JPH0567910B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0567910B2
JPH0567910B2 JP58500594A JP50059483A JPH0567910B2 JP H0567910 B2 JPH0567910 B2 JP H0567910B2 JP 58500594 A JP58500594 A JP 58500594A JP 50059483 A JP50059483 A JP 50059483A JP H0567910 B2 JPH0567910 B2 JP H0567910B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon
silane
reaction
groups
molecules
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP58500594A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS59500285A (ja
Inventor
Maagunusu Maarumukubisuto
Jaaraan Uuroobuson
Uurufu Jaason
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.)
SUEEDEN
Original Assignee
SUEEDEN
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 SUEEDEN filed Critical SUEEDEN
Publication of JPS59500285A publication Critical patent/JPS59500285A/ja
Publication of JPH0567910B2 publication Critical patent/JPH0567910B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/06Silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/28Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with organic material
    • C03C17/30Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with organic material with silicon-containing compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • 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
    • G01N33/551Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being inorganic
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S436/00Chemistry: analytical and immunological testing
    • Y10S436/828Protein A

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Description

請求の範囲 1 表面反応性検出用装置の試験表面として使用
するため固体の平坦な表面上に、安定で再現性あ
るシラン層を設けるために、該表面をシラン化す
る方法であつて、上記シラン層が、有機分子、生
体分子または粒子を共有結合するための官能性あ
る基を有するものにおいて、 上記固体の平坦な表面を、高温で、酸化剤を含
む第一の塩基性溶液で洗浄し、水洗し、その後
に、上記表面を、高温で、酸化剤を含む第二の酸
性溶液で洗浄することによつて、上記表面を有機
および無機汚染物のない、活性化された、親水性
で再現性あるものとする、 上記固体の平坦な表面を水洗する、 上記固体の平坦な表面を風乾する、 上記固体の平坦な表面の温度を75ないし250℃
に保ちながら、10-6ないし1トルという低圧の気
相中で、シランを用いて、真空蒸留により、上記
表面をシラン化する という工程を含むことを特徴とする、表面のシラ
ン化方法。
2 上記固体の平坦な表面が、単結晶シリコンの
バルク物質の表面であることを特徴とする請求項
1の方法。
3 オルガノシランを、第一容器から、洗浄し、
風乾した表面を有する第二容器の中へ、10-6ない
し1トルの圧力で蒸留するもので、第二容器を
10-6ないし1トルの圧力および75ないし250℃の
温度に保持することを特徴とする請求項1又は2
の方法。
4 N−β−(アミノエチル)−7−アミノプロピ
ルトリメトキシシランでシラン化を行つて、表面
にアミノ基を導入するか、またはγ−メルカプト
プロピルトリメトキシシランで表面にスルフヒド
リル基を導入することを特徴とする請求項3の方
法。
5 シラン化された表面上の官能基に有機分子、
生体分子または粒子を共有結合する二官能性のカ
ツプリング剤を、シラン化された表面に付加する
ことを特徴とする請求項1の方法。
6 二官能性のカツプリング剤が、N−サクシニ
ミジル−3−(2−ピリジル−ジチオ)プロピオ
ネートであることを特徴とする請求項5の方法。
7 シラン化工程の後、上記表面を有機分子で変
性したゲルビーズと接触させて、共有結合に官能
性である基の存在について、上記表面の一部を試
験することを特徴とする請求項1の方法。
8 シラン化法によつて、官能基、チオールを付
与した表面を、チオプロピル変性したゲルビーズ
を含むカツプリング緩衝剤と一緒にし、ゲルビー
ズをチオール−ジサルフアイド交換反応によつて
表面に結合させることを特徴とする請求項7の方
法。
9 シラン化法によつて、官能基、チオール、サ
クシニミジル、ピリジルジスルフイジル、アミ
ノ、カルボキシル、エポキシ、ビニルまたはメタ
クリルを表面に付与し、そのあとチオール−ジサ
ルフアイド交換反応、カルボジイミドまたはグル
タルジアルデヒドとの反応によつて有機分子、生
体分子または粒子の共有結合を行うことを特徴と
する請求項1の方法。
明細書 本発明は、有機分子または生体分子、例えば蛋
白質の検出などに使用される、固体表面のシラン
化方法に関する。
生体分子は二種またはそれより多い異なつた分
子の間の生体的特異性を利用して検出され得る。
こうして得られた反応生成物は、ついで多くの異
つた方法で定量され測定され得る。現在最もよく
用いられる検出法は、一種またはそれより多い測
定系成分の、例えば酵素または放射性同位元素に
よるある種の標識づけにもとづくものである。そ
のような方法は、時間がかかり、高価で比較的複
雑な装置を必要とし、自動化に適せず、放射性同
位元素が使用される場合は、作業環境の理由か
ら、好ましくない。
表面反応検出法では、成分の標識づけは排除さ
れ、得られた反応生成物は直接測定される。この
種の検出法の例は、偏光解析法およびその簡易化
された変法(偏光解析法および偏光、Azzam,
R.M.A.and Bashara.N.M.North Holland
Publ.,Amsterdam,1977)、化学的に敏感な磁
場効果トランジスター、所謂CHEM−FET(固態
化学センサーの理論、設計および生医学的応用、
Cheung.P.W.Flemming.D.G.Neuman.M.R.and
Ko.W.H(Eds)。CRC Press Inc.1977)および示
差電導体容量ならびに電位変化の測定のような他
の電気化学的検出システムである。
表面反応検出法に長所はその簡単さ、迅速性お
よび低コストである。これらの表面反応検出法に
共通し、従来の検出法とそれらを区別する特徴
は、二三の物理化学的パラメーターの表面におけ
る平均的変化例えば、表面単位当りの量、表面単
位当りの電荷の変化を測定するという事実であ
り、変化が連続的に測定され得るという事実であ
る。これらの特徴は、動力学的パラメーターが測
定され得るので、ミニアチユア化、迅速性および
正確さのための必須条件である。さらに、試験表
面は非常に小さく出来るため、測定系中に存在す
る生体分子の消費量をかなり節約する。
試験表面は、再現性のある物理化学的表面性質
例えば表面エネルギー、光学的屈折率、電位を有
する数mm2から10-3mm2までの大きさの固体の平坦な
表面である。バルク物質の品質は測定原理(例え
ば、偏光解析法−光反射、CHEM−FET 半導
体、電気化学的測定原理−電気的伝導または半導
体)によつて左右される。
生体特異的反応例えば免疫化学的反応の測定に
おいて、最も簡単な場合には、一つの成分が表面
に吸着される。しかし、生体分子の吸着は、当該
方法の感度と特異性について、問題を起こす。吸
着された分子膜は液相において決して完全に安定
ではなく、液中に存在する他の分子とある程度ま
で動的平衡にある。一方、吸着の過程は非常に調
節しにくく、生物学的活性および物理化学的性質
に関する限り、再現性のある分子膜を得るのは困
難である。生体分子、特に蛋白質は一般に表面に
不可逆的に吸着され、これは消耗的システムを意
味し、自動化をより困難にする。
本発明は、再現性のあるよく調節された方法
で、生体特異性分子が表面に共有結合するよう
に、すなわち表面反応検出法が利用されるように
試験表面を処理する方法に関するものである。本
発明の特徴は請求の範囲から明白である。
従つて、試験表面は、共有結合に適した反応基
を与えられるべく、本発明のシラン化プロセスに
より化学的に変性される再現性のある固体の平坦
な表面である。このような表面の例は酸化物また
は、酸化物で被覆された金属、半導体および絶縁
体例えばSi/TiOx,Si/Si3N4/Si3N4Ox,
Ti/TiOx,Pt/PtOx,Pd/PdOx,Al/
AlOx,Ni/NiOxである。ここにxは酸化物の
化学当量を示すが、必ずしも完全に定義される必
要はない。
適切な洗浄工程ののちに表面に水和された水酸
基をもつ再現性のある物理化学性質を有する酸化
物で被覆された表面をつくることは従来から可能
であつたが、当該基それ自体は他の分子の直接の
共有結合には適していない。オルガノシランまた
はアルコールとの反応を用いて表面を化学的に変
性出来ることは知られている。(P.F.Cox.米国特
許3831432(1974))。水酸基を塩化物基に変性する
方法が与えられている。(W.Hertl,米国特許
3924032(1975))。そしてチオニルクロライドとの
反応または、生体分子中のカルボキシル基または
水酸基の表面との直接縮合の可能性が記述されて
いる(T.Chiyou、日本特許出願No.53−83604
(1978))。
上記の方法で変性した表面の水相中の安定性は
オルガノシランとの反応の場合にのみ期待され
る。これは、他の変性技術の結果であるO−C結
合よりも、Si−C結合がより高い加水分解安定性
をもつているからである。
オルガノシランには三つの主な種類、クロロシ
ラン、アルコキシシラン、およびシラザンがあ
る。これらは単官能、二官能または三官能として
得ることが出来る。上記シランと酸化物被覆され
た表面との間の反応は詳細に研究されて来てお
り、多くの反応条件が知られている。上記研究の
大部分は小さい寸法の多孔性または固体の小球ま
たは球体に関するものである。ここに球体または
小球の前処理および反応の温度と時間が臨界的パ
ラメーターであることが知られている。(例えば
W.Hertl,J,Phys,Chem.72,(1968).1248お
よびF.Buzek and J.Rathousky,J.Colloid
Interfuce Sci.,79,(1981)−47を参照)、一方、
固体の平坦な表面のシラン化は同じ程度の注意を
惹かなかつた。
平坦な表面では、反応の再現性、均一性および
安定性は簡単な方法で研究出来る。表面をシラン
化するもつとも普通の方法は表面とオルガノシラ
ンの間の反応を液相中で行なわせることである。
(Mosbach K.Ced.),Methods in Enzymolgy,
Vol.19,pages 139−140,Academic Press,
New York,1976)。系中に水が存在すると、シ
ランが重合し、結果として不均一で再現性のない
シラン層が出来ることが知られている。(例えば、
W.D.Bascom,Macromolecules,,(1972),
792を参照)。厳密に水分を含まない反応条件は達
成が困難で、技術的に調節がむつかしい。さら
に、予め多少重合したシランの存在は、液相中の
反応で完全には消去出来ない。塩素とアルコキシ
シランと酸化物表面の間の反応は、より高い温度
(150−400℃)においてのみ、認め得る速度で進
むことも知られている。(F.Buzek and J,
Rathousky,J.Colloid Interface Sci.,79
(1981),47)。上記の条件は液相中の反応におい
て達成することは困難である。上記の問題は、シ
ランを真空蒸溜し、表面を気相中のシランと接触
させることで、解消出来る。(例えば、K.L.
Mittal and D.F.O′Kame,J,Adhesion,
(1976),93)。しかし、室温における反応からは
水に安定な層は得られない。(I.Haller,J.Am,
Chem.Soc.,100(1978)、8050)。高温の気相中
でガラス繊維をシラン化する方法が記載されてい
る。(J.Eakins,米国特許3276853(1966))。しか
し当該方法はガラス繊維専用のものであり、記載
された具体例では、ここに述べた表面のシラン化
には不適である。さらに、この方法は大気圧下
に、大気と接触して行なわれる。
しかしもし表面変性が本発明の方法に従つて行
なわれるならば、表面反応検出法を使用して生体
分子のような有機分子の機器による検出に要求さ
れる再現性のある安定なシラン層が得られる。本
発明は、固体の平坦な表面を、高温で、高温で、
酸化剤を含む第一の塩基性溶液で洗浄し、水洗し
た後、更に、高温で、酸化剤を含む第二の酸性溶
液で洗浄し、水洗するという特異な洗浄工程と、
その後に該表面の温度を75〜250℃(好ましくは
100〜200℃)に保ちながら、10-6〜1トルという
低圧の気相中で、シランを用いて、真空蒸留によ
り、上記表面をシラン化するという工程を組み合
わせたことに特徴を有するものである。
この方法は、単結晶シリコンやチタン箔などの
バルク物質の表面に適したものであり、表面を酸
化剤を含む塩基性溶液中で高温で洗浄し、水で繰
り返し洗い、酸化剤を含む酸性溶液中で高温で洗
浄し、ついで水で繰り返し洗うことによつて、表
面を親水性にする。
その後に適用されるシランの蒸留は重合してい
ないシラン溶液を離れ、表面と接触することを確
実に行わせるであろう。この工程は低い圧力と高
温のもとに行なわれるので、系中の遊離水分の量
は最小に抑えられ、気相中のシランの重合の危険
を減少する。さらに、沸点が低下するため、熱い
不安定なシランの温和な処理が可能となる。表面
が反応に必要な温度に保たれるので、シランは表
面と反応して共有結合をつくり、水に安定な変性
表面を形成することが確実に保証される。しか
し、表面の温度は、表面に結合した水が完全に消
失するほどには上昇しない。結合水は系中に残さ
れた水と一緒に、表面水酸基との反応が起こり得
る前にシランの加水分解を可能にする。温度は、
変性表面の再現性、安定性および官能度に関して
最適の結果が得られるように選択される。シラン
化が起こる時間もまた変化しうるパラメーターで
ある。
上記の方法でシラン化された表面は、再現性が
あり、単分子層または亜単分子層のポリマーを含
まないシラン層を与える(接触角測定、偏光解析
法、走査伝導電子顕微鏡および化学分析用電子ス
ペクトル分析によつて立証される)表面は官能性
であり、異つたPHの水を含む環境中で安定であ
り、これは表面に化学的に反応性のあるゲルビー
ズを結合させることによつて立証出来る(実施例
4)。シラン化された表面上の反応性の官能基の
存在を検査するに適した方法は、有機分子でゲル
ビーズを変性し、それを表面と合一させることで
あるからである。もし官能基が表面上に存在する
ならば、ゲルビーズは表面に共有的にかつ特異的
に結合する。
つぎに、スペーサー、すなわち生体分子を表面
から或る距離まではなし、こうして検出システム
に有害な形で表面からの影響を分子が受けること
を防ぐ分子か、またはスペーサーと不活性分子、
すなわち生体特異的反応には役割を果たさない
が、例えば親水性であることによるなど、結合し
た分子に物理化学的に好ましい環境を与える表面
への非特異的吸着を防止する分子とのコンビネー
シヨンが反応性基に結合され得る。生体特異的分
子は、表面上の反応性基に直接結合されてもよ
い。
試験表面上の反応性基例えばアミノ、チオー
ル、エポキシ、ビニル、ピリジルジスルフイジ
ル、サクシニミド、カルボキシル、メトキシ、エ
トキシまたはメタクリルへの有機分子または生体
分子の共有結合は二官能性カツプリング試薬例え
ばグルタルジアルデヒド、カルボジイミド、また
はN−サクシニミジル−3−(2−ピリジルチオ)
プロピオネート(SPDP,Pharmacia Fine
Chemicals,Uppsala,スエーデン)によつて行
なわれる。これは反応性基と所望の分子との間の
直接結合によるか、または中間の接手、いわゆる
スペーサーによつて行なわれる。この接手または
直接結合は、試験表面への反応性基の結合を妨害
しないような条件で、例えば、ジサルフアイド構
造の還元またチオールジサルフアイド交換、隣接
ジオール構造の過沃素酸塩による酸化またはエス
テルまたはグリコサイド結合のような酵素的に分
解出来る基により、分解が可能である。
SPDPとのカツプリングにより分子内カツプリ
ングが消去され、これは表面に結合した分子の単
分子層を結果としてもたらす。
溶液中での有機分子または生体分子の変性を消
去するために、試験表面への結合は、試験表面の
上に反応性基例えばN−ヒドロキシサクシニミド
またはエポキシサイドを直接挿入することによつ
て達成される。これは実施例3から明らかなよう
に、当該反応性基を変性するかまたは直接反応性
基を与えられたシランを直接合成することによつ
て行なわれる。
本発明は下記のように例示される: a 自然に酸化されたシリコンを第1図に従つて
洗浄する。窒素ガス中で乾いた状態で吹きつけ
た表面は、ついで150〜180℃に保たれ、気相中
でシラン(例えばUnion Carbide 社 のA−
189)で低い圧力でシラン化する。シランはチ
オール基が導入されるように表面を変性する。
シリコン表面上のこれらのチオール基は、チオ
ールジサルフアイド交換反応が起こるように、
PH4.5のアセテート緩衝液中でSPDP(N−サク
シニミジル−3−(2−ピリジル−ジチオ)プ
ロピオネート)で変性される。こうしてシリコ
ン表面に導入されたN−サクシニミジルはアミ
ノ基含有化合物例えば蛋白質と、より高いPHで
反応し結合することが出来る。
b シリコン表面をaと同様にシラン化する。ア
ミノ基含有有機分子または生体分子をSPDPで
変性し、ついでチオールジサルフアイド交換反
応を通じてチオールシラン化された表面に結合
されることが出来る。
c シリコン表面をaと同様に、アミノ基を導入
するシラン(例えばUnion carbide 社の
A1120)でシラン化される。シリコン表面に導
入されたアミノ基はアミノ基含有分子と同じ方
法でSPDPで変性される。一部はチオールに還
元され、チオールジサルフアイド交換反応を通
じて共有結合が出来る。
d シリコン表面をcと同様にシラン化する。カ
ルボジイミド試験例えば1−シクロヘキシル−
3−(2−モルホリノエチル)−カルボジイミド
−メト−p−トルエンスルホネートまたはN,
N′−ジシクロヘキシルカルボジイミドによつ
てカルボキシル基含有分子を表面にカツプリン
グさせる。
e シリコン表面をcと同様にシラン化する。ア
ミノ基含有分子をグルタルアルデヒドによつて
表面にカツプリングさせる。
f シリコン表面をaと同様に、エポキシ導入シ
ラン(例えばUuion Carbide社のA187)でシ
ラン化する。ついで、エポキシ変性された表面
はアミノ基含有、チオール基含有または水酸基
含有分子と共有結合することが出来る。
g 多官能表面がシリコン上に形成されるよう
に、シリコン表面をシランの混合物でシラン化
する。これらの種々の官能基はa〜fに述べた
種々の分子と結合するために使用出来る。
h シリコンをaと同様に、N−サクシニミジル
基を導入するシランでシラン化する。ついで、
N−サクシニミジル変性したシリコン表面はア
ミノ基含有有機分子または生体分子と共有結合
することが出来る。
i シリコンをaと同様に、ピリジルジサルフア
イド基を導入するシランでシラン化する。つい
でピリジルジサルフアイド変性したシリコン表
面は水相中で、例えばジチオスレイトールで還
元され、この方法で遊離のSH基が表面に導入
される。これらはSPDP変性された有機分子ま
たは生体分子と共有結合することが出来る。
j シリコンナイトライドで被覆したシリコンを
aに従つて洗浄し、a〜iに従つてシラン化す
る。
k 機械加工したチタニウムを洗浄し、a〜iに
従つてシラン化する。
試験表面上の平均的変化を示すための表面反応
検出法の特徴は、容積測定において、信号の大き
さが表面に結合される物質の表面濃度の尺度であ
るという結果をもつことであり、一方RIAおよび
ELISAのような従来の固相法はその寸法と無関
係に表面に結合される物質の量を測るものであ
る。この差異の結果、試験表面は縮少出来、こう
して試料容積および試験表面にカツプリングした
物質の量も縮少出来る。
例えば放射能崩壊を測定し、表面の性質を測定
することとの間の上記の差異のもう一つの効果
は、特異的活性分子のカツプリングのために表面
のすべての部分を使用する必要があることであ
る。表面にカツプリングしたどの分子も、必要な
特異性をもたねばならず、また、その特異的相互
作用に役割を演ずるために、立体的理由から妨害
をうけないような形に配向されねばならない。こ
のことは、表面にカツプリングしたすべての物質
が出来る限り高い純度をもたねばならないことを
意味する。
免疫反応にもとづく生体特異系のためには、不
活性および活性抗体の混合物である血漿抗体か
ら、精製された抗体または混血(hybri dom)抗
体に変換することが必要であり。血漿抗体は親和
性クロマトグラフイーによつて精製出来、こうし
て得られた抗体は、すべて同一の抗原に向けられ
るが、抗原の種々の部分と反応し、異つた平衡恒
数をもつ。
モノクロナル抗体または混血抗体は唯一の特異
性と一つの平衡恒数をもつ抗体であるという特徴
をもつ。もしそれらの抗体が試験表面にカツプリ
ングするならば、抗原に対する親和性をもつた、
より均一な表面が得られ、ここでは表面上のすべ
ての抗体がその抗原と結合することが出来る。こ
のことは測定法の分解度と感度を増加させるため
に必要な寄与であり、これは表面反応検出器に関
する初期の特許および刊行物からは明白ではな
い。
モノクロナル抗体は低分子および高分子有機化
合物中の極めて多数の種々の抗原に対して得られ
る。このことは、表面に結合したモノクロナル抗
体に表面反応検出法にもとづく分析法を使用し
て、ホルモンのような低分子物質および蛋白質、
多糖類、核酸、ビールスまたはバクテリヤのよう
な毒性で環境に危険な物質および高分子物質を測
定することが出来る。光学的および電気的方法
は、抗原の寸法および電荷ならびに試験表面上に
電位変化を導入する能力に左右される種々の感度
を与える。
酵素は、基質を製品に変換する化学反応の触媒
作用をする蛋白質である。毒性で環境に対し危険
な多くの物質は、酵素を抑制することによりその
作用を発揮し、活性表面に特異的に結合する。こ
のことは試験表面に酵素を共有結合させることに
より酵素抑制を測定し、抑制剤が酵素に結合した
ときに起こる変化をついで測定する可能性を与え
る。
酵素の含量測定は酵素の活性測定の方法による
か、または従来の免疫学的方法によつて行なうこ
とが出来るが、後者は酵素の活性についでどんな
情報をも与えない。平坦な試験表面に特異の酵素
抑制剤を共有的にカツプリングすることによつ
て、固相上の抑制剤への酵素の結合の故に表面反
応検出法によつて酵素含量を測定することが出来
る。
スタフイロコーカスオーレウスからの蛋白質A
は、そのFc−部分中の種々の異つた種からの免
疫血球素を結合することが出来る蛋白質である。
各蛋白質A分子はそのような数々の結合点をも
ち、この蛋白質は含量測定法および顕微鏡断面切
断において免疫グロブリンを検出するのにしばし
ば使われる。蛋白質Aの平坦な試験表面への共有
結合によつて、試料のIgG含量が実施例2bから明
らかなように測定出来る。
この実施例は、表面にカツプリングした各分子
が、出来るだけ高い表面濃度を得るために生体特
異反応に強力な役割を演ずることが必要であるこ
とを示す。蛋白質Aはまた、免疫グロブリンの
Fc−部分に結合することにより溶液中へその抗
原結合構造を抗体が露出するように抗体を配向さ
せる能力をもつ。この能力は抗原−抗体反応の効
率を向上させるのに利用出来る。
蛋白質Aと免疫グロブリンの間の結合は低いPH
で切断出来る。(実施例2b)。これは試験表面の
再生に使用出来る。免疫グロブリンと抗原の間の
結合も一般に低いPHで切断出来る。抗体が試験表
面上に蛋白質Aによつて配向されたそれらの場合
には、上記分子の間の切断は蛋白質Aと抗体の間
の温和な架橋(例えばグルタールジアルデヒド)
によつて防止出来る。低いPH(2〜3)で洗う
と、抗体と抗原の間の結合だけが切断し、試験表
面は再び使用出来る。
本発明に従い表面変性の後に試験表面にカツプ
リングされてよい分子は例えば、抗体、望ましく
はモノクロナル抗体、抗原、スタフイロコーカス
オーレウスからの蛋白質A、酵素、核酸、酵素抑
制剤および酵素基質であり、検出される物質の例
としては、抗原、抗体、核酸、酵素、酵素抑制剤
および酵素基質ならびにビールスおよび微生物の
ような、より大きい集合体が挙げられ得る。
本発明は添付図面に関する下記実施例において
さらに詳細に説明されよう。ここに 第1図は例えばバルク物質の表面の洗浄工程を
示し、第2図はシラン化装置の適切な具体例を示
し、第3図はウサギの免疫グロブリンの種々のシ
リコン表面への吸着およびカツプリングをしめす
図であり、使用された記号の意味は: □ 洗浄された表面 ○ シラン化工程にさらされたが、シランの
付加のない表面 ▽ アミノシラン化された表面 ■ SPDPで変性されたアミノシラン化され
た表面 ● SPDPで変性されたジチオスレイトール
で還元されたアミノシラれた表面、この表
面には、分子の共有結合が起こることが期
待される。
記号は二つの別々の実験の平均値を示す。
第4図は、シリコン表面に共有結合したウサギ
の免疫グロブリンGの蛋白質A(pA)との相互作
用を視覚化した図であり、使用した記号の意味
は: ■ 免疫グロブリンGの蛋白質Aとの相互作
用 □ 低いPHで洗浄した後の同一表面 実施例 1a 親水性単結晶シリコンへのアミノ基の導入。
単結晶n−ド−ピング処理シリコン(西ドイ
ツ、Wacker Chemitronic)を5×5mm片に切断
し、第1a図に従つて洗浄する。この処理の後シ
リコンは親水性であり、接触角測定による、臨界
表面張力約39ダイン/cm、極性寄与約50ダイン/
cmおよび分散寄与約19ダイン/cmである。
シラン化は第2図による装置中で行なわれる。
すべての部品はガラス製で、連結部にシリコング
リースをつけている。窒素ガス中で吹きつけ乾燥
したシリコン片を右側の容器に入れ、これを約
160℃の温度に保つ。左側の容器には使用前に一
回蒸溜したN−β−(アミノエチル)−γ−のアミ
ノプロピルトリメトキシシラン(Uuion Carbide
社のA−1120)数mlを注ぎ込む。この系を約0.1
トル(Torr)に減圧し、この条件に3〜4時間
保ち、系中の水の一部を逃がす。ついで左の容器
の温度を約85℃に上げてシランを右の容器へ真空
蒸溜する。シリコン片はすべての時間の間約160
℃に保ち、シラン化は2〜4日間かかつて行なわ
れる。ついでシランの真空蒸溜を止め、系をその
あと約12時間高温低圧に保ち、そののち、加熱を
止め、真空に保つたまま系を冷却するにまかせ
る。最後に、系を乾燥空気で満たし、片をとり出
す。
アミノシラン化された片はこの工程ののち再現
性があり、亜単分子層のシラン被覆をもつている
(化学分析用電子スペクトル分析および偏光解析
法により立証される)。さらに、表面は、官能性
アミノ基を有し(接触角測定およびゲルビーズ試
験(実施例4参照))、PH1からPH11の水中で安定
である。(ゲルビーズ試験(実施例4参照))。
実施例 1b 親水性単結晶シリコン上へのスルフヒドリル基
の導入 シリコンを実施例1aに従つて洗浄し、γ−メ
ルカプトプロピル−トリメトキシシラン(Union
Carbide社、A−189)でシラン化する。シラン
化は実施例1aに従つて行なわれるが、真空蒸溜
中のシランの温度が25〜35℃である点だけが異な
る。
スルフヒドリルシラン化した片は実施例1aに
従つて識別され、類似の結果を得る。
実施例 2a 免疫グロブリンのアミノ変性シリコンへの共有
結合 実施例1aに従つてシラン化したシリコンを、
99.5%フタノールにとかして最終濃度2mMとし
たSPDPで0.5時間0.1MNaCl、0.1Mリン酸塩、
1mMエチレンジアミンテトラアセテート中で、
PH7.5(カツプリング緩衝液)で変性した。カツプ
リング緩衝液中で洗浄したのち、変性されたシリ
コン表面をジチオスレイトール、50mM、で0.5
時間還元した。カツプリング緩衝液中で再び新た
に洗浄したのち、表面はCarlsson,J,et,al,
Biochem.J.,173(1978)、723に従つてSPDPで
変性した、1、3、10、30、100および300μg/
mlの濃度のウサギ免疫グロブリン(IgG)と反応
させられた。変性されたIgGは変性の後、一分子
当り平均3.5のSPDPを含んだ。対照表面として
は、洗浄したシリコン、シラン化工程にさらされ
たがシランの添加なしのシリコン、アミノ変性シ
リコンおよびSPDPで変性されたが上述のように
還元はされていないアミノ変性シリコンが選ばれ
た。上記のすべての表面においては、共有結合は
起こることが期待されない。その代りこの場合表
面へのIgGの不安定な吸着が得られる。表面の親
水性のため洗浄された表面へのIgGの吸着は起こ
らない。
結合の結果は、片がいかなる瞬間にも空気乾燥
されることなしに偏光解析法で評価された。この
場合結果は、偏光解析パラメーターの変化△とし
て与えられる。このパラメーターはシリコンの場
合、表面単位当りの物質の量にほゞ比例す。第3
図はLgG濃度の函数として△の変化を示す。共有
結合が作用すると期待されるそれらの表面は最高
量の結合IgGを得た。ついで表面の安定性がPH2.5
で30分間試験された。共有結合が起こると期待さ
れたそれらの表面だけが変わらない値を示し、一
方他のすべての表面は材料を失つた。
実施例 2b 蛋白質Aの共有結合とそのIgGとの生体特異的
相互作用アミノ・シラン化された表面の片は、
10mMのジシクロヘキシルカルボジイミド
(Aldrich)を含むジクロロメタン中10mMのカル
ボキシピリジルジサルフアイド(Carlsson,J,
et,al,Biocbem,j,.173(1978)、723に従つ
てジチオピリジン(Fluka)から合成)で2時間
変性された。反応を加速し改善する塩基触媒例え
ば2,6−ルチジン(2,6−Luhdin)を添加
することが出来る。ついで片はジクロロメタン、
アセトン、エタノール、および水で洗い50%エタ
ノール中に貯蔵される。片はこの変性でピリジル
ジサルフアイド基を与えられる。それらは実施例
2aに従つてジチオスレイトールで還元され、つ
いで平均3SPDP/1分子、100μg/mlのSPDP
変性蛋白質A(Pharmacia Fine chemicals)で
カツプリングが12時間行なわれた。洗浄および偏
光解析機での測定ののち、片は3、3、10、30、
100および300ng/mlならびに1、3、10および
30μg/mlの濃度のウサグIgGと反応させた。結
果は第4図に示される。表面はPH2.5のグリシン
緩衝液中でそれらを洗浄することによつて再生出
来る。そして、清浄な蛋白質A表面が再び得られ
た。ついでそれはIgGで再カツプリング出来た。
実施例 3 シリコンを実施例1bに従つてシラン化した。
チオール化したシリコン表面をチオール−ジサル
フアイド交換の方法によつてPH4.5で0.1MNaCl、
0.1M酢酸塩、1mMEDTA中2mMのSPDPで1時
間変性した。カツプリング緩衝液中で洗浄したの
ち、PH7.5の0.1MNaCl、0.1Mリン酸塩、
1mMEDTA中約50μg/mlのウサギIgGを加え
た。リン酸塩で緩衝した塩化ナトリウム(PBS)
で洗浄したのち、IgG5μg/MLに精製したpig
anti rabbit Igを加えた。
導入されたN−ヒドロキシサクシニミドエステ
ルとIgG中のアミノ基の間の反応によるシリコン
表面への蛋白質のカツプリングは偏光解析法によ
つて評価された。ここに膜については1.42という
屈折率が測定された。ついで膜厚が偏光解析法の
データから計算出来た。
Si−SiO2 層の厚さ A−189 の 層の厚さ 変化 SPDP 0.4nm +0.4nm ウサギIgG 3.8nm +3.4nm Pig anti rabb− it Ig,IgG 5.4nm +1.6nm 実施例 4a 官能基の試験 チオール基含有シリコン表面は、0.1MNacl,
0.1Mリン酸塩、1mMEDTA中に懸濁した100μ
のチオプロピルセフアローズゲルビーズ
(Pharmacia Fine Chemicals−スエーデン)の
PH7.5、1時間の表面への共有結合によつて、官
能チオール基に関し試験されることが出来る。チ
オールジサルフアイド交換の方法によつてゲルビ
ーズは結合され、洗い去ることが出来ない。結果
は、補助手段なしに直接、肉眼で評価出来る。
表1 他のゲルビーズ型式と比較したSH−変性
表面へのチオプロピル変性ゲルビーズの特異性 【表】 ミノシラン化表面

JP58500594A 1982-01-27 1983-01-27 生体分子のような有機分子の検出法 Granted JPS59500285A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE82004425DE 1982-01-27
SE8200442A SE8200442L (sv) 1982-01-27 1982-01-27 Forfarande vid detektion av organiska molekyler, sasom biomolekyler

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59500285A JPS59500285A (ja) 1984-02-23
JPH0567910B2 true JPH0567910B2 (ja) 1993-09-27

Family

ID=20345842

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58500594A Granted JPS59500285A (ja) 1982-01-27 1983-01-27 生体分子のような有機分子の検出法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US4833093A (ja)
EP (1) EP0099395B1 (ja)
JP (1) JPS59500285A (ja)
DE (1) DE3365935D1 (ja)
SE (1) SE8200442L (ja)
WO (1) WO1983002669A1 (ja)

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5512329A (en) * 1982-09-29 1996-04-30 Bsi Corporation Substrate surface preparation
US4672040A (en) * 1983-05-12 1987-06-09 Advanced Magnetics, Inc. Magnetic particles for use in separations
US4695392A (en) * 1983-05-12 1987-09-22 Advanced Magnetics Inc. Magnetic particles for use in separations
US4698302A (en) * 1983-05-12 1987-10-06 Advanced Magnetics, Inc. Enzymatic reactions using magnetic particles
US4695393A (en) * 1983-05-12 1987-09-22 Advanced Magnetics Inc. Magnetic particles for use in separations
US4554088A (en) * 1983-05-12 1985-11-19 Advanced Magnetics Inc. Magnetic particles for use in separations
GB8406955D0 (en) * 1984-03-16 1984-04-18 Serono Diagnostics Ltd Assay
US4560504A (en) * 1984-12-06 1985-12-24 Uop Inc. Carboxyl anchored immobilized antibodies
EP0197521B1 (en) * 1985-04-09 1989-08-02 TERUMO KABUSHIKI KAISHA trading as TERUMO CORPORATION Immunoglobulin adsorbent and adsorption apparatus
CA1316212C (en) * 1987-05-05 1993-04-13 Edward Bakewell Weiler Cycling biochip sensor
US5074977A (en) * 1987-05-05 1991-12-24 The Washington Technology Center Digital biosensors and method of using same
DE3740471A1 (de) * 1987-11-28 1989-06-08 Boehringer Mannheim Gmbh Testtraeger zur analyse einer probenfluessigkeit und verfahren zu seiner herstellung
US5137765A (en) * 1988-08-05 1992-08-11 Porton Instruments, Inc. Derivatized glass supports for peptide and protein sequencing
US4992383A (en) * 1988-08-05 1991-02-12 Porton Instruments, Inc. Method for protein and peptide sequencing using derivatized glass supports
DE69231787T2 (de) * 1991-01-28 2001-08-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Medizinischer Artikel und Verfahren zu seiner Herstellung
US5955377A (en) * 1991-02-11 1999-09-21 Biostar, Inc. Methods and kits for the amplification of thin film based assays
AU1584292A (en) * 1991-02-28 1992-10-06 Abbott Laboratories Scanning probe microscopy immunoassay
US5312520A (en) * 1993-01-21 1994-05-17 E-Systems, Inc. Method of metallic surface preparation utilizing silane for adhesive bonding
US5358572A (en) * 1993-05-27 1994-10-25 Dow Corning Corporation Method for cleaning an aldehyde from silane coated container with an acid solution
DE4435728A1 (de) * 1994-01-19 1995-07-20 Boehringer Mannheim Gmbh Biotinsilan-Verbindungen und diese Verbindungen enthaltende Bindematrix
EP0664452B1 (de) * 1994-01-19 2002-07-31 Roche Diagnostics GmbH Biotinsilan-Verbindungen und diese Verbindungen enthaltende Bindematrix
AU7484796A (en) * 1995-11-27 1997-06-19 W.R. Grace & Co.-Conn. Organically modified inorganic oxides using silane-modified inorganic oxides
NZ516848A (en) * 1997-06-20 2004-03-26 Ciphergen Biosystems Inc Retentate chromatography apparatus with applications in biology and medicine
US6248539B1 (en) * 1997-09-05 2001-06-19 The Scripps Research Institute Porous semiconductor-based optical interferometric sensor
US6169194B1 (en) * 1997-10-16 2001-01-02 Michael Thompson High surface density covalent immobilization of oligonucleotide monolayers using a 1-(thiotrifluoroacetato)-11-(trichlorososilyl)-undecane linker
US7179638B2 (en) 1999-07-30 2007-02-20 Large Scale Biology Corporation Microarrays and their manufacture by slicing
US6713309B1 (en) 1999-07-30 2004-03-30 Large Scale Proteomics Corporation Microarrays and their manufacture
EP1223149A1 (en) * 2001-01-10 2002-07-17 Corning Incorporated Silsesquioxane-coated substrates for immobilizing biomolecules
US20030183245A1 (en) * 2002-04-01 2003-10-02 Min-Shyan Sheu Surface silanization
US20050233473A1 (en) * 2002-08-16 2005-10-20 Zyomyx, Inc. Methods and reagents for surface functionalization
TWI660174B (zh) * 2017-03-14 2019-05-21 希華晶體科技股份有限公司 檢測套組的製備方法及加速有機分子附著至載體的方法
US11709155B2 (en) 2017-09-18 2023-07-25 Waters Technologies Corporation Use of vapor deposition coated flow paths for improved chromatography of metal interacting analytes
US11709156B2 (en) 2017-09-18 2023-07-25 Waters Technologies Corporation Use of vapor deposition coated flow paths for improved analytical analysis
US12180581B2 (en) 2017-09-18 2024-12-31 Waters Technologies Corporation Use of vapor deposition coated flow paths for improved chromatography of metal interacting analytes
US12181452B2 (en) 2017-09-18 2024-12-31 Waters Technologies Corporation Use of vapor deposition coated flow paths for improved chromatography of metal interacting analytes
US11918936B2 (en) 2020-01-17 2024-03-05 Waters Technologies Corporation Performance and dynamic range for oligonucleotide bioanalysis through reduction of non specific binding
US12352734B2 (en) 2020-09-24 2025-07-08 Waters Technologies Corporation Chromatographic hardware improvements for separation of reactive molecules

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE834002C (de) * 1950-09-19 1952-03-13 Dow Corning Verfahren zur Oberflaechenbehandlung von Glas u. dgl.
US3242007A (en) * 1961-11-15 1966-03-22 Texas Instruments Inc Pyrolytic deposition of protective coatings of semiconductor surfaces
US3276853A (en) * 1964-08-06 1966-10-04 Bell & Richardson Inc De Method and apparatus for applying glass-resin coupling composition to glass
US3519538A (en) * 1968-09-05 1970-07-07 Corning Glass Works Chemically coupled enzymes
US3652761A (en) * 1969-09-04 1972-03-28 Corning Glass Works Immunochemical composites and antigen or antibody purification therewith
US3831432A (en) * 1972-09-05 1974-08-27 Texas Instruments Inc Environment monitoring device and system
JPS5011448A (ja) * 1973-06-04 1975-02-05
DE2440367C2 (de) * 1973-08-30 1984-03-15 General Electric Co., Schenectady, N.Y. Verfahren zum Herstellen multimolekularer Schichten aus immunologisch komplexierten Proteinen auf einem Substrat
US3924032A (en) * 1974-01-28 1975-12-02 Corning Glass Works Surface modification of silica particles
SE387746B (sv) * 1974-05-29 1976-09-13 Pharmacia Diagnostics Ab Forfarande for visuellt pavisande av antikroppar i ett vattenhaltigt prov
US4046870A (en) * 1976-06-30 1977-09-06 Corning Glass Works Assay for free thyroid hormones
JPS5383604A (en) * 1976-12-28 1978-07-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Recorder-reproducer
CA1130228A (en) * 1980-05-21 1982-08-24 Chiang-Chang Liao Support matrix for amino-containing biologically active substances
JPS57111262A (en) * 1980-12-26 1982-07-10 Nippon Glass Seni Kk Surface treatment of scaly or powdery glass
DE3135196A1 (de) * 1981-09-05 1983-03-17 Merck Patent Gmbh, 6100 Darmstadt Verfahren, mittel und vorrichtung zur bestimmung biologischer komponenten

Also Published As

Publication number Publication date
JPS59500285A (ja) 1984-02-23
WO1983002669A1 (en) 1983-08-04
EP0099395B1 (en) 1986-09-10
EP0099395A1 (en) 1984-02-01
SE8200442L (sv) 1983-07-28
US4833093A (en) 1989-05-23
DE3365935D1 (en) 1986-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0567910B2 (ja)
Johnsson et al. Immobilization of proteins to a carboxymethyldextran-modified gold surface for biospecific interaction analysis in surface plasmon resonance sensors
US5728588A (en) Coating of hydrophobic surfaces to render them protein resistant while permitting covalent attachment of specific ligands
US6586232B2 (en) Substrate preparation for chemical-species-specific binding
US5242828A (en) Sensing surfaces capable of selective biomolecular interactions, to be used in biosensor systems
Barie et al. Covalent bound sensing layers on surface acoustic wave (SAW) biosensors
US5567301A (en) Antibody covalently bound film immunobiosensor
JP2818292B2 (ja) 分析物検定方法及び素子
Corso et al. An investigation of antibody immobilization methods employing organosilanes on planar ZnO surfaces for biosensor applications
US20110008912A1 (en) Polymer-coated substrates for binding biomolecules and methods of making and using Thereof
JPH06265553A (ja) 光学的バイオセンサー
Gao et al. Immunosensing with photo-immobilized immunoreagents on planar optical wave guides
EP0643833A1 (en) Analytical device
JPH05503148A (ja) 分析装置および方法
Oh et al. Nano-scale probe fabrication using self-assembly technique and application to detection of Escherichia coli O 157∶ H7
Yoshioka et al. Immobilization of ultra-thin layer of monoclonal antibody on glass surface
JP2002513153A (ja) デキストラン被覆された表面
Jönsson et al. [34] Surface immobilization techniques in combination with ellipsometry
EP0416730B1 (en) Substrate preparation for chemical-species-specific binding
Jönsson et al. Immobilization of immunoglobulins on silica surfaces. Stability
Collino et al. Biological activity of functionalized SiO2 thin films prepared by sol-gel method
Vandenberg et al. Immobilization of proteins for biosensor development
Seeger et al. Preparation and characterization of antibody films on lithium niobate surfaces
Falipou et al. Obtention and characterization of bioengineered layers onto silica-based microstructures
EP0525178B1 (en) Elements and methods employing polymeric surface amplification agents