JP2006078197A - Immobilized carrier of selectively bindable substance - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検物質と選択的に結合する物質(本明細書において「選択結合性物質」)を固定化した担体に関する。 The present invention relates to a carrier on which a substance that selectively binds to a test substance (herein, “selective binding substance”) is immobilized.
各種生物の遺伝情報解析の研究が始められており、ヒト遺伝子をはじめとして、多数の遺伝子とその塩基配列、また遺伝子配列にコードされる蛋白質およびこれら蛋白質から二次的に作られる糖鎖に関する情報が急速に明らかにされつつある。配列の明らかにされた遺伝子、蛋白質、糖鎖などの高分子体の機能については、各種の方法で調べることができる。主なものとしては、核酸についてはノーザンブロッティング、あるいはサザンブロッティングのような、各種の核酸/核酸間の相補性を利用して各種遺伝子とその生体機能発現との関係を調べることができる。蛋白質については、ウエスタンブロッティングに代表されるような、蛋白質/蛋白質間の反応を利用し蛋白質の機能および発現について調べることができる。 Research on genetic information analysis of various organisms has been started, and information on many genes and their base sequences including human genes, proteins encoded by the gene sequences, and sugar chains that are secondarily produced from these proteins Is being revealed rapidly. The functions of macromolecules such as genes, proteins, and sugar chains whose sequences have been clarified can be examined by various methods. Mainly, for nucleic acids, various nucleic acids / nucleic acid complementarity such as Northern blotting or Southern blotting can be used to examine the relationship between various genes and their biological function expression. With respect to proteins, the function and expression of proteins can be examined using protein / protein reactions, as typified by Western blotting.
近年、多数の遺伝子発現を一度に解析する手法としてDNAマイクロアレイ法(DNAチップ法)と呼ばれる新しい分析法、ないし方法論が開発され、注目を集めている。これらの方法は、いずれも核酸/核酸間ハイブリダイゼーション反応に基づく核酸検出・定量法である点で原理的には従来の方法と同じであり、蛋白質/蛋白質間あるいは糖鎖/糖鎖間や糖鎖/蛋白質間のハイブリダイゼーションに基づく蛋白質や糖鎖検出・定量にも応用が可能ではある。これらの技術は、マイクロアレイ又はチップと呼ばれるガラスの平面基板片上に、多数のDNA断片や蛋白質、糖鎖が高密度に整列固定化されたものが用いられている点に大きな特徴がある。DNAマイクロアレイ法の具体的使用法としては、例えば、研究対象細胞の発現遺伝子等を蛍光色素等で標識したサンプルを平面基板片上でハイブリダイゼーションさせ、互いに相補的な核酸(DNAあるいはRNA)同士を結合させ、その箇所を高解像度解析装置で高速に読みとる方法や、電気化学反応にもとづく電流値等の応答を検出する方法が挙げられる。こうして、サンプル中のそれぞれの遺伝子量を迅速に推定できる。 In recent years, a new analysis method or methodology called a DNA microarray method (DNA chip method) has been developed and attracted attention as a method for analyzing many gene expressions at once. In principle, these methods are the same as conventional methods in that they are nucleic acid detection and quantification methods based on nucleic acid / nucleic acid hybridization reactions, and are performed between proteins / proteins or between sugar chains / sugar chains and sugars. It can also be applied to the detection and quantification of proteins and sugar chains based on hybridization between chains / proteins. These techniques have a great feature in that a large number of DNA fragments, proteins, and sugar chains are arranged and fixed at high density on a flat glass substrate called a microarray or chip. Specific usage of the DNA microarray method is, for example, by hybridizing a sample labeled with the expression gene of the cell under study with a fluorescent dye on a flat substrate piece and binding nucleic acids (DNA or RNA) complementary to each other. And a method of reading the location at high speed with a high resolution analyzer and a method of detecting a response such as a current value based on an electrochemical reaction. Thus, the amount of each gene in the sample can be quickly estimated.
核酸を基板上に固定化するための技術としては、スライドガラス等の平坦な基板の上にポリ−L−リジン、アミノシラン等をコーティングして、スポッターと呼ばれる点着装置を用い、各核酸を固定化する方法などが開発されている(例えば、特許文献1参照)。そして、ガラス以外の基板の材料としては、飽和環状ポリオレフィンなどのプラスチックも提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかし、平坦なガラスやプラスチックの基板にオリゴDNAを固定化した場合、以下のような問題点があった。すなわち、1)ハイブリダイゼーションを行った時、プローブDNAを固定したスポット以外の部分にも非特異的に検体DNAが吸着し易く、スキャナーと呼ばれる装置で蛍光検出を行う際、この非特異的に吸着した検体をも検出し、ノイズが大きくなるため、結果的にS/N比が十分でないといった問題があった。 However, when oligo DNA is immobilized on a flat glass or plastic substrate, there are the following problems. That is, 1) When hybridization is performed, the sample DNA is easily adsorbed nonspecifically to portions other than the spot where the probe DNA is immobilized, and this nonspecific adsorption is performed when fluorescence detection is performed with an apparatus called a scanner. As a result, there is a problem that the S / N ratio is not sufficient.
本発明が解決しようとする課題は、上記のようなS/N比の悪化を防ぎ、検出感度の高い選択結合性物質が固定化された担体を提供する。 The problem to be solved by the present invention is to provide a carrier on which a selective binding substance with high detection sensitivity is immobilized, preventing the deterioration of the S / N ratio as described above.
すなわち本発明は、担体の表面に選択結合性物質を固定化した選択結合性物質固定化担体であって、担体表面が飽和環状ポリオレフィン系樹脂からなり、該担体には凹凸部が設けられており、選択結合性物質が凹凸部の複数の凸部の上面に固定化されていることを特徴とする選択結合性物質固定化担体である。 That is, the present invention is a selective binding substance-immobilized carrier in which a selective binding substance is immobilized on the surface of the carrier, the carrier surface is made of a saturated cyclic polyolefin resin, and the carrier is provided with uneven portions. The selective binding substance-immobilized carrier, wherein the selective binding substance is immobilized on the upper surfaces of the plurality of convex portions of the concavo-convex portion.
本発明により、非特異的な検体の吸着が少なく、かつ、ハイブリダイゼーション効率が良好であり、結果的にS/N比が良好な選択結合物質が固定化された担体を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a carrier on which a selective binding substance having a low non-specific sample adsorption, a good hybridization efficiency, and a good S / N ratio is immobilized.
以下、本発明の選択結合性物質の固定化担体について説明する。本発明の選択結合性物質の固定化担体は、選択結合性物質を固定化するための担体表面が、飽和環状ポリオレフィンである必要がある。本発明で用いられる飽和環状ポリオレフィン系樹脂は、検出対象を蛍光標識で測定するときにバックグラウンド(自家蛍光)が低いこと、耐熱性耐溶剤性に優れた特性がある。具体的な分子構造としては、環状オレフィン構造を有する重合体単独または環状オレフィンとα−オレフィンとの共重合体を水素添加した飽和重合体であり、好適には、一般式(1)で表されるノルボルネンの開環重合体の水素添加物等が挙げられる。 Hereinafter, the carrier for immobilizing a selective binding substance of the present invention will be described. In the carrier for immobilizing a selective binding substance of the present invention, the surface of the carrier for immobilizing the selective binding substance needs to be a saturated cyclic polyolefin. The saturated cyclic polyolefin resin used in the present invention has a low background (autofluorescence) and excellent heat resistance and solvent resistance when a detection target is measured with a fluorescent label. Specific examples of the molecular structure include a polymer having a cyclic olefin structure or a saturated polymer obtained by hydrogenating a copolymer of a cyclic olefin and an α-olefin, and preferably represented by the general formula (1). And a hydrogenated product of norbornene ring-opening polymer.
(ただし、上記式(1)中、R1およびR2は水素または炭素数1〜10の炭化水素残基でそれぞれ同一または異なっていても良く、また、R1およびR2は互いに環を形成しても良い。)
一般式(1)で表せる構造単位を有する重合体は、モノマーとしてノルボルネン、及びそのアルキル又はアルキリデン置換体であり、具体的には、5−メチル−2−ノルボルネン、5,6−ジメチル−2−ノルボルネン、5−エチリデン−2−ノルボルネン等があり、これ以外にもジシクロペンタジエン、2,3−ジヒドロジシクロペンタジエン、及びこれらのメチル、エチル等のアルキル置換体を使用し、開環重合で得られる開環重合体を水素添加して製造される飽和重合体がある。
(However, formation in the above formula (1), R 1 and R 2 may be the same or different each a hydrocarbon residue having 1 to 10 carbon hydrogen or carbon, also, R 1 and R 2 to each other ring You may do it.)
The polymer having a structural unit represented by the general formula (1) is norbornene as a monomer and an alkyl or alkylidene substituted product thereof, specifically, 5-methyl-2-norbornene, 5,6-dimethyl-2- There are norbornene, 5-ethylidene-2-norbornene, etc. In addition, dicyclopentadiene, 2,3-dihydrodicyclopentadiene, and alkyl substituents such as methyl and ethyl are used for ring-opening polymerization. There is a saturated polymer produced by hydrogenating a ring-opened polymer.
また、一般式(2)で示される環状オレフィン系モノマーの重合体、或いはエチレン、プロピレン、イソプロピレン、1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン等のα−オレフィンと一般式(2)で示される環状オレフィン系モノマーのランダム共重合体を水素添加することにより製造される飽和重合体を用いても良い。 In addition, a polymer of a cyclic olefin monomer represented by the general formula (2), or an α-olefin such as ethylene, propylene, isopropylene, 1-butene, 3-methyl-1-butene, 1-pentene, 1-hexene And a saturated polymer produced by hydrogenating a random copolymer of cyclic olefin monomers represented by the general formula (2).
(ただし、上記式(2)中、R1およびR8は水素及びハロゲン原子及び炭化水素残基よりなる群から選ばれ、R5〜R8は互いに環を形成しても良い。)
さらには、一般式(3)で示される環状オレフィン系モノマーの重合体、或いはエチレン、プロピレン、イソプロピレン、1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン等のα−オレフィンと一般式(3)で示される環状オレフィン系モノマーのランダム共重合体を水素添加することにより製造される飽和重合体を用いても良い。
(However, in the above formula (2), R 1 and R 8 is selected from the group consisting of hydrogen and halogen atoms and hydrocarbon residues, R 5 to R 8 are each may form a ring.)
Furthermore, a polymer of a cyclic olefin monomer represented by the general formula (3), or α- such as ethylene, propylene, isopropylene, 1-butene, 3-methyl-1-butene, 1-pentene, 1-hexene. A saturated polymer produced by hydrogenating a random copolymer of an olefin and a cyclic olefin monomer represented by the general formula (3) may be used.
(ただし、上記式(2)中、R1およびR12は水素及びハロゲン原子及び炭化水素残基よりなる群から選ばれ、R9〜R12は互いに環を形成しても良い。)
一般式(1)〜(3)記載の飽和したポリオレフィン系樹脂を原材料として生化学的活性物質の固定化の支持体となる基材を成形するが、基材の成形方法、形状には特に制限はない。成形性を考慮すると、押出成形、圧縮成形、射出成形等の方法が好適であり、この中でも射出成形が最も好ましい。
(However, in the above formula (2), R 1 and R 12 is selected from the group consisting of hydrogen and halogen atoms and hydrocarbon residues, R 9 to R 12 are each may form a ring.)
A base material to be used as a support for immobilizing a biochemically active substance is molded using the saturated polyolefin resin described in the general formulas (1) to (3) as a raw material, but the base material molding method and shape are particularly limited. There is no. In view of moldability, methods such as extrusion molding, compression molding, and injection molding are preferable, and among these, injection molding is most preferable.
その他環状ポリオレフィン以外の樹脂材料としては、自家蛍光が少ないことからポリプロピレンも好ましく用いることができる。 As other resin materials other than cyclic polyolefin, polypropylene is also preferably used since it has less autofluorescence.
一般式(1)で表される構造単位を少なくとも1つ有するポリマーを有する担体に選択結合性物質を固定化するためには、これに前処理を施して、担体表面にカルボキシル基や水酸基を形成させることが好ましい。担体表面にカルボキシル基を生成する手段としては、酸素プラズマ、アルゴンプラズマ、放射線に担体を晒す方法などが挙げられるが、基板の損傷が少なくかつ表面のカルボキシル基の量を多くできることから、酸素プラズマでの処理が特に好ましく用いることができる。特に、低温酸素プラズマ処理が基板への損傷が少ないことから最も好ましく用いることができる。 In order to immobilize a selective binding substance on a carrier having a polymer having at least one structural unit represented by the general formula (1), pretreatment is performed to form a carboxyl group or a hydroxyl group on the surface of the carrier. It is preferable to make it. Examples of means for generating a carboxyl group on the surface of the carrier include oxygen plasma, argon plasma, and a method in which the carrier is exposed to radiation. However, since the substrate is less damaged and the amount of carboxyl groups on the surface can be increased, oxygen plasma can be used. The treatment of can be particularly preferably used. In particular, the low-temperature oxygen plasma treatment can be most preferably used because it causes little damage to the substrate.
このようにカルボキシル基を担体の表面に生成すれば、担体表面にアミノ基や水酸基を有する選択結合性物質を共有結合により固定化することが可能となる。一般的には、これらの結合の反応を助長するため、ジシクロヘキシルカルボジイミド、N−エチル−5−フェニルイソオキサゾリウム−3’−スルホナートなどの様々な縮合剤が用いられている。これらの中でも、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC)は、毒性が少ないことや、反応系からの除去が比較的容易なことから、選択結合性物質と担体表面のカルボキシル基との縮合反応にはもっとも有効な縮合剤の1つである。これらEDCなどの縮合剤は、選択結合性物質の溶液と混ぜて使用しても良いし、カルボキシル基が表面に生成された担体を予めEDCの溶液に浸漬しておき、表面のカルボキシル基を活性化しておいても良い。 When the carboxyl group is generated on the surface of the carrier in this way, it becomes possible to immobilize a selective binding substance having an amino group or a hydroxyl group on the surface of the carrier by a covalent bond. In general, various condensing agents such as dicyclohexylcarbodiimide, N-ethyl-5-phenylisoxazolium-3'-sulfonate are used to facilitate the reaction of these bonds. Among these, 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) is less toxic and relatively easy to remove from the reaction system. It is one of the most effective condensing agents for the condensation reaction with a carboxyl group. These condensing agents such as EDC may be used by mixing with a solution of a selective binding substance, or a carrier having a carboxyl group formed on the surface is previously immersed in an EDC solution to activate the surface carboxyl group. You may make it.
このような縮合剤を用い、担体表面のカルボキシル基と選択結合性物質のアミノ基とを反応させた場合は、アミド結合により担体表面と選択結合性物質が固定化されることになり、担体表面のカルボキシル基と選択結合性物質の水酸基とを反応させた場合は、エステル結合により担体表面と選択結合性物質とが固定化されることになる。選択結合性物質を含む試料を担体に作用させる際の温度は、5℃〜95℃が好ましく、15℃〜65℃が更に好ましい。処理時間は通常5分〜24時間であり、1時間以上が好ましい。 When such a condensing agent is used and the carboxyl group on the support surface is reacted with the amino group of the selective binding substance, the support surface and the selective binding substance are immobilized by an amide bond. When the carboxyl group of this is reacted with the hydroxyl group of the selective binding substance, the support surface and the selective binding substance are fixed by an ester bond. The temperature at which the sample containing the selective binding substance is allowed to act on the carrier is preferably 5 ° C to 95 ° C, more preferably 15 ° C to 65 ° C. The treatment time is usually 5 minutes to 24 hours, preferably 1 hour or longer.
前述した方法により、ポリマー表面に選択結合性物質を固定化することにより、非特異的な検体の吸着を抑え、さらに、共有結合で強固に、かつ、高密度に選択結合性物質を固定化でき、さらに、ガラスに比べ、固定化された選択結合性物質の空間的な自由度が高いという推定理由のために、検体とのハイブリダイゼーション効率が高い担体を得ることができる。 By immobilizing a selective binding substance on the polymer surface by the method described above, nonspecific analyte adsorption can be suppressed, and the selective binding substance can be immobilized firmly and densely by covalent bonding. Furthermore, a carrier having high hybridization efficiency with a specimen can be obtained for the presumed reason that the spatial freedom of the immobilized selective binding substance is higher than that of glass.
ところで、一般式(1)で示されるような構造単位を含むポリマーで担体を作製する場合、ガラス、セラミック、金属などに比較し、射出成形方法やホットエンボス法などを用いることにより、微細な形状を設けた担体をより簡単に大量生産することが可能である。そこで、選択結合性物質が固定化される担体の形状について述べる。本発明の選択結合性物質が固定化される担体には凹凸部があり、凸部上面に選択性適合物質が固定化されていることが好ましい。このような構造を取ることにより、検出の際、後述のように非特異的に吸着した検体を検出することがないので、ノイズが小さく、結果的によりS/Nが良好な選択結合性物質物質が固定化された担体を提供することができる。そして、凹凸部の複数の凸部の高さに関しては、凸部の上面の高さが略同一であるであることが好ましい。ここで、高さが略同一とは、多少高さの違う凸部の表面に選択結合性物質を固定化し、これと蛍光標識した被検体とを反応させ、そして、スキャナーでスキャンした際、その信号レベルの強度差が問題とならない高さをいう。具体的に高さが略同一とは、高さの差が100μmより小さいことをいう。さらに本発明の担体には、平坦部が設けられていることが好ましい。具体例を図1、図2に示す。1が平坦部であり、かつ、2で示される凹凸部の凸部上面に選択結合性物質(例えば核酸)が固定化されている。そして、該凹凸部の凸部分の上面が実質的に平坦であることが好ましい。ここで凸部上面が実質的に平坦とは、50μm以上の凹凸がないことを意味する。さらに、凹凸部の凸部の上面の高さと平坦部分の高さが略同一である。ここで、平坦部と凹凸部との高さが略同一とは、スキャナーでスキャンした際、その信号レベルの低下具合が問題とならない高さをいう。具体的に高さの差が略同一とは、凹凸部凸部上面の高さと、平坦部の高さとの差が100μmより小さいことをいう。 By the way, when producing a carrier with a polymer containing a structural unit represented by the general formula (1), a fine shape can be obtained by using an injection molding method, a hot embossing method, or the like as compared with glass, ceramic, metal, or the like. It is possible to mass-produce the carrier provided with Therefore, the shape of the carrier on which the selective binding substance is immobilized will be described. It is preferable that the carrier on which the selective binding substance of the present invention is immobilized has a concavo-convex part, and the selectivity compatible substance is immobilized on the upper surface of the convex part. By adopting such a structure, at the time of detection, a non-specifically adsorbed specimen is not detected as described later, so that the selective binding substance substance with low noise and consequently better S / N is obtained. Can be provided. And about the height of the some convex part of an uneven | corrugated | grooved part, it is preferable that the height of the upper surface of a convex part is substantially the same. Here, when the height is substantially the same, a selective binding substance is immobilized on the surface of a convex part having a slightly different height, and this is reacted with a fluorescently labeled analyte, and then scanned with a scanner. The height at which the difference in signal level strength does not matter. Specifically, “the heights are substantially the same” means that the difference in height is less than 100 μm. Furthermore, the carrier of the present invention is preferably provided with a flat portion. Specific examples are shown in FIGS. 1 is a flat portion, and a selective binding substance (for example, nucleic acid) is immobilized on the upper surface of the convex portion of the concavo-convex portion indicated by 2. And it is preferable that the upper surface of the convex part of this uneven | corrugated | grooved part is substantially flat. Here, the fact that the upper surface of the convex portion is substantially flat means that there is no unevenness of 50 μm or more. Furthermore, the height of the upper surface of the convex portion of the concavo-convex portion and the height of the flat portion are substantially the same. Here, the heights of the flat portion and the uneven portion are substantially the same height when the signal level is not lowered when scanned by the scanner. Specifically, the difference in height is substantially the same, which means that the difference between the height of the upper surface of the concavo-convex portion convex portion and the height of the flat portion is smaller than 100 μm.
すなわち、一般にマイクロアレイは、蛍光標識化された検体と担体に固定化された選択結合性物質とを反応させ、スキャナーと呼ばれる装置で蛍光を読みとることが一般的である。スキャナーは励起光であるレーザー光を対物レンズで絞り込み、レーザー光を集光する。この集光された光をマイクロアレイの表面に照射して、レーザー光の焦点をマイクロアレイ表面に合わせる。そして、この条件のまま、対物レンズもしくは、マイクロアレイ自体を走査することによりマイクロアレイから発生する蛍光を読み込むような仕組みとなっている。 That is, in general, a microarray generally reacts a fluorescently labeled specimen with a selective binding substance immobilized on a carrier, and reads fluorescence with a device called a scanner. The scanner condenses the laser light by narrowing down the laser light as excitation light with an objective lens. The condensed light is irradiated on the surface of the microarray, and the laser beam is focused on the surface of the microarray. Under this condition, the fluorescence generated from the microarray is read by scanning the objective lens or the microarray itself.
このような、スキャナーを用いて本発明の凸部上面に選択結合性物質を固定化した担体をスキャンすると、凹凸部の凹部に非特異的に吸着した検体DNAの蛍光(ノイズ)を検出しがたいという効果を発揮する。この理由は、凸部上面にレーザー光の焦点が合っているため、凹部ではレーザー光がデフォーカスされるからである。逆に言えば、選択結合性物質が固定化された複数の凸部の内、最も高い凸部上面の高さと、最も低い凸部上面の高さの差が50μm以下であることが好ましい。なぜなら、凸部上面の高さにこれ以上のばらつきがあると、スキャナーの焦点深度の関係で正確な蛍光強度を測定できないことが起こりうるからである。 When such a scanner is used to scan the carrier on which the selective binding substance is immobilized on the upper surface of the convex portion of the present invention, fluorescence (noise) of the sample DNA adsorbed nonspecifically in the concave portion of the concave and convex portion is detected. Demonstrate the effect that you want. This is because the laser beam is focused on the upper surface of the convex portion, so that the laser beam is defocused in the concave portion. In other words, the difference between the height of the upper surface of the highest convex portion and the height of the upper surface of the lowest convex portion among the plurality of convex portions to which the selective binding substance is immobilized is preferably 50 μm or less. This is because if there is more variation in the height of the upper surface of the convex portion, it may happen that accurate fluorescence intensity cannot be measured due to the depth of focus of the scanner.
なお、選択結合性物質が固定化された複数の凸部の内、最も高い凸部上面の高さと、最も低い凸部上面の高さの差は、50μm以下であれば良いが、30μm以下であることがより好ましく、高さが同一であればなお好ましい。なお、本願でいう同一の高さとは、生産等で発生するばらつきによる誤差も含むものとする。 The difference between the height of the upper surface of the highest convex portion and the height of the upper surface of the lowest convex portion among the plurality of convex portions to which the selective binding substance is immobilized may be 50 μm or less, but 30 μm or less. It is more preferable that the height is the same. In addition, the same height as used in this application shall also include the error by the dispersion | variation which generate | occur | produces by production etc.
なお、選択結合性物質が固定化された複数の凸部とは、データとして必要な選択結合性物質(例えば核酸)が固定化された部分をいうのであって、ただ単にダミーの選択結合性物質を固定化した部分は除く。 The plurality of convex portions on which the selective binding substance is immobilized means a portion on which the selective binding substance (for example, nucleic acid) necessary as data is immobilized, and is simply a dummy selective binding substance. The part where is fixed is excluded.
また、一般にスキャナーの焦点を調整する方法は、以下の通りである。すなわち、スキャナーがマイクロアレイの表面に励起光の焦点を合わせる際には、マイクロアレイの隅で励起光の焦点を合わせるか、図3に示すように、治具にマイクロアレイを突き当て、レーザー光の焦点をマイクロアレイ表面に合わせる。そして、その条件のまま、マイクロアレイ全体をスキャンする。したがって、本発明の担体には、特に凹凸部と平坦部が設けられていることが好ましい。具体例を図1、図2に示す。11が平坦部であり、かつ、12で示される凹凸部の凸部上面に選択結合性物質(例えば核酸)が固定化されている。さらに、凹凸部の凸部の上面の高さと平坦部分の高さの差が50μm以下であることが好ましい。このようにしておけば、選択結合性物質が固定化された担体をスキャンする場合は、いったん平坦部の上面で励起光の焦点を合わせたり、平坦部を治具に突き当てることが可能である。すなわち、スキャナーの焦点合わせが容易になる。このようにして、平坦部で励起光の焦点を合わせるので、選択結合性物質が固定化された凸部の上面は、平坦であり、かつ、凸部上面の高さと平坦部の高さの差が50μm以下であることが好ましい。
In general, the method of adjusting the focus of the scanner is as follows. That is, when the scanner focuses the excitation light on the surface of the microarray, the excitation light is focused at the corner of the microarray, or as shown in FIG. Fit to microarray surface. Then, the entire microarray is scanned under the conditions. Therefore, the carrier of the present invention is particularly preferably provided with an uneven portion and a flat portion. Specific examples are shown in FIGS.
凸部の上面の高さと平坦部の高さの差が50μmより大きいと、以下のような問題点が生じることがある。すなわち、励起光の焦点は平坦部の上面で調整されているので、凸部の上面の高さが異なると、凸部上面での励起光の焦点がぼやけてしまい、最悪の場合、選択結合性物質と検体が反応したことによる蛍光が全く検出されないことが起こりうる。同様なことは、凸部上面と高さが同じ平坦部が設けられていない場合でも起こりうる。 If the difference between the height of the upper surface of the convex part and the height of the flat part is larger than 50 μm, the following problems may occur. That is, since the focal point of the excitation light is adjusted on the upper surface of the flat part, if the height of the upper surface of the convex part is different, the focal point of the excitation light on the upper surface of the convex part is blurred. It may happen that no fluorescence due to the reaction between the substance and the analyte is detected. The same thing can occur even when a flat portion having the same height as the upper surface of the convex portion is not provided.
また、凸部の上面が平坦でない場合、凸部上面での励起光の焦点の大きさにばらつきが起き、結果的に1つの凸部上面内で検出された蛍光の強さにむらが発生する。こうなると、後の解析が困難となる。本願の場合は、上記のような問題は起きず、良好なシグナル(蛍光)を得ることが可能である。 In addition, when the upper surface of the convex portion is not flat, the focal spot size of the excitation light on the upper surface of the convex portion varies, and as a result, the intensity of fluorescence detected in one upper surface of the convex portion varies. . If this happens, later analysis becomes difficult. In the case of the present application, the above problem does not occur, and a good signal (fluorescence) can be obtained.
なお、凸部の上面の高さと平坦部分の高さの差は、50μm以下であればよいが、30μm以下であることがより好ましく、凸部の上面の高さと平坦部分の高さが同一であればなお好ましい。なお、本願でいう同一の高さとは、生産等で発生するばらつきによる誤差も含むものとする。 The difference between the height of the upper surface of the convex portion and the height of the flat portion may be 50 μm or less, more preferably 30 μm or less, and the height of the upper surface of the convex portion and the height of the flat portion are the same. It is still preferable if it exists. In addition, the same height as used in this application shall also include the error by the dispersion | variation which generate | occur | produces by production etc.
また本発明では、平面状の担体に選択結合性物質を点着するのではなく、凹凸部分の凸部上面にのみ選択結合性物質を固定化している。したがって、凸部上面以外の部分に非特異的に検体試料が吸着しても、凸部上面以外の部分では、励起光の焦点がぼやけてるため、望まざる非特異的な吸着をした検体試料からの蛍光を検出することがない。このため、ノイズが小さくなり、結果的にS/Nが良くなるという効果を発揮する。 In the present invention, the selective binding substance is not spotted on the planar carrier, but is fixed only on the upper surface of the convex portion of the concavo-convex portion. Therefore, even if the specimen sample is non-specifically adsorbed on a portion other than the top surface of the convex portion, the focus of the excitation light is blurred on the portion other than the top surface of the convex portion. No fluorescence is detected. For this reason, the noise is reduced, and as a result, the S / N ratio is improved.
また、凸部の上面の面積は略同一であることが好ましい。このようにすることにより、多種の選択結合性物質が固定化される部分の面積を同一にできるので、後の解析に有利である。ここで、凸部の上部の面積が略同一とは、凸部の中で最も大きい上面面積を、最も小さい上面面積で割った値が1.2以下であることを言う。 Moreover, it is preferable that the area of the upper surface of a convex part is substantially the same. By doing in this way, the area of the part by which various selective binding substances are immobilized can be made the same, which is advantageous for later analysis. Here, the area of the upper part of the convex part is substantially the same means that the value obtained by dividing the largest upper surface area in the convex part by the smallest upper surface area is 1.2 or less.
凸部の上面の面積は、特に限定される物ではないが、選択結合性物質の量を少なくすることができる点とハンドリングの容易さの点から、4mm2以下、10μm2以上が好ましい。 The area of the upper surface of the convex portion is not particularly limited, but is preferably 4 mm 2 or less and 10 μm 2 or more from the viewpoint that the amount of the selective binding substance can be reduced and handling is easy.
凹凸部における凸部の高さとしては、0.01mm以上、1mm以下が好ましい。凸部の高さがこれより低いと、スポット以外の部分の非特異的に吸着した検体試料を検出してしまうことがあり、結果的にS/Nが悪くなることがある。また、凸部の高さが1mm以上であると、凸部が折れて破損しやすいなどの問題が生じる場合がある。 The height of the convex portion in the concavo-convex portion is preferably 0.01 mm or more and 1 mm or less. If the height of the convex portion is lower than this, a non-specifically adsorbed specimen sample other than the spot may be detected, resulting in a poor S / N. Further, when the height of the convex portion is 1 mm or more, there may be a problem that the convex portion is easily broken and damaged.
また、少なくとも凸部の側面に導電性材料が設けられていることが好ましい。こうすると、例えば、対抗電極を設け、対抗電極とこの導電性材料の間に電流、電圧を印加することにより核酸の場合であるとハイブリダイゼーションの高速化が可能となる。導電性材料がコートされる好ましい領域としては、凹部の全部、凸部の側面全部である。その例を図4に示す。 Moreover, it is preferable that the conductive material is provided at least on the side surface of the convex portion. In this case, for example, in the case of nucleic acid, hybridization can be accelerated by providing a counter electrode and applying a current and voltage between the counter electrode and the conductive material. Preferred regions to be coated with the conductive material are all the concave portions and all the side surfaces of the convex portions. An example is shown in FIG.
印加する電圧の範囲としては、電流が流れる場合は、0.01V以上、2V以下の範囲が好ましい。特に好ましい範囲は、0.1V以上、1.5V以下である。これより、大きい電圧を印加すると水が電気分解をおこし、表面の選択結合性物質に悪影響を及ぼす場合がある。導電性材料の材質としては特に限定されないが、炭素、マグネシウム、アルミ、シリコン、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、錫、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、タングステン、白金、金、ステンレスやこれらの混合物や導電性ポリマーが挙げられる。この中でも、白金、金、チタンが特に好ましく用いられる。これらの導電性材料の膜の作製方法としては、蒸着、スパッタ、CVD、メッキなどが挙げられる。 As a range of the voltage to be applied, a range of 0.01 V or more and 2 V or less is preferable when a current flows. A particularly preferable range is 0.1 V or more and 1.5 V or less. From this, when a large voltage is applied, water causes electrolysis, which may adversely affect the surface selective binding substance. The material of the conductive material is not particularly limited, but carbon, magnesium, aluminum, silicon, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, tin, zirconium, niobium, molybdenum, palladium, silver, hafnium, Examples include tantalum, tungsten, platinum, gold, stainless steel, mixtures thereof, and conductive polymers. Among these, platinum, gold, and titanium are particularly preferably used. Examples of a method for forming these conductive material films include vapor deposition, sputtering, CVD, and plating.
上記のように凸部に導電性材料をコートした場合は、凸部の上面以外はさらに絶縁材料の層を設けることが好ましい。絶縁材料の層があると、電流を流した場合凸部の上面にのみ被検体を引き寄せることが可能である。絶縁材料の材料としては、金属の酸化物(例えば、Al−O、SiO2、TiO2、VO、SnO、Cr−O、Zn−O、GeO2、Ta2O5、ZrO2、Nb−O、Y2O3など)、窒化物(Al−N、Si3N4、TiN、Ta−N、Ge−N、Zr−N、NbNなど)、硫化物(ZnS、PbS、SnS、CuS)、絶縁性のポリマーが挙げられる。 When the conductive material is coated on the convex portion as described above, it is preferable to further provide a layer of an insulating material other than the upper surface of the convex portion. When there is a layer of insulating material, it is possible to draw the subject only on the upper surface of the convex portion when a current is passed. Examples of the insulating material include metal oxides (for example, Al—O, SiO 2 , TiO 2 , VO, SnO, Cr—O, Zn—O, GeO 2 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , Nb—O). , Y etc. 2 O 3), nitride (Al-N, Si 3 N 4, TiN, Ta-N, Ge-N, Zr-N, NbN , etc.), sulfides (ZnS, PbS, SnS, CuS), An insulating polymer may be mentioned.
上述の方法により得られた選択結合性物質固定化担体は、選択結合性物質を固定した後、適当な処理をすることができる。例えば、熱処理、アルカリ処理、界面活性剤処理などを行うことにより、固定された選択結合性物質を変性させることもできる。 The selective binding substance-immobilized carrier obtained by the above-described method can be appropriately treated after fixing the selective binding substance. For example, the fixed selective binding substance can be denatured by performing heat treatment, alkali treatment, surfactant treatment, or the like.
また、選択結合性物質固定化担体は、蛍光標識化された検体と担体に固定化された選択結合性物質とをハイブリダイゼーション反応させ、スキャナーと呼ばれる装置で蛍光を読みとることが一般的である。スキャナーは励起光であるレーザー光を対物レンズで絞り込み、レーザー光を集光する。しかし、担体表面から自家蛍光が生じる場合、その発光がノイズとなり検出精度の低下に繋がることがある。これを防ぐため一般式(1)の構造単位を有するポリマーに黒色を呈し、またレーザー照射により発光を生じない物質を含有させて表面を黒色にすることにより、担体自身からの自家蛍光を低減させることができるので好ましい。このような担体を用いることにより、検出の際、担体からの自家蛍光を低減できるのでよりノイズが小さく、結果的にS/N比が良好な選択結合性物質物質が固定化された担体を提供することができる。 In addition, the selective binding substance-immobilized carrier is generally subjected to a hybridization reaction between a fluorescently labeled specimen and the selective binding substance immobilized on the carrier, and the fluorescence is read by a device called a scanner. The scanner condenses the laser light by narrowing down the laser light as excitation light with an objective lens. However, when autofluorescence is generated from the surface of the carrier, the emitted light becomes noise and may lead to a decrease in detection accuracy. In order to prevent this, the polymer having the structural unit of the general formula (1) exhibits a black color and contains a substance that does not emit light by laser irradiation to make the surface black, thereby reducing autofluorescence from the carrier itself. This is preferable. By using such a carrier, autofluorescence from the carrier can be reduced at the time of detection, so that a carrier with a selectively binding substance substance immobilized with a smaller noise and a better S / N ratio is provided. can do.
ここで、担体が黒色とは、可視光(波長が400nmから800nm)範囲において、担体の黒色部分の分光反射率が特定のスペクトルパターン(特定のピークなど)を持たず、一様に低い値であり、かつ、担体の黒色部分の分光透過率も、特定のスペクトルパターンを持たず、一様に低い値であることをいう。 Here, the black carrier means that the spectral reflectance of the black part of the carrier does not have a specific spectral pattern (such as a specific peak) in the visible light (wavelength range of 400 nm to 800 nm) and is a uniformly low value. In addition, the spectral transmittance of the black portion of the carrier also has a specific spectral pattern and is uniformly low.
この分光反射率、分光透過率の値としては、可視光(波長が400nmから800nm)の範囲の分光反射率が7%以下であり、同波長範囲での分光透過率が2%以下であることが好ましい。なお、ここでいう分光反射率は、JIS Z 8722 条件Cに適合した、照明・受光光学系で、担体からの正反射光を取り込んだ場合の分光反射率をいう。 As the values of the spectral reflectance and the spectral transmittance, the spectral reflectance in the range of visible light (wavelength is 400 nm to 800 nm) is 7% or less, and the spectral transmittance in the same wavelength range is 2% or less. Is preferred. Note that the spectral reflectance here refers to the spectral reflectance when regular reflected light from a carrier is captured in an illumination / light-receiving optical system conforming to JIS Z 8722 Condition C.
黒色にする手段としては、担体に黒色物質を含有させることにより達成しうるが、この黒色物質の好ましいものを挙げると、カーボンブラック、グラファイト、チタンブラック、アニリンブラック、Ru、Mn、Ni、Cr、Fe、CoおよびCuの酸化物、Si、Ti、Ta、ZrおよびCrの炭化物などの黒色物質が使用できる。 As a means for blackening, it can be achieved by adding a black substance to the carrier. Preferred examples of the black substance include carbon black, graphite, titanium black, aniline black, Ru, Mn, Ni, Cr, Black materials such as Fe, Co and Cu oxides, carbides of Si, Ti, Ta, Zr and Cr can be used.
これらの黒色物質は単独で含有させる他、2種類以上を混合して含有させることもできる。この中の黒色物質の中でも、カーボンブラック、グラファイト、チタンブラックを好ましく含有させることができ、ポリマーに一様に分散しやすいことから特にカーボンブラックを好ましく用いることができる。 These black materials can be contained alone or in combination of two or more. Among these black materials, carbon black, graphite, and titanium black can be preferably contained, and carbon black can be particularly preferably used because it can be uniformly dispersed in the polymer.
また、担体の形状としてガラス、金属などの熱変形をし難い材料からなる支持体層の上に、一般式(1)で表される構造単位を少なくとも1つ有するポリマーからなる選択結合性物質固定化層を設けると、熱や外力による担体の形状変化を防げることから好ましい。この概念図を図5に示す。支持体層としては、ガラスや、鉄、クロム、ニッケル、チタン、ステンレスなどの金属が好ましい。また、この支持体層と選択結合性物質固定化層との密着性を良くするため、支持体層の表面を、アルゴン、酸素、窒素ガスでのプラズマ処理やシランカップリング剤での処理を施すことが好ましい。このようなシランカップリング剤としては3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルジエトキシメチルシラン、3−(2−アミノエチルアミノプロピル)トリメトキシシラン、3−(2−アミノエチルアミノプロピル)ジメトキシメチルシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ジメトキシ−3−メルカプトプロピルメチルシランなどが挙げられる。支持体層の上に選択結合性物質固定化層を設ける手段としては、ポリマーを有機溶媒に溶解し、スピンコートやディッピングなどの公知の手段を用いることができる。より簡単には、支持体層に接着剤で貼り付けることもできる。 In addition, the selective binding substance immobilization comprising a polymer having at least one structural unit represented by the general formula (1) on a support layer composed of a material that is difficult to be thermally deformed such as glass or metal as the shape of the carrier. It is preferable to provide a chemical layer because it prevents the shape of the carrier from changing due to heat or external force. This conceptual diagram is shown in FIG. As a support body layer, metals, such as glass and iron, chromium, nickel, titanium, stainless steel, are preferable. In order to improve the adhesion between the support layer and the selective binding substance fixing layer, the surface of the support layer is subjected to a plasma treatment with argon, oxygen or nitrogen gas or a treatment with a silane coupling agent. It is preferable. Examples of such silane coupling agents include 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyldiethoxymethylsilane, 3- (2-aminoethylaminopropyl) trimethoxysilane, 3- (2-aminoethylaminopropyl) dimethoxymethylsilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, dimethoxy-3-mercaptopropylmethylsilane and the like. As a means for providing the selective binding substance-immobilized layer on the support layer, known means such as spin coating and dipping can be used by dissolving the polymer in an organic solvent. More simply, it can be attached to the support layer with an adhesive.
ここで、「選択結合性物質」とは、被検物質と直接的又は間接的に、選択的に結合し得る物質を意味し、代表的な例として、核酸、タンパク質、糖類及び他の抗原性化合物を挙げることができる。核酸は、DNAやRNAでもPNAでもよい。特定の塩基配列を有する一本鎖核酸は、該塩基配列又はその一部と相補的な塩基配列を有する一本鎖核酸と選択的にハイブリダイズして結合するので、本発明でいう「選択結合性物質」に該当する。また、タンパク質としては、抗体及びFabフラグメントやF(ab')2フラグメントのような、抗体の抗原結合性断片、並びに種々の抗原を挙げることができる。抗体やその抗原結合性断片は、対応する抗原と選択的に結合し、抗原は対応する抗体と選択的に結合するので、「選択結合性物質」に該当する。糖類としては、多糖類が好ましく、種々の抗原を挙げることができる。また、タンパク質や糖類以外の抗原性を有する物質を固定化することもできる。本発明に用いる選択結合性物質は、市販のものでもよく、また、生細胞などから得られたものでもよい。「選択結合性物質」として、特に好ましいものは、核酸である。この核酸の中でも、オリゴ核酸と呼ばれる、長さが10塩基から100塩基までの核酸は、合成機で容易に人工的に合成が可能であり、また、核酸末端のアミノ基修飾が容易であるため、担体表面への固定化が容易となることから好ましい。さらに、20塩基未満ではハイブリダイゼーションの安定性が低いという観点から20〜100塩基がより好ましい。ハイブリダイゼーションの安定性を保持するため、特に好ましくは40〜100塩基の範囲である。 Here, the “selective binding substance” means a substance that can selectively bind to a test substance directly or indirectly, and representative examples thereof include nucleic acids, proteins, saccharides and other antigenic properties. A compound can be mentioned. The nucleic acid may be DNA, RNA or PNA. A single-stranded nucleic acid having a specific base sequence selectively hybridizes and binds to a single-stranded nucleic acid having a base sequence complementary to the base sequence or a part thereof. Falls under the category of Examples of the protein include an antibody and an antigen-binding fragment of an antibody such as a Fab fragment or F (ab ′) 2 fragment, and various antigens. Since an antibody or an antigen-binding fragment thereof selectively binds with a corresponding antigen, and the antigen selectively binds with a corresponding antibody, it corresponds to a “selective binding substance”. As the saccharide, a polysaccharide is preferable, and various antigens can be exemplified. In addition, substances having antigenicity other than proteins and saccharides can be immobilized. The selective binding substance used in the present invention may be a commercially available substance or may be obtained from a living cell or the like. Particularly preferred as the “selective binding substance” is a nucleic acid. Among these nucleic acids, nucleic acids called oligonucleic acids having a length of 10 to 100 bases can be easily artificially synthesized with a synthesizer, and the amino group at the end of the nucleic acid can be easily modified. It is preferable because it can be easily fixed on the surface of the carrier. Furthermore, if it is less than 20 bases, 20 to 100 bases are more preferable from the viewpoint that the stability of hybridization is low. In order to maintain the stability of hybridization, the range of 40 to 100 bases is particularly preferable.
本発明の担体を用いた測定方法に供せられる被検物質としては、測定すべき核酸、例えば、病原菌やウイルス等の遺伝子や、遺伝病の原因遺伝子等並びにその一部分、抗原性を有する各種生体成分、病原菌やウイルス等に対する抗体等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、これらの被検物質を含む検体としては、血液、血清、血漿、尿、便、髄液、唾液、各種組織液等の体液や、各種飲食物並びにそれらの希釈物等を挙げることができるがこれらに限定されるものではない。また、被検物質となる核酸は、血液や細胞から常法により抽出した核酸を標識してもよいし、該核酸を鋳型として、PCR等の核酸増幅法によって増幅したものであってもよい。後者の場合には、測定感度を大幅に向上させることが可能である。核酸増幅産物を被検物質とする場合には、蛍光物質等で標識したヌクレオチド三リン酸の存在下で増幅を行うことにより、増幅核酸を標識することが可能である。また、被検物質が抗原又は抗体の場合には、被検物質である抗原や抗体を常法により直接標識してもよいし、被検物質である抗原又は抗体を選択結合性物質と結合させた後、担体を洗浄し、該抗原又は抗体と抗原抗体反応する標識した抗体又は抗原を反応させ、担体に結合した標識を測定することもできる。 Examples of the test substance used in the measurement method using the carrier of the present invention include nucleic acids to be measured, for example, genes such as pathogenic bacteria and viruses, causative genes of genetic diseases, and a part thereof, and various living organisms having antigenicity. Examples include components, antibodies against pathogenic bacteria, viruses and the like, but are not limited thereto. Examples of specimens containing these test substances include body fluids such as blood, serum, plasma, urine, feces, spinal fluid, saliva, various tissue fluids, various foods and beverages, and dilutions thereof. It is not limited to these. Moreover, the nucleic acid to be the test substance may be labeled with a nucleic acid extracted from blood or cells by a conventional method, or may be amplified by a nucleic acid amplification method such as PCR using the nucleic acid as a template. In the latter case, the measurement sensitivity can be greatly improved. When a nucleic acid amplification product is used as a test substance, the amplified nucleic acid can be labeled by performing amplification in the presence of a nucleotide triphosphate labeled with a fluorescent substance or the like. When the test substance is an antigen or antibody, the test substance antigen or antibody may be directly labeled by a conventional method, or the test substance antigen or antibody may be bound to a selective binding substance. Thereafter, the carrier is washed, and a labeled antibody or antigen that reacts with the antigen or antibody with an antigen-antibody is reacted, and the label bound to the carrier can be measured.
固定化物質と被検物質を相互作用させる工程は、従来と全く同様に行うことができる。反応温度及び時間は、ハイブリダイズさせる核酸の鎖長や、免疫反応に関与する抗原及び/又は抗体の種類等に応じて適宜選択されるが、核酸のハイブリダイゼーションの場合、通常、50℃〜70℃程度で1分間〜十数時間、免疫反応の場合には、通常、室温〜40℃程度で1分間〜数時間程度である。 The step of causing the immobilized substance and the test substance to interact can be performed in the same manner as in the past. The reaction temperature and time are appropriately selected according to the chain length of the nucleic acid to be hybridized, the type of antigen and / or antibody involved in the immune reaction, and in the case of nucleic acid hybridization, usually 50 ° C. to 70 ° C. In the case of an immune reaction, it is usually from room temperature to about 40 ° C. for about 1 minute to several hours.
本発明を以下の実施例によって更に詳細に説明する。もっとも、本発明は下記実施例に限定されるものではない。 The invention is illustrated in more detail by the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
実施例1
(DNA固定化担体の作製)
公知の方法であるLIGA(Lithographie Galvanoformung Abformung)プロセスを用いて、射出成形用の型を作製し、射出成型法により後述するような形状を有する基板を射出成形した。なお、基板の材料としては、エチレンとジシクロペンタジエンのランダム共重合体の水素添加物を用いた。基板中には1重量%の割合で、カーボンブラック(三菱化学製 #3050B)を含有させており、基板は黒色である。この黒色基板の分光反射率と分光透過率を測定したところ、分光反射率は、可視光領域(波長が400nmから800nm)のいずれの波長でも5%以下であり、また、同範囲の波長で、透過率は0.5%以下であった。分光反射率、分光透過率とも、可視光領域において特定のスペクトルパターン(ピークなど)はなく、スペクトルは一様にフラットであった。なお、分光反射率は、JIS Z 8722の条件Cに適合した照明・受光光学系を搭載した装置(ミノルタカメラ製、CM−2002)を用いて、基板からの正反射光を取り込んだ場合の分光反射率を測定した。
Example 1
(Preparation of DNA immobilization carrier)
A mold for injection molding was prepared using a known method LIGA (Lithographie Galvanoformung Abformung), and a substrate having a shape as described later was injection molded by the injection molding method. As a substrate material, a hydrogenated random copolymer of ethylene and dicyclopentadiene was used. Carbon black (Mitsubishi Chemical # 3050B) is contained in the substrate at a ratio of 1% by weight, and the substrate is black. When the spectral reflectance and the spectral transmittance of this black substrate were measured, the spectral reflectance was 5% or less at any wavelength in the visible light region (wavelength 400 nm to 800 nm), and in the same range of wavelengths, The transmittance was 0.5% or less. Neither spectral reflectance nor spectral transmittance had a specific spectral pattern (such as a peak) in the visible light region, and the spectrum was uniformly flat. Note that the spectral reflectance is a spectrum obtained when specularly reflected light from a substrate is captured using an apparatus (manufactured by Minolta Camera, CM-2002) equipped with an illumination / light-receiving optical system conforming to the condition C of JIS Z 8722. The reflectance was measured.
基板の形状は、大きさが縦76mm、横26mm、厚み1mmであり、基板の中央部分を除き表面は平坦であった。基板の中央には、直径10mm、深さ0.2mmの凹んだ部分が設けてあり、この凹みの中に、直径0.2mm、高さ0.2mmの凸部を64(8×8)箇所設けた。凹凸部分の凸部上面の高さ(64箇所の凸部の高さの平均値)と平坦部分との高さの差を測定したところ、3μm以下であった。また、64個の凸部上面の高さのばらつき(最も高い凸部上面の高さと最も低い凸部上面との高さの差)、さらには、凸部上面の高さの平均値と平坦部上面の高さの差を測定したところそれぞれ3μm以下であった。さらに、凹凸部凸部のピッチ(凸部中央部から隣接した凸部中央部までの距離)は0.6mmであった。 The shape of the substrate was 76 mm in length, 26 mm in width, and 1 mm in thickness, and the surface was flat except for the central portion of the substrate. In the center of the substrate, there is a recessed portion having a diameter of 10 mm and a depth of 0.2 mm. In this recess, 64 (8 × 8) convex portions having a diameter of 0.2 mm and a height of 0.2 mm are provided. Provided. When the height difference between the height of the upper surface of the convex portion of the concavo-convex portion (the average value of the heights of the 64 convex portions) and the flat portion was measured, it was 3 μm or less. Further, the height variation of the 64 convex upper surfaces (the difference in height between the highest convex upper surface and the lowest convex upper surface), and further, the average height of the convex upper surface and the flat portion The difference in height of the upper surface was measured and found to be 3 μm or less. Furthermore, the pitch (the distance from the central portion of the convex portion to the central portion of the adjacent convex portion) of the concave and convex portion was 0.6 mm.
そして、この基板をリアクティブイオンエッチング装置(サムコ(株)製:RIE−10NR)の真空チャンバーにセットした。そして、1×10−3Paまで高真空排気した後、酸素流量50sccm、圧力10Pa、投入電力100Wの条件にて、30秒間酸素プラズマに基板をさらした。このようにして、基板表面にカルボキシル基を生成した。 And this board | substrate was set to the vacuum chamber of the reactive ion etching apparatus (Samco Co., Ltd. product: RIE-10NR). Then, after high vacuum evacuation to 1 × 10 −3 Pa, the substrate was exposed to oxygen plasma for 30 seconds under the conditions of an oxygen flow rate of 50 sccm, a pressure of 10 Pa, and an input power of 100 W. In this way, carboxyl groups were generated on the substrate surface.
(プローブDNAの固定化)
そして、配列番号1(60塩基、5’末端アミノ化)のDNAを合成した。このDNAは5’末端がアミノ化されている。このDNAを、純水に0.27nmol/μlの濃度で溶かして、ストックソリューションとした。基板に点着する際は、PBS(NaClを8g、Na2HPO4・12H2Oを2.9g、KClを0.2g、KH2PO4を0.2g純水に溶かし、pH調整用の塩酸を加えて、1lにメスアップしたものにたもの。pH5.5)でプローブの終濃度を0.027nmol/μlとし、かつ、担体表面のカルボキシル基とプローブDNAの末端のアミノ基とを縮合させるため、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC)を加え、この終濃度を50mg/mlとした。そして、これらの混合溶液をガラス製のキャピラリーに取り、顕微鏡下でこのプローブDNAを基板の凸部上の4箇所に点着した。次いで、この基板を密閉したプラスチック容器入れて、37℃、湿度100%の条件で20時間程度インキュベートして、その後純水で洗浄した。
(Immobilization of probe DNA)
And DNA of sequence number 1 (60 bases, 5 'terminal amination) was synthesize | combined. This DNA is aminated at the 5 ′ end. This DNA was dissolved in pure water at a concentration of 0.27 nmol / μl to obtain a stock solution. When spotted on the substrate, PBS (8 g of NaCl, dissolved Na 2 HPO 4 · 12H 2 O and 2.9 g, the KCl 0.2g, a KH 2 PO 4 in 0.2g deionized water, for pH adjustment Hydrochloric acid added to make up to 1 liter, pH 5.5) to a final probe concentration of 0.027 nmol / μl, and condensation of the carboxyl group on the carrier surface with the amino group at the end of the probe DNA Therefore, 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) was added to make the final concentration 50 mg / ml. Then, these mixed solutions were taken in a glass capillary, and this probe DNA was spotted at four locations on the convex portion of the substrate under a microscope. Next, the substrate was placed in a sealed plastic container, incubated at 37 ° C. and 100% humidity for about 20 hours, and then washed with pure water.
(検体DNAの調整)
検体DNAとして、上記DNA固定化基板とハイブリダイズ可能な塩基配列を持つ配列番号2のDNA(968塩基)を用いた。調整方法を以下に示す。
(Adjustment of sample DNA)
As the sample DNA, DNA of SEQ ID NO: 2 (968 bases) having a base sequence capable of hybridizing with the DNA-immobilized substrate was used. The adjustment method is shown below.
配列番号3と配列番号4のDNAを合成した。これを純水にとかして濃度を100μMとした。次いで、pKF3 プラスミドDNA(タカラバイオ(株)製品番号;3100)(配列番号5:2264塩基)を用意して、これをテンプレートとし、配列番号3および配列番号4のDNAをプライマーとして、PCR反応(Polymerase Chain Reaction)により増幅を行った。 The DNAs of SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4 were synthesized. This was dissolved in pure water to a concentration of 100 μM. Next, pKF3 plasmid DNA (Takara Bio Inc. product number: 3100) (SEQ ID NO: 5: 2264 bases) was prepared, and this was used as a template. Amplification was performed by Polymerase Chain Reaction.
PCRの条件は以下の通りである。すなわち、ExTaq 2μl、 10×ExBuffer 40μl、 dNTP Mix 32μl(以上はタカラバイオ(株)製 製品番号RR001Aに付属)、配列番号3の溶液を2μl、配列番号4の溶液を2μl、 テンプレート(配列番号5)を0.2μlを加え、純水によりトータル400μlにメスアップした。これらの混合液を、4つのマイクロチューブに分け、サーマルサイクラーを用いてPCR反応を行った。これを、エタノール沈殿により精製し、40μlの純水に溶解した。PCR反応後の溶液の一部をとり電気泳動で確認したところ、増幅したDNAの塩基長は、およそ960塩基であり配列番号2(968塩基)が増幅されていることを確認した。 The conditions for PCR are as follows. That is, ExTaq 2 μl, 10 × ExBuffer 40 μl, dNTP Mix 32 μl (the above is attached to product number RR001A manufactured by Takara Bio Inc.), SEQ ID NO: 3 solution 2 μl, SEQ ID NO 4 solution 2 μl, Template (SEQ ID NO 5 0.2 μl was added, and the volume was made up to 400 μl with pure water. These mixed solutions were divided into four microtubes, and PCR reaction was performed using a thermal cycler. This was purified by ethanol precipitation and dissolved in 40 μl of pure water. When a part of the solution after the PCR reaction was taken and confirmed by electrophoresis, it was confirmed that the base length of the amplified DNA was about 960 bases and that SEQ ID NO: 2 (968 bases) was amplified.
次いで、9塩基のランダムプライマー(タカラバイオ(株)製;製品番号3802)を6mg/mlの濃度に溶かし、上記のPCR反応後精製したDNA溶液にに2μl加えた。この溶液を100℃に加熱した後、氷上で急冷した。これらにKlenow Fragment(タカラバイオ(株)製;製品番号2140AK)付属のバッファーを5μl、dNTP混合物(dATP、dTTP、dGTPの濃度はそれぞれ2.5mM、dCTPの濃度は400μM)を2.5μl加えた。さらに、Cy3−dCTP(アマシャムファルマシアバイオテク製;製品番号PA53021)を2μl加えた。この溶液に10UのKlenow Fragmentを加え、37℃で20時間インキュベートし、Cy3で標識された検体DNAを得た。なお、標識の際ランダムプライマーを用いたので検体DNAの長さには、ばらつきがある。最も長い検体DNAは配列番号2(968塩基)となる。なお、検体DNAの溶液を取り出して、電気泳動で確認したところ、960塩基に相当する付近にもっとも強いバンドが現れ、それより短い塩基長に対応する領域に薄くスメアがかかった状態であった。そして、これをエタノール沈殿により精製し、乾燥した。 Next, a 9-base random primer (manufactured by Takara Bio Inc .; product number 3802) was dissolved at a concentration of 6 mg / ml, and 2 μl was added to the DNA solution purified after the PCR reaction. This solution was heated to 100 ° C. and then rapidly cooled on ice. 5 μl of buffer attached to Klenow Fragment (Takara Bio Inc .; product number 2140AK) and 2.5 μl of dNTP mixture (dATP, dTTP, and dGTP concentrations of 2.5 mM and dCTP concentration of 400 μM, respectively) were added thereto. . Furthermore, 2 μl of Cy3-dCTP (manufactured by Amersham Pharmacia Biotech; product number PA53021) was added. To this solution, 10 U of Klenow Fragment was added and incubated at 37 ° C. for 20 hours to obtain sample DNA labeled with Cy3. Since the random primer is used for labeling, the length of the sample DNA varies. The longest sample DNA is SEQ ID NO: 2 (968 bases). When the sample DNA solution was taken out and confirmed by electrophoresis, the strongest band appeared in the vicinity corresponding to 960 bases, and the area corresponding to a shorter base length was thinly smeared. This was purified by ethanol precipitation and dried.
この標識化された検体DNAを、1重量%BSA(ウシ血清アルブミン)、5×SSC(5×SSCとはNaClを43.8g、クエン酸3ナトリウム水和物を22.1gの純水にとかし、200mlにメスアップしたもの。またNaClを43.8g、クエン酸3ナトリウム水和物を22.1g純水にとかし、1lにメスアップしたものを1×SSCと表記し、これの10倍濃縮液を10×SSC、5倍希釈液を0.2×SSCと表記する。)、0.1%(w/v)SDS(ドデシル硫酸ナトリウム)、0.01%(w/v)サケ精子DNAの溶液(各濃度はいずれも終濃度)、400μlに溶解し、ハイブリダイゼーション用の溶液とした。 This labeled sample DNA is dissolved in 1% by weight BSA (bovine serum albumin), 5 × SSC (5 × SSC is 43.8 g of NaCl and trisodium citrate hydrate is dissolved in 22.1 g of pure water. 200 ml of NaCl, 43.8 g of NaCl and 22.1 g of trisodium citrate hydrate dissolved in pure water, and 1 ml of the mess up to 1 l. The solution is expressed as 10 × SSC, and the 5-fold diluted solution is expressed as 0.2 × SSC.), 0.1% (w / v) SDS (sodium dodecyl sulfate), 0.01% (w / v) salmon sperm DNA Solution (each concentration is a final concentration) was dissolved in 400 μl to obtain a hybridization solution.
(ハイブリダイゼーション)
前述の(検体DNAの調整)で調整したDNA溶液を10μl取りだし、これに30μlの、1%(w/v)BSA、5×SSC、0.1%(w/v)SDS、0.01%(w/v)サケ精子DNAの溶液を加え、トータルで40μlとした。そして、これを前述したDNAが固定化された担体の凹凸部分に滴下して、注意深くカバーガラスをかぶせた。そして、カバーガラスの周りをペーパボンドでシーリングして、ハイブリダイゼーション溶液が乾かないようにした。すなわち、検体DNAの分子量を実施例1や比較例1と同じにした。これをプラスチック容器に入れて、湿度100%、温度45℃の状態で10時間インキュベートした。インキュベート後、カバーガラスを剥離して、洗浄・乾燥した。
(Hybridization)
10 μl of the DNA solution prepared in the above (Preparation of sample DNA) is taken out, and 30 μl of 1% (w / v) BSA, 5 × SSC, 0.1% (w / v) SDS, 0.01% (W / v) Salmon sperm DNA solution was added to make a total of 40 μl. And this was dripped at the uneven | corrugated | grooved part of the support | carrier with which DNA mentioned above was fix | immobilized, and the cover glass was carefully covered. Then, the periphery of the cover glass was sealed with paper bond to prevent the hybridization solution from drying. That is, the molecular weight of the sample DNA was the same as in Example 1 and Comparative Example 1. This was put in a plastic container and incubated at a humidity of 100% and a temperature of 45 ° C. for 10 hours. After incubation, the cover glass was peeled off, washed and dried.
(測定)
DNAチップ用のスキャナー(Axon Instruments社のGenePix 4000B)に上記処理後の担体をセットし、レーザー出力33%、フォトマルチプライヤーの電圧設定を500にした状態で測定を行った。その結果を表1に示す。ここで、蛍光強度とはスポット内の蛍光強度の平均値であり、ノイズとはスポット周り(DNAが点着されていない部分)の蛍光強度の平均値とした。その結果を表1に示す。
(Measurement)
The carrier after the above treatment was set on a DNA chip scanner (Axon Instruments GenePix 4000B), and measurement was performed with the laser output set to 33% and the photomultiplier voltage set to 500. The results are shown in Table 1. Here, the fluorescence intensity is the average value of the fluorescence intensity in the spot, and the noise is the average value of the fluorescence intensity around the spot (portion where DNA is not spotted). The results are shown in Table 1.
比較例1
平板状のエチレンとジシクロペンタジエンのランダム共重合体の水素添加物からなる基板を射出成形した。この基板は平坦であること以外は、実施例1と同様のものである。実施例1と同様に、カルボキシル基の生成、プローブDNAの固定化、検体の調整、ハイブリダイゼーション、測定を行った。その結果を表1に示す。これから分かるように、2つの基板の間でシグナル強度はほとんど変化ないが、凹凸形状にすることによりノイズが低下し、結果的にS/Nの向上ができていることが分かる。
Comparative Example 1
A substrate made of a hydrogenated product of a random copolymer of flat ethylene and dicyclopentadiene was injection molded. This substrate is the same as that of Example 1 except that it is flat. In the same manner as in Example 1, carboxyl group generation, probe DNA immobilization, specimen preparation, hybridization, and measurement were performed. The results are shown in Table 1. As can be seen from this, the signal intensity hardly changes between the two substrates, but it can be seen that the noise is reduced and the S / N can be improved as a result of the uneven shape.
実施例2
次いで、凸部の高さがばらついた場合について実験を行った。実施例1で用いた射出成形品の凸部をラッピングペーパーで削り、凸部上面の高さに差を設けた。すなわち、他の凸部上面(基準となる凸部)よりも、30μm低い凸部(4箇所)がある担体(担体ア)、他の凸部上面よりも、50μm低い凸部(4箇所)がある担体(担体イ)をそれぞれ作製した。なお、これら担体の低い部分以外の凸部(基準となる凸部)上面の高さと、平坦部分の高さの差は3μm以下であった。実施例1と同様に、点着するプローブDNAの調整を行った。ついで、基準となる凸部上面に4箇所、低い凸部上面に4箇所にプローブDNA溶液の点着を実施例1と同様に行った。さらに、ハイブリダイゼーション用のDNAの調整、ハイブリダイゼーションの操作を実施例1と同様に行い、測定も実施例1と同様に行った。基準となる凸部上面の蛍光強度の平均値とその周りのノイズの平均値、高さが低い凸部上面の蛍光強度の平均値とその周りのノイズの平均値を表2に示す。
Example 2
Next, an experiment was performed for the case where the height of the convex portion varied. The convex part of the injection molded product used in Example 1 was shaved with wrapping paper, and a difference was provided in the height of the upper surface of the convex part. That is, there are carriers (carriers) having protrusions (4 places) lower by 30 μm than the upper surfaces of other protrusions (reference protrusions), and protrusions (4 places) lower by 50 μm than the upper surfaces of the other protrusions. A certain carrier (carrier a) was produced. The difference between the height of the upper surface of the convex portion (reference convex portion) other than the low portion of the carrier and the height of the flat portion was 3 μm or less. In the same manner as in Example 1, the probe DNA to be spotted was adjusted. Next, in the same manner as in Example 1, the probe DNA solution was spotted at four locations on the upper surface of the reference convex portion and at four locations on the lower convex surface. Furthermore, DNA preparation for hybridization and hybridization operation were performed in the same manner as in Example 1, and measurement was performed in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the average value of the fluorescence intensity on the upper surface of the convex portion serving as a reference and the average value of noise around it, the average value of the fluorescence intensity on the upper surface of the convex portion having a low height, and the average value of noise around it.
このように、凸部の高さにばらつき(50μm以下)があっても、比較例と比べると十分に大きなS/Nが得られていることがわかる。
実施例3
さらに、凸部上面と平坦部の差がある場合について検討した。実施例1で用いた射出成形品の平坦部をラッピングペーパーで削り、平坦部上面と凸部上面の高さの差が30μm(担体ウ)、50μm(担体エ)の2種類の担体を作製した。すなわち、担体ウは凸部の高さが平坦部の高さより30μm高いことになる。実施例1と同様に、点着するプローブDNAの調整、凸部上面へのプローブDNA溶液の点着、ハイブリダイゼーション用DNAの調整、ハイブリダイゼーションの操作を行い、実施例1と同様に測定を行った。なお、上面にDNA溶液をスポットした凸部はそれぞれの基板について4カ所である。そして、DNAを点着したスポット(4カ所)の蛍光強度と、その周りのノイズ(4カ所)の平均値を求めた。その結果を表3に示す。
Thus, it can be seen that a sufficiently large S / N is obtained compared to the comparative example even if the height of the convex portion varies (50 μm or less).
Example 3
Furthermore, the case where there was a difference between the upper surface of the convex part and the flat part was examined. The flat part of the injection-molded product used in Example 1 was scraped with wrapping paper, and two types of carriers having a difference in height between the upper surface of the flat part and the upper surface of the convex part of 30 μm (carrier c) and 50 μm (carrier d) were produced. . That is, the height of the convex portion of the carrier c is 30 μm higher than the height of the flat portion. In the same manner as in Example 1, adjustment of the spotted probe DNA, spotting of the probe DNA solution on the upper surface of the convex portion, adjustment of the hybridization DNA, and hybridization were performed, and measurement was performed in the same manner as in Example 1. It was. In addition, the convex part which spotted the DNA solution on the upper surface is four places about each board | substrate. And the fluorescence intensity of the spot (4 places) on which DNA was spotted and the average value of the surrounding noise (4 places) were determined. The results are shown in Table 3.
このように、平坦部上面と凸部上面との高さに差(50μm以下)があっても、比較例と比較するれば十分に大きなS/Nが得られていることがわかる。 Thus, it can be seen that even when there is a difference in height between the upper surface of the flat part and the upper surface of the convex part (50 μm or less), a sufficiently large S / N is obtained as compared with the comparative example.
3 支持体層(ガラス)
4 選択結合性物質固定化層
11 平坦部
12 凹凸部
13 マイクロアレイ
14 対物レンズ
15 励起光
16 マイクロアレイを治具に突き当てるためのバネ
21 凸部上面
22 導電性膜
23 絶縁膜
3 Support layer (glass)
4 selective binding
Claims (7)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004259452A JP2006078197A (en) | 2004-09-07 | 2004-09-07 | Immobilized carrier of selectively bindable substance |
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Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
JP2007304096A (en) * | 2006-05-12 | 2007-11-22 | Samsung Electronics Co Ltd | Apparatus and method for printing biomolecular droplet onto substrate |
JP2008138162A (en) * | 2006-10-10 | 2008-06-19 | Ricoh Co Ltd | Method for producing surface-functional member, surface-functional member, and electrophoresis device |
JP2018501803A (en) * | 2014-12-31 | 2018-01-25 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. | Immobilization of modified oligonucleotides on polymer substrates via physisorption |
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2004
- 2004-09-07 JP JP2004259452A patent/JP2006078197A/en active Pending
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