JP4818056B2 - Structure having a binding functional group on a substrate for binding a capture molecule for capturing a target substance - Google Patents

Structure having a binding functional group on a substrate for binding a capture molecule for capturing a target substance Download PDF

Info

Publication number
JP4818056B2
JP4818056B2 JP2006276851A JP2006276851A JP4818056B2 JP 4818056 B2 JP4818056 B2 JP 4818056B2 JP 2006276851 A JP2006276851 A JP 2006276851A JP 2006276851 A JP2006276851 A JP 2006276851A JP 4818056 B2 JP4818056 B2 JP 4818056B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
polymer
substrate
functional group
target substance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006276851A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007127630A5 (en
JP2007127630A (en
Inventor
和宏 藩
美紀 小川
数理 中浜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2006276851A priority Critical patent/JP4818056B2/en
Publication of JP2007127630A publication Critical patent/JP2007127630A/en
Publication of JP2007127630A5 publication Critical patent/JP2007127630A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4818056B2 publication Critical patent/JP4818056B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、生体分子の非特異吸着を抑制し、標的物質を捕捉する捕捉分子を結合させるための結合用官能基を基体上に備えた構造体に関する。   The present invention relates to a structure including a binding functional group on a substrate for binding non-specific adsorption of a biomolecule and binding a capture molecule for capturing a target substance.

従来から、検体中の標的物質の検出に、分子間の相互作用が利用されてきた。この相互作用としては、一方の分子が他方の分子を捕捉する2分子間の相互作用がある。このような相互作用としては、例えば、抗原抗体反応、分子とその受容体(レセプター)との結合反応、相補的な核酸間でのハイブリダイゼーション反応、酵素基質結合反応などが知られている。このような相互作用を利用して、検体中の標的物質の検出を行うことができる。例えば、標的物質を捕捉可能な捕捉分子を基体表面上に固定し、標的物質を含む検体をこれに接触させることによって反応を行わせ、基体表面上の捕捉分子に標的物質を捕捉させ、その状態を検出することで、検体中の標的物質の検出を行う方法が一般的である。   Conventionally, interaction between molecules has been used to detect a target substance in a specimen. This interaction includes an interaction between two molecules where one molecule captures the other molecule. As such interaction, for example, antigen-antibody reaction, binding reaction between a molecule and its receptor (receptor), hybridization reaction between complementary nucleic acids, enzyme substrate binding reaction and the like are known. Using such an interaction, the target substance in the specimen can be detected. For example, a capture molecule capable of capturing a target substance is immobilized on the substrate surface, a reaction is performed by bringing a specimen containing the target substance into contact therewith, and the target substance is captured by the capture molecule on the substrate surface. In general, a method for detecting a target substance in a specimen by detecting s.

基体上に固定した捕捉分子と相互作用する標的物質を定量的に測定するとき、基体表面の性質もしくは固定方法によっては、捕捉分子と相互作用した標的物質以外に、基体表面に非特異的に吸着した生体分子も同時に検出してしまう恐れがある。このことが、微量検出を必要とするセンサでは、最小検出感度を低下させる原因となる。そのため、非特異吸着を抑制しつつ、標的物質のみが検出される手法が必要とされている。   When quantitatively measuring the target substance that interacts with the capture molecule immobilized on the substrate, depending on the nature of the substrate surface or the immobilization method, non-specific adsorption to the substrate surface is possible in addition to the target substance that interacts with the capture molecule. There is also a risk that the detected biomolecule may be detected at the same time. This causes a decrease in the minimum detection sensitivity in a sensor that requires a small amount of detection. Therefore, a method for detecting only the target substance while suppressing non-specific adsorption is required.

Anal.Chem. 1996,68,490−497には、金基体表面に対し、末端をオリゴエチレングリコール修飾したアルカンチオールで自己組織化(SAM)膜を形成することが開示されている。さらに、この文献にはSAM膜上の一部のエチレングリコール末端を活性化してレセプター分子を固定することで、非特異吸着を防止しつつ、標的物質であるリガンド分子のみを検出することが開示されている。   Anal. Chem. 1996, 68, 490-497 discloses that a self-assembled (SAM) film is formed on a gold substrate surface with an alkanethiol whose end is modified with oligoethylene glycol. Furthermore, this document discloses that only a ligand molecule as a target substance can be detected while activating a part of the ethylene glycol end on the SAM membrane to immobilize a receptor molecule while preventing nonspecific adsorption. ing.

しかし、SAM膜は分子間のファンデルワールス力によって形成されるため、基体上に数nm単位の湾曲や凹凸がある場合、膜が不均一であったり、SAMが形成されない恐れがある。加えて、安価に製造される基体では多くの場合、図1に示されるように、平面状に形成された膜であっても数nmレベルの凹凸が存在するため、部分的にも前記同様の状態に陥る恐れがある。なお、図1において、10は基材、12はアルカンチオール基、14は標的物質の捕捉分子、16は標的物質、18は非特異吸着物質(生体分子)である。そして29はオリゴエチレングリコールである。   However, since the SAM film is formed by the van der Waals force between molecules, if there is a curvature or unevenness of several nanometers on the substrate, the film may not be uniform or the SAM may not be formed. In addition, in the case of a substrate manufactured at a low cost, as shown in FIG. 1, as shown in FIG. There is a risk of falling into a state. In FIG. 1, 10 is a base material, 12 is an alkanethiol group, 14 is a target substance capture molecule, 16 is a target substance, and 18 is a non-specifically adsorbed substance (biomolecule). 29 is oligoethylene glycol.

また、特開2004−264027号公報にも金基体表面にSAM膜を作製した構造が開示されている。この公報では、更に、SAM膜の末端と反応する官能基と捕捉分子を固定するための官能基とを両端に持つヘテロ二官能基型ポリエチレングリコール(PEG)をSAM膜に反応させ、該PEGを介して捕捉分子を固定することが開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-264027 also discloses a structure in which a SAM film is formed on the surface of a gold substrate. In this publication, a heterobifunctional type polyethylene glycol (PEG) having a functional group that reacts with the end of the SAM film and a functional group for immobilizing the capture molecule at both ends is reacted with the SAM film, It is disclosed to immobilize capture molecules via

しかし、アルカンチオールで構成したSAM膜上に、既に合成されたヘテロ二官能基型PEGをスペーサーとして機能性分子を固定しようとすれば、SAM膜上にPEGを反応させる段階において高分子の立体障害のために隙間が生じる。そのため、図2に示されるように、検体に含まれる小分子(生体分子)がSAM膜や基体上に吸着する恐れがある。なお、図2において、10は基材、12はアルカンチオール基、14は捕捉分子、16は標的物質、18は非特異吸着物質である。そして20はヘテロ二官能基型ポリエチレングリコール(PEG)である。   However, if a functional molecule is to be immobilized on a SAM film composed of alkanethiol using a previously synthesized heterobifunctional PEG as a spacer, the steric hindrance of the polymer will occur at the stage of reacting PEG on the SAM film. This creates a gap. Therefore, as shown in FIG. 2, there is a possibility that small molecules (biomolecules) contained in the specimen may be adsorbed on the SAM film or the substrate. In FIG. 2, 10 is a substrate, 12 is an alkanethiol group, 14 is a capture molecule, 16 is a target substance, and 18 is a non-specific adsorption substance. 20 is a heterobifunctional polyethylene glycol (PEG).

一方、基板表面への非特異吸着を効果的に防止する技術として、ブラシ状のポリマーをシリコン基体表面に高密度に形成し、タンパク質非特異吸着および細胞接着を防止する技術が知られている。この技術は、Biomacromolecules 2004,5,2308−2314に開示されている。この文献には、シリコン表面上で、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(以下、MPC)をモノマーとしたブラシ状のポリマーを原子移動ラジカル重合により高密度に形成する点が記載されている。しかし、この文献ではポリマー分子先端に機能性分子を固定するような工夫はなされていない。   On the other hand, as a technique for effectively preventing non-specific adsorption to the substrate surface, a technique for preventing non-protein specific adsorption and cell adhesion by forming a brush-like polymer at a high density on the surface of a silicon substrate is known. This technique is disclosed in Biomacromolecules 2004, 5, 2308-2314. This document describes that a brush-like polymer having 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (hereinafter referred to as MPC) as a monomer is formed on a silicon surface with high density by atom transfer radical polymerization. However, this document does not devise fixing a functional molecule at the polymer molecule tip.

また、別に非特異吸着を抑制する方法として特表2003−516519号公報に開示されたものがある。特表2003−516519号公報には、基体上にグラフト化した官能化ポリマーを塗布すると共に官能化ポリマーに部分的に標的物質捕捉分子を配し、グラフト化した領域により非特異吸着を抑制する手法が開示されている。しかしながらグラフト化した領域の側鎖に非特異吸着を抑制する官能基を配することについては開示されておらず、より十分に非特異吸着を抑制するには改善の余地がある。   Another method for suppressing non-specific adsorption is disclosed in JP-T-2003-516519. Japanese Patent Publication No. 2003-516519 discloses a technique in which a functionalized polymer grafted on a substrate is applied and a target substance capturing molecule is partially arranged on the functionalized polymer to suppress nonspecific adsorption by the grafted region. Is disclosed. However, it has not been disclosed to arrange a functional group that suppresses nonspecific adsorption on the side chain of the grafted region, and there is room for improvement to suppress nonspecific adsorption more fully.

上述の通り、生体分子の非特異吸着を防止し、標的物質を基体上の特定の領域に捕らえる各種の手法については、改善の余地のあるのが実状である。本発明は、非特異吸着を効率的に防止し、標的物質を基体上の特定領域で確実に捕捉することで、標的物質を感度良く検出し得る技術を提供するものである。
特開2004−264027号公報 特表2003−516519号公報 Anal.Chem. 1996,68,490-497 Biomacromolecules 2004,5,2308-2314
As described above, there is a room for improvement in various methods for preventing nonspecific adsorption of biomolecules and capturing a target substance in a specific region on a substrate. The present invention provides a technique capable of detecting a target substance with high sensitivity by efficiently preventing non-specific adsorption and reliably capturing the target substance in a specific region on the substrate.
JP 2004-264027 A Special table 2003-516519 gazette Anal.Chem. 1996,68,490-497 Biomacromolecules 2004,5,2308-2314

本発明により提供される生体分子と標的物質を含む試料から該標的物質を捕捉するための捕捉分子を結合させるための結合用官能基を基体上に備えた構造体は、
主鎖の一端に前記基体が結合し、他端に硫黄原子を介して前記結合用官能基が結合した標的物質捕捉用のポリマーと、
主鎖の一端に前記基体が結合し、他端に硫黄原子を介して前記生体分子の前記構造体への吸着を抑制する抑制用官能基が結合した抑制用ポリマーと、
を有し、
前記標的物質捕捉用のポリマーと前記抑制用ポリマーの両方の側鎖にも、前記生体分子の前記構造体への吸着を抑制する抑制用官能基が結合しており、
前記基体上の前記ポリマーの密度は、0.1分子/nm 2 以上1.0分子/nm 2 以下の範囲にある
ことを特徴とするものである。
A structure having a binding functional group on a substrate for binding a capture molecule for capturing the target substance from a sample containing the biomolecule and the target substance provided by the present invention,
A target substance- capturing polymer in which the base is bonded to one end of the main chain and the bonding functional group is bonded to the other end via a sulfur atom;
A suppressing polymer in which the base is bonded to one end of the main chain, and a suppressing functional group that suppresses adsorption of the biomolecule to the structure via a sulfur atom is bonded to the other end;
Have
A suppressive functional group that suppresses adsorption of the biomolecule to the structure is bound to both side chains of the target substance capturing polymer and the suppressor polymer ,
The density of the polymer on the substrate is in the range of 0.1 molecule / nm 2 or more and 1.0 molecule / nm 2 or less .

また、本発明により提供される生体分子と標的物質を含む試料から該標的物質を捕捉するための捕捉分子を結合させるための結合用官能基を基体上に備えた構造体の製造方法は、
基体表面を基点とし、前記生体分子の前記構造体への吸着を抑制する抑制用官能基を側鎖に有する不飽和モノマーを重合させて、一端が該基体表面に結合した主鎖を有するポリマーを成長させる工程と、
前記重合で得られたポリマーの主鎖の成長端に、前記結合用官能基と硫黄原子を含有する連鎖移動剤と、前記抑制用官能基と硫黄原子を含有する連鎖移動剤を含有する連鎖移動剤と、を反応させて、
主鎖の一端に前記基体が結合し、他端に硫黄原子を介して前記結合用官能基が結合した標的物質捕捉用のポリマーと、
主鎖の一端に前記基体が結合し、他端に硫黄原子を介して前記生体分子の前記構造体への吸着を抑制する抑制用官能基が結合した抑制用ポリマーと、
を得る工程と、
を有し、
前記基体上の前記ポリマーの密度は、0.1分子/nm 2 以上1.0分子/nm 2 以下の範囲にある
ことを特徴とするものである。
Further, a method for producing a structure provided with a binding functional group on a substrate for binding a capture molecule for capturing the target substance from a sample containing the biomolecule and the target substance provided by the present invention,
A polymer having a main chain in which one end is bonded to the surface of the substrate by polymerizing an unsaturated monomer having a side chain having a suppression functional group that suppresses the adsorption of the biomolecule to the structure from the base surface. A growing process;
Chain transfer containing a chain transfer agent containing the bonding functional group and a sulfur atom at the growth end of the main chain of the polymer obtained by the polymerization, and a chain transfer agent containing the suppression functional group and a sulfur atom React with the agent,
A target substance- capturing polymer in which the base is bonded to one end of the main chain and the bonding functional group is bonded to the other end via a sulfur atom;
A suppressing polymer in which the base is bonded to one end of the main chain, and a suppressing functional group that suppresses adsorption of the biomolecule to the structure via a sulfur atom is bonded to the other end;
Obtaining
I have a,
The density of the polymer on the substrate is in the range of 0.1 molecule / nm 2 or more and 1.0 molecule / nm 2 or less .

また、本発明により提供される検体中の標的物質を検出する検出装置は、光源と、光を検出する検知装置と、検体と検体中の標的物質を捕捉するための捕捉分子とを接触させるための反応領域と、を備え、光学的手法により検体中の標的物質を検出する検出装置であって、前記反応領域内に結合用官能基に標的物質を捕捉する捕捉分子を結合させた本発明の構造体を配したことを特徴とするものである。   In addition, the detection apparatus for detecting a target substance in a specimen provided by the present invention contacts a light source, a detection apparatus for detecting light, and a capture molecule for capturing the target substance in the specimen. And a detection device for detecting a target substance in a specimen by an optical method, wherein a capture molecule for capturing the target substance is bound to a binding functional group in the reaction area. The structure is arranged.

本発明者らは、基体上に生体分子の非特異吸着防止能を有する高密度なポリマー層を備えた標的物質を捕捉するための基体として好適な構造を見出した。   The present inventors have found a structure suitable as a substrate for capturing a target substance having a high-density polymer layer having the ability to prevent nonspecific adsorption of biomolecules on the substrate.

この構造は、基体に一端を固定したポリマー層の他端、即ち検体側末端に標的物質を捕捉する捕捉分子を結合させるための結合用官能基を部分的に固定し、結合用官能基が固定されていない末端に生体分子の非特異吸着抑制用官能基を固定したものである。更に本発明の構造では、ポリマーの側鎖にも非特異吸着抑制用官能基を結合させている。この構造をとることで、図3に示すようにポリマー末端に固定した非特異吸着抑制用官能基26及びポリマー側鎖に結合した非特異吸着抑制用官能基24の双方により非特異吸着分子(生体分子)の吸着が効果的に抑制される。そして、ポリマー末端に固定された結合用官能基28に固定された標的物質捕捉分子14により効果的に標的物質16を捕捉し得る。これにより図3に示されるように表面に数nm単位の湾曲や凹凸がある基体を用いた場合であっても、生体分子の非特異吸着を抑制しつつ、標的物質を高効率で捕捉し得る。この構造体を標的物質のセンシングに用いると、目的とする標的物質を高感度に検出可能となる。   In this structure, a binding functional group for binding a capture molecule that captures a target substance is partially fixed to the other end of the polymer layer having one end fixed to the substrate, that is, the sample side end, and the binding functional group is fixed. A functional group for suppressing non-specific adsorption of biomolecules is fixed to a terminal that is not formed. Furthermore, in the structure of the present invention, a functional group for suppressing nonspecific adsorption is also bonded to the side chain of the polymer. By adopting this structure, as shown in FIG. 3, nonspecific adsorption molecules (biological molecules) can be obtained by both the nonspecific adsorption inhibiting functional group 26 fixed to the polymer end and the nonspecific adsorption inhibiting functional group 24 bonded to the polymer side chain. (Molecule) adsorption is effectively suppressed. Then, the target substance 16 can be effectively captured by the target substance capturing molecule 14 fixed to the binding functional group 28 fixed to the polymer terminal. As a result, as shown in FIG. 3, even when a substrate having a surface with a curvature or unevenness of several nanometers is used, the target substance can be captured with high efficiency while suppressing nonspecific adsorption of biomolecules. . When this structure is used for sensing a target substance, the target substance can be detected with high sensitivity.

ここで、図3において、10は基体、12はアルカンチオール、22はポリマー主鎖である。尚、本発明において、基体にポリマーの一端が結合するとは、基体表面に直接ポリマーの一端が結合する場合は勿論、基体上に別の分子や膜が形成され、その上にポリマーの一端が結合する場合も含む。   In FIG. 3, 10 is a substrate, 12 is an alkanethiol, and 22 is a polymer main chain. In the present invention, one end of the polymer is bonded to the substrate, not only when one end of the polymer is directly bonded to the surface of the substrate, but also another molecule or film is formed on the substrate, and one end of the polymer is bonded on the other. This includes cases where

本発明には以下の各態様が含まれる。   The present invention includes the following aspects.

本発明の構造体は、標的物質を捕捉する捕捉分子を結合させるための結合用官能基を基体上に備えた構造体であって、前記基体にはポリマーの一端が結合し、該ポリマーの他端には前記結合用官能基が結合したものと、生体分子の前記構造体への吸着を抑制する抑制用官能基が結合したものと、が存在すると共に、前記ポリマーの側鎖にも前記抑制用官能基が結合していることを特徴とする。抑制用官能基としては、ヒドロキシル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、2−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシイソプロピル基、2−ヒドロキシブチル基、スルホニル基、ホスホニル基、アミノ基、メチルアミノ基、エチルアミノ基、イソプロピルアミノ基、アミド基、メチルアミド基、エチルアミド基、イソプロピルアミド基、ピロリドン基、エチレングリコール基およびその重合体、コリン基、ホスファチジルコリン基のいずれかを用いることができる。結合用官能基としては、カルボキシル基、アルデヒド基、スクシイミド基、マレイミド基、グリシジル基、アミノ基のいずれかを用いることができる。   The structure of the present invention is a structure provided on a substrate with a binding functional group for binding a capture molecule for capturing a target substance, and one end of a polymer is bound to the substrate, The end has a binding functional group bound to it and a binding functional group that suppresses the adsorption of biomolecules to the structure, and the side chain of the polymer also suppresses the suppression. The functional group for use is bonded. As the functional group for suppression, hydroxyl group, methoxy group, ethoxy group, propoxy group, isopropoxy group, 2-hydroxyethyl group, 2-hydroxypropyl group, 2-hydroxyisopropyl group, 2-hydroxybutyl group, sulfonyl group, Phosphonyl group, amino group, methylamino group, ethylamino group, isopropylamino group, amide group, methylamide group, ethylamide group, isopropylamide group, pyrrolidone group, ethylene glycol group and polymers thereof, choline group, phosphatidylcholine group Can be used. As the bonding functional group, any of a carboxyl group, an aldehyde group, a succinimide group, a maleimide group, a glycidyl group, and an amino group can be used.

本発明の構造体は、ポリマーの他端と結合用官能基との間、及びポリマーの他端と抑制用官能基との間、に硫黄原子を含有させることができる。ポリマーとしては、ビニル系の高分子化合物を用いることができる。そして、ビニル系の高分子化合物は、側鎖に、ヒドロキシル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、2−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシイソプロピル基、2−ヒドロキシブチル基、スルホニル基、ホスホニル基、アミノ基、メチルアミノ基、エチルアミノ基、イソプロピルアミノ基、アミド基、メチルアミド基、エチルアミド基、イソプロピルアミド基、ピロリドン基、エチレングリコール基およびその重合体、コリン基、ホスファチジルコリン基のいずれかを有するモノマーの重合体とすることができる。   The structure of the present invention can contain sulfur atoms between the other end of the polymer and the bonding functional group, and between the other end of the polymer and the suppressing functional group. As the polymer, a vinyl polymer compound can be used. The vinyl polymer compound has a hydroxyl group, methoxy group, ethoxy group, propoxy group, isopropoxy group, 2-hydroxyethyl group, 2-hydroxypropyl group, 2-hydroxyisopropyl group, 2-hydroxyl group on the side chain. Hydroxybutyl group, sulfonyl group, phosphonyl group, amino group, methylamino group, ethylamino group, isopropylamino group, amide group, methylamide group, ethylamide group, isopropylamide group, pyrrolidone group, ethylene glycol group and its polymer, choline Group or a phosphatidylcholine group-containing monomer polymer.

本発明において基体上のポリマーの密度は、0.1分子/nm2以上1.0分子/nm2以下の範囲とすることができる。また、ポリマーの平均分子量は、500以上100000以下の範囲とすることができる。 In the present invention, the density of the polymer on the substrate can be in the range of 0.1 molecule / nm 2 or more and 1.0 molecule / nm 2 or less. The average molecular weight of the polymer can be in the range of 500 or more and 100,000 or less.

また、本発明は結合用官能基に捕捉分子が結合した構造体も包含する。   The present invention also includes a structure in which a capture molecule is bound to a binding functional group.

本発明の構造体の製造方法は、標的物質を捕捉する捕捉分子を結合させるための結合用官能基を基体上に備えた構造体の製造方法であって、基体表面の所定の位置を基点とし、生体分子の前記構造体への吸着を抑制する抑制用官能基を側鎖に有する不飽和モノマーを重合させる工程と、前記重合の末端として、前記結合用官能基と、前記抑制用官能基と、を付加する工程と、を有することを特徴とする。   The method for producing a structure of the present invention is a method for producing a structure having a binding functional group for binding a capture molecule that captures a target substance on a substrate, and is based on a predetermined position on the surface of the substrate. A step of polymerizing an unsaturated monomer having a suppression functional group in a side chain that suppresses adsorption of a biomolecule to the structure; and as a terminal of the polymerization, the binding functional group and the suppression functional group And a step of adding.

本発明においては、重合の末端として、結合用官能基と、抑制用官能基とを付加するに際し、硫黄原子を含有する連鎖移動剤を用いることができる。   In the present invention, a chain transfer agent containing a sulfur atom can be used as a terminal of polymerization when a bonding functional group and a suppression functional group are added.

まず、本発明の標的物質を捕捉する捕捉分子を結合させるための結合用官能基を基体上に備えた構造体の構成について説明する。なお、本発明において、非特異的吸着とは基体表面及びポリマーを含めた本発明の構造体に標的物質を捕捉する捕捉分子と相互作用する生体分子が吸着することをいう。   First, the structure of a structure having a binding functional group for binding a capture molecule for capturing a target substance of the present invention on a substrate will be described. In the present invention, non-specific adsorption refers to adsorption of a biomolecule that interacts with a capture molecule that captures a target substance on the structure of the present invention including the substrate surface and the polymer.

(基体)
本発明における基体とは、基体表面にポリマーをブラシ状に高密度に形成することが可能なものである。尚、基体の表面に何らかに分子や膜が形成され、その上にポリマーを形成し得るものであっても良い。本発明における基体の材質は、本発明の構造体を形成しうるものであれば、いかなる材質でもよい。好ましくは、アミノ基もしくはチオール基が結合可能である金、銀、銅、白金、アルミニウム等の金属、CdS、ZnS等の半導体、酸化チタン、酸化アルミニウム等の金属酸化物、もしくは、シラノール基が結合可能なガラス、シリコン、酸化チタン、セラミック、もしくは、カルボキシル基が結合可能なセラミック、カーボン等が挙げられる。また、酸素プラズマ処理、UV処理等により表面を酸化することによりカルボキシル基を提示することが可能なプラスチックでもよい。上記の理由は基体表面へのポリマーの形成方法が深く関与する。ポリマーの形成方法については後に説明する。また、本発明における基体の形状は、平板もしくは粒子、微小構造体などいかなる形状でもよい。
(Substrate)
The substrate in the present invention is a material capable of forming a polymer in a brush shape at a high density on the surface of the substrate. It should be noted that some molecule or film may be formed on the surface of the substrate, and a polymer may be formed thereon. The material of the substrate in the present invention may be any material as long as it can form the structure of the present invention. Preferably, a metal such as gold, silver, copper, platinum or aluminum to which an amino group or thiol group can be bonded, a semiconductor such as CdS or ZnS, a metal oxide such as titanium oxide or aluminum oxide, or a silanol group is bonded. Possible glass, silicon, titanium oxide, ceramic, ceramic capable of binding a carboxyl group, carbon and the like. Moreover, the plastic which can show a carboxyl group by oxidizing the surface by oxygen plasma treatment, UV treatment, etc. may be used. The above reason is deeply related to the method of forming the polymer on the substrate surface. The method for forming the polymer will be described later. Further, the shape of the substrate in the present invention may be any shape such as a flat plate, a particle, or a microstructure.

(ポリマー)
本発明の構造体においては、ポリマー分子は、一端が基体表面に固定されている。そして、ポリマーの他端には、捕捉分子を結合させるための結合用官能基が結合したものと、生体分子の非特異吸着を抑制する抑制用官能基が結合したものとが共存する。そしてポリマーの各分子の側鎖には生体分子の非特異吸着を抑制する抑制用官能基を有する。これらのポリマーが基体に固定されていることで、これらのポリマーからなる非特異吸着防止層が形成される。本発明に採用し得るポリマーとしては、ビニル系の高分子化合物を挙げることができる。そして、ビニル系高分子化合物は、側鎖に、ヒドロキシル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、2−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシイソプロピル基、2−ヒドロキシブチル基、スルホニル基、ホスホニル基、アミノ基、メチルアミノ基、エチルアミノ基、イソプロピルアミノ基、アミド基、メチルアミド基、エチルアミド基、イソプロピルアミド基、ピロリドン基、エチレングリコール基およびその重合体、コリン基、ホスファチジルコリン基のいずれかを有するモノマーの重合体を採用することができる。
(polymer)
In the structure of the present invention, one end of the polymer molecule is fixed to the substrate surface. The other end of the polymer coexists with a binding functional group for binding a capture molecule and a binding functional group for suppressing nonspecific adsorption of a biomolecule. And the side chain of each molecule | numerator of a polymer has the functional group for suppression which suppresses nonspecific adsorption | suction of a biomolecule. By fixing these polymers to the substrate, a non-specific adsorption preventing layer made of these polymers is formed. Examples of the polymer that can be used in the present invention include vinyl polymer compounds. The vinyl polymer compound has a hydroxyl group, methoxy group, ethoxy group, propoxy group, isopropoxy group, 2-hydroxyethyl group, 2-hydroxypropyl group, 2-hydroxyisopropyl group, 2-hydroxy group on the side chain. Butyl group, sulfonyl group, phosphonyl group, amino group, methylamino group, ethylamino group, isopropylamino group, amide group, methylamide group, ethylamide group, isopropylamide group, pyrrolidone group, ethylene glycol group and its polymer, choline group A polymer of a monomer having any of phosphatidylcholine groups can be employed.

基体上におけるポリマーの密度は0.1分子/nm2以上1.0分子/nm2以下の範囲ある。そのためのポリマー分子一末端の基体への固定には、既に合成されたポリマーを基体表面に接触させて固定させる方法を用いても良いが、好ましくは基体上でポリマーを重合する方法を用いるのが好ましい。この基体上での重合方法としては、リビングラジカル重合が特に好ましい。リビングラジカル重合については後に説明する。なお、かかる重合法によって形成されるポリマー密度は、側鎖によっても異なるが、一般的に小分子のモノマーからなるポリマーの場合、0.5分子/nm2程度であるが、さらに高密度であってもよい。また、好ましいポリマーの平均分子量は500以上100000以下であり、さらに好ましくは1000以上10000以下である。得られる高分子膜の膜厚は5nm以上であり、さらに好ましくは10nm以上100nm以下である。 The density of the polymer on the substrate is in the range of 0.1 molecule / nm 2 to 1.0 molecule / nm 2 . To fix the polymer molecule at one terminal to the substrate, a method in which a polymer already synthesized is brought into contact with the substrate surface and fixed may be used. Preferably, a method of polymerizing the polymer on the substrate is used. preferable. Living radical polymerization is particularly preferred as the polymerization method on the substrate. Living radical polymerization will be described later. The density of the polymer formed by such a polymerization method varies depending on the side chain, but is generally about 0.5 molecule / nm 2 in the case of a polymer composed of a small molecule monomer, but it is much higher. May be. Moreover, the average molecular weight of a preferable polymer is 500 or more and 100,000 or less, More preferably, it is 1000 or more and 10,000 or less. The film thickness of the resulting polymer film is 5 nm or more, more preferably 10 nm or more and 100 nm or less.

本発明のポリマーは、基体表面の所定の位置を基点とし、生体分子の前記構造体への吸着を抑制する抑制用官能基を側鎖に有する不飽和モノマーを重合させる工程と、重合の末端として、結合用官能基と、抑制用官能基と、を付加する工程と、を経て形成される。   The polymer of the present invention comprises a step of polymerizing an unsaturated monomer having a side chain with a functional group for suppression that suppresses adsorption of biomolecules to the structure based on a predetermined position on the surface of the substrate; And a step of adding a functional group for bonding and a functional group for suppression.

本発明の構造体のポリマーは、基体上に重合により形成することにより、平板上に数nm程度の凹凸がある場合であっても凹凸に応じて隙間を埋めるようにポリマー層を形成することが可能である。また、基体の形状が粒子や微小構造体の場合、従来の方法では基体表面の微小な空間に対してポリマー層を薄く形成した上に機能性分子を固定することが困難である。しかし、本発明では基体の微小な変化を有する表面形状に沿って高密度のポリマー層を形成することが可能である。   The polymer of the structure of the present invention can be formed on a substrate by polymerization to form a polymer layer so as to fill a gap according to the unevenness even when there are unevenness of about several nm on the flat plate. Is possible. In the case where the shape of the substrate is a particle or a microstructure, it is difficult to fix the functional molecule while forming a thin polymer layer in a minute space on the surface of the substrate by the conventional method. However, in the present invention, it is possible to form a high-density polymer layer along the surface shape having minute changes in the substrate.

本発明のポリマーは、ポリマー分子の接液側末端(検体側末端)に捕捉分子を結合させるための結合用官能基を有するポリマーと、同じく接液側末端に非特異吸着抑制能を有する官能基が結合されているポリマーとからなる。すなわち、結合用官能基が接液側末端に導入されるポリマー分子と、非特異吸着抑制能を有する官能基が接液側末端に導入されるポリマー分子の両方が得られるように、ポリマーが形成される。また、2種類以上の結合用官能基を固定するため、あるいは2種類以上の非特異吸着抑制能を有する官能基を導入するために、基体上に、2種類、あるいは3種類以上のポリマーが存在しても良い。2種類以上の捕捉分子を固定するときは、それぞれ別々の捕捉分子を固定するための官能基を導入しても良く、同じ官能基を用いて、異なる捕捉分子を固定しても良い。さらに、これら2種類以上のポリマーは各々が複数のモノマーからなるポリマーであっても良い。なお、捕捉分子の固定方法および非特異吸着抑制能を有する官能基の導入方法については後に説明する。   The polymer of the present invention includes a polymer having a binding functional group for binding a capture molecule to the liquid contact end (analyte side end) of the polymer molecule, and a functional group having a nonspecific adsorption inhibiting ability at the liquid contact end. And a polymer to which is bound. That is, the polymer is formed so that both a polymer molecule in which the functional group for binding is introduced at the end on the wetted side and a polymer molecule in which a functional group having nonspecific adsorption inhibiting ability is introduced at the end on the wetted side are obtained. Is done. In order to fix two or more kinds of binding functional groups or to introduce two or more kinds of functional groups having nonspecific adsorption inhibiting ability, two or three kinds of polymers are present on the substrate. You may do it. When two or more types of capture molecules are immobilized, functional groups for immobilizing separate capture molecules may be introduced, or different capture molecules may be immobilized using the same functional group. Further, these two or more types of polymers may be polymers each composed of a plurality of monomers. A method for immobilizing a capture molecule and a method for introducing a functional group having nonspecific adsorption inhibiting ability will be described later.

(リビングラジカル重合)
一般的にリビングラジカル重合によれば、合成されるポリマーの分子量分布が小さく、かつ基体上に高密度にポリマー層をグラフト化することができる。よって、非特異吸着抑制能を有する官能基を側鎖に有する不飽和モノマーをリビングラジカル重合すれば、基体上に高密度な非特異吸着抑制層を設けることが可能となる。しかも、基体表面を基点として重合主鎖を成長させて所定の長さ(分子量)を得た後に機能性分子をその接液側末端に導入することで、その活性基をポリマーの立体障害を受けることなく固定することが可能である。リビングラジカル重合法としては、以下の重合のいずれかを利用した方法などを挙げることができる。
(1)有機ハロゲン化物などを開始剤とし、遷移金属錯体を触媒とする原子移動ラジカル重合(Atom Transfer Radical Polymerization:ATRP)。
(2)ニトロキシド化合物などのラジカル捕捉剤を用いるニトロキシド媒介重合(Nitroxide Mediated Polymerization:NMP)。
(3)ジチオカルバメイトなどのラジカル捕捉剤を用いる光イニシエーター重合。
本発明においてはいずれの方法により機能性構造体を製造してもよいが、制御の容易さなどから原子移動ラジカル重合を利用するのが好ましい。
(Living radical polymerization)
Generally, according to living radical polymerization, the molecular weight distribution of a polymer to be synthesized is small, and a polymer layer can be grafted at a high density on a substrate. Therefore, if living radical polymerization is performed on an unsaturated monomer having a functional group having nonspecific adsorption inhibiting ability in the side chain, a high density nonspecific adsorption inhibiting layer can be provided on the substrate. In addition, after the polymerization main chain is grown from the substrate surface as a starting point to obtain a predetermined length (molecular weight), the functional group is introduced into the liquid contact end, and the active group is subjected to steric hindrance of the polymer. It is possible to fix without. Examples of the living radical polymerization method include a method using any of the following polymerizations.
(1) Atom transfer radical polymerization (ATRP) using an organic halide as an initiator and a transition metal complex as a catalyst.
(2) Nitroxide-mediated polymerization (NMP) using a radical scavenger such as a nitroxide compound.
(3) Photoinitiator polymerization using a radical scavenger such as dithiocarbamate.
In the present invention, the functional structure may be produced by any method, but it is preferable to utilize atom transfer radical polymerization for ease of control.

(原子移動ラジカル重合)
リビングラジカル重合が原子移動ラジカル重合の場合、化学式1〜3に示すような有機ハロゲン化物、又は化学式4に示すようなハロゲン化スルホニル化合物を重合開始剤として用いることができる。
(Atom transfer radical polymerization)
When the living radical polymerization is atom transfer radical polymerization, an organic halide as shown in Chemical Formulas 1 to 3 or a sulfonyl halide compound as shown in Chemical Formula 4 can be used as a polymerization initiator.

Figure 0004818056
Figure 0004818056

原子移動ラジカル重合開始剤が導入された基体を反応溶媒に加えた後、非特異吸着防止層となる不飽和モノマー、遷移金属錯体を添加し、反応系を不活性ガスで置換して原子移動ラジカル重合を行う。これによって、グラフト密度を一定に保持しながら重合を進行させることができる。つまり、重合をリビング的に進行させ、全ての非特異吸着防止層を基体上にほぼ均等に成長させることができる。   After adding the substrate into which the atom transfer radical polymerization initiator has been introduced to the reaction solvent, the unsaturated monomer and transition metal complex to be used as a non-specific adsorption prevention layer are added, and the reaction system is replaced with an inert gas to replace the atom transfer radical. Polymerize. This allows the polymerization to proceed while keeping the graft density constant. That is, polymerization can proceed like a living room, and all non-specific adsorption preventing layers can be grown almost uniformly on the substrate.

反応溶媒としては、特に限定されないが、例えば、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ピリジン、水、メタノール、エタノール、プロパノ−ル、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、シクロヘキサノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、イソプロピルセロソルブ、ブチルセロソルブ、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル、トリオキサン、テトラヒドロフラン等を使用することができる。これらは単独で使用しても良いし、又は2種以上を併用しても良い。   The reaction solvent is not particularly limited. Isopropyl cellosolve, butyl cellosolve, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl propionate, trioxane, tetrahydrofuran and the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more.

不活性ガスとして、窒素ガスやアルゴンガスを使用することができる。   Nitrogen gas or argon gas can be used as the inert gas.

使用する遷移金属錯体はハロゲン化金属とリガンドからなる。ハロゲン化金属の金属種としては、原子番号22番のTiから30番のZnまでの遷移金属が好ましく、更に、Fe、Co、Ni、Cuが好ましい。その中でも、塩化第一銅、臭化第一銅が好ましい。   The transition metal complex used consists of a metal halide and a ligand. The metal species of the metal halide is preferably a transition metal from Ti of atomic number 22 to Zn of 30, and more preferably Fe, Co, Ni, and Cu. Among these, cuprous chloride and cuprous bromide are preferable.

リガンドとしては、ハロゲン化金属に配位可能であれば特に限定されないが、例えば、2,2'−ビピリジル、4,4'−ジ−(n−ヘプチル)−2,2'−ビピリジル、2−(N−ペンチルイミノメチル)ピリジン、(−)−スパルテイン、トリス(2−ジメチルアミノエチル)アミン、エチレンジアミン、ジメチルグリオキシム、1,4,8,11−テトラメチル−1,4,8,11−テトラアザシクロテトラデカン、1,10−フェナントロリン、N,N,N',N'',N''−ペンタメチルジエチレントリアミン、ヘキサメチル(2−アミノエチル)アミン等を使用することができる。   The ligand is not particularly limited as long as it can be coordinated to a metal halide. For example, 2,2′-bipyridyl, 4,4′-di- (n-heptyl) -2,2′-bipyridyl, 2- (N-pentyliminomethyl) pyridine, (-)-sparteine, tris (2-dimethylaminoethyl) amine, ethylenediamine, dimethylglyoxime, 1,4,8,11-tetramethyl-1,4,8,11 -Tetraazacyclotetradecane, 1,10-phenanthroline, N, N, N ′, N ″, N ″ -pentamethyldiethylenetriamine, hexamethyl (2-aminoethyl) amine and the like can be used.

遷移金属錯体の添加量は、非特異吸着防止層となる不飽和モノマーに対して、0.001から10重量%、好ましくは0.05から5重量%である。   The addition amount of the transition metal complex is 0.001 to 10% by weight, preferably 0.05 to 5% by weight, based on the unsaturated monomer serving as the nonspecific adsorption preventing layer.

重合温度は、40℃から100℃の範囲であり、好ましくは、50℃から80℃の範囲である。   The polymerization temperature is in the range of 40 ° C to 100 ° C, preferably in the range of 50 ° C to 80 ° C.

また、重合を行う際、基体に固定されていないフリーな重合開始剤を反応系に添加することが好ましい。フリーな重合開始剤から生成するフリーポリマーは、基体にグラフト化された非特異吸着防止層の分子量及び分子量分布の指標とすることができる。   Moreover, when performing polymerization, it is preferable to add a free polymerization initiator not fixed to the substrate to the reaction system. The free polymer produced from the free polymerization initiator can be used as an indicator of the molecular weight and molecular weight distribution of the non-specific adsorption preventing layer grafted to the substrate.

フリーな重合開始剤としては、基体に固定している原子移動ラジカル重合開始剤と同種のものを選択することが好ましい。つまり、化学式1(X=Br)の重合開始剤に対して、フリーな重合開始剤は2−ブロモイソ酪酸エチルであることが好ましい。また、化学式2(X=Br)の重合開始剤に対して、フリーな重合開始剤は2−ブロモプロピオン酸エチルであることが好ましい。   As the free polymerization initiator, it is preferable to select the same type as the atom transfer radical polymerization initiator fixed to the substrate. That is, it is preferable that the free polymerization initiator is ethyl 2-bromoisobutyrate with respect to the polymerization initiator of Chemical Formula 1 (X = Br). Moreover, it is preferable that a free polymerization initiator is ethyl 2-bromopropionate with respect to the polymerization initiator of Chemical formula 2 (X = Br).

重合終了後、基体をろ過、デカンテーション、沈殿分別、遠心分離等の適切な方法によって分離精製して、非特異吸着防止層がグラフト化された基体を得ることができる。   After completion of the polymerization, the substrate can be separated and purified by an appropriate method such as filtration, decantation, fractionation, centrifugation, etc. to obtain a substrate on which the nonspecific adsorption preventing layer is grafted.

(ニトロキシド媒介重合)
リビングラジカル重合がニトロキシド媒介重合である場合、化学式5〜7に示すようなニトロキシド化合物を重合開始剤として用いることができる。
(Nitroxide-mediated polymerization)
When the living radical polymerization is nitroxide-mediated polymerization, a nitroxide compound represented by Chemical Formulas 5 to 7 can be used as a polymerization initiator.

Figure 0004818056
Figure 0004818056

ニトロキシド媒介重合開始剤が導入された基体を反応溶媒に加えた後、非特異吸着抑制層となる不飽和モノマーを添加し、反応系を不活性ガスで置換してニトロキシド媒介重合を行う。これによって、グラフト密度を一定に保持しながら重合を進行させることができる。つまり、重合をリビング的に進行させ、全ての非特異吸着抑制層を基体上にほぼ均等に成長させることができる。   After adding the substrate into which the nitroxide-mediated polymerization initiator has been introduced to the reaction solvent, an unsaturated monomer serving as a non-specific adsorption suppression layer is added, and the reaction system is replaced with an inert gas to perform nitroxide-mediated polymerization. This allows the polymerization to proceed while keeping the graft density constant. That is, polymerization can proceed like a living room, and all non-specific adsorption suppressing layers can be grown almost uniformly on the substrate.

反応溶媒としては特に限定されないが、前記した同様の溶媒を使用することができる。また、それらを単独で使用しても良いし、又は2種以上を併用しても良い。不活性ガスとして、窒素ガスやアルゴンガスを使用することができる。重合温度は、40℃から120℃の範囲であり、好ましくは、50℃から100℃の範囲である。重合温度が40℃未満では、形成される非特異吸着抑制層が低分子量であったり、あるいは重合が進行し難いので好ましくない。また、重合を行う際、基体に固定されていないフリーな重合開始剤を添加することが好ましい。フリーな重合開始剤から生成するフリーポリマーは、基体にグラフト化された非特異吸着抑制層の分子量及び分子量分布の指標とすることができる。フリーな重合開始剤としては、基体に固定しているニトロキシド媒介重合開始剤と同種のものを選択することが好ましい。つまり、化学式5の重合開始剤に対して、フリーな重合開始剤は化学式8に示されるニトロキシド化合物であることが好ましい。   Although it does not specifically limit as a reaction solvent, The above-mentioned similar solvent can be used. Moreover, you may use them individually or may use 2 or more types together. Nitrogen gas or argon gas can be used as the inert gas. The polymerization temperature is in the range of 40 ° C to 120 ° C, preferably in the range of 50 ° C to 100 ° C. When the polymerization temperature is less than 40 ° C., the formed non-specific adsorption suppressing layer has a low molecular weight, or polymerization is difficult to proceed, which is not preferable. Moreover, when performing superposition | polymerization, it is preferable to add the free polymerization initiator which is not fixed to the base | substrate. The free polymer produced from the free polymerization initiator can be used as an index of the molecular weight and molecular weight distribution of the nonspecific adsorption suppression layer grafted to the substrate. As the free polymerization initiator, it is preferable to select the same type as the nitroxide-mediated polymerization initiator fixed to the substrate. That is, it is preferable that the free polymerization initiator is a nitroxide compound represented by Chemical Formula 8 with respect to the polymerization initiator represented by Chemical Formula 5.

Figure 0004818056
Figure 0004818056

重合終了後、基体をろ過、デカンテーション、沈殿分別、遠心分離等の適切な方法によって分離精製して、非特異吸着防止層がグラフト化された基体を得ることができる。   After completion of the polymerization, the substrate can be separated and purified by an appropriate method such as filtration, decantation, fractionation, centrifugation, etc. to obtain a substrate on which the nonspecific adsorption preventing layer is grafted.

(光イニシエーター重合)
リビングラジカル重合が光イニシエーター重合である場合、化学式9に示すようなN,N−ジチオカルバミン系化合物を重合開始剤として用いることができる。
(Photoinitiator polymerization)
When the living radical polymerization is photoinitiator polymerization, an N, N-dithiocarbamine compound as shown in Chemical Formula 9 can be used as a polymerization initiator.

Figure 0004818056
Figure 0004818056

光イニシエーター重合開始剤が導入された基体を反応溶媒に加えた後、非特異吸着抑制層となる不飽和モノマーを添加し、反応系を不活性ガスで置換して光照射することによって光イニシエーター重合を行う。これによって、グラフト密度を一定に保持しながら重合を進行させることができる。つまり、重合をリビング的に進行させ、全ての非特異吸着抑制層を基体上にほぼ均等に成長させることができる。   After adding the substrate into which the photoinitiator polymerization initiator has been introduced to the reaction solvent, an unsaturated monomer that becomes a non-specific adsorption suppression layer is added, the reaction system is replaced with an inert gas, and light irradiation is performed. Perform ether polymerization. This allows the polymerization to proceed while keeping the graft density constant. That is, polymerization can proceed like a living room, and all non-specific adsorption suppressing layers can be grown almost uniformly on the substrate.

反応溶媒としては特に限定されないが、前記した同様の溶媒を使用することができる。また、それらを単独で使用しても良いし、又は2種以上を併用しても良い。   Although it does not specifically limit as a reaction solvent, The above-mentioned similar solvent can be used. Moreover, you may use them individually or may use 2 or more types together.

不活性ガスとして、窒素ガスやアルゴンガスを使用することができる。   Nitrogen gas or argon gas can be used as the inert gas.

照射する光の波長は、使用する光イニシエーター重合開始剤の種類によって異なる。化学式9に例示する光イニシエーター重合開始剤を有する基体表面に非特異吸着抑制層をグラフト化する場合、反応系に300nmから600nmの波長を示す光を照射することによって光イニシエーター重合が良好に進行する。   The wavelength of the irradiated light varies depending on the type of the photoinitiator polymerization initiator used. In the case of grafting a non-specific adsorption suppression layer on the surface of a substrate having a photoinitiator polymerization initiator exemplified in Chemical Formula 9, photoinitiator polymerization is improved by irradiating the reaction system with light having a wavelength of 300 nm to 600 nm. proceed.

重合温度は、副反応を抑制するため、室温あるいはそれ以下の温度であることが好ましい。ただし、同様の効果が得られる範囲においてこの温度領域に限定されるわけではない。   The polymerization temperature is preferably room temperature or lower in order to suppress side reactions. However, the temperature range is not limited within a range in which the same effect can be obtained.

また、重合を行う際、基体に固定されていないフリーな重合開始剤を添加することが好ましい。フリーな重合開始剤から生成するフリーポリマーは、基体にグラフト化された非特異吸着抑制層の分子量及び分子量分布の指標とすることができる。   Moreover, when performing superposition | polymerization, it is preferable to add the free polymerization initiator which is not fixed to the base | substrate. The free polymer produced from the free polymerization initiator can be used as an index of the molecular weight and molecular weight distribution of the nonspecific adsorption suppression layer grafted to the substrate.

フリーな重合開始剤としては、基体に固定している光イニシエーター重合開始剤と同種のものを選択することが好ましい。つまり、化学式9の重合開始剤に対して、フリーな重合開始剤は化学式10に示されるジチオカルバメイト系化合物であることが好ましい。   As the free polymerization initiator, it is preferable to select the same type as the photoinitiator polymerization initiator fixed to the substrate. That is, it is preferable that the free polymerization initiator is a dithiocarbamate compound represented by Chemical Formula 10 with respect to the polymerization initiator represented by Chemical Formula 9.

Figure 0004818056
Figure 0004818056

重合終了後、基体をろ過、デカンテーション、沈殿分別、遠心分離等の適切な方法によって分離精製して、非特異吸着抑制層がグラフト化された基体を得ることができる。   After completion of the polymerization, the substrate can be separated and purified by an appropriate method such as filtration, decantation, precipitation fractionation, and centrifugal separation to obtain a substrate grafted with the nonspecific adsorption suppressing layer.

基体表面に重合開始剤を固定する方法は特に限定されるものではないが、基体が金属であれば、チオール化合物を含む重合開始剤を基体表面に結合するか、又は、前記基体をチオール化合物で前処理した後、続いて重合開始剤を結合する方法が好ましい。   The method for fixing the polymerization initiator to the substrate surface is not particularly limited. If the substrate is a metal, a polymerization initiator containing a thiol compound is bound to the substrate surface, or the substrate is bonded with a thiol compound. A method in which a polymerization initiator is subsequently bonded after pretreatment is preferred.

基体が酸化膜を有する金属であれば、シランカップリング剤を含む重合開始剤を結合するか、又は、前記基体をシランカップリング剤で前処理した後、続いて重合開始剤を結合する方法が好ましい。   If the substrate is a metal having an oxide film, there is a method in which a polymerization initiator containing a silane coupling agent is bonded, or after the substrate is pretreated with a silane coupling agent, the polymerization initiator is subsequently bonded. preferable.

基体がプラスチックであれば、酸素プラズマ処理、UV処理等により表面を酸化してカルボキシル基を発現させた後、アミノ化合物を含む重合開始剤を結合するか、又はアミノ化合物で前処理した後、続いて重合開始剤を結合する方法が好ましい。   If the substrate is plastic, the surface is oxidized by oxygen plasma treatment, UV treatment, etc. to express carboxyl groups, and then a polymerization initiator containing an amino compound is bound or pretreated with an amino compound, followed by A method of binding a polymerization initiator is preferred.

(連鎖移動剤)
本発明の構造体の有するポリマー層を構成する各ポリマー分子は、その一端が基体に固定されており、基体に固定された側と反対側の接液側の主鎖端部には、捕捉分子を結合させるための結合用官能基または非特異的吸着を抑制する官能基が導入されている。そして接液側末端への捕捉分子の導入は、結合用官能基を主鎖末端に配置し、この官能基に捕捉分子を結合する方法により行う。一方、非特異的吸着を抑制する官能基の接液側末端への導入は、ポリマー主鎖の接液側末端に非特異的吸着を抑制する官能基を配置して進行を停止する方法により行うことができる。これらの導入には、種類の異なる連鎖移動剤を用いたラジカル重合が好適である。
(Chain transfer agent)
Each polymer molecule constituting the polymer layer of the structure of the present invention has one end fixed to the substrate, and the main chain end on the liquid contact side opposite to the side fixed to the substrate has a capture molecule. A functional group for binding or a functional group that suppresses non-specific adsorption is introduced. The capturing molecule is introduced into the liquid contact end by a method in which a binding functional group is arranged at the end of the main chain and the capturing molecule is bound to this functional group. On the other hand, the introduction of a functional group that suppresses nonspecific adsorption to the wetted end is performed by a method of stopping the progress by placing a functional group that suppresses nonspecific adsorption at the wetted end of the polymer main chain. be able to. For these introductions, radical polymerization using different types of chain transfer agents is suitable.

連鎖移動剤とは、一般にラジカル重合反応において、連鎖移動反応により、反応の活性点を移動させる物質であり、重合の末端を所望の官能基に変換したいときに用いられる。本発明における好ましい態様においては、捕捉分子を固定するための官能基、および生体分子の非特異吸着を抑制するための官能基を導入するために、2種類以上の連鎖移動剤がリビングラジカル重合の過程で使用される。連鎖移動剤はチオール化合物であることが好ましい。このことは、本発明の構造体において、ポリマーがラジカル重合によって形成されていることを明確にする。連鎖移動剤として有効なチオール化合物は、炭素鎖が2以上のアルキル鎖の一端にチオール基を有し、他端に所望の官能基を有するものを用いる。機能性分子を固定するための官能基としては、例えば、カルボキシル基、アルデヒド基、スクシイミド基、マレイミド基、グリシジル基、アミノ基を挙げることができる。   A chain transfer agent is a substance that moves an active site of a reaction by a chain transfer reaction in a radical polymerization reaction, and is used when it is desired to convert a polymerization terminal to a desired functional group. In a preferred embodiment of the present invention, two or more chain transfer agents are used for living radical polymerization in order to introduce a functional group for immobilizing a capture molecule and a functional group for suppressing nonspecific adsorption of a biomolecule. Used in the process. The chain transfer agent is preferably a thiol compound. This clarifies that the polymer is formed by radical polymerization in the structure of the present invention. As the thiol compound effective as a chain transfer agent, one having a thiol group at one end of an alkyl chain having two or more carbon chains and a desired functional group at the other end is used. Examples of the functional group for fixing the functional molecule include a carboxyl group, an aldehyde group, a succinimide group, a maleimide group, a glycidyl group, and an amino group.

一方、非特異吸着を抑制するための官能基としては、例えば、ヒドロキシル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、2−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシイソプロピル基、2−ヒドロキシブチル基、スルホニル基、ホスホニル基、アミノ基、メチルアミノ基、エチルアミノ基、イソプロピルアミノ基、アミド基、メチルアミド基、エチルアミド基、イソプロピルアミド基、ピロリドン基、エチレングリコール基およびその重合体、コリン基、ホスファチジルコリン基を挙げることができる。また、糖などの親水性分子を後に結合させるためのものであってもよい。当然ながら、機能性分子を固定するための官能基と非特異吸着を防止するための官能基の組合せは、異なるものでなければならない。   On the other hand, examples of the functional group for suppressing nonspecific adsorption include a hydroxyl group, a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an isopropoxy group, a 2-hydroxyethyl group, a 2-hydroxypropyl group, and a 2-hydroxyisopropyl group. 2-hydroxybutyl group, sulfonyl group, phosphonyl group, amino group, methylamino group, ethylamino group, isopropylamino group, amide group, methylamide group, ethylamide group, isopropylamide group, pyrrolidone group, ethylene glycol group and their heavy Examples include coalescence, choline group, and phosphatidylcholine group. Alternatively, a hydrophilic molecule such as a sugar may be bound later. Of course, the combination of the functional group for immobilizing the functional molecule and the functional group for preventing non-specific adsorption must be different.

ここで全てのポリマー分子の接液側末端に対して1種類の連鎖移動剤を用いて捕捉分子を固定するための官能基のみを導入すると、同一捕捉分子内の複数箇所が複数のポリマー末端に対して結合し固定される場合が生じる。そして、捕捉の構造が破壊され活性が低下する場合がある。また、全てのポリマー分子の接液側末端に非特異吸着を抑制するための官能基のみを導入すると、標的物質としての生体物質のセンシング等の機能を構造体に付与することができない。   Here, when only a functional group for immobilizing a capture molecule is introduced to the liquid contact end of all polymer molecules using one type of chain transfer agent, multiple locations within the same capture molecule are attached to multiple polymer ends. In some cases, they are coupled and fixed to each other. Then, the capturing structure may be destroyed and the activity may be reduced. Moreover, when only a functional group for suppressing nonspecific adsorption is introduced into the liquid contact end of all polymer molecules, functions such as sensing of a biological substance as a target substance cannot be imparted to the structure.

本発明によれば、後述する捕捉分子が占める面積に対して、捕捉分子を固定する官能基をより少なく導入することが可能となる。より好ましくは、捕捉分子が占める面積に対して前記官能基が一個である。その周辺の末端官能基は非特異吸着を抑制する官能基とする。そのことにより、捕捉分子が一分子につきより少ない個所で結合、好ましくは一点で結合することによって、固定された捕捉分子が本来の活性を発揮することができる。上記のように活性を発揮するために必要な、捕捉分子を固定する官能基の割合は、添加する連鎖移動剤の割合によって決定される。つまり、ポリマー1分子の占有面積(ポリマー密度の逆数、αnm2/分子)と、捕捉分子1分子の占有面積(βnm2/分子)、を把握することが好ましい。そして、ポリマーの接液側末端に占める捕捉分子を固定するための官能基の割合(B%)を、(式)B=α/β×100(%)となるように添加することが好ましい。すなわち、反応終了時において添加される2種以上の連鎖移動剤のうち、捕捉分子を固定する官能基の割合は、前記式によって決定される。具体的には、捕捉分子を固定する官能基を持つ連鎖移動剤の割合は、添加時における全ての連鎖移動剤のうちの0.1%〜50%が好ましい。例えば、モル基準で、捕捉分子が分子量約150kDの抗体であれば、前記割合は0.1%〜10%であることがより好ましく、0.3%〜3%であることがさらに好ましい。また、捕捉分子が分子量約25kDの抗体フラグメントであれば、前記割合は0.5%〜50%であることがより好ましく、2%〜20%であることがさらに好ましい。さらに、捕捉分子が分子量約400程度の小分子(例えばビオチン)であれば、前記割合は1%〜50%であることがより好ましく、10%〜50%であることがさらに好ましい。前記割合が上記各範囲より低い場合は、前記官能基が反応しない、もしくは、捕捉分子が固定されない恐れがある。また、前記割合が上記各範囲より大きい場合は、非特異吸着抑制効果が低くなることが懸念される。 According to the present invention, it is possible to introduce fewer functional groups that immobilize the capture molecule with respect to the area occupied by the capture molecule described later. More preferably, there is one functional group for the area occupied by the capture molecule. The terminal functional group around the periphery is a functional group that suppresses non-specific adsorption. As a result, the trapping molecules can exhibit their original activity by binding at a smaller number of sites per molecule, preferably by binding at one point. As described above, the ratio of the functional group for immobilizing the capture molecule necessary for exerting the activity is determined by the ratio of the chain transfer agent to be added. That is, it is preferable to grasp the occupation area of one molecule of polymer (reciprocal of polymer density, αnm 2 / molecule) and the occupation area of one molecule of capture molecule (βnm 2 / molecule). And it is preferable to add so that the ratio (B%) of the functional group for immobilizing the capture molecule at the liquid contact end of the polymer may be (formula) B = α / β × 100 (%). That is, of the two or more chain transfer agents added at the end of the reaction, the ratio of the functional group that fixes the capture molecule is determined by the above formula. Specifically, the ratio of the chain transfer agent having a functional group for immobilizing the capture molecule is preferably 0.1% to 50% of all chain transfer agents at the time of addition. For example, if the capture molecule is an antibody having a molecular weight of about 150 kD on a molar basis, the ratio is more preferably 0.1% to 10%, and further preferably 0.3% to 3%. Further, when the capture molecule is an antibody fragment having a molecular weight of about 25 kD, the ratio is more preferably 0.5% to 50%, and further preferably 2% to 20%. Furthermore, when the capture molecule is a small molecule (for example, biotin) having a molecular weight of about 400, the ratio is more preferably 1% to 50%, and further preferably 10% to 50%. When the said ratio is lower than said each range, there exists a possibility that the said functional group may not react or a capture molecule may not be fixed. Moreover, when the said ratio is larger than said each range, we are anxious about the nonspecific adsorption | suction suppression effect becoming low.

本発明の構造体では、基体上に設けられたポリマー層の接液面(基体表面と反対側の表面)の結合用分子が固定されていない分子末端に、非特異的吸着を抑制する官能基を結合させている。これにより捕捉分子固定後の非特異的吸着を防止するためのブロッキングが不必要となる。   In the structure of the present invention, a functional group that suppresses non-specific adsorption at a molecular terminal to which a binding molecule on the liquid contact surface (surface opposite to the substrate surface) of the polymer layer provided on the substrate is not fixed. Are combined. This eliminates the need for blocking to prevent non-specific adsorption after capture molecule fixation.

(捕捉分子)
本発明における捕捉分子とは、標的物質と相互作用し、標的物質を選択的(特異的)に捕捉する性質のある分子である。このような分子として具体的には核酸、タンパク質、糖鎖、脂質及びそれらの複合体などが挙げられる。更に具体的には、DNA、RNA、アプタマー、遺伝子、染色体、細胞膜、ウイルス、抗原、抗体、抗体フラグメント、レクチン、ハプテン、ホルモン、レセプター、酵素、ペプチド、スフィンゴ糖、スフィンゴ脂質などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましくは生体物質を捕捉、あるいはその構造や特性を変換することができる抗体、抗体フラグメント、あるいは酵素である。
(Capture molecule)
The capture molecule in the present invention is a molecule that interacts with a target substance and selectively (specifically) captures the target substance. Specific examples of such molecules include nucleic acids, proteins, sugar chains, lipids, and complexes thereof. More specifically, DNA, RNA, aptamer, gene, chromosome, cell membrane, virus, antigen, antibody, antibody fragment, lectin, hapten, hormone, receptor, enzyme, peptide, sphingosaccharide, sphingolipid, etc. It is not limited to these. Preferably, it is an antibody, an antibody fragment, or an enzyme capable of capturing a biological substance or converting its structure and properties.

近年のバイオインフォマティクスの発展により、タンパク質のような生体分子の構造と大きさは、そのアミノ酸配列等から想定することができる。そして、グラフト重合されるポリマーの密度を求めておけば、ブラシ状のポリマー分子上に固定されるタンパク質一分子に対して、何分子のポリマーが存在するかが容易にシュミレーションできる。その計算結果に基づいて混合した2種以上の連鎖移動剤をポリマー末端に反応させ、活性基にタンパク質を固定させる。固定したタンパク質はおよそ一点でのみ固定されており、その周辺、つまりタンパク質の下部に位置するポリマーの非結合基は、全て非特異吸着抑制能が高い官能基を使用している。   With the recent development of bioinformatics, the structure and size of biomolecules such as proteins can be assumed from their amino acid sequences and the like. If the density of the polymer to be graft polymerized is determined, it is possible to easily simulate how many polymers exist for one protein molecule immobilized on the brush-like polymer molecule. Two or more kinds of chain transfer agents mixed based on the calculation result are reacted with the polymer terminal to fix the protein to the active group. The immobilized protein is immobilized only at about one point, and all of the non-binding groups of the polymer located in the periphery, that is, the lower part of the protein, use functional groups having a high non-specific adsorption inhibiting ability.

(捕捉分子の固定)
本発明において捕捉分子を固定する方法は特に限定されるものではないが、好ましくは共有結合をとり得る方法である。
(Immobilization of capture molecules)
In the present invention, the method for immobilizing the capture molecule is not particularly limited, but is preferably a method capable of taking a covalent bond.

(生体分子の非特異吸着抑制能を有する官能基)
本発明における生体分子の非特異吸着抑制能を有する官能基とは、ポリマーの接液側末端および側鎖の官能基であり、基体表面及び構造体への生体分子の非特異的な吸着を防止または抑制するものであればいかなるものでもよい。具体的には、ヒドロキシル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、2−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシイソプロピル基、2−ヒドロキシブチル基、スルホニル基、ホスホニル基、アミノ基、メチルアミノ基、エチルアミノ基、イソプロピルアミノ基、アミド基、メチルアミド基、エチルアミド基、イソプロピルアミド基、ピロリドン基、エチレングリコール基およびその重合体、コリン基、ホスファチジルコリン基を含むものが好ましい。
(Functional group capable of suppressing nonspecific adsorption of biomolecules)
In the present invention, the functional group having the ability to suppress nonspecific adsorption of biomolecules is a functional group at the liquid contact end and side chain of the polymer and prevents nonspecific adsorption of biomolecules to the substrate surface and structure. Alternatively, any material may be used as long as it is suppressed. Specifically, hydroxyl group, methoxy group, ethoxy group, propoxy group, isopropoxy group, 2-hydroxyethyl group, 2-hydroxypropyl group, 2-hydroxyisopropyl group, 2-hydroxybutyl group, sulfonyl group, phosphonyl group , Amino groups, methylamino groups, ethylamino groups, isopropylamino groups, amide groups, methylamide groups, ethylamide groups, isopropylamide groups, pyrrolidone groups, ethylene glycol groups and polymers thereof, choline groups, phosphatidylcholine groups are preferred. .

基体をタンパク質水溶液に接触させたときにタンパク質の非特異吸着が起こる原因の1つとしては以下の事項が考えられる。基体とタンパク質水溶液の接触時にその場に存在する基体中の異分子が水分子間の水素結合を破壊することで、タンパク質が構造を保持できず、分子内部の疎水部を露出した部分が異分子に吸着する。一方、PEGやMPCはタンパク質の非特異吸着防止能が高い官能基として知られている。これらがタンパク質水溶液に接触したときは水分子間の水素結合を比較的安定に保持し、同時にタンパク質を安定化させる効果があることも知られている。上記内容については、高分子−水界面−水の構造解析からのアプローチ−、高分子、52巻、1月号(2003年)に詳細に記載されている。このような観点から、水分子間の水素結合を保持する官能基は、本発明における生体分子の非特異吸着抑制能を有する官能基として使用することができる。   The following can be considered as one of the causes of nonspecific adsorption of protein when the substrate is brought into contact with an aqueous protein solution. When the substrate and the aqueous protein solution come into contact with each other, the different molecules in the substrate break the hydrogen bonds between the water molecules, so that the protein cannot retain its structure, and the exposed part of the hydrophobic part inside the molecule is adsorbed by the different molecules. To do. On the other hand, PEG and MPC are known as functional groups having a high ability to prevent nonspecific adsorption of proteins. It is also known that when these come into contact with an aqueous protein solution, hydrogen bonds between water molecules are maintained relatively stably, and at the same time, the protein is stabilized. The above-mentioned contents are described in detail in Polymer-Water Interface-Approach from Structural Analysis of Water-, Polymer, Vol. 52, January (2003). From such a viewpoint, the functional group that retains hydrogen bonds between water molecules can be used as a functional group having the ability to suppress nonspecific adsorption of biomolecules in the present invention.

以下に、本発明に関わる検出装置について説明する。   Below, the detection apparatus concerning this invention is demonstrated.

本発明の検出装置は、光源と、光を検出する検知装置と、検体と検体中の標的物質を捕捉するための捕捉分子とを接触させるための反応領域と、を備え、光学的手法により検体中の標的物質を検出する検出装置であって、前記反応領域内に結合用官能基に標的物質を捕捉する捕捉分子を結合させた本発明の構造体を配したことを特徴とするものである。   The detection device of the present invention includes a light source, a detection device for detecting light, and a reaction region for bringing the sample into contact with a capture molecule for capturing a target substance in the sample. A detection apparatus for detecting a target substance therein, wherein the structure of the present invention in which a capture molecule for capturing a target substance is bound to a binding functional group is disposed in the reaction region. .

本発明の検出装置は、基体表面に非特異吸着抑制能を伴うポリマー層を有し、さらにその表面に捕捉分子を配した構造体を、反応領域に配置された装置である。   The detection apparatus of the present invention is an apparatus in which a structure having a polymer layer with nonspecific adsorption suppressing ability on the surface of a substrate and further having a capture molecule arranged on the surface thereof is arranged in the reaction region.

以下に、本発明に関わる検出方法および標的物質について説明する。   Below, the detection method and target substance concerning this invention are demonstrated.

(検出方法)
本発明において捕捉分子に反応する検体中の標的物質における、物理的及び/或いは化学的な量変化を検出する手段としては、光学的にこれらを検出するが好ましい。例えば、蛍光法、電気化学ルミネッセンス法及びプラズモン共鳴法が挙げられる。蛍光法、電気化学ルミネッセンス法を利用する場合は、光量値をもとに標的物質濃度を求めることができるため、定量機能を有する検出機構を簡易なものとすることが可能となる。また、プラズモン共鳴法を用いる場合、反応中の物理的変化を検出することができるため、反応過程の進行状況をも標的物質濃度をもとめるパラメータとすることが可能となる。また、このような物理的変化を測定する場合は、標識が不要であるため、反応領域での反応工程が低減し、検出までに要する時間をより短時間とすることが可能となる。前記プラズモン共鳴法を用いた検出手段としては、表面プラズモン共鳴法(SPR)や、局在プラズモン共鳴法(LPR)がある。
(Detection method)
In the present invention, it is preferable to detect these optically as means for detecting a physical and / or chemical amount change in a target substance in a specimen that reacts with a capture molecule. Examples thereof include a fluorescence method, an electrochemiluminescence method, and a plasmon resonance method. In the case of using the fluorescence method or the electrochemiluminescence method, the target substance concentration can be obtained based on the light amount value, so that a detection mechanism having a quantitative function can be simplified. Further, when the plasmon resonance method is used, a physical change during the reaction can be detected, so that the progress of the reaction process can also be used as a parameter for determining the target substance concentration. Further, when such a physical change is measured, since no label is required, the number of reaction steps in the reaction region is reduced, and the time required for detection can be shortened. As the detection means using the plasmon resonance method, there are a surface plasmon resonance method (SPR) and a localized plasmon resonance method (LPR).

(標的物質)
本発明の標的物質は、捕捉分子と反応する物質であればいかなるものでもよい。より好ましくは生体物質である。生体物質としては、核酸、タンパク質、糖鎖、脂質及びそれらの複合体から選択される生体物質が含まれ、更に詳しくは、核酸、タンパク質、糖鎖、脂質から選択される生体分子を含んでなるものである。更に具体的には、DNA、RNA、アプタマー、遺伝子、染色体、細胞膜、ウイルス、抗原、抗体、レクチン、ハプテン、ホルモン、レセプタ、酵素、ペプチド、スフィンゴ糖、スフィンゴ脂質の何れかから選択された物質を含むものであれば、本発明を適用することができる。更には、前記の「生体物質」を産生する細菌や細胞そのものも、本発明が対象とする「生体物質」として標的物質となり得る。
(Target substance)
The target substance of the present invention may be any substance as long as it reacts with the capture molecule. More preferably, it is a biological material. Biological materials include biological materials selected from nucleic acids, proteins, sugar chains, lipids, and complexes thereof, and more specifically, biomolecules selected from nucleic acids, proteins, sugar chains, and lipids. Is. More specifically, a substance selected from any of DNA, RNA, aptamer, gene, chromosome, cell membrane, virus, antigen, antibody, lectin, hapten, hormone, receptor, enzyme, peptide, sphingosaccharide, and sphingolipid. The present invention can be applied as long as it is included. Furthermore, bacteria and cells themselves that produce the above-mentioned “biological substances” can also be target substances as “biological substances” targeted by the present invention.

これら標的物質と捕捉分子との相互作用は、本発明の素子により結合前後の物理的/化学的変化量が検出可能であればいかなる相互作用でもよい。好ましくは、「抗原−抗体反応」、「抗原−アプタマー(特定構造を有するRNA断片)」「リガンド−レセプター相互作用」、「DNAハイブリダイゼーション」「DNA−タンパク質(転写因子等)相互作用」、「レクチン−糖鎖相互作用」等が挙げられる。   The interaction between the target substance and the capture molecule may be any interaction as long as the physical / chemical change before and after the binding can be detected by the element of the present invention. Preferably, “antigen-antibody reaction”, “antigen-aptamer (RNA fragment having a specific structure)” “ligand-receptor interaction”, “DNA hybridization” “DNA-protein (transcription factor etc.) interaction”, “ Lectin-sugar chain interaction ”and the like.

本発明の構造体を検体中の標的物質の検出または定量に使用する際の検体には、分析対象としての各種試料や各種試料を必要に応じて前処理して得られた処理物が含まれる。この前処理としては、例えば、生体組織片や血液を検体とする場合において、これらに標的物質が含まれている場合に標的物質を含み、機能性構造体と反応させることが可能な溶液を得るための処理が挙げられる。   Samples used when the structure of the present invention is used for detection or quantification of a target substance in a sample include various samples to be analyzed and processed products obtained by pre-processing various samples as necessary. . As the pretreatment, for example, when a biological tissue piece or blood is used as a specimen, and the target substance is contained in the specimen, a solution containing the target substance and capable of reacting with the functional structure is obtained. For the purpose.

実施例1(抗原抗体反応のSPR検出)
SF10製透明ガラス基板(厚さ0.3mm、12mm×10mm)上にクロム3nmを蒸着した後、金を45nm蒸着する。蒸着の厚みは水晶発振子にてモニターする。金が表面に蒸着された基板をピラニア溶液(硫酸:硝酸=7:3)中に浸漬し、基板表面の不純物を除去する。
Example 1 (SPR detection of antigen-antibody reaction)
After depositing 3 nm of chromium on an SF10 transparent glass substrate (thickness 0.3 mm, 12 mm × 10 mm), gold is evaporated 45 nm. The deposition thickness is monitored with a crystal oscillator. The substrate on which gold is deposited is immersed in a piranha solution (sulfuric acid: nitric acid = 7: 3) to remove impurities on the substrate surface.

反応用シュレンク管に前記基板を固定し、8−メルカプト−1−オクタノールを加え、緩やかに攪拌し、SAMを形成する。溶液を取り除いた後、ジクロロメタンで洗浄し、重合開始剤としてエチル2−イソ酪酸ブロミドを加え、基板表面に原子移動ラジカル重合開始剤を固定する。また、フリーの重合開始剤として2−ブロモイソ酪酸エチルを加え、CuBr、2,2'−ビピリジル、メタノールを加える。凍結真空脱気によりシュレンク管内の酸素を除去した後、窒素で反応系内を置換し、HEMA(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)モノマーを原子移動ラジカル重合により所定時間反応させる。反応系内にメルカプト酢酸:メルカプトエタノール=1:100(モル比)の割合で大量に加えることにより、基板上のグラフトポリマー末端にカルボキシル基とヒドロキシル基が混在した状態とする。以上の操作によって作製された基板の膜厚を分光エリプソメトリー法により測定し、精密重量計で測定が可能な基板の重量とから計算することにより、基板表面のポリマー密度は0.5本/nm2であることがわかる。さらに、X線光電子分光法を用いてS原子を検出することで連鎖移動剤が導入されていることを確認する。そして、飛行時間型二次イオン質量分析計を用いて、ポリマー末端に結合したメルカプト酢酸とメルカプトエタノールに由来するイオンを検出することで2種類以上のポリマー末端が形成されていることが確認される。PHEMA層表面を持つ基板を用いて、SPR測定を行う。 The substrate is fixed to a Schlenk tube for reaction, 8-mercapto-1-octanol is added, and the mixture is gently stirred to form SAM. After removing the solution, the substrate is washed with dichloromethane, ethyl 2-isobutyric acid bromide is added as a polymerization initiator, and the atom transfer radical polymerization initiator is fixed to the substrate surface. Further, ethyl 2-bromoisobutyrate is added as a free polymerization initiator, and CuBr, 2,2′-bipyridyl, and methanol are added. After removing oxygen in the Schlenk tube by freeze vacuum degassing, the reaction system is replaced with nitrogen, and HEMA (2-hydroxyethyl methacrylate) monomer is reacted for a predetermined time by atom transfer radical polymerization. By adding a large amount of mercaptoacetic acid: mercaptoethanol = 1: 100 (molar ratio) in the reaction system, a carboxyl group and a hydroxyl group are mixed at the terminal of the graft polymer on the substrate. The film thickness of the substrate produced by the above operation is measured by the spectroscopic ellipsometry method, and is calculated from the weight of the substrate that can be measured with a precision gravimetric meter. As a result, the polymer density on the substrate surface is 0.5 / nm. It turns out that it is 2 . Furthermore, it is confirmed that a chain transfer agent has been introduced by detecting S atoms using X-ray photoelectron spectroscopy. Then, using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer, it is confirmed that two or more types of polymer terminals are formed by detecting ions derived from mercaptoacetic acid and mercaptoethanol bonded to the polymer terminals. . SPR measurement is performed using a substrate having a PHEMA layer surface.

前記基板表面に水溶性カルボジイミド(WSC)、N-ヒドロキシルスクシンイミド(NHS)を反応させ、PHEMA層の末端のカルボキシル基を活性エステル基に変換する。抗ウシ血清アルブミン抗体(以下、Anti−BSA)を溶解したリン酸緩衝溶液を反応させて抗体を固定する。抗体が必要とする面積は、Journal of Molecular Biology221(2):361−5(1991)によれば、17.5×11.5nmである。これを、抗体の固定によって得られるSPRシグナルを重量に換算すると12ng/mm2相当、すなわち1分子/200nm2相当である。 The substrate surface is reacted with water-soluble carbodiimide (WSC) and N-hydroxysuccinimide (NHS) to convert the carboxyl group at the end of the PHEMA layer into an active ester group. The antibody is immobilized by reacting a phosphate buffer solution in which an anti-bovine serum albumin antibody (hereinafter, Anti-BSA) is dissolved. The area required by the antibody is 17.5 × 11.5 nm according to Journal of Molecular Biology 221 (2): 361-5 (1991). This is equivalent to 12 ng / mm 2 , that is, equivalent to 1 molecule / 200 nm 2 when the SPR signal obtained by antibody immobilization is converted to weight.

続いて、ウシ血清アルブミン(分子量66000、以下BSA)を溶解したリン酸緩衝溶液を反応させることにより抗原抗体反応を行い、得られるSPRシグナルを重量に換算すると5ng/mm2相当、すなわちBSA1分子/200nm2である。またBSAの代わりに、ニワトリ卵白リゾチーム(分子量15000、以下HEL)溶液を接触させると、SPRのシグナルがほとんど皆無であるため、非常に高いS/N比で抗原抗体反応を検出することができている。 Subsequently, an antigen-antibody reaction is carried out by reacting a phosphate buffer solution in which bovine serum albumin (molecular weight 66000, hereinafter referred to as BSA) is dissolved, and the SPR signal obtained is equivalent to 5 ng / mm 2 when converted to weight, that is, BSA1 molecule / 200 nm 2 . In addition, when a chicken egg white lysozyme (molecular weight: 15000, hereinafter HEL) solution is contacted instead of BSA, there is almost no SPR signal, and thus an antigen-antibody reaction can be detected with a very high S / N ratio. Yes.

比較例1(抗原抗体反応のSPR検出)
実施例1と同様に基板表面の不純物を除去した後、反応用シュレンク管に前記基板を固定し、7−カルボキシ−1−ヘプタンチオールと8−ヒドロキシ−1−オクタンチオールを1:100の割合で混合して加える。さらにジクロロメタンを加え、緩やかに攪拌し、SAMを形成する。溶液を取り除いた後、ジクロロメタンで洗浄し、前記基板表面に水溶性カルボジイミド(WSC)、N-ヒドロキシルスクシンイミド(NHS)を反応させ、SAM表面のカルボキシル基を活性エステル基に変換する。Anti−BSAを溶解したリン酸緩衝溶液を反応させて抗体を固定する。続いて、BSA溶液を反応させることにより抗原抗体反応を行い、得られるSPRシグナルを重量に換算すると2ng/mm2相当、すなわちBSA1分子/500nm2である。またBSAの代わりに、HEL溶液を接触させると、SPRのシグナルがほとんど皆無である。
Comparative Example 1 (SPR detection of antigen-antibody reaction)
After removing impurities on the substrate surface in the same manner as in Example 1, the substrate was fixed to a Schlenk tube for reaction, and 7-carboxy-1-heptanethiol and 8-hydroxy-1-octanethiol were used at a ratio of 1: 100. Mix and add. Further dichloromethane is added and gently stirred to form SAM. After removing the solution, the substrate is washed with dichloromethane, and the substrate surface is reacted with water-soluble carbodiimide (WSC) and N-hydroxysuccinimide (NHS) to convert the carboxyl group on the SAM surface into an active ester group. The antibody is fixed by reacting a phosphate buffer solution in which Anti-BSA is dissolved. Subsequently, an antigen-antibody reaction is performed by reacting the BSA solution, and the obtained SPR signal is equivalent to 2 ng / mm 2 when converted to weight, that is, BSA1 molecule / 500 nm 2 . Further, when a HEL solution is brought into contact instead of BSA, there is almost no SPR signal.

比較例2(抗原抗体反応のSPR検出)
実施例1と同様に基板表面の不純物を除去した後、反応用シュレンク管に前記基板を固定し、8−アミノ−1−オクタンチオール塩酸塩、ジクロロメタンを加え、緩やかに攪拌し、SAMを形成する。溶液を取り除いた後、ジクロロメタンで洗浄し、分子量3,400の末端にスクシンイミド(NHS)基とマレイミド(MAL)基を有するヘテロ二官能型ポリエチレングリコール(NHS−PEG−MAL,日本油脂社製)溶液を反応させる。SAM表面のアミノ基とNHS−PEG−MALのNHS基が反応し、MAL基は未反応のまま残るため、PEGを介してマレイミド基を表面に導入することができる。Anti−BSAを溶解したリン酸緩衝溶液を反応させて抗体を固定する。続いて、BSA溶液を反応させることにより抗原抗体反応を行い、得られるSPRシグナルを重量に換算すると5ng/mm2相当、すなわちBSA1分子/200nm2である。またBSAの代わりに、HEL溶液を接触させると、SPRのシグナルが上昇する。その上昇分を重量に換算すると0.1ng/mm2相当、すなわちHEL1分子/2000nm2であり、抗原以外の蛋白が非特異吸着していることが確認される。
Comparative Example 2 (SPR detection of antigen-antibody reaction)
After removing impurities on the substrate surface in the same manner as in Example 1, the substrate was fixed to a Schlenk tube for reaction, and 8-amino-1-octanethiol hydrochloride and dichloromethane were added and gently stirred to form SAM. . After removing the solution, it was washed with dichloromethane, and a heterobifunctional polyethylene glycol (NHS-PEG-MAL, manufactured by NOF Corporation) solution having a succinimide (NHS) group and a maleimide (MAL) group at the terminal with a molecular weight of 3,400. React. Since the amino group on the SAM surface reacts with the NHS group of NHS-PEG-MAL and the MAL group remains unreacted, a maleimide group can be introduced to the surface via PEG. The antibody is fixed by reacting a phosphate buffer solution in which Anti-BSA is dissolved. Subsequently, an antigen-antibody reaction is performed by reacting with a BSA solution, and the obtained SPR signal is equivalent to 5 ng / mm 2 when converted to weight, that is, BSA1 molecule / 200 nm 2 . When the HEL solution is brought into contact instead of BSA, the SPR signal increases. When the increase is converted to weight, it is equivalent to 0.1 ng / mm 2 , that is, HEL 1 molecule / 2000 nm 2 , and it is confirmed that proteins other than the antigen are non-specifically adsorbed.

比較例3(SPRにおける非特異吸着防止効果の確認)
実施例1と同様に基板表面の不純物を除去した後、反応用シュレンク管に前記基板を固定し、8−メルカプト−1−オクタノール、ジクロロメタンを加え、緩やかに攪拌し、SAMを形成する。溶液を取り除いた後、ジクロロメタンで洗浄し、重合開始剤としてエチル2−イソ酪酸ブロミドを加え、基板表面に原子移動ラジカル重合開始剤を固定する。また、フリーの重合開始剤として2−ブロモイソ酪酸エチルを加え、CuBr、2,2'−ビピリジル、メタノールを加える。凍結真空脱気によりシュレンク管内の酸素を除去した後、窒素で反応系内を置換し、HEMA(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)モノマーを原子移動ラジカル重合により所定時間反応させる。HEMAモノマーをATRPにより3時間反応させ、メルカプトエタノールを大量に加えることにより、基板上のグラフトポリマー末端にヒドロキシル基を提示する。実施例1と同様に合成物を確認後、Anti−BSAをくわえることにより得られるSPRシグナルは装置の検出下限以下である。さらに、BSA抗原を流すことにより得られるSPRシグナルも同様に装置の検出下限以下である。
Comparative Example 3 (Confirmation of nonspecific adsorption preventing effect in SPR)
After removing impurities on the substrate surface in the same manner as in Example 1, the substrate is fixed to a Schlenk tube for reaction, 8-mercapto-1-octanol and dichloromethane are added, and the mixture is gently stirred to form SAM. After removing the solution, the substrate is washed with dichloromethane, ethyl 2-isobutyric acid bromide is added as a polymerization initiator, and the atom transfer radical polymerization initiator is fixed to the substrate surface. Further, ethyl 2-bromoisobutyrate is added as a free polymerization initiator, and CuBr, 2,2′-bipyridyl, and methanol are added. After removing oxygen in the Schlenk tube by freeze vacuum degassing, the reaction system is replaced with nitrogen, and HEMA (2-hydroxyethyl methacrylate) monomer is reacted for a predetermined time by atom transfer radical polymerization. The HEMA monomer is reacted with ATRP for 3 hours, and a hydroxyl group is presented at the end of the graft polymer on the substrate by adding a large amount of mercaptoethanol. After confirming the composite as in Example 1, the SPR signal obtained by adding Anti-BSA is below the detection limit of the device. Furthermore, the SPR signal obtained by flowing the BSA antigen is similarly below the detection limit of the apparatus.

比較例4(抗原抗体反応のSPR検出)
実施例1と同様の操作によりAnti−BSA抗体の固定までを行う。これに加えて、エタノールアミンを加えることにより、ポリマー表面に未反応のスクシンイミド基が存在する場合にこれを不活性化するためのブロッキングを行う。その後、BSA抗原を加えることにより抗原抗体反応を行い、得られるSPRシグナルを重量に換算すると5ng/mm2相当である。以上の結果、実施例1と同様の結果が得られたことから、本比較例における非特異的吸着をブロックするためのエタノールアミン添加操作が不必要であることがわかる。
Comparative Example 4 (SPR detection of antigen-antibody reaction)
The same procedure as in Example 1 is followed until the anti-BSA antibody is fixed. In addition to this, by adding ethanolamine, when an unreacted succinimide group is present on the polymer surface, blocking is performed to inactivate it. Thereafter, an antigen-antibody reaction is performed by adding BSA antigen, and the obtained SPR signal is equivalent to 5 ng / mm 2 when converted to weight. As a result of the above, the same results as in Example 1 were obtained, and it is understood that the ethanolamine addition operation for blocking nonspecific adsorption in this comparative example is unnecessary.

比較例5(抗原抗体反応のSPR検出、側鎖のないポリマー使用)
実施例1と同様に基板表面の不純物を除去した後、反応用シュレンク管に前記基板を固定し、8−メルカプト−1−オクタノール、ジクロロメタンを加え、緩やかに攪拌してSAMを形成する。溶液を取り除いた後、ジクロロメタンで洗浄し、重合開始剤としてエチル2−イソ酪酸ブロミドを加え、基板表面に原子移動ラジカル重合開始剤を固定する。また、フリーの重合開始剤として2−ブロモイソ酪酸エチルを加え、CuBr、2,2’−ビピリジル、メタノールを加える。凍結真空脱気によりシュレンク管内の酸素を除去した後、窒素で反応系内を置換し、エチレンモノマーを原子移動ラジカル重合により所定時間反応させる。反応系内にメルカプト酢酸:メルカプトエタノール=1:100(モル比)の割合で大量に加えることにより、基板上のグラフトポリマー末端にカルボキシル基とヒドロキシル基が混在した状態とする。
Comparative Example 5 (SPR detection of antigen-antibody reaction, use of polymer without side chain)
After removing impurities on the substrate surface in the same manner as in Example 1, the substrate is fixed to a Schlenk tube for reaction, and 8-mercapto-1-octanol and dichloromethane are added and gently stirred to form a SAM. After removing the solution, the substrate is washed with dichloromethane, ethyl 2-isobutyric acid bromide is added as a polymerization initiator, and the atom transfer radical polymerization initiator is fixed to the substrate surface. Further, ethyl 2-bromoisobutyrate is added as a free polymerization initiator, and CuBr, 2,2′-bipyridyl, and methanol are added. After removing oxygen in the Schlenk tube by freeze vacuum degassing, the reaction system is replaced with nitrogen, and the ethylene monomer is reacted for a predetermined time by atom transfer radical polymerization. By adding a large amount of mercaptoacetic acid: mercaptoethanol = 1: 100 (molar ratio) in the reaction system, a carboxyl group and a hydroxyl group are mixed at the terminal of the graft polymer on the substrate.

前記基板表面に水溶性カルボジイミド(WSC)、N-ヒドロキシルスクシンイミド(NHS)を反応させ、PHEMA層の末端のカルボキシル基を活性エステル基に変換する。Anti−BSAを溶解したリン酸緩衝溶液を反応させて抗体を固定する。抗体の固定によって得られるSPRシグナルを重量に換算すると、およそ1.2ng/mm2相当、すなわち、およそ5×103分子/μm2相当である。続いて、BSA溶液を実施例1と同条件で反応させると、SPRのシグナルが上昇する。得られるSPRシグナルを重量に換算すると、およそ0.5ng/mm2相当、すなわち、およそBSA5×103分子/μm2である。このことから、抗原抗体反応を検出していることが確認される。また、BSAの代わりに、HEL溶液を接触させると、SPRのシグナルが上昇する。その上昇分を重量に換算すると、およそ0.01ng/mm2相当、すなわち、およそHEL4×102分子/μm2である。このことから、抗原以外の蛋白が非特異吸着していることが確認される。 The substrate surface is reacted with water-soluble carbodiimide (WSC) and N-hydroxysuccinimide (NHS) to convert the carboxyl group at the end of the PHEMA layer into an active ester group. The antibody is fixed by reacting a phosphate buffer solution in which Anti-BSA is dissolved. When the SPR signal obtained by antibody immobilization is converted to weight, it corresponds to approximately 1.2 ng / mm 2 , that is, approximately 5 × 10 3 molecules / μm 2 . Subsequently, when the BSA solution is reacted under the same conditions as in Example 1, the SPR signal increases. When the obtained SPR signal is converted to weight, it is equivalent to approximately 0.5 ng / mm 2 , that is, approximately BSA 5 × 10 3 molecules / μm 2 . From this, it is confirmed that the antigen-antibody reaction is detected. Further, when a HEL solution is brought into contact instead of BSA, the SPR signal increases. When the increase is converted into weight, it is equivalent to approximately 0.01 ng / mm 2 , that is, approximately HEL 4 × 10 2 molecules / μm 2 . This confirms that non-antigen proteins are adsorbed nonspecifically.

実施例2(LPR検出用微粒子の作製)
遠沈管に平均粒径40nmの金微粒子溶液、メルカプトエタノール、水を加え、緩やかに攪拌し、微粒子表面にメルカプトエタノールを吸着させる。ジクロロメタンで3回遠心分離することで反応溶液を除去する。反応用シュレンク管に、表面にSAMを形成した金微粒子を加えた後、重合開始剤としてエチル2−イソ酪酸ブロミドを加え、基板表面に原子移動ラジカル重合開始剤を固定する。また、フリーの重合開始剤として2−ブロモイソ酪酸エチルを加え、CuBr、2,2'−ビピリジル、メタノールを加える。凍結真空脱気によりシュレンク管内の酸素を除去した後、窒素で反応系内を置換し、MPCモノマーを原子移動ラジカル重合により所定時間反応させる。金微粒子をコアとしてPMPC層をコアシェル状に形成する。連鎖移動剤としてメルカプト酢酸:メルカプトエタノール=1:20の割合で大量に加えることにより、基板上のグラフトポリマー末端にカルボキシル基とヒドロキシル基が混在した状態とする。溶液を除去し、メタノールで洗浄後、水溶性カルボジイミド(WSC)、N-ヒドロキシルスクシンイミド(NHS)、水を加え、PMPC末端のカルボキシル基を活性エステル基に変換された微粒子の懸濁液とする。
Example 2 (Preparation of fine particles for LPR detection)
A gold fine particle solution having an average particle diameter of 40 nm, mercaptoethanol, and water are added to a centrifuge tube, and gently stirred to adsorb mercaptoethanol on the surface of the fine particles. The reaction solution is removed by centrifuging with dichloromethane three times. After adding gold fine particles having SAM formed on the surface to the Schlenk tube for reaction, ethyl 2-isobutyric acid bromide is added as a polymerization initiator, and the atom transfer radical polymerization initiator is fixed to the substrate surface. Further, ethyl 2-bromoisobutyrate is added as a free polymerization initiator, and CuBr, 2,2′-bipyridyl, and methanol are added. After removing oxygen in the Schlenk tube by freeze vacuum degassing, the reaction system is replaced with nitrogen, and the MPC monomer is reacted for a predetermined time by atom transfer radical polymerization. A PMPC layer is formed in a core shell shape using gold fine particles as a core. By adding a large amount of mercaptoacetic acid: mercaptoethanol = 1: 20 as a chain transfer agent, a carboxyl group and a hydroxyl group are mixed at the terminal of the graft polymer on the substrate. After removing the solution and washing with methanol, water-soluble carbodiimide (WSC), N-hydroxysuccinimide (NHS), and water are added to form a suspension of fine particles in which the carboxyl group at the end of PMPC is converted to an active ester group.

実施例3(抗原抗体反応のLPR検出)
図4にLPR検出用装置を示す。実施例2で得られたLPR検出用微粒子(30)の懸濁液中に表面がアミノ化されたスライドガラス32を加え、スライドガラス32の表面に微粒子30を固定する。洗浄後、さらに抗BSA−Fabフラグメント34(プロテインデータベースのX線回折データより6×6nmと推定)を溶解したリン酸緩衝溶液に反応させる。微粒子表面に残った活性エステル基はエタノールアミンを反応させることで不活性化する。以上の操作により、抗BSA−Fabフラグメント34が固定化されたLPR検出用スライドガラスが作製される。BSA溶液を反応させることにより抗原抗体反応が行われ、LPR検出用装置38を用いて、反応したBSA抗原36を定量することができる。
Example 3 (LPR detection of antigen-antibody reaction)
FIG. 4 shows an apparatus for LPR detection. The slide glass 32 having the aminated surface is added to the suspension of the fine particles for LPR detection (30) obtained in Example 2, and the fine particles 30 are fixed to the surface of the slide glass 32. After washing, it is further reacted with a phosphate buffer solution in which anti-BSA-Fab fragment 34 (estimated to be 6 × 6 nm from the X-ray diffraction data in the protein database) is dissolved. The active ester groups remaining on the surface of the fine particles are inactivated by reacting with ethanolamine. Through the above operation, an LPR detection slide glass in which the anti-BSA-Fab fragment 34 is immobilized is produced. The antigen-antibody reaction is performed by reacting the BSA solution, and the reacted BSA antigen 36 can be quantified using the LPR detection device 38.

LPR検出用装置38は、光源40、分光光度計42、スライドガラス32、およびスライドガラス上に固定されたものによって構成される。BSA抗原は、光源40から発せられる光がスライドガラス32に照射され、スライドガラス32およびスライドガラス上に固定されたものによって吸収された光を分光光度計42で測定することにより、検出することができる。また、BSA以外の蛋白を接触させてもLPRのシグナルがほとんど皆無であるため、非常に高いS/N比で抗原抗体反応を検出することができる。   The LPR detection device 38 includes a light source 40, a spectrophotometer 42, a slide glass 32, and a device fixed on the slide glass. The BSA antigen can be detected by irradiating the glass slide 32 with light emitted from the light source 40 and measuring the light absorbed by the glass slide 32 and the glass fixed on the glass slide with a spectrophotometer 42. it can. Further, even when a protein other than BSA is brought into contact, since there is almost no LPR signal, an antigen-antibody reaction can be detected with a very high S / N ratio.

先行技術に関わる標的物質を捕捉する捕捉分子固定の一例についての模式図である。It is a schematic diagram about an example of capture molecule immobilization for capturing a target substance related to the prior art. 先行技術に関わる標的物質を捕捉する捕捉分子固定の一例についての概略図である。It is the schematic about an example of the capture molecule fixation which capture | acquires the target substance in connection with a prior art. 本発明に関わる結合用官能基を基体上に備えた構造体の模式図である。It is a schematic diagram of the structure provided with the functional group for coupling | bonding concerning this invention on the base | substrate. 本発明に関わる局在プラズモン共鳴(LPR)検出装置の模式図である。1 is a schematic diagram of a localized plasmon resonance (LPR) detection apparatus according to the present invention.

Claims (9)

生体分子と標的物質を含む試料から該標的物質を捕捉するための捕捉分子を結合させるための結合用官能基を基体上に備えた構造体であって、
主鎖の一端に前記基体が結合し、他端に硫黄原子を介して前記結合用官能基が結合した標的物質捕捉用のポリマーと、
主鎖の一端に前記基体が結合し、他端に硫黄原子を介して前記生体分子の前記構造体への吸着を抑制する抑制用官能基が結合した抑制用ポリマーと、
を有し、
前記標的物質捕捉用のポリマーと前記抑制用ポリマーの両方の側鎖にも、前記生体分子の前記構造体への吸着を抑制する抑制用官能基が結合しており、
前記基体上の前記ポリマーの密度は、0.1分子/nm 2 以上1.0分子/nm 2 以下の範囲にある
ことを特徴とする捕捉分子を結合させるための結合用官能基を基体上に備えた構造体。
A structure provided on a substrate with a binding functional group for binding a capture molecule for capturing the target substance from a sample containing a biomolecule and the target substance,
A target substance- capturing polymer in which the base is bonded to one end of the main chain and the bonding functional group is bonded to the other end via a sulfur atom;
A suppressing polymer in which the base is bonded to one end of the main chain, and a suppressing functional group that suppresses adsorption of the biomolecule to the structure via a sulfur atom is bonded to the other end;
Have
A suppressive functional group that suppresses adsorption of the biomolecule to the structure is bound to both side chains of the target substance capturing polymer and the suppressor polymer ,
The binding functional group for binding a capture molecule , wherein the density of the polymer on the substrate is in the range of 0.1 molecule / nm 2 or more and 1.0 molecule / nm 2 or less. A structure provided with a substrate.
前記抑制用官能基は、ヒドロキシル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、2−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシイソプロピル基、2−ヒドロキシブチル基、スルホニル基、ホスホニル基、アミノ基、メチルアミノ基、エチルアミノ基、イソプロピルアミノ基、アミド基、メチルアミド基、エチルアミド基、イソプロピルアミド基、ピロリドン基、エチレングリコール基およびその重合体、コリン基、ホスファチジルコリン基のいずれかである請求項1に記載の構造体。   The functional group for suppression includes hydroxyl group, methoxy group, ethoxy group, propoxy group, isopropoxy group, 2-hydroxyethyl group, 2-hydroxypropyl group, 2-hydroxyisopropyl group, 2-hydroxybutyl group, sulfonyl group, Phosphonyl group, amino group, methylamino group, ethylamino group, isopropylamino group, amide group, methylamide group, ethylamide group, isopropylamide group, pyrrolidone group, ethylene glycol group and polymers thereof, choline group, phosphatidylcholine group The structure according to claim 1. 前記結合用官能基は、カルボキシル基、アルデヒド基、スクシイミド基、マレイミド基、グリシジル基、アミノ基のいずれかである請求項1に記載の構造体。   The structure according to claim 1, wherein the bonding functional group is any one of a carboxyl group, an aldehyde group, a succinimide group, a maleimide group, a glycidyl group, and an amino group. 前記ポリマーは、ビニル系の高分子化合物からなる請求項1に記載の構造体。   The structure according to claim 1, wherein the polymer is made of a vinyl polymer compound. 前記ビニル系の高分子化合物は、側鎖に、ヒドロキシル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、2−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシイソプロピル基、2−ヒドロキシブチル基、スルホニル基、ホスホニル基、アミノ基、メチルアミノ基、エチルアミノ基、イソプロピルアミノ基、アミド基、メチルアミド基、エチルアミド基、イソプロピルアミド基、ピロリドン基、エチレングリコール基およびその重合体、コリン基、ホスファチジルコリン基のいずれかを有するモノマーの重合体である請求項4に記載の構造体。   The vinyl polymer has a hydroxyl group, methoxy group, ethoxy group, propoxy group, isopropoxy group, 2-hydroxyethyl group, 2-hydroxypropyl group, 2-hydroxyisopropyl group, 2-hydroxy group on the side chain. Butyl group, sulfonyl group, phosphonyl group, amino group, methylamino group, ethylamino group, isopropylamino group, amide group, methylamide group, ethylamide group, isopropylamide group, pyrrolidone group, ethylene glycol group and its polymer, choline group The structure according to claim 4, which is a polymer of a monomer having any of phosphatidylcholine groups. 前記ポリマーの平均分子量は、500以上100000以下の範囲にある請求項1乃至のいずれか1項に記載の構造体。 Average molecular weight of the polymer, the structure according to any one of claims 1 to 5 in the range of 500 to 100,000. 前記結合用官能基に前記捕捉分子が結合した請求項1乃至のいずれか1項に記載の構造体。 Structure according to any one of claims 1 to 6 wherein the capture molecules bound to the functional group for binding. 生体分子と標的物質を含む試料から該標的物質を捕捉するための捕捉分子を結合させるための結合用官能基を基体上に備えた構造体の製造方法であって、
基体表面を基点とし、前記生体分子の前記構造体への吸着を抑制する抑制用官能基を側鎖に有する不飽和モノマーを重合させて、一端が該基体表面に結合した主鎖を有するポリマーを成長させる工程と、
前記重合で得られたポリマーの主鎖の成長端に、前記結合用官能基と硫黄原子を含有する連鎖移動剤と、前記抑制用官能基と硫黄原子を含有する連鎖移動剤を含有する連鎖移動剤と、を反応させて、
主鎖の一端に前記基体が結合し、他端に硫黄原子を介して前記結合用官能基が結合した標的物質捕捉用のポリマーと、
主鎖の一端に前記基体が結合し、他端に硫黄原子を介して前記生体分子の前記構造体への吸着を抑制する抑制用官能基が結合した抑制用ポリマーと、
を得る工程と、
を有し、
前記基体上の前記ポリマーの密度は、0.1分子/nm 2 以上1.0分子/nm 2 以下の範囲にある
ことを特徴とする捕捉分子を結合させるための結合用官能基を基体上に備えた構造体の製造方法。
A method for producing a structure comprising a binding functional group on a substrate for binding a capture molecule for capturing the target substance from a sample containing a biomolecule and the target substance,
A polymer having a main chain in which one end is bonded to the surface of the substrate by polymerizing an unsaturated monomer having a side chain having a suppression functional group that suppresses the adsorption of the biomolecule to the structure from the base surface. A growing process;
Chain transfer containing a chain transfer agent containing the bonding functional group and a sulfur atom at the growth end of the main chain of the polymer obtained by the polymerization, and a chain transfer agent containing the suppression functional group and a sulfur atom React with the agent,
A target substance- capturing polymer in which the base is bonded to one end of the main chain and the bonding functional group is bonded to the other end via a sulfur atom;
A suppressing polymer in which the base is bonded to one end of the main chain, and a suppressing functional group that suppresses adsorption of the biomolecule to the structure via a sulfur atom is bonded to the other end;
Obtaining
I have a,
The binding functional group for binding a capture molecule , wherein the density of the polymer on the substrate is in the range of 0.1 molecule / nm 2 or more and 1.0 molecule / nm 2 or less. For manufacturing a structure comprising:
光源と、光を検出する検知装置と、検体と検体中の標的物質を捕捉するための捕捉分子とを接触させるための反応領域と、を備え、光学的手法により検体中の標的物質を検出する検出装置であって、前記反応領域内に請求項に記載の構造体を配したことを特徴とする検体中の標的物質を検出する検出装置。 A light source, a detection device for detecting light, and a reaction region for bringing a specimen into contact with a capture molecule for capturing a target substance in the specimen, and detecting the target substance in the specimen by an optical method A detection apparatus for detecting a target substance in a specimen, wherein the structure according to claim 7 is arranged in the reaction region.
JP2006276851A 2005-10-07 2006-10-10 Structure having a binding functional group on a substrate for binding a capture molecule for capturing a target substance Expired - Fee Related JP4818056B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006276851A JP4818056B2 (en) 2005-10-07 2006-10-10 Structure having a binding functional group on a substrate for binding a capture molecule for capturing a target substance

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005295012 2005-10-07
JP2005295012 2005-10-07
JP2006276851A JP4818056B2 (en) 2005-10-07 2006-10-10 Structure having a binding functional group on a substrate for binding a capture molecule for capturing a target substance

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2007127630A JP2007127630A (en) 2007-05-24
JP2007127630A5 JP2007127630A5 (en) 2009-11-26
JP4818056B2 true JP4818056B2 (en) 2011-11-16

Family

ID=38150386

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006276851A Expired - Fee Related JP4818056B2 (en) 2005-10-07 2006-10-10 Structure having a binding functional group on a substrate for binding a capture molecule for capturing a target substance

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4818056B2 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009020220A1 (en) * 2007-08-06 2009-02-12 Canon Kabushiki Kaisha Structural member and method of producing the structural member
JP5361221B2 (en) * 2008-03-10 2013-12-04 国立大学法人九州大学 Method for producing mixed SAM
JP2009286968A (en) * 2008-05-30 2009-12-10 Canon Inc Graft polymer-containing substrate, its production method and magnetic biosensor
JP2010096677A (en) * 2008-10-17 2010-04-30 Toray Ind Inc Nano particle for sensitive immunological measurement having antibody/antigen binding capability
JP5129760B2 (en) * 2009-01-05 2013-01-30 富士フイルム株式会社 Carrier and method for producing the same
JPWO2010082681A1 (en) * 2009-01-16 2012-07-12 国立大学法人 筑波大学 Immune latex particles and production method thereof
JP5613882B2 (en) * 2009-12-08 2014-10-29 独立行政法人科学技術振興機構 Member bonding method and polymer composite
JP5252035B2 (en) * 2011-06-28 2013-07-31 大日本印刷株式会社 Substance immobilization carrier for use in immunoassay
JP6453590B2 (en) * 2014-09-08 2019-01-16 Jsr株式会社 Solid phase carrier, ligand-bound solid phase carrier, target substance detection or separation method, and method for producing the solid phase carrier
JP2018081027A (en) * 2016-11-17 2018-05-24 新日本無線株式会社 Method for modifying surface of electrode for biosensor

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6884628B2 (en) * 1999-04-28 2005-04-26 Eidgenossische Technische Hochschule Zurich Multifunctional polymeric surface coatings in analytic and sensor devices
JP2001272406A (en) * 2000-03-24 2001-10-05 Sumitomo Bakelite Co Ltd Container for high-sensitivity analysis
FR2828491B1 (en) * 2001-08-07 2003-10-10 Warner Lambert Co NEW SUPPORTED MEMBRANE, PREPARATION AND USES
WO2004088319A1 (en) * 2003-03-31 2004-10-14 Kanagawa Academy Of Science And Technology Fixing agents, method of fixing substance with the same, and substrate having substance fixed thereto with the same
JP2005189222A (en) * 2003-12-04 2005-07-14 Fuji Photo Film Co Ltd Solid substrate for sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007127630A (en) 2007-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4818056B2 (en) Structure having a binding functional group on a substrate for binding a capture molecule for capturing a target substance
JP5383115B2 (en) Structure, target substance detection element, and target substance detection kit
JP4665762B2 (en) Substrate surface with non-specific adsorption suppressed
Gedig Surface chemistry in SPR technology
Iwata et al. Covalent immobilization of antibody fragments on well-defined polymer brushes via site-directed method
US20090148346A1 (en) Substrate with binding functional group
US8497106B2 (en) Immobilisation of biological molecules
WO2020160472A1 (en) High-sensitivity assay
JP5401724B2 (en) Biosensing method using coated magnetic fine particles and biosensing device used in the method
Sangsuwan et al. Patterned poly (acrylic acid) brushes containing gold nanoparticles for peptide detection by surface-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry
JPWO2005097844A1 (en) Polymer particles
US20110065212A1 (en) Graft polymer-containing substrate, method for producing the same, target substance-detecting element, and target substance detection kit
JP2009057549A (en) Structure, and method of producing the same
US20090005495A1 (en) Structure, target substance-detecting element and target substance-detecting kit
JP5401989B2 (en) Medical particles, analytical particles, and methods for producing them
Jung et al. Poly (acrylic acid)-grafted fluoropolymer films for highly sensitive fluorescent bioassays
US20070048796A1 (en) Biosensor
JP4435703B2 (en) Biosensor
JP2006266746A (en) Biosensor
Shrestha et al. Application of printable antibody ink for solid-phase immobilization of ABO antibody using photoactive hydrogel for surface plasmon resonance imaging
JP2009085840A (en) Single probe molecular element, and manufacturing method of same
JP4853971B2 (en) Method for producing sensing chip for target molecule
JP2006030155A (en) Plate assay using spectroscopy
JP2006322717A (en) Sensor chip and its manufacturing method
JP2007279028A (en) Biological substance structure with pore and manufacturing method therefor, biological substance carrier using the same, refining method for biological substance, container for affinity chromatography, chip for separation, analytical method for the biological substance, separator for analyzing objective substance, and sensor chip

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091013

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20091013

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110526

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110601

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110801

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110824

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110830

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140909

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140909

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees