JP2010066134A - Carrier and biosensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生理活性物質を固定するのに好適な担体およびその担体を備えたバイオセンサーに関するものである。 The present invention relates to a carrier suitable for immobilizing a physiologically active substance and a biosensor including the carrier.
現在、臨床検査等で免疫反応など分子間相互作用を利用した測定が数多く行われているが、中でも煩雑な操作や標識物質を必要とせず、測定物質の結合量変化を高感度に検出することのできるいくつかの技術が使用されている。例えば、表面プラズモン共鳴（SPR）測定技術、水晶発振子マイクロバランス（QCM）測定技術、金のコロイド粒子から超微粒子までの機能化表面を使用した測定技術である。これらの技術においては、いずれの場合も、生理活性物質を固定化する表面が重要である。以下、表面プラズモン共鳴（SPR）を例にとって説明する。 At present, many measurements using intermolecular interactions such as immune reactions are performed in clinical tests, etc., but it is possible to detect changes in the binding amount of the measurement substance with high sensitivity without requiring complicated operations and labeling substances. There are several techniques that can be used. For example, surface plasmon resonance (SPR) measurement technology, quartz crystal microbalance (QCM) measurement technology, measurement technology using functionalized surfaces from gold colloidal particles to ultrafine particles. In any of these techniques, the surface on which the physiologically active substance is immobilized is important. Hereinafter, description will be made by taking surface plasmon resonance (SPR) as an example.
一般に生理活性物質を測定するために使用される測定チップは、透明基板（例えば、ガラス）上に、蒸着された金属膜、タンパク質等の生理活性物質を固定化できる官能基を有する薄膜を順に有し、官能基を介して金属表面に生理活性物質が固定化されている。そして、生理活性物質と検体物質間の特異的な結合反応を測定することによって、生体分子間の相互作用を分析する。 In general, a measuring chip used for measuring a physiologically active substance has a thin film having a functional group capable of immobilizing a biologically active substance such as a deposited metal film or protein on a transparent substrate (for example, glass) in order. However, a physiologically active substance is immobilized on the metal surface via a functional group. Then, the interaction between biomolecules is analyzed by measuring a specific binding reaction between the physiologically active substance and the sample substance.
測定チップに生理活性物質を固定化するためのいくつかの手法が知られている。生理活性物質としてタンパク質を例にとった場合、測定チップとタンパク質を共有結合により固定化するための手法として、タンパク質のアミノ基と測定チップ上のカルボキシル基とを結合させる方法（アミンカップリング法）が知られている。しかしながら、この方法では、固定化によってタンパク質表面の任意のアミノ基が修飾されることになるため、固定化されるタンパク質の配向が一定にならない場合や、修飾されるアミノ基の位置によってタンパク質と基質との結合が阻害されてタンパク質の活性が低下する場合がある。また、この方法では、チップ上にタンパク質を濃縮する必要があるが、固定化の際にタンパク質を、固定化されるタンパク質のpIよりも低いpH、かつ低いイオン強度の緩衝液に溶解する必要がある。それゆえ、このような条件下で変性するタンパク質の場合には、活性を維持したまま固定化することができないという問題がある。 Several methods for immobilizing a physiologically active substance on a measurement chip are known. When protein is taken as an example of a physiologically active substance, as a technique for immobilizing the measurement chip and the protein by covalent bond, a method of binding the amino group of the protein and the carboxyl group on the measurement chip (amine coupling method) It has been known. However, in this method, since any amino group on the protein surface is modified by immobilization, the orientation of the protein to be immobilized is not constant, or depending on the position of the amino group to be modified, the protein and the substrate Binding may be inhibited, leading to a decrease in protein activity. In this method, it is necessary to concentrate the protein on the chip, but it is necessary to dissolve the protein in a buffer having a pH lower than the pI of the protein to be immobilized and a low ionic strength. is there. Therefore, in the case of a protein that denatures under such conditions, there is a problem that it cannot be immobilized while maintaining activity.
一方、遺伝子改変により人工的に合成されたタンパク質のＮ末端あるいはＣ末端に導入されたTag（タグ）と呼ばれる部分を用いて、中性条件下で測定チップ上にタンパク質を固定化する手法が開発されている。その代表例として、His-tagを用いた固定化技術が挙げられる。この技術は、遺伝子組換えによって発現させたHis-tagタンパク質を精製するためのアフィニティーカラム用として開発されたものであるが、タンパク質を一定の配向性を持たせた状態で固体表面に固定化させる目的にも用いられている。 On the other hand, a method has been developed to immobilize proteins on a measurement chip under neutral conditions using a part called Tag introduced at the N-terminus or C-terminus of a protein artificially synthesized by genetic modification. Has been. A typical example is an immobilization technique using His-tag. This technology was developed for affinity columns to purify His-tag proteins expressed by genetic recombination, but the protein is immobilized on a solid surface with a certain orientation. It is also used for purposes.
特に、NTA(Nitrilotriacetic acid)とNi(II)イオンとによるNTA-Ni(II)錯体を用いたHis-tagタンパク質の固定化では、錯体中の２つの配位座に配位した水分子がHis-tagタンパク質のオリゴヒスチジン残基の２つのイミダゾール基の窒素原子と置換することによって、His-tagタンパク質が特異的かつ一定方向に固体表面に結合する。このNTA-Ni(II)錯体を用いるHis-tagタンパク質の固定化では、酸性条件下でプレコンセントレーションを行う必要がないため、生理的条件の緩衝液（PBSなど）を用いてHis-tagタンパク質の固定化が可能となり、アミンカップリングの有する問題を解消することが可能である。 In particular, in the immobilization of His-tag protein using NTA (Nitrilotriacetic acid) and Ni (II) ions using NTA-Ni (II) complex, water molecules coordinated at two coordination sites in the complex are His molecules. By substituting the nitrogen atoms of the two imidazole groups of the oligo-histidine residue of the -tag protein, the His-tag protein binds to the solid surface specifically and in a certain direction. This His-tag protein immobilization using NTA-Ni (II) complex does not require preconcentration under acidic conditions, so His-tag protein is used with a physiological condition buffer (such as PBS). Can be fixed, and the problem of amine coupling can be solved.
しかし、His-tagタンパク質とNTA-Ni(II)錯体との組み合わせは、アフィニティーカラムによる精製を目的として開発されているため、その結合は充分に強固ではなく、解離平衡が存在する。それゆえ、測定チップ上にNTA-Ni(II)錯体を介して固定化されたHis-tagタンパク質は、徐々に測定チップから解離してしまうという問題があり、そのままではバイオセンサー等の用途には適用できない。 However, since the combination of the His-tag protein and the NTA-Ni (II) complex has been developed for the purpose of purification with an affinity column, the binding is not sufficiently strong and a dissociation equilibrium exists. Therefore, the His-tag protein immobilized on the measurement chip via the NTA-Ni (II) complex has a problem that it gradually dissociates from the measurement chip. Not applicable.
この解離の問題を解決するために、いくつかの検討がなされている。例えば、特許文献１には、酸化剤等で酸化することによってHis-tagタンパク質に配位している金属イオンの置換不活性化による固定化方法が開示されている。しかし、この方法では、その酸化速度や酸化剤によってはタンパク質の失活が起こる場合があるという問題がある。また、特許文献２には、金属イオンと相互作用して結合することが可能な特定のアミノ酸配列を利用する固定化方法が開示されている。しかし、この方法では金属イオンとアミノ酸との結合力が低く、安定に固定化できないという問題がある。 In order to solve this dissociation problem, several studies have been made. For example, Patent Document 1 discloses an immobilization method by substitution inactivation of metal ions coordinated to a His-tag protein by oxidation with an oxidizing agent or the like. However, this method has a problem that protein deactivation may occur depending on the oxidation rate and the oxidizing agent. Patent Document 2 discloses an immobilization method using a specific amino acid sequence capable of interacting and binding with a metal ion. However, this method has a problem that the binding force between the metal ion and the amino acid is low, and cannot be immobilized stably.
さらに、非特許文献１には、NTA-Ni(II)錯体を用いたHis-tagタンパク質の固定化において、His-tagタンパク質のイミダゾール基とNi(II)を多点でNTAのリガンドと結合する技術が開示されている。しかし、この方法においても実用的に十分な固定化は得られていないという問題があった。 Furthermore, in Non-Patent Document 1, in the immobilization of a His-tag protein using an NTA-Ni (II) complex, the imidazole group and Ni (II) of the His-tag protein are bound to the ligand of NTA at multiple points. Technology is disclosed. However, even in this method, there is a problem that practically sufficient immobilization is not obtained.
ところで、バイオ関連分野で重要な核酸やタンパク質等の生理活性物質を分析する場合には、測定対象である検体物質が微量しかないことが多く、また、検体物質の定量も重要であることから生理活性物質を高感度に検出する必要がある。例えば、検体物質であるタンパク質を予めフルオレセイン誘導体、ローダミン誘導体、アミノクマリン誘導体、ヒドロキシクマリン誘導体、BODIPY誘導体、アントラセン誘導体、ベンゾフラン誘導体、ポルフィリン誘導体、Cy Dye、Alexa Fluor、ユーロピウムクリプテート、DyLight、HiLyte Fluor、Oyster、MegaStokes Dye、IRDye蛍光色素や、ヨウ素などの放射性同位体等の標識物質により標識しておき、この標識したタンパク質を、ガラス基板等の固相表面上に固定されている親和性を有するリガンドに作用させると、標識したタンパク質はリガンドとの結合を介して固相上に固定化される。この状態では、タンパク質に標識されている標識物質も同時に固定化されているので、固相表面上の標識物質から得られる信号を測定することにより、タンパク質の検出を高感度に行うことが可能である。 By the way, when analyzing physiologically active substances such as nucleic acids and proteins that are important in the bio-related field, there are often only a very small amount of the sample substance to be measured, and the quantification of the sample substance is also important. It is necessary to detect the active substance with high sensitivity. For example, a protein as a specimen substance is previously fluorescein derivative, rhodamine derivative, aminocoumarin derivative, hydroxycoumarin derivative, BODIPY derivative, anthracene derivative, benzofuran derivative, porphyrin derivative, Cy Dye, Alexa Fluor, europium cryptate, DyLight, HiLyte Fluor, Labeled with a labeling substance such as Oyster, MegaStokes Dye, IRDye fluorescent dye, or a radioactive isotope such as iodine, and the labeled protein is immobilized on a solid surface such as a glass substrate. , The labeled protein is immobilized on the solid phase through binding to the ligand. In this state, since the labeling substance labeled with the protein is also immobilized at the same time, it is possible to detect the protein with high sensitivity by measuring the signal obtained from the labeling substance on the solid surface. is there.
標識物質には上記のように蛍光色素や放射性同位体などがあるが、蛍光色素による標識は、放射性同位体による標識などと比較して、取り扱いが格段に容易であり、また、利用される蛍光色素も、放射性同位体のように経時的に変化することがなく、安定しているという利点を有する。その利点から、検体物質の種類に応じて利用可能な多くの蛍光色素が市販されており、加えて、蛍光による光学的な検出は、検出感度の極めて高いことなどから広く利用されている。このような蛍光色素標識によって、リシン残基を化学的修飾する技術が知られている（非特許文献２）。
生理活性物質を多点で把持することができれば、結合力を高めることができ、上述のような解離の問題は解決できると考えられるが、上記非特許文献１では、どの程度のNTA密度であれば解離の問題が解決できるかという点は検討されていない。また、非特許文献１に記載されている固定技術は近接しているリガンド同士がリジットであり、フレキシブルに動くことができないので、タンパク質に対し多点で金属が配位結合しにくく、実際にはタンパク質を多点で安定に固定することができないという問題がある。 If the physiologically active substance can be gripped at multiple points, the binding force can be increased and the above-mentioned dissociation problem can be solved. However, in Non-Patent Document 1, what is the NTA density? Whether the problem of dissociation can be solved has not been studied. In addition, the immobilization technique described in Non-Patent Document 1 is such that ligands in close proximity are rigid and cannot move flexibly, so it is difficult for a metal to coordinately bind to a protein at many points. There is a problem that proteins cannot be stably fixed at multiple points.
また、生理活性物質をより高感度に検出するという観点からは生理活性物質を標識しておくことが好ましいが、生理活性物質そのものを標識すると標識の修飾によって生理活性物質の活性が低下するという問題が生じる。 In addition, from the viewpoint of detecting a physiologically active substance with higher sensitivity, it is preferable to label the physiologically active substance. However, if the physiologically active substance itself is labeled, there is a problem that the activity of the physiologically active substance decreases due to modification of the label. Occurs.
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、生理活性物質を安定に固定化することが可能であるとともに、検体物質を高感度に検出することが可能な担体、およびこの担体を備えたバイオセンサーを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances. A carrier capable of stably immobilizing a physiologically active substance and capable of detecting a sample substance with high sensitivity, and a carrier for the same An object of the present invention is to provide a biosensor provided.
本発明の担体は、基板と、該基板表面上に結合された高分子膜と、該高分子膜に結合されたリガンドと、該リガンドに固定された金属イオンと、該金属イオンに固定された生理活性物質とを備えた担体であって、前記リガンドが1.0×1016個/mm3以上3.3×1018個/mm3以下の密度で前記高分子膜に結合され、かつ前記生理活性物質が前記金属イオンに配位結合するタグを有し、該タグが１以上のリシンを含むリシンユニットであり、該リシンユニットを介して前記生理活性物質が金属イオンに固定されていることを特徴とするものである。
前記リシンユニットは色素標識されていることが好ましく、前記リシンユニットのリシン残基が色素標識されていることがより好ましい。
The carrier of the present invention has a substrate, a polymer film bound on the substrate surface, a ligand bound to the polymer film, a metal ion immobilized on the ligand, and an anchor on the metal ion. A carrier comprising a physiologically active substance, wherein the ligand is bound to the polymer membrane at a density of 1.0 × 10 16 pieces / mm 3 or more and 3.3 × 10 18 pieces / mm 3 or less, and the physiologically active substance is It has a tag coordinated to the metal ion, the tag is a lysine unit containing one or more lysine, and the physiologically active substance is fixed to the metal ion via the lysine unit. Is.
The lysine unit is preferably dye-labeled, and more preferably the lysine residue of the lysine unit is dye-labeled.
前記リガンドはニトリロトリ酢酸誘導体であることが好ましい。
前記金属イオンは遷移金属イオンであることが好ましく、前記金属イオンはCu(II)イオンであることがより好ましい。
前記担体は、バイオセンサー用担体として好適に用いられる。
The ligand is preferably a nitrilotriacetic acid derivative.
The metal ion is preferably a transition metal ion, and the metal ion is more preferably a Cu (II) ion.
The carrier is suitably used as a biosensor carrier.
本発明の担体は、基板と、この基板表面上に結合された高分子膜と、この高分子膜に結合されたリガンドと、このリガンドに固定された金属イオンと、この金属イオンに固定された生理活性物質とを備えた担体であって、リガンドが1.0×1016個/mm3以上3.3×1018個/mm3以下の密度で高分子膜に結合されているので、リガンドによって生理活性物質を多点で固定化することが可能になるとともに、生理活性物質が金属イオンに配位結合するユニットを有し、このユニットが１以上のリシンを含むリシンユニットであるので、強固に結合することが可能となる。また、リシンユニットを介して生理活性物質が金属イオンに固定されるため、生理活性物質の活性低下が抑制されるという利点を有する。 The carrier of the present invention has a substrate, a polymer film bonded on the surface of the substrate, a ligand bonded to the polymer film, a metal ion fixed to the ligand, and an ion fixed to the metal ion. A carrier having a physiologically active substance, wherein the ligand is bound to the polymer membrane at a density of 1.0 × 10 16 pieces / mm 3 or more and 3.3 × 10 18 pieces / mm 3 or less. Can be immobilized at multiple points, and the physiologically active substance has a unit that coordinates and bonds to a metal ion, and since this unit is a lysine unit containing one or more lysines, it can be firmly bonded. Is possible. In addition, since the physiologically active substance is immobilized on the metal ion via the lysine unit, there is an advantage that a decrease in the activity of the physiologically active substance is suppressed.
また、生理活性物質をより高感度に検出するという観点からは生理活性物質を標識しておくことが好ましいが、従来の標識では生理活性物質そのものが標識されてしまって、生理活性物質の活性が低下するという問題が生じたが、本発明の担体はリシンユニットを標識することができるので、生理活性物質をより高感度に検出しながら、同時に生理活性物質の活性低下の問題を解消することが可能である。 In addition, from the viewpoint of detecting a physiologically active substance with higher sensitivity, it is preferable to label the physiologically active substance. However, with a conventional label, the physiologically active substance itself is labeled, and the activity of the physiologically active substance is reduced. However, since the carrier of the present invention can label the lysine unit, it is possible to detect the physiologically active substance with higher sensitivity and at the same time to eliminate the problem of decreased activity of the physiologically active substance. Is possible.
本発明の担体を図１を参照して説明する。図１は本発明の担体の一実施の形態を示す一部拡大模式図である（なお、図１では金属イオンおよび生理活性物質の結合および固定をわかりやすくするために、リガンドおよびタグの一部を拡大して示している）。 The carrier of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a partially enlarged schematic view showing an embodiment of the carrier of the present invention (in FIG. 1, in order to make it easy to understand the binding and fixation of metal ions and physiologically active substances, a part of a ligand and a tag are shown. Is shown enlarged).
本発明の担体は、図１に示すように、基板（なお、図１では基板上に金属膜が配置されている態様を示している）と、この基板表面上に結合された高分子膜と、この高分子膜に結合されたリガンド（図１では後述するNTAで示している）と、このリガンドに固定された金属イオン（図１ではCu(II)で示している）と、この金属イオンに固定された生理活性物質とを備えた担体であって、リガンドが1.0×1016個/mm3以上3.3×1018個/mm3以下の密度で高分子膜に結合し、生理活性物質が金属イオンに配位結合するタグを有し、このタグが１以上のリシンを含むリシンユニットであり、このリシンユニットを介して生理活性物質が金属イオンに固定されている。 As shown in FIG. 1, the carrier of the present invention comprises a substrate (in FIG. 1, a mode in which a metal film is disposed on the substrate), a polymer film bonded on the substrate surface, A ligand (indicated by NTA described later in FIG. 1), a metal ion immobilized on the ligand (indicated by Cu (II) in FIG. 1), and this metal ion The ligand is bound to the polymer membrane at a density of 1.0 × 10 16 pieces / mm 3 or more and 3.3 × 10 18 pieces / mm 3 or less. The tag has a tag coordinated to a metal ion, and this tag is a lysine unit containing one or more lysines, and the physiologically active substance is fixed to the metal ions through the lysine units.
以下、本発明の担体の各構成およびその構成の形成方法（活性化）について説明し、次に、本発明の担体を製造する工程を図面を用いて説明し、最後にバイオセンサーやバイオリアクターに適用する場合について説明する。 Hereinafter, each structure of the carrier of the present invention and a method for forming the structure (activation) will be described. Next, a process for producing the carrier of the present invention will be described with reference to the drawings. Finally, the biosensor or bioreactor will be described. The case of applying will be described.
（１）基板
本発明の担体における基板は、表面プラズモン共鳴バイオセンサー用を考えた場合、一般的にはBK7等の光学ガラス、あるいは合成樹脂、具体的にはポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマーなどのレーザー光に対して透明な材料からなるものが使用できる。このような基板は、好ましくは、偏光に対して異方性を示さずかつ加工性の優れた材料が望ましい。
(1) Substrate When considering the substrate for the surface plasmon resonance biosensor, the substrate in the carrier of the present invention is generally an optical glass such as BK7, or a synthetic resin, specifically polymethyl methacrylate, polyethylene terephthalate, polycarbonate, A material made of a material transparent to laser light such as a cycloolefin polymer can be used. Such a substrate is preferably made of a material that does not exhibit anisotropy with respect to polarized light and has excellent processability.
基板上には金属膜が配置されることが好ましい。ここで、基板上に配置されるとは、金属膜が基板上に直接接触するように配置されている場合のほか、金属膜が基板に直接接触することなく、他の層を介して配置されている場合をも含む意味である。金属膜を構成する金属としては、例えば、表面プラズモン共鳴バイオセンサー用を考えた場合、表面プラズモン共鳴が生じ得るようなものであれば特に限定されない。好ましくは金、銀、銅、アルミニウム、白金等の自由電子金属が挙げられ、特に金が好ましい。それらの金属は単独又は組み合わせて使用することができる。また、上記基板への付着性を考慮して、基板と金属からなる層との間にはクロム等からなる介在層を設けてもよい。 A metal film is preferably disposed on the substrate. Here, the term “arranged on the substrate” means that the metal film is arranged so as to be in direct contact with the substrate, and the metal film is arranged through another layer without directly contacting the substrate. It also means including the case. The metal constituting the metal film is not particularly limited as long as surface plasmon resonance can occur, for example, when considering the use for a surface plasmon resonance biosensor. Preferred examples include free electron metals such as gold, silver, copper, aluminum, and platinum, with gold being particularly preferred. These metals can be used alone or in combination. In consideration of adhesion to the substrate, an intervening layer made of chromium or the like may be provided between the substrate and the layer made of metal.
金属膜の膜厚は任意であるが、例えば、表面プラズモン共鳴バイオセンサー用を考えた場合、0.1nm以上500nm以下であることが好ましく、特に１nm以上200nm以下であることが好ましい。500nmを超えると、媒質の表面プラズモン現象を十分検出することができない。クロム等からなる介在層を設ける場合、その介在層の厚さは、0.1nm以上10nm以下であることが好ましい。 Although the thickness of the metal film is arbitrary, for example, when considering use for a surface plasmon resonance biosensor, it is preferably 0.1 nm or more and 500 nm or less, particularly preferably 1 nm or more and 200 nm or less. If it exceeds 500 nm, the surface plasmon phenomenon of the medium cannot be sufficiently detected. When an intervening layer made of chromium or the like is provided, the thickness of the intervening layer is preferably 0.1 nm or more and 10 nm or less.
また、その他のバイオセンサー（電気化学的バイオセンサーやELISA法、ISFETセンサーなど）や、バイオリアクター用を考えた場合、基板は、ガラス、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、インジウムスズ酸化物（ITO）等の金属酸化物、窒化ケイ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウム等の金属窒化物、あるいは合成樹脂、具体的にはセファロース、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリル酸、ポリ(メタ)アクリルアミド、ポリメチル（メタ）クリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマーなどを用いることができる。このような基板は好ましくは、バイオリアクターを使用する条件で安定性の高い材料が望ましい。 In addition, when considering other biosensors (electrochemical biosensor, ELISA method, ISFET sensor, etc.) and bioreactor, the substrate is glass, silica, alumina, titania, zirconia, indium tin oxide (ITO) Metal oxides such as silicon nitride, silicon nitride, gallium nitride, aluminum nitride, indium nitride, etc., or synthetic resins, specifically sepharose, polyethylene, polystyrene, poly (meth) acrylic acid, poly (meth) acrylamide, Polymethyl (meth) acrylate, polyethylene terephthalate, polycarbonate, cycloolefin polymer and the like can be used. Such a substrate is preferably a material that is highly stable under the conditions in which the bioreactor is used.
金属膜は必ずしも必要とはならないが、必要な場合には上記表面プラズモン共鳴バイオセンサーと同様の金属を用いることができ、0.1nm以上1μm以下であることが好ましく、特には１nm以上100nm以下が好ましい。また、上記バイオセンサーと同様にクロム等からなる介在層を設けてもよく、その介在層の厚さは、0.1nm以上10nm以下であることが好ましい。 The metal film is not necessarily required, but if necessary, the same metal as that of the surface plasmon resonance biosensor can be used, preferably 0.1 nm or more and 1 μm or less, particularly preferably 1 nm or more and 100 nm or less. . Further, an intervening layer made of chromium or the like may be provided similarly to the biosensor, and the thickness of the intervening layer is preferably 0.1 nm or more and 10 nm or less.
（２）高分子膜
金属膜が形成された基板上には、高分子膜が結合される。高分子膜は、親水性ポリマー、シランカップリング層、疎水性ポリマー、又はその組み合わせから構成することができるが、基材表面に自己組織化膜やシランカップリング層を形成させ、その層を介してヒドロゲルや疎水性ポリマー膜をさらに形成させても、また、親水性ポリマーを使用してもよい。高分子膜は基板上に直接結合されても、間接的に結合されていてもよい。特に好ましい態様によれば、金属膜が形成された基板上に、自己組織化膜形成分子と親水性ポリマーの組み合わせから構成することができる。
(2) Polymer film A polymer film is bonded onto the substrate on which the metal film is formed. The polymer film can be composed of a hydrophilic polymer, a silane coupling layer, a hydrophobic polymer, or a combination thereof. A self-assembled film or a silane coupling layer is formed on the surface of the substrate, and the layer is interposed therebetween. Further, a hydrogel or a hydrophobic polymer film may be further formed, or a hydrophilic polymer may be used. The polymer film may be directly bonded on the substrate or indirectly bonded. According to a particularly preferred embodiment, the substrate can be composed of a combination of a self-assembled film-forming molecule and a hydrophilic polymer on a substrate on which a metal film is formed.
（２−１）自己組織化膜形成分子
自己組織化膜とは、外からの細かい制御を加えていない状態で、膜材料そのものがもつ機構によって形成される一定の秩序をもつ組織をもった単分子膜やＬＢ膜などの超薄膜のことを言う。この自己組織化により、非平衡な状況で長距離にわたって秩序がある構造やパターンが形成される。
(2-1) Self-assembled film-forming molecule A self-assembled film is a simple structure having a certain ordered structure formed by the mechanism of the film material itself without fine control from the outside. It refers to ultra-thin films such as molecular films and LB films. This self-organization forms ordered structures and patterns over long distances in a non-equilibrium situation.
自己組織化膜（SAMs）を用いた金属膜の被覆法は、ハーバード大のWhitesides教授らにより精力的に展開されており、その詳細は例えばChemical Review, 105, 1103-1169 (2005)に報告されている。金属として金を用いた場合、有機層形成化合物として一般式A-1（一般式A-1において、ｎは３から20の整数を示し、Ｘは官能基を示す）に示すアルカンチオール誘導体を用いることにより、Au-S結合とアルキル鎖同士のvan der Waals力に基づき、配向性を持つ単分子膜が自己組織的に形成される。自己組織化膜は、アルカンチオール誘導体の溶液中に金基板を浸漬するという極めて簡便な手法で作製される。一般式A-1においてX=NH2である化合物を用いて自己組織化膜を形成させることで、アミノ基を有する有機層で金表面を被覆することが可能となる。
自己組織化膜形成化合物として具体的には、6-アミノ-1-ヘキサンチオール、11-アミノ-1-ウンデカンチオール、10-カルボキシ-1-デカンチオール、7−カルボキシ−１−へプタンチオール、16-カルボキシ-1-メルカプトヘキサデカンチオール、11-ヒドロキシ-1-ウンデカンチオールなどが挙げられる。自己組織化膜は、アルカンチオール誘導体の溶液中に金基板を浸漬するという極めて簡便な手法で作製される。一般式A-1において例えばX=NH2である化合物を用いて自己組織化膜を形成させることで、アミノ基を有する有機層で金表面を被覆することが可能となる。 Specific examples of the self-assembled film-forming compound include 6-amino-1-hexanethiol, 11-amino-1-undecanethiol, 10-carboxy-1-decanethiol, 7-carboxy-1-heptanethiol, 16 -Carboxy-1-mercaptohexadecanethiol, 11-hydroxy-1-undecanethiol and the like. The self-assembled film is produced by a very simple technique in which a gold substrate is immersed in a solution of an alkanethiol derivative. By forming a self-assembled film using a compound of the general formula A-1, for example, X = NH 2 , the gold surface can be covered with an organic layer having an amino group.
別の例として、シリカ、窒化ケイ素などの金属酸化物や窒化物あるいはその薄膜を有する基材に対しては、シランカップリング剤により形成されたシランカップリング層を介して結合することもできる。シランカップリング剤として一般式A-2（一般式A-2において、Ｘは官能基を示し、Ｌは直鎖、分岐鎖、環状鎖の炭素鎖を含むリンカー部位を示し、Ｒは水素、もしくは炭素数１〜６のアルキル基を示し、Ｙは加水分解基を示す。また、ｍ,ｎはそれぞれ０〜３の整数を示しｍ＋ｎ＝３とする。）に示すケイ素含有化合物を利用することにより、金属酸化物や窒化物との間に金属（ケイ素）−酸素−ケイ素−炭素といった共有結合を形成させることにより、基材表面を官能基で被覆することができる。
ここで、加水分解基（Ｙ）とは、アルコキシ基、ハロゲン、アシロキシ基などが挙げられ、より具体的にはメトキシ基、エトキシ基、塩素などが挙げられる。シランカップリング剤として具体的には、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ-β（アミノエチル）γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。シランカップリング剤の反応方法としては一般的な方法に従えば良く、例えば書籍、シランカップリング剤の効果と使用法（サイエンス＆テクノロジー社）に記載の方法を利用することができる。 Here, examples of the hydrolyzable group (Y) include an alkoxy group, a halogen, and an acyloxy group, and more specifically, a methoxy group, an ethoxy group, chlorine, and the like. Specific examples of the silane coupling agent include γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropylmethyldiethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, Examples thereof include γ-glycidoxypropyltriethoxysilane. As a reaction method of the silane coupling agent, a general method may be used. For example, the method described in Books, Effects and Usage of Silane Coupling Agent (Science & Technology) can be used.
また、自己組織化膜形成化合物やシランカップリング剤などが有する官能基（Ｘ）としては、生理活性物質と結合すれば特に限定はされず、アミノ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アルデヒド基、チオール基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、エポキシ基、シアノ基、ヒドラジノ基、ヒドラジド基、ビニルスルホン基、ビニル基など任意の官能基とその組み合わせやその誘導体を利用することができる。 Further, the functional group (X) possessed by the self-assembled film-forming compound, the silane coupling agent, etc. is not particularly limited as long as it binds to a physiologically active substance, and an amino group, carboxyl group, hydroxyl group, aldehyde group, thiol Any functional group such as a group, an isocyanate group, an isothiocyanate group, an epoxy group, a cyano group, a hydrazino group, a hydrazide group, a vinylsulfone group, and a vinyl group, and combinations or derivatives thereof can be used.
末端にアミノ基を有するアルカンチオールは、アルキル鎖を介してチオール基とアミノ基が連結している化合物（一般式A-3）（一般式A-3において、ｎは３から20の整数を示す）でもよく、末端にカルボキシル基を有するアルカンチオール（一般式A-4、A-5）（一般式A-4においてｎは３から20の整数を示し、一般式A-5においてｎはそれぞれ独立に１から20の整数を示す）と大過剰のヒドラジドまたはジアミンを反応させた化合物でもよい。末端にカルボキシル基を有するアルカンチオールと大過剰のヒドラジドまたはジアミンとの反応は、溶液状態で行ってもよく、また、末端にカルボキシル基を有するアルカンチオールを基板表面に結合した後、大過剰のヒドラジドまたはジアミンを反応させてもよい。
A-3〜A-5のアルキル基の繰返し数は、3以上20以下が好ましく、さらに3以上16以下が好ましく、4以上8以下が最も好ましい。アルキル鎖が短いと自己組織化膜を形成しにくく、アルキル鎖が長いと水溶性が低下し、ハンドリングが困難になる。 The number of repeating alkyl groups A-3 to A-5 is preferably 3 or more and 20 or less, more preferably 3 or more and 16 or less, and most preferably 4 or more and 8 or less. When the alkyl chain is short, it is difficult to form a self-assembled film, and when the alkyl chain is long, water solubility is lowered and handling becomes difficult.
本発明に用いるポリアミンとしては、任意の化合物を用いることが可能であるが、バイオセンサー表面またはバイオリアクター表面に用いる場合、水溶性ポリアミンが好ましい。水溶性ポリアミンとしては具体的に、エチレンジアミン、テトラエチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ピペラジン、トリエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、ジヘキサメチレントリアミン、1,4−ジアミノシクロヘキサン等の脂肪族ジアミン、パラフェニレンジアミン、メタフェニレンジアミン、パラキシリレンジアミン、メタキシリレンジアミン、4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルケトン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン酸等の芳香族ジアミンが挙げられる。バイオセンサー表面またはバイオリアクター表面の親水性を向上させるという観点から、２つのアミノ基をエチレングリコールユニットで連結した化合物を用いることも可能である。本発明に用いるジアミンとしては、好ましくはエチレンジアミンまたは一般式A-6（一般式A-6において、ｎ及びｍは、それぞれ独立に１から20の整数を示す）で表される化合物であり、より好ましくは、エチレンジアミンまたは1,2−ビス(アミノエトキシ)エタン（一般式A-6において、n=2，m=1）である。
アミノ基を有するアルカンチオールは、単独で自己組織化膜を形成することも可能であり、また、他のアルカンチオールと混合して自己組織化膜を形成することも可能である。バイオセンサー表面に用いる場合、他のアルカンチオールとしては、生理活性物質の非特異吸着を抑制可能な化合物を用いることが好ましい。生理活性物質の非特異吸着を抑制可能な自己組織化膜に関しては、前述のWhitesides教授らにより詳細に検討されており、親水性基を有するアルカンチオールから形成された自己組織化膜が非特異吸着抑制に有効であることが報告されている（Langmuir,17,2841-2850, 5605-5620, 6336-6343 (2001)）。 The alkanethiol having an amino group can form a self-assembled film alone, or can be mixed with other alkanethiols to form a self-assembled film. When used on the biosensor surface, it is preferable to use a compound capable of suppressing nonspecific adsorption of a physiologically active substance as the other alkanethiol. The self-assembled membrane that can suppress non-specific adsorption of physiologically active substances has been studied in detail by the aforementioned Professor Whitesides et al. The self-assembled membrane formed from alkanethiol having a hydrophilic group is non-specifically adsorbed It is reported to be effective for suppression (Langmuir, 17,2841-2850, 5605-5620, 6336-6343 (2001)).
本発明において、アミノ基を有するアルカンチオールと混合単分子膜を形成するアルカンチオールは、前記論文に記載された化合物を好ましく用いることが可能である。非特異吸着抑制能に優れ、入手が容易であることから、アミノ基を有するアルカンチオールと混合単分子膜を形成するアルカンチオールとしては、水酸基を有するアルカンチオール（一般式A-7）あるいはエチレングルコールユニットを有するアルカンチオール（一般式A-8）（一般式A-7において、ｎは３から20の整数を示し、一般式A-8において、ｎ及びｍは、それぞれ独立に１から20の整数を示す）を用いることが好ましい。好ましくは、一般式A-7において、ｎは５以上であり、10以上であることがさらに好ましく、10〜30がさらに好ましく、最も好ましくは10〜16である。
アミノ基を有するアルカンチオールを他のアルカンチオールと混合して自己組織化膜を形成する場合、A-3〜A-5のアルキル基の繰返し数は、4以上20以下が好ましく、さらに4以上16以下が好ましく、4以上10以下が最も好ましい。また、A-7,A-8のアルキル基の繰返し数は、3以上16以下が好ましく、さらに3以上12以下が好ましく、3以上8以下が最も好ましい。 When an alkanethiol having an amino group is mixed with another alkanethiol to form a self-assembled film, the number of repeating alkyl groups of A-3 to A-5 is preferably 4 or more and 20 or less, and more preferably 4 or more and 16 The following is preferable, and 4 or more and 10 or less are most preferable. The number of repeating alkyl groups A-7 and A-8 is preferably 3 or more and 16 or less, more preferably 3 or more and 12 or less, and most preferably 3 or more and 8 or less.
本発明において、アミノ基を有するアルカンチオールと水酸基を有するアルカンチオールは、任意の割合で混合することが可能であるが、アミノ基を有するアルカンチオールの割合が少ない場合には後述する親水性ポリマーの結合量が低下し、水酸基を有するアルカンチオールの割合が少ない場合には非特異吸着抑制能が減少する。それゆえ、アミノ基を有するアルカンチオールと水酸基を有するアルカンチオールの混合比は、１／１〜１／1,000,000の範囲であることが好ましく、１〜１／1,000の範囲であることがより好ましく、１〜１／10の範囲であることがさらに好ましい。活性エステル化されたカルボキシル基を含有するポリマーと反応する場合の立体障害低減の観点から、アミノ基を有するアルカンチオールの分子長は、水酸基を有するアルカンチオールの分子長よりも長いことが好ましい。 In the present invention, the alkanethiol having an amino group and the alkanethiol having a hydroxyl group can be mixed at an arbitrary ratio. However, when the ratio of the alkanethiol having an amino group is small, the hydrophilic polymer described later is used. When the amount of binding decreases and the proportion of alkanethiol having a hydroxyl group is small, the nonspecific adsorption inhibiting ability decreases. Therefore, the mixing ratio of the alkanethiol having an amino group and the alkanethiol having a hydroxyl group is preferably in the range of 1/1 to 1 / 1,000,000, more preferably in the range of 1 to 1 / 1,000. More preferably, it is in the range of ˜1 / 10. From the viewpoint of reducing steric hindrance when reacting with a polymer containing an active esterified carboxyl group, the molecular length of the alkanethiol having an amino group is preferably longer than the molecular length of the alkanethiol having a hydroxyl group.
本発明で用いるアルカンチオールは、Northwestern大学のGrzybowski教授らによる総説（Curr. Org. Chem., 8, 1763-1797(2004).）およびその引用文献に基づいて合成された化合物を用いても良く、また市販の化合物を用いてもよい。これらの化合物は、同仁化学（株）、Aldrich社、SensoPath Technologies社、Frontier Scientific Inc.社等から購入可能である。本発明においてアルカンチオールの酸化生成物であるジスルフィド化合物は、アルカンチオールと同様に用いることが可能である。 The alkanethiol used in the present invention may be a compound synthesized based on a review by Prof. Grzybowski et al. Of Northwestern University (Curr. Org. Chem., 8, 1763-1797 (2004).) And its cited references. Commercially available compounds may also be used. These compounds can be purchased from Dojindo Co., Ltd., Aldrich, SensoPath Technologies, Frontier Scientific Inc., etc. In the present invention, the disulfide compound that is an oxidation product of alkanethiol can be used in the same manner as alkanethiol.
（２−２）親水性ポリマー
本発明で用いることができる親水性ポリマーとしては、ゼラチン、アガロース、キトサン、デキストラン、カラゲナン、アルギン酸、澱粉、セルロース、又はこれらの誘導体、例えばカルボキシメチル誘導体、又は水膨潤性有機ポリマー、例えばポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール又はこれらの誘導体などを挙げることができる。
(2-2) Hydrophilic polymer Examples of the hydrophilic polymer that can be used in the present invention include gelatin, agarose, chitosan, dextran, carrageenan, alginic acid, starch, cellulose, or derivatives thereof such as carboxymethyl derivatives, or water swelling. Organic polymers such as polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyethylene glycol or derivatives thereof.
本発明で用いる親水性ポリマーとしてはさらに、カルボキシル基含有合成ポリマーおよびカルボキシル基含有多糖類を用いることが可能である。カルボキシル基含有合成ポリマーとしては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、およびこれらの共重合体、例えば特開昭59-53836号明細書３頁20行〜６頁49行、特開昭59-71048号明細書３頁41行〜７ページ54行明細書に記載されているようなメタクリル酸共重合体、アクリル酸共重合体、イタコン酸共重合体、クロトン酸共重合体、マレイン酸共重合体、部分エステル化マレイン酸共重合、水酸基を有するポリマーに酸無水物を付加させたものなどが挙げられる。カルボキシル基含有多糖類は、天然植物からの抽出物、微生物発酵の生産物、酵素による合成物、または化学合成物の何れであってもよく、具体的には、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ヘパリン、デルマタン酸硫酸、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、セロウロン酸、カルボキシメチルキチン、カルボキシメチルデキストラン、カルボキシメチルデンプン等が挙げられる。カルボキシル基含有多糖類は、市販の化合物を用いることが可能であり、具体的には、カルボキシメチルデキストランであるCMD、CMD-L、CMD-D40（名糖産業社製）、カルボキシメチルセルロースナトリウム（和光純薬社製）、アルギン酸ナトリウム（和光純薬社製）、等を挙げることができる。 As the hydrophilic polymer used in the present invention, a carboxyl group-containing synthetic polymer and a carboxyl group-containing polysaccharide can be further used. Examples of the carboxyl group-containing synthetic polymer include polyacrylic acid, polymethacrylic acid, and copolymers thereof, for example, JP-A-59-53836, page 3, line 20 to page 6, line 49, JP-A-59-71048. Methacrylic acid copolymer, acrylic acid copolymer, itaconic acid copolymer, crotonic acid copolymer, maleic acid copolymer as described in the specification, page 3, line 41 to page 7, line 54, Examples include partially esterified maleic acid copolymer and those obtained by adding an acid anhydride to a polymer having a hydroxyl group. The carboxyl group-containing polysaccharide may be any one of an extract from a natural plant, a product of microbial fermentation, an enzymatic synthesis, or a chemical synthesis. Specifically, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, heparin, Examples include dermatanic acid sulfuric acid, carboxymethylcellulose, carboxyethylcellulose, ceurouronic acid, carboxymethylchitin, carboxymethyldextran, and carboxymethyl starch. As the carboxyl group-containing polysaccharide, a commercially available compound can be used. Specifically, carboxymethyldextran, CMD, CMD-L, CMD-D40 (manufactured by Meisho Sangyo Co., Ltd.), sodium carboxymethylcellulose (sum) Kogaku Pharmaceutical Co., Ltd.), sodium alginate (Wako Pure Chemicals Co., Ltd.), and the like.
本発明で用いる親水性ポリマーの分子量は特に限定されないが、一般的には2×102以上5×106であることが好ましい。さらに好ましい親水性ポリマーの分子量は1×104以上2×106以下である。 The molecular weight of the hydrophilic polymer used in the present invention is not particularly limited, but it is generally preferably 2 × 10 2 or more and 5 × 10 6 . Further, the molecular weight of the hydrophilic polymer is preferably 1 × 10 4 or more and 2 × 10 6 or less.
上記したような親水性ポリマーは、本明細書中以下に説明するような自己組織化膜又は疎水性ポリマーを介して基板に結合させてもよいし、あるいはモノマーを含む溶液から直接基板上に形成させることもできる。さらに、上記した親水性ポリマーは架橋することもできる。親水性ポリマーの架橋は当業者に自明である。 The hydrophilic polymer as described above may be bonded to the substrate via a self-assembled film or a hydrophobic polymer as described herein below, or formed directly on the substrate from a solution containing the monomer. It can also be made. Furthermore, the hydrophilic polymer described above can also be crosslinked. Crosslinking of the hydrophilic polymer is obvious to those skilled in the art.
センサー表面またはバイオリアクター表面に結合する親水性ポリマーは、水溶液中の膜厚が0.5nm以上0.5mm以下であることが好ましく、より好ましくは１nm以上１μm以下であることが望ましい。膜厚が薄いと生理活性物質固定量が減少し、被検体物質との相互作用が起こりにくくなる。一方、膜厚が厚いと被検体物質が膜内に拡散するため好ましくない。水溶液中の親水性ポリマー膜厚はAFM、エリプソメトリーなどで評価することができる。 The hydrophilic polymer that binds to the sensor surface or the bioreactor surface preferably has a film thickness in an aqueous solution of 0.5 nm to 0.5 mm, more preferably 1 nm to 1 μm. When the film thickness is thin, the amount of physiologically active substance immobilized decreases, and interaction with the analyte substance hardly occurs. On the other hand, a thick film is not preferable because the analyte substance diffuses into the film. The hydrophilic polymer film thickness in an aqueous solution can be evaluated by AFM, ellipsometry, or the like.
（２−３）親水性ポリマーの活性化
親水性ポリマーとしてカルボキシル基を含有するポリマーを使用する場合、カルボキシル基を活性化することによって、自己組織化膜で被覆された基板に結合することができる。カルボキシル基を含有するポリマーを活性化する方法としては、公知の手法、例えば、水溶性カルボジイミドである1-(3-Dimethylaminopropyl)-3 ethylcarbodiimide（EDC）とN-Hydroxysuccinimide（NHS）により活性化する方法、又はEDC単独により活性化する方法を好ましく用いることができる。この手法で活性化されたカルボキシル基を含有するポリマーを、アミノ基を有する基板と反応させることで、基板上に親水性ポリマーを結合させることが可能となる。
(2-3) Activation of hydrophilic polymer When a polymer containing a carboxyl group is used as the hydrophilic polymer, it can be bonded to the substrate coated with the self-assembled film by activating the carboxyl group. . As a method of activating a polymer containing a carboxyl group, a known method, for example, a method of activating with water-soluble carbodiimide 1- (3-Dimethylaminopropyl) -3 ethylcarbodiimide (EDC) and N-Hydroxysuccinimide (NHS) Alternatively, a method of activation with EDC alone can be preferably used. By reacting a polymer containing a carboxyl group activated by this method with a substrate having an amino group, a hydrophilic polymer can be bonded onto the substrate.
また、カルボキシル基を含有するポリマーを活性化する方法として含窒素化合物を用いる方法があり、具体的には、下記一般式(Ia)又は(Ib)（式中、Ｒ1及びＲ2は、互いに独立して電子吸引性基（例えばカルボニル基、芳香環、窒素原子など）を表し、Ｒ1及びＲ2は結合により５〜６員環を形成しても良く、Ａは置換基を有する炭素原子またはリン原子を表し、Ｍは（n-1）価の元素を表し、Ｘはハロゲン原子を表す）に示される含窒素化合物を用いることもできる。
ここで、Ｒ1及びＲ2は、互いに独立して置換基を有しても良いカルボニル基、炭素原子、窒素原子を表すが、好ましくはＲ1及びＲ2は結合により５〜６員環を形成する。特に好ましくは、ヒドロキシコハク酸、ヒドロキシフタル酸、１−ヒドロキシベンゾトリアゾール、3,4−ジヒドロキシ−３−ヒドロキシ−４−オキソ−1,2,3−ベンゾトリアジン、及びその誘導体が提供される。 Here, R 1 and R 2 each independently represent a carbonyl group, a carbon atom, or a nitrogen atom which may have a substituent. Preferably, R 1 and R 2 are bonded to form a 5- to 6-membered ring. Form. Particularly preferably, hydroxysuccinic acid, hydroxyphthalic acid, 1-hydroxybenzotriazole, 3,4-dihydroxy-3-hydroxy-4-oxo-1,2,3-benzotriazine, and derivatives thereof are provided.
また、好ましくは下記に示される含窒素化合物を用いることもできる。
また、好ましくは含窒素化合物としては、下記一般式(I)（式中、Ｙ及びＺは、互いに独立してＣＨ、または窒素原子を表す）で表される化合物を用いることもできる。
一般式（I）の具体的化合物としては、下記の化合物等が好ましくあげられる。
また、含窒素化合物としては、下記の化合物等も好ましくあげられる。
また好ましくは、含窒素化合物としては、下記一般式(II)（式中、Ａは置換基を有する炭素原子またはリン原子を表し、Ｙ及びＺは、互いに独立してＣＨ、または窒素原子を表し、Ｍは（n-1）価の元素を表し、Ｘはハロゲン原子を表す）を用いることもできる。
ここで、Ａで表される炭素原子またはリン原子の置換基としては、置換基を有するアミノ基が好ましく、ジメチルアミノ基やピロリジノ基の様なジアルキルアミノ基が好ましい。Ｍで表される（n-1）価の元素は、リン原子、ホウ素原子、ヒ素原子などが挙げられるが、好ましくはリン原子があげられる。Ｘで表されるハロゲン原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられるが、好ましくはフッ素原子が挙げられる。 Here, as the substituent of the carbon atom or phosphorus atom represented by A, an amino group having a substituent is preferable, and a dialkylamino group such as a dimethylamino group or a pyrrolidino group is preferable. Examples of the (n-1) -valent element represented by M include a phosphorus atom, a boron atom, and an arsenic atom, and a phosphorus atom is preferable. Examples of the halogen atom represented by X include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, and a fluorine atom is preferable.
一般式（II）の具体的化合物としては、下記の化合物等が好ましくあげられる。
また、含窒素化合物としては、下記一般式(III)（式中、Ａは置換基を有する炭素原子またはリン原子を表し、Ｍは（n-1）価の元素を表し、Ｘはハロゲン原子を表す）を用いることもできる。
一般式（III）の具体的化合物としては、下記の化合物等が好ましくあげられる。
また、カルボキシル基を含有するポリマーを活性化する方法として、電子吸引性基を有するフェノール誘導体を使用することも好ましく、更に電子吸引性基のσ値が0.3以上であることが好ましい。具体的には、下記化合物などを用いることができる。
更に、カルボキシル基を含有するポリマーを活性化する方法では、別にカルボジイミド誘導体物を併用することができ、好ましくは、水溶性カルボジイミド誘導体を併用することができ、更に好ましくは下記の化合物、（1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide, hydrochloride）を併用することができる。
上記のカルボジイミド誘導体及び、含窒素化合物、またはフェノール誘導体は併用して使用するだけではなく、所望により、夫々、単独で用いることもできる。好ましくはカルボジイミド誘導体と含窒素化合物との併用である。 The above carbodiimide derivatives and nitrogen-containing compounds or phenol derivatives are not only used in combination, but can be used alone if desired. Preferably, a carbodiimide derivative and a nitrogen-containing compound are used in combination.
また、カルボキシル基を含有するポリマーを活性化する方法として、下記化合物を用いることもできる。該化合物は単独で用いることもできるが、カルボジイミド誘導体、含窒素化合物、フェノール誘導体と併用してもよい。
さらに、カルボキシル基を含有するポリマーにおけるカルボン酸を活性化する手法としては、特開2006-58071号公報「0011」〜「0022」に記載の方法（即ち、基板の表面に存在するカルボキシル基を特定の構造を有するウロニウム塩、ホスホニウム塩、又はトリアジン誘導体のいずれかの化合物を用いて活性化することによりカルボン酸アミド基を形成する方法）、並びに特開2006-90781号公報「0011」〜「0019」に記載の方法（即ち、基板の表面に存在するカルボキシル基を、カルボジイミド誘導体又はその塩で活性化し、水酸基を有する含窒素ヘテロ芳香族化合物、電子吸引性基を有するフェノール誘導体又はチオール基を有する芳香族化合物のいずれかの化合物でエステルとした後、アミンと反応させることによりカルボン酸アミド基を形成する方法）を好ましく用いることもできる。 Furthermore, as a method for activating carboxylic acid in a polymer containing a carboxyl group, the method described in JP-A-2006-58071 “0011” to “0022” (that is, specifying a carboxyl group present on the surface of a substrate) And a method of forming a carboxylic acid amide group by activation using any one of a uronium salt, a phosphonium salt, or a triazine derivative having the following structure), and JP-A-2006-90781, “0011” to “0019” (I.e., having a carboxyl group present on the surface of the substrate activated with a carbodiimide derivative or a salt thereof, a nitrogen-containing heteroaromatic compound having a hydroxyl group, a phenol derivative having an electron-withdrawing group, or a thiol group) A method of forming a carboxylic acid amide group by reacting with an amine after esterifying with any of the aromatic compounds ) It can also be used preferably.
なお、上記した特開2006-58071号公報における特定の構造を有するウロニウム塩、ホスホニウム塩、又はトリアジン誘導体とは、下記一般式１で表されるウロニウム塩、下記一般式２で表されるホスホニウム塩、又は下記一般式３で表されるトリアジン誘導体である。
（一般式１において、Ｒ1とＲ2はそれぞれ独立に炭素数１から６のアルキル基を示すか、又は互いに一緒になって炭素数２から６のアルキレン基を形成してＮ原子と共に環を形成し、Ｒ3は炭素数６から20の芳香環基又は少なくとも１以上のヘテロ原子を含むヘテロ環基を示し、Ｘ-はアニオンを示す。一般式２において、Ｒ4とＲ5はそれぞれ独立に炭素数１から６のアルキル基を示すか、又は互いに一緒になって炭素数２から６のアルキレン基を形成してＮ原子と共に環を形成し、Ｒ6は炭素数６から20の芳香環基又は少なくとも１以上のヘテロ原子を含むヘテロ環基を示し、Ｘ-はアニオンを示す。一般式３において、Ｒ7はオニウム基を示し、Ｒ8及びＲ9はそれぞれ独立に電子供与基を示す。）
（２−４）親水性ポリマーの基板への塗布
本発明において活性エステル化されたカルボキシル基を含有するポリマーは、溶液として基板と反応させてもよく、また、スピンコート等の手法を用いて基板上の薄膜を形成させた状態で反応させてもよい。好ましくは、薄膜を形成させた状態での反応である。
(In General Formula 1, R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or together, form an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms to form a ring together with an N atom. And R 3 represents an aromatic ring group having 6 to 20 carbon atoms or a heterocyclic group containing at least one hetero atom, and X − represents an anion, wherein R 4 and R 5 are each independently Represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or together with each other, an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms is formed to form a ring together with an N atom, and R 6 is an aromatic ring having 6 to 20 carbon atoms A group or a heterocyclic group containing at least one heteroatom, and X − represents an anion, wherein R 7 represents an onium group, and R 8 and R 9 each independently represent an electron donating group. .)
(2-4) Application of hydrophilic polymer to substrate In the present invention, the polymer containing an active esterified carboxyl group may be reacted with the substrate as a solution, or by using a technique such as spin coating. You may make it react in the state which formed the upper thin film. Preferably, the reaction is in a state where a thin film is formed.
上記の通り、本発明において活性エステル化されたカルボキシル基を含有するポリマーは、薄膜状態で基板と反応させることが好ましい。基板上に薄膜を形成させる方法は、公知の方法を用いることが可能であるが、具体的には、エクストルージョンコート法、カーテンコート法、キャスティング法、スクリーン印刷法、スピンコート法、スプレーコート法、スライドビードコート法、スリットアンドスピン方式、スリットコート方式、ダイコート法、ディップコート法、ナイフコート法、ブレードコート法、フローコート法、ロールコート法、ワイヤバーコート方式、転写印刷法、等を用いることが可能である。これらの薄膜形成法については、「コーティング技術の進歩」原崎勇次著、総合技術センター(1988)、「コーティング技術」技術情報協会(1999)、「水性コーティングの技術」シーエムシー(2001)、「進化する有機薄膜 成膜編」住べテクノリサーチ(2004)、「高分子表面加工学」岩森暁著、技報堂出版(2005)、等に説明されている。膜厚制御された塗布膜を簡便に作製可能であることから、本発明において基板上に薄膜を形成させる方法としては、スプレーコート法またはスピンコート法が好ましく、スピンコート法がさらに好ましい。 As described above, the polymer containing a carboxyl group that has been esterified in the present invention is preferably reacted with the substrate in a thin film state. As a method for forming a thin film on a substrate, known methods can be used. Specifically, an extrusion coating method, a curtain coating method, a casting method, a screen printing method, a spin coating method, and a spray coating method. , Slide bead coating method, slit and spin method, slit coating method, die coating method, dip coating method, knife coating method, blade coating method, flow coating method, roll coating method, wire bar coating method, transfer printing method, etc. It is possible. For these thin film formation methods, "Progress in coating technology" by Yuji Harasaki, Comprehensive Technology Center (1988), "Coating Technology" Technical Information Association (1999), "Aqueous Coating Technology" CMC (2001), "Evolution" Described in "Organic Thin Film Deposition", Sumibe Techno Research (2004), "Polymer Surface Processing" by Iwamori Satoshi, Gihodo Publishing (2005), etc. Since it is possible to easily produce a coating film with a controlled film thickness, the method for forming a thin film on the substrate in the present invention is preferably a spray coating method or a spin coating method, and more preferably a spin coating method.
（３）リガンド
高分子膜にはリガンドが結合される。リガンドとなる化合物としては、各種キレート剤を用いることができ、ニトリロトリ酢酸（NTA）、イミノジ酢酸（IDA）、フェナンスロリン、テルピリジン、ビピリジン、トリエチレンテトラアミン、ジエチレントリアミン、トリス（カルボキシメチル）エチレンジアミン、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、ポリピラゾリルホウ酸、1,4,7−トリアゾシクロノナン、ジメチルグリオキシム、ジフェニルグリオキシム等の多座配位子およびその誘導体を好ましくあげることができる。この中でも、ニトリロトリ酢酸、イミノジ酢酸、又はそれらの誘導体であることがさらに好ましい。リガンドの結合は、例えば、高分子膜が、カルボキシル基を有する親水性ポリマーから構成されている場合には、このカルボキシル基を活性化した後に、リガンドとなる化合物を反応させることによって、リガンドを親水性ポリマーに結合することができる。リガンド結合の際のリガンド溶液濃度は0.1mM以上1M以下であることが望ましく、より好ましくは1mM以上500mM以下、さらには10mM以上300mM以下であることが好ましい。
(3) Ligand A ligand is bound to the polymer membrane. Various chelating agents can be used as the ligand compound, such as nitrilotriacetic acid (NTA), iminodiacetic acid (IDA), phenanthroline, terpyridine, bipyridine, triethylenetetraamine, diethylenetriamine, tris (carboxymethyl) ethylenediamine, Preferred examples include polydentate ligands such as diethylenetriaminepentaacetic acid, polypyrazolyl boric acid, 1,4,7-triazocyclononane, dimethylglyoxime, diphenylglyoxime, and derivatives thereof. Among these, nitrilotriacetic acid, iminodiacetic acid, or derivatives thereof are more preferable. For example, when the polymer membrane is composed of a hydrophilic polymer having a carboxyl group, the ligand is made hydrophilic by activating the carboxyl group and then reacting with the ligand compound. Can be bonded to the conductive polymer. The ligand solution concentration during ligand binding is desirably 0.1 mM or more and 1 M or less, more preferably 1 mM or more and 500 mM or less, and further preferably 10 mM or more and 300 mM or less.
このリガンドの結合の際には有機溶剤を用いることが好ましい。有機溶剤を用いることによってリガンドを1.0×1016個/mm3以上3.3×1018個/mm3以下の密度で高分子膜に結合することができる。このリガンド密度は好ましくは、1.0×1016個/mm3以上3.3×1018個/mm3以下、より好ましくは1.0×1016個/mm3以上1.8×1017個/mm3以下、さらに好ましくは3.6×1016個/mm3以上1.8×1017個/mm3以下である。ただし、膜密度が高くなるほど、生理活性物質は膜内に進入しにくくなることがあるため、リガンドは多ければ多いほどよいというわけではない。 An organic solvent is preferably used for the binding of the ligand. By using an organic solvent, the ligand can be bound to the polymer film at a density of 1.0 × 10 16 pieces / mm 3 or more and 3.3 × 10 18 pieces / mm 3 or less. The ligand density is preferably 1.0 × 10 16 pieces / mm 3 or more and 3.3 × 10 18 pieces / mm 3 or less, more preferably 1.0 × 10 16 pieces / mm 3 or more and 1.8 × 10 17 pieces / mm 3 or less, and further preferably. Is 3.6 × 10 16 pieces / mm 3 or more and 1.8 × 10 17 pieces / mm 3 or less. However, the higher the membrane density, the more difficult it is for the physiologically active substance to enter the membrane, so the more ligands, the better.
このリガンドの結合の際には添加剤として塩基を用いることが好ましい。塩基を用いることにより、リガンドの結合率をより高めることができる。この塩基の例としては、DBU（1,8-diazabicyclo[5,4,0]undec-7-ene）、DBN（1,5-diazabicyclo[4,3,0]non-5-ene）、イミダゾール、メチルイミダゾール、ピリミジン、ピリジン、N,N-ジメチル-4-アミノピリジン、ピコリン、2,6-ルチジンキノリン、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、ジメチルフェニルアミン、DABCO（1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane）、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム等が好ましく挙げられ、用いる有機溶媒によって適宜選択することができる。 It is preferable to use a base as an additive when binding the ligand. By using a base, the binding rate of the ligand can be further increased. Examples of this base include DBU (1,8-diazabicyclo [5,4,0] undec-7-ene), DBN (1,5-diazabicyclo [4,3,0] non-5-ene), imidazole , Methylimidazole, pyrimidine, pyridine, N, N-dimethyl-4-aminopyridine, picoline, 2,6-lutidinequinoline, triethylamine, diisopropylethylamine, dimethylphenylamine, DABCO (1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane), sodium hydroxide, potassium hydroxide, cesium hydroxide and the like are preferable, and can be appropriately selected depending on the organic solvent to be used.
用いる塩基の量としては結合リガンド量に対して0.1モル%以上10000モル％以下が好ましく、より好ましくは100モル％以上1000モル％以下、さらには300モル%以上500モル％以下であることが好ましい。 The amount of the base used is preferably 0.1 mol% or more and 10,000 mol% or less, more preferably 100 mol% or more and 1000 mol% or less, and further preferably 300 mol% or more and 500 mol% or less with respect to the amount of the binding ligand. .
このリガンド密度は以下のようにして求めることができる。実際に測定を行って求める場合は、支持体上にリガンドを結合した後、金属イオンを付与し、支持体上に固定された金属イオンの数をICP分析装置などで求め、この金属イオンの数とリガンドが結合している部分の支持体の面積から、単位面積あたりのリガンドの数を求めることができる。計算によって求める場合は、リガンドの体積をCHEM３D（CambridgeSoft社製）などの計算ソフトを使用して求めることで、単位面積あたりのリガンドの数を求めることができる。リガンドの体積を計算ソフトで求めた場合、例えばNTAであれば0.3nm3程度と見積もられるので3.3×1018個/mm3よりも高い密度では理論上リガンドを結合することは困難である。なお、リガンド密度は固定化した生理活性物質を除去後、金属イオンの数を測定することによって求めることもできる。 This ligand density can be determined as follows. In the actual measurement, the ligand is bound to the support, then metal ions are applied, the number of metal ions immobilized on the support is obtained using an ICP analyzer, etc., and the number of metal ions is determined. The number of ligands per unit area can be determined from the area of the support where the ligand is bonded. When calculating | requiring by calculation, the number of the ligands per unit area can be calculated | required by calculating | requiring the volume of a ligand using calculation software, such as CHEM3D (made by CambridgeSoft). When the volume of the ligand is determined by calculation software, for example, NTA is estimated to be about 0.3 nm 3, so it is theoretically difficult to bind the ligand at a density higher than 3.3 × 10 18 pieces / mm 3 . The ligand density can also be determined by removing the immobilized physiologically active substance and then measuring the number of metal ions.
有機溶剤としては、ジメチルスルホキサイド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、Ｎ−メチルピロリドン、アセトン、メチルエチルケトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、ブチルセロソルブ、テトラヒドロフラン、ジグライム等を好ましくあげることができ、リガンドの溶解性および副反応の抑制の観点からはジメチルスルホキサイドあるいはN、N−ジメチルホルムアミドを用いることがより好ましい。 As organic solvents, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, acetonitrile, N-methylpyrrolidone, acetone, methyl ethyl ketone, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, sec-butyl alcohol, tert-butyl Alcohol, butyl cellosolve, tetrahydrofuran, diglyme and the like can be preferably used, and dimethyl sulfoxide or N, N-dimethylformamide is more preferably used from the viewpoint of ligand solubility and suppression of side reactions.
（４）金属イオン
金属イオンは、不飽和金属錯体を形成する金属イオンであればよく、得られる金属錯体の安定性の観点からは遷移金属イオンが好ましく、具体的には、Ni(II)、Cu(I)、Cu(II)、Co(II)、Co(III)、Fe(II)、Fe(III)、Ga(III)のいずれかのイオンであり、リガンドの種類に応じて適宜選択することができる。中でも好ましくは、Ni(II)、Cu(II)、Co(III)、Fe(III)であり、さらに好ましくは、Cu(II)である。金属イオンは、価数によって結合力が異なるが、Co(II)、Fe(II)の場合は、特開平6-157600 号の[0037]、[0038]に記載されている酸化還元方法で、金属イオンの酸化数を変化させ、結合力を変えることが可能である。
金属イオンとリガンド密度の組み合わせとしては、金属イオンがCu(II)の場合、リガンド密度は1.7×1016以上であることが好ましい。
(4) Metal ion The metal ion may be a metal ion that forms an unsaturated metal complex, and is preferably a transition metal ion from the viewpoint of the stability of the resulting metal complex. Specifically, Ni (II), Cu (I), Cu (II), Co (II), Co (III), Fe (II), Fe (III), Ga (III) ion, selected as appropriate according to the type of ligand can do. Among these, Ni (II), Cu (II), Co (III), and Fe (III) are preferable, and Cu (II) is more preferable. Metal ions have different binding forces depending on the valence, but in the case of Co (II) and Fe (II), the oxidation-reduction method described in [0037] and [0038] of JP-A-6-157600, It is possible to change the binding force by changing the oxidation number of the metal ion.
As a combination of metal ion and ligand density, when the metal ions are Cu of (II), the ligand density is preferably at 1.7 × 10 16 or more.
金属イオンはリガンドの密度に合わせて適宜添加することができるが、多量に添加しても差し支えない。添加後に余分な金属イオンは洗浄することが望ましい。金属イオンの溶媒は水や各種バッファーを用いることができ、洗浄も水や各種バッファーで行うことができる。 Metal ions can be added as appropriate according to the density of the ligand, but a large amount may be added. It is desirable to wash away excess metal ions after the addition. As the metal ion solvent, water or various buffers can be used, and washing can also be performed with water or various buffers.
（５）生理活性物質
生理活性物質はタグを有し、このタグが１以上のリシンを含むリシンユニットである。生理活性物質としては、例えば免疫蛋白質、酵素、微生物、核酸、低分子有機化合物、非免疫蛋白質、免疫グロブリン結合性蛋白質、糖結合性蛋白質、糖を認識する糖鎖、脂肪酸もしくは脂肪酸エステル、あるいは配位子結合能を有するポリペプチドもしくはオリゴペプチドなどが挙げられる。これらの生理活性物質は、上記リシンユニットを介して金属イオンへの配位結合により基板上に固定されるものであり、１以上のリシンを含み、金属イオンに対して配位可能な官能基を有する、即ち、金属配位能を有するものであればよい。このような金属配位能は、強い配位力を持つ配位子を共有結合することによって容易に付与することができる。
(5) Physiologically Active Substance The physiologically active substance is a lysine unit having a tag, and the tag includes one or more lysines. Examples of the physiologically active substance include immune proteins, enzymes, microorganisms, nucleic acids, low molecular weight organic compounds, non-immune proteins, immunoglobulin binding proteins, sugar binding proteins, sugar chains that recognize sugars, fatty acids or fatty acid esters, or arrangements. Examples thereof include polypeptides or oligopeptides having ligand binding ability. These physiologically active substances are fixed on the substrate by coordination bond to metal ions via the lysine unit, and include one or more lysines and functional groups capable of coordinating to metal ions. What is necessary is just to have, ie, have a metal coordination ability. Such metal coordination ability can be easily imparted by covalently bonding a ligand having a strong coordinating power.
官能基としては、含窒素複素環を有し、金属イオンと共に金属錯体を形成可能なものであればよい。含窒素複素環としては、窒素原子を含む３員環から７員環の単環及び縮合環構造のいずれであってもよく、環中の窒素原子は単数でも複数であってもよい。好ましくは、５員環から６員環のものを挙げることができる。このような含窒素複素環を有する配位子として具体的には、ピロール、イミダゾール、ピラゾール、オキサゾール、イソオキサゾール、チアゾール、イソチアゾール、1,2,3−トリアゾール、1,2,4−トリアゾール、1,3,4−チアジアゾ−ル、テトラゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、1,2,3−トリアジン、1,2,4−トリアジン、1,3,5−トリアジン、1,2,4,5−テトラジン、アゼピン、アゾニン、キノリン、アクリジン、フェナンスリジン、インドール、イソインドール、カルバゾール、ベンズイミダゾール、1,8−ナフチリジン、プリン、プテリジン、ベンゾトリアゾール、キノキサリン、キナゾリン、ペリミジン、シンノリン、フタラジン、1,10−フェナンスロリン、フェノキサジン、フェノチアジン、フェナジン、８−ヒドロキシキノリン、８−メルカプトキノリン、2,2’−ビピリジン、2,2’−ジピリジルアミン、ジ（２−ピコリルアミン）、2,2’,2”−ターピリジン、ポルフィリン、フタロシアニン、およびそれらの誘導体が挙げられる。得られる金属錯体の安定性の観点から好ましくはピロール、イミダゾール、ピラゾール、オキサゾール、チアゾール、ピリジン、およびそれらの誘導体が好ましい。 As a functional group, what has a nitrogen-containing heterocyclic ring and can form a metal complex with a metal ion should just be used. The nitrogen-containing heterocycle may be any of a 3-membered to 7-membered monocyclic ring and a condensed ring structure containing a nitrogen atom, and the nitrogen atom in the ring may be singular or plural. Preferably, a 5-membered to 6-membered ring can be mentioned. Specific examples of the ligand having such a nitrogen-containing heterocycle include pyrrole, imidazole, pyrazole, oxazole, isoxazole, thiazole, isothiazole, 1,2,3-triazole, 1,2,4-triazole, 1,3,4-thiadiazol, tetrazole, pyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, 1,2,3-triazine, 1,2,4-triazine, 1,3,5-triazine, 1,2,4, 5-tetrazine, azepine, azonin, quinoline, acridine, phenanthridine, indole, isoindole, carbazole, benzimidazole, 1,8-naphthyridine, purine, pteridine, benzotriazole, quinoxaline, quinazoline, perimidine, cinnoline, phthalazine, 1 , 10-phenanthroline, phenoxazine, phenothiazine, phenazine, 8-hydroxyquino , 8-mercaptoquinoline, 2,2'-bipyridine, 2,2'-dipyridylamine, di (2-picolylamine), 2,2 ', 2 "-terpyridine, porphyrin, phthalocyanine, and derivatives thereof From the viewpoint of the stability of the obtained metal complex, pyrrole, imidazole, pyrazole, oxazole, thiazole, pyridine, and derivatives thereof are preferable.
とりわけ、官能基としては、後述する色素標識が容易であることから、リシン残基（含窒素基、具体的には-NH2）、システイン残基が好ましく、アミノ酸自動合成装置を用いた導入、あるいは遺伝子操作による導入が容易であることからイミダゾール基が好ましい。リシン残基を含むリシン(Lys=K)を機能性部位として導入したいわゆるリシンユニットは長い方が好ましく、ユニット全体の長さとしては、６〜120個が好ましく、より好ましくは６〜40個、さらには６〜20個が好ましく、リシンユニット中のリシンは１以上、好ましくは１〜100個、より好ましくは２〜20個、さらには４〜10個であることが望ましい。タグは、Lys-Lys-Lys-Lysのようにリシンが連続していてもよいし、例えば、Lys-Lys-○−Lys-Lys、Lys-○−Lys-○-Lys-○のように間に別な構造（○は例えばイミダゾール基を含むヒスチジン（His））を有していてもよい。タグの荷電の偏りを抑制するという観点からは、Lys-○−Lys-○-Lys-○のように交互であることがより好ましい。 In particular, the functional group is preferably a lysine residue (nitrogen-containing group, specifically —NH 2 ) or a cysteine residue because it can be easily labeled with a dye, which will be described later. Introduction using an amino acid automatic synthesizer, Alternatively, an imidazole group is preferable because introduction by gene manipulation is easy. The so-called lysine unit introduced with lysine (Lys = K) containing a lysine residue as a functional site is preferably longer, and the total length of the unit is preferably 6 to 120, more preferably 6 to 40, Furthermore, 6 to 20 are preferable, and it is desirable that the number of lysine in the lysine unit is 1 or more, preferably 1 to 100, more preferably 2 to 20, and further 4 to 10. The tag may be continuous with lysine, such as Lys-Lys-Lys-Lys. For example, the tag may be interspersed with Lys-Lys- ○ -Lys-Lys, Lys- ○ -Lys- ○ -Lys- ○. May have another structure (◯ is, for example, histidine containing an imidazole group (His)). From the viewpoint of suppressing the bias of the charge of the tag, it is more preferable that they are alternated like Lys-o-Lys-o-Lys-o.
本明細書において「多点で生理活性物質を固定する」とは、リガンドとリシンユニット中の含窒素基や含窒素複素環基（以下、まとめて含窒素基と称す）が複数の金属イオンと結合していることを指し、単位面積あたりのリガンドの密度を高くすること、及び/又は、リシンユニットを長くすることによって複数の金属イオンと結合させることができる。 In this specification, “immobilizing a physiologically active substance at multiple points” means that a nitrogen-containing group or a nitrogen-containing heterocyclic group (hereinafter collectively referred to as a nitrogen-containing group) in a ligand and a lysine unit is composed of a plurality of metal ions. It refers to binding, and can be combined with multiple metal ions by increasing the density of the ligand per unit area and / or by lengthening the lysine unit.
タグの導入は、一般的な遺伝子操作によるもの、あるいは酵素等を用いて生理活性物質に導入する方法等があるが、生理活性物質の失活を抑制する等の観点からは遺伝子操作によることが好ましい。 The tag can be introduced by a general genetic manipulation or a method of introducing it into a physiologically active substance using an enzyme or the like. From the viewpoint of suppressing the deactivation of the physiologically active substance, the tag may be introduced by a genetic manipulation. preferable.
（６）生理活性物質の固定
生理活性物質の固定は、生理活性物質を含む溶液を塗布することによって行う。本発明において、「塗布」とは、浸漬する方法も含む。高分子膜に結合したリガンドに対して、金属イオンと、生理活性物質の含窒素基と、を付与すると、金属イオンに、(1)リガンドと、(2)生理活性物質の含窒素基と、(3)水分子または水酸化イオンと、が配位し、錯体を形成する。
(6) Immobilization of physiologically active substance The physiologically active substance is immobilized by applying a solution containing the physiologically active substance. In the present invention, “application” includes a dipping method. When a metal ion and a nitrogen-containing group of a physiologically active substance are imparted to a ligand bound to the polymer membrane, (1) a ligand and (2) a nitrogen-containing group of a physiologically active substance are attached to the metal ion, (3) A water molecule or a hydroxide ion is coordinated to form a complex.
例えば、リガンドとしてNTAを使用し、６配位可能な金属イオンを付与した場合、６配位部位中４つの配位部位を、(1)NTAが保有する３つのカルボキシル基と１つの窒素原子が占有し、残りの２つの配位部位は、(2)生理活性物質の含窒素基と、(3)水分子または水酸化イオンなどと、が占有することにより、６配位の錯体を形成する。 For example, when NTA is used as a ligand and a metal ion capable of 6-coordination is added, 4 coordination sites in the 6-coordination site are represented by (1) three carboxyl groups possessed by NTA and one nitrogen atom. Occupied and the remaining two coordination sites are occupied by (2) the nitrogen-containing group of the physiologically active substance and (3) water molecules or hydroxide ions to form a hexacoordinated complex. .
リガンドとして、イミノジ酢酸を使用し、６配位可能な金属イオンを付与した場合は、６配位部位中３つの配位部位を、(1)イミノジ酢酸が保有する２つのカルボキシル基と１つの窒素原子が占有し、残りの３つの配位部位は、(2)生理活性物質の含窒素基と、(3)水分子または水酸化イオンなどと、が占有することにより、６配位の錯体を形成する。 When iminodiacetic acid is used as a ligand and a metal ion capable of 6-coordination is added, 3 coordination sites in the 6-coordination site are represented by (1) 2 carboxyl groups possessed by iminodiacetic acid and 1 nitrogen. The atoms are occupied, and the remaining three coordination sites are occupied by (2) the nitrogen-containing group of the physiologically active substance and (3) water molecules or hydroxide ions. Form.
ここでは、金属イオンは、６配位可能な金属イオンを例に挙げて説明したが、配位数については７配位以上でもよく、５配位以下でもよい。また、錯体を形成するカルボキシル基は、１つのリガンドから供給されずともよく、複数のリガンドから供給され、錯体を形成してもよい。 Here, the metal ion has been described using a metal ion capable of 6 coordination as an example, but the coordination number may be 7 coordination or more and 5 coordination or less. Moreover, the carboxyl group which forms a complex may not be supplied from one ligand, but may be supplied from a plurality of ligands to form a complex.
（７）色素標識
色素標識はタグを標識することができる色素であれば限定されることなく用いることができ、例えばフルオレセイン誘導体、ローダミン誘導体、アミノクマリン誘導体、ヒドロキシクマリン誘導体、BODIPY誘導体、アントラセン誘導体、ベンゾフラン誘導体、ポルフィリン誘導体、Cy Dye、Alexa Fluor、ユーロピウムクリプテート、DyLight、HiLyte Fluor、Oyster、MegaStokes Dye、IRDye等を好ましく挙げることができる。特に、色素標識はリシンタグのリシン残基を標識することができるものであることが好ましく、安定性の観点からはCy Dye、Alexa Fluor、ユーロピウムクリプテート、DyLight、HiLyte Fluor、IRDye等を好ましく挙げることができる。
(7) Dye label The dye label can be used without limitation as long as it is a dye that can label a tag. For example, a fluorescein derivative, a rhodamine derivative, an aminocoumarin derivative, a hydroxycoumarin derivative, a BODIPY derivative, an anthracene derivative Preferred examples include benzofuran derivatives, porphyrin derivatives, Cy Dye, Alexa Fluor, Europium cryptate, DyLight, HiLyte Fluor, Oyster, MegaStokes Dye, IRDye and the like. In particular, the dye label is preferably capable of labeling a lysine residue of a lysine tag, and Cy Dye, Alexa Fluor, Europium cryptate, DyLight, HiLyte Fluor, IRDye, etc. are preferably mentioned from the viewpoint of stability. Can do.
色素標識は「Bioconjugate Chemistry.,1993,Vol 4,105-111」（上記非特許文献２）、「Biotechnology and bioengineering.,2004,Vol 86,399-404」、「Bioscience biotechnology Biochemistry.,1996,Vol 60,131-133」、「Biomacromolecules.,2005,Vol 6,2299-2304」等に記載されている従来の手法と同じ手法で標識可能であり、化学反応により標識しても、酵素反応により標識してもよい。 The dye labels are “Bioconjugate Chemistry., 1993, Vol 4,105-111” (Non-Patent Document 2), “Biotechnology and bioengineering., 2004, Vol 86,399-404”, “Bioscience biotechnology Biochemistry., 1996, Vol 60, 131-133”. , “Biomacromolecules., 2005, Vol 6, 2299-2304” and the like, and can be labeled by the same technique as described above, and may be labeled by chemical reaction or enzymatic reaction.
（８）担体の製造
以下、本発明の一実施の形態を示す担体を製造する工程を図面を用いて説明する。図２は金属膜の形成から高分子膜にリガンドを連結するまでを示した模式図、図３はリガンドに金属イオン（Cu(II)）を固定し、これに生理活性物質を固定するまでを示した模式図である。なお、図３においてはリガンド、金属イオンおよび生理活性物質の結合および固定をより具体的に説明するために、図１と同様にリガンドを拡大するとともに、リガンドとしてNTA、金属イオンとしてCu(II)を例にとって示している。
(8) Manufacture of support Hereinafter, a process of manufacturing a support according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Fig. 2 is a schematic diagram showing the process from the formation of the metal film to the coupling of the ligand to the polymer film, and Fig. 3 shows the process until the metal ion (Cu (II)) is immobilized on the ligand and the physiologically active substance is immobilized thereon. It is the shown schematic diagram. In FIG. 3, in order to more specifically explain the binding and fixation of the ligand, metal ion, and physiologically active substance, the ligand is enlarged as in FIG. 1, and NTA as the ligand and Cu (II) as the metal ion. Is shown as an example.
まず基板上に金属膜を形成する（図２(a)）。金属膜の形成は常法によって行えばよく、例えば、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法、電気めっき法、無電解めっき法等によって行うことができる。なお、上記で説明したように、基板と金属膜との間にクロム等からなる介在層を設けてもよい。次ぎに金属膜上にSAMを形成する（図２(b)）。SAMの形成は、上述したようにアルカンチオール誘導体等の溶液中に金属膜が形成された基板を浸漬することにより行うことができる。 First, a metal film is formed on the substrate (FIG. 2 (a)). The metal film may be formed by a conventional method, for example, sputtering, vapor deposition, ion plating, electroplating, electroless plating, or the like. As described above, an intervening layer made of chromium or the like may be provided between the substrate and the metal film. Next, SAM is formed on the metal film (FIG. 2 (b)). As described above, SAM can be formed by immersing a substrate on which a metal film is formed in a solution of an alkanethiol derivative or the like.
続いて、SAM上に高分子膜を形成する。基板表面はSAMのアミノ基により被覆されているので、高分子膜としてカルボキシル基を含有する親水性ポリマーを使用する場合には、このカルボキシル基を活性化することによって、SAMで被覆された基板に高分子膜を固定化することができる（図２(c)）。 Subsequently, a polymer film is formed on the SAM. Since the surface of the substrate is coated with SAM amino groups, when a hydrophilic polymer containing a carboxyl group is used as a polymer film, the carboxyl group is activated to form a substrate coated with SAM. The polymer membrane can be immobilized (FIG. 2 (c)).
次ぎに、高分子膜にリガンドを結合させる。リガンドの結合は、例えば、高分子膜が、カルボキシル基を有する親水性ポリマーから構成されている場合には、このカルボキシル基を活性化した後に、リガンドとなる化合物を有機溶媒中で反応させることによって、リガンドを親水性ポリマーに固定化することができる（図２(d)）。 Next, a ligand is bound to the polymer membrane. For example, when the polymer membrane is composed of a hydrophilic polymer having a carboxyl group, the ligand is bound by reacting the compound serving as the ligand in an organic solvent after activating the carboxyl group. The ligand can be immobilized on the hydrophilic polymer (FIG. 2 (d)).
図２(d)に示すリガンドとしてNTAを例にとると、高分子膜のカルボキシル基１つは３つのカルボキシル基へと置換されることになる（図３(a)）。ここにCu(II)を加えてNTAのカルボキシル基と錯形成させる（図３(b)）。ここでCu (II)の配位座はNTAによっては完全には満たされない状態である。このNTA−Cu (II)にリシンユニットを有する生理活性物質を加えると、リシンユニットのリシン残基（アミノ基）やイミダゾール基がCu (II)に配位する（図３(c)）。なお、図３では結合状態をわかりやすくするためにリシンに由来するリシン残基を１つ、ヒスチジンに由来するイミダゾール基を３つ、示している。Cu (II)にリシンユニットを有する生理活性物質を固定後、バッファやイミダゾール溶液等で洗浄することが好ましい。 Taking NTA as an example of the ligand shown in FIG. 2 (d), one carboxyl group of the polymer membrane is replaced with three carboxyl groups (FIG. 3 (a)). Cu (II) is added here to form a complex with the carboxyl group of NTA (FIG. 3 (b)). Here, the coordination position of Cu (II) is not completely satisfied by NTA. When a physiologically active substance having a lysine unit is added to NTA-Cu (II), the lysine residue (amino group) or imidazole group of the lysine unit is coordinated to Cu (II) (FIG. 3 (c)). FIG. 3 shows one lysine residue derived from lysine and three imidazole groups derived from histidine for easy understanding of the binding state. It is preferable to wash with a buffer or an imidazole solution after immobilizing a physiologically active substance having a lysine unit on Cu (II).
色素標識がリシンユニットのリシンと結合すると、生理活性物質の活性を低下させることなく、生理活性物質を標識することができる。また、予めリシンユニットを有する生理活性物質を色素標識して担体表面に固定化することによって、担体表面上の色素標識から得られる信号を測定することにより、生理活性物質の検出を高感度に行うことが可能である。さらに、異種の色素を標識した測定試料を用いれば生理活性物質と測定試料間の相互作用の測定も可能となる。 When the dye label binds to lysine of the lysine unit, the physiologically active substance can be labeled without reducing the activity of the physiologically active substance. In addition, the physiologically active substance having a lysine unit is labeled with a dye and immobilized on the surface of the carrier, and the signal obtained from the dye label on the surface of the carrier is measured to detect the physiologically active substance with high sensitivity. It is possible. Furthermore, if a measurement sample labeled with a different type of dye is used, the interaction between the physiologically active substance and the measurement sample can be measured.
例えば、リシン残基の標識物質から得られる信号（生理活性物質からの信号）を測定し、別の標識物質で標識された検体物質を結合させた後、検体物質からの信号を検出し、この２つの信号の検出を比較することによって、反応量、反応率さらには反応距離等を検出することが可能となり、より高感度の検出を行うことが可能となる。また、リシン残基に結合させる標識物質と、リシン残基標識物質に対する標識物質とを、互いに異なる波長域で蛍光を発する物質としておき、この２つの蛍光を検出することによっても、反応量、反応率さらには反応距離等を検出することが可能となり、より高感度の検出を行うことが可能となる。 For example, a signal obtained from a lysine residue labeling substance (a signal from a physiologically active substance) is measured, a specimen substance labeled with another labeling substance is bound, and then a signal from the specimen substance is detected. By comparing the detection of the two signals, it is possible to detect the reaction amount, the reaction rate, the reaction distance, and the like, and it is possible to perform detection with higher sensitivity. In addition, the amount of reaction and the reaction can be determined by setting the labeling substance to be bound to the lysine residue and the labeling substance for the lysine residue labeling substance as substances that emit fluorescence in different wavelength ranges, and detecting these two fluorescences. It is possible to detect the rate and the reaction distance and the like, and it is possible to perform detection with higher sensitivity.
（９）本発明の担体の適用
本発明の担体は、バイオセンサーやバイオリアクター（例えばバイオリアクター技術、1988年、(株)シーエムシー、バイオチップとバイオセンサー、2006年、共立出版(株)）に適用することができる。バイオリアクターとは、酵素、菌体、細胞、オルガネラなどの生体触媒による生化学的反応を利用して、有用物質の生産、エネルギーの発生、環境汚染物質の分解などに応用する反応器であり、バイオセンサーとは最も広義に解釈され、生体分子間の相互作用を電気的信号等の信号に変換して、対象となる物質を測定・検出するセンサーを意味する。以下、それぞれについての適用について説明する。
(9) Application of the carrier of the present invention The carrier of the present invention is a biosensor or bioreactor (for example, bioreactor technology, 1988, CMC Corporation, Biochip and Biosensor, 2006, Kyoritsu Publishing Co., Ltd.) Can be applied to. A bioreactor is a reactor applied to the production of useful substances, generation of energy, decomposition of environmental pollutants, etc. using biochemical reactions by biocatalysts such as enzymes, fungus bodies, cells, and organelles. A biosensor is interpreted in the broadest sense, and means a sensor that measures and detects a target substance by converting an interaction between biomolecules into a signal such as an electrical signal. Hereinafter, application of each will be described.
（９−１）バイオリアクターへの適用
酵素を固定化した不溶性担体を用いて有用物質の生成、反応等を行うことが可能なバイオリアクター（例えば実公平4-18398号、実公平4-18399号等）においては、上記不溶性担体として、本発明の担体を適用することができる。
(9-1) Application to bioreactors Bioreactors capable of producing and reacting useful substances using an insoluble carrier with immobilized enzyme (for example, No. 4-18398, No. 4-18399) Etc.), the carrier of the present invention can be applied as the insoluble carrier.
（９−２）バイオセンサーへの適用
通常のバイオセンサーは、検出対象とする化学物質を認識するレセプター部位と、そこに発生する物理的変化又は化学的変化を電気信号に変換するトランスデューサー部位とから構成される。生体内には、互いに親和性のある物質として、酵素／基質、酵素／補酵素、抗原／抗体、ホルモン／レセプターなどがある。バイオセンサーでは、これら互いに親和性のある物質の一方を基板に固定化して分子認識物質として用いることによって、対応させるもう一方の物質を選択的に計測するという原理を利用している。
(9-2) Application to biosensor A normal biosensor has a receptor site for recognizing a chemical substance to be detected, and a transducer site for converting a physical change or chemical change generated therein into an electrical signal. Consists of In the living body, there are enzymes / substrates, enzymes / coenzymes, antigens / antibodies, hormones / receptors and the like as substances having affinity for each other. Biosensors use the principle that one of these substances having affinity with each other is immobilized on a substrate and used as a molecular recognition substance, thereby selectively measuring the other substance to be matched.
例えば、表面プラズモン共鳴バイオセンサーは、センサーより照射された光を透過及び反射する部分、並びに生理活性物質を固定する部分とを含む部材からなるが、本発明の担体は生理活性物質を固定する部分を含む部材として用いることができる。 For example, a surface plasmon resonance biosensor is composed of a member including a part that transmits and reflects light emitted from the sensor and a part that immobilizes a physiologically active substance. The carrier of the present invention is a part that immobilizes a physiologically active substance. It can be used as a member containing.
表面プラズモン共鳴の現象は、ガラス等の光学的に透明な物質と金属薄膜層との境界から反射された単色光の強度が、金属の出射側にある試料の屈折率に依存することによるものであり、従って、反射された単色光の強度を測定することにより、試料を分析することができる。 The phenomenon of surface plasmon resonance is due to the fact that the intensity of monochromatic light reflected from the boundary between an optically transparent substance such as glass and the metal thin film layer depends on the refractive index of the sample on the metal exit side. Yes, so the sample can be analyzed by measuring the intensity of the reflected monochromatic light.
表面プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、被測定物質の特性を分析する表面プラズモン測定装置としては、Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙げられる（例えば特開平6-167443号公報参照）。上記の系を用いる表面プラズモン測定装置は基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されて試料液などの被測定物質に接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して表面プラズモン共鳴の状態、つまり全反射減衰の状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。 As a surface plasmon measuring device for analyzing the characteristics of a substance to be measured using a phenomenon in which surface plasmons are excited by light waves, there is an apparatus using a system called Kretschmann arrangement (for example, JP-A-6-167443). See the official gazette). A surface plasmon measuring apparatus using the above system basically includes a dielectric block formed in a prism shape, for example, and a metal film formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with a substance to be measured such as a sample liquid. A light source that generates a light beam; an optical system that causes the light beam to enter the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at an interface between the dielectric block and the metal film; and It comprises light detecting means for detecting the surface plasmon resonance state, that is, the state of total reflection attenuation by measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface.
なお上述のように種々の入射角を得るためには、比較的細い光ビームを入射角を変化させて上記界面に入射させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記界面に収束光状態であるいは発散光状態で入射させてもよい。前者の場合は、入射した光ビームの入射角の変化に従って、反射角が変化する光ビームを、上記反射角の変化に同期して移動する小さな光検出器によって検出したり、反射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサによって検出することができる。一方後者の場合は、種々の反射角で反射した各光ビームを全て受光できる方向に延びるエリアセンサによって検出することができる。 In order to obtain various incident angles as described above, a relatively thin light beam may be incident on the interface by changing the incident angle, or a component incident on the light beam at various angles is included. As described above, a relatively thick light beam may be incident on the interface in a convergent light state or a divergent light state. In the former case, a light beam whose reflection angle changes according to the change in the incident angle of the incident light beam is detected by a small photodetector that moves in synchronization with the change in the reflection angle, or the direction in which the reflection angle changes Can be detected by an area sensor extending along the line. On the other hand, in the latter case, it can be detected by an area sensor extending in a direction in which each light beam reflected at various reflection angles can be received.
上記構成の表面プラズモン測定装置において、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角で入射させると、該金属膜に接している被測定物質中に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属膜と被測定物質との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立しているとき、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行するので、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。この光強度の低下は、一般に上記光検出手段により暗線として検出される。なお上記の共鳴は、入射ビームがｐ偏光のときにだけ生じる。したがって、光ビームがｐ偏光で入射するように予め設定しておく必要がある。 In the surface plasmon measuring apparatus having the above configuration, when a light beam is incident on a metal film at a specific incident angle that is greater than the total reflection angle, an evanescent wave having an electric field distribution is generated in the measured substance in contact with the metal film. The evanescent wave excites surface plasmons at the interface between the metal film and the substance to be measured. When the wave number vector of the evanescent light is equal to the wave number of the surface plasmon and the wave number matching is established, both are in a resonance state and the energy of the light is transferred to the surface plasmon. The intensity of the reflected light decreases sharply. This decrease in light intensity is generally detected as a dark line by the light detection means. The resonance described above occurs only when the incident beam is p-polarized light. Therefore, it is necessary to set in advance so that the light beam is incident as p-polarized light.
この全反射減衰（ATR）が生じる入射角、すなわち全反射減衰角（θSP）より表面プラズモンの波数が分かると、被測定物質の誘電率が求められる。この種の表面プラズモン測定装置においては、全反射減衰角（θSP）を精度良く、しかも大きなダイナミックレンジで測定することを目的として、特開平11-326194号公報に示されるように、アレイ状の光検出手段を用いることが考えられている。この光検出手段は、複数の受光素子が所定方向に配設されてなり、前記界面において種々の反射角で全反射した光ビームの成分をそれぞれ異なる受光素子が受光する向きにして配設されたものである。 If the wave number of the surface plasmon is known from the incident angle at which this total reflection attenuation (ATR) occurs, that is, the total reflection attenuation angle (θSP), the dielectric constant of the substance to be measured can be obtained. In this type of surface plasmon measurement apparatus, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 11-326194, in order to measure the total reflection attenuation angle (θSP) with high accuracy and a large dynamic range, It is considered to use detection means. This light detection means is provided with a plurality of light receiving elements arranged in a predetermined direction, and arranged so that different light receiving elements receive light beam components totally reflected at various reflection angles at the interface. Is.
そしてその場合は、上記アレイ状の光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の配設方向に関して微分する微分手段が設けられ、この微分手段が出力する微分値に基づいて全反射減衰角（θSP）を特定し、被測定物質の屈折率に関連する特性を求めることが多い。 In that case, there is provided differential means for differentiating the light detection signals output from the light receiving elements of the arrayed light detection means with respect to the arrangement direction of the light receiving elements, and based on the differential value output by the differential means. In many cases, the total reflection attenuation angle (θSP) is specified to obtain a characteristic related to the refractive index of the substance to be measured.
また、全反射減衰（ATR）を利用する類似の測定装置として、例えば「分光研究」第47巻 第１号（1998）の第21〜23頁および第26〜27頁に記載がある漏洩モード測定装置も知られている。この漏洩モード測定装置は基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形成されて、試料液に接触させられる光導波層と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを上記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックとクラッド層との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して導波モードの励起状態、つまり全反射減衰状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。 Moreover, as a similar measuring device using total reflection attenuation (ATR), for example, “Spectroscopy” Vol. 47, No. 1 (1998), pages 21 to 23 and pages 26 to 27 are described. Devices are also known. This leakage mode measuring device is basically a dielectric block formed in a prism shape, for example, a clad layer formed on one surface of the dielectric block, and formed on the clad layer to be in contact with the sample liquid. Optical waveguide layer to be generated, a light source for generating a light beam, and the light beam to the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the cladding layer. The optical system includes an incident optical system and light detection means for detecting the excitation state of the waveguide mode, that is, the total reflection attenuation state by measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface.
上記構成の漏洩モード測定装置において、光ビームを誘電体ブロックを通してクラッド層に対して全反射角以上の入射角で入射させると、このクラッド層を透過した後に光導波層においては、ある特定の波数を有する特定入射角の光のみが導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層に取り込まれるので、上記界面で全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。そして導波光の波数は光導波層の上の被測定物質の屈折率に依存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知ることによって、被測定物質の屈折率や、それに関連する被測定物質の特性を分析することができる。 In the leakage mode measuring apparatus having the above-described configuration, when a light beam is incident on the cladding layer through the dielectric block at an incident angle greater than the total reflection angle, the light waveguide layer transmits a specific wave number after passing through the cladding layer. Only light having a specific incident angle having a wave length propagates in the waveguide mode. When the waveguide mode is excited in this way, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer, resulting in total reflection attenuation in which the intensity of light totally reflected at the interface is sharply reduced. Since the wave number of guided light depends on the refractive index of the substance to be measured on the optical waveguide layer, knowing the specific incident angle at which total reflection attenuation occurs, the refractive index of the substance to be measured and the measurement object related thereto The properties of the substance can be analyzed.
なおこの漏洩モード測定装置においても、全反射減衰によって反射光に生じる暗線の位置を検出するために、前述したアレイ状の光検出手段を用いることができ、またそれと併せて前述の微分手段が適用されることも多い。 In this leakage mode measuring apparatus, the above-mentioned array-shaped light detecting means can be used to detect the position of the dark line generated in the reflected light due to the total reflection attenuation, and the above-described differentiating means is applied in conjunction therewith. Often done.
また、上述した表面プラズモン測定装置や漏洩モード測定装置は、創薬研究分野等において、所望のセンシング物質に結合する特定物質を見いだすランダムスクリーニングへ使用されることがあり、この場合には前記薄膜層（表面プラズモン測定装置の場合は金属膜であり、漏洩モード測定装置の場合はクラッド層および光導波層）上に上記被測定物質としてセンシング物質を固定し、該センシング物質上に種々の被検体が溶媒に溶かされた試料液を添加し、所定時間が経過する毎に前述の全反射減衰角（θSP）の角度を測定している。 In addition, the surface plasmon measurement device and the leakage mode measurement device described above may be used for random screening to find a specific substance that binds to a desired sensing substance in the field of drug discovery research. In this case, the thin film layer A sensing substance is fixed on the sensing substance on the sensing substance (a metal film in the case of a surface plasmon measuring apparatus, a clad layer and an optical waveguide layer in the case of a leakage mode measuring apparatus), and various analytes are placed on the sensing substance. A sample solution dissolved in a solvent is added, and the total reflection attenuation angle (θSP) is measured every time a predetermined time elapses.
試料液中の被検体が、センシング物質と結合するものであれば、この結合によりセンシング物質の屈折率が時間経過に伴って変化する。したがって、所定時間経過毎に上記全反射減衰角（θSP）を測定し、該全反射減衰角（θSP）の角度に変化が生じているか否か測定することにより、被検体とセンシング物質の結合状態を測定し、その結果に基づいて被検体がセンシング物質と結合する特定物質であるか否かを判定することができる。このような特定物質とセンシング物質との組み合わせとしては、例えば抗原と抗体、あるいは抗体と抗体が挙げられる。具体的には、ウサギ抗ヒトIgG抗体をセンシング物質として薄膜層の表面に固定し、ヒトIgG抗体を特定物質として用いることができる。 If the analyte in the sample liquid binds to the sensing substance, the refractive index of the sensing substance changes with time due to this binding. Therefore, by measuring the total reflection attenuation angle (θSP) every predetermined time and measuring whether the total reflection attenuation angle (θSP) has changed, the binding state of the analyte and the sensing substance is determined. It is possible to determine whether or not the analyte is a specific substance that binds to the sensing substance based on the result. Examples of the combination of the specific substance and the sensing substance include an antigen and an antibody, or an antibody and an antibody. Specifically, a rabbit anti-human IgG antibody can be immobilized on the surface of the thin film layer as a sensing substance, and the human IgG antibody can be used as a specific substance.
なお、被検体とセンシング物質の結合状態を測定するためには、全反射減衰（θSP）の角度そのものを必ずしも検出する必要はない。例えばセンシング物質に試料液を添加し、その後の全反射減衰角（θSP）の角度変化量を測定して、その角度変化量の大小に基づいて結合状態を測定することもできる。前述したアレイ状の光検出手段と微分手段を全反射減衰を利用した測定装置に適用する場合であれば、微分値の変化量は、全反射減衰角（θSP）の角度変化量を反映しているため、微分値の変化量に基づいて、センシング物質と被検体との結合状態を測定することができる（本出願人による特開2003-172694号参照）。このような全反射減衰を利用した測定方法および装置においては、底面に予め成された薄膜層上にセンシング物質が固定されたカップ状あるいはシャーレ状の測定チップに、溶媒と被検体からなる試料液を滴下供給して、上述した全反射減衰角（θSP）の角度変化量の測定を行っている。 Note that in order to measure the binding state between the subject and the sensing substance, it is not always necessary to detect the angle of total reflection attenuation (θSP) itself. For example, a sample solution can be added to the sensing substance, and the amount of change in the total reflection attenuation angle (θSP) thereafter can be measured, and the binding state can be measured based on the magnitude of the amount of change in angle. If the above-described arrayed light detection means and differentiation means are applied to a measuring device using total reflection attenuation, the change amount of the differential value reflects the angle change amount of the total reflection attenuation angle (θSP). Therefore, the binding state between the sensing substance and the analyte can be measured based on the amount of change in the differential value (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-172694 by the present applicant). In such a measurement method and apparatus using total reflection attenuation, a sample liquid consisting of a solvent and an analyte is placed on a cup-shaped or petri-shaped measuring chip in which a sensing substance is fixed on a thin film layer formed in advance on the bottom surface. The amount of change in angle of the total reflection attenuation angle (θSP) is measured.
さらに、ターンテーブル等に搭載された複数個の測定チップの測定を順次行うことにより、多数の試料についての測定を短時間で行うことができる全反射減衰を利用した測定装置が、特開2001-330560号公報に記載されている。
本発明の担体を表面プラズモン共鳴分析に使用する場合、上記したような各種の表面プラズモン測定装置の一部として適用することができる。
Furthermore, a measuring apparatus using total reflection attenuation capable of measuring a large number of samples in a short time by sequentially measuring a plurality of measuring chips mounted on a turntable or the like is disclosed in JP-A-2001- It is described in the 330560 gazette.
When the carrier of the present invention is used for surface plasmon resonance analysis, it can be applied as a part of various surface plasmon measuring devices as described above.
また、本発明の担体は、例えば基板表面に導波路構造を保持した、屈折率変化を導波路を用いて検出するバイオセンサーのチップとして用いることができる。この場合、基板表面の導波構造物は、回折格子と場合によっては付加層とを有している、この導波構造物は、薄い誘電層からなる平面的な導波体から成る。導波体に集光された光線は全反射によりこの薄い層内に導かれる。この導かれる光波（以降モードと呼ぶ）の伝播速度は、Ｃ／Ｎの値をとる。ここでＣは、真空中での光速であり、Ｎは導波体内を導かれるモードの有効屈折率である。有効屈折率Ｎは、一面では導波体の構成により、他面では薄い導波層に隣接する媒体の屈折率により決まる。光波の伝導は、薄い平面層内のみでなく、別の導波構造物、特にストリップ状の導波体によっても行われる。その場合は、導波構造物はストリップ状のフィルムの形状にされる。有効屈折率Ｎの変化は、導波層に隣接する媒体の変化と導波層自身もしくは導波層に隣接する付加層の屈折率および厚さの変化とにより生じることがバイオセンサーにとって重要な要素である。 In addition, the carrier of the present invention can be used as a biosensor chip that detects a change in refractive index using a waveguide, for example, having a waveguide structure on the substrate surface. In this case, the waveguide structure on the surface of the substrate has a diffraction grating and possibly an additional layer. The waveguide structure consists of a planar waveguide made of a thin dielectric layer. Light rays collected in the waveguide are guided into this thin layer by total reflection. The propagation speed of the guided light wave (hereinafter referred to as mode) takes the value of C / N. Here, C is the speed of light in vacuum, and N is the effective refractive index of the mode guided in the waveguide. The effective refractive index N is determined by the configuration of the waveguide on one side and the refractive index of the medium adjacent to the thin waveguide layer on the other side. Light wave conduction is performed not only in a thin planar layer, but also by another waveguide structure, in particular a strip-shaped waveguide. In that case, the waveguide structure is in the form of a strip-like film. An important factor for a biosensor is that the change in the effective refractive index N is caused by a change in the medium adjacent to the waveguiding layer and a change in the refractive index and thickness of the waveguiding layer itself or an additional layer adjacent to the waveguiding layer. It is.
この方式のバイオセンサーの構成については、例えば特公平6-27703号公報４ページ48行目から14ページ15行目および第１図から第８図、米国特許第 6,829,073号のcolumn6の31行目からcolumn7の47行目および第9図A,Bに記載されている。 Regarding the structure of this type of biosensor, for example, from JP 4-77703, page 4, line 48 to page 14, line 15 and FIGS. 1 to 8, US Pat. No. 6,829,073, column 6, line 6 It is described in the 47th line of column7 and FIGS. 9A and B.
例えば、一つの実施形態として、薄層が平面状の導波路層が基材（たとえばパイレックス（登録商標）ガラス）上に設けられている構造がある。導波路層と基材とは、一緒にいわゆる導波体を形成する。導波路層は、たとえば酸化物層（SiO2，SnO2、Ta2O5，TiO2，TiO2-SiO2，HfO2，ZrO2，Al2O3，Si3N4，HfON，SiON，酸化スカンジウムまたはこれらの混合物）、プラスチック層（例えばポリスチレン、ポリエチレン、ポリカーボネートなど）、など多層の積層体が可能である。光線が全反射により導波路層内を伝播するには、導波路層の屈折率が隣接媒体（たとえば基材や後述の付加層）の屈折率より大でなければならない。基材もしくは測定物質に向いた導波路層表面もしくは導波路層体積内には、回折格子が配置されている。回折格子は、型押し、ホログラフィまたはその他の方法によって基板内に形成することができる。次いでより高い屈折率を有する薄い導波路膜を回折格子の上表面に被覆する。回折格子は導波路層への入射光線を集束したり、既に導波路層内を導かれているモードを放出したり、そのモードの一部を進行方向へ透過させ、一部を反射させたりする機能を持つ。導波路層は、格子域を付加層でカバーしておく。付加層は必要に応じて多層膜とすることができる。この付加層は、測定物質に含まれている物質の選択的検知を可能にする機能を持たせることができる。好ましい態様として付加層の最表面に、検知機能を持つ層を設けることができる。このような検知機能を持つ層として、生理活性物質を固定化し得る層を用いることができる。 For example, as one embodiment, there is a structure in which a waveguide layer having a flat thin layer is provided on a substrate (for example, Pyrex (registered trademark) glass). The waveguide layer and the substrate together form a so-called waveguide. The waveguide layer may be, for example, an oxide layer (SiO 2 , SnO 2 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , TiO 2 —SiO 2 , HfO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , HfON, SiON, Multilayer laminates such as scandium oxide or mixtures thereof, plastic layers (eg polystyrene, polyethylene, polycarbonate, etc.) are possible. In order for light rays to propagate through the waveguide layer by total reflection, the refractive index of the waveguide layer must be greater than the refractive index of an adjacent medium (for example, a base material or an additional layer described later). A diffraction grating is disposed on the surface of the waveguide layer or the volume of the waveguide layer facing the substrate or the measurement substance. The diffraction grating can be formed in the substrate by embossing, holography or other methods. A thin waveguide film having a higher refractive index is then coated on the upper surface of the diffraction grating. The diffraction grating focuses incident light to the waveguide layer, emits a mode already guided in the waveguide layer, transmits part of the mode in the traveling direction, and reflects part of the mode. Has function. The waveguide layer covers the grating region with an additional layer. The additional layer can be a multilayer film as required. The additional layer can have a function that enables selective detection of a substance contained in the measurement substance. As a preferred embodiment, a layer having a detection function can be provided on the outermost surface of the additional layer. As a layer having such a detection function, a layer capable of immobilizing a physiologically active substance can be used.
別の実施形態として、回折格子導波路のアレイがマイクロプレートのウェル内に組み込まれる形態も可能である（特表2007-501432号）。すなわち回折格子導波路がマイクロプレートのウェル底面にアレイ状に配列されていれば、スループットの高い薬物または化学物質のスクリーニングを可能にすることができる。 As another embodiment, a configuration in which an array of diffraction grating waveguides is incorporated in a well of a microplate is also possible (Japanese Patent Publication No. 2007-501432). That is, if the diffraction grating waveguides are arranged in an array on the bottom surface of the well of the microplate, it is possible to screen a drug or chemical substance with high throughput.
回折格子導波路は、回折格子導波路の上層（検知領域）上の生理活性物質検出を可能にするために、入射光線、および反射光を検出して屈折特性の変化を検出する。この目的のため、１つまたはそれより多くの光源（例えば、レーザ、ダイオード）及び１つまたはそれより多くの検出器（例えば、分光計、CCDカメラまたはその他の光検出器）を用いることができる。屈折率変化を測定するための方法として、２つの異なる動作モード−分光法、及び角度法がある。分光法においては、入射光として広帯域ビームが回折格子導波路に送られ、反射光が集められて、例えば分光計で測定される。共鳴波長（ピーク）のスペクトル位置を観測することにより、回折格子導波路の表面またはその近傍での屈折率変化すなわち結合を測定することができる。また、角度法においては、公称上単一波長の光がある範囲の照射角を生じるように集束されて、回折格子導波路内に向けられる。反射光がCCDカメラまたはその他の光検出器によって測定される。回折格子導波路によって反射された共鳴角の位置を測定することにより、回折格子導波路の表面またはその近傍での屈折率変化すなわち結合を測定することができる。
以下に本発明の担体についての実施例を示す。
In order to enable detection of a physiologically active substance on the upper layer (detection region) of the diffraction grating waveguide, the diffraction grating waveguide detects incident light and reflected light to detect a change in refractive characteristics. For this purpose, one or more light sources (eg lasers, diodes) and one or more detectors (eg spectrometers, CCD cameras or other photodetectors) can be used. . There are two different modes of operation—spectroscopy and angle methods for measuring refractive index changes. In spectroscopy, a broadband beam is sent as incident light to a diffraction grating waveguide and the reflected light is collected and measured, for example, with a spectrometer. By observing the spectral position of the resonance wavelength (peak), the refractive index change, that is, the coupling at or near the surface of the diffraction grating waveguide can be measured. Also, in the angle method, nominally single wavelength light is focused to produce a range of illumination angles and directed into the diffraction grating waveguide. The reflected light is measured by a CCD camera or other photodetector. By measuring the position of the resonance angle reflected by the diffraction grating waveguide, it is possible to measure the refractive index change, ie, coupling, at or near the surface of the diffraction grating waveguide.
Examples of the carrier of the present invention are shown below.
（実施例１）
（アミノ基を有する自己組織化膜修飾基板の作製）
センサーチップ上に金膜のみが形成されているBiacore社センサーチップAuを12分間、UVオゾン処理を行った後、10mlの超純水に10μmol の6-aminohexanethiol（Aldrich製）を溶解させた溶液と金膜を40℃で20時間反応させて、金膜上にアミノ基を形成し、超純水で数回洗浄した。
Example 1
(Preparation of self-assembled film modified substrate having amino group)
A Biacore sensor chip Au on which only a gold film is formed on the sensor chip is subjected to UV ozone treatment for 12 minutes, and then 10 μmol of 6-aminohexanethiol (manufactured by Aldrich) is dissolved in 10 ml of ultrapure water. The gold film was reacted at 40 ° C. for 20 hours to form amino groups on the gold film and washed several times with ultrapure water.
（CMDの活性エステル化）
超純水に0.5重量%となるようにCMD（名糖産業製：分子量100万）を溶解した後、全量反応した場合にカルボキシル基の２％が活性化される計算量の0.4MのEDC(1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide)および0.1MのNHS（N-Hydroxysuccinimide）混合溶液を加え、室温で５分間攪拌した。
(Active esterification of CMD)
After dissolving CMD (manufactured by Meisei Sangyo Co., Ltd .: molecular weight 1 million) in ultrapure water, 2% of the carboxyl groups are activated when the total amount is reacted. 1- (3-Dimethylaminopropyl) -3-ethylcarbodiimide) and 0.1M NHS (N-Hydroxysuccinimide) mixed solution were added and stirred at room temperature for 5 minutes.
（CMD膜の作製）
上記アミノ基を形成した金膜上に、活性エステル化したCMD溶液を滴下し30秒後に除去することで、アミノ基を有する基板上に活性エステル化されたカルボキシメチルデキストラン薄膜を形成させた。室温で1 時間反応させた後、0.1N NaOHで１回、超純水で１回洗浄した。
(Production of CMD film)
An active esterified CMD solution was dropped onto the gold film on which the amino group had been formed and removed after 30 seconds, thereby forming an active esterified carboxymethyldextran thin film on the substrate having an amino group. After reacting at room temperature for 1 hour, it was washed once with 0.1N NaOH and once with ultrapure water.
（AB-NTA膜の作製）
上記CMD膜に１mmolのEDCと0.2mmolのNHSをDMSO１mlに添加した溶液を50μl加え、30分間室温で反応させた。溶液を除去、DMSOで１回洗浄し、0.05mmolのAB-NTA(同仁化学製)をDBU(ジアザビシクロウンデセン、東京化成社製) 60μlとDMSO 0.94mlに溶解した液で2時間反応させた。溶液を除去、超純水で数回洗浄した。
(Preparation of AB-NTA film)
50 μl of a solution obtained by adding 1 mmol of EDC and 0.2 mmol of NHS to 1 ml of DMSO was added to the CMD membrane, and reacted at room temperature for 30 minutes. The solution was removed, washed once with DMSO, and 0.05 mmol of AB-NTA (manufactured by Dojin Chemical) was reacted with 60 μl of DBU (diazabicycloundecene, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 0.94 ml of DMSO for 2 hours. It was. The solution was removed and washed several times with ultrapure water.
（リシン残基への標識）
HKHKHKHKHKHKペプチド(Hはヒスチジン、Kはリシンを表し、HKHKHKHKHKHKはヒスチジンとリシンが結合したHKが６個繋がったもの：オペロン製)をCy5 Mono-Reactive Dye Pack( GEヘルスケアバイオサイエンス社製 )を用いて、メーカー推奨処方により標識した。
(Labeling to lysine residues)
CYHK Mono-Reactive Dye Pack (manufactured by GE Healthcare Biosciences) using HKHKHKHKHKHK peptide (H is histidine, K is lysine, and HKHKHKHKHKHK is a combination of 6 HKs with histidine and lysine linked: operon) And labeled according to the manufacturer's recommended prescription.
（標識体の固定）
上記で作製した修飾基板をBiacore社製の表面プラズモン共鳴装置であるBiacore3000にセットし、SPR用HEPES緩衝液（20mM HEPES-HCl, 150mM NaCl, pH7.4）を10μl/minの流速で安定させ１mMのCuCl2水溶液を10μl添加した後に、HBS-Nバッファーで10分間洗浄し、さらに標識した5μM HKHKHKHKHKHKペプチドを10μl添加し、共鳴プラズモン測定を行った。
(Fixing the marker)
The modified substrate prepared above is set in the Biacore 3000 surface plasmon resonance device manufactured by Biacore, and the SPR HEPES buffer (20 mM HEPES-HCl, 150 mM NaCl, pH 7.4) is stabilized at a flow rate of 10 μl / min to 1 mM. After adding 10 μl of the CuCl 2 aqueous solution, the plate was washed with HBS-N buffer for 10 minutes, and further 10 μl of labeled 5 μM HKHKHKHKHKHK peptide was added to perform resonance plasmon measurement.
（蛍光量の測定）
上記操作後、0.5MのEDTA水溶液(pH8 バッファー ニッポンジーン製)で洗浄し、上記標識体固定化を再度行い、HBS-Nバッファーで１時間洗浄後、修飾基板を取り出し、FLA−8000(富士写真フイルム社製)により蛍光測定を行った。
(Measurement of fluorescence)
After the above operation, it is washed with 0.5M EDTA aqueous solution (pH8 buffer manufactured by Nippon Gene), the above labeled body is immobilized again, washed with HBS-N buffer for 1 hour, the modified substrate is taken out, and FLA-8000 (Fuji Photo Film) Fluorescence measurement was performed.
（実施例２）
CMDの活性エステル化時に、全量反応した場合にカルボキシル基の10％が活性化される計算量の1MのEDC(1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide)および0.25MのNHS（N-Hydroxysuccinimide）混合溶液を加え、さらにAB-NTA膜の作製時に、0.1mmolのAB-NTA(同仁化学製)をDBU(ジアザビシクロウンデセン、東京化成社製) 60μlと DMSO 0.94 mlに添加した液を２時間反応させた以外は実施例１と同様にして共鳴プラズモン測定を行うとともに、蛍光量を測定した。
(Example 2)
A calculated amount of 1M EDC (1- (3-Dimethylaminopropyl) -3-ethylcarbodiimide) and 0.25M NHS (N-Hydroxysuccinimide), in which 10% of the carboxyl groups are activated when the total amount of CMD is reacted during active esterification of CMD ) Add a mixed solution, and then add 0.1 mmol of AB-NTA (Dojin Chemical) to 60 μl of DBU (Diazabicycloundecene, Tokyo Kasei Co., Ltd.) and 0.94 ml of DMSO when making AB-NTA membrane. Resonance plasmon measurement was performed and fluorescence was measured in the same manner as in Example 1 except that the reaction was performed for 2 hours.
（実施例３）
AB-NTA膜の作製時に、0.02mmolのAB-NTA(同仁化学製)をDBU(ジアザビシクロウンデセン、東京化成社製) 60μlと DMSO 0.94 mlに添加した液を２時間反応させ、HKHKHKHKHKHKHKペプチドの代わりにHHHHHKHHHHHKペプチドを用いた以外は実施例１と同様にして共鳴プラズモン測定を行うとともに、蛍光量を測定した。
(Example 3)
During the preparation of the AB-NTA membrane, 0.02 mmol of AB-NTA (manufactured by Dojindo Chemical Co., Ltd.) was reacted with DBU (Diazabicycloundecene, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 60 μl and DMSO 0.94 ml for 2 hours to react with the HKHKHKHKHKHKHK peptide. Instead of using HHHHHKHHHHHK peptide, resonance plasmon measurement was performed and fluorescence was measured in the same manner as in Example 1.
(実施例４)
AB-NTA膜の作製時に、0.025mmolのAB-NTA(同仁化学製)をDBU(ジアザビシクロウンデセン、東京化成社製) 60μlとDMSO 0.94 mlに添加した液を2時間反応させ、HKHKHKHKHKHKHKペプチドの代わりにHHHHHHHHHHKペプチドを用いた以外は実施例１と同様にして共鳴プラズモン測定を行うとともに、蛍光量を測定した。
Example 4
During the preparation of the AB-NTA film, 0.025 mmol of AB-NTA (manufactured by Dojindo Chemical Co., Ltd.) was reacted for 2 hours with 60 μl of DBU (Diazabicycloundecene, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 0.94 ml of DMSO, and the HKHKHKHKHKHKHK peptide Instead of using HHHHHHHHHHK peptide, resonance plasmon measurement was performed in the same manner as in Example 1 and the amount of fluorescence was measured.
（比較例１）
HKHKHKHKHKHKHKペプチドの代わりにHAHAHAHAHAHA(Hはヒスチジン、Aはアラニンを表し、HAHAHAHAHAHAはヒスチジンとアラニンが結合したHAが６個繋がったもの：オペロン製)ペプチドを用いた以外は実施例１と同様にして共鳴プラズモン測定を行うとともに、蛍光量を測定した。
(Comparative Example 1)
Resonating in the same manner as in Example 1 except that instead of HKHKHKHKHKHKHK peptide, HAHAHAHAHAHA (H is histidine, A is alanine, HAHAHAHAHAHA is a combination of 6 histidine and alanine-bound HA: operon) peptide was used. While performing plasmon measurement, the amount of fluorescence was measured.
（比較例２）
AB-NTA膜の作製時に、DBU(ジアザビシクロウンデセン、東京化成社製) 60μlと DMSO 0.94 mlの代わりに超純水１mlに添加した液を２時間反応させた以外は実施例１と同様にして共鳴プラズモン測定を行うとともに、蛍光量を測定した。
(Comparative Example 2)
Similar to Example 1, except that 60 μl of DBU (Diazabicycloundecene, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 1 ml of ultrapure water instead of 0.94 ml of DMSO were reacted for 2 hours when the AB-NTA membrane was prepared. Then, the resonance plasmon measurement was performed and the amount of fluorescence was measured.
（リガンド密度の測定）
実施例１〜４、比較例１および２の担体の作製において、AB-NTAを結合した後に、0.1MのNiCl2水溶液を添加し、10分後に溶液を除去し、超純水で２回洗浄した。50mMのEDTA水溶液５mlで２度抽出を行った。この抽出液を合わせてICP分析装置で測定してNiの数を検出し、このNiの数と基板底面積からリガンド数を換算し、リガンド密度を求めた。
(Measurement of ligand density)
In the production of the carriers of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, after binding AB-NTA, 0.1M NiCl 2 aqueous solution was added, and after 10 minutes, the solution was removed and washed twice with ultrapure water. did. Extraction was performed twice with 5 ml of 50 mM EDTA aqueous solution. The extracts were combined and measured with an ICP analyzer to detect the number of Ni, and the number of ligands was converted from the number of Ni and the substrate bottom area to determine the ligand density.
（ペプチド固定量の測定）
実施例１〜４、比較例１および２の共鳴プラズモン測定において、ペプチド固定直後からSPR用HEPES緩衝液を流し続け、ペプチド固定量が固定直後の1/2になるまでの時間をBiacore3000で測定した。結果を表１に示す。表１は比較例２の固定量1/2到達時間を１としたときの実施例１〜４、比較例１の固定量1/2到達時間を相対値として算出したものである。
(Measurement of peptide fixation)
In the resonance plasmon measurement of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, the SPR HEPES buffer was kept flowing immediately after peptide immobilization, and the time until the peptide immobilization amount became 1/2 immediately after immobilization was measured with Biacore 3000. . The results are shown in Table 1. Table 1 shows the fixed amount 1/2 arrival time of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 when the fixed amount 1/2 arrival time of Comparative Example 2 is 1, and is calculated as a relative value.
（蛍光量の測定）
実施例１〜４、比較例１および２において、修飾基板を各ペプチド水溶液で5分間浸漬し、そのCy5蛍光量をFLA-8000で測定した。結果を表２に示す。表２は比較例２の蛍光量を１としたときの実施例１〜４、比較例１の蛍光量を相対値として算出したものである。
(Measurement of fluorescence)
In Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, the modified substrate was immersed in each peptide aqueous solution for 5 minutes, and the Cy5 fluorescence was measured with FLA-8000. The results are shown in Table 2. Table 2 shows the relative fluorescence values of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 when the fluorescence amount of Comparative Example 2 is 1.
表１から明らかなように、リガンド密度が1.0×1016個/mm3以上3.3×1018個/mm3以下であって、ペプチドがリシンユニットである実施例１〜４では、リガンド密度が低く、ペプチドがヒスチジンとアラニンとからなるユニットである比較例２に比べて、４桁以上の差でもって、長い固定時間を実現することができており、また、リガンド密度は高いものの、ペプチドがヒスチジンとアラニンとからなるユニットである比較例１と比べても、桁違いの固定時間を実現できた。本発明の担体はリガンド密度が高いため多点でペプチドを把持することが可能となり、またより強固に結合することが可能なリシンユニットを有しているので、固定時間が長くなったものである。なお、ここではリシンユニットとしてペプチドを例にとって示しているが、リシンユニットを有する生理活性物質においても同様の傾向が得られる。 As is apparent from Table 1, in Examples 1 to 4, in which the ligand density is 1.0 × 10 16 / mm 3 or more and 3.3 × 10 18 / mm 3 or less and the peptide is a lysine unit, the ligand density is low. Compared with Comparative Example 2 in which the peptide is a unit composed of histidine and alanine, the peptide can be histidine although the ligand density is high with a difference of 4 digits or more and the ligand density is high. Even when compared with Comparative Example 1 which is a unit composed of and alanine, it was possible to realize an order of magnitude of fixed time. Since the carrier of the present invention has a high ligand density, it can hold a peptide at multiple points and has a lysine unit that can bind more firmly, so that the fixing time is longer. . Note that, here, a peptide is shown as an example of a lysine unit, but the same tendency can be obtained for a physiologically active substance having a lysine unit.
また、表２から明らかなように比較例１および２ではリシン残基がないために、標識ができず蛍光量が殆ど検出できなかったが、本発明の担体である実施例１〜４は桁違いで蛍光量が検出されており、生理活性物質を高感度に検出することができることが示唆される。
以上のことから、高密度のリガンドによって生理活性物質を多点で固定化することができるとともに、リシン残基によって、その固定をいっそう強固なものとすることが可能である。さらに、リシン残基によって標識にも有用であることが看取されるから、生理活性物質をより高感度に検出しながら、同時に生理活性物質の活性低下の問題を解消することができることが示唆される。
Further, as is clear from Table 2, in Comparative Examples 1 and 2, since there was no lysine residue, labeling was not possible and the amount of fluorescence could hardly be detected. The difference in the amount of fluorescence is detected, suggesting that the physiologically active substance can be detected with high sensitivity.
From the above, the physiologically active substance can be immobilized at multiple points with a high-density ligand, and the immobilization can be further strengthened with a lysine residue. Furthermore, since it is considered that lysine residues are also useful for labeling, it is suggested that the problem of decreased activity of physiologically active substances can be solved while detecting physiologically active substances with higher sensitivity. The
Claims (7)
前記リガンドが1.0×1016個/mm3以上3.3×1018個/mm3以下の密度で前記高分子膜に結合され、かつ前記生理活性物質が前記金属イオンに配位結合するタグを有し、該タグが１以上のリシンを含むリシンユニットであり、該リシンユニットを介して前記生理活性物質が金属イオンに固定されていることを特徴とする担体。 A substrate, a polymer film bonded on the surface of the substrate, a ligand bonded to the polymer film, a metal ion fixed to the ligand, and a physiologically active substance fixed to the metal ion A carrier,
The ligand has a tag that binds to the polymer membrane at a density of 1.0 × 10 16 pieces / mm 3 or more and 3.3 × 10 18 pieces / mm 3 or less, and the physiologically active substance coordinates to the metal ion. The carrier is characterized in that the tag is a lysine unit containing at least one lysine, and the physiologically active substance is immobilized on a metal ion via the lysine unit.
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| JP2016505140A (en) * | 2013-01-17 | 2016-02-18 | エフ．ホフマン−ラ ロッシュ アーゲー | Method for preparing outer surface of planar waveguide so that target sample can be coupled along a plurality of predetermined lines, and planar waveguide |
-
2008
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