JP5194638B2 - 微小物体を固定化する固相材料、微小物体が固定化された固相体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の光固定化用固相材料は、固相表面に微小物体を光照射により固定化するための材料である。本発明の光固定化用固相材料は、マトリックス(母相)に、光応答性成分と式(1)で表されるアルキレングリコール残基含有成分とを含有する。以下、本固相材料について順次説明する。なお、以下に示す形態は、本発明の好ましい形態であるが、これに限定するものではない。
固相材料のマトリックスは、光応答性成分とアルキレングリコール残基含有成分とを保持できる限り、その材料は特に限定しない。例えば、低分子材料又は高分子材料を含む各種の有機材料、ガラスなどの無機材料、有機−無機複合材料等を用いることができる。光応答性成分及びアルキレングリコール残基含有成分のマトリックス中における分散性や保持能力等を考慮すると、高分子材料又は高分子材料を含む複合材料であることが好ましい。
マトリックスは、上記式(1)で表されるアルキレングリコール残基含有成分を含有する。ここで、式(1)におけるR1は、水素原子、置換基又は前記マトリックスの構成成分に対して連結されている連結基を表し、R2は、水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基を表す。また、Zは、炭素数1〜10のアルキレン基を表し、nは、1以上100以下の整数を表す。
アルキレングリコール残基含有成分の含有量は特に限定せず、付与したい吸着抑制能の大きさや構造的・機械的物性等に応じた量を含有することができる。マトリックス材料がポリマーの場合には、式(1)のうち−O−(Z−O)n−R2で表されるアルキレングリコール残基の含有量が、マトリックスの質量に対して1質量%以上50質量%以下であることが好ましい。1質量%未満だと、非照射時の吸着に対する抑制効果が十分に得られないだけでなく、成形時等の応力が残留しやすいために膜質が不均一化しやすく耐久性も劣る。また、50質量%を超えると、マトリックス材料の特性に与えるアルキレングリコールの影響が大きいためにマトリックス材料の耐久性及び耐水性が低下してしまうおそれがある。より好ましくは、5質量%以上30質量%以下である。この範囲であると、耐久性及び耐水性を確保しつつアルキレングリコール残基含有成分の十分な配合効果を得ることができる。30質量%を超えて50質量%以下の範囲だと、光非照射領域における吸着の抑制効果は得られるものの、光固定化量に若干の影響を与えるおそれがあるからである。
アルキレングリコール残基含有成分をマトリックスに含有させる形態は特に限定しない。例えば、アルキレングリコール残基含有成分が、マトリックス中にマトリックス材料とは別個の成分として分散されていてもよい。あるいは、マトリックスを構成する1種又は2種以上のマトリックス材料に共有結合などの化学的な結合を介して連結されてその一部となっていてもよい。好ましくは、マトリックス材料が高分子材料であり、高分子材料中にアルキレングリコール残基含有成分が分散又は連結した態様である。より好ましくは、高分子材料の構成成分に連結した態様である。こうすることで、光固定化などの処理工程において液媒体を用いる場合などに、アルキレングリコール残基含有成分がマトリックスから流れ出てしまうことを抑制することができる。また、マトリックス材料中におけるアルキレングリコール残基含有成分の分散性が向上することから、マトリックスの表面に対し、光非照射時の吸着又は固相材料の使用に際して生じる吸着の抑制能を均一に付与できる。これにより、光非照射時における吸着や固相材料の使用に際して生じる吸着に対する抑制をマトリックスの表面全域にわたって実現させることができる。
共重合によりアルキレングリコール残基含有成分をマトリックス中に導入する場合、アルキレングリコール残基含有モノマーとしては、用いるマトリックス材料の種類に応じて種々の化合物を用いることができる。アルキレングリコール残基含有モノマーが有する重合性官能基の種類は、例えば、マトリックス材料が(メタ)アクリル系の高分子材料である場合、上記式(2)で表される化合物を用いることができる。ここで、式(2)中のYは、水素原子又はメチル基を表す。好ましくは、Yがメチル基である。
光応答性成分は、光により分子構造の変化又は分子配列の変化を生じる成分である。光により分子構造の変化が生じる現象は、フォトクロミズムと一般にいわれている。本発明で用いる光応答性成分としては、一般にフォトクロミック化合物といわれる化合物を用いることができるが、なかでも、光異性化を生じる化合物を用いることが好ましい。なお、光異性化等の分子構造変化を伴って又は光異性化等の分子構造変化を伴わないで光誘起配向、光会合等の分子配列の変化(特に異方的な変化)を生じる化合物も、固相材料表面での光固定化が可能である限り、本発明の光応答性成分として用いることができる。
微小物体は、有形である限り、その種類は特に限定されない。例えば、(1)金属、金属酸化物、半導体、セラミックス、ガラスなどの無機材料、(2)いわゆるプラスチックなどの有機材料、(3)タンパク質、核酸、糖類、脂質などの生体分子材料、(4)上記した(1)〜(3)の各種材料から選択される2種以上の材料を複合化した複合材料などから選ばれる1種又は2種以上の材料を用いることができる。好ましくは、生体分子材料である。
本発明の対象とする生体分子は、一分子のみを意味するものではなく、二分子以上からなる同種分子の集合体であってもよいし、異種分子との複合体であってもよい。さらに、多数の同種又は異種の分子から構成される、例えば自己組織体などの組織体であってもよい。
本発明の固相材料は、目的とする微小物体の発現、相互作用、翻訳後修飾などといった微小物体の機能解析や、微小物体を利用した他の物質の分析や機能解析、反応、吸着等に用いることができる。すなわち、本発明の固相材料は、いわゆるプロテインチップやDNAチップ、抗体チップ等として診断や治療等に利用することができる。また、酵素反応等を行わせるバイオリアクタやマイクロバイオリアクタ、ATP合成バイオリアクタなどの各種リアクタや、反応触媒、脱臭剤などの所定物質の除去、VOC(揮発性有機化合物)の低減用触媒、観察対象(例えば、AFM(原子間力顕微鏡)用の試料)を固定化するための基板などとしても利用することができる。特に、本固相材料は、光照射時の微細パターニングを利用した微小物体の固定化が可能であることから、マイクロリアクタとしての利用に好適である。
本発明の固相体は、上述した光固定化用固相材料に上記微小物体が光固定化によって保持されたものである。本固相体における固相材料には、既に説明した上記各種形態の本発明の固相材料をそのまま適用することができる。したがって、本固相体によれば、微小物体を固相材料の表面に固定化した固相体を得ることができ、これにより、本発明の固相材料において上述した各種の利点を得ることができる。すなわち、本固相体は、微小物体との相互作用や反応等に対する検出精度に優れているだけでなく、構造的・機械的特性にも優れている。しかも、一旦固相材料上に固定化された微小物体の安定性を維持することができる。
本発明の固相体の製造方法は、上述した本発明の固相材料を準備する準備工程と、固相材料の表面又はその近傍に存在する微小物体に対して光照射することにより微小物体を固相表面に保持させる保持工程と、を備える。なお、本製造方法における固相材料には、既に説明した本発明の固相材料における構成、成分、形状や用途などをそのまま適用することができる。したがって、本製造方法における準備工程には、上記各種形態の本発明の固相材料を製造するための種々の製造工程を含むことができる。
本製造方法の保持工程においては、まず、準備された固相材料に対して微小物体を供給する。微小物体を固相材料の表面に供給する方法は特に限定しないが、微小物体を液状媒体に溶解又は懸濁させた状態で液状媒体を介して供給することが好ましい。また、微小物体の供給にあたっては、固相材料の表面に選択的に供給してもよいし、非選択的に供給してもよい。ここでいう選択的な供給とは、例えば、多数の微小物体が特定の分布パターンに従って配置される態様などが挙げられる。このようなパターニングの一例としては、微小物体のスポットをアレイ状に供給する態様などが挙げられる。一方、非選択的な供給とは、固相表面の不特定領域、例えば、微小物体の非固定化部位を含む領域(例えば、固相の表面全域)に供給することを含む。
本発明の固相体の使用方法は、上記固相体に固定化された微小物体に被験試料を供給した微小物体と被験試料中の成分との相互作用を生じさせる工程と、当該相互作用を検出する工程と、を備える。本使用方法における固相材料には、既に説明した本発明の固相材料及び固相体における構成、成分、形状や用途などをそのまま適用することができる。したがって、本使用方法によれば、微小物体の固定化領域以外の領域における微小物体の吸着が抑制された固相体を用いることから、微小物体との相互作用を高精度に検出することができる。
「化4」に示す化合物と、メタクリル酸メチル(和光純薬製)、メタクリル酸ポリエチレングリコールエステル(Aldrich製)を、各種割合でラジカル共重合し、「化5」に示す高分子材料を合成した。ここでは、ポリエチレングリコール側鎖の長さ(化5のkの値、ただし、kは平均値を示す)と共重合比(化5のn、m、lの値)の異なるものを合成した(試験例1〜3)。用いたメタクリル酸ポリエチレングリコールエステルは、長さの異なるものの混合物である。
本実施例では、以下のようにして抗体の吸着の程度を評価した。すなわち、Cy5標識抗体(Cy5−IgG:Anti−IgG(Fc)、Mouse、Goat−Poly、Cy5[CHEMICON:AP127S]を光固定化した場合と、光照射せずに暗所で放置(吸着)した場合との固相材料上の抗体量を比較した。
ポリエチレングリコールの導入による薄膜の耐久性を評価するために、試験例1及び比較例1の薄膜をTPBS(0.01% Tween20 PBS、pH=7.4)溶液に72時間浸漬した後に、薄膜表面にカバーガラスを載せ、カバーガラスを前後方向に数回ずらした。その後の膜の状態を暗視野光学顕微鏡で観察した。その結果を図1に示す。顕微鏡写真で白く見えるところは、光を散乱している部分であり、膜の割れなどの変質が起きているところである。処理前は、どちらの薄膜もほとんど白い点が観察されなかった。しかしながら、ポリエチレングリコールを導入していない比較例1では、処理後の薄膜の視野全体に白い点が観察された。一方、ポリエチレングリコールを導入した試験例1では白い点が少なかった。このことから、ポリエチレングリコールを導入することにより、膜の外部応力に対する耐久性が向上することがわかった。
ポリエチレングリコールを導入した薄膜上に固定した生体分子の安定性を評価するために、試験例1及び比較例1の薄膜上に抗体を固定し、4℃で15日間暗所で保存した後の抗体の活性を評価した。
Claims (17)
- 微小物体を光照射により固定化するための固相材料であって、
前記固相材料のマトリックスに光により分子構造の変化又は分子配列の変化を生じる光応答性成分と以下の式(1)で表されるアルキレングリコール残基含有成分とを含有し、
前記マトリックスは、前記光応答性成分を残基として有する光応答性成分含有モノマー及び前記アルキレングリコール残基含有成分中の−O−(Z−O)n−R2で表されるアルキレングリコール残基を含有するアルキレングリコール残基含有モノマーを含有するモノマー組成物を重合して得られるポリマーを含有し、
前記固相材料上の前記微小物体に光照射して前記固相材料を変形させることにより前記微小物体を固定化する、固相材料。
- 光照射により固定化される光固定化量が光非照射時の吸着量に対して3倍以上である、請求項1に記載の固相材料。
- 前記アルキレングリコール残基含有成分を含有しない以外は同一の固相材料よりも外部応力に対する耐久性が向上されている、請求項1又は2に記載の固相材料。
- 前記アルキレングリコール残基含有成分を含有しない以外は同一の固相材料よりも前記固相材料に固定化された前記微小物体の安定性が高い、請求項1〜3のいずれかに記載の固相材料。
- 前記Zは、炭素数1〜4のアルキレン基を表す、請求項1〜4のいずれかに記載の固相材料。
- 前記nは、4以上25以下の整数である、請求項1〜5のいずれかに記載の固相材料。
- 前記マトリックスの質量に対する前記アルキレングリコール残基含有成分中の−O−(Z−O)n−R2で表されるアルキレングリコール残基の含有量が50質量%以下である、請求項1〜6のいずれかに記載の固相材料。
- 前記アルキレングリコール残基の含有量は30質量%以下である、請求項7に記載の固相材料。
- 前記アルキレングリコール残基含有モノマーは、以下の式(2)で表される、請求項1〜8のいずれかに記載の固相材料。
- 前記Zは、炭素数1〜4のアルキレン基を表し、
前記マトリックスの質量に対する前記アルキレングリコール残基含有成分中の−O−(Z−O)n−R2で表されるアルキレングリコール残基の含有量が30質量%以下である、請求項1〜9のいずれかに記載の固相材料。 - 前記微小物体は、生体分子である、請求項1〜10のいずれかに記載の固相材料。
- 前記微小物体は、タンパク質である、請求項1〜11のいずれかに記載の固相材料。
- 選択的な光照射による固定化用である、請求項1〜12のいずれかに記載の固相材料。
- 微小物体が固定化された固相体であって、
前記微小物体は、請求項1〜13のいずれかに記載の固相材料の表面に保持されている、固相体。 - 微小物体が固定化された固相体の製造方法であって、
請求項1〜13のいずれかに記載の固相材料を準備する準備工程と、
前記固相材料の表面又はその近傍に存在する前記微小物体に対して光照射することにより前記固相材料を変形させて前記微小物体を前記固相に保持させる保持工程と、
を備える、製造方法。 - 前記保持工程は、前記微小物体を前記固相材料の表面に非選択的に供給し、前記固相材料の表面の所定領域に対して選択的に光照射する、請求項15に記載の製造方法。
- 微小物体が固定化された固相体の使用方法であって、
請求項14に記載の固相体に固定化された前記微小物体に被験試料を供給して前記微小物体と前記被験試料中の成分との相互作用を生じさせる工程と、
前記相互作用を検出する工程と、
を備える、使用方法。
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