JP4943888B2 - Biosensor manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、バイオセンサーの製造方法、及び該バイオセンサーを用いた生体分子間の相互作用を分析する方法に関する。特に本発明は、表面プラズモン共鳴バイオセンサーに用いるためのバイオセンサーの製造方法、及び該バイオセンサーを用いた生体分子間の相互作用を分析する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a biosensor and a method for analyzing an interaction between biomolecules using the biosensor. In particular, the present invention relates to a method for producing a biosensor for use in a surface plasmon resonance biosensor, and a method for analyzing an interaction between biomolecules using the biosensor.

現在、臨床検査等で免疫反応など分子間相互作用を利用した測定が数多く行われているが、従来法では煩雑な操作や標識物質を必要とするため、標識物質を必要とすることなく、測定物質の結合量変化を高感度に検出することのできるいくつかの技術が使用されている。例えば、表面プラズモン共鳴(SPR)測定技術、水晶発振子マイクロバランス(QCM)測定技術、金のコロイド粒子から超微粒子までの機能化表面を使用した測定技術である。SPR測定技術はチップの金属膜に接する有機機能膜近傍の屈折率変化を反射光波長のピークシフト又は一定波長における反射光量の変化を測定して求めることにより、表面近傍に起こる吸着及び脱着を検知する方法である。QCM測定技術は水晶発振子の金電極(デバイス)上の物質の吸脱着による発振子の振動数変化から、ngレベルで吸脱着質量を検出できる技術である。また、金の超微粒子(nmレベル)表面を機能化させて、その上に生理活性物質を固定して、生理活性物質間の特異認識反応を行わせることによって、金微粒子の沈降、配列から生体関連物質の検出ができる。   Currently, many measurements using intermolecular interactions such as immune reactions are performed in clinical examinations, etc., but conventional methods require complicated operations and labeling substances, so measurement without the need for labeling substances Several techniques that can detect a change in the amount of a substance bound with high sensitivity are used. For example, surface plasmon resonance (SPR) measurement technology, quartz crystal microbalance (QCM) measurement technology, and measurement technology using functionalized surfaces from gold colloidal particles to ultrafine particles. SPR measurement technology detects adsorption and desorption near the surface by measuring the refractive index change in the vicinity of the organic functional film in contact with the metal film of the chip by measuring the peak shift of the reflected light wavelength or the change in the amount of reflected light at a fixed wavelength. It is a method to do. The QCM measurement technique is a technique that can detect the adsorption / desorption mass at the ng level from the change in the oscillation frequency of the oscillator due to the adsorption / desorption of a substance on the gold electrode (device) of the crystal oscillator. In addition, by functionalizing the surface of gold ultrafine particles (nm level), immobilizing a physiologically active substance on the surface, and performing a specific recognition reaction between the physiologically active substances, it is possible to obtain a living body from the sedimentation and arrangement of gold fine particles. Related substances can be detected.

上記した技術においては、いずれの場合も、生理活性物質を固定化する表面が重要である。以下、当技術分野で最も使われている表面プラズモン共鳴(SPR)を例として、説明する。   In any of the above techniques, the surface on which the physiologically active substance is immobilized is important. Hereinafter, the surface plasmon resonance (SPR) most used in this technical field will be described as an example.

一般に使用される測定チップは、透明基板(例えば、ガラス)、蒸着された金属膜、及びその上に生理活性物質を固定化できる官能基を有する薄膜からなり、その官能基を介し、金属表面に生理活性物質を固定化する。該生理活性物質と検体物質間の特異的な結合反応を測定することによって、生体分子間の相互作用を分析する。   A commonly used measurement chip is composed of a transparent substrate (eg, glass), a deposited metal film, and a thin film having a functional group capable of immobilizing a physiologically active substance thereon, and the metal surface is interposed through the functional group. Immobilize physiologically active substances. The interaction between biomolecules is analyzed by measuring a specific binding reaction between the physiologically active substance and the analyte substance.

生理活性物質を固定化可能な官能基を有する検出表面として、例えば特許文献1に、ヒドロゲルの製造法が詳細に開示されている。具体的には、16-メルカプトヘキサデカノールの層が金膜に結合することでバリアー層を形成する。この金膜上でバリアー層のヒドロキシル基はエピクロロヒドリンで処理することによりエポキシ活性化される。次の段階でデキストランをエーテル結合を介してバリアー層に付着させる。次にデキストランマトリックスに対してブロモ酢酸を反応させることで、カルボキシメチル基を導入する。   As a detection surface having a functional group capable of immobilizing a physiologically active substance, for example, Patent Document 1 discloses a method for producing a hydrogel in detail. Specifically, a barrier layer is formed by bonding a 16-mercaptohexadecanol layer to a gold film. On this gold film, the hydroxyl group of the barrier layer is epoxy activated by treating with epichlorohydrin. In the next step, dextran is attached to the barrier layer via an ether linkage. Next, a carboxymethyl group is introduced by reacting the dextran matrix with bromoacetic acid.

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

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

一方、光反応性基を利用した物質の固定化については、ポリマーに光反応性基(アジドフェニル基など)を導入し、タンパク質とともに基板に結合させること(特許文献2)、基板に光反応性基(ベンゾフェノン)を導入し、疎水性ポリマー(ポリスチレン、ポリエチルオキサゾリン)を結合すること(非特許文献1)、並びに固体表面にグラフトポリマーを介してDNA断片を固定化してDNAチップを製造すること(特許文献3)などが報告されている。   On the other hand, for immobilization of substances using photoreactive groups, a photoreactive group (such as an azidophenyl group) is introduced into a polymer and bound to a substrate together with protein (Patent Document 2), and the substrate is photoreactive. Introducing a group (benzophenone) and binding a hydrophobic polymer (polystyrene, polyethyloxazoline) (Non-patent Document 1), and immobilizing DNA fragments on a solid surface via a graft polymer to produce a DNA chip (Patent Document 3) has been reported.

J.Am.Chem.Soc., 121, 8766 (1999)J. Am. Chem. Soc., 121, 8766 (1999) 特許第2815120号Japanese Patent No. 2815120 特開2004−125781号公報JP 2004-125781 A 特開2003−130878号公報JP 2003-130878 A

本発明は上記した従来技術の問題を解消することを解決すべき課題とした。即ち本発明は、生理活性物質を固定化し得るヒドロゲルを、安全な原料を用いて簡便にバイオセンサーの表面に固定化する方法、並びに上記方法により製造されるバイオセンサーを提供することを解決すべき課題とした。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. That is, the present invention should solve the problem of providing a method for easily immobilizing a hydrogel capable of immobilizing a physiologically active substance on the surface of a biosensor using a safe raw material, and a biosensor produced by the above method. It was an issue.

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、外部刺激により反応性基を生成する化合物をセンサー基板表面に結合させた後、前記反応性基と共有結合を形成可能な親水性ポリマーを該基板に接触させた状態で外部刺激を与えることにより、親水性ポリマーが結合したバイオセンサー表面を簡便に製造できることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors can form a covalent bond with the reactive group after binding a compound that generates a reactive group to the sensor substrate surface by an external stimulus. The inventors have found that a biosensor surface to which a hydrophilic polymer is bound can be easily produced by applying an external stimulus while the hydrophilic polymer is in contact with the substrate, and the present invention has been completed.

即ち、本発明によれば、外部刺激により反応性基を生成する化合物を基板表面に結合させた後に、該反応性基と共有結合を形成可能な親水性ポリマーを基板に接触させた状態で外部刺激を与えることにより、該親水性ポリマーを該反応性基との共有結合を介して基板表面に結合することを含む、親水性ポリマーで被覆された基板からなるバイオセンサーの製造方法が提供される。   That is, according to the present invention, after a compound that generates a reactive group by an external stimulus is bonded to the substrate surface, a hydrophilic polymer that can form a covalent bond with the reactive group is contacted with the substrate in an external state. Providing a stimulus provides a method for producing a biosensor comprising a substrate coated with a hydrophilic polymer, comprising binding the hydrophilic polymer to the substrate surface via a covalent bond with the reactive group. .

好ましくは、外部刺激により反応性基を生成する化合物は光ラジカル発生剤である。
好ましくは、親水性ポリマーは二重結合を有する親水性ポリマーである。
好ましくは、親水性ポリマーはカルボキシル基を有する親水性ポリマーである。
好ましくは、カルボキシル基を含有するポリマーは多糖類である。
好ましくは、カルボキシル基を含有するポリマーの平均分子量は1000〜5000000である。
Preferably, the compound that generates a reactive group by an external stimulus is a photo radical generator.
Preferably, the hydrophilic polymer is a hydrophilic polymer having a double bond.
Preferably, the hydrophilic polymer is a hydrophilic polymer having a carboxyl group.
Preferably, the polymer containing carboxyl groups is a polysaccharide.
Preferably, the average molecular weight of the polymer containing a carboxyl group is 1000 to 5000000.

好ましくは、親水性ポリマーを、基板上に薄膜を形成させた状態で、外部刺激により生成した反応性基と結合させる。
好ましくは、スピンコート法またはスプレーコート法により、基板上に薄膜を形成させる。
Preferably, the hydrophilic polymer is bonded to a reactive group generated by an external stimulus in a state where a thin film is formed on the substrate.
Preferably, a thin film is formed on the substrate by spin coating or spray coating.

好ましくは、基板は金属表面または金属膜である。
好ましくは、金属は金、銀、銅、白金またはアルミニウムのいずれかである。
Preferably, the substrate is a metal surface or a metal film.
Preferably, the metal is any of gold, silver, copper, platinum or aluminum.

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

本発明のさらに別の側面によれば、上記した本発明のバイオセンサーと生理活性物質とを接触させて、該バイオセンサーに該生理活性物質を結合させる工程を含む、バイオセサンーに生理活性物質を固定化する方法が提供される。   According to still another aspect of the present invention, a bioactive substance is immobilized on a biosensor comprising the step of bringing the biosensor of the present invention into contact with a bioactive substance and binding the bioactive substance to the biosensor. A method is provided.

本発明のさらに別の側面によれば、生理活性物質が共有結合により表面に結合している本発明のバイオセンサーと被験物質とを接触させる工程を含む、該生理活性物質と相互作用する物質を検出または測定する方法が提供される。   According to still another aspect of the present invention, a substance that interacts with a physiologically active substance, comprising the step of bringing the biosensor of the present invention in which the physiologically active substance is covalently bonded to the surface with the test substance. A method of detecting or measuring is provided.

好ましくは、生理活性物質と相互作用する物質を非電気化学的方法により検出または測定し、さらに好ましくは生理活性物質と相互作用する物質を表面プラズモン共鳴分析により検出または測定する。   Preferably, the substance that interacts with the physiologically active substance is detected or measured by a non-electrochemical method, and more preferably, the substance that interacts with the physiologically active substance is detected or measured by surface plasmon resonance analysis.

本発明によれば、生理活性物質を固定化し得るヒドロゲルを、安全な原料を用いて簡便にバイオセンサーの表面に固定化することが可能になった。   According to the present invention, a hydrogel capable of immobilizing a physiologically active substance can be simply immobilized on the surface of a biosensor using a safe raw material.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明で言うバイオセンサーとは最も広義に解釈され、生体分子間の相互作用を電気的信号等の信号に変換して、対象となる物質を測定・検出するセンサーを意味する。通常のバイオセンサーは、検出対象とする化学物質を認識するレセプター部位と、そこに発生する物理的変化又は化学的変化を電気信号に変換するトランスデューサー部位とから構成される。生体内には、互いに親和性のある物質として、酵素/基質、酵素/補酵素、抗原/抗体、ホルモン/レセプターなどがある。バイオセンサーでは、これら互いに親和性のある物質の一方を基板に固定化して分子認識物質として用いることによって、対応させるもう一方の物質を選択的に計測するという原理を利用している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The biosensor referred to in the present invention is interpreted in the broadest sense, and means a sensor that measures and detects a target substance by converting an interaction between biomolecules into a signal such as an electrical signal. A normal biosensor is composed of a receptor site for recognizing a chemical substance to be detected and a transducer site for converting a physical change or chemical change generated therein into an electrical signal. In the living body, there are enzymes / substrates, enzymes / coenzymes, antigens / antibodies, hormones / receptors and the like as substances having affinity for each other. Biosensors use the principle that one of these substances having affinity with each other is immobilized on a substrate and used as a molecular recognition substance, thereby selectively measuring the other substance to be matched.

本発明のバイオセンサーでは、金属表面又は金属膜を基板として用いることができる。金属表面あるいは金属膜を構成する金属としては、例えば、表面プラズモン共鳴バイオセンサー用を考えた場合、表面プラズモン共鳴が生じ得るようなものであれば特に限定されない。好ましくは金、銀、銅、アルミニウム、白金等の自由電子金属が挙げられ、特に金が好ましい。それらの金属は単独又は組み合わせて使用することができる。また、上記基板への付着性を考慮して、基板と金属からなる層との間にクロム等からなる介在層を設けてもよい。   In the biosensor of the present invention, a metal surface or a metal film can be used as a substrate. The metal constituting the metal surface or metal film is not particularly limited as long as surface plasmon resonance can occur when, for example, a surface plasmon resonance biosensor is considered. Preferred examples include free electron metals such as gold, silver, copper, aluminum, and platinum, with gold being particularly preferred. These metals can be used alone or in combination. In consideration of adhesion to the substrate, an intervening layer made of chromium or the like may be provided between the substrate and the layer made of metal.

金属膜の膜厚は任意であるが、例えば、表面プラズモン共鳴バイオセンサー用を考えた場合、0.1nm以上500nm以下であるのが好ましく、特に1nm以上200nm以下であるのが好ましい。500nmを超えると、媒質の表面プラズモン現象を十分検出することができない。また、クロム等からなる介在層を設ける場合、その介在層の厚さは、0.1nm以上10nm以下であるのが好ましい。   Although the thickness of the metal film is arbitrary, for example, when considering use for a surface plasmon resonance biosensor, the thickness is preferably 0.1 nm to 500 nm, particularly preferably 1 nm to 200 nm. If it exceeds 500 nm, the surface plasmon phenomenon of the medium cannot be sufficiently detected. Moreover, when providing the intervening layer which consists of chromium etc., it is preferable that the thickness of the intervening layer is 0.1 to 10 nm.

金属膜の形成は常法によって行えばよく、例えば、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法、電気めっき法、無電解めっき法等によって行うことができる。   The metal film may be formed by a conventional method, for example, sputtering, vapor deposition, ion plating, electroplating, electroless plating, or the like.

金属膜は好ましくは基板上に配置されている。ここで、「基板上に配置される」とは、金属膜が基板上に直接接触するように配置されている場合のほか、金属膜が基板に直接接触することなく、他の層を介して配置されている場合をも含む意味である。本発明で使用することができる基板としては例えば、表面プラズモン共鳴バイオセンサー用を考えた場合、一般的にはBK7等の光学ガラス、あるいは合成樹脂、具体的にはポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマーなどのレーザー光に対して透明な材料からなるものが使用できる。このような基板は、好ましくは、偏光に対して異方性を示さずかつ加工性の優れた材料が望ましい。   The metal film is preferably disposed on the substrate. Here, “arranged on the substrate” means that the metal film is arranged so as to be in direct contact with the substrate, and that the metal film is not directly in contact with the substrate, but through other layers. This also includes the case where they are arranged. As a substrate that can be used in the present invention, for example, in the case of a surface plasmon resonance biosensor, generally, optical glass such as BK7, or synthetic resin, specifically polymethyl methacrylate, polyethylene terephthalate, polycarbonate A material made of a material transparent to laser light such as a cycloolefin polymer can be used. Such a substrate is preferably made of a material that does not exhibit anisotropy with respect to polarized light and has excellent processability.

本発明においてバイオセンサー表面、すなわち金属膜上には、外部刺激により反応性基を生成する化合物が結合している。外部刺激により反応性基を生成する化合物は、熱によりラジカルを発生する化合物(熱ラジカル発生剤)でも良く、光によりラジカルを発生する化合物(光ラジカル発生剤)でも良い。また、光アフィニティーラベル化剤として知られている化合物であっても良い。   In the present invention, a compound that generates a reactive group by an external stimulus is bound to the biosensor surface, that is, the metal film. The compound that generates a reactive group by external stimulation may be a compound that generates radicals by heat (thermal radical generator) or a compound that generates radicals by light (photo radical generator). Further, it may be a compound known as a photoaffinity labeling agent.

熱ラジカル発生剤としては、公知の重合開始剤や結合解離エネルギーの小さな結合を有する化合物などを用いることができる。熱ラジカル発生剤としては例えば、有機ハロゲン化化合物、カルボニル化合物、有機過酸化化合物、アゾ系重合開始剤、アジド化合物、メタロセン化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、有機ホウ酸化合物、ジスルホン酸化合物、オキシムエステル化合物、オニウム塩化合物、等が挙げられる。これらの熱ラジカル発生剤は単独で用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。熱ラジカル発生剤の具体的な化合物骨格は、特開2005−335366号公報の[化4]〜[化14]に開示されている。   As the thermal radical generator, a known polymerization initiator or a compound having a bond with a small bond dissociation energy can be used. Examples of the thermal radical generator include organic halogenated compounds, carbonyl compounds, organic peroxide compounds, azo polymerization initiators, azide compounds, metallocene compounds, hexaarylbiimidazole compounds, organic boric acid compounds, disulfonic acid compounds, oxime esters. Compounds, onium salt compounds, and the like. These thermal radical generators may be used alone or in combination of two or more. Specific compound skeletons of the thermal radical generator are disclosed in [Chemical Formula 4] to [Chemical Formula 14] of JP-A-2005-335366.

光ラジカル発生剤は、光により開裂する単結合を有する。この光により開裂する単結合としては、カルボニルのα開裂、β開裂反応、光フリース転位反応、フェナシルエステルの開裂反応、スルホンイミド開裂反応、スルホニルエステル開裂反応、N−ヒドロキシスルホニルエステル開裂反応、ベンジルイミド開裂反応、活性ハロゲン化合物の開裂反応、などを利用して開裂が可能な単結合が挙げられる。これらの反応により、光により開裂しうる単結合が切断される。この開裂しうる単結合としては、C−C結合、C−N結合、C−O結合、C−Cl結合、N−O結合、及びS−N結合等が挙げられる。光により開裂する単結合を有する基としては、芳香族ケトン基、フェナシルエステル基、スルホンイミド基、スルホニルエステル基、N−ヒドロキシスルホニルエステル基、ベンジルイミド基、トリクロロメチル基、ベンジルクロライド基、などが挙げられる。   The photoradical generator has a single bond that is cleaved by light. As the single bond that is cleaved by light, carbonyl α-cleavage, β-cleavage reaction, photofleece rearrangement reaction, phenacyl ester cleavage reaction, sulfonimide cleavage reaction, sulfonyl ester cleavage reaction, N-hydroxysulfonyl ester cleavage reaction, benzyl Examples thereof include a single bond that can be cleaved using an imide cleavage reaction, a cleavage reaction of an active halogen compound, and the like. These reactions break a single bond that can be cleaved by light. Examples of the single bond that can be cleaved include a C—C bond, a C—N bond, a C—O bond, a C—Cl bond, a N—O bond, and a S—N bond. Examples of the group having a single bond that is cleaved by light include an aromatic ketone group, a phenacyl ester group, a sulfonimide group, a sulfonyl ester group, an N-hydroxysulfonyl ester group, a benzylimide group, a trichloromethyl group, and a benzyl chloride group. Is mentioned.

また、光ラジカル発生剤は、基板表面に存在する官能基と反応して結合しうる反応性基(基材結合基)を有することが好ましく、その反応性基としては、具体的には、以下に示すような基が挙げられる。   The photoradical generator preferably has a reactive group (base material binding group) that can react and bond with a functional group present on the surface of the substrate. Specific examples of the reactive group include the following: And groups as shown below.

Figure 0004943888
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光により開裂する単結合を有する基と基材結合基とは直接結合していてもよいし、連結基を介して結合していてもよい。この連結基としては、炭素、窒素、酸素、及びイオウからなる群より選択される原子を含む連結基が挙げられ、具体的には、例えば、飽和炭素基、芳香族基、エステル基、アミド基、ウレイド基、エーテル基、アミノ基、スルホンアミド基、等が挙げられる。また、この連結基は更に置換基を有していてもよく、その導入可能な置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、等が挙げられる。   The group having a single bond that is cleaved by light and the substrate binding group may be directly bonded or may be bonded via a linking group. Examples of the linking group include a linking group containing an atom selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and sulfur. Specifically, for example, a saturated carbon group, an aromatic group, an ester group, an amide group. Ureido group, ether group, amino group, sulfonamide group, and the like. The linking group may further have a substituent, and examples of the substituent that can be introduced include an alkyl group, an alkoxy group, and a halogen atom.

これらの光ラジカル発生剤は単独で用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。光ラジカル発生剤の具体的な化合物骨格としては、特開2005−277225号公報の[化2]〜[化4]に記載されている以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   These photo radical generators may be used alone or in combination of two or more. Specific compound skeletons of the photoradical generator include the following compounds described in [Chemical Formula 2] to [Chemical Formula 4] of JP-A-2005-277225, but are not limited thereto. Absent.

Figure 0004943888
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光照射により反応性基を生成する化合物としては、光アフィニティーラベル化に用いられる化合物もまた、好ましく用いることが可能である。光照射により光アフィニティラベル化合物から発生する活性種としては、ナイトレン、カルベン、ラジカル、イオンラジカル、ジラジカル、励起三重項、カルボカチオン等の炭素求電子試薬などが挙げられる。光照射によりこれらの活性種を発生する光アフィニティラベル化合物の例は、例えば1995年発行のテトラへドロン誌(Tetrahedron)第51巻、12479乃至12520ページのS.A.Flemigの著した総説、および1998年発行の有機合成協会誌、第56巻581乃至590ページの畑中保丸の著した総説に記載されている。すなわち、ナイトレンを発生する化合物としては、芳香族アジド、アルキルアジド、ヘテロ環アジドなどのアジド基を有する化合物であり、カルベンを発生する化合物としてはジアゾ基またはジアジリン環を有する化合物であり、ラジカルを発生する化合物としてはベンゾフェノン類やエノン類のような共役ケトン類、芳香族ハロゲン化物類、オレフィン類などであり、炭素求核試薬を発生する化合物としては芳香族ジアゾニウム塩、ニトロベンゼン類、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、アンモニウム塩などである。これらの光反応性化合物はそれぞれ特徴があるので、使用条件に応じて選択して用いることができるが、安定性が比較的高い点では、ジアジリン環を有する化合物が好ましい。安定性と合成の容易さの点では、共役ケトン類、芳香族ハロゲン化物類、オレフィン類などが好ましい。これらの光アフィニティラベル化合物は単独で用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。光アフィニティラベル化合物の具体的な化合物骨格は、特開2004−301681号公報の[化3]に記載されている以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   As a compound that generates a reactive group by light irradiation, a compound used for photoaffinity labeling can also be preferably used. Examples of the active species generated from the photoaffinity label compound by light irradiation include carbon electrophiles such as nitrene, carbene, radical, ion radical, diradical, excited triplet, and carbocation. Examples of photoaffinity label compounds that generate these active species upon irradiation with light are described in, for example, S. Tetrahedron, Vol. 51, pages 12479-12520, published in 1995. A. It is described in a review by Flemig and a review by Yasumaru Hatanaka, Vol. 56, pages 581 to 590, published in 1998. That is, the compound generating nitrene is a compound having an azide group such as an aromatic azide, alkyl azide, and heterocyclic azide, and the compound generating carbene is a compound having a diazo group or a diazirine ring, Compounds that generate are conjugated ketones such as benzophenones and enones, aromatic halides, olefins, etc., and compounds that generate carbon nucleophiles include aromatic diazonium salts, nitrobenzenes, sulfonium salts, Examples thereof include phosphonium salts and ammonium salts. Since each of these photoreactive compounds has characteristics, it can be selected and used according to the use conditions, but a compound having a diazirine ring is preferable in terms of relatively high stability. In terms of stability and ease of synthesis, conjugated ketones, aromatic halides, olefins and the like are preferable. These photoaffinity label compounds may be used alone or in combination of two or more. Specific examples of the compound skeleton of the photoaffinity label compound include, but are not limited to, the following compounds described in [Chemical Formula 3] of JP-A No. 2004-301681.

Figure 0004943888
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基板表面におけるパターン化が容易なことから、外部刺激により反応性基を生成する化合物は、光ラジカル発生剤か光アフィニティーラベル化合物であることが好ましい。   Since the patterning on the substrate surface is easy, the compound that generates a reactive group by external stimulation is preferably a photoradical generator or a photoaffinity label compound.

本発明において、外部刺激により反応性基を生成する化合物は、自己組織化膜により被覆された金属膜上に結合することが望ましい。自己組織化膜(SAMs)を用いた金属膜の被覆法は、ハーバード大のWhitesides教授らにより精力的に展開されており、その詳細は例えばChemical Review, 105, 1103-1169 (2005)に報告されている。金属として金を用いた場合、有機層形成化合物として一般式1(一般式1において、nは3から20の整数を示し、Xは官能基を示す)に示すアルカンチオール誘導体を用いることにより、Au-S結合とアルキル鎖同士のvan der Waals力に基づき、配向性を持つ単分子膜が自己組織的に形成される。自己組織化膜は、アルカンチオール誘導体の溶液中に金基板を浸漬するという極めて簡便な手法で作成される。外部刺激により反応性基を簡便に結合可能である、という観点から、本発明においては、アミノ基を有する自己組織化膜を用いることが好ましい。一般式1においてX=NH2である化合物を用いて自己組織化膜を形成させることで、アミノ基を有する有機層で金表面を被覆することが可能となる。 In the present invention, it is desirable that the compound that generates a reactive group by an external stimulus is bonded to a metal film covered with a self-assembled film. The coating method of metal films using self-assembled films (SAMs) has been vigorously developed by Prof. Whitesides et al. At Harvard University. The details are reported in, for example, Chemical Review, 105 , 1103-1169 (2005). ing. When gold is used as the metal, by using an alkanethiol derivative represented by general formula 1 (in general formula 1, n represents an integer of 3 to 20 and X represents a functional group) as an organic layer forming compound, Au Based on the van der Waals force between the -S bond and the alkyl chain, a monolayer with orientation is self-organized. The self-assembled film is prepared by an extremely simple technique in which a gold substrate is immersed in a solution of an alkanethiol derivative. In the present invention, it is preferable to use a self-assembled film having an amino group from the viewpoint that a reactive group can be easily bound by an external stimulus. By forming a self-assembled film using a compound where X = NH 2 in the general formula 1, it is possible to cover the gold surface with an organic layer having an amino group.

Figure 0004943888
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上記一般式のアルキル基の繰返し数は、3以上20以下が好ましく、さらに3以上16以下が好ましく、4以上8以下が最も好ましい。アルキル鎖が短いと自己組織化膜を形成しにくく、アルキル鎖が長いと水溶性が低下し、ハンドリングが困難になる。 The repeating number of the alkyl group of the general formula 1 is preferably 3 or more and 20 or less, more preferably 3 or more and 16 or less, and most preferably 4 or more and 8 or less. When the alkyl chain is short, it is difficult to form a self-assembled film, and when the alkyl chain is long, water solubility is lowered and handling becomes difficult.

末端にアミノ基を有するアルカンチオールは、アルキル鎖を介してチオール基とアミノ基が連結している化合物(一般式2)(一般式2において、nは3から20の整数を示す)でもよく、末端にカルボキシル基を有するアルカンチオール(一般式3、4)(一般式3においてnは3から20の整数を示し、一般式4においてnはそれぞれ独立に1から20の整数を示す)と大過剰のヒドラジドまたはポリアミンを反応させた化合物でもよい。末端にカルボキシル基を有するアルカンチオールと大過剰のヒドラジドまたはポリアミンとの反応は、溶液状態で行ってもよく、また、末端にカルボキシル基を有するアルカンチオールを基板表面に結合した後、大過剰のヒドラジドまたはポリアミンを反応させてもよい。   The alkanethiol having an amino group at the end may be a compound in which the thiol group and the amino group are linked via an alkyl chain (general formula 2) (in the general formula 2, n represents an integer of 3 to 20), Alkanethiol having a carboxyl group at the terminal (general formulas 3 and 4) (in general formula 3, n represents an integer of 3 to 20, and in general formula 4 n represents an integer of 1 to 20 each independently) and a large excess Or a compound obtained by reacting hydrazide or polyamine. The reaction between an alkanethiol having a carboxyl group at the terminal and a large excess of hydrazide or polyamine may be carried out in a solution state, or after binding an alkanethiol having a carboxyl group at the terminal to the substrate surface, a large excess of hydrazide Or you may make a polyamine react.

Figure 0004943888
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本発明に用いるポリアミンとしては具体的に、エチレンジアミン、テトラエチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ピペラジン、トリエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、ジヘキサメチレントリアミン、1.4−ジアミノシクロヘキサン等の脂肪族ジアミン、パラフェニレンジアミン、メタフェニレンジアミン、パラキシリレンジアミン、メタキシリレンジアミン、4,4‘−ジアモノビフェニル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4‘−ジアミノジフェニルケトン、4,4‘−ジアミノジフェニルスルホン酸等の芳香族ジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、スペルミジン、スペルミン、ポリエチレンイミン等のポリアミンを好ましく用いることが可能である。バイオセンサー表面の親水性を向上させるという観点から、2つのアミノ基をエチレングリコールユニットで連結した化合物(一般式5)を用いることも可能である。   Specific examples of the polyamine used in the present invention include fats such as ethylenediamine, tetraethylenediamine, octamethylenediamine, decamethylenediamine, piperazine, triethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetraamine, dihexamethylenetriamine, and 1.4-diaminocyclohexane. Group diamine, paraphenylenediamine, metaphenylenediamine, paraxylylenediamine, metaxylylenediamine, 4,4'-diamonobiphenyl, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenyl ketone, 4,4 Aromatic diamines such as' -diaminodiphenylsulfonic acid, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, spermidine, sperm , It is possible to use preferably a polyamine such as polyethyleneimine. From the viewpoint of improving the hydrophilicity of the biosensor surface, it is also possible to use a compound (general formula 5) in which two amino groups are linked by an ethylene glycol unit.

Figure 0004943888
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アミノ基を有するアルカンチオールは、単独で自己組織化膜を形成することも可能であり、また、他のアルカンチオールと混合して自己組織化膜を形成することも可能である。バイオセンサー表面に用いる場合、他のアルカンチオールとしては、生理活性物質の非特異吸着を抑制可能な化合物を用いることが好ましい。生理活性物質の非特異吸着を抑制可能な自己組織化膜に関しては、前述のWhitesides教授らにより詳細に検討されており、親水性基を有するアルカンチオールから形成された自己組織化膜が非特異吸着抑制に有効であることが報告されている(Langmuir,17,2841-2850, 5605-5620, 6336-6343 (2001))。本発明において、アミノ基を有するアルカンチオールと混合単分子膜を形成するアルカンチオールは、前記論文に記載された化合物を好ましく用いることが可能である。非特異吸着抑制能に優れ、入手が容易であることから、アミノ基を有するアルカンチオールと混合単分子膜を形成するアルカンチオールとしては、水酸基を有するアルカンチオール(一般式6)あるいはエチレングルコールユニットを有するアルカンチオール(一般式7)(一般式6において、nは3から20の整数を示し、一般式7において、n及びmは、それぞれ独立に1から20の整数を示す)を用いることが好ましい。 The alkanethiol having an amino group can form a self-assembled film alone, or can be mixed with other alkanethiols to form a self-assembled film. When used on the biosensor surface, it is preferable to use a compound capable of suppressing nonspecific adsorption of a physiologically active substance as the other alkanethiol. The self-assembled membrane that can suppress non-specific adsorption of physiologically active substances has been studied in detail by the aforementioned Professor Whitesides et al. The self-assembled membrane formed from alkanethiol having a hydrophilic group is non-specifically adsorbed It has been reported to be effective for suppression (Langmuir, 17 , 2841-2850, 5605-5620, 6336-6343 (2001)). In the present invention, as the alkanethiol that forms a mixed monomolecular film with an alkanethiol having an amino group, the compounds described in the above paper can be preferably used. Alkane thiol (general formula 6) or ethylene glycol unit having a hydroxyl group as an alkane thiol that forms a mixed monomolecular film with an alkane thiol having an amino group, because of its excellent non-specific adsorption suppression ability and easy availability An alkanethiol having the following formula (general formula 7) (in general formula 6, n represents an integer of 3 to 20, and in general formula 7, n and m each independently represents an integer of 1 to 20). preferable.

Figure 0004943888
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アミノ基を有するアルカンチオールを他のアルカンチオールと混合して自己組織化膜を形成する場合、一般式のアルキル基の繰返し数は、4以上20以下が好ましく、さらに4以上16以下が好ましく、4以上10以下が最も好ましい。また、一般式, のアルキル基の繰返し数は、3以上16以下が好ましく、さらに5以上12以下が好ましく、5以上10以下が最も好ましい。 When an alkanethiol having an amino group is mixed with another alkanethiol to form a self-assembled film, the number of repeating alkyl groups of formulas 2 to 4 is preferably 4 or more and 20 or less, and more preferably 4 or more and 16 or less. It is preferably 4 or more and 10 or less. Further, the repeating number of the alkyl groups of the general formulas 6 and 7 is preferably 3 or more and 16 or less, more preferably 5 or more and 12 or less, and most preferably 5 or more and 10 or less.

本発明において、アミノ基を有するアルカンチオールと親水性基を有するアルカンチオールは、任意の割合で混合することが可能であるが、アミノ基を有するアルカンチオールの割合が少ない場合には活性エステル化されたカルボキシル基含有ポリマーの結合量が低下し、親水性基を有するアルカンチオールの割合が少ない場合には非特異吸着抑制能が減少する。それゆえ、アミノ基を有するアルカンチオールと親水性基を有するアルカンチオールの混合比は、1/1〜1/1,000,000の範囲であることが好ましく、1/4〜1/10,000の範囲であることがより好ましく、1/10〜1/1,000の範囲であることがさらに好ましい。活性エステル化されたカルボキシル基を含有するポリマーと反応する場合の立体障害低減の観点から、アミノ基を有するアルカンチオールの分子長は、親水性基を有するアルカンチオールの分子長よりも長いことが好ましい。   In the present invention, the alkanethiol having an amino group and the alkanethiol having a hydrophilic group can be mixed at an arbitrary ratio. However, when the ratio of the alkanethiol having an amino group is small, it is an active ester. In addition, the binding amount of the carboxyl group-containing polymer is decreased, and when the proportion of alkanethiol having a hydrophilic group is small, the nonspecific adsorption suppressing ability is decreased. Therefore, the mixing ratio of the alkanethiol having an amino group and the alkanethiol having a hydrophilic group is preferably in the range of 1/1 to 1 / 1,000,000, and preferably 1/4 to 1 / 10,000. Is more preferable, and the range of 1/10 to 1/1000 is more preferable. From the viewpoint of reducing steric hindrance when reacting with a polymer containing an active esterified carboxyl group, the molecular length of the alkanethiol having an amino group is preferably longer than the molecular length of the alkanethiol having a hydrophilic group. .

本発明で用いるアルカンチオールは、Northwestern大学のGrzybowski教授らによる総説(Curr. Org. Chem., 8, 1763-1797(2004).)およびその引用文献に基づいて合成された化合物を用いても良く、また市販の化合物を用いてもよい。これらの化合物は、同仁化学(株)、Aldrich社、SensoPath Technologies社、Frontier Scientific Inc.社等から購入可能である。本発明においてアルカンチオールの酸化生成物であるジスルフィド化合物は、アルカンチオールと同様に用いることが可能である。 The alkanethiol used in the present invention may be a compound synthesized based on a review by Prof. Grzybowski et al. Of Northwestern University (Curr. Org. Chem., 8 , 1763-1797 (2004)) and the cited references. Commercially available compounds may also be used. These compounds can be purchased from Dojindo Co., Ltd., Aldrich, SensoPath Technologies, Frontier Scientific Inc., etc. In the present invention, the disulfide compound that is an oxidation product of alkanethiol can be used in the same manner as alkanethiol.

本発明で用いることの出来る親水性ポリマーとしては、公知の化合物を用いることが出来るが、センサー表面としての用途を考えた場合、生理活性物質のアミノ基と共有結合形成が可能である、カルボキシル基を含有するポリマーであることが好ましい。これらの親水性ポリマーは、外部刺激により生成した反応性基と共有結合する必要がある。それゆえ、これらの親水性ポリマーには、水素引き抜き可能なC-H結合、不飽和二重結合、エポキシ基、オキセタン基などの官能基があることが好ましい。合成的な観点からは、二重結合を導入した親水性ポリマーが好ましい。親水性ポリマー中の、カルボキシル基、アミノ基若しくはそれらの塩、水酸基、及びエポキシ基などの官能基との反応を利用することで、親水性ポリマーへの二重結合の導入が可能となる。この反応において二重結合を導入するために用いられる化合物としては、(メタ)アクリル酸、グリシジル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル、2−イソシアナトエチル(メタ)アクリレート,2-アミノエチル(メタ)クリレートなどがある。またこれらの化合物の他にも,2−メチル−2−ブロモプロピオン酸のような官能基を導入した後,塩基処理により二重結合を導入する方法もある。   As the hydrophilic polymer that can be used in the present invention, a known compound can be used. However, in consideration of the use as a sensor surface, a carboxyl group capable of forming a covalent bond with an amino group of a physiologically active substance. It is preferable that it is a polymer containing. These hydrophilic polymers need to be covalently bonded to reactive groups generated by external stimuli. Therefore, these hydrophilic polymers preferably have a functional group such as a C—H bond capable of extracting hydrogen, an unsaturated double bond, an epoxy group, or an oxetane group. From a synthetic viewpoint, a hydrophilic polymer into which a double bond is introduced is preferable. By utilizing a reaction with a functional group such as a carboxyl group, an amino group or a salt thereof, a hydroxyl group, and an epoxy group in the hydrophilic polymer, a double bond can be introduced into the hydrophilic polymer. Compounds used to introduce double bonds in this reaction include (meth) acrylic acid, glycidyl (meth) acrylate, allyl glycidyl ether, 2-isocyanatoethyl (meth) acrylate, 2-aminoethyl (meth) There are criates. In addition to these compounds, there is also a method of introducing a double bond by base treatment after introducing a functional group such as 2-methyl-2-bromopropionic acid.

本発明で用いるカルボキシル基を含有するポリマーとしては、カルボキシル基含有合成ポリマーおよびカルボキシル基含有多糖類を用いることが可能である。カルボキシル基含有合成ポリマーとしては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、およびこれらの共重合体、例えば特開昭59−44615号、特公昭54−34327号、特公昭58−12577号、特公昭54−25957号、特開昭59−53836号、特開昭59−71048号明細書に記載されているようなメタクリル酸共重合体、アクリル酸共重合体、イタコン酸共重合体、クロトン酸共重合体、マレイン酸共重合体、部分エステル化マレイン酸共重合、水酸基を有するポリマーに酸無水物を付加させたものなどが挙げられる。カルボキシル基含有多糖類は、天然植物からの抽出物、微生物発酵の生産物、酵素による合成物、または化学合成物の何れであってもよく、具体的には、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ヘパリン、デルマタン酸硫酸、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、セロウロン酸、カルボキシメチルキチン、カルボキシメチルデキストラン、カルボキシメチルデンプン等が挙げられる。カルボキシル基含有多糖類は、市販の化合物を用いることが可能であり、具体的には、カルボキシメチルデキストランであるCMD、CMD−L、CMD−D40(名糖産業社製)、カルボキシメチルセルロースナトリウム(和光純薬社製)、アルギン酸ナトリウム(和光純薬社製)、等を挙げることができる。   As the polymer containing a carboxyl group used in the present invention, a carboxyl group-containing synthetic polymer and a carboxyl group-containing polysaccharide can be used. Examples of the carboxyl group-containing synthetic polymer include polyacrylic acid, polymethacrylic acid, and copolymers thereof, for example, JP-A-59-44615, JP-B-54-34327, JP-B-58-12777, JP-B-54- No. 25957, JP-A-59-53836, JP-A-59-71048, methacrylic acid copolymer, acrylic acid copolymer, itaconic acid copolymer, crotonic acid copolymer , Maleic acid copolymers, partially esterified maleic acid copolymers, and those obtained by adding an acid anhydride to a polymer having a hydroxyl group. The carboxyl group-containing polysaccharide may be any one of an extract from a natural plant, a product of microbial fermentation, an enzymatic synthesis, or a chemical synthesis. Specifically, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, heparin, Examples include dermatanic acid sulfuric acid, carboxymethylcellulose, carboxyethylcellulose, ceurouronic acid, carboxymethylchitin, carboxymethyldextran, and carboxymethyl starch. As the carboxyl group-containing polysaccharide, a commercially available compound can be used. Specifically, CMD, CMD-L, CMD-D40 (manufactured by Meisho Sangyo Co., Ltd.), sodium carboxymethylcellulose (Japanese) Kogaku Pharmaceutical Co., Ltd.), sodium alginate (Wako Pure Chemicals Co., Ltd.), and the like.

カルボキシル基を含有するポリマーは、好ましくはカルボキシル基を含有する多糖類であり、より好ましくはカルボキシメチルデキストランである。   The polymer containing a carboxyl group is preferably a polysaccharide containing a carboxyl group, more preferably carboxymethyl dextran.

本発明に用いるカルボキシル基を含有するポリマーの分子量は特に制限されないが、平均分子量が1000〜5000000であることが好ましく、平均分子量が10000〜2000000であることがより好ましく、平均分子量が100000〜1000000であることがさらに好ましい。この範囲より平均分子量が小さい場合には生理活性物質の固定量が小さくなってしまい、この範囲より平均分子量が大きい場合には高い溶液粘度のため取り扱いが困難となる。   Although the molecular weight of the polymer containing a carboxyl group used in the present invention is not particularly limited, the average molecular weight is preferably 1,000 to 5,000,000, more preferably 10,000 to 2,000,000, and the average molecular weight is 100,000 to 1,000,000. More preferably it is. When the average molecular weight is smaller than this range, the fixed amount of the physiologically active substance becomes small, and when the average molecular weight is larger than this range, the handling becomes difficult due to the high solution viscosity.

本発明において親水性ポリマーは、溶液として基板と反応させてもよく、また、スピンコート等の手法を用いて基板上の薄膜を形成させた状態で反応させてもよい。好ましくは、薄膜を形成させた状態での反応である。   In the present invention, the hydrophilic polymer may be reacted with the substrate as a solution, or may be reacted in a state where a thin film on the substrate is formed using a technique such as spin coating. Preferably, the reaction is in a state where a thin film is formed.

上記の通り、本発明において親水性ポリマーは、薄膜状態で基板と反応させることが好ましい。基板上に薄膜を形成させる方法は、公知の方法を用いることが可能であるが、具体的には、エクストルージョンコート法、カーテンコート法、キャスティング法、スクリーン印刷法、スピンコート法、スプレーコート法、スライドビードコート法、スリットアンドスピン方式、スリットコート方式、ダイコート法、ディップコート法、ナイフコート法、ブレードコート法、フローコート法、ロールコート法、ワイヤバーコート方式、転写印刷法、等を用いることが可能である。これらの薄膜形成法については、「コーティング技術の進歩」原崎勇次著、総合技術センター(1988)、「コーティング技術」技術情報協会(1999)、「水性コーティングの技術」シーエムシー(2001)、「進化する有機薄膜 成膜編」住べテクノリサーチ(2004)、「高分子表面加工学」岩森暁著、技報堂出版(2005)、等に説明されている。膜厚制御された塗布膜を簡便に作成可能であることから、本発明において基板上に薄膜を形成させる方法としては、スプレーコート法またはスピンコート法が好ましく、スピンコート法がさらに好ましい。   As described above, in the present invention, the hydrophilic polymer is preferably reacted with the substrate in a thin film state. As a method for forming a thin film on a substrate, known methods can be used. Specifically, an extrusion coating method, a curtain coating method, a casting method, a screen printing method, a spin coating method, and a spray coating method. , Slide bead coating method, slit and spin method, slit coating method, die coating method, dip coating method, knife coating method, blade coating method, flow coating method, roll coating method, wire bar coating method, transfer printing method, etc. It is possible. For these thin film formation methods, "Progress in coating technology" by Yuji Harasaki, Comprehensive Technology Center (1988), "Coating Technology" Technical Information Association (1999), "Aqueous Coating Technology" CMC (2001), "Evolution" Described in "Organic Thin Film Deposition", Sumibe Techno Research (2004), "Polymer Surface Processing" by Iwamori Satoshi, Gihodo Publishing (2005), etc. Since a coating film with a controlled film thickness can be easily produced, the method for forming a thin film on a substrate in the present invention is preferably a spray coating method or a spin coating method, and more preferably a spin coating method.

スプレーコート法とは、微細化されたポリマー溶液を基板に吹きつけた状態で、基板を移動させることで、基板上にポリマー溶液を均一塗布する方法である。スプレーガンの引き金を引くと空気バルブとニードルバルブが同時に開き、ノズルからポリマー溶液が霧状に噴出し、ノズル先端にある空気キャップから噴出する空気で霧状のポリマー溶液がさらに微細化される。微細化されたポリマー溶液による塗布膜を基板表面に形成させた後、溶媒を蒸発させることで、膜厚の制御されたポリマーフイルムが容易に作成される。ポリマー溶液濃度、基板の移動速度等により、ポリマー薄膜の膜厚制御が可能となる。   The spray coating method is a method in which a polymer solution is uniformly coated on a substrate by moving the substrate in a state where a fine polymer solution is sprayed on the substrate. When the trigger of the spray gun is pulled, the air valve and the needle valve are simultaneously opened, the polymer solution is ejected from the nozzle in a mist state, and the atomized polymer solution is further refined by the air ejected from the air cap at the tip of the nozzle. A polymer film with a controlled film thickness is easily prepared by forming a coating film of a fine polymer solution on the substrate surface and then evaporating the solvent. The film thickness of the polymer thin film can be controlled by the polymer solution concentration, the moving speed of the substrate, and the like.

スピンコート法とは、水平に設置した基板上にポリマー溶液を滴下した後に高速回転させ、遠心力によって基板全体にポリマー溶液を均一塗布する方法である。遠心力によるポリマー溶液の飛散と溶媒の蒸発に伴い、膜厚の制御されたポリマーフイルムが容易に作成される。回転数、ポリマー溶液濃度、溶剤の蒸気圧等により、ポリマー薄膜の膜厚制御が可能となる。本発明においてスピンコート時の回転数は特に制限されないが、回転数が低すぎる場合には基板上に溶液が残存し、回転数が高すぎる場合には使用可能な装置が制限されてしまう。それゆえ本研究においてはスピンコート時の回転数は、500rpm〜10000rpmであることが好ましく、1000rpm〜7000rpmであることがさらに好ましい。   The spin coating method is a method in which a polymer solution is dropped on a horizontally placed substrate and then rotated at a high speed, and the polymer solution is uniformly applied to the entire substrate by centrifugal force. A polymer film with a controlled film thickness is easily produced with the scattering of the polymer solution by the centrifugal force and the evaporation of the solvent. The film thickness of the polymer thin film can be controlled by the rotation speed, polymer solution concentration, solvent vapor pressure, and the like. In the present invention, the rotation speed during spin coating is not particularly limited, but if the rotation speed is too low, the solution remains on the substrate, and if the rotation speed is too high, usable devices are limited. Therefore, in this study, the rotation speed during spin coating is preferably 500 rpm to 10000 rpm, and more preferably 1000 rpm to 7000 rpm.

本発明に使用する親水性ポリマーは、水溶液中の膜厚が1nm以上300nm以下であることが好ましい。膜厚が薄いと生理活性物質固定量が減少し、またセンサー表面の水和層が薄くなるため生理活性物質自身の変性で被検体物質との相互作用が検出しにくくなる。膜厚が厚いと被検体物質が膜内に拡散する障害となり、また特にセンサー基板の親水性高分子固定面の反対側から相互作用を検出する場合は検出表面から相互作用形成部までの距離が長くなり、検出感度が低くなる。水溶液中の親水性高分子膜厚はAFM、エリプソメトリーなどで評価することができる。   The hydrophilic polymer used in the present invention preferably has a film thickness in an aqueous solution of 1 nm to 300 nm. If the film thickness is thin, the amount of the physiologically active substance immobilized decreases, and the hydrated layer on the sensor surface becomes thin, so that the interaction with the analyte substance becomes difficult to detect due to the denaturation of the physiologically active substance itself. When the film thickness is thick, it becomes an obstacle that the analyte substance diffuses into the film, and the distance from the detection surface to the interaction forming part is particularly large when detecting the interaction from the opposite side of the hydrophilic polymer fixing surface of the sensor substrate. Longer and lower detection sensitivity. The hydrophilic polymer film thickness in the aqueous solution can be evaluated by AFM, ellipsometry, or the like.

カルボキシル基を含有するポリマーを活性化する方法としては、公知の手法、例えば、水溶性カルボジイミドである1-(3-Dimethylaminopropyl)-3 ethylcarbodiimide(EDC)とN-Hydroxysuccinimide(NHS)により活性化する方法、EDC単独で活性化する方法、特願2004−238396号(特開2006−58071号公報)に記載の方法(即ち、特定の構造を有するウロニウム塩、ホスホニウム塩、又はトリアジン誘導体のいずれかの化合物を用いてカルボキシル基を活性化する方法)、特願2004−275012号(特開2006−90781号公報)に記載の方法(即ち、カルボジイミド誘導体又はその塩で活性化し、水酸基を有する含窒素ヘテロ芳香族化合物、電子吸引性基を有するフェノール誘導体又はチオール基を有する芳香族化合物のいずれかの化合物を用いてカルボキシル基を活性化する方法)等を好ましく用いることができる。これらの手法で活性化されたカルボキシル基を含有するポリマーを、アミノ基を有する基板と反応させることで、本発明のバイオセンサーを製造することが可能となる。   As a method of activating a polymer containing a carboxyl group, a known method, for example, a method of activating with water-soluble carbodiimide 1- (3-Dimethylaminopropyl) -3 ethylcarbodiimide (EDC) and N-Hydroxysuccinimide (NHS) , A method of activating by EDC alone, a method described in Japanese Patent Application No. 2004-238396 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-58071) (that is, any compound of uronium salt, phosphonium salt, or triazine derivative having a specific structure) A method for activating a carboxyl group using an acid), a method described in Japanese Patent Application No. 2004-275012 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-90781) (ie, a nitrogen-containing heteroaromatic having a hydroxyl group activated by a carbodiimide derivative or a salt thereof) Of aromatic compounds having thiol groups, phenol derivatives having electron withdrawing groups Things a carboxyl group can be preferably used a method) or the like to activate with. By reacting a polymer containing a carboxyl group activated by these methods with a substrate having an amino group, the biosensor of the present invention can be produced.

なお、上記した特願2004−238396号における特定の構造を有するウロニウム塩、ホスホニウム塩、又はトリアジン誘導体とは、下記一般式1で表されるウロニウム塩、下記一般式2で表されるホスホニウム塩、又は下記一般式3で表されるトリアジン誘導体を示す。   The uronium salt, phosphonium salt, or triazine derivative having a specific structure in Japanese Patent Application No. 2004-238396 described above is a uronium salt represented by the following general formula 1, a phosphonium salt represented by the following general formula 2, Or the triazine derivative represented by the following general formula 3 is shown.

Figure 0004943888
Figure 0004943888

(一般式1において、R1とR2はそれぞれ独立に炭素数1から6のアルキル基を示すか、又は互いに一緒になって炭素数2から6のアルキレン基を形成してN原子と共に環を形成し、R3は炭素数6から20の芳香環基又は少なくとも1以上のヘテロ原子を含むヘテロ環基を示し、X-はアニオンを示す。一般式2において、R4とR5はそれぞれ独立に炭素数1から6のアルキル基を示すか、又は互いに一緒になって炭素数2から6のアルキレン基を形成してN原子と共に環を形成し、R6は炭素数6から20の芳香環基又は少なくとも1以上のヘテロ原子を含むヘテロ環基を示し、X-はアニオンを示す。一般式3において、R7はオニウム基を示し、R8及びR9はそれぞれ独立に電子供与基を示す。) (In General Formula 1, R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or together, form an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms to form a ring together with an N atom. And R 3 represents an aromatic ring group having 6 to 20 carbon atoms or a heterocyclic group containing at least one hetero atom, and X represents an anion, wherein R 4 and R 5 are each independently Represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or together with each other, an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms is formed to form a ring together with an N atom, and R 6 is an aromatic ring having 6 to 20 carbon atoms A group or a heterocyclic group containing at least one heteroatom, and X represents an anion, wherein R 7 represents an onium group, and R 8 and R 9 each independently represent an electron donating group. .)

本発明において、生理活性物質の固定化基として、ポリマーに導入する反応基は、カルボキシル基やアミノ基などの官能基の他に、例えば、ビオチン結合性タンパク(アビジン、ストレプトアビジン、ニュートラアビジン等)、プロテインA、プロテインG、抗原、抗体(例えば、抗GST抗体等の公知のtag抗体)などの生理活性物質をあらかじめ固定し、この生理活性物質の上に、さらに下記に示すような生理活性物質を固定化する態様が可能である。また、ポリマーにアルカンを導入した固定化層を用いれば、脂質などの膜構造を有した生理活性物質を固定することが可能になる。また、用途に応じて、ポリマー鎖の長さ、ポリマーの厚み、ポリマーの密度、あるいは、ポリマーに導入する反応基の量を調整することにより、多様な蛋白に対応することが可能になる。またポリマーに固定基として、NTA(nitrilotriacetic acid)等などを導入すれば、金属キレートを介してHis-tagリガンド等を固定することができる。   In the present invention, the reactive group introduced into the polymer as the immobilizing group for the physiologically active substance is, for example, a biotin-binding protein (eg, avidin, streptavidin, neutravidin) in addition to a functional group such as a carboxyl group or an amino group. , A biologically active substance such as protein A, protein G, antigen, antibody (for example, a known tag antibody such as anti-GST antibody) is immobilized in advance, and a physiologically active substance as shown below is further formed on the physiologically active substance. A mode of immobilizing can be possible. In addition, if an immobilization layer in which alkane is introduced into a polymer is used, a physiologically active substance having a membrane structure such as lipid can be immobilized. In addition, by adjusting the length of the polymer chain, the thickness of the polymer, the density of the polymer, or the amount of reactive groups introduced into the polymer, it is possible to deal with various proteins depending on the application. If NTA (nitrilotriacetic acid) or the like is introduced into the polymer as a fixing group, the His-tag ligand or the like can be fixed via a metal chelate.

本発明のバイオセンサーに固定される生理活性物質としては、測定対象物と相互作用するものであれば特に限定されず、例えば免疫蛋白質、酵素、微生物、核酸、低分子有機化合物、非免疫蛋白質、免疫グロブリン結合性蛋白質、糖結合性蛋白質、糖を認識する糖鎖、脂肪酸もしくは脂肪酸エステル、あるいはリガンド結合能を有するポリペプチドもしくはオリゴペプチドなどが挙げられる。   The physiologically active substance immobilized on the biosensor of the present invention is not particularly limited as long as it interacts with the measurement target, and examples thereof include immune proteins, enzymes, microorganisms, nucleic acids, low molecular organic compounds, non-immune proteins, Examples include immunoglobulin-binding proteins, sugar-binding proteins, sugar chains that recognize sugars, fatty acids or fatty acid esters, or polypeptides or oligopeptides having ligand-binding ability.

免疫蛋白質としては、測定対象物を抗原とする抗体やハプテンなどを例示することができる。抗体としては、種々の免疫グロブリン、即ちIgG、IgM、IgA、IgE、IgDを使用することができる。具体的には、測定対象物がヒト血清アルブミンであれば、抗体として抗ヒト血清アルブミン抗体を使用することができる。また、農薬、殺虫剤、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌、抗生物質、麻薬、コカイン、ヘロイン、クラック等を抗原とする場合には、例えば抗アトラジン抗体、抗カナマイシン抗体、抗メタンフェタミン抗体、あるいは病原性大腸菌の中でO抗原26、86、55、111 、157 などに対する抗体等を使用することができる。   Examples of immunity proteins include antibodies and haptens that use the measurement target as an antigen. As the antibody, various immunoglobulins, that is, IgG, IgM, IgA, IgE, IgD can be used. Specifically, when the measurement target is human serum albumin, an anti-human serum albumin antibody can be used as the antibody. In addition, when using pesticides, insecticides, methicillin-resistant Staphylococcus aureus, antibiotics, narcotics, cocaine, heroin, cracks, etc. as antigens, for example, anti-atrazine antibodies, anti-kanamycin antibodies, anti-methamphetamine antibodies, or pathogenic E. coli Among them, antibodies against O antigens 26, 86, 55, 111, 157 and the like can be used.

酵素としては、測定対象物又は測定対象物から代謝される物質に対して活性を示すものであれば、特に限定されることなく、種々の酵素、例えば酸化還元酵素、加水分解酵素、異性化酵素、脱離酵素、合成酵素等を使用することができる。具体的には、測定対象物がグルコースであれば、グルコースオキシダーゼを、測定対象物がコレステロールであれば、コレステロールオキシダーゼを使用することができる。また、農薬、殺虫剤、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌、抗生物質、麻薬、コカイン、ヘロイン、クラック等を測定対象物とする場合には、それらから代謝される物質と特異的反応を示す、例えばアセチルコリンエステラーゼ、カテコールアミンエステラーゼ、ノルアドレナリンエステラーゼ、ドーパミンエステラーゼ等の酵素を使用することができる。   The enzyme is not particularly limited as long as it shows activity against the measurement object or a substance metabolized from the measurement object, and various enzymes such as oxidoreductase, hydrolase, isomerase , A desorbing enzyme, a synthesizing enzyme, etc. Specifically, if the measurement object is glucose, glucose oxidase can be used, and if the measurement object is cholesterol, cholesterol oxidase can be used. Also, when pesticides, insecticides, methicillin-resistant Staphylococcus aureus, antibiotics, narcotics, cocaine, heroin, cracks, etc. are used as measurement objects, they exhibit a specific reaction with substances metabolized from them, such as acetylcholinesterase. Enzymes such as catecholamine esterase, noradrenaline esterase and dopamine esterase can be used.

微生物としては、特に限定されることなく、大腸菌をはじめとする種々の微生物を使用することができる。   The microorganism is not particularly limited, and various microorganisms including Escherichia coli can be used.

核酸としては、測定の対象とする核酸と相補的にハイブリダイズするものを使用することができる。核酸は、DNA(cDNAを含む)、RNAのいずれも使用できる。DNAの種類は特に限定されず、天然由来のDNA、遺伝子組換え技術により調製した組換えDNA、又は化学合成DNAの何れでもよい。   As the nucleic acid, one that hybridizes complementarily with the nucleic acid to be measured can be used. As the nucleic acid, either DNA (including cDNA) or RNA can be used. The type of DNA is not particularly limited, and may be any of naturally derived DNA, recombinant DNA prepared by gene recombination technology, or chemically synthesized DNA.

低分子有機化合物としては通常の有機化学合成の方法で合成することができる任意の化合物が挙げられる。   Examples of the low molecular weight organic compound include any compound that can be synthesized by an ordinary organic chemical synthesis method.

非免疫蛋白質としては、特に限定されることなく、例えばアビジン(ストレプトアビジン)、ビオチン又はレセプターなどを使用できる。
免疫グロブリン結合性蛋白質としては、例えばプロテインAあるいはプロテインG、リウマチ因子(RF)等を使用することができる。
糖結合性蛋白質としては、レクチン等が挙げられる。
脂肪酸あるいは脂肪酸エステルとしては、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、ステアリン酸エチル、アラキジン酸エチル、ベヘン酸エチル等が挙げられる。
The non-immune protein is not particularly limited, and for example, avidin (streptavidin), biotin or a receptor can be used.
As the immunoglobulin-binding protein, for example, protein A or protein G, rheumatoid factor (RF) and the like can be used.
Examples of sugar-binding proteins include lectins.
Examples of the fatty acid or fatty acid ester include stearic acid, arachidic acid, behenic acid, ethyl stearate, ethyl arachidate, and ethyl behenate.

これらの生理活性物質は、生理活性物質を含む溶液を親水性高分子が固定された基板上に塗布し、乾燥することによって固定化することが好ましい。   These physiologically active substances are preferably immobilized by applying a solution containing the physiologically active substance onto a substrate on which a hydrophilic polymer is immobilized and drying.

生理活性物質を含む溶液(塗布液)の濃度は、基板表面に固定する生理活性物質の濃度が高い方が好ましい。生理活性物質により異なるが、0.1mg/mLから10mg/mLで使用することが好ましく、さらに好ましくは1mg/mLから10mg/mLである。   The concentration of the solution (coating solution) containing the physiologically active substance is preferably higher in the concentration of the physiologically active substance immobilized on the substrate surface. Although it varies depending on the physiologically active substance, it is preferably 0.1 mg / mL to 10 mg / mL, more preferably 1 mg / mL to 10 mg / mL.

生理活性物質を含む溶液の乾燥過程において、生理活性物質は塗布した溶液の外周部または、塗布液が乾固直前まで液が残った部分に析出する傾向がある。これにより基板表面に固定される生理活性物質の量に分布が発生し好ましくない。基板表面の生理活性物質固定量を均一にするため、塗布液の粘度は生理活性物質の基板表面への結合を阻害しない範囲で高くすることが好ましい。塗布液粘度を高くすることで、乾燥過程における塗布液中の生理活性物質の基板表面に対して水平方向の移動が抑えられ、結果として生理活性物質固定量のばらつきを抑えられる。乾燥過程における塗布液の粘度は0.9cP以上に保つことが好ましい。   In the drying process of a solution containing a physiologically active substance, the physiologically active substance tends to be deposited on the outer periphery of the applied solution or on the portion where the liquid remains until just before the coating solution is dried. This undesirably causes a distribution in the amount of the physiologically active substance immobilized on the substrate surface. In order to make the amount of the physiologically active substance immobilized on the substrate surface uniform, it is preferable to increase the viscosity of the coating solution as long as the binding of the physiologically active substance to the substrate surface is not inhibited. By increasing the viscosity of the coating solution, the horizontal movement of the physiologically active substance in the coating solution in the drying process with respect to the substrate surface can be suppressed, and as a result, variations in the amount of physiologically active substance fixed can be suppressed. The viscosity of the coating solution in the drying process is preferably kept at 0.9 cP or higher.

本発明の乾燥する工程とは、生理活性物質を含む溶液の塗布後、その溶液を、静置することによる自然乾燥や、加熱や送風などによって溶液が乾燥する速度を上げ、意図的に乾燥させる工程をいう。ここで、生理活性物質を含む溶液(塗布液)の乾燥速度を上げることは生理活性物質固定量のばらつきを抑えることに効果がある。乾燥速度を上げ、生理活性物質の水平方向の移動速度に対して、十分早く乾燥を終了させることで、生理活性物質が実質的に移動する前に乾燥が終了し、ばらつきを抑えることが可能となる。乾燥速度を上げる方法は特に限定されないが、塗布液温度、乾燥環境温度を上げる、赤外線、レーザーなどの照射で蒸発エネルギーを加える、送風などで乾燥時の溶媒蒸気圧を下げる、溶液を薄層塗布して塗布量に対する蒸発面積を大きくするなどの方法が挙げられる。特に、塗布液が水を含む場合、乾球温度と湿球温度差の大きい環境で乾燥させることで乾燥速度は早くなる。乾球温度と湿球温度との温度差が7℃以上の環境で乾燥させることが好ましく、さらに好ましくは10℃以上、さらに好ましくは13.5℃以上である。また、製造工程上、乾燥時間としては10分以内が好ましく、より好ましくは5分以内、特に好ましくは1分以内である。   The drying step of the present invention means that after application of a solution containing a physiologically active substance, the solution is naturally dried by standing, or the solution is dried by heating or blowing, and the solution is intentionally dried. Refers to a process. Here, increasing the drying rate of a solution (coating solution) containing a physiologically active substance is effective in suppressing variations in the amount of physiologically active substance immobilized. By increasing the drying speed and finishing the drying sufficiently quickly with respect to the horizontal movement speed of the physiologically active substance, it is possible to finish the drying before the physiologically active substance substantially moves and to suppress variations. Become. The method of increasing the drying speed is not particularly limited, but the coating solution temperature and drying environment temperature are increased, the evaporation energy is applied by irradiation with infrared rays, laser, etc., the solvent vapor pressure during drying is lowered by blowing, the solution is applied in a thin layer And a method of increasing the evaporation area with respect to the coating amount. In particular, when the coating solution contains water, the drying speed is increased by drying in an environment having a large difference between the dry bulb temperature and the wet bulb temperature. It is preferable to dry in an environment where the temperature difference between the dry bulb temperature and the wet bulb temperature is 7 ° C or higher, more preferably 10 ° C or higher, and further preferably 13.5 ° C or higher. Further, in the production process, the drying time is preferably within 10 minutes, more preferably within 5 minutes, and particularly preferably within 1 minute.

生理活性物質を含む溶液を塗布する方法としては、特に塗布液を定量吐出するディスペンサーを使用する方法が挙げられる。ディスペンサーの吐出口を基板上で一定速度、一定間隔で動作させることで基板上の任意の場所に均一塗布することが可能である。ディスペンサーで塗布する場合、基板と吐出口の間隔を極力狭くし、塗布液厚みを薄くすることで生理活性物質の厚みを均一にすることができ、また乾燥速度を上げることができ、好ましい。また生理活性物質を含む溶液を塗布する好ましい方法として、スピンコートも挙げられる。この方法は、特に塗布膜厚を薄くする場合に好ましい。均一厚みの溶液を形成した後に乾燥させるため、スピンコーターは回転中の溶媒の蒸発を防ぐことが好ましい。このため、回転時に基板を密閉容器に入れておくなどの方法で、基板周辺の溶媒濃度が高い環境に保つことで、回転中の薄膜形成と薄膜形成後の乾燥速度を制御できるため、特に好ましい。これらの塗布工程後、温度・湿度を一定に保った条件下で乾燥させることが好ましい。   Examples of a method for applying a solution containing a physiologically active substance include a method using a dispenser that dispenses a coating solution in a fixed amount. By operating the discharge port of the dispenser on the substrate at a constant speed and a constant interval, it is possible to uniformly apply to any place on the substrate. In the case of applying with a dispenser, the distance between the substrate and the discharge port is made as narrow as possible, and the thickness of the physiologically active substance can be made uniform by reducing the thickness of the coating solution, and the drying speed can be increased, which is preferable. A preferred method for applying a solution containing a physiologically active substance is spin coating. This method is particularly preferable when the coating film thickness is reduced. In order to dry after forming a solution having a uniform thickness, the spin coater preferably prevents evaporation of the solvent during rotation. For this reason, it is particularly preferable because the thin film formation during the rotation and the drying speed after the thin film formation can be controlled by maintaining the environment in which the solvent concentration around the substrate is high by a method such as placing the substrate in a sealed container at the time of rotation. . After these coating steps, it is preferable to dry under conditions where the temperature and humidity are kept constant.

生理活性物質と被検体物質との相互作用を検出する場合、センサー表面の生理活性物質の固定量の変動は相互作用の定量的、速度論的評価の誤差の原因となる。この誤差を最小限に抑える目的で、生理活性物質の固定量を均一にすることが好ましい。相互作用の検出に使用される基板表面の生理活性物質の固定量のばらつきがCV値(変動係数)(標準偏差/平均値)で15%以下が好ましく、さらに好ましくは10%以下である。CV値は、基板表面の少なくとも2点以上、好ましくは10点以上、さらに好ましくは100点以上の固定量から算出することができる。均一性は、生理活性物質を固定する前後のセンサー基板上の物質の量を定量することでも評価可能であるが、生理活性物質と結合することが知られている物質を蛍光標識して、この標識物質をセンサー基板に固定した後に蛍光顕微鏡などを用いて蛍光強度を測定することでも可能である。また、SPRイメージャー、エリプソメーター、TOF−SIMS、ATR−IR装置などで生理活性物質の定量も可能である。   When detecting the interaction between the physiologically active substance and the analyte, the variation in the amount of the physiologically active substance immobilized on the sensor surface causes an error in the quantitative and kinetic evaluation of the interaction. For the purpose of minimizing this error, it is preferable to make the fixed amount of the physiologically active substance uniform. The variation of the fixed amount of the physiologically active substance on the substrate surface used for the detection of the interaction is preferably 15% or less, more preferably 10% or less in terms of CV value (variation coefficient) (standard deviation / average value). The CV value can be calculated from a fixed amount of at least 2 points on the substrate surface, preferably 10 points or more, more preferably 100 points or more. Uniformity can also be evaluated by quantifying the amount of the substance on the sensor substrate before and after immobilizing the physiologically active substance, but this is done by fluorescently labeling a substance known to bind to the physiologically active substance. It is also possible to measure the fluorescence intensity using a fluorescence microscope after fixing the labeling substance to the sensor substrate. In addition, physiologically active substances can be quantified using an SPR imager, ellipsometer, TOF-SIMS, ATR-IR apparatus or the like.

また、本発明において、基板上に固定化した生理活性物質の保存安定性を向上させる目的で、水素結合を形成しうる残基を有する化合物(以下、化合物Sとする)を使用してもよい。   In the present invention, a compound having a residue capable of forming a hydrogen bond (hereinafter referred to as Compound S) may be used for the purpose of improving the storage stability of a physiologically active substance immobilized on a substrate. .

一般に蛋白質などの生理活性物質は水溶液中で水分子が配位することで三次元構造を維持しているが、乾燥されると三次元構造を保持できず失活する。また、基板表面の親水性高分子中に担持されている場合には、乾燥されることで生理活性物質同士が接近し凝集が発生する。本発明の水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sは、水分子に代って生理活性物質の三次元構造を保持することで失活を抑制、または生理活性物質を被覆して立体効果で凝集を抑制する目的で使用することができる。   In general, physiologically active substances such as proteins maintain a three-dimensional structure by coordinating water molecules in an aqueous solution. However, when dried, they cannot retain the three-dimensional structure and are deactivated. Moreover, when it is carried in the hydrophilic polymer on the surface of the substrate, the physiologically active substances come close to each other and aggregate due to drying. The compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond according to the present invention suppresses inactivation by retaining the three-dimensional structure of the physiologically active substance instead of the water molecule, or covers the physiologically active substance to provide a steric effect. Can be used for the purpose of suppressing aggregation.

本発明において水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sは、水溶液で基板上の生理活性物質を固定した層に添加することが好ましい。添加方法としては、生理活性物質との混合溶液として基板表面に塗布しても良く、生理活性物質を基板表面に固定した後オーバーコートなどによりして添加しても良い。化合物Sと生理活性物質との混合溶液として塗布した場合、生理活性物質の固定量ばらつきを抑えることもできる。化合物S水溶液は薄膜状態で基板に添加することが好ましい。基板上に薄膜を形成させる方法は、公知の方法を用いることが可能であるが、具体的には、エクストルージョンコート法、カーテンコート法、キャスティング法、スクリーン印刷法、スピンコート法、スプレーコート法、スライドビードコート法、スリットアンドスピン方式、スリットコート方式、ダイコート法、ディップコート法、ナイフコート法、ブレードコート法、フローコート法、ロールコート法、ワイヤバーコート方式、転写印刷法、等を用いることが可能である。膜厚制御された塗布膜を簡便に作成可能であることから、本発明において基板上に薄膜を形成させる方法としては、スプレーコート法またはスピンコート法が好ましく、スピンコート法がさらに好ましい。   In the present invention, the compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond is preferably added to a layer in which a physiologically active substance on a substrate is fixed with an aqueous solution. As an addition method, it may be applied to the substrate surface as a mixed solution with a physiologically active substance, or may be added by overcoating after fixing the physiologically active substance on the substrate surface. When applied as a mixed solution of Compound S and a physiologically active substance, variation in the amount of the physiologically active substance immobilized can be suppressed. Compound S aqueous solution is preferably added to the substrate in a thin film state. As a method for forming a thin film on a substrate, known methods can be used. Specifically, an extrusion coating method, a curtain coating method, a casting method, a screen printing method, a spin coating method, and a spray coating method. , Slide bead coating method, slit and spin method, slit coating method, die coating method, dip coating method, knife coating method, blade coating method, flow coating method, roll coating method, wire bar coating method, transfer printing method, etc. It is possible. Since a coating film with a controlled film thickness can be easily produced, the method for forming a thin film on a substrate in the present invention is preferably a spray coating method or a spin coating method, and more preferably a spin coating method.

化合物Sの塗布液濃度は塗布性、生理活性物質を含む層への浸透の問題がない範囲で特に限定されないが、0.1重量%以上5重量%以下であることが好ましい。また、塗布液は、塗布性、pH調整の観点で界面活性剤、緩衝剤、有機溶剤、塩などを添加してもよい。   The concentration of the coating solution of Compound S is not particularly limited as long as there is no problem of coating properties and penetration into a layer containing a physiologically active substance, but it is preferably 0.1% by weight or more and 5% by weight or less. In addition, a surfactant, a buffering agent, an organic solvent, a salt, and the like may be added to the coating solution from the viewpoints of coating properties and pH adjustment.

水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sとしては、常温常圧で不揮発性のものが好ましく、平均分子量が350より大きく500万より小さいものが好ましく、さらに好ましくは1200以上200万以下であり、最も好ましくは1200以上7万以下である。分子内に水酸基を含む化合物Sは糖類が好ましく、糖類は、単糖、多糖類でも良い。n糖類の場合nが4以上1200以下であることが好ましく、さらに好ましくはnが20以上600以下である。   The compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond is preferably a non-volatile compound at normal temperature and normal pressure, preferably having an average molecular weight of more than 350 and less than 5 million, more preferably 1200 or more and 2 million or less. Most preferably, it is 1200 or more and 70,000 or less. The compound S containing a hydroxyl group in the molecule is preferably a saccharide, and the saccharide may be a monosaccharide or a polysaccharide. In the case of n-saccharides, n is preferably 4 or more and 1200 or less, and more preferably n is 20 or more and 600 or less.

化合物Sの平均分子量が低いと基板表面で結晶化して、生理活性物質を固定した親水性高分子層の破壊および生理活性物質の三次元構造の破壊の原因となり、反対に平均分子量が高いと生理活性物質の基板への固定の障害となったり、生理活性物質を含む層に含浸できない、層分離を発生するなどの問題が発生する。   If the average molecular weight of Compound S is low, it will crystallize on the surface of the substrate, causing the destruction of the hydrophilic polymer layer to which the physiologically active substance is immobilized and the three-dimensional structure of the physiologically active substance. Problems such as an obstacle to fixing the active substance to the substrate, impregnation into a layer containing a physiologically active substance, and occurrence of layer separation occur.

基板上に固定した生理活性物質の劣化を抑制する目的で、前記水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sは、デキストラン骨格、又はポリエチレンオキシド骨格を有することが好ましく、本発明の目的を達成する範囲において、どの置換基を使用してもよい。また、基板上に固定した生理活性物質の劣化を抑制する目的で、解離性基を有しないノニオン性化合物であることが好ましい。また、前記水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sは水分子との親和性の高い化合物が好ましく、水とn-オクタノールとの分配係数LogP値が1以上であることが好ましい。LogP値は、JIS規格のZ7260−107(2000)「分配係数(1-オクタノール/水)の測定―振とう法」などに記載の方法で測定することができる。   For the purpose of suppressing the deterioration of the physiologically active substance immobilized on the substrate, the compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond preferably has a dextran skeleton or a polyethylene oxide skeleton, thereby achieving the object of the present invention. Any substituent may be used as long as it is within the range. Moreover, it is preferable that it is a nonionic compound which does not have a dissociable group for the purpose of suppressing deterioration of the bioactive substance fixed on the board | substrate. The compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond is preferably a compound having a high affinity for water molecules, and the partition coefficient LogP value between water and n-octanol is preferably 1 or more. The LogP value can be measured by a method described in JIS standard Z7260-107 (2000) "Measurement of distribution coefficient (1-octanol / water)-shaking method".

具体的な水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sとしては、ポリビニルアルコールなどの多価アルコール類、コラーゲン、ゼラチン、アルブミンなどのタンパク質、ヒアルロン酸、キチン、キトサン、デンプン、セルロース、アルギン酸、デキストランなど多糖類、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレンオキシド、プルロニックなどポリエチレンキシ-ポリプロピレンオキシド縮合物などのポリエーテル類、トゥイーン20、トゥイーン40、トゥイーン60、トゥイーン80などの2種以上の残基から成る化合物、またはこれら化合物の誘導体および重合体などが挙げられる。その内、多糖類、ポリエーテル類が好ましく、多糖類がより好ましい。具体的には、デキストラン、セルロース、トゥイーン20、トゥイーン40、トゥイーン60、トゥイーン80が好ましく用いられる。さらに、特開2006−170832に記載の不揮発性モノマー、不揮発性水溶性オリゴマーを用いることもできる。例えば不揮発性モノマーとしては水酸基が保護基で保護されていてもよいテトロース、ペントース、ヘプトース、ヘキトース及びそのグリコキシドでも良く、メチルグルコシドや水酸基が保護基で保護されていてもよいサイクリトール類でもよい。また不揮発性水溶性オリゴマーが、式(1)、(2)または(3) -[CH2-CH(CONH2)-]n- (1) -[CH2-CH2-O-]n- (2) -[CH2-CH(OH)-]n- (3)(式(1)〜(3)中、nは10〜200のいずれかの整数を示す。)で表されるオリゴマー、水酸基が保護基で保護されていてもよいn糖(但し、2≦n≦10)のオリゴ糖を用いることもできる。さらに、US2003/0175827、DE20306476A1に記載の糖類、例えば、トレハロース、スクロース、マルトース、ラクトース、キシリトール、フルクトース、マニトール、グルコース、キシロール、マルトデキストラン、サッカロース、ポリビニルピロリドンなどを使用しても良い。また、これらの化合物Sは、本発明において使用している親水性高分子の基本骨格と実質同一であることが好ましい。ここで、基本骨格とは、例えば、糖の環構造のことをいい、官能基や長さが異なっていても、環構造が同一であれば、実質同一であるという。   Specific examples of the compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond include polyhydric alcohols such as polyvinyl alcohol, proteins such as collagen, gelatin, and albumin, hyaluronic acid, chitin, chitosan, starch, cellulose, alginic acid, and dextran. Polysaccharides such as Polysaccharides, Polyethylene Glycol, Polyethylene Oxide, Polypropylene Glycol, Polypropylene Oxide, Pluronic and other Polyoxyxy-Polypropylene Oxide Condensates, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80 and Two Residues Or a derivative and a polymer of these compounds. Of these, polysaccharides and polyethers are preferable, and polysaccharides are more preferable. Specifically, dextran, cellulose, tween 20, tween 40, tween 60, and tween 80 are preferably used. Furthermore, the non-volatile monomer and non-volatile water-soluble oligomer described in JP-A-2006-170832 can also be used. For example, the non-volatile monomer may be tetrose, pentose, heptose, hexose and its glycoxide whose hydroxyl group may be protected with a protecting group, or methyl glucoside or cyclitols whose hydroxyl group may be protected with a protecting group. In addition, the nonvolatile water-soluble oligomer is represented by the formula (1), (2) or (3)-[CH2-CH (CONH2)-] n- (1)-[CH2-CH2-O-] n- (2)- [CH2-CH (OH)-] n- (3) (in the formulas (1) to (3), n represents any integer of 10 to 200), and the hydroxyl group is a protecting group. It is also possible to use oligosaccharides of n sugars (where 2 ≦ n ≦ 10) which may be protected. Furthermore, saccharides described in US 2003/0175827, DE 20306476A1, for example, trehalose, sucrose, maltose, lactose, xylitol, fructose, mannitol, glucose, xylol, maltodextran, saccharose, polyvinylpyrrolidone, and the like may be used. These compounds S are preferably substantially the same as the basic skeleton of the hydrophilic polymer used in the present invention. Here, the basic skeleton refers to, for example, a sugar ring structure, and is substantially the same if the ring structures are the same even if the functional groups and length are different.

基板上の、水素結合を形成しうる残基を有する化合物Sの含有量としては、平均分子量の比で、親水性高分子の平均分子量に対する前記化合物Sの平均分子量の割合が0.005以上0.2以下であることが好ましい。割合がこれよりも低い場合は化合物Sが結晶化しやすく、高い場合は親水性高分子層への浸透が困難であり、この範囲内に設定することでこれらの問題を解消し、生理活性物質の失活抑制効果、凝集抑制効果をより高く得ることができる。   The content of the compound S having a residue capable of forming a hydrogen bond on the substrate is a ratio of the average molecular weight, and the ratio of the average molecular weight of the compound S to the average molecular weight of the hydrophilic polymer is 0.005 or more and 0. .2 or less is preferable. When the ratio is lower than this, the compound S is easily crystallized, and when it is higher, the penetration into the hydrophilic polymer layer is difficult. By setting the ratio within this range, these problems can be solved, and the physiologically active substance The deactivation suppression effect and the aggregation suppression effect can be obtained higher.

上記のようにして生理活性物質を固定化したバイオセンサーは、当該生理活性物質と相互作用する物質の検出及び/又は測定のために使用することができる。   The biosensor on which a physiologically active substance is immobilized as described above can be used for detection and / or measurement of a substance that interacts with the physiologically active substance.

本発明では、センサー用基板に固定化されている生理活性物質と被験物質との相互作用を非電気化学的方法により検出及び/又は測定することが好ましい。非電気化学的方法としては、表面プラズモン共鳴(SPR)測定技術、水晶発振子マイクロバランス(QCM)測定技術、金のコロイド粒子から超微粒子までの機能化表面を使用した測定技術などが挙げられる。   In the present invention, it is preferable to detect and / or measure the interaction between the physiologically active substance immobilized on the sensor substrate and the test substance by a non-electrochemical method. Non-electrochemical methods include surface plasmon resonance (SPR) measurement technology, quartz crystal microbalance (QCM) measurement technology, measurement technology using functionalized surfaces from gold colloidal particles to ultrafine particles.

本発明の好ましい態様によれば、本発明のバイオセンサーは、例えば、透明基板上に配置される金属膜を備えていることを特徴とする表面プラズモン共鳴用バイオセンサーとして用いることができる。   According to a preferred aspect of the present invention, the biosensor of the present invention can be used as a surface plasmon resonance biosensor characterized by including a metal film disposed on a transparent substrate, for example.

表面プラズモン共鳴用バイオセンサーとは、表面プラズモン共鳴バイオセンサーに使用されるバイオセンサーであって、該センサーより照射された光を透過及び反射する部分、並びに生理活性物質を固定する部分とを含む部材を言い、該センサーの本体に固着されるものであってもよく、また脱着可能なものであってもよい。   The surface plasmon resonance biosensor is a biosensor used in the surface plasmon resonance biosensor, and includes a part that transmits and reflects light emitted from the sensor, and a part that fixes a physiologically active substance. And may be fixed to the main body of the sensor or may be removable.

表面プラズモン共鳴の現象は、ガラス等の光学的に透明な物質と金属薄膜層との境界から反射された単色光の強度が、金属の出射側にある試料の屈折率に依存することによるものであり、従って、反射された単色光の強度を測定することにより、試料を分析することができる。   The phenomenon of surface plasmon resonance is due to the fact that the intensity of monochromatic light reflected from the boundary between an optically transparent substance such as glass and the metal thin film layer depends on the refractive index of the sample on the metal exit side. Yes, so the sample can be analyzed by measuring the intensity of the reflected monochromatic light.

表面プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、被測定物質の特性を分析する表面プラズモン測定装置としては、Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙げられる(例えば特開平6−167443号公報参照)。上記の系を用いる表面プラズモン測定装置は基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されて試料液などの被測定物質に接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して表面プラズモン共鳴の状態、つまり全反射減衰の状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。   As a surface plasmon measuring device for analyzing the characteristics of a substance to be measured using a phenomenon in which surface plasmons are excited by light waves, there is an apparatus using a system called Kretschmann arrangement (for example, JP-A-6-167443). See the official gazette). A surface plasmon measuring apparatus using the above system basically includes a dielectric block formed in a prism shape, for example, and a metal film formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with a substance to be measured such as a sample liquid. A light source that generates a light beam; an optical system that causes the light beam to enter the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at an interface between the dielectric block and the metal film; and It comprises light detecting means for detecting the surface plasmon resonance state, that is, the state of total reflection attenuation by measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface.

なお上述のように種々の入射角を得るためには、比較的細い光ビームを入射角を変化させて上記界面に入射させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記界面に収束光状態であるいは発散光状態で入射させてもよい。前者の場合は、入射した光ビームの入射角の変化に従って、反射角が変化する光ビームを、上記反射角の変化に同期して移動する小さな光検出器によって検出したり、反射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサによって検出することができる。一方後者の場合は、種々の反射角で反射した各光ビームを全て受光できる方向に延びるエリアセンサによって検出することができる。   In order to obtain various incident angles as described above, a relatively thin light beam may be incident on the interface by changing the incident angle, or a component incident on the light beam at various angles is included. As described above, a relatively thick light beam may be incident on the interface in a convergent light state or a divergent light state. In the former case, a light beam whose reflection angle changes according to the change in the incident angle of the incident light beam is detected by a small photodetector that moves in synchronization with the change in the reflection angle, or the direction in which the reflection angle changes Can be detected by an area sensor extending along the line. On the other hand, in the latter case, it can be detected by an area sensor extending in a direction in which each light beam reflected at various reflection angles can be received.

上記構成の表面プラズモン測定装置において、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角で入射させると、該金属膜に接している被測定物質中に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属膜と被測定物質との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立しているとき、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行するので、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。この光強度の低下は、一般に上記光検出手段により暗線として検出される。なお上記の共鳴は、入射ビームがp偏光のときにだけ生じる。したがって、光ビームがp偏光で入射するように予め設定しておく必要がある。   In the surface plasmon measuring apparatus having the above configuration, when a light beam is incident on a metal film at a specific incident angle that is greater than the total reflection angle, an evanescent wave having an electric field distribution is generated in the measured substance in contact with the metal film. The evanescent wave excites surface plasmons at the interface between the metal film and the substance to be measured. When the wave number vector of the evanescent light is equal to the wave number of the surface plasmon and the wave number matching is established, both are in a resonance state and the energy of the light is transferred to the surface plasmon. The intensity of the reflected light decreases sharply. This decrease in light intensity is generally detected as a dark line by the light detection means. The resonance described above occurs only when the incident beam is p-polarized light. Therefore, it is necessary to set in advance so that the light beam is incident as p-polarized light.

この全反射減衰(ATR)が生じる入射角、すなわち全反射減衰角(θSP)より表面プラズモンの波数が分かると、被測定物質の誘電率が求められる。この種の表面プラズモン測定装置においては、全反射減衰角(θSP)を精度良く、しかも大きなダイナミックレンジで測定することを目的として、特開平11−326194号公報に示されるように、アレイ状の光検出手段を用いることが考えられている。この光検出手段は、複数の受光素子が所定方向に配設されてなり、前記界面において種々の反射角で全反射した光ビームの成分をそれぞれ異なる受光素子が受光する向きにして配設されたものである。   If the wave number of the surface plasmon is known from the incident angle at which this total reflection attenuation (ATR) occurs, that is, the total reflection attenuation angle (θSP), the dielectric constant of the substance to be measured can be obtained. In this type of surface plasmon measurement apparatus, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-326194, in order to measure the total reflection attenuation angle (θSP) with high accuracy and a large dynamic range, It is considered to use detection means. This light detection means is provided with a plurality of light receiving elements arranged in a predetermined direction, and arranged so that different light receiving elements receive light beam components totally reflected at various reflection angles at the interface. Is.

そしてその場合は、上記アレイ状の光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の配設方向に関して微分する微分手段が設けられ、この微分手段が出力する微分値に基づいて全反射減衰角(θSP)を特定し、被測定物質の屈折率に関連する特性を求めることが多い。   In that case, there is provided differential means for differentiating the light detection signals output from the light receiving elements of the arrayed light detection means with respect to the arrangement direction of the light receiving elements, and based on the differential value output by the differential means. In many cases, the total reflection attenuation angle (θSP) is specified to obtain a characteristic related to the refractive index of the substance to be measured.

また、全反射減衰(ATR)を利用する類似の測定装置として、例えば「分光研究」第47巻 第1号(1998)の第21〜23頁および第26〜27頁に記載がある漏洩モード測定装置も知られている。この漏洩モード測定装置は基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形成されて、試料液に接触させられる光導波層と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを上記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックとクラッド層との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して導波モードの励起状態、つまり全反射減衰状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。   Moreover, as a similar measuring device using total reflection attenuation (ATR), for example, “Spectroscopic Research” Vol. 47, No. 1, (1998), pages 21 to 23 and pages 26 to 27 are described. Devices are also known. This leakage mode measuring device is basically a dielectric block formed in a prism shape, for example, a clad layer formed on one surface of the dielectric block, and formed on the clad layer to be in contact with the sample liquid. Optical waveguide layer to be generated, a light source for generating a light beam, and the light beam to the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the cladding layer. The optical system includes an incident optical system and light detection means for detecting the excitation state of the waveguide mode, that is, the total reflection attenuation state by measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface.

上記構成の漏洩モード測定装置において、光ビームを誘電体ブロックを通してクラッド層に対して全反射角以上の入射角で入射させると、このクラッド層を透過した後に光導波層においては、ある特定の波数を有する特定入射角の光のみが導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層に取り込まれるので、上記界面で全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。そして導波光の波数は光導波層の上の被測定物質の屈折率に依存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知ることによって、被測定物質の屈折率や、それに関連する被測定物質の特性を分析することができる。   In the leakage mode measuring apparatus having the above-described configuration, when a light beam is incident on the cladding layer through the dielectric block at an incident angle greater than the total reflection angle, the light waveguide layer transmits a specific wave number after passing through the cladding layer. Only light having a specific incident angle having a wave length propagates in the waveguide mode. When the waveguide mode is excited in this way, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer, resulting in total reflection attenuation in which the intensity of light totally reflected at the interface is sharply reduced. Since the wave number of guided light depends on the refractive index of the substance to be measured on the optical waveguide layer, knowing the specific incident angle at which total reflection attenuation occurs, the refractive index of the substance to be measured and the measurement object related thereto The properties of the substance can be analyzed.

なおこの漏洩モード測定装置においても、全反射減衰によって反射光に生じる暗線の位置を検出するために、前述したアレイ状の光検出手段を用いることができ、またそれと併せて前述の微分手段が適用されることも多い。   In this leakage mode measuring apparatus, the above-mentioned array-shaped light detecting means can be used to detect the position of the dark line generated in the reflected light due to the total reflection attenuation, and the above-described differentiating means is applied in conjunction therewith. Often done.

また、上述した表面プラズモン測定装置や漏洩モード測定装置は、創薬研究分野等において、所望のセンシング物質に結合する特定物質を見いだすランダムスクリーニングへ使用されることがあり、この場合には前記薄膜層(表面プラズモン測定装置の場合は金属膜であり、漏洩モード測定装置の場合はクラッド層および光導波層)上に上記被測定物質としてセンシング物質を固定し、該センシング物質上に種々の被検体が溶媒に溶かされた試料液を添加し、所定時間が経過する毎に前述の全反射減衰角(θSP)の角度を測定している。   In addition, the surface plasmon measurement device and the leakage mode measurement device described above may be used for random screening to find a specific substance that binds to a desired sensing substance in the field of drug discovery research. In this case, the thin film layer A sensing substance is fixed on the sensing substance on the sensing substance (a metal film in the case of a surface plasmon measuring apparatus, a clad layer and an optical waveguide layer in the case of a leakage mode measuring apparatus), and various analytes are placed on the sensing substance. A sample solution dissolved in a solvent is added, and the total reflection attenuation angle (θSP) is measured every time a predetermined time elapses.

試料液中の被検体が、センシング物質と結合するものであれば、この結合によりセンシング物質の屈折率が時間経過に伴って変化する。したがって、所定時間経過毎に上記全反射減衰角(θSP)を測定し、該全反射減衰角(θSP)の角度に変化が生じているか否か測定することにより、被検体とセンシング物質の結合状態を測定し、その結果に基づいて被検体がセンシング物質と結合する特定物質であるか否かを判定することができる。このような特定物質とセンシング物質との組み合わせとしては、例えば抗原と抗体、あるいは抗体と抗体が挙げられる。具体的には、ウサギ抗ヒトIgG抗体をセンシング物質として薄膜層の表面に固定し、ヒトIgG抗体を特定物質として用いることができる。   If the analyte in the sample liquid binds to the sensing substance, the refractive index of the sensing substance changes with time due to this binding. Therefore, by measuring the total reflection attenuation angle (θSP) every predetermined time and measuring whether or not the total reflection attenuation angle (θSP) has changed, the binding state of the analyte and the sensing substance is determined. It is possible to determine whether or not the analyte is a specific substance that binds to the sensing substance based on the result. Examples of the combination of the specific substance and the sensing substance include an antigen and an antibody, or an antibody and an antibody. Specifically, a rabbit anti-human IgG antibody can be immobilized on the surface of the thin film layer as a sensing substance, and a human IgG antibody can be used as the specific substance.

なお、被検体とセンシング物質の結合状態を測定するためには、全反射減衰(θSP)の角度そのものを必ずしも検出する必要はない。例えばセンシング物質に試料液を添加し、その後の全反射減衰角(θSP)の角度変化量を測定して、その角度変化量の大小に基づいて結合状態を測定することもできる。前述したアレイ状の光検出手段と微分手段を全反射減衰を利用した測定装置に適用する場合であれば、微分値の変化量は、全反射減衰角(θSP)の角度変化量を反映しているため、微分値の変化量に基づいて、センシング物質と被検体との結合状態を測定することができる(本出願人による特開2003−106926参照)。このような全反射減衰を利用した測定方法および装置においては、底面に予め成された薄膜層上にセンシング物質が固定されたカップ状あるいはシャーレ状の測定チップに、溶媒と被検体からなる試料液を滴下供給して、上述した全反射減衰角(θSP)の角度変化量の測定を行っている。   Note that in order to measure the binding state between the subject and the sensing substance, it is not always necessary to detect the angle of total reflection attenuation (θSP) itself. For example, a sample solution can be added to the sensing substance, and the amount of change in the total reflection attenuation angle (θSP) thereafter can be measured, and the binding state can be measured based on the magnitude of the angle change. If the above-described arrayed light detecting means and differentiating means are applied to a measuring device using total reflection attenuation, the change amount of the differential value reflects the angle change amount of the total reflection attenuation angle (θSP). Therefore, the binding state between the sensing substance and the analyte can be measured based on the amount of change in the differential value (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-106926 by the present applicant). In such a measurement method and apparatus using total reflection attenuation, a sample liquid consisting of a solvent and an analyte is placed on a cup-shaped or petri-shaped measuring chip in which a sensing substance is fixed on a thin film layer formed in advance on the bottom surface. The amount of change in angle of the total reflection attenuation angle (θSP) described above is measured.

さらに、ターンテーブル等に搭載された複数個の測定チップの測定を順次行うことにより、多数の試料についての測定を短時間で行うことができる全反射減衰を利用した測定装置が、特開2001−330560号公報に記載されている。   Furthermore, a measuring apparatus using total reflection attenuation capable of measuring a large number of samples in a short time by sequentially measuring a plurality of measuring chips mounted on a turntable or the like is disclosed in JP-A-2001-2001. No. 330560.

本発明のバイオセンサーを表面プラズモン共鳴分析に使用する場合、上記したような各種の表面プラズモン測定装置の一部として適用することができる。   When the biosensor of the present invention is used for surface plasmon resonance analysis, it can be applied as a part of various surface plasmon measurement devices as described above.

また、本発明のバイオセンサーは、例えば基板表面に導波路構造を保持した、屈折率変化を導波路を用いて検出するバイオセンサーとして用いることができる。この場合、基板表面の導波構造物は、回折格子と場合によっては付加層とを有している、この導波構造物は、薄い誘電層からなる平面的な導波体から成る。導波体に集光された光線は全反射によりこの薄い層内に導かれる。この導かれる光波(以降モードと呼ぶ)の伝播速度は、C/Nの値をとる。ここでCは、真空中での光速であり、Nは導波体内を導かれるモードの有効屈折率である。有効屈折率Nは、一面では導波体の構成により、他面では薄い導波層に隣接する媒体の屈折率により決まる。光波の伝導は、薄い平面層内のみでなく、別の導波構造物、特にストリップ状の導波体によっても行われる。その場合は、導波構造物はストリップ状のフィルムの形状にされる。有効屈折率Nの変化は、導波層に隣接する媒体の変化と導波層自身もしくは導波層に隣接する付加層の屈折率および厚さの変化とにより生じることがバイオセンサーにとって重要な要素である。   The biosensor of the present invention can be used as a biosensor that detects a change in refractive index using a waveguide, for example, having a waveguide structure on the substrate surface. In this case, the waveguide structure on the surface of the substrate has a diffraction grating and possibly an additional layer. The waveguide structure consists of a planar waveguide made of a thin dielectric layer. Light rays collected in the waveguide are guided into this thin layer by total reflection. The propagation speed of the guided light wave (hereinafter referred to as mode) takes the value of C / N. Here, C is the speed of light in vacuum, and N is the effective refractive index of the mode guided in the waveguide. The effective refractive index N is determined by the configuration of the waveguide on one side and the refractive index of the medium adjacent to the thin waveguide layer on the other side. Light wave conduction is performed not only in a thin planar layer, but also by another waveguide structure, in particular a strip-shaped waveguide. In that case, the waveguide structure is in the form of a strip-like film. An important factor for a biosensor is that the change in the effective refractive index N is caused by a change in the medium adjacent to the waveguiding layer and a change in the refractive index and thickness of the waveguiding layer itself or an additional layer adjacent to the waveguiding layer. It is.

この方式のバイオセンサーの構成については、例えば特公平6−27703号公報4ページ48行目から14ページ15行目および第1図から第8図、米国特許第 6,829,073号のcolumn6の31行目からcolumn7の47行目および第9図A,Bに記載されている。   Regarding the configuration of the biosensor of this system, for example, from Japanese Patent Publication No. 6-27703, page 4, line 48 to page 14, line 15 and FIG. 1 to FIG. 8, US Pat. No. 6,829,073, column 6, line 31 It is described in the 47th line of column7 and FIGS. 9A and B.

例えば、一つの実施形態として、薄層が平面状の導波路層が基材(たとえばパイレックス(登録商標)・ガラス)上に設けられている構造がある。導波路層と基材とは、一緒にいわゆる導波体を形成する。導波路層は、たとえば酸化物層(SiO2,SnO2、Ta2O5,TiO2,TiO2-SiO2,HfO2,ZrO2,Al2O3,Si3N4,HfON,SiON,酸化スカンジウムまたはこれらの混合物)、プラスチック層(例えばポリスチレン、ポリエチレン、ポリカーボネートなど)、など多層の積層体が可能である。光線が全反射により導波路層内を伝播するには、導波路層の屈折率が隣接媒体(たとえば基材や後述の付加層)の屈折率より大でなければならない。基材もしくは測定物質に向いた導波路層表面もしくは導波路層体積内には、回折格子が配置されている。回折格子は、型押し、ホログラフィまたはその他の方法によって基板内に形成することができる。次いでより高い屈折率を有する薄い導波路膜を回折格子の上表面に被覆する。回折格子は導波路層への入射光線を集束したり、既に導波路層内を導かれているモードを放出したり、そのモードの一部を進行方向へ透過させ、一部を反射させたりする機能を持つ。導波路層は、格子域を付加層でカバーしておく。付加層は必要に応じて多層膜とすることができる。この付加層は、測定物質に含まれている物質の選択的検知を可能にする機能を持たせることができる。好ましい態様として付加層の最表面に、検知機能を持つ層を設けることができる。このような検知機能を持つ層として、生理活性物質を固定化し得る層を用いることができる。   For example, as one embodiment, there is a structure in which a waveguide layer having a flat thin layer is provided on a base material (for example, Pyrex (registered trademark) glass). The waveguide layer and the substrate together form a so-called waveguide. The waveguide layer can be, for example, an oxide layer (SiO2, SnO2, Ta2O5, TiO2, TiO2-SiO2, HfO2, ZrO2, Al2O3, Si3N4, HfON, SiON, scandium oxide or a mixture thereof), a plastic layer (for example, polystyrene, polyethylene, A multilayer laminate such as polycarbonate) is possible. In order for light rays to propagate through the waveguide layer by total reflection, the refractive index of the waveguide layer must be greater than the refractive index of an adjacent medium (for example, a base material or an additional layer described later). A diffraction grating is disposed on the surface of the waveguide layer or the volume of the waveguide layer facing the substrate or the measurement substance. The diffraction grating can be formed in the substrate by embossing, holography or other methods. A thin waveguide film having a higher refractive index is then coated on the upper surface of the diffraction grating. The diffraction grating focuses incident light to the waveguide layer, emits a mode already guided in the waveguide layer, transmits part of the mode in the traveling direction, and reflects part of the mode. Has function. The waveguide layer covers the grating region with an additional layer. The additional layer can be a multilayer film as required. The additional layer can have a function that enables selective detection of a substance contained in the measurement substance. As a preferred embodiment, a layer having a detection function can be provided on the outermost surface of the additional layer. As a layer having such a detection function, a layer capable of immobilizing a physiologically active substance can be used.

別の実施形態として、回折格子導波路のアレイがマイクロプレートのウェル内に組み込まれる形態も可能である(特表2007-501432)。すなわち回折格子導波路がマイクロプレートのウェル底面にアレイ状に配列されていれば、スループットの高い薬物または化学物質のスクリーニングを可能にすることができる。   As another embodiment, a configuration in which an array of diffraction grating waveguides is incorporated in a well of a microplate is also possible (Japanese Patent Publication No. 2007-501432). That is, if the diffraction grating waveguides are arranged in an array on the bottom surface of the well of the microplate, it is possible to screen a drug or chemical substance with high throughput.

回折格子導波路は、回折格子導波路の上層(検知領域)上の生理活性物質検出を可能にするために、入射光線、および反射光を検出して屈折特性の変化を検出する。この目的のため、1つまたはそれより多くの光源(例えば、レーザ、ダイオード)及び1つまたはそれより多くの検出器(例えば、分光計、CCDカメラまたはその他の光検出器)を用いることができる。屈折率変化を測定するための方法として、2つの異なる動作モード−分光法、及び角度法がある。分光法においては、入射光として広帯域ビームが回折格子導波路に送られ、反射光が集められて、例えば分光計で測定される。共鳴波長(ピーク)のスペクトル位置を観測することにより、回折格子導波路の表面またはその近傍での屈折率変化すなわち結合を測定することができる。また、角度法においては、公称上単一波長の光がある範囲の照射角を生じるように集束されて、回折格子導波路内に向けられる。反射光がCCDカメラまたはその他の光検出器によって測定される。回折格子導波路によって反射された共鳴角の位置を測定することにより、回折格子導波路の表面またはその近傍での屈折率変化すなわち結合を測定することができる。   In order to enable detection of a physiologically active substance on the upper layer (detection region) of the diffraction grating waveguide, the diffraction grating waveguide detects incident light and reflected light to detect a change in refractive characteristics. For this purpose, one or more light sources (eg lasers, diodes) and one or more detectors (eg spectrometers, CCD cameras or other photodetectors) can be used. . There are two different modes of operation—spectroscopy and angle methods for measuring refractive index changes. In spectroscopy, a broadband beam is sent as incident light to a diffraction grating waveguide and the reflected light is collected and measured, for example, with a spectrometer. By observing the spectral position of the resonance wavelength (peak), the refractive index change, that is, the coupling at or near the surface of the diffraction grating waveguide can be measured. Also, in the angle method, nominally single wavelength light is focused to produce a range of illumination angles and directed into the diffraction grating waveguide. The reflected light is measured by a CCD camera or other photodetector. By measuring the position of the resonance angle reflected by the diffraction grating waveguide, it is possible to measure the refractive index change, ie, coupling, at or near the surface of the diffraction grating waveguide.

以下の実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。   The following examples further illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited to these examples.

実施例1:光ラジカル発生剤(化合物A)の合成:
(1)中間体の合成
29.33g(0.150mol)の4−Cyano−4‘−hydroxybiphenylと75mlのN,N−ジメチルアセトアミドを、冷却管を設置した300ml容の三口フラスコに入れて撹拌し均一溶液とした。その溶液に22.81g(0.165mol)の炭酸カリウムを加えてオイルバスで80度に加熱し、38.78g(0.166mol)の11−ブロモ−1−ウンデセンを徐々に滴下した。1.5時間後に反応液を100度に昇温し、さらに1.5時間反応させた。原料の消失はTLCで確認した。反応終了後、反応液を水230mlに投入し、析出した白色固体を濾別および水で洗浄した。得られた固体をアセトニトリルで再結晶し、43.11gの中間体を得た。収率は82.6%だった。
Example 1: Synthesis of photo radical generator (compound A):
(1) Synthesis of Intermediate 1 29.33 g (0.150 mol) of 4-Cyano-4′-hydroxybiphenyl and 75 ml of N, N-dimethylacetamide were placed in a 300 ml three-necked flask equipped with a condenser and stirred. A homogeneous solution was obtained. 22.81 g (0.165 mol) of potassium carbonate was added to the solution, heated to 80 ° C. in an oil bath, and 38.78 g (0.166 mol) of 11-bromo-1-undecene was gradually added dropwise. After 1.5 hours, the temperature of the reaction solution was raised to 100 ° C. and further reacted for 1.5 hours. The disappearance of the raw materials was confirmed by TLC. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into 230 ml of water, and the precipitated white solid was separated by filtration and washed with water. The obtained solid was recrystallized from acetonitrile to obtain 43.11 g of Intermediate 1 . The yield was 82.6%.

(2)中間体2の合成
塩化カルシウム管を設置した300ml容の三口フラスコに20.00g(57.56mmol)の中間体を入れ、氷冷下で150g(1.0mol)のトリクロロアセトニトリルに溶かして均一溶液とした。その溶液に1.54g(5.76mmol)の臭化アルミニウムを加え、溶液を撹拌しながら塩酸ガスを4時間バブリングした。さらに4時間撹拌した後、一晩静置した。生成物を酢酸エチルで抽出し、カラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=3/1)で中間体を単離した。収量は36.44g、収率は99.5%だった。
(2) Synthesis of Intermediate 2 20.00 g (57.56 mmol) of Intermediate 1 was placed in a 300 ml three-necked flask equipped with a calcium chloride tube and dissolved in 150 g (1.0 mol) of trichloroacetonitrile under ice cooling. A homogeneous solution. 1.54 g (5.76 mmol) of aluminum bromide was added to the solution, and hydrochloric acid gas was bubbled for 4 hours while stirring the solution. After further stirring for 4 hours, the mixture was allowed to stand overnight. The product was extracted with ethyl acetate, and intermediate 2 was isolated by column chromatography (hexane / ethyl acetate = 3/1). The yield was 36.44 g, and the yield was 99.5%.

(3)化合物Aの合成
塩化カルシウム管を設置した50ml容の三口フラスコに2.01g(3.159mmol)の中間体(B)を入れ、3mlのテトラヒドロフランに溶かした。その溶液を0度に冷却し、6mlのトリクロロシランを添加して撹拌した。さらにSpeir catalyst(塩化白金(IV)酸六水和物/2−プロパノール 0.1M)を加えて室温で撹拌を続けた。5時間後、未反応のトリクロロシランを減圧留去し、化合物Aを得た。
(3) Synthesis of Compound A 2.01 g (3.159 mmol) of Intermediate (B) was placed in a 50 ml three-necked flask equipped with a calcium chloride tube, and dissolved in 3 ml of tetrahydrofuran. The solution was cooled to 0 ° C. and 6 ml of trichlorosilane was added and stirred. Further, Spire catalyst (platinum chloride (IV) acid hexahydrate / 2-propanol 0.1M) was added and stirring was continued at room temperature. After 5 hours, unreacted trichlorosilane was distilled off under reduced pressure to obtain Compound A.

Figure 0004943888
Figure 0004943888

実施例2:CMDへの二重結合の導入
化合物1
カルボキシメチルデキストラン(略称:CMD-D40、名糖産業製,分子量4万) 5.0g(0.02mol / 1ユニット、0.02mol / カルボン酸ナトリウム)と2-アミノエチルメタクリレート塩酸塩(90%) 3.7g(0.02mol)を蒸留水40gに溶かした。それをアイスバスで冷やし、蒸留水 12gに溶かした1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)-カルボジイミド塩酸塩(略称:WSC、同仁化学研究所製) 4.2g(0.022mol)を添加した。室温で一晩撹拌した後、反応液をアセトン 500mlに投入し析出した固体を濾過して取り出した。その固体を、メタノールでリスラリーして乾燥し、4.1gの薄い褐色の粉末を得た。NMRで構造を確認したところ、CMD-D40に含まれるカルボン酸ナトリウムのうち約20mol%が2-アミノエチルメタクリレートと反応してアミド化したことが分った。
Example 2: Compound 1 introducing a double bond into CMD
Carboxymethyldextran (abbreviation: CMD-D40, manufactured by Meisei Sangyo Co., Ltd., molecular weight 40,000) 5.0 g (0.02 mol / 1 unit, 0.02 mol / sodium carboxylate) and 2-aminoethyl methacrylate hydrochloride (90%) 3.7 g ( 0.02 mol) was dissolved in 40 g of distilled water. It was cooled in an ice bath and 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride (abbreviation: WSC, manufactured by Dojindo Laboratories) 4.2 g (0.022 mol) dissolved in 12 g of distilled water was added. . After stirring overnight at room temperature, the reaction solution was poured into 500 ml of acetone, and the precipitated solid was filtered out. The solid was reslurried with methanol and dried to give 4.1 g of a light brown powder. When the structure was confirmed by NMR, it was found that about 20 mol% of sodium carboxylate contained in CMD-D40 reacted with 2-aminoethyl methacrylate and amidated.

化合物2
カルボキシメチルデキストラン(略称:CMD-D40、名糖産業製,分子量4万) 5.0g(0.02mol / 1ユニット、0.02mol / カルボン酸ナトリウム)と2-アミノエチルメタクリレート塩酸塩(90%) 1.8g(0.01mol)を蒸留水40gに溶かした。それをアイスバスで冷やし、蒸留水 12gに溶かした1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)-カルボジイミド塩酸塩(略称:WSC、同仁化学研究所製) 2.1g(0.011mol)を添加した。室温で一晩撹拌した後、反応液をアセトン 500mlに投入し析出した固体を濾過して取り出した。その固体を、メタノールでリスラリーして乾燥し、薄い褐色の粉末を得た。NMRで構造を確認したところ、CMD-D40に含まれるカルボン酸ナトリウムのうち約8mol%が2-アミノエチルメタクリレートと反応してアミド化したことが分った。
Compound 2
Carboxymethyldextran (abbreviation: CMD-D40, manufactured by Meisei Sangyo, molecular weight 40,000) 5.0g (0.02mol / 1 unit, 0.02mol / sodium carboxylate) and 2-aminoethyl methacrylate hydrochloride (90%) 1.8g ( 0.01 mol) was dissolved in 40 g of distilled water. It was cooled in an ice bath, and 2.1 g (0.011 mol) of 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride (abbreviation: WSC, manufactured by Dojindo Laboratories) dissolved in 12 g of distilled water was added. . After stirring overnight at room temperature, the reaction solution was poured into 500 ml of acetone, and the precipitated solid was filtered out. The solid was reslurried with methanol and dried to give a light brown powder. When the structure was confirmed by NMR, it was found that about 8 mol% of sodium carboxylate contained in CMD-D40 reacted with 2-aminoethyl methacrylate and amidated.

化合物3
カルボキシメチルデキストラン(略称:CMD、名糖産業製,分子量100万) 5.0g(0.02mol / 1ユニット、0.013mol / カルボン酸ナトリウム)と2-アミノエチルメタクリレート塩酸塩(90%) 2.4g(0.013mol)を蒸留水320gに溶かした。それをアイスバスで冷やし、蒸留水 12gに溶かした1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)-カルボジイミド塩酸塩(略称:WSC、同仁化学研究所製) 2.7g(0.0143mol)を添加した。室温で一晩撹拌した後、反応液をアセトン 3000mlに投入し析出した固体を濾過して取り出した。その固体を、メタノールでリスラリーして乾燥し、4.6gの薄い褐色の粉末を得た。NMRで構造を確認したところ、CMDに含まれるカルボン酸ナトリウムのうち9.4mol%が2-アミノエチルメタクリレートと反応してアミド化したことが分った。
Compound 3
Carboxymethyldextran (abbreviation: CMD, manufactured by Meisei Sangyo Co., Ltd., molecular weight 1 million) 5.0 g (0.02 mol / 1 unit, 0.013 mol / sodium carboxylate) and 2-aminoethyl methacrylate hydrochloride (90%) 2.4 g (0.013 mol) ) Was dissolved in 320 g of distilled water. It was cooled in an ice bath, and 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride (abbreviation: WSC, manufactured by Dojindo Laboratories) dissolved in 12 g of distilled water was added to 2.7 g (0.0143 mol). . After stirring at room temperature overnight, the reaction solution was poured into 3000 ml of acetone, and the precipitated solid was filtered out. The solid was reslurried with methanol and dried to give 4.6 g of a light brown powder. When the structure was confirmed by NMR, it was found that 9.4 mol% of sodium carboxylate contained in CMD reacted with 2-aminoethyl methacrylate and amidated.

化合物4
カルボキシメチルデキストラン(略称:CMD、名糖産業製,分子量100万) 1.0g(4×10-3mol / 1ユニット、2.5×10-3mol / カルボン酸ナトリウム)と2-アミノエチルメタクリレート塩酸塩(90%) 0.92g(5.0×10-3mol)を蒸留水100gに溶かした。それをアイスバスで冷やし、蒸留水 5gに溶かした1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)-カルボジイミド塩酸塩(略称:WSC、同仁化学研究所製) 1.05g(5.5×10-3mol)を添加した。室温で一晩撹拌した後、反応液をアセトニトリル 2000mlに投入し析出した固体をデカンテーションで取り出した。その固体を、メタノールでリスラリーして乾燥し、0.94gの薄い褐色の粉末を得た。NMRで構造を確認したところ、CMDに含まれるカルボン酸ナトリウムのうち13.7mol%が2-アミノエチルメタクリレートと反応してアミド化したことが分った。
Compound 4
Carboxymethyldextran (abbreviation: CMD, manufactured by Meisei Sangyo Co., Ltd., molecular weight: 1 million) 1.0 g (4 × 10 −3 mol / 1 unit, 2.5 × 10 −3 mol / sodium carboxylate) and 2-aminoethyl methacrylate hydrochloride ( 90%) 0.92 g (5.0 × 10 −3 mol) was dissolved in 100 g of distilled water. 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride (abbreviation: WSC, manufactured by Dojindo Laboratories) 1.05 g (5.5 × 10 -3 mol) cooled in an ice bath and dissolved in 5 g of distilled water ) Was added. After stirring overnight at room temperature, the reaction solution was poured into 2000 ml of acetonitrile, and the precipitated solid was taken out by decantation. The solid was reslurried with methanol and dried to give 0.94 g of a light brown powder. When the structure was confirmed by NMR, it was found that 13.7 mol% of sodium carboxylate contained in CMD reacted with 2-aminoethyl methacrylate and amidated.

化合物5
カルボキシメチルデキストラン(略称:CMD、名糖産業製,分子量100万) 1.0g(4×10-3mol / 1ユニット、2.5×10-3mol / カルボン酸ナトリウム)と2-アミノエチルメタクリレート塩酸塩(90%) 1.84g(10.0×10-3mol)を蒸留水100gに溶かした。それをアイスバスで冷やし、蒸留水 5gに溶かした1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)-カルボジイミド塩酸塩(略称:WSC、同仁化学研究所製) 2.11g(11.0×10-3mol)を添加した。反応液をアセトニトリル 2000mlに投入し析出した固体をデカンテーションで取り出した。その固体を、メタノールでリスラリーして乾燥し、0.89gの薄い褐色の粉末を得た。NMRで構造を確認したところ、CMDに含まれるカルボン酸ナトリウムのうち18.2mol%が2-アミノエチルメタクリレートと反応してアミド化したことが分った。
Compound 5
Carboxymethyldextran (abbreviation: CMD, manufactured by Meisei Sangyo Co., Ltd., molecular weight: 1 million) 1.0 g (4 × 10 −3 mol / 1 unit, 2.5 × 10 −3 mol / sodium carboxylate) and 2-aminoethyl methacrylate hydrochloride ( 90%) 1.84 g (10.0 × 10 −3 mol) was dissolved in 100 g of distilled water. 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride (abbreviation: WSC, manufactured by Dojindo Laboratories) 2.11g (11.0 × 10 -3 mol) cooled in an ice bath and dissolved in 5 g of distilled water ) Was added. The reaction solution was poured into 2000 ml of acetonitrile, and the precipitated solid was taken out by decantation. The solid was reslurried with methanol and dried to give 0.89 g of a light brown powder. When the structure was confirmed by NMR, it was found that 18.2 mol% of sodium carboxylate contained in CMD reacted with 2-aminoethyl methacrylate and amidated.

実施例3:
本実施例は、タンパク質を固定するためのセンサーチップの作製に関するものである。(1)試料1(比較例)の作成
カルボキシメチルデキストランが結合した表面として、Biacore社センサーチップCM-5(research grade)を、そのまま試料1として用いた。
Example 3:
This example relates to the production of a sensor chip for immobilizing proteins. (1) Preparation of sample 1 (comparative example) Biacore sensor chip CM-5 (research grade) was used as sample 1 as it was as the surface to which carboxymethyldextran was bound.

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

(2−2)光ラジカル発生剤(化合物A)の結合
化合物Aを脱水MEKに溶かして0.5wt%の溶液とした。(3−1)で作成した金チップに、光開始剤溶液をスピンコート(1000rpm、20sec)して乾燥(80℃、5分)した後、MEKをかけて表面を洗浄した。
(2-2) Binding of photoradical generator (compound A) Compound A was dissolved in dehydrated MEK to make a 0.5 wt% solution. The gold chip prepared in (3-1) was spin-coated with a photoinitiator solution (1000 rpm, 20 sec) and dried (80 ° C., 5 minutes), and then the surface was washed with MEK.

(2−3)化合物2の金基板への光固定化
化合物2 0.4gをアセトニトリル 1.0gと水 2.0gに溶かして12wt%の溶液とし、シリンジ型のフィルターでろ過して不溶物を除いた。この溶液を、光開始剤を固定化した金チップ表面にスピンコート(750rpm、20sec)して乾燥(80℃、2分)し、乾膜とした。UV露光装置UVX-02516S1LP01(高圧水銀灯、USHIO製)で1分間露光し、水に48時間浸漬して現像することで、試料2を得た。
(2-3) Photoimmobilization of Compound 2 on a Gold Substrate 0.4 g of Compound 2 was dissolved in 1.0 g of acetonitrile and 2.0 g of water to form a 12 wt% solution, and filtered through a syringe-type filter to remove insoluble matters. This solution was spin-coated (750 rpm, 20 sec) and dried (80 ° C., 2 minutes) on the surface of the gold chip on which the photoinitiator had been fixed to form a dry film. Sample 2 was obtained by exposing with UV exposure apparatus UVX-02516S1LP01 (high pressure mercury lamp, manufactured by USHIO) for 1 minute, and developing by immersing in water for 48 hours.

(3)試料3(本発明)の作成
化合物3 0.05gを水 5.0g、飽和食塩水 1滴、アセトニトリル 1.5gに溶かし0.76wt%の溶液とした。(3−2)で作成した金チップ表面に、#36バーを用いて本溶液をバー塗布して乾燥(80℃、2分)し、乾膜とした。UV露光装置UVX-02516S1LP01(高圧水銀灯、USHIO製)で0.5分および1分間露光し、水に12時間浸漬して現像した。また、表面に残ったポリマーは水中超音波で5分間洗浄することで取り除いた。
(3) Preparation of Sample 3 (Invention) Compound 3 0.05 g was dissolved in 5.0 g of water, 1 drop of saturated saline and 1.5 g of acetonitrile to obtain a 0.76 wt% solution. The solution was applied onto the gold chip surface prepared in (3-2) using a # 36 bar and dried (80 ° C., 2 minutes) to form a dry film. The film was exposed to UV exposure apparatus UVX-02516S1LP01 (high pressure mercury lamp, manufactured by USHIO) for 0.5 minutes and 1 minute, and immersed in water for 12 hours for development. Further, the polymer remaining on the surface was removed by washing with ultrasonic waves in water for 5 minutes.

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

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

CA固定量は各々、7757RU(試料1:比較例)、13983RU(試料2:本発明)、34807RU(試料3:本発明)、であった。市販のCMD結合表面よりもタンパク固定量大きなCMD結合表面が、本発明により簡便に作成可能であることが証明された。   The CA fixed amounts were 7757RU (sample 1: comparative example), 13983RU (sample 2: the present invention), and 34807RU (sample 3: the present invention), respectively. It has been proved that a CMD binding surface having a larger amount of protein immobilized than a commercially available CMD binding surface can be easily prepared by the present invention.

図1は、実施例3で作成した試料1〜3を表面プラズモン共鳴装置にセットし、EDC/NHS溶液、CA溶液、及びエタノールアミン溶液を各々5分間流した後、NaOHを流すことによって得られたセンサーグラムを示す。FIG. 1 is obtained by setting samples 1 to 3 prepared in Example 3 to a surface plasmon resonance apparatus, flowing EDC / NHS solution, CA solution, and ethanolamine solution for 5 minutes each, and then flowing NaOH. The sensorgram is shown.

Claims (16)

光ラジカル発生剤を自己組織化膜により被覆された金属膜からなる基板上の自己組織化膜に反応して結合させた後に、光ラジカル発生剤が有する反応性基と共有結合を形成可能な親水性ポリマーを基板に接触させた状態で光を与えることにより、該親水性ポリマーを該反応性基との共有結合を介して基板表面に結合することを含む、親水性ポリマーで被覆された基板からなるバイオセンサーの製造方法。 Hydrophilic capable of forming a covalent bond with the reactive group of the photoradical generator after the photoradical generator reacts with the self-assembled film on the substrate made of a metal film coated with the self-assembled film. From a substrate coated with a hydrophilic polymer comprising applying the light in contact with the substrate to attach the hydrophilic polymer to the substrate surface via a covalent bond with the reactive group. A method for producing a biosensor. 自己組織化膜が、下記一般式1で表されるアルカンチオールである、請求項1に記載の方法。
一般式1 HS(CH2)nX
(ただし、アルキル基の繰返し数は3以上20以下であり、X=NH2である。)
The method according to claim 1, wherein the self-assembled film is an alkanethiol represented by the following general formula 1.
General formula 1 HS (CH 2 ) n X
(However, the number of repeating alkyl groups is 3 or more and 20 or less, and X = NH 2. )
親水性ポリマーが二重結合を有する親水性ポリマーである、請求項1又は2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the hydrophilic polymer is a hydrophilic polymer having a double bond. 親水性ポリマーがカルボキシル基を含有するポリマーである、請求項1から3の何れかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the hydrophilic polymer is a polymer containing a carboxyl group. カルボキシル基を含有するポリマーが多糖類である、請求項に記載の方法。 The method according to claim 4 , wherein the polymer containing a carboxyl group is a polysaccharide. カルボキシル基を含有するポリマーの平均分子量が1000〜5000000である、請求項4または5に記載の方法。 The method according to claim 4 or 5 , wherein the polymer having a carboxyl group has an average molecular weight of 1,000 to 5,000,000. 親水性ポリマーを、基板上に薄膜を形成させた状態で、光により生成した反応性基と結合させる、請求項1から6の何れかに記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the hydrophilic polymer is bonded to the reactive group generated by light in a state where a thin film is formed on the substrate. スピンコート法またはスプレーコート法により、基板上に薄膜を形成させる、請求項7に記載の方法。 The method according to claim 7, wherein a thin film is formed on the substrate by a spin coating method or a spray coating method. 金属が金、銀、銅、白金またはアルミニウムのいずれかである、請求項1から8の何れかに記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the metal is any one of gold, silver, copper, platinum or aluminum. 請求項1から9の何れかに記載の方法により製造されるバイオセンサー。 A biosensor produced by the method according to claim 1. 非電気化学的検出に使用される、請求項10に記載のバイオセンサー。 The biosensor according to claim 10, which is used for non-electrochemical detection. 表面プラズモン共鳴分析に使用される、請求項10又は11に記載のバイオセンサー。 The biosensor according to claim 10 or 11, which is used for surface plasmon resonance analysis. 請求項10から12の何れかに記載のバイオセンサーと生理活性物質とを接触させて、該バイオセンサーに該生理活性物質を結合させる工程を含む、バイオセサンーに生理活性物質を固定化する方法。 A method for immobilizing a physiologically active substance on a biosensor comprising the step of bringing the biosensor according to any one of claims 10 to 12 into contact with the physiologically active substance and binding the physiologically active substance to the biosensor. 生理活性物質が共有結合により表面に結合している請求項10から12の何れかに記載のバイオセンサーと被験物質とを接触させる工程を含む、該生理活性物質と相互作用する物質を検出または測定する方法。 A substance that interacts with the physiologically active substance is detected or measured, comprising the step of bringing the biosensor according to any one of claims 10 to 12 and the test substance into contact with the surface by a covalent bond. how to. 生理活性物質と相互作用する物質を非電気化学的方法により検出または測定する、請求項14に記載の方法。 The method according to claim 14, wherein a substance that interacts with a physiologically active substance is detected or measured by a non-electrochemical method. 生理活性物質と相互作用する物質を表面プラズモン共鳴分析により検出または測定する、請求項14又は15に記載の方法。 The method according to claim 14 or 15, wherein a substance that interacts with a physiologically active substance is detected or measured by surface plasmon resonance analysis.
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