JP6289951B2 - Thin film biomolecule detection element, biomolecule detection method, and biomolecule detection apparatus - Google Patents

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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Description

本発明の実施形態は、薄膜生体分子検出素子、生体分子検出方法、及び生体分子検出装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a thin film biomolecule detection element, a biomolecule detection method, and a biomolecule detection apparatus.

バイオセンサーとは、酵素、免疫反応系、組織、又は細胞を介する選択的な化学反応で化学物質を電気、熱、光信号として検出する素子である。近年、バイオセンサーの中でも、腫瘍マーカーを高精度で検出する素子が注目を集めている。その中でも特定のタンパク質を蛍光プローブ法で検出する方法は、簡便かつ安価なセンシングが可能であるため、さかんに研究開発が行われている。
しかしながら、従来のバイオセンサーは、認識精度に劣る場合があった。 A biosensor is an element that detects a chemical substance as an electrical, thermal, or optical signal by a selective chemical reaction through an enzyme, an immune reaction system, a tissue, or a cell. In recent years, among biosensors, elements that detect tumor markers with high accuracy have attracted attention. Among them, a method for detecting a specific protein by a fluorescent probe method is being researched and developed extensively because simple and inexpensive sensing is possible.
However, conventional biosensors sometimes have poor recognition accuracy.

ＮＴＴ技術ジャーナル（２０１３．６、ｐ２７〜ｐ３０）NTT Technical Journal (2013.6, p27-p30) Furukawa K., et al., Journal of Materials Chemistry B, vol 1, 1119-1124, 2013Furukawa K., et al., Journal of Materials Chemistry B, vol 1, 1119-1124, 2013 CREST 研究領域「医療に向けた化学、生物系分子を利用したバイオ素子、システムの創製」（研究終了報告書 研究期間 平成１４年１１月〜平成１８年１０月）CREST Research Area “Chemistry for Medical Care, Creation of Bio-Elements and Systems Using Biological Molecules” (Research Report, Research period: November 2002 to October 2006)

本発明が解決しようとする課題は、生体分子を高精度で検出することができる薄膜生体分子検出素子、生体分子検出方法、及び生体分子検出装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a thin film biomolecule detection element, a biomolecule detection method, and a biomolecule detection apparatus that can detect biomolecules with high accuracy.

実施形態の薄膜生体分子検出素子は、基板と、基板吸着部と、リンカーと、希土類錯体とを持つ。基板吸着部は、基板上に設けられている。リンカーは、一端を介して基板吸着部に接着している。希土類錯体は、リンカーの他端に結合している。   The thin film biomolecule detection element of the embodiment has a substrate, a substrate adsorption part, a linker, and a rare earth complex. The substrate adsorption unit is provided on the substrate. The linker is bonded to the substrate adsorption part via one end. The rare earth complex is bonded to the other end of the linker.

第１の実施形態の薄膜生体分子検出素子を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the thin film biomolecule detection element of 1st Embodiment. 第２の実施形態の薄膜生体分子検出素子を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the thin film biomolecule detection element of 2nd Embodiment. 第３の実施形態の薄膜生体分子検出素子を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the thin film biomolecule detection element of 3rd Embodiment. 第１の実施形態の生体分子検出装置を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the biomolecule detection apparatus of 1st Embodiment.

以下、実施形態の薄膜生体分子検出素子を、図面を参照して説明する。   Hereinafter, the thin film biomolecule detection element of the embodiment will be described with reference to the drawings.

［薄膜生体分子検出素子］
（第１の実施形態）
実施形態の薄膜生体分子検出素子７は、図１に示すように、基板２と、該基板２上に設けられた基板吸着部１と、該基板吸着部１に、一端を介して接着したリンカー６と、該リンカー６の他端に結合した希土類錯体４と、を持つバイオセンサーである。図１（Ａ）は、ｉｎｉｔｉａｌの薄膜生体分子検出素子７を示し、図１（Ｂ）は、生体分子５が結合した場合の薄膜生体分子検出素子７を示す。 [Thin film biomolecule detection element]
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the thin-film biomolecule detection element 7 of the embodiment includes a substrate 2, a substrate adsorption unit 1 provided on the substrate 2, and a linker bonded to the substrate adsorption unit 1 via one end. 6 and a rare earth complex 4 bonded to the other end of the linker 6. 1A shows an initial thin film biomolecule detection element 7, and FIG. 1B shows the thin film biomolecule detection element 7 when the biomolecule 5 is bonded.

希土類錯体４は、アミノ基やリン酸基と配位結合することにより、タンパク質や核酸等の生体分子５と相互作用をする。
希土類錯体４は、以下の特徴を有する。
第一に、一般の有機蛍光体の発光寿命は、ナノ秒オーダーであるのに対して、希土類錯体の発光寿命は、サブミリ秒オーダーと長い。
第二に、一般の有機蛍光体は溶媒が変わるとスペクトルがシフトするのに対して、希土類錯体はｆ−ｆ遷移に基づく発光を示すことから、様々な波長の光を吸収しても、発する蛍光は一定の波長のものに収束する。
第三に、希土類錯体の発光は、磁気双極子遷移及び電気双極子遷移から構成され、磁気双極子遷移に由来する発光スペクトル形状は、常に一定である一方、電気双極子遷移に由来する発光スペクトル形状は配位環境に大きく依存する。この磁気双極子遷移と電気双極子遷移の比をブランチング比という。ブランチング比は、配位子の構造によって変化するため、ブランチング比で配位環境を特定することができる。
希土類錯体４はこれらの特徴を有するため、生体分子と相互作用することにより、希土類錯体の発光強度比、発光寿命、及び発光スペクトルの電気双極子遷移と磁気双極子遷移の発光強度比から算出されるブランチング比からなる群から選ばれる少なくとも一つの情報から生体分子を検出・特定することができる。
また、細胞等の生体分子は、紫外線を照射すると、自家蛍光として、ナノ秒オーダーの発光をする。一方、希土類錯体の発光寿命は、サブミリ秒オーダーであるため、時間分解測定により希土類錯体由来の蛍光と自家蛍光を分離することができ、測定時のバックグラウンドを低減することができる。
このように、希土類錯体４を用いることにより、生体分子を高いＳ／Ｎ比で高感度に検出することができる。 The rare earth complex 4 interacts with biomolecules 5 such as proteins and nucleic acids by coordination with amino groups and phosphate groups.
The rare earth complex 4 has the following characteristics.
First, the emission lifetime of a general organic phosphor is on the order of nanoseconds, whereas the emission lifetime of a rare earth complex is on the order of sub-milliseconds.
Secondly, the spectrum of a general organic phosphor shifts when the solvent changes, whereas the rare earth complex emits light based on the ff transition, so that it emits even when absorbing light of various wavelengths. The fluorescence converges to a constant wavelength.
Third, the emission of rare earth complexes consists of magnetic dipole transitions and electric dipole transitions, while the emission spectrum shape derived from magnetic dipole transitions is always constant, while the emission spectrum derived from electric dipole transitions The shape depends greatly on the coordination environment. The ratio of this magnetic dipole transition to the electric dipole transition is called the branching ratio. Since the branching ratio varies depending on the structure of the ligand, the coordination environment can be specified by the branching ratio.
Since the rare earth complex 4 has these characteristics, it is calculated from the emission intensity ratio of the rare earth complex, the emission lifetime, and the emission intensity ratio of the electric dipole transition and the magnetic dipole transition of the emission spectrum by interacting with the biomolecule. Biomolecules can be detected and identified from at least one piece of information selected from the group consisting of a branching ratio.
In addition, when biomolecules such as cells emit ultraviolet light, they emit light in the order of nanoseconds as autofluorescence. On the other hand, since the emission lifetime of the rare earth complex is on the order of sub-milliseconds, the fluorescence derived from the rare earth complex and the autofluorescence can be separated by time-resolved measurement, and the background during measurement can be reduced.
Thus, by using the rare earth complex 4, a biomolecule can be detected with high sensitivity at a high S / N ratio.

希土類錯体としては、例えば、以下の式（１）で表わされる基と、希土類イオンとの錯体が挙げられる。前記希土類イオンとしては、Ｔｂ3+、Ｅｕ3+、Ｄｙ3+、Ｓｍ3+等が挙げられ、Ｔｂ3+、Ｅｕ3+が好ましい。 Examples of the rare earth complex include a complex of a group represented by the following formula (1) and a rare earth ion. Examples of the rare earth ions include Tb 3+ , Eu 3+ , Dy 3+ , Sm 3+ , and Tb 3+ and Eu 3+ are preferable.

Figure 0006289951
Figure 0006289951

（式中、Ｒ５はフッ素原子で置換されていてもよい炭素数１〜６のアルキル基を示し、Ｒ６は炭素数１〜６のアルキル基又は炭素数６〜２０のアリール基を示す。） (Wherein, R 5 represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which may be substituted with a fluorine atom, R 6 represents an alkyl group or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms having 1 to 6 carbon atoms. )

前記Ｒ５のフッ素原子で置換されていてもよい炭素数１〜６のアルキル基としては、具体的にはメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ −ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、これらの基の水素原子がフッ素原子で置換された基が挙げられる。検出感度を向上させる観点から、炭素数１〜６のパーフルオロアルキル基が好ましく、トリフルオロメチル基、ヘプタフルオロプロピル基がより好ましい。
前記Ｒ６の炭素数１〜６のアルキル基としては、前記Ｒ５と同様のものが挙げられ、溶媒に対する溶解性の観点から、ｔ−ブチル基が好ましい。
前記Ｒ６の炭素数６〜２０のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基が挙げられ、ナフチル基が好ましい。
長波長側の光を吸収する観点から、前記Ｒ６は、炭素数６〜２０のアリール基が好ましい。 Specific examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which may be substituted with the fluorine atom of R 5 include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, sec -Butyl group, t-butyl group, n-pentyl group, and the group in which the hydrogen atom of these groups is substituted with a fluorine atom. From the viewpoint of improving detection sensitivity, a perfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms is preferable, and a trifluoromethyl group and a heptafluoropropyl group are more preferable.
Examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms of R 6 include those similar to R 5 above, and a t-butyl group is preferable from the viewpoint of solubility in a solvent.
Examples of the aryl group having 6 to 20 carbon atoms of R 6 include a phenyl group and a naphthyl group, and a naphthyl group is preferable.
From the viewpoint of absorbing light on the long wavelength side, R 6 is preferably an aryl group having 6 to 20 carbon atoms.

Ｒ５とＲ６としては、炭素数１〜６のパーフルオロアルキル基と炭素数１〜６のアルキル基の組み合わせ、炭素数１〜６のパーフルオロアルキル基と炭素数６〜２０のアリール基の組み合わせが好ましく、トリフルオロメチル基とナフチル基の組み合わせ、ヘプタフルオロプロピル基とｔ−ブチル基の組み合わせが挙げられる。これらは、検出対象に合わせて適宜選択できる。 R 5 and R 6 include a combination of a C 1-6 perfluoroalkyl group and a C 1-6 alkyl group, a C 1-6 perfluoroalkyl group and a C 6-20 aryl group. A combination is preferable, and a combination of a trifluoromethyl group and a naphthyl group, and a combination of a heptafluoropropyl group and a t-butyl group are exemplified. These can be appropriately selected according to the detection target.

実施形態に用いる希土類錯体は蛍光性のものであり、発光強度が大きいユーロピウム錯体またはテルビウム錯体が好ましい。６配位の錯体を用い、相互作用時に７配位以上になることにより発光強度、発光寿命、ブランチング比が大きく変化するものがより好ましい。   The rare earth complex used in the embodiment is fluorescent and is preferably a europium complex or a terbium complex having high emission intensity. It is more preferable that a hexacoordinate complex is used, and the emission intensity, emission lifetime, and branching ratio change greatly by becoming 7-coordinate or more during interaction.

実施形態において、基板２の表面の少なくとも一部は、酸化グラフェンが固定されてなる。基板２として、例えばガラス基板上に酸化グラフェンを転写したものを用いることができる。酸化グラフェンは、蛍光クエンチャーであり、希土類錯体４から発せられる蛍光が、希土類錯体４と基板２との距離によって変化する。
即ち、希土類錯体４が生体分子５を捕捉していない場合には、希土類錯体４と基板２は近接しており、酸化グラフェンのクエンチング効率は最大となっている。希土類錯体４が生体分子５を捕捉した場合には、希土類錯体４と基板２の距離は遠くなり、酸化グラフェンンによるクエンチング効率は低下する。
従って、基板２に酸化グラフェンを用いることにより、生体分子５をより高いＳ／Ｎ比で検出することができる。 In the embodiment, graphene oxide is fixed to at least a part of the surface of the substrate 2. As the substrate 2, for example, a glass substrate onto which graphene oxide is transferred can be used. Graphene oxide is a fluorescence quencher, and the fluorescence emitted from the rare earth complex 4 varies depending on the distance between the rare earth complex 4 and the substrate 2.
That is, when the rare earth complex 4 does not capture the biomolecule 5, the rare earth complex 4 and the substrate 2 are close to each other, and the quenching efficiency of graphene oxide is maximized. When the rare earth complex 4 captures the biomolecule 5, the distance between the rare earth complex 4 and the substrate 2 is increased, and the quenching efficiency by graphene oxide is lowered.
Therefore, the biomolecule 5 can be detected with a higher S / N ratio by using graphene oxide for the substrate 2.

基板吸着部１は、基板２に物理的に吸着する分子であれば特に限定されず、一例としてピレン骨格を有する分子が挙げられる。図１に示すように、酸化グラフェンの一部には、グラフェン構造を維持した領域であるＳＰ２ドメイン３が点在する。ＳＰ２ドメイン３には、ベンゼン環４個が連結した構造のピレンと呼ばれる分子が強く吸着される。従って、ピレン骨格を有する分子は、酸化グラフェン等の炭素材料との親和性が高い観点から好ましい。   The substrate adsorption unit 1 is not particularly limited as long as it is a molecule that physically adsorbs to the substrate 2, and examples thereof include a molecule having a pyrene skeleton. As shown in FIG. 1, SP2 domains 3, which are regions that maintain a graphene structure, are scattered in part of graphene oxide. A molecule called pyrene having a structure in which four benzene rings are linked is strongly adsorbed to the SP2 domain 3. Therefore, a molecule having a pyrene skeleton is preferable from the viewpoint of high affinity with a carbon material such as graphene oxide.

リンカー６は、一端に基板吸着部１と結合し、他端に希土類錯体４と結合して、基板吸着部１と希土類錯体４を接続するものであれば特に限定されず、核酸、ペプチド等が挙げられる。   The linker 6 is not particularly limited as long as the linker 6 is bonded to the substrate adsorption unit 1 at one end and is bonded to the rare earth complex 4 at the other end to connect the substrate adsorption unit 1 and the rare earth complex 4. Can be mentioned.

実施形態によれば、希土類錯体の発光強度比、発光寿命、及び発光スペクトルの電気双極子遷移と磁気双極子遷移の発光強度比から算出されるブランチング比からなる群から選ばれる少なくとも一つの情報から生体分子を検出・特定することができる。また、基板に酸化グラフェンを用いることにより、生体分子をより高いＳ／Ｎ比で検出することができる。   According to the embodiment, at least one piece of information selected from the group consisting of the branching ratio calculated from the emission intensity ratio of the rare earth complex, the emission lifetime, and the emission intensity ratio of the electric dipole transition and the magnetic dipole transition of the emission spectrum. Biomolecules can be detected and identified from In addition, by using graphene oxide for the substrate, biomolecules can be detected with a higher S / N ratio.

（第２の実施形態）
実施形態の薄膜生体分子検出素子１１は、図２に示すように、基板２と、該基板２上に設けられた基板吸着部１と、該基板吸着部１に、一端を介して接着したアプタマー１４と、該アプタマー１４の他端に結合した希土類錯体４と、を持つバイオセンサーである。図２（Ａ）は、ｉｎｉｔｉａｌの薄膜生体分子検出素子１１を示し、図２（Ｂ）は、生体分子５が結合した場合の薄膜生体分子検出素子１１を示す。実施形態の薄膜生体分子検出素子１１は、リンカーとしてアプタマー１４を用いている点で、図１に示す薄膜生体分子検出素子７と相違し、その他の構成は薄膜生体分子検出素子７と同じである。
尚、図２において、図１に示す構成要素と同一のものについては同じ符号を用いている。 (Second Embodiment)
As shown in FIG. 2, the thin-film biomolecule detection element 11 of the embodiment includes a substrate 2, a substrate adsorption unit 1 provided on the substrate 2, and an aptamer bonded to the substrate adsorption unit 1 through one end. 14 and a rare earth complex 4 bonded to the other end of the aptamer 14. 2A shows an initial thin film biomolecule detection element 11, and FIG. 2B shows the thin film biomolecule detection element 11 when the biomolecule 5 is bonded. The thin film biomolecule detection element 11 of the embodiment is different from the thin film biomolecule detection element 7 shown in FIG. 1 in that an aptamer 14 is used as a linker, and other configurations are the same as those of the thin film biomolecule detection element 7. .
In FIG. 2, the same components as those shown in FIG.

実施形態において、アプタマー１４は、標的とする生体分子に対する結合活性を有する核酸である。本実施形態のアプタマー１４は、ＲＮＡ、ＤＮＡ、修飾ヌクレオチド又はそれらの混合物からなる。アプタマー１４の長さは特に限定されず、１６〜２００塩基が好ましく、１００塩基以下がより好ましく、５０塩基以下が特に好ましい。   In the embodiment, the aptamer 14 is a nucleic acid having a binding activity to a target biomolecule. The aptamer 14 of this embodiment consists of RNA, DNA, modified nucleotides, or a mixture thereof. The length of the aptamer 14 is not particularly limited, preferably 16 to 200 bases, more preferably 100 bases or less, and particularly preferably 50 bases or less.

アプタマー１４が、標的とする生体分子５と結合すると、特定の構造へと変化する。この構造変化により、希土類錯体４と基板２の距離が変化する。
実施形態によれば、アプタマーによる生体分子識別機能により、標的とする生体分子をより特異的に検出することができる。 When the aptamer 14 binds to the target biomolecule 5, the aptamer 14 changes to a specific structure. Due to this structural change, the distance between the rare earth complex 4 and the substrate 2 changes.
According to the embodiment, the target biomolecule can be detected more specifically by the biomolecule discrimination function by the aptamer.

（第３の実施形態）
実施形態の薄膜生体分子検出素子２１は、図３に示すように、基板２と、該基板２上に設けられた基板吸着部１と、該基板吸着部１に、一端を介して接着した、腫瘍関連分子を標的とするアプタマー２４と、該アプタマー２４の他端に結合した希土類錯体４と、を持つバイオセンサーである。実施形態の薄膜生体分子検出素子２１は、アプタマー２４として腫瘍関連分子を標的とするものを用いている点で、図２に示す薄膜生体分子検出素子１１と相違し、その他の構成は薄膜生体分子検出素子１１と同じである。
尚、図３において、図２に示す構成要素と同一のものについては同じ符号を用いている。 (Third embodiment)
As shown in FIG. 3, the thin-film biomolecule detection element 21 of the embodiment is bonded to the substrate 2, the substrate adsorption unit 1 provided on the substrate 2, and the substrate adsorption unit 1 through one end. It is a biosensor having an aptamer 24 that targets a tumor-related molecule and a rare earth complex 4 bound to the other end of the aptamer 24. The thin-film biomolecule detection element 21 of the embodiment is different from the thin-film biomolecule detection element 11 shown in FIG. 2 in that an aptamer 24 that targets a tumor-related molecule is used, and the other configuration is a thin-film biomolecule. The same as the detection element 11.
In FIG. 3, the same components as those shown in FIG.

腫瘍関連分子は、がん遺伝子又はがん抑制遺伝子によってコードされるタンパク質であることが好ましい。
がん遺伝子としては、テロメラーゼをコードする遺伝子；ｓｉｓ等の増殖因子をコードする遺伝子群；ｅｒｂＢ、ｆｍｓ、ｒｅｔ等のレセプター型チロシンキナーゼをコードする遺伝子群；ｆｅｓ等の非レセプター型チロシンキナーゼをコードする遺伝子群；ｒａｓ等のＧＴＰ／ＧＤＰ結合タンパク質をコードする遺伝子群；ｓｒｃ、ｍｏｓ、ｒａｆ等のセリン／スレオニンキナーゼをコードする遺伝子群；ｍｙｃ、ｍｙｂ、ｆｏｓ、ｊｕｎ、ｅｒｂＡ等の核内タンパク質をコードする遺伝子群；ｃｒｋ等のシグナル伝達アダプター分子をコードする遺伝子群；Ｂｃｒ−Ａｂｌ等の融合遺伝子が挙げられる。
更に、がん遺伝子として、Ｓｈｃ、Ｇｒｂ２、Ｓｏｓ、ＭＥＫ、Ｒｈｏ、Ｒａｃ遺伝子等のＲａｓ−ＭＡＰキナーゼ経路関連遺伝子；ＰＬＣγ、ＰＫＣ等のホスホリパーゼＣガンマ-プロテインキナーゼＣ経路関連遺伝子；ＰＩ３Ｋ、Ａｋt、Ｂａｄ等のＰＩ３Ｋ−Ａｋt経路関連遺伝子；ＪＡＫ、ＳＴＡＴ等のＪＡＫ−ＳＴＡＴ経路関連遺伝子；ＧＡＰ、ｐ１８０、ｐ６２等のＧＡＰ系経路関連遺伝子が挙げられる。 The tumor-related molecule is preferably a protein encoded by an oncogene or a tumor suppressor gene.
Oncogenes include genes encoding telomerase; gene groups encoding growth factors such as sis; gene groups encoding receptor tyrosine kinases such as erbB, fms, and ret; encoding non-receptor tyrosine kinases such as fes A gene group encoding a GTP / GDP binding protein such as ras; a gene group encoding a serine / threonine kinase such as src, mos, raf; and a nuclear protein such as myc, myb, fos, jun, erbA A gene group encoding; a gene group encoding a signal transduction adapter molecule such as crk; and a fusion gene such as Bcr-Abl.
Furthermore, as oncogenes, Ras-MAP kinase pathway-related genes such as Shc, Grb2, Sos, MEK, Rho, and Rac genes; phospholipase C gamma-protein kinase C pathway-related genes such as PLCγ and PKC; PI3K, Akt, Bad PI3K-Akt pathway-related genes such as JAK-STAT pathway-related genes such as JAK and STAT; GAP pathway-related genes such as GAP, p180, and p62.

がん抑制遺伝子としては、ＲＢ、ｐ５３、ＷＴ１、ＮＦ１、ＡＰＣ、ＶＨＬ、ＮＦ２、ｐ１６、ｐ１９、ＢＲＣＡ１、ＢＲＣＡ２、ＰＴＥＮ、Ｅカドヘリン遺伝子等が挙げられる。   Examples of the tumor suppressor gene include RB, p53, WT1, NF1, APC, VHL, NF2, p16, p19, BRCA1, BRCA2, PTEN, and E cadherin gene.

実施形態によれば、アプタマーによる生体分子識別機能により、標的とする生体分子をより特異的に検出することができる。従って、実施形態によれば、複数種類の腫瘍関連分子を標的とするアプタマーを持つ薄膜生体分子検出素子を複数揃えることにより、複数の腫瘍マーカーを高精度で検出できる。   According to the embodiment, the target biomolecule can be detected more specifically by the biomolecule discrimination function by the aptamer. Therefore, according to the embodiment, a plurality of tumor markers can be detected with high accuracy by arranging a plurality of thin-film biomolecule detection elements having aptamers that target a plurality of types of tumor-related molecules.

また、アプタマーが認識する腫瘍関連分子は、１種類の癌腫から抽出される複数の腫瘍関連分子であってもよい。即ち、実施形態の薄膜生体分子検出素子２１は、癌腫別診断用であってもよい。   In addition, the tumor-related molecules recognized by the aptamer may be a plurality of tumor-related molecules extracted from one type of carcinoma. That is, the thin-film biomolecule detection element 21 of the embodiment may be for cancer diagnosis.

癌腫としては、皮膚癌、肺癌、大腸癌、胃癌、乳癌、前立腺癌、甲状腺癌等が挙げられる。上述したがん遺伝子及びがん抑制遺伝子をはじめとして、癌腫特異的な遺伝子の発現／変異パターンが存在することが報告されている。そのため、癌腫ごとの遺伝子発現プロファイル等に基づいて、薄膜生体分子検出素子を作製することにより、検出の精度を高めることができる。   Examples of the carcinoma include skin cancer, lung cancer, colon cancer, stomach cancer, breast cancer, prostate cancer, thyroid cancer and the like. It has been reported that there are expression / mutation patterns of genes specific to carcinomas, including the oncogenes and tumor suppressor genes described above. Therefore, detection accuracy can be increased by producing a thin film biomolecule detection element based on a gene expression profile for each carcinoma.

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、希土類錯体を持つことにより、希土類錯体の発光強度比、発光寿命、及び発光スペクトルの電気双極子遷移と磁気双極子遷移の発光強度比から算出されるブランチング比からなる群から選ばれる少なくとも一つの情報から生体分子を、高精度に検出・特定することができる。   According to at least one embodiment described above, by having a rare earth complex, it is calculated from the emission intensity ratio of the rare earth complex, the emission lifetime, and the emission intensity ratio of the electric dipole transition and the magnetic dipole transition of the emission spectrum. Biomolecules can be detected and identified with high accuracy from at least one piece of information selected from the group consisting of branching ratios.

［生体分子検出方法］
実施形態の生体分子検出方法は、上述した各実施形態の薄膜生体分子検出素子を用いて、発光スペクトル、発光寿命、及びブランチング比からなる群から選ばれる少なくとも一つから生体分子を特定する方法である。実施形態において、検出目的とするタンパク質が希土類錯体と相互作用した時の発光強度、発光寿命、ブランチング比のデータを予めデータベース化しておく。そして、薄膜生体分子検出素子から得られる信号と照合することにより、生体分子を特定することができる。
実施形態によれば、希土類錯体を持つことにより、発光スペクトル、発光寿命、及びブランチング比からなる群から選ばれる少なくとも一つの情報から、相互作用した生体分子を高精度に検出・特定することができる。 [Biomolecule detection method]
The biomolecule detection method of the embodiment is a method of specifying a biomolecule from at least one selected from the group consisting of a light emission spectrum, a light emission lifetime, and a branching ratio, using the thin film biomolecule detection element of each embodiment described above. It is. In the embodiment, data of emission intensity, emission lifetime, and branching ratio when a protein to be detected interacts with a rare earth complex is stored in a database in advance. And a biomolecule can be specified by collating with the signal obtained from a thin film biomolecule detection element.
According to the embodiment, by having a rare earth complex, an interacted biomolecule can be detected and identified with high accuracy from at least one information selected from the group consisting of an emission spectrum, an emission lifetime, and a branching ratio. it can.

［生体分子検出装置］
実施形態の生体分子検出装置３１は、図４に示すように、薄膜生体分子検出素子３２と、二波長同時検出装置３３とを持つ。
二波長同時検出装置３３は、発光スペクトル、発光寿命、及びブランチング比からなる群から選ばれる少なくとも一つから、薄膜生体分子検出素子３２の錯体またはアプタマーに吸着したタンパク質等の生体分子を特定する装置である。
更に、実施形態の生体分子検出装置３１は、パソコンなどの制御部３４を有する。
実施形態によれば、希土類錯体との相互作用から得られる生体分子の発光スペクトル、発光寿命、及びブランチング比の多数の情報をデータベース化することにより、相互作用した生体分子を高精度に検出・特定することができる。 [Biomolecule detector]
The biomolecule detection device 31 of the embodiment has a thin film biomolecule detection element 32 and a two-wavelength simultaneous detection device 33 as shown in FIG.
The two-wavelength simultaneous detection device 33 specifies a biomolecule such as a protein adsorbed to the complex or aptamer of the thin film biomolecule detection element 32 from at least one selected from the group consisting of an emission spectrum, a light emission lifetime, and a branching ratio. Device.
Furthermore, the biomolecule detection apparatus 31 of the embodiment includes a control unit 34 such as a personal computer.
According to the embodiment, by creating a database of a large number of information on the emission spectrum, emission lifetime, and branching ratio of biomolecules obtained from the interaction with the rare earth complex, the interacted biomolecules can be detected with high accuracy. Can be identified.

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to a following example.

［実施例１］
酢酸エチルに下記式（２）に示すユーロピウム錯体溶解液、式（２）に示すユーロピウム錯体、及びトリフェニルホスフィンオキシド（ＴＰＰＯ）溶解液、式（２）に示すユーロピウム錯体、及びトリオクチルホスフィンオキシド（ＴＯＰＯ）溶解液、並びに、式（２）に示すユーロピウム錯体、トリフェニルホスフィンオキシド、及びトリオクチルホスフィンオキシド溶解液を調製し、それぞれの溶液の発光寿命を測定した。結果を表１に示す。表１に示すように、６配位のユーロピウム錯体単独の場合と比較して、これに種類が異なるホスフィンオキシドが配位することにより、発光寿命は鋭敏に変化することが確認された。
即ち、希土類錯体は、配位状況の変化に応じた発光寿命の変化を示す性質があり、生体分子の判別が可能であることが確認された。 [Example 1]
The europium complex solution shown in the following formula (2), the europium complex shown in formula (2), and the triphenylphosphine oxide (TPPO) solution in ethyl acetate, the europium complex shown in formula (2), and trioctylphosphine oxide ( A TOPO) solution and a europium complex, triphenylphosphine oxide, and trioctylphosphine oxide solution shown in Formula (2) were prepared, and the emission lifetimes of the respective solutions were measured. The results are shown in Table 1. As shown in Table 1, it was confirmed that the luminescence lifetime changes sharply when phosphine oxides of different types are coordinated to the six-coordinate europium complex alone.
That is, it was confirmed that the rare earth complex has the property of showing a change in the luminescence lifetime according to the change in the coordination state, and can discriminate biomolecules.

Figure 0006289951
Figure 0006289951

Figure 0006289951
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［実施例２］
酢酸エチルに下記式（３）に示す８配位の希土類錯体を溶解し、発光スペクトルからブランチング比の計測を行った。結果を表２に示す。表２に示すように、配位子の分子構造の違いにより、ブランチング比が特異的に変化することが確認された。このことから、ブランチング比により生体分子識別機能があることが確認された。 [Example 2]
An 8-coordinate rare earth complex represented by the following formula (3) was dissolved in ethyl acetate, and the branching ratio was measured from the emission spectrum. The results are shown in Table 2. As shown in Table 2, it was confirmed that the branching ratio changed specifically depending on the molecular structure of the ligand. From this, it was confirmed that there was a biomolecule identification function by the branching ratio.

Figure 0006289951
Figure 0006289951

Figure 0006289951
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本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

１…基板吸着部、２…基板、３…ＳＰ２領域、４…希土類錯体、５…生体分子、６…リンカー、７…薄膜生体分子検出素子、１１…薄膜生体分子検出素子、１４…アプタマー、２１…薄膜生体分子検出素子、２４…アプタマー、３１…生体分子検出装置、３２…薄膜生体分子検出素子、３３…二波長同時検出装置、３４…制御部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate adsorption part, 2 ... Substrate, 3 ... SP2 region, 4 ... Rare earth complex, 5 ... Biomolecule, 6 ... Linker, 7 ... Thin film biomolecule detection element, 11 ... Thin film biomolecule detection element, 14 ... Aptamer, 21 ... Thin film biomolecule detection element, 24 ... Aptamer, 31 ... Biomolecule detection apparatus, 32 ... Thin film biomolecule detection element, 33 ... Two-wavelength simultaneous detection apparatus, 34 ... Control unit

Claims (11)

基板と、該基板上に設けられた基板吸着部と、該基板吸着部に、一端を介して接着したリンカーと、該リンカーの他端に結合した希土類錯体とを備え、前記希土類錯体は、下記式（１）で表わされる基と、Ｔｂ ３＋ イオン、Ｅｕ ３＋ イオン、Ｄｙ ３＋ イオン又はＳｍ ３＋ イオンとの錯体である、薄膜生体分子検出素子。
Figure 0006289951
 ［式（１）中、Ｒ ５ はフッ素原子で置換されていてもよい炭素数１〜６のアルキル基を示し、Ｒ ６ は炭素数１〜６のアルキル基又は炭素数６〜２０のアリール基を示す。］ A substrate, a substrate adsorption portion provided on the substrate, a linker bonded to the substrate adsorption portion via one end, and a rare earth complex bonded to the other end of the linker , A thin film biomolecule detection element which is a complex of a group represented by the formula (1) and Tb 3+ ion, Eu 3+ ion, Dy 3+ ion or Sm 3+ ion .
Figure 0006289951
 [In Formula (1), R 5 represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which may be substituted with a fluorine atom, and R 6 represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms. Indicates. ] 前記希土類錯体が、前記式（１）で表わされる基とＥｕThe rare earth complex includes a group represented by the formula (1) and Eu. ３＋3+ イオンとの錯体であり、前記式（１）におけるＲA complex with an ion, and R in the formula (1) ５5 が炭素数１〜６のパーフルオロアルキル基である、請求項１に記載の薄膜生体分子検出素子。The thin film biomolecule detection element according to claim 1, wherein is a C 1-6 perfluoroalkyl group. 前記式（１）におけるＲR in the formula (1) ５5 がトリフルオロメチル基又はヘプタフルオロプロピル基である、請求項１又は２に記載の薄膜生体分子検出素子。The thin film biomolecule detection element according to claim 1, wherein is a trifluoromethyl group or a heptafluoropropyl group. 前記式（１）におけるＲ  R in the formula (1) ６6 がナフチル基又はｔ−ブチル基である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の薄膜生体分子検出素子。The thin film biomolecule detection element according to any one of claims 1 to 3, wherein is a naphthyl group or a t-butyl group. 前記基板の表面の少なくとも一部は、酸化グラフェンが固定されてなる請求項１〜４のいずれか一項に記載の薄膜生体分子検出素子。 The thin film biomolecule detection element according to any one of claims 1 to 4 , wherein graphene oxide is fixed to at least a part of the surface of the substrate. 前記リンカーは、アプタマーからなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の薄膜生体分子検出素子。 The thin-film biomolecule detection element according to any one of claims 1 to 5 , wherein the linker is made of an aptamer. 前記アプタマーは、腫瘍関連分子を標的とするものである請求項６に記載の薄膜生体分子検出素子。 The thin film biomolecule detection element according to claim 6 , wherein the aptamer targets a tumor-related molecule. 前記アプタマーは、核酸アプタマーである請求項６又は７に記載の薄膜生体分子検出素子。 The thin film biomolecule detection element according to claim 6 or 7 , wherein the aptamer is a nucleic acid aptamer. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の薄膜生体分子検出素子を用いて、発光スペクトル、発光寿命、及びブランチング比からなる群から選ばれる少なくとも一つから生体分子を特定する生体分子検出方法。 A biomolecule detection for identifying a biomolecule from at least one selected from the group consisting of an emission spectrum, an emission lifetime, and a branching ratio, using the thin film biomolecule detection element according to any one of claims 1 to 8. Method. 前記生体分子がアミノ基又はＰ＝Ｏで示される基を有する、請求項９に記載の生体分子検出方法。The biomolecule detection method according to claim 9, wherein the biomolecule has an amino group or a group represented by P═O. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の薄膜生体分子検出素子と、二波長同時検出装置とを備える生体分子検出装置。 A thin film biomolecule detecting element according to any one of claims 1-8, the biological molecule detecting apparatus and a dual wavelength simultaneous detection device.
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