JP2016156705A - Substrate binding-power regulator, molecular sensor using the same, and using method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、糖質その他の基質と当該基質に対して特異性を持つ分子センサとの結合力を調整する基質結合力調整剤に係り、特に、基質と分子センサとの結合力を変化させることを企図した基質結合力調整剤及びこれを用いた分子センサ並びにその使用方法に関する。 The present invention relates to a substrate binding force regulator that adjusts the binding force between a carbohydrate or other substrate and a molecular sensor having specificity for the substrate, and in particular, to change the binding force between the substrate and the molecular sensor. And a molecular sensor using the same, and a method for using the same.
糖質(グルコース等)その他の基質を検出する分子センサは既に広く知られている(例えば特許文献1,2)。
特許文献1には、基質特異性を有する酵素などを固定化した分子識別部を、分子識別部による測定対象側の物理的または化学的な変化を感知して電気信号に変える検出手段に組み合わせたバイオセンサにおいて、検出手段に、被感知物を検出手段のセンサ感応部へ引き寄せる応答促進用の吸引機構を備えた態様が開示されている。
特許文献2には、所定の化学式からなる完全合成系のフェニルボロン酸化合物を結合させる検出デバイスを用いた態様のバイオセンサが開示されている。
Molecular sensors that detect carbohydrates (such as glucose) and other substrates are already widely known (for example,
In
特許文献1の酵素反応を用いた方式では、タンパク変性によって糖類の検出性能が低下し、多くの場合長期保存が困難である。
これに対し、特許文献2では、タンパク質を含まない完全合成系のフェニルボロン酸化合物を用いているため、タンパク変性の問題を除去し、糖類の安定した検出性能を実現することが可能である。
一般に、糖尿病診断に当たり、ヒトの血糖値は正常なヒトから糖尿病のヒトまでを想定すると、数mg/dL〜数千mg/dLという広い濃度域を検出することが必要である。
ところが、特許文献2で示す方式のバイオセンサでは、ヒトの血糖濃度域よりも狭い範囲しか検出することができず、検体を希釈しなければ検出には向かない。
しかしながら、検体を希釈すると、最大で数百倍の希釈が必要となる場合もあり、希釈誤差が生じたり、血糖値によって希釈倍率の調整も必要になるため、希釈を伴わずに、広い血糖濃度域での検出を可能とするバイオセンサの開発が強く要望されている。また、その他の基質を検出する分子センサについても同様の要望がある。
このような要望に鑑み、本発明が解決しようとする技術的課題は、基質と分子センサとの間の結合力を変化させることを可能とする新規な基質結合力調整剤及びこれを用いた分子センサ並びにその使用方法を提供するものである。
In the system using the enzyme reaction of
On the other hand,
In general, in the diagnosis of diabetes, it is necessary to detect a wide concentration range of several mg / dL to several thousand mg / dL, assuming that human blood glucose levels range from normal to diabetic.
However, the biosensor of the method shown in
However, when a sample is diluted, it may be necessary to dilute several hundred times at the maximum, resulting in a dilution error or adjustment of the dilution factor depending on the blood glucose level. There is a strong demand for the development of biosensors that enable detection in the region. There is a similar demand for molecular sensors that detect other substrates.
In view of such a demand, the technical problem to be solved by the present invention is to provide a novel substrate binding force regulator capable of changing the binding force between a substrate and a molecular sensor, and a molecule using the same. A sensor and a method of using the same are provided.
請求項1に係る発明は、予め決められた基質に対して特異性のある因子を持つ分子センサが含まれる溶液に添加され、前記基質と前記分子センサとの結合力を調整する基質結合力調整剤であって、前記基質及び前記因子とは不活性であって、前記因子が含まれる溶液に所定の濃度で溶解すると共に、前記因子の前記基質に対する会合定数(Ka/M−1)を少なくとも3倍以上の比率で変化させる化合物又はそれらの塩若しくは誘導体を含むことを特徴とする基質結合力調整剤である。
The invention according to
請求項2に係る発明は、請求項1に係る基質結合力調整剤において、以下の一般式(1)で表される化合物又はそれらの塩若しくは誘導体を含むことを特徴とする基質結合力調整剤である。
The invention according to
請求項3に係る発明は、請求項1に係る基質結合力調整剤において、テトラアルキルアンモニウム塩若しくは誘導体を含むことを特徴とする基質結合力調整剤である。
請求項4に係る発明は、請求項1に係る基質結合力調整剤において、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン若しくはその誘導体又はポリプロピレングリコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリ-N,N-ジメチルアクリルアミド若しくはその共重合体を含むことを特徴とする基質結合力調整剤である。
請求項5に係る発明は、請求項1乃至4のいずれかに係る基質結合力調整剤において、前記基質が糖質であることを特徴とする基質結合力調整剤である。
請求項6に係る発明は、請求項5に係る基質結合力調整剤において、前記基質が糖質としてのグルコースであるとき、前記分子センサの会合定数を3倍から100倍の比率で調整することを特徴とする基質結合力調整剤である。
請求項7に係る発明は、予め決められた基質に対して特異性を持つ分子センサであって、前記基質に対して特異性のある因子と、前記基質と前記因子との結合力を調整する基質結合力調整剤と、を含み、前記基質結合力調整剤は、前記基質及び前記因子とは不活性であって、前記因子が含まれる溶液に所定の濃度で溶解すると共に、前記因子の前記基質に対する会合定数(Ka/M−1)を少なくとも3倍以上の比率で変化させる化合物又はそれらの塩若しくは誘導体を含むことを特徴とする分子センサである。
請求項8に係る発明は、請求項7に係る分子センサにおいて、前記基質が糖質であることを特徴とする分子センサである。
請求項9に係る発明は、請求項7に係る分子センサを、基質を検出する試薬として使用するに際し、前記分子センサの因子及び基質結合力調整剤を試薬溶液中に共存させた後、当該試薬溶液中に検体を混入して平衡状態に至るように撹拌し、前記因子と前記検体中の基質との結合度合を算出することを特徴とする分子センサの使用方法である。
The invention according to
The invention according to
The invention according to
The invention according to claim 6 is the substrate binding force regulator according to
The invention according to claim 7 is a molecular sensor having specificity for a predetermined substrate, wherein a factor having specificity for the substrate and a binding force between the substrate and the factor are adjusted. A substrate binding force adjusting agent, wherein the substrate binding force adjusting agent is inactive with the substrate and the factor, and is dissolved at a predetermined concentration in a solution containing the factor, and the factor of the factor A molecular sensor comprising a compound or a salt or derivative thereof that changes an association constant (Ka / M −1 ) for a substrate at a ratio of at least 3 times.
The invention according to claim 8 is the molecular sensor according to claim 7, wherein the substrate is a carbohydrate.
In the invention according to
請求項1乃至4に係る発明によれば、基質と分子センサとの結合力を変化させ、分子センサによる検出可能な基質濃度域を変化することができる。
請求項5に係る発明によれば、基質としての糖質と分子センサとの結合力を変化させ、分子センサによる検出可能な糖質濃度域を変化することができる。
請求項6に係る発明によれば、基質としての糖質であるグルコースと分子センサとの結合力を変化させ、分子センサによる検出可能なグルコース濃度域を変化することができる。
請求項7に係る発明によれば、基質との結合力を変化させ、容易に基質の検出範囲を変化することが可能な分子センサを提供することができる。
請求項8に係る発明によれば、基質としての糖質との結合力を変化させ、容易に糖質の検出範囲を変化することが可能な分子センサを提供することができる。
請求項9に係る発明によれば、分子センサを基質検出用の試薬として使用するに際し、試薬溶液に基質結合力調整剤を添加するという簡単な操作で、基質と分子センサとの結合力を変化させ、基質の検出範囲を変化することができる。
According to the first to fourth aspects of the invention, it is possible to change the substrate concentration range detectable by the molecular sensor by changing the binding force between the substrate and the molecular sensor.
According to the fifth aspect of the present invention, the sugar concentration range detectable by the molecular sensor can be changed by changing the binding force between the carbohydrate as the substrate and the molecular sensor.
According to the invention which concerns on Claim 6, the glucose concentration range which can be detected with a molecular sensor can be changed by changing the binding force of glucose which is a saccharide | sugar as a substrate, and a molecular sensor.
According to the invention which concerns on Claim 7, the molecular sensor which can change the binding force with a substrate and can change the detection range of a substrate easily can be provided.
According to the invention which concerns on Claim 8, the molecular sensor which can change the binding force with the saccharide | sugar as a substrate and can change the detection range of saccharide | sugar easily can be provided.
According to the ninth aspect of the present invention, when the molecular sensor is used as a reagent for detecting a substrate, the binding force between the substrate and the molecular sensor is changed by a simple operation of adding a substrate binding force adjusting agent to the reagent solution. The detection range of the substrate can be changed.
◎実施の形態の概要
図1(a)は本発明が適用された分子センサの実施の形態の概要を示す説明図である。
同図において、分子センサ2は、予め決められた基質1に対して特異性を持つものであって、基質1に対して特異性のある因子3と、基質1と因子3との結合力を調整する基質結合力調整剤4と、を含み、基質結合力調整剤4は、基質1及び因子3とは不活性であって、因子3が含まれる溶液に所定の濃度で溶解すると共に、因子3の基質1に対する会合定数(Ka/M−1)を少なくとも3倍以上の比率で変化させる化合物又はそれらの塩若しくは誘導体を含むものである。
本実施の形態において、基質1には、主としては糖尿病診断等の糖質(グルコースなど)を想定するものであるが、これに限られるものではなく、イオン成分、うまみ成分、栄養素成分、環境成分、生理活性成分、疾患関連成分、香り成分等を広く含むものである。
また、分子センサ2は、所定の基質1に対して特異性のある因子3を少なくとも備えていることを要し、当該因子3は、図1(a)に示すように、所定の基質1に対して特異的に反応して結合物5に変化するため、この結合物5の出現度合を定量することによって、基質1の存在量を検出することが可能である。このとき、この結合物5の出現度合の定量方式については、分子センサ2の特性を考慮し、蛍光スペクトル、吸収スペクトル、化学発光スペクトル、円二色性スペクトル、電気化学的シグナル等の変化から定量することが可能である。
Outline of Embodiment FIG. 1A is an explanatory diagram showing an outline of an embodiment of a molecular sensor to which the present invention is applied.
In the figure, the
In the present embodiment, the
Further, the
また、基質結合力調整剤4は、以下の要件を具備することを要する。
つまり、
(1)基質1及び因子3とは不活性であること、
(2)因子3が含まれる溶液に所定の濃度で溶解すること、
(3)因子3の基質1に対する会合定数(Ka/M−1)を少なくとも3倍以上の比率で変化させる化合物又はそれらの塩若しくは誘導体であること、
を要する。
(1)については、基質結合力調整剤4が基質1又は因子3に対し活性であると、基質結合力調整剤4が基質1と因子3との結合反応に影響してしまい、分子センサによる基質の検出量に誤差が含まれる点で好ましくない。
(2)については、基質結合力調整剤4が溶液に対して非溶解であると、溶液内に均一に分布し難い点で好ましくない。また、溶液に対する基質結合力調整剤4の濃度については分子センサ2の因子3の濃度や検出すべき基質1の量に応じて基質結合力調整剤4の基質1との結合力を調整するという作用を発揮する範囲であれば適宜選定して差し支えないが、基質結合力調整剤4の特性によっては濃度を高く設定し過ぎると、溶液の粘度が上昇し、分子センサ2の応答速度が低下する懸念がある。
Further, the substrate binding
That means
(1) Inactive with
(2) dissolving at a predetermined concentration in a
(3) It is a compound that changes the association constant (Ka / M −1 ) of
Cost.
Regarding (1), if the substrate binding
Regarding (2), it is not preferable that the substrate binding
更に、会合定数(Ka/M−1)は、所定の基質1、当該基質1に特異性のある因子3を持つ分子センサ2、並びに、基質1及び因子3の複合体である結合物5が溶液中で平衡状態にあるとき、夫々の濃度を〔A〕、〔B〕、〔AB〕とすると、以下の式(イ)が成立する。
Ka=〔AB〕/〔A〕・〔B〕 ……(イ)
このとき、基質結合力調整剤4を添加しない場合には、会合定数Kaは温度、pH、粘度等の溶液物性が変化しない限りは、分子センサ2と基質1との組み合わせによって一義的に決まる。
このような環境下において、溶液中に基質結合力調整剤4を添加すると、この基質結合力調整剤4が水溶液に溶解することで、間接的に基質1と因子3との結合力を変化させる作用を奏するものと推察される。
本実施の形態では、基質結合力調整剤4の添加の結果、会合定数Kaが基質結合力調整剤4を使用しない場合の値αとの比が変われば、基質1と因子3との結合力が変化することになるが、会合定数Kaの変化率が小さい場合には、基質結合力調整剤4による結合力の変化率も小さいことから、本例では、会合定数Kaとαとの比が3倍以上になることを目安として選定することにした。
Further, the association constant (Ka / M −1 ) is determined by the
Ka = [AB] / [A] ・ [B] (b)
At this time, when the substrate binding
Under such circumstances, when the substrate binding
In the present embodiment, if the ratio of the association constant Ka to the value α when the substrate binding
今、基質結合力調整剤4を添加せずに、基質1と分子センサ2の因子3とが会合定数Ka=αで結合する比較の態様によれば、例えば図1(b)の一点鎖線Iに示すように、基質1と因子3との結合物5の量に相当する出力信号は、基質1の濃度に応じて変化する。このとき、結合物5の量に相当する出力信号のうち基質1の濃度に応じた変化が検出可能な範囲(例えば出力信号の検出下限値と検出上限値との範囲)は、図1(b)において例えばS’で示す領域である。
これに対し、本実施の形態にあっては、基質結合力調整剤4を添加することで、基質1と分子センサ2の因子3との会合定数Ka(3倍以上の比になると仮定する)が変化し、基質1と因子3との結合物5の生成量が抑制されることになり、例えば図1(b)の実線IIに示すように、基質1と因子3との結合物5の量に相当する出力信号は、基質1の濃度に応じて、図1(b)のSで示す領域にシフトする。
Now, according to the comparative embodiment in which the
On the other hand, in the present embodiment, by adding the substrate binding
次に、本実施の形態で用いられる基質結合力調整剤4の代表的態様としては例えば以下のものが挙げられる。
(a)以下の一般式(1)で表される化合物又はそれらの塩若しくは誘導体。
Next, typical examples of the substrate binding
(A) A compound represented by the following general formula (1) or a salt or derivative thereof.
ここで、R1からR3は均一であっても不均一であってもよく、炭素数が1以上12以下、好ましくは炭素数が2以上8以下、さらに好ましくは炭素数が3以上7以下のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアリール基のいずれかであり、その総炭素数が3以上24以下、好ましくは総炭素数が6以上18以下、さらに好ましくは総炭素数が12以上15以下であり、また、R6は炭素数が1以上10以下、好ましくは炭素数が1以上10以下のアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基又はアリーレン基のいずれかである。 Here, R1 to R3 may be uniform or non-uniform, and an alkyl having 1 to 12 carbon atoms, preferably 2 to 8 carbon atoms, more preferably 3 to 7 carbon atoms. Any of a group, an alkenyl group, an alkynyl group or an aryl group, the total carbon number of which is 3 to 24, preferably the total carbon number is 6 to 18 and more preferably the total carbon number is 12 to 15 R6 is an alkylene group, alkenylene group, alkynylene group or arylene group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms.
(b)テトラアルキルアンモニウム塩若しくは誘導体。
ここで、アンモニウム基に導入されるアルキル基は均一であっても不均一であってもよく、炭素数が1以上11以下、好ましくは炭素数が2以上8以下、さらに好ましくは炭素数が3以上5以下であり、その総炭素数が4以上32以下、好ましくは8以上24以下、さらに好ましくは12以上20以下である。例えば、テトラメチルアンモニウムクロリド、テトラエチルアンモニウムクロリド、テトラプロピルアンモニウムクロリド、テトラブチルアンモニウムクロリド、テトラペンチルアンモニウムクロリド、テトラヘキシルアンモニウムクロリド、テトラヘプチルアンモニウムクロリド、テトラオクチルアンモニウムクロリド、テトラデシルアンモニウムクロリド、テトラウンデシルアンモニウムクロリド、ジブチルジメチルアンモニウムクロリド、ジオクチルジメチルアンモニウムクロリド、ジデシルジメチルアンモニウムクロリド、エチルトリプロピルアンモニウムクロリド、トリブチルメチルアンモニウムクロリド、トリオクチルメチルアンモニウムクロリドなどがある。また、対アニオンはどのような構造であってもよく、上記クロライドの代わりに、フロオリド、ブロミド、ヨージド、ヒドロキシド、テトラフルオロボレート、テトラフェニルボレート、ヘキサフルオロフェスフェート、過塩素酸イオン、塩素酸イオン、亜塩素酸イオン、次亜塩素酸イオン、酢酸イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオン、硫酸イオン、亜硫酸イオンなどを用いてもよい。
(B) Tetraalkylammonium salt or derivative.
Here, the alkyl group introduced into the ammonium group may be uniform or heterogeneous and has 1 to 11 carbon atoms, preferably 2 to 8 carbon atoms, and more preferably 3 carbon atoms. The total carbon number is 4 or more and 32 or less, preferably 8 or more and 24 or less, and more preferably 12 or more and 20 or less. For example, tetramethylammonium chloride, tetraethylammonium chloride, tetrapropylammonium chloride, tetrabutylammonium chloride, tetrapentylammonium chloride, tetrahexylammonium chloride, tetraheptylammonium chloride, tetraoctylammonium chloride, tetradecylammonium chloride, tetraundecylammonium There are chloride, dibutyldimethylammonium chloride, dioctyldimethylammonium chloride, didecyldimethylammonium chloride, ethyltripropylammonium chloride, tributylmethylammonium chloride, trioctylmethylammonium chloride and the like. The counter anion may have any structure, and instead of chloride, fluoride, bromide, iodide, hydroxide, tetrafluoroborate, tetraphenylborate, hexafluorophosphate, perchlorate ion, chlorate Ions, chlorite ions, hypochlorite ions, acetate ions, nitrate ions, nitrite ions, sulfate ions, sulfite ions, and the like may be used.
(c)ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン若しくはその誘導体又はポリプロピレングリコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリ-N,N-ジメチルアクリルアミド若しくはその共重合体。
ここで、使用に適した高分子の分子量は、例えば、ポリエチレングリコールの場合、1000以上4000000以下、好ましくは1000以上20000以下、さらに好ましくは2000以上8000以下である。また、ポリビニルピロリドンの場合、1000以上360000以下、好ましくは1000以上1300000以下、さらに好ましくは2000以上80000以下である。いずれも高分子の水溶性によって変化しうる値であり、高分子の溶解性により適宜、調整、検討する必要がある。
(C) Polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone or a derivative thereof, polypropylene glycol, polyacrylic acid, polyacrylamide, poly-N, N-dimethylacrylamide or a copolymer thereof.
Here, the molecular weight of the polymer suitable for use is, for example, 1000 or more and 4000000 or less, preferably 1000 or more and 20000 or less, and more preferably 2000 or more and 8000 or less in the case of polyethylene glycol. Moreover, in the case of polyvinylpyrrolidone, it is 1000 or more and 360000 or less, Preferably it is 1000 or more and 1300000 or less, More preferably, it is 2000 or more and 80000 or less. All of these values can be changed depending on the water solubility of the polymer, and it is necessary to appropriately adjust and examine the solubility of the polymer.
また、本実施の形態に係る分子センサ2を、基質1を検出する試薬として使用するに際し、分子センサ2の因子3及び基質結合力調整剤4を試薬溶液中に共存させた後、当該試薬溶液中に検体を混入して平衡状態に至るように撹拌し、因子3と検体中の基質1との結合度合を算出するようにすればよい。
Further, when the
以下、添付図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。尚、以下の実施例は一例に過ぎず、分子センサの基質結合力調整剤の効果を実証するために提示するものであって、これに制限されるものではない。
◎実施例1
分子センサには、ターゲットとなる基質の種類に応じて様々なものが開発されているが、本実施例では糖質を検出する糖質センサを例に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings. The following examples are merely examples, and are presented to demonstrate the effect of the substrate binding force adjusting agent of the molecular sensor, and are not limited thereto.
Example 1
Various molecular sensors have been developed depending on the type of target substrate. In this embodiment, a carbohydrate sensor that detects a carbohydrate will be described as an example.
本実施例に用いた糖質センサは、グルコースに対して特異性をもつ蛍光性分子センサである以下の一般式(2)に示す9,10−ビス[[N−メチル−N−(o−ボロノベンジル)アミノ]メチル]アントラセン(以下、糖質センサと表記する)を用いた。また、ターゲットとなる糖質には、グルコース、ガラクトース、フルクトースを用いた。 The carbohydrate sensor used in this example is a 9,10-bis [[N-methyl-N- (o--) represented by the following general formula (2), which is a fluorescent molecular sensor having specificity for glucose. Boronobenzyl) amino] methyl] anthracene (hereinafter referred to as a carbohydrate sensor) was used. Moreover, glucose, galactose, and fructose were used for the target carbohydrate.
この糖質センサは例えば非特許文献1(段落〔0003〕)に詳述されているが、図2を用いて簡単に動作原理を説明する。
この糖質センサは、図2(a)に示すように、2つのボロン酸が協同的に作用することで高いグルコース親和性を発現する分子センサである。本例では、糖質センサを利用するグルコースの蛍光センシングは、図2(b)(c)に示すPET(光誘起電子移動反応、Photo-induced Electron Transfer)の機構を利用している。糖質(本例ではグルコース)非存在下では、図2(b)に示すように、蛍光性のアントラセン分子に光照射された際、電子がHOMOからLUMOに励起されると同時に、隣接するアミンの非結合性軌道の電子がアントラセン分子のHOMOに電子移動するため、蛍光性を示さない。一方、糖質(本例ではグルコース)存在下では、図2(c)に示すように、糖質とボロン酸の錯体形成に伴い、ホウ素原子のルイス酸性が上昇し、その結果、B−N相互作用が強固になり、アミンの非結合性軌道が安定化する。それによって、アミンの非結合性軌道の電子移動による消光がなくなり、アントラセン分子の蛍光が復活する。
This carbohydrate sensor is described in detail in, for example, Non-Patent Document 1 (paragraph [0003]). The principle of operation will be briefly described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2A, this carbohydrate sensor is a molecular sensor that expresses high glucose affinity when two boronic acids act cooperatively. In this example, fluorescence sensing of glucose using a carbohydrate sensor uses the mechanism of PET (Photo-induced Electron Transfer) shown in FIGS. In the absence of a saccharide (glucose in this example), as shown in FIG. 2 (b), when a fluorescent anthracene molecule is irradiated with light, electrons are excited from HOMO to LUMO and at the same time adjacent amines. Since the electrons in the non-bonding orbital of the electron transfer to the HOMO of the anthracene molecule, it does not exhibit fluorescence. On the other hand, in the presence of a saccharide (glucose in this example), as shown in FIG. 2C, the Lewis acidity of the boron atom increases with the formation of a complex between the saccharide and the boronic acid. As a result, BN The interaction becomes stronger and the nonbonding orbitals of the amine are stabilized. This eliminates quenching due to electron transfer in the non-bonding orbitals of the amine and restores the fluorescence of the anthracene molecule.
この種の糖質センサでは、pH4〜11という広範なpH領域でグルコースを定量することができる。しかし、糖質センサを使用する上で問題となるのは、検出範囲である。一般に、正常のヒトの血糖値は空腹時では80〜100mg/dl(約4.4〜5.5mM)、糖尿病のヒトでは、血糖値の最高値が200mg/dlを超えるとされている。
この糖質センサのグルコースの検出範囲は約1.8〜18.1mg/dlであるため、ヒトの血糖濃度域よりも低く、検体を希釈しなければ検出に向かない。しかし、検体を希釈では最大で数百倍の希釈が必要となる場合もあり、希釈誤差が生じたり、血糖値によって希釈倍率の調整も必要となる。そのため、この糖尿病診断に適した検出範囲に属する会合定数を有する糖質センサを複数種類、個別に開発することが不可欠となるが、会合定数を見越したボロン酸糖質センサの分子設計は困難を極める。
With this type of carbohydrate sensor, glucose can be quantified in a wide pH range of pH 4-11. However, it is the detection range that becomes a problem when using the carbohydrate sensor. In general, the blood glucose level of normal humans is 80 to 100 mg / dl (about 4.4 to 5.5 mM) on an empty stomach, and the highest blood glucose level is over 200 mg / dl in diabetic humans.
Since the glucose detection range of this carbohydrate sensor is about 1.8 to 18.1 mg / dl, it is lower than the blood glucose concentration range of humans and is not suitable for detection unless the sample is diluted. However, dilution of the specimen may require a dilution of several hundreds at the maximum, resulting in a dilution error or adjustment of the dilution factor depending on the blood glucose level. Therefore, it is indispensable to individually develop multiple types of carbohydrate sensors with association constants that fall within the detection range suitable for diabetes diagnosis, but molecular design of boronic acid carbohydrate sensors that allow for association constants is difficult. I will master it.
そこで、本実施例では、基質と糖質センサとの結合力を調整する基質結合力調整剤を使用することにした。
本実施例において、基質結合力調整剤としては、図3に示すように、ベタイン1〜5、テトラブチルアンモニウムクロリド(TBAC)、アセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、ポリエチレングリコール(PEG)(分子量600および6000)(以下、PEG600、PEG6000と表記する)、ポリビニルピロリドン(PVP)(分子量40000)を用いた。いずれの基質結合力調整剤も分子センサの因子となるボロン酸基とは不活性である。ボロン酸基はジオール類と可逆的にエステル結合を形成するため、そのような官能基をもつ分子は基質結合力調整剤とはならない。
Therefore, in this example, a substrate binding force adjusting agent that adjusts the binding force between the substrate and the carbohydrate sensor is used.
In this example, as shown in FIG. 3, as the substrate binding force adjusting agent,
<基質結合力調整剤の構造依存性の評価>
本例における糖質センサに対して効果の高い基質結合力調整剤を調べるために、以下の条件で糖質センサとグルコースとの結合実験を行った。
先ず、1.5mlのプラスチックチューブにリン酸緩衝溶液(pH7.5)、糖質センサ、基質結合力調整剤、グルコースをそれぞれ、最終濃度が0.05M、1.2×10−5M、0.5M(ポリマの場合はモノマユニット濃度として調整している)、1.0×10−6〜3.0×10−1Mになるように配合し、34%(体積分率)のメタノールを含む水溶液を調製した。調製したサンプル溶液を蛍光測定用の96穴マルチプレートに移し、30分間、25℃で遮光静置させた後、各サンプルの蛍光強度(励起波長379nm、蛍光波長425nm)を測定した。但し、PVPを基質結合力調整剤として利用した場合は、30分では平衡に達しなかったため、60分間、25℃で遮光静置させた後に測定を行った。
得られた蛍光強度をグルコース濃度に対してプロットし、蛍光糖質滴定プロットを作成した。また、比較のために、基質結合力調整剤を添加しない条件(コントロール)でも測定を行った。
本実験において、基質であるグルコースの糖質センサへの結合は425nmにおける蛍光強度の上昇として現れる。
そして、基質結合力調整剤の構造依存性の評価は、蛍光糖質滴定プロットから得られる糖質センサの検出範囲、会合定数Kaを用いて行った。
<Evaluation of structure dependence of substrate binding force modifier>
In order to examine a substrate binding force regulator having a high effect on the carbohydrate sensor in this example, a binding experiment between a carbohydrate sensor and glucose was performed under the following conditions.
First, a phosphate buffer solution (pH 7.5), a sugar sensor, a substrate binding force adjusting agent, and glucose are added to a 1.5 ml plastic tube at final concentrations of 0.05 M, 1.2 × 10 −5 M, 0, respectively. .5M (in the case of polymer, adjusted as monomer unit concentration) 1.0 × 10 −6 to 3.0 × 10 −1 M are blended, and 34% (volume fraction) of methanol is added. An aqueous solution containing was prepared. The prepared sample solution was transferred to a 96-well multiplate for fluorescence measurement, allowed to stand for 30 minutes at 25 ° C. in a light-shielded state, and then the fluorescence intensity (excitation wavelength: 379 nm, fluorescence wavelength: 425 nm) of each sample was measured. However, when PVP was used as a substrate binding force adjusting agent, the equilibrium was not reached in 30 minutes. Therefore, the measurement was performed after allowing to stand at 25 ° C. for 60 minutes in the dark.
The obtained fluorescence intensity was plotted against the glucose concentration to prepare a fluorescent carbohydrate titration plot. For comparison, the measurement was also performed under the condition (control) in which the substrate binding force adjusting agent was not added.
In this experiment, the binding of glucose as a substrate to the carbohydrate sensor appears as an increase in fluorescence intensity at 425 nm.
The evaluation of the structure dependence of the substrate binding force regulator was performed using the detection range of the carbohydrate sensor and the association constant Ka obtained from the fluorescent carbohydrate titration plot.
−蛍光糖質滴定プロットの作成−
本例では、蛍光糖質滴定プロットは、横軸にグルコース濃度を対数表示とし、縦軸を相対蛍光強度として作成した。
図4は基質結合力調整剤としてベタイン1〜5を0.5M含む溶液における糖質センサの蛍光糖質滴定プロットを示す。
また、図5は基質結合力調整剤として、TBAC、アセトアミド、DME、DMFを0.5M含む溶液における蛍光糖質滴定プロットを示す。
更に、図6は基質結合力調整剤として、PEG600、PEG6000、PVPをモノマ濃度換算で0.5M含む溶液における蛍光糖質滴定プロットを示す。
-Creation of fluorescent carbohydrate titration plots-
In this example, the fluorescent carbohydrate titration plot was created with the horizontal axis representing the glucose concentration in logarithmic terms and the vertical axis representing the relative fluorescence intensity.
FIG. 4 shows a fluorescent carbohydrate titration plot of a carbohydrate sensor in a solution containing 0.5M
FIG. 5 shows a fluorescent carbohydrate titration plot in a solution containing 0.5 M TBAC, acetamide, DME, and DMF as a substrate binding force adjusting agent.
Further, FIG. 6 shows a fluorescent carbohydrate titration plot in a solution containing 0.5 M of PEG600, PEG6000, and PVP as a substrate binding force adjusting agent in terms of monomer concentration.
−糖質センサの検出範囲、会合定数−
糖質センサによるグルコースの検出範囲は、蛍光糖質滴定プロットの縦軸を蛍光強度変化量に変換し、下限値を0%、飽和値100%として、グルコース濃度を特定する検量線作成濃度域(蛍光強度変化量20〜80%)とした。
一方、糖質センサの会合定数Kaは、Benesi−Hildebrandtの式(ロ)を用いて算出した。
-Detection range and association constant of carbohydrate sensor-
The glucose detection range by the carbohydrate sensor is obtained by converting the vertical axis of the fluorescent carbohydrate titration plot into the amount of change in fluorescence intensity, setting the lower limit value to 0% and the saturation value to 100%, and creating a calibration curve concentration range that specifies the glucose concentration ( The amount of change in fluorescence intensity was 20 to 80%.
On the other hand, the association constant Ka of the carbohydrate sensor was calculated using the Benesi-Hildebrandt equation (b).
但し、式(ロ)において、Δ:変化量 Δt:飽和時の変化量 Ka:会合定数 [G]t:全ゲスト濃度(本例では、ゲストはグルコース濃度を、以下に表記されるホストは糖質センサを示す)である。
この式は、[G]t>>[H]tが成り立つ時のみ用いることができる(G:ゲスト、H:ホスト)。
そして、横軸1/[G]t、縦軸1/ΔのBenesi−Hildebrandtプロットをとることによって、上記の式に基づいた近似直線を得ることができる。近似直線の傾きから、会合定数を算出した。
より具体的に示すと、例えば図7(a)に示すように、基質結合力調整剤を添加しない条件での糖質センサの蛍光糖質滴定プロットを作成し、これに基づいて、図7(b)に示すように、Benesi−Hildebrandtプロットをとり、会合定数Ka=3230M−1を算出した。
また、例えば図8(a)に示すように、基質結合力調整剤としてベタイン4(0.5M)を添加する条件での糖質センサの蛍光糖質滴定プロットを作成し、これに基づいて、図8(b)に示すように、Benesi−Hildebrandtプロットをとり、会合定数Ka=421M−1を算出した。
However, in the formula (b), Δ: change amount Δt: change amount at saturation Ka: association constant [G] t: total guest concentration (in this example, the guest is glucose concentration, and the host described below is sugar Quality sensor).
This equation can be used only when [G] t >> [H] t holds (G: guest, H: host).
An approximate straight line based on the above equation can be obtained by taking a Benesi-Hildebrandt plot with the
More specifically, for example, as shown in FIG. 7 (a), a fluorescent carbohydrate titration plot of a carbohydrate sensor under the condition that a substrate binding force adjusting agent is not added is prepared, and based on this, FIG. As shown in b), a Benesi-Hildebrandt plot was taken and the association constant Ka = 3230M −1 was calculated.
Further, for example, as shown in FIG. 8 (a), a fluorescent carbohydrate titration plot of a carbohydrate sensor under the condition that betaine 4 (0.5M) is added as a substrate binding force adjusting agent is prepared. As shown in FIG. 8B, a Benesi-Hildebrandt plot was taken to calculate an association constant Ka = 421M −1 .
−評価結果−
基質結合力調整剤を添加しない条件、あるいは、各基質結合力調整剤を添加した条件において、糖質センサによるグルコースの検出範囲及び会合定数Kaの結果を表1に示す。
-Evaluation results-
Table 1 shows the results of the glucose detection range and the association constant Ka by the carbohydrate sensor under the conditions in which the substrate binding strength adjusting agent was not added or in the conditions where each substrate binding strength adjusting agent was added.
表1では、結合力調整剤を0.5M含む溶液における糖質センサの糖質(グルコース)の検出範囲及び会合定数を示す。
表1によれば、糖質センサに導入された因子であるボロン酸基と結合しない基質結合力調整剤を加えると、糖質センサのグルコースに対する会合定数が変化し、それに伴ってグルコースの検出範囲が変化する。どのような基質結合力調整剤でも効果があるわけではなく、基質結合力調整剤の化学構造によってその効果には違いがあることがわかる。また、本例では、特に、ベタイン誘導体で大きな変化が誘起されている。ベタインの化学構造においてアンモニウム基に導入されるアルキル鎖を伸長すると、グルコースの検出範囲に与える影響が強くなる。特に、アルキル鎖が炭素数にして3以上、総炭素数にして9以上で顕著な効果が現れた。グルコースの検出範囲のシフトは、ベタイン構造に限らず、分子間の対イオン構造をもつテトラアルキルアンモニウム塩であるTBACでも同様の効果が生じる。
一方、低分子のアミド化合物やエーテル化合物であるアセトアミド、DMF、DMEでは効果は小さく、ポリマ化したものでは、分子量の低いPEG600ではあまり効果はなく、分子量の高いPEG6000、PVPでは顕著な効果が現れることが確認された。
尚、ポリマ化したPEG6000、PVPについては、添加量が多過ぎると、溶液の粘度が上昇し、糖質センサの応答速度が低下する懸念があるので、この点に留意することが必要である。
Table 1 shows the detection range and association constant of the saccharide (glucose) of the saccharide sensor in a solution containing 0.5 M of the binding force adjusting agent.
According to Table 1, when a substrate binding force regulator that does not bind to a boronic acid group, which is a factor introduced into a carbohydrate sensor, is added, the association constant for glucose of the carbohydrate sensor changes, and accordingly, the glucose detection range. Changes. It can be seen that not all substrate binding force modifiers are effective, and the effect varies depending on the chemical structure of the substrate binding strength modifier. Further, in this example, a great change is induced particularly in the betaine derivative. If the alkyl chain introduced into the ammonium group in the chemical structure of betaine is elongated, the influence on the detection range of glucose becomes strong. In particular, a remarkable effect appeared when the alkyl chain had 3 or more carbon atoms and 9 or more carbon atoms. The shift in the detection range of glucose is not limited to the betaine structure, and the same effect is produced even with TBAC, which is a tetraalkylammonium salt having an intermolecular counterion structure.
On the other hand, low-molecular-weight amide compounds and ether compounds such as acetamide, DMF, and DME have little effect. Polymerized products have little effect on low-molecular-weight PEG600, and high-molecular-weight PEG6000 and PVP have remarkable effects. It was confirmed.
In addition, about polymerized PEG6000 and PVP, when there is too much addition amount, since there exists a possibility that the viscosity of a solution will rise and the response speed of a carbohydrate sensor may fall, it needs to pay attention to this point.
このように、本実施例では、糖質センサの検出範囲を大きく変化させるには、基質結合力調整剤として、アンモニウム基に炭素鎖が3以上(総炭素数9以上)、好ましくは4以上(総炭素数12以上)、さらに好ましくは5以上(総炭素数15以上)のアルキル鎖をもつベタイン誘導体(ベタイン3〜5)、あるいは、テトラアルキルアンモニウム塩、あるいは、PEG6000、PVPが効果的であることが確認された。 Thus, in this example, in order to greatly change the detection range of the carbohydrate sensor, the ammonium bond has 3 or more carbon chains (total carbon number of 9 or more), preferably 4 or more (as a substrate binding force adjusting agent). A betaine derivative (betaine 3-5) having an alkyl chain having a total carbon number of 12 or more, more preferably 5 or more (total carbon number of 15 or more), a tetraalkylammonium salt, PEG6000, or PVP is effective. It was confirmed.
◎実施例2
<基質結合力調整剤の添加濃度依存性の評価>
実施例1においてアンモニウム基に炭素鎖が3以上(総炭素数9以上)、好ましくは4以上(総炭素数12以上)、さらに好ましくは5以上(総炭素数15以上)のアルキル鎖をもつベタイン誘導体(ベタイン3〜5)、テトラアルキルアンモニウム塩などが分子センサとしての糖質センサの基質結合性に強く影響を及ぼすことが検証された。
実施例2では、基質結合力調整剤の中から糖質センサの基質結合性に強く影響を及ぼしたベタイン5を用いて、基質結合力調整剤の添加濃度が糖質センサの基質結合性に及ぼす影響について検討した。実験では、比較のため、基質結合性の変化が小さかったベタイン1をコントロールとして用いた。
Example 2
<Evaluation of substrate concentration adjustment agent dependence on concentration>
In Example 1, a betaine having an alkyl chain with 3 or more carbon atoms (
In Example 2,
基質結合力調整剤の添加濃度と糖質センサのグルコース結合性の評価は、以下の条件で行った。
先ず、1.5mlのプラスチックチューブにリン酸緩衝溶液(pH7.5)、糖質センサ、基質結合力調整剤であるベタイン1又はベタイン5、グルコースをそれぞれ、0.05M、1.2×10−5M、0〜0.75M、1.0×10−6〜6.0×10−1Mになるように配合し、34%(体積分率)のメタノールを含む水溶液を調製した。調製したサンプル溶液を96穴マルチプレートに移し、30分間、25℃で遮光静置させてから、実施例1と同様に蛍光強度(励起波長379nm、蛍光波長425nm)を測定し、蛍光糖質滴定プロットを作成した。
実施例1と同様に、蛍光糖質滴定プロットから、横軸グルコース濃度を対数表示とし、縦軸を相対蛍光強度として作成した。
具体的には、基質結合力調整剤として、ベタイン1を0〜0.75Mの濃度で含む溶液における糖質センサの蛍光糖質滴定プロットを図9に示す。
また、基質結合力調整剤として、ベタイン5を0〜0.75Mの濃度で含む溶液における糖質センサの蛍光糖質滴定プロットを図10に示す。
The addition concentration of the substrate binding force adjusting agent and the glucose binding property of the carbohydrate sensor were evaluated under the following conditions.
First, a phosphate buffer solution (pH 7.5), a sugar sensor,
In the same manner as in Example 1, from the fluorescent carbohydrate titration plot, the abscissa glucose concentration was logarithmically displayed, and the ordinate was created as relative fluorescence intensity.
Specifically, FIG. 9 shows a fluorescent carbohydrate titration plot of a carbohydrate sensor in a
In addition, FIG. 10 shows a fluorescent carbohydrate titration plot of a carbohydrate sensor in a
そして、実施例1と同様に、蛍光糖質滴定プロットから糖質センサのグルコースに対する検出範囲、会合定数Kaを算出した。
結果を表2、3に示す。
In the same manner as in Example 1, the detection range for glucose of the carbohydrate sensor and the association constant Ka were calculated from the fluorescent carbohydrate titration plot.
The results are shown in Tables 2 and 3.
表2は、実施例2において、基質結合力調整剤として、ベタイン1を0〜0.75Mの濃度で含む溶液における糖質センサの糖質(グルコース)の検出範囲及び会合定数を示す。また、表3は、実施例2において、基質結合力調整剤として、ベタイン5を0〜0.75Mの濃度で含む溶液における糖質センサの糖質(グルコース)の検出範囲及び会合定数を示す。
表2によれば、コントロールとして用いたベタイン1の濃度が上昇しても、検出範囲の変化はほとんど確認されなかった。一方、表3によれば、基質結合力調整剤としてのベタイン5の濃度が上昇すると、グルコースの検出範囲の上限が著しく高濃度域に変化した。
すなわち、本実施例では、基質結合力調整剤であるベタイン5を添加することで、検出範囲の上限を100倍近くにまで広げることが実証された。
また、本実施例では、会合定数Kaについても、基質結合力調整剤としてのベタイン5を添加した態様(会合定数の比は最大85.0倍)では、ベタイン1を添加した態様(会合定数の比は2.0倍以下)に比べて十分に変化していることが理解される。
Table 2 shows the detection range and association constant of the saccharide (glucose) of the saccharide sensor in a
According to Table 2, even if the concentration of
That is, in this example, it was demonstrated that the upper limit of the detection range was expanded to nearly 100 times by adding
Further, in this example, with respect to the association constant Ka, in the embodiment in which
◎実施例3
<基質結合力調整剤の添加に伴う糖質センサの基質選択性の評価>
本例では、グルコース選択性を有する分子センサとしての糖質センサが基質結合力調整剤であるベタイン4の存在下、基質選択性に影響が及ぼされるかどうかを評価した。
基質としては、グルコースに加えて、血糖値測定において夾雑物として知られるフルクトース、ガラクトースの2種類の糖質を用いた。
糖質センサに対する基質選択性の評価は、以下の条件で行った。
先ず、1.5mのプラスチックチューブにリン酸緩衝溶液(pH7.5)、糖質センサ、基質結合力調整剤(ベタイン4)、糖質(グルコース、フルクトース、ガラクトースのいずれか)をそれぞれ、最終濃度が0.05M、1.2×10−5M、0M又は0.25M、1.0×10−6〜1.0Mになるように配合し、34%(体積分率)のメタノールを含む水溶液を調製した。調製した反応を96穴マルチプレートに移し、30分間、25℃で静置させてから、蛍光強度(励起波長379nm、蛍光波長425nm)を測定し、蛍光糖質滴定プロットを作成した。
そして、作成した蛍光糖質滴定プロットから糖質センサのグルコース、フルクトース、ガラクトースに対する会合定数Kaを算出した。尚、( )内の数値はグルコースに対するフルクトース、ガラクトースの会合定数比(選択性の指標)を示す。
結果を表4に示す。
Example 3
<Evaluation of substrate selectivity of carbohydrate sensor accompanying addition of substrate binding force regulator>
In this example, it was evaluated whether or not a carbohydrate sensor as a molecular sensor having glucose selectivity affects substrate selectivity in the presence of
As the substrate, in addition to glucose, two types of carbohydrates, fructose and galactose, which are known as impurities in blood glucose level measurement, were used.
The substrate selectivity for the carbohydrate sensor was evaluated under the following conditions.
First, a phosphate buffer solution (pH 7.5), a carbohydrate sensor, a substrate binding force regulator (betaine 4), and a carbohydrate (either glucose, fructose, or galactose) in a final concentration of 1.5 m plastic tube. Is a solution containing 0.05%, 1.2 × 10 −5 M, 0M or 0.25M, 1.0 × 10 −6 to 1.0M, and containing 34% (volume fraction) of methanol. Was prepared. The prepared reaction was transferred to a 96-well multiplate and allowed to stand at 25 ° C. for 30 minutes, and then the fluorescence intensity (excitation wavelength: 379 nm, fluorescence wavelength: 425 nm) was measured to prepare a fluorescent carbohydrate titration plot.
And the association constant Ka with respect to glucose, fructose, and galactose of a carbohydrate sensor was computed from the created fluorescent carbohydrate titration plot. The numerical values in parentheses indicate the association constant ratio (selectivity index) of fructose and galactose to glucose.
The results are shown in Table 4.
表4によれば、フルクトース、ガラクトースでもグルコースと同様にベタイン4の添加による会合定数の変化がみられた。これは、基質結合力調整剤が基質であるグルコースに限らず、分子センサに導入された因子(ボロン酸基)に結合することが可能なすべての糖質類に作用することを示すものである。
また、糖質センサのグルコース>フルクコース>ガラクコースの順で基質結合性が強くなる選択性は、ベタイン4の添加によって失われることがないことが確認できた。また、ベタイン4を0.25M添加する条件では、無添加の時より、糖質センサのグルコースに対する会合定数とフルクトース、ガラクトースに対する会合定数の比が大きくなっていることが分かった。無添加では、グルコースとフルクトースの会合定数の比は5.7倍であったが、ベタイン4を0.25M添加することによって9.2倍なり、ガラクトースでは、同じく比が21倍から32倍になっていることが確認できた。
このように、基質結合力調整剤であるベタイン4を添加すると、フルクトースやガラクトースでもグルコースと同様に会合定数の低下が確認された。また、会合定数比から見積もった基質選択性は、基質結合力調整剤の非存在下と比較して、存在下の方が基質選択性が高くなっていることを証明するものであった。すなわち、分子センサとしての糖質センサの検出範囲を拡大するだけでなく、基質選択性も向上することが理解される。
According to Table 4, also in fructose and galactose, the change of the association constant by addition of
In addition, it was confirmed that the selectivity for increasing the substrate binding in the order of glucose>flucose> galactose in the carbohydrate sensor was not lost by the addition of
Thus, when
◎実施例4
<グルコース検量線に及ぼす夾雑物の影響の評価>
本例では、グルコース選択性を有する分子センサとしての糖質センサのグルコースに対する検量線を夾雑物としてフルクトース、ガラクトースを1.0×10−4Mずつ含む溶液と比較した。基質結合力調整剤を含んでも検量線に影響を及ぼさないことを確認するために、0.25Mのベタイン4の存在下、グルコースの検量線も作成した。
糖質センサに対する基質選択性の評価は、以下の条件で行った。
先ず、1.5mLのエッペンドルフチューブにリン酸緩衝溶液(pH7.5)、糖質センサ、基質結合力調整剤(ベタイン4)、糖質(グルコースのみ、及び、グルコースにフルクトース、ガラクトースを1.0×10−4Mずつ含む溶液)をそれぞれ、最終濃度が0.05M、1.2×10−5M、0Mもしくは0.25M、1.0×10−4〜3.0×10−3Mになるように配合し、34%(体積分率)のメタノールを含む水溶液を調製した。調製した反応を96穴マルチプレートに移し、30分間、25℃で静置させてから、蛍光強度(励起波長379nm、蛍光波長425nm)を測定し、グルコースの検量線を作成した。
Example 4
<Evaluation of influence of impurities on glucose calibration curve>
In this example, a calibration curve for glucose of a carbohydrate sensor as a molecular sensor having glucose selectivity was compared with a solution containing 1.0 × 10 −4 M of fructose and galactose as impurities. In order to confirm that the inclusion of the substrate binding force adjusting agent does not affect the calibration curve, a glucose calibration curve was also prepared in the presence of 0.25 M
The substrate selectivity for the carbohydrate sensor was evaluated under the following conditions.
First, phosphate buffer solution (pH 7.5), carbohydrate sensor, substrate binding force regulator (betaine 4), carbohydrate (glucose only, and fructose and galactose to glucose 1.0 in a 1.5 mL Eppendorf tube. Solution containing 10 × 4 −4 M at a final concentration of 0.05M, 1.2 × 10 −5 M, 0M or 0.25M, 1.0 × 10 −4 to 3.0 × 10 −3 M, respectively. And an aqueous solution containing 34% (volume fraction) of methanol was prepared. The prepared reaction was transferred to a 96-well multiplate and allowed to stand at 25 ° C. for 30 minutes, and then the fluorescence intensity (excitation wavelength: 379 nm, fluorescence wavelength: 425 nm) was measured to prepare a glucose calibration curve.
基質結合力調整剤の非存在下、グルコースのみ、及び、夾雑物としてフルクトース、ガラクトースを夫々1.0×10−4Mずつ含む溶液中における糖質センサのグルコース濃度に対する検量線を図11にそれぞれ示す。
また、基質結合力調整剤としてベタイン4を0.25Mの濃度で含む溶液で、グルコースのみ、及び、夾雑物としてフルクトース、ガラクトースを夫々1.0×10−4Mずつ含む溶液中における糖質センサのグルコース濃度に対する検量線を図12にそれぞれ示す。
図11及び図12によれば、基質がグルコースのみと、グルコースと夾雑物(フルクトース、ガラクトース)入りの対数近似直線は略一致していることが理解される。つまり、ヒト体内のフルクトース、ガラクトースの濃度は、糖質センサによるグルコース検出に影響がないことが確認された。
FIG. 11 shows calibration curves with respect to the glucose concentration of the carbohydrate sensor in a solution containing 1.0 × 10 −4 M each of fructose and galactose as impurities in the absence of a substrate binding force regulator. Show.
Further, a carbohydrate sensor in a
11 and 12, it is understood that the logarithmic approximation line containing only glucose and the logarithmic approximation line containing glucose and contaminants (fructose, galactose) substantially coincides with each other. That is, it was confirmed that the concentration of fructose and galactose in the human body had no effect on glucose detection by the carbohydrate sensor.
以上の実施例1〜4から明らかなように、例えば基質結合力調整剤としてのベタイン型添加物であるベタイン3〜5は、分子センサとしての糖質センサの会合定数を変化させ、希釈操作を経ずに検出範囲を高濃度側にシフトさせることが確認された。
加えて、ベタイン3〜5の添加によって濃度依存的に基質選択性を上昇させることも理解される。これらの結果より、ベタイン3〜5の水和効果が、分子センサとしての糖質センサと基質との結合に何らかの影響を及ぼし、基質結合力に変化をもたらしていることが確認できた。
尚、ベタイン型添加剤(例えばベタイン3〜5)以外の基質結合力調整剤についても、ベタイン型添加剤と同様な作用を奏することが確認された。
また、ベタイン型添加剤(例えばベタイン3〜5)の糖尿病の糖質センサへの応用としては、検出範囲が糖尿病の基準値200mg/dlに近づいたこと、測定において夾雑物の影響を受けないことに関してみると測定技術として用いることは可能である。そして、溶媒条件、ベタイン型添加剤の種類を変えることによって、糖尿病の基準値を含む範囲を測定できるようになるものと期待される。
As is clear from Examples 1 to 4 above, for example,
In addition, it is understood that the addition of betaines 3-5 increases the substrate selectivity in a concentration-dependent manner. From these results, it was confirmed that the hydration effect of
In addition, it was confirmed that the substrate binding strength adjusting agents other than the betaine type additives (for example,
In addition, as an application of betaine-type additives (for example,
1…基質,2…分子センサ,3…因子,4…基質結合力調整剤,5…結合物
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記基質及び前記因子とは不活性であって、前記因子が含まれる溶液に所定の濃度で溶解すると共に、前記因子の前記基質に対する会合定数(Ka/M−1)を少なくとも3倍以上の比率で変化させる化合物又はそれらの塩若しくは誘導体を含むことを特徴とする基質結合力調整剤。 A substrate binding force adjusting agent which is added to a solution containing a molecular sensor having a factor specific to a predetermined substrate and adjusts the binding force between the substrate and the molecular sensor,
The substrate and the factor are inactive, and are dissolved at a predetermined concentration in a solution containing the factor, and the ratio of the association factor (Ka / M −1 ) of the factor to the substrate is at least 3 times or more. A substrate binding force adjusting agent comprising a compound or a salt or derivative thereof which is changed by the above.
以下の一般式(1)で表される化合物又はそれらの塩若しくは誘導体を含むことを特徴とする基質結合力調整剤。
A substrate binding force regulator comprising a compound represented by the following general formula (1) or a salt or derivative thereof.
テトラブチルアンモニウム塩若しくは誘導体を含むことを特徴とする基質結合力調整剤。 The substrate binding force adjusting agent according to claim 1,
A substrate binding force regulator comprising a tetrabutylammonium salt or derivative.
ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン若しくはその誘導体又はポリプロピレングリコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリ-N,N-ジメチルアクリルアミド若しくはその共重合体を含むことを特徴とする基質結合力調整剤である。 The substrate binding force adjusting agent according to claim 1,
A substrate binding force regulator comprising polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone or a derivative thereof, or polypropylene glycol, polyacrylic acid, polyacrylamide, poly-N, N-dimethylacrylamide or a copolymer thereof.
前記基質が糖質であることを特徴とする基質結合力調整剤。 The substrate binding force adjusting agent according to any one of claims 1 to 4,
A substrate binding force regulator, wherein the substrate is a carbohydrate.
前記基質が糖質としてのグルコースであるとき、前記分子センサの会合定数を3倍から100倍の比率で調整することを特徴とする基質結合力調整剤。 In the substrate binding force regulator according to claim 5,
When the substrate is glucose as a carbohydrate, the substrate binding force adjusting agent is characterized by adjusting the association constant of the molecular sensor at a ratio of 3 to 100 times.
前記基質に対して特異性のある因子と、
前記基質と前記因子との結合力を調整する基質結合力調整剤と、を含み、
前記基質結合力調整剤は、前記基質及び前記因子とは不活性であって、前記因子が含まれる溶液に所定の濃度で溶解すると共に、前記因子の前記基質に対する会合定数(Ka/M−1)を少なくとも3倍以上の比率で変化させる化合物又はそれらの塩若しくは誘導体を含むことを特徴とする分子センサ。 A molecular sensor having specificity for a predetermined substrate,
A factor specific for the substrate;
A substrate binding force adjusting agent that adjusts the binding force between the substrate and the factor,
The substrate binding force adjusting agent is inactive with the substrate and the factor, dissolves at a predetermined concentration in a solution containing the factor, and associates the factor with the substrate (Ka / M −1). ), Or a salt or derivative thereof, which changes the compound at a ratio of at least 3 times.
前記基質が糖質であることを特徴とする分子センサ。 The molecular sensor according to claim 7,
A molecular sensor, wherein the substrate is a carbohydrate.
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