JP5455923B2 - 粒子の部分的誘導体化 - Google Patents

Description

本発明は、粒子の表面の部分的誘導体化のための電気化学的方法に関する。

いくつかの異なる機能を有する粒子は、ローマのヤヌス神（Roman god Janus）にちなんで、ヤヌス（Janus）粒子と呼ばれることもある。ヤヌス粒子は、形状および容量（bulk content）が異なる粒子も含む、「非対称粒子」という総称的な用語の下位群と考えることができる。

このような粒子は、これまで研究されており、例えば、Zhangらは、２７０ｎｍおよび９２５ｎｍのポリスチレン粒子を、表面上に単層で塗布し、その上に単層または二層のシリカ粒子で隠蔽し、最後にその二層または三層上に金を蒸着することによってパターン化した。ポリスチレン粒子の最下層は、その上のシリカ粒子の充填パターンに依存して金のパターン化された表面になる（非特許文献１：G.Zhangら、Nano Letters ５巻、１号（2005年）、143〜146頁）。

同グループの継続した研究において、最上の粒子の大きさを減少させることと組み合わせて粒子層の数を増加させることによって、対称パターンにマルチプルドット（２〜５）を有する粒子が得られた（非特許文献２：G.Zhangら、Angewandte Chemie Int E. 44巻（2005年）、7767〜7770頁）。

マイクロコンタクトプリンティング（micro-contact printing）技術が、双極子特性を有するラテックス粒子を合成するために用いられてきた。その原理は、粒子をガラススライド上に広げ、ＰＤＭＳスタンプ上に被覆物を得て、次いで、これをガラススライドに押圧することである。第１の研究において、負に帯電したポリスチレン粒子は、カチオン性界面活性剤で非対称（半球形）に被覆され、これはその粒子に疎水的に結合し、したがって、２つの反対の電荷を有する粒子を作製した（非特許文献３：O.Cayreら、Chem Comun、2003年、2296〜2297頁）。第２の研究において、彼らは同じ方法を用いて、１０μｍのアミン被覆粒子の半球上に１．５μｍの硫酸塩被覆粒子の層をスタンプで押した（非特許文献４：O.Cayreら、2003年、2445〜2450頁）。

Nieらは、液滴を作るノズルを通過したストリームにおいて並行に流れる２つまたは３つのモノマーの液滴の重合によって、２官能性および３官能性（非対称）粒子を合成した。このように作製された粒子は、４０〜１００μｍの大きさであり、粒子内にそのモノマーの非対称分布を有した（非特許文献５：Z.Nieら、2006年、JACS、128巻、9408〜9412頁）。

Matsunagaらは、細菌磁性ナノ粒子（５０〜１００ｎｍ直径）が非磁性ポリスチレン粒子（６μｍ直径）の表面に結合した、「粒子上の粒子（particles-on-particles）」という概念を提示した。ポリスチレン粒子の表面はストレプトアビジンで被覆され、これは、選択的にビオチンに結合する。ナノ粒子の表面は、一部分はビオチンで、一部分はタンパク質ＡのＩｇＧ−結合部で被覆された。したがって、この系は、溶液からのＩｇＧをナノ粒子上に結合することができ、これはさらに粒子の表面に結合しており、次いで、これは磁性になる。Matsunagaらによれば、この方法によって、微粒子と比較してナノ粒子のより大きな表面／体積比を利用することにより、有効表面積を増加させ、したがって、微粒子に結合したタンパク質の量を増加させると同時に、ナノ粒子と比較して、微粒子が凝集して、例えば、ピペット表面に付着する傾向がより小さいことを利用することが可能である（非特許文献６：Mastunagaら、Analytica Chimica Acta 597（2007年）、337〜339頁）。

Pregibonらは、一段法でモノマー流から非対称ポリマー粒子を連続的に作製し、コード化するリソグラフィー法を提示した。この粒子は２つの部分から構成されていた：１つはその粒子を同定するコード化部分、および１つは被分析物が結合することができるプロービング部分。最も簡単な場合、２つのモノマーを含む２つの並行な層流が溝を通って流れ、ここで、モノマーは、露出部で重合を引き起こすＵＶ−破裂（UV-burst）にさらされる。ＵＶ光は、光学マスクを通過して、これにより、粒子上のコード化パターンならびに粒子形状が明確にされる。粒子のプロービング部分を構成するモノマーのストリームは、そのプローブも含み、したがって、合成粒子のプロービング部分は表記パターンによって直接識別することができる。粒子は、蛍光標識ＤＮＡオリゴマーを含む試料と混合され、その後、読取りデバイスを通過し、粒子上のパターンおよびプロービング部分の蛍光の存在の有無を識別する（非特許文献７：Pregibonら、Science 315（2007年）1393〜1396頁）。

Pavlovicらは、エレクトロコンタクトプリンティング（electro contact printing）を用いて、チオールのチオールスルフィネートへの部位選択的酸化によって、チオール化した平らなシリコン表面上のパターンにタンパク質を固定した（非特許文献８：Nanoletters ３巻、６号。779〜781頁、2003年）。

チオール基で平らな表面を修飾することは知られており、ここでは、その平らな表面とその表面に近い電極との間に電位がかけられる。結果として、その表面上にチオスルフィネート／チオスルホネート基が形成される。その後、平らな表面上のチオスルフィネート／チオスルホネート基は、チオール基と反応させて、共有結合を形成することができる。

ナノ技術、診断、研究および開発の中で構成要素の小型化の必要がある。多くの領域内で、粒子上に情報を記憶する、または種々の分子を結合させる必要がある。部分的に誘導体化した表面を有する粒子を製造することができれば、これは多くの可能な用途を開くであろう。

より大きな粒子に情報を記憶する、および大きな粒子を誘導体化する公知の技術がある。１００μｍ未満の直径を有する粒子などの、より小さい粒子の部分的誘導体化に関して、技術的問題が生じる。１つの問題は、粒子運動の制御である。したがって、当技術分野では、部分的に誘導体化されたより小さい粒子を製造する方法に対する必要性がある。

G.Zhangら、Nano Letters ５巻、１号（2005年）、143〜146頁 G.Zhangら、Angewandte Chemie Int E. 44巻（2005年）、7767〜7770頁 O.Cayreら、Chem Comun、2003年、2296〜2297頁 O.Cayreら、2003年、2445〜2450頁 Z. Nieら、2006年、JACS 128巻、9408〜9412頁 Mastunagaら、Analytica Chimica Acta 597（2007年）、337〜339頁 Pregibonら、Science 315（2007年）、1393〜1396頁 Pavlovicら、Nanoletters 3巻、6号。779〜781頁、2003年

本発明の目的は、従来技術の少なくとも一部の不利点を取り除き、粒子を部分的に誘導化する改善された方法を提供することである。

第１の態様において、導電性溶媒中で粒子の表面を部分的に誘導体化する方法であって、下記工程ａ）〜ｃ）を含み、
ａ）力を用いて粒子を少なくとも１つの表面と密接に接触させて、該粒子と該少なくとも１つの表面を２０ｎｍよりも小さい距離にする工程、
ｂ）該少なくとも１つの表面と該導電性溶媒との間に電位をかけることによって粒子の少なくとも一部で化学反応を誘起させる工程、および
ｃ）化学反応が上記工程ｂ）で誘起された該粒子の少なくとも一部をさらに反応させる工程、
該粒子の直径が１００μｍ未満であり、
該粒子の表面が、−ＳＨ、−ＮＨ_２、−ＣＯＯＨ、−ＯＨおよび芳香族基からなる群から選択される少なくとも１種の化学基を含み、かつ、
該粒子が磁性であり、磁場が該粒子を該少なくとも１つの表面と密接に接触させるために用いられる
ことを特徴とする方法が提供される。

第２の態様において、上記方法によって調製される部分的に誘導体化した粒子が提供される。

第３の態様において、上記方法によって調製される部分的に誘導体化した粒子の使用が提供される。

第４の態様において、上記方法によって製造される少なくとも１種の部分的に誘導体化した粒子を含む診断デバイスが提供される。

第５の態様において、上記方法によって製造される多数の粒子を含む表面が提供される。

さらなる実施形態は、参照により本明細書に具体的に組み込まれる添付の特許請求の範囲で明確にされる。

実施形態の１つの利点は、前記方法が、簡単であり、標準的実験室装置に加えてポテンショスタットを必要とするのみであることである。

別の利点は、前記方法が費用のかからないことである。

さらなる利点は、前記方法が、時間的に効率であることである。

別の利点は、前記方法が、本質的に同時に実行されることである。

一実施形態について反応スキームを示す図である。 例で用いられるように電気酸化の実験的組み立てを示す図である。 ビーズおよびタンパク質上のチオールの存在の証明のための正の対照実験の反応スキームを示す図である。 電気酸化ビーズの蛍光顕微鏡像を示す図である。図４ａ（０．７Ｖで１０秒）、図４ｂ：（１．０Ｖで１０秒）。

〔定義〕
本発明を詳細に開示および説明する前に、本発明は、本明細書に開示された特定の配置、処理工程および材料に限定されず、配置、処理工程および材料は変わり得ることが理解されるべきである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されるので、本明細書で用いられる専門用語は、特定の実施形態のみを説明する目的のために用いられ、限定的であることは意図されないことも理解されるべきである。

本明細書および添付の特許請求の範囲で用いられる場合、本文脈で明らかに指示されない限り、単数形には、複数の指示対象が含まれることに留意されなければならない。

他になにも規定されない場合、本明細書で用いられる任意の用語および科学専門用語は、本発明が属する当業者によって一般的に理解される意味を有することが意図される。

以下の用語は、本明細書および特許請求の範囲を通して用いられる。

値に関連して用いられる場合の「約」という用語は、本明細書および特許請求の範囲を通して、その真値は、その指示値より最大１０％高い、または最大１０％低いことができることを意味する。

「化学反応」は、本明細書および特許請求の範囲を通して、化学物質の相互変換を生じる過程を意味するために用いられる。化学反応という用語には、電気化学反応も含まれる。

「密接な接触」は、本明細書および特許請求の範囲を通して、２０ｎｍ未満、好ましくは１０ｎｍ未満である粒子と表面との間の距離、最も好ましくは、粒子を表面に向かってこれ以上移動させることができないほど短い距離を意味するために用いられる。

「誘導体化する」は、本明細書および特許請求の範囲を通して、化合物の化学組成を、その分子の一部を変える化学反応によって変更する過程を意味するために用いられる。表面層にある分子は誘導体化することができる。

「導電性溶媒」は、本明細書および特許請求の範囲を通して、電流を伝導する能力を有する任意の溶媒を意味するために用いられる。水は、導電性溶媒の一例である。

「電気化学反応」は、本明細書および特許請求の範囲を通して、外部電位によって引き起こされる化学反応または電位を生じる化学反応を意味するために用いられる。

「磁性粒子」は、本明細書および特許請求の範囲を通して、磁化率を有する粒子を意味するために用いられる。したがって、常磁性および強磁性の粒子の両方が、磁性粒子という用語内に包含される。

「粒子」は、本明細書および特許請求の範囲を通して、材料の小片を意味するために用いられる。粒子の形状は任意であり、形状の例には、球形、長方形、立体、多角形、および不規則形状が含まれる。粒子には、全ての種類の幾何的形状を有する物体が含まれる。

「パターン」は、本明細書および特許請求の範囲を通して、粒子上に対応するパターンを作るまたは生成するために用いることができる表面上の形（form）、テンプレート、または型（model）を意味するために用いられる。パターンは、一連の要素と称されることもある、繰り返された形状および対象にも関係する。

〔詳細な説明〕
本発明者らは、粒子の表面の部分的誘導体化のための電気化学的方法を見いだした。

第１の態様において、導電性溶媒中で粒子の表面を部分的に誘導体化する方法であって、ａ）力を用いて粒子を少なくとも１つの表面と密接に接触させる工程、ｂ）前記少なくとも１つの表面と前記導電性溶媒との間に電位をかけることによって粒子の少なくとも一部で化学反応を誘起させる工程、およびｃ）化学反応が上記工程ｂ）で誘起された粒子の前記少なくとも一部をさらに反応させる工程を含む方法が提供される。

一実施形態において、前記粒子は磁性であり、磁場が前記粒子を前記少なくとも１つの表面と密接に接触させるために用いられる。一実施形態において、前記粒子は、外部磁場によって制御できるように、磁気特性を有する。

前記粒子の直径は、約０．０２μｍから約１００μｍの区間にある。一実施形態において、前記粒子の直径は、１μｍから約１００μｍである。代わりの実施形態において、前記粒子の直径は０．０２μｍから約１μｍである。別の実施形態において、前記粒子の直径は、０．１μｍから約１０μｍである。前記粒子の直径の他の区間には、約０．０２μｍから約０．１μｍ、約０．１μｍから約１μｍ、約１μｍから約１０μｍ、約１０μｍから約１００μｍが含まれるが、これらに限定されない。

一実施形態において、前記粒子の直径は、１００μｍ未満である。別の実施形態において、前記粒子の直径は、１０μｍ未満である。別の実施形態において、前記粒子の直径は、１μｍ未満である。１μｍは、１×１０^−６ｍを意味する。

一実施形態において、前記粒子のサイズ分布は単分散である。代わりの実施形態において、前記粒子のサイズ分布は多分散である。

前記粒子ができている材料の例には、ポリスチレンおよびシリカが含まれるが、これらに限定されない。一実施形態において、前記材料はマトリックス型材料である。一実施形態において、前記材料は、磁性添加剤などのさらなる添加剤および物質を含む。磁性材料の例には、磁性金属および磁性金属酸化物が含まれるが、これらに限定されない。一実施形態において、前記粒子は、ナノサイズの範囲、すなわち、１０^−９ｍのオーダーのより小さな粒子をさらに含むマトリックス型材料からできている。一実施形態において、ナノサイズ範囲の粒子は、磁性金属および／または磁性金属酸化物からできている。

一実施形態において、前記粒子は被覆されている。一実施形態において、前記粒子は、ポリマーで被覆されている。別の実施形態において、マトリックス材料にナノ粒子を含むコアはポリマーで被覆されている。一実施形態において、前記コアは、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３および／またはＦｅ_３Ｏ_４）のナノ粒子を含む。前記粒子を被覆するために用いることができるポリマーの例には、アガロース、デキストラン、ラテックス、ポリエチレングリコールおよびヒアルロン酸が含まれるが、これらに限定されない。

一実施形態において、前記粒子は非導電性である。代わりの実施形態において、前記粒子は、導電性である。さらなる実施形態において、前記粒子は、導電性および非導電性材料の混合物からできている。一実施形態において、前記粒子は、非導電性被覆を有する導電性コアからできており、その厚さは変えることができる。

前記粒子は、少なくとも１つの表面と密接に接触している。一実施形態において、前記粒子は、最大２０ｎｍ、好ましくは最大１０ｎｍの距離で前記少なくとも１つの表面に接近している。最大２０ｎｍ、好ましくは１０ｎｍである、前記粒子と前記表面との間の距離は、「密接な接触」という用語に合わせられるものとする。一実施形態において、前記粒子は、前記少なくとも１つの表面に向かって移動できないほど前記表面に密接している。

一実施形態において、前記粒子は、処理が開始するときに密接な接触状態にある。代わりの実施形態において、前記粒子は、力を用いて前記少なくとも１つの表面に向かって最初に移動させられる。一実施形態において、前記力は、磁性粒子に力を与える磁場の結果である。

一実施形態において、前記粒子は、磁力（magnetic attraction）を用いて、前記少なくとも１つの表面と密接な接触状態に保たれる。磁力を用いる場合、例えば、永久磁石または電磁石が用いられて、前記粒子を制御するために用いられる磁場を発生させる。一実施形態において、電磁石が用いられ、磁場を制御することを容易にする。別の実施形態において、永久磁石が用いられる。

前記粒子の表面は、官能基を生成するために酸化し得る基を含む。このような基の例には、ＳＨ基、ＮＨ_２基、ＣＯＯＨ基、芳香族基、およびＯＨ基が含まれるが、これらに限定されない。一実施形態において、前記粒子の表面は、ＳＨ基、すなわち、チオール基を含む。一実施形態において、前記粒子の表面は、ヒドロキシル基を含み、これはアルデヒドに酸化される。このアルデヒドは、シッフ塩基の形成を伴ってタンパク質またはペプチドのアミノ基に対して反応性である。

代わりの実施形態において、前記粒子の表面は、還元されて官能基を生成し得る基を含む。このような基の例には、ジスルフィド基およびＮＯ_２基が含まれるが、これらに限定されない。還元され得る基の場合、その基を還元するために負電位が用いられる。

一実施形態において、前記少なくとも１つの表面は、銅、銀、金、白金、イリジウム、オスミウム、パラジウム、ロジウム、炭素系材料、および金属酸化物からなる群から選択される少なくとも１種の材料を含む。一実施形態において、前記少なくとも１つの表面は、金の表面である。代わりの実施形態において、前記少なくとも１つの表面は、白金の表面である。

電位をかけることによって非導電性粒子の斑点（patch）上で誘起される化学反応は、前記少なくとも１つの表面と前記斑点との間の距離に依存する。化学反応は、前記表面に密接している粒子の部分で多く誘起される。前記表面からさらに離れている粒子上の部分については、化学反応は少なく誘起される。導電性粒子について、距離の効果はより少ない。一実施形態において、化学反応は、所望の導電性を得るために前記粒子の材料を選択することによって制御される。したがって、前記粒子の導電性が調整される粒子の誘導体化が提供される。

一実施形態において、電位をかけることによって誘起される化学反応は、電気化学反応である。

一実施形態において、電位は、反応の間に一定に保たれる。代わりの実施形態において、電流は、電位を変えることによって一定に保たれる。さらなる実施形態において、電位は、反応の間に変えられる。代わりの実施形態において、電流は、反応の間に変えられる。

電位がかけられる間の時間は、広い境界内で変わり得る。前記時間は広い境界内で調整され得る。反応時間の１つの非限定的な例は、約０．０１秒から約１０秒である。反応時間の例には、０．１秒、１秒、３秒、６秒、および１０秒が含まれるが、これらに限定されない。

化学反応が誘起された斑点を有する粒子は、このようにして生成される。次いで、化学反応が誘起された斑点は、別の化学反応に関与することができる。化学反応が誘起された斑点の大きさは、一実施形態において、通常約１ｎｍ ^２ から約１０００ｎｍ^２である。より大きな粒子について、さらにより大きな面積が得られる。

電気酸化が起こらなかった他の表面は、ＳＳ−ピリジル基を備えた少なくとも１種の他の種類の分子の固定化に用いることができ、その理由は、電気酸化後にまだそのままである他の表面は、チオールを含み、これらはＳＳ−ピリジル基に対して反応性であるからである。これらの事情は、２種以上の異なる種類の分子の固定化に有用であり得る。

一実施形態において、斑点の面積は、磁場および／または反応時間を変えることによって制御される。

一実施形態において、斑点の面積は、磁場の反応時間を変えることによって制御される。

化学反応が誘起された斑点の大きさは、以下の方法の少なくとも１つを用いることによって調整される：粒子の導電性の調整、磁性粒子に対する磁場の調整、および粒子サイズ。

一実施形態において、化学反応を誘起するために用いられる電位は、約−１Ｖから約＋５Ｖである。別の実施形態において、前記電位は、約−０．４Ｖから約＋２Ｖである。さらに別の実施形態において、前記電位は、約−０．１Ｖから約＋１．２Ｖである。さらなる実施形態において、前記電位は、約＋０．２Ｖから約＋０．８Ｖである。水性媒体における電位は、Ａｇ／ＡｇＣｌ基準電極に対して測定される。非水性媒体については、さらにより高い電位を用いることができる。当業者は、他の電圧も前記粒子の表面上の化学基を酸化するために用いることができることを理解する。上記間隔は、単に好適な間隔の例である。前記粒子の表面上の化学基の酸化については、十分に正の電位が好ましく用いられるが、一方、前記表面上の基の還元については、十分に負の電位が好ましく用いられる。

前記粒子の表面がチオール基を含む場合、チオスルフィネート／チオスルホネート基は、酸化の間に前記表面に密接している粒子の部分で粒子の表面上に形成される。前記チオスルフィネート／チオスルホネート基は、チオール基と反応して、共有結合を形成することができる。

一実施形態において、分子は、化学反応が誘起された粒子の斑点に結合される。

一実施形態において、少なくとも１個のチオール基を含む分子は、チオスルフィネート／チロスルホネート基が形成された粒子の斑点に結合される。したがって、電気化学反応が誘起された前記粒子の表面の部分のさらなる反応は、分子上のチオール基と前記粒子上のチオスルフィネート／チオスルホネート基との間の反応を含む。

一実施形態において、少なくとも１個の分子が、化学反応が誘起された前記表面の部分に共有結合される。前記粒子に結合される分子は、一実施形態において、窒素、水素、炭素、硫黄、酸素などのヘテロ原子、ならびに金属または金属イオンを含む脂肪族および芳香族分子、大環状分子、タンパク質、封入体などの分子の断片および凝集体から選択される。代わりの実施形態において、前記粒子に結合される前記分子は、少なくとも１個のヘテロ原子を場合によって含む脂肪族分子、少なくとも１個のヘテロ原子を場合によって含む芳香族分子、および大環状分子から選択される少なくとも１種の分子である。前記粒子に結合される実体（entity）は、別の実施形態において、その他の細菌、細胞、肥満細胞、マクロファージ、および神経細胞と場合によって組み合わせて、乳酸細菌などの細菌およびウイルスから選択される。一実施形態において、前記分子は、アミノ酸、抗体、細菌、細胞、検出可能な分子、ＤＮＡ、ＲＮＡ、蛍光マーカー、ペプチド、ポルフィリン、フタロシアニン、タンパク質およびビタミンＢ１２からなる群から選択される少なくとも１種の実体である。

部分的に誘導体化された粒子を製造する方法は、一実施形態において、いくつかの異なる誘導体化斑点が生成されるように同じ粒子について繰り返される。したがって、この処理は、化学反応が誘起された少なくとも２つの部分を有する粒子を得るために繰り返される。多くの異なる斑点が、１個の粒子上に生成され得る。一実施形態において、１個の粒子は、少なくとも２個の異なる共有結合分子を有する斑点を含む。これは、一実施形態において、磁場と関連して磁性粒子を用いることによって得られ、ここで、磁場は、変えられる、または入れたり切ったりされる。あるいは、フローセルが用いられ、ここで、前記粒子は、フローセルを通過するときに数回、表面電極に衝突する。

一実施形態において、前記粒子は、いくつかの斑点を生成するために、前記少なくとも１つの表面と数回接触させられる。一実施形態において、酸素または水素発生により引き起こされた対流の結果として、前記粒子を前記少なくとも１つの表面と数回接触させる十分に高い電位が用いられる。このような電位の例には、＋１．５Ｖ、＋２Ｖ、＋２．５Ｖ、−１．５Ｖ、および−２Ｖが含まれるが、これらに限定されない。

一実施形態において、前記少なくとも１つの表面は、少なくとも１つのパターンを含む。このパターンは、化学反応が誘起された前記表面の部分の対応するパターンを与えることができる。パターンの例には、バーコードが含まれるが、これに限定されない。したがって、異なる粒子を区別することを可能にさせる個々のパターンで粒子に印をつけることができる。個々の粒子を識別する可能性がある。パターンを含む領域は、検出することが可能な分子で与えることができる。

一実施形態において、前記少なくとも１つの表面は、少なくとも１つの微細構造化電極を含む。前記微細構造化電極は、前記粒子上にパターンを生じさせることができる。

一実施形態において、前記粒子が密接な接触状態で保たれている前記少なくとも１つの表面は、前記粒子上のパターンを決定する。前記少なくとも１つの表面上のパターンは、前記粒子にパターンを生じさせる。

一実施形態において、前記少なくとも１つの表面は、二層に第１および第２の材料を含み、ここで、第１の材料は、銅、銀、金、白金、イリジウム、オスミウム、パラジウム、ロジウム、炭素系材料および金属酸化物からなる群から選択され、第２の材料は、鉄、ニッケル、コバルト、磁性遷移金属合金および磁性酸化物からなる群から選択される。

一実施形態において、粒子は、誘導体化の間、および／または誘導体化と誘導体化との間に回転させられる。これは、前記粒子上に様々なパターンを生じる可能性を増大させる。回転を引き起こす手段には、磁場が含まれるが、これに限定されない。

磁性粒子に関する一実施形態において、前記粒子の磁化は残留している。

別の態様において、説明される方法に従って調製される部分的に誘導体化された粒子が提供される。

一実施形態において、少なくとも２種の異なる薬剤が前記粒子に結合している。薬剤の例には、抗癌剤および抗生物質が含まれるが、これらに限定されない。少なくとも２種の薬剤の組合せによって、局所的相乗効果が得られる。

第３の態様において、診断デバイスにおける部分的に誘導体化された粒子の使用が提供される。一実施形態において、前記部分的に誘導体化された粒子は、ヒトまたは動物の身体の外の診断デバイスで使用される。

特定の粒子を識別するマーカーとしての部分的に誘導体化された粒子の使用も提供される。

前記粒子からの信号が測定される間に前記粒子が回転させられる、部分的に誘導体化された粒子の使用が提供される。回転を引き起こす手段には、磁場が含まれるが、これに限定されない。この例には、蛍光分子からの光の検出の間に回転させられる、蛍光分子で部分的に誘導体化された粒子が含まれる。

第４の態様において、本方法によって製造される部分的に誘導体化された粒子を含む診断デバイスが提供される。

一実施形態において、異なる物理的および／または化学的特性を有する分子は、前記表面の異なる部分に結合している。一実施形態において、粒子は、１つの側に疎水性分子、別の側に親水性分子を含む。一実施形態において、多数のこのような粒子は、表面上の単層として配置され、前記粒子を回転させることによって前記表面の特性を変えることを可能にさせる。一実施形態において、表面上の粒子は、前記表面の特性を親水性から疎水性に変えるために回転させられる。

一実施形態において、本方法による多数の部分的に誘導体化された粒子は、表面にあり、前記表面の特性を変えるために回転させられる。

一実施形態において、本方法によって製造される多数の粒子を含む表面が提供される。

一実施形態において、表上の粒子は、局所磁場を用いて局所的に回転させられ、それにより前記表面の特性を変化させる。

本方法およびそれによって製造される粒子に対して多くの異なる用途分野が存在する。例には下記が含まれるが、これらに限定されない。

・トラッキングおよび／または同定；輸送機構、例えば、ヒトの身体および器官における輸送を調査することができる方法、製造工程の間のトラッキング、汚染のトラッキング、食品加工のためのトラッキング方法、ならびにブランドの保護、独自の医薬品、薬剤および油の浪費のトラッキング方法。磁性粒子の１つの利点は、大容量を磁性トラップに通すことによって希釈溶液中の粒子を濃縮する可能性である。

・癌治療；異なる薬剤が、その組合せの局所的相乗効果向上を得るために、１個のかつ同じ粒子に結合している。

・抗生物質治療；１個のかつ同じ粒子にいくつかの異なる種類の抗生物質を結合させることによって、その組合せの局所的相乗効果向上が得られる。

・診断；フローサイトメトリーおよびＦＡＣＳ。いくつかの異なる種類の細胞を、それぞれのコードが１種類の細胞に対応する異なるコードを有する粒子で印をつけること。細胞を同定および分類する非常に大きな処理能力（例えば、１分当たり５００００個の細胞）を有するＦＡＣＳおよびフローサイトメトリーによって、多数の細胞を同定することができる。

・ＥＬＩＳＡ；各ウェルにおける１種類の粒子に代わって、多数（例えば、限定されないが、数百）の異なる種類の粒子が各ウェルに加えられ、したがって、多くの異なる抗原が各ウェルで診断される。

・化学的／生化学的処理の制御；残留磁化を有する磁性粒子が用いられる場合、前記粒子の部分的誘導体化はやはり行うことができ、さらに、前記粒子の残量磁化は、前記粒子が再現可能な仕方で磁場において配向することを可能にする。これは、粒子を、化学反応の対応物が存在する対応する表面に向けて粒子表面の誘導体化部分を配向させるように用いることができる。例えば、触媒が、前記粒子の表面上にあり、基質が、前記粒子が部分的に接触している流体中にある触媒反応について。

本発明の他の特徴および用途およびそれらの関連した利点は、本明細書および実施例を読むと当業者に分かるであろう。

本発明は、ここで示される特定の実施形態に限定されないことが理解されるべきである。以下の例は、例証的な目的のために与えられ、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されるので、本発明の範囲を限定することは意図されない。

実施例１
実験
Ｍｉｃｒｏｍｅｒ（登録商標）の商標名でＭｉｃｒｏｍｏｄ（登録商標）ＧｍｂＨから市販されている単分散性磁性粒子を洗浄した。この粒子は、カプセル封入のためにポリマー層で被覆された有機マトリックス中の酸化鉄ナノ粒子からなる。

フルオレシンで標識したＩｇＧをチオール化して、ＳＨ基を導入した。

電気酸化の組み立ては、金プレートの上面に取り付けた直径１３ｍｍのポリテトラフルオロエテンシリンダーからなった。金プレートの下に取り付けた永久磁石を用いることによって、６０ｍＴの均一な（平面において１０％未満勾配）磁場を金プレートに対して直角にかけた。金のワイヤー対極およびＡｇ／ＡｇＣｌ基準電極を反応セルに置いた。反応セルの外側でポテンショスタットを金プレートに接続することによって、金プレートをポテンショスタット組み立てにおける作用電極（working electrode）として用いた。酸化は、ｐＨ７．０を有するリン酸緩衝液中で行った。実験の組み立ての略図については、図２を参照されたい。この実施形態において、懸濁磁性ビーズは、下部の外部磁石の存在の結果として作用電極（Ｗ）上に分布される。作用電極の電位は、作用電極と対極（Ｃ）との間の電流も測定するポテンショスタットを用いて、基準電極（Ｒ）に対してかける。

磁性粒子上のチオールの電気酸化
２ｍｌのチオール化粒子を反応セルに加えて、２分間の重力／磁場によって金表面上に分布させる。Ａｇ／ＡｇＣｌ基準電極に対して＋０．７Ｖの電位を１０秒間かけた。その後、その粒子を再懸濁させ、永久磁石で粒子を収集することによって、その容積を５０μＬに減少させた。この粒子懸濁液を、フルオレシンで標識した新たに調製したチオール化ＩｇＧ５０μＬと直ちに混合し、一晩インキュベートした。この電気酸化手順を３つの試料に対して繰り返した。磁性粒子上の電気活性化チオールスルフィネート／チオールスルホネートへのＦＩＴＣ標識ＩｇＧの部分的固定化の反応スキームについては、図１を参照されたい。ＩｇＧおよび磁性粒子のチオール活性化は、この実施形態において、アミノ基へのＮ−スクシンイミジル３−（２−ピリジルジチオ）−プロピオネート（ＳＰＤＰ）共役、その後のジチオトレイトール（ＤＴＴ）処理によって生じさせる。磁性粒子の表面上のチオール反応性チオールスルフィネート／チオールスルホネートは、電気酸化によって生成する。

参照として、表面上にチオール基を有する１０μＬの粒子をフルオレシンで標識した５０μＬのチオール化ＩｇＧと混合し、一晩インキュベートした。

フルオレシンで標識したチオール化ＩｇＧで処理された部分的に電気酸化された粒子は、その粒子表面に強い蛍光をもつ斑点をもたらした（図４ａ参照）。

表面上にＳＳ−ピリジル基を有する粒子とフルオレシンで標識したチオール化ＩｇＧとの間の参照反応（reference reaction）は、粒子表面全体にわたって、強い、均一に分布した蛍光を生じた。図３における参照反応の反応スキームを参照されたい。ＳＳ−ピリジル基を含む粒子は、チオスルフィネートまたはチオスルホネートに酸化されない。それらは、そのままであり、チオール基を有するＩｇＧと反応する。結果は、粒子表面全体にわたる強い、均一に分布した蛍光であった。

別の参照反応において、粒子にチオール基を与え、ＩｇＧは、ＳＳ−ピリジル基およびフルオレシンで修飾した。ＳＳ−ピリジル基を有するＩｇＧは、チオールと反応するが、チオスルフィネート／チオスルホネートと反応しない。結果は、粒子表面全体にわたる強い、均一に分布した蛍光であった。

実施例２
＋０．８Ｖの電位を１０秒用いた以外は、実施例１を繰り返し、これは、より多量のパターン化粒子および２つまたはいくつかの斑点を有するより多量の粒子を生じた。電位を＋０．７から＋０．８Ｖに増加させたとき、均一な蛍光強度も増加した。

実施例３（参考例）
磁場が全くない以外は、実施例２を繰り返した。これは、酸化工程中の粒子の移動によって説明することができるいくつかの斑点を有するより多量の粒子を生じた。これは、磁場の存在が、１つのみの斑点を有する粒子の獲得を容易にすることを示す。

実施例４
＋０．８Ｖの電位を、それぞれ３秒間および６秒間用いた以外は、実施例１を繰り返した。これは、＋０．７Ｖの酸化電位および１０秒の酸化時間で得られたものと同様の斑点を有する粒子を生じた。

実施例５
＋０．７Ｖの電位を１秒間用いた以外は、実施例１を繰り返した。これは、１０秒の酸化時間で得られたものと同様の斑点を有する粒子を生じた。

実施例６
＋０．７Ｖの電位を０．１秒間用いた以外は、実施例１を繰り返した。これは、１０秒の酸化時間で得られたものと同様の斑点を有する粒子を生じ、この粒子の酸化は、表面が限定された酸化反応に対して予想され得るように速いことを示した。

実施例７
＋１．０Ｖの電位を１０秒間用いた以外は、実施例１を繰り返した。これは、より多量のパターン化粒子および２またはいくつかの斑点を有するより多量の粒子を生じた。均一な蛍光の強度も増加した。図４ｂを参照されたい。

実施例８
電位を−０．２Ｖから＋１．２Ｖに変化させ、５０ｍＶ／秒の速度で元に戻した以外は、実施例１を繰り返した。これは、異なる数の斑点を有する粒子と高い均一な蛍光強度を有する粒子との混合物を生じた。

実施例９
実施例１をより強い磁場で繰り返した。これは、１つの斑点のみを示す粒子を生じ、磁場が実際に、粒子が酸化工程中移動しないことを保証するために用いることができることを示した。これは、所定数の斑点を有する粒子の製造を容易にする。

実施例１０
その工程間に磁石を取り除き、溶液を撹拌することによって粒子を金表面から引き離す、５回の連続酸化工程を用いて実施例１を繰り返した。これは、５つの斑点を有する粒子を生じた。

実施例１１
５．０のｐＨ値を有する電解質で実施例１を繰り返した。これは、より高い均一な蛍光強度を有する以外は、ｐＨ７．０で得られたものと同様の斑点を有する粒子を生じた。

Claims (13)

1. 導電性溶媒中で粒子の表面を部分的に誘導体化する方法であって、下記工程ａ）〜ｃ）を含み、
   ａ．力を用いて粒子を少なくとも１つの表面と密接に接触させて、該粒子と該少なくとも１つの表面を２０ｎｍよりも小さい距離にする工程、
   ｂ．該少なくとも１つの表面と前記導電性溶媒との間に電位をかけることによって粒子の少なくとも一部で化学反応を誘起させる工程、および
   ｃ．化学反応が上記工程ｂ）で誘起された該粒子の少なくとも一部をさらに反応させる工程、
   該粒子の直径が１００μｍ未満であり、
   該粒子の表面が、−ＳＨ、−ＮＨ_２、−ＣＯＯＨ、−ＯＨおよび芳香族基からなる群から選択される少なくとも１種の化学基を含み、かつ、
   該粒子が磁性であり、磁場が該粒子を該少なくとも１つの表面と密接に接触させるために用いられる
   ことを特徴とする方法。
2. 前記粒子の表面が、−ＳＨ基を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つの表面が、銅、銀、金、白金、イリジウム、オスミウム、パラジウム、ロジウム、炭素系材料および金属酸化物からなる群から選択される少なくとも１種の材料を含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 工程ｃ）におけるさらなる反応が、分子上のチオール基と前記粒子上のチオスルフィネート／チオスルホネート基との間の反応を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 少なくとも１個の分子が、化学反応が誘起された、前記粒子の少なくとも一部に共有結合している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記分子が、少なくとも１個のヘテロ原子を含むことのある脂肪族分子、少なくとも１個のヘテロ原子を含むことのある芳香族分子および大環状分子からなる群から選択される少なくとも１種の分子である、請求項５に記載の方法。
7. 前記分子が、アミノ酸、抗体、細菌、細胞、検出可能分子、ＤＮＡ、ＲＮＡ、蛍光マーカー、ペプチド、ポルフィリン、フタロシアニン、タンパク質およびビタミンＢ１２からなる群から選択される少なくとも１種の分子である、請求項５に記載の方法。
8. 前記処理が、化学反応が誘起された少なくとも２つ部分を有する粒子を得るために繰り返される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記少なくとも１つの表面が、少なくとも１つの微細構造化電極を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記少なくとも１つの表面が、二層に第１および第２の材料を含み、該第１の材料が、銅、銀、金、白金、イリジウム、オスミウム、パラジウム、ロジウム、炭素系材料、および金属酸化物からなる群から選択され、該第２の材料が、鉄、ニッケル、コバルト、磁性遷移金属合金および磁性酸化物からなる群から選択される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記粒子が回転させられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記粒子の磁化が残留している、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記粒子の表面が、還元されて官能基を生成し得る、ジスルフィド基およびＮＯ_２基から選択される基を含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。

Images