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JP2014224710A - Immunoassay carrier having fine rugged surface - Google Patents

Immunoassay carrier having fine rugged surface Download PDF

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JP2014224710A
JP2014224710A JP2013103160A JP2013103160A JP2014224710A JP 2014224710 A JP2014224710 A JP 2014224710A JP 2013103160 A JP2013103160 A JP 2013103160A JP 2013103160 A JP2013103160 A JP 2013103160A JP 2014224710 A JP2014224710 A JP 2014224710A
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Japan
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hydrophilic polymer
substance
polymer layer
group
carrier
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JP2013103160A
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Japanese (ja)
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弘人 菖蒲
Hiroto Shobu
弘人 菖蒲
祐也 高杉
Yuya Takasugi
祐也 高杉
衛 山崎
Mamoru Yamazaki
衛 山崎
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To evenly provide a substance immobilizing carrier having a hydrophilic polymer layer, capable of realizing high detection sensitivity in immunoassay.SOLUTION: A substance immobilizing carrier for use in immunoassay includes: a base substance having a plastic surface; and a hydrophilic polymer layer arranged on the plastic surface of the base substance. The hydrophilic polymer layer includes a hydrophilic polymer chain having an active reactive group at least on one end. The arithmetic mean roughness of the hydrophilic polymer layer is 10 nm or more. The thickness of the hydrophilic polymer layer is 20 nm or more.

Description

本発明は、免疫アッセイに用いるための固相担体に関する。   The present invention relates to a solid phase carrier for use in an immunoassay.

免疫測定法の一種である酵素結合免疫吸着アッセイ(Enzyme−Linked Immunosorbent Assay、以下ELISA)は、創薬、診断、環境計測、食品を含む幅広い分野で利用されている。典型的なELISAは、(1)抗体または抗原の固定化(固相化)、(2)標的物質の結合、(3)酵素標識抗体の結合、(4)酵素反応、(5)光学的検出(吸収、蛍光、発光)、の5つの工程からなる。標識用酵素としては西洋わさびペルオキシダーゼやアルカリホスファターゼなどが用いられる。ELISAは数ある免疫測定法のなかでも特に感度が高い。しかし、実際には固相担体への生体分子の非特異吸着が原因で期待する感度が得られないことも多い。特に酵素標識抗体のような複合体は固相担体に吸着しやすく、これがELISAにおけるノイズの主な原因となっている。このような非特異吸着を防ぐためにウシ血清アルブミン(BSA)によるブロッキング処理が試みられるが、その効果は限定的と言わざるを得ない。そこで、生体分子の非特異吸着を効果的に防ぐポリエチレングリコール(以下PEG)などの親水性ポリマーに注目が集まっている。すなわち、抗体または抗原の固定化を、親水性ポリマー鎖を介して行うことによって、固相担体への生体分子の非特異吸着を防ぐ試みがなされている。   Enzyme-linked immunosorbent assay (hereinafter referred to as ELISA), which is a kind of immunoassay, is used in a wide range of fields including drug discovery, diagnosis, environmental measurement, and food. A typical ELISA includes (1) antibody or antigen immobilization (solid phase), (2) binding of a target substance, (3) binding of an enzyme-labeled antibody, (4) enzymatic reaction, (5) optical detection. It consists of five steps (absorption, fluorescence, luminescence). Horseradish peroxidase or alkaline phosphatase is used as the labeling enzyme. ELISA is particularly sensitive among many immunoassays. However, in reality, the expected sensitivity is often not obtained due to nonspecific adsorption of biomolecules to the solid support. In particular, a complex such as an enzyme-labeled antibody is easily adsorbed on a solid support, which is a main cause of noise in ELISA. In order to prevent such non-specific adsorption, blocking treatment with bovine serum albumin (BSA) is attempted, but the effect is limited. Thus, attention has been focused on hydrophilic polymers such as polyethylene glycol (hereinafter PEG) that effectively prevent non-specific adsorption of biomolecules. That is, attempts have been made to prevent nonspecific adsorption of biomolecules to a solid support by immobilizing an antibody or antigen via a hydrophilic polymer chain.

特許文献1には、PEGリンカーを介して核酸やタンパク質をガラス表面に固定化する方法が開示されている。具体的には、PEGリンカーを有するシラン化合物を合成し、これをガラス表面に適用した後、PEGリンカーの末端に核酸やタンパク質を結合させる、というものである。この方法によってバイオチップのS/N比(感度)が改善されることが記載されている。   Patent Document 1 discloses a method of immobilizing a nucleic acid or protein on a glass surface via a PEG linker. Specifically, a silane compound having a PEG linker is synthesized, applied to a glass surface, and then a nucleic acid or protein is bonded to the end of the PEG linker. It is described that this method improves the S / N ratio (sensitivity) of a biochip.

一般的に、プラスチックは成型し易く、輸送上、廃棄上の問題が小さいという利点があることから、バイオアッセイ用担体としても好ましく用いられる。特許文献2には、ES細胞から均一な大きさの胚様体を複数個同時に形成する胚様体形成用マルチウェルプレートが記載されており、当該マルチウェルプレートの作製に際し、ポリスチレン樹脂の96穴マルチウェルプレートに酸素プラズマ処理を行いマルチウェルプレート表面に濡れ性を付与し、ポリビニルアルコール等の水溶性ポリマーをコーティングする技術が開示されている。しかし、当該技術によって得られる水溶性ポリマーコーティングは、タンパク質などの生体関連物質の非特異吸着を抑制するには不十分であった。   In general, plastics are preferably used as a carrier for bioassay because they are easy to mold and have the advantages of small transportation and disposal problems. Patent Document 2 describes a multiwell plate for embryoid body formation that simultaneously forms a plurality of embryoid bodies of uniform size from ES cells, and 96 holes of polystyrene resin are used for the production of the multiwell plate. A technique is disclosed in which oxygen plasma treatment is performed on a multi-well plate to impart wettability to the surface of the multi-well plate and a water-soluble polymer such as polyvinyl alcohol is coated. However, the water-soluble polymer coating obtained by this technique is insufficient to suppress nonspecific adsorption of biological substances such as proteins.

特許文献3には、被固定化物質と共有結合を形成可能な官能基を有するPEG鎖を含む親水性ポリマー層が表面に配置された、免疫アッセイに用いるための物質固定化用担体が記載されている。しかし、親水性ポリマー層の表面粗さや層厚に関しては記載されていない。   Patent Document 3 describes a substance immobilization carrier for use in an immunoassay having a hydrophilic polymer layer containing a PEG chain having a functional group capable of forming a covalent bond with a substance to be immobilized on the surface. ing. However, the surface roughness and layer thickness of the hydrophilic polymer layer are not described.

特開2006−143715号公報JP 2006-143715 A 特開2010−94045号公報JP 2010-94045 A 特開2013−11479号公報JP2013-11479A

本発明者らは、プラスチック表面に親水性ポリマー層を配置して免疫アッセイ用担体を製造する場合、同様の手順によって親水性ポリマー層を配置した場合でも、また、同じプラスチック材料を原料とする同一の製品名で販売されているプラスチック基体を用いた場合でも、プラスチック基体の製造ロットなどにより、プラスチック基体の表面処理の程度などが異なり、その結果、親水性ポリマー層の微小な凹凸にばらつきが生じ、親水性ポリマー層配置後の免疫アッセイにおけるS/N比にばらつきが出るという問題があることを見出した。   In the case of producing a carrier for immunoassay by arranging a hydrophilic polymer layer on the plastic surface, the present inventors also use the same plastic material as the raw material even when the hydrophilic polymer layer is arranged by the same procedure. Even when a plastic substrate sold under the product name is used, the degree of surface treatment of the plastic substrate varies depending on the production lot of the plastic substrate, and as a result, the unevenness of the hydrophilic polymer layer varies. The present inventors have found that there is a problem that the S / N ratio in the immunoassay after the hydrophilic polymer layer is arranged varies.

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、ELISA等の免疫アッセイにおいて高い検出感度をばらつきなく安定的に実現する、親水性ポリマー層を有する物質固定化用担体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a substance immobilization carrier having a hydrophilic polymer layer that stably realizes high detection sensitivity without variation in an immunoassay such as ELISA. Objective.

本発明者らは、プラスチック表面に配置した、末端に活性反応基を有する親水性ポリマー鎖を含む親水性ポリマー層が微小な凹凸を有し、特定の算術平均粗さと厚さを有する親水性ポリマー層が、免疫アッセイにおいて優れたS/N比を実現し、高い感度をもたらすことを見出した。   The inventors of the present invention have provided a hydrophilic polymer having a specific arithmetic average roughness and thickness, the hydrophilic polymer layer including a hydrophilic polymer chain having an active reactive group at the end disposed on a plastic surface, having minute irregularities. It has been found that the layer achieves an excellent S / N ratio in immunoassays and provides high sensitivity.

すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
(1)免疫アッセイに用いるための物質固定化用担体であって、
プラスチック表面を有する基体と、該基体のプラスチック表面に配置された親水性ポリマー層とを含み、
親水性ポリマー層が、少なくとも一端に活性反応基を有する親水性ポリマー鎖を含み、
親水性ポリマー層の算術平均粗さが10nm以上であり、
親水性ポリマー層の厚さが20nm以上である、
前記物質固定化用担体。
(2)親水性ポリマー鎖が、ポリアルキレングリコール鎖である、(1)記載の物質固定化用担体。
(3)活性反応基が(1H−イミダゾール−1−イル)カルボニル基である、(1)または(2)記載の物質固定化用担体。
(4)基体のプラスチック表面の水接触角が65°以下である、(1)〜(3)のいずれかに記載の物質固定化用担体。
(5)免疫アッセイに用いるための物質固定化用担体の製造方法であって、
プラスチック表面を有する基体を準備する工程、
基体のプラスチック表面に、少なくとも一端に活性反応基を有する親水性ポリマー鎖を含む親水性ポリマー層を配置する工程、
親水性ポリマー層の算術平均粗さを測定する工程、
親水性ポリマー層の厚さを測定する工程、および
親水性ポリマー層の算術平均粗さが10nm以上であり、親水性ポリマー層の厚さが20nm以上である物質固定化用担体を選択する工程
を含む、前記方法。
That is, the present invention includes the following inventions.
(1) A substance immobilization carrier for use in an immunoassay,
A substrate having a plastic surface, and a hydrophilic polymer layer disposed on the plastic surface of the substrate,
The hydrophilic polymer layer comprises a hydrophilic polymer chain having an active reactive group at least at one end;
The arithmetic average roughness of the hydrophilic polymer layer is 10 nm or more,
The thickness of the hydrophilic polymer layer is 20 nm or more,
The substance immobilizing carrier.
(2) The substance immobilization carrier according to (1), wherein the hydrophilic polymer chain is a polyalkylene glycol chain.
(3) The carrier for immobilizing a substance according to (1) or (2), wherein the active reactive group is a (1H-imidazol-1-yl) carbonyl group.
(4) The substance immobilization carrier according to any one of (1) to (3), wherein the water contact angle of the plastic surface of the substrate is 65 ° or less.
(5) A method for producing a substance immobilization carrier for use in an immunoassay,
Preparing a substrate having a plastic surface;
Disposing a hydrophilic polymer layer including a hydrophilic polymer chain having an active reactive group at least at one end on the plastic surface of the substrate;
Measuring the arithmetic mean roughness of the hydrophilic polymer layer,
A step of measuring the thickness of the hydrophilic polymer layer, and a step of selecting a carrier for immobilizing a substance having an arithmetic average roughness of the hydrophilic polymer layer of 10 nm or more and a thickness of the hydrophilic polymer layer of 20 nm or more. Including said method.

本発明の物質固定化用担体を用いて免疫アッセイを行うことにより高い検出感度をばらつきなく安定的に実現することができる。   By performing an immunoassay using the substance immobilization carrier of the present invention, high detection sensitivity can be stably realized without variation.

図1は、実施例で製造した物質固定化用担体のAFM画像、親水性ポリマー層の算術平均粗さ(Ra)、二乗平均平方根粗さ(Rq)、層厚(親水性ポリマー層の厚さ)および免疫アッセイにおけるS/N比を、物質固定化用担体の製造に用いた基体ごとに示す表である。FIG. 1 shows an AFM image of a substance-immobilizing support produced in the example, arithmetic mean roughness (Ra), root mean square roughness (Rq), and layer thickness (hydrophilic polymer layer thickness) of the hydrophilic polymer layer. ) And the S / N ratio in the immunoassay for each substrate used for the production of the substance immobilization carrier.

(基体)
本発明において、基体の形状は特に限定されない。例えば、板状体、マルチウェルプレートやマイクロプレート(複数の凹部が形成された板状体)、粒子、スライド、プレート、フィルム、チューブ、キャピラリー、マイクロ流路などの形態の基体を用いることができる。基体の材料としては、プラスチック、ガラス、石英、シリコン、金属等が挙げられる。
(Substrate)
In the present invention, the shape of the substrate is not particularly limited. For example, a substrate in the form of a plate, a multiwell plate, a microplate (a plate having a plurality of recesses), particles, a slide, a plate, a film, a tube, a capillary, a microchannel, or the like can be used. . Examples of the base material include plastic, glass, quartz, silicon, and metal.

基体は、プラスチック表面を有する。プラスチック表面は、プラスチックを含む表面をさし、好ましくはプラスチックからなる表面をさす。基体がマルチウェルプレートなどの板状または略板状の場合、好ましくは少なくとも親水性ポリマー層を配置する側の表面がプラスチック表面であることが好ましく、該表面がプラスチックからなることがより好ましい。最も好ましくは基体全体がプラスチックからなるものを準備する。   The substrate has a plastic surface. Plastic surface refers to a surface containing plastic, preferably a surface made of plastic. When the substrate is plate-like or substantially plate-like such as a multiwell plate, it is preferable that at least the surface on the side where the hydrophilic polymer layer is disposed is a plastic surface, and it is more preferable that the surface is made of plastic. Most preferably, the entire substrate is made of plastic.

プラスチックの具体例としては、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどのビニル系重合体;ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン系共重合体、ABS樹脂などのスチレン系樹脂;ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリエチル(メタ)アクリレート、ポリアクリロニトリルなどのアクリル系樹脂;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、環状ポリオレフィンなどのポリオレフィン系樹脂;ポリエチレンテレフタレート、エチレングリコール−テレフタル酸−イソフタル酸共重合体、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂;ポリカーボネート樹脂;ポリウレタン系樹脂;エポキシ系樹脂;ナイロン6、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン612、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン46などのポリアミド樹脂;メチルペンテン樹脂;フェノール樹脂;メラミン樹脂;エポキシ樹脂;フッ素樹脂などが挙げられる。これらは、単独でもよいし、二種以上混合して用いてもよい。ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレンおよびポリエチレンは、親水性ポリマー層を配置しやすいため特に好ましい。   Specific examples of plastics include vinyl polymers such as polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride; styrene resins such as polystyrene, acrylonitrile-styrene copolymers and ABS resins; polymethyl (meth) acrylate, polyethyl (meth) acrylate Acrylic resins such as polyacrylonitrile; polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, polybutene, and cyclic polyolefin; polyester resins such as polyethylene terephthalate, ethylene glycol-terephthalic acid-isophthalic acid copolymer, polybutylene terephthalate; polycarbonate resins; Polyurethane resin; epoxy resin; nylon 6, nylon 66, nylon 610, nylon 612, nylon 11, nylon 12, nylon 46, etc. Bromide resins; methylpentene resins; phenolic resins; melamine resins, epoxy resins, and fluorine resins. These may be used alone or in combination of two or more. Polystyrene, polyvinyl chloride, polypropylene, and polyethylene are particularly preferable because the hydrophilic polymer layer can be easily disposed.

親水性ポリマー層を配置するプラスチック表面は、65°以下の水接触角を有することが好ましく、40〜55°の水接触角を有することがより好ましい。当該範囲の水接触角を有するプラスチック表面に親水性ポリマー層を配置することにより、免疫アッセイにおいて優れたS/N比を達成でき、高感度のアッセイを実現できる。なお、本発明において水接触角とは、23℃において測定される水接触角をさす。   The plastic surface on which the hydrophilic polymer layer is disposed preferably has a water contact angle of 65 ° or less, and more preferably has a water contact angle of 40 to 55 °. By disposing a hydrophilic polymer layer on a plastic surface having a water contact angle in this range, an excellent S / N ratio can be achieved in an immunoassay, and a highly sensitive assay can be realized. In the present invention, the water contact angle refers to a water contact angle measured at 23 ° C.

(親水性ポリマー層)
基体のプラスチック表面には、親水性ポリマー層が配置される。親水性ポリマー層は少なくとも一端に活性反応基を有する親水性ポリマー鎖を含む。親水性ポリマー鎖は、炭素成分を含み、ポリマーの主鎖もしくは側鎖に親水性の官能基を含むポリマーのことを指す。親水性ポリマー鎖は、水溶性や水膨潤性を有する、炭素酸素結合を含む水溶性ポリマーであることが好ましい。親水性ポリマーは、恒常的に水溶性や水膨潤性を有するものであってもよいし、光、温度、pHなどの所定の刺激により水溶性や水膨潤性を示すものであってもよい。免疫アッセイに使用する観点から、生体毒性の低いもの採用することが好ましい。
(Hydrophilic polymer layer)
A hydrophilic polymer layer is disposed on the plastic surface of the substrate. The hydrophilic polymer layer includes a hydrophilic polymer chain having an active reactive group at at least one end. The hydrophilic polymer chain refers to a polymer containing a carbon component and having a hydrophilic functional group in the main chain or side chain of the polymer. The hydrophilic polymer chain is preferably a water-soluble polymer having a carbon-oxygen bond and having water solubility and water swellability. The hydrophilic polymer may be constantly water-soluble or water-swellable, or may be water-soluble or water-swellable by a predetermined stimulus such as light, temperature, and pH. From the viewpoint of use in an immunoassay, it is preferable to employ one having low biotoxicity.

親水性ポリマー鎖の具体例としては、ポリアルキレングリコール鎖、ポリビニルピロリドン鎖、ポリプロピレングリコール鎖、ポリビニルアルコール鎖、ポリエチレンイミン鎖、ポリアリルアミン鎖、ポリビニルアミン鎖、ポリ酢酸ビニル鎖、ポリアクリル酸鎖、ポリ(メタ)アクリルアミド鎖、ポリ−N−イソプロピルアクリルアミド鎖等のヒドロゲルポリマー鎖、これらと他のモノマーとの共重合体や、グラフト重合体などが挙げられる。中でもポリアルキレングリコール鎖は生体適合性に優れているので好適に用いることができる。ポリアルキレングリコール鎖は次式:
−((CH−O)
(nはアルキレン鎖の炭素数を表し、mは重合度を示す整数である)
で表される構造を指す。nは、通常1〜10の整数であり、好ましくは1〜4の整数である。mは4以上であることが好ましい。ポリアルキレングリコール鎖の数平均分子量は好ましくは25000以下、より好ましくは10000以下、さらに好ましは1000以下である。数平均分子量が増すと粘度が増すため取扱いが難しく、高密度での配置が難しくなるからである。ポリアルキレングリコール鎖のうち、次式:
−(CH−CH−O)
(mは上記と同義であり、重合度を示す整数である)
で表されるポリエチレングリコール鎖(PEG鎖)が特に好ましい。
Specific examples of the hydrophilic polymer chain include a polyalkylene glycol chain, a polyvinylpyrrolidone chain, a polypropylene glycol chain, a polyvinyl alcohol chain, a polyethyleneimine chain, a polyallylamine chain, a polyvinylamine chain, a polyvinyl acetate chain, a polyacrylic acid chain, a poly Examples thereof include hydrogel polymer chains such as (meth) acrylamide chains and poly-N-isopropylacrylamide chains, copolymers of these with other monomers, and graft polymers. Among these, polyalkylene glycol chains are excellent in biocompatibility and can be preferably used. The polyalkylene glycol chain has the following formula:
- ((CH 2) n -O ) m -
(N represents the carbon number of the alkylene chain, m is an integer indicating the degree of polymerization)
Refers to the structure represented by n is an integer of 1-10 normally, Preferably it is an integer of 1-4. m is preferably 4 or more. The number average molecular weight of the polyalkylene glycol chain is preferably 25000 or less, more preferably 10,000 or less, and even more preferably 1000 or less. This is because when the number average molecular weight is increased, the viscosity is increased, so that handling is difficult and arrangement at a high density becomes difficult. Among the polyalkylene glycol chains, the following formula:
- (CH 2 -CH 2 -O) m -
(M is as defined above, and is an integer indicating the degree of polymerization)
A polyethylene glycol chain (PEG chain) represented by

親水性ポリマー鎖の少なくとも一端には、被固定化物質との共有結合を形成することが可能な、少なくとも1つの活性反応基が直接的または間接的に連結されていることが好ましい。このような活性反応基としては、被固定化物質と共有結合を形成することが可能な、(1H−イミダゾール−1−イル)カルボニル基、スクシンイミジルオキシカルボニル基、エポキシ基、アルデヒド基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、アジド基、シアノ基、活性エステル基(1H−ベンゾトリアゾール−1−イルオキシカルボニル基、ペンタフルオロフェニルオキシカルボニル基、パラニトロフェニルオキシカルボニル基等)、ハロゲン化カルボニル基(塩化カルボニル基、フッ化カルボニル基、臭化カルボニル基、ヨウ化カルボニル基)等が挙げられる。これらの活性反応基は、親水性ポリマー鎖の末端のヒドロキシル基の水素を置換する置換基として、親水性ポリマー鎖に直接的に連結されていてもよいし、親水性ポリマー鎖の末端に結合したリンカー構造に結合した活性反応基として、間接的に連結されていてもよい。被固定化物質への反応性と、保存安定性のバランスを考慮すると、(1H−イミダゾール−1−イル)カルボニル基およびスクシンイミジルオキシカルボニル基が好ましい。これらの活性反応基は被固定化物質が有するアミノ基等の官能基と反応して共有結合を形成することができる。親水性ポリマー層には活性反応基が付加されていない親水性ポリマー鎖や、他の親水性化合物が更に含まれていてもよい。   It is preferable that at least one active reactive group capable of forming a covalent bond with the substance to be immobilized is directly or indirectly linked to at least one end of the hydrophilic polymer chain. As such an active reactive group, a (1H-imidazol-1-yl) carbonyl group, a succinimidyloxycarbonyl group, an epoxy group, an aldehyde group, which can form a covalent bond with an immobilized substance, Amino group, thiol group, carboxyl group, azide group, cyano group, active ester group (1H-benzotriazol-1-yloxycarbonyl group, pentafluorophenyloxycarbonyl group, paranitrophenyloxycarbonyl group, etc.), carbonyl halide Group (carbonyl chloride group, carbonyl fluoride group, carbonyl bromide group, carbonyl iodide group) and the like. These active reactive groups may be directly linked to the hydrophilic polymer chain or bonded to the end of the hydrophilic polymer chain as a substituent for replacing the hydrogen of the hydroxyl group at the end of the hydrophilic polymer chain. The active reactive group bonded to the linker structure may be indirectly linked. In consideration of the balance between the reactivity to the substance to be immobilized and the storage stability, a (1H-imidazol-1-yl) carbonyl group and a succinimidyloxycarbonyl group are preferable. These active reactive groups can react with a functional group such as an amino group of the substance to be immobilized to form a covalent bond. The hydrophilic polymer layer may further contain a hydrophilic polymer chain to which no active reactive group is added or other hydrophilic compounds.

親水性ポリマー層は、基体表面に化学的または物理的に固定された官能基との共有結合により基体に固定化できる。例えば、プライマー層を用いて基体のプラスチック表面に官能基を導入し、この官能基に親水性ポリマー鎖を連結させることにより、プラスチック表面に親水性ポリマー層を配置することができる。   The hydrophilic polymer layer can be immobilized on the substrate by covalent bonding with a functional group chemically or physically immobilized on the substrate surface. For example, the hydrophilic polymer layer can be disposed on the plastic surface by introducing a functional group onto the plastic surface of the substrate using a primer layer and linking a hydrophilic polymer chain to the functional group.

プライマー層は、少なくともポリシロキサンを含む層により形成することができる。ここで、ポリシロキサンとはシロキサン結合(Si−O−Si)の繰り返し単位からなるポリマーであり、シラノール化合物の縮合重合によって得ることができる。シラノール化合物の縮合はシラノール化合物の分子間で起こる反応である。基体表面のプラスチック分子が反応性の官能基を有してない場合には、シラノール化合物と基体表面のプラスチック分子との間では反応は起こらない。すなわち、シラノール化合物および形成されたポリシロキサンは基体表面のプラスチック分子とは化学的に反応せずに、単に物理的に吸着しているだけである。このようなシラノール化合物のプラスチック表面への物理吸着力は、モノマーでは極めて弱いが、ある程度縮合が進み、ポリマー(ポリシロキサン)となれば強くなる。シラノール化合物を適度に縮合することによって、プラスチック表面にポリシロキサンを含むプライマー層が形成される。   The primer layer can be formed of a layer containing at least polysiloxane. Here, polysiloxane is a polymer composed of repeating units of siloxane bonds (Si—O—Si) and can be obtained by condensation polymerization of silanol compounds. The condensation of the silanol compound is a reaction that occurs between the molecules of the silanol compound. When the plastic molecule on the substrate surface does not have a reactive functional group, no reaction occurs between the silanol compound and the plastic molecule on the substrate surface. That is, the silanol compound and the formed polysiloxane do not chemically react with the plastic molecules on the substrate surface, but are merely physically adsorbed. The physical adsorption power of such a silanol compound to the plastic surface is extremely weak with a monomer, but becomes stronger when condensation proceeds to some extent and becomes a polymer (polysiloxane). A primer layer containing polysiloxane is formed on the plastic surface by appropriately condensing the silanol compound.

(プライマー層の形成方法)
ポリシロキサンを含むプライマー層は、例えば、特開2013−11479号公報に記載される方法により形成することができる。具体的には、基体のプラスチック表面においてシラノール化合物を重合させる工程により形成可能である。該工程は、好ましくは、ケイ素化合物を加水分解してシラノール化合物を生成する工程と、生成したシラノール化合物と塩基とがアルコール中に溶解された溶液を基体の表面上に接触させる工程とを含む。ケイ素化合物としては、シランカップリング剤として市販されている化合物を好適に使用することができ、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランまたは3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランが特に好ましい。加水分解の条件は特に限定されないが、例えば次の方法が可能である。まず、ケイ素化合物に希塩酸を添加する。希塩酸のpHは2.0〜3.0に調整するのが望ましい。ケイ素化合物に対する水分子のモル比は2〜4とする。
(Method for forming primer layer)
The primer layer containing polysiloxane can be formed by, for example, a method described in JP2013-11479A. Specifically, it can be formed by a step of polymerizing a silanol compound on the plastic surface of the substrate. The step preferably includes a step of hydrolyzing the silicon compound to produce a silanol compound, and a step of bringing a solution in which the produced silanol compound and a base are dissolved in an alcohol into contact with the surface of the substrate. As the silicon compound, a commercially available compound as a silane coupling agent can be suitably used, and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane or 3-glycidoxypropyltriethoxysilane is particularly preferable. Hydrolysis conditions are not particularly limited, but for example, the following method is possible. First, dilute hydrochloric acid is added to the silicon compound. The pH of the diluted hydrochloric acid is desirably adjusted to 2.0 to 3.0. The molar ratio of water molecules to silicon compound is 2-4.

次いでシラノール化合物を基体表面に適用し、縮合重合によりポリシロキサンを形成する。シラノール化合物は、塩基とともにアルコールに溶解する。シラノール化合物の終濃度は0.1〜10%(v/v)の範囲で調整することが望ましい。塩基はトリエチルアミン、N,N−ジイソプロピルエチルアミン、ピリジン、4−ジメチルアミノピリジンなどを用いることができるが、これらに限定されない。塩基の終濃度は0.1〜10%(v/v)の範囲で調整することが望ましい。アルコールはエタノール、2−プロパノール、tert−ブチルアルコール等を用いることができるが、これらに限定されない。このシラノール化合物溶液を基体のプラスチック表面に接触させ、10分〜24時間放置する。反応温度は4〜80℃の範囲で設定できるが、特に室温(20〜25℃)が好ましい。以上の操作によって、プラスチック表面にポリシロキサンを含むプライマー層が物理吸着によって形成される。   A silanol compound is then applied to the substrate surface to form a polysiloxane by condensation polymerization. Silanol compounds are dissolved in alcohol together with a base. It is desirable to adjust the final concentration of the silanol compound in the range of 0.1 to 10% (v / v). As the base, triethylamine, N, N-diisopropylethylamine, pyridine, 4-dimethylaminopyridine and the like can be used, but the base is not limited thereto. It is desirable to adjust the final concentration of the base in the range of 0.1 to 10% (v / v). As the alcohol, ethanol, 2-propanol, tert-butyl alcohol, and the like can be used, but the alcohol is not limited thereto. This silanol compound solution is brought into contact with the plastic surface of the substrate and left for 10 minutes to 24 hours. The reaction temperature can be set in the range of 4 to 80 ° C, but room temperature (20 to 25 ° C) is particularly preferable. By the above operation, a primer layer containing polysiloxane is formed on the plastic surface by physical adsorption.

形成されたポリシロキサンは、側鎖上に親水性ポリマーの官能基、例えばポリアルキレングリコールのヒドロキシル基と反応して共有結合を形成することができる官能基、あるいは、そのような官能基に変換可能な官能基を有することが好ましい。そのような官能基としては、例えば、(1H−イミダゾール−1−イル)カルボニル基、スクシンイミジルオキシカルボニル基、グリシジル基、エポキシ基、アルデヒド基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、アジド基、シアノ基、活性エステル基(1H−ベンゾトリアゾール−1−イルオキシカルボニル基、ペンタフルオロフェニルオキシカルボニル基、パラニトロフェニルオキシカルボニル基等)、ハロゲン化カルボニル基、イソシアネート基、マレイミド基等が挙げられ、なかでもグリシジル基又はエポキシ基が好ましい。   The formed polysiloxane can be converted to a functional group of a hydrophilic polymer on the side chain, for example, a functional group capable of reacting with a hydroxyl group of polyalkylene glycol to form a covalent bond, or can be converted to such a functional group. It is preferable to have a functional group. Examples of such functional groups include (1H-imidazol-1-yl) carbonyl group, succinimidyloxycarbonyl group, glycidyl group, epoxy group, aldehyde group, amino group, thiol group, carboxyl group, and azido group. , Cyano group, active ester group (1H-benzotriazol-1-yloxycarbonyl group, pentafluorophenyloxycarbonyl group, paranitrophenyloxycarbonyl group, etc.), halogenated carbonyl group, isocyanate group, maleimide group, etc. Of these, a glycidyl group or an epoxy group is preferred.

(親水性ポリマー層の配置)
プライマー層等により官能基が導入されたプラスチック表面に、親水性ポリマーを反応させて親水性ポリマー鎖を配置する。このとき触媒量の濃硫酸を含む親水性ポリマーを接触させる。ここで、親水性ポリマーとして数平均分子量が1000を超えるポリエチレングリコール(PEG)を用いる場合はあらかじめ加熱融解しておく。必要に応じて、PEGをtert−ブチルアルコールなどで希釈して用いてもよい。このPEG溶液をプラスチック表面に接触させ、加熱する。加熱温度は60〜100℃の範囲で設定できるが、プラスチックの耐熱性を加味すると80℃前後(75℃〜85℃)が好ましい。加熱時間は10分間〜24時間の範囲で設定できるが、加熱温度が80℃前後の場合は10〜60分間が好ましい。以上の操作によって、プライマー層にPEG鎖が共有結合する。このとき、PEG鎖の結合密度はプライマー層の被覆密度に依存する。
(Arrangement of hydrophilic polymer layer)
A hydrophilic polymer chain is arranged by reacting a hydrophilic polymer on the plastic surface into which a functional group has been introduced by a primer layer or the like. At this time, a hydrophilic polymer containing a catalytic amount of concentrated sulfuric acid is brought into contact. Here, when polyethylene glycol (PEG) having a number average molecular weight exceeding 1000 is used as the hydrophilic polymer, it is previously melted by heating. If necessary, PEG may be diluted with tert-butyl alcohol or the like. The PEG solution is brought into contact with the plastic surface and heated. The heating temperature can be set in the range of 60 to 100 ° C., but preferably around 80 ° C. (75 ° C. to 85 ° C.) considering the heat resistance of the plastic. The heating time can be set in the range of 10 minutes to 24 hours, but when the heating temperature is around 80 ° C., 10 to 60 minutes is preferable. Through the above operation, the PEG chain is covalently bonded to the primer layer. At this time, the binding density of the PEG chain depends on the coating density of the primer layer.

最後に、親水性ポリマー鎖の一端に、被固定化物質との共有結合を形成することが可能な、少なくとも1つの活性反応基を直接的または間接的に連結させる。活性反応基の導入方法は特に限定されない。(1H−イミダゾール−1−イル)カルボニル基およびスクシンイミジルオキシカルボニル基を、PEG鎖の末端のヒドロキシル基の水素を置換する置換基として導入する方法の好ましい実施形態は次の通りである。一端がプライマー層を介して基体表面に固定されたPEG鎖の他端に、1,1’−カルボニルジイミダゾール(以下CDI)または炭酸ジ(N−スクシンイミジル)(以下DSC)を以下のように反応させる。   Finally, at least one active reactive group capable of forming a covalent bond with the substance to be immobilized is directly or indirectly linked to one end of the hydrophilic polymer chain. The method for introducing the active reactive group is not particularly limited. A preferred embodiment of the method for introducing the (1H-imidazol-1-yl) carbonyl group and the succinimidyloxycarbonyl group as a substituent for substituting the hydrogen of the hydroxyl group at the end of the PEG chain is as follows. 1,1′-carbonyldiimidazole (hereinafter referred to as CDI) or dicarbonate (N-succinimidyl) (hereinafter referred to as DSC) is reacted as follows on the other end of the PEG chain, one end of which is fixed to the substrate surface via the primer layer. Let

Figure 2014224710
Figure 2014224710

上記の反応は、水分をほとんど含まない有機溶媒中で実施される必要がある。一般にプラスチックは有機溶剤に対する耐性が低いため、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、またはこれらの有機溶媒を適当な割合で混合した混合溶媒を利用することが好ましい。これらの有機溶剤の水分含有率は0.1重量%以下であることが望ましい。CDIまたはDSCの終濃度は0.01〜1Mの範囲で設定できるが、室温以下で反応させる場合は0.1M以上であることが望ましい。プラスチックへのダメージを避けるために反応温度を4〜25℃の範囲で設定することが望ましい。反応時間は10分間〜24時間の範囲で設定することが好ましく、CDI濃度が0.5M前後(0.4〜0.6M)のときは10分間〜60分間が好ましい。以上の操作によって、活性反応基が共有結合されたPEG鎖を含む親水性ポリマー層が配置される。   The above reaction needs to be carried out in an organic solvent containing little water. Since plastics generally have low resistance to organic solvents, it is preferable to use acetonitrile, dimethyl sulfoxide, or a mixed solvent obtained by mixing these organic solvents in an appropriate ratio. The water content of these organic solvents is desirably 0.1% by weight or less. The final concentration of CDI or DSC can be set in the range of 0.01 to 1M. However, when the reaction is performed at room temperature or lower, it is preferably 0.1M or higher. In order to avoid damage to the plastic, it is desirable to set the reaction temperature in the range of 4 to 25 ° C. The reaction time is preferably set in the range of 10 minutes to 24 hours, and preferably 10 minutes to 60 minutes when the CDI concentration is around 0.5 M (0.4 to 0.6 M). By the above operation, a hydrophilic polymer layer containing a PEG chain to which an active reactive group is covalently bonded is disposed.

本発明者らは、上記のようにしてプラスチック表面に配置された、少なくとも一端に活性反応基を有する親水性ポリマー鎖を含む親水性ポリマー層の算術平均粗さ(Ra)が10nm以上であり、親水性ポリマー層の厚さが20nm以上である場合に、免疫アッセイにおいて優れたS/N比が得られ、高い検出感度を実現できることを見出した。したがって、基体のプラスチック表面に親水性ポリマー層を配置することにより得られた物質固定化用担体において、親水性ポリマー層の算術平均粗さと厚みを測定し、上記範囲を満たすものを選択することにより、用いる基体に固有のばらつきに左右されることなく、免疫アッセイに用いるための優れた物質固定化用担体を得ることができる。   The present inventors have an arithmetic average roughness (Ra) of 10 nm or more of a hydrophilic polymer layer including a hydrophilic polymer chain having an active reactive group at least at one end disposed on the plastic surface as described above. It has been found that when the thickness of the hydrophilic polymer layer is 20 nm or more, an excellent S / N ratio can be obtained in an immunoassay and high detection sensitivity can be realized. Therefore, by measuring the arithmetic average roughness and thickness of the hydrophilic polymer layer in the carrier for immobilizing a substance obtained by arranging the hydrophilic polymer layer on the plastic surface of the substrate, and selecting the one that satisfies the above range Thus, an excellent substance-immobilizing carrier for use in an immunoassay can be obtained without being influenced by variations inherent to the substrate to be used.

親水性ポリマー層の算術平均粗さは、10nm以上、好ましくは15nm以上、さらに好ましくは17.5nm以上であり、好ましくは22nm以下、さらに好ましくは19.5nm以下である。算術平均粗さ(Ra)は、原子間力顕微鏡(AFM)によって測定した値をさす。より具体的には、JIS B0601 ’2001で規定される算術平均粗さ(Ra)をさす。   The arithmetic average roughness of the hydrophilic polymer layer is 10 nm or more, preferably 15 nm or more, more preferably 17.5 nm or more, preferably 22 nm or less, more preferably 19.5 nm or less. The arithmetic average roughness (Ra) refers to a value measured by an atomic force microscope (AFM). More specifically, the arithmetic average roughness (Ra) defined by JIS B0601 '2001 is indicated.

親水性ポリマー層はまた、二乗平均平方根粗さ(Rq)が、12nm以上、好ましくは20nm以上であり、さらに好ましくは23nm以上であり、好ましくは35nm以下、さらに好ましくは25nm以下である。二乗平均平方根粗さ(Rq)も、原子間力顕微鏡(AFM)によって測定した値をさし、より具体的には、JIS B0601 ’2001で規定される二乗平均平方根粗さ(Rq)をさす。   The hydrophilic polymer layer also has a root mean square roughness (Rq) of 12 nm or more, preferably 20 nm or more, more preferably 23 nm or more, preferably 35 nm or less, more preferably 25 nm or less. The root mean square roughness (Rq) is also a value measured by an atomic force microscope (AFM), and more specifically, the root mean square roughness (Rq) defined by JIS B0601 '2001.

親水性ポリマー層が、このような範囲の算術平均粗さまたは二乗平均平方根粗さを有する親水性ポリマー層が基体上に配置された物質固定化用担体を選択することにより、物質の非特異吸着、特にタンパク質の非特異吸着を抑制でき、免疫アッセイにおいて優れたS/N比、すなわち優れた感度が得られる。   Non-specific adsorption of a substance by selecting a carrier for immobilizing a substance on which a hydrophilic polymer layer having an arithmetic average roughness or a root mean square roughness in such a range is disposed on a substrate. In particular, nonspecific adsorption of proteins can be suppressed, and an excellent S / N ratio, that is, excellent sensitivity can be obtained in an immunoassay.

(被固定化物質)
親水性ポリマー層の厚さは、20nm以上、好ましくは25nm以上であり、好ましくは35nm以下、さらに好ましくは30nm以下である。親水性ポリマー層の厚さ(層厚)は、分光エリプソメーター(JOBIN YVON社製、UVISEL)を用いて測定した値をさす。
(Immobilized substance)
The thickness of the hydrophilic polymer layer is 20 nm or more, preferably 25 nm or more, preferably 35 nm or less, more preferably 30 nm or less. The thickness (layer thickness) of the hydrophilic polymer layer refers to a value measured using a spectroscopic ellipsometer (manufactured by JOBIN YVON, UVISEL).

本発明の物質固定化用担体には、目的とする免疫アッセイの態様に応じて、標的物質と結合する抗原または抗体や、標的物質が固定化される。本発明ではこれらの固定化の対象物質を「被固定化物質」と呼ぶ。「標的物質と結合する抗原または抗体」が被固定化物質である実施形態(後述するサンドイッチ法または直接競合法)において、被固定化物質と標的物質との組合せは、抗原抗体反応に基づく特異的な結合が可能な組合せであれば特に限定されない。例えば、標的物質が抗原(ハプテンを含む)である場合には、被固定化物質は抗体(抗体断片を含む)であることができ、標的物質が抗体(抗体断片を含む)である場合には、被固定化物質は抗原(ハプテンを含む)であることができる。「標的物質」が被固定化物質である実施形態(後述する間接競合法)では、標的物質は抗原(ハプテンを含む)または抗体(抗体断片を含む)である。   In the substance immobilization carrier of the present invention, an antigen or antibody that binds to a target substance or a target substance is immobilized in accordance with the target immunoassay. In the present invention, these target substances for immobilization are called “substances to be immobilized”. In an embodiment where the “antigen or antibody that binds to a target substance” is an immobilized substance (sandwich method or direct competition method described later), the combination of the immobilized substance and the target substance is specific based on an antigen-antibody reaction. The combination is not particularly limited as long as it is a combination that can be easily combined. For example, when the target substance is an antigen (including a hapten), the immobilized substance can be an antibody (including an antibody fragment), and when the target substance is an antibody (including an antibody fragment) The immobilized substance can be an antigen (including a hapten). In an embodiment where the “target substance” is an immobilized substance (indirect competition method described later), the target substance is an antigen (including a hapten) or an antibody (including an antibody fragment).

被固定化物質および/または標的物質としての抗原は、抗体との特異的な抗原抗体反応性を示す物質であれば特に限定されない。代表的な抗原として、タンパク質、ペプチド、糖類、核酸(DNA、RNA)、脂質、補酵素、細胞、ウイルス、細菌、これらの複合体等の天然抗原や、天然抗原の誘導体や、人為的に合成されたハプテン、人工抗原等が挙げられる。   The antigen as the immobilized substance and / or the target substance is not particularly limited as long as it is a substance exhibiting specific antigen-antibody reactivity with an antibody. Typical antigens include natural antigens such as proteins, peptides, saccharides, nucleic acids (DNA, RNA), lipids, coenzymes, cells, viruses, bacteria, and complexes of these, derivatives of natural antigens, and artificial synthesis. Hapten, artificial antigen and the like.

被固定化物質は、親水性ポリマー鎖が有する活性反応基と反応して共有結合を形成可能な官能基を有する物質であれば特に限定されない。このような官能基としては代表的にはアミノ基が挙げられるが、チオール基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アルコキシド、2級アミン、3級アミン、アジド基、シアノ基等も包含される。なお、固定化しようとする物質に、アミノ基等の、親水性ポリマー鎖に連結された官能基との反応で共有結合を形成可能な官能基が存在しない場合であっても、これらの物質にアミノ基等を人為的に導入することにより固定化に供することができる。   The substance to be immobilized is not particularly limited as long as it has a functional group capable of reacting with an active reactive group of the hydrophilic polymer chain to form a covalent bond. Such functional groups typically include amino groups, but also include thiol groups, carboxyl groups, hydroxyl groups, alkoxides, secondary amines, tertiary amines, azide groups, cyano groups, and the like. Even if the substance to be immobilized does not have a functional group capable of forming a covalent bond by a reaction with a functional group linked to a hydrophilic polymer chain, such as an amino group, these substances have It can be used for immobilization by artificially introducing an amino group or the like.

(被固定化物質の固定化)
被固定化物質の固定化は例えば、当技術分野で公知の方法により実施できる。例えば、本発明の物質固定化用担体と、被固定化物質を溶解した溶液とを接触させ、該溶液を乾燥濃縮して被固定化物質を物質固定化用担体の親水性ポリマー鎖末端に共有結合させる。必要に応じてさらに、未反応の親水性ポリマー鎖末端の反応性活性基と、アミノ基含有低分子化合物とを接触させ、親水性ポリマー鎖末端の反応性活性基を不活性化する。
(Immobilization of substances to be immobilized)
For example, the substance to be immobilized can be immobilized by a method known in the art. For example, the substance-immobilizing carrier of the present invention is brought into contact with a solution in which the substance to be immobilized is dissolved, and the solution is dried and concentrated to share the substance to be immobilized on the hydrophilic polymer chain end of the substance-immobilizing carrier. Combine. If necessary, the reactive active group at the end of the unreacted hydrophilic polymer chain is brought into contact with the amino group-containing low molecular weight compound to inactivate the reactive active group at the end of the hydrophilic polymer chain.

アミノ基を含有する低分子化合物としては、2−アミノエタノールや2−(2−アミノエトキシ)エタノールなどが挙げられるが、特に2−(2−アミノエトキシ)エタノールが好ましい。   Examples of the low molecular weight compound containing an amino group include 2-aminoethanol and 2- (2-aminoethoxy) ethanol, and 2- (2-aminoethoxy) ethanol is particularly preferable.

(免疫アッセイ)
本発明の物質固定化用担体を用いた免疫アッセイは、当技術分野で公知の方法で実施できる。具体的には、本発明の物質固定化用担体と、測定対象試料とを、該担体上の被固定化物質に、該測定対象試料中の標的物質の量に相関した量の抗原または抗体(ここで該抗原または抗体とは、測定対象試料中の標的物質、必要に応じて抗原抗体反応系に添加された検出可能標的物質、必要に応じて抗原抗体反応系に添加された検出可能抗原または検出可能抗体等を指す)が抗原抗体反応により結合する条件において接触させる工程と、前記工程において被固定化物質に結合した抗原または抗体を検出する工程とを含む。免疫アッセイは、例えば、サンドイッチ方式、直接競合方式、間接競合方式等の任意の態様とすることができる。
(Immunoassay)
An immunoassay using the carrier for immobilizing a substance of the present invention can be performed by a method known in the art. Specifically, the substance immobilization carrier of the present invention and the sample to be measured are immobilized on the substance to be immobilized on the carrier, in an amount of antigen or antibody (corresponding to the amount of the target substance in the sample to be measured). Here, the antigen or antibody refers to a target substance in a sample to be measured, a detectable target substance added to the antigen-antibody reaction system as necessary, a detectable antigen added to the antigen-antibody reaction system as necessary, or (Referring to a detectable antibody or the like) includes a step of contacting under conditions that bind by an antigen-antibody reaction, and a step of detecting the antigen or antibody bound to the immobilized substance in the step. The immunoassay can be in any mode such as a sandwich format, a direct competition format, an indirect competition format, and the like.

本発明の物質固定化用担体を用いた免疫アッセイにおいて抗原または抗体を検出する手段は特に限定されず、任意の標識物質により直接的または間接的に標識された抗原または抗体を用いることができる。標識物質としては、酵素(ELISA法)、核酸(イムノPCR)、電気化学発光物質(電気化学発光法)、蛍光物質、化学発光物質、放射性物質等の、増幅された検出シグナルを生成することができる標識物質が挙げられる。本発明の担体を用いる免疫アッセイは、安全性および簡便性を考慮すると、標識物質として酵素を用いる、酵素活性に基づいて検出を行う酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)であることが好ましい。標識物質として用いることができる酵素は特に限定されないが、例えば西洋わさびペルオキシダーゼ等のペルオキシダーゼ、β−ガラクトシダーゼ、アルカリホスファターゼ、グルコースオキシダーゼが挙げられる。酵素活性による検出の方法としては、酵素活性により化学発光する化学発光基質、酵素活性により発色する発色基質、酵素活性により化学蛍光を発する化学蛍光基質等を用いた検出方法が挙げられ、なかでも化学発光基質を用いた検出方法が好ましい。化学発光基質を用いた検出は、一般に、発色基質を用いた検出よりも感度が高いため、酵素反応に要する時間を短縮することができる。特に、フェムトグラムのレベルの微量な標的物質の検出に使用される高感度な化学発光基質を用いれば、感度の点で相乗効果を得ることができる。本発明の物質固定化用担体と化学発光基質とを組み合わせれば、迅速かつ高感度でダイナミックレンジの広いELISAを達成できる。   The means for detecting the antigen or antibody in the immunoassay using the substance immobilizing carrier of the present invention is not particularly limited, and an antigen or antibody directly or indirectly labeled with any labeling substance can be used. As a labeling substance, an amplified detection signal such as an enzyme (ELISA method), a nucleic acid (immunoPCR), an electrochemiluminescent substance (electrochemiluminescent method), a fluorescent substance, a chemiluminescent substance, a radioactive substance, etc. can be generated. Possible labeling substances are mentioned. In view of safety and convenience, the immunoassay using the carrier of the present invention is preferably an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) that uses an enzyme as a labeling substance and performs detection based on enzyme activity. The enzyme that can be used as the labeling substance is not particularly limited, and examples thereof include peroxidase such as horseradish peroxidase, β-galactosidase, alkaline phosphatase, and glucose oxidase. Examples of detection methods using enzyme activity include detection methods using chemiluminescent substrates that chemiluminescent by enzyme activity, chromogenic substrates that generate color by enzyme activity, chemiluminescent substrates that emit chemical fluorescence by enzyme activity, etc. A detection method using a luminescent substrate is preferred. Since detection using a chemiluminescent substrate is generally more sensitive than detection using a chromogenic substrate, the time required for the enzyme reaction can be shortened. In particular, if a highly sensitive chemiluminescent substrate used for detection of a trace amount of target substance at the femtogram level is used, a synergistic effect can be obtained in terms of sensitivity. Combining the substance-immobilizing carrier of the present invention with a chemiluminescent substrate can achieve an ELISA that is rapid, highly sensitive, and has a wide dynamic range.

(免疫アッセイ用キット)
本発明の物質固定化用担体は、免疫アッセイにより標的物質を測定するためのキットを構成することができる。該キットは更に免疫アッセイに必要な成分を含むことができる。免疫アッセイに必要な成分としては、免疫アッセイの種類に応じて、被固定化物質に抗原抗体反応により結合した標的物質と抗原抗体反応により結合する、直接的または間接的に検出可能な抗原または抗体や、被固定化物質と抗原抗体反応により結合する、直接的または間接的に検出可能な抗原または抗体(直接的または間接的に検出可能な標的物質を含む)が例示できる。更に、免疫アッセイに必要な成分としては、間接的な検出に用いるための、前記間接的に検出可能な抗原または抗体と結合可能な標識物質や、検出用試薬(例えば標識物質が酵素である場合には酵素活性により化学発光する化学発光基質、酵素活性により発色する発色基質、酵素活性により化学蛍光を発する化学蛍光基質等)が挙げられる。該キットは更に、被固定化物質を物質固定化用担体に固定化するために用いられる試薬(例えば糖類や非イオン性界面活性剤が溶解された、被固定化物質を溶解するための緩衝液)を含んでもよい。
(Immunoassay kit)
The substance immobilization carrier of the present invention can constitute a kit for measuring a target substance by immunoassay. The kit can further comprise components necessary for the immunoassay. Depending on the type of immunoassay, the components required for the immunoassay include antigens or antibodies that can be detected directly or indirectly and bind to the target substance bound to the immobilized substance by the antigen-antibody reaction. Examples thereof include directly or indirectly detectable antigens or antibodies (including directly or indirectly detectable target substances) that bind to an immobilized substance by an antigen-antibody reaction. Furthermore, components necessary for the immunoassay include a labeling substance capable of binding to the indirectly detectable antigen or antibody for use in indirect detection, and a detection reagent (for example, when the labeling substance is an enzyme). Include a chemiluminescent substrate that chemiluminescents by enzyme activity, a chromogenic substrate that develops color by enzyme activity, a chemiluminescent substrate that emits chemical fluorescence by enzyme activity, and the like. The kit further includes a reagent used for immobilizing the substance to be immobilized on the substance immobilization carrier (for example, a buffer solution for dissolving the substance to be immobilized, in which sugars and nonionic surfactants are dissolved). ) May be included.

以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲は実施例の範囲に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to the scope of the examples.

(実施例1)免疫アッセイのための物質固定化用担体の製造
3.6gのGPTS(3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン;モメンティブ・パフォーマンスマテリアル製)をとり、ここに700μlの希塩酸(pH2.4)を加え、5分間攪拌する。この溶液を156g(200ml)の2−プロパノール(純正化学)に加えた後、1000μlのトリエチルアミン(和光純薬)を加える。上記の溶液を100μlずつ各種ポリスチレン製96穴プレートに加え、2時間15分静置にて反応を行った。96穴プレートとして、以下の4種を用いた。
(Example 1) Production of carrier for immobilizing a substance for immunoassay 3.6 g of GPTS (3-glycidoxypropyltrimethoxysilane; manufactured by Momentive Performance Materials) was taken, and 700 μl of diluted hydrochloric acid (pH 2. Add 4) and stir for 5 minutes. This solution is added to 156 g (200 ml) of 2-propanol (Pure Chemical), and then 1000 μl of triethylamine (Wako Pure Chemical Industries) is added. 100 μl of the above solution was added to each polystyrene 96-well plate, and the reaction was allowed to stand for 2 hours and 15 minutes. The following four types were used as 96-well plates.

Polysorp(登録商標)(Thermo Scientific社)
Nunclon(登録商標)(Thermo Scientific社)
BD351172(登録商標)(BD Biosciences社)
BD353075(登録商標)(BD Biosciences社)
Polysorp(登録商標)は、ポリソープ処理と呼ばれる疎水処理を行ったポリスチレン製プレートであり、Nunclon(登録商標)は、コロナ表面処理を行ったポリスチレン製プレートであり、BD1172(登録商標)は、未処理のポリスチレン製プレートであり、BD353075(登録商標)は、プラズマ処理を行ったポリスチレン製プレートである。
Polysorb (registered trademark) (Thermo Scientific)
Nunclon (registered trademark) (Thermo Scientific)
BD351172 (registered trademark) (BD Biosciences)
BD353075 (registered trademark) (BD Biosciences)
Polysorb (registered trademark) is a polystyrene plate subjected to hydrophobic treatment called polysoap processing, Nunclon (registered trademark) is a polystyrene plate subjected to corona surface treatment, and BD1172 (registered trademark) is untreated. BD353075 (registered trademark) is a polystyrene plate subjected to plasma treatment.

各96穴プレートの反応前の水接触角を測定したところ、以下のとおりであった。   When the water contact angle before reaction of each 96-well plate was measured, it was as follows.

Figure 2014224710
Figure 2014224710

反応後に、上記溶液を取り除き100μlの純水にて洗浄を行い、プレートを80℃のオーブンで15〜60分間加熱し、乾燥させた。次に、触媒量の濃硫酸を含んだPEG400を各ウェルに100μlずつ分注し、80℃のオーブンで45分間反応を行った後、純水100μlにて洗浄を行った。次に、脱水アセトニトリル(関東化学)と脱水ジメチルスルホキシド(関東化学)の等重量混合溶媒を用いて終濃度0.5MのCDI(東京化成)溶液を調製し、これを各ウェルに10μlずつ分注した。そのまま室温で20分間放置した。その後、ウェル内を純水で洗浄し、80℃のオーブンで15分間加熱し、乾燥させた。   After the reaction, the above solution was removed and washed with 100 μl of pure water, and the plate was heated in an oven at 80 ° C. for 15 to 60 minutes and dried. Next, 100 μl of PEG 400 containing a catalytic amount of concentrated sulfuric acid was dispensed into each well, reacted in an oven at 80 ° C. for 45 minutes, and then washed with 100 μl of pure water. Next, a CDI (Tokyo Kasei) solution with a final concentration of 0.5 M is prepared using an equal weight mixed solvent of dehydrated acetonitrile (Kanto Chemical) and dehydrated dimethyl sulfoxide (Kanto Chemical), and 10 μl is dispensed into each well. did. It was allowed to stand at room temperature for 20 minutes. Thereafter, the inside of the well was washed with pure water, heated in an oven at 80 ° C. for 15 minutes, and dried.

(実施例2)親水性ポリマー層表面のRa測定
親水性ポリマー(PEG)層の算術平均粗さは、原子間力顕微鏡としてDigital Instuments社製NanoScope IIIaを用い、Dimension 3000ステージシステムを使用し、以下の条件で測定を行った。
・走査モード:タッピングモード
・探針 :シリコンカンチレバー
・走査範囲 :10μm×10μm
・走査速度 :0.979Hz
・ピクセル数:512×512
・測定環境 :室温、大気中
(Example 2) Ra measurement of hydrophilic polymer layer surface The arithmetic average roughness of the hydrophilic polymer (PEG) layer was measured using a Dimension 3000 stage system using a Digital Scope Nanoscope IIIa as an atomic force microscope. The measurement was performed under the following conditions.
・ Scanning mode: Tapping mode ・ Probe: Silicon cantilever ・ Scanning range: 10 μm × 10 μm
・ Scanning speed: 0.979Hz
-Number of pixels: 512 × 512
・ Measurement environment: Room temperature, in air

二乗平均平方根粗さ(Rq)も同様に、原子間力顕微鏡(AFM)によって測定した。より具体的には、JIS B0601 ’2001で規定される条件で測定した。   Similarly, the root mean square roughness (Rq) was also measured by an atomic force microscope (AFM). More specifically, the measurement was performed under the conditions defined in JIS B0601 '2001.

結果を図1に示す。   The results are shown in FIG.

(実施例3)親水性ポリマー層の厚さ測定
親水性ポリマー(PEG)層の厚さ(層厚)は、分光エリプソメーターとして、JOBIN YVON社製UVISELを用いて行い、測定角度は75°、spectrum rangeは1.5−6.5eVの範囲で0.05eV毎に測定を行った。
(Example 3) Thickness measurement of hydrophilic polymer layer The thickness (layer thickness) of the hydrophilic polymer (PEG) layer was measured using UVISEL manufactured by JOBIN YVON as a spectroscopic ellipsometer, and the measurement angle was 75 °. The spectrum range was measured every 0.05 eV in the range of 1.5 to 6.5 eV.

測定は2回行った。結果を図1に示す。   The measurement was performed twice. The results are shown in FIG.

(実施例4)免疫アッセイ評価
10mM酢酸バッファー(pH4.8)に抗BSA抗体を加えた(終濃度5μg/ml)。10mMリン酸バッファー(pH8.0)にリゾチーム溶液を加えた(終濃度5μg/ml)。実施例1で作製した各96穴プレートに50μlの抗BSA抗体溶液(1〜6列)と50μlのリゾチーム溶液(7〜12列)を分注し、10分間静置した。その後、ウェル内のバッファーを取り除き、終濃度が10mMジグリコールアミンになるように調整したリン酸緩衝溶液(PBS)を50μl加え、10分間静置した後ウェル内のバッファーを取り除いた。次に、HRP標識抗IgG抗体の終濃度が1μg/mlとなるように調製したリン酸緩衝溶液50μlを各ウェルに加え10分間静置した。その後、ウェル内のバッファーを全て取り除き、0.05%Triton(登録商標)X−100のリン酸緩衝溶液を200μl加え、5分間静置した後、再びバッファーを全て取り除いた。各ウェルにSAT−3(同仁化学)(終濃度1mM)と過酸化水素水(終濃度0.5mM)を含む0.1Mリン酸バッファー(pH6.0)を50μl加え、10分間静置した後、0.5M硫酸水溶液を100μl加えた。その後、マイクロプレートリーダーにて吸光度(474nm)を測定した。
Example 4 Immunoassay Evaluation Anti-BSA antibody was added to 10 mM acetate buffer (pH 4.8) (final concentration 5 μg / ml). A lysozyme solution was added to 10 mM phosphate buffer (pH 8.0) (final concentration 5 μg / ml). 50 μl of anti-BSA antibody solution (1-6 rows) and 50 μl of lysozyme solution (7-12 rows) were dispensed into each 96-well plate prepared in Example 1 and allowed to stand for 10 minutes. Thereafter, the buffer in the well was removed, 50 μl of a phosphate buffer solution (PBS) adjusted to a final concentration of 10 mM diglycolamine was added, the mixture was allowed to stand for 10 minutes, and then the buffer in the well was removed. Next, 50 μl of a phosphate buffer solution prepared so that the final concentration of the HRP-labeled anti-IgG antibody was 1 μg / ml was added to each well and allowed to stand for 10 minutes. Thereafter, all the buffer in the well was removed, 200 μl of 0.05% Triton (registered trademark) X-100 phosphate buffer solution was added, and the mixture was allowed to stand for 5 minutes, and then all the buffer was removed again. 50 μl of 0.1 M phosphate buffer (pH 6.0) containing SAT-3 (Dojindo Chemical) (final concentration 1 mM) and hydrogen peroxide (final concentration 0.5 mM) was added to each well and allowed to stand for 10 minutes. 100 μl of 0.5 M sulfuric acid aqueous solution was added. Thereafter, the absorbance (474 nm) was measured with a microplate reader.

抗BSA抗体溶液を入れた系の吸光度を、リゾチーム溶液を入れた系の吸光度で割った値を、S/N比として算出した。結果を図1に示す。   A value obtained by dividing the absorbance of the system containing the anti-BSA antibody solution by the absorbance of the system containing the lysozyme solution was calculated as the S / N ratio. The results are shown in FIG.

4種のポリスチレン製96穴プレートに、同様の処理により、(1H−イミダゾール−1−イル)カルボニル基を有するPEG鎖を含む親水性ポリマー層を配置した結果、親水性ポリマー層の算術平均粗さおよび厚さにより、S/N比が異なることが示された。すなわち、特定の範囲の算術平均粗さおよび厚さを有する担体を選択することにより、免疫アッセイにおいてS/N比が20以上、さらにはS/N比が30以上の優れた感度が得られることが示された。また、基体として、表面が特定の範囲の水接触を有するものを選択することも、親水性ポリマー層形成後のS/N比に影響を及ぼすことが示された。   As a result of disposing a hydrophilic polymer layer containing a PEG chain having (1H-imidazol-1-yl) carbonyl group by the same treatment on four kinds of polystyrene 96-well plates, the arithmetic average roughness of the hydrophilic polymer layer It was shown that the S / N ratio was different depending on the thickness. That is, by selecting a carrier having an arithmetic average roughness and thickness within a specific range, an excellent sensitivity with an S / N ratio of 20 or more and further an S / N ratio of 30 or more can be obtained in an immunoassay. It has been shown. It has also been shown that selecting a substrate having a specific range of water contact as the substrate also affects the S / N ratio after forming the hydrophilic polymer layer.

したがって、本発明により、基体ごとのばらつきに左右されることなく、免疫アッセイにおいて優れた感度を有する担体を安定して提供できることが示された。   Therefore, it has been shown that the present invention can stably provide a carrier having excellent sensitivity in an immunoassay without being affected by variations among substrates.

Claims (5)

免疫アッセイに用いるための物質固定化用担体であって、
プラスチック表面を有する基体と、該基体のプラスチック表面に配置された親水性ポリマー層とを含み、
親水性ポリマー層が、少なくとも一端に活性反応基を有する親水性ポリマー鎖を含み、
親水性ポリマー層の算術平均粗さが10nm以上であり、
親水性ポリマー層の厚さが20nm以上である、
前記物質固定化用担体。
A carrier for immobilizing a substance for use in an immunoassay,
A substrate having a plastic surface, and a hydrophilic polymer layer disposed on the plastic surface of the substrate,
The hydrophilic polymer layer comprises a hydrophilic polymer chain having an active reactive group at least at one end;
The arithmetic average roughness of the hydrophilic polymer layer is 10 nm or more,
The thickness of the hydrophilic polymer layer is 20 nm or more,
The substance immobilizing carrier.
親水性ポリマー鎖が、ポリアルキレングリコール鎖である、請求項1記載の物質固定化用担体。   The substance-immobilizing carrier according to claim 1, wherein the hydrophilic polymer chain is a polyalkylene glycol chain. 活性反応基が(1H−イミダゾール−1−イル)カルボニル基である、請求項1または2記載の物質固定化用担体。   The carrier for immobilizing a substance according to claim 1 or 2, wherein the active reactive group is a (1H-imidazol-1-yl) carbonyl group. 基体のプラスチック表面の水接触角が65°以下である、請求項1〜3のいずれか1項記載の物質固定化用担体。   The carrier for immobilizing a substance according to any one of claims 1 to 3, wherein the water contact angle of the plastic surface of the substrate is 65 ° or less. 免疫アッセイに用いるための物質固定化用担体の製造方法であって、
プラスチック表面を有する基体を準備する工程、
基体のプラスチック表面に、少なくとも一端に活性反応基を有する親水性ポリマー鎖を含む親水性ポリマー層を配置する工程、
親水性ポリマー層の算術平均粗さを測定する工程、
親水性ポリマー層の厚さを測定する工程、および
親水性ポリマー層の算術平均粗さが10nm以上であり、親水性ポリマー層の厚さが20nm以上である物質固定化用担体を選択する工程
を含む、前記方法。
A method for producing a substance immobilization carrier for use in an immunoassay, comprising:
Preparing a substrate having a plastic surface;
Disposing a hydrophilic polymer layer including a hydrophilic polymer chain having an active reactive group at least at one end on the plastic surface of the substrate;
Measuring the arithmetic mean roughness of the hydrophilic polymer layer,
A step of measuring the thickness of the hydrophilic polymer layer, and a step of selecting a carrier for immobilizing a substance having an arithmetic average roughness of the hydrophilic polymer layer of 10 nm or more and a thickness of the hydrophilic polymer layer of 20 nm or more. Including said method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113490854A (en) * 2019-03-01 2021-10-08 凸版印刷株式会社 Microfluidic device and sample analysis method
JPWO2022203032A1 (en) * 2021-03-26 2022-09-29

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WO2022203032A1 (en) * 2021-03-26 2022-09-29 国立研究開発法人理化学研究所 Substrate for immobilizing substance, and use thereof
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