JPH06265553A - 光学的バイオセンサー - Google Patents
光学的バイオセンサーInfo
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- JPH06265553A JPH06265553A JP5277086A JP27708693A JPH06265553A JP H06265553 A JPH06265553 A JP H06265553A JP 5277086 A JP5277086 A JP 5277086A JP 27708693 A JP27708693 A JP 27708693A JP H06265553 A JPH06265553 A JP H06265553A
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- molecule
- optical biosensor
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N21/7703—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
- G01N33/54373—Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光学的バイオセンサーを提供すること。
【構成】 本発明は生物学的認識分子によるＴi Ｏ2 導
波管のコーティングで得られるバイオセンサーに関す
る。コーティングは、受容体分子が結合する有機担体層
から構成され、担体層は一般式Ｉ 【化１】 の分子から構成される。この層はＴi Ｏ2 導波管にＳi
原子を介して直接、または所望により、中間層を介して
Ｔi Ｏ2 導波管に結合する。受容体分子は認識能をもつ
生物学的分子たとえば抗原、抗体、受容体、Ｄs ＤＮ
Ａ、ssＤＮＡである。センサー表面に受容体分子は二次
元または三次元に配列され、受容体分子は有機担体層上
に非有向性にまたは有向性に固定化される。 【効果】 被検物質分子の高感度および高特異的定量を
可能にする。
波管のコーティングで得られるバイオセンサーに関す
る。コーティングは、受容体分子が結合する有機担体層
から構成され、担体層は一般式Ｉ 【化１】 の分子から構成される。この層はＴi Ｏ2 導波管にＳi
原子を介して直接、または所望により、中間層を介して
Ｔi Ｏ2 導波管に結合する。受容体分子は認識能をもつ
生物学的分子たとえば抗原、抗体、受容体、Ｄs ＤＮ
Ａ、ssＤＮＡである。センサー表面に受容体分子は二次
元または三次元に配列され、受容体分子は有機担体層上
に非有向性にまたは有向性に固定化される。 【効果】 被検物質分子の高感度および高特異的定量を
可能にする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学的バイオセンサー
およびその製造方法に関し、とくに、生物学的認識要素
を、これらの新規な光学的センサーに使用されるＴi Ｏ
2 導波管に適用するための方法および化合物に関する。
およびその製造方法に関し、とくに、生物学的認識要素
を、これらの新規な光学的センサーに使用されるＴi Ｏ
2 導波管に適用するための方法および化合物に関する。
【０００２】
【従来の技術】バイオセンサーは、トランスデューサー
と生物学的認識要素から構成されるデバイスと定義され
る［Trends in Biotechnol. 2(1984), 59 ］。このよう
なバイオセンサーは、たとえばヒトおよび動物の診断、
環境分析および食品の分析において、または生物活性物
質の分子間相互作用（たとえば、抗体- 抗原相互作用、
受容体- リガンド相互作用、ＤＮＡ- 蛋白質相互作用
等）の定量化の生化学的研究において、被検物質の濃度
の測定に使用することができる。
と生物学的認識要素から構成されるデバイスと定義され
る［Trends in Biotechnol. 2(1984), 59 ］。このよう
なバイオセンサーは、たとえばヒトおよび動物の診断、
環境分析および食品の分析において、または生物活性物
質の分子間相互作用（たとえば、抗体- 抗原相互作用、
受容体- リガンド相互作用、ＤＮＡ- 蛋白質相互作用
等）の定量化の生化学的研究において、被検物質の濃度
の測定に使用することができる。
【０００３】バイオセンサーの生物学的認識要素の機能
は、溶液中の被検物質を認識し、それに結合すること
（いわゆる、アフィニティーセンサー）またはそれを触
媒的に修飾すること（いわゆる、酵素的、代謝センサ
ー）である。これに伴う生物学的認識要素の変化が、こ
の要素に密接したトランスデューサー（信号トランスフ
ォーマー）によって認識され、処理可能な信号に変換さ
れる。
は、溶液中の被検物質を認識し、それに結合すること
（いわゆる、アフィニティーセンサー）またはそれを触
媒的に修飾すること（いわゆる、酵素的、代謝センサ
ー）である。これに伴う生物学的認識要素の変化が、こ
の要素に密接したトランスデューサー（信号トランスフ
ォーマー）によって認識され、処理可能な信号に変換さ
れる。
【０００４】このようなトランスデューサーの１種にお
いては、生物学的認識要素の光学的性質（たとえば吸
収、屈折）の変化を、トランスデューサー／認識要素の
インターフェースに沿って導波管層中を伝導する光学的
表面波によって検出する。この種のトランスデューサー
は導波管層構造の違いに基づいて２つの群に分類され
る。第一の群には、この導波管構造が金属と誘電体の間
のインターフェースであるトランスデューサーが包含さ
れる。このインターフェースで伝導される波は表面プラ
ズモン(surface plasmone)である［Sensor and Actuato
rs 4(1983) 299］。第二の群には、誘電体導波管層を有
するトランスデューサーが包含される。伝導される光波
は導波管モードである［Opt.Lett. 9(1984) 137; Senso
rs and Actuators A,25(1990) 185;Sensors and Actuat
ors B,6(1992)122; Proc.Biosensors92, extended abst
racts, pp 339 & pp 347 ］。
いては、生物学的認識要素の光学的性質（たとえば吸
収、屈折）の変化を、トランスデューサー／認識要素の
インターフェースに沿って導波管層中を伝導する光学的
表面波によって検出する。この種のトランスデューサー
は導波管層構造の違いに基づいて２つの群に分類され
る。第一の群には、この導波管構造が金属と誘電体の間
のインターフェースであるトランスデューサーが包含さ
れる。このインターフェースで伝導される波は表面プラ
ズモン(surface plasmone)である［Sensor and Actuato
rs 4(1983) 299］。第二の群には、誘電体導波管層を有
するトランスデューサーが包含される。伝導される光波
は導波管モードである［Opt.Lett. 9(1984) 137; Senso
rs and Actuators A,25(1990) 185;Sensors and Actuat
ors B,6(1992)122; Proc.Biosensors92, extended abst
racts, pp 339 & pp 347 ］。
【０００５】本発明は、誘電体導波管に基づくバイオセ
ンサーに関する。このようなトランスデューサーの基本
的原理は、この種の導波管内を伝導されるモードの場分
布に基づいて説明できる。伝導されるモードの電場は、
単に導波管の幾何学的ディメンションに限定されるだけ
でなく、いわゆる消衰(evanescent)成分を有し、すなわ
ち伝導されたモードの場分布は導波管に隣接する媒体中
（たとえば、導波管が配置されるサブストレートまたは
スーパーストレート中）で指数関数的に消失する。消衰
場の伝送範囲内で導波管に隣接するサブストレートまた
はスーパーストレートの光学的性質の変化は、これらの
モードの伝播に影響し、適当な測定器具によって検出で
きる。サブストレートが消衰場の伝送範囲内に生物学的
認識要素を含有するときには、結合または修飾を伴うこ
の要素の光学的性質の変化を、ついでこの光学的、表面
感受性方法によって検出することが可能で、被検物質の
濃度に換算して検量することができる。
ンサーに関する。このようなトランスデューサーの基本
的原理は、この種の導波管内を伝導されるモードの場分
布に基づいて説明できる。伝導されるモードの電場は、
単に導波管の幾何学的ディメンションに限定されるだけ
でなく、いわゆる消衰(evanescent)成分を有し、すなわ
ち伝導されたモードの場分布は導波管に隣接する媒体中
（たとえば、導波管が配置されるサブストレートまたは
スーパーストレート中）で指数関数的に消失する。消衰
場の伝送範囲内で導波管に隣接するサブストレートまた
はスーパーストレートの光学的性質の変化は、これらの
モードの伝播に影響し、適当な測定器具によって検出で
きる。サブストレートが消衰場の伝送範囲内に生物学的
認識要素を含有するときには、結合または修飾を伴うこ
の要素の光学的性質の変化を、ついでこの光学的、表面
感受性方法によって検出することが可能で、被検物質の
濃度に換算して検量することができる。
【０００６】方法の表面特異性および表面感受性が高い
ほど導波管層（モノモード導波管）の有効密度は小さく
なり、導波管／サブストレートおよび導波管／スーパー
ストレートのインターフェースにおける屈折率のジャン
プは高くなることが、文献で知られている。その高い屈
折率を考慮すると、Ｔi Ｏ2 はとくに、このような導波
管の材料として適当であって、最近（Proc.Materials r
es.Soc.Spring Meeting,San Francisco,1992）、ＰＩＣ
ＶＤ技術を用いることにより、この材料から、感知手段
としての屈折率2.45の導波管フィルムを製造できること
が示されている。
ほど導波管層（モノモード導波管）の有効密度は小さく
なり、導波管／サブストレートおよび導波管／スーパー
ストレートのインターフェースにおける屈折率のジャン
プは高くなることが、文献で知られている。その高い屈
折率を考慮すると、Ｔi Ｏ2 はとくに、このような導波
管の材料として適当であって、最近（Proc.Materials r
es.Soc.Spring Meeting,San Francisco,1992）、ＰＩＣ
ＶＤ技術を用いることにより、この材料から、感知手段
としての屈折率2.45の導波管フィルムを製造できること
が示されている。
【０００７】本発明は、このようなＴi Ｏ2 導波管の生
物学的認識要素によるコーティングに関し、これにより
被検物質分子に対して高感度かつ特異的なバイオセンサ
ーが得られる。これらの認識要素の基盤は、いわゆる認
識分子（たとえば、抗体、膜受容体、ssＤＮＡサンプル
等）が被検分子（たとえば、抗原、リガンド、活性物
質、ssＤＮＡ等）の選択的認識および結合（および／ま
たは修飾）に役立つことである。これらの認識分子は、
それらの天然に発生する単離可能な型のみでなく、化学
的または生物工学的に製造された型でも使用できる。
物学的認識要素によるコーティングに関し、これにより
被検物質分子に対して高感度かつ特異的なバイオセンサ
ーが得られる。これらの認識要素の基盤は、いわゆる認
識分子（たとえば、抗体、膜受容体、ssＤＮＡサンプル
等）が被検分子（たとえば、抗原、リガンド、活性物
質、ssＤＮＡ等）の選択的認識および結合（および／ま
たは修飾）に役立つことである。これらの認識分子は、
それらの天然に発生する単離可能な型のみでなく、化学
的または生物工学的に製造された型でも使用できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光学
的バイオセンサーおよびその製造方法を提供することに
ある。このバイオセンサーは、Ｔi Ｏ2 導波管、および
受容体分子が結合する有機担体層から構成され、この担
体層は光学的バイオセンサーの以下の必要条件を満た
す、すなわち、 −その層厚は導波管中に伝導されるモードの消衰場の伝
送範囲より大きくない； −その構造は導波管内に伝導される光に関して光学的均
一性を示す； −それが接触することになる媒体（血清、発酵溶液等）
に対して化学的耐性を示す； −認識分子はそれらの天然の活性が維持されたまま、そ
れに繋留される； −認識分子はサンプルと接触しても解離により失われな
いように、それに繋留される。
的バイオセンサーおよびその製造方法を提供することに
ある。このバイオセンサーは、Ｔi Ｏ2 導波管、および
受容体分子が結合する有機担体層から構成され、この担
体層は光学的バイオセンサーの以下の必要条件を満た
す、すなわち、 −その層厚は導波管中に伝導されるモードの消衰場の伝
送範囲より大きくない； −その構造は導波管内に伝導される光に関して光学的均
一性を示す； −それが接触することになる媒体（血清、発酵溶液等）
に対して化学的耐性を示す； −認識分子はそれらの天然の活性が維持されたまま、そ
れに繋留される； −認識分子はサンプルと接触しても解離により失われな
いように、それに繋留される。
【０００９】本発明の目的は、様々な被検分子およびそ
れぞれの認識受容体分子に適当な、新規のＴi Ｏ2 導波
管上の、対応する認識要素を提供することにある。
れぞれの認識受容体分子に適当な、新規のＴi Ｏ2 導波
管上の、対応する認識要素を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この目
的は、誘電体導波管、および受容体分子が結合する有機
担体層から構成される光学的バイオセンサーによって達
成される。この場合、有機担体層とそれに結合する受容
体分子は規則正しい単分子層を形成し、担体層は一般式
Ｉ
的は、誘電体導波管、および受容体分子が結合する有機
担体層から構成される光学的バイオセンサーによって達
成される。この場合、有機担体層とそれに結合する受容
体分子は規則正しい単分子層を形成し、担体層は一般式
Ｉ
【化３】 の分子から構成され、担体層の分子はＳi 原子を介して
Ｔi Ｏ2 導波管に直接結合するか、または、所望によ
り、中間層を介してＴi Ｏ2 導波管に結合する。
Ｔi Ｏ2 導波管に直接結合するか、または、所望によ
り、中間層を介してＴi Ｏ2 導波管に結合する。
【００１１】本発明による光学的バイオセンサーおよび
同バイオセンサーの製造方法の例を以下に記述する。
同バイオセンサーの製造方法の例を以下に記述する。
【００１２】必要な性質を有する有機担体層の構築に
は、Ｔi Ｏ2 導波管の表面にまず、均一な有機補助層が
付与される。Ｔi Ｏ2 表面の誘導体化に使用される化合
物は、一般式II
は、Ｔi Ｏ2 導波管の表面にまず、均一な有機補助層が
付与される。Ｔi Ｏ2 表面の誘導体化に使用される化合
物は、一般式II
【化４】 （Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3)Ｓｉ−Ｙ−Ｘ II のシランである。式中、- Ｓi(Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3)はＴi Ｏ2
層に対するカップリング基を示し、Ｒ1，Ｒ2 ，Ｒ3 は
アルキル、アルコキシまたはハロゲンでありうるが、こ
れらの残基の少なくとも１つはアルコキシまたはハロゲ
ンであり、- Ｙはスペーサー基(spacer group)であっ
て、たとえばアルキレン鎖- ＣＨ2-( ＣＨ2)n - ＣＨ
2-、フルオロアルキレン鎖- ＣＨ2-( ＣＦ2)n - ＣＨ2-
もしくは- ＣＨ2-( ＣＦ2)n - ＣＦ2-（n は１〜30であ
る）、オリゴエチレン鎖-[( ＣＨ2)n' -Ｏ-(ＣＨ2)n" ]
m - （n'，n"は２〜６，m は２〜６である）またはアル
キレン、フルオロアルキレンもしくはオリゴアルキレン
グリコールの組合せのいずれかであり、 - Ｘは水素も
しくはフッ素、または- Ｓi(Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3)と適合性の化
学的反応性基たとえばカルボン酸ハライド（- ＣＯＨa
l）、オレフィン（- ＣＨ＝ＣＨ2 ）、ニトリル（- Ｃ
Ｎ）、チオシアネート（- ＳＣＮ）、チオアセテート
（- ＳＣＯＣＨ3 ）のいずれかであるか、またはＲ1 ，
Ｒ2 ，Ｒ3 がアルコキシの場合はアミン（- ＮＨ2 ）で
あってもよい。
層に対するカップリング基を示し、Ｒ1，Ｒ2 ，Ｒ3 は
アルキル、アルコキシまたはハロゲンでありうるが、こ
れらの残基の少なくとも１つはアルコキシまたはハロゲ
ンであり、- Ｙはスペーサー基(spacer group)であっ
て、たとえばアルキレン鎖- ＣＨ2-( ＣＨ2)n - ＣＨ
2-、フルオロアルキレン鎖- ＣＨ2-( ＣＦ2)n - ＣＨ2-
もしくは- ＣＨ2-( ＣＦ2)n - ＣＦ2-（n は１〜30であ
る）、オリゴエチレン鎖-[( ＣＨ2)n' -Ｏ-(ＣＨ2)n" ]
m - （n'，n"は２〜６，m は２〜６である）またはアル
キレン、フルオロアルキレンもしくはオリゴアルキレン
グリコールの組合せのいずれかであり、 - Ｘは水素も
しくはフッ素、または- Ｓi(Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3)と適合性の化
学的反応性基たとえばカルボン酸ハライド（- ＣＯＨa
l）、オレフィン（- ＣＨ＝ＣＨ2 ）、ニトリル（- Ｃ
Ｎ）、チオシアネート（- ＳＣＮ）、チオアセテート
（- ＳＣＯＣＨ3 ）のいずれかであるか、またはＲ1 ，
Ｒ2 ，Ｒ3 がアルコキシの場合はアミン（- ＮＨ2 ）で
あってもよい。
【００１３】これらの化合物をＴi Ｏ2 表面に付加した
のち、以後の適当な化学処理によって、これらの基を-
Ｓi(Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3)と非適合性の基たとえばアジドそして
さらにアミンに、またはニトリルをアミンに、またはハ
ロゲンをチオシアネートそしてさらにチオールに、また
はチオアセテートをチオールに、またはオレフィンをエ
ポキシド、ジオール、ハライド、ジハライドもしくはカ
ルボン酸等に変換することもできる。
のち、以後の適当な化学処理によって、これらの基を-
Ｓi(Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3)と非適合性の基たとえばアジドそして
さらにアミンに、またはニトリルをアミンに、またはハ
ロゲンをチオシアネートそしてさらにチオールに、また
はチオアセテートをチオールに、またはオレフィンをエ
ポキシド、ジオール、ハライド、ジハライドもしくはカ
ルボン酸等に変換することもできる。
【００１４】もとの基Ｘにまたはついで上述のように処
理された基Ｘに他の分子をカップリングさせて、受容体
分子が結合する有機担体層を得ることができる。
理された基Ｘに他の分子をカップリングさせて、受容体
分子が結合する有機担体層を得ることができる。
【００１５】有機担体層が規則正しい単分子層を形成
し、一般式Ｉ
し、一般式Ｉ
【化５】 の分子から構成される光学的バイオセンサーが得られ
る。この式中、Ｚは、以下の基すなわち、 −ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、メチル、アル
キル、フルオロアルキル基； −親水性の短鎖分子たとえばオリゴビニルアルコール、
オリゴアクリル酸、オリゴエチレングリコールの誘導
体； −１〜７個の糖単位を有するモノまたはオリゴサッカラ
イドの誘導体； −カルボキシグリコシド誘導体； −アミノグリコシド誘導体たとえばフラジオマイシン、
カナマイシン、ストレプトマイシン、キシロスタシン、
ブチロシン、キトサン −デキストラン、アガロース、アルギン酸、デンプン、
セルロースおよびこの種のポリサッカライドのような天
然または合成起源のヒドロゲル形成基の誘導体、または
ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリエチレン
グリコールおよびこの種のポリマーの誘導体のような親
水性ポリマーである。
る。この式中、Ｚは、以下の基すなわち、 −ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、メチル、アル
キル、フルオロアルキル基； −親水性の短鎖分子たとえばオリゴビニルアルコール、
オリゴアクリル酸、オリゴエチレングリコールの誘導
体； −１〜７個の糖単位を有するモノまたはオリゴサッカラ
イドの誘導体； −カルボキシグリコシド誘導体； −アミノグリコシド誘導体たとえばフラジオマイシン、
カナマイシン、ストレプトマイシン、キシロスタシン、
ブチロシン、キトサン −デキストラン、アガロース、アルギン酸、デンプン、
セルロースおよびこの種のポリサッカライドのような天
然または合成起源のヒドロゲル形成基の誘導体、または
ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリエチレン
グリコールおよびこの種のポリマーの誘導体のような親
水性ポリマーである。
【００１６】式IIの化合物は、驚くべきことに、Ｔi Ｏ
2 に適用するのに著しく適し、光学的センサーに要求さ
れる品質を有する単分子の、密に充填された、規則的有
機フィルムを形成するのに適することが見出されたので
ある。
2 に適用するのに著しく適し、光学的センサーに要求さ
れる品質を有する単分子の、密に充填された、規則的有
機フィルムを形成するのに適することが見出されたので
ある。
【００１７】式IIの代表的な低分子化合物の場合は、こ
のコーティングは、気相から行われるのが好ましい［化
学的蒸着（ＣＶＤ）法］。高分子化合物の場合には、こ
のコーティングは液相から行うこともできる、しかしな
がら、Ｔi Ｏ2 導波管のコーティングに光学的に使用す
るのに十分な均一性を達成するためには、使用する溶媒
は、式IIの化合物と整合するものでなければならない。
のコーティングは、気相から行われるのが好ましい［化
学的蒸着（ＣＶＤ）法］。高分子化合物の場合には、こ
のコーティングは液相から行うこともできる、しかしな
がら、Ｔi Ｏ2 導波管のコーティングに光学的に使用す
るのに十分な均一性を達成するためには、使用する溶媒
は、式IIの化合物と整合するものでなければならない。
【００１８】バイオセンサー装置における生物学的認識
要素は、一般的に、サブストレート（トランスデューサ
ー表面）に共有結合的に連結し、生物学的認識要素が吸
着または好ましくは共有結合により結合する、有機担体
層から構築される。以下の記述から明らかなように、バ
イオセンサー装置においては、生物学的認識要素の特異
的構造は一方では検出すべき被検分子の種類、すなわち
検出に使用される受容体分子の性質に密接に関連し、ま
た他方では受容体／被検分子対についての特定のバイオ
センサーで解決すべき問題の所在に依存する。
要素は、一般的に、サブストレート（トランスデューサ
ー表面）に共有結合的に連結し、生物学的認識要素が吸
着または好ましくは共有結合により結合する、有機担体
層から構築される。以下の記述から明らかなように、バ
イオセンサー装置においては、生物学的認識要素の特異
的構造は一方では検出すべき被検分子の種類、すなわち
検出に使用される受容体分子の性質に密接に関連し、ま
た他方では受容体／被検分子対についての特定のバイオ
センサーで解決すべき問題の所在に依存する。
【００１９】Ｔi Ｏ2 導波管と組合わせて光学的バイオ
センサー装置への使用が本発明において請求される生物
学的認識要素は、大きく２つの種類ＡおよびＢに分類さ
れ、これらの主分類はそれぞれさらに２つのサブクラス
Ａ１，Ａ２およびＢ１，Ｂ２に分類される。認識要素が
主分類のいずれに帰属するかの基準は、センサー表面に
おける受容体分子の配列に関係する。第一の種類（Ａ）
においては、受容体分子は、光学的トランスデューサー
の表面上、ほぼ一つの面に配列される（二次元配置）。
受容体分子のこのような二次元配置は、トランスデュー
サー表面に垂直な有機担体層のディメンションがこの担
体層に結合する受容体分子の分子サイズより実質的に大
きくない場合にのみ生じる。種類Ｂの認識要素において
は、固定化された受容体は三次元配置を有する。この三
次元配置は、担体層の厚さが受容体分子の分子ディメン
ションより実質的に大きく、それが受容体分子に対して
透過性である場合にのみ実現される。この種類の担体層
は多孔性の三次元マトリックスと名づけることができ
る。サブクラスの一方（Ａ１，Ｂ１、またはＡ２，Ｂ２
のいずれか）への帰属の基準は、受容体分子が担体層上
に固定化される様式に関連する。すなわち、その差は固
定化の非有向性（Ａ１，Ｂ１）および有向性（Ａ２，Ｂ
２）様式にある。固定化の語は有機担体層への吸着のみ
でなく共有結合に対しても使用される。有機担体層への
受容体分子の非有向性固定化とは、有機担体層への受容
体分子の結合に、受容体分子の特定の構造的特徴が考慮
されないこと、すなわち、固定化が受容体分子の表面の
任意の位置で起こることを意味する。有向性固定化と
は、受容体分子の固定化に被検物質認識ドメインが考慮
されることを意味し、固定化には被検物質認識ドメイン
から空間的に十分分離した構造的要素が選択される。
センサー装置への使用が本発明において請求される生物
学的認識要素は、大きく２つの種類ＡおよびＢに分類さ
れ、これらの主分類はそれぞれさらに２つのサブクラス
Ａ１，Ａ２およびＢ１，Ｂ２に分類される。認識要素が
主分類のいずれに帰属するかの基準は、センサー表面に
おける受容体分子の配列に関係する。第一の種類（Ａ）
においては、受容体分子は、光学的トランスデューサー
の表面上、ほぼ一つの面に配列される（二次元配置）。
受容体分子のこのような二次元配置は、トランスデュー
サー表面に垂直な有機担体層のディメンションがこの担
体層に結合する受容体分子の分子サイズより実質的に大
きくない場合にのみ生じる。種類Ｂの認識要素において
は、固定化された受容体は三次元配置を有する。この三
次元配置は、担体層の厚さが受容体分子の分子ディメン
ションより実質的に大きく、それが受容体分子に対して
透過性である場合にのみ実現される。この種類の担体層
は多孔性の三次元マトリックスと名づけることができ
る。サブクラスの一方（Ａ１，Ｂ１、またはＡ２，Ｂ２
のいずれか）への帰属の基準は、受容体分子が担体層上
に固定化される様式に関連する。すなわち、その差は固
定化の非有向性（Ａ１，Ｂ１）および有向性（Ａ２，Ｂ
２）様式にある。固定化の語は有機担体層への吸着のみ
でなく共有結合に対しても使用される。有機担体層への
受容体分子の非有向性固定化とは、有機担体層への受容
体分子の結合に、受容体分子の特定の構造的特徴が考慮
されないこと、すなわち、固定化が受容体分子の表面の
任意の位置で起こることを意味する。有向性固定化と
は、受容体分子の固定化に被検物質認識ドメインが考慮
されることを意味し、固定化には被検物質認識ドメイン
から空間的に十分分離した構造的要素が選択される。
【００２０】前述のように、これらの異なる種類の生物
学的認識要素はそれぞれ、生物学的分析の様々な分野ま
たは研究領域における使用にその特異的適合性を有す
る。これを実例によって実証する。
学的認識要素はそれぞれ、生物学的分析の様々な分野ま
たは研究領域における使用にその特異的適合性を有す
る。これを実例によって実証する。
【００２１】三次元マトリックスは、単位表面あたり多
数の受容体分子の固定化を可能にする。有向性バイオセ
ンサーの場合、単位表面あたりの受容体分子の総数は、
センサー曲線の傾斜、したがってセンサーに相応する濃
度範囲における分析能力を決定するので、三次元認識要
素が装着されたセンサーは被検物質濃度の正確な測定
（たとえば、診断的使用）に好ましい。しかしながら、
三次元マトリックスはまた、検出すべき被検物質分子が
いくつかの反復エピトープ(repetitive epitopes) をも
つ場合には欠点がある。要素の外部領域におけるいくつ
かの受容体分子へのこの被検物質分子の結合は担体層の
架橋を招き、それによって認識要素の内部における遊離
結合部位への以後の被検物質分子の接近が妨害される。
受容体分子の三次元配列の欠点はまた、受容体分子と被
検物質分子の間の結合過程の速度論を定量的に表現する
場合に明白である。また、このような研究に三次元マト
リックスを使用する場合に認められる時間依存性センサ
ー応答は、このマトリックス中での被検物質分子の分散
の妨害によって特徴づけることもできる。
数の受容体分子の固定化を可能にする。有向性バイオセ
ンサーの場合、単位表面あたりの受容体分子の総数は、
センサー曲線の傾斜、したがってセンサーに相応する濃
度範囲における分析能力を決定するので、三次元認識要
素が装着されたセンサーは被検物質濃度の正確な測定
（たとえば、診断的使用）に好ましい。しかしながら、
三次元マトリックスはまた、検出すべき被検物質分子が
いくつかの反復エピトープ(repetitive epitopes) をも
つ場合には欠点がある。要素の外部領域におけるいくつ
かの受容体分子へのこの被検物質分子の結合は担体層の
架橋を招き、それによって認識要素の内部における遊離
結合部位への以後の被検物質分子の接近が妨害される。
受容体分子の三次元配列の欠点はまた、受容体分子と被
検物質分子の間の結合過程の速度論を定量的に表現する
場合に明白である。また、このような研究に三次元マト
リックスを使用する場合に認められる時間依存性センサ
ー応答は、このマトリックス中での被検物質分子の分散
の妨害によって特徴づけることもできる。
【００２２】同様にして、有向性および非有向性固定化
の利点および欠点は、様々な生物学的分析研究において
明らかにすることができる。免疫診断における抗原の検
出には、検出に用いられる抗体は、固定化によって抗原
認識ドメインが影響されないように表面上、たとえば抗
原認識ドメインから十分分離されたＦc 部分上に固定化
することが重要なことは疑いもない。しかしながら、バ
イオセンサーを一つの同一抗原に対するポリクローナル
抗体集団の存在の試験に使用する場合には、抗原のすべ
てのエピトープが溶液中の抗体による認識に同等に利用
されるので、抗原を非有向性に固定化するのが便利であ
る。
の利点および欠点は、様々な生物学的分析研究において
明らかにすることができる。免疫診断における抗原の検
出には、検出に用いられる抗体は、固定化によって抗原
認識ドメインが影響されないように表面上、たとえば抗
原認識ドメインから十分分離されたＦc 部分上に固定化
することが重要なことは疑いもない。しかしながら、バ
イオセンサーを一つの同一抗原に対するポリクローナル
抗体集団の存在の試験に使用する場合には、抗原のすべ
てのエピトープが溶液中の抗体による認識に同等に利用
されるので、抗原を非有向性に固定化するのが便利であ
る。
【００２３】従って、本発明の他の実施態様としては、
タイプＡ１，Ａ２，Ｂ１およびＢ２の生物学的認識要素
の構築のためのＴi Ｏ2 表面に、二または三次元配置で
受容体分子の有向性または非有向性固定化を可能にする
有機担体層を備えなければならない。
タイプＡ１，Ａ２，Ｂ１およびＢ２の生物学的認識要素
の構築のためのＴi Ｏ2 表面に、二または三次元配置で
受容体分子の有向性または非有向性固定化を可能にする
有機担体層を備えなければならない。
【００２４】受容体分子の二または三次元配置を可能に
する担体層のディメンションおよび透過性に関する上述
の必要条件に加えて、受容体分子の固定化のためのこれ
らの有機担体層はまた、化学的ならびに物理化学的必要
条件を満たし、さらに、 a)それによって、受容体分子が二／三次元担体層に共有
結合で繋留できる反応性基、および b)希薄溶液から受容体分子の固定化を実施できるよう
に、共有結合繋留の前に、受容体分子の二／三次元マト
リックスへの有効な濃縮を可能にする官能性の基もしく
は分子および／または分子会合をもたねばならない。
する担体層のディメンションおよび透過性に関する上述
の必要条件に加えて、受容体分子の固定化のためのこれ
らの有機担体層はまた、化学的ならびに物理化学的必要
条件を満たし、さらに、 a)それによって、受容体分子が二／三次元担体層に共有
結合で繋留できる反応性基、および b)希薄溶液から受容体分子の固定化を実施できるよう
に、共有結合繋留の前に、受容体分子の二／三次元マト
リックスへの有効な濃縮を可能にする官能性の基もしく
は分子および／または分子会合をもたねばならない。
【００２５】a)について：このような共有結合固定化に
使用できる多数の反応性基が文献から公知である。それ
自体化学的に活性で、受容体分子上の官能基と結合でき
る基は多様で、たとえば、受容体分子上のアルデヒド基
と反応できる担体層上のアミノ、ヒドラジンまたはヒド
ラジド基、およびその逆、受容体分子上の遊離チオール
基と反応する担体層上の活性化ジスルフィド結合、受容
体分子の表面上のアミノ基と反応する担体層上のカルボ
ン酸ハライドまたは活性化カルボン酸エステル等、なら
びに、in situ 活性化（化学的または光化学的活性化）
後に受容体分子上の官能基と反応する基、たとえば光化
学的活性化によって反応性カルベンまたはニトレンに変
換されるアジリジンまたはフェニルアジドがある。
使用できる多数の反応性基が文献から公知である。それ
自体化学的に活性で、受容体分子上の官能基と結合でき
る基は多様で、たとえば、受容体分子上のアルデヒド基
と反応できる担体層上のアミノ、ヒドラジンまたはヒド
ラジド基、およびその逆、受容体分子上の遊離チオール
基と反応する担体層上の活性化ジスルフィド結合、受容
体分子の表面上のアミノ基と反応する担体層上のカルボ
ン酸ハライドまたは活性化カルボン酸エステル等、なら
びに、in situ 活性化（化学的または光化学的活性化）
後に受容体分子上の官能基と反応する基、たとえば光化
学的活性化によって反応性カルベンまたはニトレンに変
換されるアジリジンまたはフェニルアジドがある。
【００２６】b)について：このような濃縮性は様々な方
法で、たとえばイオン性の基によって、担体層に付与す
ることができる。イオン性基により、反対の総電荷をも
つ受容体分子は、担体層のイオン性基とのクーロン相互
作用に基づき、ほぼ非有向性様式で濃縮される。または
分子会合により、親水性特性が担体層に付与される。親
水性ドメインを有する受容体分子はこれらのドメインを
介してこれらの表面に、有向性様式で濃縮される。また
は非飽和配位球面を有する金属錯体により、これが受容
体分子の特定の官能基またはドメインによって飽和され
て、担体層の有向性濃縮が達成される。または分子認識
の能力を有する分子（たとえば、プロテインＡ、プロテ
インＧ、ストレプトアビジン、認識分子の特定のエピト
ープに対する抗体等）により、それが認識分子の特定の
ドメインに高い親和性を有し、この親和性の結果として
担体層内に有向性様式で受容体分子を濃縮する。
法で、たとえばイオン性の基によって、担体層に付与す
ることができる。イオン性基により、反対の総電荷をも
つ受容体分子は、担体層のイオン性基とのクーロン相互
作用に基づき、ほぼ非有向性様式で濃縮される。または
分子会合により、親水性特性が担体層に付与される。親
水性ドメインを有する受容体分子はこれらのドメインを
介してこれらの表面に、有向性様式で濃縮される。また
は非飽和配位球面を有する金属錯体により、これが受容
体分子の特定の官能基またはドメインによって飽和され
て、担体層の有向性濃縮が達成される。または分子認識
の能力を有する分子（たとえば、プロテインＡ、プロテ
インＧ、ストレプトアビジン、認識分子の特定のエピト
ープに対する抗体等）により、それが認識分子の特定の
ドメインに高い親和性を有し、この親和性の結果として
担体層内に有向性様式で受容体分子を濃縮する。
【００２７】平面Ｔi Ｏ2 導波管の本発明によるコーテ
ィングにおいて、驚くべきことに、式IIの化合物を用い
珪素、酸化珪素および酸化アルミニウムのような材料に
適用される有機単層［Advanced Materials 2(1990) 57
3; Langmuir 8(1992) 947］または官能化チオアルカン
を用い金表面に適用される有機単層[Langumuir 6(1990)
87] と類似の構造および匹敵できる配列を有する有機層
が得られることが見出されたのである。この種類の有機
層は、技術文献においては、「自己集合単層」の語で呼
ばれている。上述の条件下に、式IIの化合物が末端Ｓi
原子を介してＴiＯ2 に共有結合し、反応性基Ｘを有す
るスペーサー基Ｙは表面から離れて存在する、Ｔi Ｏ2
上有機単層が得られる。式IIの化合物は反応性基( Ｒ1
Ｒ2 Ｒ3)-Ｓi-を介してＴi Ｏ2 層に結合し、この場合
少なくとも基( Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3)の１つは表面上の遊離
ヒドロキシル基と反応する。したがって、濃密に充填さ
れた耐性の層を得るためには、Ｔi Ｏ2 表面を適当な方
法で、高密度のヒドロキシル官能基が表面上に生じるよ
うに前処理することが重要である。Ｔi Ｏ2 表面上に式
IIの化合物で得られる層は、有機溶媒中および９＞p Ｈ
＞１の水性媒体中で安定であることが見出されている。
p Ｈ＞10の塩基性水性媒体中では、すなわち式IIの化合
物の末端Ｓi 原子における反応性基Ｒの数の低下ととも
に、それらの安定性は低下する。
ィングにおいて、驚くべきことに、式IIの化合物を用い
珪素、酸化珪素および酸化アルミニウムのような材料に
適用される有機単層［Advanced Materials 2(1990) 57
3; Langmuir 8(1992) 947］または官能化チオアルカン
を用い金表面に適用される有機単層[Langumuir 6(1990)
87] と類似の構造および匹敵できる配列を有する有機層
が得られることが見出されたのである。この種類の有機
層は、技術文献においては、「自己集合単層」の語で呼
ばれている。上述の条件下に、式IIの化合物が末端Ｓi
原子を介してＴiＯ2 に共有結合し、反応性基Ｘを有す
るスペーサー基Ｙは表面から離れて存在する、Ｔi Ｏ2
上有機単層が得られる。式IIの化合物は反応性基( Ｒ1
Ｒ2 Ｒ3)-Ｓi-を介してＴi Ｏ2 層に結合し、この場合
少なくとも基( Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3)の１つは表面上の遊離
ヒドロキシル基と反応する。したがって、濃密に充填さ
れた耐性の層を得るためには、Ｔi Ｏ2 表面を適当な方
法で、高密度のヒドロキシル官能基が表面上に生じるよ
うに前処理することが重要である。Ｔi Ｏ2 表面上に式
IIの化合物で得られる層は、有機溶媒中および９＞p Ｈ
＞１の水性媒体中で安定であることが見出されている。
p Ｈ＞10の塩基性水性媒体中では、すなわち式IIの化合
物の末端Ｓi 原子における反応性基Ｒの数の低下ととも
に、それらの安定性は低下する。
【００２８】Ｔi Ｏ2 表面への付着に関しては、これら
の単層はまた、還元剤たとえばＢＨ 3 またはＬi Ａl Ｈ
4 に対して、ならびに酸化剤たとえば過マンガン酸塩水
溶液または過クロル酸塩水溶液に対して、安定である。
の単層はまた、還元剤たとえばＢＨ 3 またはＬi Ａl Ｈ
4 に対して、ならびに酸化剤たとえば過マンガン酸塩水
溶液または過クロル酸塩水溶液に対して、安定である。
【００２９】Ｔi Ｏ2 の表面に共有結合した有機化合物
のこれらの単層は、反応基が受容体分子上の官能基と反
応する基（たとえば、酸ハライド、エポキシド、アルデ
ヒド、ヒドラジド）の場合、直接、二次元担体層として
使用できる。そうでなければ、これらの基は適当な方法
で修飾（たとえば、オレフィンをカルボン酸、ハライ
ド、エポキシドへ、またはハライドをアジドおよびさら
にアミンへ、またはチオシアネートをチオールへ）およ
び／または活性化（たとえば、カルボン酸を活性化エス
テルへ）しなければならない。表面上の官能基の修飾お
よび／または活性化のためのこの種の操作は文献によっ
て知られている［たとえばIEEE Transactions on Biome
dical Engineering 35(1988) 466; Analytica Chimica
Acta 229(1990)169; Analytica Chimica Acta 228(199
0)107; Biosensors and Bioelectronics 7(1991)207; L
angmuir 6(1990)1621］。修飾の他の可能性としては、
化学反応基を介して官能基Ｘ上にヘテロ二官能性光試薬
（たとえば、光反応基としてフェニルアジドまたはアジ
リジノ基および化学反応基として活性化カルボン酸）を
付加し、光への暴露時に受容体分子が表面上に固定化で
きる方法がある［Journal of Photochemistry and Phot
obiology,B: Biology 7(1990) 277 ］。
のこれらの単層は、反応基が受容体分子上の官能基と反
応する基（たとえば、酸ハライド、エポキシド、アルデ
ヒド、ヒドラジド）の場合、直接、二次元担体層として
使用できる。そうでなければ、これらの基は適当な方法
で修飾（たとえば、オレフィンをカルボン酸、ハライ
ド、エポキシドへ、またはハライドをアジドおよびさら
にアミンへ、またはチオシアネートをチオールへ）およ
び／または活性化（たとえば、カルボン酸を活性化エス
テルへ）しなければならない。表面上の官能基の修飾お
よび／または活性化のためのこの種の操作は文献によっ
て知られている［たとえばIEEE Transactions on Biome
dical Engineering 35(1988) 466; Analytica Chimica
Acta 229(1990)169; Analytica Chimica Acta 228(199
0)107; Biosensors and Bioelectronics 7(1991)207; L
angmuir 6(1990)1621］。修飾の他の可能性としては、
化学反応基を介して官能基Ｘ上にヘテロ二官能性光試薬
（たとえば、光反応基としてフェニルアジドまたはアジ
リジノ基および化学反応基として活性化カルボン酸）を
付加し、光への暴露時に受容体分子が表面上に固定化で
きる方法がある［Journal of Photochemistry and Phot
obiology,B: Biology 7(1990) 277 ］。
【００３０】タイプＡの認識要素を生じる上述の一官能
性担体層の変異体には、多官能性有機単層が得られるよ
うに式IIの化合物を用い、異なる官能基を有する表面を
製造するものがある。このような混合層は、Ｔi Ｏ2 表
面のコーティングに式IIの化合物の混合物を用いること
により、または以後の化学修飾によって表面上の化学反
応基Ｘの一部分のみを基Ｘ' に変換することにより、製
造できる。このような混合層は、化学反応基（たとえば
活性化カルボン酸）または活性化可能な基（たとえばア
ジリジンまたはフェニルアジド）と、同時にまた、固定
化のための受容体分子の上述の濃縮を可能にする官能性
の基、分子および／または分子会合を有する。
性担体層の変異体には、多官能性有機単層が得られるよ
うに式IIの化合物を用い、異なる官能基を有する表面を
製造するものがある。このような混合層は、Ｔi Ｏ2 表
面のコーティングに式IIの化合物の混合物を用いること
により、または以後の化学修飾によって表面上の化学反
応基Ｘの一部分のみを基Ｘ' に変換することにより、製
造できる。このような混合層は、化学反応基（たとえば
活性化カルボン酸）または活性化可能な基（たとえばア
ジリジンまたはフェニルアジド）と、同時にまた、固定
化のための受容体分子の上述の濃縮を可能にする官能性
の基、分子および／または分子会合を有する。
【００３１】たとえば、官能基Ｘとしてヒドロキシル基
を有する有機単層は、最初のコーティング工程で製造で
きる。これはＴi Ｏ2 表面を、官能基Ｘとして二重結合
を有する式IIの化合物で処理することにより、簡単な方
法で行われる。この二重結合は、この表面を過酸で処理
することによりジオール基に変換する（たとえばクロロ
過安息香酸ついでp Ｈ＝３の酸性水溶液で処理）。この
表面をスペーサー基がパーフルオロアルカン類で、官能
基がフッ原子である式IIの化合物で処理すると、受容体
分子を好ましくは疎水性ドメイン上に結合する表面が得
られる。この場合、得られた認識要素はタイプＡ２の要
素の特徴的な性質を有する（二次元配列における受容体
分子の有向性固定化）。たとえば、このような表面上に
濃縮され繋留された膜蛋白質は、驚くべきことに、この
表面に膜貫通部を介して結合し、したがってそれらの天
然の活性をほぼ100 ％保持することが見出された。
を有する有機単層は、最初のコーティング工程で製造で
きる。これはＴi Ｏ2 表面を、官能基Ｘとして二重結合
を有する式IIの化合物で処理することにより、簡単な方
法で行われる。この二重結合は、この表面を過酸で処理
することによりジオール基に変換する（たとえばクロロ
過安息香酸ついでp Ｈ＝３の酸性水溶液で処理）。この
表面をスペーサー基がパーフルオロアルカン類で、官能
基がフッ原子である式IIの化合物で処理すると、受容体
分子を好ましくは疎水性ドメイン上に結合する表面が得
られる。この場合、得られた認識要素はタイプＡ２の要
素の特徴的な性質を有する（二次元配列における受容体
分子の有向性固定化）。たとえば、このような表面上に
濃縮され繋留された膜蛋白質は、驚くべきことに、この
表面に膜貫通部を介して結合し、したがってそれらの天
然の活性をほぼ100 ％保持することが見出された。
【００３２】この種の有機単層の別の修飾には、固定化
すべき受容体分子の特異的な、非被検物質結合ドメイン
を認識しそこに結合する生物学的分子の付加を含有す
る。プロテインＡの単層は、たとえば、抗体の濃縮のた
めの活性化カルボン酸基を介して有機単層上に、抗体が
それらのＦc 部分によってプロテインＡに吸着されるの
に適当な緩衝液条件下で、固定化される。光で活性化で
きる基（たとえばフェニルアジド化合物で修飾されたＢ
ＳＡ）を有する非特異的共吸着性分子によって、これら
の吸着された抗体はついで、光誘導反応中に表面に繋留
され、この場合もタイプＡ２の認識要素を生じる。
すべき受容体分子の特異的な、非被検物質結合ドメイン
を認識しそこに結合する生物学的分子の付加を含有す
る。プロテインＡの単層は、たとえば、抗体の濃縮のた
めの活性化カルボン酸基を介して有機単層上に、抗体が
それらのＦc 部分によってプロテインＡに吸着されるの
に適当な緩衝液条件下で、固定化される。光で活性化で
きる基（たとえばフェニルアジド化合物で修飾されたＢ
ＳＡ）を有する非特異的共吸着性分子によって、これら
の吸着された抗体はついで、光誘導反応中に表面に繋留
され、この場合もタイプＡ２の認識要素を生じる。
【００３３】タイプＡ１の認識要素を導く二官能性担体
層の好ましい修飾においては、有機単層の反応基はこの
表面への低分子（ＭＷ＞1500）の親水性分子の繋留に使
用される。これらの短鎖、親水性化合物の好ましい典型
例は、低分子ポリマーたとえばオリゴビニルアルコー
ル、オリゴアクリル酸およびオリゴアクリル酸誘導体、
オリゴエチレングリコールならびに低分子天然化合物た
とえばモノサッカライド、糖単位２〜７個を有するオリ
ゴサッカライドまたはカルボキシグリコシドもしくはア
ミノグリコシド（たとえば、フラジオマイシン、カナマ
イシン、ストレプトマイシン、キシロスタシン、ブチロ
シン、キトサン等）である。このような低分子化合物は
付加により、それらの二次元特性はなお保持されるが、
同時に高度の生物学的適合性を有する担体層が得られ
る。このような低分子、親水性化合物は、驚くべきこと
に、これらの化合物がイオン基（たとえば、カルボキシ
レート）および反応基Ｘ' （たとえば、アルデヒド、エ
ポキシド、活性化エステル等のような化学反応基または
アジリジンもしくはフェニルアジドのような光化学反応
基）とともに装着された場合、受容体分子が稀薄溶液か
ら濃縮され繋留される二次元担体層の構築に著しく適し
ていることが見出された。この方法で、たとえばタイプ
Ａ１の認識要素が得られる。
層の好ましい修飾においては、有機単層の反応基はこの
表面への低分子（ＭＷ＞1500）の親水性分子の繋留に使
用される。これらの短鎖、親水性化合物の好ましい典型
例は、低分子ポリマーたとえばオリゴビニルアルコー
ル、オリゴアクリル酸およびオリゴアクリル酸誘導体、
オリゴエチレングリコールならびに低分子天然化合物た
とえばモノサッカライド、糖単位２〜７個を有するオリ
ゴサッカライドまたはカルボキシグリコシドもしくはア
ミノグリコシド（たとえば、フラジオマイシン、カナマ
イシン、ストレプトマイシン、キシロスタシン、ブチロ
シン、キトサン等）である。このような低分子化合物は
付加により、それらの二次元特性はなお保持されるが、
同時に高度の生物学的適合性を有する担体層が得られ
る。このような低分子、親水性化合物は、驚くべきこと
に、これらの化合物がイオン基（たとえば、カルボキシ
レート）および反応基Ｘ' （たとえば、アルデヒド、エ
ポキシド、活性化エステル等のような化学反応基または
アジリジンもしくはフェニルアジドのような光化学反応
基）とともに装着された場合、受容体分子が稀薄溶液か
ら濃縮され繋留される二次元担体層の構築に著しく適し
ていることが見出された。この方法で、たとえばタイプ
Ａ１の認識要素が得られる。
【００３４】このような親水性表面の適当な修飾は上述
のアミノグリコシドを使用した場合にとくに容易に生じ
る。大部分は抗生物質活性を有するこれらのアミノグリ
コシドは一般に、１個または２個以上のアミノ基で誘導
体化された糖単位１〜５個から合成される。これらのア
ミノ基の一つが、上述の有機単層上に、この単層が適当
な反応基（たとえば、カルボン酸ハライド、活性化カル
ボン酸、アルデヒド）をもつ場合、アミノグリコシドを
固定化するのに使用できる。残ったアミノ基は、ついで
担体層が上述の二官能性をもつような様式で修飾できる
（濃縮、結合）。簡単な操作では、無水コハク酸をたと
えばアミノ基に付加することができる。この場合生成し
た遊離カルボン酸官能基の一部は、化学結合のために、
Ｎ- ヒドロキシコハク酸イミド誘導体に変換することに
よって修飾が可能であり（別法として、光化学活性基を
付加することもできる）、一方、非修飾遊離カルボン酸
官能基はカルボキシレートの形で、担体層上に、陽性総
荷電を有する受容体分子を濃縮するために使用できる。
このような担体層上に、非有向性様式で固定化された受
容体分子（タイプＡの認識要素）は一般に、驚くべきこ
とに、式IIの化合物で調製された担体層上に直接固定化
された受容体分子よりも、被検物質分子に対して、はる
かに高い結合活性を示すことが見出された。
のアミノグリコシドを使用した場合にとくに容易に生じ
る。大部分は抗生物質活性を有するこれらのアミノグリ
コシドは一般に、１個または２個以上のアミノ基で誘導
体化された糖単位１〜５個から合成される。これらのア
ミノ基の一つが、上述の有機単層上に、この単層が適当
な反応基（たとえば、カルボン酸ハライド、活性化カル
ボン酸、アルデヒド）をもつ場合、アミノグリコシドを
固定化するのに使用できる。残ったアミノ基は、ついで
担体層が上述の二官能性をもつような様式で修飾できる
（濃縮、結合）。簡単な操作では、無水コハク酸をたと
えばアミノ基に付加することができる。この場合生成し
た遊離カルボン酸官能基の一部は、化学結合のために、
Ｎ- ヒドロキシコハク酸イミド誘導体に変換することに
よって修飾が可能であり（別法として、光化学活性基を
付加することもできる）、一方、非修飾遊離カルボン酸
官能基はカルボキシレートの形で、担体層上に、陽性総
荷電を有する受容体分子を濃縮するために使用できる。
このような担体層上に、非有向性様式で固定化された受
容体分子（タイプＡの認識要素）は一般に、驚くべきこ
とに、式IIの化合物で調製された担体層上に直接固定化
された受容体分子よりも、被検物質分子に対して、はる
かに高い結合活性を示すことが見出された。
【００３５】ネイティブ形では有向性固定化のための反
応基も濃縮のための官能基、分子または分子会合ももた
ない、モノおよびオリゴサッカライドのような低分子親
水性化合物は、適当な方法で修飾できる。このような修
飾は一般に、まだ表面に繋留されていない化合物に実施
する方がより効率的に行われる。
応基も濃縮のための官能基、分子または分子会合ももた
ない、モノおよびオリゴサッカライドのような低分子親
水性化合物は、適当な方法で修飾できる。このような修
飾は一般に、まだ表面に繋留されていない化合物に実施
する方がより効率的に行われる。
【００３６】典型的な操作を、例としてデキストラン15
00（グルコースサブユニット７個）を用いて示す。この
デキストランは、溶液（たとえばＤＭＳＯ）中、ヒドロ
キシル基をメチルカルボキシル化に有効なヒドロキシレ
ート基に変換することにより活性化できる。この活性化
は著しく塩基性の媒質中Ｎa Ｈを用いて行われるので、
Ｔi Ｏ2 上有機単層の上述の不安定性を考慮すれば、固
相に直接実施することはできない。しかしながら、外的
にメチルカルボキシル化されたデキストラン1500は、た
とえばエポキシド基をもつ有機単層にきわめて簡単に繋
留することができて、アミノグリコシドおよびコハク酸
で修飾された有機単層のようなタイプＡ１の認識要素の
構築に同様に使用できるカルボキシル基を高濃度に有す
る二次元担体層が得られる。
00（グルコースサブユニット７個）を用いて示す。この
デキストランは、溶液（たとえばＤＭＳＯ）中、ヒドロ
キシル基をメチルカルボキシル化に有効なヒドロキシレ
ート基に変換することにより活性化できる。この活性化
は著しく塩基性の媒質中Ｎa Ｈを用いて行われるので、
Ｔi Ｏ2 上有機単層の上述の不安定性を考慮すれば、固
相に直接実施することはできない。しかしながら、外的
にメチルカルボキシル化されたデキストラン1500は、た
とえばエポキシド基をもつ有機単層にきわめて簡単に繋
留することができて、アミノグリコシドおよびコハク酸
で修飾された有機単層のようなタイプＡ１の認識要素の
構築に同様に使用できるカルボキシル基を高濃度に有す
る二次元担体層が得られる。
【００３７】これらの低分子親水性化合物を用いて構築
された担体層はまた、さらに、有向性様式での濃縮を達
成するための担体層に修飾できる（タイプＡ２の認識要
素）。
された担体層はまた、さらに、有向性様式での濃縮を達
成するための担体層に修飾できる（タイプＡ２の認識要
素）。
【００３８】たとえば、アミノグリコシドまたはオリゴ
サッカライドを介して導入されたカルボキシル基は、つ
いで固定化される受容体分子の一つのドメインに高い親
和性を有する表面に、生物学的分子（たとえば、プロテ
インＡ、プロテインＧ、ストレプトアビジン等）を繋留
するのに使用できる。
サッカライドを介して導入されたカルボキシル基は、つ
いで固定化される受容体分子の一つのドメインに高い親
和性を有する表面に、生物学的分子（たとえば、プロテ
インＡ、プロテインＧ、ストレプトアビジン等）を繋留
するのに使用できる。
【００３９】受容体分子のための二次元担体層として用
いるほか、これらの上述の有機層はまた、タイプＢの認
識要素を導く三次元担体層の構築の基礎としても適して
いる。
いるほか、これらの上述の有機層はまた、タイプＢの認
識要素を導く三次元担体層の構築の基礎としても適して
いる。
【００４０】二次元担体層の三次元担体層への変換は、
トランスデューサーの表面のヒドロゲルの性質において
多孔性、三次元マトリックスを形成できる、長鎖合成ま
たは天然親水性ポリマーの付加によって行われる。適当
な天然ポリマーの典型的な例は、たとえばデキストラ
ン、アガロース、アルギン酸、デンプン、セルロースも
しくはこのようなポリサッカライドの誘導体たとえばメ
チルカルボキシル化誘導体であり、合成親水性ポリマー
はたとえばポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポ
リエチレングリコールである。
トランスデューサーの表面のヒドロゲルの性質において
多孔性、三次元マトリックスを形成できる、長鎖合成ま
たは天然親水性ポリマーの付加によって行われる。適当
な天然ポリマーの典型的な例は、たとえばデキストラ
ン、アガロース、アルギン酸、デンプン、セルロースも
しくはこのようなポリサッカライドの誘導体たとえばメ
チルカルボキシル化誘導体であり、合成親水性ポリマー
はたとえばポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポ
リエチレングリコールである。
【００４１】これらの長鎖ポリマーにはまた、低分子親
水性化合物のように、これらの三次元担体層への受容体
分子の繋留を可能にする反応性基Ｘを付与することがで
きる。好ましい実施態様においては、この担体層はさら
に、受容体分子の非有向性（タイプＢ１）または有向性
（タイプＢ２）濃縮を可能にするイオン基または有向性
分子および／もしくは分子会合をもつことができる。
水性化合物のように、これらの三次元担体層への受容体
分子の繋留を可能にする反応性基Ｘを付与することがで
きる。好ましい実施態様においては、この担体層はさら
に、受容体分子の非有向性（タイプＢ１）または有向性
（タイプＢ２）濃縮を可能にするイオン基または有向性
分子および／もしくは分子会合をもつことができる。
【００４２】たとえば、デキストラン500000はメチルカ
ルボキシル化し、ついでエポキシド基で修飾された有機
単層に繋留することができる。すなわち、カルボン酸基
を有し、その一部はカルボキシレートとして陽性の総電
荷をもつ生物学的分子の濃縮を可能にし、残部は活性化
型として以後の共有結合による繋留に使用できる、厚さ
約100nm の多孔性担体層が得られる。
ルボキシル化し、ついでエポキシド基で修飾された有機
単層に繋留することができる。すなわち、カルボン酸基
を有し、その一部はカルボキシレートとして陽性の総電
荷をもつ生物学的分子の濃縮を可能にし、残部は活性化
型として以後の共有結合による繋留に使用できる、厚さ
約100nm の多孔性担体層が得られる。
【００４３】所望により、本発明の生物学的認識要素
は、Ｓi Ｏ2 またはＡl2Ｏ3 の薄い中間層（ｄ＜20nm）
を介して光学的Ｔi Ｏ2 導波管に適用できる。
は、Ｓi Ｏ2 またはＡl2Ｏ3 の薄い中間層（ｄ＜20nm）
を介して光学的Ｔi Ｏ2 導波管に適用できる。
【００４４】以下の実施例により、本発明をさらに詳細
に説明する。
に説明する。
【００４５】１. Ｔi Ｏ2 導波管への濃厚に充填された
有機単層の適用 １. １. ＣＶＤ法でのＣl(ＣＨ3)2 Ｓi-( ＣＨ2)11- Ｃ
ＯＣl 処理によるＴiＯ2 表面上有機単層の形成 式IIの化合物の気相からの適用のため、10〜５mbarの圧
力で操作可能で、コーティングすべきサンプルを３〜10
0 ℃の間の温度に保持できる反応容器を準備する。この
反応容器には、コーティングに用いられる化合物を配置
できる排出可能で加熱可能な供給容器を装着する（所望
により、装置にはこのような供給容器を数個装着するこ
ともできる）。
有機単層の適用 １. １. ＣＶＤ法でのＣl(ＣＨ3)2 Ｓi-( ＣＨ2)11- Ｃ
ＯＣl 処理によるＴiＯ2 表面上有機単層の形成 式IIの化合物の気相からの適用のため、10〜５mbarの圧
力で操作可能で、コーティングすべきサンプルを３〜10
0 ℃の間の温度に保持できる反応容器を準備する。この
反応容器には、コーティングに用いられる化合物を配置
できる排出可能で加熱可能な供給容器を装着する（所望
により、装置にはこのような供給容器を数個装着するこ
ともできる）。
【００４６】コーティングのためには、サブストレート
を反応容器に導入する。供給容器にシランＣl(ＣＨ3)2
Ｓi-( ＣＨ2)11- ＣＯＣl を導入したのち、供給容器お
よび反応チャンバーを10〜５mbarの操作圧力とする。コ
ーティングすべきサンプルを100 ℃に加熱する。供給容
器中の試薬を50℃に加熱後、表面を気相からの試薬で１
時間処理する。ついで、試薬の流れを停止し、サンプル
を真空中150 ℃で15分間処理する（表面上の有機単層の
検出はＸＰＳおよび接触角測定によって行う）。
を反応容器に導入する。供給容器にシランＣl(ＣＨ3)2
Ｓi-( ＣＨ2)11- ＣＯＣl を導入したのち、供給容器お
よび反応チャンバーを10〜５mbarの操作圧力とする。コ
ーティングすべきサンプルを100 ℃に加熱する。供給容
器中の試薬を50℃に加熱後、表面を気相からの試薬で１
時間処理する。ついで、試薬の流れを停止し、サンプル
を真空中150 ℃で15分間処理する（表面上の有機単層の
検出はＸＰＳおよび接触角測定によって行う）。
【００４７】１. ２. ＣＶＤ法でのＣl(ＣＨ3)2 Ｓi-(
ＣＨ2)6-ＣＨ＝ＣＨ2 処理によるＴi Ｏ2 表面上有機単
層の形成 表面のコーティングには、１. １に記載の操作を用い
る。
ＣＨ2)6-ＣＨ＝ＣＨ2 処理によるＴi Ｏ2 表面上有機単
層の形成 表面のコーティングには、１. １に記載の操作を用い
る。
【００４８】１. ３. ＣＶＤ法での( ＣＨ3 Ｏ)3Ｓi-(
ＣＨ2)3-ＮＨ2 処理によるＴi Ｏ2表面上有機単層の形
成 コーティングは、１. １に記載の操作に従い、対応化合
物を用いて行う。
ＣＨ2)3-ＮＨ2 処理によるＴi Ｏ2表面上有機単層の形
成 コーティングは、１. １に記載の操作に従い、対応化合
物を用いて行う。
【００４９】１. ４. Ｃl(ＣＨ3)2 Ｓi-( ＣＨ2)11- Ｃ
ＯＣl 溶液処理によるＴi Ｏ2 表面上有機単層の形成 ＣＣl4中Ｃl(ＣＨ3)2 Ｓi-( ＣＨ2)11- ＣＯＣl の0.5
％（v/v ）溶液を、不活性気体雰囲気下で反応容器中に
調製する。コーティングすべき表面を不活性気体下にこ
の溶液と25分間接触させる。この処理後、表面をＣＣ
l4、エタノールおよび水で洗浄する。
ＯＣl 溶液処理によるＴi Ｏ2 表面上有機単層の形成 ＣＣl4中Ｃl(ＣＨ3)2 Ｓi-( ＣＨ2)11- ＣＯＣl の0.5
％（v/v ）溶液を、不活性気体雰囲気下で反応容器中に
調製する。コーティングすべき表面を不活性気体下にこ
の溶液と25分間接触させる。この処理後、表面をＣＣ
l4、エタノールおよび水で洗浄する。
【００５０】１. ５. Ｃl3Ｓi-( ＣＨ2)6-ＣＨ＝ＣＨ2
溶液処理によるＴi Ｏ2 表面上有機単層の形成 ヘキサデカン中Ｃl3Ｓi-( ＣＨ2)6-ＣＨ＝ＣＨ2 の0.5
％（v/v ）溶液を、不活性気体雰囲気下で反応容器中に
調製する。コーティングすべき表面を不活性気体下にこ
の溶液と５分間接触させる。この処理後、表面をヘキサ
デカン、ヘキサンおよびエタノールで洗浄する。
溶液処理によるＴi Ｏ2 表面上有機単層の形成 ヘキサデカン中Ｃl3Ｓi-( ＣＨ2)6-ＣＨ＝ＣＨ2 の0.5
％（v/v ）溶液を、不活性気体雰囲気下で反応容器中に
調製する。コーティングすべき表面を不活性気体下にこ
の溶液と５分間接触させる。この処理後、表面をヘキサ
デカン、ヘキサンおよびエタノールで洗浄する。
【００５１】１. ６. Ｃl(ＣＨ3)2 Ｓi-( ＣＨ2)7-( Ｃ
Ｈ2-Ｏ- ＣＨ2)2-ＣＨ2-ＯＣＨ3 溶液処理によるＴi Ｏ
2 表面上有機単層の形成 コーティングは１. ４に記載の操作に従って行う。
Ｈ2-Ｏ- ＣＨ2)2-ＣＨ2-ＯＣＨ3 溶液処理によるＴi Ｏ
2 表面上有機単層の形成 コーティングは１. ４に記載の操作に従って行う。
【００５２】１. ７. Ｃl3Ｓi-( ＣＨ2)8-Ｂr 溶液での
表面処理によるＴi Ｏ2 上有機単層の形成 コーティングは１. ４に記載の操作に従って行う。
表面処理によるＴi Ｏ2 上有機単層の形成 コーティングは１. ４に記載の操作に従って行う。
【００５３】２．１に記載の操作で製造されたＴi Ｏ2
上有機単層における官能基の修飾 ２. １. オレフィンのエポキシドへの変換 １. ２または１. ５に従って処理したＴi Ｏ2 表面を、
ジエチルエーテル（無水）中3-クロロ過安息香酸（0.06
Ｍ）溶液と、４℃で24時間接触させる。表面をついで、
ジエチルエーテル、エタノールおよび水（４℃）で洗浄
する。
上有機単層における官能基の修飾 ２. １. オレフィンのエポキシドへの変換 １. ２または１. ５に従って処理したＴi Ｏ2 表面を、
ジエチルエーテル（無水）中3-クロロ過安息香酸（0.06
Ｍ）溶液と、４℃で24時間接触させる。表面をついで、
ジエチルエーテル、エタノールおよび水（４℃）で洗浄
する。
【００５４】２. ２. エポキシドのジオールへの変換 ２. １で調製されたエポキシド官能基を有する表面を、
p Ｈ＝2.5 の水溶液により、80℃で１時間処理し、つい
で水で洗浄する。
p Ｈ＝2.5 の水溶液により、80℃で１時間処理し、つい
で水で洗浄する。
【００５５】２. ３. オレフィンのカルボン酸への変換 １. ２または１. ５に従って処理したＴi Ｏ2 表面を、
過マンガン酸カリ（0.1 Ｍ）およびＮa ＩＯ4 （0.1
Ｍ）の水溶液と20分間接触させる。ついで、表面をＮa
ＨＳＯ3 の 0.1Ｍ水溶液、エタノールおよび水で洗浄す
る。
過マンガン酸カリ（0.1 Ｍ）およびＮa ＩＯ4 （0.1
Ｍ）の水溶液と20分間接触させる。ついで、表面をＮa
ＨＳＯ3 の 0.1Ｍ水溶液、エタノールおよび水で洗浄す
る。
【００５６】２. ４. ハライドのアジドへの変換 １. ７に従って処理したＴi Ｏ2 表面を、ＤＭＦ（無
水）中Ｎa Ｎ3 （６mg/ml ）と15時間接触させ、ついで
ＤＭＦおよび水で洗浄する。
水）中Ｎa Ｎ3 （６mg/ml ）と15時間接触させ、ついで
ＤＭＦおよび水で洗浄する。
【００５７】２. ５. アジドのアミンへの変換 ２. ４に従って調製されＮ3 基をもつＴi Ｏ2 表面を、
無水メタノール中ＳnＣl2の溶液と４時間接触させる。
表面をついで、メタノールおよび水で洗浄する。
無水メタノール中ＳnＣl2の溶液と４時間接触させる。
表面をついで、メタノールおよび水で洗浄する。
【００５８】２. ６. カルボン酸のクロロギ酸エチルお
よびＮ- ヒドロキシコハク酸イミドによる活性化 ２. ３に従って調製されＣＯＯＨ基をもつ表面を、ＣＨ
2 Ｃl2／ピリジン（100/2.5 ）中クロロギ酸エチルの2.
5 ％（v/v ）溶液と１時間接触させる。表面をついで、
ピリジン中Ｎ- ヒドロキシコハク酸イミドの溶液（0.5
Ｍ）と接触させる。このようにして、アミノ基を有する
分子を直接付加できるＮ- ヒドロキシコハク酸イミド活
性化カルボン酸官能基が得られる。
よびＮ- ヒドロキシコハク酸イミドによる活性化 ２. ３に従って調製されＣＯＯＨ基をもつ表面を、ＣＨ
2 Ｃl2／ピリジン（100/2.5 ）中クロロギ酸エチルの2.
5 ％（v/v ）溶液と１時間接触させる。表面をついで、
ピリジン中Ｎ- ヒドロキシコハク酸イミドの溶液（0.5
Ｍ）と接触させる。このようにして、アミノ基を有する
分子を直接付加できるＮ- ヒドロキシコハク酸イミド活
性化カルボン酸官能基が得られる。
【００５９】３．２に記載の操作で調製された有機単層
の低分子親水性化合物による修飾 ３. １. 有機単層を与えるＴi Ｏ2 表面へのフラジオマ
イシンの付加 ２. ６に従って調製された活性化カルボン酸官能基を有
する表面を、フラジオマイシンの溶液（ＰＢＳ中20m
Ｍ；p Ｈ＝7.2 ）と１時間接触させる。ついで、水で洗
浄する。
の低分子親水性化合物による修飾 ３. １. 有機単層を与えるＴi Ｏ2 表面へのフラジオマ
イシンの付加 ２. ６に従って調製された活性化カルボン酸官能基を有
する表面を、フラジオマイシンの溶液（ＰＢＳ中20m
Ｍ；p Ｈ＝7.2 ）と１時間接触させる。ついで、水で洗
浄する。
【００６０】 ３. ２. 固定化フラジオマイシンのin situ 修飾 a)カルボン酸官能基の導入：２. １に従って表面上に固
定されたフラジオマイシンのアミノ基を、ピリジン中無
水コハク酸の溶液（１％w/w ）と接触させて定量的に反
応させる。このようにして、高密度の利用可能な酸官能
基を有する親水性担体層が製造される。
定されたフラジオマイシンのアミノ基を、ピリジン中無
水コハク酸の溶液（１％w/w ）と接触させて定量的に反
応させる。このようにして、高密度の利用可能な酸官能
基を有する親水性担体層が製造される。
【００６１】b)活性化ジスルフィド結合の導入：Ｎ- ス
クシンイミジル 3-(2-ピリジニル)ジチオプロピオネー
トのエタノール溶液（２m Ｍ）と接触させることによ
り、３. １に従って表面上に固定化されたフラジオマイ
シンのアミノ基に3-(2- ピリジニル) ジチオプロピオネ
ートをカップリングさせることができる。ジチオピリジ
ル基は、遊離チオ官能基を介して担体層上に分子（たと
えばＩg Ｇ分子のＦab'フラグメント）を固定化する計
画に使用できる。この操作で処理されなかったアミノ基
は、表面上にカルボン酸官能基を固定化するためにa)に
述べた操作に従って使用できる。
クシンイミジル 3-(2-ピリジニル)ジチオプロピオネー
トのエタノール溶液（２m Ｍ）と接触させることによ
り、３. １に従って表面上に固定化されたフラジオマイ
シンのアミノ基に3-(2- ピリジニル) ジチオプロピオネ
ートをカップリングさせることができる。ジチオピリジ
ル基は、遊離チオ官能基を介して担体層上に分子（たと
えばＩg Ｇ分子のＦab'フラグメント）を固定化する計
画に使用できる。この操作で処理されなかったアミノ基
は、表面上にカルボン酸官能基を固定化するためにa)に
述べた操作に従って使用できる。
【００６２】c)光活性化可能なフェニルアジド基の導
入：Ｎ- スクシンイミジル 6-(4'- アジド-2'-ニトロフ
ェニルアミノ) ヘキサノエートの水性（10％ＤＭＳＯ）
２m Ｍ溶液と接触させることにより、３. １に従って表
面上に固定化されたフラジオマイシンのアミノ基に6-
(4'-アジド-2'-ニトロフェニルアミノ) ヘキサノエート
を固定化することができる。他の反応性アミノ基は同時
に担体層をカルボン酸基で修飾するためにa)に記載の操
作によって使用することができる。
入：Ｎ- スクシンイミジル 6-(4'- アジド-2'-ニトロフ
ェニルアミノ) ヘキサノエートの水性（10％ＤＭＳＯ）
２m Ｍ溶液と接触させることにより、３. １に従って表
面上に固定化されたフラジオマイシンのアミノ基に6-
(4'-アジド-2'-ニトロフェニルアミノ) ヘキサノエート
を固定化することができる。他の反応性アミノ基は同時
に担体層をカルボン酸基で修飾するためにa)に記載の操
作によって使用することができる。
【００６３】４．三次元認識要素の製造のための、有機
単層上多孔性担体層の構築 ４. １. デキストラン500000のメチルカルボキシル化：
75mlの乾燥ＤＭＳＯを7.5gのＮa Ｈに加える。こうして
得られたＤＭＳＯアニオンの濃度を滴定によって測定す
る。0.2 当量（グルコースサブユニットに基づいて）の
デキストラン500000を150ml の乾燥ＤＭＳＯに溶解し、
ＤＭＳＯアニオンとこの溶液を混合する。混合物を室温
で４時間撹拌し、２倍過剰（グルコースサブユニットに
基づいて）のブロモ酢酸に加える。この溶液を12時間撹
拌する。ついで、デキストランをアセトンで沈殿させ、
濾過し、20mlの水に溶解し、水に対して24時間透析す
る。凍結乾燥後、メチルカルボキシル化されたグルコー
スサブユニットの量を滴定によって測定する（約１カル
ボキシル基／５グルコースサブユニット）。
単層上多孔性担体層の構築 ４. １. デキストラン500000のメチルカルボキシル化：
75mlの乾燥ＤＭＳＯを7.5gのＮa Ｈに加える。こうして
得られたＤＭＳＯアニオンの濃度を滴定によって測定す
る。0.2 当量（グルコースサブユニットに基づいて）の
デキストラン500000を150ml の乾燥ＤＭＳＯに溶解し、
ＤＭＳＯアニオンとこの溶液を混合する。混合物を室温
で４時間撹拌し、２倍過剰（グルコースサブユニットに
基づいて）のブロモ酢酸に加える。この溶液を12時間撹
拌する。ついで、デキストランをアセトンで沈殿させ、
濾過し、20mlの水に溶解し、水に対して24時間透析す
る。凍結乾燥後、メチルカルボキシル化されたグルコー
スサブユニットの量を滴定によって測定する（約１カル
ボキシル基／５グルコースサブユニット）。
【００６４】４. ２. メチルカルボキシル化デキストラ
ン500000の有機単層上への固定化：メチルカルボキシル
化デキストランの固定化は、１. ７に従ってＴi Ｏ2 表
面上に構築され、２. ４および２. ５によって修飾され
た有機単層から出発する。これらの有機単層のアミノ基
をエピクロロヒドリン溶液［10mlのＮa ＯＨ（0.4Ｍ）
／10mlのダイグライム中エピクロロヒドリン１ml］と反
応させる。エタノールと水で洗浄後、メチルカルボキシ
ル化デキストランの溶液［Ｎa ＯＨ水溶液（0.01ＭＮa
ＯＨ）中デキストラン0.3g］で24時間処理する。表面を
ついで50℃において水でよく洗浄する。
ン500000の有機単層上への固定化：メチルカルボキシル
化デキストランの固定化は、１. ７に従ってＴi Ｏ2 表
面上に構築され、２. ４および２. ５によって修飾され
た有機単層から出発する。これらの有機単層のアミノ基
をエピクロロヒドリン溶液［10mlのＮa ＯＨ（0.4Ｍ）
／10mlのダイグライム中エピクロロヒドリン１ml］と反
応させる。エタノールと水で洗浄後、メチルカルボキシ
ル化デキストランの溶液［Ｎa ＯＨ水溶液（0.01ＭＮa
ＯＨ）中デキストラン0.3g］で24時間処理する。表面を
ついで50℃において水でよく洗浄する。
【００６５】５．１〜４に述べた担体層ベース上へのタ
イプＡ１，Ａ２，Ｂ１およびＢ２の認識要素の調製 ５. １. 受容体分子として固定化ＩＦＮα（インターフ
ェロンα）を有するタイプＡ１の認識要素の調製 ＩＦＮαの固定化のため無水コハク酸で修飾された担体
層を調製する（１. １によるＴi Ｏ2 のコーティング、
３. １によるフラジオマイシンの付加、３. ２a による
フラジオマイシンの修飾）。この表面を、Ｎ-(3-ジメチ
ルアミノプロピル)-Ｎ'-エチルカルボジイミド（20mg/m
l ）およびＮ- ヒドロキシコハク酸イミド（３mg/ml ）
の水溶液で５分間処理する。酢酸塩緩衝液（0.01Ｍ；p
Ｈ＝5.5）で洗浄後、インターフェロンの溶液（0.9 μg
/ml）と20分間インキュベートする。この操作を使用し
て達成されるＩＦＮαの表面濃度は、酢酸塩緩衝液およ
び0.01ＭＨＣl で洗浄後、0.36ng/mm2である。
イプＡ１，Ａ２，Ｂ１およびＢ２の認識要素の調製 ５. １. 受容体分子として固定化ＩＦＮα（インターフ
ェロンα）を有するタイプＡ１の認識要素の調製 ＩＦＮαの固定化のため無水コハク酸で修飾された担体
層を調製する（１. １によるＴi Ｏ2 のコーティング、
３. １によるフラジオマイシンの付加、３. ２a による
フラジオマイシンの修飾）。この表面を、Ｎ-(3-ジメチ
ルアミノプロピル)-Ｎ'-エチルカルボジイミド（20mg/m
l ）およびＮ- ヒドロキシコハク酸イミド（３mg/ml ）
の水溶液で５分間処理する。酢酸塩緩衝液（0.01Ｍ；p
Ｈ＝5.5）で洗浄後、インターフェロンの溶液（0.9 μg
/ml）と20分間インキュベートする。この操作を使用し
て達成されるＩＦＮαの表面濃度は、酢酸塩緩衝液およ
び0.01ＭＨＣl で洗浄後、0.36ng/mm2である。
【００６６】５. ２. 受容体分子としてＧp IIb-IIIa
（糖蛋白質IIb-IIIa）を有するタイプＡ２によるＴi Ｏ
2 上認識要素の調製 Ｇp IIb-IIIaの固定化はジオール含有表面で修飾された
Ｔi Ｏ2 層（１. ５，２. １および２. ２に従って調
製）から出発する。すなわち、表面を1 Ｈ,1Ｈ,2Ｈ,2Ｈ
- パーフルオロオクチルジメチルシランの四塩化炭素中
0.5 ％溶液で処理する。このようにして得られた強い疎
水性表面をＧp IIb-IIIaの水溶液（0.5 μg/ml）（0.1
ＭＴris ；p Ｈ＝7.2 ）と20分間接触させる。この操作
を用いることにより達成されるＧp IIb-IIIaの表面濃度
は、緩衝溶液で洗浄後、1.5ng/mm2である。
（糖蛋白質IIb-IIIa）を有するタイプＡ２によるＴi Ｏ
2 上認識要素の調製 Ｇp IIb-IIIaの固定化はジオール含有表面で修飾された
Ｔi Ｏ2 層（１. ５，２. １および２. ２に従って調
製）から出発する。すなわち、表面を1 Ｈ,1Ｈ,2Ｈ,2Ｈ
- パーフルオロオクチルジメチルシランの四塩化炭素中
0.5 ％溶液で処理する。このようにして得られた強い疎
水性表面をＧp IIb-IIIaの水溶液（0.5 μg/ml）（0.1
ＭＴris ；p Ｈ＝7.2 ）と20分間接触させる。この操作
を用いることにより達成されるＧp IIb-IIIaの表面濃度
は、緩衝溶液で洗浄後、1.5ng/mm2である。
【００６７】５. ３. 受容体分子としてＴn Ｆα（腫瘍
壊死因子α）を有するタイプＢ１によるＴi Ｏ2 上認識
要素の調製 １. ５，４. ２に従ってメチルカルボキシル化デキスト
ランで修飾したＴi Ｏ 2 表面をＴＮＦαの固定化に使用
する。Ｎ-(3-ジメチルアミノプロピル)-Ｎ'-エチルカル
ボジイミド（20mg/ml ）およびＮ- ヒドロキシコハク酸
イミド（３mg/ml ）の水溶液で５分間処理する。酢酸塩
緩衝液（0.01Ｍ；p Ｈ＝5.5 ）で洗浄後、酢酸塩緩衝液
中１μg/mlのＴＮＦα溶液と10分間インキュベートす
る。この操作により、酢酸塩緩衝液、ＰＢＳ緩衝液（0.
1 Ｎ；p Ｈ＝7.2 ）およびエタノールアミン（１Ｍ；p
Ｈ＝8.5 ）で洗浄後、約２ng/mm2のＴＮＦαが共有結合
によって固定化される。
壊死因子α）を有するタイプＢ１によるＴi Ｏ2 上認識
要素の調製 １. ５，４. ２に従ってメチルカルボキシル化デキスト
ランで修飾したＴi Ｏ 2 表面をＴＮＦαの固定化に使用
する。Ｎ-(3-ジメチルアミノプロピル)-Ｎ'-エチルカル
ボジイミド（20mg/ml ）およびＮ- ヒドロキシコハク酸
イミド（３mg/ml ）の水溶液で５分間処理する。酢酸塩
緩衝液（0.01Ｍ；p Ｈ＝5.5 ）で洗浄後、酢酸塩緩衝液
中１μg/mlのＴＮＦα溶液と10分間インキュベートす
る。この操作により、酢酸塩緩衝液、ＰＢＳ緩衝液（0.
1 Ｎ；p Ｈ＝7.2 ）およびエタノールアミン（１Ｍ；p
Ｈ＝8.5 ）で洗浄後、約２ng/mm2のＴＮＦαが共有結合
によって固定化される。
【００６８】５. ４. 受容体分子として抗体を有するタ
イプＢ２によるＴi Ｏ2 上認識要素の調製 抗体の有向性固定化には、１. ５，４. ２に従って調製
されたデキストラン担体層上に行われる。有向性固定化
のためには、既知の操作に従って酸化してカルボキシレ
ート残基上に遊離アルデヒド官能基を生成させる。Ｔi
Ｏ2 導波管上のデキストラン層を、Ｎ-(3-ジメチルアミ
ノプロピル)-Ｎ'-エチルカルボジイミド（20mg/ml ）お
よびＮ- ヒドロキシコハク酸イミド（３mg/ml ）の水溶
液で５分間処理する。水で洗浄後、表面上の活性化カル
ボン酸官能基をヒドラジン一塩酸塩の水溶液）（１m
Ｍ）と接触させてヒドラジドに変換する。この表面を、
酸化処理抗体の溶液［酢酸塩緩衝液（0.01Ｍ；p Ｈ＝5.
5 ）中１μg/ml］と20分間接触させる。表面をＰＢＳ緩
衝液（0.1 Ｍ；p Ｈ＝7.2 ）およびエタノールアミン水
溶液（１Ｍ；p Ｈ＝8.5 ）で洗浄する。この操作はデキ
ストラン担体層上に、約５ng/mm2の抗体の有向性固定化
を生ずる。
イプＢ２によるＴi Ｏ2 上認識要素の調製 抗体の有向性固定化には、１. ５，４. ２に従って調製
されたデキストラン担体層上に行われる。有向性固定化
のためには、既知の操作に従って酸化してカルボキシレ
ート残基上に遊離アルデヒド官能基を生成させる。Ｔi
Ｏ2 導波管上のデキストラン層を、Ｎ-(3-ジメチルアミ
ノプロピル)-Ｎ'-エチルカルボジイミド（20mg/ml ）お
よびＮ- ヒドロキシコハク酸イミド（３mg/ml ）の水溶
液で５分間処理する。水で洗浄後、表面上の活性化カル
ボン酸官能基をヒドラジン一塩酸塩の水溶液）（１m
Ｍ）と接触させてヒドラジドに変換する。この表面を、
酸化処理抗体の溶液［酢酸塩緩衝液（0.01Ｍ；p Ｈ＝5.
5 ）中１μg/ml］と20分間接触させる。表面をＰＢＳ緩
衝液（0.1 Ｍ；p Ｈ＝7.2 ）およびエタノールアミン水
溶液（１Ｍ；p Ｈ＝8.5 ）で洗浄する。この操作はデキ
ストラン担体層上に、約５ng/mm2の抗体の有向性固定化
を生ずる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴァルター フーバー スイス国カイゼラウグスト，ジーゲルホフ ベグ 62 (72)発明者 ヨゼフ フュブスフェル スイス国ヌニンゲン，サースペルシュトラ ーセ １ (72)発明者 ダニエル スクラッター スイス国オベルヴィル，ブルデルホルツシ ュトラーセ 67
Claims (11)
- 【請求項１】 誘電体導波管、および受容体分子が結合
する有機担体層を包み、有機担体層は単分子層を形成し
て一般式Ｉ 【化１】 の分子から構成され、担体層の分子はＳi 原子を介して
Ｔi Ｏ2 導波管に直接結合するか、または、所望によ
り、中間層を介してＴi Ｏ2 導波管に間接的に結合する
光学的バイオセンサー。 - 【請求項２】 基Ｙがスペーサー基であり、基Ｚはヒド
ロキシル、カルボキシル、アミンもしくはメチル、アル
キルまたはフルオロアルキル基である請求項１に記載の
光学的バイオセンサー。 - 【請求項３】 基Ｚが、親水性の短鎖分子、たとえばオ
リゴビニルアルコール、オリゴアクリル酸、オリゴアク
リル酸誘導体、オリゴエチレングリコール、または１〜
７個の糖単位を有するモノもしくはオリゴサッカライ
ド、または１〜５個の糖単位を有するカルボキシグリコ
シドもしくはアミノグリコシド、の誘導体である請求項
１および２のいずれかに記載の光学的バイオセンサー。 - 【請求項４】 アミノグリコシドがフラジオマイシン、
カナマイシン、ストレプトマイシン、キシロスタシン、
ブチロシンまたはキトサンのような化合物の誘導体であ
る請求項１〜３のいずれかに記載の光学的バイオセンサ
ー。 - 【請求項５】 基Ｚがヒドロゲル形成基である請求項１
〜４のいずれかに記載の光学的バイオセンサー。 - 【請求項６】 ヒドロゲル形成基が、デキストラン、ア
ガロース、アルギン酸、デンプン、セルロースおよびこ
の種のポリサッカライドの誘導体のようなポリサッカラ
イドの誘導体、またはポリビニルアルコール、ポリアク
リル酸、ポリエチレングリコールおよびそれらの誘導体
のような親水性ポリマーである請求項１〜５のいずれか
に記載の光学的バイオセンサー。 - 【請求項７】 中間層はＳi Ｏ2 またはＡl2Ｏ3 の薄層
（d ＜20nm）である請求項１〜６のいずれかに記載の光
学的バイオセンサー。 - 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載の光学的
バイオセンサーの製造方法において、一般式II 【化２】 （Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3)Ｓｉ−Ｙ−Ｘ II （式中、Ｘは水素、フッ素または化学的に反応性の基で
あり、Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3はアルキル、アルコキシまたは
ハロゲンであり、Ｙはスペーサー基である）の化合物を
規則的な単分子層の製造に用い、これらの化合物を気相
もしくは液相のいずれかからＴi Ｏ2 導波管に適用し、
ついで所望により、基Ｘを、基Ｚが生じて受容体分子が
基Ｚにカップリングできるように、酸化、還元、置換ま
たは付加によって修飾する方法。 - 【請求項９】 基Ｚが有向的または非有向的様式で受容
体分子の濃縮を可能にする基、分子または分子会合を有
するように、基Ｚを付加、置換、酸化または還元によっ
て修飾する請求項８に記載の光学的バイオセンサーの製
造方法。 - 【請求項１０】 基Ｚが、その結果、光反応性基を有す
るように、基Ｚを付加、置換、酸化または還元によって
修飾する請求項８または９に記載の光学的バイオセンサ
ーの製造方法。 - 【請求項１１】 溶液中の被検分子の濃度の定量、また
は熱力学的および運動論的データに基づく被検物質と受
容体分子の間の相互作用の定量化のための請求項１〜10
のいずれかに記載の光学的バイオセンサーの使用。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH344492 | 1992-11-06 | ||
| CH03444/92-6 | 1992-11-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06265553A true JPH06265553A (ja) | 1994-09-22 |
Family
ID=4256085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5277086A Pending JPH06265553A (ja) | 1992-11-06 | 1993-11-05 | 光学的バイオセンサー |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0596421A1 (ja) |
| JP (1) | JPH06265553A (ja) |
| CA (1) | CA2108705A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005120293A (ja) * | 2003-10-20 | 2005-05-12 | Dow Corning Toray Silicone Co Ltd | ポリエーテル変性ポリシロキサン組成物およびその製造方法、並びにポリエーテル変性ポリシロキサン組成物中のカルボニル総量の測定方法 |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE9602545L (sv) | 1996-06-25 | 1997-12-26 | Michael Mecklenburg | Metod för att diskriminera komplexa biologiska prover |
| US6180288B1 (en) * | 1997-03-21 | 2001-01-30 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Gel sensors and method of use thereof |
| AU2583899A (en) | 1998-02-04 | 1999-08-23 | Invitrogen Corporation | Microarrays and uses therefor |
| GB9808264D0 (en) * | 1998-04-17 | 1998-06-17 | Imperial College | Biochemical devices and their methods of manufacture |
| DE19825899A1 (de) * | 1998-06-10 | 1999-12-16 | Memorec Medical Molecular Rese | Vorrichtung zur parallelen Identifizierung und Quantifizierung von Polynukleinsäuren |
| US6897073B2 (en) | 1998-07-14 | 2005-05-24 | Zyomyx, Inc. | Non-specific binding resistant protein arrays and methods for making the same |
| US6682942B1 (en) | 1998-07-14 | 2004-01-27 | Zyomyx, Inc. | Microdevices for screening biomolecules |
| AU2003262452B2 (en) * | 1998-07-14 | 2007-02-08 | Zyomyx, Inc. | Arrays of proteins and methods of use thereof I |
| US6406921B1 (en) | 1998-07-14 | 2002-06-18 | Zyomyx, Incorporated | Protein arrays for high-throughput screening |
| US6576478B1 (en) | 1998-07-14 | 2003-06-10 | Zyomyx, Inc. | Microdevices for high-throughput screening of biomolecules |
| US6320991B1 (en) | 1998-10-16 | 2001-11-20 | Imation Corp. | Optical sensor having dielectric film stack |
| US6221579B1 (en) | 1998-12-11 | 2001-04-24 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Patterned binding of functionalized microspheres for optical diffraction-based biosensors |
| US6579673B2 (en) | 1998-12-17 | 2003-06-17 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Patterned deposition of antibody binding protein for optical diffraction-based biosensors |
| US6399295B1 (en) | 1999-12-17 | 2002-06-04 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Use of wicking agent to eliminate wash steps for optical diffraction-based biosensors |
| AU2002247633A1 (en) * | 2001-01-16 | 2002-07-24 | Universite Catholique De Louvain | Surface chemical modification of optical elements |
| DE10108483A1 (de) | 2001-02-22 | 2002-09-05 | Bayer Ag | Phosphorhaltige Polymere für optischen Signalwandler |
| DE10152002A1 (de) * | 2001-10-22 | 2003-05-08 | Infineon Technologies Ag | Halbleitervorrichtung mit mehrschichtigem Aufbau sowie Verfahren zu dessen Herstellung |
| US7771922B2 (en) | 2002-05-03 | 2010-08-10 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Biomolecule diagnostic device |
| US7214530B2 (en) | 2002-05-03 | 2007-05-08 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Biomolecule diagnostic devices and method for producing biomolecule diagnostic devices |
| DE102008019928A1 (de) | 2008-04-21 | 2009-12-31 | Siemens Healthcare Diagnostics Gmbh | Polyelektrolyt-Monoschichten mit kovalenten Bindungsstellen für optische Signalwandler |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3215484A1 (de) * | 1982-04-26 | 1983-11-03 | Sagax Instrument AB, 18302 Täby | Aus mehreren schichten bestehender schichtkoerper und verfahren zum nachweis und/oder messen der konzentration einer chemischen substanz, insbesondere biologischer herkunft |
| JPH0664063B2 (ja) * | 1984-09-21 | 1994-08-22 | コーニング グラス ワークス | 分光分析測定に用いる導波管およびこれを用いた測定方法 |
| IT1229691B (it) * | 1989-04-21 | 1991-09-06 | Eniricerche Spa | Sensore con antigene legato chimicamente a un dispositivo semiconduttore. |
| DE69027077T2 (de) * | 1989-09-08 | 1996-10-02 | Hewlett Packard Co | Herstellung einer Festphase, geeignet für spezifische Bindung chemischer Substanzen |
| EP0543831B1 (en) * | 1990-08-17 | 1995-12-13 | FISONS plc | Analytical device |
| JPH06507709A (ja) * | 1991-06-04 | 1994-09-01 | ファイスンズ ピーエルシー | 分析装置 |
-
1993
- 1993-10-19 CA CA002108705A patent/CA2108705A1/en not_active Abandoned
- 1993-10-29 EP EP93117547A patent/EP0596421A1/de not_active Withdrawn
- 1993-11-05 JP JP5277086A patent/JPH06265553A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005120293A (ja) * | 2003-10-20 | 2005-05-12 | Dow Corning Toray Silicone Co Ltd | ポリエーテル変性ポリシロキサン組成物およびその製造方法、並びにポリエーテル変性ポリシロキサン組成物中のカルボニル総量の測定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0596421A1 (de) | 1994-05-11 |
| CA2108705A1 (en) | 1994-05-07 |
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