JPS62231155A - 免疫センサ−用作用膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は免疫センサー用作用喚、即ち、測定すべき抗原
または抗体を表面で識別し同時に起る免疫反応を直接電
流値または電圧値として測定するためのレセプターに関
する。

臨床医学の分野において、免疫反応、即ち抗原−抗体反
応を利用して病気の予防や診断・治療を行うことは最近
極めて一般化され、臨床検査法としても沈降・凝集反応
法、螢光抗体法、ラジオイムノアッセイ法、エンザイム
イムノアツセイ法等種々の方法がすでに確立されている
。しかしながら、これらの方法は高価な機器を必要とし
たり、取り扱いが煩雑である等の難点があり、これら既
存の方法では生体物質の検知、定量を日常的に簡易に、
例えば、各家庭で行うようなことは極めて困難である。

近年、薄膜とや固体界面どの抗原抗体反応を利用した新
しい生体物質検出法がいくつか試みられている。例えば
、（）ｉ、ａｅｖｅｒ等は、ガラス板上のインジウム微
細粒子よりなる薄膜上で抗原抗体反応が起こると光透過
度が著しく変化することを見い出した（Ｊ、　１皿ｕｎ
ｏｌｏｇｙ。

１１０　（１９７３）、１４２４　　）。ｆ）ｅ土　Ｃ
ａ５ｔｉ工１０　らは脂質二分子膜上で抗原抗体反応が
起こると膜の電気抵抗が減少することを報告している（
Ｓｃｉｅｎｃｅ、　１５３（１９６６）、　１８３）。

鉛末、相沢らは、抗原ないし抗体を酢酸セルロース膜に
固定し、膜電位変化を測定することにより生体物質の検
出を行っている（　Ｊ　、　ＭｅｍｂｒａｎＣｅＳｃｉ
、　、　２（１９７７）、　１２５等）。また、高分子
薄膜をコートした白金電極表面に、免疫類似物質として
コンカナバリンＡを固定して、電極電位変化の測定によ
り、コンカナバリンＡと特異的結合をする多糖類が検出
できることがＪａｎａｔａによって示された（　Ｊ、　
ａｍ、　ｃｈｅｍ　。

Ｓｏｃ、　、　９７（１９３５）、　２９１４）。山水
、杆材らは、抗原または抗体を化学修飾した電極を用い
て、免疫反応による電極電位変化を測定することにより
生体物質の検出が可能なことを示している（日本化学会
誌、　（１９８０）、　１５６２　）。このようにして
、抗体の抗原識別機能と抗原結合機能を巧みに利用する
ことによりて提案されたのが免疫センサーである。

免疫センサーは、上述の如く、免疫測定法の原理を基本
として構成され、一般に、標識剤を用いる標識免疫方式
と標識剤を用いない非標識免疫方式に分類される。標識
方式の免疫センサーとしては、（１）酵素、（２）金属
錯体、（３）赤血球、および（４）リポソームなどを標
識剤とし、それぞれの最終変化を電気化学トランスデユ
ーサ−で電電信号に変換するという巧妙な測定デバイス
が考案されている。これらの免疫センサーにおいては、
化学増幅機能が利用されているため、著しく高い感度が
達成されている。

一方、非標識免疫方式は、レセプター表面で抗原抗体複
合体を形成させ、その際誘起される物理的変化を直接電
気信号に変換するものであり、これまでに、（１）膜表
面に抗体（または抗原）を結合してレセプターとし、抗
原抗体反応前後の膜電位？測定する膜電位方式と、（２
）、金属電極表面に直接または膜を介して抗体（または
抗原）を結合しレセプターとし、抗原抗体反応にともな
う電極電位の変動を測定する電極電位方式の２種類が提
案されている。膜、あるいは電画表面に固定化された抗
体は、対応する抗原を識別して安定な複合体を形成する
。膜あるいは電極表面に形成された抗原抗体複合体は、
膜電位、あるいは電極電位の変動を誘起する。

このような原理に基づいた電位法免疫センサーは、抗原
あるいは抗体を直接的かつ簡便に測定できる方法であり
、免疫測定において、新しい方法として注目さｎ１近年
、急速に研究が進められている。しかしながら、非標識
方式の免疫センサーは、電極電位型、膜電位型ともに応
答時間が遅く（３０分以上）、電気的応答感度が低いの
が現状で、標識方式の免疫センサーに比べ、未だ開発の
遅れた領域となっており、実用化するためには、これら
の点の改良が先ず第一である。

このような免疫センサーにおいては、電極電位方式にお
いて抗原または抗体を直接電極に結合させてレセプター
とすることもあるが、一般には、膜電位方式るるいは電
極電位方式であれ、高分子膜、例えば、セルロースアセ
テート、セファデックス、ポリスチレン、ポリアクリル
アミド等の薄膜を用い、この表面に抗原または抗体を物
理的にあるいは化学的に固定化してレセプター即ち作用
膜としている。作用ｊ摸の電気的応答性は主として抗原
または抗体の固定化量に依存し、また膜自体の通電性に
も左右されるものと思われる。上記の高分子膜は一般に
絶縁性である。

本発明者等は、先に、ポリピロールまたはポリチオフェ
ンからなる導電性高分子を用いた免疫センサー用作用膜
を開発し良好な結果を得ている（特願昭６０−３６８３
９号）。本発明は、これをさらに発展させたものであり
、高分子作用膜自体に抗原または抗体に対して反応性を
有する官能基をもたせ、抗原または抗体を化学的に容易
にかつ高密度に結合固定化させることを特徴とし、改良
された免疫応答性の作用膜を提供するものである。

本発明において免疫センサー用作用膜を作製するのに用
いる電導性高分子は、電解重合性モノマーの電解重合に
よって得ることができる。そのような電解重合性モノマ
ーは公知テあす、例エバ、ヒロール、チオフェン、フラ
ン、フェノール、アニリン等が使用でキル。

これら化ツマ−の使用は電解重合により直接電極に均一
な膜を形成でき、そのま−免疫センサーの作用電極とし
て使用できること、あるいは重合時の通電量または電流
密度を調整することにより所望する任意の膜厚とするこ
とができること等免疫センサー材料として極めて大きな
利点がある。

これらの高分子膜材料に抗原または抗体に対する官能基
の導入は、重合田モノマーとして、そのような官能基°
を有する化ツマ−を使用することによって有利に行うこ
とができる。

官能基としては、アルチル化によって、たん白質のアミ
ノ基、フェノール性水酸基などによって抗原または抗体
を結合し得るハロゲン、抗原または抗体のＮＨ２基と反
応し得るＣＨＯ基およびＣ０ＯＨ基またはエポキシ基、
あるいは抗原または抗体のＣ０ＯＨ基と反応し得るＮＨ
２基等があるが、これらの官能基は化ツマー自体の電解
重合を妨げないように重合位以外の位置に存在すべきで
ある。かかる官能基を有する具体的な例としては、３−
ブロモピロール、３−クロロピロール、３−ブロモチオ
フェン、３１４−ジブロモチオフェン、３゜４−ジクロ
ロチオフェン、３−ブロモフラン、３−クロロフラン、
ｏ−ブロモフェノール、○−クロロフェノール、ｍ−ブ
ロモアニリン等のハロゲン化モノマー、ピロー／Ｌ／−
３−カルボン酸、ピーロルーＮ−カルボン酸、チオフェ
ン−３−カルボン酸、ｍ−オキシ安息香酸、フラン−３
−カルボン酸、チオフェン−３アルデヒド等のＣ０ＯＨ
基またはＣＨＯ基置換モノマー類、Ｐ−（２−アミノエ
チ／Ｌ／）フェノ−）ｖ　（チラミン）、Ｎ−（３−ア
ミノプロピ）ｖ　）ピロール等のＮＨ２基を有する化ツ
マー類がある。これらの化ツマ−は文献記載の方法によ
って製造できるし、また市販のものとして入手できる。

これら官能基を有する化ツマ−（以下、化ツマ−という
）の電解重合は、通常の方法、例えばａ）定電流電解酸
化重合法、ｂ）定電位電解酸化重合法で行い得る。即ち
、上記化ツマ−を含む電解重合用溶液を調製し、これに
電解重合用の作用電極と対電極を浸漬し適当な電解重合
条件下に定電流または定電正位にて通電することによっ
て重合膜を得る。

即ち、先ず、化ツマ−を電解重合用溶媒に溶解すること
によって電解重合用溶液を調製する。本発明で使用する
電解重合用溶媒は化ツマ−は溶解するが得られるポリマ
ーは溶解しない一般に電気化学的に用いられる極性溶媒
であり、具体的にはアセトニトリル、ベンゾニトリｌし
等のニトリル類、ジメチルホルムアミド等のアミド類、
ピリジン等のアミン類、テトラヒドロフラン、１．４−
ジオキサン等のエーテル類、酢酸の如き酸類、メタノー
ル、エタノ−７しの如きアルコール類があり、そのホカ
プロピレンカーポネート、ニトロメタン、塩化メチレン
、アセトン、Ｍ　Ｆ２に、　水等モ使用できる。重合時
の溶液中のモノマー濃度は、一般に２０〜２００ミ！Ｊ
モＩＶ／ｆもあれば十分てあり、水の如きモノマーの溶
解度がｌモ）ｖ／１以下と比較的小さいものでも十分使
用できる。

また、必要に応じて、水溶液条件を変えることによって
（例えばアミノ基を有する化ツマ−は酸性水溶液中に容
易に溶解し、カルボキシル基を有する化ツマ−はアルカ
リ性水溶液中に溶解する）必要な化ツマー溶液を得るこ
ともできる。かくして調製した電解重合溶液は使用する
溶媒の種類によっては、テトラアルキルジアンモニウム
四フッ化はう素、テトラアルキルアンモニウム過塩素酸
塩、テトラアルキル六フッ化リン、テトラアルキル硫酸
水素塩（いずれもアルキル基は、Ｃ１〜Ｃ１Ｏのアルキ
ル基が望ましい）、その池の如き電解質を添加すること
が重要であり、添加すべき電解質の種類、量は使用する
溶媒の種類に依存する。例えば、アセトニトリルの如き
ニトリル類を溶媒として使用するときには、テトラアル
キルアンモニウム四フッ化はう素、テトラアルキルアン
モニウム過塩素酸塩％　、、７）　添加が好ましく、そ
の添加量は５０〜１００ミリモル／Ｊ−程度もあれば十
分である。また、１，４−ジオキサン、プロピレンカー
ボネート、アセトン、ニトロメタンなどを溶媒として使
用すルトキは、テトラブチルアンモニウム四フッ化ホウ
素、テトラエチルアンモニウム過塩素酸塩を選択でき、
上記と同程度の添加量で使用できる。

また、水のような比較的電導性を有する溶媒では、通常
の無機塩や酸、アルカリおよび緩衝溶液さらにはテトラ
エチルアンモニウム塩を用いる。

次いで、このようにして得た電解重合用溶液中に、電電
重合用の作用電極と対電極とを必要ならば飽和せコク電
極、銀／塩化銀電極Ａｇ／Ａｇ０１０４電極等の基準電
極と共にセットして適当な電流密度および電気量で通電
することによりモノマーの電解重合を開始する。

電解は電解溶液中の溶存酸素を除去した後に・行なうこ
とが好ましく、さらに、好ましいのはチッ素雰囲気下に
実施することである。かくして通電後直ちに膜が生成し
始めるが、その膜厚および膜形成速度の通電量および電
流密度に依存し、また、使用する化ツマー１溶媒その池
の条件によっても異なる。例えば、官能基を有するピロ
ール誘導体の場合、溶媒としてアセトニトリＩしを用い
た場合、２０〜５０００　μＡ／ｉの電流密度、２０〜
１００ｍＣ，乙−の通電量で、およそ５０〜１１０００
ｎ好ましくは１００〜２５Ｏｎ、ｍの膜厚を得ることが
でき、また水性溶媒中で実施する場合、同程度の膜厚を
得るのに上記アセトニトリルの場合の約１０倍の電流密
度、約５〜２０倍の通電量を必要とする。即ち、電解重
合時の電流密度および通電量は、使用する溶媒の種類、
諸プロセスパラメーターおよび求むべき膜厚によって適
宜選択さるべきものである。このような電解重合に使用
できる電極としては、バイオセンサーの作用電極本体と
しても通常使用される材料、例えば、白金、アルミニウ
ム、金等ノ金属電極材料、酸化スズ、酸化チタン等の金
属酸化物材料、シリコン、ヒラ化ガリウム等の半導体材
料、グラファイト、グラン−カーボン等の炭素電極材料
からなり通常の電甑形状を有するものである。

上記の如くして電極本体上に形成させた官能官を有する
電導性高分子膜は、そのｉ〜あるいは、はく離し、十分
に洗浄したのち、各種抗原または抗体を含む溶液、例え
ばｐＨ７，０に調整されたリン酸緩衝液中に浸漬して抗
原または抗体を膜中に結合させる。この際、測定時に非
特異物質の吸着による誤差が生じないよう、即ち、測定
時に膜上で測定すべき抗原−抗体反応以外の反応が生じ
ないように比較的高濃度の抗原または抗体を含む溶液を
用いて官能基すべてに抗体または抗原を結合させること
が重要である。また、好ましいのはそのあと膜自体ある
いは残余の官能基への非特異段１ｉＢｓＡ（牛血清アル
ブミン）、モノエタノールアミン等で処理することによ
っても防止する。さらに必要ならば、このようにして抗
原または抗体を固定化した高分子膜は、はう酸水素ナト
リウム等で還元処理し、抗原または抗体の結合を安定化
させると共に固定された抗原、抗体の自由度を向上させ
ることもできる。

また、本発明で用いる電導性高分子膜の電導度は少なく
とも１００　の　以上であることが好ましい。それ以下
では電解重合による嘆の形成および抗原または抗体の測
定に長時間を要する。また、通常の安価な電圧計（入力
抵抗〉１０ＭΩ程度）を用いた測定に際しＳ／Ｎ比が低
下する。

本発明で得られたポリマーの官能基に結合させる抗原ま
たは抗体はいかなるものでも可能であり、例えば各種免
疫グロブリン（工ｇＧ。

Ｍ、Ａ）、抗免疫グロブリン、アルブミン、ｈＣＧ等を
挙げることができる。

なお、この抗原または抗体の官能性高分子膜への固定化
は、前記電解重合用の溶媒として水系溶媒を使用した場
合には電解による膜形成と同時に行ってもよい。即ち、
水系溶媒を使用した場合には電解重合時の溶液中に抗原
または抗体を存在させることにより抗原または抗体固定
化導電性高分子膜が一工程で得られる利点がある。

このようにして得た抗原または抗体固定膜は、電極本体
に被覆させたま＼あるいは電極本体からはく離して、そ
れぞれ、電極電位方式（第１図）または膜電位方式（第
２図）の免疫センサー系において使用することができる
。電極本体からはく離して膜電位方式の電極膜として使
用する場合は膜があまシ薄いと電極からはく離すること
が難かしくなるので、電極として用いる場合の１０〜２
０倍程度厚くすることが望ましい。

第１図は、作用電極としての本発明の抗原（または抗体
）固定導電性高分子膜自体衝１０と基準電極１１とから
なる電極電位方式の免疫センサー配列の一例を示す。基
準電極１１は飽和カロメロ電極、Ａｇ／ＡｇＣ１電極等
の一般的な基準電極を用い得る。このようなセンサー系
において、作用電極１０を適当な容器１６内に入れた抗
体（または抗原）を含む溶液即ち検体１２に浸漬する。

溶液１２は基準電極例えば飽和カロメロ電極の電極液と
フィルター１３を有する連結管即ち、ブリッヂ１４によ
り連結されておシ、浸漬時に作用電極１０上で生じた抗
原−抗体反応による電位変化を電圧計（図示せず）によ
って読み取る。測定時には、溶液１２はマグネットスタ
ーラー１５のような適当な攪拌手段によって攪拌するこ
とが好ましい。

第２図は、前述の如くして調製した抗原（または抗体）
固定導電性高分子膜自体を用いた膜電位方式によるセン
サー系の一例である。

即ち、第２図は基準電極として２つの飽和カロメロ電１
ｉ２３．２４間に置かれた抗原（または抗体）固定膜２
１からなシ、膜２１は測定すべき抗体（または抗原）を
含む溶液即ち検体２２の陰性溶液のおよそ１Ａｏ濃度の
希釈液（または、それに相当する生理食塩水、ＰＢＳ液
）２９を入れたガラス管２８に固定されている。電極２
３がブリッヂ２５により液２９と、電極２４がフィルタ
ー２７を有するブリッヂ２６により溶液２２と、それぞ
れ連結できるようにしておく。このような系において、
容器３０に溶液２２を入れ、好ましくはマグネチツクス
ターラ−３１により攪拌しながら膜２１の膜電位の変化
を測定することにより測定すべき抗体（または抗朋）を
選択的に識別できるようになる。また、上記の基本要素
を満たすものであれば測定系を全体的に小型化すること
も可能で、例えば、測定液が０．１ｒｒＬＪ−程度の容
量のものも使用できる。

なお、本発明の作用嘆はラジオアイソトープ、酵素、螢
光物質等の標識剤を用いる標識免疫方式のセンサーにも
用いることができる。

標識免疫センサーは超微量測定において有用であるユ 以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。

実施例１ 先ず、各モノマーの電解重合を第１表に示す条件下で作
用重版として１ｍｍφ、長さ５ｍｍのｐｔ線および対電
圏として適当なｐｔプレートを用いて行い、得られた各
ポリマー被ａｐｔ電極を、重合に用いた溶媒および水で
十分：τ洗浄後、１５０−ｔｇ／４の工ｇＧ溶液に１日
間浸漬し、さらにりん酸緩新液中０．０５　Ｍエタノー
ルアミン溶１’！（ｐＨ６，８２）に１晩浸漬して工ｇ
Ｇ固定各ポリマー被覆ｐｔ電極を得た。各電極を：−工
ｇＧ２．２９μｇ／−Ｌ　Ｊ−溶液に浸漬し浸漬時間の
関数としての電極電位の変化（私％いを第３図にプロッ
トした。第３図から明らかな如く本発明の官能基を有す
る導電状ポリマーを用いた各電層は優れた応答性を示し
ている。

実施例２ チラミン（パラ−（２−アミノエチ）Ｖ　）　−解重合
法により次の条件により行った。

作用電極　　　１　ｍｍφ、長さ５ｍｍ対電極　　　　
ｐｔプレート 溶媒　　　　　メタノール 七ツマー濃度　　０．１　Ｍ 電解質　　　　Ｑ、３ＭＮａＯＨ 定に位　　　　＋０．７Ｖ（ｖｓ、５ＣＥ）通電量　　
　　１２５ｍシ檀 得られたポリチラミン（膜厚５００〜１０１０００ｎ被
覆ｐｔ電ＦＭ？　２６　ｍ？／ｍ−’のカルボンジイミ
ドと１５．０　ｍＶ４ｒＬＪ−のＩｇＧを含む１％Ｎａ
Ｃ１水溶液（１；）Ｅ（４，５，Ｅ（ＣＩで調整）に室
温で３時間攪拌下に浸漬して工ｇＧ固定ポリチラミン被
覆ｐｔ電極を得た。この電極を種々の濃度の；−■ｇＱ
溶液に浸漬し第１図のセンサー配列Ｆ　Ｆ　ｈ　Ｉｌ’
ｉ　ｔｉ１１／Ａ　ＲＪＩ　ｋ　Ｌ−１ｆ　／７’ｌ　
’ｔＷ　ｊｅｔ　’ＩＦ　ＩＰ　／−△ＥＺ−）を測定
した。結果は第４図のとおりであり、いずれの濃度でも
著しく速い応答を示した。

第５図は、その結果に基づく検量線を示す。

実施例３ を定電流電解法により次の条件で電解重合した。

作用電隠１ｍｍφ、長さ５ｍｍｐｔ線 対電極　　　　　ｐｔプレート 溶媒　　　　　　　　　　　　　　　　ア　セ　ト　ニ
　ト　リ　ル七ツマー濃度　　　０．１Ｍ 電流密度　　　　１２５μＡ／− 通電ｆｔ　　　　　　１５０　ｍＱ／ｃｄ得られたポリ
［１−（２−シアノエチ／Ｉ／）ピロール）（膜厚４０
０Ｔ１ｍ）中の２−アノエチル基をＴＥ（Ｆ中ＩＭＬ：
ＡＬＥ（４で約６６°Ｃ（ＴＥ（Ｆの沸点）、１５分間
処理し２−アミノエチル基（−ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２）と
した。その後、実施例２と同様にして７５　ｍ　ｙ／ｍ
ｌの工ｇＧ溶液に浸漬し工ｇＧ固定ポリ［：１−（２−
アミノエチル）ピロール〕被覆ｐｔ電極を得た。実施例
２同様にして測定した；−工ｇＧ　の応答性は第６図の
とおりであり良好な応答性を得た。

以上の結果から、本発明の抗原または抗体に対して官能
性を有する導電性高分子を用いた作用膜は免疫センサー
にお１ハですぐれた応答性を示していることが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の抗原または抗体固定高分子膜被覆電極
を作用電極として用いた免疫センサー配列の１例を示す
。 第２図は本発明の抗原または抗体固定高分子膜を作用膜
として用いた免疫センサー配列の１例を示す。 第３図は本発明てより作製した抗原（工ｇＧ）固定化各
種高分子膜の免疫応答性を示すグラフである。 第４図は本発明の別の実施態様で作製した抗原固定膜被
覆電極の免疫応答性を示すグラフである。 第５図は、第４図で示す応答性を検量線で示したもので
ある。 第６図は、本発明の別の実施態様で作製した作用電極の
免疫応答性を示す。 第３回 時間（分） 第５図 ａＬｎｔｉ゛Ｅｑ＆　　（ｎｇ／Ｊ） 第６図 時間Ｃ萱〕

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）抗原または抗体に対する官能基を有する電解重合
   性モノマーの電解重合によって得られた導電性膜生成物
   に上記官能基を介して抗原または抗体を結合してなる免
   疫センサー用作用膜。