JP5147452B2 - 磁気バイオセンサーを利用した標的物質検出方法及びキット - Google Patents
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Description
(1)検体液中の標的物質を、センシング素子に固定されている第一の標的物質捕捉部材、及び、ゲル粒子に固定されている第二の標的物質捕捉部材に反応させ、前記標的物質を介して前記第一の標的物質捕捉部材と第二の標的物質捕捉体部材とを結合させることにより、前記ゲル粒子を前記センシング素子上に保持する工程と、
(2)前記センシング素子上に保持された前記ゲル粒子に磁性体前駆体を接触させ、該ゲル粒子と該ゲル粒子中に存在する該磁性体前駆体とからなる磁性マーカー前駆体を調製する工程と、
(3)前記ゲル粒子に保持された前記磁性体前駆体から磁性体を合成し、該ゲル粒子と該ゲル粒子中に存在する該磁性体とからなる磁性マーカーを調製する工程と、
(4)前記磁性マーカーの有無または数量をセンシング素子により検知する工程と、
を有すること特徴とする検出方法に関するものである。
第一の標的物質捕捉部材を固定したセンシング素子と、
第二の標的物質捕捉部材を固定したゲル粒子と、
磁性体前駆体と、
を備えることを特徴とするキットに関するものである。
(1)検体液中の標的物質を、センシング素子に固定されている第一の標的物質捕捉部材、及び、ゲル粒子に固定されている第二の標的物質捕捉部材に反応させ、標的物質を介して第一の標的物質捕捉部材と第二の標的物質捕捉体部材とを結合させることにより、ゲル粒子をセンシング素子上に保持する工程と、
(2)工程(1)の複合体の形成によりセンシング素子上に保持されたゲル粒子に磁性体前駆体を接触させ、ゲル粒子に磁性体前駆体を保持させる工程と、
(3)ゲル粒子に保持された磁性体前駆体から磁性体を合成し、磁性体を含有するゲル粒子からなる磁気マーカーを調製する工程と、
(4)前記磁気マーカーをセンシング素子により検知する工程と、
を有すること特徴とする検出方法に関するものである。
(1−i)検体液中の標的物質を、前記第一の標的物質捕捉部材に反応させる工程と、
(1−ii)前記第一の標的物質捕捉部材と結合した前記標的物質を、前記第二の標的物質捕捉部材に反応させる工程と、
を有することができる。
(1−i)検体液中の標的物質を、前記第二の標的物質捕捉部材に反応させる工程と、
(1−ii)前記第二の標的物質捕捉部材と結合した前記標的物質を、前記第一の標的物質捕捉部材に反応させる工程と、
を有することができる。
1.サイズが小さく単分散性に優れていること
2.磁性マーカー毎の飽和磁化が大きい(磁性体含有率が高い)こと
3.分散安定性に優れていること
しかしながら一般に、上記した3つの特性はトレードオフの関係にあり、すべてを満足する磁性マーカーを製造することは難しい。例えば、飽和磁化を大きくするためには、磁性マーカー毎の磁性体含有率を増大させる必要があるが、このような試みは磁性マーカーの単分散性や分散安定性を低下させるため、磁気バイオセンサーの検出感度や定量性を損ねる可能性がある。
第二の態様の検出方法においても、第一の態様の検出方法と同様の効果が得られる。
(1)第一の標的物質捕捉部材を固定したセンシング素子
(2)第二の標的物質捕捉部材を固定したゲル粒子
(3)磁性体前駆体
磁性体前駆体としては、反応させる液体中において相互作用によりゲル粒子に吸収され、保持されるものを用いる。
本発明におけるゲル粒子は、ハイドロゲル粒子であることが好ましい。一般にハイドロゲルとは、三次元的に架橋された高分子網目が多量の水を含有して膨潤した状態であると定義されるが、本発明においてはより広義に、多量の水を含有する親水性高分子の会合体を意味するものとする。
本発明のゲル粒子は、後述する磁性体前駆体を検体液等の反応を行う液体中で吸収する能力を有する。そのためには、ゲル粒子と磁性体前駆体とには、何らかの相互作用が働く必要がある。相互作用として、例えば、静電相互作用、疎水性相互作用、水素結合等の従来公知の相互作用を適用することが可能であり、特に静電相互作用である場合に本発明の目的を良好に達成することができる。
ゲル粒子に負電荷を付与する方法として、例えば、カルボキシル基やスルホン酸基、リン酸基など水溶液中で解離して負電荷を示す荷電性官能基をゲル粒子に担持させる方法がある。一方、ゲル粒子に正電荷を付与するための方法として、アミン類など水溶液中で解離して正電荷を示す荷電性官能基をゲル粒子に担持させる。ただし、本発明における荷電性官能基は、これらに限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲において、如何なる荷電性官能基をも適用することができる。
本発明における磁性体は目的に応じて任意に選択できるが、磁性体に5000エールステッドの強い磁場をかけた後、ゼロ磁場に戻したときの磁化(残留磁化)が5000エールステッドの磁場をかけたときの磁化(飽和磁化)の1/3以下となる磁性体が好ましい。このような磁性体として、四三酸化鉄(Fe3O4)、γ−重三二酸化鉄(γ−Fe2O3)等の各種フェライト類;鉄、マンガン、コバルト等の金属、若しくはそれらの合金などが挙げられる。
本発明における標的物質捕捉部材とは、検体液中の標的物質の選択に係わる物質であり、例えば、検体液中の標的物質と選択的に直接反応する物質(いわゆるレセプター)、又は標的物質の反応に係わる物質(例えば、標的物質の反応に選択的に触媒作用をもたらす物質)等が含まれる。また、この捕捉部材は、検出の有無や程度の表示に係わる機能、例えば、レセプターが放出する物質や残余の物質と反応し発色する機能等を兼ねるものであってもよい。本発明に使用される標的物質捕捉部材には、酵素、糖鎖、触媒、抗体、抗体断片、抗原、核酸などが挙げられるがこれに限る物ではない。
本発明の標的物質とは、検出対象となる物質であり、標的物質捕捉部材と選択的に直接反応する物質、標的物質捕捉部材の反応に係わる物質(例えば、標的物質捕捉部材の反応に選択的に触媒作用をもたらす物質)等である。標的物質は生体物質に限るものではなく、またそのサイズも限定されるものではない。ただし標的物質が、糖、蛋白質、アミノ酸、抗体、抗原や疑似抗原、ビタミン、核酸などの生物に含有される生体物質、及び、その関連物質や人工的に合成された擬似生体物質である場合に、本発明の目的を良好に達成することができる。
本発明において、標的物質捕捉部材の標的物質への結合能を阻害することのない限りにおいて、ゲル粒子への標的物質捕捉部材の結合される位置や結合方法は特に限定されない。例えば、標的物質捕捉部材がタンパク質である場合、そのカルボキシル末端または/及びアミノ末端や、標的物質捕捉部材の機能を阻害しない限りにおいてはランダムな位置にてゲル粒子と結合することができる。また、捕捉部材のゲル粒子への結合方法の一例としては、の物理吸着や化学結合などの方法が挙げられる。
本発明における磁性マーカーは、ゲル粒子と磁性体から構成される複合粒子である。本発明におけるゲル粒子、及び磁性体については上記の通りである。
本発明の磁気バイオセンサーを用いた検出方式は、センサー素子の表面近傍に位置する磁性マーカーの有無または数量を検知することにより、検体液中の標的物質の有無または濃度を検出することができる磁気的検出方式であれば、如何なる方法でもよい。中でも、磁界効果を利用する方式が好ましく、特に、磁気抵抗効果素子、ホール効果素子、磁気インピーダンス素子、フラックスゲート素子、超電導量子干渉計素子が好適に用いることができる。
第二の標的物質捕捉物質として抗リゾチーム抗体を結合したゲル粒子Aを合成する。
<ゲル粒子の合成>
0.2gのN-イソプロピルアクリルアミド、2.2gのグリシジルメタクリレート、0.06gのメチレンビスアクリルアミドを100gの蒸留水に溶解させ、窒素バブリングにより30分間の窒素置換を行う。この混合液を70℃に昇温した後、0.06gの2,2-アゾビス(2-アミノプロパン)ハイドロクロライド(以下V-50)を投入して重合することでゲル粒子を得る。遠心分離法により精製した後、DLS8000(大塚電子)にて評価したところ、Dwが182nm、Dw/Dnが1.03であることが確認される。
<カルボキシル基の付加>
メルカプト酢酸水溶液に上記ゲル粒子を添加して、室温、pH9にて20時間反応し、カルボキシル基を有するゲル粒子を得る。遠心分離法により精製した後、DLS8000(大塚電子)にて評価したところ、Dwが235nm、Dw/Dnが1.03であることを確認する。
<抗リゾチーム抗体の固定>
上記ゲル粒子を、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩と、ヒドロキシコハク酸イミドを溶解させた水溶液に分散させ、さらにリン酸緩衝液に溶解させた抗リゾチーム(Rabbit-Poly)を加えることにより、ゲル粒子のカルボキシル基と抗リゾチーム(Rabbit-Poly)のアミノ基を反応させる。これにより、抗リゾチーム(Rabbit-Poly)を結合したゲル粒子Aを得る。
(実施例2)ゲル粒子Bの作製
荷電性官能基としてスルホン酸基を有し、第二の標的物質捕捉物質として抗リゾチーム抗体を結合したゲル粒子Bを合成する。
<ゲル粒子の合成>
実施例1と同様にしてゲル粒子を合成する。
<スルホン酸基およびカルボキシル基の付加>
3-メルカプト-1-プロパンスルホン酸ナトリウムとメルカプト酢酸を溶解させた水溶液に上記ゲル粒子を添加して、室温、pH9にて20時間反応し、スルホン酸基およびカルボキシル基を付加したゲル粒子を得る。遠心分離法により精製した後、DLS8000(大塚電子)にて評価したところ、Dwが272nm、Dw/Dnが1.04であることを確認する。
<抗リゾチーム抗体の固定>
上記ゲル粒子を、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩と、ヒドロキシコハク酸イミドを溶解させた水溶液に分散させ、さらにリン酸緩衝液に溶解させた抗リゾチーム(Rabbit-Poly)を加えることにより、ゲル粒子のカルボキシル基と抗リゾチーム(Rabbit-Poly)のアミノ基を反応させる。これにより、スルホン酸基を有し、抗リゾチーム(Rabbit-Poly)を結合したゲル粒子Bを得る。
第一の標的物質捕捉部材を結合したセンシング素子を有するセンシングデバイスは以下のようにして作製する。なお、本実施例では検出方式として磁気抵抗効果素子を用いる。
本実施例では、標的物質としてニワトリ卵白リゾチーム(HEL)を、第一の標的物質捕捉部材として抗リゾチーム(Mouse-Mono)を、第二の標的物質捕捉部材として抗リゾチーム(Rabbit-Poly)を用い、実施例1で作製するゲル粒子Aを鋳型にして磁性体を合成することによって得られる磁性マーカーを磁気検出する。
1.HELを含有するリン酸緩衝液に実施例3で作製するセンシングデバイスを浸す。
2.未反応のHELをリン酸緩衝液で洗浄する。
3.ゲル粒子Aを分散させたリン酸緩衝液にセンシングデバイスを浸す。
4.未反応のゲル粒子Aをリン酸緩衝液で洗浄する。
5.センシングデバイスを蒸留水に浸す。
6.センシングデバイスを塩化鉄(II)水溶液に浸し、鉄イオンをゲル粒子Aに吸収させる。
7.過剰な鉄イオンを水で洗浄する。
8.NaOH水溶液にてpH9に調製し、マグネタイトを合成する。
磁性体を合成する鋳型として、実施例2で作製するゲル粒子Bを用いる磁性マーカーを作製する以外は、実施例4と同様にしてニワトリ卵白リゾチームを検出する。
2 第一の標的物質捕捉部材
3 センシング素子
4 第二の標的物質捕捉部材
5 ゲル粒子
6 磁性体前駆体
7 磁性体
8 磁性マーカー
211 シリコン基板
212 磁気抵抗効果素子
213 レジストマスクパターン
214 レジストマスクパターン
215 センシング素子(磁気抵抗効果素子)
216 リファレンス素子(磁気抵抗効果素子)
217 SiN絶縁膜(層間絶縁膜)
218 レジストマスクパターン
219 Au膜
220 SiN膜(非固定化膜)
221 I/V変換器
222 I/V変換器
223 差動アンプ
224 DC電源
Claims (8)
- 磁性マーカーの有無または数量を検知することにより検体液中の標的物質の有無または濃度を検出する方法であって、
(1)検体液中の標的物質を、センシング素子に固定されている第一の標的物質捕捉部材、及び、ゲル粒子に固定されている第二の標的物質捕捉部材に反応させ、前記標的物質を介して前記第一の標的物質捕捉部材と第二の標的物質捕捉体部材とを結合させることにより、前記ゲル粒子を前記センシング素子上に保持する工程と、
(2)前記センシング素子上に保持された前記ゲル粒子に磁性体前駆体を接触させ、該ゲル粒子と該ゲル粒子中に存在する該磁性体前駆体とからなる磁性マーカー前駆体を調製する工程と、
(3)前記ゲル粒子に保持された前記磁性体前駆体から磁性体を合成し、該ゲル粒子と該ゲル粒子中に存在する該磁性体とからなる磁性マーカーを調製する工程と、
(4)前記磁性マーカーの有無または数量をセンシング素子により検知する工程と、
を有すること特徴とする検出方法。 - 前記工程(1)が、
(1−i)検体液中の標的物質を、前記第一の標的物質捕捉部材に反応させる工程と、
(1−ii)前記第一の標的物質捕捉部材と結合した前記標的物質を、前記第二の標的物質
捕捉部材に反応させる工程と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の検出方法。 - 前記工程(1)が、
(1−i)検体液中の標的物質を、前記第二の標的物質捕捉部材に反応させる工程と、
(1−ii)前記第二の標的物質捕捉部材と結合した前記標的物質を、前記第一の標的物質
捕捉部材に反応させる工程と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の検出方法。 - 前記ゲル粒子がハイドロゲル粒子である請求項1から3の何れかに記載の検出方法。
- 前記ゲル粒子が荷電性官能基を含有する請求項1から4の何れかに記載の検出方法。
- 前記荷電性官能基がカルボキシル基、または、スルホン酸基である請求項5に記載の検出方法。
- 前記ゲル粒子の重量平均粒子径が50nm以上300nm未満である請求項1乃至6のいずれかに記載の検出方法。
- 検体液中の標的物質を磁気検出するためのキットであって、
第一の標的物質捕捉部材を固定したセンシング素子と、
第二の標的物質捕捉部材を固定したゲル粒子と、
磁性体前駆体と、
を備えることを特徴とするキット。
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