JP4911641B2 - ポリマーマトリックスを含むホログラフィックセンサー - Google Patents
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Description
ビシナルジオール部含有検体を検出するためのセンサーであって、
媒体を含み、かつ、その媒体全体に配置されたホログラムを含むホログラフィック素子を有していて、
上記素子の光学特性は、上記媒体全体において物性が変化すると変化し、且つ、
上記媒体は、式(i):
nは0、1、2、3又は4であり;
X(存在する場合)は、電子的効果によって、ホウ素原子の周囲に四面体構造の形成を促進する、それぞれ独立した原子又は基であり;及び、
Yは、nが0、又は0ではない任意の値である場合において、電子的効果によって、ホウ素原子の周囲に四面体構造の形成を促進する原子又は基であるスペーサーである)
の基を有するポリマーを含むセンサーである。
本発明は、様々な形態のセンサー、並びに、グルコースの定性的及び定量的な測定に適用可能である。センサーは、任意の適切な形態(例えば、コンタクトレンズ、又は、他の光学インプラント)であってよい。従って、本発明の実施形態として、例えば、水晶微量天秤を基盤とするセンサー、表面プラズモン共鳴を基盤とするセンサー、内部全反射を基盤とするセンサー、又は、好ましくは(例証として下記に記載した)ホログラフィックセンサーが挙げられる。
適正量の各モノマーを溶解し、必要なモル比を有するモノマー溶液を得た。上記モノマーをDMSO中2%DMPA(w/v)に、モノマーと溶液との比を1:2.21(w/v)で溶解した。モノマー溶液の100μLアリコートをアルミニウム蒸着ポリエステルシートのポリエステル表面上に層状にのせた。次いで、3―(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレートで前処理されたガラス製顕微鏡スライド(Mayes et al.,1999)を、シラン処理を施した側を下にして、モノマー混合物上に下ろした。UV照射により開始されるラジカル反応によって、フィルムを60分間20℃で重合した。重合フィルムを脱イオン水に浸漬させて、ポリエステルシートから剥離した。ホログラム構成の前に、各フィルムの端を外科用メスの刃で取り除き、任意の過剰な物質を除去した。
ホログラムは、先行文献に記載された拡散方法を用いて構成した(Blyth et al.,1999)。ポリマーフィルムを、2分間、0.3Mの硝酸銀水溶液400μL上に表を下にして置いた。過剰の溶液を拭き取り、上記フィルムを温風の流れで乾燥した。赤色安全光の下で、メタノール中に0.1%(w/v)のQBS染料1mLを含む、1:1のメタノール/水(v/v)中4%(w/v)のKBr及び0.05%(w/v)のアスコルビン酸溶液40mLの中に、上記スライドをフィルム側を上にして入れ、1分間攪拌した。上記フィルムを、蒸留水で洗滌し、10分間、pH7.4のPBSを含むホログラム暴露槽中にポリマー側を下にして浸漬した。その後、スライドの全領域を、Nd:YAGレーザーの2倍波(532nm)からの3つのパルスに暴露した。該スライドを暴露槽から取り除き、作製したてのSaxby現像液の修正溶液(20g/Lのアスコルビン酸、3g/Lの4―メチルアミノフェノール硫酸塩、50g/Lの炭酸ナトリウム、及び15g/Lの水酸化ナトリウムの溶液40mL)中で10秒以下の間攪拌した(Saxby, 1994)。現像済みのホログラムを蒸留水で洗滌し、停止液(5%(v/v)の酢酸水溶液)中に浸漬した。蒸留水で洗滌した後、上記フィルムを、攪拌した20%(w/v)のチオ硫酸ナトリウム水溶液に5分間浸漬し、未現像の銀を全て除去し、メタノール中次いで蒸留水中で洗滌した。
8mm以下の幅の単一なホログラム片を複数、スライドから切り取り、フィルム側を内側にして、4mLのプラスチックキュベットに挿入した。PBS(1mL)を添加し、キュベットを温度制御されたキュベットホルダー中に放置し、30℃で平衡化させた。AvaSoft5処理ソフトウェアを備えるAvantes社製AVS−MC2000―2反射分光光度計を使用して、ホログラムによって白色光源から反射される光の波長を測定した。該光の波長は、ポリマー内の縞の間隔によって決定される。一晩糖液を平衡化した後で、PBS中の0.1M糖のアリコートの添加に対するセンサーの応答を記録して、存在する異性体の相対割合が、媒質又は生体液中で検出される平衡混合物の相対割合に類似することを裏付けた。各アリコートを添加する間に、上記センサーを安定した回折波長に平衡化することができた。2×5mmの電磁従動機(magnetic follower)(Fisher社製)及び攪拌装置を使用して、一定の攪拌を確実に行った。
3mol%又は5mol%のN,N’―メチレンビスアクリルアミド架橋剤(MBA)、4mol%又は12mol%のATMA、及び、12mol%の3―APBでアクリルアミドを共重合することにより、安定したヒドロゲルフィルム(厚さ10μm以下)を作製した。硝酸銀、次いで、染料(QBS)を含む臭化カリウムを拡散させることにより、感光性フィルムを形成し、AgBrの超微粒子(直径 <20nm)を含むポリマーマトリックスを生成した。続いて、PBS緩衝液(pH7.4、I:150mM以下)中でレーザー光を照射した後に現像工程を施し、ポリマーフィルムの厚さの範囲内でλ/2間隔の銀の縞の干渉縞を生成した。平面鏡の単色画像により、ブラッグの式で表される波長を有する特有のスペクトルピークの観察を行なった。
3mol%のMBA及び12mol%の3―APBで調製したアクリルアミドホログラムの応答は、0〜9mMの様々な糖類の存在下で検査された。図3にその結果を示す。ヒドロゲルの体積膨張により生じる、回折ピーク波長の赤方偏移は、スクロース以外のすべての糖の存在下で観察された。上記膨張は、帯電したボロン酸基の形成に起因する可能性が非常に高く、上記ボロン酸基の形成によりドナン電位が生成され、ポリマーへの水の浸透流が生じる。応答メカニズムとは、図1に示すスキームによって、ビシナルジオールの結合によりもたらされたボロン酸pKaの低下の結果、さらに帯電したボロン酸基が生成することであると提唱されている。ピークシフトの大きさは、糖結合によってマトリックス中で発生した電荷と相関している。従って、異なる糖に対するセンサーの感度は、結合定数及びpKaシフトの差により影響を受けることが予想される。
α―ヒドロキシ酸である乳酸塩に対するセンサーホログラムの応答を調査した。乳酸塩は、血糖測定における潜在的な干渉物質であり、約0.36〜0.75mMの濃度で血液中に存在する。
Alexeev et al,2003;Anal.Chem.75,2316−2323.
Badugu et al,2005;Talanta 65(3),762−768.
Blyth et al,1999;Imag.Sci.J.47(2),87−91.
Bosch et al,2004;Tetrahedron 60,11175−11190.
Kabilan et al,2004a;J.MoI.Recog.17(3),162−166.
Kabilan et al,2004b;Sensors,2004.Proceedings of IEEE 2,1003−1006.
Kabilan et al,2005;Biosensors and Bioelectronics,20,1602−1610.
Mayes et al,1999;Anal.Chem.71,3390−3396.
Saxby,1994;.Practical Holography,2nd ed.Prentice Hall,London.
Wiskur et al,2001;Org.Lett.3,1311−1314.
Claims (8)
- グルコースと結合するボロン酸、及び、
ホスホニウムイオン、及び、第四級アミンから選択されるカチオン種
を共重合して得られるポリマーマトリックスを含む
ホログラフィックセンサー。 - ポリマーマトリックスがグルコースに対し選択的に収縮を示すヒドロゲルフィルムである、
請求項1に記載のセンサー。 - カチオン種が第四級アミンである、
請求項1または2に記載のセンサー。 - ポリマーマトリックスが、第四級アミンとして(3−アクリルアミドプロピル)トリメチルアンモニウムクロライドを含むモノマーを共重合して得られる、
請求項3に記載のセンサー。 - ポリマーマトリックスが、ボロン酸として3−アクリルアミドフェニルボロン酸を含むモノマーを共重合して得られる、
請求項1〜4のいずれかに記載のセンサー。 - マトリックス内又はマトリックス上に固定された、FRETを構成する受容体化合物及び供与体化合物を有する、
請求項1〜5のいずれかに記載のセンサー。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載のセンサーにサンプルを接触させ、
光学特性における任意の変化を検出する、
前記サンプル中のビシナルジオールの検出方法。 - ビシナルジオールがグルコースである、
請求項7に記載の方法。
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