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JP2011242387A - Composite fine particle for capturing or separating biological substance - Google Patents

Composite fine particle for capturing or separating biological substance Download PDF

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JP2011242387A
JP2011242387A JP2011095014A JP2011095014A JP2011242387A JP 2011242387 A JP2011242387 A JP 2011242387A JP 2011095014 A JP2011095014 A JP 2011095014A JP 2011095014 A JP2011095014 A JP 2011095014A JP 2011242387 A JP2011242387 A JP 2011242387A
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JP
Japan
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fine particles
gold
composite
resin
electrode
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Application number
JP2011095014A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Nagaoka
勉 長岡
Shiho Tokonami
志保 床波
Hiroshi Shiiki
弘 椎木
Yojiro Yamamoto
陽二郎 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Metropolitan University
Original Assignee
Osaka Prefecture University PUC
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Publication date
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  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

【課題】安価で、遠心分離などに対する機械的耐性が向上した分析・分離に使用可能な捕獲用マイクロビーズを提供すること。
【解決手段】樹脂表面を有する微粒子に金層が直接又は有機バインダの層を介して付着した金層被覆微粒子と、該金層に連結され且つ生物学的物質と特異的に結合し得るリガンドとからなることを特徴とする生物学的物質の捕獲又は分離用複合微粒子により上記課題を解決する。
【選択図】なし
An object of the present invention is to provide capture microbeads that are inexpensive and can be used for analysis / separation with improved mechanical resistance to centrifugation and the like.
A gold layer-coated fine particle in which a gold layer adheres directly to a fine particle having a resin surface or via an organic binder layer, and a ligand that is linked to the gold layer and can specifically bind to a biological substance. The above-mentioned problems are solved by composite microparticles for capturing or separating a biological substance characterized by comprising:
[Selection figure] None

Description

本発明は生物学的物質の捕獲又は分離用複合微粒子及びそれを利用した分離又は検出方法に関する。   The present invention relates to composite microparticles for capturing or separating biological substances and a separation or detection method using the same.

現在、マイクロサイズの樹脂ビーズは、分析・分離の用途に多用されているが、そのほとんどは樹脂表面をカルボキシル基やアミノ基などで官能化したものである。
樹脂表面を抗体などのリガンドで修飾するためには、図1に示すように、粒子表面のカルボキシル基をカルボジイミドカップリング剤(1)及びスクシンイミド誘導体(2)により活性化エステルとし;ヒドラジン又はその誘導体(3)によりアミド化(ヒドラジド化)し;そして還元剤(5)の存在下での還元的アミノ化により、アルデヒド基を導入したリガンド(4)と結合させるといった、多段階の化学反応を経由する必要がある。
このような方法では、リガンドの導入効率や導入密度において問題が多い。
Currently, micro-sized resin beads are widely used for analysis and separation, but most of them are functionalized on the resin surface with carboxyl groups or amino groups.
In order to modify the resin surface with a ligand such as an antibody, as shown in FIG. 1, the carboxyl group on the particle surface is converted to an activated ester with a carbodiimide coupling agent (1) and a succinimide derivative (2); hydrazine or a derivative thereof Via a multi-step chemical reaction such as amidation (hydrazide) by (3); and reductive amination in the presence of a reducing agent (5) to bind to the ligand (4) introduced with an aldehyde group. There is a need to.
In such a method, there are many problems in the introduction efficiency and introduction density of the ligand.

マイクロビーズとしては金微粒子も使用可能であるが、金表面へのリガンドの結合は、リガンドのチオール化により単一工程で可能である。
しかしながら、金微粒子自体は極めて高価である。
Gold microparticles can be used as the microbeads, but the ligand can be bound to the gold surface in a single step by thiolation of the ligand.
However, the gold fine particles themselves are very expensive.

また、粒子表面を金メッキしたマイクロビーズが電子材料の分野で知られている。しかしながら、金メッキマイクロビーズは、ニッケルの下地メッキを有するためメッキ層が剛直であり、分析・分離等に多用される遠心分離によりメッキ層の剥離が起こる(図5)。このため、下地にニッケルメッキ層を有する金メッキマイクロビーズを分析・分離等に使用することは困難である。   In addition, microbeads whose particle surfaces are gold-plated are known in the field of electronic materials. However, since the gold-plated microbead has a nickel base plating, the plating layer is rigid, and the plating layer is peeled off by centrifugation frequently used for analysis and separation (FIG. 5). For this reason, it is difficult to use gold-plated microbeads having a nickel plating layer as a base for analysis and separation.

したがって、安価で、遠心分離などに対する機械的耐性が向上した分析・分離に使用可能な捕獲又は分離用マイクロビーズの開発が求められていた。   Accordingly, there has been a demand for the development of capture or separation microbeads that are inexpensive and can be used for analysis / separation with improved mechanical resistance to centrifugation and the like.

本発明によれば、樹脂表面を有する微粒子に金層が直接又は有機バインダの層を介して付着した金層被覆微粒子と、該金層に連結され且つ生物学的物質と特異的に結合し得るリガンドとからなることを特徴とする生物学的物質の捕獲又は分離用複合微粒子が提供される。   According to the present invention, a gold layer-coated fine particle in which a gold layer is adhered to a fine particle having a resin surface directly or via an organic binder layer, and can be specifically bonded to a biological substance connected to the gold layer. Provided is a composite microparticle for capturing or separating a biological substance comprising a ligand.

また、本発明によれば、試料中の生物学的物質を上記複合微粒子に捕獲し、該複合微粒子を前記試料から遠心分離又は磁性分離により分離することを特徴とする試料中の生物学的物質の分離方法が提供される。   According to the present invention, the biological material in the sample is captured by the composite fine particles, and the composite fine particles are separated from the sample by centrifugation or magnetic separation. A separation method is provided.

更に、本発明によれば、試料中の生物学的物質を上記複合微粒子に捕獲し、該複合微粒子に捕獲された生物学的物質の存在を、該生物学的物質に特異的に結合する別のリガンドを用いて検知することを特徴とする試料中の生物学的物質の検出方法が提供される。   Furthermore, according to the present invention, the biological substance in the sample is captured by the composite microparticle, and the presence of the biological substance captured by the composite microparticle is specifically bound to the biological substance. There is provided a method for detecting a biological substance in a sample, characterized in that the detection is performed using a ligand.

本発明によれば、試料中の生物学的物質を上記複合微粒子に捕獲し、該複合微粒子を磁力により作用極上に集積させ、該複合微粒子に捕獲された生物学的物質の存在を電気化学的に検知することを特徴とする試料中の生物学的物質の検出方法が提供される。   According to the present invention, the biological material in the sample is captured in the composite fine particles, the composite fine particles are accumulated on the working electrode by magnetic force, and the presence of the biological material captured in the composite fine particles is electrochemically detected. A method for detecting a biological substance in a sample is provided.

本発明の捕獲又は分離用複合微粒子によれば、リガンド導入の大幅な単純化、高効率化、高密度化、低コスト化が図れる。
また、本発明の捕獲又は分離用複合微粒子は、従来の金メッキ樹脂粒子より機械的耐性が向上し、金微粒子と同等に使用できる一方、金微粒子より極めて安価に製造できる。
According to the composite particles for capture or separation of the present invention, it is possible to greatly simplify the introduction of the ligand, increase the efficiency, increase the density, and reduce the cost.
In addition, the composite fine particles for capture or separation of the present invention have improved mechanical resistance than conventional gold-plated resin particles and can be used in the same manner as gold fine particles, but can be manufactured at a lower cost than gold fine particles.

従来の樹脂粒子表面へのリガンド導入法を示す。A conventional method for introducing a ligand onto the surface of a resin particle will be described. 金層被覆樹脂微粒子の作製に用いた樹脂粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。It is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the resin particle used for preparation of gold layer coating resin fine particles. 図2の樹脂粒子に金ナノ粒子を被覆した後のSEM写真である。It is a SEM photograph after coat | covering the gold nanoparticle on the resin particle of FIG. 金層被覆樹脂微粒子のSEM写真である。It is a SEM photograph of gold layer coating resin fine particles. ニッケルの下地メッキ層を有する金メッキマイクロビーズの遠心分離後の状態を示す顕微鏡写真である。It is a microscope picture which shows the state after centrifugation of the gold plating micro bead which has a nickel base plating layer. 金層被覆樹脂微粒子の遠心分離後の状態を示す顕微鏡写真である。It is a microscope picture which shows the state after centrifugation of gold layer coating | cover resin fine particle. 金層被覆磁性樹脂微粒子1の作製に用いた磁性ビーズのSEM写真である。2 is an SEM photograph of magnetic beads used for the production of gold layer-coated magnetic resin fine particles 1. 図7の磁性ビーズに金ナノ粒子を被覆した後のSEM写真である。It is a SEM photograph after coat | covering a gold nanoparticle on the magnetic bead of FIG. 金層被覆磁性樹脂微粒子のSEM写真である。It is a SEM photograph of gold layer covering magnetic resin fine particles. 本発明の複合微粒子を用いたDNA捕獲実験の概略手順を示す。The general procedure of a DNA capture experiment using the composite microparticles of the present invention is shown. 本発明の複合微粒子を用いたDNA捕獲実験の結果を示す。横軸は波長(nm)を表し、縦軸は吸光度を表す。The result of the DNA capture experiment using the composite microparticles of the present invention is shown. The horizontal axis represents wavelength (nm) and the vertical axis represents absorbance. 実施例2で用いた正電荷金ナノ粒子の粒度分布(a)とTEM写真(b)である。(a)のグラフにおいて、横軸は粒子直径(nm)を表し、縦軸は該当する粒子径を有する粒子の数を全粒子数に対する割合(%)で表す。2 is a particle size distribution (a) and a TEM photograph (b) of positively charged gold nanoparticles used in Example 2. FIG. In the graph of (a), the horizontal axis represents the particle diameter (nm), and the vertical axis represents the number of particles having the corresponding particle diameter as a ratio (%) to the total number of particles. 実施例2で作製した金ナノ粒子被覆磁性樹脂粒子(a)及び金層被覆磁性樹脂粒子(b)のSEM写真である。4 is a SEM photograph of gold nanoparticle-coated magnetic resin particles (a) and gold layer-coated magnetic resin particles (b) produced in Example 2. 実施例2で作製した金ナノ粒子被覆磁性樹脂粒子(a)及び金層被覆磁性樹脂微粒子(b)の断面TEM写真である。「AuNP」は金ナノ粒子を表し、「plastic」は樹脂微粒子を表す。4 is a cross-sectional TEM photograph of gold nanoparticle-coated magnetic resin particles (a) and gold layer-coated magnetic resin fine particles (b) produced in Example 2. FIG. “AuNP” represents gold nanoparticles, and “plastic” represents resin fine particles. 実施例2で作製したビオチン導入金層被覆磁性樹脂微粒子の分散液の蛍光顕微鏡写真である。a、bは、分散液を単独で観察した場合のそれぞれ明視野像及び蛍光視野像である。c、dは、フルオレセイン標識化ストレプトアビジンを添加した分散液を観察した場合のそれぞれ明視野像及び蛍光視野像である。4 is a fluorescence micrograph of a dispersion of biotin-introduced gold layer-coated magnetic resin fine particles prepared in Example 2. FIG. a and b are a bright field image and a fluorescence field image, respectively, when the dispersion is observed alone. c and d are a bright field image and a fluorescence field image, respectively, when the dispersion liquid to which fluorescein-labeled streptavidin is added is observed. 本発明の検出方法で使用し得る磁性電極の一形態を作製するための概略手順を示す。An outline procedure for producing one embodiment of a magnetic electrode that can be used in the detection method of the present invention will be described. 実施例で作製した磁性電極(Au/Fe electrode)及び金電極(Au electrode)の硫酸溶液中でのサイクリックボルタモグラムである。横軸は参照極(Ag|AgCl)に関する電位(V)を表し、縦軸は電流密度(μA/mm2)を表す。It is the cyclic voltammogram in the sulfuric acid solution of the magnetic electrode (Au / Fe electrode) and gold electrode (Au electrode) which were produced in the Example. The horizontal axis represents the potential (V) with respect to the reference electrode (Ag | AgCl), and the vertical axis represents the current density (μA / mm 2 ). 実施例で作製した磁性電極(Au/Fe electrode)及び金電極(Au electrode)で測定した、PBS buffer溶液中のフェロシアン化カリウムのサイクリックボルタモグラムである。横軸は参照極(Ag|AgCl)に関する電位(V)を表し、縦軸は電流密度(μA/mm2)を表す。It is the cyclic voltammogram of potassium ferrocyanide in the PBS buffer solution measured with the magnetic electrode (Au / Fe electrode) produced in the Example, and the gold electrode (Au electrode). The horizontal axis represents the potential (V) with respect to the reference electrode (Ag | AgCl), and the vertical axis represents the current density (μA / mm 2 ). 磁性電極(a)の電極面(及びその周辺)への金層被覆磁性樹脂微粒子の集積による電極面積の増大を説明する(b)。The increase in the electrode area due to the accumulation of the gold layer-coated magnetic resin fine particles on the electrode surface (and the periphery thereof) of the magnetic electrode (a) will be described (b). (a)電極面に金層被覆磁性樹脂粒子を外部磁力により集積させた磁性電極で測定した、PBS buffer溶液中のフェロシアン化カリウムのサイクリックボルタモグラムである。横軸は参照極(Ag|AgCl)に関する電位(V)を表し、縦軸は電流(μA)を表す。(b)金層被覆磁性樹脂粒子固定量と酸化電流ピーク値(ΔIpeak)の関係を示す図である。横軸は粒子の固定量をμgで表し、縦軸は酸化電流ピーク値をμAで表す。(a) Cyclic voltammogram of potassium ferrocyanide in a PBS buffer solution measured with a magnetic electrode in which gold layer-coated magnetic resin particles are accumulated on the electrode surface by an external magnetic force. The horizontal axis represents the potential (V) with respect to the reference electrode (Ag | AgCl), and the vertical axis represents the current (μA). (b) It is a figure which shows the relationship between gold layer coating | coated magnetic resin particle fixed amount, and oxidation current peak value ((DELTA) Ipeak ). The horizontal axis represents the fixed amount of particles in μg, and the vertical axis represents the oxidation current peak value in μA. (a)磁性電極及び(b)電極面に金層被覆磁性樹脂粒子を外部磁力により集積させた磁性電極で測定した、PBS buffer(pH 7.4)溶液中のフルオレセインのサイクリックボルタモグラムである。いずれも、横軸は参照極(Ag|AgCl)に関する電位(V)を表し、縦軸は電流(μA)を表す。It is a cyclic voltammogram of fluorescein in a PBS buffer (pH 7.4) solution measured by (a) a magnetic electrode and (b) a magnetic electrode in which gold layer-coated magnetic resin particles are accumulated on the electrode surface by an external magnetic force. In either case, the horizontal axis represents the potential (V) with respect to the reference electrode (Ag | AgCl), and the vertical axis represents the current (μA). 本発明の検出方法の手順を説明する概略図である。It is the schematic explaining the procedure of the detection method of this invention. HRPにより触媒される過酸化水素の還元反応を説明する図である。It is a figure explaining the reduction reaction of hydrogen peroxide catalyzed by HRP. 磁性電極(a)及び表面にビオチンを固定した磁性電極(b、c)で測定した、250μM H2O2/PBS buffer(pH 7.4)溶液中でのサイクリックボルタモグラムである。ビオチン固定磁性電極は、ビオチンにHRP標識化ストレプトアビジンを結合させて使用した(b)か又は結合なしで使用した(c)。横軸は参照極(Ag|AgCl)に関する電位(V)を表し、縦軸は電流(nA)を表す。It is a cyclic voltammogram in a 250 μM H 2 O 2 / PBS buffer (pH 7.4) solution measured with a magnetic electrode (a) and a magnetic electrode (b, c) having biotin immobilized on the surface. The biotin-fixed magnetic electrode was used by binding HRP-labeled streptavidin to biotin (b) or without binding (c). The horizontal axis represents the potential (V) with respect to the reference electrode (Ag | AgCl), and the vertical axis represents the current (nA). 電極面に金層被覆磁性樹脂微粒子を外部磁力により集積させた磁性電極で測定した、250μM H2O2/PBS buffer(pH 7.4)溶液中でのサイクリックボルタモグラムである。(a)金層被覆磁性樹脂粒子として、該金層にビオチンを導入した金層被覆磁性樹脂粒子を用い、ビオチンにHRP標識化ストレプトアビジンを結合させて測定した。(b)ビオチン導入金層被覆磁性樹脂粒子を用い、ビオチンにHRP標識化ストレプトアビジンを結合させることなく測定した。(c)ビオチン非導入金層被覆磁性樹脂粒子を用いた。横軸は参照極(Ag|AgCl)に関する電位(V)を表し、縦軸は電流(μA)を表す。It is a cyclic voltammogram in a 250 μM H 2 O 2 / PBS buffer (pH 7.4) solution measured with a magnetic electrode in which gold layer-coated magnetic resin fine particles are accumulated on the electrode surface by an external magnetic force. (a) Gold layer-coated magnetic resin particles in which biotin was introduced into the gold layer were used as the gold layer-coated magnetic resin particles, and measurement was performed by binding HRP-labeled streptavidin to biotin. (b) Measurement was performed using biotin-introduced gold layer-coated magnetic resin particles without binding HRP-labeled streptavidin to biotin. (c) Biotin non-introduced gold layer coated magnetic resin particles were used. The horizontal axis represents the potential (V) with respect to the reference electrode (Ag | AgCl), and the vertical axis represents the current (μA). ビオチンに、それぞれフルオレセイン(a)、ローダミン(b)、HRP(c)で標識されたストレプトアビジンを結合させたビオチン導入金層被覆磁性樹脂微粒子及びいずれも結合させていないビオチン導入金層被覆磁性樹脂微粒子(d)を外部磁力により集積させた磁性電極で測定した、250μM H2O2/ PBS buffer(pH 7.4)中でのサイクリックボルタモグラムである。Biotin-introduced gold layer-coated magnetic resin particles in which biotin is bound with streptavidin labeled with fluorescein (a), rhodamine (b), and HRP (c), respectively, and biotin-introduced gold layer-coated magnetic resin in which none is bound FIG. 5 is a cyclic voltammogram in 250 μM H 2 O 2 / PBS buffer (pH 7.4) measured with a magnetic electrode in which fine particles (d) are accumulated by an external magnetic force.

<本発明の複合微粒子>
本発明に従う捕獲又は分離用複合微粒子(以下、単に「複合微粒子」ともいう)は、樹脂表面を有する微粒子に金層が直接又は有機バインダの層を介して付着した金層被覆微粒子と、該金層に連結され且つ捕獲又は分離対象物と特異的に結合し得るリガンドとからなることを特徴とする。
金被覆微粒子は、換言すれば、樹脂表面を有する微粒子と、該樹脂表面を直接又は有機バインダの層を介して覆う金層とからなる。
<Composite fine particles of the present invention>
The capture or separation composite fine particles according to the present invention (hereinafter, also simply referred to as “composite fine particles”) include a gold layer-coated fine particle in which a gold layer is adhered to fine particles having a resin surface directly or via an organic binder layer, It consists of a ligand that is linked to the layer and can specifically bind to the capture or separation object.
In other words, the gold-coated fine particles include fine particles having a resin surface and a gold layer that covers the resin surface directly or via an organic binder layer.

樹脂表面は、樹脂を微粒子化した樹脂微粒子の表面であってもよいし、コア微粒子が樹脂層で被覆されてなる樹脂被覆微粒子の該樹脂層の表面であってもよい。   The resin surface may be the surface of resin fine particles obtained by atomizing a resin, or the surface of the resin layer of resin-coated fine particles in which core fine particles are coated with a resin layer.

樹脂表面を構成する樹脂としては、当該分野で樹脂粒子又は樹脂被覆粒子に使用し得ることが公知のいずれの樹脂も使用できる。例として、スチレン、(メタ)アクリル酸、オレフィン、アミド、イミド及びこれらの誘導体の(共)重合体並びにその架橋処理物が挙げられる。より具体的な例としては、ポリスチレン(PS)、ポリペプチドメチルメタクリレート(PMMA)、ポリペンタエリスリトールテトラアクリレート、ポリトリメチロールプロパントリアクリレート、ナイロン、ポリオレフィン及びこれらの共重合体及び架橋処理物、アクリル樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。また、後述する「金と相互作用し得る部位」を含む樹脂の例としては、ポリリジン、ポリアリルアミン、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミン、ポリアミド、ポリイミド、ポリビニルピリジン、尿素樹脂、ポリウレタン、ポリスルフィドなどが挙げられる。   As the resin constituting the resin surface, any resin that can be used for resin particles or resin-coated particles in this field can be used. Examples include (co) polymers of styrene, (meth) acrylic acid, olefins, amides, imides and derivatives thereof, and crosslinked products thereof. More specific examples include polystyrene (PS), polypeptide methyl methacrylate (PMMA), polypentaerythritol tetraacrylate, polytrimethylolpropane triacrylate, nylon, polyolefin and copolymers and cross-linked products thereof, acrylic resin And phenol resin. In addition, examples of the resin containing a “site capable of interacting with gold” described later include polylysine, polyallylamine, polyacrylic acid, polyacrylamine, polyamide, polyimide, polyvinylpyridine, urea resin, polyurethane, polysulfide, and the like. It is done.

樹脂を微粒子化する方法としては、モノマーキャスティング、懸濁重合、溶融スピンコート、超遠心、超音波など当該分野において使用され得るいずれの方法も使用でき、樹脂の種類に応じて適宜選択される。   Any method that can be used in the art, such as monomer casting, suspension polymerization, melt spin coating, ultracentrifugation, and ultrasonic waves, can be used as a method for making the resin into fine particles, and is appropriately selected depending on the type of the resin.

コア微粒子には、当該分野で樹脂被覆粒子のコア粒子として使用し得ることが公知のいずれのものを使用できる。例として、磁性材料(例えば、マグネタイトのような各種フェライト、鉄など)からなるものが挙げられる。
コア微粒子上の樹脂層は、公知の方法により形成することができる。例えば、樹脂を適切な溶媒に溶解し又は分散させた塗液をコア微粒子表面に(浸漬法などにより)塗布した後、乾燥・硬化させることにより形成することができる。
As the core fine particles, any known fine particles that can be used as core particles of resin-coated particles in the art can be used. Examples include those made of magnetic materials (for example, various ferrites such as magnetite, iron, etc.).
The resin layer on the core fine particles can be formed by a known method. For example, it can be formed by applying a coating solution in which a resin is dissolved or dispersed in an appropriate solvent to the surface of the core fine particles (by a dipping method or the like), followed by drying and curing.

樹脂微粒子又は樹脂層(コア微粒子が磁性材料から構成されていない場合)には、上記のような磁性材料が、好ましくは一様に分布するように、含まれていてもよい。   The resin fine particles or the resin layer (when the core fine particles are not composed of a magnetic material) may contain the magnetic material as described above so that it is preferably uniformly distributed.

樹脂表面を有する微粒子の平均粒径(体積平均粒径)は、ナノオーダー〜マイクロオーダーであり得、例えば1nm〜100μm、好ましくは10nm〜100μm、より好ましくは1μm〜10μmであり得る。   The average particle diameter (volume average particle diameter) of the fine particles having a resin surface can be nano-order to micro-order, for example, 1 nm to 100 μm, preferably 10 nm to 100 μm, more preferably 1 μm to 10 μm.

金層は樹脂表面を直接覆って設けられている。したがって、樹脂表面と金層との間には、後述する「有機バインダ」の層を除き、他の層は存在しない。
樹脂表面を覆う金層は、樹脂表面上に、好ましくは、先ず金ナノ粒子を固定し、次いで金を析出させることにより形成する。
The gold layer is provided directly covering the resin surface. Therefore, there is no other layer between the resin surface and the gold layer, except for an “organic binder” layer described later.
The gold layer covering the resin surface is preferably formed on the resin surface by first fixing gold nanoparticles and then precipitating gold.

樹脂表面上への金ナノ粒子の固定は、該樹脂表面を有する微粒子を金ナノ粒子分散液(金コロイド溶液)中に混合し、撹拌又は静置することにより行うことができる。金ナノ粒子分散液は任意に有機バインダ(下記参照)を含んでいてもよい。固定反応温度は、反応期間中に分散液が完全に凍結又は蒸発しない温度であれば任意の温度であり得るが、室温付近(例えば、10〜35℃)が好ましい。固定反応時間は、温度にも依存するが、例えば室温にて2時間〜48時間(2日間)であり得る。   The gold nanoparticles can be fixed on the resin surface by mixing fine particles having the resin surface in a gold nanoparticle dispersion (gold colloid solution) and stirring or standing. The gold nanoparticle dispersion may optionally contain an organic binder (see below). The fixed reaction temperature may be any temperature as long as the dispersion does not completely freeze or evaporate during the reaction period, but is preferably near room temperature (for example, 10 to 35 ° C.). The fixation reaction time depends on the temperature, but can be, for example, 2 hours to 48 hours (2 days) at room temperature.

金ナノ粒子の数平均粒径は、サブナノオーダー〜ナノオーダー(約0.1〜1000nm)であり、例えば0.1〜500nm、好ましくは0.1〜100nm、より好ましくは1〜100nm、より好ましくは5〜50nmであり得る。
金ナノ粒子の平均粒径は、例えば、樹脂表面を有する微粒子の平均粒径の1/1000000〜1/10、好ましくは5/100000〜1/10、より好ましくは5/10000〜5/100であり得る。
The number average particle diameter of the gold nanoparticles is sub-nano order to nano order (about 0.1 to 1000 nm), for example, 0.1 to 500 nm, preferably 0.1 to 100 nm, more preferably 1 to 100 nm, and more preferably Can be 5-50 nm.
The average particle diameter of the gold nanoparticles is, for example, 1 / 100,000 to 1/10, preferably 5 / 100,000 to 1/10, more preferably 5/10000 to 5/100, of the average particle diameter of the fine particles having a resin surface. possible.

金ナノ粒子分散液は、市販品を用いてもよいが、金イオン(金錯体イオン)含有溶液及び還元剤を用いて溶液内還元反応により容易に製造できる。例えば、塩化金酸溶液にクエン酸を加えて加熱して得られる。
樹脂表面上への金ナノ粒子の固定に静電的相互作用を利用する場合、金ナノ粒子は、正電荷又は負電荷を有するように製造される。この場合、金イオン(金錯体イオン)含有溶液に、樹脂表面(の基)と静電的に相互作用し得る基を有する後述の有機バインダを加えて撹拌し、次いで還元剤を加え更に撹拌することにより正電荷又は負電荷を有する金ナノ粒子の分散液が得られる。
正電荷又は負電荷を有する金ナノ粒子のゼータ電位は、任意であるが、例えば+/−5〜+/−50mVであり得る。
As the gold nanoparticle dispersion liquid, a commercially available product may be used, but it can be easily produced by an in-solution reduction reaction using a gold ion (gold complex ion) -containing solution and a reducing agent. For example, it can be obtained by adding citric acid to a chloroauric acid solution and heating.
When electrostatic interactions are used to immobilize gold nanoparticles on the resin surface, the gold nanoparticles are manufactured to have a positive or negative charge. In this case, an organic binder described later having a group capable of electrostatically interacting with the resin surface (group) is added to the gold ion (gold complex ion) -containing solution and stirred, and then a reducing agent is added and further stirred. Thus, a dispersion of gold nanoparticles having a positive charge or a negative charge can be obtained.
The zeta potential of the gold nanoparticles having a positive charge or a negative charge is arbitrary, but may be, for example, +/− 5 to +/− 50 mV.

樹脂表面上への金ナノ粒子の固定は、樹脂表面に存在する金と相互作用し得る部位を介し得る。ここで、「相互作用」とは、化学結合、ファンデルワールス力、静電的相互作用、疎水性相互作用、吸着力などをいう。   The fixation of the gold nanoparticles on the resin surface can be via a site that can interact with the gold present on the resin surface. Here, “interaction” refers to chemical bond, van der Waals force, electrostatic interaction, hydrophobic interaction, adsorption force and the like.

金と相互作用し得る部位(基)(X)としては、例えば、チオール基、スルフィド基(-S-)、ジスルフィド基(-S-S-)、アミノ基、イミノ基(-N=)、カルボキシル基、カルボニル基、スルホニル基、ホスホリル基が挙げられる。中でも、チオール基、ジスルフィド基、アミノ基、イミノ基が好ましく、チオール基、ジスルフィド基がより好ましい。   Examples of the site (group) (X) that can interact with gold include, for example, a thiol group, a sulfide group (—S—), a disulfide group (—S—S—), an amino group, an imino group (—N═), Examples thereof include a carboxyl group, a carbonyl group, a sulfonyl group, and a phosphoryl group. Among these, a thiol group, a disulfide group, an amino group, and an imino group are preferable, and a thiol group and a disulfide group are more preferable.

金と相互作用し得る部位は、樹脂の一部として樹脂表面に存在していてもよいし、有機バインダが有していてもよい。
ここで、「有機バインダ」とは、金と相互作用し得る部位を、樹脂表面を構成する樹脂(又は樹脂表面に存在する基)と相互作用し得る部位と共に有する有機化合物である。
A part capable of interacting with gold may be present on the surface of the resin as a part of the resin, or may be included in the organic binder.
Here, the “organic binder” is an organic compound having a part capable of interacting with gold together with a part capable of interacting with a resin constituting the resin surface (or a group present on the resin surface).

樹脂と相互作用し得る部位(Y)としては、例えば、アルキル基(例えば、炭素数1〜10、好ましくは2〜8)、芳香環(例えばベンゼン環)若しくは複素環又はそれらの誘導体(フェノール)、アミノ基、カルボキシル基、スルホ基、ヒドロキシル基が挙げられる。
アルキル基及びその誘導体の具体例は、-(CH2)nCH3、-(CH2)m(CH)nCH3、-(CH2)nCOOH、-(CH2)nOHである(ここで、炭素上の水素はC1〜C4アルキル基で置換されていてもよい)。
芳香環及びその誘導体の具体例は、ベンゼン環、5〜7員の複素芳香環(1又は2つのへテロ原子はN、S、Oから選択される)及びそれらの2又は3の縮合環である(ここで、環の水素はC1〜C4アルキル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基で置換されていてもよい)。
Examples of the site (Y) that can interact with the resin include an alkyl group (for example, 1 to 10, preferably 2 to 8 carbon atoms), an aromatic ring (for example, a benzene ring), a heterocyclic ring, or a derivative thereof (phenol). , Amino group, carboxyl group, sulfo group and hydroxyl group.
Specific examples of the alkyl group and derivatives thereof are — (CH 2 ) n CH 3 , — (CH 2 ) m (CH) n CH 3 , — (CH 2 ) n COOH, — (CH 2 ) n OH ( here, the hydrogen on the carbon may be substituted by C 1 -C 4 alkyl group).
Specific examples of the aromatic ring and derivatives thereof include a benzene ring, a 5- to 7-membered heteroaromatic ring (1 or 2 heteroatoms are selected from N, S, and O) and 2 or 3 condensed rings thereof. it is (wherein, hydrogen rings C 1 -C 4 alkyl group, a carboxyl group, a hydroxyl group, may be substituted with an amino group).

有機バインダにおいて、金と相互作用し得る部位と、樹脂表面を構成する樹脂(又は樹脂表面に存在する基)と相互作用し得る部位とは、直接結合していてもよいし、飽和炭化水素鎖(-(CH2)p-;pは整数、例えば0〜20、より好ましくは2〜10)のようなスペーサ(Z)を介して結合していてもよい。
すなわち、Xがチオール基に代表される一価基である場合、有機バインダは、一般式X-Zq-Y(qは0又は1)として表し得る。
In the organic binder, the part capable of interacting with gold and the part capable of interacting with the resin constituting the resin surface (or a group present on the resin surface) may be directly bonded or a saturated hydrocarbon chain. (— (CH 2 ) p —; p may be an integer, for example, 0 to 20, more preferably 2 to 10) may be bonded via a spacer (Z).
That is, if X is a monovalent group represented by a thiol group, an organic binder has the general formula X-Z q -Y (q is 0 or 1) can expressed as.

有機バインダは、例えば、アルカンチオール(CH3-(CH2)n-SH)、カルボキシアルカンチオール(HOOC-(CH2)n+1-SH)、ヒドロキシアルカンチオール(HO-(CH2)n+1-SH)、アミノアルカンチオール(H3N-(CH2)n+1-SH)であり得る(ここで、nは整数、好ましくは0〜20、より好ましくは1〜10、より好ましくは2〜5である。炭素上の水素はC1〜C4アルキル基で置換されていてもよい)。
有機バインダはまた、例えば、Y1-(CH2)p-SHであり得る(ここで、Y1は芳香族環及びその誘導体であり、pは整数、好ましくは1〜8である)。
有機バインダはまた、例えば、(-S-(CH2)m-OH)2、(-S-(CH2)m-COOH)2である(ここで、nは整数、好ましくは0〜20、より好ましくは2〜10である。炭素上の水素はC1〜C4アルキル基で置換されていてもよい)。
有機バインダはまた、例えば、ジチア(C4〜C8)シクロアルカン-(CH2)n-CH3、ジチア(C4〜C8)シクロアルカン-(CH2)n+1-COOH、ジチア(C4〜C8)シクロアルカン-(CH2)n+1-OH、ジチア(C4〜C8)シクロアルカン-(CH2)n+1-NH2、ジチア(C4〜C8)シクロアルカン-(CH2)q-Y1であり得る(ここで、シクロアルカン中の2つのSはジスルフィドを形成し、nは整数、好ましくは0〜20、より好ましくは1〜10、より好ましくは2〜5であり、Y1は芳香族環及びその誘導体であり、pは整数、好ましくは1〜10である)。
Organic binders include, for example, alkanethiol (CH 3 — (CH 2 ) n —SH), carboxyalkanethiol (HOOC— (CH 2 ) n + 1 —SH), hydroxyalkanethiol (HO— (CH 2 ) n + 1 -SH), which may be an amino alkanethiol (H 3 N- (CH 2) n + 1 -SH) ( wherein, n represents an integer, preferably 0 to 20, more preferably 1 to 10, more preferably is 2-5. hydrogen on carbon may be substituted by C 1 -C 4 alkyl group).
The organic binder can also be, for example, Y 1 — (CH 2 ) p —SH (where Y 1 is an aromatic ring and derivatives thereof, p is an integer, preferably 1-8).
The organic binder is also, for example, (—S— (CH 2 ) m —OH) 2 , (—S— (CH 2 ) m —COOH) 2 (where n is an integer, preferably 0 to 20, more preferably 2-10. hydrogen on carbon may be substituted by C 1 -C 4 alkyl group).
Organic binders also include, for example, dithia (C 4 -C 8 ) cycloalkane- (CH 2 ) n -CH 3 , dithia (C 4 -C 8 ) cycloalkane- (CH 2 ) n + 1 -COOH, dithia ( C 4 -C 8) cycloalkane - (CH 2) n + 1 -OH, dithia (C 4 ~C 8) cycloalkane - (CH 2) n + 1 -NH 2, dithia (C 4 ~C 8) cycloalkyl Alkane- (CH 2 ) q -Y 1 (wherein two S in the cycloalkane form a disulfide, n is an integer, preferably 0-20, more preferably 1-10, more preferably is 2 to 5, Y 1 is an aromatic ring and derivatives thereof, p is an integer, preferably 1 to 10).

有機バインダの具体例としては、チオクト酸、アミノフェニルジスルフィド、アリルメルカプタン、プロパンチオール、ブタンチオール、p−アミノチオフェノール、アミルメルカプタン、2-アミノエタンチオールなどが挙げられる。
有機バインダは、固定反応に際して、金ナノ粒子分散液中に遊離状態で存在していてもよいし、金と相互作用し得る基を介して予め金ナノ粒子に付着していてもよい。
樹脂表面は、固定反応の前に、例えばカルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、トシル基で活性化されていてもよい。
Specific examples of the organic binder include thioctic acid, aminophenyl disulfide, allyl mercaptan, propanethiol, butanethiol, p-aminothiophenol, amyl mercaptan, 2-aminoethanethiol and the like.
The organic binder may be present in the gold nanoparticle dispersion in a free state during the fixing reaction, or may be previously attached to the gold nanoparticles via a group capable of interacting with gold.
The resin surface may be activated with, for example, a carboxyl group, an amino group, an epoxy group, or a tosyl group before the fixing reaction.

金ナノ粒子が固定された微粒子の電気抵抗は、例えば、103〜109Ω、より好ましくは103〜105Ωであり得る。
本発明において、(金ナノ粒子固定又は金属被覆)微粒子の電気抵抗は、1×1cmの白金板とタングステン針(先端径5μm;駿河精機社製、M904-0017)の間に微粒子を挟み、約20%圧縮した状態で、デジタルマルチメータ(model 34970A、Agilent社製、印加電流:1mA)で電気抵抗を測定する。電気抵抗値は、微粒子10個の測定値の平均値として得る。
The electrical resistance of the fine particles to which the gold nanoparticles are fixed may be, for example, 10 3 to 10 9 Ω, more preferably 10 3 to 10 5 Ω.
In the present invention, the electric resistance of the fine particles (gold nanoparticle fixed or metal-coated) is about 1 × 1 cm between a platinum plate and a tungsten needle (tip diameter 5 μm; manufactured by Suruga Seiki Co., Ltd., M904-0017). The electrical resistance is measured with a digital multimeter (model 34970A, manufactured by Agilent, applied current: 1 mA) in a compressed state of 20%. The electric resistance value is obtained as an average value of measured values of 10 fine particles.

金ナノ粒子が固定された微粒子上への金の析出は、金化合物又は金錯体化合物の溶液中に該微粒子及び還元剤を加えて撹拌又は静置することにより行うことができる。析出反応温度は、反応期間中に分散液が完全に凍結又は蒸発しない温度であれば任意の温度であり得、例えば10〜80℃であり得る。析出反応時間は、得ようとする金層の厚さや温度にも依存するが、例えば30分間〜24時間であり得る。   Gold can be deposited on fine particles on which gold nanoparticles are fixed by adding the fine particles and a reducing agent to a solution of a gold compound or a gold complex compound and stirring or allowing to stand. The precipitation reaction temperature may be any temperature as long as the dispersion does not completely freeze or evaporate during the reaction period, and may be, for example, 10 to 80 ° C. The deposition reaction time depends on the thickness and temperature of the gold layer to be obtained, but can be, for example, 30 minutes to 24 hours.

金化合物又は金錯体化合物としては、例えば、塩化金酸(テトラクロロ金酸)、塩化金酸ナトリウム、三塩化ジエチルアミン金酸、臭化金、水酸化金、酸化金などが挙げられる。
還元剤としては、金イオン又は金錯体イオンを金単体に還元することができる物質であれば特に限定されない。例えば、クエン酸、クエン酸ナトリウム、アスコルビン酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、メタノール、過酸化水素水などを用いることができる。
Examples of the gold compound or the gold complex compound include chloroauric acid (tetrachloroauric acid), sodium chloroaurate, diethylamineauric acid trichloride, gold bromide, gold hydroxide, and gold oxide.
The reducing agent is not particularly limited as long as it is a substance that can reduce gold ions or gold complex ions to simple gold. For example, citric acid, sodium citrate, sodium ascorbate, sodium borohydride, methanol, hydrogen peroxide water and the like can be used.

微粒子同士の凝集を防ぐために、金化合物又は金錯体化合物の溶液には分散剤を添加することが好ましい。分散剤としては、例えば、メタノール、エタノール、ポリビニルアルコールなどのアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコールなどが挙げられる。   In order to prevent aggregation between the fine particles, it is preferable to add a dispersant to the solution of the gold compound or the gold complex compound. Examples of the dispersant include alcohols such as methanol, ethanol, and polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, and polyethylene glycol.

金層の厚さは、任意の厚さであり得るが、例えば、用いた金ナノ粒子の平均粒径程度からその3倍程度であり得る。
得られた金層被覆微粒子の電気抵抗は、例えば、0.01〜100Ω、好ましくは0.01〜10Ωであり得る。
The thickness of the gold layer may be any thickness, but may be, for example, about 3 times the average particle diameter of the gold nanoparticles used.
The electric resistance of the obtained gold layer-coated fine particles can be, for example, 0.01 to 100Ω, preferably 0.01 to 10Ω.

「リガンド」とは、少なくとも特定の条件下に、互いに特異的に結合する一対の物質(「特異結合対」)の一方をいい、「特異結合パートナー」ともいう。
特異結合対としては、抗体と抗原、互いに相補的な核酸分子、酵素と基質、アプタマーとその標的タンパク質又はポリペプチド、レクチンと糖鎖、ビオチンとアビジン、金属イオンとタンパク質又はペプチド(例えば、銅イオンはペプチドとキレート化合物を生成する;この結合はBiuret法によるタンパク質定量に利用されている。また、ニッケルイオンは(His)6のようなヒスチジンタグを有する融合タンパク質の精製に利用される。)などが知られている。
“Ligand” refers to one of a pair of substances that specifically bind to each other under a specific condition (“specific binding pair”), and is also referred to as “specific binding partner”.
Specific binding pairs include antibodies and antigens, complementary nucleic acid molecules, enzymes and substrates, aptamers and their target proteins or polypeptides, lectins and sugar chains, biotin and avidin, metal ions and proteins or peptides (e.g., copper ions This bond is used for protein quantification by the Biuret method, and nickel ions are used for purification of fusion proteins having a histidine tag such as (His) 6 . It has been known.

本発明に使用するリガンドは、公知の特異結合対の中から、該複合微粒子を用いて捕獲又は分離しようとする対象物に応じて適宜選択することができ、例えば、抗体、抗原、核酸プローブ、アプタマー、レクチン(例えば、コンカナバリンA、インゲンマメレクチン(PHA))、グルタチオン、アビジン、ストレプトアビジン、ビオチンであり得る。リガンドは、複合微粒子の被覆金層への吸着反応あるいはリガンドのチオール化を通じて金層被覆微粒子に固定することが可能である。
捕獲又は分離対象物は、例えば、生物学的物質からなり得る。「生物学的物質」には、タンパク質、核酸、脂質(リン脂質を含む)、糖質(糖鎖)が含まれる。なお、「核酸」には、DNA及びRNAに加え、相補的な塩基配列を有するDNA又はRNAへの特異結合性を有する人工核酸(例えば、PNA、LNA)も含まれるものとする。
The ligand used in the present invention can be appropriately selected from known specific binding pairs according to the target to be captured or separated using the composite microparticles, such as antibodies, antigens, nucleic acid probes, Aptamers, lectins (eg, concanavalin A, kidney bean lectin (PHA)), glutathione, avidin, streptavidin, biotin. The ligand can be fixed to the gold layer-coated fine particles through an adsorption reaction of the composite fine particles on the coated gold layer or through thiolation of the ligand.
The capture or separation object may consist of biological material, for example. “Biological substances” include proteins, nucleic acids, lipids (including phospholipids), and carbohydrates (sugar chains). “Nucleic acid” includes artificial nucleic acids (eg, PNA, LNA) having specific binding properties to DNA or RNA having complementary base sequences in addition to DNA and RNA.

金属イオンはチオール化した金属配位子により金層被覆微粒子の表面に固定され、この金属と試料タンパク質又はペプチドの結合を通じてその分離・精製に利用することもできる。一方、捕獲物質はさらに他の特異的反応を利用して,異なる捕獲機能を獲得することも含まれる。一例として、DNA及びRNAはビオチン化されてアビジン/チオール化ビオチン修飾複合微粒子に捕捉され、DNAやRNA結合タンパク質の精製などの用途に使用されることも含まれる。同様に、抗原又は抗体はビオチン化されて複合微粒子に捕獲され、菌類などの微生物分離、細胞分離、タンパク質精製、イムノアッセイ、免疫沈降などの用途に使用されることも含まれる。   Metal ions are immobilized on the surface of the gold layer-coated fine particles by thiolated metal ligands, and can be used for separation and purification through binding of the metal and sample protein or peptide. On the other hand, the capture material further includes obtaining a different capture function using other specific reactions. As one example, DNA and RNA are biotinylated and captured by avidin / thiolated biotin-modified composite microparticles, and used for applications such as purification of DNA and RNA binding proteins. Similarly, it is also included that the antigen or antibody is biotinylated and captured in composite microparticles and used for applications such as separation of microorganisms such as fungi, cell separation, protein purification, immunoassay, and immunoprecipitation.

例えば、捕獲又は分離対象物がタンパク質又はポリペプチドである場合、本発明の複合微粒子に使用するリガンドは、抗体又はアプタマーであり得る。また、捕獲又は分離対象物が核酸である場合、リガンドは核酸プローブであり得、捕獲又は分離対象物が糖である場合には、リガンドはレクチンであり得る。更に、捕獲又は分離対象物がグルタチオン S-トランスフェラーゼ(GST)、ビオチン又は(ストレプト)アビジンに結合している場合、リガンドはそれぞれグルタチオン、(ストレプト)アビジン又はビオチンであり得る。   For example, when the capture or separation target is a protein or polypeptide, the ligand used in the composite microparticle of the present invention can be an antibody or an aptamer. Further, when the capture or separation target is a nucleic acid, the ligand can be a nucleic acid probe, and when the capture or separation target is a sugar, the ligand can be a lectin. Furthermore, when the capture or separation object is bound to glutathione S-transferase (GST), biotin or (strept) avidin, the ligand can be glutathione, (strept) avidin or biotin, respectively.

本発明においては、抗体には、ポリクローナル抗体、モノクローナル抗体及び特異結合活性を保持したそれらの断片(例えば、単鎖抗体、F(ab')2、Fab、Fab'又はFv)が含まれるものとする。抗体又はその断片はモノクローナルであることが好ましい。 In the present invention, antibodies include polyclonal antibodies, monoclonal antibodies, and fragments thereof that retain specific binding activity (for example, single-chain antibodies, F (ab ′) 2 , Fab, Fab ′, or Fv). To do. The antibody or fragment thereof is preferably monoclonal.

本発明においては、核酸プローブは、相補鎖と特異的にハイブリダイズし得る一本鎖領域(例えば10塩基以上、好ましくは15塩基以上、より好ましくは20塩基以上)が存在しさえすれば形態は問わず、一部が二本鎖であってもよい。   In the present invention, the nucleic acid probe has a form as long as a single-stranded region (for example, 10 bases or more, preferably 15 bases or more, more preferably 20 bases or more) that can specifically hybridize with a complementary strand exists. Regardless, a part may be double-stranded.

金層の表面にリガンドを連結する方法には、当該分野で使用され得る公知の方法のいずれもを使用することができる。
例えば、リガンドを含む溶液(例えば、緩衝液)中に金層被覆微粒子を浸漬することにより両者を連結させることができる。
Any known method that can be used in the art can be used for linking the ligand to the surface of the gold layer.
For example, by immersing the gold layer-coated fine particles in a solution containing a ligand (for example, a buffer solution), the two can be linked.

また、例えば、チオール基、スルフィド基又はジスルフィド基を有する分子が金表面に自己組織化単分子膜(SAM)を形成する性質を利用して連結する方法を用いてもよい。この方法では、上記の基を予め導入したリガンドを含む溶液中に金層被覆微粒子を浸漬することにより容易に行うことができる。ポリペプチドやタンパク質又は核酸プローブにチオール基、スルフィド基又はジスルフィド基を導入する方法は当該分野において公知であり、例えばアルカンチオールや市販の試薬(例えば、SAM試薬)を使用することができる。   In addition, for example, a method may be used in which molecules having a thiol group, a sulfide group, or a disulfide group are linked using the property of forming a self-assembled monolayer (SAM) on the gold surface. This method can be easily carried out by immersing the gold layer-coated fine particles in a solution containing a ligand into which the above group has been introduced in advance. Methods for introducing thiol groups, sulfide groups, or disulfide groups into polypeptides, proteins, or nucleic acid probes are known in the art, and for example, alkane thiols and commercially available reagents (eg, SAM reagents) can be used.

本発明の複合微粒子は、リガンドの連結後に、ウシ血清アルブミン(BSA)や脱脂粉乳のような非特異結合をブロックし得る任意のブロッキング剤で処理されてもよい。
ブロッキング剤で非特異結合領域をマスクする方法は当該分野において公知である。例えば、ブロッキング剤を含有する緩衝液中で本発明の複合微粒子をインキュベートすることにより行うことができる。
The composite microparticles of the present invention may be treated with any blocking agent capable of blocking non-specific binding such as bovine serum albumin (BSA) or skim milk powder after ligation of the ligand.
Methods for masking non-specific binding regions with blocking agents are known in the art. For example, it can be performed by incubating the composite microparticles of the present invention in a buffer containing a blocking agent.

<本発明の分離方法>
本発明に従う試料中の対象物の分離方法は、試料中の対象物を上記で説明した本発明に係る複合微粒子に捕獲し、該複合微粒子を試料から遠心分離又は磁気分離により分離することを特徴とする。
<Separation method of the present invention>
The method for separating an object in a sample according to the present invention is characterized in that the object in the sample is captured by the composite fine particles according to the present invention described above, and the composite fine particles are separated from the sample by centrifugation or magnetic separation. And

本発明の分離方法に使用し得る試料は、分離対象物を含む可能性のある試料である限り、特に限定されない。試料は、例えば、ヒト及びウシ、ウマ、ブタ、ヤギ、ヒツジ、ニワトリ、ラット、マウスのような家畜動物を含む動物からの生物学的試料であり得る。生物学的試料としては、例えば、血液(血清及び血漿を含む)、リンパ液、髄液、腹水、組織滲出液又は分泌液(涙液、汗、唾液を含む)、痰及び尿などの体液;脳、脊髄、心臓、肝臓、粘膜などの組織(そのホモジネート、溶解物若しくは抽出物);細胞(その溶解産物及び抽出物を含む);細胞又は組織の培養上清などを挙げることができる。なお、本発明において、「試料」にはその希釈物が含まれるものとする。   The sample that can be used in the separation method of the present invention is not particularly limited as long as it is a sample that may contain an object to be separated. The sample can be, for example, a biological sample from animals including humans and livestock animals such as cows, horses, pigs, goats, sheep, chickens, rats, mice. Examples of biological samples include blood (including serum and plasma), lymph, cerebrospinal fluid, ascites, tissue exudate or secretion (including tears, sweat, saliva), body fluids such as sputum and urine; brain And tissues such as spinal cord, heart, liver, mucous membrane (homogenates, lysates or extracts thereof); cells (including lysates and extracts thereof); culture supernatants of cells or tissues, and the like. In the present invention, the “sample” includes the diluted product.

試料は、必要に応じて、対象物以外の成分の除去(分解を含む)又は対象物の増幅のために、前処理を行なってもよい。前処理としては、例えば、濾過、酵素処理、PCR増幅などが挙げられる。   The sample may be pretreated for removal of components other than the object (including decomposition) or amplification of the object, if necessary. Examples of the pretreatment include filtration, enzyme treatment, and PCR amplification.

本発明の分離方法に使用し得る複合微粒子には、分離対象物と特異的に結合する物質をリガンドとして有するものが選択される。   As the composite fine particles that can be used in the separation method of the present invention, those having a substance that specifically binds to the separation target as a ligand are selected.

試料中に存在し得る対象物の複合微粒子での捕獲は、該複合微粒子中のリガンドと該対象物とが特異的に結合し得る条件下で、該複合微粒子と該試料又はその希釈物とを混合することにより、容易に達成し得る。特異的結合条件の決定方法は当該分野において公知である。   Capture of an object that may be present in a sample with the composite microparticles is performed by combining the composite microparticles with the sample or a dilution thereof under conditions that allow the ligand in the composite microparticles to specifically bind to the target. It can be easily achieved by mixing. Methods for determining specific binding conditions are known in the art.

試料からの複合微粒子の分離は、例えば遠心分離により、行うことができる。複合微粒子中に(例えば、コア微粒子として、又は樹脂層中に)磁性材料が用いられている場合には、磁力によっても分離を行うことができる。   Separation of the composite fine particles from the sample can be performed, for example, by centrifugation. When a magnetic material is used in the composite fine particles (for example, as the core fine particles or in the resin layer), the separation can also be performed by magnetic force.

本発明の分離方法は、対象物の精製に使用することができる。例えば、組換えポリペプチド又はタンパク質をGST-融合体として発現させる場合、リガンドとしてグルタチオンを含む複合微粒子を用いて、培養上清又は細胞破砕物から組換え発現物を精製することができる。また、例えば、目的の核酸を、ビオチン又は(ストレプト)アビジンが結合したプライマーを用いてPCR増幅させる場合、リガンドとして(ストレプト)アビジン又はビオチンを含む複合微粒子を用いて、目的の核酸を精製することができる。   The separation method of the present invention can be used for purification of an object. For example, when a recombinant polypeptide or protein is expressed as a GST-fusion, the recombinant expression product can be purified from the culture supernatant or cell lysate using composite microparticles containing glutathione as a ligand. Also, for example, when PCR amplification is performed on a target nucleic acid using a biotin or (strept) avidin-bound primer, the target nucleic acid is purified using a composite microparticle containing (strept) avidin or biotin as a ligand. Can do.

本発明の分離方法はまた、対象物を検出又は測定する方法の一部として実施することもできる。   The separation method of the present invention can also be implemented as part of a method for detecting or measuring an object.

<本発明の第1の検出方法>
本発明に従う試料中の対象物の検出方法は、試料中の対象物を上記で説明した本発明に係る複合微粒子に捕獲し、該複合微粒子に捕獲された対象物の存在を、該対象物に特異的に結合する別のリガンドを用いて検知することを特徴とする。
<First Detection Method of the Present Invention>
In the method for detecting an object in a sample according to the present invention, the object in the sample is captured by the composite microparticle according to the present invention described above, and the presence of the object captured by the composite microparticle is detected in the object. Detection is performed using another ligand that specifically binds.

本発明の検出方法に使用し得る試料は、検出対象物を含む可能性のある試料である限り、特に限定されず、本発明の分離方法について記載したものと同様である。   The sample that can be used in the detection method of the present invention is not particularly limited as long as it is a sample that may contain a detection target, and is the same as that described for the separation method of the present invention.

本発明の検出方法において、複合微粒子には、検出対象物と特異的に結合する物質をリガンド(以下、便宜上「第1のリガンド」とも呼ぶ)として有するものが適宜選択される。好ましくは、第1のリガンドは、抗体、抗原、核酸プローブ、アプタマーであり得る。   In the detection method of the present invention, the composite fine particles are appropriately selected to have a substance that specifically binds to the detection target as a ligand (hereinafter also referred to as “first ligand” for convenience). Preferably, the first ligand can be an antibody, an antigen, a nucleic acid probe, or an aptamer.

試料中に存在し得る検出対象物の複合微粒子による捕獲は、例えば、試料と複合微粒子とを、試料中に存在し得る検出対象物が複合微粒子により捕獲されるに十分な条件(例えば、時間及び温度など)下で接触させることにより行うことができる。このような条件の設定法は当該分野において公知であり、例えば予備反応試験により行うことができる。
この接触は静置状態で行っても振盪状態で行なってもよい。
Capturing the detection target that may be present in the sample with the composite microparticle includes, for example, the sample and the composite microparticle under conditions sufficient to capture the detection target that may be present in the sample by the composite microparticle (for example, time and It can be carried out by contact under temperature). Such a method of setting conditions is known in the art, and can be performed, for example, by a preliminary reaction test.
This contact may be performed in a stationary state or in a shaking state.

接触後、必要に応じて、複合微粒子を、上記で説明した本発明に係る分離方法により試料から分離してもよく(完全に分離されずに濃縮される程度でもよい)、更に/或いは洗浄してもよい。分離若しくは濃縮及び/又は洗浄を行うことにより、検知時のS/N比が高くなり検出精度(検出感度)が向上し得る。   After contact, if necessary, the composite fine particles may be separated from the sample by the separation method according to the present invention described above (or may be concentrated without being completely separated), and / or washed. May be. By performing separation or concentration and / or washing, the S / N ratio at the time of detection is increased, and the detection accuracy (detection sensitivity) can be improved.

別のリガンド(以下、便宜上「第2のリガンド」とも呼ぶ)は、検出(捕獲)対象物と特異的に結合する限り、本発明に係る複合微粒子中の第1のリガンドと同種のリガンドであっても、異種のリガンドであってもよい。すなわち、第1のリガンドが抗体であるとき、第2のリガンドは抗体であっても、アプタマーであってもよい(当然のことではあるが、アプタマー以外のリガンドであることもできる)。ただし、第1のリガンドと第2のリガンドは、検出(捕獲)対象物への結合に関して競合してはならない。   Another ligand (hereinafter also referred to as “second ligand” for convenience) is the same type of ligand as the first ligand in the composite microparticle according to the present invention as long as it specifically binds to the detection (capture) target. Alternatively, it may be a heterogeneous ligand. That is, when the first ligand is an antibody, the second ligand may be an antibody or an aptamer (which can of course be a ligand other than an aptamer). However, the first ligand and the second ligand must not compete for binding to the detection (capture) object.

第2のリガンドは、公知の特異結合対の中から、検出(捕獲)対象物及び第1のリガンドに応じて適宜選択することができる。
このような1つの検出(捕獲)対象物について2つのリガンドを用いる方法は、サンドイッチ法として当該分野において公知である。
The second ligand can be appropriately selected from known specific binding pairs according to the detection (capture) target and the first ligand.
Such a method of using two ligands for one detection (capture) object is known in the art as a sandwich method.

サンドイッチ法では、好ましくは、第2のリガンドは、検知のための標識を有する。標識は、当該分野で公知であり、使用する検知の方法に応じて適宜選択される。標識は、光学的、化学的、放射能、磁気的又は電気的に検知され得る。標識は、例えば、蛍光色素、酵素、吸収色素、化学発光団、放射性同位体、スピン標識及び電気化学的標識からなる群より選択される。   In the sandwich method, preferably the second ligand has a label for detection. The label is known in the art and is appropriately selected depending on the detection method used. The label can be detected optically, chemically, radioactively, magnetically or electrically. The label is selected from the group consisting of, for example, a fluorescent dye, an enzyme, an absorbing dye, a chemiluminescent group, a radioisotope, a spin label, and an electrochemical label.

第2のリガンドを用いる複合、微粒子に捕獲された対象物の存在の検知は、例えば、
− 第2のリガンドと複合微粒子とを、第2のリガンドが検出対象物(これは、試料中に存在していれば複合微粒子(中の第1のリガンド)に捕獲されている)と結合するに十分な条件下で接触させ、
− 未結合の第2のリガンドを、例えば洗浄により、除去し、
− 第2のリガンドの存在を検知する
ことにより行うことができる。
Detection of the presence of an object captured in a composite, microparticle using a second ligand, for example,
The second ligand and the composite microparticle are bound to the second ligand to be detected (which is captured by the composite microparticle (the first ligand therein) if present in the sample) Under sufficient conditions,
The unbound second ligand is removed, for example by washing,
It can be done by detecting the presence of the second ligand.

接触条件(例えば、時間及び温度など)設定法は当該分野において公知であり、例えば予備試験により行うことができる。接触は、静置状態で行っても、振盪状態で行ってもよい。
第2のリガンドの存在の検知は、例えば標識からのシグナルを検知することにより、行うことができる。検知に際しては、標識からのシグナルを定量的に測定してもよい。
A method for setting contact conditions (for example, time and temperature) is known in the art, and can be performed, for example, by a preliminary test. The contact may be performed in a stationary state or in a shaking state.
The presence of the second ligand can be detected, for example, by detecting a signal from the label. For detection, the signal from the label may be measured quantitatively.

本発明の検出方法は、免疫測定法(酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)法、蛍光イムノアッセイ法、ラジオイムノアッセイ法など)と組み合せて使用することができる。   The detection method of the present invention can be used in combination with an immunoassay (enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) method, fluorescent immunoassay method, radioimmunoassay method, etc.).

<本発明の第2の検出方法>
本発の第2の検出方法は、試料中の検出対象物(生物学的物質)を上記で説明した本発明に係る複合微粒子のうち磁性を有するもので捕獲し、該複合微粒子を磁力により作用電極上に集積させ、該集積された複合微粒子に捕獲された対象物の存在を電気化学的に検知することを特徴とする。
<Second Detection Method of the Present Invention>
In the second detection method of the present invention, a detection target (biological substance) in a sample is captured by the composite fine particles according to the present invention described above, which have magnetism, and the composite fine particles act by magnetic force. The method is characterized by electrochemically detecting the presence of an object that is accumulated on an electrode and captured by the accumulated composite fine particles.

本発明の第2の検出方法に使用し得る試料、複合微粒子及びリガンドについては「本発明の分離方法」及び「本発明の第1の検出方法」の項に記載したとおりである。また、試料中に存在し得る検出対象物の複合微粒子による捕獲も上記のとおりである。ただし、複合微粒子は磁性を有するものを用いる。   Samples, composite microparticles and ligands that can be used in the second detection method of the present invention are as described in the “Separation method of the present invention” and “First detection method of the present invention” section. In addition, the capture of the detection target that may be present in the sample by the composite fine particles is also as described above. However, composite fine particles having magnetic properties are used.

複合微粒子による捕獲後、外部磁力により複合微粒子を電極(電気化学的検出法における作用極)上に集積させる。集積に利用する磁力は、複合微粒子の集積状態を維持するに十分である一方、電気化学的測定中に得られる酸化還元電流に影響を及ぼさないように適宜決定できる。
本発明に係る複合微粒子は、(表面を金層で覆われた)導電性であるので、作用電極自体の電極面積に制限されることなく(すなわち三次元的に)、集積させてもよい。
After being captured by the composite fine particles, the composite fine particles are accumulated on the electrode (working electrode in the electrochemical detection method) by an external magnetic force. The magnetic force used for the accumulation can be determined as appropriate so as not to affect the redox current obtained during the electrochemical measurement, while sufficient to maintain the accumulation state of the composite fine particles.
Since the composite fine particles according to the present invention are conductive (the surface is covered with a gold layer), they may be integrated without being limited by the electrode area of the working electrode itself (that is, three-dimensionally).

集積の前に、試料中に存在し得かつ電気化学的検出に意図しない影響を及ぼし得る物質を確実に排除するために、好ましくは、複合微粒子を、上記で説明した本発明に係る分離方法により試料から分離・回収する(完全に分離されずに濃縮される程度でもよい)。
用いた試料がそのような物質を含まないことが明らかなときは、分離・回収工程を省略し得る。
In order to ensure that substances that may be present in the sample and have unintended effects on the electrochemical detection are reliably excluded before the accumulation, preferably the composite microparticles are separated by the separation method according to the invention described above. Separate and collect from the sample (may be concentrated without being completely separated).
When it is clear that the sample used does not contain such a substance, the separation / recovery step can be omitted.

作用極としては、外部磁力の印加により、その表面(特に電極面)に磁性粒子を集積させることができる磁性電極を用いる。磁性電極本体は、例えば棒状の磁性・導電性材料(例えば、鉄のような磁性金属)からなるが、電極としての有効面積を規定するため所定領域を残して非磁性・非導電性材料(例えば、テフロン(登録商標)やPEEK樹脂、エポキシのような樹脂)で覆ってもよい。当該被覆層は、外部磁力に影響を及ぼさない程度の厚さで形成され得る。また、電極面では、腐食及び(酸や塩基、及び支持塩を含む)電解液中への金属イオンの溶出を抑えるため、貴金属(例えば、金)で覆ってもよい。電極面を貴金属で被覆した磁性電極は、使用した貴金属からなる電極(例えば、金(Au)電極)と、電気化学的特性(例えば、酸化皮膜の生成・還元に伴うピークが観察される電位)が同等であることが好ましい。
外部磁力の供給源は、永久磁石や電磁石のような磁石であり得る。作用極への外部磁力の印加は、作用極上に磁性粒子を集積させるに必要な磁力を付与し得る任意の手段及び態様で行うことができ、例えば磁石を磁性電極本体に接触させることにより行い得る。
As the working electrode, a magnetic electrode capable of accumulating magnetic particles on the surface (particularly the electrode surface) by applying an external magnetic force is used. The magnetic electrode body is made of, for example, a rod-like magnetic / conductive material (e.g., a magnetic metal such as iron), but a non-magnetic / non-conductive material (e.g., leaving a predetermined region to define an effective area as an electrode) , Teflon (registered trademark), PEEK resin, epoxy resin). The coating layer may be formed with a thickness that does not affect the external magnetic force. Further, the electrode surface may be covered with a noble metal (for example, gold) in order to suppress corrosion and elution of metal ions into the electrolyte (including acid, base, and supporting salt). The magnetic electrode whose electrode surface is coated with a noble metal includes an electrode made of a noble metal used (for example, a gold (Au) electrode) and electrochemical characteristics (for example, a potential at which a peak associated with the formation / reduction of an oxide film is observed). Are preferably the same.
The source of the external magnetic force can be a magnet such as a permanent magnet or an electromagnet. The application of an external magnetic force to the working electrode can be performed by any means and mode that can apply a magnetic force necessary to accumulate magnetic particles on the working electrode, for example, by bringing a magnet into contact with the magnetic electrode body. .

対極(及び必要に応じて参照極)には、電気化学的検出で通常用いられる電極を使用し得、例えば白金や白金黒のような貴金属電極、酸化チタンや酸化マンガンのような酸化物電極、銀塩化銀電極、炭素電極が挙げられる。好ましくは、対極として白金電極を用い、参照極として銀/塩化銀電極を用いる。   For the counter electrode (and reference electrode if necessary), an electrode usually used in electrochemical detection can be used, for example, a noble metal electrode such as platinum or platinum black, an oxide electrode such as titanium oxide or manganese oxide, A silver chloride electrode and a carbon electrode are mentioned. Preferably, a platinum electrode is used as the counter electrode and a silver / silver chloride electrode is used as the reference electrode.

検出対象物自体が電気化学的検出に適する物質(例えば、酸化/還元酵素)である場合には、検出対象物自体の存在を電気化学的に検知できる。
検出対象物自体が電気化学的検出に適さない場合、該検出対象物と特異的に結合する別のリガンドであって、電気化学的検出に適切な標識を有するリガンド(以下、便宜上「第2のリガンド」とも呼ぶ)を用いるサンドイッチ法で、電極上に捕獲された検出対象物に電気化学的標識を付与することによって、検出対象物の存在を電気化学的に検知可能とすることができる。第2のリガンドは、標識が電気化学的検出に適切なものであること以外は、第1の検出方法について記載したとおりである。電気化学的検出に適切な標識としては、(ペル)オキシダーゼやデヒドロゲナーゼなどの酸化/還元酵素(例えば、西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)、アルカリホスファターゼ、ウレアーゼ、カタラーゼ、グルコースオキシダーゼなど)又は酸化性/還元性の化合物(例えば、フルオレセイン)が挙げられる。
When the detection target itself is a substance suitable for electrochemical detection (for example, oxidase / reductase), the presence of the detection target itself can be detected electrochemically.
When the detection target itself is not suitable for electrochemical detection, it is another ligand that specifically binds to the detection target and has a label suitable for electrochemical detection (hereinafter referred to as “secondary” for convenience. The presence of the detection target can be detected electrochemically by applying an electrochemical label to the detection target captured on the electrode in a sandwich method using a ligand). The second ligand is as described for the first detection method, except that the label is suitable for electrochemical detection. Suitable labels for electrochemical detection include oxidizing / reducing enzymes such as (per) oxidase and dehydrogenase (e.g. horseradish peroxidase (HRP), alkaline phosphatase, urease, catalase, glucose oxidase, etc.) or oxidizing / reducing (For example, fluorescein).

電気化学的検知の具体的手法は、検出対象物又は第2のリガンドに応じて、公知の手法を使用し得る。
電気化学的検出に利用する酸化還元反応は、検出対象物又は使用する標識に応じて適切に選択できる。例えば、標識がHRPである場合、H2O2 + 2e- +2H+ → 2H2Oの酸化反応を利用できる。この場合には過酸化水素を基質として使用できる。
電気化学的検出に際して、フェロシアン化カリウム/フェリシアン化カリウムのようなメディエーターを使用してもよい。
As a specific method of electrochemical detection, a known method can be used depending on the detection target or the second ligand.
The oxidation-reduction reaction used for electrochemical detection can be appropriately selected depending on the detection target or the label used. For example, when the label is HRP, an oxidation reaction of H 2 O 2 + 2e + 2H + → 2H 2 O can be used. In this case, hydrogen peroxide can be used as a substrate.
For electrochemical detection, a mediator such as potassium ferrocyanide / potassium ferricyanide may be used.

本発明の第2の方法には、当該分野において公知のいずれの電気化学的検出法も使用することができる。電気化学的検出は、サイクリックボルタンメトリー、ポテンシャルステップクロノアンペロメトリー、クーロメトリー、対流ボルタンメトリーや微分パルスボルタンメトリー、矩形波ボルタンメトリー、交流インピーダンス測定により行ってもよい。
電気化学的測定系は、作用極、対極、参照極及びポテンショスタットから構成される。
For the second method of the present invention, any electrochemical detection method known in the art can be used. Electrochemical detection may be performed by cyclic voltammetry, potential step chronoamperometry, coulometry, convective voltammetry, differential pulse voltammetry, square wave voltammetry, or AC impedance measurement.
The electrochemical measurement system includes a working electrode, a counter electrode, a reference electrode, and a potentiostat.

本発明の第2の検出方法によれば、複合微粒子を介して検出対象物を電極上に集積させるので、検出対象物が試料中で低濃度である場合や試料自体が少量である場合にも、高感度での検出が可能である。   According to the second detection method of the present invention, the detection target is accumulated on the electrode via the composite fine particles, so that even when the detection target has a low concentration in the sample or when the sample itself is a small amount. Detection with high sensitivity is possible.

(1)金層被覆樹脂微粒子の作製
超純水156mLにテトラクロロ金(III)酸四水和物(和光純薬工業)の1%水溶液24mL及びクエン酸ナトリウム(片山化学工業)の3%水溶液20mLを添加し、80℃にて20分間スターラーを用いて撹拌することにより、金ナノ粒子の分散液を得た(30±5nm)。
(1) Preparation of gold layer-coated resin fine particles 156 mL of ultrapure water, 24 mL of 1% aqueous solution of tetrachlorogold (III) acid tetrahydrate (Wako Pure Chemical Industries) and 3% aqueous solution of sodium citrate (Katayama Chemical) 20 mL was added and stirred with a stirrer at 80 ° C. for 20 minutes to obtain a dispersion of gold nanoparticles (30 ± 5 nm).

得られた金ナノ粒子分散液17mLに、アクリル系樹脂粒子(早川ゴム社製;ハヤビーズM−11R;粒径5μm;アクリル樹脂;図2)30mg及び10mMチオクト酸/エタノール溶液240μLを加え、室温にて4時間スターラーを用いて撹拌した。次いで、オムニポアメンブレンフィルター(日本ミリポア社製;孔径0.2μm)で濾過し、超純水で洗浄することにより、金ナノ粒子被覆樹脂粒子を得た(図3)。   To 17 mL of the obtained gold nanoparticle dispersion liquid, 30 mg of acrylic resin particles (Hayakawa Rubber Co., Ltd .; Haya beads M-11R; particle size 5 μm; acrylic resin; FIG. 2) and 240 μL of 10 mM thioctic acid / ethanol solution are added to room temperature. For 4 hours using a stirrer. Next, the mixture was filtered through an omnipore membrane filter (manufactured by Nihon Millipore; pore size 0.2 μm), and washed with ultrapure water to obtain gold nanoparticle-coated resin particles (FIG. 3).

次に、超純水20mLに、得られた金ナノ粒子被覆樹脂粒子を加え、更に0.5%ポリビニルアルコール(和光純薬工業社製;重合度:約500)300μL、1%テトラクロロ金(III)酸四水和物水溶液4mL及び30%過酸化水素水270μLを加え、60℃にて3時間スターラーを用いて撹拌した。次いで、オムニポアメンブレンフィルターで濾過し、超純水で洗浄することにより、金層被覆樹脂微粒子を得た(図4)。   Next, the obtained gold nanoparticle-coated resin particles are added to 20 mL of ultrapure water, and further 0.5% polyvinyl alcohol (Wako Pure Chemical Industries, Ltd .; degree of polymerization: about 500) 300 μL, 1% tetrachlorogold ( III) 4 mL of an acid tetrahydrate aqueous solution and 270 μL of 30% hydrogen peroxide water were added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 3 hours using a stirrer. Subsequently, it filtered with the omnipore membrane filter and wash | cleaned with the ultrapure water, and the gold-layer coating | cover resin fine particle was obtained (FIG. 4).

得られた金層被覆樹脂微粒子及びニッケルの下地メッキ層を有する金メッキマイクロビーズ(ミクロパールAU)をそれぞれ遠心分離(6037×g、30秒間)に付し、遠心分離後の状態を観察した。
下地ニッケルメッキ層を有する金メッキマイクロビーズは、遠心分離後、メッキ層の剥離が観察された(図5)。
一方、金被覆樹脂微粒子では、遠心分離による金層の剥離は観察されなかった(図6)。
The gold-plated microbeads (micropearl AU) having the obtained gold layer-coated resin fine particles and nickel base plating layer were each subjected to centrifugation (6037 × g, 30 seconds), and the state after centrifugation was observed.
In the gold-plated microbeads having the underlying nickel plating layer, peeling of the plating layer was observed after centrifugation (FIG. 5).
On the other hand, in the gold-coated resin fine particles, no peeling of the gold layer due to centrifugation was observed (FIG. 6).

(2)金層被覆磁性樹脂微粒子の作製
上記と同様にして得られた金ナノ粒子の分散液18mLに、高分子ポリマー磁性ビーズ(Dynabeads(登録商標)M-270 Carboxylic Acid(Invitrogen社製;粒径3.0 μm;図7)750μL及び100mMアミノフェニルジスルフィド/エタノール溶液27μLを加え、室温にて4時間スターラーを用いて撹拌した。次いで、オムニポアメンブレンフィルター(日本ミリポア社製;孔径0.2μm)で濾過し、超純水で洗浄することにより、金ナノ粒子被覆磁性樹脂粒子を得た(図8)。
(2) Preparation of gold layer-coated magnetic resin fine particles 18 mL of a gold nanoparticle dispersion obtained in the same manner as above was added to a polymer polymer magnetic bead (Dynabeads (registered trademark) M-270 Carboxylic Acid (Invitrogen); Diameter: 3.0 μm; Fig. 7) 750 μL and 100 mM aminophenyl disulfide / ethanol solution 27 μL were added and stirred for 4 hours at room temperature using an omnipore membrane filter (Nippon Millipore Corp .; pore size 0.2 μm). By filtration and washing with ultrapure water, gold nanoparticle-coated magnetic resin particles were obtained (FIG. 8).

次いで、超純水60mLに、得られた金ナノ粒子被覆磁性樹脂粒子を加え、更に0.5%ポリビニルアルコール(和光純薬工業社製;重合度:約500)960μL、1%テトラクロロ金(III)酸四水和物水溶液13mL及び30%過酸化水素水880μLを加え、60℃にて3時間スターラーを用いて撹拌した。次いで、オムニポアメンブレンフィルターで濾過し、超純水で洗浄することにより、金層被覆磁性樹脂微粒子を得た(図9)。   Next, the obtained gold nanoparticle-coated magnetic resin particles were added to 60 mL of ultrapure water, and further, 0.5% polyvinyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd .; degree of polymerization: about 500) 960 μL, 1% tetrachlorogold ( III) 13 mL of an acid tetrahydrate aqueous solution and 880 μL of 30% aqueous hydrogen peroxide were added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 3 hours using a stirrer. Next, the solution was filtered through an omnipore membrane filter and washed with ultrapure water to obtain gold layer-coated magnetic resin fine particles (FIG. 9).

(3)本発明の複合微粒子を用いたDNAの捕獲の確認
12塩基のチオール化DNAプローブ(プローブA:3' HS-(T)12;又はプローブB:(T)12-SH 5')の溶液(1mM、TE緩衝液(pH7))中に、上記のように作製した金層被覆樹脂微粒子(4mg)を分散させて1時間室温にて撹拌した。
金層被覆樹脂微粒子を遠心(6037×g、30秒間)により沈澱させ、上澄み液を除去して新たなTE緩衝液(1.0mL)を加えた。遠心分離及び再懸濁を更に2回繰り返し、過剰なDNAを除去した。
(3) Confirmation of DNA capture using composite fine particles of the present invention A 12-base thiolated DNA probe (probe A: 3 ′ HS- (T) 12 ; or probe B: (T) 12 -SH 5 ′) The gold layer-coated resin fine particles (4 mg) prepared as described above were dispersed in a solution (1 mM, TE buffer (pH 7)) and stirred at room temperature for 1 hour.
Gold layer-coated resin fine particles were precipitated by centrifugation (6037 × g, 30 seconds), the supernatant was removed, and fresh TE buffer (1.0 mL) was added. Centrifugation and resuspension were repeated two more times to remove excess DNA.

標的DNA(ポリ(A)24)の溶液(1mM)中に、リガンドとしてプローブAを含む複合微粒子及びリガンドとしてプローブBを含む複合微粒子を加え、1時間室温にて撹拌した。複合微粒子を遠心(6037×g、30秒間)により沈澱させ、上澄み液のUV測定(吸光度測定)を行った(UV-2400−PC紫外可視分光光度計;島津製作所製;掃引範囲240〜300nm)。UV測定は、複合微粒子を加える前にも行った(図10)。 To a target DNA (poly (A) 24 ) solution (1 mM), composite microparticles containing probe A as a ligand and composite microparticles containing probe B as a ligand were added and stirred at room temperature for 1 hour. The composite fine particles were precipitated by centrifugation (6037 × g, 30 seconds), and UV measurement (absorbance measurement) of the supernatant was performed (UV-2400-PC UV-visible spectrophotometer; manufactured by Shimadzu Corporation; sweep range 240 to 300 nm) . The UV measurement was also performed before adding the composite microparticles (FIG. 10).

結果を図11に示す。
なお、遠心分離による複合微粒子の破壊(特に、金層の剥離)は観察されなかった。
The results are shown in FIG.
Note that destruction of the composite fine particles by centrifugation (particularly, peeling of the gold layer) was not observed.

図11より明らかなように、本発明の複合微粒子の添加により、260nm(核酸の最大吸収波長)での吸光度が低下している。この吸光度の低下は約8pmolの核酸の減少に対応する。このことより,金層被覆微粒子上のDNA密度は5.1pmol cm-2と算出され、この値は12nm径金ナノ粒子へのDNA修飾密度17pmol cm-2とは粒子径の違いによる空間障害を考慮すると比較しうる値であった。
すなわち、図11は、溶液中の核酸の一部が本発明の複合微粒子に捕獲されたことを明確に示している。
As is clear from FIG. 11, the absorbance at 260 nm (maximum absorption wavelength of nucleic acid) is reduced by the addition of the composite fine particles of the present invention. This decrease in absorbance corresponds to a decrease in nucleic acid of about 8 pmol. From this, the DNA density on the gold-coated fine particles was calculated to be 5.1 pmol cm -2, and this value is different from the DNA modification density of 17 pmol cm -2 on the 12 nm diameter gold nanoparticles due to the difference in particle diameter. It was a comparable value when considered.
That is, FIG. 11 clearly shows that a part of the nucleic acid in the solution was captured by the composite microparticles of the present invention.

(4)本発明の複合微粒子を用いたストレプトアビジンの捕獲
(4-1)リガンドとしてビオチンを有する本発明の複合微粒子の作製
(4-1-1)正電荷金ナノ粒子の作製
超純水37.66 mLに、テトラクロロ金(III)酸四水和物(和光純薬工業)の1重量%水溶液2.34 mL及び2-アミノエタンチオール塩酸塩(和光純薬工業)の450 mM水溶液189 μLを添加し、25℃にて20分間撹拌した。水素化ホウ酸ナトリウム(和光純薬工業)の10 mM水溶液10 μLを加え、暗室中で室温にて10分間激しく攪拌することで、金ナノ粒子の懸濁液を得た。
(4) Capture of streptavidin using the composite fine particles of the present invention
(4-1) Preparation of composite fine particles of the present invention having biotin as a ligand
(4-1-1) Preparation of positively charged gold nanoparticles To 37.66 mL of ultrapure water, 2.34 mL of a 1 wt% aqueous solution of tetrachloroauric (III) acid tetrahydrate (Wako Pure Chemical Industries) and 2-aminoethane 189 μL of a 450 mM aqueous solution of thiol hydrochloride (Wako Pure Chemical Industries) was added and stirred at 25 ° C. for 20 minutes. A suspension of gold nanoparticles was obtained by adding 10 μL of a 10 mM aqueous solution of sodium borohydride (Wako Pure Chemical Industries) and stirring vigorously at room temperature for 10 minutes in a dark room.

得られた懸濁液2.0 μLをTEMグリッド(日新EM株式会社製;200 mesh;No.6511)に滴下し、室温で24時間真空乾燥させた後、透過型電子顕微鏡(TEM,日本電子株式会社製;JEM-2000FXII)で観察した。粒径40 nm程度の金ナノ粒子の生成が確認された(図12b)。   2.0 μL of the resulting suspension was dropped onto a TEM grid (Nisshin EM Co., Ltd .; 200 mesh; No. 6511), vacuum-dried at room temperature for 24 hours, and then transmission electron microscope (TEM, JEOL Ltd.) Observed by JEM-2000FXII). Formation of gold nanoparticles with a particle size of about 40 nm was confirmed (FIG. 12b).

金ナノ粒子のゼータ電位及び粒度分布をゼータ電位・粒径測定システム(大塚電子株式会社製;ELSZ-2)により測定した。平均粒径は42.5±6.8 nmであった(図12a)。ゼータ電位は+36.47 mVであり、正電荷を帯びていることが確認された。この正電荷は、アミノエタンチオールが持つアミノ基(-NH3 +)によるものと考えられる。 The zeta potential and particle size distribution of the gold nanoparticles were measured by a zeta potential / particle size measurement system (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd .; ELSZ-2). The average particle size was 42.5 ± 6.8 nm (FIG. 12a). The zeta potential was +36.47 mV, confirming a positive charge. This positive charge is considered to be due to the amino group (—NH 3 + ) of aminoethanethiol.

(4-1-2)金ナノ粒子被覆磁性樹脂粒子の作製
磁性ビーズ(磁性樹脂微粒子)として、Dynabeads(登録商標)M-270 Carboxylic Acid(Invitrogen社製;粒径3.0 μm)を用いた。この磁性ビーズは表面にカルボン酸基を有する。市販品を吸引ろ過して100 mLの超純水で十分に洗浄後、室温で24時間真空乾燥して使用した。
乾燥後の磁性ビーズ30 mgを、上記で得られた正電荷金ナノ粒子懸濁液18 mLに加え、3分間の超音波処理により分散させた後、ミックスローター(AS ONE社製;MIX-ROTAR VMR-5)を用いて室温で2時間攪拌した。次いで、ビーズを外部磁力により回収し、500 μLの超純水に分散させ、再度外部磁力により回収した。この精製操作を3回行った後、室温で24時間真空乾燥させ、金ナノ粒子被覆磁性樹脂粒子を得た(図13a)。
(4-1-2) Preparation of gold nanoparticle-coated magnetic resin particles Dynabeads (registered trademark) M-270 Carboxylic Acid (manufactured by Invitrogen; particle size: 3.0 μm) was used as magnetic beads (magnetic resin fine particles). This magnetic bead has a carboxylic acid group on its surface. The commercially available product was suction filtered, washed thoroughly with 100 mL of ultrapure water, and then vacuum-dried at room temperature for 24 hours before use.
30 mg of the dried magnetic beads were added to 18 mL of the positively charged gold nanoparticle suspension obtained above and dispersed by sonication for 3 minutes, and then mixed rotor (AS ONE; MIX-ROTAR VMR-5) was stirred at room temperature for 2 hours. Next, the beads were recovered by an external magnetic force, dispersed in 500 μL of ultrapure water, and recovered again by an external magnetic force. After performing this purification operation three times, it was vacuum-dried at room temperature for 24 hours to obtain gold nanoparticle-coated magnetic resin particles (FIG. 13a).

ここで、磁性ビーズと金ナノ粒子との吸着は、磁性ビーズ表面に存在するカルボン酸基の負電荷と金ナノ粒子上のアミノエタンチオールのアミノ基の正電荷による静電的相互作用:
Magnetic bead(-COO-) + AuNP(-NH3 +) → Magnetic bead(-COO-+H3N-)AuNP
によると考えられる。
Here, the adsorption between magnetic beads and gold nanoparticles is due to electrostatic interaction due to the negative charge of the carboxylic acid group present on the magnetic bead surface and the positive charge of the amino group of aminoethanethiol on the gold nanoparticle:
Magnetic bead (-COO -) + AuNP (-NH 3 +) → Magnetic bead (-COO - ... + H 3 N-) AuNP
It is thought that.

(4-1-3)金層被覆磁性樹脂微粒子の作製
金ナノ粒子被覆磁性樹脂粒子30 mgを超純水60 mLに加え、3分間超音波処理することで分散させた。得られた分散液に、ポリビニルアルコール(和光純薬工業)の0.5 wt%水溶液1.05 mL、1%テトラクロロ金(III)酸四水和物の水溶液12.8 mL及び30 wt%過酸化水素水0.88 mLを加え、ミックスローター(AS ONE社製;MIX-ROTAR VMR-5)を用いて室温で12時間攪拌した。次いで、ビーズを外部磁力により回収し、500 μLの超純水に分散させ、再度外部磁力により回収した。この精製操作を3回行った後、室温で24時間真空乾燥させ、金層被覆磁性樹脂微粒子を得た(図13b)。
(4-1-3) Preparation of gold layer-coated magnetic resin fine particles 30 mg of gold nanoparticle-coated magnetic resin particles were added to 60 mL of ultrapure water and dispersed by sonication for 3 minutes. To the resulting dispersion, 1.05 mL of a 0.5 wt% aqueous solution of polyvinyl alcohol (Wako Pure Chemical Industries), 12.8 mL of an aqueous solution of 1% tetrachloroauric (III) acid tetrahydrate and 0.88 mL of 30 wt% hydrogen peroxide water And stirred for 12 hours at room temperature using a mix rotor (manufactured by AS ONE; MIX-ROTAR VMR-5). Next, the beads were recovered by an external magnetic force, dispersed in 500 μL of ultrapure water, and recovered again by an external magnetic force. After performing this purification operation three times, it was vacuum dried at room temperature for 24 hours to obtain gold layer-coated magnetic resin fine particles (FIG. 13b).

金ナノ粒子被覆磁性樹脂粒子及び金層被覆磁性樹脂微粒子をそれぞれ、エポキシ樹脂(応研商事株式会社製;Epok 812)中に分散させ、60℃で一晩静置し硬化させた。硬化した樹脂の表面を研磨フィルム(住友3M社製;#4000)で研磨した後、ダイヤモンドナイフ(日進EM株式会社製;サイズ2.0 mm,;45°;DiATOME)で薄く切り出し、TEMグリッド(日進EM株式会社製;200 mesh;No.6511)に載せ、透過型電子顕微鏡(JEOL社製;TEM;JEM-2000FXII)で観察した。金ナノ粒子被覆磁性樹脂粒子及び金層被覆磁性樹脂微粒子の膜厚は、それぞれ約50 nm及び100 nmと見積もられた(図14a及び14b)。   Gold nanoparticle-coated magnetic resin particles and gold layer-coated magnetic resin fine particles were each dispersed in an epoxy resin (Oken Shoji Co., Ltd .; Epok 812) and allowed to stand at 60 ° C. overnight to be cured. The surface of the cured resin is polished with a polishing film (Sumitomo 3M; # 4000), then cut thinly with a diamond knife (Nisshin EM Co., Ltd .; size 2.0 mm, 45 °; DiATOME), and a TEM grid (Nisshin EM) 200 mesh; No. 6511) and observed with a transmission electron microscope (manufactured by JEOL; TEM; JEM-2000FXII). The film thicknesses of the gold nanoparticle-coated magnetic resin particles and the gold layer-coated magnetic resin fine particles were estimated to be about 50 nm and 100 nm, respectively (FIGS. 14a and 14b).

金ナノ粒子被覆磁性樹脂粒子及び金層被覆磁性樹脂微粒子の電気抵抗は、それぞれ8.0 MΩ及び1.3 Ωであり、金層被覆磁性樹脂微粒子の導電性は飛躍的に向上した(表1)。これは、断面TEM像(図14)から明らかなように、金ナノ粒子被覆磁性樹脂粒子で見られる金ナノ粒子間の空隙に金が析出した結果として、連続する金層が形成されたためである。
The electrical resistances of the gold nanoparticle-coated magnetic resin particles and the gold layer-coated magnetic resin fine particles were 8.0 MΩ and 1.3 Ω, respectively, and the conductivity of the gold layer-coated magnetic resin fine particles was dramatically improved (Table 1). This is because, as is apparent from the cross-sectional TEM image (FIG. 14), a continuous gold layer was formed as a result of gold being deposited in the voids between the gold nanoparticles seen in the gold nanoparticle-coated magnetic resin particles. .

(4-1-4)金層被覆磁性樹脂微粒子表面へのビオチンの導入
1 mMビオチン(Thermo scientific社製;Sulfosuccinimidyl 2-(Biotinamido) ethyl-1,3'Dithiopropionate)水溶液に金層被覆磁性樹脂微粒子4 mgを混合し、3分間の超音波処理により分散させ、ロータリーミキサー(FINEPCR社製;ROTARER;AG)を用いて室温で1時間攪拌した。次いで、微粒子を外部磁力により回収し、1 mLのPBS bufferに分散させ、再度外部磁力により回収した。この精製操作を3回行った後、1 mL PBS buffer中に再分散させてビオチン導入金層被覆磁性樹脂微粒子(本発明の複合微粒子)の分散液を得た。
(4-1-4) Introduction of biotin into the surface of the gold layer-coated magnetic resin fine particles 1 mM biotin (manufactured by Thermo scientific; Sulfosuccinimidyl 2- (Biotinamido) ethyl-1,3'Dithiopropionate) 4 mg was mixed, dispersed by sonication for 3 minutes, and stirred at room temperature for 1 hour using a rotary mixer (FINEPCR; ROTARER; AG). Subsequently, the fine particles were collected by an external magnetic force, dispersed in 1 mL of PBS buffer, and collected again by an external magnetic force. This purification operation was performed three times, and then redispersed in 1 mL PBS buffer to obtain a dispersion of biotin-introduced gold layer-coated magnetic resin fine particles (composite fine particles of the present invention).

(4-2)ストレプトアビジンの捕獲
ビオチン導入金層被覆磁性樹脂粒子分散液1 mLに、ターゲット物質として、4 mg/mLフルオレセイン標識化ストレプトアビジン(Thermo scientific)水溶液5 μLを加え、ロータリーミキサーを用いて室温で1時間攪拌した。その後、微粒子を外部磁力により回収し、1 mLのPBS bufferに分散させ、再度外部磁力により回収した。この精製操作を3回行った後、500 μL PBS buffer中に再分散させた。
(4-2) Capture of streptavidin Add 5 μL of 4 mg / mL fluorescein-labeled streptavidin (Thermo scientific) aqueous solution as a target substance to 1 mL of biotin-introduced gold layer-coated magnetic resin particle dispersion and use a rotary mixer. And stirred at room temperature for 1 hour. Thereafter, the fine particles were collected by external magnetic force, dispersed in 1 mL of PBS buffer, and collected again by external magnetic force. This purification operation was performed three times, and then redispersed in 500 μL PBS buffer.

ビオチン導入金層被覆磁性樹脂微粒子分散液単独及びフルオレセイン標識ストレプトアビジンを添加したビオチン導入金層被覆磁性樹脂粒子分散液をそれぞれスライドガラス上に3 μL滴下し、カバーガラスを被せ、蛍光顕微鏡(OLYMPUS社製;BX51)により観察した。画像の取り込みは、デジタルカメラ(OLYMPUS社製;DP72)で行った(図15)。
ビオチン導入金層被覆磁性樹脂微粒子分散液(単独)中では、明視野で樹脂微粒子像が観察される(図15a)が、蛍光視野では像は観察されなかった(図15c)。一方、フルオレセイン標識化ストレプトアビジンを添加したビオチン導入金層被覆磁性樹脂微粒子分散液中では、明視野で観察された樹脂微粒子像(図15b;明視野像)に対応する場所に、フルオレセインによる蛍光像が観察された(図15d)。このことにより、ビオチン導入金層被覆磁性樹脂微粒子は、ターゲットである(ストレプト)アビジンを選択的に捕獲できることが明らかになった。
3 μL of biotin-introduced gold layer-coated magnetic resin particle dispersion alone and biotin-introduced gold layer-coated magnetic resin particle dispersion to which fluorescein-labeled streptavidin has been added are each dropped onto a slide glass, covered with a cover glass, and fluorescent microscope (OLYMPUS) Manufactured by BX51). Image capture was performed with a digital camera (manufactured by OLYMPUS; DP72) (FIG. 15).
In the biotin-introduced gold layer-coated magnetic resin fine particle dispersion (alone), a resin fine particle image was observed in the bright field (FIG. 15a), but no image was observed in the fluorescent field (FIG. 15c). On the other hand, in the biotin-introduced gold layer-coated magnetic resin fine particle dispersion to which fluorescein-labeled streptavidin is added, a fluorescent image by fluorescein is present at a location corresponding to the resin fine particle image observed in the bright field (Fig. 15b; bright field image). Was observed (FIG. 15d). This revealed that the biotin-introduced gold layer-coated magnetic resin fine particles can selectively capture the target (strept) avidin.

(4-3)磁性電極を用いる電気化学的検出
(4-3-1)磁性電極
磁性電極の作製
長さ5 cmのテフロン(登録商標)棒(図16a)の中心に直径1 mmの穴を空け(図16b)、テフロン(登録商標)棒の片方の端にエポキシ樹脂(応研社製;Epok 812)を塗布した。そこに長さ7 cm程度の鉄線(ニラコ社製;FE-221480;φ1.0 mm;99.995%)を挿入し、エポキシ樹脂を60℃で一晩静置することで硬化させ、鉄線をテフロン(登録商標)棒に固定した(図16c)。その後、電極面となる一端を精密仕上げ用研磨フィルム(住友3M社製;2000メッシュ)で研磨し、電極面側に付着したエポキシ樹脂を削り取った。電極面の反対側から鉄線を2 mm程度引き抜き、電極面側に深さ2 mmの空隙を形成した(図16d)。この空隙に隙間なく金箔を詰め込んだ。金箔を埋め込んだ電極表面を、精密仕上げ用研磨フィルム(住友3M社製;2000メッシュ)、精密仕上げ用研磨フィルム(住友3M社製;4000メッシュ)、液体コンパウンド(Soft 99社製;9800メッシュ)の順に使用して鏡面に仕上げた(図16e)。こうして、磁性・導電性材料を用いて外部からの磁力に応答する構造を持つ電極を作製した(図16f)。
(4-3) Electrochemical detection using magnetic electrodes
(4-3-1) Magnetic electrode Production of magnetic electrode A 5 mm long Teflon rod (Fig. 16a) was drilled with a 1 mm diameter hole (Fig. 16b). Epoxy resin (manufactured by Oken; Epok 812) was applied to one end. Insert an iron wire (made by Niraco; FE-221480; φ1.0 mm; 99.995%) about 7 cm in length, and let the epoxy resin stand at 60 ° C overnight to cure it. It was fixed to a (registered trademark) rod (FIG. 16c). Thereafter, one end serving as the electrode surface was polished with a precision finishing polishing film (Sumitomo 3M; 2000 mesh), and the epoxy resin adhering to the electrode surface side was scraped off. An iron wire was pulled out from the opposite side of the electrode surface by about 2 mm to form a 2 mm deep gap on the electrode surface side (FIG. 16d). The gap was filled with gold leaf without any gaps. The surface of the electrode embedded with gold foil is made of a precision finishing polishing film (Sumitomo 3M; 2000 mesh), precision finishing polishing film (Sumitomo 3M; 4000 mesh), and liquid compound (Soft 99, 9800 mesh). They were used in order to give a mirror finish (Fig. 16e). In this way, an electrode having a structure that responds to an external magnetic force was produced using a magnetic / conductive material (FIG. 16f).

磁性電極の特性評価
作用極として上記で作製した磁性電極又は金電極(φ1.0 mm)を、対極として白金電極(1 cm×2 cm)を、参照極としてAg|AgCl電極を用い、0.1 M硫酸(和光純薬工業)溶液中、掃引速度100 mV s-1、掃引範囲−0.25〜+1.5 Vでサイクリックボルタンメトリーを行い両者を比較した(図17)。
いずれの作用極を用いても、アノード側1.5 V、カソード側0.9 V付近に金の酸化被膜生成・還元に伴うピークが見られた。よって、上記で作製した金被覆磁性電極は金電極と同様の電気化学特性を持つことが確認された。
Characteristic evaluation of magnetic electrode Using magnetic or gold electrode (φ1.0 mm) prepared above as working electrode, platinum electrode (1 cm × 2 cm) as counter electrode, Ag | AgCl electrode as reference electrode, 0.1 M Cyclic voltammetry was performed in a sulfuric acid (Wako Pure Chemical Industries) solution with a sweep rate of 100 mV s −1 and a sweep range of −0.25 to +1.5 V, and the two were compared (FIG. 17).
Regardless of which working electrode was used, peaks associated with the formation and reduction of a gold oxide film were observed near 1.5 V on the anode side and 0.9 V on the cathode side. Therefore, it was confirmed that the gold-coated magnetic electrode produced above has the same electrochemical characteristics as the gold electrode.

リン酸緩衝生理食塩水(PBS buffer)調製
塩化ナトリウム(和光純薬工業)80 g、塩化カリウム(和光純薬工業) 2 g、リン酸水素二ナトリウム十二水和物(和光純薬工業)36.3 g、リン酸二水素ナトリウム(和光純薬工業) 2.4 gを超純水約900 mLに溶解させ、35 %塩酸(片山化学工業)でpH 7.4に調製し、さらに超純水を加えて1 Lにメスアップした。
Preparation of phosphate buffered saline (PBS buffer) Sodium chloride (Wako Pure Chemical Industries) 80 g, Potassium chloride (Wako Pure Chemical Industries) 2 g, Disodium hydrogen phosphate dodecahydrate (Wako Pure Chemical Industries) 36.3 g, Sodium dihydrogen phosphate (Wako Pure Chemical Industries) 2.4 g was dissolved in about 900 mL of ultrapure water, adjusted to pH 7.4 with 35% hydrochloric acid (Katayama Chemical Co., Ltd.), and ultrapure water was added to add 1 L I made a female up.

フェロシアン化カリウムの電気化学測定
作用極として上記の磁性電極、対極として白金電極(1 cm×2 cm)、参照極としてAg|AgCl電極を用い、5 mMフェロシアン化カリウム(K4[Fe(CN)6]・3H2O;和光純薬工業)/PBS buffer溶液中、掃引速度10 mV s-1、掃引範囲0〜+0.5 Vでサイクリックボルタンメトリーを行った(図18)。
0.32 Vと0.25 V付近に一対の酸化還元ピークが得られた。これは電解溶液中のフェロシアン化物イオンの酸化還元に起因するピークであり、金電極で得られる典型的な曲線が得られた。
Electrochemical measurement of potassium ferrocyanide 5 mM potassium ferrocyanide (K 4 [Fe (CN) 6 ]) using the above magnetic electrode as working electrode, platinum electrode (1 cm × 2 cm) as counter electrode, and Ag | AgCl electrode as reference electrode Cyclic voltammetry was performed in a 3H 2 O (Wako Pure Chemical Industries) / PBS buffer solution at a sweep rate of 10 mV s −1 and a sweep range of 0 to +0.5 V (FIG. 18).
A pair of redox peaks was obtained near 0.32 V and 0.25 V. This is a peak due to redox of ferrocyanide ions in the electrolytic solution, and a typical curve obtained with a gold electrode was obtained.

(4-3-2)磁性電極への金層被覆磁性樹脂微粒子の集積と電気化学測定
(4-1)で作製した金層被覆磁性樹脂微粒子は、磁力による集積が可能であり、また金層により被覆されているため高い導電性を持つ。これらの性質を利用して、磁性電極表面に金層被覆磁性樹脂粒子を外部磁力で集積することにより、電極面積を増大させて電気化学応答の高感度化を図った(図19)。
(4-3-2) Accumulation of gold resin coated magnetic resin particles on magnetic electrode and electrochemical measurement
The gold layer-coated magnetic resin fine particles prepared in (4-1) can be integrated by magnetic force and have high conductivity because they are coated with the gold layer. Utilizing these properties, gold layer-coated magnetic resin particles were accumulated on the surface of the magnetic electrode by an external magnetic force, thereby increasing the electrode area and increasing the sensitivity of the electrochemical response (FIG. 19).

金層被覆磁性樹脂粒子4 mgをPBS buffer 1 mL中に分散させ、そこから4〜32 μLまで4 μLずつ取って磁性電極上に滴下し、外部磁石により磁性樹脂粒子を電極表面に集積、固定しこれを作用極とした。対極には白金電極(1 cm×2 cm)、参照極にはAg|AgClを用い、5 mM フェロシアン化カリウム/PBS buffer溶液中、掃引速度10 mVs-1、掃引範囲0〜+0.5 Vでサイクリックボルタンメトリーを行った (図20) 。
サイクリックボルタンメトリーの結果、磁性電極表面の金層被覆磁性樹脂粒子固定量が増加するにつれ、フェロシアンの酸化還元に伴う電流応答は大きくなった(図20a)。酸化ピーク電流値とベース電流値の差(ΔIpeak) をプロットした(図20b)。ビーズ分散液滴下量が24 μL以下の場合、ΔIpeakは比例増加したが、24 μL以上になるとΔIpeakが飽和に達した。これは、磁性電極の電極面積に対して固定可能な金層被覆磁性樹脂粒子量が飽和したためであると考えられる。今回の実験条件下ではΔIpeakは滴下量0 μLの場合と比べて3倍程度まで増加した。電流値は電極面積に比例するため、電極面積が3倍程度増大したことが示唆された。
Disperse 4 mg of gold layer coated magnetic resin particles in 1 mL of PBS buffer, drop 4 μL each from 4 to 32 μL onto the magnetic electrode, and collect and fix the magnetic resin particles on the electrode surface with an external magnet. This was the working electrode. A platinum electrode (1 cm x 2 cm) is used for the counter electrode, and Ag | AgCl is used for the reference electrode, and cyclic in a 5 mM potassium ferrocyanide / PBS buffer solution with a sweep rate of 10 mVs -1 and a sweep range of 0 to +0.5 V. Voltammetry was performed (Figure 20).
As a result of cyclic voltammetry, the current response accompanying the oxidation-reduction of ferrocyan increased as the fixed amount of the gold layer-coated magnetic resin particles on the surface of the magnetic electrode increased (FIG. 20a). The difference (ΔI peak ) between the oxidation peak current value and the base current value was plotted (FIG. 20b). ΔI peak increased proportionally when the amount of beads dispersed droplets was 24 μL or less, but ΔI peak reached saturation when the amount was 24 μL or more. This is considered to be because the amount of gold-coated magnetic resin particles that can be fixed with respect to the electrode area of the magnetic electrode was saturated. Under this experimental condition, ΔI peak increased to about 3 times compared to the case of a drop volume of 0 μL. Since the current value was proportional to the electrode area, it was suggested that the electrode area increased about three times.

フルオレセインの電気化学測定
顕微鏡観察などに用いられる蛍光色素の一種であるフルオレセインのサイクリックボルタンメトリーを行った。フルオレセインの電離平衡におけるpKaは6.4であり、pH5〜9の範囲でpH依存性の吸収と蛍光放出を示す。また、フルオレセインは溶液のpHによって次式(I)で表わされるような構造をとると考えられる。
Electrochemical measurement of fluorescein Cyclic voltammetry of fluorescein, which is a kind of fluorescent dye used for microscopic observation, was performed. Fluorescein has a pKa of 6.4 in the ionization equilibrium and exhibits pH-dependent absorption and fluorescence emission in the pH range of 5-9. Fluorescein is considered to have a structure represented by the following formula (I) depending on the pH of the solution.

PBS buffer(pH7.4)中に溶解させるとフルオレセインは(B)の構造をとり、溶液は黄緑色を呈し、0.1 M硫酸溶液(pH1.0)中では(A)の構造をとり、溶液は橙色を呈する。
作用極に磁性電極および金層被覆磁性樹脂粒子を外部磁力により集積した磁性電極、対極には白金電極(1 cm×2 cm)、参照極にはAg|AgClを用い、1 mM フルオレセイン(和光純薬工業) /PBS buffer溶液中、掃引速度10 mV s-1、掃引範囲0〜0.8 Vでサイクリックボルタンメトリーを行った (図21) 。
その結果、PBS buffer中で電位0.7 V付近に酸化ピークが見られた。これは下式(II)で表わされる酸化反応によるピークであると考えられる。金層被覆磁性樹脂粒子を集積することでΔIpeakが11倍になり、電気化学信号が高感度化された。
When dissolved in PBS buffer (pH 7.4), fluorescein takes the structure of (B), the solution exhibits a yellowish green color, and in 0.1 M sulfuric acid solution (pH 1.0), it takes the structure of (A). Shows orange.
A magnetic electrode with magnetic electrodes and magnetic resin particles coated with gold layer coated on the working electrode by external magnetic force, a platinum electrode (1 cm × 2 cm) as the counter electrode, and Ag | AgCl as the reference electrode, 1 mM fluorescein (Wako Pure) Yakuhin Kogyo Co., Ltd.) Cyclic voltammetry was performed in a PBS buffer solution at a sweep rate of 10 mV s −1 and a sweep range of 0 to 0.8 V (FIG. 21).
As a result, an oxidation peak was observed around a potential of 0.7 V in PBS buffer. This is considered to be a peak due to the oxidation reaction represented by the following formula (II). Accumulation of gold layer-coated magnetic resin particles increased ΔI peak by 11 times and increased the sensitivity of electrochemical signals.

(4-3-3)磁性電極によるHRP標識化ストレプトアビジンの電気化学測定
(4-1)で作製したビオチン導入金層被覆磁性樹脂微粒子を用いて、ストレプトアビジンの電気化学的検出を行った(図22)。
Electrochemical measurement of HRP-labeled streptavidin with (4-3-3) magnetic electrode
Streptavidin was electrochemically detected using the biotin-introduced gold layer-coated magnetic resin fine particles prepared in (4-1) (FIG. 22).

HRP(Horseradish peroxidase)は、過酸化水素の還元反応に対する高い触媒機能を示し、電子メディエーターなしでも、高い電気応答性を示すことが知られている。そのため、免疫染色や、ELIZAなどの分析化学実験での標識物質として頻繁に使用される。HRPの酵素触媒反応は下式()〜(3)のように表される。
HRP(Fe3+) + H2O2 → Compound-I(Fe4+=O, P+) + H2O (1)
Compound-I (Fe4+=O, P+) + e- + H+ → Compound-II (Fe4+=O) (2)
Compound-II (Fe4+=O) + e- + H+ → HRP(Fe3+) + H2O (3)
まず過酸化水素によるHRPの補欠因子ヘムの2電子酸化が起こり、この結果、oxyferryl iron (Fe4+=O)とポルフィリンπカチオンラジカル(P+)からなる酸化数+5の反応中間体Compound-I (Fe4+=O, P+) が生成する(1)。次にCompound-I (Fe4+=O, P+)が電極から電子を受け取り、ポルフィリンπカチオンラジカルが1電子還元され、酸化数+4の反応中間体Compound-II (Fe4+=O)になる(2)。最後に、Compound-II (Fe4+=O)が電子を受け取り、もとの状態に戻る。従って、本反応系は全体として以下の式(4)、図23で示される。
H2O2 + 2e- +2H+ → 2H2O (4)
HRP (Horseradish peroxidase) is known to exhibit a high catalytic function for the reduction reaction of hydrogen peroxide and to exhibit a high electrical response even without an electron mediator. Therefore, it is frequently used as a labeling substance in immunochemical staining and analytical chemistry experiments such as ELIZA. The enzyme-catalyzed reaction of HRP is represented by the following formulas () to (3).
HRP (Fe 3+ ) + H 2 O 2 → Compound-I (Fe 4+ = O, P + ) + H 2 O (1)
Compound-I (Fe 4+ = O , P +) + e - + H + → Compound-II (Fe 4+ = O) (2)
Compound-II (Fe 4+ = O ) + e - + H + → HRP (Fe 3+) + H 2 O (3)
First, two-electron oxidation of HRP prosthesis heme by hydrogen peroxide occurs, and as a result, a reaction intermediate with an oxidation number of +5 consisting of oxyferryl iron (Fe 4+ = O) and porphyrin π-cation radical (P + ) Compound- I (Fe 4+ = O, P + ) is generated (1). Next, Compound-I (Fe 4+ = O, P + ) receives electrons from the electrode, the porphyrin π-cation radical is reduced by one electron, and the reaction intermediate Compound-II (Fe 4+ = O) with oxidation number +4 (2) Finally, Compound-II (Fe 4+ = O) receives the electrons and returns to the original state. Therefore, this reaction system is generally shown in the following formula (4) and FIG.
H 2 O 2 + 2e - + 2H + → 2H 2 O (4)

(4-3-1)で作製した磁性電極の表面に1 mMビオチン(Thermo Scientific社製, EZ-LinkTM Sulfo-NHS-SS-Biotin)溶液3 μLを滴下し、4℃で30分間静置することで、リガンドとしてビオチンを電極表面に修飾した。ビオチン修飾した磁性電極に1mg/mL HRP標識化ストレプトアビジン(Ana Spec, Inc社製,Streptavidin, HRP Conjugated)溶液を3μL滴下し、4℃で暗室に30分間静置した。超純水ですすいだ後、これを作用極とし、対極には白金電極(1 cm×2 cm)、参照極はAg|AgClとして、250μM H2O2/PBS buffer溶液中、掃引速度10 mVs-1、掃引範囲-0.2〜+0.3 Vでサイクリックボルタンメトリーを行った (図24)。
アノードとカソードではそれぞれ0.19 Vと0.10 Vにピークが見られた。これは、HRPによる過酸化水素の酵素触媒反応内における電極表面との直接電子移動反応によるピークであると考えられる。このことから、HRP標識化ストレプトアビジンは電気化学活性を示すことが示唆された。
3 μL of 1 mM biotin (Thermo Scientific, EZ-Link ™ Sulfo-NHS-SS-Biotin) solution is dropped onto the surface of the magnetic electrode prepared in (4-3-1) and left at 4 ° C. for 30 minutes. Thus, biotin was modified on the electrode surface as a ligand. 3 μL of a 1 mg / mL HRP-labeled streptavidin (Ana Spec, Inc., Streptavidin, HRP Conjugated) solution was dropped onto the biotin-modified magnetic electrode, and the plate was allowed to stand in a dark room at 4 ° C. for 30 minutes. After rinsing with ultrapure water, this is the working electrode, the counter electrode is a platinum electrode (1 cm x 2 cm), the reference electrode is Ag | AgCl, and the sweep rate is 10 mVs in a 250 μM H 2 O 2 / PBS buffer solution. -1 and cyclic voltammetry was performed in a sweep range of -0.2 to +0.3 V (FIG. 24).
Peaks were observed at 0.19 V and 0.10 V at the anode and cathode, respectively. This is considered to be a peak due to direct electron transfer reaction with the electrode surface in the enzyme-catalyzed reaction of hydrogen peroxide by HRP. This suggested that HRP-labeled streptavidin exhibits electrochemical activity.

金層被覆磁性樹脂粒子を用いたHRP標識化ストレプトアビジンの電気化学測定
(1)で作製したビオチン導入金層被覆磁性樹脂微粒子により試料溶液中のHRP標識化ストレプトアビジンを捕捉して、外部磁力により電極上に金層被覆磁性樹脂粒子を集積して、過酸化水素を含むPBS buffer中でサイクリックボルタンメトリーを行った(図25)。アノードとカソードではそれぞれ0 Vと0.06 Vにピークが見られた。これは、HRPによる過酸化水素の酵素触媒反応内における、電極表面との直接電子移動反応によるピークであると考えられる。しかし、磁性電極を用いた場合(上記参照)と金層被覆磁性樹脂粒子を用いた場合とを比較すると、カソードでのピーク電流値ΔIpc (ピーク電流からベース電流を差し引いたもの)はそれぞれ20 nAと2.7 μAであり、130倍以上のピーク電流の増幅が達成された。このことから、金層被覆磁性樹脂粒子を用いることにより、高感度な電気化学計測が可能になった。
Electrochemical measurement of HRP-labeled streptavidin using gold layer coated magnetic resin particles
The biotin-introduced gold layer coated magnetic resin fine particles prepared in (1) capture HRP-labeled streptavidin in the sample solution, accumulate the gold layer coated magnetic resin particles on the electrode by an external magnetic force, and absorb hydrogen peroxide. Cyclic voltammetry was performed in the PBS buffer containing (FIG. 25). Peaks were observed at 0 V and 0.06 V at the anode and cathode, respectively. This is considered to be a peak due to direct electron transfer reaction with the electrode surface in the enzyme-catalyzed reaction of hydrogen peroxide by HRP. However, when the magnetic electrode is used (see above) and the gold layer coated magnetic resin particles are compared, the peak current value ΔIpc at the cathode (the peak current minus the base current) is 20 nA each. Amplification of the peak current more than 130 times was achieved. From this, it became possible to perform highly sensitive electrochemical measurement by using gold layer-coated magnetic resin particles.

ビオチン導入金層被覆磁性樹脂微粒子を用いたターゲット分子の検出
それぞれ標識化されたターゲットに分散させたビオチン修飾金層被覆磁性樹脂粒子を電極上に20 μLずつ滴下し、外部磁力により電極表面に金層被覆磁性樹脂粒子を集積した。金層被覆磁性樹脂粒子を集積した電極を作用極として用い、対極には白金電極(1 cm×2 cm)、参照極はAg|AgClとした。HRP標識化ストレプトアビジンの場合は、250μM H2O2/PBS buffer溶液中、掃引速度10 mV s-1、掃引範囲−0.2〜+0.3 Vでサイクリックボルタンメトリーを行った(図26)。
HRP標識ストレプトアビジンを回収した金層被覆磁性樹脂粒子を測定した場合のみ、一対の顕著な酸化還元ピークが見られた。これは、HRPによる過酸化水素の酸化還元ピークであると考えられ、この電位走査範囲では、HRP標識ストレプトアビジンのみを検出することが可能である。よってこの結果から、標識化された複数種類の抗原を一括測定し、ある特定の抗原のみを検出するといったマルチアレイ方式での測定も可能であるということが示唆された。
Detection of target molecules using biotin-introduced gold layer-coated magnetic resin particles 20 μL of biotin-modified gold layer-coated magnetic resin particles dispersed in each labeled target are dropped onto the electrode, and gold is applied to the electrode surface by an external magnetic force. Layer-coated magnetic resin particles were accumulated. An electrode on which gold layer-coated magnetic resin particles were integrated was used as a working electrode, a counter electrode was a platinum electrode (1 cm × 2 cm), and a reference electrode was Ag | AgCl. In the case of HRP-labeled streptavidin, cyclic voltammetry was performed in a 250 μM H 2 O 2 / PBS buffer solution at a sweep rate of 10 mV s −1 and a sweep range of −0.2 to +0.3 V (FIG. 26).
Only when the gold layer-coated magnetic resin particles from which HRP-labeled streptavidin was recovered were measured, a pair of prominent redox peaks were observed. This is considered to be a redox peak of hydrogen peroxide by HRP, and only HRP-labeled streptavidin can be detected in this potential scanning range. Therefore, from this result, it was suggested that the measurement by the multi-array method in which a plurality of types of labeled antigens are collectively measured and only a specific antigen is detected is possible.

以上の結果から、外部磁力により金層被覆磁性樹脂微粒子を磁性電極上に集積させることによって、検出対象物の高感度/高精度検出が可能になると理解できる。   From the above results, it can be understood that high sensitivity / high accuracy detection of a detection target can be achieved by accumulating gold layer-coated magnetic resin fine particles on a magnetic electrode by an external magnetic force.

上記の実施形態および実施例は、本発明の理解を容易にするために例示として記載されたものであって、本発明は本明細書または添付図面に記載された具体的な構成のみに限定されるものではないことに留意すべきである。本明細書に記載した具体的構成、手段、方法は、本明細書に基づいて理解される本発明の基本思想を逸脱することなく、当該分野において公知の他の多くのものと置換可能であることを、理解すべきであり、当業者であれば容易に認識することができる。   The above embodiments and examples are described as examples for facilitating the understanding of the present invention, and the present invention is limited only to the specific configurations described in this specification or the accompanying drawings. It should be noted that they are not intended. The specific configurations, means, and methods described in this specification can be replaced with many others known in the art without departing from the basic idea of the present invention understood based on this specification. This should be understood and can be easily recognized by those skilled in the art.

Claims (10)

樹脂表面を有する微粒子に金層が直接又は有機バインダの層を介して付着した金層被覆微粒子と、該金層に連結され且つ生物学的物質と特異的に結合し得るリガンドとからなることを特徴とする生物学的物質の捕獲又は分離用複合微粒子。 A gold layer-coated fine particle in which a gold layer is attached to a fine particle having a resin surface directly or via an organic binder layer, and a ligand that is linked to the gold layer and can specifically bind to a biological substance. Composite fine particles for capturing or separating biological material. 前記金層被覆微粒子が、前記樹脂表面を有する微粒子を、有機バインダを含むか又は含まない金ナノ粒子分散液中に混合して該樹脂表面に金ナノ粒子が固定された微粒子を得、得られた微粒子を金イオン又は金錯体イオン含有溶液中、還元剤の存在下に混合することにより得られる請求項1に記載の複合微粒子。 The gold layer-coated fine particles are obtained by mixing the fine particles having the resin surface with a gold nanoparticle dispersion liquid containing or not containing an organic binder to obtain fine particles having gold nanoparticles fixed on the resin surface. The composite fine particles according to claim 1, obtained by mixing the fine particles in a solution containing gold ions or gold complex ions in the presence of a reducing agent. 前記リガンドが、抗体、抗原、核酸プローブ、アプタマー、レクチン、グルタチオン、アビジン、ストレプトアビジン、ビオチン、金属イオンからなる群より選択される請求項1又は2に記載の複合微粒子。 The composite microparticle according to claim 1 or 2, wherein the ligand is selected from the group consisting of an antibody, an antigen, a nucleic acid probe, an aptamer, a lectin, glutathione, avidin, streptavidin, biotin, and a metal ion. 前記樹脂表面を有する微粒子が樹脂微粒子である請求項1〜3のいずれか1項に記載の複合微粒子。 The composite fine particles according to claim 1, wherein the fine particles having a resin surface are resin fine particles. 前記樹脂表面を有する微粒子が磁性微粒子である請求項1〜3のいずれか1項に記載の複合微粒子。 The composite fine particles according to any one of claims 1 to 3, wherein the fine particles having a resin surface are magnetic fine particles. 試料中の生物学的物質を請求項1〜5のいずれか1項に記載の複合微粒子に捕獲し、該複合微粒子を前記試料から遠心分離により分離することを特徴とする試料中の生物学的物質の分離方法。 A biological substance in a sample is captured by the composite microparticle according to any one of claims 1 to 5, and the composite microparticle is separated from the sample by centrifugation. Method for separating substances. 試料中の生物学的物質を請求項5に記載の複合微粒子に捕獲し、該複合微粒子を前記試料から磁気分離により分離することを特徴とする試料中の生物学的物質の分離方法。 A method for separating a biological material in a sample, wherein the biological material in the sample is captured by the composite microparticle according to claim 5, and the composite microparticle is separated from the sample by magnetic separation. 試料中の生物学的物質を請求項1〜5のいずれか1項に記載の複合微粒子に捕獲し、該複合微粒子に捕獲された生物学的物質の存在を、該生物学的物質に特異的に結合する別のリガンドを用いて検知することを特徴とする試料中の生物学的物質の検出方法。 A biological substance in a sample is captured by the composite microparticle according to any one of claims 1 to 5, and the presence of the biological substance captured by the composite microparticle is specific to the biological substance. A method for detecting a biological substance in a sample, wherein the detection is performed using another ligand that binds to. 試料中の生物学的物質を請求項5に記載の複合微粒子に捕獲し、該複合微粒子を磁力により作用極上に集積させ、該複合微粒子に捕獲された生物学的物質の存在を電気化学的に検知することを特徴とする試料中の生物学的物質の検出方法。 The biological material in the sample is captured by the composite microparticle according to claim 5, the composite microparticle is accumulated on the working electrode by magnetic force, and the presence of the biological material captured by the composite microparticle is electrochemically detected. A method for detecting a biological substance in a sample, characterized by detecting. 電気化学的検知がサイクリックボルタンメトリーにより行われる請求項9に記載の方法。 The method according to claim 9, wherein the electrochemical detection is performed by cyclic voltammetry.
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