JP2003227834A - 生体高分子検出用試薬及び生体高分子検出方法 - Google Patents
生体高分子検出用試薬及び生体高分子検出方法Info
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Abstract
プローブ生体高分子との結合の有無及び結合量を検出す
る。 【解決手段】 正または負電荷をもつ官能基を露出させ
た半導体ナノ粒子からなる生体高分子検出用試薬、及び
正または負電荷をもつ官能基を露出させた半導体ナノ
粒子を、サンプル生体高分子の持つ負または正電荷に静
電的に結合させることにより、プローブ生体高分子との
結合の有無および結合量を検出する生体高分子の検出方
法。
Description
要としない生体高分子検出試薬及び生体高分子検出方法
に関する。
側の生体高分子に光学的、電気的、および磁気的な修飾
を施し、それらから得られる信号を検知し、検出を行っ
ている。光学的な方法としては、アマシャムファルマシ
アバイオテク社から販売されているCyTMdyeに代表
される蛍光試薬を用いた方法、および、放射性を持つ試
薬を用いるラジオアイソトープ(RI)を用いた方法な
どがある。また、電気的に修飾をする方法として、DN
A二本鎖に特異的にインタカレートする試薬を用いて、
あるいはルテニウム錯体等を用いた酸化・還元サイクル
を利用した、電気化学的検出方法が挙げられる。また、
修飾を行わない方法においては、表面プラズモン共鳴現
象を利用した方法などが挙げられる。しかし、これらの
方法においては、解析の信頼性、コスト等の問題が残っ
ている。ところで、半導体ナノ粒子は、発光特性および
電気化学特性を持ち、さまざまな分野での利用が期待さ
れ、近年急速に注目されている高機能材料である。
粒子の持つ物理化学的特性に注目した、生体高分子検出
における新しい利用法である。本発明においては、表面
を化学修飾した半導体ナノ粒子を検出試薬として用いる
ことで、サンプルに対する修飾を必要とせず、安価で感
度の高い、十分な信頼性が得られる検出を行うことを目
的とする。
体高分子のもつ電荷を利用し、その電荷量に応じて吸着
する性質を持つ試薬を用いることで、サンプル生体高分
子への修飾を必要としない生体高分子検出試薬及び生体
高分子検出方法を提供する。本発明者らは、半導体ナノ
粒子の持つ物理化学的特性に注目し、表面を化学修飾し
た半導体ナノ粒子を検出試薬として用いることにより上
記課題が解決されることを見出し本発明に至った。即
ち、本発明の生体高分子検出用試薬は、正または負電荷
をもつ官能基を露出させた半導体ナノ粒子からなる。
をもつ官能基を露出させる手段としては、半導体ナノ粒
子表面をチオール化合物で化学修飾することが挙げられ
る。前記正電荷の官能基を有するチオール化合物として
は、(2−メルカプトエチル)トリメチルアンモニウム
が好ましく例示される。また、前記負電荷の官能基を有
するチオール化合物としては、2−メルカプトエタンス
ルホン酸が好ましく例示される。
ないが、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、Cd
O、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、
HgTe、InP、InAs、GaN、GaP、GaA
s、TiO2、WO3、PbS、又はPbSeが好ましく
例示される。
H基が半導体ナノ粒子の表面のS、O、Se、Te、
P、As、N等の原子と置換することにより半導体ナノ
粒子の表面を化学修飾する。また、本発明の生体高分子
の検出方法は、正または負電荷をもつ官能基を露出させ
た半導体ナノ粒子を、サンプル生体高分子の持つ負また
は正電荷に静電的に結合させることにより、プローブ生
体高分子との結合の有無および結合量を検出するもので
ある。
の有無および結合量の検出は、光学的、電気化学的、又
はそれらの融合により信号を検知することで行うことが
出来る。また、基板上に固定化されたプローブ生体高分
子に結合したサンプル生体高分子の有無および結合量を
検出することが出来る。
されたプローブ生体高分子に結合したサンプル生体高分
子の有無および結合量を検出することが出来る。更に、
上記の生体高分子の検出試薬及び生体高分子の検出方法
において、前記プローブ生体高分子がプローブDNAで
あり、前記サンプル生体高分子がサンプルDNAである
ときに、前記検出を行うことが出来る。
出するメカニズムを説明する。図1において、平面又は
ビーズ状を形成する表面基板1が有する正電荷とプロー
ブDNA2の燐酸側鎖の負電荷の結合により、基板1に
対してプローブDNA2が固定化されている。プローブ
DNA2とサンプルDNA3は互いに水素結合でハイブ
リドする。これによりサンプルDNA3の燐酸側鎖の負
電荷が上昇する。このサンプルDNA3の負電荷に正電
荷を有する半導体ナノ粒子4が結合し、その結合量によ
りハイブリッド形成されたサンプルDNA3に関する情
報を信号として提供する。
で半導体ナノ粒子4が正電荷であったが、逆であっても
良い。たんぱく質等では、等電点が存在し、PHの高低
によってサンプルDNA3の電荷も正負に変化する。サ
ンプルDNA3の電荷が正の場合は負電荷を有する半導
体ナノ粒子4を用いれば良い。
ることが出来る。粒径が10nm以下の半導体ナノ粒子
は、バルク半導体結晶と分子の遷移領域に存在すること
から、いずれとも異なった物理化学特性を示す。このよ
うな領域においては、量子サイズ効果の発現により、粒
径の減少に伴ってエネルギーギャップが増大する。さら
にこれに伴い、バルク半導体で見られたエネルギーバン
ドの縮退が解け軌道が離散化し、伝導帯下端が負側に荷
電子帯上端が正側にシフトする。このような特性を利用
して、近年、応用化に関する研究が急速に行われるよう
になった。本発明では、この特性を利用し、生体高分子
検出試薬として応用化した。
ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdS
e、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、InP、
InAs、GaN、GaP、GaAs、TiO2、W
O3、PbS、又はPbSe等が挙げられる。
子の製造方法を実施例として以下に説明する。なお、こ
こでは逆ミセル法を用いたCdSナノ粒子の調整方法を
説明するが、ナノ粒子の調整および修飾方法について
は、光エッチングを用いた作成方法等、その方法を問わ
ない。
cm3にヨウ化アセチルチオコリン350mgを溶か
し、12時間室温で放置した。これに窒素雰囲気下28
%アンモニア水を0.2cm3加え中和し、弱アルカリ
性の0.86 mol・dm-3チオコリン((2−メル
カプトエチル)トリメチルアンモニウム)水溶液を作成
した。これによってナノ粒子表面を修飾することによっ
て、正電荷を粒子表面に有するチオコリン修飾CdSナ
ノ粒子を調整した。
チオコリン修飾CdSナノ粒子の調整方法について説明
する。逆ミセル法とは、表面活性剤に囲まれた微小な空
間の中で金属イオンを還元することによって、金属ナノ
粒子を合成する手法であり、金や銀などのナノ粒子の合
成にはよく用いられている。
ク酸ジ−2−エチルヘキシルナトリウム(AOT)14
gと超純水4cm3を加え、40分間攪拌を行うことによ
り、AOTの逆ミセル溶液を調製した。これを120c
m3と80cm3の二つに分けた。前者には、1.0 m
ol・dm-3HCl水溶液0.48cm3を、後者に
は、1.0 mol・dm-3NaS水溶液0.32cm3
を加え、いずれも均一になるまで攪拌を行った。その
後、両者を混合し、さらに1時間攪拌を行うことで、C
dSナノ粒子の逆ミセルコロイド溶液を作製した。さら
にこれを激しく攪拌させながら0.86 mol・dm
-3チオコリン水溶液0.47cm3を添加し、さらに一
晩攪拌を行うことによって、CdSナノ粒子表面をチオ
コリンで化学修飾した。
セル溶液にメタノールを添加し、逆ミセルを崩壊させた
後、遠心分離を行ない、表面修飾したCdSナノ粒子の
沈殿を得た。さらに、ヘプタンとエタノールで数回づつ
洗浄した後、6.0mol・dm-3のテトラメチルアン
モニウムクロライド水溶液あるいは飽和NaCl水溶液
を加えナノ粒子表面に存在するAOTを塩化物イオンで
イオン交換した。これにより、得られたCdSナノ粒子
は、水溶性となる。
離によって行った。まず、得られた粗なCdSナノ粒子
水溶液にエタノールを加え、CdSナノ粒子を再沈殿さ
せた。沈殿のみを回収し、これに超純水を加え再び水に
溶かした後、エタノールで沈殿させるという操作を、さ
らに2回繰り返した。その後、2−プロパノールと超純
水を用いて同様の操作を行ない、AOTを完全に除去し
た。その後、限外濾過を行ない、共存するテトラメチル
アンモニウムクロライドなどの塩および粒径の小さなC
dSを取り除き、より単分散化したCdSナノ粒子を精
製した。
て説明する。DNAマイクロアレイとは、基板上に化学
的に固定された多数の既知のプローブDNAに対し、検
定を行いたいサンプルDNAをプローブ上に展開させ、
プローブDNAとサンプルDNAの結合の有無および結
合量により、サンプルの配列特性を知る方法である。今
まで、DNAの結合の有無および結合量については、サ
ンプルに対して蛍光物質あるいは放射性物質を修飾し、
それらを光学的に検出することによって、結合の有無お
よび結合量の測定を行う方法が一般的であった。本発明
によれば、前もってサンプルに対して修飾する必要がな
いため、RNA逆転写反応やPCR反応によるサンプル
の前処理が不要であるという特徴をもつ。
溶液を滴下し、カバーグラスを静置した後、CHBIO
(日立ソフトウェアエンジニアリング株式会社製)を用
いて、密閉環境下で65℃において16時間反応させ
た。反応後、スライドガラスを取り出し、2×SSC
0.1%SDS溶液中にスライドガラスを浸漬してカバ
ーグラスを取り除いた後、CdS半導体ナノ粒子濃度
1.2×1017個mol・dm-3を含む2×SSC0.
1%SDS溶液中に二時間浸漬した。CdS半導体ナノ
粒子は、サンプル調製時に、サンプルDNAと混合させ
ても構わない。この場合、前記浸漬は不要となる。その
後、2×SSC0.1%SDS溶液中で室温にて20分
間振とうし、0.2×SSC0.1%SDS溶液中で室
温にて20分間振とうをおこなった。さらに非特異吸着
サンプルを除去するために、0.2×SSC0.1%S
DS溶液中で55℃にて20分間振とうし、同様な操作を
再度繰り返した。その後0.2×SSC0.1%SDS
溶液中で室温にて数回振とうを行ない、0.2×SS
C、0.05×SSCのそれぞれの溶液中で室温にて数
回振とうさせた。以上の浸漬および洗浄工程は、いずれ
も染色壷を用いて行った。その後、スライドガラスは、
蛍光顕微鏡を用いて解析を行った。
きる。すなわち光学的検出方法、電気化学的検出方法な
どである。ただし、半導体ナノ微粒子は、光学的特性と
電気化学的特性の両方を持っているため、電気化学的に
励起し光学的に検出を行う方法、もしくは、光学的に励
起し電気化学的に検出を行う方法等の融合した検出シス
テムに適用できることが大きな特徴である。
問わない。ここでは、DNAマイクロアレイについて説
明をしたが、近年注目を集めているビーズを用いた方法
にも利用できる。ルミネックス100(ルミネックス社
製)は、蛍光物質によって染色されたビーズにプローブ
を固定化し、マイクロチューブ等の溶液中にて蛍光物質
等で修飾されたサンプルとの反応を行ない、ビーズの蛍
光信号とサンプルの蛍光信号を対照させ、解析を行う方
法である。ここでは、DNAマイクロアレイ同様、サン
プルの修飾に適用することが可能である。
分子について適用可能である。例えば、タンパク解析に
おいては、タンパクの種類により正電荷あるいは負電荷
をもつため、これらの性質を利用し、本発明による方法
によりナノ粒子をタンパクサンプルに結合させることに
より、修飾を行うことが可能である。さらに今後、ペプ
チド核酸(PNA),ロックド核酸(LNA)等の人工
的に合成されたプローブを用いる場合には、さらに感度
の高い検出を行うことができる。
子を生体高分子検出法に応用することで、従来のよう
に、RT逆転写反応やPCR反応等のサンプル生体高分
子を修飾することを必要としない反応および解析を行う
ことが可能となった。さらに、本発明は、今まで一般的
に用いられてきた系に適用可能である。
4:正電荷を持った半導体ナノ粒子。
Claims (13)
- 【請求項1】正または負電荷をもつ官能基を露出させた
半導体ナノ粒子からなる生体高分子検出用試薬。 - 【請求項2】半導体ナノ粒子表面をチオール化合物で化
学修飾することにより正または負電荷を持つ官能基を半
導体ナノ粒子表面上に露出させたことを特徴とする請求
項1に記載の生体高分子検出用試薬。 - 【請求項3】半導体ナノ粒子表面を、(2−メルカプト
エチル)トリメチルアンモニウムで化学修飾することに
より正電荷を持つ官能基を半導体ナノ粒子表面上に露出
させたことを特徴とする請求項2に記載の生体高分子検
出用試薬。 - 【請求項4】半導体ナノ粒子表面を、2−メルカプトエ
タンスルホン酸で化学修飾することにより負電荷を持つ
官能基を半導体ナノ粒子表面上に露出させたことを特徴
とする請求項2に記載の生体高分子検出用試薬。 - 【請求項5】前記半導体ナノ粒子の材質が、ZnO、Z
nS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdS
e、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、InP、
InAs、GaN、GaP、GaAs、TiO2、W
O3、PbS、又はPbSeであることを特徴とする請
求項1〜4のいずれかに記載の生体高分子検出用試薬。 - 【請求項6】前記生体高分子がDNAであることを特徴
とする請求項1〜5のいずれかに記載の生体高分子検出
用試薬。 - 【請求項7】前記生体高分子がたんぱく質であることを
特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の生体高分子
検出用試薬。 - 【請求項8】正または負電荷をもつ官能基を露出させた
半導体ナノ粒子を、サンプル生体高分子の持つ負または
正電荷に静電的に結合させることにより、プローブ生体
高分子との結合の有無および結合量を検出する生体高分
子の検出方法。 - 【請求項9】前記プローブ生体高分子との結合の有無お
よび結合量の検出が、光学的、電気化学的、又はそれら
の融合により信号を検知することを特徴とする請求項8
に記載の生体高分子の検出方法。 - 【請求項10】基板上に固定化されたプローブ生体高分
子に結合したサンプル生体高分子の有無および結合量を
検出することを特徴とする請求項8又は9に記載の生体
高分子の検出方法。 - 【請求項11】光学的、電気的および磁気的に修飾され
たプローブ生体高分子に結合したサンプル生体高分子の
有無および結合量を検出することを特徴とする請求項8
〜10のいずれかに記載の生体高分子の検出方法。 - 【請求項12】前記プローブ生体高分子がプローブDN
Aであり、前記サンプル生体高分子がサンプルDNAで
あることを特徴とする請求項8〜11のいずれかに記載
の生体高分子の検出方法。 - 【請求項13】前記サンプル生体高分子がサンプルたん
ぱく質であることを特徴とする請求項8〜12のいずれ
かに記載の生体高分子の検出方法。
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