JP2016211938A - Magnetic composite particle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁性複合粒子に関する。 The present invention relates to magnetic composite particles.
近年、様々な産業分野への応用を指向して、複合粒子に関する研究開発が盛んに行われている。例えば、高分子化合物と磁性体から構成される磁性複合粒子は多種多様な用途が期待されており、特に、医薬、診断薬など、医療・診断分野における基剤としての用途について注目が集められている。磁性複合粒子を医療・診断分野に応用する例として、磁気バイオセンサーがある。磁気バイオセンサーとは近年提案されている高感度センシング方式のひとつで、検出部の表面近傍に位置する磁性複合粒子の有無、数を検知することにより検体液中の標的物質の有無、濃度を検出する。 In recent years, research and development related to composite particles have been actively conducted for application to various industrial fields. For example, magnetic composite particles composed of a polymer compound and a magnetic material are expected to have a wide variety of uses. In particular, attention has been drawn to the use as a base in the medical / diagnosis field, such as pharmaceuticals and diagnostic agents. Yes. An example of applying magnetic composite particles to the medical / diagnosis field is a magnetic biosensor. Magnetic biosensor is one of the recently proposed high-sensitivity sensing methods that detects the presence and concentration of a target substance in a sample liquid by detecting the presence and number of magnetic composite particles located near the surface of the detection unit. To do.
図4は、従来の磁性複合粒子4を用いたバイオセンサーの測定手法の一例である。基板1にGMR素子やホール素子等からなるセンサー部2(磁気センサー)が設けられている。そして、センサー部2の上部に検体3が固定される。磁性複合粒子4は検体3に結合するように表面官能基を有しており、検体3により磁性複合粒子4がキャッチされるように固定され、固定された磁性複合粒子4からの磁束5がセンサー部2により測定されるものである。
FIG. 4 shows an example of a conventional biosensor measurement technique using
特許文献1には、これら磁気バイオセンサーに用いる粒子径が小さく単分散性に優れ、粒子毎の磁性体含有率が高く飽和磁化が大きく、分散安定性に優れ、非特異吸着抑制能を有する複合粒子およびその製造方法が開示されている。
また、特許文献2には、磁気分離性に優れ、かつ、生体関連物質との結合量が多い扁平形状の磁性ポリマー粒子およびその製造方法が開示されている。
しかしながら実際には、磁性体含有率を高くすることは、複合粒子の比重が増加して分散安定性は低下するため、分散安定性とはトレードオフの関係にある。扁平形状の磁性ポリマー粒子18は、表面積が大きく分散安定性が高いが、図5の左側に示す磁性ポリマー粒子18のようにセンサー部2に対して倒立状態で検体へ結合された場合、検出感度が低くなるという課題がある。本発明は、分散安定性と検出感度の高い磁性複合粒子を提供することを目的とする。
However, in practice, increasing the magnetic substance content rate has a trade-off relationship with dispersion stability because the specific gravity of the composite particles increases and the dispersion stability decreases. The flat
上記目的を達成する本発明の磁性複合粒子は、磁性体粒子と前記磁性体粒子を内包する有機高分子材料とを含み、長径/短径が1より大きい形状を有し、短径と交わる表面である底面及び上面の少なくとも一方が、長径と交わる表面である側面よりも検体との結合性が高いことを特徴とする。 The magnetic composite particle of the present invention that achieves the above object includes a magnetic particle and an organic polymer material that includes the magnetic particle, and has a shape with a major axis / minor axis larger than 1, and a surface that intersects the minor axis It is characterized in that at least one of the bottom surface and the top surface is a higher binding property to the specimen than the side surface that is the surface that intersects the major axis.
本発明において、形状の「長径」とは、その形状の中心を通る断面の径のうち最大の径をいい、形状の「短径」とは、その形状の中心を通る断面の径のうち最小の径のことをいう。 In the present invention, the “major axis” of a shape refers to the largest diameter of the cross section passing through the center of the shape, and the “minor diameter” of the shape refers to the smallest of the diameters of the cross section passing through the center of the shape. This means the diameter.
磁束密度は磁性体からの距離により急速に減衰するため、磁性複合粒子が磁気センサーによって検出される場合、磁性複合粒子内の磁性体粒子は磁気センサーに近いものが磁気検出に対する寄与率が高く、磁気センサーから遠い磁性体粒子はその寄与率が低い。磁性複合粒子形状を、長径/短径が1より大きい形状にすることで、磁性複合粒子内の磁性体粒子数は同じでも磁気検出に対する寄与率を高めることができるため、磁性体粒子数を増やさなくても検出感度を向上させることができる。また、磁性複合粒子の底面または上面が選択的に検体に結合し、磁性複合粒子が倒立した状態で検体と結合することを防ぐことができるため、より確実に磁性複合粒子を検出感度の高い状態で検体と結合させることができる。従って、分散安定性と検出感度の高い磁性複合粒子を提供することができる。 Since the magnetic flux density is rapidly attenuated by the distance from the magnetic material, when the magnetic composite particles are detected by a magnetic sensor, the magnetic particles in the magnetic composite particles are close to the magnetic sensor, and the contribution ratio to the magnetic detection is high. Magnetic particles far from the magnetic sensor have a low contribution rate. By making the shape of the magnetic composite particle larger than 1 in the major axis / minor axis, the contribution to magnetic detection can be increased even if the number of magnetic particles in the magnetic composite particle is the same, so the number of magnetic particles is increased. Even without this, the detection sensitivity can be improved. In addition, the bottom or top surface of the magnetic composite particles can be selectively bonded to the specimen, and the magnetic composite particles can be prevented from binding to the specimen in an inverted state. Can be combined with the analyte. Therefore, magnetic composite particles having high dispersion stability and detection sensitivity can be provided.
さらに、本発明の磁性複合粒子は、前記磁性体粒子を内包する前記有機高分子材料は、その外形形状の長径/短径が1より大きく、前記有機高分子材料の短径と交わる表面である底面および上面の少なくとも一方に、検体との選択性結合基が付加されていることを特徴とする。 Further, in the magnetic composite particle of the present invention, the organic polymer material enclosing the magnetic particle is a surface where the major axis / minor axis of the outer shape is larger than 1 and intersects the minor axis of the organic polymer material. A selective binding group to the specimen is added to at least one of the bottom surface and the top surface.
これによれば、より簡便に分散安定性と検出感度の高い磁性複合粒子を提供することができる。 According to this, it is possible to provide magnetic composite particles with high dispersion stability and high detection sensitivity more easily.
さらに、本発明の磁性複合粒子は、前記側面は親水性であることを特徴とする。 Furthermore, the magnetic composite particle of the present invention is characterized in that the side surface is hydrophilic.
本発明において、親水性とは、純水の接触角が40°以下のことをいう。 In the present invention, “hydrophilic” means that the contact angle of pure water is 40 ° or less.
これによれば、検体と側面の結合性が低く、より倒立防止効果が高く、検出感度の高い磁性複合粒子を提供することができる。 According to this, it is possible to provide magnetic composite particles having a low binding property between the specimen and the side surface, a higher inversion prevention effect, and a high detection sensitivity.
本発明は、分散安定性と検出感度の高い磁性複合粒子を提供することができる。 The present invention can provide magnetic composite particles having high dispersion stability and high detection sensitivity.
以下、本発明を実施するための形態を説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described. This embodiment is an example for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to this embodiment.
(磁性複合粒子の基本構成)
本実施形態の磁性複合粒子6の模式図を図1に示す。磁性複合粒子6は、磁性体粒子8と磁性体粒子8を内包する有機高分子材料7とを含んで構成されている。磁性体粒子8を内包する有機高分子材料7は、その外形形状の長径/短径が1より大きい形状を有しており、磁性複合粒子6は長径/短径が1より大きい形状を有している。有機高分子材料7および磁性複合粒子6の形状は、例えば略円盤状や回転楕円体形状である。有機高分子材料7の短径と交わる表面である底面15および上面16の少なくとも一方には、検体3との選択性結合基14が付加されており、磁性複合粒子6は、短径12と交わる表面である底面15及び上面16の少なくとも一方が、長径13と交わる表面である側面17よりも検体との結合性が高くなっている。選択性結合基14は、有機高分子材料7の表面(磁性複合粒子6の側面17)に存在する表面官能基よりも検体との結合性が高い。磁性複合粒子6の側面と検体3の結合をより低減するために、磁性複合粒子6の側面17は親水性であることが好ましい。ここで、親水性とは、純水の接触角が40°以下のことをいう。
(Basic composition of magnetic composite particles)
A schematic diagram of the
ここで、検体3は、例えば、結合可能なリガンドを有する受容体タンパク質、接着タンパク質、抗原または抗体などのように、タンパク質間相互作用が可能なタンパク質であり、疾患と関連するものである。そのようなものには、その存在量の増減が疾患の存在を示唆するタンパク質のように、疾患の診断に使用可能なタンパク質が含まれ、上皮増殖因子(EGF)、血小板由来増殖因子(PDGF)、脳由来増殖因子(BDGF)または血管内皮増殖因子(VEGF)などの増殖因子、フィブロネクチン、ラミニンまたはビトロネクチンなどの細胞接着因子、インスリン、ソマトスタチン、ソマトトロンビンまたは性腺刺激ホルモン放出因子などのホルモン、LDLなどのリポタンパク質、種々の腫瘍マーカーまたは抗体などが挙げられる。また、HIVまたはHBV等のウイルスや細菌あるいは癌遺伝子等のDNA/RNAを検体3とすることもできる。また、検体3は、上に例示した検体分子だけではなく、上に例示したような検体分子に結合している分子または、上に例示したような検体分子近傍に偏在している分子とすることもできる。
Here, the
(有機高分子材料)
有機高分子材料7は、公知の熱可塑性ポリマー或いは熱硬化性ポリマー或いはこれらの混合物が使用できる。熱可塑性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレン類、ポリプロピレン類、ポリエチレンプロピレン、ポリスチレン類、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレートまたはポリナフタレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン12またはナイロン4等のポリアミド類、ポリ4メチルペンテン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、アクリル・スチレン共重合体、塩素化ポリエチレン、アリル樹脂類、エチレン−酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、メタクリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル樹脂、オレフィンビニルアルコール共重合体、石油樹脂、ポリアセタール、ポリアリルスルフォン、ポリベンゾイミダゾール、ポリブチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルスルフォン、ポリケトン、ポリメチルペンテン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルフォン、ブタジエン−スチレン樹脂、ポリウレタン、ポリ塩化ビニリデン、シリコーン樹脂、ポリ酢酸ビニル、エチレンプロピレンジエン、クロロプレン、ブタジエン、ニトリルゴム、天然ゴム、アクリロニトリルブタジエンゴムまたはブチルゴム等が挙げられる。
(Organic polymer material)
As the
熱硬化性ポリマーとしては、不飽和ポリエステル系、フェノール系ポリマー、メラミン系ポリマー、ユリア系ポリマー、ジアリルフタレート系ポリマーまたはポリイミド系ポリマーなどの公知のポリマーが挙げられる。 Examples of the thermosetting polymer include known polymers such as unsaturated polyester, phenolic, melamine, urea, diallyl phthalate, and polyimide polymers.
磁性複合粒子6は、水溶液中に分散される際に沈降凝集を防止するため、比重が1に近いことが好ましい。このため、有機高分子材料7は水に対して不溶であり、比重が小さいものから選択されることが好ましい。また、水溶液中において、検体3の疎水性基と有機高分子材料7の疎水性基は、疎水性相互作用により結合しやすい。磁性複合粒子6の側面と検体3の結合をより低減するためには、有機高分子材料7として親水性の表面を得やすいポリマーを使用し、有機高分子材料7の外形表面(特に、長径と交わる表面である側面)を親水性とすることが好ましい。親水性の表面を得やすいポリマーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリウレタン、ポリアミド類が挙げられる。
The magnetic
(磁性体粒子)
磁性体粒子8は磁気センサー等で検出できる強磁性体であり、検出感度向上のため、外部磁場をかけた時の磁化(飽和磁化)が高いことが好ましく、また、分散液中での磁気凝集を低減するために、外部磁場を取り除いた時の磁化(残留磁化)が小さいことが好ましい。
(Magnetic particles)
The
このような強磁性体として、鉄、マンガン、コバルト、ニッケルまたはガドリニウム等の強磁性金属、若しくはそれらの少なくとも1つを含む合金または酸化物などが挙げられる。具体的には、鉄を主成分としコバルト、タングステン、クロム、ニッケルまたはアルミニウムなどを添加した磁石鋼、鉄と白金及び/またはネオジム及び/またはサマリウムなどとの合金、サマリウムとコバルトの合金、四三酸化鉄(Fe3O4)、CoFe2O4またはγ−三二酸化鉄(γ−Fe2O3)等の各種フェライト類などが挙げられる。また、磁性複合粒子6は水溶液中に分散されることや表面に抗体などが修飾されることから、磁性体粒子8は反応性に乏しいものが好ましく、例えば、フェライト類であり、具体的にはFe3O4(マグネタイト)が好ましい。
Examples of such ferromagnetic materials include ferromagnetic metals such as iron, manganese, cobalt, nickel, and gadolinium, or alloys or oxides containing at least one of them. Specifically, magnetic steel containing iron as a main component and added with cobalt, tungsten, chromium, nickel or aluminum, an alloy of iron and platinum and / or neodymium and / or samarium, an alloy of samarium and cobalt, Various ferrites such as iron oxide (Fe 3 O 4 ), CoFe 2 O 4, and γ-iron sesquioxide (γ-Fe 2 O 3 ) are included. Further, since the magnetic
(バイオセンサー)
磁性複合粒子6を用いたバイオセンサーの模式図を図2に示す。基板1にGMR素子やホール素子等からなるセンサー部2(磁気センサー)が設けられている。そして、センサー部2の上部に検体3が固定される。磁性複合粒子6の底面15または上面16は検体3に結合するように選択性結合基14を有しており、検体3により磁性複合粒子6が底面15または上面16で固定され、固定された磁性複合粒子6からの磁束5がセンサー部2により測定されるものである。
(Biosensor)
A schematic diagram of a biosensor using magnetic
図2は、センサー部2の表面(センシング面)に平行な成分を有する外部磁界を磁性複合粒子6に印加した場合の模式図である。磁束密度は磁性体からの距離により急速に減衰するため、磁性複合粒子6内の磁性体粒子8はセンサー部2に近いものが磁気検出に対する寄与率が高く、センサー部2から遠い磁性体粒子8はその寄与率が低い。磁性複合粒子6が底面15または上面16で固定されることで、磁性体粒子数は同じでもセンサー部2に近い位置に磁性体粒子8が存在し、寄与率が高まるため、磁性体粒子8の数を増やさなくても検出感度を向上させることができる。また、磁性複合粒子6が側面17で検体3に固定されてしまう倒立状態では、センサー部2から遠い位置の磁性体粒子8が多くなり、検出感度が低下する。磁性複合粒子6は、底面15および上面16の少なくとも一方が、側面17よりも検体3との結合性が高くなっているので、磁性複合粒子6の底面15または上面16が選択的に検体3に結合し、磁性複合粒子6が倒立した状態で検体3と結合することを防ぐことができるため、より確実に磁性複合粒子6を検出感度の高い状態で検体と結合させることができる。
FIG. 2 is a schematic diagram when an external magnetic field having a component parallel to the surface (sensing surface) of the
(選択性結合基)
選択性結合基14は特に限定されないが、例えば、アルデヒド基、アミノ基などの活性な官能基である。アミノ基の導入箇所は正電荷を帯びているため、負電荷をもつ検体3と静電的相互作用により結合することができる。例えば、アミノ基の導入方法として、アミノアルキルシランによる処理、窒素雰囲気下でのプラズマ処理、アミノ基含有高分子物質のコーティングまたはポリ‐L−リジンなどのコーティングが挙げられる。
(Selective linking group)
The selective
(製造方法)
磁性複合粒子6の製造方法は特に制限されないが、例えば、図3に示すように、球形磁性複合粒子9を合成する合成工程と、ガラス基板11aへ球形磁性複合粒子9を塗布する塗布工程と、加熱プレス工程で作製することができる。より具体的には以下の方法で作製することができる。
(Production method)
The method for producing the magnetic
(合成工程)
まず、磁性体粒子8を含有した球形磁性複合粒子9を作製する。これらは、公知の技術を使用して作製することができる。重合開始剤である過酸化ラウロイルをスチレンモノマーに溶解し、これに市販のFe3O4を分散した分散体を作製する。次に撹拌器を付けた容器に純水とFe3O4を分散した分散体を入れ、攪拌しながら60℃程度の温度で20時間程度重合を行ない、球形磁性微粒子9を合成する。重合した球形磁性微粒子9は磁気分離により分離精製を行なう。これにより、磁性体粒子8としてのFe3O4を有機高分子7としてのポリスチレンが内包する球形磁性微粒子9が合成される。
(Synthesis process)
First, spherical magnetic
(塗布工程)
合成工程で作製した球形磁性複合粒子9をエタノールに分散し、選択性結合基14の導入処理を施した平坦なガラス基板11aへ塗布、乾燥して球形磁性複合粒子9の単層を形成する。
(Coating process)
The spherical magnetic
(加熱プレス工程)
球形磁性複合粒子9を塗布したガラス基板11aに、選択性結合基14の導入処理を施したガラス基板11bを重ね合わせ、ポリスチレンの軟化点温度である100℃まで加熱してプレスを行なうことで、底面15および上面16に選択性結合基14が転写された磁性複合粒子6を形成できる。このように、有機高分子材料7の底面15および上面16の少なくとも一方に検体との選択性結合基14が付加されている磁性複合粒子6は、簡便な方法により製造することができる。
(Hot press process)
By superposing the
以上説明した磁性複合粒子6は適宜変更することが可能である。例えば、上述した磁性複合粒子6は、有機高分子材料7の底面15および上面16の少なくとも一方に、検体との選択性結合基14が付加されているものであるが、有機高分子材料の底面および上面の少なくとも一方を物理的に加工して表面状態を変化させることで、選択性結合基14を付加することなく、磁性複合粒子の底面及び上面の少なくとも一方が側面よりも検体との結合性が高くなるようにしてもよい。
The magnetic
1 基板
2 センサー部
3 検体
4 磁性複合粒子
5 磁束
6 磁性複合粒子
7 有機高分子材料
8 磁性体粒子
9 球形磁性複合粒子
11a ガラス基板
11b ガラス基板
12 短径
13 長径
14 選択性結合基
15 底面
16 上面
17 側面
18 磁性ポリマー粒子
DESCRIPTION OF
Claims (3)
短径と交わる表面である底面及び上面の少なくとも一方が、長径と交わる表面である側面よりも検体との結合性が高いことを特徴とする磁性複合粒子。 Including a magnetic particle and an organic polymer material enclosing the magnetic particle, wherein the major axis / minor axis has a shape larger than 1.
A magnetic composite particle, wherein at least one of a bottom surface and a top surface, which are surfaces intersecting with a minor axis, has a higher binding property to a specimen than a side surface, which is a surface intersecting with a major axis.
前記有機高分子材料の短径と交わる表面である底面および上面の少なくとも一方に、検体との選択性結合基が付加されていることを特徴とする請求項1に記載の磁性複合粒子。 The organic polymer material containing the magnetic particles has a major axis / minor axis greater than 1 in its outer shape,
2. The magnetic composite particle according to claim 1, wherein a selective binding group to a specimen is added to at least one of a bottom surface and an upper surface, which are surfaces intersecting with the minor axis of the organic polymer material.
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