JP4099707B2 - Biochip for surface plasmon resonance measurement - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
表面プラズモン共鳴によって物質間の相互作用を評価できるバイオチップに関する。特には、生体分子内のCOOH等の官能基等を利用して生体分子をバイオチップに固定化しすることにより、表面プラズモン共鳴を測定した際にバックグランドとの差が明白になるバイオチップに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、DNAや蛋白質などの生体分子の機能を調べるあるいは、発現遺伝子、蛋白質を明らかにする手段として、生体分子間の相互作用を評価する試みがなされている。その一つとして表面プラズモン共鳴(SPR)法による相互作用解析法が挙げられる。SPRは分析体を固定化した金属薄膜に光を照射して反射光をモニターし、サンプルとの相互作用を共鳴角の変化で測定する方法である。
【0003】
SPRの利点は、相互作用分析に蛍光やラジオアイソトープなどのラベル物質が不要な点とリアルタイムでの測定が可能な点である。ラベル物質を物質に導入するのは非常に煩雑かつ困難な場合があり、ラベル操作により物質の本来の機能、活性が失われる場合がある。
【0004】
SPRで相互作用を観察するには分子を金属薄膜表面に固定化する必要がある。固相に生体分子を固定化する方法として、表面に導入した官能基を起点とし、共有結合、イオン結合によって固定化する手段などが挙げられる。
【0005】
従来の技術では基板上の一点を測定するものがほとんどであるが、文献等にあるようにSPR技術を応用したSPRイメージング法によって基板表面の局在部位におけるSPR変化を検出することが可能である(例えば、非特許文献1)。すなわち、基板上の異なる場所に複数の物質を固定化すれば、複数の物質の相互作用解析が同時に可能である。
【0006】
SPRに用いられるチップも、基板全体に官能基を導入するものがほとんどであり、生体分子を固定化していない状態では固定化部位とバックグラウンド部の区別がない。そのため、SPRイメージング法に適用すると、バックグラウンド部に存在する官能基へサンプルが非特異的吸着するのを無視できない場合がある。また、微少量だけ特定の位置に生体分子溶液をスポットする技術も必須であり、高価なスポッティング装置が必要となる。
【0007】
米国特許では、固定化部位に生体分子を固定化し、バックグラウンド部に起点となる官能基あるいは結合分子が存在しない親水性高分子を固定化したアレイを作製する手段が開示されている例えば、特許文献1)。この発明では、生体分子もしくは生物分子集合体を表面に固定化する際にはバックグラウンド部は可逆性疎水性保護基が固定化されており、スポッティングが容易である。しかし、生体分子もしくは生物分子集合体を表面に固定化したのちに塩基性有機溶媒を用いて疎水性保護基を除去し、親水性高分子を固定化する操作が必要であり、非常に煩雑かつ、塩基性有機溶媒が生体分子もしくは生物分子集合体に悪影響を与えることが懸念される。また、親水性高分子を固定化する際に固定化した生体分子もしくは生物分子集合体に悪影響を与えることが懸念される。具体的には親水性高分子が固定化生体分子に結合し、生体分子の機能が損なわれる点である。
【0008】
そこで、バックグラウンド部には非特異的吸着がほとんどなく、固定化部位に生体分子もしくは生物分子集合体を、活性を保ったまま固定化できるバイオチップが望まれている。
【0009】
本発明はバックグラウンド部に非特異的吸着を抑制する物質が固定化され、固定化部位には固定化させるための起点となる陽性荷電をもつ官能基を有する物質が固定化されているバイオチップを得ることを可能とする。
【0010】
【非特許文献1】
Anal. Chem. 1997年,69巻,1449−1456
【特許文献1】
米国特許6127129号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、バックグラウンド部には非特異的吸着がほとんどなく、結合部位に生体分子もしくは生物分子集合体の活性を保ったまま固定化できるSPR測定用バイオチップを得ることにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出した。
【0013】
1.生体分子もしくは生物分子集合体を固定化する部分(固定化部位)と固定化部位以外のバックグラウンド部を有する表面プラズモン共鳴(SPR)測定用バイオチップであり、分子量が2000以上20000以下のポリ−L−グルタミン酸を1mg/mlの濃度で溶解しているpH7.4のリン酸緩衝液が30℃にてチップ表面に10分間接触させた後に、リン酸緩衝液で10分間洗浄した場合において、固定化部位に結合するポリ−L−グルタミン酸によって得られるSPRによるシグナルと、固定化部位以外のバックグラウンド部への非特異吸着によるシグナルのシグナル比が2以上であることを特徴とするSPR測定用バイオチップ。
【0014】
2.固定化部位に導入されている官能基がアミノ基であることを特徴とする1に記載のバイオチップ。
【0015】
3.バックグラウンド部に非イオン性物質が固定化されていることを特徴とする1もしくは2記載のバイオチップ。
【0016】
4.金を蒸着した透明ガラスもしくは透明プラスチックを基板として用いることを特徴とする1〜3のいずれかに記載のバイオチップ。
【0017】
5.表面プラズモン共鳴がSPRイメージングであることを特徴とする1〜4のいずれかに記載のバイオチップ
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。本発明はSPR測定用のバイオチップであり、生体分子もしくは生物分子集合体を表面に固定化し、相互作用解析や発現遺伝子、蛋白質などのスクリーニングに有効である。本発明の特性を持つバイオチップは生体分子もしくは生物分子集合体の固定化部位と、固定化部位以外のバックグラウンド部は明確に区別されており、固定化部位には好ましくは固定化させるための起点となる陽性荷電をもつ官能基を有する物質が固定化されていることが好ましい。生体分子もしくは生物分子集合体は陽性荷電をもつ官能基を起点として、共有結合、イオン結合などによって表面に固定化することができる。この場合、陽性荷電をもつ官能基にヘテロジニアスな架橋剤を用いるとより効果的に、生体分子もしくは生物分子集合体を表面に導入できる。
【0019】
本発明のバイオチップはSPRイメージングなどの基板表面を解析する方法に適しており、複数の固定化部位に複数の物質を固定化し、同時に相互作用解析することが可能である。SPRで解析できるよう、基板は透明プラスチックあるいはガラスが好ましく、その表面には金属薄膜が形成されている。金属薄膜は特に金を蒸着した表面が好ましい。
【0020】
陽性荷電をもつ官能基はアミノ基などが挙げられ、特に限定されるものではないが、官能基を導入する方法の例として、末端に陽性荷電をもつアルカンチオール物質を金蒸着表面に直接作用させ、金−硫黄結合によって直接的に陽性荷電をもつ物質を導入する方法が考えられる。
また、そのほかの方法としては、末端に陰性荷電をもつアルカンチオール物質を金蒸着表面に直接作用させ、金−硫黄結合によって陰性荷電を導入しておき、その後、陽性電荷部位を複数持つ化合物をイオン結合によって結合させ、陽性荷電物質を間接的に表面に導入する方法なども考えられる。
またさらには、反応性基を持つチオール物質を金蒸着表面に直接作用させ、金−硫黄結合によって反応性基を導入しておき、その後、反応性基と反応可能な基を持ちかつ陽性電荷を持つ化合物を反応させ、陰性荷電物質を表面に導入する方法なども考えられる。この際のチオール物質の反応性基と陽性電荷をもつ化合物の反応可能な基としては、水酸基、アミノ基、カルボン酸基、チオール基。グリシジル基、酸無水物基、イソシアネート基、ビニル基等があり、これらを適宜組み合わせて用いる。
【0021】
このようにして導入されたバイオチップの固定化部位表面上のアミノ基等の陽性荷電をもつ官能基は生体分子もしくは生物分子集合体と効果的に結合させることができる。生体分子もしくは生物分子集合体を結合させる方法は、特に限定するものではないが、例えば生体分子が有するCOOH基を活性化して表面に固定化することや、スクシンイミド基を有する架橋剤を用いて、生体分子を表面に固定化することができる。
【0022】
バックグラウンドは非特異的吸着を抑制するため非イオン性物質が固定化されることが好ましい。例えば末端に水酸基あるいはポリエチレングリコールなどの親水性高分子をもつアルカンチオールを直接金表面に固定化する方法が挙げられる。また、官能基を末端にもつアルカンチオールを導入しておき、該官能基を利用して間接的に非イオン性物質を表面に固定化する方法も挙げられる。
【0023】
固定化部位とバックグラウンド部を分ける手段としては光照射によるパターン化技術や、スタンプ技術などが挙げられる。例えば、光を照射してパターン化する手法では、紫外線により金−硫黄結合を酸化して洗浄除去し、新たにアルカンチオールを金表面に結合させることができる。
【0024】
バイオチップはSPR装置にセットされ、緩衝液中にて観察される。緩衝液の屈折率によってSPR共鳴角が変化するため、測定は同一の緩衝液で実施される。緩衝液を導入した段階で、撮影する角度が設定される。バイオチップがSPR共鳴を起こし、反射光強度が極小となる入射角(SPR共鳴角)から0.5度から1度小さい角度にて測定は実施されることが好ましい。本発明のバイオチップに対して、1mg/mlの濃度でpH7.4のリン酸緩衝液に溶解した分子量2000以上20000以下のポリ−L−グルタミン酸を30℃にてチップ表面に接触させると、イオン結合によってポリ−L−グルタミン酸が固定化部位に結合し、SPR共鳴角が広角側にシフトするため、反射光強度が増大する。ここでいうリン酸緩衝液は10mMリン酸、150mM塩化ナトリウムを使用する。バックグラウンド部には非イオン性物質が固定化されているため、陰性荷電をもつ高分子の吸着は少ない。
【0025】
SPR装置にはスライド表面の解析が可能である白色光源を用いたSPRイメージング装置を使用する。スライドからの反射像はCCDカメラによって撮影するSPRイメージングにより、経時的に画像が取り込まれる。取り込まれた画像から高分子を接触させる前の画像の差を演算処理によって得ることができる。分子量が2000以上20000以下のポリ−L−グルタミン酸を1mg/mlの濃度で溶解しているpH7.4のリン酸緩衝液が30℃にてチップ表面に10分間接触させた後に、リン酸緩衝液で10分間洗浄した場合において、固定化部位に結合するポリ−L−グルタミン酸によって得られるSPRによるシグナル増加と、固定化部位以外のバックグラウンド部への非特異吸着によるシグナル増加を比較する。比較対照はポリ−L−グルタミン酸を接触させる前の画像となる。この操作によって、ポリ−L−グルタミン酸を接触させる前と、10分間接触させ後に10分間洗い流した後のシグナル変化を比較することができる。なお、測定は実施例に示したようなフローセルを用いるが、フローセル内の容量と流量との関係がほぼ実施例と同じになるのであれば、実施例で示した形状のフローセルでなくても良い。
固定化部位に結合するポリ−L−グルタミン酸によって得られるSPRによるシグナルと、固定化部位以外のバックグラウンド部への非特異吸着によるシグナルのシグナル比が2以上であると、固定化部位に生体分子もしくは生物分子集合体を導入するのが容易となるため好ましい。また、このシグナル比は3以上あることがより好ましい。なお、シグナル比を得る場合、比較される固定化部位とバックグラウンド部は基板上1mm以上離れないように設定する。画像をコンピュータで解析する方法として、例えば画像処理ソフトV++(Digital Optics社)を用いてリアルタイムでシグナル変化を捉えることができる。
【0026】
【実施例】
以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【0027】
[実施例]
厚さ1mm、18mm×18mmのSF10製透明ガラス基板上にクロム1nmを蒸着した後、金を45nm蒸着した。蒸着の厚みは水晶発振子にてモニターした。金が表面に蒸着された基板を7−Carboxy−1−Heptanethiol(7−CHT、同仁化学研究所製)の1mMエタノール溶液に16時間浸漬し、7−CHTの自己組織化表面を形成させた。0.2M 1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(ナカライテスク社製)、0.05M N−ヒドロキシスクシンイミド(ナカライテスク社製)、アミノ基末端ポリエチレングリコール分子量5000(mPEG−Amine,Sheawater Polymers社製)をリン酸緩衝液に10mg/mlで溶解し、金表面の8−AOTに2時間反応させ、PEGを表面に固定化した。水晶上にクロムでパターンを描いたフォトマスクを基板上に置き、ウシオ電機製1000W高圧水銀ランプにて一時間照射してパターン化を行った。
【0028】
フォトマスクのパターンは500μm×500μmの四角形が100個並んだものである。照射後、ミリQ水とエタノールで洗浄したのち、8−Amino−1−Octanethiol, Hydrochrolide(8−AOT,同仁化学研究所製)の1mMエタノール溶液に16時間浸漬し、光を照射した部分に8−AOTの自己組織化表面を形成させた。こうして作製したバイオチップは固定化部位にアミノ基をもち、バックグラウンド部に非イオン性のPEGが固定化されている。
【0029】
このバイオチップをSPRイメージング機器(SPRImager:GWC instruments社製)にセットし、固定化部位のSPR共鳴角から1度入射角が小さい角度で観察した。観察は10mMリン酸緩衝液、150mM NaCl、pH7.4、30℃で実施した。1mg/mlの分子量3000−15000のポリ−L−グルタミン酸(シグマ社製)を接触させる前と接触させてから10分、前記の緩衝液を10分流した後の写真を連続的に5秒おきに撮影し、固定化部位とバックグラウンドのシグナル変化を解析した結果を図1に示す。
【0030】
固定化部位3点、バックグラウンド部3点の合計6点にて反射光強度の経時変化を求め、三箇所のシグナル比を得た。結果は5.20、3.93、19.2で、平均は9.46であり2を上回っていた。
【0031】
なお、pH7.4のリン酸緩衝液は10mMリン酸、150mM塩化ナトリウムを用い、バイオチップとの接触はこの溶液中に30℃で10分間接触させ、その後、同じpH7.4のリン酸緩衝液で30℃10分間洗い流した。バイオチップとの接触・洗浄はフローセルを用い、フローセルはPOM製で図4で示したものを用いた。具体的にはフローセルの溝部に線径1.5mm、内径15.5mmのシリコンゴム製Oリングをセットし、さらにこの上にバイオチップを金蒸着面がフローセルと向き合うようにして重ね、フーローセル−バイオチップの間隔が200μ程度になるようにして固定した。フローセルの注入部および排出部にチューブを接続し、緩衝液ポンプにてポリ−L−グルタミン酸溶液および緩衝液を導入した。導入流量はいずれも200μl/minで行った。
測定温度は25℃で行った。
【0032】
また、ポリ−L−グルタミン酸の接触前と緩衝液流入後の画像の差をとった結果を図2(概略図)に示す。色が濃くなっている部分は反射光強度が上がっていることを示す。
この画像の差の濃淡を、点線で観察したグラフを図3に示す。この図からもバックグラウンド部のシグナルと固定化部位のシグナルのシグナル比が2以上であることを察することができる。
【0033】
[比較例]
実施例と同様の金蒸着基板を8−AOTの1mMエタノール溶液に16時間浸漬し、全面に8−AOTの自己組織化表面を形成させ、基板全体にアミノ基を導入した。この表面に実施例と同様に1mg/mlの分子量3000−15000のポリ−L−グルタミン酸(シグマ社製)を接触させたところ、ポリ−L−グルタミン酸は基板全体に結合するため、シグナルの比は1.00となる。この場合のバイオチップは固定化部位とバックグラウンド部の区別がない。
【0034】
【発明の効果】
本発明のSPR用バイオチップは生体分子もしくは生物分子集合体がバックグラウンド部には非特異的吸着することががほとんどなく、効率よく活性を保ったまま結合部位には吸着し、SPRを測定した際にバックグランドとの差が明白になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で得られた、SPRにて固定化部位とバックグラウンドのシグナル変化を解析した結果の図
【図2】実施例でのポリ−L−グルタミン酸接触前と緩衝液流入後の画像の差をとった結果図
【図3】図2の画像の差の濃淡を点線部で観察したグラフ
【図4】実施例で用いたフローセルの上面および断面(上面図の点線部分の断面)図
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a biochip capable of evaluating the interaction between substances by surface plasmon resonance. In particular, the present invention relates to a biochip that makes the difference from the background clear when surface plasmon resonance is measured by immobilizing the biomolecule on the biochip using a functional group such as COOH in the biomolecule.
[0002]
[Prior art]
In recent years, attempts have been made to evaluate interactions between biomolecules as a means of examining functions of biomolecules such as DNA and proteins or clarifying expressed genes and proteins. One of the methods is an interaction analysis method using a surface plasmon resonance (SPR) method. SPR is a method in which reflected light is irradiated by irradiating a metal thin film on which an analyte is immobilized, and the interaction with a sample is measured by a change in resonance angle.
[0003]
The advantage of SPR is that labeling substances such as fluorescence and radioisotopes are not required for interaction analysis, and real-time measurement is possible. It may be very cumbersome and difficult to introduce the label substance into the substance, and the original function and activity of the substance may be lost by the label operation.
[0004]
In order to observe the interaction by SPR, it is necessary to immobilize molecules on the surface of the metal thin film. Examples of a method for immobilizing a biomolecule on a solid phase include a means for immobilizing by a covalent bond or an ionic bond starting from a functional group introduced on the surface.
[0005]
Most conventional techniques measure a single point on the substrate, but as described in the literature, it is possible to detect a change in SPR at a localized portion of the substrate surface by the SPR imaging method applying the SPR technique. (For example, Non-Patent Document 1). That is, if a plurality of substances are immobilized at different locations on the substrate, the interaction analysis of the plurality of substances can be performed simultaneously.
[0006]
Most chips used for SPR introduce a functional group into the entire substrate, and there is no distinction between the immobilization site and the background portion when the biomolecule is not immobilized. Therefore, when applied to the SPR imaging method, it may not be possible to ignore the nonspecific adsorption of the sample to the functional group present in the background part. In addition, a technique for spotting a biomolecule solution at a specific position by a minute amount is essential, and an expensive spotting device is required.
[0007]
US patents disclose means for preparing an array in which a biomolecule is immobilized at an immobilization site and a hydrophilic polymer having no functional group or binding molecule as a starting point is present in the background portion. Reference 1). In the present invention, when a biomolecule or biomolecule assembly is immobilized on the surface, a reversible hydrophobic protecting group is immobilized on the background portion, and spotting is easy. However, after immobilizing a biomolecule or biomolecule assembly on the surface, it is necessary to remove the hydrophobic protecting group using a basic organic solvent and immobilize the hydrophilic polymer, which is very complicated and There is a concern that the basic organic solvent adversely affects the biomolecule or the biomolecule assembly. In addition, there is a concern that it may adversely affect the biomolecule or biomolecule assembly immobilized when the hydrophilic polymer is immobilized. Specifically, the hydrophilic polymer binds to the immobilized biomolecule, and the function of the biomolecule is impaired.
[0008]
Therefore, there is a demand for a biochip capable of immobilizing a biomolecule or a biomolecule assembly at the immobilization site while maintaining the activity, with little nonspecific adsorption in the background portion.
[0009]
The present invention is a biochip in which a substance that suppresses nonspecific adsorption is immobilized on the background portion, and a substance having a positively charged functional group that is a starting point for immobilization is immobilized on the immobilization site. Makes it possible to obtain
[0010]
[Non-Patent Document 1]
Anal. Chem. 1997, 69, 1449-1456.
[Patent Document 1]
US Pat. No. 6,127,129 [0011]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to obtain a biochip for SPR measurement that has almost no nonspecific adsorption in the background portion and can be immobilized while maintaining the activity of the biomolecule or biomolecule assembly at the binding site.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by the following means.
[0013]
1. A biochip for measuring surface plasmon resonance (SPR) having a portion for immobilizing a biomolecule or a biomolecule assembly (an immobilization site) and a background portion other than the immobilization site, and having a molecular weight of 2000 to 20000 Fixation is obtained when a phosphate buffer solution having a pH of 7.4 in which L-glutamic acid is dissolved at a concentration of 1 mg / ml is brought into contact with the chip surface at 30 ° C. for 10 minutes and then washed with the phosphate buffer solution for 10 minutes. SPR measurement bio, characterized in that the signal ratio between the signal by SPR obtained by poly-L-glutamic acid binding to the immobilized site and the signal by nonspecific adsorption to the background part other than the immobilized site is 2 or more Chip.
[0014]
2. 2. The biochip according to 1, wherein the functional group introduced into the immobilization site is an amino group.
[0015]
3. 3. The biochip according to 1 or 2, wherein a nonionic substance is immobilized on the background part.
[0016]
4). 4. The biochip according to any one of 1 to 3, wherein a transparent glass or transparent plastic on which gold is deposited is used as a substrate.
[0017]
5. The biochip according to any one of 1 to 4, wherein the surface plasmon resonance is SPR imaging.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is described in detail below. The present invention is a biochip for SPR measurement, in which a biomolecule or a biomolecule assembly is immobilized on the surface, and is effective for interaction analysis, screening of expressed genes, proteins and the like. In the biochip having the characteristics of the present invention, the immobilization site of the biomolecule or the biomolecule assembly is clearly distinguished from the background part other than the immobilization site, and the immobilization site is preferably for immobilization. It is preferable that a substance having a positively charged functional group as a starting point is immobilized. A biomolecule or biomolecule assembly can be immobilized on the surface by a covalent bond, an ionic bond, or the like starting from a functional group having a positive charge. In this case, when a heterogeneous cross-linking agent is used for a functional group having a positive charge, a biomolecule or a biomolecule assembly can be more effectively introduced to the surface.
[0019]
The biochip of the present invention is suitable for a method of analyzing a substrate surface such as SPR imaging, and can immobilize a plurality of substances at a plurality of immobilization sites and simultaneously analyze the interaction. The substrate is preferably a transparent plastic or glass so that it can be analyzed by SPR, and a metal thin film is formed on the surface thereof. The metal thin film is particularly preferably a surface on which gold is deposited.
[0020]
Examples of the functional group having a positive charge include an amino group and are not particularly limited. However, as an example of a method for introducing a functional group, an alkanethiol substance having a positive charge at the terminal is allowed to act directly on the gold deposition surface. A method of introducing a substance having a positive charge directly through a gold-sulfur bond is conceivable.
As another method, an alkanethiol substance having a negative charge at the terminal is allowed to act directly on the gold deposition surface, a negative charge is introduced by a gold-sulfur bond, and then a compound having a plurality of positive charge sites is ionized. A method may also be considered in which a positively charged substance is indirectly introduced to the surface by binding.
Still further, a thiol substance having a reactive group is allowed to act directly on the gold vapor deposition surface, and the reactive group is introduced by a gold-sulfur bond, and then a positive charge is possessed by a group that can react with the reactive group. A method of introducing a negatively charged substance on the surface by reacting a compound having the same may be considered. In this case, the reactive group of the compound having a positive charge with the reactive group of the thiol substance includes a hydroxyl group, an amino group, a carboxylic acid group, and a thiol group. There are a glycidyl group, an acid anhydride group, an isocyanate group, a vinyl group, and the like, which are used in appropriate combination.
[0021]
A functional group having a positive charge such as an amino group on the surface of the biochip immobilized in this way can be effectively bound to a biomolecule or a biomolecule assembly. A method for binding a biomolecule or a biomolecule assembly is not particularly limited. For example, the COOH group of the biomolecule is activated and immobilized on the surface, or a cross-linking agent having a succinimide group is used. Biomolecules can be immobilized on the surface.
[0022]
The background is preferably immobilized with a nonionic substance in order to suppress nonspecific adsorption. For example, a method of directly immobilizing an alkanethiol having a hydroxyl group or a hydrophilic polymer such as polyethylene glycol on the gold surface is mentioned. Another example is a method in which an alkanethiol having a functional group at the terminal is introduced and a nonionic substance is indirectly immobilized on the surface using the functional group.
[0023]
Examples of means for separating the immobilization site and the background part include a patterning technique by light irradiation and a stamp technique. For example, in the method of patterning by irradiating light, gold-sulfur bonds can be oxidized and washed away by ultraviolet rays, and alkanethiol can be newly bonded to the gold surface.
[0024]
The biochip is set in an SPR device and observed in a buffer solution. Since the SPR resonance angle varies depending on the refractive index of the buffer solution, the measurement is performed with the same buffer solution. At the stage where the buffer solution is introduced, the shooting angle is set. The measurement is preferably carried out at an angle 0.5 to 1 degree smaller than the incident angle (SPR resonance angle) at which the biochip causes SPR resonance and the reflected light intensity is minimized. When a poly-L-glutamic acid having a molecular weight of 2000 or more and 20000 or less dissolved in a phosphate buffer solution of pH 7.4 at a concentration of 1 mg / ml is brought into contact with the chip surface at 30 ° C., the biochip of the present invention As a result of the binding, poly-L-glutamic acid binds to the immobilization site, and the SPR resonance angle shifts to the wide-angle side, so that the reflected light intensity increases. As the phosphate buffer here, 10 mM phosphate and 150 mM sodium chloride are used. Since a nonionic substance is immobilized on the background portion, adsorption of a negatively charged polymer is small.
[0025]
An SPR imaging apparatus using a white light source capable of analyzing the slide surface is used as the SPR apparatus. The reflected image from the slide is captured over time by SPR imaging taken by a CCD camera. The difference between the captured image and the image before contacting the polymer can be obtained by arithmetic processing. A phosphate buffer solution having a molecular weight of 2000 or more and 20000 or less in which poly-L-glutamic acid is dissolved at a concentration of 1 mg / ml is brought into contact with the chip surface for 10 minutes at 30 ° C. In the case of washing for 10 minutes, the signal increase due to SPR obtained by poly-L-glutamic acid binding to the immobilized site is compared with the signal increase due to non-specific adsorption to the background part other than the immobilized site. The comparative control is an image before contacting with poly-L-glutamic acid. By this operation, it is possible to compare a change in signal before contacting with poly-L-glutamic acid and after contacting for 10 minutes and washing off for 10 minutes. In addition, although the flow cell as shown in the embodiment is used for the measurement, the flow cell having the shape shown in the embodiment may not be used as long as the relationship between the capacity in the flow cell and the flow rate is almost the same as that in the embodiment. .
If the signal ratio of the signal due to SPR obtained by poly-L-glutamic acid that binds to the immobilization site and the signal due to non-specific adsorption to the background part other than the immobilization site is 2 or more, the biomolecule at the immobilization site Alternatively, it is preferable because it is easy to introduce a biomolecule assembly. The signal ratio is more preferably 3 or more. In addition, when obtaining a signal ratio, it sets so that the fixed site | part and background part to be compared may not leave | separate 1 mm or more on a board | substrate. As a method for analyzing an image with a computer, for example, image processing software V ++ (Digital Optics) can be used to capture signal changes in real time.
[0026]
【Example】
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.
[0027]
[Example]
After depositing 1 nm of chromium on a transparent glass substrate made of SF10 having a thickness of 1 mm and 18 mm × 18 mm, gold was deposited by 45 nm. The thickness of the deposition was monitored with a crystal oscillator. The substrate on which gold was deposited was immersed in a 1 mM ethanol solution of 7-Carboxy-1-Heptanethiol (7-CHT, manufactured by Dojindo Laboratories) for 16 hours to form a 7-CHT self-assembled surface. 0.2M 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (manufactured by Nacalai Tesque), 0.05M N-hydroxysuccinimide (manufactured by Nacalai Tesque), amino group-terminated polyethylene glycol molecular weight 5000 (mPEG- Amine, manufactured by Sheawater Polymers) was dissolved in phosphate buffer at 10 mg / ml and reacted with 8-AOT on the gold surface for 2 hours to immobilize PEG on the surface. The photomask which drew the pattern with the chromium on the crystal | crystallization was set | placed on the board | substrate, and it patterned by irradiating with the 1000W high pressure mercury lamp made from Ushio Electric for 1 hour.
[0028]
The photomask pattern has 100 squares of 500 μm × 500 μm arranged. After irradiation, the plate was washed with milliQ water and ethanol, then immersed in a 1 mM ethanol solution of 8-Amino-1-Octanethiol, Hydrochloride (8-AOT, manufactured by Dojindo Laboratories) for 16 hours, and the portion irradiated with light was exposed to 8 -A self-assembled surface of AOT was formed. The biochip thus produced has an amino group at the immobilization site, and nonionic PEG is immobilized in the background portion.
[0029]
This biochip was set in an SPR imaging device (SPRIimager: manufactured by GWC Instruments) and observed at an angle of 1 degree smaller than the SPR resonance angle of the immobilized site. Observation was carried out at 10 mM phosphate buffer, 150 mM NaCl, pH 7.4, 30 ° C. 10 minutes after contact with poly-L-glutamic acid (manufactured by Sigma) having a molecular weight of 3000-15000 with a molecular weight of 3000-15000, photographs after flowing the above buffer solution for 10 minutes continuously every 5 seconds. FIG. 1 shows the result of photographing and analyzing the signal changes in the immobilization site and the background.
[0030]
The change in reflected light intensity with time was obtained at a total of 6 points including 3 immobilization sites and 3 background portions, and signal ratios at three locations were obtained. The results were 5.20, 3.93, 19.2 and the average was 9.46, which was above 2.
[0031]
The phosphate buffer solution at pH 7.4 uses 10 mM phosphate and 150 mM sodium chloride, and the biochip is brought into contact with this solution at 30 ° C. for 10 minutes, and then the same pH 7.4 phosphate buffer solution. And washed off at 30 ° C. for 10 minutes. A flow cell was used for contact and washing with the biochip, and the flow cell made of POM was used as shown in FIG. Specifically, a silicon rubber O-ring with a wire diameter of 1.5 mm and an inner diameter of 15.5 mm is set in the groove of the flow cell, and a biochip is stacked on the flow cell so that the gold vapor deposition surface faces the flow cell. The chip was fixed so that the distance between the chips was about 200 μm. A tube was connected to the injection part and the discharge part of the flow cell, and a poly-L-glutamic acid solution and a buffer solution were introduced with a buffer solution pump. The introduction flow rate was 200 μl / min in all cases.
The measurement temperature was 25 ° C.
[0032]
In addition, FIG. 2 (schematic diagram) shows the results of taking the difference between the images before the contact with poly-L-glutamic acid and after the inflow of the buffer solution. A darker portion indicates that the reflected light intensity is increased.
FIG. 3 shows a graph in which the density of this image difference is observed with a dotted line. Also from this figure, it can be seen that the signal ratio of the signal of the background part and the signal of the immobilization site is 2 or more.
[0033]
[Comparative example]
A gold-deposited substrate similar to the example was immersed in a 1 mM ethanol solution of 8-AOT for 16 hours to form a self-organized surface of 8-AOT on the entire surface, and amino groups were introduced into the entire substrate. When this surface was contacted with poly-L-glutamic acid (manufactured by Sigma) having a molecular weight of 3000-15000 of 1 mg / ml in the same manner as in the example, poly-L-glutamic acid was bound to the entire substrate, so the signal ratio was 1.00. The biochip in this case has no distinction between the immobilization site and the background part.
[0034]
【The invention's effect】
The biochip for SPR of the present invention hardly adsorbs biomolecules or biomolecule aggregates to the background part, adsorbs to the binding site while maintaining the activity efficiently, and measures SPR. Sometimes the difference from the background becomes clear.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the results of analyzing the signal changes in the immobilization site and background obtained by SPR, obtained in Example. FIG. 2 before contact with poly-L-glutamic acid and after influx of buffer in Example. Fig. 3 is a graph showing the difference between images. Fig. 3 is a graph observing the density difference of the image in Fig. 2 with a dotted line. Fig. 4 is an upper surface and a cross section of the flow cell used in the example (cross section of a dotted line in the top view). Figure

Claims (10)

生体分子もしくは生物分子集合体を固定化する部分(固定化部位)に陽性荷電をもつ官能基を有しかつ固定化部位以外のバックグラウンド部に親水性高分子を有する該生体分子もしくは該生物分子集合体を固定化するための表面プラズモン共鳴(SPR)測定用バイオチップであり、
該バイオチップを、分子量が2000以上20000以下のポリ−L−グルタミン酸を1mg/mlの濃度で溶解しているpH7.4のリン酸緩衝液が30℃にてチップ表面に10分間接触させた後に、リン酸緩衝液で10分間洗浄した場合において、
固定化部位に結合するポリ−L−グルタミン酸によって得られるSPRによるシグナルと、固定化部位以外のバックグラウンド部への非特異吸着によるシグナルのシグナル比が2以上であるSPR測定用バイオチップ
Biological molecule or organism molecules having a hydrophilic polymer to the background portion other than a functional group and immobilization sites with positively charged biomolecules or portions for immobilizing biomolecules assembly (fixed sites) A biochip for measuring surface plasmon resonance (SPR) for immobilizing an assembly ,
After the biochip was brought into contact with the chip surface at 30 ° C. for 10 minutes with a phosphate buffer solution of pH 7.4 in which poly-L-glutamic acid having a molecular weight of 2000 or more and 20000 or less was dissolved at a concentration of 1 mg / ml In the case of washing with phosphate buffer for 10 minutes,
A biochip for SPR measurement, wherein a signal ratio of SPR signal obtained by poly-L-glutamic acid binding to an immobilization site and signal due to non-specific adsorption to a background part other than the immobilization site is 2 or more .
陽性荷電をもつ官能基を末端に有するアルカンチオール物質が固定化部位に固定化されていることを特徴とする請求項1に記載のバイオチップ。The biochip according to claim 1, wherein an alkanethiol substance having a functional group having a positive charge at its end is immobilized at an immobilization site. 陽性荷電をもつ官能基がアミノ基であることを特徴とする請求項1または2に記載のバイオチップ。The biochip according to claim 1 or 2, wherein the functional group having a positive charge is an amino group. 親水性高分子がポリエチレングリコールであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のバイオチップ。The biochip according to any one of claims 1 to 3, wherein the hydrophilic polymer is polyethylene glycol. 金を蒸着した透明ガラスもしくは透明プラスチックを基板として用いることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のバイオチップ。The biochip according to any one of claims 1 to 4 , wherein a transparent glass or transparent plastic on which gold is vapor-deposited is used as a substrate. 表面プラズモン共鳴がSPRイメージングであることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のバイオチップ The biochip according to any one of claims 1 to 5, the surface plasmon resonance is characterized by a SPR imaging. 下記の(1)〜(3)の工程を備えた、生体分子もしくは生物分子集合体を固定化するための表面プラズモン共鳴(SPR)測定用バイオチップの製造方法。A method for producing a biochip for surface plasmon resonance (SPR) measurement for immobilizing a biomolecule or a biomolecule assembly, comprising the following steps (1) to (3).
(1)(1) 基板上の金蒸着表面へ親水性高分子を固定化する第1工程First step of immobilizing hydrophilic polymer on gold deposition surface on substrate
(2)(2) (1)により得られる基板をパターン化する第2工程Second step of patterning the substrate obtained by (1)
(3)(3) パターン化により露出した金蒸着表面へ、末端に陽性荷電をもつ官能基を導入する第3工程Third step of introducing a functional group having a positive charge at the end of the gold vapor deposition surface exposed by patterning
陽性荷電をもつ官能基を末端に有するアルカンチオール物質が固定化部位に固定化されていることを特徴とする請求項7に記載のバイオチップの製造方法。8. The method for producing a biochip according to claim 7, wherein an alkanethiol substance having a functional group having a positive charge at its end is immobilized at an immobilization site. 陽性荷電をもつ官能基がアミノ基であることを特徴とする請求項7または8に記載のバイオチップの製造方法。9. The method for producing a biochip according to claim 7, wherein the functional group having a positive charge is an amino group. 親水性高分子がポリエチレングリコールであることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載のバイオチップの製造方法。The method for producing a biochip according to any one of claims 7 to 9, wherein the hydrophilic polymer is polyethylene glycol.
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