JP3815621B2 - Biochip manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、親水性高分子をブロッキングすることで生体分子の非特異的吸着を抑制したバイオチップの作製方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a biochip in which non-specific adsorption of biomolecules is suppressed by blocking a hydrophilic polymer.

近年、生体分子の相互作用解析、発現分子のプロファイリング、もしくは診断に用いるバイオチップが注目を集めている。基板上に生体分子が固定化されることで操作が容易になり、場合によっては非常に多くの物質の相互作用を解析することができる。   In recent years, biochips used for biomolecule interaction analysis, profiling of expressed molecules, or diagnosis have attracted attention. The operation is facilitated by immobilizing the biomolecule on the substrate, and in some cases, the interaction of a very large number of substances can be analyzed.

相互作用を観察する際に、問題になるのが、非特異的吸着である。すなわち、本来であれば、相互作用しない分子へ、対象物質が非特異的に吸着する場合のことを言う。その結果、擬陽性の判定を与えるため好ましくない。非特異的な吸着を抑制するために、デキストラン、ポリエチレングリコールなどの親水性高分子が表面に固定化されたバイオチップが開発されている。親水性高分子は生体分子の非特異的吸着を抑制する効果があることが知られている。   When observing the interaction, nonspecific adsorption becomes a problem. In other words, it refers to the case where the target substance adsorbs nonspecifically to molecules that do not interact. As a result, a false positive determination is given, which is not preferable. In order to suppress nonspecific adsorption, biochips in which hydrophilic polymers such as dextran and polyethylene glycol are immobilized on the surface have been developed. It is known that hydrophilic polymers have an effect of suppressing nonspecific adsorption of biomolecules.

バイオセンサー表面に親水性高分子のゲルマトリクスを形成することで非特異的吸着を抑制したバイオセンサーが示されている。この方法ではゲルマトリクスに官能基が導入されており、その官能基を利用し共有結合によって生体分子を固定化している。具体的にはカルボキシメチルデキストランのカルボキシル基を水溶性カルボジイミド(EDC)とN−ヒドロキシスクシンイミド(NHS)で活性化し、形成したスクシンイミド基と生体分子を固定化することに成功している(非特許文献1)。ただし、形成したスクシンイミド基は100%反応しないため、残存したスクシンイミドをブロッキングする必要がある。ここではエタノールアミンを用いて、スクシンイミド基のブロッキングを行っており、ブロッキング材料に親水性高分子を用いる手法は示されていない。   A biosensor that suppresses nonspecific adsorption by forming a gel matrix of a hydrophilic polymer on the biosensor surface is shown. In this method, functional groups are introduced into the gel matrix, and biomolecules are immobilized by covalent bonds using the functional groups. Specifically, the carboxyl group of carboxymethyl dextran was activated with water-soluble carbodiimide (EDC) and N-hydroxysuccinimide (NHS), and the formed succinimide group and the biomolecule were successfully immobilized (Non-patent Document). 1). However, since the formed succinimide group does not react 100%, it is necessary to block the remaining succinimide. Here, succinimide groups are blocked using ethanolamine, and a technique using a hydrophilic polymer as a blocking material is not shown.

生体分子を固定化した後に、基板上に親水性高分子を反応させる手段は公知である(特許文献1)。しかし、ここではチップ上のマレイミド基と対象分子が有するチオール基を反応させて、チップ上に対象分子を固定化しているが、その後、マレイミド基をブロッキングする工程は全く含んでいない。そのため、マレイミド基が残存したまま残っており、非特異的吸着の問題を引き起こす心配があった。また、固定化した生体分子と反応しうる親水性高分子を用いるため、生体分子が改質し変性する恐れがあった。   A means for reacting a hydrophilic polymer on a substrate after immobilizing a biomolecule is known (Patent Document 1). However, here, the maleimide group on the chip is reacted with the thiol group of the target molecule to immobilize the target molecule on the chip, but the subsequent step of blocking the maleimide group is not included. For this reason, the maleimide group remains as it is, and there is a concern of causing nonspecific adsorption problems. Further, since a hydrophilic polymer capable of reacting with the immobilized biomolecule is used, the biomolecule may be modified and denatured.

本発明は対象分子の固定化に使用した官能基を、対象分子を変性させることなく、効率よくブロッキングし、非特異的吸着を抑制する手段を提供する。   The present invention provides a means for efficiently blocking a functional group used for immobilization of a target molecule without inhibiting the target molecule and suppressing nonspecific adsorption.

Anal.Biochem.198,268,1991Anal. Biochem. 198, 268, 1991 米国特許6127129号明細書US Pat. No. 6,127,129

本発明の課題は、生体分子の非特異的吸着を抑制するバイオチップを得ることにある。特に蛋白質との相互作用解析に用いた際でも、正確に相互作用を評価できるチップを得ることにある。   An object of the present invention is to obtain a biochip that suppresses nonspecific adsorption of biomolecules. In particular, the object is to obtain a chip that can accurately evaluate the interaction even when used for analyzing the interaction with the protein.

本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出した。
1.チップ上の官能基(A)と対象分子が有する官能基(B)を反応させて、チップ上に対象分子を固定化したのちに、チップ表面に残存する官能基(A)を、官能基(C)を有する親水性高分子を反応させて、官能基(A)を共有結合的にブロッキングするバイオチップ作製方法
2.末端のみに官能基(C)を有する親水性高分子を用いる1記載の方法
3.親水性高分子の分子量が400以上である1〜2いずれか記載の方法
4.親水性高分子がポリエチレングリコールである1〜3いずれか記載の方法
5.チップ表面が金であることを特徴とする1〜4いずれか記載の方法
6.チップの基板が透明基板であることを特徴とする1〜5いずれか記載の方法
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by the following means.
1. After reacting the functional group (A) on the chip with the functional group (B) of the target molecule to immobilize the target molecule on the chip, the functional group (A) remaining on the chip surface is converted to the functional group ( 1. Biochip preparation method in which a functional group (A) is covalently blocked by reacting a hydrophilic polymer having C) 2. The method according to 1, wherein a hydrophilic polymer having a functional group (C) only at the terminal is used. 3. The method according to any one of 1 to 2, wherein the hydrophilic polymer has a molecular weight of 400 or more. 4. The method according to any one of 1 to 3, wherein the hydrophilic polymer is polyethylene glycol. 5. The method according to any one of 1 to 4, wherein the chip surface is gold. The method according to any one of 1 to 5, wherein the substrate of the chip is a transparent substrate

本発明のバイオチップの作成方法を採用することにより、非特異的吸着が抑制されたバイオチップを簡便に得ることができる。   By adopting the method for producing a biochip of the present invention, a biochip in which nonspecific adsorption is suppressed can be easily obtained.

本発明のバイオチップ作製方法は、チップ上の官能基(A)と対象分子が有する官能基(B)を反応させて、チップ上に対象分子を固定化する手法に関して、固定化反応に使われずにチップ上に残存している官能基(A)を、官能基(C)を有する親水性高分子を反応させて共有結合的にブロッキングするバイオチップの作製方法である。従って、物理吸着やイオン吸着によるブロッキング方法は本発明には含まれない。   The biochip production method of the present invention is not used for the immobilization reaction with respect to the method of immobilizing the target molecule on the chip by reacting the functional group (A) on the chip with the functional group (B) of the target molecule. And a functional group (A) remaining on the chip is reacted with a hydrophilic polymer having the functional group (C) to covalently block the biochip. Therefore, the blocking method by physical adsorption or ion adsorption is not included in the present invention.

官能基(A)は固定化する対象分子が有する官能基(B)と反応することができ、親水性高分子が有する官能基(C)とも反応することができる。
官能基(A)、官能基(B)、官能基(C)は特に限定されるものではないが、カルボキシル基、アミノ基、スクシンイミド基、硫酸化スクシンイミド基、マレイミド基、エポキシ基、チオール基、アルデヒド基、ビニル基、トシル基、トレシル基、無水酢酸基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、アシルアジド基、塩化硫酸基、イミドエステル基などが挙げられる。ここで官能基(A)と官能基(B)、官能基(A)と官能基(C)は反応しうるペアである。官能基(A)と官能基(B)、官能基(A)と官能基(C)は基本的に異なる官能基であるが、官能基(B)と官能基(C)は同一であっても異なる官能基であってもよい。
The functional group (A) can react with the functional group (B) of the target molecule to be immobilized, and can also react with the functional group (C) of the hydrophilic polymer.
Functional group (A), functional group (B), functional group (C) is not particularly limited, carboxyl group, amino group, succinimide group, sulfated succinimide group, maleimide group, epoxy group, thiol group, Examples include an aldehyde group, a vinyl group, a tosyl group, a tresyl group, an acetic anhydride group, an isocyanate group, an isothiocyanate group, an acyl azide group, a chlorinated sulfuric acid group, and an imide ester group. Here, the functional group (A) and the functional group (B), and the functional group (A) and the functional group (C) are a reactive pair. Functional group (A) and functional group (B), functional group (A) and functional group (C) are basically different functional groups, but functional group (B) and functional group (C) are the same. May be different functional groups.

チップ上に官能基(A)を導入する手段は特に限定されるものではない。基板表面に分子を整列させる自己組織化表面の手法、反応試薬を用いて導入する方法、官能基を有する物質をチップ上にコーティングする手段などが挙げられる。また、表面に導入しておいた官能基を起点として、架橋剤を用いて官能基(A)を導入する手段なども含まれる。   The means for introducing the functional group (A) onto the chip is not particularly limited. Examples thereof include a self-assembled surface method for aligning molecules on the substrate surface, a method of introducing using a reaction reagent, and a means for coating a substance having a functional group on a chip. Also included are means for introducing the functional group (A) using a cross-linking agent starting from the functional group introduced on the surface.

対象分子における官能基(B)の位置も特に限定されるものではなく、対象分子内の末端部分、側面部分、不特定多数箇所のいずれでもよい。
親水性高分子における官能基(C)は高分子末端に存在していることが好ましく、片末端であるとさらに好ましい。高分子の主鎖もしくは主鎖から多数分岐した側鎖に官能基(C)が存在していると、固定化した対象分子に対して立体障害を与える恐れがあるため、好ましくない。また、主鎖もしくは側鎖に多数の官能基(C)が存在すると、官能基(A)と反応しブロッキングされてもなお、官能基(C)が残存する。官能基(C)も非特異的吸着を引き起こす可能性は否定できない。従って、末端にのみ官能基(C)が存在していることが好ましい。さらに好ましくは片末端のみに官能基(C)があり、もう一つの末端には活性の低いメトキシ基やヒドロキシル基を有する親水性高分子が好ましい。
The position of the functional group (B) in the target molecule is not particularly limited, and may be any of a terminal portion, a side surface portion, and an unspecified number of locations in the target molecule.
The functional group (C) in the hydrophilic polymer is preferably present at the polymer end, and more preferably at one end. If the functional group (C) is present in the main chain of the polymer or a side chain that is branched from the main chain, there is a risk of steric hindrance to the immobilized target molecule, which is not preferable. Further, when a large number of functional groups (C) are present in the main chain or side chain, the functional groups (C) still remain even if they are blocked by reacting with the functional groups (A). The possibility that the functional group (C) also causes nonspecific adsorption cannot be denied. Therefore, it is preferable that the functional group (C) exists only at the terminal. More preferably, a hydrophilic polymer having a functional group (C) only at one end and a low activity methoxy group or hydroxyl group at the other end is preferable.

親水性高分子の分子量は400以上が好ましく、1,000以上であるとさらに好ましい。分子量/繰り返し単位が多い方が、非特異的吸着を抑制する効果が強いためである。ただし、分子量が50,000以上であると固定化した対象分子に対して立体障害を与え、悪影響を及ぼす場合があるため、好ましくない。   The molecular weight of the hydrophilic polymer is preferably 400 or more, and more preferably 1,000 or more. This is because the higher the molecular weight / repeating unit, the stronger the effect of suppressing nonspecific adsorption. However, a molecular weight of 50,000 or more is not preferable because it may cause steric hindrance to the immobilized target molecule and adversely affect it.

親水性高分子とは水に可溶もしくは、水に膨潤する性質をもつ、繰り返し単位をもつ化合物のことを言い、合成物であっても天然物であってもよい。
具体的に例示すると、親水性高分子としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリ(メタ)アクリル酸、ポリ(メタ)アクリル酸塩、ポリ(メタ)アクリルアミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、カルボン酸もしくはその塩やスルホン酸もしくはその塩を含有するモノマーまたはポリエチレングリコール等の親水性部分を共重合させたポリエステルやポリウレタン、カルボキシメチルセルロース、さらにはキトサン、カラギーナン、グルコマンナンなどの多糖類が挙げられる。
The hydrophilic polymer refers to a compound having a repeating unit that is soluble in water or swells in water, and may be a synthetic product or a natural product.
Specifically, as the hydrophilic polymer, for example, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, poly (meth) acrylic acid, poly (meth) acrylate, poly (meth) acrylamide, polyethyleneimine, polyvinylpyrrolidone, carboxylic acid Or the salt, the sulfonic acid, the monomer containing the salt, or polyester, polyurethane, carboxymethylcellulose which copolymerized hydrophilic parts, such as polyethyleneglycol, and polysaccharides, such as chitosan, carrageenan, and glucomannan, are mentioned.

しかしながら、本発明における親水性高分子は非特異的吸着を抑制するのが目的であるため、どちらかというとイオン性の官能基を有する化合物は好ましくないことがある。これらの中でも、ポリエチレングリコール、ポリ(メタ)アクリルアミド、ポリビニルピロリドン等のOH基、カルボン酸やその塩、アミン、イミンなど反応性を有する部分を持たないものが好ましく、最も好ましくはポリエチレングリコールである。ポリエチレングリコール(ポリオキシエチレンと呼ぶこともある)は親水性が高く、反応性の有する官能基がないため非特異吸着を抑制する効果が高い。   However, since the hydrophilic polymer in the present invention is intended to suppress nonspecific adsorption, a compound having an ionic functional group may not be preferable. Among these, those having no reactive moiety such as OH groups, carboxylic acids and salts thereof, amines, and imines such as polyethylene glycol, poly (meth) acrylamide, and polyvinylpyrrolidone are preferable, and polyethylene glycol is most preferable. Polyethylene glycol (sometimes referred to as polyoxyethylene) is highly hydrophilic and has a high effect of suppressing non-specific adsorption because there is no reactive functional group.

本発明におけるチップはさまざまな用途に応用可能であるが、特に表面プラズモン共鳴(SPR)や和周波発生(SFG)、局在プラズモン共鳴(LPR)、エリプソメトリなどの光学的検出方法に絶大な効果を発揮する。一般的なチップ、アレイにおいては、相互作用の検出方法として蛍光物質や放射線同位体によるラベル手段による検出が用いられる。この場合、最終的にラベル物質が結合したかどうかだけを検出することができ、相互作用に関係のない物質が非特異的に吸着しても、誤って検出されることはない。従って、相互作用する対象物質がネガティブコントロールに対して非特異的に吸着しなければ、正確に測定できていると判断することができる。   The chip according to the present invention can be applied to various applications, but it is particularly effective for optical detection methods such as surface plasmon resonance (SPR), sum frequency generation (SFG), localized plasmon resonance (LPR), and ellipsometry. Demonstrate. In a general chip or array, detection by a labeling means using a fluorescent substance or a radioisotope is used as a method for detecting an interaction. In this case, it is possible to detect only whether or not the label substance is finally bound, and even if a substance not related to the interaction is adsorbed non-specifically, it is not erroneously detected. Therefore, if the interacting target substance is not non-specifically adsorbed to the negative control, it can be determined that the measurement is accurate.

しかし、ラベルフリーな光学的検出方法においては、どのような物質がチップ上に吸着してもシグナルとして検出される。すなわち、測定対象ではない物質が非特異的に吸着するのと、特異的な吸着を区別することが難しい。よって、よりシビアに非特異的な吸着を抑制する手段が求められるため、本発明の共有結合によるブロッキング方法は非常に効果的である。   However, in the label-free optical detection method, any substance adsorbed on the chip is detected as a signal. That is, it is difficult to distinguish nonspecific adsorption of a substance that is not a measurement target from specific adsorption. Therefore, since a means for suppressing the non-specific adsorption more severely is required, the blocking method by the covalent bond of the present invention is very effective.

ELISA法やラベル物質を用いる相互作用解析方法においてはブロッキング方法として牛血清アルブミンやカゼインなどの物理吸着が一般的に選択されている。物理吸着の方法は容易ではあるが、安定しておらず、経時的にチップ表面から脱離する。上記の光学的検出方法にはブロッキング剤の脱離さえも検出するため、共有結合によるブロッキングが必要である。   In the ELISA method and the interaction analysis method using a label substance, physical adsorption such as bovine serum albumin or casein is generally selected as a blocking method. Although the method of physical adsorption is easy, it is not stable and desorbs from the chip surface over time. In the above optical detection method, even desorption of a blocking agent is detected, so that blocking by a covalent bond is necessary.

SPR、SFG、LPR、エリプソメトリにおいては、金属基板が使用される。本発明において、基板の素材は、酸・アルカリ・有機溶媒などに非常に安定な金が好ましい。実際、金は上記光学的検出方法で多用される物質である。また、金を支持する物質は透明である方が好ましく、透明なガラスであるとより好ましい。透明なガラスは容易に入手できるだけでなく、SPRやLPRの測定に極めて適しているからである。   In SPR, SFG, LPR, and ellipsometry, a metal substrate is used. In the present invention, the material of the substrate is preferably gold which is very stable in acid, alkali, organic solvent and the like. In fact, gold is a material frequently used in the above optical detection method. Further, the material supporting gold is preferably transparent, and more preferably transparent glass. This is because transparent glass is not only easily available, but also very suitable for measuring SPR and LPR.

金属基板を形成する方法としては、金属薄層をコーティングする方法が好ましい。金属をコーティングする方法は特に限定されるものではないが、一般的に蒸着法、スパッタリング法、イオンコーティング法などが選択される。光学的な検出方法に供するために、金属薄層の厚みをナノレベルでコントロールする必要がある。金属薄層の厚みも特に限定されるものではないが、一般的には30nmから80nmの範囲で選択される。金属薄層の剥離を抑制するため、0.5nmから10nmのクロム層やチタン層をあらかじめ基板にコーティングしておいてもよい。   As a method of forming the metal substrate, a method of coating a thin metal layer is preferable. The method for coating the metal is not particularly limited, but generally, a vapor deposition method, a sputtering method, an ion coating method, or the like is selected. In order to provide an optical detection method, it is necessary to control the thickness of the thin metal layer at the nano level. The thickness of the thin metal layer is not particularly limited, but is generally selected in the range of 30 nm to 80 nm. In order to suppress peeling of the thin metal layer, a chromium layer or a titanium layer of 0.5 nm to 10 nm may be coated on the substrate in advance.

以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.

[実施例]
(二本鎖DNA固定化)
末端官能基がチオール基である4armPEG(日本油脂製SUNBRIGHT PTE−100SH)を1mMの濃度で7mlのエタノール:水=6:1の混合溶液に溶解させた。4armPEGの分子量は10,000であり、中心からほぼ同等の長さのPEG鎖が四つ存在する分子であり、親水性が非常に高い。また、PEGの4つの末端はすべてチオール基であり、特に金に対する金属結合性を示す。
[Example]
(Double-stranded DNA immobilization)
4 armPEG (SUNBRIGHT PTE-100SH manufactured by NOF Corporation) whose terminal functional group is a thiol group was dissolved in a mixed solution of 7 ml of ethanol: water = 6: 1 at a concentration of 1 mM. The molecular weight of 4armPEG is 10,000, which is a molecule in which four PEG chains having approximately the same length from the center are present, and is very hydrophilic. In addition, all four ends of PEG are thiol groups, and particularly exhibit metal binding properties to gold.

18mm四方、2mm厚のSF15ガラススライドにクロムを3nm蒸着し、金を45nm蒸着した金蒸着スライドを、上記4armPEGチオール溶液に3時間浸漬させ、金基板全体に4armPEGチオールを結合させた。   A gold-deposited slide in which 3 nm of chromium was vapor-deposited on an SF15 glass slide of 18 mm square and 2 mm thickness and gold was vapor-deposited at 45 nm was immersed in the 4 armPEG thiol solution for 3 hours to bond 4 armPEG thiol to the entire gold substrate.

このスライドの上に図1に示すフォトマスクを載せ、500W超高圧水銀ランプ(ウシオ電機製)で2時間照射し、UV照射部の4armPEGチオールを除去した。フォトマスクには0.5mm四方の穴が96個あいており、穴の間隔は1mmとなっている。フォトマスクの穴があいている部分はUV光が透過し、スライドに照射されパターン化される。照射されなかった部分は、4armPEGが残り、チップのバックグラウンド(Background)部分としてレファレンス部として機能する。   A photomask shown in FIG. 1 was placed on this slide, and irradiated with a 500 W ultra-high pressure mercury lamp (manufactured by USHIO INC.) For 2 hours to remove 4 armPEG thiol in the UV irradiation section. The photomask has 96 0.5 mm square holes, and the hole spacing is 1 mm. UV light is transmitted through the holed portion of the photomask, and the slide is irradiated and patterned. In the part that was not irradiated, 4armPEG remains and functions as a reference part as a background part of the chip.

8−Amino−1−Octanethiol, Hydrochrolide(8−AOT,同仁化学研究所製)の1mMエタノール溶液に1時間浸漬し、UV照射部に8−AOTの自己組織化表面を形成させた。分子量3,400の末端にスクシンイミド(NHS)基とマレイミド(MAL)基を有するヘテロ二官能型ポリエチレングリコール(NHS−PEG−MAL,Nektar社製)をリン酸緩衝液(20mM リン酸、150mM NaCl、pH7.2)に10mg/mlで溶解し、金表面の8−AOTに2時間反応させた。8−AOTのアミノ基とNHS−PEG−MALのNHS基が反応し、MAL基は未反応のまま残るため、PEGを介してマレイミド基を表面に導入することができた。   It was immersed in a 1 mM ethanol solution of 8-Amino-1-Octanethiol, Hydrochloride (8-AOT, manufactured by Dojindo Laboratories) for 1 hour to form a self-organized surface of 8-AOT on the UV irradiation part. A heterobifunctional polyethylene glycol (NHS-PEG-MAL, manufactured by Nektar) having a succinimide (NHS) group and a maleimide (MAL) group at the end of a molecular weight of 3,400 is phosphate buffer (20 mM phosphate, 150 mM NaCl, It was dissolved in pH 7.2) at 10 mg / ml and reacted with 8-AOT on the gold surface for 2 hours. Since the amino group of 8-AOT and the NHS group of NHS-PEG-MAL reacted and the MAL group remained unreacted, a maleimide group could be introduced to the surface via PEG.

得られた表面に自動スポッター装置(MultiSPRinter Spotter:東洋紡績製)を用いて、2種類のDNAをアニールしてからスポッティングを行った。二種類の二本鎖DNA(dsDNA)を固定化するスポットと、何も固定化しないスポット(Blank)を作製した。使用したDNAの配列を表1に示す。固定化側DNAの配列は5’チオール末端からチミン15塩基スペーサーを介した後、目的の配列が入るように設計されている。相補側DNAの配列は固定化側DNAの目的配列に相補的な部分のみの配列を有しており、チオールとチミン15塩基スペーサーは有していない。ここでGATAregはGATA−1が認識して結合することのできる配列であり、5’側からGATA配列が中心に含まれている。一方GATAmut配列はGATAの代わりにAGTAとGとAが入れ代わった配列となっており、一般的にGATA−1は認識できない配列である。
チップの表面に形成させたマレイミド基と固定化側DNAのチオール基が反応し、DNAを共有結合的に表面に固定化することができる。
Using an automatic spotter device (MultiSPRinter Spotter: manufactured by Toyobo Co., Ltd.), two types of DNA were annealed on the obtained surface and spotting was performed. A spot for immobilizing two types of double-stranded DNA (dsDNA) and a spot for immobilizing nothing (Blank) were prepared. The DNA sequence used is shown in Table 1. The sequence of the DNA on the immobilization side is designed so that the target sequence is inserted from the 5 ′ thiol end via a thymine 15-base spacer. The complementary DNA sequence has a sequence of only a portion complementary to the target sequence of the immobilized DNA, and does not have a thiol and thymine 15-base spacer. Here, GATAreg is a sequence that GATA-1 can recognize and bind to, and the GATA sequence is contained in the center from the 5 ′ side. On the other hand, the GATAmut sequence is a sequence in which AGTA, G, and A are replaced instead of GATA, and GATA-1 is generally a sequence that cannot be recognized.
The maleimide group formed on the surface of the chip reacts with the thiol group of the immobilized DNA, and the DNA can be covalently immobilized on the surface.

Figure 0003815621
Figure 0003815621

DNAのアニーリングの条件は、×5SSC溶液(75mMクエン酸ナトリウム、750mM NaCl、pH7.0)に5’チオール末端DNAが25μM、その相補側DNAを100μMになるように溶液を調製し、沸騰浴中にて5分、0℃に急冷し15分、その後37℃で三時間インキュベートした。アニールしたdsDNAを約10nlスポッティングし、15時間反応させてdsDNAを表面に固定化した。   The DNA annealing conditions were as follows: Prepare a solution in a 5 SSC solution (75 mM sodium citrate, 750 mM NaCl, pH 7.0) so that the 5 ′ thiol-terminated DNA was 25 μM and its complementary DNA was 100 μM. For 5 minutes, rapidly cooled to 0 ° C for 15 minutes, and then incubated at 37 ° C for 3 hours. The annealed dsDNA was spotted with about 10 nl and reacted for 15 hours to immobilize the dsDNA on the surface.

(未反応マレイミド基のブロッキング)
dsDNAを固定化した表面をリン酸緩衝液で洗浄した後、未反応のマレイミド基をブロッキングするために、片末端の官能基がチオール基、もう一方の官能基がメトキシ基であるPEGチオール(日本油脂製SUNBRIGHT MESH−50H)を10mg/mlの濃度でリン酸緩衝液(20mM リン酸、150mM NaCl、pH7.2)に溶解して、250μlをチップ上に注出し、一時間反応させた。ここで用いたPEGチオールの分子量は5,000であり、親水性が非常に高く、非特異吸着を抑制する効果が期待できる。
(Blocking of unreacted maleimide groups)
After washing the dsDNA-immobilized surface with a phosphate buffer, in order to block unreacted maleimide groups, one end functional group is a thiol group and the other functional group is a methoxy group (Japan Oil and fat SUNBRIGHT MESH-50H) was dissolved in a phosphate buffer (20 mM phosphoric acid, 150 mM NaCl, pH 7.2) at a concentration of 10 mg / ml, and 250 μl was poured onto the chip and allowed to react for one hour. The molecular weight of the PEG thiol used here is 5,000, and the hydrophilicity is very high, and an effect of suppressing nonspecific adsorption can be expected.

(SPRイメージング法による測定)
こうして得られたdsDNA固定化チップを、SPRイメージング機器(MultiSPRinter:東洋紡績製)にセットし、20mM Hepes、300mM NaCl、0.2mM ZnCl2、0.005%Tween20、pH7.9の転写因子測定用緩衝液をフローセル内に流した。
SPRからのシグナルが安定したのを確認した後に、転写因子GATA−1を10μMの濃度で上記の転写因子測定用緩衝液に調製してSPR装置内のセルへ注入した。GATA−1を注入する際には、緩衝液にpolydIdCを100μg/mlの濃度で添加し、核酸への非特異的吸着を抑制した。セル内に10分間100μl/minの速度で注入し、さらに転写因子を含まない緩衝液を流し、結合と解離のSPRシグナルの変化を観察した。シグナル変化の観察は、GATAreg、GATAmutに加え、BlankとBackgroundで実施した。
(Measurement by SPR imaging method)
The dsDNA-immobilized chip thus obtained is set in an SPR imaging device (MultiSPRinter: manufactured by Toyobo Co., Ltd.), for measuring transcription factors of 20 mM Hepes, 300 mM NaCl, 0.2 mM ZnCl 2 , 0.005% Tween 20, pH 7.9. Buffer was flowed into the flow cell.
After confirming that the signal from the SPR was stabilized, the transcription factor GATA-1 was prepared in the above-mentioned transcription factor measurement buffer at a concentration of 10 μM and injected into the cell in the SPR device. When injecting GATA-1, polyIdC was added to the buffer at a concentration of 100 μg / ml to suppress non-specific adsorption to nucleic acids. The cell was injected into the cell at a rate of 100 μl / min for 10 minutes, and a buffer solution containing no transcription factor was allowed to flow, and changes in the SPR signal of binding and dissociation were observed. In addition to GATAreg and GATAmut, signal changes were observed in Blank and Background.

(観察の結果と考察)
シグナル変化のグラフを図2に示す。ここで、GATAregの配列にはGATA−1が結合し、GATAmutにはほとんど結合しない様子を観察することができた。このグラフにおけるBlank部分(マレイミド基をPEGチオールでブロッキング)とBackground部分(4armPEG)はシグナル変化がみられておらず、GATA−1がほとんど結合しなかったことを示している。
こうして、マレイミド基をPEGチオールでブロッキングしたBlank部分でGATA−1が非特異的に結合するのを抑制することが可能であった。この結果GATAregとGATAmutの結合データには非特異的吸着によるシグナルが含まれていないと考えることができ、データの信頼性が高まっていると言える。
このように表面の官能基を共有結合的に親水性高分子でブロッキングすることによって、非特異的吸着が抑制されたバイオチップを容易に得ることができた。
(Observation results and discussion)
A graph of signal change is shown in FIG. Here, it was observed that GATA-1 was bound to the GATAreg sequence and hardly bound to GATAmut. The Blank part (blocking the maleimide group with PEG thiol) and the Background part (4armPEG) in this graph showed no signal change, indicating that GATA-1 was hardly bound.
In this way, it was possible to suppress nonspecific binding of GATA-1 at the Blank portion where the maleimide group was blocked with PEG thiol. As a result, it can be considered that the binding data of GATAreg and GATAmut does not contain a signal due to nonspecific adsorption, and it can be said that the reliability of the data is increased.
Thus, by blocking the surface functional groups covalently with a hydrophilic polymer, it was possible to easily obtain a biochip with suppressed nonspecific adsorption.

[比較例]
(二本鎖DNA固定化)
実施例と同様に行った。
(未反応マレイミド基のブロッキング)
ここではブロッキング操作は行わず、そのまま次のステップに進んだ
(SPRイメージング法による測定)
実施例と同様に行った。
[Comparative example]
(Double-stranded DNA immobilization)
It carried out similarly to the Example.
(Blocking of unreacted maleimide groups)
Here, the blocking operation was not performed, and the process proceeded directly to the next step (measurement by SPR imaging method).
It carried out similarly to the Example.

(観察の結果と考察)
シグナル変化のグラフを図3に示す。ここで、GATAregの配列にはGATA−1が結合し、GATAmutに結合する量が少ない傾向は実施例と同様であるが、このグラフにおけるBlank部分(マレイミド基)において、シグナル増加がみられており、GATA−1の非特異的吸着がおこったことを示している。
ただし、Background部分(4armPEG)はシグナル変化がみられておらず、GATA−1がほとんど結合しなかったことを示されており、Blankへの非特異的吸着は、表面に残ったマレイミド基によるものと考えることができる。GATAmutへのGATA−1の結合によるシグナルは、実施例と比べて大きい傾向にあるが、これはGATAmut配列への結合ではなく、表面に残ったマレイミド基によるものとみなすことができる。
したがって、反応せずに残った官能基によって、非特異的吸着が生じ、誤った結果を導く恐れがある。この結果ではデータの信頼性は低いと言わざるを得ない。
(Observation results and discussion)
A graph of signal change is shown in FIG. Here, GATA-1 binds to the GATAreg sequence, and the tendency for the amount to bind to GATAmut to be small is the same as in the example. However, an increase in signal is observed in the blank part (maleimide group) in this graph. , Indicating that nonspecific adsorption of GATA-1 occurred.
However, the background component (4armPEG) showed no signal change, indicating that GATA-1 was hardly bound, and nonspecific adsorption to Blank was due to the maleimide group remaining on the surface. Can be considered. The signal due to the binding of GATA-1 to GATAmut tends to be larger than that in Examples, but this is not due to the binding to the GATAmut sequence but can be considered to be due to the maleimide group remaining on the surface.
Therefore, non-specific adsorption may occur due to functional groups remaining without reacting, which may lead to erroneous results. From this result, it can be said that the reliability of the data is low.

本発明の方法により作製されたバイオチップは、非特異的吸着が抑制され、正確な測定が可能となる。また、作成方法も容易であり、産業界に寄与すること大である。   The biochip produced by the method of the present invention suppresses nonspecific adsorption and enables accurate measurement. In addition, the creation method is easy and it is important to contribute to the industry.

実施例、比較例で使用したフォトマスクPhotomask used in Examples and Comparative Examples 実施例におけるSPRシグナル変化Changes in SPR signal in Examples 比較例におけるSPRシグナル変化SPR signal change in the comparative example

Claims (6)

チップ上の官能基(A)と対象分子が有する官能基(B)を反応させて、チップ上に対象分子を固定化したのちに、チップ表面に残存する官能基(A)を、官能基(C)を有する親水性高分子を反応させて、官能基(A)を共有結合的にブロッキングするバイオチップ作製方法   After the functional group (A) on the chip reacts with the functional group (B) of the target molecule to immobilize the target molecule on the chip, the functional group (A) remaining on the chip surface is converted to the functional group ( A biochip manufacturing method in which a hydrophilic polymer having C) is reacted to covalently block the functional group (A) 末端のみに官能基(C)を有する親水性高分子を用いる請求項1記載の方法   The method according to claim 1, wherein a hydrophilic polymer having a functional group (C) only at the terminal is used. 親水性高分子の分子量が400以上である請求項1〜2いずれか記載の方法   The method according to claim 1, wherein the hydrophilic polymer has a molecular weight of 400 or more. 親水性高分子がポリエチレングリコールである請求項1〜3いずれか記載の方法   The method according to claim 1, wherein the hydrophilic polymer is polyethylene glycol. チップ表面が金であることを特徴とする請求項1〜4いずれか記載の方法   5. The method according to claim 1, wherein the chip surface is gold. チップの基板が透明基板であることを特徴とする請求項1〜5いずれか記載の方法   6. The method according to claim 1, wherein the substrate of the chip is a transparent substrate.
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