JP4372142B2 - Biosensor manufacturing method - Google Patents

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本発明は、バイオセンサーの製造方法、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 method for producing a biosensor and a method for analyzing an interaction between biomolecules using the biosensor. In particular, the present invention relates to a method for producing a biosensor for use in a surface plasmon resonance biosensor, and a method for 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 capable of detecting 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 chip is formed on the metal surface via 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、例えば特許文献1に、ヒドロゲルの製造法が詳細に開示されている。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 discloses a method for producing a hydrogel in detail. 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.

この方法に基づき製造されたカルボキシメチル変性デキストラン表面にアミノ基を有する生理活性物質(例えばタンパク質やアミノ酸)を固定化するための手法としては、以下のような手法が開示されている。すなわち、カルボキシメチル変性デキストランにおけるカルボキシル基の一部を、反応性エステル機能を生ずるように例えばN−ヒドロキシスクシンイミド(NHS)及びN−(3−ジメチルアミノプロピル)−N′−エチルカルボジイミド(EDC)塩酸の水溶液で処理することにより変性される。残留電荷すなわち未反応カルボキシル基は、生理活性物質の検出表面への濃縮の遂行に寄与するであろう。このような検出表面に対し、アミノ基を含む生理活性物質(タンパク質やアミノ酸)の水溶液を接触させることで、アミノ基を含む生理活性物質をデキストランマトリックスに共有結合により結合させることができる。   As a technique for immobilizing a physiologically active substance having an amino group (for example, a protein or amino acid) on the surface of a carboxymethyl-modified dextran produced based on this method, the following technique is disclosed. That is, for example, N-hydroxysuccinimide (NHS) and N- (3-dimethylaminopropyl) -N'-ethylcarbodiimide (EDC) hydrochloric acid are used so that a part of the carboxyl group in the carboxymethyl-modified dextran generates a reactive ester function. It is denatured by treating with an aqueous solution. Residual charges, i.e. unreacted carboxyl groups, will contribute to the concentration of the bioactive substance to the detection surface. By bringing an aqueous solution of a physiologically active substance (protein or amino acid) containing an amino group into contact with such a detection surface, the physiologically active substance containing an amino group can be covalently bound to the dextran matrix.

上記した方法により製造されたヒドロゲルは、アミノ基を含む生理活性物質を3次元的に固定化可能であるため、バイオセンサーの検出表面として優れた性能を示す。しかし、上記した方法によるヒドロゲルの製造法は煩雑であり、製造時間が長く、エピクロロヒドリンやブロモ酢酸といった化合物を用いることが必要であるため、安全性の面で問題があった。   The hydrogel produced by the method described above exhibits excellent performance as a detection surface of a biosensor because a physiologically active substance containing an amino group can be immobilized three-dimensionally. However, the hydrogel production method by the above-described method is complicated, has a long production time, and requires the use of a compound such as epichlorohydrin or bromoacetic acid.

特許第2815120号Japanese Patent No. 2815120

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、生理活性物質を固定化し得るヒドロゲルを、安全な原料を用いて簡便に製造することができるバイオセンサー及びその製造方法を提供することを解決すべき課題とした。さらに本発明は、生理活性物質の固定量が多く、非特異吸着量が少ないバイオセンサー及びその製造方法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 capable of easily producing a hydrogel capable of immobilizing a physiologically active substance using a safe raw material and a method for producing the same. Furthermore, the present invention has an object to be solved by providing a biosensor having a large amount of physiologically active substance immobilized and a small amount of non-specific adsorption and a method for producing the same.

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、カルボキシル基を有する親水性ポリマーを活性化した状態で、アミノ基を有する基板と反応させることにより、生理活性物質を固定化し得るヒドロゲルを簡便に製造可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have immobilized a physiologically active substance by reacting with a substrate having an amino group in a state where a hydrophilic polymer having a carboxyl group is activated. The inventors have found that the resulting hydrogel can be easily produced, and have completed the present invention.

即ち、本発明によれば、アミノ基を有する有機層で被覆した基板表面に、活性化されたカルボキシル基を含有するポリマーを接触させて、該有機層に該ポリマーを結合させることを特徴とする、バイオセンサーの製造方法が提供される。   That is, according to the present invention, an activated carboxyl group-containing polymer is brought into contact with a substrate surface coated with an amino group-containing organic layer, and the polymer is bonded to the organic layer. A method of manufacturing a biosensor is provided.

好ましくは、活性化されたカルボキシル基は、活性エステル化されたカルボキシル基である。
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、金属は金、銀、銅、白金またはアルミニウムのいずれかである。
Preferably, the activated carboxyl group is an active esterified carboxyl group.
Preferably, the substrate is a metal surface or a metal film.
Preferably, the metal is any of gold, silver, copper, platinum or aluminum.

好ましくは、アミノ基を有する有機層で被覆した基板表面は、アミノ基を有するアルカンチオールで被覆した基板表面である。
好ましくは、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、又は末端にカルボキシル基を有するアルカンチオールとヒドラジドまたはジアミンとの反応により得られる化合物のいずれかである。
Preferably, the substrate surface coated with the organic layer having an amino group is a substrate surface coated with an alkanethiol having an amino group.
Preferably, the alkanethiol having an amino group is any of a compound in which a thiol group and an amino group are linked via an alkyl chain, or a compound obtained by reacting an alkanethiol having a carboxyl group at the terminal with a hydrazide or diamine. It is.

好ましくは、アミノ基を有する有機層で被覆した基板表面は、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した基板表面である。
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。
好ましくは、アミノ基を有するアルカンチオールの分子長は、親水基を有するアルカンチオールの分子長よりも長い。
Preferably, the substrate surface coated with an organic layer having an amino group is a substrate surface coated with a mixture of an alkanethiol having an amino group and an alkanethiol having a hydrophilic 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.
Preferably, the molecular length of the alkanethiol having an amino group is longer than the molecular length of the alkanethiol having a hydrophilic group.

好ましくは、カルボキシル基を含有するポリマーは多糖類である。
好ましくは、カルボキシル基を含有するポリマーの平均分子量は1000〜5000000である。
Preferably, the polymer containing carboxyl groups is a polysaccharide.
Preferably, the average molecular weight of the polymer containing a carboxyl group is 1000 to 5000000.

好ましくは、活性化されたカルボキシル基を含有するポリマーを、基板上に薄膜を形成させた状態で、アミノ基を有する有機層と反応させる。
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, the polymer containing the activated carboxyl group is reacted with the organic layer having an amino group in a state where a thin film is formed on the substrate.
Preferably, a thin film is formed on the substrate by spin coating or spray coating.

好ましくは、活性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を、カルボジイミド誘導体、含窒素化合物、又はフェノール誘導体で活性化することにより得られたものである。   Preferably, the polymer containing an activated carboxyl group is obtained by activating a polymer containing a carboxyl group with a carbodiimide derivative, a nitrogen-containing compound, or a phenol derivative.

好ましくは、カルボジイミド誘導体は水溶性である。
好ましくは、カルボジイミド誘導体は化合物の何れかである。

Figure 0004372142
Preferably, the carbodiimide derivative is water soluble.
Preferably, the carbodiimide derivative is any one of compounds 1 to 3 .
Figure 0004372142

好ましくは、含窒素化合物は下記一般式(Ia)又は(Ib):

Figure 0004372142
[式中、R1及びR2は、互いに独立して置換基を有しても良いカルボニル基、炭素原子、窒素原子を表し、R1及びR2は結合により5〜6員環を形成しても良く、Aは置換基を有する炭素原子またはリン原子を表し、Mは(n-1)価の元素を表し、Xはハロゲン原子を表す]で表される化合物である。 Preferably, the nitrogen-containing compound has the following general formula (Ia) or (Ib):
Figure 0004372142
[Wherein, R 1 and R 2 each independently represent a carbonyl group, a carbon atom or a nitrogen atom which may have a substituent, and R 1 and R 2 form a 5- to 6-membered ring by a bond. A represents a carbon atom or phosphorus atom having a substituent, M represents an (n-1) valent element, and X represents a halogen atom.

好ましくは、含窒素化合物は、下記一般式(II):

Figure 0004372142
[式中、Y及びZは、互いに独立して、CHまたは窒素原子を表す]で表される化合物である。 Preferably, the nitrogen-containing compound has the following general formula (II):
Figure 0004372142
[Wherein Y and Z each independently represent CH or a nitrogen atom].

好ましくは、フェノール誘導体は、電子吸引性基を有する化合物である。
好ましくは、フェノール誘導体の電子吸引性基のσ値が0.3以上である。
Preferably, the phenol derivative is a compound having an electron withdrawing group.
Preferably, the σ value of the electron-withdrawing group of the phenol derivative is 0.3 or more.

好ましくは、カルボキシル基を含有するポリマーを活性化する際に、カルボジイミド誘導体と含窒素化合物、又はカルボジイミド誘導体とフェノール誘導体を併用する。   Preferably, when activating a polymer containing a carboxyl group, a carbodiimide derivative and a nitrogen-containing compound, or a carbodiimide derivative and a phenol derivative are used in combination.

好ましくは、カルボキシル基を含有するポリマーを活性化する際に、下記モルホリン誘導体を用いる。

Figure 0004372142
Preferably, when activating a polymer containing a carboxyl group, the following morpholine derivative is used.
Figure 0004372142

好ましくは、ポリマー中のカルボキシル基に対するカルボジイミド誘導体又はモルホリン誘導体の混合モル比は1×10-4〜1である。
好ましくは、ポリマー中のカルボキシル基に対する含窒素化合物の混合モル比は1×10-7〜1である。
Preferably, the mixing molar ratio of the carbodiimide derivative or the morpholine derivative to the carboxyl group in the polymer is 1 × 10 −4 to 1.
Preferably, the mixing molar ratio of the nitrogen-containing compound to the carboxyl group in the polymer is 1 × 10 −7 to 1.

本発明の別の側面によれば、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。
好ましくは、本発明のバイオセンサーは非電気化学的検出に使用され、さらに好ましくは、表面プラズモン共鳴分析に使用される。
According to another aspect of the present invention, there is provided a biosensor manufactured by the above-described method of the present invention.
Preferably, the biosensor of the present invention is used for non-electrochemical detection, more preferably for surface plasmon resonance analysis.

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, 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.

本発明によれば、生理活性物質の固定量が多く、非特異吸着量が少ないバイオセンサーを安全な原料を用いて簡便に製造することが可能になった。   According to the present invention, a biosensor with a large amount of physiologically active substance immobilized and a small amount of non-specific adsorption can be easily produced using safe raw materials.

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 a 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基板上に配置されている。ここで、「基板上に配置される」とは、金属膜が基板上に直接接触するように配置されている場合のほか、金属膜が基板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基板としては例えば、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、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 disposed on the substrate. Here, “arranged on the substrate” means that the metal film is arranged so as to be in direct contact with the substrate, and that the metal film is not directly in contact with the substrate, but through other layers. This also includes the case where they are arranged. As a substrate that can be used in the present invention, for example, in the case of a surface plasmon resonance biosensor, generally, optical glass such as BK7, or synthetic resin, specifically polymethyl methacrylate, polyethylene terephthalate, polycarbonate A material made of a material transparent to laser light such as cycloolefin polymer 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.

上記の基板は、測定ユニットの誘電ブロックに固定され、一体化されて測定チップを構成しており、この測定チップが交換可能に形成されていてもよい。以下にその例を示す。   The substrate is fixed to the dielectric block of the measurement unit and integrated to form a measurement chip, and the measurement chip may be formed to be replaceable. An example is shown below.

図1は、SPRを利用した測定に用いられるセンサユニット10の分解斜視図である。センサユニット10は、透明な誘電体である全反射プリズム(光学ブロック)20と、この全反射プリズム20の上に取り付けられる流路部材30とで構成される。流路部材30は、図中奥側に位置する第1流路31と、図中手前側に位置する第2流路32との2種類の流路を有している。詳細は後述するが、センサユニット10を用いて測定を行う際には、これら2つの流路31、32を1組として、1つの試料の測定が行われる。流路部材30には、各流路31、32が、それぞれ長手方向に6つずつ設けられており、1つのセンサユニット10で6つの試料を測定できるようにしている。なお、各流路31、32の数は、6つに限ることなく、5つ以下でもよいし7つ以上でもよい。   FIG. 1 is an exploded perspective view of a sensor unit 10 used for measurement using SPR. The sensor unit 10 includes a total reflection prism (optical block) 20 that is a transparent dielectric, and a flow path member 30 that is mounted on the total reflection prism 20. The flow path member 30 has two types of flow paths: a first flow path 31 located on the back side in the figure and a second flow path 32 located on the near side in the figure. Although details will be described later, when measurement is performed using the sensor unit 10, one sample is measured using the two flow paths 31 and 32 as a set. The channel member 30 is provided with six channels 31 and 32 in the longitudinal direction, respectively, so that one sensor unit 10 can measure six samples. In addition, the number of each flow path 31 and 32 is not restricted to six, Five or less may be sufficient and seven or more may be sufficient.

全反射プリズム20は、長尺な台形柱状に形成されたプリズム本体21と、このプリズム本体21の一端に設けられた把持部22と、プリズム本体21の他端に設けられた突出部23とからなる。この全反射プリズム20は、例えば、押し出し法などによって型成形されるものであり、プリズム本体21、把持部22、突出部23の各部は、一体に成形されている。   The total reflection prism 20 includes a prism main body 21 formed in a long trapezoidal column shape, a gripping portion 22 provided at one end of the prism main body 21, and a protrusion 23 provided at the other end of the prism main body 21. Become. The total reflection prism 20 is molded by, for example, an extrusion method, and the prism main body 21, the grip portion 22, and the protruding portion 23 are integrally formed.

プリズム本体21は、下底よりも上底の方が長い略台形の縦断面を有しており、底面側面から照射された光を上面21aに集光する。プリズム本体21の上面21aには、SPRを励起するための金属膜(薄膜層)25が設けられている。金属膜25は、流路部材30の各流路31、32と対面するように、長方形状をなしており、例えば、蒸着法などによって成形される。この金属膜25としては、例えば、金や銀などが使用され、その膜厚は、例えば、50nmである。なお、金属膜25の膜厚は、金属膜25の素材や測定時に照射される光の波長などに応じて適宜選択される。   The prism main body 21 has a substantially trapezoidal vertical section whose upper base is longer than the lower base, and condenses the light irradiated from the bottom side surface on the upper surface 21a. A metal film (thin film layer) 25 for exciting SPR is provided on the upper surface 21 a of the prism body 21. The metal film 25 has a rectangular shape so as to face the flow paths 31 and 32 of the flow path member 30, and is formed by, for example, a vapor deposition method. As the metal film 25, for example, gold or silver is used, and the film thickness is, for example, 50 nm. The film thickness of the metal film 25 is appropriately selected according to the material of the metal film 25, the wavelength of light irradiated during measurement, and the like.

金属膜25の上には、ポリマー膜26が設けられている。ポリマー膜26は、生理活性物質を固定させるための結合基を有するものであり、このポリマー膜26を介して金属膜25上に生理活性物質が固定される。   A polymer film 26 is provided on the metal film 25. The polymer film 26 has a binding group for immobilizing a physiologically active substance, and the physiologically active substance is immobilized on the metal film 25 via the polymer film 26.

本発明において金属膜は、アミノ基を有する有機層で被覆された後、活性化されたカルボキシル基を含有するポリマーを上記有機層と反応させることにより、生理活性物質を固定化し得るヒドロゲルを作製することができる。   In the present invention, a metal film is coated with an organic layer having an amino group, and then a polymer containing an activated carboxyl group is reacted with the organic layer to produce a hydrogel capable of immobilizing a physiologically active substance. be able to.

本発明においてアミノ基を有する有機層で金属膜を被覆する方法は、公知の方法を使用することができるが、操作が簡便なことから、自己組織化膜(SAMs)を用いた被覆法が好ましい。自己組織化膜(SAMs)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、有機層形成化合物として一般式A−1(一般式A−1において、nは3から20の整数を示し、Xは官能基を示す)に示すアルカンチオール誘導体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。一般式A−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。 In the present invention, a known method can be used as a method of coating a metal film with an organic layer having an amino group. However, a coating method using self-assembled films (SAMs) is preferable because the operation is simple. . The coating method of metal films using self-assembled films (SAMs) has been energetically developed by Prof. Whitesides et al. At Harvard University. The details are reported in, for example, Chemical Review, 105, 1103-1169 (2005). ing. When gold is used as the metal, an alkanethiol derivative represented by general formula A-1 (in general formula A-1 , n represents an integer of 3 to 20 and X represents a functional group) is used as the organic layer forming compound. As a result, a monomolecular film having orientation is self-organized based on the van der Waals force between the Au—S bond and the alkyl chain. 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 = NH2 in the general formula A-1 , the gold surface can be covered with an organic layer having an amino group.

Figure 0004372142
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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A−2)(一般式A−2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A−3A−4)(一般式A−3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 A-2 ) in which the thiol group and the amino group are linked via an alkyl chain (in the general formula A-2 , n represents an integer of 3 to 20). The alkanethiol having a carboxyl group at the terminal (general formulas A-3 and A-4 ) (in the general formula A-3 , n represents an integer of 3 to 20, and in the general 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.

Figure 0004372142
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A-2〜A-4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 number of repeating alkyl groups A-2 to A-4 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5)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A−5(一般式A−5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A−5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 5) in which two amino groups are linked by an ethylene glycol unit. The diamine used in the present invention is preferably ethylenediamine or a compound represented by the general formula A-5 (in the general formula A-5 , n and m each independently represents an integer of 1 to 20), and more Ethylenediamine or 1,2-bis (aminoethoxy) ethane (in formula A-5 , n = 2, m = 1) is preferable.

Figure 0004372142
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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A−6)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A−7)(一般式A−6において、nは3から20の整数を示し、一般式A−7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 A-6 ) or ethylene group in alkanethiol (general formula a-7) (in the formula a-6 with a call unit, n represents an integer of 3 to 20, in the general formula a-7, n and m are from 1 to 20 independently It is preferable to use an integer.

Figure 0004372142
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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、A-2〜A-4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、A-6,A-7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3以上12以下が好ましく、3以上8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 groups of A-2 to A-4 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 A-6 and A-7 is preferably 3 or more and 16 or less, more preferably 3 or more and 12 or less, and most preferably 3 or more and 8 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 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 on the basis of 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.

本発明で用い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59−53836号明細書3頁20行〜6頁49行、特開昭59−71048号明細書3頁41行〜7ページ54行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。   As the polymer containing a carboxyl group used in the present invention, 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 59-53836, page 3, line 20 to page 6, line 49, JP 59-71048. Methacrylic acid copolymer, acrylic acid copolymer, itaconic acid copolymer, crotonic acid copolymer, maleic acid copolymer as described in the specification, page 3, line 41 to page 7, line 54, Examples include partially esterified maleic acid copolymer 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.

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を好ましく用いることができる。こ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 with EDC alone can be preferably used. By reacting a polymer containing a carboxyl group activated by this method with a substrate having an amino group, the biosensor of the present invention can be produced.

また、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含窒素化合物を用いる方法があり、具体的には、下記一般式(Ia)又は(Ib)[式中、R1及びR2は、互いに独立して置換基を有しても良いカルボニル基、炭素原子、窒素原子を表し、R1及びR2は結合により5〜6員環を形成しても良く、Aは置換基を有する炭素原子またはリン原子を表し、Mは(n-1)価の元素を表し、Xはハロゲン原子を表す]に示される含窒素化合物を用いることもできる。 Further, as a method for activating a polymer containing a carboxyl group, there is a method using a nitrogen-containing compound. Specifically, the following general formula (Ia) or (Ib) [wherein R 1 and R 2 are Independently represents a carbonyl group which may have a substituent, a carbon atom or a nitrogen atom, R1 and R2 may form a 5- or 6-membered ring by a bond, and A represents a carbon atom or phosphorus having a substituent. It is also possible to use a nitrogen-containing compound represented by the formula: A represents an atom, M represents an (n-1) -valent element, and X represents a halogen atom.

Figure 0004372142
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ここで、R1及びR2は、互いに独立して置換基を有しても良いカルボニル基、炭素原子、窒素原子を表すが、好ましくはR1及びR2は結合により5〜6員環を形成する。特に好ましくは、ヒドロキシコハク酸、ヒドロキシフタル酸、1−ヒドロキシベンゾトリアゾール、3、4−ジヒドロキシ−3−ヒドロキシ−4−オキソ−1、2、3−ベンゾトリアジン、及びその誘導体が提供される。 Here, R 1 and R 2 each independently represent a carbonyl group, carbon atom or nitrogen atom which may have a substituent, but preferably R 1 and R 2 form a 5- to 6-membered ring by a bond. . Particularly preferably, hydroxysuccinic acid, hydroxyphthalic acid, 1-hydroxybenzotriazole, 3,4-dihydroxy-3-hydroxy-4-oxo-1,2,3-benzotriazine, and derivatives thereof are provided.

また、好ましくは下記化合物7で示される含窒素化合物を用いることもできる。   Also preferably, a nitrogen-containing compound represented by the following compound 7 can be used.

Figure 0004372142
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また好ましくは、含窒素化合物としては、下記一般式(II)[式中、Y及びZは、互いに独立してCH、または窒素原子を表す]で表される化合物を用いることもできる。   Preferably, as the nitrogen-containing compound, a compound represented by the following general formula (II) [wherein Y and Z independently represent CH or a nitrogen atom] may be used.

Figure 0004372142
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具体的には、下記の化合物などを用いることができる。   Specifically, the following compounds can be used.

Figure 0004372142
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また好ましくは、含窒素化合物としては、下記の化合物を用いることもできる。   Preferably, the following compounds can also be used as the nitrogen-containing compound.

Figure 0004372142
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また好ましくは、含窒素化合物としては、下記一般式(III)[式中、Aは置換基を有する炭素原子またはリン原子を表し、Y及びZは、互いに独立してCH、または窒素原子を表し、Mは(n-1)価の元素を表し、Xはハロゲン原子を表す]を用いることもできる。   Preferably, the nitrogen-containing compound is represented by the following general formula (III) [wherein A represents a carbon atom or phosphorus atom having a substituent, and Y and Z independently represent CH or a nitrogen atom. , M represents an (n-1) -valent element, and X represents a halogen atom.

Figure 0004372142
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ここで、Aで表される炭素原子またはリン原子の置換基としては、置換基を有するアミノ基が好ましく、ジメチルアミノ基やピロリジノ基の様なジアルキルアミノ基が好ましい。Mで表される(n-1)価の元素は、リン原子、ホウ素原子、ヒ素原子などが挙げられるが、好ましくはリン原子があげられる。Xで表されるハロゲン原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられるが、好ましくはフッ素原子が挙げられる。   Here, as the substituent of the carbon atom or phosphorus atom represented by A, an amino group having a substituent is preferable, and a dialkylamino group such as a dimethylamino group or a pyrrolidino group is preferable. Examples of the (n-1) -valent element represented by M include a phosphorus atom, a boron atom, and an arsenic atom, and a phosphorus atom is preferable. Examples of the halogen atom represented by X include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, and a fluorine atom is preferable.

また一般式(III)で表される含窒素化合物の具体例としては、下記の化合物などが挙げられる。   Specific examples of the nitrogen-containing compound represented by the general formula (III) include the following compounds.

Figure 0004372142
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また好ましくは、含窒素化合物としては、下記一般式(IV)[式中、Aは置換基を有する炭素原子またはリン原子を表し、Mは(n-1)価の元素を表し、Xはハロゲン原子を表す]を用いることもできる。   Preferably, the nitrogen-containing compound is represented by the following general formula (IV): wherein A represents a carbon atom or phosphorus atom having a substituent, M represents an (n-1) -valent element, and X represents a halogen atom. Representing an atom] can also be used.

Figure 0004372142
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具体的には、下記の化合物などを用いることができる。   Specifically, the following compounds can be used.

Figure 0004372142
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また、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、電子吸引性基を有するフェノール誘導体を使用することも好ましく、更に電子吸引性基のσ値が0.3以上であることが好ましい。具体的には、下記化合物16などを用いることができる。   Further, as a method for activating a polymer containing a carboxyl group, it is also preferable to use a phenol derivative having an electron withdrawing group, and the σ value of the electron withdrawing group is preferably 0.3 or more. Specifically, the following compound 16 or the like can be used.

Figure 0004372142
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更に、カルボキシル基を含有するポリマーを活性化する方法では、別にカルボジイミド誘導体物を併用することができ、好ましくは、水溶性カルボジイミド誘導体を併用する事ができ、更に好ましくは下記の化合物、(1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide, hydrochloride)を併用することができる。   Furthermore, in the method of activating a polymer containing a carboxyl group, a carbodiimide derivative can be used in combination, preferably a water-soluble carbodiimide derivative can be used in combination, and more preferably the following compounds: Ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide, hydrochloride) can be used in combination.

Figure 0004372142
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上記のカルボジイミド誘導体及び、含窒素化合物、またはフェノール誘導体は併用して使用するだけではなく、所望により、夫々、単独で用いることもできる。好ましくはカルボジイミド誘導体と含窒素化合物との併用である。   The above carbodiimide derivatives and nitrogen-containing compounds or phenol derivatives are not only used in combination, but can be used alone if desired. Preferably, a carbodiimide derivative and a nitrogen-containing compound are used in combination.

また、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、下記化合物を用いることもできる。該化合物は単独で用いることもできるが、カルボジイミド誘導体、含窒素化合物、フェノール誘導体と併用してもよい。   Moreover, the following compound can also be used as a method of activating the polymer containing a carboxyl group. Although this compound can also be used independently, you may use together with a carbodiimide derivative, a nitrogen-containing compound, and a phenol derivative.

Figure 0004372142
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本発明において活性化されたカルボキシル基を含有するポリマーは、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、活性化されたカルボキシル基は、活性エステル化されたカルボキシル基である。好ましくは、薄膜を形成させた状態での反応である。   The polymer containing a carboxyl group activated in the present invention may be reacted with the substrate as a solution, or may be reacted in a state where a thin film on the substrate is formed using a technique such as spin coating. . Preferably, the activated carboxyl group is an active esterified carboxyl group. Preferably, the reaction is in a state where a thin film is formed.

上記の通り、本発明において活性化されたカルボキシル基を含有するポリマーは、薄膜状態で基板と反応させることが好ましい。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。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 described above, the polymer containing a carboxyl group activated in the present invention is preferably reacted with 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. 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.

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、又はEDC単独により活性化され、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(特開2006−58071号公報)「0011」〜「0022」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(特開2006−90781号公報)「0011」〜「0019」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。   The polymer containing a carboxyl group is activated by a known method, for example, 1- (3-Dimethylaminopropyl) -3 ethylcarbodiimide (EDC) and N-Hydroxysuccinimide (NHS), which are water-soluble carbodiimides, or EDC alone. A physiologically active substance having a group can be immobilized. As a method for activating carboxylic acid, the method described in Japanese Patent Application No. 2004-238396 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-58071) “0011” to “0022” (that is, a carboxyl group present on the surface of a substrate is specified). A method of forming a carboxylic acid amide group by activation using any one of a uronium salt, a phosphonium salt, and a triazine derivative having a structure), and Japanese Patent Application No. 2004-275012 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-90781) ) The method according to “0011” to “0019” (that is, the carboxyl group present on the surface of the substrate is activated with a carbodiimide derivative or a salt thereof, and has a nitrogen-containing heteroaromatic compound having a hydroxyl group or an electron-withdrawing group. An ester of either a phenol derivative or an aromatic compound having a thiol group Later, it may be preferably used a method) for forming a carboxylic acid amide group by reaction with an amine.

なお、上記した特願2004−238396号(特開2006−58071号公報)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 the above Japanese Patent Application No. 2004-238396 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-58071) is a uronium salt represented by the following general formula 1, A phosphonium salt represented by the formula 2 or a triazine derivative represented by the following general formula 3 is shown.

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(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. 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 X— represents an anion, R 7 represents an onium group, and R 8 and R 9 each independently represent an electron donating group. .)

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, and 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 antigen 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, etc. 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D
NA、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, naturally derived DNA, recombinant D prepared by gene recombination technology
Either NA or chemically synthesized DNA may be used.

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.

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(本出願人による特願2000−398309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 amount of change in the differential value (see Japanese Patent Application No. 2000-398309 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.

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:
本実施例は、タンパク質を固定するためのセンサーチップの作製に関するものである。
Example 1:
This example relates to the production of a sensor chip for immobilizing proteins.

(1)試料1(比較例1)の作成
カルボキシメチルデキストランが結合した表面として、Biacore社センサーチップCM-5
(research grade)を、そのまま試料1として用いた。
(1) Preparation of Sample 1 (Comparative Example 1) Biacore sensor chip CM-5 as the surface to which carboxymethyldextran was bound
(Research grade) was used as sample 1 as it was.

(2)試料2(比較例2)の作成
(2−1)OH基を有する基板の作成
センサーチップ上に金膜のみが形成されている表面として、Biacore社センサーチップAuを用いて実験を行った。センサーチップAuを12分間、UVオゾン処理を行った後、5.0mMの16-ヒドロキシヘキサデカンチオール(Frontier Scientific社製)を溶解したエタノール/水(80/20)混合溶液中に浸漬し、40℃の振盪インキュベーターで20分間インキュベートした後、水で5回、50mlのエタノール/水(80/20)で5回、50mlの水で5回洗浄した。
(2) Preparation of Sample 2 (Comparative Example 2) (2-1) Preparation of substrate having OH group Experiment was performed using Biacore sensor chip Au as the surface on which only the gold film was formed on the sensor chip. It was. The sensor chip Au was subjected to UV ozone treatment for 12 minutes, and then immersed in an ethanol / water (80/20) mixed solution in which 5.0 mM 16-hydroxyhexadecanethiol (manufactured by Frontier Scientific) was dissolved. After incubating for 20 minutes in a shaking incubator, it was washed 5 times with water, 5 times with 50 ml ethanol / water (80/20), and 5 times with 50 ml water.

(2−2)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。
(2-2) Treatment with epichlorohydrin
20ml 0.4M sodium hydroxide, 20ml diethylene glycol dimethyl ether, 2.0ml
The substrate was dipped in a mixed solution of epichlorohydrin, reacted in a shaking incubator at 25 ° C. for 4 hours, and then washed twice with 50 ml of ethanol and five times with 50 ml of water.

(2−3)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。
(2-3) Treatment with dextran The 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, and reacted for 20 hours in a shaking incubator at 25 ° C. Washed 15 times with 50 ml of 50 ° C. water.

(2−4)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。
(2-4) Treatment with bromoacetic acid The substrate was immersed in a mixed solution of 3.5 g of bromoacetic acid and 27 g of 2M sodium hydroxide solution, reacted for 16 hours in a shaking incubator at 28 ° C., and then washed with water. Again, a reaction with a bromoacetic acid solution for 16 hours and washing with water were performed to obtain Sample 2.

(3)試料3(本発明)の作成
(3−1)アミノ基を有する基板の作成
センサーチップ上に金膜のみが形成されている表面として、Biacore社センサーチップAuを用いて実験を行った。センサーチップAuを12分間、UVオゾン処理を行った後、8mLのエタノールと2mLの超純水に45μmol の11-Hydroxy-1-undecanethiol(Aldrich社製)と4μmol の16-Mercaptohexadecanoic acid(Aldrich社製)を溶解させた溶液中で40℃1時間反応させ、エタノールで1回、超純水で1回洗浄した。上記基板上にEDC(0.4M) /
NHS(0.1M)混合溶液を100 μl滴下し、室温で15 分反応させ活性化した後、超純水で1回洗浄した。上記基板に1,2-ビス(アミノエトキシ)エタンを50 μl滴下し、室温で1 時間反応させた後、超純水で1回洗浄した。
(3) Preparation of Sample 3 (Invention) (3-1) Preparation of Substrate Having Amino Group An experiment was conducted using Biacore sensor chip Au as the surface on which only a gold film was formed on the sensor chip. . Sensor chip Au was treated with UV ozone for 12 minutes, then 8mL ethanol and 2mL ultrapure water, 45μmol 11-Hydroxy-1-undecanethiol (Aldrich) and 4μmol 16-Mercaptohexadecanoic acid (Aldrich) ) In a solution in which the solution was dissolved at 40 ° C. for 1 hour, and washed once with ethanol and once with ultrapure water. EDC (0.4M) /
100 μl of NHS (0.1M) mixed solution was added dropwise, reacted at room temperature for 15 minutes to activate, and then washed once with ultrapure water. 50 μl of 1,2-bis (aminoethoxy) ethane was dropped onto the substrate, reacted at room temperature for 1 hour, and then washed once with ultrapure water.

(3−2)CMDの活性エステル化
超純水に0.5重量%となるようにCMD(名糖産業製:分子量100万)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-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide)(0.4M)/NHS(N-Hydroxysuccinimide)(0.1M)混合溶液を加え、室温で5分間攪拌した。
(3-2) Active esterification of CMD After dissolving CMD (manufactured by Meisei Sangyo Co., Ltd .: molecular weight 1 million) in ultrapure water, 2% of the carboxyl groups are activated when the total amount is reacted. The calculated amount of EDC (1- (3-Dimethylaminopropyl) -3-ethylcarbodiimide) (0.4M) / NHS (N-Hydroxysuccinimide) (0.1M) mixed solution was added and stirred at room temperature for 5 minutes.

(3−3)活性エステル化CMDの基板への結合
(3−1)で作成された基板の上に、(3−2)で作成された活性エステル化されたCMD溶液を200 μl滴下し、7000 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1回、超純水で1回洗浄することで、試料3を得た。
(3-3) Bonding of Active Esterified CMD to Substrate 200 μl of the active esterified CMD solution prepared in (3-2) was dropped on the substrate prepared in (3-1), By spin coating at 7000 rpm for 45 seconds, 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 3 was obtained by washing once with 0.1 N NaOH and once with ultrapure water.

実施例2
本実施例は、実施例1で得られたセンサーチップに対するタンパク質の固定に関するものである。タンパク質としては、CA(Carbonic Anhydrase:SIGMA社製)を用いた。用い
たCAは、ATTO社のAE-8150を用いた電気泳動実験で、同時測定したマーカー(Broad pI Kit, pH 3.5-9.3:Amersham Biosciences社製)との比較から、等電点が5.8程度であることを確認した。1mgのCAを1mlのHBS-EPバッファー(ビアコア社製、0.01M HEPES pH7.4, 0.15M NaCl, 0.005%Surfactant P20, 3mM EDTA)に溶解した溶液を10μl秤量し、90μlの酢酸バッファー(ビアコア社製、pH5.0)を加えることで、0.1mg/mlのCA溶液(pH5.0,
0.1mg/ml)を調整した。
Example 2
This example relates to protein immobilization on the sensor chip obtained in Example 1. As the protein, CA (Carbonic Anhydrase: manufactured by SIGMA) was used. The CA used was an electrophoresis experiment using AE-8150 from ATTO, and the isoelectric point was about 5.8 based on comparison with the marker (Broad pI Kit, pH 3.5-9.3: Amersham Biosciences) measured simultaneously. I confirmed that there was. 10 μl of a solution of 1 mg of CA dissolved in 1 ml of HBS-EP buffer (Biacore, 0.01M HEPES pH7.4, 0.15M NaCl, 0.005% Surfactant P20, 3 mM EDTA) was weighed, and 90 μl of acetate buffer (Biacore) By adding 0.1 mg / ml CA solution (pH 5.0,
0.1 mg / ml) was adjusted.

実施例1で作成した試料1〜3をBiacore社製の表面プラズモン共鳴装置であるBiacore3000にセットし、0.4MのEDCおよび0.1MのNHSを含む水溶液、CA溶液(pH5.0, 0.1mg/ml)、エタノールアミン溶液(ビアコア社)を、各々5分間流した後、10mM NaOHを1分間×2回流した場合の固定化について検討した。ランニングバッファーはHBS-Nバッファー(ビアコア社製、0.01M HEPES pH7.4、0.15M NaCl)を用いた。得られたセンサーグラムを図2に示す。   Samples 1 to 3 prepared in Example 1 were set in a Biacore 3000, a surface plasmon resonance device manufactured by Biacore, and an aqueous solution containing 0.4 M EDC and 0.1 M NHS, a CA solution (pH 5.0, 0.1 mg / ml). ), An ethanolamine solution (Biacore) was allowed to flow for 5 minutes each, and then immobilization was examined when 10 mM NaOH was flowed twice for 1 minute. As a running buffer, HBS-N buffer (Biacore, 0.01M HEPES pH7.4, 0.15M NaCl) was used. The obtained sensorgram is shown in FIG.

CA固定量は各々、7757RU(試料1)、16487RU(試料2)、35309RU(試料3)、であった。市販のCMD結合表面や従来作成法により作成されたCMD結合表面よりもタンパク固定量大きなCMD結合表面が、本発明により簡便に作成可能であることが証明された。   The CA fixed amounts were 7757RU (sample 1), 16487RU (sample 2), and 35309RU (sample 3), respectively. It was proved by the present invention that a CMD binding surface having a larger amount of protein immobilized than a commercially available CMD binding surface or a CMD binding surface prepared by a conventional preparation method can be easily prepared by the present invention.

実施例3
本実施例は、実施例1で得られたセンサーチップに対する、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、センサーチップ表面への非特
異吸着抑制能について検討した。各試料に、CGP74514(50μM)を2分、その後Tween20(0.005wt%)を2分流した場合に得られたセンサーグラムを図3に示す。
Example 3
This example relates to nonspecific adsorption of low molecular weight compounds to the sensor chip obtained in 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 chip surface was examined. FIG. 3 shows a sensorgram obtained when CGP74514 (50 μM) was flowed to each sample for 2 minutes and then Tween 20 (0.005 wt%) was flowed for 2 minutes.

市販のCMD結合表面である試料1にはCGP74514およびTween20が非特異吸着するのに対し、試料2、3に対してはCGP74514、Tween20ともに非特異吸着がほとんど認められない。このことから、市販のCMD結合表面よりも低分子化合物の非特異吸着抑制能に優れたCMD結合表面が、本手法により簡便に作成可能であることが証明された。   CGP74514 and Tween20 are non-specifically adsorbed on sample 1, which is a commercially available CMD binding surface, whereas CGP74514 and Tween20 are hardly adsorbed on samples 2 and 3, respectively. From this, it was proved that a CMD binding surface superior in the ability to suppress nonspecific adsorption of low molecular weight compounds than a commercially available CMD binding surface can be easily prepared by this method.

実施例4
本実施例は、スピンコートするCMD濃度を変化させた場合における、センサーチップの
作成に関するものである。
Example 4
This embodiment relates to the creation of a sensor chip when the CMD concentration for spin coating is changed.

(1)試料4(実施例)の作成
CMD濃度を0.2%に変更した以外は試料3と同様の操作を行うことで、試料4を得た。
(1) Preparation of sample 4 (Example)
Sample 4 was obtained by performing the same operation as Sample 3 except that the CMD concentration was changed to 0.2%.

(2)試料5(実施例)の作成
CMD濃度を0.1%に変更した以外は試料3と同様の操作を行うことで、試料5を得た。
(2) Preparation of sample 5 (Example)
Sample 5 was obtained by performing the same operation as Sample 3 except that the CMD concentration was changed to 0.1%.

(3)試料6(実施例)の作成
CMD濃度が0.08%に変更した以外は試料3と同様の操作を行うことで、試料6を得た。
(3) Preparation of sample 6 (Example)
Sample 6 was obtained by performing the same operation as Sample 3 except that the CMD concentration was changed to 0.08%.

(4)試料7(実施例)の作成
CMD濃度が0.05%に変更した以外は試料3と同様の操作を行うことで、試料7を得た。
(4) Preparation of sample 7 (Example)
Sample 7 was obtained by performing the same operation as Sample 3 except that the CMD concentration was changed to 0.05%.

(5)試料8(実施例)の作成
CMD濃度が0.02%に変更した以外は試料3と同様の操作を行うことで、試料8を得た。
(5) Preparation of sample 8 (Example)
Sample 8 was obtained by performing the same operation as Sample 3 except that the CMD concentration was changed to 0.02%.

実施例5
本実施例は、実施例1および実施例4で得られたセンサーチップに対するタンパク質のプレコンセントレーションに関するものである。タンパク質としては、BSA(Bovine
Serum Albumin:SIGMA社製)を用いた。用いたBSAは、ATTO社のAE-8150を用いた電気泳動実験で、同時測定したマーカー(Broad pI Kit, pH 3.5-9.3:Amersham Biosciences社製)との比較から、等電点が6.1程度であることを確認した。1mgのBSAを1mlのHBS-EPバッファー(ビアコア社製、pH7.4)に溶解した溶液を10μl秤量し、90μlの酢酸バッファー(ビアコア社製、pH5.0)を加えることで、0.1mg/mlのBSA溶液(pH5.0, 0.1mg/ml)を調整した。
Example 5
This example relates to protein preconcentration with respect to the sensor chip obtained in Example 1 and Example 4. Proteins include BSA (Bovine
Serum Albumin: manufactured by SIGMA) was used. The BSA used was an electrophoretic experiment using ATEO's AE-8150. Compared with the marker (Broad pI Kit, pH 3.5-9.3: manufactured by Amersham Biosciences), the isoelectric point was about 6.1. I confirmed that there was. 10 μl of a solution of 1 mg of BSA dissolved in 1 ml of HBS-EP buffer (Biacore, pH 7.4) is weighed, and 90 mg of acetate buffer (Biacore, pH 5.0) is added to give 0.1 mg / ml A BSA solution (pH 5.0, 0.1 mg / ml) was prepared.

実施例1および実施例4で作成した試料1〜8をBiacore社製の表面プラズモン共鳴装
置であるBiacore3000にセットし、BSA溶液(pH5.0, 0.1mg/ml)を5分間流した場合のプ
レコンセントレーションについて検討した。得られた結果を表1に要約する。
Samples 1 to 8 prepared in Example 1 and Example 4 were set in a Biacore 3000 which is a surface plasmon resonance device manufactured by Biacore, and pre-washed with a BSA solution (pH 5.0, 0.1 mg / ml) for 5 minutes. Concentration was examined. The results obtained are summarized in Table 1.

Figure 0004372142
Figure 0004372142

スピンコートする活性エステル化CMD溶液の濃度を制御することにより、タンパク質の
プレコンセントレーション量の制御が可能であることが証明された。高い濃度の活性エステル化CMD溶液から得られたスピンコート薄膜ほど、基板表面に固定されるCMD量が増加するために、結果的にタンパク質のプレコンセントレーション量が増加すると考察される。
It was proved that the amount of protein preconcentration can be controlled by controlling the concentration of the active esterified CMD solution to be spin-coated. It is considered that the spin coat thin film obtained from the active esterified CMD solution having a higher concentration increases the amount of CMD immobilized on the substrate surface, and consequently increases the amount of protein preconcentration.

実施例6
本実施例は、CMD以外のカルボンキシル基含有ポリマーの基板表面への結合に関するも
のである。
Example 6
This example relates to bonding of a carbonxyl group-containing polymer other than CMD to the substrate surface.

(1)試料9(実施例)の作成
ポリマーをCMDからアルギン酸ナトリウム500〜600(和光純薬)に変更した以外は試料
3と同様の操作を行うことで、試料9を得た。
(1) Preparation of Sample 9 (Example) Sample 9 was obtained by performing the same operation as Sample 3 except that the polymer was changed from CMD to sodium alginate 500 to 600 (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).

実施例7
本実施例は、実施例1および実施例6で得られたセンサーチップに対するタンパク質のプレコンセントレーションに関するものである。タンパク質としてCAを用い、実施例2と同様の操作で、CAの固定について検討した。結果を図4に示す。
Example 7
This example relates to protein preconcentration with respect to the sensor chip obtained in Example 1 and Example 6. Using CA as the protein, CA immobilization was examined in the same manner as in Example 2. The results are shown in FIG.

活性エステル化されたアルギン酸ナトリウムを結合した基板表面に結合させた場合でも、市販のCMD結合表面と同等以上のタンパク質固定能を有することから、本発明がCMD以外のカルボンキシル基含有ポリマーの基板表面への結合にとっても有効であることが証明された。   Even when the active esterified sodium alginate is bonded to the bonded substrate surface, it has a protein fixing ability equal to or better than that of a commercially available CMD bonded surface. Proven to be effective for binding to

実施例8
本実施例は、実施例1および実施例6で得られたセンサーチップに対する、低分子化合物の非特異吸着に関するものである。実施例3と同様の操作で、低分子化合物であるCGP74514とTween20の、センサーチップ表面への非特異吸着抑制能について検討した。得られたセンサーグラムを図5に示す。
Example 8
This example relates to nonspecific adsorption of low molecular weight compounds to the sensor chips obtained in Example 1 and Example 6. In the same manner as in Example 3, the ability of CGP74514 and Tween20, which are low molecular compounds, to suppress nonspecific adsorption on the sensor chip surface was examined. The obtained sensorgram is shown in FIG.

実施例3と同様に、本発明に基づき作成した試料9は、市販のCMD結合表面である試料
1と比較して、低分子化合物の非特異吸着抑制能に優れることから、CMD以外のカルボ
キシル基含有ポリマーを用いた場合にも、市販のCMD結合表面よりも低分子非特異吸着抑
制能に優れる表面が、簡便に作成可能であることが証明された。
Similar to Example 3, Sample 9 prepared according to the present invention is superior in non-specific adsorption suppression ability of low molecular weight compounds compared to Sample 1 which is a commercially available CMD binding surface. Even when the containing polymer was used, it was proved that a surface excellent in the ability to suppress non-specific adsorption of low molecules compared to a commercially available CMD-binding surface can be easily prepared.

実施例9
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 9
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.

実施例10
実施例10は、実施例9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 10
Example 10 relates to protein immobilization on the sensor sample obtained in Example 9. CA (Carbonic Anhydrase: manufactured by SIGMA) was used as the protein.

実施例9で作成した試料1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。   Sample 1 prepared in Example 9 was 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 5200RU. 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11
実施例11は、実施例9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 11
Example 11 relates to nonspecific adsorption of a low molecular weight compound to the sensor sample obtained in Example 9. 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9で作成した試料1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。   Sample 1 prepared in Example 9 was 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。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. 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.

実施例12
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、蛋白質の固定量を評価した。
Example 12
A hydrogel membrane capable of immobilizing proteins was prepared using a SAM compound with high water solubility, and the amount of immobilized proteins was evaluated.

(1)基板の作成
6-Amino-1-Hexanethiol, hydrochloride(同仁化学社製)の1mM水溶液を作成した。この溶液をA液と呼ぶ。
(1) Creation of substrate
A 1 mM aqueous solution of 6-Amino-1-Hexanethiol, hydrochloride (manufactured by Dojindo) was prepared. 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。   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.

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1×10−3-3Pa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(基板エした。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薄膜を成膜した。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薄膜を成膜した。   A prism is attached to the substrate holder of the sputtering device, and vacuum is applied to the base (base pressure 1 × 10-3-3Pa or less), then Ar gas is introduced (1 Pa), and the substrate holder is rotated (20 rpm) while RF is applied to the substrate holder. Applying power (0.5kW) for about 9 minutes to plasma treatment of the prism surface (Substrate Etching). Next, Ar gas was turned off and evacuated, Ar gas was introduced again (0.5Pa), and the substrate holder was rotated ( 10 to 40 rpm), DC power (0.2 kW) was applied to an 8 inch Cr target for about 30 seconds to form a 2 nm Cr thin film. It was introduced again (0.5 Pa), and while rotating the substrate holder (20 rpm), DC power (1 kW) was applied to an 8-inch Au target for about 50 seconds to form an Au thin film of about 50 nm.

上記で得られたAu薄膜を成膜したBセンサースティックを、A液に40℃1時間浸漬し、超純水で5回洗浄した。   The B sensor stick on which the Au thin film obtained above was formed was immersed in solution A at 40 ° C. for 1 hour and washed 5 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
1重量%のCMD(名糖産業製:分子量100万、置換度0.65)溶液10g(カルボキシル基量:3.3×10-2mol)を溶解した後、表2に記載された量のカルボジイミド誘導体であるEDC(1-Ethyl-3-[3-Dimethylaminopropyl]carbodiimide Hydrochloride)、及び表2に記載された種類と量の水酸基を有する含窒素化合物(NHS(N-Hydroxysuccinimide)又は HOBt (1-Hydroxybenzotriazole))の混合水溶液10mlを加え、室温で1時間攪拌した。
(2) Active esterification of CMD (carboxymethyl dextran)
After dissolving 10 g (carboxyl group amount: 3.3 × 10 −2 mol) of a 1% by weight CMD (manufactured by Sangyo Sangyo Co., Ltd .: molecular weight 1 million, substitution degree 0.65) solution, it is a carbodiimide derivative in the amount shown in Table 2. EDC (1-Ethyl-3- [3-Dimethylaminopropyl] carbodiimide Hydrochloride) and a nitrogen-containing compound having a hydroxyl group of the type and amount described in Table 2 (NHS (N-Hydroxysuccinimide) or HOBt (1-Hydroxybenzotriazole)) 10 ml of the mixed aqueous solution was added and stirred at room temperature for 1 hour.

(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1ml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15分間反応させた後、1 N NaOH水溶液に30分浸漬し、超純水で5回洗浄することで、試料1−A〜8−Aを得た。
(3) Binding reaction of CMD to substrate Drop 1 ml 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 15 minutes, samples 1-A to 8-A were obtained by immersing in 1 N NaOH aqueous solution for 30 minutes and washing 5 times with ultrapure water.

また、活性エステル化反応開始から65分(B)、70分(C)、75分(D)、80分(E)後にも上記と同様のスピンコートを行い、反応後も同様の処理を行うことで、試料1−B〜8−B、試料1−C〜8−C、試料1−D〜8−D、並びに試料1−E〜8−Eを得た。   Also, 65 minutes (B), 70 minutes (C), 75 minutes (D), and 80 minutes (E) after the start of the active esterification reaction, spin coating similar to the above is performed and the same treatment is performed after the reaction. Thus, Samples 1-B to 8-B, Samples 1-C to 8-C, Samples 1-D to 8-D, and Samples 1-E to 8-E were obtained.

比較例3
(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12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。
Comparative Example 3
(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 12, immersed in solution B at 40 ° C. for 60 minutes, 5 times with ethanol, once with 50 ml of ethanol / water (80/20), Washed 5 times with 50 ml of ultrapure water.

(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9を得た。
(Iv) Treatment with bromoacetic acid The substrate was immersed in a mixed solution of 3.5 g of bromoacetic acid and 27 g of 2M sodium hydroxide solution, reacted for 16 hours in a shaking incubator at 28 ° C., and then washed with water. Again, reaction with a bromoacetic acid solution for 16 hours and washing with water were performed to obtain Sample 9.

実施例13
実施例13は、実施例12および比較例3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 13
Example 13 relates to protein immobilization on the sensor samples obtained in Example 12 and Comparative Example 3. CA (Carbonic Anhydrase: manufactured by SIGMA) was used as the protein.

実施例12および比較例3で作成した試料1〜9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。ここでは、DMSO1%あたりの共鳴角の差を1500RVと表す。   Samples 1 to 9 prepared in Example 12 and Comparative Example 3 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 difference in resonance angle per DMSO 1% is expressed as 1500 RV.

試料1〜8におけるA〜Eの平均CA固定量とCV値(変動係数:%)、試料9におけるCA固定量を表2に示す。本発明の表面において、簡便な方法で多量の蛋白質を固定化できることがわかった。ここで、CV値とは、変動係数(Coefficient of Variation)のことであり、標準偏差(分散の平方根)を平均で割った値を表す。CV値が小さいほどそのバラツキ度合いが小さく好ましい。   Table 2 shows average CA fixed amounts and CV values (variation coefficient:%) of Samples 1 to 8 and CA fixed amount of Sample 9. It was found that a large amount of protein can be immobilized on the surface of the present invention by a simple method. Here, the CV value is a coefficient of variation and represents a value obtained by dividing the standard deviation (square root of variance) by the average. The smaller the CV value, the smaller the degree of variation.

Figure 0004372142
Figure 0004372142

実施例14
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 14
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-Amino-1-octanethiol, hydrochloride(同仁化学社製)の1mM水溶液を作成した。この溶液をA液と呼ぶ。
(1) Creation of substrate
A 1 mM aqueous solution of 6-Amino-1-octanethiol, hydrochloride (manufactured by Dojin Chemical Co., Ltd.) was prepared. 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1×10−3-3Pa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 (base pressure 1 × 10-3-3Pa or less) is applied, Ar gas is introduced (1 Pa), and the substrate holder is rotated (20 rpm) while RF is applied to the substrate holder. Plasma is applied to the prism surface by applying power (0.5kW) for about 9 minutes. Next, Ar gas is stopped and vacuum is drawn, Ar gas is introduced again (0.5 Pa), and DC power (0.2 kW) is applied to an 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, pull vacuum 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Bセンサースティックを、A液に40℃1時間浸漬し、超純水で5回洗浄した。   The B sensor stick on which the Au thin film obtained above was formed was immersed in liquid A for 1 hour at 40 ° C. and washed 5 times with ultrapure water.

(2)CMD(カルボキシメチルデキストラン)の活性化
1重量%のCMD(名糖産業製:平均分子量100万、糖1ユニット当たりのカルボキシメチル基置換度0.65)溶液10gを調製した後、カルボジイミド誘導体であるEDC(1-Ethyl-3-[3-Dimethylaminopropyl]carbodiimide Hydrochloride)の0.4M水溶液0.5mlと、超純水9.5mlを加え、室温で5分間攪拌した。
(2) Activation of CMD (carboxymethyl dextran)
After preparing 10 g of a 1% by weight CMD (Made in Sangyo Industry: average molecular weight 1 million, carboxymethyl group substitution degree per sugar unit 0.65) solution, EDC (1-Ethyl-3- [3- Dimethylaminopropyl] carbodiimide Hydrochloride) 0.4M aqueous solution 0.5ml and ultrapure water 9.5ml were added and stirred at room temperature for 5 minutes.

(3)CMDの基板への結合反応
(1)で作成された基板の上に、(2)で作成した活性化されたCMD溶液を200μl滴下後、ブレードで引き伸ばし、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膜を形成させた。25℃10%RH室温で60分間反応させた後、1 N NaOH水溶液に60分浸漬し、超純水で15回洗浄することで、試料1を得た。
(3) Binding reaction of CMD to substrate After 200 μl of the activated CMD solution prepared in (2) is dropped on the substrate prepared in (1), it is stretched with a blade and applied onto the substrate having amino groups. An active esterified carboxymethyl dextran membrane was formed. After reacting at 25 ° C. and 10% RH for 60 minutes, sample 1 was obtained by immersing in 1 N NaOH aqueous solution for 60 minutes and washing 15 times with ultrapure water.

実施例15
実施例10と同様の方法で、実施例14で得られたセンサー試料を評価した。CA固定量は、6300RUであった。
Example 15
The sensor sample obtained in Example 14 was evaluated in the same manner as in Example 10. The CA fixed amount was 6300RU.

実施例16
実施例11と同様の方法で、実施例14で得られたセンサー試料を評価した。非特異吸着量は、CGP74514が2RU、Tween20が4RUであった。
Example 16
The sensor sample obtained in Example 14 was evaluated in the same manner as in Example 11. The amount of non-specific adsorption was 2RU for CGP74514 and 4RU for Tween20.

センサユニットの概略構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows schematic structure of a sensor unit. 図2は、実施例1で得られたセンサーチップに対するタンパク質の固定を示すセンサーグラムである。FIG. 2 is a sensorgram showing protein immobilization on the sensor chip obtained in Example 1. 図3は、実施例1で得られたセンサーチップに対する低分子化合物の非特異吸着を示すセンサーグラムである。FIG. 3 is a sensorgram showing nonspecific adsorption of a low molecular weight compound to the sensor chip obtained in Example 1. 図4は、実施例1および実施例6で得られたセンサーチップに対するタンパク質のプレコンセントレーションを示すセンサーグラムである。FIG. 4 is a sensorgram showing protein preconcentration with respect to the sensor chip obtained in Example 1 and Example 6. 図5は、実施例1および実施例6で得られたセンサーチップに対する低分子化合物の非特異吸着を示すセンサーグラムである。FIG. 5 is a sensorgram showing nonspecific adsorption of a low molecular weight compound to the sensor chip obtained in Example 1 and Example 6.

符号の説明Explanation of symbols

10 センサユニット
20 全反射プリズム(光学ブロック)
21 プリズム本体
21a 上面
22 把持部
22a 溝
23 突出部
25 金属膜(薄膜層)
26 ポリマー膜
27 系合爪
28 係合部
28a 系合面
29a 基準平面
30 流路部材
31 第1流路
32 第2流路
33 本体部
34 取付部
35 系合孔
36 開口
SS1 センサ面
SS2 センサ面
10 Sensor unit 20 Total reflection prism (optical block)
21 Prism body 21a Upper surface 22 Grasping part 22a Groove 23 Projection part 25 Metal film (thin film layer)
26 Polymer Film 27 System Joint 28 Engagement Section 28a System Joint Surface 29a Reference Plane 30 Channel Member 31 First Channel 32 Second Channel 33 Main Body 34 Mounting Portion 35 System Joint 36 Opening SS1 Sensor Surface SS2 Sensor Surface

Claims (11)

アミノ基を有する有機層で被覆した基板表面に、活性化されたカルボキシル基を含有するポリマーを接触させて、該有機層に該ポリマーを結合させることを特徴とする、バイオセンサーの製造方法において、活性化されたカルボキシル基を含有するポリマーが、カルボキシル基を含有するポリマーを、下記一般式(II)又は下記一般式(III)で表される化合物で活性化することにより得られたものである、上記の製造方法。
Figure 0004372142
[式中、Y及びZは、互いに独立して、CHまたは窒素原子を表す]
Figure 0004372142
[式中、Aは置換基を有する炭素原子またはリン原子を表し、Y及びZは、互いに独立してCH、または窒素原子を表し、Mは(n-1)価の元素を表し、Xはハロゲン原子を表す]
In a method for producing a biosensor, characterized in that an activated carboxyl group-containing polymer is brought into contact with a substrate surface coated with an organic layer having an amino group, and the polymer is bonded to the organic layer. The activated carboxyl group-containing polymer is obtained by activating a carboxyl group-containing polymer with a compound represented by the following general formula (II) or the following general formula (III). The above manufacturing method.
Figure 0004372142
[Wherein Y and Z each independently represent CH or a nitrogen atom]
Figure 0004372142
[In the formula, A represents a carbon atom or a phosphorus atom having a substituent, Y and Z each independently represent CH or a nitrogen atom, M represents an (n-1) -valent element, and X represents Represents a halogen atom]
基板が金属表面または金属膜である、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the substrate is a metal surface or metal film. アミノ基を有する有機層で被覆した基板表面が、アミノ基を有するアルカンチオールで被覆した基板表面である、請求項1又は2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the substrate surface coated with an organic layer having an amino group is a substrate surface coated with an alkanethiol having an amino group. アミノ基を有するアルカンチオールが、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、又は末端にカルボキシル基を有するアルカンチオールとヒドラジドまたはジアミンとの反応により得られる化合物のいずれかである、請求項3に記載の方法。 The alkanethiol having an amino group is either a compound in which the thiol group and the amino group are linked via an alkyl chain, or a compound obtained by reacting an alkanethiol having a carboxyl group at the terminal with hydrazide or diamine. The method according to claim 3. アミノ基を有する有機層で被覆した基板表面が、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した基板表面である、請求項1から4の何れかに記載の方法。 5. The method according to claim 1, wherein the substrate surface coated with an organic layer having an amino group is a substrate surface coated with a mixture of an alkanethiol having an amino group and an alkanethiol having a hydrophilic group. . 親水性基を有するアルカンチオールの該親水性基が、水酸基あるいはオリゴエチレングコール基である、請求項5に記載の方法。 Hydrophilic group alkanethiol having a hydrophilic group is a hydroxyl group or an oligo ethylene grayed recall group, The method of claim 5. アミノ基を有するアルカンチオールの分子長が、親水基を有するアルカンチオールの分子長よりも長い、請求項5又は6に記載の方法。 The method according to claim 5 or 6, wherein the molecular length of the alkanethiol having an amino group is longer than the molecular length of the alkanethiol having a hydrophilic group. カルボキシル基を含有するポリマーが多糖類である、請求項1から7の何れかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the polymer containing a carboxyl group is a polysaccharide. 活性化されたカルボキシル基を含有するポリマーを、基板上に薄膜を形成させた状態で、アミノ基を有する有機層と反応させる、請求項1から8の何れかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the polymer containing an activated carboxyl group is reacted with an organic layer having an amino group in a state where a thin film is formed on a substrate. ポリマー中のカルボキシル基に対する一般式(II)又は一般式(III)で表される化合物の混合モル比が1×10-7〜1である、請求項1から9の何れかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the mixing molar ratio of the compound represented by the general formula (II) or the general formula (III) to the carboxyl group in the polymer is 1 x 10-7 to 1. さらに、該ポリマー中のカルボキシル基を介して生理活性物質を固定化することを含む、請求項1から10の何れかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 10, further comprising immobilizing a physiologically active substance via a carboxyl group in the polymer.
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