JP5339278B2 - Detection and analysis system for protein array using monolith gel - Google Patents

Detection and analysis system for protein array using monolith gel Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and apparatus for analysis of the interaction of the protein and another protein and/or compound other than protein on a substrate. <P>SOLUTION: A system for detecting/analyzing the protein and/or another compound other than protein on a protein array contains the protein array wherein proteins are densely arranged and fixed on the substrate and a spectrophotometer and constituted so that the protein array is irradiated with light using the spectrophotometer, the light transmitted through the protein array is measured and the reduction ratio of the quantity of the transmitted light by the protein and/or another compound other than protein interacting with the immobilized protein on the protein array is measured to detect/analyze the protein and/or another compound other than protein on the protein array. In this system, the substrate for immobilized protein is a monolithic gel. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、タンパク質をモノリスゲル上に高密度で整列固定化したタンパク質アレイ上のタンパク質ならびに該タンパク質と他のタンパク質および/またはタンパク質以外の化合物の相互作用を、タンパク質の紫外、可視または赤外光域での吸収を分光光度計を用いて測定することにより検出・解析するシステムに関する。 The present invention, the interaction of the protein at high density alignment immobilized protein and the protein with other proteins and / or compounds other than proteins on protein arrays on monolith gel, ultraviolet proteins, visible or infrared The present invention relates to a system for detecting and analyzing absorption in the light region by measuring using a spectrophotometer.

タンパク質アレイ上のタンパク質またはタンパク質以外の化合物を、紫外、可視または赤外光域での吸収を分光光度計を用いて測定することにより検出し、それらの相互作用を解析するシステムを、本発明者らの一部は既に発明している(特許文献1を参照)。この発明は、分光光度計の中にある光照射手段から放出された照明光をタンパク質アレイを通過させ、CCD等の光検出手段によって撮影し、その画像データを解析処理するものである。このシステムで例えば280nm付近の紫外光でタンパク質アレイを観察すると、タンパク質は280nm付近の紫外光を吸収する性質があるので、タンパク質を固定化してある領域(スポット)が暗く観察される。従って、タンパク質を固定化してある領域の光強度(I)と、固定化していない領域の光強度(Io)から、-log(I/Io)を計算することにより該タンパク質の吸光度を求め、タンパク質の量を推定することができる。また、例えばタンパク質AとBの間の相互作用を調べる場合、タンパク質Aをハイドロゲル基板に固定化したアレイを作製し、それにタンパク質Bの溶液を投入してアレイの画像を解析することにより、相互作用を解析することが可能である(特願2007-336879)。   A system for detecting a protein or a compound other than a protein on a protein array by measuring absorption in the ultraviolet, visible, or infrared light region using a spectrophotometer and analyzing their interaction is provided by the present inventor. Some of these have already been invented (see Patent Document 1). In the present invention, illumination light emitted from a light irradiation means in a spectrophotometer is passed through a protein array, photographed by a light detection means such as a CCD, and the image data is analyzed. For example, when a protein array is observed with ultraviolet light near 280 nm with this system, since the protein has a property of absorbing ultraviolet light near 280 nm, a region (spot) where the protein is immobilized is observed darkly. Therefore, the absorbance of the protein is obtained by calculating -log (I / Io) from the light intensity (I) of the region where the protein is immobilized and the light intensity (Io) of the region where the protein is not immobilized. Can be estimated. For example, when investigating the interaction between proteins A and B, an array in which protein A is immobilized on a hydrogel substrate is prepared, a solution of protein B is added to the array, and the array image is analyzed. It is possible to analyze the action (Japanese Patent Application No. 2007-336879).

しかしながら、タンパク質アレイ用の基板としてハイドロゲルを用いた場合、相互作用を調べたいタンパク質や化合物を投入しても、ハイドロゲル内部に侵入する過程に長い時間が必要なため、測定に時間がかかり再現性・信頼性のある解析結果を得ることが困難であった。一方ガラス基板等の表面にタンパク質を固定化したアレイでは、固定化タンパク質の密度が低いため、光の吸収による検出では十分な強度の信号を得ることが困難であった。また、これまでは、スポットの吸光度を求めるにあたって、人間がスポットの領域を判断して光強度を比較する領域を指定する必要があったため、手間と時間がかかり、多数の固定化タンパク質について解析を行うことが困難であった。   However, when a hydrogel is used as a substrate for a protein array, even if a protein or compound whose interaction is to be investigated is input, it takes a long time to enter the hydrogel, so the measurement takes time and is reproduced. It was difficult to obtain reliable and reliable analysis results. On the other hand, in an array in which proteins are immobilized on the surface of a glass substrate or the like, since the density of the immobilized proteins is low, it is difficult to obtain a signal with sufficient intensity by detection by light absorption. In the past, when calculating the absorbance of a spot, it was necessary for humans to determine the spot area and specify the area to compare the light intensity. It was difficult to do.

国際公開第WO2006/059727号パンフレットInternational Publication No. WO2006 / 059727 Pamphlet

本発明は、従来用いられていたタンパク質アレイおよびタンパク質アレイを用いた検出・解析システムの上記問題点を解決すべく、アレイ基板上にタンパク質を配向制御して高密度で固定化し、紫外光、可視光または赤外光を固定化タンパク質に照射し、タンパク質に吸収されなかった光を測定することにより、基板上のタンパク質を検出し、さらに基板上のタンパク質と他のタンパク質および/またはタンパク質以外の化合物との相互作用を解析する方法および装置の提供、ならびに該システムに適合したタンパク質アレイの提供を目的とする。特に、アレイ基板としてモノリスゲル基板を用い、タンパク質が固定化された基板に紫外光を照射することにより、タンパク質により吸収されなかった紫外光を測定し、基板上のタンパク質を検出し、さらに基板上のタンパク質と他のタンパク質またはタンパク質以外の化合物、特にタンパク質と相互作用し得る低分子化合物との相互作用を解析する方法および装置の提供、ならびに該システムに適合したタンパク質アレイの提供を目的とする。   In order to solve the above-mentioned problems of conventional protein arrays and detection / analysis systems using protein arrays, the present invention fixes proteins on an array substrate with high-density fixation, ultraviolet light, visible light. The protein on the substrate is detected by irradiating the immobilized protein with light or infrared light and measuring the light that is not absorbed by the protein, and the protein on the substrate and other proteins and / or compounds other than proteins It is an object to provide a method and apparatus for analyzing the interaction with the protein, and a protein array suitable for the system. In particular, a monolith gel substrate is used as the array substrate, and the ultraviolet light that has not been absorbed by the protein is measured by irradiating the substrate on which the protein is immobilized with ultraviolet light, and the protein on the substrate is detected. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for analyzing an interaction between a protein and another protein or a non-protein compound, particularly a low molecular compound capable of interacting with the protein, and a protein array suitable for the system.

本発明者は、従来技術の問題点に鑑み、蛍光色素等によるタンパク質のラベリングの必要がなく、なおかつ安価で入手可能な機器を利用したタンパク質アレイを用いたタンパク質とタンパク質および/または他の物質との相互作用の検出・解析システムを開発すべく鋭意検討を行った。   In view of the problems of the prior art, the present inventor does not require protein labeling with a fluorescent dye or the like, and uses a protein array using a device that can be obtained at low cost, and the protein and protein and / or other substances. In order to develop a system for detecting and analyzing the interaction between the two, we have conducted intensive studies.

従来法においては、微小量の検出に対応すべく、アレイ基板上へタンパク質をフェムトモル(f moles)オーダーからピコモル(p moles)オーダーで固定化しており、微小量のタンパク質を検出するために、蛍光色素等でラベリングを行ったり、SPRのような特別な機器を要するシステムを用いていることに着目した。本発明者は先に、アレイ基板上にタンパク質を配向制御させて高密度で固定化する方法を完成させており(特許第2517861号公報、特許第2990271号公報、特許第3047029号、特開2003-344396号公報等)、この方法によれば従来より1オーダーから、2オーダー上回るnmole/cm2 オーダーで基板上にタンパク質を固定化することができる。本発明者は、先にこの高密度でタンパク質を固定化したタンパク質アレイを用いることにより、蛍光色素でラベリングしたり、高価な機器を用いることなく、一般に普及しており比較的安価で入手できる分光光度計を用いて、アレイ上のタンパク質をタンパク質の光学的活性を測定することにより測定する発明を完成させた(国際公開第WO2006/059727号パンフレット)。該発明においては、基板上にタンパク質が高密度で大量に固定化されているので、該固定化タンパク質にタンパク質または固定化タンパク質と相互作用する物質が吸収する波長の光を照射することにより、照射した光がアレイ上のタンパク質またはタンパク質と相互作用する物質に吸収される。そして、吸収されずに透過した光の強度を測定することにより、固定化タンパク質またはタンパク質と相互作用する物質による吸収を測定することができ、アレイ基板上のタンパク質またはタンパク質と相互作用する物質を光学的活性を利用して直接測定し得ることを見出した。特に、タンパク質は紫外光を吸収するが、石英ガラス等の紫外光透過性の基板を用いることにより、タンパク質に吸収されなかった紫外光をタンパク質が固定化されたアレイ基板を通る透過光として測定することができた。ここで、アレイ上に固定化された各タンパク質スポットにおける光透過を一度に測定するためには、CCD等の2次元光検出器の使用が望まれるが、紫外光を検出し得る2次元光検出器は、極めて高価であり、容易にシステムを構築することはできなかった。そこで、本発明者らは、タンパク質を固定化した基板を透過した紫外光を、蛍光ガラス等の紫外-可視光変換デバイスを用いて可視光に変換することにより、安価で入手し得るCCDを用いることをできるようにした。 In the conventional method, proteins are immobilized on the array substrate from the femtomole order to the picomoles order (p moles order) in order to cope with the detection of minute quantities. We paid attention to labeling with pigments and using a system that requires special equipment such as SPR. The present inventor has previously completed a method of immobilizing proteins on an array substrate by controlling the orientation thereof at high density (Japanese Patent No. 2578661, Japanese Patent No. 2990271, Japanese Patent No. 3047029, Japanese Patent Laid-Open No. 2003). According to this method, the protein can be immobilized on the substrate in the order of nmole / cm 2 which is one order to two orders higher than the conventional method. The present inventor uses the protein array in which the protein is immobilized at a high density in advance, so that it is widely used and can be obtained at a relatively low price without labeling with a fluorescent dye or using an expensive instrument. The inventors have completed an invention for measuring a protein on an array by measuring the optical activity of the protein using a photometer (WO 2006/059727 pamphlet). In the present invention, the protein is immobilized on the substrate in a high density and in a large amount. Therefore, irradiation is performed by irradiating the immobilized protein with light having a wavelength that is absorbed by the protein or a substance that interacts with the immobilized protein. The absorbed light is absorbed by a protein on the array or a substance that interacts with the protein. By measuring the intensity of light transmitted without being absorbed, absorption by immobilized proteins or substances that interact with proteins can be measured, and the substances that interact with proteins or proteins on the array substrate can be optically measured. It has been found that direct activity can be measured by using the activity of the target. In particular, protein absorbs ultraviolet light, but by using an ultraviolet light transmissive substrate such as quartz glass, ultraviolet light that has not been absorbed by protein is measured as transmitted light passing through the array substrate on which the protein is immobilized. I was able to. Here, in order to measure light transmission at each protein spot immobilized on the array at a time, it is desirable to use a two-dimensional photodetector such as a CCD, but two-dimensional light detection capable of detecting ultraviolet light. The vessel was extremely expensive and the system could not be constructed easily. Therefore, the present inventors use a CCD that can be obtained at low cost by converting the ultraviolet light transmitted through the substrate on which the protein is immobilized into visible light using an ultraviolet-visible light conversion device such as fluorescent glass. I was able to do that.

本発明者は、さらにタンパク質アレイ用の基板として、高密度でタンパク質を固定化できかつ、投入するタンパク質または化合物がアレイ上に固定化されたタンパク質に容易に接近でき相互作用できるような基板を開発するため、さまざまな素材に関して利用可能性を鋭意検討した。その結果、無視できないほどの散乱が生じるため一見光透過性が著しく減少している場合においても、弱いながら光が通過し、通過した光をシグナルとして観察することができ、溶液にたいして高い浸透性があり、高密度でタンパク質が固定化可能であり、タンパク質に対する非特異的吸着が低い、等々、さまざまな必要条件を満足するアレイ用基板の素材としてモノリスゲルを利用できることを見出した。これらの鋭意検討の結果、タンパク質アレイに対してタンパク質溶液や化合物溶液等を送液している最中に固定化タンパク質との間に相互作用を起こし、その様子をリアルタイムで観察し、また、各スポットの光シグナルの時間変化を容易に求めることが可能となり、タンパク質間またはタンパク質と化合物の間の相互作用を解析することが可能となることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The present inventor further developed a substrate that can immobilize proteins at a high density as a substrate for a protein array, and that allows the input protein or compound to easily approach and interact with the protein immobilized on the array. Therefore, we examined the possibility of using various materials. As a result, even if the light transmission at first glance is markedly reduced due to non-negligible scattering, the light passes though it is weak, and the passed light can be observed as a signal, and the solution has high permeability. The present inventors have found that monolith gels can be used as a material for an array substrate that satisfies various requirements such as high density, protein immobilization, low nonspecific adsorption to proteins, and so on. As a result of these intensive studies, interaction with the immobilized protein occurred while the protein solution or compound solution was being sent to the protein array, and the state was observed in real time. The inventors have found that it is possible to easily determine the time change of the light signal of the spot, and that it is possible to analyze the interaction between proteins or between a protein and a compound, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明の態様は以下のとおりである。
[1] 基板上にタンパク質を高密度で整列固定化したタンパク質アレイおよび分光光度計を含み、分光光度計を用いて前記タンパク質アレイに光を照射し、タンパク質アレイを通過した光量を測定することによりアレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物による通過光量の減少割合を測定し、タンパク質アレイ上のタンパク質および/またはタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステムであって、タンパク質を固定する基板がモノリスゲルである、タンパク質アレイ上のタンパク質および/またはタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。
That is, the aspects of the present invention are as follows.
[1] By including a protein array and a spectrophotometer in which proteins are aligned and fixed at high density on a substrate, by irradiating the protein array with light using the spectrophotometer and measuring the amount of light that has passed through the protein array A system that detects and analyzes proteins on the protein array and / or other compounds other than proteins by measuring the rate of decrease in the amount of light passing by the compounds on the array and / or other compounds that interact with the immobilized protein. A system for detecting and analyzing proteins and / or other compounds other than proteins on a protein array, wherein the substrate on which the protein is immobilized is a monolith gel.

[2] 基板上にタンパク質を高密度で整列固定化したタンパク質アレイ、光照射手段、光検出手段を含み、光照射手段によりタンパク質アレイに光を照射し、光検出手段によりタンパク質アレイを通過した光を測定することによりアレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物による通過光量の減少割合を測定し、タンパク質アレイ上のタンパク質および/またはタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステムであって、タンパク質を固定する基板がモノリスゲルである、タンパク質アレイ上のタンパク質および/またはタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。 [2] A protein array in which proteins are aligned and fixed at a high density on a substrate, light irradiation means, and light detection means. Light that irradiates the protein array with light irradiation means and passes through the protein array with light detection means By measuring the rate of decrease in the amount of light transmitted by other compounds other than proteins interacting with proteins on the array and / or immobilized proteins, and measuring proteins on the protein array and / or other compounds other than proteins. a system for detecting and analyzing the substrate to fix the protein is Monolith gel, to detect and analyze other compounds other than proteins and / or proteins on a protein array system.

[3] モノリスゲルがモノリスシリカゲルである[1]または[2]のタンパク質アレイ上のタンパク質および/またはタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。
[4] さらに、データ処理手段を含む、[2]または[3]のタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。
[3] A system for detecting and analyzing proteins and / or other compounds other than proteins on the protein array according to [1] or [2], wherein the monolith gel is monolithic silica gel.
[4] A system for detecting and analyzing a compound other than a protein that interacts with a protein on the protein array according to [2] or [3] and / or an immobilized protein, further comprising a data processing means.

[5] タンパク質がタンパク質アレイの1スポット当たり0.01μg/mm2以上の密度で固定化されている[1]〜[4]のいずれかのタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。
[6] タンパク質がタンパク質アレイの1スポットにおける光シグナルが0.001以上となる密度で固定されている[1]〜[4]のいずれかのタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。
[5] The protein is immobilized at a density of 0.01 μg / mm 2 or more per spot of the protein array and interacts with the protein on the protein array and / or the immobilized protein according to any one of [1] to [4] A system that detects and analyzes other compounds besides proteins
[6] The protein interacts with the protein and / or the immobilized protein on the protein array of any one of [1] to [4] in which the light signal at one spot of the protein array is fixed at a density of 0.001 or more A system that detects and analyzes compounds other than proteins.

[7] 高密度で整列固定化したタンパク質が、式 NH2-R1-CO-NH-R2-CO-NH-Y [式中、R1およびR2は任意のアミノ酸配列を表し、Yはモノリスゲル基板を表す]で示される、[1]〜[6]のいずれかのタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。 [7] A protein that is aligned and immobilized at high density has the formula NH 2 —R 1 —CO—NH—R 2 —CO—NH—Y [wherein R 1 and R 2 represent any amino acid sequence; Represents a monolith gel substrate], and a system for detecting / analyzing a compound on the protein array of any one of [1] to [6] and / or other compounds other than the protein that interacts with the immobilized protein.

[8] 一級アミンを含むモノリスゲルとタンパク質のアミノ酸配列のC末端のカルボキシ基が共有結合してタンパク質が整列固定化された、[1]〜[7]のいずれかのタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。
[9] 光検出手段がCCD、CMOSまたはフォトダイオードアレイである、[1]〜[8]のいずれかのタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。
[8] The protein on the protein array according to any one of [1] to [7], wherein the monolith gel containing a primary amine and the C-terminal carboxy group of the amino acid sequence of the protein are covalently bonded and the protein is aligned and immobilized; Or a system that detects and analyzes compounds other than proteins that interact with immobilized proteins.
[9] The compound on the protein array according to any one of [1] to [8], wherein the light detection means is a CCD, CMOS, or photodiode array, and / or a compound other than the protein that interacts with the immobilized protein. Detection and analysis system.

[10] タンパク質アレイ上に固定化されたタンパク質と検体を接触させ、接触前後におけるタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物による通過光量の減少割合を測定することにより、固定化タンパク質と相互作用する検体中のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出する、[1]〜[9]のいずれかのタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。 [10] Contact the protein immobilized on the protein array with the sample, and measure the rate of decrease in the amount of light passing by the compound on the protein array and / or other compounds that interact with the immobilized protein before and after contact. By detecting the protein in the specimen that interacts with the immobilized protein and / or other compounds other than the protein that interacts with the immobilized protein, on the protein array according to any one of [1] to [9] A system that detects and analyzes other compounds than proteins and / or proteins that interact with immobilized proteins.

[11] タンパク質アレイ上に固定化されたタンパク質と他のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を接触させ、接触前後にわたってタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物による通過光量の減少割合を測定することにより、固定化タンパク質とタンパク質またはタンパク質以外の他の化合物との相互作用を解析する、[1]〜[9]のいずれかのタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。 [11] A protein immobilized on the protein array is brought into contact with another protein and / or another compound other than a protein that interacts with the immobilized protein, and the protein on the protein array and / or the immobilized protein before and after the contact. The interaction between the immobilized protein and the protein or another compound other than the protein is analyzed by measuring the rate of decrease in the amount of light passing through by the compound other than the protein that interacts with [1] to [9]. A system for detecting and analyzing a protein on any protein array and / or a compound other than a protein that interacts with an immobilized protein.

[12] 内部に流路が形成されたフローチャンネルセルまたはマイクロチップ中の流路内において、タンパク質がモノリスゲル基板に固定化されており、検体を該流路を通すことにより、固定化タンパク質と検体中のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物との相互作用を解析する、[1]〜[9]のいずれかのタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。 [12] The protein is immobilized on the monolith gel substrate in the flow channel in the flow channel cell or microchip in which the flow channel is formed inside, and the immobilized protein and the sample are passed through the flow channel. A protein on the protein array of any one of [1] to [9] and / or an immobilized protein for analyzing an interaction with other compounds other than a protein that interacts with the protein in the protein and / or the immobilized protein A system that detects and analyzes compounds other than interacting proteins.

[13] モノリスゲル基板上にタンパク質を高密度で整列固定化したタンパク質アレイに分光光度計を用いて光を照射し、タンパク質アレイを通過した光を測定することによりアレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物による通過光量の減少割合を測定し、タンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する方法。 [13] Proteins on the array and / or immobilization by irradiating light using a spectrophotometer onto a protein array in which proteins are aligned and immobilized at high density on a monolith gel substrate and measuring the light that has passed through the protein array A method of detecting and analyzing a compound other than a protein that interacts with a protein on a protein array and / or an immobilized protein by measuring a decrease rate of the amount of light passing through by a compound other than the protein that interacts with the protein.

[14] タンパク質がタンパク質アレイの1スポット当たり0.01μg/mm2以上の密度で固定化されている[13]のタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する方法。
[15] タンパク質がタンパク質アレイの1スポットにおける光シグナルが0.001以上となる密度で固定されている[13]のタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する方法。
[14] The protein on the protein array according to [13], wherein the protein is immobilized at a density of 0.01 μg / mm 2 or more per spot of the protein array, and / or other compounds other than proteins that interact with the immobilized protein How to detect and analyze
[15] The protein on the protein array according to [13], wherein the protein is immobilized at a density such that the light signal at one spot of the protein array is 0.001 or more, and / or other compounds other than the protein that interacts with the immobilized protein. How to detect and analyze.

[16] 高密度で整列固定化したタンパク質が、式 NH2-R1-CO-NH-R2-CO-NH-Y [式中、R1およびR2は任意のアミノ酸配列を表し、Yはモノリスゲル基板を表す]で示される、[13]〜[15]のいずれかのタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する方法。
[17] 一級アミンを含むモノリスゲルとタンパク質のアミノ酸配列のC末端のカルボキシ基が共有結合してタンパク質が整列固定化された、[13]〜[16]のいずれかのタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する方法。
[16] The protein aligned and immobilized at a high density has the formula NH 2 —R 1 —CO—NH—R 2 —CO—NH—Y [wherein R 1 and R 2 represent any amino acid sequence; Represents a monolith gel substrate], and a method for detecting and analyzing a compound on the protein array of any one of [13] to [15] and / or other compounds other than the protein that interacts with the immobilized protein.
[17] The protein on the protein array of any one of [13] to [16], wherein the monolith gel containing primary amine and the C-terminal carboxy group of the amino acid sequence of the protein are covalently bonded and the protein is aligned and immobilized; Alternatively, a method for detecting and analyzing a compound other than a protein that interacts with an immobilized protein.

[18] 光検出手段がCCD、CMOSまたはフォトダイオードアレイである、[13]〜[17]のいずれかのタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する方法。
[19] タンパク質アレイ上に固定化されたタンパク質と検体を接触させ、接触前後におけるタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物による通過光量の減少割合を測定することにより、固定化タンパク質と相互作用する検体中のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出する、[13]〜[18]のいずれかのタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する方法。
[18] The compound on the protein array according to any one of [13] to [17], wherein the light detection means is a CCD, CMOS, or photodiode array, and / or a compound other than the protein that interacts with the immobilized protein. How to detect and analyze.
[19] Contact the protein immobilized on the protein array with the sample, and measure the rate of decrease in the amount of light passing through the protein on the protein array and / or other compounds that interact with the immobilized protein before and after contact. On the protein array according to any one of [13] to [18], wherein the protein in the specimen that interacts with the immobilized protein and / or other compounds other than the protein that interacts with the immobilized protein are detected. A method for detecting and analyzing a compound other than a protein that interacts with a protein and / or an immobilized protein.

[20] タンパク質アレイ上に固定化されたタンパク質と他のタンパク質または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を接触させ、接触前後にわたってタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物による通過光量の減少割合を測定することにより、タンパク質とタンパク質またはタンパク質以外の他の化合物との相互作用を解析する、[13]〜[18]のいずれかのタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する方法。 [20] A protein immobilized on the protein array is brought into contact with another protein or another compound other than a protein that interacts with the immobilized protein, and interacts with the protein on the protein array and / or the immobilized protein before and after the contact. The protein according to any one of [13] to [18], wherein the interaction between the protein and the protein or another compound other than the protein is analyzed by measuring the reduction rate of the amount of light passing by the compound other than the acting protein. A method for detecting and analyzing compounds other than proteins that interact with proteins on the array and / or immobilized proteins.

[21] 内部に流路が形成されたフローチャンネルセルまたはマイクロチップ中の流路内において、タンパク質がモノリスゲル基板に固定化されており、検体を該流路を通すことにより、固定化タンパク質と検体中のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物との相互作用を解析する、[13]〜[18]のいずれかのタンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する方法。 [21] The protein is immobilized on the monolith gel substrate in the flow channel in the flow channel cell or microchip in which the flow channel is formed inside, and the immobilized protein and the sample are passed through the flow channel. The protein on the protein array and / or the immobilized protein of any one of [13] to [18], which analyzes the interaction with other compounds other than the protein that interacts with the protein therein and / or the immobilized protein A method for detecting and analyzing compounds other than interacting proteins.

[22] 式 NH2-R1-CO-NH-R2-CO-NH-Y [式中、R1およびR2は任意のアミノ酸配列を表す]で示されるタンパク質が高密度で整列固定化したタンパク質アレイであって、Yで表される基板がモノリスゲルであるタンパク質アレイ。
[23] モノリスゲルがモノリスシリカゲルである[22]のタンパク質アレイ。
[24] タンパク質がタンパク質アレイの1スポット当たり0.01μg/mm2以上の密度で固定化されている[22]または[23]のタンパク質アレイ。
[25] タンパク質がタンパク質アレイの1スポットにおける光シグナルが0.001以上となる密度で固定されている[22]または[23]のタンパク質アレイ。
[26] 一級アミンを含むモノリスゲルとタンパク質のアミノ酸配列のC末端のカルボキシ基が共有結合してタンパク質が整列固定化された[22]〜[25]のいずれかのタンパク質アレイ。
[22] Proteins represented by the formula NH 2 —R 1 —CO—NH—R 2 —CO—NH—Y [wherein R 1 and R 2 represent arbitrary amino acid sequences] are aligned and immobilized at high density. A protein array, wherein the substrate represented by Y is a monolith gel.
[23] The protein array according to [22], wherein the monolith gel is monolithic silica gel.
[24] The protein array according to [22] or [23], wherein the protein is immobilized at a density of 0.01 μg / mm 2 or more per spot of the protein array.
[25] The protein array according to [22] or [23], wherein the protein is fixed at a density such that a light signal at one spot of the protein array is 0.001 or more.
[26] The protein array according to any one of [22] to [25], wherein the protein is aligned and immobilized by covalently bonding a C-terminal carboxy group of a protein amino acid sequence to a monolith gel containing a primary amine.

本発明において用いるタンパク質アレイは、モノリスゲル基板上にタンパク質を配向制御して高密度で固定化してあるため、散乱のために通過光量が著しく減少する場合においても、強い光を照射して基板を通過した光を測定することにより、タンパク質による通過光量の減少割合を求めることができ、通過光量の減少割合からタンパク質アレイ上のタンパク質の量を測定することができる。このため、従来法のように、蛍光色素等でラベルした化合物等を検出に用いる必要がなく、基板上のタンパク質の量をタンパク質の光学活性を測定することにより直接測定することができる。さらに、本発明は、紫外光、可視光、赤外光を測定するため、広く普及している分光光度計を用いて容易にタンパク質アレイ上のタンパク質量を測定することができる。特に、タンパク質の定量手段として広く行われている、紫外光吸収を用いてタンパク質アレイ上のタンパク質を正確に測定することができる。さらに、光検出手段としてCCD等の2次元光検出手段を用いることにより、タンパク質アレイ上の各スポットのタンパク質を一度に迅速に測定することができる。また、紫外光を通過し得る基板と紫外光を可視光に転換しえる蛍光ガラス等の紫外-可視変換デバイスを用いることにより、容易に安価で入手できるデジタルカメラ用のCCDを使用することができ、システム構築にかかる費用も少なくてすむ。   Since the protein array used in the present invention is immobilized at a high density by controlling the orientation of proteins on a monolith gel substrate, even when the amount of light passing through is significantly reduced due to scattering, it is irradiated with intense light and passes through the substrate. By measuring the measured light, the rate of decrease in the amount of light passing through the protein can be determined, and the amount of protein on the protein array can be measured from the rate of decrease in the amount of light passing through. Therefore, unlike the conventional method, it is not necessary to use a compound labeled with a fluorescent dye or the like for detection, and the amount of protein on the substrate can be directly measured by measuring the optical activity of the protein. Furthermore, since the present invention measures ultraviolet light, visible light, and infrared light, the amount of protein on the protein array can be easily measured using a widely used spectrophotometer. In particular, proteins on a protein array can be accurately measured using ultraviolet light absorption, which is widely used as a protein quantification means. Furthermore, by using a two-dimensional light detection means such as a CCD as the light detection means, it is possible to quickly measure the protein at each spot on the protein array at a time. Also, by using an ultraviolet-visible conversion device such as a fluorescent glass that can pass ultraviolet light and a fluorescent glass that can convert ultraviolet light into visible light, a CCD for digital cameras that can be easily obtained at low cost can be used. The system construction cost can be reduced.

また、タンパク質と他のタンパク質もしくはタンパク質以外の化合物との結合等の相互作用をアレイ上のタンパク質の吸光の変化あるいはタンパク質以外の化合物の吸光を測定することにより解析することもできる。   In addition, an interaction such as binding between a protein and another protein or a compound other than the protein can be analyzed by measuring a change in the absorbance of the protein on the array or an absorbance of the compound other than the protein.

さらに、モノリスゲルは3次元的ゲル構造をしているので面密度にして十分な量のタンパク質を固定化することが可能でかつ、無視できない散乱により通過できる光の量が著しく減少するが、そのような状況においても通過する光の量を検出できることから、通過光量の減少割合によりゲル内のタンパク質を直接検出することが可能である。また、モノリスゲルは溶液の浸透性が高いため、投入したいタンパク質等の溶液をモノリスゲルの内部を流すことが可能で、溶液中のタンパク質または化合物は固定化タンパク質に容易に接近し相互作用することが可能である。そのため短時間で再現性・信頼性の高い解析結果を得ることが可能となった。特にフローシステムを用いた場合、リアルタイムで解析結果を得ることができる。   Furthermore, the monolith gel has a three-dimensional gel structure, so that it is possible to immobilize a sufficient amount of protein with an areal density, and the amount of light that can be transmitted by non-negligible scattering is significantly reduced. Since the amount of light passing through can be detected even in a difficult situation, it is possible to directly detect the protein in the gel by the decreasing rate of the amount of light passing through. In addition, since the monolith gel has high solution permeability, it is possible to flow a solution such as a protein to be added through the monolith gel, and the protein or compound in the solution can easily approach and interact with the immobilized protein. It is. This makes it possible to obtain highly reproducible and reliable analysis results in a short time. In particular, when a flow system is used, an analysis result can be obtained in real time.

本発明のタンパク質アレイ用検出および解析システムは高密度でタンパク質を固定化した基板を用い、該基板上のタンパク質に光(紫外光、可視光または赤外光)を照射し、基板上のタンパク質の吸収を直接測定することにより、タンパク質を検出・解析する。また、本発明のシステムにおいては、上記基板として紫外光を微弱ではあるが光が通過し得る基板を用い、タンパク質の紫外光の吸収による通過光量の減少割合を利用してタンパク質を検出・解析する。ここで、「検出・解析」とは、タンパク質の定性、定量、タンパク質とタンパク質またはタンパク質以外の化合物との相互作用の測定、固定化タンパク質の吸光による通過光量の減少割合に基づくタンパク質-リガンド相互作用の測定、タンパク質自体の構造変化のモニタリング、固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の化合物の定性、定量等をいう。   The protein array detection and analysis system of the present invention uses a substrate on which protein is immobilized at a high density, irradiates the protein on the substrate with light (ultraviolet light, visible light, or infrared light), and detects the protein on the substrate. Proteins are detected and analyzed by directly measuring absorption. In the system of the present invention, a substrate that is capable of passing light although ultraviolet light is weak is used as the substrate, and the protein is detected and analyzed using the decrease rate of the amount of light passing through absorption of the ultraviolet light of the protein. . Here, "detection / analysis" refers to protein-ligand interaction based on the qualitative and quantitative determination of protein, measurement of protein interaction with protein or compounds other than protein, and the rate of decrease in the amount of light passing through the absorbance of immobilized protein. Measurement, structural change monitoring of the protein itself, qualitative and quantitative determination of compounds other than proteins that interact with immobilized proteins.

本発明において、タンパク質は、ペプチド、ポリペプチドも含まれる。また、アレイ上のタンパク質を検出する際の「アレイ上のタンパク質」とは、アレイ上にNH基を介して結合した固定化タンパク質だけではなく、固定化タンパク質との相互作用により結合した他のタンパク質も含む。また、「アレイ上のタンパク質の検出・解析」とは、アレイ上の固定化したタンパク質および該固定化タンパク質と相互作用した他のタンパク質の検出・解析ばかりでなく、アレイ上に固定化したタンパク質がタンパク質以外の化合物、例えば低分子化合物と相互作用し、該相互作用によりタンパク質の構造等の変化により吸光が変化した場合に、通過光量の減少割合の変化を測定することにより、前記タンパク質の構造変化等を検出・解析することも含む。さらに、「アレイ上のタンパク質と相互作用した他の化合物の検出・解析」とは、アレイ上に固定化されたタンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物の検出・解析をいい、特定の波長の光に吸収を有する化合物をその波長の光を利用して測定することをいう。   In the present invention, the protein includes peptides and polypeptides. In addition, the “protein on the array” when detecting proteins on the array is not only the immobilized protein bound on the array via the NH group, but also other proteins bound by the interaction with the immobilized protein. Including. “Detecting and analyzing proteins on the array” means not only detection and analysis of immobilized proteins on the array and other proteins that interacted with the immobilized proteins, but also proteins immobilized on the array. Changes in the structure of the protein by measuring changes in the rate of decrease in the amount of light passing through when it interacts with a compound other than a protein, such as a low molecular weight compound, and the light absorption changes due to a change in the structure of the protein due to the interaction. This also includes detecting and analyzing the above. Furthermore, “detection and analysis of other compounds that interact with proteins on the array” refers to the detection and analysis of other compounds other than proteins that interact with the proteins immobilized on the array. It means to measure a compound having absorption in the light by utilizing light of that wavelength.

本発明のタンパク質アレイ用検出および解析システムの構成を図1に示す。システムは、光照射手段(光学系)2を含むシステム制御部、CCDデジタルカメラ等の光検出手段5や必要ならばビデオキャプチャボード等のビデオデータ処理手段6等を含む測定部およびデータ処理部7、タンパク質を高密度で固定化した基板3から構成される。また測定部には紫外-可視光変換デバイス4を含んでいてもよい。さらに光学系2から基板3への光路上には、レンズまたはスリット8を含んでいてもよい。また、データ処理手段はRS232C等の通信手段9により、システム制御部の作動を制御することができる。なお、該システムにおいて、光照射手段および光検出手段を含む、光を発生させ、分光させ、タンパク質アレイに照射し、通過してきた光を測定する部分は、分光光度計1であり、本発明は、タンパク質を高密度で固定化した基板上のタンパク質を分光光度計を利用して検出するシステムでもある。ここで、分光光度計とは、赤外、可視、紫外部のスペクトルを測定するための装置であり、本発明においては、望ましくは紫外部のスペクトルが測定される。従って、本発明では、広く普及している紫外可視分光光度計を用いることができる。   The configuration of the detection and analysis system for protein arrays of the present invention is shown in FIG. The system includes a system control unit including a light irradiation unit (optical system) 2, a light detection unit 5 such as a CCD digital camera, and a measurement unit and a data processing unit 7 including a video data processing unit 6 such as a video capture board if necessary. , Composed of a substrate 3 on which proteins are immobilized at a high density. The measurement unit may include an ultraviolet-visible light conversion device 4. Further, a lens or slit 8 may be included on the optical path from the optical system 2 to the substrate 3. Further, the data processing means can control the operation of the system control unit by the communication means 9 such as RS232C. In this system, the part including light irradiation means and light detection means that generates light, splits it, irradiates the protein array, and measures the light passing therethrough is the spectrophotometer 1, and the present invention It is also a system that uses a spectrophotometer to detect proteins on a substrate on which proteins are immobilized at high density. Here, the spectrophotometer is an apparatus for measuring infrared, visible, and ultraviolet spectrums. In the present invention, preferably, the ultraviolet spectrum is measured. Therefore, in the present invention, a widely used ultraviolet-visible spectrophotometer can be used.

本発明において、基板に固定化したタンパク質と他のタンパク質またはタンパク質以外の他の化合物との相互作用を液中で測定するフローシステムも構築することができ、そのフローシステムの概要は、図3Aおよび図3Bで示される。タンパク質を固定化した基板(アレイ基板)を、適当なスペーサーを用いて、カバーするガラス基材(カバー)ではさみ、片方のスペーサーに溶液の入り口を(流入口)、反対側のスペーサー部分に、溶液の出口部分(排出口)を作り、外部より溶液を流すことが出来るようにすることにより、フローシステムを簡便に作製することができる。該フローシステムは、図1に示す装置のタンパク質固定化基板3の位置に装着される。フローシステムは、フローチャンネルセルやガラス基板上にミクロンオーダーの高精度の流路を形成したマイクロチップ等を用いて、流路内のガラス上にタンパク質を固定化することによっても構築できる。マイクロチップを用いる場合、流路を形成した流路基板とカバープレートを作製し、カバープレートの流路と接する部分にタンパク質を固定化した後に、流路基板とカバープレートを接合してマイクロチップを作製すればよい。また、Epigem社のFluenceマイクロ流路ツールキット等の市販のものを用いることもできる。   In the present invention, a flow system for measuring the interaction between a protein immobilized on a substrate and another protein or another compound other than a protein in a liquid can also be constructed. The outline of the flow system is shown in FIG. 3A and Shown in FIG. 3B. The substrate on which the protein is immobilized (array substrate) is sandwiched by a glass substrate (cover) to be covered with an appropriate spacer, the inlet of the solution is placed on one spacer (inlet), and the spacer on the opposite side, A flow system can be easily produced by creating an outlet portion (discharge port) for the solution and allowing the solution to flow from the outside. The flow system is mounted at the position of the protein-immobilized substrate 3 of the apparatus shown in FIG. The flow system can also be constructed by immobilizing proteins on the glass in the flow channel using a flow channel cell or a microchip having a micron-order high-precision flow channel formed on a glass substrate. In the case of using a microchip, a flow path substrate and a cover plate in which a flow path is formed are prepared, proteins are immobilized on the portion of the cover plate that contacts the flow path, and then the flow path substrate and the cover plate are joined together to attach the microchip. What is necessary is just to produce. Moreover, commercially available products such as the Fluence microchannel tool kit of Epigem can also be used.

本発明においては、無視できない散乱を生じさせるアレイに光を照射しアレイ上のタンパク質による吸光を通過光量の減少割合として測定するため、散乱による迷光の影響をできるだけ少なくする必要があり、そのためには、アレイ上に単位面積あたりのタンパク質分子数が大きくなるように高密度で固定化する必要がある。そのためにはアレイ用の基板が3次元的なゲル構造をしていて、その内部にもタンパク質を固定化できることが望ましい。また同時に、アレイ用の基板は光、特に280nm近傍の光が検出器が検出できるだけの光を通過できる必要がある。さらに、本発明においてはタンパク質アレイに対して相互作用を調べるタンパク質および/または化合物の溶液をアレイ基板の内部を送液させるので、アレイ用の基板が液体に対して浸透性が高い必要がある。このような条件全てを満足するものとして、本発明では、石英ガラスに溝を作り、その中にモノリスゲルを形成させる。例えば、石英ガラスに深さ0.1mmの溝を作り、その中に形成させたモノリス(monolith)ゲルをアレイ用の基板として用いる(図2)。   In the present invention, it is necessary to reduce the influence of stray light due to scattering as much as possible in order to irradiate light to an array that causes non-negligible scattering and measure the light absorption by the protein on the array as a reduction rate of the amount of light passing through. It is necessary to immobilize at a high density so that the number of protein molecules per unit area is increased on the array. For this purpose, it is desirable that the array substrate has a three-dimensional gel structure and proteins can be immobilized in the interior. At the same time, the array substrate must be able to pass light, particularly light near 280 nm, that can be detected by the detector. Furthermore, in the present invention, since the solution of protein and / or compound to be examined for interaction with the protein array is sent through the inside of the array substrate, the array substrate needs to be highly permeable to the liquid. In order to satisfy all of these conditions, in the present invention, a groove is formed in quartz glass and a monolith gel is formed therein. For example, a groove having a depth of 0.1 mm is formed in quartz glass, and a monolith gel formed in the groove is used as an array substrate (FIG. 2).

モノリスゲルとは、モノリス材料(モノリス型ポリマー)でできたゲルをいう。モノリス材料は、単一の連続的な構造体から構成され、その構造を貫通する連続的な流路となる孔を有する。モノリスゲルは、水溶液ゾルを作成するゾル化ステップ、得られたゾルを加温してゲルにするゲル化ステップ、得られたゲルを焼成する焼成ステップにより製造することができる。本発明において用い得るモノリスゲルとして、例えばケイ素を含むモノリスシリカゲルが挙げられる。モノリスゲルは、例えばゾル-ゲル法により製造することができる。ゾル-ゲル法とは、ケイ素、ホウ素、チタン、アルミニウムなどの各種の金属アルコキシド、その他、金属の有機及び無機化合物の溶液から出発し、溶液中での化合物の加水分解・重合によって溶液を金属化合物または水酸化物の微粒子が溶解したゾルとし、さらに反応を進ませてゲル化し、できた多孔質のゲルを加熱して非結晶、ガラス、多結晶体を作ることをいう。ケイ素を含むモノリスシリカゲルの場合、酢酸、ポリエチレングリコール、テトラメトキシシランを混合し、混合溶液を例えば40℃で24時間焼成すればよい。モノリスゲルの製造方法は、例えば特公平08-029952号公報、特開平07-041374号公報に記載されている。ただし、この状態ではタンパク質を固定化できないので、モノリスゲル内にエポキシシランを導入し、さらにポリ-L-リジン等のアミノ基含有ポリマーを結合させてアミノ基を導入したものをアレイ用基板として作製すればよい。エポキシシランの結合は、モノリスゲルをエポキシシラン溶液に浸すことにより行うことができる。また、アミノ基の導入は、アミノ基含有ポリマーをモノリスゲル表面に添加し、内部に浸透させればよい。これらの操作によりモノリスゲル内にエポキシ基を導入し、さらにエポキシ基にアミノ基を共有結合により結合させることができる。それに固定化用のタンパク質をスポットし固定化反応を行い、タンパク質のカルボキシ末端をアミド結合させることで、基板に固定化することができる。タンパク質の固定化反応は、例えば特許第2517861号公報、特許第2990271号公報、特許第3047029号公報、等に記載されている方法に倣って行うことができる。   The monolith gel refers to a gel made of a monolith material (monolith type polymer). The monolith material is composed of a single continuous structure and has pores that are continuous channels through the structure. The monolith gel can be produced by a solation step for producing an aqueous solution sol, a gelation step for heating the obtained sol to form a gel, and a firing step for firing the obtained gel. Examples of the monolith gel that can be used in the present invention include monolithic silica gel containing silicon. The monolith gel can be produced, for example, by a sol-gel method. The sol-gel method starts with a solution of various metal alkoxides such as silicon, boron, titanium, and aluminum, and other organic and inorganic compounds of metal, and the solution is converted into a metal compound by hydrolysis and polymerization of the compound in the solution. Alternatively, a sol in which hydroxide fine particles are dissolved is further gelled by further reaction, and the resulting porous gel is heated to produce an amorphous, glass or polycrystalline body. In the case of monolithic silica gel containing silicon, acetic acid, polyethylene glycol, and tetramethoxysilane may be mixed and the mixed solution may be baked, for example, at 40 ° C. for 24 hours. Monolith gel production methods are described in, for example, Japanese Patent Publication No. 08-029952 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-041374. However, since proteins cannot be immobilized in this state, an epoxy silane is introduced into the monolith gel and an amino group-containing polymer such as poly-L-lysine is further bonded to prepare an array substrate. That's fine. Bonding of epoxy silane can be performed by immersing the monolith gel in an epoxy silane solution. In addition, amino groups may be introduced by adding an amino group-containing polymer to the surface of the monolith gel and allowing it to penetrate into the interior. By these operations, an epoxy group can be introduced into the monolith gel, and an amino group can be further covalently bonded to the epoxy group. A protein for immobilization is spotted on it, an immobilization reaction is performed, and the carboxy terminus of the protein is bonded with an amide, whereby the protein can be immobilized on the substrate. The protein immobilization reaction can be performed according to the methods described in, for example, Japanese Patent No. 2578661, Japanese Patent No. 2990271, Japanese Patent No. 3047029, and the like.

モノリスゲルは溶液の浸透性が高く、フローシステムにおいて、モノリスゲル自体が流露となり、化合物の溶液をモノリスゲル内を高速で流すことができる。このためフローシステムを用いることにより、リアルタイムで相互作用を測定することができる。   The monolith gel has high solution permeability, and in the flow system, the monolith gel itself flows out, and the compound solution can flow through the monolith gel at high speed. For this reason, the interaction can be measured in real time by using the flow system.

高密度で固定化するとは、基板の単位面積あたりに固定化されたタンパク質分子の数が大きくなるように固定化することをいう。固定化量は限定されないが、基板上に固定化された1種類のタンパク質当たり、すなわち面積1cm2のスポット当たり、0.5nmole以上、好ましくは1nmole以上、さらに好ましくは5nmole以上であるか、あるいは0.01μg/mm2以上、0.05μg/mm2以上、0.1μg/mm2以上、0.25μg/mm2以上であるか0.5μg/mm2以上、好ましくは1μg/mm2以上である。1スポット当りの固定化量がこれ以下では、分光光度計を用いて通過光量の減少割合を測定することは困難である。 Immobilization at high density means immobilization so that the number of protein molecules immobilized per unit area of the substrate increases. The amount of immobilization is not limited, but it is 0.5 nmole or more, preferably 1 nmole or more, more preferably 5 nmole or more, or 0.01 μg per one type of protein immobilized on the substrate, that is, per spot of 1 cm 2 area. / mm 2 or more, 0.05 [mu] g / mm 2 or more, 0.1 [mu] g / mm 2 or more, 0.25 [mu] g / mm 2 or more at which either 0.5 [mu] g / mm 2 or more, preferably 1 [mu] g / mm 2 or more. If the amount of fixation per spot is less than this, it is difficult to measure the reduction rate of the amount of passing light using a spectrophotometer.

タンパク質を高密度で基板上に固定化するためには、タンパク質を基板上に配向制御して固定化することが望ましい。配向制御したタンパク質の固定化とは、タンパク質をタンパク質のペプチド鎖の一端で基板上に固定化することをいい、例えばペプチド鎖のカルボキシ末端またはアミノ末端で固定化する。配向制御してタンパク質を固定化する方法として、例えば特許第2517861号公報、特許第2990271号公報、特許第3047029号、特開2003-344396号公報に記載の方法が挙げられる。例えば、式 NH2-R1-COOHで表されるタンパク質のカルボキシ末端側に、システイン残基をカルボキシ末端とする数個のアミノ酸残基から成るアミノ酸配列を導入して改変タンパク質を調製したのち、これをそのカルボキシ末端のシステイン残基におけるメルカプト基を介して固定化基板に結合させることができる。この場合、NH2-R1-CO-NH-R2-CO-NH-Y(R1およびR2は任意のアミノ酸配列を示し、Yは一級アミンを官能基として有する固定化基板を示す。)で示される固定化タンパク質を得ることができる。 In order to immobilize the protein on the substrate at a high density, it is desirable to immobilize the protein by controlling the orientation on the substrate. Immobilization of a protein whose orientation is controlled means that the protein is immobilized on a substrate at one end of the peptide chain of the protein, for example, at the carboxy terminus or amino terminus of the peptide chain. Examples of the method for immobilizing proteins by controlling the orientation include the methods described in Japanese Patent No. 2578661, Japanese Patent No. 2990271, Japanese Patent No. 3047029, and Japanese Patent Laid-Open No. 2003-344396. For example, after preparing an altered protein by introducing an amino acid sequence consisting of several amino acid residues having a cysteine residue at the carboxy terminus of the protein represented by the formula NH 2 -R 1 -COOH, This can be bound to the immobilized substrate via a mercapto group at the carboxy terminal cysteine residue. In this case, NH 2 —R 1 —CO—NH—R 2 —CO—NH—Y (R 1 and R 2 represent an arbitrary amino acid sequence, and Y represents a fixed substrate having a primary amine as a functional group. ) Can be obtained.

タンパク質の固定化は、例えば、以下のようにして行うことができる。
式(1) NH2-R1-CONH-R2-CO-NH-CH(CH2-SH)-CO-NH-R3-COOH で示されるスルフヒドリル基を有するタンパク質を式(2)NH2-Yで示される固定化基板上に中性から弱アルカリ条件下(pH7〜10)に整列化することにより、タンパク質R1がNH2-R1-CONH-R2-CO-NH-CH(CH2-SH)-CO-NH-R3-COOH(-)--(+)-NH2-Yの式((-)--(+)はイオン結合で吸着結合している状態を表す)により基板上に吸着したタンパク質アレイが得られる。さらに、この式で表される吸着したタンパク質をシアノ化試薬で処理することにより、NH2-R1-CO-NH-R2-CO-NH-Yの式で示されるタンパク質R1が共有結合により基板上に整列固定化されたタンパク質アレイを得ることができる。上記式中、R1およびR2は任意のアミノ酸配列、R3は中性付近で強く負に荷電し、且つ式(1) NH2-R1-CO-NH-R2-CO-NH-CH(CH2-SH)-CO-NH-R3-COOHの等電点を酸性にできる任意のアミノ酸残基の連鎖を表す。R2は、式 NH2-R1-COOHで示される固定化しようとするタンパク質と基板との間のリンカーペプチドとなる。R2は任意でありそのアミノ酸の種類、数ともに限られないが、例えばGly-Gly-Gly-Gly等を用いることができる。R3としては、アスパラギン酸やグルタミン酸を多く含む配列が好適であり、例えば、Asp-Asp-Asp-Asp-Asp-Aspが挙げられる。タンパク質の等電点は、構成するアミノ酸の種類と数に依存する。例えば、リジンやアルギニンなどの塩基性アミノ酸を多く含む場合は、塩基性アミノ酸の総数を超える数のアスパラギン酸やグルタミン酸が必要である。タンパク質の等電点の計算は、当業者であれば容易に計算により推定できる。好ましくは、上記式(1)で示される物質の等電点を4から5の間の値になるように、アスパラギン酸やグルタミン酸を多く含む配列をデザインすればよい。そのような配列のうち好適な配列としてアラニル-ポリアスパラギン酸をあげることができる。なぜならば、シアノシステインの次のアミノ酸をアラニンにすることにより、シアノシステイン残基を介したアミド結合形成反応が生じやすいことと、アミノ酸側鎖の中でアスパラギン酸のカルボキシル基が最も酸性であるからである。吸着反応を行う溶液としては、上記静電相互作用を保証し、且つ、式(1)で示されるタンパク質が溶解し得る溶媒で且つpHを調整できる溶媒であればいかなる溶液も利用可能である。リン酸緩衝液、硼酸緩衝液などの種々の緩衝液、メタノール、エタノールなどのアルコール類の他、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホオキサイドなどが利用可能である。反応温度は、室温で高い反応効率が得られるが、用いる溶媒が凍結もしくは沸騰しない範囲、及び上記式(1)で示されるタンパク質が変性の結果凝集しない温度範囲であれば問題なく用いることができる。シアノ化反応は、シアノ化試薬を用いて行うことができる。シアノ化試薬としては、通常、2-ニトロ-5-チオシアノ安息香酸(2-nitro-5-thiocyanobennzoic acid (NTCB)) (Y.Degani, A.Ptchornik, Biochemistry, 13,1-11 (1974)参照)または、1−シアノ-4-ジメチルアミノピリジニウムテトラフルオロ硼酸(1-cyano-4dimethylaminopyridinium tetrafluoroborate(CDAP))などを用いる方法が簡便である。NTCBおよびCDAPは市販のものをそのまま用いることができる。NTCBを用いたシアノ化は、pH7〜9の間で効率よく行うことができ、且つ遊離するチオニトロ安息香酸の412nmの吸光度の増加(分子吸光係数=13,600M-1cm-1)で反応効率を調べることができる。また、SH基のシアノ化は文献(J.Wood & Catsipoolas, J.Biol.Chem. 233, 2887(1963)参照)の記載の方法に従っても行うことができる。シアノ化試薬によるシアノ化は、固定化基板上に式(1) NH2-R1-CO-NH-R2-CO-NH-CH(CH2-SH)-CO-NH-R3-COOHで示されるタンパク質を吸着固定化した後に行っても、吸着固定化と同時に行ってもよい。後者の場合、上記式(1)で示されるタンパク質とシアノ化試薬を同時に固定化基板上に適用すればよい。シアノ化処理は、基板のタンパク質が吸着した表面にシアノ化剤を添加すれば行える。また、タンパク質が吸着した基板ごとシアノ化剤中に浸漬する等の手段によってシアノ化することもできる。また、上述の整列化手段によりタンパク質を吸着した後、同様の整列化手段を用いて基板上のタンパク質が吸着した部分にシアノ化試薬を適用してもよい。例えば、ピンを用いてタンパク質を一定のドットパターンで基板上に吸着整列化した後に、ピンを用いてタンパク質の代わりにシアノ化試薬溶液をタンパク質に重ねるようにしてスポットすれば、シアノ化反応が起こりタンパク質が固定化される。また、固定化基板に式(1) NH2-R1-CONH-R2-CO-NH-CH(CH2-SH)-CO-NH-R3-COOHで示されるタンパク質と、シアノ化試薬を同時に適用してもよい。例えば、シアノ化反応は、2-ニトロ-5-チオシアノ安息香酸(2-nitro-5-thiocyanobennzoic acid (NTCB))等の市販のシアノ化試薬を用いて行うことができる。具体的には固定化用のタンパク質をアレイ用基板にスポットしてイオン結合で吸着させた後に、基板全体を5mMのNTCBに4時間浸しておくことでシアノ化反応を進めることができる。その後の固定化反応は、基板全体を弱アルカリ環境下に置くことで進められるが、例えばpH=9.5に調節した10mMのホウ酸緩衝液に24時間浸しておくことで進めることができる。この後、基板全体を無水酢酸などの酸無水物で処理することにより、残存アミノ基をブロッキングすることが可能である。
Protein immobilization can be performed, for example, as follows.
A protein having a sulfhydryl group represented by the formula (1) NH 2 -R 1 -CONH-R 2 -CO-NH-CH (CH 2 -SH) -CO-NH-R 3 -COOH is represented by the formula (2) NH 2 By aligning on an immobilized substrate represented by -Y under neutral to weakly alkaline conditions (pH 7 to 10), protein R 1 becomes NH 2 -R 1 -CONH-R 2 -CO-NH-CH ( CH 2 -SH) -CO-NH-R 3 -COOH (-)-(+)-NH 2 -Y formula ((-)-(+) represents an adsorbed bond by ionic bond ) To obtain a protein array adsorbed on the substrate. Further, by treating the adsorbed proteins represented by the formula with a cyano reagent, covalent binding proteins R 1 represented by the formula NH 2 -R 1 -CO-NH- R 2 -CO-NH-Y Thus, a protein array aligned and immobilized on the substrate can be obtained. In the above formula, R 1 and R 2 are arbitrary amino acid sequences, R 3 is strongly negatively charged near neutrality, and the formula (1) NH 2 -R 1 -CO-NH-R 2 -CO-NH- CH (CH 2 —SH) —CO—NH—R 3 —COOH represents a chain of any amino acid residue that can make the isoelectric point acidic. R 2 becomes a linker peptide between the protein to be immobilized and the substrate represented by the formula NH 2 —R 1 —COOH. R 2 is arbitrary, and the type and number of amino acids are not limited. For example, Gly-Gly-Gly-Gly can be used. R 3 is preferably a sequence containing a large amount of aspartic acid or glutamic acid, such as Asp-Asp-Asp-Asp-Asp-Asp. The isoelectric point of a protein depends on the type and number of amino acids constituting it. For example, when many basic amino acids such as lysine and arginine are contained, aspartic acid and glutamic acid exceeding the total number of basic amino acids are required. Calculation of the isoelectric point of a protein can be easily estimated by those skilled in the art. Preferably, a sequence containing a large amount of aspartic acid and glutamic acid may be designed so that the isoelectric point of the substance represented by the above formula (1) has a value between 4 and 5. A preferred example of such a sequence is alanyl-polyaspartic acid. Because the amino acid next to cyanocysteine is changed to alanine, an amide bond formation reaction via a cyanocysteine residue is likely to occur, and the carboxyl group of aspartic acid is the most acidic among the amino acid side chains. It is. As the solution for performing the adsorption reaction, any solution can be used as long as it is a solvent that guarantees the above-described electrostatic interaction, can dissolve the protein represented by the formula (1), and can adjust the pH. In addition to various buffers such as phosphate buffer and borate buffer, alcohols such as methanol and ethanol, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, and the like can be used. A high reaction efficiency can be obtained at room temperature, but the reaction temperature can be used without any problem as long as the solvent used does not freeze or boil and the temperature is such that the protein represented by the above formula (1) does not aggregate as a result of denaturation. . The cyanation reaction can be performed using a cyanation reagent. The cyanating reagent is usually 2-nitro-5-thiocyanobennzoic acid (NTCB) (Y. Degani, A. Ptchornik, Biochemistry, 13, 1-11 (1974)). ) Or 1-cyano-4-dimethylaminopyridinium tetrafluoroborate (CDAP) or the like is convenient. Commercially available NTCB and CDAP can be used as they are. Cyanation using NTCB can be carried out efficiently between pH 7 and 9, and the reaction efficiency is increased by increasing the absorbance of free thionitrobenzoic acid at 412 nm (molecular extinction coefficient = 13,600 M -1 cm -1 ). You can investigate. The cyanation of the SH group can also be carried out according to the method described in the literature (see J. Wood & Catsipoolas, J. Biol. Chem. 233, 2887 (1963)). Cyanation with a cyanating reagent is performed on a fixed substrate with the formula (1) NH 2 -R 1 -CO-NH-R 2 -CO-NH-CH (CH 2 -SH) -CO-NH-R 3 -COOH It may be performed after adsorbing and immobilizing the protein represented by (3) or simultaneously with the adsorption immobilization. In the latter case, the protein represented by the above formula (1) and the cyanating reagent may be simultaneously applied on the immobilization substrate. The cyanation treatment can be performed by adding a cyanating agent to the surface of the substrate on which the protein is adsorbed. Moreover, it can also cyanate by means, such as immersing the board | substrate which protein adsorb | sucked in the cyanating agent. Further, after the protein is adsorbed by the above-mentioned aligning means, the cyanating reagent may be applied to the portion on the substrate where the protein is adsorbed using the same aligning means. For example, if protein is adsorbed and aligned on a substrate with a fixed dot pattern using a pin and then spotted with a pin so that a cyanating reagent solution is superimposed on the protein instead of the protein, a cyanation reaction occurs. Protein is immobilized. In addition, a protein represented by the formula (1) NH 2 -R 1 -CONH-R 2 -CO-NH-CH (CH 2 -SH) -CO-NH-R 3 -COOH on the immobilization substrate, and a cyanation reagent May be applied simultaneously. For example, the cyanation reaction can be performed using a commercially available cyanation reagent such as 2-nitro-5-thiocyanobennzoic acid (NTCB). Specifically, after the protein for immobilization is spotted on an array substrate and adsorbed by ionic bonding, the entire substrate is immersed in 5 mM NTCB for 4 hours to allow the cyanation reaction to proceed. The subsequent immobilization reaction can be carried out by placing the entire substrate in a weakly alkaline environment. For example, it can be carried out by immersing in a 10 mM borate buffer adjusted to pH = 9.5 for 24 hours. Thereafter, the remaining amino group can be blocked by treating the entire substrate with an acid anhydride such as acetic anhydride.

本発明のタンパク質の固定化には、スポッター(アレイ機)を用いることができる。スポッターとは、コンピュータの制御下で高性能モーターによりタンパク質試料をスポットするためのピンのピン先あるいは基板をXYZ軸方向に作動させ、マイクロタイタープレート等のタンパク質試料を含む容器から基板表面にタンパク質試料を運ぶ装置である。スポッターとしては、市販のものを用いることができる。市販のスポッターとして、例えば、日立ソフトウェアエンジニアリング社のSPBIO2000、宝酒造社のGMS417Arrayer、日本レーザ電子社のGene Tip Stamping、PerkinElmer社のピエゾ方式バイオチップ・スポッティングシステム等がある。   A spotter (array machine) can be used for immobilizing the protein of the present invention. A spotter operates a pin tip or a substrate for spotting a protein sample with a high-performance motor under the control of a computer in the X, Y, and Z directions, and the protein from the container containing the protein sample such as a microtiter plate to the substrate surface. It is a device that carries a sample. A commercially available thing can be used as a spotter. Examples of commercially available spotters include SPBIO2000 from Hitachi Software Engineering, GMS417Arrayer from Takara Shuzo, Gene Tip Stamping from Nippon Laser Electronics, and a piezo-type biochip spotting system from PerkinElmer.

さらに、本発明のタンパク質の固定化に、インクジェットプリンティング技術を利用して、タンパク質アレイを作製することができる。本発明のタンパク質の固定化工程中、式(1) NH2-R1-CO-NH-R2-CO-NH-CH(CH2-SH)-CO-NH-R3-COOHで示されるタンパク質をインクジェットプリンティング技術によりNH2-Yで示されるアミノ基を導入した適当な基板に吸着固定化し、次いで該タンパク質のシステイン残基のスルフヒドリル基をシアノ化し、シアノシステイン残基に変換させることにより、式 NH2-R1-CO-NH-R2-CO-NH-Yで示される固定化タンパク質を有するタンパク質アレイを作製することができる。 Furthermore, a protein array can be produced by utilizing inkjet printing technology for immobilizing the protein of the present invention. During step of immobilizing protein of the present invention, represented by formula (1) NH 2 -R 1 -CO -NH-R 2 -CO-NH-CH (CH 2 -SH) -CO-NH-R 3 -COOH The protein is adsorbed and immobilized on an appropriate substrate into which an amino group represented by NH 2 -Y is introduced by inkjet printing technology, and then the sulfhydryl group of the cysteine residue of the protein is cyanated and converted to a cyanocysteine residue, A protein array having an immobilized protein of the formula NH 2 —R 1 —CO—NH—R 2 —CO—NH—Y can be made.

プリンティングに用いるインクジェットプリンタには、インクの射出方法の違いにより、電圧を加えることにより変形する素子(ピエゾ素子)を用いてその変形によりヘッド内のインク収納スペースを減少させ、この圧力によりインクを吐出するピエゾ方式のものと、ノズル中のヒータを加熱することにより泡を生成し、この泡によりインクを押し出すサーマルインクジェット方式のものがあるが、本発明の固定化にはいずれの方式のプリンタも用いることができる。但し、タンパク質の熱による変性を考慮すると、ピエゾ方式のプリンタが好ましい。インクジェットプリンタとしては、市販のプリンタを用いることができ、例えば、市販のEPSON社のPMシリーズやCanon社のPIXUSシリーズのインクジェットプリンタが挙げられる。   Ink jet printers used for printing use an element that deforms when a voltage is applied (piezo element) due to differences in the ink ejection method, and the deformation reduces the ink storage space in the head. There are two types: a piezo type and a thermal ink jet type that generates bubbles by heating a heater in the nozzle and pushes ink out of the bubbles. Any type of printer is used for fixing in the present invention. be able to. However, in consideration of the denaturation of protein due to heat, a piezo printer is preferable. As the ink jet printer, a commercially available printer can be used, and examples thereof include a commercially available EPSON PM series and Canon PIXUS series ink jet printers.

プリンタのインクカートリッジに上記式(1)で示されるタンパク質溶液を充填し、プリンタに設置すればよい。プリンタのプリンティングパターンは描画ソフト等の適当なソフトウェアを利用すれば自由に設定でき、線状に固定化するラインパターンを採用しても、一定面積上に任意の数のドット(スポット)として固定化するドットパターンを採用してもよい。また、この際1回に吐出されるタンパク質溶液の量も自由に設定できる。例えば、ラインパターンを採用する場合、幅数十μmから数mmのライン状に固定化すればよい。吐出量、吐出速度を適宜設定すればこの範囲で任意の幅のラインパターンで固定化することができる。また、ドットパターンを採用する場合、ドット一つに対して1滴分のタンパク質溶液を吐出して直径数μmから数mmの円状のドットとしてタンパク質を固定化することもできるし、プリンティング時のパターニングを調整し、一辺が数μmから数mmの矩形状にドットを形成させることもできる。この際も、所望のドットパターンによりタンパク質溶液の吐出量や吐出速度を適宜設定すればよい。なお、1ドットあるいは1ライン上に固定化するタンパク質の量は上記のとおりであり、この際の、固定化に用いるタンパク質溶液の濃度は1mM〜1M程度が望ましく、固定化するタンパク質溶液の量は、0.1μl〜100μl程度が望ましいが、限定されず固定化しようとするタンパク質量に応じて、タンパク質溶液の濃度および固定化するタンパク質溶液の量を適宜変更することができる。   What is necessary is just to fill the protein solution shown by said Formula (1) into the ink cartridge of a printer, and to install in a printer. The printing pattern of the printer can be set freely by using appropriate software such as drawing software. Even if a line pattern that is fixed in a linear shape is used, it is fixed as an arbitrary number of dots (spots) on a certain area. A dot pattern may be used. At this time, the amount of the protein solution discharged at one time can be freely set. For example, when a line pattern is adopted, it may be fixed in a line shape having a width of several tens of μm to several mm. If the discharge amount and the discharge speed are appropriately set, a line pattern having an arbitrary width can be fixed within this range. In addition, when adopting a dot pattern, it is possible to immobilize proteins as circular dots with a diameter of several μm to several mm by ejecting one drop of protein solution per dot. By adjusting the patterning, dots can be formed in a rectangular shape with a side of several μm to several mm. Also at this time, the discharge amount and discharge speed of the protein solution may be appropriately set according to a desired dot pattern. The amount of protein immobilized on one dot or line is as described above, and the concentration of the protein solution used for immobilization is preferably about 1 mM to 1 M. The amount of protein solution to be immobilized is However, the concentration is not limited, and the concentration of the protein solution and the amount of the protein solution to be immobilized can be appropriately changed according to the amount of protein to be immobilized.

1つの基板上に固定化されるタンパク質の種類数またはスポット数は、少なくとも1であり、好ましくは5以上、さらに好ましくは10以上、さらに好ましくは50以上、特に好ましくは100以上である。   The number of types or spots of proteins immobilized on one substrate is at least 1, preferably 5 or more, more preferably 10 or more, still more preferably 50 or more, and particularly preferably 100 or more.

上記のように、タンパク質を基板上に固定化する際、基板上にアミノ基を導入し、該アミノ基とタンパク質のペプチドのカルボキシ末端を結合させる。基板上にアミノ基を導入するためには、例えば、基板上にアミノ基を有する一級アミンのポリマーからできたマトリックスを結合させる必要がある。一級アミンのポリマーとして、例えばポリアミン、アリルアミン、ポリリジン等が挙げられる。これらの一級アミンのポリマーを適当な担体と混合し、基板上にキャストし、基板上で膜を形成させればよい。担体としては、例えばハイドロゲルやモノリスゲルを用いることができる。「ハイドロゲル」とは、高分子からなる架橋ないし網目構造と、該構造中に支持ないし保持された(分散液体たる)水とを少なくとも含むゲルをいう。ハイドロゲルを与えるべき水溶性または親水性高分子化合物としては、メチルセルロース、デキストラン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリN−ビニルピロリドン、ポリN−ビニルアセトアミド、ポリビニルピリジン、ポリアクリルアミド、ポリメタアクリルアミド、ポリN−メチルアクリルアミド、ポリヒドロキシメチルアクリレート、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸およびそれらの塩、ポリN,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート、ポリN,N−ジエチルアミノエチルメタクリレート、ポリN,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドおよびそれらの塩等が挙げられる。また、アミノ−セルロファイン(生化学工業で販売)、AF-アミノトヨパール(TOSOHで販売)、EAH-セファローズ4B及びリジン-セファローズ4B(アマシャムファルマシアで販売)、アフィゲル102(バイオラッドで販売)、ポラス20NH(ベーリンガーマンハイムで販売)などの一級アミノ基を有する市販の担体を用いてもよい。この際、一級アミンのポリマーとポリアクリルアミド等の担体との結合には、担体を重合させる必要があり、例えば、紫外線照射処理が有効である。   As described above, when a protein is immobilized on a substrate, an amino group is introduced onto the substrate, and the amino group is bound to the carboxy terminus of the protein peptide. In order to introduce an amino group on a substrate, for example, it is necessary to bind a matrix made of a polymer of a primary amine having an amino group on the substrate. Examples of the primary amine polymer include polyamine, allylamine, and polylysine. These primary amine polymers may be mixed with a suitable carrier, cast on a substrate, and a film formed on the substrate. As the carrier, for example, hydrogel or monolith gel can be used. “Hydrogel” refers to a gel containing at least a crosslinked or network structure composed of a polymer and water supported or held in the structure (dispersed liquid). Examples of water-soluble or hydrophilic polymer compounds to be provided with hydrogel include methylcellulose, dextran, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyvinyl alcohol, poly N-vinyl pyrrolidone, poly N-vinyl acetamide, polyvinyl pyridine, polyacrylamide, polymethacrylamide , Poly N-methylacrylamide, polyhydroxymethyl acrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyvinyl sulfonic acid, polystyrene sulfonic acid and their salts, poly N, N-dimethylaminoethyl methacrylate, poly N, N-diethylaminoethyl methacrylate , Poly N, N-dimethylaminopropylacrylamide and salts thereof. Amino-cellulofine (sold by Seikagaku), AF-aminotoyopearl (sold by TOSOH), EAH-Sepharose 4B and lysine-Sepharose 4B (sold by Amersham Pharmacia), Affigel 102 (sold by Bio-Rad) ), Porous 20NH (sold by Boehringer Mannheim) or a commercially available carrier having a primary amino group may be used. At this time, for bonding the primary amine polymer and a carrier such as polyacrylamide, it is necessary to polymerize the carrier. For example, ultraviolet irradiation treatment is effective.

マトリックスとガラス等の基板との結合は、例えばシランカップリング剤を用いればよい、シランカップリング剤は、ガラス表面とポリアクリルアミド等のマトリックスの両方と共有結合を形成し得る物質であり、無機物質と有機物質を結合させることができる。シランカップリング剤は一般的にR-Si-X3の構造をもつ化合物であり、Xはメトキシ基(-OCH3)などのアルコキシ基で、これを加水分解することによりシラノール基(Si-OH)になる。このシラノール基が基板表面に存在するシラノール基と水素結合や脱水縮合などの反応を起こして、安定なシロキサン結合(Si-O-Si)を形成して基板表面に疎水性のR-の被膜を形成する。一方R-はマトリックスと結合可能な有機官能グループ(たとえばH2C=C(CH3)C(=O)O-(CH2)3-など)である。シランカップリング剤として、市販のもの、例えば、Amersham社のバインドシラン(Bind-silane; 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane)等を用いることができる。   For example, a silane coupling agent may be used for bonding between the matrix and the substrate such as glass. The silane coupling agent is a substance that can form a covalent bond with both the glass surface and the matrix such as polyacrylamide, and is an inorganic substance. And organic substances can be combined. A silane coupling agent is generally a compound having a structure of R-Si-X3, and X is an alkoxy group such as a methoxy group (-OCH3), which is hydrolyzed to a silanol group (Si-OH). Become. This silanol group reacts with the silanol group present on the substrate surface, such as hydrogen bonding and dehydration condensation, to form a stable siloxane bond (Si-O-Si) to form a hydrophobic R- film on the substrate surface. Form. On the other hand, R- is an organic functional group (for example, H2C = C (CH3) C (= O) O- (CH2) 3- etc.) that can bind to the matrix. As the silane coupling agent, commercially available ones such as Bind-silane (3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane) manufactured by Amersham can be used.

以上のように作製したタンパク質アレイを用いて、基板に固定化したタンパク質と他のタンパク質または化合物との間の相互作用を解析することができる。その際、石英ガラスを基板に被せてアレイ基板を密閉しアレイ基板の内部を調べたいタンパク質等の溶液が流せるようなフローシステムを組み立てる(図3Aおよび図3B)。密閉用の石英ガラスの両端部には孔を開けており、チューブをつないで一方から溶液を流入させ、もう一方から溶液を流出させることが可能になっている。溶液を流すためにはポンプを利用するが、モノリスゲル基板の溶液浸透性が高いので、市販の低圧ポンプで容易に基板の内部を送液することが可能である。ポンプとしては、例えばGEヘルスケアのPump P-1や、島津製作所のLC20AD等を用いることができる。また、このフローシステムは分光光度計の内部に設置可能で、送液している最中にアレイに光を照射し画像を取り込み、アレイ上のタンパク質による吸収を測定することが可能なように設計されている。照射する光は紫外光、可視光、赤外光いずれも用いることができるが、タンパク質を投入し測定する場合は280nm付近の波長の紫外光が望ましい。タンパク質以外の化合物を投入し測定する場合はその化合物特有の吸収波長の光を用いればよい。送液する溶液としては、タンパク質溶液、化合物の溶液、緩衝液等を用いることができるが、これら各種溶液を送液している最中にアレイの片面に光を照射し、反対側に通過してくる光の量を画像データとして取り込んでいき、スポット領域の光の量が時間変化していく様子を観察することが可能である。   By using the protein array produced as described above, the interaction between the protein immobilized on the substrate and other proteins or compounds can be analyzed. At that time, a quartz glass is put on the substrate, the array substrate is sealed, and a flow system is assembled so that a solution such as a protein to be examined inside the array substrate can be flowed (FIGS. 3A and 3B). Holes are opened at both ends of the sealing quartz glass, and it is possible to connect a tube to allow the solution to flow from one side and the solution to flow from the other side. A pump is used to flow the solution. However, since the solution permeability of the monolith gel substrate is high, the inside of the substrate can be easily fed with a commercially available low-pressure pump. As the pump, for example, Pump P-1 of GE Healthcare or LC20AD of Shimadzu Corporation can be used. In addition, this flow system can be installed inside the spectrophotometer, and it is designed to irradiate the array with light and capture an image while the liquid is being sent, and to measure the absorption by the protein on the array. Has been. The irradiation light can be any of ultraviolet light, visible light, and infrared light. However, when protein is used for measurement, ultraviolet light having a wavelength of about 280 nm is desirable. When a compound other than protein is used for measurement, light having an absorption wavelength peculiar to the compound may be used. As the solution to be sent, protein solution, compound solution, buffer solution, etc. can be used. While these various solutions are being sent, one side of the array is irradiated with light and passed to the opposite side. It is possible to capture the amount of incoming light as image data and observe how the amount of light in the spot region changes over time.

基板上に固定化したタンパク質に光を照射してタンパク質による光の吸収に伴う通過光量の減少割合を測定する。この際、好ましくは紫外線透過性基板上に固定化したタンパク質に紫外光を照射してタンパク質による紫外光の通過光量の減少割合を測定する。光照射手段としては、分光器を用いればよい。分光器としては、光学フィルターを用いた分光器、分散型分光器、フーリエ変換型分光器のいずれも用いることができる。照射光として紫外光を用いる場合は、分散型分光器が望ましい。用いる光は紫外光、可視光、赤外光いずれも用いることができる。紫外光を用いる場合の波長は、200〜310nmであり、タンパク質を測定する場合はタンパク質が吸収する280nm付近の波長の紫外光が望ましい。タンパク質以外の化合物を測定する場合は、その化合物の特有の吸収波長の光を用いればよい。例えば、市販の分光光度計を用いて、分光光度計のセルを装着するセル室に本発明のタンパク質を固定化した基板を装着して測定することができる。タンパク質を固定化した面は、光照射手段側に向けても反対側の光検出手段側に向けてもよい。また、光照射手段から、基板に光を照射する光路上には、レンズやスリットを設けて光路の幅等を調整し、基板の必要な部分に光が照射するようにすることができる。   The protein immobilized on the substrate is irradiated with light, and the rate of decrease in the amount of light passing through the absorption of light by the protein is measured. At this time, preferably, the protein immobilized on the ultraviolet transmissive substrate is irradiated with ultraviolet light, and the reduction rate of the amount of ultraviolet light passing through the protein is measured. A spectroscope may be used as the light irradiation means. As the spectrometer, any of a spectrometer using an optical filter, a dispersion spectrometer, and a Fourier transform spectrometer can be used. When ultraviolet light is used as irradiation light, a dispersive spectrometer is desirable. As the light to be used, any of ultraviolet light, visible light, and infrared light can be used. When ultraviolet light is used, the wavelength is 200 to 310 nm. When measuring protein, ultraviolet light having a wavelength around 280 nm that is absorbed by the protein is desirable. When measuring a compound other than a protein, light having a characteristic absorption wavelength of the compound may be used. For example, using a commercially available spectrophotometer, the measurement can be performed by mounting a substrate on which the protein of the present invention is immobilized in a cell chamber in which a spectrophotometer cell is mounted. The surface on which the protein is immobilized may be directed to the light irradiation means side or the opposite light detection means side. Further, a lens or a slit may be provided on the optical path for irradiating the substrate with light from the light irradiating means to adjust the width of the optical path, etc., so that light is irradiated to a necessary portion of the substrate.

また、CCD等の2次元の光検出器を用いる場合、基板上にスポットされた固定化タンパク質全体に光を照射することにより、個々のスポットにおける通過光を一度に測定することができるが、一次元の光検出器を用いる場合は、基板上の特定のスポットのみに光が照射するように光の照射手段を移動させ、すべてのスポットに光を照射すればよい。この場合、光照射部分の移動と同時に光検出器も移動させる。   In addition, when using a two-dimensional photodetector such as a CCD, the light passing through each spot can be measured at once by irradiating the entire immobilized protein spotted on the substrate. In the case of using the original photodetector, it is only necessary to move the light irradiation means so that only a specific spot on the substrate is irradiated with light and to irradiate all spots with light. In this case, the photodetector is moved simultaneously with the movement of the light irradiation portion.

光をタンパク質を固定化した基板に照射すると光が固定化したタンパク質、固定化タンパク質に結合したタンパク質および/または固定化タンパク質に結合したタンパク質以外の化合物に吸収される。本発明においては、基板内での光の散乱も反映され、基板を通過してきた光の量を測定する。通過してきた光の量の測定は、光検出手段を用いる。光検出手段は、光強度を電気信号として出力する手段であり、内部光電効果型光検出器および外部光電効果型光検出器のいずれも用いることができる。内部光電効果型光検出器は、光による半導体中の電荷分離を利用する検出器であり、電荷分離により生じた担体による電気伝導度の変化を検出する光導電型検出器と電位差を検出す光起電力型検出器がある。光導電型検出器として電荷結合素子(charge coupled device、CCD)、フォトダイオード(PD)、フォトダイオードアレイ(PDA)、CMOS等がある。外部光電効果型光検出器は、入射光子によって光電面から電子を真空中に放出させ、その電子を直接あるいは増幅した後に検出する光電管や光電子増倍管(フォトマル、photomultiplier)がある。   When light is irradiated onto the substrate on which the protein is immobilized, the light is absorbed by the immobilized protein, the protein bound to the immobilized protein, and / or the compound other than the protein bound to the immobilized protein. In the present invention, light scattering in the substrate is also reflected, and the amount of light that has passed through the substrate is measured. A light detection means is used to measure the amount of light that has passed. The light detection means is means for outputting the light intensity as an electric signal, and any of an internal photoelectric effect type photodetector and an external photoelectric effect type photodetector can be used. The internal photoelectric effect detector is a detector that uses charge separation in a semiconductor by light, and a photoconductive detector that detects a change in electrical conductivity caused by carriers caused by charge separation and light that detects a potential difference. There is an electromotive force type detector. Examples of the photoconductive detector include a charge coupled device (CCD), a photodiode (PD), a photodiode array (PDA), and a CMOS. External photoelectric effect photodetectors include a phototube and a photomultiplier that detect electrons directly or after they are emitted from a photocathode by vacuuming incident photons into a vacuum.

本発明の装置において、これらのいずれの光検出手段を用いることができるが、マルチチャンネル検出器であるPDAやCCDが望ましく、2次元のマルチチャンネル検出器であるCCDがさらに望ましい。また、PDA、CCDにマイクロチャンネルプレートによる電子増倍機能を付与したIPDAやICCDを用いることもできる。本発明において、IPDA、ICCDはそれぞれPDA、CCDに包含される。   Any of these light detection means can be used in the apparatus of the present invention, but a PDA or CCD that is a multichannel detector is desirable, and a CCD that is a two-dimensional multichannel detector is more desirable. It is also possible to use IPDA or ICCD in which PDA and CCD are provided with an electron multiplying function using a microchannel plate. In the present invention, IPDA and ICCD are included in PDA and CCD, respectively.

照射光として紫外光を用いて、通過光量の減少割合を測定する場合、CCDは紫外光に対応している必要がある。紫外光対応のCCDとして、例えば、テキサスインスツルメンツ社製のTC253SPD-30/TC253SPD-B0、TC285SPD-30/TC285SPD-B0等のIMPACTRONTM CCD素子やホリバジョバンイボン社製のCCD素子を用いることができる。またこれらの素子を利用した市販のCCDカメラを用いてもよい。例えば、テキサスインスツルメンツ社製のMC681SPD、MC285SPD-LOBO等のIMPACTROMTM CCDデジタルカメラ等がある。しかしながら紫外光対応のCCDは、非常に高価であるという問題がある。入手容易な市販のCCDデジタルカメラに使用されている紫外光に対応していないCCDを用いる場合は、非線形光学材料である紫外-可視光変換デバイスを用いればよい。紫外-可視光変換デバイスとは紫外光を可視光に変換するデバイスであり、例えば蛍光ガラス等の波長変換ガラス、蛍光顔料等の蛍光材料、銀塩感剤や非銀塩感剤等の感剤が挙げられる。この中でも蛍光ガラスが望ましく蛍光ガラスはガラスに蛍光活性イオンとなる希土類イオンを含有させたものであり、200〜400nmの紫外光を照射することにより、400nm以上の可視光に変換する。蛍光ガラスとして、例えば住田光学ガラス社製のルミラス-G9、ルミラス-R7、ルミラス-B等があり、それぞれ200〜400nmの紫外光を照射することにより、540nmの緑色の蛍光、610nmの赤色の蛍光、410nmの青色の蛍光を発する。蛍光ガラスは、本発明の装置において、タンパク質を固定化した基板と光検出手段の間に設置すればよい。また、蛍光顔料や感剤は、ガラス板に塗布して、該ガラス板をタンパク質を固定化した基板と光検出手段の間に設置してもよく、またタンパク質を固定化した基板の反対側に塗布してもよい。後者の場合、タンパク質を固定化した面に紫外光を照射する。 When measuring the decrease rate of the amount of light passing through using ultraviolet light as irradiation light, the CCD needs to be compatible with ultraviolet light. As the CCD for ultraviolet light, for example, IMPACTRON CCD elements such as TC253SPD-30 / TC253SPD-B0 and TC285SPD-30 / TC285SPD-B0 manufactured by Texas Instruments, and CCD elements manufactured by HORIBA Joban Yvon can be used. A commercially available CCD camera using these elements may also be used. For example, there are IMPACTROM CCD digital cameras such as MC681SPD and MC285SPD-LOBO manufactured by Texas Instruments. However, there is a problem that a CCD for ultraviolet light is very expensive. When using a CCD that does not support ultraviolet light used in commercially available CCD digital cameras, an ultraviolet-visible light conversion device that is a nonlinear optical material may be used. An ultraviolet-visible light conversion device is a device that converts ultraviolet light into visible light. For example, wavelength conversion glass such as fluorescent glass, fluorescent material such as fluorescent pigment, and sensitizer such as silver salt sensitizer and non-silver salt sensitizer. Is mentioned. Of these, fluorescent glass is desirable, and fluorescent glass contains rare earth ions that become fluorescently active ions, and is converted to visible light of 400 nm or more by irradiation with ultraviolet light of 200 to 400 nm. As fluorescent glass, for example, there are Lumilas-G9, Lumilas-R7, Lumilas-B, etc. manufactured by Sumita Optical Glass Co., Ltd. , Emits blue fluorescence of 410 nm. The fluorescent glass may be placed between the substrate on which the protein is immobilized and the light detection means in the apparatus of the present invention. Alternatively, the fluorescent pigment or sensitizer may be applied to a glass plate, and the glass plate may be placed between the protein-immobilized substrate and the light detection means, or on the opposite side of the protein-immobilized substrate. It may be applied. In the latter case, the surface on which the protein is immobilized is irradiated with ultraviolet light.

上記のように、タンパク質を固定化した基板に紫外光を照射し、固定化タンパク質の吸収に由来する通過光量の減少割合または紫外光から変換された可視光の通過光量の減少割合を光検出手段で検出する。   As described above, the ultraviolet light is irradiated to the substrate on which the protein is immobilized, and the reduction rate of the passing light amount derived from the absorption of the immobilized protein or the decreasing rate of the passing light amount of the visible light converted from the ultraviolet light is detected by light detection means. Detect with.

光検出手段から、画像データまたはビデオデータとして信号が出力され、解析手段で該信号を処理し、基板上のタンパク質の吸光を測定する。画像データの種類は限定されず、例えば画像データをBMP画像として得て、処理することができる。画像データまたはビデオデータを処理する際、基板上の各スポットの光強度を求める。処理データは例えば、各スポットにおいて、吸収の違いにより色分けして表示することも、基板上の2次元座標に対応して、吸光度を高さで表示する3次元座標で表示することもできる。   A signal is output as image data or video data from the light detection means, the signal is processed by the analysis means, and the absorbance of the protein on the substrate is measured. The type of image data is not limited. For example, image data can be obtained as a BMP image and processed. When processing image data or video data, the light intensity of each spot on the substrate is determined. For example, the processing data can be displayed in different colors according to the difference in absorption at each spot, or can be displayed in three-dimensional coordinates for displaying the absorbance in height corresponding to the two-dimensional coordinates on the substrate.

ビデオデータは、CCDを有するビデオカメラでタンパク質を固定化した基板を撮像することにより得られる。ビデオデータを得ることにより、基板上のタンパク質の吸収をリアルタイムで解析することができる。リアルタイムでビデオデータを処理するには、ビデオキャプチャボードおよび市販のソフトウェアを用いることができ、例えばDirect X(Windows社製)を用いて処理すればよい。   Video data is obtained by imaging a substrate on which a protein is immobilized with a video camera having a CCD. By obtaining video data, protein absorption on the substrate can be analyzed in real time. In order to process video data in real time, a video capture board and commercially available software can be used. For example, Direct X (manufactured by Windows) may be used.

この際、基板上のタンパク質を固定化していない部位から通過した光の強度とタンパク質を固定化した部位から透過した光の強度を測定し、タンパク質を固定化していない部分を通過してきた光の量と、タンパク質を固定化した部位を通過した光の量の比、すなわち、通過光量の減少割合、の対数を光シグナルとして用いる。光検出手段により得られたデータはピクセルとして構成されており、タンパク質を固定化していない任意の部位について複数のピクセルについての光強度に関するデータを得て平均し(I0)、さらにタンパク質を固定化したそれぞれの部位(スポットまたはドット)についても複数のピクセルについて光強度に関するデータを得て平均し、各スポットの光の透過率を求めることができる(I)。散乱が無視できない基板を通過してくる光の量において、光シグナルを-log(I / I0)により求めることができる。この際、あらかじめ固定化密度、あるいは1スポット中のタンパク質量のわかっている標準タンパク質について、固定化密度と吸光度の関係を求めておくことにより、測定しようとする固定化タンパク質の固定化密度を求めることができる。例えば、密度Dの標準タンパク質の光シグナルがAsであり、密度未知の被験タンパク質の光シグナルがAtである場合、被験タンパク質の密度は、式D×(At/As)により求めることができる。この際、基板上に密度既知の標準タンパク質をコントロールスポットとして固定化しておいてもよい。 At this time, the amount of light that has passed through the portion where the protein is not immobilized is measured by measuring the intensity of the light that has passed from the portion where the protein is not immobilized on the substrate and the intensity of the light that has been transmitted from the portion where the protein is immobilized. And the logarithm of the ratio of the amount of light that has passed through the site where the protein is immobilized, that is, the reduction rate of the amount of light passing through, is used as the light signal. The data obtained by the light detection means is organized as pixels, and for any part where the protein is not immobilized, data on the light intensity for multiple pixels is obtained and averaged (I 0 ), and the protein is immobilized For each portion (spot or dot), data on the light intensity is obtained and averaged for a plurality of pixels, and the light transmittance of each spot can be obtained (I). The light signal can be obtained by -log (I / I 0 ) in the amount of light passing through the substrate where scattering cannot be ignored. At this time, the immobilization density or the immobilization density of the immobilized protein to be measured is obtained by obtaining the relationship between the immobilization density and the absorbance of a standard protein whose protein amount in one spot is known in advance. be able to. For example, when the light signal of a standard protein of density D is As and the light signal of a test protein of unknown density is At, the density of the test protein can be obtained by the formula D × (At / As). At this time, a standard protein with a known density may be immobilized on the substrate as a control spot.

光照射手段からタンパク質を固定化した基板に照射する紫外光は一定の波長に固定化した紫外光でもよいし、1nmから数十nmの波長幅があってもよい。   The ultraviolet light irradiated from the light irradiation means onto the substrate on which the protein is immobilized may be ultraviolet light immobilized at a certain wavelength, or may have a wavelength width of 1 nm to several tens of nm.

固定化したタンパク質と該タンパク質と相互作用する他のタンパク質または低分子化合物等のタンパク質以外の化合物とを接触反応させ、基板上のスポットにおける光シグナルを測定することができる。例えば、固定化タンパク質とそのタンパク質と結合するリガンドタンパク質との相互作用を検出・解析することができる。また、固定化タンパク質とタンパク質以外のリガンドとの相互作用を検出・解析することができる。例えば、抗体または抗原を一定密度で固定化し、該抗体または抗原と特異的に結合する抗原または抗体と反応させた後に、基板上のタンパク質の吸収による通過光量の減少割合から光シグナルを測定することにより、固定化した抗原または抗体と結合した抗体または抗原の量を測定することができる。この場合、固定化タンパク質と他のタンパク質またはタンパク質以外の化合物を接触反応させる前後にタンパク質アレイ上の光シグナルを測定した場合、接触前の測定値は固定化タンパク質の吸光を大幅に反映し、接触後の測定値は固定化タンパク質と他のタンパク質またはタンパク質以外の化合物が相互作用した複合体を反映する。従って、接触前後の光シグナルの差をとることにより、固定化タンパク質と相互作用した他のタンパク質またはタンパク質以外の化合物の量を決定することができる。基板上に固定化したタンパク質の光シグナルをあらかじめ求めておき、他のタンパク質を相互作用させた後に、再度光シグナルを測定し、相互作用前後の光シグナルの変化を求めることにより、固定化タンパク質が相互作用したことおよび相互作用した他のタンパク質の量を測定することができる。また、基板としてフローセルまたは液体の流路を有するマイクロチップを用いフローシステムを構築することにより、接触の前後にわたって接触中のタンパク質アレイ上の光シグナルの変化をリアルタイムで測定することができ、相互作用を経時的にモニタすることができる。   The immobilized protein and another protein that interacts with the protein or a compound other than a protein such as a low molecular weight compound can be contact-reacted to measure a light signal at a spot on the substrate. For example, the interaction between the immobilized protein and a ligand protein that binds to the protein can be detected and analyzed. In addition, the interaction between the immobilized protein and a ligand other than the protein can be detected and analyzed. For example, after immobilizing an antibody or antigen at a constant density and reacting with the antigen or antibody that specifically binds to the antibody or antigen, the light signal is measured from the rate of decrease in the amount of light passing through the absorption of the protein on the substrate. Thus, the amount of antibody or antigen bound to the immobilized antigen or antibody can be measured. In this case, if the light signal on the protein array is measured before and after contacting the immobilized protein with another protein or non-protein compound, the measured value before the contact greatly reflects the absorbance of the immobilized protein. Subsequent measurements reflect complexes where the immobilized protein interacts with other proteins or non-protein compounds. Therefore, by taking the difference in light signals before and after contact, the amount of other proteins or compounds other than proteins that interact with the immobilized protein can be determined. After obtaining the optical signal of the protein immobilized on the substrate in advance, interacting with other proteins, measuring the optical signal again, and determining the change in the optical signal before and after the interaction, the immobilized protein The amount of interaction and other proteins that interacted can be measured. In addition, by constructing a flow system using a flow chip or a microchip with a liquid flow path as a substrate, changes in the optical signal on the protein array during contact can be measured in real time before and after contact, and interaction Can be monitored over time.

本発明は、さらに、基板上にタンパク質を高密度で整列固定化したタンパク質アレイおよび分光光度計を含む、タンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステムであって、分光光度計を用いて前記タンパク質アレイに光を照射し、タンパク質アレイを通過した光を測定することによりアレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物による通過光量の減少割合を測定し、タンパク質アレイ上のタンパク質および/またはタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステムを用いたタンパク質やタンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する際の、タンパク質を固定化した部分の透過光強度とタンパク質を固定化していない部分の透過光強度とを比較・演算することにより、当該アレイ上のタンパク質および/またはタンパク質以外の他の化合物の量を推定する方法を包含する。該方法においては、タンパク質を固定する基板は、モノリスゲル基板に限定されず、ガラス(石英ガラス、パイレックスガラス等)、プラスチック、合成石英ガラスや溶融石英ガラス等の散乱等による光通過量の減少が無視できる、もしくは無視できない場合でも、通過してきた光を検出できる基板であれば適用できる。例えば、国際公開第WO2006/059727号パンフレットに記載のシステムを用いてタンパク質やタンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する際に、本発明のアレイ上のタンパク質および/またはタンパク質以外の他の化合物の量を推定する方法を適用することができる。基板上にタンパク質を高密度で整列固定化したタンパク質アレイおよび分光光度計を含む、タンパク質アレイ上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステムとしては、例えば図1に記載のシステムを用いることができる。図11は、図1の3のタンパク質を固定化した基板がフローセルである場合の詳細を示している。すなわち、相互作用を測定すべきタンパク質またはタンパク質以外の他の化合物を溶液に含ませて送り、その前後でスポットの濃度を測定することにより、相互作用を測定するものである。ただし、本発明の方法は基板がフロー型の場合に限定されるものではなく、基板を図1の測定系から一旦取り外し、適当な容器内で同様の処理をした後で測定系図1に戻し測定し、その前後を比較するということも可能であり、後者の場合も簡単な変更で同じ原理を適用可能である。図11において、光(好ましくはタンパク質の吸収がある280nm)は図の左から入ってきて、紫外光280nmを透過する材料(例えば石英)でできているガラス12を通過し、アレイ基板10に固定されたタンパク質11により吸収されて、図の右側に出ていく。その際、基板に由来する散乱などにより、反対側にまで到達する光の量は著しく減少するが、ある割合で通過できる。なお、光の向きは限定されず、図の右から左方向でも良い。11と12の間は特に限定されるものではないが、溶液が通過可能で紫外線が透過し、かつタンパク質をこれに強固に固定可能な担体であることが最も好ましく、例としてアクリルアミドゲルや液体クロマトグラフに用いられる各種充填剤、あるいはモノリス担体がある。15はこの担体を示す。   The present invention further detects proteins on protein arrays and / or other compounds other than proteins that interact with immobilized proteins, including protein arrays and spectrophotometers in which proteins are aligned and immobilized at high density on a substrate. A system for analysis other than proteins that interact with proteins on the array and / or immobilized proteins by irradiating the protein array with a spectrophotometer and measuring the light that has passed through the protein array Other compounds other than proteins that interact with proteins and proteins using a system that measures the reduction rate of the amount of light passing by other compounds and detects and analyzes proteins and / or other compounds on the protein array Protein is immobilized when detecting and analyzing By comparison, operation of the transmission light intensity of the minute part of the transmitted light intensity and the protein is not immobilized, includes a method of estimating the amount of protein and / or other compounds other than proteins on the array. In this method, the substrate on which the protein is immobilized is not limited to a monolithic gel substrate, and a decrease in the amount of light passing due to scattering of glass (quartz glass, pyrex glass, etc.), plastic, synthetic quartz glass, fused silica glass, etc. is ignored. Even if it is possible or cannot be ignored, it can be applied to any substrate that can detect the light that has passed through. For example, when detecting and analyzing proteins and other compounds other than proteins that interact with proteins using the system described in WO 2006/059727 pamphlet, proteins on the array of the present invention and / or other than proteins Methods for estimating the amount of other compounds can be applied. As a system for detecting and analyzing other compounds other than proteins that interact with proteins on the protein array and / or immobilized proteins, including protein arrays and spectrophotometers in which proteins are aligned and immobilized at high density on a substrate For example, the system shown in FIG. 1 can be used. FIG. 11 shows details when the substrate on which the protein of 3 in FIG. 1 is immobilized is a flow cell. That is, the interaction is measured by sending a protein to be measured for interaction or a compound other than protein in a solution and measuring the concentration of the spot before and after that. However, the method of the present invention is not limited to the case where the substrate is a flow type. The substrate is once removed from the measurement system of FIG. 1 and subjected to the same treatment in an appropriate container, and then returned to the measurement system diagram 1 for measurement. It is also possible to compare before and after, and in the latter case, the same principle can be applied with a simple change. In FIG. 11, light (preferably 280 nm with protein absorption) enters from the left of the figure, passes through glass 12 made of a material that transmits ultraviolet light 280 nm (for example, quartz), and is fixed to the array substrate 10. Absorbed by the absorbed protein 11 and goes out to the right side of the figure. At that time, the amount of light reaching the opposite side is remarkably reduced due to scattering derived from the substrate, but can pass through at a certain rate. The direction of the light is not limited, and may be from the right to the left in the figure. Although there is no particular limitation between 11 and 12, it is most preferable that the carrier is a carrier that can pass through the solution, can transmit ultraviolet rays, and can firmly fix the protein thereto. Examples thereof include acrylamide gel and liquid chromatography. There are various fillers or monolithic carriers used in the graph. Reference numeral 15 denotes this carrier.

図12は、図2の基板上のタンパク質のスポット例を正面図(図12A)及び断面図(図12B)により示したものである。図12Aの正面図に示すように、タンパク質はヨコ8列×タテ12行、合計96個、担体15に固定されている。この場合、スポットは担体の左側から打ち込まれていて、担体15は溶液を通さない基板10に固定され、左からガラス基材12がフタになり溶液の漏出を防いでいる。   FIG. 12 is a front view (FIG. 12A) and a cross-sectional view (FIG. 12B) showing an example of protein spots on the substrate of FIG. 2. As shown in the front view of FIG. 12A, the protein is fixed to the carrier 15 in a total of 96 proteins in 8 rows × 12 rows. In this case, the spot is driven from the left side of the carrier, and the carrier 15 is fixed to the substrate 10 that does not allow the solution to pass therethrough. From the left, the glass base 12 serves as a lid to prevent the solution from leaking out.

図1に記載のシステムにおいて、基板3を通過した光は、その後、紫外・可視光電変換デバイス4(具体的にはCCD(電荷結合素子)センサなど)により電気的な画像データに変換される。図2に記載のフローセルを用い、タンパク質またはタンパク質以外の他の化合物を溶液に含ませて送った場合のシステムの動作を図13により示す。図13はある特定のスポットの、溶液の成分を変えたときの通過光量の減少割合に由来する光シグナルの時間変化を示す。当初、タンパク質およびタンパク質以外の他の化合物を含まない溶液を流す場合には、通過してくる光は強い(これをI0とおく)。しかし、タンパク質またはタンパク質以外の他の化合物を含む溶液を流すと、通過してくる光が徐々に弱くなる(図14)。これはスポットに固定されているタンパク質に溶液中のタンパク質またはタンパク質以外の他の化合物が吸着し、スポットの濃度が更に高くなったためである。タンパク質またはタンパク質以外の他の化合物溶液を十分な時間流した後の通過してくる光の度をI1 とおくと、吸着したタンパク質またはタンパク質以外の他の化合物の量は、基板による散乱に由来するいわゆる迷光が無視できる範囲において、-log10(I1/I0)に比例するものと考えられる。その後、吸着を解離する溶液を流せば、再びタンパク質またはタンパク質以外の他の化合物がスポットから解離し、スポットの通過してくる光の強度が大きくなる。あらかじめ濃度の分かっているタンパク質またはタンパク質以外の他の化合物を流すことにより校正すれば、タンパク質の濃度の絶対量を測定することができる。よって以上により、溶液中のタンパク質のスポットに固定されたタンパク質またはタンパク質以外の他の化合物との親和性がわかる。 In the system shown in FIG. 1, the light that has passed through the substrate 3 is then converted into electrical image data by an ultraviolet / visible photoelectric conversion device 4 (specifically, a CCD (charge coupled device) sensor or the like). FIG. 13 shows the operation of the system in the case where the flow cell shown in FIG. 2 is used and protein or another compound other than protein is sent in a solution. FIG. 13 shows the time change of the optical signal derived from the decrease rate of the amount of light passing through the solution of a specific spot when the components of the solution are changed. Initially, when a solution containing no protein and other compounds other than protein is flowed, the light passing therethrough is strong (this is set as I 0 ). However, when a solution containing protein or another compound other than protein is flowed, the light passing therethrough is gradually weakened (FIG. 14). This is because the protein in the solution or another compound other than the protein is adsorbed to the protein fixed to the spot, and the concentration of the spot is further increased. When put every passage to come light after passing a protein or other compound solution other than a protein sufficient time and I 1, the amount of other compounds other than adsorbed proteins or proteins derived from the scattering by the substrate This is considered to be proportional to -log 10 (I 1 / I 0 ) in a range where so-called stray light is negligible. Thereafter, when a solution that dissociates adsorption is flowed, proteins or other compounds other than proteins again dissociate from the spot, and the intensity of light passing through the spot increases. If calibration is performed by flowing a protein having a known concentration in advance or another compound other than the protein, the absolute amount of the protein concentration can be measured. Thus, the affinity with the protein immobilized on the protein spot in the solution or other compounds other than the protein can be understood.

図15に本発明の方法の概念図を示す。図15Aはタンパク質の固定化部分(図11の11と図12の11の1点に相当)とその周辺の透過光強度の分布を示す。図15Bは図15Aを説明するために、吸着したタンパク質またはタンパク質以外の他の化合物濃度を縦軸に取った概念図である。   FIG. 15 shows a conceptual diagram of the method of the present invention. FIG. 15A shows the distribution of transmitted light intensity around a protein immobilization part (corresponding to one point 11 in FIG. 11 and 11 in FIG. 12) and its periphery. FIG. 15B is a conceptual diagram in which the concentration of the adsorbed protein or other compounds other than protein is plotted on the vertical axis in order to explain FIG. 15A.

タンパク質またはタンパク質以外の他の化合物溶液が流れる前(図13のIの状態)にはタンパク質は固定化されたもののみであり、これを図15Bの16に示す。この時の通過してくる光の強度はタンパク固定部分(図2および図3の11の部分)ではやや暗く、周辺で明るい。これを図15Aのように、中心をI 0X 周辺をI 00とおく。次に、タンパク質またはタンパク質以外の他の化合物溶液を流した後(図13のI1の状態)を考える。この状態では、溶液中のタンパク質は程度の差こそあれ、一部が全ての領域に均等に非特異的に吸着すると考えられる。これを図15Bの17(3カ所)に示す。タンパク質を固定した部分では、固定されたタンパク質と溶液中のタンパク質またはタンパク質以外の他の化合物の親和性による結合(18)が加わり、その結果、周辺よりもより多くのタンパク質またはタンパク質以外の他の化合物が吸着する(図15B)。一方、通過してくる光の強度は図15Aに示すように、周辺部では非特異的吸着によりやや暗くなる程度であるが(強度をI 0X とおく)、タンパク質固定化部分では非特異的吸着と親和性による特異的吸着の和になり吸光度が更に上がり、通過してくる光の強度は更に弱くなる(この強度をI 1X とおく)。 Before the protein or other compound solution other than protein flows (state of I 0 in FIG. 13), the protein is only immobilized, which is shown in 16 of FIG. 15B. The intensity of the light passing at this time is slightly dark at the protein immobilization portion (portion 11 in FIGS. 2 and 3) and bright at the periphery. As shown in FIG. 15A, the center is I 0X and the periphery is I 00 . Next, consider the state after flowing a protein or another compound solution other than protein (state I 1 in FIG. 13). In this state, it is considered that some of the proteins in the solution are adsorbed non-specifically evenly in all regions to some extent. This is shown at 17 (three places) in FIG. 15B. In the portion where the protein is immobilized, binding due to the affinity between the immobilized protein and the protein in the solution or other compounds other than the protein (18) is added, and as a result, more proteins or other proteins other than the surroundings are added. The compound adsorbs (FIG. 15B). On the other hand, as shown in FIG. 15A, the intensity of the light passing therethrough is slightly dark due to non-specific adsorption in the peripheral part (the intensity is set to I 0X ), but non-specific adsorption in the protein-immobilized portion. And the specific adsorption due to the affinity, the absorbance further increases, and the intensity of the light passing therethrough is further reduced (this intensity is referred to as I 1X ).

以上により測定した各強度から親和性によって吸着した(つまり非特異的吸着の寄与を除いた)タンパク質またはタンパク質以外の他の化合物濃度を求める方法を図16に示す。左列はタンパク質固定化部位(スポット部位)、右列は周辺部位である。計算は、各列で(つまりスポット部位と周辺部位で各々)タンパク質またはタンパク質以外の他の化合物を流す前と流した後で通過光強度を比較し、吸光度=タンパク質またはタンパク質以外の他の化合物濃度を求め、最後にタンパク質固定化部位(スポット部位)の濃度から周辺部位(これは非特異的吸着分)の濃度を引き算し、目的の親和性によって吸着した(つまり非特異的吸着の寄与を除いた)タンパク質またはタンパク質以外の他の化合物濃度が求められる。   FIG. 16 shows a method for determining the concentration of a protein adsorbed by affinity from each intensity measured as described above (that is, excluding the contribution of nonspecific adsorption) or other compounds other than protein. The left column is the protein immobilization site (spot site), and the right column is the peripheral site. The calculation compares the light intensity before and after running the protein or other compound other than protein in each column (ie, at the spot site and the surrounding site, respectively), and absorbance = concentration of other compounds other than protein or protein Finally, subtract the concentration of the peripheral site (this is the nonspecific adsorption component) from the concentration of the protein immobilization site (spot site), and adsorb it according to the target affinity (that is, remove the contribution of nonspecific adsorption) I) Concentrations of proteins or other compounds other than proteins are required.

図17は、基板上のタンパク質を整列固定したタンパク質スポットをCCDセンサで観察した例を示す。図17に示すように、CCDセンサは多数のピクセル(画素)からなっており、CCDのピクセルが受光し、それぞれのピクセルでの光の強度を検出することができる。図17に示すように、タンパク質スポットとピクセル(測定点)は重なり、1つのタンパク質スポット上に多数のピクセルが存在するとともに、タンパク質スポット以外の部位にもピクセルが存在する。図18は、タンパク質スポットとピクセルとの関係をより精密に示した図である。図18において、中央の2重円の内側の円で囲まれた部位がタンパク質スポット部位を示し、外側の円と内側の円の間がタンパク質スポットの周辺部位を示す。また、小さな四角、丸及び三角はピクセルの1つずつを示し、四角がタンパク質スポット部位上のピクセルを、丸がタンパク質スポットの周辺部位のピクセルを、三角はそれ以外のピクセルを示す。図18に示すように、タンパク質スポット部位とタンパク質スポットの周辺部位は同心円で示すことができ。本発明においては、あらかじめタンパク質スポットの面積とタンパク質スポットの周辺部位の関係を決めておいてもよい。例えば、タンパク質周辺部位の面積のタンパク質スポット周辺部位の半径はタンパク質スポット半径の、1.1〜2倍、好ましくは1.1〜1.5倍である。また、タンパク質スポットに含まれるピクセルの数とタンパク質スポットの周辺部位に含まれるピクセルの数の比は、タンパク質スポットの面積とタンパク質スポットの周辺部位の面積の比と同じであり、タンパク質スポットの周辺部位に含まれるピクセルの数はタンパク質スポットに含まれるピクセルの数の、1.2〜4倍、好ましくは1.2〜1.75倍である。また、タンパク質スポットの面積とタンパク質スポットの周辺部位の関係を後記の実施例10に記載の方法で測定ごとに決定することもできる。   FIG. 17 shows an example in which a protein spot in which proteins on a substrate are aligned and fixed is observed with a CCD sensor. As shown in FIG. 17, the CCD sensor is composed of a number of pixels (pixels), and the CCD pixels receive light, and the intensity of light at each pixel can be detected. As shown in FIG. 17, the protein spot and the pixel (measurement point) overlap, and there are a large number of pixels on one protein spot, and there are also pixels in parts other than the protein spot. FIG. 18 is a diagram showing the relationship between protein spots and pixels more precisely. In FIG. 18, a portion surrounded by an inner circle of the central double circle indicates a protein spot portion, and a portion between the outer circle and the inner circle indicates a peripheral portion of the protein spot. Small squares, circles, and triangles indicate pixels one by one, squares indicate pixels on the protein spot site, circles indicate pixels in the peripheral region of the protein spot, and triangles indicate other pixels. As shown in FIG. 18, the protein spot portion and the peripheral portion of the protein spot can be indicated by concentric circles. In the present invention, the relationship between the area of the protein spot and the peripheral portion of the protein spot may be determined in advance. For example, the radius of the protein spot peripheral part of the area of the protein peripheral part is 1.1 to 2 times, preferably 1.1 to 1.5 times the protein spot radius. The ratio of the number of pixels included in the protein spot and the number of pixels included in the peripheral part of the protein spot is the same as the ratio of the area of the protein spot and the area of the peripheral part of the protein spot. The number of pixels included in is 1.2 to 4 times, preferably 1.2 to 1.75 times the number of pixels included in the protein spot. Further, the relationship between the area of the protein spot and the peripheral portion of the protein spot can be determined for each measurement by the method described in Example 10 described later.

本発明を以下の実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。   The present invention will be specifically described by the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

本実施例においては、抗体に対して親和性のある抗体リガンドタンパク質を固定化したリガンドタンパク質アレイを作製し、抗体溶液を投入し抗体が結合する様子を観察し、その後、酸性緩衝液を投入し抗体が解離する様子を観察した。そこで得られる画像からスポットを自動認識させ通過光量の減少割合に由来する光シグナルを算出し、抗体リガンドタンパク質と抗体の間の相互作用を解析した。   In this example, a ligand protein array in which an antibody ligand protein having affinity for an antibody was immobilized was prepared, and an antibody solution was added to observe the binding of the antibody, and then an acidic buffer was added. The state of antibody dissociation was observed. The spot was automatically recognized from the obtained image, the light signal derived from the decrease rate of the amount of passing light was calculated, and the interaction between the antibody ligand protein and the antibody was analyzed.

実施例1 モノリス基板の作製
石英ガラスの表面に0.1mmの深さの窪みを作製し、その窪みにシリカモノリスゲルを形成させ、エポキシ基を導入し、さらにそこにアミノ基含有ポリマーを導入することにより、タンパク質固定化用モノリス基板を作製した(図2)。以下に作製過程の詳細を記す。
Example 1 Production of Monolith Substrate A depression of 0.1 mm depth is produced on the surface of quartz glass, a silica monolith gel is formed in the depression, an epoxy group is introduced, and an amino group-containing polymer is further introduced therein. Thus, a monolith substrate for protein immobilization was produced (FIG. 2). Details of the manufacturing process are described below.

石英ガラスの表面を砂で研磨することにより、深さが0.1mmの六角形型の窪み(幅20mmX長さ35mm)を作製した。その窪みの中に、ゾル状態のシリカを流し込みカバーを被せて40℃で一晩放置してシリカをゲル化させ、この後約600℃で焼成してシリカモノリスゲル基板を作製した。次に、トルエンで20%に希釈したエポキシシラン(3-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン)溶液の中にモノリス基板を浸し、80℃で一晩放置することによってエポキシ基をモノリス基板に導入した。次に、アミノ基含有ポリマーであるポリ-L-リジン(分子量4,000〜15,000:シグマ社より購入)20mgを純水1mlで溶解し、これに1Mの硼酸緩衝液(pH 8.5) 50μlを加えてpH = 8.5に調節したポリマー溶液を準備し、この溶液をモノリス基板の表面に添加し、16時間穏やかに攪拌することにより、ポリ-L-リジンをモノリス基板内に浸みこませ、エポキシ基に共有結合させて、アミノ基をモノリス基板に導入した。その後、0.5M塩化ナトリウムを含む0.5Mモノエタノールアミン溶液(pH=8.3に塩酸で調節)に石英ガラス全体を浸し、12時間穏やかに攪拌することにより、残存エポキシ基をブロッキングするとともに未反応のポリ-L-リジンを除去した。この後、純水20mlで数回洗浄することにより、モノエタノールアミンおよび未反応のポリ-L-リジンを除去した。その後モノリス基板を乾燥させた(図2)。   By polishing the surface of quartz glass with sand, a hexagonal depression (width 20 mm x length 35 mm) with a depth of 0.1 mm was produced. A sol-state silica was poured into the depression, and the cover was covered and allowed to stand overnight at 40 ° C. to gel the silica, and then fired at about 600 ° C. to produce a silica monolith gel substrate. Next, the monolith substrate was immersed in an epoxy silane (3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane) solution diluted to 20% with toluene, and allowed to stand at 80 ° C. overnight to introduce epoxy groups into the monolith substrate. Next, 20 mg of poly-L-lysine (molecular weight 4,000 to 15,000, purchased from Sigma), an amino group-containing polymer, is dissolved in 1 ml of pure water, and 50 μl of 1M borate buffer (pH 8.5) is added thereto to adjust the pH. Prepare a polymer solution adjusted to 8.5, add this solution to the surface of the monolith substrate, and gently stir for 16 hours to immerse the poly-L-lysine in the monolith substrate and covalently bond to the epoxy group The amino group was introduced into the monolith substrate. Then, the entire quartz glass is immersed in a 0.5M monoethanolamine solution containing 0.5M sodium chloride (adjusted with hydrochloric acid to pH = 8.3) and gently stirred for 12 hours to block residual epoxy groups and unreacted polymer. -L-lysine was removed. Subsequently, monoethanolamine and unreacted poly-L-lysine were removed by washing several times with 20 ml of pure water. Thereafter, the monolith substrate was dried (FIG. 2).

実施例2 モノリス基板上へのリガンドタンパク質の固定化
実施例1で作製しモノリス基板に、抗体結合特性を有するリガンドタンパク質の固定化を行った。以下の実施例においては、12行×8列の96個の格子点にタンパク質をスポットして固定化した例を示している。
Example 2 Immobilization of Ligand Protein on Monolith Substrate Ligand protein having antibody binding properties was immobilized on the monolith substrate prepared in Example 1. In the following examples, proteins are spotted and immobilized on 96 grid points of 12 rows × 8 columns.

各スポット用のリガンドタンパク質としては、使用するタンパク質濃度として最大濃度が2mg/mlとなるように10mM燐酸緩衝液(pH=7.0)に溶解し、DTTを最終濃度が1mMになるように加え4時間以上37℃で還元反応を行い、リガンドタンパク質のシステイン残基を還元した。そのように処理したタンパク質溶液を希釈することにより各種濃度のタンパク質溶液とし、これを用い、専用のスポッター(スポット用装置;武蔵エンジニアリングより購入)を用いて、各種濃度のリガンドタンパク質溶液を0.1μlずつ、モノリス基板上に1.4mmの間隔で12行×8列の96個の格子点にスポットした。スポット直後すぐにタンパク質溶液モノリス基板に拡散すること無くしみこんだ。タンパク質をスポットした基板全体をシャーレに入れて、5mMの2-ニトロ-5-チオシアノ安息香酸(NTCB)溶液20mlを加え、その中で約4時間室温にて穏やかに攪拌することにより、システイン残基のシアノ化反応を行った。その後、基板全体を別のシャーレに移して、10mM硼酸緩衝液(pH9.5)を加え、約24時間室温で穏やかに攪拌することにより、固定化反応を行った。固定化反応終了後、さらに別のシャーレに移して1MKClを含む10mM燐酸緩衝液(pH7.0)に浸し、4時間以上穏やかに攪拌することによって未反応タンパク質及び副反応生成物を除去した。その後、アミノ基のブロッキング反応を、20mlの0.5M硼酸緩衝液(pH8.5)で満たしたシャーレに入れ、200μlの無水酢酸を約10分毎に6回添加することにより行った。ブロッキング反応後、10mM燐酸緩衝液(pH7.0)を用いて洗浄し、固定化反応を終了した。なお、このように作製したリガンドタンパク質アレイは、10mM燐酸緩衝液(pH7.0)中に浸して4℃で保存することにより、長期間保存が可能であった。   The ligand protein for each spot is dissolved in 10 mM phosphate buffer (pH = 7.0) so that the maximum protein concentration to be used is 2 mg / ml, and DTT is added to a final concentration of 1 mM for 4 hours. The reduction reaction was performed at 37 ° C. above to reduce the cysteine residue of the ligand protein. Diluting the protein solution treated in this way into protein solutions of various concentrations, using this, using a dedicated spotter (spot device; purchased from Musashi Engineering), 0.1 μl of ligand protein solution of various concentrations Each spot was spotted on 96 grid points of 12 rows × 8 columns on a monolith substrate at intervals of 1.4 mm. Immediately after the spot, the sample was soaked into the protein solution monolith substrate without diffusing. Put the whole protein-spotted substrate in a petri dish, add 20 ml of 5 mM 2-nitro-5-thiocyanobenzoic acid (NTCB) solution, and gently agitate it at room temperature for about 4 hours. The cyanation reaction was performed. Thereafter, the whole substrate was transferred to another petri dish, 10 mM borate buffer (pH 9.5) was added, and the mixture was gently stirred at room temperature for about 24 hours to perform an immobilization reaction. After completion of the immobilization reaction, the reaction mixture was further transferred to another petri dish, immersed in a 10 mM phosphate buffer (pH 7.0) containing 1 M KCl, and gently stirred for 4 hours or more to remove unreacted proteins and side reaction products. Thereafter, an amino group blocking reaction was carried out by placing in a petri dish filled with 20 ml of 0.5 M borate buffer (pH 8.5) and adding 200 μl of acetic anhydride 6 times about every 10 minutes. After the blocking reaction, the immobilization reaction was completed by washing with 10 mM phosphate buffer (pH 7.0). The ligand protein array thus prepared could be stored for a long period of time by immersing it in 10 mM phosphate buffer (pH 7.0) and storing at 4 ° C.

実施例3 フローセルの組み立て
モノリス基板を用いたフローセルを組み立てた。構成を、図3Aに示す。図3Bにはフローセルの写真を示す。
Example 3 Assembly of Flow Cell A flow cell using a monolith substrate was assembled. The configuration is shown in FIG. 3A. FIG. 3B shows a photograph of the flow cell.

図2のモノリス基板上に、溶液を通じるための孔を2ヶ所空けた石英ガラス板を用いて両者を圧着し、その後、図3Bの写真にあるような締め付け金具を用いて締め付けるとともに、送液ラインを装着し、送液できるようにした。これを、検出解析装置にセットし、固定化したリガンドタンパク質に由来するシグナルの観察および送液中にリガンドに結合する抗体タンパク質を用いることにより、リガンドタンパク質に結合した抗体に由来するシグナルの観察に供することができた。   On the monolith substrate shown in Fig. 2, both of them are pressure-bonded using a quartz glass plate with two holes for passing the solution, and then tightened using a clamp as shown in the photograph in Fig. 3B. A line was installed to enable liquid delivery. This is set in the detection analyzer, and by observing the signal derived from the immobilized ligand protein and using the antibody protein that binds to the ligand during feeding, the signal derived from the antibody bound to the ligand protein can be observed. I was able to serve.

実施例4 基板上のタンパク質に由来するシグナルの検出
モノリス基板は、一見して基板に由来する散乱などの効果により不透明であり、途中で散乱を受けながらも基板を通過してくる光の量を測定することが可能か疑問であった。そこで、平行化した強い光を照射して、反対側にもれてくる、いわゆる通過してくる光の量がタンパク質の存在によりどのような挙動を示すかを調べた。なお、通過してくる光には、ゲル等の基板に由来する多重散乱による光が含まれ、いわゆる、迷光となる。
Example 4 Detection of Signal Derived from Protein on Substrate The monolithic substrate is opaque at first glance due to effects such as scattering derived from the substrate, and the amount of light passing through the substrate while being scattered in the middle is measured. I was wondering if it could be measured. Therefore, we examined the behavior of the amount of light that passes through the opposite side, that is, the so-called passing light, when irradiated with intense parallel light. Note that the light passing therethrough includes light due to multiple scattering derived from a substrate such as a gel, and becomes so-called stray light.

実施例に示すようにリガンドタンパク質を固定化したアレイ基板を、実施例3に示すようにしてフローセルを構築し、これを、先に開発している国際公開第WO2006/059727号パンフレットの記載に基づく構成よりなる分光光度計にセットし、フローセルに、10mMのリン酸緩衝液(pH=7)を送液し、アレイ基板に280nmの光を照射し、照射側と反対側の検出装置を用いて、反対側で検出できる光量(通過してくる光の量)を測定した。検出できる光量は、リガンドタンパク質がスポットされた部分とそれ以外の部分では明らかに異なっていた。   As shown in Example, an array substrate on which a ligand protein is immobilized is constructed as shown in Example 3, and a flow cell is constructed based on the description of the pamphlet of International Publication No. WO2006 / 059727 that has been developed previously. Set in a spectrophotometer consisting of the components, send 10 mM phosphate buffer (pH = 7) to the flow cell, irradiate the array substrate with 280 nm light, and use the detector on the opposite side of the irradiation side The amount of light that can be detected on the opposite side (the amount of light passing through) was measured. The amount of light that can be detected was clearly different between the spot where the ligand protein was spotted and the rest.

タンパク質が固定化された部分の光量をIp、固定化されていない部分の光量を、Ioとして、タンパク質に由来する光シグナルを
S=-log(Ip/Io)
として求めた。このシグナルを表す式は、透過光を基準としたときの光吸収の度合い、いわゆる、吸光度と同じ形式である。
The light signal derived from the protein is expressed as Ip where the light intensity of the protein-immobilized part is Ip and the light intensity of the non-immobilized part is Io.
S = -log (Ip / Io)
As sought. The expression representing this signal has the same format as the degree of light absorption when the transmitted light is used as a reference, so-called absorbance.

固定化に用いたタンパク質の量に対して、本シグナルをプロットすると、図4の関係が得られた。すなわち、固定化されたタンパク質の量に比例してシグナル量は増加した。従って、このシグナルを指標にモノリス基板中に存在するタンパク質量を測定できることが示された。   When this signal was plotted against the amount of protein used for immobilization, the relationship of FIG. 4 was obtained. That is, the signal amount increased in proportion to the amount of immobilized protein. Therefore, it was shown that the amount of protein present in the monolith substrate can be measured using this signal as an index.

図中、リガンドタンパク質1はAIST-2リガンド、2から4は、その一アミノ酸変異体を用いている。このようにして用いた光シグナルは、基板に由来する多重散乱に由来する迷光により、ある値で線形関係が著しく損なわれるが、光シグナルが、0.1を超えない範囲では保たれることが示された。従って、一見して基板に由来する散乱などの効果により不透明であり、途中で散乱を受けながらも基板を通過してくる光の量を測定することが可能であることが示された。   In the figure, ligand protein 1 uses an AIST-2 ligand, and 2 to 4 use a single amino acid variant thereof. It is shown that the optical signal used in this way is significantly impaired in linear relationship at a certain value due to stray light derived from multiple scattering derived from the substrate, but the optical signal is maintained within a range not exceeding 0.1. It was. Therefore, it was shown that the amount of light passing through the substrate can be measured while being opaque due to effects such as scattering derived from the substrate at first glance.

実施例5 基板上のリガンドタンパク質に結合したタンパク質に由来するシグナルの検出
実施例3において用いたフローセルに、固定化リガンドに結合するタンパク質として、ヒトポリクローナル抗体溶液を送液することにより、シグナルがどのように変化するかを観察した。
Example 5 Detection of Signal Derived from Protein Bound to Ligand Protein on Substrate By sending a human polyclonal antibody solution as a protein that binds to the immobilized ligand to the flow cell used in Example 3, which signal was detected We observed how it changed.

フローセルに、0.2mg/mlの抗体溶液を毎分約0.6mlのスピードで30分間送液することにより、シグナルは安定化した。そのときのシグナルをリガンドタンパク質の固定化量に対してプロットすると、図5の結果が得られた。リガンドタンパク質の量に依存して結合する抗体量は増加すると予想されるが、このことを反映して、観察されるシグナル量も増加した(図5A)。抗体結合に由来する増加した光シグナル量をリガンドタンパク質の量に対してプロットすると量に依存して飽和する関係が得られた。これは、この検出方法における直線関係の上限を示唆するものであり、用いた基板においては、シグナル量として0.1をあたりが上限であることを示している。一方、それ以下のシグナルを用いている限りは、リガンドとタンパク質に結合する抗体タンパク質の量を測定できることを示唆している。   The signal was stabilized by feeding 0.2 mg / ml antibody solution to the flow cell at a speed of about 0.6 ml per minute for 30 minutes. When the signal at that time was plotted against the amount of immobilized ligand protein, the result of FIG. 5 was obtained. The amount of antibody binding is expected to increase depending on the amount of ligand protein, but reflecting this, the amount of signal observed also increased (FIG. 5A). When the increased amount of light signal derived from antibody binding was plotted against the amount of ligand protein, a saturation relationship was obtained depending on the amount. This suggests the upper limit of the linear relationship in this detection method, and shows that the upper limit is about 0.1 as the signal amount in the substrate used. On the other hand, as long as the signal below that is used, it is suggested that the amount of antibody protein binding to the ligand and protein can be measured.

実施例6 基板上のリガンドタンパク質と抗体との結合の観察
実施例3において用いたフローセルに、固定化リガンドに結合するタンパク質として、ヒトポリクローナル抗体溶液を送液することにより、シグナルが刑事的にどのように変化するかを観察した。
Example 6 Observation of Binding between Ligand Protein and Antibody on Substrate By sending a human polyclonal antibody solution as a protein that binds to an immobilized ligand to the flow cell used in Example 3, the signal was criminalized. We observed how it changed.

先ず抗体をアレイに投入するため(結合過程)、0.2mg/mlの抗体溶液を毎分約0.6mlのスピードで24分間送液した。この途中15秒間隔でアレイの画像を取り込んでいるが、スポット(リガンドが固定化されている領域)が次第に暗くなっていった(図6)。これは抗体が、アレイ上に固定化されたリガンドタンパク質に結合していったためである。次に、アレイを洗浄するため(洗浄過程)、10mMのリン酸緩衝液(pH=7)を同じスピードで25分間送液した。この過程では、シグナルに変化はほとんど見られなかった。次に、抗体を溶出させるため(溶出過程)、溶出用緩衝液(0.1Mの酢酸緩衝液:pH=5)を同じスピードで25分間送液した。この過程では、送液を開始すると速やかにスポットが明るくなったことから抗体が速やかにリガンドから解離していることが分かる(図6)。最後にアレイを再生させるため(再生過程)、0.1Mのグリシン緩衝液(pH=2.5)を同じスピードで25分間送液した。この過程により、スポットはさらに明るくなり、初めの明るさにほぼ戻っていることから、抗体はリガンドから完全に解離し、アレイが再生されたことが示された(図6)。なお、再生後に再び同じような観察が可能であること、すなわち再利用が可能であることを確認した。   First, in order to put the antibody into the array (binding process), a 0.2 mg / ml antibody solution was fed at a speed of about 0.6 ml per minute for 24 minutes. During this period, images of the array were captured at intervals of 15 seconds, but the spots (regions where the ligand was immobilized) gradually became darker (FIG. 6). This is because the antibody bound to the ligand protein immobilized on the array. Next, in order to wash the array (washing process), 10 mM phosphate buffer (pH = 7) was fed at the same speed for 25 minutes. There was little change in the signal during this process. Next, in order to elute the antibody (elution process), an elution buffer (0.1 M acetate buffer: pH = 5) was fed at the same speed for 25 minutes. In this process, it was found that the antibody quickly dissociated from the ligand because the spot became bright immediately after the start of liquid feeding (FIG. 6). Finally, in order to regenerate the array (regeneration process), 0.1 M glycine buffer (pH = 2.5) was fed at the same speed for 25 minutes. By this process, the spot became brighter and almost returned to the original brightness, indicating that the antibody was completely dissociated from the ligand and the array was regenerated (FIG. 6). It was confirmed that the same observation was possible again after reproduction, that is, reuse was possible.

このような解析処理を全ての画像のすべてのスポットに関して行い、各種溶液を送液している間に吸光度がどのように変化していくのかを求めた(図7)。吸着過程においては、送液を開始した後吸光度はすみやかに上昇するが、しばらくすると上昇のスピードが遅くなり、24分後にはほとんど変化しなくなっていた。このことは、投入した抗体がほぼ飽和するまでリガンドに吸着したことを示している。次の洗浄過程では、吸光度もほとんど変化しなかったことから、抗体はリガンドに吸着した状態のままであることを示している(図7)。溶出過程では、送液を開始すると速やかに吸光度が減少していることから、抗体が速やかにリガンドから解離していることが分かった(図7)。再生過程では、吸光度はほぼ開始時点における値に戻っていた。   Such an analysis process was performed for all spots in all images, and how the absorbance changed while feeding various solutions was determined (FIG. 7). In the adsorption process, the absorbance rapidly increased after the start of liquid feeding, but after a while, the rate of increase slowed down and hardly changed after 24 minutes. This indicates that the input antibody was adsorbed to the ligand until it was almost saturated. In the next washing process, the absorbance hardly changed, indicating that the antibody remained adsorbed to the ligand (FIG. 7). In the elution process, since the absorbance decreased rapidly when the liquid feeding was started, it was found that the antibody quickly dissociated from the ligand (FIG. 7). In the regeneration process, the absorbance almost returned to the value at the start.

実施例7 各種リガンドタンパク質を固定化したアレイの作製
本実施例では、8種類の異なるリガンドを固定化したリガンドタンパク質アレイを以下のように作製した。8種類の固定化用リガンドタンパク質の配列としては、プロテインA(Staphylococcus aureus)の抗体結合ドメインAを様々に改変したものや、プロテインG(Streptococci)の抗体結合ドメインを改変したものに、固定化用のアミノ酸配列を各々のカルボキシ末端に連結させたものを用いた。実施例2で示したのと同様の方法で、これらのアミノ酸配列をコードする遺伝子を大腸菌で発現させて精製し、固定化用モノリス基板にスポットした。ただしスポットでは、8種類のリガンド各々が12行×8列の96個の格子点を斜め方向に渡るように、各々のリガンドタンパク質を12個ずつスポットした(図8)。このように並べたリガンドに関して得られるデータの平均をとることにより、場所に依存する影響を可能な限り排除した。スポットした後の固定化反応やアミノ基のブロッキング反応等の作業は全て実施例2で示したのと同じ方法で行なった。
Example 7 Production of Array Immobilizing Various Ligand Proteins In this example, a ligand protein array in which 8 different ligands were immobilized was produced as follows. Eight types of ligand proteins for immobilization include various modifications of protein A (Staphylococcus aureus) antibody binding domain A, and modifications of protein G (Streptococci) antibody binding domain. In which the amino acid sequence was linked to each carboxy terminus was used. In the same manner as shown in Example 2, genes encoding these amino acid sequences were expressed in E. coli and purified, and spotted on a monolith substrate for immobilization. However, in the spot, 12 each of the ligand proteins were spotted so that each of the 8 types of ligands crossed 96 grid points of 12 rows × 8 columns in an oblique direction (FIG. 8). By averaging the data obtained for the ligands arranged in this way, location-dependent effects were eliminated as much as possible. Operations such as immobilization reaction after spotting and amino group blocking reaction were all carried out in the same manner as shown in Example 2.

実施例8 各種リガンドタンパク質固定化したアレイにおける抗体の結合・解離の観察
様々な種類のリガンドに関して、その性質(抗体に対する親和性)の違いを検出するため、実施例3で作製したリガンドアレイ2に関して、実施例4で示した方法に従い、抗体の結合・解離を観察した(図7)。結合過程・洗浄過程では、すべての種類のリガンドに関してほとんど同じように吸光度が変化していたが、溶出過程においては、リガンドの種類に依存して吸光度減少のスピードに大きな違いがみられた。このことは、pH=5の環境下では、各種リガンドから抗体が解離するスピードが異なること、すなわちリガンドの種類によって抗体親和性に大きな違いがあることを示している。
Example 8 Observation of antibody binding / dissociation in various ligand protein-immobilized arrays Regarding the ligand array 2 prepared in Example 3 in order to detect differences in properties (affinity to antibodies) for various types of ligands According to the method shown in Example 4, antibody binding / dissociation was observed (FIG. 7). In the binding process and the washing process, the absorbance changed in almost the same manner for all types of ligands. However, in the elution process, there was a large difference in the speed of decrease in absorbance depending on the type of ligand. This indicates that under the environment of pH = 5, the speed at which the antibody dissociates from various ligands is different, that is, there is a great difference in antibody affinity depending on the type of ligand.

実施例9 モノリス基板内の色素溶液移動の観察
溶液がモノリスの内部を容易に拡散できるかどうか確かめるため、色素分子溶液(1%のブリリアントブルー水溶液)を用い、色素分子がモノリスゲル基板の中をどのように移動していくのか以下のように観察した。
Example 9 Observation of Dye Solution Movement in Monolith Substrate In order to check whether the solution can easily diffuse inside the monolith, a dye molecule solution (1% brilliant blue aqueous solution) is used to determine which dye molecules move through the monolith gel substrate. It was observed as follows how it moved.

固定化用のモノリス基板を実施例4で示した方法に従ってホルダーにセットし、ペリスタティックポンプを繋いで毎分約0.6mlのスピードで基板内部を送液できる状態にした。まず、純水を流した後、1%のブリリアントブルー水溶液0.05mlを送液し、再び純水を流した。この時の様子を、一眼レフカメラ(オリンパス、C-7070)でビデオ撮影し、色素溶液が基板内をどのように移動していくのかを確認した。色素溶液を送液しているときは、色素は基板全体をほぼムラなく流れており、純水を送液すると速やかにゲル基板の中から流出していることが示された(色素の拡散の様子を2秒間隔で図8に示す)。この結果は、溶液がモノリス基板の内部をムラなく移動していることを示している。   The monolith substrate for immobilization was set in the holder in accordance with the method shown in Example 4, and a peristatic pump was connected so that the inside of the substrate could be fed at a speed of about 0.6 ml per minute. First, after flowing pure water, 0.05 ml of 1% brilliant blue aqueous solution was fed, and pure water was poured again. The situation at this time was filmed with a single-lens reflex camera (Olympus, C-7070), and it was confirmed how the dye solution moved in the substrate. It was shown that when the dye solution was fed, the dye was flowing almost evenly throughout the substrate, and when pure water was fed, it quickly flowed out of the gel substrate (dye diffusion). The state is shown in FIG. 8 at intervals of 2 seconds). This result shows that the solution is moving uniformly within the monolith substrate.

実施例10
本発明のデータ処理方法を示す。図1に示す装置を用いた。本実施例においては、具体的な画像から、親和性を計算するまでのデータ処理を中心に説明する。
Example 10
The data processing method of this invention is shown. The apparatus shown in FIG. 1 was used. In this embodiment, data processing from a specific image until the affinity is calculated will be mainly described.

図1の5のCCDセンサで見た画面の一例を図17に示す。11は固定化されたタンパク質のスポットを示し、19はCCDセンサの測定点(ピクセル)である。(実際には、ピクセル数は、例えば横1024、タテ512等と極めて大きい数字となるが、この図においては模式的により小さい数のピクセルを示してある)。説明のために、このうちの一つのスポット20を取り上げ、この周辺を拡大したのが図18である。   An example of a screen viewed with the CCD sensor 5 in FIG. 1 is shown in FIG. Reference numeral 11 denotes an immobilized protein spot, and reference numeral 19 denotes a CCD sensor measurement point (pixel). (In actuality, the number of pixels is a very large number such as 1024 horizontal, 512 vertical, etc., but in this figure, a smaller number of pixels is schematically shown). For the sake of explanation, one of these spots 20 is taken up and the periphery is enlarged in FIG.

図18には、スポットとその周辺の測定点(ピクセル)と、本発明の通過してくる光の強度を計算する領域を示す。20がスポットであり、21はスポットの画像上での半径である。23(四角)はスポット内の測定点(ピクセル)である。なお、ピクセルは位置を区別するために、四角、丸、三角で示してある。また、22はスポットの周辺部の領域までの半径を示す。23の各測定点での通過してくる光の強度の平均を計算した結果を図15AのIox(タンパク質溶液を流す前)又はI1x(タンパク質溶液を流した後)に示す。22の内側でかつ21の外側にある測定点(ピクセル)がタンパク質を固定した部位(スポット)の周辺部位であり、これを24で示す。24の各測定点での透過光強度の平均を計算した結果が図15AのIo0(タンパク質溶液を流す前)又はI10(タンパク質溶液を流した後)であり、以降、図16に示した計算により、最終的に親和性により吸着したタンパク質の量を求めることができる。 FIG. 18 shows a spot, measurement points (pixels) around it, and a region for calculating the intensity of light passing through the present invention. 20 is a spot, and 21 is a radius of the spot on the image. Reference numeral 23 (square) denotes a measurement point (pixel) in the spot. The pixels are indicated by squares, circles, and triangles to distinguish the positions. Reference numeral 22 denotes a radius to the area around the spot. The result of calculating the average of the intensity of light passing through each of the 23 measurement points is shown in Iox (before flowing the protein solution) or I 1 x (after flowing the protein solution) in FIG. 15A. A measurement point (pixel) inside 22 and outside 21 is a peripheral part of the site (spot) where the protein is immobilized, which is indicated by 24. The result of calculating the average of the transmitted light intensity at each of the 24 measurement points is Io 0 (before flowing the protein solution) or I 10 (after flowing the protein solution) in FIG. 15A, and is shown in FIG. By calculation, the amount of protein finally adsorbed by affinity can be determined.

ここで、図18でスポット領域の範囲21やスポット周辺領域の範囲22を決める方法は大別して2つあり、以下に示す。   Here, there are roughly two methods for determining the spot area range 21 and the spot peripheral area range 22 in FIG.

第1の方法
第1の方法は、各タンパク質を整列固定化した部分(スポット)と、タンパク質を固定していない部分との区別をする方法として、通過してくる光の強度の画像情報からこれらの部分を自動決定することを特徴とする。
First Method The first method is a method for distinguishing between a portion (spot) where proteins are aligned and immobilized and a portion where proteins are not immobilized, based on image information of the intensity of light passing through them. It is characterized in that the part of is automatically determined.

図19A及び19B(図19Bは図19Aの続き)は、第1の方法によるスポット部位と周辺部位の範囲の設定を示している。図19中、(i)は測定後の画像であり、円はスポットでありこの部分は通過してくる光の強度が弱い。点線は、CCD測定点(ピクセル)のある特定の行の部分を示している。(ii)により、これを平滑化する。平滑化の方法としては、移動平均やデジタルフイルタが考えられる。次に(iii)で通過してくる光の強度の平均を計算する。次に、(iv)により平均値(iii)と平均化前の信号(ii)とを比べる。これを(iv)の図に示す。直線が平均値で、逆台形が信号である。スポット部分は通過してくる光の強度が小さいため、信号は弱く、台形の窪みの部分がスポット部分である。そこで、平均値より小さい信号が出る測定点(ピクセル)をスポット部分(v)とする。このピクセルは、図20の下方の図では四角に相当する。   FIGS. 19A and 19B (FIG. 19B is a continuation of FIG. 19A) show the setting of the range of the spot part and the peripheral part by the first method. In FIG. 19, (i) is an image after measurement, the circle is a spot, and the intensity of light passing through this portion is weak. A dotted line indicates a part of a specific row of CCD measurement points (pixels). This is smoothed by (ii). As a smoothing method, a moving average or a digital filter can be considered. Next, the average of the intensity of the light passing through (iii) is calculated. Next, the average value (iii) is compared with the signal (ii) before averaging by (iv). This is shown in (iv). The straight line is the average value, and the inverted trapezoid is the signal. Since the intensity of light passing through the spot portion is small, the signal is weak, and the trapezoidal depression is the spot portion. Therefore, a measurement point (pixel) at which a signal smaller than the average value appears is a spot portion (v). This pixel corresponds to a square in the lower diagram of FIG.

これ以外(すなわち平均値に等しいか大きい部分(vi))のピクセルについては、各ピクセルとスポット部位(v)との距離を計算し、これが所定距離(あらかじめ設定するか使用者が入力する)未満の場合に、このピクセルをスポットの周囲(周辺部位)(viii)とみなす。具体的には、例えば当該ピクセルの位置を(p,q)とし距離をdと置いたときに、(p-d,q-d)と(p+d,q+d)で囲まれる領域に(v)のピクセルが有るか否かを判定し、前者の場合は当該ピクセルを「周辺部位」とし、後者の場合は「それ以外」(ix)とする。図20)の下方の図では、d=1の場合の「周辺部位」のピクセルを丸で示している。   For pixels other than this (ie, the portion equal to or larger than the average value (vi)), the distance between each pixel and the spot part (v) is calculated, and this is less than the predetermined distance (preset or entered by the user) In this case, this pixel is regarded as the periphery (peripheral region) (viii) of the spot. Specifically, for example, when the position of the pixel is (p, q) and the distance is d, the area surrounded by (pd, qd) and (p + d, q + d) It is determined whether or not there is a pixel. In the former case, the pixel is set as “peripheral region”, and in the latter case, “other than that” (ix). In the lower part of FIG. 20, the “peripheral part” pixels when d = 1 are indicated by circles.

以上により設定したスポット部位とスポット周辺部位は、図18の23(スポット部位)と24(周辺部位)に他ならず、その後、前述の方法をとることによりスポット部位と周辺部位の範囲を設定することができる。   The spot part and the spot peripheral part set as described above are nothing but 23 (spot part) and 24 (peripheral part) in FIG. 18, and thereafter, the range of the spot part and the peripheral part is set by taking the above-described method. be able to.

第2の方法
第2の方法は、各タンパク質を整列固定化した部位(スポット部位)と、タンパク質を固定していない部位との区別をする方法として、あらかじめ使用者がスポット直径・スポット間隔・スポット行数・スポット列数などを入力し、それにより形成されたパターンを画面上で移動・拡大・縮小・回転などすることにより実際の画像にあてはめることで区別することを特徴とする。
Second method The second method is a method in which the user distinguishes between the site where each protein is aligned and immobilized (spot site) and the site where the protein is not immobilized. A distinction is made by inputting the number of rows, the number of spot columns, etc., and applying the pattern formed thereby to an actual image by moving, enlarging, reducing, rotating, etc. on the screen.

第2の方法によるスポット部位と周辺部位の範囲の設定を図21に示す。このソフトウエアでは、(b)のように、あらかじめ使用者がスポット直径・スポット間隔・スポット行数・スポット列数などを入力する。それによりマス目状のパターンを作成して、これを拡大・縮小・回転などし(c)、測定結果の画像(a)にあてはめることでまずはスポットの領域を設定する(d)。周辺の領域(図18の22)は、使用者が実際のスポット信号を見ながらスポットの同心円の半径を動かすことで設定する(e)。   FIG. 21 shows the setting of the range of the spot part and the peripheral part by the second method. In this software, as shown in (b), the user inputs the spot diameter, the spot interval, the number of spot rows, the number of spot columns, etc. in advance. Thereby, a grid-like pattern is created, and this is enlarged / reduced / rotated (c), and is first applied to the measurement result image (a) to set a spot area (d). The peripheral area (22 in FIG. 18) is set by the user moving the radius of the concentric circle of the spot while viewing the actual spot signal (e).

以上により設定したスポットとスポット周囲は、図18の23(スポット部位)と24(周辺部位)に相当し、その後、前述の方法をとることによりスポット部位と周辺部位の範囲を設定することができる。   The spot and the spot periphery set as described above correspond to 23 (spot part) and 24 (peripheral part) in FIG. 18, and thereafter, the range of the spot part and the peripheral part can be set by taking the above-described method. .

本発明のシステムを示す図である。It is a figure which shows the system of this invention. タンパク質固定化用モノリス基板を示す図である。図2Bはタンパク質アレイの写真を示す。It is a figure which shows the monolith substrate for protein fixation. FIG. 2B shows a photograph of the protein array. 送液用フローシステムにセットしたタンパク質アレイを示す図である。It is a figure which shows the protein array set to the flow system for liquid feeding. タンパク質アレイをセットした送液用フローシステムの写真である。It is the photograph of the flow system for liquid feeding which set the protein array. 基板上に固定化したタンパク質量に依存したシグナル強度の増加を示す図である。It is a figure which shows the increase in the signal intensity depending on the protein amount fix | immobilized on the board | substrate. アレイ基板を利用したヒトポリクローナル抗体結合測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the human polyclonal antibody binding measurement using an array board | substrate. 抗体の結合・溶出の通過光量の減少割合に由来する光シグナルによる観察結果を示す図である。It is a figure which shows the observation result by the optical signal derived from the reduction | decrease rate of the passage light quantity of an antibody coupling | bonding and elution. 抗体の結合・溶出過程におけるスポット通過光量の減少割合に由来する光シグナルの平均値の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the average value of the optical signal derived from the decreasing rate of the spot passage light quantity in the process of antibody binding / elution. 各種リガンドタンパク質を固定化したアレイを示す図である。It is a figure which shows the array which fix | immobilized various ligand proteins. 各種リガンドに対する抗体の結合・溶出の観察結果を示す図である。It is a figure which shows the observation result of the coupling | bonding and elution of the antibody with respect to various ligands. 図9Aの各種リガンドの通過光量の減少割合に由来する光シグナルの時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the optical signal derived from the decreasing rate of the passage light amount of the various ligands of FIG. 9A. モノリス基板内の色素溶液移動を観察した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the pigment solution movement in a monolith substrate. タンパク質固定化基板を含むフローシステムの概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the flow system containing a protein fixed board | substrate. 基板上のタンパク質のスポットの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the spot of the protein on a board | substrate. 図11に記載のフローシステムで溶液を変えた場合の特定のスポットの信号の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the signal of the specific spot at the time of changing a solution with the flow system of FIG. 非特異的吸着がある場合の特定のスポットの信号例を示す図である。It is a figure which shows the example of a signal of the specific spot when there exists nonspecific adsorption | suction. アレイ上のタンパク質および/またはタンパク質以外の他の化合物の量を推定する方法の概念を示す図である。図15Aは、タンパク質の固定化部分とその周辺の透過光強度の分布を示し、図15Bは図15Aを説明するために、吸着したタンパク質濃度を縦軸に取った概念図である。It is a figure which shows the concept of the method of estimating the quantity of other compounds other than protein and / or protein on an array. FIG. 15A shows the distribution of transmitted light intensity around the protein immobilization portion and its periphery, and FIG. 15B is a conceptual diagram in which the adsorbed protein concentration is taken along the vertical axis to explain FIG. 15A. タンパク質濃度の測定方法を示す図である。It is a figure which shows the measuring method of protein concentration. 基板上のタンパク質スポットCCDセンサで観察した状態を示す図である。It is a figure which shows the state observed with the protein spot CCD sensor on a board | substrate. 基板上のタンパク質スポット周辺のスポット内外の測定点を示す図である。It is a figure which shows the measurement point inside and outside the spot of the protein spot periphery on a board | substrate. タンパク質スポットとタンパク質スポットの周辺部位を判別する第1の方法を示図である。It is a figure which shows the 1st method of discriminating a protein spot and the peripheral site | part of a protein spot. タンパク質スポットとタンパク質スポットの周辺部位を判別する第1の方法を示図である(図19Aの続き)。It is a figure which shows the 1st method of discriminating a protein spot and the peripheral part of a protein spot (continuation of FIG. 19A). タンパク質スポットとタンパク質スポットの周辺部位を判別する第2の方法を示図である。It is a figure which shows the 2nd method of discriminating a protein spot and the peripheral part of a protein spot.

符号の説明Explanation of symbols

1 分光光度計
2 光学系(光照射手段)
3 タンパク質固定化光透過性基板
4 紫外-可視光変換デバイス
5 CCDカメラ(光検出手段)
6 ビデオキャプチャボード
7 データ処理手段
8 レンズまたはスリット
9 通信手段
10 アレイ基板
11 固定化したタンパク質
12 カバー
13 溶液流入口
14 溶液排出口
15 担体
16 固定化されたタンパク質濃度
17 溶液中のタンパク質のうち非特異的に吸着した濃度
18 溶液中のタンパク質のうち固定されたタンパク質との特異的親和力で吸着した濃度
19 CCD検出器の1ピクセル
20 スポット部位
21 スポット部位の半径
22 スポット周辺部位の半径
23 スポット部位中の測定点
24 スポット周辺部位の測定点
25 スポット周辺部位以外の測定点
1 Spectrophotometer 2 Optical system (light irradiation means)
3 Protein-immobilized light-transmitting substrate 4 UV-visible light conversion device 5 CCD camera (light detection means)
6 video capture board 7 data processing means 8 lens or slit 9 communication means 10 array substrate 11 immobilized protein 12 cover 13 solution inlet 14 solution outlet 15 carrier 16 immobilized protein concentration 17 of protein in solution Specific adsorbed concentration 18 Concentrated adsorbed with specific affinity with fixed protein among proteins in solution 19 1 pixel of CCD detector 20 Spot site 21 Spot site radius 22 Spot periphery radius 23 Spot site Measurement point 24 Measurement point 25 around the spot Measurement point 25 other than the spot periphery

Claims (24)

内部に流路が形成されたフローチャンネルセルであってその流路内において、タンパク質が石英ガラス表面に形成されたモノリスゲル基板に高密度で整列固定化されているフローチャンネルセルおよび分光光度計を含み、分光光度計を用いて前記フローチャンネルセル中のタンパク質が固定化されたモノリスゲル基板に光を照射し、モノリスゲル基板を通過した通過光の光量を散乱による迷光の影響を少なくして測定することによりモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物による通過光量の減少割合を測定し、モノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。 A flow channel cell having a flow channel formed therein, and a flow channel cell in which the protein is aligned and fixed at a high density on a monolith gel substrate formed on a quartz glass surface, and a spectrophotometer By irradiating the monolith gel substrate on which the protein in the flow channel cell is immobilized using a spectrophotometer, and measuring the amount of light passing through the monolith gel substrate with less influence of stray light due to scattering Measure the rate of decrease in the amount of light passing by other compounds other than the protein that interacts with the protein on the monolith gel substrate and / or the immobilized protein, and other than the protein that interacts with the protein on the monolith gel substrate and / or the immobilized protein. A system for detecting and analyzing chemical compounds. 内部に流路が形成されたフローチャンネルセルであってその流路内において、タンパク質が石英ガラス表面に形成されたモノリスゲル基板に高密度で整列固定化されているフローチャンネルセル、光照射手段、光検出手段を含み、光照射手段により前記フローチャンネルセル中のタンパク質が固定化されたモノリスゲル基板に光を照射し、光検出手段によりモノリスゲル基板を通過した通過光を散乱による迷光の影響を少なくして測定することによりモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物による通過光量の減少割合を測定し、モノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。 A flow channel cell having a flow channel formed therein, in which the protein is aligned and fixed at a high density on a monolith gel substrate formed on a quartz glass surface , light irradiation means, light Including a detecting means, irradiating light to the monolith gel substrate on which the protein in the flow channel cell is immobilized by the light irradiating means, and reducing the influence of stray light due to scattering of the passing light passing through the monolith gel substrate by the light detecting means. By measuring the rate of decrease in the amount of light passing through by a compound other than the protein that interacts with the protein on the monolith gel substrate and / or the immobilized protein, it interacts with the protein on the monolith gel substrate and / or the immobilized protein. A system that detects and analyzes compounds other than proteins. モノリスゲルがモノリスシリカゲルである請求項1または2に記載のモノリスゲル基板上のタンパク質および/またはタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。 3. The system for detecting and analyzing proteins and / or other compounds other than proteins on a monolith gel substrate according to claim 1 or 2, wherein the monolith gel is monolithic silica gel. さらに、データ処理手段を含む、請求2または3に記載のモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。 Further comprising a data processing means, for detecting and analyzing the other compounds other than proteins interacting with protein and / or immobilized proteins Monorisugeru substrate according to claim 2 or 3 systems. タンパク質がモノリスゲル基板の1スポット当たり0.01μg/mm2以上の密度で固定化されている請求項1〜4のいずれか1項に記載のモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。 Protein interacts with protein and / or immobilized proteins Monorisugeru substrate according to 1 any one spot per 0.01 [mu] g / mm 2 or more claims is immobilized at a density of 1 to 4 Monorisugeru substrate A system that detects and analyzes compounds other than proteins. タンパク質がモノリスゲル基板の1スポットにおける光シグナルが0.001以上となる密度で固定されている請求項1〜4のいずれか1項に記載のモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。 The protein that interacts with the protein on the monolith gel substrate and / or the immobilized protein according to any one of claims 1 to 4, wherein the protein is immobilized at a density such that an optical signal at one spot of the monolith gel substrate is 0.001 or more. System for detecting and analyzing other compounds. 高密度で整列固定化したタンパク質が、式 NH2-R1-CO-NH-R2-CO-NH-Y [式中、R1およびR2は任意のアミノ酸配列を表し、Yはモノリスゲル基板を表す]で示される、請求項1〜6のいずれか1項に記載のモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。 Proteins aligned and immobilized at high density are of the formula NH 2 -R 1 -CO-NH-R 2 -CO-NH-Y [wherein R 1 and R 2 represent any amino acid sequence, Y is a monolith gel substrate The system which detects and analyzes other compounds other than the protein which interacts with the protein on the monolith gel substrate of any one of Claims 1-6, and / or the immobilized protein. 一級アミンを含むモノリスゲルとタンパク質のアミノ酸配列のC末端のカルボキシ基が共有結合してタンパク質が整列固定化された、請求項1〜7のいずれか1項に記載のモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。 The protein on the monolith gel substrate according to any one of claims 1 to 7, wherein the protein is aligned and immobilized by covalently bonding the C-terminal carboxy group of the amino acid sequence of the protein to the monolith gel containing the primary amine. A system that detects and analyzes compounds other than proteins that interact with immobilized proteins. 光検出手段がCCD、CMOSまたはフォトダイオードアレイである、請求項1〜8のいずれか1項に記載のモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。 The compound on the monolith gel substrate according to any one of claims 1 to 8, wherein the light detection means is a CCD, CMOS, or photodiode array, and / or detects other compounds other than the protein that interacts with the immobilized protein.・ A system to analyze. モノリスゲル基板上に固定化されたタンパク質と検体を接触させ、接触前後におけるモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物による通過光量の減少割合を測定することにより、固定化タンパク質と相互作用する検体中のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出する、請求項1〜9のいずれか1項に記載のモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。 By contacting the sample immobilized with the protein immobilized on the monolith gel substrate and measuring the reduction rate of the amount of light passing by the compound on the monolith gel substrate and / or other compounds other than the protein that interacts with the immobilized protein before and after contact. The protein on the monolith gel substrate according to any one of claims 1 to 9, wherein a protein in the specimen that interacts with the immobilized protein and / or a compound other than the protein that interacts with the immobilized protein is detected. And / or a system for detecting and analyzing compounds other than proteins that interact with immobilized proteins. モノリスゲル基板上に固定化されたタンパク質と他のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を接触させ、接触前後にわたってモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物による通過光量の減少割合を測定することにより、固定化タンパク質とタンパク質および/またはタンパク質以外の他の化合物との相互作用を解析する、請求項1〜9のいずれか1項に記載のモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析するシステム。 The protein immobilized on the monolith gel substrate is brought into contact with other proteins and / or other compounds that interact with the immobilized protein, and interacts with the protein and / or immobilized protein on the monolith gel substrate before and after the contact. The interaction between the immobilized protein and the protein and / or another compound other than the protein is analyzed by measuring the reduction rate of the amount of light passing through by the other compound other than the protein to be analyzed. The system which detects and analyzes other compounds other than the protein which interacts with the protein on the monolith gel board | substrate of claim | item, and / or the immobilized protein. 内部に流路が形成されたフローチャンネルセルであってその流路内において、タンパク質が石英ガラス表面に形成されたモノリスゲル基板に高密度で整列固定化されているフローチャンネルセルのモノリスゲル基板に分光光度計を用いて光を照射し、モノリスゲル基板を通過した通過光を散乱による迷光の影響を少なくして測定することによりモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物による通過光量の減少割合を測定し、モノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する方法。 In the flow path within a flow channel cell inside passage is formed, it split into Monorisugeru board of the flow channel cell in which the protein is aligned immobilized at a high density Monorisugeru substrate formed on a quartz glass surface irradiated with light using a photometer, other than proteins interacting with protein and / or immobilized proteins Monorisugeru substrate by measuring with less stray light effects of by scattering transmission light having passed the Monorisugeru substrate A method for detecting and analyzing a compound other than a protein that interacts with a protein on a monolith gel substrate and / or an immobilized protein by measuring a decrease rate of the amount of light passing by the compound of 1. タンパク質がモノリスゲル基板の1スポット当たり0.01μg/mm2以上の密度で固定化されている請求項12記載のモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する方法。 The protein on the monolith gel substrate according to claim 12 , wherein the protein is immobilized at a density of not less than 0.01 μg / mm 2 per spot of the monolith gel substrate , and / or other compounds other than the protein that interacts with the immobilized protein are detected.・ A method of analysis. タンパク質がモノリスゲル基板の1スポットにおける光シグナルが0.001以上となる密度で固定されている請求項12記載のモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する方法。 The protein on the monolith gel substrate according to claim 12 , wherein the protein is immobilized at a density such that the light signal at one spot on the monolith gel substrate is 0.001 or more. How to analyze. 高密度で整列固定化したタンパク質が、式 NH2-R1-CO-NH-R2-CO-NH-Y [式中、R1およびR2は任意のアミノ酸配列を表し、Yはモノリスゲル基板を表す]で示される、請求項1214のいずれか1項に記載のモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する方法。 Proteins aligned and immobilized at high density are of the formula NH 2 -R 1 -CO-NH-R 2 -CO-NH-Y [wherein R 1 and R 2 represent any amino acid sequence, Y is a monolith gel substrate represented by a representative, claims 12-14 or the method of detecting and analyzing other compounds other than proteins interacting with protein and / or immobilized proteins Monorisugeru substrate according to one of. 一級アミンを含むモノリスゲルとタンパク質のアミノ酸配列のC末端のカルボキシ基が共有結合してタンパク質が整列固定化された、請求項1215のいずれか1項に記載のモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する方法。 The protein on the monolith gel substrate according to any one of claims 12 to 15 , wherein the protein is aligned and immobilized by covalently bonding the C-terminal carboxy group of the amino acid sequence of the protein to a monolith gel containing a primary amine. A method for detecting and analyzing compounds other than proteins that interact with immobilized proteins. 光検出手段がCCD、CMOSまたはフォトダイオードアレイである、請求項1216のいずれか1項に記載のモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する方法。 The compound on the monolith gel substrate according to any one of claims 12 to 16 , wherein the light detection means is a CCD, CMOS, or photodiode array, and / or other compounds other than the protein that interacts with the immobilized protein are detected.・ A method of analysis. モノリスゲル基板上に固定化されたタンパク質と検体を接触させ、接触前後におけるモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物による通過光量の減少割合を測定することにより、固定化タンパク質と相互作用する検体中のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出する、請求項1217のいずれか1項に記載のモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する方法。 By contacting the sample immobilized with the protein immobilized on the monolith gel substrate and measuring the reduction rate of the amount of light passing by the compound on the monolith gel substrate and / or other compounds other than the protein that interacts with the immobilized protein before and after contact. The protein on the monolith gel substrate according to any one of claims 12 to 17 , wherein a protein in the specimen that interacts with the immobilized protein and / or a compound other than the protein that interacts with the immobilized protein is detected. And / or a method for detecting and analyzing a compound other than a protein that interacts with an immobilized protein. モノリスゲル基板上に固定化されたタンパク質と他のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を接触させ、接触前後にわたってモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物による通過光量の減少割合を測定することにより、固定化タンパク質とタンパク質および/またはタンパク質以外の他の化合物との相互作用を解析する、請求項1217のいずれか1項に記載のモノリスゲル基板上のタンパク質および/または固定化タンパク質と相互作用するタンパク質以外の他の化合物を検出・解析する方法。 The protein immobilized on the monolith gel substrate is brought into contact with other proteins and / or other compounds that interact with the immobilized protein, and interacts with the protein and / or immobilized protein on the monolith gel substrate before and after the contact. by measuring the decrease rate of the passing by other compounds other than proteins quantity, analyzes the interaction with other compounds other than immobilized protein and a protein and / or protein, any one of claims 12 to 17 1 A method for detecting and analyzing a compound other than a protein that interacts with the protein and / or the immobilized protein on the monolith gel substrate according to the item. 内部に流路が形成されたフローチャンネルセルであってその流路内において、式 NH2-R1-CO-NH-R2-CO-NH-Y [式中、R1およびR2は任意のアミノ酸配列を表す]で示されるタンパク質が高密度で整列固定化したフローチャンネルセルであって、Yで表される基板がモノリスゲルであり、モノリスゲル基板が石英ガラス表面に形成されたフローチャンネルセル A flow channel cell having a flow path formed therein, in which the formula NH 2 -R 1 -CO-NH-R 2 -CO-NH-Y [where R 1 and R 2 are optional a flow channel cell proteins are aligned immobilized at high density represented by representing the amino acid sequence], Ri substrate Monorisugeru der represented by Y, the flow channel cells Monorisugeru substrate is formed on the quartz glass surface . モノリスゲルがモノリスシリカゲルであ請求項20記載のフローチャンネルセル21. A flow channel cell according to claim 20 , wherein the monolith gel is monolith silica gel. タンパク質がモノリスゲル基板の1スポット当たり0.01μg/mm2以上の密度で固定化されている請求項20または21に記載のフローチャンネルセルThe flow channel cell according to claim 20 or 21 , wherein the protein is immobilized at a density of 0.01 µg / mm 2 or more per spot of the monolith gel substrate . タンパク質がモノリスゲル基板の1スポットにおける光シグナルが0.001以上となる密度で固定されている請求項20または21に記載のフローチャンネルセルThe flow channel cell according to claim 20 or 21 , wherein the protein is fixed at a density such that an optical signal at one spot of the monolith gel substrate is 0.001 or more. 一級アミンを含むモノリスゲルとタンパク質のアミノ酸配列のC末端のカルボキシ基が共有結合してタンパク質が整列固定化された請求項2023のいずれか1項に記載のフローチャンネルセルThe flow channel cell according to any one of claims 20 to 23 , wherein the protein is aligned and immobilized by covalently bonding a monolith gel containing a primary amine and a C-terminal carboxy group of the protein amino acid sequence.
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