JP4053579B2 - Biosensor - Google Patents
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Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
本発明は、バイオセンサー、その製造方法、及び該バイオセンサーを用いた生体分子間の相互作用を分析する方法に関する。特に本発明は、表面プラズモン共鳴バイオセンサーに用いるためのバイオセンサー、その製造方法。及び該バイオセンサーを用いた生体分子間の相互作用を分析する方法に関する。 The present invention relates to a biosensor, a method for producing the same, and a method for analyzing an interaction between biomolecules using the biosensor. In particular, the present invention relates to a biosensor for use in a surface plasmon resonance biosensor and a method for producing the biosensor. And a method of analyzing an interaction between biomolecules using the biosensor.
現在、臨床検査等で免疫反応など分子間相互作用を利用した測定が数多く行われているが、従来法では煩雑な操作や標識物質を必要とするため、標識物質を必要とすることなく、測定物質の結合量変化を高感度に検出することのできるいくつかの技術が使用されている。例えば、表面プラズモン共鳴(SPR)測定技術、水晶発振子マイクロバランス(QCM)測定技術、金のコロイド粒子から超微粒子までの機能化表面を使用した測定技術である。SPR測定技術はチップの金属膜に接する有機機能膜近傍の屈折率変化を反射光波長のピークシフト又は一定波長における反射光量の変化を測定して求めることにより、表面近傍に起こる吸着及び脱着を検知する方法である。QCM測定技術は水晶発振子の金電極(デバイス)上の物質の吸脱着による発振子の振動数変化から、ngレベルで吸脱着質量を検出できる技術である。また、金の超微粒子(nmレベル)表面を機能化させて、その上に生理活性物質を固定して、生理活性物質間の特異認識反応を行わせることによって、金微粒子の沈降、配列から生体関連物質の検出ができる。 Currently, many measurements using intermolecular interactions such as immune reactions are performed in clinical examinations, etc., but conventional methods require complicated operations and labeling substances, so measurement without the need for labeling substances Several techniques that can detect a change in the amount of a substance bound with high sensitivity are used. For example, surface plasmon resonance (SPR) measurement technology, quartz crystal microbalance (QCM) measurement technology, and measurement technology using functionalized surfaces from gold colloidal particles to ultrafine particles. SPR measurement technology detects adsorption and desorption near the surface by measuring the refractive index change in the vicinity of the organic functional film in contact with the metal film of the chip by measuring the peak shift of the reflected light wavelength or the change in the amount of reflected light at a fixed wavelength. It is a method to do. The QCM measurement technique is a technique that can detect the adsorption / desorption mass at the ng level from the change in the oscillation frequency of the oscillator due to the adsorption / desorption of a substance on the gold electrode (device) of the crystal oscillator. In addition, by functionalizing the surface of gold ultrafine particles (nm level), immobilizing a physiologically active substance on the surface, and performing a specific recognition reaction between the physiologically active substances, it is possible to obtain a living body from the sedimentation and arrangement of gold fine particles. Related substances can be detected.
上記した技術においては、いずれの場合も、生理活性物質を固定化する表面が重要である。以下、当技術分野で最も使われている表面プラズモン共鳴(SPR)を例として、説明する。 In any of the above techniques, the surface on which the physiologically active substance is immobilized is important. Hereinafter, the surface plasmon resonance (SPR) most used in this technical field will be described as an example.
一般に使用される測定チップは、透明基板(例えば、ガラス)、蒸着された金属膜、及びその上に生理活性物質を固定化できる官能基を有する薄膜からなり、その官能基を介し、金属表面に生理活性物質を固定化する。該生理活性物質と検体物質間の特異的な結合反応を測定することによって、生体分子間の相互作用を分析する。 A commonly used measurement chip is composed of a transparent substrate (eg, glass), a deposited metal film, and a thin film having a functional group capable of immobilizing a physiologically active substance thereon, and the metal surface is interposed through the functional group. Immobilize physiologically active substances. The interaction between biomolecules is analyzed by measuring a specific binding reaction between the physiologically active substance and the analyte substance.
生理活性物質を固定化可能な官能基を有する検出表面としては、例えば特許文献1に、自己組織化膜を形成する化合物(SAM化合物)を介してヒドロゲルマトリクスを結合させた表面が記載されている。具体的には、16-メルカプトヘキサデカノールの層が金膜に結合することでバリアー層を形成する。この金膜上でバリアー層のヒドロキシル基はエピクロロヒドリンで処理することによりエポキシ活性化される。次の段階で、デキストランをエーテル結合を介してバリアー層に付着させる。次にデキストランマトリックスに対してブロモ酢酸を反応させることで、カルボキシメチル基を導入する。 As a detection surface having a functional group capable of immobilizing a physiologically active substance, for example, Patent Document 1 describes a surface in which a hydrogel matrix is bound via a compound (SAM compound) that forms a self-assembled film. . Specifically, a barrier layer is formed by bonding a 16-mercaptohexadecanol layer to a gold film. On this gold film, the hydroxyl group of the barrier layer is epoxy activated by treating with epichlorohydrin. In the next step, dextran is attached to the barrier layer via an ether linkage. Next, a carboxymethyl group is introduced by reacting the dextran matrix with bromoacetic acid.
しかしながら、特許文献1に記載されている炭素鎖の炭素数が10を超えるSAM化合物を用いてセンサーを量産化するためには、(1)SAM化合物が水に不溶解のため、成膜に多量の溶剤を使用する必要があり、地球環境負荷が増大し、また生産人員の健康への影響が懸念される、(2)原料が流通していないため多段階の合成ステップを踏んで合成する必要があり、供給性に難があり、またコストが高い、並びに、(3)センサー基板がプラスチックである場合は、そのプラスチックの変性を助長する、という問題があった。 However, in order to mass-produce a sensor using a SAM compound having a carbon chain of more than 10 as described in Patent Document 1, (1) the SAM compound is insoluble in water, so a large amount of film is formed. The use of this solvent increases the burden on the global environment, and there is a concern about the impact on the health of production personnel. (2) Since raw materials are not distributed, it is necessary to synthesize in a multi-step synthesis step. There is a problem that the supply property is difficult, the cost is high, and (3) when the sensor substrate is made of plastic, modification of the plastic is promoted.
本発明は上記した従来技術の問題を解消することを解決すべき課題とした。即ち本発明は、水溶解性が高く、供給性の良いSMA化合物を用いて、蛋白質を多量に固定化でき、非特異吸着が少ないバイオセンサーを提供することを解決すべき課題とした。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. That is, an object of the present invention is to provide a biosensor that can immobilize a large amount of protein and has less nonspecific adsorption by using an SMA compound having high water solubility and good supply.
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、水溶解性が高く、供給性の良いSMA化合物を介してヒドロゲルを結合させることにより、蛋白質を多量に固定化でき、非特異吸着が少ないバイオセンサーを製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors can immobilize a large amount of protein by binding a hydrogel through an SMA compound having high water solubility and good supply ability. The present inventors have found that a biosensor with less specific adsorption can be produced and have completed the present invention.
即ち、本発明によれば、1mMの濃度において25℃の水に溶解する下記式(1)で表される化合物を介して、生理活性物質を結合できる反応性基を有する親水性高分子が固定化されている基板からなるバイオセンサーが提供される。
X−L−Y (1)
(式中、Xは金属に結合することができる基を示し、Lは連結基を示し、Yは親水性高分子を結合するための官能基を示す。)
That is, according to the present invention, a hydrophilic polymer having a reactive group capable of binding a physiologically active substance is immobilized via a compound represented by the following formula (1) dissolved in water at 25 ° C. at a concentration of 1 mM. There is provided a biosensor comprising an integrated substrate.
X-L-Y (1)
(In the formula, X represents a group capable of binding to a metal, L represents a linking group, and Y represents a functional group for binding a hydrophilic polymer.)
本発明の別の側面によれば、下記式(1)で表される化合物を介して、生理活性物質を結合できる反応性基を有する親水性高分子が固定化されている基板からなるバイオセンサーが提供される。
X−L1−Y (1)
(式中、Xは金属に結合することができる基を示し、L1は、ヘテロ原子で中断されていてもよい炭素数2から10の直鎖アルキレン基を示し、Yは親水性高分子を結合するための官能基を示す。)
According to another aspect of the present invention, a biosensor comprising a substrate on which a hydrophilic polymer having a reactive group capable of binding a physiologically active substance is immobilized via a compound represented by the following formula (1) Is provided.
X-L 1 -Y (1)
(In the formula, X represents a group capable of bonding to a metal, L 1 represents a linear alkylene group having 2 to 10 carbon atoms which may be interrupted by a hetero atom, and Y represents a hydrophilic polymer. Indicates a functional group for bonding.)
好ましくは、Xは、非対称又は対称スルフィド基、スルフィド基、ジセレニド基、セレニド基、チオール基、ニトリル基、イソニトリル基、ニトロ基、セレノール基、3価リン化合物、イソチオシアネート基、キサンテート基、チオカルバメート基、ホスフィン基、チオ酸基またはジチオ酸基である。 Preferably, X is an asymmetric or symmetric sulfide group, sulfide group, diselenide group, selenide group, thiol group, nitrile group, isonitrile group, nitro group, selenol group, trivalent phosphorus compound, isothiocyanate group, xanthate group, thiocarbamate Group, phosphine group, thioacid group or dithioacid group.
好ましくは、Yは、カルボキシ基、ヒドロキシル基、アミノ基、アルデヒド基、ヒドラジド基、カルボニル基、エポキシ基、又はビニル基である。
好ましくは、Xはチオール基で、Yはアミノ基である。
Preferably, Y is a carboxy group, a hydroxyl group, an amino group, an aldehyde group, a hydrazide group, a carbonyl group, an epoxy group, or a vinyl group.
Preferably, X is a thiol group and Y is an amino group.
好ましくは、親水性高分子中の生理活性物質を結合できる反応性基は、活性カルボン酸エステル基である。
好ましくは、基板表面は、アミノ基を有するアルカンチオールと親水性基を有するアルカンチオールとの混合物で被覆され、アミノ基を有するアルカンチオールを介して、生理活性物質を結合できる反応性基を有する親水性高分子が固定化されている。
Preferably, the reactive group capable of binding a physiologically active substance in the hydrophilic polymer is an active carboxylic acid ester group.
Preferably, the substrate surface is coated with a mixture of an alkanethiol having an amino group and an alkanethiol having a hydrophilic group, and has a hydrophilic group having a reactive group capable of binding a physiologically active substance via the alkanethiol having an amino group. Functional polymer is immobilized.
好ましくは、親水性基を有するアルカンチオールの該親水性基は、水酸基あるいはオリゴエチレングルコール基である。
好ましくは、アミノ基を有するアルカンチオールと親水性基を有するアルカンチオールとの混合物中のモル比は1/1〜1/1,000,000の範囲である。
好ましくは、親水性高分子は多糖類である。
Preferably, the hydrophilic group of the alkanethiol having a hydrophilic group is a hydroxyl group or an oligoethylene glycol group.
Preferably, the molar ratio in the mixture of alkanethiol having an amino group and alkanethiol having a hydrophilic group is in the range of 1/1 to 1 / 1,000,000.
Preferably, the hydrophilic polymer is a polysaccharide.
好ましくは、基板は金属表面または金属膜である。
好ましくは、金属が金、銀、銅、白金またはアルミニウムのいずれかである。
好ましくは、プラスチック支持体の上に基板が設置されている。
Preferably, the substrate is a metal surface or a metal film.
Preferably, the metal is gold, silver, copper, platinum or aluminum.
Preferably, the substrate is placed on a plastic support.
好ましくは、本発明のバイオセンサーは、非電気化学的方法に使用され、より好ましくは表面プラズモン共鳴分析に使用される。 Preferably, the biosensor of the present invention is used for non-electrochemical methods, more preferably for surface plasmon resonance analysis.
本発明のさらに別の側面によれば、1mM濃度で25℃の水に溶解する下記式(1)で表される化合物で被覆されている基板に、生理活性物質を結合できる反応性基を有する親水性高分子を接触させることによって、式(1)で表される化合物に親水性高分子を結合する工程を含む、本発明のバイオセンサーの製造方法が提供される。
X−L−Y (1)
(式中、Xは金属に結合することができる基を示し、Lは連結基を示し、Yは親水性高分子を結合するための官能基を示す。)
According to still another aspect of the present invention, a reactive group capable of binding a physiologically active substance is attached to a substrate coated with a compound represented by the following formula (1) dissolved in water at 25 ° C. at a concentration of 1 mM. A method for producing the biosensor of the present invention is provided, which comprises the step of binding the hydrophilic polymer to the compound represented by the formula (1) by contacting the hydrophilic polymer.
X-L-Y (1)
(In the formula, X represents a group capable of binding to a metal, L represents a linking group, and Y represents a functional group for binding a hydrophilic polymer.)
本発明のさらに別の側面によれば、下記式(1)で表される化合物で被覆されている基板に、生理活性物質を結合できる反応性基を有する親水性高分子を接触させることによって、式(1)で表される化合物に親水性高分子を結合する工程を含む、本発明のバイオセンサーの製造方法が提供される。
X−L1−Y (1)
(式中、Xは金属に結合することができる基を示し、L1は、ヘテロ原子で中断されていてもよい炭素数2から10の直鎖アルキレン基を示し、Yは親水性高分子を結合するための官能基を示す。)
According to still another aspect of the present invention, a substrate coated with a compound represented by the following formula (1) is contacted with a hydrophilic polymer having a reactive group capable of binding a physiologically active substance, There is provided a method for producing a biosensor of the present invention, which comprises a step of binding a hydrophilic polymer to a compound represented by the formula (1).
X-L 1 -Y (1)
(In the formula, X represents a group capable of bonding to a metal, L 1 represents a linear alkylene group having 2 to 10 carbon atoms which may be interrupted by a hetero atom, and Y represents a hydrophilic polymer. Indicates a functional group for bonding.)
好ましくは、基板は、アミノ基を有するアルカンチオールと親水性基を有するアルカンチオールとの混合物で被覆されていて、アミノ基を有するアルカンチオールに親水性高分子を結合させる。
好ましくは、親水性基を有するアルカンチオールの該親水性基は、水酸基あるいはオリゴエチレングルコール基である。
好ましくは、アミノ基を有するアルカンチオールと親水性基を有するアルカンチオールとの混合物中のモル比は1/1〜1/1,000,000の範囲である。
Preferably, the substrate is coated with a mixture of an alkanethiol having an amino group and an alkanethiol having a hydrophilic group, and the hydrophilic polymer is bonded to the alkanethiol having an amino group.
Preferably, the hydrophilic group of the alkanethiol having a hydrophilic group is a hydroxyl group or an oligoethylene glycol group.
Preferably, the molar ratio in the mixture of alkanethiol having an amino group and alkanethiol having a hydrophilic group is in the range of 1/1 to 1 / 1,000,000.
好ましくは、生理活性物質を結合できる反応性基を有する親水性高分子を、基板上に薄膜を形成させた状態で、式(1)で表される化合物と反応させる。
好ましくは、スピンコート法またはスプレーコート法により、基板上に薄膜を形成させる。
Preferably, a hydrophilic polymer having a reactive group capable of binding a physiologically active substance is reacted with the compound represented by the formula (1) in a state where a thin film is formed on a substrate.
Preferably, a thin film is formed on the substrate by spin coating or spray coating.
本発明のさらに別の側面によれば、上記した本発明の方法により製造される、バイオセンサーが提供される。
本発明のさらに別の側面によれば、上記した本発明のバイオセンサーと生理活性物質とを接触させて、該バイオセンサーに該生理活性物質を結合させる工程を含む、バイオセサンーに生理活性物質を固定化する方法が提供される。
According to still another aspect of the present invention, there is provided a biosensor manufactured by the above-described method of the present invention.
According to still another aspect of the present invention, a bioactive substance is immobilized on a biosensor comprising the step of bringing the biosensor of the present invention into contact with a bioactive substance and binding the bioactive substance to the biosensor. A method is provided.
本発明のさらに別の側面によれば、生理活性物質が共有結合により表面に結合している上記した本発明のバイオセンサーと被験物質とを接触させる工程を含む、該生理活性物質と相互作用する物質を検出または測定する方法が提供される。
好ましくは、生理活性物質と相互作用する物質を非電気化学的方法により検出または測定し、さらに好ましくは表面プラズモン共鳴分析により検出または測定する。
According to still another aspect of the present invention, the bioactive substance interacts with the bioactive substance, comprising the step of bringing the biosensor of the present invention in which the bioactive substance is covalently bonded to the surface into contact with the test substance. A method for detecting or measuring a substance is provided.
Preferably, a substance that interacts with a physiologically active substance is detected or measured by a non-electrochemical method, more preferably detected or measured by surface plasmon resonance analysis.
本発明では、水に溶解しやすいSAM化合物を用いることにより、溶剤の使用量を削減することができ、地球環境負荷が低減され、また生産環境も改善される。また、溶剤の使用量が少ないので、センサー基板がプラスチックである場合でもそのプラスチックの変性を助長するという問題がなく、これにより表面共鳴プラズモン測定中のノイズを抑制することができる。さらに、水に溶解しやすい炭素鎖の短いSAM化合物は、入手が容易で、かつ安価に入手することができる。本発明のバイオセンサーは、蛋白質を多量に固定化でき、かつ非特異吸着が少ない。 In the present invention, by using a SAM compound that is easily dissolved in water, the amount of solvent used can be reduced, the global environmental load is reduced, and the production environment is improved. In addition, since the amount of solvent used is small, there is no problem of promoting the modification of the plastic even when the sensor substrate is plastic, thereby suppressing noise during the surface resonance plasmon measurement. Furthermore, a SAM compound having a short carbon chain that is easily dissolved in water is easily available and can be obtained at low cost. The biosensor of the present invention can immobilize a large amount of protein and has less nonspecific adsorption.
本発明で言うバイオセンサーとは最も広義に解釈され、生体分子間の相互作用を電気的信号等の信号に変換して、対象となる物質を測定・検出するセンサーを意味する。通常のバイオセンサーは、検出対象とする化学物質を認識するレセプター部位と、そこに発生する物理的変化又は化学的変化を電気信号に変換するトランスデューサー部位とから構成される。生体内には、互いに親和性のある物質として、酵素/基質、酵素/補酵素、抗原/抗体、ホルモン/レセプターなどがある。バイオセンサーでは、これら互いに親和性のある物質の一方を基板に固定化して分子認識物質として用いることによって、対応させるもう一方の物質を選択的に計測するという原理を利用している。 The biosensor referred to in the present invention is interpreted in the broadest sense, and means a sensor that measures and detects a target substance by converting an interaction between biomolecules into a signal such as an electrical signal. A normal biosensor is composed of a receptor site for recognizing a chemical substance to be detected and a transducer site for converting a physical change or chemical change generated therein into an electrical signal. In the living body, there are enzymes / substrates, enzymes / coenzymes, antigens / antibodies, hormones / receptors and the like as substances having affinity for each other. Biosensors use the principle that one of these substances having affinity with each other is immobilized on a substrate and used as a molecular recognition substance, thereby selectively measuring the other substance to be matched.
本発明のバイオセンサーでは、金属表面又は金属膜を基板として用いることができる。金属表面あるいは金属膜を構成する金属としては、例えば、表面プラズモン共鳴バイオセンサー用を考えた場合、表面プラズモン共鳴が生じ得るようなものであれば特に限定されない。好ましくは金、銀、銅、アルミニウム、白金等の自由電子金属が挙げられ、特に金が好ましい。それらの金属は単独又は組み合わせて使用することができる。また、上記基板への付着性を考慮して、基板と金属からなる層との間にクロム等からなる介在層を設けてもよい。 In the biosensor of the present invention, a metal surface or a metal film can be used as a substrate. The metal constituting the metal surface or metal film is not particularly limited as long as surface plasmon resonance can occur when, for example, a surface plasmon resonance biosensor is considered. Preferred examples include free electron metals such as gold, silver, copper, aluminum, and platinum, with gold being particularly preferred. These metals can be used alone or in combination. In consideration of adhesion to the substrate, an intervening layer made of chromium or the like may be provided between the substrate and the layer made of metal.
金属膜の膜厚は任意であるが、例えば、表面プラズモン共鳴バイオセンサー用を考えた場合、0.1nm以上500nm以下であるのが好ましく、特に1nm以上200nm以下であるのが好ましい。500nmを超えると、媒質の表面プラズモン現象を十分検出することができない。また、クロム等からなる介在層を設ける場合、その介在層の厚さは、0.1nm以上10nm以下であるのが好ましい。 Although the thickness of the metal film is arbitrary, for example, when considering use for a surface plasmon resonance biosensor, the thickness is preferably 0.1 nm to 500 nm, particularly preferably 1 nm to 200 nm. If it exceeds 500 nm, the surface plasmon phenomenon of the medium cannot be sufficiently detected. Moreover, when providing the intervening layer which consists of chromium etc., it is preferable that the thickness of the intervening layer is 0.1 to 10 nm.
金属膜の形成は常法によって行えばよく、例えば、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法、電気めっき法、無電解めっき法等によって行うことができる。 The metal film may be formed by a conventional method, for example, sputtering, vapor deposition, ion plating, electroplating, electroless plating, or the like.
金属膜は好ましくは支持体上に配置されている。ここで、「支持体上に配置される」とは、金属膜が支持体上に直接接触するように配置されている場合のほか、金属膜が支持体に直接接触することなく、他の層を介して配置されている場合をも含む意味である。本発明で使用することができる支持体としては例えば、表面プラズモン共鳴バイオセンサー用を考えた場合、一般的にはBK7等の光学ガラス、あるいは合成樹脂(プラスチック支持体)、具体的にはポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマーなどのレーザー光に対して透明な材料からなるものが使用できる。このような基板は、好ましくは、偏光に対して異方性を示さずかつ加工性の優れた材料が望ましい。 The metal film is preferably arranged on the support. Here, “arranged on the support” means not only when the metal film is arranged so as to be in direct contact with the support, but also with other layers without the metal film being in direct contact with the support. It is meant to include the case where it is arranged via. As a support that can be used in the present invention, for example, when considering use for a surface plasmon resonance biosensor, generally optical glass such as BK7 or synthetic resin (plastic support), specifically, polymethyl A material made of a material transparent to laser light such as methacrylate, polyethylene terephthalate, polycarbonate, cycloolefin polymer, or the like can be used. Such a substrate is preferably made of a material that does not exhibit anisotropy with respect to polarized light and has excellent processability.
本発明においては、1mMの濃度において25℃の水に溶解する下記式(1)で表される化合物を介して、生理活性物質を結合できる反応性基を有する親水性高分子が基板に固定化されている。
X−L−Y (1)
(式中、Xは金属に結合することができる基を示し、Lは連結基を示し、Yは親水性高分子を結合するための官能基を示す。)
In the present invention, a hydrophilic polymer having a reactive group capable of binding a physiologically active substance is immobilized on a substrate via a compound represented by the following formula (1) dissolved in water at 25 ° C. at a concentration of 1 mM. Has been.
X-L-Y (1)
(In the formula, X represents a group capable of bonding to a metal, L represents a linking group, and Y represents a functional group for bonding a hydrophilic polymer.)
また本発明では、下記式(1)で表される化合物を介して、生理活性物質を結合できる反応性基を有する親水性高分子を基板に固定化されていてもよい。
X−L1−Y (1)
(式中、Xは金属に結合することができる基を示し、L1は、ヘテロ原子で中断されていてもよい炭素数2から10の直鎖アルキレン基を示し、Yは親水性高分子を結合するための官能基を示す。)
In the present invention, a hydrophilic polymer having a reactive group capable of binding a physiologically active substance may be immobilized on a substrate via a compound represented by the following formula (1).
X-L 1 -Y (1)
(In the formula, X represents a group capable of bonding to a metal, L 1 represents a linear alkylene group having 2 to 10 carbon atoms which may be interrupted by a hetero atom, and Y represents a hydrophilic polymer. Indicates a functional group for bonding.)
式(1)の化合物の水への溶解性は、25℃において、0.1mMで溶解するものが好ましく、1.0mMで溶解するものが最も好ましい。本発明において、溶解の度合いは透過光濁度法によって定義する。光路長10mmの測定セルにて、水でベースラインをとり、化合物溶液の660nmの吸光度を測定する。化合物溶液の吸光度(660nm)が0.005以下であるときに、化合物が溶解した、と定義する。 The solubility of the compound of formula (1) in water is preferably 0.1 mM, and most preferably 1.0 mM, at 25 ° C. In the present invention, the degree of dissolution is defined by the transmitted light turbidity method. In a measurement cell with an optical path length of 10 mm, take a baseline with water and measure the absorbance of the compound solution at 660 nm. It is defined that the compound is dissolved when the absorbance (660 nm) of the compound solution is 0.005 or less.
式(1)の化合物を溶解する溶媒は水が好ましいが、水にエタノール、メタノール、ブチルアルコールなどの有機溶剤を混合してもよい。有機溶剤の混合比率は、50%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましく、5%以下であることがさらに好ましい。水単独で溶解することが最も好ましい。混合する有機溶剤は、水混和性を有することが好ましく、具体的にはアルコール類が好ましく、エタノールが最も好ましい。 The solvent for dissolving the compound of the formula (1) is preferably water, but an organic solvent such as ethanol, methanol, butyl alcohol or the like may be mixed with water. The mixing ratio of the organic solvent is preferably 50% or less, more preferably 20% or less, and further preferably 5% or less. Most preferably, it dissolves in water alone. The organic solvent to be mixed preferably has water miscibility, specifically, alcohols are preferable, and ethanol is most preferable.
式(1)において、Xは金属に結合することができる基である。具体的には、非対称又は対称スルフィド(-SSR'Y"、-SSRY)、スルフィド(-SR'Y"、-SRY)、ジセレニド(-SeSeR'Y"、-SeSeRY)、セレニド(SeR'Y"、-SeRY)、チオール(-SH)、ニトリル(-CN)、イソニトリル、ニトロ(-NO2)、セレノール(-SeH)、3価リン化合物、イソチオシアネート、キサンテート、チオカルバメート、ホスフィン、チオ酸またはジチオ酸(-COSH、-CSSH)が好ましく用いられる。 In the formula (1), X is a group capable of bonding to a metal. Specifically, asymmetric or symmetric sulfide (-SSR'Y ", -SSRY), sulfide (-SR'Y", -SRY), diselenide (-SeSeR'Y ", -SeSeRY), selenide (SeR'Y" , -SeRY), thiol (-SH), nitrile (-CN), isonitrile, nitro (-NO 2 ), selenol (-SeH), trivalent phosphorus compound, isothiocyanate, xanthate, thiocarbamate, phosphine, thioacid or Dithioic acid (—COSH, —CSSH) is preferably used.
式(1)において、L(並びに、RとR’)は連結基であり、好ましくは、場合によりヘテロ原子により中断されていてもよい、密な詰め込みのための直鎖(枝分かれしていない)であり、場合により二重及び/又は三重結合を含んでいてもよい炭化水素鎖である。鎖の長さは通常、2炭素原子以上であり、10炭素原子以下であることが好ましく、9炭素原子以下がさらに好ましい。炭化水素鎖の炭素数は、4〜10炭素原子がさらに好ましく、4〜8炭素原子が特に好ましい。炭素鎖は場合により過弗素化されることができる。 In formula (1), L (as well as R and R ′) is a linking group, preferably a straight chain (not branched) for dense packing, optionally interrupted by a heteroatom. A hydrocarbon chain optionally containing double and / or triple bonds. The chain length is usually 2 carbon atoms or more, preferably 10 carbon atoms or less, and more preferably 9 carbon atoms or less. The carbon number of the hydrocarbon chain is more preferably 4 to 10 carbon atoms, and particularly preferably 4 to 8 carbon atoms. The carbon chain can optionally be perfluorinated.
YとY”は、親水性高分子を結合させるための基である。YとY”は好ましくは同一であり、親水性高分子(例えば、ヒドロゲルなど)に直接又は活性化後結合できるような性質を持つ。具体的にはカルボキシル、ヒドロキシル、アミノ、アルデヒド、ヒドラジド、カルボニル、エポキシ、又はビニル基などを用いることができる。 Y and Y ″ are groups for bonding a hydrophilic polymer. Y and Y ″ are preferably the same, and can be bonded directly or after activation to a hydrophilic polymer (eg, hydrogel). Has properties. Specifically, carboxyl, hydroxyl, amino, aldehyde, hydrazide, carbonyl, epoxy, vinyl group, or the like can be used.
密に詰め込まれた単層の形態にあるX−L−Yで表される化合物は、Xで表される基が金属に結合することにより、金属表面に付着することができる。 The compound represented by X-L-Y in the form of a tightly packed monolayer can be attached to the metal surface by bonding of the group represented by X to the metal.
本明細書で言う自己組織化膜(SAM)とは、外からの細かい制御を加えていない状態で、膜材料そのものがもつ機構によって形成される一定の秩序をもつ組織をもった単分子膜やLB膜などの超薄膜のことを言う。この自己組織化により、非平衡な状況で長距離にわたって秩序がある構造やパターンが形成される。 The self-assembled film (SAM) referred to in this specification is a monomolecular film having a structure with a certain order formed by a mechanism of the film material itself without fine control from the outside. An ultra-thin film such as an LB film. This self-organization forms ordered structures and patterns over long distances in a non-equilibrium situation.
例えば、自己組織化膜は、上記したような式(1)で表される化合物により形成することができる。含硫黄化合物によって金表面に自己組織化膜を形成することは、例えば、Nuzzo RG等(1983年)、J Am Chem Soc、105巻、4481〜4483頁、Porter MD等(1987年)、J Am Chem Soc、109巻、3559〜3568頁、Troughton EB等(1988年)、Langmuir、4巻、365〜385頁などに記載されている。 For example, the self-assembled film can be formed of the compound represented by the formula (1) as described above. For example, Nuzzo RG et al. (1983), J Am Chem Soc, 105, 4481-4482, Porter MD et al. (1987), J Am Chem Soc, 109, 3559-3568, Troughton EB et al. (1988), Langmuir, 4, 365-385, etc.
式(1)で表される化合物の合成については、例えば、Current Organic Chemistry, 2004, 8, 1763-1797、Applications, Properties and Synthesis of ω-Functionalized N-Alkanethiols and Disulfides - the Building Blocks of Self-Assembled Monolayers
著者: Dariusz Witt他の10頁のScheme1に記載されている原料からの合成ルートに従って行うことができる。
For the synthesis of the compound represented by the formula (1), for example, Current Organic Chemistry, 2004, 8, 1763-1797, Applications, Properties and Synthesis of ω-Functionalized N-Alkanethiols and Disulfides-the Building Blocks of Self-Assembled Monolayers
Author: Dariusz Witt et al. Can be performed according to the synthesis route from the raw materials described in Scheme 1 on page 10.
また、自己組織化膜(SAM)を用いた金属膜の被覆法は、ハーバード大のWhitesides教授らにより精力的に展開されており、その詳細は例えばChemical Review, 105, 1103-1169 (2005)に報告されている。金属として金を用いた場合、下記式1に示すアルカンチオール誘導体(式中、nは2から10の整数を示す)を用いることにより、Au-S結合とアルキル鎖同士のvan der Waals力に基づき、配向性を持つ単分子膜が自己組織的に形成される。自己組織化膜は、アルカンチオール誘導体の溶液中に金基板を浸漬するという極めて簡便な手法で作成される。下記式1においてX=NH2である化合物を用いて自己組織化膜を形成させることで、アミノ基を有する有機層で金表面を被覆することが可能となる。 Moreover, the coating method of the metal film using the self-assembled film (SAM) has been vigorously developed by Professor Whitesides et al. Of Harvard University. The details are described in Chemical Review, 105, 1103-1169 (2005), for example. It has been reported. When gold is used as the metal, by using an alkanethiol derivative represented by the following formula 1 (wherein n represents an integer of 2 to 10), the Au-S bond and the van der Waals force between the alkyl chains are used. A monomolecular film having orientation is formed in a self-organized manner. The self-assembled film is prepared by an extremely simple technique in which a gold substrate is immersed in a solution of an alkanethiol derivative. By forming a self-assembled film using a compound where X = NH 2 in the following formula 1, it is possible to cover the gold surface with an organic layer having an amino group.
末端にアミノ基を有するアルカンチオールは、アルキル鎖を介してチオール基とアミノ基が連結している化合物(一般式1−1)(一般式1−1において、nは3から20の整数を示す)でもよく、末端にカルボキシル基を有するアルカンチオール(一般式1−2、1−3)(一般式1−2においてnは3から20の整数を示し、一般式4においてnはそれぞれ独立に1から20の整数を示す)と大過剰のヒドラジドまたはジアミンを反応させた化合物でもよい。末端にカルボキシル基を有するアルカンチオールと大過剰のヒドラジドまたはジアミンとの反応は、溶液状態で行ってもよく、また、末端にカルボキシル基を有するアルカンチオールを基板表面に結合した後、大過剰のヒドラジドまたはジアミンを反応させてもよい。 The alkanethiol having an amino group at the terminal is a compound (general formula 1-1 ) in which the thiol group and the amino group are linked via an alkyl chain (in the general formula 1-1 , n represents an integer of 3 to 20). And alkanethiol having a carboxyl group at the terminal (general formulas 1-2 and 1-3 ) (in formula 1-2 , n represents an integer of 3 to 20, and in formula 4, each n is independently 1 Or a compound obtained by reacting a large excess of hydrazide or diamine. The reaction between the alkanethiol having a carboxyl group at the terminal and a large excess of hydrazide or diamine may be carried out in a solution state, or after binding the alkanethiol having a carboxyl group at the terminal to the substrate surface, a large excess of hydrazide. Or you may make diamine react.
1−1〜1−3のアルキル基の繰返し数は、3以上20以下が好ましく、さらに3以上16以下が好ましく、4以上8以下が最も好ましい。アルキル鎖が短いと自己組織化膜を形成しにくく、アルキル鎖が長いと水溶性が低下し、ハンドリングが困難になる。 The repeating number of the alkyl group of 1-1 to 1-3 is preferably 3 or more and 20 or less, more preferably 3 or more and 16 or less, and most preferably 4 or more and 8 or less. When the alkyl chain is short, it is difficult to form a self-assembled film, and when the alkyl chain is long, water solubility is lowered and handling becomes difficult.
本発明に用いるジアミンとしては、任意の化合物を用いることが可能であるが、バイオセンサー表面に用いる場合、水溶性ジアミンが好ましい。水溶性ジアミンとしては具体的に、エチレンジアミン、テトラエチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ピペラジン、トリエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、ジヘキサメチレントリアミン、1.4−ジアミノシクロヘキサン等の脂肪族ジアミン、パラフェニレンジアミン、メタフェニレンジアミン、パラキシリレンジアミン、メタキシリレンジアミン、4,4‘−ジアモノビフェニル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルケトン、4,4‘−ジアミノジフェニルスルホン酸等の芳香族ジアミンが挙げられる。バイオセンサー表面の親水性を向上させるという観点から、2つのアミノ基をエチレングリコールユニットで連結した化合物(一般式1−4)を用いることも可能である。本発明に用いるジアミンとしては、好ましくはエチレンジアミンまたは一般式1−4(一般式1−4において、n及びmは、それぞれ独立に1から20の整数を示す)で表される化合物であり、より好ましくは、エチレンジアミンまたは1,2-ビス(アミノエトキシ)エタン(一般式1−4において、n=2,m=1)である。 As the diamine used in the present invention, any compound can be used, but when used on the biosensor surface, a water-soluble diamine is preferred. Specific examples of water-soluble diamines include aliphatic diamines such as ethylenediamine, tetraethylenediamine, octamethylenediamine, decamethylenediamine, piperazine, triethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetraamine, dihexamethylenetriamine, and 1.4-diaminocyclohexane. , Paraphenylenediamine, metaphenylenediamine, paraxylylenediamine, metaxylylenediamine, 4,4'-diamonobiphenyl, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenyl ketone, 4,4'- Aromatic diamines such as diaminodiphenylsulfonic acid can be mentioned. From the viewpoint of improving the hydrophilicity of the biosensor surface, it is also possible to use a compound (general formula 1-4 ) in which two amino groups are linked by an ethylene glycol unit. The diamine used in the present invention is preferably a compound represented by ethylenediamine or general formula 1-4 (in general formula 1-4 , n and m each independently represents an integer of 1 to 20), and more Ethylenediamine or 1,2-bis (aminoethoxy) ethane (in formula 1-4 , n = 2, m = 1) is preferable.
アミノ基を有するアルカンチオールは、単独で自己組織化膜を形成することも可能であり、また、他のアルカンチオールと混合して自己組織化膜を形成することも可能である。バイオセンサー表面に用いる場合、他のアルカンチオールとしては、生理活性物質の非特異吸着を抑制可能な化合物を用いることが好ましい。生理活性物質の非特異吸着を抑制可能な自己組織化膜に関しては、前述のWhitesides教授らにより詳細に検討されており、親水性基を有するアルカンチオールから形成された自己組織化膜が非特異吸着抑制に有効であることが報告されている(Langmuir,17,2841-2850, 5605-5620, 6336-6343 (2001))。本発明において、アミノ基を有するアルカンチオールと混合単分子膜を形成するアルカンチオールは、前記論文に記載された化合物を好ましく用いることが可能である。非特異吸着抑制能に優れ、入手が容易であることから、アミノ基を有するアルカンチオールと混合単分子膜を形成するアルカンチオールとしては、水酸基を有するアルカンチオール(一般式1−5)あるいはエチレングルコールユニットを有するアルカンチオール(一般式1−6)(一般式1−5において、nは3から20の整数を示し、一般式1−6において、n及びmは、それぞれ独立に1から20の整数を示す)を用いることが好ましい。 The alkanethiol having an amino group can form a self-assembled film alone, or can be mixed with other alkanethiols to form a self-assembled film. When used on the biosensor surface, it is preferable to use a compound capable of suppressing nonspecific adsorption of a physiologically active substance as the other alkanethiol. The self-assembled membrane that can suppress non-specific adsorption of physiologically active substances has been studied in detail by the aforementioned Professor Whitesides et al. The self-assembled membrane formed from alkanethiol having a hydrophilic group is non-specifically adsorbed It is reported to be effective for suppression (Langmuir, 17,2841-2850, 5605-5620, 6336-6343 (2001)). In the present invention, as the alkanethiol that forms a mixed monomolecular film with an alkanethiol having an amino group, the compounds described in the above paper can be preferably used. As alkanethiol that forms a mixed monomolecular film with an alkanethiol having an amino group is excellent in non-specific adsorption inhibiting ability and is easily available, alkanethiol having a hydroxyl group (general formula 1-5 ) or ethylene group in alkanethiol (general formula 1-6) (general formula 1-5 with a call unit, n represents an integer of from 3 to 20, in the general formula 1-6, n and m are from 1 to 20 independently It is preferable to use an integer.
アミノ基を有するアルカンチオールを他のアルカンチオールと混合して自己組織化膜を形成する場合、1−1〜1−3のアルキル基の繰返し数は、4以上20以下が好ましく、さらに4以上16以下が好ましく、4以上10以下が最も好ましい。また、1-5,1-6のアルキル基の繰返し数は、3以上16以下が好ましく、さらに5以上12以下が好ましく、5以上10以下が最も好ましい。 When an alkanethiol having an amino group is mixed with another alkanethiol to form a self-assembled film, the repeating number of the alkyl group of 1-1 to 1-3 is preferably 4 or more and 20 or less, and more preferably 4 or more and 16 The following is preferable, and 4 or more and 10 or less are most preferable. The number of repeating alkyl groups 1-5 and 1-6 is preferably 3 or more and 16 or less, more preferably 5 or more and 12 or less, and most preferably 5 or more and 10 or less.
本発明において、アミノ基を有するアルカンチオールと親水性基を有するアルカンチオールは、任意の割合で混合することが可能であるが、アミノ基を有するアルカンチオールの割合が少ない場合には活性化されたカルボキシル基含有高分子(カルボキシル基含有ポリマー)の結合量が低下し、親水性基を有するアルカンチオールの割合が少ない場合には非特異吸着抑制能が減少する。それゆえ、アミノ基を有するアルカンチオールと親水性基を有するアルカンチオールの混合比は、1/1〜1/1,000,000の範囲であることが好ましく、1/4〜1/10,000の範囲であることがより好ましく、1/10〜1/1,000の範囲であることがさらに好ましい。活性化されたカルボキシル基を含有するポリマーと反応する場合の立体障害低減の観点から、アミノ基を有するアルカンチオールの分子長は、親水性基を有するアルカンチオールの分子長よりも長いことが好ましい。 In the present invention, the alkanethiol having an amino group and the alkanethiol having a hydrophilic group can be mixed at an arbitrary ratio, but activated when the ratio of the alkanethiol having an amino group is small. When the binding amount of the carboxyl group-containing polymer (carboxyl group-containing polymer) is reduced and the proportion of alkanethiol having a hydrophilic group is small, the nonspecific adsorption inhibiting ability is reduced. Therefore, the mixing ratio of the alkanethiol having an amino group and the alkanethiol having a hydrophilic group is preferably in the range of 1/1 to 1 / 1,000,000, and preferably 1/4 to 1 / 10,000. Is more preferable, and the range of 1/10 to 1/1000 is more preferable. From the viewpoint of reducing steric hindrance when reacting with a polymer containing an activated carboxyl group, the molecular length of the alkanethiol having an amino group is preferably longer than the molecular length of the alkanethiol having a hydrophilic group.
本発明で用いるアルカンチオールは、Northwestern大学のGrzybowski教授らによる総説(Curr. Org. Chem., 8, 1763-1797(2004).)およびその引用文献に基づいて合成された化合物を用いても良く、また市販の化合物を用いてもよい。これらの化合物は、同仁化学(株)、Aldrich社、SensoPath Technologies社、Frontier Scientific Inc.社等から購入可能である。本発明においてアルカンチオールの酸化生成物であるジスルフィド化合物は、アルカンチオールと同様に用いることが可能である。 The alkanethiol used in the present invention may be a compound synthesized based on a review by Prof. Grzybowski et al. Of Northwestern University (Curr. Org. Chem., 8, 1763-1797 (2004).) And its cited references. Commercially available compounds may also be used. These compounds can be purchased from Dojindo Co., Ltd., Aldrich, SensoPath Technologies, Frontier Scientific Inc., etc. In the present invention, the disulfide compound that is an oxidation product of alkanethiol can be used in the same manner as alkanethiol.
次に、本発明で用いる生理活性物質を結合できる反応性基を有する親水性高分子を説明する。本発明で用いる親水性高分子としては、ハロゲン化銀写真用の高分子硬膜剤、アセトアセチル基を有する親水性高分子、活性エステル化されたカルボキシル基含有ポリマーを好ましく用いることができる。以下、本発明で用いることができる高分子硬膜剤、アセトアセチル基を有する親水性高分子、および活性エステル化されたカルボキシル基含有ポリマーについて説明する。 Next, a hydrophilic polymer having a reactive group capable of binding a physiologically active substance used in the present invention will be described. As the hydrophilic polymer used in the present invention, a polymer hardener for photographic silver halide, a hydrophilic polymer having an acetoacetyl group, and an active esterified carboxyl group-containing polymer can be preferably used. Hereinafter, the polymer hardener, the hydrophilic polymer having an acetoacetyl group, and the active esterified carboxyl group-containing polymer that can be used in the present invention will be described.
高分子硬膜剤とは、ゼラチン等の親水性コロイドと結合反応する反応性官能基を分子内に複数有している高分子化合物であり、特開昭56−66841号公報、英国特許1,322,971号公報、米国特許3,671,256号公報,特開平7−64226号公報,特開平7−140596号公報, 特開平10−111545号公報, 特開2000−62629号公報,特開2004−20919号公報等の特許文献、及びジェームズ著ザ・セオリー・オブ・ザ・フォトグラフィック・プロセス(James, The Theory of the Photographic Process)第4版、84頁(1977、マクミラン社)、キャンプベル他著ポリメリック・アミン・アンド・アンモニウム・ソルツ(Campbelletal;Polymeric Amine and Ammonium Salts)321〜332頁(1979、パーガモンプレス社)などの成書に記載されている。 The polymer hardener is a polymer compound having a plurality of reactive functional groups in the molecule that bind and react with a hydrophilic colloid such as gelatin. JP-A-56-66841, British Patent 1, No. 322,971, US Pat. No. 3,671,256, JP-A-7-64226, JP-A-7-140596, JP-A-10-111545, JP-A-2000-62629, JP Patent Literature such as 2004-20919, and The Theory of the Photographic Process by James (James, The Theory of the Photographic Process), 4th edition, page 84 (1977, Macmillan), Campbell Other authors Polymeric Amine and Ammonium Salts (Campbelleta) ; Polymeric Amine and Ammonium Salts), pp 321-332 (1979, are described in textbooks par Gammon Press, Inc.) and the like.
本発明に用いられる高分子硬膜剤は、バイオセンサー表面の官能基(即ち、式(1)中のYで表される基)と結合可能な反応性官能基を有する高分子化合物であり、好ましくは下記の式(1)〜式(9)で表される反応性官能基を有する高分子化合物である。
式(1): −SO2CH=CH2
式(2): −SO2CH2CH2X
式(2)中、Xは、式(2)で表される官能基が求核試薬あるいは塩基と反応する際、置換反応あるいは脱離反応によって離脱する基(例えば、−Cl、−OSO2CH3、−OSO2C6H4CH3、−OCOCH3、−OSO3 - 、ピリジニウム等)である。
式(3)
The polymer hardener used in the present invention is a polymer compound having a reactive functional group capable of binding to a functional group on the biosensor surface (that is, a group represented by Y in formula (1)), A polymer compound having a reactive functional group represented by the following formulas (1) to (9) is preferable.
Equation (1): -SO 2 CH = CH 2
Equation (2): -SO 2 CH 2 CH 2 X
In the formula (2), X represents a group (for example, —Cl, —OSO 2 CH, etc.) which is removed by a substitution reaction or elimination reaction when the functional group represented by the formula (2) reacts with a nucleophile or a base 3, -OSO 2 C 6 H 4 CH 3, -OCOCH 3, -OSO 3 -, a pyridinium).
Formula (3)
式(3)中、Xは単結合、−O−、−NR−を表し、Rは水素原子、アルキル基、アラルキル基を表す。Y、Zはハロゲン原子(例えば塩素原子、臭素原子)、アルコキシ基(例えばメトキシ)、水酸基及びその塩、置換されていてもよいアミノ基を表し、Y,Zの少なくとも1つはハロゲン原子である。 In formula (3), X represents a single bond, —O—, or —NR—, and R represents a hydrogen atom, an alkyl group, or an aralkyl group. Y and Z represent a halogen atom (for example, chlorine atom, bromine atom), an alkoxy group (for example, methoxy), a hydroxyl group and a salt thereof, and an optionally substituted amino group, and at least one of Y and Z is a halogen atom. .
式(4): −CHO
式(5):
Formula (4): -CHO
Formula (5):
式(6): −NCO
式(7): −NHCONHCOCH=CH2
式(8): −NHCONHCOCH2CH2X
式中、Xは式(2)のXと同義である。
式(9): −COX
式中、Xは、式(9)で表される官能基がアミノ基と反応した際に容易に脱離する基(例えば、
Formula (6): -NCO
Formula (7): —NHCONHCOCH═CH 2
Formula (8): —NHCONHCOCH 2 CH 2 X
In formula, X is synonymous with X of Formula (2).
Formula (9): -COX
In the formula, X is a group (for example, easily leaving when the functional group represented by the formula (9) reacts with an amino group)
であり、式(9)は一般的に活性エステル基あるいは混合酸無水物として知られているものを表す。 And formula (9) represents what is commonly known as an active ester group or mixed acid anhydride.
本発明に用いられる高分子硬膜剤を製造するに当たり、重合方法については特に制約はないが、例えば縮重合法によって製造されていてもよく、またエチレン性不飽和結合を有する化合物を用いてラジカル重合、アニオン重合等の方法によって製造されていてもよい。さらには天然高分子(例えば、デンプン、デキストラン、ゼラチン等)に前記の反応性官能基を導入することによって製造されていてもよい。本発明に用いられる親水性コロイドと反応可能な官能基(上記式(1)〜式(9)で表される官能基、以後反応性官能基と称する)の導入方法についても特に制約はなく、反応性官能基を有するモノマーを用いて重合反応を行って重合体を製造してもよいし、予め重合体を製造した後にいわゆる高分子反応により、前記の反応性官能基を導入してもよい。さらには反応性官能基の前駆体を有するモノマー化合物を用いて重合反応を行い、その後に適切な方法によって反応性官能基を生成させる方法も有効である。 In producing the polymer hardener used in the present invention, the polymerization method is not particularly limited. For example, the polymer hardener may be produced by a condensation polymerization method, and may be a radical using a compound having an ethylenically unsaturated bond. It may be produced by a method such as polymerization or anionic polymerization. Furthermore, it may be produced by introducing the reactive functional group into a natural polymer (for example, starch, dextran, gelatin, etc.). There is no particular restriction on the method of introducing the functional group capable of reacting with the hydrophilic colloid used in the present invention (the functional group represented by the above formula (1) to formula (9), hereinafter referred to as the reactive functional group). A polymer may be produced by carrying out a polymerization reaction using a monomer having a reactive functional group, or the reactive functional group may be introduced by a so-called polymer reaction after the polymer has been produced in advance. . It is also effective to perform a polymerization reaction using a monomer compound having a precursor of a reactive functional group and then generate a reactive functional group by an appropriate method.
本発明に用いられる高分子硬膜剤は、前記の反応性官能基(またはその前駆体)とエチレン性不飽和結合を同一分子内に有するモノマーをラジカル重合することによって製造されてもよい。反応性官能基を持つモノマーとしては以下に示す化合物が代表的な例である。 The polymer hardener used in the present invention may be produced by radical polymerization of a monomer having the reactive functional group (or its precursor) and an ethylenically unsaturated bond in the same molecule. The following compounds are typical examples of the monomer having a reactive functional group.
本発明に用いられる重合体は反応性官能基を持つモノマーの単独重合体であってもよく、また他の1種あるいは2種以上のモノマーとの共重合体であってもよい。共重合体の場合、反応性官能基を持つモノマーの割合は1質量%以上であり、5質量%以上が好ましい。ラジカル共重合をする場合、他のモノマーはラジカル重合が可能であれば特に制限はないが、以下のモノマーを具体例として挙げることができる。また、他のモノマーが反応可能な官能基を有する場合、前記式(1)〜(9)で表される官能基と共重合時に反応を起こさない範囲内で、適宜モノマーの組み合わせを選択することが好ましい。 The polymer used in the present invention may be a homopolymer of a monomer having a reactive functional group, or may be a copolymer with one or more other monomers. In the case of a copolymer, the proportion of the monomer having a reactive functional group is 1% by mass or more, and preferably 5% by mass or more. In the case of radical copolymerization, other monomers are not particularly limited as long as radical polymerization is possible, but the following monomers can be given as specific examples. In addition, when other monomers have a functional group capable of reacting, a combination of monomers is appropriately selected within a range in which no reaction occurs during the copolymerization with the functional groups represented by the formulas (1) to (9). Is preferred.
アクリル酸、メタクリル酸およびそのエステル類:例えば、アクリル酸、メチルアクリレート、ブチルアクリレート、ベンジルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、CH2=CHCOO(CH2CH2O)nR(Rは、水素原子、アルキル基、nは1以上の整数)、メタクリル酸、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、2−メトキシエチルメタクリレート、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート、2−スルホエチルメタクリレート等、
エチレン性不飽和カルボン酸のアミド類:アクリルアミド、メタクリルアミド、N−アクリロイルモルホリン、N,N−ジメチルアクリルアミド、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(もしくはその塩)等、
芳香族単量体:スチレン、ビニルトルエン、p−t−ブチルスチレン、p−ビニル安息香酸、ビニルナフタレン等、
その他のビニル単量体:エチレン、プロピレン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、トリフロロエチレン、トリフロロクロロエチレン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ビニルアルコール、N−ビニルピロリドン、N−ビニルアセトアミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等。
Acrylic acid, methacrylic acid and esters thereof: for example, acrylic acid, methyl acrylate, butyl acrylate, benzyl acrylate, hydroxyethyl acrylate, CH 2 ═CHCOO (CH 2 CH 2 O) n R (R is a hydrogen atom, an alkyl group , N is an integer of 1 or more), methacrylic acid, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, benzyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, 2-methoxyethyl methacrylate, N, N-dimethylaminoethyl methacrylate, 2-sulfoethyl methacrylate etc,
Amides of ethylenically unsaturated carboxylic acids: acrylamide, methacrylamide, N-acryloylmorpholine, N, N-dimethylacrylamide, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (or a salt thereof), etc.
Aromatic monomers: styrene, vinyl toluene, pt-butyl styrene, p-vinyl benzoic acid, vinyl naphthalene, etc.
Other vinyl monomers: ethylene, propylene, vinyl chloride, vinylidene chloride, trifluoroethylene, trifluorochloroethylene, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl alcohol, N-vinyl pyrrolidone, N-vinyl acetamide, acrylonitrile, methacrylo Nitrile etc.
以下に本発明に用いられる高分子硬膜剤の具体例を示すが、本発明ではこれらに限定されるものではない。それぞれの化合物の共重合比率は質量百分率比を表す。 Specific examples of the polymer hardener used in the present invention are shown below, but the present invention is not limited thereto. The copolymerization ratio of each compound represents a mass percentage ratio.
P−1:M−1/2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ソーダ共重合体(10/90)
P−2:M−1/2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ソーダ共重合体(30/70)
P−3:M−1/2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ソーダ共重合体(50/50)
P−4:M−1/メチルメタクリレート共重合体(20/80)
P−5:M−2/アクリル酸ソーダ共重合体(30/70)
P−6:M−2/2−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体(20/80)
P−7:M−3/ブチルアクリレート共重合体(60/40)
P−8:M−4/2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ソーダ共重合体(30/70)
P−9:M−6/エチルアクリレート共重合体(60/40)
P−10:M−7/N−ビニルピロリドン共重合体(20/80)
P-1: M-1 / 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid soda copolymer (10/90)
P-2: M-1 / 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid soda copolymer (30/70)
P-3: M-1 / 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid soda copolymer (50/50)
P-4: M-1 / methyl methacrylate copolymer (20/80)
P-5: M-2 / sodium acrylate copolymer (30/70)
P-6: M-2 / 2-hydroxyethyl methacrylate copolymer (20/80)
P-7: M-3 / butyl acrylate copolymer (60/40)
P-8: M-4 / 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid soda copolymer (30/70)
P-9: M-6 / ethyl acrylate copolymer (60/40)
P-10: M-7 / N-vinylpyrrolidone copolymer (20/80)
P−11:M−7/ジアセトンアクリルアミド共重合体(10/90)
P−12:M−10/メタクリル酸ソーダ共重合体(15/85)
P−13:M−10/メチルアクリレート/メチルメタクリレート共重合体(20/40/40)
P−14:M−12/エチルメタクリレート共重合体(33/67)
P−15:M−12/2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ソーダ共重合体(15/85)
P−16:M−13/メチルメタクリレート共重合体(33/67)
P−17:M−13/2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ソーダ共重合体(20/80)
P−18:M−13/N−アクリロイルモルホリン共重合体(20/80)
P−19:M−13/メトキシポリエチレングリコール(23量体)モノメタクリレート共重合体(50/50)
P−20:M−18/N,N−ジメチルアクリルアミド共重合体(5/95)
P-11: M-7 / diacetone acrylamide copolymer (10/90)
P-12: M-10 / sodium methacrylate copolymer (15/85)
P-13: M-10 / methyl acrylate / methyl methacrylate copolymer (20/40/40)
P-14: M-12 / ethyl methacrylate copolymer (33/67)
P-15: M-12 / 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid soda copolymer (15/85)
P-16: M-13 / methyl methacrylate copolymer (33/67)
P-17: M-13 / 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid soda copolymer (20/80)
P-18: M-13 / N-acryloylmorpholine copolymer (20/80)
P-19: M-13 / methoxy polyethylene glycol (23-mer) monomethacrylate copolymer (50/50)
P-20: M-18 / N, N-dimethylacrylamide copolymer (5/95)
P−21:M−18/ブチルメタクリレート共重合体(30/70)
P−22:M−18/スチレン/ブチルアクリレート共重合体(20/30/50)
P−23:M−19/2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ソーダ共重合体(20/80)
P−24:M−23/メチルアクリレート共重合体(20/80)
P−25:M−24/エチルアクリレート/スチレン共重合体(20/50/30)
P−26:M−26/アクリルアミド共重合体(25/75)
P−27:M−26/N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート共重合体(30/70)
P-21: M-18 / butyl methacrylate copolymer (30/70)
P-22: M-18 / styrene / butyl acrylate copolymer (20/30/50)
P-23: M-19 / 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid soda copolymer (20/80)
P-24: M-23 / methyl acrylate copolymer (20/80)
P-25: M-24 / ethyl acrylate / styrene copolymer (20/50/30)
P-26: M-26 / acrylamide copolymer (25/75)
P-27: M-26 / N, N-dimethylaminoethyl methacrylate copolymer (30/70)
本発明に用いられる高分子硬膜剤の反応性官能基としては、好ましくは、活性オレフィン型高分子硬膜剤、s−トリアジン型高分子硬膜剤、活性ハロゲン型高分子硬膜剤、アルデヒド型高分子硬膜剤、グリシジル型高分子硬膜剤等が用いられ、さらに好ましくは活性オレフィン型高分子硬膜剤あるいはその前駆体、s−トリアジン型高分子硬膜剤、グリシジル型高分子硬膜剤が用いられ、ビニルスルホン型高分子硬膜剤あるいはその前駆体、ジクロロトリアジン型高分子硬膜剤が特に好ましい。 The reactive functional group of the polymer hardener used in the present invention is preferably an active olefin polymer hardener, s-triazine polymer hardener, active halogen polymer hardener, aldehyde. Type polymer hardeners, glycidyl type polymer hardeners, etc. are used, more preferably active olefin type polymer hardeners or precursors thereof, s-triazine type polymer hardeners, glycidyl type polymer hardeners. Filming agents are used, and vinylsulfone type polymer hardening agents or precursors thereof, and dichlorotriazine type polymer hardening agents are particularly preferred.
本発明において高分子硬膜剤は、バイオセンサー表面に固定化されヒドロゲルを形成することを目的とする。それゆえ、反応性官能基以外に親水性基を有することが望ましい。親水性基として具体的には、水酸基・エチレングリコール基がごときノニオン性基、スルホン酸基・カルボン酸・リン酸基がごときアニオン性基、4級アンモニウム基・ピリジニウム基がごときカチオン性基、ホスホリルコリン基がごとき両性イオン基が挙げられる。 In the present invention, the polymer hardener is intended to be immobilized on the biosensor surface to form a hydrogel. Therefore, it is desirable to have a hydrophilic group in addition to the reactive functional group. Specific examples of hydrophilic groups include nonionic groups such as hydroxyl groups and ethylene glycol groups, anionic groups such as sulfonic acid groups, carboxylic acids, and phosphoric acid groups, and cationic groups such as quaternary ammonium groups and pyridinium groups. Examples include zwitterionic groups such as groups.
本発明において、親水性基を有するモノマー単位として、以下のようなモノマーが挙げられる。
ノニオン性基を有するモノマー:2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、2−ヒドロキシ−3−クロロプロピルアクリレート、β−ヒドロキシエチル−β′−アクリロイルオキシエチルフタレート、1,4−ブチレングリコールモノアクリレート、ヒドロキシスチレン、アリルアルコール、メタアリルアルコール、イソプロペニルアルコール、1−ブテニルアルコール等。
In the present invention, examples of the monomer unit having a hydrophilic group include the following monomers.
Monomers having a nonionic group: 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxypropyl methacrylate, 2-hydroxy-3-chloropropyl acrylate, β-hydroxyethyl-β′-acryloyloxyethyl phthalate, 1,4-butylene glycol monoacrylate, hydroxystyrene, allyl alcohol, methallyl alcohol, isopropenyl alcohol, 1-butenyl alcohol and the like.
アニオン性基を有するモノマー:ビニルスルホン酸、メタリルスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、スルホエチルメタクリレート、スチレンスルホン酸、アクリル酸、メタクリル酸、2−(ホスホノエチルオキシ)エチルメタクリレート等。 Monomers having an anionic group: vinyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, sulfoethyl methacrylate, styrene sulfonic acid, acrylic acid, methacrylic acid, 2- (phosphonoethyloxy) ethyl Methacrylate and the like.
カチオン性基を有するモノマー:[2-(アクリロイルオキシ)エチル]トリメチルアンモニ
ウムクロリド、 [2−(メタクリロイルオキシ)エチル]トリメチルアンモニウムクロリド
等、
Monomers having a cationic group: [2- (acryloyloxy) ethyl] trimethylammonium chloride, [2- (methacryloyloxy) ethyl] trimethylammonium chloride, etc.
両性イオン基を有するモノマー: [2−(メタクリロイルオキシ)エチル] ジメチル−(3−スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド 、[2−(メタクリロイルオキシ)エチ
ル]ホスホリルコリン等。
Monomers having zwitterionic groups: [2- (methacryloyloxy) ethyl] dimethyl- (3-sulfopropyl) ammonium hydroxide, [2- (methacryloyloxy) ethyl] phosphorylcholine and the like.
高分子硬膜剤にカチオン性基あるいはアニオン性基を導入することにより、静電相互作用を用いて、反対電荷を有する生理活性物質を検出表面へと濃縮することが可能となる。例えば、等電点より高いpHの緩衝液に溶解されたタンパク質の場合、カチオン性基を有する高分子硬膜剤が結合したヒドロゲル表面に静電的に濃縮されるため、効率的に反応性官能基と結合させることが可能となる。一方、等電点より低いpHの緩衝液に溶解されたタンパク質の場合、アニオン性基を有する高分子硬膜剤が結合したヒドロゲル表面に静電的に濃縮されるため、効率的に反応性官能基と結合させることが可能となる。このような構造を有する化合物として具体的に、下記化合物が挙げることができる。また、特開昭54-65033号公報、特開昭56-142524号公報、特開昭60-61742号公報に記載の化合物もまた、好ましく用いることができる。 By introducing a cationic group or an anionic group into the polymer hardener, it is possible to concentrate a physiologically active substance having an opposite charge to the detection surface using electrostatic interaction. For example, in the case of a protein dissolved in a buffer solution having a pH higher than the isoelectric point, since the polymer hardener having a cationic group is electrostatically concentrated on the bonded hydrogel surface, the reactive functional It becomes possible to combine with a group. On the other hand, in the case of a protein dissolved in a buffer solution having a pH lower than the isoelectric point, it is electrostatically concentrated on the surface of the hydrogel to which a polymer hardener having an anionic group is bonded, so that the reactive functional group can be efficiently used. It becomes possible to combine with a group. Specific examples of the compound having such a structure include the following compounds. The compounds described in JP-A-54-65033, JP-A-56-142524, and JP-A-60-61742 can also be preferably used.
次に、アセトアセチル基を有する親水性高分子について述べる。アセトアセチル基含有水溶性高分子は、複数のアルデヒド基、アミノ基、ヒドラジド基などを有する架橋剤と、室温で反応して硬化する性質がある。それゆえ、基材の一面にアセトアセチル基含有水溶性高分子を、他の基材の一面に架橋剤を塗付し、その両面を押付けることで、2つの基材を瞬間的に接着することが可能となる。また、アセトアセチル基含有水溶性高分子の水溶液に架橋剤を添加混合することにより、含水率が極めて大きく壊れにくいゲルを室温で容易に得ることが可能となる。このように、アセトアセチル基含有水溶性高分子は、水溶性接着剤として極めて優れた性質を有していることが、特開平5-112771、特開平5-156220、特開2002-285117等に開示されている。 Next, a hydrophilic polymer having an acetoacetyl group will be described. The acetoacetyl group-containing water-soluble polymer has a property of curing by reacting with a crosslinking agent having a plurality of aldehyde groups, amino groups, hydrazide groups, and the like at room temperature. Therefore, by applying a water-soluble polymer containing an acetoacetyl group on one side of a substrate and a cross-linking agent on one side of another substrate and pressing both sides, the two substrates are bonded instantaneously. It becomes possible. Further, by adding and mixing a crosslinking agent to an aqueous solution of an acetoacetyl group-containing water-soluble polymer, it becomes possible to easily obtain a gel having a very high water content and not easily broken at room temperature. As described above, the water-soluble polymer containing an acetoacetyl group has extremely excellent properties as a water-soluble adhesive, as disclosed in JP-A-512771, JP-A-5156220, JP-A-2002-285117, etc. It is disclosed.
アセトアセチル基含有水溶性高分子の製造法を説明する。アセトアセチル基含有水溶性高分子の代表的な化合物であるアセトアセチル化ポリビニルアルコールを製造するための方法としては、酢酸中にポリビニルアルコール系樹脂を分散させた状態でジケテンガスを添加する方法、ジメチルホルムアミド、ジオキサンなどの溶媒にポリビニルアルコール系樹脂を溶解させた状態でジケテンガスを添加する方法、ポリビニルアルコール粉末とジケテンガスを直接反応させる方法、ポリビニルアルコールとアセト酢酸エステルを溶液中で反応させエステル交換する方法、などが知られている。本発明におけるアセトアセチル化ポリビニルアルコールは、例えば特開2002-285117に記載されている手法で合成することが可能であり、また、市販されているアセトアセチル化ポリビニルアルコール、たとえば日本合成化学工業(株)製ゴーセファイマーZ100、Z200、Z200H、Z210、Z320等を購入して用いることも可能である。 A method for producing an acetoacetyl group-containing water-soluble polymer will be described. As a method for producing acetoacetylated polyvinyl alcohol, which is a typical compound of water-soluble polymer containing acetoacetyl group, a method of adding diketene gas in a state where a polyvinyl alcohol resin is dispersed in acetic acid, dimethylformamide , A method of adding diketene gas in a state where polyvinyl alcohol resin is dissolved in a solvent such as dioxane, a method of directly reacting polyvinyl alcohol powder and diketene gas, a method of transesterifying by reacting polyvinyl alcohol and acetoacetate in a solution, Etc. are known. The acetoacetylated polyvinyl alcohol in the present invention can be synthesized, for example, by the method described in JP-A-2002-285117, and commercially available acetoacetylated polyvinyl alcohol, for example, Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd. It is also possible to purchase and use Goseifamer Z100, Z200, Z200H, Z210, Z320, etc.
アセトアセチル基含有水溶性高分子は、アセトアセチル基含有モノマーを水溶性モノマーと共重合することによっても製造することができる。アセトアセチル基含有モノマーとしては、アセトアセトキシエチルアクリレート、アセトアセトキシエチルメタクリレート、アセトアセトキシエチルクロトナート、アセトアセトキシプロピルアクリレート、アセトアセトキシプロピルメタクリレート、アセトアセトキシプロピルクロトナート、2−シアノアセトアセトキシエチルメタクリレート、N−(2−アセトキシエチル)アクリルアミド、N−(2−アセトキシアミノエチル)メタクリルアミド、アセト酢酸アリル、アセト酢酸ビニルなどが挙げられる。これらのモノマーは、官能基含有エチレン系不飽和単量体とジケテンとの反応、該単量体にアセトアセトキシアルキルエステルをエステル交換反応等により製造される。本発明におけるアセトアセチル化水溶性高分子は、例えば特許2777732号に記載されている手法で合成することが可能である。 The acetoacetyl group-containing water-soluble polymer can also be produced by copolymerizing an acetoacetyl group-containing monomer with a water-soluble monomer. As the acetoacetyl group-containing monomer, acetoacetoxyethyl acrylate, acetoacetoxyethyl methacrylate, acetoacetoxyethyl crotonate, acetoacetoxypropyl acrylate, acetoacetoxypropyl methacrylate, acetoacetoxypropyl crotonate, 2-cyanoacetoacetoxyethyl methacrylate, N- (2-acetoxyethyl) acrylamide, N- (2-acetoxyaminoethyl) methacrylamide, allyl acetoacetate, vinyl acetoacetate and the like. These monomers are produced by a reaction between a functional group-containing ethylenically unsaturated monomer and a diketene, an acetoacetoxyalkyl ester in the monomer, and a transesterification reaction. The acetoacetylated water-soluble polymer in the present invention can be synthesized, for example, by the technique described in Japanese Patent No. 2777732.
本発明において、アセトアセチル基含有水溶性高分子は、アセトアセチル基含有モノマー以外に、様々なモノマーとの共重合体を用いることが可能である。このような共重合モノマー単位として、以下のようなモノマーが挙げられる。 In the present invention, the acetoacetyl group-containing water-soluble polymer can use copolymers with various monomers in addition to the acetoacetyl group-containing monomer. Examples of such copolymerization monomer units include the following monomers.
アクリル酸、メタクリル酸およびそのエステル類:例えば、アクリル酸、メチルアクリレート、ブチルアクリレート、ベンジルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、CH2=CHCOO(CH2CH2O)nR(Rは、水素原子、アルキル基、nは1以上の整数)、メタクリル酸、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、2−メトキシエチルメタクリレート、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート、2−スルホエチルメタクリレート等、 Acrylic acid, methacrylic acid and esters thereof: for example, acrylic acid, methyl acrylate, butyl acrylate, benzyl acrylate, hydroxyethyl acrylate, CH 2 ═CHCOO (CH 2 CH 2 O) n R (R is a hydrogen atom, an alkyl group , N is an integer of 1 or more), methacrylic acid, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, benzyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, 2-methoxyethyl methacrylate, N, N-dimethylaminoethyl methacrylate, 2-sulfoethyl methacrylate etc,
エチレン性不飽和カルボン酸のアミド類:アクリルアミド、メタクリルアミド、N−アクリロイルモルホリン、N,N−ジメチルアクリルアミド、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(もしくはその塩)等、 Amides of ethylenically unsaturated carboxylic acids: acrylamide, methacrylamide, N-acryloylmorpholine, N, N-dimethylacrylamide, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (or a salt thereof), etc.
芳香族単量体:スチレン、ビニルトルエン、p−t−ブチルスチレン、p−ビニル安息香酸、ビニルナフタレン等、 Aromatic monomers: styrene, vinyl toluene, pt-butyl styrene, p-vinyl benzoic acid, vinyl naphthalene, etc.
その他のビニル単量体:エチレン、プロピレン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、トリフロロエチレン、トリフロロクロロエチレン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ビニルアルコール、N−ビニルピロリドン、N−ビニルアセトアミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等。 Other vinyl monomers: ethylene, propylene, vinyl chloride, vinylidene chloride, trifluoroethylene, trifluorochloroethylene, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl alcohol, N-vinyl pyrrolidone, N-vinyl acetamide, acrylonitrile, methacrylo Nitrile etc.
本発明においてアセトアセチル基含有親水性高分子は、バイオセンサー表面に固定化されヒドロゲルを形成することを目的とする。それゆえ、反応性官能基以外に親水性基を有することが望ましい。親水性基として具体的には、水酸基・エチレングリコール基がごときノニオン性基、スルホン酸基・カルボン酸・リン酸基がごときアニオン性基、4級アンモニウム基・ピリジニウム基がごときカチオン性基、ホスホリルコリン基がごとき両性イオン基が挙げられる。 In the present invention, the acetoacetyl group-containing hydrophilic polymer is intended to be immobilized on the biosensor surface to form a hydrogel. Therefore, it is desirable to have a hydrophilic group in addition to the reactive functional group. Specific examples of hydrophilic groups include nonionic groups such as hydroxyl groups and ethylene glycol groups, anionic groups such as sulfonic acid groups, carboxylic acids, and phosphoric acid groups, and cationic groups such as quaternary ammonium groups and pyridinium groups. Examples include zwitterionic groups such as groups.
本発明において、親水性基を有するモノマー単位として、以下のようなモノマーが挙げられる。
ノニオン性基を有するモノマー:2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、2−ヒドロキシ−3−クロロプロピルアクリレート、β−ヒドロキシエチル−β′−アクリロイルオキシエチルフタレート、1,4−ブチレングリコールモノアクリレート、ヒドロキシスチレン、アリルアルコール、メタアリルアルコール、イソプロペニルアルコール、1−ブテニルアルコール等。
In the present invention, examples of the monomer unit having a hydrophilic group include the following monomers.
Monomers having a nonionic group: 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxypropyl methacrylate, 2-hydroxy-3-chloropropyl acrylate, β-hydroxyethyl-β′-acryloyloxyethyl phthalate, 1,4-butylene glycol monoacrylate, hydroxystyrene, allyl alcohol, methallyl alcohol, isopropenyl alcohol, 1-butenyl alcohol and the like.
アニオン性基を有するモノマー:ビニルスルホン酸、メタリルスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、スルホエチルメタクリレート、スチレンスルホン酸、アクリル酸、メタクリル酸、2−(ホスホノエチルオキシ)エチルメタクリレート等。 Monomers having an anionic group: vinyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, sulfoethyl methacrylate, styrene sulfonic acid, acrylic acid, methacrylic acid, 2- (phosphonoethyloxy) ethyl Methacrylate and the like.
カチオン性基を有するモノマー:[2-(アクリロイルオキシ)エチル]トリメチルアンモニウムクロリド、 [2−(メタクリロイルオキシ)エチル]トリメチルアンモニウムクロリド等、 Monomers having a cationic group: [2- (acryloyloxy) ethyl] trimethylammonium chloride, [2- (methacryloyloxy) ethyl] trimethylammonium chloride, etc.
両性イオン基を有するモノマー: [2−(メタクリロイルオキシ)エチル] ジメチル−(3−スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド 、2−[(メタクリロイルオキシ)エチル]ホスホリルコリン等。 Monomers having zwitterionic groups: [2- (methacryloyloxy) ethyl] dimethyl- (3-sulfopropyl) ammonium hydroxide, 2-[(methacryloyloxy) ethyl] phosphorylcholine and the like.
アセトアセチル基含有水溶性高分子にカチオン性基あるいはアニオン性基を導入することにより、静電相互作用を用いて、反対電荷を有する生理活性物質を検出表面へと濃縮することが可能となる。例えば、等電点より高いpHの緩衝液に溶解されたタンパク質の場合、カチオン性基を有するアセトアセチル基含有親水性高分子が結合したヒドロゲル表面に静電的に濃縮されるため、効率的に反応性官能基と結合させることが可能となる。一方、等電点より低いpHの緩衝液に溶解されたタンパク質の場合、アニオン性基を有するアセトアセチル基含有水溶性高分子が結合したヒドロゲル表面に静電的に濃縮されるため、効率的にアセトアセチル基あるいはアセトアセチル基をアミノ酸と反応させることにより導入されたカルボン酸と結合させることが可能となる。 By introducing a cationic group or an anionic group into the acetoacetyl group-containing water-soluble polymer, it becomes possible to concentrate a physiologically active substance having an opposite charge to the detection surface using electrostatic interaction. For example, in the case of a protein dissolved in a buffer solution having a pH higher than the isoelectric point, since it is electrostatically concentrated on the surface of the hydrogel to which the acetoacetyl group-containing hydrophilic polymer having a cationic group is bound, It becomes possible to combine with a reactive functional group. On the other hand, in the case of a protein dissolved in a buffer solution having a pH lower than the isoelectric point, since it is electrostatically concentrated on the hydrogel surface to which the water-soluble polymer containing an acetoacetyl group having an anionic group is bound, An acetoacetyl group or an acetoacetyl group can be combined with an introduced carboxylic acid by reacting with an amino acid.
次に、本発明で用いる活性エステル化されたカルボキシル基を含有するポリマーについて説明する。本発明で用いる活性エステル化されたカルボキシル基を含有するポリマーは、カルボキシル基を含有するポリマーの該カルボキシル基を活性エステル化することにより調製することができる。カルボキシル基を含有するポリマーとしては、カルボキシル基含有合成ポリマーおよびカルボキシル基含有多糖類を用いることが可能である。カルボキシル基含有合成ポリマーとしては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、およびこれらの共重合体、例えば特開昭59−44615号、特公昭54−34327号、特公昭58−12577号、特公昭54−25957号、特開昭59−53836号、特開昭59−71048号明細書に記載されているようなメタクリル酸共重合体、アクリル酸共重合体、イタコン酸共重合体、クロトン酸共重合体、マレイン酸共重合体、部分エステル化マレイン酸共重合、水酸基を有するポリマーに酸無水物を付加させたものなどが挙げられる。カルボキシル基含有多糖類は、天然植物からの抽出物、微生物発酵の生産物、酵素による合成物、または化学合成物の何れであってもよく、具体的には、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ヘパリン、デルマタン酸硫酸、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、セロウロン酸、カルボキシメチルキチン、カルボキシメチルデキストラン、カルボキシメチルデンプン等が挙げられる。カルボキシル基含有多糖類は、市販の化合物を用いることが可能であり、具体的には、カルボキシメチルデキストランであるCMD、CMD−L、CMD−D40(名糖産業社製)、カルボキシメチルセルロースナトリウム(和光純薬社製)、アルギン酸ナトリウム(和光純薬社製)、等を挙げることができる。 Next, the polymer containing an active esterified carboxyl group used in the present invention will be described. The polymer containing an active esterified carboxyl group used in the present invention can be prepared by subjecting the carboxyl group of a polymer containing a carboxyl group to active esterification. As the polymer containing a carboxyl group, a carboxyl group-containing synthetic polymer and a carboxyl group-containing polysaccharide can be used. Examples of the carboxyl group-containing synthetic polymer include polyacrylic acid, polymethacrylic acid, and copolymers thereof, for example, JP-A-59-44615, JP-B-54-34327, JP-B-58-12777, JP-B-54- No. 25957, JP-A-59-53836, JP-A-59-71048, methacrylic acid copolymer, acrylic acid copolymer, itaconic acid copolymer, crotonic acid copolymer , Maleic acid copolymers, partially esterified maleic acid copolymers, and those obtained by adding an acid anhydride to a polymer having a hydroxyl group. The carboxyl group-containing polysaccharide may be any one of an extract from a natural plant, a product of microbial fermentation, an enzymatic synthesis, or a chemical synthesis. Specifically, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, heparin, Examples include dermatanic acid sulfuric acid, carboxymethylcellulose, carboxyethylcellulose, ceurouronic acid, carboxymethylchitin, carboxymethyldextran, and carboxymethyl starch. As the carboxyl group-containing polysaccharide, a commercially available compound can be used. Specifically, CMD, CMD-L, CMD-D40 (manufactured by Meisho Sangyo Co., Ltd.), sodium carboxymethylcellulose (Japanese) Kogaku Pharmaceutical Co., Ltd.), sodium alginate (Wako Pure Chemicals Co., Ltd.), and the like.
カルボキシル基を含有するポリマーは、好ましくはカルボキシル基を含有する多糖類であり、より好ましくはカルボキシメチルデキストランである。 The polymer containing a carboxyl group is preferably a polysaccharide containing a carboxyl group, more preferably carboxymethyl dextran.
本発明に用いるカルボキシル基を含有するポリマーの分子量は特に制限されないが、平均分子量が1000〜5000000であることが好ましく、平均分子量が10000〜2000000であることがより好ましく、平均分子量が100000〜1000000であることがさらに好ましい。この範囲より平均分子量が小さい場合には生理活性物質の固定量が小さくなってしまい、この範囲より平均分子量が大きい場合には高い溶液粘度のため取り扱いが困難となる。 Although the molecular weight of the polymer containing a carboxyl group used in the present invention is not particularly limited, the average molecular weight is preferably 1,000 to 5,000,000, more preferably 10,000 to 2,000,000, and the average molecular weight is 100,000 to 1,000,000. More preferably it is. When the average molecular weight is smaller than this range, the fixed amount of the physiologically active substance becomes small, and when the average molecular weight is larger than this range, the handling becomes difficult due to the high solution viscosity.
本発明に使用する親水性高分子は、水溶液中の膜厚が1nm以上300nm以下であることが好ましい。膜厚が薄いと生理活性物質固定量が減少し、またセンサー表面の水和層が薄くなるため生理活性物質自身の変性で被検体物質との相互作用が検出しにくくなる。膜厚が厚いと被検体物質が膜内に拡散する障害となり、また特にセンサー基板の親水性高分子固定面の反対側から相互作用を検出する場合は検出表面から相互作用形成部までの距離が長くなり、検出感度が低くなる。水溶液中の親水性高分子膜厚はAFM、エリプソメトリーなどで評価することができる。 The hydrophilic polymer used in the present invention preferably has a film thickness in an aqueous solution of 1 nm to 300 nm. If the film thickness is thin, the amount of the physiologically active substance immobilized decreases, and the hydrated layer on the sensor surface becomes thin, so that the interaction with the analyte substance becomes difficult to detect due to the denaturation of the physiologically active substance itself. When the film thickness is thick, it becomes an obstacle that the analyte substance diffuses into the film, and the distance from the detection surface to the interaction forming part is particularly large when detecting the interaction from the opposite side of the hydrophilic polymer fixing surface of the sensor substrate. Longer and lower detection sensitivity. The hydrophilic polymer film thickness in the aqueous solution can be evaluated by AFM, ellipsometry, or the like.
カルボキシル基を含有するポリマーを活性化する方法としては、公知の手法、例えば、水溶性カルボジイミドである1-(3-Dimethylaminopropyl)-3 ethylcarbodiimide(EDC)とN-Hydroxysuccinimide(NHS)により活性化する方法、EDC単独で活性化する方法、特願2004−238396号(特開2006−58071号公報)に記載の方法(即ち、特定の構造を有するウロニウム塩、ホスホニウム塩、又はトリアジン誘導体のいずれかの化合物を用いてカルボキシル基を活性化する方法)、特願2004−275012号(特開2006−90781号公報)に記載の方法(即ち、カルボジイミド誘導体又はその塩で活性化し、水酸基を有する含窒素ヘテロ芳香族化合物、電子吸引性基を有するフェノール誘導体又はチオール基を有する芳香族化合物のいずれかの化合物を用いてカルボキシル基を活性化する方法)等を好ましく用いることができる。これらの手法で活性化されたカルボキシル基を含有するポリマーを、アミノ基を有する基板と反応させることで、本発明のバイオセンサーを製造することが可能となる。 As a method of activating a polymer containing a carboxyl group, a known method, for example, a method of activating with water-soluble carbodiimide 1- (3-Dimethylaminopropyl) -3 ethylcarbodiimide (EDC) and N-Hydroxysuccinimide (NHS) , A method of activating by EDC alone, a method described in Japanese Patent Application No. 2004-238396 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-58071) (that is, any compound of uronium salt, phosphonium salt, or triazine derivative having a specific structure) A method for activating a carboxyl group using an acid), a method described in Japanese Patent Application No. 2004-275012 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-90781) (ie, a nitrogen-containing heteroaromatic having a hydroxyl group activated by a carbodiimide derivative or a salt thereof) Of aromatic compounds having thiol groups, phenol derivatives having electron withdrawing groups Things a carboxyl group can be preferably used a method) or the like to activate with. By reacting a polymer containing a carboxyl group activated by these methods with a substrate having an amino group, the biosensor of the present invention can be produced.
本発明において、生理活性物質を結合できる反応性基を有する親水性高分子は、溶液として基板と反応させてもよく、また、スピンコート等の手法を用いて基板上の薄膜を形成させた状態で反応させてもよい。好ましくは、薄膜を形成させた状態での反応である。 In the present invention, the hydrophilic polymer having a reactive group capable of binding a physiologically active substance may be reacted with the substrate as a solution, or a thin film on the substrate is formed using a technique such as spin coating. You may make it react. Preferably, the reaction is in a state where a thin film is formed.
基板上に薄膜を形成させる方法は、公知の方法を用いることが可能であるが、具体的には、エクストルージョンコート法、カーテンコート法、キャスティング法、スクリーン印刷法、スピンコート法、スプレーコート法、スライドビードコート法、スリットアンドスピン方式、スリットコート方式、ダイコート法、ディップコート法、ナイフコート法、ブレードコート法、フローコート法、ロールコート法、ワイヤバーコート方式、転写印刷法、等を用いることが可能である。これらの薄膜形成法については、「コーティング技術の進歩」原崎勇次著、総合技術センター(1988)、「コーティング技術」技術情報協会(1999)、「水性コーティングの技術」シーエムシー(2001)、「進化する有機薄膜 成膜編」住べテクノリサーチ(2004)、「高分子表面加工学」岩森暁著、技報堂出版(2005)、等に説明されている。膜厚制御された塗布膜を簡便に作成可能であることから、本発明において基板上に薄膜を形成させる方法としては、スプレーコート法またはスピンコート法が好ましく、スピンコート法がさらに好ましい。 As a method for forming a thin film on a substrate, known methods can be used. Specifically, an extrusion coating method, a curtain coating method, a casting method, a screen printing method, a spin coating method, and a spray coating method. , Slide bead coating method, slit and spin method, slit coating method, die coating method, dip coating method, knife coating method, blade coating method, flow coating method, roll coating method, wire bar coating method, transfer printing method, etc. It is possible. For these thin film formation methods, "Progress in coating technology" by Yuji Harasaki, Comprehensive Technology Center (1988), "Coating Technology" Technical Information Association (1999), "Aqueous Coating Technology" CMC (2001), "Evolution" Described in "Organic Thin Film Deposition", Sumibe Techno Research (2004), "Polymer Surface Processing" by Iwamori Satoshi, Gihodo Publishing (2005), etc. Since a coating film with a controlled film thickness can be easily produced, the method for forming a thin film on a substrate in the present invention is preferably a spray coating method or a spin coating method, and more preferably a spin coating method.
スプレーコート法とは、微細化されたポリマー溶液を基板に吹きつけた状態で、基板を移動させることで、基板上にポリマー溶液を均一塗布する方法である。スプレーガンの引き金を引くと空気バルブとニードルバルブが同時に開き、ノズルからポリマー溶液が霧状に噴出し、ノズル先端にある空気キャップから噴出する空気で霧状のポリマー溶液がさらに微細化される。微細化されたポリマー溶液による塗布膜を基板表面に形成させた後、溶媒を蒸発させることで、膜厚の制御されたポリマーフイルムが容易に作成される。ポリマー溶液濃度、基板の移動速度等により、ポリマー薄膜の膜厚制御が可能となる。 The spray coating method is a method in which a polymer solution is uniformly coated on a substrate by moving the substrate in a state where a fine polymer solution is sprayed on the substrate. When the trigger of the spray gun is pulled, the air valve and the needle valve are simultaneously opened, the polymer solution is ejected from the nozzle in a mist state, and the atomized polymer solution is further refined by the air ejected from the air cap at the tip of the nozzle. A polymer film with a controlled film thickness is easily prepared by forming a coating film of a fine polymer solution on the substrate surface and then evaporating the solvent. The film thickness of the polymer thin film can be controlled by the polymer solution concentration, the moving speed of the substrate and the like.
スピンコート法とは、水平に設置した基板上にポリマー溶液を滴下した後に高速回転させ、遠心力によって基板全体にポリマー溶液を均一塗布する方法である。遠心力によるポリマー溶液の飛散と溶媒の蒸発に伴い、膜厚の制御されたポリマーフイルムが容易に作成される。回転数、ポリマー溶液濃度、溶剤の蒸気圧等により、ポリマー薄膜の膜厚制御が可能となる。本発明においてスピンコート時の回転数は特に制限されないが、回転数が低すぎる場合には基板上に溶液が残存し、回転数が高すぎる場合には使用可能な装置が制限されてしまう。それゆえ本研究においてはスピンコート時の回転数は、500rpm〜10000rpmであることが好ましく、1000rpm〜7000rpmであることがさらに好ましい。 The spin coating method is a method in which a polymer solution is dropped on a horizontally placed substrate and then rotated at a high speed, and the polymer solution is uniformly applied to the entire substrate by centrifugal force. A polymer film with a controlled film thickness is easily produced with the scattering of the polymer solution by the centrifugal force and the evaporation of the solvent. The film thickness of the polymer thin film can be controlled by the rotation speed, polymer solution concentration, solvent vapor pressure, and the like. In the present invention, the rotation speed during spin coating is not particularly limited, but if the rotation speed is too low, the solution remains on the substrate, and if the rotation speed is too high, usable devices are limited. Therefore, in this study, the rotation speed during spin coating is preferably 500 rpm to 10000 rpm, and more preferably 1000 rpm to 7000 rpm.
本発明において、カルボキシル基を含有するポリマーは、公知の方法、例えば、水溶性カルボジイミドである1-(3-Dimethylaminopropyl)-3 ethylcarbodiimide(EDC)とN-Hydroxysuccinimide(NHS)により活性化され、アミノ基を有する生理活性物質を固定化することが可能となる。カルボン酸を活性化する手法としては、特願2004−238396号に記載の方法(即ち、基板の表面に存在するカルボキシル基を特定の構造を有するウロニウム塩、ホスホニウム塩、又はトリアジン誘導体のいずれかの化合物を用いて活性化することによりカルボン酸アミド基を形成する方法)、並びに特願2004−275012号に記載の方法(即ち、基板の表面に存在するカルボキシル基を、カルボジイミド誘導体又はその塩で活性化し、水酸基を有する含窒素ヘテロ芳香族化合物、電子吸引性基を有するフェノール誘導体又はチオール基を有する芳香族化合物のいずれかの化合物でエステルとした後に、アミンと反応させることによりカルボン酸アミド基を形成する方法)を好ましく用いることもできる。 In the present invention, the carboxyl group-containing polymer is activated by a known method, for example, 1- (3-Dimethylaminopropyl) -3 ethylcarbodiimide (EDC) and N-Hydroxysuccinimide (NHS), which are water-soluble carbodiimides. It is possible to immobilize a physiologically active substance having As a method for activating carboxylic acid, the method described in Japanese Patent Application No. 2004-238396 (that is, any of uronium salt, phosphonium salt, or triazine derivative having a specific structure for the carboxyl group present on the surface of the substrate) A method of forming a carboxylic acid amide group by activating with a compound) and a method described in Japanese Patent Application No. 2004-275012 (that is, a carboxyl group present on the surface of a substrate is activated with a carbodiimide derivative or a salt thereof) And then esterifying with a nitrogen-containing heteroaromatic compound having a hydroxyl group, a phenol derivative having an electron-withdrawing group, or an aromatic compound having a thiol group, and then reacting with an amine to form a carboxylic acid amide group. The method of forming) can also be preferably used.
なお、上記した特願2004−238396号における特定の構造を有するウロニウム塩、ホスホニウム塩、又はトリアジン誘導体とは、下記一般式1で表されるウロニウム塩、下記一般式2で表されるホスホニウム塩、又は下記一般式3で表されるトリアジン誘導体を示す。 The uronium salt, phosphonium salt, or triazine derivative having a specific structure in Japanese Patent Application No. 2004-238396 described above is a uronium salt represented by the following general formula 1, a phosphonium salt represented by the following general formula 2, Or the triazine derivative represented by the following general formula 3 is shown.
(一般式1において、R1とR2はそれぞれ独立に炭素数1から6のアルキル基を示すか、又は互いに一緒になって炭素数2から6のアルキレン基を形成してN原子と共に環を形成し、R3は炭素数6から20の芳香環基又は少なくとも1以上のヘテロ原子を含むヘテロ環基を示し、X-はアニオンを示す。一般式2において、R4とR5はそれぞれ独立に炭素数1から6のアルキル基を示すか、又は互いに一緒になって炭素数2から6のアルキレン基を形成してN原子と共に環を形成し、R6は炭素数6から20の芳香環基又は少なくとも1以上のヘテロ原子を含むヘテロ環基を示し、X-はアニオンを示す。一般式3において、R7はオニウム基を示し、R8及びR9はそれぞれ独立に電子供与基を示す。) (In General Formula 1, R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or together, form an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms to form a ring together with an N atom. And R 3 represents an aromatic ring group having 6 to 20 carbon atoms or a heterocyclic group containing at least one hetero atom, and X − represents an anion, wherein R 4 and R 5 are each independently Represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or together with each other, an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms is formed to form a ring together with an N atom, and R 6 is an aromatic ring having 6 to 20 carbon atoms A group or a heterocyclic group containing at least one heteroatom, and X − represents an anion, wherein R 7 represents an onium group, and R 8 and R 9 each independently represent an electron donating group. .)
親水性高分子が有する生理活性物質を結合できる反応性基としては、上記したようなカルボキシル基(又は活性エステル化されたカルボキシル基)以外のものとして、ハロゲン原子、アミノ基、もしくは保護基により保護されたアミノ基、もしくは脱離基を有するカルボニル基、水酸基、保護基により保護された水酸基、アルデヒド基、-NHNH2、-N=C=O、-N=C=S、エポキシ基、又はビニル基などでもよい。 The reactive group capable of binding the physiologically active substance possessed by the hydrophilic polymer is protected by a halogen atom, an amino group, or a protecting group as a group other than the carboxyl group (or carboxyl group formed by active esterification) as described above. Amino group, or a carbonyl group having a leaving group, a hydroxyl group, a hydroxyl group protected by a protecting group, an aldehyde group, —NHNH 2 , —N═C═O, —N═C═S, an epoxy group, or vinyl It may be a group.
本発明において、生理活性物質の固定化基として、高分子(ポリマー)に導入する反応基は、カルボキシル基やアミノ基などの官能基の他に、例えば、ビオチン結合性タンパク(アビジン、ストレプトアビジン、ニュートラアビジン等)、プロテインA、プロテインG、抗原、抗体(例えば、抗GST抗体等の公知のtag抗体)などの生理活性物質をあらかじめ固定し、この生理活性物質の上に、さらに下記に示すような生理活性物質を固定化する態様が可能である。また、ポリマーにアルカンを導入した固定化層を用いれば、脂質などの膜構造を有した生理活性物質を固定することが可能になる。また、用途に応じて、ポリマー鎖の長さ、ポリマーの厚み、ポリマーの密度、あるいは、ポリマーに導入する反応基の量を調整することにより、多様な蛋白に対応することが可能になる。またポリマーに固定基として、NTA(nitrilotriacetic acid)等などを導入すれば、金属キレートを介してHis-tagリガンド等を固定することができる。 In the present invention, the reactive group to be introduced into the polymer (polymer) as the immobilizing group of the physiologically active substance is, for example, a biotin-binding protein (avidin, streptavidin, As shown below, a physiologically active substance such as neutravidin), protein A, protein G, antigen, antibody (eg, known tag antibody such as anti-GST antibody) is immobilized in advance. An embodiment in which a physiologically active substance is immobilized is possible. In addition, if an immobilization layer in which alkane is introduced into a polymer is used, a physiologically active substance having a membrane structure such as lipid can be immobilized. In addition, by adjusting the length of the polymer chain, the thickness of the polymer, the density of the polymer, or the amount of reactive groups introduced into the polymer, it is possible to deal with various proteins depending on the application. If NTA (nitrilotriacetic acid) or the like is introduced into the polymer as a fixing group, the His-tag ligand or the like can be fixed via a metal chelate.
本発明のバイオセンサーに固定される生理活性物質としては、測定対象物と相互作用するものであれば特に限定されず、例えば免疫蛋白質、酵素、微生物、核酸、低分子有機化合物、非免疫蛋白質、免疫グロブリン結合性蛋白質、糖結合性蛋白質、糖を認識する糖鎖、脂肪酸もしくは脂肪酸エステル、あるいはリガンド結合能を有するポリペプチドもしくはオリゴペプチドなどが挙げられる。 The physiologically active substance immobilized on the biosensor of the present invention is not particularly limited as long as it interacts with the measurement target, and examples thereof include immune proteins, enzymes, microorganisms, nucleic acids, low molecular organic compounds, non-immune proteins, Examples include immunoglobulin-binding proteins, sugar-binding proteins, sugar chains that recognize sugars, fatty acids or fatty acid esters, or polypeptides or oligopeptides having ligand-binding ability.
免疫蛋白質としては、測定対象物を抗原とする抗体やハプテンなどを例示することができる。抗体としては、種々の免疫グロブリン、即ちIgG、IgM、IgA、IgE、IgDを使用することができる。具体的には、測定対象物がヒト血清アルブミンであれば、抗体として抗ヒト血清アルブミン抗体を使用することができる。また、農薬、殺虫剤、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌、抗生物質、麻薬、コカイン、ヘロイン、クラック等を抗原とする場合には、例えば抗アトラジン抗体、抗カナマイシン抗体、抗メタンフェタミン抗体、あるいは病原性大腸菌の中でO抗原26、86、55、111 、157 などに対する抗体等を使用することができる。 Examples of immunity proteins include antibodies and haptens that use the measurement target as an antigen. As the antibody, various immunoglobulins, that is, IgG, IgM, IgA, IgE, IgD can be used. Specifically, when the measurement target is human serum albumin, an anti-human serum albumin antibody can be used as the antibody. In addition, when using pesticides, insecticides, methicillin-resistant Staphylococcus aureus, antibiotics, narcotics, cocaine, heroin, cracks, etc. as antigens, for example, anti-atrazine antibodies, anti-kanamycin antibodies, anti-methamphetamine antibodies, or pathogenic E. coli Among them, antibodies against O antigens 26, 86, 55, 111, 157 and the like can be used.
酵素としては、測定対象物又は測定対象物から代謝される物質に対して活性を示すものであれば、特に限定されることなく、種々の酵素、例えば酸化還元酵素、加水分解酵素、異性化酵素、脱離酵素、合成酵素等を使用することができる。具体的には、測定対象物がグルコースであれば、グルコースオキシダーゼを、測定対象物がコレステロールであれば、コレステロールオキシダーゼを使用することができる。また、農薬、殺虫剤、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌、抗生物質、麻薬、コカイン、ヘロイン、クラック等を測定対象物とする場合には、それらから代謝される物質と特異的反応を示す、例えばアセチルコリンエステラーゼ、カテコールアミンエステラーゼ、ノルアドレナリンエステラーゼ、ドーパミンエステラーゼ等の酵素を使用することができる。 The enzyme is not particularly limited as long as it shows activity against the measurement object or a substance metabolized from the measurement object, and various enzymes such as oxidoreductase, hydrolase, isomerase , A desorbing enzyme, a synthesizing enzyme and the like can be used. Specifically, if the measurement object is glucose, glucose oxidase can be used, and if the measurement object is cholesterol, cholesterol oxidase can be used. In addition, when pesticides, insecticides, methicillin-resistant Staphylococcus aureus, antibiotics, narcotics, cocaine, heroin, cracks, etc. are used as measurement objects, they exhibit specific reactions with substances metabolized from them, such as acetylcholinesterase. Enzymes such as catecholamine esterase, noradrenaline esterase and dopamine esterase can be used.
微生物としては、特に限定されることなく、大腸菌をはじめとする種々の微生物を使用することができる。 The microorganism is not particularly limited, and various microorganisms including Escherichia coli can be used.
核酸としては、測定の対象とする核酸と相補的にハイブリダイズするものを使用することができる。核酸は、DNA(cDNAを含む)、RNAのいずれも使用できる。DNAの種類は特に限定されず、天然由来のDNA、遺伝子組換え技術により調製した組換えDNA、又は化学合成DNAの何れでもよい。 As the nucleic acid, one that hybridizes complementarily with the nucleic acid to be measured can be used. As the nucleic acid, either DNA (including cDNA) or RNA can be used. The type of DNA is not particularly limited, and may be any of naturally derived DNA, recombinant DNA prepared by gene recombination technology, or chemically synthesized DNA.
低分子有機化合物としては通常の有機化学合成の方法で合成することができる任意の化合物が挙げられる。 Examples of the low molecular weight organic compound include any compound that can be synthesized by an ordinary organic chemical synthesis method.
非免疫蛋白質としては、特に限定されることなく、例えばアビジン(ストレプトアビジン)、ビオチン又はレセプターなどを使用できる。
免疫グロブリン結合性蛋白質としては、例えばプロテインAあるいはプロテインG、リウマチ因子(RF)等を使用することができる。
糖結合性蛋白質としては、レクチン等が挙げられる。
脂肪酸あるいは脂肪酸エステルとしては、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、ステアリン酸エチル、アラキジン酸エチル、ベヘン酸エチル等が挙げられる。
The non-immune protein is not particularly limited, and for example, avidin (streptavidin), biotin or a receptor can be used.
As the immunoglobulin-binding protein, for example, protein A or protein G, rheumatoid factor (RF) and the like can be used.
Examples of sugar-binding proteins include lectins.
Examples of the fatty acid or fatty acid ester include stearic acid, arachidic acid, behenic acid, ethyl stearate, ethyl arachidate, and ethyl behenate.
これらの生理活性物質は、生理活性物質を含む溶液を親水性高分子が固定された基板上に塗布し、乾燥することによって固定化することが好ましい。 These physiologically active substances are preferably immobilized by applying a solution containing the physiologically active substance onto a substrate on which a hydrophilic polymer is immobilized and drying.
生理活性物質を含む溶液(塗布液)の濃度は、基板表面に固定する生理活性物質の濃度が高い方が好ましい。生理活性物質により異なるが、0.1mg/mLから10mg/mLで使用することが好ましく、さらに好ましくは1mg/mLから10mg/mLである。 The concentration of the solution (coating solution) containing the physiologically active substance is preferably higher in the concentration of the physiologically active substance immobilized on the substrate surface. Although it varies depending on the physiologically active substance, it is preferably 0.1 mg / mL to 10 mg / mL, more preferably 1 mg / mL to 10 mg / mL.
生理活性物質を含む溶液の乾燥過程において、生理活性物質は塗布した溶液の外周部または、塗布液が乾固直前まで液が残った部分に析出する傾向がある。これにより基板表面に固定される生理活性物質の量に分布が発生し好ましくない。基板表面の生理活性物質固定量を均一にするため、塗布液の粘度は生理活性物質の基板表面への結合を阻害しない範囲で高くすることが好ましい。塗布液粘度を高くすることで、乾燥過程における塗布液中の生理活性物質の基板表面に対して水平方向の移動が抑えられ、結果として生理活性物質固定量のばらつきを抑えられる。乾燥過程における塗布液の粘度は0.9cP以上に保つことが好ましい。 In the drying process of a solution containing a physiologically active substance, the physiologically active substance tends to be deposited on the outer periphery of the applied solution or on the portion where the liquid remains until just before the coating solution is dried. This undesirably causes a distribution in the amount of the physiologically active substance immobilized on the substrate surface. In order to make the amount of the physiologically active substance immobilized on the substrate surface uniform, it is preferable to increase the viscosity of the coating solution as long as the binding of the physiologically active substance to the substrate surface is not inhibited. By increasing the viscosity of the coating solution, the horizontal movement of the physiologically active substance in the coating solution in the drying process with respect to the substrate surface can be suppressed, and as a result, variations in the amount of physiologically active substance fixed can be suppressed. The viscosity of the coating solution in the drying process is preferably kept at 0.9 cP or higher.
本発明の乾燥する工程とは、生理活性物質を含む溶液の塗布後、その溶液を、静置することによる自然乾燥や、加熱や送風などによって溶液が乾燥する速度を上げ、意図的に乾燥させる工程をいう。ここで、生理活性物質を含む溶液(塗布液)の乾燥速度を上げることは生理活性物質固定量のばらつきを抑えることに効果がある。乾燥速度を上げ、生理活性物質の水平方向の移動速度に対して、十分早く乾燥を終了させることで、生理活性物質が実質的に移動する前に乾燥が終了し、ばらつきを抑えることが可能となる。乾燥速度を上げる方法は特に限定されないが、塗布液温度、乾燥環境温度を上げる、赤外線、レーザーなどの照射で蒸発エネルギーを加える、送風などで乾燥時の溶媒蒸気圧を下げる、溶液を薄層塗布して塗布量に対する蒸発面積を大きくするなどの方法が挙げられる。特に、塗布液が水を含む場合、乾球温度と湿球温度差の大きい環境で乾燥させることで乾燥速度は早くなる。乾球温度と湿球温度との温度差が7℃以上の環境で乾燥させることが好ましく、さらに好ましくは10℃以上、さらに好ましくは13.5℃以上である。また、製造工程上、乾燥時間としては10分以内が好ましく、より好ましくは5分以内、特に好ましくは1分以内である。 The drying step of the present invention means that after application of a solution containing a physiologically active substance, the solution is naturally dried by standing, or the solution is dried by heating or blowing, and the solution is intentionally dried. Refers to a process. Here, increasing the drying rate of a solution (coating solution) containing a physiologically active substance is effective in suppressing variations in the amount of physiologically active substance immobilized. By increasing the drying speed and finishing the drying sufficiently quickly with respect to the horizontal movement speed of the physiologically active substance, it is possible to finish the drying before the physiologically active substance substantially moves and to suppress variations. Become. The method of increasing the drying speed is not particularly limited, but the coating solution temperature and drying environment temperature are increased, the evaporation energy is applied by irradiation with infrared rays, laser, etc., the solvent vapor pressure during drying is lowered by blowing, the solution is applied in a thin layer And a method of increasing the evaporation area with respect to the coating amount. In particular, when the coating solution contains water, the drying speed is increased by drying in an environment having a large difference between the dry bulb temperature and the wet bulb temperature. It is preferable to dry in an environment where the temperature difference between the dry bulb temperature and the wet bulb temperature is 7 ° C or higher, more preferably 10 ° C or higher, and further preferably 13.5 ° C or higher. Further, in the production process, the drying time is preferably within 10 minutes, more preferably within 5 minutes, and particularly preferably within 1 minute.
生理活性物質を含む溶液を塗布する方法としては、特に塗布液を定量吐出するディスペンサーを使用する方法が挙げられる。ディスペンサーの吐出口を基板上で一定速度、一定間隔で動作させることで基板上の任意の場所に均一塗布することが可能である。ディスペンサーで塗布する場合、基板と吐出口の間隔を極力狭くし、塗布液厚みを薄くすることで生理活性物質の厚みを均一にすることができ、また乾燥速度を上げることができ、好ましい。また生理活性物質を含む溶液を塗布する好ましい方法として、スピンコートも挙げられる。この方法は、特に塗布膜厚を薄くする場合に好ましい。均一厚みの溶液を形成した後に乾燥させるため、スピンコーターは回転中の溶媒の蒸発を防ぐことが好ましい。このため、回転時に基板を密閉容器に入れておくなどの方法で、基板周辺の溶媒濃度が高い環境に保つことで、回転中の薄膜形成と薄膜形成後の乾燥速度を制御できるため、特に好ましい。これらの塗布工程後、温度・湿度を一定に保った条件下で乾燥させることが好ましい。 Examples of a method for applying a solution containing a physiologically active substance include a method using a dispenser that dispenses a coating solution in a fixed amount. By operating the discharge port of the dispenser on the substrate at a constant speed and a constant interval, it is possible to uniformly apply to any place on the substrate. In the case of applying with a dispenser, the distance between the substrate and the discharge port is made as narrow as possible, and the thickness of the physiologically active substance can be made uniform by reducing the thickness of the coating solution, and the drying speed can be increased, which is preferable. A preferred method for applying a solution containing a physiologically active substance is spin coating. This method is particularly preferable when the coating film thickness is reduced. In order to dry after forming a solution having a uniform thickness, the spin coater preferably prevents evaporation of the solvent during rotation. For this reason, it is particularly preferable because the thin film formation during the rotation and the drying speed after the thin film formation can be controlled by maintaining the environment in which the solvent concentration around the substrate is high by a method such as placing the substrate in a sealed container during rotation. . After these coating steps, it is preferable to dry under conditions where the temperature and humidity are kept constant.
生理活性物質と被検体物質との相互作用を検出する場合、センサー表面の生理活性物質の固定量の変動は相互作用の定量的、速度論的評価の誤差の原因となる。この誤差を最小限に抑える目的で、生理活性物質の固定量を均一にすることが好ましい。相互作用の検出に使用される基板表面の生理活性物質の固定量のばらつきがCV値(変動係数)(標準偏差/平均値)で15%以下が好ましく、さらに好ましくは10%以下である。CV値は、基板表面の少なくとも2点以上、好ましくは10点以上、さらに好ましくは100点以上の固定量から算出することができる。均一性は、生理活性物質を固定する前後のセンサー基板上の物質の量を定量することでも評価可能であるが、生理活性物質と結合することが知られている物質を蛍光標識して、この標識物質をセンサー基板に固定した後に蛍光顕微鏡などを用いて蛍光強度を測定することでも可能である。また、SPRイメージャー、エリプソメーター、TOF−SIMS、ATR−IR装置などで生理活性物質の定量も可能である。 When detecting the interaction between the physiologically active substance and the analyte, the variation in the amount of the physiologically active substance immobilized on the sensor surface causes an error in the quantitative and kinetic evaluation of the interaction. For the purpose of minimizing this error, it is preferable to make the fixed amount of the physiologically active substance uniform. The variation of the fixed amount of the physiologically active substance on the substrate surface used for the detection of the interaction is preferably 15% or less, more preferably 10% or less in terms of CV value (variation coefficient) (standard deviation / average value). The CV value can be calculated from a fixed amount of at least 2 points on the substrate surface, preferably 10 points or more, more preferably 100 points or more. Uniformity can also be evaluated by quantifying the amount of the substance on the sensor substrate before and after immobilizing the physiologically active substance, but this is done by fluorescently labeling a substance known to bind to the physiologically active substance. It is also possible to measure the fluorescence intensity using a fluorescence microscope after fixing the labeling substance to the sensor substrate. In addition, physiologically active substances can be quantified using an SPR imager, ellipsometer, TOF-SIMS, ATR-IR apparatus or the like.
また、本発明において、基板上に固定化した生理活性物質の保存安定性を向上させる目的で、水素結合を形成しうる残基を有する化合物(以下、化合物Sとする)を使用してもよい。 In the present invention, a compound having a residue capable of forming a hydrogen bond (hereinafter referred to as Compound S) may be used for the purpose of improving the storage stability of a physiologically active substance immobilized on a substrate. .
一般に蛋白質などの生理活性物質は水溶液中で水分子が配位することで三次元構造を維持しているが、乾燥されると三次元構造を保持できず失活する。また、基板表面の親水性高分子中に担持されている場合には、乾燥されることで生理活性物質同士が接近し凝集が発生する。本発明の水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sは、水分子に代って生理活性物質の三次元構造を保持することで失活を抑制、または生理活性物質を被覆して立体効果で凝集を抑制する目的で使用することができる。 In general, physiologically active substances such as proteins maintain a three-dimensional structure by coordinating water molecules in an aqueous solution. However, when dried, they cannot retain the three-dimensional structure and are deactivated. Moreover, when it is carried in the hydrophilic polymer on the surface of the substrate, the physiologically active substances come close to each other and aggregate due to drying. The compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond according to the present invention suppresses inactivation by retaining the three-dimensional structure of the physiologically active substance instead of the water molecule, or covers the physiologically active substance to provide a steric effect. Can be used for the purpose of suppressing aggregation.
本発明において水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sは、水溶液で基板上の生理活性物質を固定した層に添加することが好ましい。添加方法としては、生理活性物質との混合溶液として基板表面に塗布しても良く、生理活性物質を基板表面に固定した後オーバーコートなどによりして添加しても良い。化合物Sと生理活性物質との混合溶液として塗布した場合、生理活性物質の固定量ばらつきを抑えることもできる。化合物S水溶液は薄膜状態で基板に添加することが好ましい。基板上に薄膜を形成させる方法は、公知の方法を用いることが可能であるが、具体的には、エクストルージョンコート法、カーテンコート法、キャスティング法、スクリーン印刷法、スピンコート法、スプレーコート法、スライドビードコート法、スリットアンドスピン方式、スリットコート方式、ダイコート法、ディップコート法、ナイフコート法、ブレードコート法、フローコート法、ロールコート法、ワイヤバーコート方式、転写印刷法、等を用いることが可能である。膜厚制御された塗布膜を簡便に作成可能であることから、本発明において基板上に薄膜を形成させる方法としては、スプレーコート法またはスピンコート法が好ましく、スピンコート法がさらに好ましい。 In the present invention, the compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond is preferably added to a layer in which a physiologically active substance on a substrate is fixed with an aqueous solution. As an addition method, it may be applied to the substrate surface as a mixed solution with a physiologically active substance, or may be added by overcoating after fixing the physiologically active substance on the substrate surface. When applied as a mixed solution of Compound S and a physiologically active substance, variation in the amount of the physiologically active substance immobilized can be suppressed. Compound S aqueous solution is preferably added to the substrate in a thin film state. As a method for forming a thin film on a substrate, known methods can be used. Specifically, an extrusion coating method, a curtain coating method, a casting method, a screen printing method, a spin coating method, and a spray coating method. , Slide bead coating method, slit and spin method, slit coating method, die coating method, dip coating method, knife coating method, blade coating method, flow coating method, roll coating method, wire bar coating method, transfer printing method, etc. It is possible. Since a coating film with a controlled film thickness can be easily produced, the method for forming a thin film on a substrate in the present invention is preferably a spray coating method or a spin coating method, and more preferably a spin coating method.
化合物Sの塗布液濃度は塗布性、生理活性物質を含む層への浸透の問題がない範囲で特に限定されないが、0.1重量%以上5重量%以下であることが好ましい。また、塗布液は、塗布性、pH調整の観点で界面活性剤、緩衝剤、有機溶剤、塩などを添加してもよい。 The concentration of the coating solution of Compound S is not particularly limited as long as there is no problem of coating properties and penetration into a layer containing a physiologically active substance, but is preferably 0.1% by weight or more and 5% by weight or less. In addition, a surfactant, a buffering agent, an organic solvent, a salt, or the like may be added to the coating solution from the viewpoint of coating properties and pH adjustment.
水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sとしては、常温常圧で不揮発性のものが好ましく、平均分子量が350より大きく500万より小さいものが好ましく、さらに好ましくは1200以上200万以下であり、最も好ましくは1200以上7万以下である。分子内に水酸基を含む化合物Sは糖類が好ましく、糖類は、単糖、多糖類でも良い。n糖類の場合nが4以上1200以下であることが好ましく、さらに好ましくはnが20以上600以下である。 The compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond is preferably a non-volatile compound at normal temperature and normal pressure, preferably having an average molecular weight of more than 350 and less than 5 million, more preferably 1200 or more and 2 million or less. Most preferably, it is 1200 or more and 70,000 or less. The compound S containing a hydroxyl group in the molecule is preferably a saccharide, and the saccharide may be a monosaccharide or a polysaccharide. In the case of n-saccharides, n is preferably 4 or more and 1200 or less, and more preferably n is 20 or more and 600 or less.
化合物Sの平均分子量が低いと基板表面で結晶化して、生理活性物質を固定した親水性高分子層の破壊および生理活性物質の三次元構造の破壊の原因となり、反対に平均分子量が高いと生理活性物質の基板への固定の障害となったり、生理活性物質を含む層に含浸できない、層分離を発生するなどの問題が発生する。 If the average molecular weight of Compound S is low, it will crystallize on the surface of the substrate, causing the destruction of the hydrophilic polymer layer to which the physiologically active substance is immobilized and the three-dimensional structure of the physiologically active substance. Problems such as an obstacle to fixing the active substance to the substrate, impregnation into a layer containing a physiologically active substance, and occurrence of layer separation occur.
基板上に固定した生理活性物質の劣化を抑制する目的で、前記水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sは、デキストラン骨格、又はポリエチレンオキシド骨格を有することが好ましく、本発明の目的を達成する範囲において、どの置換基を使用してもよい。また、基板上に固定した生理活性物質の劣化を抑制する目的で、解離性基を有しないノニオン性化合物であることが好ましい。また、前記水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sは水分子との親和性の高い化合物が好ましく、水とn-オクタノールとの分配係数LogP値が1以上であることが好ましい。LogP値は、JIS規格のZ7260−107(2000)「分配係数(1-オクタノール/水)の測定―振とう法」などに記載の方法で測定することができる。 For the purpose of suppressing the deterioration of the physiologically active substance immobilized on the substrate, the compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond preferably has a dextran skeleton or a polyethylene oxide skeleton, thereby achieving the object of the present invention. Any substituent may be used as long as it is within the range. Moreover, it is preferable that it is a nonionic compound which does not have a dissociable group for the purpose of suppressing deterioration of the bioactive substance fixed on the board | substrate. The compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond is preferably a compound having a high affinity for water molecules, and the partition coefficient LogP value between water and n-octanol is preferably 1 or more. The LogP value can be measured by a method described in JIS standard Z7260-107 (2000) "Measurement of distribution coefficient (1-octanol / water)-shaking method".
具体的な水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sとしては、ポリビニルアルコールなどの多価アルコール類、コラーゲン、ゼラチン、アルブミンなどのタンパク質、ヒアルロン酸、キチン、キトサン、デンプン、セルロース、アルギン酸、デキストランなど多糖類、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレンオキシド、プルロニックなどポリエチレンキシ-ポリプロピレンオキシド縮合物などのポリエーテル類、トゥイーン20、トゥイーン40、トゥイーン60、トゥイーン80などの2種以上の残基から成る化合物、またはこれら化合物の誘導体および重合体などが挙げられる。その内、多糖類、ポリエーテル類が好ましく、多糖類がより好ましい。具体的には、デキストラン、セルロース、トゥイーン20、トゥイーン40、トゥイーン60、トゥイーン80が好ましく用いられる。さらに、特開2006−170832に記載の不揮発性モノマー、不揮発性水溶性オリゴマーを用いることもできる。例えば不揮発性モノマーとしては水酸基が保護基で保護されていてもよいテトロース、ペントース、ヘプトース、ヘキトース及びそのグリコキシドでも良く、メチルグルコシドや水酸基が保護基で保護されていてもよいサイクリトール類でもよい。また不揮発性水溶性オリゴマーが、式(1)、(2)または(3) -[CH2-CH(CONH2)-]n- (1) -[CH2-CH2-O-]n- (2) -[CH2-CH(OH)-]n- (3)(式(1)〜(3)中、nは10〜200のいずれかの整数を示す。)で表されるオリゴマー、水酸基が保護基で保護されていてもよいn糖(但し、2≦n≦10)のオリゴ糖を用いることもできる。さらに、US2003/0175827、DE20306476A1に記載の糖類、例えば、トレハロース、スクロース、マルトース、ラクトース、キシリトール、フルクトース、マニトール、グルコース、キシロール、マルトデキストラン、サッカロース、ポリビニルピロリドンなどを使用しても良い。また、これらの化合物Sは、本発明において使用している親水性高分子の基本骨格と実質同一であることが好ましい。ここで、基本骨格とは、例えば、糖の環構造のことをいい、官能基や長さが異なっていても、環構造が同一であれば、実質同一であるという。 Specific examples of the compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond include polyhydric alcohols such as polyvinyl alcohol, proteins such as collagen, gelatin, and albumin, hyaluronic acid, chitin, chitosan, starch, cellulose, alginic acid, and dextran. Polysaccharides such as polysaccharides, polyethylene glycol, polyethylene oxide, polypropylene glycol, polypropylene oxide, pluronics, and other polyethers such as polyethylene xylene-polypropylene oxide condensates, two or more residues such as tween 20, tween 40, tween 60, tween 80 Or a derivative and a polymer of these compounds. Of these, polysaccharides and polyethers are preferable, and polysaccharides are more preferable. Specifically, dextran, cellulose, tween 20, tween 40, tween 60, and tween 80 are preferably used. Furthermore, the non-volatile monomer and non-volatile water-soluble oligomer described in JP-A-2006-170832 can also be used. For example, the non-volatile monomer may be tetrose, pentose, heptose, hexose and its glycoxide whose hydroxyl group may be protected with a protecting group, or methyl glucoside or cyclitols whose hydroxyl group may be protected with a protecting group. In addition, the nonvolatile water-soluble oligomer is represented by the formula (1), (2) or (3)-[CH2-CH (CONH2)-] n- (1)-[CH2-CH2-O-] n- (2)- [CH2-CH (OH)-] n- (3) (in the formulas (1) to (3), n represents any integer of 10 to 200), and the hydroxyl group is a protecting group. It is also possible to use oligosaccharides of n sugars (where 2 ≦ n ≦ 10) which may be protected. Furthermore, saccharides described in US 2003/0175827, DE 20306476A1, for example, trehalose, sucrose, maltose, lactose, xylitol, fructose, mannitol, glucose, xylol, maltodextran, saccharose, polyvinylpyrrolidone, and the like may be used. These compounds S are preferably substantially the same as the basic skeleton of the hydrophilic polymer used in the present invention. Here, the basic skeleton refers to, for example, a sugar ring structure, and is substantially the same if the ring structures are the same even if the functional groups and lengths are different.
基板上の、水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sの含有量としては、平均分子量の比で、親水性高分子の平均分子量に対する前記化合物Sの平均分子量の割合が0.005以上0.2以下であることが好ましい。割合がこれよりも低い場合は化合物Sが結晶化しやすく、高い場合は親水性高分子層への浸透が困難であり、この範囲内に設定することでこれらの問題を解消し、生理活性物質の失活抑制効果、凝集抑制効果をより高く得ることができる。 The content of the compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond on the substrate is a ratio of the average molecular weight, and the ratio of the average molecular weight of the compound S to the average molecular weight of the hydrophilic polymer is 0.005 or more and 0. .2 or less is preferable. When the ratio is lower than this, the compound S is easily crystallized, and when it is higher, the penetration into the hydrophilic polymer layer is difficult. By setting the ratio within this range, these problems can be solved, and the physiologically active substance The deactivation suppression effect and the aggregation suppression effect can be obtained higher.
上記のようにして生理活性物質を固定化したバイオセンサーは、当該生理活性物質と相互作用する物質の検出及び/又は測定のために使用することができる。 The biosensor on which a physiologically active substance is immobilized as described above can be used for detection and / or measurement of a substance that interacts with the physiologically active substance.
本発明では、センサー用基板に固定化されている生理活性物質と被験物質との相互作用を非電気化学的方法により検出及び/又は測定することが好ましい。非電気化学的方法としては、表面プラズモン共鳴(SPR)測定技術、水晶発振子マイクロバランス(QCM)測定技術、金のコロイド粒子から超微粒子までの機能化表面を使用した測定技術などが挙げられる。 In the present invention, it is preferable to detect and / or measure the interaction between the physiologically active substance immobilized on the sensor substrate and the test substance by a non-electrochemical method. Non-electrochemical methods include surface plasmon resonance (SPR) measurement technology, quartz crystal microbalance (QCM) measurement technology, measurement technology using functionalized surfaces from gold colloidal particles to ultrafine particles.
本発明の好ましい態様によれば、本発明のバイオセンサーは、例えば、透明基板上に配置される金属膜を備えていることを特徴とする表面プラズモン共鳴用バイオセンサーとして用いることができる。 According to a preferred aspect of the present invention, the biosensor of the present invention can be used as a surface plasmon resonance biosensor characterized by including a metal film disposed on a transparent substrate, for example.
表面プラズモン共鳴用バイオセンサーとは、表面プラズモン共鳴バイオセンサーに使用されるバイオセンサーであって、該センサーより照射された光を透過及び反射する部分、並びに生理活性物質を固定する部分とを含む部材を言い、該センサーの本体に固着されるものであってもよく、また脱着可能なものであってもよい。 The surface plasmon resonance biosensor is a biosensor used in the surface plasmon resonance biosensor, and includes a part that transmits and reflects light emitted from the sensor, and a part that fixes a physiologically active substance. And may be fixed to the main body of the sensor or may be removable.
表面プラズモン共鳴の現象は、ガラス等の光学的に透明な物質と金属薄膜層との境界から反射された単色光の強度が、金属の出射側にある試料の屈折率に依存することによるものであり、従って、反射された単色光の強度を測定することにより、試料を分析することができる。 The phenomenon of surface plasmon resonance is due to the fact that the intensity of monochromatic light reflected from the boundary between an optically transparent substance such as glass and the metal thin film layer depends on the refractive index of the sample on the metal exit side. Yes, so the sample can be analyzed by measuring the intensity of the reflected monochromatic light.
表面プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、被測定物質の特性を分析する表面プラズモン測定装置としては、Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙げられる(例えば特開平6−167443号公報参照)。上記の系を用いる表面プラズモン測定装置は基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されて試料液などの被測定物質に接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して表面プラズモン共鳴の状態、つまり全反射減衰の状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。 As a surface plasmon measuring device for analyzing the characteristics of a substance to be measured using a phenomenon in which surface plasmons are excited by light waves, there is an apparatus using a system called Kretschmann arrangement (for example, JP-A-6-167443). See the official gazette). A surface plasmon measuring apparatus using the above system basically includes a dielectric block formed in a prism shape, for example, and a metal film formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with a substance to be measured such as a sample liquid. A light source that generates a light beam; an optical system that causes the light beam to enter the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at an interface between the dielectric block and the metal film; and It comprises light detecting means for detecting the surface plasmon resonance state, that is, the state of total reflection attenuation by measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface.
なお上述のように種々の入射角を得るためには、比較的細い光ビームを入射角を変化させて上記界面に入射させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記界面に収束光状態であるいは発散光状態で入射させてもよい。前者の場合は、入射した光ビームの入射角の変化に従って、反射角が変化する光ビームを、上記反射角の変化に同期して移動する小さな光検出器によって検出したり、反射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサによって検出することができる。一方後者の場合は、種々の反射角で反射した各光ビームを全て受光できる方向に延びるエリアセンサによって検出することができる。 In order to obtain various incident angles as described above, a relatively thin light beam may be incident on the interface by changing the incident angle, or a component incident on the light beam at various angles is included. As described above, a relatively thick light beam may be incident on the interface in a convergent light state or a divergent light state. In the former case, a light beam whose reflection angle changes according to the change in the incident angle of the incident light beam is detected by a small photodetector that moves in synchronization with the change in the reflection angle, or the direction in which the reflection angle changes Can be detected by an area sensor extending along the line. On the other hand, in the latter case, it can be detected by an area sensor extending in a direction in which each light beam reflected at various reflection angles can be received.
上記構成の表面プラズモン測定装置において、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角で入射させると、該金属膜に接している被測定物質中に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属膜と被測定物質との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立しているとき、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行するので、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。この光強度の低下は、一般に上記光検出手段により暗線として検出される。なお上記の共鳴は、入射ビームがp偏光のときにだけ生じる。したがって、光ビームがp偏光で入射するように予め設定しておく必要がある。 In the surface plasmon measuring apparatus having the above configuration, when a light beam is incident on a metal film at a specific incident angle that is greater than the total reflection angle, an evanescent wave having an electric field distribution is generated in the measured substance in contact with the metal film. The evanescent wave excites surface plasmons at the interface between the metal film and the substance to be measured. When the wave number vector of the evanescent light is equal to the wave number of the surface plasmon and the wave number matching is established, both are in a resonance state and the energy of the light is transferred to the surface plasmon, so that the entire energy is transferred to the interface between the dielectric block and the metal film. The intensity of the reflected light decreases sharply. This decrease in light intensity is generally detected as a dark line by the light detection means. The resonance described above occurs only when the incident beam is p-polarized light. Therefore, it is necessary to set in advance so that the light beam is incident as p-polarized light.
この全反射減衰(ATR)が生じる入射角、すなわち全反射減衰角(θSP)より表面プラズモンの波数が分かると、被測定物質の誘電率が求められる。この種の表面プラズモン測定装置においては、全反射減衰角(θSP)を精度良く、しかも大きなダイナミックレンジで測定することを目的として、特開平11−326194号公報に示されるように、アレイ状の光検出手段を用いることが考えられている。この光検出手段は、複数の受光素子が所定方向に配設されてなり、前記界面において種々の反射角で全反射した光ビームの成分をそれぞれ異なる受光素子が受光する向きにして配設されたものである。 If the wave number of the surface plasmon is known from the incident angle at which this total reflection attenuation (ATR) occurs, that is, the total reflection attenuation angle (θSP), the dielectric constant of the substance to be measured can be obtained. In this type of surface plasmon measurement apparatus, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-326194, in order to measure the total reflection attenuation angle (θSP) with high accuracy and a large dynamic range, It is considered to use detection means. This light detection means is provided with a plurality of light receiving elements arranged in a predetermined direction, and arranged so that different light receiving elements receive light beam components totally reflected at various reflection angles at the interface. Is.
そしてその場合は、上記アレイ状の光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の配設方向に関して微分する微分手段が設けられ、この微分手段が出力する微分値に基づいて全反射減衰角(θSP)を特定し、被測定物質の屈折率に関連する特性を求めることが多い。 In that case, there is provided differential means for differentiating the light detection signals output from the light receiving elements of the arrayed light detection means with respect to the arrangement direction of the light receiving elements, and based on the differential value output by the differential means. In many cases, the total reflection attenuation angle (θSP) is specified to obtain a characteristic related to the refractive index of the substance to be measured.
また、全反射減衰(ATR)を利用する類似の測定装置として、例えば「分光研究」第47巻 第1号(1998)の第21〜23頁および第26〜27頁に記載がある漏洩モード測定装置も知られている。この漏洩モード測定装置は基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形成されて、試料液に接触させられる光導波層と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを上記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックとクラッド層との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して導波モードの励起状態、つまり全反射減衰状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。 Moreover, as a similar measuring device using total reflection attenuation (ATR), for example, “Spectroscopic Research” Vol. 47, No. 1, (1998), pages 21 to 23 and pages 26 to 27 are described. Devices are also known. This leakage mode measuring device is basically a dielectric block formed in a prism shape, for example, a clad layer formed on one surface of the dielectric block, and formed on the clad layer to be in contact with the sample liquid. Optical waveguide layer to be generated, a light source for generating a light beam, and the light beam to the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the cladding layer. The optical system includes an incident optical system and light detection means for detecting the excitation state of the waveguide mode, that is, the total reflection attenuation state by measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface.
上記構成の漏洩モード測定装置において、光ビームを誘電体ブロックを通してクラッド層に対して全反射角以上の入射角で入射させると、このクラッド層を透過した後に光導波層においては、ある特定の波数を有する特定入射角の光のみが導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層に取り込まれるので、上記界面で全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。そして導波光の波数は光導波層の上の被測定物質の屈折率に依存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知ることによって、被測定物質の屈折率や、それに関連する被測定物質の特性を分析することができる。 In the leakage mode measuring apparatus having the above-described configuration, when a light beam is incident on the cladding layer through the dielectric block at an incident angle greater than the total reflection angle, the light waveguide layer transmits a specific wave number after passing through the cladding layer. Only light having a specific incident angle having a wave length propagates in the waveguide mode. When the waveguide mode is excited in this way, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer, resulting in total reflection attenuation in which the intensity of light totally reflected at the interface is sharply reduced. Since the wave number of guided light depends on the refractive index of the substance to be measured on the optical waveguide layer, knowing the specific incident angle at which total reflection attenuation occurs, the refractive index of the substance to be measured and the measurement object related thereto The properties of the substance can be analyzed.
なおこの漏洩モード測定装置においても、全反射減衰によって反射光に生じる暗線の位置を検出するために、前述したアレイ状の光検出手段を用いることができ、またそれと併せて前述の微分手段が適用されることも多い。 In this leakage mode measuring apparatus, the above-mentioned array-shaped light detecting means can be used to detect the position of the dark line generated in the reflected light due to the total reflection attenuation, and the above-described differentiating means is applied in conjunction therewith. Often done.
また、上述した表面プラズモン測定装置や漏洩モード測定装置は、創薬研究分野等において、所望のセンシング物質に結合する特定物質を見いだすランダムスクリーニングへ使用されることがあり、この場合には前記薄膜層(表面プラズモン測定装置の場合は金属膜であり、漏洩モード測定装置の場合はクラッド層および光導波層)上に上記被測定物質としてセンシング物質を固定し、該センシング物質上に種々の被検体が溶媒に溶かされた試料液を添加し、所定時間が経過する毎に前述の全反射減衰角(θSP)の角度を測定している。 In addition, the surface plasmon measurement device and the leakage mode measurement device described above may be used for random screening to find a specific substance that binds to a desired sensing substance in the field of drug discovery research. In this case, the thin film layer A sensing substance is fixed on the sensing substance on the sensing substance (a metal film in the case of a surface plasmon measuring apparatus, a clad layer and an optical waveguide layer in the case of a leakage mode measuring apparatus), and various analytes are placed on the sensing substance. A sample solution dissolved in a solvent is added, and the total reflection attenuation angle (θSP) is measured every time a predetermined time elapses.
試料液中の被検体が、センシング物質と結合するものであれば、この結合によりセンシング物質の屈折率が時間経過に伴って変化する。したがって、所定時間経過毎に上記全反射減衰角(θSP)を測定し、該全反射減衰角(θSP)の角度に変化が生じているか否か測定することにより、被検体とセンシング物質の結合状態を測定し、その結果に基づいて被検体がセンシング物質と結合する特定物質であるか否かを判定することができる。このような特定物質とセンシング物質との組み合わせとしては、例えば抗原と抗体、あるいは抗体と抗体が挙げられる。具体的には、ウサギ抗ヒトIgG抗体をセンシング物質として薄膜層の表面に固定し、ヒトIgG抗体を特定物質として用いることができる。 If the analyte in the sample liquid binds to the sensing substance, the refractive index of the sensing substance changes with time due to this binding. Therefore, by measuring the total reflection attenuation angle (θSP) every predetermined time and measuring whether or not the total reflection attenuation angle (θSP) has changed, the binding state of the analyte and the sensing substance is determined. It is possible to determine whether or not the analyte is a specific substance that binds to the sensing substance based on the result. Examples of the combination of the specific substance and the sensing substance include an antigen and an antibody, or an antibody and an antibody. Specifically, a rabbit anti-human IgG antibody can be immobilized on the surface of the thin film layer as a sensing substance, and a human IgG antibody can be used as the specific substance.
なお、被検体とセンシング物質の結合状態を測定するためには、全反射減衰(θSP)の角度そのものを必ずしも検出する必要はない。例えばセンシング物質に試料液を添加し、その後の全反射減衰角(θSP)の角度変化量を測定して、その角度変化量の大小に基づいて結合状態を測定することもできる。前述したアレイ状の光検出手段と微分手段を全反射減衰を利用した測定装置に適用する場合であれば、微分値の変化量は、全反射減衰角(θSP)の角度変化量を反映しているため、微分値の変化量に基づいて、センシング物質と被検体との結合状態を測定することができる(本出願人による特開2003−106926号参照)。このような全反射減衰を利用した測定方法および装置においては、底面に予め成された薄膜層上にセンシング物質が固定されたカップ状あるいはシャーレ状の測定チップに、溶媒と被検体からなる試料液を滴下供給して、上述した全反射減衰角(θSP)の角度変化量の測定を行っている。 Note that in order to measure the binding state between the subject and the sensing substance, it is not always necessary to detect the angle of total reflection attenuation (θSP) itself. For example, a sample solution can be added to the sensing substance, and the amount of change in the total reflection attenuation angle (θSP) thereafter can be measured, and the binding state can be measured based on the magnitude of the angle change. If the above-described arrayed light detecting means and differentiating means are applied to a measuring device using total reflection attenuation, the change amount of the differential value reflects the angle change amount of the total reflection attenuation angle (θSP). Therefore, the binding state between the sensing substance and the analyte can be measured based on the change amount of the differential value (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-106926 by the present applicant). In such a measurement method and apparatus using total reflection attenuation, a sample liquid consisting of a solvent and an analyte is placed on a cup-shaped or petri-shaped measuring chip in which a sensing substance is fixed on a thin film layer formed in advance on the bottom surface. The amount of change in angle of the total reflection attenuation angle (θSP) described above is measured.
さらに、ターンテーブル等に搭載された複数個の測定チップの測定を順次行うことにより、多数の試料についての測定を短時間で行うことができる全反射減衰を利用した測定装置が、特開2001−330560号公報に記載されている。 Furthermore, a measuring apparatus using total reflection attenuation capable of measuring a large number of samples in a short time by sequentially measuring a plurality of measuring chips mounted on a turntable or the like is disclosed in JP-A-2001-2001. No. 330560.
また、本発明のバイオセンサーは、例えば基板表面に導波路構造を保持した、屈折率変化を導波路を用いて検出するバイオセンサーとして用いることができる。この場合、基板表面の導波構造物は、回折格子と場合によっては付加層とを有している、この導波構造物は、薄い誘電層からなる平面的な導波体から成る。導波体に集光された光線は全反射によりこの薄い層内に導かれる。この導かれる光波(以降モードと呼ぶ)の伝播速度は、C/Nの値をとる。ここでCは、真空中での光速であり、Nは導波体内を導かれるモードの有効屈折率である。有効屈折率Nは、一面では導波体の構成により、他面では薄い導波層に隣接する媒体の屈折率により決まる。光波の伝導は、薄い平面層内のみでなく、別の導波構造物、特にストリップ状の導波体によっても行われる。その場合は、導波構造物はストリップ状のフィルムの形状にされる。有効屈折率Nの変化は、導波層に隣接する媒体の変化と導波層自身もしくは導波層に隣接する付加層の屈折率および厚さの変化とにより生じることがバイオセンサーにとって重要な要素である。 The biosensor of the present invention can be used as a biosensor that detects a change in refractive index using a waveguide, for example, having a waveguide structure on the substrate surface. In this case, the waveguide structure on the surface of the substrate has a diffraction grating and possibly an additional layer. The waveguide structure consists of a planar waveguide made of a thin dielectric layer. Light rays collected in the waveguide are guided into this thin layer by total reflection. The propagation speed of the guided light wave (hereinafter referred to as mode) takes the value of C / N. Here, C is the speed of light in vacuum, and N is the effective refractive index of the mode guided in the waveguide. The effective refractive index N is determined by the configuration of the waveguide on one side and the refractive index of the medium adjacent to the thin waveguide layer on the other side. Light wave conduction is performed not only in a thin planar layer, but also by another waveguide structure, in particular a strip-shaped waveguide. In that case, the waveguide structure is in the form of a strip-like film. An important factor for a biosensor is that the change in the effective refractive index N is caused by a change in the medium adjacent to the waveguide layer and a change in the refractive index and thickness of the waveguide layer itself or an additional layer adjacent to the waveguide layer. It is.
この方式のバイオセンサーの構成については、例えば特公平6−27703号公報4ページ48行目から14ページ15行目および第1図から第8図、米国特許第 6,829,073号のcolumn6の31行目からcolumn7の47行目および第9図A,Bに記載されている。 Regarding the configuration of the biosensor of this system, for example, from Japanese Patent Publication No. 6-27703, page 4, line 48 to page 14, line 15 and FIG. 1 to FIG. 8, US Pat. No. 6,829,073, column 6, line 31 It is described in the 47th line of column7 and FIGS. 9A and B.
例えば、一つの実施形態として、薄層が平面状の導波路層が基材(たとえばパイレックス(登録商標)・ガラス)上に設けられている構造がある。導波路層と基材とは、一緒にいわゆる導波体を形成する。導波路層は、たとえば酸化物層(SiO2,SnO2、Ta2O5,TiO2,TiO2-SiO2,HfO2,ZrO2,Al2O3,Si3N4,HfON,SiON,酸化スカンジウムまたはこれらの混合物)、プラスチック層(例えばポリスチレン、ポリエチレン、ポリカーボネートなど)、など多層の積層体が可能である。光線が全反射により導波路層内を伝播するには、導波路層の屈折率が隣接媒体(たとえば基材や後述の付加層)の屈折率より大でなければならない。基材もしくは測定物質に向いた導波路層表面もしくは導波路層体積内には、回折格子が配置されている。回折格子は、型押し、ホログラフィまたはその他の方法によって基板内に形成することができる。次いでより高い屈折率を有する薄い導波路膜を回折格子の上表面に被覆する。回折格子は導波路層への入射光線を集束したり、既に導波路層内を導かれているモードを放出したり、そのモードの一部を進行方向へ透過させ、一部を反射させたりする機能を持つ。導波路層は、格子域を付加層でカバーしておく。付加層は必要に応じて多層膜とすることができる。この付加層は、測定物質に含まれている物質の選択的検知を可能にする機能を持たせることができる。好ましい態様として付加層の最表面に、検知機能を持つ層を設けることができる。このような検知機能を持つ層として、生理活性物質を固定化し得る層を用いることができる。 For example, as one embodiment, there is a structure in which a waveguide layer having a flat thin layer is provided on a base material (for example, Pyrex (registered trademark) glass). The waveguide layer and the substrate together form a so-called waveguide. The waveguide layer is, for example, an oxide layer (SiO2, SnO2, Ta2O5, TiO2, TiO2-SiO2, HfO2, ZrO2, Al2O3, Si3N4, HfON, SiON, scandium oxide or a mixture thereof), a plastic layer (for example, polystyrene, polyethylene, A multilayer laminate such as polycarbonate) is possible. In order for light rays to propagate through the waveguide layer by total reflection, the refractive index of the waveguide layer must be greater than the refractive index of an adjacent medium (for example, a base material or an additional layer described later). A diffraction grating is disposed on the surface of the waveguide layer or the volume of the waveguide layer facing the substrate or the measurement substance. The diffraction grating can be formed in the substrate by embossing, holography or other methods. A thin waveguide film having a higher refractive index is then coated on the upper surface of the diffraction grating. The diffraction grating focuses incident light to the waveguide layer, emits a mode already guided in the waveguide layer, transmits part of the mode in the traveling direction, and reflects part of the mode. Has function. The waveguide layer covers the grating region with an additional layer. The additional layer can be a multilayer film as required. The additional layer can have a function that enables selective detection of a substance contained in the measurement substance. As a preferred embodiment, a layer having a detection function can be provided on the outermost surface of the additional layer. As a layer having such a detection function, a layer capable of immobilizing a physiologically active substance can be used.
別の実施形態として、回折格子導波路のアレイがマイクロプレートのウェル内に組み込まれる形態も可能である(特表2007-501432)。すなわち回折格子導波路がマイクロプレートのウェル底面にアレイ状に配列されていれば、スループットの高い薬物または化学物質のスクリーニングを可能にすることができる。 As another embodiment, a configuration in which an array of diffraction grating waveguides is incorporated in a well of a microplate is also possible (Japanese Patent Publication No. 2007-501432). That is, if the diffraction grating waveguides are arranged in an array on the bottom surface of the well of the microplate, it is possible to screen a drug or chemical substance with high throughput.
回折格子導波路は、回折格子導波路の上層(検知領域)上の生理活性物質検出を可能にするために、入射光線、および反射光を検出して屈折特性の変化を検出する。この目的のため、1つまたはそれより多くの光源(例えば、レーザ、ダイオード)及び1つまたはそれより多くの検出器(例えば、分光計、CCDカメラまたはその他の光検出器)を用いることができる。屈折率変化を測定するための方法として、2つの異なる動作モード−分光法、及び角度法がある。分光法においては、入射光として広帯域ビームが回折格子導波路に送られ、反射光が集められて、例えば分光計で測定される。共鳴波長(ピーク)のスペクトル位置を観測することにより、回折格子導波路の表面またはその近傍での屈折率変化すなわち結合を測定することができる。また、角度法においては、公称上単一波長の光がある範囲の照射角を生じるように集束されて、回折格子導波路内に向けられる。反射光がCCDカメラまたはその他の光検出器によって測定される。回折格子導波路によって反射された共鳴角の位置を測定することにより、回折格子導波路の表面またはその近傍での屈折率変化すなわち結合を測定することができる。 In order to enable detection of a physiologically active substance on the upper layer (detection region) of the diffraction grating waveguide, the diffraction grating waveguide detects incident light and reflected light to detect a change in refractive characteristics. For this purpose, one or more light sources (eg lasers, diodes) and one or more detectors (eg spectrometers, CCD cameras or other photodetectors) can be used. . There are two different modes of operation—spectroscopy and angle methods for measuring refractive index changes. In spectroscopy, a broadband beam is sent as incident light to a diffraction grating waveguide and the reflected light is collected and measured, for example, with a spectrometer. By observing the spectral position of the resonance wavelength (peak), the refractive index change, that is, the coupling at or near the surface of the diffraction grating waveguide can be measured. Also, in the angle method, nominally single wavelength light is focused to produce a range of illumination angles and directed into the diffraction grating waveguide. The reflected light is measured by a CCD camera or other photodetector. By measuring the position of the resonance angle reflected by the diffraction grating waveguide, it is possible to measure the refractive index change, ie, coupling, at or near the surface of the diffraction grating waveguide.
本発明のバイオセンサーを表面プラズモン共鳴分析に使用する場合、上記したような各種の表面プラズモン測定装置の一部として適用することができる。 When the biosensor of the present invention is used for surface plasmon resonance analysis, it can be applied as a part of various surface plasmon measurement devices as described above.
以下の実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。 The following examples further illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited to these examples.
実施例1
下記のSAM化合物について、表1に示す濃度になるように水と混合し、25℃で1日静置後に観察した。目視で析出、沈殿が生じているものを×、白濁が生じているものを△、無色透明なものを○とした。結果を表1に示す。
16-Hydroxy-1-hexadecanethiol(16-ヒドロキシ-1-ヘキサデカンチオール)(Frontier Scientific社製)
11-Hydroxy-1-undecanethiol(11-ヒドロキシ-1-ウンデカンチオール)(Aldrich社製)
8-Hydroxy-1-octanethiol(8-ヒドロキシ-1-オクタンチオール)(Aldrich社製)
6-Hydroxy-1-hexanethiol(6-ヒドロキシ-1-ヘキサンチオール)(Aldrich社製)
11-Amino-1-undecanethiol, hydrochloride(11-アミノ-1-ウンデカンチオール塩酸塩)(同仁化学社製)
8-Amino-1-octanethiol, hydrochloride(8-アミノ-1-オクタンチオール塩酸塩)(同仁化学社製)
6-Amino-1-hexanethiol, hydrochloride(6-アミノ-1-ヘキサンチオール塩酸塩)(同仁化学社製)
Example 1
About the following SAM compound, it mixed with water so that it might become the density | concentration shown in Table 1, and it observed after standing at 25 degreeC for 1 day. The case where visual precipitation or precipitation occurred was indicated as x, the case where white turbidity occurred was indicated as Δ, and the colorless and transparent one was indicated as ◯. The results are shown in Table 1.
16-Hydroxy-1-hexadecanethiol (manufactured by Frontier Scientific)
11-Hydroxy-1-undecanethiol (Aldrich)
8-Hydroxy-1-octanethiol (manufactured by Aldrich)
6-Hydroxy-1-hexanethiol (Aldrich)
11-Amino-1-undecanethiol, hydrochloride (manufactured by Dojin Chemical)
8-Amino-1-octanethiol, hydrochloride (manufactured by Dojindo)
6-Amino-1-hexanethiol, hydrochloride (manufactured by Dojin Chemical)
8-Hydroxy-1-octanethiol、6-Hydroxy-1-hexanethiol、8-Amino-1-octanethiol, hydrochloride、6-Amino-1-hexanethiol, hydrochlorideは水溶解性が良好であることがわかる。一方、16-Hydroxy-1-hexadecanethiol、11-Hydroxy-1-undecanethiol、11-Amino-1-undecanethiol, hydrochlorideは水溶液系で金属膜状に自己組織化膜(SAM)を形成することができない。 It can be seen that 8-Hydroxy-1-octanethiol, 6-Hydroxy-1-hexanethiol, 8-Amino-1-octanethiol, hydrochloride, and 6-Amino-1-hexanethiol, hydrochloride have good water solubility. On the other hand, 16-Hydroxy-1-hexadecanethiol, 11-Hydroxy-1-undecanethiol, and 11-Amino-1-undecanethiol, hydrochloride cannot form a self-assembled film (SAM) in the form of a metal film in an aqueous solution system.
実施例2
水溶解性の高いSAM化合物を用いて蛋白を固定できるヒドロゲル膜を作成し、蛋白質の固定量、および非特異吸着性能を評価した。
Example 2
Hydrogel membranes that can immobilize proteins were prepared using SAM compounds with high water solubility, and the amount of immobilized proteins and nonspecific adsorption performance were evaluated.
(1)基板の作成
6-Hydroxy-1-undecanethiol(Aldrich社製)と8-Amino-1-octanethiol, hydrochloride(同仁化学社製)の混合水溶液(6-Hydroxy-1-undecanethiol 4.995mM /8-Amino-1-octanethiol, hydrochloride 0.005mM)を作成した。この溶液をA液と呼ぶ。
(1) Creation of substrate
Mixed aqueous solution of 6-Hydroxy-1-undecanethiol (Aldrich) and 8-Amino-1-octanethiol, hydrochloride (Dojin Chemical) (6-Hydroxy-1-undecanethiol 4.995 mM / 8-Amino-1-octanethiol, hydrochloride 0.005 mM). This solution is called A solution.
次に、ゼオネックス(日本ゼオン社製)を射出成型して得られたプラスチックプリズムの上面に以下の方法で金薄膜を製膜した。スパッタ装置の基板ホルダにプリズムを取付け、真空(ベースプレッシャー1×10-3Pa以下)に引いてからArガスを導入し(1Pa)、基板ホルダを回転(20rpm)させながら、基板ホルダにRFパワー(0.5kW)を約9分間印加してプリズム表面をプラズマ処理する。次に、Arガスを止めて真空に引き、Arガスを再び導入し(0.5Pa)、基板ホルダを回転(10〜40rpm)させながら、8inchのCrターゲットにDCパワー(0.2kW)を約30秒間印加して2nmのCr薄膜を成膜する。次に。Arガスを止めて再び真空に引き、Arガスを再び導入し、(0.5Pa)、基板ホルダを回転(20rpm)させながら、8inchのAuターゲットにDCパワー(1kW)を約50秒間印加して50nm程度のAu薄膜を成膜する。 Next, a gold thin film was formed on the upper surface of a plastic prism obtained by injection molding ZEONEX (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) by the following method. A prism is attached to the substrate holder of the sputtering device, and vacuum is applied (base pressure 1 × 10 -3 Pa or less), then Ar gas is introduced (1 Pa), and the substrate holder is rotated (20 rpm) while RF power is applied to the substrate holder. (0.5kW) is applied for about 9 minutes to plasma-treat the prism surface. Next, Ar gas was stopped and vacuum was drawn, Ar gas was introduced again (0.5 Pa), and DC power (0.2 kW) was applied to the 8-inch Cr target for about 30 seconds while rotating the substrate holder (10 to 40 rpm). This is applied to form a 2 nm Cr thin film. next. Stop Ar gas, evacuate again, introduce Ar gas again (0.5 Pa), rotate the substrate holder (20 rpm), and apply DC power (1 kW) to an 8-inch Au target for about 50 seconds to 50 nm A thin Au film is formed.
上記で得られたAu薄膜を成膜したセンサースティックを、A液に40℃1時間浸漬し、超純水で10回洗浄した。 The sensor stick on which the Au thin film obtained above was formed was immersed in solution A for 1 hour at 40 ° C. and washed 10 times with ultrapure water.
(2)CMD(カルボキシメチルデキストラン)の活性エステル化
0.1重量%のCMD(名糖産業製:分子量100万)溶液4.95mlを溶解した後、全量反応した場合にカルボキシル基の2%が活性化される計算量のEDC(1-Ethyl-3-[3-Dimethylaminopropyl]carbodiimide Hydrochloride)(0.4M) / NHS(N-hydroxysulfosuccinimide)(0.1M)混合溶液50μlを加え、室温で攪拌した。
(2) Active esterification of CMD (carboxymethyl dextran)
After dissolving 4.95 ml of 0.1% by weight CMD (manufactured by Sangyo Sangyo Co., Ltd .: molecular weight 1 million) solution, 2% of the carboxyl groups are activated when the whole amount is reacted (1-Ethyl-3- [ 3-Dimethylaminopropyl] carbodiimide hydrochloride (0.4M) / NHS (N-hydroxysulfosuccinimide) (0.1M) mixed solution (50 μl) was added and stirred at room temperature.
(3)CMDの基板への結合反応
(1)で作成された基板の上に、(2)で作成された活性エステル化されたCMD溶液を500μl滴下し、1000 rpmで45 秒スピンコートすることで、アミノ基を有する基板上に活性エステル化されたカルボキシメチルデキストラン薄膜を形成させた。室温で1 時間反応させた後、0.1 N NaOHで5回、超純水で5回洗浄することで、試料1を得た。
(3) Binding reaction of CMD to substrate Drop 500 μl of the active esterified CMD solution prepared in (2) on the substrate prepared in (1) and spin coat at 1000 rpm for 45 seconds. Then, an active esterified carboxymethyl dextran thin film was formed on a substrate having an amino group. After reacting at room temperature for 1 hour, Sample 1 was obtained by washing 5 times with 0.1 N NaOH and 5 times with ultrapure water.
比較例1
(i)OH基を有する基板の作成
16-Hydroxy-1-hexadecanethiol(Frontier Scientific社製)の5mM溶液(エタノール/水=8/2)を作成した。この溶液をB液と呼ぶ。次に、実施例2と同様にしてセンサースティックに50nmの金膜を形成し、B液に40℃60分間浸漬し、エタノールで5回、50mlのエタノール/水(80/20)で1回、50mlの超純水で5回洗浄した。で5回洗浄した。
Comparative Example 1
(I) Creation of substrate having OH group
A 5 mM solution (ethanol / water = 8/2) of 16-Hydroxy-1-hexadecanethiol (manufactured by Frontier Scientific) was prepared. This solution is called B solution. Next, a 50 nm gold film was formed on the sensor stick in the same manner as in Example 2, immersed in solution B at 40 ° C. for 60 minutes, 5 times with ethanol, and once with 50 ml of ethanol / water (80/20). Washed 5 times with 50 ml of ultrapure water. And washed 5 times.
(ii)エピクロロヒドリンによる処理
20mlの0.4M水酸化ナトリウム、20mlのジエチレングリコールジメチルエーテル、2.0mlのエピクロロヒドリンの混合溶液中に、上記基板を浸漬し、25℃の振盪インキュベーター中で4時間反応後、50mlのエタノールで2回、50mlの水で5回洗浄した。
(Ii) Treatment with epichlorohydrin
The substrate is immersed in a mixed solution of 20 ml of 0.4 M sodium hydroxide, 20 ml of diethylene glycol dimethyl ether and 2.0 ml of epichlorohydrin, reacted in a shaking incubator at 25 ° C. for 4 hours, and then twice with 50 ml of ethanol. And washed 5 times with 50 ml of water.
(iii)デキストランによる処理
水40.5ml、デキストラン(T500, Pharmacia)13.5g、1M水酸化ナトリウム4.5mlの混合
溶液中に、上記基板を浸漬し、25℃の振盪インキュベーターで20時間反応後、50mlの50℃の水で15回洗浄した。
(Iii) Treatment with dextran The above substrate was immersed in a mixed solution of 40.5 ml of water, 13.5 g of dextran (T500, Pharmacia) and 4.5 ml of 1M sodium hydroxide, reacted for 20 hours in a shaking incubator at 25 ° C, Washed 15 times with water at 50 ° C.
(iv)ブロモ酢酸による処理
ブロモ酢酸3.5g、2M水酸化ナトリウム溶液27gの混合溶液中に、上記基板を浸漬し、28
℃の振盪インキュベーターで16時間反応後、水洗した。再度、ブロモ酢酸溶液による16時間反応、水洗を行い、試料2を得た。
(Iv) Treatment with bromoacetic acid The substrate is immersed in a mixed solution of 3.5 g of bromoacetic acid and 27 g of 2M sodium hydroxide solution.
After 16 hours of reaction in a shaking incubator at 0 ° C., the mixture was washed with water. Again, a reaction with a bromoacetic acid solution for 16 hours and washing with water were performed to obtain Sample 2.
実施例3
実施例3は、実施例2および比較例1で得られたセンサー試料に対する蛋白質の固定に関するものである。蛋白質としては、CA(Carbonic Anhydrase:SIGMA社製)を用いた。
Example 3
Example 3 relates to protein immobilization on the sensor samples obtained in Example 2 and Comparative Example 1. CA (Carbonic Anhydrase: manufactured by SIGMA) was used as the protein.
実施例2および比較例1で作成した試料1、2を、表面プラズモン共鳴装置にセットした。PBSバッファーを注入し、ベースラインを確認した後(この時の共鳴角を基準点とする)、0.2MのEDC(1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide)および50mMのNHS (N-Hydroxysuccinimide)を含む水溶液を注入し7分静置、次にPBSバッファーを注入し1分静置、次に0.1mg/ml のCA溶液(酢酸バッファーpH5.0)を注入し15分静置、次にPBSバッファーを注入し1分静置、次に1Mエタノールアミン溶液(ビアコア社)を注入し7分静置、次にPBSバッファーを注入し1分静置、次に10mM NaOHを注入し1分静置を3回行い、最後にPBSバッファーを注入し1分静置し、この時の共鳴角と原点の共鳴角の差をCA固定量とした。ここで共鳴角1/10000度を1RUと表す。 Samples 1 and 2 prepared in Example 2 and Comparative Example 1 were set in a surface plasmon resonance apparatus. After injecting PBS buffer and confirming the baseline (with the resonance angle at this time as a reference point), 0.2 M EDC (1- (3-Dimethylaminopropyl) -3-ethylcarbodiimide) and 50 mM NHS (N-Hydroxysuccinimide) ) And then let stand for 7 minutes, then inject PBS buffer and let stand for 1 minute, then inject 0.1 mg / ml CA solution (acetate buffer pH 5.0) and let stand for 15 minutes, then Inject PBS buffer and leave for 1 minute, then inject 1M ethanolamine solution (Biacore) for 7 minutes, then inject PBS buffer for 1 minute, then inject 10 mM NaOH for 1 minute. The solution was placed three times, and finally PBS buffer was injected and allowed to stand for 1 minute. The difference between the resonance angle at this time and the resonance angle at the origin was defined as the CA fixed amount. Here, the resonance angle 1/10000 degree is expressed as 1RU.
CA固定量は、5200RU(試料1)、5000RU(試料2)であった。水溶性の高いSAM化合物を用いて作成した表面においても、多量の蛋白質を固定化できることがわかった。 The CA fixed amount was 5200 RU (Sample 1) and 5000 RU (Sample 2). It was found that a large amount of protein can be immobilized even on the surface prepared using a highly water-soluble SAM compound.
実施例4
実施例4は、実施例2および比較例1で得られたセンサー試料に対する、低分子化合物の非特異吸着に関するものである。低分子化合物としては、Cyclin-Dependent KinasesのinhibitorであるCGP74514、および界面活性剤であるTween20を選択し、センサー試料表面への非特異吸着抑制能について検討した。
Example 4
Example 4 relates to non-specific adsorption of low molecular weight compounds to the sensor samples obtained in Example 2 and Comparative Example 1. As low molecular weight compounds, CGP74514, which is an inhibitor of Cyclin-Dependent Kinases, and Tween 20, which is a surfactant, were selected, and the ability to suppress nonspecific adsorption to the sensor sample surface was examined.
実施例2および比較例1で作成した試料1、2を表面プラズモン共鳴装置にセットした。PBSバッファーを注入し、ベースラインを確認した後(この時の共鳴角を基準点とする)、CGP74514のPBSバッファー溶液(50μM)あるいは、Tween20のPBSバッファー溶液(0.005重量%)を注入し2分静置、最後にPBSバッファーを注入し2分静置し、この時の共鳴角と原点の共鳴角の差を非特異吸着量とした。 Samples 1 and 2 prepared in Example 2 and Comparative Example 1 were set in a surface plasmon resonance apparatus. After injecting PBS buffer and confirming the baseline (with the resonance angle at this time as a reference point), inject CGP74514 in PBS buffer solution (50 μM) or Tween20 in PBS buffer solution (0.005 wt%) for 2 minutes. The sample was allowed to stand, and finally PBS buffer was injected and left to stand for 2 minutes. The difference between the resonance angle at this time and the resonance angle at the origin was defined as the nonspecific adsorption amount.
試料1に対する非特異吸着量は、CGP74514が3RU、Tween20が5RUであった。試料2に対する非特異吸着量は、CGP74514が5RU、Tween20が9RUであった。水溶性の高いSAM化合物を用いて作成した表面においても、低分子化合物の非特異吸着を抑制できることがわかった。 The amount of non-specific adsorption for Sample 1 was 3RU for CGP74514 and 5RU for Tween20. The nonspecific adsorption amount for sample 2 was 5RU for CGP74514 and 9RU for Tween20. It was found that non-specific adsorption of low molecular weight compounds can be suppressed even on surfaces prepared using SAM compounds with high water solubility.
Claims (26)
X−L1−Y (1)
(式中、Xは金属に結合することができる基を示し、L1は、ヘテロ原子で中断されていてもよい炭素数2から10の直鎖アルキレン基を示し、Yは多糖類を結合するための官能基を示す。) A biosensor produced by a process comprising a step of coating a substrate with an aqueous solution of a compound represented by the following formula (1) and a step of bringing a polysaccharide having a reactive group capable of binding a physiologically active substance into contact with the substrate. .
X-L 1 -Y (1)
(In the formula, X represents a group capable of bonding to a metal, L 1 represents a linear alkylene group having 2 to 10 carbon atoms which may be interrupted by a hetero atom, and Y binds a polysaccharide. For functional groups.)
X−L1−Y (1)
(式中、Xは金属に結合することができる基を示し、L1は、ヘテロ原子で中断されていてもよい炭素数2から10の直鎖アルキレン基を示し、Yは多糖類を結合するための官能基を示す。) Comprising a substrate on which a polysaccharide having a reactive group capable of binding a physiologically active substance is immobilized via a compound represented by the following formula (1) dissolved in water at 25 ° C. at a concentration of 0.1 mM. The biosensor according to claim 1.
X-L 1 -Y (1)
(In the formula, X represents a group capable of bonding to a metal, L 1 represents a linear alkylene group having 2 to 10 carbon atoms which may be interrupted by a hetero atom, and Y binds a polysaccharide. For functional groups.)
X−L1−Y (1)
(式中、Xは金属に結合することができる基を示し、L1は、ヘテロ原子で中断されていてもよい炭素数2から10の直鎖アルキレン基を示し、Yは多糖類を結合するための官能基を示す。) It consists of a substrate on which a polysaccharide having a reactive group capable of binding a physiologically active substance is immobilized via a compound represented by the following formula (1) dissolved in water at 25 ° C. at a concentration of 1 mM. The biosensor according to 1.
X-L 1 -Y (1)
(In the formula, X represents a group capable of bonding to a metal, L 1 represents a linear alkylene group having 2 to 10 carbon atoms which may be interrupted by a hetero atom, and Y binds a polysaccharide. For functional groups.)
X−L1−Y (1)
(式中、Xは金属に結合することができる基を示し、L1は、ヘテロ原子で中断されていてもよい炭素数2から10の直鎖アルキレン基を示し、Yは多糖類を結合するための官能基を示す。) The method according to claim 1, comprising a step of coating a substrate with an aqueous solution of a compound represented by the following formula (1), and a step of bringing a polysaccharide having a reactive group capable of binding a physiologically active substance into contact with the substrate. Biosensor manufacturing method.
X-L 1 -Y (1)
(In the formula, X represents a group capable of bonding to a metal, L 1 represents a linear alkylene group having 2 to 10 carbon atoms which may be interrupted by a hetero atom, and Y binds a polysaccharide. For functional groups.)
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