JP3522330B2 - ホルミル基を導入した樹脂製光ファイバー及びその製造方法 - Google Patents

ホルミル基を導入した樹脂製光ファイバー及びその製造方法

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JP3522330B2 JP10474494A JP10474494A JP3522330B2 JP 3522330 B2 JP3522330 B2 JP 3522330B2 JP 10474494 A JP10474494 A JP 10474494A JP 10474494 A JP10474494 A JP 10474494A JP 3522330 B2 JP3522330 B2 JP 3522330B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ホルミル基を導入した
光ファイバー及びその製造方法に関する。さらに詳しく
は、免疫測定法による生理活性物質の測定に使用できる
光ファイバーであって、特に免疫物質固定化量の再現性
が高く、大量製造の容易な免疫物質固定化用光ファイバ
ーおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術・発明が解決しようとする課題】従来よ
り、免疫測定法による生理活性物質の測定において、抗
原や抗体等の免疫物質を固定化した光ファイバーを用い
て蛍光免疫測定を行う方法が知られている。この場合、
光ファイバーの表面に免疫物質が固定化し易いように、
抗原や抗体中のアミノ基と容易に反応する架橋剤を光フ
ァイバーの表面に導入する方法が用いられている。例え
ば、WO90/13029号公報では、免疫物質固定化
樹脂製光ファイバーとして、エステル構造を有する樹脂
を主成分とする樹脂製光ファイバーのコア表面にホルミ
ル基を導入する方法が開示されている。即ち、50〜1
00mMのエタノール溶媒KOH溶液、エタノール溶媒
NiSO4 溶液およびグルタルアルデヒドの混合液中に
樹脂製光ファイバーのコア表面を浸漬して反応させるこ
とによりホルミル基を導入している。そして、光ファイ
バー表面上に導入されたホルミル基と免疫物質中のアミ
ノ基を結合させて免疫物質固定化樹脂製光ファイバーが
調製されている。
【0003】しかし、この条件下でホルミル基を導入す
る場合、グルタルアルデヒドの重合が進み過ぎるため、
光ファイバーのコア表面が白濁する傾向がある。そのた
め該光ファイバーを用いて蛍光免疫測定等を行った場
合、蛍光の伝搬損失が大きくなるという問題点が指摘さ
れている。さらに光ファイバーのコア表面へのホルミル
基の導入量も前記のグルタルアルデヒドの重合度により
異なってくるため、免疫物質の固定化量にも場所による
ばらつきが生じたり、処理条件により固定化量自体が大
きく変動したりして、固定化量の一定した免疫物質固定
化樹脂製光ファイバーの調製が困難であるという問題点
が指摘されている。
【0004】この問題を解決するための方法として、反
応条件を制御する方法もあるが、反応操作が煩雑とな
る。また、大量にファイバーを処理する場合には、条件
の制御が困難となるため、ホルミル基の導入にむらが生
じることがある。
【0005】従って、本発明の目的は、ホルミル基を光
ファイバーのコア表面に導入するに際して、かかる光伝
搬損失を小さくし、かつコア表面へのホルミル基の均一
かつ一定な導入を可能とする新たな製造方法を提供する
ことにある。本発明の他の目的は、この方法により製造
された光ファイバーのコア表面にホルミル基の導入され
た樹脂製光ファイバーを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は前記課題を
解決するために鋭意検討した。その結果、分子内に2〜
3個のアルデヒド基を有する化合物の重合物を調製し、
これを接着剤で樹脂製光ファイバーのコア表面に接着せ
しめ、硬化後にその表面を研磨することにより、容易に
ホルミル基を露出させることができること、そしてこの
ホルミル基を利用して抗原・抗体等の免疫物質を樹脂製
光ファイバーのコア表面に結合させることが可能である
ことを見出した。本発明は、これらの事実を基にさらに
研究を進めて完成するに至ったものである。
【0007】即ち、本発明の要旨は、(1) 分子内に
2〜3個のアルデヒド基を有する直鎖または分岐鎖の、
飽和または不飽和の、炭素原子数4〜10の炭素化合物
とアルカリ金属水酸化物水溶液を混合し、該混合液に水
を徐々に添加して生ずる白色沈澱を回収・洗浄・乾燥し
て重合物を得、得られた重合物を接着剤と混合した後、
これを樹脂製光ファイバーのコア表面に塗布し、硬化後
研磨することを特徴とするホルミル基を導入した樹脂製
光ファイバーの製造方法、(2) 該炭素化合物が、グ
ルタルアルデヒド又はスクシンアルデヒドである前記
(1)記載の製造方法、(3) 該接着剤が、一般式
(1)で表される化合物の1種以上である前記(1)又
は(2)に記載の製造方法、
【0008】
【化2】
【0009】(式中、Xは、ニトリル基または水素原子
を表し、Rは、メチル基、エチル基、またはプロピル基
を表わす。)(4) 重合物の接着剤に対する混合比
が、1〜10mg/mlである前記(1)、(2)又は
(3)記載の製造方法、(5) 樹脂製光ファイバーの
コア表面における、重合物と接着剤との混合物の塗布層
の厚みが0.1〜1mmである前記(1)〜(4)いず
れかに記載の製造方法、(6) 前記(1)〜(5)い
ずれかに記載の製造方法により製造されるコア表面にホ
ルミル基の導入された樹脂製光ファイバー、に関する。
【0010】本発明において用いられる化合物は分子内
に2〜3個のアルデヒド基を有する直鎖または分岐鎖
の、飽和または不飽和の、炭素原子数4〜10の炭素化
合物である。このような化合物としては、具体的には例
えばグルタルジアルデヒド、スクシンジアルデヒド等が
挙げられ、好ましくはグルタルアルデヒドである。な
お、これらの化合物は、保存中の過度の重合反応を防止
するため、通常25〜50%酸性水溶液として提供され
る。
【0011】本発明において、アルデヒド基を有する炭
素化合物の重合物は、アルカリ金属水酸化物水溶液に炭
素化合物を混合し、3倍量以上、好ましくは3〜20倍
量の水を徐々に添加して白色沈澱を生じさせ、この白色
沈澱を回収・洗浄・乾燥させることにより得られる。こ
こで使用されるアルカリ金属水酸化物としては、水酸化
カリウム、水酸化ナトリウムおよび水酸化リチウムより
なる群から選ばれた少なくとも1種が使用され、いずれ
でもよいが好ましくは水酸化カリウムである。
【0012】このアルカリ金属水酸化物の濃度は0.1
M〜5M、好ましくは0.5M〜2Mである。0.1M
未満では重合反応の進行が遅く、充分な重合物が得られ
ない。また5Mを超えると、単量体の過剰なアニオン化
による反応速度の低下、および重合物の加水分解の傾向
があり好ましくない。また、アルデヒド基を有する炭素
化合物とアルカリ金属水酸化物水溶液との混合比は、通
常2〜4:1である。
【0013】重合反応の温度は、通常0〜80℃、好ま
しくは15〜50℃で行う。重合反応の時間は、反応温
度により異なるが、通常30秒〜1時間、好ましくは5
分〜30分である。
【0014】本発明においては、こうして得られる重合
物を接着剤で樹脂製光ファイバーのコア表面に接着して
本発明のホルミル基を有する樹脂製光ファイバーを調製
する。この場合、重合物の代わりにアルデヒド基を有す
るモノマーを用いて樹脂製光ファイバーのコア表面に接
着しても、表面に露出したモノマーは容易に溶出してし
まうためにホルミル基を有する樹脂製光ファイバーを調
製することはできない。従って、この場合樹脂製光ファ
イバーの表面に免疫物質を固定化するための架橋剤とし
て機能することができない。
【0015】本発明に用いられる接着剤としては、硬化
後における屈折率、膨張率、および吸水率の全てが樹脂
製光ファイバーの屈折率、膨張率、および吸水率に近似
しているものが好ましい。屈折率が大きく相違すると透
過光の強度の損失が著しく、不適当である。また、膨張
率、および吸水率が大きく相違すると使用時に剥離する
おそれが生じて好ましくない。本発明に好適に用いられ
る接着剤としては、一般式(1)で表される化合物を挙
げることができる。
【0016】
【化3】
【0017】(式中、Xは、ニトリル基または水素原子
を表し、Rは、メチル基、エチル基、、またはプロピル
基を表わす。) かかる化合物の例としては、メチルシアノアクリレー
ト、エチルシアノアクリレート、プロピルシアノアクリ
レート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プ
ロピルアクリレート等を挙げることができる。これら
は、単独で、または2種以上を混合して接着剤とし、上
記重合物との混合に用いられる。
【0018】前記のような重合物と接着剤の混合比(重
合物/接着剤)は、通常1〜10mg/mlであり、好
ましくは2〜5mg/mlである。この下限未満ではタ
ンパク質結合量が不充分となるため不適当であり、この
上限を超えると光の透過性が低下するため不適当であ
る。尚、重合物と接着剤の混合に際して、重合物は乳鉢
等を用いて粉砕し均一に接着剤と混合できるようにする
のが好ましい。
【0019】本発明において用いられる光ファイバーと
しては、樹脂製光ファイバーが挙げられる。樹脂製光フ
ァイバーを構成する樹脂としては、特に限定されるもの
ではなく、免疫物質を吸着しない材質で透光性のよいも
のであれば使用可能であり、例えば、ポリスチレン、ポ
リアクリル酸エステル、ポリエステル、ポリアクリルア
ミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリカーボネート、あるいはこれらの共重合体等
が挙げられる。なかでもポリアクリル酸エステルが好ま
しい。ポリアクリル酸エステルは、アクリル樹脂のうち
エステル構造を有するものであって、例えば、アクリル
酸、メタクリル酸などのエステル誘導体の重合体からな
る合成樹脂であり、具体的にはアクリル酸メチル、アク
リル酸エチル、メタクリル酸メチルなどの重合体が挙げ
られる。これらのポリアクリル酸エステルのうち、本発
明において特に好適に用いられるものは、ポリメタクリ
ル酸メチルである。これはポリメタクリル酸メチルが他
の樹脂に比べ、特に透光性がよいからである。また、本
発明において用いられる樹脂製光ファイバーは、例え
ば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル
酸メチルなどのモノマーとスチレンなどのモノマーとの
共重合体であってもよい。
【0020】樹脂製光ファイバーのコア表面に接着剤で
重合物を接着するには、上記のようにして調製された重
合物と接着剤の混合物を樹脂製光ファイバーのコア表面
に塗り、30〜60℃に6〜24時間放置して混合物中
の接着剤を硬化させることにより行う。
【0021】本発明においては、混合物中の接着剤が硬
化した後、その表面を例えば1000番〜2000番耐
水研磨紙で0.1〜1mmの厚さになるように研磨し、
ホルミル基を表面に露出させる。さらに、3〜0.5μ
のラッピングフィルムで表面を鏡面仕上げを行う。これ
により樹脂製造ファイバーのコア表面にホルミル基を露
出させることができる。
【0022】こうして得られるコア表面にホルミル基を
有する樹脂製光ファイバーは、接着剤と重合物との混合
比を制御することにより、コア表面に露出するホルミル
基の量を再現性よく制御することができ、またコア表面
に露出するホルミル基の分布は均一であり、免疫物質の
均一かつ一定量の固定化に極めて適した光ファイバーと
なる。また、コア表面にホルミル基を有する本発明の樹
脂製光ファイバーは、容易に大量製造することができる
点でも有利である。
【0023】さらに、コア表面にホルミル基を有する本
発明の樹脂製光ファイバーは、安定であり、30〜12
0日間保存後も性能の劣化なく使用することができる。
したがって、一度使用したこの樹脂製光ファイバーを再
研磨することにより、新たなホルミル基をコア表面に露
出させることにより、新たな免疫物質を固定化し、新た
な蛍光免疫測定法に使用することも可能である。
【0024】このようにしてホルミル基を導入した本発
明の樹脂製光ファイバーの表面を、アミノ基を有する抗
原あるいは抗体等の水溶液に浸漬し、4〜25℃で放置
することにより、抗原あるいは抗体を結合させて、光フ
ァイバーの表面上にホルミル基を介して抗原あるいは抗
体を固定化し、生理活性物質等の蛍光免疫測定等に供さ
れる。
【0025】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳しく説
明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定さ
れるものではない。
【0026】実施例1 (1) キトサン2.5gを5%LiCl含有ジメチル
アセトアミド(DMA)500mlに懸濁し、ここへピ
リジン−三酸化硫黄錯体18gを溶解し、60℃で24
時間反応させた。 (2) 反応後、冷却しながら氷水を加え、さらにpH
10に調整しながら最終的に約1リットルとした。 (3) 遠心分離により沈澱を除去した後、上清をエバ
ポレーションによって約500mlに濃縮し、さらにこ
れを蒸留水に対して透析し、DMA、ピリジンおよび生
成したNa2 SO4 を除去した。 (4) 前記(3)の溶液に濃HClを加え、溶液の最
終濃度が0.08Nとなるように調製した。この溶液を
100℃で2.5時間、加熱処理した。 (5) 加熱後、氷浴中で冷却し、さらに6%NaOH
水溶液でpH10に調整し、生じた沈澱を遠心分離によ
り除去し、上清を得た。 (6) 前記(5)の上清を蒸留水に対して一晩透析し
たのち、これをエバポレーターにて濃縮乾固し、スルホ
ン化キトサン(S−C)標品を得た。
【0027】(7) NK3682(日本感光色素研究
所製)の27.6mgを0.5mlのジメチルホルムア
ミド(DMF)に溶解し、NK3682が溶解した後、
この液を氷浴中で冷却した。 (8) 前記(7)の氷冷したNK3682溶液にN−
エトキシカルボニル−2−エトキシ−1,2−ジヒドロ
キノン(EEDQ)(和光純薬社製)10.4mgを加
え、溶解した後、4℃に2時間静置した。 (9) 前記(6)で得られたS−C2mgを0.5m
lの水に溶解し、氷冷した後、前記(8)のEEDQに
より活性化したNK3682の溶液0.5mlを加え、
4℃にて12時間反応させた。 (10) 前記(9)の反応後にメタノールを約9ml
加え、限外濾過にて未反応のNK3682およびEED
Q等を除去した。 (11) さらに2〜3回メタノールで洗浄したのち、
メタノールを除去し、ここへ水3mlを加えて、NK3
682の結合したS−C(F−S−C)の水溶液を得
た。
【0028】(12) 前記(11)で得られたF−S
−C水溶液に3mgのヤギ由来抗ヒトIg抗体を溶解
し、さらにここへ5mg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(WS
C)を加え、4℃で一晩反応させた。 (13) ゲル濾過によって、未反応の抗体、F−S−
C、およびWSC等を除去し、ヤギ由来抗ヒトIg抗体
の結合したF−S−C(F−S−C−Ab)を得た。 (14) ポリメタクリル酸メチルからなる樹脂製光フ
ァイバー(三菱レイヨン(株)社製)を3cmに切り、
片面はエタノールを潤滑油として3μおよび0.5μの
ポリシングフィルムで研磨し、他方の面は、1000番
の耐水研磨紙で粗平面にした。
【0029】(15) 関東化学社製50%グルタルア
ルデヒド溶液20mlに対し、1N−KOH水溶液を4
ml加えて混合し、さらに80mlの水を攪拌しながら
徐々に加えた。 (16) 前記(15)で生じた白色沈澱を2000r
pm、15分の遠心分離にて回収し、さらに蒸留水で3
回洗浄して、遠心分離により回収後、減圧処理して、グ
ルタルアルデヒド重合物を得た。 (17) 前記(16)で得られた重合物を乳鉢ですり
潰し、5mgとって1mlのシアノアクリレート系接着
剤(セメダイン(株)製;3000タフDXL)とよく
混合して、前記(14)で得られた光ファイバーの粗平
面に塗布した。
【0030】(18) 80%以上の高湿度下、塗布し
た重合物−接着剤を40℃で一晩放置して硬化させた
後、1000番耐水研磨紙ついで3μ−ポリシングフィ
ルム、さらに0.5μ−ポリシングフィルムで研磨し
た。次に、この光ファイバーを2mg/mlのヒト膵ア
ミラーゼ溶液に浸漬し、4℃で一晩放置した。ポリシン
グフィルムで研磨した後の重合物−接着剤の厚さは約
0.3mmであった。 (19) 光ファイバーを溶液から取り出し、1%水素
化ホウ素ナトリウム水溶液に15分間浸漬した後、PB
Sで洗浄して、ヒト膵アミラーゼ固定化センサーとし、
これを検出部とした。 (20) 濃度既知のヒト膵アミラーゼ抗体溶液の中
に、前記(19)の検出部を20分間浸漬し、前記(1
3)で調製したF−S−C−Abの溶液中に20分間浸
漬した。次いで、0.05%トゥイーン20含有PBS
(Tween PBS)で洗浄後、1個のレーザを使用
する蛍光測定系である図1に示す装置を用いて、780
nm半導体レーザ系で測定したところ、0.3ng/m
lまで測定できた。
【0031】実施例2 (1) 5mgのNK3942(日本感光色素研究所
製)を100μlのDMFに冷却しながら溶解し、ここ
へ4mgのEEDQを加えて溶解し、4℃にて2時間静
置した。 (2) (株)日本バイオテスト研究所製のヤギ由来抗
ヒトCRP抗体溶液1ml(13mg/ml)を5mM
リン酸緩衝液(pH7)にて4℃で4時間透析し、透析
後に前記(1)のNK3942溶液と混合し、4℃で1
6時間静置した。 (3) 5mMリン酸緩衝液(pH7)で平衡化したセ
ファデックスG50カラムにてゲル濾過を行い、NK3
942の結合した抗ヒトCRP抗体(F−Ab)を得
た。 (4) 実施例1の(14)〜(16)と同様の方法
で、片面が粗平面の光ファイバーとグルタルアルデヒド
重合物を得た。
【0032】(5) 前記(4)で得られた重合物を乳
鉢ですり潰し、10mgとって1mlのエステル系接着
剤(商品名“ポリエステル樹脂”リファインテック
(株)社製;ポリエステル樹脂)と混合し、塗布直前に
硬化剤(リファインテック(株)社製)50μlを添加
し、前記(4)で得られた光ファイバーに塗布した。 (6) 40℃で一晩放置して硬化した後、1%メルカ
プトエタノールを含むエタノール溶液に、ファイバーを
室温で、5時間浸漬し、残っている硬化剤を洗い流した
後、40℃の乾燥器で乾燥させた。 (7) 1000番耐水研磨紙、ついで3μ−および
0.5μ−ポリシングフィルムで研磨した後、2mg/
mlの抗ヒトCRP抗体溶液に浸漬し、4℃に一晩放置
した。なお、ポリシングフィルムで研磨した後の重合物
−接着剤の厚さは、約0.7mmであった。
【0033】(8) 光ファイバーを溶液から取り出
し、1%水素化ホウ素ナトリウム水溶液に15分間浸漬
した後、PBSで洗浄して、抗ヒトCRP抗体固定化セ
ンサーを作成し、これを検出部とした。 (9) 濃度既知のCRP溶液中に前記(8)の検出部
を20分間浸漬し、次に、前記(3)で調製したF−A
b溶液に20分間浸漬した。0.01%トゥイーン20
含有5mMリン酸緩衝液(pH7)で洗浄した後、図1
に示す装置を用いて780nm半導体レーザ系で測定し
たところ、2ng/mlまで測定できた。
【0034】実施例3 (1) 2mgのフルオレセインイソチオシアネート
(FITC)を氷冷下50μlのDMFに溶かし、ここ
へ、0.1M炭酸緩衝液(pH8.5)を4℃で4時間
透析したヤギ由来抗ヒトCRP抗体溶液1ml(13m
g/ml)を加えて、暗所下、4℃に一晩放置した。 (2) 前記(1)の反応液を2倍に希釈したリン酸緩
衝生理食塩水(1/2PBS)で平衡化したセファデッ
クスG50カラムにてゲル濾過を行い、FITCの結合
した抗ヒトCRP抗体(FITC−Ab)を得た。 (3) 2mg/mlヒト膵アミラーゼ溶液の代わりに
5mg/ml抗ヒトCRP抗体溶液を用いた以外は、実
施例1の(14)〜(19)と同様の方法で抗ヒトCR
P抗体固定化センサーを作成し、これを検出部とした。
【0035】(4) 濃度既知のCRP溶液に前記
(3)の検出部を20分間浸漬し、次いで、前記(2)
で調製したFITC−Ab溶液に20分間浸漬した。
0.01%トゥイーン20含有1/2PBSで洗浄した
後、図2に示す装置を用いてUV光源系で測定したとこ
ろ、3.5ng/mlまで測定できた。
【0036】
【発明の効果】本発明の製造方法によれば、光ファイバ
ーのコア表面へのホルミル基の導入量を所望の量に保持
した光ファイバーを製造することができる。従って、光
伝搬効率を維持することができるため測定感度の向上が
可能となる。また、アルカリ金属水酸化物濃度が多少変
動しても本発明における処理溶液を用いることにより、
ホルミル基の導入量はあまり変化しないため、免疫物質
の光ファイバーへの固定化量の再現性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は1個のレーザを使用する蛍光測定系の概
略図である。
【図2】図2は、実施例3で用いた測定系の概略図であ
る。
【符号の説明】
1 光ファイバー 2 レーザ 3 光軸合わせのためのガイドレール 4 検出部 5 フィルター 6 蛍光検出器 7 ハーフミラー 8 UV光源 9 ガイドレール 10 490nmバンドパスフィルター 11 検出部 12 セル 13 蛍光検出器 14 フィルター(500nmより短い波長をカット) 15 パワーメータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−3534(JP,A) 特開 昭56−27107(JP,A) 特開 昭50−118733(JP,A) 特開 昭58−2814(JP,A) 特開 平6−39976(JP,A) 特表 昭59−501873(JP,A) 特表 昭62−501102(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/00 - 6/02 G02B 6/10 G02B 6/16 - 6/22 G02B 6/44 G01N 33/533 G01N 33/543

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分子内に2〜3個のアルデヒド基を有す
    る直鎖または分岐鎖の、飽和または不飽和の、炭素原子
    数4〜10の炭素化合物とアルカリ金属水酸化物水溶液
    を混合し、該混合液に水を徐々に添加して生ずる白色沈
    澱を回収・洗浄・乾燥して重合物を得、得られた重合物
    を接着剤と混合した後、これを樹脂製光ファイバーのコ
    ア表面に塗布し、硬化後研磨することを特徴とするホル
    ミル基を導入した樹脂製光ファイバーの製造方法。
  2. 【請求項2】 該炭素化合物が、グルタルアルデヒド又
    はスクシンアルデヒドである請求項1記載の製造方法。
  3. 【請求項3】 該接着剤が、一般式(1)で表される化
    合物の1種以上である請求項1又は2に記載の製造方
    法。 【化1】 (式中、Xは、ニトリル基または水素原子を表し、R
    は、メチル基、エチル基、またはプロピル基を表わ
    す。)
  4. 【請求項4】 重合物の接着剤に対する混合比が、1〜
    10mg/mlである請求項1、2又は3記載の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 樹脂製光ファイバーのコア表面におけ
    る、重合物と接着剤との混合物の塗布層の厚みが0.1
    〜1mmである請求項1〜4いずれかに記載の製造方
    法。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5いずれかに記載の製造方法
    により製造されるコア表面にホルミル基の導入された樹
    脂製光ファイバー。
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