JP4230431B2 - 分子の実効サイズ決定法、基板への分子の付着方法および分子検出デバイス - Google Patents
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- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Description
分子としてSH基を一端に配置したアルキル鎖を有する分子を用いた場合には、アルキル鎖のファンデル・ワールス力により、規則正しく配列された1分子の膜を固体上に配置することができる。この膜の作製方法は容易である。すなわち、この分子を含む溶液中に固体表面を浸すと、自発的に固体表面に単分子膜(自己組織化単分子膜)が形成される。
「ケミカルレビューズ(Chemical Reviews)」,1996年,第96巻,p.1533〜1554 「バイオコンジュゲイトケミストリー(Bioconjugate Chemistry)」,1997年,第8巻,p.31〜37 「ニュークリークアシッドリサーチ(Nucleic Acids Research)」,2001年,第29巻,p.5163〜5168 「ジャーナルオブアメリカンケミカルソサエティ(Journal of American Chemical Sciety)」,1997年,第119巻,p.8916〜8920
さらに、DNAや蛋白質と言った生体分子はアルキル鎖を有する通常の分子に比べ、比較的大きな分子であり、単に緻密な(すなわち、生体分子が高密度の)自己組織化単分子膜を作製した場合には、生体分子同士の立体障害が大きくなり、生体分子の自由な動きを阻害してしまう問題がある。このような表面では、生体分子同士の反応や、生体分子の熱運動に関わる信号(たとえば揺らぎ運動や屈伸運動に関わる信号)等が十分に得られなくなってしまうのである。
さらに、DNAのようなひも状の分子は、水溶液中でどのような構造を取っているのか不明な部分が多く、より一層このような分子の扱いを困難なものにしている。
ここで、NAはアボガドロ数、cは電解質のイオン濃度(moL/L)、zは電解質イオンの価数、eは単位電荷、εrは媒質の比誘電率、ε0は真空の誘電率、kはボルツマン定数、Tは絶対温度を示す。
付着密度=1/(2r2√3)(cm-2)・・・(2)
と表すことができる。rが1nmの分子では2.9×1013cm-2の一定の付着密度となる。
付着密度=1/(2(r+LDebye)2√3)(cm-2)・・・(3)
と表せる。NaClのような1:1型の電解質を用い、rが1nmの分子では、図4に示すように、電解質のイオン濃度を変化させることにより付着密度をコントロールすることが可能となる。
本実施例は、一本鎖オリゴヌクレオチドの水溶液中での実効半径を求め、さらに、基板に付着するオリゴヌクレオチドの付着密度を制御することに関する。
関連する実施例として、上記の方法を用い、先端に蛍光色素を付け、反対側にチオール基を付けた12残基一本鎖オリゴヌクレオチドを、金基板に、付着密度を変化させて付着させ、その色素からの蛍光をモニターした結果を図6に示す。この蛍光色素は、金基板に近づき、あるいは接触するとクエンチング効果で減光または消光するが、金基板から離れると発光または増光する。
電解質と電荷を有する分子とを含む溶液中の当該電荷を有する分子の実効サイズを、当該電解質によるスクリーニング効果から推定する、電荷を有する分子の実効サイズ決定法。
前記電解質として、1価の陽イオンと1価の陰イオンとからなる電解質を使用する、付記2に記載の電荷を有する分子の実効サイズ決定法。
前記1価の陽イオンと1価の陰イオンとからなる電解質が、NaClまたはKClまたはその混合物である、付記2に記載の電荷を有する分子の実効サイズ決定法。
前記電荷を有する分子が、蛋白質、DNA、RNA、抗体、天然または人工の1本鎖のヌクレオチド体、天然または人工の2本鎖のヌクレオチド体、アプタマー、抗体を蛋白質分解酵素で限定分解して得られる産物、蛋白質に対して親和性を有する有機化合物、蛋白質に対して親和性を有する生体高分子、これらの複合体、プラスまたはマイナスに帯電したイオン性ポリマーおよびそれらの任意の組み合わせよりなる群から選ばれる物質を含んでなるものである、付記1〜3のいずれかに記載の電荷を有する分子の実効サイズ決定法。
前記電荷を有する分子がチオール基を有するものである、付記1〜4のいずれかに記載の電荷を有する分子の実効サイズ決定法。
前記電荷を有する分子が蛍光色素を含んでなる、付記1〜5のいずれかに記載の電荷を有する分子の実効サイズ決定法。
電荷を有する分子を基板に付着させるに際し、当該分子を含んだ溶液に電解質を共存させ、当該電解質によるスクリーニング効果を調整すること、および、当該溶液中の当該分子の実効サイズを考慮することにより、当該分子の付着密度をコントロールする、基板への電荷を有する分子の付着方法。
電解質と電荷を有する分子とを含む溶液中の当該電荷を有する分子の実効サイズを、当該電解質によるスクリーニング効果から推定し、この実効サイズを前記実効サイズとして使用する、付記7に記載の基板への電荷を有する分子の付着方法。
前記電解質として、1価の陽イオンと1価の陰イオンとからなる電解質を使用する、付記7または8に記載の基板への電荷を有する分子の付着方法。
前記1価の陽イオンと1価の陰イオンとからなる電解質が、NaClまたはKClまたはその混合物である、付記9に記載の基板への電荷を有する分子の付着方法。
付記7〜10のいずれかに記載の基板への分子付着方法を使用し、基板に付着する分子の密度をコントロールできるようになした、電荷を有する分子を基板に付着する装置。
付記7〜10のいずれかに記載の基板への分子付着方法を使用し、基板に付着させる分子−分子間の距離が分子の実効的な長さの2倍以上になるように付着密度をコントロールした基板を、当該分子の検出部として使用する分子検出デバイス。
付記7〜10のいずれかに記載の基板への分子付着方法を使用し、基板に付着させる分子−分子間の距離が分子の実効的な長さの2倍未満になるように付着密度をコントロールした基板を、当該分子の検出部として使用する分子検出デバイス。
前記電荷を有する分子が、蛋白質、DNA、RNA、抗体、天然または人工の1本鎖のヌクレオチド体、天然または人工の2本鎖のヌクレオチド体、アプタマー、抗体を蛋白質分解酵素で限定分解して得られる産物、蛋白質に対して親和性を有する有機化合物、蛋白質に対して親和性を有する生体高分子、これらの複合体、プラスまたはマイナスに帯電したイオン性ポリマーおよびそれらの任意の組み合わせよりなる群から選ばれる物質を含んでなるものである、付記12または13に記載の分子検出デバイス。
前記電荷を有する分子がチオール基を有する、付記12〜14のいずれかに記載の分子検出デバイス。
前記電荷を有する分子が蛍光色素を含んでなる、付記12〜15のいずれかに記載の分子検出デバイス。
前記基板が導電性材料または半導体または絶縁体からなる、付記12〜16のいずれかに記載の分子検出デバイス。
前記基板が金または白金からなる、付記17に記載の分子検出デバイス。
2 台座
3 Au電極
4 蛍光色素
5 帯電分子
8 対向電極
9 外部電場印加装置
10 光照射装置
11 光
12 蛍光
Claims (10)
- 電荷を有する分子を基板に付着させるに際し、当該分子を含んだ溶液に電解質を共存させ、当該電解質によるスクリーニング効果を調整すること、および、当該溶液中の当該分子の実効サイズを考慮することにより、当該分子の付着密度をコントロールする、基板への電荷を有する分子の付着方法。
- 電解質と電荷を有する分子とを含む溶液中の当該電荷を有する分子の実効サイズを、当該電解質によるスクリーニング効果から推定し、この実効サイズを前記実効サイズとして使用する、請求項1に記載の基板への電荷を有する分子の付着方法。
- 前記電荷を有する前記分子の実効サイズは、固体表面に付着する分子の付着密度を測定し、当該測定した付着密度と、前記電解質を含む溶液濃度から算出されるデバイ長とに基づいて算出することを特徴とする、請求項2に記載の分子の実効サイズ決定法。
- 前記電解質として、1価の陽イオンと1価の陰イオンとからなる電解質を使用する、請求項1〜3のいずれかに記載の基板への電荷を有する分子の付着方法。
- 前記1価の陽イオンと1価の陰イオンとからなる電解質が、NaClまたはKClまたはその混合物である、請求項4に記載の基板への電荷を有する分子の付着方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の基板への分子付着方法を使用し、基板に付着させる分子−分子間の距離が分子の実効サイズの2倍以上になるように付着密度をコントロールした基板を、当該分子の検出部として使用する分子検出デバイス。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の基板への分子付着方法を使用し、基板に付着させる分子−分子間の距離が分子の実効サイズの2倍未満になるように付着密度をコントロールした基板を、当該分子の検出部として使用する分子検出デバイス。
- 前記電荷を有する分子が、蛋白質、DNA、RNA、抗体、天然または人工の1本鎖のヌクレオチド体、天然または人工の2本鎖のヌクレオチド体、アプタマー、抗体を蛋白質分解酵素で限定分解して得られる産物、蛋白質に対して親和性を有する有機化合物、蛋白質に対して親和性を有する生体高分子、これらの複合体、プラスまたはマイナスに帯電したイオン性ポリマーおよびそれらの任意の組み合わせよりなる群から選ばれる物質を含んでなるものである、請求項6または7に記載の分子検出デバイス。
- 前記電荷を有する分子がチオール基を有する、請求項6〜8のいずれかに記載の分子検出デバイス。
- 前記電荷を有する分子が蛍光色素を含んでなる、請求項6〜9のいずれかに記載の分子検出デバイス。
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