JP2007071569A - Manufacturing method of probe immobilizing carrier having fine pattern - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プローブ固定担体の製造方法に関し、特に、プローブを基材上に微細なパターンでスポットし、固定化したプローブ固定担体を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a probe-immobilized carrier, and more particularly to a method for producing an immobilized probe-immobilized carrier by spotting a probe on a substrate in a fine pattern.
標的物質を、該標的物質と特異的に結合可能なプローブ分子を利用して検出する手法は、広範な応用が進められている。例えば、プローブ・ハイブリダイゼーション法では、標的核酸分子の有する塩基配列に対して、相補的な塩基配列を有する核酸プローブをプローブとして利用し、ハイブリダイゼーション反応により、標的核酸分子の検出を行う。この手法は、核酸分子の塩基配列の決定、検体試料中の含まれている、特定の塩基配列を有する標的核酸分子の検出、各種細菌の遺伝子情報に基づく、細菌の種の同定などで広く利用されている。このプローブ・ハイブリダイゼーション法に基づく、標的核酸分子の検出を行う際、固相支持体上に核酸プローブ多数種をアレイ・パターンに並べて固定化したプローブ固定担体(プローブ・アレイ)の使用が提案されている。特に、個々の核酸プローブを固定化するスポット点を高い密度アレイ状に配置し、核酸プローブ多数種を高密度で固相支持体上に固定化した、所謂、高密度プローブ・アレイの利用が近年急速に注目を集めている。膨大な種類の核酸プローブに対するハイブリダイゼーション反応を行う際に、かかる高密度プローブ・アレイを用いることで、一度の操作により、調査試料に含まれている標的核酸分子と核酸プローブ多数種との反応を行うことが可能となる。すなわち、一回の実験において、一つのプローブ・アレイ上に固定されている核酸プローブ多数種間における反応性の違いを評価することが可能となる。さらには、高密度プローブ・アレイを高い再現性で作製し、同一の品質を有するプローブ・アレイを大量に準備することで、サンプル集合中の調査試料相互の間における反応性の相違を検出することにも利用できる。 A technique for detecting a target substance using a probe molecule that can specifically bind to the target substance has been widely applied. For example, in the probe hybridization method, a nucleic acid probe having a base sequence complementary to a base sequence of a target nucleic acid molecule is used as a probe, and the target nucleic acid molecule is detected by a hybridization reaction. This technique is widely used for determining the base sequence of nucleic acid molecules, detecting target nucleic acid molecules with a specific base sequence contained in a specimen, and identifying bacterial species based on genetic information of various bacteria. Has been. When detecting target nucleic acid molecules based on this probe hybridization method, it has been proposed to use a probe-immobilized carrier (probe array) in which a large number of nucleic acid probes are arrayed and immobilized on a solid support. ing. In particular, the use of so-called high-density probe arrays in which spot points for immobilizing individual nucleic acid probes are arranged in a high-density array and a large number of nucleic acid probes are immobilized on a solid support at high density has recently been used. It is attracting attention rapidly. By using such a high-density probe array when performing a hybridization reaction on a large number of nucleic acid probes, the reaction between the target nucleic acid molecules contained in the investigation sample and a large number of nucleic acid probes can be performed in a single operation. Can be done. That is, in one experiment, it becomes possible to evaluate the difference in reactivity among many types of nucleic acid probes immobilized on one probe array. In addition, high-density probe arrays can be made with high reproducibility, and a large number of probe arrays with the same quality can be prepared to detect differences in reactivity between survey samples in a sample set. It can also be used.
核酸プローブ複数種を固相支持体上に固定し、プローブ・アレイを作製する方法としては、様々な方法が知られている。先ず、第1のAffimetrix社により開発された方法を挙げることができる。この方法は、光照射で選択的に除去される保護基と、半導体製造で利用されるフォトリソグラフィー技術とを用い、基板上に高密度に配置されている、数十μmの矩形領域毎に、オリゴヌクレオチドの合成を独立して行うものである。この方法により得られるプローブ・アレイは、現在のところ世界で唯一規格標準されたものである。しかし、基板上でDNAプローブを直接合成するため、個々のプローブ・アレイの作製に多数段のフォトリソグラフ工程が必要であり、そのため、価格が非常に高くなっている。この高いコストのプローブ・アレイを多量に用いることができるのは、潤沢な研究費用を有する一部の研究者に限られている。一方、他のプローブ・アレイの製造方法としては、Stanford大学のP.Brownらにより開発された手法を挙げることができる。この方法は、上述したAffimetrix社の方法と比較すると、製造工程は非常にシンプルである。予め調製された多数種のDNAプローブの溶液を、表面に化学処理が施された96または384穴のマイクロプレートに分注しておく。次いで、高密度スポットが可能なロボットを利用し、スライドグラス(基板)上にDNAプローブを高密度でスポットし、固定化する方法である。この方法は、Affimetrix社の手法のように、基板毎にDNAプローブを合成する代わりに、予め調製した多数種のDNAプローブを利用する。そのため、限られた数量のプローブ・アレイを多数種類作製する際、DNAプローブを高密度でスポットし、固定化する方法を利用すると、一プローブ・アレイ当たりの製造コストは低くなる。特に、多数段のフォトリソグラフ工程が不要であり、また、個々の研究者の要望に合わせた、多様なDNAプローブの組み合わせを有するカスタム・アレイの作製が可能であるため、多くの研究機関でこの方法が利用されている。 Various methods are known as methods for preparing a probe array by immobilizing a plurality of nucleic acid probes on a solid support. First, a method developed by the first Affimetrix can be mentioned. This method uses a protective group that is selectively removed by light irradiation and a photolithographic technique that is used in semiconductor manufacturing, and each rectangular region of several tens of μm that is arranged at high density on a substrate, Oligonucleotide synthesis is performed independently. The probe array obtained by this method is currently the only standardized standard in the world. However, since DNA probes are directly synthesized on a substrate, a large number of photolithographic steps are required to produce individual probe arrays, which makes the price very high. This high cost probe array can only be used in large quantities by some researchers with ample research costs. On the other hand, as another method for manufacturing a probe array, P.A. A technique developed by Brown et al. This method has a very simple manufacturing process as compared to the method of Affimetrix described above. A solution of many types of DNA probes prepared in advance is dispensed into a 96- or 384-well microplate whose surface is chemically treated. Next, using a robot capable of high-density spots, DNA probes are spotted at high density on a slide glass (substrate) and immobilized. This method uses a large number of DNA probes prepared in advance, instead of synthesizing DNA probes for each substrate as in the method of Affimetrix. Therefore, when a large number of probe arrays having a limited quantity are produced, if a method of spotting and immobilizing DNA probes at a high density is used, the manufacturing cost per probe array is lowered. In particular, many research institutes do not need a multi-step photolithographic process, and it is possible to create custom arrays with various combinations of DNA probes according to the needs of individual researchers. The method is being used.
また、プローブのスポッティング手段として、微小液滴を吐出できるインクジェット・ヘッドにより、プローブ含有溶液を基材(基板)表面にスポッティングして、微小スポットを形成することが可能なプローブ・アレイの製造方法が提案されている(特許文献1)。 Also, as a probe spotting means, there is a probe array manufacturing method capable of forming a micro spot by spotting a probe-containing solution on the surface of a substrate (substrate) with an inkjet head capable of ejecting micro droplets. It has been proposed (Patent Document 1).
この予め調製されたプローブ多数種を基板上に固定化するプローブ・アレイは、通常、ガラス基材上にDNAを固定するための固定化剤を塗布し、固定化剤塗布処理された表面上に、高密度アレイ状に目的とするDNA多数種をスポットすることにより製造される。しかしながら、固定化剤塗布処理した表面が親水性である場合、この表面にスポットされたプローブを含有する溶液の液滴は表面上で濡れ拡がり、隣接するスポット点の液滴相互が接触してしまい、両者間で液の混合が起こるという不具合が生じることがある。この隣接するスポット点間での液滴の混合を防止するためには、液滴の濡れ拡がりを考慮して、スポット点間に一定の間隔を設ける必要があり、スポット点の高密度化に対する大きな制約となる。また、固定化剤塗布処理した基材(基板)表面上において、スポットされたプローブ溶液の濡れ拡がりが少ない場合でも、個々のスポット点のスポット径をさらに小さくすることが要望されることもある。例えば、元々、サンプル量が少ない貴重な調査試料では、プローブ・アレイ上の多数のプローブとの反応を行わせるサンプル液の使用量をさらに少なくすることが望まれている。つまり、個々のスポット点のスポット径をさらに小さくし、プローブ・アレイ全体の面積を一層狭くすることが望まれる。すなわち、スポット径を小さくすればするほど、さらにスポット点の高密度化を行うことが可能となる。例えば、スポット点の更なる高密度化により、プローブ・アレイを構成するプローブ種類数が同じでも、これらプローブをスポットする面積をさらに狭くできるので、この狭い領域に接するサンプル液の液量を削減することが可能となる。あるいは、スポット点を更に高密度化することにより、同じ面積に対して、スポット可能なプローブ種類の総数を増すことが可能となる。その利点を利用すると、サンプル液の使用量が同じであっても、このサンプル液と反応させることができるプローブ種類総数の増加、すなわち、得られる情報量を増やすことが可能となる。 In the probe array for immobilizing many kinds of pre-prepared probes on a substrate, an immobilizing agent for immobilizing DNA is usually applied on a glass substrate, and the immobilizing agent-coated surface is applied. It is produced by spotting a large number of target DNAs in a high-density array. However, when the surface treated with the immobilizing agent is hydrophilic, droplets of the solution containing the probe spotted on the surface spread on the surface and the droplets at adjacent spot points come into contact with each other. , There may be a problem that liquid mixing occurs between the two. In order to prevent the mixing of droplets between adjacent spot points, it is necessary to provide a constant interval between the spot points in consideration of the wetting and spreading of the droplets. It becomes a restriction. In addition, even when the spotted probe solution has little wetting and spreading on the surface of the base material (substrate) coated with the immobilizing agent, it may be desired to further reduce the spot diameter of each spot point. For example, in the case of a valuable research sample that originally has a small amount of sample, it is desired to further reduce the amount of sample liquid used for reaction with a large number of probes on the probe array. That is, it is desired to further reduce the spot diameter of each spot point and further reduce the area of the entire probe array. That is, the smaller the spot diameter, the higher the density of spot points. For example, by further increasing the density of spot points, even if the number of types of probes constituting the probe array is the same, the area for spotting these probes can be further reduced, so the amount of sample liquid in contact with this narrow area is reduced. It becomes possible. Alternatively, by further increasing the density of the spot points, it is possible to increase the total number of probe types that can be spotted for the same area. By utilizing this advantage, it is possible to increase the total number of types of probes that can be reacted with the sample solution, that is, to increase the amount of information obtained, even if the amount of sample solution used is the same.
スポットされた液滴の表面上で濡れ拡がりを抑制する方法として、基板上にスポットと成り得るエリアを親水性に、その周囲のバックグラウンドと成り得るエリアは疎水性とする手法がある。その手段として、予め疎水性である基板上のスポット位置に対応させて、微細な親水性パターンを形成した後、プローブを含む溶液をこの親水性エリアにスポッティングする方法が提案されている(特許文献2、特許文献3、特許文献4)。しかしながら、これらの方法は、基板上に、親/疎水パターンを予め形成するため、親水性固定化剤塗布領域のパターニング用フォトマスクを必要とし、このパターニング工程は、プローブ・アレイ製造上のコストアップ要因となりえる。 As a method of suppressing wetting and spreading on the surface of the spotted droplet, there is a method in which an area that can be a spot on the substrate is made hydrophilic and an area that can be a background around the surface is hydrophobic. As a means for this, a method has been proposed in which a fine hydrophilic pattern is formed in advance corresponding to a spot position on a hydrophobic substrate, and then a solution containing a probe is spotted on the hydrophilic area (Patent Document). 2, Patent Document 3, Patent Document 4). However, since these methods preliminarily form the hydrophilic / hydrophobic pattern on the substrate, a photomask for patterning the hydrophilic immobilizing agent application region is required, and this patterning step increases the cost for manufacturing the probe array. It can be a factor.
また、これらの方法の他にも、基材へスポッティングするプローブ溶液の液滴量を少なくして、微小なスポット径を形成するために、スポッティング・ロボットのピンの先端をさらに細くすることが試みられている、あるいは、インクジェット・ヘッドの吐出口をさらに小さくすることが試みられている。スポットされる液滴量のみでなく、親水性の固定化剤塗布処理した基材(基板)表面に対するプローブ溶液の濡れ性、すなわち、プローブ溶液の接触角に依存して、スポット径が決定される。そのため、スポットされる液滴量を少なくしても、最終的に得られるスポット径はその液滴量に比例して減少するものでもない。また、インクジェット・ヘッドのノズル径を細くすると、微小なパーティクルがノズル内に詰まりやすくなる。そのため、ノズル径が細くなるに従って、インクジェット・ヘッド製造時の歩留まりが反比例的に悪くなるという、別の問題点がある。この微小なパーティクルが細いノズル径内に詰まることによる不良発生を極力無くすため、微小なパーティクルの混入を極力抑制する必要があり、クリーンルーム環境の更なる厳密管理が必要となる。例えば、より高いクリーン度を保持するクリーンルーム設備の導入に伴って、製造コストアップの要因ともなりうる。 In addition to these methods, attempts are made to make the tip of the spotting robot pin even thinner in order to reduce the amount of probe solution droplets spotted on the substrate and form a fine spot diameter. Attempts have been made to further reduce the discharge port of the inkjet head. The spot diameter is determined depending not only on the amount of droplets to be spotted, but also on the wettability of the probe solution with respect to the surface of the substrate (substrate) coated with the hydrophilic fixing agent, that is, the contact angle of the probe solution. . Therefore, even if the amount of spotted droplets is reduced, the spot diameter finally obtained does not decrease in proportion to the amount of droplets. Further, when the nozzle diameter of the ink jet head is reduced, minute particles are likely to be clogged in the nozzle. For this reason, as the nozzle diameter becomes thinner, there is another problem that the yield at the time of manufacturing the ink-jet head becomes inversely proportional. In order to minimize the occurrence of defects due to the clogging of fine particles within a narrow nozzle diameter, it is necessary to suppress the entry of fine particles as much as possible, and further strict management of the clean room environment is required. For example, with the introduction of a clean room facility that maintains a higher degree of cleanliness, it may be a factor in increasing manufacturing costs.
理論的には、基材表面に対するスポッティングされる溶液の濡れ性を下げ、接触角を大きくすれば、同じ液滴量におけるスポット径の微小化が可能である。固定化剤塗布処理した基材(基板)表面に対するプローブ溶液の濡れ性を下げる、すなわち、プローブ溶液の接触角を大きくするためには、基材表面に塗布する固定化剤の化学的構造を変えたり、スポッティング溶液の組成を変えたりする必要がある。例えば、基材表面に塗布する固定化剤の化学的構造を変更する場合、プローブと固定化剤との反応機構も変化することも多い。その場合、所望のプローブ溶液の接触角と、プローブの固定化効率とを両立させるために、トライアンドエラーを繰り返すことも少なくなく、開発コストアップ要因ともなりえる。
本発明は上記の課題を解決するものであり、本発明の目的は、固定化剤塗布処理した基材(基板)表面に対して、プローブを含有する溶液の液滴をスポットする際、前記液滴量に対するスポット径の微小化を可能とする新規な手法を提供することにある。すなわち、標的物質(ターゲット)の検出に利用するプローブ固定担体を製造する際、基材表面にスポットされるプローブを含有する溶液の液滴が基材表面上で濡れ拡がることを抑制するため、予め基材表面上にスポット領域を制限する機能を有する親/疎水パターンニングを施す手法を用いなくとも、前記液滴量に対するスポット径の微小化を可能とする新規な手法を提供することにある。特には、プローブの固定に利用する、基材表面に塗布する固定化剤を変更せず、スポットされる液滴のスポット径の微小化を可能とする、表面に対する実効的な接触角を大きくすることを可能とする、新規なスポット手段を利用するプローブ固定担体を製造する方法を提供することにある。 The present invention solves the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to spot a liquid droplet containing a probe on the surface of a substrate (substrate) coated with a fixing agent. It is an object of the present invention to provide a novel technique that enables the spot diameter to be reduced with respect to the drop amount. That is, when manufacturing a probe-immobilized carrier used for detection of a target substance (target), in order to suppress the droplets of a solution containing a probe spotted on the substrate surface from spreading on the substrate surface, It is an object of the present invention to provide a novel technique that enables the reduction of the spot diameter with respect to the droplet amount without using a technique for applying hydrophilic / hydrophobic patterning having a function of limiting a spot area on the surface of a substrate. In particular, it does not change the immobilizing agent applied to the substrate surface, which is used for immobilizing the probe, and makes it possible to reduce the spot diameter of the droplets to be spotted. An object of the present invention is to provide a method for producing a probe-immobilized carrier that uses a novel spot means.
本発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意研究を進め、下記の知見を得た。すなわち、固定化剤塗布処理した基材(基板)表面は、プローブを含有する溶液の溶媒、例えば、水性溶媒に対して、親和性を有する。そのため、プローブを含有する溶液の液滴をスポットすると、該水性溶媒の濡れ拡がりに伴い、最終的なスポット径の拡大が引き起こされている。一方、固定化剤塗布処理した基材(基板)表面に、予め他の物質からなる被覆膜を形成しておくと、下記の現象が起こる。すなわち、プローブを含有する溶液の液滴をスポットする際、この被覆膜の透過して、基材(基板)表面へ液滴が接触する形態とすると、この液滴のドット径の周囲は、被覆膜で囲まれる状態となる。その際、プローブを含有する溶液の水性溶媒が、基材(基板)表面上において、さらに濡れ拡がりを引き起こすためには、その周囲を取り囲む被覆膜を押し広げることが必要となる。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has conducted extensive research and has obtained the following knowledge. That is, the surface of the base material (substrate) subjected to the immobilizing agent application treatment has affinity for a solvent of the solution containing the probe, for example, an aqueous solvent. For this reason, when a droplet of a solution containing a probe is spotted, the final spot diameter is increased as the aqueous solvent wets and spreads. On the other hand, if a coating film made of another substance is formed in advance on the surface of the base material (substrate) subjected to the fixing agent coating treatment, the following phenomenon occurs. That is, when spotting a droplet of a solution containing a probe, if the droplet permeates through the coating film and comes into contact with the substrate (substrate) surface, the circumference of the dot diameter of the droplet is It will be in the state surrounded by a coating film. At that time, in order for the aqueous solvent of the solution containing the probe to cause further wetting and spreading on the surface of the base material (substrate), it is necessary to spread the coating film surrounding the periphery.
周囲を取り囲む被覆膜を構成する物質が、プローブを含有する溶液の溶媒、例えば、水性溶媒に対する親和性が乏しく、相互に混和しない非親水性物質である場合、スポットされた液滴と、その周囲を取り囲む被覆膜との間に明確な界面が形成される。この界面において、スポットされた液滴側から被覆膜側へは、液滴自体の荷重に起因する内圧が加わっている。一方、被覆膜側から液滴側へは、スポットに伴って、外側へ押し退けられた領域に元々存在していた非親水性物質の荷重に由来する外圧が加わっている。さらには、被覆膜と基材(基板)表面との接触面での付着力、ならびに、被覆膜の塑性変形に要する応力も、液滴の濡れ拡がりを抑制する斥力として作用する。これらが平衡する状態に達すると、液滴の濡れ拡がりはそれ以上進行しないことが判明した。従って、被覆膜を形成していない場合と比較すると、固定化剤塗布処理した基材(基板)表面に、予め他の物質からなる被覆膜を形成しておくことで、程度の差があるものの、スポットされた液滴の濡れ拡がりは抑制を受けることを見出した。 If the surrounding coating material is a non-hydrophilic material that has a poor affinity for the solvent of the solution containing the probe, e.g., an aqueous solvent, and is immiscible with each other, the spotted droplet and its A clear interface is formed with the surrounding coating film. At this interface, an internal pressure due to the load of the droplet itself is applied from the spotted droplet side to the coating film side. On the other hand, an external pressure derived from the load of the non-hydrophilic substance that originally existed in the region pushed outward is applied to the droplet side from the coating film side with the spot. Furthermore, the adhesive force at the contact surface between the coating film and the substrate (substrate) surface and the stress required for plastic deformation of the coating film also act as repulsive forces that suppress the wetting and spreading of the droplets. It has been found that when they reach equilibrium, the wetting and spreading of the droplets does not proceed any further. Therefore, compared with the case where the coating film is not formed, by forming a coating film made of another substance in advance on the surface of the base material (substrate) coated with the fixing agent, there is a difference in degree. However, it was found that wetting and spreading of spotted droplets is suppressed.
その際、この被覆膜を構成する物質が、プローブの固定に利用される、基材(基板)表面に導入されている反応性基、あるいは、プローブに設けられている反応性基のいずれに対して、反応性を示すと、以下の不具合の要因となる。まず、基材(基板)表面上に被覆膜を形成した段階で、基材(基板)表面に導入されている反応性基と反応して、基材(基板)表面に固定化された被膜層を形成するという不具合の要因となる。あるいは、スポットされた液滴中に含有されるプローブに設けられている反応性基と反応し、結果として、基材(基板)表面へ固定化されるプローブ量を低減させるという不具合の要因となる。換言するならば、被覆膜を構成する物質として、プローブが具える反応性基、ならびに基材上に導入する反応性基のいずれに対しても反応性を示さない反応不活性物質を利用することで、前記の不具合を回避するができることを見出した。 At that time, the substance constituting the coating film is used as a reactive group introduced to the surface of the substrate (substrate) or a reactive group provided in the probe, which is used for fixing the probe. On the other hand, when reactivity is shown, it causes the following problems. First, at the stage where a coating film is formed on the surface of the base material (substrate), the film that reacts with the reactive group introduced on the surface of the base material (substrate) and is immobilized on the surface of the base material (substrate) This causes a problem of forming a layer. Or it reacts with the reactive group provided in the probe contained in the spotted liquid droplet, and as a result, it becomes a factor of the problem of reducing the amount of probes immobilized on the substrate (substrate) surface. . In other words, a reactive substance that does not react with any of the reactive group included in the probe and the reactive group introduced onto the substrate is used as the material constituting the coating film. It has been found that the above-mentioned problems can be avoided.
本発明者は、以上の知見に基づき、本発明を完成させた。 The present inventor completed the present invention based on the above findings.
すなわち、本発明にかかるプローブ固定担体の製造方法は、
標的物質に対して特異的に結合可能なプローブを、基材上に固定してなるプローブ固定担体の製造方法において、
該基材上へのプローブの固定は、プローブが具える反応性基と、基材上に導入されている反応性基との間の反応による結合形成を介してなされ、
下記(i)〜(iv)の工程:
工程(i):該プローブが具える反応性基と反応可能な反応性基を基材上に導入する工程;
工程(ii):該プローブが具える反応性基、ならびに該基材上に導入する反応性基のいずれに対しても反応性を示さない反応不活性物質からなる被覆膜を、該基材上に設ける工程;
工程(iii):点着手段により、該プローブを含有する溶液の液滴を前記反応不活性物質からなる被覆膜で覆われる基材上に点着させ、その点着される液滴を、反応不活性物質からなる被覆膜を透過させ、前記反応性基が導入されている基材と接触させる工程;
工程(iv):点着される液滴中に含まれるプローブが具える反応性基と、該液滴と接触している基材上に導入されている反応性基とを反応させる工程
を含む
ことを特徴とするプローブ固定担体の製造方法である。
That is, the method for producing a probe-immobilized carrier according to the present invention includes:
In a method for producing a probe-immobilized carrier in which a probe capable of specifically binding to a target substance is immobilized on a substrate,
The probe is immobilized on the substrate through bond formation by a reaction between a reactive group included in the probe and a reactive group introduced on the substrate.
The following steps (i) to (iv):
Step (i): introducing a reactive group capable of reacting with the reactive group included in the probe onto the substrate;
Step (ii): A coating film made of a reaction inert substance that is not reactive with any of the reactive groups provided in the probe and the reactive groups introduced onto the substrate. Providing on top;
Step (iii): The droplet of the solution containing the probe is spotted on the base material covered with the coating film made of the reaction inert substance by the spotting means, and the spotted droplet is Allowing the coating film made of a reaction inert substance to pass through and contacting with the base material into which the reactive group is introduced;
Step (iv): a step of reacting a reactive group included in a probe contained in a droplet to be deposited with a reactive group introduced on a substrate in contact with the droplet This is a method for producing a probe-immobilized carrier.
基材(基板)表面にスポットされる液滴の全体形状は、その液滴の液量と基材(基板)表面と接する液滴の接触角に支配されている。その点を考慮し、従来、スポットされた液滴と基材(基板)表面とが接するドット径を微小化する手法として、液滴の液量と基材(基板)表面と接する液滴の接触角を大きくする手段が利用されてきた。例えば、水性溶媒を利用する溶液の液滴をスポットする場合、スポット点の中心に、微小な親水性パターンを形成し、その周囲を疎水性表面で取り囲む形状とされていた。その状態では、この親水性パターンをはみ出す液量の液滴においては、その接触面の外周は疎水性表面上に位置し、液滴の接触角は大きくなり、ドット径を微小化する効果が達成されていた。また、この微小な親水性パターン部分のみに、プローブの固定化に利用する固定化剤塗布処理を行うことで、基材(基板)表面上にプローブが固定化されているドットの径を微小化することを可能としていた。 The overall shape of the droplet spotted on the substrate (substrate) surface is governed by the liquid volume of the droplet and the contact angle of the droplet in contact with the substrate (substrate) surface. Considering this point, conventionally, as a technique for minimizing the dot diameter where the spotted droplet contacts the substrate (substrate) surface, contact the droplet volume with the substrate (substrate) surface. Means to increase the corner have been used. For example, when a droplet of a solution using an aqueous solvent is spotted, a fine hydrophilic pattern is formed at the center of the spot point, and the periphery is surrounded by a hydrophobic surface. In that state, in the liquid droplets that protrude from the hydrophilic pattern, the outer periphery of the contact surface is located on the hydrophobic surface, the contact angle of the liquid droplet is increased, and the effect of miniaturizing the dot diameter is achieved. It had been. Also, by applying the immobilizing agent used to immobilize the probe only to the minute hydrophilic pattern portion, the diameter of the dot on which the probe is immobilized on the substrate (substrate) surface is miniaturized. It was possible to do.
この基材(基板)表面上に、固定化剤塗布処理を施した親水性パターンを形成する工程では、所定のパターン形状にパターンニングを行うため、例えば、フォトリソグラフに利用するフォトマスク、ならびに、パターンニング装置などを使用している。これらの使用に伴うコストは、場合によっては、不要な製造コストアップの要因ともなりうる。あるいは、固定化剤塗布処理を施した基材(基板)表面に対する、溶液に利用される溶媒の接触角を大きくするため、利用される固定化剤、あるいは、溶液に利用される溶媒自体を変更する試みも行われている。利用される固定化剤を変更するためには、変更された固定化剤に適合する反応性基を具えるプローブの作製も必要となり、双方を最適化する上では、場合によっては、トライアンドエラーを繰り返す開発過程において、多くの開発時間が必要となる。従って、場合によっては、不要な開発コストアップの要因ともなりうる。 In the step of forming a hydrophilic pattern on which the fixing agent coating process is performed on the surface of the base material (substrate), in order to perform patterning into a predetermined pattern shape, for example, a photomask used for photolithography, and A patterning device is used. The costs associated with their use can be a factor in unnecessary manufacturing cost increases in some cases. Or, to increase the contact angle of the solvent used in the solution to the surface of the base material (substrate) subjected to the fixing agent coating treatment, the fixing agent used or the solvent itself used in the solution is changed. Attempts have also been made. To change the immobilizing agent used, it is also necessary to create a probe with a reactive group that is compatible with the modified immobilizing agent. A lot of development time is required in the development process that repeats. Therefore, depending on the case, it may be a factor of unnecessary development cost increase.
本発明にかかるプローブ固定担体の製造方法では、プローブの固定化に利用される、プローブに設ける反応性基と、基材(基板)表面に導入する反応性基は、従前の組み合わせをそのまま利用できる。その上で、反応性基を導入した基材(基板)表面に反応不活性である物質からなる被覆膜を形成した上で、該プローブを含有する溶液の液滴を点着し、点着される液滴を、反応不活性物質からなる被覆膜を透過させ、前記反応性基が導入されている基材と接触させる。この手法を採用することで、液滴と基材(基板)表面との接触するドット径の微小化を図ることが可能となる。この手法は、反応不活性物質からなる被覆膜を利用するのみで、大きな製造コストアップの要因となる装置を必要とする工程の付加はない。また、適する反応不活性物質からなる被覆膜の選択には、不必要に長い開発期間を要することもない。前記の二つの利点を有するので、大きな開発コストアップの要因もないという利点をも有している。 In the method for producing a probe-immobilizing carrier according to the present invention, the reactive group used for immobilizing the probe and the reactive group to be introduced on the surface of the substrate (substrate) can be used as they are. . Then, a coating film made of a substance that is inactive to the reaction is formed on the surface of the substrate (substrate) into which the reactive group is introduced, and then a droplet of the solution containing the probe is spotted and spotted. The droplets to be permeated through the coating film made of a reaction inert substance are brought into contact with the substrate into which the reactive group has been introduced. By adopting this method, it is possible to reduce the dot diameter at which the droplet contacts the surface of the substrate (substrate). This method only uses a coating film made of a reaction-inert substance, and there is no additional process requiring an apparatus that causes a significant increase in manufacturing cost. Further, selection of a coating film made of a suitable reaction-inert substance does not require an unnecessarily long development period. Since it has the above-mentioned two advantages, it also has an advantage that there is no factor for a large development cost increase.
本発明にかかるプローブ固定担体の製造方法は、
標的物質に対して特異的に結合可能なプローブを、基材上に固定してなるプローブ固定担体の製造方法において、
該基材上へのプローブの固定は、プローブが具える反応性基と、基材上に導入されている反応性基との間の反応による結合形成を介してなされ、
下記(i)〜(iv)の工程:
工程(i):該プローブが具える反応性基と反応可能な反応性基を基材上に導入する工程;
工程(ii):該プローブが具える反応性基、ならびに該基材上に導入する反応性基のいずれに対しても反応性を示さない反応不活性物質からなる被覆膜を、該基材上に設ける工程;
工程(iii):点着手段により、該プローブを含有する溶液の液滴を前記反応不活性物質からなる被覆膜で覆われる基材上に点着させ、その点着される液滴を、反応不活性物質からなる被覆膜を透過させ、前記反応性基が導入されている基材と接触させる工程;
工程(iv):点着される液滴中に含まれるプローブが具える反応性基と、該液滴と接触している基材上に導入されている反応性基との反応させる工程
を含む
ことを特徴とするプローブ固定担体の製造方法であるが、この方法においては、下記する形態を選択すると好ましい。
A method for producing a probe-fixing carrier according to the present invention includes:
In a method for producing a probe-immobilized carrier in which a probe capable of specifically binding to a target substance is immobilized on a substrate,
The probe is immobilized on the substrate through bond formation by a reaction between a reactive group included in the probe and a reactive group introduced on the substrate.
The following steps (i) to (iv):
Step (i): introducing a reactive group capable of reacting with the reactive group included in the probe onto the substrate;
Step (ii): A coating film made of a reaction inert substance that is not reactive with any of the reactive groups provided in the probe and the reactive groups introduced onto the substrate. Providing on top;
Step (iii): The droplet of the solution containing the probe is spotted on the base material covered with the coating film made of the reaction inert substance by the spotting means, and the spotted droplet is Allowing the coating film made of a reaction inert substance to pass through and contacting with the base material into which the reactive group is introduced;
Step (iv): a step of reacting a reactive group included in a probe contained in a droplet to be deposited with a reactive group introduced on a substrate in contact with the droplet In this method, it is preferable to select the following form.
まず、本発明にかかるプローブ固定担体の製造方法では、
前記工程(iv)の後に、
工程(v):点着される液滴を除去する工程
をさらに設けることが好ましく、さらには、
前記工程(iv)の後に、
工程(v’):点着される液滴および反応不活性物質からなる被覆膜を除去する工程
をさらに設けることがより好ましい。
First, in the method for producing a probe fixing carrier according to the present invention,
After step (iv)
Step (v): It is preferable to further provide a step of removing the droplets to be spotted,
After step (iv)
Step (v ′): It is more preferable to further provide a step of removing the droplets to be deposited and the coating film made of the reaction inert substance.
一方、前記反応不活性物質からなる被覆膜を構成する該反応不活性物質は、
該被覆膜により覆われていない状態で、前記反応性基が導入されている基材上に、該プローブを含有する溶液の液滴を点着させた際、前記反応性基が導入されている基材に点着される液滴が接触する部位のドット径と比較し、
該被覆膜により覆われている状態で、前記反応性基が導入されている基材上に、該プローブを含有する溶液の液滴を点着させた際、前記反応性基が導入されている基材に点着される液滴が接触する部位のドット径をより小さくする性質を有する物質である
ことが望ましい。
On the other hand, the reaction inert substance constituting the coating film made of the reaction inert substance is:
When a droplet of a solution containing the probe is spotted on a substrate into which the reactive group has been introduced in a state where it is not covered with the coating film, the reactive group is introduced. Compared with the dot diameter of the part where the droplet to be spotted on the substrate
When a droplet of a solution containing the probe is spotted on a substrate on which the reactive group has been introduced in a state covered with the coating film, the reactive group is introduced. It is desirable that the substance has the property of reducing the dot diameter at the site where the droplets to be deposited on the substrate are in contact.
また、前記反応不活性物質からなる被覆膜を構成する該反応不活性物質は、
該被覆膜により覆われている状態で、前記反応性基が導入されている基材上に、該プローブを含有する溶液の液滴を点着させる際、
該点着を実施する温度において、点着される液滴を、該反応不活性物質からなる被覆膜を透過させ、前記反応性基が導入されている基材と接触させることを可能とする流動性を示す物質であることが好ましい。
Further, the reaction inert substance constituting the coating film made of the reaction inert substance is:
When a droplet of a solution containing the probe is spotted on a base material into which the reactive group has been introduced in a state covered with the coating film,
At the temperature at which the spotting is carried out, it is possible to allow the droplets to be spotted to pass through the coating film made of the reaction-inactive substance and to come into contact with the substrate into which the reactive group has been introduced. A substance exhibiting fluidity is preferable.
例えば、前記反応不活性物質からなる被覆膜を構成する該反応不活性物質として、
ナフテン、パラフィン、芳香族炭化水素化合物、または、これら炭化水素化合物から得られる誘導体からなる群より選択される物質を利用することができる。
For example, as the reaction inert substance constituting the coating film made of the reaction inert substance,
A substance selected from the group consisting of naphthene, paraffin, aromatic hydrocarbon compounds, or derivatives obtained from these hydrocarbon compounds can be used.
なお、該反応不活性物質は、該プローブを含有する溶液を構成する溶媒に対する親和性が乏しいものを利用することが望ましい。 In addition, as the reaction inert substance, it is desirable to use a substance having poor affinity for the solvent constituting the solution containing the probe.
本発明にかかるプローブ固定担体の製造方法では、
前記点着手段は、
インクジェット方式による液滴の点着手段であることが好ましい。
In the method for producing a probe fixing carrier according to the present invention,
The spotting means is
It is preferable that the droplet is spotted by an inkjet method.
例えば、該インクジェット方式による液滴の点着手段には、
該プローブを含有する溶液中に、熱エネルギーによって気泡を生成させて、該気泡生成に起因する圧力上昇により、該溶液を液滴として吐出させ、液滴の点着を行う方式を利用することができる。あるいは、該インクジェット方式による液滴の点着手段には、
該プローブを含有する溶液中に、圧電素子によって圧力上昇を引き起こし、該溶液を液滴として吐出させ、液滴の点着を行う方式を利用することもできる。
For example, in the droplet spotting means by the inkjet method,
It is possible to use a system in which bubbles are generated in a solution containing the probe by thermal energy, and the solution is ejected as droplets by a pressure increase caused by the bubble generation, and droplets are spotted. it can. Alternatively, the droplet spotting means by the inkjet method includes:
It is also possible to use a system in which a pressure rise is caused by a piezoelectric element in a solution containing the probe, the solution is ejected as droplets, and droplets are spotted.
また、前記点着手段として、
突起体の先端に、該プローブを含有する溶液を付着させ、
該突起体先端を、反応不活性物質からなる被覆膜を透過させて、前記反応性基が導入されている基材と接触させ、該先端に付着している、該プローブを含有する溶液液滴の点着を行う方式を採用してもよい。
In addition, as the spotting means,
A solution containing the probe is attached to the tip of the protrusion,
A solution liquid containing the probe, which is attached to the tip of the protrusion, which is attached to the tip of the protrusion through the coating film made of a reaction-inactive substance and brought into contact with the substrate. You may employ | adopt the method of spotting a drop.
一方、該プローブに設けられる反応性基として、スルファニル基を利用することができる。さらには、該プローブに設けられる反応性基として、アミノ基を採用することもできる。 On the other hand, a sulfanyl group can be used as a reactive group provided in the probe. Furthermore, an amino group can also be employed as a reactive group provided in the probe.
それに対して、該基材上に導入されている反応性基として、マレイミド基を利用することができる。さらに、該基材上への反応性基の導入は、N−ヒドロキシスクシンイミジルエステルを用いて行うことができる。このN−ヒドロキシスクシンイミジルエステルは、カルボン酸の活性化エステルであり、結果的に、カルボキシル基の導入に相当する。 On the other hand, a maleimide group can be used as a reactive group introduced on the substrate. Furthermore, introduction of the reactive group onto the substrate can be performed using N-hydroxysuccinimidyl ester. This N-hydroxysuccinimidyl ester is an activated ester of carboxylic acid, and as a result, corresponds to introduction of a carboxyl group.
上記の本発明にかかるプローブ固定担体の製造方法は、該プローブは核酸プローブである際、特に有用な手法となる。 The method for producing a probe-immobilized carrier according to the present invention is a particularly useful technique when the probe is a nucleic acid probe.
以下に、本発明について、より詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
本発明にかかるプローブ固定担体の製造方法では、
標的物質に対して特異的に結合可能なプローブを、基材の表面上に固定して、プローブ固定担体を製造する際、基材表面上へのプローブの固定は、プローブが具える反応性基と、基材上に導入されている反応性基との間の反応による結合形成を介してなされている。その際、反応性基を具えているプローブを所定濃度、溶媒中に溶解して、プローブを含有する溶液を予め調製する。一方、基材表面上には、該プローブが具える反応性基と反応可能な反応性基を導入している。この反応性基を導入した基材表面上に、前記プローブを含有する溶液の液滴を点着させ、この液滴と基材表面とが接触する部位において、プローブが具える反応性基と、基材上に導入されている反応性基との間の反応を起こさせる。従って、基材表面上へのプローブの固定は、この液滴と基材表面とが接触する部位に限定されたものとなる。
In the method for producing a probe fixing carrier according to the present invention,
When a probe that can specifically bind to a target substance is immobilized on the surface of a substrate to produce a probe-immobilized carrier, the probe is immobilized on the surface of the substrate by a reactive group included in the probe. And a reactive group introduced on the base material through bond formation by reaction. At that time, a probe containing a reactive group is dissolved in a solvent at a predetermined concentration to prepare a solution containing the probe in advance. On the other hand, a reactive group capable of reacting with a reactive group included in the probe is introduced on the surface of the substrate. A droplet of a solution containing the probe is spotted on the surface of the substrate into which the reactive group has been introduced, and the reactive group included in the probe at a site where the droplet contacts the surface of the substrate, A reaction between the reactive groups introduced on the substrate is caused. Therefore, the probe is fixed on the surface of the base material only at a portion where the droplet contacts the base material surface.
本発明では、この液滴と基材表面とが接触する部位のドット径の拡がりを抑制する手段として、
反応性基を導入した基材表面上に、該プローブが具える反応性基、ならびに該基材上に導入する反応性基のいずれに対しても反応性を示さない反応不活性物質からなる被覆膜を設けた状態で、その表面から、プローブを含有する溶液の液滴を点着させている。この点着される液滴は、反応不活性物質からなる被覆膜を透過し、反応性基が導入されている基材表面にその先端部が接する状態となる。
In the present invention, as a means for suppressing the expansion of the dot diameter at the site where the droplet and the substrate surface contact,
On the surface of the base material into which the reactive group has been introduced, a substrate made of a reaction inert substance that does not react with any of the reactive group provided in the probe and the reactive group to be introduced onto the base material. With the covering film provided, droplets of the solution containing the probe are spotted from the surface. The droplets to be spotted pass through the coating film made of a reaction-inactive substance, and the tip part comes into contact with the surface of the base material into which the reactive group has been introduced.
図1に、本発明の方法において、点着される液滴が、反応不活性物質からなる被覆膜を透過し、反応性基が導入されている基材表面にその先端部が接する状態を模式的に示す断面図を示す。基材4の表面には、プローブ1の固定に利用される反応性基5が導入されている。この基材4の表面に導入されている反応性基5は、プローブ1に具わっている反応性基2と反応可能であり、プローブ1を含有する溶液の液滴3が、基材4の表面に接触している状態で、両者の反応を行わせる。プローブ1を含有する溶液の液滴3の点着工程に先立ち、反応性基5を導入した基材4の表面は、プローブの反応性基2と基材の反応性基5のいずれに対しも、反応不活性である物質6で構成される被覆膜で覆われた状態とする。
In FIG. 1, in the method of the present invention, a droplet to be spotted passes through a coating film made of a reaction-inert substance, and the tip is in contact with the surface of the substrate into which a reactive group is introduced. A schematic cross-sectional view is shown. A
液滴3の点着させると、液滴3は、先ず、スポット点下に存在していた、反応不活性である物質6で構成さる被覆膜を押し退ける形態で、この被覆膜を透過し、液滴3の先端部分が基材4の表面に達して、接触する状態となる。すなわち、元々基材4の表面を被覆している物質6は、液滴3を点着させる過程で、そのスポット点の周囲に押し退けられる必要があり、この塑性変形が可能な程度に流動性を有することが必要である。この点着がなされた時点では、基材4の表面近くにおいては、液滴3の周囲は、反応不活性である物質6で取り囲まれ、両者が接する界面が形成される。一方、反応不活性である物質6で構成さる被覆膜の上面よりも高い位置にある液滴3の部分は、その表面は、大気と接触しており、その表面形状は、液滴3自体の荷重と表面張力で支配されている。
When the droplet 3 is spotted, the droplet 3 first passes through the coating film in such a form that the coating film made of the reaction-
反応不活性である物質6で構成さる被覆膜を透過する部分の形状は、液滴3側から被覆膜側へと向かう力と、被覆膜側から液滴3側へと向かう力とが平衡する状態となる。液滴3側から被覆膜側へと向かう力は、液滴3自体の荷重に起因する内圧に相当している。他方、被覆膜側から液滴3側へと向かう力は、液滴3の点着に伴って、その周囲に押し退けられた物質6の部分荷重に由来する外圧が相当する。この内圧が外圧より大きいと、両者の界面をさらに押し拡げ、液滴3と基材4の表面との接触するドット径を拡大しようとする。その際、被覆膜と基材(基板)表面との接触面での付着力、ならびに、被覆膜の塑性変形に要する応力は、そのドット径の拡大を抑える斥力として作用する。すなわち、前記内圧と外圧の差が、斥力に打ち勝つことができないと、それ以上ドット径の拡大は進行しない。
The shape of the portion that permeates the coating film made of the reaction-
その際、斥力として機能する、被覆膜と基材(基板)表面との接触面での付着力、ならびに、被覆膜の塑性変形に要する応力は、液滴3と基材4の表面との接触するドットの外周に比例しており、すなわち、ドット径(直径)に比例している。一方、前記内圧と外圧の差は、ドット径(直径)が拡大するに従って、徐々に減少する。前記斥力を構成する二つの成分のうち、被覆膜と基材(基板)表面との接触面での付着力は、反応性基5が導入されている基材(基板)表面に対する、反応不活性である物質6の親和性(濡れ性)に起因している。また、被覆膜の塑性変形に要する応力は、反応不活性である物質6の流動性(粘性)に由来している。
At that time, the adhesion force at the contact surface between the coating film and the substrate (substrate) surface, which functions as a repulsive force, and the stress required for plastic deformation of the coating film are the same as the surface of the droplet 3 and the
本発明においては、上述するように、プローブ1を含有する溶液の液滴3に対して、反応不活性である物質6で構成される被覆膜がその周囲を取り囲み、液滴3と基材4の表面との接触するドット径の拡大を抑制する作用を利用している。従って、プローブ1を含有する溶液で利用されている溶媒と、被覆膜を構成している反応不活性である物質6とが相互に混和することのないように、反応不活性である物質6として、前記溶媒に対して、親和性に乏しい物質を利用する。例えば、プローブ1を含有する溶液で利用されている溶媒が水性溶媒である場合には、反応不活性である物質6として、疎水性物質を用いる。例えば、プローブ1が、核酸分子である場合、プローブ1を含有する溶液の調製に利用される溶媒は、水性溶媒であり、反応不活性である物質6として、疎水性物質を用いる。
In the present invention, as described above, the coating film composed of the reaction-
なお、プローブ1を含有する溶液で利用されている溶媒が水性溶媒である場合、反応性基5が導入されている基材(基板)表面自体が、該水性溶媒に対する親和性に乏しいと、元々、反応性基5が導入されている基材(基板)表面上において、プローブ1を含有する溶液が示す接触角は大きくなっている。その場合、本発明に伴うスポット径の微小化の効果は限定されたものとなる。具体的には、プローブのスポット点間の間隔を制限する要因は、液滴3と基材4の表面との接触するドット径ではなく、点着されている液滴3自体の最大径となっている。元々、接触角は大きい場合、液滴3と基材4の表面との接触するドット径が狭まると、点着されている液滴3自体の最大径は、実質的に変化しないか、あるいは、僅かに拡大することになる。その場合、隣接する液滴3相互の接触を回避するために設定すべき、プローブのスポット点間の間隔を狭めることは困難である。
When the solvent used in the solution containing the probe 1 is an aqueous solvent, if the surface of the base material (substrate) into which the
一方、プローブ1を含有する溶液で利用されている溶媒が水性溶媒である場合、反応性基5が導入されている基材(基板)表面自体が、該水性溶媒に対する親和性に富むと、次の状態となる。すなわち、元々、反応性基5が導入されている基材(基板)表面上において、プローブ1を含有する溶液が示す接触角は小さくなっており、本発明に伴うスポット径の微小化の効果はより顕著となる。具体的には、プローブのスポット点間の間隔を制限する要因は、点着されている液滴3自体の最大径であるが、その最大径は、実質的に、液滴3と基材4の表面との接触するドット径となっている。元々、接触角が小さい場合、液滴3と基材4の表面との接触するドット径が狭まると、このドット径である、点着されている液滴3の最大径も減少することになる。その場合、このドット径の減少に比例させて、隣接する液滴3相互の接触を回避するために設定すべき、プローブのスポット点間の間隔を狭めることが可能となる。
On the other hand, when the solvent used in the solution containing the probe 1 is an aqueous solvent, the surface of the base material (substrate) into which the
例えば、プローブ1を含有する溶液で利用されている溶媒が水性溶媒である場合、反応性基5が導入されている基材(基板)表面を親水性とすると、反応不活性である物質6として疎水性物質を用いる際、次の状態となる。すなわち、被覆膜と基材(基板)表面との接触面での付着力は、小さなものとなる。従って、被覆膜の塑性変形に要する応力が、そのドット径の拡大を抑える斥力として主に利用される形態となる。反応不活性である物質6の流動性が低いほど(粘性が高いほど)、この被覆膜の塑性変形に要する応力が大きくなる。液滴3と基材4の表面との接触するドット径の拡大を抑制する作用を高めるためには、反応不活性である物質6の流動性が低い(粘性が高い)ことがより好ましい。
For example, when the solvent used in the solution containing the probe 1 is an aqueous solvent, if the surface of the base material (substrate) into which the
仮に、被覆膜を構成している物質が、基材表面上に導入されている反応性基5に対して、反応性を有すると、基材表面を被覆している段階で、両者の反応が進行する可能性がある。例えば、基材4の表面上に導入されている反応性基との反応に伴い、被覆膜を構成している物質が基材表面に固定化されると、この固定化された物質の被膜層は、プローブ1を含有する溶液の液滴3と基材4の表面との接触を阻害する可能性がある。さらには、基材4の表面上に導入されている反応性基が、この物質との反応により消費されると、プローブ1を含有する溶液の液滴3と基材4の表面とを接触した際、プローブの反応性基との反応に利用可能な基材の反応性基5の面密度は低下する。この不具合を回避するため、被覆膜を構成している物質は、基材の反応性基5に対して反応性を示さない物質を利用している。
If the substance constituting the coating film has reactivity with the
加えて、プローブ1を含有する溶液の液滴3と、被覆膜を構成している物質とは、その界面で接触した状態となる。仮に、被覆膜を構成している物質が、プローブの反応性基2に対して、反応性を有すると、前記界面において、両者の反応が進行する可能性がある。この反応に伴って、液滴3中、基材4の表面近傍に存在しているプローブ1が消費されると、基材4の表面上に導入されている反応性基5と反応可能なプローブ1の濃度が低下する。この不具合を回避するため、被覆膜を構成している物質は、プローブの反応性基2に対して反応性を示さない物質を利用している。従って、本発明においては、被覆膜を構成している物質6として、プローブの反応性基2と基材の反応性基5のいずれに対しも反応性を示さない、反応不活性である物質を利用している。
In addition, the droplet 3 of the solution containing the probe 1 and the substance constituting the coating film are in contact with each other at the interface. If the substance constituting the coating film has reactivity with the
プローブ1を含有する溶液の液滴3に対して、反応不活性である物質6で構成される被覆膜がその周囲を取り囲み、液滴3と基材4の表面との接触するドット径の拡大を抑制している状態とする。その状態で、基材4の表面に導入されている反応性基5に対して、液滴3中に含有されるプローブの反応性基2を反応させる。この表面での反応により、基材4の表面へのプローブ1の固定は、液滴3と基材4の表面との接触するドット径内のみで起こる。すなわち、点着される液滴3に対して、反応不活性である物質6で構成される被覆膜がその周囲を取り囲み、液滴3と基材4の表面との接触するドット径の拡大を抑制しているため、基材4の表面へのプローブ1の固定領域(スポット径)の微小化がなされる。
A coating film composed of a reaction-
以上に説明するように、本発明において、基材4の表面を覆う被覆膜を構成する反応不活性である物質6は、適正な流動性(粘性)を示すとともに、プローブ1を含有する溶液で利用される溶媒に対して、親和性に乏しい物質を選択することが必要である。同時に、予め反応性基を導入されている基材4の表面に対しても、親和性が乏しい物質であることがより好ましい。
As described above, in the present invention, the reaction-
例えば、基材4の表面を覆う被覆膜を構成する反応不活性である物質6として利用可能な疎水性物質の一例として、反応性の官能基、あるいは、反応性に富む部分構造を有していない炭化水素を挙げることができる。また、反応性の官能基、あるいは、反応性に富む部分構造を有していない炭化水素中、CH3−、−CH2−、>CH−の形態で存在する水素原子を、フッ素原子で置換したフッ素置換炭化水素も、反応不活性である物質6として利用可能な疎水性物質となる。CH3−、−CH2−、>CH−の形態に代えて、対応するCF3−、−CF2−、>CF−の形態を含むフッ素置換炭化水素は、基となる炭化水素と比較して、より高い疎水性を示す。同時に、流動性はより低い(粘性はより高い)ため、反応不活性な疎水性物質として、一般により好適である。反応性の官能基、あるいは、反応性に富む部分構造を有していない炭化水素としては、ナフテン、パラフィン、芳香族炭化水素化合物などが挙げられる。また、これら炭化水素化合物の誘導体であり、反応性を有さないものも、同様に利用できる。
For example, as an example of a hydrophobic substance that can be used as the reaction-
なお、基材4の表面を覆う被覆膜を構成する反応不活性である物質6は、液滴3を点着させる際、反応不活性である物質6で構成さる被覆膜を押し退ける形態で、この被覆膜を透過する必要があり、流動性を示すことが必要である。しかし、単体では液状でない物質であっても、複数種の物質との混合物を形成することで、所望の流動性を達成できるものも利用可能である。すなわち、単体では液状でない物質に対して、液状の物質を適量加えた混合物として、目的とする流動性(粘度)に調整して、基材4の表面を覆う被覆膜を形成することもできる。
The reaction-
上で説明したように、基材4の表面を覆う被覆膜を構成する反応不活性である物質6は、一般に、流動性が低い(粘性が高い)ことがより好ましい。その際、必要以上に高い粘度を示すものは、液滴3を点着させる際、反応不活性である物質6で構成さる被覆膜を押し退ける形態で、この被覆膜を透過することが困難となり、本発明の利用目的に適さないものとなる。
As described above, the reaction-
例えば、液滴3を点着させる手段として、インクジェット法を利用する場合には、インクジェット・ヘッドの吐出口から吐出された液滴は、一定の速度で飛翔し、物質6で構成される被覆膜で覆われた基材に達する。その後、その運動量に比例する力積で、被覆膜に衝突し、被覆膜を構成する反応不活性である物質6を塑性変形させ、押し退けて、基材表面にその先端を接触させる。その際、反応不活性である物質6を塑性変形させ、押し退ける過程で消費される運動エネルギーは、反応不活性である物質6の粘度と、被覆膜の膜厚とに比例したものとなる。すなわち、反応不活性である物質6の粘度が過度に高いと、飛翔してきた液滴が有している運動エネルギーを全て消費しても、被覆膜を構成する反応不活性である物質6を塑性変形させ、押し退けて、基材表面にその先端を到達させることが不可能となる。また、被覆膜の膜厚が過度に厚い場合も、飛翔してきた液滴が有している運動エネルギーを全て消費しても、被覆膜を構成する反応不活性である物質6を塑性変形させ、押し退けて、基材表面にその先端を到達させることが不可能となる。
For example, when the ink jet method is used as a means for spotting the droplet 3, the droplet ejected from the ejection port of the inkjet head flies at a constant speed and is coated with the
一方、インクジェット・ヘッドの吐出口から吐出される液滴の飛翔速度、すなわち、吐出速度は、液滴の液量、プローブ1を含有する溶液の液粘度を考慮して、所定の範囲内に選定される。そのため、飛翔してきた液滴が有している運動エネルギーには、自ずから上限が存在する。すなわち、インクジェット・ヘッドの吐出口から吐出される液滴の吐出速度を無闇に速くすることは困難である。その点を考慮し、利用するインクジェット・ヘッドの吐出口から吐出される液滴の吐出速度に応じて、反応不活性である物質6の粘度と、被覆膜の膜厚とを適正な範囲に選択する。具体的な物質6の粘度を挙げるならば、針入度が30゜以下の範囲にその粘度を選択することが望ましい。一方、物質6の粘度が過度に小さいと、本発明の作用が発揮できないため、少なくとも、針入度が10゜を下回らない範囲にその粘度を選択することが望ましい。その際、単体の物質では、その粘度を変化させることはできないが、被覆膜を構成する反応不活性である物質6として、複数種の物質を適正な比率で混合して、その混合物が示す粘度を調製する手法を用いてもよい。
On the other hand, the flying speed of the liquid droplets discharged from the discharge port of the inkjet head, that is, the discharge speed is selected within a predetermined range in consideration of the liquid volume of the liquid droplets and the liquid viscosity of the solution containing the probe 1. Is done. Therefore, there is an upper limit for the kinetic energy of the flying droplets. That is, it is difficult to increase the discharge speed of the liquid droplets discharged from the discharge port of the inkjet head. Considering this point, the viscosity of the reaction-
反応不活性である物質6で構成される被覆膜の膜厚は、液滴3の大きさ(液量)と飛翔速度、物質6の粘度に依存して、また、目標とする点着時のドット径に応じて、適宜選択するものであるが、通常、液滴3を球形形状とした際の直径を超えない範囲に選択する。すなわち、被覆膜の膜厚が、液滴3を球形形状とした際の直径を超えると、点着された液滴3の上面をよりも、被覆膜の上面が高い位置となると、流動性を示す物質6により、点着された液滴3の上面が完全に覆われた状態となる。この被覆膜内部に液滴3が沈む状態となると、液滴3は浮力を受けるため、液滴3を基材4の表面に接触させている付加荷重が極端に小さくなり、結果的に、点着時のドット径が不必要に小さくなる場合もある。また、点着された液滴3の上面を含め、その最表面は、反応不活性である物質6で覆われた状態となっており、そのままでは、標的物質と、基材表面に固定化されているプローブとの接触が困難な状態となる。そのような状態を回避するためには、少なくも、点着された液滴3の上面をよりも、被覆膜の上面が低い位置となるように、被覆膜の膜厚を選択する必要がある。反応不活性である物質6で構成される被覆膜の膜厚は、具体的には、10〜300,000nmの範囲(0.01〜300μmの範囲)であることが望ましい。
The film thickness of the coating film composed of the reaction-
反応不活性である物質6で構成される被覆膜の膜厚は、一般に、基材4の表面上において、均一にすることが好ましい。その際、反応不活性である物質6で構成される被覆膜は、基材4の表面全体を覆うように形成する形態とすると、通常、被覆膜の形成工程が簡単となり、好ましい。基材4の表面全体を覆うように反応不活性である物質6で構成される被覆膜を形成する手段として、例えば、下記の方法が利用できる。すなわち、低沸点溶媒中に物質6を溶解した溶液を利用し、スピンコート、スリットコート、ディップコートなどの既知のコーティング方法により、均一な厚さに塗布を行い、その後、低沸点溶媒を蒸散除去して、所望の膜厚の被覆膜を形成する方法が利用できる。具体的には、物質6の沸点が高く、また、融解した状態の粘度も高いため、所望の薄膜にコーティングできない場合でも、低沸点溶媒を希釈溶媒とする溶液とすることで、薄膜コーティングに適した液粘度とできる。その後、希釈溶媒に利用する低沸点溶媒を蒸散させると、高沸点である物質6が濃縮され、基材4上に所定の膜厚の被覆膜が形成される。また、希釈溶媒を利用せず、物質6の薄膜被覆を行う方法として、下記の方法が利用できる。すなわち、真空もしくは、常圧のチャンバー内に、反応性基5を導入した基材4と、物質6を封入して、物質6自体の気体を、反応性基5を導入した基材4の表面上に凝集させて、被覆膜を形成する方法を挙げることできる。その際、物質6自体の気体の発生は、物質6自体の飽和蒸気圧、あるいは、加熱、スパッタなどの蒸発手段により、物質6を蒸発させる手段によって行うことが可能である。
In general, the film thickness of the coating film composed of the reaction-
なお、反応不活性である物質6で構成される被覆膜を、基材4の表面全面に形成する代わりに、プローブが固定される領域のみに、物質6を被覆させても構わない。この部位特定して、物質6を被覆する手段として、下記の方法が利用できる。すなわち、インクジェット法、ピン法などの点着手段によって、所定の溶媒中に物質6を溶解した溶液を、プローブが固定される領域のみに点着して、前記溶媒を蒸散除去し、物質6を濃縮して、被覆膜を形成する方法を挙げることできる。
Instead of forming a coating film made of the reaction-
また、本発明においては、基材の表面上には、プローブの固定化に利用する、反応性基が導入されている。基材自体の材質は、得られたプローブ固定基材を用いて検知物質(標的物質)を検出する際、支障のないものであれば、特に限定されるものではない。しかしながら、例えば、無機材料または高分子材料などのうち、反応不活性である物質6で構成される被覆膜の形成に利用される希釈溶媒に対しても、安定な材料を用いることが好ましい。基材自体を構成する材料が、プローブの固定化に利用する反応性基を有する場合、新たに反応性基を導入する工程を省くことができる。反応性基を有していない材料で形成されている基材の表面上に、公知の手法を用いて、所望の反応性基を導入する。プローブの固定化に利用可能な反応性基として、アミノ基、マレイミド基、アクリルアミド基、N−ヒドロスクシンイミジルエステル(カルボキシル基の活性エステル体)、ホルミル基、カルボキシル基、エポキシ基などを挙げることができる。但し、これら例示する反応性基に限定されるものではない。
In the present invention, a reactive group used for immobilizing the probe is introduced on the surface of the substrate. The material of the base material itself is not particularly limited as long as it does not hinder the detection substance (target substance) using the obtained probe fixing base material. However, for example, it is preferable to use a stable material for a diluting solvent used for forming a coating film composed of the reaction-
また、本発明によって、基材の表面に固定化されるプローブには、タンパク質(複合タンパク質を含む)、核酸、糖鎖(複合糖質を含む)、脂質(複合脂質を含む)等の生体高分子などが含まれる。具体的には、基材の表面に固定化されるプローブの例として、酵素、ホルモン、フェロモン、抗体、抗原、ハプテン、ペプチド、合成ペプチド、DNA、合成DNA、RNA、合成RNA、PNA、合成PNA、ガングリオシド、レクチンなどが挙げられる。 In addition, according to the present invention, probes immobilized on the surface of a substrate include biologically high proteins such as proteins (including complex proteins), nucleic acids, sugar chains (including complex carbohydrates), and lipids (including complex lipids). Includes molecules. Specifically, examples of probes immobilized on the surface of a substrate include enzymes, hormones, pheromones, antibodies, antigens, haptens, peptides, synthetic peptides, DNA, synthetic DNA, RNA, synthetic RNA, PNA, synthetic PNA , Ganglioside, lectin and the like.
プローブの基材の表面への固定化は、プローブが具える反応性基と、基材上に導入されている反応性基との間の反応による結合形成を介してなされる。すなわち、プローブが具える反応性基に対して、反応可能な反応性基を選択して、基材上に導入することが好ましい。 The probe is immobilized on the surface of the substrate through bond formation by a reaction between a reactive group included in the probe and a reactive group introduced on the substrate. That is, it is preferable to select a reactive group capable of reacting with the reactive group included in the probe and introduce it onto the substrate.
一方、プローブが具える反応性基の例としては、スルファニル基(−SH)やアミノ基を挙げることができる。プローブとして利用する一本鎖DNAに、スルファニル基(−SH)を導入する場合には、例えば、一本鎖DNAを自動合成する際、DNA自動合成機での合成時に、導入を行う。すなわち、チオール・モディファイア(Thiol−Modifier)(グレンリサーチ(GlenResearch)社製)を用いて、DNA鎖の末端にスルファニル基(−SH)を導入することができる。なお、効率良く、所望する部位に選択的にスルファニル基(−SH)を導入することができれば、特に、その導入手段は限定されるものではない。あるいは、プローブとして利用する一本鎖DNAに、アミノ基を導入する場合には、例えば、一本鎖DNAを自動合成する際、DNA自動合成機での合成時に、導入を行う。すなわち、アミノ・モディファイア(amino−Modifier)(グレンリサーチ(GlenResearch)社製)を用いて、DNA鎖の末端にアミノ基を導入することができる。なお、効率良く、所望する部位に選択的にアミノ基の導入することができれば、特に、その導入手段は限定されるものではない。 On the other hand, examples of the reactive group included in the probe include a sulfanyl group (—SH) and an amino group. When a sulfanyl group (-SH) is introduced into a single-stranded DNA used as a probe, for example, when a single-stranded DNA is automatically synthesized, it is introduced at the time of synthesis with an automatic DNA synthesizer. That is, a sulfanyl group (—SH) can be introduced at the end of a DNA chain using a thiol-modifier (manufactured by Glen Research). In addition, the introduction means is not particularly limited as long as the sulfanyl group (—SH) can be selectively introduced into a desired site efficiently. Alternatively, when an amino group is introduced into a single-stranded DNA used as a probe, for example, when a single-stranded DNA is automatically synthesized, it is introduced at the time of synthesis with an automatic DNA synthesizer. That is, an amino group can be introduced at the end of a DNA strand using an amino-Modifier (manufactured by Glen Research). In addition, the introduction means is not particularly limited as long as the amino group can be efficiently and selectively introduced into a desired site.
また、本発明では、プローブを含む溶液の液滴を、反応不活性物質からなる被覆膜で覆われる基材上に点着させる。この点着手段としては、インクジェット法、ピン法あるいはピン&リング法などを利用して、所定の液量の液滴を、目的とするスポット位置に点着(スポット)する。本発明においては、各スポット位置に点着させる液滴のドット径の微小化を目標とする場合、各スポット位置に点着させる液滴の液量もそれに比例して少なくする。また、各スポット点の間隔を狭くし、単位面積当たりのスポット点密度を増すことを目標とする場合、その高密度の点着に対応可能なスポット位置の精度を達成可能な点着手段を選択することが好ましい。 In the present invention, a droplet of a solution containing a probe is spotted on a base material covered with a coating film made of a reaction inert substance. As the spotting means, a droplet of a predetermined liquid amount is spotted (spotted) at a target spot position by using an inkjet method, a pin method, a pin & ring method, or the like. In the present invention, when the target is to reduce the dot diameter of a droplet to be spotted at each spot position, the liquid amount of the droplet to be spotted at each spot position is also reduced proportionally. In addition, if the goal is to reduce the distance between spot points and increase the spot point density per unit area, select a spotting means that can achieve spot position accuracy that can accommodate spotting with a high density. It is preferable to do.
ピン法あるいはピン&リング法を応用する点着手段では、例えば、利用するピンの先端径、その先端に付着可能な液量によって、各スポット位置に点着させる液滴の液量、スポット位置の精度、スポット径を調整している。本発明においても、このピン法あるいはピン&リング法を応用する点着手段を利用することができる。 In the spotting means applying the pin method or the pin & ring method, for example, depending on the tip diameter of the pin to be used, the amount of liquid that can be attached to the tip, the amount of liquid to be spotted on each spot position, the spot position The accuracy and spot diameter are adjusted. Also in the present invention, spotting means applying this pin method or pin and ring method can be used.
一方、インクジェット法を応用する点着手段は、各スポット位置に点着させる液滴の液量、スポット位置の精度、スポット位置の間隔制御が優れており、本発明において、好適に利用できる。インクジェット法では、ごく細いノズルの中にプローブを含む溶液を入れ、ノズルの先端近くを瞬間的に加圧ないし加熱し、ノズルの先端から正確に極微量のプローブを含む溶液の液滴を吐出させ、空間を飛翔させて、基材面上に点着させる。 On the other hand, the spotting means to which the ink jet method is applied is excellent in the amount of liquid droplets spotted at each spot position, the accuracy of the spot position, and the spot position interval control, and can be suitably used in the present invention. In the inkjet method, a solution containing a probe is placed in a very thin nozzle, and the vicinity of the tip of the nozzle is momentarily pressurized or heated, so that a droplet of the solution containing a very small amount of probe is accurately ejected from the tip of the nozzle. , Fly through the space and spot it on the substrate surface.
インクジェット法を応用するスポッティング方法において、プローブを含有する溶液の調製に利用する溶媒には、下記の要件を満たすものを用いる。まず、インクジェット・ヘッドから吐出させた時に、含有されているプローブに対して実質的に影響を与えないものである。同時に、インクジェット・ヘッドを用いて、所望の微小な液量、吐出速度で液滴を高い再現性で吐出可能である溶媒である。この二つの要件を満たす限り、その溶媒の組成は、特に限定されるものではない。例えば、基材の表面に固定化されるプローブが、水溶性物質である場合、プローブを含有する溶液の調製に利用する溶媒は、水性溶媒を利用する。この例は、プローブとして、酵素、ホルモン、フェロモン、抗体、抗原、ハプテン、ペプチド、合成ペプチド、DNA、合成DNA、RNA、合成RNA、PNA、合成PNA、ガングリオシド、レクチンなどの水溶性物質を利用する場合に相当する。 In the spotting method to which the inkjet method is applied, a solvent that satisfies the following requirements is used as a solvent used for preparing a solution containing a probe. First, when ejected from an inkjet head, the contained probe is not substantially affected. At the same time, it is a solvent that can eject droplets with high reproducibility at a desired minute liquid amount and ejection speed using an inkjet head. As long as these two requirements are satisfied, the composition of the solvent is not particularly limited. For example, when the probe immobilized on the surface of the substrate is a water-soluble substance, an aqueous solvent is used as the solvent used for preparing the solution containing the probe. This example uses a water-soluble substance such as an enzyme, hormone, pheromone, antibody, antigen, hapten, peptide, synthetic peptide, DNA, synthetic DNA, RNA, synthetic RNA, PNA, synthetic PNA, ganglioside, lectin as a probe Corresponds to the case.
例えば、インクジェット・ヘッドが、溶媒に熱エネルギーを付与して吐出させる機構を備えるバブルジェット・ヘッドである場合、次の溶媒が好適に利用される。すなわち、グリセリン、チオジグリコール、イソプロピルアルコール、アセチレンアルコールを含む水性溶媒は、前記水溶性物質を含む溶液の溶媒として好ましいものである。更に、前記水溶性物質を含む溶液の溶媒として好適に用いられる水性溶媒として、下記の水性溶媒を具体的に示すことができる。すなわち、グリセリン5〜10wt%、チオジグリコール(HO−CH2−CH2−S−CH2−CH2−H)5〜10wt%、アセチレンアルコール(HC≡C−CH2−OH)0.5〜1wt%を含む水性溶媒は、好適に用いられる。また、インクジェット・ヘッドが圧電素子を用いて溶液を吐出させるピエゾジェット・ヘッドである場合、エチレングリコール、イソプロピルアルコールを含む水性溶媒は、前記水溶性物質を含む溶液の溶媒として好ましいものである。更に、具体的には、エチレングリコール(HO−CH2−CH2−OH)5〜10wt%、イソプロピルアルコール(CH3−CH(CH3)−OH)0.5〜2wt%を含む水性溶媒が、前記水溶性物質を含む溶液の溶媒として好適に用いられる。なお、インクジェット法を応用する点着手段では、吐出される液滴一つの液量は、1pl〜100plの範囲に選択できる。その際、プローブを含有する溶液の調製に水性溶媒を利用する場合、その液滴を球形形状と仮定すると、その直径(スポット径)は、12μm〜1200μmの範囲に相当する。
For example, when the ink jet head is a bubble jet head provided with a mechanism for applying a thermal energy to the solvent and discharging it, the following solvent is preferably used. That is, an aqueous solvent containing glycerin, thiodiglycol, isopropyl alcohol, and acetylene alcohol is preferable as a solvent for the solution containing the water-soluble substance. Furthermore, the following aqueous solvent can be specifically shown as an aqueous solvent suitably used as the solvent of the solution containing the water-soluble substance. That is,
点着される液滴中に含まれるプローブが具える反応性基と、該液滴と接触している基材上に導入されている反応性基とを反応させることで、基材の表面上にプローブの固定化がなされる。このプローブが具える反応性基と、基材上に導入されている反応性基との反応は、従来の反応と同様であり、その反応条件も同等である。例えば、プローブを含有する溶液の調製に水性溶媒を利用する場合、反応は、該液滴中に含まれる水の急速な蒸散を防止するため、温度15〜25℃、相対湿度70〜99RH%の恒温恒湿チャンバー内に静置する条件などが利用される。 By reacting the reactive group included in the probe contained in the droplet to be deposited with the reactive group introduced on the substrate in contact with the droplet, the surface of the substrate is reacted. Immobilization of the probe is performed. The reaction between the reactive group provided in the probe and the reactive group introduced on the substrate is the same as the conventional reaction, and the reaction conditions are also the same. For example, when an aqueous solvent is used to prepare a solution containing the probe, the reaction is carried out at a temperature of 15-25 ° C. and a relative humidity of 70-99 RH% to prevent rapid transpiration of water contained in the droplets. Conditions such as standing in a constant temperature and humidity chamber are used.
未反応のプローブを含む液滴を残しておくと、作製したプローブ固定担体を使用して、標的物質の検出を行う際、検出サンプル中に含まれている標的物質は、固定化されているプローブのみでなく、未固定のプローブとも、特異的な結合を起こす。そのため、検出の定量性を低下させる要因となる。従って、通常、基材の表面上にプローブを固定化する反応を終えた後、未反応のプローブを含む液滴を除去する。未反応のプローブを含む液滴の除去は、そのプローブを溶解可能な溶媒を利用して、液滴を希釈することで、洗浄除去することができる。例えば、プローブが、酵素、ホルモン、フェロモン、抗体、抗原、ハプテン、ペプチド、合成ペプチド、DNA、合成DNA、RNA、合成RNA、PNA、合成PNA、ガングリオシド、レクチンなどである場合、下記の手法が利用可能である。すなわち、これらを溶解可能な緩衝液中に洗浄作用を示す界面活性剤を溶解した洗浄溶液を利用して、洗浄することができる。例えば、プローブがDNAプローブである場合、次の緩衝液が利用可能である。すなわち、リン酸バッファー、トリス塩酸バッファー、トリス酢酸バッファー、HEPESバッファー、MOPSバッファー、酢酸ナトリウムバッファー、クエン酸ナトリウムバッファーが利用可能である。または、これらのバッファーに適宜、必要に応じて塩化ナトリウム等の塩、EDTA等のキレート剤、あるいは、下記の界面活性剤を溶解した洗浄溶液を利用して、洗浄することができる。すなわち、SDS等のアニオン性界面活性剤、BriJ58、Nonidet P−40、Triton X−100、Tween 20、Tween 80等の非イオン性界面活性剤を溶解したバッファー溶液にて洗浄してもよい。 If a droplet containing an unreacted probe is left, when the target substance is detected using the prepared probe fixing carrier, the target substance contained in the detection sample is immobilized on the probe. In addition, specific binding occurs with unfixed probes. Therefore, it becomes a factor that reduces the quantitativeness of detection. Therefore, usually, after the reaction for immobilizing the probe on the surface of the substrate is completed, the droplet containing the unreacted probe is removed. Removal of droplets containing unreacted probes can be removed by washing by diluting the droplets using a solvent capable of dissolving the probes. For example, when the probe is an enzyme, hormone, pheromone, antibody, antigen, hapten, peptide, synthetic peptide, DNA, synthetic DNA, RNA, synthetic RNA, PNA, synthetic PNA, ganglioside, lectin, etc., the following method is used Is possible. That is, it can wash | clean using the washing | cleaning solution which melt | dissolved surfactant which shows a washing | cleaning action in the buffer solution which can melt | dissolve these. For example, when the probe is a DNA probe, the following buffer solution can be used. That is, phosphate buffer, Tris-HCl buffer, Tris-acetate buffer, HEPES buffer, MOPS buffer, sodium acetate buffer, and sodium citrate buffer can be used. Alternatively, these buffers can be washed as necessary using a washing solution in which a salt such as sodium chloride, a chelating agent such as EDTA, or the following surfactant is dissolved. That is, you may wash | clean with the buffer solution which melt | dissolved nonionic surfactant, such as anionic surfactants, such as SDS, BriJ58, Nonidet P-40, Triton X-100, Tween 20, and Tween 80.
一方、反応不活性である物質6で構成される被覆膜は、作製したプローブ固定担体を使用して、標的物質の検出を行う際に、阻害要因とならなければ除去する必要はない。反応不活性である物質6で構成される被覆膜は、流動性を有しているため、しばしば、未反応のプローブを含む液滴を除去した後、プローブの固定化がなされたスポット部位の表面を再び覆う状態となる。従って、通常、未反応のプローブを含む液滴の除去に加えて、反応不活性である物質6で構成される被覆膜も除去することが好ましい。
On the other hand, the coating film composed of the reaction-
なお、被覆膜が、反応不活性である物質複数種の混合物で構成されており、含有される低沸点の成分の蒸散に伴い、流動性を失っている場合、プローブの固定化がなされたスポット部位の表面を再び覆う状態とはならない。そのような状態では、必ずしも、被覆膜を除去しなくともよい。特に、標的物質を検出する際、この固体状となっている被覆膜は、プローブ非固定領域を覆っている。その状態において、このバックグラウンド・エリアに存在する被覆膜を構成する反応不活性である物質が、標的物質を吸着する作用を示さないものであれば、この被覆膜は、ブロッキング効果を示す。すなわち、バックグラウンド・エリアにおける標的物質の非特異吸着を防止するため、プローブ固定領域とバックグラウンド・エリアとの間における、S/N比を上げる効果を示す場合もある。 In addition, when the coating film is composed of a mixture of a plurality of reaction-inactive substances, and the fluidity is lost due to the evaporation of the low-boiling components contained therein, the probe was immobilized. The surface of the spot part is not covered again. In such a state, it is not always necessary to remove the coating film. In particular, when the target substance is detected, this solid coating film covers the probe non-fixed region. In this state, if the reaction-inactive substance constituting the coating film existing in the background area does not exhibit the action of adsorbing the target substance, the coating film exhibits a blocking effect. . That is, in order to prevent non-specific adsorption of the target substance in the background area, the effect of increasing the S / N ratio between the probe fixing region and the background area may be exhibited.
被覆膜を除去する際には、反応不活性である物質6を除去できればどんな手段を用いても良いが、基材表面に固定化されているプローブに影響を及ぼさない洗浄手段を利用することが好ましい。例えば、プローブが、酵素、ホルモン、フェロモン、抗体、抗原、ハプテン、ペプチド、合成ペプチド、DNA、合成DNA、RNA、合成RNA、PNA、合成PNA、ガングリオシド、レクチンなどである場合、下記の手段が利用可能である。すなわち、これらプローブを溶解可能な緩衝液中に、反応不活性である物質に対する洗浄作用を示す界面活性剤を溶解した洗浄溶液を利用して、洗浄することで、未反応のプローブを含む液滴の除去と同時に被覆膜の除去を行うことができる。例えば、プローブがDNAプローブである場合、疎水性である、反応不活性である物質ならびに未反応のプローブを含む液滴に対して、リン酸バッファー、トリス塩酸バッファー、トリス酢酸バッファー、HEPESバッファー、MOPSバッファー、酢酸ナトリウムバッファー、クエン酸ナトリウムバッファー、または、これらのバッファーに適宜、必要に応じて塩化ナトリウム等の塩、EDTA等のキレート剤、SDS等のアニオン性界面活性剤、BriJ58、Nonidet P−40、Triton X−100、Tween 20、Tween 80等の非イオン性界面活性剤を溶解したバッファー溶液にとって洗浄を行うことができる。
When removing the coating film, any means can be used as long as the reaction-
以下、本発明について、実施例を示して、さらに詳述する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(実施例1)
(i)プローブ合成、および蛍光標識を付した標的物質(ターゲット)の合成
標的物質の一本鎖核酸分子に対して、特異的に結合可能なプローブとして、一本鎖DNAプローブを用いている。DNA自動合成機を用いて、配列番号:1の一本鎖核酸分子を合成する。なお、配列番号:1の一本鎖核酸分子は、一本鎖DNAの5’末端に、DNA自動合成機を用いる合成時に、チオール・モディファイア(Thiol−Modifier)(グレンリサーチ(GlenResearch)社製)を利用して、反応性基として、スルファニル(−SH)基を導入している。合成終了後、通常の脱保護を行ない、DNAを回収し、高速液体クロマトグラフィーにて精製し、目的とするDNA鎖を有するものを採取する。以下の実験では、この5’末端に反応性基を導入した一本鎖DNA分子を、基材上に固定化するプローブとして用いている。
配列番号:1
5’ HS-(CH2)6-O-PO2-O-ACTGGCCGTCGTTTTACA 3’
また、この配列番号:1の一本鎖DNAプローブのDNA鎖部分と、相補的な塩基配列を有する一本鎖DNA分子をDNA自動合成機で合成し、その5’末端にCy3を結合させて、蛍光標識を付した標的物質(ターゲット)として用いている。
Example 1
(I) Probe synthesis and synthesis of a target substance (target) with a fluorescent label A single-stranded DNA probe is used as a probe that can specifically bind to a single-stranded nucleic acid molecule of the target substance. A single-stranded nucleic acid molecule of SEQ ID NO: 1 is synthesized using an automatic DNA synthesizer. In addition, the single-stranded nucleic acid molecule of SEQ ID NO: 1 was synthesized at the 5 ′ end of the single-stranded DNA at the time of synthesis using an automatic DNA synthesizer (Thiol-Modifier) (manufactured by Glen Research). ) To introduce a sulfanyl (—SH) group as a reactive group. After completion of the synthesis, normal deprotection is performed, the DNA is recovered, purified by high performance liquid chromatography, and the one having the target DNA strand is collected. In the following experiment, a single-stranded DNA molecule having a reactive group introduced at the 5 ′ end is used as a probe to be immobilized on a substrate.
SEQ ID NO: 1
5 ′ HS— (CH 2 ) 6 —O—PO 2 —O-ACTGGCCGTCGTTTACA 3 ′
In addition, a DNA strand part of the single-stranded DNA probe of SEQ ID NO: 1 and a single-stranded DNA molecule having a complementary base sequence are synthesized by an automatic DNA synthesizer, and Cy3 is bound to its 5 ′ end. It is used as a target substance (target) with a fluorescent label.
(ii)プローブ固定担体の作製
・基板の洗浄
プローブ固定担体の基材として、1インチ×3インチ角の合成石英ガラス基板を用いる。該石英ガラス基板の洗浄は、以下の手順により実施する。すなわち、純水ブラシ洗浄、純水リンス、アルカリ性洗剤超音波洗浄、純水リンス、純水超音波洗浄、純水リンス、窒素ブロー乾燥の工程に従って、表面に付着する微細なゴミ、有機物を除去し、清浄面を有する石英ガラス基板を用意する。なお、アルカリ性洗剤超音波洗浄の工程では、アルカリ性洗剤として、濃度1%のセミクリーンKG(横浜油脂社製)水溶液を用い、液温度25℃において、2分間超音波洗浄を行っている。
(Ii) Preparation of probe fixing carrier-Substrate cleaning As a base material of the probe fixing carrier, a 1 inch x 3 inch square synthetic quartz glass substrate is used. The quartz glass substrate is cleaned by the following procedure. That is, according to the steps of pure water brush cleaning, pure water rinse, alkaline detergent ultrasonic cleaning, pure water rinse, pure water ultrasonic cleaning, pure water rinse, and nitrogen blow drying, fine dust and organic substances adhering to the surface are removed. A quartz glass substrate having a clean surface is prepared. In the step of ultrasonic cleaning with alkaline detergent, an aqueous solution of semi-clean KG (manufactured by Yokohama Oil & Fats Co., Ltd.) having a concentration of 1% is used as the alkaline detergent, and ultrasonic cleaning is performed at a liquid temperature of 25 ° C. for 2 minutes.
・表面処理
アミノシランカップリング剤(商品名:KBM−603;信越化学工業(株)社製)を濃度1wt%になるように純水中に溶解し、30分間撹拌して、メトキシ基を加水分解させる。温浴にて80℃に加温しつつ、このアミノシランカップリング剤水溶液中に、洗浄済石英ガラス基板を30分間浸漬する。その後、取り出した石英ガラス基板を純水で洗浄し、オーブン中120℃で1時間ベーク処理を行う。このアミノシランカップリング剤処理により、石英ガラス基板表面にアミノ基が導入される。
-Surface treatment Aminosilane coupling agent (trade name: KBM-603; manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) is dissolved in pure water to a concentration of 1 wt%, and stirred for 30 minutes to hydrolyze the methoxy group. Let While being heated to 80 ° C. in a warm bath, the washed quartz glass substrate is immersed in this aminosilane coupling agent aqueous solution for 30 minutes. Thereafter, the quartz glass substrate taken out is washed with pure water and baked in an oven at 120 ° C. for 1 hour. By this aminosilane coupling agent treatment, amino groups are introduced onto the surface of the quartz glass substrate.
次いで、N−マレイミドカプロイロキシスクシンイミド(Dojin社製;以後、EMCSと略す)を2.7mg秤量し、ジメチルスルホキシド(DMSO)/エタノールの1:1(体積比)混合溶媒9ml中に溶解し、EMCS溶液を調製する。すなわち、最終濃度0.3mg/mlのEMCS溶液を調製する。アミノ基導入済石英ガラス基板を該EMCS溶液中に室温で2時間浸漬して、EMCSをアミノ基に反応させ、表面にマレイミド基を導入する。EMCS溶液への浸漬処理後、基板をDMSO/エタノール混合溶媒、エタノールで順次洗浄し、未反応のEMCSを除去する。その後、窒素雰囲気下で乾燥させる。 Next, 2.7 mg of N-maleimidocaproyloxysuccinimide (manufactured by Dojin; hereinafter abbreviated as EMCS) was weighed and dissolved in 9 ml of a 1: 1 (volume ratio) mixed solvent of dimethyl sulfoxide (DMSO) / ethanol, Prepare an EMCS solution. That is, an EMCS solution having a final concentration of 0.3 mg / ml is prepared. An amino group-introduced quartz glass substrate is immersed in the EMCS solution at room temperature for 2 hours to allow EMCS to react with amino groups and to introduce maleimide groups on the surface. After the immersion treatment in the EMCS solution, the substrate is sequentially washed with a DMSO / ethanol mixed solvent and ethanol to remove unreacted EMCS. Then, it is dried under a nitrogen atmosphere.
・反応不活性である物質の被覆
本実施例では、プローブDNAの5’末端に導入されている反応性基であるスルファニル基(−SH)と、石英ガラス基板表面に導入されている反応性基であるマレイミド基とを反応させ、プローブDNAを基板表面に固定化する。このスルファニル基(−SH)とマレイミド基のいずれに対しても反応不活性である物質として、下記の4種類の飽和炭化水素を選択し、表面の被覆剤として検討する:
炭素数12のn−ドデカン(n−Dodecane キシダ化学社製;融点 −9.6℃、沸点 216.3℃);
炭素数16のn−ヘキサデカン(n−Hexadecane キシダ化学社製;融点 18.4℃、沸点 286.5℃);
炭素数17のn−ヘプタデカン(n−Heptadecane キシダ化学社製;融点 22℃、沸点 303℃);
炭素数18のn−オクタデカン(n−Octadecane 関東化学社製;融点 27.5℃、沸点 318℃)。
-Coating of reaction inactive substance In this example, a sulfanyl group (-SH), which is a reactive group introduced at the 5 'end of the probe DNA, and a reactive group introduced on the surface of the quartz glass substrate The probe is allowed to react with the maleimide group to immobilize the probe DNA on the substrate surface. The following four types of saturated hydrocarbons are selected as substances that are inactive to both the sulfanyl group (—SH) and the maleimide group, and are examined as surface coating agents:
N-dodecane having 12 carbon atoms (manufactured by n-Dodecane Kishida Chemical Co .; melting point -9.6 ° C, boiling point 216.3 ° C);
N-hexadecane having 16 carbon atoms (manufactured by n-Hexadekane Kishida Chemical Co., Ltd .; melting point 18.4 ° C., boiling point 286.5 ° C.);
N-heptadecane having 17 carbon atoms (manufactured by n-Heptadecane Kishida Chemical Co., Ltd .; melting point 22 ° C., boiling point 303 ° C.);
N-octadecane having 18 carbon atoms (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc .; melting point 27.5 ° C., boiling point 318 ° C.).
この4種類の飽和炭化水素は、いずれも高沸点であるが、その融点が異なっており、20℃〜30℃の範囲に選択される周辺温度において、その流動性、粘度に差違を有している。この4種類の飽和炭化水素をそれぞれ低沸点非プロトン性溶媒であるアセトンに溶解して、4種類の塗布溶液を調製する。 These four types of saturated hydrocarbons all have high boiling points, but have different melting points, and have different fluidity and viscosity at ambient temperatures selected in the range of 20 ° C to 30 ° C. Yes. The four types of saturated hydrocarbons are dissolved in acetone, which is a low boiling point aprotic solvent, to prepare four types of coating solutions.
これらの塗布溶液を、マレイミド基を導入した基板表面にスピンコーターにより塗布して、塗布膜中に含まれる低沸点溶媒のアセトンを揮発させ、基板表面に各飽和炭化水素の被覆膜を形成する。なお、低沸点溶媒のアセトンを揮発する工程、ならびに、下記のプローブ溶液のスポティング工程において、その環境温度は、22.3℃に設定している。従って、この環境温度よりも融点の低い、n−ドデカン、n−ヘキサデカンの被覆膜は、流動性を有する液状被覆膜である。一方、n−オクタデカンの被覆膜は、僅かに残余するアセトンに起因して凝固点降下は見られるが、主にn−オクタデカンで構成されており、その流動性は、前記二種の被覆膜より有意に劣っている。また、n−ヘプタデカンの被覆膜も、僅かに残余するアセトンに起因して凝固点降下が見られ、液状被覆膜となっているが、その流動性は、前記二種の被覆膜よりも有意に劣っている。 These coating solutions are applied to the surface of the substrate into which the maleimide group has been introduced using a spin coater, and the low boiling point solvent acetone contained in the coating film is volatilized to form a coating film of each saturated hydrocarbon on the substrate surface. . In the step of volatilizing acetone, which is a low boiling point solvent, and the spotting step of the probe solution described below, the environmental temperature is set to 22.3 ° C. Therefore, the coating film of n-dodecane and n-hexadecane having a melting point lower than the environmental temperature is a liquid coating film having fluidity. On the other hand, the coating film of n-octadecane is mainly composed of n-octadecane, although the freezing point depression is observed due to a slight residual acetone. More significantly inferior. In addition, the coating film of n-heptadecane also has a freezing point depression due to a slight residual acetone, and is a liquid coating film, but its fluidity is more than that of the two coating films. Significantly inferior.
・プローブDNAの固定
上記工程(i)において化学合成される、一本鎖DNAプローブ断片(配列番号:1)を、下記の水性溶媒中に溶解し、一本鎖DNAプローブ水溶液を調製する。すなわち、グリセリン7.5wt%、尿素7.5wt%、チオジグリコール7.5wt%、アセチレンアルコール(商品名:アセチレノールE100;川研ファインケミカル(株)社製) 1.0wt%を含む水性溶媒を利用している。この水溶液中に含まれるプローブDNA濃度は、8.75μMである。該プローブ含有溶液をインクジェット法により、前記反応不活性物質の被覆膜を設けた基板表面に、各スポット点当たりの液滴量5pLをスポッティングする。その後、スポッティングを行った石英ガラス基板を30分間、温度25℃、相対湿度99RH%の恒温恒湿チャンバー内に静置して、DNAプローブ5’末端のスルファニル基(−SH)を基板表面のマレイミド基と反応させて、DNAプローブを固定する。
-Immobilization of probe DNA The single-stranded DNA probe fragment (SEQ ID NO: 1) chemically synthesized in the above step (i) is dissolved in the following aqueous solvent to prepare a single-stranded DNA probe aqueous solution. That is, an aqueous solvent containing glycerin 7.5 wt%, urea 7.5 wt%, thiodiglycol 7.5 wt%, acetylene alcohol (trade name: acetylenol E100; manufactured by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd.) 1.0 wt% is used. is doing. The probe DNA concentration contained in this aqueous solution is 8.75 μM. The probe-containing solution is spotted by an ink jet method on the surface of the substrate provided with the reaction inactive substance coating film at a droplet amount of 5 pL per spot point. The spotted quartz glass substrate was then allowed to stand in a constant temperature and humidity chamber at a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 99 RH for 30 minutes, and the sulfanyl group (—SH) at the 5 ′ end of the DNA probe was placed on the maleimide on the substrate surface. The DNA probe is immobilized by reacting with a group.
(iii)プローブ含有液滴と反応不活性物質の除去
工程(ii)で作製されるプローブ固定担体の表面には、反応が完了した後、未反応のDNAプローブを含む液滴と、基板表面の被覆膜に利用する反応不活性化物質である飽和炭化水素が残存している。本実施例では、これらを除去するために、1M−NaCl/50mMリン酸緩衝溶液(pH7.0)中にSDS(Sodium dodecylsulfate キシダ化学社製)を濃度1.0wt%溶解した洗浄剤中に、プローブ固定担体を5分間浸漬させる。飽和炭化水素は、前記界面活性剤SDSの作用により緩衝溶液中に溶出され、また、未反応のDNAプローブを含む液滴も緩衝溶液により希釈除去される。その後、純水でリンス洗浄し、界面活性剤SDSを含む緩衝溶液を除去する。リンス洗浄後、窒素雰囲気下で乾燥させることで、プローブ・ハイブリダイゼーション用のDNAプローブ固定担体が得られる。
(Iii) Removal of probe-containing droplet and reaction-inert substance The surface of the probe-immobilized carrier prepared in step (ii) includes a droplet containing an unreacted DNA probe and a substrate surface after the reaction is completed. Saturated hydrocarbons, which are reaction inactivating substances used for the coating film, remain. In this example, in order to remove these, in a cleaning agent in which SDS (Sodium dodecylsulfate manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was dissolved in 1M-NaCl / 50 mM phosphate buffer solution (pH 7.0) at a concentration of 1.0 wt%, The probe fixing carrier is immersed for 5 minutes. Saturated hydrocarbons are eluted in the buffer solution by the action of the surfactant SDS, and droplets containing unreacted DNA probes are also diluted and removed by the buffer solution. Thereafter, rinsing with pure water is performed to remove the buffer solution containing the surfactant SDS. After rinsing and washing, a DNA probe immobilization carrier for probe hybridization is obtained by drying in a nitrogen atmosphere.
(iv)比較用DNAプローブ固定担体の作製
また、比較用DNAプローブ固定担体として、マレイミド基を導入した石英ガラス基板の表面に反応不活性物質の被覆膜を形成せず、プローブ含有溶液をスポットしたプローブ固定担体を作製する。前記マレイミド基を導入した石英ガラス基板の表面に、プローブ含有溶液をインクジェット法により、各スポット点当たりの液滴量5pLを直接スポッティングする。その後、スポッティングを行った石英ガラス基板を30分間、温度25℃、相対湿度99RH%の恒温恒湿チャンバー内に静置して、DNAプローブ5’末端のスルファニル基(―SH)を基板表面のマレイミド基と反応させて、DNAプローブを固定する。
(Iv) Preparation of DNA probe immobilization carrier for comparison As a DNA probe immobilization carrier for comparison, a probe-containing solution was spotted without forming a coating film of a reaction inert substance on the surface of a quartz glass substrate into which a maleimide group was introduced. The prepared probe immobilization carrier is prepared. A probe-containing solution is directly spotted on the surface of the quartz glass substrate into which the maleimide group has been introduced, by an inkjet method, with a droplet amount of 5 pL per spot point. The spotted quartz glass substrate was then allowed to stand in a constant temperature and humidity chamber at a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 99 RH for 30 minutes, and the sulfanyl group (—SH) at the 5 ′ end of the DNA probe was placed on the maleimide on the substrate surface. The DNA probe is immobilized by reacting with a group.
基板表面には、反応が完了した後、未反応のDNAプローブを含む液滴が残存している。これを除去するために、1M −NaCl/50mMリン酸緩衝溶液(pH7.0)中にSDS(Sodium dodecylsulfate キシダ化学社製)を濃度1.0wt%溶解した洗浄剤中に、プローブ固定担体を5分間浸漬させる。未反応のDNAプローブを含む液滴は緩衝溶液により希釈除去される。その後、純水でリンス洗浄し、界面活性剤SDSを含む緩衝溶液を除去する。リンス洗浄後、窒素雰囲気下で乾燥させることで、比較用DNAプローブ固定担体が得られる。 After the reaction is completed, droplets containing unreacted DNA probes remain on the substrate surface. In order to remove this, 5 mL of the probe-immobilized carrier was added to a detergent in which SDS (Sodium dodecylsulfate Kishida Chemical Co., Ltd.) was dissolved at a concentration of 1.0 wt% in a 1M NaCl / 50 mM phosphate buffer solution (pH 7.0). Immerse for a minute. Droplets containing unreacted DNA probe are diluted and removed with a buffer solution. Thereafter, rinsing with pure water is performed to remove the buffer solution containing the surfactant SDS. A DNA probe immobilization carrier for comparison is obtained by rinsing and drying in a nitrogen atmosphere.
(v)ハイブリダイゼーション反応、およびスポット点上のハイブリッド体の蛍光評価
前記工程(i)で合成される、蛍光標識を付した標的物質(相補鎖DNA)を1M−NaCl/50mMリン酸緩衝溶液(pH7.0)中に最終濃度5nMとなるように溶解して、標的物質(相補鎖DNA)溶液を調製する。この標的物質(相補鎖DNA)溶液中に、リンス洗浄後、窒素雰囲気下で乾燥処理を施したプローブ固定担体を浸漬し、温度45℃で2時間ハイブリダイゼーション反応を行う。ハイブリダイゼーション反応後、プローブ固定担体を1M −NaCl/50mMリン酸緩衝溶液(pH7.0)により洗浄し、表面に残余しているハイブリダイズしなかった標的物質(相補鎖DNA)を洗い流す。次いで、純水で軽く洗浄し、洗浄に用いた緩衝溶液成分を除去した後に、窒素ブローにて乾燥する。以上のハイブリダイゼーション反応と、その後の洗浄、窒素ブロー乾燥は、本実施例のDNAプローブ固定担体、比較用DNAプローブ固定担体ともに同じ操作を施している。
(V) Hybridization reaction and fluorescence evaluation of hybrid on spot spot The fluorescently labeled target substance (complementary strand DNA) synthesized in the step (i) is a 1M-NaCl / 50 mM phosphate buffer solution ( The target substance (complementary strand DNA) solution is prepared by dissolving in pH 7.0) to a final concentration of 5 nM. In this target substance (complementary strand DNA) solution, after rinsing and washing, a probe-immobilized carrier that has been dried in a nitrogen atmosphere is immersed, and a hybridization reaction is performed at a temperature of 45 ° C. for 2 hours. After the hybridization reaction, the probe-immobilized carrier is washed with a 1M NaCl / 50 mM phosphate buffer solution (pH 7.0), and the non-hybridized target substance (complementary strand DNA) remaining on the surface is washed away. Next, after washing lightly with pure water and removing the buffer solution components used for washing, drying is performed by nitrogen blowing. The above-described hybridization reaction, subsequent washing, and nitrogen blow drying are performed in the same manner for both the DNA probe fixing carrier and the comparative DNA probe fixing carrier of this example.
上記ハイブリダイゼーション反応により形成される、プローブDNAと標的物質(相補鎖DNA)とのハイブリッド体を、標的物質(相補鎖DNA)に付されている蛍光標識を用いて検出する。各プローブ固定担体において、プローブDNAが固定化されているスポット点の蛍光強度を蛍光スキャナー(商品名:GenePix4000B/Axon Instruments, Inc.製)を用いて測定する。なお、蛍光強度の測定条件は、励起光照射下、蛍光標識Cy3からの蛍光強度を、測定波長:532nmで測定する。また、前記蛍光スキャナーにより、スポット点において観測される蛍光強度を二次元的なイメージング測定する。 A hybrid of the probe DNA and the target substance (complementary strand DNA) formed by the hybridization reaction is detected using a fluorescent label attached to the target substance (complementary strand DNA). In each probe immobilization carrier, the fluorescence intensity of the spot point where the probe DNA is immobilized is measured using a fluorescence scanner (trade name: GenePix4000B / Axon Instruments, Inc.). In addition, the measurement conditions of fluorescence intensity measure fluorescence intensity from fluorescent label Cy3 under measurement light: 532 nm under excitation light irradiation. Further, the fluorescence intensity observed at the spot point is measured two-dimensionally by the fluorescence scanner.
(vi)評価結果
上記のハイブリダイゼーション反応により形成されるハイブリッド体に由来する蛍光強度を二次元的なイメージング測定を行った結果、上記5種類のプローブ固定担体上で観測された蛍光スポット径の平均値を表1に示す。表1に示す結果では、反応不活性物質の被覆膜を形成せず、スポットを行った比較用DNAプローブ固定担体では、蛍光スポット径の平均値は50.1μmである。また、n−ドデカン被覆膜を形成した後、スポットを行ったプローブ固定担体と、n−ヘキサデカン被覆膜を形成した後、スポットを行ったプローブ固定担体上で観測された蛍光スポット径の平均値は、それぞれ50.9μm、49.7μmとなっている。すなわち、n−ドデカン被覆膜の形成、あるいは、n−ヘキサデカン被覆膜の形成は、スポット(ドット)の微小化には、大きな効果を有していない。一方、n−ヘプタデカン被覆膜を形成した後、スポットを行ったプローブ固定担体と、n−オクタデカン被覆膜を形成した後、スポットを行ったプローブ固定担体上で観測された蛍光スポット径の平均値は、それぞれ、32.5μm、23.1μmとなっている。すなわち、n−ヘプタデカン被覆膜の形成、ならびに、n−オクタデカン被覆膜の形成は、スポット(ドット)の微小化に、顕著な効果を発揮している。
(Vi) Evaluation results As a result of two-dimensional imaging measurement of the fluorescence intensity derived from the hybrid formed by the above hybridization reaction, the average of the fluorescent spot diameters observed on the above five types of probe-immobilized carriers Values are shown in Table 1. According to the results shown in Table 1, the average value of the fluorescent spot diameter is 50.1 μm in the comparative DNA probe immobilization carrier on which the reaction inactive substance coating film was not formed but spotted. Further, after forming the n-dodecane-coated film, the spot-fixed probe-immobilized carrier and after forming the n-hexadecane-coated film, the average of the fluorescent spot diameters observed on the spot-implanted probe-immobilized carrier The values are 50.9 μm and 49.7 μm, respectively. That is, the formation of the n-dodecane coating film or the formation of the n-hexadecane coating film has no significant effect on the miniaturization of spots (dots). On the other hand, after forming the n-heptadecane-coated film, the spot-fixed probe-immobilized carrier and after forming the n-octadecane-coated film, the average of the fluorescent spot diameters observed on the spot-implanted probe-immobilized carrier The values are 32.5 μm and 23.1 μm, respectively. That is, the formation of the n-heptadecane coating film and the formation of the n-octadecane coating film exert a remarkable effect on the miniaturization of spots (dots).
ちなみに、比較用DNAプローブ固定担体上で観測される各スポット点の蛍光強度と、反応不活性物質被覆膜を形成した上で、スポットを行っている、4種類のプローブ固定担体上で観測される各スポット点の蛍光強度とを比較する。その比較において、蛍光スポット単位面積当たりの蛍光強度値自体は実質的に等しいことが確認された。すなわち、基板表面に各飽和炭化水素の被覆膜を形成することで、スポットされるDNAプローブを含む液滴と、マレイミド基を導入している基板表面との接触面積は変化する。しかし、その接触領域における、DNAプローブの反応性基;スルファニル基(−SH)と、基板表面の反応性基;マレイミド基との反応は、実質的に阻害を受けていないことを示唆している。また、これら4種類の反応不活性物質は、CH3−(CH2)n−CH3の構造を有する直鎖状の飽和炭化水素であり、その炭素鎖長が異なるだけである。しかし、その炭素鎖長の差違に伴い、低沸点溶媒のアセトンを揮発する工程、ならびに、プローブ溶液のスポティング工程を行っている環境温度の22.3℃では、その被覆膜中での流動性(粘度)は異なっている。 By the way, the fluorescence intensity of each spot point observed on the DNA probe immobilization carrier for comparison and the four types of probe immobilization carriers that are spotted after forming the reaction inactive substance coating film are observed. The fluorescence intensity of each spot point is compared. In the comparison, it was confirmed that the fluorescence intensity values per unit area of the fluorescent spot were substantially equal. That is, by forming a coating film of each saturated hydrocarbon on the substrate surface, the contact area between the droplet containing the DNA probe to be spotted and the substrate surface into which the maleimide group is introduced changes. However, the reaction between the reactive group of the DNA probe; the sulfanyl group (—SH) and the reactive group of the substrate surface; the maleimide group in the contact region is substantially uninhibited. . Further, these four kinds of reaction inert substances are linear saturated hydrocarbons having a structure of CH 3 — (CH 2 ) n —CH 3 , and only the carbon chain length is different. However, due to the difference in carbon chain length, the flow in the coating film is caused at the environmental temperature of 22.3 ° C. in which the low boiling solvent acetone is volatilized and the probe solution spotting step is performed. Properties (viscosity) are different.
すなわち、n−ドデカンとn−ヘキサデカンの融点は、22.3℃より有意に低いため、この温度では、液体であり、その粘度も然程高いものでない。一方、n−ヘプタデカンの融点は22℃であり、この温度では液体となっているものの、その粘度は、前記二種の飽和炭化水素が示す粘度よりも、相当に高い状態となっている。さらに、n−オクタデカン自体の融点は、22.3℃より高く、希釈溶媒のアセトンが僅かに残余している状態では、流動性を示す液状を維持しているが、その粘度は、n−ヘプタデカンが示す粘度よりも、さらに高い状態となっている。この被覆膜を構成する流動性物質が示す粘度の差違によって、プローブを含有する溶液の液滴をスポットする際、粘度が高いほど、この被覆膜を退けて形成されるスポット径は小さくなっている。被覆膜を構成する流動性物質が示す粘度が低いと、プローブを含有する溶液の液滴をスポットする際、そのスポット領域に存在している物質を排除するに要する力が僅かであり、スポット径の拡がりを抑制する効果は小さなものとなることが判る。 That is, since the melting points of n-dodecane and n-hexadecane are significantly lower than 22.3 ° C., they are liquid at this temperature and their viscosity is not so high. On the other hand, n-heptadecane has a melting point of 22 ° C. and is liquid at this temperature, but its viscosity is considerably higher than the viscosity exhibited by the two kinds of saturated hydrocarbons. Furthermore, the melting point of n-octadecane itself is higher than 22.3 ° C., and in a state in which a small amount of acetone as a diluent solvent remains, the liquid state showing fluidity is maintained, but the viscosity thereof is n-heptadecane. It is in a higher state than the viscosity indicated by. When spotting droplets of a solution containing a probe due to the difference in viscosity exhibited by the flowable substances constituting the coating film, the higher the viscosity, the smaller the spot diameter formed away from the coating film. ing. If the flowable material constituting the coating film has a low viscosity, when spotting a droplet of the solution containing the probe, the force required to eliminate the material present in the spot region is small, and the spot It can be seen that the effect of suppressing the expansion of the diameter is small.
本発明は、個々のスポット径を微小化し、単位面積当たり、より高い密度でスポット点を配置した、プローブ・アレイ型のプローブ固定担体の製造に好適に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used for manufacturing a probe array type probe fixing carrier in which individual spot diameters are miniaturized and spot points are arranged at a higher density per unit area.
1 プローブ
2 プローブの反応性基
3 液滴
4 基材
5 基材の反応性基
6 プローブの反応性基と基材の反応性基に対して反応不活性である物質
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (15)
該基材上へのプローブの固定は、プローブが具える反応性基と、基材上に導入されている反応性基との間の反応による結合形成を介してなされ、
下記(i)〜(iv)の工程:
工程(i):該プローブが具える反応性基と反応可能な反応性基を基材上に導入する工程;
工程(ii):該プローブが具える反応性基、ならびに該基材上に導入する反応性基のいずれに対しても反応性を示さない反応不活性物質からなる被覆膜を、該基材上に設ける工程;
工程(iii):点着手段により、該プローブを含有する溶液の液滴を前記反応不活性物質からなる被覆膜で覆われる基材上に点着させ、その点着される液滴を、反応不活性物質からなる被覆膜を透過させ、前記反応性基が導入されている基材と接触させる工程;
工程(iv):点着される液滴中に含まれるプローブが具える反応性基と、該液滴と接触している基材上に導入されている反応性基とを反応させる工程
を含む
ことを特徴とするプローブ固定担体の製造方法。 In a method for producing a probe-immobilized carrier in which a probe capable of specifically binding to a target substance is immobilized on a substrate,
The probe is immobilized on the substrate through bond formation by a reaction between a reactive group included in the probe and a reactive group introduced on the substrate.
The following steps (i) to (iv):
Step (i): introducing a reactive group capable of reacting with the reactive group included in the probe onto the substrate;
Step (ii): A coating film made of a reaction inert substance that is not reactive with any of the reactive groups provided in the probe and the reactive groups introduced onto the substrate. Providing on top;
Step (iii): The droplet of the solution containing the probe is spotted on the base material covered with the coating film made of the reaction inert substance by the spotting means, and the spotted droplet is Allowing the coating film made of a reaction inert substance to pass through and contacting with the base material into which the reactive group is introduced;
Step (iv): a step of reacting a reactive group included in a probe contained in a droplet to be deposited with a reactive group introduced on a substrate in contact with the droplet A method for producing a probe-immobilized carrier.
工程(v):点着される液滴を除去する工程
をさらに設けている
ことを特徴とする請求項1に記載のプローブ固定担体の製造方法。 After step (iv)
Step (v): The method for producing a probe-fixing carrier according to claim 1, further comprising a step of removing the droplets to be spotted.
工程(v’):点着される液滴および反応不活性物質からなる被覆膜を除去する工程
をさらに設けている
ことを特徴とする請求項1に記載のプローブ固定担体の製造方法。 After step (iv)
Step (v '): The method for producing a probe-immobilized carrier according to claim 1, further comprising a step of removing a droplet to be deposited and a coating film made of a reaction inert substance.
該被覆膜により覆われていない状態で、前記反応性基が導入されている基材上に、該プローブを含有する溶液の液滴を点着させた際、前記反応性基が導入されている基材に点着される液滴が接触する部位のドット径と比較し、
該被覆膜により覆われている状態で、前記反応性基が導入されている基材上に、該プローブを含有する溶液の液滴を点着させた際、前記反応性基が導入されている基材に点着される液滴が接触する部位のドット径をより小さくする性質を有する物質である
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のプローブ固定担体の製造方法。 The reaction inert substance constituting the coating film made of the reaction inert substance is:
When a droplet of a solution containing the probe is spotted on a substrate into which the reactive group has been introduced in a state where it is not covered with the coating film, the reactive group is introduced. Compared with the dot diameter of the part where the droplet to be spotted on the substrate
When a droplet of a solution containing the probe is spotted on a substrate on which the reactive group has been introduced in a state covered with the coating film, the reactive group is introduced. The probe-immobilized carrier production according to any one of claims 1 to 3, wherein the probe-immobilized carrier is a substance having a property of reducing a dot diameter at a portion where a droplet to be spotted on a substrate is contacted. Method.
該被覆膜により覆われている状態で、前記反応性基が導入されている基材上に、該プローブを含有する溶液の液滴を点着させる際、
該点着を実施する温度において、点着される液滴を、該反応不活性物質からなる被覆膜を透過させ、前記反応性基が導入されている基材と接触させることを可能とする流動性を示す物質である
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のプローブ固定担体の製造方法。 The reaction inert substance constituting the coating film made of the reaction inert substance is:
When a droplet of a solution containing the probe is spotted on a base material into which the reactive group has been introduced in a state covered with the coating film,
At the temperature at which the spotting is carried out, it is possible to allow the droplets to be spotted to pass through the coating film made of the reaction-inactive substance and to come into contact with the substrate into which the reactive group has been introduced. It is a substance which shows fluidity | liquidity, The manufacturing method of the probe fixed support | carrier as described in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.
ナフテン、パラフィン、芳香族炭化水素化合物、または、これら炭化水素化合物から得られる誘導体からなる群より選択される物質である
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のプローブ固定担体の製造方法。 The reaction inert substance constituting the coating film made of the reaction inert substance is:
The probe immobilization according to any one of claims 1 to 5, wherein the probe immobilization is a substance selected from the group consisting of naphthene, paraffin, aromatic hydrocarbon compounds, or derivatives obtained from these hydrocarbon compounds. A method for producing a carrier.
インクジェット方式による液滴の点着手段である
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のプローブ固定担体の製造方法。 The spotting means is
The method for producing a probe-fixing carrier according to any one of claims 1 to 5, wherein the droplet fixing means is an ink jet method.
該プローブを含有する溶液中に、熱エネルギーによって気泡を生成させて、該気泡生成に起因する圧力上昇により、該溶液を液滴として吐出させ、液滴の点着を行う方式である
ことを特徴とする請求項7に記載のプローブ固定担体の製造方法。 The droplet spotting means by the inkjet method is:
It is a method in which bubbles are generated in a solution containing the probe by thermal energy, and the solution is ejected as droplets by a pressure increase caused by the bubble generation, and droplets are spotted. A method for producing a probe-immobilized carrier according to claim 7.
該プローブを含有する溶液中に、圧電素子によって圧力上昇を引き起こし、該溶液を液滴として吐出させ、液滴の点着を行う方式である
ことを特徴とする請求項7に記載のプローブ固定担体の製造方法。 The droplet spotting means by the inkjet method is:
8. The probe fixing carrier according to claim 7, wherein a pressure rise is caused by a piezoelectric element in the solution containing the probe, the solution is ejected as a droplet, and the droplet is spotted. Manufacturing method.
突起体の先端に、該プローブを含有する溶液を付着させ、
該突起体先端を、反応不活性物質からなる被覆膜を透過させて、前記反応性基が導入されている基材と接触させ、該先端に付着している、該プローブを含有する溶液液滴の点着を行う方式である
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のプローブ固定担体の製造方法。 The spotting means is
A solution containing the probe is attached to the tip of the protrusion,
A solution liquid containing the probe, which is attached to the tip of the protrusion, which is attached to the tip of the protrusion through the coating film made of a reaction-inactive substance and brought into contact with the substrate. The method for producing a probe-fixing carrier according to any one of claims 1 to 6, wherein the method is a method of spotting drops.
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のプローブ固定担体の製造方法。 The reactive group provided in this probe is a sulfanyl group, The manufacturing method of the probe fixed carrier as described in any one of Claims 1-10 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のプローブ固定担体の製造方法。 The method for producing a probe-immobilized carrier according to any one of claims 1 to 10, wherein the reactive group provided on the probe is an amino group.
ことを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載のプローブ固定担体の製造方法。 The method for producing a probe-immobilized carrier according to any one of claims 1 to 11, wherein the reactive group introduced onto the substrate is a maleimide group.
ことを特徴とする請求項1〜10、12のいずれか一項に記載のプローブ固定担体の製造方法。 The probe-immobilized carrier production according to any one of claims 1 to 10, wherein the introduction of the reactive group onto the substrate is performed using N-hydroxysuccinimidyl ester. Method.
ことを特徴とする請求項1〜14のいずれか一項に記載のプローブ固定担体の製造方法。 The method for producing a probe-immobilized carrier according to any one of claims 1 to 14, wherein the probe is a nucleic acid probe.
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