WO2010029739A1 - 蛍光分子を含有するポリマー粒子およびその製造方法 - Google Patents

蛍光分子を含有するポリマー粒子およびその製造方法 Download PDF

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    • G01N2458/40Rare earth chelates

Definitions

  • the present invention relates to polymer particles containing fluorescent molecules, and more particularly, to polymer particles having excellent dispersibility and including fluorescent molecules with a high content in the polymer layer, and a method for producing the same.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-88131
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-127454
  • Patent Document 3 previously filed by the present applicant has a function as a fluorescent label by including a fluorescent molecule in a polymer layer covering magnetic particles.
  • Patent Document 2 previously filed by the present applicant has a function as a fluorescent label by including a fluorescent molecule in a polymer layer covering magnetic particles.
  • a multifunctional polymer magnetic particle having both magnetic properties and magnetic responsiveness.
  • the fluorescent polymer-containing polymer magnetic particles are required to introduce more fluorescent molecules into the coating polymer layer in order to realize fluorescence brightness that can be detected by an existing fluorescence detector.
  • This invention is made
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-127454
  • polymer magnetic particles are dispersed in a non-aqueous solvent in which fluorescent molecules are dissolved to swell the coated polymer layer, and the swollen coated polymer layer absorbs the fluorescent molecules;
  • a method for producing fluorescent molecule-containing polymer magnetic particles comprising a step of adding water to the non-aqueous solvent in which the absorbed polymer magnetic particles are dispersed and a step of evaporating and removing the non-aqueous solvent.
  • the non-aqueous solvent can be an organic solvent having an affinity for water and having a lower boiling point and higher vapor pressure than water.
  • the fluorescent molecule-containing polymer magnetic particles in which fluorescent molecules are introduced into the coating polymer layer, wherein at least 100 nmol of fluorescent molecules are contained per 1 mg of the fluorescent molecule-containing polymer magnetic particles.
  • Fluorescent molecule-containing polymer magnetic particles are provided.
  • the coating polymer layer can be formed of a polymer composed of a monomer component containing styrene.
  • the fluorescent molecule can be a rare earth metal chelate complex, and the rare earth metal constituting the rare earth metal chelate complex is selected from the group consisting of europium, samarium, terbium, and dysprosium. can do.
  • polymer particles are dispersed in a non-aqueous solvent in which fluorescent molecules are dissolved to swell the polymer layer, and the swollen polymer layer absorbs the fluorescent molecules, and the fluorescent molecules are absorbed.
  • a method for producing fluorescent molecule-containing polymer particles comprising a step of adding water to the non-aqueous solvent in which polymer particles are dispersed and a step of evaporating and removing the non-aqueous solvent.
  • a fluorescent molecule-containing polymer magnetic particle wherein the fluorescent molecule-containing polymer magnetic particle contains at least 100 nmol of fluorescent molecule per 1 mg of the fluorescent molecule-containing polymer particle.
  • polymer particles that are excellent in dispersibility and contain fluorescent molecules with a high content in the polymer layer, and a method for producing the same.
  • the flowchart which showed the manufacturing process of the fluorescent molecule containing polymer magnetic particle of this embodiment The figure which shows the measurement result of the weight conversion distribution of the particle size of the fluorescent molecule containing polymer magnetic particle of Example 1.
  • FIG. The figure which shows the measurement result of the weight conversion distribution of the particle size of the fluorescent molecule containing polymer magnetic particle of the comparative example 1.
  • FIG. 1 The figure which shows the relationship of each fluorescence intensity and the ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) density
  • FIG. 1 is a flowchart showing the manufacturing process of the fluorescent molecule-containing polymer magnetic particles of the present embodiment shown in FIG.
  • Step 100 an aqueous suspension of polymer magnetic particles is prepared.
  • Step 100 can be performed, for example, by the following method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-88131 (Patent Document 1) filed earlier by the present applicant.
  • a hydrophilic substance such as ferrite is made hydrophobic by adsorbing a surface active substance, and then the ferromagnetic particle has a monomer liquid capable of radical addition polymerization such as styrene and glycidyl methacrylate and a nonionic hydrophilic group.
  • a surfactant is added, and an appropriate amount of water is added and mixed, followed by sonication and emulsification.
  • the emulsion thus prepared is heated to 60 to 80 ° C., and then a hydrophilic initiator is added to polymerize the monomer by emulsion polymerization.
  • the surfactant is washed and removed from the emulsified particles that have been polymerized to obtain an aqueous suspension of polymer magnetic particles obtained by coating the magnetic particles with a polymer.
  • Step 101 the solvent (that is, water) of the aqueous suspension of polymer magnetic particles obtained in step 100 is replaced with a non-aqueous solvent, and then solid phase separation is performed.
  • Step 101 can be performed, for example, by the following procedure. First, the liquid suspension of polymer magnetic particles is subjected to solid-liquid separation using a centrifuge to remove water, alcohol such as methanol is added to the remaining pellets, and solid-liquid separation is repeated several times. Can be done. By this alcohol washing, the hydrophilic substance adhering to the coating polymer layer is removed, and the swelling of the coating polymer layer is promoted.
  • step 102 a solution obtained by dissolving fluorescent molecules in a non-aqueous solvent (hereinafter referred to as fluorescent molecule solution) is added to the polymer magnetic particle pellet obtained by solid-liquid separation in step 101 and shaken.
  • fluorescent molecule solution a solution obtained by dissolving fluorescent molecules in a non-aqueous solvent
  • the coated polymer layer of the polymer magnetic particles is swollen by the non-aqueous solvent of the fluorescent molecule solution, and the fluorescent molecules are absorbed into the swollen polymer together with the non-aqueous solvent.
  • a rare earth metal chelate complex can be used as the fluorescent molecule introduced into the coating polymer layer.
  • the rare earth metal constituting the rare earth metal chelate complex include samarium, terbium, and dysprosium in addition to europium.
  • the solvent of the fluorescent molecule solution and the non-aqueous solvent functioning as a solvent for swelling the coating polymer layer have an affinity for water and have a lower boiling point than water and a vapor pressure. It is preferable to use a high organic solvent. For example, in this embodiment, acetone having a hydrophilic group and a boiling point of 56.5 ° C. can be used as the non-aqueous solvent.
  • step 102 preferably, after the migration of fluorescent molecules to the coating polymer layer is saturated, in step 103, water is added to the reaction system.
  • the water to be added is preferably pure water, and distilled water or milliQ water can be used.
  • the amount of water to be added is preferably about the same amount as the non-aqueous solvent in the reaction system.
  • the non-aqueous solvent is removed by evaporation from the reaction system in step 103.
  • This non-aqueous solvent can be removed by evaporation under a condition where only the non-aqueous solvent having a boiling point lower than that of water is vaporized, for example, by a method such as a reduced pressure treatment, a heat treatment, or a treatment with heating under reduced pressure.
  • a method such as a reduced pressure treatment, a heat treatment, or a treatment with heating under reduced pressure.
  • Step 103 since the water added in Step 103 remains in the reaction system, drying of the polymer magnetic particles into which the fluorescent molecules are introduced is prevented, and as a result, high dispersibility of the polymer magnetic particles is suitably maintained.
  • step 105 an aqueous suspension of polymer magnetic particles containing fluorescent molecules with a high content is obtained.
  • At least 100 nmol, preferably 150 nmol or more, more preferably 200 nmol or more, and desirably 250 nmol or more of fluorescent molecules can be introduced per 1 mg of the fluorescent molecule-containing polymer magnetic particles.
  • the fluorescent molecule-containing polymer magnetic particles can be provided in a state where high dispersibility is maintained. This guarantees excellent quantitativeness. Further, according to the production method of the present invention, more fluorescent molecules can be introduced in a form that is completely sealed inside the polymer. In various environments, high-intensity fluorescence can be stably supplied without being affected by the external environment.
  • the polymer magnetic particles of the present embodiment have ethylene glycol diglycidyl ether (EGDE), butylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol (PEG), etc. on the surface of the coated polymer layer in order to improve the binding to a physiologically active substance.
  • EGDE ethylene glycol diglycidyl ether
  • PEG polyethylene glycol
  • the present invention has been described with the embodiment in which fluorescent molecules are introduced into the coating polymer layer of polymer magnetic particles formed with hydrophilic magnetic particles such as ferrite as nuclei. It should be noted that the present invention relates to a general-purpose method for introducing a fluorescent molecule into the material, and should not be construed as limiting the introduction target of the fluorescent molecule to polymer magnetic particles. That is, according to the present invention, the procedure after Step 102 described above is applied to an aqueous suspension of known polymer particles that do not contain magnetic particles, which are prepared through known methods such as emulsion polymerization and suspension polymerization. In addition, fluorescent molecules can be included in the polymer particles with the same high content as described above, and this will be easily understood by those skilled in the art.
  • this nonionic surfactant By adding an aqueous solution in which 0.3 g of a nonionic surfactant Emulgen 1150S-70 (manufactured by Kao Corporation) having a PEO chain is added to the hydrophobic ferromagnetic particles and sonicating, this nonionic surfactant is obtained.
  • the agent was adsorbed on the surface of the hydrophobic ferromagnetic particles to re-hydrophilize the particles and disperse in water.
  • the polymer magnetic particles prepared by the above-described procedure were modified to bind ethylene glycol diglycidyl ether (EGDE) as a spacer.
  • EGDE ethylene glycol diglycidyl ether
  • NH 4 OH aqueous solution is added to the slurry of the particles, and this is reacted by adjusting the pH with an aqueous HCl solution, thereby opening the GMA epoxy group and opening the amino groups. A group was introduced.
  • an excess amount of EGDE is added to the ring-opened amino group of the polymer magnetic particle, and the pH is adjusted with an aqueous NaOH solution and stirred to bond the amino group of the polymer-coated ferrite particle and the epoxy group of EGDE. I let you. After the reaction, water washing was performed using a magnetic separation operation to obtain an aqueous suspension of polymer magnetic particles modified with EGDE.
  • Example 1 1.08 for the polymer magnetic particle pellets obtained by the procedure described above.
  • An acetone solution containing ⁇ mol of fluorescent molecules was added to disperse the polymer magnetic particles in the acetone solution.
  • milliQ water was added to this acetone solution.
  • milliQ water was added in the same amount as the acetone solution.
  • vacuum heating was performed at 60 ° C. to evaporate and remove acetone to obtain an aqueous suspension of polymer magnetic particles.
  • FIG. 2 shows the measurement result of the weight-converted distribution of the particle diameter of the fluorescent molecule-containing polymer magnetic particles of Example 1
  • FIG. 3 shows the measurement of the weight-converted distribution of the particle diameter of the fluorescent molecule-containing polymer magnetic particles of Comparative Example 1. Results are shown.
  • FIG. 4 shows the measurement result of the weight conversion distribution of the particle size of the polymer magnetic particle before introducing the fluorescent molecule.
  • the polymer magnetic particles before the introduction of the fluorescent molecules showed a unimodal distribution as shown in FIG. 4, but Example 1 and Comparative Example 1 were also as shown in FIG. 2 and FIG.
  • a single-peak distribution similar to that shown in FIG. 4 was obtained, and the average particle size was around 220 nm.
  • the single particle dispersion was maintained after the introduction of the fluorescent molecules.
  • the polymer magnetic particles of the sample were significantly aggregated, and thus could not be dispersed in water, and the measurement itself was impossible. From the results of the above-described examples, it was shown that the fluorescent molecule-containing polymer magnetic particles of the present invention have suitable dispersibility. This guarantees excellent quantitativeness in the application of the sensing marker.
  • Example 1 ⁇ Verification of the amount of fluorescent molecules introduced>
  • the introduction amount of Eu (TTA) 3 (TOPO) 2 complex was measured for each of Example 1 and Comparative Example 1. Specifically, a europium complex is eluted from a polymer magnetic particle into which a fluorescent molecule is introduced using acetone, and the eluted europium is analyzed by atomic emission spectrometry (ICP-OES, Leeman Labs, INC USA). Device name: Prodigy ICP). Table 1 below shows the quantitative results.
  • the specific gravity of the magnetite (5.3 g / cm 3 ) and the specific gravity of the polymer (1.0 g / cm 3 )
  • the specific gravity of the polymer magnetic particles of this example was 1.45 g / cm 3 .
  • the particle diameter of the polymer magnetic particles of this example was about 200 nm from the TEM image, the weight per polymer magnetic particle of this example was estimated to be 6.07 ⁇ 10 ⁇ 15 g.
  • Example 1 On the other hand, in Example 1, 386 per 1 mg of polymer magnetic particles. It was found that nmol of europium was introduced. This means that 1.41 ⁇ 10 6 europium complexes were introduced into one polymer magnetic particle, and it was found that the amount of fluorescent molecules introduced was increased nearly seven times compared to Comparative Example 1.
  • the fluorescent polymer magnetic particles produced in Example 1 are dispersed in each pH solution of four types of buffers (acetic acid buffer, boric acid + potassium chloride-sodium hydroxide buffer, phosphate buffer, Hepes-NaOH buffer). (Hereinafter referred to as a fluorescent polymer magnetic particle dispersion) was prepared. Each fluorescent polymer magnetic particle dispersion was prepared such that the particle concentration was 20 ⁇ g / ml.
  • Eu (TTA) 3 (TOPO) 2 complex was micellized and dispersed in each pH solution of the same four types of buffers as described above (hereinafter referred to as a europium simple substance dispersion). Prepared. Each europium single dispersion was adjusted to 1 nmol / ml.
  • Fluorescence intensity was measured using a fluorescence spectrophotometer LS-55 (PerkinElmer) for each of the fluorescent polymer magnetic particle dispersion and the europium simple substance dispersion prepared by the above-described procedure.
  • the excitation was measured at 340 nm
  • the emission was measured at 550-700 nm
  • the value of 618 nm was defined as the fluorescence intensity.
  • the slit was set to 10.0 nm for both Excitation and Emission.
  • FIG. 5 shows the results of measuring the fluorescence intensity of the europium single dispersion. As shown in FIG. 5, for the europium single dispersion, strong fluorescence intensity was measured in the vicinity of neutrality in all buffers, but the fluorescence intensity dropped sharply in other pH ranges, and Eu (TTA) It was shown that the fluorescence intensity of 3 (TOPO) 2 complex is greatly affected by the pH of the external environment.
  • FIG. 6 shows the result of measuring the fluorescence intensity of the fluorescent polymer magnetic particle dispersion. As shown in FIG. 6, it was found that the fluorescent polymer magnetic particle dispersion maintained strong fluorescence intensity in all pH regions, and the fluorescence intensity was not affected by the pH of the external environment.
  • FIG. 7 shows the relationship between the fluorescence intensity and the EDTA concentration of each of the fluorescent polymer magnetic particle dispersion and the europium simple substance dispersion.
  • the fluorescence intensity started to decrease when the EDTA concentration reached 1 ⁇ mM, and the fluorescence intensity decreased to 50% when the EDTA concentration reached 3 ⁇ mM.
  • the fluorescent polymer magnetic particle dispersion liquid no decrease in fluorescence intensity with an increase in EDTA concentration was observed.
  • Dispersion of anti-EGFR antibody-immobilized fluorescent molecule-containing polymer magnetic particles (dispersion solvent: 10 mM Hepes-NaOH (pH 7.9), 50 mM KCl, 1 mM EDTA, 0.1% (w / v) After dropping Tween 20), a neodymium magnet was placed for 10 min on the back side of the slide glass. Thereafter, the sample was washed with TBS and encapsulated with a hydrophilic encapsulant.
  • tissue section of the same mammary gland CNB specimen that was immunostained by the immunoperoxidase method was prepared.
  • FIG. 8 (a) shows a fluorescence micrograph of a sample immunostained using the fluorescent molecule-containing polymer magnetic particles of Example 1, and FIG. 8 (b) was immunostained by the immunoperoxidase method. A micrograph of a control sample is shown. As shown in FIG. 8, according to the immunostaining using the fluorescent molecule-containing polymer magnetic particles of the present invention, it was confirmed that the cancerous part can be fluorescently stained with the same contrast as the control sample.
  • polymer particles containing more fluorescent molecules in the polymer layer and a method for producing the same.
  • the fluorescent molecule-containing polymer particles of the present invention can stably function as a high-intensity fluorescent label, and further application development is expected as a useful marker material in the biosensing field.

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Abstract

【課題】本発明は、ポリマー層に高い含有率をもって蛍光分子を含有するポリマー粒子およびその製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】ポリマー粒子を、水を排除した非水系溶媒中で膨潤させることによってポリマー層の膨潤が促進されることに加え、ポリマー層内部への蛍光分子の移行が水分子に阻害されないため、より多くの蛍光分子がポリマー層の内部に導入される。また、非水系溶媒を蒸発除去する前に、反応系に対して水を添加するため、反応系に残存した水がポリマー粒子の乾燥を防止し、その結果、当該蛍光分子含有ポリマー粒子の高い分散性が好適に維持される。

Description

蛍光分子を含有するポリマー粒子およびその製造方法
 本発明は、蛍光分子を含有するポリマー粒子に関し、より詳細には、分散性に優れ、そのポリマー層に高い含有率をもって蛍光分子を包含するポリマー粒子およびその製造方法に関する。
 近年、バイオセンシング分野におけるマーカー材料として、磁性粒子の応用展開が種々検討されている。この点につき、本出願人が先に出願した特開2006-88131号公報(特許文献1)は、磁性粒子をポリマーで被膜することによって、磁性粒子の磁気応答性を維持しつつ、マーカーに要求される高い分散性を実現したポリマー磁性粒子を開示している。さらに、その発展形として、本出願人が先に出願した特開2008-127454号公報(特許文献2)は、磁性粒子を被覆するポリマー層に蛍光分子を包含させることによって、蛍光標識としての機能と磁気応答性とを併せ持つ多機能型ポリマー磁性粒子を開示する。ここで、蛍光分子含有ポリマー磁性粒子には、既存の蛍光検出器によって検出可能な蛍光輝度を実現すべく、その被覆ポリマー層により多くの蛍光分子を導入することが要求される。
特開2006-88131号公報 特開2008-127454号公報
 本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、本発明は、ポリマー層に高い含有率をもって蛍光分子を含有するポリマー粒子およびその製造方法を提供することを目的とする。
 本発明者らは、ポリマー粒子のポリマー層により多くの蛍光分子を含有させる方法につき鋭意検討した結果、特開2008-127454号公報(特許文献2)に開示された被覆ポリマー層への蛍光分子の導入方法に一部改良を加えることによって、蛍光分子の含有量を大幅に増大させることに成功した。すなわち、本発明者らは、ポリマー粒子を、水を排除した非水系溶媒中で膨潤させることによって、ポリマー層の膨潤が好適に促進されることに加え、当該ポリマー層への蛍光分子の移行が水分子に阻害されないため、より多くの蛍光分子がポリマー層の内部に導入されること、さらに、非水系溶媒を蒸発除去する前に、反応系に対して水を添加することによって、非水系溶媒の蒸発除去後に反応系に残存する水がポリマー粒子の乾燥を防止することを見出し、上述した手順によって、高い含有率をもって蛍光分子を含有した蛍光分子含有ポリマー粒子が高い分散性を好適に維持した状態で得られることを発見し、本発明に至ったのである。
 すなわち、本発明によれば、ポリマー磁性粒子を蛍光分子が溶解した非水系溶媒に分散させて被覆ポリマー層を膨潤し、該膨潤した被覆ポリマー層に蛍光分子を吸収させる工程と、前記蛍光分子を吸収した前記ポリマー磁性粒子が分散した前記非水系溶媒に水を添加する工程と、前記非水系溶媒を蒸発除去する工程とを含む、蛍光分子含有ポリマー磁性粒子の製造方法が提供される。本発明においては、前記非水系溶媒を、水との親和性を有し、水よりも沸点が低く蒸気圧の高い有機溶媒とすることができる。
 また、本発明によれば、被覆ポリマー層の内部に蛍光分子が導入された蛍光分子含有ポリマー磁性粒子であって、前記蛍光分子含有ポリマー磁性粒子1mgあたりに少なくとも100nmolの蛍光分子を含有することを特徴とする、蛍光分子含有ポリマー磁性粒子が提供される。本発明においては、前記被覆ポリマー層をスチレンを含むモノマー成分からなる重合体によって形成することができる。また、本発明においては、前記蛍光分子を希土類金属キレート錯体とすることができ、前記希土類金属キレート錯体を構成する希土類金属を、ユーロピウム、サマリウム、テルビウム、およびジスプロシウムからなる群より選択される金属とすることができる。
 さらに、本発明によれば、ポリマー粒子を蛍光分子が溶解した非水系溶媒に分散させてポリマー層を膨潤し、該膨潤したポリマー層に蛍光分子を吸収させる工程と、前記蛍光分子を吸収した前記ポリマー粒子が分散した前記非水系溶媒に水を添加する工程と、前記非水系溶媒を蒸発除去する工程とを含む、蛍光分子含有ポリマー粒子の製造方法が提供され、ポリマー層に蛍光分子が導入された蛍光分子含有ポリマー粒子であって、前記蛍光分子含有ポリマー粒子1mgあたりに少なくとも100nmolの蛍光分子を含有することを特徴とする、蛍光分子含有ポリマー磁性粒子が提供される。
 上述したように、本発明によれば、分散性に優れ、ポリマー層に高い含有率をもって蛍光分子を含有するポリマー粒子およびその製造方法が提供される。
本実施形態の蛍光分子含有ポリマー磁性粒子の製造工程を示したフローチャート。 実施例1の蛍光分子含有ポリマー磁性粒子の粒径の重量換算分布の測定結果を示す図。 比較例1の蛍光分子含有ポリマー磁性粒子の粒径の重量換算分布の測定結果を示す図。 蛍光分子を導入する前のポリマー磁性粒子の粒径の重量換算分布の測定結果を示す図。 ユーロピウム単体分散液について蛍光強度を測定した結果を示す図。 蛍光ポリマー磁性粒子分散液について蛍光強度を測定した結果を示す図。 蛍光ポリマー磁性粒子分散液およびユーロピウム単体分散液のそれぞれの蛍光強度とエチレンジアミン四酢酸(EDTA)濃度の関係を示す図。 実施例1の蛍光分子含有ポリマー磁性粒子による免疫染色を示す図。
 以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。
 本発明を、磁気応答性を備えるポリマー磁性粒子の被覆ポリマー層に対して蛍光分子を導入する実施形態を例にとって、以下説明する。図1は、本実施形態の蛍光分子含有ポリマー磁性粒子の製造工程を図1に示したフローチャートである。本実施形態においては、まず、工程100において、ポリマー磁性粒子の水懸濁液を調製する。工程100は、例えば、本出願人が先に出願した特開2006-88131号公報(特許文献1)に開示された下記の方法によって行うことができる。
 まず、フェライトなどの親水性の磁性粒子に界面活性物質を吸着させて疎水化した後、この強磁性粒子にスチレンやグリシジルメタクリレートなどのラジカル付加重合可能なモノマー液と非イオン性の親水基を有する界面活性剤とを加え、さらに適量の水を添加して混合しソニケーション等を行って乳化する。このようにして調製された乳化液を60~80℃に加熱したのち、親水性の開始剤を添加して乳化重合によりモノマーを重合させる。最後に、重合を終えた乳化粒子から界面活性剤を洗浄除去することにより、磁性粒子をポリマー被覆してなるポリマー磁性粒子の水懸濁液が得られる。
 続く工程101において、工程100で得られたポリマー磁性粒子の水懸濁液の溶媒(すなわち水)を非水系溶媒で置換した後、固相分離する。工程101は、例えば、以下の手順で行うことができる。まず、ポリマー磁性粒子の水懸濁液を、遠心分離機を用いて固液分離して水を除去し、残ったペレットにメタノール等のアルコールを加え、さらに固液分離するという操作を数回繰り返すことによって行うことができる。このアルコール洗浄によって、被覆ポリマー層に付着している親水性物質が除去され、被覆ポリマー層の膨潤が促進される。
 続く工程102において、工程101で固液分離して得られたポリマー磁性粒子のペレットに対し、蛍光分子を非水系溶媒に溶解してなる溶液(以下、蛍光分子溶液という)を添加して振とうする。工程102においては、ポリマー磁性粒子の被覆ポリマー層が蛍光分子溶液の非水系溶媒によって膨潤し、この膨潤したポリマーの内部に蛍光分子が非水系溶媒とともに吸収される。
 なお、本実施形態においては、被覆ポリマー層に導入する蛍光分子として、希土類金属キレート錯体を用いることができる。希土類金属キレート錯体を構成する希土類金属としては、ユーロピウムのほか、サマリウム、テルビウム、およびジスプロシウムを挙げることができる。
 本実施形態においては、先の工程101において溶媒置換を行っているため、工程102の反応系において水が排除されている。その結果、被覆ポリマー層の膨潤が好適に促進されるとともに、被覆ポリマー層内部への蛍光分子の移行が水分子に阻害されないため、より多くの蛍光分子を被覆ポリマー層の内部に導入することが可能となる。本実施形態においては、蛍光分子溶液の溶媒、ならびに、被覆ポリマー層を膨潤するための溶媒として機能する上記非水系溶媒として、水との親和性を有し、水に比べ沸点が低く蒸気圧の高い有機溶媒を用いることが好ましい。例えば、本実施形態においては、上記非水系溶媒として、親水性基を有し、沸点が56.5℃のアセトンを用いることができる。
 工程102において、好ましくは、被覆ポリマー層への蛍光分子の移行が飽和状態になった後、工程103において、上記反応系に水を添加する。添加する水は、純水であることが好ましく、蒸留水やmilliQ水を用いることができる。また、添加する水の量は、上記反応系の非水系溶媒と等量程度とすることが好ましい。
 最後に、工程104において、工程103の反応系から非水系溶媒を蒸発除去する。この非水系溶媒の蒸発除去は、水より沸点の低い非水系溶媒のみが気化する条件下で、例えば減圧処理、加熱処理、あるいは減圧しながら加熱する処理などの方法によって行うことができる。その結果、被覆ポリマー層に吸収された非水系溶媒が除去され、被覆ポリマー層内に蛍光分子のみが残留する。この際、工程103において添加された水が反応系に残存するため、蛍光分子が導入されたポリマー磁性粒子の乾燥が防止され、その結果、ポリマー磁性粒子の高い分散性が好適に維持される。最終的に、工程105において、高い含有率をもって蛍光分子を含有したポリマー磁性粒子の水懸濁液が得られる。
 以上説明した手順によれば、蛍光分子含有ポリマー磁性粒子1mgあたり、少なくとも100nmol、好ましくは、150nmol以上、より好ましくは、200nmol以上、望ましくは、250nmol以上の蛍光分子を導入することができる。換言すれば、本実施形態においては、蛍光分子含有ポリマー磁性粒子1個あたり、少なくとも4.0×10個以上、好ましくは、6.0×10個以上、より好ましくは、8.0×10個以上、望ましくは、1.0×10個以上の蛍光分子を導入することができるので、マーカーとしての充分な蛍光輝度が実現される。
 以上説明したように、本発明の製造方法によれば、蛍光分子含有ポリマー磁性粒子を高い分散性を維持した状態で提供することができる。このことは、すなわち、優れた定量性を保証するものである。また、本発明の製造方法によれば、より多くの蛍光分子をポリマーの内部に完全に密封する形で導入することができるので、本発明の蛍光分子含有ポリマー磁性粒子は、細胞中、生体中など、多彩な環境下において、外部環境に影響されることなく、高輝度の蛍光を安定して供給することができる。
 なお、本実施形態のポリマー磁性粒子は、生理活性物質に対する結合性を改善すべく、被覆ポリマー層の表面に、エチレングリコールジグリシジルエーテル(EGDE)、ブチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコール(PEG)などのスペーサ分子を結合させることができるが、上述した蛍光分子の導入方法は、スペーサ分子が結合した状態のポリマー磁性粒子に対しても同様に適用することができる。
 以上、本発明をフェライトなどの親水性の磁性粒子を核として形成されるポリマー磁性粒子の被覆ポリマー層に蛍光分子を導入する実施形態をもって説明してきたが、本願の技術思想は、粒子状のポリマーに蛍光分子を導入するための汎用的な方法に係るものであり、蛍光分子の導入対象をポリマー磁性粒子に限定して解釈されるべきものではないことに留意されたい。すなわち、本発明によれば、乳化重合や懸濁重合など既知の方法を経て調製される、磁性粒子を含有しない既知のポリマー粒子の水懸濁液に対して、上述した工程102以降の手順を加えることによって、当該ポリマー粒子の内部に、上述したのと同様の高い含有率をもって蛍光分子を包含させることができるのであり、このことは、当業者であれば容易に理解しうるところであろう。
 以下、本発明の蛍光分子含有ポリマー磁性粒子について、実施例を用いてより具体的に説明を行なうが、本発明は、後述する実施例に限定されるものではない。
<EGDE修飾ポリマー磁性粒子の調製>
 NaOH水溶液(1M)にFeCl水溶液を添加し、NaNOにより酸化処理を行った。定温保持し、平均粒径が40nmのフェライト粒子を析出させた。このフェライト粒子150mgの懸濁液に、10-ウンデセン酸のNaOHの水溶液を添加することにより、強磁性粒子にウンデセン酸を飽和吸着させ、残った10-ウンデセン酸のNaOHの水溶液を洗浄除去することにより、疎水化強磁性粒子を得た。
 この疎水化強磁性粒子に、PEO鎖を有する非イオン性界面活性剤Emulgen 1150S-70(花王株式会社製)0.3gを溶解した水溶液を加えてソニケーションすることにより、この非イオン性界面活性剤を疎水化強磁性粒子の表面に吸着させて粒子を再親水化し水に分散させた。
 次に、この再親水化フェライト粒子のコロイド溶液に、スチレン(モノマー)2.7g、GMA(グリシジルメタクリレート、モノマー)0.3g、AIBN(アゾビスイソブチロニトリル、開始剤)0.025g、DVB(ジビニルベンゼン、架橋剤)0.08g、およびジエチルエーテル2.5gを有するモノマーミックスを添加し、ソニケーションを行って乳化液を得た。
 次に、この乳化液に対しその全量が125gになるように水を添加し、ソニケーションを行なった後、350rpmで攪拌を続けながら加熱し、20~30分後に70℃に達したところで水溶性開始剤V-50(和光純薬工業(株)製)50mgを純水5mlに溶かした水溶液を添加して重合反応を12時間行ない、得られた乳化重合粒子を洗浄し、フェライト粒子がポリマーで被覆されてなるポリマー磁性粒子の水懸濁液を得た。
 さらに、上述した手順で調製したポリマー磁性粒子に、スペーサとしてエチレングリコールジグリシジルエーテル(EGDE)を結合させる修飾を行った。まず、ポリマー磁性粒子にアミノ基を導入するために、NHOH水溶液をこの粒子のスラリーに加え、これをHCl水溶液でpHを調整して反応させることにより、GMAのエポキシ基を開環しアミノ基を導入した。
 次に、このポリマー磁性粒子の開環したアミノ基に対し、過剰量のEGDEを仕込み、NaOH水溶液でpHを調整し攪拌を行なって、ポリマー被覆フェライト粒子のアミノ基とEGDEのエポキシ基とを結合させた。反応後、磁気分離操作を利用して水洗浄を行ない、EGDEで修飾されたポリマー磁性粒子の水懸濁液を得た。
<蛍光分子の導入>
(蛍光分子溶液の調製)
 蛍光分子として、Eu(TTA)(TOPO)錯体(テノイルトリフルオロアセトンを配位したEu錯体)1.1mgをアセトン0.22gに添加し、蛍光分子のアセトン溶液を調製した。
(アルコール洗浄)
 ポリマー磁性粒子の高分子層の膨潤を促進するために、高分子層に付着している親水性物質を除くべく、ポリマー磁性粒子のアルコール洗浄を行なった。具体的は、上述した手順で調製したポリマー磁性粒子の水懸濁液1mgを、遠心分離機を用いて固液分離して水を除去し、残ったペレットにメタノールを加えて分散させた後、再び同様の手順で固液分離するという操作を数回繰り返した。最後の固液分離でメタノールを除いた後に残ったペレットを使用して、下記の実施例および比較例に係る実験を行った。
(実施例1)
 上述した手順で得られたポリマー磁性粒子のペレットに対して、1.08
μmolの蛍光分子を含むアセトン溶液を添加して、ポリマー磁性粒子をアセトン溶液に分散させた。このアセトン溶液を室温で1時間振とう後、このアセトン溶液に対し、milliQ水を添加した。なお、milliQ水は、アセトン溶液と等量を添加した。その後、60℃で真空加熱を行ってアセトンを蒸発除去し、ポリマー磁性粒子の水懸濁液を得た。
(比較例1)
 上述した手順で得られたポリマー磁性粒子のペレットに対して、milliQ水を添加してポリマー磁性粒子を水に分散させた。次に、この水懸濁液に対し、1.08μmolの蛍光分子を含むアセトン溶液を添加して混合した。なお、蛍光分子のアセトン溶液は、上記milliQ水と等量を加えた。最後に、この混合溶液を室温で1時間振とう後、60℃で真空加熱を行ってアセトンを蒸発除去し、ポリマー磁性粒子の水懸濁液を得た。
(比較例2)
 上述した手順で得られたポリマー磁性粒子のペレットに対して、1.08
μmolの蛍光分子を含むアセトン溶液を添加して、ポリマー磁性粒子を分散させた。このアセトン溶液を室温で1時間振とう後、60℃で真空加熱を行い、アセトンを蒸発除去し、ポリマー磁性粒子の粉末を得た。
<分散性の検証>
 上記実施例1ならびに比較例1で得られたポリマー磁性粒子の水懸濁液のそれぞれについて、遠心分離機を用いて固液分離し、得られたペレットを0.1%NP40 (界面活性剤ノニデットP-40、販売元ナカライテスク)の溶液に分散させて洗浄した後に、再度、水に懸濁して分散性の評価を行った。また、比較例2で得られたポリマー磁性粒子の粉末についても同様に、0.1%NP40 の溶液を添加し、水への分散を試みた。なお、分散性の評価は、動的光散乱法を用いた粒径の重量換算分布の測定結果に基づいて行った。粒径の重量換算分布の測定にはFPAR-1000(大塚電子株式会社)を使用した。
 図2は、実施例1の蛍光分子含有ポリマー磁性粒子の粒径の重量換算分布の測定結果を示し、図3は、比較例1の蛍光分子含有ポリマー磁性粒子の粒径の重量換算分布の測定結果を示す。また、図4は、蛍光分子を導入する前のポリマー磁性粒子の粒径の重量換算分布の測定結果を示す。蛍光分子を導入する前のポリマー磁性粒子は、図4に示されるような単峰性の分布を示していたが、実施例1および比較例1についても、図2および図3に示されるように、図4と同様の単峰性の分布を示す結果となり、平均粒径がいずれも220nm前後であったことから、蛍光分子導入後に単粒子分散を保っていることが分かった。なお、比較例2についても測定を試みたが、サンプルのポリマー磁性粒子が著しく凝集してしまったため、水に分散させることができず、測定そのものが不可能であった。上述した実施例の結果から、本発明の蛍光分子含有ポリマー磁性粒子が、好適な分散性を備えることが示された。このことは、センシングマーカーの用途における優れた定量性を保証するものである。
<蛍光分子の導入量の検証>
 次に、実施例1および比較例1のそれぞれについて、Eu(TTA)(TOPO)錯体の導入量を測定した。具体的には、蛍光分子が導入されたポリマー磁性粒子から、アセトンを用いてユーロピウム錯体を溶出させ、この溶出されたユーロピウムを原子発光分析(ICP-OES, Leeman Labs, INC U.S.A. 装置名:Prodigy ICP)で定量した。下記表1は、その定量結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 上記表1に示されるように、比較例1においては、ポリマー磁性粒子1mgあたり55.1 nmolのユーロピウムが導入されていることが分かった。これは、ポリマー磁性粒子の1粒子の重さを6.07×10-15gとして換算すると、ポリマー磁性粒子1個にユーロピウム錯体が2.01×10個が導入されたことを意味する。なお、本実施例のポリマー磁性粒子の1粒子あたりの重さは、以下の手順で導出した。本実施例のポリマー磁性粒子におけるポリマー層の体積比は、熱分析の結果から約62%であることがわかった。マグネタイトの比重(5.3g/cm)およびポリマーの比重(1.0g/cm)から、本実施例のポリマー磁性粒子の比重を1.45g/cmとした。一方、TEM像より本実施例のポリマー磁性粒子の粒径が約200nmであったことから、本実施例のポリマー磁性粒子1個あたりの重さを6.07×10-15gと推定した。
 一方、実施例1においては、ポリマー磁性粒子1mgあたり386
nmolのユーロピウムが導入されていることが分かった。これは、ポリマー磁性粒子1個にユーロピウム錯体が1.41×10個が導入されたことを意味し、比較例1に比べて蛍光分子の導入量が7倍近く増大したことが分かった。
<蛍光分子の導入形態の検証>
 さらに、実施例1で作製した蛍光ポリマー磁性粒子について、蛍光分子(Eu(TTA)(TOPO)錯体)が、ポリマーの表面に単に付着しているのではなく、その内部に密封される形で導入されていることを以下の手順で検証した。
(蛍光強度のpH依存性)
 実施例1で作製した蛍光ポリマー磁性粒子を、4種類のバッファー(酢酸バッファー、ホウ酸+塩化カリウム-水酸化ナトリウムバッファー、リン酸バッファー、Hepes-NaOHバッファー)の各pH溶液中に分散させたもの(以下、蛍光ポリマー磁性粒子分散液として参照する)を用意した。なお、各蛍光ポリマー磁性粒子分散液は、粒子濃度が20μg/mlとなるように調製した。
 一方、比較例として、上述したのと同じ4種類のバッファーの各pH溶液中にEu(TTA)(TOPO)錯体をミセル化して分散させたもの(以下、ユーロピウム単体分散液として参照する)を用意した。なお、各ユーロピウム単体分散液は、1 nmol/mlになるように調整した。
 上述した手順で調製した蛍光ポリマー磁性粒子分散液およびユーロピウム単体分散液のそれぞれについて、蛍光分光光度計LS-55(PerkinElmer)を用いて蛍光強度を測定した。なお、測定においては、Excitationを340 nmとし、Emissionを550-700 nmで計測し、618 nmの値を蛍光強度とした。スリットはExcitation、Emissionとも10.0 nmとした。
 図5は、ユーロピウム単体分散液について蛍光強度を測定した結果を示す。図5に示されるように、ユーロピウム単体分散液については、全てのバッファーにおいて中性付近で強い蛍光強度が測定されたものの、その他のpH領域においては蛍光強度が急落しており、Eu(TTA)(TOPO)錯体の蛍光強度は、外部環境のpHの影響を大きく受けることが示された。
 一方、図6は、蛍光ポリマー磁性粒子分散液について蛍光強度を測定した結果を示す。図6に示されるように、蛍光ポリマー磁性粒子分散液については、全てのpH領域において強い蛍光強度が維持しており、その蛍光強度が外部環境のpHの影響を受けないことがわかった。
(蛍光強度の消光剤濃度依存性)
 上述した手順で調製した蛍光ポリマー磁性粒子分散液(pH 7.95)およびユーロピウム単体分散液(pH 7.95)に対して、ユーロピウム錯体の消光剤として知られるEDTAを添加した後、上述したのと同様の条件で蛍光強度を測定した。なお、EDTA濃度については、5条件(0 mM、0.1 mM、0.3 mM、1 mM、3 mM)を設定した。
 図7は、蛍光ポリマー磁性粒子分散液およびユーロピウム単体分散液のそれぞれの蛍光強度とEDTA濃度の関係を示す。図7に示されるように、ユーロピウム単体分散液においては、EDTA濃度が1 mMになったあたりから蛍光強度が減少しはじめ、EDTA濃度が3 mMになると蛍光強度は50%にまで減少した。一方、図7に示されるように、蛍光ポリマー磁性粒子分散液においては、EDTA濃度の上昇に伴う蛍光強度の低下は観察されなかった。
 上述した2つの測定結果は、実施例1で作製した蛍光ポリマー磁性粒子に導入されたユーロピウム錯体が外的環境の影響を受けていないことを示している。このことは、実施例1で作製した蛍光ポリマー磁性粒子においては、ユーロピウム錯体がポリマーの表面に単に付着しているのではなく、ポリマーの内部に密封される形で導入されていることを推察させるものである。
 上述した実施例の結果から、本発明の蛍光分子含有ポリマー磁性粒子においては、より多くの蛍光分子がポリマーの内部に完全に密封されていることが示された。このことは、本発明の蛍光分子含有ポリマー磁性粒子が、外部環境に影響されることなく、高輝度の蛍光を安定して供給することを保証するものである。
 次に、実施例1で作製した蛍光分子含有ポリマー磁性粒子を使用して、乳腺CNB検体の蛍光抗体法による免疫染色(蛍光免疫染色法)を以下の手順で実施した。
(蛍光分子含有ポリマー磁性粒子に対する抗EGFR抗体の固定化)
 実施例1において調製したEGDE修飾ポリマー磁性粒子に対して、3.0M NH4OHで24時間70℃で反応を行うことによりEGDE末端のエポキシ基にアミノ基を導入した後、0.5M無水コハク酸DMF溶液中で12時間(室温)反応させることによって、ポリマー磁性粒子の表面にカルボキシル基を導入した。このポリマー磁性粒子に対して、実施例1と同様の方法でユーロピウム錯体を導入し、カルボキシル化蛍光分子含有ポリマー磁性粒子を作製した。
 上述した手順で作製したカルボキシル化蛍光分子含有ポリマー磁性粒子1 mgに対し、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)のmilliQ溶液(20 mg/ml)を200 μl添加した後、4℃で30分間浸とうを行い、カルボキシル基の活性化を行った。その後、500 μlの氷上で冷やしたmilliQ及び粒子上抗体固定化バッファーを1回ずつ使用して、遠心分離を用いて素早く洗浄した。次に50 μg分の抗EGFR抗体を粒子上抗体固定化バッファー50 μlに溶解した溶液を添加し、4℃で2時間振とうした後、1 Mのエタノールアミン溶液を5 μl添加して、4℃で一昼夜浸とうした。最後に、1 mlの抗体固定化後洗浄バッファーで5回洗浄した後、作製された抗EGFR抗体固定化蛍光分子含有ポリマー磁性粒子を4℃で遮光保存した。
(抗EGFR抗体固定化蛍光分子含有ポリマー磁性粒子を用いた免疫染色)
 乳腺CNB検体のパラフィン切片をスライドグラスに貼付した後、キシレンによる脱パラフィン処理、メタノールによる親水処理、流水水洗(15min)を行なった。さらにこれについて、DAKO Proteinase K(0.4mg/ml/0.05M TBS pH7.5~7.7)を使用して抗原賦活化処理(室温30min)を行なったのち、さらに、流水水洗(15min)を経て、5%BSAによるブロッキング処理(20min)を実施した。
 上記サンプルに対し、上述した手順で作製した抗EGFR抗体固定化蛍光分子含有ポリマー磁性粒子の分散液(分散溶媒:10mM Hepes-NaOH (pH7.9), 50mM KCl, 1mM EDTA, 0.1%(w/v) Tween 20)を滴下した後、スライドグラスの裏側にネオジム磁石を10min配置した。その後、サンプルをTBSで洗浄し、親水性封入材によって封入した。
 なお、対照サンプルとして、免疫ペルオキシダーゼ法(染色液:マイヤーヘマトキシリン)によって免疫染色を行なった同じ乳腺CNB検体の組織切片を用意した。
 図8(a)は、実施例1の蛍光分子含有ポリマー磁性粒子を使用して免疫染色を行なったサンプルの蛍光顕微鏡写真を示し、図8(b)は、免疫ペルオキシダーゼ法によって免疫染色を行なった対照サンプルの顕微鏡写真を示す。図8に示されるように、本発明の蛍光分子含有ポリマー磁性粒子を使用した免疫染色によれば、対照サンプルと同等のコントラストをもって、がん化している部分を蛍光染色できることが確認された。
 上述した実施例の結果から、本発明の蛍光分子含有ポリマー磁性粒子をアフィニティ反応の利用したバイオセンシングにおける蛍光マーカに適用した場合、必要十分な輝度の蛍光を供給できることが示された。
 以上、説明したように、本発明によれば、ポリマー層の内部により多くの蛍光分子を含有するポリマー粒子およびその製造方法が提供される。本発明の蛍光分子含有ポリマー粒子は、高輝度の蛍光標識として安定して機能することができ、バイオセンシング分野における有用なマーカー材料として更なる応用展開が期待される。

Claims (11)

  1.  ポリマー磁性粒子を蛍光分子が溶解した非水系溶媒に分散させて被覆ポリマー層を膨潤し、該膨潤した被覆ポリマー層に蛍光分子を吸収させる工程と、
     前記蛍光分子を吸収した前記ポリマー磁性粒子が分散した前記非水系溶媒に水を添加する工程と、
     前記非水系溶媒を蒸発除去する工程とを含む、
     蛍光分子含有ポリマー磁性粒子の製造方法。
  2.  前記非水系溶媒が、水との親和性を有し、水よりも沸点が低く蒸気圧の高い有機溶媒である、請求項1に記載の製造方法。
  3.  被覆ポリマー層の内部に蛍光分子が導入された蛍光分子含有ポリマー磁性粒子であって、
     前記蛍光分子含有ポリマー磁性粒子1mgあたりに少なくとも100nmolの蛍光分子を含有することを特徴とする、蛍光分子含有ポリマー磁性粒子。
  4.  前記被覆ポリマー層がスチレンを含むモノマー成分からなる重合体によって形成される、請求項3に記載の蛍光分子含有ポリマー磁性粒子。
  5.  前記蛍光分子が希土類金属キレート錯体である、請求項3または4に記載の蛍光分子含有ポリマー磁性粒子。
  6.  前記希土類金属キレート錯体を構成する希土類金属が、ユーロピウム、サマリウム、テルビウム、およびジスプロシウムからなる群より選択される、請求項5に記載の蛍光分子含有ポリマー磁性粒子。
  7.  ポリマー磁性粒子の水懸濁液を非水系溶媒で溶媒置換することによって水を除去した後、該ポリマー磁性粒子を蛍光分子が溶解した非水系溶媒に分散させて被覆ポリマー層を膨潤し、該膨潤した被覆ポリマー層の内部に蛍光分子を吸収させる工程と、
     前記蛍光分子を吸収した前記ポリマー磁性粒子が分散した前記非水系溶媒に水を添加する工程と、
     前記非水系溶媒を蒸発除去して、前記蛍光分子を吸収した前記ポリマー磁性粒子の水懸濁液を得る工程とを含む、
     蛍光分子含有ポリマー磁性粒子の製造方法。
  8.  ポリマー粒子を蛍光分子が溶解した非水系溶媒に分散させてポリマー層を膨潤し、該膨潤したポリマー層に蛍光分子を吸収させる工程と、
     前記蛍光分子を吸収した前記ポリマー粒子が分散した前記非水系溶媒に水を添加する工程と、
     前記非水系溶媒を蒸発除去する工程とを含む、
     蛍光分子含有ポリマー粒子の製造方法。
  9.  ポリマー層に蛍光分子が導入された蛍光分子含有ポリマー粒子であって、
     前記蛍光分子含有ポリマー粒子1mgあたりに少なくとも100nmolの蛍光分子を含有することを特徴とする、蛍光分子含有ポリマー粒子。
  10.  蛍光抗体法によって免疫染色する方法であって、
     基板に貼付した組織切片に対して、抗体を固定化した請求項3~6のいずれか1項に記載の前記蛍光分子含有ポリマー磁性粒子を付与し、該蛍光分子含有ポリマー磁性微粒子を前記組織切片に向けて強制的に磁気誘導することを特徴とする、蛍光免疫染色方法。
  11.  前記磁気誘導は、前記基板の裏側に磁石を配置することによって行なう、請求項10に記載の蛍光免疫染色方法。
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