JP7738411B2 - Particles and their manufacturing method - Google Patents
Particles and their manufacturing methodInfo
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Description
本発明は、粒子、およびその製造方法に関する。 The present invention relates to particles and a method for producing the same.
医学、臨床検査の分野において、血液や採取された臓器の一部等から微量な生体成分を高感度で検出することは、病気の原因を追究するために必要である。生体成分の検出手法の中でも、免疫分析は広く利用されている。
免疫分析の一つに、抗原抗体反応を利用したラテックス凝集法がある。ラテックス凝集法とは、ラテックス粒子と、標的物質を含む液体試料とを混合して、ラテックス粒子の凝集の程度を測定することにより、標的物質の検出や定量を行う方法である。検出に用いるラテックス粒子には、標的物質と特異的に結合する標的結合物質が結合されている。例えば、生体試料等の液体試料中の抗原を標的物質として検出する場合には、標的結合物質としては、抗体を用いることができる。
In the fields of medicine and clinical testing, highly sensitive detection of trace amounts of biological components from blood, extracted organ tissue, etc. is necessary to investigate the causes of disease. Among the biological component detection methods, immunoassay is widely used.
One type of immunoassay is the latex agglutination method, which utilizes an antigen-antibody reaction. The latex agglutination method involves mixing latex particles with a liquid sample containing a target substance and measuring the degree of agglutination of the latex particles to detect and quantify the target substance. The latex particles used for detection are bound to a target-binding substance that specifically binds to the target substance. For example, when detecting an antigen in a liquid sample such as a biological sample as the target substance, an antibody can be used as the target-binding substance.
ラテックス凝集法では、ラテックス粒子に結合した標的結合物質に標的物質が捕捉され、捕捉された標的物質に、さらに他のラテックス粒子が有する標的結合物質が結合することで複数のラテックス粒子が架橋し、その結果、凝集が起きる。つまり、生体試料等の液体試料中の標的物質の量は、ラテックス粒子の凝集の程度を評価することで定量できる。凝集の程度は、液体試料を透過、あるいは散乱する光の量の変化を評価することで定量できる。 In latex agglutination, a target substance is captured by a target-binding substance bound to latex particles. The captured target substance is then further bound by target-binding substances on other latex particles, cross-linking multiple latex particles and resulting in agglutination. In other words, the amount of a target substance in a liquid sample, such as a biological sample, can be quantified by assessing the degree of agglutination of the latex particles. The degree of agglutination can be quantified by assessing the change in the amount of light transmitted through or scattered by the liquid sample.
ラテックス凝集法は、簡便かつ迅速に、標的物質の定量評価ができる一方、生体試料等の液体試料中における標的物質の量が少ないと、検出できないという課題があった。 While the latex agglutination method allows for the simple and rapid quantitative evaluation of target substances, it has the problem of being unable to detect small amounts of target substances in liquid samples such as biological samples.
液体試料中の標的物質の検出感度を向上させるためには、液体試料を透過、あるいは散乱する光を検出する方法に代えて、より感度の高い発光特性を利用した検出方法に置き換えることが考えられる。具体的には、特許文献1および2には、蛍光偏光解消法を利用した検体検査方法が提案されている。 In order to improve the detection sensitivity of target substances in liquid samples, it is possible to replace the method of detecting light transmitted through or scattered by a liquid sample with a detection method that utilizes more sensitive luminescence characteristics. Specifically, Patent Documents 1 and 2 propose sample testing methods that utilize fluorescence depolarization.
蛍光測定法では、測定物質と未反応の発光物質とを測定前に分離する、B/F(Bound/Free)分離といわれる洗浄工程が必要であることが問題となるが、蛍光偏光解消法は、この洗浄工程を必要としない。そのため、蛍光測定を利用したラテックス凝集法と比べてより簡易に検体検査が可能となる。さらに、測定プロセスも、基本的には測定物質と特異的に反応する発光物質を測定対象試料と混合するのみであり、ラテックス凝集法と同様の検査システムで測定することが可能である。 One problem with fluorescence measurement is the need for a washing step known as B/F (Bound/Free) separation, which separates the analyte from any unreacted luminescent material before measurement. However, fluorescence polarization deconvolution does not require this washing step. This makes sample testing easier than with latex agglutination, which uses fluorescence measurement. Furthermore, the measurement process basically involves simply mixing the luminescent material that reacts specifically with the analyte with the sample to be measured, and measurement can be performed using the same testing system as latex agglutination.
特許文献1では、蛍光偏光解消法に用い得る装置を臨床目的に改良したものが提案されており、発光材料としては、フルオレセイン等の単分子を用いることができると記載されている。
また、特許文献2では、長い発光寿命を有する色素を不溶性担体に担持させて色素標識粒子を作製すること、および、得られた色素標識粒子を試料液と反応させたのち、発光偏光度を求めること、を含む免疫測定法が提案されている。
特許文献2では、蛍光標識する物質を、従来の抗原に代えて不溶性担体とすることで蛍光標識粒子の粒径を大きくし、また、蛍光標識に発光寿命の長い色素を用いている。これにより、蛍光標識粒子の粒径が大きくなることに伴う蛍光標識粒子の回転ブラウン運動の低下と、発光寿命の長さとのバランスをとり、高分子物質を対象とした測定を可能にしている。
Patent Document 1 proposes an apparatus that can be used for fluorescence depolarization, which has been improved for clinical purposes, and describes that a single molecule such as fluorescein can be used as the luminescent material.
Furthermore, Patent Document 2 proposes an immunoassay method that includes preparing dye-labeled particles by supporting a dye having a long luminescence lifetime on an insoluble carrier, reacting the obtained dye-labeled particles with a sample liquid, and then determining the degree of luminescence polarization.
In Patent Document 2, the particle size of the fluorescently labeled particles is increased by using an insoluble carrier instead of the conventional antigen as the fluorescently labeled substance, and a dye with a long emission lifetime is used for the fluorescent label. This balances the decrease in the rotational Brownian motion of the fluorescently labeled particles that accompanies an increase in particle size with the long emission lifetime, making it possible to measure polymeric substances.
特許文献1で開示されている発光材料は低分子物質であり、低分子の薬物や低分子抗原等を対象とした測定には適用できる一方で、タンパク質等の高分子物質を対象とした測定には原理的に適用できないという課題があった。
また、特許文献2に記載の蛍光標識粒子は、高分子物質の測定への適用が可能である一方で、蛍光標識粒子のサイズが大きいために蛍光標識粒子による励起光の散乱が偏光解消を引き起こし、測定の高感度化が難しいという課題があった。
本発明は、従来技術における上記課題に鑑みてなされたものであり、低分子物質および高分子物質のいずれを対象とした測定にも適用可能であり、蛍光偏光解消法により高感度な検体検査を可能とする粒子、およびその製造方法を提供することを目的とする。
The luminescent material disclosed in Patent Document 1 is a low molecular weight substance, and while it can be applied to measurements of low molecular weight drugs, low molecular weight antigens, etc., it has the problem that it cannot, in principle, be applied to measurements of high molecular weight substances such as proteins.
Furthermore, while the fluorescently labeled particles described in Patent Document 2 can be applied to the measurement of polymeric substances, the large size of the fluorescently labeled particles causes scattering of excitation light by the fluorescently labeled particles, which leads to depolarization, making it difficult to achieve high sensitivity in measurements.
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems in the prior art, and aims to provide particles that can be applied to the measurement of both low molecular weight substances and high molecular weight substances, and that enable highly sensitive specimen testing using fluorescence polarization depolarization, as well as a method for producing the same.
本発明の一態様に係る粒子は、検体検査用の粒子であって、前記粒子はシリカ粒子を有し、前記粒子の平均粒径が50nm以上215nm以下であり、前記粒子の屈折率が1.4以下であり、前記粒子は、発光性希土類錯体を内部に担持していることを特徴とする。
また、本発明の別の態様に係る粒子の製造方法は、シリカ粒子前駆体を、鋳型となる分子が溶解した酸または塩基性の溶液中で縮重合した後、前記鋳型となる分子を脱離することで、屈折率が1.4以下のシリカ粒子を得る工程(工程1)と、発光性希土類錯体を溶解した液中で、工程1で得た前記シリカ粒子に前記発光性希土類錯体を担持させることで発光色素担持粒子を得る工程(工程2)と、を有することを特徴とする。
A particle according to one embodiment of the present invention is a particle for specimen testing, characterized in that the particle comprises silica particles, the average particle size of the particle is 50 nm or more and 215 nm or less, the refractive index of the particle is 1.4 or less, and the particle carries a luminescent rare earth complex therein.
In addition, a method for producing particles according to another aspect of the present invention is characterized by comprising the steps of: (1) obtaining silica particles having a refractive index of 1.4 or less by condensation polymerization of a silica particle precursor in an acidic or basic solution in which template molecules are dissolved, and then removing the template molecules; and (2) obtaining luminescent dye-carrying particles by allowing the silica particles obtained in step 1 to carry a luminescent rare earth complex in a solution in which the luminescent rare earth complex is dissolved.
本発明に依れば、低分子物質および高分子物質のいずれを対象とした測定にも適用可能であり、蛍光偏光解消法により高感度な検体検査を可能とする粒子、およびその製造方法が提供される。 The present invention provides particles that can be applied to the measurement of both low-molecular-weight and high-molecular-weight substances, enabling highly sensitive specimen testing using the fluorescence polarization depolarization method, as well as a method for producing the same.
以下、本発明の好適な実施形態について、詳細に説明するが、本発明の範囲を限定するものではない。 The following describes in detail preferred embodiments of the present invention, but does not limit the scope of the present invention.
本発明に係る粒子は、検体検査用の粒子であって、前記粒子はシリカ粒子を有し、好ましくは前記粒子の表面は親水性化合物で被覆されている。また、前記粒子の平均粒径が50nm以上215nm以下であり、前記粒子の屈折率が1.4以下であり、前記粒子は、発光性希土類錯体を内部に担持している。
以下、本発明に係る粒子の一実施形態について図を用いて詳細に説明する。
The particles according to the present invention are particles for use in specimen testing, the particles comprising silica particles, preferably having a surface coated with a hydrophilic compound, an average particle size of 50 nm to 215 nm, a refractive index of 1.4 or less, and carrying a luminescent rare earth complex therein.
Hereinafter, one embodiment of the particles according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施形態に係る粒子の構成を示す概略図である。
図1に、本発明の一実施形態に係る粒子として、発光粒子1を示す。発光粒子1は、コア粒子としてシリカ粒子2を有し、シリカ粒子2の外表面は親水性化合物からなる親水層4により覆われている(親水性の化合物で被覆されている)。シリカ粒子2は、内部に空孔3を有し、空孔3の中に、発光性希土類錯体5が担持されている。親水層4の屈折率、及び厚さは、蛍光偏光解消法により測定ができるように設定されている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a particle according to one embodiment of the present invention.
Fig. 1 shows a luminescent particle 1 as a particle according to one embodiment of the present invention. The luminescent particle 1 has a silica particle 2 as a core particle, and the outer surface of the silica particle 2 is covered with a hydrophilic layer 4 made of a hydrophilic compound (coated with a hydrophilic compound). The silica particle 2 has pores 3 therein, and a luminescent rare earth complex 5 is supported in the pores 3. The refractive index and thickness of the hydrophilic layer 4 are set so as to be measurable by fluorescence depolarization spectroscopy.
発光粒子1を用いた検体検査は、蛍光偏光解消法により行われる。
発光粒子1は、発光性希土類錯体5を有し、発光性希土類錯体5は、遷移モーメント(遷移双極子モーメント)を有する。そのため、発光性希土類錯体5を、遷移モーメントに沿った偏光により励起したとき、発せられる蛍光もまた遷移モーメントに沿った偏光となる。
実際には、溶媒中の発光粒子1(発光材料)は、ブラウン運動等により回転しているため、発光性希土類錯体5が有する遷移モーメントも時間と共に変化する。そのため、蛍光が発せられている時間内における発光材料の回転運動により、蛍光偏光が一部解消され、蛍光偏光解消法ではこれを偏光異方性として測定して評価する。
The sample test using the light-emitting particles 1 is carried out by the fluorescence depolarization method.
The luminescent particle 1 has a luminescent rare-earth complex 5, which has a transition moment (transition dipole moment). Therefore, when the luminescent rare-earth complex 5 is excited by light polarized along the transition moment, the emitted fluorescence is also polarized along the transition moment.
In reality, the luminescent particles 1 (luminescent material) in the solvent rotate due to Brownian motion or the like, and the transition moment of the luminescent rare-earth complex 5 also changes over time. Therefore, the rotational motion of the luminescent material during the time that the fluorescence is emitted causes a part of the fluorescence polarization to be eliminated, and this is measured and evaluated as polarization anisotropy in the fluorescence depolarization method.
発光材料の回転運動は下記式1で表すことができる。
Q=3Vη/kT ・・・(1)
Q:発光材料の回転緩和時間
V:発光材料の体積
η:溶媒の粘度
k:ボルツマン定数
T:絶対温度
発光材料の回転緩和時間Qは、cosθ=1/eとなる角度θ(68.5°)を発光材料が回転するのに要する時間である。
式1より、発光材料の回転緩和時間は材料の体積、つまり粒径の3乗に比例することがわかる。
The rotational movement of the light-emitting material can be expressed by the following equation 1:
Q=3Vη/kT...(1)
Q: rotational relaxation time of the luminescent material V: volume of the luminescent material η: viscosity of the solvent k: Boltzmann's constant T: absolute temperature The rotational relaxation time Q of the luminescent material is the time required for the luminescent material to rotate through an angle θ (68.5°) such that cosθ = 1/e.
From Equation 1, it can be seen that the rotational relaxation time of the light-emitting material is proportional to the volume of the material, that is, the cube of the particle size.
一方、蛍光偏光解消法における材料の発光寿命および回転緩和時間と、偏光度との関係は下記式2で表すことができる。
p0/p=1+A(τ/Q) ・・・(2)
p0:材料が停止していると仮定したとき(Q=∞)の偏光度
p:偏光度
A:定数
τ:材料の発光寿命
Q:回転緩和時間
On the other hand, the relationship between the luminescence lifetime and rotational relaxation time of a material and the degree of polarization in the fluorescence depolarization method can be expressed by the following formula 2.
p0/p=1+A(τ/Q)...(2)
p0: Degree of polarization when the material is assumed to be stationary (Q = ∞) p: Degree of polarization A: Constant τ: Luminescence lifetime of the material Q: Rotational relaxation time
式1および2より、偏光度の変化を大きく計測するためには、発光材料の発光寿命と回転緩和時間、すなわち発光材料の体積(粒径)の関係が重要であり、発光材料の粒径が大きいほど発光寿命も長くする必要があることがわかる。つまり、蛍光偏光解消法では、発光材料のサイズ(粒径)と、発光寿命とを適切な範囲とすることで、抗原抗体反応等による発光材料の凝集に基づくサイズの変化を鋭敏に検出することが可能となる。 Equations 1 and 2 show that in order to measure large changes in the degree of polarization, the relationship between the luminescence lifetime and rotational relaxation time of the luminescent material, i.e., the volume (particle size) of the luminescent material, is important, and the larger the particle size of the luminescent material, the longer the luminescence lifetime must be. In other words, with fluorescence depolarization, by setting the size (particle size) and luminescence lifetime of the luminescent material within an appropriate range, it is possible to sensitively detect changes in size due to aggregation of the luminescent material caused by antigen-antibody reactions, etc.
式2で示した偏光度を実験により評価するためには、励起光として偏光をサンプルに照射し、励起光の進行方向と90度異なる方向において発光を検出すればよい。この時、検出光を、励起光の偏光方向と並行な偏光成分と、励起光の偏光方向と垂直な偏光成分とに分けて検出し、下記式3に示す数式により偏光異方性を求めればよい。
r(t)=(I∥(t)―GI⊥(t))/(I∥(t)+2GI⊥(t))
・・・(3)
r(t):時間tにおける偏光異方性
I∥(t):時間tにおける励起光の偏光方向と並行な偏光成分の発光強度
I⊥(t):時間tにおける励起光の偏光方向と垂直な偏光成分の発光強度
G:補正値、サンプル測定に使用した励起光と振動方向が90度異なる励起光を照射したときの、照射した励起光の偏光方向と垂直な偏光成分の発光強度に対する、照射した励起光の偏光方向と平行な偏光成分の発光強度の比
To experimentally evaluate the degree of polarization shown in Equation 2, polarized light is irradiated onto a sample as excitation light, and light emission is detected in a direction 90 degrees different from the direction of propagation of the excitation light. At this time, the detected light is separated into a polarized component parallel to the polarization direction of the excitation light and a polarized component perpendicular to the polarization direction of the excitation light, and the polarization anisotropy can be calculated using Equation 3 below.
r(t)=(I∥(t)−GI⊥(t))/(I∥(t)+2GI⊥(t))
...(3)
r(t): Polarization anisotropy at time t I∥(t): Emission intensity of the polarization component parallel to the polarization direction of the excitation light at time t I⊥(t): Emission intensity of the polarization component perpendicular to the polarization direction of the excitation light at time t G: Correction value, when irradiating with excitation light whose vibration direction differs by 90 degrees from the excitation light used in sample measurement, the ratio of the emission intensity of the polarization component parallel to the polarization direction of the irradiated excitation light to the emission intensity of the polarization component perpendicular to the polarization direction of the irradiated excitation light
図1に示す発光粒子1は球状であり、発光粒子1の平均粒径は50nm以上215nm以下である。ここで、発光粒子1の平均粒径は、動的散乱法により求められる値(数平均粒径)である。
発光粒子1の平均粒径が50nm以上であれば、検体検査において標的物質と結合して凝集を生じたときのサイズの変化を十分に大きくすることができ、精度よく偏光異方性を求めることが可能となる。
また、発光粒子1の平均粒径が215nm以下であれば、発光粒子1の粒子一個当たりの光の散乱を小さくすることができ、散乱光による偏光解消を抑制することで精度よく偏光異方性を求めることができる。
1 is spherical, and the average particle size of the phosphor particles 1 is 50 nm or more and 215 nm or less. Here, the average particle size of the phosphor particles 1 is a value (number average particle size) determined by a dynamic scattering method.
If the average particle size of the light-emitting particles 1 is 50 nm or more, the change in size when they bind to a target substance and cause aggregation in a sample test can be made sufficiently large, making it possible to accurately determine polarization anisotropy.
Furthermore, if the average particle size of the phosphor particles 1 is 215 nm or less, the scattering of light per particle of the phosphor particles 1 can be reduced, and depolarization due to scattered light can be suppressed, allowing the polarization anisotropy to be determined with high accuracy.
発光粒子1の粒度分布の変動係数、つまり発光粒子1の平均粒径を標準偏差で除した値は10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましい。発光粒子1が均一な粒径を有することで測定される偏光異方性の値が安定し、再現性に優れた測定を行うことができる。
なお、発光粒子1の形状は球状に限られず、動的散乱法により測定したときに、上記の平均粒径となる粒子である限りにおいて、球状以外の形状を有していてもよい。
続いて、発光粒子1の各構成要素について以下に詳述する。
The coefficient of variation of the particle size distribution of the phosphor particles 1, i.e., the value obtained by dividing the average particle size of the phosphor particles 1 by the standard deviation, is preferably 10% or less, and more preferably 5% or less. When the phosphor particles 1 have a uniform particle size, the measured value of polarization anisotropy becomes stable, and measurements with excellent reproducibility can be performed.
The shape of the phosphor particles 1 is not limited to spherical, and they may have shapes other than spherical as long as they have the above average particle size when measured by dynamic scattering.
Next, each component of the phosphor particle 1 will be described in detail below.
(シリカ粒子2)
発光粒子1は、コア粒子としてシリカ粒子2を有する。これにより、単分子を発光材料とする場合に比べて粒子を大きくすることができ、低分子物質および高分子物質のいずれも標的物質とすることができる。
図1に示すシリカ粒子2は球状である。ただし、シリカ粒子1の形状は球状に限られず、発光粒子1について動的散乱法により平均粒径を測定したときに、上記の値の範囲内となる限りにおいて、球状以外の形状を有していてもよい。シリカ粒子の平均粒径は、40nm以上205nm以下とすることができ、46nm以上204nm以下とすることができる。
(Silica particles 2)
The luminescent particle 1 has a silica particle 2 as a core particle. This allows the particle to be larger than when a single molecule is used as the luminescent material, and both low-molecular-weight substances and high-molecular-weight substances can be used as the target substance.
The silica particles 2 shown in Fig. 1 are spherical. However, the shape of the silica particles 1 is not limited to spherical, and the silica particles 1 may have a shape other than spherical as long as the average particle size of the light-emitting particles 1 measured by a dynamic scattering method falls within the above-mentioned range. The average particle size of the silica particles may be 40 nm or more and 205 nm or less, or 46 nm or more and 204 nm or less.
シリカ粒子2を形成する材料はシリカを主成分とする材料より構成されている。シリカ粒子2はシリコンアルコキシドを主成分として加水分解、縮合することで得ることができる。
シリカ粒子2は、有機官能基を有することが好ましい。これによりシリカ粒子2の表面特性が変化し、発光性希土類錯体5の担持量や、担持可能な材料の種類に幅を持たせることができる。有機官能基を有するシリカ粒子2は、例えば、シリカ粒子2の合成時に2官能および3官能の金属アルコキシド等を加えて反応させることで作製することができる。
アルコキシドの加水分解、縮合は水系溶媒を含む塩基性条件下で行うとよい。
図1に示すシリカ粒子2は、空孔3を複数有する多孔質シリカ粒子であるが、発光粒子1が有するシリカ粒子2は、空孔3を1つ有する中空シリカ粒子であってもよい。
The material forming the silica particles 2 is composed of a material containing silica as a main component. The silica particles 2 can be obtained by hydrolysis and condensation of silicon alkoxide as a main component.
The silica particles 2 preferably have an organic functional group. This changes the surface properties of the silica particles 2, allowing for a wider range of supported amounts of the luminescent rare earth complex 5 and types of materials that can be supported. Silica particles 2 having an organic functional group can be produced, for example, by adding and reacting bifunctional and trifunctional metal alkoxides during the synthesis of the silica particles 2.
The hydrolysis and condensation of the alkoxide may be carried out under basic conditions containing an aqueous solvent.
The silica particles 2 shown in FIG. 1 are porous silica particles having a plurality of pores 3 , but the silica particles 2 possessed by the luminescent particles 1 may be hollow silica particles having one pore 3 .
(空孔3)
シリカ粒子2を構成するシリカの屈折率は一般に1.46程度であり、発光粒子1の屈折率は1.4以下である。つまり、シリカ粒子2が体積比率で約10%以上の空孔3を有することで、発光粒子1の屈折率を1.4以下とすることができ、これにより発光粒子1における光の散乱による偏光解消を抑制することができる。
さらに、シリカ粒子2が体積比率で30%程度の空孔3を有し、発光粒子1の屈折率が約1.3程度となるとき、水の屈折率1.33とほぼ同じ値となる。そのため、水を媒体として用いたときの発光粒子1における光の散乱を効果的に抑制することができ、好適である。
(Hole 3)
The refractive index of the silica constituting the silica particles 2 is generally about 1.46, and the refractive index of the luminescent particles 1 is 1.4 or less. In other words, when the silica particles 2 have voids 3 in a volume ratio of about 10% or more, the refractive index of the luminescent particles 1 can be set to 1.4 or less, thereby making it possible to suppress depolarization due to scattering of light in the luminescent particles 1.
Furthermore, when the silica particles 2 have voids 3 at a volume ratio of about 30% and the refractive index of the luminescent particles 1 is about 1.3, this is almost the same as the refractive index of water, 1.33. Therefore, it is possible to effectively suppress light scattering in the luminescent particles 1 when water is used as a medium, which is preferable.
空孔3はシリカ粒子2の内部に一つ以上存在する。空孔3は、1~10nm程度のサイズでシリカ粒子2の内部に多数存在していてもよい。あるいは中空構造の様にシリカ粒子2のサイズに近い、大きな空孔3が一つ存在していてもよい。シリカ粒子2に対する空孔3の体積比率が大きいほど、発光粒子1の屈折率は小さくなる。実際には、作製可能なシリカ粒子2における空孔3の体積比率にも上限があることから、発光粒子1が有する屈折率としては1.2以上が現実的である。
空孔3はシリカ粒子2を合成する際に界面活性剤、ブロックコポリマー等を鋳型に用いることで形成することが可能である。
One or more voids 3 are present inside the silica particle 2. A large number of voids 3 having a size of about 1 to 10 nm may be present inside the silica particle 2. Alternatively, one large void 3 having a size close to that of the silica particle 2 may be present, like a hollow structure. The greater the volume ratio of the voids 3 to the silica particle 2, the smaller the refractive index of the luminescent particle 1. In reality, there is an upper limit to the volume ratio of the voids 3 in the silica particle 2 that can be produced, so a realistic refractive index for the luminescent particle 1 is 1.2 or higher.
The pores 3 can be formed by using a surfactant, a block copolymer, or the like as a template when synthesizing the silica particles 2 .
(親水層4)
発光粒子1は、シリカ粒子2の外表面上に親水層4を有する。水系媒体中の発光粒子1において、発光粒子1の表面にある親水層4が吸水していることで、水系媒体とシリカ粒子2との間で光の干渉層としての役割を果たすと考えられる。これにより、シリカ粒子2が空孔3を有することの効果に加えてさらに光散乱を抑制することができる。また、発光粒子1が表面に親水層4を有することで、BSAを用いることなく非特異吸着を抑制する効果が高い粒子とすることができる。そのため、ロットごとの品質のばらつきを抑制することができる。
(Hydrophilic layer 4)
Luminescent particles 1 have a hydrophilic layer 4 on the outer surface of silica particles 2. When luminescent particles 1 are in an aqueous medium, the hydrophilic layer 4 on the surface of luminescent particles 1 absorbs water, which is thought to serve as a light interference layer between the aqueous medium and silica particles 2. This makes it possible to further suppress light scattering in addition to the effect of silica particles 2 having pores 3. Furthermore, since luminescent particles 1 have a hydrophilic layer 4 on their surface, they can be made into particles that are highly effective in suppressing nonspecific adsorption without using BSA. This makes it possible to suppress quality variations from lot to lot.
親水層4は、親水性化合物、すなわち、親水基を含む分子あるいはポリマーで構成されている。
親水基として、電荷が小さいあるいはカチオンとアニオンとのバランスで電荷を相殺している構造を有する分子あるいはポリマーを粒子の表面に固定化することで、検体中に存在する夾雑物が粒子に非特異吸着をすることを低減できる。このことから、親水層4を構成する親水性化合物は、ピロリドン基、エーテル結合、ベタイン基、および水酸基からなる群から選ばれる少なくとも1つの官能基または結合を含むことが好ましい。
The hydrophilic layer 4 is composed of a hydrophilic compound, that is, a molecule or polymer containing a hydrophilic group.
By immobilizing on the particle surface, as the hydrophilic group, molecules or polymers having a structure in which the electric charge is small or the electric charge is offset by a balance between cations and anions, nonspecific adsorption of impurities present in the sample to the particles can be reduced. For this reason, the hydrophilic compound constituting the hydrophilic layer 4 preferably contains at least one functional group or bond selected from the group consisting of a pyrrolidone group, an ether bond, a betaine group, and a hydroxyl group.
具体的には親水層4は、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、スルホベタインあるいはホスホベタインのポリマー、グリシジル基を開環し水酸基を分子の末端に修飾したポリグリシジルメタクリル酸等を主成分とすることができる。あるいは、親水基を有する単分子をシリカ粒子2の表面にシランカップリング剤等を用いて直接付与してもよい。 Specifically, the hydrophilic layer 4 can be primarily composed of, for example, polyethylene glycol, polyvinylpyrrolidone, sulfobetaine or phosphobetaine polymers, or polyglycidyl methacrylate in which the glycidyl group is ring-opened and a hydroxyl group is attached to the end of the molecule. Alternatively, monomolecules having hydrophilic groups may be directly attached to the surface of the silica particles 2 using a silane coupling agent or the like.
親水層4の厚さに限定はないが、親水性を発揮できる厚さ以上に厚くする必要はない。親水層4が厚すぎてもヒドロゲルの様になり、溶媒中のイオンの影響で水和した親水層の厚さが変化する可能性がある。親水層4の厚さは10nm以上50nm以下が好適である。上記特許文献2に記載の蛍光標識粒子の表面には、非特異吸着を抑制するためにウシ血清アルブミン(BSA)が担持されており、ロットごとに蛍光標識粒子の性能にばらつきが生じる可能性があった。一方、本実施形態に係る粒子が親水性の化合物で被覆されている(親水性層を有する)構成であることで、非特異吸着を低減できる。 There are no limitations on the thickness of the hydrophilic layer 4, but it does not need to be thicker than the thickness required to exhibit hydrophilicity. If the hydrophilic layer 4 is too thick, it will resemble a hydrogel, and the thickness of the hydrated hydrophilic layer may change due to the influence of ions in the solvent. The thickness of the hydrophilic layer 4 is preferably 10 nm to 50 nm. The fluorescently labeled particles described in Patent Document 2 above have bovine serum albumin (BSA) supported on their surfaces to suppress nonspecific adsorption, which can lead to variations in the performance of the fluorescently labeled particles from lot to lot. On the other hand, the particles of this embodiment are coated with a hydrophilic compound (have a hydrophilic layer), thereby reducing nonspecific adsorption.
(発光性希土類錯体5)
発光の波長や強度が周囲環境の影響を受けにくく、発光が長寿命であるという特徴から本発明においては、発光色素として発光性希土類錯体5を用いる。
発光性希土類錯体5は希土類元素と配位子とにより構成されている。発光性希土類錯体5は、ユウロピウム、テルビウム、ネオジム、エルビウム、イットリウム、ランタン、セリウム、サマリウム、ガドリニウム、ジスプロシウム、ツリウム、イッテルビウム、およびスカンジウムからなる群から選ばれる少なくともいずれか1つの希土類元素を含むことが好ましい。
(Luminescent Rare Earth Complex 5)
In the present invention, the luminescent rare earth complex 5 is used as the luminescent dye because the wavelength and intensity of the luminescence are not easily affected by the surrounding environment and the luminescence has a long life.
Luminescent rare earth complex 5 is composed of a rare earth element and a ligand, and preferably contains at least one rare earth element selected from the group consisting of europium, terbium, neodymium, erbium, yttrium, lanthanum, cerium, samarium, gadolinium, dysprosium, thulium, ytterbium, and scandium.
発光性希土類錯体5が有する希土類元素としては、発光寿命および発光波長領域が可視光領域であること等を考慮すると、ユウロピウムおよびテルビウムを好適に用いることができる。
例えば、ユウロピウム錯体は一般に0.1~1.0msの発光寿命を有する。この発光寿命と、数式1より得られる回転緩和時間とを適度に調整することで、偏光異方性を好適に検出することができる。水分散液中のユウロピウム錯体の場合、発光粒子1の粒径が50~300nm程度であるとき、標的物質と発光粒子1との結合前後において式3で表される偏光異方性が大きな値となる。
As the rare earth element contained in the luminescent rare earth complex 5, europium and terbium can be suitably used, taking into consideration the luminescence lifetime and the fact that the luminescence wavelength range is in the visible light range.
For example, europium complexes generally have a luminescence lifetime of 0.1 to 1.0 ms. By appropriately adjusting this luminescence lifetime and the rotational relaxation time obtained from Equation 1, polarization anisotropy can be suitably detected. In the case of a europium complex in an aqueous dispersion, when the particle size of the luminescent particles 1 is approximately 50 to 300 nm, the polarization anisotropy expressed by Equation 3 becomes large before and after binding between the target substance and the luminescent particles 1.
発光性希土類錯体5が有する配位子のうち、少なくとも一つは集光機能を有した配位子である。集光機能とは、特定の波長で励起し、エネルギー移動によって錯体の中心金属を励起する作用のことである。さらに、集光機能を有する配位子としては遷移モーメントを有する分子が選ばれる。例えば発光性希土類錯体5は、集光機能を有する配位子として、ビピリジンおよびフェナントロリンから選ばれる少なくともいずれか1つを含むことがこのましいが、この限りではない。 At least one of the ligands in luminescent rare earth complex 5 has a light-harvesting function. The light-harvesting function refers to the ability to become excited by a specific wavelength and excite the central metal of the complex through energy transfer. Furthermore, a molecule with a transition moment is selected as the light-harvesting ligand. For example, luminescent rare earth complex 5 preferably includes at least one selected from bipyridine and phenanthroline as the light-harvesting ligand, although this is not limited to this.
また、発光性希土類錯体5は、β-ジケトン等の配位子を有し、水分子の配位が抑制されていることが好ましい。これにより希土類イオンに配位しているβ-ジケトン等の配位子が、溶媒分子等へのエネルギーの移動による失活過程を抑制し、強い蛍光発光が得られる。
発光性希土類錯体5は、遷移モーメントを有する限りにおいて、多核錯体であってもよい。
Furthermore, it is preferable that the luminescent rare earth complex 5 has a ligand such as β-diketone, and the coordination of water molecules is suppressed, whereby the ligand such as β-diketone coordinated to the rare earth ion suppresses the deactivation process due to the transfer of energy to solvent molecules, etc., and strong fluorescent light is obtained.
The luminescent rare earth complex 5 may be a polynuclear complex as long as it has a transition moment.
本実施形態に係る発光粒子1を分散した液を用いることで、光散乱の影響を抑制しつつ、発光粒子1の凝集および分散の挙動に対して偏光異方性を測定することができる。したがって、本実施形態に係る発光粒子1を水系媒体に分散したコロイド液は、例えば、蛍光偏光解消法を用いた高感度な抗体検査試薬として利用することができる。水系媒体としては、緩衝液を用いてもよい。また、本実施形態に係る粒子を分散した液の安定性を向上させるために、水系媒体中に、界面活性剤、防腐剤や増感剤等を添加してもよい。 By using a liquid in which the light-emitting particles 1 according to this embodiment are dispersed, it is possible to measure polarization anisotropy in relation to the aggregation and dispersion behavior of the light-emitting particles 1 while suppressing the effects of light scattering. Therefore, a colloidal liquid in which the light-emitting particles 1 according to this embodiment are dispersed in an aqueous medium can be used, for example, as a highly sensitive antibody testing reagent using the fluorescence polarization depolarization method. A buffer solution may also be used as the aqueous medium. Furthermore, to improve the stability of the liquid in which the particles according to this embodiment are dispersed, surfactants, preservatives, sensitizers, etc. may be added to the aqueous medium.
(粒子の製造方法)
本実施形態に係る、コア-シェル構造を有する発光粒子1の製造方法は、以下の各工程を有する。
(Method for producing particles)
The method for producing the phosphor particles 1 having a core-shell structure according to this embodiment includes the following steps.
シリカ粒子前駆体を、鋳型となる分子が溶解した酸または塩基性の溶液中で縮重合した後、鋳型となる分子を脱離することで、屈折率が1.4以下のシリカ粒子2を得る工程(工程1)。
発光性希土類錯体5を溶解した液中で、工程1で得たシリカ粒子2に発光性希土類錯体5を担持させることで発光色素担持粒子を得る工程(工程2)。
工程2で得た発光色素担持粒子の表面を親水性化合物で被覆し、発光粒子1を得る工程(工程3)。
A process (step 1) in which silica particle precursors are polycondensed in an acidic or basic solution in which template molecules are dissolved, and then the template molecules are removed to obtain silica particles 2 having a refractive index of 1.4 or less.
A step (step 2) of obtaining luminescent dye-supported particles by supporting the luminescent rare earth complex 5 on the silica particles 2 obtained in step 1 in a solution in which the luminescent rare earth complex 5 has been dissolved.
A step (step 3) in which the surfaces of the luminescent dye-carrying particles obtained in step 2 are coated with a hydrophilic compound to obtain luminescent particles 1.
(工程1)
図1中におけるシリカ粒子2は、シリカ粒子前駆体としてシリコンアルコキシドを主成分として含む溶液の加水分解-縮合反応により得ることができる。
シリカ粒子前駆体としてのシリコンアルコキシドは、テトラアルコキシシランであることが好ましく、主にテトラエチルオルソシリケートが用いられる。また、シリカ粒子2の表面特性を変化させるために、シリカ粒子2の合成時に2官能および3官能の金属アルコキシド等を加えて反応させてもよい。
アルコキシドの加水分解-縮合反応は水系溶媒を含む塩基性条件下で行うとよい。塩基性触媒としては、アンモニア、水酸化ナトリウム、およびリシン等のアミノ酸を用いることができる。
シリカ粒子2が有する空孔3は、界面活性剤やブロックコポリマーを鋳型として用いることでシリカ粒子2中に形成することができる。具体的には長鎖アルキルアンモニウム塩や、ポリエチレンオキシド-ポリプロピレンオキシドブロックコポリマーを用いて液中に形成したミセルを鋳型とし、その表面にアルコキシドの加水分解でシリカを主成分とする骨格を析出させる。
鋳型となる分子は、界面活性剤およびブロックコポリマーから選択される少なくともいずれか1種であることが好ましい。
工程1において、反応温度、反応時間、各成分の濃度あるいは溶媒の種類を適宜変更することで粒子サイズを制御することができる。
空孔3より鋳型を除去するためには、弱酸性の溶液で鋳型分子を溶脱する方法を用いることができる。例えば、酢酸を混合した溶液に、半透膜中に詰めた粒子を浸漬し、数回溶媒を交換することで、空孔3から鋳型を除去することができる。
(Process 1)
The silica particles 2 in FIG. 1 can be obtained by a hydrolysis-condensation reaction of a solution containing silicon alkoxide as a silica particle precursor as a main component.
The silicon alkoxide used as the silica particle precursor is preferably a tetraalkoxysilane, and tetraethyl orthosilicate is typically used. In order to change the surface properties of the silica particles 2, bifunctional and trifunctional metal alkoxides may be added and reacted during the synthesis of the silica particles 2.
The hydrolysis-condensation reaction of the alkoxide is preferably carried out under basic conditions containing an aqueous solvent, and the basic catalyst can be ammonia, sodium hydroxide, or an amino acid such as lysine.
The pores 3 of the silica particles 2 can be formed in the silica particles 2 by using a surfactant or a block copolymer as a template. Specifically, micelles formed in a liquid using a long-chain alkylammonium salt or a polyethylene oxide-polypropylene oxide block copolymer are used as a template, and a skeleton mainly composed of silica is precipitated on the surface by hydrolysis of an alkoxide.
The template molecule is preferably at least one selected from a surfactant and a block copolymer.
In step 1, the particle size can be controlled by appropriately changing the reaction temperature, reaction time, concentration of each component, or type of solvent.
A method of leaching out template molecules with a weakly acidic solution can be used to remove the template from the pores 3. For example, the particles packed in the semipermeable membrane can be immersed in a solution mixed with acetic acid, and the solvent can be exchanged several times to remove the template from the pores 3.
(工程2)
発光性希土類錯体5を空孔3に担持する方法としては、例えば、発光性希土類錯体5を溶解した液に工程1で得たシリカ粒子2を浸漬することが挙げられる。発光性希土類錯体5の吸着は、発光性希土類錯体5の濃度、溶媒への溶解度と空孔3により形成されるシリカ粒子2の表面への親和性とのバランスで制御することができる。
発光性希土類錯体5が疎水性の場合は、空孔3により形成されるシリカ粒子2の表面を、発光性希土類錯体5と親和性の高い分子で表面処理してもよい。
表面処理としては、例えばシランカップリング剤を用いて処理した後に、シランカップリング剤が有する官能基を利用して疎水化処理を行うことができる。シランカップリング剤としては、例えば、アルキルトリアルコキシシラン、フェニルトリアルコキシシラン、メタクリロキシアルコキシシラン、ビニルアルコキシシラン等を用いることができる。
あるいは表面処理としてヘキサメチルジシラザンのようなシラザンで疎水処理することができる。シラザンによる疎水処理に用いる溶媒としては、水、アルコール類、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、およびジメチルスルホキシド等の極性溶媒を用いることができる。また、溶媒としてクロロホルムやトルエン、ベンゼン等を用いることも可能であり、これらを混合して用いても構わない。
空孔3の大きさは、発光性希土類錯体5よりも大きなサイズであることで、上記の方法により空孔3により形成されるシリカ粒子2の表面に発光性希土類錯体5を吸着させることができ、好ましい。
(Step 2)
An example of a method for supporting the luminescent rare earth complex 5 in the pores 3 is to immerse the silica particles 2 obtained in step 1 in a solution in which the luminescent rare earth complex 5 has been dissolved. The adsorption of the luminescent rare earth complex 5 can be controlled by balancing the concentration of the luminescent rare earth complex 5, its solubility in the solvent, and its affinity for the surface of the silica particles 2 formed by the pores 3.
When the luminescent rare earth complex 5 is hydrophobic, the surface of the silica particle 2 formed by the pores 3 may be surface treated with a molecule having a high affinity for the luminescent rare earth complex 5 .
For example, the surface may be treated with a silane coupling agent, followed by hydrophobic treatment using the functional groups of the silane coupling agent. Examples of the silane coupling agent that can be used include alkyltrialkoxysilane, phenyltrialkoxysilane, methacryloxyalkoxysilane, and vinylalkoxysilane.
Alternatively, the surface can be hydrophobized using a silazane such as hexamethyldisilazane. Solvents that can be used for the hydrophobization using silazane include polar solvents such as water, alcohols, dimethylformamide, tetrahydrofuran, and dimethyl sulfoxide. Also, solvents such as chloroform, toluene, and benzene can be used, and mixtures of these can also be used.
The size of the pores 3 is preferably larger than that of the luminescent rare earth complexes 5, so that the luminescent rare earth complexes 5 can be adsorbed onto the surfaces of the silica particles 2 formed by the pores 3 by the above method.
(工程3)
工程2で得た発光色素担持粒子の表面を親水性化合物で被覆し、親水層4を形成するためには、以下の方法を用いることができる。シード重合等によって発光色素担持粒子の表面を親水性ポリマーで被覆する方法、親水性ポリマーを発光色素担持粒子に直接吸着させる方法、および、シランカップリング剤を用いて親水基を直接発光色素担持粒子の表面に付与する方法等。
シード重合を行う場合は、発光色素担持粒子の表面をメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等で表面処理した後に、水系溶媒中でグリシジルメタクリレート等を重合するとよい。開始剤には過硫酸カリウム、アゾ重合開始剤等を用いることができる。脱酸素条件下で、穏やかに攪拌しながら50~70℃に加温してシード重合を行うことができる。
得たサンプル中に存在するグリシジル基はエタノールアミン、トリスヒドロキシメチルアミノメタン、メルカプトプロパンジオール等で開環して、水酸基を付与することができる。さらに、グリシジル基をメルカプトこはく酸等で処理することで、カルボン酸を粒子表面に付与することができる。カルボン酸やアミン等の官能基を粒子表面に付与することで、例えば、抗体等を粒子に結合することが可能となる。
あるいはグリシジルメタクリレートモノマーの代わりにスルホベタインモノマー等も使用することができる。
さらに、グリシジルメタクリレートモノマーの代わりにスチレンモノマーおよびメタクリロキシプロピルトリメトキシシランを用いてもよい。スチレンモノマーおよびメタクリロキシプロピルトリメトキシシランは、ポリビニルピロリドンを分散剤として用いた溶液中で反応させる。これにより、発光色素担持粒子の表面に親水層4を形成することができる。
(Step 3)
The following methods can be used to coat the surfaces of the luminescent dye-carrying particles obtained in step 2 with a hydrophilic compound and form the hydrophilic layer 4: a method of coating the surfaces of the luminescent dye-carrying particles with a hydrophilic polymer by seed polymerization or the like, a method of directly adsorbing a hydrophilic polymer onto the luminescent dye-carrying particles, and a method of directly providing hydrophilic groups onto the surfaces of the luminescent dye-carrying particles using a silane coupling agent.
When performing seed polymerization, the surface of the luminescent dye-carrying particles may be treated with methacryloxypropyltrimethoxysilane or the like, and then glycidyl methacrylate or the like may be polymerized in an aqueous solvent. Potassium persulfate, azo polymerization initiators, or the like may be used as the initiator. Seed polymerization can be performed by heating to 50 to 70°C under deoxygenated conditions with gentle stirring.
The glycidyl groups present in the obtained sample can be ring-opened with ethanolamine, tris(hydroxymethyl)aminomethane, mercaptopropanediol, or the like to provide hydroxyl groups. Furthermore, carboxylic acids can be provided to the particle surface by treating the glycidyl groups with mercaptosuccinic acid, or the like. By providing functional groups such as carboxylic acids or amines on the particle surface, it becomes possible to bind, for example, antibodies to the particles.
Alternatively, sulfobetaine monomers or the like can be used in place of the glycidyl methacrylate monomer.
Furthermore, styrene monomer and methacryloxypropyltrimethoxysilane may be used instead of glycidyl methacrylate monomer. The styrene monomer and methacryloxypropyltrimethoxysilane are reacted in a solution using polyvinylpyrrolidone as a dispersant. This allows the formation of a hydrophilic layer 4 on the surface of the luminescent dye-carrying particles.
親水性のシランカップリング剤を用いる場合は、シランカップリング剤として、ポリエチレングリコールやベタイン基を有するシランカップリング剤を使用することができる。この時、こはく酸を官能基にもつシランカップリング剤やアミノプロピルアルコキシシランを同時に反応させると、発光粒子1の表面上に、抗体等を粒子に結合する足場を同時に形成することができる。 When using a hydrophilic silane coupling agent, polyethylene glycol or a silane coupling agent having a betaine group can be used. In this case, if a silane coupling agent having succinic acid as a functional group or aminopropylalkoxysilane is simultaneously reacted, a scaffold for binding antibodies, etc. to the particles can be simultaneously formed on the surface of the luminescent particle 1.
親水性のポリマーを発光色素担持粒子の表面に直接吸着させる場合は、ポリビニルピロリドン等を用いることができる。ポリビニルピロリドンはシリカの表面との親和性が高く、容易に吸着する。さらに、ポリビニルピロリドン-ポリアクリル酸のコポリマーを用いることで、親水層4にカルボン酸を付与することができる。 When directly adsorbing a hydrophilic polymer onto the surface of luminescent dye-carrying particles, polyvinylpyrrolidone or the like can be used. Polyvinylpyrrolidone has a high affinity for the silica surface and is easily adsorbed. Furthermore, by using a polyvinylpyrrolidone-polyacrylic acid copolymer, carboxylic acid can be added to the hydrophilic layer 4.
本実施形態に係る発光粒子1に、各種の抗体等のリガンドを結合させることで、検体検査粒子として利用することができる。発光粒子1にリガンドを結合させるためには、親水層4に存在する官能基を利用して目的のリガンドを結合させる最適な手法を適宜選択すればよい。 By binding various types of antibodies or other ligands to the luminescent particles 1 according to this embodiment, they can be used as specimen testing particles. To bind a ligand to the luminescent particles 1, it is sufficient to appropriately select the optimal method for binding the target ligand using the functional groups present in the hydrophilic layer 4.
(アフィニティー粒子)
本実施形態に係る発光粒子1の利用方法として、例えば、本実施形態に係る発光粒子1と、発光粒子1に結合したリガンドとを有するアフィニティー粒子を提供することが挙げられる。
(Affinity particles)
As a method for using the light-emitting particle 1 according to this embodiment, for example, an affinity particle having the light-emitting particle 1 according to this embodiment and a ligand bound to the light-emitting particle 1 can be provided.
リガンドとは、特定の標的物質が有する受容体に特異的に結合する化合物のことである。リガンドが標的物質に結合する部位は決まっており、選択的または特異的に高い親和性を有する。リガンドと標的物質の組み合わせとしては、例えば、抗原と抗体、酵素タンパク質とその基質、ホルモンや神経伝達物質等のシグナル物質とその受容体、核酸と核酸認識受容体等が例示されるが、これらに限定されない。例えば、検体中の抗原または抗体の検出に用いる場合は、リガンドは、抗体または抗原を用いることができる。核酸としてはデオキシリボ核酸等が挙げられる。
本発明においてアフィニティー粒子とは、標的物質に対して選択的または特異的に高い親和性(アフィニティー)を有する粒子をいう。リガンドは、抗体、抗原、および核酸からなる群から選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。
A ligand is a compound that specifically binds to a receptor possessed by a specific target substance. The site at which a ligand binds to a target substance is fixed, and the ligand has a selective or specific high affinity. Examples of combinations of a ligand and a target substance include, but are not limited to, antigens and antibodies, enzyme proteins and their substrates, signal substances such as hormones or neurotransmitters and their receptors, nucleic acids and nucleic acid-recognizing receptors, etc. For example, when used to detect antigens or antibodies in a sample, antibodies or antigens can be used as the ligand. Examples of nucleic acids include deoxyribonucleic acid and the like.
In the present invention, affinity particles refer to particles that have a selective or specific high affinity for a target substance. The ligand is preferably at least one selected from the group consisting of an antibody, an antigen, and a nucleic acid.
本実施形態に係る発光粒子1が有する反応性官能基とリガンドとを化学反応により結合させる方法は、本発明の目的を達成可能な限りにおいて、従来公知の方法を適用することができる。また、リガンドをアミド結合させる場合は、1-[3-(ジメチルアミノプロピル)-3-エチルカルボジイミド]等の触媒を適宜用いることができる。 The method for bonding the reactive functional group possessed by the phosphor particle 1 of this embodiment to the ligand through a chemical reaction can be any conventionally known method as long as it achieves the objectives of the present invention. Furthermore, when bonding the ligand through an amide bond, a catalyst such as 1-[3-(dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide] can be used as appropriate.
アフィニティー粒子が、リガンドとして抗体(抗原)を有し、標的物質が抗原(抗体)である場合、臨床検査および生化学研究等の領域において広く活用されている免疫ラテックス凝集測定法の検査システムを好ましく適用できる。 When the affinity particles have an antibody (antigen) as a ligand and the target substance is an antigen (antibody), a testing system based on the immuno-latex agglutination assay, which is widely used in fields such as clinical testing and biochemical research, can be preferably applied.
(体外診断用の検査試薬)
本発明に係る体外診断用の検査試薬、すなわち体外診断による検体中の標的物質の検出に用いるための検査試薬は、上記のアフィニティー粒子と、アフィニティー粒子を分散させる分散媒とを有する。検査試薬中に含有されるアフィニティー粒子の量は、0.001質量%以上20質量%以下が好ましく、0.01質量%以上10質量%以下がより好ましい。
検査試薬は、本発明の目的を達成可能な範囲において、アフィニティー粒子の他に、溶剤やブロッキング剤等の第三物質を含んでも良い。溶剤やブロッキング剤等の第三物質は2種類以上を組み合わせて含んでも良い。溶剤の例としては、リン酸緩衝液、グリシン緩衝液、グッド緩衝液、トリス緩衝液、アンモニア緩衝液等の各種緩衝液が例示されるが、検査試薬に含まれる溶剤はこれらに限定されない。
(In vitro diagnostic test reagents)
The test reagent for in vitro diagnosis according to the present invention, i.e., a test reagent for use in in vitro diagnosis to detect a target substance in a specimen, comprises the affinity particles described above and a dispersion medium for dispersing the affinity particles. The amount of the affinity particles contained in the test reagent is preferably 0.001% by mass or more and 20% by mass or less, and more preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass or less.
The test reagent may contain a third substance such as a solvent or a blocking agent in addition to the affinity particles, as long as the object of the present invention can be achieved. Two or more types of third substances such as solvents or blocking agents may be combined. Examples of solvents include various buffer solutions such as phosphate buffer, glycine buffer, Good's buffer, Tris buffer, and ammonia buffer, but the solvents contained in the test reagent are not limited to these.
(検査キット)
体外診断における検体中の標的物質の検出に用いるための本発明に係る検査キットは、上記検査試薬と、上記検査試薬を内包する筐体とを有する。
検査キットは、例えば抗原抗体反応時における粒子の凝集を促進させる増感剤をさらに含有していて良い。増感剤としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアルギン酸等が挙げられるが、これらに限定されない。
また、検査キットは、陽性コントロール、陰性コントロール、血清希釈液等を備えていても良い。陽性コントロール、陰性コントロールの媒体として、測定対象となる標的物質が含まれていない血清、生理食塩水の他、溶剤を用いても良い。
本発明に係るキットは、従来公知の方法に適用して標的物質の濃度を測定することもでき、特に、ラテックス凝集法による検体中の標的物質の検出に好適に用いることができる。
(Test kit)
A test kit according to the present invention for use in detecting a target substance in a specimen in in vitro diagnosis comprises the test reagent and a housing containing the test reagent.
The test kit may further contain a sensitizer that promotes particle aggregation during an antigen-antibody reaction, for example. Examples of sensitizers include, but are not limited to, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyalginic acid, etc.
The test kit may also include a positive control, a negative control, a serum dilution solution, etc. As the medium for the positive control and the negative control, serum not containing the target substance to be measured, physiological saline, or a solvent may be used.
The kit according to the present invention can be applied to conventionally known methods to measure the concentration of a target substance, and can be particularly suitably used for detecting a target substance in a specimen by latex agglutination.
(検出方法)
本発明に係る検出方法は、体外診断による検体中の標的物質の検出方法である。本発明に係る検出方法は、上記の検出試薬と、標的物質を含む可能性のある検体とを混合して混合液を得る工程と、上記混合液に、偏光を照射する工程と、上記混合液から発せられた偏光を検出する工程と、を有する。
先にも述べた通り、混合液から発せられた偏光を検出する工程においては、発光の偏光成分を励起光と平行な発光成分と、励起光と垂直な発光成分とに分けて検出し、式(3)を用いることで偏光異方性を求めることができる。
混合液において生じる上記アフィニティー粒子と標的物質との凝集反応を光学的に検出することで、検体中の標的物質が検出され、さらに標的物質の濃度を測定することができる。
検出試薬と検体との混合は、pH3.0からpH11.0の範囲で行われることが好ましい。また、混合温度は20℃から50℃の範囲であり、混合時間は1分から20分の範囲であることが好ましい。また、検出においては、溶剤を使用することが好ましい。
また、上記混合液中のアフィニティー粒子の濃度は、好ましくは0.001質量%以上5質量%以下、より好ましくは0.01質量%以上1質量%以下である。
(Detection method)
The detection method according to the present invention is a method for detecting a target substance in a specimen by in vitro diagnosis, and includes the steps of: mixing the detection reagent described above with a specimen that may contain the target substance to obtain a mixed solution; irradiating the mixed solution with polarized light; and detecting the polarized light emitted from the mixed solution.
As mentioned above, in the process of detecting the polarized light emitted from the mixed liquid, the polarized components of the emitted light are separated into an emission component parallel to the excitation light and an emission component perpendicular to the excitation light and then detected, and the polarization anisotropy can be calculated using equation (3).
By optically detecting the agglutination reaction between the affinity particles and the target substance occurring in the mixed solution, the target substance in the sample can be detected, and the concentration of the target substance can be measured.
The detection reagent and the sample are preferably mixed at a pH ranging from 3.0 to 11.0. The mixing temperature is preferably 20°C to 50°C, and the mixing time is preferably 1 to 20 minutes. A solvent is preferably used for detection.
The concentration of the affinity particles in the mixed solution is preferably 0.001% by mass or more and 5% by mass or less, and more preferably 0.01% by mass or more and 1% by mass or less.
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。ただし本発明はかかる実施例に限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below using examples. However, the present invention is not limited to these examples.
(1)シリカ粒子1の作製
ストーバー法を改良してコア粒子としてのシリカ粒子1を作製した。
具体的には、まず、丸底四ツ口のセパラブルフラスコにエタノールと純水、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド、L-リシンを加え、メカニカルスターラーを用いて30分間撹拌した。次に、オイルバスにて試料を撹拌した状態のまま70度まで加熱した後、テトラエチルオルソシリケートを一度に添加して、激しく攪拌を行った。試薬の仕込み量は、エタノール10mL、純水90mL、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド790mg、L-リシン900mg、テトラエチルオルソシリケート895mgであった。
一晩攪拌し、試料を冷却した後、遠心分離にて沈殿物を回収し、エタノールと純水の混合溶媒を用いて生成物の洗浄を行った。洗浄して得られた試料を半透膜に詰め、体積比で0.7%の酢酸溶液に試料を詰めた半透膜を浸漬し、鋳型の除去を行った。一晩浸漬した半透膜を新しい酢酸溶液に漬け直す作業を3回行った後、エタノールと純水の混合溶媒で洗浄し、シリカ粒子1を得た。
得られたシリカ粒子1の平均粒径は46nmであった。電子顕微鏡観察の結果、得られた平均粒径46nmシリカ粒子には規則的な細孔が存在することを確認した。さらに乾燥試料の窒素吸着測定の結果、シリカ粒子1は空孔率が約30%であった。
なお、細孔の有無および空孔率は、電子顕微鏡(商品名:S5500、日立ハイテクノロジー製)および窒素吸着測定(商品名:トライスター、島津製作所製)を用いて評価した。また、平均粒径は、動的光散乱法によりゼータサイザー ナノS(マルバーン製)を用いて評価した。
(1) Preparation of Silica Particles 1 Silica particles 1 were prepared as core particles by modifying the Stöber method.
Specifically, ethanol, pure water, hexadecyltrimethylammonium bromide, and L-lysine were first added to a round-bottom, four-neck separable flask and stirred for 30 minutes using a mechanical stirrer. Next, the sample was heated to 70°C in an oil bath while still stirring, and then tetraethyl orthosilicate was added all at once and stirred vigorously. The amounts of the reagents charged were 10 mL of ethanol, 90 mL of pure water, 790 mg of hexadecyltrimethylammonium bromide, 900 mg of L-lysine, and 895 mg of tetraethyl orthosilicate.
After stirring overnight and cooling the sample, the precipitate was collected by centrifugation and the product was washed with a mixed solvent of ethanol and pure water. The washed sample was packed into a semipermeable membrane, and the semipermeable membrane packed with the sample was immersed in a 0.7% by volume acetic acid solution to remove the template. The semipermeable membrane that had been immersed overnight was immersed again in new acetic acid solution three times, and then washed with a mixed solvent of ethanol and pure water to obtain silica particles 1.
The resulting silica particles 1 had an average particle size of 46 nm. Electron microscope observation confirmed the presence of regular pores in the resulting silica particles with an average particle size of 46 nm. Furthermore, nitrogen adsorption measurement of a dried sample revealed that the porosity of silica particles 1 was approximately 30%.
The presence or absence of pores and the porosity were evaluated using an electron microscope (product name: S5500, manufactured by Hitachi High-Technologies) and a nitrogen adsorption analyzer (product name: Tristar, manufactured by Shimadzu Corporation). The average particle size was evaluated by dynamic light scattering using a Zetasizer Nano S (manufactured by Malvern Instruments).
(2)シリカ粒子2の作製
上記(1)のシリカ粒子1の作製において、溶媒の仕込み量をエタノール20mL、純水80mLに変更した。それ以外はシリカ粒子1と同様の方法でシリカ粒子2を作製した。得られたシリカ粒子2の平均粒径は95nmであった。
(2) Preparation of Silica Particles 2 Silica particles 2 were prepared in the same manner as in the preparation of silica particles 1 in (1) above, except that the amounts of the solvents used were changed to 20 mL of ethanol and 80 mL of pure water. The average particle size of the obtained silica particles 2 was 95 nm.
(3)シリカ粒子3の作製
上記(1)のシリカ粒子1の作製において、溶媒の仕込み量をエタノール50mL、純水50mLに変更した。それ以外はシリカ粒子1と同様の方法でシリカ粒子3を合成した。得られたシリカ粒子3の平均粒径は204nmであった。
(3) Preparation of Silica Particles 3 In the preparation of silica particles 1 in (1) above, the amounts of the solvents charged were changed to 50 mL of ethanol and 50 mL of pure water. Otherwise, silica particles 3 were synthesized in the same manner as silica particles 1. The average particle size of the obtained silica particles 3 was 204 nm.
(4)シリカ粒子4の作製
エタノールと純水の混合溶媒にテトラエチルオルソシリケートを溶解し30分攪拌を行った。攪拌後アンモニア水を溶媒に対する体積比で5%添加して5時間激しく攪拌を行った。生成物をエタノールと純水の混合液で洗浄し、シリカ粒子4を得た。得られたシリカ粒子4の平均粒径は100nmであった。
(4) Preparation of Silica Particles 4 Tetraethyl orthosilicate was dissolved in a mixed solvent of ethanol and pure water and stirred for 30 minutes. After stirring, ammonia water was added at a volume ratio of 5% to the solvent, and the mixture was vigorously stirred for 5 hours. The product was washed with a mixed solution of ethanol and pure water to obtain silica particles 4. The average particle size of the obtained silica particles 4 was 100 nm.
(実施例1)
上記(1)で得られたシリカ粒子1を60℃の条件で乾燥させた後、オクタノールに分散した。ユウロピウム錯体を溶解したオクタノール液を、シリカ粒子1を分散した液と混合して一晩攪拌を行った。ユウロピウム錯体は、(1,10-フェナントロリン)トリス[4,4,4-トリフルオロ-1-(2-チエニル)-1,3-ブタン ジオナト]ユウロピウム(III)(以下Eu(TTA)3phenと省略する)を用いた。
攪拌後試料を遠心分離して、トルエン溶媒で洗浄を行った。洗浄後、試料をポリビニルピロリドンK-30を溶解したエタノールと純水の混合溶媒に分散し、一晩攪拌することで、試料表面へのポリビニルピロリドンK-30の吸着を行った。得た試料にVOCフリー型シランカップリング剤X12-1135(信越化学製)を添加してカルボン酸処理を行った。得た試料を純水で洗浄し発光粒子を得た。
Example 1
The silica particles 1 obtained in (1) above were dried at 60°C and then dispersed in octanol. The octanol solution in which the europium complex had been dissolved was mixed with the solution in which the silica particles 1 had been dispersed, and the mixture was stirred overnight. The europium complex used was (1,10-phenanthroline)tris[4,4,4-trifluoro-1-(2-thienyl)-1,3-butanedionato]europium(III) (hereinafter abbreviated as Eu(TTA) 3 phen).
After stirring, the sample was centrifuged and washed with a toluene solvent. After washing, the sample was dispersed in a mixed solvent of ethanol and pure water in which polyvinylpyrrolidone K-30 had been dissolved, and stirred overnight to allow polyvinylpyrrolidone K-30 to be adsorbed onto the sample surface. A VOC-free silane coupling agent X12-1135 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was added to the obtained sample, and a carboxylic acid treatment was performed. The obtained sample was washed with pure water to obtain luminescent particles.
(実施例2)
上記(2)で得られたシリカ粒子2を60℃の条件で乾燥させた後、オクタノールに分散した。Eu(TTA)3phenを溶解したオクタノール液を、95nmシリカ粒子を分散した液と混合して一晩攪拌を行った。
攪拌後試料を遠心分離して、トルエン溶媒で洗浄を行った。洗浄後、エタノール溶媒中で3-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシランを添加して、50℃で一晩攪拌した。攪拌後の試料を、トリエチルアミンを用いてpH10に調整し、さらに、メルカプトこはく酸およびメルカプトプロパンジオールの水溶液に添加して、60℃で一晩攪拌することで水酸基とカルボキシル基を試料表面に付与した。得た試料を純水で洗浄し、発光粒子を得た。
Example 2
The silica particles 2 obtained in (2) above were dried at 60° C. and then dispersed in octanol. The octanol solution in which Eu(TTA) 3 phen was dissolved was mixed with the solution in which 95 nm silica particles were dispersed, and the mixture was stirred overnight.
After stirring, the sample was centrifuged and washed with a toluene solvent. After washing, 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane was added to the ethanol solvent and stirred at 50°C overnight. The pH of the stirred sample was adjusted to 10 using triethylamine, and the sample was then added to an aqueous solution of mercaptosuccinic acid and mercaptopropanediol and stirred at 60°C overnight to provide hydroxyl and carboxyl groups to the sample surface. The obtained sample was washed with pure water to obtain luminescent particles.
(実施例3)
実施例1において、用いるコア粒子の種類を上記(3)で得たシリカ粒子3に変更した。それ以外は実施例1と同様の方法で、発光粒子を得た。
Example 3
Luminescent particles were obtained in the same manner as in Example 1, except that the type of core particles used was changed to the silica particles 3 obtained in (3) above.
(実施例4)
上記(3)で得られたシリカ粒子3を60℃の条件で乾燥させた後、オクタノールに分散した。テルビウム錯体を溶解したオクタノール液を、シリカ粒子3を分散した液と混合して一晩攪拌を行った。テルビウム錯体は、トリス(アセチルアセトナト)(1,10-フェナントロリン)テルビウム(III)(以下Tb(AcAc)3phenと省略する)を用いた。
攪拌後試料を遠心分離して、トルエン溶媒で洗浄を行った。洗浄後、エタノール溶媒中で分子量400のポリエチレングリコールとイソシアン酸3-(トリエトキシシリル)プロピルをアルゴン雰囲気のピリジン溶液化で反応させて合成した親水性シランカップリング剤を添加して、50℃で一晩攪拌した。さらにVOCフリー型シランカップリング剤X12-1135(信越化学製)を添加してカルボン酸処理を行った。得た試料を純水で洗浄し、発光粒子を得た。
Example 4
The silica particles 3 obtained in (3) above were dried at 60°C and then dispersed in octanol. The octanol solution in which the terbium complex had been dissolved was mixed with the solution in which the silica particles 3 had been dispersed, and the mixture was stirred overnight. The terbium complex used was tris(acetylacetonato)(1,10-phenanthroline)terbium(III) (hereinafter abbreviated as Tb(AcAc) 3 phen).
After stirring, the sample was centrifuged and washed with toluene solvent. After washing, a hydrophilic silane coupling agent synthesized by reacting polyethylene glycol with a molecular weight of 400 and 3-(triethoxysilyl)propyl isocyanate in an ethanol solvent in a pyridine solution under an argon atmosphere was added, and the mixture was stirred overnight at 50°C. Furthermore, a VOC-free silane coupling agent X12-1135 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was added, and a carboxylic acid treatment was carried out. The obtained sample was washed with pure water to obtain luminescent particles.
(実施例5)
上記(3)で得られたシリカ粒子3を60℃の条件で乾燥させた後、フェニルトリメトキシシランを溶解したトルエン溶液に分散させ、シリカ粒子3が有する細孔内の表面をフェニル基で修飾した。Eu(TTA)3phenを溶解したトルエン液を、シリカ粒子3を分散した液と混合して一晩攪拌を行った。
攪拌後試料を遠心分離して、トルエン溶媒で洗浄を行った。洗浄後、試料をポリビニルピロリドン-ポリアクリル酸のコポリマーが溶解した水溶液に分散し一晩攪拌することで、試料表面へコポリマーの吸着を行った。得た試料を純水で洗浄し発光粒子を得た。
Example 5
The silica particles 3 obtained in (3) above were dried at 60°C and then dispersed in a toluene solution containing phenyltrimethoxysilane, and the surfaces of the pores of the silica particles 3 were modified with phenyl groups. The toluene solution containing Eu(TTA) 3 phen was mixed with the solution containing the silica particles 3 dispersed therein, and the mixture was stirred overnight.
After stirring, the sample was centrifuged and washed with toluene. After washing, the sample was dispersed in an aqueous solution of polyvinylpyrrolidone-polyacrylic acid copolymer and stirred overnight to allow the copolymer to adsorb onto the sample surface. The obtained sample was washed with pure water to obtain luminescent particles.
(比較例1)
乳化重合法にてポリスチレン粒子を作製した。
具体的には、まず、丸底四ツ口のセパラブルフラスコに純水、スチレンモノマー、パラスチレンスルホン酸ナトリウム、Eu(TTA)3phenを溶解したスチレンモノマー、ポリビニルピロリドン-ポリアクリル酸コポリマーを加えた。続いて、得られた混合液をメカニカルスターラーを用いて窒素バブリングをしながら30分撹拌した。オイルバスにて試料を撹拌した状態のまま70度まで加熱した後、触媒の過硫酸カリウム(アルドリッチ製)を加え、窒素雰囲気にて8時間スチレンの重合反応を行った。
試料を冷却した後、遠心分離にて沈殿物を回収し、純水を用いて発光粒子の洗浄を行った。上記で得られたポリスチレンを主成分とする発光粒子は平均粒径が100nmであった。
(Comparative Example 1)
Polystyrene particles were prepared by emulsion polymerization.
Specifically, pure water, styrene monomer, sodium p-styrenesulfonate, styrene monomer dissolved in Eu(TTA) 3 phen, and polyvinylpyrrolidone-polyacrylic acid copolymer were first added to a round-bottom, four-neck separable flask. The resulting mixture was then stirred for 30 minutes with nitrogen bubbling using a mechanical stirrer. The sample was then heated to 70°C in an oil bath while stirring, and potassium persulfate (manufactured by Aldrich) was added as a catalyst. The styrene polymerization reaction was then carried out for 8 hours in a nitrogen atmosphere.
After cooling the sample, the precipitate was collected by centrifugation and the luminescent particles were washed with pure water. The luminescent particles containing polystyrene as the main component obtained above had an average particle size of 100 nm.
(比較例2)
上記(4)で得たシリカ粒子4を60℃で一晩乾燥させて、トルエン溶媒に分散した。Eu(TTA)3phenを溶解したトルエン溶液を、シリカ粒子4を分散した液に混合して一晩攪拌を行った。攪拌後試料をトルエン溶媒で洗浄を行った。洗浄後、試料をポリビニルピロリドン-ポリアクリル酸コポリマーが溶解した水溶液に分散し一晩攪拌することで、試料表面へのポリビニルピロリドン-ポリアクリル酸コポリマーの吸着を行った。得た試料を純水で洗浄し発光粒子を得た。
(Comparative Example 2)
The silica particles 4 obtained in (4) above were dried overnight at 60°C and dispersed in a toluene solvent. A toluene solution in which Eu(TTA) 3 phen had been dissolved was mixed with the liquid in which the silica particles 4 had been dispersed, and the mixture was stirred overnight. After stirring, the sample was washed with a toluene solvent. After washing, the sample was dispersed in an aqueous solution in which polyvinylpyrrolidone-polyacrylic acid copolymer had been dissolved, and the mixture was stirred overnight, thereby allowing the polyvinylpyrrolidone-polyacrylic acid copolymer to be adsorbed onto the sample surface. The obtained sample was washed with pure water, and luminescent particles were obtained.
(ビオチン修飾アフィニティー粒子の作製)
実施例および比較例で得たそれぞれの発光粒子にビオチンを結合した。
具体的には、まず、1質量%の粒子分散液を0.8mL分取し、1.6mLのpH5.4のMES緩衝液で溶媒を置換した。MES緩衝液中の粒子分散液に水溶性カルボジイミド(WSC)およびN-ヒドロキシスルホスクシンイミドナトリウム(スルホ―NHS)をそれぞれ0.5質量%となるように添加し、25℃、で1時間反応させた。反応後、分散液をMES緩衝液で洗浄し、アミノ基付きのビオチン分子(Amin-PEG2-Biotin サーモフィッシャーサイエンティフィック製)を添加し、25℃で2時間反応させてビオチンを粒子に結合させた。結合後、粒子をMES緩衝液で洗浄し、エタノールアミン(東京化成工業製)を添加し、25℃で30分反応させた。反応後、粒子をMES緩衝液で洗浄し、2質量%濃度のビオチン修飾アフィニティー粒子を得た。
(Preparation of biotin-modified affinity particles)
Biotin was bound to each of the luminescent particles obtained in the examples and comparative examples.
Specifically, 0.8 mL of a 1% by weight particle dispersion was first taken, and the solvent was replaced with 1.6 mL of MES buffer solution at pH 5.4. Water-soluble carbodiimide (WSC) and sodium N-hydroxysulfosuccinimide (sulfo-NHS) were added to the particle dispersion in MES buffer solution at 0.5% by weight, respectively, and the mixture was allowed to react at 25°C for 1 hour. After the reaction, the dispersion was washed with MES buffer solution, and an amino-functionalized biotin molecule (Amin-PEG2-Biotin, manufactured by Thermo Fisher Scientific) was added. The mixture was allowed to react at 25°C for 2 hours to bind biotin to the particles. After binding, the particles were washed with MES buffer solution, and ethanolamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added, followed by a 30-minute reaction at 25°C. After the reaction, the particles were washed with MES buffer solution to obtain biotin-modified affinity particles at a concentration of 2% by weight.
(発光粒子の評価)
実施例および比較例で得た発光粒子についての各測定は、以下にしたがって行った。
親水層の厚さは、電子顕微鏡(商品名:S5500、日立ハイテクノロジー製)による観察およびゼータサイザー ナノS(マルバーン製)を用いた動的光散乱法による測定により評価した。
発光粒子を分散した懸濁液の濃度は、重量分析装置(商品名:サーモプラス TG8120、リガク製)を用いて評価した。
蛍光スペクトルは、励起光の波長を330nmとし、励起側と発光側の光路に偏光子を入れて測定した。偏光子の向きは、励起側を固定して、発光側を励起側に対して平行あるいは垂直の向きに設置して測定を行った。装置は分光蛍光光度計(商品名:F-4500、日立ハイテクサイエンス製)を用いた。
発光粒子の透過率は、紫外可視吸収スペクトルにおける波長330nmの光の吸光度を用いて評価した。光路長は10mmとし、粒子の濃度が0.002体積%となるように純水に分散させた分散液について透過率を測定した。
また、発光粒子の凝集状態における透過率を評価するために、ビオチン結合アフィニティー粒子を分散したpH7.4のリン酸緩衝液にアビジンを添加して調製した分散液についても透過率を評価した。装置は日立ハイテクサイエンス製 ダブルビーム分光光度計U-2810を用いた。
透過率は90%以上をA、90%未満をBと評価した。
(Evaluation of luminescent particles)
The measurements of the luminescent particles obtained in the examples and comparative examples were carried out as follows.
The thickness of the hydrophilic layer was evaluated by observation with an electron microscope (product name: S5500, manufactured by Hitachi High-Technologies) and measurement by dynamic light scattering using a Zetasizer Nano S (manufactured by Malvern Instruments).
The concentration of the suspension in which the luminescent particles were dispersed was evaluated using a gravimetric analyzer (trade name: Thermoplus TG8120, manufactured by Rigaku).
The fluorescence spectrum was measured with an excitation light wavelength of 330 nm and polarizers inserted in the optical paths on the excitation and emission sides. The excitation side of the polarizer was fixed, and the emission side was set parallel or perpendicular to the excitation side. A spectrofluorometer (product name: F-4500, manufactured by Hitachi High-Tech Science) was used.
The transmittance of the light-emitting particles was evaluated using the absorbance of light at a wavelength of 330 nm in the ultraviolet-visible absorption spectrum. The light path length was set to 10 mm, and the transmittance was measured for a dispersion liquid in which the particles were dispersed in pure water to a particle concentration of 0.002% by volume.
To evaluate the transmittance of the luminescent particles in an aggregated state, a dispersion was prepared by adding avidin to a phosphate buffer solution (pH 7.4) containing dispersed biotin-conjugated affinity particles. The transmittance was also evaluated using a Hitachi High-Tech Science double-beam spectrophotometer U-2810.
The transmittance was evaluated as A when it was 90% or more, and as B when it was less than 90%.
(性能評価)
実施例および比較例に用いた材料と透過率の評価結果を表1に示す。
なお、実施例に用いた各シリカ粒子1~3は、窒素吸着測定の結果、体積比で約30%の空孔が存在する粒子であり、シリカ成分と空孔の体積比から屈折率は約1.3である。比較例1で得た生産物は、ポリスチレンの屈折率が1.59である事から、屈折率は約1.6である。比較例2に用いたシリカ粒子4は、シリカの屈折率が1.45であることから、少なくとも1.4を超える屈折率を有する。
(Performance evaluation)
Table 1 shows the materials used in the examples and comparative examples and the evaluation results of transmittance.
The silica particles 1 to 3 used in the examples were found to have approximately 30% voids by volume as a result of nitrogen adsorption measurements, and the refractive index was approximately 1.3 based on the volume ratio of the silica component to the voids. The product obtained in Comparative Example 1 had a refractive index of approximately 1.6, since the refractive index of polystyrene was 1.59. Silica particles 4 used in Comparative Example 2 had a refractive index of at least 1.4, since the refractive index of silica was 1.45.
実施例で得た各発光粒子(粒子)は、いずれもコア粒子としてシリカ粒子を有する。そのため、単分子を発光材料とする場合に比べて粒子が大きく、低分子物質および高分子物質のいずれを標的物質とした測定にも使用することができる。
実施例1,2,3,5および比較例1,2で得た発光粒子は330nmの波長の光で励起すると、赤い発光を示し、生成した粒子にユウロピウム錯体が吸着していることが確認された。また、実施例4で得た発光粒子は330nmの波長の光で励起すると、緑色の発光を示し、テルビウム錯体が吸着していることが確認された。
The luminescent particles (particles) obtained in the examples all have silica particles as core particles, and therefore are larger than those using monomolecular luminescent materials, making them suitable for measuring both low-molecular-weight and high-molecular-weight target substances.
The luminescent particles obtained in Examples 1, 2, 3, and 5 and Comparative Examples 1 and 2 emitted red light when excited with light having a wavelength of 330 nm, confirming that a europium complex was adsorbed to the produced particles. Furthermore, the luminescent particles obtained in Example 4 emitted green light when excited with light having a wavelength of 330 nm, confirming that a terbium complex was adsorbed to the produced particles.
すべての実施例および比較例で得た発光粒子において、0.002体積%の濃度の粒子分散液は安定していた。
また、実施例および比較例で得た生産物の親水層の厚さは、いずれも10nm以下であった。
非凝集時の透過率は、実施例で得た発光粒子はいずれも95%以上であり、比較例2で得た発光粒子は90%以上であった。一方、比較例1で得た発光粒子は、透過率が80%以下であり、分散液中の粒子による多重散乱が顕著に起きていることが判明した。
凝集後の透過率は、実施例で得た発光粒子はいずれも90%以上の透過率を維持したが、比較例2で得た発光粒子は80%となり、粒子による入射光の多重散乱が顕著となった。
In all of the luminescent particles obtained in the Examples and Comparative Examples, the particle dispersions at a concentration of 0.002% by volume were stable.
The thickness of the hydrophilic layer of the products obtained in the examples and comparative examples was 10 nm or less.
The transmittance in the non-aggregated state was 95% or more for all of the luminescent particles obtained in the Examples, and 90% or more for the luminescent particles obtained in Comparative Example 2. On the other hand, the luminescent particles obtained in Comparative Example 1 had a transmittance of 80% or less, which revealed that significant multiple scattering occurred due to the particles in the dispersion.
After aggregation, the transmittance of all the luminescent particles obtained in the examples remained at 90% or more, but that of the luminescent particles obtained in Comparative Example 2 was 80%, and multiple scattering of incident light by the particles became evident.
実施例で得た発光粒子の分散液に、8質量%の濃度となるように塩化ナトリウムを添加した前後において、蛍光スペクトル測定の結果から式(3)により偏光異方性を求めたところ、塩化ナトリウムの添加の前後で偏光異方性が0.01以上変化した。このことから、粒子の凝集反応を偏光異方性の値の変化で捉えることが可能であることが確認された。一方比較例で得た発光粒子では、透過率が低く、散乱による偏光解消の影響が大きいために、偏光異方性の値の変化を確認することができなかった。 The polarization anisotropy was calculated using equation (3) from the results of fluorescence spectrum measurements before and after adding sodium chloride to the dispersion of luminescent particles obtained in the example to a concentration of 8% by mass. The polarization anisotropy changed by 0.01 or more before and after the addition of sodium chloride. This confirmed that it is possible to capture the particle aggregation reaction from changes in the polarization anisotropy value. On the other hand, with the luminescent particles obtained in the comparative example, no change in the polarization anisotropy value could be confirmed due to low transmittance and the significant impact of depolarization due to scattering.
なお、平均粒径が20nm以下となるようにした以外は、シリカ粒子1と同様にしてシリカ粒子を作製し、このシリカ粒子を用いて得た発光粒子についても、塩化ナトリウムの添加前後における偏光異方性を評価したが、値の変化を確認することができなかった。これは、凝集粒子のサイズが偏光異方性を確認できる程度に大きくなっていなかったと考えられる。 Silica particles were prepared in the same manner as Silica Particles 1, except that the average particle size was 20 nm or less. The polarization anisotropy of the luminescent particles obtained using these silica particles was also evaluated before and after the addition of sodium chloride, but no change in the value was observed. This is thought to be because the size of the aggregated particles was not large enough to allow polarization anisotropy to be observed.
(光学シミュレーション)
仮想の粒子分散液について透過率を光学シミュレーションで算出した。光学シミュレーションにおいては、ミー(Mie)散乱理論を用いて、屈折率、粒径、および粒子濃度から散乱係数を計算した。次に、算出された散乱係数と光路長の積から透過率を算出した。屈折率、粒径、および粒子数密度はそれぞれ実施例および比較例に沿った値とした。具体的には、屈折率は1.3~1.6の範囲から複数選んだ値、粒径は50~300nmの範囲から複数選んだ値、粒子濃度は0.002体積%として計算を行った。
(Optical simulation)
The transmittance of a hypothetical particle dispersion was calculated by optical simulation. In the optical simulation, the scattering coefficient was calculated from the refractive index, particle size, and particle concentration using Mie scattering theory. Next, the transmittance was calculated from the product of the calculated scattering coefficient and the optical path length. The refractive index, particle size, and particle number density were each set to values in accordance with the examples and comparative examples. Specifically, the calculation was performed using multiple refractive index values selected from the range of 1.3 to 1.6, multiple particle size values selected from the range of 50 to 300 nm, and a particle concentration of 0.002% by volume.
(光学シミュレーションによる材料評価)
光学シミュレーションによる透過率の計算結果を図2に示す。
図2中の座標における横軸は粒径を示し、縦軸は屈折率を示す。図2中の座標平面に記載した数値は計算で求めた波長330nmの光に対する透過率を示し、最低でも2つ以上の粒子が凝集した状態を想定した値である。
光学シミュレーションの結果、屈折率が1.4以下でかつ、粒径が200nm以下であれば、透過率は90%以上となることがわかる。一方、屈折率が1.4より大きいとき、粒子の粒径が50nm程度であれば透過率は高い値となるが、粒径が100nm以上になると、粒径の増大に応じて透過率が大きく低下し、散乱の程度が顕著に大きくなることがわかる。
屈折率1.46は、空孔を有しないシリカ粒子を想定したものであるが、粒径が100nmである場合で既に透過率が86%であった。
また、屈折率1.6はポリスチレン粒子を想定したものであり、この場合粒径が50nmであっても透過率は80%を下回っていた。
(Material evaluation by optical simulation)
The results of the transmittance calculations performed by optical simulation are shown in FIG.
The horizontal axis of the coordinate system in Fig. 2 represents particle size, and the vertical axis represents refractive index. The values shown on the coordinate system plane in Fig. 2 represent calculated transmittances for light with a wavelength of 330 nm, assuming that at least two or more particles are aggregated.
Optical simulation results show that when the refractive index is 1.4 or less and the particle size is 200 nm or less, the transmittance is 90% or more. On the other hand, when the refractive index is greater than 1.4, the transmittance is high when the particle size is about 50 nm, but when the particle size is 100 nm or more, the transmittance drops significantly with increasing particle size, and the degree of scattering increases significantly.
The refractive index of 1.46 is assumed to be for silica particles without pores, and the transmittance was already 86% when the particle size was 100 nm.
Furthermore, the refractive index of 1.6 is assumed to be for polystyrene particles, and in this case, even if the particle size was 50 nm, the transmittance was below 80%.
上記の実施例で得た各粒子は、空孔率が約30%であることから屈折率は1.33程度であると考えられる。つまり図2中で示される通り透過率は90%を超え、実施例で得られた透過率測定の結果と整合した。
光学シミュレーションの結果から、粒子における光の多重散乱を抑制し、測定に使用できる粒子は、屈折率1.4以下、かつ、粒子サイズ200nm以下となる。
The particles obtained in the above examples have a porosity of approximately 30%, and therefore the refractive index is thought to be approximately 1.33. In other words, as shown in Figure 2, the transmittance exceeds 90%, which is consistent with the transmittance measurement results obtained in the examples.
From the results of optical simulations, it has been found that particles that can suppress multiple scattering of light in particles and can be used for measurement have a refractive index of 1.4 or less and a particle size of 200 nm or less.
以上のことから、実施例で得た各発光粒子(粒子)は、液中における光の多重散乱を抑制することができ、偏光異方性測定において、散乱による偏光解消の影響が小さいことがわかる。 From the above, it can be seen that the luminescent particles (particles) obtained in the examples are able to suppress multiple scattering of light in liquid, and that the impact of depolarization due to scattering is small in polarization anisotropy measurements.
よって、実施例に係る各粒子は、検出感度が高い、蛍光偏光解消法用の検体検査粒子として提供することができる。特に、実施例に係る各粒子は、検出信号のノイズを小さくする効果に優れているため、低濃度の標的物質の検出に適している。 As a result, the particles according to the examples can be provided as specimen testing particles for fluorescence polarization depolarization, which have high detection sensitivity. In particular, the particles according to the examples are excellent at reducing noise in the detection signal, making them suitable for detecting low concentrations of target substances.
1 発光粒子
2 シリカ粒子
3 空孔
4 親水層
5 発光性希土類錯体
1 Luminescent particle 2 Silica particle 3 Hole 4 Hydrophilic layer 5 Luminescent rare earth complex
Claims (17)
前記粒子はシリカ粒子を有し、
前記粒子の平均粒径が50nm以上215nm以下であり、
前記粒子の屈折率が1.4以下であり、
前記粒子は、発光性希土類錯体を前記粒子の内部に担持し、
0.002体積%の前記粒子を純水に分散させた分散液の、波長330nmの光に対する透過率が90%以上であることを特徴とする粒子。 Particles for specimen testing using a fluorescence depolarization method ,
the particles comprise silica particles;
The average particle size of the particles is 50 nm or more and 215 nm or less,
The refractive index of the particles is 1.4 or less,
the particles support a luminescent rare earth complex therein ;
Particles characterized in that a dispersion of 0.002% by volume of the particles dispersed in pure water has a transmittance of 90% or more for light with a wavelength of 330 nm .
請求項14または15に記載の検査試薬と、検体とを混合して混合液を得る工程と、
前記混合液に、偏光を照射する工程と、
前記混合液から発せられた偏光を検出する工程と、を有することを特徴とする検出方法。 A method for detecting a target substance in a specimen using a fluorescence polarization depolarization method, comprising:
a step of mixing the test reagent according to claim 14 or 15 with a specimen to obtain a mixed solution;
irradiating the mixed liquid with polarized light;
and detecting polarized light emitted from the mixed liquid.
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