JP2022521672A - 単分子定量検出方法及び検出システム - Google Patents
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Abstract
Description
(1) 単分子標識技術により、被検分子に蛍光分子または光シグナル、電気シグナル、磁気シグナル等を有するナノ材料を直接的にマーキングし、その後、極めて高精度な光、電気、磁気検出装置(例えば、単分子蛍光応答を実現できる全反射顕微鏡、近接場光学顕微鏡、エアリーディスクフォーカス検出装置(特許文献1に記載の、米国Singulex社製SMC技術で用いられている光学装置)、単ナノ粒子検出を実現できる電子顕微鏡等)を用いて検出する。これらの検出装置は、数個の蛍光分子信号または単一の蛍光分子信号を識別する必要があるため、装置の精度に対する要求が非常に高く、装置コストが非常に高くなり、これらの技術の科学研究分野および医療診断分野への適用を著しく阻害する。
(1) 標的分子に結合可能な捕捉抗体を固相担体に固定し、捕捉抗体を標的分子の第1部位に結合させてサンプル中の標的分子を捕捉する工程、
(2) 標的分子の第2部位に結合する検出抗体を添加し、次いで、検出抗体に直接的または間接的に結合可能なインサイチュシグナル増強ナノ粒子を添加する工程、又は
検出抗体をインサイチュシグナル増強ナノ粒子に結合させて複合体を形成してから、該複合体を添加する工程、
(3) 光学イメージング装置を用いて、前記インサイチュシグナル増強ナノ粒子によって放出された光信号を検出する工程、及び、
(4) インサイチュシグナル増強ナノ粒子の個数をカウントし、さらに計算してサンプル中の標的分子の濃度情報を得る工程
を含む、単分子定量的検出分析方法であって、
工程(2)において、インサイチュシグナル増強ナノ粒子は、発光材料及びナノ粒子担体を含み、且つ180~480nmの粒径を有する、単分子定量的検出分析方法を提供している。
本願発明の第1実施形態は、以下の通りである。
(2) 標的分子の第2部位に結合する検出抗体を添加し、次いで、検出抗体に直接的または間接的に結合可能なインサイチュシグナル増強ナノ粒子を添加する工程、又は
検出抗体をインサイチュシグナル増強ナノ粒子に結合させて複合体を形成してから、該複合体を添加する工程、
(3) 光学イメージング装置を用いて、前記インサイチュシグナル増強ナノ粒子によって放出された光信号を検出する工程、及び、
(4) インサイチュシグナル増強ナノ粒子の個数をカウントし、さらに計算してサンプル中の標的分子の濃度情報を得る工程
を含む、単分子定量的検出分析方法であって、
工程(2)において、インサイチュシグナル増強ナノ粒子は、発光材料及びナノ粒子担体を含み、且つ180~480nmの粒径を有する、単分子定量的検出分析方法を提供した。
本願発明の第2実施形態は、以下の通りである。
インサイチュシグナル増強ナノ粒子を検出抗体に結合させて複合体を形成してから、該複合体をサンプルに添加して、該複合体をサンプル中の標的分子の第2部位に結合させる工程、
(2) 標的分子に結合可能な捕捉抗体を固相担体に固定し、次いで、前記捕捉抗体を前記標的分子の第1部位に結合させて標的分子を捕捉する工程、
(3) 光学イメージング装置を用いて、前記インサイチュシグナル増強ナノ粒子から放出された光信号を検出する工程、及び、
(4) インサイチュシグナル増強ナノ粒子の個数をカウントし、さらに計算してサンプル中の標的分子の濃度情報を得る工程
を含む、単分子定量的検出分析方法であって、
工程(1)において、インサイチュシグナル増強ナノ粒子は、発光材料及びナノ粒子担体を含み、且つ180~480nmの粒径を有する、単分子定量的検出分析方法を提供している。
本願発明の第3実施形態は、以下の通りである。
(2) 標的分子の第2配列に相補し得る検出プローブを添加して、捕捉プローブ-標的分子-検出プローブの3本鎖ハイブリッドを形成し、次いで、検出プローブに直接的または間接的に結合可能なインサイチュシグナル増強ナノ粒子を添加する工程、又は
検出プローブをインサイチュシグナル増強ナノ粒子に結合させて複合体を形成してから、該複合体を添加する工程、
(3) 光学イメージング装置を用いて、前記インサイチュシグナル増強ナノ粒子によって放出された光信号を検出する工程、及び、
(4) インサイチュシグナル増強ナノ粒子の個数をカウントし、さらに計算してサンプル中の標的分子の濃度情報を得る工程、
を含む、単分子定量的検出分析方法であって、
工程(2)において、インサイチュシグナル増強ナノ粒子は、発光材料及びナノ粒子担体を含み、且つ180~480nmの粒径を有する、単分子定量的検出分析方法を提供している。
本願発明の第4実施形態は、以下の通りである。
インサイチュシグナル増強ナノ粒子を検出プローブに結合させて複合体を形成してから、該複合体をサンプル中の標的分子の第2配列に相補的にする工程、
(2) 標的分子に結合可能な捕捉プローブを固相担体に固定し、次いで、前記捕捉プローブは前記標的分子の第1配列に相補的にして、該捕捉プローブによって標的分子を捕捉する工程、
(3) 光学イメージング装置を用いて、前記インサイチュシグナル増強粒子から放出された光信号を検出する工程、
(4) インサイチュシグナル増強粒子の個数をカウントし、さらに計算してサンプル中の標的分子の濃度情報を得る工程、
を含む、単分子定量的検出分析方法であって、
工程(1)において、インサイチュシグナル増強ナノ粒子は、発光材料及びナノ粒子担体を含み、且つ180~480nmの粒径を有する、単分子定量的検出分析方法を提供している。
本願発明の第5実施形態は、以下のとおりである。
(2) 励起光源と光信号収集ユニットとを含む光学イメージング装置と、
を含む、単分子定量的検出分析システムであって、
前記検出試薬は、(a)標的分子の第1部位に結合することでサンプル中の標的分子を捕捉することができる捕捉抗体と、(b)標的分子の第2部位に結合可能であり、かつインサイチュシグナル増強ナノ粒子に結合可能である検出抗体と、(c) 発光材料およびナノ粒子担体を含み、且つ180~480nmの粒径を有するインサイチュシグナル増強ナノ粒子とを含み、又は
前記検出試薬は、(a)標的分子の第1配列に結合することでサンプル中の標的分子を捕捉することができる捕捉プローブと、(b)標的分子の第2配列に結合して捕捉プローブ-標的分子-検出プローブの3本鎖ハイブリッドを形成し得る検出プローブと、(c)検出プローブに結合可能であり、発光材料およびナノ粒子担体を含み、且つ180~480nmの粒径を有するインサイチュシグナル増強ナノ粒子とを含む、
単分子定量的検出分析システムを提供している。
シリカ蛍光ナノ粒子を例にとると、各実施例及び比較例で得られたシリカ蛍光ナノ粒子を水で1000倍希釈した後、100μLを取って清浄シリコンウエハ表面に滴下し、空気で干す。その表面に小型スパッタ装置を用いて5nmの白金をスパッタ堆積し、SEM (日立ハイテクノロジーズ社製SU3900)を用いてイメージング分析を行い、粒径を求めた。
単分子イメージングは、通常の蛍光顕微鏡、例えば、ニコンEclipse Ti-U蛍光顕微鏡を用いて行うが、他のニコンEclipse Tiシリーズの蛍光顕微鏡、ライカDMi8蛍光顕微鏡等を用いてもよい。
本願発明において、単分子計数モードと蛍光強度積分モードとを併用することにより、検出マーカーの検量線のダイナミックレンジを著しく向上させることができる。具体的な実施方法は、以下の通りである。
被検分子の濃度がある閾値を超えると、1つの磁気ビーズ表面に1つ以上の被検分子が結合している可能性があり、単分子信号が重なりやすくなり、検出結果にばらつきが生じるため、蛍光強度積分モードを用いることがより好適である。
トシル活性化M280磁気ビーズ(Thermo)、捕捉抗体(Hytest19C7)、検出抗体(Hytest16A11)、シランカップリング剤(APTES)、アンモニア水、オルトケイ酸エチル(TEOS)、フルオレセインイソチオシアネート(FITC)、コハク酸無水物、被検血清サンプル、PBS緩衝液、Buffer C (3mM (NH4)2SO4を10mM PBS緩衝液に溶解し、pH =7.4)、Buffer D (0.01% NaCl、0.5% BSAを10mM PBSに溶解し、pH =7.4)、Buffer E (0.0088% NaCl、0.1% BSAを10mM PBSに溶解し、pH =7.4)、N-ヒドロキシスクシンイミド(NHS)、1- (3-ジメチルアミノプロピル) -3-エチルカルボジイミド塩酸塩(EDC)、微小球保存液、サンプル希釈液、PBS洗浄液。
2.1、シリカ蛍光ナノ粒子の合成及び表面カルボキシル化修飾
(1) 平底のプラスチック製合成フラスコに、無水エタノール16.5mL、アンモニア水1.2mL、超純水0.9mL、TEOS 0.7 mL、APTES 0.3μL、FITC 0.6 mgを加えて均一に混合させる。回転数400rpmで5時間、50℃で撹拌し、無水エタノール20mLで洗浄(5回)して遠心した後、FITCを内包したシリカ微小球を得て、無水エタノール20mLに懸濁させた。
(1) 30mg/mLのトシル活性化M280磁気ビーズ166.6μLを取り、10mM PBS緩衝液で5回洗浄し、バッファーを取り除いた。
(1) 10μLのシリカ蛍光ナノ粒子を取り、40μLのPBS緩衝液を添加して1分間超音波処理した。
検量線の作成
(1) cTnI抗原の濃度をウシ胎児血清を用いて、それぞれ0、0.01、0.1、0.5、1、5、10、100pg/mLに希釈した。
検量線の結果
検出結果を図3に示す。この実施例では、cTnIの検出範囲が30 fg/mL~10 ng/mLであり、この区間内で単分子信号数(即ち、CPN)とサンプル濃度とが良好な直線関係にあり、その検出下限が30 fg/mLである。
1.1、シリカ蛍光ナノ粒子の合成及び表面カルボキシル化修飾
(1) 平底のプラスチック製合成フラスコに、無水エタノール16.5mL、アンモニア水1.2mL、超純水0.9mL、TEOS 0.5 mL、APTES 0.3μL、FITC 0.6 mgを加えて均一に混合させる。回転数400rpmで50℃で5時間撹拌し、無水エタノール20mLで洗浄(5回)し、遠心分離した後、FITCを内包したシリカ微小球を得て、これを無水エタノール20mLに懸濁させた。
実施例1と同様にした。
粒子径150nmの表面カルボキシル化されたシリカ蛍光ナノ粒子をとる以外は、実施例1と同様にした。
検量線の作成
実施例1と同様にした。
図4から、150nmの粒径を有するシリカ蛍光ナノ粒子を用いると、検出装置で蛍光シグナルが全く検出されず、該サイズを有するシリカ蛍光ナノ粒子は単分子定量検出に使用できないことが分かる。試薬はサンプルに全く応答しないため、臨床検査は行わなかった。
1.1、シリカ蛍光ナノ粒子の合成及び表面カルボキシル化修飾
(1) 平底のプラスチック製合成フラスコに、無水エタノール16.5mL、アンモニア水1.0mL、超純水0.9mL、TEOS 1.2 mL、APTES 0.3μL、FITC 0.6 mgを加えて均一に混合させる。回転数400rpmで50℃で5時間撹拌し、無水エタノール20mLで洗浄(5回)し、遠心分離した後、FITCを内包したシリカ微小球を得て、これを無水エタノール20mLに懸濁させた。
実施例1と同様にした。
粒子径500nmの表面カルボキシル化されたシリカ蛍光ナノ粒子をとる以外は、実施例1と同様にした。
検量線の作成
実施例1と同様にした。
検出結果は、図5の通りである。図5から、比較例2では、cTnIの検出下限がただ0.1ng/mL(すなわち、100pg/mL)であり、感度が劣ることが分かる。比較例2は、粒子径500nmの粒子を使用しているため、検出感度が実施例1よりもはるかに低かった。
1、調製方法
1.1、シリカ蛍光ナノ粒子の合成及び表面カルボキシル化修飾
(1) 平底のプラスチック製合成フラスコに、無水エタノール16.5mL、アンモニア水1.0mL、超純水0.9mL、TEOS 0.7 mL、APTES 0.3μL、FITC 0.6 mgを加えて均一に混合させる。回転数400rpmで50℃で5時間撹拌し、無水エタノール20mLで洗浄(5回)し、遠心分離した後、FITCを内包したシリカ微小球を得て、これを無水エタノール20mLに懸濁させた。
実施例1と同様にした。
粒子径350nmの表面カルボキシル化されたシリカ蛍光ナノ粒子をとる以外は、実施例1と同様にした。
検量線の作成
実施例1と同様にした。
検出結果は図6の通りである。図6から、実施例2ではcTnIの検出下限が80fg/mLであり、感度に優れることが分かった。
表面カルボキシル化されたシリカ蛍光ナノ粒子の粒径が160nmであること以外は、実施例1と同様にして、その検出下限に関する結果は比較例1と同じであった。
表面カルボキシル化されたシリカ蛍光ナノ粒子の粒子径が180nmであること以外は、実施例1と同様に操作し、その結果を表1に示す。
表面カルボキシル化されたシリカ蛍光ナノ粒子の粒子径が250nmであること以外は、実施例1と同様に操作し、その結果を表1に示す。
表面カルボキシル化されたシリカ蛍光ナノ粒子の粒子径が295nmである以外は、実施例1と同様に行い、その結果を表1に示した。
表面カルボキシル化されたシリカ蛍光ナノ粒子の粒子径が300nmであること以外は、実施例1と同様に操作し、その結果を表1に示す。
表面カルボキシル化されたシリカ蛍光ナノ粒子の粒子径が400nmであること以外は、実施例1と同様に操作し、その結果を表1に示す。
表面カルボキシル化されたシリカ蛍光ナノ粒子の粒径が450nmであること以外は、実施例1と同様に操作し、その結果を表1に示す。
表面カルボキシル化されたシリカ蛍光ナノ粒子の粒子径が480nmであること以外は、実施例1と同様に操作し、その結果を表1に示す。
固相担体と捕捉抗体との共有結合によるカップリング工程において、トシル基活性化磁気ビーズをトシル基活性化ガラスチップに代えた以外は、実施例1と同様にして、その結果を表1に示す。
単分子イメージングのデータを処理する工程において、全濃度区間に亘って、単分子計数モードと蛍光強度積分モードの併用を単分子計数モードに代えたこと以外は、実施例1と同様にしたところ、図7に示すように、実施例1に比べて検出上限が低下し、検出ダイナミックレンジが小さくなる。
単分子イメージング工程において、ニコンEclipse Ti-UをライカDMi8蛍光顕微鏡に代えた以外は、実施例1と同様に操作し、その結果を表1に示す。
実施例1の手順2.3及び3.1において、検出抗体とシリカ蛍光ナノ粒子の複合体をあらかじめ形成せず、ビオチンで修飾した検出抗体を先に被検分子の2番目部位に結合させるように添加し、その後、ストレプトアビジンで修飾したシリカ蛍光ナノ粒子を添加したこと以外は、実施例1と同様に操作して、その結果を表1に示した。
1、実験成分
トシル活性化M280磁気ビーズ(Thermo)、IL-6捕捉抗体(Medix2703)、IL-6検出抗体(Medix2704)、アクリルアミド、N,N-メチレンビスアクリルアミド、アクリル酸、ヘキサン、スルホコハク酸オクチルナトリウム、ポリオキシエチレンラウリルエーテル35(Brij35)、亜硫酸水素ナトリウム、過硫酸アンモニウム(開始剤)、テトラメチルエチレンジアミン、アクリルアミド- (PEG)8-フルオレセイン、1- (3-ジメチルアミノプロピル) -3-エチルカルボジイミド塩酸塩(EDC)、N-ヒドロキシスクシンイミド(NHS)、エタノール、被検血清、PBS緩衝液、Buffer C (3mM (NH4)2SO4が溶解した10mM PBS緩衝液、pH =7.4)、Buffer D (0.01% NaCl、0.5% BSAが溶解した10mM PBS緩衝液、pH =7.4)、Buffer E (0.0088% NaCl、0.1% BSAが溶解した10mM PBS緩衝液、pH =7.4)、N-ヒドロキシスクシンイミド(NHS)、1- (3-ジメチルアミノプロピル) -3-エチルカルボジイミド塩酸塩(EDC)、蛍光粒子保管液、サンプル希釈液、PBS洗液
2、調製方法
2.1、カルボキシル化ポリアクリルアミド蛍光ナノ粒子の合成、及び検出抗体との複合体の合成
(1) 23%アクリルアミド、3% N,N-メチレンビスアクリルアミド、2%アクリル酸、1%アクリルアミド- (PEG)8-ルシフェリンを含む10mM PBS緩衝液1mLをヘキサン20mLに添加し、次いで2% Brij-35を添加し、室温で回転数1000rpmで一晩撹拌した。10%亜硫酸ナトリウム溶液50μL、10%過硫酸アンモニウム24μLおよびテトラメチルエチレンジアミン12μLを加えた。室温で2時間撹拌を続ける。ヘキサンを室温で完全に揮発させ、揮発後に残ったポリアクリルアミド蛍光粒子を10mM PBS緩衝液で再懸濁し、界面活性剤および残存モノマーを100kD限外ろ過管(Millipore)で濾過した。再度10mM PBS緩衝液100μLを用いて、再懸濁した。
(1) 30mg/mLのトシル活性化M280磁気ビーズ166.6μLを取り、10mM PBS緩衝液で5回洗浄し、バッファーを取り除いた。
3.1、ポリアクリルアミド蛍光ナノ粒子の粒径測定
得られたポリアクリルアミド蛍光ナノ粒子を純水で1000倍希釈し、マルバーン粒度分析計を用いて粒子の粒子径を測定した。
(1) 牛胎児血清を用いてIL-6抗原の濃度をそれぞれ0、0.01、0.1、0.5、1、5、10、50、100pg/mLに希釈した。
4.1、ポリアクリルアミド蛍光ナノ粒子の粒径測定結果
ポリアクリルアミド蛍光ナノ粒子のマルバーン粒度分析器で測定した粒子径は220nmであった。
IL-6抗原の検出結果を図8に示す。図8から、0.01pg/mLの希釈サンプルがバックグラウンドと明らかに区別できることがわかり、計算すると、本実施例の検出下限は0.006 pg/mL (すなわち6fg/mL)である。このことから、本願発明の検出方法は、感度が極めて優れていることがわかる。
実施例14において、捕捉抗体をMedix 2703からHytest 16A11 (すなわち、cTnI抗原に対する捕捉抗体)に、検出抗体をMedix 2704からHytest 19C7 (すなわち、cTnI抗原に対する検出抗体)に、被検分子をIL-6抗原からcTnI抗原に代えた以外は、実施例14と同様にした。cTnI抗原の検出結果を図9に示す。図9から、0.01pg/mLの希釈サンプルがバックグラウンドと明らかに区別できることがわかり、計算すると、本実施例の検出下限は0.008 pg/mL(すなわち8fg/mL)である。このことから、本願発明の検出方法は、感度が極めて優れていることがわかる。
表面カルボキシル化されたポリアクリルアミド蛍光ナノ粒子の粒径が300nmであること以外は、実施例15と同様にした。cTnI抗原の検出結果を図10に示す。図10から、0.01pg/mLの希釈サンプルがバックグラウンドと明らかに区別できることがわかり、計算すると、本実施例の検出下限は0.020 pg/mL(すなわち20fg/mL)である。このことから、本願発明の検出方法は、感度が優れていることがわかる。
1、実験成分
トシル活性化M280磁気ビーズ(Thermo)、捕捉抗体(Hytest 16A11)、検出抗体(Hytest 19C7)、ストレプトアビジン(SA、Roche)、アクリルアミド、アクリルアミド- (PEG)8-ビオチン、アクリルアミド- (PEG)8-フルオレセイン。
2.1、一次ポリアクリルアミド蛍光粒子の合成およびカルボキシル化修飾
(1) 23%アクリルアミド、3% N,N-メチレンビスアクリルアミド、2%アクリル酸、1%アクリルアミド- (PEG)8-ビオチン及び1%アクリルアミド- (PEG)8-フルオレセインを含む10mM PBS緩衝液1mLをヘキサン20mLに加え、4% Brij-35を加え、室温で1200rpmで一晩撹拌した。10%亜硫酸ナトリウム溶液50μL、10%過硫酸アンモニウム24μLおよびテトラメチルエチレンジアミン12μLを加えた。室温で2時間撹拌を続ける。ヘキサンを室温で完全に揮発させ、揮発後に残ったポリアクリルアミド蛍光粒子を10mM PBS緩衝液で再懸濁し、100kD限外濾過チューブを用いて界面活性剤と残存モノマーを濾別した。100μLの10mM PBS緩衝液を用いて再懸濁した。
(1) 23%アクリルアミド、3% N,N-メチレンビスアクリルアミド、2%アクリル酸、1%アクリルアミド- (PEG)8-ルシフェリンを含む10mM PBS緩衝液1mLをヘキサン20mLに加え、4% Brij-35を加え、室温で1200rpmの回転数で一晩撹拌した。10%亜硫酸ナトリウム溶液50μL、10%過硫酸アンモニウム24μLおよびテトラメチルエチレンジアミン12μLを加えた。室温で2時間撹拌を続ける。ヘキサンを室温で完全に揮発させ、揮発後に残ったポリアクリルアミド蛍光粒子を10mM PBS緩衝液で再懸濁し、100kD限外濾過チューブを用いて界面活性剤と残存モノマーを濾別した。100μLの10mM PBS緩衝液を用いて再懸濁した。
実施例1と同様にした。
3.1、ポリアクリルアミド蛍光粒子の粒径測定
1次および2次ポリアクリルアミド蛍光粒子について、それぞれ純水で2000倍に希釈し、マルバーン粒度分析計を用いて粒子径を測定した。二次ポリアクリルアミド蛍光粒子(すなわち、1次粒子をコアとし、2次粒子をシェルとするクラスター粒子)の粒子径は、1次粒子に対して過剰の2次粒子を採取し、1次粒子と反応させる。得られた二次粒子について、マルバーン粒度分析計で粒子径を測定した結果、2つのピークが得られ、大きい方のピークを二次粒子の粒子径とする。
(1)ウシ胎児血清を用いて、cTnI抗原の濃度を0、0.01、0.1、0.5、1、5、10、50、100pg/mLに希釈した。
4.1、ポリアクリルアミド蛍光粒子の粒径
1次および2次ポリアクリルアミド蛍光粒子の粒径はいずれも約80nmであり、二次ポリアクリルアミド蛍光粒子の粒径は約250nmであった。
cTnI抗原の検出結果を図11に示す。図11から、0.005 pg/mLの希釈サンプルがバックグラウンドと明らかに区別できることがわかり、計算すると、本実施例の検出下限は0.002 pg/mL(すなわち2fg/mL)である。このことから、本願発明の検出方法は、感度が極めて優れていることがわかる。
実施例14において、3.2(2)におけるインキュベーション時間を30分間から3分間に短縮し、3.2(3)におけるインキュベーション時間を15分間から2分間に短縮した以外は、実施例14と同様にした。
実施例15において、3.2(2)におけるインキュベーション時間を30分間から3分間に短縮し、3.2(3)におけるインキュベーション時間を15分間から2分間に短縮した以外は、実施例15と同様にした。
量子ドット(Qdot 605、Thermo)、表面カルボキシル化ポリスチレン微小球(粒子径210nm、Hangzhou weizhu生物)
2.1、ポリスチレン蛍光ナノ粒子
(1) 表面カルボキシル化ポリスチレン微小球0.1gを秤量して0.25% SDS5 mLに分散させ、Qdot 605およびジクロロメタン1mLを加え、超音波機を用いて室温で1時間超音波処理を行った。
実施例1と同様にした。
(1) (2.1)で作製したポリスチレン蛍光ナノ粒子を5μL取り、PBS緩衝液40μLを加え1分間超音波処理を行った。
検量線の作成
3.1(3)において、検出抗体が結合されたポリスチレン蛍光ナノ粒子を加える以外は、実施例1と同様にした。
検出結果を図16に示す。図16から、この実施例では、cTnIの検出範囲が50fg/mL~100pg/mLであり、この区間で単分子の信号数とサンプルの濃度は良好な直線関係にあり、その検出下限は約50fg/mLであることが分かる。
実施例1の3.1及び3.2において、検出抗体が結合されたシリカ蛍光ナノ粒子を臨床サンプルと反応させ、その後、捕捉抗体が標識した磁気ビーズを加える以外は、実施例1と同様にして、その結果を表1に示す。
低吸着スライドガラス(Thermo)、捕捉プローブ(上海生合成、配列は下記を参照)、検出プローブ(上海生合成、配列は下記を参照)、鋳型DNA(上海生合成、配列は下記を参照のこと)、シランカップリング剤(APTES)、アンモニア水、オルトケイ酸エチル(TEOS)、フルオレセインイソチオシアネート(FITC)、コハク酸無水物、二末端カルボキシル化ポリエチレングリコール、PBS緩衝液、
捕捉プローブ配列:NH2-TTTTTTTTTTTGTGTGACATGTTCTAATATAGTCACAT
検出プローブ配列:TCTGATATAATCTTGTACAGTGTGTTTTTTTTTT-NH2
鋳型DNA配列:
CACACTGTACAAGATTATATCAGAATGTGACTATATTAGAACATGTCACAC
2.1、シリカ蛍光ナノ粒子の合成及び表面カルボキシル化修飾
実施例1と同様にした。
(1) 低吸着スライドガラス(Thermo)を取り出し、超純水で超音波処理を1時間行い、無塵条件下で70℃で12時間乾燥した。スライドガラス表面をプラズマ洗浄機で洗浄し、スライドガラスの表面に高活性を有する水酸基が生成された。
(1) シリカ蛍光ナノ粒子10μLを取り、PBS緩衝液40μLを加え、超音波処理を1分間行った。
検量線の作成
(1) サンプル希釈液を用いて、鋳型DNA分子の濃度をそれぞれ0、1、10、50、100、1000pMに希釈した。
検出結果を図17に示す。図17から、本実施例では、鋳型DNA分子の検出下限が0.5pMであり、PCR検出感度に近いことがわかる。
Claims (14)
- (1) 標的分子に結合可能な捕捉抗体を固相担体に固定し、捕捉抗体を標的分子の第1部位に結合させてサンプル中の標的分子を捕捉する工程、
(2) 標的分子の第2部位に結合する検出抗体を添加し、次いで、検出抗体に直接的または間接的に結合可能なインサイチュシグナル増強ナノ粒子を添加する工程、又は
検出抗体をインサイチュシグナル増強ナノ粒子に結合させて複合体を形成してから、該複合体を添加する工程、
(3) 光学イメージング装置を用いて、前記インサイチュシグナル増強ナノ粒子によって放出された光信号を検出する工程、及び、
(4) インサイチュシグナル増強ナノ粒子の個数をカウントし、さらに計算してサンプル中の標的分子の濃度情報を得る工程
を含む、単分子定量的検出分析方法であって、
工程(2)において、前記インサイチュシグナル増強ナノ粒子は、発光材料及びナノ粒子担体を含み、且つ180~480nmの粒径を有する、単分子定量的検出分析方法。 - (1) 検出抗体をサンプル中の標的分子の第2部位に結合させ、次いで、前記検出抗体に直接的又は間接的に結合できるインサイチュシグナル増強ナノ粒子を添加する工程、又は
インサイチュシグナル増強ナノ粒子を検出抗体に結合させて複合体を形成してから、該複合体をサンプルに添加して、該複合体をサンプル中の標的分子の第2部位に結合させる工程、
(2) 標的分子に結合可能な捕捉抗体を固相担体に固定し、次いで、前記捕捉抗体を前記標的分子の第1部位に結合させて標的分子を捕捉する工程、
(3) 光学イメージング装置を用いて、前記インサイチュシグナル増強ナノ粒子から放出された光信号を検出する工程、及び、
(4) インサイチュシグナル増強ナノ粒子の個数をカウントし、さらに計算してサンプル中の標的分子の濃度情報を得る工程
を含む、単分子定量的検出分析方法であって、
工程(1)において、前記インサイチュシグナル増強ナノ粒子は、発光材料及びナノ粒子担体を含み、且つ180~480nmの粒径を有する、単分子定量的検出分析方法。 - 前記インサイチュシグナル増強ナノ粒子が、200~450nm、好ましくは200~350nm、さらに好ましくは220~350nmの粒径を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の単分子定量的検出分析方法。
- 前記標的分子は、タンパク質、多糖類、または生物活性を有する小分子を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の単分子定量的検出分析方法。
- 前記工程(4)において、以下の方法を用いて、前記サンプル中の前記標的分子の濃度を算出することを特徴とし、
前記方法において、生成された画像中のインサイチュシグナル増強ナノ粒子によって形成された輝点の個数を直接的に分析・統計し、輝点の個数をサンプル中の標的分子の濃度情報に直接的または間接的に換算し;又は
生成された画像中のインサイチュシグナル増強ナノ粒子によって形成された輝点の面積を統計・積分し、積分結果を各インサイチュシグナル増強ナノ粒子によって形成された輝点の面積を平均化した平均面積で割ることで、インサイチュシグナル増強ナノ粒子の近似個数に換算し、さらに、その数値を標的分子のサンプルにおける濃度情報に換算する、請求項1または2に記載の単分子定量的検出分析方法。 - 前記固相担体は、磁気ビーズ、マルチウェルプレート、遠心チューブ、チップ、マイクロスケール微小球、ナノスケール微小球などであり、前記インサイチュシグナル増強ナノ粒子における発光材料は、フルオレセインまたは量子ドットであり、前記インサイチュシグナル増強ナノ粒子におけるナノ粒子担体は、シリカ、ポリアクリルアミド、ポリスチレンまたはポリメチルメタクリレートであり、前記工程(4)において、単分子計数モードと蛍光強度積分モードとを併用することを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載の単分子定量的検出分析方法。
- (1) 標的分子に結合可能な捕捉プローブを固相担体に固定し、前記捕捉プローブは、標的分子の第1配列と相補的であり、該捕捉プローブによってサンプル中の標的分子を捕捉する工程、
(2) 標的分子の第2配列に相補し得る検出プローブを添加して、捕捉プローブ-標的分子-検出プローブの3本鎖ハイブリッドを形成し、次いで、検出プローブに直接的または間接的に結合可能なインサイチュシグナル増強ナノ粒子を添加する工程、又は
検出プローブをインサイチュシグナル増強ナノ粒子に結合させて複合体を形成してから、該複合体を添加する工程、
(3) 光学イメージング装置を用いて、前記インサイチュシグナル増強ナノ粒子によって放出された光信号を検出する工程、及び、
(4) インサイチュシグナル増強ナノ粒子の個数をカウントし、さらに計算してサンプル中の標的分子の濃度情報を得る工程、
を含む、単分子定量的検出分析方法であって、
工程(2)において、前記インサイチュシグナル増強ナノ粒子は、発光材料及びナノ粒子担体を含み、且つ180~480nmの粒径を有する、単分子定量的検出分析方法。 - (1) 検出プローブをサンプル中の標的分子の第2配列に相補的にし、次いで、検出プローブに直接的または間接的に結合可能なインサイチュシグナル増強ナノ粒子を添加する工程、又は
インサイチュシグナル増強ナノ粒子を検出プローブに結合させて複合体を形成してから、該複合体をサンプル中の標的分子の第2配列に相補的にする工程、
(2) 標的分子に結合可能な捕捉プローブを固相担体に固定し、次いで、前記捕捉プローブを前記標的分子の第1配列に相補的にして、該捕捉プローブによって標的分子を捕捉する工程、
(3) 光学イメージング装置を用いて、前記インサイチュシグナル増強粒子から放出された光信号を検出する工程、
(4) インサイチュシグナル増強粒子の個数をカウントし、さらに計算してサンプル中の標的分子の濃度情報を得る工程、
を含む、単分子定量的検出分析方法であって、
工程(1)において、前記インサイチュシグナル増強ナノ粒子は、発光材料及びナノ粒子担体を含み、且つ180~480nmの粒径を有する、単分子定量的検出分析方法。 - 前記インサイチュシグナル増強ナノ粒子が、200~450nm、好ましくは200~350nm、さらに好ましくは220~350nmの粒径を有することを特徴とする、請求項7または8に記載の単分子定量的検出分析方法。
- 前記標的分子は、DNAまたはRNAを含むことを特徴とする、請求項7または8に記載の単分子定量的検出分析方法。
- 前記工程(4)において、以下の方法でサンプル中の標的分子の濃度を算出することを特徴とし、
前記方法において、生成された画像中のインサイチュシグナル増強ナノ粒子によって形成された輝点の個数を直接的に分析・統計し、輝点の個数をサンプル中の標的分子の濃度情報に直接的または間接的に換算し;又は
生成された画像中のインサイチュシグ増強ナルナノ粒子によって形成された輝点の面積を統計・積分し、積分結果を各インサイチュシグナル増強ナノ粒子によって形成された輝点の面積を平均化した平均面積で割ることで、インサイチュシグナル増強ナノ粒子の近似個数に換算し、さらに、その数値を標的分子のサンプルにおける濃度情報に換算する、請求項7または8に記載の単分子定量的検出分析方法。 - (1) 検出試薬と、
(2) 励起光源と光信号収集ユニットとを含む光学イメージング装置と、
を含む、単分子定量的検出分析システムであって、
前記検出試薬は、(a)標的分子の第1部位に結合することでサンプル中の標的分子を捕捉することができる捕捉抗体と、(b)標的分子の第2部位に結合可能であり、かつインサイチュシグナル増強ナノ粒子に結合可能である検出抗体と、(c) 発光材料およびナノ粒子担体を含み、且つ180~480nmの粒径を有するインサイチュシグナル増強ナノ粒子とを含み、又は
前記検出試薬は、(a)標的分子の第1配列に結合することでサンプル中の標的分子を捕捉することができる捕捉プローブと、(b)標的分子の第2配列に結合して捕捉プローブ-標的分子-検出プローブの3本鎖ハイブリッドを形成し得る検出プローブと、(c)検出プローブに結合可能であり、発光材料およびナノ粒子担体を含み、且つ180~480nmの粒径を有するインサイチュシグナル増強ナノ粒子とを含む、
単分子定量的検出分析システム。 - 前記インサイチュシグナル増強ナノ粒子が、200~450nm、好ましくは200~350nm、さらに好ましくは220~350nmの粒径を有する、請求項12に記載の単分子定量的検出分析システム。
- 前記光学イメージング装置は、受光素子によって捕捉された光信号を受信し、デジタル信号に変換するためのデータ収集モジュールと、デジタル信号の変換、光学画像の形成および処理のためのデータ処理モジュールと、を含むデータ処理ユニットをさらに備えることを特徴とする、請求項12に記載の単分子定量的検出分析システム。
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