[go: up one dir, main page]

JP2010197046A - Biosensor - Google Patents

Biosensor

Info

Publication number
JP2010197046A
JP2010197046A JP2007140511A JP2007140511A JP2010197046A JP 2010197046 A JP2010197046 A JP 2010197046A JP 2007140511 A JP2007140511 A JP 2007140511A JP 2007140511 A JP2007140511 A JP 2007140511A JP 2010197046 A JP2010197046 A JP 2010197046A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
biosensor
stimulus
responsive polymer
molecular recognition
metal particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007140511A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuro Endo
達郎 遠藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Institute of Technology NUC
Tanaka Holdings Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Institute of Technology NUC
Tanaka Holdings Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Institute of Technology NUC, Tanaka Holdings Co Ltd filed Critical Tokyo Institute of Technology NUC
Priority to JP2007140511A priority Critical patent/JP2010197046A/en
Priority to PCT/JP2008/058330 priority patent/WO2008146569A1/en
Publication of JP2010197046A publication Critical patent/JP2010197046A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/44Polymerisation in the presence of compounding ingredients, e.g. plasticisers, dyestuffs, fillers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F8/00Chemical modification by after-treatment
    • C08F8/30Introducing nitrogen atoms or nitrogen-containing groups
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N21/552Attenuated total reflection
    • G01N21/553Attenuated total reflection and using surface plasmons
    • G01N21/554Attenuated total reflection and using surface plasmons detecting the surface plasmon resonance of nanostructured metals, e.g. localised surface plasmon resonance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54313Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form
    • G01N33/54346Nanoparticles
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54366Apparatus specially adapted for solid-phase testing
    • G01N33/54373Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

【課題】本発明は、測定及び製造が簡易的であり、且つ、在宅医療等に利用可能となる安価なバイオセンサーの提供を目的とする。
【解決手段】本発明は、測定対象物質と特異的に反応する分子認識成分と、測定対象物質と分子認識成分との反応により体積が変化する刺激応答性高分子と、刺激応答性高分子の体積変化により局在表面プラズモン共鳴の強度が変化する平均粒径が0.2nm〜200nmの金属粒子とを含み、金属粒子と分子認識成分とが、刺激応答性高分子に固定されているバイオセンサーに関する。本発明のバイオセンサーは、製造及び測定が簡易的であり、対象物質を高感度に検出することもできる。さらに、標識分子等の特殊な材料を必要としないことから、従来よりも安価なバイオセンサーとすることも可能である。
【選択図】なし
An object of the present invention is to provide an inexpensive biosensor that is simple to measure and manufacture and that can be used for home medical care and the like.
The present invention relates to a molecular recognition component that specifically reacts with a measurement target substance, a stimulus-responsive polymer whose volume changes due to a reaction between the measurement target substance and the molecule recognition component, and a stimulus-responsive polymer. A biosensor comprising a metal particle having an average particle diameter of 0.2 nm to 200 nm in which the intensity of localized surface plasmon resonance changes due to volume change, and the metal particle and the molecular recognition component are fixed to the stimulus-responsive polymer About. The biosensor of the present invention is simple to manufacture and measure, and can also detect a target substance with high sensitivity. Furthermore, since a special material such as a labeled molecule is not required, a biosensor that is less expensive than the conventional one can be obtained.
[Selection figure] None

Description

本発明は、バイオセンサーに関し、医療、食品、製薬、環境等の分野において利用可能なバイオセンサーに関する。   The present invention relates to a biosensor, and relates to a biosensor that can be used in fields such as medicine, food, pharmaceuticals, and the environment.

バイオセンサーは、生体分子の認識能を利用して目的物質を検出する化学センサーであり、医療、食品、製薬、環境分野において目的とする生体物質検出のため利用されている。従来より、ELISAやイムノクロマト等を利用した検出方法が知られているが、これらの方法は、生体物質を蛍光物質等で標識化する作業が必要であることから、より簡易的に製造可能なバイオセンサーの開発が期待されている。   A biosensor is a chemical sensor that detects a target substance by using the recognition ability of a biomolecule, and is used for detecting a target biological substance in the medical, food, pharmaceutical, and environmental fields. Conventionally, detection methods using ELISA, immunochromatography, and the like are known. However, these methods require an operation of labeling a biological substance with a fluorescent substance or the like. Sensor development is expected.

標識化を必要としないバイオセンサーとしては、pH、温度、イオン強度等の環境変化により体積変化する刺激応答性高分子中に、対象物質と特異的に反応する分子認識成分と、光回折性の結晶性コロイドとを含むバイオセンサーが、特許文献1に記載されている。結晶性コロイドは、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、二酸化ケイ素等の帯電粒子が、水等の溶媒中で自然に集まり規則的な配列を形成する自己集合によって形成されるものである。このバイオセンサーに測定対象物質を添加すると、対象物質と分子認識成分との特異的な反応により高分子周囲の溶媒環境が変化して、体積変化が生じ、結晶性コロイドの格子間隔が変化することとなる。このため、測定対象物質の添加前後における吸光スペクトルを測定し、吸収ピークの波長シフトにより目的物質を検出することができる。   Biosensors that do not require labeling include a molecular recognition component that reacts specifically with a target substance in a stimulus-responsive polymer that changes in volume due to environmental changes such as pH, temperature, and ionic strength, A biosensor containing a crystalline colloid is described in Patent Document 1. The crystalline colloid is formed by self-assembly in which charged particles such as polystyrene, polymethyl methacrylate, silicon dioxide and the like naturally gather in a solvent such as water to form a regular array. When a measurement target substance is added to this biosensor, the solvent environment around the polymer changes due to a specific reaction between the target substance and the molecular recognition component, resulting in a volume change and a change in the lattice spacing of the crystalline colloid. It becomes. For this reason, the absorption spectrum before and after the addition of the substance to be measured can be measured, and the target substance can be detected by the wavelength shift of the absorption peak.

特表2001−505236号公報JP-T-2001-505236

しかしながら、引用文献1記載のバイオセンサーは、波長シフトの観察が必要であるため、対象物質の定量に細かい波長分解能を有する分析装置が必要となり、在宅医療や食品工場等の検査工程等において容易に利用可能なものではなかった。また、結晶性コロイドを形成するため、帯電粒子を自己集合させるには、長時間の反応や、精製等の煩雑な作業が必要であったため、より簡易に製造可能なバイオセンサーが望まれていた。   However, since the biosensor described in Cited Document 1 requires observation of a wavelength shift, an analyzer having a fine wavelength resolution is required for quantification of the target substance, which is easily used in inspection processes such as home medical care and food factories. It was not available. In addition, in order to form a crystalline colloid, self-assembly of charged particles required a long-time reaction and complicated work such as purification, and thus a biosensor that can be manufactured more simply has been desired. .

そこで本発明は、測定及び製造が簡易的であり、且つ、在宅医療等に利用可能となる安価なバイオセンサーの提供を目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an inexpensive biosensor that is simple to measure and manufacture and can be used for home medical care and the like.

上記課題を解決するため、本発明者等は、刺激応答性高分子を用いたバイオセンサーについて鋭意検討を行った。その結果、金属粒子の局在表面プラズモン共鳴を利用したバイオセンサーであれば、特定波長における吸収ピークの強度変化によって対象物質を容易に測定することが可能となることを見出し、本発明に想到した。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied a biosensor using a stimulus-responsive polymer. As a result, it has been found that a biosensor using localized surface plasmon resonance of metal particles can easily measure a target substance by changing the intensity of an absorption peak at a specific wavelength, and has arrived at the present invention. .

すなわち、本発明は、測定対象物質と特異的に反応する分子認識成分と、測定対象物質と分子認識成分との反応により体積が変化する刺激応答性高分子と、刺激応答性高分子の体積変化により局在表面プラズモン共鳴の強度が変化する平均粒径が0.2nm〜200nmの金属粒子とを含み、金属粒子と分子認識成分とが、刺激応答性高分子に固定されていることを特徴とするバイオセンサーに関する。   That is, the present invention includes a molecular recognition component that specifically reacts with a measurement target substance, a stimulus-responsive polymer that changes in volume due to a reaction between the measurement target substance and the molecule recognition component, and a volume change of the stimulus-responsive polymer. A metal particle having an average particle diameter of 0.2 nm to 200 nm in which the intensity of localized surface plasmon resonance is changed, and the metal particle and the molecular recognition component are fixed to the stimulus-responsive polymer. Related to biosensors.

本発明のように、局在表面プラズモン共鳴の強度が変化するバイオセンサーであれば、波長シフトを測定する場合のように吸収スペクトルを作成しなくとも、特定波長における吸光度の強度変化により対象物質を検出・定量できるため、簡易的な装置のみでの測定が可能となる。また、本発明のバイオセンサーは、刺激応答性高分子に、金属粒子及び分子認識成分が固定されているものであるが、以下で製造方法の詳細を説明するように、標識化作業等の煩雑な工程を必要とせず、簡易的に製造することができる。金属粒子及び分子認識成分が固定される方法は、包括固定によるものが好ましい。包括固定は、三次元の網目構造を有する刺激応答性高分子において、その網目状の囲いの中に金属粒子や分子認識成分が包含されている状態をいい、簡易的な方法で固定することができる。この場合、刺激応答性高分子には、三次元の網目構造を有するゲル状等のものを使用できる。   In the case of a biosensor that changes the intensity of localized surface plasmon resonance as in the present invention, the target substance can be detected by changing the intensity of absorbance at a specific wavelength without creating an absorption spectrum as in the case of measuring the wavelength shift. Since it can be detected and quantified, measurement with only a simple device is possible. In addition, the biosensor of the present invention is one in which metal particles and molecular recognition components are immobilized on a stimulus-responsive polymer. However, as described in detail below, the labeling operation and the like are complicated. It is possible to manufacture simply without requiring a simple process. The method of fixing the metal particles and the molecular recognition component is preferably based on comprehensive fixing. Inclusive fixation refers to a state in which a metal particle or molecular recognition component is included in a mesh-like enclosure in a stimulus-responsive polymer having a three-dimensional network structure, and can be fixed by a simple method. it can. In this case, the stimulus-responsive polymer may be a gel having a three-dimensional network structure.

本発明のバイオセンサーによる測定原理について説明する。本発明のバイオセンサーに測定対象物質を添加すると、対象物質と分子認識成分との間で、酵素反応や抗原抗体反応等の特異的な反応が進行する。この反応による生産物等の影響で、pHやイオン強度等が変化すると、刺激応答性高分子が膨張又は収縮し、体積変化を生じる。この体積変化に伴い、高分子中に固定されている金属粒子間の距離も変化することとなり、金属粒子間の局在表面プラズモン共鳴に由来する吸収ピーク強度が変化するものである。   The measurement principle using the biosensor of the present invention will be described. When a measurement target substance is added to the biosensor of the present invention, a specific reaction such as an enzyme reaction or an antigen-antibody reaction proceeds between the target substance and a molecular recognition component. When pH, ionic strength, etc. change due to the influence of a product or the like due to this reaction, the stimulus-responsive polymer expands or contracts, resulting in a volume change. With this volume change, the distance between the metal particles fixed in the polymer also changes, and the absorption peak intensity derived from the localized surface plasmon resonance between the metal particles changes.

よって、バイオセンサーに対象物質を添加すると、吸収ピーク強度が増減することとなり、簡易的な測定が可能となる。また、ピーク強度の変化は、対象物質と分子認識成分との反応によるpH等の変化に起因するため、特異的な反応性を利用して対象物質のみを検出する高感度なバイオセンサーとすることができる。尚、上記した局在表面プラズモン共鳴とは、金属粒子に光を照射した際、粒子表面の自由電子が振動して電磁場が発生し、特定波長の光のみを吸収又は散乱する特性をいう。   Therefore, when the target substance is added to the biosensor, the absorption peak intensity increases and decreases, and simple measurement is possible. In addition, since changes in peak intensity are caused by changes in pH, etc. due to the reaction between the target substance and molecular recognition components, a highly sensitive biosensor that detects only the target substance using specific reactivity should be used. Can do. Incidentally, the above-mentioned localized surface plasmon resonance refers to a characteristic in which when a metal particle is irradiated with light, free electrons on the particle surface vibrate to generate an electromagnetic field, and only light of a specific wavelength is absorbed or scattered.

本発明のバイオセンサーは、局在表面プラズモン共鳴を発現させるため、金属粒子の平均粒径を、0.2nm〜200nmの金属粒子とするものである。平均粒径が0.2nm未満であると局在表面プラズモン共鳴が発現しにくい傾向があり、200nmを超えると金属光沢が生じやすくなり、局在表面プラズモン共鳴が観察しにくい傾向となる。   The biosensor of the present invention is a metal particle having an average particle diameter of 0.2 nm to 200 nm in order to develop localized surface plasmon resonance. When the average particle size is less than 0.2 nm, localized surface plasmon resonance tends to hardly occur, and when it exceeds 200 nm, metallic luster tends to occur, and localized surface plasmon resonance tends to be difficult to observe.

本発明における金属粒子としては、局在表面プラズモン共鳴を生じる金属を用いることができるが、Ag、Au、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Osのいずれか1種以上からなるものを適用することが好ましい。これらの金属粒子によれば、可視光の波長領域において局在表面プラズモン共鳴を観察することができるバイオセンサーとすることができ、簡易的な装置による測定が可能となる。また、測定感度の高いバイオセンサーとするため、金属粒子は、粒径が均一で、粒子径分布もシャープなものを用いることが好ましい。   As the metal particles in the present invention, a metal that causes localized surface plasmon resonance can be used, and those composed of at least one of Ag, Au, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, and Os are applied. It is preferable. According to these metal particles, a biosensor capable of observing localized surface plasmon resonance in the wavelength region of visible light can be obtained, and measurement with a simple device is possible. In order to obtain a biosensor with high measurement sensitivity, it is preferable to use metal particles having a uniform particle size and a sharp particle size distribution.

金属粒子は、上記したものの中でも、Agからなるものとすることがより好ましい。本発明者等によれば、Agを用いた場合、局在表面プラズモン共鳴に由来する吸収ピーク強度が絶対的に大きいバイオセンサーとなることが分かったためである。そして、ピーク強度が大きいバイオセンサーによれば、対象物質を添加した場合の強度変化を精度良く検出でき、測定感度を向上させることができる。   The metal particles are more preferably made of Ag among the above-described ones. This is because, according to the present inventors, it has been found that when Ag is used, a biosensor having an absolutely large absorption peak intensity derived from localized surface plasmon resonance is obtained. And according to the biosensor having a large peak intensity, it is possible to accurately detect a change in intensity when the target substance is added, and improve the measurement sensitivity.

金属粒子をAuからなるものとする場合には、平均粒径が10〜150nmであることが好ましく、40〜100nmであることがさらに好ましい。また、使用する分子認識成分の種類により、適宜好適な平均粒径の金属粒子を選択することが好ましい。平均粒径は、10〜150nmであれば、吸収ピーク強度の変化を観察することが可能であり、40〜100nmであると、対象物質の測定のために充分な吸収ピーク強度を示すバイオセンサーとすることができる。また、粒径の標準偏差が10%以内のものを用いることが好ましい。吸収ピーク強度の大きさを向上させて、対象物質の測定のため充分なものにできるためである。   When the metal particles are made of Au, the average particle size is preferably 10 to 150 nm, and more preferably 40 to 100 nm. Moreover, it is preferable to select metal particles having a suitable average particle diameter depending on the type of molecular recognition component used. If the average particle diameter is 10 to 150 nm, it is possible to observe a change in absorption peak intensity. If it is 40 to 100 nm, a biosensor exhibiting sufficient absorption peak intensity for measurement of the target substance can do. Moreover, it is preferable to use a particle having a standard deviation of particle size within 10%. This is because the magnitude of the absorption peak intensity can be improved to make it sufficient for measurement of the target substance.

本発明のバイオセンサーにおいて、上記した金属粒子は、刺激応答性高分子に固定され、ある程度金属粒子同士の凝集を抑制することができるが、さらに安定性を向上させるため、金属粒子の表面に保護剤を備えるものとすることが好ましい。保護剤としては、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、クエン酸、ポリエチレングリコール、タンニン酸、アスコルビン酸のいずれか1種以上を用いることができる。尚、保護剤は、金属粒子の周辺に化学的又は物理的に吸着する化合物であり、金属粒子同士の凝集を抑制する他、粒径分布を適正範囲に制御し安定化させることができる。   In the biosensor of the present invention, the metal particles described above are fixed to the stimulus-responsive polymer and can suppress aggregation of the metal particles to a certain extent. However, in order to further improve the stability, the metal particles are protected on the surface of the metal particles. It is preferable to provide an agent. As the protective agent, one or more of polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, citric acid, polyethylene glycol, tannic acid, and ascorbic acid can be used. The protective agent is a compound that is chemically or physically adsorbed around the metal particles, and can suppress the aggregation of the metal particles and can stabilize the particle size distribution within an appropriate range.

金属粒子のバイオセンサー中における濃度は、0.001wt%〜0.10wt%の範囲とすることが好ましい。金属粒子の濃度は、高すぎると測定器の検出限界を超える場合があり、低すぎると吸収ピーク強度を良好に検出することができない場合がある。濃度は、金属の種類によって適宜調整することが好ましく、前述のように、Agを用いたバイオセンサーは、吸収ピーク強度の絶対値が大きいため、比較的低い濃度とすることができ、0.005wt%〜0.05wt%の範囲とすることができる。   The concentration of the metal particles in the biosensor is preferably in the range of 0.001 wt% to 0.10 wt%. If the concentration of the metal particles is too high, the detection limit of the measuring device may be exceeded, and if it is too low, the absorption peak intensity may not be detected well. The concentration is preferably adjusted as appropriate depending on the type of metal. As described above, the biosensor using Ag has a large absolute value of the absorption peak intensity, and thus can be set to a relatively low concentration. % To 0.05 wt%.

刺激応答性高分子は、ポリアクリルアミド、ポリジメチルシロキサン、ポリアクリル酸、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールのいずれか1種以上からなることが好ましい。pH、温度、イオン強度等の環境変化により、体積変化を生じることが知られており、容易に重合させることができる。   The stimulus-responsive polymer is preferably composed of at least one of polyacrylamide, polydimethylsiloxane, polyacrylic acid, polyvinyl methyl ether, polyvinyl alcohol, and polyethylene glycol. It is known that volume changes occur due to environmental changes such as pH, temperature, ionic strength, and the like, and it can be polymerized easily.

本発明において、分子認識成分とは、測定対象物質と特異的に反応するものであり、酵素、抗原、抗体、DNA、RNA、アプタマー、ペプチド核酸、糖鎖のいずれか1種以上であることが好ましい。酵素としては、例えば、測定対象物質がグルコースの場合には、グルコース酸化酵素、グルコース脱水素酵素等、乳酸の場合には、乳酸酸化酵素等、アセトアルデヒドの場合には、アセトアルデヒド脱水素酵素等を用いることができる。   In the present invention, the molecular recognition component specifically reacts with the substance to be measured, and may be one or more of enzymes, antigens, antibodies, DNA, RNA, aptamers, peptide nucleic acids, and sugar chains. preferable. Examples of the enzyme include glucose oxidase and glucose dehydrogenase when the substance to be measured is glucose, lactate oxidase and the like when lactic acid is used, and acetaldehyde dehydrogenase and the like when acetaldehyde is used. be able to.

分子認識成分と測定対象物質との特異的な反応としては、抗原抗体反応や酵素反応が知られており、本発明のバイオセンサーは、抗原抗体反応や酵素反応のいずれを用いた場合にも、対象物質を検出することができ、測定可能な物質の種類が広範囲に及ぶ。ここで、抗原抗体反応は、安定的に抗原抗体複合体を形成し、反応後も複合体の状態で維持されるが、酵素反応では、酵素と対象物質とが一旦は結合して酵素反応するものの、反応終了後には分離してしまうことから、複合体に起因する状態変化を測定する方法には利用することが困難であった。   As a specific reaction between a molecular recognition component and a substance to be measured, an antigen-antibody reaction or an enzyme reaction is known, and the biosensor of the present invention can be used regardless of whether an antigen-antibody reaction or an enzyme reaction is used. The target substance can be detected, and a wide variety of substances can be measured. Here, the antigen-antibody reaction stably forms an antigen-antibody complex and is maintained in the state of the complex after the reaction. However, in the enzyme reaction, the enzyme and the target substance are once combined to cause an enzyme reaction. However, since it is separated after completion of the reaction, it is difficult to use it for the method of measuring the state change caused by the complex.

例えば、従来より、基板上に分子認識成分を固定化したバイオセンサーが知られているが、これらのバイオセンサーは、測定対象物質と分子認識成分とが複合体を形成することによる状態変化を測定するものであり、酵素反応を利用した測定は困難なものであった。一方、本発明のバイオセンサーは、刺激応答性高分子を用いるため、酵素と対象物質とが分離した場合にも、pHやイオン強度等の変化により高分子の体積変化が生じ、酵素反応を利用した測定を行うことができるものである。   For example, biosensors in which molecular recognition components are immobilized on a substrate have been conventionally known, but these biosensors measure state changes caused by the formation of a complex between the substance to be measured and the molecular recognition components. Therefore, measurement using an enzyme reaction has been difficult. On the other hand, since the biosensor of the present invention uses a stimulus-responsive polymer, even when the enzyme and the target substance are separated, the volume of the polymer changes due to changes in pH, ionic strength, etc., and the enzyme reaction is utilized. Measurement can be performed.

本発明のバイオセンサーは、刺激応答性高分子を形成するためのモノマーを含む溶媒に、粒径が0.2nm〜200nmである金属粒子を添加して重合し、重合した刺激応答性高分子に分子認識素子を固定することにより分子認識成分を固定する方法により製造できる。刺激応答性高分子の形成には、一般的な重合方法を利用できるが、特にポリアクリルアミド等を用いる場合は、光重合によると簡易的な光源のみで刺激応答性高分子を生成でき、バイオセンサーを容易に製造することができる。   The biosensor of the present invention is polymerized by adding metal particles having a particle size of 0.2 nm to 200 nm to a solvent containing a monomer for forming a stimulus responsive polymer, and then polymerizing the polymer. It can be produced by a method of fixing a molecular recognition component by fixing a molecular recognition element. For the formation of stimuli-responsive polymers, general polymerization methods can be used. However, when polyacrylamide or the like is used, stimuli-responsive polymers can be generated with only a simple light source by photopolymerization. Can be easily manufactured.

また、分子認識素子の固定は、重合した刺激応答性高分子にカルボキシル基を導入し、脱水縮合した後、N-ヒドロキシスクシンイミド又はその化合物を結合させて、N-ヒドロキシスクシンイミドと分子認識成分中のアミノ基とを結合させることにより行うことが好ましい。刺激応答性高分子としてポリアクリルアミドを用いた場合には、アルカリ性の試薬を添加することによってカルボキシル基を導入することができ、簡易的な方法で分子認識成分を固定できる。   The molecular recognition element is fixed by introducing a carboxyl group into the polymerized stimulus-responsive polymer, dehydrating and condensing it, and then binding N-hydroxysuccinimide or a compound thereof to bind N-hydroxysuccinimide and the molecular recognition component. It is preferably performed by bonding with an amino group. When polyacrylamide is used as the stimulus-responsive polymer, a carboxyl group can be introduced by adding an alkaline reagent, and the molecular recognition component can be fixed by a simple method.

尚、上記カルボキシル基を導入する方法以外の固定方法としては、例えば、アミノ基を有する刺激応答性高分子については、グルタルアルデヒド等を用いて分子認識成分を化学的に結合させて固定することができる。また、刺激応答性高分子の官能基を利用することなく、分子認識素子を直接包括固定しても良い。   In addition, as a fixing method other than the method for introducing the carboxyl group, for example, for a stimulus-responsive polymer having an amino group, the molecular recognition component may be chemically bonded and fixed using glutaraldehyde or the like. it can. Alternatively, the molecular recognition element may be directly included and fixed without using the functional group of the stimulus-responsive polymer.

本発明の製造方法に用いる金属粒子は、上記したように表面に保護剤を備えることが好ましく、Ag、Au、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Osのいずれか1種以上の金属塩の溶液に、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、クエン酸、ポリエチレングリコール、タンニン酸、アスコルビン酸のいずれか1種以上保護剤を添加した後、還元して、作製することができる。   As described above, the metal particles used in the production method of the present invention preferably have a protective agent on the surface, and are composed of one or more metal salts of Ag, Au, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, and Os. It can be prepared by adding one or more protective agents of polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, citric acid, polyethylene glycol, tannic acid, and ascorbic acid to the solution, followed by reduction.

また、刺激応答性高分子を形成するためのモノマーとしては、アクリルアミド、ジメチルシロキサン、アクリル酸、ビニルメチルエーテル、ビニルアルコール、エチレングリコール等を用いることができ、溶媒中のモノマー濃度は、10wt%〜30wt%であることが好ましい。この範囲内であれば、測定対象物質が充分に拡散し検出感度が良好となるためである。モノマー濃度は、低すぎると重合した高分子の強度がバイオセンサーとして充分なものとならない場合があり、高すぎると、測定対象物質が高分子中を拡散しにくく、分子認識素子との反応が遅れ、応答性の良好なバイオセンサーとなりにくい。   Moreover, as a monomer for forming the stimuli-responsive polymer, acrylamide, dimethylsiloxane, acrylic acid, vinyl methyl ether, vinyl alcohol, ethylene glycol and the like can be used, and the monomer concentration in the solvent is 10 wt% to It is preferable that it is 30 wt%. This is because, within this range, the substance to be measured is sufficiently diffused to improve the detection sensitivity. If the monomer concentration is too low, the strength of the polymerized polymer may not be sufficient as a biosensor. If the monomer concentration is too high, the substance to be measured will not easily diffuse in the polymer and the reaction with the molecular recognition element will be delayed. It is difficult to become a biosensor with good response.

刺激応答性高分子は、上記したモノマーを含む溶媒に、金属粒子を添加し、紫外線照射による光重合等で形成することができる。上記のように、金属粒子としては、溶媒に金属粒子が分散したコロイド溶液を用いることができる。バイオセンサー中における金属粒子の最終濃度は、0.005%〜0.025%の範囲内とすることが好ましい。吸収強度が低すぎることや、測定器の検出限界を超えることが生じにくく、吸収強度の変化を安定して観察することができるためである。尚、光重合する場合の開始剤には、2,2−ジエトキシアセトフェノン、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン(IRGACURE 2959、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製)のようなアルキルフェノン系光重合開始剤等を用いることができる。また、モノマーを含む溶媒には、架橋剤を添加することが好ましく、例えば、N,N’-メチレンビスアクリルアミドを使用できる。   The stimuli-responsive polymer can be formed by adding metal particles to a solvent containing the above-described monomer and performing photopolymerization by ultraviolet irradiation. As described above, a colloidal solution in which metal particles are dispersed in a solvent can be used as the metal particles. The final concentration of the metal particles in the biosensor is preferably in the range of 0.005% to 0.025%. This is because the absorption intensity is too low and the detection limit of the measuring instrument is unlikely to occur, and the change in absorption intensity can be observed stably. The initiator for photopolymerization includes 2,2-diethoxyacetophenone, 1- [4- (2-hydroxyethoxy) -phenyl] -2-hydroxy-2-methyl-1-propan-1-one Alkylphenone photopolymerization initiators such as (IRGACURE 2959, manufactured by Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd.) can be used. Moreover, it is preferable to add a crosslinking agent to the solvent containing a monomer, for example, N, N'-methylenebisacrylamide can be used.

カルボキシル基を導入して刺激応答性高分子に分子認識成分を固定する場合、使用するアルカリ性試薬としては、特に水酸化ナトリウムを用いることが好ましい。また、脱水縮合には、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)、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール等を用いることができ、N-ヒドロキシスクシンイミド(NHS)又はその化合物としては、N−ヒドロキシスクシンイミド等を用いることができる。カルボキシル基の導入及び脱水縮合は、N−ヒドロキシスクシンイミドを結合させるために行われ、N−ヒドロキシスクシンイミドはタンパク質中のアミノ基と結合しやすいため、分子認識成分の固定化が可能となる。   When a carboxyl group is introduced to immobilize the molecular recognition component on the stimulus-responsive polymer, it is particularly preferable to use sodium hydroxide as the alkaline reagent to be used. In addition, 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC), 1-hydroxybenzotriazole and the like can be used for dehydration condensation. As N-hydroxysuccinimide (NHS) or a compound thereof, N-hydroxysuccinimide and the like can be used. Introduction of a carboxyl group and dehydration condensation are performed to bind N-hydroxysuccinimide, and N-hydroxysuccinimide easily binds to an amino group in a protein, so that a molecular recognition component can be immobilized.

以上で説明したように、本発明のバイオセンサーによる対象物質の測定方法としては、バイオセンサーに測定対象物質を添加し、局在表面プラズモン共鳴の強度の変化を、吸収ピークの強度変化により検出することができる。   As described above, as a method for measuring a target substance using the biosensor of the present invention, the target substance is added to the biosensor, and the change in the intensity of the localized surface plasmon resonance is detected by the change in the intensity of the absorption peak. be able to.

吸収ピークは、紫外可視光分光光度計により、バイオセンサーへ照射した光の透過光又は反射光を検出する方法によって測定することができる。例えば、透過光を測定する場合、石英製のセルにバイオセンサーを入れ、次いで測定対象となる溶液を添加して、300〜800nmの波長における吸収ピークの強度変化を観察することにより、測定できる。   The absorption peak can be measured by a method of detecting transmitted light or reflected light of light irradiated on the biosensor with an ultraviolet-visible light spectrophotometer. For example, when measuring transmitted light, it can be measured by placing a biosensor in a quartz cell, adding a solution to be measured, and observing the change in intensity of the absorption peak at a wavelength of 300 to 800 nm.

以上で説明したように、本発明のバイオセンサーは、製造及び測定が簡易的であり、対象物質を高感度に検出することもできる。さらに、標識分子等の特殊な材料を必要としないことから、従来よりも安価なバイオセンサーとすることも可能である。   As described above, the biosensor of the present invention is simple to manufacture and measure, and can also detect a target substance with high sensitivity. Furthermore, since a special material such as a labeled molecule is not required, a biosensor that is less expensive than the conventional one can be obtained.

以下、本発明における最良の実施形態について説明する。   Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described.

第1実施形態:測定対象物質をグルコースとし、金属粒子をAgからなるものとし、刺激応答性高分子はポリアクリルアミド、分子認識成分にグルコース酸化酵素を用いて、以下の方法によってバイオセンサーを製造した。 First Embodiment : A biosensor was manufactured by the following method using glucose as a measurement target substance, metal particles consisting of Ag, a polyacrylamide as a stimulus-responsive polymer, and glucose oxidase as a molecular recognition component. .

[金属粒子の作製]
保護剤としてポリビニルピロリドン(以下、PVPという。)を用いて、Agからなる金属粒子を作製した。エチレングリコール125mlにPVP25gを溶解させた溶液に、硝酸銀1.0g(Ag濃度63.5wt%)を結晶のまま添加して撹拌し、加熱還元して金属粒子を得た。得られた金属粒子は、水洗した後、アセトンを投入して撹拌して静置し、上澄みを除去して沈殿を回収した。この沈殿を乾燥させた後、水に溶解させ、ろ過、濃縮して水溶液とした。
[Production of metal particles]
Metal particles made of Ag were prepared using polyvinylpyrrolidone (hereinafter referred to as PVP) as a protective agent. To a solution of 25 g of PVP dissolved in 125 ml of ethylene glycol, 1.0 g of silver nitrate (Ag concentration: 63.5 wt%) was added as crystals, stirred, and reduced by heating to obtain metal particles. The obtained metal particles were washed with water, then added with acetone, stirred and allowed to stand, and the supernatant was removed to recover the precipitate. This precipitate was dried, dissolved in water, filtered and concentrated to obtain an aqueous solution.

上記により得られた金属粒子の平均粒径を測定したところ、20nmであった。尚、平均粒径は、TEM(日本電子株式会社製、JEM−2010)によって撮影した写真を用いて、写真中の100検体を対象として粒子の大きさを計測し、その粒度分布から算出した(以下における平均粒径についても、同様の方法で測定した)。   It was 20 nm when the average particle diameter of the metal particle obtained by the above was measured. In addition, the average particle diameter was calculated from the particle size distribution by measuring the particle size of 100 specimens in the photograph using a photograph taken by TEM (manufactured by JEOL Ltd., JEM-2010) ( The average particle size in the following was also measured by the same method).

[光重合による刺激応答性高分子ゲルの作製]
10wt%のアクリルアミド溶液(モノマーとして、アクリルアミドを9.7%、架橋剤であるN,N’-メチレンビスアクリルアミドを0.3%含む溶液)に、最終濃度0.001%となるよう、上記により得られた金属粒子を添加し、撹拌した。次に、光重合開始剤である2,2−ジメトキシアセトフェノンを添加してガラス基板上に展開し、トランスイルミネーター(紫外線照射装置)で5分間紫外線照射し、光重合してゲル化させた。得られたゲルは、超純水にて洗浄を行った。
[Preparation of stimuli-responsive polymer gel by photopolymerization]
In a 10 wt% acrylamide solution (a solution containing 9.7% acrylamide as a monomer and 0.3% N, N′-methylenebisacrylamide as a cross-linking agent) to a final concentration of 0.001% The obtained metal particles were added and stirred. Next, 2,2-dimethoxyacetophenone as a photopolymerization initiator was added and developed on a glass substrate, irradiated with ultraviolet rays for 5 minutes with a transilluminator (ultraviolet irradiation device), and photopolymerized to gel. The obtained gel was washed with ultrapure water.

[分子認識素子の固定化]
上記により得られた高分子ゲルに、10% テトラメチルエチレンジアミンを含む0.3N NaOH水溶液を添加して加水分解し、カルボキシル基を導入させた。その後、100mM 1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド溶液を添加してカルボキシル基を脱水縮合し、N−ヒドロキシスクシンイミド(NHS)を添加してカルボキシル基に結合させた。分子認識成分であるグルコース酸化酵素(E.C.1.1.3.4)を100U(ユニット)/ml(添加量)添加し、NHS基と結合させて固定化してバイオセンサーを得た。尚、グルコース酸化酵素において、1U(ユニット)は、25℃において1分間で1μmolのD−グルコノ−δ−ラクトンを生成する酵素量として定義される。
[Immobilization of molecular recognition element]
The polymer gel obtained above was hydrolyzed by adding a 0.3N NaOH aqueous solution containing 10% tetramethylethylenediamine to introduce carboxyl groups. Thereafter, a 100 mM 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide solution was added to dehydrate and condense the carboxyl group, and N-hydroxysuccinimide (NHS) was added to bind to the carboxyl group. Glucose oxidase (EC1.1.3.4), which is a molecular recognition component, was added at 100 U (unit) / ml (addition amount), and bound to the NHS group and immobilized to obtain a biosensor. In glucose oxidase, 1 U (unit) is defined as the amount of enzyme that produces 1 μmol of D-glucono-δ-lactone in 1 minute at 25 ° C.

第2実施形態:金属粒子をAuからなるものとし、保護剤としてクエン酸を用いて作製した以外は、第一実施形態と同様の方法によりバイオセンサーを作製した。塩化金酸四水和物0.17gと、クエン酸三ナトリウム二水和物0.49gとを、それぞれ超純水25mlと100mlに溶解させて、塩化金酸溶液とクエン酸溶液を調製した。次に、500mlの三口フラスコ内に、塩化金酸溶液6mlと純水200mlとを投入して、30分間加熱還流させた。液温が安定した後、クエン酸溶液50mlを混合して、15分間加熱還流し、加熱を停止して室温で放冷した。この溶液26mlを、500mlの三口フラスコに入れ、液温が30℃になるまで恒温槽内で撹拌した。液温が安定したら、塩化金酸四水和物0.076gを溶解させた塩化金酸溶液252mlと、L−アスコルビン酸ナトリウム0.092gを溶解させたL−アスコルビン酸溶液256mlとを同時に滴下して、1時間撹拌しながら反応させて、Auからなる金属粒子を形成させた。この金属粒子は、図1のTEM観察写真のように、真球状で粒径が均一なものであり、平均粒径は40nmであった。 Second Embodiment : A biosensor was manufactured by the same method as in the first embodiment except that metal particles were made of Au and manufactured using citric acid as a protective agent. A chloroauric acid solution and a citric acid solution were prepared by dissolving 0.17 g of chloroauric acid tetrahydrate and 0.49 g of trisodium citrate dihydrate in 25 ml and 100 ml of ultrapure water, respectively. Next, 6 ml of chloroauric acid solution and 200 ml of pure water were put into a 500 ml three-necked flask and heated to reflux for 30 minutes. After the liquid temperature was stabilized, 50 ml of a citric acid solution was mixed, heated to reflux for 15 minutes, stopped and allowed to cool at room temperature. 26 ml of this solution was placed in a 500 ml three-necked flask and stirred in a thermostatic bath until the liquid temperature reached 30 ° C. When the liquid temperature is stabilized, 252 ml of chloroauric acid solution in which 0.076 g of chloroauric acid tetrahydrate is dissolved and 256 ml of L-ascorbic acid solution in which 0.092 g of sodium L-ascorbate is dissolved are added dropwise simultaneously. Then, the reaction was performed with stirring for 1 hour to form metal particles made of Au. As shown in the TEM observation photograph of FIG. 1, the metal particles were spherical and had a uniform particle size, and the average particle size was 40 nm.

上記方法により得られたバイオセンサーについて吸光スペクトルの測定を行い、さらに、第1実施形態のバイオセンサーによりグルコースを測定対象として吸収スペクトルの強度変化を測定した。   The absorption spectrum of the biosensor obtained by the above method was measured, and the change in the intensity of the absorption spectrum was measured using glucose as a measurement target by the biosensor of the first embodiment.

バイオセンサーの吸収スペクトル測定:バイオセンサーを光路長1.0cmの石英製セルに投入し、分光光度計により波長300〜800nmにおける吸収スペクトルを観察した。図2に示すように、Agを用いた第1実施形態のバイオセンサーでは波長410.2nm、Auを用いた第2実施形態のバイオセンサーでは波長527.6nmに吸収ピークが見られ、Agを用いた場合の方がピーク強度の絶対値が大きいことが分かった。また、Agを用いたバイオセンサーでは黄色、Auを用いたバイオセンサーでは赤色の発色が肉眼により確認できた。 Measurement of absorption spectrum of biosensor: The biosensor was placed in a quartz cell having an optical path length of 1.0 cm, and an absorption spectrum at a wavelength of 300 to 800 nm was observed with a spectrophotometer. As shown in FIG. 2, the biosensor of the first embodiment using Ag has an absorption peak at a wavelength of 410.2 nm, and the biosensor of the second embodiment using Au has an absorption peak at a wavelength of 527.6 nm. It was found that the absolute value of the peak intensity was greater when Further, yellow color was confirmed with the naked eye with the biosensor using Ag, and red color was confirmed with the naked eye with the biosensor using Au.

[グルコースの測定]
上記方法により得られたバイオセンサーを用いて、対象物質であるグルコースの測定を行った。尚、以下の測定には、第1実施形態のバイオセンサーを使用した。バイオセンサーに100mM グルコース溶液(溶媒は20mM リン酸緩衝液(pH7.4)とした)を滴下し、25℃において0〜60分間酵素反応させた後、分光光度計により吸収ピークの強度変化を測定した。また、グルコース溶液の代わりに、100mM スクロース溶液、又は20mM リン酸緩衝液(pH7.4)のみを添加した場合についても、同様に測定を行った。尚、吸収ピークの強度変化は、上記した吸収スペクトル測定と同様の方法により吸収スペクトルを作成し、410.2nmにおけるピーク強度の変化を観察した。
[Measurement of glucose]
Using the biosensor obtained by the above method, glucose as a target substance was measured. In the following measurement, the biosensor of the first embodiment was used. A 100 mM glucose solution (solvent: 20 mM phosphate buffer (pH 7.4)) was dropped onto the biosensor, and the enzyme reaction was carried out at 25 ° C. for 0 to 60 minutes. Then, the change in the intensity of the absorption peak was measured with a spectrophotometer. did. Moreover, it measured similarly also when the 100 mM sucrose solution or the 20 mM phosphate buffer solution (pH 7.4) was added instead of the glucose solution. For the change in intensity of the absorption peak, an absorption spectrum was prepared by the same method as the above-described absorption spectrum measurement, and the change in peak intensity at 410.2 nm was observed.

図3に示されるように、グルコースの添加によりピーク強度が減少する光学特性の変化を確認でき、Agを用いたバイオセンサーは、測定感度が良好であることが分かった。また、図4より、グルコースを添加した場合のみ吸収ピーク強度が減少し、スクロースやリン酸緩衝液を添加した場合は吸収ピーク強度が変化せず、グルコースのみを特異的に検出できることが分かった。これは、グルコース酸化酵素が、グルコースと特異的に結合して酵素反応するためであり、酵素反応により、グルコン酸や過酸化水素等が発生すると、イオン強度の変化により高分子ゲルが膨潤し、金属粒子の局在表面プラズモン共鳴の強度が減少して、吸収ピークの強度が減少したものと考えられる。   As shown in FIG. 3, it was confirmed that the change in the optical characteristics in which the peak intensity was decreased by the addition of glucose, and the biosensor using Ag was found to have good measurement sensitivity. Further, FIG. 4 shows that the absorption peak intensity decreases only when glucose is added, and when sucrose or phosphate buffer is added, the absorption peak intensity does not change, and only glucose can be specifically detected. This is because glucose oxidase specifically binds to glucose and causes an enzymatic reaction. When gluconic acid or hydrogen peroxide is generated by the enzymatic reaction, the polymer gel swells due to a change in ionic strength, It is considered that the intensity of the localized surface plasmon resonance of the metal particles is reduced and the intensity of the absorption peak is reduced.

[グルコース溶液の濃度に対するピーク強度の変化の測定]
バイオセンサーに添加するグルコース溶液の濃度を1×10−3M、10−6M、10−9M、10−12M、10−15Mとして、30分反応させた後の吸収ピーク強度の変化を測定し、検量線を作成した。
[Measurement of change in peak intensity with concentration of glucose solution]
Changes in absorption peak intensity after reaction for 30 minutes with the concentration of the glucose solution added to the biosensor as 1 × 10 −3 M, 10 −6 M, 10 −9 M, 10 −12 M, and 10 −15 M And a calibration curve was created.

図5より、グルコース濃度が10−12Mであっても検出することができ、高感度なバイオセンサーであることが分かった。このため、血液以外の唾液等を試料とした場合にも、グルコースを検出可能なものとなり得る。 From FIG. 5, it was found that even if the glucose concentration was 10 −12 M, it could be detected, and it was a highly sensitive biosensor. For this reason, even when saliva other than blood is used as a sample, glucose can be detected.

[アクリルアミド濃度に対するピーク強度の変化の測定]
高分子ゲルに用いるアクリルアミド溶液の濃度を、20%、30%とした場合について、Agからなる金属粒子を用いて、上記と同様の方法で光重合を行い、バイオセンサーを作製した。それぞれについて、100mMグルコース溶液を添加して反応させ、吸収ピークの強度変化を測定した。
[Measurement of peak intensity change with acrylamide concentration]
When the concentration of the acrylamide solution used in the polymer gel was 20% and 30%, photopolymerization was performed in the same manner as described above using metal particles made of Ag to produce a biosensor. About each, the 100 mM glucose solution was added and made to react, and the intensity | strength change of the absorption peak was measured.

図6より、アクリルアミド溶液の濃度が低いほど、バイオセンサーの応答性が良好であり、短時間で吸光強度が減少することが分かった。これは、ポリアクリルアミドゲルの濃度が低い場合、高分子鎖の架橋度が低いため、測定対象物質であるグルコースが自由に拡散してグルコース酸化酵素と結合しやすくなるためと考えられる。   From FIG. 6, it was found that the lower the concentration of the acrylamide solution, the better the responsiveness of the biosensor, and the absorbance intensity decreased in a short time. This is thought to be because when the concentration of the polyacrylamide gel is low, the degree of cross-linking of the polymer chain is low, so that glucose as a measurement target substance is freely diffused and easily binds to glucose oxidase.

第2実施形態における金属粒子のTEM観察写真。The TEM observation photograph of the metal particle in 2nd Embodiment. バイオセンサーの吸収スペクトル。Absorption spectrum of biosensor. グルコース添加後の吸収ピーク強度の経時変化。Change with time in absorption peak intensity after addition of glucose. グルコース、スクロース、リン酸緩衝液添加後の吸光度変化。Changes in absorbance after addition of glucose, sucrose, and phosphate buffer. グルコース濃度に対する吸光度変化。Change in absorbance with respect to glucose concentration. アクリルアミド濃度を変化させた場合の吸光度変化。Absorbance change when acrylamide concentration is changed.

Claims (9)

測定対象物質と特異的に反応する分子認識成分と、
前記測定対象物質と前記分子認識成分との反応により体積が変化する刺激応答性高分子と、
前記刺激応答性高分子の体積変化により局在表面プラズモン共鳴の強度が変化する平均粒径が0.2nm〜200nmの金属粒子とを含み、
前記金属粒子と前記分子認識成分とが、前記刺激応答性高分子に固定されていることを特徴とするバイオセンサー。
A molecular recognition component that reacts specifically with the analyte,
A stimulus-responsive polymer whose volume changes due to a reaction between the substance to be measured and the molecular recognition component;
Metal particles having an average particle diameter of 0.2 nm to 200 nm in which the intensity of localized surface plasmon resonance changes due to a volume change of the stimulus-responsive polymer,
The biosensor, wherein the metal particles and the molecular recognition component are fixed to the stimulus-responsive polymer.
金属粒子は、Ag、Au、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Osのいずれか1種以上からなる請求項1記載のバイオセンサー。 The biosensor according to claim 1, wherein the metal particles are made of at least one of Ag, Au, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, and Os. 金属粒子は、Agからなる請求項1記載のバイオセンサー。 The biosensor according to claim 1, wherein the metal particles are made of Ag. 金属粒子は、表面にポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、クエン酸、ポリエチレングリコール、タンニン酸、アスコルビン酸のいずれか1種以上の保護剤を備える請求項1〜3のいずれか記載のバイオセンサー。 The biosensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal particles have at least one protective agent selected from polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, citric acid, polyethylene glycol, tannic acid, and ascorbic acid on the surface. 刺激応答性高分子が、ポリアクリルアミド、ポリジメチルシロキサン、ポリアクリル酸、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールのいずれか1種以上からなる請求項1〜4のいずれか記載のバイオセンサー。 The biosensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the stimulus-responsive polymer comprises at least one of polyacrylamide, polydimethylsiloxane, polyacrylic acid, polyvinyl methyl ether, polyvinyl alcohol, and polyethylene glycol. 分子認識成分が、酵素、抗原、抗体、DNA、RNA、アプタマー、ペプチド核酸、糖鎖のいずれか1種以上である請求項1〜5のいずれか記載のバイオセンサー。 The biosensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the molecular recognition component is at least one of an enzyme, an antigen, an antibody, DNA, RNA, an aptamer, a peptide nucleic acid, and a sugar chain. 請求項1〜6のいずれか記載のバイオセンサーの製造方法であって、
刺激応答性高分子を形成するためのモノマーを含む溶媒に、平均粒径が0.2nm〜200nmの金属粒子を添加して重合し、
前記重合した刺激応答性高分子に分子認識素子を固定するバイオセンサーの製造方法。
It is a manufacturing method of the biosensor in any one of Claims 1-6,
To a solvent containing a monomer for forming a stimuli-responsive polymer, metal particles having an average particle size of 0.2 nm to 200 nm are added and polymerized,
A method for producing a biosensor in which a molecular recognition element is immobilized on the polymerized stimulus-responsive polymer.
分子認識素子の固定は、重合した刺激応答性高分子にカルボキシル基を導入し、脱水縮合した後、N-ヒドロキシスクシンイミド又はその化合物を結合させて、N-ヒドロキシスクシンイミドと分子認識成分中のアミノ基とを結合させることにより行う請求項7記載のバイオセンサーの製造方法。 The molecular recognition element is fixed by introducing a carboxyl group into a polymerized stimulus-responsive polymer, dehydrating and condensing it, and then binding N-hydroxysuccinimide or a compound thereof to form an amino group in the molecular recognition component. The method for producing a biosensor according to claim 7, wherein the biosensor is bound by binding. 請求項1〜6のいずれか記載のバイオセンサーに測定対象物質を添加し、局在表面プラズモン共鳴の強度の変化を、吸収ピークの強度変化により検出する測定方法。 A measurement method for adding a measurement target substance to the biosensor according to claim 1, and detecting a change in intensity of localized surface plasmon resonance based on a change in intensity of an absorption peak.
JP2007140511A 2007-05-28 2007-05-28 Biosensor Pending JP2010197046A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007140511A JP2010197046A (en) 2007-05-28 2007-05-28 Biosensor
PCT/JP2008/058330 WO2008146569A1 (en) 2007-05-28 2008-05-01 Biosensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007140511A JP2010197046A (en) 2007-05-28 2007-05-28 Biosensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010197046A true JP2010197046A (en) 2010-09-09

Family

ID=40074838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007140511A Pending JP2010197046A (en) 2007-05-28 2007-05-28 Biosensor

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2010197046A (en)
WO (1) WO2008146569A1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014038585A1 (en) 2012-09-04 2014-03-13 Jnc株式会社 Substance measurement sensor
KR101494776B1 (en) 2013-06-25 2015-02-23 국방과학연구소 Stimuli-responsive Surface Enhanced Raman Scattering Substrates with High Sensitivity for Trace Analysis and the Method Thereof
KR101511036B1 (en) 2014-01-20 2015-04-10 한국과학기술원 Nano Plasmonic bio-sensor
KR101726033B1 (en) 2015-01-13 2017-04-26 한양대학교 산학협력단 Plasmonic metal-polymer film hybrid nanostructure which can reversibly modulate Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) signals of organic molecules according to external temperature
JP2018080278A (en) * 2016-11-17 2018-05-24 キヤノン株式会社 Method for producing polymer
KR101910378B1 (en) 2017-03-31 2018-10-22 한양대학교 산학협력단 Two dimensional hybrid nanopatternd structures through spontaneous self-assembly of plasmonic nanoparticles on a hydrogel colloidal crystal monolayer
US10948419B2 (en) 2015-11-18 2021-03-16 Hamamatsu Photonics K.K. Concentration measurement method
JP2021117171A (en) * 2020-01-29 2021-08-10 三菱マテリアル株式会社 Biosensor

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2010123073A1 (en) * 2009-04-24 2012-10-25 コニカミノルタホールディングス株式会社 Assay method using plasmon excitation sensor with stimulus-responsive polymer
JP5595706B2 (en) * 2009-10-07 2014-09-24 ダイキン工業株式会社 Biosensor
KR101787791B1 (en) 2010-04-14 2017-10-19 니토 보세키 가부시기가이샤 Test instrument for measuring analyte in sample, and method for measuring analyte using same
WO2014196169A1 (en) * 2013-06-04 2014-12-11 パナソニック株式会社 Sensor chip, detection method and detection device
CN116147669A (en) * 2022-11-22 2023-05-23 浙江理工大学 Preparation method of multi-mode skin-like sensor
CN119461774B (en) * 2023-08-11 2025-10-03 上海交通大学 Sludge conditioning and dehydration composite agent and preparation method thereof

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3157952B2 (en) * 1993-06-02 2001-04-23 アヴェンティス・リサーチ・ウント・テクノロジーズ・ゲーエムベーハー・ウント・コー・カーゲー Optical sensor for chemical substance detection
DE4433980C2 (en) * 1994-09-23 1996-08-22 Boehringer Ingelheim Int Process and biosensor hit for investigating the interaction of biomolecules by means of surface plasma resonance
DE19509518C2 (en) * 1995-03-20 1997-08-28 Inst Chemo Biosensorik Device for the detection of organic components and solvent vapors in the air
US5898004A (en) * 1996-11-06 1999-04-27 University Of Pittsburgh Of The Commonwealth System Of Higher Education Polymerized crystalline colloidal array sensors
JP2004506893A (en) * 2000-08-14 2004-03-04 ファーフィールド・センサーズ・リミテッド Sensor device
KR20030088029A (en) * 2001-02-16 2003-11-15 비르 에이/에스 Method for the preparation of optical (bio)chemical sensor devices
JP2004346177A (en) * 2003-05-22 2004-12-09 Fuji Photo Film Co Ltd Imprinted polymer with immobilized gold nanoparticle
JP4221321B2 (en) * 2004-03-26 2009-02-12 富士フイルム株式会社 Biosensor
JP4337681B2 (en) * 2004-05-25 2009-09-30 宇部興産株式会社 Method for producing metal fine particle-polymer composite
JP2006250668A (en) * 2005-03-10 2006-09-21 Tatsuro Endo Non-labelled biochip

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014038585A1 (en) 2012-09-04 2014-03-13 Jnc株式会社 Substance measurement sensor
JPWO2014038585A1 (en) * 2012-09-04 2016-08-12 Jnc株式会社 Substance measurement sensor
US10401356B2 (en) 2012-09-04 2019-09-03 Jnc Corporation Analyte-measuring sensor
KR101494776B1 (en) 2013-06-25 2015-02-23 국방과학연구소 Stimuli-responsive Surface Enhanced Raman Scattering Substrates with High Sensitivity for Trace Analysis and the Method Thereof
KR101511036B1 (en) 2014-01-20 2015-04-10 한국과학기술원 Nano Plasmonic bio-sensor
KR101726033B1 (en) 2015-01-13 2017-04-26 한양대학교 산학협력단 Plasmonic metal-polymer film hybrid nanostructure which can reversibly modulate Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) signals of organic molecules according to external temperature
US10948419B2 (en) 2015-11-18 2021-03-16 Hamamatsu Photonics K.K. Concentration measurement method
JP2018080278A (en) * 2016-11-17 2018-05-24 キヤノン株式会社 Method for producing polymer
KR101910378B1 (en) 2017-03-31 2018-10-22 한양대학교 산학협력단 Two dimensional hybrid nanopatternd structures through spontaneous self-assembly of plasmonic nanoparticles on a hydrogel colloidal crystal monolayer
JP2021117171A (en) * 2020-01-29 2021-08-10 三菱マテリアル株式会社 Biosensor
JP7394383B2 (en) 2020-01-29 2023-12-08 三菱マテリアル株式会社 biosensor

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008146569A1 (en) 2008-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2010197046A (en) Biosensor
Herrmann et al. Hydrogels and their role in biosensing applications
Mustafa et al. Molecularly imprinted polymers in diagnostics: accessing analytes in biofluids
Shen et al. Three-dimensional/two-dimensional photonic crystal hydrogels for biosensing
Mateescu et al. Thin hydrogel films for optical biosensor applications
Hou et al. Direct ultrasensitive electrochemical detection of breast cancer biomarker-miRNA-21 employing an aptasensor based on a microgel nanoparticle composite
AU2007217819B2 (en) Methods and arrays for target analyte detection and determination of target analyte concentration in solution
Qasemi et al. Novel superabsorbent biosensor nanohydrogel based on gum tragacanth polysaccharide for optical detection of glucose
CN102590185B (en) Colloidal crystal gel label-free visual detection method with aptamer as identification unit
Piloto et al. Imprinted fluorescent cellulose membranes for the on-site detection of myoglobin in biological media
Kim et al. Liposome-enhanced polymerization-based signal amplification for highly sensitive naked-eye biodetection in paper-based sensors
Amorim et al. Recent advances in virus imprinted polymers
CA2882695C (en) Potentiometric sensor
Ostrovidov et al. Molecularly imprinted polymer-based sensors for the detection of skeletal-and cardiac-muscle-related analytes
EP2059815A2 (en) Analyte detection
Nehilla et al. A stimuli-responsive, binary reagent system for rapid isolation of protein biomarkers
JP2007303997A (en) Target substance detection material, target substance detection element, and target substance detection method
Cui et al. Photonic crystal borax competitive binding carbohydrate sensing motif
Su et al. A controlled recognizing and releasing glycoprotein based on temperature-responsive phenylboronic microgels for colorimetric analysis of complex samples
JP5595706B2 (en) Biosensor
Gong et al. Construction of a thermoresponsive molecularly imprinted biomimetic hydrogel-based virus sensor and non-invasive cyclable detection of EV71
JP2008232716A (en) Magnetic particles and method for producing the same
JP2006138656A (en) MOLECULAR IMPRINT GEL, MANUFACTURING METHOD THEREOF, METHOD FOR MEASUREMENT OF MOLECULAR MOLECULE IN SAMPLE USING THE MOLECULAR IMPRINT GEL
CN104755932B (en) Substance determination sensor
JP5093633B2 (en) MULTI-SUBSTANCE-RESPONSIVE GEL, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME AND USE