JP2003021638A - 海島型複合繊維を用いたマイクロアレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生体関連物質マイクロアレイ、詳しくは繊維
を利用した生体関連物質マイクロアレイの簡便な製造方
法を提供する。 【解決手段】海島型複合繊維を紡糸するに際し、島成分
を、生体関連物質を含むゲル前駆体とし、紡糸を行うこ
とにより、簡略化された工程で同一配列を有する繊維束
を得ることができる。。得られた繊維を繊維軸を交叉す
る方向で切断することにより、同一配列を有する繊維薄
片が複数枚、得ることができる。該薄片は、例えば遺伝
子の一括発現が検出可能なDNAマイクロアレイとして使
用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体関連物質がプ
ローブとして保持されたに関する海島型複合繊維及びそ
の薄片に関する。それらは、遺伝子発現解析の際に使用
するDNA マイクロアレイである。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種生物における遺伝子配列解析
が急速に進められており、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の機能については、
各種の方法で調べることができるが、その有力な方法の
一つとして、既に明らかにされた塩基配列情報を利用し
た機能を推定することができる。例えば、ノーザンハイ
ブリダイゼーションに代表されるような、各種の核酸：
核酸間ハイブリダイゼーション反応や各種のＰＣＲ反応
を利用した方法が開発され、当該方法により各種遺伝子
とその生体機能発現との関係を調べることができる。こ
れらの方法では、一度に調査できる遺伝子の数に制限が
ある。

【０００３】近年、極めて多数の遺伝子の総合的・系統
的解析を行うために、多数遺伝子の一括発現解析を可能
とする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てきた。
DNAマイクロアレイとしては、リソグラフィー技術を応
用して区画化された多数のセル上にDNA合成を行ったも
の〔Science 251 767-773 (1995)〕、基盤上に溝又は穴
で区画を形成し、該区画の内壁にプローブを固定化した
もの（特開平11-108928号、特開2000-78998号公報参
照）、マイクロアレイ上の一区画に固定するプローブ量
を多くするために、アクリルアミド、アガロース等のゲ
ルにプローブを固定したマイクロアレイ（USP 5,770,72
1、特開2000-60554号公報参照）等、多数の形状物が知
られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、現在知られて
いるマイクロアレイは、作成工程が非常に煩雑である。
また、同じ遺伝子群が固定化された同一のマイクロアレ
イを複数枚、作成する場合、同時に製造することはでき
ない。また、同一のマイクロアレイを製造する目的で、
樹脂ブロック等にレーザーで貫通穴を形成させ、該貫通
穴に生体関連物質を保持した後に、樹脂ブロックをスラ
イスすることにより、マイクロアレイを得る方法を開示
されているが（特開2000-78998号公報参照）、操作が煩
雑であり有利な方法とは言い難い。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の問
題点を解決するために鋭意検討した結果、海島型複合繊
維を紡糸する際、海成分を高分子成分、島成分を生体関
連物質が保持されたハイドロゲルとすることで、短い工
程で高密度マイクロアレイを製造することができること
を見いだし、本発明を完成した。すなわち、本発明は、
島成分が、生体関連物質を含むハイドロゲルである海島
型複合繊維及びその薄片、である。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に検討する。
本発明では、繊維軸の横断面において、成分１が成分２
を取り囲んでいる場合、成分１を海成分、成分２を島成
分という。海成分としては、ナイロン、ポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリエステル、ポリビニルアルコー
ル、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリメチ
ルメタクリレートまたはそれらの共重合体等が挙げられ
る。また、ハイドロゲルに保持されている生体関連物質
を光学的に検出する場合、散乱、反射などのバックグラ
ウンドが低下する目的で、海成分は、透明で屈折率が小
さい材料を使用することが好ましい。そのような材料と
しては、ポリメチルメタクリレートなどが好ましい。海
成分にカーボンブラック等を添加した状態で紡糸するこ
とによってバックグラウンドが低下させることも可能で
ある。

【０００７】島成分として用いるハイドロゲルの種類は
特に制限されない。例えば、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−
ジメチルアクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルア
ミド、Ｎ−アクリロイルアミノエトキシエタノール、Ｎ
−アクリロイルアミノプロパノール、Ｎ−メチロールア
クリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、ヒドロキシエチ
ルメタクリレート、（メタ）アクリル酸、アリルデキス
トリン等の単量体の一種類または二種類以上と、メチレ
ンビス（メタ）アクリルアミド、ポリエチレングリコー
ルジ（メタ）アクリレート等との多官能性単量体を共重
合したゲルを用いることができる。

【０００８】その他のハイドロゲルとして、例えば、ア
ガロース、アルギン酸、デキストラン、ポリビニルアル
コール、ポリエチレングリコール等のゲル、またはこれ
らを架橋したゲルを用いることができる。

【０００９】生体関連物質は、以下の(1)〜(3)の物質か
らなる群から選択されるいずれかのものが挙げられる
が、核酸が好ましい。 （１）核酸、アミノ酸、糖又は脂質 （２）上記（１）の物質のうち少なくとも１種類の成分
からなる重合物 （３）上記（１）又は（２）の物質と相互作用を有する
物質

【００１０】次に本発明の海島型複合繊維の製造方法に
ついて説明する。製造方法は、（１）生体関連物質が保
持されたハイドロゲルを紡糸工程中に形成し海島型複合
繊維を得る方法、（２）島成分を空気とし紡糸を行った
後、紡糸後の繊維の空隙部（島部）にハイドロゲルを充
填することにより海島型構造繊維を得る方法、が例示で
きる。

【００１１】（１）の場合は、紡糸温度は100℃以下が
好ましい。100℃以上となると、ハイドロゲル前駆体溶
液（モノマー溶液）中の水分の蒸発及び生体関連物質の
変性が生じる。また、紡糸の方法は、100℃以下であれ
ばいずれの方法でも良い。例えば、ポリメチルメタクリ
レートを用いる場合、100℃以下で安定に紡糸するため
には、紡糸後、ゲル化させることが好ましい（特開昭49
-108320号公報参照）。ゲル化するためには、アイソタ
クチック(ISO)部分とシンジオタクチック(SYN)部分が必
要であり、その比はISOとSYNが0.1〜1.0の間で、且つIS
OとSYNをあわせた割合が、ヘテロタクチック(H)部分よ
り多ければよい。

【００１２】また、ハイドロゲルの形成を紡糸工程中に
行う場合、ハイドロゲル形成性モノマー水溶液、重合開
始剤水溶液を同一のタンクに貯蔵すると、タンク内で重
合が進むおそれがある。よって、モノマー水溶液及び開
始剤水溶液は別のタンクに貯蔵し、紡糸ノズル内にて混
合を行うことが好ましい。また、ハイドロゲルに保持さ
れる生体関連物質も別タンクに貯蔵することが好まし
い。貯蔵の際は、貯蔵物の安定性なども考慮し、例え
ば、低温下で保存することも可能である。

【００１３】（２）の場合は、紡糸温度又は紡糸方法に
特に制限はない。紡糸後の繊維の空隙部にハイドロゲル
を形成するには、真空誘引等でハイドロゲルを構成する
モノマー、重合開始剤等を空隙部に引き入れ、重合反応
を行えばよい。

【００１４】次に、生体関連物質をハイドロゲルに保持
する方法を説明する。保持方法は、（a）生体関連物質
をゲルに包括する方法、（b）ハイドロゲルの構成成分
へ化学結合させる方法、（c）生体関連物質を一旦高分
子体や無機粒子などの担体に共有結合あるいは非共有結
合により結合させ、その担体をゲルに包括する方法、等
が例示できる。

【００１５】例えば、上記（b）の方法としては、生体
関連物質の末端基にビニル基を導入し、アクリルアミド
等のゲルの構成成分と共重合させることができる（WO98
/39351号公報参照）。共重合においては、単量体、多官
能性単量体及び重合開始剤と共に共重合する方法、単量
体及び重合開始剤と共に共重合したのち、架橋剤でゲル
化する方法などがある。これらの方法は、紡糸工程中又
は紡糸後に実施すれば良い。

【００１６】島成分の数は、目的に応じて適宜設定する
ことができるが、100以上、好ましくは1,000〜10,000,0
00である。島成分の密度が、1cm²当たり100〜1,000,000
となるように調製することが好ましい。

【００１７】島成分の形は円形、正方形、長方形などい
ずれの形でも良い。島成分の配列は、二次元的に規則的
に配列していることが好ましい。「規則的に」とは、隣
接する島成分がすべて等間隔に配置されていることをい
う。等間隔に配列していなくても、対称的な配列などあ
る秩序をもった配列であってもよい。また島成分自体の
形も特に限定されるのもではない。円形の他に楕円、四
角、三角などノズルの設計により任意の形を作製するこ
とができる。また、島成分に保持されている生体関連物
質は、各島部ごとに異なっていても良いし、グループ化
されていても良い。

【００１８】上記のごとく作成された繊維は、繊維軸
（長手方向）と交叉する方向、好ましくは繊維軸に対し
て垂直方向に切断することにより、各々異なる生体関連
物質が複数保持された繊維薄片を得ることができる。繊
維の切断方法としては、例えば、ミクロトームを用いて
薄片を切り出す方法等が挙げられる。薄片の厚みは任意
に調整することができるが、通常1〜5,000μm、好まし
くは10〜2,000μmである。

【００１９】この薄片は、例えば、多数遺伝子の一括発
現解析を可能とする生体関連物質マイクロアレイとして
使用することができる。

【００２０】

【実施例】本発明を以下の実施例によって更に詳細に説
明する。ただし本発明はこれら実施例によりその技術範
囲が限定されるのではない。

【００２１】＜実施例１＞ （１）ポリメチルメタクリレート(PMMA)の調製 グリニア試薬を用いてイオン重合により、アイソタクチ
ック（ISO）を多く含んだPMMA−１を重合した。得られ
たPMMA−１は、ISO９３％、ヘテロタクチック（H）７
％、重量平均分子量１４０万であった。また、ラジカル
重合によってシンジオタクチック（Syn）５５％、H３５
％、ISO １０％の含有量であるPMMA−２を重合した。重
量平均分子量は６５万であった。次にPMMA−１（５０
ｇ）とPMMA−２（２００ｇ）を約１２００ｇのジメチル
スルホキシドに溶かして、約２０ｗｔ％の紡糸原液を作
製した。溶解温度は１００℃とした。

【００２２】（２）メタクリレート基を有する蛍光標識
オリゴヌクレオチドの調製 GCAT 配列のオリゴヌクレオチドを合成した。オリゴヌ
クレオチドの合成は、PEバイオシステムズ社の自動合成
機DNA/RNA synthesizer (model394)を用いて行い、DNA
合成の最終ステップで、5’末端にCy3を導入した（Cy3-
GCAT）。これらは、一般的手法によって脱保護及び精製
して使用した。次に得られたCy3- GCAT（500nmol/ml）5
0μl、グリシジルメタクリレート 5μl及びジメチルホ
ルムアミド（DMF）5μlを混合し、70℃で2時間反応させ
た後、水190μlを加えて、100nmol/mlのメタクリレート
基を有するCy3- GCAT (GMA-Cy3-GCAT)を得た。

【００２３】（３）モノマー液及び重合開始剤液の調製 下記の質量比で混合して、モノマー液及び開始剤液を調
製した。 ａ）モノマー液 アクリルアミド ０．７６ 質量部 メチレンビスアクリルアミド ０．０４ 質量部 水 ４．２ 質量部 ｂ） 重合開始剤液 2,2'-アゾビス（2-アミジノプロパン）二塩酸塩 ０．０１ 質量部 水 ４．９９ 質量部

【００２４】（４）紡糸及び薄片の調製 （１）で調製した紡糸原液を海成分、（２）で調製した
GMA-Cy3- GCAT並びに（３）で調製したモノマー液及び
重合開始剤液を島成分として、それぞれ９５℃に保たれ
た原液タンクに貯蔵した。使用した紡糸ノズルは通常の
海島型紡糸に用いられるものと同様であり、島成分の吐
出口が１０×１０の正方形をしたものをもちいた。ノズ
ルは９５℃に保たれ、１０ml/min.の速度で押し出すこ
とにより、紡糸を行った。押し出された繊維は約５℃に
保たれた冷却管を通すことにより、ゲル化させ、２m/mi
n.の速度（自然落下）で巻き取った。また、得られた繊
維を８０℃で４時間放置することによりアクリルアミド
ゲルの重合反応を完結させた。得られた海島構造繊維の
島成分の外径は１００μm、繊維全体の外径は１０ｍｍ
であった。次に、得られた繊維を、ミクロトームを用い
て繊維軸（長手方向）と垂直方向に厚さ500μmでスライ
スことにより繊維薄片を得た。

【００２５】（５）オリゴヌクレオチドの検出 得られた薄片を、Nikon社製 蛍光顕微鏡E600／浜松ホ
トニクス社製 冷却CCDカメラC488-37で観察し、Cy3フ
ィルター（入射光側535±25nm検出光側610±75nm）を用
い、マイクロアレイの検出光強度を測定した。その結
果、各島部より十分な強度の蛍光が観察された。

【００２６】

【発明の効果】本発明の海島構造繊維を使用することに
より、従来法に比べ、短い工程で生体関連物質マイクロ
アレイを製造することが可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4B024 AA11 CA01 CA09 CA11 HA13 HA14 4B029 AA07 AA23 BB20 CC05 FA12 FA15

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 島成分が、生体関連物質を含むハイドロ
   ゲルである海島型複合繊維。
2. 【請求項２】 請求項１記載の海島型複合繊維を、繊維
   軸を交叉する方向でスライスした海島型複合繊維薄片。
3. 【請求項３】 ハイドロゲル形成性モノマー、架橋剤、
   重合開始剤及び生体関連物質を含む混合溶液を島成分と
   し、紡糸を行った後、繊維軸を交叉する方向でスライス
   する海島型複合繊維薄片の製造方法。