JP4993621B2 - 担体の製造方法 - Google Patents
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Description
また、非特許文献3には予め錯体を形成して表面に結合させ、その後触媒反応に最適な空間をシリカマトリックスによって形成する技術が開示されている。
(1)2つ以上の配位子と金属イオンで形成された錯体を担体に結合させる工程と、
(2)前記担体上に金属イオンをさらに添加して新たな錯体を形成する工程と、
(3)前記金属と配位能を有する15族又は16族の原子を含有する物質を前記金属に固定化する工程と、
をこの順に含んでなることを特徴とするものである。
前記(2)の工程において添加する金属イオンが(1)の工程において担体に結合させた錯体のほぼ全てを開裂させる量であることがより好ましい。
前記(1)の工程、および/または、前記(2)の工程で用いる金属イオンは、遷移金属イオンであることが好ましく、前記(2)の工程で用いる遷移金属イオンは、ニッケルイオン、銅イオンまたはコバルトイオンのいずれかであることがより好ましい。
前記生理活性物質が、イミダゾール基を2つ以上有する生理活性物質であることがより好ましい。
前記担体は、バイオリアクターやバイオセンサー用の担体として好適に用いられ、より好ましくは表面プラズモン共鳴分析に用いられる。
(1)2つ以上の配位子と金属イオンで形成された錯体を担体に結合させる工程と、
(2)前記担体上に金属イオンをさらに添加して新たな錯体を形成する工程と、
(3)前記金属と配位能を有する15族又は16族の原子を含有する物質を前記金属に固定化する工程と、
をこの順に含んでなることを特徴とするものである。
以下、本発明の担体を製造する工程を図1を参照しながら説明する。
(1−1)担体
本発明の担体はガラス、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、インジウムスズ酸化物(ITO)等の金属酸化物、窒化ケイ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウム等の金属窒化物、あるいは合成樹脂、具体的にはセファロース、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリル酸、ポリ(メタ)アクリルアミド、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材料に、官能基が付与されたものが望ましい。官能基は例えば、アミノ基、カルボキシル基、マレイミド基、アルデヒド基、スクシンイミド基、チオール基、ヒドラジン基、イソシアネ−ト基、エポキシ基、ビニルスルホン基、ビニル基、シアン基などを挙げることができる。
シランカップリング剤を使用する方法では、上述した担体に、以下に記すシランカップリング剤を付与することで、シランカップリング剤による自己組織化膜が形成され、担体上に官能基を付与することができる。
アルカンチオールを使用する方法では、上述した担体に、金属膜が配置され、その後、アルカンチオールが付与される。ここで、担体上に配置されるとは、金属膜が担体上に直接接触するように配置されている場合のほか、金属膜が担体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。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、上記担体への付着性を考慮して、担体と金属からなる層との間にはクロム等からなる介在層を設けてもよい。
、好ましくはリン原子があげられる。Xで表されるハロゲン原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられるが、好ましくはフッ素原子が挙げられる。
本発明では、上述した方法により官能基が付与された担体上に、錯体を結合させる。
配位子となる化合物としては、各種キレート剤を用いることができ、ニトリロトリ酢酸(NTA)、イミノジ酢酸(IDA)、フェナンスロリン、テルピリジン、ビピリジン、トリエチレンテトラアミン、ビ(エチレントリアミン)、トリス(カルボキシメチル)エチレンジアミン、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、ポリピラゾリルホウ酸、1,4,7−トリアゾシクロノナン、ジメチルグリオキシム、ジフェニルグリオキシム、又はそれらの誘導体等の多座配位子を好ましくあげることができる。ここで、誘導体とは、基板上に付与した官能基と結合できるような官能基に修飾したものをいう。
金属イオンは、金属錯体を形成する金属イオンであればよく、得られる金属錯体の安定性の観点からは遷移金属イオンが好ましく、具体的には、Ni(II)、Cu(I)、Cu(II)、Co(II)、Co(III)、Fe(II)、Fe(III)、Ga(III)、Ru(III),Ag(I),Au(III)、V(V)、Zn(II)、Mn(II)、Mn(III)、Zr(IV)、Hf(IV)、In(III)などのイオンであり、配位子の種類に応じて適宜選択することができる。
本発明において、2つ以上の配位子と金属イオンで形成された錯体は、公知の手法により形成することができ、上述した(1−2)の配位子と(1−3)の金属イオンを混合させることによって得ることができる。例えば、配位子であるニトリロトリ酢酸誘導体とエチレンジアミン、塩化銅、を水溶液中でモル比1:1:1で混合することにより、2つの配位子を有した錯体が得られる。このとき、配位子は同種でも異種のものでもよく、配位子の添加量は金属イオンが有する配位数に対して、2つ以上配位するように添加すればよいが、形成された錯体種の数のコントロールの観点から、金属に配位する配位子の数は2または3が好ましい。
この工程で金属イオンをさらに添加して新たな錯体を形成する。ここで、添加する金属イオンの量は、(1)の工程において担体に結合させた錯体のほぼ全てを開裂させる量であることが好ましい。ここで、(1)の工程において担体に結合させた錯体のほぼ全てを開裂させる量とは、(1)の工程において担体に結合させた錯体の80%以上を開裂させる量、より好ましくは(1)の工程において担体に結合させた錯体の90%以上を開裂させる量を意味する。
(3−1)金属と配位能を有する15族又は16族の原子を含有する物質
また、本発明において、金属と配位能を有する15族(N、P、As、Sb、Bi)又は16族(O、S、Se、Te、Po)の原子を含有する物質は、15族又は16族の原子を含有する複素環を2つ以上有する物質、ホスフィン化合物、又は、セレン化合物などを挙げることができるが、中でも15族又は16族の原子を含有する複素環を2つ以上有する物質が好ましい。また、15族又は16族の原子を含有する複素環としては、含窒素複素環を挙げることができる。
金属と配位能を有する15族又は16族の原子を含有する物質の固定化は、金属と配位能を有する15族又は16族の原子を含有する物質を含む溶液又は固体を、上述した(2)の工程後の担体表面に塗布することによって行う。塗布方法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り、これら任意の方法により、金属と配位能を有する15族又は16族の原子を含有する物質が金属イオンに配位結合することによって固定化される。
本発明の担体の製造方法は、バイオセンサーやバイオリアクター(例えばバイオリアクター技術、1988年、(株)シーエムシー、バイオチップとバイオセンサー、2006年、共立出版(株))に適用することができる。バイオリアクターとは、酵素、菌体、細胞、オルガネラなどの生体触媒による生化学的反応を利用して、有用物質の生産、エネルギーの発生、環境汚染物質の分解などに応用する反応器であり、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。以下、それぞれについての適用について説明する。
酵素を固定化した不溶性担体を用いて有用物質の生成、反応等を行うことが可能なバイオリアクター(例えば実公平4-18398号、実公平4-18399号等)においては、上記不溶性担体として、本発明の担体、例えば担体(例えばセラミックやポリスルホン等の多孔質体)と、この担体表面上に結合された高分子膜と、この高分子膜に結合された配位子と、この配位子に固定した金属イオンと、この金属イオンに固定した酵素とを備えた担体を適用することができる。
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担体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。
以下に本発明の担体の製造方法についての実施例を示す。
(カルボキシル基を付与した担体の作製)
(自己組織化膜の形成)
センサーチップ上に金膜のみが形成されているBiacore社センサーチップ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10μmol の6-aminohexanethiol(Aldrich製)を溶解させた溶液と金膜を40℃で1時間反応させて、金膜上にアミノ基を形成し、エタノールで1回、超純水で1回洗浄した。
超純水に0.5重量%となるようにCMD(名糖産業製:分子量100万)を溶解した後、全量反応した場合にカルボキシル基の2%が活性化される計算量の0.4MのEDC(1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide)および0.1MのNHS(N-Hydroxysuccinimide)混合溶液を加え、室温で5分間攪拌した。
上記アミノ基を形成した金膜上に、活性エステル化したCMD溶液を滴下し30秒後に除去することで、アミノ基を有する担体上に活性エステル化されたカルボキシメチルデキストラン薄膜を形成させた。室温で1 時間反応させた後、0.1 N NaOHで1回、超純水で1回洗浄した。
上記CMD膜に1mmolのEDCと0.2mmolのNHSをDMSO1mlに添加した溶液を50μl加え、30分間室温で反応させた。溶液を除去、DMSOで1回洗浄後、予め0.1mmolのAB-NTA(同仁化学製)と0.04mmolのCuCl2(和光純薬製)をDBU(ジアザビシクロウンデセン、東京化成社製) 60μlと DMSO 0.94 mlを添加、混合して10分間放置した液を2時間反応させて、CMD膜上にAB-NTAとCuの金属錯体を結合させた。溶液を除去し、超純水で30分間浸漬洗浄した。
上記で作製した試料をBiacore社製の表面プラズモン共鳴装置であるBiacore3000にセットし、SPR用HEPES緩衝液(20mM HEPES-HCl, 150mM NaCl, pH7.4)を10μl/minの流速で安定させ1mMのCuCl2水溶液を10μl添加した後に、HBS-Nバッファー20μlで洗浄し、さらに1.8 μMのHis6- Ubiquitin水溶液を30μl添加し、共鳴プラズモン測定用チップを作製した。
実施例1の錯体の結合において、0.04mmolのCuCl2の代わりに0.04mmolのInCl3(和光純薬製)を用いて1時間放置した液を2時間反応させて、CMD膜上にAB-NTAとInの金属錯体を結合させた。溶液を除去し、Biacore3000内において、pH8の0.5M EDTA(和光純薬製)で1分間洗浄した。さらにタンパク質の固定において、1.8μM His6-Ubiquitinを30μl添加するかわりに、5μM HHHHHHペプチド(Hはヒスチジンを表し、HHHHHH はヒスチジンが6個繋がったもの:NeoMPS社製)を10μl添加した以外は実施例1と同様にして共鳴プラズモン測定用チップを作製した。
実施例1の錯体の結合において、0.1mmolのAB-NTAと0.04mmolのCuCl2の代わりに0.05mmolのAB-NTA と0.02mmolのHfCl4(和光純薬製)を用いて40度に加熱し、1時間放置した液を2時間反応させ、CMD膜上にAB-NTAとHfの金属錯体を結合させた。溶液を除去し、Biacore3000内において、100 mM NaOH(和光純薬製)で1分間洗浄した以外は実施例2と同様にして共鳴プラズモン測定用チップを作製した。
実施例1のタンパク質の固定において、1.8 μMのHis6- Ubiquitin水溶液を30μl添加する代わりに、5μM HSHSHSHSHSHSHSHSHSHSペプチド(Hはヒスチジン、Sはセリンを表し、HSHSHSHSHSHSHSHSHSHSはヒスチジンとセリンが結合したHSが10個繋がったもの:オペロン製)を10μl添加した以外は実施例1と同様にして共鳴プラズモン測定用チップを作製した。
実施例1のタンパク質の固定において、1.8 μMのHis6- Ubiquitin水溶液を30μl添加する代わりに、5μM HKHKHKHKHKHKペプチド(Hはヒスチジン、Kはリシンを表し、HKHKHKHKHKHKはヒスチジンとリシンが結合したHKが6個繋がったもの:オペロン製)を10μl添加した以外は実施例1と同様にして共鳴プラズモン測定用チップを作製した。
実施例1のタンパク質の固定において、1.8 μMのHis6- Ubiquitin水溶液を30μl添加する代わりに5μM HCHCHCHCHCHCペプチド(Hはヒスチジン、Cはシステインを表し、HCHCHCHCHCHCはヒスチジンとシステインが結合したHCが6個繋がったもの:オペロン製)を10μl添加した以外は実施例1と同様に行った。
実施例1において錯体を結合させることなく、0.1mmolのAB-NTA(同仁化学製)をDBU(ジアザビシクロウンデセン) 60μlと DMSO 0.94 mlで溶解したものを用いた以外は実施例1と同様にして共鳴プラズモン測定用チップを作製した。
タンパク質の固定において、1.8 μMのHis6- Ubiquitin水溶液を30ul添加するかわりに5μM HHHHHHペプチド(NeoMPS社製)を添加した以外は、比較例1と同様にして共鳴プラズモン測定用チップを作製した。
実施例1および比較例1の共鳴プラズモン測定用チップについて、タンパク固定直後から48時間 SPR用HEPES緩衝液を流し続けたときのタンパク脱離量の経時変化をBiacore3000で測定した。結果を表1に示す。表1は比較例1の48時間後のタンパク固定量を1としたときの実施例1のタンパク固定量を算出したものを示したものである。
また、図2は実施例1と比較例1について、タンパク固定直後の固定量を1とし、48時間の経時変化におけるタンパク固定量(タンパク固定化率)を示したものである。
実施例2〜6および比較例2の共鳴プラズモン測定用チップについて、ペプチド固定直後から10時間 SPR用HEPES緩衝液を流し続けたときのペプチド脱離量の経時変化をBiacore3000で測定した。表2は、比較例2の10時間後のペプチド固定量を1としたときの実施例2〜6のペプチド固定量を算出したものを示したものである。
Claims (10)
- (1)2つ以上の配位子と金属イオンで形成された錯体を担体に結合させる工程と、
(2)前記担体上に金属イオンをさらに添加して新たな錯体を形成する工程と、
(3)前記金属と配位能を有する15族又は16族の原子を含有する物質を前記金属に固定化する工程と、
をこの順に含んでなり、前記配位子がニトリロトリ酢酸誘導体であることを特徴とする担体の製造方法。 - 前記(2)の工程において添加する金属イオンが(1)の工程において担体に結合させた錯体のほぼ全てを開裂させる量であることを特徴とする請求項1記載の担体の製造方法。
- 前記(1)の工程、および/または、前記(2)の工程で用いる金属イオンが遷移金属イオンであることを特徴とする請求項1または2記載の担体の製造方法。
- 前記(2)の工程で用いる遷移金属イオンが、ニッケルイオン、銅イオンまたはコバルトイオンのいずれかであることを特徴とする請求項3記載の担体の製造方法。
- 前記15族又は16族の原子を含有する物質が、15族又は16族の原子を含有する複素環を2つ以上有する物質であることを特徴とする請求項1〜4いずれか1項記載の担体の製造方法。
- 前記複素環を2つ以上有する物質が、15族又は16族の原子を含有する複素環を2つ以上有する生理活性物質であることを特徴とする請求項5記載の担体の製造方法。
- 前記生理活性物質が、イミダゾール基を2つ以上有する生理活性物質であることを特徴とする請求項6記載の担体の製造方法。
- 前記(1)の工程において、担体に結合させた錯体の固定量が1×10-12 g/mm3〜1×10-3 g/mm3であることを特徴とする請求項1〜7いずれか1項記載の担体の製造方法。
- 前記担体が、バイオリアクターまたはバイオセンサーに用いられる担体であることを特徴とする請求項1〜8いずれか1項記載の担体の製造方法。
- 前記担体が、表面プラズモン共鳴分析に用いられることを特徴とする請求項9記載の担体の製造方法。
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