JP4853971B2 - Method for producing sensing chip for target molecule - Google Patents

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Description

本発明は、標的分子のセンシングチップの作製方法に関するものであり、特にチップ基板表面に分子インプリントポリマーを備える標的分子のセンシングチップの作製方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a sensing chip for a target molecule, and more particularly to a method for producing a sensing chip for a target molecule comprising a molecular imprint polymer on the surface of a chip substrate.

病気の診断や生体分子の相互作用の評価に用いられる手法として、近年需要を拡大している技術の一つにアレイ技術がある。チップ基板上に多種類の分子認識体が配置されたアレイを用いることにより、試料中の生体分子を網羅的に解析することが可能となる。従来、アレイ上に配置される分子認識体としては、主としてタンパク質、抗体、核酸などの生体分子が用いられている。しかし、生体分子は優れた分子認識能を有する一方、その生産や取得に時間および費用がかかるという問題がある。さらに、長期の保存が困難であるという問題や、基板上に固定化する際にパターニングが難しいという問題などもある。   As a technique used for diagnosing diseases and evaluating biomolecular interactions, array technology is one of the technologies that have been increasing in demand in recent years. By using an array in which many types of molecular recognition bodies are arranged on a chip substrate, it is possible to comprehensively analyze biomolecules in a sample. Conventionally, biomolecules such as proteins, antibodies, and nucleic acids are mainly used as molecular recognition bodies arranged on an array. However, while biomolecules have excellent molecular recognition ability, there is a problem that it takes time and cost to produce and acquire them. Furthermore, there is a problem that long-term storage is difficult and a problem that patterning is difficult when fixing on a substrate.

以前より、生体内における分子認識を人工系で再現することが試みられており、そのなかの有望な技術の一つとしてモレキュラーインプリント法が知られている。この方法は、鋳型重合法の一つであり、認識を目的とした分子(標的分子)を鋳型として重合反応時に共存させることにより、鋳型分子に対して相補的に相互作用する分子認識部位を重合反応時に同時に構築する方法である。最近、モレキュラーインプリント法により得られたポリマー(分子インプリントポリマー)を、センサーアレイの分野に応用することが報告されている(非特許文献1参照)。   Attempts have been made to reproduce molecular recognition in vivo with an artificial system. Molecular imprinting is known as one of the promising techniques. This method is one of the template polymerization methods. By using a molecule for recognition (target molecule) as a template and coexisting in the polymerization reaction, a molecular recognition site that interacts complementarily to the template molecule is polymerized. It is a method of constructing simultaneously at the time of reaction. Recently, it has been reported that a polymer (molecular imprint polymer) obtained by a molecular imprint method is applied to the field of sensor arrays (see Non-Patent Document 1).

本発明者らは、分子インプリントポリマーアレイを実現すべく研究を進めており、優れた成果を達成している。例えば、非特許文献2には、3種類の鋳型タンパク質と2種類の機能性モノマーを用いて合計6種類の分子インプリントポリマーを合成し、これら6種類のインプリントポリマーを用いることにより、3種類の鋳型タンパク質および鋳型でない2種類のタンパク質の合計5種類のタンパク質について、ユニークなフィンガープリントが得られたことが記載されている。   The present inventors have been researching to realize a molecularly imprinted polymer array, and have achieved excellent results. For example, Non-Patent Document 2 synthesizes six types of molecular imprint polymers using three types of template proteins and two types of functional monomers, and uses these six types of imprint polymers to produce three types. It is described that unique fingerprints were obtained for a total of 5 types of proteins, i.e., the template protein and non-template 2 types of proteins.

N. T. Greeneand K. D. Shimizu, J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 5695.N. T. Greeneand K. D. Shimizu, J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 5695. T. Takeuchi, D.Goto and H. Shinmori, Analyst, 2007, 132, 101-103.T. Takeuchi, D. Goto and H. Shinmori, Analyst, 2007, 132, 101-103.

しかしながら、上述の非特許文献2に記載された6種類の分子インプリントポリマーと標的分子との結合は、試験管内で評価されたものであり、上記6種類の分子インプリントポリマーをチップ基板上に配置したアレイを用いたものではない。なぜなら、複数の異なる分子インプリントポリマーをチップ基板上に任意のパターンで配置することは非常に難しく、未だその技術は確立されていないからである。   However, the binding between the six types of molecularly imprinted polymers described in Non-Patent Document 2 and the target molecule was evaluated in a test tube, and the above six types of molecularly imprinted polymers were placed on the chip substrate. It does not use a placed array. This is because it is very difficult to dispose a plurality of different molecularly imprinted polymers in an arbitrary pattern on the chip substrate, and the technology has not yet been established.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、チップ基板表面に分子インプリントポリマーを任意のパターンで配置することが可能な標的分子のセンシングチップの作製方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a method for producing a sensing chip for a target molecule capable of arranging a molecularly imprinted polymer in an arbitrary pattern on the surface of a chip substrate. It is to be.

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、標的分子固定化基板表面にナノ粒子を任意のパターンで配置し、配置されたナノ粒子上に標的分子を固定化させ、固定化された標的分子を鋳型としてチップ基板表面に分子インプリントポリマーを形成させれば、任意のパターンで分子インプリントポリマーが配置された標的分子のセンシングチップを作製できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have arranged nanoparticles in an arbitrary pattern on the surface of the target molecule-immobilized substrate, and immobilized the target molecules on the arranged nanoparticles, We found that by forming a molecularly imprinted polymer on the surface of the chip substrate using the immobilized target molecule as a template, a sensing chip for the target molecule in which the molecularly imprinted polymer is arranged in an arbitrary pattern can be produced, and the present invention is completed. I came to let you.

すなわち、本発明に係る標的分子のセンシングチップの作製方法は、チップ基板表面に分子インプリントポリマーを備える標的分子のセンシングチップの作製方法であって、標的分子固定化基板表面にナノ粒子を配置し、配置されたナノ粒子上に標的分子を固定化し、固定化された標的分子を鋳型としてチップ基板表面に分子インプリントポリマーを形成させることを特徴としている。   That is, the method for producing a sensing chip for a target molecule according to the present invention is a method for producing a sensing chip for a target molecule having a molecular imprint polymer on the surface of the chip substrate. The method is characterized in that a target molecule is immobilized on the arranged nanoparticles and a molecularly imprinted polymer is formed on the chip substrate surface using the immobilized target molecule as a template.

また、本発明に係る標的分子のセンシングチップの作製方法は、チップ基板表面に分子インプリントポリマーを備える標的分子のセンシングチップの作製方法であって、標的分子固定化基板表面にビオチン化ナノ粒子を配置するナノ粒子配置工程と、該ナノ粒子配置工程において配置されたビオチン化ナノ粒子にアビジンを結合さるアビジン結合工程と、該アビジン結合工程においてビオチン化ナノ粒子と結合したアビジンに、ビオチン化された標的分子を結合させて固定化する標的分子固定化工程と、該標的分子固定化工程において固定化された標的分子を鋳型として、チップ基板表面に分子インプリントポリマーを形成させる分子インプリントポリマー形成工程と、を包含することを特徴としている。   The method for producing a sensing chip for a target molecule according to the present invention is a method for producing a sensing chip for a target molecule comprising a molecularly imprinted polymer on the surface of the chip substrate, wherein biotinylated nanoparticles are provided on the surface of the target molecule-immobilized substrate. A nanoparticle placement step, avidin binding step for binding avidin to the biotinylated nanoparticles placed in the nanoparticle placement step, biotinylated on avidin bound to biotinylated nanoparticles in the avidin binding step A target molecule immobilization step for binding and immobilizing a target molecule, and a molecular imprint polymer formation step for forming a molecular imprint polymer on the chip substrate surface using the target molecule immobilized in the target molecule immobilization step as a template It is characterized by including.

前記ナノ粒子配置工程において、ビオチン化ナノ粒子は標的分子固定化基板表面に任意のパターンで配置されることが好ましい。   In the nanoparticle arranging step, the biotinylated nanoparticles are preferably arranged in an arbitrary pattern on the surface of the target molecule-immobilized substrate.

また、前記ナノ粒子配置工程において、ビオチン化ナノ粒子は標的分子固定化基板表面の複数の領域に配置されることが好ましい。   In the nanoparticle arranging step, the biotinylated nanoparticles are preferably arranged in a plurality of regions on the surface of the target molecule-immobilized substrate.

ビオチン化ナノ粒子が標的分子固定化基板表面の複数の領域に配置される場合、ビオチン化ナノ粒子が配置された複数の領域のそれぞれには単一種の標的分子が固定化され、かつ、標的分子固定化基板表面に少なくとも2種類以上の標的分子が固定化されることが好ましく、ビオチン化ナノ粒子が配置された複数の領域のそれぞれに、異なる種類の標的分子が固定化されることがより好ましい。   When biotinylated nanoparticles are arranged in a plurality of regions on the target molecule-immobilized substrate surface, a single type of target molecule is immobilized in each of the plurality of regions where the biotinylated nanoparticles are arranged, and the target molecule It is preferable that at least two types of target molecules are immobilized on the surface of the immobilized substrate, and it is more preferable that different types of target molecules are immobilized in each of a plurality of regions where biotinylated nanoparticles are arranged. .

上記本発明の作製方法により作製される標的分子のセンシングチップは、生体分子を標的分子とするものであることが好ましく、タンパク質を標的分子とするものであることがより好ましい。   The target molecule sensing chip produced by the production method of the present invention is preferably a biomolecule target molecule, and more preferably a protein target molecule.

本発明に係る製造方法を用いることにより、チップ基板表面に分子インプリントポリマーを、容易に任意のパターンで配置することができるという効果を奏する。したがって、種類の異なる複数の分子を標的とする分子インプリントポリマーをチップ基板表面にパターニングすることも容易にでき、アレイタイプのセンシングチップを簡便かつ低コストで作製することが可能となる。   By using the manufacturing method according to the present invention, the molecular imprint polymer can be easily arranged in an arbitrary pattern on the chip substrate surface. Therefore, it is possible to easily pattern a molecular imprint polymer targeting a plurality of different types of molecules on the surface of the chip substrate, and it is possible to fabricate an array type sensing chip simply and at low cost.

また、固定化された標的分子を鋳型として分子インプリントポリマーを形成させるので、標的分子に対する選択性の高い分子インプリントポリマーを表面に備えるセンシングチップを作製することができる。   In addition, since the molecularly imprinted polymer is formed using the immobilized target molecule as a template, a sensing chip including a molecularly imprinted polymer with high selectivity for the target molecule on the surface can be produced.

本発明に係る標的分子のセンシングチップの作製方法(以下「本発明に係る作製方法」と記す)は、チップ基板表面に分子インプリントポリマーを備える標的分子のセンシングチップの作製方法であって、標的分子固定化基板表面にナノ粒子を配置し、配置されたナノ粒子上に標的分子を固定化し、固定化された標的分子を鋳型としてチップ基板表面に分子インプリントポリマーを形成させるものであればよい。   A method for producing a sensing chip for a target molecule according to the present invention (hereinafter referred to as “manufacturing method according to the present invention”) is a method for producing a sensing chip for a target molecule comprising a molecular imprint polymer on the surface of a chip substrate. Any nanoparticle may be arranged on the surface of the molecule-immobilized substrate, the target molecule may be immobilized on the arranged nanoparticle, and the molecule-imprinted polymer may be formed on the surface of the chip substrate using the immobilized target molecule as a template. .

本明細書において「標的分子のセンシングチップ」は、チップ基板表面に標的分子認識体を備えるセンサー基板の総称であり、標的分子を選択的に認識し、それと結合する機能、および、その結合情報を何らかの信号に変換して標的分子の結合の度合いを計測できる機能を併せもつものが意図される。結合情報が変換された信号をセンシングチップ自身で検出可能な場合(例えば、発色や発光など)には、当該センシングチップが結合度合いの測定装置となり、結合情報が変換された信号をセンシングチップ自身で検出することが困難な場合(例えば、電気化学的信号、振動など)には、このような信号を検出可能な検出装置と組み合わせることにより、結合度合いの測定装置が構成される。したがって、「標的分子のセンシングチップ」には、その使用態様により、センサー素子、センサーアレイ、センサー基板、分子認識素子などと称されるものが包含される。   In this specification, the “target molecule sensing chip” is a general term for a sensor substrate having a target molecule recognition body on the surface of a chip substrate, and selectively recognizes and binds to a target molecule and its binding information. Those having the function of converting into some signal and measuring the degree of binding of the target molecule are intended. When the sensing chip can detect the signal converted from the binding information (for example, color development or light emission), the sensing chip becomes a measuring device for the degree of binding, and the signal converted from the binding information can be detected by the sensing chip itself. When it is difficult to detect (for example, an electrochemical signal, vibration, etc.), a measurement device for the degree of binding is configured by combining such a signal with a detection device capable of detection. Therefore, the “target molecule sensing chip” includes what is called a sensor element, a sensor array, a sensor substrate, a molecular recognition element, or the like depending on the use mode.

本発明に係る作製方法により作製される「標的分子のセンシングチップ」(以下、単に「センシングチップ」と記す)は、標的分子認識体として、分子インプリントポリマーをチップ基板表に備えるものである。   A “target molecule sensing chip” (hereinafter simply referred to as “sensing chip”) produced by the production method according to the present invention comprises a molecular imprint polymer on a chip substrate surface as a target molecule recognition body.

分子インプリントポリマーは、鋳型重合法の一つである分子インプリント法(モレキュラーインプリント法)を用いて合成されるポリマーであり、認識を目的とした分子(標的分子)を鋳型として重合反応時に共存させることにより、重合反応時に鋳型分子に対して相補的に相互作用する分子認識部位を、ポリマー合成と同時に構築する方法である。より詳細には、まず、標的分子と結合可能な官能基および重合可能な官能基を併せ持つ機能性モノマーを標的分子と結合させて、標的分子/機能性モノマー複合体を形成させる。なお、この結合は可逆的であることが必要である。次に、この標的分子/機能性モノマー複合体に架橋剤および重合開始剤を加え、重合反応を行なう。これにより標的分子(鋳型分子)の形状ならびに相互作用点の配置を記憶した有機高分子が得られる。最後に、得られた高分子より鋳型分子を抽出除去することにより、鋳型分子と基質特異的に相互作用する分子認識部位を有する高分子(分子インプリントポリマー)が得られる。なお、分子インプリントポリマーの合成方法については、例えば、参考文献「Komiyama, M., Takeuchi, T., Mukawa, T., Asanuma, H. "Molecular
Imprinting", WILEY-VCH, Weinheim, 2002.」の記載を参照すればよい。
The molecular imprint polymer is a polymer synthesized using the molecular imprint method (molecular imprint method), which is one of the template polymerization methods. During the polymerization reaction, the molecule (target molecule) for the purpose of recognition is used as a template. By coexisting, a molecular recognition site that interacts complementarily with a template molecule during a polymerization reaction is constructed simultaneously with polymer synthesis. More specifically, first, a functional monomer having both a functional group capable of binding to a target molecule and a polymerizable functional group is bound to the target molecule to form a target molecule / functional monomer complex. This bond needs to be reversible. Next, a crosslinking agent and a polymerization initiator are added to the target molecule / functional monomer complex, and a polymerization reaction is performed. As a result, an organic polymer in which the shape of the target molecule (template molecule) and the arrangement of interaction points are stored is obtained. Finally, by extracting and removing the template molecule from the obtained polymer, a polymer (molecular imprint polymer) having a molecular recognition site that interacts with the template molecule in a substrate-specific manner is obtained. For the method of synthesizing the molecularly imprinted polymer, for example, the reference “Komiyama, M., Takeuchi, T., Mukawa, T., Asanuma, H.“ Molecular
Refer to the description of “Imprinting”, WILEY-VCH, Weinheim, 2002.

本発明に係る作製方法により作製されるセンシングチップに用いられるチップ基板は、その表面に分子インプリントポリマーを製膜できるものであればよい。好適な基板としては、例えば、金属基板、ガラス基板、シリコン基板、光導波路基板などが挙げられる。また、分子インプリントポリマーと標的分子との結合の検出に用いる検出手段に応じて、適宜基板の材質を選択することが好ましい。例えば、表面プラズモン共鳴(SPR)法に適用する場合はSPR用の金基板を用いることが好ましく、局在プラズモン共鳴(LSPR)法に適用する場合は光導波路基板を用いることが好ましく、水晶振動子センサーに適用する場合は水晶振動子をセンシングチップとすることが好ましく、電気化学的方法による検出に適用する場合は電極となる金属基板(例えば、金基板)を用いることが好ましい。また、発光や発色による検出に適用する場合はガラスや石英基板、光ファイバー、光導波路基板を用いることが好ましい。   The chip substrate used for the sensing chip manufactured by the manufacturing method according to the present invention may be any substrate that can form a molecular imprint polymer on the surface thereof. Examples of suitable substrates include metal substrates, glass substrates, silicon substrates, optical waveguide substrates, and the like. Moreover, it is preferable to select the material of the substrate as appropriate according to the detection means used for detecting the binding between the molecularly imprinted polymer and the target molecule. For example, when applied to the surface plasmon resonance (SPR) method, a gold substrate for SPR is preferably used, and when applied to the localized plasmon resonance (LSPR) method, an optical waveguide substrate is preferably used. When applied to a sensor, it is preferable to use a quartz crystal as a sensing chip, and when applied to detection by an electrochemical method, it is preferable to use a metal substrate (for example, a gold substrate) serving as an electrode. When applied to detection by light emission or color development, it is preferable to use a glass, quartz substrate, optical fiber, or optical waveguide substrate.

本明細書において「ナノ粒子」は、平均粒子径が1μm未満の微粒子が意図される。平均粒子径は、例えば光散乱光度計で測定することができる。本発明に係る作製方法に用いられるナノ粒子は、標的分子を直接、または間接的に(他の分子を介して)結合して固定化できるものであればよい。例えば、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレートなどの有機ナノ粒子、シリカナノ粒子、金属酸化物ナノ粒子などの無機ナノ粒子などを好適に用いることができる。また、ナノ粒子は溶媒に分散可能であればよく、その粒子径は十数nm〜数百nmが好ましく、より好ましくは70nm〜800nmである。ナノ粒子は自製してもよく(後段の実施例参照)、また市販品を用いてもよい。   In the present specification, “nanoparticles” are intended to be fine particles having an average particle diameter of less than 1 μm. The average particle diameter can be measured, for example, with a light scattering photometer. The nanoparticle used in the production method according to the present invention may be any nanoparticle that can bind and immobilize a target molecule directly or indirectly (via another molecule). For example, organic nanoparticles such as polystyrene and polymethyl methacrylate, inorganic nanoparticles such as silica nanoparticles and metal oxide nanoparticles can be suitably used. Moreover, the nanoparticle should just be dispersible in a solvent, The particle diameter has preferable 10 dozen nm-several hundred nm, More preferably, it is 70 nm-800 nm. Nanoparticles may be produced by themselves (see the examples in the subsequent stage), or commercially available products may be used.

本発明に係る作製方法に用いられる標的分子固定化基板は、その表面にナノ粒子を配置できるものであればよく、材質は特に限定されない。例えば、金属基板、ガラス基板、シリコン基板、光導波路基板などを好適に用いることができる。大きさも限定されず、作製しようとするセンシングチップの大きさに応じて選択すればよい。   The target molecule-immobilized substrate used in the production method according to the present invention is not particularly limited as long as nanoparticles can be arranged on the surface thereof. For example, a metal substrate, a glass substrate, a silicon substrate, an optical waveguide substrate, or the like can be suitably used. The size is not limited, and may be selected according to the size of the sensing chip to be manufactured.

ナノ粒子は溶液と同様に扱えるので、アレイヤーやスポッターなどの公知の技術を使って基板上に任意のパターンで配置することできる。それゆえ、ナノ粒子に固定化される標的分子も任意のパターンで配置されることになり、その結果、これを鋳型としてチップ基板表面に作成される分子インプリントポリマーは、任意のパターニングが施されたものとなる。それゆえ、本発明に係る作製方法は、特に、1つのチップ基板上に複数の異なる標的分子をそれぞれ認識可能な分子インプリントポリマーを備えるアレイタイプのセンシングチップを作製する場合に適している。また、アレイタイプのセンシングチップを作製する場合には、標的分子固定化基板の表面に複数の分離した区画が設けられていてもよい。これにより、ナノ粒子を複数の領域に任意のパターンで配置することがより容易にできるようになる。すなわち、本発明に係る作製方法を用いれば、アレイタイプのセンシングチップを簡便に作製することができる。   Since nanoparticles can be handled in the same manner as a solution, they can be arranged in an arbitrary pattern on a substrate using a known technique such as an arrayer or a spotter. Therefore, the target molecules immobilized on the nanoparticles are also arranged in an arbitrary pattern, and as a result, the molecular imprint polymer created on the chip substrate surface using this as a template is subjected to arbitrary patterning. It will be. Therefore, the production method according to the present invention is particularly suitable for producing an array type sensing chip having a molecular imprint polymer capable of recognizing a plurality of different target molecules on one chip substrate. When an array-type sensing chip is manufactured, a plurality of separated sections may be provided on the surface of the target molecule-immobilized substrate. This makes it easier to arrange the nanoparticles in a plurality of regions in an arbitrary pattern. That is, by using the manufacturing method according to the present invention, an array type sensing chip can be easily manufactured.

本発明に係る製造方法において、標的分子は、標的分子固定化基板表面に配置されたナノ粒子上に直接固定化されてもよく、ナノ粒子に間接的に固定化されてもよい。「間接的に固定化される」とは、ナノ粒子上に直接固定化された分子を介して標的分子が固定化され、標的分子とナノ粒子とは直接接触していない状態が意図される。また、「固定化」とは、ある場所のほかへ分子が移動しないようにすることが意図される。なお、ナノ粒子と標的分子との間を仲介する分子は1つに限定されず、複数の分子を介するものでもよい。   In the production method according to the present invention, the target molecule may be directly immobilized on the nanoparticle disposed on the surface of the target molecule-immobilized substrate, or may be indirectly immobilized on the nanoparticle. “Indirectly immobilized” means a state in which the target molecule is immobilized via a molecule directly immobilized on the nanoparticle, and the target molecule and the nanoparticle are not in direct contact with each other. Also, “immobilization” is intended to prevent molecules from moving to other locations. Note that the number of molecules that mediate between the nanoparticle and the target molecule is not limited to one, and a plurality of molecules may be interposed.

標的分子がナノ粒子に間接的に固定化される場合、ビオチンで修飾されたナノ粒子を用い、これにアビジンを結合させて固定化し、この固定化されたアビジンにビオチン化された標的分子を結合させて固定化する手法を好適に用いることができる。ビオチンとアビジンは特異的かつ強力に結合する生体分子であることがよく知られており、これらの結合は固定化と同等の状態を形成することができるからである。なお、本明細書において「アビジン」にはストレプトアビジンも含まれる。   When a target molecule is indirectly immobilized on a nanoparticle, a biotin-modified nanoparticle is used, and avidin is bound and immobilized thereon, and the biotinylated target molecule is bound to the immobilized avidin. Thus, a method of immobilizing them can be suitably used. It is well known that biotin and avidin are biomolecules that bind specifically and strongly, and these bonds can form a state equivalent to immobilization. In the present specification, “avidin” includes streptavidin.

本発明者らは、標的分子固定化基板に固定化された標的分子を鋳型として形成させた分子インプリントポリマーが、重合溶液(機能性モノマー、架橋剤などを溶媒に溶解した溶液)に標的分子を混合して形成させた分子インプリントポリマーより、標的分子に対する選択性が向上していることを見出している(実施例参照)。したがって、本発明に係る作製方法は、パターニングが容易にできるという効果を奏するのみならず、標的分子に対する選択性の高い分子インプリントポリマーを表面に備えるセンシングチップを提供できるという効果をも奏するものである。   The inventors of the present invention have developed a molecular imprint polymer formed by using a target molecule immobilized on a target molecule-immobilized substrate as a template, in a polymerization solution (a solution in which a functional monomer, a crosslinking agent, etc. are dissolved in a solvent). It has been found that the selectivity to the target molecule is improved from the molecularly imprinted polymer formed by mixing (see Examples). Therefore, the production method according to the present invention has not only an effect that patterning can be easily performed, but also an effect that a sensing chip including a molecularly imprinted polymer with high selectivity for a target molecule can be provided on the surface. is there.

本発明に係る作製方法により作製されるセンシングチップの標的分子は特に限定されず、薬剤等の低分子化合物からタンパク質などの高分子化合物まで広範囲の分子を標的分子として適用し得る。好ましい標的分子としては、生体分子が挙げられる。生体分子は生物中に存在する分子であればよい。生体分子を標的とすることにより、病気の診断、臨床検査、生物学の基礎研究などに利用可能なセンシングチップを提供することができる。また、生体分子の中でもタンパク質を標的分子とすることがより好ましい。近年、ポストゲノム研究の必須技術としてタンパク質機能評価のためのタンパク質センシングが注目されているからである。タンパク質を標的とする分子インプリントポリマーについては、タンパク質自身が温度やpHに対して敏感であることから最適なモノマーの選択に困難が伴うため、成功例の報告は少ない。さらに、タンパク質を認識する分子インプリントポリマーをアレイとして配列したセンシングチップは未だ報告されていない。それゆえ、複数のタンパク質を認識可能な分子インプリントポリマーアレイを実現し得る本発明に係る作製方法は、タンパク質分析の分野において非常に有望な技術であると期待される。   The target molecule of the sensing chip produced by the production method according to the present invention is not particularly limited, and a wide range of molecules from low molecular compounds such as drugs to high molecular compounds such as proteins can be applied as target molecules. Preferable target molecules include biomolecules. The biomolecule may be a molecule that exists in an organism. By targeting a biomolecule, it is possible to provide a sensing chip that can be used for disease diagnosis, clinical examination, basic biology research, and the like. Moreover, it is more preferable that protein is a target molecule among biomolecules. This is because protein sensing for protein function evaluation has attracted attention as an essential technique for post-genomic research in recent years. Regarding molecularly imprinted polymers that target proteins, there are few reports of successful examples because the protein itself is sensitive to temperature and pH, which makes it difficult to select an optimal monomer. Furthermore, a sensing chip in which molecularly imprinted polymers that recognize proteins are arranged as an array has not yet been reported. Therefore, the production method according to the present invention capable of realizing a molecularly imprinted polymer array capable of recognizing a plurality of proteins is expected to be a very promising technique in the field of protein analysis.

以下、本発明の一実施形態として、ビオチン−アビジン結合を利用して標的分子固定化基板表面に固定化された標的分子を用いるセンシングチップの作製方法について、図1および図2を用いて詳細に説明する。図1は本発明に係る作製方法の、ナノ粒子配置工程・アビジン結合工程・標的分子固定化工程を示す模式図であり、図2は本発明に係る作製方法の、分子インプリントポリマー形成工程の一部を示す模式図である。なお、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, as an embodiment of the present invention, a method for producing a sensing chip using a target molecule immobilized on the surface of a target molecule-immobilized substrate using a biotin-avidin bond will be described in detail with reference to FIG. 1 and FIG. explain. FIG. 1 is a schematic diagram showing a nanoparticle placement step, an avidin binding step, and a target molecule immobilization step in the production method according to the present invention, and FIG. 2 shows a molecular imprint polymer formation step in the production method according to the present invention. It is a schematic diagram which shows a part. Note that the present invention is not limited to this.

〔ナノ粒子配置工程〕
まず、標的分子固定化基板表面にビオチン化ナノ粒子を配置する(図1参照)。本工程においては、予めビオチン化ナノ粒子を準備しておく必要がある。ビオチン化ナノ粒子は、例えば、後段の実施例に示すように、表面にカルボキシル基を有するナノ粒子と、アミノ基を導入したビオチン(例えば、bitoin−(PEG)−NHなど)とを用いて、当該カルボキシル基とアミノ基とを縮合させることにより取得することができる。また、表面にアミノ基を有するナノ粒子と、カルボキシル基を導入したビオチンのカルボキシル基とを用いて、当該アミノ基とカルボキシル基とを縮合させることにより取得することもできる。
[Nanoparticle placement process]
First, biotinylated nanoparticles are placed on the surface of the target molecule-immobilized substrate (see FIG. 1). In this step, it is necessary to prepare biotinylated nanoparticles in advance. The biotinylated nanoparticles, for example, use nanoparticles having a carboxyl group on the surface and biotin into which an amino group is introduced (for example, bitoin- (PEG) 3 -NH 2 or the like) as shown in the examples in the subsequent stage. Thus, it can be obtained by condensing the carboxyl group and the amino group. Moreover, it can also acquire by condensing the said amino group and a carboxyl group using the nanoparticle which has an amino group on the surface, and the carboxyl group of the biotin which introduce | transduced the carboxyl group.

標的分子固定化基板は、その表面にビオチン化ナノ粒子を製膜するために、表面を洗浄しておくことが好ましい。例えば、ガラス基板、金属酸化物基板、光導波路基板、金基板などを用いる場合はピランハ溶液(濃硫酸:過酸化水素水=3:1)あるいはUV/オゾンで洗浄すればよい。これにより基板表面上の酸化膜などがなくなり表面修飾の効率が向上する。   The target molecule-immobilized substrate is preferably washed on the surface in order to form biotinylated nanoparticles on the surface. For example, when a glass substrate, a metal oxide substrate, an optical waveguide substrate, a gold substrate, or the like is used, it may be cleaned with a piranha solution (concentrated sulfuric acid: hydrogen peroxide solution = 3: 1) or UV / ozone. This eliminates the oxide film on the substrate surface and improves the efficiency of surface modification.

ビオチン化ナノ粒子を標的分子固定化基板表面に配置する方法としては、例えば、ビオチン化ナノ粒子の懸濁液に標的分子固定化基板を浸漬してそのまま乾燥させて水分を蒸発させる方法、ビオチン化ナノ粒子の懸濁液を標的分子固定化基板表面に滴下または塗布した後、乾燥して水分を蒸発させる方法などを好適に用いることができる。ビオチン化ナノ粒子を標的分子固定化基板表面に任意のパターンで配置する場合には、滴下または塗布する方法を用いることが好ましい。また、市販のスポッター、アレイヤー、プリンターを好適に用いることができる。スポッターやアレイヤーやプリンターを用いれば、標的分子固定化基板表面の複数の領域にビオチン化ナノ粒子を、容易に任意のパターンで配置することができる。   Examples of a method for arranging biotinylated nanoparticles on the surface of a target molecule-immobilized substrate include, for example, a method in which a target molecule-immobilized substrate is immersed in a suspension of biotinylated nanoparticles and dried as it is to evaporate water. A method in which a suspension of nanoparticles is dropped or coated on the surface of a target molecule-immobilized substrate and then dried to evaporate moisture can be suitably used. When biotinylated nanoparticles are arranged in an arbitrary pattern on the target molecule-immobilized substrate surface, it is preferable to use a method of dropping or coating. Also, commercially available spotters, arrayers, and printers can be suitably used. If a spotter, an arrayer or a printer is used, biotinylated nanoparticles can be easily arranged in an arbitrary pattern in a plurality of regions on the surface of the target molecule-immobilized substrate.

〔アビジン結合工程〕
本工程では、前段のナノ粒子配置工程において標的分子固定化基板表面に配置されたビオチン化ナノ粒子に、アビジンを結合させる(図1参照)。ビオチン化ナノ粒子にアビジンを結合させる方法は特に限定されず、ビオチン化ナノ粒子とアビジンとが接触可能な方法であればよい。例えば、ビオチン化ナノ粒子が配置された標的分子固定化基板をアビジン溶液に浸漬する方法、標的分子固定化基板表面のビオチン化ナノ粒子が配置された領域にアビジン溶液を滴下または塗布する方法などが挙げられる。ビオチン化ナノ粒子とアビジンとを一定時間接触させた後、水洗などにより結合していないアビジンを除去することで、アビジンが結合した標的分子固定化基板を得ることができる。なお、前述のように、ビオチン−アビジン結合は非常に強力なので、ビオチン化ナノ粒子にアビジンを結合させることにより、アビジンの固定化が達成される。
[Avidin binding step]
In this step, avidin is bound to the biotinylated nanoparticles placed on the surface of the target molecule-immobilized substrate in the preceding nanoparticle placement step (see FIG. 1). The method for binding avidin to biotinylated nanoparticles is not particularly limited as long as the biotinylated nanoparticles and avidin can be brought into contact with each other. For example, a method of immersing a target molecule-immobilized substrate on which biotinylated nanoparticles are arranged in an avidin solution, a method of dropping or applying an avidin solution on a region on the target molecule-immobilized substrate surface where biotinylated nanoparticles are arranged, etc. Can be mentioned. After the biotinylated nanoparticles and avidin are brought into contact with each other for a certain time, the avidin-bound target molecule-immobilized substrate can be obtained by removing unbound avidin by washing or the like. As mentioned above, since the biotin-avidin bond is very strong, immobilization of avidin is achieved by binding avidin to biotinylated nanoparticles.

〔標的分子固定化工程〕
本工程では、前段のアビジン結合工程においてビオチン化ナノ粒子と結合したアビジンに、ビオチン化された標的分子を結合させて、標的分子を標的分子固定化基板表面に固定化する(図1参照)。本工程においては、予めビオチン化標的分子を準備しておく必要がある。ビオチン化標的分子は、例えば、NHS(N−ヒドロキシスクシイミド)で活性化したビオチン化試薬を標的分子の一級アミンなどと反応させることにより取得することができる。ビオチン化試薬(例えば、bitoin−(PEG)−NHなど)は市販のものを好適に用いることができる。また、ビオチン自体のカルボキシル基を用いてビオチン化標的分子を取得することもできる。この場合、標的分子と反応させるのはビオチン自体のカルボキシル基でもよく、また、このカルボキシル基に直接、もしくは適当なスペーサーを介して結合させたアミノ基、チオール基、マレイミド基、活性エステル基、光反応性基などでもよい。ビオチンを標的分子と反応させる際には、必要に応じてルボジイミド化合物などの適当なカップリング試薬を用いることができる。
[Target molecule immobilization process]
In this step, the target molecule is immobilized on the surface of the target molecule-immobilized substrate by binding the biotinylated target molecule to the avidin bound to the biotinylated nanoparticle in the previous avidin binding step (see FIG. 1). In this step, it is necessary to prepare a biotinylated target molecule in advance. The biotinylated target molecule can be obtained, for example, by reacting a biotinylated reagent activated with NHS (N-hydroxysuccinimide) with a primary amine of the target molecule. As the biotinylation reagent (for example, vitamin- (PEG) 3 -NH 2 etc.), a commercially available one can be suitably used. In addition, a biotinylated target molecule can be obtained using the carboxyl group of biotin itself. In this case, the carboxyl group of biotin itself may be reacted with the target molecule, and an amino group, thiol group, maleimide group, active ester group, photo-bonded directly or via an appropriate spacer to this carboxyl group. It may be a reactive group. When biotin is reacted with the target molecule, an appropriate coupling reagent such as a rubodiimide compound can be used as necessary.

アビジンにビオチン化標的分子を結合させる方法は特に限定されず、アビジンとビオチン化標的分子とが接触可能な方法であればよい。例えば、アビジンが固定化された標的分子固定化基板を、ビオチン化標的分子溶液に浸漬する方法、標的分子固定化基板表面のアビジンが固定化された領域にビオチン化標的分子溶液を滴下する方法などが挙げられる。アビジンとビオチン化標的分子とを一定時間接触させた後に、水洗などにより結合していないビオチン化標的分子を除去することで、標的分子が結合した標的分子固定化基板を得ることができる。なお、前述のように、ビオチン−アビジン結合は非常に強力なので、アビジンにビオチン化標的分子を結合させることにより、標的分子の固定化が達成される。また、2種類以上の標的分子を混合したものを標的分子溶液としてアビジンと接触させることも可能であるが、通常、アビジンが固定化された1つの領域には単一種の標的分子が固定化される。   The method for binding the biotinylated target molecule to avidin is not particularly limited as long as it is a method capable of contacting avidin and the biotinylated target molecule. For example, a method in which a target molecule-immobilized substrate on which avidin is immobilized is immersed in a biotinylated target molecule solution, a method in which a biotinylated target molecule solution is dropped on a region where avidin is immobilized on the surface of a target molecule-immobilized substrate, etc. Is mentioned. After the avidin and the biotinylated target molecule are brought into contact with each other for a certain period of time, the target molecule-immobilized substrate to which the target molecule is bound can be obtained by removing the biotinylated target molecule that is not bound by washing or the like. As described above, since the biotin-avidin bond is very strong, immobilization of the target molecule can be achieved by binding a biotinylated target molecule to avidin. A mixture of two or more types of target molecules can be contacted with avidin as a target molecule solution, but usually a single type of target molecule is immobilized in one region where avidin is immobilized. The

ナノ粒子配置工程において、ビオチン化ナノ粒子が標的分子固定化基板表面の複数の領域に配置され、標的分子固定化基板表面に少なくとも2種類以上の標的分子を固定化させる場合には、第1のビオチン化標的分子をアビジンに結合させて固定化した領域と異なる領域に、第1のビオチン化標的分子と異なるビオチン化標的分子をアビジンに結合させて固定化すればよい。標的分子の種類数よりビオチン化ナノ粒子が配置された領域数のほうが多い場合は、同一種の標的分子が複数の領域に固定化されても構わない。好ましくは、ビオチン化ナノ粒子が配置された複数の領域のそれぞれに、異なる種類の標的分子を固定化する。これにより、固定化される標的分子の種類を、ビオチン化ナノ粒子が配置された領域数と同数まで多くすることができる。なお、複数の標的分子を用いる場合には、予め使用するすべての標的分子をビオチン化しておくことが必要である。   In the nanoparticle arranging step, biotinylated nanoparticles are arranged in a plurality of regions on the target molecule-immobilized substrate surface, and when at least two kinds of target molecules are immobilized on the target molecule-immobilized substrate surface, A biotinylated target molecule different from the first biotinylated target molecule may be bound to avidin and immobilized in a region different from the region where the biotinylated target molecule is bound to avidin and immobilized. When the number of regions where biotinylated nanoparticles are arranged is larger than the number of types of target molecules, the same type of target molecule may be immobilized in a plurality of regions. Preferably, different types of target molecules are immobilized in each of the plurality of regions where the biotinylated nanoparticles are arranged. Thereby, the number of target molecules to be immobilized can be increased to the same number as the number of regions where biotinylated nanoparticles are arranged. When using a plurality of target molecules, it is necessary to biotinylate all target molecules to be used in advance.

〔分子インプリントポリマー形成工程〕
本工程では、標的分子固定化工程において固定化された標的分子を鋳型として、チップ基板表面に分子インプリントポリマーを形成させる。
[Molecular imprint polymer formation process]
In this step, a molecular imprint polymer is formed on the chip substrate surface using the target molecule immobilized in the target molecule immobilization step as a template.

(a) 重合溶液の滴下
最初に重合溶液を調製し、これを標的分子固定化基板表面の標的分子が固定化された領域に滴下し、標的分子と重合溶液とを接触させる(図2参照)。重合溶液は、重合溶媒に機能性モノマーおよび架橋剤を溶解して調製される。重合溶液に用いる溶媒としては、例えば、クロロホルム、トルエン、アセトン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、各種アルコール等の有機溶媒、または緩衝液等の水系の溶媒が挙げられる。鋳型とする標的分子に応じて適宜選択することが好ましい。例えば、標的分子がタンパク質の場合は、有機溶媒に触れると変性する可能性があるので、水系溶媒が好ましい。
(a) Dropping of the polymerization solution First, a polymerization solution is prepared, and this is dropped onto the target molecule-immobilized substrate surface where the target molecule is immobilized, and the target molecule is brought into contact with the polymerization solution (see FIG. 2). . The polymerization solution is prepared by dissolving a functional monomer and a crosslinking agent in a polymerization solvent. Examples of the solvent used for the polymerization solution include organic solvents such as chloroform, toluene, acetone, acetonitrile, tetrahydrofuran, and various alcohols, and aqueous solvents such as buffer solutions. It is preferable to select appropriately according to the target molecule used as a template. For example, when the target molecule is a protein, an aqueous solvent is preferable because it may be denatured when it is exposed to an organic solvent.

機能性モノマーは、標的分子と結合可能な官能基および重合可能な官能基を併せ持つものであればよい。例えば、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、2− (ジメチルアミノ)エチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレートなどが挙げられる。機能性モノマーについても、鋳型とする標的分子に応じて適宜選択することが好ましい。   The functional monomer only needs to have both a functional group capable of binding to the target molecule and a polymerizable functional group. For example, acrylic acid, methacrylic acid, acrylamide, 2- (dimethylamino) ethyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate and the like can be mentioned. The functional monomer is also preferably selected as appropriate according to the target molecule used as a template.

架橋剤としては、分子中に重合可能な官能基(ビニル基など)を少なくとも2個持つ分子を用いることが好ましい。例えば、エチレングリコールジメチルアクリレート、N,N'−メチレンビスアクリルアミド、ジビニルベンゼンなどが挙げられる。   As the crosslinking agent, it is preferable to use a molecule having at least two polymerizable functional groups (such as vinyl groups) in the molecule. For example, ethylene glycol dimethyl acrylate, N, N′-methylenebisacrylamide, divinylbenzene and the like can be mentioned.

重合には、重合開始剤を加えてもよい。重合開始剤としては、例えば、過硫酸アンモニウムや過硫酸カリウム等の過酸化物、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ系重合開始剤を用いることができる。また、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミンなどの重合促進剤を加えてもよい。   A polymerization initiator may be added to the polymerization. As the polymerization initiator, for example, a peroxide such as ammonium persulfate or potassium persulfate, or an azo polymerization initiator such as azobisisobutyronitrile can be used. Further, a polymerization accelerator such as N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine may be added.

標的分子固定化基板表面に複数種類の標的分子が固定化されている場合、すべての標的分子について、同一組成の重合溶液を使用し得るときは、複数種類の標的分子が固定化されている全体の領域に重合溶液を滴下することができる。一方、標的分子の種類に応じて重合溶液の組成を変える必要があるときは、標的分子の領域ごとに組成の異なる重合溶液を滴下する。このような場合には、同一組成の重合溶液を使用できる標的分子ごとにクループ化し、同一グループの標的分子が近接した領域に配置されるようにパターニングすれば、重合溶液の滴下作業を効率よく行うことができる。また、表面に複数の分離した区画が設けられている標的分子固定化基板を用いれば、区画ごとに異なる組成の重合溶液を容易に滴下することができる。   When multiple types of target molecules are immobilized on the target molecule-immobilized substrate surface, if a polymerization solution with the same composition can be used for all target molecules, the entire structure where multiple types of target molecules are immobilized The polymerization solution can be dropped into the region. On the other hand, when it is necessary to change the composition of the polymerization solution according to the type of the target molecule, a polymerization solution having a different composition is dropped for each target molecule region. In such a case, if the polymerization solution of the same composition is grouped for each target molecule that can be used and is patterned so that the target molecules of the same group are arranged in close proximity, the dropping operation of the polymerization solution can be performed efficiently. be able to. If a target molecule-immobilized substrate having a plurality of separated compartments on the surface is used, a polymerization solution having a different composition for each compartment can be easily dropped.

(b) チップ基板を載せる
次に、重合溶液の液滴の上からチップ基板を載せ、重合溶液を標的分子固定化基板とチップ基板との隙間に挟みこむ(図2参照)。このときチップ基板の表面に重合可能な官能基(ビニル基など)を導入しておくことが好ましい。これにより、チップ基板表面の官能基と重合溶液中の架橋剤とが重合され、チップ基板表面に分子インプリントポリマーの膜を形成することができる。
(b) Place the chip substrate Next, the chip substrate is placed on the droplets of the polymerization solution, and the polymerization solution is sandwiched between the target molecule-immobilized substrate and the chip substrate (see FIG. 2). At this time, it is preferable to introduce a polymerizable functional group (such as a vinyl group) into the surface of the chip substrate. Thereby, the functional group on the surface of the chip substrate and the crosslinking agent in the polymerization solution are polymerized, and a film of molecular imprint polymer can be formed on the surface of the chip substrate.

チップ基板表面へのビニル基の導入方法は、チップ基板の材質に応じて公知の方法で行うことができる。例えば、チップ基板が金基板の場合は、図3に示すように、金−チオール結合を利用して、N,N’−Bis(acryloyl)cystamineのメタノール溶液に金基板を浸漬し、その後洗浄することによりビニル基修飾金基板を得ることができる。また、チップ基板がガラス基板の場合は、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランなどのシランカップリング剤を用いてビニル基修飾ガラス基板を得ることができる(実施例3参照)。   The vinyl group can be introduced into the chip substrate surface by a known method according to the material of the chip substrate. For example, when the chip substrate is a gold substrate, as shown in FIG. 3, using the gold-thiol bond, the gold substrate is immersed in a methanol solution of N, N′-Bis (acryloyl) cystamine, and then washed. Thus, a vinyl group-modified gold substrate can be obtained. When the chip substrate is a glass substrate, a vinyl group-modified glass substrate can be obtained using a silane coupling agent such as 3-methacryloyloxypropyltrimethoxysilane (see Example 3).

(c) 重合
次に、標的分子固定化基板とチップ基板との隙間に挟まれた重合溶液を重合する。重合方法は特に限定されないが、光重合または熱重合が好ましい。光重合を行う場合は、重合溶液にUVライトなどを用いて、例えば、0〜4℃で10分〜4時間程度紫外線(UV)を放射すればよい(図2参照)。熱重合の場合は、例えば40℃で10分〜3時間程度重合させればよい。
(c) Polymerization Next, the polymerization solution sandwiched between the gaps between the target molecule-immobilized substrate and the chip substrate is polymerized. The polymerization method is not particularly limited, but photopolymerization or thermal polymerization is preferable. When photopolymerization is performed, ultraviolet light (UV) may be radiated from 0 to 4 ° C. for about 10 minutes to 4 hours using a UV light or the like (see FIG. 2). In the case of thermal polymerization, for example, polymerization may be performed at 40 ° C. for about 10 minutes to 3 hours.

(d) 標的分子固定化基板とチップ基板との分離
次に、標的分子固定化基板とチップ基板とを分離させる。前段の重合により形成された分子インプリントポリマーがチップ基板表面から剥がれないように、物理的に2枚の基盤を引き剥がせばよい。
(d) Separation of target molecule-immobilized substrate and chip substrate Next, the target molecule-immobilized substrate and the chip substrate are separated. The two substrates may be physically peeled off so that the molecular imprint polymer formed by the previous polymerization is not peeled off from the chip substrate surface.

(e) 標的分子の除去
最後に、形成された分子インプリントポリマーから鋳型分子を除去することにより、標的分子のセンシングチップが完成する。分子インプリントポリマーから鋳型分子を除去する方法としては、例えば、鋳型分子が静電的相互作用で分子インプリントポリマーと結合している場合(例えば鋳型分子がタンパク質の場合)は、1M NaCl溶液に浸漬することで除去することができる。また、鋳型分子が水素結合で分子インプリントポリマーと結合している場合は、メタノールなどの極性溶媒で洗浄することにより除去することができる。
(e) Removal of target molecule Finally, a template molecule is removed from the formed molecular imprint polymer, thereby completing a sensing chip for the target molecule. As a method for removing the template molecule from the molecularly imprinted polymer, for example, when the template molecule is bound to the molecularly imprinted polymer by electrostatic interaction (for example, when the template molecule is a protein), it is added to a 1M NaCl solution. It can be removed by dipping. Further, when the template molecule is bonded to the molecular imprint polymer by a hydrogen bond, it can be removed by washing with a polar solvent such as methanol.

〔本発明に係る作製方法により作製されたセンシングチップの利用〕
本発明に係る作製方法により作製されたセンシングチップは、標的分子を検出するために、表面プラズモン共鳴(SPR)法、局在プラズモン共鳴(LSPR)法、水晶振動子センサー、電気化学的方法、発光法、発色法、光導波路分光法などに適用することができる。
[Use of sensing chip manufactured by the manufacturing method according to the present invention]
In order to detect a target molecule, a sensing chip manufactured by the manufacturing method according to the present invention uses a surface plasmon resonance (SPR) method, a localized plasmon resonance (LSPR) method, a crystal resonator sensor, an electrochemical method, light emission This method can be applied to a method, a coloring method, an optical waveguide spectroscopy, and the like.

ここで、表面プラズモン共鳴(SPR)とは、特定の波長の光を特定の角度から当てると、分子インプリントポリマー表面で、光子のエネルギーが金属表面の電子に吸収されて反射されなくなる現象のことで、生体高分子の相互作用の計測に使用されている。例えば、BIACORE社製のSPR測定装置などを用いて測定することができる。   Here, surface plasmon resonance (SPR) is a phenomenon in which, when light of a specific wavelength is applied from a specific angle, the energy of photons is absorbed by electrons on the surface of the molecularly imprinted polymer and is not reflected. It is used to measure the interaction of biopolymers. For example, it can be measured using an SPR measuring device manufactured by BIACORE.

局在プラズモン共鳴(LSPR)とは、試料表面への入射光(電磁波)によって分子インプリントポリマー内の自由電子が振動し生じた分極を打ち消すために生じる電場が入射光と起こす共鳴現象であり、入射光は著しく吸収されるため、微小領域のわずかな物質でも検知可能な手法である。   Localized plasmon resonance (LSPR) is a resonance phenomenon that an electric field generated to cancel polarization caused by vibration of free electrons in a molecularly imprinted polymer caused by incident light (electromagnetic wave) on a sample surface is caused by incident light. Since incident light is remarkably absorbed, even a small amount of material in a minute region can be detected.

水晶振動子センサーとは、水晶振動子の表面に物質が結合すると振動数が変化することを利用して、分子の結合を測定するものである。   A quartz oscillator sensor measures the binding of molecules by utilizing the fact that the frequency changes when a substance binds to the surface of a quartz oscillator.

電気化学的方法とは、分子インプリントポリマーに標的分子が結合したときの電流、電圧、インピーダンス、コンダクタンスなどの変化を測定するものである。   The electrochemical method measures changes in current, voltage, impedance, conductance, and the like when a target molecule is bound to the molecularly imprinted polymer.

発光や発色は、分子インプリントポリマーに標的分子が結合したときに生じる光(蛍光)や、色調の変化を測定するものである。   Luminescence and color development measure light (fluorescence) generated when a target molecule is bound to a molecularly imprinted polymer and changes in color tone.

光導波路分光法は、屈折率が大きい物質の層(コア層)を小さい物質の層(クラッド層)で挟んだ構造を持つ光導波路に、レーザー光を全反射可能な角度で入射し、繰り返し反射により光導波路界面に生じるエバネッセント波の吸収スペクトル情報を高感度に測定する方法である。エバネッセント波は界面にしか発生しないため、導波路界面付近に存在する物質を選択的に測定できる。   In optical waveguide spectroscopy, laser light is incident on an optical waveguide having a structure in which a material layer (core layer) having a high refractive index is sandwiched between layers (cladding layer) having a small refractive index, and is repeatedly reflected. This is a method for measuring the absorption spectrum information of the evanescent wave generated at the optical waveguide interface with high sensitivity. Since the evanescent wave is generated only at the interface, a substance existing near the waveguide interface can be selectively measured.

以上のように、本発明に係る作製方法は、複数の標的分子を認識可能な分子インプリントポリマーアレイを実現し得るものであり、特に生体分子分析の分野において非常に有望な技術であると期待される。   As described above, the production method according to the present invention can realize a molecularly imprinted polymer array capable of recognizing a plurality of target molecules, and is expected to be a very promising technique particularly in the field of biomolecular analysis. Is done.

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these.

〔実施例1:固定化アビジンを鋳型としたインプリントポリマーを備えるセンシングチップの作製と評価〕
(1−1)ナノ粒子の合成
表面にビオチンを導入するため、カルボキシル基を有するナノ粒子を以下の手順で合成した。
[Example 1: Production and evaluation of sensing chip provided with imprint polymer using immobilized avidin as template]
(1-1) Synthesis of nanoparticles In order to introduce biotin onto the surface, nanoparticles having a carboxyl group were synthesized by the following procedure.

水27gにメタクリル酸230mg(1eq、和光純薬工業製)、スチレン2770mg(10eq、和光純薬工業製)、および重合開始剤としての過硫酸カリウム240mg(和光純薬工業製)を添加し、窒素雰囲気下80℃で24時間攪拌した(200rpm)。その後、遠心分離を3回行い、エマルションを洗浄した。得られたエマルションの重合率は99.5%であった。得られたナノ粒子(以下「NP」と記す)を走査型電子顕微鏡(キーエンス・VE9800、以下「SEM」と記す)を用いて観察した結果、粒径が約250nmの均一な球状の粒子であることが確認された。   To 27 g of water, 230 mg of methacrylic acid (1 eq, manufactured by Wako Pure Chemical Industries), 2770 mg of styrene (10 eq, manufactured by Wako Pure Chemical Industries), and 240 mg of potassium persulfate (made by Wako Pure Chemical Industries) as a polymerization initiator were added, and nitrogen was added. The mixture was stirred at 80 ° C. for 24 hours under an atmosphere (200 rpm). Then, centrifugation was performed 3 times and the emulsion was wash | cleaned. The polymerization rate of the obtained emulsion was 99.5%. As a result of observing the obtained nanoparticles (hereinafter referred to as “NP”) using a scanning electron microscope (Keyence VE9800, hereinafter referred to as “SEM”), it was a uniform spherical particle having a particle size of about 250 nm. It was confirmed.

(1−2)ナノパーティクルへのビオチン導入
まず、ナノパーティクル表面のカルボキシル基の活性化を行った。NP 10mg、1−エチル−3−[3−(ジメチルアミノ)プロピル]カルボジイミド 14mg(72μmol、渡辺化学工業製)、N−ヒドロキシスクシイミド 8.3mg(72μmol、Aldrich製)を水に懸濁し、室温で5時間攪拌して反応させた。攪拌終了後、遠心分離を3回行い、精製した。次に、得られた活性化カルボン酸を有するNPを10mM PBS(pH8.5)に懸濁し、bitoin−(PEG)−NH 10mg(24μmol、フナコシ製)を加えて縮合反応を行った。6時間攪拌後、遠心分離を3回行い、精製した。
(1-2) Introduction of biotin into nanoparticles First, the carboxyl group on the nanoparticle surface was activated. NP 10 mg, 1-ethyl-3- [3- (dimethylamino) propyl] carbodiimide 14 mg (72 μmol, manufactured by Watanabe Chemical Industries), N-hydroxysuccinimide 8.3 mg (72 μmol, manufactured by Aldrich) were suspended in water, The reaction was allowed to stir at room temperature for 5 hours. After completion of stirring, the mixture was centrifuged three times and purified. Next, the obtained NP having activated carboxylic acid was suspended in 10 mM PBS (pH 8.5), and 10 mg of vitamin- (PEG) 3 —NH 2 (24 μmol, manufactured by Funakoshi) was added to perform a condensation reaction. After stirring for 6 hours, the mixture was centrifuged 3 times and purified.

得られたビオチン化NPへのアビジンの吸着実験を行い、NPへのビオチン導入率を算出した。具体的には、各濃度のアビジン溶液にビオチン化NPおよび未修飾NPをそれぞれ3mgずつ添加し、25℃で3時間インキュベートした。その後、遠心分離によりNPを除去し、上清を4倍希釈してUV/visスペクトルを測定することにより、NPへのアビジンの吸着量を算出した。なお、UV/visスペクトルの測定にはJasco製UV/visスペクトル測定装置V−560を用いた。   An avidin adsorption experiment was performed on the obtained biotinylated NP, and the rate of biotin introduction into the NP was calculated. Specifically, 3 mg each of biotinylated NP and unmodified NP was added to each concentration of avidin solution and incubated at 25 ° C. for 3 hours. Thereafter, the NP was removed by centrifugation, the supernatant was diluted 4-fold, and the UV / vis spectrum was measured to calculate the amount of avidin adsorbed on the NP. A UV / vis spectrum measurement device V-560 manufactured by Jasco was used for the measurement of the UV / vis spectrum.

結果を図4に示した。ビオチン化NPが未修飾NPに比べて多くのアビジンを吸着していることから、ビオチン化NPにはビオチンが導入されていることが確認できた。また、ビオチン化NPのアビジン吸着量は直線的に増加しているのに対して、未修飾NPの吸着量は飽和していることからも、ビオチン化NPにはビオチンが導入されていることが確認できた。   The results are shown in FIG. Since biotinylated NP adsorbed more avidin than unmodified NP, it was confirmed that biotin was introduced into biotinylated NP. In addition, since the amount of avidin adsorbed by biotinylated NP increased linearly, the amount of unmodified NP adsorbed was saturated, indicating that biotin was introduced into biotinylated NP. It could be confirmed.

(1−3)ビオチン化ナノパーティクルへのアビジンの固定化
図5に標的分子固定化基板上へのビオチン化NP配置からセンシングチップ完成までの手順の模式図を示した。まず、カバーガラス上にビオチン化NPを製膜するために、ピランハ溶液(濃硫酸:過酸化水素水=3:1)でカバーガラスを洗浄し、乾燥させた。その上にビオチン化NPを20μL滴下し、室温で一晩かけてゆっくりと乾燥させた。次に、得られたカバーガラスを10nMアビジン溶液に一時間浸漬し、その後水で洗浄することにより、カバーガラスにアビジンを固定化した(図5参照)。
(1-3) Immobilization of Avidin on Biotinylated Nanoparticles FIG. 5 shows a schematic diagram of the procedure from the placement of biotinylated NP on the target molecule-immobilized substrate to the completion of the sensing chip. First, in order to form biotinylated NP on the cover glass, the cover glass was washed with a Piranha solution (concentrated sulfuric acid: hydrogen peroxide solution = 3: 1) and dried. On top of that, 20 μL of biotinylated NP was dropped and dried slowly overnight at room temperature. Next, the obtained cover glass was immersed in a 10 nM avidin solution for 1 hour, and then washed with water to immobilize the avidin on the cover glass (see FIG. 5).

(1−4)インプリントポリマーを備えるセンシングチップの作製
上記1−3で得られたアビジンを固定化したカバーガラスをスライドガラス上に置き、重合溶液(アクリル酸 1.75μL(和光純薬工業製)、N,N’−メチレンビスアクリルアミド 38.5mg(シグマ製)、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン 21mg(MPC、信越化学工業製)、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−[1,1−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル]プロピオンアミド] 1mg(VA−080、和光純薬工業製)をPBS3mLに溶解したもの(表1参照))を5μL滴下した(図5参照)。
(1-4) Production of sensing chip provided with imprint polymer The cover glass on which avidin obtained in 1-3 above was immobilized was placed on a slide glass, and a polymerization solution (acrylic acid 1.75 μL (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ), N, N′-methylenebisacrylamide 38.5 mg (manufactured by Sigma), 3-methacryloyloxypropyltrimethoxysilane 21 mg (MPC, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), 2,2′-azobis [2-methyl-N- [ 1,1-bis (hydroxymethyl) -2-hydroxyethyl] propionamide] 1 mg (VA-080, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) dissolved in 3 mL of PBS (see Table 1)) was dropped 5 μL (see FIG. 5). ).

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この溶液の液滴上にビニル基で修飾したSPRセンサーチップ(金基板)を載せて、4℃で10分間UV−LEDライト(OMRON製、コントロールユニット:ZUV−C10、ヘッドユニット:ZUV−H10)を照射して光重合を行った。重合終了後、金基板とカバーガラスを剥離し、得られたポリマー被覆金基板を水およびメタノールで順次洗浄した。その後1M NaCl水溶液に24時間浸漬して鋳型のアビジンを除去することにより、目的のインプリントポリマー「IP」を備えるセンシングチップを得た(図5参照)。   An SPR sensor chip (gold substrate) modified with a vinyl group is placed on the droplet of this solution, and UV-LED light (manufactured by OMRON, control unit: ZUV-C10, head unit: ZUV-H10) at 4 ° C. for 10 minutes. And photopolymerization was carried out. After completion of the polymerization, the gold substrate and the cover glass were peeled off, and the obtained polymer-coated gold substrate was washed successively with water and methanol. Thereafter, the avidin as a template was removed by immersion in a 1M NaCl aqueous solution for 24 hours to obtain a sensing chip having the target imprint polymer “IP” (see FIG. 5).

金基板へのビニル基の導入には、金−チオール結合を利用した。具体的には、N,N’−Bis(acryloyl)cystamine 3.6mgをメタノール5mLに溶解した溶液に金基板を浸漬し、その後基板を水およびメタノールで順次洗浄し、ビニル基修飾金基板を得た(図3参照)。   A gold-thiol bond was used to introduce a vinyl group into the gold substrate. Specifically, a gold substrate is immersed in a solution in which 3.6 mg of N, N′-Bis (acryloyl) cystamine is dissolved in 5 mL of methanol, and then the substrate is sequentially washed with water and methanol to obtain a vinyl group-modified gold substrate. (See FIG. 3).

なお、対照としてリファレンスポリマー「RP」、ブランクポリマー「BP」およびバルクインプリントポリマー「bulkIP」を備えるセンシングチップを同様に作製した。「RP」はビオチンを修飾していないNPを鋳型としたインプリントポリマーであり、「BP」は鋳型のないポリマーであり、「bulkIP」は、固定化したアビジンでなく、上記重合溶液に分散させたアビジンを鋳型として重合したインプリントポリマーである。   As a control, a sensing chip including a reference polymer “RP”, a blank polymer “BP”, and a bulk imprint polymer “bulkIP” was similarly prepared. “RP” is an imprint polymer using NP without biotin modification as a template, “BP” is a polymer without template, and “bulkIP” is not immobilized avidin but dispersed in the polymerization solution. It is an imprint polymer polymerized using avidin as a template.

(1−5)表面プラズモン共鳴(SPR)測定による吸着実験
表面プラズモン共鳴測定装置にはBiacore社製のBiacoreQを用いた。測定は25℃で行った。ランニングバッファーには10mM PBS pH7.4(80mM NaCl)を流速20μL/minで用いた。再生溶液には、1M NaCl水溶液、および100mM グリンシンバッファー pH10(1M NaCl)を用い、この順にそれぞれ20μLずつ添加した。またアナライトタンパク質溶液の添加量は40μLとした。添加終了60秒後のSPRシグナルを結合量とした。
(1-5) Adsorption experiment by surface plasmon resonance (SPR) measurement BiacoreQ manufactured by Biacore was used as the surface plasmon resonance measurement apparatus. The measurement was performed at 25 ° C. As the running buffer, 10 mM PBS pH 7.4 (80 mM NaCl) was used at a flow rate of 20 μL / min. As the regeneration solution, a 1M NaCl aqueous solution and 100 mM glycine buffer pH 10 (1M NaCl) were used, and 20 μL each was added in this order. The amount of the analyte protein solution added was 40 μL. The SPR signal 60 seconds after the completion of addition was defined as the amount of binding.

まず、IP、RP、BPの各ポリマーへのアビジンの親和性を評価した。結果を図6に示した。図6から明らかなように、固定化アビジンを鋳型としたIPは他の2種類のポリマーに比べてアビジンの結合量が著しく大きいことが示された。   First, the affinity of avidin for each polymer of IP, RP, and BP was evaluated. The results are shown in FIG. As is clear from FIG. 6, it was shown that IP using immobilized avidin as a template has a significantly larger amount of avidin binding than the other two types of polymers.

次に、アビジン、リゾチームおよびリボヌクレアーゼAの3種類のタンパク質溶液(4μM)を用いて、IP、RP、BP、bulkIPの各ポリマーの選択性を評価した。結果を図7に示した。図7から明らかなように、アビジンに対する親和性は4種類のポリマーのなかでIPが著しく高く、IPは高いアビジン選択性を有することが示された。また、bulkIPではアビジンとリゾチームの親和性はほとんど同じであり、アビジンを鋳型としたインプリント効果が見られていない。このことから、固定化したアビジンを鋳型とすることの有効性が示された。   Next, the selectivity of each polymer of IP, RP, BP, and bulkIP was evaluated using three types of protein solutions (4 μM) of avidin, lysozyme, and ribonuclease A. The results are shown in FIG. As is apparent from FIG. 7, the affinity for avidin was significantly higher in IP among the four types of polymers, indicating that IP has a high avidin selectivity. In bulk IP, the affinity between avidin and lysozyme is almost the same, and the imprint effect using avidin as a template is not observed. This demonstrates the effectiveness of using immobilized avidin as a template.

〔実施例2:固定化グルコースオキシダーゼを鋳型としたインプリントポリマーを備えるセンシングチップの作製と評価〕
(2−1)グルコースオキシダーゼの固定化
実施例1と同様の方法で、ビオチン化NPを製膜したカバーガラスにアビジンを固定化した。次にこの基板にグルコースオキシダーゼ(以下「GOx」と記す)の固定化を行なった。具体的には、ビオチン化グルコースオキシダーゼ(フナコシ製)の10nM溶液を調製し、その中にアビジンを固定化したカバーガラスを一時間浸漬した。その後カバーガラスを水で洗浄して、グルコースオキシダーゼを固定化したカバーガラスを得た(図1参照)。
[Example 2: Production and evaluation of sensing chip including imprint polymer using immobilized glucose oxidase as template]
(2-1) Immobilization of glucose oxidase By the same method as in Example 1, avidin was immobilized on a cover glass on which biotinylated NP was formed. Next, glucose oxidase (hereinafter referred to as “GOx”) was immobilized on the substrate. Specifically, a 10 nM solution of biotinylated glucose oxidase (manufactured by Funakoshi) was prepared, and a cover glass on which avidin was immobilized was immersed in the solution for 1 hour. Thereafter, the cover glass was washed with water to obtain a cover glass on which glucose oxidase was immobilized (see FIG. 1).

(2−2)インプリントポリマーを備えるセンシングチップの作製
実施例1と同様に、上記2−1で得たGOxを固定化したカバーガラスをスライドガラス上に置き、重合溶液を5μL滴下し、重合溶液の液滴上にビニル基で修飾したSPRセンサーチップ(金基板)を載せて、4℃で10分間UV−LEDライト(OMRON製、コントロールユニット:ZUV−C10、ヘッドユニット:ZUV−H10)を照射して光重合を行った(図2参照)。なお、GOxは酸性タンパク質であるため、ポリマー重合時のバッファー条件(pH7.4)では負に帯電しているので、機能性モノマーにはカチオン性の2−(N,N−ジメチルアミノ)エチルアクリラート(DMAEA、和光純薬工業製)を使用した。すなわち、実施例1の重合溶液の組成(表1参照)におけるアクリル酸 1.75μLを、本実施例ではDMAEA 2μLに変更した。
(2-2) Production of sensing chip provided with imprint polymer In the same manner as in Example 1, the cover glass on which GOx obtained in 2-1 above was immobilized was placed on a slide glass, and 5 μL of a polymerization solution was dropped and polymerized. An SPR sensor chip (gold substrate) modified with a vinyl group is placed on the solution droplet, and a UV-LED light (manufactured by OMRON, control unit: ZUV-C10, head unit: ZUV-H10) at 4 ° C. for 10 minutes. Photopolymerization was performed by irradiation (see FIG. 2). Since GOx is an acidic protein, it is negatively charged under the buffer conditions (pH 7.4) during polymer polymerization. Therefore, the functional monomer is cationic 2- (N, N-dimethylamino) ethyl acrylate. Rat (DMAEA, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used. That is, 1.75 μL of acrylic acid in the composition of the polymerization solution of Example 1 (see Table 1) was changed to 2 μL of DMAEA in this example.

重合終了後、金基板とカバーガラスを剥離し、得られたポリマー被覆金基板を水およびメタノールで順次洗浄した。その後1M NaCl水溶液に24時間浸漬して鋳型のGOxを除去することにより、目的のインプリントポリマー「GOx−IP」を備えるセンシングチップを得た。なお、対照としてブランクポリマー「BP」(鋳型のないポリマー)を備えるセンシングチップを同様に作製した。   After completion of the polymerization, the gold substrate and the cover glass were peeled off, and the obtained polymer-coated gold substrate was washed successively with water and methanol. Then, the sensing chip provided with the target imprint polymer “GOx-IP” was obtained by immersing in 1M NaCl aqueous solution for 24 hours to remove the GOx of the template. In addition, the sensing chip provided with blank polymer "BP" (polymer without a template) as a control was produced similarly.

(2−3)SPR測定による吸着実験
表面プラズモン共鳴測定装置にはBiacore社製のBiacoreQを用いた。測定は25℃で行った。ランニングバッファーには10mM PBS pH7.4(80mM NaCl)を流速20μL/minで用いた。再生溶液には、1M NaCl水溶液、および100mM グリンシンバッファー pH10(1M NaCl)を用い、この順にそれぞれ10μLずつ添加した。またアナライトタンパク質溶液の添加量は40μLとした。結合部分の終端付近で平衡値解析した値を結合量とした。
(2-3) Adsorption experiment by SPR measurement BiacoreQ manufactured by Biacore was used for the surface plasmon resonance measurement apparatus. The measurement was performed at 25 ° C. As the running buffer, 10 mM PBS pH 7.4 (80 mM NaCl) was used at a flow rate of 20 μL / min. As the regeneration solution, 1 M NaCl aqueous solution and 100 mM Glycine buffer pH 10 (1 M NaCl) were used, and 10 μL each was added in this order. The amount of the analyte protein solution added was 40 μL. A value obtained by performing an equilibrium value analysis near the end of the coupled portion was defined as the coupled amount.

まず、GOx−IPおよびBPへのGOxの親和性を評価した。結果を図8に示した。図8から、GOx−IPへのGOxの吸着量はBPへのGOxの吸着量よりも大きい傾向が確認された。   First, the affinity of GOx to GOx-IP and BP was evaluated. The results are shown in FIG. From FIG. 8, it was confirmed that the amount of GOx adsorbed on GOx-IP tends to be larger than the amount of GOx adsorbed on BP.

次に、GOx、BSA(ウシ血清アルブミン)およびミオグロビンの3種類のタンパク質溶液(0.5μM)を用いて、GOx−IPおよびBPの選択性を評価した。結果を図9に示した。図9からわかるように、BPには3種類のタンパク質に対する選択性は全く認められないが、GOx−IPはGOxに対して高い選択性を示した。なお、データを示していないが低濃度領域においては、GOx−IPとGOx−bulkIP(固定化したGOxでなく、上記重合溶液に分散させたGOxを鋳型として重合したインプリントポリマー)とのGOxに対する選択性の明確な差が確認されており、このことから、固定化したGOxを鋳型とすることの有効性が示された。   Next, the selectivity of GOx-IP and BP was evaluated using three protein solutions (0.5 μM) of GOx, BSA (bovine serum albumin) and myoglobin. The results are shown in FIG. As can be seen from FIG. 9, BP did not show any selectivity for the three proteins, but GOx-IP showed high selectivity for GOx. In addition, although data is not shown, in the low concentration region, it corresponds to GOx-IP and GOx-bulkIP (imprinted polymer obtained by polymerizing GOx dispersed in the polymerization solution as a template, not immobilized GOx). A clear difference in selectivity was confirmed, which showed the effectiveness of using immobilized GOx as a template.

〔実施例3:パターニングの検討〕
(3−1)ビオチン化NPのスポットおよびストレプトアビジンの固定化
3箇所だけ穴の開いた金属をカバーガラスの上に載せ、UVオゾンクリーナー(メイワフォーシス TC003)による洗浄を30分間行い、その3箇所のみを親水化処理した。親水化処理した3箇所にビオチン化NPを5μL滴下して乾燥し、ビオチン化NPを3箇所にスポットしたカバーガラスを得た。このカバーガラスをFITC修飾ストレプトアビジン(和光純薬工業製)溶液に浸漬した後水で洗浄し、FITC修飾ストレプトアビジンを固定化した。
[Example 3: Examination of patterning]
(3-1) Immobilization of biotinylated NP spots and streptavidin Place a metal with holes in only three places on the cover glass and wash with UV ozone cleaner (Meiwaforsys TC003) for 30 minutes. Only was hydrophilized. 5 μL of biotinylated NP was dropped at three locations subjected to hydrophilic treatment and dried to obtain a cover glass spotted with biotinylated NP at three locations. This cover glass was immersed in a FITC-modified streptavidin (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) solution and then washed with water to immobilize the FITC-modified streptavidin.

(3−2)パターニングされたインプリントポリマーを備えるセンシングチップの作製
ガラス基板として、ビニル基を導入したスライドガラスを作製した。すなわち、水5mLに酢酸50μLを添加し攪拌した。攪拌しながらシランカップリング剤(3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業製)50μLをゆっくり滴下し、30分間攪拌した。得られた溶液をスライドガラスに10μL滴下し、上からカバーガラスを載せて一晩静置した。カバーガラスをはがし、水およびメタノールで順次洗浄してビニル基修飾スライドガラスを得た。
(3-2) Production of sensing chip provided with patterned imprint polymer As a glass substrate, a slide glass into which a vinyl group was introduced was produced. That is, 50 μL of acetic acid was added to 5 mL of water and stirred. While stirring, 50 μL of a silane coupling agent (3-methacryloyloxypropyltrimethoxysilane, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was slowly dropped and stirred for 30 minutes. 10 μL of the obtained solution was dropped on a slide glass, and a cover glass was placed from above and allowed to stand overnight. The cover glass was peeled off and washed sequentially with water and methanol to obtain a vinyl group-modified slide glass.

上記3−1で得られたFITC修飾ストレプトアビジンを固定化したカバーガラスをスライドガラス上に置き、重合溶液(アクリル酸 1.75μL(和光純薬工業製)、N,N’−メチレンビスアクリルアミド 38.5mg(シグマ製)、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン 21mg(MPC、信越化学工業製)、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−[1,1−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル]プロピオンアミド] 1mg(VA−080、和光純薬工業製)をPBS3mLに溶解したもの)を5μL滴下した。その上に、ビニル基修飾スライドガラスを載せて、4℃で10分間UV−LEDライト(OMRON製、コントロールユニット:ZUV−C10、ヘッドユニット:ZUV−H10)を照射して光重合を行った。重合終了後、ガラス基板(スライドガラス)とカバーガラスを剥離し、得られたポリマー被覆ガラス基板を水およびメタノールで順次洗浄した。その後1M NaCl水溶液に24時間浸漬して鋳型のFITC修飾ストレプトアビジンを除去することにより、目的のインプリントポリマーを備えたセンシングチップを得た。   The cover glass on which the FITC-modified streptavidin obtained in 3-1 was immobilized was placed on a slide glass, and a polymerization solution (acrylic acid 1.75 μL (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), N, N′-methylenebisacrylamide 38 0.5 mg (manufactured by Sigma), 3-methacryloyloxypropyltrimethoxysilane 21 mg (MPC, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), 2,2′-azobis [2-methyl-N- [1,1-bis (hydroxymethyl) -2 -Hydroxyethyl] propionamide] 1 mg (VA-080, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) dissolved in 3 mL of PBS was added dropwise. A vinyl group-modified slide glass was placed thereon, and photopolymerization was performed by irradiating with UV-LED light (manufactured by OMRON, control unit: ZUV-C10, head unit: ZUV-H10) at 4 ° C. for 10 minutes. After completion of the polymerization, the glass substrate (slide glass) and the cover glass were peeled off, and the resulting polymer-coated glass substrate was washed successively with water and methanol. Then, the sensing chip provided with the target imprint polymer was obtained by immersing in 1M NaCl aqueous solution for 24 hours to remove the FITC-modified streptavidin of the template.

(3−3)標的分子の吸着
上記3−2で得られたセンシングチップをFITC修飾ストレプトアビジンの1μM溶液に30分間浸漬し、水で洗浄した。
(3-3) Adsorption of target molecule The sensing chip obtained in 3-2 above was immersed in a 1 μM solution of FITC-modified streptavidin for 30 minutes and washed with water.

(3−4)パターニングの評価
以下の各時点において、カバーガラスまたはセンシングチップに可視光を照射したときに発する蛍光を観察することにより、パターニングの評価を行った。
(a)FITC修飾ストレプトアビジンを固定化したカバーガラス((3−1)を参照)
(b)ポリマー重合・洗浄後のセンシングチップ((3−2)を参照)
(c)標的分子吸着後のセンシングチップ((3−3)を参照)
(3-4) Evaluation of patterning At each time point below, patterning was evaluated by observing fluorescence emitted when the cover glass or the sensing chip was irradiated with visible light.
(A) Cover glass on which FITC-modified streptavidin is immobilized (see (3-1))
(B) Sensing chip after polymer polymerization and cleaning (see (3-2))
(C) Sensing chip after target molecule adsorption (see (3-3))

結果を図10に示した。(a)ではカバーグラス上に3箇所の蛍光が観察され、ビオチン化NPをスポットした位置のみに固定化されていることが確認できた。(b)ではセンシングチップに蛍光が観察されず、鋳型としたFITC修飾ストレプトアビジンがインプリントポリマーから除去されていることが確認できた。(c)では、センシングチップの3箇所に蛍光が観察され、得られたセンシングチップには、FITC標識ストレプトアビジンに選択的な結合サイトが3箇所構築できていることが確認された。   The results are shown in FIG. In (a), three places of fluorescence were observed on the cover glass, and it was confirmed that the biotinylated NP was immobilized only at the spot spot. In (b), no fluorescence was observed on the sensing chip, and it was confirmed that FITC-modified streptavidin as a template was removed from the imprint polymer. In (c), fluorescence was observed at three locations on the sensing chip, and it was confirmed that three binding sites selective for FITC-labeled streptavidin were constructed in the obtained sensing chip.

以上の結果より、ビオチン化NPに任意のタンパク質を固定化する手法を用いれば、インプリントポリマーのパターニングを容易に行うことができることが示された。   From the above results, it was shown that imprinted polymer patterning can be easily performed by using a method of immobilizing an arbitrary protein on biotinylated NP.

なお本発明は上述した各実施形態および実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and technical means disclosed in different embodiments are appropriately combined. The obtained embodiment is also included in the technical scope of the present invention.

また、本明細書中に記載された学術文献および特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。   Moreover, all the academic literatures and patent literatures described in this specification are incorporated herein by reference.

本発明は、医療機器、分析機器等の製造産業に広く利用可能である。   The present invention can be widely used in manufacturing industries such as medical equipment and analytical equipment.

本発明に係る作製方法の、ナノ粒子配置工程・アビジン結合工程・標的分子固定化工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the nanoparticle arrangement | positioning process, avidin coupling | bonding process, and target molecule immobilization process of the preparation methods which concern on this invention. 本発明に係る作製方法の、分子インプリントポリマー形成工程の一部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a part of molecular imprint polymer formation process of the preparation methods which concern on this invention. ビニル基で修飾した金基板の作製方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the preparation methods of the gold substrate modified with the vinyl group. ビオチン化ナノ粒子へのアビジンの吸着実験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the adsorption experiment of avidin to a biotinylated nanoparticle. 標的分子固定化基板表面へのビオチン化ナノ粒子の配置からセンシングチップ完成までの手順を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the procedure from arrangement | positioning of the biotinylated nanoparticle to the target molecule fixed substrate surface to completion of a sensing chip. 各ポリマー(IP、RPおよびBP)のアビジンに対する吸着等温線を示すグラフである。It is a graph which shows the adsorption isotherm with respect to avidin of each polymer (IP, RP, and BP). 各ポリマー(IP、RP、BPおよびbulkIP)の3種類のタンパク質に対する選択性評価の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the selectivity evaluation with respect to three types of protein of each polymer (IP, RP, BP, and bulkIP). 各ポリマー(GOx−IPおよびBP)のグルコースオキシダーゼ(GOx)に対する吸着等温線を示すグラフである。It is a graph which shows the adsorption isotherm with respect to glucose oxidase (GOx) of each polymer (GOx-IP and BP). 各ポリマー(GOx−IPおよびBP)の3種類のタンパク質に対する選択性評価の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of selectivity evaluation with respect to three types of proteins of each polymer (GOx-IP and BP). (a)はFITC修飾ストレプトアビジンを固定化したカバーガラスにおけるパターニングを示す図であり、(b)はポリマー重合・洗浄後のセンシングチップにおいて鋳型分子が除去されていることを示す図であり、(c)は作製されたセンシングチップにおいて鋳型分子のパターニングが反映されていることを示す図である。(A) is a figure which shows the patterning in the cover glass which fix | immobilized FITC modification streptavidin, (b) is a figure which shows that the template molecule | numerator is removed in the sensing chip after polymer polymerization and washing | cleaning, c) is a diagram showing that patterning of template molecules is reflected in the fabricated sensing chip.

Claims (8)

チップ基板表面に標的分子認識体として分子インプリントポリマーを備え、標的分子と選択的に結合する機能、および、その結合情報を信号に変換する機能を併せもつ標的分子のセンシングチップの作製方法であって、
標的分子固定化基板表面にナノ粒子を配置し、配置されたナノ粒子上に標的分子を固定化し、標的分子固定化基板とチップ基板との間に機能性モノマーおよび架橋剤を含む重合溶液を標的分子と接触させた状態で挟み、重合溶液を重合させ、形成された分子インプリントポリマーがチップ基板表面からはがれないように標的分子固定化基板とチップ基板とを分離し、形成された分子インプリントポリマーから標的分子を除去することを特徴とする標的分子のセンシングチップの作製方法。
This is a method for producing a sensing chip for a target molecule that has a molecularly imprinted polymer as a target molecule recognition body on the chip substrate surface, and has both the function of selectively binding to the target molecule and the function of converting the binding information into a signal. And
Place nanoparticles on the target molecule-immobilized substrate surface, immobilize the target molecules on the arranged nanoparticles, and target the polymerization solution containing functional monomer and cross-linking agent between the target molecule-immobilized substrate and the chip substrate The molecular imprint formed by separating the target molecule-immobilized substrate and the chip substrate so that the formed molecular imprint polymer is not peeled off the chip substrate surface by sandwiching it in contact with the molecules and polymerizing the polymerization solution. A method for producing a sensing chip for a target molecule, comprising removing the target molecule from a polymer .
チップ基板表面に標的分子認識体として分子インプリントポリマーを備え、標的分子と選択的に結合する機能、および、その結合情報を信号に変換する機能を併せもつ標的分子のセンシングチップの作製方法であって、
標的分子固定化基板表面にビオチン化ナノ粒子を配置するナノ粒子配置工程と、
該ナノ粒子配置工程において配置されたビオチン化ナノ粒子にアビジンを結合させるアビジン結合工程と、
該アビジン結合工程においてビオチン化ナノ粒子と結合したアビジンに、ビオチン化された標的分子を結合させて固定化する標的分子固定化工程と、
該標的分子固定化工程において固定化された標的分子を鋳型として、チップ基板表面に分子インプリントポリマーを形成させる分子インプリントポリマー形成工程とを有し、
該分子インプリントポリマー形成工程では、標的分子固定化基板とチップ基板との間に機能性モノマーおよび架橋剤を含む重合溶液を標的分子と接触させた状態で挟み、重合溶液を重合させ、形成された分子インプリントポリマーがチップ基板表面からはがれないように標的分子固定化基板とチップ基板とを分離し、形成された分子インプリントポリマーから標的分子を除去することを特徴とする標的分子のセンシングチップの作製方法。
This is a method for producing a sensing chip for a target molecule that has a molecularly imprinted polymer as a target molecule recognition body on the chip substrate surface, and has both the function of selectively binding to the target molecule and the function of converting the binding information into a signal. And
A nanoparticle placement step of placing biotinylated nanoparticles on the surface of the target molecule-immobilized substrate;
An avidin binding step of binding avidin to the biotinylated nanoparticles placed in the nanoparticle placement step;
A target molecule immobilization step of immobilizing a biotinylated target molecule by immobilizing the biotinylated target molecule to avidin bound to the biotinylated nanoparticle in the avidin binding step;
Using the target molecule immobilized in the target molecule immobilization step as a template, and forming a molecular imprint polymer on the chip substrate surface ,
In the molecular imprint polymer forming step, a polymerization solution containing a functional monomer and a cross-linking agent is sandwiched between the target molecule-immobilized substrate and the chip substrate in contact with the target molecule, and the polymerization solution is polymerized to form. The target molecule sensing chip is characterized in that the target molecule-immobilized substrate and the chip substrate are separated so that the molecular imprint polymer does not peel off from the chip substrate surface, and the target molecule is removed from the formed molecular imprint polymer. Manufacturing method.
前記ナノ粒子配置工程において、ビオチン化ナノ粒子は標的分子固定化基板表面にパターニングして配置されることを特徴とする請求項2に記載の標的分子のセンシングチップの作製方法。 3. The method for producing a target molecule sensing chip according to claim 2, wherein in the nanoparticle arranging step, the biotinylated nanoparticles are arranged by patterning on the surface of the target molecule-immobilized substrate. 前記ナノ粒子配置工程において、ビオチン化ナノ粒子は標的分子固定化基板表面の複数の領域に配置されることを特徴とする請求項3に記載の標的分子のセンシングチップの作製方法。   The method for producing a target molecule sensing chip according to claim 3, wherein in the nanoparticle arrangement step, biotinylated nanoparticles are arranged in a plurality of regions on the surface of the target molecule-immobilized substrate. ビオチン化ナノ粒子が配置された複数の領域のそれぞれには単一種の標的分子が固定化され、かつ、標的分子固定化基板表面に少なくとも2種類以上の標的分子が固定化されることを特徴とする請求項4に記載の標的分子のセンシングチップの作製方法。   A single type of target molecule is immobilized on each of a plurality of regions where biotinylated nanoparticles are arranged, and at least two types of target molecules are immobilized on the surface of the target molecule-immobilized substrate. A method for producing a sensing chip for a target molecule according to claim 4. ビオチン化ナノ粒子が配置された複数の領域のそれぞれに、異なる種類の標的分子が固定化されることを特徴とする請求項5に記載の標的分子のセンシングチップの作製方法。   6. The method for producing a sensing chip for target molecules according to claim 5, wherein different types of target molecules are immobilized in each of the plurality of regions where the biotinylated nanoparticles are arranged. 前記標的分子は、生体分子であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の標的分子のセンシングチップの作製方法。   The method for producing a target molecule sensing chip according to any one of claims 1 to 6, wherein the target molecule is a biomolecule. 前記生体分子は、タンパク質であることを特徴とする請求項7に記載の標的分子のセンシングチップの作製方法。   The method for producing a target molecule sensing chip according to claim 7, wherein the biomolecule is a protein.
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