JPWO2008093647A1 - Microarray, method for producing the same, and method for detecting interaction between organic molecule and active substance - Google Patents

Microarray, method for producing the same, and method for detecting interaction between organic molecule and active substance Download PDF

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Abstract

固体基板上に固定化された有機分子が多様な方向に存在することを可能とし、有機分子と作用物質との込み入った相互作用を検出することを可能とし、また、方向性に制限がかからないことから構造活性相関の解析をも可能とし、しかも、その製造は簡便、かつ安価に実現することのできる新しい有機分子固定化マイクロアレイとその製造方法並びにこれを用いた作用物質と有機分子との相互作用の検出方法を提供する。作用物質との相互作用を検出するための有機分子を固定化したマイクロアレイであって、A:基板にはB:有機担体が分子間力相互作用により固定化されていると共に、B:有機担体にはC:有機分子が固定化されているマイクロアレイとする。好適な態様では、このマイクロアレイを用いてテラヘルツ(THz)波の透過、反射および干渉の少なくともいずれかの測定により分析する。The organic molecules immobilized on the solid substrate can exist in various directions, and it is possible to detect intricate interactions between organic molecules and active substances, and there is no restriction on the directionality. The structure-activity relationship can be analyzed from the above, and the new organic molecule-immobilized microarray that can be easily and inexpensively manufactured, its manufacturing method, and the interaction between the active substance and the organic molecule using the same. A detection method for the above is provided. A microarray in which an organic molecule for detecting an interaction with an agent is immobilized, wherein A: a substrate has B: an organic carrier immobilized by an intermolecular force interaction, and B: the organic carrier. C: A microarray on which organic molecules are immobilized. In a preferred embodiment, the microarray is used to analyze by measuring at least one of transmission, reflection and interference of terahertz (THz) waves.

Description

本発明は、生体成分や天然物、アレルギー成分、細胞、抗体、糖鎖、タンパク質、無機物、有機化合物等の作用物質との相互作用を検出するための有機分子を固体基板に固定化した新規なマイクロアレイとその製造方法、並びにこれを用いた有機分子と作用物質との相互作用の検出方法に関するものである。   The present invention provides a novel organic molecule immobilized on a solid substrate for detecting an interaction with an active substance such as a biological component, natural product, allergic component, cell, antibody, sugar chain, protein, inorganic substance, or organic compound. The present invention relates to a microarray and a method for producing the same, and a method for detecting an interaction between an organic molecule and an active substance using the microarray.

また本発明は、相互作用によって固体基板の表面に結合する有機分子と作用物質、たとえばタンパク質、核酸、抗体等の作用物質の相互作用を分析可能とする新しい有機分子と作用物質の相互作用分析方法とそのための分析装置並びに分析画像装置に関するものである。   The present invention also provides a novel method for analyzing an interaction between an organic molecule and an agent capable of analyzing an interaction between the agent that interacts with an organic molecule that binds to the surface of the solid substrate by interaction, for example, an agent such as a protein, nucleic acid, or antibody. And an analysis apparatus and an analysis image apparatus therefor.

有機分子を用いて展開する生物学研究は化学遺伝学もしくは(広義には)ケミカルバイオロジーと呼ばれている。こうした研究は、薬となりうるような特異的で活性の強い有機分子を用いて進められることが多く、基本的には創薬のシーズとなりうるような未知の分子標的を見出すことにその目標を据えているが、相互作用する有機分子とタンパク質をはじめとする各種生体成分との組み合わせを見出す過程の中で、直接的に創薬へと展開される場合もある。このような研究を進める上で必要なのは、ある機能未知の生体成分に特異的に相互作用する有機分子であり、これを見出すために、例えば96穴のマイクロプレート中で有機分子をスクリーニングする方法が採用されてきている。また、これをより効率化するために、有機分子を基板上に固定化する技術が開発され、ガラス基板による有機分子マイクロアレイ、金基板による表面プラズモン共鳴法(SPR)、ろ紙を基板に使ったマクロアレイなどが報告されている。   Biological research developed using organic molecules is called chemical genetics or (in a broad sense) chemical biology. Such research is often carried out using specific and highly active organic molecules that can be used as drugs, and basically the goal is to find unknown molecular targets that can be used as seeds for drug discovery. However, in the process of finding a combination of interacting organic molecules and various biological components such as proteins, it may be directly developed into drug discovery. What is necessary for advancing such research is an organic molecule that specifically interacts with a biological component whose function is unknown. To find this, a method of screening organic molecules in a 96-well microplate, for example, is required. Has been adopted. In order to make this more efficient, technologies for immobilizing organic molecules on the substrate have been developed. Organic molecular microarrays using glass substrates, surface plasmon resonance (SPR) using gold substrates, and macros using filter paper as substrates. Arrays have been reported.

しかしながら、これらの従来の固定化技術に共通する問題点は、基板上の有機分子の向きが一方向に固定されているところにある。それは、これらの従来の技術がいずれも基板上の官能基に有機分子の官能基を共有結合させているためである。これを解決するために、基板上の官能基によらない有機分子の固定化法として、光反応による共有結合形成で有機分子アレイをガラス上に作成する方法が開発されている(たとえば非特許文献1)が、その場合でも、実際に基板上の有機分子がランダムな向きで並んでいることは証明されていない。しかも特異な光反応性基を用いることが必要であって、マイクロアレイとしては
汎用性に制限があり、その作製が簡便、容易ではないという問題がある。
However, a problem common to these conventional immobilization techniques is that the orientation of organic molecules on the substrate is fixed in one direction. This is because all of these conventional techniques covalently bond the functional group of the organic molecule to the functional group on the substrate. In order to solve this, as a method for immobilizing organic molecules independent of the functional group on the substrate, a method of creating an organic molecule array on glass by covalent bond formation by photoreaction has been developed (for example, non-patent literature) 1) However, even in that case, it is not proved that the organic molecules on the substrate are actually arranged in a random direction. In addition, it is necessary to use a specific photoreactive group, and there is a problem that the versatility of the microarray is limited and its production is simple and not easy.

また、各種の糖鎖を疎水性アミンとのシッフ塩基形成によってコンジュゲート(共有結合)させ、それをメンブレン上にスポットして糖アレイを作成し、これを用いて抗体やレクチンとの相互作用を検出したことが報告されている(非特許文献2)が、この場合には化学的に弱い、収率の低いシッフ塩基形成によるコンジュゲート(共有結合)形成が行われていることが大きな問題であり、さらには、コンジュゲート(共有結合)したものは精製してからアレイ作成に用いなければならないため、面倒で負担が大きいという欠点がある。   In addition, various sugar chains are conjugated (covalently bonded) by forming a Schiff base with a hydrophobic amine and spotted on a membrane to create a sugar array, which can be used to interact with antibodies and lectins. Although it has been reported that this is detected (Non-Patent Document 2), in this case, the formation of a conjugate (covalent bond) due to the formation of a Schiff base that is chemically weak and has a low yield is a major problem. In addition, since the conjugated (covalent bond) must be purified before use for array preparation, there is a disadvantage that it is troublesome and burdensome.

そして、SPRでは基板の作製にコストがかかるという問題がある。   In SPR, there is a problem that it takes a cost to manufacture a substrate.

しかも従来のガラスアレイの方法やSPRでは高価なアレイヤー装置が必要である場合が多い。さらに、ろ紙アレイでは担体が弱いことなどが欠点として挙げられる。   In addition, the conventional glass array method and SPR often require an expensive array device. Further, the filter paper array has a weak carrier.

また、こうした従来のハードな基板を用いるアレイでは、生体高分子の相互作用点が、もし込み合った位置にある場合においては、アレイ上の小分子が相互作用点まで到達できない、という問題点もあった。   In addition, in the array using such a conventional hard substrate, when the interaction point of the biopolymer is in a tangled position, the small molecule on the array cannot reach the interaction point. It was.

また従来、固体基板の表面、あるいは固体基板に固定された物質との特有の相互作用による結合状態からタンパク質、核酸、抗体等の作用物質を分析することが行われてきているが、この従来の分析においては、蛍光、発光等のための標識物質を用いて、特有の相互作用で固体基板上に結合している作用物質を標識化して分析する標識化分析法が代表的なものとして知られている。   Conventionally, analysis of active substances such as proteins, nucleic acids, antibodies, etc. has been performed from the state of binding due to the specific interaction with the surface of the solid substrate or substances fixed on the solid substrate. In the analysis, a labeling analysis method is known, in which a labeling substance for fluorescence, luminescence, etc. is used to label and analyze an agent bound on a solid substrate with a specific interaction. ing.

だが、この標識化による蛍光、発光等による分析法の場合には、標識化のための試薬の選択、準備、そして染色、発色処理という標識化のための操作が必要であって、分析時間の短縮による高効率化やコスト低減の点で大きな制約があった。また、標識化のために、分析対象とする作用物質の範囲にも制約があった。   However, in the case of analysis methods using fluorescence, luminescence, etc. by this labeling, it is necessary to select and prepare reagents for labeling, and to perform operations for labeling such as staining and color development. There were significant restrictions in terms of efficiency and cost reduction by shortening. In addition, because of labeling, the range of active substances to be analyzed is also limited.

また、このような標識化による分析法の問題点を解消するものとして、標識化を行わずに無標識で分析を行うSPR法も知られている。しかしながら、このSPRにおいても上記の標識化方法と同様に固体基板の表面に作用物質と相互作用する有機分子等の物質を固定化しておくことが必要であるが、SPRではこの際の固体基板の表面を金属薄膜として構成する必要があり、この金属薄膜への有機分子等の固定は容易ではなく、しかも金属薄膜を表面に有する固体基板は高価であるという問題がある。   In order to solve the problem of the analysis method using labeling, an SPR method for performing analysis without labeling without labeling is also known. However, in this SPR as well, it is necessary to immobilize substances such as organic molecules that interact with the active substance on the surface of the solid substrate as in the above labeling method. The surface needs to be configured as a metal thin film, and it is not easy to fix organic molecules or the like to the metal thin film, and the solid substrate having the metal thin film on the surface is expensive.

そして、従来では、たとえばガラス基板を用いたマイクロアレイによる上記の標識化分析法においても、またSPR法においても、ハイスループット分析するためには高価なアレイヤー装置が別途に必要になるとともに、固体基板上に、有機分子等の物質を固定する際には改善すべき課題が残されてもいた。たとえば、洗浄時の流れ落ちを防ぎ、定量的分析を可能とするための改善策である。また、通常、有機分子等の物質は固体基板に対して一定の方向で固定されているために、作用物質との反応性に制約があり、高感度分析の支障になっていたことがある。このことの改善等も求められていた。   Conventionally, for example, in the above-described labeling analysis method using a microarray using a glass substrate, and also in the SPR method, an expensive array device is separately required for high-throughput analysis, and a solid substrate is used. In addition, there are still problems to be solved when fixing substances such as organic molecules. For example, it is an improvement measure for preventing a flow-down during cleaning and enabling a quantitative analysis. In addition, since substances such as organic molecules are usually fixed in a fixed direction with respect to the solid substrate, there is a restriction on the reactivity with the active substance, which may hinder high sensitivity analysis. Improvement of this etc. was also demanded.

一方、近年になって、可視光と電波の間に残された技術的に未開拓な電磁波としてのテラヘルツ波(THz波)を生体関連分子のセンシングやイメージングに用いることが注目されてきており、実際にも、ガラススライド上においてビオチン−アビジン相互作用をテラヘルツ(THz)波の透過光を用いて分析したこと(非特許文献3)や、シリコン基板上に作製したTi/Au配線上にDNAサンプルをスポットして分析したこと(非特許文献4)が報告されている。しかし、前者の報告においてはフェムト秒レーザーという非常に高価なレーザーを用いたTHzシステムを利用した方式(THz−TDS)により位相差を用いて分析しているため、大掛りなシステムであって、実際的な一般性を欠いている。また、後者の場合には、配線を導波路として利用し、共振器を形成することで分析可能とするものであるが、実際上は基板の再利用は困難で、分析の都度高度な技術を要する基板作成が必要になるという問題点がある。   On the other hand, in recent years, the use of terahertz waves (THz waves) as technically undeveloped electromagnetic waves left between visible light and radio waves for sensing and imaging of biological molecules has been attracting attention. Actually, the biotin-avidin interaction was analyzed on the glass slide using the transmitted light of the terahertz (THz) wave (Non-patent Document 3), and the DNA sample was formed on the Ti / Au wiring produced on the silicon substrate. (Non-patent Document 4) has been reported. However, in the former report, since analysis is performed using a phase difference by a method using a THz system (THz-TDS) using a very expensive laser called a femtosecond laser, it is a large-scale system, It lacks practical generality. In the latter case, it is possible to analyze by using a wiring as a waveguide and forming a resonator. However, in practice, it is difficult to reuse the substrate, and advanced technology is required for each analysis. There is a problem that it is necessary to create a necessary substrate.

また、凍結乾燥した状態の検体に0.1〜10THz周波数帯域のテラヘルツ(THz)波を照射して透過画像を生成させる方法(特許文献1)も提案されている。だが、この方法においては凍結乾燥という大きな制約がある。   In addition, a method of generating a transmission image by irradiating a freeze-dried specimen with a terahertz (THz) wave in a frequency band of 0.1 to 10 THz has been proposed (Patent Document 1). However, this method has a major limitation of freeze-drying.

さらにまた、RNAについて、ペレットやフィルムを作製し、THz−TDSで分析したこと(非特許文献5)も報告されている。しかし、これは基板に滴下、乾燥させて測定しただけの結果であって、実用性に乏しい。しかも、基板上で乾燥させる場合、液体のサンプルはリング状に乾燥するので非常に不均一な信頼性の乏しいデータしか得られず定量測定が困難であった。そこで、この問題点を改善するための方策として、フィルタメンブレンに設けたウエルに滴下した生体分子試料をその乾燥後にTDSシステムでテラヘルツ(THz)波の透過光を測定して分析することが試みられている(非特許文献6)。だが、この場合でも、メンブレン上に載せたサンプルを測定しているだけであって、たとえば生体高分子等との相互作用を分析する際には欠かせない反応処理や、そのための洗浄などの作業プロセスについては全く考慮されていない。このため、実際の分析においては載せているサンプルが洗浄処理等により流れてしまい、相互作用を分析するための反応処理も困難である。   Furthermore, it has also been reported that RNA and pellets and films were prepared for RNA and analyzed by THz-TDS (Non-patent Document 5). However, this is only a result of dropping and drying on a substrate, and it is not practical. In addition, when drying on a substrate, the liquid sample is dried in a ring shape, so that only very inhomogeneous and unreliable data can be obtained, making quantitative measurement difficult. Therefore, as a measure for improving this problem, it is attempted to analyze a biomolecule sample dropped on a well provided on a filter membrane by measuring transmitted light of a terahertz (THz) wave with a TDS system after drying. (Non-Patent Document 6). However, even in this case, the sample placed on the membrane is only measured. For example, reaction processing that is indispensable when analyzing interactions with biopolymers, and operations such as washing. The process is not considered at all. For this reason, in the actual analysis, the loaded sample flows due to the cleaning process or the like, and the reaction process for analyzing the interaction is difficult.

テラヘルツ(THz)波による分析は、従来の標識化分析における問題点を解消して、基板に固定した未知成分としての有機分子と既知の作用物質との相互作用、あるいはその逆の関係での相互作用を無標識で分析可能とする新しい可能性を拓き、さらには標識化した場合であっても、従来技術の問題点を克服して更に高感度に定性−定量分析でき、これらいずれの場合もイメージングも可能とするものと期待されるが、実際に作用物質を高感度で分析可能とするためには、上記従来の標識化分析法やSPR法の場合と同様に、被験試料としての生体高分子等の作用物質と有機分子との相互作用による結合状態を安定して、簡便、かつ低コストに、ハイスループット分析を可能とするように形成し、しかも、これらをテラヘルツ(THz)波分析に適したものとすることが解決すべき大きな課題であった。また、このような問題の解決に沿って、テラヘルツ(THz)波分析の好適な手法をイメージング(画像形成)をも可能とするように技術として確立することも重要な課題となっていた。
Angew. Chem. Int. Ed., 42, 5584-5587(2003) Nature Biotechnology, 20, 1011-1017(2002) Phys. Med. Biol., 47(2002) 3789-3795 Appl. Phys. Lett., 80(2002) 154-156 Optocs Express, 13(2005) 5250-5215 平成18年度社団法人日本分光学会「テラヘルツ分光学会シンポジウム テラヘルツ分光の最先端−テラヘルツ分光で見えるもの見えないもの−講演要旨集」(平成18年11月2日)、第46−51頁 特開2006−84422号公報
Analysis using terahertz (THz) waves eliminates the problems associated with conventional labeling analysis, and the interaction between an organic molecule as an unknown component immobilized on a substrate and a known agent or vice versa. Open up new possibilities to enable analysis without labeling, and even with labeling, it can overcome the problems of the prior art and perform qualitative-quantitative analysis with higher sensitivity. Although imaging is expected to be possible, in order to actually analyze the active substance with high sensitivity, as in the case of the above-described conventional labeling analysis method and SPR method, the biological sample as a test sample is highly The binding state due to the interaction between the active substance such as a molecule and the organic molecule is formed so as to enable high-throughput analysis stably and easily at low cost, and these are formed by terahertz (THz) waves. It has been a major problem to be solved is that to be suitable for analysis. In addition to solving such problems, it has become an important issue to establish a suitable technique for terahertz (THz) wave analysis as a technique that enables imaging (image formation).
Angew. Chem. Int. Ed., 42, 5584-5587 (2003) Nature Biotechnology, 20, 1011-1017 (2002) Phys. Med. Biol., 47 (2002) 3789-3795 Appl. Phys. Lett., 80 (2002) 154-156 Optocs Express, 13 (2005) 5250-5215 Japan Society of Spectroscopy 2006 “The Symposium of the Terahertz Spectroscopy: The Cutting Edge of Terahertz Spectroscopy—Things Seen by Terahertz Spectroscopy—Abstracts of Lectures” (November 2, 2006), pp. 46-51 JP 2006-84422 A

本発明は、以上のとおりの背景から、従来の問題点を解消して、固体基板上に固定化された有機分子が多様な方向に存在することを可能とし、有機分子と作用物質との込み入った相互作用を検出することを可能とし、また、方向性に制限がかからないことから構造活性相関の解析をも可能とし、しかも、その製造は簡便、かつ安価に実現することのできる新しい有機分子固定化マイクロアレイとその製造方法、さらにはこれを用いた作用物質と有機分子との相互作用の検出方法を提供することを課題としている。   The present invention solves the conventional problems from the background as described above, and allows organic molecules immobilized on a solid substrate to exist in various directions, and the inclusion of organic molecules and active substances. It is possible to detect the interaction, and since there is no restriction on the directionality, it is possible to analyze the structure-activity relationship, and the new organic molecule immobilization that can be realized easily and inexpensively. It is an object of the present invention to provide a microarray and a method for producing the same, and a method for detecting an interaction between an agent and an organic molecule using the microarray.

また本発明は、従来の標識化分析法、そして無標識分光法の問題点を解消し、生体関連分子のハイスループット分析を、簡便、かつ低コストに、高感度な分光分析としてTHz(テラヘルツ)波を利用することにより可能とし、さらにはイメージング(画像形成)まで可能とする新しい有機分子と作用物質の相互作用分析方法とそのための装置を提供することを課題としている。   In addition, the present invention eliminates the problems of conventional labeling analysis methods and label-free spectroscopy, and enables high-throughput analysis of biologically relevant molecules as a highly sensitive spectroscopic analysis with ease and low cost. It is an object of the present invention to provide a new method for analyzing an interaction between an organic molecule and an active substance, which can be performed by using waves, and further to imaging (image formation), and an apparatus therefor.

本発明は、上記の課題を解決するものとして、以下のことを特徴としている。   The present invention is characterized by the following in order to solve the above problems.

第1:作用物質との相互作用を検出するための有機分子を固定化したマイクロアレイであって、
A:基板にはB:有機担体が分子間力相互作用により固定化されていると共に、B:有機担体にはC:有機分子が固定化されているマイクロアレイとする。
First: a microarray in which organic molecules for detecting an interaction with an agent are immobilized,
A: A microarray in which B: an organic carrier is immobilized on the substrate by an intermolecular force interaction, and C: an organic molecule is immobilized on the B: organic carrier.

第2:分子間力相互作用は、疎水性相互作用、静電的相互作用およびイオン性相互作用のうちの少なくともいずれかであるマイクロアレイとする。   Second: The intermolecular force interaction is a microarray that is at least one of a hydrophobic interaction, an electrostatic interaction, and an ionic interaction.

第3:B:有機担体にはC:有機分子がコンジュゲート(共有結合)により固定化されているマイクロアレイとする。   Third: B: A microarray in which C: organic molecules are immobilized by a conjugate (covalent bond) on an organic carrier.

第4:B:有機担体にはC:有機分子が、エステル結合、アミド結合、ウレア結合、ウレタン結合およびアセタール結合のうちの少なくともいずれかのコンジュゲート(共有結合)により固定化されているマイクロアレイとする。   Fourth: B: A microarray in which C: an organic molecule is immobilized on an organic carrier by a conjugate (covalent bond) of at least one of an ester bond, an amide bond, a urea bond, a urethane bond, and an acetal bond; To do.

第5:B:有機担体は、ポリマーまたはオリゴマー、もしくは環状化合物であるマイクロアレイとする。   Fifth: B: The organic carrier is a microarray that is a polymer or oligomer, or a cyclic compound.

第6:B:有機担体は、ポリアルキレングリコール類、ポリエーテル類、脂肪酸類、ペプチドまたはポリペプチド類、アミノ酸のオリゴマーまたはポリマー、ステロイド類、テルペン類、多環芳香族化合物、ポルフィリン類、および糖鎖類のうちの少なくとも1種であるマイクロアレイとする。   6th: B: Organic carriers are polyalkylene glycols, polyethers, fatty acids, peptides or polypeptides, oligomers or polymers of amino acids, steroids, terpenes, polycyclic aromatic compounds, porphyrins, and sugars A microarray that is at least one of the chains.

第7:B:有機担体は、平均分子量が450以上のポリエチレングリコール(PEG)、またはポリエチレンオキシド、もしくは炭素数8以上の長鎖脂肪酸であるマイクロアレイとする。   Seventh: B: The organic carrier is a microarray of polyethylene glycol (PEG) having an average molecular weight of 450 or more, polyethylene oxide, or a long chain fatty acid having 8 or more carbon atoms.

第8:A:基板は、有機メンブレンであるマイクロアレイとする。   Eighth: A: The substrate is a microarray that is an organic membrane.

第9:A:有機メンブレンはセルロース系ポリマー、ポリオレフィン系ポリマー、ジエン系ポリマー、フッ素系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、またはポリアリーレン系ポリマーであるマイクロアレイとする。   Ninth: A: The organic membrane is a microarray that is a cellulose polymer, polyolefin polymer, diene polymer, fluorine polymer, polyester polymer, or polyarylene polymer.

第10:A:有機メンブレンは、ニトロセルロース(NC)またはポリフッ化ビニリデン(PVDF)であるマイクロアレイとする。   Tenth: A: The organic membrane is a microarray made of nitrocellulose (NC) or polyvinylidene fluoride (PVDF).

第11:上記いずれかのマイクロアレイの製造方法であって、次の工程を含むこととする。   Eleventh: A method for manufacturing any of the above microarrays, comprising the following steps.

<1・1>B:有機担体にC:有機分子を固定化し、
<1・2>A:基板に固定化する。
<1.1> B: C: Organic molecules are immobilized on an organic carrier,
<1.2> A: Immobilize on the substrate.

第12:上記いずれかのマイクロアレイの製造方法であって、次の工程を含むこととする。   Twelfth: A method of manufacturing any one of the above microarrays, which includes the following steps.

<2・1>A:基板に、B:有機担体を固定化し、
<2・2>B:有機担体にC:有機分子を固定化する。
<2.1> A: Immobilize B: organic carrier on the substrate,
<2.2> B: C: Organic molecules are immobilized on the organic carrier.

第13:上記いずれかのマイクロアレイを用いて、C:有機分子と作用物質との相互作用を検出する。   13th: Using any one of the above microarrays, C: detecting an interaction between an organic molecule and an agent.

第14:有機分子がその相互作用により作用物質を結合している状態を分析する方法であって、前記有機分子を基板表面に反応結合により、もしくは担体との結合を介して固定化し、テラヘルツ(THz)波の透過、反射および干渉の少なくともいずれかの測定により分析することを特徴とする有機分子と作用物質の相互作用分析方法とする。   14th: A method for analyzing a state in which an organic molecule is bound to an active substance by its interaction, wherein the organic molecule is immobilized on a substrate surface by reactive bonding or through bonding with a carrier, THz) An analysis method of interaction between an organic molecule and an active substance is characterized in that analysis is performed by measuring at least one of transmission, reflection and interference of waves.

第15:有機分子は、これとコンジュゲート(共有結合)する担体を介して基板表面に固定化されていることを特徴とする有機分子と作用物質の相互作用分析方法とする。   Fifteenth: A method for analyzing an interaction between an organic molecule and an agent is characterized in that the organic molecule is immobilized on the substrate surface via a carrier that is conjugated (covalently bonded) to the organic molecule.

第16:担体は有機担体であって、基板の表面に分子間力相互作用により固定されていることを特徴とする有機分子と作用物質の相互作用分析方法とする。   Sixteenth: A method for analyzing an interaction between an organic molecule and an active substance is characterized in that the carrier is an organic carrier and is fixed to the surface of the substrate by an intermolecular force interaction.

第17:テラヘルツ(THz)波の透過吸収の測定により結合状態を分析することを特徴とする有機分子と作用物質の相互作用分析方法とする。   Seventeenth: A method for analyzing an interaction between an organic molecule and an active substance is characterized in that a binding state is analyzed by measuring transmission absorption of a terahertz (THz) wave.

第18:テラヘルツ(THz)波の透過光のスペクトル変化の測定により結合状態を分析することを特徴とする有機分子と作用物質の相互作用分析方法とする。   18th: A method for analyzing an interaction between an organic molecule and an active substance, characterized in that a binding state is analyzed by measuring a spectrum change of transmitted light of a terahertz (THz) wave.

第19:テラヘルツ(THz)波の透過、その後の反射と再透過の吸収の測定により結合状態を分析することを特徴とする有機分子と作用物質の相互作用分析方法とする。   Nineteenth: A method for analyzing an interaction between an organic molecule and an active substance is characterized in that a binding state is analyzed by measuring transmission of terahertz (THz) waves, and then absorption of reflection and re-transmission.

第20:近接場光を用い、全反射光の角度変化を測定して結合状態を分析することを特徴とする有機分子と作用物質の相互作用分析方法とする。   20th: A method for analyzing an interaction between an organic molecule and an active substance, characterized in that near-field light is used and an angle change of total reflected light is measured to analyze a binding state.

第21:上記テラヘルツ(THz)波は、周波数が0.01〜500THzの範囲内であることを特徴とする有機分子と作用物質の相互作用分析方法とする。   21st: The above terahertz (THz) wave has a frequency within a range of 0.01 to 500 THz, and is an interaction analysis method between an organic molecule and an active substance.

第22:相互作用により結合している状態の作用物質と基板表面に反応結合もしくは担体との結合を介して固定されている有機分子とにテラヘルツ(THz)波を照射するテラヘルツ照射部と、照射されたテラヘルツ波の透過、反射および干渉の少くともいずれかを測定する検出部とを備えていることを特徴とする有機分子と作用物質の相互作用分析装置とする。   Twenty-second: a terahertz irradiation unit that irradiates a terahertz (THz) wave to an active substance bonded by interaction and an organic molecule fixed to the substrate surface through a reaction bond or a bond with a carrier; And a detection unit that measures at least one of transmission, reflection, and interference of the terahertz wave thus generated.

第23:テラヘルツ照射部は、周波数0.01〜500THzの範囲のテラヘルツ(THz)波を照射することを特徴とする有機分子と作用物質の相互作用分析装置とする。   23rd: A terahertz irradiating unit irradiates a terahertz (THz) wave with a frequency in the range of 0.01 to 500 THz, and is an organic molecule-active substance interaction analyzer.

第24:上記装置における検出部での検出結果に基づいて画像を生成する画像構成部とその画像を表示する画像表示部とを備えていることを特徴とする有機分子と作用物質の相互作用分析画像装置とする。   24th: An interaction analysis between an organic molecule and an active substance, comprising: an image composing unit that generates an image based on a detection result in the detecting unit in the above apparatus; and an image display unit that displays the image An image device is assumed.

上記のとおりの本発明のマイクロアレイによれば、分子間力相互作用をもって基板に固定された有機担体に対して有機分子がその固定によって多様な方向に存在することから、作用物質との相互作用がより効率的に進行し、検出の感度も大きく向上することになる。しかも、方向性に制限がかからないことから、構造活性相関の解析も可能となる。さらに、有機分子と作用物質との込み入った相互作用を検出することも可能となる。   According to the microarray of the present invention as described above, since the organic molecules exist in various directions by the fixation with respect to the organic carrier fixed to the substrate with intermolecular force interaction, the interaction with the active substance is not caused. The process proceeds more efficiently and the detection sensitivity is greatly improved. In addition, since the directionality is not limited, the structure-activity relationship can be analyzed. It is also possible to detect intricate interactions between organic molecules and agents.

また、本発明の製造方法によれば、スポット固定化も可能であって、簡便、かつ、安価なものとして実現される。   Further, according to the manufacturing method of the present invention, spot fixation is possible, and it is realized as simple and inexpensive.

そして標識化した任意の作用物質との相互作用を可視化することも可能である。   It is also possible to visualize the interaction with any labeled agent.

さらにまた、本発明のマイクロアレイによれば化学反応の追跡にも適用が可能で、その場合においても、反応は高収率で進行する必要はなく、用いた試薬は基板の洗浄時に取り除かれ、サンプルをあらかじめ精製しておく必要もない。   Furthermore, according to the microarray of the present invention, it can be applied to the tracking of a chemical reaction. In this case, the reaction does not need to proceed in a high yield, and the used reagent is removed when the substrate is washed, It is not necessary to purify in advance.

また本発明によれば、相互作用による生体高分子等の作用物質との結合状態が測定検出の対象とされる有機分子は固体基板の表面に反応結合により、もしくは担体との結合を介して固定化されてテラヘルツ(THz)波照射されるこから、生体関連分子等のハイスループット分析を安定して、信頼性が高く、簡便、かつ低コストに実現でき、高感度な定性または定量分析、もしくは定性・定量分析として可能とされる。すなわち、本発明によれば、従来の標識化分析における問題点を解消し、しかもこれまでのテラヘルツ(THz)分析の課題を解決して、基板に固定した未知成分としての有機分子と既知の作用物質との相互作用、あるいはその逆の関係での相互作用の分析を無標識で高感度に行うこと、さらには、標識化した場合であっても、従来の問題を解消して高感度に分析することを可能とする。そしてその分析は、イメージング(画像形成)としても実現される。   Further, according to the present invention, organic molecules whose binding state with an active substance such as a biopolymer due to interaction is to be measured and detected are immobilized on the surface of the solid substrate by reactive binding or through binding with a carrier. Because it is irradiated with terahertz (THz) waves, high-throughput analysis of biologically relevant molecules, etc. can be realized stably, highly reliable, simple, and low-cost, with high-sensitivity qualitative or quantitative analysis, or Qualitative and quantitative analysis is possible. That is, according to the present invention, the problems in the conventional labeling analysis are solved, and the problems of the conventional terahertz (THz) analysis are solved, and the organic molecule as an unknown component fixed on the substrate and the known action are solved. Analyze interactions with substances or vice versa with high sensitivity without labeling, and even with labeling, analyze conventional problems with high sensitivity It is possible to do. The analysis is also realized as imaging (image formation).

テラヘルツ(THz)波による透過吸収の検出の形態を示した図である。It is the figure which showed the form of the detection of the transmission absorption by a terahertz (THz) wave. テラヘルツ(THz)波による透過光のスペクトル変化の検出形態を示した図である。It is the figure which showed the detection form of the spectrum change of the transmitted light by a terahertz (THz) wave. Δfの画像化の形態を示した図である。It is the figure which showed the form of imaging of (DELTA) f. 強度変化Δlの画像化の形態を示した図である。It is the figure which showed the form of imaging of intensity change (DELTA) l. テラヘルツ(THz)波による透過、反射、再透過の検出形態を示した図である。It is the figure which showed the detection form of the transmission, reflection, and re-transmission by a terahertz (THz) wave. 近接場光を用いる検出形態を示した図である。It is the figure which showed the detection form which uses a near field light. Cy3−O−PEG−O−Cy3(4)およびMPEG−O−Cy3(5)の蛍光検出による可視化の結果を示した図である。It is the figure which showed the result of the visualization by the fluorescence detection of Cy3-O-PEG-O-Cy3 (4) and MPEG-O-Cy3 (5). biotin−O−PEG−O−biotin(7)およびMPEG−O−biotin(8)のストレプトアビジンとの相互作用の蛍光検出による可視化の結果を示した図である。It is the figure which showed the result of the visualization by the fluorescence detection of interaction with biotin-O-PEG-O-biotin (7) and MPEG-O-biotin (8) with streptavidin. 実施例2(例2−2)の場合の透過画像を示した図である。It is the figure which showed the transmission image in the case of Example 2 (Example 2-2). 図9の場合の吸光度画像のSmoothing処理の結果を示した図である。It is the figure which showed the result of the Smoothing process of the light-absorbency image in the case of FIG. biotin−O−PEG−O−biotin(7)およびMPEG−O−biotin(8)のアルカリホスファターゼ−BCIP検出による可視化の結果を示した図である。It is the figure which showed the result of visualization by the alkaline phosphatase-BCIP detection of biotin-O-PEG-O-biotin (7) and MPEG-O-biotin (8). biotin−O−PEG−O−biotin(7)およびMPEG−O−biotin(8)のアルカリホスファターゼ−化学発光検出による可視化の結果を示した図である。It is the figure which showed the result of visualization by the alkaline phosphatase-chemiluminescence detection of biotin-O-PEG-O-biotin (7) and MPEG-O-biotin (8). MPEG−O−biotin(8)のアルカリホスファターゼ−化学発光検出による可視化の結果を示した図である。It is the figure which showed the result of visualization by alkaline phosphatase-chemiluminescence detection of MPEG-O-biotin (8). 図13の画像データを用いてピーク分析した結果を示した図である。It is the figure which showed the result of having analyzed the peak using the image data of FIG. ジゴキシン類(9)(10)(11)のアルカリホスファターゼ−化学発光検出による可視化の結果を示した図である。It is the figure which showed the result of visualization by alkaline phosphatase-chemiluminescence detection of digoxins (9) (10) (11). 実施例2(例2−5)の場合の透過画像(吸光度)と透過反射画像(吸光度)を示した図である。It is the figure which showed the transmission image (absorbance) and the transmission reflection image (absorbance) in the case of Example 2 (Example 2-5). PEGシートに固定化されたbiotinの蛍光検出による可視化の結果を示した図である。It is the figure which showed the result of visualization by the fluorescence detection of biotin fix | immobilized on the PEG sheet. ビオチンエステル化反応の追跡の結果を示した図である。It is the figure which showed the result of tracking biotin esterification reaction. 固定化された糖誘導体とレクチンとの相互作用を蛍光検出した結果を示した図である。It is the figure which showed the result of having fluorescence-detected the interaction of the immobilized sugar derivative and lectin. 固定化された糖誘導体とレクチンとの相互作用をテラヘルツ(THz)波を検出した結果を透過画像と透過反射画像として示した図である。It is the figure which showed the result of having detected the terahertz (THz) wave about the interaction of the immobilized sugar derivative and lectin as a transmission image and a transmission reflection image. 固定化された糖誘導体とレクチンとの相互作用を蛍光検出した結果を示した図である。It is the figure which showed the result of having fluorescence-detected the interaction of the immobilized sugar derivative and lectin. 固定化された糖誘導体とレクチンとの相互作用をテラヘルツ(THz)波により検出した結果を示した図である。It is the figure which showed the result of having detected the interaction of the immobilized sugar derivative and lectin by the terahertz (THz) wave.

本発明の実施の形態について以下に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

本発明のマイクロアレイにおいては、前記のとおり、
A:基板、B:有機担体、C:有機分子をもって構成されており、AとB、すなわち、基板には有機担体が分子間力相互作用により固定化されている。また、BとC、すなわち有機担体には有機分子が固定化されている。
In the microarray of the present invention, as described above,
A: a substrate, B: an organic carrier, C: an organic molecule, and A and B, that is, an organic carrier is immobilized on the substrate by an intermolecular force interaction. Further, organic molecules are immobilized on B and C, that is, on the organic carrier.

通常、C:有機分子そのものは、固体であるA:基板と全く相互作用しないか、あるいは極めて弱い相互作用しかしない。このため、洗浄によって有機分子は容易に離れてしまう。しかしながら、本発明では、A:基板に対してB:有機担体が分子間力相互作用により固定化されていると共に、B:有機担体にC:有機分子が固定化されていることから、有機分子は基板に確実に、安定して固定化される。この場合の有機分子の固定化は、その方向を多様なものとすることが可能である。   Usually, C: the organic molecule itself does not interact with the solid A: substrate at all or has only a very weak interaction. For this reason, organic molecules are easily separated by washing. However, in the present invention, B: an organic carrier is immobilized on the A: substrate by the intermolecular force interaction, and C: the organic molecule is immobilized on the B: organic carrier. Is securely and stably fixed to the substrate. In this case, the organic molecules can be immobilized in various directions.

ここで、A:基板に対してB:有機担体を固定するための分子間力相互作用は、いわゆるコンジュゲート(共有結合)等の化学的な結合作用とは本質的に異なるものであって、疎水性相互作用、静電的相互作用、イオン性相互作用のうちのいずれかのものとして考慮される。物理的な結合形成と言ってもよい。   Here, the intermolecular force interaction for fixing A: organic carrier to A: substrate is essentially different from chemical bonding action such as so-called conjugate (covalent bond), Considered as any of hydrophobic interactions, electrostatic interactions, ionic interactions. It may be called physical bond formation.

疎水性相互作用は、疎水結合(hydrophobic bonding)と呼ばれているものであって、水との間の相互作用が弱く、水との親和力が弱い性質を持つ物質、もしくはその性質を持つ官能基(疎水基)を有している物質が相互に集合して安定化することを意味している。これは、積極的に相互に引用を作用し合ったり、結合し合ったりする性格のものではなく、相互に集合して存在することが熱力学的に安定した状態となることを意味している(たとえば、(株)東京化学同人発行「化学大辞典」(1989年第1版)第1313頁参照)。   Hydrophobic interaction is called hydrophobic bonding, which is a substance that has a weak interaction with water and a weak affinity for water, or a functional group with that property. This means that substances having (hydrophobic groups) are aggregated and stabilized. This means that the existence of a set of each other is a thermodynamically stable state, not of the nature of actively quoting and joining each other. (For example, see “Chemical Dictionary” published by Tokyo Chemical Co., Ltd. (1989 1st edition), page 1313).

また、静電的相互作用は、いわゆる静電気的な相互作用である。また、イオン性相互作用は、イオンの存在に由来する相互作用である。   The electrostatic interaction is a so-called electrostatic interaction. An ionic interaction is an interaction derived from the presence of ions.

B:有機担体との間でこのような分子間力相互作用が形成されるA:基板は、安価に入手、製造しやすいもので、かつ、取り扱いしやすいものとして選定すればよく、光透過性のものとすることで、可視化にも良好なものとすることができる。   B: Such intermolecular force interaction is formed with the organic carrier. A: The substrate may be selected as a material that is easy to obtain and manufacture at a low cost and easy to handle, and is light transmissive. By making it, it can be made favorable for visualization.

このような基板としては、たとえば有機ポリマーやシリコン、金属、あるいはセラミックス等の無機物であってよい。有機ポリマーは、たとえばメンブレン(膜状体)、フィルム、シート、あるいはバルク、もしくは織布や不織布等の形態であってよい。   Such a substrate may be an inorganic material such as an organic polymer, silicon, metal, or ceramics. The organic polymer may be in the form of, for example, a membrane (film-like body), a film, a sheet, a bulk, or a woven fabric or a nonwoven fabric.

いずれの場合であっても、本発明の基板には、有機溶媒耐性をもつものが用いられる。   In any case, the substrate of the present invention has an organic solvent resistance.

本発明においては、以上のような基板として、たとえばポアサイズが0.5μm以下の有機ポリマーのメンブレンが好適なものとして考慮される。   In the present invention, for example, an organic polymer membrane having a pore size of 0.5 μm or less is considered suitable as the substrate as described above.

このような有機メンブレンとしては、たとえばセルロース系ポリマー、ポリオレフィン系ポリマー、ジエン系ポリマー、フッ素系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、ポリカーボネート系ポリマー、ナイロン等のポリアミド系ポリマー、ポリエーテル系ポリマー、ポリエーテルスルホン系ポリマー、ポリアリーレン系ポリマー等の各種のホモポリマー、あるいはコポリマーのものとして選定することができる。より具体的には、たとえば、ニトロセルロース(NC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等を好適なものとして例示することができる。   Examples of such organic membranes include cellulose polymers, polyolefin polymers, diene polymers, fluorine polymers, polyester polymers, polycarbonate polymers, polyamide polymers such as nylon, polyether polymers, and polyethersulfone polymers. And various homopolymers such as polyarylene polymers or copolymers. More specifically, for example, nitrocellulose (NC), polyvinylidene fluoride (PVDF) and the like can be exemplified as suitable ones.

このようなメンブレン、たとえばニトロセルロースメンブレンやPVDF等を用いた場合には、作用物質を滴下した時に浸み込み、メンブレンの内部に浸透することから、この内部の状態もテラヘルツ(THz)波測定での検出結果に反映されるため、より高い精度での分析が可能になるという特徴も発揮される。   When such a membrane, such as a nitrocellulose membrane or PVDF, is used, it penetrates when the active substance is dropped and penetrates into the inside of the membrane. Therefore, the internal state is also measured by terahertz (THz) wave measurement. Since this is reflected in the detection result, it is possible to perform analysis with higher accuracy.

本発明の基板における有機担体との分子間相互作用については、その疎水性の程度を判別することによって疎水性相互作用が主となるものかどうかがわかる。その判別のための手段としては、対象とする物質を水と混じり合わない有機溶媒に溶解して水と混合し、平衡に達した時の双方での濃度の差(有機溶媒中の濃度/水中の濃度、すなわち分配係数)、あるいはこれを常用対数で表示したLogPを用いることができる。有機溶媒としてはn−オクタノールを用いることが多い。コンピューターでの分子構造からの予測計算の方法としてClogP法がある。あるいはまた、逆相クロマトグラフィーでも疎水性の程度を知ることができる。   With respect to the intermolecular interaction with the organic carrier in the substrate of the present invention, it can be determined whether or not the hydrophobic interaction is dominant by determining the degree of hydrophobicity. As a means for the determination, the target substance is dissolved in an organic solvent that does not mix with water and mixed with water, and when the equilibrium is reached (concentration difference in organic solvent / water) Or log P in which this is expressed in common logarithm. As the organic solvent, n-octanol is often used. There is a ClogP method as a method of predictive calculation from a molecular structure on a computer. Alternatively, the degree of hydrophobicity can also be determined by reverse phase chromatography.

たとえば、分子量2400として計算すると、ClogPは以下のような値となる。   For example, when calculated as a molecular weight of 2400, ClogP has the following value.

PVDF:51.63
ナイロン:10.38
PTFE:47.94
ポリエチレン:105.24
ポリエステル(PET):16.26
ポリエーテルスルホン(PES):24.30
ポリカーボネート:52.14
たとえばこれらのことを実験的知見に照らしてみると、ポリマーを基板とする場合、分子量2400としたClogPの値が10以上であれば本発明において有効な「疎水性」であると判断してよい。一方、ClogP値が次のように、
セルロース:−29.76
ニトロセルロース:−3.24
のように負の数値として求められるものは、疎水性相互作用ではなく、静電的相互作用を主にもたらすものと考えることができる。
PVDF: 51.63
Nylon: 10.38
PTFE: 47.94
Polyethylene: 105.24
Polyester (PET): 16.26
Polyethersulfone (PES): 24.30
Polycarbonate: 52.14
For example, in light of experimental findings, when a polymer is used as a substrate, if the value of ClogP with a molecular weight of 2400 is 10 or more, it may be determined that the hydrophobicity is effective in the present invention. . On the other hand, the ClogP value is as follows:
Cellulose: -29.76
Nitrocellulose: -3.24
It can be considered that what is obtained as a negative numerical value like this mainly brings about electrostatic interaction, not hydrophobic interaction.

なお、疎水性の測定については、
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%96%SE%E6%B0%B4%E6%80%A7を参照することができる。
For the measurement of hydrophobicity,
You can refer to http://en.wikipedia.org/wiki/%E7%96%SE%E6%B0%B4%E6%80%A7.

そして本発明においては、疎水性の基板とするために、各種の素材の表面を、たとえばPDMS(ポリジメチルシロキサン)等の疎水化剤や、その他の手段によって疎水化表面処理したものであってもよい。   In the present invention, in order to obtain a hydrophobic substrate, the surface of various materials may be subjected to a hydrophobic surface treatment by a hydrophobizing agent such as PDMS (polydimethylsiloxane) or other means. Good.

一方、ポリアニオンやポリカチオンでポリマー等の表面を修飾した場合には、イオン性の相互作用、さらにはこれに疎水性の相互作用を与えることができる。   On the other hand, when the surface of a polymer or the like is modified with a polyanion or a polycation, an ionic interaction and further a hydrophobic interaction can be imparted thereto.

本発明においては、基板と有機担体とが化学的に共有結合するものや、親水性基等の存在による極めて強い結合をもたらすものは好ましくない。本発明の所期の目的、そして効果の実現が難しいからである。   In the present invention, those in which the substrate and the organic carrier are chemically covalently bonded and those that cause extremely strong bonding due to the presence of a hydrophilic group or the like are not preferable. This is because it is difficult to realize the intended purpose and effect of the present invention.

基板が以上のような疎水性等の分子間力相互作用を実現するものとして本発明の有機担体も選択されることになる。   The organic carrier of the present invention is also selected so that the substrate realizes intermolecular force interaction such as hydrophobicity as described above.

本発明におけるB:有機担体は、A:基板との相互作用による結合、固着等による固定を可能とするものであるが、一般的には、ポリマーまたはオリゴマー、もしくは芳香族化合物や複素環化合物、糖類等の環状化合物であることが好ましい。ここで、オリゴマーとポリマーとの区別については厳密ではなく、繰り返し単位がおよそ10以下のものをオリゴマーとし、それ以上のものをポリマーとすることができる。より具体的には、本発明におけるB:有機担体としては、ポリアルキレングリコール類、ポリエーテル類、脂肪酸類、ペプチドまたはポリペプチド類、アミノ酸、特にβ−アミノ酸のオリゴマーまたはポリマー、ステロイド類、テルペン類、多環芳香族化合物、ポルフィリン類、糖鎖類等のうちから選定することができる。さらに好適には、たとえば、平均分子量が450以上70000以下のポリエチレングリコール(PEG)あるいはポリエチレンオキシドや、その一方端の水酸基のエーテルあるいはエステル化物、炭素数8以上の長鎖脂肪酸を考慮することができる。ここで、たとえばポリエチレングリコールやポリエチレンオキシド等のポリエーテル類の分子量が450以上であるとlogPの実験値は10を超え、「疎水性」と判別され、疎水性相互作用を形成するのに有効なものであることがわかる。また、脂肪酸でも、アルキル鎖が炭素(C)数8であるとClogPは2.68と算定され、8以上のものであれば十分に疎水性相互作用を形成することになる。   In the present invention, B: an organic carrier is capable of fixing by A: binding by interaction with a substrate, fixing, etc., but in general, a polymer or oligomer, an aromatic compound or a heterocyclic compound, A cyclic compound such as a saccharide is preferred. Here, the distinction between an oligomer and a polymer is not strict, and an oligomer having a repeating unit of about 10 or less can be used as an oligomer, and a polymer having more than that can be used as a polymer. More specifically, in the present invention, B: as an organic carrier, polyalkylene glycols, polyethers, fatty acids, peptides or polypeptides, amino acids, in particular oligomers or polymers of β-amino acids, steroids, terpenes , Polycyclic aromatic compounds, porphyrins, sugar chains and the like. More preferably, for example, polyethylene glycol (PEG) or polyethylene oxide having an average molecular weight of 450 or more and 70000 or less, an ether or esterified hydroxyl group at one end thereof, or a long chain fatty acid having 8 or more carbon atoms can be considered. . Here, for example, when the molecular weight of a polyether such as polyethylene glycol or polyethylene oxide is 450 or more, the experimental value of logP exceeds 10, and it is determined as “hydrophobic”, which is effective for forming a hydrophobic interaction. It turns out that it is a thing. Even in fatty acids, if the alkyl chain has 8 carbons (C), ClogP is calculated to be 2.68, and if it is 8 or more, a hydrophobic interaction is sufficiently formed.

一方、PEG(ポリエチレングリコール)や脂肪酸は、上記のセルロースやニトロセルロース等の間では静電的相互作用に寄与するものとも考えられる。   On the other hand, PEG (polyethylene glycol) and fatty acids are considered to contribute to the electrostatic interaction between the cellulose and nitrocellulose.

A:基板に疎水性等の分子間力相互作用によって結合、固着等により固定化されるB:有機担体は、C:有機分子を固定化するが、この固定化は、化学的あるいは物理的な結合や付着、固着等であってよい。たとえば、化学的なコンジュゲート(共有結合)の形成による結合や、イオン結合、水素結合、静電結合等であってよい。なかでも、より強固な固定化を可能とするものとして、コンジュゲート(共有結合)可能なものであることが好適に考慮される。このコンジュゲート(共有結合)は各種のものであってよいが、より簡便に、汎用性のあるものとしては、エステル結合、アミド結合、ウレア結合、ウレタン結合、フェノール基との結合、アセタール結合等が好適に考慮される。これらのコンジュゲート(共有結合)を形成するための官能基、たとえばヒドロキシ基(OH)、カルボキシル基(COOH)、アミノ基(NH2)カルボニル基(−CO−)等を、B:有機担体とC:有機分子が各々有していることが望ましい。A: Bonded to a substrate by an intermolecular force interaction such as hydrophobicity, fixed by fixing, etc. B: Organic carrier, C: Fixes an organic molecule. This immobilization is chemical or physical. Bonding, adhesion, fixing, etc. may be used. For example, it may be a bond by formation of a chemical conjugate (covalent bond), an ionic bond, a hydrogen bond, an electrostatic bond, or the like. Among them, it is preferably considered that it can be conjugated (covalently bonded) as one that enables stronger immobilization. This conjugate (covalent bond) may be various, but more convenient and versatile ones include ester bond, amide bond, urea bond, urethane bond, bond with phenol group, acetal bond, etc. Are preferably considered. Functional groups for forming these conjugates (covalent bonds), such as hydroxy group (OH), carboxyl group (COOH), amino group (NH 2 ) carbonyl group (—CO—), etc. C: It is desirable that each organic molecule has.

一方、C:有機分子についてはその種類に特に限定はない。作用物質との相互作用を検討するために必要な各種の、低分子もしくは高分子の有機分子であってよい。たとえば、実施例にも示したビオチン(biotin)や、digoxin, digoxigenin等の生理活性天然物の各種のものであってよい。また、アルコール類、フェノール類、カルボン酸類、アミン類、糖類、アミノ酸、ペプチド類、タンパク質、ポリエーテル類等の各種のものが考慮される。これら有機分子については、繰り返し構造のない化合物であって、分子量が約4000以下のものであることが好適に考慮される。そして、いずれの場合も、B:有機担体とコンジュゲート(共有結合)できる官能基を持つもの、あるいはその官能基を導入した誘導体であることが好ましい。   On the other hand, the type of C: organic molecule is not particularly limited. It may be various low molecular or high molecular organic molecules necessary for examining the interaction with the active substance. For example, various bioactive natural products such as biotin, digoxin, digoxigenin and the like shown in the examples may be used. Various types such as alcohols, phenols, carboxylic acids, amines, saccharides, amino acids, peptides, proteins, polyethers and the like are also considered. These organic molecules are preferably considered to be compounds having no repetitive structure and having a molecular weight of about 4000 or less. In any case, B is preferably a functional group that can be conjugated (covalently bonded) to an organic carrier, or a derivative into which the functional group is introduced.

これらのC:有機分子との相互作用検出のための作用物質も各種であってよい。たとえば、核酸(DNA、RNA)、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、レクチン、抗体、ビタミン、ホルモン、環境ホルモン、細胞、糖鎖、天然または合成の有機化合物、無機化合物や金属、アレルギー成分等であってよい。   Various agents for detecting the interaction with C: organic molecules may be used. For example, it may be a nucleic acid (DNA, RNA), amino acid, peptide, protein, lectin, antibody, vitamin, hormone, environmental hormone, cell, sugar chain, natural or synthetic organic compound, inorganic compound or metal, allergic component, etc. .

そして、本発明のマイクロアレイは、前記のように、
<1・1>B:有機担体にC:有機分子を固定化し、次いで、
<1・2>A:基板に所要のパターンで固定する方法、あるいは、
<2・1>A:基板に、B:有機担体を固定化し、次いで、
<2・2>B:有機担体にC:有機分子を固定化する方法によって、簡便、かつ、安価に製造することができる。
And the microarray of the present invention, as described above,
<1.1> B: C: Organic molecules are immobilized on an organic carrier,
<1.2> A: A method of fixing to a substrate with a required pattern, or
<2.1> A: Immobilize B: organic carrier on the substrate,
<2.2> B: It can be produced easily and inexpensively by a method of immobilizing C: organic molecules on an organic carrier.

これらの固定については、所要のパターンによるスポット固定(dot-blotting)することも可能である。この場合のスポット固定の手段については各種の方法であってよく、従来公知の手段も適宜に採用される。A:疎水性基板としての有機メンブレン等への固定化の方法としては、このスポッティング法をはじめとして、インクジェット法、マイクロコンタクトプリンティング法、エレクトロスプレーデポジション法(ESD)、フォトリソグラフィー法等の各種の方法が考慮される。   These fixations can be spot-blotting by a required pattern. In this case, the spot fixing means may be any of various methods, and conventionally known means are appropriately employed. A: As a method for immobilization on an organic membrane or the like as a hydrophobic substrate, various methods such as the spotting method, an ink jet method, a micro contact printing method, an electrospray deposition method (ESD), and a photolithography method are used. The method is considered.

また、泳動したC:有機分子、あるいはB:疎水性有機担体に固定化されたC:有機分子の転写による方法も考慮される。薄層クロマトグラフィー(TLC)ブロッティング法による転写や、電気泳動等によるゲルからの転写、ペーパークロマトグラフィーからの転写等である。これらのいずれの手段も本発明においては考慮される。   In addition, a method by transfer of C: organic molecule migrated or C: organic molecule immobilized on B: hydrophobic organic carrier is also considered. Transfer by thin layer chromatography (TLC) blotting, transfer from gel by electrophoresis, transfer from paper chromatography, and the like. Any of these means are contemplated in the present invention.

なお、<2・1><2・2>の方法では、<2・2>においてC:有機分子を所要パターンでスポット固定してもよいし、あらかじめ<2・1>においてB:有機担体をパターン固定しておいてもよい。   In the method <2.1> <2.2>, C: organic molecules may be spot-fixed in a required pattern in <2.2>, or B: organic carrier in <2.1> in advance. The pattern may be fixed.

本発明においては、以上のマイクロアレイの製造においても、前記のとおり、B:有機担体としてポリエチレングリコール(PEG)類が好適な形態として考慮されるが、この場合のPEGとしては、その平均分子量(MW)はたとえば450〜35000の範囲のものが好ましく、C:有機分子との固定化をコンジュゲート(共有結合)の形成により行う場合には、このコンジュゲート(共有結合)は、たとえは、エステル化、アセタール化、アミド化、ウレア化、もしくはウレタン化として実施することができる。そして、たとえばこのための末端官能基PEGが具備していることが望ましい。反応条件については例示すると、縮合剤としては以下のものが例示される。   In the present invention, also in the production of the above microarray, as described above, B: polyethylene glycol (PEG) is considered as a suitable form as an organic carrier. In this case, PEG has an average molecular weight (MW). ) Is preferably in the range of, for example, 450 to 35000. C: When immobilization with an organic molecule is carried out by formation of a conjugate (covalent bond), this conjugate (covalent bond) is, for example, esterified , Acetalization, amidation, ureaization, or urethanization. For example, it is desirable that the terminal functional group PEG for this purpose is provided. Examples of reaction conditions include the following as the condensing agent.

エステル結合:DCC(ジシクロヘキシルカルボジイミド)、EDC(1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)−カルボジイミド)、EDC塩酸塩、DIC(ジイソプロピルカルボジイミド)、HfCl4(四塩化ハフニウム)、Bu3P(トリブチルホスフィン)、ランタニドトリフラート、EEDQ(N−エトキシカルボニル−2−エトキシ−1,2−ジヒドロキノリン)
アセタール形成:ヨウ素、NIS(N−ヨードコハク酸イミド)、ICl(塩化ヨウ素)
反応溶媒には、塩化メチレン、クロロホルム、DMF、DMSO、DMF、DMA、メチルアルコール、水、エーテル、THF、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、トリフルオロエタノール、ベンゼン、トルエン、ピリジン、ヘキサン、あるいはこれらの2種以上の混合溶媒が考慮される。反応温度は、通常は、常温(10℃〜25℃)程度でよいが、さらに加温または冷却してもよい。
Ester bond: DCC (dicyclohexylcarbodiimide), EDC (1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) - carbodiimide), EDC Hydrochloride, DIC (diisopropylcarbodiimide), HfCl 4 (hafnium tetrachloride), Bu 3 P ( Tributylphosphine), lanthanide triflate, EEDQ (N-ethoxycarbonyl-2-ethoxy-1,2-dihydroquinoline)
Acetal formation: iodine, NIS (N-iodosuccinimide), ICl (iodine chloride)
Reaction solvents include methylene chloride, chloroform, DMF, DMSO, DMF, DMA, methyl alcohol, water, ether, THF, ethanol, isopropanol, butanol, trifluoroethanol, benzene, toluene, pyridine, hexane, or two of these The above mixed solvent is considered. The reaction temperature is usually about room temperature (10 ° C. to 25 ° C.), but may be further heated or cooled.

たとえば以上のような本発明のマイクロアレイを用いての有機分子と作用物質との相互作用の検出には従来公知の方法をはじめとして各種の手段が採用されてよい。たとえば、蛍光検出やアルカリホスファターゼ活性の検出、ペルオキシダーゼ活性の検出、化学発光検出、ラジオアイソトープ(RI)法や金コロイド染色による検出、分光分析による検出等が考慮されてよい。そして、これらの検出においてはその可視化も可能である。   For example, various means including a conventionally known method may be employed for detecting the interaction between the organic molecule and the active substance using the microarray of the present invention as described above. For example, fluorescence detection, alkaline phosphatase activity detection, peroxidase activity detection, chemiluminescence detection, detection by radioisotope (RI) method or colloidal gold staining, detection by spectroscopic analysis, etc. may be considered. And in these detections, the visualization is also possible.

特に本発明では、上記のマイクロアレイを用いての有機分子と作用物質との相互作用の検出にテラヘルツ(THz)波を利用する態様が好適である。そしてまた、テラヘルツ(THz)波を利用した本発明に係る有機分子と作用物質の相互作用の分析方法とそのための装置においては、たとえば以下のような多様な無標識、あるいは標識化の形態として有機分子と生体高分子等の作用物質との結合状態での相互作用の分析が可能とされる。
<1>透過吸収の測定
たとえば図1に例示したように、テラヘルツ光源(101)からのテラヘルツ(THz)波を試料(102)に照射し、その透過吸収を検出器(103)により検出する。その結果を画像として表示装置(104)に表示する。テラヘルツ(THz)波の照射光、そして透過光は放物面鏡(105)を介して導かれる。多素子の検出器(103)を用いることで、画像化はより解像度の高いものとすることができる。
<2>透過光のスペクトル変化
また、図2に例示したように、テラヘルツ光源(101)からのテラヘルツ(THz)波の透過にともなうスペクトルの変化を検出器(103)やセンサー(106)等によって測定検出し、有機分子と作用物質との相互作用の有無を屈折率の変化で検出することやその量を分析することができる。
In particular, in the present invention, an embodiment in which terahertz (THz) waves are used for detection of an interaction between an organic molecule and an active substance using the microarray is preferable. In addition, in the method for analyzing the interaction between the organic molecule and the active substance according to the present invention using the terahertz (THz) wave and the apparatus therefor, for example, the following various label-free or labeling forms are organic. It is possible to analyze an interaction between a molecule and an active substance such as a biopolymer.
<1> Measurement of Transmitted Absorption For example, as illustrated in FIG. 1, the sample (102) is irradiated with a terahertz (THz) wave from the terahertz light source (101), and the transmitted absorption is detected by the detector (103). The result is displayed as an image on the display device (104). Terahertz (THz) wave irradiation light and transmitted light are guided through a parabolic mirror (105). By using a multi-element detector (103), the imaging can be of higher resolution.
<2> Spectral Change of Transmitted Light Further, as illustrated in FIG. 2, the change in the spectrum accompanying the transmission of the terahertz (THz) wave from the terahertz light source (101) is detected by the detector (103), the sensor (106), etc. By measuring and detecting, the presence or absence of the interaction between the organic molecule and the active substance can be detected by the change in refractive index, and the amount thereof can be analyzed.

この場合、集光と単一素子による検出で画像化することも可能となる。   In this case, it is possible to form an image by condensing light and detecting by a single element.

この画像化については、たとえば図3に示したように分光スペクトル情報を利用して周波数変化量Δfについて画像化することや、図4に示したようには単色光源の透過強度変化Δlを画像化することもできる。   As for this imaging, for example, the spectral change information is used to image the frequency change Δf as shown in FIG. 3, or the transmission intensity change Δl of the monochromatic light source is imaged as shown in FIG. You can also

つまり、単色光源での分析が可能となる。
<3>透過、反射と再透過
図5に例示したように、たとえば担体メンブレン等を用いる場合、テラヘルツ(THz)波がメンブレン内を透過しながらタンパク質などの吸収を受け、反射部材で反射した後再びタンパク質などの吸収を受けるようにすことができる。この場合には、実効的に2倍の光路長さを伝播することになるため、微小な差異を高感度で測定できることになる。集光系、平行光のいずれの光学系でも可能である。もちろん、メンブレン等の表裏が図5と逆でも可能である。(試料が反射部材側でも可)。
<4>近接場光を用いた方法
図6のように、近接場光を用い、強度の変化や屈折率変化による全反射光の角度変化で有機分子と作用物質との相互作用の有無や定量測定が可能となる。図中のメンブレン上の試料(サンプル)はプリズム側にあっても測定可能である。画像化のためには、プリズム上でサンプルを移動させるか、検出器を多素子として結像系を組むことが考慮される。
That is, analysis with a monochromatic light source is possible.
<3> Transmission, reflection, and re-transmission As illustrated in FIG. 5, for example, when using a carrier membrane or the like, after the terahertz (THz) wave is absorbed through the membrane while being absorbed through the membrane and reflected by the reflecting member It is possible to receive absorption of proteins and the like again. In this case, since the optical path length is effectively propagated twice, a minute difference can be measured with high sensitivity. Either a condensing system or a parallel light optical system is possible. Of course, the front and back of the membrane or the like can be reversed from FIG. (The sample can be on the reflective member side).
<4> Method using near-field light As shown in FIG. 6, the presence / absence or quantification of the interaction between the organic molecule and the active substance by the change in the angle of the total reflection light due to the change in the intensity or the change in the refractive index using the near-field light. Measurement is possible. The sample (sample) on the membrane in the figure can be measured even on the prism side. For imaging, it is considered to move the sample on the prism or to form an imaging system with a multi-element detector.

テラヘルツ(THz)波は波長が長い電磁波であることから、近接場光の染み出し量が多く、感度の良い分析が可能になる。また、波長が長い故に、薄い基板を透過し、その上に固定された有機分子による作用物質との相互作用を分析するのに適している。   Since the terahertz (THz) wave is an electromagnetic wave having a long wavelength, the amount of the near-field light oozing out is large and analysis with high sensitivity becomes possible. In addition, since the wavelength is long, it is suitable for analyzing the interaction with the active substance by the organic molecules that are transmitted through the thin substrate and immobilized thereon.

そして、水分が含まれている場合の分析も可能であるという大きな特徴もある。   And there is also a great feature that analysis when moisture is contained is also possible.

たとえば以上のいずれの形態においても、本発明の分析装置としては、テラヘルツ光源を含む照射部と検出部を必須とし、また、画像化のためには、検出部での検出結果から画像を生成する画像構成部と画像表示部とを備えることを必須としている。なお、テラヘルツ光源としては、たとえばテラヘルツ(THz)波パラメトリック発信器、光注入型テラヘルツ(THz)波パラメトリック発信器、量子カスケードレーザー、光混合型THz波発生装置、差周波混合テラヘルツ(THz)波発生装置、自由電子レーザー、後進波管等の各種の手段を用いてよい。そして、本発明の分析方法、そのための分析装置においては、テラヘルツ(THz)波の周波数としては、一般的には0.01〜500THzの範囲内であることが、また、より実際的には0.1〜10THzの周波数帯域を好適に考慮することができる。   For example, in any of the above forms, the analyzer of the present invention requires an irradiation unit including a terahertz light source and a detection unit, and for imaging, an image is generated from the detection result of the detection unit. It is essential to include an image configuration unit and an image display unit. As the terahertz light source, for example, a terahertz (THz) wave parametric transmitter, a light injection type terahertz (THz) wave parametric transmitter, a quantum cascade laser, an optical mixing type THz wave generator, a differential frequency mixed terahertz (THz) wave generation Various means such as an apparatus, a free electron laser, and a backward wave tube may be used. In the analysis method of the present invention and the analysis apparatus therefor, the frequency of the terahertz (THz) wave is generally within the range of 0.01 to 500 THz, and more practically 0. .1-10 THz frequency band can be suitably considered.

また、検出器も各種のものであってよい。たとえば、集電素子、ポロメータ、基板吸収型超伝導テラヘルツ波検出素子、量子ドット型テラヘルツ波検出素子を用いることができる。これらのうち集電素子としてはDTGSのほかに、たとえばLiTaO3(タンタル酸リチウム)、PZT(圧電素子)、TGS(硫酸トリグリシン)、PbTiO3磁気配向膜(チタン酸鉛配向膜)、PVF2(ポリフッ化ビニリデン)を用いることができる。また、ボロメータとしては、たとえばシリコンボロメータ、InSbボロメータ(インジウムアンチモンボロメータ)を用いることができる。さらにテラヘルツ光源と波検出器に代えて、テラヘルツ(THz)波の発生器と検出器が一体となったシステムとして、たとえばフェムト秒パルスレーザー半導体ンテナを用いたテラヘルツ波時間領域分光システムを用いることもできる。このシステムは、2つの半導体アンテナを備えており、一方の半導体アンテナからテラヘルツ波を出射し、他方の半導体アンテナによりテラヘルツ波を検出する。Various detectors may also be used. For example, a current collecting element, a porometer, a substrate absorption superconducting terahertz wave detecting element, or a quantum dot terahertz wave detecting element can be used. Among these, as a current collecting element, in addition to DTGS, for example, LiTaO 3 (lithium tantalate), PZT (piezoelectric element), TGS (triglycine sulfate), PbTiO 3 magnetic alignment film (lead titanate alignment film), PVF 2 (Polyvinylidene fluoride) can be used. As the bolometer, for example, a silicon bolometer or an InSb bolometer (indium antimony bolometer) can be used. Further, instead of the terahertz light source and the wave detector, a terahertz wave time domain spectroscopy system using a femtosecond pulse laser semiconductor antenna may be used as a system in which a terahertz (THz) wave generator and detector are integrated. it can. This system includes two semiconductor antennas. A terahertz wave is emitted from one semiconductor antenna, and the terahertz wave is detected by the other semiconductor antenna.

画像構成部は、たとえばコンピュータであって、たとえば微小信号検出器から順次入力される電子信号に基づいて試料の各点におけるテラヘルツ波の透過強度を算出する。一方画像構成部は、たとえば二次走査ステージに接続され、二次元走査ステージの移動動作を制御するとともに、二次元走査ステージの初期位置からの移動量を検出して二次元走査ステージの位置を算出する。画像構成部では、所定時間ごとにテラヘルツ波の透過強度と二次元走査ステージの位置を関連づけて、透過画像として展開し、その結果を画像表示部(たとえばCRTディスプレイ、液晶ディスプレイ)に出力する。この画像表示部では、透
過強度を濃淡に置き換えた試料の透過画像が表示される。
The image construction unit is, for example, a computer, and calculates the transmission intensity of the terahertz wave at each point of the sample based on, for example, electronic signals sequentially input from a minute signal detector. On the other hand, the image construction unit is connected to, for example, the secondary scanning stage, controls the movement operation of the two-dimensional scanning stage, and detects the amount of movement from the initial position of the two-dimensional scanning stage to calculate the position of the two-dimensional scanning stage. To do. The image construction unit associates the transmission intensity of the terahertz wave with the position of the two-dimensional scanning stage at predetermined time intervals and develops the transmission image, and outputs the result to an image display unit (for example, a CRT display or a liquid crystal display). In this image display unit, a transmission image of the sample in which the transmission intensity is replaced with light and shade is displayed.

以上の例示説明は透過測定の場合のものであるが、他の場合についても同様に各種の技術手段をもって適宜に構成される。   The above example explanation is for transmission measurement, but other cases are similarly configured with various technical means.

このようなテラヘルツ(THz)波の利用による分析は、上記した本発明のマイクロアレイ、すなわち、A:基板にはB:有機担体が分子間力相互作用により固定化されていると共に、B:有機担体にはC:有機分子が固定化されているマイクロアレイが好適に用いられるが、本発明に係るテラヘルツ(THz)波の利用による分析には、試料としての、生体高分子等の作用物質が相互作用により結合する有機分子を反応結合により、あるいは担体を介しての結合により基板に固定したものを用いることができる。   The analysis using such terahertz (THz) waves is based on the microarray of the present invention described above, that is, A: the substrate is fixed with B: organic carrier by intermolecular force interaction, and B: organic carrier. C: A microarray in which organic molecules are immobilized is preferably used. However, in the analysis using the terahertz (THz) wave according to the present invention, an active substance such as a biopolymer as a sample interacts. Organic molecules that are bound to each other can be fixed to the substrate by reactive binding or by binding via a carrier.

ここで、たとえば反応結合とは、金(Au)基板に対してのチオール基(SH基)を有する化合物を用いた反応による結合や、シリコン、酸化亜鉛等の無機基板に対しての自己組織化膜(SAM膜)の形成による有機分子の固定化、金、銀、シリコン、亜鉛、チタン、あるいはこれらの酸化物等の無機材に特異的に結合するペプチドやタンパク質等を用いた結合等の公知手段によるもの等であってよいが、もちろんこれに限定されることはない。また、担体との結合を介して固定では、有機分子と担体とが化学的に、あるいは物理的に結合していることを意味している。   Here, for example, reactive bonding refers to bonding by a reaction using a compound having a thiol group (SH group) to a gold (Au) substrate, or self-organization to an inorganic substrate such as silicon or zinc oxide. Known methods such as immobilization of organic molecules by forming a film (SAM film), binding using peptides, proteins, etc. that specifically bind to inorganic materials such as gold, silver, silicon, zinc, titanium, or oxides thereof Although it may be based on means, of course, it is not limited to this. In addition, immobilization via a bond with a carrier means that the organic molecule and the carrier are chemically or physically bound.

本発明においては、この担体を用いる方法がより好適なものとして考慮される。この場合、担体は、有機物または無機物のいずれでもよいが、これを有機担体として、基板に固定し、マイクロアレイを構成することがより好適なものとして考慮される。より実際的には、上記したように、A:基板にはB:有機担体が分子間力相互作用により固定化されていると共に、B:有機担体にはC:有機分子が固定化されていることを特徴とするマイクロアレイとすることである。   In the present invention, a method using this carrier is considered as a more preferable one. In this case, the carrier may be either an organic substance or an inorganic substance, but it is considered that it is more preferable to form a microarray by fixing it to a substrate as an organic carrier. More practically, as described above, A: the substrate has B: an organic carrier immobilized by an intermolecular force interaction, and B: the organic carrier has C: an organic molecule immobilized. The microarray is characterized by this.

たとえば上記のマイクロアレイを用いての有機分子と作用物質との相互作用の検出に本発明のTHz波が用いられることになるが、上記のマイクロアレイの場合には、固定化された有機分子が多様な方向に存在することから、作用物質との相互作用がより効率的に進行し、検出の感度も大きく向上することになる。しかも、方向性に制限がかからないことから、構造活性相関の解析も可能となる。さらに、有機分子と作業物質との込み入った相互作用を検出することも可能となる。   For example, the THz wave of the present invention is used to detect the interaction between the organic molecule and the active substance using the microarray, but in the case of the microarray, there are various kinds of immobilized organic molecules. Since it exists in the direction, the interaction with the active substance proceeds more efficiently, and the sensitivity of detection is greatly improved. In addition, since the directionality is not limited, the structure-activity relationship can be analyzed. It is also possible to detect intricate interactions between organic molecules and working substances.

そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されることはない。   Therefore, an example will be shown below and will be described in more detail. Of course, the invention is not limited by the following examples.

<実施例1>
有機分子を、コンジュゲート(共有結合)の形成によって疎水性有機担体としてのポリエチレングリコール(PEG)に導入した。
(例1−1)
次式に沿って蛍光色素Cy3を導入してCy3−O−PEG−O−Cy3(4)を合成した。
<Example 1>
Organic molecules were introduced into polyethylene glycol (PEG) as a hydrophobic organic carrier by formation of a conjugate (covalent bond).
(Example 1-1)
The fluorescent dye Cy3 was introduced along the following formula to synthesize Cy3-O-PEG-O-Cy3 (4).

まず、平均分子量(MW)3400のHO−PEG−OH(1)(13.9mg、0.00770mmol)およびCy3(3)(8.8mg,0.016mmol)のCH2Cl2(0.1mL)の攪拌溶液に、室温においてDCC(2.4mg、0.012mmol)およびN,N−ジメチル−4−アミノピリジン:DMAP(0.2mg、0.002mmol)を添加した。First, HO-PEG-OH (1) with average molecular weight (MW) 3400 (1) (13.9 mg, 0.00770 mmol) and Cy3 (3) (8.8 mg, 0.016 mmol) in CH 2 Cl 2 (0.1 mL) To a stirred solution of was added DCC (2.4 mg, 0.012 mmol) and N, N-dimethyl-4-aminopyridine: DMAP (0.2 mg, 0.002 mmol) at room temperature.

19時間後、シリカゲル(0.5g、MeOH/CHCl3=10:90)で濾過し、PEG含有フラクションを減圧下に濃縮した。さらに、ゲル濾過カラムクロマトグラフィー(Sephadex G−25、MeOH)により精製して、Cy3−O−PEG−O−Cy3(4)(14.9mg、29%重量収率、赤色固形物)を得た。After 19 hours, the mixture was filtered through silica gel (0.5 g, MeOH / CHCl 3 = 10: 90), and the PEG-containing fraction was concentrated under reduced pressure. Furthermore, it refine | purified by the gel filtration column chromatography (Sephadex G-25, MeOH), and obtained Cy3-O-PEG-O-Cy3 (4) (14.9 mg, 29% weight yield, red solid). .

(例1−2)
次式
(Example 1-2)
Next formula

に沿って、MPEG−O−Cy3(5)を合成した。 In this way, MPEG-O-Cy3 (5) was synthesized.

すなわち、まず、平均分子量(MW)5000のMPEG−OH(2)(54.0mg、0.0108mmol)およびCy3(3)(12.3mg、0.0216mmol)のCH2Cl2(0.1mL)攪拌溶液に、室温においてDCC(3.3mg、0.016mmol)およびDMAP(0.3mg、0.002mmol)を添加した。That is, first, MPEG-OH (2) (54.0 mg, 0.0108 mmol) having an average molecular weight (MW) of 5000 and CH 2 Cl 2 (0.1 mL) of Cy3 (3) (12.3 mg, 0.0216 mmol). To the stirred solution was added DCC (3.3 mg, 0.016 mmol) and DMAP (0.3 mg, 0.002 mmol) at room temperature.

22時間後、例1−1と同様に処理して、MPEG−O−Cy3(5)(61.1mg、100%重量収率)(赤色固形物)を得た。1HNMRスペクトルからの実効収率は98%であった。After 22 hours, the same treatment as in Example 1-1 was performed to obtain MPEG-O-Cy3 (5) (61.1 mg, 100% weight yield) (red solid). The effective yield from 1 HNMR spectrum was 98%.

(例1−3)
次式
(Example 1-3)
Next formula

に沿って、PEGとビオチン(biotin)からbiotin−O−PEG−O−biotin(7)を合成した。 The biotin-O-PEG-O-biotin (7) was synthesized from PEG and biotin.

まず、平均分子量(MW)3400のHO−PEG−OH(1)(50.0mg、0.0147mmol)およびビオチン(6)(7.2mg、0.029mmol)のDMF(0.3mL)攪拌溶液に、室温においてDCC(4.6mg、0.022mmol)およびDMAP(0.4mg、0.003mmol)を添加した。   First, in a DMF (0.3 mL) stirred solution of HO-PEG-OH (1) (50.0 mg, 0.0147 mmol) and biotin (6) (7.2 mg, 0.029 mmol) having an average molecular weight (MW) of 3400 At room temperature, DCC (4.6 mg, 0.022 mmol) and DMAP (0.4 mg, 0.003 mmol) were added.

4日後に、減圧下にトルエンとの共沸により濃縮し、ゲル濾過クロマトグラフィー(Sephadex G−25、MeOH)により精製して、biotin−O−PEG−O−biotin(52.7mg、41%重量収率)(無色固形物)を得た。   After 4 days, it was concentrated by azeotropy with toluene under reduced pressure and purified by gel filtration chromatography (Sephadex G-25, MeOH) to give biotin-O-PEG-O-biotin (52.7 mg, 41% weight). Yield) (colorless solid).

(例1−4)
次式
(Example 1-4)
Next formula

に沿って、MPEG−O−biotin(8)を合成した。 In this way, MPEG-O-biotin (8) was synthesized.

平均分子量(MW)5000のMPEG−OH(2)(51.6mg、0.0100mmol)およびビオチン(6)(4.9mg、0.020mmol)のDMF(0.1mL)攪拌溶液に、室温においてDCC(3.1mg、0.015mmol)およびDMAP(0.4mg、0.003mmol)を添加した。   To a stirred solution of MPEG-OH (2) (51.6 mg, 0.0100 mmol) and biotin (6) (4.9 mg, 0.020 mmol) with an average molecular weight (MW) of 5000 in DMF (0.1 mL) was added DCC at room temperature. (3.1 mg, 0.015 mmol) and DMAP (0.4 mg, 0.003 mmol) were added.

12時間後、例1−3と同様に処理して、MPEG−O−biotin(8)(50.0mg、96%)(無色固形物)を得た。1HNMRスペクトルからの実効収率は65%であった。After 12 hours, the same treatment as in Example 1-3 was performed to obtain MPEG-O-biotin (8) (50.0 mg, 96%) (colorless solid). The effective yield from 1 HNMR spectrum was 65%.

(例1−5)
次式
(Example 1-5)
Next formula

に沿って、MPEGとジゴキシン(digoxin)からMPEG−O−AAc−O−digoxin(9)を合成した。 Then, MPEG-O-AAc-O-digoxin (9) was synthesized from MPEG and digoxin.

まず、平均分子量(MW)5000のMPEG−O−AAc−OH(12.8mg、0.00256mg)とジゴキシン(2.00mg、0.00256mmol)のCH2Cl2(0.25mL)攪拌溶液に、室温においてDCC(2.6mg、0.013mmol)およびDMAP(0.6mg、0.0005mmol)を添加した。First, in a stirred solution of MPEG-O-AAc-OH (12.8 mg, 0.00256 mg) and digoxin (2.00 mg, 0.00256 mmol) with an average molecular weight (MW) of 5000 in CH 2 Cl 2 (0.25 mL), DCC (2.6 mg, 0.013 mmol) and DMAP (0.6 mg, 0.0005 mmol) were added at room temperature.

次いで、41時間後に減圧濃縮し、ゲル濾過カラムクロマトグラフィー(Sephadex G25、MeOH)により精製して、MPEG−O−AAc−O−digoxin(9)(14.5mg、98%)(無色固形物)を得た。1HNMRスペクトルにより、コンジュゲート(共有結合)は、digoxinの水酸基との間でランダムに形成されていることと、実効収率が51%(0.094mmol/g)であることが確認された。
(例1−6)
次式
Then, after 41 hours, the solution was concentrated under reduced pressure and purified by gel filtration column chromatography (Sephadex G25, MeOH) to obtain MPEG-O-AAc-O-digoxin (9) (14.5 mg, 98%) (colorless solid) Got. 1 HNMR spectrum confirmed that the conjugate (covalent bond) was randomly formed with the hydroxyl group of digoxin and that the effective yield was 51% (0.094 mmol / g).
(Example 1-6)
Next formula

に沿って、MPEGとジゴキシゲニン(digoxigenin)からMPEG−O−AAc−digoxigenin (10)を合成した。 Then, MPEG-O-AAc-digoxigenin (10) was synthesized from MPEG and digoxigenin.

平均分子量(MW)5000のMPEG−O−AAc−OH(12.8mg、0.00256mmol)およびジゴキシゲニン(1.00mg、0.00256mmol)のCH2Cl2(0.25mL)攪拌溶液に、室温においてDCC(2.6mg、0.013mmol)およびDMAP(0.6mg、0.0005mmol)を添加した。Average molecular weight (MW) 5000 in MPEG-O-AAc-OH ( 12.8mg, 0.00256mmol) and digoxigenin (1.00mg, 0.00256mmol) in CH 2 Cl 2 (0.25mL) stirred solution of at room temperature DCC (2.6 mg, 0.013 mmol) and DMAP (0.6 mg, 0.0005 mmol) were added.

20時間後に、例1−5と同様に処理して、MPEG−O−AAc−O−digoxigenin(10)(13.8mg、100重量%)(無色固形物)を得た。1HNMRスペクトルによると、実効収率は、3−O−コンジュゲート(10a)が30%、12−O−コンジュゲート(10b)が70%であること(total 0.186mmol/g)が確認された。
(例1−7)
次式
After 20 hours, the same treatment as in Example 1-5 was performed to obtain MPEG-O-AAc-O-digoxigenin (10) (13.8 mg, 100% by weight) (colorless solid). According to 1 HNMR spectrum, the effective yield was confirmed to be 30% for 3-O-conjugate (10a) and 70% for 12-O-conjugate (10b) (total 0.186 mmol / g). It was.
(Example 1-7)
Next formula

のように、MPEGとジギトキシゲニン(digitoxigenin)からMPEG−O−AAc−O−digitoxigenin(11)を合成した。 MPEG-O-AAc-O-digitoxigenin (11) was synthesized from MPEG and digitoxigenin as described above.

まず、平均分子量(MW)5000のMPEG−O−AAc−OH(13.4mg、0.00267mmol)とジギトキシゲニン(1.00mg、0.00267mmol)のCH2Cl2(0.20mL)攪拌溶液に、室温においてDIC(0.0021mL、0.013mmol)およびDMAP(0.06mg、0.0005mmol)を添加した。First, a stirred solution of MPEG-O-AAc-OH (13.4 mg, 0.00267 mmol) and digitoxigenin (1.00 mg, 0.00267 mmol) with an average molecular weight (MW) of 5000 in CH 2 Cl 2 (0.20 mL) DIC (0.0021 mL, 0.013 mmol) and DMAP (0.06 mg, 0.0005 mmol) were added at room temperature.

20時間後に、例1−6と同様に処理して、MPEG−O−AAc−O−digitoxigenin(11)(14.5mg、100重量%)(無色固形物)を得た。1HNMRスペクトルによると、実効収率は、100%(0.186mmol/g)であった。
(例1−8)
次式
After 20 hours, the same treatment as in Example 1-6 was carried out to obtain MPEG-O-AAc-O-digitoxigenin (11) (14.5 mg, 100% by weight) (colorless solid). According to the 1 HNMR spectrum, the effective yield was 100% (0.186 mmol / g).
(Example 1-8)
Next formula

に沿って、MPEG−O−MTM(12)と、各種のROH(アルコール、フェノール類)を用いることで、収率90%以上において、MPEG−O−CH2−OR(13)を得た。
<実施例2>
有機分子を疎水性有機担体にコンジュゲートしたものを疎水性有機メンブレンに固定化した。なお、ドットブロットによるスポット固定の手段としては、疎水性有機メンブレンの下に方眼シートを置き、下方の光源から照らした状態においてドットブロットを行っている。
As a result, MPEG-O-MTM (12) and various ROHs (alcohols and phenols) were used to obtain MPEG-O-CH 2 -OR (13) in a yield of 90% or more.
<Example 2>
An organic molecule conjugated to a hydrophobic organic carrier was immobilized on a hydrophobic organic membrane. As a spot fixing means by dot blotting, dot blotting is performed in a state where a grid sheet is placed under a hydrophobic organic membrane and illuminated from a light source below.

固定化の手順は、次のプロセスを基準とした。   The immobilization procedure was based on the following process.

すなわち、PEG又はMPEGにコンジュゲートした有機分子のCHCl3(1×10-2、2×10-3、4×10-4、8×10-5、1.6×10-5M)の溶液(0.1×10-3mL)を、NC(ニトロセルロース)またはPVDF(ポリフッ化ビニリデン)のメンブレン(75mm×75mm)に、ドットブロットした。That is, a solution of organic molecules CHCl 3 (1 × 10 −2 , 2 × 10 −3 , 4 × 10 −4 , 8 × 10 −5 , 1.6 × 10 −5 M) conjugated to PEG or MPEG. (0.1 × 10 −3 mL) was dot blotted onto NC (nitrocellulose) or PVDF (polyvinylidene fluoride) membranes (75 mm × 75 mm).

次いで、定着液(10mL)に10分間浸漬し、その後水洗(10mL、2×1min、その後2×5min)した。   Then, it was immersed in a fixing solution (10 mL) for 10 minutes, and then washed with water (10 mL, 2 × 1 min, then 2 × 5 min).

固定化メンブレンをスキムミルク溶液(10mL)に60分間浸漬して溶液を攪拌した。   The immobilized membrane was immersed in a skim milk solution (10 mL) for 60 minutes to stir the solution.

ここで、メンブレンには上記のようにニトロセルロース(NC,GE Healthcare Bio-Sciences、Hybond−ECL、100% nitrocellulose、ポアサイズ:0.20×10-3mLもしくは0.45×10-3mL)、もしくはポリフッ化ビニリデン(PVDF,GE Healthcare Bio-Sciences、Hybond−P、100% polyvinylidene difluoride、ポアサイズ:0.20×10-3mLもしくは0.45×10-3mL)を用いる。また、以下の溶液を調製して用いる。Here, nitrocellulose (NC, GE Healthcare Bio-Sciences, Hybond-ECL, 100% nitrocellulose, pore size: 0.20 × 10 −3 mL or 0.45 × 10 −3 mL) is used for the membrane as described above. Alternatively, polyvinylidene fluoride (PVDF, GE Healthcare Bio-Sciences, Hybond-P, 100% polyvinylidene difluoride, pore size: 0.20 × 10 −3 mL or 0.45 × 10 −3 mL) is used. The following solutions are prepared and used.

(例2−1)
実施例1における例1−1、例1−2において調製したCy3−O−PEG−O−Cy3(4)およびMPEG−O−Cy3(5)を用いて、次の手順でNCメンブレンにドットブロットして固定化した。
(Example 2-1)
Using the Cy3-O-PEG-O-Cy3 (4) and MPEG-O-Cy3 (5) prepared in Example 1-1 and Example 1-2 in Example 1, dot blotting was performed on the NC membrane by the following procedure. And fixed.

スキムミルク溶液の処理後にはDBB(10mL、6×5min)による洗浄と水洗(10mL、1h)を行い、Whatman paperの間で、120分間乾燥した。   After the treatment of the skim milk solution, washing with DBB (10 mL, 6 × 5 min) and washing with water (10 mL, 1 h) were performed, and drying was performed for 120 minutes between Whatman papers.

添付した図7は、Cy3由来の蛍光を観察した結果を示したものである(FUJIFILM,FLA−2000、473nm)。図7においては以下のものを示している。   Attached FIG. 7 shows the result of observing fluorescence derived from Cy3 (FUJIFILM, FLA-2000, 473 nm). FIG. 7 shows the following.

図7に示したように、色素(Cy3)をPEG/MPEGコンジュゲートとすることによる固定化では、濃度依存的に固定化されていることがわかる。また、可視光で見るよりは蛍光による検出の方が明らかに高感度である。この例はPEG/MPEGサポートによる小分子の固定化技術の基礎を示すものである。
(例2−2)
実施例1における例1−3、例1−4において調製したbiotin−O−PEG−O−biotin(7)、MPEG−O−biotin(8)を用いて、次の手順でPVDFメンブレンにドットブロットして固定化した。
As shown in FIG. 7, it can be seen that the immobilization by using the dye (Cy3) as a PEG / MPEG conjugate is immobilized in a concentration-dependent manner. In addition, detection by fluorescence is clearly more sensitive than viewing by visible light. This example shows the basis of small molecule immobilization technology with PEG / MPEG support.
(Example 2-2)
Using biotin-O-PEG-O-biotin (7) and MPEG-O-biotin (8) prepared in Example 1-3 and Example 1-4 in Example 1, dot blotting was performed on a PVDF membrane by the following procedure. And fixed.

そして、この例においては、固定化されたビオチンとストレプトアビジンとの相互作用を蛍光検出法およびTHz波による透過測定により検出した。   In this example, the interaction between immobilized biotin and streptavidin was detected by fluorescence detection and transmission measurement using THz waves.

すなわち、表9のとおり、スキムミルク溶液の浸漬に続いてストレプトアビジン(streptavidin-Alexa 633)(2.0mg/mL in Water、3.3×10-3mL)含有のスキムミルク溶液(10mL)に室温において6時間浸漬し、DBB(10mL、6×5min)および水(10mL、1h)で洗浄した。Whatman paperを用いて乾燥した後に、蛍光検出およびTHz波による透過測定を行った。THz波による透過測定では、周波数帯2THzを用い、THz−TDSにより測定した。That is, as shown in Table 9, following immersion of the skim milk solution, a skim milk solution (10 mL) containing streptavidin-Alexa 633 (2.0 mg / mL in Water, 3.3 × 10 −3 mL) was added at room temperature. It was immersed for 6 hours and washed with DBB (10 mL, 6 × 5 min) and water (10 mL, 1 h). After drying using Whatman paper, fluorescence detection and transmission measurement with THz waves were performed. In the transmission measurement using the THz wave, the frequency band 2 THz was used and the measurement was performed by THz-TDS.

図8は、蛍光検出の結果を示したものである。633mmUV光での検出結果を示しており、biotin−O−PEG−O−biotin(7)、MPEG−O−biotin(8)の場合の各種の濃度でのブロット(0.1×10-3mL)の蛍光が観察されている。FIG. 8 shows the result of fluorescence detection. The detection results with 633 mm UV light are shown, and blots (0.1 × 10 −3 mL) at various concentrations in the case of biotin-O-PEG-O-biotin (7) and MPEG-O-biotin (8) are shown. ) Is observed.

図8に示したビオチン−ストレプトアビジン相互作用の蛍光による検出では、8×10−5−5×10-2Mの範囲で検出が可能であり、明らかに濃度依存的である。The detection by the fluorescence of the biotin-streptavidin interaction shown in FIG. 8 can be detected in the range of 8 × 10 −5 −5 × 10 −2 M, and is clearly concentration-dependent.

ビオチン(6)の場合に全くストレプトアビジン由来の蛍光が検出されないのは、そこにブロッティングしたビオチン(6)が洗浄操作で流れ去ってしまったためと考えることができ、PEG/MPEGコンジュゲートとすることによる小分子固定化の有効性をよく示すものである。   In the case of biotin (6), streptavidin-derived fluorescence is not detected at all. This can be attributed to the fact that the biotin (6) blotted there was washed away, and the PEG / MPEG conjugate should be used. This shows the effectiveness of immobilizing small molecules by.

図9は、THz波による透過測定の結果を透過画像として示したものである。なお、図中の白線は傷を示している。また図10は、2THzの吸光度画像をSmoothing処理した結果を示しており、たとえば、この図10のY=88NOラインの吸光度変化にも見られるように、ビオチン−ストレプトアビジン相互作用の検出では、8×10−5−5×10-2Mの範囲で検出が可能であり、明らかに濃度依存的であることがわかる。FIG. 9 shows the result of transmission measurement using THz waves as a transmission image. In addition, the white line in a figure has shown the damage | wound. FIG. 10 shows the result of smoothing the 2 THz absorbance image. For example, as shown in the change in absorbance of the Y = 88 NO line in FIG. 10, the detection of biotin-streptavidin interaction is 8 It can be detected in the range of × 10 −5 -5 × 10 −2 M, and it is apparent that it is concentration-dependent.

また、ビオチン(6)の場合に全くストレプトアビジン由来の透過画像が検出されないのは、そこにブロッティングしたビオチン(6)が洗浄操作で流れ去ってしまったためと考えることができ、PEG/MPEGコンジュゲートとすることによる小分子固定化の有効性をよく示すものである。
(例2−3)
次の手順で、例2−2と同様のビオチンを固定化し、ストレプトアビジンとの相互作用をアルカリホスファーゼ−BCIP検出法により検出した。
In addition, in the case of biotin (6), no streptavidin-derived transmitted image was detected because the blotted biotin (6) was washed away by the washing operation, and the PEG / MPEG conjugate This clearly shows the effectiveness of immobilizing small molecules.
(Example 2-3)
In the following procedure, the same biotin as in Example 2-2 was immobilized, and the interaction with streptavidin was detected by the alkaline phosphatase-BCIP detection method.

この場合には、DBB洗浄後に、NBT/BCIP溶液(1.0mL)により20分間インキュベートし、その後、水洗している。   In this case, after DBB washing, it is incubated for 20 minutes with an NBT / BCIP solution (1.0 mL), and then washed with water.

図11は、0.1×10-3mLでのブロットについての5×10-2Mの場合のアルカリホスファーゼ−BCIP検出による可視化の結果を示している。
(例2−4)
次の手順で、例2−2と同様のビオチンをブロット(0.1×10-3mL)固定化し、ストレプトアビジンとの相互作用をアルカリホスファーゼ−化学発光検出法によりストレプトアビジンとの相互作用を検出した。
FIG. 11 shows the results of visualization with alkaline phosphatase-BCIP detection at 5 × 10 −2 M for blots at 0.1 × 10 −3 mL.
(Example 2-4)
In the following procedure, the same biotin as in Example 2-2 was immobilized on a blot (0.1 × 10 −3 mL), and the interaction with streptavidin was determined by the alkaline phosphatase-chemiluminescence detection method. The effect was detected.

すなわち、スキムミルク溶液への浸漬に続いて、ストレプトアビジン、アルカリホスファーゼコンジュゲート(1.0mg/mL in water ,8.3×10-4mL)を含有するスキムミルク溶液(1.0mL)に室温で6時間浸漬し、DBB洗浄した。そして、CDP−star溶液(0.5mL)でインキュベートした。That is, following immersion in a skim milk solution, a skim milk solution (1.0 mL) containing streptavidin and an alkaline phosphatase conjugate (1.0 mg / mL in water, 8.3 × 10 −4 mL) was added to room temperature. And then DBB washed. And it incubated with the CDP-star solution (0.5 mL).

図12は、化学発光検出の結果を示したものである。   FIG. 12 shows the result of chemiluminescence detection.

図12に示したビオチン−ストレプトアビジン相互作用のアルカリホスファターゼ活性−化学発光による検出は、文献通りBCIPを用いた場合(図11)よりもずっと高感度で、1×10-5M〜1×10-2Mの範囲で濃度依存的に検出が可能であった。この感度は、蛍光による検出(図8)と同等か、若干高いレベルにある。The detection of biotin-streptavidin interaction shown in FIG. 12 by alkaline phosphatase activity-chemiluminescence is much more sensitive than using BCIP (FIG. 11) as in the literature (1 × 10 −5 M to 1 × 10 6). Detection was possible in a concentration dependent range of -2 M. This sensitivity is equivalent to or slightly higher than the detection by fluorescence (FIG. 8).

また、MPEG−O−biotinのアルカリホスファーゼ活性−化学発光検出により可視化された図13の結果について、この画像データをImageJ(ver.1.37v)(Rasband, W.S.,ImageJ, U.S. National Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA, http//rsb.info.nih.gov/iJ/,1997-2006)を用いてピーク分析した結果を図14に示す。   For the results of FIG. 13 visualized by alkaline phosphatase activity-chemiluminescence detection of MPEG-O-biotin, this image data was converted to ImageJ (ver. 1.37v) (Rasband, WS, ImageJ, US National Institutes of The results of peak analysis using Health, Bethesda, Maryland, USA, http // rsb.info.nih.gov / iJ /, 1997-2006) are shown in FIG.

明らかな濃度依存性が確認できる。
(例2−5)
次の手順で、例1−5、例1−6、例1−7のMPEG−O−AAc−O−digoxin (9)、MPEG−O−AAc−O−digoxigenin (10)、MPEG−O−AAc−O−digitoxigenin (11)の各々を用いてブロット(0.1×10-3mL)固定化し、アルカリホスファーゼ化学発光検出法により、および上記例2−2と同様にしてテラヘルツ(THz)波により相互作用を検出した。
Clear concentration dependence can be confirmed.
(Example 2-5)
In the following procedure, MPEG-O-AAc-O-digoxin (9), MPEG-O-AAc-O-digoxigenin (10), MPEG-O- of Examples 1-5, 1-6, and 1-7 were used. Blot (0.1 × 10 −3 mL) was immobilized using each of AAc-O-digitoxigenin (11), terahertz (THz) by alkaline phosphatase chemiluminescence detection method and in the same manner as in Example 2-2 above. ) Interaction was detected by wave.

図15は、アルカリホスファーゼ化学発光検出法による可視化の結果を示したものである。   FIG. 15 shows the results of visualization by an alkaline phosphatase chemiluminescence detection method.

また、図16は、THz波による透過画像(吸光度)と透過反射画像(吸光度)を示したものである。
<実施例3>
有機分子をPEGの性質を利用してメンブラン上に固定化する方法には、すでに述べた有機分子−PEGコンジュゲートを作成してブロットする方法のほかに、コンジュゲート作製をメンブラン上で行ってしまう方法も実用的である。ここではあらかじめメンブランをPEG類の溶液に浸すことで表面をPEG類で修飾した「PEGシート」を作成する。これに固定化したい有機分子と縮合剤の混合溶液をブロットし、一定時間インキュベートする。この方法によれば、もし固定化したい有機分子群がPEG類によりコンジュゲートされていない場合には、少ない労力で、手早くメンブランマクロアレイを作成することができる。
FIG. 16 shows a transmission image (absorbance) and a transmission reflection image (absorbance) by THz waves.
<Example 3>
The method of immobilizing organic molecules on the membrane using the properties of PEG involves the production of conjugates on the membrane, in addition to the method of preparing and blotting the organic molecule-PEG conjugates already mentioned. The method is also practical. Here, a “PEG sheet” whose surface is modified with PEGs is prepared by immersing the membrane in a solution of PEGs in advance. A mixed solution of the organic molecule and the condensing agent to be immobilized is blotted and incubated for a predetermined time. According to this method, if the organic molecule group to be immobilized is not conjugated with PEGs, a membrane macroarray can be quickly prepared with little effort.

たとえば次の手順により、有機分子としてのビオチン等を固定化し、ストレプトアビジンとの相互作用による蛍光検出することができ、また、ストレプトアビジンとの相互作用テラヘルツ(THz)波により検出することができる。   For example, biotin or the like as an organic molecule can be immobilized by the following procedure, and fluorescence can be detected by interaction with streptavidin, or can be detected by a terahertz (THz) wave interacting with streptavidin.

より具体的には、まず平均分子量(MW)3400のPEG(500mg)のメタノール/水(1:1、10mL)の溶液に、PVDFメンブレン(15mm×15mm)を、室温において10分間浸漬する。その後、水洗(10mL、2×1min、その後2×5min)し、whatman paperの間で120分間乾燥する。これにより、PEGシートを得る。   More specifically, first, a PVDF membrane (15 mm × 15 mm) is immersed in a solution of PEG having an average molecular weight (MW) of 3400 (500 mg) in methanol / water (1: 1, 10 mL) at room temperature for 10 minutes. Then wash with water (10 mL, 2 × 1 min, then 2 × 5 min) and dry between whatman paper for 120 minutes. Thereby, a PEG sheet is obtained.

一方、ビオチン(9.78mg、0.040mmol)、EDC−HCl(8.24mg、0.040mmol)およびDMAP(0.96mg、0.008mmol)のDMF(0.4mL)のブロッティング溶液を調製する。   Meanwhile, a blotting solution of DMF (0.4 mL) of biotin (9.78 mg, 0.040 mmol), EDC-HCl (8.24 mg, 0.040 mmol) and DMAP (0.96 mg, 0.008 mmol) is prepared.

このものの0.1×10-3mLを用いて、上記のPEGシート上にブロットする。次いで、室温で40時間インキュベートする。Using 0.1 × 10 −3 mL of this, blot on the above PEG sheet. It is then incubated for 40 hours at room temperature.

乾燥後、定着液(10mL)に10分間浸漬する。水洗(10mL、2×1min、次いで2×5min)し、その後、スキムミルク溶液(10mL)に60分間浸漬し、さらに、ストレプトアジビン−Alexa 633(2.0mg/mL in Water、3.3×10-3mL)含有のスキムミルク溶液に6時間浸漬する。After drying, immerse in fixer (10 mL) for 10 minutes. Wash with water (10 mL, 2 × 1 min, then 2 × 5 min), then immerse in skim milk solution (10 mL) for 60 minutes, and further streptazibine-Alexa 633 (2.0 mg / mL in Water, 3.3 × 10 -3 mL) in a skim milk solution for 6 hours.

DBB(10mL、6×5min)で洗浄し、水洗(10mL、1時間)し、Whatman paperで120分間乾燥する。   Wash with DBB (10 mL, 6 × 5 min), wash with water (10 mL, 1 hour) and dry on Whatman paper for 120 minutes.

図17は、蛍光検出(633nm)による可視化の結果を示したものである。   FIG. 17 shows the result of visualization by fluorescence detection (633 nm).

また、実施例2の例2−2の場合と同様にしてストレプトアジビンとの相互作用をTHzの透過画像として確認することができた。
<実施例4>
有機反応の追跡にも本発明のマイクロアレイを用いることができる。たとえば、前記のbiotin−O−PEG−O−biotin(7)およびMPEG−O−biotin(8)の合成反応混合物をあらかじめ試料として用意する。
Further, in the same manner as in Example 2-2 of Example 2, the interaction with streptazibine could be confirmed as a THz transmission image.
<Example 4>
The microarray of the present invention can also be used for tracking organic reactions. For example, the synthesis reaction mixture of biotin-O-PEG-O-biotin (7) and MPEG-O-biotin (8) is prepared in advance as a sample.

これらの試料(0.1×10-3mL)を、PVDFメンブレン(65mm×55mm)に、ドットブロットする。次いで定着液(10mL)に10分間浸漬し、水洗(10mL、2×1min、次いで2×5min)する。These samples (0.1 × 10 −3 mL) are dot blotted onto a PVDF membrane (65 mm × 55 mm). Next, it is immersed in a fixing solution (10 mL) for 10 minutes and washed with water (10 mL, 2 × 1 min, then 2 × 5 min).

スキムミルク溶液(10mL)に室温で60分間浸漬し、さらに、ストレプトアビジン−Alexa 633(2.0mg/mL in Water、1.67×10-3mL)を含有するスキムミルク溶液(1.0mL)に、室温で6時間浸漬する。Immerse it in a skim milk solution (10 mL) at room temperature for 60 minutes, and then add it to a skim milk solution (1.0 mL) containing streptavidin-Alexa 633 (2.0 mg / mL in Water, 1.67 × 10 −3 mL). Immerse for 6 hours at room temperature.

DBB(10mL、6×5min)および水(10mL、1時間)で洗浄し、Whatman paperの間で乾燥する(120分間)。   Wash with DBB (10 mL, 6 × 5 min) and water (10 mL, 1 hour) and dry between Whatman paper (120 minutes).

図18(a)は、蛍光検出(633nm)の結果を、時間変化とともに可視化した結果を示したものである。図18(b)は、ドットブロットのマップを示している。   FIG. 18A shows the result of visualizing the result of fluorescence detection (633 nm) with time. FIG. 18B shows a dot blot map.

この図18(a)(b)から、ビオチン(biotin)エステル化反応の度合いを追跡することができる。   The degree of biotin esterification reaction can be traced from FIGS. 18 (a) and 18 (b).

また、実施例2の例2−2の場合と同様にして、透過検出を時間変化とともに観察することで、ビオチン(biotin)エステル化反応の度合いを追跡することができた。
<実施例5>
有機分子としての糖鎖を、コンジュゲート(共有結合)の形成によって疎水性有機担体としての長鎖のアルキル鎖を有する脂肪酸化合物に導入した。
(例5−1)
次式に沿って、ラクトース(Lac)を導入した。
Further, in the same manner as in Example 2-2 of Example 2, the degree of biotin esterification reaction could be traced by observing permeation detection with time.
<Example 5>
A sugar chain as an organic molecule was introduced into a fatty acid compound having a long alkyl chain as a hydrophobic organic carrier by formation of a conjugate (covalent bond).
(Example 5-1)
Lactose (Lac) was introduced according to the following formula.

Lactose octanoylhydrazone (Lac-C8)
Lactose (20.0mg, 0.0555mmol)およびoctanoylhydrazide (17.6mg, 0.111mmol)を0.1M 酢酸ナトリウム-酢酸 (pH 2.5)/メタノール/クロロホルム(2:5:3, 1mL)に溶解し、50℃で4日間攪拌した。減圧濃縮後、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、lactose octanoylhydrazone (21.0mg, 0.00433mmol, 78%)を白色固体として得た。H NMR (300MHz, CD3OD) δ 4.32 (d, J = 7.5Hz, 1H), 3.95-3.34 (m, 12H), 3.23 (dd, J = 9.0, 9.0Hz, 1H), 2.16 (dd, J = 8.1, 6.6Hz, 2H), 1.61 (br, 2H), 1.31 (br, 8H), 0.90-0.87 (m, 3H); 13C NMR (125MHz, CDCl3) δ 195.7, 176.0, 149.1, 104.7, 91.5, 80.1, 77.4, 76.7, 76.3, 74.6, 72.2, 71.7, 70.2, 62.6, 62.0, 35.4, 32.8, 30.3, 30.0, 26.8, 23.7, 15.0.
Lactose stearylhydrazone (Lac-C18)
Lactose (20.0mg, 0.0555mmol)およびstearylhydrazide (66.7mg, 0.222mmol)を0.1M 酢酸ナトリウム-酢酸 (pH 2.5)/メタノール/クロロホルム(6:4:0.4, 1mL)に溶解し、50℃で4日間攪拌した。減圧濃縮後、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、lactose stearylhydrazone (10.4mg, 0.0017mmol, 30%)を白色固体として得た。H NMR (300MHz, CD3OD) δ 4.32 (d,J = 7.5Hz, 1H), 3.96-3.44 (m, 12H), 3.23 (dd,J = 8.7, 8.7Hz, 1H), 2.15 (ddd, J=8.4, 8.4, 7.5Hz, 2H), 1.61-1.59 (m, 2H), 1.28 (br, 28H), 0.89 (t,J = 6.6Hz, 3H).
(例5−2)
次式に沿って、Lacto−N−tetraoseを導入した。
Lactose octanoylhydrazone (Lac-C8)
Lactose (20.0 mg, 0.0555 mmol) and octanoylhydrazide (17.6 mg, 0.111 mmol) are dissolved in 0.1 M sodium acetate-acetic acid (pH 2.5) / methanol / chloroform (2: 5: 3, 1 mL), and then at 50 ° C. for 4 days. Stir. After concentration under reduced pressure, the obtained residue was purified by silica gel column chromatography to obtain lactose octanoylhydrazone (21.0 mg, 0.00433 mmol, 78%) as a white solid. 1 H NMR (300MHz, CD 3 OD) δ 4.32 (d, J = 7.5Hz, 1H), 3.95-3.34 (m, 12H), 3.23 (dd, J = 9.0, 9.0Hz, 1H), 2.16 (dd, J = 8.1, 6.6Hz, 2H), 1.61 (br, 2H), 1.31 (br, 8H), 0.90-0.87 (m, 3H); 13 C NMR (125MHz, CDCl 3 ) δ 195.7, 176.0, 149.1, 104.7 , 91.5, 80.1, 77.4, 76.7, 76.3, 74.6, 72.2, 71.7, 70.2, 62.6, 62.0, 35.4, 32.8, 30.3, 30.0, 26.8, 23.7, 15.0.
Lactose stearylhydrazone (Lac-C18)
Lactose (20.0 mg, 0.0555 mmol) and stearylhydrazide (66.7 mg, 0.222 mmol) were dissolved in 0.1 M sodium acetate-acetic acid (pH 2.5) / methanol / chloroform (6: 4: 0.4, 1 mL), and the mixture was stirred at 50 ° C. for 4 days. Stir. After concentration under reduced pressure, the resulting residue was purified by silica gel column chromatography to obtain lactose stearylhydrazone (10.4 mg, 0.0017 mmol, 30%) as a white solid. 1 H NMR (300 MHz, CD 3 OD) δ 4.32 (d, J = 7.5 Hz, 1H), 3.96-3.44 (m, 12H), 3.23 (dd, J = 8.7, 8.7 Hz, 1H), 2.15 (ddd, J = 8.4, 8.4, 7.5Hz, 2H), 1.61-1.59 (m, 2H), 1.28 (br, 28H), 0.89 (t, J = 6.6Hz, 3H).
(Example 5-2)
Lacto-N-tetraose was introduced along the following formula.

Lacto-N-tetraose octanoylhydrazone (4-C8)
Lacto-N-tetraose (0.5mg, 0.71μmol)およびoctanoylhydrazide (1.12mg, 7.06μmol)を0.1M 酢酸ナトリウム-酢酸 (pH 2.5)/メタノール/クロロホルム(6:5:2, 0.3mL)に溶解し、室温で二週間攪拌した。反応液を減圧濃縮後、蒸留水(0.2mL)を加え、クロロホルム(0.3mL×3)により抽出した。有機層を減圧濃縮後、lacto-N-tetraose octanoylhydrazone (0.488mg, 0.575μmol, 81%, 純度 76.7%)を白色固体として得た。HRMS (ESI, positive) calcd for C3 4 H5 2N3O2 1 [(M+H)+] 848.3870, found 848.3845.
Lacto-N-tetraose stearylhydrazone (4-C18)
Lacto-N-tetraose (0.50mg, 0.71μmol)およびstearylhydrazide (2.04mg, 7.06μmol)を0.1M 酢酸ナトリウム-酢酸 (pH 2.5)/メタノール/クロロホルム(6:5:2, 0.3mL)に溶解し、室温で二週間攪拌した。反応液を減圧濃縮後、蒸留水(0.2mL)を加え、クロロホルム(0.3mL×3)により抽出した。有機層を減圧濃縮後、lacto-N-tetraose stearylhydrazone (0.702mg, 0.71μmol, quant, 純度 22.7%)を白色固体として得た。HRMS (ESI, positive) calcd for C4 4 H8 2N3O2 1 [(M+H)+] 988.5435, found 988.5390.
(例5−3)
次式に沿って、Lacto−N−fucopentaoseを導入した。
Lacto-N-tetraose octanoylhydrazone (4-C8)
Lacto-N-tetraose (0.5 mg, 0.71 μmol) and octanoylhydrazide (1.12 mg, 7.06 μmol) are dissolved in 0.1 M sodium acetate-acetic acid (pH 2.5) / methanol / chloroform (6: 5: 2, 0.3 mL), Stir at room temperature for 2 weeks. The reaction mixture was concentrated under reduced pressure, distilled water (0.2 mL) was added, and the mixture was extracted with chloroform (0.3 mL × 3). After the organic layer was concentrated under reduced pressure, lacto-N-tetraose octanoylhydrazone (0.488 mg, 0.575 μmol, 81%, purity 76.7%) was obtained as a white solid. HRMS (ESI, positive) calcd for C 3 4 H 5 2 N 3 O 2 1 [(M + H) + ] 848.3870, found 848.3845.
Lacto-N-tetraose stearylhydrazone (4-C18)
Lacto-N-tetraose (0.50mg, 0.71μmol) and stearylhydrazide (2.04mg, 7.06μmol) were dissolved in 0.1M sodium acetate-acetic acid (pH 2.5) / methanol / chloroform (6: 5: 2, 0.3mL) Stir at room temperature for 2 weeks. The reaction mixture was concentrated under reduced pressure, distilled water (0.2 mL) was added, and the mixture was extracted with chloroform (0.3 mL × 3). After the organic layer was concentrated under reduced pressure, lacto-N-tetraose stearylhydrazone (0.702 mg, 0.71 μmol, quant, purity 22.7%) was obtained as a white solid. HRMS (ESI, positive) calcd for C 4 4 H 8 2 N 3 O 2 1 [(M + H) + ] 988.5435, found 988.5390.
(Example 5-3)
Lacto-N-fucopentaose was introduced according to the following formula.

Lacto-N-fucopentaose octanoylhydrazone (5-C8)
Lacto-N-fucopentaose(0.5mg, 0.59μmol)およびoctanoylhydrazide (0.890mg, 5.86μmol)を0.1M 酢酸ナトリウム-酢酸 (pH 2.5)/メタノール/クロロホルム(6:5:2, 0.3mL)に溶解し、室温で二週間攪拌した。反応液を減圧濃縮後、蒸留水(0.2mL)を加え、クロロホルム(0.3mL×3)により抽出した。有機層を減圧濃縮後、lacto-N-tetraose octanoylhydrazone (0.469mg, 0.472μmol, 80%, 純度 83%)を白色固体として得た。HRMS (ESI, positive) calcd for C4 0 H7 2N3O2 5 [(M+H)+] 994.4449, found 994.4412.
Lacto-N-fucopentaose stearylhydrazone (5-C18)
Lacto-N-fucopentaose(0.50mg, 0.59μmol)およびstearylhydrazide(1.75mg, 5.86μmol)を0.1M 酢酸ナトリウム-酢酸 (pH 2.5)/メタノール/クロロホルム(6:5:2, 0.3mL)に溶解し、室温で二週間攪拌した。反応液を減圧濃縮後、蒸留水(0.2mL)を加え、クロロホルム(0.3mL×3)により抽出した。有機層を減圧濃縮後、lacto-N-tetraose stearylhydrazone (0.388mg, 0.342μmol, 58%, 純度 35.5%)を白色固体として得た。HRMS (ESI, positive) calcd for C5 0 H9 0N3O2 5 [(M+H)+] 1133.2548, found 1132.8397
<実施例6>
実施例5の例5−1から例5−3までの導入の結果得られた糖鎖と長鎖アルキル鎖脂肪酸化合物とのコンジュゲート体である糖誘導体を、実施例2における表5に示したプロセスと同様にして疎水性有機メンブレンに固定化した。
Lacto-N-fucopentaose octanoylhydrazone (5-C8)
Lacto-N-fucopentaose (0.5 mg, 0.59 μmol) and octanoylhydrazide (0.890 mg, 5.86 μmol) are dissolved in 0.1 M sodium acetate-acetic acid (pH 2.5) / methanol / chloroform (6: 5: 2, 0.3 mL), Stir at room temperature for 2 weeks. The reaction mixture was concentrated under reduced pressure, distilled water (0.2 mL) was added, and the mixture was extracted with chloroform (0.3 mL × 3). After the organic layer was concentrated under reduced pressure, lacto-N-tetraose octanoylhydrazone (0.469 mg, 0.472 μmol, 80%, purity 83%) was obtained as a white solid. HRMS (ESI, positive) calcd for C 4 0 H 7 2 N 3 O 2 5 [(M + H) + ] 994.4449, found 994.4412.
Lacto-N-fucopentaose stearylhydrazone (5-C18)
Lacto-N-fucopentaose (0.50 mg, 0.59 μmol) and stearylhydrazide (1.75 mg, 5.86 μmol) were dissolved in 0.1 M sodium acetate-acetic acid (pH 2.5) / methanol / chloroform (6: 5: 2, 0.3 mL), Stir at room temperature for 2 weeks. The reaction mixture was concentrated under reduced pressure, distilled water (0.2 mL) was added, and the mixture was extracted with chloroform (0.3 mL × 3). After the organic layer was concentrated under reduced pressure, lacto-N-tetraose stearylhydrazone (0.388 mg, 0.342 μmol, 58%, purity 35.5%) was obtained as a white solid. HRMS (ESI, positive) calcd for C 5 0 H 9 0 N 3 O 2 5 [(M + H) + ] 1133.2548, found 1132.8397
<Example 6>
Table 5 in Example 2 shows sugar derivatives that are conjugates of sugar chains and long-chain alkyl chain fatty acid compounds obtained as a result of introduction from Example 5-1 to Example 5-3 in Example 5. It was immobilized on a hydrophobic organic membrane in the same manner as in the process.

次いで、固定化された7つの糖誘導体のアレイをレクチン(congerin I)と相互作用させ、それを473nmにて蛍光検出した。図19は、その結果を示したものである。いずれの化合物も濃度依存的に相互作用の強さが変化しており、特異的な相互作用が検出されていると言うことができる。例えば4×10-4Mの濃度で比較すると、これまで知られているように、二糖であるラクトースよりも四糖の方が相互作用が強く、五糖はさらに強い、ということが明確にわかる。また、同じラクトースにあっても、アルキル鎖とコンジュゲートした方が蛍光が強く、さらに炭素鎖18(C18)の方が炭素鎖8(C8)でコンジュゲートしたものよりも蛍光が強い。これは相互作用の強さに差が出ているのではなく、メンブレン上に保持されている化合物の量に差が出ているためであり、疎水性の強い化合物がより強く固定化されるという本発明の性質によるものである。The immobilized array of seven sugar derivatives was then allowed to interact with lectin (congerin I), which was detected with fluorescence at 473 nm. FIG. 19 shows the result. In any compound, the strength of the interaction changes depending on the concentration, and it can be said that a specific interaction is detected. For example, when compared at a concentration of 4 × 10 -4 M, it is clear that, as is known so far, tetrasaccharide has stronger interaction and pentasaccharide is stronger than disaccharide, lactose. Recognize. Even in the same lactose, the fluorescence is stronger when conjugated with an alkyl chain, and the fluorescence of carbon chain 18 (C18) is stronger than that conjugated with carbon chain 8 (C8). This is not because there is a difference in the strength of the interaction, but because there is a difference in the amount of the compound retained on the membrane, which means that a strongly hydrophobic compound is more strongly immobilized. This is due to the nature of the present invention.

このように、ガラスアレイでは一般に検出することが困難であるとされる糖とレクチンの弱い相互作用が検出できるということは、本発明の特徴のひとつである。   Thus, it is one of the features of the present invention that a weak interaction between a sugar and a lectin, which is generally difficult to detect with a glass array, can be detected.

また、固定化された7つの糖誘導体のアレイをレクチン(congerin I)と相互作用させ、それを実施例2と同様にしてTHz波長により検出した。図20は、その結果を透過画像(吸光度)並びに透過反射画像(吸光度)として示したものである。いずれの化合物も濃度依存的に相互作用の強さが変化しており、特異的な相互作用が検出されていると言うことができる。二糖であるラクトースよりも四糖の方が相互作用が強く、五糖はさらに強い、ということが明確にわかる。また、炭素鎖18(C18)の方が炭素鎖8(C8)でコンジュゲートしたものよりも蛍光が強い。これは相互作用の強さに差が出ているのではなく、メンブレン上に保持されている化合物の量に差が出ているためであり、疎水性の強い化合物がより強く固定化されるという本発明の性質によるものである。
<実施例7>
(例7−1)
下記スキーム1〜3に従って糖鎖のポリエチレングリコールコンジュゲートを合成した。二段階のclick型反応を経由し、アジド基を有するトリエチレングリコールリンカーをオキシム形成反応によって糖鎖の還元末端に導入し、このアジド基にHuisgen反応によってPEGを導入した。
Also, an immobilized array of seven sugar derivatives was allowed to interact with lectin (congerin I), and this was detected by THz wavelength as in Example 2. FIG. 20 shows the results as a transmission image (absorbance) and a transmission reflection image (absorbance). In any compound, the strength of the interaction changes depending on the concentration, and it can be said that a specific interaction is detected. It can be clearly seen that tetrasaccharide is stronger in interaction and lactose is stronger than the disaccharide lactose. Moreover, the fluorescence of carbon chain 18 (C18) is stronger than that conjugated with carbon chain 8 (C8). This is not because there is a difference in the strength of the interaction, but because there is a difference in the amount of the compound retained on the membrane, which means that a strongly hydrophobic compound is more strongly immobilized. This is due to the nature of the present invention.
<Example 7>
(Example 7-1)
According to the following schemes 1 to 3, a polyethylene glycol conjugate of a sugar chain was synthesized. Via a two-step click reaction, a triethylene glycol linker having an azide group was introduced into the reducing end of the sugar chain by an oxime formation reaction, and PEG was introduced into this azide group by a Huisgen reaction.

一段階目の反応は糖鎖をよく溶解するアセトニトリル−酢酸緩衝液中で行うことができ、対象糖鎖の構造にかかわらず好収率でリンカー導入を行うことができる。二段階目の反応では生物活性をほとんど有さないことが明らかとなっているトリアゾール環が形成される。   The first step reaction can be performed in an acetonitrile-acetate buffer solution that dissolves sugar chains well, and linkers can be introduced in good yield regardless of the structure of the target sugar chain. The second stage reaction forms a triazole ring which has been shown to have little biological activity.

この合成において用いられるリンカー7はスキーム1に示すようにして合成した。市販のトリエチレングリコール1をモノトリチル化して2へと導き、残った水酸基をN-ヒドロキシフタルイミドとの光延反応によって3へ変換した。フタルイミド部分をヒドラジン処理によって除去し、生じたアミノ基を常法によってBoc化した。得られた4のトリチル基を接触水素化によって除去して5を得たのちに、DPPAを用いるアジド化(DEAD, PPh3)を施して6とした。最後に、Boc基の脱保護をTFAにより行い、リンカー7を得ることができた。The linker 7 used in this synthesis was synthesized as shown in Scheme 1. Commercially available triethylene glycol 1 was monotritylated to give 2, and the remaining hydroxyl group was converted to 3 by Mitsunobu reaction with N-hydroxyphthalimide. The phthalimide moiety was removed by hydrazine treatment, and the resulting amino group was converted to Boc by a conventional method. The obtained trityl group of 4 was removed by catalytic hydrogenation to obtain 5, and then azide (DEAD, PPh 3 ) using DPPA was performed to obtain 6. Finally, deprotection of the Boc group was performed with TFA, and linker 7 could be obtained.

リンカー7とラクトースとの反応、さらにモデル化合物9を用いたHuisgen反応について、得られた知見をスキーム2に示す。   The obtained knowledge about the reaction between the linker 7 and lactose and the Huisgen reaction using the model compound 9 are shown in Scheme 2.

ラクトースに対して室温、pH 2.5でリンカー7を反応させると、オキシム形成反応は2日以内に終了し、8をほぼ定量的に得ることができた。同様な結果は糖鎖としてマルトースを用いた場合にも得ることができた。生成物8は高極性で取扱いが困難である上に、オキシム官能基部分における異性体混合物として生成する。したがってこの反応の評価はLC-MSによってのみ行い、その後に反応混合物を濃縮して次のHuisgen反応に用いた。   When linker 7 was reacted with lactose at room temperature and pH 2.5, the oxime formation reaction was completed within 2 days, and 8 could be obtained almost quantitatively. Similar results were obtained when maltose was used as the sugar chain. Product 8 is highly polar and difficult to handle and also forms as an isomer mixture in the oxime functional moiety. Therefore, this reaction was evaluated only by LC-MS, after which the reaction mixture was concentrated and used for the next Huisgen reaction.

Huisgen反応によるトリアゾール環形成は無触媒でも進行するが、アセチレン化合物9を用いた本実施例では、硫酸銅とアスコルビン酸ナトリウムを共存させると反応が速やかに進行することが明らかになった。反応は60℃で12時間、さらに室温で3〜4日間処理して行った。この反応についてもLC-MSによって生成物を分析し、8が完全に消費されてトリアゾール化合物10がきれいに生成していることが確認できている。以上の反応条件を利用して、次にPEGとのコンジュゲート形成を行った。スキーム3にラクトースとPEGとのコンジュゲート合成を示す。   Triazole ring formation by Huisgen reaction proceeds even without catalyst, but in this example using acetylene compound 9, it was revealed that the reaction proceeds rapidly when copper sulfate and sodium ascorbate coexist. The reaction was carried out at 60 ° C. for 12 hours and further at room temperature for 3 to 4 days. Also for this reaction, the product was analyzed by LC-MS, and it was confirmed that 8 was completely consumed and triazole compound 10 was clearly formed. Next, conjugate formation with PEG was performed using the above reaction conditions. Scheme 3 shows the conjugate synthesis of lactose and PEG.

ここで用いたPEGは平均分子量が5000のポリ(エチレングリコール)モノメチルエーテル(MPEG)である。MPEGアセチレン12は、既知のカルボン酸11(特願2003-383694)とプロパルギルアミンをアミド縮合させることによって定量的に得た。これに8を既出の条件(8→10)で反応させ、13とした。13はMPEGの性質を生かし、ゲル濾過カラムクロマトグラフィーもしくはシリカゲルカラムクロマトグラフィーによって迅速かつ容易に得ることができた。1H NMRスペクトルを分析し、反応進行率は91.5%、ローディング量は0.167 mol/gであると決定した。The PEG used here is poly (ethylene glycol) monomethyl ether (MPEG) having an average molecular weight of 5000. MPEG acetylene 12 was quantitatively obtained by amide condensation of a known carboxylic acid 11 (Japanese Patent Application No. 2003-383694) and propargylamine. This was reacted with 8 under the above-mentioned conditions (8 → 10) to obtain 13. 13 can be obtained quickly and easily by gel filtration column chromatography or silica gel column chromatography taking advantage of the properties of MPEG. The 1 H NMR spectrum was analyzed, and the reaction progress rate was determined to be 91.5% and the loading amount was 0.167 mol / g.

(例7−2)
スキーム4に従ってマルトースのMPEGコンジュゲート化を行った。
(Example 7-2)
Maltose MPEG conjugation was performed according to Scheme 4.

手順はスキーム3に示したラクトースのものと全く同じであり、コンジュゲート15を得ることができた。1H NMRスペクトルを分析し、反応進行率は75.0%の、ローディング量は0.136 mmol/gであると決定した。The procedure was exactly the same as that of lactose shown in Scheme 3, and conjugate 15 could be obtained. The 1 H NMR spectrum was analyzed and the reaction progress was determined to be 75.0% and the loading amount was 0.136 mmol / g.

<実施例8>
ラクトースおよび実施例7で合成したそのコンジュゲート10, 13を用いた糖鎖アレイとレクチンであるコンジェリンIとの相互作用検出を実施例6と同様の方法で試みた。
<Example 8>
An attempt was made in the same manner as in Example 6 to detect the interaction between the sugar chain array using lactose and its conjugates 10 and 13 synthesized in Example 7 and lectin, Congelin I.

すなわち、ラクトースおよび10, 13のメタノール溶液をそれぞれについて6種類ずつ調製し、0.2 mLずつPVDFメンブレン上に一連でドット・ブロットした。固定化・洗浄・ブロッキングを順次行い、FITCにより標識されたコンジェリンIとビニール袋の中で20時間インキュベートした。メンブレンを洗浄し、風乾して蛍光およびテラヘルツ波によって分析した。結果を図21、図22にそれぞれ示す。   That is, 6 types of each of lactose and 10, 13 methanol solutions were prepared, and 0.2 mL each was dot-blotted in series on a PVDF membrane. Immobilization, washing, and blocking were sequentially performed, and incubated for 20 hours in a plastic bag with Congerin I labeled with FITC. The membrane was washed, air dried and analyzed by fluorescence and terahertz waves. The results are shown in FIGS. 21 and 22, respectively.

図21、図22のいずれの検出法においても得られた結果から相互作用は濃度依存的であり、特異的な相互作用が検出されたと判断することができる。   From the results obtained by either of the detection methods of FIGS. 21 and 22, the interaction is concentration-dependent, and it can be determined that a specific interaction has been detected.

図21の蛍光検出に関しては、ラクトースのMPEGコンジュゲート13のみが4 x10-4 Mの濃度でコンジェリンIとの相互作用を示した。For the fluorescence detection of FIG. 21, only the lactose MPEG conjugate 13 showed interaction with Congerin I at a concentration of 4 × 10 −4 M.

図22のテラヘルツ波分析では、図21よりも高感度に相互作用検出が可能であった。すなわち、MPEGコンジュゲート13では8 x10-5 Mの濃度で相互作用が検出できることが明らかになった。低分子量コンジュゲート10も4 x10-4 Mの濃度で検出されたが、コンジュゲートされていないラクトースは1 x10-2 Mの高濃度においてもその相互作用は検出されなかった。これは実施例6における結果と一致するものである。In the terahertz wave analysis of FIG. 22, it was possible to detect the interaction with higher sensitivity than in FIG. That is, it was revealed that the interaction could be detected with the MPEG conjugate 13 at a concentration of 8 × 10 −5 M. Low molecular weight conjugate 10 was also detected at a concentration of 4 × 10 −4 M, but unconjugated lactose did not detect its interaction even at a high concentration of 1 × 10 −2 M. This is consistent with the result in Example 6.

図22の結果は、コンジュゲート化が糖鎖の固定化に有効であることを示すもので、特に平均分子量5000のMPEGが優れていること、それに対して低分子量コンジュゲートは固定化収率がやや下がることを示すものである。   The results in FIG. 22 show that conjugation is effective for immobilization of sugar chains, and in particular, MPEG with an average molecular weight of 5000 is superior, whereas low molecular weight conjugates have an immobilization yield. It shows that it falls a little.

Claims (24)

作用物質との相互作用を検出するための有機分子を固定化したマイクロアレイであって、
A:基板にはB:有機担体が分子間力相互作用により固定化されていると共に、B:有機担体にはC:有機分子が固定化されていることを特徴とするマイクロアレイ。
A microarray on which organic molecules for detecting an interaction with an agent are immobilized,
A: A microarray in which B: an organic carrier is immobilized on a substrate by an intermolecular force interaction, and B: an organic molecule is immobilized on the B: organic carrier.
分子間力相互作用は、疎水性相互作用、静電的相互作用およびイオン性相互作用のうちの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項1に記載のマイクロアレイ。   The microarray according to claim 1, wherein the intermolecular force interaction is at least one of a hydrophobic interaction, an electrostatic interaction, and an ionic interaction. B:有機担体にはC:有機分子がコンジュゲート(共有結合)により固定化されていることを特徴とする請求項1または2に記載のマイクロアレイ。   The microarray according to claim 1 or 2, wherein C: an organic molecule is immobilized on the organic carrier by a conjugate (covalent bond). B:有機担体にはC:有機分子が、エステル結合、アミド結合、ウレア結合、ウレタン結合およびアセタール結合のうちの少なくともいずれかのコンジュゲート(共有結合)により固定化されていることを特徴とする請求項3に記載のマイクロアレイ。   B: The organic carrier has C: an organic molecule immobilized on the organic carrier by a conjugate (covalent bond) of at least one of an ester bond, an amide bond, a urea bond, a urethane bond, and an acetal bond. The microarray according to claim 3. B:有機担体は、ポリマーまたはオリゴマー、もしくは環状化合物であることを特徴とする請求項1または2に記載のマイクロアレイ。   B: The microarray according to claim 1 or 2, wherein the organic carrier is a polymer, an oligomer, or a cyclic compound. B:有機担体は、ポリアルキレングリコール類、ポリエーテル類、脂肪酸類、ペプチドまたはポリペプチド類、アミノ酸のオリゴマーまたはポリマー、ステロイド類、テルペン類、多環芳香族化合物、ポルフィリン類、および糖鎖類のうちの少なくとも1種であることを特徴とする請求項1または2に記載のマイクロアレイ。   B: Organic carriers are polyalkylene glycols, polyethers, fatty acids, peptides or polypeptides, oligomers or polymers of amino acids, steroids, terpenes, polycyclic aromatic compounds, porphyrins, and sugar chains The microarray according to claim 1, wherein the microarray is at least one of them. B:有機担体は、平均分子量が450以上のポリエチレングリコール(PEG)、またはポリエチレンオキシド、もしくは炭素数8以上の長鎖脂肪酸類であることを特徴とする請求項6に記載のマイクロアレイ。   B: The microarray according to claim 6, wherein the organic carrier is polyethylene glycol (PEG) having an average molecular weight of 450 or more, polyethylene oxide, or long chain fatty acids having 8 or more carbon atoms. A:基板は、有機メンブレンであることを特徴とする請求項1または2に記載のマイクロアレイ。   A: The microarray according to claim 1 or 2, wherein the substrate is an organic membrane. A:有機メンブレンはセルロース系ポリマー、ポリオレフィン系ポリマー、ジエン系ポリマー、フッ素系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、またはポリアリーレン系ポリマーであることを特徴とする請求項8に記載のマイクロアレイ。   A: The microarray according to claim 8, wherein the organic membrane is a cellulose polymer, a polyolefin polymer, a diene polymer, a fluorine polymer, a polyester polymer, or a polyarylene polymer. A:有機メンブレンは、ニトロセルロース(NC)またはポリフッ化ビニリデン(PVDF)であることを特徴とする請求項9に記載のマイクロアレイ。   The microarray according to claim 9, wherein the organic membrane is nitrocellulose (NC) or polyvinylidene fluoride (PVDF). 請求項1から10のいずれか一項に記載のマイクロアレイの製造方法であって、次の工程を含むことを特徴とするマイクロアレイの製造方法。
<1・1>B:有機担体にC:有機分子を固定化し、
<1・2>A:基板に固定化する。
The method for producing a microarray according to any one of claims 1 to 10, comprising the following steps.
<1.1> B: C: Organic molecules are immobilized on an organic carrier,
<1.2> A: Immobilize on the substrate.
請求項1から10のうちのいずれか一項に記載のマイクロアレイの製造方法であって、次の工程を含むことを特徴とするマイクロアレイの製造方法。
<2・1>A:基板に、B:有機担体を固定化し、
<2・2>B:有機担体にC:有機分子を固定化する。
The method for manufacturing a microarray according to any one of claims 1 to 10, comprising the following steps.
<2.1> A: Immobilize B: organic carrier on the substrate,
<2.2> B: C: Organic molecules are immobilized on the organic carrier.
請求項1から10のうちのいずれか一項に記載のマイクロアレイを用いて、C:有機分子と作用物質との相互作用を検出することを特徴とするマイクロアレイ検出方法。   A microarray detection method, comprising: detecting an interaction between C: an organic molecule and an agent using the microarray according to any one of claims 1 to 10. 有機分子がその相互作用により作用物質を結合している状態を分析する方法であって、前記有機分子を基板表面に反応結合により、もしくは担体との結合を介して固定化し、テラヘルツ(THz)波の透過、反射および干渉の少なくともいずれかの測定により分析することを特徴とする有機分子と作用物質の相互作用分析方法。   A method for analyzing a state in which an organic molecule is bonded to an active substance by its interaction, wherein the organic molecule is immobilized on a substrate surface by a reactive bond or through a bond with a carrier, and a terahertz (THz) wave An analysis method for an interaction between an organic molecule and an active substance, wherein the analysis is performed by measuring at least one of transmission, reflection, and interference. 有機分子は、これとコンジュゲート(共有結合)する担体を介して基板表面に固定化されていることを特徴とする請求項14に記載の有機分子と作用物質の相互作用分析方法。   15. The method for analyzing an interaction between an organic molecule and an agent according to claim 14, wherein the organic molecule is immobilized on the substrate surface via a carrier that is conjugated (covalently bonded) to the organic molecule. 担体は有機担体であって、基板の表面に分子間力相互作用により固定されていることを特徴とする請求項15に記載の有機分子と作用物質の相互作用分析方法。   16. The method for analyzing an interaction between an organic molecule and an active substance according to claim 15, wherein the carrier is an organic carrier and is fixed to the surface of the substrate by intermolecular force interaction. テラヘルツ(THz)波の透過吸収の測定により結合状態を分析することを特徴とする請求項14に記載の相互作用分析方法。   The interaction analysis method according to claim 14, wherein the coupling state is analyzed by measuring transmission absorption of a terahertz (THz) wave. テラヘルツ(THz)波の透過光のスペクトル変化の測定により結合状態を分析することを特徴とする請求項14に記載の有機分子と作用物質の相互作用分析方法。   15. The method for analyzing an interaction between an organic molecule and an active substance according to claim 14, wherein the binding state is analyzed by measuring a spectral change of transmitted light of a terahertz (THz) wave. テラヘルツ(THz)波の透過、その後の反射と再透過の吸収の測定により結合状態を分析することを特徴とする請求項14に記載の有機分子と作用物質の相互作用分析方法。   15. The method for analyzing an interaction between an organic molecule and an active substance according to claim 14, wherein the binding state is analyzed by measuring transmission of terahertz (THz) waves, and then absorption of reflection and re-transmission. 近接場光を用い、全反射光の角度変化を測定して結合状態を分析することを特徴とする請求項14に記載の有機分子と作用物質の相互作用分析方法。   15. The method for analyzing an interaction between an organic molecule and an active substance according to claim 14, wherein the near-field light is used to measure the angle change of the total reflected light to analyze the binding state. テラヘルツ(THz)波は、周波数が0.01〜500THzの範囲内であることを特徴とする請求項14から20のいずれか一項に記載の有機分子と作用物質の相互作用分析方法。   The method for analyzing an interaction between an organic molecule and an active substance according to any one of claims 14 to 20, wherein the terahertz (THz) wave has a frequency within a range of 0.01 to 500 THz. 相互作用により結合している状態の作用物質と基板表面に反応結合もしくは担体との結合を介して固定されている有機分子とにテラヘルツ(THz)波を照射するテラヘルツ照射部と、照射されたテラヘルツ波の透過、反射および干渉の少くともいずれかを測定する検出部とを備えていることを特徴とする有機分子と作用物質の相互作用分析装置。   A terahertz irradiation unit that irradiates a terahertz (THz) wave to an active substance that is bound by interaction and an organic molecule that is fixed to the substrate surface through a reaction bond or a bond with a carrier; and the irradiated terahertz An apparatus for analyzing an interaction between an organic molecule and an active substance, comprising: a detection unit that measures at least one of wave transmission, reflection, and interference. テラヘルツ照射部は、周波数0.01〜500THzの範囲のテラヘルツ(THz)波を照射することを特徴とする請求項22に記載の有機分子と作用物質の相互作用分析装置。   23. The apparatus for analyzing an interaction between an organic molecule and an active substance according to claim 22, wherein the terahertz irradiation unit irradiates a terahertz (THz) wave having a frequency in a range of 0.01 to 500 THz. 請求項22または23に記載の装置における検出部での検出結果に基づいて画像を生成する画像構成部とその画像を表示する画像表示部とを備えていることを特徴とする有機分子と作用物質の相互作用分析画像装置。   24. An organic molecule and an active substance, comprising: an image forming unit that generates an image based on a detection result of the detection unit in the apparatus according to claim 22; and an image display unit that displays the image. Interaction analysis imaging device.
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