JP3774460B2 - Substance detection method - Google Patents

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本発明は、バイオセンサーを用いた物質の検出方法に関する発明であり、さらに具体的には、表面プラズモン共鳴(SPR)センサーの金コロイドによる増感作用を利用して、金コロイドを標識したタンパク質等の生体関連物質を高感度に検出可能とする発明である。   The present invention relates to a method for detecting a substance using a biosensor. More specifically, the present invention relates to a protein or the like labeled with a gold colloid by utilizing the sensitizing action of a surface plasmon resonance (SPR) sensor with a gold colloid. It is an invention that makes it possible to detect a living body related substance with high sensitivity.

従来、抗原抗体反応等の生体分子間の相互作用の検出には、蛍光分子や放射性同位元素(アイソトープ)により標識された抗体がもちいられてきた。しかしながら、このような抗体の標識は、前処理、洗浄操作等、煩雑な工程を行わなければならず、物質の検出と定量を迅速に、かつ、リアルタイムに行うには困難を伴うこととなる。また、特に、アイソトープによる標識では、実験操作時ないし廃液からの放射線被曝による人体への影響が危惧されている。これらの抗原抗体反応等の検出における問題を回避するために、簡便、安全、かつ、リアルタイムでの検出を行うことができる手段が求められている。   Conventionally, an antibody labeled with a fluorescent molecule or a radioisotope has been used to detect an interaction between biomolecules such as an antigen-antibody reaction. However, such labeling of antibodies requires complicated steps such as pretreatment and washing operations, and it is difficult to detect and quantify substances quickly and in real time. In particular, in the case of labeling with isotopes, there is a concern about the influence on the human body at the time of experimental operation or radiation exposure from waste liquid. In order to avoid these problems in the detection of antigen-antibody reaction and the like, there is a demand for means that can perform simple, safe, and real-time detection.

かかる手段として、これまで下記のような技術が提案されている。   As such means, the following techniques have been proposed so far.

金属コロイドによる標識法
この方法は、標識すべき特異的な結合部分に金コロイド等の金属コロイドを結合させて、当該金属コロイドを標識として検出・測定する方法である。
金属の超微粒子は、共鳴ラマン散乱を表面シグナル増感効果により増大させることが知られるようになり[表面―強化ラマン光散乱(Surface Enhanced Raman Scatting)、表面強化共鳴ラマン散乱(SERRS:Surface Enhanced Resonance Raman Scatting)]、さらに、金属コロイドにおいても前記シグナル増感効果を示すことが見いだされた。この方法は、このような金属コロイドの特性を活用する方法である。すなわち、このようにラマン光に対する表面増感効果を伴う金属コロイドを標識試薬として用いることにより、当該金属コロイドと結合することができる種々の被検出物、例えば、抗体または結合分子を検出することができる。また、前記被検出物に、これに対する特異的結合部位および金属コロイド等のラマン増感物質を伴う物質、すなわち、媒介分子(intervening molecule)を接触させ、当該媒介分子と結合した被検出物を、ラマン光によるシグナルを指標として感度良く検出することができる。
Labeling method using a metal colloid This method is a method in which a metal colloid such as a gold colloid is bound to a specific binding portion to be labeled, and the metal colloid is detected and measured as a label.
Metallic ultrafine particles are known to increase resonance Raman scattering due to surface signal sensitization effects (Surface Enhanced Raman Scattering, SERRS: Surface Enhanced Resonance Raman Scatching)], and further, it has been found that the above-mentioned signal sensitizing effect is also exhibited in metal colloids. This method is a method of utilizing the characteristics of such a metal colloid. That is, by using a metal colloid that has a surface sensitizing effect on Raman light as a labeling reagent in this way, various objects to be detected that can bind to the metal colloid, such as antibodies or binding molecules, can be detected. it can. Further, the substance to be detected is brought into contact with a substance with a Raman sensitizing substance such as a specific binding site for the substance and a metal colloid, that is, an intervening molecule, and the object to be detected bound to the medium. It can be detected with high sensitivity using a signal from Raman light as an index.

SPRセンサー
物質の検出を、ノンラベルで、かつ、リアルタイムに行うため、種々のバイオセンサーが開発されている。主要なバイオセンサーの一つとして、表面プラズモン共鳴(SPR)センサーが挙げられる。SPRは、煩雑な前処理がなく、ノンラベルで、迅速かつ簡便に物質の検出を行うことが可能であり、しかも高感度であることから、信頼性の高い検出技術として注目されている。
SPR sensors Various biosensors have been developed in order to detect substances in real time without labeling. One of the main biosensors is a surface plasmon resonance (SPR) sensor. SPR is attracting attention as a highly reliable detection technique because it does not require complicated pretreatment, is non-labeled, can detect substances quickly and easily, and has high sensitivity.

SPRは、近接場光学を用いた屈折率測定法である。すなわち、金を蒸着したガラスチップ表面に光りを全反射させると、反射光の一部に反射光強度が減衰した部分が生し(SPRシグナル)、この共鳴減衰の角度は、センサチップ上の質量に、屈折率をパラメータとして依存し、チップの表面に物質が結合すると、共鳴波の角度がシフトする。この共鳴角のシフトの値から、結合の量、強さ、結合速度等を算出することができる。
チップ表面処理法
金表面は、静電的相互作用等により、タンパク質や核酸等のイオン性物質を容易に吸着する性質があり、結合分子の特異性とは関係ない、いわゆる非特異吸着が、特定の物質を検出する際の大きな問題となる。従って、現状では界面近傍の質量変化を、特異的な結合の有無にかかわらず計測してしまい、検出データの再現性と信頼性に疑問が残る場合が少なくない。このような理由により、金表面を利用した検出方法は、原理的には高感度の測定が可能であるにもかかわらず、一般の臨床診断分野においてはほとんど普及していない。
このような、金表面における非特異吸着の問題に関して、金表面をポリマーや自己組織化単分子膜(SAM)でコートする方法が提案されている。また、デキストラン等の多糖類をコートしたチップが市販されているが、未だ十分な非特異吸着の抑制効果は得られていない。
金コロイド比色法
金コロイドを用いた凝集法による抗原検出法は、金コロイド比色法として、抗原抗体反応を色の変化として捉える方法であり、イムノラテックス法よりもさらに高感度が期待できる。体外診断薬として、現在実用的に用いられているものとしては、便潜血検査による大腸ガン検診、ヒト絨毛性性腺刺激ホルモン(hCG)の検出による妊娠診断等があり、目視による判定、あるいは専用の計測機器と組み合わせて定量する方法がとられている。
また、本発明に関連すると考えられる文献として、下記の文献が挙げられる。
特開2000−55920号公報 特開2002−267669号公報 特開2003−14765号公報
SPR is a refractive index measurement method using near-field optics. That is, when the light is totally reflected on the glass chip surface on which gold is deposited, a part where the reflected light intensity is attenuated is generated in a part of the reflected light (SPR signal), and the angle of this resonance attenuation is the mass on the sensor chip. In addition, depending on the refractive index as a parameter, when a substance is bonded to the surface of the chip, the angle of the resonance wave shifts. From the value of the shift of the resonance angle, the amount of binding, strength, binding speed, etc. can be calculated.
Chip surface treatment method Gold surface has the property of easily adsorbing ionic substances such as proteins and nucleic acids by electrostatic interaction, and so-called non-specific adsorption, which is not related to the specificity of the binding molecule, is specified. It becomes a big problem when detecting this substance. Therefore, at present, the mass change in the vicinity of the interface is measured regardless of the presence or absence of specific binding, and there are many cases where doubts remain in the reproducibility and reliability of the detection data. For this reason, the detection method using the gold surface is not widely used in the general clinical diagnostic field, although high-sensitivity measurement is possible in principle.
Regarding such a problem of non-specific adsorption on the gold surface, a method of coating the gold surface with a polymer or a self-assembled monolayer (SAM) has been proposed. Further, chips coated with polysaccharides such as dextran are commercially available, but a sufficient non-specific adsorption suppressing effect has not yet been obtained.
Gold colloid colorimetric method The antigen detection method by the agglutination method using gold colloid is a method of capturing antigen-antibody reaction as a color change as a gold colloid colorimetric method, and can be expected to have higher sensitivity than the immunolatex method. As in-vitro diagnostics, those currently in practical use include colon cancer screening by fecal occult blood test, pregnancy diagnosis by detection of human chorionic gonadotropin (hCG), etc. A method of quantifying in combination with a measuring device is taken.
Moreover, the following literature is mentioned as literature considered to be related to this invention.
JP 2000-55920 A JP 2002-267669 A JP 2003-14765 A

本発明は、上述したように、簡便、安全、かつ、リアルタイムでの検出を行うことが可能な、金属表面を利用するセンサーにおいて、さらなる高感度化手段を提供することにある。   As described above, an object of the present invention is to provide a means for further increasing sensitivity in a sensor using a metal surface that can be detected simply, safely, and in real time.

本発明者は、検出対象物質を金属コロイド粒子に担持させて、これを、当該金属表面を有するセンサチップに接触させることによるシグナルにより、鋭敏に対象物質の検出を行うことが可能であることを見いだし、本発明を完成した。   The present inventor is able to detect a target substance sensitively by a signal obtained by supporting a detection target substance on a metal colloidal particle and bringing it into contact with a sensor chip having the metal surface. As a result, the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、検出対象物質を担持させた金属コロイド粒子を、「当該検出対象物質に対する結合分子を有し、かつ、前記金属の表面を有するセンサチップ」に接触させて、当該センサチップからのシグナルを指標として検出対象物質の検出を行う、検出方法(以下、本検出方法ともいう)を提供する発明である。   That is, according to the present invention, the metal colloidal particles carrying the detection target substance are brought into contact with the “sensor chip having a binding molecule for the detection target substance and having the surface of the metal”, and It is an invention that provides a detection method (hereinafter also referred to as the present detection method) in which a detection target substance is detected using the above signal as an index.

本検出方法の検出対象となる「検出対象物質」は、当該物質に対する「結合分子」が存在するものであれば特に限定されず、例えば、抗体を結合分子として用い得る抗原若しくはハプテン、レクチンを結合分子として用い得る糖、酵素を結合分子として用い得る基質、ホルモン受容体を結合分子として用い得るホルモン、相補鎖を結合分子として用い得る核酸、結合タンパク質を結合分子として用い得る被結合タンパク質等を挙げることができる。   The “detection target substance” to be detected by this detection method is not particularly limited as long as there is a “binding molecule” for the substance. For example, an antigen or hapten or lectin that can use an antibody as a binding molecule is bound. Examples include sugars that can be used as molecules, substrates that can use enzymes as binding molecules, hormones that can use hormone receptors as binding molecules, nucleic acids that can use complementary chains as binding molecules, and proteins that can be used as binding molecules. be able to.

また、金属コロイド粒子とセンサチップの表面を構成する金属は、例えば、金、白金、銀、銅、アルミニウム等を挙げることができるが、金が好適である。また、金属粒子の粒子経は0.5nm〜500μm、好適には1nm〜1μm程度である。   Examples of the metal constituting the metal colloid particles and the surface of the sensor chip include gold, platinum, silver, copper, and aluminum. Gold is preferable. The particle diameter of the metal particles is 0.5 nm to 500 μm, preferably about 1 nm to 1 μm.

なお、センサチップ表面の素材、すなわち、センサチップ表面の支持体の素材は、当該チップの基板の素材と同一(すなわち、基板自体が、センサチップ表面を形成する)とすることも可能であり、基板の表面に、金属の薄膜を形成させて、この金属を支持体とすることも可能である。
本検出方法は、本発明において規定されるセンサチップを用いる検出手段を用いて行うことが可能であり、表面プラズモン共鳴(SPR)を利用したバイオセンサーにおける検出に用いるのが好適であるが、これに限定されるものではなく、前述した検出対象物質と結合分子の組における結合対の形成により、チップ表面に生ずる何らかの変化を検出することが可能なセンサーであれば、いかなる範疇のセンサーにおいても用いることができる。検出対象となる変化としては、上記の表面プラズモン共鳴以外に、放射能、接触角、沈降、紫外分光、蛍光、化学発光、電気化学発光等を挙げることができる。
検出対象物質と結合分子の担持
金属コロイド粒子(以下、金属粒子ともいう)に対する検出対象物質と、センサチップの金属表面(以下、金属表面ともいう)に対する結合分子の担持は、金属粒子または金属表面に対して、物理的吸着力、化学的吸着力、化学結合力等を利用して直接的に結合させることが可能である。また、金属粒子ないし金属表面に親水性直鎖状モノマー単位を含むポリマー(以下、親水性ポリマーともいう)の一端を結合させて、当該親水性ポリマー分子の他端に、検出対象物質ないし結合分子を直接的または間接的に結合させることにより行うことができる(このようにして金属粒子ないし金属表面に結合した当該親水性ポリマー分子は、金属粒子表面ないし金属表面において一端を基に起立した状態となることが一般的である)。このような親水性ポリマーの結合を行うことで、本検出方法を行う際の非特異的な反応を抑制することが可能となる。なお、上述したように、金属粒子ないし金属表面における検出対象物質ないし結合分子を直接的な担持を行い、かつ、上記の親水性ポリマーの一端の結合を行うことができる。この態様の場合は、当該親水性ポリマーの他端は非活性の状態(メトキシ化処理、エトキシ化処理等のアルコキシ化処理、カルボニル化処理等のエステル化処理等の不活性化処理がされている状態)とすることも可能であり、さらに、当該親水性ポリマーの他端近傍に検出対象物質ないし結合分子が結合していてもよい。
当該親水性ポリマー分子は、その一端に、金属に対して結合をする官能基を有し、他端に、検出対象物質ないし結合分子に対して直接的または間接的に結合する官能基を有することが必要である。なお、ここで上述した「直接的結合」とは、当該親水性ポリマー分子の他端の官能基または原子に、直接検出対象物質ないし結合分子が結合していることを意味し、「間接的結合」とは、同ポリマー分子の他端の官能基と、検出対象物質ないし結合分子が、リンカー分子を介して結合していることを意味するものである。
本発明において用い得る好適な親水性ポリマー(他端を安定させた状態)としては、下記(a)および(b)を挙げることができる。
(a)式(1)で表される親水性ポリマー誘導体によって構築されるブラシ状構造物
The material of the sensor chip surface, that is, the material of the support of the sensor chip surface can be the same as the material of the substrate of the chip (that is, the substrate itself forms the sensor chip surface), It is also possible to form a metal thin film on the surface of the substrate and use this metal as a support.
This detection method can be performed using detection means using a sensor chip defined in the present invention, and is preferably used for detection in a biosensor using surface plasmon resonance (SPR). However, the present invention is not limited to the above, and any sensor can be used as long as it can detect any change that occurs on the chip surface due to the formation of the binding pair in the set of the detection target substance and the binding molecule. be able to. Examples of the change to be detected include radioactivity, contact angle, sedimentation, ultraviolet spectroscopy, fluorescence, chemiluminescence, and electrochemiluminescence in addition to the surface plasmon resonance.
[ Supporting target substance and binding molecule ]
The detection target substance for metal colloidal particles (hereinafter also referred to as metal particles) and the loading of binding molecules to the metal surface (hereinafter also referred to as metal surface) of the sensor chip are physically adsorbed on the metal particles or metal surface. It is possible to bond directly using chemical adsorption force, chemical bonding force and the like. In addition, one end of a polymer containing a hydrophilic linear monomer unit (hereinafter also referred to as a hydrophilic polymer) is bonded to a metal particle or metal surface, and a detection target substance or binding molecule is connected to the other end of the hydrophilic polymer molecule. (The hydrophilic polymer molecule bonded to the metal particle or the metal surface in this way is in an upright state based on one end on the surface of the metal particle or the metal surface. Is generally). By performing such binding of the hydrophilic polymer, it is possible to suppress a non-specific reaction when performing this detection method. As described above, the detection target substance or the binding molecule on the metal particle or the metal surface can be directly supported, and one end of the hydrophilic polymer can be bound. In the case of this aspect, the other end of the hydrophilic polymer is in an inactive state (alkoxylation treatment such as methoxylation treatment and ethoxylation treatment, and inactivation treatment such as esterification treatment such as carbonylation treatment). The detection target substance or binding molecule may be bound to the vicinity of the other end of the hydrophilic polymer.
The hydrophilic polymer molecule has a functional group that binds to a metal at one end and a functional group that binds directly or indirectly to a detection target substance or binding molecule at the other end. is required. The “direct bond” mentioned above means that the substance to be detected or the binding molecule is directly bonded to the functional group or atom at the other end of the hydrophilic polymer molecule. "Means that the functional group at the other end of the polymer molecule and the substance to be detected or binding molecule are bonded via a linker molecule.
The following (a) and (b) can be mentioned as a suitable hydrophilic polymer (in a state where the other end is stabilized) that can be used in the present invention.
(A) Brush-like structure constructed by the hydrophilic polymer derivative represented by the formula (1)

A−L−P−B (1)
[式中、Aは、金属粒子ないし金属表面に配位可能な官能基であり、Lは、2価の基または原子価結合であり、Pは、親水性ポリマーセグメントであり、Bは、1価の基である]
官能基Aにより、金属粒子ないし金属表面に対する配位を行い、親水性ポリマー誘導体(1)を金属粒子ないし金属表面に担持させることにより、当該親水性ポリマー誘導体(1)を、所望するブラシ状構造物とすることができる。
ALPPP (1)
[In the formula, A is a functional group capable of coordinating to a metal particle or metal surface, L is a divalent group or valence bond, P is a hydrophilic polymer segment, B is 1 Is a valent group]
Coordination to the metal particle or metal surface is performed by the functional group A, and the hydrophilic polymer derivative (1) is supported on the metal particle or metal surface, whereby the hydrophilic polymer derivative (1) has a desired brush-like structure. It can be a thing.

官能基Aとしては、具体的には、例えば、メルカプト基、アミノ基、カルボキシル基またはスルフィド基が好適である。   Specifically, for example, a mercapto group, an amino group, a carboxyl group, or a sulfide group is preferable as the functional group A.

親水性ポリマーセグメントPとしては、例えば、ポリアルキレンオキシド、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸等を例示することができるが、ポリアルキレンオキシドが好適である。   Examples of the hydrophilic polymer segment P include polyalkylene oxide, polyacrylamide, polyacrylic acid and the like, and polyalkylene oxide is preferable.

特に、ポリアルキレンオキシドが、炭素原子数が2〜4のアルキレンオキシド、すなわち、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、または、ブチレンオキシドをモノマー単位とする、ポリアルキレンオキシドであることが、好適である。また、ポリアルキレンオキシドにおける、アルキレンオキシド単位の重合度は、2〜10000が好適であり、特に好適には、10〜3000である。   In particular, the polyalkylene oxide is preferably an alkylene oxide having 2 to 4 carbon atoms, that is, a polyalkylene oxide having ethylene oxide, propylene oxide, or butylene oxide as monomer units. In addition, the polymerization degree of the alkylene oxide unit in the polyalkylene oxide is preferably 2 to 10,000, and particularly preferably 10 to 3000.

1価の基Bは、ブラシ状構造物の先端に相当する、親水性ポリマーセグメントPの末端を構成し得る基であることが好適である。具体的には、水素原子、炭素原子数が1〜6のアルキル基、水酸基、アセタール基等を例示することができる。
また、Lがとり得る2価の基としては、例えば、炭素原子数が1〜12,好適には1〜3のアルキレン基、さらに、基(2)
The monovalent group B is preferably a group capable of constituting the end of the hydrophilic polymer segment P corresponding to the tip of the brush-like structure. Specific examples include a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxyl group, an acetal group, and the like.
Examples of the divalent group that L can take include, for example, an alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, preferably 1 to 3 carbon atoms, and a group (2)

[式中、L1は、−COO−、−O−、−S−等の2価基を表し、pは、1〜12、好適には、1〜3である]
等を挙げることができる。
[Wherein L1 represents a divalent group such as —COO—, —O—, —S—, etc., and p is 1 to 12, preferably 1 to 3.]
Etc. can be mentioned.

親水性ポリマー誘導体(1)は、その具体的な構造に応じて、すでに公知の手段で製造することができる。例えば、親水性ポリマーセグメントPが、ポリアルキレンオキシドの場合には、特開平7−316285号公報等に記載の方法と条件に従い、または、改変して製造することができる。   The hydrophilic polymer derivative (1) can be produced by a known means depending on its specific structure. For example, when the hydrophilic polymer segment P is a polyalkylene oxide, it can be produced according to the method and conditions described in JP-A-7-316285 or modified.

ここに、この親水性ポリマー誘導体(1)として、アセタール−PEG−SHの製造工程の一例を開示する。なお、この製造工程において、rは正の整数を意味する。   Here, an example of the manufacturing process of acetal-PEG-SH is disclosed as this hydrophilic polymer derivative (1). In this manufacturing process, r means a positive integer.

金属粒子ないし金属表面に、上記の親水性ポリマーセグメントPに相当するブラシ状構造物を構築する際に、親水性ポリマー誘導体(1)の官能基Aが、メルカプト基、アミノ基、カルボキシル基、または、スルフィド基である場合は、適切な緩衝化した水溶液に、親水性ポリマー誘導体(1)を溶解し、このポリマー溶液を、適温、例えば、20〜37℃程度で、浸漬等により、チップの支持体(金、銀、銅、アルミニウム等の金属)表面に接触させた状態で、数10分〜数時間のインキュベートを行うことにより、所望するブラシ状構造物が設けられたチップ表面を製造することができる。このポリマー溶液における、親水性ポリマー誘導体(1)の濃度は、用いるブロックポリマーの分子量により異なるが、通常、溶液の0.1〜5mg/ml、好適には1mg/ml程度である。
(b)親水性ブロックポリマー誘導体によって構築されるブラシ状構造物
親水性ポリマー誘導体の好適な態様として、金属粒子ないし金属表面上のブラシ状構造物を構成する親水性ポリマーが、下記の特徴(a)および(b)を有するブロックポリマー(3)の第1のブロックを構成する親水性ポリマーセグメントであり、かつ、第2のブロックを構成するポリマーセグメントが、金属粒子ないし金属表面に配位能を有する官能基である態様を挙げることができる。
(a)上記の親水性ポリマーセグメントを第1のブロックとする。
(b)金属粒子ないし金属表面に配位能を有する官能基を有するモノマーをモノマー単位とする、重合度が1〜200のポリマーセグメントを第2のブロックとする。
When a brush-like structure corresponding to the hydrophilic polymer segment P is constructed on a metal particle or metal surface, the functional group A of the hydrophilic polymer derivative (1) is a mercapto group, an amino group, a carboxyl group, or In the case of a sulfide group, the hydrophilic polymer derivative (1) is dissolved in an appropriate buffered aqueous solution, and this polymer solution is supported at a suitable temperature, for example, at about 20 to 37 ° C. by immersing the chip. Producing a chip surface provided with a desired brush-like structure by incubating for several tens of minutes to several hours in contact with the surface of a body (metal such as gold, silver, copper, and aluminum). Can do. The concentration of the hydrophilic polymer derivative (1) in this polymer solution varies depending on the molecular weight of the block polymer used, but is usually about 0.1 to 5 mg / ml, preferably about 1 mg / ml of the solution.
(B) Brush-like structure constructed by hydrophilic block polymer derivative As a preferred embodiment of the hydrophilic polymer derivative, the hydrophilic polymer constituting the brush-like structure on the metal particle or the metal surface is: The hydrophilic polymer segment constituting the first block of the block polymer (3) having the characteristics (a) and (b) and the polymer segment constituting the second block are formed on the metal particles or the metal surface. The aspect which is a functional group which has coordination ability can be mentioned.
(A) Let said hydrophilic polymer segment be a 1st block.
(B) A polymer segment having a degree of polymerization of 1 to 200 having a monomer having a functional group having coordination ability on a metal particle or metal surface as a monomer unit is defined as a second block.

第1のブロックにおける親水性ポリマーセグメントは、上述した親水性ポリマーセグメントPと同一である。   The hydrophilic polymer segment in the first block is the same as the hydrophilic polymer segment P described above.

また、第2のブロックにおけるポリマーセグメントにおける、センサチップ表面の支持体に配位能を有する官能基としては、例えば、メルカプト基、ジチオール基、スルフィド基、アミノ基、カルボキシル基、シラノール基、または、炭素原子数が1〜5のトリアルキルシリル基等を挙げることができる。これらの官能基を有するモノマー単位としては、例えば、メタクリル酸(2−ジエチルアミノエチル)、メタクリル酸(2−ジメチルアミノエチル)、ポリシステイン、ポリリジン、ポリグルタミン、メタクリル酸(3−トリメトキシシリルプロピル)等を挙げることができる。これらのモノマー単位を、常法に従い、重合反応を、当該ブロックポリマー誘導体(3)の製造工程において行うことにより、所望する官能基を有する第2のブロックを形成することができる。
さらに、第2のブロックの好適な態様の一つとして、式(4)
In addition, as the functional group having a coordination ability to the support on the surface of the sensor chip in the polymer segment in the second block, for example, a mercapto group, a dithiol group, a sulfide group, an amino group, a carboxyl group, a silanol group, or Examples thereof include a trialkylsilyl group having 1 to 5 carbon atoms. Examples of monomer units having these functional groups include methacrylic acid (2-diethylaminoethyl), methacrylic acid (2-dimethylaminoethyl), polycysteine, polylysine, polyglutamine, and methacrylic acid (3-trimethoxysilylpropyl). Etc. A second block having a desired functional group can be formed by subjecting these monomer units to a polymerization reaction in the production process of the block polymer derivative (3) according to a conventional method.
Furthermore, as one of the preferred embodiments of the second block, the formula (4)


[式中、mは1〜10の整数、nは1〜100の整数を表し、R4およびR5は、互いに独立して、炭素原子数が1〜5のアルキル基、アミノ基、メルカプト基、または、スルフィド基を表す]で表される、メタクリル酸ポリマーのセグメントを挙げることができる。 [Wherein, m represents an integer of 1 to 10, n represents an integer of 1 to 100, and R4 and R5 each independently represent an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, an amino group, a mercapto group, or And a segment of methacrylic acid polymer represented by].

このメタクリル酸ポリマーセグメント(4)を第2のブロックとする、ブロックポリマー誘導体(3)の製造工程については、特開2002−80903号公報において詳細に開示されており、この製造工程に従い、当該メタクリル酸ポリマーセグメントを第2のブロックとする、ブロックポリマー誘導体を製造することができる。   The production process of the block polymer derivative (3) having the methacrylic acid polymer segment (4) as the second block is disclosed in detail in JP-A No. 2002-80903. A block polymer derivative having the acid polymer segment as the second block can be produced.

すなわち、例えば、式
A−L−P−OH (6)
[式中のA、L、Pの定義は、それぞれ、親水性ポリマー誘導体(1)における定義と同一である]
の化合物(6)[この化合物(6)の製造方法自体も、公知である(例えば、特開平7−316285号公報、特開平11−322916号公報、特開2001−200050号公報等を参照のこと)]に対して、ポリメタクリル酸ジメチルアミノエチルを、所望する重合度になるように、重合反応することにより、ブロックポリマー誘導体(3)を得ることができる。
That is, for example, the formula A-L-P-OH (6)
[The definitions of A, L, and P in the formula are the same as those in the hydrophilic polymer derivative (1).]
Compound (6) [Production method of this compound (6) itself is also known (see, for example, JP-A-7-316285, JP-A-11-322916, JP-A-2001-200050, etc.) In contrast, the block polymer derivative (3) can be obtained by subjecting polydimethylaminoethyl methacrylate to a polymerization reaction so as to obtain a desired degree of polymerization.

上述のようにして得られるブロックポリマー誘導体(3)を、第1のブロックをブラシ状構造物となるように担持する際には、上述した親水性ポリマー誘導体(1)についての担持工程と実質的には同一の担持工程を行うことができる。すなわち、金属粒子ないし金属表面に配位可能な官能基を有する第2のブロックをセグメントとするブロックポリマー誘導体(3)を用いることで、容易に、ブロックポリマー誘導体(3)を、金属粒子ないし金属表面に固定することができる。   When the block polymer derivative (3) obtained as described above is supported so that the first block becomes a brush-like structure, it is substantially the same as the supporting step for the hydrophilic polymer derivative (1) described above. The same loading process can be performed. That is, by using the block polymer derivative (3) having the second block having a functional group capable of coordinating on the metal particle or metal surface as a segment, the block polymer derivative (3) can be easily converted into the metal particle or metal. Can be fixed on the surface.

担持を行う際には、ブロックポリマー誘導体(3)を含有する溶液に、金属粒子ないし金属表面を有するセンサチップを混合・浸漬等させることにより、第2のブロックの官能基が金属粒子ないし金属表面に結合して、ブロックポリマー誘導体(3)を、チップ表面に固定することができる。その結果、ブロックポリマー誘導体(3)の第1のブロック側がブラシ状に起立した、金属粒子または金属表面を製造することができる。前記のポリマー溶液における、ブロックポリマー誘導体(3)の濃度は、用いるブロックポリマーの分子量により異なるが、通常、溶液の0.1〜5mg/ml、好適には1mg/ml程度である。   When carrying, the functional group of the second block becomes a metal particle or metal surface by mixing or immersing a sensor chip having a metal particle or metal surface in a solution containing the block polymer derivative (3). The block polymer derivative (3) can be fixed to the chip surface. As a result, metal particles or a metal surface in which the first block side of the block polymer derivative (3) stands up like a brush can be produced. The concentration of the block polymer derivative (3) in the polymer solution varies depending on the molecular weight of the block polymer used, but is usually about 0.1 to 5 mg / ml, preferably about 1 mg / ml of the solution.

(c)マスキング処理
上記のようにして提供される、親水性ポリマーを担持した金属粒子ないし金属表面にマスキング処理を行うことにより、さらに非特異的な反応を抑制することができる。このマスキング処理は、親水性ポリマーを担持した金属粒子ないし金属表面を、マスキング剤の溶液と接触させることにより行うことができる。マスキング剤としては、2−メルカプトエタノールを好適な態様の一つとして挙げることができる。また、親水性セグメントPが、検出対象物質または結合分子を担持させるブラシ状構造物の嵩高よりも短く、かつ、当該起立部分の先端近傍が、メトキシ化処理、エトキシ化処理等のアルコキシ化処理、カルボニル化処理等のエステル化処理等の不活性化処理が行われている、親水性ポリマー誘導体(1)を挙げることができる。この場合のマスキング剤の親水性セグメントは、検出対象物質または結合分子を担持させる親水性セグメントの10〜70%長程度となる分子量が好適である。
(C) Masking treatment A non-specific reaction can be further suppressed by performing a masking treatment on the metal particles or the metal surface supporting the hydrophilic polymer provided as described above. This masking treatment can be performed by bringing the metal particles or metal surface carrying the hydrophilic polymer into contact with a masking agent solution. As a masking agent, 2-mercaptoethanol can be mentioned as one of suitable embodiments. Further, the hydrophilic segment P is shorter than the bulk of the brush-like structure carrying the detection target substance or the binding molecule, and the vicinity of the tip of the standing part is an alkoxylation treatment such as a methoxylation treatment or an ethoxylation treatment, Mention may be made, for example, of hydrophilic polymer derivatives (1) which have been subjected to inactivation treatment such as esterification treatment such as carbonylation treatment. In this case, the hydrophilic segment of the masking agent preferably has a molecular weight that is about 10 to 70% longer than the hydrophilic segment that carries the detection target substance or the binding molecule.

これらの場合のマスキング剤の溶液におけるマスキング剤の濃度は、マスキング剤の種類等によっても異なるが、概ね、0.001〜1000mM,好適には、0.1〜10mM程度である。また、マスキング処理の時間は、好適には、3分〜1日程度である。さらに、マスキング処理は、20〜37℃程度の温度下で行うことが好適である。   The concentration of the masking agent in the masking agent solution in these cases varies depending on the type of the masking agent and the like, but is generally about 0.001 to 1000 mM, and preferably about 0.1 to 10 mM. The masking treatment time is preferably about 3 minutes to 1 day. Further, the masking process is preferably performed at a temperature of about 20 to 37 ° C.

(d)検出対象物質と結合分子の担持
この担持を行う前提として、金属粒子または金属表面において担持した親水性ポリマーの他端の官能基を、直接的または間接的に検出対象物質ないし結合分子を結合し得る官能基へと変換することにより活性化する(例えば、アセタール基のアルデヒド基への変換)ことが必要である場合が多い。この活性化させた官能基に、直接的または間接的に検出対象物質または結合分子を結合させることにより、所望の担持を行うことができる。
(D) Carrying of detection target substance and binding molecule As a premise for carrying this support, the functional group at the other end of the hydrophilic polymer carried on the metal particle or the metal surface is directly or indirectly detected. It is often necessary to activate the binding molecule by converting it to a functional group capable of binding (for example, conversion of an acetal group to an aldehyde group). Desired loading can be performed by directly or indirectly binding the substance to be detected or the binding molecule to the activated functional group.

本検出方法の態様
上述したように、本検出方法は、検出対象物質を担持させた金属粒子を、当該検出対象物質に対する結合分子が担持された金属表面を有するセンサチップに接触させて、当該センサチップからのシグナルを指標として検出対象物質の検出を行う検出方法である。
かかる本検出方法の典型的な態様として、下記の工程を行う方法を挙げることができる。
[ Aspects of this detection method ]
As described above, in this detection method, a metal particle carrying a detection target substance is brought into contact with a sensor chip having a metal surface carrying a binding molecule for the detection target substance, and a signal from the sensor chip is obtained. This is a detection method for detecting a detection target substance as an index.
As a typical embodiment of this detection method, a method for performing the following steps can be mentioned.

1)「検出対象物質を担持させた金属粒子が結合分子を介して結合しているセンサチップの金属表面」を作出する工程、すなわち、「当該検出対象物質に対する結合分子が担持されたセンサチップの金属表面に対して、検出対象物質を担持させた金属粒子を接触させることにより、金属粒子上の検出対象物質と金属表面上の結合分子の間の結合力を働かせて、金属表面に検出対象物質が担持された金属粒子を、好適には飽和状態となるまで結合させた状態の金属表面」を作出する工程。   1) A step of creating “a metal surface of a sensor chip on which a metal particle carrying a detection target substance is bonded via a binding molecule”, that is, “a sensor chip carrying a binding molecule for the detection target substance” By bringing the metal particle carrying the detection target substance into contact with the metal surface, the binding force between the detection target substance on the metal particle and the binding molecule on the metal surface is exerted to detect the detection target substance on the metal surface. A step of creating a metal surface in which the metal particles on which is supported are preferably bonded until saturated.

2)上記の工程1)により、検出対象物質を担持させた金属粒子を結合させた金属表面に対して、検出対象物[いわゆる検体(血液、尿、リンパ液、髄液等の体液検体は勿論のこと、農作物、土壌、海水、湖沼水等に由来する検体も含む)が該当する、これらの検体中の特定の検出対象物質の検出(定量または定性)を行うことにより、医療診断分野、環境検査分野、品質検定分野等の検査分野における、本発明の有用性が認められる]を接触させて、当該検出対象物中の検出対象物質と前記金属粒子とを、金属表面上の結合分子に対して競合させる工程。   2) According to the above-mentioned step 1), the detection target [so-called specimen (blood, urine, lymph, cerebrospinal fluid and other body fluid specimens, of course, is applied to the metal surface on which the metal particles carrying the detection target substance are bound). (Including samples derived from agricultural products, soil, seawater, lake water, etc.), and by detecting (quantitative or qualitative) specific substances to be detected in these samples, medical diagnostic fields, environmental tests The usefulness of the present invention is recognized in the field of inspection such as field, quality inspection field, etc.] to bring the detection target substance in the detection target and the metal particles into the binding molecules on the metal surface. The process of competing.

3)上記の工程2の競合による検出対象物質と前記金属粒子との置換により、金属表面から前記金属粒子の解離をシグナルとして検出する工程。 3) A step of detecting the dissociation of the metal particles from the metal surface as a signal by the substitution of the detection target substance and the metal particles by the competition in the above step 2.

上述したように、この解離のシグナルは、SPRセンサーで検出し得る表面プラズモン共鳴以外にも、放射能、接触角、沈降、紫外分光、蛍光、化学発光、電気化学発光等の各種のセンサーで検出可能なシグナルであり得る。   As described above, this dissociation signal is detected by various sensors such as radioactivity, contact angle, sedimentation, ultraviolet spectroscopy, fluorescence, chemiluminescence, and electrochemiluminescence in addition to the surface plasmon resonance that can be detected by the SPR sensor. It can be a possible signal.

この解離のシグナルの有無または強弱によって、検出対象物中の検出対象物質の定性または定量を、検量線等を基準として行うことが可能となる。   Depending on the presence or absence or strength of the dissociation signal, the qualitative or quantitative determination of the detection target substance in the detection target can be performed with reference to a calibration curve or the like.

また、検出対象物質が担持された金属表面に、同検出対象物質が担持された金属粒子を検出対象物として接触させ、プラズモン共鳴のエンハンス効果等による増感反応を惹起させることにより、微量の検出対象物質を高感度に検出することも可能である。   In addition, a small amount of detection is possible by bringing a metal particle carrying the detection target substance into contact with the metal surface carrying the detection target substance as a detection target and inducing a sensitization reaction due to the enhancement effect of plasmon resonance. It is also possible to detect the target substance with high sensitivity.

このような態様で行われる本検出方法を行うために、例えば、1)特定物質が担持されていない親水性ポリマーが担持されている金属コロイド粒子、および、2)同親水性ポリマーが担持された金属表面を有するセンサチップ、のセット(以下、非担持セットともいう)。   In order to perform this detection method performed in such a manner, for example, 1) metal colloidal particles carrying a hydrophilic polymer not carrying a specific substance, and 2) carrying the same hydrophilic polymer. A set of sensor chips having a metal surface (hereinafter also referred to as an unsupported set).

あるいは、
1)a)特定物質が担持されている親水性ポリマーが担持されている金属コロイド粒子、または、b)特定物質が粒子表面に直接的に担持され、かつ、特定物質が担持若しくは非担持の親水性ポリマーが担持されている金属コロイド粒子、および、2)a)センサチップの金属表面に、前記特定物質に対する結合分子が担持された親水性ポリマーが担持された金属表面を有するセンサチップ、または、b)特定物質が金属表面に直接的に担持され、かつ、特定物質が担持若しくは非担持の親水性ポリマーが担持されている金属表面を有するセンサチップのセット(以下、担持セットともいう)。
Or
1) a) a metal colloidal particle carrying a hydrophilic polymer carrying a specific substance, or b) a hydrophilic substance carrying the specific substance directly on the particle surface and carrying or not carrying the specific substance. Colloidal metal particles carrying a functional polymer, and 2) a) a sensor chip having a metal surface carrying a hydrophilic polymer carrying a binding molecule for the specific substance on the metal surface of the sensor chip, or b) A set of sensor chips (hereinafter also referred to as a support set) having a metal surface on which a specific substance is directly supported on a metal surface and a hydrophilic polymer on which the specific substance is supported or not supported.

等を挙げることができる。   Etc.

非担持セットは、当該セットの使用者が、検出対象物と検出対象物質、さらに、当該物質に対する結合分子を選択して、上述の要領に従って、本検出方法を個別的に行うのに適している検出用のセットである。   The unsupported set is suitable for the user of the set to select the detection target, the detection target substance, and the binding molecule for the substance, and individually perform the detection method according to the above-described procedure. It is a set for detection.

担持セットは、定まった検出対象物質を担持させた金属粒子と当該物質に対する結合分子を担持させた金属表面を有するセンサチップを、予め確保して、汎用性がある検査項目を、上記の要領に従い、効率的に行うのに適している検査用のセットである。   The carrier set has a sensor chip having a metal surface carrying a predetermined detection target substance and a metal surface carrying a binding molecule for the substance in advance, and has a versatile inspection item according to the above procedure. It is a set for inspection that is suitable for performing efficiently.

本発明により、簡便、安全、かつ、リアルタイムでの検出を行うことが可能な、金属表面を利用するセンサーにおいて、さらなる高感度化手段が提供される。 The present invention provides a means for further increasing sensitivity in a sensor using a metal surface that can be detected simply, safely, and in real time.

以下に、本発明の実施例を記載して本発明をさらに具体的に説明するが、この記載は、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。   The present invention will be described more specifically below with reference to examples of the present invention, but this description is not intended to limit the scope of the present invention.

1.ビオチンを結合分子としたストレプトアビジンの検出方法
1)末端のアルデヒド基を有するPEG化金コロイドの調製
平均粒径40nmの金コロイド分散液(ポリサイエンス社製)に、アセタール-PEG-SH(分子量10,000)を添加し、室温で3時間反応させた。さらに、メトキシ-PEG-SH(分子量2,000)を加え、50℃で3時間反応させた後、HClでpH2まで下げ、2時間インキュベートすることにより、アセタール基を加水分解して、金コロイド表面にアルデヒド基を導入した。
1. Detection Method of Streptavidin Using Biotin as Binding Molecule 1) Preparation of PEGylated Gold Colloid Having Terminal Aldehyde Group Acetal-PEG-SH (molecular weight 10,000 ) Was added and allowed to react at room temperature for 3 hours. Furthermore, after adding methoxy-PEG-SH (molecular weight 2,000) and reacting at 50 ° C. for 3 hours, the acetal group is hydrolyzed by lowering to pH 2 with HCl and incubating for 2 hours, and aldehydes are deposited on the colloidal gold surface. A group was introduced.

2)PEG化金コロイドヘのストレプトアビジンの導入
ストレプトアビジンと、ヘテロリンカーであるN−スクシンイミジル3−(2−ピリジルジチオ)プロピオネート(以下、SPDPという)をモル比1:3で混合し、pH7.5として室温で60分反応させ、ストレプトアビジンに、ピリジルジスルフィド基を導入した。
次に、還元剤ジチオスレイトール(以下DTT)を加え、pH7.5下、室温でジスルフィドを開裂させることにより、SH化ストレプトアビジンを調製した。このSH化ストレプトアビジンに、ヘテロリンカーであるN−(マレイミドカプロン酸)ヒドラジド(以下、EMCHという)をモル比1:1で加え、pH6.5、4℃の条件で、一晩インキュベートすることにより、ストレプトアビジンにヒドラジドを導入した。
このようにして、合成したストレプトアビジンヒドラジドを、金コロイド表面のアルデヒド基と反応させ(PEG:SA=10:1、pH5.5、overnight)、還元アミノ化法により、金コロイド粒子表面にストレプトアビジンを導入した。
3)センサチップ表面のPEG修飾とビオチンの導入
金を支持体とするセンサチップ表面を、アセタール−PEG-SH(分子量5,OOO)およびメトキシ−PEG-SH(分子量2,000)で修飾した(室温、30分×2回)。次に、0.1NのHClでアセタールを加水分解し、アルデヒドに変換(室温、3時間)した後、ビオシチンヒドラジドを用いて、センサチップ表面にビオチンを導入した (pH5.5、4℃、overnight)。また、対照として、PEGに代えてデキストランゲル(CM5:ビアコア社製)を用いて修飾を行った
4)表面プラズモン共鳴(SPR)センサーによる相互作用の測定
SPRは、以下の条件により行った。
測定装置:BIACORE1000(日本ビアコア社製)
ランニング緩衝液:10mMリン酸緩衝液、pH7.4、0.15M NaCl
アナライト:a)ストレプトアビジン−PEG−金コロイド
b) CHO-PEG−金コロイド
c) 1μMストレプトアビジン
センサチップ表面: a)ビオチン−PEG
b)ビオチン−CM5(ビアコア社製)
測定条件:流速5μL/1min、25℃
結果
上記の試験の結果を表1−1(ビオチン−PEGを用いた例:単位Δθ[°])と、−2(ビオチン−CM5を用いた例:単位Δθ[°])、さらに、図1に記載する。
2) Introduction of streptavidin into PEGylated gold colloid Streptavidin and heterolinker N-succinimidyl 3- (2-pyridyldithio) propionate (hereinafter referred to as SPDP) were mixed at a molar ratio of 1: 3, and pH 7.5 The reaction was carried out at room temperature for 60 minutes to introduce a pyridyl disulfide group into streptavidin.
Next, a reducing agent dithiothreitol (hereinafter referred to as DTT) was added, and the disulfide was cleaved at pH 7.5 at room temperature to prepare SH-streptavidin. By adding N- (maleimidocaproic acid) hydrazide (hereinafter referred to as EMCH), a heterolinker, to this SH-streptavidin at a molar ratio of 1: 1 and incubating overnight at pH 6.5 and 4 ° C. Hydrazide was introduced into streptavidin.
In this way, the synthesized streptavidin hydrazide is reacted with the aldehyde group on the gold colloid surface (PEG: SA = 10: 1, pH 5.5, overnight), and the reductive amination method is performed on the surface of the gold colloid particles. Was introduced.
3) Modification of PEG on the surface of the sensor chip and the surface of the sensor chip using biotin introduced as a support were modified with acetal-PEG-SH (molecular weight 5, OOO) and methoxy-PEG-SH (molecular weight 2,000) (room temperature, 30 minutes x 2). Next, the acetal was hydrolyzed with 0.1N HCl and converted to aldehyde (room temperature, 3 hours), and then biotin was introduced onto the sensor chip surface using biocytin hydrazide (pH 5.5, 4 ° C., overnight ). In addition, as a control, modification was performed using dextran gel (CM5: manufactured by Biacore) instead of PEG. 4) Interaction measurement using a surface plasmon resonance (SPR) sensor
SPR was performed under the following conditions.
Measuring device: BIACORE1000 (Nippon Biacore)
Running buffer: 10 mM phosphate buffer, pH 7.4, 0.15 M NaCl
Analyte: a) Streptavidin-PEG-Gold colloid
b) CHO-PEG-gold colloid
c) 1 μM streptavidin sensor chip surface: a) Biotin-PEG
b) Biotin-CM5 (Biacore)
Measurement conditions: Flow rate 5μL / 1min, 25 ℃
Results The results of the above tests are shown in Table 1-1 (example using biotin-PEG: unit Δθ [°]), -2 (example using biotin-CM5: unit Δθ [°]), and FIG. It describes.





これらの結果から明らかなように、ストレプトアビジンを金コロイドと複合化することにより、著しく検出感度が上昇することが判明した。しかも、この効果は、現在汎用されている高分子(デキストラン)ゲル修飾センサチップでは全く認められなかった。このことにより、センサチップ表面にPEG等の親水性ポリマーを起立した状態で結合させることにより、金属表面の物質の結合と解離により惹起される表面プラズモン共鳴の増大効果が発揮されることが明らかとなった。よって、センサチップ表面に結合させる親水性ポリマーとして、ブラシ構造を有するPEGを選択することは、極めて有用であることがわかる。



As is clear from these results, it was found that the detection sensitivity was remarkably increased by combining streptavidin with gold colloid. Moreover, this effect was not observed at all in the polymer (dextran) gel-modified sensor chip that is currently widely used. From this, it is clear that the effect of increasing the surface plasmon resonance caused by the binding and dissociation of the metal surface material is exerted by bonding a hydrophilic polymer such as PEG upright on the sensor chip surface. became. Therefore, it can be seen that selecting PEG having a brush structure as the hydrophilic polymer to be bonded to the sensor chip surface is extremely useful.

2.抗原抗体反応を利用した抗原の検出(FITC-PEG-金コロイドのSPRチップヘの結合と解離)
方法
1)SPR金基板のPEG修飾[PEG5000(acetal),PEG2000(Methoxy)]と抗体の導入
オゾン洗浄した金を支持体とするセンサチップをシャーレに入れ、pH7.4、1M NaCl含有50mMリン酸緩衝液に溶かした分子量5000のaceta1-PEG-SH(1mM/ml)を加え、室温で30分振盪した。終了後、PEG溶液を捨て、50mMNaOHで30秒、リン酸緩衝液で3回洗浄し、この一連の操作を計2回行なった。次に、リン酸緩衝液に溶かした分子量2000のMethoxy-PEG-SH(0.2mg/ml)を加え、30分室温で振盪した。終了後、PEG溶液を捨て、上記と同様の洗浄操作を3回繰り返した。
2. Detection of antigen using antigen-antibody reaction (binding and dissociation of FITC-PEG-gold colloid to SPR chip)
Method 1) PEG modification of SPR gold substrate [PEG5000 (acetal), PEG2000 (Methoxy)] and introduction of antibody Place sensor chip with ozone-washed gold as support in petri dish, pH7.4, 50 mM phosphoric acid containing 1M NaCl Acetal-PEG-SH (1 mM / ml) having a molecular weight of 5000 dissolved in a buffer solution was added, and the mixture was shaken at room temperature for 30 minutes. After completion, the PEG solution was discarded, washed with 50 mM NaOH for 30 seconds and three times with phosphate buffer, and this series of operations was performed twice. Next, Methoxy-PEG-SH (0.2 mg / ml) having a molecular weight of 2000 dissolved in a phosphate buffer was added and shaken at room temperature for 30 minutes. After completion, the PEG solution was discarded and the same washing operation as described above was repeated three times.

次に、上記の方法で得られたPEG修飾基板をシャーレに入れ、O.1N HCl(pH2)溶液に浸し3時間振盪し、アセタール基を加水分解し、チップ表面にアルデヒド基を導入した。反応終了後、蒸留水で洗浄し、乾燥させた。   Next, the PEG-modified substrate obtained by the above method was placed in a petri dish, immersed in an O.1N HCl (pH 2) solution and shaken for 3 hours to hydrolyze acetal groups, and aldehyde groups were introduced onto the chip surface. After completion of the reaction, it was washed with distilled water and dried.

次に、基板が浸るようにジメチルホルムアミド(DMF)を加え、最終的に2mMとなるように、N−(ε−Maleimidocaproic acid)hydrazide(EMCH)を加え、室温で2時間振盪し、その後、15分おきにジメチルアミンボラン溶液(溶媒;DMF)を加えて2時間振盪を続けた。反応終了後、DMFで洗浄したのち、蒸留水で洗浄し乾燥させ、表面マレイミド化金チップを作成した。   Next, dimethylformamide (DMF) is added so that the substrate is immersed, N- (ε-Maleimidocaproic acid) hydrazide (EMCH) is added so that the final concentration is 2 mM, and the mixture is shaken at room temperature for 2 hours. Dimethylamine borane solution (solvent; DMF) was added every minute and shaking was continued for 2 hours. After completion of the reaction, it was washed with DMF, then washed with distilled water and dried to prepare a surface maleimide gold chip.

本チップをSPR装置に装着し、3μM anti-FITC(ab')2をSPRにインジェクトし、チップ表面に抗体を導入した。未反応のマレイミド基は、100nMメルカプトエタノールをインジェクトすることによりブロッキングした。   This chip was mounted on an SPR device, 3 μM anti-FITC (ab ′) 2 was injected into the SPR, and an antibody was introduced onto the chip surface. Unreacted maleimide groups were blocked by injecting 100 nM mercaptoethanol.

2)FITC-PEG-金コロイドの調製
Acetal-PEG-SHを0.86mg(金濃度の100倍量)に、NaBH4をPEGの10倍量加え、1時間攪拌した。水溶液のpHを6.5に調整し、金コロイド溶液10mL加え、室温で1時間、75℃で2時間攪拌し、超遠心(100,000×g、4℃、20分)を4回行うことにより、PEG化金コロイド粒子を回収した。本コロイド粒子を純水10mLに再分散させ、pHを2に調整し、2時間攪拌することにより、acetalを加水分解して、表面にアルデヒド基を導入した。
水溶液のpHを再度6.5に調整し、フルオレセインヒドラジドをPEGの10倍量加え、6時間攪拌し、さらに、NaBH4をPEGの10倍量加え、4時間攪拌した。精製は、100,000×g、4℃、20分の条件で10回行った。
結果(SPR測定およびFITC添加後の解離挙動の観察)
上記の方法により調製した金コロイドをSPRセンサー[BIACORE1000(日本ビアコア社製)]にインジェクトし、その応答挙動を調べた。また、対照として、acetal-PEG-金コロイドを用いた。それぞれの金濃度は11.2pmol/ml,11.6pmol/mlでSPRにインジェクトした。抗体を流すところから最後にFITCを流すまでの一連のSPRレスポンスの様子を表2(pmol/ml以外の単位Δθ[°])と図2に示す。
2) Preparation of FITC-PEG-gold colloid
Acetal-PEG-SH was added to 0.86 mg (100 times the gold concentration) and NaBH4 was added 10 times the amount of PEG, followed by stirring for 1 hour. Adjust the pH of the aqueous solution to 6.5, add 10 mL of colloidal gold solution, stir for 1 hour at room temperature, 2 hours at 75 ° C, and perform ultracentrifugation (100,000 × g, 4 ° C, 20 minutes) 4 times to obtain PEGylation Gold colloidal particles were recovered. The colloidal particles were redispersed in 10 mL of pure water, adjusted to pH 2 and stirred for 2 hours to hydrolyze acetal and introduce aldehyde groups on the surface.
The pH of the aqueous solution was adjusted to 6.5 again, fluorescein hydrazide was added 10 times the amount of PEG and stirred for 6 hours, and NaBH4 was added 10 times the amount of PEG and stirred for 4 hours. Purification was performed 10 times under conditions of 100,000 × g, 4 ° C., and 20 minutes.
Results (SPR measurement and observation of dissociation behavior after FITC addition)
The colloidal gold prepared by the above method was injected into an SPR sensor [BIACORE1000 (manufactured by Nihon Biacore)] and the response behavior was examined. As a control, acetal-PEG-gold colloid was used. The gold concentrations were 11.2 pmol / ml and 11.6 pmol / ml, respectively. The state of a series of SPR responses from the flow of antibody to the last flow of FITC is shown in Table 2 (units other than pmol / ml Δθ [°]) and FIG.





対照でほぼ同濃度のacetal-PEG-金コロイドを用いたところ、表2と図2からもわかるように、非特異的な吸着として確認されず、金粒子結合のレスポンスはほぼ認められないことが観察された。一方、FITC-PEG-金コロイドの方は金粒子の結合のレスポンスが0.4979°と大きい値を得た。対照でレスポンスが認められないことから、この値は抗体との結合によるものであると考える。また50mMのFITCを添加した後、抗体からの金粒子の解離と考えられるレスポンスとして−0.1399°という値を得た。




When almost the same concentration of acetal-PEG-gold colloid was used as a control, as shown in Table 2 and FIG. 2, it was not confirmed as non-specific adsorption, and there was almost no response to gold particle binding. Observed. On the other hand, FITC-PEG-gold colloid obtained a large value of 0.4979 ° for the binding response of gold particles. Since no response was observed in the control, this value is considered to be due to antibody binding. Further, after adding 50 mM FITC, a value of −0.1399 ° was obtained as a response considered to be dissociation of gold particles from the antibody.

この結果より、金粒子に抗原を担持して用いる本検出方法により、鋭敏に当該抗原を検出し得ることが認められた。   From this result, it was confirmed that the antigen can be detected with high sensitivity by the present detection method using an antigen supported on gold particles.

3.レクチンを結合分子とした糖の検出
オゾン洗浄した金を支持体とするセンサチップの表面に、常法によりラクトース特異的RCAレクチンを固定し、その後、上記2(1)の方法に準じて、PEG5000(Methoxy)を当該表面に起立した状態で担持して、表面にレクチンが担持され、かつ、PEG5000でブロッキングされたセンサチップを作製した。
3. Detection of sugar using lectin as a binding molecule Lactose-specific RCA lectin is immobilized on the surface of a sensor chip using gold that has been washed with ozone as a support, and then PEG5000 according to the method described in 2 (1) above. (Methoxy) was supported on the surface in a standing state, and a sensor chip was prepared in which lectin was supported on the surface and blocked with PEG5000.

また、上記の2(2)の方法に準じて、PEG6000(acetal)を起立した状態で担持した金微粒子(粒径20nm)からなる金コロイド分散液に、0.5mM p-アミノフェニルラクトースを加え、pHを7に調整した後、0.7mM ジメチルアミノボラン溶液と混合して、還元アミノ化反応により、金コロイド表面にラクトースを導入した。得られた粒子は、超遠心分離(360.6×g)を3回行い、精製した。なお、得られた金微粒子には200個/1金粒子程度の割合で、ラクトース分子が担持された。   Further, in accordance with the above method 2 (2), 0.5 mM p-aminophenyl lactose was added to a gold colloidal dispersion composed of gold fine particles (particle size 20 nm) supported in a standing state with PEG6000 (acetal). After adjusting the pH to 7, it was mixed with a 0.7 mM dimethylaminoborane solution, and lactose was introduced onto the gold colloid surface by a reductive amination reaction. The obtained particles were purified by ultracentrifugation (360.6 × g) three times. The obtained gold fine particles supported lactose molecules at a rate of about 200 particles / 1 gold particle.

上記のようにして作製したレクチンが固定され、PEGによりブロックされた金表面を有するセンサチップを、SPRセンサー[BIACORE1000(日本ビアコア社製)]に装着し、これに特定濃度の上記のラクトース担持金コロイドを10μl/minで5分間流し、その後、リン酸バッファーを2分間流し、0〜40μg/mlの濃度のガラクトース水溶液を5分間流して、先行してセンサチップ表面に担持されている金コロイドとの交換反応を、SPRセンサーにおけるガラクトースを流す前と流した後のSPR数値の差を指標として検討した。   A sensor chip having a gold surface on which a lectin prepared as described above is fixed and blocked with PEG is mounted on an SPR sensor [BIACORE1000 (manufactured by Nihon Biacore)], and the lactose-carrying gold having a specific concentration is attached to this sensor chip. The colloid is allowed to flow at 10 μl / min for 5 minutes, and then the phosphate buffer is allowed to flow for 2 minutes, and then a galactose aqueous solution having a concentration of 0 to 40 μg / ml is allowed to flow for 5 minutes. The exchange reaction was examined using the difference in SPR values before and after flowing galactose in the SPR sensor as an index.

なお、対照として、金粒子に担持された親水性ポリマーを、PEG6000に代えて、デキストランゲル(CM5:ビアコア社製)として、40μg/mlのガラクトース水溶液を流した例を用いた。   As a control, an example was used in which a hydrophilic polymer supported on gold particles was replaced with PEG6000 and dextran gel (CM5: manufactured by Biacore) was passed through a 40 μg / ml galactose aqueous solution.

結果を表3に示す。   The results are shown in Table 3.



この結果により、PEGを介してガラクトースが担持されている金粒子を結合させた金表面に、ガラクトースを接触させると、ガラクトース量に依存して金コロイドが脱離し、かつ、初期の金コロイドの担持量が著しく多いデキストランゲルを用いた対照よりも、金コロイドの脱離量が多いことが明らかになった。このことより、PEGを担持させた金粒子を用いると格段に検出感度が鋭敏となることが明らかとなった。


As a result, when galactose is brought into contact with the gold surface to which gold particles carrying galactose are bonded via PEG, the gold colloid is detached depending on the amount of galactose, and the initial gold colloid is supported. It was revealed that the amount of colloidal gold released was greater than that of the control using dextran gel, which was significantly higher. From this, it became clear that the detection sensitivity becomes remarkably sharp when using gold particles carrying PEG.

本発明を用いたビオチンを結合分子としたストレプトアビジンの検出の結果を示した図面である。2 is a drawing showing the results of detecting streptavidin using biotin as a binding molecule according to the present invention. 本発明において抗原抗体反応を利用した結果を示した図面である。1 is a diagram showing a result of using an antigen-antibody reaction in the present invention.

Claims (13)

検出対象物質を担持させた金属コロイド粒子を、「当該検出対象物質に対する結合分子を有し、かつ、前記金属の表面を有するセンサチップ」に接触させて、当該センサチップからのシグナルを指標として検出対象物質の検出を行う、検出方法。 The metal colloidal particles carrying the detection target substance are brought into contact with the “sensor chip having a binding molecule for the detection target substance and having the surface of the metal”, and the signal from the sensor chip is detected as an index. A detection method for detecting a target substance. 「検出対象物質を担持させた金属コロイド粒子が結合分子を介して結合しているセンサチップの金属表面」に対して検出対象物を接触させ、当該検出対象物中の検出対象物質と前記金属コロイド粒子との置換による、同金属コロイド粒子のセンサチップの金属表面からの解離をシグナルとして検出する、検出方法The detection target is brought into contact with the “metal surface of the sensor chip on which the metal colloid particles carrying the detection target are bound via binding molecules”, and the detection target substance in the detection target and the metal colloid A detection method for detecting, as a signal, dissociation of the metal colloidal particles from the metal surface of the sensor chip by substitution with particles. 金属コロイド粒子、および、センサチップの金属表面に、親水性直鎖状モノマー単位を含むポリマーが起立するように担持されている、請求項1または2記載の検出方法。 The detection method according to claim 1 or 2, wherein a polymer containing a hydrophilic linear monomer unit is supported so as to stand on the metal colloidal particles and the metal surface of the sensor chip. 金属コロイド粒子に担持された親水性直鎖状モノマー単位を含むポリマー鎖の先端近傍に検出対象物質が担持され、かつ、センサチップの金属表面に担持された当該ポリマー鎖の先端近傍に検出対象物質に対する結合分子が担持されている、請求項3記載の検出方法。 A substance to be detected is supported near the tip of a polymer chain containing a hydrophilic linear monomer unit supported on metal colloidal particles, and a substance to be detected near the tip of the polymer chain supported on the metal surface of a sensor chip The detection method according to claim 3, wherein a binding molecule is supported. 親水性直鎖状モノマー単位を含むポリマーが、炭素原子数が2〜3のアルキレンオキシドをモノマー単位とする、重合数が2〜10000のポリアルキレンオキシドである、請求項3または4記載の検出方法。 The detection method according to claim 3 or 4, wherein the polymer containing a hydrophilic linear monomer unit is a polyalkylene oxide having a polymerization number of 2 to 10,000 and having an alkylene oxide having 2 to 3 carbon atoms as a monomer unit. . ポリアルキレンオキシドが、ポリエチレンオキシドである、請求項3〜5のいずれかに記載の検出方法。 The detection method according to claim 3, wherein the polyalkylene oxide is polyethylene oxide. センサチップの金属表面および/または金属コロイド粒子表面において、マスキング処理が行われている、請求項1〜6のいずれかに記載の検出方法。 The detection method according to claim 1, wherein masking treatment is performed on the metal surface and / or metal colloid particle surface of the sensor chip. センサチップの金属表面および/または金属コロイド粒子表面におけるマスキング処理が、起立した部分の嵩高が検出対象物質または検出対象物質に対する結合分子が担持された前記ポリマーの嵩高よりも短く、かつ、前記起立部分の先端近傍が不活性化処理された当該ポリマーの担持によって行われる、請求項7記載の検出方法。 The masking process on the metal surface and / or metal colloidal particle surface of the sensor chip is such that the bulk of the standing part is shorter than the bulk of the polymer carrying the detection target substance or the binding molecule for the detection target substance, and the standing part The detection method of Claim 7 performed by carrying | support of the said polymer by which the front-end | tip vicinity of inactivation processing was carried out. 金属コロイド粒子が金コロイド粒子であり、かつ、センサチップの金属が金である、請求項1〜8のいずれかに記載の検出方法。 The detection method according to claim 1, wherein the metal colloid particles are gold colloid particles and the metal of the sensor chip is gold. 検出対象物質と結合分子の組が、抗原若しくはハプテンと抗体の組、糖とレクチンの組、基質と酵素の組、ホルモンとその受容体の組、核酸とその相補鎖の組、または、被結合タンパク質と結合タンパク質の組である、請求項1〜9のいずれかに記載の検出方法。 The detection target substance and binding molecule pair is antigen or hapten and antibody pair, sugar and lectin pair, substrate and enzyme pair, hormone and its receptor pair, nucleic acid and its complementary chain pair, or bound The detection method according to any one of claims 1 to 9, which is a set of a protein and a binding protein. センサチップからのシグナルの検出が、表面プラズモン共鳴を利用して、センサチップ表面の状態を検出可能な機器によって行われる、請求項1〜10のいずれかに記載の検出方法。 The detection method according to any one of claims 1 to 10, wherein detection of a signal from the sensor chip is performed by a device capable of detecting the state of the sensor chip surface using surface plasmon resonance. 請求項3または4の検出方法を行うための、親水性直鎖状モノマー単位を含むポリマーが担持されている金属コロイド粒子、および、同担持金属表面を有するセンサチップのセット。 5. A set of metal colloidal particles on which a polymer containing a hydrophilic linear monomer unit is supported and a sensor chip having the surface of the supported metal for performing the detection method according to claim 3 or 4. 金属コロイド粒子のポリマーに検出対象物質が担持され、かつ、センサチップの金属表面のポリマーに当該検出対象物質に対する結合分子が担持されている、請求項12記載のセット。 The set according to claim 12, wherein a detection target substance is supported on a polymer of metal colloidal particles, and a binding molecule for the detection target substance is supported on a polymer on a metal surface of a sensor chip.
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