DE69009554T2 - Verfahren zur Modifizierung der Oberfläche eines magnetischen Teilchens. - Google Patents
Verfahren zur Modifizierung der Oberfläche eines magnetischen Teilchens.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Modifizieren der Oberfläche eines Teilchens, umfassend einen Magnetkern, mit einem Überzug einer organischen Verbindung mit hohem Molekulargewicht, wie eine Perle, zur Verwendung bei der Perlenagglutination, um eine Antigen-Antikörper-Reaktion festzustellen.
- Perlenagglutination ist eine der Methoden, um eine Antigen- Antikörper-Reaktion festzustellen, die bei Immunoassays verwendet wird. Bei der Perlenagglutination werden feine Teilchen wie Plastikperlen, auf deren Oberflächen Antikörper festgemacht sind, bei der Durchführung einer Reaktion mit assoziierten Antigenen verwendet, und der Grad der Agglutination von Perlen wird gemessen, um sehr kleine Mengen von Antigen und Antikörper festzustellen und zu identifizieren. Bei der herkömmlichen Methode der Perlenagglutination wird eine Polystyrolperle als Plastikperle verwendet, aber ihre Affinität für einen Antikörper ist zu niedrig, um in ausreichender Menge aneinander zu haften, um ein präzises Feststellen und Identifizieren zu gewährleisten.
- Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Modifizieren der Oberfläche eines Teilchens, umfassend einen Magnetkern, mit einem Überzug einer organischen Verbindung mit hohem Molekulargewicht bereitzustellen.
- Diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann durch ein Verfahren zum Modifizieren der Oberfläche eines Teilchens, umfassend einen Magnetkern, mit einem Überzug einer organischen Verbindung mit hohem Molekulargewicht erzielt werden, das die folgenden Stufen umfaßt:
- Bilden eines ersten monomolekularen Films auf der Oberfläche einer Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsgefäß; Eintauchen eines Teilchens, umfassend ein magnetisches Teilchen, in die Flüssigkeit; und Herausziehen des Teilchens durch Anwenden einer Magnetkraft auf das Teilchen, um zu verursachen, daß das Teilchen durch die Luft-Flüssigkeits-Grenzschicht hindurchgeht; um einen ersten monomolekularen Überzug aus dem ersten monomolekularen Film auf der Oberfläche des Teilchens zu bilden. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
- Gemäß einer besonderen Ausführungsform umfaßt das Verfahren weiterhin die folgenden Stufen:
- Entfernen des ersten monomolekularen Films von der Oberfläche der Flüssigkeit;
- Bilden eines zweiten monomolekularen Films auf der Oberfläche der Flüssigkeit;
- Eintauchen des mit dem monomolekularen Film beschichteten Teilchens in die Flüssigkeit;
- Herausziehen des Teilchens durch Anwenden von Magnetkraft auf das Teilchen, um zu verursachen, daß das Teilchen durch die Luft-Flüssigkeits-Grenzschicht hindurchgeht;
- um einen inehrschichtigen Überzug aus dem ersten und zweiten monomolekularen Film auf der Oberfläche des Teilchens zu bilden.
- Die Figuren 1(a) bis 1(c) sind Diagramme, die zeigen, wie die Oberfläche eines Teilchens durch ein erfindungsgemäßes Verfahren modifiziert ist.
- Der Erfinder der vorliegenden Erfindung führte Studien durch, um ein effektives Verfahren zum Modifizieren der Oberfläche einer Perle, die bei der Perlenagglutination verwendet wird, um eine Antigen-Antikörper-Reaktion in Immunoassays festzustellen, zu entwickeln. Als Ergebnis hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß ein feines Teilchen, wie eine Plastikperle, durch Bilden eines monomolekularen Überzugs auf seiner Oberfläche modifiziert werden kann, um die Adhäsion von Antigenen oder Antikörpern zu erleichtern.
- Die Figuren 1(a) bis 1(c) sind Diagramme, die zeigen, wie die Oberfläche eines Teilchens, umfassend ein magnetisches Teilchen, durch das erfindungsgemäße Verfahren modifiziert ist. In den Diagrammen bedeutet die Bezugsziffer 1 ein Teilchen, umfassend ein magnetisches Teilchen, 2 einen monomolekularen Film, 3 eine flüssige Masse, 4 einen Magneten und 5 eine Vorrichtung zum Bilden eine monomolekularen Films.
- Das Teilchen 1, umfassend ein magnetisches Teilchen, wird in die Flüssigkeit 3, auf deren Oberfläche ein monomolekularer Film 2 gebildet ist, gegeben. Unter Einwirkung einer magnetischen Kraft von einem Paar Magneten 4 wird das Teilchen 1 gehoben und durch die Luft-Flüssigkeits-Grenzschicht geleitet, wodurch auf der Oberfläche des Teilchens 1 ein monomolekularer Überzug gebildet wird.
- Das Teilchen, dessen Oberfläche durch das erfindungsgemäße Verfahren zu modifizieren ist, ist ein magnetisches Teilchen mit einem Überzug einer organischen Verbindung mit hohem Molekulargewicht. Normalerweise wird ein magnetisches Teilchen, auf dessen Oberfläche durch Emulsionspolymerisation oder eine andere geeignete Methode eine organische Verbindung mit hohem Molekulargewicht aufgebracht ist, verwendet.
- Das magnetische Teilchen muß nur aus einem ferromagnetischen Material hergestellt sein, wie z.B. γ-Eisenoxid oder Chromoxid. Die Größe des magnetischen Teilchens ist nicht auf einen bestimmten Wert begrenzt, und sie kann von einem feinen Teilchen mit einer Größe von etwa 1 µm bis zu einem groben Teilchen von Millimetergröße reichen.
- Es kann entweder ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet verwendet werden, aber ein Elektromagnet wird bevorzugt, da er die Kontrolle der Stärke des angewandten magnetischen Feldes erleichtert und daher die Geschwindigkeit, mit der das magnetische Teilchen herausgezogen wird.
- Organische Verbindungen mit hohem Molekulargewicht, die auf die Oberfläche des magnetischen Teilchens aufgebracht werden können, umfassen Polystyrol und Polyacrylamid.
- Ein monomolekularer Film kann aus diesen Verbindungen, die eine Struktur ähnlich der eines "oberflächenaktiven Mittels" aufweisen, insofern als beide einen hydrophilen Teil und einen hydrophoben Teil in ihrem Molekül enthalten, gebildet werden. Beispielhafte hydrophile Teile umfassen eine Carboxylgruppe und ein Metall- oder Aminsalz davon, eine Sulfonsäuregruppe und ein Metall- oder Aminsalz davon, eine Sulfonamidgruppe, eine Amidgruppe, eine Aminogruppe, eine Iminogruppe, eine Hydroxygruppe, eine quartäre Aminogruppe, eine Oxyaminogruppe, eine Oxyiminogruppe, eine Diazoniumgruppe, eine Guanidingruppe, eine Hydrazingruppe, eine Phosphorsäuregruppe und eine Aluminiumsäure (aluminic acid)gruppe. Ein beispielhafter hydrophober Teil ist eine langkettige Alkyl- oder Fluoralkylgruppe mit etwa 5 bis 30 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise etwa 10 bis 25 Kohlenstoffatomen. Diese Alkylgruppen können entweder geradkettig oder verzweigt sein, solange sie eine geeignete Länge haben. Andere beispielhafte hydrophobe Teile umfassen olefinische Kohlenwasserstoffgruppen, wie Vinylen, Vinyliden und Acetylen, kondensierte polycyclische aromatische Gruppen, wie Phenyl, Naphthyl und Anthranyl, und aneinander befestigte polycyclische aromatische Gruppen, wie Biphenyl und Terphenyl. Jeder dieser hydrophilen und hydrophoben Teile kann entweder alleine oder als Gemisch verwendet werden. Falls erwünscht können sie an beiden Enden des Moleküls oder im Zentrum des Moleküls angeordnet sein.
- Metallkomplexe mit einem organischen Liganden, wie organische Chelatverbindungen, Einschlußverbindungen (Clathratverbindungen) und andere Verbindungen, können verwendet werden, solange sie fähig sind, einen monomolekularen Film zu bilden.
- Beispielhafte organische Verbindungen, die fähig sind, einen monomolekularen Film zu bilden, umfassen weiterhin Sterinsäure, Methylstearat, Metallsalze von Sterinsäure, Arachinsäure sowie Farbstoffverbindungen, wie Rhodamin-B-Derivate, Phthalocyanin-Metallkomplexderivate, Chlorophyllderivate, Cyanin-Farbstoffderivate und Rutheniumtrisbipyridinderivate. Es werden auch organische Metallverbindungen, einschließlich Ferrocenderivaten und organischen Carbonsäuren, enthaltend ein Metall, wie beispielsweise Tellur, verwendet.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Oberfläche des Teilchens auf monomolekularer Ebene modifiziert, und dies ermöglicht nicht nur die Bildung eines ultradünnen Films sondern auch die Kontrolle der Mikroumgebung. Die Oberfläche des magnetischen Teilchens kann durch Abscheiden eines monomolekularen Filmes auf solche Art, daß die hydrophoben Teilchen in die Luft gerichtet sein werden, hydrophob gemacht werden. Der Hydrophobiegrad oder Hydrophiliegrad der Oberfläche kann durch Auswahl einer geeigneten Verbindung, die fähig ist, einen monomolekularen Film zu bilden, genau kontrolliert werden. Ein Teilchen mit hoher Tauglichkeit kann durch abwechselndes Abscheiden monomolekularer Filme aus sich nicht ähnelnden Verbindungen konstruiert werden.
- Beispielsweise kann die Oberfläche einer Perle, die bei der Perlenagglutination verwendet wird, mit einem monomolekularen Film modifiziert werden, und wegen der einzigartigen hydrophoben Umgebung, die auf ihrer Oberfläche bereitgestellt ist, kann eine Antikörperperle mit hoher Aktivität produziert werden.
- Die folgenden Beispiele dienen dem Zweck, die vorliegende Erfindung weiter zu illustrieren.
- Wie in Fig. 1(a) gezeigt, wurde eine Polystyrol-Perle 1 (4,5 µm ) enthaltend y-Eisenoxid, in ein Wassergefäß eingetaucht, das mit einer Vorrichtung 5 zum Bilden eine monomolekularen Films ausgestattet war. Dann wurde ein Gemisch aus N-[9- (Carboxyphenyl)-6-(ethyloctadecylamino)-3H-xanthen-3-yliden]- N-ethyloctadecamiumperchlorat (Rhodamin-B-Derivat) und Arachinsäure in einem Molarverhältnis von 0,5 : 99,5 tropfenweise als Chloroformlösung in einer Menge von 1,0 x 10&supmin;³ M auf die Oberfläche von Wasser 3 gegeben, um einen monomolekularen Film 2 des Gemisches auf der Wasseroberfläche zu bilden.
- Ein Paar Elektromagneten 4, das so angeordnet war, daß der monomolekulare Film 2 dazwischen lag, wurde unter Strom gesetzt, so daß verursacht wurde, daß das Teilchen 1 durch die Luft-Wasser-Grenzschicht hindurchwanderte und dann auf der Oberfläche des Elektromagneten 4 über dem Wassergefäß adsorbiert wurde. Das Teilchen, auf dessen Oberfläche ein monomolekularer Überzug abgeschieden ist, wurde wieder in Wasser 3 gegeben und der gleichen Behandlung, wie oben beschrieben, ausgesetzt. Diese Verfahren wurden fünfmal wiederholt, um einen monomolekularen aufgebauten Überzug auf der Oberfläche des Teilchens 1 zu bilden.
- Dieses magnetische Teilchen wurde bei 60ºC getrocknet und unter einem Fluoreszenz-Mikroskop untersucht. Das magnetische Teilchen fluoreszierte aufgrund des Rhodamin-B, was die Bildung des monomolekularen Rhodamin-B-Überzugs auf seiner Oberfläche anzeigt.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Oberfläche eines Teilchens leicht durch Bilden eines monomolekularen Films auf seiner Oberfläche modifiziert werden. Durch geeignetes Auswählen der Verbindung, aus der der monomolekulare Film gebildet wird, können der Grad der Hydrophilie oder Hydrophobie auf der Oberfläche des Teilchens, die Struktur der molekularen Anordnung auf der Oberfläche und sogar seine Morphologie auf subtile Weise geändert werden. Weiterhin kann ein funktionelles Teilchen durch Auswählen von Farbstof fen, Komplexen, Inklusionsverbindungen und anderen funktionellen Molekülen als Verbindungen, aus denen ein monomolekularer Film gebildet wird, leicht hergestellt werden.
- Die Oberfläche der Perlen, die bei der Perlenagglutination verwendet werden, um eine Antigen-Antikörper-Reaktion in Immunoassays festzustellen, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren derart modifiziert werden, daß eine hydrophobe Umgebung durch die Anordnung eines monomolekularen Films auf der Oberfläche der Perlen bereitgestellt wird. Aufgrund dieser hydrophoben Umgebung sind die Perlen zur wirksamen Adsorption von Antikörpern fähig und sie leisten einen Beitrag zu einer Verbesserung bei der Empfindlichkeit und Präzision von Assays.
Claims (6)
1. Verfahren zum Modifizieren der Oberfläche eines
Teilchens, umfassend einen Magnetkern, mit einem Überzug
einer organischen Verbindung mit hohem Molekulargewicht
zur Verwendung bei der Perlenagglutination, um eine
Anitgen-Antikörper-Reaktion festzustellen, umfassend
die folgenden Stufen:
Bilden eines ersten monomolekularen Films auf der
Oberfläche einer Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsgefäß;
Eintauchen eines Teilchens, umfassend ein magnetisches
Teilchen, in die Flüssigkeit; und
Herausziehen des Teilchens durch Anwenden einer
Magnetkraft auf das Teilchen, um zu verursachen, daß das
Teilchen durch die Luft-Flüssigkeits-Grenzschicht
hindurchgeht;
um einen ersten monomolekularen Überzug des ersten
monomolekularen Films auf der Oberfläche des Teilchens zu
bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stufe des
Eintauchens und die Stufe des Herausziehens mit vorbestimmter
Häufigkeit wiederholt werden, um einen monomolekularen
aufgebauten Film zu bilden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin die folgenden
Stufen umfaßt:
Entfernen des ersten monomolekularen Films von der
Oberfläche der Flüssigkeit;
Bilden eines zweiten monomolekularen Films auf der
Oberfläche der Flüssigkeit;
Eintauchen des mit dem ersten monomolekularen Film
beschichteten Teilchens in die Flüssigkeit;
Herausziehen des Teilchens durch Anwenden von
Magnetkraft auf das Teilchen, um zu verursachen, daß das
Teilchen durch die Luft-Flüssigkeits-Grenzschicht
hindurchgeht;
um einen mehrschichtigen Überzug aus dem ersten und
zweiten monomolekularen Film auf der Oberfläche des
Teilchens zu bilden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Material für den
ersten monomolekularen Film eine Verbindung mit einem
hydrophilen Teil und einem hydrophoben Teil umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Material für den
ersten monomolekularen Film ein Rhodamin-B-Derivat
umfaßt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Magnetkraft durch
ein Paar Elektromagneten geliefert wird, die so
angeordnet sind, daß sie einander gegenüberliegen, wobei
die Luft-Flüssigkeits-Grenzschicht dazwischen liegt.
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