JP6886666B2 - Biosensor - Google Patents

Biosensor Download PDF

Info

Publication number
JP6886666B2
JP6886666B2 JP2018540272A JP2018540272A JP6886666B2 JP 6886666 B2 JP6886666 B2 JP 6886666B2 JP 2018540272 A JP2018540272 A JP 2018540272A JP 2018540272 A JP2018540272 A JP 2018540272A JP 6886666 B2 JP6886666 B2 JP 6886666B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
meth
acrylate
laser
core layer
hbp
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
JP2018540272A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2018056324A1 (en
Inventor
雄司 興
雄司 興
宏晃 吉岡
宏晃 吉岡
直也 西村
直也 西村
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.)
Kyushu University NUC
Nissan Chemical Corp
Original Assignee
Kyushu University NUC
Nissan Chemical 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 Kyushu University NUC, Nissan Chemical Corp filed Critical Kyushu University NUC
Publication of JPWO2018056324A1 publication Critical patent/JPWO2018056324A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6886666B2 publication Critical patent/JP6886666B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/20Liquids
    • H01S3/213Liquids including an organic dye

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

本発明は、バイオセンサに関し、さらに詳述すると、有機マイクロディスク構造体を用いたバイオセンサに関する。 The present invention relates to a biosensor, and more specifically to a biosensor using an organic microdisk structure.

マイクロディスク構造体に代表されるマイクロキャビティーは、界面で全反射を繰り返すことにより高効率で光を閉じ込めることができ、物質と光の高い相互作用を引き出すことが可能である。このため、超低しきい値で発振できる微小レーザーや光信号処理、集積光学回路、バイオセンサ等の高感度センサなどへの応用が期待されている。
マイクロディスクを形成する材料として、有機物は無機物と比較して、様々な色素をドープすることができる、低コストである、成型加工が容易などの利点がある。
A microcavity represented by a microdisk structure can confine light with high efficiency by repeating total reflection at an interface, and can bring out a high interaction between a substance and light. Therefore, it is expected to be applied to minute lasers capable of oscillating at an ultra-low threshold, optical signal processing, integrated optical circuits, high-sensitivity sensors such as biosensors, and the like.
As a material for forming a microdisk, an organic substance has advantages such as being able to dope various pigments, being low in cost, and being easy to mold, as compared with an inorganic substance.

しかしながら、一般的に、有機マイクロディスク構造体は、フォトリソグラフィ法などの加熱を要する手法によって主に作製されることから(非特許文献1〜3参照)、たんぱく質等の検出分析のための色素が直接ドープされた有機マイクロディスクバイオセンサを開発することは困難であった。 However, in general, since the organic microdisk structure is mainly produced by a method requiring heating such as a photolithography method (see Non-Patent Documents 1 to 3), a dye for detection and analysis of proteins and the like is used. It has been difficult to develop a directly doped organic microdisk biosensor.

国際公開第2016/039259号International Publication No. 2016/039259

OPTICS EXPRESS, Vol. 19, No.12, pp.11451 (2011)OPTICS EXPRESS, Vol. 19, No.12, pp.11451 (2011) Applied Physics Letters 97, 063304 (2010)Applied Physics Letters 97, 063304 (2010) OPTICS EXPRESS, Vol.19, No.10, pp.10009 (2011)OPTICS EXPRESS, Vol.19, No.10, pp.10009 (2011)

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、色素がドープされた有機マイクロディスク構造体を用いたバイオセンサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a biosensor using a dye-doped organic microdisk structure.

本発明者らは、インクジェット法によって製造される、所定のフッ素含有ハイパーブランチポリマーおよび高屈折率を示すトリアジン系ハイパーブランチポリマーとレーザー色素とを用いた有機マイクロディスク構造体が、低しきい値でレーザー発振できることを既に報告している(特許文献1参照)。
この知見をもとに、本発明者らはさらに鋭意検討を重ねた結果、当該有機マイクロディスク構造体の表面にたんぱく質等が吸着した場合に、発振光のスペクトルがシフトすることから、当該有機マイクロディスク構造体がバイオセンサとして好適に利用できることを見出し、本発明を完成した。
The present inventors have produced an organic microdisk structure using a predetermined fluorine-containing hyperbranched polymer, a triazine-based hyperbranched polymer exhibiting a high refractive index, and a laser dye, which are produced by an inkjet method, at a low threshold value. It has already been reported that laser oscillation is possible (see Patent Document 1).
Based on this finding, the present inventors have conducted further diligent studies, and as a result, when a protein or the like is adsorbed on the surface of the organic microdisk structure, the spectrum of the oscillating light shifts. We have found that the disk structure can be suitably used as a biosensor, and completed the present invention.

すなわち、本発明は、
1. フッ素含有ハイパーブランチポリマーを含むクラッド層、並びにフッ素非含有トリアジン系ハイパーブランチポリマーおよびレーザー色素を含むコア層からなるマイクロディスク構造体を備えることを特徴とするバイオセンサ、
2. 前記レーザー色素が、ローダミン色素である1のバイオセンサ、
3. 1または2のバイオセンサを用いた被検出物の検出方法であって、前記有機マイクロディスク構造体の前記コア層に前記被検出物を吸着させる工程と、前記被検出物が吸着した有機マイクロディスク構造体に前記コア層側から励起用レーザーを照射する工程と、前記励起用レーザーによって励起された前記有機マイクロディスク構造体から放出されるレーザー発振光を、励起光を遮断するフィルターを通して励起光を取り除いた後、分光器で測定する工程とを含むことを特徴とする検出方法
を提供する。
That is, the present invention
1. 1. A biosensor comprising a clad layer containing a fluorine-containing hyperbranched polymer and a core layer containing a fluorine-free triazine-based hyperbranched polymer and a laser dye.
2. 1 biosensor in which the laser dye is a rhodamine dye,
3. 3. A method for detecting an object to be detected using 1 or 2 biosensors, which comprises a step of adsorbing the object to be detected on the core layer of the organic microdisk structure and an organic microdisk on which the object to be detected is adsorbed. The step of irradiating the structure with the excitation laser from the core layer side and the laser oscillation light emitted from the organic microdisk structure excited by the excitation laser are subjected to the excitation light through a filter that blocks the excitation light. Provided is a detection method comprising a step of measuring with a spectroscope after removal.

本発明のバイオセンサに用いる有機マイクロディスク構造体は、レーザー発振光のスペクトルが、その表面にたんぱく質等が吸着することでシフトすることから、それを観測、測定することで、たんぱく質等の生体分子の吸着を効率的に測定できる。 In the organic microdisk structure used in the biosensor of the present invention, the spectrum of the laser oscillation light shifts due to the adsorption of proteins or the like on the surface thereof. Therefore, by observing and measuring the spectrum, biomolecules such as proteins can be observed. Adsorption can be measured efficiently.

本発明のバイオセンサを構成するマイクロディスク表面とアルブミンとの吸着におけるスペクトルシフトの経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the spectrum shift in the adsorption of the microdisk surface which constitutes the biosensor of this invention, and albumin.

以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
本発明に係るバイオセンサは、フッ素含有ハイパーブランチポリマー(以下、ハイパーブランチポリマーをHBPという)を含むクラッド層、並びにフッ素非含有トリアジン系HBPおよびレーザー色素を含むコア層からなるマイクロディスク構造体を備える。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The biosensor according to the present invention includes a microdisk structure including a clad layer containing a fluorine-containing hyperbranched polymer (hereinafter, hyperbranched polymer is referred to as HBP) and a core layer containing a fluorine-free triazine-based HBP and a laser dye. ..

クラッド層を構成するフッ素含有HBPとしては、フッ素原子を含有するHBPであれば特に限定されるものではないが、非トリアジン系のHBPが好ましく、アクリル系HBPがより好ましい。
特に、国際公開第2010/137724号に開示されるアクリル系含フッ素HBPが好適であり、中でも、分子内に2個以上の(メタ)アクリル基を有するモノマーと、分子内にフルオロアルキル基および少なくとも1個の(メタ)アクリル基を有するモノマーとを、モノマー総モルに対して5〜200モル%の重合開始剤の存在下、有機溶媒中で溶液重合させて得られるアクリル系HBPが好ましい。
The fluorine-containing HBP constituting the clad layer is not particularly limited as long as it is an HBP containing a fluorine atom, but a non-triazine-based HBP is preferable, and an acrylic-based HBP is more preferable.
In particular, the acrylic-based fluorine-containing HBP disclosed in International Publication No. 2010/137724 is preferable, and among them, a monomer having two or more (meth) acrylic groups in the molecule, a fluoroalkyl group in the molecule, and at least Acrylo-based HBP obtained by solution-polymerizing a monomer having one (meth) acrylic group in an organic solvent in the presence of 5 to 200 mol% of a polymerization initiator with respect to the total molar amount of the monomer is preferable.

本発明において、フッ素含有HBPの屈折率は、コア層に用いられるトリアジン系HBPよりも低ければよいが、本発明では1.5以下が好ましい。
フッ素含有HBPの重量平均分子量としては、特に限定されるものではないが、本発明では、1,000〜200,000が好ましく、2,000〜100,000がより好ましく、5,000〜60,000がより一層好ましい。
なお、本発明における重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCという)分析による標準ポリスチレン換算で得られる平均分子量である(以下同様)。
In the present invention, the refractive index of the fluorine-containing HBP may be lower than that of the triazine-based HBP used for the core layer, but in the present invention, it is preferably 1.5 or less.
The weight average molecular weight of the fluorine-containing HBP is not particularly limited, but in the present invention, it is preferably 1,000 to 200,000, more preferably 2,000 to 100,000, and 5,000 to 60, 000 is even more preferable.
The weight average molecular weight in the present invention is the average molecular weight obtained in terms of standard polystyrene by gel permeation chromatography (hereinafter referred to as GPC) analysis (hereinafter, the same applies).

分子内に2個以上の(メタ)アクリル基を有するモノマーの具体例としては、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、グリセロールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、アルコキシチタントリ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、2−メチル−1,8−オクタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10−デカンジオールジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ジオキサングリコールジ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−1−アクリロイルオキシ−3−メタクリロイルオキシプロパン、2−ヒドロキシ−1,3−ジ(メタ)アクリロイルオキシプロパン、9,9−ビス[4−(2−(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン、ウンデシレノキシエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ビス[4−(メタ)アクリロイルチオフェニル]スルフィド、ビス[2−(メタ)アクリロイルチオエチル]スルフィド、1,3−アダマンタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,3−アダマンタンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(分子量300)ジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(分子量500)ジ(メタ)アクリレート等が挙げられる。 Specific examples of the monomer having two or more (meth) acrylic groups in the molecule include ethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, and neopentyl glycol di. (Meta) Acrylate, Trimethylol Propanetri (Meta) Acrylate, Ditrimethylol Propanetetra (Meta) Acrylate, Glycotrimethyl (Meta) Acryloyl, Pentaerythritol Tetra (Meta) Acryloyl, Acryloyl Titanium Tri (Meta) Acrylate, 1,6- Hexandiol di (meth) acrylate, 2-methyl-1,8-octanediol di (meth) acrylate, 1,9-nonanediol di (meth) acrylate, 1,10-decanediol di (meth) acrylate, tricyclo Decandimethanol di (meth) acrylate, dioxane glycol di (meth) acrylate, 2-hydroxy-1-acryloyloxy-3-methacryloyloxypropane, 2-hydroxy-1,3-di (meth) acryloyloxypropane, 9, 9-Bis [4- (2- (meth) acryloyloxyethoxy) phenyl] fluorene, undecylenoxyethylene glycol di (meth) acrylate, bis [4- (meth) acryloylthiophenyl] sulfide, bis [2-( Meta) acryloylthioethyl] sulfide, 1,3-adamantandiol di (meth) acrylate, 1,3-adamantandimethanol di (meth) acrylate, polyethylene glycol (molecular weight 300) di (meth) acrylate, polypropylene glycol (molecular weight 500) ) Di (meth) acrylate and the like.

分子内にフルオロアルキル基および少なくとも1個の(メタ)アクリル基を有するモノマーの具体例としては、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル(メタ)アクリレート、2−(パーフルオロブチル)エチル(メタ)アクリレート、2−(パーフルオロヘキシル)エチル(メタ)アクリレート、2−(パーフルオロオクチル)エチル(メタ)アクリレート、2−(パーフルオロデシル)エチル(メタ)アクリレート、2−(パーフルオロ−3−メチルブチル)エチル(メタ)アクリレート、2−(パーフルオロ−5−メチルヘキシル)エチル(メタ)アクリレート、2−(パーフルオロ−7−メチルオクチル)エチル(メタ)アクリレート、1H,1H,3H−テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、1H,1H,5H−オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、1H,1H,7H−ドデカフルオロヘプチル(メタ)アクリレート、1H,1H,9H−ヘキサデカフルオロノニル(メタ)アクリレート、1H−1−(トリフオロメチル)トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、1H,1H,3H−ヘキサフルオロブチル(メタ)アクリレート、3−パーフルオロブチル−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−パーフルオロヘキシル−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−パーフルオロオクチル−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−(パーフルオロ−3−メチルブチル)−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−(パーフルオロ−5−メチルヘキシル)−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−(パーフルオロ−7−メチルオクチル)−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等が挙げられる。 Specific examples of monomers having a fluoroalkyl group and at least one (meth) acrylic group in the molecule include 2,2,2-trifluoroethyl (meth) acrylate, 2,2,3,3,3-penta. Fluoropropyl (meth) acrylate, 2- (perfluorobutyl) ethyl (meth) acrylate, 2- (perfluorohexyl) ethyl (meth) acrylate, 2- (perfluorooctyl) ethyl (meth) acrylate, 2- (per) Fluorodecyl) ethyl (meth) acrylate, 2- (perfluoro-3-methylbutyl) ethyl (meth) acrylate, 2- (perfluoro-5-methylhexyl) ethyl (meth) acrylate, 2- (perfluoro-7-) Methyloctyl) ethyl (meth) acrylate, 1H, 1H, 3H-tetrafluoropropyl (meth) acrylate, 1H, 1H, 5H-octafluoropentyl (meth) acrylate, 1H, 1H, 7H-dodecafluoroheptyl (meth) acrylate , 1H, 1H, 9H-hexadecafluorononyl (meth) acrylate, 1H-1- (trifluoromethyl) trifluoroethyl (meth) acrylate, 1H, 1H, 3H-hexafluorobutyl (meth) acrylate, 3-per Fluorobutyl-2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3-perfluorohexyl-2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3-perfluorooctyl-2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3- (perfluoro-3-3) Methylbutyl) -2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3- (perfluoro-5-methylhexyl) -2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3- (perfluoro-7-methyloctyl) -2-hydroxypropyl ( Meta) acrylate and the like can be mentioned.

重合開始剤としては、アゾ系重合開始剤が好適であり、その具体例としては、2,2'−アゾビスイソブチロニトリル、2,2'−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、1,1'−アゾビス(1−シクロヘキサンカルボニトリル)、2,2'−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2−(カルバモイルアゾ)イソブチロニトリル、2,2'−アゾビス{2−メチル−N−[1,1−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、2,2'−アゾビス{2−メチル−N−[2−(1−ヒドロキシブチル)]プロピオンアミド}、2,2'−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]、2,2'−アゾビス[N−(2−プロペニル)−2−メチルプロピオンアミド]、2,2'−アゾビス(N−ブチル−2−メチルプロピオンアミド)、2,2'−アゾビス(N−シクロヘキシル−2−メチルプロピオンアミド)、2,2'−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジヒドロクロリド、2,2'−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジスルフェートジヒドレート、2,2'−アゾビス[2−[1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリン−2−イル]プロパン]ジヒドロクロリド、2,2'−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]、2,2'−アゾビス(1−イミノ−1−ピロリジノ−2−メチルプロパン)ジヒドロクロリド、2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)ジヒドロクロリド、2,2'−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]テトラヒドレート等、2,2'−アゾビスイソ酪酸ジメチル、4,4'−アゾビス−4−シアノバレリン酸、2,2'−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)、1,1'−アゾビス(1−アセトキシ−1−フェニルエタン)、ジメチル1,1'−アゾビス(1−シクロヘキサンカルボキシレート)、4,4'−アゾビス(4−シアノペンタン酸)、4,4'−アゾビス(4−シアノペンタン酸−2−(パーフルオロメチル)エチル)、4,4'−アゾビス(4−シアノペンタン酸−2−(パーフルオロブチル)エチル)、4,4'−アゾビス(4−シアノペンタン酸−2−(パーフルオロヘキシル)エチル)等が挙げられるが、2,2'−アゾビスイソ酪酸ジメチル、2,2'−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)が好適である。 As the polymerization initiator, an azo-based polymerization initiator is preferable, and specific examples thereof include 2,2'-azobisisobutyronitrile, 2,2'-azobis (2-methylbutyronitrile), and 2 , 2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 1,1'-azobis (1-cyclohexanecarbonitrile), 2,2'-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), 2 -(Carbamoylazo) isobutyronitrile, 2,2'-azobis {2-methyl-N- [1,1-bis (hydroxymethyl) -2-hydroxyethyl] propionamide}, 2,2'-azobis { 2-Methyl-N- [2- (1-hydroxybutyl)] propionamide}, 2,2'-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) propionamide], 2,2'-azobis [ N- (2-propenyl) -2-methylpropionamide], 2,2'-azobis (N-butyl-2-methylpropionamide), 2,2'-azobis (N-cyclohexyl-2-methylpropionamide) , 2,2'-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride, 2,2'-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] disulfate dihydroate , 2,2'-azobis [2- [1- (2-hydroxyethyl) -2-imidazolin-2-yl] propane] dihydrochloride, 2,2'-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl] ) Propane], 2,2'-azobis (1-imino-1-pyrrolidino-2-methylpropane) dihydrochloride, 2,2'-azobis (2-methylpropionamidine) dihydrochloride, 2,2'-azobis [ N- (2-carboxyethyl) -2-methylpropion amidine] tetrahydrate, etc., 2,2'-azobisisobutyrate dimethyl, 4,4'-azobis-4-cyanovaleric acid, 2,2'-azobis (2, 4,4-trimethylpentane), 1,1'-azobis (1-acetoxy-1-phenylethane), dimethyl 1,1'-azobis (1-cyclohexanecarboxylate), 4,4'-azobis (4-cyano) Pentanoic acid), 4,4'-azobis (4-cyanopentanoate-2- (perfluoromethyl) ethyl), 4,4'-azobis (4-cyanopentanoate-2- (perfluorobutyl) ethyl), 4,4'-Azobis (4-cyanopentanoate-2- (perfluorohexyl) d) Chill) and the like can be mentioned, but 2,2'-azobisisobutyrate dimethyl and 2,2'-azobis (2,4,4-trimethylpentane) are preferable.

重合に用いられる有機溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、テトラリン等の芳香族炭化水素系溶媒;n−ヘキサン、n−ヘプタン、ミネラルスピリット、シクロヘキサン等の脂肪族または脂環式炭化水素系溶媒;塩化メチル、臭化メチル、ヨウ化メチル、メチレンジクロライド、クロロホルム、四塩化炭素、トリクロロエチレン、パークロロエチレン、オルトジクロロベンゼン等のハロゲン系炭化水素系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル、メトキシブチルアセテート、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル系またはエステルエーテル系溶媒;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のエーテル系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジ−n−ブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒;メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、tert−ブタノール、2−エチルヘキシルアルコール、ベンジルアルコール等のアルコール系溶媒;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド系溶媒、N−メチル−2−ピロリドン等の複素環式化合物系溶媒が挙げられ、これらは単独で用いても、2種以上組み合わせて用いてもよい。
重合反応の温度は好ましくは50〜200℃、さらに好ましくは70〜150℃である。
Examples of the organic solvent used for the polymerization are aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, and tetralin; aliphatic or alicyclic solvents such as n-hexane, n-heptane, mineral spirit, and cyclohexane. Solvents: Halogen-based hydrocarbon solvents such as methyl chloride, methyl bromide, methyl iodide, methylene dichloride, chloroform, carbon tetrachloride, trichloroethylene, perchloroethylene, orthodichlorobenzene; ethyl acetate, butyl acetate, methoxybutyl acetate, Ester-based or ester ether-based solvents such as methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, and propylene glycol monomethyl ether acetate; ether-based solvents such as diethyl ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, and propylene glycol monomethyl ether. Solvents: Ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, di-n-butyl ketone, cyclohexanone; methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, tert-butanol, 2-ethylhexyl alcohol, benzyl Alcohol-based solvents such as alcohol; amide-based solvents such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide; sulfoxide-based solvents such as dimethylsulfoxide, heterocyclic compound-based solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone These may be used alone or in combination of two or more.
The temperature of the polymerization reaction is preferably 50 to 200 ° C, more preferably 70 to 150 ° C.

一方、コア層を構成するフッ素非含有トリアジン系HBPとしては、国際公開第2010/128661号に開示される、高屈折率のトリアジン環含有HBPが好適であり、中でも高屈折率であることから、下記式で示される繰り返し単位構造を有するHBPが好ましい。 On the other hand, as the fluorine-free triazine-based HBP constituting the core layer, the triazine ring-containing HBP having a high refractive index disclosed in International Publication No. 2010/128661 is preferable, and among them, it has a high refractive index. An HBP having a repeating unit structure represented by the following formula is preferable.

Figure 0006886666
Figure 0006886666

式中、上記Arは、下記式で示されるいずれかの基を示す。 In the formula, the above Ar represents any group represented by the following formula.

Figure 0006886666
Figure 0006886666

特に、高屈折率と有機溶媒に対する溶解性とのバランスを考慮すると、Ar基としては、下記式で示されるものがより好ましい。 In particular, considering the balance between the high refractive index and the solubility in an organic solvent, the Ar group represented by the following formula is more preferable.

Figure 0006886666
Figure 0006886666

トリアジン系HBPの屈折率は、センサの感度を考慮すると、1.65〜1.90程度が好ましく、1.65〜1.80がより好ましい。
トリアジン系HBPの重量平均分子量は、500〜500,000が好ましく、より溶解性を高め、第2のインクの粘度を低下させるという点から、50,000以下が好ましく、30,000以下がより好ましく、10,000以下がより一層好ましい。
本発明で用いるトリアジン系HBPは、国際公開第2010/128661号記載の方法で製造することができ、例えば、Ar基としてm−フェニレン基を有するトリアジン系HBPは、ハロゲン化シアヌルおよびm−フェニレンジアミンを適当な有機溶媒中で反応させて得ることができる。
この際、有機溶媒としては、上記と同様のものが挙げられる。
The refractive index of the triazine-based HBP is preferably about 1.65 to 1.90, more preferably 1.65 to 1.80, in consideration of the sensitivity of the sensor.
The weight average molecular weight of the triazine-based HBP is preferably 500 to 500,000, more preferably 50,000 or less, and more preferably 30,000 or less, from the viewpoint of further increasing the solubility and lowering the viscosity of the second ink. 10,000 or less is even more preferable.
The triazine-based HBP used in the present invention can be produced by the method described in International Publication No. 2010/128661. For example, the triazine-based HBP having an m-phenylene group as an Ar group is cyanuric halide and m-phenylenediamine. Can be obtained by reacting in a suitable organic solvent.
At this time, examples of the organic solvent include the same as above.

コア層に含まれるレーザー色素としては、特に限定されるものではなく、従来公知の色素から適宜選択して用いればよい。
その具体例としては、アントラセン誘導体,テトラセン誘導体,ピレン誘導体,ルブレン誘導体,デカシクレン誘導体,ペリレン誘導体等の炭素縮合環系色素、キサンテン系色素、シアニン系色素、クマリン系色素、キナクリドン系色素、スクアリウム系色素、スチリル系色素、フェノキサゾン系色素、金属または無金属のフタロシアニン、ベンジジン、イリジウム錯体、Al、Zn、Beまたは希土類金属からなる中心金属および配位子から構成される金属錯体などが挙げられるが、これらの中でも有機色素が好ましく、特に、本発明のバイオセンサにおいては、キサンテン系色素がより好ましく、ローダミン色素がより一層好ましい。
The laser dye contained in the core layer is not particularly limited, and may be appropriately selected from conventionally known dyes.
Specific examples thereof include carbon-condensed ring-based dyes such as anthracene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, rubrene derivatives, decacyclene derivatives, and perylene derivatives, xanthene-based dyes, cyanine-based dyes, coumarin-based dyes, quinacridone-based dyes, and squalium-based dyes. , Styryl dyes, phenoxanthene dyes, metal or metal-free phthalocyanine, benzidine, iridium complexes, metal complexes composed of central metals consisting of Al, Zn, Be or rare earth metals, and metal complexes composed of ligands. Of these, organic dyes are preferable, and in the biosensor of the present invention, xanthene-based dyes are more preferable, and rhodamine dyes are even more preferable.

ローダミン色素は、市販品として入手可能であり、市販品としては、ローダミンB、ローダミン6G、ローダミン19、ローダミン101、ローダミン110、ローダミン123等が挙げられる。 The rhodamine dye is available as a commercially available product, and examples of the commercially available product include rhodamine B, rhodamine 6G, rhodamine 19, rhodamine 101, rhodamine 110, and rhodamine 123.

本発明で用いる有機マイクロディスク構造体は、特許文献1に記載されているように、フッ素含有HBPを含む第1のインクをインクジェット法によって基板上に印刷してクラッド層を形成し、フッ素非含有トリアジン系HBPおよびレーザー色素を含む第2のインクをインクジェット法によってクラッド層上に印刷してコア層を形成した後、フッ素含有HBPのみを溶かす溶媒を用いてクラッド層をエッチングして製造することができる。 As described in Patent Document 1, the organic microdisk structure used in the present invention prints a first ink containing a fluorine-containing HBP on a substrate by an inkjet method to form a clad layer, and does not contain fluorine. A second ink containing a triazine-based HBP and a laser dye can be printed on the clad layer by an inkjet method to form a core layer, and then the clad layer is etched with a solvent that dissolves only fluorine-containing HBP. it can.

第1のインク調製に用いられる有機溶媒としては、フッ素含有HBPの溶解能を有するものが好適であり、このような有機溶媒としては、上記重合溶媒として例示したものが挙げられるが、特に、1,4−ジオキサン等のエーテル系溶媒が好適である。
第1のインク中における、フッ素含有HBPの濃度は、インクジェット塗布による厚膜化を図るという点から、5〜20質量%が好ましく、7〜15質量%がより好ましい。
また、第1のインクの粘度は、インクジェット塗布可能な粘度であれば特に限定されるものではないが、上記フッ素含有HBPの濃度において、25℃で1〜30mPa・sが好ましく、3〜20mPa・sがより好ましい。
また、第1のインクにより作製されるクラッド層はコア層が作製される基礎土台となるため、表面の平坦性を向上させるためにも、低粘度(〜20mPa・s)が好ましい。
As the organic solvent used for the first ink preparation, one having a dissolving ability of fluorine-containing HBP is preferable, and examples of such an organic solvent include those exemplified as the above-mentioned polymerization solvent, and in particular, 1 , 4-Dioxane and other ether solvents are suitable.
The concentration of fluorine-containing HBP in the first ink is preferably 5 to 20% by mass, more preferably 7 to 15% by mass, from the viewpoint of thickening the film by inkjet coating.
The viscosity of the first ink is not particularly limited as long as it can be applied by inkjet, but the concentration of the fluorine-containing HBP is preferably 1 to 30 mPa · s at 25 ° C. and 3 to 20 mPa · s. s is more preferable.
Further, since the clad layer produced by the first ink serves as a base on which the core layer is produced, a low viscosity (~ 20 mPa · s) is preferable in order to improve the flatness of the surface.

第1のインクを用いてクラッド層を形成する基板としては、第1のインクに含まれる溶媒や、後のエッチング工程で使用するエッチャントに対する耐性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ガラス基板、石英基板、ITO基板、IZO基板、金属やその酸化物からなる基板、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の樹脂基板などを用いることができるが、本発明では、PET等の樹脂基板が好適である。 The substrate on which the clad layer is formed by using the first ink is not particularly limited as long as it has resistance to the solvent contained in the first ink and the etchant used in the subsequent etching step. For example, a glass substrate, a quartz substrate, an ITO substrate, an IZO substrate, a substrate made of metal or an oxide thereof, a resin substrate such as polyethylene terephthalate (PET), or the like can be used. Suitable.

第1のインクを基板上にインクジェット印刷する際のスポット径は、使用するインクジェットノズル径によっても変動するものであるため一概には規定できないが、本発明では、100〜500μm程度であり、150〜350μm程度が好ましく、220〜320μm程度がより好ましい。
クラッド層形成時のインクジェット印刷の回数は、1回でも複数回でもよいが、十分な厚さとコア層を包括し得る面積かつ平面を有するクラッド層を形成するためには、2〜10回、好ましくは3〜7回の印刷を繰り返して積層することが好ましい。
なお、クラッド層の厚みは特に限定されるものではないが、通常、0.5〜3μm程度である。
The spot diameter at the time of inkjet printing the first ink on the substrate varies depending on the diameter of the inkjet nozzle used and cannot be unconditionally specified, but in the present invention, it is about 100 to 500 μm and 150 to 150. About 350 μm is preferable, and about 220 to 320 μm is more preferable.
The number of times of inkjet printing at the time of forming the clad layer may be one or a plurality of times, but it is preferably 2 to 10 times in order to form a clad layer having a sufficient thickness and an area and a flat surface capable of covering the core layer. Is preferably laminated by repeating printing 3 to 7 times.
The thickness of the clad layer is not particularly limited, but is usually about 0.5 to 3 μm.

一方、第2のインク調製に用いられる有機溶媒としては、トリアジン系HBPの溶解能を有するものが好適であり、このような有機溶媒としては、上記重合溶媒として例示したものが挙げられるが、特に、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒が好適である。
第2のインク中における、トリアジン系HBPの濃度は、インクジェット塗布による厚膜化を図るという点から、5〜20質量%が好ましく、7〜15質量%がより好ましい。
また、第2のインクの粘度は、インクジェット塗布可能な粘度であれば特に限定されるものではないが、上記トリアジン系HBPの濃度において、25℃で1〜30mPa・sが好ましく、3〜20mPa・sがより好ましい。
さらに、低しきい値レーザー発振に必要なディスク表面の平坦性を向上させるためにも、低粘度(〜20mPa・s)が好ましい。
On the other hand, as the organic solvent used for the second ink preparation, one having a triazine-based HBP-dissolving ability is preferable, and examples of such an organic solvent include those exemplified as the above-mentioned polymerization solvent. , Cyclohexanone and other ketone solvents are suitable.
The concentration of triazine-based HBP in the second ink is preferably 5 to 20% by mass, more preferably 7 to 15% by mass, from the viewpoint of thickening the film by inkjet coating.
The viscosity of the second ink is not particularly limited as long as it can be applied by inkjet, but the concentration of the triazine-based HBP is preferably 1 to 30 mPa · s at 25 ° C. and 3 to 20 mPa · s. s is more preferable.
Further, low viscosity (~ 20 mPa · s) is preferable in order to improve the flatness of the disk surface required for low threshold laser oscillation.

第2のインク中における色素の濃度は、特に限定されるものではないが、インク中に0.1〜10mM程度が好ましく、4〜10mM程度がより好ましい。 The concentration of the dye in the second ink is not particularly limited, but is preferably about 0.1 to 10 mM in the ink, and more preferably about 4 to 10 mM.

第2のインクをクラッド層上にインクジェット印刷する際のスポット径は、使用するインクジェットノズル径によっても変動するものであるため一概には規定できないが、クラッド層よりも小さいことが好ましいことから、本発明では、10μm〜200μm程度であり、50〜150μm程度が好ましく、50〜120μm程度がより好ましい。
コア層形成時のインクジェット印刷の回数は、1回でも複数回でもよいが、本発明の第2のインクを用いた場合、1回の印刷で十分な厚みのコア層を形成できる。
なお、コア層の厚みは特に限定されるものではないが、通常、0.5〜3μm程度である。
The spot diameter at the time of inkjet printing the second ink on the clad layer cannot be unconditionally specified because it varies depending on the diameter of the inkjet nozzle used, but it is preferable that the second ink is smaller than the clad layer. In the invention, it is about 10 μm to 200 μm, preferably about 50 to 150 μm, and more preferably about 50 to 120 μm.
The number of times of inkjet printing at the time of forming the core layer may be one or a plurality of times, but when the second ink of the present invention is used, a core layer having a sufficient thickness can be formed by one printing.
The thickness of the core layer is not particularly limited, but is usually about 0.5 to 3 μm.

以上のようにしてインクジェット印刷により、クラッド層とコア層との積層体を製造した後、フッ素含有HBPのみを溶かす溶媒を用いてクラッド層をエッチングし、所望の形状の有機マイクロディスク構造体を製造する。
エッチング工程で用いられる溶媒(エッチャント)としては、フッ素含有HBPのみを溶かす溶媒であれば特に限定されるものではないが、1,4−ジオキサン等のエーテル系溶媒を用いることが好ましい。
After producing a laminate of a clad layer and a core layer by inkjet printing as described above, the clad layer is etched with a solvent that dissolves only fluorine-containing HBP to produce an organic microdisk structure having a desired shape. To do.
The solvent (etchant) used in the etching step is not particularly limited as long as it is a solvent that dissolves only fluorine-containing HBP, but it is preferable to use an ether solvent such as 1,4-dioxane.

エッチング回数は、特に限定されるものではないが、通常、0.1〜1μL、好ましくは0.1〜0.5μLの溶媒を用いて0.1〜10秒間、好ましくは0.5〜2秒間のエッチングを1〜5回程度行えばよい。
溶媒の除去は、洗浄や吸引等の適宜な手法を用いればよい。
The number of etchings is not particularly limited, but is usually 0.1 to 1 μL, preferably 0.1 to 0.5 μL of solvent for 0.1 to 10 seconds, preferably 0.5 to 2 seconds. Etching may be performed about 1 to 5 times.
The solvent may be removed by using an appropriate method such as washing or suction.

本発明で用いる有機マイクロディスク構造体では、コア層の表面に被検出物が吸着すると、有機マイクロディスク構造体から放出されるレーザー発振光のスペクトルがシフトし、それを観測、測定することで、被検出物の吸着を検出することができる。
また、上記コア層の表面に、直接またはアルブミン等のその他のたんぱく質などを介して抗体を吸着させ、抗原抗体反応によって抗原がコア層表面上の抗体に結合した場合においても、有機マイクロディスク構造体から放出されるレーザー発振光のスペクトルがシフトし、それを観測、測定することで、被検出物(抗原)を検出することができる。
In the organic microdisk structure used in the present invention, when an object to be detected is adsorbed on the surface of the core layer, the spectrum of the laser oscillation light emitted from the organic microdisk structure shifts, and by observing and measuring it, the spectrum is observed and measured. Adsorption of the object to be detected can be detected.
Further, even when an antibody is adsorbed directly on the surface of the core layer or via another protein such as albumin and the antigen is bound to the antibody on the surface of the core layer by an antigen-antibody reaction, the organic microdisk structure is also formed. The spectrum of the laser oscillating light emitted from is shifted, and by observing and measuring it, the object to be detected (antigen) can be detected.

被検出物の検出にあたっては、上記有機マイクロディスク構造体と、励起用レーザーと、光学顕微鏡とを組み合わせた顕微分光システムを用いることが好ましい。
励起用レーザーとしては、特に限定されるものではないが、Nd:YAGレーザー、Er:YAGレーザー等の固体レーザーが好ましい。
励起されたマイクロディスクから放出されるレーザー発振光は、励起光を遮断するフィルターを通して励起光を取り除いた後、光学顕微鏡を用いて光ファイバー結合型分光器等の分光器に集光させ、そのスペクトルを分析することが好ましい。
In detecting the object to be detected, it is preferable to use a microspectroscopy system that combines the organic microdisk structure, an excitation laser, and an optical microscope.
The excitation laser is not particularly limited, but a solid-state laser such as an Nd: YAG laser or an Er: YAG laser is preferable.
The laser oscillation light emitted from the excited microdisk is removed from the excitation light through a filter that blocks the excitation light, and then focused on a spectroscope such as an optical fiber-coupled spectroscope using an optical microscope to collect the spectrum. It is preferable to analyze.

以下、製造例および実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。なお、使用した装置は以下のとおりである。
[1]インクジェット印刷
装置:インクジェットヘッド(マイクロジェット社製、IJK−200S)、高精度卓上ロボット(武蔵エンジニアリング社製、SHOTmini SL)、ピエゾドライバー(ハンテック社製、MC6)、圧力ドライバー(SMC社製、CN03)による複合装置
インクジェット印刷プロセスは室温(25℃)、大気圧下で行った。
クラッド層およびコア層の印刷中、基板とインクジェットノズルの間隔は〜1mmに維持した。
インクジェットヘッドの移動速は、空気乱流による吐出インクの乱れを抑えるため2mm/sの低速に設定した。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Production Examples and Examples, but the present invention is not limited to the following Examples. The devices used are as follows.
[1] Inkjet printing equipment: Inkjet head (Microjet, IJK-200S), high-precision desktop robot (Musashi Engineering, SHOTmini SL), piezo driver (Hantech, MC6), pressure driver (SMC) , CN03) Inkjet printing process was performed at room temperature (25 ° C.) and atmospheric pressure.
During printing of the clad layer and the core layer, the distance between the substrate and the inkjet nozzle was maintained at ~ 1 mm.
The moving speed of the inkjet head was set to a low speed of 2 mm / s in order to suppress turbulence of the ejected ink due to air turbulence.

[製造例1]第1のインクの製造
国際公開第2010/137724号の実施例1と同様の手順により、エチレングリコールジメタクリレート、1H,1H,5H−オクタフルオロペンチルメタクリレートおよび2,2′−アゾビスイソ酪酸メチルから製造したフッ素含有アクリル系HBPを、1,4−ジオキサンに溶かし、10質量%の第1のインクを製造した。
[Production Example 1] Production of First Ink Ethylene glycol dimethacrylate, 1H, 1H, 5H-octafluoropentyl methacrylate and 2,2'-azobisiso according to the same procedure as in Example 1 of International Publication No. 2010/137724. A fluorine-containing acrylic HBP produced from methyl butyrate was dissolved in 1,4-dioxane to produce a first ink of 10% by mass.

[製造例2]第2のインクの製造
国際公開第2010/128661号の実施例98と同様の手順により、m−フェニレンジアミン、2,4,6−トリクロロ−1,3,5−トリアジンおよびアニリンから製造したトリアジン系HBPおよびレーザー色素ローダミン6G(エキシトン社製)をシクロヘキサノンに溶かし、ポリマー10質量%、色素5mMの第2のインクを製造した。
[Production Example 2] Production of Second Ink According to the same procedure as in Example 98 of International Publication No. 2010/128661, m-phenylenediamine, 2,4,6-trichloro-1,3,5-triazine and aniline The triazine-based HBP and the laser dye Rhodamine 6G (manufactured by Exiton) produced from the above were dissolved in cyclohexanone to produce a second ink having a polymer of 10% by mass and a dye of 5 mM.

[製造例3]マイクロディスク構造体の作製
国際公開第2016/039259号記載の方法に順次、下記の手法によってマイクロディスク構造体を作製した。
(1)クラッド層形成工程
70μm径インクジェットノズルを用い、製造例1で得られた第1のインクをPET基板上に20ショット吐出積層して印刷し、クラッド層を形成した。
(2)コア層形成工程
次に、50μm径インクジェットノズルを用い、製造例2で調製した第2のインクを、先に形成したクラッド層上の中央に1ショット吐出して印刷し、径100μmのコア層を形成し、クラッド層およびコア層の積層体を作製した。
(3)エッチング工程
エッチャントとして1,4−ジオキサンを用い、1つの積層体に対し、一回のエッチングで0.2μLのエッチャントを投入して1秒間エッチングを行った後、積層体の側面方向からクリーンペーパーで吸引してエッチャントを除去する工程を二回繰り返し、マイクロディスク構造体を得た。エッチング工程は、室温(25℃)、大気圧下、顕微鏡(NIKON社製、ECLIPSE TE2000−U製)で確認しながら手動で行った。
なお、作製された有機マイクロディスク構造体にはレーザー発振をさせるためにレーザー色素ローダミン6Gが62mM添加された。また、whispering-gallery mode(WGM)という櫛状の特有の光導波モードでレーザー発振するようマイクロディスクのエッジ周辺での厚さは1μm程度とした。
[Manufacturing Example 3] Preparation of Microdisk Structure A microdisk structure was produced by the following method in order of the method described in International Publication No. 2016/0392959.
(1) Clad layer forming step Using a 70 μm diameter inkjet nozzle, the first ink obtained in Production Example 1 was ejected and laminated on a PET substrate for 20 shots and printed to form a clad layer.
(2) Core layer forming step Next, using a 50 μm diameter inkjet nozzle, the second ink prepared in Production Example 2 is ejected into the center of the previously formed clad layer for printing by ejecting one shot to have a diameter of 100 μm. A core layer was formed, and a laminated body of a clad layer and a core layer was prepared.
(3) Etching step Using 1,4-dioxane as an etchant, 0.2 μL of etchant is added to one laminate in one etching and etching is performed for 1 second, and then from the side surface direction of the laminate. The process of sucking with clean paper to remove the etching was repeated twice to obtain a microdisk structure. The etching step was performed manually at room temperature (25 ° C.) under atmospheric pressure while checking with a microscope (manufactured by NIKON, manufactured by ECLIPSE TE2000-U).
In addition, 62 mM of laser dye rhodamine 6G was added to the produced organic microdisk structure in order to cause laser oscillation. In addition, the thickness around the edge of the microdisk was set to about 1 μm so that the laser could oscillate in the whispering-gallery mode (WGM), which is a unique comb-shaped optical waveguide mode.

[実施例1]
上記製造例3で作製したマイクロディスクを用い、アルブミンの吸着特性評価を行った。
本実施例に係る測定構成は、励起用レーザーと光学顕微鏡を組み合わせた顕微分光システムからなる。
励起用レーザーには、Qスイッチパルス駆動Nd:YAGレーザー(PNG-002025-040, Nanolase Corp.)の第二次高調波を用いた。波長とパルスの繰り返し周波数は、それぞれ532nmと10Hzとした。励起パルスのエネルギーは5.1μJに設定した。
その励起レーザーパルスは、平凸レンズ(f=20mm)を経て、マイクロディスク全体が均一に励起されるように直径300μmの大きさで集光させた。
励起されたマイクロディスクから放出されるレーザー発振光は、波長532nmを遮断するフィルターを通して励起光を取り除いた後、光学顕微鏡(NIKON社製、ECLIPSE TE2000-U,400倍)によって光ファイバー結合型分光器(MS7504,波長分解能>0.04nm,Solar TII社製)の光ファイバー入力端面に集光させた。
マイクロディスクから放出されるレーザー発振光の量は極めて小さいため、分光器の積算時間は30秒に設定した。これは300パルス分のレーザー発振光の積算に相当する。
[Example 1]
The adsorption characteristics of albumin were evaluated using the microdisc prepared in Production Example 3 above.
The measurement configuration according to this embodiment comprises a microspectroscopy system in which an excitation laser and an optical microscope are combined.
The second harmonic of the Q-switched pulse-driven Nd: YAG laser (PNG-002025-040, Nanolase Corp.) was used as the excitation laser. The wavelength and pulse repetition frequencies were 532 nm and 10 Hz, respectively. The energy of the excitation pulse was set to 5.1 μJ.
The excitation laser pulse was focused through a plano-convex lens (f = 20 mm) with a diameter of 300 μm so that the entire microdisk was uniformly excited.
The laser oscillation light emitted from the excited microdisk is removed by a filter that blocks a wavelength of 532 nm, and then an optical fiber-coupled spectroscope (NIKON, ECLIPSE TE2000-U, 400 times) is used. The light was focused on the optical fiber input end face of MS7504, wavelength resolution> 0.04 nm, manufactured by Solar TII.
Since the amount of laser oscillating light emitted from the microdisk is extremely small, the integration time of the spectroscope was set to 30 seconds. This corresponds to the integration of laser oscillation light for 300 pulses.

アルブミンの吸着特性評価は、マイクロディスクの外側の屈折率環境の変化によるWGMのスペクトルシフトを測定することで行った。
屈折率環境は、水を基準としてある時間においてアルブミン溶液環境の変化を捉えるために、(1)純水、(2)アルブミン水溶液(20mg/mL)、(3)純水、の順序で変化を与え、波長約603nm(Mode#603)、約604nm(Mode#604)、約605nm(Mode#605)の3つのピークについて、スペクトルシフトの経時変化を測定した。結果を図1に示す。
図1に示されるように、(1)〜(3)のすべての過程において、全体的に短波長側へシフトしているが、これはレーザー発振に伴う色素の劣化による利得の減少により起こっている。(1)の純水環境においては色素の劣化に伴う線形的なスペクトルシフトが確認できる。ここで、(2)のアルブミン水溶液の環境に変えるとわずかにスペクトルシフト量が減少して線形から外れることがわかる。これは、色素の劣化に伴う線形的なスペクトルシフトに、アルブミン吸着による逆向きの長波長側へのスペクトルシフトが合わさった結果である。そして、(3)のように再度純水環境に戻すとアルブミン吸着によるスペクトルシフトが収まり、最初の純水環境と同じスペクトルシフト量を示すようになる。そしてこのとき、(1)の純水環境における直線上より発振波長が上回っている。これはアルブミンが安定して定量的に吸着していることを示す。
このように、本発明の有機マイクロディスク構造体を用いたバイオセンサによって、アルブミン等のたんぱく質の吸着を効率的に測定できることがわかる。
The albumin adsorption characterization was performed by measuring the spectral shift of WGM due to changes in the refractive index environment outside the microdisk.
The refractive index environment changes in the order of (1) pure water, (2) albumin aqueous solution (20 mg / mL), and (3) pure water in order to capture changes in the albumin solution environment at a certain time with respect to water. Then, the change over time of the spectrum shift was measured for three peaks having a wavelength of about 603 nm (Mode # 603), about 604 nm (Mode # 604), and about 605 nm (Mode # 605). The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 1, in all the processes (1) to (3), the wavelength is shifted to the short wavelength side as a whole, but this is caused by the decrease in gain due to the deterioration of the dye due to the laser oscillation. There is. In the pure water environment of (1), a linear spectral shift due to deterioration of the dye can be confirmed. Here, it can be seen that the amount of spectral shift slightly decreases and deviates from the linearity when the environment is changed to the albumin aqueous solution (2). This is a result of the linear spectrum shift accompanying the deterioration of the dye combined with the spectrum shift to the long wavelength side in the opposite direction due to albumin adsorption. Then, when the environment is returned to the pure water environment as in (3), the spectral shift due to albumin adsorption is settled, and the same spectral shift amount as the initial pure water environment is exhibited. At this time, the oscillation wavelength is higher than that on the straight line in the pure water environment of (1). This indicates that albumin is stably and quantitatively adsorbed.
As described above, it can be seen that the biosensor using the organic microdisk structure of the present invention can efficiently measure the adsorption of proteins such as albumin.

Claims (3)

フッ素含有ハイパーブランチポリマーを含むクラッド層、並びにフッ素非含有トリアジン系ハイパーブランチポリマーおよびレーザー色素を含むコア層からなるマイクロディスク構造体を備え
コア層の表面への被検出物の吸着によるレーザー発振光のスペクトルシフトを測定することを特徴とするバイオセンサ。
A microdisk structure including a clad layer containing a fluorine-containing hyperbranched polymer and a core layer containing a fluorine-free triazine-based hyperbranched polymer and a laser dye .
Biosensor characterized that you measure the spectral shift of the laser oscillation light by adsorption of the detected object to the surface of the core layer.
前記レーザー色素が、ローダミン色素である請求項1記載のバイオセンサ。 The biosensor according to claim 1, wherein the laser dye is a rhodamine dye. 請求項1または2記載のバイオセンサを用いた被検出物の検出方法であって、
前記有機マイクロディスク構造体の前記コア層に前記被検出物を吸着させる工程と、
前記被検出物が吸着した有機マイクロディスク構造体に前記コア層側から励起用レーザーを照射する工程と、
前記励起用レーザーによって励起された前記有機マイクロディスク構造体から放出されるレーザー発振光を、励起光を遮断するフィルターを通して励起光を取り除いた後、分光器で測定する工程とを含むことを特徴とする検出方法。
A method for detecting an object to be detected using the biosensor according to claim 1 or 2.
A step of adsorbing the object to be detected on the core layer of the organic microdisk structure, and
A step of irradiating the organic microdisk structure on which the object to be detected is adsorbed with an excitation laser from the core layer side,
The laser oscillation light emitted from the organic microdisk structure excited by the excitation laser is characterized by including a step of removing the excitation light through a filter that blocks the excitation light and then measuring with a spectroscope. Detection method to be performed.
JP2018540272A 2016-09-20 2017-09-20 Biosensor Active JP6886666B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016182567 2016-09-20
JP2016182567 2016-09-20
PCT/JP2017/033960 WO2018056324A1 (en) 2016-09-20 2017-09-20 Biosensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2018056324A1 JPWO2018056324A1 (en) 2019-08-15
JP6886666B2 true JP6886666B2 (en) 2021-06-16

Family

ID=61691007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018540272A Active JP6886666B2 (en) 2016-09-20 2017-09-20 Biosensor

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6886666B2 (en)
WO (1) WO2018056324A1 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7903240B2 (en) * 2006-12-01 2011-03-08 3M Innovative Properties Company Optical sensing device
US10498101B2 (en) * 2014-09-08 2019-12-03 Kyushu University, National University Corporation Method for producing organic microdisk structure

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018056324A1 (en) 2018-03-29
JPWO2018056324A1 (en) 2019-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6579392B2 (en) Method for manufacturing organic microdisk structure
Kim et al. Fiber‐optic SERS probes fabricated using two‐photon polymerization for rapid detection of bacteria
Schönherr et al. Ultrathin films of poly (ethylene oxides) on oxidized silicon. 1. Spectroscopic characterization of film structure and crystallization kinetics
Schwartz et al. Superresolution microscopy with quantum emitters
Grossmann et al. Polymeric photonic molecule super-mode lasers on silicon
Pirotta et al. Surface-enhanced Raman scattering in purely dielectric structures via Bloch surface waves
Yoshioka et al. Extreme ultra-low lasing threshold of full-polymeric fundamental microdisk printed with room-temperature atmospheric ink-jet technique
Palomba et al. Near-field imaging with a localized nonlinear light source
EP2839295A1 (en) Integrated sensors
Xu et al. Multifunctional sensing based on an ultrathin transferrable microring laser
Lan et al. Surface-enhanced Raman-scattering fiber probe fabricated by femtosecond laser
Deotare et al. Ultracompact low-threshold organic laser
Li et al. Fabrication of silicon/polymer composite nanopost arrays and their sensing applications
JP6886666B2 (en) Biosensor
Gupta et al. Nano-finishing of MEMS-based platforms for optimum optical sensing
JP2013209636A (en) Liquid-repellent treatment agent, liquid-repellent film, member having water-repellent region and hydrophilic region, method for producing the same, and method for producing member having pattern of functional material formed thereon
Duocastella et al. Improving the spatial resolution in direct laser writing lithography by using a reversible cationic photoinitiator
Crivello et al. Photoactivated cationic ring-opening frontal polymerizations of oxetanes
Rogez et al. Optical and electrical excitation of hybrid guided modes in an organic nanofiber–gold film system
Yuyama et al. Fabrication of an array of hemispherical microlasers using optical vortex laser-induced forward transfer
Kim et al. Simple and easily controllable parabolic-shaped microlenses printed on polymeric mesas
Zhong-Wei et al. A two-photon femtosecond laser system for three-dimensional microfabrication and data storage
Chandrahalim et al. Evanescent coupling between refillable ring resonators and laser-inscribed optical waveguides
Wade et al. Luminescent optical detection of volatile electron deficient compounds by conjugated polymer nanofibers
Malinauskas et al. Employment of fluorescence for autofocusing in direct laser writing micro-/nano-lithography

Legal Events

Date Code Title Description
AA64 Notification of invalidation of claim of internal priority (with term)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A241764

Effective date: 20190528

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190610

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20200617

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20200623

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200708

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210120

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210318

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: 20210402

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20210430

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210506

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6886666

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250