JP6034261B2 - Manufacturing method of biomolecule detection chip - Google Patents

Manufacturing method of biomolecule detection chip Download PDF

Info

Publication number
JP6034261B2
JP6034261B2 JP2013161036A JP2013161036A JP6034261B2 JP 6034261 B2 JP6034261 B2 JP 6034261B2 JP 2013161036 A JP2013161036 A JP 2013161036A JP 2013161036 A JP2013161036 A JP 2013161036A JP 6034261 B2 JP6034261 B2 JP 6034261B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
molecule
biomolecule
biomolecule detection
graphene oxide
dye
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013161036A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015031596A (en
Inventor
祐子 上野
祐子 上野
古川 一暁
一暁 古川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2013161036A priority Critical patent/JP6034261B2/en
Publication of JP2015031596A publication Critical patent/JP2015031596A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6034261B2 publication Critical patent/JP6034261B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Description

本発明は、生体分子を検出するための生体分子検出用チップの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a biomolecule detecting chips for detecting biomolecules.

極微量の試料から同時に複数の化学成分を検出し、また、類似の化学反応を精度よく比較する測定を行う技術として、分子認識機能を有する核酸分子(アプタマー)や抗体や酵素といったタンパク質などの生体分子検出用分子を微小領域に配置したアレイチップを用いた分析方法が注目されている。   As a technology to detect multiple chemical components from a very small amount of sample at the same time and to compare similar chemical reactions with high accuracy, biological technologies such as nucleic acid molecules (aptamers) with molecular recognition function, proteins such as antibodies and enzymes, etc. An analysis method using an array chip in which molecules for detecting molecules are arranged in a minute region has attracted attention.

このようなアレイチップを用いる分析方法では、どの微小領域にどの生体分子検出用分子が配置されているかという情報に基づいて分析を行う。このため、位置制御性よく、かつ微細なパタンで生体分子検出用分子を固定する技術が必要となる。加えて、分析を行う際にも、精確な位置情報の取得が必要となる。このように、位置制御性よく、かつ微細な領域に生体分子検出用分子を固定するためには、大掛かりで複雑な装置を必要とし、熟練したオペレーションが必要という問題がある。   In such an analysis method using an array chip, analysis is performed based on information indicating which biomolecule detection molecules are arranged in which micro regions. For this reason, a technique for immobilizing molecules for biomolecule detection with a fine pattern with good position controllability is required. In addition, accurate position information must be acquired when performing analysis. As described above, in order to fix the molecule for biomolecule detection in a fine region with good position controllability, there is a problem that a large-scale and complicated apparatus is required and a skilled operation is required.

このような煩雑な工程を必要とせずに、極微量の試料から同時に複数の化学成分を検出し、また類似の化学反応を精度よく比較測定を行うオンチップ分析手法として、異なる色で発光する色素を独立にプローブとして用いる光検出法が考えられる。   Dye that emits light in different colors as an on-chip analysis method that detects multiple chemical components from a very small amount of sample at the same time and accurately compares and measures similar chemical reactions without requiring such complicated processes A photodetection method that independently uses as a probe is conceivable.

1つの例は、測定対象である標的物質をラベル化する方法である。標的物質の種類ごとに異なる色素分子でラベル化すれば、選択性のよい高感度な検出が可能である。しかしながら、標的物質のラベル化は煩雑な前処理工程を必要とするという問題がある。   One example is a method for labeling a target substance to be measured. By labeling with different dye molecules for each type of target substance, highly sensitive detection with good selectivity is possible. However, labeling of the target substance has a problem that a complicated pretreatment process is required.

別の方法は、より好ましいラベルフリーな検出である。これは、分子認識機能を有する核酸分子や抗体や酵素といったタンパク質などの生体分子検出用分子を、予め異なる色で発光する色素で種類ごとに標識しておき、色別の検出を行うものである。色別検出により、基板表面の異なる所望の箇所に生体分子検出用分子のパタンを固定することなく、複数の化学成分を同時に検出することが可能である。   Another method is more preferred label-free detection. In this method, molecules for detecting biomolecules such as nucleic acid molecules having molecular recognition functions and proteins such as antibodies and enzymes are labeled in advance with dyes that emit light in different colors, and detection is performed by color. . By detecting by color, it is possible to simultaneously detect a plurality of chemical components without fixing the biomolecule detection molecule pattern at different desired locations on the substrate surface.

「OPTICAL INTERFERENCE FILTER」、OMEGA OPTICAL社 日本語カタログ 第14版、26−27頁。“OPTICAL INTERFERENCE FILTER”, OMEGA OPTICAL Japanese Catalog 14th Edition, pp. 26-27. E. Treossi et al. ,"High-Contrast Visualization of Graphene Oxide on Dye-Sensitized Glass, Quartz, and Silicon by Fluorescence Quenching",J. AM. CHEM. SOC. , vol.131, pp.15576-15577, 2009.E. Treossi et al., "High-Contrast Visualization of Graphene Oxide on Dye-Sensitized Glass, Quartz, and Silicon by Fluorescence Quenching", J. AM. CHEM. SOC., Vol.131, pp.15576-15577, 2009 . J. Kim et al. ,"Visualizing Graphene Based Sheets by Fluorescence Quenching Microscopy",J. AM. CHEM. SOC. , vol.132, pp.260-267, 2010.J. Kim et al., "Visualizing Graphene Based Sheets by Fluorescence Quenching Microscopy", J. AM. CHEM. SOC., Vol.132, pp.260-267, 2010. S. Husale et al. ,"ssDNA Binding Reveals the Atomic Structure of Graphene", Langmuir, vol.26, no.23, pp.18078-18082, 2010.S. Husale et al., "SsDNA Binding Reveals the Atomic Structure of Graphene", Langmuir, vol.26, no.23, pp.18078-18082, 2010. D. Li et al. ,"Processable aqueous dispersions of graphene nanosheets", Nature nanotechnology, vol.3, pp.101-105, 2008.D. Li et al., "Processable aqueous dispersions of graphene nanosheets", Nature nanotechnology, vol.3, pp.101-105, 2008.

ここで、異なる色で発光する色素で標識した生体分子検出用分子は、標的物質が存在しない場合には発光が観測されない、すなわち消光している状態であることが必要であり、消光特性を示す分子や材料と組み合わせて用いる必要がある。従来の消光特性を示す多くの分子および材料においては、特定の色素に対してのみ良好な消光特性を示すものが多い。このため、標識に用いる色素と組になる消光材料が色素の種類ごとに必要となり、同一のプラットホームにおいて多色化することが困難であるという問題がある(非特許文献1)。   Here, the biomolecule detection molecule labeled with a dye emitting light of a different color needs to be in a state in which no luminescence is observed, i.e., quenching, in the absence of a target substance, and exhibits quenching characteristics. It must be used in combination with molecules and materials. Many molecules and materials that exhibit conventional quenching properties often exhibit good quenching properties only for specific dyes. For this reason, a quenching material paired with a dye used for labeling is required for each type of dye, and there is a problem that it is difficult to increase the number of colors on the same platform (Non-Patent Document 1).

また、消光特性を示す分子および材料自身も発光を示すものが多いため、多色化の際に妨害となるという問題がある。更に、消光特性を良好に示すためには、色素で標識した生体分子検出用分子の近傍に、消光特性を示す分子を設置する必要があるため、分子間距離の制御など、作製上の制約が大きいという問題がある。以上に説明したように、1つのチップで、異なる複数の生体分子検出用分子を用いて異なる複数の検出対象を分析することが用意ではないという問題があった。   In addition, since many molecules and materials themselves exhibiting extinction characteristics also exhibit light emission, there is a problem that they are obstructed when making multiple colors. Furthermore, in order to show good quenching characteristics, it is necessary to place molecules that exhibit quenching characteristics in the vicinity of biomolecule detection molecules labeled with dyes. There is a problem of being big. As described above, there is a problem in that it is not ready to analyze a plurality of different detection targets using a plurality of different biomolecule detection molecules with a single chip.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、1つのチップで、異なる複数の生体分子検出用分子を用いた異なる複数の検出対象の分析が容易に実施できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to easily perform analysis of a plurality of different detection targets using a plurality of different biomolecule detection molecules with one chip. The purpose is to.

体分子検出用チップは、検出対象となる各々異なる複数の生体分子の各々と特異的に結合する複数の生体分子検出用分子と、複数の生体分子検出用分子の各々の一端に結合した各々異なる色の複数の色素と、基板の上に形成されて酸化グラフェン還元体から構成され、複数の生体分子検出用分子の他端が固定される固定層とを備える。 Each BIOLOGICAL molecular detection chip includes a plurality of biomolecule detecting molecules that each specifically bind a respective different biomolecule be detected, which is coupled to one end of each of a plurality of biomolecule detecting molecules comprising different and a plurality of dye color, consist formed oxidation graphene reductant on a substrate, and a fixed layer to which the other end of the plurality of biomolecule detecting molecules is fixed.

上記生体分子検出用チップにおいて、生体分子検出用分子の他端に結合して生体分子検出用分子の他端と固定層とを接着する接着分子を備えるようにしてもよい。なお、基板は透明であるとよい。   The biomolecule detection chip may include an adhesion molecule that is bonded to the other end of the biomolecule detection molecule and adheres the other end of the biomolecule detection molecule and the fixing layer. The substrate is preferably transparent.

発明に係る生体分子検出用チップの製造方法は、基板の上に酸化グラフェン還元体から構成された固定層を形成する固定層形成工程と、検出対象となる各々異なる複数の生体分子の各々と特異的に結合する複数の生体分子検出用分子の各々の一端に各々異なる色の色素を結合させる色素結合生体分子検出用分子形成工程と、各々異なる色の色素が結合された生体分子検出用分子を含む複数の水溶液を混合した混合溶液を固定層に接触させることにより、各々異なる色の色素が結合された複数の生体分子検出用分子の他端を固定層に固定する色素形成生体分子検出用分子固定工程とを備える。 Method for producing a biomolecule detecting chip according to the present invention includes a fixed layer forming step of forming a fixed layer composed of oxidation graphene reductant on a substrate, each of the respective plurality of different biomolecules be detected A molecule formation process for detecting a dye-coupled biomolecule that binds a dye of a different color to one end of each of a plurality of biomolecule-detecting molecules that specifically bind to the molecule, and a biomolecule detection in which a dye of a different color is bound Dye-forming biomolecule detection that fixes the other end of a plurality of molecules for detecting biomolecules , each of which is bound to a dye of a different color, by bringing a mixed solution in which multiple aqueous solutions containing molecules are mixed into contact with the fixed layer A molecular immobilization step.

上記生体分子検出用チップの製造方法において、複数の生体分子検出用分子の他端に固定層に接着する接着分子を結合させる接着分子結合工程を備え、色素形成生体分子検出用分子固定工程では、生体分子検出用分子の他端に結合した接着分子により生体分子検出用分子の他端と固定層とを接着させて固定するようにしてもよい。なお、基板は透明であるとよい。   In the method for manufacturing a biomolecule detection chip, the biomolecule detection chip includes an adhesion molecule bonding step of bonding an adhesion molecule that adheres to the fixing layer to the other end of the plurality of biomolecule detection molecules. The other end of the biomolecule detection molecule and the fixing layer may be adhered and fixed by an adhesion molecule bonded to the other end of the biomolecule detection molecule. The substrate is preferably transparent.

以上説明したことにより、本発明によれば、1つのチップで、異なる複数の生体分子検出用分子を用いた異なる複数の検出対象の分析が容易に実施できるようになるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect that analysis of a plurality of different detection targets using a plurality of different biomolecule detection molecules can be easily performed with one chip. .

図1は、本発明の実施の形態における生体分子検出用チップの一部構成を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a partial configuration of a biomolecule detection chip according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施の形態における生体分子検出用チップの一部構成を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a partial configuration of the biomolecule detection chip according to the embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施の形態における生体分子検出用チップの製造方法について説明するフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for manufacturing the biomolecule detection chip in the embodiment of the present invention. 図4は、マイクロ流路の構成を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing the configuration of the microchannel.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態における生体分子検出用チップの一部構成を示す構成図である。この生体分子検出用チップは、複数の生体分子検出用分子101a,101bと、複数の色素102a,102bと、基板103の上に形成されて生体分子検出用分子101a,101bが固定される固定層104とを備える。生体分子検出用分子101a,101bの一端に、色素102a,102bが結合している。また、生体分子検出用分子101a,101bの他端が、固定層104に固定されている。なお、色素102aは色素102bとは異なり、また、これらは、既知のものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a partial configuration of a biomolecule detection chip according to an embodiment of the present invention. This biomolecule detection chip is formed on a plurality of biomolecule detection molecules 101a and 101b, a plurality of dyes 102a and 102b, and a substrate 103, on which the biomolecule detection molecules 101a and 101b are fixed. 104. Dyes 102a and 102b are bonded to one end of the biomolecule detection molecules 101a and 101b. The other ends of the biomolecule detection molecules 101 a and 101 b are fixed to the fixed layer 104. Note that the pigment 102a is different from the pigment 102b, and these are known.

生体分子検出用分子101a,生体分子検出用分子101bは、検出対象となる各々異なる複数の生体分子の各々と特異的に結合する。例えば、図2に示すように、生体分子検出用分子101aは、検出対象の生体分子201aと複合体を形成するアプタマーであり、生体分子検出用分子101bは、生体分子201aとは異なる生体分子201bと複合体を形成するアプタマーである。また、色素102a,色素102bは、各々異なる波長の蛍光を発光する蛍光色素分子である。   The biomolecule detection molecule 101a and the biomolecule detection molecule 101b specifically bind to each of a plurality of different biomolecules to be detected. For example, as shown in FIG. 2, the biomolecule detection molecule 101a is an aptamer that forms a complex with the biomolecule 201a to be detected, and the biomolecule detection molecule 101b is a biomolecule 201b different from the biomolecule 201a. Is an aptamer that forms a complex. The dye 102a and the dye 102b are fluorescent dye molecules that emit fluorescence having different wavelengths.

固定層104は、酸化グラフェンまたは酸化グラフェン還元体から構成されている。グラフェンは、炭素sp2結合で構成された炭素原子が2次元に結合した構造であり、層状物質グラファイトを構成する原子層を1層から数層取り出したものと言える。このようなグラフェンが酸化した物質が酸化グラフェンである。また、酸化グラフェンをある程度還元した状態の物質が酸化グラフェン還元体である。酸化グラフェン還元体は、完全なグラフェンの状態にはなっていない。 The fixed layer 104 is made of graphene oxide or a graphene oxide reductant. Graphene has a structure in which carbon atoms composed of carbon sp 2 bonds are two-dimensionally bonded, and it can be said that several atomic layers constituting the layered material graphite are extracted from one layer. A material obtained by oxidizing such graphene is graphene oxide. A substance obtained by reducing graphene oxide to some extent is a graphene oxide reductant. The graphene oxide reductant is not in a complete graphene state.

酸化グラフェンまたは酸化グラフェン還元体は、幅広い波長帯の発光色素に対して極めて効率のよい消光特性を示す消光材料である(非特許文献2,非特許文献3参照)。このため、上述した構成の固定層104を用いた実施の形態における生体分子検出用チップによれば、色素の種類に関係なく、多色化検出が可能となる。特に、酸化グラフェン還元体は、無発光体であるため、自身の発光による検出の妨害が発生しないという利点がある。   Graphene oxide or graphene oxide reductant is a quenching material that exhibits extremely efficient quenching characteristics with respect to luminescent dyes in a wide wavelength band (see Non-Patent Documents 2 and 3). Therefore, according to the biomolecule detection chip in the embodiment using the fixed layer 104 having the above-described configuration, multicolor detection can be performed regardless of the type of the dye. In particular, since the graphene oxide reductant is a non-light emitting material, there is an advantage that detection interference due to its own light emission does not occur.

一方、酸化グラフェンは赤色領域で微弱な発光を示すが、酸化グラフェン自身の発光と比較して非常に強い発光強度を有する色素を選択すれば、検出の妨害はほぼ無視できる。赤色以外の色素については酸化グラフェン自身による検出の妨害を全く起こさない。なお、酸化グラフェン自身の微弱な赤色発光は、標的物質の濃度が薄い場合など、微弱な検出信号を観測する場合に妨害を起こすおそれがある。このような場合は、無発光体である酸化グラフェン還元体を用いることが好ましい。   On the other hand, graphene oxide exhibits weak light emission in the red region, but if a dye having a very strong light emission intensity is selected as compared with the light emission of graphene oxide itself, detection interference can be almost ignored. For pigments other than red, the graphene oxide itself does not interfere with detection. Note that the weak red light emission of graphene oxide itself may cause interference when a weak detection signal is observed, such as when the concentration of the target substance is low. In such a case, it is preferable to use a graphene oxide reductant that is a non-light emitting material.

また、酸化グラフェンまたは酸化グラフェン還元体は、生体分子検出用分子の中でも、特にアプタマーに対して強い親和性を有するため、標的物質が存在しない場合には、アプタマーは自発的にこれらの表面に近接して吸着する(非特許文献4)。これにより、定常状態では、図1に示すように、標識に用いる色素分子である色素102a,102bと酸化グラフェンまたは酸化グラフェン還元体からなる固定層104表面の距離が近接し、酸化グラフェンまたは酸化グラフェン還元体は、消光特性を十分発揮する。   In addition, graphene oxide or graphene oxide reductant has a strong affinity for aptamers among biomolecule detection molecules. Therefore, aptamers spontaneously approach these surfaces in the absence of a target substance. And adsorb (Non-patent Document 4). As a result, in a steady state, as shown in FIG. 1, the distance between the dyes 102a and 102b, which are dye molecules used for labeling, and the surface of the fixed layer 104 made of graphene oxide or graphene oxide reductant is close, and graphene oxide or graphene oxide The reductant exhibits sufficient quenching properties.

一方、アプタマーに対する標的物質が存在する場合は、アプタマーと標的物質が複合体を形成し、酸化グラフェンまたは酸化グラフェン還元体表面において立体構造を形成する。図2に示すように、生体分子検出用分子101a,101bが、生体分子201a,201bとの複合体を形成すると、他端が固定層104に固定されている生体分子検出用分子101a,101bは、固定層104より脱離することはない。しかし、生体分子201a,201bとの複合体を形成することにより、生体分子検出用分子101a,101bの一端は、ここに固定されている色素102a,102bとともに、固定層104より離間していく。   On the other hand, when a target substance for the aptamer exists, the aptamer and the target substance form a complex, and form a three-dimensional structure on the surface of graphene oxide or the graphene oxide reduced form. As shown in FIG. 2, when the biomolecule detection molecules 101a and 101b form a complex with the biomolecules 201a and 201b, the biomolecule detection molecules 101a and 101b whose other ends are fixed to the fixed layer 104 are , It is not detached from the fixed layer 104. However, by forming a complex with the biomolecules 201a and 201b, one end of the biomolecule detection molecules 101a and 101b is separated from the fixed layer 104 together with the dyes 102a and 102b fixed thereto.

酸化グラフェンまたは酸化グラフェン還元体の消光効率は、色素と酸化グラフェンまたは酸化グラフェン還元体表面との距離に大きく依存する。このため、距離が遠くなるのに従って著しく消光効率が低下し、色素102a,色素102bの発光が観測されるようになる。種々の標的物質に対するアプタマーを異なる色で発光する色素で標識し、予め混合して酸化グラフェンまたは酸化グラフェン還元体表面に固定しておけば、ある標的物質の存在下においては、特定の色の発光が観測される。このような色別の検出を行うことにより、微小領域へのパターニングを必要としない状態で、複数の分子の検出が可能となる。   The quenching efficiency of graphene oxide or graphene oxide reductant depends largely on the distance between the dye and the graphene oxide or graphene oxide reductant surface. For this reason, as the distance increases, the quenching efficiency is remarkably lowered, and the light emission of the dyes 102a and 102b is observed. If aptamers for various target substances are labeled with dyes that emit light of different colors, mixed in advance and immobilized on the surface of graphene oxide or graphene oxide reductant, light emission of a specific color in the presence of a certain target substance Is observed. By performing such color-specific detection, it is possible to detect a plurality of molecules without requiring patterning into a minute region.

なお、生体分子検出用分子101a,生体分子検出用分子101bの固定層104への固定は、接着分子(リンカー分子)を介して実施してもよい。接着分子は、例えば、ピレンブタジエン酸などのピレンが骨格に含まれている分子を用いればよい。生体分子検出用分子101a,生体分子検出用分子101bの他端(末端)アミノ基などを導入し、ここに接着分子に導入したカルボキシル基もしくはN−ヒドロキシスクシンイミドエステル部位を反応させて化学結合を形成させればよい。このような、N−ヒドロキシスクシンイミドエステル部位を有する接着分子を固定層104に接着(吸着)させておき、一端に色素102a,102bが結合している生体分子検出用分子101a,101bの他端を接着分子に結合させればよい。   The biomolecule detection molecule 101a and the biomolecule detection molecule 101b may be fixed to the fixing layer 104 via an adhesion molecule (linker molecule). As the adhesion molecule, for example, a molecule containing pyrene in the skeleton such as pyrene butadiene acid may be used. The other end (terminal) amino group of the biomolecule detection molecule 101a and the biomolecule detection molecule 101b is introduced, and the carboxyl group or N-hydroxysuccinimide ester site introduced into the adhesion molecule is reacted therewith to form a chemical bond. You can do it. Such an adhesion molecule having an N-hydroxysuccinimide ester moiety is adhered (adsorbed) to the fixed layer 104, and the other ends of the biomolecule detection molecules 101a and 101b to which the dyes 102a and 102b are bonded at one end. What is necessary is just to couple | bond with an adhesion molecule.

次に、製造方法について説明する。酸化グラフェンは、グラフェン状の炭素原子1層のシートの状態で水に分散する分散溶液が形成可能である。このため、酸化グラフェン(この小片)が分散した水溶液を用いて、スピンコート法などにより固体基板に塗布することによって、単層〜5層以下程度の酸化グラフェンの小片からなる層を、基板上に均一形成することができる。   Next, a manufacturing method will be described. The graphene oxide can form a dispersion solution that is dispersed in water in the form of a sheet of graphene-like carbon atoms. For this reason, by applying an aqueous solution in which graphene oxide (this small piece) is dispersed to a solid substrate by a spin coating method or the like, a layer composed of small pieces of graphene oxide of about 1 to 5 layers is formed on the substrate. Uniform formation is possible.

酸化グラフェン還元体は、酸化グラフェンを化学的に還元することにより得ることができる。なお、酸化グラフェン分散溶液の状態で還元反応を行うと、酸化グラフェン還元体は凝集し、炭素原子1層のシートの状態を保持することが困難となる。このため、酸化グラフェン還元体から固定層を形成する場合、酸化グラフェンの状態で層を形成してから還元するとよい。還元方法としては、還元性の蒸気(ヒドラジンなど)に暴露すればよい。また、水素,窒素,アルゴンなどのガス雰囲気化で高熱処理する、真空加熱するなどの還元方法を用いてもよい。   The graphene oxide reductant can be obtained by chemically reducing graphene oxide. Note that when the reduction reaction is performed in the state of the graphene oxide dispersion solution, the graphene oxide reductant aggregates, and it becomes difficult to maintain the state of the sheet of one carbon atom. For this reason, when forming a fixed layer from a graphene oxide reduced body, it is good to reduce, after forming a layer in the state of graphene oxide. As a reduction method, exposure to reducing vapor (such as hydrazine) may be performed. Further, a reduction method such as high heat treatment in a gas atmosphere such as hydrogen, nitrogen, argon, or vacuum heating may be used.

上述した還元方法によれば、酸化グラフェンとして基板表面に固定された形状を保持したまま、剥がれ落ちたりすることなく酸化グラフェン還元体を得ることができる。この結果、単層〜5層以下程度の酸化グラフェン還元体の複数の小片からなる層を基板上に均一形成することが可能となる。このような形成方法によって酸化グラフェンまたは酸化グラフェン還元体を固定して固定層とした基板を用いれば、消光特性を示す分子を基板の所定に位置に固定するよりもはるかに簡便に、色素標識した生体分子検出用分子の近傍に昇降手段を設置することが可能である。   According to the reduction method described above, a graphene oxide reductant can be obtained without peeling off while maintaining the shape fixed to the substrate surface as graphene oxide. As a result, it is possible to uniformly form a layer composed of a plurality of small pieces of graphene oxide reduced body having a single layer to 5 layers or less on the substrate. By using a substrate in which graphene oxide or graphene oxide reductant is fixed to form a fixed layer by such a formation method, dye labeling is performed more easily than fixing a molecule exhibiting extinction characteristics at a predetermined position on the substrate. An elevating means can be installed in the vicinity of the biomolecule detection molecule.

ところで、各々異なる色で発光する色素で標識した種々のアプタマー(生体分子検出用分子)を混合して固定する領域には、特に制約はない。酸化グラフェンまたは酸化グラフェン還元体からなる固定層には、従来の代表的な手法を用いて微小領域へのアプタマーのパターニングを行うことが可能であるため、複数のアプタマーによる配列を作製してもよく、また、予め、酸化グラフェンまたは酸化グラフェン還元体を膜状に形成し、これをパターニングして形成した固定層を用いるようにしてもよい。   By the way, there is no particular limitation on the region where various aptamers (molecules for detecting biomolecules) labeled with dyes that emit light of different colors are mixed and fixed. The pinned layer made of graphene oxide or graphene oxide reductant can be patterned with aptamer into a microregion using a conventional representative method, so an array of aptamers may be prepared. Alternatively, a fixed layer formed by previously forming a graphene oxide or graphene oxide reduced body into a film shape and patterning it may be used.

以下、より詳細に説明する。はじめに、生体分子検出用チップの製造方法について、図3のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップS301で、基板の上に固定層を形成する。基板は、シリコンやガラスから構成すればよいが、特に材料の制約はない。固定層は、まず、酸化グラフェンが分散した水溶液を、スピンコート法などにより基板に塗布することにで得ることができる。酸化グラフェン分散溶液は、既報の合成法により作製することができる(非特許文献5参照)。この酸化グラフェン分散溶液の塗布により、単層〜5層程度の酸化グラフェンの小片からなる固定層が、基板の上に均一に形成できる。   This will be described in more detail below. First, a method for manufacturing a biomolecule detection chip will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step S301, a fixed layer is formed on a substrate. The substrate may be made of silicon or glass, but there are no particular restrictions on the material. The fixed layer can be obtained by first applying an aqueous solution in which graphene oxide is dispersed to a substrate by a spin coating method or the like. The graphene oxide dispersion solution can be prepared by a reported synthesis method (see Non-Patent Document 5). By applying this graphene oxide dispersion solution, a fixed layer made of small pieces of graphene oxide of about 1 to 5 layers can be uniformly formed on the substrate.

次に、固定層を酸化グラフェン還元体から構成する場合、上述したように作製した酸化グラフェンからなる固定層を、還元雰囲気に晒せばよい(ステップS302)。例えば、上記基板を、ヒドラジンを5%程度含む水溶液を少量封入した密閉容器に入れ、60〜95℃で30〜60分処理を行う。基板表面に形成されている固定層を構成する酸化グラフェンは、ヒドラジン蒸気に暴露することにより還元反応が起こり、酸化グラフェン還元体に変化する。このようにして生成する酸化グラフェン還元体は、酸化グラフェンとして基板表面に固定された形状を保持するため、溶液中の還元反応でみられるような凝集を起こさない。このように固定層を形成してから還元することで、単層〜5層程度の酸化グラフェン還元体の小片からなる固定層が均一に形成できる。   Next, when the fixed layer is composed of a graphene oxide reductant, the fixed layer made of graphene oxide prepared as described above may be exposed to a reducing atmosphere (step S302). For example, the substrate is placed in a hermetically sealed container in which a small amount of an aqueous solution containing about 5% of hydrazine is sealed, and the treatment is performed at 60 to 95 ° C. for 30 to 60 minutes. The graphene oxide constituting the fixed layer formed on the substrate surface undergoes a reduction reaction when exposed to hydrazine vapor, and changes to a graphene oxide reduced form. The graphene oxide reductant generated in this manner maintains a shape fixed to the substrate surface as graphene oxide, and thus does not cause aggregation as seen in a reduction reaction in a solution. Thus, by reducing after forming a fixed layer, the fixed layer which consists of a small piece of a graphene oxide reduced body of a single layer-about 5 layers can be formed uniformly.

一方で、色素を結合した生体分子検出用分子を作製する(ステップS303)。生体分子検出用分子としては、標的物質に特異的に結合する核酸(アプタマー)や、標的物質に特異的に結合する抗体または標的物質と特異的な化学反応を行う酵素を用いることができる。この生体分子検出用分子は、種類ごとに異なる色素で標識されていてもよく、種類が異なっていても同じ種類の色素で標識されていてもよい。なお、色素を結合した生体分子検出用分子は、予め作製しておいてもよい。   On the other hand, a molecule for biomolecule detection combined with a dye is prepared (step S303). As the biomolecule detection molecule, a nucleic acid (aptamer) that specifically binds to the target substance, an antibody that specifically binds to the target substance, or an enzyme that performs a specific chemical reaction with the target substance can be used. This biomolecule detection molecule may be labeled with a different dye for each type, or may be labeled with the same type of dye even if the types are different. In addition, you may produce the molecule | numerator for biomolecule detection which couple | bonded the pigment | dye previously.

また、上述したような色素結合生体分子検出用分子の予め設計した部位に、固定層によく吸着する性質を有するリンカー分子を結合してもよい。リンカー分子を用いる場合は、例えば、ピレン酪酸などを用いることができる。この場合は、ステップS304で、ピレン酪酸スクシンイミドエステルを含む溶液を固定層表面に浸し、この溶液と固定層表面が接している状態を保ち、例えば、室温ないし37℃の恒温状態で、所定の時間(通常は30分〜60分)静置する。この後、固定されなかった余剰のリンカー分子を基板表面から洗浄により除去する。   In addition, a linker molecule having a property of adsorbing well to the fixed layer may be bound to a previously designed site of the dye-binding biomolecule detection molecule as described above. When a linker molecule is used, for example, pyrene butyric acid or the like can be used. In this case, in step S304, a solution containing pyrenebutyric acid succinimide ester is immersed in the surface of the fixed layer, and this solution and the surface of the fixed layer are kept in contact with each other, for example, at a constant temperature of room temperature to 37 ° C. for a predetermined time. (Normally 30 minutes to 60 minutes) Let stand. Thereafter, excess linker molecules that have not been immobilized are removed from the substrate surface by washing.

次に、ステップS305で、所定の部位にアミノ基を導入した色素結合生体分子検出用分子を含む(混合)溶液を、固定層に接触させる。例えば、固定層の上に上述した色素結合生体分子検出用分子を含む混合溶液を滴下すればよい。この状態を、例えば、室温ないし37℃の恒温状態で、所定の時間(通常は30分〜60分)静置する。また、これらの処理においては、上記溶液が乾燥しないように、飽和蒸気圧下で静置するとよい。このようにすることで、ピレン酪酸(リンカー分子)と色素結合生体分子検出用分子を共有結合させることができる。次いで、色素結合生体分子検出用分子を含む(混合)溶液を取り除き、固定されなかった余剰の生体分子検出用分子を基板表面から洗浄により除去する。なお、生体分子検出用分子自体が固定層に吸着するなどの機能を備えている場合、リンカー分子を用いる必要はない。   Next, in step S305, a solution containing (mixed) a dye-binding biomolecule detection molecule having an amino group introduced into a predetermined site is brought into contact with the fixed layer. For example, a mixed solution containing the above-described dye-binding biomolecule detection molecule may be dropped on the fixed layer. This state is allowed to stand for a predetermined time (usually 30 minutes to 60 minutes), for example, in a constant temperature state of room temperature to 37 ° C. In these treatments, the solution may be allowed to stand under saturated vapor pressure so as not to dry. By doing so, pyrenebutyric acid (linker molecule) and a dye-binding biomolecule detection molecule can be covalently bonded. Next, the (mixed) solution containing the dye-binding biomolecule detection molecules is removed, and excess biomolecule detection molecules that have not been immobilized are removed from the substrate surface by washing. In addition, when the molecule | numerator for biomolecule detection itself has a function of adsorb | sucking to a fixed layer, it is not necessary to use a linker molecule.

上述した色素結合生体分子検出用分子を固定する工程を繰り返すことにより、生体分子検出用分子の固定を数回に分けて実施してもよい。繰り返しの際に、生体分子検出用分子を含む(混合)溶液の種類を変えてもよい。これにより、固定層の表面に、種類の異なる複数の生体分子検出用分子が固定されている基板が得られる。この後、ステップS306で、得られた基板の固定層の形成箇所に、試料溶液を導入するための測定用マイクロ流路を搭載してもよい。マイクロ流路を用いることにより、極微量の試料についての応答が観測可能となる。また複数の流路を具備することにより、異なる溶液についての応答を同時に比較することが可能となる。以上の工程により、本発明の実施の形態における生体分子検出用チップが完成する。   By repeating the step of fixing the dye-binding biomolecule detection molecule described above, the biomolecule detection molecule may be fixed in several steps. During the repetition, the type of (mixed) solution containing the biomolecule detection molecule may be changed. Thereby, a substrate having a plurality of different types of biomolecule detection molecules immobilized on the surface of the immobilization layer is obtained. Thereafter, in step S306, a measurement microchannel for introducing the sample solution may be mounted at the formation position of the fixed layer of the obtained substrate. By using the micro flow channel, it becomes possible to observe the response of a very small amount of sample. In addition, by providing a plurality of flow paths, it is possible to simultaneously compare responses for different solutions. Through the above steps, the biomolecule detection chip in the embodiment of the present invention is completed.

[実施例1]
以下、実施例を用いて説明する。はじめに、実施例1について説明する。まず、基板として、カバーガラスを用意した。次に、酸化グラフェンが分散した水溶液を、スピンコート法を用いて基板に塗布し、塗布層を形成する。酸化グラフェン分散溶液は、既報の合成法により作製することができる(非特許文献5参照)。なお、分散溶液を超音波処理することにより、酸化グラフェンの大きさは、数100nm程度の小片に調整可能である。この塗布により、単層〜5層程度の酸化グラフェンの小片からなる塗布層が、基板の表面に均一に形成できる。また、分散溶液における酸化グラフェンの濃度は、0.01〜1wt%程度とすればよい。
[Example 1]
Hereinafter, description will be made using examples. First, Example 1 will be described. First, a cover glass was prepared as a substrate. Next, an aqueous solution in which graphene oxide is dispersed is applied to the substrate by a spin coating method to form a coating layer. The graphene oxide dispersion solution can be prepared by a reported synthesis method (see Non-Patent Document 5). Note that the size of the graphene oxide can be adjusted to small pieces of about several hundred nm by ultrasonicating the dispersion solution. By this coating, a coating layer composed of small pieces of graphene oxide of about 1 to 5 layers can be uniformly formed on the surface of the substrate. Further, the concentration of graphene oxide in the dispersion solution may be about 0.01 to 1 wt%.

次に、上述したようにして塗布層を形成した基板を、35%ヒドラジン水溶液および28%アンモニア水溶液が体積比1:7で混合された溶液とともに密閉容器に封入する。これにより、塗布層を構成している酸化グラフェンがヒドラジン/アンモニア蒸気にさらされる状態となる。この状態を95℃で1時間静置することで、酸化グラフェンを還元し、酸化グラフェン還元体からなる固定層を形成することができる。このとき生成する酸化グラフェン還元体は、酸化グラフェンとして基板表面に固定された形状を保持するため、溶液中の還元反応でみられるような凝集を起こさない。以上により、単層〜5層程度の酸化グラフェン還元体の小片が均一に分散した固定層が形成できる。   Next, the substrate on which the coating layer has been formed as described above is sealed in a sealed container together with a solution in which a 35% hydrazine aqueous solution and a 28% ammonia aqueous solution are mixed at a volume ratio of 1: 7. As a result, the graphene oxide constituting the coating layer is exposed to hydrazine / ammonia vapor. By allowing this state to stand at 95 ° C. for 1 hour, graphene oxide can be reduced, and a fixed layer made of a graphene oxide reductant can be formed. The graphene oxide reductant produced at this time retains the shape fixed to the substrate surface as graphene oxide, and thus does not cause aggregation as seen in the reduction reaction in the solution. As described above, a fixed layer in which small pieces of graphene oxide reduced body of about 1 to 5 layers are uniformly dispersed can be formed.

次に、ピレン酪酸のCOOH基をスクシンイミドで活性化したピレン酪酸スクシンイミドエステルの0.5mMジメチルホルムアミド溶液を、基板の上の固定層に滴下し、室温(25℃程度)で1時間静置し、固定層表面に吸着させる。これをジメチルホルムアミドで洗浄し、風乾する。ピレンは、酸化グラフェン還元体と、後の工程で用いる生体分子検出用分子であるアプタマーを強固に固定するためのリンカー分子として機能する。   Next, a 0.5 mM dimethylformamide solution of pyrenebutyric acid succinimide ester in which the COOH group of pyrenebutyric acid is activated with succinimide is dropped on a fixed layer on the substrate, and left at room temperature (about 25 ° C.) for 1 hour. Adsorbed on the surface of the fixed layer. This is washed with dimethylformamide and air dried. Pyrene functions as a linker molecule for firmly fixing a graphene oxide reductant and an aptamer that is a biomolecule detection molecule used in a later step.

次に、色素が結合した生体分子検出用分子を用意する。生体分子検出用分子としては、アプタマー構造を有する分子を用いた。アプタマー部分のDNA配列としては、まず、前立腺特異抗原(PSA)に特異的に結合するものとして5’−AATTAAAGCTCGCCATCAAATAGC−3’を用意した。また、トロンビンに特異的に結合するものとして5’−AGTCCGTGGTAGGGCAGGTTGGGGTGACT−3’を用意した。なお、「A」は、アデニン(adenine)であり、「G」は、グアニン(guanine)であり、「C」は、シトシン(cytosine)であり、「T」は、チミン(thymine)である。   Next, a biomolecule detection molecule to which a dye is bound is prepared. A molecule having an aptamer structure was used as a biomolecule detection molecule. As the DNA sequence of the aptamer part, 5'-AATTAAGCTCGCCATCAAAATAGC-3 'was prepared as one that specifically binds to prostate specific antigen (PSA). Moreover, 5'-AGTCCGTGGGTAGGGCAGGTTGGGGTGACT-3 'was prepared as what specifically binds to thrombin. “A” is adenine, “G” is guanine, “C” is cytosine, and “T” is thymine.

また、PSAに特異的に結合するアプタマーには、検出可能な信号変化を引き起こす色素として、3末端に緑色蛍光分子(6−carboxyfluorescein;FAM)を結合させ、色素が結合した生体分子検出用分子とする。また、トロンビンに特異的に結合するアプタマーには、検出可能な信号変化を引き起こすシグナル材料として、3末端に赤色蛍光分子(TAMRA)を結合させ、色素が結合した生体分子検出用分子とする。なお、アプタマー配列と色素分子との間に、特異的結合機能を持たないスペーサの配列として、チミン10個程度を結合してもよい。   In addition, for aptamers that specifically bind to PSA, a green fluorescent molecule (6-carbofluorescein; FAM) is bound to three ends as a dye that causes a detectable signal change, and a biomolecule detection molecule to which the dye is bound, and To do. In addition, the aptamer that specifically binds to thrombin is a biomolecule detection molecule in which a red fluorescent molecule (TAMRA) is bound to three ends as a signal material that causes a detectable signal change, and a dye is bound. In addition, about 10 thymines may be bound between the aptamer sequence and the dye molecule as a spacer sequence having no specific binding function.

また、上述した2つのアプタマーの各々の5末端には、結合部位としてアミノ基を導入しておく。5末端のアミノ基は、ピレン酪酸のCOOH基と反応してペプチド結合を形成し、これを介してアプタマー構造を含む分子を固定層表面に固定することができる。   In addition, an amino group is introduced as a binding site at the 5 terminus of each of the two aptamers described above. The 5-terminal amino group reacts with the COOH group of pyrenebutyric acid to form a peptide bond, and through this, a molecule containing an aptamer structure can be fixed to the surface of the fixed layer.

上述した2種類の色素結合生体分子検出用分子の水溶液を混合し、各々の濃度が50μMとなるように調整した後、混合溶液を固定層表面に接触させる。この接触状態を、混合溶液が乾燥しないように、飽和蒸気雰囲気に配置し、室温で60分維持する。これにより、ガラスからなる基板に形成した固定層表面に、5末端のアミノ基とリンカー分子であるピレンの結合により、2種類の色素結合生体分子検出用分子が、各々固定される。次いで、超純水を用いて基板を数回洗浄し、固定されなかった余剰の色素結合生体分子検出用分子を基板表面より除去する。   The aqueous solutions of the two types of dye-binding biomolecule detection molecules described above are mixed and adjusted so that each concentration becomes 50 μM, and then the mixed solution is brought into contact with the surface of the fixed layer. This contact state is placed in a saturated steam atmosphere so that the mixed solution does not dry, and is maintained at room temperature for 60 minutes. As a result, two types of dye-binding biomolecule detection molecules are fixed to the surface of the fixing layer formed on the glass substrate by binding of the 5-terminal amino group and pyrene, which is a linker molecule. Next, the substrate is washed several times with ultrapure water, and excess dye-binding biomolecule detection molecules that have not been immobilized are removed from the substrate surface.

以上の工程によって作製した実施例1の生体分子検出用チップに、流路が並列している検出用のマイクロ流路を搭載する。マイクロ流路は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)など、透明で基板と密着性の良い高分子材料から構成すればよい。このマイクロ流路について、図4を用いて説明する。図4において、(a)は、平面図であり、(b)は断面図である。   The microchannel for detection in which the channels are arranged in parallel is mounted on the biomolecule detection chip of Example 1 manufactured by the above process. The microchannel may be made of a polymer material that is transparent and has good adhesion to the substrate, such as polydimethylsiloxane (PDMS). This microchannel will be described with reference to FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a cross-sectional view.

このマイクロ流路は、支持基板401と、流路基板403とから構成されている。支持基板401の表面に、図示しない固定層が形成されている。流路基板403には、3つの流路形成用溝404,流路形成用溝405,流路形成用溝406が形成されている。流路形成用溝404,流路形成用溝405,流路形成用溝406は、互いに並列に配列された測定領域を備える。流路形成用溝404,流路形成用溝405,流路形成用溝406は、例えば、幅50μmに形成し、深さ100μmに形成する。また、測定領域を通る並列な箇所の長さは、5mmとし、測定領域における各溝の間隔は、100μmとした。   This microchannel is composed of a support substrate 401 and a channel substrate 403. A fixed layer (not shown) is formed on the surface of the support substrate 401. In the flow path substrate 403, three flow path forming grooves 404, a flow path forming groove 405, and a flow path forming groove 406 are formed. The flow path forming groove 404, the flow path forming groove 405, and the flow path forming groove 406 include measurement regions arranged in parallel to each other. The flow path forming groove 404, the flow path forming groove 405, and the flow path forming groove 406 are formed to have a width of 50 μm and a depth of 100 μm, for example. Moreover, the length of the parallel location which passes a measurement area | region was 5 mm, and the space | interval of each groove | channel in a measurement area | region was 100 micrometers.

また、流路形成用溝404,流路形成用溝405,流路形成用溝406は、一端に流路基板403を貫通する孔部からなる導入口404a,405a,406aが形成され、他端に流路基板403を貫通する孔部からなる排出口404b,405b,406bが形成されている。導入口404a,405a,406aおよび排出口404b,405b,406bは、各々流路形成用溝404,流路形成用溝405,流路形成用溝406に連続して形成されている。   Further, the flow path forming groove 404, the flow path forming groove 405, and the flow path forming groove 406 are formed with introduction ports 404a, 405a, and 406a each having a hole penetrating the flow path substrate 403 at one end and the other end. Discharge ports 404b, 405b, and 406b, which are holes that penetrate the flow path substrate 403, are formed. The inlets 404a, 405a, 406a and the outlets 404b, 405b, 406b are formed in succession to the channel forming groove 404, the channel forming groove 405, and the channel forming groove 406, respectively.

また、流路形成用溝404,流路形成用溝405,流路形成用溝406による検出部形成用流路において毛管現象を利用した送液がしやすいように、PDMSに界面活性剤を導入して流路基板403を成型し、流路形成用溝404,流路形成用溝405,流路形成用溝406における表面の親水性を向上させている。   In addition, a surfactant is introduced into the PDMS so that liquid can be easily fed using the capillary phenomenon in the flow path forming groove 404, the flow path forming groove 405, and the flow path forming groove 406. Thus, the flow path substrate 403 is molded to improve the hydrophilicity of the surfaces of the flow path forming groove 404, the flow path forming groove 405, and the flow path forming groove 406.

上述したように構成した、流路基板403の流路形成用溝404,流路形成用溝405,流路形成用溝406を形成した面に、支持基板401の主表面を当接させて密着させることで、各溝による流路1,流路2,流路3を備える状態とする。前述したように、支持基板401の表面には固定層が形成されており、各流路の支持基板401側の面は、固定層で構成されていることになる。例えば、各々の表面をエタノールで洗浄したのちに酸素プラズマ処理をして密着させ、30分室温で静置して、化学結合による貼り合わせを行えばよい。   The main surface of the support substrate 401 is brought into close contact with the surface on which the flow path forming groove 404, the flow path forming groove 405, and the flow path forming groove 406 of the flow path substrate 403 are configured as described above. By doing so, it is set as the state provided with the flow path 1, the flow path 2, and the flow path 3 by each groove | channel. As described above, the fixed layer is formed on the surface of the support substrate 401, and the surface of each flow path on the support substrate 401 side is configured by the fixed layer. For example, each surface may be washed with ethanol and then subjected to oxygen plasma treatment to be in close contact, and allowed to stand at room temperature for 30 minutes, and then bonded by chemical bonding.

上述した実施例1の生体分子検出用チップを、共焦点レーザー蛍光顕微鏡を用いて観察する。まず、流路1に、100μg/mlのPSA水溶液、1μL導入する。また、流路2に、100μg/mlのトロンビンを1μL導入する。また、流路3に、超純水を1μL導入する。   The biomolecule detection chip of Example 1 described above is observed using a confocal laser fluorescence microscope. First, 1 μL of a 100 μg / ml PSA aqueous solution is introduced into the channel 1. In addition, 1 μL of 100 μg / ml thrombin is introduced into the flow path 2. Further, 1 μL of ultrapure water is introduced into the flow path 3.

この3本の流路の直線部分が、共焦点レーザー蛍光顕微鏡の同一視野内に観測される位置において、固定層表面の蛍光像を測定する。流路1の内部では緑色蛍光が観測され、流路2の内部では赤色蛍光が観測される。これらの結果は、次に示すことによる。まず、PSAおよびトロンビンが、各々に特異的に結合するアプタマーと選択的に結合したことにより、各アプタマーの立体構造が変化する。この構造変化により、アプタマーに修飾されているFAMおよびTAMRAが、固定層へのエネルギー移動を起こさない程度に、固定層より離間する。この結果、FAMおよびTAMRAが発光する。   A fluorescence image on the surface of the fixed layer is measured at a position where the straight portions of the three flow paths are observed within the same field of view of the confocal laser fluorescence microscope. Green fluorescence is observed inside the channel 1 and red fluorescence is observed inside the channel 2. These results are as follows. First, PSA and thrombin selectively bind to aptamers that specifically bind to each other, whereby the three-dimensional structure of each aptamer changes. Due to this structural change, FAM and TAMRA modified to the aptamer are separated from the fixed layer to such an extent that energy transfer to the fixed layer does not occur. As a result, FAM and TAMRA emit light.

一方、超純水を導入した流路3の内部では、蛍光はほとんど観測されない。これは、各アプタマーに結合する生体分子がなく、各アプタマーの構造変化が起きないため、FAMおよびTAMRAと固定層との距離が近いためである。これら色素分子の蛍光が固定層の近くに配置されている状態では、固定層を構成する酸化グラフェン還元体によって消光される。また、アプタマーを固定している酸化グラフェン還元体自身が無発光であることを示している。なお、上述したような光学的な観察は、例えば、支持基板401および流路基板403が透明であれば、容易に行える。   On the other hand, almost no fluorescence is observed inside the flow path 3 into which ultrapure water is introduced. This is because there is no biomolecule that binds to each aptamer, and the structural change of each aptamer does not occur, so the distance between FAM and TAMRA and the fixed layer is short. In the state where the fluorescence of these dye molecules is arranged near the fixed layer, it is quenched by the graphene oxide reductant constituting the fixed layer. Moreover, it has shown that the graphene oxide reductant itself which fixes the aptamer does not emit light. The optical observation as described above can be easily performed if, for example, the support substrate 401 and the flow path substrate 403 are transparent.

以上に示したように、実施例1によれば、生体分子検出用分子であるアプタマーをパターニングすることなく、1つのチップで、PSAおよびトロンビンが同時に検出可能となった。実施例1によれば、色別の光検出法に基づいた微小領域へのパターニングを必要とせずに、極微量の試料から同時に複数の化学成分を検出可能な方法が提供可能なことが示される。   As described above, according to Example 1, PSA and thrombin can be detected simultaneously with one chip without patterning the aptamer that is a molecule for detecting biomolecules. According to Example 1, it is shown that it is possible to provide a method capable of simultaneously detecting a plurality of chemical components from a very small amount of sample without requiring patterning into a minute region based on a light detection method for each color. .

[実施例2]
次に、実施例2について説明する。実施例2では、酸化グラフェンを還元することなく固定層とする。基板に関する他の条件は、実施例1と同様である。
[Example 2]
Next, Example 2 will be described. In Example 2, the fixed layer is formed without reducing graphene oxide. Other conditions regarding the substrate are the same as those in the first embodiment.

また、生体分子検出用分子として、まず、インフルエンザウイルス抗原性糖タンパク質であるヘマグルチニン(HA)に特異的に結合するRNA配列を備える5’−GUCGGCAUGCGGUA−3’を用いる。なお、「U」は、ウラシル(uracil)である。また、トロンビンに特異的に結合するDNA配列として、5’−GGTTGGTGTGGTTGG−3’を用いる。   As a biomolecule detection molecule, 5′-GUCGGCCAUGCGGUA-3 ′ having an RNA sequence that specifically binds to hemagglutinin (HA), which is an influenza virus antigenic glycoprotein, is used. “U” is uracil. Moreover, 5'-GGTTGGGTGGGTTGG-3 'is used as a DNA sequence that specifically binds to thrombin.

また、HAに結合するアプタマーには、色素として、3末端に緑色蛍光分子(6−carboxyfluorescein;FAM)を結合させ、色素が結合した生体分子検出用分子とする。一方、トロンビンにするアプタマーには、色素として、3末端に赤色蛍光分子(TAMRA)を結合させ、色素が結合した生体分子検出用分子とする。上述した2種類の色素結合生体分子検出用分子を用い、前述した実施例1と同様にして、マイクロ流路を備える生体分子検出用チップを作製した。   In addition, an aptamer that binds to HA is bound to a green fluorescent molecule (6-carbofluorescein; FAM) at the three ends as a dye, thereby obtaining a biomolecule detection molecule to which the dye is bound. On the other hand, a red fluorescent molecule (TAMRA) is bound as a dye to the aptamer to be thrombin, and a biomolecule detection molecule having a dye bound thereto is obtained. Using the two types of dye-binding biomolecule detection molecules described above, a biomolecule detection chip having a microchannel was prepared in the same manner as in Example 1 described above.

上述した実施例2の生体分子検出用チップを、共焦点レーザー蛍光顕微鏡を用いて観察する。まず、流路1に、100μg/mlのHA水溶液、1μL導入する。また、流路2に、100μg/mlのトロンビンを1μL導入する。また、流路3に、超純水を1μL導入する。   The biomolecule detection chip of Example 2 described above is observed using a confocal laser fluorescence microscope. First, 1 μL of a 100 μg / ml HA aqueous solution is introduced into the channel 1. In addition, 1 μL of 100 μg / ml thrombin is introduced into the flow path 2. Further, 1 μL of ultrapure water is introduced into the flow path 3.

これらの3本の流路の直線部分が、共焦点レーザー蛍光顕微鏡の同一視野内に観測される位置において、固定層表面の蛍光像を測定する。流路1の内部では緑色蛍光が観測され、流路2の内部では赤色蛍光が観測される。これらの結果は、次に示すことによる。まず、HAおよびトロンビンが、各々に特異的に結合するアプタマーと選択的に結合したことにより、各アプタマーの立体構造が変化する。この構造変化により、アプタマーに修飾されているFAMおよびTAMRAが、固定層へのエネルギー移動を起こさない程度に、固定層より離間する。この結果、FAMおよびTAMRAが発光する。   The fluorescence image on the surface of the fixed layer is measured at a position where the straight portions of these three flow paths are observed within the same field of view of the confocal laser fluorescence microscope. Green fluorescence is observed inside the channel 1 and red fluorescence is observed inside the channel 2. These results are as follows. First, HA and thrombin selectively bind to aptamers that specifically bind to each other, whereby the three-dimensional structure of each aptamer changes. Due to this structural change, FAM and TAMRA modified to the aptamer are separated from the fixed layer to such an extent that energy transfer to the fixed layer does not occur. As a result, FAM and TAMRA emit light.

一方、超純水を導入した流路3の内部では、まず、緑色蛍光は観測されない。ただし、酸化グラフェンによる極微弱な赤色蛍光が観測される。なお、上述した流路2における赤色蛍光とは明確な強度差により区別可能であった。これは、各アプタマーに結合する生体分子がなく、各アプタマーの構造変化が起きないため、FAMおよびTAMRAと固定層との距離が近いためである。これら色素分子の蛍光が固定層の近くに配置されている状態では、固定層を構成する酸化グラフェンによって消光される。   On the other hand, first, green fluorescence is not observed in the flow path 3 into which ultrapure water is introduced. However, very weak red fluorescence due to graphene oxide is observed. In addition, it was distinguishable from the red fluorescence in the channel 2 described above by a clear intensity difference. This is because there is no biomolecule that binds to each aptamer, and the structural change of each aptamer does not occur, so the distance between FAM and TAMRA and the fixed layer is short. In the state where the fluorescence of these dye molecules is arranged near the fixed layer, it is quenched by the graphene oxide constituting the fixed layer.

以上の結果より、まず、緑色蛍光色素については酸化グラフェン自身による検出の妨害を全く起こないことが示された。一方、酸化グラフェンは赤色領域で微弱な発光を示すが、色素の発光強度は酸化グラフェン自身の発光と比較して非常に強いため、検出の妨害はほぼ無視できることが示された。以上の欠課から、生体分子検出用分子であるアプタマーをパターニングすることなく、1つのチップで、HAおよびトロンビンを同時に検出可能な分析法が示された。酸化グラフェンによる固定層を用いた実施例2においても、色別の光検出法に基づいた微小領域へのパターニングを必要とせずに、極微量の試料から同時に複数の化学成分を検出可能な方法が提供可能なことが示される。   From the above results, it was first shown that the green fluorescent dye did not interfere with detection by the graphene oxide itself. On the other hand, graphene oxide shows weak light emission in the red region, but the emission intensity of the dye is very strong compared to the light emission of graphene oxide itself, indicating that the interference in detection is almost negligible. From the above lack, an analysis method that can simultaneously detect HA and thrombin with one chip without patterning an aptamer that is a molecule for detecting biomolecules has been shown. Even in Example 2 using a fixed layer of graphene oxide, there is a method capable of simultaneously detecting a plurality of chemical components from a very small amount of sample without the need for patterning into a minute region based on a light detection method for each color. It is shown that it can be provided.

以上に説明したように、本発明によれば、各々異なる色素が結合した複数の生体分子検出用分子を、酸化グラフェンまたは酸化グラフェン還元体から構成された固定層に固定するようにしたので、異なる複数の生体分子検出用分子を用いた異なる複数の検出対象の分析が容易に実施できるようになる。本発明によれば、標識に用いる色素と組になる消光材料を色素の種類ごとに必要とせず、緑色や赤色蛍光などを用いた多色化が可能になる。また、酸化グラフェン還元体を用いた場合、自身の無発光特性により、多色化を妨害しないことが示される。   As described above, according to the present invention, a plurality of biomolecule detection molecules to which different dyes are bonded are fixed to a fixed layer composed of graphene oxide or a graphene oxide reductant. Analysis of a plurality of different detection targets using a plurality of biomolecule detection molecules can be easily performed. According to the present invention, a quenching material paired with a dye used for labeling is not required for each type of dye, and multicoloring using green or red fluorescence is possible. In addition, when graphene oxide reductant is used, it is shown that multicolorization is not hindered by its non-light emission characteristics.

また一般的に、蛍光強度の絶対値は、色素分子の劣化や経時変化の影響が含まれるため、定量的比較が困難であるが、マイクロ流路を搭載したチップにおいては、これらの影響をキャンセルし、同じアプタマーに対する応答信号(流路1,2)と参照信号(流路3)の差を精度よく比較することが可能となる。従って、マイクロ流路を用いることで、1μL程度の極微量の試料から、異なる化学反応を、色素分子の劣化や経時変化の影響をキャンセルし、賞味の応答の差を精度よく同時に比較測定することが可能となるという効果が得られる。   In general, the absolute value of fluorescence intensity includes the effects of deterioration of dye molecules and changes over time, so it is difficult to make a quantitative comparison. In addition, it is possible to accurately compare the difference between the response signals (channels 1 and 2) and the reference signal (channel 3) for the same aptamer. Therefore, by using microchannels, it is possible to cancel different chemical reactions from a very small amount of sample of about 1 μL, cancel the influence of deterioration of dye molecules and changes over time, and compare and measure the difference in taste response simultaneously with high accuracy. Can be obtained.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述では、主に、2種類の生体分子検出用分子を固定層に固定する場合を例に説明したが、これに限るものではなく、検出対象となる各々異なる複数の生体分子の各々と特異的に結合する3つ(3種類)以上の生体分子検出用分子を用いるようにしてもよいことは、言うまでもない。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. For example, in the above description, the case where two types of biomolecule detection molecules are mainly fixed to the fixed layer has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and each of a plurality of different biomolecules to be detected It goes without saying that three (three types) or more molecules for biomolecule detection that specifically bind may be used.

また、アプタマーは、核酸から構成したものに限らず、ペプチドから構成されたものであってもよい。また、シグナル分子や接着分子が結合しているアプタマーの端部に、更に、核酸やペプチドが配列した分子が結合していてもよい。   In addition, the aptamer is not limited to a nucleic acid but may be a peptide. Further, a molecule in which a nucleic acid or a peptide is arranged may be further bonded to the end of the aptamer to which a signal molecule or an adhesion molecule is bonded.

また、接着分子は、ピレンブタジエン酸などピレンが骨格に含まれているものに限らず、例えば、ベンゼンおよび多環芳香族分子(ナフタレン,アントラセン,テトラセン,ペンタセン,フェナントレン,ピレン,ペリレン,コロネン)などであってもよい。また、接着分子をアプタマーと結合させる官能基(分子)は、ブタジエン酸に限るものではなく、「−COOH」および「−(CH2)nCOOH」であってもよい。なお、nは、好ましくは2〜10の範囲がよい。   Adhesion molecules are not limited to those containing pyrene in the skeleton such as pyrene butadiene acid, and examples include benzene and polycyclic aromatic molecules (naphthalene, anthracene, tetracene, pentacene, phenanthrene, pyrene, perylene, coronene), etc. It may be. Further, the functional group (molecule) for bonding the adhesion molecule to the aptamer is not limited to butadiene acid, and may be “—COOH” and “— (CH 2) n COOH”. Note that n is preferably in the range of 2 to 10.

101a…生体分子検出用分子、101b…生体分子検出用分子、102a…色素、102b…色素、103…基板、104…固定層。   101a ... biomolecule detection molecule, 101b ... biomolecule detection molecule, 102a ... dye, 102b ... dye, 103 ... substrate, 104 ... fixed layer.

Claims (3)

基板の上に酸化グラフェン還元体から構成された固定層を形成する固定層形成工程と、
検出対象となる各々異なる複数の生体分子の各々と特異的に結合する複数の生体分子検出用分子の各々の一端に各々異なる色の色素を結合させる色素結合生体分子検出用分子形成工程と、
各々異なる色の色素が結合された前記生体分子検出用分子を含む複数の水溶液を混合した混合溶液を前記固定層に接触させることにより、各々異なる色の色素が結合された複数の前記生体分子検出用分子の他端を前記固定層に固定する色素形成生体分子検出用分子固定工程と
を備えることを特徴とする生体分子検出用チップの製造方法。
A pinned layer forming step of forming a fixed layer composed of oxidation graphene reductant on a substrate,
A dye-binding biomolecule detection molecule forming step of binding a dye of a different color to one end of each of a plurality of biomolecule detection molecules that specifically bind to each of a plurality of different biomolecules to be detected;
Detection of a plurality of biomolecules to which dyes of different colors are bonded by bringing a mixed solution in which a plurality of aqueous solutions containing the molecules for detection of biomolecules to which the dyes of different colors are combined are brought into contact with the fixed layer And a molecule-fixing step for detecting a dye-forming biomolecule that fixes the other end of the molecule to the fixing layer.
請求項1記載の生体分子検出用チップの製造方法において、
複数の前記生体分子検出用分子の他端に前記固定層に接着する接着分子を結合させる接着分子結合工程を備え、
前記色素形成生体分子検出用分子固定工程では、前記生体分子検出用分子の他端に結合した前記接着分子により前記生体分子検出用分子の他端と前記固定層とを接着させて固定する
ことを特徴とする生体分子検出用チップの製造方法。
In the manufacturing method of the biomolecule detection chip according to claim 1,
An adhesive molecule binding step of binding an adhesive molecule that adheres to the fixed layer to the other end of the plurality of biomolecule detection molecules,
In the molecule-fixing step for detecting a dye-forming biomolecule, the other end of the biomolecule detecting molecule and the fixing layer are bonded and fixed by the adhesive molecule bonded to the other end of the biomolecule detecting molecule. A method for producing a biomolecule detection chip as a feature.
請求項1または2記載の生体分子検出用チップの製造方法において、
前記基板は透明であることを特徴とする生体分子検出用チップの製造方法。
In the manufacturing method of the biomolecule detection chip according to claim 1 or 2,
A method for producing a biomolecule detection chip, wherein the substrate is transparent.
JP2013161036A 2013-08-02 2013-08-02 Manufacturing method of biomolecule detection chip Active JP6034261B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013161036A JP6034261B2 (en) 2013-08-02 2013-08-02 Manufacturing method of biomolecule detection chip

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013161036A JP6034261B2 (en) 2013-08-02 2013-08-02 Manufacturing method of biomolecule detection chip

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015031596A JP2015031596A (en) 2015-02-16
JP6034261B2 true JP6034261B2 (en) 2016-11-30

Family

ID=52517027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013161036A Active JP6034261B2 (en) 2013-08-02 2013-08-02 Manufacturing method of biomolecule detection chip

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6034261B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108795732B (en) * 2017-04-27 2021-01-22 京东方科技集团股份有限公司 Gene detection chip, detection method thereof and micro-fluidic chip system
CN115436335B (en) * 2022-09-16 2023-08-25 遵义医科大学 Method for detecting thrombin based on perylene derivative probe without marking

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1540344A4 (en) * 2002-08-02 2007-02-21 Applera Corp Fluorescence polarization assay
CA2671872A1 (en) * 2006-12-07 2008-06-12 University Of Florida Research Foundation, Inc. Materials and methods for efficient and accurate detection of analytes
DK2069529T3 (en) * 2007-07-17 2013-04-15 Somalogic Inc Process for generating aptamers with improved dissociation rates
JP5882834B2 (en) * 2012-06-06 2016-03-09 日本電信電話株式会社 Biomolecule detection element and method for producing biomolecule detection element
JP2014157064A (en) * 2013-02-15 2014-08-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Manufacturing method of biomolecule measuring chip

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015031596A (en) 2015-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Soh et al. Strategies for developing sensitive and specific nanoparticle-based lateral flow assays as point-of-care diagnostic device
Li et al. Plasmonic-based platforms for diagnosis of infectious diseases at the point-of-care
Liang et al. Emerging methods in biomarker identification for extracellular vesicle‐based liquid biopsy
Xia et al. Fabrication techniques for microfluidic paper-based analytical devices and their applications for biological testing: A review
Teles Biosensors and rapid diagnostic tests on the frontier between analytical and clinical chemistry for biomolecular diagnosis of dengue disease: A review
Ueno et al. On-chip graphene oxide aptasensor for multiple protein detection
Isola et al. Surface-enhanced Raman gene probe for HIV detection
Venkatanarayanan et al. High sensitivity carbon nanotube based electrochemiluminescence sensor array
Cheng et al. Novel biosensing methodologies for ultrasensitive detection of viruses
Ozer et al. based analytical devices for virus detection: Recent strategies for current and future pandemics
US20030077642A1 (en) Self-contained microelectrochemical bioassy platforms and methods
US20110204258A1 (en) Spectral imaging of photoluminescent materials
Guo et al. Imaging analysis based on electrogenerated chemiluminescence
Hoppmann et al. Inkjet-printed fluidic paper devices for chemical and biological analytics using surface enhanced Raman spectroscopy
US20170350856A1 (en) Field effect transistor and sensor using same
Ma et al. A spectral shift-based electrochemiluminescence sensor for hydrogen sulfide
Salva et al. Methods for immobilizing receptors in microfluidic devices: A review
Wu et al. Highly sensitive fluorescence-linked immunosorbent assay based on aggregation-induced emission luminogens incorporated nanobeads
Palaniappan et al. Label-free electronic detection of bio-toxins using aligned carbon nanotubes
JP5882834B2 (en) Biomolecule detection element and method for producing biomolecule detection element
JP2013531790A (en) Electrical excitation of lanthanide chelates with integrated carbon electrode tips and analytical methods using these tips
Zhong et al. Cucurbit [n] uril-immobilized sensor arrays for indicator-displacement assays of small bioactive metabolites
JP6034261B2 (en) Manufacturing method of biomolecule detection chip
Huang et al. Electrochemiluminescent sensor based on Ru (bpy) 32+-doped silica nanoprobe by incorporating a new co-reactant NBD-amine for selective detection of hydrogen sulfide
Shkodra et al. Polymeric integration of structure-switching aptamers on transistors for histamine sensing

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150803

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160518

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160531

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160728

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20161025

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161027

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6034261

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150