)の反応混合物に磁場を付与することにより未反応の不溶性磁性粒子及び不溶性磁性粒子を含む凝集粒子を反応混合物から分離し、次いで該液体媒体及び未反応の不溶性蛍光標識粒子を除去する工程;
(c)残った該不溶性磁性粒子と反応した不溶性標識粒子の量を定量することにより抗原または抗体を定量的に測定する工程。
As a measurement method combining the heterogeneous reaction and the homogeneous reaction as described above, a method using magnetic particles and magnetic force is known.
For example, in Patent Document 1, in the method of quantitatively measuring an antigen or antibody in a liquid medium by the following steps (a) to (c), the intensity of transmitted light or scattered light accompanying the reaction in step (a) A method for measuring an antigen or antibody, characterized in that is measured:
(A) an antigen or antibody to be measured, a first reagent containing insoluble magnetic particles carrying the antigen or antibody against the antigen or the antibody, and an insoluble label carrying the antibody or antigen against the antigen or the antibody Reacting a second reagent containing particles in a liquid medium;
(B) Separating unreacted insoluble magnetic particles and agglomerated particles containing insoluble magnetic particles from the reaction mixture by applying a magnetic field to the reaction mixture of step (a), then the liquid medium and unreacted insoluble fluorescent labeled particles Removing
(C) A step of quantitatively measuring the antigen or antibody by quantifying the amount of the insoluble labeled particles reacted with the remaining insoluble magnetic particles.

特開2000−146975号公報(特許第3695178号公報)JP 2000-146975 A (Patent No. 3695178)

上述した特許文献1に記載されたような磁性粒子を用いた測定方法では、磁性粒子のサイズが小さい方が、単位体積中に含まれる磁性粒子の表面積の総和が大きくなる、すなわちそれらの磁性粒子の表面に担持されているリガンドの量が大きく、したがってアナライトとの反応効率が高いと考えられる。しかしながら、磁性粒子のサイズが一定以下(たとえば1μm以下程度)だと、うまく集磁できないという問題が起きる。   In the measurement method using magnetic particles as described in Patent Document 1 described above, the smaller the size of the magnetic particles, the larger the total surface area of the magnetic particles contained in the unit volume, that is, the magnetic particles. It is considered that the amount of the ligand supported on the surface of is large, and therefore the reaction efficiency with the analyte is high. However, if the size of the magnetic particles is below a certain level (for example, about 1 μm or less), there arises a problem that the magnetic flux cannot be collected well.

本発明は、ホモジニアスのアッセイおよびヘテロジニアスのセンシング(金属薄膜で起きる表面プラズモン共鳴を利用するアナライトの検出方法)を組み合わせることの利点を活かしつつ、磁性粒子および磁力を用いた測定方法に見られるような課題を解決した、より高感度なアナライトの検出方法を提供することを目的とする。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is found in a measurement method using magnetic particles and magnetic force while taking advantage of the combination of homogeneous assay and heterogeneous sensing (analyte detection method using surface plasmon resonance occurring in a metal thin film). An object of the present invention is to provide a more sensitive analyte detection method that solves such problems.

発明者らは、まず、局在場光センサーチップ(SPFS用等)の表面に、イオン性ポリマーを塗布することなどによって、正または負の電荷を有するイオン性官能基を高密度で導入することができることを見いだした。その上で、上記イオン性官能基とは逆の電荷を有する荷電微粒子にリガンドを担持させたリガンド担持荷電微粒子と、アナライトとを、液相中で反応させて(ホモジニアスな反応系)リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体を形成させたのち、この複合体を含む水溶液を上記のイオン性官能基で修飾されたセンサーチップに接触させ、静電相互作用により前記イオン性官能基と結合させることによって、前記複合体を均質かつ高密度でセンサーチップ表面で捕捉することができること、したがって従来よりも高感度かつ高精度でシグナルを観測することができることを見いだし、本発明を完成させるに至った。   The inventors first introduce high-density ionic functional groups having a positive or negative charge, such as by applying an ionic polymer to the surface of a localized field photosensor chip (for SPFS, etc.). I found out that I can do it. In addition, the ligand-carrying charged fine particles in which the ligand is supported on charged fine particles having a charge opposite to that of the ionic functional group and the analyte are reacted in the liquid phase (homogeneous reaction system). After forming the charged fine particle-analyte complex, the aqueous solution containing the complex is brought into contact with the sensor chip modified with the ionic functional group, and bonded to the ionic functional group by electrostatic interaction. Thus, the present inventors have found that the complex can be captured on the surface of the sensor chip at a uniform and high density, and thus signals can be observed with higher sensitivity and higher accuracy than in the past, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は下記の事項を包含する。
[1] 少なくとも誘電体部材と、前記誘電体部材上に形成された金属薄膜と、前記金属薄膜上に形成された正または負に荷電した荷電層とを備える、局在場光センサーチップを使用するアナライトの検出方法であって、少なくとも、
前記荷電層とは逆に荷電した荷電微粒子およびそれに結合したリガンドにより構成されているリガンド担持荷電微粒子と、アナライトとを媒質中で反応させ、リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体を形成させる工程、
前記リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体を含む媒質を前記局在場光センサーチップの測定領域の荷電層に接触させる工程、および
前記測定領域に測定光を照射し、前記金属薄膜で起きる表面プラズモン共鳴に基づくシグナルを観測する工程を含むことを特徴とする、アナライトの検出方法。
That is, the present invention includes the following matters.
[1] A localized field photosensor chip including at least a dielectric member, a metal thin film formed on the dielectric member, and a positively or negatively charged layer formed on the metal thin film is used. A method for detecting an analyte, at least,
A step of reacting a ligand-carrying charged fine particle composed of charged fine particles opposite to the charged layer and a ligand bonded thereto with an analyte in a medium to form a ligand-carrying charged fine particle-analyte complex. ,
Contacting a medium containing the ligand-carrying charged fine particle-analyte complex with a charged layer in the measurement region of the localized field photosensor chip; and surface plasmon generated in the metal thin film by irradiating the measurement region with measurement light An analyte detection method comprising a step of observing a signal based on resonance.

[2] 前記荷電層がイオン性ポリマーからなる層である、[1]に記載のアナライトの検出方法。
[3] 前記イオン性ポリマーがカチオン性官能基を有するポリマーである、[2]に記載のアナライトの検出方法。
[2] The analyte detection method according to [1], wherein the charged layer is a layer made of an ionic polymer.
[3] The analyte detection method according to [2], wherein the ionic polymer is a polymer having a cationic functional group.

[4] 前記荷電層の表面電荷密度が50〜200mC/m2の範囲にある、[1]〜[3]のいずれか一項に記載のアナライトの検出方法。
[5] 前記荷電層の表面の算術平均粗さが1〜50nmの範囲にある、請求項[1]〜[4]のいずれか一項に記載のアナライトの検出方法。
[4] The analyte detection method according to any one of [1] to [3], wherein a surface charge density of the charged layer is in a range of 50 to 200 mC / m 2 .
[5] The method for detecting an analyte according to any one of [1] to [4], wherein the arithmetic average roughness of the surface of the charged layer is in the range of 1 to 50 nm.

[6] 前記アナライトの検出方法が、SPFS(Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy:表面プラズモン励起増強蛍光分光法)またはSPR(Surface Plasmon Resonance:表面プラズモン共鳴法)である、[1]〜[5]のいずれか一項に記載のアナライトの検出方法。   [6] The analyte detection method is SPFS (Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy) or SPR (Surface Plasmon Resonance) [1] to [5] ] The method for detecting an analyte according to any one of the above.

[7] 前記荷電微粒子が、SiO2、TiO2、イオン性ポリマー、またはリガンドを固定可能な金属からなるものである、[1]〜[6]のいずれか一項に記載のアナライトの検出方法。 [7] wherein the charged particles, SiO 2, TiO 2, is made of an ionic polymer, or the ligand from fixable metal, [1] - Detection of an analyte according to any one of [6] Method.

本発明によれば、センサーチップ表面に設けられたイオン性官能基が有する電荷により、逆の電荷を有するリガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体を均質かつ高密度で(最密充填状態で)捕捉することができる。このような本発明によるアナライトの検出方法を使用することにより、従来よりも高感度かつ高精度でアナライトの検出や定量を行うことができる。   According to the present invention, the charge possessed by the ionic functional group provided on the surface of the sensor chip captures the ligand-carrying charged fine particle-analyte complex having the opposite charge in a uniform and high density (in close-packed state). can do. By using such an analyte detection method according to the present invention, it is possible to detect and quantify the analyte with higher sensitivity and higher accuracy than before.

図1は、本発明の実施形態の一例の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an example of an embodiment of the present invention. 図2は、実施例1と同様の方法で作製したサンプルの、荷電層形成工程後のセンサーチップ表面の原子間力顕微鏡(AFM)像である。FIG. 2 is an atomic force microscope (AFM) image of the surface of the sensor chip after the charged layer formation step of a sample manufactured by the same method as in Example 1. 図3は、実施例1において、荷電層形成工程終了時点(グラフ中「カチオン」)、複合体接触工程終了時点(グラフ中「カチオン+Ab+Ag」)、また比較のため行ったリガンド担持荷電(アニオン)微粒子のみを荷電層に接触させた工程の終了時点(グラフ中「カチオン+Ab」)それぞれ測定した、SPR法におけるシグナルに相当する反射強度を表すグラフである。FIG. 3 shows the time when the charged layer formation process was completed (“cation” in the graph), the time when the complex contact process was completed (“cation + Ab + Ag” in the graph), and the ligand-carrying charge (anion) used for comparison in Example 1. It is a graph showing the reflection intensity corresponding to the signal in the SPR method, measured at the end point (“cation + Ab” in the graph) of the step of bringing only the fine particles into contact with the charged layer. 図4は、実施例1において、荷電層形成工程終了時点(グラフ中「カチオン」)、複合体接触工程終了時点(グラフ中「カチオン+Ab+Ag」)、また比較のため行ったリガンド担持荷電(アニオン)微粒子のみを荷電層に接触させた工程の終了時点(グラフ中「カチオン+Ab」)それぞれで測定した、PFS法におけるシグナルに相当する蛍光強度を表すグラフである。FIG. 4 shows the time when the charged layer formation process was completed (“cation” in the graph), the time when the composite contact step was completed (“cation + Ab + Ag” in the graph), and the ligand-carrying charge (anion) used for comparison in Example 1. It is a graph showing the fluorescence intensity corresponded to the signal in the PFS method measured at each end point (“cation + Ab” in the graph) of the step of bringing only the fine particles into contact with the charged layer.

本発明において「局在場光センサーチップ」を使用するアナライトの検出方法とは、局在場光(エバネッセント波)が発生する測定部材(センサーチップ)を用いて、その表面に固定化された所定の分子(リガンド)と、検出対象となる分子(アナライト)との間の特異的結合に基づくシグナルを観測することによりアナライトを検出するないし定量的に測定する方法の総称である。そのようなアナライトの検出方法としては、代表的には、SPFSおよびSPRが挙げられ、エバネッセント(全反射)およびエバネッセント蛍光(全反射蛍光)による測定法も包含される。なお、本明細書において「局在場光センサーチップ」を単に「センサーチップ」と称することもある。   In the present invention, an analyte detection method using a “localized field light sensor chip” is a measurement member (sensor chip) that generates a localized field light (evanescent wave) and is immobilized on the surface thereof. It is a general term for methods for detecting or quantitatively measuring an analyte by observing a signal based on specific binding between a predetermined molecule (ligand) and a molecule to be detected (analyte). Such analyte detection methods typically include SPFS and SPR, and also include measurement methods using evanescent (total reflection) and evanescent fluorescence (total reflection fluorescence). In the present specification, the “localized field light sensor chip” may be simply referred to as a “sensor chip”.

これらのアナライト測定方法はいずれも公知のものであるが、その概略は次の通りである。
SPR(Surface Plasmon Resonance:表面プラズモン共鳴法)は次のような方法である。誘電体部材上に形成された金属薄膜に測定光を角度スキャンしながら照射すると、金属薄膜での表面プラズモン共鳴により反射光の強度が減衰し(全反射減衰:ATR)、ある入射角度で反射光の強度は極小となる。ここで、アナライトがセンサー(金属薄膜)上に捕捉されると誘電率が変化し、それにより反射光の強度が極小となる入射角度が変化する。SPRでは、当該入射角度をシグナルとして測定することにより、アナライトを検出することができる。
All of these analyte measuring methods are known, and the outline thereof is as follows.
SPR (Surface Plasmon Resonance) is the following method. When measuring light is irradiated onto the metal thin film formed on the dielectric member while scanning the angle, the intensity of the reflected light is attenuated by surface plasmon resonance in the metal thin film (total reflection attenuation: ATR), and the reflected light is reflected at a certain incident angle. The strength of is minimal. Here, when the analyte is captured on the sensor (metal thin film), the dielectric constant changes, and the incident angle at which the intensity of the reflected light is minimized changes. In SPR, an analyte can be detected by measuring the incident angle as a signal.

SPFS(Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy:表面プラズモン励起増強蛍光分光法)は、誘電体部材上に形成された金属薄膜に全反射減衰(ATR)が生じる角度で励起光を照射し、金属薄膜を透過したエバネッセント波(局在場光)が金属薄膜の表面プラズモンとの共鳴により数十倍〜数百倍に増強されることを利用して、金属薄膜近傍に捕捉されたアナライトを標識している蛍光体を効率的に励起させ、その蛍光シグナルを測定する方法である。   SPFS (Surface Plasmon-field Enhanced Fluorescence Spectroscopy) irradiates a metal thin film with an excitation light at an angle where total reflection attenuation (ATR) occurs on a metal thin film formed on a dielectric member. Using the fact that the transmitted evanescent wave (localized field light) is enhanced several tens to several hundreds of times by resonance with the surface plasmon of the metal thin film, the analyte captured in the vicinity of the metal thin film is labeled. This is a method for efficiently exciting a fluorescent substance and measuring the fluorescence signal.

エバネッセント(全反射)は、可視光から赤外領域に透明な高屈折率媒質(プリズム)に試料を密着させ、全反射減衰(ATR)測定によりSPR同様に極小値を求め、アナライト捕捉による変化量で計測できる。SPRと違い、金属を用いないため電場増強度は大きくないが、センサー性能の安定性が高いという特徴がある。   For evanescent (total reflection), the sample is brought into close contact with a high refractive index medium (prism) that is transparent from the visible light to the infrared region, and the minimum value is obtained in the same way as SPR by total reflection attenuation (ATR) measurement. It can be measured by quantity. Unlike SPR, since no metal is used, the electric field enhancement is not large, but the sensor performance is highly stable.

エバネッセント蛍光(全反射蛍光)は、誘電体部材上に形成された金属薄膜に全反射減衰(ATR)が生じる角度で励起光を照射し、金属薄膜を透過したエバネッセント波(局在場光)が数倍〜十倍程度に増強されることを利用して、金属薄膜近傍に捕捉されたアナライトを標識している蛍光体を効率的に励起させ、その蛍光シグナルを測定する方法である。   Evanescent fluorescence (total reflection fluorescence) irradiates excitation light at an angle where total reflection attenuation (ATR) occurs on a metal thin film formed on a dielectric member, and evanescent waves (localized field light) transmitted through the metal thin film. This is a method of efficiently exciting a phosphor labeled with an analyte trapped in the vicinity of a metal thin film and measuring the fluorescence signal by using the fact that it is enhanced several times to ten times.

以下、SPFSおよびSPRの実施形態を中心として、本発明についてさらに詳細に説明する。しかしながら、本発明におけるアナライトの検出方法はSPFSおよびSPRに限定されるものではない。当業者であれば、本明細書の記載に基づき、本発明を、金属薄膜で起きる表面プラズモン共鳴を利用するその他のアナライトの検出方法において展開することが可能である。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with a focus on SPFS and SPR embodiments. However, the analyte detection method in the present invention is not limited to SPFS and SPR. A person skilled in the art can develop the present invention in other analyte detection methods using surface plasmon resonance occurring in a metal thin film, based on the description of the present specification.

なお、センサーチップに関する以下の説明において、便宜上、最終的にリガンドが固定化される側を「上」または「表」、その反対側を「下」または「裏」と称する。また、ある物質の「上に形成する」は、その物質の直上に(直接接して)形成する場合の他、発明の実施に支障がない範囲において、他の物質を挟んで、その物質の上に(直接は接さずに)形成する場合も含まれる。   In the following description of the sensor chip, for convenience, the side on which the ligand is finally immobilized is referred to as “upper” or “front”, and the opposite side is referred to as “lower” or “back”. In addition, “to form on” a certain substance is not limited to the case where it is formed directly on (in direct contact with) that substance, but within the range that does not hinder the practice of the invention. It is also included in the case of forming (without direct contact).

−イオン性官能基修飾センサーチップ−
本発明では、表面に正または負に荷電した層(荷電層)が形成されている、つまり表面がイオン性官能基によって修飾されている、イオン性官能基修飾センサーチップを使用する。本発明では、このイオン性官能基修飾センサーチップの表面に荷電微粒子−リガンド−アナライト複合体(を含む媒質)を接触させて、アナライトを検出するための測定に使用する。
-Ionic functional group modified sensor chip-
In the present invention, an ionic functional group-modified sensor chip in which a positively or negatively charged layer (charged layer) is formed on the surface, that is, the surface is modified with an ionic functional group is used. In the present invention, the charged fine particle-ligand-analyte complex (including medium) is brought into contact with the surface of the ionic functional group-modified sensor chip and used for measurement for detecting the analyte.

(イオン性官能基)
荷電層が有するイオン性官能基には、カチオン性官能基およびアニオン性官能基が包含される。センサーチップが、アニオン性の荷電微粒子と組み合わせて使用される場合は、上記イオン性官能基としてカチオン性官能基が選択され、逆にカチオン性の荷電微粒子と組み合わせて使用される場合は、上記イオン性官能基としてアニオン性官能基が選択される。カチオン性官能基およびアニオン性官能基は、それぞれ、いずれか1種単独であっても、2種以上が混合していてもよい。なお、荷電層中には、通常はカチオン性官能基またはアニオン性官能基のいずれか一方のみを存在させるようにするが、荷電微粒子を捕捉する上で支障がない荷電状態を生み出すことができる場合は、これら両方が存在していてもよい。また、荷電層(イオン性官能基)の荷電状態およびそれと組み合わせて使用される荷電微粒子の荷電状態は、それらが置かれている周囲のpHによっても変化する場合があるので、使用時にはそのpHを適切な範囲に調節しておくべきである。
(Ionic functional group)
The ionic functional group of the charged layer includes a cationic functional group and an anionic functional group. When the sensor chip is used in combination with anionic charged fine particles, a cationic functional group is selected as the ionic functional group, and conversely, when used in combination with cationic charged fine particles, the ion An anionic functional group is selected as the functional functional group. Each of the cationic functional group and the anionic functional group may be one kind alone, or two or more kinds may be mixed. In the charged layer, usually only one of a cationic functional group or an anionic functional group is present, but a charged state that does not hinder the capture of charged fine particles can be generated. Both of these may be present. In addition, the charged state of the charged layer (ionic functional group) and the charged state of the charged fine particles used in combination therewith may vary depending on the surrounding pH where they are placed. It should be adjusted to an appropriate range.

・カチオン性官能基
カチオン性官能基としては、たとえば、グアニジウムイオン、−NH3 +、−NH2(CH3+、−NH(CH32 +、−N(CH33 +などの第4級アンモニウムカチオンが挙げられる。このようなカチオン性官能基は、分子内塩を形成しているものが好ましいが、塩素、臭素などのハロゲン陰イオン、硫酸陰イオン、スルホン酸陰イオン、燐酸陰イオン、カルボン酸陰イオンなどと結合して対塩を形成していてもよい。カチオン性官能基は、好ましくは表面電荷密度の観点から4級アンモニウムカチオンである。前記カチオン性官能基を含有させるポリマーとしては特に制限はないが、センサー性能の観点から、成膜性が良く、水溶性でないものが好ましい。
Cationic functional group Examples of the cationic functional group include guanidinium ion, -NH 3 + , -NH 2 (CH 3 ) + , -NH (CH 3 ) 2 + , -N (CH 3 ) 3 + And quaternary ammonium cations. Such cationic functional groups are preferably those that form an inner salt, such as halogen anions such as chlorine and bromine, sulfate anions, sulfonate anions, phosphate anions, carboxylate anions and the like. It may combine to form a counter salt. The cationic functional group is preferably a quaternary ammonium cation from the viewpoint of surface charge density. Although there is no restriction | limiting in particular as a polymer to contain the said cationic functional group, From the viewpoint of sensor performance, the film forming property is good and the thing which is not water-soluble is preferable.

・アニオン性官能基
アニオン性官能基としては、たとえば、−CO2 -(カルボン酸基)、−SO3 -(スルホン酸基)、−OSO3 -(硫酸基)、−OPO4 -(リン酸基)、−B(OH)2(ボロン酸)などが挙げられる。このようなアニオン性官能基は、分子内塩を形成しているものが好ましいが、金属陽イオンまたは有機陽イオンと結合していてもよい。その金属陽イオンとしては、たとえば、Na+(ナトリウム陽イオン)、K+(カリウム陽イオン)、Ca+(カルシウム陽イオン)などのアルカリ金属が挙げられ、有機陽イオンとしては、Me3+H(トリメチルアンモニウム陽イオン)、Et3+H(トリエチルアンモニウム陽イオン)、Me2+2(ジメチルアンモニウム陽イオン)などが挙げられる。
· The anionic functional group anionic functional group, for example, -CO 2 - (carboxylic acid groups), - SO 3 - (sulfonic acid groups), - OSO 3 - (sulfate group), - OPO 4 - (phosphoric acid Group), -B (OH) 2 (boronic acid) and the like. Such an anionic functional group preferably forms an inner salt, but may be bonded to a metal cation or an organic cation. Examples of the metal cation include alkali metals such as Na + (sodium cation), K + (potassium cation), and Ca + (calcium cation). Examples of the organic cation include Me 3 N +. H (trimethylammonium cation), Et 3 N + H (triethylammonium cation), Me 2 N + H 2 (dimethylammonium cation) and the like can be mentioned.

なお、上記のイオン性官能基(A)は、主鎖となるポリマーに直接結合していてもよいし、他の結合基Rを介してポリマー主鎖に結合していてもよい(A−R−ポリマー主鎖)。結合基−R−としては、たとえば、炭素原子数1〜6のアルキレン基、フェニレン基、エチレンオキシ基((C24O)n)などが挙げられる。 In addition, said ionic functional group (A) may be couple | bonded directly with the polymer used as a principal chain, and may couple | bond with the polymer principal chain through another coupling group R (AR). -Polymer main chain). Examples of the bonding group -R- include an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, a phenylene group, and an ethyleneoxy group ((C 2 H 4 O) n ).

(荷電層の形成方法)
最表面に荷電層を備えたセンサーチップは、無修飾のセンサーチップの表面に、以下に述べるような方法により荷電層を形成することで、作製することができる。
(Method for forming charged layer)
A sensor chip having a charged layer on the outermost surface can be produced by forming a charged layer on the surface of an unmodified sensor chip by the method described below.

「無修飾のセンサーチップ」は、アナライトの検出方法に応じたものを用意すればよい。SPFS用およびSPR用の無修飾のセンサーチップ(以下「センサー基板」と称することもある)は、一般的には、少なくとも、誘電体部材(たとえばSiO2)からなる基板と、その表層側に形成された金属薄膜(たとえばAu)とを備える。全反射用および全反射蛍光用のセンサー基材は、一般的には、誘電体部材(たとえば高屈折率ガラスまたは高屈折率樹脂チップ)により構成される。 The “unmodified sensor chip” may be prepared according to the analyte detection method. An unmodified sensor chip for SPFS and SPR (hereinafter also referred to as “sensor substrate”) is generally formed at least on a substrate made of a dielectric member (for example, SiO 2 ) and on the surface layer side thereof. A thin metal film (for example, Au). The sensor substrate for total reflection and total reflection fluorescence is generally composed of a dielectric member (for example, a high refractive index glass or a high refractive index resin chip).

荷電層の形成方法は特に限定されるものではないが、たとえば、表面電荷の強さ、耐久性の観点から、上述したようなイオン性官能基を側鎖に有するポリマー(イオン性ポリマー)からなる被膜をセンサーチップ表面に形成する方法が好適である。   The method for forming the charged layer is not particularly limited. For example, the charged layer is made of a polymer having an ionic functional group in the side chain (ionic polymer) from the viewpoint of surface charge strength and durability. A method of forming a film on the surface of the sensor chip is preferable.

・イオン性ポリマー
イオン性ポリマーは、あらかじめイオン性官能基を有するモノマーを重合して得られたものでもよいし、イオン性官能基を誘導または導入しうる他の官能基を有するモノマーを重合した後、当該官能基にイオン性官能基を誘導または導入することによって得られたものでもよい。
-Ionic polymer The ionic polymer may be obtained by previously polymerizing a monomer having an ionic functional group, or after polymerizing a monomer having another functional group capable of inducing or introducing an ionic functional group. Further, it may be obtained by inducing or introducing an ionic functional group into the functional group.

イオン性ポリマーの一つとして、炭化水素骨格を主鎖とするものが挙げられる。そのようなイオン性ポリマーを合成するために用いられるモノマーとしては、たとえば、ビニル基、アリル基、ジエンなどを有するモノマーが挙げられる。より具体的には、たとえば、(メタ)アクリルアミドなどのアミド類;(メタ)アクリル酸、または蟻酸ビニル、酢酸ビニル、酢酸アリル、アセト酢酸アリル、ビニルマレイン酸などのカルボン酸またはそのエステル類;スチレンスルホン酸、またはスチレンスルホン酸エステルなどのスルホン酸またはそのエステル類;この他、硫酸エステル、燐酸エステル、ホスホン酸エステルなども挙げられる。   One of the ionic polymers includes those having a hydrocarbon skeleton as the main chain. Examples of the monomer used for synthesizing such an ionic polymer include monomers having a vinyl group, an allyl group, a diene, and the like. More specifically, for example, amides such as (meth) acrylamide; (meth) acrylic acid or carboxylic acids such as vinyl formate, vinyl acetate, allyl acetate, allyl acetoacetate, vinylmaleic acid or esters thereof; styrene Sulfonic acid or sulfonic acid such as styrene sulfonic acid ester or esters thereof; in addition, sulfuric acid ester, phosphoric acid ester, phosphonic acid ester and the like are also included.

また、イオン性官能基が導入されたウレタン系樹脂、たとえばカチオン性水性ポリウレタン樹脂(たとえば「ハイドラン(登録商標)CP」シリーズ、DIC株式会社)などとして公知の物質も、本発明で用いることのできるイオン性ポリマーとして挙げられる。   Substances known as urethane resins having an ionic functional group introduced therein, for example, cationic aqueous polyurethane resins (for example, “Hydran (registered trademark) CP” series, DIC Corporation) can also be used in the present invention. It is mentioned as an ionic polymer.

さらに、ポリアミノ酸由来の骨格を主鎖とするイオン性ポリマーも挙げられる。そのようなイオン性ポリマーとしては、たとえば、側鎖にカルボキシル基を有するポリアスパラギン酸およびポリグルタミン酸、ならびに側鎖にアミノ基を有するポリリジンが挙げられる。   Furthermore, an ionic polymer having a backbone derived from a polyamino acid as the main chain may also be mentioned. Examples of such ionic polymers include polyaspartic acid and polyglutamic acid having a carboxyl group in the side chain, and polylysine having an amino group in the side chain.

上記の各種のイオン性ポリマーは、公知の方法によって合成することができ、市販品として入手することもできる。イオン性ポリマーの性状、たとえば一分子あたりのイオン性官能基の数や数平均分子量などは、目的とするセンサーチップ表面の荷電状態に応じて適宜調整することが可能である。   The various ionic polymers described above can be synthesized by known methods, and can also be obtained as commercial products. The properties of the ionic polymer, such as the number of ionic functional groups per molecule and the number average molecular weight, can be appropriately adjusted according to the charge state of the target sensor chip surface.

イオン性ポリマーは、ディップコーティング、スピンコーティング、スプレーコーティング等、公知の手法を用いてセンサーチップの表面に塗布することができる。このようなコーティング方法を用いる場合は、イオン性ポリマーの種類に応じて、適切な溶媒に、適切な濃度(たとえば0.1〜1重量%)となるよう溶解させて塗布液を調製し、これを塗布するようにすればよい。一般的には、塗布液中のイオン性ポリマーの濃度は0.5〜10重量%、塗布膜厚として5nm〜100nmの範囲で調整することにより、イオン性ポリマーからなる荷電層を形成することができる。   The ionic polymer can be applied to the surface of the sensor chip using a known method such as dip coating, spin coating, spray coating or the like. When such a coating method is used, a coating solution is prepared by dissolving in an appropriate solvent in an appropriate solvent (for example, 0.1 to 1% by weight) according to the type of ionic polymer. May be applied. Generally, it is possible to form a charged layer made of an ionic polymer by adjusting the concentration of the ionic polymer in the coating solution to 0.5 to 10% by weight and the coating film thickness in the range of 5 to 100 nm. it can.

また、必要であれば、センサーチップ(たとえば金薄膜が形成されているSPRまたはSPFS用のセンサーチップ)の表面にSAM(Self-Assembled Monolayer:自己組織化単分子膜)を予め形成しておき、その表層側にイオン性ポリマーを塗布ないし接触させて、両者の官能基間に結合を生じさせ、固定化する態様であってもよい。また、開始剤を基板に直接、あるいは前記SAMやシランカップリング剤で固定化し、逐次反応で分子長を制御可能なラジカルリビング重合法を用いてin situでポリマー膜を形成したものであってもよい。   If necessary, a SAM (Self-Assembled Monolayer) is formed in advance on the surface of a sensor chip (for example, a sensor chip for SPR or SPFS on which a gold thin film is formed) An embodiment may be adopted in which an ionic polymer is applied or brought into contact with the surface layer side to form a bond between both functional groups to be immobilized. In addition, a polymer film may be formed in situ using a radical living polymerization method in which an initiator is fixed directly on a substrate or with the SAM or silane coupling agent and the molecular length can be controlled by sequential reaction. Good.

・表面電荷密度
荷電層を備えたセンサーチップは、所望の密度で(好ましくは最密充填で)アナライトと複合体を形成していてもよいリガンド担持荷電微粒子を配置させるために、表面電荷密度が少なくとも一定の水準を満たす程度に高いことが好ましい。センサーチップと荷電微粒子とを接触させる工程における条件下、より具体的には当該工程に用いられるアナライトと複合体を形成したリガンド担持荷電微粒子を含む媒質(水溶液)のpH条件下において、センサーチップ(荷電層)の表面電荷密度は、たとえば10〜500mC/m2、好ましくは50〜200mC/m2で調整することができる。このような表面荷電密度は、ゼータポテンシャル測定装置(例えば、ゼータ電位測定システム「ELSZ−2」(大塚電子株式会社製)で平板試料用セルを用いて測定できる。)など、公知の手段を用いて測定することができる。また、アナライトと複合体を形成したリガンド担持荷電微粒子の投影断面積あたりのイオン性官能基の数が少なくとも1となるような表面電荷密度であることが好ましい。イオン性薄膜を形成するために用いるイオン性ポリマーの一分子あたりに導入するイオン性官能基の数や、センサーチップ表面の単位体積あたりに塗布するイオン性ポリマーの量などの条件を調節することにより、表面電荷密度が所望の範囲に収まるようにすることができる。
-Surface charge density The sensor chip with a charged layer has a surface charge density in order to arrange the ligand-carrying charged fine particles that may form a complex with the analyte at a desired density (preferably close-packed). Is preferably high enough to satisfy at least a certain level. The sensor chip under the conditions in the step of bringing the sensor chip into contact with the charged fine particles, more specifically, under the pH condition of the medium (aqueous solution) containing the ligand-carrying charged fine particles that are complexed with the analyte used in the process. The surface charge density of the (charged layer) can be adjusted, for example, to 10 to 500 mC / m 2 , preferably 50 to 200 mC / m 2 . Such a surface charge density can be measured using a known means such as a zeta potential measurement device (for example, a zeta potential measurement system “ELSZ-2” (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) using a flat sample cell). Can be measured. The surface charge density is preferably such that the number of ionic functional groups per projected cross-sectional area of the ligand-carrying charged fine particles forming a complex with the analyte is at least 1. By adjusting the conditions such as the number of ionic functional groups introduced per molecule of the ionic polymer used to form the ionic thin film and the amount of ionic polymer applied per unit volume of the sensor chip surface The surface charge density can be kept within a desired range.

・表面粗さ
測定精度を高めるために、センサーチップが備える荷電層の表面は平滑であることが理想的である。このような平滑さは、代表的には、表面粗さを指標とすることができる。たとえば、イオン性官能基修飾センサーチップ表面の算術平均粗さ(Rz)は、1〜50nmであることが好ましく、1〜10nmであることがより好ましい。このような表面粗さは、表面粗さ測定装置や原子間力顕微鏡(AFM)など、公知の手段を用いて測定することができる。
-Surface roughness Ideally, the surface of the charged layer provided in the sensor chip should be smooth in order to increase measurement accuracy. Such smoothness can typically be based on surface roughness. For example, the arithmetic average roughness (Rz) of the surface of the ionic functional group-modified sensor chip is preferably 1 to 50 nm, and more preferably 1 to 10 nm. Such surface roughness can be measured using a known means such as a surface roughness measuring device or an atomic force microscope (AFM).

(センサー基材の構成)
SPFS用およびSPR用の無修飾のセンサーチップ(センサー基材)は、少なくとも、誘電体部材(プリズムまたは透明平面基板)と、当該誘電体部材上に形成された金属薄膜、必要に応じてさらにスペーサー層とにより構成されるものであり、本発明おいても公知の一般的なものを用いることができる。
(Configuration of sensor substrate)
An unmodified sensor chip (sensor base material) for SPFS and SPR includes at least a dielectric member (prism or transparent flat substrate), a metal thin film formed on the dielectric member, and, if necessary, a spacer. It is comprised by a layer, A well-known general thing can be used also in this invention.

・誘電体部材
センサー基材を構成する誘電体部材は、プリズム形状であっても、平面基板状であってもよい。前者の場合、金属薄膜等は当該誘電体部材の水平面上に形成され、得られるセンサーチップは測定光を照射するプリズムと一体化したものとなる。後者の場合、金属薄膜等は当該誘電体部材の一方の側の平面に形成され、得られるセンサーチップは、測定光を照射するプリズムの水平面上に密着させて積載して用いる、プリズムとは分離したものとなる。
-Dielectric member The dielectric member which comprises a sensor base material may be prism shape, or a planar substrate shape. In the former case, a metal thin film or the like is formed on the horizontal surface of the dielectric member, and the obtained sensor chip is integrated with a prism that irradiates measurement light. In the latter case, the metal thin film or the like is formed on a plane on one side of the dielectric member, and the obtained sensor chip is used in close contact with the horizontal plane of the prism that irradiates the measurement light, separated from the prism. Will be.

誘電体部材の材料としては、ガラスや、ポリカーボネート(PC)、シクロオレフィンポリマー(COP)などのプラスチック、好ましくはd線(588nm)における屈折率〔nd〕が1.40〜2.20の範囲にある物質を用いることができる。誘電体部材を透明平面基板として作製する場合、その厚さは、たとえば0.01〜10mmの範囲で調整することができる。金属薄膜を形成する前に、誘電体部材の表面は酸またはプラズマによる洗浄処理がなされていることが好ましい。 The dielectric member, glass, polycarbonate (PC), a plastic such as cycloolefin polymer (COP), ranges preferably the d-line refractive index (588 nm) [n d] is 1.40 to 2.20 Substances in the above can be used. When the dielectric member is manufactured as a transparent flat substrate, the thickness can be adjusted within a range of 0.01 to 10 mm, for example. Before forming the metal thin film, the surface of the dielectric member is preferably subjected to a cleaning treatment with acid or plasma.

・金属薄膜
センサー基材を構成する金属薄膜は、酸化に対して安定であり、かつ表面プラズモンによる電場増強効果が大きい、金、銀、アルミニウム、銅、および白金からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属からなる(合金の形態であってもよい)ことが好ましく、特に金からなることが好ましい。
Metal thin film The metal thin film constituting the sensor substrate is at least one selected from the group consisting of gold, silver, aluminum, copper, and platinum that is stable against oxidation and has a large electric field enhancement effect by surface plasmons. It is preferable that it consists of these metals (it may be the form of an alloy), and it is especially preferable that it consists of gold.

誘電体部材上に金属薄膜を形成する方法としては、例えば、スパッタリング法、蒸着法(抵抗加熱蒸着法、電子線蒸着法等)、電解メッキ、無電解メッキ法などが挙げられる。薄膜形成条件の調整が容易なことから、スパッタリング法または蒸着法によりクロムの薄膜および金属薄膜を形成することが好ましい。   Examples of the method for forming the metal thin film on the dielectric member include sputtering, vapor deposition (resistance heating vapor deposition, electron beam vapor deposition, etc.), electrolytic plating, electroless plating, and the like. Since it is easy to adjust the thin film formation conditions, it is preferable to form a chromium thin film and a metal thin film by sputtering or vapor deposition.

ガラス製の誘電体部材を用いる場合には、ガラスと上記金属薄膜とをより強固に接着するため、あらかじめクロム、ニッケルクロム合金またはチタンの薄膜を形成することが好ましい。   When a glass dielectric member is used, it is preferable to previously form a thin film of chromium, nickel chromium alloy or titanium in order to more firmly bond the glass and the metal thin film.

表面プラズモンが発生し易いよう、金、銀、アルミニウム、銅、白金、またはそれらの合金からなる金属薄膜の厚さはそれぞれ5〜500nmが好ましく、クロム薄膜の厚さは1〜20nmが好ましい。電場増強効果の観点からは、金:20〜70nm、銀:20〜70nm、アルミニウム:10〜50nm、銅:20〜70nm、白金:20〜70nm、およびそれらの合金:10〜70nmがより好ましく、クロム薄膜の厚さは1〜3nmがより好ましい。   The thickness of the metal thin film made of gold, silver, aluminum, copper, platinum, or an alloy thereof is preferably 5 to 500 nm, and the thickness of the chromium thin film is preferably 1 to 20 nm so that surface plasmons are easily generated. From the viewpoint of the electric field enhancement effect, gold: 20-70 nm, silver: 20-70 nm, aluminum: 10-50 nm, copper: 20-70 nm, platinum: 20-70 nm, and alloys thereof: 10-70 nm are more preferable, The thickness of the chromium thin film is more preferably 1 to 3 nm.

(スペーサー層)
センサー基材には、必要に応じて、金属薄膜による蛍光色素の金属消光を防止するため、金属薄膜の上に、誘電体からなるスペーサー層を形成してもよい。この場合、荷電層は当該スペーサー層上に形成される、つまりスペーサー層を挟んで金属薄膜上に形成されることになる。
(Spacer layer)
If necessary, a spacer layer made of a dielectric material may be formed on the sensor base material on the metal thin film in order to prevent metal quenching of the fluorescent dye by the metal thin film. In this case, the charged layer is formed on the spacer layer, that is, formed on the metal thin film with the spacer layer interposed therebetween.

誘電体としては、光学的に透明な各種無機物や、天然または合成ポリマーを用いることができる。なかでも、化学的安定性、製造安定性および光学的透明性に優れていることから、二酸化ケイ素(SiO2)または二酸化チタン(TiO2)を用いることが好ましい。 As the dielectric, various optically transparent inorganic substances and natural or synthetic polymers can be used. Among these, silicon dioxide (SiO 2 ) or titanium dioxide (TiO 2 ) is preferably used because of excellent chemical stability, production stability, and optical transparency.

スペーサー層の厚さは、通常10nm〜1mmであり、共鳴角安定性の観点からは、好ましくは30nm以下、より好ましくは10〜20nmである。一方、電場増強効果の観点から、好ましくは200nm〜1mmであり、さらに電場増強効果の安定性から、400nm〜1,600nmがより好ましい。   The thickness of the spacer layer is usually 10 nm to 1 mm, and preferably 30 nm or less, more preferably 10 to 20 nm from the viewpoint of resonance angle stability. On the other hand, the thickness is preferably 200 nm to 1 mm from the viewpoint of the electric field enhancement effect, and more preferably 400 nm to 1,600 nm from the stability of the electric field enhancement effect.

このようなスペーサー層は、スパッタリング法、電子線蒸着法、熱蒸着法、ポリシラザン等の材料を用いた化学反応を用いた方法、またはスピンコータによる塗布など、公知の手段によって形成することができる。   Such a spacer layer can be formed by a known means such as a sputtering method, an electron beam evaporation method, a thermal evaporation method, a method using a chemical reaction using a material such as polysilazane, or a spin coater.

−リガンド担持荷電微粒子−
本発明では、液相中でアナライトと反応させて複合体を形成させるために、荷電微粒子およびそれに結合したリガンドによって構成される、リガンド担持荷電微粒子を使用する。
-Ligand-supported charged fine particles-
In the present invention, in order to react with an analyte in a liquid phase to form a complex, a ligand-carrying charged fine particle composed of a charged fine particle and a ligand bound thereto is used.

・荷電微粒子
荷電微粒子としては、正または負に荷電した、通常、1〜100nm程度のサイズを有する微粒子を用いることが、静電相互作用を利用した強固な固定化のために重要である。なお、このような荷電微粒子のサイズは、動的光散乱法により測定される体積平均粒子径、または商品の粒径等の公称値(カタログ値)によって表すことができる。
-Charged fine particles As the charged fine particles, it is important to use positively or negatively charged fine particles having a size of usually about 1 to 100 nm for strong immobilization using electrostatic interaction. The size of such charged fine particles can be represented by a nominal value (catalog value) such as a volume average particle diameter measured by a dynamic light scattering method or a particle diameter of a product.

荷電微粒子の分散形態としては、結合力が強い自己乳化型の方が好ましいが、自己乳化型でなくても利用可能である。
本発明において用いることのできる荷電微粒子としては種々のものが知られており、後述するような適切な手段によりリガンドを担持することができるものであれば特に限定されるものではないが、代表的には、SiO2およびTiO2、イオン性ポリマー、ならびにリガンドを固定可能な金属からなるものを挙げることができる。
The dispersion form of the charged fine particles is preferably a self-emulsifying type having a strong bonding force, but can be used even if it is not a self-emulsifying type.
Various kinds of charged fine particles that can be used in the present invention are known, and are not particularly limited as long as they can support a ligand by an appropriate means as described later. Examples include SiO 2 and TiO 2 , an ionic polymer, and a metal that can fix a ligand.

SiO2またはTiO2からなる荷電微粒子は、いわゆるコロイダルシリカ(たとえば「スノーテック(登録商標)」シリーズ、日産化学工業株式会社)や超微粒子酸化チタン(たとえば「STT−65C−S」、チタン工業株式会社)などとして知られている物質である。これらの荷電微粒子は、酸性では正電荷を、アルカリ性では負電荷を帯びる。TiO2は、アナターゼ型であっても、ルチル型であってもよい。 Charged fine particles made of SiO 2 or TiO 2 include so-called colloidal silica (for example, “Snowtech (registered trademark)” series, Nissan Chemical Industries, Ltd.), ultrafine particle titanium oxide (for example, “STT-65C-S”, titanium industrial stock). A company). These charged fine particles are positively charged when acidic and negatively charged when alkaline. TiO 2 may be anatase type or rutile type.

イオン性ポリマーからなる荷電微粒子としては、高分子コロイド、高分子ラテックスなどとして知られている物質を用いることができる。このような荷電微粒子は、イオン性ポリマーが有するイオン性官能基に応じて、水中で正または負に荷電する。このイオン性官能基としては、荷電層に関して前述したようなカチオン性官能基およびアニオン性官能基と同様のものが挙げられる。また、粒子状に凝集するものであれば、荷電層に関して前述したようなイオン性ポリマーと同様のものを荷電微粒子として用いることができる。   As the charged fine particles made of an ionic polymer, a substance known as a polymer colloid, a polymer latex or the like can be used. Such charged fine particles are positively or negatively charged in water depending on the ionic functional group of the ionic polymer. Examples of the ionic functional group include those similar to the cationic functional group and the anionic functional group described above regarding the charged layer. Moreover, as long as it aggregates in the form of particles, the same ionic polymer as described above with respect to the charged layer can be used as the charged fine particles.

金属としては、金、銀、銅、アルミニウム、鉄、等のナノ粒子、あるいは前記金属の酸化物を有する複合物等であってもよい。なお、これらの金属からなる微粒子(典型的にはコロイド粒子)は、通常正または負に荷電している。たとえば、金、銀等のコロイド粒子は通常負に荷電している。このような金属は、荷電微粒子の表面にリガンドを固定化するために、公知の手法(たとえば後述するように、所定の化合物で処理して金属微粒子の表面に所定の修飾基を導入する手法)を適用することができるものであればよい。また、あらかじめリガンドを固定化した金属微粒子(例えば抗体固定金ナノ粒子)は製品として入手することができる。   Examples of the metal may include nanoparticles such as gold, silver, copper, aluminum, and iron, or a composite having the metal oxide. Note that fine particles (typically colloidal particles) made of these metals are usually positively or negatively charged. For example, colloidal particles such as gold and silver are usually negatively charged. In order to immobilize the ligand on the surface of the charged fine particle, such a metal is a known method (for example, a method of treating with a predetermined compound and introducing a predetermined modifying group on the surface of the metal fine particle as described later). Anything that can be applied is acceptable. Moreover, metal fine particles (for example, antibody-immobilized gold nanoparticles) in which a ligand is immobilized in advance can be obtained as a product.

・リガンド
リガンドは、アナライトと特異的に結合する物質であれば、特に限定されるものではない。たとえば、アナライトがタンパク質である場合は、その一部を認識して特異的に結合する抗体(Fab、F(ab)2等を含む)がリガンドとなり、アナライトが核酸である場合はそれと相補的な塩基配列を有する核酸がリガンドとなり、アナライトが糖鎖を有する分子である場合は、糖鎖を認識して結合するタンパク質であるレクチン等がリガンドとなる。また、アナライトをあらかじめ特定の物質(たとえばビオチン)で修飾しておいた場合には、当該特定の物質と特異的に結合する物質(たとえばアビジン)をリガンドとして用いればよい。
-Ligand The ligand is not particularly limited as long as it is a substance that specifically binds to the analyte. For example, when the analyte is a protein, an antibody (including Fab, F (ab) 2, etc.) that recognizes and specifically binds a part thereof serves as a ligand, and when the analyte is a nucleic acid, it complements it. When a nucleic acid having a basic sequence is a ligand and the analyte is a molecule having a sugar chain, a lectin, which is a protein that recognizes and binds to the sugar chain, becomes a ligand. In addition, when the analyte is previously modified with a specific substance (for example, biotin), a substance (for example, avidin) that specifically binds to the specific substance may be used as a ligand.

リガンドがタンパク質(抗体等)である場合、それを構成するアミノ酸の末端または側鎖に、チオール基,アミノ基,カルボキシル基,ヒドロキシル基などの修飾基が存在するので、それらの修飾基を荷電微粒子との結合に利用することができる。一方、核酸は、それを構成する塩基中にアミノ基、ヒドロキシル基は存在するが、通常はカルボキシル基、チオール基は存在しないので、修飾基との関係において必要であれば、公知の手法を用いてそれらの反応基を核酸に導入しておいてもよい。   When the ligand is a protein (such as an antibody), there are modifying groups such as thiol group, amino group, carboxyl group, hydroxyl group at the terminal or side chain of the amino acid constituting the ligand. Can be used to combine with Nucleic acids, on the other hand, have amino groups and hydroxyl groups in their bases, but usually do not have carboxyl groups or thiol groups. Therefore, if necessary in relation to modifying groups, use known methods. These reactive groups may be introduced into the nucleic acid.

・作製方法
リガンド担持荷電微粒子は、通常は液相中で、荷電微粒子とリガンドとを結合させる所定の反応を行うことにより作製することができる。荷電微粒子とリガンドとの結合の態様は特に限定されるものではなく、公知の手法を利用することができる。
Production Method The ligand-carrying charged fine particles can be produced by performing a predetermined reaction for binding the charged fine particles and the ligand, usually in a liquid phase. The mode of binding between the charged fine particles and the ligand is not particularly limited, and a known method can be used.

たとえば、荷電微粒子がSiO2からなるものである場合、当該荷電微粒子をシランカップリング剤で処理してその表面に所定の修飾基を導入しておき、一方で当該修飾基に対応した反応基を有するリガンドを用意しておき、これらの修飾基および反応基を反応させることにより、当該荷電微粒子にリガンドを結合させることができる。荷電微粒子がTiO2からなるものである場合にも、同様にシランカップリング剤を用いることが可能である。 For example, when the charged fine particles are composed of SiO 2 , the charged fine particles are treated with a silane coupling agent to introduce a predetermined modifying group on the surface, while a reactive group corresponding to the modifying group is introduced. The ligand can be bound to the charged fine particles by preparing a ligand having the ligand and reacting these modifying groups and reactive groups. Similarly, when the charged fine particles are made of TiO 2 , a silane coupling agent can be used.

荷電微粒子が金属からなるものである場合も、その金属に応じて適切な化合物を選択して処理し、その表面に所定の修飾基を当該荷電微粒子に導入し、それ以後は上記と同様、リガンドが有する反応基と反応させればよい。たとえば金属が金であれば、一方の末端に金と結合するチオール基を有し、もう一方の末端にカルボキシル基、アミノ基等の修飾基を有するSAMを上記化合物として用いることができる。また、あらかじめ所定の修飾基が導入された荷電微粒子は製品としても入手可能である。   Even when the charged fine particles are made of a metal, an appropriate compound is selected and treated according to the metal, and a predetermined modifying group is introduced into the charged fine particles on the surface. What is necessary is just to make it react with the reactive group which has. For example, when the metal is gold, a SAM having a thiol group bonded to gold at one end and a modifying group such as a carboxyl group or an amino group at the other end can be used as the compound. In addition, charged fine particles into which a predetermined modifying group has been introduced in advance can be obtained as a product.

また、荷電微粒子がイオン性ポリマーからなるものである場合は、当該イオン性ポリマーが有するイオン性官能基(たとえばアニオン性官能基であるカルボキシル基)の一部を、リガンドが有する反応基(たとえばアミノ基)と反応させるために利用することにより、当該荷電微粒子にリガンドを結合させることができる。   In addition, when the charged fine particles are made of an ionic polymer, a part of an ionic functional group (for example, a carboxyl group which is an anionic functional group) of the ionic polymer is part of a reactive group (for example, amino group) of the ligand. The ligand can be bound to the charged fine particles by using the compound for reaction with the group.

荷電微粒子に担持させるリガンドの量は、荷電微粒子が有する修飾基の数や反応させるリガンドの量(リガンド溶液の濃度)などを調整することにより、所望の範囲とすることができるが、センサーチップへの荷電層との分子間相互作用が妨げられない範囲とすることが適切である。   The amount of ligand carried on the charged fine particles can be set to a desired range by adjusting the number of modifying groups of the charged fine particles, the amount of ligand to be reacted (concentration of the ligand solution), and the like. It is appropriate that the molecular interaction with the charged layer is not disturbed.

なお、リガンド担持荷電微粒子を作製した際の反応液は、そのまま、または適切な濃度に希釈して、後の複合体形成工程において、アナライト(を含有する媒質)と混合し、リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体を形成させるために用いることもできる。この反応液中にリガンドと結合していない荷電微粒子(未反応の荷電微粒子)が含まれていると、複合体形成工程においてもそのままの状態で(アナライトと複合体を形成することなく)存在し、さらに後の複合体接触工程において荷電層と結合するので、アナライトの定量の精度を低下させるおそれがある。そのため、反応させる荷電微粒子とリガンドとの量比を適切に調整する、通常はリガンドの量を荷電微粒子に対して十分に多くすることにより、未反応の荷電微粒子が極力残存しないようにすることが望ましい。あるいは、たとえばアフィニティクロマトグラフィーにより反応液中から未反応の荷電微粒子を除去してリガンド担持荷電微粒子を精製し、この精製物を、必要に応じて所定の濃度の水溶液等を調製した上で、その後の工程で用いるようにすることが望ましい。   In addition, the reaction liquid at the time of producing the ligand-carrying charged fine particles is directly or diluted to an appropriate concentration, and mixed with an analyte (containing medium) in the subsequent complex formation step, and then the ligand-carrying charged fine particles -It can also be used to form an analyte complex. If the reaction liquid contains charged fine particles (unreacted charged fine particles) that are not bound to the ligand, they will remain in the complex formation process (without forming a complex with the analyte). In addition, since it is combined with the charged layer in the subsequent complex contact step, there is a possibility that the accuracy of the determination of the analyte is lowered. Therefore, the amount ratio of charged fine particles to be reacted and ligand is appropriately adjusted. Usually, the amount of the ligand is sufficiently increased with respect to the charged fine particles, so that unreacted charged fine particles are prevented from remaining as much as possible. desirable. Alternatively, for example, the ligand-carrying charged fine particles are purified by removing unreacted charged fine particles from the reaction solution by affinity chromatography, and the purified product is prepared with an aqueous solution having a predetermined concentration as necessary. It is desirable to use in this process.

−アナライトの検出方法−
本発明に係るアナライトの検出方法は、上述したような荷電層を備えたセンサーチップを使用し、これに別途形成されたリガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体を接触させるようにする。
-Analyte detection method-
In the method for detecting an analyte according to the present invention, a sensor chip having a charged layer as described above is used, and a ligand-carrying charged fine particle-analyte complex separately formed is brought into contact therewith.

このようなアナライトの検出方法は、一部の工程を除いて従来のアナライトの検出方法に準じた手順で、また従来のと同様の測定装置を用いて、実施することができる。
・アナライト
アナライトは、リガンドと特異的に結合する物質である。たとえば、タンパク質(ポリペプチド、オリゴペプチド等を含む),核酸(DNA、RNA、ポリヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、PNA(ペプチド核酸)等を含む),脂質,糖などの生体分子や、薬剤物質,内分泌錯乱化学物質などの生体分子と結合する外来物質、その他の生体関連物質などがアナライトとなり得る。がんの診断等において重要な指標となる、血液中に存在する腫瘍マーカー(たとえばα−フェトプロテイン)は、重要なアナライトの一例である。アナライトは、あらかじめ特定の物質(たとえばビオチン)で修飾しておくこともできる。このような修飾されたアナライトに対しては、前記特定の物質と特異的に結合する物質(たとえばアビジン)をリガンドとして用いればよい。
Such an analyte detection method can be carried out by a procedure according to a conventional analyte detection method except for some steps, and by using a measurement device similar to the conventional one.
-Analyte An analyte is a substance that specifically binds to a ligand. For example, biomolecules such as proteins (including polypeptides, oligopeptides, etc.), nucleic acids (including DNA, RNA, polynucleotides, oligonucleotides, PNA (peptide nucleic acids), etc.), lipids, sugars, drug substances, endocrine disruptions A foreign substance that binds to a biomolecule such as a chemical substance or other biological substance can be an analyte. A tumor marker (for example, α-fetoprotein) present in blood, which is an important index in cancer diagnosis or the like, is an example of an important analyte. The analyte can also be modified in advance with a specific substance (for example, biotin). For such a modified analyte, a substance that specifically binds to the specific substance (for example, avidin) may be used as a ligand.

また、このようなアナライトを含む、または含んでいる可能性のある物質として、一般的に、生体から採取した検体が用いられる。検体としては、たとえば、ヒトおよびヒト以外の動物(たとえばほ乳類)から採取される血液(血清・血漿)、尿、鼻孔液、唾液、便、体腔液(髄液、腹水、胸水等)などが挙げられる。このような検体は、必要に応じて、アナライト以外の不純物を除去するための精製処理をした上で用いてもよい。   In general, a specimen collected from a living body is used as a substance containing or possibly containing such an analyte. Examples of specimens include blood (serum / plasma) collected from humans and non-human animals (eg, mammals), urine, nasal fluid, saliva, feces, body cavity fluids (spinal fluid, ascites, pleural effusion, etc.) It is done. Such a specimen may be used after purification for removing impurities other than the analyte, if necessary.

・測定部材の構築方法
測定部材の構築方法は、SPFS、SPR等に共通する事項である。
各種の媒質(たとえばアナライトを含む試料溶液等)を密閉流路を通じて送液して測定領域に接触させる「流路型」のシステムとする場合、上述したようなセンサーチップ(本発明においてはリガンド固定化センサーチップ)の表層側に、密閉流路を形成するための部材である「フローセル」を積載して固定することにより測定部材を構築する。
-Measuring member construction method The measuring member construction method is common to SPFS, SPR, and the like.
In the case of a “channel type” system in which various media (for example, a sample solution containing an analyte) are fed through a closed channel and brought into contact with a measurement region, the sensor chip as described above (in the present invention, a ligand) A measurement member is constructed by loading and fixing a “flow cell” which is a member for forming a sealed channel on the surface layer side of the immobilized sensor chip).

一方、より広い領域において各種の媒質を測定領域に接触させる「ウェル型」のシステムとする場合、上述したようなセンサーチップ(本発明においてはリガンド固定化センサーチップ)の表層側に、貫通孔を有する「ウェル部材」を積載して固定することにより測定部材を構築する。   On the other hand, in the case of a “well type” system in which various media are brought into contact with the measurement area in a wider area, a through hole is provided on the surface layer side of the sensor chip as described above (in the present invention, a ligand-immobilized sensor chip). The measurement member is constructed by loading and fixing the “well member” having it.

センサーチップ上にフローセルまたはウェル部材を固定する際には、誘電体部材と同じ光屈折率を有する接着剤,マッチングオイル,透明粘着シートなどを用いることが好ましい。   When fixing the flow cell or well member on the sensor chip, it is preferable to use an adhesive, matching oil, transparent adhesive sheet or the like having the same optical refractive index as that of the dielectric member.

以下、金属薄膜で起きる表面プラズモン共鳴を利用するアナライトの検出方法として代表的な、SPFSおよびSPRそれぞれの実施形態に即して、アナライトの検出方法を説明する。   Hereinafter, an analyte detection method will be described in accordance with embodiments of SPFS and SPR, which are typical analyte detection methods using surface plasmon resonance that occurs in a metal thin film.

<SPRの実施形態>
SPR用の測定システムは、主に、測定部材と、当該測定部材の誘電体部材側に備えられ、測定領域の金属薄膜の裏面側から測定光(入射光)を照射する光源と、その測定光の反射光を受光する受光器とを備える。
<SPR Embodiment>
The measurement system for SPR is mainly provided on the measurement member, the dielectric member side of the measurement member, a light source for irradiating measurement light (incident light) from the back side of the metal thin film in the measurement region, and the measurement light And a light receiver for receiving the reflected light.

SPRに準じた場合、具体的には、上記のようなシステムを用いて、次のような工程を行うことによりアナライトを検出することができる。
(1)複合体形成工程:荷電層とは逆に荷電した荷電微粒子およびそれに結合したリガンドにより構成されているリガンド担持荷電微粒子と、アナライトとを媒質中で反応させ、リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体を形成させる工程;
(2)複合体接触工程:前述したようなイオン性官能基修飾センサーチップの、荷電層が形成されている測定領域に、アナライトを含む媒質を接触させる工程;
(3)シグナル観測工程;上記工程を経た測定領域に測定光を照射し、金属薄膜で起きる表面プラズモン共鳴に基づくシグナルを観測する工程。
In the case of conforming to SPR, specifically, the analyte can be detected by performing the following steps using the system as described above.
(1) Complex formation step: Ligand-carrying charged fine particles composed of charged fine particles opposite to those in the charged layer and ligands bound thereto and an analyte are reacted in a medium to form a ligand-carrying charged fine particles-analyte. Forming a light complex;
(2) Complex contact step: a step of bringing an analyte-containing medium into contact with the measurement region where the charged layer is formed of the ionic functional group-modified sensor chip as described above;
(3) Signal observation step: a step of irradiating measurement light to the measurement region that has undergone the above steps and observing a signal based on surface plasmon resonance that occurs in the metal thin film.

(複合体形成工程)
リガンド担持荷電微粒子とアナライトとを媒質中で反応させ、リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体を形成させるためには、一般的には、リガンド担持荷電微粒子を含有する媒質(以下「リガンド担持荷電微粒子溶液」と称する。)と、アナライトを含有する媒質(以下「アナライト溶液」と称する。)とを混合すればよい。
(Composite formation process)
In order to react a ligand-carrying charged fine particle and an analyte in a medium to form a ligand-carrying charged fine particle-analyte complex, generally, a medium containing a ligand-carrying charged fine particle (hereinafter referred to as “ligand-carrying charge”) is used. And a medium containing the analyte (hereinafter referred to as “analyte solution”).

これらの「媒質」としては、たとえばアナライトの測定方法において汎用されている水を用いること、つまりリガンド担持荷電微粒子またはアナライトの水溶液を調製することが好適である。この場合の水は、純水の他、緩衝液(たとえばリン酸緩衝液生理食塩水)や、その他の必要な試薬等の水溶液であってもよい。リガンド担持荷電微粒子およびアナライトの複合体の形成や、この後に行われる当該複合体とセンサーチップの荷電層との特異的吸着を妨げずに、所定の測定を適切に行うことが可能な媒質であれば、水以外の媒質を用いることも可能である。   As these “mediums”, it is preferable to use, for example, water that is widely used in analyte measurement methods, that is, to prepare ligand-carrying charged fine particles or an aqueous solution of an analyte. The water in this case may be an aqueous solution such as a buffer solution (for example, phosphate buffered saline) or other necessary reagents in addition to pure water. It is a medium that can appropriately perform predetermined measurements without interfering with the formation of a complex of ligand-carrying charged microparticles and an analyte and the subsequent specific adsorption between the complex and the charged layer of the sensor chip. If there is a medium other than water, it is also possible to use it.

リガンド担持荷電微粒子溶液およびアナライト溶液それぞれの濃度および混合量は、相対的に適切な範囲に調整することができる。通常、アナライト溶液中に含まれる全てのアナライトを検出ないし定量するようにするため、少なくとも全てのアナライトが複合体を形成するのに十分な量のリガンド担持荷電微粒子が反応液中に存在することとなるよう、リガンド担持荷電微粒子溶液およびアナライト溶液それぞれの濃度および混合量を調整することとなる。   The concentration and mixing amount of each of the ligand-supported charged fine particle solution and the analyte solution can be adjusted to a relatively appropriate range. Usually, a sufficient amount of charged ligand-bearing fine particles are present in the reaction solution so that at least all of the analyte forms a complex in order to detect or quantify all of the analyte contained in the analyte solution. Therefore, the concentration and mixing amount of the ligand-carrying charged fine particle solution and the analyte solution are adjusted.

なお、リガンド担持荷電微粒子溶液の調製には、リガンド担持荷電微粒子を作製するための反応液を利用することができる。リガンド担持荷電微粒子を作製する際の原料溶液を調整することにより、生成するリガンド担持荷電微粒子の量を調整し、複合体形成工程で用いるリガンド担持荷電微粒子溶液の濃度を調整することも可能である。   In preparing the ligand-carrying charged fine particle solution, a reaction solution for producing ligand-carrying charged fine particles can be used. It is also possible to adjust the concentration of the ligand-carrying charged fine particle solution used in the complex formation step by adjusting the amount of the ligand-carrying charged fine particle to be produced by adjusting the raw material solution for producing the ligand-carrying charged fine particle. .

また、実際に検体中のアナライトを測定する場合など、通常はアナライト溶液の濃度は未知なので、事前に別途サンプルを用いて、アナライト溶液の濃度の範囲を予想しておくことが好ましい。   Further, since the concentration of the analyte solution is usually unknown, such as when the analyte in the specimen is actually measured, it is preferable to predict the concentration range of the analyte solution using a separate sample in advance.

また、複合体形成工程においては、リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体の形成を促進するために、撹拌などを手段を組み合わせて用いてもよい。
(複合体接触工程)
リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体(以下単に「複合体」と称することもある。)は、通常、当該複合体を含む媒質(以下「試料溶液」と称することもある。)を調製し、当該媒質を介して荷電層に接触させるようにする。
In the complex formation step, stirring or the like may be used in combination to promote the formation of the ligand-carrying charged fine particle-analyte complex.
(Composite contact process)
The ligand-carrying charged fine particle-analyte complex (hereinafter sometimes simply referred to as “complex”) is usually prepared by preparing a medium containing the complex (hereinafter also referred to as “sample solution”). The charged layer is brought into contact with the medium.

リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体を含む「媒質」は、上記リガンド担持荷電微粒子を含有する「媒質」やアナライトを含有する「媒質」と同様のものを用いることができる。   The “medium” containing the ligand-carrying charged fine particle-analyte complex may be the same as the “medium” containing the ligand-carrying charged fine particle or the “medium” containing the analyte.

試料溶液は、前述した複合体形成工程において複合体を形成させた反応液をそのまま用いたものであってもよいし、必要に応じて当該反応液を精製したり、必要な試薬類を添加したり、その他の処理をしたものであってもよい。このような試料溶液中には通常、リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体と、リガンド担持荷電微粒子そのもの(アナライトと複合体を形成していない未反応物)との両方が含まれており、これら両方が荷電層により捕捉され、薄膜を形成することになる。   The sample solution may be a solution obtained by using the reaction solution in which the complex is formed in the above-described complex formation step as it is, or the reaction solution may be purified as necessary, or necessary reagents may be added. Or other processing. Such a sample solution usually contains both the ligand-carrying charged fine particle-analyte complex and the ligand-carrying charged fine particle itself (an unreacted substance that does not form a complex with the analyte). Both of these are trapped by the charged layer and form a thin film.

(シグナル観測工程)
SPRの場合、金属薄膜で起きる表面プラズモン共鳴に基づくシグナルは、表面プラズモン共鳴により減衰する反射光の強度を反映したものである。すなわち、反射光の強度が極小となるときの入射光の入射角度(θ)を測定値として取得する。一般的には、複合体接触工程の開始前の測定値(θ1)および当該工程の終了後の測定値(θ1’)の絶対値の差として、測定値の変化量(Δθ1)を算出し(通常、θ1<θ1’であり、Δθ1=θ1’−θ1である)、この変化量をアナライトの検出ないし定量のために用いるようにする。
(Signal observation process)
In the case of SPR, a signal based on surface plasmon resonance that occurs in a metal thin film reflects the intensity of reflected light attenuated by surface plasmon resonance. That is, the incident angle (θ) of the incident light when the intensity of the reflected light is minimized is acquired as a measurement value. In general, the amount of change in the measured value (Δθ 1 ) is calculated as the difference between the absolute value of the measured value (θ 1 ) before the start of the complex contact process and the measured value (θ 1 ′) after the process ends. It is calculated (usually θ 11 ′ and Δθ 1 = θ 1 ′ −θ 1 ), and this change amount is used for detection or quantification of the analyte.

本発明による実際上の測定では、通常、複合体形成工程により生成した、リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体および未反応のリガンド担持荷電微粒子の両方が、センサーチップ表面の荷電層に捕捉されて薄膜を形成するが、誘電率の変化量、すなわち測定値の変化量(Δθ1)はそれらの混合割合を反映したものとなる。 In practical measurement according to the present invention, both the ligand-carrying charged fine particle-analyte complex and the unreacted ligand-carrying charged fine particle generated by the complex formation process are usually captured by the charged layer on the surface of the sensor chip. Although a thin film is formed, the amount of change in dielectric constant, that is, the amount of change in measured value (Δθ 1 ) reflects the mixing ratio thereof.

ある試料溶液に含まれるアナライトの量は、その試料溶液についてのθ1またはΔθ1を、濃度が既知の試料を用いて取得した基準値と対比することにより定量的に評価することもできるし、他の試料溶液についてのθ1またはθλ1と対比することにより相対的に評価することもできる。 The amount of analyte contained in a sample solution can be quantitatively evaluated by comparing θ 1 or Δθ 1 for the sample solution with a reference value obtained using a sample with a known concentration. The relative evaluation can also be made by comparing with θ 1 or θλ 1 for other sample solutions.

たとえば、前述した複合体形成工程と同様の手順において、リガンド担持荷電微粒子に対して、少なくとも二つの所定の基準量(濃度)のアナライトを添加して得られた反応液を利用することにより、アナライトの量と測定値(ないし測定値の変化量)との関係性、より具体的には関係式を取得することができる。この際、上記この基準量の一つをゼロとする、すなわちアナライトを全く添加せずに得られた反応液を調製することが好ましい。アナライトの基準量がゼロの場合、リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体を全く含有せず、リガンド担持荷電微粒子のみを含有する試験液が得られる。この試験液をセンサーチップに接触させると、荷電層の表層にはリガンド担持荷電微粒子のみからなる光学的薄膜が形成される。一方、アナライトの基準量がゼロ以外の場合、その基準量に応じて、一部のリガンド担持荷電微粒子はアナライトと複合体を形成し、残部のリガンド担持荷電微粒子は未反応のまま残存している試験液が得られる。この試験液をセンサーチップに接触させると、荷電層の表層にはリガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体とリガンド担持荷電微粒子の両方からなる薄膜が形成される。このとき、前者の誘電率の変化と後者の誘電率の変化には差があるので、前者と後者の存在割合により、形成される薄膜全体による誘電率の変化、すなわち測定されるθ1に差が生じることになる。また、もしもアナライトの基準量がリガンド担持荷電微粒子に対して過剰である場合は、実質的に未反応のリガンド担持荷電微粒子を全く含有せず、リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体のみを含有する試験液が得られる。このような試験液から取得できる関係式に基づき、ある試料溶液中についての測定値(ないし測定値の変化量)から、その試料溶液中のアナライトの量(濃度)を推定することができる。 For example, in the same procedure as the complex formation step described above, by using a reaction liquid obtained by adding at least two predetermined reference amounts (concentrations) of analyte to the ligand-carrying charged fine particles, The relationship between the amount of the analyte and the measured value (or the change amount of the measured value), more specifically, the relational expression can be acquired. At this time, it is preferable to prepare a reaction solution obtained by setting one of the reference amounts to zero, that is, without adding any analyte. When the reference amount of the analyte is zero, a test liquid containing only the ligand-carrying charged fine particles without containing the ligand-carrying charged fine particle-analyte complex is obtained. When this test solution is brought into contact with the sensor chip, an optical thin film consisting only of ligand-carrying charged fine particles is formed on the surface layer of the charged layer. On the other hand, if the reference amount of the analyte is other than zero, depending on the reference amount, some of the ligand-carrying charged fine particles form a complex with the analyte, and the remaining ligand-carrying charged fine particles remain unreacted. The test solution is obtained. When this test solution is brought into contact with the sensor chip, a thin film composed of both the ligand-carrying charged fine particle-analyte complex and the ligand-carrying charged fine particle is formed on the surface layer of the charged layer. At this time, since there is a difference between the change in the dielectric constant of the former and the change in the dielectric constant of the latter, the change in the dielectric constant of the entire thin film to be formed, that is, the difference in measured θ 1 depends on the ratio of the former and the latter. Will occur. If the reference amount of the analyte is excessive with respect to the ligand-carrying charged fine particles, substantially no unreacted ligand-carrying charged fine particles are contained, and only the ligand-carrying charged fine particle-analyte complex is contained. A test solution is obtained. Based on the relational expression that can be obtained from such a test solution, the amount (concentration) of the analyte in the sample solution can be estimated from the measured value (or the amount of change in the measured value) in the sample solution.

θ1が実質的に変化しない、つまりΔθ1が0ないし十分に小さい(測定誤差の範囲である)場合、センサーチップに固定化されたリガンドと試料溶液中のアナライトとの特異的結合が起きなかった、つまり当溶試料溶液中にアナライトは存在しなかったと判断することができる。 When θ 1 does not substantially change, that is, Δθ 1 is 0 to sufficiently small (within a measurement error range), specific binding between the ligand immobilized on the sensor chip and the analyte in the sample solution occurs. It can be determined that there was no analyte in the dissolved sample solution.

一方、θ1が変化した、つまりΔθ1が一定の値(測定誤差の範囲)より大きい場合、センサーチップに固定化されたリガンドと試料溶液中のアナライトとの分子間相互作用が起きたことが示され、当該試料溶液中にアナライトが存在すると判断することができる。さらに、その変化の程度、つまりΔθ1の大きさから、試料溶液中のアナライトを定量することができる。 On the other hand, when θ 1 has changed, that is, when Δθ 1 is greater than a certain value (measurement error range), an intermolecular interaction has occurred between the ligand immobilized on the sensor chip and the analyte in the sample solution. And it can be determined that the analyte is present in the sample solution. Furthermore, the analyte in the sample solution can be quantified from the degree of change, that is, the magnitude of Δθ 1 .

なお、SPRでは、上記のような複合体接触工程の前後にわたって、望ましくは当該工程の開始前、途中および終了後にわたって連続的に、所定の測定値を取得して、シグナル(すなわち測定値の変化)を観測することにより、センサーチップ表面に捕捉されるリガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体をリアルタイムで定量することができる。一定時間経過後、測定値がそれ以上変動しなくなる、ないし変動が十分に小さくなると見込まれるようになった時点をもって、当該工程を終了させることができると判断することが適切である。   In SPR, a predetermined measurement value is obtained continuously before and after the complex contact step as described above, preferably before, during and after the step, and a signal (ie, change in measurement value) is obtained. ) Can be quantified in real time by the ligand-carrying charged fine particle-analyte complex captured on the surface of the sensor chip. It is appropriate to determine that the process can be completed when the measured value no longer fluctuates after a certain period of time or when the fluctuation is expected to be sufficiently small.

<SPFSの実施形態>
SPFS用の測定システムは、前述したSPR用の測定システムと同様、主に、測定部材と、当該測定部材の誘電体部材側(金属薄膜裏面側)に備えられ、測定領域の金属薄膜の裏面側から測定光(入射光)を照射する光源と、その測定光の反射光を受光する受光器とを備え、さらに、当該測定部材の固定化リガンド層側(金属薄膜表面側)に備えられ、測定領域で発せられる蛍光を受光する光検出器とを備える。
<SPFS embodiment>
Similar to the SPR measurement system described above, the SPFS measurement system is mainly provided on the measurement member and the dielectric member side (metal thin film back side) of the measurement member, and the back side of the metal thin film in the measurement region. A light source for irradiating measurement light (incident light) and a light receiver for receiving reflected light of the measurement light, and further provided on the immobilized ligand layer side (metal thin film surface side) of the measurement member for measurement. A photodetector for receiving fluorescence emitted in the region.

SPFSに準じた場合、具体的には、上記のようなシステムを用いて、次のような工程を行うことによりアナライトを検出することができる。
(1)複合体形成工程:荷電層とは逆に荷電した荷電微粒子およびそれに結合したリガンドにより構成されているリガンド担持荷電微粒子と、アナライトとを媒質中で反応させ、リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体を形成させる工程;
(2)複合体接触工程:前述したようなイオン性官能基修飾センサーチップの、荷電層が形成されている測定領域に、アナライトを含む媒質を接触させる工程;
(3)シグナル観測工程;上記工程を経た測定領域に測定光を照射し、金属薄膜で起きる表面プラズモン共鳴に基づくシグナルを観測する工程。
In the case of conforming to SPFS, specifically, the analyte can be detected by performing the following steps using the system as described above.
(1) Complex formation step: Ligand-carrying charged fine particles composed of charged fine particles opposite to those in the charged layer and ligands bound thereto and an analyte are reacted in a medium to form a ligand-carrying charged fine particles-analyte. Forming a light complex;
(2) Complex contact step: a step of bringing an analyte-containing medium into contact with the measurement region where the charged layer is formed of the ionic functional group-modified sensor chip as described above;
(3) Signal observation step: a step of irradiating measurement light to the measurement region that has undergone the above steps and observing a signal based on surface plasmon resonance that occurs in the metal thin film.

ここで、SPFSにより測定するためには、次のいずれかの標識方法により、アナライトを蛍光標識する必要がある。
第一の標識方法(標識方法A)は、上記工程(1)において、前記アナライトを蛍光標識しておく、つまりアナライトと蛍光体との複合体(標識化アナライト)を用いて上記工程(1)を行うことである。このような標識化アナライトは、公知の方法により作製することができるが、一般的には液中でアナライトと蛍光体とを反応させるため、迅速にアナライトを標識化することができるため好ましい。通常は、上記工程(1)の前にあらかじめ標識化アナライトを作製しておくようにする。
Here, in order to measure by SPFS, it is necessary to fluorescently label the analyte by one of the following labeling methods.
In the first labeling method (labeling method A), in the step (1), the analyte is fluorescently labeled, that is, the above-described step is performed using a complex of analyte and phosphor (labeled analyte). (1) is to be performed. Such a labeled analyte can be prepared by a known method, but generally the analyte is reacted with a phosphor in a liquid, so that the analyte can be labeled quickly. preferable. Usually, a labeled analyte is prepared in advance before the step (1).

第二の標識方法(標識方法B)は、上記工程(2)および(3)の間に、上記工程(1)を経た測定領域に標識リガンドを含む媒質を接触させる工程(以下「蛍光標識工程」と称する。)を設けることである。つまり、リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体をセンサーチップ表面に固定化してから、そのアナライトを蛍光標識する。通常は、蛍光標識工程の前にあらかじめ標識リガンドを作製しておくようにする。標識リガンドは公知の方法により作成することができる。   The second labeling method (labeling method B) is a step of bringing a medium containing a labeled ligand into contact with the measurement region that has undergone the above step (1) between the above steps (2) and (3) (hereinafter referred to as “fluorescence labeling step”). ").). That is, the ligand-supported charged fine particle-analyte complex is immobilized on the surface of the sensor chip, and then the analyte is fluorescently labeled. Usually, a labeled ligand is prepared in advance before the fluorescent labeling step. The labeled ligand can be prepared by a known method.

・蛍光体
「蛍光体」は、所定の励起光を照射する、または電界効果を利用して励起することによって蛍光を発光する物質の総称である。本発明では、公知のSPFS等または蛍光標識法等で用いられている、公知の各種の蛍光体を用いることができる。代表的な蛍光体としては、蛍光色素および半導体ナノ粒子が挙げられる。
-Fluorescent substance "Fluorescent substance" is a general term for substances that emit fluorescence by irradiating with predetermined excitation light or by exciting using the field effect. In the present invention, various known phosphors used in known SPFS or the like or fluorescent labeling methods can be used. Representative phosphors include fluorescent dyes and semiconductor nanoparticles.

蛍光色素としては、たとえば、フルオレセイン・ファミリーの蛍光色素(Integrated DNA Technologies社製、たとえばFluorescein Isothiocyanate:FITC)、ポリハロフルオレセイン・ファミリーの蛍光色素(アプライドバイオシステムズジャパン(株)製)、ヘキサクロロフルオレセイン・ファミリーの蛍光色素(アプライドバイオシステムズジャパン(株)製)、クマリン・ファミリーの蛍光色素(インビトロジェン(株)製、たとえばAminomethylcoumarin:AMCA)、ローダミン・ファミリーの蛍光色素(GEヘルスケア バイオサイエンス(株)製、たとえば、Tetramethyl Rhodamine Isothiocyanate:TRITC、Rhodamine Red−X:RRX、Texas Red:TR)、シアニン・ファミリーの蛍光色素(たとえば、Cy2(登録商標)、Cy5(登録商標)、Alexa Fluor(登録商標) 647)、インドカルボシアニン・ファミリーの蛍光色素(たとえばCy3(登録商標))、オキサジン・ファミリーの蛍光色素、チアジン・ファミリーの蛍光色素、スクアライン・ファミリーの蛍光色素、キレート化ランタニド・ファミリーの蛍光色素、BODIPY(登録商標)・ファミリーの蛍光色素(インビトロジェン(株)製)、ナフタレンスルホン酸・ファミリーの蛍光色素、ピレン・ファミリーの蛍光色素、トリフェニルメタン・ファミリーの蛍光色素、Alexa Fluor(登録商標)色素シリーズ(インビトロジェン(株)製)などが挙げられる。これらファミリーに含まれる代表的な蛍光色素の吸収波長(nm)および発光波長(nm)を表1に示す。   Examples of the fluorescent dye include a fluorescent dye of the fluorescein family (manufactured by Integrated DNA Technologies, such as Fluorescein Isothiocyanate: FITC), a fluorescent dye of the polyhalofluorescein family (manufactured by Applied Biosystems Japan Co., Ltd.), and the hexachlorofluorescein family. Fluorescent dyes (Applied Biosystems Japan Co., Ltd.), Coumarin family fluorescent dyes (Invitrogen Corporation, for example, Aminomethylcoumarin: AMCA), Rhodamine family fluorescent dyes (GE Healthcare Biosciences, For example, Tetramethyl Rhodamine Isothiocyanate: TRITC, Rhodamine Red-X: RRX Texas Red (TR), cyanine family fluorescent dyes (eg, Cy2®, Cy5®, Alexa Fluor® 647), Indian carbocyanine family fluorescent dyes (eg, Cy3®) )), Oxazine family fluorescent dye, thiazine family fluorescent dye, squaraine family fluorescent dye, chelated lanthanide family fluorescent dye, BODIPY (registered trademark) family fluorescent dye (manufactured by Invitrogen Corporation) ), Naphthalenesulfonic acid family fluorescent dye, pyrene family fluorescent dye, triphenylmethane family fluorescent dye, Alexa Fluor (registered trademark) dye series (manufactured by Invitrogen Corporation), and the like. Table 1 shows the absorption wavelength (nm) and emission wavelength (nm) of typical fluorescent dyes included in these families.

また、上記のような有機蛍光色素以外に、Eu、Tb等の希土類錯体系の蛍光色素を用いることもできる。希土類錯体は、一般的に励起波長(310〜340nm程度)と発光波長(Eu錯体で615nm付近、Tb錯体で545nm付近)との波長差が大きく、蛍光寿命が数百マイクロ秒以上と長い特徴がある。市販されている希土類錯体系の蛍光色素の一例としては、ATBTA−Eu3+が挙げられる。 In addition to the above organic fluorescent dyes, rare earth complex fluorescent dyes such as Eu and Tb can also be used. In general, rare earth complexes have a large wavelength difference between an excitation wavelength (about 310 to 340 nm) and an emission wavelength (about 615 nm for an Eu complex and 545 nm for a Tb complex), and a long fluorescence lifetime of several hundred microseconds or more. is there. An example of a commercially available rare earth complex-based fluorescent dye is ATBTA-Eu 3+ .

一方、半導体ナノ粒子は、たとえばSi、Ge、InN、InP、GaAs、AlSe、CdSe、AlAs、GaP、ZnTe、CdTe、InAsなどの半導体又はこれらを形成する原料からなるものである。低毒性という観点からはInPやSiが好ましく、可視光の範囲における発光強度の観点からはCdTeやCdSeが好ましい。   On the other hand, the semiconductor nanoparticles are made of a semiconductor such as Si, Ge, InN, InP, GaAs, AlSe, CdSe, AlAs, GaP, ZnTe, CdTe, InAs, or a raw material for forming them. InP and Si are preferable from the viewpoint of low toxicity, and CdTe and CdSe are preferable from the viewpoint of emission intensity in the visible light range.

また、前記半導体ナノ粒子をコアとし、その外層にシェルを付加したコア/シェル構造の半導体ナノ粒子を用いてもよい。シェルを形成するための素材としては、公知のコア/シェル構造の半導体ナノ粒子と同様に、II−VI族、III−V族、IV族の無機半導体を用いることができる。例えば、Si、Ge、InN、InP、GaAs、AlSe、CdSe、AlAs、GaP、ZnTe、CdTe、InAsなどの各コア形成無機材料よりバンドギャップが大きく、毒性を有さない半導体又はこれらを形成する原料が好ましい。より具体的には、たとえば、InP、CdTe、及びCdSeをコアとする場合にはZnSが、Siをコアとする場合にはSiO2がシェルとして好適である。なお、コアが部分的に露出しても弊害を生じない限り、シェルはコアの全表面を完全に被覆するものでなくてもよい。 Also, semiconductor nanoparticles having a core / shell structure in which the semiconductor nanoparticles are used as a core and a shell is added to the outer layer may be used. As a material for forming the shell, inorganic semiconductors of II-VI group, III-V group, and IV group can be used as in the case of semiconductor nanoparticles having a known core / shell structure. For example, a semiconductor having a larger band gap than each core-forming inorganic material such as Si, Ge, InN, InP, GaAs, AlSe, CdSe, AlAs, GaP, ZnTe, CdTe, InAs, etc. Is preferred. More specifically, for example, ZnS is suitable as the shell when InP, CdTe, and CdSe are used as the core, and SiO 2 is preferable as the shell when Si is used as the core. It should be noted that the shell may not completely cover the entire surface of the core as long as it does not cause adverse effects even if the core is partially exposed.

コア/シェル構造でない(コアのみからなる)半導体ナノ粒子の体積平均粒径は、従来のものと同程度でよいが、1〜15nmであることが好ましい。また、コア/シェル構造の半導体ナノ体粒子の体積平均粒径も、従来のものと同程度でよいが、1〜20nmであることが好ましい。   The volume average particle size of the semiconductor nanoparticles not having a core / shell structure (comprising only the core) may be the same as that of the conventional one, but is preferably 1 to 15 nm. The volume average particle diameter of the core / shell structure semiconductor nanoparticle may be the same as that of the conventional one, but is preferably 1 to 20 nm.

なお、上述した半導体ナノ粒子、及び以下に述べる蛍光増強微粒子(金属コロイド粒子)やナノ粒子集積体の粒径は、原則として体積平均粒径により表される。この体積平均粒径は、動的光散乱法(Dynamic Light Scattering, DLS)による粒径測定装置(たとえばMalvern Instruments社製、Zetasizer Nano S)を用いて、上記各粒子の作製直後(凝集前)の粒径分布を測定することにより求められる値であり、粒径分布のピーク(中心)位置の粒径をその粒子の体積平均粒径とする。   In addition, the particle size of the semiconductor nanoparticles described above and the fluorescence enhancement fine particles (metal colloid particles) and nanoparticle aggregates described below is expressed by a volume average particle size in principle. This volume average particle diameter is measured immediately after the production of each of the above particles (before aggregation) using a particle size measuring apparatus (for example, Malvern Instruments, Zetasizer Nano S) by dynamic light scattering (DLS). The value is obtained by measuring the particle size distribution, and the particle size at the peak (center) position of the particle size distribution is defined as the volume average particle size of the particle.

このような半導体ナノ粒子は、公知の方法により作製することができ、また製品として入手することもできる。
(複合体形成工程)
SPFSにおける複合体形成工程は、前述したSPRにおける複合体形成工程と同様であるため、ここでの記載は省略する。
Such semiconductor nanoparticles can be produced by a known method, and can also be obtained as a product.
(Composite formation process)
Since the complex formation process in SPFS is the same as the complex formation process in SPR mentioned above, description here is abbreviate | omitted.

(複合体接触工程)
SPFSにおける複合体接触工程は、前述したSPRにおける複合体接触工程と同様であるため、ここでの記載は省略する。
(Composite contact process)
Since the composite contact process in SPFS is the same as the composite contact process in SPR described above, description thereof is omitted here.

(蛍光標識工程)
前記標識方法Bによりアナライトを蛍光標識化する場合、上記工程を経た測定領域に標識リガンドを含む媒質を接触させる、すなわち、センサーチップ表面に捕捉されているリガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体と標識リガンドとが接触するようにし、リガンド担持荷電微粒子−アナライト−標識リガンド複合体を形成させるようにする。
(Fluorescent labeling process)
When the analyte is fluorescently labeled by the labeling method B, the medium containing the labeled ligand is brought into contact with the measurement region that has undergone the above-described steps, that is, the ligand-carrying charged fine particle-analyte complex captured on the sensor chip surface and The labeled ligand is brought into contact with each other to form a ligand-carrying charged fine particle-analyte-labeled ligand complex.

・標識リガンド
センサーチップ上に捕捉されたアナライトを蛍光標識化するために用いられる、蛍光体と結合したリガンドを「標識リガンド」(リガンドが抗体であれば「標識抗体」、「二次抗体」などと呼ばれることもある。)と称する。標識リガンドのリガンド(以下「第二リガンド」と称することがある。)とリガンド担持荷電微粒子のリガンド(以下「第一リガンド」と称することがある。)は、同じでもよいし、異なっていてもよい。ただし、第一リガンドがポリクローナル抗体である場合、第二リガンドはモノクローナル抗体であってもポリクローナル抗体であってもよいが、第一リガンドがモノクローナル抗体である場合、第二リガンドはその第一リガンドが認識しないエピトープを認識するモノクローナル抗体であるか、またはポリクローナル抗体であることが望ましい。
• Labeled ligand The ligand bound to the fluorophore used for fluorescently labeling the analyte captured on the sensor chip is called “labeled ligand” (“labeled antibody” or “secondary antibody” if the ligand is an antibody). And so on.). The ligand of the labeled ligand (hereinafter sometimes referred to as “second ligand”) and the ligand of the ligand-carrying charged fine particles (hereinafter sometimes referred to as “first ligand”) may be the same or different. Good. However, when the first ligand is a polyclonal antibody, the second ligand may be a monoclonal antibody or a polyclonal antibody, but when the first ligand is a monoclonal antibody, the second ligand is the first ligand It is desirable that the antibody is a monoclonal antibody that recognizes an epitope that is not recognized, or a polyclonal antibody.

SPFSにおける標識リガンドは、一般的な免疫染色法でも用いられているリガンドと蛍光体との複合体(コンジュゲート)と同様にして作製することができる。たとえば、リガンドとアビジン(ストレプトアビジン等を含む)との複合体、および蛍光体とビオチンとの複合体をそれぞれ作製し、これらを反応させることにより、アビジン/ビオチンを介してリガンドに蛍光体が結合した複合体(1のアビジンに対し最大4のビオチンが結合しうる)が得られる。上述のようなビオチンとアビジンの反応以外にも、蛍光標識法で用いられている一次抗体−二次抗体の反応様式や、カルボキシル基とアミノ基、イソチオシアネートとアミノ基、スルホニルハライドとアミノ基、ヨードアセトアミドおよびチオール基などの反応を用いてもよい。   The labeled ligand in SPFS can be prepared in the same manner as a complex (conjugate) of a ligand and a phosphor that is also used in a general immunostaining method. For example, a complex of ligand and avidin (including streptavidin, etc.) and a complex of phosphor and biotin are prepared and reacted to bind the phosphor to the ligand via avidin / biotin. A complex (maximum 4 biotins can bind to 1 avidin) is obtained. In addition to the reaction of biotin and avidin as described above, the primary antibody-secondary antibody reaction mode used in the fluorescent labeling method, carboxyl group and amino group, isothiocyanate and amino group, sulfonyl halide and amino group, Reactions such as iodoacetamide and thiol groups may be used.

なお、上記リガンドをアナライトに置き換えることにより、同様の反応方法で標識化アナライトを作製することができる。
(シグナル観測工程)
SPFSの場合、金属薄膜で起きる表面プラズモン共鳴に基づくシグナルは、前記蛍光標識工程により形成された複合体中の蛍光体が発する蛍光を反映したものである。すなわち、上記工程を経た測定領域に測定光(蛍光体に対応した励起光)を照射し、測定領域から発せられる蛍光の強度(アッセイシグナルS、単位はたとえばa.u.)を測定値として取得する。通常は、ノイズ等の影響を排除するため、シグナル観測工程前の所定の段階で測定領域から発せられる蛍光の強度(ブランクシグナルN、いわゆるノイズ)も測定値として取得しておき、下記式により算出されるS/N比をアナライトの検出ないし定量のために用いる。
By replacing the ligand with an analyte, a labeled analyte can be produced by the same reaction method.
(Signal observation process)
In the case of SPFS, the signal based on surface plasmon resonance that occurs in the metal thin film reflects the fluorescence emitted by the phosphor in the complex formed by the fluorescence labeling step. That is, measurement light (excitation light corresponding to a phosphor) is irradiated to the measurement region that has undergone the above steps, and the intensity of fluorescence emitted from the measurement region (assay signal S, unit is au, for example) is obtained as a measurement value. To do. Usually, in order to eliminate the influence of noise, etc., the intensity of the fluorescence emitted from the measurement region (blank signal N, so-called noise) at a predetermined stage before the signal observation process is also obtained as a measured value and calculated by the following formula: The S / N ratio is used for analyte detection or quantification.

S/N比=|(アッセイシグナル)|/|(ブランクシグナル)|
このようなS/N比は、センサーチップ表面に形成された複合体中に含まれる蛍光体の数、すなわちそれらの蛍光体から発せられる蛍光の強度を反映している。
S / N ratio = | (assay signal) | / | (blank signal) |
Such an S / N ratio reflects the number of phosphors contained in the complex formed on the sensor chip surface, that is, the intensity of fluorescence emitted from these phosphors.

ある試料溶液に含まれるアナライトの量は、その試料溶液についてのS/N比を、濃度が既知の試料を用いて取得した基準値と対比することにより定量的に評価することもできるし、他の試料溶液についてのS/N比と対比することにより相対的に評価することもできる。   The amount of analyte contained in a sample solution can be quantitatively evaluated by comparing the S / N ratio for the sample solution with a reference value obtained using a sample with a known concentration, Relative evaluation can also be performed by comparing with the S / N ratio of other sample solutions.

たとえば、S/N比が1前後ないし一定の値に達しない(測定誤差の範囲である)場合、センサーチップ表面に形成された複合体中にアナライトを標識する蛍光体が含まれていない、つまり当溶試料溶液中にアナライトは存在しなかったと判断することができる。   For example, when the S / N ratio is around 1 or does not reach a certain value (measurement error range), the complex formed on the surface of the sensor chip does not contain a phosphor for labeling the analyte. That is, it can be determined that the analyte was not present in the dissolved sample solution.

一方、S/N比が一定の値(測定誤差の範囲)より大きい場合、センサーチップ表面に形成された複合体中にアナライトを標識する蛍光体が含まれており、当該試料溶液中にアナライトが存在すると判断することができる。さらに、そのS/N比の大きさから、試料溶液中のアナライトを定量することができる。   On the other hand, when the S / N ratio is larger than a certain value (measurement error range), the complex formed on the surface of the sensor chip contains a phosphor for labeling the analyte, and the sample solution contains the analyte. It can be determined that there is a light. Furthermore, the analyte in the sample solution can be quantified from the size of the S / N ratio.

[実施例1]
ガラス製の誘電体部材の平面上に、スパッタリング法により形成されたクロム薄膜(厚さは1〜3nm)と、その上にさらにスパッタリング法により形成された金薄膜(厚さは44〜52nm)とを備えるセンサーチップを用意した。
[Example 1]
A chromium thin film (thickness of 1 to 3 nm) formed by sputtering on a plane of a glass dielectric member, and a gold thin film (thickness of 44 to 52 nm) further formed thereon by sputtering A sensor chip equipped with was prepared.

(荷電層形成工程)
カチオン性水性ポリウレタン樹脂「ハイドラン CP−7610」(DIC株式会社製、体積平均粒径8nm)を水で希釈し、濃度1wt%の塗布液を調製した。この塗布液を、スピンコーター(回転数:3000rpm)を用いて、前記センサーチップの表面に塗布した。塗布後70℃で30分間乾燥して、上記カチオン性ポリウレタンからなる被膜が形成された、カチオン性修飾センサーチップを作製した。参考のため、上記と同様の方法で別途作製したカチオン性修飾センサーチップ表面の原子間力顕微鏡(AFM)像を図2に示す。
(Charged layer formation process)
A cationic aqueous polyurethane resin “Hydran CP-7610” (manufactured by DIC Corporation, volume average particle size 8 nm) was diluted with water to prepare a coating solution having a concentration of 1 wt%. This coating solution was applied to the surface of the sensor chip using a spin coater (rotation speed: 3000 rpm). After the application, the film was dried at 70 ° C. for 30 minutes to produce a cationic modified sensor chip on which a film made of the cationic polyurethane was formed. For reference, an atomic force microscope (AFM) image of the surface of a cationically modified sensor chip separately prepared by the same method as described above is shown in FIG.

(複合体形成工程)
Immunogold conjugate EM.GMHL 10(BB international社製)をリガンド担持荷電(アニオン)微粒子とし、これを1体積%に希釈した水溶液を調製した。
(Composite formation process)
Immunogold conjugate EM.GMHL 10 (manufactured by BB international) was used as ligand-supported charged (anion) fine particles, and an aqueous solution was prepared by diluting this to 1% by volume.

一方、IgGをアナライトとし、これをAlexa Fluor 647(登録商標、Invitrogen社)で標識して、標識化アナライトを作製した後(標識率2.4)、この標識化アナライトを5ng/mLの濃度で含有する試料溶液を調製した。   On the other hand, IgG was used as an analyte, and this was labeled with Alexa Fluor 647 (registered trademark, Invitrogen) to produce a labeled analyte (labeling rate 2.4), and then this labeled analyte was 5 ng / mL. A sample solution containing a concentration of was prepared.

上記リガンド担持荷電(アニオン)微粒子の1体積%希釈水溶液1mLと、上記標識化アナライトの5ng/mL溶液1mLとを混合し、10分間振盪した。
(複合体接触工程)
直径φ5mmの円形の貫通穴を有するウェル部材を用意した。このウェル部材を、作製例1により作製したカチオン性修飾センサーチップの表面上に、マッチングオイルを介して固定し、ウェル型の測定部材を作製した。
1 mL of a 1% by volume diluted aqueous solution of the ligand-carrying charged (anion) fine particles and 1 mL of a 5 ng / mL solution of the labeled analyte were mixed and shaken for 10 minutes.
(Composite contact process)
A well member having a circular through hole with a diameter of 5 mm was prepared. This well member was fixed on the surface of the cationically modified sensor chip produced in Production Example 1 via matching oil to produce a well-type measurement member.

複合体形成工程により得られた反応液を、前記工程で作製した荷電層を備えるセンサーチップを底面とするウェルに添加し、5分間振盪した。
センサーチップ(測定部材)をSPFS用測定装置に装着し、入射角度を変化させながら測定光を照射して、SPR法におけるシグナルに相当する反射強度およびSPFS法におけるシグナルに相当する蛍光強度の両方を測定した。比較のため、上記アナライトと反応させず、複合体を形成していない、リガンド担持荷電(アニオン)微粒子のみを荷電層に接触させた場合についても測定を行った。結果を図3および図4に示す。
The reaction solution obtained in the complex formation step was added to a well having a sensor chip including a charged layer prepared in the above step as a bottom, and shaken for 5 minutes.
A sensor chip (measuring member) is mounted on a measuring device for SPFS and irradiated with measuring light while changing the incident angle, and both the reflection intensity corresponding to the signal in the SPR method and the fluorescence intensity corresponding to the signal in the SPFS method are measured. It was measured. For comparison, the measurement was also performed in the case where only ligand-supported charged (anion) fine particles that were not reacted with the analyte and did not form a complex were brought into contact with the charged layer. The results are shown in FIG. 3 and FIG.

図3から金ナノ粒子に固定化したantiIgGとIgG標識体(アナライト)との反応が高効率で行われていることが分かる。このことはホモジニアス系の反応が早く、かつ高効率であることを示している。図4からSPFSにおける超高感度検出が本発明の方法で達成可能であることが分かる。   It can be seen from FIG. 3 that the reaction between antiIgG immobilized on gold nanoparticles and an IgG label (analyte) is performed with high efficiency. This indicates that the homogeneous reaction is fast and highly efficient. It can be seen from FIG. 4 that ultrasensitive detection in SPFS can be achieved with the method of the present invention.

[実施例2]
(リガンド担持荷電微粒子作製工程)
アニオン性ポリマー微粒子として、「ハイドランWLS 202」(DIC株式会社製)を用い、また、リガンドとして、抗αフェトプロテイン〔AFP〕マウスモノクローナル抗体(clone:1D5;ミクリ免疫研究所(株))を用いた。「ハイドランWLS 202」の10%溶液を20mL採取し、25mM MES(2−モルホリノエタンスルホン酸)バッファー(pH5.5)1.5mL、100当量の1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(EDC:(株)同人化学研究所製)およびN−ヒドロキシコハク酸イミド(NHS:Thermo Scientific社製)を加え、カルボキシル基を活性化させた。上記溶液に1mg/mLのAFP抗体1D5を1mL添加し、室温で30分間反応させて1D5を微粒子に反応させた。スピンカラムを利用して未反応の抗体を除去した。
[Example 2]
(Ligand-supported charged microparticle production process)
As the anionic polymer fine particles, “Hydran WLS 202” (manufactured by DIC Corporation) was used, and as the ligand, anti-α-fetoprotein [AFP] mouse monoclonal antibody (clone: 1D5; Mikuli Immuno Laboratory Co., Ltd.) was used. . 20 mL of a 10% solution of “Hydran WLS 202” was collected, 1.5 mL of 25 mM MES (2-morpholinoethanesulfonic acid) buffer (pH 5.5), 100 equivalents of 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) Carbodiimide hydrochloride (EDC: manufactured by Dojindo Laboratories) and N-hydroxysuccinimide (NHS: manufactured by Thermo Scientific) were added to activate the carboxyl group. 1 mL of 1 mg / mL AFP antibody 1D5 was added to the above solution and reacted at room temperature for 30 minutes to react 1D5 with microparticles. Unreacted antibody was removed using a spin column.

実施例1の固定化リガンド層形成工程、アナライト接触工程、標識抗体接触工程を以下に変更してアッセイを行った。
(複合体形成工程)
上記工程で作製したリガンド担持荷電微粒子(アニオン性ポリマー)を1重量%の濃度で含有する水溶液と、アナライトとしてα−フェトプロテイン(AFP)(AcrisAntibodiesGmbH製)を1μg/mL、10μg/ml、100μg/mlの濃度で含有するPBS(pH7.4;ナカライテスク(株)製)溶液とを混合し、リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体を形成させた。
The assay was performed by changing the immobilized ligand layer forming step, the analyte contacting step, and the labeled antibody contacting step of Example 1 as follows.
(Composite formation process)
1 μg / mL, 10 μg / ml, 100 μg / ml of an aqueous solution containing 1 wt% of ligand-supported charged fine particles (anionic polymer) prepared in the above process and α-fetoprotein (AFP) (manufactured by Acris Antibodies GmbH) as an analyte. A PBS solution (pH 7.4; manufactured by Nacalai Tesque) containing a concentration of ml was mixed to form a ligand-supported charged fine particle-analyte complex.

(複合体接触工程)
直径φ5mmの円形の貫通穴を有するウェル部材を用意した。このウェル部材を、作製例1により作製したカチオン性修飾センサーチップの表面上に、マッチングオイルを介して固定し、ウェル型の測定部材を作製した。
(Composite contact process)
A well member having a circular through hole with a diameter of 5 mm was prepared. This well member was fixed on the surface of the cationically modified sensor chip produced in Production Example 1 via matching oil to produce a well-type measurement member.

複合体形成工程により得られた反応液を、前記工程で作製した荷電層を備えるセンサーチップを底面とするウェルに添加し、5分間振盪した。
センサーチップ(測定部材)をSPFS用測定装置に装着し、入射角度を変化させながら測定光を照射して、SPR法におけるシグナルに相当する反射強度およびSPFS法におけるシグナルに相当する蛍光強度の両方を測定した。結果を表1に示す。下記表の結果からAFPのアッセイが定量的にかつ高感度で行われていることが分かる。
The reaction solution obtained in the complex formation step was added to a well having a sensor chip including a charged layer prepared in the above step as a bottom, and shaken for 5 minutes.
A sensor chip (measuring member) is mounted on a measuring device for SPFS and irradiated with measuring light while changing the incident angle, and both the reflection intensity corresponding to the signal in the SPR method and the fluorescence intensity corresponding to the signal in the SPFS method are measured. It was measured. The results are shown in Table 1. From the results in the table below, it can be seen that the AFP assay is quantitatively and highly sensitive.

100 センサー基材
102 誘電体部材
104 金属薄膜
120 荷電層
200 リガンド担持荷電微粒子
202 荷電微粒子
204 リガンド
220 リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体
222 アナライト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Sensor base material 102 Dielectric member 104 Metal thin film 120 Charged layer 200 Ligand carrying charged fine particle 202 Charged fine particle 204 Ligand 220 Ligand carrying charged fine particle-analyte complex 222 Analyte

Claims (7)

少なくとも誘電体部材と、前記誘電体部材上に形成された金属薄膜と、前記金属薄膜上に形成された正または負に荷電した荷電層とを備える、局在場光センサーチップを使用するアナライトの検出方法であって、少なくとも、
前記荷電層とは逆に荷電した荷電微粒子およびそれに結合したリガンドにより構成されているリガンド担持荷電微粒子と、アナライトとを媒質中で反応させ、リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体を形成させる工程、
前記リガンド担持荷電微粒子−アナライト複合体を含む媒質を前記局在場光センサーチップの測定領域の荷電層に接触させる工程、および
前記測定領域に測定光を照射し、前記金属薄膜で起きる表面プラズモン共鳴に基づくシグナルを観測する工程を含むことを特徴とする、アナライトの検出方法。
An analyte using a localized field photosensor chip, comprising at least a dielectric member, a metal thin film formed on the dielectric member, and a positively or negatively charged charged layer formed on the metal thin film A method of detecting, at least,
A step of reacting a ligand-carrying charged fine particle composed of charged fine particles opposite to the charged layer and a ligand bonded thereto with an analyte in a medium to form a ligand-carrying charged fine particle-analyte complex. ,
Contacting a medium containing the ligand-carrying charged fine particle-analyte complex with a charged layer in the measurement region of the localized field photosensor chip; and surface plasmon generated in the metal thin film by irradiating the measurement region with measurement light An analyte detection method comprising a step of observing a signal based on resonance.
前記荷電層がイオン性ポリマーからなる層である、請求項1に記載のアナライトの検出方法。   The analyte detection method according to claim 1, wherein the charged layer is a layer made of an ionic polymer. 前記イオン性ポリマーがカチオン性官能基を有するポリマーである、請求項2に記載のアナライトの検出方法。   The analyte detection method according to claim 2, wherein the ionic polymer is a polymer having a cationic functional group. 前記荷電層の表面電荷密度が50〜200mC/m2の範囲にある、請求項1〜3のいずれか一項に記載のアナライトの検出方法。 The surface charge density of the charged layer is in the range of 50~200mC / m 2, the detection method of an analyte according to any one of claims 1 to 3. 前記荷電層の表面の算術平均粗さが1〜50nmの範囲にある、請求項1〜4のいずれか一項に記載のアナライトの検出方法。   The method for detecting an analyte according to any one of claims 1 to 4, wherein the arithmetic average roughness of the surface of the charged layer is in the range of 1 to 50 nm. 前記アナライトの検出方法が、SPFS(Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy:表面プラズモン励起増強蛍光分光法)またはSPR(Surface Plasmon Resonance:表面プラズモン共鳴法)である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のアナライトの検出方法。   The method for detecting an analyte is SPFS (Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy) or SPR (Surface Plasmon Resonance). The method for detecting an analyte according to Item. 前記荷電微粒子が、SiO2、TiO2、イオン性ポリマー、またはリガンドを固定可能な金属からなるものである、請求項1〜6のいずれか一項に記載のアナライトの検出方法。 Wherein the charged particles, SiO 2, TiO 2, is made of an ionic polymer, or the ligand from lockable metal detection method of an analyte according to any one of claims 1 to 6.
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