JP4505581B2 - Substance immobilization method - Google Patents
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Description
本発明は、ポリペプチド、核酸、脂質等の所望の物質を基体上に固定化するための物質固定化方法に関する。 The present invention relates to a substance immobilization method for immobilizing a desired substance such as a polypeptide, nucleic acid, lipid or the like on a substrate.
近年、抗体または抗原をプレート上に固定化した、免疫測定のためのイムノプレートや、核酸をチップ上に固定化したDNAチップ等が広く用いられている。基体上にタンパク質や核酸を固定化する方法の1つとして、物理吸着が挙げられる。例えばポリスチレンのような疎水性の基体と、基体上に固定化すべきタンパク質や核酸の水溶液とを接触させて放置することにより、物理吸着によってタンパク質や核酸を基体上に固定化することができる。 In recent years, immunoplates for immunoassay in which antibodies or antigens are immobilized on plates, DNA chips in which nucleic acids are immobilized on chips, and the like are widely used. One method for immobilizing proteins and nucleic acids on a substrate is physical adsorption. For example, by leaving a hydrophobic substrate such as polystyrene in contact with an aqueous solution of protein or nucleic acid to be immobilized on the substrate, the protein or nucleic acid can be immobilized on the substrate by physical adsorption.
しかしながら、物理吸着を用いる方法では、基体と固定化物質との結合が弱く、物質を固定化した基体の安定性が不十分であるという問題がある。また、目的のタンパク質や核酸で被覆されなかった領域への非特異吸着を防止するために、ウシ血清アルブミン(BSA)、カゼイン、スキムミルク等のタンパク質(タンパク質を固定化する場合)や、サケ精子DNA等のDNA(DNAを固定化する場合)、免疫学的に反応しない抗体または抗原(抗体または抗原を固定化する場合)でブロッキングすることが行われている(特許文献1参照)。しかし、このようなブロッキングによる非特異吸着の防止効果は必ずしも満足できるものではなく、非特異吸着による検出感度の低下の問題があった。 However, the method using physical adsorption has a problem that the bond between the substrate and the immobilized substance is weak, and the stability of the substrate on which the substance is immobilized is insufficient. In addition, in order to prevent non-specific adsorption to regions not covered with the target protein or nucleic acid, proteins such as bovine serum albumin (BSA), casein, skim milk, etc. (when proteins are immobilized), salmon sperm DNA Blocking with DNA such as DNA (when DNA is immobilized), antibody or antigen that does not react immunologically (when antibody or antigen is immobilized) is performed (see Patent Document 1). However, the effect of preventing non-specific adsorption by such blocking is not always satisfactory, and there has been a problem of reduction in detection sensitivity due to non-specific adsorption.
また、基体上の官能基と、固定化すべきタンパク質や核酸の官能基とを共有結合させることにより、基体上にタンパク質や核酸を固定化することも行われている(特許文献2参照)。しかしながら、この方法では、用いる官能基が物質の活性部位の中またはその近傍にある場合には、固定化により物質の活性が失われてしまう。また、適当な官能基が存在しない場合には、この方法により固定化することができない。更に、物理吸着の場合と同様、ブロッキングにより非特異吸着を防止することも行われるが、その防止効果は必ずしも満足できるものではない。 In addition, proteins and nucleic acids are also immobilized on a substrate by covalently bonding a functional group on the substrate and a functional group of a protein or nucleic acid to be immobilized (see Patent Document 2). However, in this method, when the functional group used is in or near the active site of the substance, the activity of the substance is lost due to immobilization. In addition, when there is no appropriate functional group, it cannot be immobilized by this method. Furthermore, as in the case of physical adsorption, non-specific adsorption is also prevented by blocking, but the prevention effect is not always satisfactory.
一方、光反応性基を利用して物質を基板に固定化することも提案されている(非特許文献1参照)。しかしながら、この方法でも、依然として非特異吸着の問題がある。よって、非特異吸着を防止しつつ、基体上に所望の物質を固定化し、高感度で検出するための手段が求められていた。 On the other hand, it has also been proposed to immobilize a substance on a substrate using a photoreactive group (see Non-Patent Document 1). However, this method still has the problem of nonspecific adsorption. Therefore, a means for immobilizing a desired substance on a substrate and detecting it with high sensitivity while preventing non-specific adsorption has been demanded.
本発明の目的は、基体上に固定化された物質および/または被固定化物質と特異的に反応する物質を高感度で検出するための物質固定化方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a substance immobilization method for detecting a substance immobilized on a substrate and / or a substance specifically reacting with an immobilized substance with high sensitivity.
上記目的を達成するための手段は、以下の通りである。
[1] 基体上に被固定化物質を固定化する方法であって、
被固定化物質および/または被固定化物質と特異的に反応する物質の基体表面への非特異吸着を防止する効果を有するポリマーを含む塗布液を基体上に塗布し、前記基体表面の少なくとも一部にポリマー層を形成し、次いで、
前記ポリマー層を有する基体上に、被固定化物質と1分子中に少なくとも2個の光反応性基を有する光架橋剤との混合物を塗布し、光照射することを含む、物質固定化方法。
[2] 前記塗布液は、1分子中に少なくとも2個の光反応性基を有する光架橋剤を含む[1]に記載の物質固定化方法。
[3] 前記ポリマーは、光反応性基および/または基体表面と共有結合もしくは配位結合可能な基を有する[1]または[2]に記載の物質固定化方法。
[4] 前記光反応性基は、アジド基である[1]〜[3]のいずれかに記載の物質固定化方法。
[5] 前記ポリマーは、分子全体として電気的に中性な水溶性ポリマーである[1]〜[4]のいずれかに記載の物質固定化方法。
[6] 前記ポリマーは、両極性またはノニオン性ポリマーである[5]に記載の物質固定化方法。
[7] 前記ノニオン性ポリマーは、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレートのビニル重合体である[6]に記載の物質固定化方法。
[8] 前記被固定化物質が、ポリペプチド、核酸、脂質、細胞およびその構成要素からなる群から選ばれる少なくとも一種である[1]〜[7]のいずれか1項に記載の方法。
Means for achieving the above object are as follows.
[1] A method for immobilizing a substance to be immobilized on a substrate,
A coating liquid containing a polymer having an effect of preventing non-specific adsorption of a substance to be immobilized and / or a substance specifically reacting with the substance to be immobilized on the surface of the substrate is coated on the substrate, and at least one of the surfaces of the substrate is coated. Forming a polymer layer on the part, then
A substance immobilization method comprising applying a mixture of a substance to be immobilized and a photocrosslinking agent having at least two photoreactive groups in one molecule on a substrate having the polymer layer, and irradiating with light.
[2] The substance immobilization method according to [1], wherein the coating liquid contains a photocrosslinking agent having at least two photoreactive groups in one molecule.
[3] The substance immobilization method according to [1] or [2], wherein the polymer has a photoreactive group and / or a group capable of covalent bonding or coordination bonding with the substrate surface.
[4] The substance immobilization method according to any one of [1] to [3], wherein the photoreactive group is an azide group.
[5] The substance immobilization method according to any one of [1] to [4], wherein the polymer is an electrically neutral water-soluble polymer as a whole molecule.
[6] The substance immobilization method according to [5], wherein the polymer is an ambipolar or nonionic polymer.
[7] The substance immobilization method according to [6], wherein the nonionic polymer is a vinyl polymer of polyethylene glycol (meth) acrylate.
[8] The method according to any one of [1] to [7], wherein the substance to be immobilized is at least one selected from the group consisting of polypeptides, nucleic acids, lipids, cells, and components thereof.
本発明によれば、非特異吸着を抑制しつつ、基体上に所望の物質を固定化することができる。本発明の方法によって物質が固定化された基体によれば、被固定化物質および/または被固定化物質と特異的に反応する物質を高感度で検出することが可能である。 According to the present invention, a desired substance can be immobilized on a substrate while suppressing nonspecific adsorption. According to the substrate on which the substance is immobilized by the method of the present invention, the substance to be immobilized and / or the substance that specifically reacts with the substance to be immobilized can be detected with high sensitivity.
以下、本発明について更に詳細に説明する。
本発明の物質固定化方法は、
基体上に被固定化物質を固定化する方法であって、
被固定化物質および/または被固定化物質と特異的に反応する物質の基体表面への非特異吸着を防止する効果を有するポリマーを含む塗布液を基体上に塗布し、前記基体表面の少なくとも一部にポリマー層を形成し(以下、「第一工程」という)、次いで、
前記ポリマー層を有する基体上に、被固定化物質と1分子中に少なくとも2個の光反応性基を有する光架橋剤との混合物を塗布し、光照射すること(以下、「第二工程」という)を含む、物質固定化方法。
である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The substance immobilization method of the present invention comprises:
A method for immobilizing a substance to be immobilized on a substrate,
A coating liquid containing a polymer having an effect of preventing non-specific adsorption of a substance to be immobilized and / or a substance specifically reacting with the substance to be immobilized on the surface of the substrate is coated on the substrate, and at least one of the surfaces of the substrate is coated. A polymer layer is formed on the part (hereinafter referred to as “first step”), and then
On the substrate having the polymer layer, a mixture of a substance to be immobilized and a photocrosslinking agent having at least two photoreactive groups in one molecule is applied and irradiated with light (hereinafter referred to as “second step”). A substance immobilization method.
It is.
第一工程
第一工程では、非特異吸着防止効果を有するポリマーを含む塗布液を基体上に塗布し、前記基体表面の少なくとも一部にポリマー層を形成する。
第一工程において使用されるポリマーは、被固定化物質および/または被固定化物質と特異的に反応する物質の基体表面への非特異吸着を防止する効果を有するものである。ここで、「非特異吸着」とは、基板表面の被固定化物質が固定化されていない領域へ、被固定化物質および/または被固定化物質と特異的に反応する物質が吸着することをいう。被固定化物質と特異的に反応する物質とは、例えば、被固定化物質が抗原である場合には抗体を、被固定化物質が抗体である場合には抗原であることができる。かかるポリマー層を介して基体上に物質を固定化することにより、非特異吸着を防止し、検出感度を高めることができる。更に、本発明の方法によれば、ポリマー、被固定化物質および光架橋剤を混合して基体上に塗布する方法に比べ、最表層に露出する被固定化物質量が多いため、S/N比および検出感度の優れた物質固定化基体を得ることができる。
First Step In the first step, a coating solution containing a polymer having a nonspecific adsorption preventing effect is applied onto a substrate, and a polymer layer is formed on at least a part of the substrate surface.
The polymer used in the first step has an effect of preventing nonspecific adsorption to the substrate surface of the substance to be immobilized and / or the substance specifically reacting with the substance to be immobilized. Here, “non-specific adsorption” means that the substance to be immobilized and / or the substance that specifically reacts with the substance to be immobilized is adsorbed to a region where the substance to be immobilized is not immobilized on the substrate surface. Say. The substance that specifically reacts with the substance to be immobilized can be, for example, an antibody when the substance to be immobilized is an antigen, and an antigen when the substance to be immobilized is an antibody. By immobilizing a substance on the substrate via such a polymer layer, nonspecific adsorption can be prevented and detection sensitivity can be increased. Furthermore, according to the method of the present invention, since the amount of the immobilized substance exposed on the outermost layer is large compared to the method of mixing the polymer, the immobilized substance and the photocrosslinking agent and applying the mixture onto the substrate, the S / N ratio is increased. In addition, a substance-immobilized substrate having excellent detection sensitivity can be obtained.
非特異吸着防止効果を有するポリマーとしては、分子全体として電気的に中性な水溶性ポリマーを挙げることができる。「分子全体として電気的に中性」とは、中性付近のpH(例えばpH6〜8)の水溶液中で電離してイオンになる基を有さないか、または有していても陽イオンになるものと陰イオンになるものを有していて、ポリマー1分子における電荷の合計が実質的に0になることを意味する。なお、本発明において、電荷について「実質的に」とは、電荷の合計が0になるか、または0にはならないとしても本発明の効果に悪影響を与えない程度に小さいことを意味する。 Examples of the polymer having a non-specific adsorption preventing effect include water-soluble polymers that are electrically neutral as a whole molecule. “Electrically neutral as a whole molecule” means that it does not have a group that becomes ionized by ionization in an aqueous solution having a pH near neutrality (for example, pH 6 to 8), or even if it has a group that becomes a cation. Means that the total charge in one polymer molecule is substantially zero. In the present invention, the term “substantially” for the charge means that the total charge is 0 or small enough not to adversely affect the effect of the present invention even if it does not become 0.
前記ポリマーは、水溶性であることが好ましい。ここで、「水溶性」とは、例えば、前記ポリマーの水に対する溶解度(水100gに溶解するグラム数)が、5以上であることをいう。水に不溶なポリマーを使用すると、水やアルコール以外の非水系の溶媒を使用しなければならないが、非水系溶媒は、被固定化物質を変性させる場合がある。そこで、本発明では、被固定化物質の変性防止のために、水溶性ポリマーを使用することが好ましい。更に、水溶性ポリマーは、非特異吸着抑制効果にも優れるという利点がある。 The polymer is preferably water-soluble. Here, “water-soluble” means, for example, that the solubility of the polymer in water (the number of grams dissolved in 100 g of water) is 5 or more. If a water-insoluble polymer is used, a non-aqueous solvent other than water or alcohol must be used. However, the non-aqueous solvent may denature the substance to be immobilized. Therefore, in the present invention, it is preferable to use a water-soluble polymer in order to prevent denaturation of the substance to be immobilized. Furthermore, the water-soluble polymer has an advantage of being excellent in non-specific adsorption suppressing effect.
分子全体として電気的に中性である水溶性ポリマーは、両極性またはノニオン性ポリマーであることができる。ここで、両極性とは、中性付近のpH(例えばpH6〜8)の水溶液中で電離して陽イオンになる基と陰イオンになる基を有していて、ポリマー1分子における電荷の合計が実質的に0になることを意味する。また、「ノニオン性」とは、中性付近のpH(例えばpH6〜8)の水溶液中で電離してイオンになる基を実質的に有さないことを意味する。ここで「電離してイオンになる基を実質的に有さない」とは、このような基を全く含まないか、または含んでいるとしても本発明の効果に悪影響を与えない程度に微量(例えば、このような基の数が炭素数の1%以下)であることを意味する。中でも、ノニオン性ポリマーは、優れた非特異吸着防止効果を有し、また、安価に製造または入手可能であるという利点を有する。 A water soluble polymer that is electrically neutral as a whole molecule can be a bipolar or nonionic polymer. Here, the term “bipolar” refers to a group that becomes a cation and a group that becomes a cation by ionization in an aqueous solution having a pH close to neutrality (for example, pH 6 to 8). Means substantially zero. Moreover, "nonionic" means having substantially no group ionized by ionization in an aqueous solution having a pH near neutrality (for example, pH 6 to 8). Here, “substantially free of ionized ionized groups” means that such a group is not included at all, or even if such a group is included, such a small amount that does not adversely affect the effect of the present invention ( For example, it means that the number of such groups is 1% or less of the carbon number). Among these, the nonionic polymer has an excellent non-specific adsorption preventing effect and has an advantage that it can be produced or obtained at a low cost.
前記ポリマーの数平均分子量は、特に限定されず、通常、350〜500万程度であるが、ポリマーの分子量が過度に大きいと、ポリマー同士の架橋が多くなり、被固定化物質と、被固定化物質との反応に供される物質(光架橋剤等)との反応が起きにくくなる場合があるので、500〜数10万程度が好ましい。 The number average molecular weight of the polymer is not particularly limited and is usually about 3.5 to 5 million. However, if the molecular weight of the polymer is excessively large, cross-linking between the polymers increases, and the substance to be immobilized and the substance to be immobilized are immobilized. Since reaction with a substance (such as a photocrosslinking agent) used for reaction with the substance may not easily occur, about 500 to several hundred thousand is preferable.
本発明において使用可能なノニオン性ポリマーの具体例としては、以下のポリマーを挙げることができる。但し、本発明は、下記具体例に限定されるものではない:ポリエチレングリコール(PEG)やポリプロピレングリコールのようなポリアルキレングリコール;ビニルアルコール、メチルビニルエーテル、ビニルピロリドン、ビニルオキサゾリドン、ビニルメチルオキサゾリドン、2-ビニルピリジン、4-ビニルピリジン、N-ビニルサクシンイミド、N-ビニルホルムアミド、N-ビニル-N-メチルホルムアミド、N-ビニルアセトアミド、N-ビニル-N-メチルアセトアミド、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、N-iso-プロピルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、メチロールアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、アクリロイルピロリジン、アクリロイルピペリジン、スチレン、クロロメチルスチレン、ブロモメチルスチレン、酢酸ビニル、メチルメタクリレート、ブチルアクリレート、メチルシアノアクリレート、エチルシアノアクリレート、n-プロピルシアノアクリレート、iso-プロピルシアノアクリレート、n-ブチルシアノアクリレート、iso-ブチルシアノアクリレート、tert-ブチルシアノアクリレート、グリシジルメタクリレート、エチルビニルエーテル、n-プロピルビニルエーテル、iso-プロピルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、iso-ブチルビニルエーテル、tert-ブチルビニルエーテルなどのモノマー単位の単独または組み合わせを構成成分とするノニオン性のビニル系高分子;ゼラチン、カゼイン、コラーゲン、アラビアガム、キサンタンガム、トラガントガム、グアーガム、プルラン、ペクチン、アルギン酸ナトリウム、ヒアルロン酸、キトサン、キチン誘導体、カラギーナン、澱粉類(カルボキシメチルデンプン、アルデヒドデンプン)、デキストリン、サイクロデキストリン等の天然高分子、メチルセルロース、ビスコース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースのような水溶性セルロース誘導体等の天然高分子。また、これらのポリマーをベースにした光架橋型水溶性ポリマーの市販品、例えばポリビニルアルコールをベースにした東洋合成工業社製「AWP」などを使用することも可能である。これらのうち、特に好ましいものは、ポリエチレングリコール系ポリマーであり、更にはポリエチレングリコール(メタ)アクリレートのビニル重合体である。なお、本発明において、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートまたはメタクリレートを意味する。「(メタ)アクリル」とは、アクリルまたはメタクリルを意味する。 Specific examples of the nonionic polymer that can be used in the present invention include the following polymers. However, the present invention is not limited to the following specific examples: polyalkylene glycols such as polyethylene glycol (PEG) and polypropylene glycol; vinyl alcohol, methyl vinyl ether, vinyl pyrrolidone, vinyl oxazolidone, vinyl methyl oxazolidone, 2- Vinylpyridine, 4-vinylpyridine, N-vinylsuccinimide, N-vinylformamide, N-vinyl-N-methylformamide, N-vinylacetamide, N-vinyl-N-methylacetamide, 2-hydroxyethyl methacrylate, polyethylene glycol Methacrylate, polyethylene glycol acrylate, acrylamide, methacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, N-iso-propylacrylamide, diacetone acrylamide, methylol acrylamide, acryloylmo Ruphorin, acryloylpyrrolidine, acryloylpiperidine, styrene, chloromethylstyrene, bromomethylstyrene, vinyl acetate, methyl methacrylate, butyl acrylate, methyl cyanoacrylate, ethyl cyanoacrylate, n-propyl cyanoacrylate, iso-propyl cyanoacrylate, n-butyl Of monomer units such as cyanoacrylate, iso-butyl cyanoacrylate, tert-butyl cyanoacrylate, glycidyl methacrylate, ethyl vinyl ether, n-propyl vinyl ether, iso-propyl vinyl ether, n-butyl vinyl ether, iso-butyl vinyl ether, tert-butyl vinyl ether Nonionic vinyl polymers, which are used alone or in combination; gelatin, casein, collagen, gum arabic, key Sun tang gum, tragacanth gum, guar gum, pullulan, pectin, sodium alginate, hyaluronic acid, chitosan, chitin derivatives, carrageenan, starch (carboxymethyl starch, aldehyde starch), dextrin, cyclodextrin and other natural polymers, methyl cellulose, viscose, hydroxy Natural polymers such as water-soluble cellulose derivatives such as ethyl cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and hydroxypropyl cellulose. It is also possible to use a commercially available product of a photocrosslinking water-soluble polymer based on these polymers, for example, “AWP” manufactured by Toyo Gosei Co., Ltd. based on polyvinyl alcohol. Among these, particularly preferred are polyethylene glycol polymers, and further vinyl polymers of polyethylene glycol (meth) acrylate. In the present invention, “(meth) acrylate” means acrylate or methacrylate. “(Meth) acryl” means acrylic or methacrylic.
更に、前記ポリマーとしては、ホスホリルコリン含有両極性ポリマー、具体的には、下記一般式[I]で表される構造を有する単位を含むホスホリルコリン含有両極性ポリマーを用いることもできる。
(ただし、一般式[I]中、Xは、重合した状態の重合性原子団を表わす。) (In the general formula [I], X represents a polymerizable atomic group in a polymerized state.)
なお、上記一般式[I]で表される構造を有する単位を以下、便宜的に「単位[I]」と言うことがある。 The unit having the structure represented by the general formula [I] may be hereinafter referred to as “unit [I]” for convenience.
前記一般式[I]に含まれるホスホリルコリンは、生体膜の構成成分である。生体膜は種々の物質と接触するにもかかわらず、非特異吸着がほとんど起きない。これは、ホスホリルコリンの非特異吸着防止効果によるものと考えられる。本発明では、前記ポリマーとしてホスホリルコリン含有ポリマーを用いることにより、非特異吸着を有効に防止することができる。 The phosphorylcholine contained in the general formula [I] is a constituent component of the biological membrane. Despite the fact that biological membranes come into contact with various substances, non-specific adsorption hardly occurs. This is considered to be due to the non-specific adsorption preventing effect of phosphorylcholine. In the present invention, nonspecific adsorption can be effectively prevented by using a phosphorylcholine-containing polymer as the polymer.
単位[I]は、ホスホリルコリン基を含む単位であり、重合した状態の重合性原子団を表す。Xとしては、ビニル系モノマー残基が好ましい。単位[I]としては、下記一般式[I']で示されるものが好ましい。 The unit [I] is a unit containing a phosphorylcholine group and represents a polymerizable atomic group in a polymerized state. X is preferably a vinyl monomer residue. As the unit [I], those represented by the following general formula [I ′] are preferable.
(ただし、X'は、ビニル部分が付加重合した状態のメタクリルオキシ基、メタクリルアミド基、アクリルオキシ基、アクリルアミド基、スチリルオキシ基またはスチリルアミド基を表し、R1は単結合または炭素数1〜10のアルキレン基(ただし1個または2個のヒドロキシル基で置換されていてもよい)を表す。) (However, X ′ represents a methacryloxy group, a methacrylamide group, an acryloxy group, an acrylamide group, a styryloxy group, or a styrylamide group in a state where the vinyl moiety is addition-polymerized, and R 1 is a single bond or a carbon number of 1 to 10 alkylene groups (which may be substituted with 1 or 2 hydroxyl groups).)
このような単位の好ましい具体例として、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、2−アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、N−(2−メタクリルアミド)エチルホスホリルコリン、4−メタクリロイルオキシブチルホスホリルコリン、6−メタクリロイルオキシヘキシルホスホリルコリン、10−メタクリロイルオキシデシルシルホスホリルコリン、ω−メタクリロイルジオキシエチレンホスホリルコリンまたは4−スチリルオキシブチルホスホリルコリンに由来する(すなわち、これらの単位を重合させた)単位を挙げることができる。これらの中でも2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンに由来する単位が特に好ましい。 Preferred examples of such units include 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine, 2-acryloyloxyethyl phosphorylcholine, N- (2-methacrylamide) ethyl phosphorylcholine, 4-methacryloyloxybutylphosphorylcholine, 6-methacryloyloxyhexyl phosphorylcholine, 10 -Units derived from methacryloyloxydecylsylphosphorylcholine, ω-methacryloyldioxyethylene phosphorylcholine or 4-styryloxybutylphosphorylcholine (that is, these units are polymerized). Among these, a unit derived from 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine is particularly preferable.
単位[I]を含有するポリマーは、単位[I]のみからなるものであってもよいし、単位[I]と、本発明の効果に悪影響を与えない他の重合性モノマーとの共重合体であってもよい。他の重合性モノマーとしては、ビニル系モノマーが好ましく、特に(メタ)アクリル酸またはその塩若しくはエステル(好ましくは低級アルキル(例えば炭素数1〜6)エステル)が好ましい。共重合体の場合、単位[I]と他の重合性モノマーとの比率は、特に限定されないが、モル比で1:0.3以下、特に1:0.1以下が好ましい。 The polymer containing the unit [I] may be composed only of the unit [I], or a copolymer of the unit [I] and another polymerizable monomer that does not adversely affect the effects of the present invention. It may be. As the other polymerizable monomer, a vinyl-based monomer is preferable, and (meth) acrylic acid or a salt or ester thereof (preferably a lower alkyl (eg, having 1 to 6 carbon atoms) ester) is particularly preferable. In the case of a copolymer, the ratio of the unit [I] to the other polymerizable monomer is not particularly limited, but is preferably 1: 0.3 or less, particularly preferably 1: 0.1 or less in terms of molar ratio.
前記ポリマーを含有する塗布液は、1分子中に少なくとも2個の光反応性基を有する光架橋剤を含むことが好ましい。本発明において、「光反応性基」とは、光を照射することによりラジカルを生じる基を意味する。
前記光架橋剤は、光照射により光反応性基がラジカルを生じることにより、アミノ基やカルボキシル基、有機化合物を構成する炭素原子等と共有結合を形成することができる。これにより、前記光架橋剤を含む塗布液を基体上に塗布した後に光を照射することによって、基体とポリマーを光架橋剤を介して結合させることができ、基体上に非特異吸着防止効果を有するポリマー層を形成することができる。なお、本発明では、前記光架橋剤を使用せずに、または、前記光架橋剤とともに、前記ポリマーに光反応性基および/または基体表面と共有結合もしくは配位結合可能な基を導入することにより、該ポリマーが有する基を利用して、基体とポリマーを結合することも可能である。
The coating solution containing the polymer preferably contains a photocrosslinking agent having at least two photoreactive groups in one molecule. In the present invention, the “photoreactive group” means a group that generates a radical when irradiated with light.
The photocrosslinking agent can form a covalent bond with an amino group, a carboxyl group, a carbon atom constituting an organic compound, or the like when a photoreactive group generates a radical upon irradiation with light. Thereby, the substrate and the polymer can be bonded via the photocrosslinking agent by irradiating light after applying the coating liquid containing the photocrosslinking agent on the substrate, and the nonspecific adsorption preventing effect is exerted on the substrate. A polymer layer can be formed. In the present invention, a photoreactive group and / or a group capable of covalent bond or coordinate bond with the substrate surface is introduced into the polymer without using the photocrosslinker or together with the photocrosslinker. Thus, it is possible to bond the substrate and the polymer by utilizing the group of the polymer.
前記ポリマーに光反応性基を導入する場合、その導入量は、ポリマー1分子当たり1個以上であればよく、2個以上であることが好ましい。但し、過度に多すぎると、非特異吸着が増大するおそれがあるので、その導入量は、ポリマーを構成する炭素数(側鎖の炭素を含まない)の10%以下が好ましく、5%以下であることが更に好ましい。光反応性基の好ましい例としては、アジド基(-N3)を挙げることができるが、これに限定されるものではない。ポリマーに導入可能な光反応性基の具体例としては、フェニルアジド基、アセチル基、ベンゾイル基を挙げることができ、特に好ましくはフェニルアジド基である。アジド基等の光反応性基は、ポリマーに直接結合してもよいが、任意のスペーサー構造を介してポリマーに導入してもよく、通常、後者の方が製造が容易であり好ましい。後者の場合、スペーサー構造は、何ら限定されるものではなく、例えば炭素数1〜10のアルキレン基(但し1個または2個のヒドロキシル基で置換されていてもよい)、フェニレン基(但し、1〜3個の炭素数1〜4のアルキル基またはヒドロキシル基で置換されていてもよい)等を挙げることができる。 When a photoreactive group is introduced into the polymer, the amount of introduction may be one or more per polymer molecule, and preferably two or more. However, if it is too much, non-specific adsorption may increase, so the amount introduced is preferably 10% or less of the number of carbons constituting the polymer (excluding side chain carbon), preferably 5% or less. More preferably it is. Preferred examples of the photoreactive group include, but are not limited to, an azide group (—N 3 ). Specific examples of the photoreactive group that can be introduced into the polymer include a phenyl azide group, an acetyl group, and a benzoyl group, and a phenyl azide group is particularly preferable. A photoreactive group such as an azide group may be directly bonded to the polymer, but may be introduced into the polymer via an arbitrary spacer structure, and the latter is usually preferred because it is easier to produce. In the latter case, the spacer structure is not limited in any way. For example, an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms (which may be substituted with one or two hydroxyl groups), a phenylene group (however, 1 To 3 alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms or a hydroxyl group, which may be substituted).
ポリマーへの光反応性基の導入は、常法に基づき容易に行うことができる。例えば、官能性基を有するポリマーと、該官能性基と反応する官能性基を有するジアジド化合物を反応させて、ポリマーにアジド基を結合させることができる。好ましいポリマーであるポリエチレングリコールを用いる場合、両末端にアミノ基やカルボキシル基を有するポリエチレングリコールが市販されているので、このような市販の官能基含有ポリエチレングリコールにアジド基含有ポリマーを反応させてアジド基を導入することができる。また、ビニル系ポリマーのようにモノマーの重合により形成されるポリマーの場合には、ビニル系ポリマーの主な構成単位となるビニル系モノマーと、光反応性ビニル系モノマーを共重合させることにより、光反応性基含有ポリマーを製造することができる。この方法により得られる光反応性基含有ビニル系ポリマーの具体例としては、ポリ((メタ)アクリルアミド−光反応性(メタ)アクリル酸アミド)共重合体、ポリ(グリシジル(メタ)アクリレート−光反応性(メタ)アクリルアミド共重合体、(ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート−光反応性アクリル酸アミド)共重合体等を挙げることができ、特に、(ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート−光反応性アクリル酸アミド)共重合体が好ましい。 Introduction of the photoreactive group into the polymer can be easily performed based on a conventional method. For example, a polymer having a functional group and a diazide compound having a functional group that reacts with the functional group can be reacted to bond the azide group to the polymer. When polyethylene glycol, which is a preferred polymer, is used, polyethylene glycol having an amino group or a carboxyl group at both ends is commercially available. Thus, such a commercially available functional group-containing polyethylene glycol is reacted with an azide group-containing polymer. Can be introduced. In addition, in the case of a polymer formed by polymerization of a monomer such as a vinyl polymer, a light-reactive vinyl monomer is copolymerized with a vinyl monomer which is a main constituent unit of the vinyl polymer, thereby producing light. Reactive group-containing polymers can be produced. Specific examples of the photoreactive group-containing vinyl polymer obtained by this method include poly ((meth) acrylamide-photoreactive (meth) acrylic acid amide) copolymer, poly (glycidyl (meth) acrylate) -photoreaction. (Meth) acrylamide copolymer, (polyethylene glycol mono (meth) acrylate-photoreactive acrylic amide) copolymer, etc., and in particular, (polyethylene glycol mono (meth) acrylate-photoreactive acrylic) Acid amide) copolymers are preferred.
また、基体表面と共有結合または配位結合可能な基を導入するためには、前記ポリマーは遊離のカルボキシル基を有していることが好ましい。遊離のカルボキシル基は、例えば、メタクリル酸やアクリル酸のようなカルボキシル基含有ビニルモノマーをさらに共重合させることにより、容易に付与することができる。なお、遊離のカルボキシル基の含有量は、ポリマーを構成するすべての単位の合計モル数を基準として、5モル%〜50モル%程度とすることが好ましい。 In order to introduce a group capable of covalent bonding or coordination bonding with the substrate surface, the polymer preferably has a free carboxyl group. A free carboxyl group can be easily imparted by, for example, further copolymerizing a carboxyl group-containing vinyl monomer such as methacrylic acid or acrylic acid. In addition, it is preferable that content of a free carboxyl group shall be about 5 mol%-about 50 mol% on the basis of the total number of moles of all the units which comprise a polymer.
基体表面が金からなるものである場合、基体表面と共有結合可能な基としては、チオール基を挙げることができる。なお、チオール基が金と共有結合すること自体は既に公知であり、例えば、Japan Nanonet Bulletin 第58号(2004年3月16日)に記載されている。 When the substrate surface is made of gold, examples of the group that can be covalently bonded to the substrate surface include a thiol group. It is already known that a thiol group is covalently bonded to gold, and is described in, for example, Japan Nanonet Bulletin No. 58 (March 16, 2004).
前記ポリマーにチオール基を導入する方法としては、例えば、アミノ基とチオール基の両方を1分子中に有する2−メルカプトエチルアミン等の化合物のチオール基を保護し、そのアミノ基と、ポリマー中の遊離のカルボキシル基とをカルボジイミド等の架橋剤で結合し、次いで、チオール基を脱保護する方法を挙げることができる。チオール基の保護は、例えば、1分子中にアミノ基とチオール基を有する2−メルカプトエチルアミンのような化合物を、ジスルフィドダイマーに変換することにより行うことができる。一方、脱保護は、ジスルフィドダイマーを、例えばジチオスレイトールのようなジスルフィド結合を切断する還元剤を作用させてジスルフィド結合を切断して遊離のチオールを生じさせることにより行うことができる。但し、チオール基の導入方法は、上記方法に限定されるものではない、チオール基の導入量は、ポリマー1分子中に1〜100モル、特に1〜50モル程度が好ましい。ポリマー中のチオール基は、ポリマーを含む溶液を金に常温で接触させるだけで金と共有結合する。 As a method for introducing a thiol group into the polymer, for example, a thiol group of a compound such as 2-mercaptoethylamine having both an amino group and a thiol group in one molecule is protected, and the amino group is released in the polymer. And a method of deprotecting the thiol group. The protection of the thiol group can be performed, for example, by converting a compound such as 2-mercaptoethylamine having an amino group and a thiol group in one molecule into a disulfide dimer. On the other hand, the deprotection can be performed by causing the disulfide dimer to act on a reducing agent that cleaves a disulfide bond such as dithiothreitol to cleave the disulfide bond to generate a free thiol. However, the method for introducing a thiol group is not limited to the above method, and the amount of thiol group introduced is preferably about 1 to 100 mol, particularly about 1 to 50 mol, per polymer molecule. The thiol group in the polymer is covalently bonded to gold simply by bringing the solution containing the polymer into contact with gold at room temperature.
一方、基体表面が金属からなる場合、基体表面と配位結合可能な基としては、カルボキシル基およびアミノ基を挙げることができる。カルボキシル基は、前述のポリマーに含まれる遊離のカルボキシル基をそのまま利用することができる。また、アミノ基は、該遊離のカルボキシル基に、カルボジイミドのような架橋剤を用いてジアミン化合物を結合させることにより、容易に導入することができる。 On the other hand, when the substrate surface is made of a metal, examples of the group capable of coordinating with the substrate surface include a carboxyl group and an amino group. As the carboxyl group, a free carboxyl group contained in the aforementioned polymer can be used as it is. An amino group can be easily introduced by bonding a diamine compound to the free carboxyl group using a crosslinking agent such as carbodiimide.
前記光架橋剤が有する光反応性基としては、アジド基(−N3)、アセチル基、ベンゾイル基、ジアジリン基を挙げることができる。特に、アジド基は、光を照射することにより窒素分子が離脱すると共に窒素ラジカルが生じ、この窒素ラジカルは、アミノ基やカルボキシル基等の官能基のみならず、有機化合物を構成する炭素原子とも結合することが可能であるので、ほとんどの有機物と共有結合を形成し得るため好ましい。 Examples of the photoreactive group possessed by the photocrosslinking agent include an azide group (—N 3 ), an acetyl group, a benzoyl group, and a diazirine group. In particular, the azide group releases nitrogen molecules and generates nitrogen radicals when irradiated with light, and these nitrogen radicals bind not only to functional groups such as amino groups and carboxyl groups, but also to carbon atoms constituting organic compounds. It is preferable because it can form a covalent bond with most organic substances.
前記光架橋剤は、水溶性であることが好ましい。光架橋剤についての「水溶性」とは、0.5mM以上、好ましくは2mM以上の濃度の水溶液を与えることができることを意味する。 The photocrosslinking agent is preferably water-soluble. “Water-soluble” for a photocrosslinking agent means that an aqueous solution having a concentration of 0.5 mM or more, preferably 2 mM or more can be provided.
前記光架橋剤は、1分子中に少なくとも2個の光反応性基を含む。架橋剤1分子中に含まれる光反応性基の個数は、例えば2〜4個、好ましくは2〜3個である。前記光架橋剤としては、アジド基を2個有するジアジド化合物が好ましく、特に水溶性ジアジド化合物が好ましい。本発明に用いられる光架橋剤の好ましい例として、下記一般式[II]で表されるジアジド化合物を挙げることができる。 The photocrosslinking agent contains at least two photoreactive groups in one molecule. The number of photoreactive groups contained in one molecule of the crosslinking agent is, for example, 2 to 4, preferably 2 to 3. As the photocrosslinking agent, a diazide compound having two azide groups is preferable, and a water-soluble diazide compound is particularly preferable. Preferable examples of the photocrosslinking agent used in the present invention include diazide compounds represented by the following general formula [II].
一般式[II]中、Rは単結合または任意の基を示す。−R−は、2個のフェニルアジド基を連結するための構造であるから、ジアジド化合物が必要な水溶性を有することになるものであれば特に限定されない。好ましい−R−の例として、単結合(すなわち、2個のフェニルアジド基が直接連結される)、炭素数1〜6のアルキレン基(1個または2個の炭素間不飽和結合を含んでいてもよく、1個または2個の炭素原子が酸素と二重結合してカルボニル基を構成していてもよい)(特に好ましくはメチレン基)、−O−、−SO2−、−S−S−、−S−、−R2 ・・・Y・・・R3−(ただし、・・・は単結合または二重結合を示し、Yは炭素数3〜8のシクロアルキレン基、R2およびR3はそれぞれ独立に炭素数1〜6のアルキレン基(1個または2個の炭素間不飽和結合を含んでいてもよく、該アルキレン基の基端の炭素原子とYとの結合が二重結合であってもよく)、1個または2個の炭素原子が酸素と二重結合してカルボニル基を構成していてもよい)を示し、シクロアルキレン基は、1個または2個以上の任意の置換基で置換されていてもよく(置換されている場合、好ましくはシクロアルキレン基を構成する炭素原子のうち、1個若しくは2個が酸素と二重結合してカルボニル基を構成し、および/若しくは1個若しくは2個の炭素数1〜6のアルキル基で置換されている)を挙げることができ、また、一般式[II]中のそれぞれのベンゼン環は、1個または2個以上の任意の置換基(好ましくはハロゲン、炭素数1〜4のアルコキシル基、スルホン酸若しくはその塩等の親水性基)で置換されていてもよい。好ましい−R−の具体例として次のものを例示することができる。−、−CH2−、−O−、−SO2−、−S−S−、−S−、−CH=CH−、−CH=CH−CO−、−CH=CH−CO−CH=CH−、−CH=CH−、 In general formula [II], R represents a single bond or an arbitrary group. -R- is a structure for linking two phenyl azide groups, and is not particularly limited as long as the diazide compound has necessary water solubility. Examples of preferred —R— include a single bond (that is, two phenyl azide groups are directly linked), an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms (including one or two carbon-carbon unsaturated bonds). 1 or 2 carbon atoms may be bonded to oxygen to form a carbonyl group (particularly preferably a methylene group), —O—, —SO 2 —, —S—S. -, -S-, -R 2 ... Y ... R 3- (wherein ... represents a single bond or a double bond, Y represents a cycloalkylene group having 3 to 8 carbon atoms, R 2 and R 3 is independently an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms (which may contain one or two carbon-carbon unsaturated bonds, and the bond between the carbon atom at the base of the alkylene group and Y is doubled. 1 or 2 carbon atoms may form a carbonyl group by double bonds with oxygen. The cycloalkylene group may be substituted with one or two or more arbitrary substituents (when substituted, preferably among the carbon atoms constituting the cycloalkylene group, One or two double bonds with oxygen to form a carbonyl group and / or substituted with one or two alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms), and Each benzene ring in the general formula [II] is one or more arbitrary substituents (preferably a hydrophilic group such as halogen, an alkoxyl group having 1 to 4 carbon atoms, a sulfonic acid or a salt thereof). May be substituted. Specific examples of preferred -R- include the following. -, - CH 2 -, - O -, - SO 2 -, - S-S -, - S -, - CH = CH -, - CH = CH-CO -, - CH = CH-CO-CH = CH -, -CH = CH-,
好ましいジアジド化合物の具体例として、下記のものを例示することができる。 Specific examples of preferred diazide compounds include the following.
前記ポリマーおよび光架橋剤は、それ自体公知であり、公知の製造方法により製造可能であり、また、市販されているものもある。 The polymer and the photocrosslinking agent are known per se, can be produced by a known production method, and some are commercially available.
前記ポリマーまたは前記ポリマーと光架橋剤を、例えば溶媒に溶解して塗布液を調製することができる。溶媒としては、水、水と任意の割合で混じり合う低級アルコール(好ましくはエタノール)およびこれらの混合物を用いることができる。中でも、溶媒として水を用いることが好ましい。更には、ガラス基板を使用する場合にはシランカップリング剤を、または、金基板を使用する場合にはチオール化合物などを含んでいても良い。 The coating solution can be prepared by dissolving the polymer or the polymer and a photocrosslinking agent, for example, in a solvent. As the solvent, water, lower alcohol (preferably ethanol) mixed with water at an arbitrary ratio, and a mixture thereof can be used. Among these, water is preferably used as the solvent. Furthermore, a silane coupling agent may be included when a glass substrate is used, or a thiol compound may be included when a gold substrate is used.
前記塗布液中のポリマーおよび光架橋剤の濃度は特に限定されないが、ポリマーの濃度は、例えば0.0001〜10質量%、好ましくは0.001〜1質量%、光架橋剤の濃度は、例えば、前記ポリマーに対して1〜20質量%、好ましくは2〜10質量%とすることができる。 The concentration of the polymer and the photocrosslinking agent in the coating solution is not particularly limited, but the concentration of the polymer is, for example, 0.0001 to 10% by mass, preferably 0.001 to 1% by mass, and the concentration of the photocrosslinking agent is, for example, , 1 to 20% by weight, preferably 2 to 10% by weight, based on the polymer.
本発明では、前記塗布液を基体上に塗布する。塗布方法は特に限定されず、例えば、マイクロピペット等によってスポットする方法、ピン方式によるスポッティングや圧電方式によるスポッティング等の方法を用いることができる。その膜厚は、例えば0.01〜10μm、好ましくは0.05〜1μmとすることができる。 In the present invention, the coating solution is applied onto a substrate. The application method is not particularly limited. For example, a spotting method using a micropipette or the like, a spotting method using a pin method, or a spotting method using a piezoelectric method can be used. The film thickness can be, for example, 0.01 to 10 μm, preferably 0.05 to 1 μm.
基体としては、前述のようにポリマーに導入したチオール基やアミノ基等により、共有結合または配位結合によってポリマーと基体とを結合する場合には、金属基体、例えば表面が金からなる基体を使用することが好ましい。
また、前述の光反応性基によってポリマー層と基体とを結合する場合には、少なくともその表面が、光反応性基と結合し得る物質からなるものであれば特に限定されず、マイクロプレート等で広く用いられているポリスチレンをはじめ、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートやポリプロピレン等の有機物から成るものを例示することができる。ガラス板にシランカップリング剤をコーティングしたもの等も用いることができ、金表面をチオール処理したSPRやQCM用の基体も好ましく用いられ得る。また、基体の形態は何ら限定されるものではなく、マイクロアレイ用基板のような板状のものや、ビーズ状、繊維状のもの等を用いることができる。さらに、板に設けられた穴や溝、例えば、マイクロプレートのウェル等も用いることができる。本発明は、これらのうち、特にマイクロアレイ、SPRおよびQCM用に適している。
As the substrate, a metal substrate, for example, a substrate whose surface is made of gold is used when the polymer and the substrate are bonded by a covalent bond or a coordinate bond by a thiol group or an amino group introduced into the polymer as described above. It is preferable to do.
Further, when the polymer layer and the substrate are bonded by the above-mentioned photoreactive group, it is not particularly limited as long as at least the surface thereof is made of a substance that can bond to the photoreactive group. Examples include those made of organic substances such as widely used polystyrene, acrylic resin, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, polycarbonate, and polypropylene. A glass plate coated with a silane coupling agent can also be used, and a SPR or QCM substrate in which the gold surface is thiol-treated can also be preferably used. Further, the form of the substrate is not limited at all, and a plate-like one such as a microarray substrate, a bead-like shape, a fiber-like shape, or the like can be used. Furthermore, holes and grooves provided in the plate, for example, wells of a microplate can be used. Of these, the present invention is particularly suitable for microarrays, SPR and QCM.
第二工程
第二工程では、前記ポリマーを含む塗布液を基体上へ塗布し、好ましくは乾燥して、基体表面の少なくとも一部にポリマー層を形成した後に、該ポリマー層を有する基体上に、被固定化物質と1分子中に少なくとも2個の光反応性基を有する光架橋剤との混合物を塗布し、光照射する。前記混合物は、基体上のポリマー層上に塗布することが好ましい。この光照射により、光架橋剤に含まれる光反応性基のラジカル化が起こり、ポリマー層と被固定化物質とを、光架橋剤を介して結合させることができ、結果的に、被固定化物質を基体上に固定化することができる。また、前述のように光反応性基によって基体とポリマーとを結合する場合には、第一工程において塗布液を塗布し、好ましくは乾燥した後に光照射を行い、次いで、第二工程において、被固定化物質と架橋剤との混合物を塗布してもよく、または、第一工程では光照射を行わず、第二工程における光照射によって、前記塗布液に含まれる光架橋剤およびポリマーが有する光反応性基のラジカル化を行ってもよい。第二工程において使用される光架橋剤の詳細については、前述の通りである。
In the second step, the coating solution containing the polymer is applied onto the substrate, preferably dried to form a polymer layer on at least a part of the substrate surface, and then on the substrate having the polymer layer. A mixture of a substance to be immobilized and a photocrosslinking agent having at least two photoreactive groups in one molecule is applied and irradiated with light. The mixture is preferably applied on the polymer layer on the substrate. By this light irradiation, radicalization of the photoreactive group contained in the photocrosslinking agent occurs, and the polymer layer and the substance to be immobilized can be bonded via the photocrosslinking agent, resulting in immobilization. The substance can be immobilized on the substrate. In addition, when the substrate and the polymer are bonded by the photoreactive group as described above, the coating liquid is applied in the first step, preferably light irradiation is performed after drying, and then the coating is performed in the second step. The mixture of the immobilizing substance and the cross-linking agent may be applied, or the light of the photo-crosslinking agent and the polymer contained in the coating liquid is not irradiated in the first step but is irradiated in the second step. Reactive groups may be radicalized. The details of the photocrosslinking agent used in the second step are as described above.
本発明の方法によって固定化される物質は、特に限定されないが、ポリペプチド(糖タンパク質およびリポタンパク質を包含する)、核酸、脂質並びに細胞(動物細胞、植物細胞、微生物細胞等)およびその構成要素(核、ミトコンドリア等の細胞内小器官、細胞膜や単位膜等の膜等を包含する)を例示することができる。本発明において光反応性基として用いられ得るアジド基は、光を照射することにより窒素分子が離脱すると共に窒素ラジカルが生じ、この窒素ラジカルは、アミノ基やカルボキシル基等の官能基のみならず、有機化合物を構成する炭素原子とも結合することが可能であるので、ほとんどの有機物を固定化することが可能である。 The substance immobilized by the method of the present invention is not particularly limited, but includes polypeptides (including glycoproteins and lipoproteins), nucleic acids, lipids, and cells (animal cells, plant cells, microbial cells, etc.) and components thereof. (Including organelles such as nuclei and mitochondria, and membranes such as cell membranes and unit membranes). In the present invention, an azide group that can be used as a photoreactive group is a nitrogen radical that is released when irradiated with light and a nitrogen radical is generated. This nitrogen radical is not only a functional group such as an amino group or a carboxyl group, Since it is possible to bond to carbon atoms constituting the organic compound, most organic substances can be immobilized.
被固定化物質と光架橋剤との混合物は、例えば溶媒に溶解して溶液の状態でポリマー層を有する基体上に塗布することができる。溶媒としては、水、水と任意の割合で混じり合う低級アルコール(好ましくはエタノール)およびこれらの混合物を用いることができる。中でも、溶媒として水を用いることが好ましい。 The mixture of the substance to be immobilized and the photocrosslinking agent can be applied, for example, on a substrate having a polymer layer in a solution after being dissolved in a solvent. As the solvent, water, lower alcohol (preferably ethanol) mixed with water at an arbitrary ratio, and a mixture thereof can be used. Among these, water is preferably used as the solvent.
前記溶液中の被固定化物質および光架橋剤の濃度は特に限定されないが、被固定化物質の濃度は、例えば0.01〜10質量%、好ましくは0.05〜1質量%、光架橋剤の濃度は、例えば、被固定化物質に対して0.1〜20質量%、好ましくは1〜10質量%とすることができる。 The concentration of the substance to be immobilized and the photocrosslinking agent in the solution is not particularly limited, but the concentration of the substance to be immobilized is, for example, 0.01 to 10% by mass, preferably 0.05 to 1% by mass. The concentration of can be, for example, 0.1 to 20% by mass, preferably 1 to 10% by mass with respect to the substance to be immobilized.
前記混合物の塗布方法は、特に限定されず、前述の塗布方法等を用いることができる。塗布後、好ましくは塗布した溶液を乾燥した後、光を照射する。光は、用いる光反応性基がラジカルを生じさせることができる光であればよく、特に、光反応性基としてアジド基を用いる場合には、紫外線(例えば波長300〜400nm)が好ましい。照射時間は、例えば1〜15分間とすることができる。照射する光線の線量は、特に限定されないが、通常、1cm2当たり1mW〜100mW程度である。この光照射によって光架橋剤に含まれる光反応性基(また、ポリマーが光反応性基を有する場合には、該光反応性基)がラジカルを生じ、基体とポリマー層、ポリマー層と被固定化物質とを光架橋剤を介して結合させることができる。また、第一工程後、第二工程前に光照射を行い、ポリマー層と基体とを結合させる場合の光照射についても、前述の通りである。これにより、基体上にポリマー層を介して所望の物質を固定化することができる。 The method for applying the mixture is not particularly limited, and the above-described application method and the like can be used. After application, preferably the applied solution is dried and then irradiated with light. The light may be any light as long as the photoreactive group to be used can generate radicals. In particular, when an azide group is used as the photoreactive group, ultraviolet light (for example, a wavelength of 300 to 400 nm) is preferable. The irradiation time can be, for example, 1 to 15 minutes. The dose of the irradiated light is not particularly limited, but is usually about 1 mW to 100 mW per 1 cm 2 . The photoreactive group contained in the photocrosslinking agent (or the photoreactive group if the polymer has a photoreactive group) generates radicals by this light irradiation, and the substrate and the polymer layer, and the polymer layer and the immobilization are fixed. The chemical substance can be bound via a photocrosslinking agent. Moreover, light irradiation in the case of performing light irradiation after the first step and before the second step to bond the polymer layer and the substrate is also as described above. Thereby, a desired substance can be immobilized on the substrate via the polymer layer.
また、本発明では、前述の塗布液および混合物(溶液)の塗布方法としてマイクロスポッティングを用いてもよい。マイクロスポッティングは、液を基体上の非常に狭い領域に塗布する手法である。この方法は、DNAチップ等の作製に常用されており、そのための装置も市販されているので、市販の装置を用いて容易に行うことができる。本発明では、ポリマーまたはポリマーと光架橋剤を含む塗布液を基体表面全体にコーティングし、その上に被固定化物質と光架橋剤を含む混合物(溶液)をマイクロスポッティングし、次いで基体の全面に光照射してもよい。さらに、前述の塗布液をマイクロスポッティングし、その上に被固定化物質と光架橋剤との混合物(溶液)をマイクロスポッティングし、次いで基体の全面に光照射してもよい。 In the present invention, microspotting may be used as a method for applying the above-described coating solution and mixture (solution). Micro spotting is a technique in which a liquid is applied to a very narrow area on a substrate. This method is commonly used for producing a DNA chip and the like, and an apparatus for that purpose is also commercially available, and can be easily performed using a commercially available apparatus. In the present invention, a coating solution containing a polymer or a polymer and a photocrosslinking agent is coated on the entire surface of the substrate, and a mixture (solution) containing the substance to be immobilized and the photocrosslinking agent is microspotted thereon, and then the whole surface of the substrate is coated. It may be irradiated with light. Further, the above-described coating solution may be microspotted, and a mixture (solution) of the substance to be immobilized and the photocrosslinking agent may be microspotted thereon, and then the entire surface of the substrate may be irradiated with light.
また、本発明では、フォトマスクを介して選択的に露光を行うことも可能である。フォトマスクを使用する場合、光が照射されなかった部分では、光反応性基が基体および被固定化物質に結合しないので、洗浄すれば光架橋剤も被固定化物質も除去される。従って、フォトマスク等を介して選択露光を行うことにより、任意のパターンで物質を固定化することができる。従って、選択露光により、マイクロアレイ等の任意の種々の形状に物質を固定化することができるので、非常に有利である。 In the present invention, it is also possible to selectively perform exposure through a photomask. In the case where a photomask is used, the photoreactive group does not bind to the substrate and the substance to be immobilized in a portion where the light is not irradiated. Therefore, the photocrosslinking agent and the substance to be immobilized are removed by washing. Therefore, by performing selective exposure through a photomask or the like, the substance can be fixed in an arbitrary pattern. Therefore, selective exposure can be very advantageous because the substance can be immobilized in any of various shapes such as a microarray.
本発明では、前述のように所望の物質を固定化した後、公知の方法によって基体を洗浄して未反応成分等を除去することが好ましい。こうして、非特異吸着を抑制しつつ、所望の物質が固定化された基体を得ることができる。
なお、本発明では、光反応性基により生じるラジカルを利用して結合反応を行うので、光架橋剤は、固定化すべき物質の特定の部位と結合するのではなく、ランダムな部位と結合する。従って、活性部位が結合に供されて活性を喪失する分子も出てくる可能性はあるが、活性部位に影響を与えない部位で結合する分子も多数存在するので、全体として、その影響は少ないと考えられる。本発明によれば、従来、適当な置換基が活性部位またはその近傍にあるために、共有結合で固定化することが困難であった物質であっても、全体として活性を喪失させることなく、共有結合により基体に固定化することができる。
In the present invention, it is preferable that after fixing a desired substance as described above, the substrate is washed by a known method to remove unreacted components and the like. In this way, a substrate on which a desired substance is immobilized can be obtained while suppressing nonspecific adsorption.
In the present invention, since the coupling reaction is performed using radicals generated by the photoreactive group, the photocrosslinking agent does not bind to a specific site of the substance to be immobilized, but binds to a random site. Therefore, there may be molecules that lose their activity due to the active site being bound, but there are many molecules that bind at sites that do not affect the active site, so the overall effect is small. it is conceivable that. According to the present invention, since a suitable substituent is conventionally located at or near the active site, even a substance that has been difficult to immobilize by a covalent bond is not lost as a whole. It can be immobilized on the substrate by covalent bonding.
以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。但し、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
1.水溶性ポリマーの調製
ポリエチレングリコールモノメタクリレート(ポリエチレングリコール部分子量350)4.5gを50mlの酢酸エチルに溶解し、AIBNを開始剤として14.03mg加え、60℃で6時間反応させた。反応液はエバポレーターにて溶媒を取り除いた後、水で溶解し、限外ろ過を行い未反応のモノマーを取り除いた。ゲル濾過クロマトグラフィー(GPC)にてポリマー生成を確認した。
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
[Example 1]
1. Preparation of Water-Soluble Polymer 4.5 g of polyethylene glycol monomethacrylate (polyethylene glycol part molecular weight 350) was dissolved in 50 ml of ethyl acetate, and 14.03 mg of AIBN was added as an initiator, and reacted at 60 ° C. for 6 hours. After removing the solvent with an evaporator, the reaction solution was dissolved in water and subjected to ultrafiltration to remove unreacted monomers. Polymer formation was confirmed by gel filtration chromatography (GPC).
2. 塗布液の調製および固定化
4,4'−ジアジドスチルベン−2,2'−ジスルホン酸ナトリウム(市販品)を光架橋剤として用いた。光架橋剤の濃度が0.0125質量%、上記水溶性ポリマーの濃度が0.25質量%となるように水に混合した。得られた塗布液を、アクリル樹脂基板上に、10×10mm2の面積に10μL塗布し、乾燥した(膜厚約0.2μm)。次いで、BSA0.125質量%および光架橋剤0.00156質量%になるように混合した水溶液を0.5μLスポットした。乾燥後、UV照射(ブラックライト(波長300〜400nm)で7分間)によりBSAを固定化した。
2. Preparation and Immobilization of Coating Solution Sodium 4,4′-diazidostilbene-2,2′-disulfonate (commercial product) was used as a photocrosslinking agent. It mixed with water so that the density | concentration of a photocrosslinking agent might be 0.0125 mass%, and the density | concentration of the said water-soluble polymer might be 0.25 mass%. The obtained coating solution was applied on an acrylic resin substrate in an area of 10 × 10 mm 2 and dried (film thickness: about 0.2 μm). Next, 0.5 μL of an aqueous solution mixed so as to be 0.125% by mass of BSA and 0.00156% by mass of the photocrosslinking agent was spotted. After drying, BSA was immobilized by UV irradiation (black light (wavelength 300 to 400 nm) for 7 minutes).
3. 測定
PBS(0.1質量% Tween20(登録商標))で洗浄後、抗BSAウサギIgG(市販品)(100ng/mL)と室温で20分間反応させた。PBS(0.1質量% Tween20(登録商標))で洗浄後、セイヨウワサビペルオキシダーゼ(HRP)標識二次抗体(市販品)と室温で20分間反応させた。PBS(0.1質量% Tween20(登録商標))で洗浄後、化学発光試薬を添加し、発光強度を測定した。
3. Measurement After washing with PBS (0.1% by mass Tween 20 (registered trademark)), the mixture was reacted with anti-BSA rabbit IgG (commercially available) (100 ng / mL) at room temperature for 20 minutes. After washing with PBS (0.1% by mass Tween 20 (registered trademark)), it was reacted with a horseradish peroxidase (HRP) labeled secondary antibody (commercially available) for 20 minutes at room temperature. After washing with PBS (0.1% by mass Tween 20 (registered trademark)), a chemiluminescent reagent was added, and the luminescence intensity was measured.
4. 結果
測定した発光強度を下記表1に示す。また、表1の下段には比較例として、BSAのみをスポットした結果を示す。
4). Results The measured emission intensity is shown in Table 1 below. The lower part of Table 1 shows the result of spotting only BSA as a comparative example.
[実施例2]
1.水溶性ポリマーの調製
実施例1と同様に処理した。
[Example 2]
1. Preparation of water-soluble polymer The same treatment as in Example 1 was performed.
2. 塗布液の調製および固定化
4,4'−ジアジドスチルベン−2,2'−ジスルホン酸ナトリウム(市販品)を光架橋剤として用いた。光架橋剤の濃度が0.003125質量%、上記水溶性ポリマーの濃度が0.0625質量%となるように混合した。得られた塗布液を、ビアコア社製SPR用金基板をメルカプトエタノールで処理した後、その上に7×7mm2の面積に20μL塗布し、乾燥した(膜厚約0.2μm)。次いで、BSA0.125質量%および光架橋剤を表2記載の濃度になるように混合した水溶液を3μLスポットした。乾燥後、UV照射(ブラックライトで7分間)によりBSAを固定化した。
2. Preparation and Immobilization of Coating Solution Sodium 4,4′-diazidostilbene-2,2′-disulfonate (commercial product) was used as a photocrosslinking agent. Mixing was performed so that the concentration of the photocrosslinking agent was 0.003125 mass% and the concentration of the water-soluble polymer was 0.0625 mass%. The obtained coating solution was treated with a metal core for SPR manufactured by Biacore, Inc. with mercaptoethanol, and then 20 μL was coated on an area of 7 × 7 mm 2 and dried (film thickness: about 0.2 μm). Subsequently, 3 μL of an aqueous solution in which 0.125% by mass of BSA and a photocrosslinking agent were mixed so as to have the concentrations shown in Table 2 was spotted. After drying, BSA was immobilized by UV irradiation (black light for 7 minutes).
3. 測定
PBS(0.1質量% Tween20(登録商標))で洗浄後、抗BSAウサギIgG(市販品)(20μg/mL)を使用して、SPR測定を実施した。
3. Measurement After washing with PBS (0.1% by mass Tween 20 (registered trademark)), SPR measurement was performed using anti-BSA rabbit IgG (commercially available) (20 μg / mL).
4. 結果
測定した結果を下記表2に示す。また、表2の下段には比較例として、BSAのみをスポットした結果および実施例2で使用した塗布液とBSAを1:1に混合してスポットした結果を示す。
4). Results The measured results are shown in Table 2 below. The lower part of Table 2 shows, as a comparative example, the result of spotting only BSA and the result of spotting by mixing 1: 1 the coating solution and BSA used in Example 2.
本発明の方法は、抗体若しくはその抗原結合性断片または抗原を固定化した免疫測定用プレートの作製、DNAやRNAを基板上に固定化した核酸チップ、マイクロアレイ等の作製に好適に用いることができるがこれらに限定されるものではなく、例えば、細胞全体やその構成要素の固定化等にも適用することができる。 The method of the present invention can be suitably used for the production of an immunoassay plate on which an antibody or an antigen-binding fragment thereof or an antigen is immobilized, the production of a nucleic acid chip or a microarray on which DNA or RNA is immobilized on a substrate, etc. However, the present invention is not limited to these, and can also be applied to, for example, immobilization of whole cells or components thereof.
Claims (8)
被固定化物質および/または被固定化物質と特異的に反応する物質の基体表面への非特異吸着を防止する効果を有するポリマーを含む塗布液を基体上に塗布し、前記基体表面の少なくとも一部にポリマー層を形成し、次いで、
前記ポリマー層を有する基体上に、被固定化物質と1分子中に少なくとも2個の光反応性基を有する光架橋剤との混合物を塗布し、光照射することを含む、物質固定化方法。 A method for immobilizing a substance to be immobilized on a substrate,
A coating liquid containing a polymer having an effect of preventing non-specific adsorption of a substance to be immobilized and / or a substance specifically reacting with the substance to be immobilized on the surface of the substrate is coated on the substrate, and at least one of the surfaces of the substrate is coated. Forming a polymer layer on the part, then
A substance immobilization method comprising applying a mixture of a substance to be immobilized and a photocrosslinking agent having at least two photoreactive groups in one molecule on a substrate having the polymer layer, and irradiating with light.
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