JP5467312B2 - Biosensor, detection method of biological material using biosensor, and kit thereof - Google Patents

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Description

本発明は、バイオセンサに関し、特に、細胞糖鎖由来のシアル酸の検出・解析に利用することができるバイオセンサに関するものである。   The present invention relates to a biosensor, and more particularly to a biosensor that can be used for detection and analysis of sialic acid derived from a cell sugar chain.

近年、遺伝子やタンパク質の構造機能解析を中心とするポストゲノム研究に続くポスト・ポストゲノム研究として、細胞の糖鎖解析が注目されている。糖鎖は、細胞間の相互作用に深く関わり、その構造は、様々な疾患、免疫や発生における異常、老化といった「細胞の状態」を反映して変化するため、しばしば「細胞の顔」とも形容される。また、腫瘍マーカーに代表されるバイオマーカーの多くは糖鎖であると考えられているため、癌の発生など生物機能と密接に関連した機能糖鎖を探索することが急務とされている。   In recent years, analysis of sugar chains in cells has attracted attention as post-genome research following post-genome research centered on structural and functional analysis of genes and proteins. Sugar chains are deeply involved in cell-to-cell interactions, and their structures change to reflect “cell states” such as various diseases, abnormalities in immunity and development, and aging, so they are often described as “cell faces”. Is done. In addition, since many biomarkers typified by tumor markers are thought to be sugar chains, it is urgent to search for functional sugar chains closely related to biological functions such as the occurrence of cancer.

さらに、医療現場においても、患者の医療方針を迅速に決定するために、バイオマーカーとしての糖鎖を解析することによって、多量の目的細胞の状態を迅速に解析することが求められている。   Furthermore, also in the medical field, in order to determine a patient's medical policy rapidly, it is calculated | required to analyze the state of many target cells rapidly by analyzing the sugar chain as a biomarker.

このような糖鎖解析の手段としては、従来から、UVや蛍光等によって細胞中の糖鎖を標識する方法が採られていた。例えば、非特許文献1では、シアリダーゼ又は酸で遊離した糖鎖由来のシアル酸を、蛍光試薬である1,2−diamino−4,5−methylenedioxybenzene(DMB)で誘導体化し、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いてシアル酸を定量している。また、遊離させたシアル酸をシアル酸アルドラーゼによってN−アシルマンノサミンに変換し、そのN−アシルマンノサミンを酸加水分解することによって、シアル酸を定量する方法も開発されている(特許文献1)。   As a means for analyzing such sugar chains, conventionally, a method of labeling sugar chains in cells by UV, fluorescence or the like has been employed. For example, in Non-Patent Document 1, sialic acid derived from a glycan released by sialidase or acid is derivatized with 1,2-diamine-4,5-methylenedibenzone (DMB), which is a fluorescent reagent, and high performance liquid chromatography (HPLC ) Is used to quantify sialic acid. In addition, a method has been developed in which sialic acid is quantified by converting the liberated sialic acid to N-acyl mannosamine by sialic acid aldolase and hydrolyzing the N-acyl mannosamine (patent). Reference 1).

特開2000−333698号公報JP 2000-333698 A

Analytical Biochemistry 179,162−166(1989)Analytical Biochemistry 179, 162-166 (1989)

ところで、上述のような糖鎖を標識する糖鎖解析の方法は、目的の細胞を標識するために、標識専用の機器や標識のための施設を用意しなければならない。このような機器や施設は、多くの場合、大型であり且つ高価であるため、糖鎖解析をするためには経済的な負担が大きい。   By the way, in the sugar chain analysis method for labeling sugar chains as described above, in order to label a target cell, a label-dedicated device and a facility for labeling must be prepared. In many cases, such devices and facilities are large and expensive, so that an economic burden is great for performing a sugar chain analysis.

また、解析対象となる細胞をまず標識化し、その後、解析を行うという二段階の工程を経る必要があるため、医療現場などで求められる糖鎖解析の高速化・ハイスループット化に応えることができない。   In addition, it is necessary to go through the two-step process of first labeling the cells to be analyzed and then performing the analysis, which makes it impossible to meet the high-speed and high-throughput glycan analysis required in medical settings. .

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、従来の糖鎖解析方法では不可能であった蛍光等の標識を用いない非侵襲な、且つ簡便に使用することのできるリアルタイム細胞診断ツール、及びそれを用いて目的細胞の糖鎖を検出する方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and is a non-invasive and easy-to-use real-time cell that does not use a label such as fluorescence, which has been impossible with conventional sugar chain analysis methods. It is an object of the present invention to provide a diagnostic tool and a method for detecting a sugar chain of a target cell using the diagnostic tool.

本願発明の第1の主要な観点によれば、検出表面を有し、この検出表面が、細胞糖鎖由来のシアル酸と結合するフェニルボロン酸基で被覆されていることを特徴とするバイオセンサが提供される。   According to a first main aspect of the present invention, the biosensor has a detection surface, and the detection surface is coated with a phenylboronic acid group that binds to sialic acid derived from a cell sugar chain. Is provided.

このような構成によれば、上記細胞糖鎖由来のシアル酸との結合により、上記検出表面に物理的変化を生じさせることができるため、たとえば、電界効果トランジスタ、光導波部材、又は圧電部材を利用してシアル酸を検出することができる。   According to such a configuration, since a physical change can be caused on the detection surface by binding with the sialic acid derived from the cell sugar chain, for example, a field effect transistor, an optical waveguide member, or a piezoelectric member is provided. By utilizing this, sialic acid can be detected.

本発明の一の実施形態によれば、このバイオセンサは、金属層と、この金属層上に化学吸着により形成された有機分子の自己組織化単分子膜と、この自己組織化単分子膜の上記金属層とは反対側の面に導入され前記検出表面を構成するフェニルボロン酸基とを有するものである。   According to one embodiment of the present invention, the biosensor includes a metal layer, a self-assembled monolayer of organic molecules formed by chemisorption on the metal layer, and a self-assembled monolayer of the self-assembled monolayer. It has a phenylboronic acid group which is introduced on the surface opposite to the metal layer and constitutes the detection surface.

ここで、前記バイオセンサは、前記検出表面にシアル酸が結合することによる光特性、振動特性、電気的特性を含む物理的特性のいずれか1以上の変化を検出するための検出媒体を有し、前記検出表面はこの検出媒体に形成されているのが好ましい。   Here, the biosensor has a detection medium for detecting any one or more changes in physical characteristics including optical characteristics, vibration characteristics, and electrical characteristics due to sialic acid binding to the detection surface. The detection surface is preferably formed on the detection medium.

例えば、前記検出媒体は、電界効果トランジスタのゲートであっても良く、この場合、このバイオセンサは、ゲート上に設けられた金属層と、この金属層上に化学吸着により形成された有機分子の自己組織化単分子膜と、この自己組織化単分子膜の上記金属層とは反対側の面に導入され前記検出表面を構成するフェニルボロン酸基とを有することが好ましい。   For example, the detection medium may be a gate of a field effect transistor. In this case, the biosensor includes a metal layer provided on the gate and organic molecules formed on the metal layer by chemisorption. It is preferable to have a self-assembled monolayer and a phenylboronic acid group that is introduced on the surface of the self-assembled monolayer opposite to the metal layer and constitutes the detection surface.

また同様に、前記検出媒体が電界効果トランジスタのゲートである場合、このバイオセンサは、前記ゲート上に設けられた第1の金属層と、前記ゲートから離間して設けられ、前記第1の金属層と導電性配線を介して接続された第2の金属層と、この第2の金属層上に化学吸着により形成された有機分子の自己組織化単分子膜と、この自己組織化単分子膜の上記基板とは反対側の面に導入され前記検出表面を構成するフェニルボロン酸とを有するものであっても良い。   Similarly, when the detection medium is a gate of a field effect transistor, the biosensor is provided with a first metal layer provided on the gate and spaced apart from the gate, and the first metal A second metal layer connected to the layer through conductive wiring, a self-assembled monolayer of organic molecules formed on the second metal layer by chemical adsorption, and the self-assembled monolayer It may have a phenyl boronic acid introduced on the surface opposite to the substrate and constituting the detection surface.

また、前記検出媒体は、その外面に前記検出面が形成されてなる光導波部材または圧電部材であっても良く、この場合、前記シアル酸が前記フェニルボロン酸基に結合した際に、前記光導波部材または圧電部材と検出面との境界部分での光学特性及び/又は振動特性が変化させるものであることが好ましい。   The detection medium may be an optical waveguide member or a piezoelectric member having the detection surface formed on the outer surface thereof. In this case, when the sialic acid is bonded to the phenylboronic acid group, the light guide member It is preferable that the optical characteristic and / or the vibration characteristic is changed at the boundary between the wave member or the piezoelectric member and the detection surface.

また、この発明の第2の主要な観点によれば、細胞糖鎖由来のシアル酸を検出する方法であって、細胞糖鎖を含有する被験試料を用意する工程と、検出表面を有し、この検出表面が、前記被験試料中のシアル酸と結合するフェニルボロン酸基で被覆されているバイオセンサを用意する工程と、前記用意した被験試料を前記バイオセンサに接触させる工程と、前記被験試料中のシアル酸と前記フェニルボロン酸基とが反応することによって変化する光特性、振動特性、電気的特性を含む物理的信号を検出する工程と、を有するものであることを特徴とする方法が提供される。   Further, according to a second main aspect of the present invention, there is provided a method for detecting sialic acid derived from a cell sugar chain, comprising a step of preparing a test sample containing a cell sugar chain, and a detection surface, Preparing a biosensor in which the detection surface is coated with a phenylboronic acid group that binds to sialic acid in the test sample, contacting the prepared test sample with the biosensor, and the test sample And a step of detecting a physical signal including optical characteristics, vibration characteristics, and electrical characteristics that change as a result of a reaction between the sialic acid in the group and the phenylboronic acid group. Provided.

このような構成によれば、上述した第1の観点に係るバイオセンサを用いた、細胞糖鎖由来のシアル酸を検出する方法が提供される。   According to such a configuration, a method for detecting sialic acid derived from a cell sugar chain using the biosensor according to the first aspect described above is provided.

本発明の一の実施形態によれば、上記第2の観点に係る方法において、前記バイオセンサは、金属層と、この金属層上に化学吸着により形成された有機分子の自己組織化単分子膜と、この自己組織化単分子膜の上記金属層とは反対側の面に導入され前記検出表面を構成するフェニルボロン酸基とを有するものである。   According to one embodiment of the present invention, in the method according to the second aspect, the biosensor includes a metal layer and a self-assembled monolayer of organic molecules formed on the metal layer by chemical adsorption. And a phenylboronic acid group that is introduced on the surface of the self-assembled monolayer opposite to the metal layer and constitutes the detection surface.

ここで、この方法において、前記検出する工程は、前記検出表面にシアル酸が結合することによる光特性、振動特性、電気的特性を含む物理的特性のいずれか1以上の変化を検出するための検出媒体を介して行われ、前記検出表面はこの検出媒体に形成されているものであることが好ましい。   Here, in this method, the detecting step is for detecting any one or more changes in physical characteristics including optical characteristics, vibration characteristics, and electrical characteristics due to sialic acid binding to the detection surface. The detection is preferably performed via a detection medium, and the detection surface is preferably formed on the detection medium.

例えば、前記検出する工程は、前記検出媒体としての電界効果トランジスタのゲートを介して行われても良く、この場合、前記バイオセンサは、ゲート上に設けられた金属層と、この金属層上に化学吸着により形成された有機分子の自己組織化単分子膜と、この自己組織化単分子膜の上記金属層とは反対側の面に導入され前記検出表面を構成するフェニルボロン酸基とを有するものであることが好ましい。   For example, the detecting step may be performed through a gate of a field effect transistor as the detection medium. In this case, the biosensor includes a metal layer provided on the gate, and a metal layer on the metal layer. A self-assembled monolayer of organic molecules formed by chemisorption, and a phenylboronic acid group that is introduced on the surface opposite to the metal layer of the self-assembled monolayer and constitutes the detection surface It is preferable.

また同様に、前記検出する工程が前記検出媒体としての電界効果トランジスタのゲートを介して行われる場合、このバイオセンサは、前記ゲート上に設けられた第1の金属層と、前記ゲートから離間して設けられ、前記第1の金属層と導電性配線を介して接続された第2の金属層と、この第2の金属層上に化学吸着により形成された有機分子の自己組織化単分子膜と、この自己組織化単分子膜の上記基板とは反対側の面に導入され前記検出表面を構成するフェニルボロン酸とを有するものであっても良い。   Similarly, when the detecting step is performed through a gate of a field effect transistor as the detection medium, the biosensor is spaced apart from the first metal layer provided on the gate and the gate. And a second metal layer connected to the first metal layer via a conductive wiring, and a self-assembled monolayer of organic molecules formed by chemical adsorption on the second metal layer And a phenylboronic acid introduced on the surface of the self-assembled monolayer opposite to the substrate and constituting the detection surface.

また、この方法において、前記検出する工程は、外面に前記検出表面が形成されてなる光導波部材または圧電部材である検出媒体を介して行われ、前記シアル酸が前記フェニルボロン酸基に結合した際の、前記光導波部材または圧電部材と検出表面との境界部分での光学特性及び/又は振動特性の変化を検出するものであることが好ましい。   In this method, the detecting step is performed via a detection medium that is an optical waveguide member or a piezoelectric member in which the detection surface is formed on the outer surface, and the sialic acid is bonded to the phenylboronic acid group. It is preferable to detect a change in optical characteristics and / or vibration characteristics at a boundary portion between the optical waveguide member or piezoelectric member and the detection surface.

また、この発明の第3の主要な観点によれば、上述の第1の主要な観点に係るバイオセンサを有する、細胞糖鎖由来のシアル酸を検出するための検出キットが提供される。   According to a third main aspect of the present invention, there is provided a detection kit for detecting sialic acid derived from a cell sugar chain, comprising the biosensor according to the first main aspect described above.

このような構成によれば、上述した第1の観点に係るバイオセンサを用いた、細胞糖鎖由来のシアル酸を検出するための検出キットが提供される。   According to such a configuration, a detection kit for detecting sialic acid derived from a cell sugar chain using the biosensor according to the first aspect described above is provided.

また、この発明の第4の主要な観点によれば、生体由来の試料中における疾患細胞の存否を判定する方法であって、細胞糖鎖を含有する被験試料を前記生体から採取する工程と、検出表面を有し、この検出表面が、前記被験試料中のシアル酸と結合するフェニルボロン酸基で被覆されているバイオセンサを用意する工程と、前記採取した被験試料を前記バイオセンサに接触させる工程と、前記被験試料中のシアル酸と前記フェニルボロン酸基とが反応することによって変化する光特性、振動特性、電気的特性を含む物理的信号を検出する工程と、前記検出した物理的信号と、正常細胞を前記バイオセンサに供した際に得られる物理的信号とを比較する工程と、前記比較した結果に基づいて、前記被験試料が疾患細胞であるか否かを判定する工程とを有することを特徴とする、方法が提供される。   According to a fourth main aspect of the present invention, there is provided a method for determining the presence or absence of disease cells in a sample derived from a living body, the step of collecting a test sample containing a cell sugar chain from the living body, A step of providing a biosensor having a detection surface, the detection surface being coated with a phenylboronic acid group that binds to sialic acid in the test sample, and bringing the collected test sample into contact with the biosensor A step of detecting a physical signal including a light characteristic, a vibration characteristic, and an electric characteristic that are changed by a reaction between the sialic acid in the test sample and the phenylboronic acid group, and the detected physical signal. And a step of comparing the physical signal obtained when subjecting the normal cell to the biosensor, and a process for determining whether the test sample is a disease cell based on the comparison result And having bets, a method is provided.

このような構成によれば、上述した第1の観点に係るバイオセンサを用いた、生体由来の試料中における疾患細胞の存否を判定する方法が提供される。   According to such a configuration, there is provided a method for determining the presence or absence of disease cells in a biological sample using the biosensor according to the first aspect described above.

この場合、前記疾患は、糖尿病、肺癌、食道癌、胃癌、直腸癌、肝臓癌、膵臓癌、腎臓癌、皮膚癌、膀胱癌、乳癌、子宮癌、膣癌、白血病、骨肉腫、脳腫瘍、脊髄腫瘍、神経芽細胞腫、甲状腺癌、前立腺癌、外陰癌から成る群から選択されるものであることが好ましい。   In this case, the diseases are diabetes, lung cancer, esophageal cancer, stomach cancer, rectal cancer, liver cancer, pancreatic cancer, kidney cancer, skin cancer, bladder cancer, breast cancer, uterine cancer, vaginal cancer, leukemia, osteosarcoma, brain tumor, spinal cord It is preferably one selected from the group consisting of tumor, neuroblastoma, thyroid cancer, prostate cancer and vulvar cancer.

また第4の主要な観点に係る方法において、前記判定する工程は、
前記検出した物理的信号に係る値/前記正常細胞における物理的信号に係る値
によって得られる値が0.9以下、または1.1以上である場合に疾患細胞であると判定するものであることが好ましい。
In the method according to the fourth main aspect, the step of determining includes
When the value obtained from the value related to the detected physical signal / value related to the physical signal in the normal cell is 0.9 or less, or 1.1 or more, it is determined that the cell is a diseased cell. Is preferred.

また、本発明の一の実施形態によれば、上記第3の観点に係る方法において、上記第2の観点に係る方法と同様に、前記バイオセンサは、金属層と、この金属層上に化学吸着により形成された有機分子の自己組織化単分子膜と、この自己組織化単分子膜の上記金属層とは反対側の面に導入され前記検出表面を構成するフェニルボロン酸基とを有するものである。   According to one embodiment of the present invention, in the method according to the third aspect, as in the method according to the second aspect, the biosensor includes a metal layer and a chemical layer on the metal layer. Having a self-assembled monolayer of organic molecules formed by adsorption, and a phenylboronic acid group constituting the detection surface introduced to the surface of the self-assembled monolayer opposite to the metal layer It is.

ここで、この方法において、前記検出する工程は、前記検出表面にシアル酸が結合することによる光特性、振動特性、電気的特性を含む物理的特性のいずれか1以上の変化を検出するための検出媒体を介して行われ、前記検出表面はこの検出媒体に形成されているものであることが好ましい。   Here, in this method, the detecting step is for detecting any one or more changes in physical characteristics including optical characteristics, vibration characteristics, and electrical characteristics due to sialic acid binding to the detection surface. The detection is preferably performed via a detection medium, and the detection surface is preferably formed on the detection medium.

例えば、前記検出する工程は、前記検出媒体としての電界効果トランジスタのゲートを介して行われても良く、この場合、前記バイオセンサは、ゲート上に設けられた金属層と、この金属層上に化学吸着により形成された有機分子の自己組織化単分子膜と、この自己組織化単分子膜の上記金属層とは反対側の面に導入され前記検出表面を構成するフェニルボロン酸基とを有するものであることが好ましい。   For example, the detecting step may be performed through a gate of a field effect transistor as the detection medium. In this case, the biosensor includes a metal layer provided on the gate, and a metal layer on the metal layer. A self-assembled monolayer of organic molecules formed by chemisorption, and a phenylboronic acid group that is introduced on the surface opposite to the metal layer of the self-assembled monolayer and constitutes the detection surface It is preferable.

また同様に、前記検出する工程が前記検出媒体としての電界効果トランジスタのゲートを介して行われる場合、このバイオセンサは、前記ゲート上に設けられた第1の金属層と、前記ゲートから離間して設けられ、前記第1の金属層と導電性配線を介して接続された第2の金属層と、この第2の金属層上に化学吸着により形成された有機分子の自己組織化単分子膜と、この自己組織化単分子膜の上記基板とは反対側の面に導入され前記検出表面を構成するフェニルボロン酸とを有するものであっても良い。   Similarly, when the detecting step is performed through a gate of a field effect transistor as the detection medium, the biosensor is spaced apart from the first metal layer provided on the gate and the gate. And a second metal layer connected to the first metal layer via a conductive wiring, and a self-assembled monolayer of organic molecules formed by chemical adsorption on the second metal layer And a phenylboronic acid introduced on the surface of the self-assembled monolayer opposite to the substrate and constituting the detection surface.

また、この方法において、前記検出する工程は、外面に前記検出表面が形成されてなる光導波部材または圧電部材である検出媒体を介して行われ、前記シアル酸が前記フェニルボロン酸基に結合した際の、前記光導波部材または圧電部材と検出表面との境界部分での光学特性及び/又は振動特性の変化を検出するものであることが好ましい。   In this method, the detecting step is performed via a detection medium that is an optical waveguide member or a piezoelectric member in which the detection surface is formed on the outer surface, and the sialic acid is bonded to the phenylboronic acid group. It is preferable to detect a change in optical characteristics and / or vibration characteristics at a boundary portion between the optical waveguide member or piezoelectric member and the detection surface.

なお、上記した以外の本発明の特徴及び顕著な作用・効果は、次の発明の実施形態の項及び図面を参照することで、当業者にとって明確となる。   It should be noted that the features of the present invention other than those described above and the remarkable actions and effects will become clear to those skilled in the art with reference to the following embodiments and drawings of the present invention.

図1は、本発明の第1の実施形態に係るバイオセンサを用いた検出システムを示す全体模式図である。FIG. 1 is an overall schematic diagram showing a detection system using a biosensor according to a first embodiment of the present invention. 図2は、本発明の第1の実施形態に係るバイオセンサの検出表面におけるシアル酸とフェニルボロン酸基との結合を示す模試図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the binding of sialic acid and phenylboronic acid groups on the detection surface of the biosensor according to the first embodiment of the present invention. 図3は、シアル酸とフェニルボロン酸基との反応の化学反応式を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a chemical reaction formula of a reaction between sialic acid and a phenylboronic acid group. 図4は、本発明の第1の実施形態に係るバイオセンサによって検出したフリーのシアル酸を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing free sialic acid detected by the biosensor according to the first embodiment of the present invention. 図5は、本発明の第1の実施形態に係るバイオセンサによって検出したウサギ赤血球表面シアル酸を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing rabbit erythrocyte surface sialic acid detected by the biosensor according to the first embodiment of the present invention. 図6は、肺転移癌モデルマウスの作製を示す図である。FIG. 6 is a view showing the production of a lung metastatic cancer model mouse. 図7は、転移度の異なる肺転移癌モデルマウスを示す図である。FIG. 7 is a view showing lung metastatic cancer model mice having different degrees of metastasis. 図8は、本発明に係るバイオセンサを用いて得られる閾値値電圧と癌転移度の関係を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the threshold voltage obtained using the biosensor according to the present invention and the degree of cancer metastasis. 図9は、本発明の第2の実施形態に係るバイオセンサを示す模式図である。FIG. 9 is a schematic view showing a biosensor according to the second embodiment of the present invention. 図10は、本発明の第3の実施形態に係るバイオセンサを用いた検出システムを示す全体模式図である。FIG. 10 is an overall schematic diagram showing a detection system using a biosensor according to the third embodiment of the present invention. 図11は、本発明の第4の実施形態に係るバイオセンサを用いた検出システムを示す全体模式図である。FIG. 11 is an overall schematic diagram showing a detection system using a biosensor according to the fourth embodiment of the present invention.

以下、本願発明の一実施形態および実施例を、添付図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
まず、この発明の第1の実施形態を図1〜図5を参照して説明する。
Hereinafter, an embodiment and an example of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

この第1の実施形態は、電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor:FET)を用いて本発明のバイオセンサを構成した例である。   The first embodiment is an example in which the biosensor of the present invention is configured using a field effect transistor (FET).

図1は、バイオセンサを用いた検出システム1を示す全体模式図である。
この検出システム1は、例えば、プリント実装基板2上に、バイオセンサ部3と、このバイオセンサ部3に信号を与えて駆動させるセンサ駆動回路部4と、基板全体に電源を供給する給電部5と、前記バイオセンサ部3からの出力を処理して検出信号を出力する検出回路部6と、前記検出信号を外部に出力するための出力インタフェース(出力IF)部7と、が一体的に形成され、集積化されてなる。
FIG. 1 is an overall schematic diagram showing a detection system 1 using a biosensor.
The detection system 1 includes, for example, a biosensor unit 3, a sensor driving circuit unit 4 that drives the biosensor unit 3 by giving a signal to the printed mounting board 2, and a power supply unit 5 that supplies power to the entire board. And a detection circuit unit 6 that processes the output from the biosensor unit 3 and outputs a detection signal, and an output interface (output IF) unit 7 for outputting the detection signal to the outside. And integrated.

上記バイオセンサ部3に設けられたバイオセンサ8は、半導体基板9の表面に形成されたソース10及びドレイン11と、この半導体基板9上に形成されたゲート12とからなる電界効果トランジスタ(FET)構造を有する。そして、前記ゲート12の表面には金属層13を介して、フェニルボロン酸基14が被覆され、この発明の検出表面16を構成している。この検出表面16は測定セル壁15で囲まれ、これにより検出領域が区画されている。   The biosensor 8 provided in the biosensor unit 3 includes a field effect transistor (FET) including a source 10 and a drain 11 formed on the surface of a semiconductor substrate 9 and a gate 12 formed on the semiconductor substrate 9. It has a structure. The surface of the gate 12 is covered with a phenylboronic acid group 14 via a metal layer 13 to constitute the detection surface 16 of the present invention. This detection surface 16 is surrounded by the measurement cell wall 15, thereby demarcating the detection region.

このようなバイオセンサ8によれば、上記ゲート12に対して例えば参照電極17を用いて電圧を印加し、この状態で上記検出表面16に細胞糖鎖由来のシアル酸試料(細胞そのもの又は細胞由来の糖鎖)を導入すると、試料中のシアル酸が検出表面16に被覆されたフェニルボロン酸基14と結合することにより、ソース10とドレイン11との間を流れる電流値に変化が生じる。この電流の変化は電流計18でサンプリングされ、前記検出回路部6で処理され所定の検出信号として出力IF部7から取り出されるようになっている。   According to such a biosensor 8, a voltage is applied to the gate 12 using, for example, the reference electrode 17, and in this state, a sialic acid sample derived from a cell sugar chain (cell itself or cell-derived) is applied to the detection surface 16. When the sialic acid in the sample is bonded to the phenylboronic acid group 14 coated on the detection surface 16, the value of the current flowing between the source 10 and the drain 11 changes. This change in current is sampled by an ammeter 18, processed by the detection circuit unit 6, and extracted from the output IF unit 7 as a predetermined detection signal.

なお、この例では、上記バイオセンサ部3に電源19が含まれるように図示されているが、実際には、上記プリント実装基板2上に実装されたセンサ駆動回路部4によって駆動されるようになっており、このセンサ駆動回路部4に給電するための給電部5も同様に実装されている。   In this example, the biosensor unit 3 is illustrated as including the power source 19, but actually, the biosensor unit 3 is driven by the sensor driving circuit unit 4 mounted on the printed mounting board 2. A power supply unit 5 for supplying power to the sensor drive circuit unit 4 is also mounted in the same manner.

この実施形態は、バイオセンサ部3を含めてすべての構成を単一のプリント実装基板2上に集積化することが可能であり、非常に小型でかつ簡便な構成により細胞糖鎖由来のシアル酸を検出することができるバイオセンサ及びバイオセンサシステムを得ることができる。   In this embodiment, all the components including the biosensor unit 3 can be integrated on a single printed mounting board 2, and the sialic acid derived from the cell sugar chain has a very small and simple configuration. It is possible to obtain a biosensor and a biosensor system that can detect

また、電界効果トランジスタ(FET)は、検出表面16上に捉えた分子固有電荷をトランジスタ特性変化と同期させて検出する全くの非侵襲・非標識計測法であり、リアルタイム計測であること、レーザーや光学系が不要なため安価で小型化に有利であること、また半導体加工技術による高密度・超並列化が容易に行える点など、ハイスループットシステム化において求められる主要要件を潜在的に網羅する。   In addition, the field effect transistor (FET) is a completely non-invasive and non-labeling measurement method that detects the molecular intrinsic charge captured on the detection surface 16 in synchronization with the change in transistor characteristics, and is a real-time measurement, It covers the major requirements required for high-throughput systems such as low cost because it does not require an optical system, which is advantageous for downsizing, and easy high-density and super-parallelization by semiconductor processing technology.

次に、図2を参照して、前記検出表面16の構成を詳細に説明する。
図2は、細胞糖鎖20由来のシアル酸21と、前記検出表面16に被着されたフェニルボロン酸基14との結合を示す模式図である。
Next, the configuration of the detection surface 16 will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 2 is a schematic diagram showing the binding between sialic acid 21 derived from cell sugar chain 20 and phenylboronic acid group 14 attached to detection surface 16.

前述したように、この発明は、バイオセンサの検出表面16が細胞糖鎖20由来のシアル酸21と結合するフェニルボロン酸基14で被覆されてなり、シアル酸21とフェニルボロン酸基14の結合により生じる前記検出表面の物理変化、すなわち図2中の負電荷22の発生を検出することを要旨とするものである。   As described above, according to the present invention, the detection surface 16 of the biosensor is coated with the phenylboronic acid group 14 that binds to the sialic acid 21 derived from the cell sugar chain 20, and the sialic acid 21 and the phenylboronic acid group 14 are bonded. The gist is to detect the physical change of the detection surface caused by the above, that is, the generation of the negative charge 22 in FIG.

このような検出表面16を構成するため、この実施形態では、ゲート12上に、金属層13としてのAu蒸着薄膜を形成し、この蒸着薄膜上に、化学吸着により形成された有機分子の自己組織化単分子膜(SAM)23を形成する。そして、この自己組織化単分子膜23の上記金属層13とは反対側の末端に、縮合反応等によってフェニルボロン酸基14を導入している。   In order to form such a detection surface 16, in this embodiment, an Au vapor deposition thin film as a metal layer 13 is formed on the gate 12, and the self-organization of organic molecules formed by chemical adsorption on the vapor deposition thin film. A monomolecular film (SAM) 23 is formed. A phenylboronic acid group 14 is introduced into the end of the self-assembled monolayer 23 opposite to the metal layer 13 by a condensation reaction or the like.

このような自己組織化単分子膜23を用いた構成によれば、フェニルボロン酸基14とシアル酸21の結合が生じる検出表面16をFETのゲート12に非常に近い位置に構成することがきる。このことで、FET内でシアル酸−フェニルボロン酸基の結合による検出表面16の物理変化、この例では検出表面16の電荷22の変化、を精度よくかつ容易に検出行うことができる。   According to such a configuration using the self-assembled monolayer 23, the detection surface 16 where the bond between the phenylboronic acid group 14 and the sialic acid 21 occurs can be configured at a position very close to the gate 12 of the FET. . Thus, the physical change of the detection surface 16 due to the combination of sialic acid-phenylboronic acid groups in the FET, in this example, the change of the charge 22 of the detection surface 16 can be detected accurately and easily.

図3は、上記のようなシアル酸とフェニルボロン酸基との結合によって負電荷が発生することを示す化学反応式である。この例では、3−プロピオンアミドフェニルボロン酸とシアル酸との結合を示す。pH7.4の水溶液中においては、ボロン酸−シアル酸間の結合が、他の糖化合物との結合に対して支配的となる(H.Otsuka et al.,J.Am.Chem.Soc.125,3493,(2003))。ここで、シアル酸はカルボキシル基に由来する負電荷を有しており、本願発明に係るバイオセンサ8では、検出表面16上において、この負電荷をFETで検出するようにしている。   FIG. 3 is a chemical reaction formula showing that a negative charge is generated by the bond between the sialic acid and the phenylboronic acid group as described above. In this example, a bond between 3-propionamidophenylboronic acid and sialic acid is shown. In an aqueous solution at pH 7.4, the bond between boronic acid and sialic acid is dominant over the bond with other sugar compounds (H. Otsuka et al., J. Am. Chem. Soc. 125). , 3493, (2003)). Here, sialic acid has a negative charge derived from a carboxyl group, and in the biosensor 8 according to the present invention, this negative charge is detected by the FET on the detection surface 16.

なお、ここで、本明細書中「シアル酸」とは、以下の化学式を有し、ノイラミン酸(neuraminic acid)のアミノ基やヒドロキシ基が置換された物質を総称するファミリー名を指すものとする。   Here, “sialic acid” in the present specification refers to a family name having the following chemical formula and generically referring to substances in which the amino group or hydroxy group of neuraminic acid is substituted. .

Figure 0005467312
Figure 0005467312

シアル酸は、糖鎖中に最も高頻度に、そして糖鎖末端に多く存在する分子であり、その密度や分布は、細胞の疾病(癌、転移、生活習慣病、自己免疫病)や発生、分化など種々細胞現象と強く相関する。また糖鎖シアル酸にはいくつかの誘導体が知られるが、癌化した細胞ではそれらの密度や組成が顕著に異なることが報告されている(Hakomori,S.CancerRes.1985,45,2405−2414)。さらに特筆すべきことに、これらシアル酸誘導体とフェニルボロン酸の相互作用の強さは、フェニルボロン酸基のフェニル環置換基構造により制御することが可能である。ごく最近では、特殊な置換基導入により特定の糖鎖構造に対する認識能を獲得したフェニルボロン酸分子設計の例も報告されている(Dowlut,M.;Hall,D.G.J.Am.Chem.Soc.2005,128,4226−4227)。   Sialic acid is a molecule that is most frequently present in sugar chains and abundantly at the sugar chain ends, and its density and distribution are related to cell diseases (cancer, metastasis, lifestyle-related diseases, autoimmune diseases) and outbreaks, It strongly correlates with various cellular phenomena such as differentiation. Several derivatives of sugar chain sialic acid are known, but it has been reported that their density and composition differ significantly in cancerous cells (Hakomori, S. Cancer Res. 1985, 45, 2405-2414). ). More particularly, the strength of the interaction between these sialic acid derivatives and phenylboronic acid can be controlled by the phenyl ring substituent structure of the phenylboronic acid group. Most recently, examples of phenylboronic acid molecular designs that have acquired recognition ability for specific sugar chain structures by introducing special substituents have also been reported (Dowlut, M .; Hall, DGJ Am. Chem). Soc. 2005, 128, 4226-4227).

したがって、この発明のバイオセンサを用いることにより、癌、転移、生活習慣病、自己免疫病の検知、予防及び治療を非侵襲・非標識法により簡便に行うことが可能になる。   Therefore, by using the biosensor of the present invention, it is possible to easily detect, prevent and treat cancer, metastasis, lifestyle-related diseases and autoimmune diseases by a non-invasive and non-labeling method.

また、前記シアル酸は、細胞糖鎖中に存在している状態のものでも良く、又は酵素等によって細胞から採取された糖鎖試料中に存在するシアル酸であっても良い。   The sialic acid may be present in a cell sugar chain or may be a sialic acid present in a sugar chain sample collected from a cell by an enzyme or the like.

また、本願明細書において使用する「フェニルボロン酸基」とは、以下の化学式を指す。   In addition, the “phenylboronic acid group” used in the present specification refers to the following chemical formula.

Figure 0005467312
Figure 0005467312

なお、この実施形態では、検出表面を構成するフェニルボロン酸基として、3−acrylamidophenylboronic acidの例を示すが、上記構造式を有する化合物であれば、任意の化合物でも良い。   In this embodiment, an example of 3-acrylamidophenylbornonic acid is shown as the phenylboronic acid group constituting the detection surface, but any compound may be used as long as it has the above structural formula.

また、FETは、従来のバイオセンサまたは相補型金属酸化膜半導体(Complementary Metal Oxide Semiconductor:CMOS)素子などに使用されるどんなFETも使用可能で、n−MOSやp−MOSのいずれも使用可能である。このFETは、キャリア(自由電子または正孔)を供給するソース、前記ソースで供給されたキャリアが到達するドレイン、および前記ソースとドレインとの間のキャリアの流れを制御するためのゲートから構成されているものであればよい。   As the FET, any FET used for a conventional biosensor or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) element can be used, and any of n-MOS and p-MOS can be used. is there. This FET is composed of a source for supplying carriers (free electrons or holes), a drain to which the carriers supplied by the source reach, and a gate for controlling the flow of carriers between the source and drain. If it is what.

また、ゲート上に形成される前記金属層は、前記SAMとフェニルボロン酸基とが導入されることのできる任意の材質であっても良いが、好ましくは、Au、SiO、TiO、およびAlからなる群から選択されたいずれか一種の材質からなることが好ましい。 The metal layer formed on the gate may be any material into which the SAM and the phenylboronic acid group can be introduced, but preferably, Au, SiO 2 , TiO 2 , and It is preferably made of any one material selected from the group consisting of Al 2 O 3 .

以下、この第1の実施形態による実施例を説明する。   Hereinafter, examples according to the first embodiment will be described.

(実験方法)
FETのゲート12として金蒸着基板を用い、ここへ10−carboxy−1−decanethiolによる自己組織化単分子膜(SAM)をあらかじめ形成した。SAMのカルボキシル基末端へ、縮合反応により3−acrylamidophenylboronic acidを導入することでバイオセンサである「シアル酸認識トランジスタ」を作成した。作成したゲート12上に種々の単糖、ウサギ赤血球(未処理およびシアリダーゼ処理)を所定濃度(pH7.4 PBS−0.9% NaCl)で添加しながら、リアルタイムFET計測装置を用いてゲート表面電位変化の観測を行った。
(experimental method)
A gold-deposited substrate was used as the gate 12 of the FET, and a self-assembled monolayer (SAM) by 10-carboxy-1-decanethiol was previously formed thereon. A “sialic acid recognition transistor”, which is a biosensor, was created by introducing 3-acrylamidophenylboronic acid into the carboxyl group terminal of SAM by a condensation reaction. While adding various monosaccharides and rabbit erythrocytes (untreated and sialidase treatment) at a predetermined concentration (pH 7.4 PBS-0.9% NaCl) on the prepared gate 12, the gate surface potential was measured using a real-time FET measuring device. The change was observed.

(結果)
作成したバイオセンサによるフリーのシアル酸検出結果を図4に示す。添加シアル酸濃度300−900μMの領域においてゲート表面電位は顕著に変化し、900μM以上の濃度では飽和した。図4で観測される負方向への電位シフトはシアル酸中のカルボキシル基に対応している。対照として行ったボロン酸を導入していないゲートを用いた測定、またコントロール単糖として、グルコース、ガラクトース、マンノースを添加して行った測定においては、いずれも全く(10mMまで確認)検出されなかった。以上のように、作製したトランジスタは100μM程度の感度でフリーのシアル酸を特異的に感受することが明らかとなった。
(result)
The free sialic acid detection result by the created biosensor is shown in FIG. The gate surface potential changed significantly in the region where the added sialic acid concentration was 300 to 900 μM, and was saturated at a concentration of 900 μM or more. The potential shift in the negative direction observed in FIG. 4 corresponds to the carboxyl group in sialic acid. None of the measurements (confirmed up to 10 mM) were detected in the measurement using a gate without boronic acid introduced as a control and in the measurement performed by adding glucose, galactose and mannose as control monosaccharides. . As described above, it was revealed that the fabricated transistor specifically senses free sialic acid with a sensitivity of about 100 μM.

図5は、FETのゲート12上にウサギ赤血球を連続的に播種した際の赤血球濃度と電位変化の関係を示している。シアリダーゼ処理によりシアル酸ユニットを部分的に切断した場合、未処理に比べて小さな電位変化が観測された。これは主に糖鎖末端部におけるシアル酸除去により、フェニルボロン酸基との特異的な結合を介した赤血球のゲート表面への接着性が減じるためと考えられる。   FIG. 5 shows the relationship between red blood cell concentration and potential change when rabbit red blood cells are continuously seeded on the gate 12 of the FET. When the sialic acid unit was partially cleaved by sialidase treatment, a small potential change was observed compared to untreated. This is presumably because the adhesion of the erythrocytes to the gate surface via a specific bond with the phenylboronic acid group decreases due to the removal of sialic acid at the sugar chain end.

(結論)
「シアル酸認識トランジスタ」を作成し、細胞表面上の糖鎖シアル酸密度の差異を非侵襲かつ非標識に検出することに成功した。シアル酸を「細胞の顔」と見立て、これを糖鎖プロファイリング(特徴抽出)のターゲットとすることで、従来よりも簡便で安価かつ迅速な細胞診断技術の創出に発展させることができる。
(Conclusion)
A "sialic acid recognition transistor" was created, and the difference in sugar chain sialic acid density on the cell surface was successfully detected noninvasively and unlabeled. By considering sialic acid as a “cell face” and using it as a target for sugar chain profiling (feature extraction), it is possible to develop a simpler, cheaper, and faster cytodiagnosis technique than before.

(第1の実施形態を用いた方法)
上記実施例において、特定の細胞におけるシアル酸を検出する方法を提供することができることを説明したが、本実施形態に係るFETを用いることによって、さらに、特定の疾患細胞の存否を判定する方法を提供することができる。この場合、シアル酸を検出する方法と同様に、本実施形態に係るFETの検出表面に、糖鎖を有する細胞を播種することによって、当該細胞が特定の疾患に罹患しているか否かを判定する。
(Method Using First Embodiment)
In the above example, it has been explained that a method for detecting sialic acid in a specific cell can be provided. However, by using the FET according to the present embodiment, a method for further determining the presence or absence of a specific disease cell is provided. Can be provided. In this case, similarly to the method for detecting sialic acid, it is determined whether or not the cell suffers from a specific disease by seeding the cell having a sugar chain on the detection surface of the FET according to the present embodiment. To do.

ここで、上記判定は、特定の疾患に罹患した細胞表面の糖鎖では、正常細胞の表面の糖鎖よりもシアル酸量が少ない又は多いことを利用して行う。例えば、ある種の糖尿病に罹患した患者の赤血球では細胞表面のシアル酸量が減少していることが知られている。また、癌化に伴い糖鎖修飾の変異が生じることも知られており、ある種の癌に罹患した患者の当該疾患細胞の糖鎖ではシアル酸量が増加していることが知られている。このような現象を利用して、正常細胞におけるシアル酸量と疾患細胞におけるシアル酸量とを比較して、正常細胞におけるシアル酸量よりも疾患細胞におけるシアル酸量が有意差を持って増加または減少している場合に、疾患細胞と判定することができる。   Here, the above determination is performed by utilizing the fact that the amount of sialic acid in the sugar chain on the cell surface affected by a specific disease is smaller or larger than the sugar chain on the surface of a normal cell. For example, it is known that the amount of sialic acid on the cell surface is reduced in erythrocytes of patients suffering from certain types of diabetes. It is also known that sugar chain modification mutations occur with canceration, and it is known that the amount of sialic acid is increased in the sugar chains of the diseased cells of patients suffering from certain types of cancer . By using this phenomenon, the amount of sialic acid in normal cells is compared with the amount of sialic acid in diseased cells. If it is decreased, it can be determined as a diseased cell.

正常細胞におけるシアル酸量と疾患細胞におけるシアル酸量とを比較する場合には、その量的関係から、単純に、一方の測定値を他方の測定値で除法し、その結果の値が0.9以下、または1.1以上である場合に疾患細胞であると判定することもできる。好ましくは、前記結果の値が0.7以下、または1.3以上である場合に疾患細胞であると判定する。さらに好ましくは、前記結果の値が0.5以下、または1.5以上である場合に疾患細胞であると判定する。なお、この場合、前記除法をする前に、必要に応じて前記測定値を標準化処理しても良い。   When comparing the amount of sialic acid in normal cells and the amount of sialic acid in diseased cells, from the quantitative relationship, one measurement value is simply divided by the other measurement value, and the resulting value is 0. When the number is 9 or less, or 1.1 or more, the cell can be determined to be a disease cell. Preferably, a disease cell is determined when the value of the result is 0.7 or less, or 1.3 or more. More preferably, when the value of the result is 0.5 or less, or 1.5 or more, it is determined that the cell is a diseased cell. In this case, the measurement value may be standardized as necessary before the division.

なお、上述のように、疾患に伴う細胞糖鎖修飾の構造的変化を基に判定を行うことができることに加え、さらに、疾患細胞において、例えばルシフェラーゼやGFP等の蛍光物質等が発現するように構成しておき、その発現頻度と照合することによって、補足的に、シアル酸の発現(増加又は減少)を確認するようにしても良い。   As described above, in addition to being able to make a determination based on the structural change of cell sugar chain modification accompanying a disease, in addition, for example, a fluorescent substance such as luciferase or GFP is expressed in a disease cell. It may be configured to check the expression (increase or decrease) of sialic acid supplementarily by comparing with the expression frequency.

また、上述した特定の疾患細胞の存否を判定する方法において、当該疾患は、その疾患によって細胞糖鎖修飾が変異または構造的に変化することが知られている疾患であれば、いずれの疾患であっても良い。特に、その疾患によって細胞糖鎖におけるシアル酸量が変化することが知られている疾患であることが好ましい。例えば、上記したように、糖尿病やある種の癌ではその細胞糖鎖におけるシアル酸量が増加又は減少することが知られている。その他、細胞増殖能に異常が見られる白血病、骨肉腫、神経芽細胞腫などにおいても適用可能である。   In the method for determining the presence or absence of a specific disease cell described above, the disease is any disease as long as the cell sugar chain modification is known to be mutated or structurally changed by the disease. There may be. In particular, it is preferable that the disease is known to change the amount of sialic acid in the cell sugar chain depending on the disease. For example, as described above, it is known that the amount of sialic acid in the cell sugar chain increases or decreases in diabetes and certain types of cancer. In addition, it can also be applied to leukemia, osteosarcoma, neuroblastoma, etc. in which abnormal cell proliferation ability is observed.

また、特定の疾患細胞の存否を判定する方法では、特定の細胞におけるシアル酸を検出する方法に用いるFETと同様のものを使用できる。例えば、上述した図1で示したように、上記2つの方法で用いるFETにおいては、ゲート12の表面には金属層13を介してフェニルボロン酸基14が被覆され、また検出表面16は測定セル壁15で囲まれ、これにより検出領域が区画されている。   As a method for determining the presence or absence of a specific disease cell, the same FET as that used in the method for detecting sialic acid in a specific cell can be used. For example, as shown in FIG. 1 described above, in the FET used in the above two methods, the surface of the gate 12 is coated with phenylboronic acid groups 14 via the metal layer 13, and the detection surface 16 is a measurement cell. Surrounded by a wall 15, the detection region is thereby partitioned.

さらに、上述した特定の疾患細胞の存否を判定する方法を用いることによって、癌の転移度を測定することもできる。この場合、試料として生体から採取した全細胞当たりの疾患細胞であると判定された細胞を算出することで転移度を求めることができる。なお、本願明細書において使用する「転移度」とは、ある臓器若しくは部位における癌細胞の割合を指すものであり、転移度を測定する臓器若しくは部位とは別の臓器若しくは部位に存在する癌由来の癌がどれくらい転移したかを特定するものである。   Furthermore, the degree of metastasis of cancer can also be measured by using the above-described method for determining the presence or absence of a specific disease cell. In this case, the degree of metastasis can be determined by calculating the cells determined to be disease cells per whole cell collected from a living body as a sample. As used herein, “degree of metastasis” refers to the proportion of cancer cells in a certain organ or site, and is derived from a cancer that exists in an organ or site other than the organ or site for which the degree of metastasis is measured. Is how much the cancer has metastasized.

また、上記した方法において、本実施形態に係るFETに細胞を播種する前に、当該細胞をセルストレイナーによって濾過し、凝集した細胞塊を除去することが好ましい。このセルストレイナーによる濾過によって、被験対象となる各細胞がバラバラになり、より正確に当該細胞におけるシアル酸量を検出することができる。   In the above-described method, it is preferable to remove the aggregated cell mass by filtering the cells with a cell strainer before seeding the FETs according to the present embodiment. By filtration with this cell strainer, each cell to be tested is separated, and the amount of sialic acid in the cell can be detected more accurately.

また、被験対象となる細胞は、疾患毎に異なる種類の細胞を用いることができる。この場合、その細胞の選択基準は、例えば、各疾患においてその疾患状態を適切に反映し得る細胞であることであり、選択される細胞としては、例えば、糖尿病であれば全血における赤血球であり、肺癌であれば肺細胞が挙げられる。   Moreover, different types of cells can be used for each disease as cells to be tested. In this case, the selection criteria for the cells are, for example, cells that can appropriately reflect the disease state in each disease, and the selected cells are, for example, erythrocytes in whole blood if diabetic. In the case of lung cancer, lung cells may be mentioned.

以下に、本実施形態に係るFETを用いて特定の疾患細胞の存否を判定した場合の実験例を、図6〜8を用いて説明する。   Below, the experiment example at the time of determining the presence or absence of a specific disease cell using FET which concerns on this embodiment is demonstrated using FIGS.

(特定の疾患細胞の存否を判定する方法に係る実験方法およびその結果)
まず、高転移性のルシフェラーゼ発現マウス黒色腫として、metastatic murine melanoma expressing luciferase(B16−F10−Luc−G5)を作製し、健常マウス(BALB/c nu/nu)の尾に皮下注射(10 cells/mL)した。この黒色腫は肺に転移するように作製した。
(Experimental method and result relating to the method of determining the presence or absence of a specific disease cell)
First, as a metastatic luciferase-expressing mouse melanoma, a metastatic murine melanoma expressing luciferase (B16-F10-Luc-G5) was prepared, and subcutaneous injection (10 6 cells) in the tail of a healthy mouse (BALB / c nu / nu). / ML). The melanoma was made to metastasize to the lung.

図6は、実際に肺転移癌モデルマウスを作製できたことを示す図である。metastatic murine melanoma expressing luciferase(B16−F10−Luc−G5)を皮下注射した肺転移癌モデルマウスに対して、ルシフェリン処理を行い、IVIS imaging system(Xenogen)を用いて化学発光を定量した。この図の左部に示される写真は、尾にmetastatic murine melanoma expressing luciferase(B16−F10−Luc−G5)を皮下注射した肺転移癌モデルマウスをIVIS imaging systemを用いて撮影したものである。この写真に示されるように、尾に皮下注射した黒色腫は肺に転移することができる。また、この図の右部に示されるグラフは、横軸に細胞数、縦軸に発光量をとったグラフである。このグラフに示されるように、またその発光量に比例して細胞数も増加する。   FIG. 6 is a diagram showing that a lung metastasis cancer model mouse was actually prepared. A lung metastatic cancer model mouse subcutaneously injected with metastatic murine melanoma expressing luciferase (B16-F10-Luc-G5) was treated with luciferin, and chemiluminescence was quantified using IVIS imaging system (Xenogen). The photograph shown in the left part of this figure was taken using an IVIS imaging system of a lung metastatic cancer model mouse subcutaneously injected with a metastatic melanoma expressing luciferase (B16-F10-Luc-G5) at the tail. As shown in this photograph, melanoma injected subcutaneously in the tail can metastasize to the lungs. Further, the graph shown on the right side of this figure is a graph in which the horizontal axis represents the number of cells and the vertical axis represents the amount of luminescence. As shown in this graph, the number of cells also increases in proportion to the amount of luminescence.

続いて、この肺転移癌モデルマウスから肺細胞を採取し、セルストレイナーによって濾過し、細胞集塊を除去した。その後、本願発明に係るシアル酸検出FET(バイオセンサ)を用いて種々の細胞数で閾電圧値変化(ΔV,mV)を測定した。 Subsequently, lung cells were collected from the lung metastatic cancer model mouse and filtered with a cell strainer to remove cell clumps. Thereafter, the threshold voltage value change (ΔV T , mV) was measured at various cell numbers using the sialic acid detection FET (biosensor) according to the present invention.

図7は、ルシフェラーゼ発現マウス黒色腫(B16−F10−Luc−G5)をマウス肺に対して異なる転移度(0%、15%、30%)で転移させた検体のバイオルミネッセンス画像、摘出肺の肉眼画像、及び種々の細胞数における閾電圧値変化(ΔV,mV)を示すグラフである。この図で示されるように、皮下注射からの日数を経るごとに、肺への転移を示す発光量が増加し、種々の細胞数における閾電圧変化(ΔV,mV)も増加することがわかる。 FIG. 7 shows bioluminescence images of specimens obtained by transferring luciferase-expressing mouse melanoma (B16-F10-Luc-G5) to mouse lungs at different degrees of metastasis (0%, 15%, 30%). is a graph showing gross image, and threshold voltage changes in a variety of cell number (ΔV T, mV). As shown in this figure, as the number of days after subcutaneous injection passes, the amount of luminescence showing metastasis to the lung increases, and the threshold voltage change (ΔV T , mV) in various cell numbers also increases. .

図8は、本願発明に係るシアル酸検出FETを用いて得られる閾値値電圧と癌転移度の関係を示すグラフである。図8Aは本願発明に係るシアル酸検出FETを用いて得られる閾値電圧であり、図8Bは従来の方法によって得られた、肺転移癌モデルマウスにおけるシアル酸量を示すグラフである。図8Aに示されるように、種々の細胞数において、肺への転移度が増加するにつれて閾値電圧が増加することがわかる。このことは、肺への転移度が増加するにつれて当該細胞におけるシアル酸量が増加することを示す。また、同じ転移度で比較した場合にも、細胞数が増加するにつれて閾値電圧が増加している。この結果は、細胞数が増加するにつれてシアル酸量が増加することを示す。同じ実験系を用いて従来の方法でシアル酸を定量した結果が図8Bである。このグラフは、種々の細胞数におけるデータが図8Aのそれとよく一致し、本願発明に係るシアル酸検出FETが細胞糖鎖におけるシアル酸量を正確に測定できることを証明するものである。また、同様に、これらの結果は、本願発明に係るシアル酸検出FETを用いることで、特定の細胞が疾患細胞であるかどうかを判定することができることを示すものである。   FIG. 8 is a graph showing the relationship between the threshold value voltage obtained by using the sialic acid detection FET according to the present invention and the degree of cancer metastasis. FIG. 8A is a threshold voltage obtained using the sialic acid detection FET according to the present invention, and FIG. 8B is a graph showing the amount of sialic acid in a lung metastatic cancer model mouse obtained by a conventional method. As shown in FIG. 8A, it can be seen that the threshold voltage increases as the degree of metastasis to the lung increases in various cell numbers. This indicates that the amount of sialic acid in the cell increases as the degree of metastasis to the lung increases. In addition, the threshold voltage increases as the number of cells increases when compared at the same degree of metastasis. This result shows that the amount of sialic acid increases as the number of cells increases. FIG. 8B shows the result of quantifying sialic acid by a conventional method using the same experimental system. This graph proves that the data for various cell numbers are in good agreement with those in FIG. 8A, and that the sialic acid detection FET according to the present invention can accurately measure the amount of sialic acid in the cell sugar chain. Similarly, these results show that it is possible to determine whether a specific cell is a disease cell by using the sialic acid detection FET according to the present invention.

(結論)
以上のように、本願発明に係るシアル酸検出FETが細胞表面上の糖鎖シアル酸を検出し、これにより、特定の細胞における疾患の有無を判別することができる。また、採取した全細胞当たりの疾患細胞と判断された細胞数を計算することで、癌細胞の特定の組織または部位への転移度を測定することもできる。
(Conclusion)
As described above, the sialic acid detection FET according to the present invention detects sugar chain sialic acid on the cell surface, and thereby can determine the presence or absence of a disease in a specific cell. Moreover, the degree of metastasis of cancer cells to a specific tissue or site can also be measured by calculating the number of cells determined to be diseased cells per total collected cell.

(本実施形態の変形例)
なお、この発明は、上述した一実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々変形可能である。
(Modification of this embodiment)
In addition, this invention is not limited to one Embodiment mentioned above, A various deformation | transformation is possible in the range which does not change the summary of invention.

(第2の実施形態)
例えば、上述した第1の実施形態では、フェニルボロン酸基14で被覆された検出表面16が、ゲート12上に直接形成されている構成を説明したが、検出表面16はゲート12としての検出媒体から離間して形成されてもよい。
(Second Embodiment)
For example, in the first embodiment described above, the configuration in which the detection surface 16 covered with the phenylboronic acid group 14 is directly formed on the gate 12 has been described. However, the detection surface 16 is a detection medium as the gate 12. It may be formed away from.

図9は、そのような例の模式図を示すものである。すなわち、この例では、ゲート上に第1の金属層25が設けられ、この第1の金属層25と配線を介して接続された第2の金属層26に、上記のような検出表面16が形成されてなる。なお、ここで説明した以外の構成は、第1の実施形態と同様である。   FIG. 9 shows a schematic diagram of such an example. That is, in this example, the first metal layer 25 is provided on the gate, and the detection surface 16 as described above is formed on the second metal layer 26 connected to the first metal layer 25 via the wiring. Formed. Configurations other than those described here are the same as those in the first embodiment.

このような構成によっても、上記第1の実施形態と全く同様の効果を得ることができる。
(第3、第4の実施形態)
Even with such a configuration, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment.
(Third and fourth embodiments)

また、上述した第1、第2の実施形態では、FETを用いた例であったが、本願発明はこれに限定されるものではい。第3、第4の実施形態では、他の例として、表面プラズモン共鳴(Surface Plasmon Resonance:SPR)、及びQuartz Crystal Microbalance(QCM)をそれぞれ用いている。   In the first and second embodiments described above, the FET is used as an example, but the present invention is not limited to this. In the third and fourth embodiments, surface plasmon resonance (SPR) and Quartz Crystal Microbalance (QCM) are used as other examples.

なお、以下に説明する第3および第4の実施形態では、説明の便宜上、第1の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、その説明は簡略した。   In the third and fourth embodiments described below, for the sake of convenience of explanation, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the first embodiment, and the description thereof is simplified.

図10は、第3の実施形態として、前記SPRを用いた場合の例を示す模式図である。
SPRとは、固相基板28の一端面から金属層13に臨界角以上の角度でレーザー光Lを入射させ、これにより、金属層13と、この金属層13の表面に被覆された試料との境界面に表面プラズモンを発生させるものである。
FIG. 10 is a schematic diagram showing an example in which the SPR is used as the third embodiment.
SPR means that laser light L is incident on the metal layer 13 from one end face of the solid phase substrate 28 at an angle greater than the critical angle, whereby the metal layer 13 and the sample coated on the surface of the metal layer 13 are It generates surface plasmons at the boundary surface.

この例では、固相基板28上に設けられた金属層13にフェニルボロン酸基14を被覆させ、この固相基板28の一端面から測定光照射手段29によって臨界角以上の角度でレーザー光Lを入射している。そして、これによって生じる反射光強度の変化を反射光測定手段30によって検出し、その光学強度の減衰からフェニルボロン酸基被覆面の屈折率を求め、被検試料、すなわち細胞糖鎖由来のシアル酸を分析する。   In this example, the metal layer 13 provided on the solid phase substrate 28 is coated with the phenylboronic acid group 14, and the laser beam L is emitted from one end face of the solid phase substrate 28 by the measuring light irradiation means 29 at an angle greater than the critical angle. Is incident. Then, the reflected light intensity change caused by this is detected by the reflected light measuring means 30, the refractive index of the phenylboronic acid group-coated surface is obtained from the attenuation of the optical intensity, and the test sample, that is, the sialic acid derived from the cell sugar chain Analyze.

本願発明に係るバイオセンサ8としてSPRを用いる場合、表面プラズモン共鳴を起こす方法としては光ファイバー、プリズム、回折格子、光導波路等を用いる光学系を使用することができ、その材料、即ちバイオセンサにおける固相基板材料としては、ガラス、ポリマー樹脂、プラスティック等を使用することができる。表面プラズモン共鳴における測定の対象は、光の波長であっても入射反射の角度であってもよく、光源としてはLED、LD、白色光等を、反射光測定手段30としてはCCD、PD、光位置センサ等を用いることができる。   When SPR is used as the biosensor 8 according to the present invention, an optical system using an optical fiber, a prism, a diffraction grating, an optical waveguide, or the like can be used as a method for causing surface plasmon resonance. As the phase substrate material, glass, polymer resin, plastic or the like can be used. The object of measurement in surface plasmon resonance may be the wavelength of light or the angle of incident reflection, LED, LD, white light, etc. as the light source, CCD, PD, light as the reflected light measuring means 30 A position sensor or the like can be used.

図11は、第4の実施形態として、前記QCMを用いた場合の例を示す模式図である。
QCMセンサ33とは、水晶振動子34の共振周波数変化から、水晶振動子34表面に吸着または結合した微量物質の質量を測定できる小型で高感度な質量検出器である。このQCMセンサ33を用いた検出システムでは、フェニルボロン酸基14が被覆された電極表面35がシアル酸試料(溶液又はガス)に接着するようにQCMセンサ33を配置している。そして、フェニルボロン酸基14とシアル酸試料との結合することによる電気的特性の変化、例えば、発振回路部36の発振周波数等の変化を計測部37によって計測する。
FIG. 11 is a schematic diagram showing an example in which the QCM is used as the fourth embodiment.
The QCM sensor 33 is a small and highly sensitive mass detector that can measure the mass of a trace substance adsorbed or bonded to the surface of the crystal unit 34 from the change in the resonance frequency of the crystal unit 34. In this detection system using the QCM sensor 33, the QCM sensor 33 is arranged so that the electrode surface 35 coated with the phenylboronic acid group 14 adheres to the sialic acid sample (solution or gas). Then, a change in electrical characteristics due to the bonding between the phenylboronic acid group 14 and the sialic acid sample, for example, a change in the oscillation frequency of the oscillation circuit unit 36 is measured by the measurement unit 37.

QCMセンサをシアル酸検出に利用する場合は、シアル酸に結合するフェニルボロン酸基14を水晶振動子34の電極表面34上に形成したものを固相として用いることが好ましい。この水晶振動子34をバッファー溶液で満たした容器の中に設置し、次にシアル酸を含む試料(細胞、又は細胞から得た糖鎖試料を)を添加する。シアル酸は、水晶振動子34の電極表面35上の固相に形成したフェニルボロン酸基14に結合して質量負荷となり、水晶振動子34の共振周波数を低下させる。QCMセンサの利点は、周波数変化量から直接、質量変化量が得られるので検量線が不要な点である。   When the QCM sensor is used for sialic acid detection, it is preferable to use as the solid phase a structure in which the phenylboronic acid group 14 that binds to sialic acid is formed on the electrode surface 34 of the crystal resonator 34. This crystal oscillator 34 is placed in a container filled with a buffer solution, and then a sample containing sialic acid (cell or a sugar chain sample obtained from the cell) is added. Sialic acid binds to the phenylboronic acid group 14 formed in the solid phase on the electrode surface 35 of the crystal resonator 34 and becomes a mass load, thereby reducing the resonance frequency of the crystal resonator 34. The advantage of the QCM sensor is that a calibration curve is not required because the mass change amount can be obtained directly from the frequency change amount.

1…検出システム
2…プリント実装基板
3…バイオセンサ部
4…センサ駆動回路部
5…給電部
6…検出回路部
7…出力インタフェース部
8…バイオセンサ
9…半導体基板
10…ソース
11…ドレイン
12…ゲート
13…金属層
14…フェニルボロン酸基
15…測定セル壁
16…検出表面
17…参照電極
18…電流計
19…電源
20…糖鎖
21…シアル酸
22…負電荷
23…自己組織化単分子膜(SAM)
25…第1の金属層
26…第2の金属層
28…固相基板
29…測定光照射手段
30…反射光測定手段
33…QCMセンサ
34…水晶振動子
35…電極表面
36…発振回路部
37…計測部
L…レーザー光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Detection system 2 ... Print mounting board 3 ... Biosensor part 4 ... Sensor drive circuit part 5 ... Power feeding part 6 ... Detection circuit part 7 ... Output interface part 8 ... Biosensor 9 ... Semiconductor substrate 10 ... Source 11 ... Drain 12 ... Gate 13 ... Metal layer 14 ... Phenylboronic acid group 15 ... Measurement cell wall 16 ... Detection surface 17 ... Reference electrode 18 ... Ammeter 19 ... Power source 20 ... Sugar chain 21 ... Sialic acid 22 ... Negative charge 23 ... Self-assembled monomolecule Membrane (SAM)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 25 ... 1st metal layer 26 ... 2nd metal layer 28 ... Solid phase substrate 29 ... Measurement light irradiation means 30 ... Reflection light measurement means 33 ... QCM sensor 34 ... Crystal oscillator 35 ... Electrode surface 36 ... Oscillation circuit part 37 ... Measurement part L ... Laser light

Claims (16)

検出表面を有し、この検出表面が、細胞糖鎖由来のシアル酸と結合するフェニルボロン酸基で被覆されている
ことを特徴とするバイオセンサであって、
金属層と、
この金属層上に化学吸着により形成された有機分子の自己組織化単分子膜と、
この自己組織化単分子膜の上記金属層とは反対側の面に導入され前記検出表面を構成するフェニルボロン酸基と
を有するものであり、
前記自己組織化単分子膜に結合した前記フェニルボロン酸基は、メタ−アミド置換基構造を有するものである
ことを特徴とするバイオセンサ。
A biosensor characterized in that it has a detection surface, and this detection surface is coated with a phenylboronic acid group that binds to sialic acid derived from a cell sugar chain,
A metal layer,
A self-assembled monolayer of organic molecules formed by chemisorption on the metal layer;
The self-assembled monolayer has a phenylboronic acid group introduced on the surface opposite to the metal layer and constituting the detection surface,
The biosensor according to claim 1, wherein the phenylboronic acid group bonded to the self-assembled monolayer has a meta-amide substituent structure.
請求項1記載のバイオセンサにおいて、
前記検出表面にシアル酸が結合することによる光特性、振動特性、電気的特性を含む物理的特性のいずれか1以上の変化を検出するための検出媒体を有し、
前記検出表面はこの検出媒体に形成されている
ことを特徴とするバイオセンサ。
The biosensor according to claim 1, wherein
A detection medium for detecting a change in one or more of physical characteristics including optical characteristics, vibration characteristics, and electrical characteristics due to sialic acid binding to the detection surface;
The detection surface is formed on the detection medium. A biosensor.
請求項2記載のバイオセンサにおいて、
前記検出媒体は、電界効果トランジスタのゲートである
ことを特徴とするバイオセンサ。
The biosensor according to claim 2, wherein
The biosensor according to claim 1, wherein the detection medium is a gate of a field effect transistor.
請求項3記載のバイオセンサにおいて、
前記ゲート上に前記金属層が設けられていること
を特徴とするバイオセンサ。
The biosensor according to claim 3, wherein
The biosensor, wherein the metal layer is provided on the gate.
請求項3記載のバイオセンサにおいて、
前記金属層は、
前記ゲート上に設けられた第1の金属層と、
前記ゲートから離間して設けられ、前記第1の金属層と導電性配線を介して接続された第2の金属層とを有するものであり、
前記検出表面は前記第2の金属層に形成されている
ことを特徴とするバイオセンサ。
The biosensor according to claim 3, wherein
The metal layer is
A first metal layer provided on the gate;
A second metal layer provided apart from the gate and connected to the first metal layer through a conductive wiring;
The biosensor according to claim 1, wherein the detection surface is formed on the second metal layer.
請求項2記載のバイオセンサにおいて、
前記検出媒体は、その外面に前記検出表面が形成されてなる光導波部材または圧電部材であり、
前記シアル酸が前記フェニルボロン酸基に結合した際に、前記光導波部材または圧電部材と検出表面との境界部分での光学特性及び/又は振動特性が変化される
ものであることを特徴とするバイオセンサ。
The biosensor according to claim 2, wherein
The detection medium is an optical waveguide member or a piezoelectric member in which the detection surface is formed on an outer surface thereof,
When the sialic acid is bonded to the phenylboronic acid group, optical characteristics and / or vibration characteristics at a boundary portion between the optical waveguide member or the piezoelectric member and a detection surface are changed. Biosensor.
細胞糖鎖由来のシアル酸を検出する方法であって、
細胞糖鎖を含有する被験試料を用意する工程と、
検出表面を有し、この検出表面が、前記被験試料中のシアル酸と結合するフェニルボロン酸基で被覆されているバイオセンサを用意する工程と、
前記用意した被験試料を前記バイオセンサに接触させる工程と、
前記被験試料中のシアル酸と前記フェニルボロン酸基とが反応することによって変化する光特性、振動特性、電気的特性を含む物理的信号を検出する工程と、
を有するものである方法であって、
前記バイオセンサは、
金属層と、
この金属層上に化学吸着により形成された有機分子の自己組織化単分子膜と、
この自己組織化単分子膜の上記金属層とは反対側の面に導入され前記検出表面を構成するフェニルボロン酸基と
を有するものであり、
前記フェニルボロン酸基は、メタ−アミド置換基構造を有するものである
ことを特徴とする方法。
A method for detecting sialic acid derived from a cell sugar chain,
Preparing a test sample containing cellular sugar chains;
Providing a biosensor having a detection surface, the detection surface being coated with a phenylboronic acid group that binds to sialic acid in the test sample;
Contacting the prepared test sample with the biosensor;
Detecting physical signals including light characteristics, vibration characteristics, and electrical characteristics that change as a result of a reaction between the sialic acid in the test sample and the phenylboronic acid group;
A method comprising:
The biosensor is
A metal layer,
A self-assembled monolayer of organic molecules formed by chemisorption on the metal layer;
The self-assembled monolayer has a phenylboronic acid group introduced on the surface opposite to the metal layer and constituting the detection surface,
The method wherein the phenylboronic acid group has a meta-amide substituent structure.
請求項7記載の方法において、
前記検出する工程は、
前記検出表面にシアル酸が結合することによる光特性、振動特性、電気的特性を含む物理的特性のいずれか1以上の変化を検出するための検出媒体を介して行われ、
前記検出表面はこの検出媒体に形成されているものである
ことを特徴とする方法。
The method of claim 7, wherein
The detecting step includes
Carried out via a detection medium for detecting any one or more changes in physical characteristics including optical characteristics, vibration characteristics, and electrical characteristics due to sialic acid binding to the detection surface;
The method, wherein the detection surface is formed on the detection medium.
請求項8記載の方法において、
前記検出する工程は、前記検出媒体としての電界効果トランジスタのゲートを介しておこなわれるものである
ことを特徴とする方法。
The method of claim 8, wherein
The detecting step is performed through a gate of a field effect transistor as the detection medium.
請求項9記載の方法において、
前記バイオセンサは、
ゲート上に金属層が設けられている
ことを特徴とする方法。
The method of claim 9, wherein
The biosensor is
A method characterized in that a metal layer is provided on the gate.
請求項9記載の方法において、
このバイオセンサは、
前記ゲート上に設けられた第1の金属層と、
前記ゲートから離間して設けられ、前記第1の金属層と導電性配線を介して接続された第2の金属層を有するものであり、
この第2の金属層上には、化学吸着により形成された有機分子の前記自己組織化単分子膜と、
前記自己組織化単分子膜の上記基板とは反対側の面に導入され前記検出表面を構成するフェニルボロン酸基と
を有するものであることを特徴とする方法。
The method of claim 9, wherein
This biosensor
A first metal layer provided on the gate;
A second metal layer provided apart from the gate and connected to the first metal layer via a conductive wiring;
On the second metal layer, the self-assembled monolayer of organic molecules formed by chemisorption,
And a phenylboronic acid group which is introduced on a surface opposite to the substrate of the self-assembled monolayer and constitutes the detection surface.
請求項8記載の方法において、
前記検出する工程は、外面に前記検出表面が形成されてなる光導波部材または圧電部材である検出媒体を介して行われ、
前記シアル酸が前記フェニルボロン酸基に結合した際の、前記光導波部材または圧電部材と検出表面との境界部分での光学特性及び/又は振動特性の変化を検出するものである
ことを特徴とする方法。
The method of claim 8, wherein
The detecting step is performed via a detection medium that is an optical waveguide member or a piezoelectric member in which the detection surface is formed on an outer surface,
When the sialic acid is bonded to the phenylboronic acid group, it detects a change in optical characteristics and / or vibration characteristics at a boundary portion between the optical waveguide member or piezoelectric member and a detection surface. how to.
請求項1記載のバイオセンサを含む、細胞糖鎖由来のシアル酸を検出するための検出キット。   A detection kit for detecting sialic acid derived from a cell sugar chain, comprising the biosensor according to claim 1. 生体由来の試料中における疾患細胞の存否を判定する方法であって、
生体から採取された糖鎖を含有する被検試料を用意する工程と、
検出表面を有し、この検出表面が、前記被験試料中のシアル酸と結合するフェニルボロン酸基で被覆されているバイオセンサを用意する工程と、
前記採取した被験試料を前記バイオセンサに接触させる工程と、
前記被験試料中のシアル酸と前記フェニルボロン酸基とが反応することによって変化する光特性、振動特性、電気的特性を含む物理的信号を検出する工程と、
前記検出した物理的信号と、正常細胞を前記バイオセンサに供した際に得られる物理的信号とを比較する工程と、
前記比較した結果に基づいて、前記被験試料が疾患細胞であるか否かを判定する工程と
を有するものであり、
前記バイオセンサは、
金属層と、
この金属層上に化学吸着により形成された有機分子の自己組織化単分子膜と、
この自己組織化単分子膜の上記金属層とは反対側の面に導入され前記検出表面を構成するフェニルボロン酸基と
を有するものであり、
前記フェニルボロン酸基は、メタ−アミド置換基構造を有するものである
ことを特徴とする方法。
A method for determining the presence or absence of diseased cells in a biological sample,
Preparing a test sample containing a sugar chain collected from a living body ;
Providing a biosensor having a detection surface, the detection surface being coated with a phenylboronic acid group that binds to sialic acid in the test sample;
Contacting the collected test sample with the biosensor;
Detecting physical signals including light characteristics, vibration characteristics, and electrical characteristics that change as a result of a reaction between the sialic acid in the test sample and the phenylboronic acid group;
Comparing the detected physical signal with a physical signal obtained when subjecting a normal cell to the biosensor;
And determining whether the test sample is a disease cell based on the comparison result,
The biosensor is
A metal layer,
A self-assembled monolayer of organic molecules formed by chemisorption on the metal layer;
The self-assembled monolayer has a phenylboronic acid group introduced on the surface opposite to the metal layer and constituting the detection surface,
The method wherein the phenylboronic acid group has a meta-amide substituent structure.
請求項14記載の方法において、
前記疾患は、糖尿病、肺癌、食道癌、胃癌、直腸癌、肝臓癌、膵臓癌、腎臓癌、皮膚癌、膀胱癌、乳癌、子宮癌、膣癌、白血病、骨肉腫、脳腫瘍、脊髄腫瘍、神経芽細胞腫、甲状腺癌、前立腺癌、外陰癌から成る群から選択されるものである、方法。
The method of claim 14, wherein
The diseases are diabetes, lung cancer, esophageal cancer, stomach cancer, rectal cancer, liver cancer, pancreatic cancer, kidney cancer, skin cancer, bladder cancer, breast cancer, uterine cancer, vaginal cancer, leukemia, osteosarcoma, brain tumor, spinal cord tumor, nerve A method which is selected from the group consisting of blastoma, thyroid cancer, prostate cancer, vulvar cancer.
請求項14記載の方法において、
前記判定する工程は、
前記検出した物理的信号に係る値/前記正常細胞における物理的信号に係る値
によって得られる値が0.9以下、または1.1以上である場合に疾患細胞であると判定するものである、方法。
The method of claim 14, wherein
The step of determining includes
When the value obtained by the value relating to the detected physical signal / the value relating to the physical signal in the normal cell is 0.9 or less, or 1.1 or more, it is determined that the cell is a disease cell. Method.
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