JP5253137B2 - Target substance detection element and method for manufacturing target substance detection element - Google Patents

Target substance detection element and method for manufacturing target substance detection element Download PDF

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Description

本発明は、検体中の標的物質を検出するための標的物質検出素子および標的物質検出素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a target substance detection element for detecting a target substance in a specimen and a method for manufacturing the target substance detection element.

特許文献1および2には、検体中の標的物質をリアルタイムかつラベルフリーで検出することができる標的物質検出素子として、プラズモン共鳴を利用したセンサが開示されている。   Patent Documents 1 and 2 disclose a sensor using plasmon resonance as a target substance detection element capable of detecting a target substance in a specimen in real time and in a label-free manner.

一方、特許文献3では、センサ基板への抗原の固定を目的として、金属膜の表面に有機リンカー層を形成し、その上にさらに抗原を固定するためのポリマー層を形成した標的物質検出素子が開示されている。
特登録03452837 特開昭63−75542 特開2000−146976
On the other hand, Patent Document 3 discloses a target substance detection element in which an organic linker layer is formed on the surface of a metal film and a polymer layer for further fixing an antigen is formed thereon for the purpose of fixing the antigen to the sensor substrate. It is disclosed.
Special registration 03452837 JP-A-63-75542 JP 2000-146976 A

しかしながら、特許文献1および2に記載のプラズモン共鳴センサの感度を向上するために、センサの表面に、特許文献3に記載のリンカー層およびポリマー層を形成したとしても、リンカー層およびポリマー層の層の厚さが厚いため、標的物質捕捉体とセンサ表面の距離が遠くなり、高感度な検出を行うことができないという問題が発生する。   However, in order to improve the sensitivity of the plasmon resonance sensor described in Patent Documents 1 and 2, even if the linker layer and the polymer layer described in Patent Document 3 are formed on the surface of the sensor, the layers of the linker layer and the polymer layer are formed. Therefore, the distance between the target substance capturing body and the sensor surface is increased, which causes a problem that highly sensitive detection cannot be performed.

そこで、本発明は、高感度に検出することが可能な標的物質検出素子およびその製造方法を提供する。   Therefore, the present invention provides a target substance detection element that can be detected with high sensitivity and a method for manufacturing the same.

本発明の標的物質検出素子は、金属の表面に設けられたリンカー層と、前記リンカー層に結合した標的物質捕捉体と、を有し、
前記リンカー層が鎖状の重合体からなり、前記重合体が、第1の側鎖が前記金属の表面に結合し、第2の側鎖が前記標的物質捕捉体に結合している繰り返し単位を有する重合体であることを特徴とする。
The target substance detection element of the present invention has a linker layer provided on a metal surface, and a target substance capturing body bonded to the linker layer,
The linker layer is composed of a chain polymer, and the polymer includes a repeating unit in which a first side chain is bonded to the surface of the metal and a second side chain is bonded to the target substance capturing body. It is the polymer which has.

ここで、前記重合体が、前記第1の側鎖に前記金属の表面に結合するための繰り返し単位Aと、前記第2の側鎖に前記標的物質捕捉体に結合するための繰り返し単位Bと、を有する重合体、
もしくは
前記第1の側鎖に前記金属の表面に結合する部位と、前記第2の側鎖に前記標的物質捕捉体に結合する部位とを有する繰り返し単位Cからなる重合体、
であることが好ましい。
Here, the polymer has a repeating unit A for binding to the surface of the metal on the first side chain, and a repeating unit B for binding to the target substance capturing body on the second side chain; A polymer having
Or a polymer comprising a repeating unit C having a site that binds to the surface of the metal on the first side chain and a site that binds to the target substance capturing body on the second side chain,
It is preferable that

本発明の標的物質検出素子の製造方法は、
金属の表面にリンカー層を形成する工程と、
前記リンカー層に標的物質捕捉体を結合させる工程と、を有し
前記金属の表面にリンカー層を形成する工程が、
鎖状の重合体であって、前記重合体が、第1の側鎖に前記金属の表面に結合する為の部位と、第2の側鎖に前記標的物質捕捉体に結合する為の部位とを有する重合体を含み、かつ前記重合体が会合するpHより低いpHを有する溶液と、前記金属とを接触させる工程を含むことを特徴とする。
The method for producing a target substance detection element of the present invention comprises:
Forming a linker layer on the surface of the metal;
Binding a target substance capturing body to the linker layer, and forming the linker layer on the surface of the metal,
A chain-shaped polymer, wherein the polymer has a first side chain bonded to the surface of the metal, and a second side chain bonded to the target substance capturing body; And a step of bringing the metal into contact with a solution having a pH lower than the pH at which the polymer associates.

本発明の一実施形態は、
標的物質検出素子であって、
金属構造体の表面の金または銀からなる部分に設けられたリンカー層と、
前記リンカー層に結合した標的物質捕捉体と、を有し、
前記リンカー層が架橋構造を有さない鎖状の重合体の非会合体からなり、
前記重合体が、
側鎖にアミノ基を有する繰り返し単位Aと側鎖にカルボキシル基を有する繰り返し単位Bとからなる重合体
もしくは
側鎖にアミノ基およびカルボキシル基を有する繰り返し単位Cからなる重合体
からなることを特徴とする標的物質検出素子である。
One embodiment of the present invention
A target substance detection element,
A linker layer provided on a portion made of gold or silver on the surface of the metal structure;
A target substance capturing body bonded to the linker layer,
The linker layer comprises a non-aggregate of a chain polymer having no cross-linked structure,
The polymer is
A polymer comprising a repeating unit A having an amino group in the side chain and a repeating unit B having a carboxyl group in the side chain, or a polymer comprising a repeating unit C having an amino group and a carboxyl group in the side chain. Target substance detection element.

また、別の本発明の一実施形態は、
標的物質検出素子の製造方法であって、
金属構造体の表面の金または銀からなる部分にリンカー層を形成する工程と、
前記リンカー層に標的物質捕捉体を結合させる工程と、を有し
前記金属構造体の表面にリンカー層を形成する工程が、
架橋構造を有さない重合体であって、側鎖にアミノ基を有する繰り返し単位Aと側鎖にカルボキシル基を有する繰り返し単位Bとからなる重合体もしくは側鎖にアミノ基およびカルボキシル基を有する繰り返し単位Cからなる重合体を含み、かつ前記重合体が会合するpHより低いpHの溶液と、前記金属構造体とを接触させる工程であることを特徴とする標的物質検出素子の製造方法である。
Another embodiment of the present invention is as follows.
A method of manufacturing a target substance detection element,
Forming a linker layer on the gold or silver portion of the surface of the metal structure;
Binding a target substance capturing body to the linker layer, and forming a linker layer on the surface of the metal structure,
A polymer having no cross-linked structure, comprising a repeating unit A having an amino group in the side chain and a repeating unit B having a carboxyl group in the side chain, or a repeating having an amino group and a carboxyl group in the side chain A method for producing a target substance detection element, comprising a step of bringing a metal structure into contact with a solution having a pH lower than the pH at which the polymer associates, the polymer comprising a unit C.

本発明によれば、標的物質を高感度に検出することが可能な標的物質検出素子およびその製造方法を得ることが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to obtain the target substance detection element which can detect a target substance with high sensitivity, and its manufacturing method.

以下、本発明について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明の第一は、
標的物質検出素子の製造方法であって、
金属構造体の表面の金または銀からなる部分にリンカー層を形成する工程と、
前記リンカー層に標的物質捕捉体を結合させる工程と、を有し
前記金属構造体の表面にリンカー層を形成する工程が、
架橋構造を有さない重合体であって、側鎖にアミノ基を有する繰り返し単位Aと側鎖にカルボキシル基を有する繰り返し単位Bとからなる重合体もしくは側鎖にアミノ基およびカルボキシル基を有する繰り返し単位Cからなる重合体を含み、かつ前記重合体が会合するpHより低いpHの溶液に、前記金属構造体を接触させる工程であることを特徴とする標的物質検出素子の製造方法である。
The first of the present invention is
A method of manufacturing a target substance detection element,
Forming a linker layer on the gold or silver portion of the surface of the metal structure;
Binding a target substance capturing body to the linker layer, and forming a linker layer on the surface of the metal structure,
A polymer having no cross-linked structure, comprising a repeating unit A having an amino group in the side chain and a repeating unit B having a carboxyl group in the side chain, or a repeating having an amino group and a carboxyl group in the side chain A method for producing a target substance detection element, comprising the step of bringing the metal structure into contact with a solution having a pH lower than the pH at which the polymer associates, the polymer comprising a unit C.

以下、図2を用いて、本発明の第一の各工程について説明する。   Hereinafter, the first steps of the present invention will be described with reference to FIG.

<金属構造体の表面にリンカー層を形成する工程>
図2(i)は、金属構造体の表面にリンカー層を形成する工程を示しており、3は金属構造体、5はリンカー層を示している。
<Step of forming a linker layer on the surface of the metal structure>
FIG. 2 (i) shows a step of forming a linker layer on the surface of the metal structure, 3 shows the metal structure, and 5 shows the linker layer.

金属構造体3は、金または銀からなる部分を表面に有し、プラズモン共鳴現象を発生させることができる金属の構造体であれば良く、形状に制限はない。このような金属構造体の形状としては、例えば、薄膜形状、微粒子形状、リング形状、立方体形状などが挙げられる。   The metal structure 3 may be a metal structure that has a portion made of gold or silver on the surface and can generate a plasmon resonance phenomenon, and the shape is not limited. Examples of the shape of the metal structure include a thin film shape, a fine particle shape, a ring shape, and a cubic shape.

局在表面プラズモン共鳴を利用して検出する場合、金属構造体3は微粒子形状であっても良く、パターン形状であっても良い。   When detecting using localized surface plasmon resonance, the metal structure 3 may have a fine particle shape or a pattern shape.

局在表面プラズモン共鳴を利用して検出し、かつ金属構造体3が微粒子である場合、金属構造体3の直径は10nm〜500nmの大きさであることが好ましい。また、金属構造体3がリング形状や立方体形状などの微粒子以外のパターン形状である場合、金属構造体3の大きさは、10nm〜1450nmであることが好ましく、より好ましくは50nm〜450nmである。なお、ここでの金属構造体3の大きさとは、基体の金属構造体3の被形成面と平行な金属構造体の平面での任意の2点間の距離の最大値のこととする。   When the detection is performed using localized surface plasmon resonance and the metal structure 3 is a fine particle, the diameter of the metal structure 3 is preferably 10 nm to 500 nm. In addition, when the metal structure 3 has a pattern shape other than fine particles such as a ring shape or a cubic shape, the size of the metal structure 3 is preferably 10 nm to 1450 nm, and more preferably 50 nm to 450 nm. Here, the size of the metal structure 3 is the maximum value of the distance between any two points on the plane of the metal structure parallel to the surface on which the metal structure 3 is formed.

また、表面プラズモン共鳴を利用して検出する場合、金属構造体3は薄膜形状であることが好ましく、金属構造体3の厚さは10nm〜100nmであることが好ましい。金属構造体3の厚さをこれらの範囲内とすることで、目的とする検出感度を達成できる表面プラズモン共鳴を効果的に生じさせることができる。   Moreover, when detecting using surface plasmon resonance, it is preferable that the metal structure 3 is a thin film shape, and it is preferable that the thickness of the metal structure 3 is 10 nm-100 nm. By setting the thickness of the metal structure 3 within these ranges, surface plasmon resonance capable of achieving the target detection sensitivity can be effectively generated.

金属構造体3は、金または銀を含む部分を表面に有しプラズモン共鳴を発生させることができれば、全体が金または銀からなっていても良く、金または銀からなる部分とそれ以外の材料からなる部分とを有していても良い。金属構造体3が、金または銀を含む部分とそれ以外の材料からなる部分を有している場合、それ以外の材料からなる部分は、金および銀以外のプラズモン共鳴現象を生じさせる金属、例えば、銅、アルミニウムもしくはそれらの合金などで形成することが可能である。   The metal structure 3 may be made entirely of gold or silver as long as it has a surface containing gold or silver and can generate plasmon resonance. The metal structure 3 may be made of gold or silver and other materials. May be included. When the metal structure 3 has a portion containing gold or silver and a portion made of other material, the portion made of the other material is a metal that causes a plasmon resonance phenomenon other than gold and silver, for example, , Copper, aluminum, or an alloy thereof.

なお、金属構造体3は、図3(I)に示すように、金属構造体3がそれ自体で存在していても良いし、図1(II)に示すように、金属構造体3が基体4の表面に形成されていても良い。金属構造体3がそれ自体で存在する場合は、金属構造体3が標的物質検出素子の支持体として機能する。   As shown in FIG. 3 (I), the metal structure 3 may be present by itself, or the metal structure 3 may be a base as shown in FIG. 1 (II). 4 may be formed on the surface. When the metal structure 3 exists by itself, the metal structure 3 functions as a support for the target substance detection element.

金属構造体3が基体4の表面に形成される場合、基体4の材料としては、ガラス基体、石英基体、ポリカーボネートやポリスチレンなどの樹脂基体、ITO基体などを用いることができる。しかしながら、プラズモン共鳴現象を利用してシグナルを検出する場合、即ち光吸収を透過光として検出する場合、光吸収によって検出可能な程度の透過性を有していれば、いかなる材料も用いることが可能である。なお、基体4は、一つの層で構成されていても良く、複数の層で構成されていても良い。基体4が複数の層で構成されている場合は、最表面の層をクロムもしくはチタンなどからなる層とすることが好ましい。最表面の層をクロムもしくはチタンなどからなる層とすることで、基体4と金属構造体3との密着性が向上する。   When the metal structure 3 is formed on the surface of the substrate 4, the material of the substrate 4 can be a glass substrate, a quartz substrate, a resin substrate such as polycarbonate or polystyrene, an ITO substrate, or the like. However, when a signal is detected using the plasmon resonance phenomenon, that is, when light absorption is detected as transmitted light, any material can be used as long as it has a level of transparency that can be detected by light absorption. It is. In addition, the base | substrate 4 may be comprised by one layer and may be comprised by the some layer. When the substrate 4 is composed of a plurality of layers, the outermost layer is preferably a layer made of chromium, titanium, or the like. By making the outermost layer a layer made of chromium, titanium, or the like, the adhesion between the substrate 4 and the metal structure 3 is improved.

また、基板4の表面に金属構造体3が複数形成される場合は、図4に示すように、1mm〜10mm角の領域に金属構造体3を規則的に設けて、アレイ状とすることが好ましい。アレイ状とする場合、金属構造体3同士の間隔は、好ましくは50nm〜2μm、より好ましくは150nm〜1μmの範囲とする。間隔が狭すぎると、各金属構造体が有するプラズモン同士が相互作用し、空間的な電場の分布・強度に影響を及ぼして、センサ感度が低下してしまう場合がある。また、間隔が広すぎると、金属構造体の密度が低いことにより信号強度が弱くなり、特殊な光学系が必要となる場合がある。なお、一例として、基体の表面にアレイ状に形成されたリング形状の金属構造体のSEM画像を図12に示す。   When a plurality of metal structures 3 are formed on the surface of the substrate 4, as shown in FIG. 4, the metal structures 3 may be regularly provided in a 1 mm to 10 mm square region to form an array. preferable. In the case of an array, the interval between the metal structures 3 is preferably in the range of 50 nm to 2 μm, more preferably 150 nm to 1 μm. If the interval is too narrow, the plasmons of the metal structures interact with each other, affecting the spatial electric field distribution / intensity, which may reduce the sensor sensitivity. On the other hand, if the interval is too wide, the density of the metal structure is low, so that the signal intensity becomes weak and a special optical system may be required. As an example, FIG. 12 shows an SEM image of a ring-shaped metal structure formed in an array on the surface of the substrate.

基体4の表面に複数の金属構造体3を形成する場合は、例えば、図5のような方法で形成することが可能である。   In the case where the plurality of metal structures 3 are formed on the surface of the base 4, for example, they can be formed by a method as shown in FIG. 5.

具体的には、以下のような方法である。   Specifically, the method is as follows.

基体4(図5(A))の表面に金属膜20をスパッタ法あるいは蒸着法などを用いて成膜する(図5(B))。そして、前記金属膜20の表面に電子線レジスト膜21をスピンコートなどの方法により成膜する(図5(C))。前記電子線レジスト膜21のうち金属構造体を形成する部分にのみ電子線描画装置で露光し、現像してレジストパターン22を得る(図5(D))。その後、不要な金属膜をエッチングし(図5(E))、レジストパターン22を除去して、アレイ状に配置した金属構造体3を得る(図5(F))。ここで、レジストを露光する装置としては電子線描画装置の他、集束イオンビーム加工装置、X線露光装置、EUV露光装置、エキシマレーザー露光装置などを使用することもできる。   A metal film 20 is formed on the surface of the substrate 4 (FIG. 5A) by sputtering or vapor deposition (FIG. 5B). Then, an electron beam resist film 21 is formed on the surface of the metal film 20 by a method such as spin coating (FIG. 5C). Only a portion of the electron beam resist film 21 where the metal structure is to be formed is exposed with an electron beam drawing apparatus and developed to obtain a resist pattern 22 (FIG. 5D). Thereafter, an unnecessary metal film is etched (FIG. 5E), and the resist pattern 22 is removed to obtain a metal structure 3 arranged in an array (FIG. 5F). Here, as an apparatus for exposing the resist, in addition to an electron beam drawing apparatus, a focused ion beam processing apparatus, an X-ray exposure apparatus, an EUV exposure apparatus, an excimer laser exposure apparatus, and the like can also be used.

また、図6に示すように、モールド法により作製した微細な凹凸の基体4(図6(1))を用いて金属構造体3を作製することも可能である。この場合、基体4の凹凸を有する表面に、スパッタ法あるいは蒸着法などの方法により金属膜20を成膜する(図6(2))。次に、基体の凹部のみに金属膜20が残るよう研磨することで、基体の表面に形成された金属構造体3を得る(図6(3))。   Moreover, as shown in FIG. 6, it is also possible to produce the metal structure 3 using the fine uneven base 4 (FIG. 6 (1)) produced by a molding method. In this case, the metal film 20 is formed on the uneven surface of the substrate 4 by a method such as sputtering or vapor deposition (FIG. 6B). Next, the metal structure 20 formed on the surface of the substrate is obtained by polishing so that the metal film 20 remains only in the concave portion of the substrate (FIG. 6 (3)).

また、金属膜20が基体4の凹凸よりも薄い場合、図6の(2)の状態を経ることなく(3)の状態となり、金属構造体を得ることができる。この場合、金属構造体3の高さよりも基体4の凸部の高さの方が高くても良い。また、金属構造体3が基体4の凹凸部壁面に形成されていてもよい。なお、研磨する代わりに金属膜20をドライエッチングによるエッチバックを利用して除去することも可能である。   When the metal film 20 is thinner than the unevenness of the substrate 4, the state (3) is obtained without going through the state (2) in FIG. 6, and a metal structure can be obtained. In this case, the height of the convex portion of the base body 4 may be higher than the height of the metal structure 3. Further, the metal structure 3 may be formed on the wall surface of the uneven portion of the base body 4. Instead of polishing, the metal film 20 can be removed by using etch back by dry etching.

次に、金属構造体3の表面にリンカー層5を形成する方法について説明する。   Next, a method for forming the linker layer 5 on the surface of the metal structure 3 will be described.

金属構造体3の表面にリンカー層5を形成する方法は、架橋構造を有さない重合体であって、側鎖にアミノ基を有する繰り返し単位Aと側鎖にカルボキシル基を有する繰り返し単位Bとからなる重合体もしくは側鎖に官能基としてのアミノ基および官能基としてのカルボキシル基を有する繰り返し単位Cからなる重合体を含み、前記重合体が会合するpHより低いpHの溶液に、前記金属構造体を接触させることにより行うことができる。   The method of forming the linker layer 5 on the surface of the metal structure 3 is a polymer having no cross-linked structure, which is a repeating unit A having an amino group in the side chain and a repeating unit B having a carboxyl group in the side chain. A polymer comprising a repeating unit C having an amino group as a functional group and a carboxyl group as a functional group in a side chain, and a solution having a pH lower than the pH at which the polymer is associated with the metal structure This can be done by bringing the body into contact.

リンカー層5は、側鎖にアミノ基を有する繰り返し単位Aと側鎖にカルボキシル基を有する繰り返し単位Bを有する重合体もしくは側鎖にアミノ基およびカルボキシル基を有する繰り返し単位Cからなる重合体であるため、重合体中に含まれるアミノ基およびカルボキシル基の割合が高い。したがって、リンカー層が有する多数のアミノ基が、金属構造体の表面に存在する金または銀を含む部分に結合するため、リンカー層が金属構造体に強固に固定される。なお、アミノ基は、アンモニア、もしくは第一級あるいは第二級アミンから水素を除去した基となることで、金および銀と結合することが一般的に知られている(特登録3452837、http://www.molsci.jp/discussion_past/2003/BK2003/Abs/3/3Cp07.pdf)。また、リンカー層が有する多数のカルボキシル基により、多数の標的物質捕捉体をリンカー層に結合させることが可能となる。さらに、重合体は架橋構造を有さないため、厚さの薄いリンカー層を形成することが可能である。ここで、架橋構造とは線状(鎖状)重合体の側鎖同士が共有結合により結合していることである。   The linker layer 5 is a polymer comprising a repeating unit A having an amino group in the side chain and a repeating unit B having a carboxyl group in the side chain, or a polymer comprising a repeating unit C having an amino group and a carboxyl group in the side chain. Therefore, the ratio of amino groups and carboxyl groups contained in the polymer is high. Therefore, since many amino groups of the linker layer are bonded to a portion containing gold or silver existing on the surface of the metal structure, the linker layer is firmly fixed to the metal structure. The amino group is generally known to be bonded to gold and silver by ammonia or a group obtained by removing hydrogen from a primary or secondary amine (Japanese Patent No. 3452837, http: //Www.molsci.jp/discussion_past/2003/BK2003/Abs/3/3Cp07.pdf). Further, a large number of target substance capturing bodies can be bound to the linker layer by the large number of carboxyl groups of the linker layer. Furthermore, since the polymer does not have a cross-linked structure, it is possible to form a thin linker layer. Here, the crosslinked structure means that the side chains of the linear (chain) polymer are bonded by a covalent bond.

側鎖にアミノ基を有する繰り返し単位Aと側鎖にカルボキシル基を有する繰り返し単位Bとからなる重合体としては、例えば、ジアリルアミン、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド、N−ビニルプロピオンアミド、N−ビニルブチルアミド、N−ビニルバレルアミド、N−イソプロペニルホルムアミド、N−イソプロペニルアセトアミド、N−イソプロペニルプロピオンアミド、N−イソプロペニルブチルアミド、N−イソプロペニルバレルアミド、リジン、アルギニン、ヒスチジンなどのアミノ基を含む構造と(繰り返し単位Aに相当)とマレイン酸、コハク酸、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ケイ皮酸、イタコン酸、フマル酸、グルタミン酸、アスパラギン酸などのカルボン酸を含む構造体(繰り返し単位Bに相当)とを組み合わせた共重合体が挙げられる。それらの中でもジアリルアミンとマレイン酸の共重合体であることが好ましく、更には、一般式(1)に示される重合体であることが好ましい。
一般式(1)
Examples of the polymer comprising the repeating unit A having an amino group in the side chain and the repeating unit B having a carboxyl group in the side chain include diallylamine, N-vinylformamide, N-vinylacetamide, N-vinylpropionamide, N -Vinylbutyramide, N-vinylvaleramide, N-isopropenylformamide, N-isopropenylacetamide, N-isopropenylpropionamide, N-isopropenylbutyramide, N-isopropenylvaleramide, lysine, arginine, histidine, etc. And a structure containing an amino group (corresponding to the repeating unit A) and a carboxylic acid such as maleic acid, succinic acid, acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, cinnamic acid, itaconic acid, fumaric acid, glutamic acid, aspartic acid Structure (in repeating unit B Copolymers of a combination of a person) can be mentioned. Among these, a copolymer of diallylamine and maleic acid is preferable, and a polymer represented by the general formula (1) is more preferable.
General formula (1)

(l:m=0.0004〜13であり、lとmは1以上の整数である。また、一般式(1)に示される共重合体の分子量は1000〜200000である。) (L: m = 0.004 to 13, and l and m are integers of 1 or more. Further, the molecular weight of the copolymer represented by the general formula (1) is 1000 to 200000.)

また、側鎖にアミノ基およびカルボキシル基を有する繰り返し単位Cからなる重合体の例としては、ジアリルアミン、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド、N−ビニルプロピオンアミド、N−ビニルブチルアミド、N−ビニルバレルアミド、N−イソプロペニルホルムアミド、N−イソプロペニルアセトアミド、N−イソプロペニルプロピオンアミド、N−イソプロペニルブチルアミド、N−イソプロペニルバレルアミド、リジン、アルギニン、ヒスチジンなどのアミノ基を含む構造にカルボキシル基を導入した誘導体、マレイン酸、コハク酸、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ケイ皮酸、イタコン酸、フマル酸、グルタミン酸、アスパラギン酸などのカルボン酸を含む構造体にアミノ基を導入した誘導体、または上記アミノ基を含む構造とカルボキシル基を含む構造を結合させた誘導体などが挙げられる。   Examples of the polymer composed of repeating units C having an amino group and a carboxyl group in the side chain include diallylamine, N-vinylformamide, N-vinylacetamide, N-vinylpropionamide, N-vinylbutyramide, N- In structures containing amino groups such as vinyl barrelamide, N-isopropenylformamide, N-isopropenylacetamide, N-isopropenylpropionamide, N-isopropenylbutyramide, N-isopropenylvaleramide, lysine, arginine, histidine, etc. An amino group was introduced into a structure containing a carboxylic acid such as a derivative introduced with a carboxyl group, maleic acid, succinic acid, acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, cinnamic acid, itaconic acid, fumaric acid, glutamic acid or aspartic acid. Derivative, or above Such derivatives obtained by binding a structure comprising a structure and a carboxyl group containing an amino group.

これらの重合体を含み、かつ重合体が会合するpHより低いpHの溶液と、金属構造体とを接触させることで、重合体が有するアミノ基へのプロトネーションが起こり、分子全体として電荷を有する重合体の割合が高くなる。すなわち、静電斥力により会合しにくくなる重合体の割合が高くなる。これにより、重合体が積層せずに金属構造体の表面に固定される。   When a metal structure is brought into contact with a solution containing these polymers and having a pH lower than the pH at which the polymers are associated, protonation to the amino group of the polymer occurs, and the entire molecule has a charge. The proportion of polymer increases. That is, the proportion of the polymer that becomes difficult to associate due to electrostatic repulsion increases. Thereby, a polymer is fixed to the surface of a metal structure, without laminating | stacking.

一方、溶液のpHを重合体が会合するpHとした場合、分子全体として電荷を有さない重合体の割合が高くなり、重合体同士が会合して金属構造体の表面に積層されて固定されると考えられる。また、会合によりリンカー層の固定量にばらつきが生じると考えられる。   On the other hand, when the pH of the solution is the pH at which the polymer associates, the ratio of the polymer having no charge as a whole molecule increases, and the polymers associate and are stacked and fixed on the surface of the metal structure. It is thought. Further, it is considered that the amount of the linker layer immobilized varies due to the association.

また、溶液のpHを重合体が会合するpHより高いpHとした場合、分子全体として電荷を有する重合体の割合は高く、重合体同士は会合しにくいものの、重合体が有するアミノ基へのプロトネーションが起こりにくいため、重合体の金もしくは銀からなる部分との結合が悪くなり、重合体を固定しにくくなると考えられる。   In addition, when the pH of the solution is higher than the pH at which the polymer associates, the ratio of the polymer having a charge as a whole molecule is high and the polymers are difficult to associate with each other, but the prototyping to the amino group of the polymer is not possible. Nation is unlikely to occur, so the bond with the gold or silver portion of the polymer will be poor, and it will be difficult to fix the polymer.

なお、架橋構造を有する重合体の架橋構造を還元などにより切断した後に上記溶液を作製することも可能である。また、重合体が架橋構造を有していないものの、重合体が有する疎水性基同士の相互作用などが起きる場合には、重合体を含む溶液に分散剤を含ませることが好ましい。   It is also possible to prepare the solution after cutting the crosslinked structure of the polymer having a crosslinked structure by reduction or the like. Further, when the polymer does not have a crosslinked structure, but interaction between hydrophobic groups of the polymer occurs, it is preferable to include a dispersant in the solution containing the polymer.

プラズモン共鳴を用いたセンサでは、標的物質が標的物質検出素子に結合したことによる金属構造体表面近傍の誘電率の変化に応答してシグナルが生じ、誘電率の変化が生じる場所が金属構造体の表面に近いほど大きなシグナルが生じる。したがって、重合体が含まれる溶液のpHを重合体が会合するpHより低いpHとすることで、重合体を積層させずに金属構造体の表面に固定することが可能となり、標的物質捕捉体を金属構造体の表面のより近くに固定することが可能となる。これにより高感度な標的物質検出素子が得られることになる。   In a sensor using plasmon resonance, a signal is generated in response to a change in the dielectric constant in the vicinity of the surface of the metal structure due to the target substance binding to the target substance detection element, and the place where the change in the dielectric constant occurs is the location of the metal structure. The closer to the surface, the greater the signal. Therefore, by setting the pH of the solution containing the polymer to a pH lower than the pH at which the polymer associates, it is possible to fix the polymer to the surface of the metal structure without laminating the target substance capturing body. It can be fixed closer to the surface of the metal structure. Thereby, a highly sensitive target substance detection element is obtained.

なお、本発明において重合体が会合するpHとは、0.25%の当該重合体溶液のpHを2〜9に変化させた際に得られる、660nmにおける吸光度の最も高いpHと最も低いpHの吸光度との差が0.5以上であるスペクトルにおける、最も高い吸光度の1/100より高い吸光度を有するpHと定義する。   In the present invention, the pH at which the polymer associates refers to the pH at the highest absorbance and the lowest pH at 660 nm obtained when the pH of the polymer solution of 0.25% is changed to 2-9. It is defined as a pH having an absorbance higher than 1/100 of the highest absorbance in a spectrum having a difference from the absorbance of 0.5 or more.

次に、図2(ii)に示すように、形成したリンカー層5に標的物質捕捉体1を結合させる。   Next, as shown in FIG. 2 (ii), the target substance capturing body 1 is bound to the formed linker layer 5.

形成したリンカー層5を構成する重合体が有するカルボキシル基に標的物質を捕捉する標的物質捕捉体1を結合させる。リンカー層のカルボキシル基と標的物質捕捉体を結合させる方法としては、リンカー層のカルボキシル基と標的物質捕捉体のアミノ基を脱水縮合反応で結合させる方法などを用いることが可能である。標的物質捕捉体にアミノ基が存在しない場合は、スペーサなどを介してアミノ基を導入して誘導体化することにより、リンカー層に結合させることができる。脱水縮合反応はリンカー層に標的物質捕捉体と1−Ethyl−3−[3−dimethylamino]propyl]carbodiimide hydrochlorideなどのカップリング試薬を含んだ水溶液を滴下することなどによって行える。   The target substance capturing body 1 for capturing the target substance is bound to the carboxyl group of the polymer constituting the linker layer 5 formed. As a method of binding the carboxyl group of the linker layer and the target substance capturing body, a method of binding the carboxyl group of the linker layer and the amino group of the target substance capturing body by a dehydration condensation reaction or the like can be used. When an amino group does not exist in the target substance capturing body, it can be bonded to the linker layer by introducing and derivatizing the amino group through a spacer or the like. The dehydration condensation reaction can be performed by, for example, dropping an aqueous solution containing a target substance capturing body and a coupling reagent such as 1-Ethyl-3- [3-dimethylamino] propyl] carbohydrate hydride into the linker layer.

このような標的物質捕捉体1と標的物質2の組み合わせとしては、抗原−抗体、酵素−基質、DNA−DNAなどが挙げられる。   Examples of such a combination of the target substance capturing body 1 and the target substance 2 include antigen-antibody, enzyme-substrate, DNA-DNA and the like.

なお、金属構造体の表面には、リンカー層5の他に非特異的吸着防止層を形成しても良い。このような非特異的吸着防止層を形成することで金属構造体表面への夾雑物の非特異的吸着を軽減することができる。このような非特異的吸着防止層を構成する材料としては、スキムミルク、カゼイン、ウシ血清アルブミン、リン脂質、ポリエチレングリコール及びそれらの誘導体などを用いることが好ましい。なお、非特異的吸着防止層を形成する場合は、標的物質捕捉体をリンカー層に結合させた後に形成することが望ましい。   In addition to the linker layer 5, a nonspecific adsorption preventing layer may be formed on the surface of the metal structure. By forming such a non-specific adsorption preventing layer, non-specific adsorption of impurities on the surface of the metal structure can be reduced. As a material constituting such a nonspecific adsorption preventing layer, skim milk, casein, bovine serum albumin, phospholipid, polyethylene glycol, and derivatives thereof are preferably used. In addition, when forming a nonspecific adsorption | suction prevention layer, it is desirable to form after making a target substance capture body couple | bond with a linker layer.

このような方法などにより、本発明の標的物質検出素子である、
金属構造体の表面の金または銀からなる部分に設けられたリンカー層と、
前記リンカー層に結合した標的物質捕捉体と、を有し、
前記リンカー層が架橋構造を有さない鎖状の重合体の非会合体からなり、
前記重合体が、
側鎖にアミノ基を有する繰り返し単位Aと側鎖にカルボキシル基を有する繰り返し単位Bとからなる重合体
もしくは
側鎖にアミノ基およびカルボキシル基を有する繰り返し単位Cからなる重合体
からなることを特徴とする標的物質検出素子を得ることができる。なお、側鎖にアミノ基およびカルボキシル基を有する繰り返し単位Aは、同じ側鎖にアミノ基とカルボキシル基を有する繰り返し単位であっても良いし、複数の側鎖を有し、前記複数の側鎖のうちの異なる側鎖に各々アミノ基とカルボキシル基が存在する繰り返し単位であっても良い。
By such a method, the target substance detection element of the present invention,
A linker layer provided on a portion made of gold or silver on the surface of the metal structure;
A target substance capturing body bonded to the linker layer,
The linker layer comprises a non-aggregate of a chain polymer having no cross-linked structure,
The polymer is
A polymer comprising a repeating unit A having an amino group in the side chain and a repeating unit B having a carboxyl group in the side chain, or a polymer comprising a repeating unit C having an amino group and a carboxyl group in the side chain. Target substance detecting element can be obtained. The repeating unit A having an amino group and a carboxyl group in the side chain may be a repeating unit having an amino group and a carboxyl group in the same side chain, or has a plurality of side chains, and the plurality of side chains Of these, repeating units each having an amino group and a carboxyl group in different side chains may be used.

また、図1は、本発明の標的物質検出素子の一例を示しており、本発明の一実施形態による標的物質2の検出素子は、金属(金属構造体3)の表面に設けられたリンカー層5と、リンカー層に結合した標的物質捕捉体1と、を有する。そして、リンカー層が鎖状の重合体からなり、重合体が、第1の側鎖が金属の表面に結合し、第2の側鎖が標的物質捕捉体に結合している繰り返し単位を有する重合体である。   FIG. 1 shows an example of the target substance detection element of the present invention. The target substance 2 detection element according to an embodiment of the present invention is a linker layer provided on the surface of a metal (metal structure 3). 5 and the target substance capturing body 1 bound to the linker layer. The linker layer is made of a chain polymer, and the polymer has a repeating unit in which the first side chain is bonded to the surface of the metal and the second side chain is bonded to the target substance capturing body. It is a coalescence.

ここで、重合体は、第1の側鎖に金属の表面に結合するための繰り返し単位Aと、第2の側鎖に標的物質捕捉体に結合するための繰り返し単位Bと、を有する重合体であり得る。   Here, the polymer has a repeating unit A for binding to the surface of the metal on the first side chain, and a repeating unit B for binding to the target substance capturing body on the second side chain. It can be.

もしくは、第1の側鎖に金属の表面に結合する部位と、第2の側鎖に標的物質捕捉体に結合する部位とを有する繰り返し単位Cからなる重合体、でありうる。   Alternatively, it may be a polymer comprising a repeating unit C having a site that binds to the metal surface on the first side chain and a site that binds to the target substance capturing body on the second side chain.

また上記の標的物質検出素子の製造方法は、金属の表面にリンカー層を形成する工程と、前記リンカー層に標的物質捕捉体を結合させる工程と、を有する。   The method for producing a target substance detection element includes a step of forming a linker layer on a metal surface and a step of binding a target substance capturing body to the linker layer.

そして、金属の表面にリンカー層を形成する工程が、鎖状の重合体であって、前記重合体が、第1の側鎖に金属の表面に結合する為の部位と、第2の側鎖に標的物質捕捉体に結合する為の部位とを有する重合体を含み、かつ前記重合体が会合するpHより低いpHを有する溶液と、前記金属とを接触させる工程を含む。   The step of forming the linker layer on the metal surface is a chain polymer, and the polymer has a first side chain bonded to the metal surface and a second side chain. A step of contacting the metal with a solution containing a polymer having a site for binding to the target substance capturing body and having a pH lower than the pH at which the polymer is associated.

また、本発明において重合体の非会合体とは、会合していない重合体からなるものを示すものとする。   In the present invention, the non-aggregate of the polymer means a polymer composed of an unassociated polymer.

本発明によって得られる標的物質検出素子(図7における10)は、反応ウェル6、流路7、インレット8、アウトレット9を有する基板11と張り合わせて標的物質検出基板とすることができる。なお、標的物質検出素子10と基板11を張り合わせる場合は、基板11の反応ウェル6や流路7が形成されている面と、標的物質検出素子10のうち基体4の金属構造体が形成されている面とを貼りあわせて図7のような形状の標的物質検出基板として使用することができる。なお、図7において、12は光源、14は光検出装置、19はコリメートレンズである。ここで、反応ウェル6とは、標的物質検出素子と検体を接触させるための領域(反応機構)を形成するもののことである。   The target substance detection element (10 in FIG. 7) obtained by the present invention can be bonded to the substrate 11 having the reaction well 6, the flow path 7, the inlet 8, and the outlet 9 to form a target substance detection substrate. When the target substance detection element 10 and the substrate 11 are bonded together, the surface of the substrate 11 on which the reaction well 6 and the flow path 7 are formed and the metal structure of the base 4 of the target substance detection element 10 are formed. The target surface can be used as a target substance detection substrate having a shape as shown in FIG. In FIG. 7, 12 is a light source, 14 is a light detection device, and 19 is a collimating lens. Here, the reaction well 6 forms a region (reaction mechanism) for bringing the target substance detection element into contact with the specimen.

また、基体4が基板11の機能を有する場合は、基体4が反応ウェル、流路、インレットおよびアウトレットを有することが好ましいが、流路、インレット、アウトレットは基材と接触するセルなどによって形成されるものであっても良い。   When the substrate 4 has the function of the substrate 11, the substrate 4 preferably has a reaction well, a flow channel, an inlet, and an outlet. However, the flow channel, the inlet, and the outlet are formed by cells that come into contact with the substrate. It may be a thing.

反応ウェル7や流路10を表面に有する基板11は、基体4と同様、プラズモン共鳴現象を利用してシグナルを検出する場合、即ち光吸収を透過光として検出する場合、光吸収によって検出可能な程度の透過性を有する材料であることが好ましい。具体的には、いわゆるμTAS(Micro Total Analysis System)型の装置で用いられているポリジメチルシロキサン(PDMS)からなるプレートによって、作製することが好ましい。
なお、不活性ガスを充填済みの防湿・遮光性の袋にマイクロタイタープレートあるいはμTASチップをパッケージングし、BSA(ウシ血清アルブミン)などを含有する検体希釈試薬や反応後の洗浄専用試薬、反応前の基準スペクトル測定用専用試薬などを同梱し、標的物質検出キットとして提供することもできる。
The substrate 11 having the reaction well 7 and the flow channel 10 on the surface can be detected by light absorption when detecting a signal using the plasmon resonance phenomenon, that is, when detecting light absorption as transmitted light, like the base 4. A material having a degree of permeability is preferable. Specifically, it is preferable to produce by a plate made of polydimethylsiloxane (PDMS) used in a so-called μTAS (Micro Total Analysis System) type apparatus.
In addition, a microtiter plate or μTAS chip is packaged in a moisture-proof and light-shielding bag filled with inert gas, and a sample dilution reagent containing BSA (bovine serum albumin), a reagent for washing after reaction, and before reaction A special reagent for reference spectrum measurement and the like can be bundled and provided as a target substance detection kit.

次に、本発明によって得られる標的物質検出素子を用いた標的物質の検出方法の一例について図8を用いて説明する。   Next, an example of a target substance detection method using the target substance detection element obtained by the present invention will be described with reference to FIG.

図8において、6は反応ウェル、7は流路、8はインレット、9はアウトレット、10は標的物質検出素子、13は光源ユニット、14は光検出装置、15は送液ポンプ、16は廃液リザーバ、17は中央演算装置、18は表示ユニットを示している。   In FIG. 8, 6 is a reaction well, 7 is a flow path, 8 is an inlet, 9 is an outlet, 10 is a target substance detection element, 13 is a light source unit, 14 is a light detection device, 15 is a liquid feed pump, and 16 is a waste liquid reservoir. , 17 is a central processing unit, and 18 is a display unit.

送液ポンプ15を用いて、インレット8、流路7を介して標的物質を含む検体(溶液)を反応ウェル6に満たし、検体と標的物質検出素子10とを接触させて一定時間インキュベーションを行う。標的物質検出素子10が有する金属構造体表面に設けた標的物質捕捉体に標的物質が特異的に結合すると、金属構造体表面でのプラズモン共鳴状態が変化する。   A specimen (solution) containing a target substance is filled into the reaction well 6 via the inlet 8 and the flow path 7 using the liquid feed pump 15, and the specimen and the target substance detection element 10 are brought into contact with each other to perform incubation for a certain period of time. When the target substance specifically binds to the target substance capturing body provided on the surface of the metal structure of the target substance detection element 10, the plasmon resonance state on the surface of the metal structure changes.

このような状態で、標的物質検出素子10に、光学ユニット13から発生する光を照射し、標的物質検出素子10から出射した出射光を信号として光検出装置14により取得することで、プラズモン共鳴状態の変化を検出シグナルとして検出することができる。なお、光検出装置14によって測定する標的物質検出素子10からの出射光は、反射光であっても透過光であっても良い。   In such a state, the target substance detection element 10 is irradiated with light generated from the optical unit 13, and the emitted light emitted from the target substance detection element 10 is acquired by the light detection device 14 as a signal, so that the plasmon resonance state is obtained. Can be detected as a detection signal. The emitted light from the target substance detection element 10 measured by the light detection device 14 may be reflected light or transmitted light.

そして、光検出装置14で測定した結果を中央演算装置17にて、あらかじめ既知濃度の標的物質含有溶液を用いて作成した検量用データと比較、演算し、標的物質の濃度を特定し、濃度などの測定結果を表示ユニット18に表示する。   Then, the result measured by the photodetection device 14 is compared and calculated by the central processing unit 17 with calibration data prepared in advance using a target substance-containing solution having a known concentration, the concentration of the target substance is specified, the concentration, etc. Is displayed on the display unit 18.

反応用ウェル6や流路7は、96ウェルや384ウェルマイクロタイタープレートに代表される開放型のポリスチレン製のウェル、または、いわゆるμTAS(Micro Total Analysis System)型の装置で用いられているポリジメチルシロキサン(PDMS)基体によって、作製することができる。また、送液ポンプ15としては、マイクロピストンポンプやシリンジポンプなどを用いる。   The reaction well 6 and the flow path 7 are polydimethyl used in an open polystyrene well typified by a 96-well or 384-well microtiter plate, or a so-called μTAS (Micro Total Analysis System) type apparatus. It can be made with a siloxane (PDMS) substrate. Moreover, as the liquid feed pump 15, a micro piston pump, a syringe pump, etc. are used.

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In addition, this invention is not limited only to a following example.

(実施例1および比較例1、比較例2)
はじめに、側鎖に官能基としてのアミノ基を有する繰り返し単位Aと側鎖に官能基としてのカルボキシル基を有する繰り返し単位Bとからなる重合体としてPAS―410を用い、重合体が会合するpHを測定した。
(Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2)
First, PAS-410 is used as a polymer comprising a repeating unit A having an amino group as a functional group in the side chain and a repeating unit B having a carboxyl group as a functional group in the side chain, and the pH at which the polymer associates is determined. It was measured.

0.25%濃度でPAS−410をリン酸緩衝液に分散させた溶液の吸光度を測定した。得られた吸光度のスペクトルを図17の(a)に示す。また、PAS―410の構造を下記一般式(2)に示す。
一般式(2)
The absorbance of a solution in which PAS-410 was dispersed in a phosphate buffer at a concentration of 0.25% was measured. The obtained absorbance spectrum is shown in FIG. The structure of PAS-410 is shown in the following general formula (2).
General formula (2)

(j:k=1:1であり、j、k=44〜90) (J: k = 1: 1, j, k = 44 to 90)

図17(a)より、pH3.6において重合体を含む溶液の吸光度は最大値の2.018、pH2.0において吸光度は最小値の−0.001となっており、最大値と最小値の差が0.5以上あり、pH3.2〜4.6で吸光度が0.020より大きいことがわかる。   From FIG. 17 (a), the absorbance of the solution containing the polymer at pH 3.6 is the maximum value of 2.018, and at pH 2.0, the absorbance is the minimum value of -0.001, and the maximum value and the minimum value are It can be seen that the difference is 0.5 or more, and the absorbance is greater than 0.020 at pH 3.2 to 4.6.

したがって、重合体はpH3.2から会合が起こり始め、pH4.6まで会合している。すなわち、重合体が会合するpHは、pH3.2〜4.6であることがわかった。   Therefore, the polymer begins to associate from pH 3.2 and associates to pH 4.6. That is, the pH at which the polymer associates was found to be pH 3.2 to 4.6.

次に、標的物質検出素子を作製した。図9に用いた標的物質検出素子の構造を示す。図9において、1は標的物質捕捉体、3は金属構造体、5はリンカー層、6は反応ウェル、12は光源、14は光検出装置である。なお、反応ウェル6が標的物質検出素子の基体の機能を果たしている。また、光源12としてタングステンランプ、光検出装置14として分光光度計を用いた。   Next, a target substance detection element was produced. FIG. 9 shows the structure of the target substance detection element used. In FIG. 9, 1 is a target substance capturing body, 3 is a metal structure, 5 is a linker layer, 6 is a reaction well, 12 is a light source, and 14 is a light detection device. The reaction well 6 functions as a base of the target substance detection element. Further, a tungsten lamp was used as the light source 12 and a spectrophotometer was used as the light detection device 14.

粒径100nmの金属構造体3である金コロイドを含む溶液(ブリティッシュ・バイオセル社製)に反応ウェル6であるアミノ化マイクロタイタープレート(コーニング社製)を12時間浸漬させて、アミノ化マイクロタイタープレートの底面に金コロイドを分散させて固定した。固定させた金コロイドの走査型電子顕微鏡(SEM)画像を図10に示す。なお、金コロイドの吸収スペクトルは、530nm近傍にピーク波長を有していることを確認した。   An amination microtiter plate (manufactured by Corning), which is a reaction well 6, is immersed in a solution containing gold colloid, which is a metal structure 3 having a particle size of 100 nm (manufactured by British Biocell), for 12 hours. The colloidal gold was dispersed and fixed on the bottom of the substrate. FIG. 10 shows a scanning electron microscope (SEM) image of the fixed gold colloid. In addition, it was confirmed that the absorption spectrum of colloidal gold has a peak wavelength in the vicinity of 530 nm.

次に、上記作製した金コロイドの表面にリンカー層5を形成した。   Next, the linker layer 5 was formed on the surface of the gold colloid produced above.

金コロイドの表面に濃度が0.25%、pH2〜9に調製したPAS−410(日東紡績株式会社製)を含む溶液をスポッタで滴下し、金属構造体の表面にリンカー層を形成した。洗浄後、1−Ethyl−3−[3−dimethylamino]propyl]carbodiimide hydrochloride(シグマアルドリッチ社製)水溶液と標的物質捕捉体である(+)‐Biotin‐(PEO)4‐Amine(モレキュラー・バイオサイエンス社製)水溶液の混合液をウェルに入れ、37℃、1時間反応させた。終了後、さらに0.1%ウシ血清アルブミンリン酸緩衝液に2時間浸し、標的物質検出素子を作製した。   A solution containing PAS-410 (manufactured by Nitto Boseki Co., Ltd.) adjusted to a concentration of 0.25% and pH 2 to 9 was dropped on the surface of the gold colloid with a spotter to form a linker layer on the surface of the metal structure. After washing, 1-Ethyl-3- [3-dimethylamino] propyl] carbohydride hydrochloride (manufactured by Sigma Aldrich) is an aqueous solution and a target substance capturing body (+)-Biotin- (PEO) 4-Amine (Molecular Bioscience) (Product made) A mixed solution of an aqueous solution was put in a well and reacted at 37 ° C. for 1 hour. After the completion, it was further immersed in a 0.1% bovine serum albumin phosphate buffer for 2 hours to produce a target substance detection element.

次に、以下の操作を行った。
(1)作製した標的物質検出素子に検体である100μg/mlのウサギ抗Biotin抗体のリン酸緩衝液をピペットにより導入し、37℃、2時間反応させた後、ウサギ抗Biotin抗体を(+)‐Biotin‐(PEO)4‐Amineと結合させた。
(2)ウェル中の検体を排出し、リン酸緩衝液をピペットにより導入し、反応ウェル内部を洗浄した。
(3)最後にリン酸緩衝液をウェルに導入して、標的物質検出素子の吸収スペクトルを測定した。
Next, the following operation was performed.
(1) A phosphate buffer solution of 100 μg / ml rabbit anti-Biotin antibody as a sample was introduced into the prepared target substance detection element with a pipette and reacted at 37 ° C. for 2 hours, and then the rabbit anti-Biotin antibody was (+) -Combined with Biotin- (PEO) 4-Amine.
(2) The specimen in the well was discharged, a phosphate buffer was introduced with a pipette, and the inside of the reaction well was washed.
(3) Finally, a phosphate buffer was introduced into the well, and the absorption spectrum of the target substance detection element was measured.

標的物質検出素子の吸収スペクトルは、図9に示すように、光源12から発生させた光を標的物質検出素子に照射し、標的物質検出素子からの透過光を光検出装置14を用いて検出した。得られた吸収スペクトルのシフト量を縦軸に、標的物質検出素子作製時のPAS−410を含む溶液のpHを横軸にしたグラフを図17の(b)に示す。   As shown in FIG. 9, the absorption spectrum of the target substance detection element is obtained by irradiating the target substance detection element with the light generated from the light source 12 and detecting the transmitted light from the target substance detection element using the light detection device 14. . FIG. 17B is a graph in which the shift amount of the obtained absorption spectrum is on the vertical axis and the pH of the solution containing PAS-410 at the time of preparing the target substance detection element is on the horizontal axis.

なお、PAS−410の溶液がpH3.2未満である場合が実施例1であり、pHが3.2〜4.6である場合が比較例1であり、pHが4.6より大きい場合が比較例2である。   In addition, the case where the solution of PAS-410 is less than pH 3.2 is Example 1, the case where pH is 3.2 to 4.6 is Comparative Example 1, and the case where pH is greater than 4.6. It is comparative example 2.

実施例1においては、図17の(a)に示すように吸光度が0.020以下であり、図17の(b)に示すように、標的物質検出素子のピークシフト量が大きいことがわかる。これは、重合体が有するアミノ基へのプロトネーションが起こり、重合体同士が静電斥力により反発し、重合体が積層せずに金属構造体の表面に固定されることによるものと考えられる。   In Example 1, the absorbance is 0.020 or less as shown in FIG. 17A, and it can be seen that the peak shift amount of the target substance detection element is large as shown in FIG. 17B. This is thought to be due to protonation of the amino group of the polymer, repulsion of the polymers due to electrostatic repulsion, and fixation of the polymer to the surface of the metal structure without stacking.

比較例2においては、図17の(a)に示すように、吸光度が0.020以下であり、会合はしていないと考えられるが、図17の(b)に示すように、標的物質検出素子のピークシフト量が小さい。これは、前述したように、重合体が有するアミノ基へのプロトネーションが起こりにくくなることにより、重合体が金属構造体の表面の金もしくは銀からなる部分に固定されにくくなることによるものであると考えられる。また、重合体が固定されにくいことより、複数回の洗浄を行った場合に、重合体が剥がれることでピークシフト量がより小さくなるものと考えられる。   In Comparative Example 2, the absorbance is 0.020 or less as shown in (a) of FIG. 17 and it is considered that no association has occurred. However, as shown in (b) of FIG. The peak shift amount of the element is small. As described above, this is because it becomes difficult for the polymer to be fixed to a portion made of gold or silver on the surface of the metal structure because the protonation to the amino group of the polymer is less likely to occur. it is conceivable that. In addition, since the polymer is difficult to be fixed, it is considered that the peak shift amount becomes smaller due to peeling of the polymer when washing is performed a plurality of times.

さらに、比較例1においては、図17の(a)に示すように、吸光度が0.020より大きく、重合体が会合していることがわかる。その中でも、pHが3.2〜3.6においては、pHが上がるに連れて吸光度が上がっている。また、pHが上がるに連れて、標的物質検出素子のピークシフト量が下がっている。したがって、重合体を含む溶液のpHが3.2〜3.6においては、pHが上がるに連れて、会合している重合体の割合が増え、金属構造体の表面に重合体が積層されていき、pH3.6が極大値であり会合のピークに達していると考えられる。また、pHが3.6〜4.6においては図17(a)に示すようにpHが上がるに連れて標的物質検出素子のピークシフトが多少上がっている。これは、pH3.6〜4.6においては、プロトネーションされていないアミノ基が増えることよりもpHが上がるに連れて会合している重合体の割合が低くなることの影響をより強く受けているからと考えられる。   Furthermore, in Comparative Example 1, as shown in FIG. 17A, it can be seen that the absorbance is greater than 0.020 and the polymers are associated. Among them, when the pH is 3.2 to 3.6, the absorbance increases as the pH increases. In addition, as the pH increases, the peak shift amount of the target substance detection element decreases. Therefore, when the pH of the solution containing the polymer is 3.2 to 3.6, as the pH increases, the proportion of the associated polymer increases, and the polymer is laminated on the surface of the metal structure. It is considered that pH 3.6 is a maximum value and has reached the peak of the association. Further, when the pH is 3.6 to 4.6, the peak shift of the target substance detection element is slightly increased as the pH is increased as shown in FIG. This is more strongly affected at pH 3.6 to 4.6 due to the lower proportion of polymer associating with increasing pH than increasing non-protonated amino groups. It is thought that there is.

(実施例2)
リンカー層を形成する際に、pH2〜9までの溶液とする代わりにpH2の溶液を用いたこと、および標的物質捕捉体をリンカー層に結合させた後に1%ウシ血清アルブミンリン酸緩衝液に2時間浸すことに加えて、0.025%スキムミルク緩衝液に2時間浸した以外は実施例1と同様の方法で標的物質検出素子を作製した。
(Example 2)
In forming the linker layer, the solution of pH 2 was used instead of the solution of pH 2 to 9, and after binding the target substance capturing body to the linker layer, 2% in 1% bovine serum albumin phosphate buffer was used. In addition to soaking for a period of time, a target substance detection element was produced in the same manner as in Example 1 except that it was soaked in 0.025% skim milk buffer for 2 hours.

得られた吸収スペクトルについて反応前と反応後を比較すると、図11に示すように、特異的な抗原抗体反応によって標的物質が標的物質検出素子表面に結合することで、吸収スペクトルが長波長側へシフトした。また、吸収スペクトルのピーク強度、あるいはピーク波長のシフト量と検体中の抗Biotin抗体濃度の相関は、あらかじめ既知の抗Biotin抗体コントロール溶液により求められるため、上記操作によって濃度未知の検体の抗Biotin抗体濃度を求めることも可能である。   Comparing the obtained absorption spectrum before and after the reaction, as shown in FIG. 11, the target substance binds to the surface of the target substance detection element by a specific antigen-antibody reaction, so that the absorption spectrum moves to the longer wavelength side. Shifted. In addition, since the correlation between the peak intensity of the absorption spectrum or the shift amount of the peak wavelength and the anti-Biotin antibody concentration in the sample is obtained in advance with a known anti-Biotin antibody control solution, the anti-Biotin antibody of the sample of unknown concentration can be obtained by the above operation. It is also possible to determine the concentration.

(比較例3、比較例4)
比較例3、比較例4では、実施例1とは異なるリンカー層を用いた場合の標的物質検出素子のスペクトルシフト量を示す。
(Comparative Example 3, Comparative Example 4)
In Comparative Example 3 and Comparative Example 4, the amount of spectrum shift of the target substance detection element when a linker layer different from that in Example 1 is used is shown.

リンカー層として、比較例3では架橋構造を有する重合体であるウシ血清アルブミンを用いたこと、比較例4ではアミノ基を有する繰り返し単位Aを有さないカルボキシメチルデキストランを用いたこと、比較例3および比較例4でリンカー層を形成する際にpH7.6の溶液を用いたこと以外は実施例2と同様の方法により標的物質検出素子を作製した。   As the linker layer, bovine serum albumin, which is a polymer having a crosslinked structure, was used in Comparative Example 3, carboxymethyldextran having no repeating unit A having an amino group was used in Comparative Example 4, and Comparative Example 3 And the target substance detection element was produced by the method similar to Example 2 except having used the solution of pH 7.6 when forming a linker layer in Comparative Example 4.

比較例3、比較例4で作製した標的物質検出素子のウェルに、検体である1mg/mlのウサギ抗Biotin抗体リン酸緩衝液を導入し、37℃、2時間反応させた後、標的物質検出素子の吸収スペクトルのシフト量を得た。   1 mg / ml rabbit anti-Biotin antibody phosphate buffer as a sample was introduced into the wells of the target substance detection element prepared in Comparative Example 3 and Comparative Example 4, and reacted at 37 ° C. for 2 hours, followed by target substance detection. The shift amount of the absorption spectrum of the device was obtained.

実施例2、比較例3、比較例4の吸収スペクトルのシフト量を図13に示す。実施例2の標的物質検出素子を用いた際の吸収スペクトルのシフト量は、比較例3に対しては、3.2倍、比較例4に対しては1.6倍であった。   The shift amounts of the absorption spectra of Example 2, Comparative Example 3, and Comparative Example 4 are shown in FIG. The amount of shift of the absorption spectrum when using the target substance detection element of Example 2 was 3.2 times for Comparative Example 3 and 1.6 times for Comparative Example 4.

(実施例3)
本実施例においては、検体が実施例1および2のような精製されたものだけでなく、クルードなヒト血清であっても本発明によって得られる標的物質検出素子によって検出可能であることを示す。
(Example 3)
In this example, it is shown that not only purified samples as in Examples 1 and 2 but also crude human serum can be detected by the target substance detection element obtained by the present invention.

本実施例では、実施例2の標的物質検出素子において、標的物質捕捉体としてアミノ化血液型A抗原(デキストラ・ラボラトリ社製)を用いた以外は実施例2と同様な方法で標的物質検出素子を作製した。   In this example, in the target substance detection element of Example 2, the target substance detection element was obtained in the same manner as in Example 2 except that an aminated blood group A antigen (manufactured by Dextra Laboratories) was used as the target substance capturing body. Was made.

また、本実施例で用いた検体1と検体2はいずれもO型の異なる人から採血・分離したヒト血清であり、ヒト血清中に抗血液A型抗体、抗血液B型抗体の両方を含むものであった。   Sample 1 and sample 2 used in this example are human sera collected and separated from persons with different O types, and both anti-blood type A antibodies and anti-blood type B antibodies are contained in human sera. It was a thing.

次に、以下の測定操作を行った。
(1)0.25%PAS−410、0.01%BSA、0.01%スキムミルクを含むリン酸緩衝液を検体希釈専用試薬とし、検体と検体希釈専用試薬を体積比率1:2の比率で混合、攪拌し、検体を希釈した。
(2)作製した標的物質検出素子のウェルに上記の方法で希釈した検体をピペットにより導入し、抗血液A型抗体を標的物質検出素子が有する血液型A抗原に捕捉させた。
(3)ウェル内の検体液を排出し、リン酸緩衝液をピペットにより導入し、反応ウェル内部を洗浄した。
Next, the following measurement operation was performed.
(1) A phosphate buffer solution containing 0.25% PAS-410, 0.01% BSA, and 0.01% skim milk is used as a reagent for sample dilution, and the volume ratio of the sample and the sample dilution reagent is 1: 2. The sample was diluted by mixing and stirring.
(2) The specimen diluted by the above method was introduced into the well of the prepared target substance detection element by a pipette, and the anti-blood type A antibody was captured by the blood type A antigen possessed by the target substance detection element.
(3) The sample solution in the well was discharged, a phosphate buffer solution was introduced with a pipette, and the inside of the reaction well was washed.

反応前後の金コロイドの吸収スペクトルのシフト量を図14、図15に示す。検体1においては、検体希釈専用試薬を用いない場合に対して、非特異吸着によるノイズが0.4倍、特異的な結合反応による信号量が1.0倍となり、検体2においては、非特異吸着によるノイズが0.5倍、特異的な結合反応による信号量が1.5倍となった。   The shift amount of the absorption spectrum of the gold colloid before and after the reaction is shown in FIGS. Specimen 1 has 0.4 times the noise due to nonspecific adsorption and 1.0 times the amount of signal due to specific binding reaction compared to the case where no reagent dilution reagent is used. The noise due to adsorption was 0.5 times, and the signal amount due to specific binding reaction was 1.5 times.

したがって、クルードなヒト血清も測定が可能であり、かつ検体を上記検体希釈溶液で希釈する場合は、リン酸緩衝液で希釈する場合よりも更に好ましく、非特異吸着によるノイズを同等もしくは減少させ、特異的な結合反応による信号量を同等もしくは増加させることができることがわかった。   Therefore, crude human serum can also be measured, and when the specimen is diluted with the specimen dilution solution, it is more preferable than when diluted with a phosphate buffer, and the noise due to non-specific adsorption is reduced or equivalent, It was found that the signal amount due to a specific binding reaction can be equivalent or increased.

(実施例4)
本実施例においては、本発明によって得られる標的物質検出素子により定量分析が可能であることを示す。
Example 4
In this example, it is shown that quantitative analysis is possible with the target substance detection element obtained by the present invention.

本実施例は、実施例2で用いた検出装置において、実施例2と同様の操作によりアミノ化血液型A抗原(CARBOHYDRATE SYNTHSIS社製)を標的物質捕捉体として固定し、さらに0.01%ウシ血清アルブミンリン酸緩衝液に2時間浸し、次に0.025%スキムミルク緩衝液に2時間浸して、標的物質検出素子を得た。また、同様の操作によりアミノ化血液型B抗原(CARBOHYDRATE SYNTHSIS社製)を固定し、抗血液B型抗体の検出素子を得た。   In this example, in the detection apparatus used in Example 2, an aminated blood group A antigen (manufactured by CARBOHYDRATE SYNTHSIS) was immobilized as a target substance capturing body by the same operation as Example 2, and 0.01% bovine It was immersed in serum albumin phosphate buffer for 2 hours and then immersed in 0.025% skim milk buffer for 2 hours to obtain a target substance detection element. In addition, an aminated blood group B antigen (CARBOHYDRATE SYNTHSIS) was immobilized by the same operation to obtain an anti-blood type B antibody detection element.

検体1(実施例3と同様の検体)をリン酸緩衝液により2倍、8倍に希釈した検体を調製し、抗血液A型抗体検出用素子および抗血液B型抗体検出用素子と、実施例2と同じ組成の検体希釈専用試薬を用い、実施例2と同様の測定操作により検体中に含まれる抗血液A型抗体および抗血液B抗体を各々測定した。   Prepare specimen prepared by diluting specimen 1 (same specimen as in Example 3) 2 times and 8 times with phosphate buffer, and implement with anti-blood type A antibody detection element and anti-blood type B antibody detection element Using the specimen dilution reagent having the same composition as in Example 2, anti-blood type A antibody and anti-blood B antibody contained in the specimen were measured by the same measurement procedure as in Example 2.

結果を図16に示す。なお、(i)が抗血液A型抗体を測定したデータであり、(ii)が抗血液B型抗体を測定したデータである。   The results are shown in FIG. Here, (i) is data obtained by measuring anti-blood type A antibody, and (ii) is data obtained by measuring anti-blood type B antibody.

これらの結果から、希釈倍率に応じたシグナル変化が起こり、検体中に含まれる抗血液A型抗体と抗血液B型抗体を定量的に検出可能であることがわかる。   From these results, it is understood that a signal change corresponding to the dilution factor occurs, and the anti-blood type A antibody and the anti-blood type B antibody contained in the specimen can be quantitatively detected.

本発明の標的物質検出素子の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the target substance detection element of this invention. 金属構造体とリンカー層および標的物質検出素子の一例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing an example of a metal structure, a linker layer, and a target substance detection element. 金属構造体の一例の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of an example of a metal structure. 基体表面に形成されたアレイ状の金属構造体の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the array-shaped metal structure formed in the base | substrate surface. 基体表面に金属構造体を形成する方法の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the method of forming a metal structure on a base surface. 基体表面に金属構造体を形成する方法の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the method of forming a metal structure on a base surface. 標的物質検出装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a target substance detection apparatus. 標的物質検出装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a target substance detection apparatus. 実施例1の標的物質検出装置を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a target substance detection device of Example 1. FIG. 実施例1において基体表面に形成した金属構造体のSEM画像である。2 is an SEM image of a metal structure formed on a substrate surface in Example 1. 実施例2における検体接触前後の標的物質検出素子の光特性の変化を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a change in optical characteristics of a target substance detection element before and after contact with a specimen in Example 2. 基体表面にアレイ状に形成された金属構造体のSEM画像である。It is a SEM image of the metal structure formed in the array form on the substrate surface. 実施例2、比較例3、比較例4の標的物質検出素子のシグナルを示す図である。It is a figure which shows the signal of the target substance detection element of Example 2, the comparative example 3, and the comparative example 4. FIG. 実施例3においてリン酸緩衝液と検体希釈専用試薬を用いた際の非特異的吸着によるノイズを示すデータである。4 is data showing noise due to non-specific adsorption when using a phosphate buffer and a reagent dedicated for specimen dilution in Example 3. 実施例3においてリン酸緩衝液と検体希釈専用試薬を用いた際のシグナルを示すデータである。FIG. 4 is a data showing a signal when using a phosphate buffer and a reagent for reagent dilution in Example 3. FIG. 実施例4において(i)検体1に含まれる抗血液A型抗体を測定したデータ(ii)検体1に含まれる抗血液型B型抗体量を測定したデータである。In Example 4, (i) data obtained by measuring anti-blood type A antibody contained in specimen 1 (ii) data obtained by measuring the amount of anti-blood group B antibody contained in specimen 1. (a)0.25%PAS−410の660nmにおける吸光度とpHの関係を示すデータ、(b)pH2.0〜9.0の0.25%PAS−410を含む溶液を用いてリンカー層を形成したときの標的物質検出素子のシグナルを示すデータである。(A) Data indicating the relationship between absorbance at 660 nm and pH of 0.25% PAS-410, (b) Formation of a linker layer using a solution containing 0.25% PAS-410 at pH 2.0 to 9.0 It is the data which shows the signal of the target substance detection element when doing.

符号の説明Explanation of symbols

1 標的物質捕捉体
2 標的物質
3 金属構造体
4 基体
5 リンカー層
6 反応ウェル
7 流路
8 インレット
9 アウトレット
10 標的物質検出素子
11 基板
12 光源
13 光源ユニット
14 光検出装置
15 送液ポンプ
16 廃液リザーバ
17 中央演算装置
18 表示ユニット
19 コリメートレンズ
20 金属膜
21 電子線レジスト膜
22 レジストパターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Target substance capture body 2 Target substance 3 Metal structure 4 Base body 5 Linker layer 6 Reaction well 7 Flow path 8 Inlet 9 Outlet 10 Target substance detection element 11 Substrate 12 Light source 13 Light source unit 14 Photodetection device 15 Liquid feed pump 16 Waste liquid reservoir 17 Central processing unit 18 Display unit 19 Collimate lens 20 Metal film 21 Electron beam resist film 22 Resist pattern

Claims (6)

標的物質検出素子であって、
金属構造体の表面の金または銀からなる部分に設けられたリンカー層と、
前記リンカー層に結合した標的物質捕捉体と、を有し、
前記リンカー層が架橋構造を有さない鎖状の重合体の非会合体からなり、
前記重合体が、
側鎖にアミノ基を有する繰り返し単位Aと側鎖にカルボキシル基を有する繰り返し単位Bとからなる重合体
もしくは
側鎖にアミノ基およびカルボキシル基を有する繰り返し単位Cからなる重合体
からなることを特徴とする標的物質検出素子。
A target substance detection element,
A linker layer provided on a portion made of gold or silver on the surface of the metal structure;
A target substance capturing body bonded to the linker layer,
The linker layer comprises a non-aggregate of a chain polymer having no cross-linked structure,
The polymer is
A polymer comprising a repeating unit A having an amino group in the side chain and a repeating unit B having a carboxyl group in the side chain, or a polymer comprising a repeating unit C having an amino group and a carboxyl group in the side chain. Target substance detection element.
前記重合体がジアリルアミンとマレイン酸の共重合体からなることを特徴とする請求項1に記載の標的物質検出素子。   The target substance detection element according to claim 1, wherein the polymer is a copolymer of diallylamine and maleic acid. 前記ジアリルアミンとマレイン酸の共重合体が下記一般式(1)に記載の重合体であることを特徴とする請求項2に記載の標的物質検出素子。
一般式(1)

(l:m=1:0.0004〜13であり、lとmは1以上の整数である。また、一般式(1)に示される共重合体の分子量は1000〜200000である。)
The target substance detection element according to claim 2, wherein the copolymer of diallylamine and maleic acid is a polymer represented by the following general formula (1).
General formula (1)

(L: m = 1: 0.0004 to 13, and l and m are integers of 1 or more. The molecular weight of the copolymer represented by the general formula (1) is 1000 to 200000.)
標的物質検出素子の製造方法であって、
金属構造体の表面の金または銀からなる部分にリンカー層を形成する工程と、
前記リンカー層に標的物質捕捉体を結合させる工程と、を有し
前記金属構造体の表面にリンカー層を形成する工程が、
架橋構造を有さない鎖状の重合体であって、側鎖にアミノ基を有する繰り返し単位Aと側鎖にカルボキシル基を有する繰り返し単位Bとからなる重合体もしくは側鎖にアミノ基およびカルボキシル基を有する繰り返し単位Cからなる重合体を含み、かつ前記重合体が会合するpHより低いpHを有する溶液と、前記金属構造体とを接触させる工程であることを特徴とする標的物質検出素子の製造方法。
A method of manufacturing a target substance detection element,
Forming a linker layer on the gold or silver portion of the surface of the metal structure;
Binding a target substance capturing body to the linker layer, and forming a linker layer on the surface of the metal structure,
A chain polymer not having a cross-linked structure, comprising a repeating unit A having an amino group in the side chain and a repeating unit B having a carboxyl group in the side chain, or an amino group and a carboxyl group in the side chain A target substance detection element comprising a step of contacting the metal structure with a solution having a pH lower than the pH at which the polymer associates, the polymer comprising a repeating unit C having Method.
前記重合体がジアリルアミンとマレイン酸の共重合体からなることを特徴とする請求項4に記載の標的物質検出素子の製造方法。   The method for producing a target substance detection element according to claim 4, wherein the polymer is a copolymer of diallylamine and maleic acid. 前記ジアリルアミンとマレイン酸の共重合体が下記一般式(1)に記載の重合体であることを特徴とする請求項5に記載の標的物質検出素子の製造方法。
一般式(1)

(l:m=1:0.0004〜13であり、lとmは1以上の整数である。また、一般式(1)に示される共重合体の分子量は1000〜200000である。)
The method for producing a target substance detection element according to claim 5, wherein the copolymer of diallylamine and maleic acid is a polymer represented by the following general formula (1).
General formula (1)

(L: m = 1: 0.0004 to 13, and l and m are integers of 1 or more. The molecular weight of the copolymer represented by the general formula (1) is 1000 to 200000.)
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