(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体粒子と前記磁性体粒子を内包する有機高分子材料とを含み、円盤状または回転楕円体形状を外形形状として有する磁性複合粒子であって、
前記外形形状は、その中心を通る断面の径のうち最大の径を長径、最小の径を短径としたときに、前記長径／前記短径が１より大きく、
前記有機高分子材料の表面における前記短径と交わる箇所のうちの少なくとも一箇所に、検体との選択性結合基が付加されており、
表面における前記短径と交わる箇所のうちの少なくとも一箇所が、表面における前記長径と交わる箇所よりも検体との結合性が高いことを特徴とする磁性複合粒子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性複合粒子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な産業分野への応用を指向して、複合粒子に関する研究開発が盛んに行われている。例えば、高分子化合物と磁性体から構成される磁性複合粒子は多種多様な用途が期待されており、特に、医薬、診断薬など、医療・診断分野における基剤としての用途について注目が集められている。磁性複合粒子を医療・診断分野に応用する例として、磁気バイオセンサーがある。磁気バイオセンサーとは近年提案されている高感度センシング方式のひとつで、検出部の表面近傍に位置する磁性複合粒子の有無、数を検知することにより検体液中の標的物質の有無、濃度を検出する。
【０００３】
図４は、従来の磁性複合粒子４を用いたバイオセンサーの測定手法の一例である。基板１にＧＭＲ素子やホール素子等からなるセンサー部２（磁気センサー）が設けられている。そして、センサー部２の上部に検体３が固定される。磁性複合粒子４は検体３に結合するように表面官能基を有しており、検体３により磁性複合粒子４がキャッチされるように固定され、固定された磁性複合粒子４からの磁束５がセンサー部２により測定されるものである。
【０００４】
特許文献１には、これら磁気バイオセンサーに用いる粒子径が小さく単分散性に優れ、粒子毎の磁性体含有率が高く飽和磁化が大きく、分散安定性に優れ、非特異吸着抑制能を有する複合粒子およびその製造方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、磁気分離性に優れ、かつ、生体関連物質との結合量が多い扁平形状の磁性ポリマー粒子およびその製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−３００２３９号公報
【特許文献２】特開２００７−２５６１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら実際には、磁性体含有率を高くすることは、複合粒子の比重が増加して分散安定性は低下するため、分散安定性とはトレードオフの関係にある。扁平形状の磁性ポリマー粒子１８は、表面積が大きく分散安定性が高いが、図５の左側に示す磁性ポリマー粒子１８のようにセンサー部２に対して倒立状態で検体へ結合された場合、検出感度が低くなるという課題がある。本発明は、分散安定性と検出感度の高い磁性複合粒子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の磁性複合粒子は、磁性体粒子と前記磁性体粒子を内包する有機高分子材料とを含み、長径／短径が１より大きい形状を有し、短径と交わる表面である底面及び上面の少なくとも一方が、長径と交わる表面である側面よりも検体との結合性が高いことを特徴とする。
【０００９】
本発明において、形状の「長径」とは、その形状の中心を通る断面の径のうち最大の径をいい、形状の「短径」とは、その形状の中心を通る断面の径のうち最小の径のことをいう。
【００１０】
磁束密度は磁性体からの距離により急速に減衰するため、磁性複合粒子が磁気センサーによって検出される場合、磁性複合粒子内の磁性体粒子は磁気センサーに近いものが磁気検出に対する寄与率が高く、磁気センサーから遠い磁性体粒子はその寄与率が低い。磁性複合粒子形状を、長径／短径が１より大きい形状にすることで、磁性複合粒子内の磁性体粒子数は同じでも磁気検出に対する寄与率を高めることができるため、磁性体粒子数を増やさなくても検出感度を向上させることができる。また、磁性複合粒子の底面または上面が選択的に検体に結合し、磁性複合粒子が倒立した状態で検体と結合することを防ぐことができるため、より確実に磁性複合粒子を検出感度の高い状態で検体と結合させることができる。従って、分散安定性と検出感度の高い磁性複合粒子を提供することができる。
【００１１】
さらに、本発明の磁性複合粒子は、前記磁性体粒子を内包する前記有機高分子材料は、その外形形状の長径／短径が１より大きく、前記有機高分子材料の短径と交わる表面である底面および上面の少なくとも一方に、検体との選択性結合基が付加されていることを特徴とする。
【００１２】
これによれば、より簡便に分散安定性と検出感度の高い磁性複合粒子を提供することができる。
【００１３】
さらに、本発明の磁性複合粒子は、前記側面は親水性であることを特徴とする。
【００１４】
本発明において、親水性とは、純水の接触角が４０°以下のことをいう。
【００１５】
これによれば、検体と側面の結合性が低く、より倒立防止効果が高く、検出感度の高い磁性複合粒子を提供することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、分散安定性と検出感度の高い磁性複合粒子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は実施形態における磁性複合粒子の構成を示す模式図である。
【図２】図２は実施形態における磁性複合粒子を用いたバイオセンサーの模式的な断面図である。
【図３】図３は実施形態における磁性複合粒子の作製工程の一例を示す工程図である。
【図４】図４は従来の磁性複合粒子を用いたバイオセンサーの模式図である。
【図５】図５は従来の磁性複合粒子を用いたバイオセンサーの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
（磁性複合粒子の基本構成）
本実施形態の磁性複合粒子６の模式図を図１に示す。磁性複合粒子６は、磁性体粒子８と磁性体粒子８を内包する有機高分子材料７とを含んで構成されている。磁性体粒子８を内包する有機高分子材料７は、その外形形状の長径／短径が１より大きい形状を有しており、磁性複合粒子６は長径／短径が１より大きい形状を有している。有機高分子材料７および磁性複合粒子６の形状は、例えば略円盤状や回転楕円体形状である。有機高分子材料７の短径と交わる表面である底面１５および上面１６の少なくとも一方には、検体３との選択性結合基１４が付加されており、磁性複合粒子６は、短径１２と交わる表面である底面１５及び上面１６の少なくとも一方が、長径１３と交わる表面である側面１７よりも検体との結合性が高くなっている。選択性結合基１４は、有機高分子材料７の表面（磁性複合粒子６の側面１７）に存在する表面官能基よりも検体との結合性が高い。磁性複合粒子６の側面と検体３の結合をより低減するために、磁性複合粒子６の側面１７は親水性であることが好ましい。ここで、親水性とは、純水の接触角が４０°以下のことをいう。
【００２０】
ここで、検体３は、例えば、結合可能なリガンドを有する受容体タンパク質、接着タンパク質、抗原または抗体などのように、タンパク質間相互作用が可能なタンパク質であり、疾患と関連するものである。そのようなものには、その存在量の増減が疾患の存在を示唆するタンパク質のように、疾患の診断に使用可能なタンパク質が含まれ、上皮増殖因子（ＥＧＦ）、血小板由来増殖因子（ＰＤＧＦ）、脳由来増殖因子（ＢＤＧＦ）または血管内皮増殖因子（ＶＥＧＦ）などの増殖因子、フィブロネクチン、ラミニンまたはビトロネクチンなどの細胞接着因子、インスリン、ソマトスタチン、ソマトトロンビンまたは性腺刺激ホルモン放出因子などのホルモン、ＬＤＬなどのリポタンパク質、種々の腫瘍マーカーまたは抗体などが挙げられる。また、ＨＩＶまたはＨＢＶ等のウイルスや細菌あるいは癌遺伝子等のＤＮＡ／ＲＮＡを検体３とすることもできる。また、検体３は、上に例示した検体分子だけではなく、上に例示したような検体分子に結合している分子または、上に例示したような検体分子近傍に偏在している分子とすることもできる。
【００２１】
（有機高分子材料）
有機高分子材料７は、公知の熱可塑性ポリマー或いは熱硬化性ポリマー或いはこれらの混合物が使用できる。熱可塑性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレン類、ポリプロピレン類、ポリエチレンプロピレン、ポリスチレン類、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレートまたはポリナフタレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２またはナイロン４等のポリアミド類、ポリ４メチルペンテン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、アクリル・スチレン共重合体、塩素化ポリエチレン、アリル樹脂類、エチレン−酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、メタクリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル樹脂、オレフィンビニルアルコール共重合体、石油樹脂、ポリアセタール、ポリアリルスルフォン、ポリベンゾイミダゾール、ポリブチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルスルフォン、ポリケトン、ポリメチルペンテン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルフォン、ブタジエン−スチレン樹脂、ポリウレタン、ポリ塩化ビニリデン、シリコーン樹脂、ポリ酢酸ビニル、エチレンプロピレンジエン、クロロプレン、ブタジエン、ニトリルゴム、天然ゴム、アクリロニトリルブタジエンゴムまたはブチルゴム等が挙げられる。
【００２２】
熱硬化性ポリマーとしては、不飽和ポリエステル系、フェノール系ポリマー、メラミン系ポリマー、ユリア系ポリマー、ジアリルフタレート系ポリマーまたはポリイミド系ポリマーなどの公知のポリマーが挙げられる。
【００２３】
磁性複合粒子６は、水溶液中に分散される際に沈降凝集を防止するため、比重が１に近いことが好ましい。このため、有機高分子材料７は水に対して不溶であり、比重が小さいものから選択されることが好ましい。また、水溶液中において、検体３の疎水性基と有機高分子材料７の疎水性基は、疎水性相互作用により結合しやすい。磁性複合粒子６の側面と検体３の結合をより低減するためには、有機高分子材料７として親水性の表面を得やすいポリマーを使用し、有機高分子材料７の外形表面（特に、長径と交わる表面である側面）を親水性とすることが好ましい。親水性の表面を得やすいポリマーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリウレタン、ポリアミド類が挙げられる。
【００２４】
（磁性体粒子）
磁性体粒子８は磁気センサー等で検出できる強磁性体であり、検出感度向上のため、外部磁場をかけた時の磁化（飽和磁化）が高いことが好ましく、また、分散液中での磁気凝集を低減するために、外部磁場を取り除いた時の磁化（残留磁化）が小さいことが好ましい。
【００２５】
このような強磁性体として、鉄、マンガン、コバルト、ニッケルまたはガドリニウム等の強磁性金属、若しくはそれらの少なくとも１つを含む合金または酸化物などが挙げられる。具体的には、鉄を主成分としコバルト、タングステン、クロム、ニッケルまたはアルミニウムなどを添加した磁石鋼、鉄と白金及び／またはネオジム及び／またはサマリウムなどとの合金、サマリウムとコバルトの合金、四三酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、ＣｏＦｅ２Ｏ４またはγ−三二酸化鉄（γ−Ｆｅ２Ｏ３）等の各種フェライト類などが挙げられる。また、磁性複合粒子６は水溶液中に分散されることや表面に抗体などが修飾されることから、磁性体粒子８は反応性に乏しいものが好ましく、例えば、フェライト類であり、具体的にはＦｅ３Ｏ４（マグネタイト）が好ましい。
【００２６】
（バイオセンサー）
磁性複合粒子６を用いたバイオセンサーの模式図を図２に示す。基板１にＧＭＲ素子やホール素子等からなるセンサー部２（磁気センサー）が設けられている。そして、センサー部２の上部に検体３が固定される。磁性複合粒子６の底面１５または上面１６は検体３に結合するように選択性結合基１４を有しており、検体３により磁性複合粒子６が底面１５または上面１６で固定され、固定された磁性複合粒子６からの磁束５がセンサー部２により測定されるものである。
【００２７】
図２は、センサー部２の表面（センシング面）に平行な成分を有する外部磁界を磁性複合粒子６に印加した場合の模式図である。磁束密度は磁性体からの距離により急速に減衰するため、磁性複合粒子６内の磁性体粒子８はセンサー部２に近いものが磁気検出に対する寄与率が高く、センサー部２から遠い磁性体粒子８はその寄与率が低い。磁性複合粒子６が底面１５または上面１６で固定されることで、磁性体粒子数は同じでもセンサー部２に近い位置に磁性体粒子８が存在し、寄与率が高まるため、磁性体粒子８の数を増やさなくても検出感度を向上させることができる。また、磁性複合粒子６が側面１７で検体３に固定されてしまう倒立状態では、センサー部２から遠い位置の磁性体粒子８が多くなり、検出感度が低下する。磁性複合粒子６は、底面１５および上面１６の少なくとも一方が、側面１７よりも検体３との結合性が高くなっているので、磁性複合粒子６の底面１５または上面１６が選択的に検体３に結合し、磁性複合粒子６が倒立した状態で検体３と結合することを防ぐことができるため、より確実に磁性複合粒子６を検出感度の高い状態で検体と結合させることができる。
【００２８】
（選択性結合基）
選択性結合基１４は特に限定されないが、例えば、アルデヒド基、アミノ基などの活性な官能基である。アミノ基の導入箇所は正電荷を帯びているため、負電荷をもつ検体３と静電的相互作用により結合することができる。例えば、アミノ基の導入方法として、アミノアルキルシランによる処理、窒素雰囲気下でのプラズマ処理、アミノ基含有高分子物質のコーティングまたはポリ‐Ｌ−リジンなどのコーティングが挙げられる。
【００２９】
（製造方法）
磁性複合粒子６の製造方法は特に制限されないが、例えば、図３に示すように、球形磁性複合粒子９を合成する合成工程と、ガラス基板１１ａへ球形磁性複合粒子９を塗布する塗布工程と、加熱プレス工程で作製することができる。より具体的には以下の方法で作製することができる。
【００３０】
（合成工程）
まず、磁性体粒子８を含有した球形磁性複合粒子９を作製する。これらは、公知の技術を使用して作製することができる。重合開始剤である過酸化ラウロイルをスチレンモノマーに溶解し、これに市販のＦｅ３Ｏ４を分散した分散体を作製する。次に撹拌器を付けた容器に純水とＦｅ３Ｏ４を分散した分散体を入れ、攪拌しながら６０℃程度の温度で２０時間程度重合を行ない、球形磁性微粒子９を合成する。重合した球形磁性微粒子９は磁気分離により分離精製を行なう。これにより、磁性体粒子８としてのＦｅ３Ｏ４を有機高分子７としてのポリスチレンが内包する球形磁性微粒子９が合成される。
【００３１】
（塗布工程）
合成工程で作製した球形磁性複合粒子９をエタノールに分散し、選択性結合基１４の導入処理を施した平坦なガラス基板１１ａへ塗布、乾燥して球形磁性複合粒子９の単層を形成する。
【００３２】
（加熱プレス工程）
球形磁性複合粒子９を塗布したガラス基板１１ａに、選択性結合基１４の導入処理を施したガラス基板１１ｂを重ね合わせ、ポリスチレンの軟化点温度である１００℃まで加熱してプレスを行なうことで、底面１５および上面１６に選択性結合基１４が転写された磁性複合粒子６を形成できる。このように、有機高分子材料７の底面１５および上面１６の少なくとも一方に検体との選択性結合基１４が付加されている磁性複合粒子６は、簡便な方法により製造することができる。
【００３３】
以上説明した磁性複合粒子６は適宜変更することが可能である。例えば、上述した磁性複合粒子６は、有機高分子材料７の底面１５および上面１６の少なくとも一方に、検体との選択性結合基１４が付加されているものであるが、有機高分子材料の底面および上面の少なくとも一方を物理的に加工して表面状態を変化させることで、選択性結合基１４を付加することなく、磁性複合粒子の底面及び上面の少なくとも一方が側面よりも検体との結合性が高くなるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１    基板
２    センサー部
３    検体
４    磁性複合粒子
５    磁束
６    磁性複合粒子
７    有機高分子材料
８    磁性体粒子
９    球形磁性複合粒子
１１ａ  ガラス基板
１１ｂ  ガラス基板
１２    短径
１３    長径
１４    選択性結合基
１５    底面
１６    上面
１７    側面
１８    磁性ポリマー粒子
【図１】
0006657592.tif 000002
【図２】
0006657592.tif 000003
【図３】
0006657592.tif 000004
【図４】
0006657592.tif 000005
【図５】
0006657592.tif 000006